JP2004201400A - リアクトル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】広範囲に変化する入力電流に対して所定値以上のインダクタンスを有するリアクトル装置を提供する。
【解決手段】リアクトルＬ１は、コア２と、メインコイル３と、サブコイル４とスイッチ５とを含む。メインコイル３およびサブコイル４はコア２に巻回される。メインコイル３は、ノードＮ１とノードＮ２との間に接続される。サブコイル４は、スイッチ５とノードＮ２との間に接続される。スイッチ５は、ノードＮ１とサブコイル４の一方端との間に接続される。スイッチ５は、メインコイル３に流れる直流電流がコア２中に発生する磁束を飽和させる基準値以上のときオンされ、サブコイル４をメインコイル３に対して並列に接続する。
【選択図】 図２
【解決手段】リアクトルＬ１は、コア２と、メインコイル３と、サブコイル４とスイッチ５とを含む。メインコイル３およびサブコイル４はコア２に巻回される。メインコイル３は、ノードＮ１とノードＮ２との間に接続される。サブコイル４は、スイッチ５とノードＮ２との間に接続される。スイッチ５は、ノードＮ１とサブコイル４の一方端との間に接続される。スイッチ５は、メインコイル３に流れる直流電流がコア２中に発生する磁束を飽和させる基準値以上のときオンされ、サブコイル４をメインコイル３に対して並列に接続する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リアクトル装置に関し、特に、広範囲で変化する入力電流に対して所定値以上のインダクタンスを有するリアクトル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【０００３】
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車は、たとえば、図１０に示すようなモータ駆動装置３００を搭載することが考えられている。図１０を参照して、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲと、昇圧コンバータ３１０と、コンデンサ３２０と、インバータ３３０とを備える。
【０００５】
昇圧コンバータ３１０は、リアクトル３１１と、ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３と、ダイオード３１４，３１５とを含む。
【０００６】
ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３は、インバータ３３０の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ３１２は、コレクタが電源ラインに接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタ３１３のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタ３１３のエミッタは、アースラインに接続される。
【０００７】
ダイオード３１４，３１５は、エミッタからコレクタへ電流が流れるようにそれぞれＮＰＮトランジスタ３１２，３１３に並列に接続される。
【０００８】
リアクトル３１１は、その一方端が直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端がＮＰＮトランジスタ３１２とＮＰＮトランジスタ３１３との中間点に接続される。
【０００９】
直流電源Ｂは、直流電圧を出力する。システムリレーＳＲは、制御装置（図示せず）からの制御信号によってオンされると、直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧コンバータ３１０へ供給する。昇圧コンバータ３１０は、制御装置（図示せず）からの制御信号によってＮＰＮトランジスタ３１２，３１３がオン／オフされ、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサ３２０に供給する。また、昇圧コンバータ３１０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１によって発電され、インバータ３３０によって変換された直流電圧を降圧して直流電源Ｂへ供給する。
【００１０】
コンデンサ３２０は、昇圧コンバータ３１０から供給された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３３０へ供給する。
【００１１】
インバータ３３０は、コンデンサ３２０から直流電圧が供給されると制御装置（図示せず）からの制御信号によって直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３３０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置からの制御信号によって直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサ３２０を介して昇圧コンバータ３１０へ供給する。
【００１２】
このように、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧して交流モータＭ１を駆動するとともに、交流モータＭ１が発電した電力により直流電源Ｂを充電する。
【００１３】
モータ駆動装置３００においては、昇圧コンバータ３１０が直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧する場合、ＮＰＮトランジスタ３１３がオンされた期間に応じて電力がリアクトル３１１に蓄積され、リアクトル３１１に蓄積された電力に応じた電圧がダイオード３１４を介してインバータ３３０へ出力される。
【００１４】
そして、リアクトル３１１に蓄積されるエネルギー（電力）は、リアクトル３１１のインダクタンスに比例するので、リアクトル３１１のインダクタンスは、昇圧コンバータ３１０における昇圧比を決定する重要な要因となる。
【００１５】
一方、リアクトルのインダクタンスをリアクトルに印加される直流電圧に応じて切換える技術が特開平８−３３１８４６号公報に開示されている。すなわち、同一コアに巻回されたメインコイルとサブコイルとを設け、リアクトルに印加される直流電圧が低いときは、サブコイルをメインコイルに対して並列に接続し、リアクトルに印加される直流電圧が高いときは、サブコイルをメインコイルに対して直列に接続する。つまり、リアクトルに印加される直流電圧が低いとき、リアクトルのインダクタンスを小さくし、リアクトルに印加される直流電圧が高いとき、リアクトルのインダクタンスを大きくする。このように、２つのコイルを並列または直列に接続することにより、リアクトルのインダクタンスを切換えることができる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平８−３３１８４６号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コアと、コアに巻回されたコイルとから成るリアクトルにおいては、コイルに印加される直流電流が増加すると、コア中に発生する磁束が飽和し、リアクトルのインダクタンスが低下するという問題が発生する。そして、特に、印加される直流電流が広範囲で変化する場合、この問題は顕著になる。
【００１８】
上述したように、特開平８−３３１８４６号公報には、リアクトルのインダクタンスを切換える技術が開示されているが、特開平８−３３１８４６号公報に開示された技術では、印加される直流電流の増加によってインダクタンスが低下するという問題を解決できない。
【００１９】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、広範囲に変化する入力電流に対して所定値以上のインダクタンスを有するリアクトル装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、リアクトル装置は、コアと、第１および第２のコイルとを備える。コアは、ギャップを有する。第１および第２のコイルは、コアに巻回される。そして、第２のコイルは、第１のコイルへの入力電流が基準値以上のとき、第１のコイルに並列に接続される。
【００２１】
好ましくは、リアクトル装置は、接続手段をさらに備える。接続手段は、入力電流が基準値に達すると、第２のコイルを第１のコイルに並列に接続する。
【００２２】
好ましくは、基準値は、当該リアクトル装置のインダクタンスが所定値になるときの電流値である。
【００２３】
好ましくは、基準値は、コアに発生する磁束が所定の飽和度合いになるときの電流値である。
【００２４】
好ましくは、第１のコイルの巻き数は、第２のコイルの巻き数に等しい。
この発明によるリアクトル装置においては、コアに巻回された第１のコイルに入力される入力電流が基準値以上に達すると、第２のコイルが第１のコイルに対して並列に接続される。そして、入力電流は、第１および第２のコイルに流れる。
【００２５】
したがって、この発明によれば、コアに巻回されたコイルに流れる直流電流が増加してもリアクトル装置のインダクタンスの低下を防止できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
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返さない。
【００２７】
図１を参照して、この発明の実施の形態によるリアクトル装置を備えるモータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサー１８，２４と、制御装置３０とを備える。
【００２８】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【００２９】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、インバータ１４の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１は、コレクタが電源ラインに接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタに接続される。また、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタは、アースラインに接続される。
【００３０】
各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ−コレクタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流が流れるように、それぞれ、ダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。
【００３１】
リアクトルＬ１は、一方端が直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端がＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。
【００３２】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、インバータ１４の電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
【００３３】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ−コレクタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００３４】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００３５】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御装置３０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。
【００３６】
コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００３７】
昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＵを受けると、信号ＰＷＭＵによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。この場合、ＮＰＮトランジスタＱ１は、信号ＰＷＭＵによってオフされている。
【００３８】
また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＤを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。
【００３９】
さらに、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＥＸＣを受けると、リアクトルＬ１に含まれるサブコイルをメインコイルに並列に接続する。
【００４０】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ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１４へ供給する。
【００４１】
電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧（インバータ１４の入力電圧に相当する。）を検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。
【００４２】
インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車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。
【００４３】
