JP5760934B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、モータと、モータを駆動するためのインバータと、バッテリと、リアクトルを有しインバータが接続された駆動電圧系の電圧をバッテリが接続された電池電圧系の電圧に対して昇圧可能な昇圧コンバータと、駆動電圧系に取り付けられたコンデンサと、を備える駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、モータと、モータを駆動するためのインバータと、バッテリと、リアクトルを有しバッテリからの電力を昇圧してインバータに供給可能な昇圧コンバータと、昇圧コンバータよりインバータ側に取り付けられたコンデンサと、を備え、モータの目標動作点が昇圧コンバータで共振が発生するときのモータの動作点を含む領域として予め実験や解析などによって特定した共振域に含まれるときに、インバータ側の電圧がバッテリ側の電圧より高い所定電圧となるよう昇圧コンバータを制御すると共に正弦波ＰＷＭ制御方式を用いてインバータを制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、上述の制御により、昇圧コンバータやコンデンサに過大な電圧が作用したり過大な電流が流れたりしないようにインバータをより適正に制御している。

特開２００９−２２５６３４号公報

こうした駆動装置では、昇圧コンバータによる損失を抑制する（エネルギ効率の向上を図る）ためには、モータの動作領域のうちインバータ側の電圧をバッテリ側の電圧より高くしない非昇圧領域を広くするのが好ましい。共振域となるモータの回転数範囲は、リアクトルのインダクタンスやコンデンサの容量に応じて定まることが分かっているが、上述の駆動装置では、予め実験や解析などによって共振域を定めるため、コンデンサの製造バラツキや電荷の入出力による劣化（経年変化）などを考慮してある程度広めに共振域となるモータの回転数範囲を設定しておく必要があり、共振域を比較的広く設定しなければならず、非昇圧領域が比較的狭くなってしまう、という課題があった。

本発明の駆動装置は、モータの動作可能領域のうち非昇圧領域が狭くなるのを抑制することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
モータと、該モータを駆動するためのインバータと、バッテリと、リアクトルを有し前記バッテリが接続された電池電圧系の電力を昇圧してまたは昇圧せずに前記インバータが接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、前記駆動電圧系に取り付けられたコンデンサと、前記モータの目標駆動点と前記駆動電圧系の目標電圧との駆動点電圧関係に該モータの目標駆動点を適用して前記駆動電圧系の電圧が調節されるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に、前記モータの目標駆動点と前記インバータの制御方式との駆動点制御方式関係に該モータの目標駆動点を適用してＰＷＭ制御方式または矩形波制御方式で前記インバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置であって、
前記コンデンサの電荷を放電させたときの前記コンデンサからの放電電流の積算値を用いて前記コンデンサの容量を算出し、該算出したコンデンサの容量を用いて、前記リアクトルと前記コンデンサとを含む回路の共振領域が昇圧領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該昇圧領域と非昇圧領域とに区分して前記駆動点電圧関係を設定すると共に、前記共振領域がＰＷＭ制御方式領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該ＰＷＭ制御方式領域と矩形波制御方式領域とに区分して前記駆動点制御方式関係を設定する対応関係設定手段、
を備えることを要旨とする。

この本発明の駆動装置では、モータの目標駆動点と駆動電圧系の目標電圧との駆動点電圧関係にモータの目標駆動点を適用して駆動電圧系の電圧が調節されるよう昇圧コンバータを制御すると共に、モータの目標駆動点とインバータの制御方式との駆動点制御方式関係にモータの目標駆動点を適用してＰＷＭ制御方式または矩形波制御方式でインバータを制御するものにおいて、コンデンサの電荷を放電させたときのコンデンサからの放電電流の積算値を用いてコンデンサの容量を算出し、算出したコンデンサの容量を用いて、リアクトルとコンデンサとを含む回路の共振領域が昇圧領域に含まれるようモータの動作可能領域を昇圧領域と非昇圧領域とに区分して駆動点電圧関係を設定すると共に、共振領域がＰＷＭ制御方式領域に含まれるようモータの動作可能領域をＰＷＭ制御方式領域と矩形波制御方式領域とに区分して駆動点制御方式関係を設定する。これにより、コンデンサの製造バラツキや電荷の入出力による劣化（経年変化）などを踏まえて（コンデンサの現在の容量に応じて）共振領域をより適正に定めることができ、駆動点電圧関係や駆動点制御方式関係をより適正に設定することができる。即ち、共振領域をより小さく定めることができるから、非昇圧領域が狭くなるのを抑制することができ、駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧しないことによって昇圧コンバータによる損失を低減する（エネルギ効率の向上を図る）ことが可能な領域をより広くすることができる。

