JP6176183B2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流センサ信号又は電圧センサ信号に基づいて交流電動機の通電を制御する交流電動機の制御装置に関する。

従来、インバータにより交流電動機の通電を制御する制御装置において、電流センサが検出した相電流と回転角センサが検出した交流電動機の電気角とを取得し、取得した情報に基づいてフィードバック制御等を行う技術が知られている。
例えば特許文献１に開示された構成では、回転角センサによる電気角信号、電流センサによる相電流信号、電圧センサによるインバータ入力電圧信号が、いずれもＭＧ−ＥＣＵ（制御演算部）に入力される。制御演算部は、これらのセンサ信号に基づいてインバータへの指令電圧を制御演算することで、交流電動機の通電を制御する。

特開２０１３−１１８５号公報

例えばフィードバック制御で相電流のセンサ値をｄｑ変換するとき、電流センサ信号と回転角センサ信号とをタイミングを合わせて取得する必要がある。電流センサ信号及び回転角センサ信号がいずれもアナログ信号として制御演算部に入力される場合には、任意のタイミングで電流センサ信号及び回転角センサ信号を同時に取得することが可能である。

これに対し、「インバータ（駆動回路）が設けられるパワー部と、交流電動機の通電を制御する制御演算部とが別の基板に離間して設けられ、パワー部に設置された強電センサ（電流センサ又は電圧センサ）のセンサ信号はパワー部から制御基板部に送信され、一方、回転角センサ信号は制御演算部に入力される」構成の制御装置について検討する。
この構成では、強電センサ信号をアナログ信号で送信すると、ノイズによるセンサ情報のずれにより交流電動機の制御が正常にできなくなるおそれがある。そこで、パワー部で強電センサ信号をデジタル信号に変換して制御演算部に送信することが考えられる。

しかし、強電センサ信号がパワー部から制御演算部にデジタル信号で通信される場合、伝達遅延により、制御演算部は、過去に取得された強電センサ信号を現在のタイミングで受信する。しかも、各相の電流センサ信号の伝達遅延のばらつきにより、制御演算部は、ばらばらのタイミングで取得された各相の電流センサ信号を受信することとなる。そのため、交流電動機の通電制御に必要な複数の情報の同時性が損なわれるという問題がある。
また、直流電源の電圧を昇圧してインバータに出力する昇圧コンバータ（直流電圧変換器）を備えた交流電動機の制御装置における昇圧制御についても、この問題は同様に存在する。例えばリアクトル電流について、同期したタイミングで取得された複数の情報が昇圧制御に必要となる場合、伝達遅延のばらつきにより、制御に必要な複数の情報の同期性が損なわれるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、パワー部に入力された強電センサ信号をパワー部から制御演算部にデジタル信号として通信する構成の交流電動機の制御装置において、制御に必要な複数の情報の同時性又は同期性を確保する交流電動機の制御装置を提供することにある。

本発明の交流電動機の制御装置は、パワー部と制御演算部とを備える。
ここで、「交流電動機」は、交流駆動のモータ、発電機、及びモータジェネレータを含むものであり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の主機として用いられ駆動輪を駆動するためのトルクを発生するモータジェネレータが該当する。また、モータジェネレータを駆動するＭＧ制御装置が「交流電動機の制御装置」に該当する。

パワー部は、直流電源からの直流電力を変換し三相以上の多相の交流電動機を駆動する駆動回路、及び、直流電源から交流電動機までの電力経路における電流又は電圧を検出する強電センサから複数の強電センサ信号を取得しデジタル信号として送信するセンサ信号送信部を含む。
制御演算部は、パワー部と離間して設けられ、センサ信号送信部と通信線によって接続されており、センサ信号送信部から送信された複数の強電センサ信号の情報に基づいて交流電動機の通電を制御する。
ここで、複数の強電センサ信号は、各グループがさらに複数の強電センサ信号を含むように設定された複数の「同期送信グループ」に分けられている。

センサ信号送信部は、アナログ信号として取得した複数の強電センサ信号を同期送信グループ毎にデジタル信号に変換して出力する複数のアナログデジタル変換器を有する。
センサ信号送信部は、同期送信グループ毎に複数の強電センサ信号を同期したタイミングで取得し、且つ、取得した複数の強電センサ信号を通信データの一単位として制御演算部に送信する「同期送信処理」を実行することを特徴とする。

「同期したタイミングで取得する」とは、同一のタイミング、すなわち同時に取得する場合のみでなく、基準タイミングから所定の時間差だけずれたタイミングに信号を取得する場合を含む。
また、「複数の強電センサ信号を通信データの一単位として送信する」とは、ＣＡＮ通信規格等において、複数の強電センサ信号を「同一のデータフレーム内に格納して送信する」ことを意味する。これにより、同期送信グループの強電センサ信号の送信時間をそろえることができる。

上記の構成により、本発明の交流電動機の制御装置は、パワー部に入力された強電センサ信号をパワー部から制御演算部にデジタル信号として通信する構成を前提として、同期送信グループ毎に、「制御に必要な複数の情報の同期性」を確保することができる。特に、複数の情報を同一のタイミングで取得することが要求される場合には、「制御に必要な複数の情報の同時性」を確保することができる。