電流センサー１８は、直流電源Ｂから出力される直流電流、すなわち、昇圧コンバータ１２のリアクトルＬ１に入力されるリアクトルＬＣＲＴを検出し、その検出したリアクトル電流ＬＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００４４】
電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００４５】
制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から入力されたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサー１０からの直流電圧Ｖｂ、電圧センサー１３からの出力電圧Ｖｍ、および電流センサー２４からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵとインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００４６】
信号ＰＷＭＵは、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に昇圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２が直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に、出力電圧Ｖｍをフィードバック制御し、出力電圧Ｖｍが指令された電圧指令Ｖｄｃｃｏｍになるように昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵを生成する。
【００４７】
また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭＣによってスイッチング制御される。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００４８】
さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００４９】
さらに、制御装置３０は、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴに応じてリアクトルＬ１に含まれるサブコイルとメインコイルとの接続／不接続を制御するための信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。より具体的には、制御装置３０は、リアクトル電流ＬＣＲＴを基準値と比較し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値以上であるとき、サブコイルをメインコイルに対して並列に接続するためのＨレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値よりも小さいとき、サブコイルをメインコイルから切離すためのＬレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００５０】
さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【００５１】
図２を参照して、リアクトルＬ１について詳細に説明する。リアクトルＬ１は、コア２と、メインコイル３と、サブコイル４と、スイッチ５とを含む。コア２は、ギャップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを有する。メインコイル３は、コアに巻回される。そして、メインコイル３は、その一方端がノードＮ１に接続され、他方端がノードＮ２に接続される。
【００５２】
また、サブコイル４は、メインコイル３が巻回されたコア２の領域と異なる領域に巻回される。そして、サブコイル４は、その一方端がスイッチ５に接続され、他方端がノードＮ２に接続される。
【００５３】
スイッチ５は、ノードＮ１とサブコイル４の一方端との間に接続される。そして、スイッチ５は、制御装置３０からのＬレベルの信号ＥＸＣに応じてオフされ、制御装置３０からのＨレベルの信号ＥＸＣに応じてオンされる。したがって、スイッチ５がオンされると、サブコイル４はメインコイル３に対して並列に接続される。
【００５４】
図３は、制御装置３０の機能ブロック図である。図３を参照して、制御装置３０は、モータトルク制御手段３０１と、電圧変換制御手段３０２と、切換手段３０３とを含む。
【００５５】
モータトルク制御手段３０１は、トルク指令値ＴＲ（車両におけるアクセルペダルの踏み込み度合い、ハイブリッド車両においてはエンジンの動作状態をも考慮しながらモータに与えるべきトルク指令を演算して得られている）、直流電源Ｂから出力された直流電圧Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮおよび出力電圧Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵと、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００５６】
電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。
【００５７】
また、電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。このように、昇圧コンバータ１２は、直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤにより電圧を降圧させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。
【００５８】
切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴを電流センサー１８から受ける。そして、切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴを基準値と比較し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値以上であるとき、Ｈレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。また、切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値よりも小さいとき、Ｌレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００５９】
図４は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。図４を参照して、モータトルク制御手段３０１は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、コンバータ用デューティー比演算部５２と、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４とを含む。
【００６０】
モータ制御用相電圧演算部４０は、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ、すなわち、インバータ１４への入力電圧を電圧センサー１３から受け、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサー２４から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。
【００６１】
インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。
【００６２】
これにより、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。
【００６３】
一方、インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）を演算し、その演算した最適値をコンバータ用デューティー比演算部５２へ出力する。
【００６４】
コンバータ用デューティー比演算部５２は、電圧センサー１０から出力された直流電圧Ｖｂ（「バッテリ電圧Ｖｂ」とも言う。）に基づいて、電圧センサー１３からの入力電圧Ｖｍを、インバータ入力電圧指令演算部５０から出力される最適値に設定するためのデューティー比を演算する。
【００６５】
コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、コンバータ用デューティー比演算部５２からのデューティー比に基づいて昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００６６】
なお、昇圧コンバータ１２の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【００６７】
図５を参照して、リアクトルのインダクタンスＬとリアクトルのコイルに流れる直流電流Ｉとの関係について説明する。インダクタンスＬは、直流電流Ｉが所定値になるまではほぼ一定の値を保持し、直流電流Ｉが所定値を超えると低下する。これは、コイルに流れる直流電流が所定値まではコア中に発生する磁束は飽和しないが、直流電流が所定値を超えるとコア中に発生する磁束が飽和するからである。
【００６８】
コイルに流れる直流電流Ｉの増加に対してコア中に発生する磁束が飽和しないようにするためには、リアクトルに入力される直流電流Ｉをコア中に発生する磁束が飽和しないようにコイルに流す必要がある。
【００６９】
そこで、この発明においては、コア２と、メインコイル３とサブコイル４とを用いてリアクトルＬ１を構成し、直流電源ＢからリアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴがコア２中に発生する磁束を飽和させる電流値よりも小さい範囲においてはメインコイル３のみにリアクトル電流ＬＣＲＴを流し、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴがコア２中に発生する磁束を飽和させる電流値以上の範囲においては、サブコイル４をメインコイル３に並列に接続し、メインコイル３とサブコイル４とに直流電流を流すように制御する。つまり、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴがメインコイル３に直流電流を流すことによってコア２中に発生する磁束を飽和させない範囲においてはメインコイル３のみにリアクトル電流ＬＣＲＴを流し、メインコイル３に直流電流を流すことによってコア２中に発生する磁束を飽和させる範囲においてはメインコイル３と、メインコイル３に並列に接続されたサブコイル４とにリアクトル電流ＬＣＲＴを流すように制御する。これによって、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴが増加してもリアクトルＬ１のインダクタンスＬが低下するのを防止し、リアクトルＬ１のインダクタンスＬを一定以上の値に保持できる。
【００７０】
具体的には、図６に示すように、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂまでの範囲においては、スイッチ５をオフし、メインコイル３のみリアクトル電流ＬＣＲＴを流す。そして、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲においては、スイッチ５をオンし、メインコイル３およびサブコイル４にリアクトル電流ＬＣＲＴを流す。これによって、リアクトルＬ１は、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂまでの範囲においては曲線ｋ１に従って変化し、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲においては直線ｋ２に従って一定の値を保持する。
【００７１】
インダクタンスの初期値をＬ０とし、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値ＩｂであるときのインダクタンスをＬ０１とすると、Ｌ０１＝Ｌ０／２にするためには、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比ｎ１：ｎ２を１：１にすればよい。また、Ｌ０１＝Ｌ０／２以外のインダクタンスＬ０１を実現するためには、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比ｎ１：ｎ２を１：１以外の値に設定すればよい。したがって、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比を変えることによりリアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲において所望のインダクタンスを保持できる。この実施の形態においては、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比ｎ１：ｎ２を１：１に設定する。
【００７２】
このように、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲においてメインコイル３に並列にサブコイル４を接続することにより、リアクトルＬ１をメインコイル３のみを用いて構成した場合に、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲においてインダクタンスＬが曲線ｋ３に従って低下していたのを防止できる。
【００７３】
上述したように、切換手段３０３は、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴを電流値Ｉｂ（「基準値」と言う。）と比較し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときＬレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるときＨレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００７４】
