特開 2025-10960 電動車

(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】P2025010960

(43)【公開日】2025-01-23

(54)【発明の名称】電動車

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/08 20060101AFI20250116BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20250116BHJP

【ＦＩ】

H02P27/08

B60L9/18 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023113285

(22)【出願日】2023-07-10

(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】山本 鉄隆

【テーマコード（参考）】

5H125

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125AC12

5H125BB02

5H125EE08

5H505AA16

5H505CC04

5H505DD08

5H505EE08

5H505EE41

5H505EE49

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ03

5H505LL01

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL41

(57)【要約】

【課題】高調波の重畳の許容回転数領域を狭くすることを抑制しつつ、モータの回転数の急増時に高調波の重畳をより適切に禁止する。
【解決手段】モータの回転数が所定回転数未満で且つモータの回転数の単位時間当たりの変化量である回転数変化率が所定変化率未満のときには、高調波を重畳せずにｄ軸、ｑ軸の電圧指令を設定し、モータの回転数が所定回転数以上のときおよびモータの回転数変化率が所定変化率以上のときには、高調波を重畳してｄ軸、ｑ軸の電圧指令を設定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動輪に連結されたモータと、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、前記モータのトルク指令に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令を設定し、前記ｄ軸、ｑ軸の電圧指令に基づいて前記インバータを制御する制御装置と、を備える電動車であって、
前記制御装置は、前記モータの回転数が所定回転数未満で且つ前記モータの回転数の単位時間当たりの変化量である回転数変化率が所定変化率未満のときには、高調波を重畳せずに前記ｄ軸、ｑ軸の電圧指令を設定し、前記モータの回転数が前記所定回転数以上のときおよび前記モータの前記回転数変化率が所定変化率以上のときには、前記高調波を重畳して前記ｄ軸、ｑ軸の電圧指令を設定する、
電動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動車に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の電動車としては、駆動輪に連結されたモータと、複数のスイッチング素子のスイッチングによりモータを駆動するインバータと、モータのトルク指令に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令を設定し、設定したｄ軸、ｑ軸の電圧指令に基づいてインバータを制御する制御装置と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動車では、複数のスイッチング素子のスイッチングにおけるデッドタイム中のモータの電圧変動を打ち消すためのデッドタイム対応項と、モータの磁束・リラクタンスに依存する磁束・リラクタンス項と、モータの抵抗値に依存する抵抗項と、を含んでフィードフォワード項を設定し、設定したフィードフォワード項を用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令を設定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許６７６０１９７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

インバータをパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）により制御する際に、高調波を重畳してｄ軸，ｑ軸の電圧指令を設定してインバータを制御することが行なわれている。高調波を重畳するためにはＰＷＭ制御でキャリア周波数を高くする必要があり、モータの回転数が所定回転数を超えると、制御性の確保のために高調波の重畳を禁止する必要がある。モータの回転数が急増する（例えば駆動輪がスリップする）シーンでは、モータの回転数の検出値と実値との乖離により、モータの回転数が所定回転数を超えたことの判定が遅れ、高調波の重畳の禁止が遅れる場合がある。これを踏まえて所定回転数を低くすると、モータの回転数が急増しないシーンでの高調波の重畳の許容回転数領域を狭くしてしまう。

【0005】

本開示の電動車は、高調波の重畳の許容回転数領域を狭くすることを抑制しつつ、モータの回転数の急増時に高調波の重畳をより適切に禁止することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の電動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。本開示の電動車は、駆動輪に連結されたモータと、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、前記モータのトルク指令に基づいてｄ軸，ｑ軸の電圧指令を設定し、前記ｄ軸、ｑ軸の電圧指令に基づいて前記インバータを制御する制御装置と、を備える電動車であって、前記制御装置は、前記モータの回転数が所定回転数未満で且つ前記モータの回転数の単位時間当たりの変化量である回転数変化率が所定変化率未満のときには、高調波を重畳せずに前記ｄ軸、ｑ軸の電圧指令を設定し、前記モータの回転数が前記所定回転数以上のときおよび前記モータの前記回転数変化率が所定変化率以上のときには、前記高調波を重畳して前記ｄ軸、ｑ軸の電圧指令を設定することを要旨とする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の実施形態の電気自動車２０の概略構成図である。

【図2】インバータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図3】インバータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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、本開示の実施形態の電気自動車２０の概略構成図である。図示するように、実施形態の電気自動車２０は、モータ３２と、インバータ３４と、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。

【0009】

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。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。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。

【0010】

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３２ｖ，３２ｗからの相電流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。ＥＣＵ５０は、インバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６への制御信号などの各種制御信号を出力ポートを介して出力している。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を演算したり、回転数Ｎｍに基づいて回転数Ｎｍの単位時間当たりの変化量である回転数変化率ΔＮｍを演算したりしている。

【0011】

こうして構成された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のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。インバータ３４は、基本的に、パルス幅変調制御により制御される。

