JP7151111B2 - 電動機駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、２台のインバータで電動機を駆動する電動機駆動装置に関する。

従来、交流電動機のオープン巻線の両端にそれぞれ接続された２台のインバータの出力により交流電動機を駆動する技術が知られている。例えば特許文献１に開示されたインバータ装置は、２電源２インバータの電気回路構成において、互いに逆極性となる第１のインバータの出力と第２のインバータの出力とを合成する。

また、従来、２つの直流電源の一方から他方へ電力を移動させる技術が知られている。例えば特許文献２に開示された電力変換装置は、２電源及び単一インバータの電気回路構成において、インバータの共通の下アームに対し、一方の電源である燃料電池に接続された上アームと、他方の電源である二次電池に接続された上アームとが並列に接続されている。燃料電池及び二次電池から供給される電力は、分配目標値にしたがって制御される。

また、従来、例えば特許文献３に開示されているように、矩形波電圧の位相調整によってトルクフィードバック制御を実行する技術が知られている。

特許第３３５２１８２号公報 特開２００７－１４１８５号公報 特開２０１０－１２４５４４号公報

特許文献１には、２電源２インバータの電気回路構成での基本的な制御概念が記載されているに過ぎず、２つの電源間の電力移送や分配に関する言及は一切無い。特許文献２には、一方の電源から他方の電源に電力移送する技術が開示されているが、電力移送のパラメータとして電圧振幅が用いられている。そのため、特許文献３の矩形波電圧制御に適用しようとすると、電圧振幅が最大値で固定されるため、電力移送や分配を行うことができない。つまり、特許文献２には、電圧振幅でなく電圧位相をパラメータとして電力移送や分配を行うことについて全く言及されていない。

本発明は上述の課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、２電源２インバータの構成で電圧振幅が最大値に固定される制御において、２つの電源から２台のインバータへ供給される電力の分配を適切に制御する電動機駆動装置を提供することにある。

本発明による電動機駆動装置は、２つの電源が個別に接続される２台のインバータを用いて、端点同士がオープンである２相以上の巻線（８１、８２、８３）を有する電動機（８０）の駆動を制御する。この電動機駆動装置は、第１インバータ（６０）と、第２インバータ（７０）と、制御部（３００、３０４）と、を備える。

第１インバータは、第１電源（１１）から直流電力が入力され、巻線の各相に対応して設けられる複数の第１スイッチング素子（６１～６６）を有し、巻線の一端に接続される。第２インバータは、第２電源（１２）から直流電力が入力され、巻線の各相に対応して設けられる複数の第２スイッチング素子（７１～７６）を有し、巻線の他端に接続される。

制御部は、トルク指令に基づき、第１インバータへの出力電圧指令である第１電圧指令を生成する第１インバータ制御回路（３０１）、及び、第２インバータへの出力電圧指令である第２電圧指令を生成する第２インバータ制御回路（３０２）、の２つのインバータ制御回路を有する。

本発明の一態様では、いずれか一方のインバータ制御回路は、トルクフィードバック制御時、２台のインバータに対する目標電力指令としての目標電力分配比率または目標電力量にしたがって、２つの電源から２台のインバータへ供給される電力の分配を制御する電力制御部（５０）を有する。電力制御部を有するインバータ制御回路（３０２）が電力管理回路として設定され、他方のインバータ制御回路（３０１）が電力管理回路の制御の影響を受ける電力非管理回路として設定される。

電力管理回路の電力制御部は、２台のインバータの電力分配比率または電力量が目標電力指令に追従するよう、電力管理回路の電圧指令ベクトルの位相を進角または遅角させるように操作する。よって、本発明の電動機駆動装置は、電圧振幅が最大値に固定される制御においても、トルクを維持したまま２電源間での電力分配制御が可能となる。したがって、電源のＳＯＣや電圧値を管理可能とし、一方の電源のＳＯＣ枯渇や電池劣化を適切に防止することができる。

この構成では、電力管理回路は、電力管理回路側インバータの分担電力量が目標電力指令となるように電圧指令を調整する。電力管理回路側インバータの電力量が目標電力指令に近づくと、その変化に応じて、電力非管理回路は、実トルクがトルク指令に追従するように電圧指令をフィードバック制御する。その結果、電力非管理回路の電力量も所望の値となり、目標の電力分配が実現される。

本発明の他の態様では、２つのインバータ制御回路は、いずれも電力制御部を有する。

各実施形態の電動機駆動装置が適用されるシステムの全体構成図。 第１～第３実施形態の制御部の概略構成図。 電力制御部を除く制御部の構成を示す詳細ブロック図。 電力制御部の信号入出力を記した概略ブロック図。 第１～第３実施形態の電力制御部の信号入出力を記した詳細ブロック図。 第１～第３実施形態の電力制御部による電力分配処理のフローチャート。 電力制御部による電力分配の基本理論を説明する図。 第１実施形態の電力制御部のブロック図。 第２実施形態の電力制御部のブロック図。 第３実施形態の電力制御部のブロック図。 第４実施形態の電力制御部の信号入出力を記したブロック図。 第４実施形態の電力制御部による電力分配処理のフローチャート。

以下、電動機駆動装置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。また、第１～第４実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の電動機駆動装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源であるモータジェネレータ（以下、「ＭＧ」）を駆動するシステムにおいて、３相交流電動機であるＭＧの駆動を制御する装置である。実施形態中の「ＭＧ」及び「ＭＧ制御装置」は、「電動機」及び「電動機駆動装置」に相当する。