そうすると、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときスイッチ５はオフされ、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３のみに流れ、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるときスイッチ５はオンされ、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３およびサブコイル４に流れる。そして、リアクトルＬ１のインダクタンスが一定以上の値に保持される。
【００７５】
再び、図１を参照して、モータ駆動装置１００における全体動作について説明する。全体の動作が開始されると、制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオンされる。直流電源Ｂは、直流電圧ＶｂをシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００７６】
電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。また、電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。さらに、電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出して制御装置３０へ出力する。そして、制御装置３０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮを受ける。
【００７７】
そうすると、制御装置３０は、直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。また、制御装置３０は、直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００７８】
さらに、制御装置３０は、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴを基準値Ｉｂと比較する。モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車が走行を開始したときトルク指定値ＴＲは小さいので、リアクトル電流ＬＣＲＴは基準値Ｉｂよりも小さい。したがって、制御装置３０は、Ｌレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００７９】
そうすると、昇圧コンバータ１２において、リアクトルＬ１のスイッチ５は、Ｌレベルの信号ＥＸＣに応じてオフされ、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３のみに流れる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされ、昇圧コンバータ１２は直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを昇圧し、その昇圧した直流電圧をコンデンサＣ２に供給する。そして、インバータ１４は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩによって交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これによって、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。
【００８０】
モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の走行中にトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮが上昇し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上になると、制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。そうすると、リアクトルＬ１のスイッチ５はＨレベルの信号ＥＸＣに応じてオンされ、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３およびサブコイル４に流れる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされ、昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１のインダクタンスをＬ０１に保持して直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。その後、上述した動作に従って交流モータＭ１が駆動される。
【００８１】
また、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置３０は、外部ＥＣＵから信号ＲＧＥを受け、その受けた信号ＲＧＥに応じて、信号ＰＷＭＣを生成してそれぞれインバータ１４へ出力し、信号ＰＷＭＤを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００８２】
回生制動時にも、制御装置３０は、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴを基準値Ｉｂと比較する。そして、制御装置３０は、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときＬレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００８３】
そうすると、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。そして、昇圧コンバータ１２においては、リアクトルＬ１のスイッチ５は、Ｌレベルの信号ＥＸＣに応じてオフされ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＤに応じてオン／オフされる。昇圧コンバータ１２は、ＮＰＮトランジスタＱ１がオンされた期間、コンデンサＣ２からの直流電流をリアクトルＬ１のメインコイル３のみに流してコンデンサＣ２からの直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。
【００８４】
また、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるとき、制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００８５】
そうすると、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。そして、昇圧コンバータ１２においては、リアクトルＬ１のスイッチ５は、Ｈレベルの信号ＥＸＣに応じてオンされ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＤに応じてオン／オフされる。昇圧コンバータ１２は、ＮＰＮトランジスタＱ１がオンされた期間、コンデンサＣ２からの直流電流をリアクトルＬ１のメインコイル３およびサブコイル４に流してコンデンサＣ２からの直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。これにより、交流モータＭ１によって発電された電力が直流電源Ｂに充電される。
【００８６】
このように、昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上になってもリアクトルＬ１のインダクタンスを一定以上の値に保持して電圧の昇圧および降圧を行なう。
【００８７】
なお、コア２、メインコイル３、サブコイル４、スイッチ５および切換手段３０３は、「リアクトル装置」を構成する。
【００８８】
また、スイッチ５およびＨレベルの信号ＥＸＣを出力する切換手段３０３は、「接続手段」を構成する。
【００８９】
さらに、上記においては、サブコイル４はメインコイル３と異なる位置に巻回されていると説明したが、メインコイル３との絶縁性が確保される場合、メインコイル３と同じ位置に巻回されてもよい。
【００９０】
この発明によるモータ駆動装置は、図７に示すモータ駆動装置１００Ａであってもよい。図７を参照して、モータ駆動装置１００Ａは、モータ駆動装置１００のリアクトルＬ１をリアクトルＬ２に代え、制御装置３０を制御装置３０Ａに代え、モータ駆動装置１００に電圧検出回路１１を追加したものであり、その他は、モータ駆動装置１００と同じである。
【００９１】
図８を参照して、リアクトルＬ２は、リアクトルＬ１にスイッチ６，７を追加したものである。スイッチ６は、ノードＮ３に接続される、スイッチ７は、ノードＮ４に接続される。
【００９２】
電圧検出回路１１は、スイッチ６とスイッチ７との間に接続される。そして、電圧検出回路１１は、リアクトルＬ２のスイッチ５がオフされている間、スイッチ６，７がオンされ、サブコイル４に接続される。そして、電圧検出回路１１は、サブコイル４を用いてメインコイル３の両端に発生するリアクトル電圧ＶＬを検出し、その検出したリアクトル電圧ＶＬをコイル電圧Ｖｃとして制御装置３０へ出力する。つまり、電圧検出回路１１は、サブコイル４を探りコイルとして用いることによりリアクトル電圧ＶＬを検出する。
【００９３】
図９を参照して、電圧検出回路１１におけるリアクトル電圧ＶＬの検出方法について説明する。昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２が信号ＰＷＭＵによってオン／オフ制御されているとき、リアクトルＬ２は、その両端に信号ＰＷＭＵの周期に同期して振幅が変化する電圧Ｖ１を発生する。そして、電圧Ｖ１のボトムとピークとの間の値がリアクトル電圧ＶＬに相当し、リアクトル電圧ＶＬは、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍに等しい。この場合、リアクトル電圧ＶＬは、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂよりも昇圧されている。
【００９４】
そして、電圧Ｖ２がサブコイル４の両端に発生する。そうすると、電圧検出回路１１は、信号ＰＷＭＵの周期に同期して振幅が変化する電圧Ｖ２のピークをホールドし、そのホールドした値をコイル電圧Ｖｃとして検出する。そして、電圧検出回路１１は、検出したコイル電圧Ｖｃを制御装置３０へ出力する。
【００９５】
リアクトル電圧ＶＬとコイル電圧Ｖｃとの比は、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比に等しい。上述したように、この実施の形態においては、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比は１：１であるので、コイル電圧Ｖｃはリアクトル電圧ＶＬに等しい。
【００９６】
なお、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比が１：１でないときは、コイル電圧Ｖｃは、Ｖｃ＝（ｎ２／ｎ１）ＶＬによって決定される。したがって、電圧検出回路１１は、この関係を保持しており、検出したコイル電圧Ｖｃおよび巻き数ｎ１，ｎ２を用いてリアクトル電圧ＶＬを求めるようにすることも可能である。
【００９７】
再び、図７を参照して、制御装置３０Ａは、リアクトルＬ２のスイッチ５がオフされている場合、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍに代えて電圧検出回路１１からのコイル電圧Ｖｃを用いて信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩを生成し、それぞれ、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。また、制御装置３０Ａは、信号ＥＸＣに代えて信号ＥＸＣ１，２を生成し、その生成した信号ＥＸＣ１，２をリアクトルＬ２へ出力する。
【００９８】
信号ＥＸＣ１は、リアクトルＬ２のスイッチ５をオン／オフするための信号である。また、信号ＥＸＣ２は、リアクトルＬ２のスイッチ６，７を同時にオン／オフするための信号である。そして、信号ＥＸＣ１は、信号ＥＸＣ２の論理レベルと反対の論理レベルを有するように生成される。すなわち、Ｈレベルの信号ＥＸＣ１が生成されるとき、信号ＥＸＣ２はＬレベルの論理レベルを有し、Ｌレベルの信号ＥＸＣ１が生成されるとき、信号ＥＸＣ２はＨレベルの論理レベルを有する。
【００９９】
制御装置３０Ａは、それ以外、制御装置３０と同じ機能を有する。そして、制御装置３０Ａは、制御装置３０と同じ機能ブロックから成り、切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときＬレベルの信号ＥＸＣ１およびＨレベルの信号ＥＸＣ２を生成してリアクトルＬ２へ出力する。
【０１００】
そうすると、リアクトルＬ２において、スイッチ５はオフされ、スイッチ６，７はオンされる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２が信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされ、昇圧コンバータ１２が昇圧動作を開始すると、電圧検出回路１１は、サブコイル４を探りコイルとして用いてコイル電圧Ｖｃ（＝リアクトル電圧ＶＬ）を検出し、その検出したコイル電圧Ｖｃを制御装置３０Ａへ出力する。そして、制御装置３０Ａのモータトルク制御手段３０１は、電圧検出回路１１からのコイル電圧Ｖｃを電圧Ｖｍの代わりに用いて信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＵを生成する。
【０１０１】