ここで、「モータの目標駆動点」は、モータの目標トルクと回転数とによって示される駆動点である。また、「ＰＷＭ制御方式」は、擬似的三相交流電圧をモータに供給する正弦波制御方式や過変調三相交流電圧をモータに供給する過変調制御方式であり、「矩形波制御方式」は、矩形波電圧をモータに供給する制御である。さらに「昇圧領域」は、モータの動作可能領域のうち駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧する領域であり、「非昇圧領域」は、モータの動作可能領域のうち駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧しない領域である。加えて、「ＰＷＭ制御方式領域」は、モータの動作可能領域のうちＰＷＭ（パルス幅変調）制御によってインバータを制御する領域であり、「矩形波制御方式領域」は、モータの動作可能領域のうち矩形波制御方式でインバータを制御する領域である。「共振領域」は、駆動電圧系の電圧を電池電圧系の電圧に対して昇圧せず且つ矩形波制御方式でインバータを制御するとリアクトルとコンデンサとを含む回路で共振を生じる可能性がある領域である。

こうした本発明の駆動装置において、前記対応関係設定手段は、前記コンデンサの容量と前記共振領域の回転数範囲との容量共振関係に前記算出したコンデンサの容量を適用して前記共振領域の回転数範囲を設定し、前記モータの動作可能領域を前記昇圧領域と前記非昇圧領域とに仮区分する基本昇圧／非昇圧ラインのうち前記共振領域の回転数範囲外の部分と、前記モータの動作可能領域を前記ＰＷＭ制御方式と前記矩形波制御方式とに仮区分するＰＷＭ／矩形波ラインのうち前記共振領域の回転数範囲内の部分と、を用いて前記モータの動作可能領域を該昇圧領域と非昇圧領域とに区分して前記駆動点電圧関係を設定する手段である、ものとすることもできる。

また、本発明の駆動装置において、前記対応関係設定手段は、前記コンデンサの容量と前記共振領域の回転数範囲との容量共振関係に前記算出したコンデンサの容量を適用して前記共振領域の回転数範囲を設定し、該設定した共振領域の回転数範囲と、前記モータの動作可能領域を前記昇圧領域と前記非昇圧領域とに仮区分する基本昇圧／非昇圧ラインと、前記モータの動作可能領域を前記ＰＷＭ制御方式と前記矩形波制御方式とに仮区分するＰＷＭ／矩形波ラインと、に囲まれた領域を前記共振領域として前記駆動点電圧関係と前記駆動点制御方式関係とを設定する手段である、ものとすることもできる。

さらに、本発明の駆動装置において、前記対応関係設定手段は、搭載される自動車のイグニッションオフ時に前記駆動電圧系の電圧が所定電圧以下に至るまで前記モータにｄ軸電流が流れるよう前記インバータを制御する所定放電処理を実行したときの、前記コンデンサからの放電電流の積算値を用いて前記コンデンサの容量を算出する手段である、ものとすることもできる。

あるいは、本発明の駆動装置において、前記所定放電処理の実行開始前の電圧と該所定放電処理の実行終了後の電圧との差を該所定放電処理を実行したときの前記コンデンサからの放電電流の積算値で除することによって前記コンデンサの容量を算出する手段である、ものとすることもできる。