図１に、「２電源２インバータ」、すなわち、２つの電源１１、１２及び２台のインバータ６０、７０が用いられるシステムの全体構成を示す。ＭＧ８０は、Ｕ相巻線８１、Ｖ相巻線８２及びＷ相巻線８３を有する永久磁石式同期型の３相交流電動機である。ハイブリッド車両に適用される場合、ＭＧ８０は、駆動輪を駆動するためのトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジンや駆動輪から伝わる車両の運動エネルギにより駆動されて発電可能な発電機としての機能を有する。

本実施形態のＭＧ８０は、３相巻線８１、８２、８３の端点同士が結合されていないオープン巻線の構成である。第１インバータ６０の各相出力端子は、３相巻線８１、８２、８３の一端８１１、８２１、８３１に接続されており、第２インバータ７０の各相出力端子は、３相巻線８１、８２、８３の他端８１２、８２２、８３２に接続されている。回転角センサ８５は、レゾルバ等により構成され、ＭＧ８０の機械角θｍを検出する。機械角θｍは、制御部３００の電気角演算部８７で電気角θｅに換算される。

第１電源１１及び第２電源１２は、互いに絶縁された独立した２つの電源であり、それぞれがニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の充放電可能な蓄電装置である。例えば第１電源１１に出力型のリチウムイオン電池を用い、第２電源１２に容量型のリチウムイオン電池を用いるというような構成であってもよい。２台のインバータ６０、７０は、２つの電源１１、１２から個別に直流電力が入力される。第１電源１１は、第１インバータ６０を経由してＭＧ８０と電力を授受可能であり、第２電源１２は、第２インバータ７０を経由してＭＧ８０と電力を授受可能である。

ＭＧ８０は、第１インバータ６０を経由して第１電源１１から電力が供給され、第２インバータ７０を経由して第２電源１２から電力が供給される。３相巻線８１、８２、８３の第１インバータ６０側には、Ｕ相電圧ＶＵ１、Ｖ相電圧ＶＶ１、Ｗ相電圧ＶＷ１が印加される。３相巻線８１、８２、８３の第２インバータ７０側には、Ｕ相電圧ＶＵ２、Ｖ相電圧ＶＶ２、Ｗ相電圧ＶＷ２が印加される。

例えば第１インバータ６０からＭＧ８０への電力経路に、３相巻線８１、８２、８３に通電される相電流を検出する電流センサ８４が設けられる。図１の例では、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗが検出されるが、どの２相又は３相の電流が検出されてもよい。また、電流センサ８４は、第２インバータ７０からＭＧ８０への電力経路に設けられてもよく、第１インバータ６０及び第２インバータ７０の両方の経路に設けられてもよい。

第１コンデンサ１６は、高電位側配線Ｐ１と低電位側配線Ｎ１との間に接続され、第２コンデンサ１７は、高電位側配線Ｐ２と低電位側配線Ｎ２との間に接続される。第１電圧センサ１８は、第１電源１１から第１インバータ６０に入力される入力電圧ＶＨ１を検出する。第２電圧センサ１９は、第２電源１２から第２インバータ７０に入力される入力電圧ＶＨ２を検出する。

ＭＧ制御装置１００は、第１インバータ６０、第２インバータ７０、制御部３００及びドライブ回路６７、７７を備える。第１インバータ６０は、巻線８１、８２、８３の各相に対応して設けられ、ブリッジ接続される６つの第１スイッチング素子６１～６６を有する。スイッチング素子６１、６２、６３は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子６４、６５、６６は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の下アームのスイッチング素子である。第２インバータ７０は、巻線８１、８２、８３の各相に対応して設けられ、ブリッジ接続される６つの第２スイッチング素子７１～７６を有する。スイッチング素子７１、７２、７３は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子７４、７５、７６は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の下アームのスイッチング素子である。

各スイッチング素子６１～６６、７１～７６は、例えばＩＧＢＴで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。高電位側配線Ｐ１、Ｐ２と低電位側配線Ｎ１、Ｎ２との短絡を防止するため、各相の上アーム素子と下アーム素子とは、同時にオンせず、相補的にオンオフするように、すなわち、一方がオンのとき他方がオフするように制御される。

制御部３００は、マイコン等により構成され、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部３００は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

制御部３００は、トルク指令ｔｒｑ^*及び検出値の情報に基づき、第１インバータ６０への出力電圧指令である第１電圧指令を生成する第１インバータ制御回路３０１、及び、第２インバータへの出力電圧指令である第２電圧指令を生成する第２インバータ制御回路３０２を有する。各インバータ制御回路３０１、３０２には、電気角θｅ、入力電圧ＶＨ１、ＶＨ２等の情報が入力される。後述のように本実施形態では、相電流Ｉｖ、Ｉｗは、第１インバータ制御回路３０１のみ、又は、両インバータ制御回路３０１、３０２にフィードバックされる。第１ドライブ回路６７は、第１インバータ制御回路３０１が生成した第１電圧指令に基づくゲート信号を第１インバータ６０へ出力する。第２ドライブ回路７７は、第２インバータ制御回路３０２が生成した第２電圧指令に基づくゲート信号を第２インバータ７０へ出力する。

