モータ駆動装置およびそれを搭載する車両
【課題】複数の電力変換装置を含むモータ駆動装置において、複雑な制御ロジックを用いることなく損失を低減する。
【解決手段】モータ駆動装置２０は、電力変換装置であるコンバータ１２およびインバータ１４，２２と、ＥＣＵ３０とを備え、蓄電装置２８からの電力を用いてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。ＥＣＵ３０は、インバータ１４，２２に供給されるシステム電圧ＶＨにおける各電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、システム電圧ＶＨの電圧指令値を設定する。
【解決手段】モータ駆動装置２０は、電力変換装置であるコンバータ１２およびインバータ１４，２２と、ＥＣＵ３０とを備え、蓄電装置２８からの電力を用いてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。ＥＣＵ３０は、インバータ１４，２２に供給されるシステム電圧ＶＨにおける各電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、システム電圧ＶＨの電圧指令値を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置およびそれを搭載する車両に関し、より特定的には、モータ駆動装置の損失を低減するための制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。
【０００３】
これらの車両においては、発進時や加速時に蓄電装置から電力を受けて走行のための駆動力を発生するとともに、制動時に回生制動によって発電を行なって蓄電装置に電気エネルギを蓄えるための回転電機（モータジェネレータ）を備える、モータ駆動装置が搭載される場合がある。そして、このような走行状態に応じたモータジェネレータの制御をするために、車両にはインバータが搭載される。
【０００４】
また、このような車両においては、インバータが必要とする電力は車両状態によって変動する。そして、インバータが必要とする電力を安定的に供給するために、蓄電装置とインバータとの間にコンバータが備えられる場合がある。このコンバータにより、インバータの入力電圧を蓄電装置の出力電圧より高く昇圧して、モータの高出力化ができるとともに、同一出力時のモータ電流を低減することで、インバータおよびモータの小型化，低コスト化を図ることができる。
【０００５】
このようなモータ駆動装置においては、省エネルギの観点から、装置の損失を低減して効率を向上させることが望まれる。しかしながら、インバータやコンバータなど、モータ駆動装置に含まれる電力変換装置が多く、システム構成が複雑になるほど、装置全体の損失を低減するための手法も複雑となり得る。
【０００６】
特開２０１０−０３５３８６号公報（特許文献１）は、複数の構成要素を含むシステムを作動するためのシステム作動制御装置において、各構成要素における損失の傾きを求めるとともに、各構成要素について求められた損失の傾きの合計値がゼロとなるように、システムに供給するシステム電圧をフィードバック制御によって設定することで、複数の構成要素についての損失の総和を低減する構成が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０３５３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２０１０−０３５３８６号公報（特許文献１）に開示される構成においては、システム全体の損失を最小化するためのシステム電圧を設定することは可能であるが、損失の傾きの合計値がゼロとなるようにフィードバック制御を行なうことが必要であるので、制御ロジックが複雑となるとともに演算負荷が高くなるおそれがある。
【０００９】
また、フィードバック制御を行なうために、フィードバックゲインの設計および調整が必要となる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の電力変換装置を含むモータ駆動装置において、複雑な制御ロジックを用いることなく、損失を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明におけるモータ駆動装置によれば、第１のモータと、第１および第２の電力変換装置と、制御装置とを備え、直流電源からの電力を用いてモータを駆動する。第１の電力変換装置は、直流電源からの電力を用いて第１のモータを駆動するためのインバータである。第２の電力変換装置は、第１の電力変換装置における直流側の端子に接続される。制御装置は、第１および第２の電力変換装置を制御する。そして、制御装置は、第１の電力変換装置への供給電圧に対する第１および第２の電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失に基づいて、第１の電力変換装置に供給される供給電圧の電圧指令値を設定する。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、損失が最大となる電力変換装置おいて生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００１３】
好ましくは、モータ駆動装置は、第２のモータをさらに備える。そして、第２の電力変換装置は、第２のモータを駆動するためのインバータである。
【００１４】
好ましくは、モータ駆動装置は、第３の電力変換装置をさらに備える。第３の電力変換装置は、直流電源の電圧を変換して第１および第２の電力変換装置に供給するためのコンバータである。そして、制御装置は、第１の電力変換装置への供給電圧に対する第３の電力変換装置の損失をさらに演算するとともに、第１から第３の電力変換装置のうちで損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００１５】
好ましくは、駆動指令値は、モータのトルク指令値および回転速度指令値を含む。そして、制御装置は、第１のモータについてのトルク指令値が予め定められたしきい値を上回るときは、各電力変換装置の損失の大小にかかわらず、第１のモータがトルク指令値および回転速度指令値を達成可能な範囲で、第１の電力変換装置において生じる損失が最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００１６】
好ましくは、第２の電力変換装置は、直流電源の電圧を変換して第１の電力変換装置に供給するためのコンバータである。
【００１７】
好ましくは、制御装置は、各電力変換装置について、与えられた駆動指令値において当該電力変換装置において生じる損失が最小となる電圧指令値が予め定められたマップを含む。そして、制御装置は、マップを用いて電圧指令値を設定する。
【００１８】
本発明による車両によれば、駆動輪と、第１のモータと、第１および第２の電力変換装置と、制御装置とを備え、直流電源からの電力を用いて走行する。第１のモータ駆動輪を回転させて車両を走行させる。第１の電力変換装置は、直流電源からの電力を用いて第１のモータを駆動するためのインバータである。第２の電力変換装置は、第１の電力変換装置における直流側の端子に接続される。制御装置は、第１および第２の電力変換装置を制御する。そして、制御装置は、第１の電力変換装置への供給電圧に対する第１および第２の電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失に基づいて、第１の電力変換装置に供給される供給電圧の電圧指令値を設定する。
【００１９】
好ましくは、制御装置は、損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００２０】
好ましくは、車両は、第１のモータからの駆動力とともに用いられ、駆動輪を回転させるように構成されたエンジンをさらに備える。
【００２１】
好ましくは、車両は、第２のモータをさらに備える。そして、第２の電力変換装置は、直流電源からの直流電力を第２のモータを駆動するための交流電力に変換する機能と、エンジンからの駆動力を用いて第２のモータにより発電された交流電力を、直流電源を充電するための直流電力に変換する機能とを有するように構成されたインバータである。
【００２２】
好ましくは、車両は、第３の電力変換装置をさらに備える。第３の電力変換装置は、直流電源の電圧を変換して第１および第２の電力変換装置に供給するためのコンバータである。そして、制御装置は、第１の電力変換装置への供給電圧に対する第３の電力変換装置の損失をさらに演算するとともに、第１から第３の電力変換装置のうちで損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００２３】
好ましくは、第２の電力変換装置は、直流電源の電圧を変換して第１の電力変換装置に供給するためのコンバータである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数の電力変換装置を含むモータ駆動装置において、複雑な制御ロジックを用いることなく、損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１に従うモータ制御装置を搭載した車両の全体ブロック図である。
【図２】実施の形態１における、システム電圧に対する各電力変換装置の損失の一例を示す図である。
【図３】インバータにおける、駆動指令値に対応する最小システム電圧を定めるマップの一例を説明するための図である。
【図４】実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるシステム電圧設定制御を説明するための機能ブロック図である。
【図５】実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図６】実施の形態１の変形例におけるシステム電圧設定制御の概要を説明するための図である。
【図７】実施の形態１の変形例において、ＥＣＵで実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートの第１の例である。
【図８】実施の形態１の変形例において、ＥＣＵで実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートの第２の例である。
【図９】実施の形態２に従うモータ制御装置を搭載した車両の全体ブロック図である。
【図１０】実施の形態３に従うモータ制御装置を搭載した車両の全体ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２７】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に従うモータ制御装置を搭載したハイブリッド車両１００の全体ブロック図である。本実施の形態においては、車両１００としてエンジンおよびモータジェネレータを搭載したハイブリッド車両を例として説明するが、車両１００の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両であれば適用可能である。車両１００としては、ハイブリッド車両以外にたとえば電気自動車や燃料電池自動車などが含まれる。
【００２８】
図１を参照して、車両１００は、蓄電装置２８と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、コンバータ１２と、インバータ２３と、制御装置（以下、ＥＣＵ「Electronic Control Unit」とも称する。）３０と、エンジン４０と、動力分割機構４１と、駆動輪４２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを備える。
【００２９】
蓄電装置２８は、代表的には、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を含んで構成される。また、蓄電装置２８が出力する直流電圧（以下、「バッテリ電圧」とも称する。）ＶＢおよび入出力される直流電流ＩＢは、電圧センサ１０および電流センサ１１によってそれぞれ検出される。そして、電圧センサ１０および電流センサ１１は、検出した直流電圧ＶＢおよび直流電流ＩＢの検出値をＥＣＵ３０に出力する。蓄電装置２８の出力電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。
【００３０】
システムリレーＳＲ１は、蓄電装置２８の正極端子と電力線ＰＬ１とに接続される。また、システムリレーＳＲ２は、蓄電装置２８の負極端子と接地線ＮＬとに接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、ＥＣＵ３０からの信号ＳＥにより制御され、蓄電装置２８からコンバータ１２への電力の供給と遮断とを切替える。
【００３１】
コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００３２】
スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、ＥＣＵ３０からのスイッチング制御信号ＰＷＣによって制御される。本実施の形態において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および後述するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置される。
【００３３】
リアクトルＬ１は、一方端がスイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードに接続され、他方端が電力線ＰＬ１に接続される。すなわち、リアクトルＬ１，スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２によってチョッパ回路が構成される。
【００３４】
平滑コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬの間に接続され、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬの間の電圧変動を低減する。
【００３５】
コンバータ１２は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１２は、昇圧動作時には、平滑コンデンサＣ１の両端の直流電圧ＶＬを直流電圧ＶＨ（インバータ１４への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する）に昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行なわれる。
【００３６】
また、コンバータ１２は、降圧動作時には、直流電圧ＶＨを直流電圧ＶＬに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、接地線ＮＬへ供給することにより行なわれる。
【００３７】
これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶＬの比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ）により制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝ＶＬ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。
【００３８】
平滑コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬとの間に接続される。平滑コンデンサＣ２は、コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２３へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ３０へ出力する。
【００３９】
インバータ２３は、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためのインバータ１４と、モータジェネレータＭＧ２を駆動するためのインバータ２２とを含む。なお、図１のようにインバータおよびモータジェネレータを２組備えることは必須ではなく、たとえば図９で後述するように、インバータとモータジェネレータとを１組のみ備える構成としてもよい。
【００４０】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ２３から供給される交流電力を受けて車両走行のための回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、外部から回転力を受け、ＥＣＵ３０からの回生トルク指令によって交流電力を発電するとともに回生制動力を車両１００に発生する。
【００４１】
また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構４１を介してエンジン４０にも連結される。そして、エンジン４０の発生する駆動力とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御される。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。なお、実施の形態１においては、モータジェネレータＭＧ１を、エンジン４０により駆動される発電機として専ら機能させ、モータジェネレータＭＧ２を、駆動輪４２を駆動する電動機として専ら機能させるものとして説明する。
【００４２】
動力分割機構４１には、エンジン４０の動力を、駆動輪４２とモータジェネレータＭＧ１との両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。
【００４３】
インバータ１４は、コンバータ１２から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４０を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４０から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された回生電力をコンバータ１２に出力する。このときコンバータ１２は、降圧回路として動作するようにＥＣＵ３０によって制御される。
【００４４】
インバータ１４は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に並列に設けられる、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含んで構成される。各相アームは、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に直列接続されたスイッチング素子を含んで構成される。たとえば、Ｕ相アーム１５はスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を含み、Ｖ相アーム１６はスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を含み、Ｗ相アーム１７はスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８を含む。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続される。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、ＥＣＵ３０からのスイッチング制御信号ＰＷＩ１によって制御される。
【００４５】
代表的には、モータジェネレータＭＧ１は、３相の永久磁石型同期電動機を含んで構成され、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通に接続される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム１５〜１７におけるスイッチング素子の接続ノードと接続される。
【００４６】
インバータ２２は、コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。
インバータ２２は駆動輪４２を駆動するためのモータジェネレータＭＧ２に対して、コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された回生電力をコンバータ１２に出力する。このときコンバータ１２は降圧回路として動作するようにＥＣＵ３０によって制御される。インバータ２２の内部の構成は図示しないが、インバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰り返さない。
【００４７】
インバータ１４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が正（ＴＲ１＞０）の場合には、平滑コンデンサＣ２から直流電圧が供給されるとＥＣＵ３０からのスイッチング制御信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が零の場合（ＴＲ１＝０）には、スイッチング制御信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
【００４８】
さらに、車両１００の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１は負に設定される（ＴＲ１＜０）。この場合には、インバータ１４は、スイッチング制御信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を、平滑コンデンサＣ２を介してコンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００４９】
インバータ２２についても同様に、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値に対応したＥＣＵ３０からのスイッチング制御信号ＰＷＩ２を受け、スイッチング制御信号ＰＷＩ２応答したスイッチング動作によって、直流電圧を交流電圧に変換して所定のトルクになるようにモータジェネレータＭＧ２を駆動する。
【００５０】
電流センサ２４，２５は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流をＥＣＵ３０へ出力する。なお、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の電流の瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４，２５は２相分のモータ電流を検出するように配置すれば足りる。
【００５１】
回転角センサ（レゾルバ）２６，２７は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２を検出し、その検出した回転角θ１，θ２をＥＣＵ３０へ出力する。ＥＣＵ３０では、回転角θ１，θ２に基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度ＭＮ１，ＭＮ２および角速度ω１，ω２（ｒａｄ／ｓ）を算出できる。なお、回転角センサ２６，２７については、回転角θ１，θ２をＥＣＵ３０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置しないようにしてもよい。
【００５２】
ＥＣＵ３０は、いずれも図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、車両１００の各機器を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００５３】
代表的な機能として、ＥＣＵ３０は、入力されたトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、電圧センサ１９によって検出された直流電圧ＶＬ、電流センサ１１によって検出された直流電流ＩＢ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ２４，２５からのモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および回転角センサ２６，２７からの回転角θ１，θ２等に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に従ったトルクを出力するように、コンバータ１２およびインバータ２３の動作を制御する。すなわち、コンバータ１２およびインバータ２３を上記のように制御するためのスイッチング制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成して、コンバータ１２およびインバータ２３へそれぞれ出力する。
【００５４】
コンバータ１２の昇圧動作時には、ＥＣＵ３０は、システム電圧ＶＨをフィードバック制御することにより、システム電圧ＶＨが電圧目標値に一致するようにスイッチング制御信号ＰＷＣを生成する。
【００５５】
また、ＥＣＵ３０は、車両１００が回生制動モードに入ると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号ＰＷＩ１、ＰＷＩ２を生成してインバータ２３へ出力する。これにより、インバータ２３は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２へ供給する。
【００５６】
さらに、ＥＣＵ３０は、車両１００が回生制動モードに入ると、インバータ２３から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号ＰＷＣを生成し、コンバータ１２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、さらに降圧されて蓄電装置２８に供給される。