本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。 モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍと駆動電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨｔａｇとの関係の一例を示す説明図である。 モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍとインバータ３４の制御方式との関係の一例を示す説明図である。 昇圧／非昇圧ラインの設定方法について示す説明図である。 イグニッションオフ時に電子制御ユニット５０により実行されるイグニッションオフ時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 イグニッションオン時に電子制御ユニット５０により実行されるイグニッションオン時に電子制御ユニット５０により実行されるイグニッションオン時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 コンデンサ４６の容量Ｃｖｈと共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘとの関係の一例を示す説明図である。 昇圧／非昇圧ラインを設定する様子について示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、電機駆動系の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図１に示すように、駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ３６と、インバータ３４が接続された電力ライン（以下、駆動電圧系電力ラインという）４２とバッテリ３６が接続された電力ライン（以下、電池電圧系電力ラインという）４４とに接続されて駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを調節すると共に駆動電圧系電力ライン４２と電池電圧系電力ライン４４との間で電力のやりとりを行なう昇圧コンバータ４０と、駆動電圧系電力ライン４２に設けられたシステムメインリレー４５と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、永久磁石が埋め込まれたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ３４は、図２に示すように、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、駆動電圧系電力ライン４２の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用している状態でトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を調節することにより、三相コイルに回転磁界を形成でき、モータ３２を回転駆動することができる。駆動電圧系電力ライン４２の正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ４６が接続されている。以下、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１３を「上アーム」、インバータ３４のトランジスタＴ１４〜Ｔ１６を「下アーム」と称することがある。

昇圧コンバータ４０は、図２に示すように、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる昇圧コンバータとして構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれ駆動電圧系電力ライン４２の正極母線，駆動電圧系電力ライン４２および電池電圧系電力ライン４４の負極母線に接続されており、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点と電池電圧系電力ライン４４の正極母線とにはリアクトルＬが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフすることにより、電池電圧系電力ライン４４の電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン４２に供給したり、駆動電圧系電力ライン４２の電力を降圧して電池電圧系電力ライン４４に供給したりすることができる。電池電圧系電力ライン４４におけるシステムメインリレー４５より昇圧コンバータ４０側の正極母線と負極母線とには平滑用のコンデンサ４８が接続されている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポートと、を備える。電子制御ユニット５０には、モータ３２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２のロータの回転位置θｍや、モータ３２の三相コイルのＶ相，Ｗ相に流れる相電流を検出する電流センサ３３Ｖ，３３Ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗ（インバータ３４側からモータ３２側に流れるときを正とする），バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３７ａからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３７ｂからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ３６に取り付けられた温度センサ３７ｃからの電池温度Ｔｂ，昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点とリアクトルＬとの間に取り付けられた電流センサ４１ａからのリアクトル電流ＩＬ（リアクトルＬ側から接続点側に流れるときを正とする），コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからのコンデンサ４６の電圧（駆動電圧系電力ライン４２の電圧）ＶＨ，コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ４８の電圧（電池電圧系電力ライン４４の電圧）ＶＬ，イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号，シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号，システムメインリレー４５への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａにより検出されたモータ３２のロータの回転位置θｍに基づいてモータ３２のロータの電気角θｅや回転角速度ωｍ，回転数Ｎｍを演算したり、電流センサ３７ｂにより検出されたバッテリ３６の充放電電流Ｉｂに基づいてそのときのバッテリ３６から放電可能な電力量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ３６を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに応じて駆動軸２２に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、バッテリ３６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔをモータ３２の回転数Ｎｍで除してモータ３２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを設定し、要求トルクＴｒ＊をトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで制限してモータ３２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊を設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ３２が駆動されるようインバータ３４を制御すると共に、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨがモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍに基づく目標電圧ＶＨｔａｇとなるよう昇圧コンバータ４０を制御する。

ここで、インバータ３４は、実施例では、正弦波制御方式，過変調制御方式，矩形波制御方式のいずれかによって制御するものとした。正弦波制御方式は、モータ３２の電圧指令と三角波（搬送波）電圧との比較によってトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合を調節するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御において、三角波電圧の振幅以下の振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる擬似的三相交流電圧をモータ３２に供給する制御である。また、過変調制御方式は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御において、三角波電圧の振幅より大きな振幅の正弦波状の電圧指令を変換して得られる過変調電圧をモータ３２に供給する制御である。さらに、矩形波制御方式は、矩形波電圧をモータ３２に供給する制御である。なお、正弦波制御方式では、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨに対する正弦波状の電圧指令の振幅の割合としての変調率（電圧利用率）Ｒｍが値０〜値Ｒｒｅｆ１（約０．６１）の範囲となり、過変調制御方式では、変調率Ｒｍが値Ｒｒｅｆ１（約０．６１）〜値Ｒｒｅｆ２（約０．７８）の範囲となり、矩形波制御方式では、変調率Ｒｍが値Ｒｒｅｆ２（約０．７８）で一定となる。

