-第1実施例-
 図1に、本発明の第1実施例の概要を示す。� �御対象回転電機である電気モータ10mは、こ� �実施例では、車両に搭載されており車輪を� �転駆動するための永久磁石形同期電動機で� �って、ロータに永久磁石を内蔵したもので� �り、ステータにはU相,V相及びW相の3相コイル 11~13がある。電気モータ10mには、電圧型イン� ��ータ19mが、車両上のバッテリ18の電力を供� �する。電気モータ10mのロータに、ロータの� �極位置を検出するためのレゾルバ17mのロー� �が連結されている。レゾルバ17mは、そのロ� �タの回転角を表すアナログ電圧(回転角信号) SGθmを発生し、モータ制御装置30mに与える。

 車両上の蓄電池であるバッテリ18には、� �両上の電装部が電源オンのときには、1次側� ��ンデンサ22が接続されて、バッテリ18と共に 1次側電源を構成する。電圧センサ21が、1次� �コンデンサ22の電圧(車両上バッテリ18の電圧 )を表わす電圧検出信号Vdcをコンバータ制御� �置30vに与える。この実施例では、電圧セン� �21に、分圧抵抗を用いた。1次側電源の正極(+ ライン)には、双方向コンバータ回路1のリア� ��トル2の一端が接続されている。

 コンバータ回路1には更に、該リアクトル 2の他端と1次側電源の負極(-ライン)の間をオ� ��,オフする昇圧スイッチング素子3,2次側コン デンサ23の正極と前記他端との間をオン,オフ する降圧スイッチング素子4、および、各ス� �ッチング素子3,4に並列に接続された各ダイ� �ード5,6がある。ダイオード5のアノードはリ� ��クトル2の他端に、カソードは1次側電源の� �極(-ライン)に接続されており、ダイオード6� ��アノードは2次側コンデンサ23の正極に、カ� ��ードはリアクトル2の他端に接続されている 。スイッチング素子3,4のいずれにも、本実施 例では、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用 いた。

 昇圧スイッチング素子3をオン(導通)にす� ��と1次側電源(18,22)からリアクトル2を介して� ��圧スイッチング素子3に電流が流れ、これに よりリアクトル2が蓄電し、昇圧スイッチン� �素子3がオフ(非導通)に切換るとリアクトル2� ��ダイオード6を通して2次側コンデンサ23に高 圧放電する。すなわち1次側電源の電圧より� �高い電圧を誘起して2次側コンデンサ23を充� �する。昇圧スイッチング素子3のオン,オフを 繰り返すことにより、2次側コンデンサ23の高 圧充電が継続する。すなわち、高い電圧で2� �側コンデンサ23が充電される。一定周期でこ のオン,オフを繰り返すと、オン期間の長さ� �応じてリアクトル2が蓄積する電力が上昇す� ��ので、該一定周期の間のオン時間(オンデュ ーティ:該一定周期に対するオン時間比)を調� ��することによって、すなわちPWM制御によっ� ��、1次側電源18,22からコンバータ回路1を介し て2次側コンデンサ23に給電する速度(力行用� �給電速度)を調整することが出来る。

 降圧スイッチング素子4をオン(導通)にす� ��と、2次側コンデンサ23の蓄積電力が、降圧� ��イッチング素子4およびリアクトル2を通し� �、1次側電源18,22に与えられる(逆給電:回生)� �この場合も、一定周期の間の降圧スイッチ� �グ素子4のオン時間を調整することによって� ��すなわちPWM制御によって、2次側コンデンサ 23からコンバータ回路1を介して1次側電源18,22 に逆給電する速度(回生用の給電速度)を調整� ��ることができる。

 電圧型インバータ19mは、6個のスイッチン グトランジスタTr1~Tr6を備え、ドライブ回路20 mが並行して発生する6連の駆動信号の各連に� ��ってトランジスタTr1~Tr6をオン(導通)駆動し� ��、2次側コンデンサ23の直流電圧(コンバータ 回路1の出力電圧すなわち2次電圧)を3連の、� �相差が2π/3の交流電圧、すなわち3相交流電� �に変換して、電気モータ10mの3相(U相,V相,W相) のステータコイル11~13のそれぞれに印加する� ��これにより電気モータ10mのステータコイル1 1~13のそれぞれに各相電流iUm,iVm,iWmが流れ、電 気モータ10mのロータが回転する。6個のスイ� �チングトランジスタTr1~Tr6は、いずれもIGBTで ある。

 PWMパルスによるトランジスタTr1~Tr6のオン /オフ駆動(スイッチング)に対する電力供給能 力を高くしかつ電圧サージを抑制するために 、インバータ19mの入力ラインである、コンバ ータ回路1の2次側出力ラインには、大容量の2 次側コンデンサ23が接続されている。これに� ��して1次側電源を構成する1次側コンデンサ22 は、小型かつ低コストの小容量のものであり 、1次側コンデンサ22の容量は、2次側コンデ� �サ23の容量よりもかなり小さい。電圧センサ 24が、コンバータ回路1の2次電圧Vucを検出し� �コンバータ制御装置30vに与える。電気モー� �10mのステータコイル11~13に接続した給電線に は、ホールICを用いた電流センサ14m~16mが装着 されており、それぞれ、各相電流iUm,iVm,iWmを� ��出し電流検出信号(アナログ電圧)を発生し� �モータ制御装置30mに与える。

 図2に、モータ制御装置30mの機能構成を示 す。モータ制御装置30mは、本実施例では、マ イクロコンピュータ(以下マイコンと言う)MPU� ��主体とする電子制御装置であり、マイコンM PUと、ドライブ回路20m,電流センサ14~16,レゾル バ17,1次電圧センサ21および2次電圧センサ24と の間の、図示しないインターフェイス(信号� �理回路)を含み、さらに、マイコンMPUと、前� ��車両上の図示しない車両走行制御システム� ��メインコントローラとの間の、図示しない� ��ンターフェイス(通信回路)も含む。