本発明の交流電動機の制御装置が、エンジン及び２つのモータジェネレータ（交流電動機）を駆動力源とするハイブリッド自動車に適用され、また、直流電源の電圧を昇圧コンバータで昇圧してインバータに出力する方式の装置である場合を想定する。
この場合、「昇圧コンバータのリアクトル電流、出力電圧及び入力電圧のセンサ信号のグループ」、及び、「インバータからモータジェネレータに供給される相電流のセンサ信号のグループ」が同期送信グループを構成する。

昇圧コンバータの制御では、同一タイミングのリアクトル電流、入力電圧及び出力電圧に基づく昇圧制御、又は、基準タイミングから所定の時間差のタイミングにおけるリアクトル電流に基づく昇圧制御において、制御に必要な複数の情報の同時性又は同期性を確保することができる。
また、フィードバック制御によるインバータの制御では、同一タイミングの各相電流に基づくｄｑ変換の制御演算において、交流電動機の通電制御に必要な複数の情報の同時性を確保することができる。

ハイブリッド自動車の駆動力源となるモータジェネレータは、回転数及び出力トルクの変化範囲が広く、さらに急加速や急減速等に伴い、運転状態が頻繁に急変する可能性がある。したがって、デジタル通信における伝達遅延のばらつきによる問題を解消し、制御に必要な複数の情報の同時性又は同期性を確保することができるという本発明の効果が特に有効に発揮される。

本発明の実施形態による交流電動機の制御装置が適用されるハイブリッド車制御システムの全体構成図である。 本発明の第１実施形態による交流電動機の制御装置の概略構成図である。 図２の制御装置におけるセンサ信号の通信構成を示すブロック図である。 本発明の課題を説明するタイムチャートである。 本発明の第１実施形態によるセンサ信号の通信構成を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態によるセンサ信号取得タイミングのタイムチャートである。 本発明の第３実施形態による交流電動機の制御装置のセンサ信号の通信構成を示すブロック図である。 比較例（アナログ通信）の交流電動機の制御装置の概略構成図である。 図８の制御装置におけるセンサ信号の通信構成を示すブロック図である。 図８の制御装置でのセンサ信号取得タイミングのタイムチャートである。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の交流電動機の制御装置について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態の交流電動機の制御装置は、ハイブリッド自動車に適用される。
図１に示すハイブリッド自動車は、いわゆるシリーズパラレルハイブリッド自動車であり、車両の駆動力源として、エンジン９２、及び２つのモータジェネレータ８１、８２を備える。

モータジェネレータ（以下「ＭＧ」と記す。）は、トルクを受けて回生電力を発生する発電機としての機能、及び、力行動作により電力を消費してトルクを発生する電動機としての機能を兼ね備える。本実施形態では、第１ＭＧ（図中「ＭＧ１」と記す。）８１は主に発電機として機能し、第２ＭＧ８２（図中「ＭＧ２」と記す。）は主に電動機として機能する。ＭＧ８１、８２は、例えば永久磁石式同期型の三相交流電動機である。
ＭＧ８１、８２のロータ近傍には、それぞれ、第１ＭＧ８１の電気角θ１及び第２ＭＧ８２の電気角θ２を検出する回転角センサ８３、８４が設けられる。回転角センサ８３、８４は、例えばレゾルバであり、検出した電気角信号θ１、θ２をアナログ信号（例えば０〜５Ｖの信号、以下同様。）として、ＭＧ−ＥＣＵ６に出力する。

車両制御回路９０は、アクセル信号、ブレーキ信号、シフト信号、車速信号等が入力され、取得した情報に基づいて車両の運転状態を検出する。そして、運転状態に応じたトルク指令値ｔｒｑ^*をＭＧ−ＥＣＵ６に出力し、また、エンジンＥＣＵ９１に対して、エンジン９２の運転を指令する。
エンジンＥＣＵ９１は、図示しないクランク角センサから入力されるクランク角信号等に基づいてクランク軸９３のクランク角やエンジン回転速度等の情報を取得し、エンジン９２の運転を制御する。

エンジン９２、第１ＭＧ８１及び第２ＭＧ８２は、動力分割機構９４により接続されている。エンジン９２の動力は、クランク軸９３に連結された動力分割機構９４で二系統に分割され、その一方の動力でデファレンシャルギア機構９６、車軸９７を介して車輪９８を駆動し、もう一方の動力で第１ＭＧ８１に発電させる。

「直流電源」としてのバッテリ１５は、ニッケル水素、リチウムイオン電池等の充放電可能な蓄電装置である。なお、直流電源として電気二重層キャパシタ等を用いてもよい。バッテリＥＣＵ１４は、バッテリ電圧ＶＢ等を監視しＭＧ−ＥＣＵ６に通信する。また、バッテリ１５の充放電を制御する。
昇圧コンバータ２０、第１インバータ（図中「ＭＧ１インバータ」と記す。」）３０、及び第２インバータ（図中「ＭＧ２インバータ」と記す。」）４０は、まとまって配置され、ＭＧ８１、８２へ駆動電力を供給するパワー部５のユニットを構成している。