また、切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるときＨレベルの信号ＥＸＣ１とＬレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。そうすると、リアクトルＬ２において、スイッチ５はオンされ、スイッチ６，７はオフされる。そして、上述した動作に従って、昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ２のインダクタンスを一定以上の値に保持して直流電圧Ｖｂを昇圧する。なお、この場合、制御装置３０Ａのモータトルク制御手段３０１は、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍを用いて信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＵを生成する。
【０１０２】
モータ駆動装置１００Ａにおける全体動作について説明する。全体の動作が開始されると、制御装置３０Ａは、Ｈレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオンされる。直流電源Ｂは、直流電圧ＶｂをシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【０１０３】
また、制御装置３０Ａは、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴを基準値Ｉｂと比較する。モータ駆動装置１００Ａが搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車が走行を開始したときトルク指定値ＴＲは小さいので、リアクトル電流ＬＣＲＴは基準値Ｉｂよりも小さい。したがって、制御装置３０Ａは、Ｌレベルの信号ＥＸＣ１とＨレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。
【０１０４】
そうすると、リアクトルＬ２において、スイッチ５はオフされ、スイッチ６，７はオンされる。そして、電圧検出回路１１は、コイル電圧Ｖｃを検出し、その検出したコイル電圧Ｖｃを制御装置３０Ａへ出力する。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０Ａへ出力する。また、電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０Ａへ出力する。さらに、電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出して制御装置３０Ａへ出力する。そして、制御装置３０Ａは、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮを受ける。
【０１０５】
そうすると、制御装置３０Ａは、直流電圧Ｖｂ、コイル電圧Ｖｃ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。また、制御装置３０Ａは、直流電圧Ｖｂ、コイル電圧Ｖｃ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【０１０６】
そうすると、昇圧コンバータ１２において、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３のみに流れ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされる。そして、昇圧コンバータ１２は、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを昇圧し、その昇圧した直流電圧をコンデンサＣ２に供給する。そして、インバータ１４は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を制御装置３０Ａからの信号ＰＷＭＩによって交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これによって、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。
【０１０７】
モータ駆動装置１００Ａが搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の走行中にトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮが上昇し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上になると、制御装置３０Ａは、Ｈレベルの信号ＥＸＣ１とＬレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。そうすると、リアクトルＬ２において、スイッチ５はＨレベルの信号ＥＸＣ１に応じてオンされ、スイッチ６，７はＬレベルの信号ＥＸＣ２に応じてオフされる。そして、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３およびサブコイル４に流れ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされる。その結果、昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ２のインダクタンスをＬ０１に保持して直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。その後、上述した動作に従って交流モータＭ１が駆動される。
【０１０８】
また、モータ駆動装置１００Ａが搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置３０Ａは、外部ＥＣＵから信号ＲＧＥを受け、その受けた信号ＲＧＥに応じて、信号ＰＷＭＣを生成してそれぞれインバータ１４へ出力し、信号ＰＷＭＤを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【０１０９】
回生制動時にも、制御装置３０Ａは、リアクトル電流ＬＣＲＴを基準値Ｉｂと比較する。そして、制御装置３０Ａは、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときＬレベルの信号ＥＸＣ１とＨレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。
【０１１０】
そうすると、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。そして、昇圧コンバータ１２においては、リアクトルＬ２のスイッチ５は、Ｌレベルの信号ＥＸＣ１に応じてオフされ、スイッチ６，７はＨレベルの信号ＥＸＣ２に応じてオンされ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＤに応じてオン／オフされる。昇圧コンバータ１２は、ＮＰＮトランジスタＱ１がオンされた期間、コンデンサＣ２からの直流電流をリアクトルＬ２のメインコイル３のみに流してコンデンサＣ２からの直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。
【０１１１】
また、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるとき、制御装置３０Ａは、Ｈレベルの信号ＥＸＣ１とＬレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。
【０１１２】
そうすると、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。そして、昇圧コンバータ１２においては、リアクトルＬ２のスイッチ５は、Ｈレベルの信号ＥＸＣ１に応じてオンされ、スイッチ６，７はＬレベルの信号ＥＸＣ２に応じてオフされ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＤに応じてオン／オフされる。昇圧コンバータ１２は、ＮＰＮトランジスタＱ１がオンされた期間、コンデンサＣ２からの直流電流をリアクトルＬ２のメインコイル３およびサブコイル４に流してコンデンサＣ２からの直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。これにより、交流モータＭ１によって発電された電力が直流電源Ｂに充電される。
【０１１３】
なお、上記においては、基準値Ｉｂは、リアクトルのインダクタンスが所定値Ｌ０１になるときの電流値であると説明したが、この発明においては、これに限らず、基準値Ｉｂは、コア２中に発生する磁束が所定の飽和度合いになるときの電流値であってもよい。
【０１１４】
また、上記においては、電流センサー１８によってリアクトル電流ＬＣＲＴを検出すると説明したが、この発明においては、外部ＥＣＵから受けるトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、リアクトル電流ＬＣＲＴを検出するようにしてもよい。
【０１１５】
さらに、上記においては、交流モータが１個の場合について説明したが、この発明は、これに限らず、複数の交流モータを駆動するモータ駆動装置についても適用可能である。その場合、複数の交流モータに対応して設けられた複数のインバータは、コンデンサＣ２の両端に並列に接続される。そして、複数のインバータの各々は、コンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２から受けた出力電圧Ｖｍを交流電圧に変換して対応する交流モータを駆動する。
【０１１６】
さらに、上述の実施の形態に記載した内容以外にも、この発明は、種々のハイブリッド自動車または電気自動車に適用できることは言うまでもない。たとえば、コンデンサＣ２に対して複数のインバータおよびモータを並列に接続し、それぞれのモータ（あるいはモータジェネレータ）を独立に駆動するようにしてもよい。この場合、１つのモータを後輪駆動用に用い、他のモータを前輪駆動用に用いてもよい。また、遊星ギア機構を用いたハイブリッド自動車としては、１つのモータジェネレータを遊星ギア機構のサンギアに接続し、エンジンを遊星ギア機構のキャリアに接続し、もう１つのモータジェネレータをリングギアに接続するものも公知であるが、この発明は、このようなハイブリッド自動車にも適用できる。
【０１１７】
さらに、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４を構成するスイッチング素子は、ＮＰＮトランジスタに限られるものではなく、ＭＯＳトランジスタであってもよい。
【０１１８】
この発明の実施の形態によれば、リアクトル装置は、コアと、コアに巻回されたメインコイルと、コアに巻回されたサブコイルと、サブコイルをメインコイルに対して並列に接続するためのスイッチと、メインコイルに流れる直流電流が基準値以上のときスイッチをオンするように制御する制御装置とを備えるので、広範囲の入力電流に対してリアクトルのインダクタンスを一定以上の値に保持できる。
【０１１９】
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、上記した実施の形態の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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示すリアクトルの平面図である。
【図３】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図４】図３に示すモータトルク制御手段の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図５】インダクタンスと直流電流との関係を示す図である。
【図６】インダクタンスと直流電流との関係を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の他の概略ブロック図である。
【図８】図７に示すリアクトルの平面図である。
【図９】図８に示す電圧検出回路の動作を説明するための信号のタイミングチャートである。
【図１０】従来のモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
２ コア、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ ギャップ、３ メインコイル、４ サブコイル、５〜７ スイッチ、１０，１３ 電圧センサー、１１ 電圧検出回路、１２，３１０ 昇圧コンバータ、１４，３３０ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、１８，２４ 電流センサー、３０ 制御装置、４０ モータ制御用相電圧演算部、４２ インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０ インバータ入力電圧指令演算部、５２ コンバータ用デューティー比演算部、５４ コンバータ用ＰＷＭ信号変換部、１００，１００Ａ，３００ モータ駆動装置、３０１ モータトルク制御手段、３０２ 電圧変換制御手段、３０３ 切換手段、Ｂ 直流電源、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｃ１，Ｃ２，３２０ コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２，３１１ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８，３１２，３１３ ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８，３１４，３１５ ダイオード、Ｍ１ 交流モータ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、リアクトル装置に関し、特に、広範囲で変化する入力電流に対して所定値以上のインダクタンスを有するリアクトル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【０００３】