 図2を参照すると、レゾルバ17が与える回� ��角信号SG θに基づいて、モータ制御装置30m� ��あるマイコンMPUが、電気モータ10mのロータ� ��回転角度(磁極位置)θおよび回転速度(角速� �)ωを算出する。

 なお、正確にいうと、電気モータ10mのロ� ��タの回転角度と磁極位置とは同一ではない� ��、両者は比例関係にあり比例係数が電気モ� ��タ10mの磁極数pによって定まる。また、回転 速度と角速度とは同一ではないが、両者も比 例関係にあり比例係数が電気モータ10mの磁極 数pによって定まる。本書においては、回転� �度θは磁極位置を意味する。回転速度ωは角� ��度を意味するが、回転速度を意味する場合� ��ある。

 図示しない車両走行制御システムのメイン� ��ントローラが、モータ目標トルクTM*をモー� ��制御装置30mすなわちマイコンMPUに与える。� ��お、該メインコントローラは、前記車両の� ��速及びアクセル開度に基づいて車両要求ト� ��クTO ^* を算出し、該車両要求トルクTO ^* に対応してモータ目標トルクTM*を発生して、 マイコンMPUに与える。マイコンMPUは、電気モ ータ10mの回転速度ωrpmをメインコントローラ� ��出力する。

 マイコンMPUは、トルク指令制限34によって� �2次目標電圧Vuc*および回転速度ωに対応する� ��限トルクTM*maxを制限トルクテーブル(ルック アップテーブル)から読み出して、目標トル� �TM*がTM*maxを超えていると、TM*maxを目標トル� �T ^* に定める。TM*max以下のときには、モータ目標 トルクTM*を目標トルクT ^* に定める。このような制限を加えて生成した モータ目標トルクT ^* が、2次目標電圧算出43および出力演算35に与� ��られる。

 なお、制限トルクテーブルは、2次目標電 圧Vuc*および回転速度範囲内の電圧の各値を� �ドレスとし、該各値で電気モータ10mに生起� �せることができる最大トルクを制限トルクTM *maxとして書込んだメモリ領域であり、本実� �例ではマイコンMPU内の図示しないRAMの1メモ� ��領域を意味する。制限トルクTM*maxは、2次目 標電圧Vuc*が高いほど大きく、低いほど小さ� �。また、回転速度ωが低いほど大きく、高い ほど小さい。

 上記マイコン内には、該制限トルクテー� ��ルのデータTM*maxを書込んだ不揮発性メモリ� ��あり、マイコンに動作電圧が印加されてマ� ��コンが、自身および図1に示すモータ駆動シ ステムを初期化する過程で、不揮発性メモリ から読み出してRAMに書き込む。マイコンには その他の同様なルックアップテーブルが複数 あり後に言及するが、これらも、制限トルク テーブルと同様に、不揮発性メモリにあった 参照データが書き込まれた、RAM上のメモリ領 域を意味する。

 モータ制御装置30mすなわちマイコンMPUは� ��2次目標電圧算出43において、目標トルクT*� �回転速度ωに基づいて「力行」か「回生」か を判定して、「力行」であると「力行」グル ープ内の、「回生」であると「回生」グルー プ内の、目標トルクT*に割り当てられた2次目 標電圧テーブルから、電動機10mの回転速度ω� ��割り当てられた2次目標電圧Vuc*mを読み出す� ��

 「力行」グループの各2次目標電圧テーブ ルは、回転速度に対応付けた2次目標電圧値� �格納したルックアップテーブルである。「� �生」グループの各2次目標電圧テーブルも、� ��転速度に対応付けた2次目標電圧値を格納し たルックアップテーブルである。

 本実施例では、高トルク曲線にもとづい� ��d-q座標上の、目標トルクに対応するd軸電流 id*およびq軸電流iq*を算出し、これらに基づ� �て各軸目標電圧Vd*,Vq*を算出し、そしてこれ� ��を3相の各相制御電圧に変換するが、高トル ク曲線は、「力行」のものと「回生」のもの とは、非対称(絶対値が同一の目標トルクに� �して、id*,iq*の値が相異)であるので、仮に、 各目標トルク宛一つの2次目標電圧特性を「� �行」用と「回生」用に共用すると、トルク� �御精度が低下する。そこで本実施例では、� �対値が同一の目標トルク宛ての2次目標電圧� ��性を、「力行」用と「回生」用の2つにして いる。

 モータ制御装置30mのマイコンMPUは、「出� ��演算」35において、電気モータ10mのロータ� �おける磁極対の方向にd軸を、該d軸と直角の 方向にq軸をそれぞれ採った、公知のd-q軸モ� �ル上のベクトル制御演算、によるフィード� �ック制御を行う。そこで該マイコンは、電� �センサ14~16の電流検出信号iU,iV,iWをデジタル� ��換して読込み、電流帰還演算にて、公知の� ��定/回転座標変換である3相/2相変換を用いて 、固定座標上の3相電流値iU,iV,iWを、回転座標 上のd軸およびq軸の2相電流値id,iqに変換する� ��

 1つのルックアップテーブルである第1高効� �トルク曲線テーブルAが出力演算35にあり、� �の第1高効率トルク曲線テーブルAには、モー タ速度ωおよびモータ目標トルクT ^* に対応付けられた、各モータ速度で各目標ト ルクT ^* を発生するための各d軸電流値idが書き込まれ ている。

 d軸電流idおよびq軸電流iqの各値に対応して� ��気モータの出力トルクが定まるが、1つの回 転速度値に対して、すなわち同一のモータ回 転速度において、同一トルクを出力するため のid,iqの組合せが無数にあり、定トルクカー� ��上にある。定トルクカーブ上に、最も電力� ��用効率が高い(最低電力消費の)id,iqの組合せ があり、そこが高効率トルク点である。複数 のトルクカーブ上の高効率トルク点を連ねる 曲線が、高効率トルク曲線であって各回転速 度に対して存在する。モータの回転速度宛て の高効率トルク曲線上の、与えられたモータ 目標トルクT ^* の位置のd軸電流idおよびq軸電流iqを目標電流 値として電気モータ10mの付勢を行うことによ り、目標トルクT ^* を電気モータ10mが出力し、しかもモータ付勢 の電力使用効率が高い。

 本実施例では、高効率トルク曲線を、d軸 の値を表す第1高効率トルク曲線Aと、q軸の値 を表わす第2高効率トルク曲線Bの、2系統に分 け、しかも、第1高効率トルク曲線Aは、力行� ��域に適用するものと回生領域に適用するも� ��を対にしたものとし、いずれもモータ回転� ��度と目標トルクに対するd軸目標電流を現す ものである。

 第1高効率トルク曲線テーブルAは、目標ト� �クT ^* に宛てられた、最低電力消費で目標トルクを 発生するためのd軸目標電流を書込んだメモ� �領域であり、力行用の力行テーブルA1と、回 生用の回生テーブルA2をあわせた1対で構成さ れている。力行用と回生用のいずれのテーブ ルを用いるかは、電気モータの回転速度ωと� ��えられる目標トルクT ^* に基づいて、力行か回生かを判定し、判定結 果に従って決定する。

 ただし、電気モータ10mの回転速度ωが上昇� �るのに伴ってステータコイル11~13に発生する 逆起電力が上昇し、コイル11~13の端子電圧が� ��昇する。これにともなってインバータ19か� �コイル11~13への目標電流の供給が難しくなり 、目標とするトルク出力が得られなくなる。 この場合、与えられたモータ目標トルクT ^* の定トルク曲線上で、曲線に沿ってδid,δiq分 、d軸電流idおよびq軸電流iqを下げることによ り、電力使用効率は低下するが、目標トルク T ^* を出力することができる。これが弱め界磁制 御といわれている。d軸弱め界磁電流δidは、� ��磁調整代演算により生成して、d軸電流指令 を算出し、q軸電流指令を算出する。d軸弱め� ��磁電流δidは、弱め界磁電流演算41が算出す� ��。その内容は後に説明する。

 マイコンMPUは、「出力演算」35の中のd軸電� ��指令の算出では、トルク指令制限によって� ��定した目標トルクT ^* に対応して第1高効率トルク曲線テーブルAか� ��読出したd軸電流値idから、d軸弱め界磁電流 δidを減算して、d軸目標電流id ^* を、id ^* =-id-δid、と算出する。

 q軸電流指令の算出では、出力演算35にある� ��2高効率トルク曲線テーブルBを用いる。第2� ��効率トルク曲線テーブルBは、高効率トルク 曲線の、q軸の値を表わす第2高効率トルク曲� ��Bを更に、d軸弱め界磁電流δidと対のq軸弱め 界磁電流δiqを減算したq軸目標電流を表わす� ��線に補正し、補正後の第2高効率トルク曲線 Bのデータ、を格納したものである。第2高効� ��トルク曲線テーブルBは、目標トルクT ^* およびd軸弱め界磁電流δidに宛てられた、最� ��電力消費で目標トルクを発生するためのd軸 目標電流、すなわち、補正後の第2高効率ト� �ク曲線Bの目標電流値、を書込んだメモリ領� ��であり、これも、力行用の力行テーブルB1� �、回生用の回生テーブルB2をあわせた1対で� �成されている。力行用と回生用のいずれを� �いるかは、電気モータの回転速度ωと目標ト ルクT ^* に基づいて、力行か回生かを判定し、判定結 果にしたがって決定する。

 q軸電流指令の算出では、目標トルクT ^* およびd軸弱め界磁電流δidに宛てられたq軸目 標電流iq ^* を、第2高効率トルク曲線テーブルBから読み� ��してq軸電流指令とする。

 モータ制御装置30mのマイコンMPUは、出力演� ��35にて、d軸目標電流id ^* とd軸電流idとの電流偏差δid、及びq軸目標電� ��iq ^* とq軸電流iqとの電流偏差δiqを算出し、各電� �偏差δid,δiqに基づいて、比例制御及び積分� �御(フィードバック制御のPI演算)を行い、出� ��電圧としてのd軸電圧指令値vd ^* およびq軸電圧指令値vq ^* を算出する。

 次に、回転/固定座標変換である2相/3相変換 36にて、回転座標上の目標電圧vd ^* 及びvq ^* を、2相/3相変換に従って固定座標上の各相目 標電圧VU ^* ,VV ^* ,VW ^* に変換する。これは、電圧制御モードが2相� �調であるときには、変調37を介してPWMパルス 発生50に送る。電圧制御モードが3相変調であ るときには、変調37の2相変調で3相変調モー� �の各相目標電圧VU ^* ,VV ^* ,VW ^* を2相変調のものに変換してPWMパルス発生50に 送る。電圧モードが、全相を矩形波通電とす る1pulseモードであるときには、変調37の1pulse� ��換で、3相変調モードの各相目標電圧VU ^* ,VV ^* ,VW ^* を各相矩形波通電とするものに変換してPWMパ ルス発生50に与える。