次に、インバータ３４や昇圧コンバータ４０の制御について具体的に説明する。電子制御ユニット５０は、まず、モータ３２の目標駆動点（トルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍ）に基づいて駆動電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨｔａｇを設定すると共にインバータ３４の制御方式（正弦波制御方式，過変調制御方式，矩形波制御方式）を設定する。図３は、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍと駆動電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨｔａｇとの関係の一例を示す説明図であり、図４は、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍとインバータ３４の制御方式との関係の一例を示す説明図である。ここで、図３や図４では、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍが正の領域（第１象限）を例示した。また、図３および図４中、「昇圧／非昇圧ライン」は、モータ３２の駆動可能領域を、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに対して昇圧しない非昇圧領域と昇圧する昇圧領域とに区分するためのラインである。さらに、図３中、「Ｖ１」〜「Ｖ３」は、昇圧領域において、電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬより高電圧となる範囲で順に高くなる（例えば５０Ｖ毎や１００Ｖ毎などで高くなる）傾向の等電圧ラインである。さらに、図４中、「非昇圧，正弦波」や「昇圧，矩形波」などは、非昇圧領域か昇圧領域かおよびインバータ３４の制御方式（正弦波制御方式，過変調制御方式，矩形波制御方式）であり、「ＰＷＭ／矩形波ライン」は、モータ３２の駆動可能領域を、ＰＷＭ制御方式（正弦波制御方式または過変調制御方式）でインバータ３４を制御するＰＷＭ制御方式領域と矩形波制御方式でインバータ３４を制御する矩形波制御方式領域とに区分するためのラインである。図３および図４中、共振領域（ハッチングを付した領域）は、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに対して昇圧せずに矩形波制御方式でインバータ３４を制御すると、昇圧コンバータ４０のリアクトルＬとコンデンサ４６とを含む回路で（昇圧コンバータ４０のリアクトルＬとコンデンサ４６とによって）ＬＣ共振を生じる可能性がある領域である。なお、共振領域の詳細については後述する。

図３のモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍと駆動電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨｔａｇとの関係では、昇圧／非昇圧ラインよりモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊や回転数Ｎｍの絶対値が小さい側が非昇圧領域となると共に昇圧／非昇圧ラインよりモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊や回転数Ｎｍの絶対値が大きい側が昇圧領域となるよう定められており、非昇圧領域では電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬやバッテリ３６の端子間電圧Ｖｂが駆動電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨｔａｇに設定され、昇圧領域ではモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍに応じた電圧（図３では電圧Ｖ１〜Ｖ３）が駆動電圧系電力ライン４２の目標電圧ＶＨｔａｇに設定されるようになっている。また、図４のモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍとインバータ３４の制御方式との関係では、非昇圧領域と昇圧領域とのそれぞれにおいて、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊や回転数Ｎｍが小さい側から順に、正弦波制御方式，過変調制御方式，矩形波制御方式となるよう定められている。なお、図３や図４から分かるように、共振領域については、昇圧領域に含まれ、且つ、インバータ３４の制御方式が正弦波制御方式となるように設定されている。実施例では、図３のマップに対してモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍを適用することによって駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを設定すると共に図４のマップに対してモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および回転数Ｎｍを適用することによってインバータ３４の制御方式を設定するものとした。

ここで、昇圧／非昇圧ラインの設定方法について説明する。図５は、昇圧／非昇圧ラインの設定方法について示す説明図である。昇圧／非昇圧ライン（図３や図４の太実線参照）は、図５に示すように、まず、非昇圧領域と昇圧領域とを仮区分するラインとしての基本昇圧／非昇圧ライン（図５の一点鎖線参照）を設定し、その基本昇圧／非昇圧ラインより非昇圧領域側のうち共振領域が昇圧領域に含まれるように基本昇圧／非昇圧ラインを補正することによって設定することができる。

基本昇圧／非昇圧ラインは、例えば、モータ３２の駆動可能領域が、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに対して昇圧しなくてもモータ３２を目標駆動点で駆動可能な昇圧不要領域と、モータ３２の駆動可能領域のうち昇圧不要領域を除いた残余の領域（昇圧必要領域）と、に仮区分されるよう定めるものとしたり、モータ３２の駆動可能領域が、昇圧不要領域のうち駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに対して昇圧したときに昇圧しないときに比してモータ３２やインバータ３４，バッテリ３６，昇圧コンバータ４０などを含む電機駆動系における効率が高くなる昇圧時高効率領域を昇圧不要領域から除いた領域と、昇圧必要領域に昇圧時高効率領域を加えた領域と、に仮区分されるよう定めるものとしたりすることができる。

