WO2009119215A1 - 回転電機制御システム及び当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システム - Google Patents

Abstract

　回転電機制御システムは、回転電機と、直流電源と接続され、回転電機が力行する際に直流電源の出力を交流に変換し、回転電機が回生する際に回転電機からの出力を直流に変換する周波数変換部を有する駆動回路と、駆動回路を制御する制御部とを備え、制御部は、回転電機が回生する際に、直流電源と駆動回路との接続が維持されているか否かを判定し、維持されていない場合に駆動回路を制御して回転電機による回生電力を低下させる。

Description

回転電機制御システム及び当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システム

　本発明は、少なくとも回生を行う回転電機を制御する回転電機制御システムに関する。また、本発明は、当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システムに関する。

　近年、化石燃料の消費による環境負荷を軽減する試みが広く実施されている。産業界においても、内燃機関により駆動される自動車と比べて環境負荷が小さい自動車が提案されている。回転電機である電気モータにより駆動される電気自動車や、内燃機関及び電気モータにより駆動されるハイブリッド自動車は、その一例である。このような電気自動車やハイブリッド自動車においては、電気モータと、電気モータに電力を供給するバッテリとが接続される。回転電機である電気モータは、車両の運動エネルギーにより発電を行う発電機（ジェネレータ）としての機能も併せ持っている。発電された電力は、バッテリに回生されて蓄電される。回転電機とバッテリとの間には、開閉回路（コンタクタ）が備えられている。コンタクタが閉状態において回転電機とバッテリとが電気的に接続される。車両の異常時にはコンタクタが開状態となり、安全性の確保のために回転電機とバッテリとの電気的接続が解除される。例えば、下記に出典を示す特許文献１には、バッテリの異常時にコンタクタが開状態となって、回転電機とバッテリとが切り離される例が記載されている。
特開２００４－２７４９４５号公報（第２～第１２段落等）

　特許文献１に記載されているように、コンタクタの好適な実施態様として、しばしばリレーが用いられる。電気自動車やハイブリッド自動車などの高電圧、大電流の回路において用いられるリレーは、機械的な接点を有するリレーである場合が多い。機械的接点の故障や電磁石部（コイル部）の故障、リレーの制御信号へのノイズの混入などにより、回転電機が回生運転中にコンタクタが開状態となると、バッテリへの接続が解除されてしまうことになる。また、リレーとバッテリとを接続するパワーケーブル、あるいはリレーと回転電機側の回路（インバータ回路など）とを接続するパワーケーブルの破損等により、回転電機とバッテリとの接続が解除されてしまう可能性もある。

　この場合、回転電機側の回路を介してバッテリへ回生されるべき電力が回生されず、回転電機側の回路、例えば平滑コンデンサ等に蓄えられてしまう。従って、通常の回生時に比べて、回転電機側の回路の電圧が著しく上昇することになる。一般的にインバータなどの駆動回路を含む回転電機側の回路には過電圧保護機能が備えられているが、急激な電圧上昇が起こると過電圧を検出して保護動作を開始する前に電圧が大幅に上昇する場合がある。回転電機側の回路の直流電源との接続部には、さらにエアーコンディショナ等の補機が接続されている場合があり、この電圧上昇によって補機の定格電圧を超えてしまう可能性がある。

　本発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、回転電機に電力を供給する直流電源と、回転電機との間の接続が解除された場合に、回転電機側の回路及び当該回路に接続される補機に過電圧が印加されることを抑制することができる回転電機制御システムを提供することを目的とする。

　上記目的を解決するための本発明に係る回転電機制御システムの特徴構成は、
　回転電機と、
　直流電源に接続され、前記回転電機が力行する際に前記直流電源の出力を交流に変換し、前記回転電機が回生する際に前記回転電機からの出力を直流に変換する周波数変換部を有する駆動回路と、
　前記駆動回路を制御する制御部と、を備えた回転電機制御システムであって、
　前記制御部が、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されているか否かを判定し、維持されていない場合に前記駆動回路を制御して前記回転電機による回生電力を低下させる点にある。

　直流電源と駆動回路との接続が維持されていない場合には、直流電源へ回生されるべき電力が回生されず、駆動回路側の電圧が著しく上昇することになる。しかし、本特徴構成によれば、直流電源と駆動回路との接続が維持されていない場合には、制御部が駆動回路を制御して回転電機による回生電力を低下させる。従って、駆動回路側の電圧の上昇が抑制される。その結果、回転電機に電力を供給する直流電源と回転電機との間の接続が解除された場合に、駆動回路などの回転電機側の回路に過電圧が印加されることが抑制される。また、回転電機側の回路に接続される補機に過電圧が印加されることも抑制される。

　ここで、前記制御部が、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されていない場合に前記回転電機による回生トルクが零となるように前記駆動回路を制御すると好適である。

　回生トルクが零となるように回転電機が制御されると、当該回転電機による回生電力が良好に低下される。従って、駆動回路側の電圧の上昇が抑制される。その結果、回転電機に電力を供給する直流電源と回転電機との間の接続が解除された場合に、駆動回路などの回転電機側の回路や当該回路に接続される補機への過電圧の印加が抑制される。

　また、本発明に係る回転電機制御システムは、
　前記駆動回路が、前記直流電源と前記周波数変換部との間に介在され、前記直流電源の出力を昇圧する電圧変換部を有し、
　前記制御部が、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されていない場合に前記電圧変換部の作動を停止させると好適である。

　より高い回転数領域においても回転電機に最大トルクを発揮させるために、電圧変換部を設けて回転電機を駆動する電圧を昇圧する場合がある。このような電圧変換部は、直流電源と周波数変換部との間に設けられる。一方、駆動回路と直流電源との接続部には、さらにエアーコンディショナ等の補機が接続されている場合があるが、補機への印加電圧は昇圧される必要はない。従って、補機への接続は、電圧変換部と直流電源との間から分岐されることが一般的である。ここで、上記構成のように、直流電源と駆動回路との接続が維持されていない場合に電圧変換部の作動が停止されると、周波数変換部と補機との接続が解消される。従って、補機には回転電機からの回生電力は供給されなくなる。その結果、直流電源と回転電機との接続が解除された場合に、回転電機側の回路に接続される補機に過電圧が印加されることを抑制することができる。