 PWMパルス発生50は、3相目標電圧VU ^* ,VV ^* ,VW ^* が与えられると、それら各値の電圧を出力す るための、PWMパルスMU,MV,MWに変換して、図1に 示されるドライブ回路20mに出力する。ドライ ブ回路20mは、PWMパルスMU,MV,MWに基づいて6連の 駆動信号を並行して発生し、各連の駆動信号 で、電圧型インバータ19のトランジスタTr1~Tr6 のそれぞれをオン/オフする。これにより、� �気モータ10mのステータコイル11~13のそれぞれ に、VU ^* ,VV ^* およびVW ^* が印加され、相電流iU,iVおよびIWが流れる。2� ��変調モードの各相目標電圧が与えられると� ��PWMパルス発生器は、2相はPWMパルスを発生し 残りの1相はオン又はオフ(定電圧出力)信号と する。1pulse変調モードの各相目標電圧が与え られると、各相を矩形波通電とする通電区間 信号を出力する。

 弱め界磁電流演算41は、弱め界磁制御のた� �のパラメータである電圧飽和指標mを算出す� ��。すなわち、d軸電圧指令値vd ^* 及びq軸電圧指令値vq ^* に基づいて、電圧飽和の程度を表す値として 、電圧飽和算定値δVを算出し、界磁調整代を 算出する。

 界磁調整代の算出では、δVを積算し、積� ��値σδVが正の値を採る場合、積算値σδVに比 例定数を乗算して弱め界磁制御を行うための d軸弱め界磁電流δidを算出し、正の値に設定� ��、電圧飽和算定値δV又は積算値σδVが零以� �の値を採る場合、前記調整値δidおよび積算� ��σδVを零にする。調整値δidは、d軸電流指令 の算出およびq軸電流指令の算出において使� �する。

 「2相/3相変換」36は、2相/3相変換の過程で� �動機目標電圧Vm*を算出する。Vm*=√(Vd* ² +Vq* ² )、である。この電動機目標電圧Vm*と2次側コ� ��デンサ23の電圧Vuc(電圧センサ24の電圧検出� �)とから、変調制御42が、変調比 Mi=Vm*/Vuc* � �算出する。変調制御42はさらに、電動機10mの 目標トルクT*,回転速度ωおよび変調比Miに基� �て、変調モードを決定する。決定した変調� �ードに応じて、該変調モードの各相目標電� �の出力を、変調37に指示する。

 図2に示すマイコンMPUには、CPUの他に、デ ータを記録したり、各種のプログラムを記録 したりするためのRAM,ROMおよびフラッシュメ� �リが備わっており、ROM又はフラッシュメモ� �に格納されたプログラム,参照データおよび� ��ックアップテーブルをRAMに書き込んで、該� ��ログラムに基づいて、図2に2点鎖線ブロッ� �で囲んで示す入力処理,演算および出力処理� ��行う。

 図3に、該プログラムに基づいてマイコン MPU(のCPU)が実行するモータ駆動制御MDCの概要� ��示す。動作電圧が印加されるとマイコンMPU� ��、自身およびPWMパルス発生50およびドライ� �回路20mの初期化を行って、電動機10mを駆動� �るインバータ19mを停止待機状態に設定する� �そして図示しない車両走行制御システムの� �インコントローラからのモータ駆動スター� �指示を待つ。モータ駆動スタート指示が与� �られると、マイコンMPUは、「開始処理」(ス� ��ップ1)によって、内部レジスタに電動機制� �の初期値を設定して、「入力読込み」(ステ� ��プ2)で、入力信号又はデータを読み込む。� �なわち、メインコントローラが与える第1目� ��トルクTM*,電流センサ14m~16mが検出した各相� �流値iU,iV,iW、および、レゾルバ17の回転角信� ��SG θをデジタル変換により読込み、また、� ��述するコンバータ制御装置30vが与える、2次 電圧目標値Vuc*およびモータ駆動システムシ� �ットダウン要求信号Ssd(高レベルHが有意)を� �り込む。

 なお、以下においては、括弧内には、ス� ��ップという語を省略して、ステップ番号の� ��を記す。

 次にマイコンMPUは、シャットダウン要求� ��号Ssdがシャットダウン要求を意味する高レ� ��ルHであると、モータ10mの駆動を停止するた めの出力信号、ならびに、図示しない車両走 行制御システムのメインコントローラに、モ ータ駆動の、駆動回路過熱による保護停止を 報知する警報信号Ssdm(高レベルHが有意)を生� �して(3,16)、インバータ19mおよびメインコン� �ローラに出力する(12)。

 しかしシャットダウン要求信号Ssdがシャッ� ��ダウン要求なしを意味する低レベルLである ときには、「入力読込み」(2)で読み込んだ回 転角信号SGθ(回転角データSGθ)に基づいて回� �角度θおよび回転速度ωを算出する(4)。この� ��能を図2上には、角度,速度演算32として示し た。次にマイコンMPUは、読み込んだモータ目 標トルクTM ^* ,2次電圧上限値Vuc*maxおよび算出した回転速度 ωに対応する制限トルクTM*maxを制限トルクテ� ��ブルから読み出して、読み込んだモータ目� ��トルクTM ^* がTM*maxを超えていると、TM*maxを目標トルクT ^* に定める。TM*max以下のときには、読み込んだ モータ目標トルクTM ^* を目標トルクT ^* に定める(5)。この機能を図2上には、トルク� �令制限34として示した。つぎにマイコンMPUは 、「2次目標電圧算出」(6)で、電動機10が「力 行」運転か「回生」運転かを判定し、判定結 果に対応してグループを選択し、その中の、 目標トルクT*に対応付けられている2次目標電 圧テーブルから、現在の回転速度ωに割り当� ��られている2次目標電圧Vuc*を読み出す。「2� ��目標電圧算出」(6)の内容は、上述の、図2に 示す2次目標電圧算出43の内容と同様である。

