JP2019170044A - システム - Google Patents

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Abstract

【課題】２つのインバータの動作の制御により各種の要求に応える。【解決手段】制御部２４は、前記モータの出力要求に対し、対応する励磁電圧指令ｖｄおよびトルク電圧指令ｖｑから構成されるモータ電圧ベクトルを算出し、得られたモータ電圧ベクトルを維持しつつ、前記第１インバータの出力についての第１励磁電圧指令ｖｄ１および第１トルク電圧指令ｖｑ１から構成される第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および前記第２インバータの出力についての第２励磁電圧指令ｖｄ２および第２トルク電圧指令ｖｑ２から構成される第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）の両方を変更して、任意の比率で分配することが可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、２つの電源と、２つのインバータを有し、２つのインバータの出力で１つのモータを駆動するシステムに関する。
特許文献１には、２つの電源と、２つのインバータを有し、２つのインバータの出力で１つのモータを駆動するモータシステムが開示されている。このシステムでは、スター結線のモータの各相について、直列接続した２つの巻線で構成し、一方のインバータを各相の巻線端に接続し、他方のインバータを巻線同士の中間点に接続する。従って、一方のインバータからの出力で、直列接続した２つの巻線（第１の駆動巻線）を使用してモータを駆動し、他方のインバータからの出力で中間点から内側の巻線（第２駆動巻線）を使用してモータを駆動することができる。
また、特許文献２には、電池と燃料電池の２つの電源と、これら電源にそれぞれ接続される２つのインバータを有し、１つのモータの３相のコイルの両端に２つのインバータの出力をそれぞれ接続するシステムが示されている。このシステムでは、電池と燃料電池の中点電圧を同一にしつつ、２つのインバータを独立して制御することで、電池の出力を変更して燃料電池の出力を変更することなくモータの出力を要求に見合ったものにしている。
特開２０００−３２４８７１号公報 特開２０００−１２５４１１号公報
特許文献１は、第２駆動巻線を構成する内側の巻線を第１駆動巻線において使用するが、基本的に２つの独立した駆動巻線を利用するものである。そして、モータの出力トルク要求を、モータ損失が少なくなるように、第１駆動巻線によるモータ出力トルクと、第２駆動巻線によるモータ出力トルクとに分配している。しかしながら、２つの電源と２つのインバータをどのように使用すればよいかについて明確な記載はない。従って、２つの電源と２つのインバータをどのように制御すれば、効果的なシステムが構築できるかが明確でない。
特許文献２は、燃料電池はその出力を容易に変更できないため、モータの出力トルク要求と、燃料電池によるモータ出力トルクの差分を電池によるモータ出力に割り当てている。従って、２つの電源と２つのインバータの使用に自由度がなく、効果的なシステムを構築することは難しい。
本発明に係るシステムは、第１電源からの直流電力を交流電力に変換する第１インバータと、第２電源からの直流電力を交流電力に変換する第２インバータと、前記第１インバータおよび第２インバータからの交流電力によって駆動されるモータと、前記モータの出力要求に対し、対応する励磁電圧指令ｖｄおよびトルク電圧指令ｖｑから構成されるモータ電圧ベクトルを算出し、得られたモータ電圧ベクトルを維持しつつ、前記第１インバータの出力についての第１励磁電圧指令ｖｄ１および第１トルク電圧指令ｖｑ１から構成される第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および前記第２インバータの出力についての第２励磁電圧指令ｖｄ２および第２トルク電圧指令ｖｑ２から構成される第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）の両方を変更して、任意の比率で分配することが可能な制御部と、を含む。
また、前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）と、の大きさを変更するとよい。
前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）のいずれか一方の正負を前記モータ電圧ベクトルの正負に対し反対とするとよい。
また、前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルと、前記第２インバータ電圧ベクトルの少なくとも一方の位相を変更するとよい。
また、前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルと、前記第２インバータ電圧ベクトルの位相をモータ電流の位相を基準に算出するとよい。
また、前記第１電源および前記第２電源は、蓄電装置で構成されており、前記制御部は、前記第１電源と前記第２電源の充電状態に応じて、充電状態の低い電源の出力を小さくするか、または充電状態の高い電源への充電を制限するように、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）と、の大きさを変更するとよい。
また、前記制御部は、前記第１インバータと前記第２インバータの温度に応じて、温度の高いインバータの出力を制限するように、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）と、の大きさを変更するとよい。