「直流電圧変換器」としての昇圧コンバータ２０は、バッテリ１５の直流電圧を昇圧し、第１インバータ３０及び第２インバータ４０に出力する。
「駆動回路」としての第１インバータ３０及び第２インバータ４０は、直流電力と三相交流電力とを相互に変換する。第１ＭＧ８１が発電した三相交流電力は、第１インバータ３０で直流電力に変換され、昇圧コンバータ２０を経由してバッテリ１５に回生される。第２ＭＧ８２は、第２インバータ４０が変換した三相交流電力を用いて力行動作によりトルクを出力する。第２ＭＧ８２による駆動力は、プロペラ軸９５、デファレンシャルギア機構９６、車軸９７を介して車輪９８に伝達される。

パワー部５には、昇圧コンバータ２０、第１インバータ３０及び第２インバータ４０の回路における所定箇所の電流又は電圧を検出する複数の電流センサ及び電圧センサが設けられている。以下、バッテリ１５からＭＧ８１、８２までの電力経路における電流又は電圧を包括し、「強電」という用語を用いる。電流センサ又は電圧センサを「強電センサ」といい、強電センサから得られる電流又は電圧に関する情報を「強電情報」という。具体的な強電センサの構成は後述する。パワー部５で取得された強電センサ信号は、センサ信号送信部５１から通信線５６を経由してＭＧ−ＥＣＵ６に送信される。

「制御演算部」としてのＭＧ−ＥＣＵ６は、車両制御回路９０から指令されたトルク指令値ｔｒｑ^*、パワー部５からの強電センサ信号、及び回転角センサ８３、８４からの電気角信号等を取得し、これらの情報に基づいて、第１ＭＧ８１及び第２ＭＧ８２の通電に係る各制御量を演算する。また、本実施形態では、ＭＧ−ＥＣＵ６は、パワー部５と別の基板に離間して設けられており、強電情報に関して、パワー部５から通信線５６を経由して通信されるセンサ信号により情報を取得することを特徴とする。
そして、パワー部５とＭＧ−ＥＣＵ６とを含むＭＧ制御装置１０１が、本発明の「交流電動機の制御装置」に相当する。

次に、ＭＧ制御装置１０１の詳細な構成について、図２、図３を参照して説明する。以下の説明では、基本的にＭＧ８１、８２が力行動作する場合を想定する。
図２に示すように、昇圧コンバータ２０は、入力側コンデンサ２１、リアクトル２２、上下アームのスイッチング素子２３、２４、出力側コンデンサ２５等により構成される。
昇圧コンバータ２０の回路には、入力側コンデンサ２１と並列に設けられバッテリ１５から入力される入力電圧ＶＬを検出する電圧センサ２７、出力側コンデンサ２５と並列に設けられ昇圧コンバータ２０の出力電圧ＶＨを検出する電圧センサ２８、及び、リアクトル２２を流れるリアクトル電流ＩＬを検出する電流センサ２９が設けられている。

本実施形態の電圧センサ２７、２８及び電流センサ２９は、センサ信号をアナログ信号で出力する。電圧センサ２７、２８が検出した入力電圧ＶＬ、出力電圧ＶＨ、及び、電流センサ２９が検出したリアクトル電流ＩＬの各センサ信号は、センサ信号送信部５１に入力され、図３に示すように、アナログデジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」と記す。また、図中「Ａ／Ｄ」と記す。）５２でデジタル信号に変換される。そして、通信線５６を経由してＭＧ−ＥＣＵ６に送信される。

ＭＧ−ＥＣＵ６は、入力電圧ＶＬ、出力電圧ＶＨ及びリアクトル電流ＩＬのセンサ信号のうち１つ以上の信号に基づいて、フィードバック制御等により昇圧デューティを演算し昇圧コンバータ２０に指令する（図１の破線参照）。なお、図２以下では、ＭＧ−ＥＣＵ６から昇圧コンバータ２０への指令信号の図示を省略する。
昇圧コンバータ２０は、例えば昇圧デューティに基づくＰＷＭ制御によりスイッチング素子２３、２４が交互にオン／オフされることで、リアクトル２２が電気エネルギを蓄積及び放出する。リアクトル２２が放出した電気エネルギが入力電圧ＶＬに重畳し、入力電圧ＶＬが昇圧される。昇圧された出力電圧ＶＨは、インバータ３０、４０に入力される。

インバータ３０、４０は、それぞれ、ブリッジ接続された三相の上下アームのスイッチング素子３１〜３６、４１〜４６により構成される。スイッチング素子としては、例えばＩＧＢＴ等が用いられる。
本実施形態では、インバータ３０、４０は、ＰＷＭ制御によって各相のスイッチング素子がオン／オフされることにより、昇圧コンバータ２０で昇圧された出力電圧ＶＨの直流電力を三相交流電力に変換し、第１ＭＧ８１及び第２ＭＧ８２に供給する。