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車は、たとえば、図１０に示すようなモータ駆動装置３００を搭載することが考えられている。図１０を参照して、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲと、昇圧コンバータ３１０と、コンデンサ３２０と、インバータ３３０とを備える。
【０００５】
昇圧コンバータ３１０は、リアクトル３１１と、ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３と、ダイオード３１４，３１５とを含む。
【０００６】
ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３は、インバータ３３０の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ３１２は、コレクタが電源ラインに接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタ３１３のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタ３１３のエミッタは、アースラインに接続される。
【０００７】
ダイオード３１４，３１５は、エミッタからコレクタへ電流が流れるようにそれぞれＮＰＮトランジスタ３１２，３１３に並列に接続される。
【０００８】
リアクトル３１１は、その一方端が直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端がＮＰＮトランジスタ３１２とＮＰＮトランジスタ３１３との中間点に接続される。
【０００９】
直流電源Ｂは、直流電圧を出力する。システムリレーＳＲは、制御装置（図示せず）からの制御信号によってオンされると、直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧コンバータ３１０へ供給する。昇圧コンバータ３１０は、制御装置（図示せず）からの制御信号によってＮＰＮトランジスタ３１２，３１３がオン／オフされ、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサ３２０に供給する。また、昇圧コンバータ３１０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１によって発電され、インバータ３３０によって変換された直流電圧を降圧して直流電源Ｂへ供給する。
【００１０】
コンデンサ３２０は、昇圧コンバータ３１０から供給された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３３０へ供給する。
【００１１】
インバータ３３０は、コンデンサ３２０から直流電圧が供給されると制御装置（図示せず）からの制御信号によって直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３３０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置からの制御信号によって直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサ３２０を介して昇圧コンバータ３１０へ供給する。
【００１２】
このように、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧して交流モータＭ１を駆動するとともに、交流モータＭ１が発電した電力により直流電源Ｂを充電する。
【００１３】
モータ駆動装置３００においては、昇圧コンバータ３１０が直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧する場合、ＮＰＮトランジスタ３１３がオンされた期間に応じて電力がリアクトル３１１に蓄積され、リアクトル３１１に蓄積された電力に応じた電圧がダイオード３１４を介してインバータ３３０へ出力される。
【００１４】
そして、リアクトル３１１に蓄積されるエネルギー（電力）は、リアクトル３１１のインダクタンスに比例するので、リアクトル３１１のインダクタンスは、昇圧コンバータ３１０における昇圧比を決定する重要な要因となる。
【００１５】
一方、リアクトルのインダクタンスをリアクトルに印加される直流電圧に応じて切換える技術が特開平８−３３１８４６号公報に開示されている。すなわち、同一コアに巻回されたメインコイルとサブコイルとを設け、リアクトルに印加される直流電圧が低いときは、サブコイルをメインコイルに対して並列に接続し、リアクトルに印加される直流電圧が高いときは、サブコイルをメインコイルに対して直列に接続する。つまり、リアクトルに印加される直流電圧が低いとき、リアクトルのインダクタンスを小さくし、リアクトルに印加される直流電圧が高いとき、リアクトルのインダクタンスを大きくする。このように、２つのコイルを並列または直列に接続することにより、リアクトルのインダクタンスを切換えることができる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平８−３３１８４６号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コアと、コアに巻回されたコイルとから成るリアクトルにおいては、コイルに印加される直流電流が増加すると、コア中に発生する磁束が飽和し、リアクトルのインダクタンスが低下するという問題が発生する。そして、特に、印加される直流電流が広範囲で変化する場合、この問題は顕著になる。
【００１８】
上述したように、特開平８−３３１８４６号公報には、リアクトルのインダクタンスを切換える技術が開示されているが、特開平８−３３１８４６号公報に開示された技術では、印加される直流電流の増加によってインダクタンスが低下するという問題を解決できない。
【００１９】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、広範囲に変化する入力電流に対して所定値以上のインダクタンスを有するリアクトル装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、リアクトル装置は、コアと、第１および第２のコイルとを備える。コアは、ギャップを有する。第１および第２のコイルは、コアに巻回される。そして、第２のコイルは、第１のコイルへの入力電流が基準値以上のとき、第１のコイルに並列に接続される。
【００２１】
好ましくは、リアクトル装置は、接続手段をさらに備える。接続手段は、入力電流が基準値に達すると、第２のコイルを第１のコイルに並列に接続する。
【００２２】
好ましくは、基準値は、当該リアクトル装置のインダクタンスが所定値になるときの電流値である。
【００２３】
好ましくは、基準値は、コアに発生する磁束が所定の飽和度合いになるときの電流値である。
【００２４】
好ましくは、第１のコイルの巻き数は、第２のコイルの巻き数に等しい。
この発明によるリアクトル装置においては、コアに巻回された第１のコイルに入力される入力電流が基準値以上に達すると、第２のコイルが第１のコイルに対して並列に接続される。そして、入力電流は、第１および第２のコイルに流れる。
【００２５】
したがって、この発明によれば、コアに巻回されたコイルに流れる直流電流が増加してもリアクトル装置のインダクタンスの低下を防止できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
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返さない。
【００２７】
図１を参照して、この発明の実施の形態によるリアクトル装置を備えるモータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサー１８，２４と、制御装置３０とを備える。
【００２８】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【００２９】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、インバータ１４の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１は、コレクタが電源ラインに接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタに接続される。また、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタは、アースラインに接続される。
【００３０】
各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ−コレクタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流が流れるように、それぞれ、ダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。
【００３１】
リアクトルＬ１は、一方端が直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端がＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。
【００３２】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、インバータ１４の電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
【００３３】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のエミッタ−コレクタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００３４】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００３５】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御装置３０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。
【００３６】
コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００３７】
昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＵを受けると、信号ＰＷＭＵによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。この場合、ＮＰＮトランジスタＱ１は、信号ＰＷＭＵによってオフされている。
【００３８】
また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＤを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。
【００３９】
さらに、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＥＸＣを受けると、リアクトルＬ１に含まれるサブコイルをメインコイルに並列に接続する。
【００４０】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ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１４へ供給する。
【００４１】
電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧（インバータ１４の入力電圧に相当する。）を検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。
【００４２】
インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車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。
【００４３】
電流センサー１８は、直流電源Ｂから出力される直流電流、すなわち、昇圧コンバータ１２のリアクトルＬ１に入力されるリアクトルＬＣＲＴを検出し、その検出したリアクトル電流ＬＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００４４】
電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００４５】
制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から入力されたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサー１０からの直流電圧Ｖｂ、電圧センサー１３からの出力電圧Ｖｍ、および電流センサー２４からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵとインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００４６】
信号ＰＷＭＵは、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に昇圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２が直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に、出力電圧Ｖｍをフィードバック制御し、出力電圧Ｖｍが指令された電圧指令Ｖｄｃｃｏｍになるように昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵを生成する。
【００４７】
また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭＣによってスイッチング制御される。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００４８】
さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００４９】
さらに、制御装置３０は、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴに応じてリアクトルＬ１に含まれるサブコイルとメインコイルとの接続／不接続を制御するための信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。より具体的には、制御装置３０は、リアクトル電流ＬＣＲＴを基準値と比較し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値以上であるとき、サブコイルをメインコイルに対して並列に接続するためのＨレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値よりも小さいとき、サブコイルをメインコイルから切離すためのＬレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００５０】
さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【００５１】
図２を参照して、リアクトルＬ１について詳細に説明する。リアクトルＬ１は、コア２と、メインコイル３と、サブコイル４と、スイッチ５とを含む。コア２は、ギャップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを有する。メインコイル３は、コアに巻回される。そして、メインコイル３は、その一方端がノードＮ１に接続され、他方端がノードＮ２に接続される。
【００５２】
また、サブコイル４は、メインコイル３が巻回されたコア２の領域と異なる領域に巻回される。そして、サブコイル４は、その一方端がスイッチ５に接続され、他方端がノードＮ２に接続される。
【００５３】
スイッチ５は、ノードＮ１とサブコイル４の一方端との間に接続される。そして、スイッチ５は、制御装置３０からのＬレベルの信号ＥＸＣに応じてオフされ、制御装置３０からのＨレベルの信号ＥＸＣに応じてオンされる。したがって、スイッチ５がオンされると、サブコイル４はメインコイル３に対して並列に接続される。
【００５４】
図３は、制御装置３０の機能ブロック図である。図３を参照して、制御装置３０は、モータトルク制御手段３０１と、電圧変換制御手段３０２と、切換手段３０３とを含む。
【００５５】
モータトルク制御手段３０１は、トルク指令値ＴＲ（車両におけるアクセルペダルの踏み込み度合い、ハイブリッド車両においてはエンジンの動作状態をも考慮しながらモータに与えるべきトルク指令を演算して得られている）、直流電源Ｂから出力された直流電圧Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮおよび出力電圧Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵと、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００５６】
電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。
【００５７】
また、電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。このように、昇圧コンバータ１２は、直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤにより電圧を降圧させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。
【００５８】
切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴを電流センサー１８から受ける。そして、切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴを基準値と比較し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値以上であるとき、Ｈレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。また、切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値よりも小さいとき、Ｌレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００５９】
図４は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。図４を参照して、モータトルク制御手段３０１は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、コンバータ用デューティー比演算部５２と、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４とを含む。
【００６０】
モータ制御用相電圧演算部４０は、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ、すなわち、インバータ１４への入力電圧を電圧センサー１３から受け、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサー２４から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。
【００６１】
インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。
【００６２】
これにより、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。
【００６３】
一方、インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）を演算し、その演算した最適値をコンバータ用デューティー比演算部５２へ出力する。
【００６４】
コンバータ用デューティー比演算部５２は、電圧センサー１０から出力された直流電圧Ｖｂ（「バッテリ電圧Ｖｂ」とも言う。）に基づいて、電圧センサー１３からの入力電圧Ｖｍを、インバータ入力電圧指令演算部５０から出力される最適値に設定するためのデューティー比を演算する。
【００６５】
コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、コンバータ用デューティー比演算部５２からのデューティー比に基づいて昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００６６】
なお、昇圧コンバータ１２の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【００６７】
図５を参照して、リアクトルのインダクタンスＬとリアクトルのコイルに流れる直流電流Ｉとの関係について説明する。インダクタンスＬは、直流電流Ｉが所定値になるまではほぼ一定の値を保持し、直流電流Ｉが所定値を超えると低下する。これは、コイルに流れる直流電流が所定値まではコア中に発生する磁束は飽和しないが、直流電流が所定値を超えるとコア中に発生する磁束が飽和するからである。
【００６８】
コイルに流れる直流電流Ｉの増加に対してコア中に発生する磁束が飽和しないようにするためには、リアクトルに入力される直流電流Ｉをコア中に発生する磁束が飽和しないようにコイルに流す必要がある。
【００６９】
そこで、この発明においては、コア２と、メインコイル３とサブコイル４とを用いてリアクトルＬ１を構成し、直流電源ＢからリアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴがコア２中に発生する磁束を飽和させる電流値よりも小さい範囲においてはメインコイル３のみにリアクトル電流ＬＣＲＴを流し、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴがコア２中に発生する磁束を飽和させる電流値以上の範囲においては、サブコイル４をメインコイル３に並列に接続し、メインコイル３とサブコイル４とに直流電流を流すように制御する。つまり、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴがメインコイル３に直流電流を流すことによってコア２中に発生する磁束を飽和させない範囲においてはメインコイル３のみにリアクトル電流ＬＣＲＴを流し、メインコイル３に直流電流を流すことによってコア２中に発生する磁束を飽和させる範囲においてはメインコイル３と、メインコイル３に並列に接続されたサブコイル４とにリアクトル電流ＬＣＲＴを流すように制御する。これによって、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴが増加してもリアクトルＬ１のインダクタンスＬが低下するのを防止し、リアクトルＬ１のインダクタンスＬを一定以上の値に保持できる。
【００７０】
具体的には、図６に示すように、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂまでの範囲においては、スイッチ５をオフし、メインコイル３のみリアクトル電流ＬＣＲＴを流す。そして、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲においては、スイッチ５をオンし、メインコイル３およびサブコイル４にリアクトル電流ＬＣＲＴを流す。これによって、リアクトルＬ１は、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂまでの範囲においては曲線ｋ１に従って変化し、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲においては直線ｋ２に従って一定の値を保持する。
【００７１】
インダクタンスの初期値をＬ０とし、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値ＩｂであるときのインダクタンスをＬ０１とすると、Ｌ０１＝Ｌ０／２にするためには、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比ｎ１：ｎ２を１：１にすればよい。また、Ｌ０１＝Ｌ０／２以外のインダクタンスＬ０１を実現するためには、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比ｎ１：ｎ２を１：１以外の値に設定すればよい。したがって、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比を変えることによりリアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲において所望のインダクタンスを保持できる。この実施の形態においては、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比ｎ１：ｎ２を１：１に設定する。
【００７２】
このように、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲においてメインコイル３に並列にサブコイル４を接続することにより、リアクトルＬ１をメインコイル３のみを用いて構成した場合に、リアクトル電流ＬＣＲＴが電流値Ｉｂ以上の範囲においてインダクタンスＬが曲線ｋ３に従って低下していたのを防止できる。
【００７３】
上述したように、切換手段３０３は、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴを電流値Ｉｂ（「基準値」と言う。）と比較し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときＬレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるときＨレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００７４】
そうすると、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときスイッチ５はオフされ、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３のみに流れ、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるときスイッチ５はオンされ、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３およびサブコイル４に流れる。そして、リアクトルＬ１のインダクタンスが一定以上の値に保持される。
【００７５】
再び、図１を参照して、モータ駆動装置１００における全体動作について説明する。全体の動作が開始されると、制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオンされる。直流電源Ｂは、直流電圧ＶｂをシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００７６】
電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。また、電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。さらに、電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出して制御装置３０へ出力する。そして、制御装置３０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮを受ける。
【００７７】