　本発明に係る回転電機制御システムの前記制御部は、前記駆動回路の前記直流電源と接続される接続部における入出力電圧に基づいて、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されているか否かを判定すると好適である。

　電気回路において、特に電源系の回線（伝送線路）においては、装置や回路の接続部に電源安定化のために正負両極間に平滑コンデンサが備えられることが多い。直流電源と駆動回路との接続部においても、このような平滑コンデンサが備えられることが多い。そして、回転電機の回生時に直流電源と駆動回路との接続が解除されると、行き場を失った電荷は当該平滑コンデンサに蓄積され、その両端の電位差が上昇する。従って、回転電機の回生時に駆動回路の直流電源と接続される接続部における入出力電圧を参照することによって、直流電源と駆動回路との接続状態を簡潔且つ確実に判定することができる。

　ここで、前記制御部は、前記入出力電圧が所定の過電圧閾値を超えた場合に、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されていないと判定すると好適である。

　上述したように、回転電機の回生時に直流電源と駆動回路との接続が解除されると、行き場を失った電荷は当該平滑コンデンサに蓄積され、その両端の電位差が上昇する。従って、制御部は、入出力電圧が所定の過電圧閾値を超えた場合に、直流電源と駆動回路との接続が維持されていないと判定することにより、直流電源と駆動回路との接続状態を簡潔且つ確実に判定することができる。

　さらに、前記制御部は、前記入出力電圧が単位時間当たりに上昇する電圧変化率が所定の変化率閾値を超えた場合は、前記過電圧閾値よりも低い値に設定された急変時過電圧閾値に基づいて前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されているか否かを判定すると好適である。

　突発的な事象により、直流電源と駆動回路との接続が解除される場合、当然ながら解除に適した電気的条件が整っているとは限らない。そして、解除に適した電気的条件が整っていない場合、しばしば接続部における入出力電圧が大きく変動する。逆に、接続部における入出力電圧に大きな変動が生じている場合には、直流電源と駆動回路との接続が解除されるなどの突発的な事象が発生している可能性が高くなる。従って、入出力電圧が単位時間当たりに上昇する電圧変化率が所定の変化率閾値を超えた場合に、制御部がより感応度の高い（センシティブな）判定条件に基づいて判定を行うと好適である。つまり、制御部は、上記過電圧閾値よりも低い値に設定された急変時過電圧閾値に基づいて直流電源と駆動回路との接続が維持されているか否かを判定することにより、迅速に直流電源と駆動回路との接続状態を判定することができる。特に、駆動回路が昇圧回路を備えているような場合には、昇圧回路のリアクトルとコンデンサとによるＬＣ回路の影響で電圧が振動するために過電圧検出が困難となる傾向がある。しかし、制御部が電圧変化率も勘案して判定を行うことにより、この課題が軽減される。

　また、本発明に係る回転電機制御システムにおける前記過電圧閾値は、前記直流電源の最大電圧と前記入出力電圧を検出する電圧測定部の誤差の最大値との和に設定されると好適である。

　これによれば、バッテリなどの直流電源の通常使用可能な最大電圧と、電圧センサなどの入出力電圧を検出する電圧測定部の誤差の最大値との和が過電圧閾値に設定される。従って、センサの検出誤差によって、直流電源の電圧が通常使用可能な範囲であるにも拘わらず、回生が制限されることを確実に防止することができる。さらに、回生を制限すべき電圧の最も低い電圧で過電圧と判定することができるため、過電圧を早期に検出することができる。従って、回転電機側の回路及び回路に接続される補機に過電圧が印加されることを確実に抑制することができる。

　本発明に係る車両駆動システムは、上述した本発明に係る回転電機制御システムを備えるとともに、
　前記回転電機として、第１回転電機と第２回転電機とを備え、
　前記第１回転電機および前記第２回転電機以外の駆動源から発生される駆動力を分配する動力分配機構を備え、前記動力分配機構により分配された一方の駆動力が車輪に、他方の駆動力が前記第１回転電機に伝達されるとともに、前記第２回転電機により発生される駆動力が前記車輪に伝達される構成を採ることができる。

　この構成の車両駆動システムによれば、一対の回転電機と、当該一対の回転電機以外の駆動源（例えばエンジン）とを備えた、いわゆるスプリット形態の動力分配を行うハイブリッド車両を実現することができる。そして、当該ハイブリッド車両は、一対の回転電機の運転を、それら回転電機に要求される回転数及びトルクを満たす形態で実現し、さらに、単一の電圧変換部により、一対の回転電機のそれぞれで必要となる電圧を得る形態のシステムを容易に実現できる。

　本発明の車両駆動システムは、
　前記動力分配機構が、回転速度の順に、第１回転要素、第２回転要素および第３回転要素を有する遊星歯車機構を含んで構成され、
　前記第１回転電機が前記第１回転要素に接続され、前記回転電機以外の駆動源が前記第２回転要素に接続され、前記第２回転電機及び前記第３回転要素が車輪に接続されている構成であると好適である。

　この構造を採用することで、単一の遊星歯車機構を使用して、スプリット形態の動力分配を行うハイブリッド車両を容易に実現できる。

は、車両駆動システムの駆動系の構成を模式的に示すブロック図である。 は、回転電機制御系の構成の一例を模式的に示すブロック図である。 は、本発明の回転電機制御システムの制御手順の一例を示すフローチャートである。 は、バッテリ電圧の変化とそれに応じて図３の手順に従って実施される制御との関係を示すタイミングチャートである。 は、本発明の回転電機制御システムの制御手順の他の例を示すフローチャートである。 は、バッテリ電圧の変化とそれに応じて図５の手順に従って実施される制御との関係を示すタイミングチャートである。 は、回転電機制御系の構成の他の例を模式的に示すブロック図である。

