特開 2024-175423 駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175423

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20241211BHJP

【ＦＩ】

H02P27/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093205

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山川 隼史

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE49

5H505GG02

5H505GG04

5H505HA05

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ24

5H505JJ25

5H505JJ26

5H505LL01

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL41

5H505LL58

(57)【要約】

【課題】モータの相電流のうねりのオフセットにより適切な対処を行なう。
【解決手段】駆動装置は、モータと、モータを駆動するインバータと、インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、電力ラインに取り付けられたコンデンサと、モータの相電流に基づいてインバータを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、モータの相電流のうねりのオフセット量を検出し、オフセット量に基づいてモータの相電圧を補正する。これにより、モータの相電流のうねりのオフセットにより適切な対処を行なうことができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、前記モータを駆動するインバータと、前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、前記電力ラインに取り付けられたコンデンサと、前記モータの相電流に基づいて前記インバータを制御する制御装置と、を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記モータの相電流のうねりのオフセット量を検出し、前記うねりのオフセット量に基づいて前記モータの相電圧を補正する、
駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータと、モータを駆動するためのインバータと、バッテリと、リアクトルおよびコンデンサを有すると共にインバータが接続された第１電力ラインとバッテリが接続された第２電力ラインとに接続された昇圧コンバータとを備える駆動装置において、第１電力ラインの電圧が目標電圧となるようにリアクトルの目標電流を設定すると共にリアクトルの電流が目標電流となるようにゲインを用いて昇圧コンバータを制御する電流制御を実行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、モータの回転数に基づくモータの電力変動の周波数が、電流制御を実行したときに昇圧コンバータのリアクトルおよびコンデンサを含む回路に共振が生じる共振周波数帯外の周波数となるようにゲインを設定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－５１０６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

モータと、モータを駆動するインバータと、インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、電力ラインに取り付けられたコンデンサと、を備える駆動装置において、モータの動作点などによっては、モータの相電流にうねりのオフセットを生じる場合がある。

【0005】

本開示の駆動装置は、モータの相電流のうねりのオフセットにより適切な対処を行なうことを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本開示の駆動装置は、
モータと、前記モータを駆動するインバータと、前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、前記電力ラインに取り付けられたコンデンサと、前記モータの相電流に基づいて前記インバータを制御する制御装置と、を備える駆動装置であって、
前記制御装置は、前記モータの相電流のうねりのオフセット量を検出し、前記うねりのオフセット量に基づいて前記モータの相電圧を補正する、
ことを要旨とする。

【0008】

本開示の駆動装置では、モータの相電流のうねりのオフセット量を検出し、検出したうねりのオフセット量に基づいてモータの相電圧を補正する。これにより、モータの相電流のうねりのオフセットにより適切な対処を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態の駆動装置を搭載する電気自動車２０の概略構成図である。

【図2】ＥＣＵ５０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図3】Ｕ相の相電流Ｉｕの様子の一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の駆動装置を搭載する電気自動車２０の概略構成図である。図示するように、本実施形態の電気自動車２０は、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５０とを備える。

【0011】

モータ３２は、三相交流電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを備える。モータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

【0012】

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられると共にバッテリ３６と共に電力ライン３８に接続されている。インバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１～Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６にそれぞれ並列に接続された６つのダイオードＤ１１～Ｄ１６とを備える。トランジスタＴ１１～Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。トランジスタＴ１１～Ｔ１６の対となるトランジスタの接続点の各々は、モータ３２の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）コイルの各々に接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、ＥＣＵ５０によって、対となるトランジスタＴ１１～Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。電力ライン３８には、平滑用のコンデンサ３９が取り付けられている。

【0013】

バッテリ３６は、例えば定格電圧が数百Ｖ程度のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、インバータ３４と共に電力ライン３８に接続されている。

【0014】

ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータを備えており、マイクロコンピュータは、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有する。ＥＣＵ５０は、各種センサからの信号を入力ポートを介して入力している。例えば、ＥＣＵ５０は、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ（例えば、レゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２のＶ相、Ｗ相の電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖ，３２ｗからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを入力している。バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからの電流Ｉｂ、コンデンサ３９の端子間に取り付けられた電圧センサ３９ａからのコンデンサ３９の電圧（電力ライン３８の電圧）ＶＨも入力している。スタートスイッチ６０からのスタート信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトセンサ６２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル６３の踏込量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル６５の踏込量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６７からの車速Ｖも入力している。