例えば特許文献１（特許第３３５２１８２号公報）には、２電源２インバータの構成で電動機を駆動するインバータ装置が開示されている。しかし、２電源２インバータの構成において２つのインバータ制御回路が電圧指令を成り行きで制御すると、対応する各電源からの入出力電力も成り行きで決まってしまい、場合によっては、一方の電源のＳＯＣ枯渇や電池劣化につながるおそれがある。

また、特許文献２（特開２００７－１４１８５号公報）には、一方の電源から他方の電源に電力移送する技術が開示されている。しかし、トルクフィードバック制御方式による矩形波電圧制御では、電圧振幅が最大値で固定されるため、電力移送や分配を行うことができない。

そこで本実施形態では、トルクフィードバック制御のように電圧振幅が最大値に固定される制御での２電源間の電力移送、分配に関し、電圧位相の変化に着目する。この着目は、複数のインバータにおいて、電流位相と電圧位相との差に基づく力率、及び電流振幅により入出力電力が決まること、並びに、複数のインバータ間の電流は共通であることを根拠とする。そして、電圧位相のみを電力移送、分配のパラメータとすることで、矩形波電圧制御でも２電源間での電力を調整可能とすることを目的とする。

［第１～第３実施形態］
第１～第３実施形態について、図２～図１０を参照して説明する。まず、図２に制御部３００の概略構成を示す。以下の図中、インバータを「ＩＮＶ」と記す。第１インバータ制御回路３０１及び第２インバータ制御回路３０２は、個別のマイコン内にそれぞれ設けられてもよく、共通の１つのマイコン内に設けられてもよい。各インバータ制御回路３０１、３０２は、２電源２インバータのシステムとして駆動するために、独立且つ協調した電圧指令を生成する。

制御部３００が取得する情報として、ＭＧ８０は共通であるため、角度（具体的には電気角θｅ）及び３相電流の検出値は共通でよい。ただし、破線で示すように、電流センサ８４や回転角センサ８５が複数設けられ、各インバータ制御回路３０１、３０２が対応する検出値を取得してもよい。なお、本実施形態では電流から推定したトルクをフィードバックしているが、直接トルクを検出する構成では、トルクの検出値も共通でよい。また、第２インバータ制御回路３０２は、フィードフォワード制御を行う場合、破線で示すように３相電流の検出値を取得しなくてもよい。

第１～第３実施形態の制御部３００は、２つのインバータ制御回路のうち一方が電力制御部５０を有する。図２の例では、第２インバータ制御回路３０２が、電力制御部５０を有する「電力管理回路」として設定される。他方の第１インバータ制御回路３０１は電力制御部５０を有しない「電力非管理回路」として設定される。電力管理回路としての第２インバータ制御回路３０２は、フィードフォワード（図中「ＦＦ」）制御又はフィードバック（図中「ＦＢ」）制御により電圧指令を生成する。電力非管理回路としての第１インバータ制御回路３０１は、フィードバック制御により電圧指令を生成する。なお、第１インバータ制御回路３０１と第２インバータ制御回路３０２とを入れ替えてもよい。

第２インバータ制御回路３０２の電力制御部５０は、外部の上位ＥＣＵから目標電力指令を取得する。また、電力制御部５０は、相手側の第１インバータ制御回路３０１がフィードバック制御で生成した電圧指令と、自分側の第２インバータ制御回路３０２がフィードフォワード制御又はフィードバック制御で生成した電圧指令とを取得する。電力制御部５０は、これらの情報から、電力管理回路側の第２インバータ７０が出力すべき分配後電圧指令を生成する。

電力制御部５０は、電力管理回路側である第２インバータ７０の分担電力量が目標電力指令となるように、第２インバータ制御回路３０２の電圧指令を調整する。第２インバータ７０の電力量が目標電力指令に近づくと、その変化に応じて、電力非管理回路である第１インバータ制御回路３０１は、実トルクがトルク指令に追従するように電圧指令をフィードバック制御する。その結果、電力非管理回路側である第１インバータ６０の電力量も所望の値となり、目標の電力分配が実現される。

続いて図３を参照し、電力制御部５０を除くインバータ制御回路３０１、３０２の全体構成について説明する。第１インバータ制御回路３０１は、トルク減算器３２、制御器３３、電圧位相リミット部３７、変調器３８、ｄｑ変換部２９等を含む。なお、電圧振幅の演算に係る構成は省略する。

また、電気角演算部８７は、回転角センサ８５が検出した機械角θｍを電気角θｅに換算する。回転数演算部８８は、電気角θｅを時間微分した電気角速度、又は電気角速度に係数を乗じた回転数ωに換算する。回転数ωは、第２実施形態の電力制御部５０の演算に用いられる。なお、電気角演算部８７及び回転数演算部８８は、第１インバータ制御回路３０１以外の制御部３００に設けられてもよい。図３中、インバータ制御回路３０１、３０２毎に用いられる値には、記号末尾に「１」又は「２」を付す。また、共通に入力される機械角θｍには「１」又は「２」を付さない。

トルク指令ｔｒｑ^*は、例えば上位ＥＣＵのトルク指令算出部３１から入力される。ｄｑ変換部２９は、電流センサ８４から取得した相電流Ｉｖ、Ｉｗを、電気角θｅを用いてｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに座標変換し、フィードバックする。トルク推定部３９は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑ、逆起電圧定数φ、ｄｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、モータ８０の極対数ｐに基づき、式（１）を用いてトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔを算出する。