〔第１実施形態〕
　以下、本発明に係る回転電機制御システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、車両駆動システム２００の駆動系の構成を模式的に示すブロック図であり、図２は、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２を制御するために設けられる回転電機駆動装置（駆動回路）２を主とする回転電機制御系の構成を模式的に示すブロック図である。以下、当該回転電機制御システム１００が、車両駆動システムに組み込まれ、当該車両駆動システムに備えられる回転電機の運転制御を行う場合を例として本発明の実施形態を説明する。

　図１に示すように、車両には動力源として、内燃機関であるエンジンＥと、一対の回転電機ＭＧ１及びＭＧ２とが備えられている。この車両駆動システム２００は、エンジンＥの出力を、第１回転電機ＭＧ１側と、車輪及び第２回転電機ＭＧ２側とに分配する動力分配用の遊星歯車機構ＰＧを備えた、いわゆる２モータスプリット方式のハイブリッド駆動装置１を備えて構成されている。エンジンＥとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の公知の各種の内燃機関を用いることができる。後述するように、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２は、それぞれモータ（電動機）又はジェネレータ（発電機）として作動する。従って、以下の説明において、特に何れかの回転電機を特定する必要がない場合、単に「回転電機」と称して符号ＭＧ１及びＭＧ２を省略することがある。

　ハイブリッド駆動装置１は、機械的な構成として、エンジンＥに接続された入力軸Ｉと、第１回転電機ＭＧ１と、第２回転電機ＭＧ２と、動力分配用の遊星歯車機構ＰＧと、カウンタギヤ機構Ｃと、複数の車輪Ｗに駆動力を分配するディファレンシャル装置Ｄと、を備えている。ここで、遊星歯車機構ＰＧは、エンジンＥの出力（駆動力）を第１回転電機ＭＧ１とカウンタドライブギヤＯとに分配する。カウンタドライブギヤＯは、カウンタギヤ機構Ｃ及びディファレンシャル装置Ｄを介して車輪（駆動輪）Ｗに接続される。第２回転電機ＭＧ２は、カウンタドライブギヤＯからディファレンシャル装置Ｄまでの動力伝達系に出力トルクを伝達可能に接続される。

　図１に示すように、ハイブリッド駆動装置１では、エンジンＥのクランクシャフト等の出力回転軸に接続された入力軸Ｉ、第１回転電機ＭＧ１、及び動力分配機構としての遊星歯車機構ＰＧが同軸上に配置されている。そして、第２回転電機ＭＧ２、カウンタギヤ機構Ｃ、及びディファレンシャル装置Ｄが、それぞれ入力軸Ｉと平行な軸上に配置されている。カウンタギヤ機構Ｃの軸（カウンタ軸）には、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２側から順に、第１カウンタドリブンギヤｃ１、第２カウンタドリブンギヤｃ２、及びデフピニオンギヤｃ３が固定されている。ここで、デフピニオンギヤｃ３は、ディファレンシャル装置Ｄのデフリングギヤｄｒに噛み合っており、カウンタギヤ機構Ｃの回転がディファレンシャル装置Ｄを介して車輪Ｗに伝達される構成となっている。ディファレンシャル装置Ｄは、一般的に用いられるものであり、例えば傘歯車を用いた差動歯車機構を有して構成されている。尚、入力軸ＩがエンジンＥの出力回転軸との間にダンパやクラッチ等を介して接続された構成としても好適である。

　第１回転電機ＭＧ１は、図示しないケースに固定されたステータＳｔ１と、このステータＳｔ１の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ１と、を有している。この第１回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１は、動力分配機構としての遊星歯車装置ＰＧのサンギヤｓと一体回転するように連結されている。また、第２回転電機ＭＧ２は図示しないケースに固定されたステータＳｔ２と、このステータＳｔ２の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ２と、を有している。この第２回転電機ＭＧ２のロータＲｏ２は、第２回転電機出力ギヤｄ２と一体回転するように連結されている。この第２回転電機出力ギヤｄ２は、カウンタギヤ機構Ｃに固定された第１カウンタドリブンギヤｃ１と噛み合っており、第２回転電機ＭＧ２の回転がカウンタギヤ機構Ｃに伝達される構成となっている。これにより、第２回転電機ＭＧ２のロータＲｏ２は、カウンタドライブギヤＯの回転速度に比例する回転速度で回転する。

　第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、図１に示すように、回転電機駆動装置（駆動回路）２を介してバッテリ（直流電源）Ｂに電気的に接続されている。また、回転電機駆動装置２とバッテリＢとは、コンタクタ（開閉回路）３を介して電気的に接続されている。コンタクタ３が閉状態において回転電機駆動装置２とバッテリＢとが電気的に接続される。車両の異常時には、不図示の車両ＥＣＵ等からの制御によってコンタクタ３が開状態となり、安全性の確保のために回転電機駆動装置２とバッテリＢとの電気的接続が解除される。コンタクタ３は、長寿命や制御性の良さなどから、しばしばリレーを用いて構成される。図２に示すように、コンタクタ３を挟んで、回転電機駆動装置２の側にはバッテリＢから供給される電源により駆動される補機２０が接続される。補機２０は、エアーコンディショナーやＤＣ－ＤＣコンバータ等である。

　第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、それぞれ電力の供給を受けて動力を発生するモータ（電動機）としての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ（発電機）としての機能とを果すことが可能に構成されている。本実施形態における構成例では、第１回転電機ＭＧ１は、主に遊星歯車機構ＰＧのサンギヤｓを介して入力される駆動力により発電を行うジェネレータとして機能し、バッテリＢを充電し、或いは第２回転電機ＭＧ２を駆動するための電力を供給する。但し、車両の高速走行時やエンジンＥの始動時等には第１回転電機ＭＧ１は力行して駆動力を出力するモータとして機能する場合もある。一方、第２回転電機ＭＧ２は、主に車両の走行用の駆動力を補助するモータとして機能する。但し、車両の減速時等には、第２回転電機ＭＧ２は、車両の慣性力を電気エネルギーとして回生するジェネレータとして機能する。このような第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２の運転は、ＴＣＵ（trans-axle control unit）１０（図２参照）により制御される。

