電動機制御装置
【課題】 電動機の要求出力が小さいような場合でも、一定の直流リンク電圧を出力することができる電動機制御装置を提供すること。
【解決手段】 電動機制御装置は、電池１と電動機４を駆動するインバータ３との間に設けられ、電池１からインバータ３へ電力を供給するとき昇圧動作を行い、インバータ３から電池１へ電力を回生するとき降圧動作を行なう。このとき、電動機４に対する要求出力の絶対値が所定の値より小さいとき、内部のスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の両方をスイッチングさせて、昇圧動作あるいは降圧動作を制御する。
【解決手段】 電動機制御装置は、電池１と電動機４を駆動するインバータ３との間に設けられ、電池１からインバータ３へ電力を供給するとき昇圧動作を行い、インバータ３から電池１へ電力を回生するとき降圧動作を行なう。このとき、電動機４に対する要求出力の絶対値が所定の値より小さいとき、内部のスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の両方をスイッチングさせて、昇圧動作あるいは降圧動作を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を駆動する電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車の電動機の駆動において、インバータと直流電源間に昇降圧コンバータを設けることが知られている（特許文献１参照）。昇降圧コンバータは、インバータの直流リンク電圧（インバータの入力電圧）を制御し、電動機に印加される電圧を制御する。昇降圧コンバータでは、昇圧時には下アームのトランジスタを、降圧時には上アームのトランジスタをスイッチングさせることにより、下アームのトランジスタと上アームのトランジスタとの接続中点に接続されたインダクタンスに流れる電流を制御して昇圧，降圧の動作を実現している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３４６０６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、スイッチング素子にＩＧＢＴなどを使用する場合、スイッチング時間は数マイクロ秒程度かかる。このスイッチング時間には，電流と電圧が交差するので大きな損失が発生する。これにより、パルス時間を短くすると，スイッチング損失ばかりとなり、効率が著しく低下してしまう。従って、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を使用する場合、パルス時間をあまり短くすることはできない。その結果、昇圧するエネルギー（インダクタンスに流れる電流）もある値以下にすることができないという問題があった。これを解決するために、例えば、インバータに設けられている平滑用コンデンサと並列に負荷抵抗を接続して電流を消費することが考えられる。しかし、この場合には、負荷抵抗を追加することによるコストアップが発生すると共に、常に負荷抵抗による電力消費が発生し、回路全体としての効率が悪化するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
電動機制御装置は、直流電源と電動機を駆動する駆動回路との間に設けられ、直流電源から駆動回路へ電力を供給するとき昇圧動作を行い、駆動回路から直流電源へ電力を供給するとき降圧動作を行なう。この電動機制御装置は、第１の端子と第２の端子とを有し、第１の端子が駆動回路のプラス側に接続された第１のスイッチング素子と、第３の端子と第４の端子とを有し、第３の端子が第１のスイッチング素子の第２の端子と接続し、第４の端子が駆動回路のマイナス側および直流電源のマイナス側に接続された第２のスイッチング素子と、第５の端子と第６の端子とを有し、第５の端子が第１のスイッチング素子の第２の端子と第２のスイッチング素子の第３の端子との接続中点に接続され、第６の端子が直流電源のプラス側に接続されたインダクタンスと、インダクタンスを流れる平均直流電流の大きさに対応する指令値に基づき、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子のスイッチングを制御して昇圧動作あるいは降圧動作を制御する制御手段とを備え、制御手段は、指令値の絶対値が第１の所定値より小さいとき、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを交互にスイッチングさせて昇圧動作あるいは降圧動作を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以上説明したように構成しているので、次のような効果を奏する。指令値の絶対値が所定値より小さいとき、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを交互にスイッチングさせて昇圧動作あるいは降圧動作を制御しているので、流れる平均直流電流を正負０近くで精密に制御することができる。すなわち、小さな要求出力であっても、直流リンク電圧を精度よく合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第１の実施の形態−
図１は、本発明の第１の実施の形態の電動機制御装置の全体構成図を示す図である。本実施の形態の電動機制御装置は、ハイブリッド車を駆動する電動機の制御に使用される。図１において、回生入力（充電）可能な電池１より、昇降圧コンバータ２を介して、インバータ３の直流部に電圧が印加され，インバータ３で変換した交流により電動機（モータ）４を駆動する。インバータ３の直流部は、インバータ３において直流電力が入力される側のことを言う。
【０００８】
昇降圧コンバータ２は、図１に示すように、２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を、オン時に電流が流れる方向が同一になるように直列に接続する。各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２には，並列にダイオードＤ１、Ｄ２を接続し、各ダイオードの順方向がスイッチング素子のオン時に電流が流れる方向とは逆向きに接続する。２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の中間点（接続中点）と電池１の間にインダクタンス（リアクトル）Ｌを接続する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、例えばＩＧＢＴで構成される。昇降圧コンバータ２の出力は、インバータ３の直流部に入力する。スイッチング素子Ｑ１は上アーム、スイッチング素子Ｑ２は下アームと呼ばれる。なお、図１においてはスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２にＩＧＢＴを用いているため、ダイオードＤ１、Ｄ２を設けているが、これに限定されることはない。例えば、スイッチングＱ１、Ｑ２にＦＥＴを用いる場合は、素子中にダイオード（寄生ダイオード、内蔵ダイオード）が組み込まれているため、ＦＥＴ外部にダイオードＤ１、Ｄ２を設ける必要はない。
【０００９】
昇降圧コンバータ２を表現を変えて説明すると、次のようになる。スイッチング素子Ｑ１は、端子Ｔ１と端子Ｔ２とを有し、端子Ｔ１はインバータ３のプラス側に接続される。スイッチング素子Ｑ２は、端子Ｔ３と端子Ｔ４とを有し、端子Ｔ３はスイッチング素子Ｑ１の端子Ｔ２と接続し、端子Ｔ４はインバータ３のマイナス側および電池１のマイナス側に接続される。スイッチング素子Ｑ１の端子Ｔ１と端子Ｔ２にはダイオードＤ１が接続され、スイッチング素子Ｑ２の端子Ｔ３と端子Ｔ４にはダイオードＤ２が接続される。インダクタンスＬは、端子Ｔ５と端子Ｔ６とを有し、端子Ｔ５はスイッチング素子Ｑ１の端子Ｔ２とスイッチング素子Ｑ２の端子Ｔ３とを接続する点に接続され、端子Ｔ６は電池１のプラス側に接続される。
【００１０】
インバータ３の直流部には，平滑用の電解コンデンサＣが設けられている。インバータ３の３つの上下アームの中点からそれぞれ３相の出力が電動機４に接続されている。インバータ３は、公知のベクトル制御で電動機４を駆動（力行動作）し，電動機４を制動するときには回生動作により，直流部に電力を回生する。
【００１１】
車両コントローラ１１は、車両全体の制御を統括するとともに、電動機４に対する要求出力、トルクの指令値などを決めて、電動機コントローラ１２および昇降圧コントローラ１４に出力する。電動機コントローラ１２は、車両コントローラ１２からの電動機４に対する要求出力、トルク指令値、および電動機４の回転位置、各相電流、直流リンク電圧ＶＤなどにより、インバータ３のスイッチング素子のスイッチングを制御する。電動機４の回転位置は回転位置センサ５により検出され、各相電流は電流センサ６により検出され、直流リンク電圧ＶＤは直流リンク電圧センサ７により検出される。
【００１２】
電池コントローラ１３は、センサ８により検出された電池電圧ＶＢ、電池電流ＩＢを入力して電池１の充放電制御を行い、他のコントローラに対して電池の出力可能電力を出力する。
【００１３】
昇降圧コントローラ１４は、車両コントローラ１１からの電動機４に対する要求出力、トルク指令値、および直流リンク電圧ＶＤ、リアクトル電流ＩＬを入力して、昇降圧コンバータ２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングを制御する。インダクタンスＬに流れるリアクトル電流ＩＬは電流センサ９により検出される。各コントローラ間は，ＣＡＮなどの通信で結ばれて、指令値などのやり取りを行う。
【００１４】
車両コントローラ１１、電動機コントローラ１２、電池コントローラ１３、昇降圧コントローラ１４は、それぞれマイクロプロセッサおよび周辺回路から構成され、所定のプログラムを実行することにより、各コントローラのそれぞれの機能を実行する。
【００１５】
次に、昇降圧コンバータ２の動作を説明する。昇降圧コンバータ２は、いわゆる昇圧チョッパと降圧チョッパの組み合わせで構成されている。インダクタンスＬ、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ１、コンデンサＣとでいわゆる昇圧チョッパを構成し、スイッチング素子Ｑ１、インダクタンスＬ、ダイオードＤ２とでいわゆる降圧チョッパを構成する。
【００１６】
昇降圧コンバータ２は、力行出力のとき、すなわち電動機４を駆動するとき、電池１の直流電圧ＶＢを所望の直流リンク電圧ＶＤまで昇圧してインバータ３の直流部に電力を供給する。また、回生出力のとき、すなわち電動機４が発電機として働くとき、インバータ３の直流部からの直流リンク電圧ＶＤを電池１の直流電圧ＶＢまで降圧させ、インバータ３の直流部から直流電力を電池１へ供給する。すなわち、電池１へ所望の回生（充電）電流を流す。
【００１７】
昇降圧コンバータ２は、通常、力行出力のとき、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２のみをスイッチング動作させ、所望の直流リンク電圧ＶＤを得る。また、回生出力のとき、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１のみをスイッチング動作させ、所望の回生電流を得る。しかし、本発明では、力行要求出力あるいは回生要求出力がそれぞれ小さい場合には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させるところに特徴がある。
【００１８】
図２は、昇降圧コントローラ１４の制御を説明する図である。昇降圧コンバータ２において、インバータ３へ接続する側を出力側とし、電池１と接続する側を入力側とする。
【００１９】
図２において、差分器１０１にて、インバータ３の出力側の電圧、すなわち直流リンク電圧ＶＤの実測値に対して、その要求値であるＶＤ＊の差分をとり，さらにＰＩ制御部１０２にてＰＩ制御をかけて制御値を出力する。直流リンク電圧の要求値ＶＤ＊は、車両コントローラ１１からの電動機４に対する要求出力、トルク指令値などにより決定される。ＰＩ制御部１０２から出力された制御値と、キャリア生成部１０３から出力されたキャリアである三角波とが、比較器１０４で比較されＰＷＭ信号が生成される。