【0012】

次に、実施形態の電気自動車２０の動作、特に、インバータ３４の制御について説明する。図２は、ＥＣＵ５０により繰り返し実行されるインバータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンが実行されると、ＥＣＵ５０は、モータ３２の電気角θｅやＶ相、Ｗ相の相電流Ｉｖ，Ｉｗ、回転数Ｎｍ、回転数変化率ΔＮｍ、トルク指令Ｔｍ＊を入力し（ステップＳ１００）、モータ３２の各相の相電流の総和が値０であるとして電気角θｅを用いてＶ相、Ｗ相の相電流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（ステップＳ１１０）。

【0013】

続いて、回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆ以下であるか否かを判定すると共に（ステップＳ１２０）、回転数変化率ΔＮｍが閾値ΔＮｍｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値Ｎｍｒｅｆは、モータ３２の回転数が比較的大きくなったか否かを判定するのに用いられる閾値である。閾値ΔＮｍｒｅｆは、モータ３２の回転数が急増した（例えば駆動輪２２ａ，２２ｂがスリップした）シーンであるか否かを判定するのに用いられる閾値である。ステップＳ１２０，Ｓ１３０の処理は、高調波重畳制御の許否を判定する処理である。

【0014】

ステップＳ１２０で回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆ以下であると判定し且つステップＳ１３０で回転数変化率ΔＮｍが閾値ΔＮｍｒｅｆ以下であると判定したときには、高調波重畳制御を許可する（ステップＳ１４０）。この場合、トルク指令Ｔｍ＊とｄ軸、ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂｓ，Ｉｑｂｓ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基本電流指令マップにトルク指令Ｔｍ＊を適用してｄ軸、ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂｓ，Ｉｑｂｓを設定する（ステップＳ１５０）。続いて、トルク指令Ｔｍ＊と電気角θｅと回転数Ｎｍとｄ軸、ｑ軸の高調波重畳電流指令Ｉｄｈ，ｉｑｈ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高調波重畳電流指令マップにトルク指令Ｔｍ＊と電気角θｅと回転数Ｎｍとを適用してｄ軸、ｑ軸の高調波重畳電流指令Ｉｄｈ，ｉｑｈを設定する（ステップＳ１５２）。ｄ軸、ｑ軸の高調波重畳電流指令Ｉｄｈ，ｉｑｈは、高調波を含むものとなる。そして、ｄ軸、ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂｓ，Ｉｑｂｓとｄ軸、ｑ軸の高調波重畳電流指令Ｉｄｈ，ｉｑｈとの和をｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊として演算する（ステップＳ１５４）。ｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、高調波を含むものとなる。

【0015】

こうしてｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を演算すると、ｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊とｄ軸、ｑ軸の電流ｉｄ，Ｉｑとの差分ΔＩｄ，ΔＩｑに基づく電流フィードバック制御によりｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＢ（フィードバック）項Ｖｄｆｂ，Ｖｑｆｂを演算する（ステップＳ１６０）。続いて、トルク指令Ｔｍ＊と電気角θｅと回転数Ｎｍとｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＦ（フィードフォワード）項Ｖｄｆｆ，Ｖｑｆｆ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高調波重畳電圧指令ＦＦ項マップにトルク指令Ｔｍ＊と電気角θｅと回転数Ｎｍとを適用してｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＦ項Ｖｄｆｆ，Ｖｑｆｆを設定する（ステップＳ１６２）。ｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＦ項Ｖｄｆｆ，Ｖｑｆｆは、高調波を含むものとなる。そして、ｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＢ項Ｖｄｆｂ，Ｖｑｆｂとｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＦ項Ｖｄｆｆ，Ｖｑｆｆとの和をｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊として演算する（ステップＳ１６４）。ｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊は、高調波を含むものとなる。

【0016】

こうしてｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算すると、電気角θｅを用いてｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相－３相変換）し（ステップＳ２３０）、この電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗを用いてインバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なって（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ２１０の処理では、電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗとキャリア周波数ｆｃの搬送波（三角波）との比較によりトランジスタＴ１１～Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成し、生成したトランジスタＴ１１～Ｔ１６の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。キャリア周波数ｆｃは、適宜設定される。ｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊が高調波を含むものであるため、モータ３２のトルクも、高調波を含むものとなる。

【0017】

ステップＳ１２０で回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆよりも大きいと判定したときや、ステップＳ１３０で回転数変化率ΔＮｍが閾値ΔＮｍｒｅｆよりも大きいと判定したときには、高調波重畳制御を禁止する（ステップＳ１７０）。この場合、上述のステップＳ１５０の処理と同様にｄ軸、ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂｓ，Ｉｑｂｓを設定し（ステップＳ１８０）、設定したｄ軸、ｑ軸の基本電流指令Ｉｄｂｓ，Ｉｑｂｓをｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ、Ｉｑ＊を設定する（ステップＳ１８４）。この場合、ｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、高調波を含まないものとなる。こうしてｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定すると、ステップＳ１６０の処理と同様にｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＢ項Ｖｄｆｂ，Ｖｑｆｂを設定する（ステップＳ１９０）。続いて、トルク指令Ｔｍ＊とｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＦ項Ｖｄｆｆ，Ｖｑｆｆ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通常電圧指令ＦＦ項マップにトルク指令Ｔｍ＊を適用してｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＦ項Ｖｄｆｆ，Ｖｑｆｆを設定する（ステップＳ１９２）。そして、ｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＢ項Ｖｄｆｂ，Ｖｑｆｂとｄ軸、ｑ軸の電圧指令ＦＦ項Ｖｄｆｆ，Ｖｑｆｆとの和をｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊として演算する（ステップＳ１９４）。この場合、ｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊は、高調波を含まないものとなる。続いて、ステップＳ２００，Ｓ２１０の処理を実行して、本ルーチンを終了する。