　ＴＣＵ１０は、本発明の制御部として機能し、後述するように電圧変換部４及び周波数変換部５を含む回転電機駆動装置（駆動回路）２を介して、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２を制御する。尚、本発明の制御部は、ＴＣＵ１０を制御するさらに上位のＥＣＵ（electronic control unit）であっても構わない。ＴＣＵ１０やＥＣＵは、好適にはマイクロコンピュータなどを中核として実現される。

　図１に示すように、遊星歯車機構ＰＧは、入力軸Ｉと同軸状に配置されたシングルピニオン型の構成を有している。すなわち、遊星歯車機構ＰＧは、複数のピニオンギヤを支持するキャリアｃａと、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤｓ及びリングギヤｒとを回転要素として有している。第１回転要素としてのサンギヤｓは、第１回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１と一体回転するように接続される。第２回転要素としてのキャリアｃａは、エンジンＥの出力回転軸に接続された入力軸Ｉと一体回転するように接続されている。第３回転要素としてのリングギヤｒは、カウンタドライブギヤＯと一体回転するように接続されている。このカウンタドライブギヤＯは、カウンタギヤ機構Ｃに固定された第２カウンタドリブンギヤｃ２と噛み合っており、遊星歯車装置ＰＧのリングギヤｒの回転が、このカウンタギヤ機構Ｃに伝達される。そして、カウンタギヤ機構Ｃの回転がディファレンシャル装置Ｄを介して車輪Ｗに伝達される。

　図１に示す構成においては、第１回転電機ＭＧ１が第１回転要素としてのサンギヤｓに接続され、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２以外の駆動源であるエンジンＥが第２回転要素としてのキャリアｃａに接続されている。そして、第２回転電機ＭＧ２及び第３回転要素としてのリングギヤｒは、ディファレンシャル装置Ｄを経て車輪Ｗに接続されている。しかし、駆動系の構成は、この構成に限定されるものではない。第２回転電機ＭＧ２は、ディファレンシャル装置Ｄに直接接続される形態でもよいし、第３回転要素又はその他の駆動伝達要素に接続され、それらの回転要素や駆動伝達要素を介してディファレンシャル装置Ｄに接続される形態でもよい。

　図２は、回転電機駆動装置２を中核とする回転電機制御系の構成を模式的に示すブロック図である。この回転電機制御系は、バッテリＢと各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２と、両者の間に介装される回転電機駆動装置２とを備えて構成されている。また、回転電機駆動装置２は、バッテリＢ側から、電圧変換部（コンバータ）４、周波数変換部（インバータ）５を備えている。図２に示すように、本実施形態では周波数変換部５として、一対の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に対して、それぞれ周波数変換部５１と５２とが個別に設けられている。

　周波数変換部５と各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２との間には、回転電機を流れる電流を計測するための電流センサ１３が備えられている。本例では、３相全ての電流を計測する構成を示しているが、３相は平衡状態にあり、電流の瞬時値の総和は零であるので２相のみの電流を計測して、ＴＣＵ１０において残りの一相の電流を演算により求めてもよい。

　バッテリＢは、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２へ電力の供給が可能なものであるとともに、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２から電力の供給を受けて蓄電可能なものである。バッテリＢ（コンタクタ３）と回転電機駆動装置２との接続部には、当該接続部における回転電機駆動装置２の電源電圧（入出力電圧）を測定するための電圧測定部６が備えられている。つまり、バッテリＢから回転電機駆動装置２及び補機２０へ供給される電圧、及び回転電機駆動装置２からバッテリＢへ回生されると共に補機２０へ供給される電圧であるバッテリ電圧（入出力電圧）が測定される。測定されたバッテリ電圧は、後述するようにＴＣＵ１０における制御に用いられる。電圧測定部６は、例えば電圧センサにより構成される。

　電圧変換部（コンバータ）４は、リアクトル４ａ、フィルタコンデンサ４ｂ、上下一対のスイッチング素子４ｃ及び４ｄ、放電用抵抗器４ｅ、平滑コンデンサ４ｆを有して構成されている。スイッチング素子４ｃ、４ｄとしては、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolartransistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）を適用すると好適である。本実施形態では、ＩＧＢＴを用いて構成される場合を例として図示している。

　電圧変換部４の上段のスイッチング素子４ｃのソースは下段のスイッチング素子４ｄのドレインに接続されるとともに、リアクトル４ａを介してバッテリＢのプラス側に接続されている。上段のスイッチング素子４ｃのドレインは、周波数変換部５の入力プラス側に接続される。下段のスイッチング素子４ｄのソースはバッテリＢのマイナス側（グラウンド）に接続される。周波数変換部５の入力マイナス側もグラウンドであるので、下段のスイッチング素子４ｄのソースは周波数変換部５の入力マイナス側と接続される。

　上段のスイッチング素子４ｃ及び下段のスイッチチング素子４ｄのゲートは、ドライバ回路７（７Ｃ）を介してＴＣＵ１０に接続される。スイッチング素子４ｃ、４ｄは、ＴＣＵ１０により制御され、バッテリＢからの電圧を昇圧して周波数変換部５に供給する。ＴＣＵ１０は、回転電機の目標トルクに応じて設定される昇圧指令値に基づいて、スイッチング素子４ｃ、４ｄを制御する。具体的には、ＴＣＵ１０は、上段のスイッチング素子４ｃをＯＦＦ状態にし、下段のスイッチング素子４ｄを例えばＰＷＭ制御することによってＯＮ／ＯＦＦを切り替えて、バッテリＢの電圧を昇圧して出力する。一方、回転電機が回生運転する場合には、電圧変換部４は、回転電機により発電された電力をバッテリＢへ回生する。例えば、ＴＣＵ１０は、下段のスイッチング素子４ｄをＯＦＦ状態にし、上段のスイッチング素子４ｃをＯＮ状態に制御することによって、電圧変換部４を介して電力を回生させる。尚、回転電機により発電された電力を降圧してバッテリＢに回生させる場合には、上段のスイッチング素子４ｃがＰＷＭ制御されてもよい。