トルク減算器３２は、トルク指令ｔｒｑ^*とトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔとのトルク偏差Δｔｒｑを算出する。制御器３３は、トルク偏差Δｔｒｑを０に近づけるように電圧位相Ｖθ１をＰＩ演算する。電圧位相リミット部３７は、電圧位相Ｖθ１を所定の制限値に制限する。変調器３８は、各インバータ６０、７０から入力電圧ＶＨ１、ＶＨ２を取得し、矩形波制御により、第１インバータ６０の各スイッチング素子６１～６６へのゲート信号ＵＵ１、ＵＬ１、ＶＵ１、ＶＬ１、ＷＵ１、ＷＬ１を生成する。

第２インバータ制御回路３０２がフィードバック制御を実行する場合、第１実施形態と同様の構成により、第２電圧指令ベクトルの位相Ｖθ２が演算される。また、第２電圧指令ベクトルの位相Ｖθ２は、フィードフォワード制御により演算されてもよい。

回転角センサ８５から入力された機械角θｍは、信号反転部８６で反転された後、電気角演算部８７で電気角（θｅ－１８０［ｄｅｇ］）に換算される。また、第２インバータ制御回路３０２の変調器３８は、入力電圧ＶＨ１、ＶＨ２を取得し、第１インバータ制御回路３０１に対し反転した矩形波制御により、第２インバータ６０の各スイッチング素子６１～６６へのゲート信号ＵＵ２、ＵＬ２、ＶＵ２、ＶＬ２、ＷＵ２、ＷＬ２を生成する。以上が制御部３００の構成の説明である。

次に、図４及び図５に電力制御部５０の信号入出力を記したブロック図を示す。図４は基本構成を示す概略図であり、図５は、図３に基づいて電力制御部５０を追加した詳細図である。図４の第１インバータ制御回路３０１側では、図３における制御器３３をフィードバック演算部として示す。また、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑからトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔを算出する構成を省略し、実トルクｔｒｑがトルク偏差算出部３２にフィードバックされるように図示する。図４の第２インバータ制御回路３０２側では、フィードフォワード又はフィードバック演算部のブロックを符号「３４」で示す、

電力管理回路である第２インバータ制御回路３０２には電力制御部５０が設けられる。電力制御部５０には、第１インバータ制御回路３０１が生成した第１電圧指令、第２インバータ制御回路３０２が生成した第２電圧指令、各インバータ６０、７０の入力電力ＶＨ１、ＶＨ２、及び、目標電力指令として目標電力分配比率又は目標電力量が入力される。これらの情報に基づいて電力制御部５０が生成した分配用の調整量は、調整量加算器３６にて、フィードフォワード又はフィードバック演算部３４が出力した第２電圧指令に加算される。

図５において、第１インバータ６０の目標電力分配比率はｐｗｒ１＿ｒａｔｉｏの記号で表され、第２インバータ７０の目標電力分配比率はｐｗｒ２＿ｒａｔｉｏの記号で表される。また、第１インバータ６０の目標電力量はｐｗｒ１＿ｏｕｔ、又は「Ａ［Ｗ］」の記号で表され、第２インバータ７０の目標電力量はｐｗｒ２＿ｏｕｔ、又は「Ｂ［Ｗ］」の記号で表される。

図５に示すように、電力制御部５０には、第１電圧指令ベクトルの位相Ｖθ１、第２電圧指令ベクトルの分配後の位相Ｖθ２＃、共通の電流Ｉｄ、Ｉｑ、各インバータ６０、７０の入力電力ＶＨ１、ＶＨ２、及び目標電力指令が入力される。電力制御部５０が生成した位相調整量ΔＶθ２は、調整量加算器３６にて第２電圧指令ベクトルの位相Ｖθ２に加算される。こうして第２電圧指令ベクトルの位相Ｖθ２に位相調整量ΔＶθ２が加算された値が、分配後の第２電圧指令ベクトルの位相Ｖθ２＃として電圧位相リミット部３７に出力される。

第１～第３実施形態の動作原理としては、電力制御側の第２インバータ制御回路３０２で生成した電圧指令ベクトルの位相Ｖθ２に分配用の位相調整量ΔＶθ２を加算した電圧位相Ｖθ２＃を指令として与える。その結果現れる変化に対しトルク管理側の第１インバータ制御回路３０１が反応し、実トルクｔｒｑをトルク指令ｔｒｑ^*に追従させるように制御することで、目標通りに各インバータ６０、７０の電力分配が達成される。

第２インバータ制御回路３０２がフィードフォワード制御を実行する場合、電力指令に対しより正確に制御することができる。第２インバータ制御回路３０２がフィードバック制御を実行する場合、トルク指令に対しより正確に制御することができる。第１～第３実施形態では、電力制御部５０を有する一方のインバータ制御回路が電力管理回路として機能すると共に、他方の電力非管理回路がトルク維持機能を果たすため、双方の目標値に対し正確に動作することができ、また、出力値の予測が容易となる。

図６のフローチャートに第１～第３実施形態の電力制御部５０による電力分配処理を示す。以下のフローチャートの説明で、記号「Ｓ」はステップを意味する。末尾に「Ａ」を付したステップは、図１２のフローチャ－トと相違するステップを示す。また、フローチャート中では、「電圧指令ベクトル」の「ベクトル」を省略する。

Ｓ４１で電力制御部５０は、トルク指令ｔｒｑ^*及び目標電力指令を受領する。Ｓ４２で第１インバータ制御回路３０１及び第２インバータ制御回路３０２は、トルク指令ｔｒｑ^*からフィードバック制御で、それぞれ、第１電圧指令の位相Ｖθ１、振幅Ｖａｍｐ１、及び第２電圧指令の位相Ｖθ２、振幅Ｖａｍｐ２を生成する。