 次にマイコンMPUは、読込んだ3相の電流検 出信号iU,IV,iWを、3相/2相変換により、2相のd� �電流値idおよびq軸電流値に変換する(7)。こ� �機能を図2上には、電流帰還31として示した� �次にマイコンMPUは、d軸弱め界磁制御を行う� ��めのd軸弱め界磁電流δidを算出する(8)。こ� �機能を図2上には、弱め界磁電流演算41とし� �示した。

 「出力演算」(9)の内容は、上述の、図2に 示す出力演算35の内容と同様である。該「出� ��演算」(9)で算出したd-q軸の電圧目標値Vd*,Vq* を、3相変調モードの各相目標電圧VU*,VV*,VW*に 変換する(10)。このとき電動機目標電圧Vm*も� �出する。つぎの「変調制御」(11)で、変調比M iを算出し、変調比Mi,目標トルクT*および回転 速度ωに基いて、変調モードを決定する。

 変調モードを決定するために参照するパ� ��メータには、目標トルクT*,回転速度ωおよ� �変調比Miがある。マイコンMPUには、変調モー ド(3相変調,2相変調,1pulse)および変調比に対応 付けた変調閾値テーブル(ルックアップテー� �ル)があり、各変調閾値テーブルには、変調� ��ード境界の閾値(目標トルク値および回転速 度値)が格納されている。マイコンMPUは、現� �の変調モード(3相変調,2相変調又は1pulse)と変 調比に対応する変調閾値テーブルを選択して それから、閾値を読み出して、目標トルクT*� ��よび回転速度を閾値と対比して、次に採用� ��べき変調モードを決定する。

 次の「出力更新」(12)では、変調制御(11)� �決定した変調モードの各相目標電圧をPWMパ� �ス発生50に出力する。次に、次の繰返し処理 タイミングになるのを待ってから(13)、再度� �入力読込み」(2)に進む。そして上述の「入� �読込み」(2)以下の処理を実行する。次の繰� �し処理タイミングになるのを待っている間� �、図示しない車両走行制御システムのメイ� �コントローラから停止指示があると、マイ� �ンMPUはそこでモータ回転付勢のための出力� �停止する(14,15)。

 以上、車輪を回転駆動する電気モータ10m� ��動作を制御するモータ制御装置30mの制御機� ��を説明した。

 一方、車両上エンジンによって回転駆動� ��れる電動機10gは発電機又は発電動機といわ� ��ることもあるが、本実施例では、電動機10g� ��、エンジンを始動するときにはエンジンを� ��動駆動する電気モータ(力行)であり、エン� �ンが始動するとエンジンによって回転駆動� �れて発電する発電機(回生)である。この電動 機10gの力行および回生を制御するモータ制御 装置30gの機能および動作は、モータ制御装置 30mのものと同様であり、また、電動機10gに給 電するインバータ19gの構成および動作は、イ ンバータ19mと同様である。

 エンジンを始動するときに図示しないメイ� ��コントローラから、正値の目標トルクTM ^* gが与えられ、モータ制御装置30gは、モータ� �御装置30mの上述の制御動作と同様な制御動� �を行う。エンジンが始動しその出力トルク� �上昇するとメインコントローラが目標トル� �TM ^* gを、発電(回生)用の負値に切り換える。これ によりモータ制御装置30gは、電動機10gの出力 トルクが、負値の目標トルク(エンジンの目� �負荷)となるように、インバータ19gを制御す� ��。この内容(出力制御演算)も、モータ制御� �置30mの上述の出力制御演算と同様である。

 前述のように、コンバータ40の出力電圧で� �る2次電圧Vuc(2次側コンデンサ23の電圧)は、� �め界磁電流δid,δiqの算出41および2相/3相変換 36にも用いられる。この2次電圧Vucは、1次側� �源18,22の電力容量で達成可能な2次電圧最高� �以下において、目標トルクTM ^* m,TM ^* gおよび回転速度に対応して、目標トルクが� �きいと高くまた回転速度が高いと高く、2次� ��圧Vucを調整するのが好ましい。この2次電圧 Vucの調整をコンバータ制御装置30vが実行する 。

 図1に示すコンバータ制御装置30vも、本実 施例では、マイコンを主体とする電子制御装 置であり、マイコンと、図示しないインター フェイス(信号処理回路)およびPWMパルス発生� ��含み、さらに、マイコンと、モータ制御装� ��30m,30gとの間の、図示しないインターフェイ ス(通信回路)も含む。コンバータ制御装置30v� ��、モータ制御装置30mが与える2次目標電圧Vuc *mと、モータ制御装置30gが与える2次目標電圧 Vuc*gの、高い方を2次目標電圧Vuc*として、該� �標電圧Vuc*とコンバータ回路1の現在の出力電 圧すなわち2次電圧Vucに基づいて、フィード� �ック制御演算により、2次電圧Vucを目標電圧V uc*とするための制御出力Pvcを生成し、制御信 号Pvcを、コンバータ回路1の昇圧スイッチン� �素子3をオン,オフ駆動する昇圧用のPWMパルス Pvfと、降圧スイッチング素子4をオン,オフ駆� ��する降圧用のPWMパルスPvrに変換して、ドラ� ��ブ回路20vに出力する。ドライブ回路20vが、P WMパルスPvf,Pvrに基づいて昇圧スイッチング素 子3,降圧スイッチング素子4をオン,オフする� �なお、昇圧スイッチング素子3のオン期間に� ��降圧スイッチング素子4はオフ、降圧スイッ チング素子4のオン期間には、昇圧スイッチ� �グ素子3はオフとなるように、PWMパルスPvf,Pvr にはそれぞれにオフ期間(デッドタイム)が設� ��されている。このようなPWMパルスPvfおよびP vrによる昇圧スイッチング素子3および降圧ス イッチング素子4のオン,オフ駆動により、コ� ��バータ回路1が出力する2次電圧Vucが目標電� �Vuc*に制御される。