共振領域が昇圧領域に含まれるように昇圧／非昇圧ラインを定めるのは以下の理由による。矩形波制御方式でインバータ３４を制御するときには、パルス幅変調制御（正弦波制御方式や過変調制御方式）によってインバータ３４を制御するときに比して、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング回数の減少によってスイッチング損失などの低減を図ることができるものの、矩形波電圧をモータ３２に供給することになるため、モータ３２に供給する電力には特定の高調波が含まれることになると考えられる。そして、この高調波の周波数と昇圧コンバータ４０のリアクトル４１のインダクタンスＬやコンデンサ４６の容量Ｃｖｈによって定まる固有周波数とが同期すると、共振現象が生じて、昇圧コンバータ４０に過電圧が作用したり過電流が流れたりするおそれがある。したがって、実施例では、この共振領域については、昇圧領域とし（図３参照）、インバータ３４の制御方式を正弦波制御方式とする（図４参照）ものとした。

こうして駆動電圧系電力ライン４２の電圧指令ＶＨ＊やインバータ３４の制御方式を設定すると、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４に対して昇圧すべきとき（モータ３２の目標駆動点が昇圧領域のとき）には、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬより高い目標電圧ＶＨｔａｇとなるよう昇圧コンバータ４０を制御すると共に、モータ３２からトルク指令Ｔｍ＊に応じたトルクが出力されるよう、正弦波制御方式，過変調制御方式，矩形波制御方式のうち設定した制御方式でインバータ３４を制御する。

一方、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４に対して昇圧する必要がないとき（モータ３２の目標駆動点が非昇圧領域のとき）には、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに対して昇圧されないよう昇圧コンバータ４０を制御すると共に、モータ３２からトルク指令Ｔｍ＊に応じたトルクが出力されるよう、正弦波制御方式，過変調制御方式，矩形波制御方式のうち設定した制御方式でインバータ３４を制御する。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、イグニッションオフ時やイグニッションオン時の動作について説明する。図６は、イグニッションオフ時に電子制御ユニット５０により実行されるイグニッションオフ時処理ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図７は、その後のイグニッションオン時に電子制御ユニット５０により実行されるイグニッションオン時に電子制御ユニット５０により実行されるイグニッションオン時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。以下、順に説明する。

まず、図６のイグニッションオフ時処理ルーチンについて説明する。なお、本ルーチンの実行時において、昇圧コンバータ４０については、駆動停止するものとした。図６のイグニッションオフ時処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、システムメインリレー４５をオフとしてバッテリ３６と電池電圧系電力ライン４４（昇圧コンバータ４０）との接続を解除する（ステップＳ１００）。

続いて、電圧センサ４６ａから駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを入力すると共に（ステップＳ１１０）、入力した駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを、コンデンサ４６の電荷を放電させる所定放電処理を開始する前の駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨとしての放電開始前電圧ＶＨｓｔａｒｔに設定し（ステップＳ１２０）、所定放電処理を開始する（ステップＳ１３０）。ここで、所定放電処理は、実施例では、モータ３２にｄ軸電流が流れるようインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチング制御することによって行なうものとした。

こうして所定放電処理を開始すると、電流センサ４１ａからのリアクトル電流ＩＬ（リアクトルＬ側から接続点側に流れるときを正とする）や電流センサ３３Ｖ，３３Ｗからのモータ３２のＶ相，Ｗ相の相電流Ｉｖ，Ｉｗ（インバータ３４側からモータ３２側に流れるときを正とする）を入力すると共に（ステップＳ１４０）、入力したモータ３２のＶ相，Ｗ相の相電流Ｉｖ，Ｉｗを用いて次式（１）により３２のＵ相の相電流Ｉｕを計算し（ステップＳ１５０）、相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを用いて式（２）により駆動電圧系電力ライン４２からインバータ３４側に流れる電流としてのインバータ供給電流Ｉｄｃを計算する（ステップＳ１５０）。ここで、式（１）は、モータ３２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に流れる相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和が値０となることに基づく。また、式（２）は、駆動電圧系電力ライン４２からインバータ３４側に流れる電流、即ち、駆動電圧系電力ライン４２の正極母線側からインバータ３４を介してモータ３２側に流れる電流を求めており、モータ３２側からインバータ３４を介して駆動電圧系電力ライン４２の負極母線側に流れる電流を求めていないことに基づく。