　周波数変換部５は、ブリッジ回路により構成されている。周波数変換部５の入力プラス側と入力マイナス側との間に２つのスイッチング素子が直列に接続され、この直列回路が３回線並列接続される。つまり、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のステータコイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに一組の直列回路が対応したブリッジ回路が構成される。図２において、
　符号８ａは、Ｕ相の上段側スイッチング素子であり、
　符号８ｂは、Ｖ相の上段側スイッチング素子であり、
　符号８ｃは、Ｗ相の上段側スイッチング素子であり、
　符号８ｄは、Ｕ相の下段側スイッチング素子であり、
　符号８ｅは、Ｖ相の下段側スイッチング素子であり、
　符号８ｆは、Ｗ相の下段側スイッチング素子である。
　尚、周波数変換部５のスイッチング素子８ａ～８ｆについても、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを適用すると好適である。本実施形態では、ＩＧＢＴを用いる場合を例示している。

　図２に示すように、各相の上段側スイッチング素子８ａ、８ｂ、８ｃのドレインは電圧変換部４の出力プラス側（周波数変換部５の入力プラス側）に接続され、ソースは各相の下段側スイッチング素子８ｄ、８ｅ、８ｆのドレインに接続されている。また、各相の下段側スイッチング素子８ｄ、８ｅ、８ｆのソースは、電圧変換部４の出力マイナス側（周波数変換部５の入力マイナス側）、即ち、バッテリＢのマイナス側（グラウンド）に接続されている。各スイッチング素子８ａ～８ｆのゲートは、ドライバ回路７（７Ａ、７Ｂ）を介してＴＣＵ１０に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。

　対となる各相のスイッチング素子（８ａ、８ｄ）、（８ｂ、８ｅ）、（８ｃ、８ｆ）による直列回路の中間点（スイッチング素子の接続点）９ｕ、９ｖ、９ｗは、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線にそれぞれ接続されている。各巻線へ供給される駆動電流は、電流センサ１３によって検出される。電流センサ１３による検出値は、ＴＣＵ１０が受け取り、フィードバック制御に用いられる。

　また、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２には、回転検出部の一部として機能するレゾルバなどの回転検出センサ１１、１２が備えられており、ロータＲｏ１、Ｒｏ２の回転角（機械角）を検出する。回転検出センサ１１、１２は、ロータＲｏ１、Ｒｏ２の極数（極対数）に応じて設定されており、ロータＲｏ１、Ｒｏ２の回転角を電気角θに変換し、電気角θに応じた信号を出力することも可能である。ＴＣＵ１０は、この回転角に基づいて回転電機ＭＧ１及びＭＧ２の回転数（角速度ω）や、周波数変換部５の各スイッチング素子８ａ～８ｆの制御タイミングを演算する。

　ＴＣＵ１０は、これらスイッチング素子８ａ～８ｆを、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２に対する目標トルク及び回転数に基づいてＰＷＭ制御することで、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に三相の交流駆動電流を供給する。これにより、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２は、目標回転数、目標トルクに応じて力行する。回転電機ＭＧ１及びＭＧ２の一方又は双方が発電機として働き、回転電機側から電力を受ける場合（回生時）も力行時と同様である。つまり、ＴＣＵ１０は、スイッチング素子８ａ～８ｆを、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２に対する目標トルク及び回転数に基づいてＰＷＭ制御することで、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２で発電した電力を直流に変換する。これにより、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２は、目標回転数、目標トルクに応じて回生する。

　上述したように、コンタクタ３の好適な実施態様として、しばしばリレーが用いられる。そして、ハイブリッド自動車などの高電圧、大電流の回路において用いられるリレーは、機械的な接点を有するリレーである場合が多い。機械的接点の故障や電磁石部（コイル部）の故障、リレーの制御信号へのノイズの混入などにより、回転電機が回生運転中にコンタクタが開状態となると、回転電機制御装置２とバッテリＢとの接続が解除されてしまうことになる。また、コンタクタ３とバッテリＢとを接続するパワーケーブル、あるいはコンタクタ３と回転電機制御装置２とを接続するパワーケーブルの破損等により、回転電機制御装置２とバッテリＢとの接続が解除されてしまう可能性もある。

　この場合、回転電機側の回路を介してバッテリＢへ回生されるべき電力が回生されず、回転電機駆動装置２の平滑コンデンサ、例えば電圧変換部４の一次側の平滑コンデンサ４ｂにその電力が蓄えられてしまう。従って、通常の回生時に比べて、平滑コンデンサ４ｂの両端電圧、つまり、回転電機駆動装置２からバッテリＢへ回生されると共に補機２０へ供給される電圧であるバッテリ電圧（入出力電圧）が上昇する。上述したように、このバッテリ電圧は、電圧測定部６により測定される。ＴＣＵ１０は、電圧測定部６により測定されたバッテリ電圧に基づいて、バッテリＢと回転電機制御装置２との接続が維持されているか否かを判定する。そして、この接続が維持されていない場合には、ＴＣＵ１０は、バッテリ電圧の上昇を抑制させるべく、以下に説明するような制御を実施する。

　図３は、本発明の回転電機制御システムの制御手順の一例を示すフローチャートである。また、図４は、バッテリ電圧の変化とそれに応じて図３の手順に従って実施される制御との関係を示すタイミングチャートである。

　ＴＣＵ１０は、電圧測定部６よりバッテリ電圧を取得する（＃１０）。そして、ＴＣＵ１０は、バッテリ電圧が過電圧閾値ＴＨ１を超えているか否かを判定する（＃５１）。図４に示す例では、上昇するバッテリ電圧が時刻ｔ１や時刻ｔ３において過電圧閾値ＴＨ１を超える。この場合には（＃５１：Ｙｅｓ）、ＴＣＵ１０は、図４に示すように過電圧フラグをＯＮ状態とする（＃５２）。過電圧閾値ＴＨ１は、バッテリＢが許容可能な最大電圧と、バッテリ電圧を取得する電圧測定部６の誤差の最大値との和に設定されると好適である。一例として、バッテリＢの通常使用可能な最大電圧を３５０Ｖとし、電圧測定部６による測定誤差の最大値を２０Ｖとすれば、その和である３７０Ｖが過電圧閾値ＴＨ１として設定される。