第１インバータ３０の回路には、第１ＭＧ８１の三相巻線に流れる各相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を検出する電流センサ３７、３８、３９が設けられている。また、第２インバータ４０の回路には、第２ＭＧ８２の三相巻線に流れる各相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を検出する電流センサ４７、４８、４９が設けられている。
本実施形態では、各電流センサ３７、３８、３９、４７、４８、４９が検出した相電流値はアナログ信号で出力され、センサ信号送信部５１に入力される。

図３に示すように、電流センサ３７、３８、３９が出力した第１インバータ３０の相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１のセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器５３でデジタル信号に変換される。電流センサ４７、４８、４９が出力した第２インバータ４０の相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２のセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器５４でデジタル信号に変換される。デジタル変換された各電流センサ信号は、通信線５６を経由してＭＧ−ＥＣＵ６に送信される。
一方、第１ＭＧ回転角センサ８３が検出した電気角θ１、及び、第２ＭＧ回転角センサ８４が検出した電気角θ２のセンサ信号は、ＭＧ−ＥＣＵ６に入力され、それぞれ、Ａ／Ｄ変換器６３、６４でデジタル変換される。

ＭＧ−ＥＣＵ６のＣＰＵ６５は、第１ＭＧ８１について、回転角センサ８３から取得した電気角θ１を用いて、パワー部５から取得した相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１をｄｑ変換し、ｄｑ軸電流指令値に対して電流フィードバック制御することで電圧指令値を演算する。同様に、ＣＰＵ６５は、第２ＭＧ８２について、回転角センサ８４から取得した電気角θ２を用いて、パワー部５から取得した相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２をｄｑ変換し、ｄｑ軸電流指令値に対して電流フィードバック制御することで電圧指令値を演算する。
なお、ｄｑ軸電流からトルクを算出し、トルク指令値ｔｒｑ^*に対してフィードバックすることで、トルクフィードバック制御を適用することもできる。

演算された電圧指令値に基づいて各相デューティ、さらにＰＷＭ信号が生成され、インバータ３０、４０に出力される（図１の破線参照）。インバータ３０、４０は、ＰＷＭ信号に基づいて各スイッチング素子３１〜３６、４１〜４６の動作が制御されることで、トルク指令値ｔｒｑ^*に応じた所望の電圧をＭＧ８１、８２に印加する。なお、図２以下では、ＭＧ−ＥＣＵ６からインバータ３０、４０への指令信号の図示を省略する。

上記構成のＭＧ制御装置１０１における強電センサ信号の通信に関する課題について、比較例の通信構成と比較しつつ、図４及び図８〜図１０を参照して説明する。
図８、図９に示す比較例のＭＧ制御装置１０８は、パワー部５０８とＭＧ−ＥＣＵ６０８とが別の基板に離間して設けられている点で、本実施形態と同様である。ただし、ＭＧ制御装置１０８では、パワー部５０８に設けられた電流センサ２９、３７、３８、３９、４７、４８、４９、及び電圧センサ２７、２８から出力されたアナログのセンサ信号は、アナログ信号線５９を経由して、そのままＭＧ−ＥＣＵ６０８に入力される。
なお、インバータ回路内に電流センサが取り付けられる構成は、例えば特開２０１３−２５８８４３号の図１に開示されている。

図９に示すように、ＭＧ−ＥＣＵ６０８に入力された各センサ信号は、昇圧コンバータ２０、第１インバータ３０、第２インバータ４０に対応するセンサ信号のグループ毎に、Ａ／Ｄ変換器６２、６３、６４でデジタル変換され、ＣＰＵ６５に入力される。
また、第１インバータ３０及び第２インバータ４０に対応するＡ／Ｄ変換器６３、６４では、相電流信号と共に、回転角センサ８３、８４からの電気角信号θ１、θ２がデジタル変換される。

ここで、各グループの複数の強電センサ信号に対する同時性の要求について説明する。
インバータ３０、４０について、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流値は、周知の電流フィードバック制御又はトルクフィードバック制御において三相電流をｄｑ変換するとき、当然に、同じタイミングの電流値を用いる必要がある。また、昇圧コンバータ２０について、例えば特開２０１３−２３００７３号の図１に開示されているように、リアクトル電流ＩＬ、入力電圧Ｖｉｎ（＝ＶＬ）及び出力電圧ＶＨを同時に取得する要求がある。

図１０にＡ／Ｄ変換器６４における各センサ信号のデータ取得タイミングの例を示す。この例では、第２インバータ４０のＰＷＭキャリアの山谷のタイミングをトリガとして、第２ＭＧ８２の相電流信号Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、及び電気角信号θ２をデジタル変換し情報（データ）を取得する。図中の○印は、ｎ回目の情報取得タイミングｔｃｎで取得される情報を示し、□印は、（ｎ＋１）回目の情報取得タイミングｔｃ（ｎ＋１）で取得される情報を示している。
図１０に示す通り、比較例では、各相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、及び電気角θ２が同一のタイミングで取得される。したがって、第２インバータ４０のフィードバック制御でｄｑ変換演算において要求されるセンサ信号の「同時性」が確保されている。これは、Ａ／Ｄ変換器６２、６３を用いる昇圧コンバータ２０及び第１インバータ３０の制御についても同様である。