【００５７】
なお、図１の構成において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、エンジン４０、動力分割機構４１および駆動輪４２の除いた部分により、モータ駆動装置２０が構成される。
【００５８】
図１のような車両システムにおいては、モータ駆動装置のシステム全体としての効率を向上させることが重要である。この効率向上を達成するために、図１のように、コンバータ１２、インバータ１４，２２のような複数の電力変換装置を備えるモータ駆動装置では、各電力変換装置の損失を低減させることが重要となるが、同様の走行状態の場合であっても、各電力変換装置の駆動状態によってその損失が異なる。そして、この損失は、これらの電力変換装置へ供給または出力される共通のシステム電圧ＶＨによって変化する。
【００５９】
このシステム電圧ＶＨは、コンバータ１２によって制御されるが、基本的にはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転によって発生される誘起電圧よりも高く設定される。これは、システム電圧ＶＨよりもモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による誘起電圧が高くなると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が制御不能となってしまうおそれがあるからである。逆に、システム電圧ＶＨを超えないようにモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の誘起電圧を制御しようとする場合には「弱め界磁制御」を行うことが必要となるが、この弱め界磁制御は一般的に損失の増加を招いてしまう。
【００６０】
図２は、車両が特定の走行状態である場合における、システム電圧ＶＨに対する各電力変換装置の損失の一例を示す図である。
【００６１】
図２の例の場合には、比較的高速・高出力が要求されている走行状態であり、モータジェネレータＭＧ２を駆動するインバータ１４（以下、「ＩＮＶ２」とも称する。）の損失が最も大きくなっている。しかしながら、走行状態によっては、ＩＮＶ２の出力が、モータジェネレータＭＧ１を駆動するインバータ２２（以下、「ＩＮＶ１」とも称する。）の損失と同等またはより低くなる場合もあり得る。
【００６２】
また、図２に示されるように、各電力変換装置において、同じ駆動状態であっても、システム電圧ＶＨの設定によって生じる損失が異なる。そして、各電力変換装置について、損失が極小となる特定のシステム電圧ＶＨが存在し得る。この損失が極小となるシステム電圧ＶＨは、電力変換装置ごとに異なるが、たとえば、図２のように、設定可能なシステム電圧ＶＨの範囲にわたって、特定の電力変換装置（図２ではＩＮＶ２）の損失が他の電力変換装置の損失よりも大きく、モータ駆動装置のシステム全体の損失において支配的となるような場合には、この損失が最大となる電力変換装置について生じる損失が最小となるようにシステム電圧ＶＨを設定することによって、モータ駆動装置全体の損失を最小化することが期待できる。
【００６３】
そこで、実施の形態１では、ある走行状態において、複数の電力変換装置についてそれぞれの駆動状態に対する損失を求め、得られた損失が最大となる電力変換装置について損失が最小となるようにシステム電圧ＶＨを設定するシステム電圧設定制御を行なう。
【００６４】
次に、図３を用いて、システム電圧設定制御の概要について説明する。図３は、インバータにおける、駆動指令値に対応する最小システム電圧を定めるマップを説明するための図である。
【００６５】
図３を参照して、図３の上段は上記のマップを示しており、インバータの駆動指令（すなわち、トルク指令値ＴＲおよび回転速度指令値ＭＮ）の各動作点に対して、図３の下段のように、その駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるシステム電圧ＶＨｍｉｎが設定されている。そして、各電力変換装置において、現在のシステム電圧ＶＨと駆動指令（ＴＲ，ＮＭ）とから発生し得る損失を演算し、得られた損失のうちで最大の損失を生じる電力変換装置に対して、図３に示すマップを用いてシステム電圧の設定値を決定する。
【００６６】
このような手法によってシステム電圧ＶＨを設定することで、設定値演算のためにフィードバック制御を行なうというような複雑な制御ロジックを用いることなく、比較的に容易な演算によってシステム全体の損失を低減することが可能となる。
【００６７】
なお、上述の説明においては、インバータの場合におけるマップの例を説明したが、コンバータ１２の場合には、その損失は、蓄電装置２８のバッテリ電圧ＶＢとシステム電圧ＶＨとから定まる昇圧比にほぼ比例する。
【００６８】
図４は、実施の形態１において、ＥＣＵ３０で実行されるシステム電圧設定制御を説明するための機能ブロック図である。図４で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３０によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
【００６９】
図１および図４を参照して、ＥＣＵ３０は、損失演算部３１と、判定部３２と、ＶＨ設定部３３と、記憶部３４とを含む。
【００７０】
損失演算部３１は、アクセルペダル（図示せず）の踏込量に基づいて設定されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２（以下、総称してＴＲとも称する。）および回転速度の設定値ＭＮ１，ＭＮ２（以下、総称してＮＭとも称する。）を、図示しない上位ＥＣＵから受ける。また、損失演算部３１は、電圧センサ１０，１３からの現在のバッテリ電圧ＶＢおよびシステム電圧ＶＨの検出値をそれぞれ受ける。そして、損失演算部３１は、これらの情報に基づいて、たとえば、記憶部３４に記憶された図２で示したようなマップを用いて、現在のシステム電圧ＶＨで発生し得るＩＮＶ１，ＩＮＶ２の損失ＬＯＳ１，ＬＯＳ２およびコンバータ１２の損失ＬＯＳＣを演算する。損失演算部３１は、演算した損失ＬＯＳ１，ＬＯＳ２，ＬＯＳＣを判定部３２へ出力する。なお、各電力変換器の損失は、予め定められた演算式を用いて設定するようにしてもよい。
【００７１】
判定部３２は、損失演算部３１から損失ＬＯＳ１，ＬＯＳ２，ＬＯＳＣを受ける。そして、判定部３２は、得られた損失を比較して、どの電力変換装置の損失が最大となるかを判定する。そして、最大損失となる電力変換装置を示す判定結果ＳＥＬをＶＨ設定部３３へ出力する。
【００７２】
ＶＨ設定部３３は、判定部３２からの判定結果ＳＥＬを受ける。また、ＶＨ設定部３３は、駆動指令（ＴＲ，ＮＭ）およびバッテリ電圧ＶＢを受ける。ＶＨ設定部３３は、判定結果ＳＥＬで選択された電力変換装置に対して、記憶部３４に記憶された図３で示したようなマップを用いて、駆動指令またはバッテリ電圧ＶＢに基づいてシステム電圧の電圧指令値ＶＨＲを決定する。ＶＨ設定部３３は、決定された電圧指令値ＶＨＲを、他のＥＣＵまたはＥＣＵ３０内の別の機能部分（いずれも図示せず）へ出力し、そこで電圧指令値ＶＨＲに基づいてコンバータ１２を駆動するための制御信号ＰＷＣが生成される。
【００７３】
図５は、実施の形態１において、ＥＣＵ３０で実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図５および後述する図７，図８に示されるフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。
【００７４】
図１および図５を参照して、ＥＣＵ３０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲおよび回転速度指令ＮＭを取得する。また、ＥＣＵ３０は、Ｓ１００において、現在のシステム電圧ＶＨおよびバッテリ電圧ＶＢについても取得する。
【００７５】
ＥＣＵ３０は、これらの情報に基づいて、各電力変換装置において発生し得る損失ＬＯＳ１，ＬＯＳ２，ＬＯＳＣを演算により求める。
【００７６】
そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ１２０にて、ＩＮＶ１の損失ＬＯＳ１が最大であるか否かを判定する。
【００７７】
損失ＬＯＳ１が最大の場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１３０に進められ、ＥＣＵ３０は、ＩＮＶ１についての図３のようなマップを選択する。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ１４０において、選択されたマップと駆動指令とを用いて、損失が最小となるようなシステム電圧の電圧指令値ＶＨＲを決定する。
【００７８】
一方、損失ＬＯＳ１が最大でない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、Ｓ１５０に処理が進められ、ＥＣＵ３０は、次にＩＮＶ２の損失ＬＯＳ２が最大であるか否かを判定する。
【００７９】
損失ＬＯＳ２が最大の場合（Ｓ１５０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１６０に進められ、ＥＣＵ３０は、ＩＮＶ２についてのマップを選択し、それを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する（Ｓ１４０）。
【００８０】
損失ＬＯＳ２が最大でない場合（Ｓ１５０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３０は、コンバータ１２の損失ＬＯＳＣが最大であると判定する。そして、ＥＣＵ３００は、コンバータ１２についてのマップを選択して（Ｓ１７０）、それを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する（Ｓ１４０）。
【００８１】
このような処理に従って制御を行なうことによって、複数の電力変換装置を備えるモータ駆動装置において、複雑な制御ロジックを用いることなく、比較的簡易な制御ロジックによって、モータ駆動装置の損失を低減することが可能となる。
【００８２】
［実施の形態１の変形例］
上述の例においては、常にインバータおよびコンバータの損失を演算，比較し、システム電圧の電圧指令値ＶＨＲを決定する構成について説明した。
【００８３】
ところで、図１に示したようなモータ駆動装置においては、車両を走行させるためのモータジェネレータＭＧ２の容量がモータジェネレータＭＧ１の容量よりも大きく設計される場合が多い。また、モータジェネレータＭＧ２が高出力に設定される場合は、モータジェネレータＭＧ１で発電された電力と、蓄電装置２８からの電力（すなわち、コンバータ１２から供給される電力）との両方を用いて、モータジェネレータＭＧ２が駆動される場合がある。したがって、このような場合には、モータジェネレータＭＧ２を駆動するためのインバータ２２の容量が、一般的に、他の電力変換装置の容量に比べて大きくなるように設計される。
【００８４】
そうすると、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２がある所定値よりも大きくなるような高出力の場合には、ＩＮＶ２による損失が、他の電力変換装置の損失よりもさらに支配的となり得る。そして、そのような状況において、実施の形態１で示したような制御を適用すると、常にＩＮＶ２の基づいてシステム電圧ＶＨが設定されることになり得る。
【００８５】
そこで、実施の形態１の変形例においては、モータジェネレータＭＧ２へのトルク指令値ＴＲ２が予め定められたしきい値よりも大きい場合には、ＩＮＶ２における損失が最大である可能性が高いとみなして電力変化装置間の損失の比較を行なわず、ＩＮＶ２の損失が最小となるようにシステム電圧の電圧指令値ＶＨＲを設定する。
【００８６】
このようにすることによって、上記のような条件の場合に、電力変化装置間の損失比較が不要となるので、より簡易な制御ロジックとすることができ、その結果さらにＥＣＵの演算負荷を低減することが可能となる。
【００８７】
図６は、実施の形態１の変形例におけるシステム電圧設定制御の概要を説明するための図である。図６を参照して、上述のように、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２が、予め定められたしきい値ＴＲｔｈよりも大きくなる領域ＲＧ１においては、図６の上段のように、ＩＮＶ２の損失が他の電力変換装置の損失と比較して著しく大きくなり得る。そのため、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２が領域ＲＧ１の範囲となる場合には、各電力変換装置における損失の演算・比較を行なわずに、ＩＮＶ２についてのマップを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する。