　ステップ＃５１において、バッテリ電圧が過電圧閾値ＴＨ１を超えていないと判定された場合には（＃５１：Ｎｏ）、次にバッテリ電圧が解除閾値ＴＨ３を下回っているか否かが判定される（＃５３）。例えば図４における時刻ｔ１１やｔ１２では、バッテリ電圧は過電圧閾値ＴＨ１を超えていないが、解除閾値ＴＨ３を下回ってもいない。従って、これらの場合には（＃５３：Ｎｏ）、過電圧フラグの状態が維持される（＃５４）。つまり、時刻ｔ１１においては、図４に示す限り時刻ｔ１１以前にバッテリ電圧が過電圧閾値ＴＨ１を超えてはいないので過電圧フラグはＯＦＦ状態である。従って、そのＯＦＦ状態が維持される。一方、時刻ｔ１２は、時刻ｔ１でバッテリ電圧が過電圧閾値ＴＨ１を超えた後の時刻であるから、過電圧フラグはＯＮ状態である。従って、そのＯＮ状態が維持される。

　図４に示す時刻ｔ２では、バッテリ電圧が解除閾値ＴＨ３を下回り、ステップ＃５３において、バッテリ電圧が解除閾値ＴＨ３を下回っていると判定される（＃５３：Ｙｅｓ）。この場合には、図４に示すように、ＴＣＵ１０は、過電圧フラグをＯＦＦ状態とする（＃５５）。以上、ＴＣＵ１０は、取得したバッテリ電圧に対して、過電圧閾値ＴＨ１に基づく判定、又は過電圧閾値ＴＨ１及び解除閾値ＴＨ３に基づく判定を実施して、過電圧フラグの状態を決定する。

　次に、ＴＣＵ１０は、過電圧フラグがＯＮ状態であるか否かを判定する（＃６１）。ＴＣＵ１０は、過電圧フラグがＯＮ状態であると判定すると（＃６１：Ｙｅｓ）、モータとして機能する回転電機のトルク指令ＴＭを０［Ｎｍ］に設定すると共に、発電機として機能する回転電機のトルク指令ＴＧ（回生トルク）を０［Ｎｍ］に設定する（＃６２）。これにより、回転電機による回生電力が低下される。つまり、回転電機駆動装置２を介してバッテリＢへ回生される電力が減少する。従って、バッテリＢと回転電機制御装置２との接続が解除されていても、回転電機駆動装置２の平滑コンデンサ、例えば電圧変換部４の一次側の平滑コンデンサ４ｂに蓄えられる電荷が抑制される。その結果、平滑コンデンサ４ｂの両端電圧、つまり、補機２０へ供給される電圧であるバッテリ電圧（入出力電圧）の上昇が抑制される。

　また、ＴＣＵ１０は、ステップ＃６２において回転電機のトルク指令を０［Ｎｍ］に設定すると共に、ステップ＃７１において電圧変換部（コンバータ）４の作動を停止させる。つまり、図４に示すように、昇圧制御ステータスを通常からシャットダウンに変更する。具体的には、ＴＣＵ１０は、スイッチング素子４ｃ及び４ｄを共にＯＦＦ状態に制御することによって、コンバータをシャットダウンする。これにより、周波数変換部６と補機２０との接続が解消される。従って、補機２０には回転電機からの回生電力は供給されなくなる。その結果、バッテリＢと回転電機との接続が解除された場合に、回転電機側の回路に接続される補機２０に過電圧が印加されることを抑制することができる。

　一方、ＴＣＵ１０は、図４に示す時刻ｔ２のように、ステップ＃６１において過電圧フラグがＯＦＦ状態であると判定すると（＃６１：Ｎｏ）、モータとして機能する回転電機のトルク指令ＴＭを通常値に設定すると共に、発電機として機能する回転電機のトルク指令ＴＧ（回生トルク）を通常値に設定する（＃６３）。ここで、通常値とは、車両側からの要求トルクや車両の速度等から決定される目標トルクに応じたトルク指令値のことである。尚、通常制御時には、急激なトルク変動を避けるために単位時間当たりにトルクが変化するトルク変化率に制限が掛けられている。従って、ＴＣＵ１０は、ステップ＃６３に続いてトルク変化率の制限を実施する（＃７２）。図４に示すように、時刻ｔ２以降トルク指令値は緩やかに上昇する。一方、ステップ＃６２のようにトルク指令値を０［Ｎｍ］にする場合には、緊急を要するので、トルク変化率は制限されることはない。また、ＴＣＵ１０は、ステップ＃７３において電圧変換部（コンバータ）４を作動させる。つまり、ＴＣＵ１０は、上述したようにスイッチング素子４ｃ及び４ｄを通常制御する。

〔第２実施形態〕
　以下、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と第２実施形態とは、ＴＣＵ１０による制御の手順に一部相違があるが、システム構成などは同様である。従って、システム構成などの詳細な説明については、省略する。

　図５は、本発明の回転電機制御システムの制御手順の他の例を示すフローチャートである。また、図６は、バッテリ電圧の変化とそれに応じて図５の手順に従って実施される制御との関係を示すタイミングチャートである。尚、図５に示すフローチャートにおいて、図３に示すフローチャートと同一の処理が実施されるステップについては同じ符号を付している。

　ＴＣＵ１０は、電圧測定部６よりバッテリ電圧を取得する（＃１０）。そして、ＴＣＵ１０は、例えばバッテリ電圧を微分することによって電圧変化率を演算する（＃２０）。尚、電圧測定部６が演算してＴＣＵ１０に出力してもよい。次に、ＴＣＵ１０は、電圧変化率が所定の変化率閾値ＴＨ４を超えているか否かを判定する（＃３１）。図６に示す例では、急激に上昇するバッテリ電圧の電圧変化率が時刻ｔ４において変化率閾値ＴＨ４を超える。この場合には（＃３１：Ｙｅｓ）、ＴＣＵ１０は、図６に示すように急変フラグをＯＮ状態とする（＃３２）。