【００２０】
ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｑ１の制御に使用される場合は、そのままの位相で使用し、スイッチング素子Ｑ２の制御に使用される場合は、ＮＯＴ回路１０６で位相を反転して使用する。ＰＷＭ信号および位相を反転させた信号は、デッドタイム制御部１０５および駆動回路を介して、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動する。デッドタイム制御部１０５は、後述するように、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方を交互に駆動するときデッドタイム制御を行なう。
【００２１】
図３は、本実施の形態の昇降圧コンバータ２のスイッチング特性を示す図である。横軸に、電動機４の要求出力をとる。図３では、力行出力は正の符号をもち、回生出力は負の符号をもつとして表す。力行出力が所定の値Ｐ１より大きいとき、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させ、回生出力が所定の値Ｐ２より小さいとき、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させる。そして、力行出力がＰ１以下のとき、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させ、また、回生出力がＰ２以上のときも、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させる。
【００２２】
言い換えると、要求された力行出力および回生出力の絶対値がそれぞれ所定の値以下であると、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させている。力行出力および回生出力の絶対値がそれぞれ所定の値より大きいときは、正負を判別して，力行の場合スイッチング素子Ｑ２のみを、回生の場合にはスイッチング素子Ｑ１のみをスイッチングさせる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングする場合には，スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が同時にオンしないように、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２のオンさせるパルス間にはデッドタイムを設けている。すなわち、デッドタイム制御を行なっている。
【００２３】
図４は、力行要求出力が所定値以上の場合の昇圧（力行）動作を説明する図である。この場合の昇圧動作は，スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせることにより行なう。ｔ１でスイッチング素子Ｑ２がオンし、その後、インダクタンスＬに流れる電流ＩＬが増加する（ｔ１〜ｔ２）。所定時間後（ｔ２）、スイッチング素子Ｑ２をオフすると，インダクタンスＬにためられた電流は流れつづけようとするので，スイッチング素子Ｑ１に並列に接続されたダイオードＤ１を通してインバータ３の直流部へと流れ、電解コンデンサ７を充電する。その結果、電池１の電圧ＶＢが昇圧された直流リンク電圧ＶＤがインバータ３へ供給される。
【００２４】
図５は、回生要求出力の絶対値が所定値以上の降圧（回生）動作を説明する図である。この場合の降圧動作は，スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１をスイッチングさせることにより行なう。昇圧動作とは逆に，スイッチング素子Ｑ１を所定時間オンすると、直流リンク電圧ＶＤと電池電圧ＶＢの差により，電流が流れリアクトル電流ＩＬが増加する。そして、スイッチング素子Ｑ１をオフすると、インダクタンスＬにためられた電流が流れつづけようとするので、スイッチング素子Ｑ２に並列に接続されたダイオードＤ２を通して電池１へと流れ、電池１を充電する。
【００２５】
図６は、力行要求出力あるいは回生要求出力の絶対値が所定値以下の場合の力行あるいは回生動作を説明する図である。この場合、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させている。まず、ｔ０においてスイッチング素子Ｑ２がオンする。しかし、リアクトル電流ＩＬが負方向、すなわちダイオードＤ２に電流が流れているので、スイッチング素子Ｑ２にはまだ電流ＩＱ２が流れない。
【００２６】
ｔ１において、スイッチング素子Ｑ２がオンしているので，前記昇圧時の動作のようにリアクトル電流ＩＬが正の方向に流れる。ｔ２においてＱ２はオフし、今度は，Ｑ１がオンする。インダクタンスＬにたまった電流は流れつづけるので，スイッチング素子Ｑ１には電流は流れず、ダイオードＤ１に電流が流れる。インダクタンスＬのエネルギーが開放されてリアクトル電流ＩＬが減少して０になると、今度は電流が反転して、スイッチング素子Ｑ１に電流ＩＱ１が流れはじめる（ｔ３）。
【００２７】
ｔ４になると、スイッチング素子Ｑ１はオフしスイッチング素子Ｑ２がオンするが，同様にダイオードＤ２には電流が流れるがスイッチング素子Ｑ２には電流が流れない。ｔ５（＝ｔ１）で電流は０に戻る。ここで、ｔ１からｔ５で一周期Ｔとなる。
【００２８】
このようにして、インバータ３−電池１間の直流電流を正負０近くで精密に制御することができる。すなわち、インバータ３の出力が小さい場合あっても、インバータ３の直流リンク電圧ＶＤを精密に制御することが可能となる。このとき直流電流にはリップルが生じているが、このリップルを平均した平均直流電流が正負０近くで精密に制御されることになる。
【００２９】
なお、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２は、ＰＷＭ信号の１周期のデューティに応じてそれぞれオンするように制御される。すなわち、ＰＷＭ信号の１周期内でＰＷＭ信号がハイのときスイッチング素子Ｑ１がオンし、ＰＷＭ信号がローのときスイッチング素子Ｑ２がオンするように制御される。ＰＷＭ信号のデューティの違いによって昇圧動作あるいは降圧動作となる。
【００３０】
上記のようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の両方をスイッチングさせるようにしたことは、従来の力行動作と回生動作の間に新たなスイッチングモードを設けたことになる。すなわち、スイッチング素子Ｑ１をオフしスイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させるスイッチングモード、スイッチング素子Ｑ２をオフしスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させるスイッチングモードの間に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオンさせるスイッチングモードの３つのモードを設けたことになる。これにより、力行動作から回生動作へ、もしくはその逆の制御の遷移をスムーズに行うことができる。
【００３１】
そして、力行、回生の全領域でスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオンさせるスイッチングさせるわけではないので、すなわち、力行、回生の電力が小さいときのみスイッチングＱ１、Ｑ２を交互にスイッチングさせるので、従来の片方のみスイッチングさせる場合に比較してスイッチングロスはさほど増えない。
【００３２】
なお、要求出力に対する所定値Ｐ１および所定値Ｐ２は、例えば、次のように設定すればよい。スイッチング素子Ｑ１をオフしスイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせる昇圧動作の場合、また、スイッチング素子Ｑ２をオフしスイッチング素子Ｑ１をスイッチングさせる降圧動作の場合、図４あるいは図５にも示した通り、インダクタンスＬに流れる直流電流ＩＬにはリップルが生じる。このリップル電流ΔＩは、｜ＶＤ−ＶＢ｜×Ｔｏｎ／Ｌとなる。平均電流Ｉａｖｅに対しての幅は｜ＶＤ−ＶＢ｜×Ｔｏｎ／２Ｌとなる。電流ＩＬの下限値即ちＩａｖｅ−（ΔＩ／２）が０以下で、上限値即ちＩａｖｅ＋（ΔＩ／２）が０以上となる要求出力の場合に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる制御を行うよう所定値Ｐ１および所定値Ｐ２を設定すればよい。例えば、所定値Ｐ１はＩａｖｅ−（ΔＩ／２）＝０となる出力値とし、所定値Ｐ２はＩａｖｅ＋（ΔＩ／２）＝０となる出力値とする。つまり、所定値Ｐ１および所定値Ｐ２は、インダクタンスＬに流れる電流が０をまたぐ（ゼロクロスする）様な値が設定される。なお、この所定値Ｐ１および所定値Ｐ２は、実験や計算等によって予め求めてくことができる。
【００３３】
図７は、昇降圧コントローラ１４での制御のフローチャートを示す図である。ステップＳ１では、車両コントローラ１１から電動機４に対する要求出力Ｐ＊を入力する。ステップＳ２では、要求出力Ｐ＊に基づき、直流リンク電圧の要求値ＶＤ＊を計算し設定する。ステップＳ３では、要求出力Ｐ＊がＰ２＜Ｐ２＊＜Ｐ１を満足するか否かを判定する。Ｐ１は力行出力に対する所定の出力値、Ｐ２は回生出力に対する所定の出力値である。Ｐ１はプラスの符号を有し、Ｐ２はマイナスの符号を有する。
【００３４】
ステップＳ３で、上記条件が満足すると判定するとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、前述したスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる動作を行なう。すなわち、力行要求出力の絶対値が所定の値Ｐ１より小さい場合、あるいは、回生要求出力の絶対値が所定の値Ｐ２より小さい場合に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる動作を行なう。
【００３５】
一方、ステップＳ３で、条件が満足しないと判定するとステップＳ４に進む。ステップＳ４では、要求出力の正負を判定する。すなわち、要求出力が正の場合は力行出力、負の場合は回生出力と判定する。ステップＳ４で、力行出力と判定するとステップＳ７に進む。ステップＳ７では、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させて力行動作を制御する。ステップＳ４で、回生出力と判定するとステップＳ６に進む。ステップＳ６では、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させて回生動作を制御する。
【００３６】
以上のようにして電動機４に対する要求出力を判断し、図２の構成に基づいて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングが制御される。
【００３７】
以上のように構成された本発明の車両用電動機制御装置は、次のような効果を奏する。
（１）力行要求出力あるいは回生要求出力の絶対値が、所定の値より小さい場合には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方を交互にオンさせるようにしているので、昇降圧コンバータ２を流れる直流電流を正負０近くで精密に制御することができる。言い換えれば、小さな要求出力であっても、直流リンク電圧ＶＤを指令値に精度よく合わせることができる。
（２）コンデンサＣに並列に負荷抵抗を設ける必要がないため、コストアップや回路の効率を低下させることなく、要求出力が小さい場合でも直流リンク電圧ＶＤを指令値に精度良く合わせることができる。
（３）スイッチング素子Ｑ１をオフしスイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させるスイッチングモードと、スイッチング素子Ｑ２をオフしスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させるスイッチングモードとの間に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオンさせる第３のスイッチングモードを設けたので、力行動作から回生動作へ、もしくはその逆への制御の遷移をスムーズに行うことができる。