【0018】

実施形態では、このようにして、回転数変化率ΔＮｍと閾値ΔＮｍｒｅｆとの比較により、モータ３２の回転数の急増時（例えば、駆動輪２２ａ，２２ｂのスリップ時）に高調波の重畳をより適切に禁止することができる。これにより、回転数Ｎｍとの比較に用いる閾値Ｎｍｒｅｆをある程度大きくすることができるから、モータの回転数が急増していないときに、高調波の重畳の許容回転数領域が狭くなるのを抑制することができる。これらの結果、高調波の重畳の許容回転数領域を狭くすることを抑制しつつ、モータ３２の回転数の急増時に高調波の重畳をより適切に禁止することができる。

【0019】

以上説明した実施形態の電気自動車２０では、モータ３２の回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆ以下で且つモータ３２の回転数変化率ΔＮｍが閾値ΔＮｍｒｅｆ以下のときには、高調波を重畳せずにｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定してインバータ３４を制御し、モータ３２の回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆよりも大きいときやモータ３２の回転数変化率ΔＮｍが閾値ΔＮｍｒｅｆよりも大きいときには、高調波を重畳してｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定してインバータ３４を制御する。これにより、高調波の重畳の許容回転数領域を狭くすることを抑制しつつ、モータ３２の回転数の急増時（例えば、駆動輪２２ａ，２２ｂのスリップ時）に高調波の重畳をより適切に禁止することができる。

【0020】

上述した実施形態では、ＥＣＵ５０は、図２のインバータ制御ルーチンを実行したが、図３のインバータ制御ルーチンを実行してもよい。図３のルーチンは、ステップＳ１００，Ｓ１２０，Ｓ１３０の処理がステップＳ３００～Ｓ３３０の処理に置き換えられた点で、図２のルーチンとは異なる。したがって、図３のルーチンのうち図２のルーチンと同一の処理については、同一のステップ番号を付し、詳細な説明を省略する。

【0021】

図３のルーチンでは、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１００の処理と同様にモータ３２の電気角θｅやＶ相、Ｗ相の相電流Ｉｖ，Ｉｗ、回転数Ｎｍ、回転数変化率ΔＮｍ、トルク指令Ｔｍ＊を入力するのに加えてモータ３２の予測回転数Ｎｍｐｒを入力する（ステップＳ３００）。ここで、予測回転数Ｎｍｐｒは、本ルーチンの所定回数前（例えば１～３回程度前）の回転数Ｎｍと回転数変化率ΔＮｍとに基づいて予測される回転数である。

【0022】

ステップＳ１１０の処理後に、回転数変化率ΔＮｍが閾値ΔＮｍｒｅｆ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。ここで、閾値ΔＮｍｒｅｆ２は、モータ３２の実回転数が急変した（回転数Ｎｍと実回転数との乖離が大きくなった可能性がある）か否かを判定するのに用いられる閾値である。回転数変化率ΔＮｍが閾値ΔＮｍｒｅｆ２以下であると判定したときには、モータ３２の実回転数が急変していないと判断し、ステップＳ１２０の処理と同様に回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３２０）。そして、回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆ以下であると判定したときにはステップＳ１４０以降の処理を実行し、回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆよりも大きいと判定したときにはステップＳ１７０以降の処理を実行する。

【0023】

ステップＳ３１０で回転数変化率ΔＮｍが閾値ΔＮｍｒｅｆ２よりも大きいと判定したときには、モータ３２の実回転数が急変したと判断し、予測回転数Ｎｍｐｒが閾値Ｎｍｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３３０）。そして、予測回転数Ｎｍｐｒが閾値Ｎｍｒｅｆ以下であると判定したときにはステップＳ１４０以降の処理を実行し、予測回転数Ｎｍｐｒが閾値Ｎｍｒｅｆよりも大きいと判定したときにはステップＳ１７０以降の処理を実行する。このように、回転数Ｎｍに代えて、予測回転数Ｎｍｐｒを用いることにより、モータ３２の実回転数が急変したときでも、高調波重畳制御の許否をより適切に判定することができる。

【0024】

上述した実施形態では、モータ３２およびインバータ３４を備える電気自動車２０の形態とした。しかし、モータ３２およびインバータ３４に加えてエンジンを備えるハイブリッド車の形態としてもよいし、モータ３２およびインバータ３４に加えて燃料電池を備える燃料電池車の形態としてもよい。

【0025】

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】

【0026】

本開示は、電動車の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0027】

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、３２ モータ、３４ インバータ、５０ ＥＣＵ、Ｔ１１～Ｔ１６ トランジスタ。

【図1】

【図2】

【図3】