【００８８】
一方、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈ以下となる領域ＲＧ２の場合には、ＩＮＶ２の損失が小さくなり、図６の下段のような状態となり得る。したがって、この場合には、実施の形態１のように各電力変換装置の損失の比較に基づいて電圧指令値ＶＨＲを決定する。あるいは、従来の技術で行われているように、各電力変換装置についての駆動指令から、マップなどを用いて定められるシステム電圧の電圧設定値のうち、最大のものを電圧指令値ＶＨＲとして設定するようにしてもよい。
【００８９】
図７は、実施の形態１の変形例において、ＥＣＵ３０で実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートの第１の例である。図７は、実施の形態１の図５のフローチャートに、ステップＳ１０５，Ｓ１０６が追加されたものとなっている。図７において、図５と重複するステップについての説明は繰り返さない。
【００９０】
図１および図７を参照して、ＥＣＵ３０は、Ｓ１００にて駆動指令等を取得すると、次にＳ１０５にて、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈより大きいか否かを判定する。
【００９１】
トルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈより大きい場合（Ｓ１０５にてＹＥＳ）は、処理がＳ１０６に進められて、ＥＣＵ３０は、ＩＮＶ２についてのマップを選択し、それを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する（Ｓ１４０）。
【００９２】
一方、トルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈ以下の場合（Ｓ１０５にてＮＯ）は、処理がＳ１１０に進められ、実施の形態１の図６の処理と同様に、各電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失の比較に基づいて電圧指令値ＶＨＲを決定する。
【００９３】
また、図８は、実施の形態１の変形例において、ＥＣＵ３０で実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートの第２の例である。
【００９４】
図１および図８を参照して、ＥＣＵ３０は、Ｓ２００にて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動指令等を取得すると、次にＳ２１０にて、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈよりも大きいか否かを判定する。
【００９５】
トルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈよりも大きい場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２２０に進められ、ＥＣＵ３０は、ＩＮＶ２についてのマップを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する。
【００９６】
一方、トルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈ以下の場合（Ｓ２１０にてＮＯ）は、処理がＳ２３０に進められ、ＩＮＶ１，ＩＮＶ２の各々について、駆動指令に基づいて定められるシステム電圧の電圧設定値ＶＨｍｇ１，ＶＨｍｇ２を演算する。
【００９７】
そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ２４０にて、モータジェネレータＭＧ２についての電圧設定値ＶＨｍｇ２がモータジェネレータＭＧ２についての電圧設定値ＶＨｍｇ１より大きいか否か（ＶＨｍｇ２＜ＶＨｍｇ１）を判定する。
【００９８】
電圧設定値ＶＨｍｇ２が電圧設定値ＶＨｍｇ１より大きい場合（Ｓ２４０にてＹＥＳ）は、Ｓ２５０にて、ＥＣＵ３０は、電圧設定値ＶＨｍｇ２をＶＨＲとして設定する。
【００９９】
一方、電圧設定値ＶＨｍｇ２が電圧設定値ＶＨｍｇ１以下の場合（Ｓ２４０にてＮＯ）は、Ｓ２６０にて、ＥＣＵ３０は、電圧設定値ＶＨｍｇ１をＶＨＲとして設定する。
【０１００】
このような処理に従って制御を行なうことによって、実施の形態１と比較してさらに演算負荷を低減しつつ、モータ駆動装置の損失を低減することが可能となる。
【０１０１】
［実施の形態２］
実施の形態１およびその変形例においては、２つのモータジェネレータを備えたハイブリッド自動車について説明したが、エンジンとモータジェネレータを備えるハイブリッド自動車には、実施の形態１における発電用に用いられるモータジェネレータが備えられない場合もある。
【０１０２】
図９は、実施の形態２に従うモータ制御装置２０Ａを搭載した車両１００Ａの全体ブロック図である。図９では、モータジェネレータおよびインバータが１組となっており、図１におけるモータジェネレータＭＧ２に関連する装置が削除されている。
【０１０３】
なお、図９においては、図１との対比が容易なように、モータジェネレータおよびインバータについての参照符号として実施の形態１におけるモータジェネレータＭＧ１およびインバータ１４と同じものをそれぞれ使用しているが、図９のようにモータジェネレータおよびインバータが１組である構成においては、モータジェネレータは、駆動輪を駆動することができる機能、すなわち実施の形態１において説明したモータジェネレータＭＧ２の機能を有する場合も含むことに注意されたい。
【０１０４】
このような構成の場合においても、モータジェネレータを駆動するためのインバータおよび蓄電装置の出力電圧を昇圧するためのコンバータのように、２つの電力変換装置を備える場合には、実施の形態１およびその変形例と同様のシステム電圧設定制御を適用することが可能である。
【０１０５】
［実施の形態３］
また、図１０に示す実施の形態３における車両１００Ｂは、実施の形態２の構成からエンジン４０および動力分割機構４１が削除された構成となっている。すなわち、車両１００Ｂは電気自動車の場合に相当する。
【０１０６】
なお、実施の形態３においては、車両１００Ｂは、モータジェネレータＭＧ１からの駆動力を用いて走行する。
【０１０７】
このような電気自動車においても、複数の電力変換装置を有する場合には、実施の形態２と同様に、実施の形態１およびその変形例と同様のシステム電圧設定制御を適用することが可能である。
【０１０８】
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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【０１０９】
１０，１３，１９ 電圧センサ、１１，２４，２５ 電流センサ、１２ コンバータ、１４，２２，２３ インバータ、１５ Ｕ相相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０，２０Ａ，２０Ｂ モータ駆動装置、２６，２７ 回転角センサ、２８ 蓄電装置、３０ ＥＣＵ、３１ 損失演算部、３２ 判定部、３３ 設定部、３４ 記憶部、４０ エンジン、４１ 動力分割機構、４２ 駆動輪、１００，１００Ａ，１００Ｂ 車両、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＮＬ 接地線、ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置およびそれを搭載する車両に関し、より特定的には、モータ駆動装置の損失を低減するための制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。
【０００３】
これらの車両においては、発進時や加速時に蓄電装置から電力を受けて走行のための駆動力を発生するとともに、制動時に回生制動によって発電を行なって蓄電装置に電気エネルギを蓄えるための回転電機（モータジェネレータ）を備える、モータ駆動装置が搭載される場合がある。そして、このような走行状態に応じたモータジェネレータの制御をするために、車両にはインバータが搭載される。
【０００４】
また、このような車両においては、インバータが必要とする電力は車両状態によって変動する。そして、インバータが必要とする電力を安定的に供給するために、蓄電装置とインバータとの間にコンバータが備えられる場合がある。このコンバータにより、インバータの入力電圧を蓄電装置の出力電圧より高く昇圧して、モータの高出力化ができるとともに、同一出力時のモータ電流を低減することで、インバータおよびモータの小型化，低コスト化を図ることができる。
【０００５】
このようなモータ駆動装置においては、省エネルギの観点から、装置の損失を低減して効率を向上させることが望まれる。しかしながら、インバータやコンバータなど、モータ駆動装置に含まれる電力変換装置が多く、システム構成が複雑になるほど、装置全体の損失を低減するための手法も複雑となり得る。
【０００６】
特開２０１０−０３５３８６号公報（特許文献１）は、複数の構成要素を含むシステムを作動するためのシステム作動制御装置において、各構成要素における損失の傾きを求めるとともに、各構成要素について求められた損失の傾きの合計値がゼロとなるように、システムに供給するシステム電圧をフィードバック制御によって設定することで、複数の構成要素についての損失の総和を低減する構成が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０３５３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２０１０−０３５３８６号公報（特許文献１）に開示される構成においては、システム全体の損失を最小化するためのシステム電圧を設定することは可能であるが、損失の傾きの合計値がゼロとなるようにフィードバック制御を行なうことが必要であるので、制御ロジックが複雑となるとともに演算負荷が高くなるおそれがある。
【０００９】
また、フィードバック制御を行なうために、フィードバックゲインの設計および調整が必要となる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の電力変換装置を含むモータ駆動装置において、複雑な制御ロジックを用いることなく、損失を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明におけるモータ駆動装置によれば、第１のモータと、第１および第２の電力変換装置と、制御装置とを備え、直流電源からの電力を用いてモータを駆動する。第１の電力変換装置は、直流電源からの電力を用いて第１のモータを駆動するためのインバータである。第２の電力変換装置は、第１の電力変換装置における直流側の端子に接続される。制御装置は、第１および第２の電力変換装置を制御する。そして、制御装置は、第１の電力変換装置への供給電圧に対する第１および第２の電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失に基づいて、第１の電力変換装置に供給される供給電圧の電圧指令値を設定する。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、損失が最大となる電力変換装置おいて生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００１３】
好ましくは、モータ駆動装置は、第２のモータをさらに備える。そして、第２の電力変換装置は、第２のモータを駆動するためのインバータである。
【００１４】
好ましくは、モータ駆動装置は、第３の電力変換装置をさらに備える。第３の電力変換装置は、直流電源の電圧を変換して第１および第２の電力変換装置に供給するためのコンバータである。そして、制御装置は、第１の電力変換装置への供給電圧に対する第３の電力変換装置の損失をさらに演算するとともに、第１から第３の電力変換装置のうちで損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００１５】
好ましくは、駆動指令値は、モータのトルク指令値および回転速度指令値を含む。そして、制御装置は、第１のモータについてのトルク指令値が予め定められたしきい値を上回るときは、各電力変換装置の損失の大小にかかわらず、第１のモータがトルク指令値および回転速度指令値を達成可能な範囲で、第１の電力変換装置において生じる損失が最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００１６】
好ましくは、第２の電力変換装置は、直流電源の電圧を変換して第１の電力変換装置に供給するためのコンバータである。
【００１７】