また、前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルと、前記第２インバータ電圧ベクトルの大きさまたは位相を変更することで、モータ電流の形状を変更するとよい。
また、前記第１インバータおよび前記第２インバータは、ＰＷＭによりモータ電流を制御し、前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルおよび前記第２インバータ電圧ベクトルの位相を変更することで、インバータのスイッチングにおけるデッドタイム区間と、モータ電流の０クロスの位置をずらすとよい。
また、前記第１電源および前記第２電源は、蓄電装置で構成されており、前記制御部は、前記第１電源と第２電源の充電状態に応じて、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶと、の大きさまたは位相を変更するとよい。
また、前記制御部は、第１電源および前記第２電源の温度に応じて、温度の高い電源の出力を制限するように、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）との大きさまたは位相を変更するとよい。
また、本発明は、複数の電源と、複数のインバータを含むシステムであって、各インバータから電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ）を合成したモータ電圧ベクトルＶを維持しつつ、各インバータにからのそれぞれの電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ）に任意の比率で分配することが可能な制御部を含む。
本発明によれば、モータの出力についてのモータ電圧ベクトルを、第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）に任意の比率で分配することができる。従って、モータの駆動についての自由度が大きく、モータの出力を要求通りに維持しつつ、２つのインバータの動作を変更して、電源間の電力の移動や、騒音の防止など各種の要求に応えることができる。
実施形態に係るシステムの全体構成を示す図である。 制御部２４の構成を示す図である。 インバータのスイッチング波形（分配比５０：５０）を示す図であり、（ａ）は第１インバータの上スイッチング素子、（ｂ）は対応する第２インバータの下スイッチング素子の波形である。 モータの１相の印加電圧と対応する電流の波形を示す図である。 電圧ベクトルの分配を説明する図であり、（ａ）は１インバータの場合、（ｂ）は２インバータで異なる大きさで分配した場合を示す。 インバータのスイッチング波形（分配比６０：４０）を示す図であり、（ａ）は第１インバータの上スイッチング素子、（ｂ）は対応する第２インバータの下スイッチング素子の波形である。 電圧ベクトルの分配を説明する図であり、（ａ）は力行で分配比同一の場合、（ｂ）は力行で分配比が異なる場合、（ｃ）は回生で分配比同一の場合、（ｄ）は回生で分配比が異なる場合を示す。 電圧ベクトルの分配を説明する図であり、力行状態で１つの電圧ベクトルを回生とした場合を示す。 電圧ベクトルの分配を説明する図であり、回生状態で１つの電圧ベクトルを力行とした場合を示す。 電圧ベクトルの分配を説明する図であり、（ａ）２つのインバータで一方の出力は励磁成分（ｄ軸）のみ、他方の出力はトルク成分（ｑ軸）のみとした場合、（ｂ）は一方の出力の位相を電流ベクトルと一致させ、他方の出力は励磁成分のみとした場合、（ｃ）は一方の出力の位相を電流ベクトルと一致させ、他方の出力は残りの励磁成分及びトルク成分とした場合を示す。 ＳＯＣと電池に対する入出力の関係を示す図であり、（ａ）は両電池ともＳＯＣが中程度の場合、（ｂ）は一方の電池のＳＯＣが低い場合、（ｃ）は一方の電池のＳＯＣが高い場合を示す。 温度と電池に対する入出力の関係を示す図であり、（ａ）は両電池とも通常の温度の場合、（ｂ）は一方の電池の温度が高い場合を示す。 ２つの電池のＳＯＣを平均化する場合を示す図であり、（ａ）一方回生、他方力行の場合、（ｂ）は一方回生、他方なしの場合、（ｃ）は一方力行（小）、他方力行（大）の場合、（ｄ）は一方なし、他方力行の場合を示す。 騒音の周波数分析結果を示す図であり、（ａ）は２つのインバータで電圧ベクトルを５０：５０で分けた場合、（ｂ）は６０：４０で分けた場合、（ｃ）は第１インバータ１２のインバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）の位相を電流ベクトルと一致させた場合を示す。 第１および第２電池の電流リプルを示す図であり、（ａ），（ｂ）は２つのインバータでインバータ電圧ベクトルを５０：５０で分けた場合、（ｃ），（ｄ）は第１インバータの電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）の位相を電流ベクトルと一致させた場合を示す。 デッドタイムにおける電流の方向を示す図であり、（ａ）は下スイッチング素子がオフした場合、（ｂ）は上スイッチング素子がオフした場合を示す。 デッドタイムにおける電流によって、印加電圧にうねりが生じた状態を示す図であり、（ａ）は正常の場合、（ｂ）はうねり発生の場合を示す。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
「システム構成」