そうすると、制御装置３０は、直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。また、制御装置３０は、直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００７８】
さらに、制御装置３０は、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴを基準値Ｉｂと比較する。モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車が走行を開始したときトルク指定値ＴＲは小さいので、リアクトル電流ＬＣＲＴは基準値Ｉｂよりも小さい。したがって、制御装置３０は、Ｌレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００７９】
そうすると、昇圧コンバータ１２において、リアクトルＬ１のスイッチ５は、Ｌレベルの信号ＥＸＣに応じてオフされ、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３のみに流れる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされ、昇圧コンバータ１２は直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを昇圧し、その昇圧した直流電圧をコンデンサＣ２に供給する。そして、インバータ１４は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩによって交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これによって、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。
【００８０】
モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の走行中にトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮが上昇し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上になると、制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。そうすると、リアクトルＬ１のスイッチ５はＨレベルの信号ＥＸＣに応じてオンされ、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３およびサブコイル４に流れる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされ、昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１のインダクタンスをＬ０１に保持して直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。その後、上述した動作に従って交流モータＭ１が駆動される。
【００８１】
また、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置３０は、外部ＥＣＵから信号ＲＧＥを受け、その受けた信号ＲＧＥに応じて、信号ＰＷＭＣを生成してそれぞれインバータ１４へ出力し、信号ＰＷＭＤを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００８２】
回生制動時にも、制御装置３０は、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴを基準値Ｉｂと比較する。そして、制御装置３０は、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときＬレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００８３】
そうすると、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。そして、昇圧コンバータ１２においては、リアクトルＬ１のスイッチ５は、Ｌレベルの信号ＥＸＣに応じてオフされ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＤに応じてオン／オフされる。昇圧コンバータ１２は、ＮＰＮトランジスタＱ１がオンされた期間、コンデンサＣ２からの直流電流をリアクトルＬ１のメインコイル３のみに流してコンデンサＣ２からの直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。
【００８４】
また、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるとき、制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＥＸＣを生成してリアクトルＬ１へ出力する。
【００８５】
そうすると、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。そして、昇圧コンバータ１２においては、リアクトルＬ１のスイッチ５は、Ｈレベルの信号ＥＸＣに応じてオンされ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＤに応じてオン／オフされる。昇圧コンバータ１２は、ＮＰＮトランジスタＱ１がオンされた期間、コンデンサＣ２からの直流電流をリアクトルＬ１のメインコイル３およびサブコイル４に流してコンデンサＣ２からの直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。これにより、交流モータＭ１によって発電された電力が直流電源Ｂに充電される。
【００８６】
このように、昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１に入力されるリアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上になってもリアクトルＬ１のインダクタンスを一定以上の値に保持して電圧の昇圧および降圧を行なう。
【００８７】
なお、コア２、メインコイル３、サブコイル４、スイッチ５および切換手段３０３は、「リアクトル装置」を構成する。
【００８８】
また、スイッチ５およびＨレベルの信号ＥＸＣを出力する切換手段３０３は、「接続手段」を構成する。
【００８９】
さらに、上記においては、サブコイル４はメインコイル３と異なる位置に巻回されていると説明したが、メインコイル３との絶縁性が確保される場合、メインコイル３と同じ位置に巻回されてもよい。
【００９０】
この発明によるモータ駆動装置は、図７に示すモータ駆動装置１００Ａであってもよい。図７を参照して、モータ駆動装置１００Ａは、モータ駆動装置１００のリアクトルＬ１をリアクトルＬ２に代え、制御装置３０を制御装置３０Ａに代え、モータ駆動装置１００に電圧検出回路１１を追加したものであり、その他は、モータ駆動装置１００と同じである。
【００９１】
図８を参照して、リアクトルＬ２は、リアクトルＬ１にスイッチ６，７を追加したものである。スイッチ６は、ノードＮ３に接続される、スイッチ７は、ノードＮ４に接続される。
【００９２】
電圧検出回路１１は、スイッチ６とスイッチ７との間に接続される。そして、電圧検出回路１１は、リアクトルＬ２のスイッチ５がオフされている間、スイッチ６，７がオンされ、サブコイル４に接続される。そして、電圧検出回路１１は、サブコイル４を用いてメインコイル３の両端に発生するリアクトル電圧ＶＬを検出し、その検出したリアクトル電圧ＶＬをコイル電圧Ｖｃとして制御装置３０へ出力する。つまり、電圧検出回路１１は、サブコイル４を探りコイルとして用いることによりリアクトル電圧ＶＬを検出する。
【００９３】
図９を参照して、電圧検出回路１１におけるリアクトル電圧ＶＬの検出方法について説明する。昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２が信号ＰＷＭＵによってオン／オフ制御されているとき、リアクトルＬ２は、その両端に信号ＰＷＭＵの周期に同期して振幅が変化する電圧Ｖ１を発生する。そして、電圧Ｖ１のボトムとピークとの間の値がリアクトル電圧ＶＬに相当し、リアクトル電圧ＶＬは、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍに等しい。この場合、リアクトル電圧ＶＬは、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂよりも昇圧されている。
【００９４】
そして、電圧Ｖ２がサブコイル４の両端に発生する。そうすると、電圧検出回路１１は、信号ＰＷＭＵの周期に同期して振幅が変化する電圧Ｖ２のピークをホールドし、そのホールドした値をコイル電圧Ｖｃとして検出する。そして、電圧検出回路１１は、検出したコイル電圧Ｖｃを制御装置３０へ出力する。
【００９５】
リアクトル電圧ＶＬとコイル電圧Ｖｃとの比は、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比に等しい。上述したように、この実施の形態においては、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比は１：１であるので、コイル電圧Ｖｃはリアクトル電圧ＶＬに等しい。
【００９６】
なお、メインコイル３の巻き数ｎ１とサブコイル４の巻き数ｎ２との比が１：１でないときは、コイル電圧Ｖｃは、Ｖｃ＝（ｎ２／ｎ１）ＶＬによって決定される。したがって、電圧検出回路１１は、この関係を保持しており、検出したコイル電圧Ｖｃおよび巻き数ｎ１，ｎ２を用いてリアクトル電圧ＶＬを求めるようにすることも可能である。
【００９７】
再び、図７を参照して、制御装置３０Ａは、リアクトルＬ２のスイッチ５がオフされている場合、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍに代えて電圧検出回路１１からのコイル電圧Ｖｃを用いて信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩを生成し、それぞれ、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。また、制御装置３０Ａは、信号ＥＸＣに代えて信号ＥＸＣ１，２を生成し、その生成した信号ＥＸＣ１，２をリアクトルＬ２へ出力する。
【００９８】
信号ＥＸＣ１は、リアクトルＬ２のスイッチ５をオン／オフするための信号である。また、信号ＥＸＣ２は、リアクトルＬ２のスイッチ６，７を同時にオン／オフするための信号である。そして、信号ＥＸＣ１は、信号ＥＸＣ２の論理レベルと反対の論理レベルを有するように生成される。すなわち、Ｈレベルの信号ＥＸＣ１が生成されるとき、信号ＥＸＣ２はＬレベルの論理レベルを有し、Ｌレベルの信号ＥＸＣ１が生成されるとき、信号ＥＸＣ２はＨレベルの論理レベルを有する。
【００９９】
制御装置３０Ａは、それ以外、制御装置３０と同じ機能を有する。そして、制御装置３０Ａは、制御装置３０と同じ機能ブロックから成り、切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときＬレベルの信号ＥＸＣ１およびＨレベルの信号ＥＸＣ２を生成してリアクトルＬ２へ出力する。
【０１００】
そうすると、リアクトルＬ２において、スイッチ５はオフされ、スイッチ６，７はオンされる。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２が信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされ、昇圧コンバータ１２が昇圧動作を開始すると、電圧検出回路１１は、サブコイル４を探りコイルとして用いてコイル電圧Ｖｃ（＝リアクトル電圧ＶＬ）を検出し、その検出したコイル電圧Ｖｃを制御装置３０Ａへ出力する。そして、制御装置３０Ａのモータトルク制御手段３０１は、電圧検出回路１１からのコイル電圧Ｖｃを電圧Ｖｍの代わりに用いて信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＵを生成する。
【０１０１】
また、切換手段３０３は、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるときＨレベルの信号ＥＸＣ１とＬレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。そうすると、リアクトルＬ２において、スイッチ５はオンされ、スイッチ６，７はオフされる。そして、上述した動作に従って、昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ２のインダクタンスを一定以上の値に保持して直流電圧Ｖｂを昇圧する。なお、この場合、制御装置３０Ａのモータトルク制御手段３０１は、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍを用いて信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＵを生成する。
【０１０２】
モータ駆動装置１００Ａにおける全体動作について説明する。全体の動作が開始されると、制御装置３０Ａは、Ｈレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２がオンされる。直流電源Ｂは、直流電圧ＶｂをシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【０１０３】
また、制御装置３０Ａは、電流センサー１８からのリアクトル電流ＬＣＲＴを基準値Ｉｂと比較する。モータ駆動装置１００Ａが搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車が走行を開始したときトルク指定値ＴＲは小さいので、リアクトル電流ＬＣＲＴは基準値Ｉｂよりも小さい。したがって、制御装置３０Ａは、Ｌレベルの信号ＥＸＣ１とＨレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。