Iu=-Iv-Iw (1)
Idc=max(Iu,0)+max(Iv,0)+max(Iw,0) (2)

続いて、リアクトル電流ＩＬをインバータ供給電流Ｉｄｃから減じることによってコンデンサ４６からの放電電流Ｉｃを計算する（ステップＳ１７０）。いま、システムメインリレー４５をオフとした後を考えているから、リアクトル電流ＩＬは、コンデンサ４８から放電されて昇圧コンバータ４０のダイオードＤ３１を介して駆動電圧系電力ライン４２に流れる電流に相当する。したがって、リアクトル電流ＩＬをインバータ供給電流Ｉｄｃから減じることによってコンデンサ放電電流Ｉｃを求めることができる。なお、昇圧コンバータ４０を駆動停止（トランジスタＴ３１，Ｔ３２を共にオフ）していることを考慮すると、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬ以上の間は、リアクトル電流ＩＬは略値０となり、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに略等しくなった後は、コンデンサ４８の放電が完了するまでリアクトル電流ＩＬは正の値となると考えられる。

そして、所定放電処理の実行開始時に値０が設定される電流積算値Ｉｃｓｕｍの前回値（前回Ｉｃｓｕｍ）にステップＳ１７０で計算したコンデンサ４６からの放電電流Ｉｃを加えることによって電流積算値Ｉｃを計算する（ステップＳ１８０）。

続いて、電圧センサ４６ａから駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを入力すると共に（ステップＳ１９０）、入力した駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを所定放電処理を終了してよい駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨとしての閾値ＶＨｒｅｆ（例えば、数十Ｖなど）と比較し（ステップＳ２００）、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆより高いときには、所定放電処理を継続すると判断し、ステップＳ１４０に戻る。

こうしてステップＳ１４０〜Ｓ２００の処理を繰り返し実行している最中に駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以下に至ると、所定放電処理を終了し（ステップＳ２１０）、そのときの駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを所定放電処理を終了した後の駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨとしての放電終了後電圧ＶＨｅｎｄに設定し（ステップＳ２２０）、上述の放電開始前電圧ＶＨｓｔａｒｔとこの放電終了後電圧ＶＨｅｎｄと電流積算値Ｉｃｓｕｍとを用いて次式（３）によりコンデンサ４６の容量Ｃｖｈを計算して（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。

Cvh=(VHstart-VHend)/Icsum (3)

以上、図６のイグニッションオフ時処理ルーチンについて説明した。次に、図７のイグニッションオン時処理ルーチンについて説明する。図７のイグニッションオン時処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、上述の図６のイグニッションオフ時処理ルーチンのステップＳ２３０で設定したコンデンサ４６の容量Ｃｖｈを入力すると共に（ステップＳ３００）、入力したコンデンサ４６の容量Ｃｖｈに基づいて共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘを設定する（ステップＳ３１０）。

図８は、コンデンサ４６の容量Ｃｖｈと共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘとの関係の一例を示す説明図である。図示するように、共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘは、コンデンサの容量が大きいほど小さくなっている。このようにイグニッションオフ時に演算したコンデンサ４６の容量Ｃｖｈを用いて共振領域の下限回転数Ｎｒｆおよび上限回転数Ｎｒｆを設定することにより、共振領域の下限回転数Ｎｒｆおよび上限回転数Ｎｒｆを製造時などに予め設定しておくものに比して、コンデンサの製造バラツキや電荷の入出力による劣化（経年変化）などを踏まえて、共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘをより適正に設定することができる。即ち、共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎと上限回転数Ｎｒｆｍａｘとの差をより小さくすることができる。

続いて、上述の基本昇圧／非昇圧ラインと、過変調制御方式領域（ＰＷＭ制御方式領域）と矩形波制御方式領域との境界としてのＰＷＭ／矩形波ラインと、を取得し（ステップＳ３２０）、共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘと、基本昇圧／非昇圧ラインと、ＰＷＭ／矩形波ラインと、を用いて昇圧／非昇圧ラインを設定して（ステップＳ３３０）、本ルーチンを終了する。