 図4に、コンバータ制御装置30vによるコン バータ回路1の出力電圧の制御すなわち2次電� ��制御、の概要を示す。動作電圧が印加され� ��とコンバータ制御装置30vのマイコン(以下、 単にマイコンという)は、自身およびその内� �のPWMパルス発生ならびにドライブ回路20vの� �期化を行って、コンバータ回路1の昇圧,降圧 スイッチング素子3,4を共にオフにする。そし てモータ制御装置30m又は30gからのモータ駆動 スタート信号を待つ。モータ駆動スタート信 号が到来すると、マイコンは、「開始処理」 (21)によって、内部レジスタにコンバータ回� �制御の初期値を設定する。このときモータ� �御装置30mおよび30gへの出力となる2次目標電� ��データVuc*は、初期値0とし、モータ駆動シ� �テムシャットダウン要求信号Ssdは、シャッ� �ダウン要求なしを表す低レベルLとする。ま� ��、後述の「リアクトル2の過熱保護」PATで参 照するフラグレジスタFuiのデータを、昇圧可 を表すLに初期化する。なお、FuiのデータHは� ��昇圧禁止を意味する。

 次に、「入力読込み」(22)で、検出値およ びデータを読み込む。すなわち、電圧センサ 21,24の電圧検出信号Vdc,Vucおよびリアクトル2� �温度を検出する温度センサ7の温度検出信号R Tを、A/D変換して読み込み、そして、モータ� �御装置30mおよび30gが与える2次目標電圧Vuc*m� �よびVuc*gを読み込む。次の「2次目標電圧Vuc*� ��決定」(23)では、モータ制御装置30mおよび30g が与えた第1および第2の2次目標電圧Vuc*mおよ� ��Vuc*gの、高い方を、コンバータ回路1の2次目 標電圧Vuc*に定める。

 次に「リアクトル2の過熱保護」PATに進ん で、フラグレジスタFuiのデータFuiおよびリア クトル温度RTを参照して(24,25)、昇圧可(Fui:L)� �あって、しかもリアクトル温度RTが第1所定� �Th未満であると、「フィードバック制御演算 」(26)で、ステップ23で定めた2次目標電圧Vuc*� ��2次電圧Vucに基づいて、PI(比例・積分)フィ� �ドバック制御演算により、2次電圧Vucを2次目 標電圧Vuc*とするための制御出力Pvcを生成し� �次の「上下アーム制御信号に変換」(27)で、� ��御信号Pvcを、コンバータ回路1の昇圧スイッ チング素子3(下アーム)をオン,オフ駆動する� �圧用のPWMパルスPvfと、降圧スイッチング素� �4(上アーム)をオン,オフ駆動する降圧用のPWM� ��ルスPvrの各デューティPvf,Pvrに変換して、各 デューティのPWMパルスPvf,Pvrを発生してドラ� �ブ回路20vに出力する(28)。このとき、コンバ� ��タ回路1の2次目標電圧Vuc*およびシャットダ� ��ン要求信号Ssd(L:シャットダウン要求なし)を 、モータ制御装置30m,30gに出力する。ドライ� �回路20vが、該PWMパルスPvf,Pvrに基づいて昇圧� ��イッチング素子3,降圧スイッチング素子4を� ��ン,オフする。これにより、コンバータ回路 1が出力する2次電圧Vucが、2次目標電圧Vuc*又� �略2次目標電圧Vuc*となる。

 モータの高トルク運転の長時間の継続や� ��高速値への急加速と低速値への急減速を交� ��に短周期で繰り返すなどの、極めて過酷な� ��荷がかかると、リアクトル2の発熱が大きく 、リアクトル2の温度が急速に上昇する。リ� �クトル2の温度RTが第1所定値Th以上になると� �マイコンは、「昇圧比下げのなまし処理」(3 2)を実行し、この処理によって、2次電圧Vucを バッテリ電圧Vdcまで順次に下げると、フラグ レジスタFuiのデータFuiを、昇圧禁止であるこ とを表すHに切換え、PWMパルス信号PvfおよびPv rを、昇圧スイッチング素子3(下アーム)をオ� �に維持し降圧スイッチング素子4(上アーム)� �オンに維持する信号LおよびHに定め(33)、そ� �て2次目標電圧Vuc*の値をバッテリ電圧すなわ ち1次側電源電圧Vdcに変更して(34)、PWMパルス� ��号PvfおよびPvrをドライブ回路20vに出力し、2 次電圧Vuc,2次目標電圧Vuc*およびシャットダウ ン要求信号(L:要求なし)をモータ制御装置30m,3 0gに出力する(28)。これによりコンバータ回路 1は昇圧を停止する。

 図5の(a)に、「昇圧比下げのなまし処理」 (32)の内容を示す。ここでは、まずこの時点� �2次電圧Vucをなまし目標電圧Vuc*smの初期値と� ��(41D)、なまし目標電圧Vuc*smを、dT周期でdVづ� ��順次に下げながら(43D,47D)、なまし目標電圧V uc*smを2次電圧として出力するための昇圧用の PWMパルスPvfと降圧用のPWMパルスPvrを生成して ドライブ回路20vに更新出力する(44D~46D)。これ を、なまし目標電圧Vuc*smがバッテリ電圧Vdc(1� ��側電源の電圧)になるまで継続する。なまし 目標電圧Vuc*smがVdc以下になると、「昇圧比下 げのなまし処理」を終了する(42Dからリター� �)。すなわち、図4のステップ33に進む。この� ��まし処理により、PWMパルスPvf,Pvrの変化が緩 やかで、昇圧比の低下すなわち2次電圧Vucの� �下が緩やかで、モータトルクの変化が緩や� �である。これによりトルクショック(モータ� ��力トルクの急減)を生じない。