好ましくは、制御装置は、各電力変換装置について、与えられた駆動指令値において当該電力変換装置において生じる損失が最小となる電圧指令値が予め定められたマップを含む。そして、制御装置は、マップを用いて電圧指令値を設定する。
【００１８】
本発明による車両によれば、駆動輪と、第１のモータと、第１および第２の電力変換装置と、制御装置とを備え、直流電源からの電力を用いて走行する。第１のモータ駆動輪を回転させて車両を走行させる。第１の電力変換装置は、直流電源からの電力を用いて第１のモータを駆動するためのインバータである。第２の電力変換装置は、第１の電力変換装置における直流側の端子に接続される。制御装置は、第１および第２の電力変換装置を制御する。そして、制御装置は、第１の電力変換装置への供給電圧に対する第１および第２の電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失に基づいて、第１の電力変換装置に供給される供給電圧の電圧指令値を設定する。
【００１９】
好ましくは、制御装置は、損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００２０】
好ましくは、車両は、第１のモータからの駆動力とともに用いられ、駆動輪を回転させるように構成されたエンジンをさらに備える。
【００２１】
好ましくは、車両は、第２のモータをさらに備える。そして、第２の電力変換装置は、直流電源からの直流電力を第２のモータを駆動するための交流電力に変換する機能と、エンジンからの駆動力を用いて第２のモータにより発電された交流電力を、直流電源を充電するための直流電力に変換する機能とを有するように構成されたインバータである。
【００２２】
好ましくは、車両は、第３の電力変換装置をさらに備える。第３の電力変換装置は、直流電源の電圧を変換して第１および第２の電力変換装置に供給するためのコンバータである。そして、制御装置は、第１の電力変換装置への供給電圧に対する第３の電力変換装置の損失をさらに演算するとともに、第１から第３の電力変換装置のうちで損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、電圧指令値を設定する。
【００２３】
好ましくは、第２の電力変換装置は、直流電源の電圧を変換して第１の電力変換装置に供給するためのコンバータである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数の電力変換装置を含むモータ駆動装置において、複雑な制御ロジックを用いることなく、損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施の形態１に従うモータ制御装置を搭載した車両の全体ブロック図である。
【図２】実施の形態１における、システム電圧に対する各電力変換装置の損失の一例を示す図である。
【図３】インバータにおける、駆動指令値に対応する最小システム電圧を定めるマップの一例を説明するための図である。
【図４】実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるシステム電圧設定制御を説明するための機能ブロック図である。
【図５】実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図６】実施の形態１の変形例におけるシステム電圧設定制御の概要を説明するための図である。
【図７】実施の形態１の変形例において、ＥＣＵで実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートの第１の例である。
【図８】実施の形態１の変形例において、ＥＣＵで実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートの第２の例である。
【図９】実施の形態２に従うモータ制御装置を搭載した車両の全体ブロック図である。
【図１０】実施の形態３に従うモータ制御装置を搭載した車両の全体ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２７】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に従うモータ制御装置を搭載したハイブリッド車両１００の全体ブロック図である。本実施の形態においては、車両１００としてエンジンおよびモータジェネレータを搭載したハイブリッド車両を例として説明するが、車両１００の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両であれば適用可能である。車両１００としては、ハイブリッド車両以外にたとえば電気自動車や燃料電池自動車などが含まれる。
【００２８】
図１を参照して、車両１００は、蓄電装置２８と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２と、コンバータ１２と、インバータ２３と、制御装置（以下、ＥＣＵ「Electronic Control Unit」とも称する。）３０と、エンジン４０と、動力分割機構４１と、駆動輪４２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを備える。
【００２９】
蓄電装置２８は、代表的には、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を含んで構成される。また、蓄電装置２８が出力する直流電圧（以下、「バッテリ電圧」とも称する。）ＶＢおよび入出力される直流電流ＩＢは、電圧センサ１０および電流センサ１１によってそれぞれ検出される。そして、電圧センサ１０および電流センサ１１は、検出した直流電圧ＶＢおよび直流電流ＩＢの検出値をＥＣＵ３０に出力する。蓄電装置２８の出力電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。
【００３０】
システムリレーＳＲ１は、蓄電装置２８の正極端子と電力線ＰＬ１とに接続される。また、システムリレーＳＲ２は、蓄電装置２８の負極端子と接地線ＮＬとに接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、ＥＣＵ３０からの信号ＳＥにより制御され、蓄電装置２８からコンバータ１２への電力の供給と遮断とを切替える。
【００３１】
コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００３２】
スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、ＥＣＵ３０からのスイッチング制御信号ＰＷＣによって制御される。本実施の形態において、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および後述するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置される。
【００３３】
リアクトルＬ１は、一方端がスイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードに接続され、他方端が電力線ＰＬ１に接続される。すなわち、リアクトルＬ１，スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２によってチョッパ回路が構成される。
【００３４】
平滑コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬの間に接続され、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬの間の電圧変動を低減する。
【００３５】
コンバータ１２は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Ｑ１およびＱ２が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ１２は、昇圧動作時には、平滑コンデンサＣ１の両端の直流電圧ＶＬを直流電圧ＶＨ（インバータ１４への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する）に昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ１および逆並列ダイオードＤ１を介して、電力線ＰＬ２へ供給することにより行なわれる。
【００３６】
また、コンバータ１２は、降圧動作時には、直流電圧ＶＨを直流電圧ＶＬに降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にリアクトルＬ１に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Ｑ２および逆並列ダイオードＤ２を介して、接地線ＮＬへ供給することにより行なわれる。
【００３７】
これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比（ＶＨおよびＶＬの比）は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン期間比（デューティ）により制御される。なお、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝ＶＬ（電圧変換比＝１．０）とすることもできる。
【００３８】
平滑コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬとの間に接続される。平滑コンデンサＣ２は、コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ２３へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値をＥＣＵ３０へ出力する。
【００３９】
インバータ２３は、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためのインバータ１４と、モータジェネレータＭＧ２を駆動するためのインバータ２２とを含む。なお、図１のようにインバータおよびモータジェネレータを２組備えることは必須ではなく、たとえば図９で後述するように、インバータとモータジェネレータとを１組のみ備える構成としてもよい。
【００４０】
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ２３から供給される交流電力を受けて車両走行のための回転駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、外部から回転力を受け、ＥＣＵ３０からの回生トルク指令によって交流電力を発電するとともに回生制動力を車両１００に発生する。
【００４１】
また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力分割機構４１を介してエンジン４０にも連結される。そして、エンジン４０の発生する駆動力とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御される。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のいずれか一方を専ら電動機として機能させ、他方のモータジェネレータを専ら発電機として機能させてもよい。なお、実施の形態１においては、モータジェネレータＭＧ１を、エンジン４０により駆動される発電機として専ら機能させ、モータジェネレータＭＧ２を、駆動輪４２を駆動する電動機として専ら機能させるものとして説明する。
【００４２】
動力分割機構４１には、エンジン４０の動力を、駆動輪４２とモータジェネレータＭＧ１との両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。
【００４３】
インバータ１４は、コンバータ１２から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４０を始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４０から伝達される機械的動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された回生電力をコンバータ１２に出力する。このときコンバータ１２は、降圧回路として動作するようにＥＣＵ３０によって制御される。
【００４４】