　ステップ＃３１において、バッテリ電圧が変化率閾値ＴＨ４を超えていないと判定された場合には（＃３１：Ｎｏ）、急変フラグの状態が維持される（＃３３）。例えば、時刻ｔ１３においては、図６に示す限り時刻ｔ１３以前に電圧変化率が変化率閾値ＴＨ４を超えてはいないので急変フラグはＯＦＦ状態である。従って、そのＯＦＦ状態が維持される。一方、時刻ｔ１４は、時刻ｔ４で電圧変化率が変化率閾値ＴＨ４を超えた後の時刻であるから、時刻ｔ１３よりも変化率が小さいにも拘わらず、変化率フラグはＯＮ状態を維持される。このようにして、ＴＣＵ１０は、電圧変化率に基づいて急変フラグの状態を決定する。

　次に、ＴＣＵ１０は、急変フラグがＯＮ状態であるか否かを判定する（＃４１）。ＴＣＵ１０は、急変フラグがＯＦＦ状態であると判定すると（＃４１：Ｎｏ）、過電圧閾値を第１実施形態と同一の値の通常時閾値（通常時過電圧閾値）ＴＨ１に設定する（＃４３）。一方、ＴＣＵ１０は、急変フラグがＯＮ状態であると判定すると（＃４１：Ｙｅｓ）、過電圧閾値を通常時閾値ＴＨ１よりも小さい値の急変時閾値（急変時過電圧閾値）ＴＨ２に設定する（＃４２）。

　これ以降の処理については、ほぼ第１実施形態と同様であり、適宜説明を省略しながら後述するが、ステップ＃４１、＃４２を経ることにより、迅速に過電圧フラグをＯＮ状態とすることができる。つまり、図６に点線で示すように、通常時閾値ＴＨ１による判定では、時刻ｔ１において過電圧フラグがＯＮ状態となり、トルク指令値や昇圧制御ステータスが変更される。しかし、本実施形態においては、時刻ｔ１よりも早い時刻ｔ５において過電圧フラグがＯＮ状態となる。従って、ＴＣＵ１０は、より早いタイミングでトルク指令値や昇圧制御ステータスを変更することができる。

　ステップ＃４２あるいはステップ＃４３において、過電圧閾値が設定されると、ＴＣＵ１０は、バッテリ電圧が過電圧閾値（ＴＨ１又はＴＨ２）を超えているか否かを判定する（＃５１）。図６に示す例では、急変時フラグがＯＮ状態である時刻ｔ５において、上昇するバッテリ電圧が過電圧閾値（急変時閾値）ＴＨ２を超えて（＃５１：Ｙｅｓ）、過電圧フラグがＯＮ状態となる（＃５２）。また、急変時フラグがＯＦＦ状態である時刻ｔ７において、上昇するバッテリ電圧が過電圧閾値（通常時閾値）ＴＨ１を超えて、過電圧フラグがＯＮ状態となる。

　第１実施形態と同様に、ステップ＃５１において、バッテリ電圧が過電圧閾値を超えていないと判定された場合には（＃５１：Ｎｏ）、次にバッテリ電圧が解除閾値ＴＨ３を下回っているか否かが判定される（＃５３）。バッテリ電圧が解除閾値ＴＨ３を下回っていない場合には（＃５３：Ｎｏ）、過電圧フラグの状態が維持される（＃５４）。一方、バッテリ電圧が解除閾値ＴＨ３を下回っている場合には（＃５３：Ｙｅｓ）、ＴＣＵ１０は、過電圧フラグ及び急変フラグをＯＦＦ状態とする（＃５６）。このようにして、ＴＣＵ１０は、バッテリ電圧及び電圧変化率に基づいて、ステップ＃１０～＃５６までの各処理を実施して、過電圧フラグの状態を決定する。

　以下の処理については、第１実施形態と同様である。ＴＣＵ１０は、過電圧フラグの状態を決定すると、過電圧フラグがＯＮ状態であるか否かを判定する（＃６１）。ＴＣＵ１０は、過電圧フラグがＯＮ状態であると判定すると（＃６１：Ｙｅｓ）、モータとして機能する回転電機のトルク指令ＴＭを０［Ｎｍ］に設定すると共に、発電機として機能する回転電機のトルク指令ＴＧ（回生トルク）を０［Ｎｍ］に設定する（＃６２）。また、ＴＣＵ１０は、ステップ＃６２において回転電機のトルク指令を０［Ｎｍ］に設定すると共に、ステップ＃７１において電圧変換部（コンバータ）４の作動を停止させる。つまり、昇圧制御ステータスを通常からシャットダウンに変更する（図６参照）。

　一方、ＴＣＵ１０は、ステップ＃６１において過電圧フラグがＯＦＦ状態であると判定すると（＃６１：Ｎｏ）、モータとして機能する回転電機のトルク指令ＴＭを通常値に設定すると共に、発電機として機能する回転電機のトルク指令ＴＧ（回生トルク）を通常値に設定する（＃６３）。また、ＴＣＵ１０は、ステップ＃６３に続いてトルク変化率の制限を実施する（＃７２）。上述したように、ステップ＃６２のようにトルク指令値を０［Ｎｍ］にする場合には、緊急を要するので、トルク変化率は制限されることはない。また、ＴＣＵ１０は、ステップ＃７３において電圧変換部（コンバータ）４を作動させる。

　以上説明したように、本発明によれば、回転電機に電力を供給する直流電源と回転電機との間の接続が解除された場合に、回転電機側の回路及び当該回路に接続される補機に過電圧が印加されることを抑制することができる。

