JP5413505B2 - モータ駆動システムのための制御装置およびそれを搭載した車両 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態に従う交流電動機の制御装置が適用されるモータ駆動システム100を搭載した車両10の全体構成図である。
制御装置200による交流電動機MG1の制御についてさらに詳細に説明する。
図3を参照して、概略的には、低回転域A1ではトルク変動を小さくするために正弦波PWM制御が用いられ、中回転域A2では過変調PWM制御、高回転域A3では、矩形波制御が適用される。特に、過変調PWM制御および矩形波制御の適用により、交流電動機MG1の出力向上が実現される。このように、図2に示した制御モードのいずれを用いるかについては、基本的には、実現可能な変調率の範囲内で決定される。
このようなモータ駆動システムにおいては、上述のように交流電動機MG1を高回転または高出力とするためには、システム電圧VHを高くする必要がある。しかしながら、このシステム電圧VHは、どこまでも高く設定することはできず、基本的にはコンバータやインバータなどの機器の耐電圧によって制限され得る。
なお、図4においては、トルク指令値TRが正の場合、すなわち力行の場合のみが示されるが、トルク指令値TRが負となる回生の場合も同様である。
実施の形態1においては、低トルク指令の場合に、システム電圧VHの最大値Vdcについて、制御変動に起因する電圧変動分を緩和することによって昇圧指令値を増加させ、弱め界磁制御領域を高速側にシフトさせて、効率を改善する手法について説明した。
実施の形態1および実施の形態2においては、低トルク指令の場合に、システム電圧VHの最大値Vdcを、制御変動およびスイッチングサージに起因する電圧変動分について緩和して、昇圧指令値を増加する手法について説明した。
実施の形態3においては、トルク指令値がほぼゼロの場合にインバータおよびコンバータのスイッチング動作を停止させる手法について説明した。この手法においては、上述のようにスイッチング動作が停止している間は、システム電圧VHは交流電動機の成り行きの誘起電圧まで上昇する。そして、トルク指令値がほぼゼロである条件が解除されると、スイッチング動作が再開されるが、このときに、誘起電圧まで上昇したシステム電圧VHが所定の最大値以下まで低下する前(たとえば、図20の領域K1)にスイッチング動作を再開すると、センサ誤差や制御変動などによって、システム電圧VHがスイッチング素子の定格の耐電圧を超過してしまう可能性がある。
実施の形態4においては、スイッチング動作を再開する際のシステム電圧の変動を考慮して、スイッチング素子の定格の耐電圧を大きく設計する手法について説明した。
図24は、実施の形態5を適用した場合の、システム電圧VH、トルク指令値TR、および回転速度MRN1の関係の一例を示すタイムチャートである。
上述の実施の形態1〜実施の形態5においては、図1のように、交流電動機とインバータがそれぞれ1つ設けられる場合を例として説明した。実施の形態6では、エンジンと、2つの交流電動機およびインバータとを備えるハイブリッド車両において、上述の実施の形態1〜実施の形態5と同様の制御を適用する場合の一例について説明する。
図1の車両10に実施の形態3を適用した場合、インバータ130のスイッチング動作を停止させたスイッチング停止モードにすると、交流電動機MG1による回生制動力が発生しない。そうすると、エンジンのみを駆動源とする車両で発生するエンジンブレーキに相当する減速力が発生しないので、運転者には空走感が感じられることがある。
また、上述のフリーラン走行については、実施の形態1において、システム電圧VHの最大値を緩和する条件が成立した場合において、フリーランモードが設定されているときには、スイッチング停止モードを適用するようにしてもよい。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Claims (12)
- ロータに磁石を有する交流電動機(MG1,MG2)を駆動するためのモータ駆動システムのための制御装置であって、
前記モータ駆動システムは、
充電可能に構成された直流電源(110)と、
前記直流電源(110)から供給される電源電圧を昇圧するための第1のコンバータ(120)と、
前記第1のコンバータ(120)からの直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機(MG1,MG2)を駆動するためのインバータ(130,135)とを含み、
前記制御装置(200)は、前記交流電動機(MG1,MG2)のトルク指令値に基づいて、前記第1のコンバータ(120)に対する昇圧指令値を生成し、前記昇圧指令値および前記交流電動機(MG1,MG2)の駆動状態に基づいて、前記インバータ(130,135)から前記交流電動機(MG1,MG2)へ供給する前記磁石の力を弱める方向の電流を増加する弱め界磁制御を実行すべきか否かを判定し、前記弱め界磁制御を実行すべき場合であって、かつ前記トルク指令値の絶対値がしきい値よりも小さいときには、生成した前記昇圧指令値をさらに増加する、モータ駆動システムのための制御装置。 - 前記弱め界磁制御を実行すべき場合であって、かつ前記トルク指令値の絶対値が前記しきい値よりも小さいときには、制御による前記第1のコンバータ(120)の出力電圧変動を考慮して前記昇圧指令値を制限する第1の電圧変動成分に基づいて、生成した前記昇圧指令値をさらに増加する、請求の範囲第1項に記載のモータ駆動システムのための制御装置。
- 前記弱め界磁制御を実行すべき場合であって、かつ前記トルク指令値の絶対値が前記しきい値よりも小さいときには、前記第1のコンバータ(120)に含まれるスイッチング素子(Q1,Q2)のスイッチング動作時の電圧変動、および前記インバータ(130,135)に含まれるスイッチング素子(Q3〜Q8)のスイッチング動作時の電圧変動のうちの小さい方を考慮して前記昇圧指令値を制限する第2の電圧変動成分に基づいて、生成した前記昇圧指令値をさらに増加する、請求の範囲第1項に記載のモータ駆動システムのための制御装置。