【００３８】
−第２の実施の形態−
第１の実施の形態では、電動機４の要求出力が小さいときに、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせることにより、小さい要求出力であっても負荷抵抗による損失の増大を招くことなく安定した正確な制御を行なうものであった。
【００３９】
しかし、第１の実施の形態においても、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングによるロスは発生する。第２の実施の形態では、このスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングロスをさらに小さくするようにしたものである。このために、第１の実施の形態で説明したスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる第３のスイッチングモードにおいて、間欠発振制御を行なうようにした。以下、この間欠発振制御について説明する。第２の実施の形態の電動機制御装置の全体構成図は、第１の実施の形態の図１と同じであるので、その説明を省略する。
【００４０】
図８は、第２の実施の形態の間欠発振の動作について説明する図である。間欠発振とは、図８に示すように、スイッチングを行っている期間とスイッチングを行っていない休止期間を作り、スイッチングを間欠的に行うことである。この間欠発振の周期は，スイッチングしている時間Ｔｉｏｎとスイッチング停止時間Ｔｉｏｆｆの和であるＴｉである。間欠発振周波数は１／Ｔｉであり、間欠発振デューティはＴｉｏｎ／Ｔｉである。これらは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング周期、周波数などとは区別する。この間欠発振により、スイッチングを休止（停止）する時間を設けるので，スイッチングロスを減らすことができる。
【００４１】
図９は、昇降圧コントローラ１４における間欠発振の制御を説明する図である。第１の実施の形態の図２と同じ構成要素には同じ符号をつける。
【００４２】
要求出力Ｐ＊に基づき間欠発振可否判定を行う判断部２０１を設けている。この判断部２０１の制御の詳細については後述する。この判断部２０１が間欠発振をすると判定すると、出力信号２０２がＨｉになり、間欠発振周波数で発振する発振器２０３の出力を開始させる。判断部２０１の出力信号２０２の反転信号２０４と発振器出力２０５の論理和がＯＲ回路２０６でとられ、ＡＮＤ回路２０７、２０８に入力する。ＡＮＤ回路２０７の出力はスイッチング素子Ｑ２のゲートに入力し、ＡＮＤ回路２０８の出力はスイッチング素子Ｑ１のゲートに入力する。
【００４３】
これにより，間欠発振をすると判定された時には、間欠発振用発振器２０３の発振器出力２０５がＡＮＤ回路２０７、２０８に入力するように論理構成されている。間欠発振器２０３の発振器出力２０５がＨｉのときには，電圧ＶＤ、要求値ＶＤ＊から生成されるＰＷＭ信号がスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲートに印加され、通常のスイッチング動作を行うことができる。しかし、間欠発振器２０３の発振器出力２０５がＬｏのときには、ＰＷＭ信号はＡＮＤ回路２０７、２０８によって遮断されるので，スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングは行わない。
【００４４】
判断部２０１が間欠発振をしないと判定すると、出力信号２０２はＬｏを出力する。出力信号２０２のＬｏ信号の反転信号２０４はＨｉとなり、ＯＲ回路２０６の出力は常にＨｉとなり、間欠発振出力２０５は無視される。その結果、ＡＮＤ回路２０７、２０８にはＨｉが入力され、ＰＷＭ信号は間欠でない通常どおりにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲートに印加される。このように、間欠発振可否を判定する判断部２０１の出力により，間欠発振を行うかどうかを決定することができる。
【００４５】
また、間欠発振のスイッチング時間が始まる時点で発振器出力２０５はＨｉとなる。ソフトスタート用三角波生成器２０９は、そのエッジ検出によりソフトスタート用三角波をスタートさせ，その出力はＰＷＭ波生成用の比較器２１０の入力に入るように構成する。これによりスイッチング開始時のデューティをゆっくり大きくしていくソフトスタート動作を行うようにする。これにより、スイッチング開始時に急激に負荷を与えることによるインダクタンスＬのリアクトル鉄心などからの音の発生を防止する。
【００４６】
間欠発振周波数は、可聴周波数領域よりも低い周波数として、具体的には２０Ｈｚ以下が望ましい。
【００４７】
次に、間欠発振を行うかどうかの判断方法について述べる。図１０は、昇降圧コントローラ１４における間欠発振を行うかどうかの判断の処理のフローチャートを示す図である。これは、図９の中央点線四角２１１で囲んだ部分の説明である。従って、第１の実施の形態で説明した図２の特性の説明も含む。
【００４８】
まずステップＳ１１では、要求出力Ｐ＊がＰ−２＜Ｐ２＊＜Ｐ＋２を満足するか否かを判定する。ステップＳ１１で、条件が満足しないと判定するとステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、フラグ１を０にリセットし、タイマーもリセットする。フラグ１およびタイマーは、後述する間欠発振の制御に利用する。ステップＳ１３では、要求出力の正負を判定する。すなわち、要求出力が正の場合は力行出力、負の場合は回生出力と判定する。
【００４９】
ステップＳ１３で、力行出力と判定するとステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させて力行動作を制御する。ステップＳ１３で、回生出力と判定するとステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させて回生動作を制御する。
【００５０】
要求出力Ｐ＊が、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる下限閾値Ｐ−２より小さい場合には，ある程度の回生要求出力があるということで、スイッチング素子Ｑ１をスイッチングすることにより、降圧動作を行う。逆に、上限閾値Ｐ＋２より大きい場合には、ある程度以上の力行要求出力があるということで、スイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせ昇圧動作を行う。
【００５１】
ステップＳ１１で、条件が満足すると判定するとステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、要求出力Ｐ＊がＰ−１＜Ｐ２＊＜Ｐ＋１を満足するか否かを判定する。ステップＳ１６で、条件が満足しないと判定するとステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、フラグ１を０にリセットし、タイマーもリセットする。ステップＳ１８では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる動作を行なう。
【００５２】
要求出力Ｐ＊がＰ＋２以下かつＰ−２以上の場合には、さらに要求出力Ｐ＊が間欠発振上限閾値Ｐ＋１以下かつ間欠発振下限閾値Ｐ−１以上であるかどうかを判定する。要求出力Ｐ＊が間欠発振閾値の範囲外の場合には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方のスイッチング動作を行い、直流リンク電圧ＶＤを所定値に制御する。
【００５３】
ステップＳ１６で、条件が満足すると判定するとステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、フラグ１＝１であるかどうか判定する。ステップＳ１９で、フラグ１＝１でないと判定すると、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、フラグ１に１をセットし、タイマーをスタートさせる。フラグ１を立てて、タイマーをスタートさせるのは、要求出力が、一定時間以上が間欠発振閾値Ｐ＋１、Ｐ−１の範囲内にあるどうかを判定するためである。
【００５４】
ステップＳ１９で、フラグ１＝１であると判定すると、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、タイマーが所定値以上かどうかを判定する。ステップＳ２１で、タイマーがまだ所定値以上でないと判定すると、ステップＳ１８に進み、前述したスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる動作を行なう。一方、ステップＳ２１で、タイマーが所定値以上であると判定すると、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を両方スイッチングさせる間欠発振制御を行なう。
【００５５】
要求出力Ｐ＊が、一定時間以上間欠発振閾値Ｐ＋１、Ｐ−１の範囲内にある場合には間欠発振動作とし、これにより、間欠発振の動作をほぼ無負荷が続いている状態のときにのみ行い，スイッチングロスを減らすことができる。図１１は、要求出力Ｐ＊と、各閾値と、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作の関係を示す図である。図１１が示すように，スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方がスイッチングする要求出力のさらに無負荷に近いところで、間欠発振としている。
【００５６】
なお、図１０の処理では、間欠発振でスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる例を説明した。しかし、要求出力の正負によって、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の片方をスイッチングさせて間欠発振動作とするようにしてもよい。図１２は、その変形例を示す図である。図１０と異なる点だけを以下説明する。
【００５７】
ステップＳ２１で、タイマーが所定値以上であると判定すると、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、間欠発振制御の準備を行なう。ステップＳ２６では、要求出力の正負を判定する。すなわち、要求出力が正の場合は力行出力、負の場合は回生出力と判定する。ステップＳ２６で、力行出力と判定するとステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、スイッチング素子Ｑ２のスイッチングを間欠発振制御で行なう。ステップＳ２６で、回生出力と判定するとステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングを間欠発振制御を行なう。
【００５８】
要求出力Ｐ＊が、一定時間以上間欠発振閾値Ｐ＋１、Ｐ−１の範囲内にある場合には間欠発振動作とし、要求出力の正負によって、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の片方をスイッチングさせて間欠発振動作とする。これによっても、間欠発振の動作をほぼ無負荷が続いている状態のときにのみ行い，スイッチングロスを減らすことができる。また、図１２の制御のときに上述したソフトスタートの制御が有効となる。
【００５９】
図１３は、間欠発振制御からの復帰方法について説明する図である。要求出力Ｐ＊が、時間ｔ１０において閾値Ｐ＋１以下になると、タイマーがスタートする。時間ｔ１１において、タイマーが所定値以上になると間欠制御に入る。ｔ１１〜ｔ１２ではスイッチングを停止し、ｔ１２〜ｔ１３ではスイッチングを行い、ｔ１３〜ｔ１５では再びスイッチングを停止し、間欠制御を継続する。
【００６０】