〔別実施形態〕
〔１〕　上記実施形態における図３及び図５のステップ＃６２においては、モータとして機能する回転電機のトルク指令ＴＭ、並びに発電機として機能する回転電機のトルク指令ＴＧ（回生トルク）を共に０［Ｎｍ］に設定する例を示した。しかし、発電機として機能する回転電機のトルク指令ＴＧ（回生トルク）を０［Ｎｍ］に設定する一方で、モータとして機能する回転電機には通常のトルク指令ＴＭを設定してもよい。

　バッテリＢと回転電機駆動装置２との接続が維持されていない状態では、モータとして機能する回転電機を駆動する電力は、回転電機駆動装置２の平滑コンデンサ４ｂや４ｆを中心とする容量性回路から供給される。本発明は、バッテリＢと回転電機駆動装置２との接続部における過電圧を抑制することを目的とするので、回転電機駆動装置２内の電力が早期に消費されることは好ましいことである。発電機として機能する回転電機のトルク指令ＴＧ（回生トルク）が０［Ｎｍ］に設定されることで、新たに発電される電力が抑制される。そして、モータとして機能する回転電機に通常のトルク指令ＴＭが設定されることで、発電される電力を含めて回転電機駆動装置２内の電力が消費される。従って、バッテリＢと回転電機駆動装置２との接続部における過電圧が良好に抑制される。

〔２〕　上記第２実施形態においては、バッテリ電圧が増加する場合の電圧変化率に基づいて急変フラグの設定を判定する例を示した。しかし、駆動回路が電圧変換部４のような昇圧回路を備えているような場合には、昇圧回路のリアクトルとコンデンサとによるＬＣ回路の影響で電圧が振動する。従って、バッテリ電圧の振動を加味して、バッテリ電圧の電圧変化率の絶対値に基づいて急変フラグの設定を判定すると好適である。この場合、急変フラグはＯＮ状態となり易くなるが、トルク指令等の設定は、過電圧閾値に基づく判定結果によって実施されるので、問題はない。

〔３〕　上記実施形態にあっては、ハイブリッド車両に一対の回転電機を備え、一方の回転電機がモータとして、他方の回転電機がジェネレータとして働く例を示した。しかし、本発明は、図７に示すように、単一の回転電機を備え、この回転電機がモータ及びジェネレータとして働くモードを備えた、任意のハイブリッド車両にも適用することができる。

〔４〕　上記実施形態にあっては、車両が駆動源として回転電機と、この回転電機以外の駆動源（エンジン）を備えたハイブリッド車両である例を示した。しかし、本発明の対象は、電圧変換部を有する回転電機駆動装置により駆動制御される回転電機を備えたシステムを対象とする。従って、駆動源が回転電機のみであってもよく、回転電機を駆動源とする電気車両にも本発明を適用することができる。

〔５〕　上記実施形態にあっては、回転電機駆動装置２（駆動回路）が電圧変換部４を有する場合を例として説明した。しかし、本発明はこれに限定されることなく、電圧変換部４のようなコンバータを有さない駆動回路を備えた回転電機制御システムにも適用することができる。そのようなシステムであっても、駆動回路と直流電源との接続部には、図２や図７における平滑コンデンサ４ｆに相当するコンデンサが備えられる。従って、本実施形態における駆動回路と同様の課題を有し、同様の解決手段によって当該課題が解決される。

　本発明は、少なくとも回生を行う回転電機を制御する回転電機制御システムに適用することができる。また、当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システムに適用することができる。

Claims (9)

1. 　回転電機と、
   　直流電源に接続され、前記回転電機が力行する際に前記直流電源の出力を交流に変換し、前記回転電機が回生する際に前記回転電機からの出力を直流に変換する周波数変換部を有する駆動回路と、
   　前記駆動回路を制御する制御部と、を備えた回転電機制御システムであって、
   　前記制御部は、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されているか否かを判定し、維持されていない場合に前記駆動回路を制御して前記回転電機による回生電力を低下させる回転電機制御システム。
2. 　前記制御部は、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されていない場合に前記回転電機による回生トルクが零となるように前記駆動回路を制御する請求項１に記載の回転電機制御システム。
3. 　前記駆動回路は、前記直流電源と前記周波数変換部との間に介在され、前記直流電源の出力を昇圧する電圧変換部を有し、
   　前記制御部は、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されていない場合に前記電圧変換部の作動を停止させる請求項１又は２に記載の回転電機制御システム。
4. 　前記制御部は、前記駆動回路の前記直流電源と接続される接続部における入出力電圧に基づいて、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されているか否かを判定する請求項１～３の何れか一項に記載の回転電機制御システム。
5. 　前記制御部は、前記入出力電圧が所定の過電圧閾値を超えた場合に、前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されていないと判定する請求項４に記載の回転電機制御システム。
6. 　前記制御部は、前記入出力電圧が単位時間当たりに上昇する電圧変化率が所定の変化率閾値を超えた場合は、前記過電圧閾値よりも低い値に設定された急変時過電圧閾値に基づいて前記直流電源と前記駆動回路との接続が維持されているか否かを判定する請求項５に記載の回転電機制御システム。
7. 　前記過電圧閾値は、前記直流電源の最大電圧と前記入出力電圧を検出する電圧測定部の誤差の最大値との和に設定される請求項５又は６に記載の回転電機制御システム。
8. 　請求項１～７の何れか一項に記載の回転電機制御システムを備えるとともに、
   　前記回転電機として、第１回転電機と第２回転電機とを備え、
   　前記第１回転電機および前記第２回転電機以外の駆動源から発生される駆動力を分配する動力分配機構を備え、前記動力分配機構により分配された一方の駆動力が車輪に、他方の駆動力が前記第１回転電機に伝達されるとともに、前記第２回転電機により発生される駆動力が前記車輪に伝達される車両駆動システム。
9. 　前記動力分配機構が、回転速度の順に、第１回転要素、第２回転要素および第３回転要素を有する遊星歯車機構を含んで構成され、
   　前記第１回転電機が前記第１回転要素に接続され、前記回転電機以外の駆動源が前記第２回転要素に接続され、前記第２回転電機及び前記第３回転要素が車輪に接続されている請求項８に記載の車両駆動システム。

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