Ｓ４４Ａで第２インバータ制御回路３０２の電力制御部５０は、第１電圧指令及び第２電圧指令と目標電力指令とから第２電圧指令ベクトルの位相調整量ΔＶθ２を算出する。Ｓ４５Ａで第２インバータ制御回路３０２は、電圧位相Ｖθ２及び位相調整量ΔＶθ２から得られた分配後の第２電圧指令ベクトルの位相Ｖθ２＃により第２インバータ７０を制御する。Ｓ４６Ａでは、第２インバータ７０の電力変化を受けて、第１インバータ制御回路３０１がフィードバック制御を実行する。こうしてＳ４７では、トルクを指令ｔｒｑ^*に追従させつつ、第１インバータ６０及び第２インバータ７０の電力が分配される。

続いて図７を参照し、電力制御部５０による電力分配の基本理論を説明する。本実施形態では、２台のインバータ６０、７０に対する要求電力指令値と現在の実電力値との大小関係から、電圧指令ベクトルの位相を進角又は遅角させ、ＭＧ出力に対して各インバータ６０、７０が分担する電力量を調整する。電圧位相を操作することで、電圧位相と電流位相との差に基づく力率を変化させ、２台のインバータ６０、７０間での電力分配が可能となる。

ここで、２電源２インバータシステムにおいて２台のインバータ６０、７０が協調動作し出力最大となるときの電圧位相は、特許文献１に開示されているように互いに逆極性、すなわち位相差が１８０°の状態である。そこで、例えば第１電圧指令ベクトルＶ１をそのまま図示し、第２電圧指令ベクトルＶ２を原点に対して反転して図示することで、両ベクトルの電圧位相が一致するように示される。

図７には、２電源の電圧を同等とし、電圧振幅を最大値に固定した場合における第１電圧指令ベクトルＶ１の位相Ｖθ１、及び、第２電圧指令ベクトルＶ２の位相Ｖθ２を操作する例を示す。電圧位相Ｖθ１、Ｖθ２は、ｑ軸の正方向を基準として反時計回りに増加するように定義される。太線矢印で示す操作前の各電圧指令ベクトルＶ１、Ｖ２の位相Ｖθ１、Ｖθ２は一致している。なお、図示の都合上、電圧指令ベクトルＶ１とＶ２とをわずかにずらして記載している。

細線矢印は、操作後の各電圧指令ベクトルＶ１、Ｖ２を示す。本実施形態の電力分配処理により、第１電圧指令ベクトルＶ１は電圧位相調整量ΔＶθ１だけ遅角され、第２電圧指令ベクトルＶ２は電圧位相調整量ΔＶθ２だけ進角される。

２台のインバータ６０、７０の総電力Ｐｗｒ＿ａｌｌは、電圧実効値Ｖｍｅａｎ、電流実効値Ｉｒｍｓ、力率角ψを用いて、式（２）の第１行に表される。第１行の式は、合成ベクトルの振幅Ｖａｍｐ、位相Ｖθ、及び共通の電流振幅Ｉａｍｐを用いて第２行の式に書き換えられる。さらに第２行の式は、各電圧指令ベクトルＶ１、Ｖ２の振幅Ｖａｍｐ１、Ｖａｍｐ２及び位相Ｖθ１、Ｖθ２を用いて第３行の式に書き換えられる。第３行の式の第１項及び第２項は、各インバータ６０、７０の電力分配を表す。よって、各電圧指令ベクトルＶ１、Ｖ２の電圧位相Ｖθ１、Ｖθ２を進角又は遅角させることにより、電力分配を調節可能である。

次に第１～第３実施形態の電力制御部５０の詳細な構成について、図８～図１０を参照し、実施形態毎に説明する。各実施形態の電力制御部の符号は、「５０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。

（第１実施形態）
図８に第１実施形態の電力制御部５０１の構成を示す。第１実施形態では、目標電力指令として、２台のインバータ６０、７０の合計電力量に対する第２インバータ７０の電力量の目標電力分配比率が電力制御部５０１に入力される。また、目標電力分配比率に代えて、第２インバータ７０の目標電力量が電力制御部５０１に入力されてもよい。第１実施形態では、電力分配比率または電力量の実値が目標電力分配比率または目標電力量に近づくように、電圧位相積分項Ｖθ２＿ｉｎｔｇ又は電圧位相Ｖθ２に調整量を加算して電圧指令ベクトルの位相を操作する。第１実施形態では、複雑な式が無い単純なロジックで電力制御が可能である。

詳しくは、目標電力指令として、２台のインバータ６０、７０の合計電力量に対する第２インバータ７０の電力量の目標電力分配比率（Ｂ［Ｗ］／（Ａ＋Ｂ）［Ｗ］）が電力制御部５０１に入力され、フィルタ４１１で、急変を抑制するように緩変化処理される。フィルタ処理後、第２インバータ７０の目標電力分配比率指令値ｐｗ２＿ｒａｔｉｏ＿ｃｏｍが電力比率比較部５５に入力される。