インバータ１４は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に並列に設けられる、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含んで構成される。各相アームは、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬの間に直列接続されたスイッチング素子を含んで構成される。たとえば、Ｕ相アーム１５はスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を含み、Ｖ相アーム１６はスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６を含み、Ｗ相アーム１７はスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８を含む。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続される。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、ＥＣＵ３０からのスイッチング制御信号ＰＷＩ１によって制御される。
【００４５】
代表的には、モータジェネレータＭＧ１は、３相の永久磁石型同期電動機を含んで構成され、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通に接続される。さらに、各相コイルの他端は、各相アーム１５〜１７におけるスイッチング素子の接続ノードと接続される。
【００４６】
インバータ２２は、コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。
インバータ２２は駆動輪４２を駆動するためのモータジェネレータＭＧ２に対して、コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された回生電力をコンバータ１２に出力する。このときコンバータ１２は降圧回路として動作するようにＥＣＵ３０によって制御される。インバータ２２の内部の構成は図示しないが、インバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰り返さない。
【００４７】
インバータ１４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が正（ＴＲ１＞０）の場合には、平滑コンデンサＣ２から直流電圧が供給されるとＥＣＵ３０からのスイッチング制御信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が零の場合（ＴＲ１＝０）には、スイッチング制御信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるようにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。
【００４８】
さらに、車両１００の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１は負に設定される（ＴＲ１＜０）。この場合には、インバータ１４は、スイッチング制御信号ＰＷＩ１に応答したスイッチング動作により、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を、平滑コンデンサＣ２を介してコンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００４９】
インバータ２２についても同様に、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値に対応したＥＣＵ３０からのスイッチング制御信号ＰＷＩ２を受け、スイッチング制御信号ＰＷＩ２応答したスイッチング動作によって、直流電圧を交流電圧に変換して所定のトルクになるようにモータジェネレータＭＧ２を駆動する。
【００５０】
電流センサ２４，２５は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流をＥＣＵ３０へ出力する。なお、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の電流の瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４，２５は２相分のモータ電流を検出するように配置すれば足りる。
【００５１】
回転角センサ（レゾルバ）２６，２７は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転角θ１，θ２を検出し、その検出した回転角θ１，θ２をＥＣＵ３０へ出力する。ＥＣＵ３０では、回転角θ１，θ２に基づきモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度ＭＮ１，ＭＮ２および角速度ω１，ω２（ｒａｄ／ｓ）を算出できる。なお、回転角センサ２６，２７については、回転角θ１，θ２をＥＣＵ３０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置しないようにしてもよい。
【００５２】
ＥＣＵ３０は、いずれも図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、車両１００の各機器を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００５３】
代表的な機能として、ＥＣＵ３０は、入力されたトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、電圧センサ１９によって検出された直流電圧ＶＬ、電流センサ１１によって検出された直流電流ＩＢ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ２４，２５からのモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および回転角センサ２６，２７からの回転角θ１，θ２等に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２に従ったトルクを出力するように、コンバータ１２およびインバータ２３の動作を制御する。すなわち、コンバータ１２およびインバータ２３を上記のように制御するためのスイッチング制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成して、コンバータ１２およびインバータ２３へそれぞれ出力する。
【００５４】
コンバータ１２の昇圧動作時には、ＥＣＵ３０は、システム電圧ＶＨをフィードバック制御することにより、システム電圧ＶＨが電圧目標値に一致するようにスイッチング制御信号ＰＷＣを生成する。
【００５５】
また、ＥＣＵ３０は、車両１００が回生制動モードに入ると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号ＰＷＩ１、ＰＷＩ２を生成してインバータ２３へ出力する。これにより、インバータ２３は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２へ供給する。
【００５６】
さらに、ＥＣＵ３０は、車両１００が回生制動モードに入ると、インバータ２３から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号ＰＷＣを生成し、コンバータ１２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、さらに降圧されて蓄電装置２８に供給される。
【００５７】
なお、図１の構成において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、エンジン４０、動力分割機構４１および駆動輪４２の除いた部分により、モータ駆動装置２０が構成される。
【００５８】
図１のような車両システムにおいては、モータ駆動装置のシステム全体としての効率を向上させることが重要である。この効率向上を達成するために、図１のように、コンバータ１２、インバータ１４，２２のような複数の電力変換装置を備えるモータ駆動装置では、各電力変換装置の損失を低減させることが重要となるが、同様の走行状態の場合であっても、各電力変換装置の駆動状態によってその損失が異なる。そして、この損失は、これらの電力変換装置へ供給または出力される共通のシステム電圧ＶＨによって変化する。
【００５９】
このシステム電圧ＶＨは、コンバータ１２によって制御されるが、基本的にはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転によって発生される誘起電圧よりも高く設定される。これは、システム電圧ＶＨよりもモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による誘起電圧が高くなると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が制御不能となってしまうおそれがあるからである。逆に、システム電圧ＶＨを超えないようにモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の誘起電圧を制御しようとする場合には「弱め界磁制御」を行うことが必要となるが、この弱め界磁制御は一般的に損失の増加を招いてしまう。
【００６０】
図２は、車両が特定の走行状態である場合における、システム電圧ＶＨに対する各電力変換装置の損失の一例を示す図である。
【００６１】
図２の例の場合には、比較的高速・高出力が要求されている走行状態であり、モータジェネレータＭＧ２を駆動するインバータ１４（以下、「ＩＮＶ２」とも称する。）の損失が最も大きくなっている。しかしながら、走行状態によっては、ＩＮＶ２の出力が、モータジェネレータＭＧ１を駆動するインバータ２２（以下、「ＩＮＶ１」とも称する。）の損失と同等またはより低くなる場合もあり得る。
【００６２】
また、図２に示されるように、各電力変換装置において、同じ駆動状態であっても、システム電圧ＶＨの設定によって生じる損失が異なる。そして、各電力変換装置について、損失が極小となる特定のシステム電圧ＶＨが存在し得る。この損失が極小となるシステム電圧ＶＨは、電力変換装置ごとに異なるが、たとえば、図２のように、設定可能なシステム電圧ＶＨの範囲にわたって、特定の電力変換装置（図２ではＩＮＶ２）の損失が他の電力変換装置の損失よりも大きく、モータ駆動装置のシステム全体の損失において支配的となるような場合には、この損失が最大となる電力変換装置について生じる損失が最小となるようにシステム電圧ＶＨを設定することによって、モータ駆動装置全体の損失を最小化することが期待できる。
【００６３】
そこで、実施の形態１では、ある走行状態において、複数の電力変換装置についてそれぞれの駆動状態に対する損失を求め、得られた損失が最大となる電力変換装置について損失が最小となるようにシステム電圧ＶＨを設定するシステム電圧設定制御を行なう。
【００６４】
次に、図３を用いて、システム電圧設定制御の概要について説明する。図３は、インバータにおける、駆動指令値に対応する最小システム電圧を定めるマップを説明するための図である。
【００６５】
図３を参照して、図３の上段は上記のマップを示しており、インバータの駆動指令（すなわち、トルク指令値ＴＲおよび回転速度指令値ＭＮ）の各動作点に対して、図３の下段のように、その駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるシステム電圧ＶＨｍｉｎが設定されている。そして、各電力変換装置において、現在のシステム電圧ＶＨと駆動指令（ＴＲ，ＮＭ）とから発生し得る損失を演算し、得られた損失のうちで最大の損失を生じる電力変換装置に対して、図３に示すマップを用いてシステム電圧の設定値を決定する。
【００６６】
このような手法によってシステム電圧ＶＨを設定することで、設定値演算のためにフィードバック制御を行なうというような複雑な制御ロジックを用いることなく、比較的に容易な演算によってシステム全体の損失を低減することが可能となる。
【００６７】
なお、上述の説明においては、インバータの場合におけるマップの例を説明したが、コンバータ１２の場合には、その損失は、蓄電装置２８のバッテリ電圧ＶＢとシステム電圧ＶＨとから定まる昇圧比にほぼ比例する。
【００６８】
図４は、実施の形態１において、ＥＣＵ３０で実行されるシステム電圧設定制御を説明するための機能ブロック図である。図４で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３０によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
【００６９】
図１および図４を参照して、ＥＣＵ３０は、損失演算部３１と、判定部３２と、ＶＨ設定部３３と、記憶部３４とを含む。
【００７０】
損失演算部３１は、アクセルペダル（図示せず）の踏込量に基づいて設定されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２（以下、総称してＴＲとも称する。）および回転速度の設定値ＭＮ１，ＭＮ２（以下、総称してＮＭとも称する。）を、図示しない上位ＥＣＵから受ける。また、損失演算部３１は、電圧センサ１０，１３からの現在のバッテリ電圧ＶＢおよびシステム電圧ＶＨの検出値をそれぞれ受ける。そして、損失演算部３１は、これらの情報に基づいて、たとえば、記憶部３４に記憶された図２で示したようなマップを用いて、現在のシステム電圧ＶＨで発生し得るＩＮＶ１，ＩＮＶ２の損失ＬＯＳ１，ＬＯＳ２およびコンバータ１２の損失ＬＯＳＣを演算する。損失演算部３１は、演算した損失ＬＯＳ１，ＬＯＳ２，ＬＯＳＣを判定部３２へ出力する。なお、各電力変換器の損失は、予め定められた演算式を用いて設定するようにしてもよい。