【0015】

ＥＣＵ５０は、各種制御信号を出力ポートを介して出力している。例えば、ＥＣＵ５０は、インバータ３４の複数のスイッチング素子への制御信号を出力している。ＥＣＵ５０は、回転位置センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。

【0016】

こうして構成された本実施形態の電気自動車２０では、ＥＣＵ５０は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて走行に要求される（駆動軸２６に要求される）要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

【0017】

ここで、インバータ３４は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御により制御される。ＰＷＭ制御では、ＥＣＵ５０は、最初に、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄｑ軸座標系におけるｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。続いて、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相－２相変換）する。そして、ｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と電流Ｉｄ，Ｉｑとの差分が打ち消されるようにｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算し、モータ３２の電気角θｅを用いてｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相－３相変換）する。さらに、各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗと搬送波（三角波）電圧との比較によりトランジスタＴ１１～Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を用いてトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

【0018】

次に、本実施形態の電気自動車２０の動作、特に、Ｕ相の電圧指令Ｖｕ＊を補正する処理について説明する。図２は、ＥＣＵ５０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、繰り返し実行される。

【0019】

図２の処理ルーチンが実行されると、ＥＣＵ５０は、最初に、Ｕ相の相電流Ｉｕのうねりのオフセット量Ｉｕｏｆを検出する（ステップＳ１００）。図３は、Ｕ相の相電流Ｉｕの様子の一例を示す説明図である。モータ３２の動作点（トルク、回転数）などによっては、バッテリ３６からコンデンサ３９までの回路の周波数特性とコンデンサ３９の電圧変動との関係により、図示するように、モータ３２の各相の相電流のうねりのオフセットが発生する場合がある。ステップＳ１００の処理では、Ｕ相の相電流Ｉｕの１周期の移動平均として演算した値Ｉｕａｖ（図３中、破線参照）をオフセット量Ｉｕｏｆとして検出する。

【0020】

続いて、Ｕ相の相電圧のオフセット量Ｖｕｏｆを設定する（ステップＳ１１０）。そして、モータ３２の電気角θｅを用いてｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊から座標変換（２相－３相変換）して得られた各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊のうちＵ相の電圧指令Ｖｕ＊にオフセット量Ｖｕｏｆを加えてＵ相の電圧指令Ｖｕ＊を補正（再設定）して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。ここで、ステップＳ１１０の処理では、Ｕ相の相電流Ｉｕのうねりのオフセット量Ｉｕｏｆに負の係数を乗じた値をオフセット量Ｖｕｏｆとして設定する。こうしたステップＳ１００～Ｓ１２０の処理により、モータの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうねりのオフセットにより適切な対処を行なうことができる。なお、発明者らは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちの少なくとも１相の電圧指令（本実施形態ではＵ相の電圧指令Ｖｕ＊）をこのように補正することによって各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうねりのオフセット量を小さくすることができることを、実験や解析により確認した。これは、１相の電圧指令を補正することにより、バッテリ３６からコンデンサ３９までの回路の周波数特性とコンデンサ３９の電圧変動との関係が変化するためであると考えられる。

【0021】

以上説明した本実施形態の電気自動車２０が搭載する駆動装置では、モータ３２の相電流Ｉｕのうねりのオフセット量Ｉｕｏｆを検出し、検出したオフセット量Ｉｕｏｆに基づいてモータ３２のＵ相の電圧指令Ｖｕ＊を補正する。これにより、モータの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうねりのオフセットにより適切な対処を行なうことができる。

【0022】

上述した実施形態では、Ｕ相の相電流Ｉｕのうねりのオフセット量Ｉｕｏｆに基づいてＵ相の電圧指令Ｖｕ＊を補正するものとした。しかし、これに代えて、Ｖ相の相電流Ｉｖのうねりのオフセット量Ｉｖｏｆに基づいてＶ相の電圧指令Ｖｖ＊を補正するものとしてもよいし、Ｗ相の相電流Ｉｗのうねりのオフセット量Ｉｗｏｆに基づいてＷ相の電圧指令Ｖｗ＊を補正するものとしてもよい。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊のうちの１つだけを補正するのに代えて、少なくとも２つを補正するものとしてもよい。