 上述のなまし処理(32)および昇圧禁止(33)� �より、コンバータ回路1の出力電圧がバッテ� ��電圧Vdcになるので、モータ制御装置30m,30gの インバータ制御による、モータ10m,10gの動作� �域が、図6に示す「昇圧時の動作領域」から� ��バッテリ電圧での動作領域」に変わり、こ� ��ではリアクトル2を通過する直流電流(バッ� �リ電流)が少なくなるので、リアクトル2での 電力損失が少なくなる。これに加えて、昇,� �圧スイッチング素子3,4のオン,オフスイッチ� ��グが無いので、リアクトル2を流れるリプル 電流が実質的になくなり、したがって高調波 電流が実質的に無くなって、リアクトル2の� �調波電力損失が無くなる。これによって、� �アクトル2の発熱量が大幅に低減し、リアク� ��ル2の温度が低下する、又は、温度上昇が抑 制される。

 図4を再度参照する。昇圧禁止(33)を実行� �た後では、「リアクトル2の過熱保護」PATに� ��むたびに、リアクトル温度RTを参照する(24,3 5,38)。リアクトル温度RTが、第1所定値Thより� �い第3所定値Ta以上になると、昇圧用のPWMパ� �ス信号PvfのL(スイッチング素子3オフ指示)お� ��び降圧用のPWMパルス信号PvrのH(スイッチン� �素子4オン指示)は継続して、シャットダウン 要求信号Ssdを、シャットダウン要求を表すH� �設定する(35,36)。そしてシャットダウン要求� ��号Ssd(H:シャットダウン要求)を、モータ制御 装置30m,30gに出力する(28)。シャットダウン要� ��信号Ssd(H)を受けたモータ制御装置30m,30gは、 インバータ19m,19gの制御を回生制御に切換え� �モータ10mおよび10gのインバータ19m,19gを介し� ��流れるモータ電流(回生)を順次に下げるな� �しをしてから、モータ電流を遮断する。す� �わち、インバータ19m,19gの全スイッチング素� ��をオフにする。そして、図示しない車両走� ��制御システムのメインコントローラに、モ� ��タ駆動回路過熱による保護停止(をしたこと )を報知する警報信号Ssdm,Ssdg(高レベルHが有意 )を生成してメインコントローラに出力する� �

 リアクトル温度RTが、第3所定値Taに達せ� �、第2所定値Tnを越えている間は、上述の昇� �禁止を継続し、2次目標電圧Vuc*の値を1次側� �源電圧Vdcに変更して(37)、モータ制御装置30m, 30gに出力する(28)。

 昇圧禁止を継続している間にリアクトル� ��度RTが低下して第2所定値Tn以下になったと� �には(38)、「昇圧比上げのなまし処理」(39)を 実行し、この処理によって、2次電圧Vucを2次� ��標電圧Vuc*(Vuc*mとVuc*gの高い方)まで順次に上 げると、フラグレジスタFuiのデータFuiを、昇 圧禁止なしを表すLに切換え(40)、PWMパルス信� ��PvfおよびPvrを、該2次目標電圧Vuc*を出力す� �デューティのパルスとして(26,27)、ドライブ� ��路20vに出力する(28)。これによりコンバータ 回路1は昇圧動作を回復し、PWMパルス信号Pvf� �よびPvrによる昇,降圧によって、モータ制御� ��置30m,30gが与えるVuc*mとVuc*gの高い方である2� ��目標電圧Vuc*又は略2次目標電圧Vuc*を出力す� ��。

 図5の(b)に、「昇圧比上げのなまし処理」 (39)の内容を示す。ここでは、まずこの時点� �2次電圧Vuc(=Vdc)を初期値として(41U)、なまし� �標電圧Vuc*smを、dT周期でdVづつ順次に上げな� ��ら(43U,47U)、なまし目標電圧Vuc*smを2次電圧と して出力するための昇圧用のPWMパルスPvfと降 圧用のPWMパルスPvrを生成してドライブ回路20v に更新出力する(44U~46U)。これを、なまし目標 電圧Vuc*smが2次目標電圧Vuc*になるまで継続す� ��。なまし目標電圧Vuc*smが2次目標電圧Vuc*以� �になると、「昇圧比上げのなまし処理」を� �了する(42Uからリターン)。すなわち、図4の� �テップ38に進む。このなまし処理により、PWM パルスPvf,Pvrの変化が緩やかで、昇圧比の上� �すなわち2次電圧Vucの上昇が緩やかで、モー� ��トルクの変化が緩やかである。これにより� ��ルクショック(モータ出力トルクの急増)を� �じない。

 上述のなまし処理(39)および昇圧禁止の解 除(40)により、コンバータ回路1の出力電圧が� ��質的に2次目標電圧Vuc*(Vuc*mとVuc*gの高い方)� �なるので、モータ制御装置30m,30gのインバー� ��制御による、モータ10m,10gの動作領域が、図 6に示す「バッテリ電圧での動作領域」から� �昇圧時の動作領域」に戻り、ここでは十分� �モータ電流が給電されるので、モータトル� �が所望値に復帰する。