【００７１】
判定部３２は、損失演算部３１から損失ＬＯＳ１，ＬＯＳ２，ＬＯＳＣを受ける。そして、判定部３２は、得られた損失を比較して、どの電力変換装置の損失が最大となるかを判定する。そして、最大損失となる電力変換装置を示す判定結果ＳＥＬをＶＨ設定部３３へ出力する。
【００７２】
ＶＨ設定部３３は、判定部３２からの判定結果ＳＥＬを受ける。また、ＶＨ設定部３３は、駆動指令（ＴＲ，ＮＭ）およびバッテリ電圧ＶＢを受ける。ＶＨ設定部３３は、判定結果ＳＥＬで選択された電力変換装置に対して、記憶部３４に記憶された図３で示したようなマップを用いて、駆動指令またはバッテリ電圧ＶＢに基づいてシステム電圧の電圧指令値ＶＨＲを決定する。ＶＨ設定部３３は、決定された電圧指令値ＶＨＲを、他のＥＣＵまたはＥＣＵ３０内の別の機能部分（いずれも図示せず）へ出力し、そこで電圧指令値ＶＨＲに基づいてコンバータ１２を駆動するための制御信号ＰＷＣが生成される。
【００７３】
図５は、実施の形態１において、ＥＣＵ３０で実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図５および後述する図７，図８に示されるフローチャート中の各ステップについては、ＥＣＵ３０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。
【００７４】
図１および図５を参照して、ＥＣＵ３０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲおよび回転速度指令ＮＭを取得する。また、ＥＣＵ３０は、Ｓ１００において、現在のシステム電圧ＶＨおよびバッテリ電圧ＶＢについても取得する。
【００７５】
ＥＣＵ３０は、これらの情報に基づいて、各電力変換装置において発生し得る損失ＬＯＳ１，ＬＯＳ２，ＬＯＳＣを演算により求める。
【００７６】
そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ１２０にて、ＩＮＶ１の損失ＬＯＳ１が最大であるか否かを判定する。
【００７７】
損失ＬＯＳ１が最大の場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１３０に進められ、ＥＣＵ３０は、ＩＮＶ１についての図３のようなマップを選択する。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ１４０において、選択されたマップと駆動指令とを用いて、損失が最小となるようなシステム電圧の電圧指令値ＶＨＲを決定する。
【００７８】
一方、損失ＬＯＳ１が最大でない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、Ｓ１５０に処理が進められ、ＥＣＵ３０は、次にＩＮＶ２の損失ＬＯＳ２が最大であるか否かを判定する。
【００７９】
損失ＬＯＳ２が最大の場合（Ｓ１５０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１６０に進められ、ＥＣＵ３０は、ＩＮＶ２についてのマップを選択し、それを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する（Ｓ１４０）。
【００８０】
損失ＬＯＳ２が最大でない場合（Ｓ１５０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３０は、コンバータ１２の損失ＬＯＳＣが最大であると判定する。そして、ＥＣＵ３００は、コンバータ１２についてのマップを選択して（Ｓ１７０）、それを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する（Ｓ１４０）。
【００８１】
このような処理に従って制御を行なうことによって、複数の電力変換装置を備えるモータ駆動装置において、複雑な制御ロジックを用いることなく、比較的簡易な制御ロジックによって、モータ駆動装置の損失を低減することが可能となる。
【００８２】
［実施の形態１の変形例］
上述の例においては、常にインバータおよびコンバータの損失を演算，比較し、システム電圧の電圧指令値ＶＨＲを決定する構成について説明した。
【００８３】
ところで、図１に示したようなモータ駆動装置においては、車両を走行させるためのモータジェネレータＭＧ２の容量がモータジェネレータＭＧ１の容量よりも大きく設計される場合が多い。また、モータジェネレータＭＧ２が高出力に設定される場合は、モータジェネレータＭＧ１で発電された電力と、蓄電装置２８からの電力（すなわち、コンバータ１２から供給される電力）との両方を用いて、モータジェネレータＭＧ２が駆動される場合がある。したがって、このような場合には、モータジェネレータＭＧ２を駆動するためのインバータ２２の容量が、一般的に、他の電力変換装置の容量に比べて大きくなるように設計される。
【００８４】
そうすると、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２がある所定値よりも大きくなるような高出力の場合には、ＩＮＶ２による損失が、他の電力変換装置の損失よりもさらに支配的となり得る。そして、そのような状況において、実施の形態１で示したような制御を適用すると、常にＩＮＶ２の基づいてシステム電圧ＶＨが設定されることになり得る。
【００８５】
そこで、実施の形態１の変形例においては、モータジェネレータＭＧ２へのトルク指令値ＴＲ２が予め定められたしきい値よりも大きい場合には、ＩＮＶ２における損失が最大である可能性が高いとみなして電力変化装置間の損失の比較を行なわず、ＩＮＶ２の損失が最小となるようにシステム電圧の電圧指令値ＶＨＲを設定する。
【００８６】
このようにすることによって、上記のような条件の場合に、電力変化装置間の損失比較が不要となるので、より簡易な制御ロジックとすることができ、その結果さらにＥＣＵの演算負荷を低減することが可能となる。
【００８７】
図６は、実施の形態１の変形例におけるシステム電圧設定制御の概要を説明するための図である。図６を参照して、上述のように、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２が、予め定められたしきい値ＴＲｔｈよりも大きくなる領域ＲＧ１においては、図６の上段のように、ＩＮＶ２の損失が他の電力変換装置の損失と比較して著しく大きくなり得る。そのため、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２が領域ＲＧ１の範囲となる場合には、各電力変換装置における損失の演算・比較を行なわずに、ＩＮＶ２についてのマップを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する。
【００８８】
一方、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈ以下となる領域ＲＧ２の場合には、ＩＮＶ２の損失が小さくなり、図６の下段のような状態となり得る。したがって、この場合には、実施の形態１のように各電力変換装置の損失の比較に基づいて電圧指令値ＶＨＲを決定する。あるいは、従来の技術で行われているように、各電力変換装置についての駆動指令から、マップなどを用いて定められるシステム電圧の電圧設定値のうち、最大のものを電圧指令値ＶＨＲとして設定するようにしてもよい。
【００８９】
図７は、実施の形態１の変形例において、ＥＣＵ３０で実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートの第１の例である。図７は、実施の形態１の図５のフローチャートに、ステップＳ１０５，Ｓ１０６が追加されたものとなっている。図７において、図５と重複するステップについての説明は繰り返さない。
【００９０】
図１および図７を参照して、ＥＣＵ３０は、Ｓ１００にて駆動指令等を取得すると、次にＳ１０５にて、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈより大きいか否かを判定する。
【００９１】
トルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈより大きい場合（Ｓ１０５にてＹＥＳ）は、処理がＳ１０６に進められて、ＥＣＵ３０は、ＩＮＶ２についてのマップを選択し、それを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する（Ｓ１４０）。
【００９２】
一方、トルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈ以下の場合（Ｓ１０５にてＮＯ）は、処理がＳ１１０に進められ、実施の形態１の図６の処理と同様に、各電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失の比較に基づいて電圧指令値ＶＨＲを決定する。
【００９３】
また、図８は、実施の形態１の変形例において、ＥＣＵ３０で実行されるシステム電圧設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートの第２の例である。
【００９４】
図１および図８を参照して、ＥＣＵ３０は、Ｓ２００にて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動指令等を取得すると、次にＳ２１０にて、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈよりも大きいか否かを判定する。
【００９５】
トルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈよりも大きい場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２２０に進められ、ＥＣＵ３０は、ＩＮＶ２についてのマップを用いて電圧指令値ＶＨＲを決定する。
【００９６】
一方、トルク指令値ＴＲ２がしきい値ＴＲｔｈ以下の場合（Ｓ２１０にてＮＯ）は、処理がＳ２３０に進められ、ＩＮＶ１，ＩＮＶ２の各々について、駆動指令に基づいて定められるシステム電圧の電圧設定値ＶＨｍｇ１，ＶＨｍｇ２を演算する。
【００９７】
そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ２４０にて、モータジェネレータＭＧ２についての電圧設定値ＶＨｍｇ２がモータジェネレータＭＧ２についての電圧設定値ＶＨｍｇ１より大きいか否か（ＶＨｍｇ２＜ＶＨｍｇ１）を判定する。
【００９８】
電圧設定値ＶＨｍｇ２が電圧設定値ＶＨｍｇ１より大きい場合（Ｓ２４０にてＹＥＳ）は、Ｓ２５０にて、ＥＣＵ３０は、電圧設定値ＶＨｍｇ２をＶＨＲとして設定する。
【００９９】
一方、電圧設定値ＶＨｍｇ２が電圧設定値ＶＨｍｇ１以下の場合（Ｓ２４０にてＮＯ）は、Ｓ２６０にて、ＥＣＵ３０は、電圧設定値ＶＨｍｇ１をＶＨＲとして設定する。
【０１００】
このような処理に従って制御を行なうことによって、実施の形態１と比較してさらに演算負荷を低減しつつ、モータ駆動装置の損失を低減することが可能となる。
【０１０１】
［実施の形態２］
実施の形態１およびその変形例においては、２つのモータジェネレータを備えたハイブリッド自動車について説明したが、エンジンとモータジェネレータを備えるハイブリッド自動車には、実施の形態１における発電用に用いられるモータジェネレータが備えられない場合もある。
【０１０２】
図９は、実施の形態２に従うモータ制御装置２０Ａを搭載した車両１００Ａの全体ブロック図である。図９では、モータジェネレータおよびインバータが１組となっており、図１におけるモータジェネレータＭＧ２に関連する装置が削除されている。
【０１０３】
なお、図９においては、図１との対比が容易なように、モータジェネレータおよびインバータについての参照符号として実施の形態１におけるモータジェネレータＭＧ１およびインバータ１４と同じものをそれぞれ使用しているが、図９のようにモータジェネレータおよびインバータが１組である構成においては、モータジェネレータは、駆動輪を駆動することができる機能、すなわち実施の形態１において説明したモータジェネレータＭＧ２の機能を有する場合も含むことに注意されたい。
【０１０４】
このような構成の場合においても、モータジェネレータを駆動するためのインバータおよび蓄電装置の出力電圧を昇圧するためのコンバータのように、２つの電力変換装置を備える場合には、実施の形態１およびその変形例と同様のシステム電圧設定制御を適用することが可能である。
【０１０５】
［実施の形態３］