しかしながら、比較例のＭＧ制御装置１０８のように強電センサ信号をアナログ信号で送信する構成では、ノイズによるセンサ情報のずれによりＭＧ８１、８２の制御が正常にできなくなるおそれがあるという問題がある。
そこで、本実施形態のＭＧ制御装置１０１では、パワー部５のセンサ信号送信部５１で強電センサ信号をデジタル信号に変換し、通信線５６を経由してＭＧ−ＥＣＵ６に送信するという構成を採用する。

ただし、比較例の図１０に対応する図４に示すように、デジタル信号を通信する場合、
ブロック矢印で示す「伝達遅延」の問題が生じる。
ＭＧ−ＥＣＵ６は、ＰＷＭキャリアの山のタイミングであるタイミングｔｃｎに回転角センサ８４からの電気角信号θ２を取得する。一方、各相電流の情報については、実線の○印がセンサ信号送信部５１に取得されたタイミングを示し、破線の○印がＭＧ−ＥＣＵ６が信号を受信したタイミングを示す。すなわち、ＭＧ−ＥＣＵ６がタイミングｔｃｎに受信する情報は、伝達時間だけ遡った過去の時点で取得された情報である。

各相電流の信号の伝達時間のばらつきにより、Ｕ相電流Ｉｕ２はタイミングｔｓｕに、Ｖ相電流Ｉｖ２はタイミングｔｓｖに、Ｗ相電流Ｉｗ２はタイミングｔｓｗにセンサ信号送信部５１が取得した電流センサ信号が、それぞれ、タイミングｔｃｎにＭＧ−ＥＣＵ６に受信される。このように、フィードバック制御のｄｑ変換の演算に必要な三相電流の情報の同時性が損なわれるという問題がある。

そこで、本実施形態のＭＧ制御装置１０１は、上記の課題を解決すべく、センサ信号送信部５１からＭＧ−ＥＣＵ６へのデジタル信号の通信において、「同期送信処理」を実行することを特徴とする。ここで、「同期送信処理」の「同期」とは、代表的には「同時」に取得した複数のセンサ信号を通信データの一単位として送信することを意味し、また、同時の場合以外に、「所定の時間差（同期したタイミング）」で取得した複数のセンサ信号を送信する場合を含む。同時の場合以外の適用については、第２実施形態で説明する。

続いて、本実施形態の同期送信処理について、図５を参照して説明する。
同期送信処理では、ＭＧ−ＥＣＵ６の制御において取得タイミングを同期させる複数の強電センサ信号を「同期送信グループ」とする。本実施形態では、次の３つの同期送信グループを設定する。
［１］昇圧コンバータ２０のリアクトル電流ＩＬ、出力電圧ＶＨ及び入力電圧ＶＬのセンサ信号のグループ
［２］第１インバータ３０の三相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１のセンサ信号のグループ
［３］第２インバータ４０の三相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２のセンサ信号のグループ

センサ信号送信部５１は、同期送信グループ毎に、複数の強電センサ信号を「同期したタイミング」で取得し、Ａ／Ｄ変換器５２、５３、５４にてデジタル信号に変換する。特に第１実施形態では、「同一のタイミング」すなわち「同時に」取得する。
そして、センサ信号送信部５１は、変換したデジタル信号を、同期送信グループ毎に、例えばＣＡＮ通信規格の同一のデータフレーム内に格納（パッケージ）してＭＧ−ＥＣＵ６に送信する。これにより、同期送信グループの強電センサ信号の送信時間をそろえることができる。

ここで、「同一のデータフレームに格納すること」は、「通信データの一単位として送信する」ことと同義である。また、通信規格は、ＣＡＮの他、シリアル通信（ＵＡＲＴ）、ＬＩＮ、ＦｒｅｘＲａｙ、イーサネット（登録商標）等を用いてもよい。
以上のように、「同時／同期取得」及び「一単位送信」の２つのステップが、本発明の「同期送信処理」の要旨である。

ＭＧ−ＥＣＵ６は、センサ信号送信部５１から同期送信処理された強電センサ信号を用いて、次のように制御演算を実行する。
昇圧コンバータ２０用のグループのセンサ信号について、出力電圧ＶＨは、指令電圧ＶＨｃｏｍとの偏差に基づき、昇圧デューティのフィードバック項を演算するために用いられる。入力電圧ＶＬは、指令電圧ＶＨｃｏｍとの比に基づき、昇圧デューティのフィードフォワード項を演算するために用いられる。したがって、基本的には出力電圧ＶＨ及び入力電圧ＶＬに基づいて、昇圧コンバータ２０のフィードバック制御が可能である。