【０１０４】
そうすると、リアクトルＬ２において、スイッチ５はオフされ、スイッチ６，７はオンされる。そして、電圧検出回路１１は、コイル電圧Ｖｃを検出し、その検出したコイル電圧Ｖｃを制御装置３０Ａへ出力する。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０Ａへ出力する。また、電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０Ａへ出力する。さらに、電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出して制御装置３０Ａへ出力する。そして、制御装置３０Ａは、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮを受ける。
【０１０５】
そうすると、制御装置３０Ａは、直流電圧Ｖｂ、コイル電圧Ｖｃ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。また、制御装置３０Ａは、直流電圧Ｖｂ、コイル電圧Ｖｃ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により昇圧コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【０１０６】
そうすると、昇圧コンバータ１２において、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３のみに流れ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされる。そして、昇圧コンバータ１２は、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを昇圧し、その昇圧した直流電圧をコンデンサＣ２に供給する。そして、インバータ１４は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を制御装置３０Ａからの信号ＰＷＭＩによって交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これによって、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。
【０１０７】
モータ駆動装置１００Ａが搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の走行中にトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮが上昇し、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上になると、制御装置３０Ａは、Ｈレベルの信号ＥＸＣ１とＬレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。そうすると、リアクトルＬ２において、スイッチ５はＨレベルの信号ＥＸＣ１に応じてオンされ、スイッチ６，７はＬレベルの信号ＥＸＣ２に応じてオフされる。そして、リアクトル電流ＬＣＲＴはメインコイル３およびサブコイル４に流れ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされる。その結果、昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ２のインダクタンスをＬ０１に保持して直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。その後、上述した動作に従って交流モータＭ１が駆動される。
【０１０８】
また、モータ駆動装置１００Ａが搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置３０Ａは、外部ＥＣＵから信号ＲＧＥを受け、その受けた信号ＲＧＥに応じて、信号ＰＷＭＣを生成してそれぞれインバータ１４へ出力し、信号ＰＷＭＤを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【０１０９】
回生制動時にも、制御装置３０Ａは、リアクトル電流ＬＣＲＴを基準値Ｉｂと比較する。そして、制御装置３０Ａは、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂよりも小さいときＬレベルの信号ＥＸＣ１とＨレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。
【０１１０】
そうすると、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。そして、昇圧コンバータ１２においては、リアクトルＬ２のスイッチ５は、Ｌレベルの信号ＥＸＣ１に応じてオフされ、スイッチ６，７はＨレベルの信号ＥＸＣ２に応じてオンされ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＤに応じてオン／オフされる。昇圧コンバータ１２は、ＮＰＮトランジスタＱ１がオンされた期間、コンデンサＣ２からの直流電流をリアクトルＬ２のメインコイル３のみに流してコンデンサＣ２からの直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。
【０１１１】
また、リアクトル電流ＬＣＲＴが基準値Ｉｂ以上であるとき、制御装置３０Ａは、Ｈレベルの信号ＥＸＣ１とＬレベルの信号ＥＸＣ２とを生成してリアクトルＬ２へ出力する。
【０１１２】
そうすると、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。そして、昇圧コンバータ１２においては、リアクトルＬ２のスイッチ５は、Ｈレベルの信号ＥＸＣ１に応じてオンされ、スイッチ６，７はＬレベルの信号ＥＸＣ２に応じてオフされ、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は信号ＰＷＭＤに応じてオン／オフされる。昇圧コンバータ１２は、ＮＰＮトランジスタＱ１がオンされた期間、コンデンサＣ２からの直流電流をリアクトルＬ２のメインコイル３およびサブコイル４に流してコンデンサＣ２からの直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。これにより、交流モータＭ１によって発電された電力が直流電源Ｂに充電される。
【０１１３】
なお、上記においては、基準値Ｉｂは、リアクトルのインダクタンスが所定値Ｌ０１になるときの電流値であると説明したが、この発明においては、これに限らず、基準値Ｉｂは、コア２中に発生する磁束が所定の飽和度合いになるときの電流値であってもよい。
【０１１４】
また、上記においては、電流センサー１８によってリアクトル電流ＬＣＲＴを検出すると説明したが、この発明においては、外部ＥＣＵから受けるトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、リアクトル電流ＬＣＲＴを検出するようにしてもよい。
【０１１５】
さらに、上記においては、交流モータが１個の場合について説明したが、この発明は、これに限らず、複数の交流モータを駆動するモータ駆動装置についても適用可能である。その場合、複数の交流モータに対応して設けられた複数のインバータは、コンデンサＣ２の両端に並列に接続される。そして、複数のインバータの各々は、コンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２から受けた出力電圧Ｖｍを交流電圧に変換して対応する交流モータを駆動する。
【０１１６】
さらに、上述の実施の形態に記載した内容以外にも、この発明は、種々のハイブリッド自動車または電気自動車に適用できることは言うまでもない。たとえば、コンデンサＣ２に対して複数のインバータおよびモータを並列に接続し、それぞれのモータ（あるいはモータジェネレータ）を独立に駆動するようにしてもよい。この場合、１つのモータを後輪駆動用に用い、他のモータを前輪駆動用に用いてもよい。また、遊星ギア機構を用いたハイブリッド自動車としては、１つのモータジェネレータを遊星ギア機構のサンギアに接続し、エンジンを遊星ギア機構のキャリアに接続し、もう１つのモータジェネレータをリングギアに接続するものも公知であるが、この発明は、このようなハイブリッド自動車にも適用できる。
【０１１７】
さらに、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４を構成するスイッチング素子は、ＮＰＮトランジスタに限られるものではなく、ＭＯＳトランジスタであってもよい。
【０１１８】
この発明の実施の形態によれば、リアクトル装置は、コアと、コアに巻回されたメインコイルと、コアに巻回されたサブコイルと、サブコイルをメインコイルに対して並列に接続するためのスイッチと、メインコイルに流れる直流電流が基準値以上のときスイッチをオンするように制御する制御装置とを備えるので、広範囲の入力電流に対してリアクトルのインダクタンスを一定以上の値に保持できる。
【０１１９】
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、上記した実施の形態の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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示すリアクトルの平面図である。
【図３】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図４】図３に示すモータトルク制御手段の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図５】インダクタンスと直流電流との関係を示す図である。
【図６】インダクタンスと直流電流との関係を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の他の概略ブロック図である。
【図８】図７に示すリアクトルの平面図である。
【図９】図８に示す電圧検出回路の動作を説明するための信号のタイミングチャートである。
【図１０】従来のモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
２ コア、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ ギャップ、３ メインコイル、４ サブコイル、５〜７ スイッチ、１０，１３ 電圧センサー、１１ 電圧検出回路、１２，３１０ 昇圧コンバータ、１４，３３０ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、１８，２４ 電流センサー、３０ 制御装置、４０ モータ制御用相電圧演算部、４２ インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０ インバータ入力電圧指令演算部、５２ コンバータ用デューティー比演算部、５４ コンバータ用ＰＷＭ信号変換部、１００，１００Ａ，３００ モータ駆動装置、３０１ モータトルク制御手段、３０２ 電圧変換制御手段、３０３ 切換手段、Ｂ 直流電源、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｃ１，Ｃ２，３２０ コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２，３１１ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８，３１２，３１３ ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８，３１４，３１５ ダイオード、Ｍ１ 交流モータ。
Claims (5)
- ギャップを有するコアと、
前記コアに巻回された第１のコイルと、
前記コアに巻回された第２のコイルとを備え、
前記第２のコイルは、前記第１のコイルへの入力電流が基準値以上のとき、前記第１のコイルに並列に接続される、リアクトル装置。 - 前記入力電流が前記基準値に達すると、前記第２のコイルを前記第１のコイルに並列に接続する接続手段をさらに備える、請求項１に記載のリアクトル装置。
- 前記基準値は、当該リアクトル装置のインダクタンスが所定値になるときの電流値である、請求項１または請求項２に記載のリアクトル装置。
- 前記基準値は、前記コアに発生する磁束が所定の飽和度合いになるときの電流値である、請求項１または請求項２に記載のリアクトル装置。
- 前記第１のコイルの巻き数は、前記第２のコイルの巻き数に等しい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリアクトル装置。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007150231A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-06-14 | Denso Corp | 熱電変換装置 |
| JP2009050154A (ja) * | 2007-08-21 | 2009-03-05 | Ford Global Technologies Llc | 自動車用電力変換システム |
| JP2016101073A (ja) * | 2014-11-26 | 2016-05-30 | トヨタ自動車株式会社 | 電力変換装置 |
| JP2019118227A (ja) * | 2017-12-27 | 2019-07-18 | トヨタ自動車株式会社 | 制御装置 |
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- 2002-12-18 JP JP2002366142A patent/JP2004201400A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060307 |