また、図１０に示す実施の形態３における車両１００Ｂは、実施の形態２の構成からエンジン４０および動力分割機構４１が削除された構成となっている。すなわち、車両１００Ｂは電気自動車の場合に相当する。
【０１０６】
なお、実施の形態３においては、車両１００Ｂは、モータジェネレータＭＧ１からの駆動力を用いて走行する。
【０１０７】
このような電気自動車においても、複数の電力変換装置を有する場合には、実施の形態２と同様に、実施の形態１およびその変形例と同様のシステム電圧設定制御を適用することが可能である。
【０１０８】
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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【０１０９】
１０，１３，１９ 電圧センサ、１１，２４，２５ 電流センサ、１２ コンバータ、１４，２２，２３ インバータ、１５ Ｕ相相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０，２０Ａ，２０Ｂ モータ駆動装置、２６，２７ 回転角センサ、２８ 蓄電装置、３０ ＥＣＵ、３１ 損失演算部、３２ 判定部、３３ 設定部、３４ 記憶部、４０ エンジン、４１ 動力分割機構、４２ 駆動輪、１００，１００Ａ，１００Ｂ 車両、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＮＬ 接地線、ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源からの電力を用いてモータを駆動するためのモータ駆動装置であって、
第１のモータと、
前記直流電源からの電力を用いて前記第１のモータを駆動するためのインバータである第１の電力変換装置と、
前記第１の電力変換装置における直流側の端子に接続された第２の電力変換装置と、
前記第１の電力変換装置および前記第２の電力変換装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１の電力変換装置への供給電圧に対する前記第１および第２の電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失に基づいて、前記第１の電力変換装置に供給される前記供給電圧の電圧指令値を設定する、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記損失が最大となる電力変換装置おいて生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
第２のモータをさらに備え、
前記第２の電力変換装置は、前記第２のモータを駆動するためのインバータである、請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
第３の電力変換装置をさらに備え、
前記第３の電力変換装置は、前記直流電源の電圧を変換して前記第１および第２の電力変換装置に供給するためのコンバータであり、
前記制御装置は、前記第１の電力変換装置への供給電圧に対する前記第３の電力変換装置の損失をさらに演算するとともに、前記第１から第３の電力変換装置のうちで損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項３に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記駆動指令値は、前記モータのトルク指令値および回転速度指令値を含み、
前記制御装置は、前記第１のモータについての前記トルク指令値が、予め定められたしきい値を上回るときは、前記各電力変換装置の損失の大小にかかわらず、前記第１のモータが前記トルク指令値および前記回転速度指令値を達成可能な範囲で、前記第１の電力変換装置において生じる損失が最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項３または４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記第２の電力変換装置は、前記直流電源の電圧を変換して前記第１の電力変換装置に供給するためのコンバータである、請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記各電力変換装置について、与えられた駆動指令値において当該電力変換装置において生じる損失が最小となる前記電圧指令値が予め定められたマップを含み、
前記制御装置は、前記マップを用いて前記電圧指令値を設定する、請求項２〜６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
直流電源からの電力を用いて走行が可能な車両であって、
駆動輪と、
前記駆動輪を回転させて前記車両を走行させるための第１のモータと、
前記直流電源からの電力を用いて前記第１のモータを駆動するためのインバータである第１の電力変換装置と、
前記第１の電力変換装置における直流側の端子に接続された第２の電力変換装置と、
前記第１の電力変換装置および前記第２の電力変換装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１の電力変換装置への供給電圧に対する前記第１および第２の電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失に基づいて、前記第１の電力変換装置に供給される前記供給電圧の電圧指令値を設定する、車両。
【請求項９】
前記制御装置は、前記損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項８に記載の車両。
【請求項１０】
前記第１のモータからの駆動力とともに用いられ、前記駆動輪を回転させるように構成されたエンジンをさらに備える、請求項９に記載の車両。
【請求項１１】
第２のモータをさらに備え、
前記第２の電力変換装置は、前記直流電源からの直流電力を、前記第２のモータを駆動するための交流電力に変換する機能と、前記エンジンからの駆動力を用いて前記第２のモータにより発電された交流電力を、前記直流電源を充電するための直流電力に変換する機能とを有するように構成されたインバータである、請求項１０に記載の車両。
【請求項１２】
第３の電力変換装置をさらに備え、
前記第３の電力変換装置は、前記直流電源の電圧を変換して前記第１および第２の電力変換装置に供給するためのコンバータであり、
前記制御装置は、前記第１の電力変換装置への供給電圧に対する前記第３の電力変換装置の損失をさらに演算するとともに、前記第１から第３の電力変換装置のうちで損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項１１に記載の車両。
【請求項１３】
前記第２の電力変換装置は、前記直流電源の電圧を変換して前記第１の電力変換装置に供給するためのコンバータである、請求項９または１０に記載の車両。
【請求項１】
直流電源からの電力を用いてモータを駆動するためのモータ駆動装置であって、
第１のモータと、
前記直流電源からの電力を用いて前記第１のモータを駆動するためのインバータである第１の電力変換装置と、
前記第１の電力変換装置における直流側の端子に接続された第２の電力変換装置と、
前記第１の電力変換装置および前記第２の電力変換装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１の電力変換装置への供給電圧に対する前記第１および第２の電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失に基づいて、前記第１の電力変換装置に供給される前記供給電圧の電圧指令値を設定する、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記損失が最大となる電力変換装置おいて生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
第２のモータをさらに備え、
前記第２の電力変換装置は、前記第２のモータを駆動するためのインバータである、請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
第３の電力変換装置をさらに備え、
前記第３の電力変換装置は、前記直流電源の電圧を変換して前記第１および第２の電力変換装置に供給するためのコンバータであり、
前記制御装置は、前記第１の電力変換装置への供給電圧に対する前記第３の電力変換装置の損失をさらに演算するとともに、前記第１から第３の電力変換装置のうちで損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項３に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記駆動指令値は、前記モータのトルク指令値および回転速度指令値を含み、
前記制御装置は、前記第１のモータについての前記トルク指令値が、予め定められたしきい値を上回るときは、前記各電力変換装置の損失の大小にかかわらず、前記第１のモータが前記トルク指令値および前記回転速度指令値を達成可能な範囲で、前記第１の電力変換装置において生じる損失が最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項３または４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記第２の電力変換装置は、前記直流電源の電圧を変換して前記第１の電力変換装置に供給するためのコンバータである、請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記各電力変換装置について、与えられた駆動指令値において当該電力変換装置において生じる損失が最小となる前記電圧指令値が予め定められたマップを含み、
前記制御装置は、前記マップを用いて前記電圧指令値を設定する、請求項２〜６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
【請求項８】
直流電源からの電力を用いて走行が可能な車両であって、
駆動輪と、
前記駆動輪を回転させて前記車両を走行させるための第１のモータと、
前記直流電源からの電力を用いて前記第１のモータを駆動するためのインバータである第１の電力変換装置と、
前記第１の電力変換装置における直流側の端子に接続された第２の電力変換装置と、
前記第１の電力変換装置および前記第２の電力変換装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記第１の電力変換装置への供給電圧に対する前記第１および第２の電力変換装置の損失を演算するとともに、得られた損失が最大となる電力変換装置において生じる損失に基づいて、前記第１の電力変換装置に供給される前記供給電圧の電圧指令値を設定する、車両。
【請求項９】
前記制御装置は、前記損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項８に記載の車両。
【請求項１０】
前記第１のモータからの駆動力とともに用いられ、前記駆動輪を回転させるように構成されたエンジンをさらに備える、請求項９に記載の車両。
【請求項１１】
第２のモータをさらに備え、
前記第２の電力変換装置は、前記直流電源からの直流電力を、前記第２のモータを駆動するための交流電力に変換する機能と、前記エンジンからの駆動力を用いて前記第２のモータにより発電された交流電力を、前記直流電源を充電するための直流電力に変換する機能とを有するように構成されたインバータである、請求項１０に記載の車両。
【請求項１２】
第３の電力変換装置をさらに備え、
前記第３の電力変換装置は、前記直流電源の電圧を変換して前記第１および第２の電力変換装置に供給するためのコンバータであり、
前記制御装置は、前記第１の電力変換装置への供給電圧に対する前記第３の電力変換装置の損失をさらに演算するとともに、前記第１から第３の電力変換装置のうちで損失が最大となる電力変換装置において生じる損失が、当該電力変換装置についての駆動指令値が達成可能な範囲で最小となるように、前記電圧指令値を設定する、請求項１１に記載の車両。
【請求項１３】
前記第２の電力変換装置は、前記直流電源の電圧を変換して前記第１の電力変換装置に供給するためのコンバータである、請求項９または１０に記載の車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−６５４７９（Ｐ２０１２−６５４７９Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８７３２（Ｐ２０１０−２０８７３２）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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