ところで、出力電圧ＶＨ及び入力電圧ＶＬはコンデンサ２５、２１の電圧であるため、充放電により電圧が急変した場合の応答時間は、コンデンサ２５、２１のキャパシタンスに基づく時定数によって決定される。通常、この応答時間は制御周期に比べて長いため、出力電圧ＶＨ及び入力電圧ＶＬを用いると、高い応答性が得られない場合がある。

そこで、リアクトル電流ＩＬの今回値と前回値とを比較し、時間に対する傾きを算出する方法がある。力行動作においてバッテリ１５からインバータ３０、４０に向かう方向のリアクトル電流ＩＬを正とする。リアクトル２２のインダクタンスをＬとすると、リアクトル電流ＩＬが正のときの傾きは、増加時及び減少時についてそれぞれ下式で示される。
リアクトル電流ＩＬの増加時の傾き（＞０）＝ＶＬ／Ｌ
リアクトル電流ＩＬの減少時の傾き（＜０）＝（ＶＬ−ＶＨ）／Ｌ
リアクトル電流ＩＬは、出力電圧ＶＨ及び入力電圧ＶＬに比べ変化に対する追従が速いため、リアクトル電流ＩＬを用いることにより、応答性が向上する。

このように、昇圧コンバータ２０用の同期送信グループについては、応答性等の要求レベルに応じて、出力電圧ＶＨ及び入力電圧ＶＬの２つのセンサ信号で同期送信グループを構成してもよいし、リアクトル電流ＩＬをグループに含むようにしてもよい。また、ＭＧ−ＥＣＵ６は、センサ信号送信部５１から入力電圧ＶＬを受信する代わりに、バッテリＥＣＵ１４からバッテリ電圧ＶＢを取得してもよい（図１参照）。

次に、インバータ３０、４０の同期送信グループの三相電流のセンサ信号について、信号を受信したＭＧ−ＥＣＵ６は、回転角センサ８３、８４から取得した電気角θ１、θ２の情報と共にｄｑ変換を演算し、ＭＧ８１、８２のフィードバック制御を実行する。
ここで、ＭＧ８１、８２の相電流を検出する電流センサを二相に設け、二相の電流センサ信号を同期送信グループとしてもよい。その場合、同一タイミングで取得された二相の電流情報を取得したＭＧ−ＥＣＵ６は、キルヒホッフの法則を用いて、同一タイミングにおける他の一相の電流を算出することができる。
また、三相の相電流に代えて、三相の相電圧を取得してもよい。

本実施形態のＭＧ制御装置１０１の効果について説明する。
（１）パワー部５とＭＧ−ＥＣＵ６とが離間して設けられ、パワー部５に入力された強電センサ信号をパワー部５からＭＧ−ＥＣＵ６に通信する構成のＭＧ制御装置において、本実施形態では、強電センサ信号がセンサ信号送信部５１でデジタル変換されて送信される。これにより、強電センサ信号をアナログ信号のまま送信する比較例に対し、ノイズによるセンサ情報のずれによりＭＧ８１、８２の制御が正常にできなくなることを防止することができる。

（２）本実施形態のセンサ信号送信部５１は、昇圧コンバータ２０、第１インバータ３０及び第２インバータ４０に対応する同期送信グループ毎に、同時に取得する必要がある複数のセンサ信号を同一のタイミングで取得し、且つ、通信データの一単位として送信する「同期送信処理」を実行する。

これにより、昇圧コンバータ２０の制御では、同一タイミングのリアクトル電流ＩＬ、入力電圧ＶＬ及び出力電圧ＶＨに基づく昇圧制御、又は、基準タイミングから所定の時間差のタイミングにおけるリアクトル電流ＩＬに基づく昇圧制御において、制御に必要な複数の情報の同時性又は同期性を確保することができる。
また、フィードバック制御によるインバータ３０、４０の制御では、同一タイミングの各相電流に基づくｄｑ変換の制御演算において、ＭＧ８１、８２の通電制御に必要な複数の情報の同時性を確保することができる。

（３）ハイブリッド自動車で主に電動機として機能する第２ＭＧ８２は、回転数及び出力トルクの変化範囲が広く、さらに急加速や急減速等に伴い、動作状態が頻繁に急変する可能性がある。したがって、デジタル通信における伝達遅延のばらつきによる問題を解消し、制御に必要な複数の情報の同時性を確保することができるという効果が特に有効に発揮される。

（第２実施形態）
図６に、昇圧コンバータ２０のリアクトル電流ＩＬ、出力電圧ＶＨ及び入力電圧ＶＬの各センサ信号の取得タイミングに関する本発明の第２実施形態を示す。センサ信号送信部５１において、出力電圧ＶＨ及び入力電圧ＶＬについては、第１実施形態の図５と同様、ＰＷＭキャリアの山谷に相当するトリガタイミングｔｃｎで取得される。