昇圧／非昇圧ラインの設定は、図９に示すように、基本昇圧／非昇圧ラインのうち共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎ未満や上限回転数Ｎｒｆｍａｘより大きい部分と、ＰＷＭ／矩形波ラインのうち共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎ以上で上限回転数Ｎｒｆｍａｘ以下の部分と、を用いて設定することができる。即ち、昇圧／非昇圧ラインの設定は、基本昇圧／非昇圧ラインとＰＷＭ／矩形波ラインと下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘとによって囲まれた領域（図中、ハッチングを付した領域）を共振領域として定めて、その共振領域が昇圧領域（且つＰＷＭ制御方式領域）に含まれるように基本昇圧／非昇圧ラインを補正することによって設定することができる。製造時などに予め実験や解析などによって共振領域を定める場合、コンデンサの製造バラツキや電荷の入出力による劣化（経年変化）などを考慮して共振領域をある程度広めに定めておく必要がある。このため、非昇圧領域が狭くなることにより、昇圧コンバータによる損失を抑制可能な領域を十分に広くすることができない、という課題があった。これに対して、実施例では、イグニッションオフ時に演算したコンデンサ４６の容量Ｃｖｈを用いてイグニッションオン時に共振領域の下限回転数Ｎｒｆおよび上限回転数Ｎｒｆを設定し、この共振領域の下限回転数Ｎｒｆおよび上限回転数Ｎｒｆと基本昇圧／非昇圧ラインとＰＷＭ／矩形波ラインとを用いて昇圧／非昇圧ラインを設定することにより、基本昇圧／非昇圧ラインより非昇圧領域側において、回路での共振を回避するために駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに対して昇圧すべき領域をより小さくすることができる。この結果、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに対して昇圧しないことによって昇圧コンバータ４０による損失を低減することが可能な領域（非昇圧領域）をより広くすることができる。

以上説明した実施例の駆動装置を搭載する電気自動車２０によれば、コンデンサ４６の電荷を放電させる所定放電処理を実行したときのコンデンサ４６からの放電電流Ｉｃの積算値（電流積算値Ｉｃ）と所定放電処理を開始する前の駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨ（放電開始前電圧ＶＨｓｔａｒｔ）と所定放電処理を終了した後の駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨ（放電終了後電圧ＶＨｅｎｄ）とを用いてコンデンサ４６の容量Ｃｖｈを計算し、計算したコンデンサ４６の容量Ｃｖｈに応じて共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘを設定するから、共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘをより適正に設定することができる。そして、設定した共振領域の下限回転数Ｎｒｆｍｉｎおよび上限回転数Ｎｒｆｍａｘを用いて共振領域が昇圧領域に含まれるよう昇圧領域と非昇圧領域とを区分する昇圧／非昇圧ラインを設定するから、昇圧／非昇圧ラインをより適正に設定することができる。これらの結果、基本昇圧／非昇圧ラインより非昇圧領域側において、回路での共振を回避するために駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに対して昇圧すべき領域をより小さくすることができ、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨを電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに対して昇圧しないことによって昇圧コンバータ４０による損失を低減することが可能な領域（非昇圧領域）をより広くすることができる。

実施例の電気自動車２０では、イグニッションオフ時に、所定放電処理を実行するものとしたが、これ以外のとき、例えば、シフトポジションＳＰが駐車ポジションのときなどに実行するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０では、イグニッションオフ時にコンデンサ４６の容量Ｃｖｈを計算すると共に、イグニッションオン時にコンデンサ４６の容量Ｃｖｈを用いて昇圧／非昇圧ラインを設定するものとしたが、イグニッションオフ時に、コンデンサ４６の容量Ｃｖｈを計算すると共に計算したコンデンサ４６の容量Ｃｖｈを用いて昇圧／非昇圧ラインを設定するものなどとしてもよい。

実施例の電気自動車２０では、昇圧コンバータ４０を駆動停止しながら所定放電処理を実行するものとしたが、昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１をオンで保持しながら所定放電処理を実行するものとしてもよい。なお、この場合、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬより高い間は昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１を介して駆動電圧系電力ライン４２から電池電圧系電力ライン４４に電力が供給され、駆動電圧系電力ライン４２の電圧ＶＨが電池電圧系電力ライン４４の電圧ＶＬに略等しくなった後は昇圧コンバータ４０のダイオードＤ３１を介して電池電圧系電力ライン４４から駆動電圧系電力ライン４２に電力が供給される。