電圧補正値算出部４２は、第１ｄｑ軸電圧指令ｖｄ１、ｖｑ１及び第２ｄｑ軸電圧指令ｖｄ２、ｖｑ２、並びに、第１入力電圧ＶＨ１及び第２入力電圧ＶＨ２を取得する。電圧補正値算出部４２は、式（３．１）により、各ｄｑ軸電圧指令ｖｄ１、ｖｄ２、ｖｑ１、ｖｑ２に、入力電圧の合計に対する各入力電圧ＶＨ１、ＶＨ２の比を乗じ、電圧補正値ｖｄ１＿ｒａｔｉｏ、ｖｄ２＿ｒａｔｉｏ、ｖｑ１＿ｒａｔｉｏ、ｖｑ２＿ｒａｔｉｏを算出する。この電圧補正値は、実際の変調度に相当する値である。合成電圧算出部４３は、式（３．２）により、合成電圧ｖｄ、ｖｑを算出する。

電力量算出部５３は、電圧補正値算出部４２で算出された電圧補正値ｖｄ２＿ｒａｔｉｏ、ｖｑ２＿ｒａｔｉｏ、合成電圧算出部４３で算出された合成電圧ｖｄ、ｖｑ、及びｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑから、式（４．１）により、第２インバータ７０の電力量ｐｗ２及び合成電力量ｐｗを算出する。電力比率算出部５４は、式（４．２）により、第２インバータ７０の電力分配比率の実値ｐｗ２＿ｒａｔｉｏを算出する。

電力比率比較部５５は、電力分配比率の実値ｐｗ２＿ｒａｔｉｏと目標電力分配比率指令値ｐｗ２＿ｒａｔｉｏ＿ｃｏｍとを比較する。電圧位相調整量決定部５６は、比較結果に基づき、例えば正転力行時を想定すると、電圧位相調整量ΔＶθ２として、以下のように「－α」又は「α」（α＞０）を決定する。つまり、電力分配比率の実値が目標電力分配比率指令値より小さいとき電圧位相をαだけ遅角させ、電力分配比率の実値が目標電力分配比率指令値より大きいとき電圧位相をαだけ進角させる。
（１）ｐｗ２＿ｒａｔｉｏ＜ｐｗ２＿ｒａｔｉｏ＿ｃｏｍのとき、ΔＶθ２＝－α
（２）ｐｗ２＿ｒａｔｉｏ＞ｐｗ２＿ｒａｔｉｏ＿ｃｏｍのとき、ΔＶθ２＝α
ただし、力行又は回生、正転又は逆転に応じて、遅角、進角要件が入れ替わる場合もある。

調整量加算器３６にて、フィードフォワード又はフィードバック演算部３４が演算した電圧位相積分項Ｖθ２＿ｉｎｔｇに、電圧位相積分項の調整量ΔＶθ２＿ｉｎｔｇが加算され、分配後の第２電圧指令ベクトルの位相Ｖθ２＃として出力される。

（第２実施形態）
図９に第２実施形態の電力制御部５０２の構成を示す。電力制御部５０２は、目標電力分配比率または目標電力量とＭＧ回転数とから要求トルクを算出し、さらにトルク式に基づき要求電圧位相を算出する。そして、電力制御部５０２は、実電圧位相が要求電圧位相に近づくように、電圧位相積分項Ｖθ２＿ｉｎｔｇ又は電圧位相Ｖθ２に調整量を加算して電圧指令ベクトルの位相を操作する。第２実施形態では、目標電力指令を変換して要求電圧位相を算出するため、第１実施形態に比べ制御周期を短くし、応答性を向上させることができる。

詳しくは、目標電力指令として、第２インバータ７０に対する目標電力量Ｂ［Ｗ］が電力制御部５０２に入力され、急変の影響を抑えるようにフィルタ４１２で処理される。フィルタ処理後の目標電力量Ｂ［Ｗ］、及び、ＭＧ回転数ωが要求トルク算出部５７に入力される。

要求トルク算出部５７は、式（５．１）により、第２インバータ７０分の要求トルクｔｒｑ２＿ｒｅｑを算出し、要求電圧位相算出部５８に出力する。要求電圧位相算出部５８は、要求トルクｔｒｑ２＿ｒｅｑ、ＭＧ回転数ω及び第２電圧指令ベクトルの振幅Ｖａｍｐ２に基づき、式（５．２）により、要求電圧位相Ｖθ２＿ｒｅｑを算出する。

電圧位相偏差算出器５９は、第２電圧指令ベクトルの要求電圧位相Ｖθ２＿ｒｅｑから実電圧位相Ｖθ２を減算し、電圧位相偏差を算出する。電圧位相偏差はフィルタ５９５で応答性鈍化処理され、電圧位相積分項の調整量ΔＶθ２＿ｉｎｔｇ又は電圧位相調整量ΔＶθ２が生成される。調整量加算器３６にて、フィードフォワード又はフィードバック演算部３４が演算した電圧位相積分項Ｖθ２＿ｉｎｔｇ又は電圧位相Ｖθ２に、電圧位相積分項の調整量ΔＶθ２＿ｉｎｔｇ又は電圧位相調整量ΔＶθ２が加算され、分配後の第２電圧指令ベクトルの位相Ｖθ２＃として出力される。

（第３実施形態）
図１０に第３実施形態の電力制御部５０３の構成を示す。電力制御部５０３は、目標電力分配比率または目標電力量と電流及び電圧とから要求電圧位相を算出する。そして、電力制御部５０３は、実電圧位相が要求電圧位相に近づくように、電圧位相積分項Ｖθ２＿ｉｎｔｇ又は電圧位相Ｖθ２に調整量を加算して電圧指令ベクトルの位相を操作する。第３実施形態では第２実施形態と同様に、目標電力指令を変換して要求電圧位相を算出するため、第１実施形態に比べ制御周期を短くし、応答性を向上させることができる。