一方、リアクトル電流ＩＬは、トリガタイミングｔｃｎから所定の時間差Δｔ１後、及び時間差Δｔ２後に２回取得される。Δｔ１、Δｔ２は、例えば数十〜数百μｓ程度の時間であり、センサ信号送信部５１内のクロックで生成される。
このように、リアクトル電流ＩＬは、トリガタイミングｔｃｎに対して同時ではなく、所定の時間差だけずれた「同期したタイミング」で取得される。すなわち、トリガタイミングｔｃｎに対するデータの「同期性」が確保される。
これにより、リアクトル電流ＩＬの傾きを算出するとき、前回値を用いず、複数のタイミングで取得した今回値のみを用いて算出することができる。

第２実施形態では、センサ信号送信部５１の同期送信処理において、同期送信グループの複数のセンサ信号が、所定の時間差だけずれた「同期したタイミング」で取得され、デジタル変換されて送信される。つまり、第１実施形態による複数のセンサ信号の「同時性」を確保する技術は、同時の場合に限らず、制御に同期が要求される場合にも同様に適用することができる。第１、第２実施形態を総括すると、本発明のＭＧ制御装置は、制御に必要な複数の情報の「同時性又は同期性」を確保することができる。

（第３実施形態）
図７に示す第３実施形態のＭＧ制御装置１０３は、図３に示す第１実施形態に対し通信ラインの構成が異なる。昇圧コンバータ用センサ信号のＡ／Ｄ変換器５２、及び、第１ＭＧ用センサ信号のＡ／Ｄ変換器５３からのデジタル信号は、合流し、通信線５７３を経由してＭＧ−ＥＣＵ６に送信されている。一方、第２ＭＧ用センサ信号のＡ／Ｄ変換器５４からのデジタル信号は、単独で通信線５７４を経由してＭＧ−ＥＣＵ６に送信されている。このように、通信ラインは、同期送信グループ単位で分かれていてもよい。

（その他の実施形態）
（ア）本発明の「交流電動機の制御装置」として、上記実施形態では、シリーズパラレルハイブリッド自動車において２つのＭＧ８１、８２の駆動を制御するＭＧ制御装置を例示した。他の実施形態では、本発明の「交流電動機の制御装置」は、１つ、又は３つ以上のＭＧを備えるハイブリッド自動車や電気自動車に適用されてもよい。また、車両の主機モータ以外に、車両の補機用や、車両以外の電車、昇降機、一般機械等に用いられる交流電動機の制御装置として適用されてもよい。

（イ）上記実施形態の交流電動機は、永久磁石式同期型の三相交流電動機であったが、他の実施形態では、誘導電動機やその他の同期電動機であってもよい。また、上記実施形態の交流電動機は、電動機としての機能、及び発電機としての機能を併せ持つ所謂モータジェネレータであったが、他の実施形態では、発電機としての機能を持たなくてもよい。
さらに本発明は、三相交流電動機に限らず、三相以上の多相の交流電動機に広く適用可能である。

（ウ）本発明の「直流電圧変換器」は、入力電圧を昇圧する昇圧コンバータに限らず、入力電圧を降圧する降圧コンバータでもよい。また、パワー部は、昇降圧コンバータを設けず、直流電源の電圧を直接インバータに出力する構成としてもよい。
（エ）インバータの制御は、ＰＷＭ制御に限らず、位相制御や瞬時電流制御等を用いてもよい。

（オ）上記実施形態では、アナログ信号を出力する強電センサを用い、強電センサが出力したアナログ信号をセンサ信号送信部５１のＡ／Ｄ変換器５２、５３、５４でデジタル信号に変換して送信する。他の実施形態では、デジタル信号を出力する電流センサ又は電圧センサを用い、センサ信号送信部は、デジタル信号のままＭＧ−ＥＣＵに送信してもよい。その場合、センサ信号送信部は、Ａ／Ｄ変換器を有しなくてもよい代わりに、同期送信グループ毎に複数のデジタル信号のタイミングを調停して送信する機能を果たす。

（カ）「同一の前記アナログデジタル変換器で取得してデジタル変換すること」には、同期送信グループの複数のアナログ信号を同時に取得し（同時にサンプルホールドを実施し）、別のアナログデジタル変換器で変換することを含む。つまり、同時にアナログ値を取得可能であれば物理的に同一のアナログデジタル変換器であるか否かは問わない。

（キ）上記実施形態では、回転角センサからの電気角信号をアナログデジタル変換器でサンプリングを実施しているが、回転角センサがレゾルバの場合、レゾルバデジタル（Ｒ／Ｄ）変換器を用いて角度変換を実施してもよい。レゾルバデジタル変換器は、レゾルバから出力されるＳＩＮθ信号、ＣＯＳθ信号から連続的に電気角を算出することが可能であり、アナログデジタル変換器を用いなくともＣＰＵ内で相電流値と取得タイミングを合わせることが可能である。

（ク）本発明では、インバータ又は直流電圧変換器の制御において取得タイミングを同期させる必要がある複数のセンサ信号を用いることが前提となる。したがって、三相交流電動機の相電流のセンサ信号を取得する場合、二相又は三相の電流センサ信号を取得する場合が本発明の適用対象となる。一方、一相の電流センサ信号を取得する装置（例えば、特開２０１３−１７２５９１号公報参照）では、インバータ制御については本発明の適用対象とならない。ただし、その場合でも昇圧コンバータの制御について複数のセンサ信号を用いるときには、本発明の適用対象となり得る。