このような間欠発振動作時に、要求出力Ｐ＊が間欠発振閾値範囲をこえた場合には，図１０の処理によると、フラグ１、タイマをリセットし、要求出力Ｐ＊の値に応じて，スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方のスイッチング、または、スイッチング素子Ｑ１スイッチング、または、スイッチング素子Ｑ２スイッチングの動作をする。
【００６１】
ただし、閾値を超えた要求出力Ｐ＊が、まだ、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方のスイッチングを行なう上限閾値Ｐ＋２、下限閾値Ｐ−２内にある場合において、間欠発振の休止状態のときは、間欠発振の次のスイッチング時間になるまで待ってから復帰するものとする。図１３の例では、要求出力Ｐ＊が、点線で示すように時間ｔ１４において閾値Ｐ−１を下回ったとしても、間欠発振の次のスイッチング時間ｔ１５になるまで待ってから復帰するものとする。
【００６２】
一方、要求出力Ｐ＊が大きく変化し、下限閾値Ｐ−２より小さい場合、または、上限閾値Ｐ＋２より大きい場合には、要求出力が大きいので間欠発振の次のスイッチング時間が来る前に即時に、スイッチング素子Ｑ１またはスイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせ降圧、または昇圧動作を行うように制御する。これにより、要求出力Ｐ＊が変動した場合にも、的確に対応することができる。
【００６３】
図１４は、昇降圧コントローラ１４における間欠発振を行うかどうかの判断の処理の変形例のフローチャートを示す図である。図１０の処理と同じ処理には、同じステップ番号を付してその説明を省略する。図１０の処理と異なる点は、図１０の処理のステップＳ１６とＳ１９の間に、ステップＳ３１とＳ３２を追加した点である。以下、この点について説明する。
【００６４】
ステップＳ１６で、条件が満足すると判定するとステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、今回の要求出力Ｐ＊から前回の要求出力（Ｐ＊−１）を引いた絶対値ΔＰを演算する。演算後、今回の要求出力Ｐ＊を前回の要求出力（Ｐ＊−１）メモリに格納する。ステップＳ３２では、ΔＰが所定値より小さいかどうかを判定する。ステップＳ３２で、ΔＰが所定値より小さくないと判定するとステップＳ１８に進む。ステップＳ３２で、ΔＰが所定値より小さいと判定するとステップＳ１９に進む。
【００６５】
これにより、要求出力Ｐ＊が、一定時間以上閾値以下で、かつ、変動も少ない場合に間欠発振動作とすることができる。
【００６６】
以上のように構成された第２の実施の形態の車両用電動機制御装置は、第１の実施の形態の車両用電動機制御装置の効果に加えて、次のような効果を奏する。
（１）要求出力の絶対値が小さい場合に、間欠制御でスイッチングをさせるので、スイッチングロスをさらに小さくすることができる。
（２）タイマーで所定時間以上要求出力が小さい状態が続いた場合に、間欠制御をするようにしているので、より正確にスイッチングロスの小さい制御を行なうことができる。所定時間以上要求出力が小さい状態が続くということは、今後も要求出力が小さい状態が続く可能性が高いことを意味する。従って、間欠制御のスイッチング停止時に要求出力が変化する可能性が低い。
（３）間欠発振周波数を、可聴周波数領域よりも低い周波数としているので、間欠発振による音の発生を防ぐことができる。
（４）間欠発振のオン時には、スイッチングをソフトスタートさせるようにしている。これにより、スイッチング開始時に急激に負荷を与えることによるインダクタンスＬのリアクトル鉄心などからの音の発生を防止することができる。
（５）間欠発振制御中に要求出力が変化した場合に、上述した上限閾値Ｐ＋２と下限閾値Ｐ−２内にある場合には、間欠発振の次のスイッチング時間になるまで待ってから復帰し、要求出力が、上限閾値Ｐ＋２と下限閾値Ｐ−２外に変化した場合には、即時に、スイッチング素子Ｑ１またはスイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせ降圧、または昇圧動作を行うように制御する。これにより、要求出力の変動に応じた適切な対応が可能となる。
【００６７】
上記実施の形態は、指令値として電動機４の要求出力を使用する例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。トルク指令値であってもよい。昇降圧コンバータ２の負荷が小さいこと、すなわち、昇降圧コンバータ２に流れる平均直流電流が小さいことが判定できる指令値であればどのようなものでもよい。
【００６８】
上記実施の形態は、１つの電動機４を駆動する例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。複数の電動機を駆動する場合にも本発明は適用できる。
【００６９】
上記実施の形態は、ハイブリッド車で使用する電動機制御装置の例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。電気自動車に適用する場合であってもよい。また、電動機により駆動される他の車両の場合であってもよい。さらに、電動機で駆動するのは車両に限定する必要はない。すなわち、直流電源からの直流電力に基づき電動機を駆動するすべての場合に本発明は適用できる。
【００７０】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電動機制御装置の全体構成図を示す図である。
【図２】昇降圧コントローラの制御を説明する図である。
【図３】本実施の形態の昇降圧コンバータのスイッチング特性を示す図である。
【図４】力行要求出力が所定値以上の場合の昇圧（力行）動作を説明する図である。
【図５】回生要求出力の絶対値が所定値以上の降圧（回生）動作を説明する図である。
【図６】力行要求出力あるいは回生要求出力の絶対値が所定値以下の場合の力行あるいは回生動作を説明する図である。
【図７】昇降圧コントローラでの制御のフローチャートを示す図である。
【図８】第２の実施の形態の間欠発振の動作について説明する図である。
【図９】昇降圧コントローラにおける間欠発振の制御を説明する図である。
【図１０】昇降圧コントローラにおける間欠発振を行うかどうかの判断の処理のフローチャートを示す図である。
【図１１】要求出力Ｐ＊と、各閾値と、スイッチング素子のスイッチング動作の関係を示す図である。
【図１２】昇降圧コントローラにおける間欠発振を行うかどうかの判断の処理の変形例のフローチャートを示す図である。
【図１３】間欠発振制御からの復帰方法について説明する図である。
【図１４】昇降圧コントローラにおける間欠発振を行うかどうかの判断の処理の変形例のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 電池
２ 昇降圧コンバータ
３ インバータ
４ 電動機
５ 回転位置センサ
６ 電流センサ
７ 電圧センサ
８ センサ
９ 電流センサ
１１ 車両コントローラ
１２ 電動機コントローラ
１３ 電池コントローラ
１４ 昇降圧コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を駆動する電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車の電動機の駆動において、インバータと直流電源間に昇降圧コンバータを設けることが知られている（特許文献１参照）。昇降圧コンバータは、インバータの直流リンク電圧（インバータの入力電圧）を制御し、電動機に印加される電圧を制御する。昇降圧コンバータでは、昇圧時には下アームのトランジスタを、降圧時には上アームのトランジスタをスイッチングさせることにより、下アームのトランジスタと上アームのトランジスタとの接続中点に接続されたインダクタンスに流れる電流を制御して昇圧，降圧の動作を実現している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３４６０６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、スイッチング素子にＩＧＢＴなどを使用する場合、スイッチング時間は数マイクロ秒程度かかる。このスイッチング時間には，電流と電圧が交差するので大きな損失が発生する。これにより、パルス時間を短くすると，スイッチング損失ばかりとなり、効率が著しく低下してしまう。従って、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子を使用する場合、パルス時間をあまり短くすることはできない。その結果、昇圧するエネルギー（インダクタンスに流れる電流）もある値以下にすることができないという問題があった。これを解決するために、例えば、インバータに設けられている平滑用コンデンサと並列に負荷抵抗を接続して電流を消費することが考えられる。しかし、この場合には、負荷抵抗を追加することによるコストアップが発生すると共に、常に負荷抵抗による電力消費が発生し、回路全体としての効率が悪化するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
電動機制御装置は、直流電源と電動機を駆動する駆動回路との間に設けられ、直流電源から駆動回路へ電力を供給するとき昇圧動作を行い、駆動回路から直流電源へ電力を供給するとき降圧動作を行なう。この電動機制御装置は、第１の端子と第２の端子とを有し、第１の端子が駆動回路のプラス側に接続された第１のスイッチング素子と、第３の端子と第４の端子とを有し、第３の端子が第１のスイッチング素子の第２の端子と接続し、第４の端子が駆動回路のマイナス側および直流電源のマイナス側に接続された第２のスイッチング素子と、第５の端子と第６の端子とを有し、第５の端子が第１のスイッチング素子の第２の端子と第２のスイッチング素子の第３の端子との接続中点に接続され、第６の端子が直流電源のプラス側に接続されたインダクタンスと、インダクタンスを流れる平均直流電流の大きさに対応する指令値に基づき、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子のスイッチングを制御して昇圧動作あるいは降圧動作を制御する制御手段とを備え、制御手段は、指令値の絶対値が第１の所定値より小さいとき、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを交互にスイッチングさせて昇圧動作あるいは降圧動作を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以上説明したように構成しているので、次のような効果を奏する。指令値の絶対値が所定値より小さいとき、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを交互にスイッチングさせて昇圧動作あるいは降圧動作を制御しているので、流れる平均直流電流を正負０近くで精密に制御することができる。すなわち、小さな要求出力であっても、直流リンク電圧を精度よく合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第１の実施の形態−
図１は、本発明の第１の実施の形態の電動機制御装置の全体構成図を示す図である。本実施の形態の電動機制御装置は、ハイブリッド車を駆動する電動機の制御に使用される。図１において、回生入力（充電）可能な電池１より、昇降圧コンバータ２を介して、インバータ３の直流部に電圧が印加され，インバータ３で変換した交流により電動機（モータ）４を駆動する。インバータ３の直流部は、インバータ３において直流電力が入力される側のことを言う。
【０００８】