詳しくは、目標電力指令として、第２インバータ７０に対する目標電力量Ｂ［Ｗ］が電力制御部５０３に入力され、急変の影響を抑えるようにフィルタ４１２で処理される。フィルタ処理後の目標電力量Ｂ［Ｗ］、電流振幅Ｉａｍｐ、電流位相Ｉθ、及び、第２電圧指令ベクトルの振幅Ｖａｍｐ２が要求電圧位相算出部５８に入力される。要求電圧位相算出部５８は、これらの情報に基づき、式（６）により、要求電圧位相Ｖθ２＿ｒｅｑを算出する。

電圧位相偏差算出器５９は、第２電圧指令ベクトルの要求電圧位相Ｖθ２＿ｒｅｑから実電圧位相Ｖθ２を減算し、電圧位相偏差を算出する。第３実施形態における以後の構成は、第２実施形態と同様である。

以上のように、第１～第３実施形態において一方の第２インバータ制御回路３０２は、目標電力指令にしたがって、２つの電源１１、１２から２台のインバータ６０、７０へ供給される電力の分配を制御する電力制御部５０１、５０２、５０３を有する。各実施形態では、トルクフィードバック制御時に電圧位相Ｖθの調整により、２電源の電力分配量を管理し２電源間の電力を調整する。これにより、電圧振幅が最大値に固定される制御においても、トルクを維持したまま２電源間での電力分配制御が可能となる。したがって、電源のＳＯＣや電圧値を管理可能とし、一方の電源のＳＯＣ枯渇や電池劣化を適切に防止することができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について、第１～第３実施形態の図５、図６にそれぞれ対応する図１１、図１２を参照して説明する。第４実施形態の制御部３０４では、２つのインバータ制御回路３０１、３０２がいずれも電力制御部５１０、５２０を有する。第１インバータ制御回路３０１の電力制御部５１０及び第２インバータ制御回路３０２の電力制御部５２０には、いずれも、第１電圧指令ベクトルの分配後位相Ｖθ１＃、第２電圧指令ベクトルの分配後位相Ｖθ２＃、共通の電流Ｉｄ、Ｉｑ、各インバータ６０、７０の入力電力ＶＨ１、ＶＨ２、及び目標電力指令が入力される。

電力制御部５１０、５２０は、それぞれ、第１電圧指令ベクトルの位相調整量ΔＶθ１及び第２電圧指令ベクトルの位相調整量ΔＶθ２を生成する。各インバータ制御回路３０１、３０２の調整量加算器３６で、電圧位相Ｖθ１、Ｖθ２に位相調整量ΔＶθ１、ΔＶθ２が加算され、分配後の電圧位相Ｖθ１＃、Ｖθ２＃として電圧位相リミット部３７に出力される。

図１２のフローチャートは、第４実施形態の電力制御部５１０、５２０による電力分配処理を示し、図６に対しＳ４４Ｂ、Ｓ４５Ｂ、Ｓ４６Ｂが異なる。Ｓ４４Ｂで各インバータ制御回路３０１、３０２の電力制御部５１０、５２０は、第１電圧指令及び第２電圧指令と目標電力指令とから各インバータ６０、７０の電圧指令ベクトルの位相調整量ΔＶθ１、ΔＶθ２を算出する。

Ｓ４５Ｂで各インバータ制御回路３０１、３０２は、電圧位相Ｖθ１、Ｖθ２及び位相調整量ΔＶθ１、ΔＶθ２から得られた分配後の各電圧指令ベクトルの位相Ｖθ１＃、Ｖθ２＃により各インバータ６０、７０を制御する。Ｓ４６Ｂでは、各インバータ６０、７０の電力変化を受けて、各インバータ制御回路３０１、３０２がフィードバック制御を実行する。こうしてＳ４７では、トルクを指令ｔｒｑ^*に追従させつつ、第１インバータ６０及び第２インバータ７０の電力が分配される。

第４実施形態では、両方のインバータ制御回路３０１、３０２に電力制御部５１０、５２０を設けることにより、各インバータ６０、７０での電力移動量が小さくなり、電流進角により近い状態での制御が可能になる。また、電力管理回路と、トルクフィードバック制御を行う電力非管理回路との切替の必要がなくなり、力行時の充電や回生時の放電の際にインバータ６０、７０間での制御切替要求が不要となる。

（その他の実施形態）
（ａ）「電圧振幅が最大値に固定される制御」として一般に、変調率が１．２７である矩形波制御が知られている。しかし、本発明は矩形波制御に限らず、例えば過変調制御における変調率の上限を１．２０程度に固定するような制御にも適用可能である。

（ｂ）独立した２電源が用いられる構成において、各電源は、両方ともバッテリやキャパシタで代表される二次電池である構成に限定されない。例えば、一方の電源が二次電池であり、他方の電源が燃料電池や発電機により構成されてもよい。