【0023】

上述した実施形態では、図２の処理ルーチンのステップＳ１００の処理において、Ｕ相の相電流Ｉｕの１周期の移動平均として演算した値ＩｕａｖをＵ相の相電流Ｉｕのうねりのオフセット量Ｉｕｏｆとして検出するものとした。しかし、これに代えて、相電流Ｉｕにバンドパスフィルタを用いたフィルタ処理を施して中心部分を抽出した値をオフセット量Ｉｕｏｆとして検出するものとしてもよい。また、相電流Ｉｕにフーリエ変換を施して中心部分を抽出した値をオフセット量Ｉｕｏｆとして検出するものとしてもよい。さらに、コンデンサ３９の電圧（電力ライン３８の電圧）ＶＨの変動およびバッテリ３６の電流Ｉｂの変動に基づいて推定した値をオフセット量Ｉｕｏｆとして検出するものとしてもよい。

【0024】

上述した実施形態では、図２の処理ルーチンのステップＳ１１０の処理において、Ｕ相の相電流Ｉｕのうねりのオフセット量Ｉｕｏｆに負の係数を乗じた値をＵ相の相電圧のオフセット量Ｖｕｏｆとして設定するものとした。しかし、これに代えて、オフセット量Ｉｕｏｆを値０とするためのフィードバック制御（ＰＩ制御またはＰＩＤ制御）により演算した値をオフセット量Ｖｕｏｆとして設定するものとしてもよい。また、オフセット量Ｉｕｏｆとオフセット量Ｖｕｏｆとの関係として実験や解析、機械学習などにより予め定められたマップにオフセット量Ｉｕｏｆを適用してオフセット量Ｖｕｏｆを導出して設定するものとしてもよい。

【0025】

上述した実施形態では、インバータ３４をＰＷＭ制御により制御する場合について説明した。しかし、インバータ３４を矩形波制御により制御する場合に適用するものとしてもよい。矩形波制御では、ＥＣＵ５０は、最初に、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相－２相変換）し、得られたｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいてモータ３２の推定トルクＴｍｅｓを求める。続いて、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊と推定トルクＴｍｅｓとの差分が打ち消されるように電圧位相指令φｐ＊を設定し、設定した電圧位相指令φｐ＊とモータ３２の電気角θｅとに基づいてトランジスタＴ１１～Ｔ１６の矩形波信号を生成し、生成した矩形波信号を用いてトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。この矩形波制御において、Ｕ相の相電流Ｉｕのうねりのオフセット量Ｉｕｏｆに基づいて、Ｕ相（トランジスタＴ１１，Ｔ１４）のスイッチング（オンオフの切替）のタイミングを補正してもよいのである。これにより、モータの相電圧が補正される。同様に、Ｖ相の相電流Ｉｖのうねりのオフセット量Ｉｖｏｆに基づいてＶ相（トランジスタＴ１２，Ｔ１５）のスイッチングのタイミングを補正するものとしてもよいし、Ｗ相の相電流Ｉｗのうねりのオフセット量Ｉｗｏｆに基づいてＷ相（トランジスタＴ１３，Ｔ１６）のスイッチングのタイミングを補正するものとしてもよい。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチングのタイミングの１つだけを補正するのに代えて、少なくとも２つを補正するものとしてもよい。

【0026】

上述した実施形態では、インバータ３４とバッテリ３６とが電力ライン３８を介して接続されている構成とした。しかし、電力ライン３８におけるインバータ３４とバッテリ３６との間に昇圧コンバータを設けるものとしてもよい。

【0027】

上述した実施形態では、モータ３２は、三相交流電動機として構成されるものとした。しかし、三相以外の多相交流電動機として構成されるものとしてもよい。

【0028】

上述した実施形態では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとした。しかし、これに代えて、キャパシタを用いるものとしてもよい。

【0029】

上述した実施形態では、モータ３２とインバータ３４とバッテリ３６とを備える電気自動車２０の構成とした。しかし、これに代えて、モータとインバータとバッテリとに加えてエンジンを備えるハイブリッド車の構成としてもよいし、モータとインバータとバッテリとに加えて燃料電池を備える燃料電池車の構成としてもよい。

【0030】

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、モータ３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、コンデンサ３９が「コンデンサ」に相当し、ＥＣＵ５０が「制御装置」に相当する。

【0031】

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0032】

以上、本開示を実施するための実施形態について説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本開示は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0034】

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２ モータ、３２ａ 回転位置センサ、３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ａ 電圧センサ、３６ｂ 電流センサ、３８ 電力ライン、３９ コンデンサ、３９ａ 電圧センサ、５０ ＥＣＵ、６０ スタートスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６７ 車速センサ、Ｄ１１～Ｄ１６ ダイオード、Ｔ１１～Ｔ１６ トランジスタ。

【図1】

【図2】

【図3】