昇降圧コンバータ２は、図１に示すように、２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を、オン時に電流が流れる方向が同一になるように直列に接続する。各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２には，並列にダイオードＤ１、Ｄ２を接続し、各ダイオードの順方向がスイッチング素子のオン時に電流が流れる方向とは逆向きに接続する。２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の中間点（接続中点）と電池１の間にインダクタンス（リアクトル）Ｌを接続する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、例えばＩＧＢＴで構成される。昇降圧コンバータ２の出力は、インバータ３の直流部に入力する。スイッチング素子Ｑ１は上アーム、スイッチング素子Ｑ２は下アームと呼ばれる。なお、図１においてはスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２にＩＧＢＴを用いているため、ダイオードＤ１、Ｄ２を設けているが、これに限定されることはない。例えば、スイッチングＱ１、Ｑ２にＦＥＴを用いる場合は、素子中にダイオード（寄生ダイオード、内蔵ダイオード）が組み込まれているため、ＦＥＴ外部にダイオードＤ１、Ｄ２を設ける必要はない。
【０００９】
昇降圧コンバータ２を表現を変えて説明すると、次のようになる。スイッチング素子Ｑ１は、端子Ｔ１と端子Ｔ２とを有し、端子Ｔ１はインバータ３のプラス側に接続される。スイッチング素子Ｑ２は、端子Ｔ３と端子Ｔ４とを有し、端子Ｔ３はスイッチング素子Ｑ１の端子Ｔ２と接続し、端子Ｔ４はインバータ３のマイナス側および電池１のマイナス側に接続される。スイッチング素子Ｑ１の端子Ｔ１と端子Ｔ２にはダイオードＤ１が接続され、スイッチング素子Ｑ２の端子Ｔ３と端子Ｔ４にはダイオードＤ２が接続される。インダクタンスＬは、端子Ｔ５と端子Ｔ６とを有し、端子Ｔ５はスイッチング素子Ｑ１の端子Ｔ２とスイッチング素子Ｑ２の端子Ｔ３とを接続する点に接続され、端子Ｔ６は電池１のプラス側に接続される。
【００１０】
インバータ３の直流部には，平滑用の電解コンデンサＣが設けられている。インバータ３の３つの上下アームの中点からそれぞれ３相の出力が電動機４に接続されている。インバータ３は、公知のベクトル制御で電動機４を駆動（力行動作）し，電動機４を制動するときには回生動作により，直流部に電力を回生する。
【００１１】
車両コントローラ１１は、車両全体の制御を統括するとともに、電動機４に対する要求出力、トルクの指令値などを決めて、電動機コントローラ１２および昇降圧コントローラ１４に出力する。電動機コントローラ１２は、車両コントローラ１２からの電動機４に対する要求出力、トルク指令値、および電動機４の回転位置、各相電流、直流リンク電圧ＶＤなどにより、インバータ３のスイッチング素子のスイッチングを制御する。電動機４の回転位置は回転位置センサ５により検出され、各相電流は電流センサ６により検出され、直流リンク電圧ＶＤは直流リンク電圧センサ７により検出される。
【００１２】
電池コントローラ１３は、センサ８により検出された電池電圧ＶＢ、電池電流ＩＢを入力して電池１の充放電制御を行い、他のコントローラに対して電池の出力可能電力を出力する。
【００１３】
昇降圧コントローラ１４は、車両コントローラ１１からの電動機４に対する要求出力、トルク指令値、および直流リンク電圧ＶＤ、リアクトル電流ＩＬを入力して、昇降圧コンバータ２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングを制御する。インダクタンスＬに流れるリアクトル電流ＩＬは電流センサ９により検出される。各コントローラ間は，ＣＡＮなどの通信で結ばれて、指令値などのやり取りを行う。
【００１４】
車両コントローラ１１、電動機コントローラ１２、電池コントローラ１３、昇降圧コントローラ１４は、それぞれマイクロプロセッサおよび周辺回路から構成され、所定のプログラムを実行することにより、各コントローラのそれぞれの機能を実行する。
【００１５】
次に、昇降圧コンバータ２の動作を説明する。昇降圧コンバータ２は、いわゆる昇圧チョッパと降圧チョッパの組み合わせで構成されている。インダクタンスＬ、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ１、コンデンサＣとでいわゆる昇圧チョッパを構成し、スイッチング素子Ｑ１、インダクタンスＬ、ダイオードＤ２とでいわゆる降圧チョッパを構成する。
【００１６】
昇降圧コンバータ２は、力行出力のとき、すなわち電動機４を駆動するとき、電池１の直流電圧ＶＢを所望の直流リンク電圧ＶＤまで昇圧してインバータ３の直流部に電力を供給する。また、回生出力のとき、すなわち電動機４が発電機として働くとき、インバータ３の直流部からの直流リンク電圧ＶＤを電池１の直流電圧ＶＢまで降圧させ、インバータ３の直流部から直流電力を電池１へ供給する。すなわち、電池１へ所望の回生（充電）電流を流す。
【００１７】
昇降圧コンバータ２は、通常、力行出力のとき、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２のみをスイッチング動作させ、所望の直流リンク電圧ＶＤを得る。また、回生出力のとき、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１のみをスイッチング動作させ、所望の回生電流を得る。しかし、本発明では、力行要求出力あるいは回生要求出力がそれぞれ小さい場合には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させるところに特徴がある。
【００１８】
図２は、昇降圧コントローラ１４の制御を説明する図である。昇降圧コンバータ２において、インバータ３へ接続する側を出力側とし、電池１と接続する側を入力側とする。
【００１９】
図２において、差分器１０１にて、インバータ３の出力側の電圧、すなわち直流リンク電圧ＶＤの実測値に対して、その要求値であるＶＤ＊の差分をとり，さらにＰＩ制御部１０２にてＰＩ制御をかけて制御値を出力する。直流リンク電圧の要求値ＶＤ＊は、車両コントローラ１１からの電動機４に対する要求出力、トルク指令値などにより決定される。ＰＩ制御部１０２から出力された制御値と、キャリア生成部１０３から出力されたキャリアである三角波とが、比較器１０４で比較されＰＷＭ信号が生成される。
【００２０】
ＰＷＭ信号は、スイッチング素子Ｑ１の制御に使用される場合は、そのままの位相で使用し、スイッチング素子Ｑ２の制御に使用される場合は、ＮＯＴ回路１０６で位相を反転して使用する。ＰＷＭ信号および位相を反転させた信号は、デッドタイム制御部１０５および駆動回路を介して、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を駆動する。デッドタイム制御部１０５は、後述するように、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方を交互に駆動するときデッドタイム制御を行なう。
【００２１】
図３は、本実施の形態の昇降圧コンバータ２のスイッチング特性を示す図である。横軸に、電動機４の要求出力をとる。図３では、力行出力は正の符号をもち、回生出力は負の符号をもつとして表す。力行出力が所定の値Ｐ１より大きいとき、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させ、回生出力が所定の値Ｐ２より小さいとき、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させる。そして、力行出力がＰ１以下のとき、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させ、また、回生出力がＰ２以上のときも、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させる。
【００２２】
言い換えると、要求された力行出力および回生出力の絶対値がそれぞれ所定の値以下であると、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させている。力行出力および回生出力の絶対値がそれぞれ所定の値より大きいときは、正負を判別して，力行の場合スイッチング素子Ｑ２のみを、回生の場合にはスイッチング素子Ｑ１のみをスイッチングさせる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングする場合には，スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が同時にオンしないように、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２のオンさせるパルス間にはデッドタイムを設けている。すなわち、デッドタイム制御を行なっている。
【００２３】
図４は、力行要求出力が所定値以上の場合の昇圧（力行）動作を説明する図である。この場合の昇圧動作は，スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせることにより行なう。ｔ１でスイッチング素子Ｑ２がオンし、その後、インダクタンスＬに流れる電流ＩＬが増加する（ｔ１〜ｔ２）。所定時間後（ｔ２）、スイッチング素子Ｑ２をオフすると，インダクタンスＬにためられた電流は流れつづけようとするので，スイッチング素子Ｑ１に並列に接続されたダイオードＤ１を通してインバータ３の直流部へと流れ、電解コンデンサ７を充電する。その結果、電池１の電圧ＶＢが昇圧された直流リンク電圧ＶＤがインバータ３へ供給される。
【００２４】
図５は、回生要求出力の絶対値が所定値以上の降圧（回生）動作を説明する図である。この場合の降圧動作は，スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１をスイッチングさせることにより行なう。昇圧動作とは逆に，スイッチング素子Ｑ１を所定時間オンすると、直流リンク電圧ＶＤと電池電圧ＶＢの差により，電流が流れリアクトル電流ＩＬが増加する。そして、スイッチング素子Ｑ１をオフすると、インダクタンスＬにためられた電流が流れつづけようとするので、スイッチング素子Ｑ２に並列に接続されたダイオードＤ２を通して電池１へと流れ、電池１を充電する。
【００２５】
図６は、力行要求出力あるいは回生要求出力の絶対値が所定値以下の場合の力行あるいは回生動作を説明する図である。この場合、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチング動作させている。まず、ｔ０においてスイッチング素子Ｑ２がオンする。しかし、リアクトル電流ＩＬが負方向、すなわちダイオードＤ２に電流が流れているので、スイッチング素子Ｑ２にはまだ電流ＩＱ２が流れない。
【００２６】
ｔ１において、スイッチング素子Ｑ２がオンしているので，前記昇圧時の動作のようにリアクトル電流ＩＬが正の方向に流れる。ｔ２においてＱ２はオフし、今度は，Ｑ１がオンする。インダクタンスＬにたまった電流は流れつづけるので，スイッチング素子Ｑ１には電流は流れず、ダイオードＤ１に電流が流れる。インダクタンスＬのエネルギーが開放されてリアクトル電流ＩＬが減少して０になると、今度は電流が反転して、スイッチング素子Ｑ１に電流ＩＱ１が流れはじめる（ｔ３）。
【００２７】
ｔ４になると、スイッチング素子Ｑ１はオフしスイッチング素子Ｑ２がオンするが，同様にダイオードＤ２には電流が流れるがスイッチング素子Ｑ２には電流が流れない。ｔ５（＝ｔ１）で電流は０に戻る。ここで、ｔ１からｔ５で一周期Ｔとなる。
【００２８】
このようにして、インバータ３−電池１間の直流電流を正負０近くで精密に制御することができる。すなわち、インバータ３の出力が小さい場合あっても、インバータ３の直流リンク電圧ＶＤを精密に制御することが可能となる。このとき直流電流にはリップルが生じているが、このリップルを平均した平均直流電流が正負０近くで精密に制御されることになる。
【００２９】
なお、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２は、ＰＷＭ信号の１周期のデューティに応じてそれぞれオンするように制御される。すなわち、ＰＷＭ信号の１周期内でＰＷＭ信号がハイのときスイッチング素子Ｑ１がオンし、ＰＷＭ信号がローのときスイッチング素子Ｑ２がオンするように制御される。ＰＷＭ信号のデューティの違いによって昇圧動作あるいは降圧動作となる。
【００３０】