（ｃ）電動機のオープン巻線の相数は、３相に限らず４相以上であってもよい。また、２相のオープン巻線がブリッジ接続された構成であってもよい。

（ｄ）２電源２インバータ式の電動機駆動装置は、電気自動車、燃料電池車などの純電気車や、ＰＨＶ（プラグインハイブリッド）、レンジエクステンダをはじめとする電気リッチなハイブリッドパワトレイン、さらには、１２～４８ＶのＩＳＧ（Integrated Starter Generator）といった軽い電動化車両に至るまで適用される。この技術は、従来技術例であるリアクトルによる昇圧回路を一切使用せずに、高効率に高出力を実現する用途に適用可能な電圧型回路トポロジによるものであり、各車両において、従来の昇圧回路では熱的に成立困難な領域においても高出力化が求められる用途に適する。

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、そ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。

１１・・・第１電源、 １２・・・第２電源、
３００、３０４・・・制御部、
３０１・・・第１インバータ制御回路、
３０２・・・第２インバータ制御回路、
５０・・・電力制御部、
６０・・・第１インバータ、 ６１～６６・・・第１スイッチング素子、
７０・・・第２インバータ、 ７１～７６・・・第２スイッチング素子、
８０・・・ＭＧ（モータジェネレータ、電動機）、
８１、８２、８３・・・３相巻線。

Claims (4)

1. ２つの電源が個別に接続される２台のインバータを用いて、端点同士がオープンである２相以上の巻線（８１、８２、８３）を有する電動機（８０）の駆動を制御する電動機駆動装置であって、
   第１電源（１１）から直流電力が入力され、前記巻線の各相に対応して設けられる複数の第１スイッチング素子（６１～６６）を有し、前記巻線の一端に接続される第１インバータ（６０）と、
   第２電源（１２）から直流電力が入力され、前記巻線の各相に対応して設けられる複数の第２スイッチング素子（７１～７６）を有し、前記巻線の他端に接続される第２インバータ（７０）と、
   トルク指令に基づき、前記第１インバータへの出力電圧指令である第１電圧指令を生成する第１インバータ制御回路（３０１）、及び、前記第２インバータへの出力電圧指令である第２電圧指令を生成する第２インバータ制御回路（３０２）、の２つのインバータ制御回路を有する制御部（３００）と、
   を備え、
   いずれか一方の前記インバータ制御回路は、トルクフィードバック制御時、前記２台のインバータに対する目標電力指令としての目標電力分配比率または目標電力量にしたがって、前記２つの電源から前記２台のインバータへ供給される電力の分配を制御する電力制御部（５０）を有し、
   前記電力制御部を有する前記インバータ制御回路（３０２）が電力管理回路として設定され、他方の前記インバータ制御回路（３０１）が前記電力管理回路の制御の影響を受ける電力非管理回路として設定され、
   前記電力管理回路の前記電力制御部は、前記２台のインバータの電力分配比率または電力量が前記目標電力指令に追従するよう、前記電力管理回路の電圧指令ベクトルの位相を進角または遅角させるように操作する電動機駆動装置。
2. 前記電力制御部は、前記２台のインバータの電力分配比率または電力量の実値が前記目標電力分配比率または前記目標電力量に近づくように電圧指令ベクトルの位相を操作する請求項１に記載の電動機駆動装置。
3. 前記制御部は、トルクフィードバック制御において、前記第１インバータ又は前記第２インバータから前記電動機の前記巻線に通電される相電流を座標変換したｄｑ軸電流に基づきトルク推定値を算出し、トルク指令と前記トルク推定値とのトルク偏差を０に近づけるように制御器（３３）により電圧位相（Ｖθ２）を演算し、
   前記電力制御部は、前記目標電力分配比率または前記目標電力量と前記電動機の回転数とから要求電圧位相（Ｖθ２＿ｒｅｑ）を算出し、前記制御器が演算した電圧位相が前記要求電圧位相に近づくように電圧指令ベクトルの位相を操作する請求項１に記載の電動機駆動装置。
4. ２つの電源が個別に接続される２台のインバータを用いて、端点同士がオープンである２相以上の巻線（８１、８２、８３）を有する電動機（８０）の駆動を制御する電動機駆動装置であって、
   第１電源（１１）から直流電力が入力され、前記巻線の各相に対応して設けられる複数の第１スイッチング素子（６１～６６）を有し、前記巻線の一端に接続される第１インバータ（６０）と、
   第２電源（１２）から直流電力が入力され、前記巻線の各相に対応して設けられる複数の第２スイッチング素子（７１～７６）を有し、前記巻線の他端に接続される第２インバータ（７０）と、
   トルク指令に基づき、前記第１インバータへの出力電圧指令である第１電圧指令を生成する第１インバータ制御回路（３０１）、及び、前記第２インバータへの出力電圧指令である第２電圧指令を生成する第２インバータ制御回路（３０２）、の２つのインバータ制御回路を有する制御部（３０４）と、
   を備え、
   前記２つのインバータ制御回路は、いずれも、トルクフィードバック制御時、前記２台のインバータに対する目標電力指令としての目標電力分配比率または目標電力量にしたがって、前記２つの電源から前記２台のインバータへ供給される電力の分配を制御する電力制御部（５１０、５２０）を有し、
   前記第１インバータ制御回路が有する前記電力制御部は、前記２台のインバータの電力分配比率または電力量が前記目標電力指令に追従するよう、前記第１インバータ制御回路の電圧指令ベクトルの位相を進角または遅角させるように操作し、
   前記第２インバータ制御回路が有する前記電力制御部は、前記２台のインバータの電力分配比率または電力量が前記目標電力指令に追従するよう、前記第２インバータ制御回路の電圧指令ベクトルの位相を進角または遅角させるように操作する電動機駆動装置。

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