（ケ）上記実施形態では、昇圧コンバータ２０、インバータ３０、４０を駆動するＰＷＭ信号等は、ＭＧ−ＥＣＵ６で生成され、昇圧コンバータ２０、インバータ３０、４０に直接出力されている（図１参照）。他の実施形態では、例えばインバータの駆動について、ＭＧ−ＥＣＵが生成した電圧指令値をパワー部に通信し、パワー部の内部のＰＷＭ信号生成部で電圧指令値に基づいてＰＷＭ信号を生成してもよい。すなわち、制御演算の機能の一部をパワー部が分担する構成としてもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０１、１０３・・・ＭＧ制御装置（交流電動機の制御装置）、
１５・・・バッテリ、 ２０・・・昇圧コンバータ（直流電圧変換器）、
２９、３７、３８、３９、４７、４８、４９・・・電流センサ（強電センサ）、
２７、２８・・・電圧センサ（強電センサ）、
３０、４０・・・インバータ（駆動回路）、
５ ・・・パワー部、
５１・・・センサ信号送信部、 ５６、５７３、５７４・・・通信線、
６ ・・・ＭＧ−ＥＣＵ（制御演算部）、
８１、８２・・・ＭＧ（モータジェネレータ、交流電動機）。

Claims (7)

1. 直流電源（１５）からの直流電力を変換し三相以上の多相の交流電動機（８１、８２）を駆動する駆動回路（３０、４０）、及び、前記直流電源から前記交流電動機までの電力経路における電流又は電圧を検出する強電センサ（２７、２８、２９、３７、３８、３９、４７、４８、４９）から複数の強電センサ信号を取得しデジタル信号として送信するセンサ信号送信部（５１）を含むパワー部（５）と、
   前記パワー部と離間して設けられ、前記センサ信号送信部と通信線（５６、５７３、５７４）によって接続されており、前記センサ信号送信部から送信された複数の前記強電センサ信号の情報に基づいて前記交流電動機の通電を制御する制御演算部（６）と、
   を備え、
   複数の前記強電センサ信号は、各グループがさらに複数の前記強電センサ信号を含むように設定された複数の同期送信グループに分けられており、
   前記センサ信号送信部は、
   アナログ信号として取得した複数の前記強電センサ信号を前記同期送信グループ毎にデジタル信号に変換して出力する複数のアナログデジタル変換器（５２、５３、５４）を有し、
   前記同期送信グループ毎に複数の前記強電センサ信号を同期したタイミングで取得し、且つ、取得した複数の前記強電センサ信号を通信データの一単位として前記制御演算部に送信する同期送信処理を実行することを特徴とする交流電動機の制御装置（１０１、１０３）。
2. 複数の前記同期送信グループには、一つ以上の前記駆動回路についての前記同期送信グループが含まれることを特徴とする請求項１に記載の交流電動機の制御装置。
3. 前記センサ信号送信部は、前記交流電動機の二相以上の電流センサ信号を前記駆動回路についての前記同期送信グループとし、前記同期送信処理を実行することを特徴とする請求項２に記載の交流電動機の制御装置。
4. 前記センサ信号送信部は、前記交流電動機の二相以上の電流センサ信号について、同一のタイミングで取得した値を送信し、
   前記制御演算部は、受信した前記二相以上の電流センサ信号を、回転角センサ（８３、８４）から取得した前記交流電動機の電気角と共に用いて制御演算を行うことを特徴とする請求項３に記載の交流電動機の制御装置。
5. 前記パワー部は、
   リアクトル電流（ＩＬ）が流れ電気エネルギを蓄積且つ放出可能なリアクトル（２２）及び前記リアクトルに接続されるスイッチング素子（２３、２４）を有し、前記直流電源から入力される入力電圧（ＶＬ）を出力電圧（ＶＨ）に変換して前記駆動回路に出力する直流電圧変換器（２０）を含み、
   前記センサ信号送信部は、
   前記強電センサ（２７、２８、２９）から取得した前記リアクトル電流、前記入力電圧及び前記出力電圧のうち２つ以上のセンサ信号を、前記駆動回路についての前記同期送信グループとは異なる前記直流電圧変換器についての前記同期送信グループとし、前記同期送信処理を実行することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の交流電動機の制御装置。
6. 前記直流電圧変換器についての前記同期送信グループは、前記入力電圧及び前記出力電圧のセンサ信号を含み、
   前記センサ信号送信部は、前記入力電圧及び前記出力電圧のセンサ信号について、同一のタイミングで取得した値を送信することを特徴とする請求項５に記載の交流電動機の制御装置。
7. 前記パワー部は、２つ以上の前記交流電動機をそれぞれ駆動する２つ以上の前記駆動回路を含み、
   前記センサ信号送信部は、前記駆動回路毎に、対応する前記交流電動機の二相以上の電流センサ信号を前記駆動回路についての同期送信グループとし、前記同期送信処理を実行することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の交流電動機の制御装置。

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