実施例では、駆動輪２６ａ，２６ｂに接続された駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２を備える電気自動車２０に適用するものしたが、例えば、図１０の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、遊星歯車機構１２６を介して駆動軸２２に接続されたエンジン１２２およびモータ１２４と、駆動軸２２に動力を入出力可能なモータ３２と、を備えるハイブリッド自動車１２０に適用するものとしてもよい。また、図１１の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン１２２のクランクシャフトに接続されたインナーロータ２３２と駆動輪２６ａ，２６ｂに連結された駆動軸２２に接続されたアウターロータ２３４とを有しエンジン１２２からの動力の一部を駆動軸２２に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。さらに、図１２の変形例のハイブリッド自動車３２０に例示するように、駆動軸２２に変速機３３０を介してモータ３２を取り付けると共に、モータ３２の回転軸にクラッチ３２９を介してエンジン１２２を接続する構成とし、エンジン１２２からの動力をモータ３２の回転軸と変速機３３０とを介して駆動軸２２に出力すると共にモータ３２からの動力を変速機３３０を介して駆動軸２２に出力するハイブリッド自動車３２０に適用するものとしてもよい。

実施例では、電気自動車２０に適用するものとしたが、電気自動車２０などに搭載される駆動装置に適用するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ４０が「昇圧コンバータ」に相当し、コンデンサ４６が「コンデンサ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御手段」や「対応関係設定手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ 駆動軸、２４ デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ 駆動輪、３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３３Ｖ，３３Ｗ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３７ａ 電圧センサ、３７ｂ 電流センサ、３７ｃ 温度センサ、４０ 昇圧コンバータ、４１ リアクトル、４１ａ 電流センサ、４２ 駆動電圧系電力ライン、４４ 電池電圧系電力ライン、４６，４８ コンデンサ、４６ａ，４８ａ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、１２０，２２０，３２０ ハイブリッド自動車、１２２ エンジン、１２４ モータ、１２６ 遊星歯車機構、３２９ クラッチ、３３０ 変速機、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。

Claims (1)

1. モータと、該モータを駆動するためのインバータと、バッテリと、リアクトルを有し前記バッテリが接続された電池電圧系の電力を昇圧してまたは昇圧せずに前記インバータが接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、前記駆動電圧系に取り付けられたコンデンサと、前記モータの目標駆動点と前記駆動電圧系の目標電圧との駆動点電圧関係に該モータの目標駆動点を適用して前記駆動電圧系の電圧が調節されるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に、前記モータの目標駆動点と前記インバータの制御方式との駆動点制御方式関係に該モータの目標駆動点を適用してＰＷＭ制御方式または矩形波制御方式で前記インバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置であって、
   前記コンデンサの電荷を放電させたときの前記コンデンサからの放電電流の積算値を用いて前記コンデンサの容量を算出し、該算出したコンデンサの容量を用いて、前記リアクトルと前記コンデンサとを含む回路の共振領域が昇圧領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該昇圧領域と非昇圧領域とに区分して前記駆動点電圧関係を設定すると共に、前記共振領域がＰＷＭ制御方式領域に含まれるよう前記モータの動作可能領域を該ＰＷＭ制御方式領域と矩形波制御方式領域とに区分して前記駆動点制御方式関係を設定する対応関係設定手段、
   を備え、
   前記対応関係設定手段は、前記コンデンサの容量と前記共振領域の回転数範囲との容量共振関係に前記算出したコンデンサの容量を適用して前記共振領域の回転数範囲を設定し、前記モータの動作可能領域を前記昇圧領域と前記非昇圧領域とに仮区分する基本昇圧／非昇圧ラインのうち前記共振領域の回転数範囲外の部分と、前記モータの動作可能領域を前記ＰＷＭ制御方式と前記矩形波制御方式とに仮区分するＰＷＭ／矩形波ラインのうち前記共振領域の回転数範囲内の部分と、を用いて前記モータの動作可能領域を該昇圧領域と非昇圧領域とに区分して前記駆動点電圧関係を設定する手段である、
   駆動装置。
   

Images