上記のようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の両方をスイッチングさせるようにしたことは、従来の力行動作と回生動作の間に新たなスイッチングモードを設けたことになる。すなわち、スイッチング素子Ｑ１をオフしスイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させるスイッチングモード、スイッチング素子Ｑ２をオフしスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させるスイッチングモードの間に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオンさせるスイッチングモードの３つのモードを設けたことになる。これにより、力行動作から回生動作へ、もしくはその逆の制御の遷移をスムーズに行うことができる。
【００３１】
そして、力行、回生の全領域でスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオンさせるスイッチングさせるわけではないので、すなわち、力行、回生の電力が小さいときのみスイッチングＱ１、Ｑ２を交互にスイッチングさせるので、従来の片方のみスイッチングさせる場合に比較してスイッチングロスはさほど増えない。
【００３２】
なお、要求出力に対する所定値Ｐ１および所定値Ｐ２は、例えば、次のように設定すればよい。スイッチング素子Ｑ１をオフしスイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせる昇圧動作の場合、また、スイッチング素子Ｑ２をオフしスイッチング素子Ｑ１をスイッチングさせる降圧動作の場合、図４あるいは図５にも示した通り、インダクタンスＬに流れる直流電流ＩＬにはリップルが生じる。このリップル電流ΔＩは、｜ＶＤ−ＶＢ｜×Ｔｏｎ／Ｌとなる。平均電流Ｉａｖｅに対しての幅は｜ＶＤ−ＶＢ｜×Ｔｏｎ／２Ｌとなる。電流ＩＬの下限値即ちＩａｖｅ−（ΔＩ／２）が０以下で、上限値即ちＩａｖｅ＋（ΔＩ／２）が０以上となる要求出力の場合に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる制御を行うよう所定値Ｐ１および所定値Ｐ２を設定すればよい。例えば、所定値Ｐ１はＩａｖｅ−（ΔＩ／２）＝０となる出力値とし、所定値Ｐ２はＩａｖｅ＋（ΔＩ／２）＝０となる出力値とする。つまり、所定値Ｐ１および所定値Ｐ２は、インダクタンスＬに流れる電流が０をまたぐ（ゼロクロスする）様な値が設定される。なお、この所定値Ｐ１および所定値Ｐ２は、実験や計算等によって予め求めてくことができる。
【００３３】
図７は、昇降圧コントローラ１４での制御のフローチャートを示す図である。ステップＳ１では、車両コントローラ１１から電動機４に対する要求出力Ｐ＊を入力する。ステップＳ２では、要求出力Ｐ＊に基づき、直流リンク電圧の要求値ＶＤ＊を計算し設定する。ステップＳ３では、要求出力Ｐ＊がＰ２＜Ｐ２＊＜Ｐ１を満足するか否かを判定する。Ｐ１は力行出力に対する所定の出力値、Ｐ２は回生出力に対する所定の出力値である。Ｐ１はプラスの符号を有し、Ｐ２はマイナスの符号を有する。
【００３４】
ステップＳ３で、上記条件が満足すると判定するとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、前述したスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる動作を行なう。すなわち、力行要求出力の絶対値が所定の値Ｐ１より小さい場合、あるいは、回生要求出力の絶対値が所定の値Ｐ２より小さい場合に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる動作を行なう。
【００３５】
一方、ステップＳ３で、条件が満足しないと判定するとステップＳ４に進む。ステップＳ４では、要求出力の正負を判定する。すなわち、要求出力が正の場合は力行出力、負の場合は回生出力と判定する。ステップＳ４で、力行出力と判定するとステップＳ７に進む。ステップＳ７では、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させて力行動作を制御する。ステップＳ４で、回生出力と判定するとステップＳ６に進む。ステップＳ６では、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させて回生動作を制御する。
【００３６】
以上のようにして電動機４に対する要求出力を判断し、図２の構成に基づいて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングが制御される。
【００３７】
以上のように構成された本発明の車両用電動機制御装置は、次のような効果を奏する。
（１）力行要求出力あるいは回生要求出力の絶対値が、所定の値より小さい場合には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方を交互にオンさせるようにしているので、昇降圧コンバータ２を流れる直流電流を正負０近くで精密に制御することができる。言い換えれば、小さな要求出力であっても、直流リンク電圧ＶＤを指令値に精度よく合わせることができる。
（２）コンデンサＣに並列に負荷抵抗を設ける必要がないため、コストアップや回路の効率を低下させることなく、要求出力が小さい場合でも直流リンク電圧ＶＤを指令値に精度良く合わせることができる。
（３）スイッチング素子Ｑ１をオフしスイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させるスイッチングモードと、スイッチング素子Ｑ２をオフしスイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させるスイッチングモードとの間に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互にオンさせる第３のスイッチングモードを設けたので、力行動作から回生動作へ、もしくはその逆への制御の遷移をスムーズに行うことができる。
【００３８】
−第２の実施の形態−
第１の実施の形態では、電動機４の要求出力が小さいときに、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせることにより、小さい要求出力であっても負荷抵抗による損失の増大を招くことなく安定した正確な制御を行なうものであった。
【００３９】
しかし、第１の実施の形態においても、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングによるロスは発生する。第２の実施の形態では、このスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングロスをさらに小さくするようにしたものである。このために、第１の実施の形態で説明したスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる第３のスイッチングモードにおいて、間欠発振制御を行なうようにした。以下、この間欠発振制御について説明する。第２の実施の形態の電動機制御装置の全体構成図は、第１の実施の形態の図１と同じであるので、その説明を省略する。
【００４０】
図８は、第２の実施の形態の間欠発振の動作について説明する図である。間欠発振とは、図８に示すように、スイッチングを行っている期間とスイッチングを行っていない休止期間を作り、スイッチングを間欠的に行うことである。この間欠発振の周期は，スイッチングしている時間Ｔｉｏｎとスイッチング停止時間Ｔｉｏｆｆの和であるＴｉである。間欠発振周波数は１／Ｔｉであり、間欠発振デューティはＴｉｏｎ／Ｔｉである。これらは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング周期、周波数などとは区別する。この間欠発振により、スイッチングを休止（停止）する時間を設けるので，スイッチングロスを減らすことができる。
【００４１】
図９は、昇降圧コントローラ１４における間欠発振の制御を説明する図である。第１の実施の形態の図２と同じ構成要素には同じ符号をつける。
【００４２】
要求出力Ｐ＊に基づき間欠発振可否判定を行う判断部２０１を設けている。この判断部２０１の制御の詳細については後述する。この判断部２０１が間欠発振をすると判定すると、出力信号２０２がＨｉになり、間欠発振周波数で発振する発振器２０３の出力を開始させる。判断部２０１の出力信号２０２の反転信号２０４と発振器出力２０５の論理和がＯＲ回路２０６でとられ、ＡＮＤ回路２０７、２０８に入力する。ＡＮＤ回路２０７の出力はスイッチング素子Ｑ２のゲートに入力し、ＡＮＤ回路２０８の出力はスイッチング素子Ｑ１のゲートに入力する。
【００４３】
これにより，間欠発振をすると判定された時には、間欠発振用発振器２０３の発振器出力２０５がＡＮＤ回路２０７、２０８に入力するように論理構成されている。間欠発振器２０３の発振器出力２０５がＨｉのときには，電圧ＶＤ、要求値ＶＤ＊から生成されるＰＷＭ信号がスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲートに印加され、通常のスイッチング動作を行うことができる。しかし、間欠発振器２０３の発振器出力２０５がＬｏのときには、ＰＷＭ信号はＡＮＤ回路２０７、２０８によって遮断されるので，スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチングは行わない。
【００４４】
判断部２０１が間欠発振をしないと判定すると、出力信号２０２はＬｏを出力する。出力信号２０２のＬｏ信号の反転信号２０４はＨｉとなり、ＯＲ回路２０６の出力は常にＨｉとなり、間欠発振出力２０５は無視される。その結果、ＡＮＤ回路２０７、２０８にはＨｉが入力され、ＰＷＭ信号は間欠でない通常どおりにスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲートに印加される。このように、間欠発振可否を判定する判断部２０１の出力により，間欠発振を行うかどうかを決定することができる。
【００４５】
また、間欠発振のスイッチング時間が始まる時点で発振器出力２０５はＨｉとなる。ソフトスタート用三角波生成器２０９は、そのエッジ検出によりソフトスタート用三角波をスタートさせ，その出力はＰＷＭ波生成用の比較器２１０の入力に入るように構成する。これによりスイッチング開始時のデューティをゆっくり大きくしていくソフトスタート動作を行うようにする。これにより、スイッチング開始時に急激に負荷を与えることによるインダクタンスＬのリアクトル鉄心などからの音の発生を防止する。
【００４６】
間欠発振周波数は、可聴周波数領域よりも低い周波数として、具体的には２０Ｈｚ以下が望ましい。
【００４７】
次に、間欠発振を行うかどうかの判断方法について述べる。図１０は、昇降圧コントローラ１４における間欠発振を行うかどうかの判断の処理のフローチャートを示す図である。これは、図９の中央点線四角２１１で囲んだ部分の説明である。従って、第１の実施の形態で説明した図２の特性の説明も含む。
【００４８】
まずステップＳ１１では、要求出力Ｐ＊がＰ−２＜Ｐ２＊＜Ｐ＋２を満足するか否かを判定する。ステップＳ１１で、条件が満足しないと判定するとステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、フラグ１を０にリセットし、タイマーもリセットする。フラグ１およびタイマーは、後述する間欠発振の制御に利用する。ステップＳ１３では、要求出力の正負を判定する。すなわち、要求出力が正の場合は力行出力、負の場合は回生出力と判定する。
【００４９】
ステップＳ１３で、力行出力と判定するとステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、スイッチング素子Ｑ１をオフし、スイッチング素子Ｑ２をスイッチング動作させて力行動作を制御する。ステップＳ１３で、回生出力と判定するとステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、スイッチング素子Ｑ２をオフし、スイッチング素子Ｑ１をスイッチング動作させて回生動作を制御する。