 図7には、高速値への急加速(高負荷力行)� ��低速値への急減速(高負荷回生)を短周期で� �り返したときの、リアクトル温度RTと、コン バータ回路1の動作モードの変化を示す。リ� �クトル温度RTがTh以上に上昇したときの昇圧� ��止によりリアクトル温度RTが低下し、Tn以下 に低下したときの昇圧の開始により、急加速 /急減速を開始して数十分が経過するまで、� �アクトル温度RTはTh程度以下にとどまった。� ��かし数十分が経過した時点でリアクトル温� ��RTがTaに急上昇し、システムシャットダウン が働き、リアクトル温度RTは、その後使用不� ��となる熱破壊温度より低い温度で低下に転� ��、シャットダウンから数十秒後には、昇圧� ��可領域(Tn以下)に低下した。図7に示すよう� �、Tn<Th<Taである。

 この実験によれば、システムシャットダ� ��ンから数分経過後に、図示しない車両走行� ��御システムのメインコントローラがモータ� ��御装置30m,30gにモータ駆動スタート指示を与 えると、前述のモータ駆動制御MDCおよびコン バータ制御CDCが開始される。なお、図7上に� �、「昇圧比下げのなまし」および「昇圧比� �げのなまし」の各期間を、広く示している� �、本実施例では、いずれも数百msecの短期間� ��ある。

 -第2実施例-
 第2実施例のハードウエアは上述の第1実施� �と同様であり、また、モータ制御装置30m,30g� ��モータ駆動制御の内容も、第1実施例と同様 である。第2実施例のコンバータ制御装置30v� �コンバータ制御CDCの内容も、大筋は第1実施� ��のもの(図4)と同様であるが、第2実施例のコ ンバータ制御CDCの中の「昇圧比下げのなまし 処理」(32)および「昇圧比上げのなまし処理� �(39)の内容が、第1実施例のものと異なる。

 図8の(a)および(b)に、第2実施例の「昇圧� �下げのなまし処理」(32)および「昇圧比上げ� ��なまし処理」(39)の内容を示す。図8の(a)に� �す第2実施例の「昇圧比下げのなまし処理」( 32)では、まずなまし処理開始時点の2次電圧Vu cと2次目標電圧Vuc*から、2次電圧Vucを2次目標� ��圧Vuc*とするための昇圧用のPWMパルスPvfと降 圧用のPWMパルスPvrのデューティPvf,Pvrを算出� �(51D,52D)、昇圧用のPWMパルスPvfの昇圧デュー� �ィPvfを、なまし目標デューティPvfsの初期値� ��し、降圧用のPWMパルスPvrの降圧デューティP vrを、なまし目標デューティPvfrの初期値とす る(53D)。そして、なまし目標デューティPvfsを 、dT周期でdPdfづつ順次に下げながらかつ同時 になまし目標デューティPvfrを、dT周期でdPdr� �つ順次に上げながら(54D,57D)、なまし目標デ� �ーティPvfsの昇圧用のPWMパルスPvfとなまし目� ��デューティPvrsの降圧用のPWMパルスPvrを生成 してドライブ回路20vに更新出力する(56D)。こ� ��を、なまし目標デューティPvfsが昇圧なしの 値Pvfo(Vuc=バッテリ電圧Vdcとなる値)になるま� �継続する。なまし目標デューティPvfsが昇圧� ��しの値Pvfo以下になると、昇圧用のPWMパルス Pvfおよび降圧用のPWMパルスPvrのデューティを 昇圧なしの値PvfoおよびPvroにして(58D,59D)、「� ��圧比下げのなまし処理」を終了する(59Dから リターン)。すなわち、図4のステップ33に進� �。このなまし処理により、PWMパルスPvf,Pvrの� ��化が緩やかで、昇圧比の低下すなわち2次電 圧Vucの低下が緩やかで、モータトルクの変化 が緩やかである。これによりトルクショック (モータ出力トルクの急減)を生じない。

 図8の(b)に示す第2実施例の「昇圧比上げ� �なまし処理」(39)では、なまし処理開始時点� ��2次電圧Vucと2次目標電圧Vuc*から、2次電圧Vuc を2次目標電圧Vuc*とするための昇圧用のPWMパ� ��スPvfと降圧用のPWMパルスPvrのデューティPvf, Pvrを算出する(51U,52U)。算出した昇圧デューテ ィPvfおよび降圧デューティを終了目標値Pvfe� �よびPvreとする。そして、昇圧なしのデュー� ��ィPvfoおよびPvroを、なまし目標デューティPv fsおよびPvrsの初期値として(53U)、なまし目標� ��ューティPvfsを、dT周期でdPdfづつ順次に上げ ながらかつ同時になまし目標デューティPvfr� �、dT周期でdPdrづつ順次に下げながら(54U,57U)� �なまし目標デューティPvfsの昇圧用のPWMパル� ��Pvfとなまし目標デューティPvrsの降圧用のPWM パルスPvrを生成してドライブ回路20vに更新出 力する(56U)。これを、なまし目標デューティP vfsが終了目標値Pvfe(Vuc=Vuc*となる値)になるま� ��継続する。なまし目標デューティPvfsが2次� �標電圧Vuc*相当値Pvfe以上になると、昇圧用の PWMパルスPvfおよび降圧用のPWMパルスPvrのデュ ーティを2次目標電圧Vuc*相当値PvfeおよびPvre� �して(58U,59U)、「昇圧比上げのなまし処理」� �終了する(59Uからリターン)。すなわち、図4� �ステップ40に進む。このなまし処理により、 PWMパルスPvf,Pvrの変化が緩やかで、昇圧比の� �昇すなわち2次電圧Vucの上昇が緩やかで、モ� ��タトルクの変化が緩やかである。これによ� ��トルクショック(モータ出力トルクの急減)� �生じない。第2実施例のその他の機能および� ��作は、第1実施例と同様である。