- 前記第2の電圧変動成分は、前記第1のコンバータ(120)については前記第1のコンバータ(120)に流れる電流に応じて定められ、前記インバータ(130,135)については前記交流電動機(MG1,MG2)に流れる電流に応じて定められる、請求の範囲第3項に記載のモータ駆動システムのための制御装置。
- 前記第1のコンバータ(120)に流れる電流は、前記交流電動機(MG1,MG2)に流れる電流に基づいて算出される、請求の範囲第4項に記載のモータ駆動システムのための制御装置。
- 前記弱め界磁制御を実行すべき場合であって、かつ前記トルク指令値がほぼゼロのときには、前記第1のコンバータ(120)および前記インバータ(130,135)のスイッチング動作を停止するとともに、前記第1のコンバータ(120)および前記インバータ(130,135)に含まれるスイッチング素子(Q1〜Q8)の耐電圧まで、生成した前記昇圧指令値をさらに増加する、請求の範囲第1項〜第5項のいずれか1項に記載のモータ駆動システムのための制御装置。
- 前記第1のコンバータ(120)に含まれるスイッチング素子(Q1,Q2)の耐電圧は、前記インバータ(130,135)に含まれるスイッチング素子(Q3〜Q8)の耐電圧よりも大きい、請求の範囲第6項に記載のモータ駆動システムのための制御装置。
- 前記モータ駆動システムは、
前記第1のコンバータ(120)と前記インバータ(130,135)との間の電源ノードに生じた電力を吸収するためのコンデンサ(C3)と、
前記電源ノードと前記コンデンサ(C3)との間に接続される第2のコンバータ(125)とをさらに含み、
前記制御装置(200)は、前記インバータ(130,135)および前記第1のコンバータ(120)を停止した状態を解除する場合には、前記第1のコンバータ(120)に含まれるスイッチング素子(Q1,Q2)の耐電圧から前記第1の電圧変動成分および前記第2の電圧変動成分の少なくとも一方に対応する電圧を差し引いた電圧まで前記昇圧指令値を制限するとともに、前記電源ノードの電圧が制限された前記昇圧指令値よりも小さくなるように前記第2のコンバータ(125)を制御する、請求の範囲第6項に記載のモータ駆動システムのための制御装置。 - 車両であって、
ロータに磁石を有する交流電動機(MG1,MG2)と、
充電可能に構成された直流電源(110)と、
前記直流電源(110)からの電力を用いて、前記交流電動機(MG1,MG2)を駆動するための駆動装置と、
前記駆動装置を制御するための制御装置(200)とを備え、
前記駆動装置は、
前記交流電動機(MG1,MG2)を駆動するためのインバータ(130,135)と、
前記直流電源(110)と前記インバータ(130,135)との間に接続され、前記直流電源(110)と前記インバータ(130,135)との間で電圧変換を行なうように構成されたコンバータ(120)とを含み、
前記制御装置(200)は、前記交流電動機(MG1,MG2)のトルク指令値に基づいて、前記コンバータ(120)に対する昇圧指令値を生成し、前記昇圧指令値および前記交流電動機(MG1,MG2)の駆動状態に基づいて、前記インバータ(130,135)から前記交流電動機(MG1,MG2)へ供給する前記磁石の力を弱める方向の電流を増加する弱め界磁制御を実行すべきか否かを判定し、前記弱め界磁制御を実行すべき場合であって、かつ前記トルク指令値の絶対値がしきい値よりも小さいときには、生成した前記昇圧指令値をさらに増加する、車両。 - 前記交流電動機は、
主に前記直流電源(110)の充電電力を発生させるための第1の交流電動機(MG1)と、
主に前記車両(10B)を走行するための駆動力を発生させるための第2の交流電動機(MG2)とを含み、
前記インバータは、
前記第1の交流電動機(MG1)を駆動するための第1のインバータ(130)と、
前記コンバータ(120)に対して前記第1のインバータ(130)に並列に接続され、前記第2の交流電動機(MG2)を駆動するための第2のインバータ(135)とを含み、
前記車両(10B)は、
前記第1の交流電動機(MG1)および前記第2の交流電動機(MG2)に接続され、前記制御装置(200)により前記第1の交流電動機(MG1)および前記第2の交流電動機(MG2)と協調的に制御されて、前記車両(10B)の駆動力を発生するように構成されたエンジン(170)と、
予め定められた条件の場合に、前記第1の交流電動機(MG1)の回転を機械的に固定できるように構成されたロック機構(150)とをさらに備え、
前記制御装置(200)は、前記ロック機構(150)によって前記第1の交流電動機(MG1)の回転が固定されている場合に、前記第2の交流電動機(MG2)の駆動状態に基づいて、生成した前記昇圧指令値をさらに増加する、請求の範囲第9項に記載の車両。 - 前記制御装置(200)は、前記ロック機構(150)によって前記第1の交流電動機(MG1)の回転が固定されている場合に、前記エンジン(170)が発生する駆動力によって前記車両(10B)を駆動するとともに、前記第1のインバータ(130)、前記第2のインバータ(135)および前記コンバータ(120)のスイッチング動作を停止する、請求の範囲第10項に記載の車両。
- 前記制御装置(200)は、前記車両(10,10A,10B)に与えられる駆動力をほぼゼロとするフリーランモードを有し、前記フリーランモードが設定された場合は、前記インバータ(130,135)および前記コンバータ(120)のスイッチング動作を停止する、請求の範囲第9項に記載の車両。
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