【００５０】
要求出力Ｐ＊が、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる下限閾値Ｐ−２より小さい場合には，ある程度の回生要求出力があるということで、スイッチング素子Ｑ１をスイッチングすることにより、降圧動作を行う。逆に、上限閾値Ｐ＋２より大きい場合には、ある程度以上の力行要求出力があるということで、スイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせ昇圧動作を行う。
【００５１】
ステップＳ１１で、条件が満足すると判定するとステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、要求出力Ｐ＊がＰ−１＜Ｐ２＊＜Ｐ＋１を満足するか否かを判定する。ステップＳ１６で、条件が満足しないと判定するとステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、フラグ１を０にリセットし、タイマーもリセットする。ステップＳ１８では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる動作を行なう。
【００５２】
要求出力Ｐ＊がＰ＋２以下かつＰ−２以上の場合には、さらに要求出力Ｐ＊が間欠発振上限閾値Ｐ＋１以下かつ間欠発振下限閾値Ｐ−１以上であるかどうかを判定する。要求出力Ｐ＊が間欠発振閾値の範囲外の場合には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方のスイッチング動作を行い、直流リンク電圧ＶＤを所定値に制御する。
【００５３】
ステップＳ１６で、条件が満足すると判定するとステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、フラグ１＝１であるかどうか判定する。ステップＳ１９で、フラグ１＝１でないと判定すると、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、フラグ１に１をセットし、タイマーをスタートさせる。フラグ１を立てて、タイマーをスタートさせるのは、要求出力が、一定時間以上が間欠発振閾値Ｐ＋１、Ｐ−１の範囲内にあるどうかを判定するためである。
【００５４】
ステップＳ１９で、フラグ１＝１であると判定すると、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、タイマーが所定値以上かどうかを判定する。ステップＳ２１で、タイマーがまだ所定値以上でないと判定すると、ステップＳ１８に進み、前述したスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる動作を行なう。一方、ステップＳ２１で、タイマーが所定値以上であると判定すると、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を両方スイッチングさせる間欠発振制御を行なう。
【００５５】
要求出力Ｐ＊が、一定時間以上間欠発振閾値Ｐ＋１、Ｐ−１の範囲内にある場合には間欠発振動作とし、これにより、間欠発振の動作をほぼ無負荷が続いている状態のときにのみ行い，スイッチングロスを減らすことができる。図１１は、要求出力Ｐ＊と、各閾値と、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のスイッチング動作の関係を示す図である。図１１が示すように，スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方がスイッチングする要求出力のさらに無負荷に近いところで、間欠発振としている。
【００５６】
なお、図１０の処理では、間欠発振でスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方をスイッチングさせる例を説明した。しかし、要求出力の正負によって、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の片方をスイッチングさせて間欠発振動作とするようにしてもよい。図１２は、その変形例を示す図である。図１０と異なる点だけを以下説明する。
【００５７】
ステップＳ２１で、タイマーが所定値以上であると判定すると、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、間欠発振制御の準備を行なう。ステップＳ２６では、要求出力の正負を判定する。すなわち、要求出力が正の場合は力行出力、負の場合は回生出力と判定する。ステップＳ２６で、力行出力と判定するとステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、スイッチング素子Ｑ２のスイッチングを間欠発振制御で行なう。ステップＳ２６で、回生出力と判定するとステップＳ２８に進む。ステップＳ２８では、スイッチング素子Ｑ１のスイッチングを間欠発振制御を行なう。
【００５８】
要求出力Ｐ＊が、一定時間以上間欠発振閾値Ｐ＋１、Ｐ−１の範囲内にある場合には間欠発振動作とし、要求出力の正負によって、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の片方をスイッチングさせて間欠発振動作とする。これによっても、間欠発振の動作をほぼ無負荷が続いている状態のときにのみ行い，スイッチングロスを減らすことができる。また、図１２の制御のときに上述したソフトスタートの制御が有効となる。
【００５９】
図１３は、間欠発振制御からの復帰方法について説明する図である。要求出力Ｐ＊が、時間ｔ１０において閾値Ｐ＋１以下になると、タイマーがスタートする。時間ｔ１１において、タイマーが所定値以上になると間欠制御に入る。ｔ１１〜ｔ１２ではスイッチングを停止し、ｔ１２〜ｔ１３ではスイッチングを行い、ｔ１３〜ｔ１５では再びスイッチングを停止し、間欠制御を継続する。
【００６０】
このような間欠発振動作時に、要求出力Ｐ＊が間欠発振閾値範囲をこえた場合には，図１０の処理によると、フラグ１、タイマをリセットし、要求出力Ｐ＊の値に応じて，スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方のスイッチング、または、スイッチング素子Ｑ１スイッチング、または、スイッチング素子Ｑ２スイッチングの動作をする。
【００６１】
ただし、閾値を超えた要求出力Ｐ＊が、まだ、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の両方のスイッチングを行なう上限閾値Ｐ＋２、下限閾値Ｐ−２内にある場合において、間欠発振の休止状態のときは、間欠発振の次のスイッチング時間になるまで待ってから復帰するものとする。図１３の例では、要求出力Ｐ＊が、点線で示すように時間ｔ１４において閾値Ｐ−１を下回ったとしても、間欠発振の次のスイッチング時間ｔ１５になるまで待ってから復帰するものとする。
【００６２】
一方、要求出力Ｐ＊が大きく変化し、下限閾値Ｐ−２より小さい場合、または、上限閾値Ｐ＋２より大きい場合には、要求出力が大きいので間欠発振の次のスイッチング時間が来る前に即時に、スイッチング素子Ｑ１またはスイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせ降圧、または昇圧動作を行うように制御する。これにより、要求出力Ｐ＊が変動した場合にも、的確に対応することができる。
【００６３】
図１４は、昇降圧コントローラ１４における間欠発振を行うかどうかの判断の処理の変形例のフローチャートを示す図である。図１０の処理と同じ処理には、同じステップ番号を付してその説明を省略する。図１０の処理と異なる点は、図１０の処理のステップＳ１６とＳ１９の間に、ステップＳ３１とＳ３２を追加した点である。以下、この点について説明する。
【００６４】
ステップＳ１６で、条件が満足すると判定するとステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、今回の要求出力Ｐ＊から前回の要求出力（Ｐ＊−１）を引いた絶対値ΔＰを演算する。演算後、今回の要求出力Ｐ＊を前回の要求出力（Ｐ＊−１）メモリに格納する。ステップＳ３２では、ΔＰが所定値より小さいかどうかを判定する。ステップＳ３２で、ΔＰが所定値より小さくないと判定するとステップＳ１８に進む。ステップＳ３２で、ΔＰが所定値より小さいと判定するとステップＳ１９に進む。
【００６５】
これにより、要求出力Ｐ＊が、一定時間以上閾値以下で、かつ、変動も少ない場合に間欠発振動作とすることができる。
【００６６】
以上のように構成された第２の実施の形態の車両用電動機制御装置は、第１の実施の形態の車両用電動機制御装置の効果に加えて、次のような効果を奏する。
（１）要求出力の絶対値が小さい場合に、間欠制御でスイッチングをさせるので、スイッチングロスをさらに小さくすることができる。
（２）タイマーで所定時間以上要求出力が小さい状態が続いた場合に、間欠制御をするようにしているので、より正確にスイッチングロスの小さい制御を行なうことができる。所定時間以上要求出力が小さい状態が続くということは、今後も要求出力が小さい状態が続く可能性が高いことを意味する。従って、間欠制御のスイッチング停止時に要求出力が変化する可能性が低い。
（３）間欠発振周波数を、可聴周波数領域よりも低い周波数としているので、間欠発振による音の発生を防ぐことができる。
（４）間欠発振のオン時には、スイッチングをソフトスタートさせるようにしている。これにより、スイッチング開始時に急激に負荷を与えることによるインダクタンスＬのリアクトル鉄心などからの音の発生を防止することができる。
（５）間欠発振制御中に要求出力が変化した場合に、上述した上限閾値Ｐ＋２と下限閾値Ｐ−２内にある場合には、間欠発振の次のスイッチング時間になるまで待ってから復帰し、要求出力が、上限閾値Ｐ＋２と下限閾値Ｐ−２外に変化した場合には、即時に、スイッチング素子Ｑ１またはスイッチング素子Ｑ２をスイッチングさせ降圧、または昇圧動作を行うように制御する。これにより、要求出力の変動に応じた適切な対応が可能となる。
【００６７】
上記実施の形態は、指令値として電動機４の要求出力を使用する例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。トルク指令値であってもよい。昇降圧コンバータ２の負荷が小さいこと、すなわち、昇降圧コンバータ２に流れる平均直流電流が小さいことが判定できる指令値であればどのようなものでもよい。
【００６８】
上記実施の形態は、１つの電動機４を駆動する例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。複数の電動機を駆動する場合にも本発明は適用できる。
【００６９】
上記実施の形態は、ハイブリッド車で使用する電動機制御装置の例で説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。電気自動車に適用する場合であってもよい。また、電動機により駆動される他の車両の場合であってもよい。さらに、電動機で駆動するのは車両に限定する必要はない。すなわち、直流電源からの直流電力に基づき電動機を駆動するすべての場合に本発明は適用できる。
【００７０】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電動機制御装置の全体構成図を示す図である。
【図２】昇降圧コントローラの制御を説明する図である。
【図３】本実施の形態の昇降圧コンバータのスイッチング特性を示す図である。
【図４】力行要求出力が所定値以上の場合の昇圧（力行）動作を説明する図である。
【図５】回生要求出力の絶対値が所定値以上の降圧（回生）動作を説明する図である。
【図６】力行要求出力あるいは回生要求出力の絶対値が所定値以下の場合の力行あるいは回生動作を説明する図である。
【図７】昇降圧コントローラでの制御のフローチャートを示す図である。
【図８】第２の実施の形態の間欠発振の動作について説明する図である。
【図９】昇降圧コントローラにおける間欠発振の制御を説明する図である。
【図１０】昇降圧コントローラにおける間欠発振を行うかどうかの判断の処理のフローチャートを示す図である。
【図１１】要求出力Ｐ＊と、各閾値と、スイッチング素子のスイッチング動作の関係を示す図である。
【図１２】昇降圧コントローラにおける間欠発振を行うかどうかの判断の処理の変形例のフローチャートを示す図である。
【図１３】間欠発振制御からの復帰方法について説明する図である。
【図１４】昇降圧コントローラにおける間欠発振を行うかどうかの判断の処理の変形例のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 電池
２ 昇降圧コンバータ
３ インバータ
４ 電動機
５ 回転位置センサ
６ 電流センサ
７ 電圧センサ
８ センサ
９ 電流センサ
１１ 車両コントローラ
１２ 電動機コントローラ
１３ 電池コントローラ
１４ 昇降圧コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と電動機を駆動する駆動回路との間に設けられ、前記直流電源から前記駆動回路へ電力を供給するとき昇圧動作を行い、前記駆動回路から前記直流電源へ電力を供給するとき降圧動作を行なう電動機制御装置であって、
第１の端子と第２の端子とを有し、前記第１の端子が前記駆動回路のプラス側に接続された第１のスイッチング素子と、
第３の端子と第４の端子とを有し、前記第３の端子が前記第１のスイッチング素子の第２の端子と接続し、前記第４の端子が前記駆動回路のマイナス側および前記直流電源のマイナス側に接続された第２のスイッチング素子と、
第５の端子と第６の端子とを有し、前記第５の端子が前記第１のスイッチング素子の第２の端子と前記第２のスイッチング素子の第３の端子との接続中点に接続され、前記第６の端子が前記直流電源のプラス側に接続されたインダクタンスと、
前記インダクタンスを流れる平均直流電流の大きさに対応する指令値に基づき、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子のスイッチングを制御して前記昇圧動作あるいは前記降圧動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記指令値の絶対値が第１の所定値より小さいとき、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを交互にスイッチングさせて前記昇圧動作あるいは前記降圧動作を制御することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機制御装置において、
前記指令値は、前記電動機に対する要求出力および要求トルクの少なくともいずれかであることを特徴とする電動機制御装置。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを交互にスイッチングさせるとき、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子をオンさせるパルス間にデッドタイムを設けて制御することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記指令値は、プラスの値で前記昇圧動作を指令し、マイナスの値で前記降圧動作を指令し、
前記制御手段は、前記指令値が前記第１の所定値のプラス側の所定値以上のとき、前記第１のスイッチング素子をオフして前記第２のスイッチング素子をスイッチングをさせて前記昇圧動作の制御を行い、前記指令値が前記第１の所定値のマイナス側の所定値以下のとき、前記第２のスイッチング素子をオフして前記第１のスイッチング素子をスイッチングをさせて前記降圧動作の制御を行うことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記指令値の絶対値が前記第１の所定値よりさらに小さい第２の所定値より小さいとき、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の少なくともいずれかのスイッチングを間欠的に行なうことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記指令値の絶対値が前記第２の所定値より小さい状態が所定時間以上継続したときに、前記スイッチングを間欠的に行なう制御を開始することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項７】
請求項５から６のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記スイッチングを間欠的に行なう制御の間欠周波数を可聴周波数より低く設定することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の少なくともいずれかのスイッチングを間欠的に開始するとき、前記第１のスイッチング素子あるいは前記第２のスイッチング素子のオンのパルス幅を徐々に大きくしていくように制御することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項９】
請求項５から８のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記スイッチングを間欠的に行なう制御中でかつスイッチングの休止状態のときに前記指令値の絶対値が第２の所定値より大きくなったとき、次のスイッチングの開始時期まで休止状態を継続することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記スイッチングを間欠的に行なう制御中でかつスイッチングの休止状態のときに前記指令値の絶対値が第２の所定値より大きくなったとき、前記指令値に基づき、ただちに前記第１のスイッチング素子あるいは前記第２のスイッチング素子のスイッチングを開始することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記直流電源は、充電が可能な電池手段であり、
前記駆動回路は、インバータ回路であり、
前記電動機は、車両の駆動輪を駆動する電動機であることを特徴とする電動機制御装置。
【請求項１】
直流電源と電動機を駆動する駆動回路との間に設けられ、前記直流電源から前記駆動回路へ電力を供給するとき昇圧動作を行い、前記駆動回路から前記直流電源へ電力を供給するとき降圧動作を行なう電動機制御装置であって、
第１の端子と第２の端子とを有し、前記第１の端子が前記駆動回路のプラス側に接続された第１のスイッチング素子と、
第３の端子と第４の端子とを有し、前記第３の端子が前記第１のスイッチング素子の第２の端子と接続し、前記第４の端子が前記駆動回路のマイナス側および前記直流電源のマイナス側に接続された第２のスイッチング素子と、
第５の端子と第６の端子とを有し、前記第５の端子が前記第１のスイッチング素子の第２の端子と前記第２のスイッチング素子の第３の端子との接続中点に接続され、前記第６の端子が前記直流電源のプラス側に接続されたインダクタンスと、
前記インダクタンスを流れる平均直流電流の大きさに対応する指令値に基づき、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子のスイッチングを制御して前記昇圧動作あるいは前記降圧動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記指令値の絶対値が第１の所定値より小さいとき、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを交互にスイッチングさせて前記昇圧動作あるいは前記降圧動作を制御することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機制御装置において、
前記指令値は、前記電動機に対する要求出力および要求トルクの少なくともいずれかであることを特徴とする電動機制御装置。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを交互にスイッチングさせるとき、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子をオンさせるパルス間にデッドタイムを設けて制御することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記指令値は、プラスの値で前記昇圧動作を指令し、マイナスの値で前記降圧動作を指令し、
前記制御手段は、前記指令値が前記第１の所定値のプラス側の所定値以上のとき、前記第１のスイッチング素子をオフして前記第２のスイッチング素子をスイッチングをさせて前記昇圧動作の制御を行い、前記指令値が前記第１の所定値のマイナス側の所定値以下のとき、前記第２のスイッチング素子をオフして前記第１のスイッチング素子をスイッチングをさせて前記降圧動作の制御を行うことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記指令値の絶対値が前記第１の所定値よりさらに小さい第２の所定値より小さいとき、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の少なくともいずれかのスイッチングを間欠的に行なうことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記指令値の絶対値が前記第２の所定値より小さい状態が所定時間以上継続したときに、前記スイッチングを間欠的に行なう制御を開始することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項７】
請求項５から６のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記スイッチングを間欠的に行なう制御の間欠周波数を可聴周波数より低く設定することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子の少なくともいずれかのスイッチングを間欠的に開始するとき、前記第１のスイッチング素子あるいは前記第２のスイッチング素子のオンのパルス幅を徐々に大きくしていくように制御することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項９】
請求項５から８のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記スイッチングを間欠的に行なう制御中でかつスイッチングの休止状態のときに前記指令値の絶対値が第２の所定値より大きくなったとき、次のスイッチングの開始時期まで休止状態を継続することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電動機制御装置において、
前記制御手段は、前記スイッチングを間欠的に行なう制御中でかつスイッチングの休止状態のときに前記指令値の絶対値が第２の所定値より大きくなったとき、前記指令値に基づき、ただちに前記第１のスイッチング素子あるいは前記第２のスイッチング素子のスイッチングを開始することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の電動機制御装置において、
前記直流電源は、充電が可能な電池手段であり、
前記駆動回路は、インバータ回路であり、
前記電動機は、車両の駆動輪を駆動する電動機であることを特徴とする電動機制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−７４９３２（Ｐ２００６−７４９３２Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５６８７５（Ｐ２００４−２５６８７５）
【出願日】平成１６年９月３日（２００４．９．３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３日（２００４．９．３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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