図１は、一実施形態に係るシステムの構成を示す図である。モータ１０は３相のモータであり、３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗを有している。各コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗは、リアクトル成分、抵抗成分、誘起電力（逆起電力）成分からなるため、図においてはこれらを直列接続したものとして示している。なお、システムは車両に搭載され、モータ１０は車両走行の駆動力を発生するモータであることを想定している。
３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの一端には、直流電力を交流電力に変換する第１インバータ１２が接続され、３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの他端には、第２インバータ１４が接続されている。また、第１インバータ１２には、第１コンデンサ１６および第１電池１８が並列接続され、第２インバータ１４には、第２コンデンサ２０および第２電池２２が並列接続されている。この例では、第１および第２電源として、第１および第２電池１８，２２を採用しているが、キャパシタなどの蓄電装置を採用してもよい。
第１インバータ１２、第２インバータ１４の構成は同一であり、２つのスイッチング素子が直列接続された３つ（３相）のアームを有し、各相のアームの中点が対応する相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗにそれぞれ接続されている。従って、力行の際には、第１電池１８からの電力が第１インバータ１２を介しモータ１０に供給され、回生（発電）の際にはモータ１０からの電力が第１インバータ１２を介し第１電池１８に供給される。また、第２インバータ１４、第２電池２２もモータ１０と同様の電力のやり取りを行う。
スイッチング素子は、ＩＧＢＴなどのトランジスタと、逆流ダイオードが並列接続されたものであり、上側トランジスタをオンすることで対応するコイルに向けて電流が流れ、下側トランジスタをオンすることで対応相のコイルから電流が引き抜かれる。
そして、制御部２４が電池情報、モータ情報、車両情報などに基づき、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチング信号を作成し、これらのスイッチングを制御する。
「制御部の構成」
図２には、制御部２４の構成が示されている。車両制御部３０には、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作量、車速など車両走行についての情報、第１電池１８および第２電池２２の充電状態（ＳＯＣ１，ＳＯＣ２）、温度（Ｔ１，Ｔ２）などの電池情報が供給される。なお、道路状況や、目的地などのナビゲーション情報なども車両制御部３０に供給されるとよい。
そして、車両制御部３０は、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作量などから、モータ１０の出力要求（目標出力トルク）についてのトルク指令を算出する。
算出されたトルク指令は、モータ制御ブロック３２の電流指令生成部３４に供給される。電流指令生成部３４は、トルク指令に基づいて、モータ１０のベクトル制御における目標となる電流指令であるｄ軸、ｑ軸電流ｉｄｃｏｍ，ｉｑｃｏｍを算出する。３相／２相変換部３６には、第１コンデンサ１６、第２コンデンサ２０のコンデンサ電圧ＶＨ１，ＶＨ２、モータ１０のロータ回転角θ、現在の各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが供給される。３相／２相変換部３６は、検出された各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ，ｉｑに変換する。電流指令生成部３４からの目標となる電流指令（ｄ軸、ｑ軸電流）ｉｄｃｏｍ，ｉｑｃｏｍと、３相／２相変換部３６からの現在のｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ，ｉｑは、ＰＩ制御部３８に供給され、電圧ベクトル（ｄ軸励磁電圧指令ｖｄ、ｑ軸トルク電圧指令ｖｑ）が算出される。ＰＩ制御部３８は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御などのフィードバック制御により電圧指令（モータ電圧ベクトルＶ（ｖｄ，ｖｑ））を算出する。なお、予測制御などのフィードフォワード制御を組み合わせてもよい。
算出されたモータ電圧ベクトルＶ（電圧指令ｖｄ，ｖｑ）は、分配部４０に供給される。分配部４０は、モータ電圧ベクトルＶ（電圧指令ｖｄ，ｖｑ）を、第１インバータ１２用の第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）（電圧指令ｖｄ１，ｖｑ１）と、第２インバータ１４用の第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）（電圧指令ｖｄ２，ｖｑ２）に分配する。なお、分配部４０の分配については後述する。
分配部４０からの電圧指令ｖｄ１，ｖｑ１は２相／３相変換部４２に供給され、ここで第１インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に変換されて出力され、電圧指令ｖｄ２，ｖｑ２は、２相／３相変換部４４に供給され、ここで第２インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２に変換されて出力される。なお、電流指令生成部３４、３相／２相変換部３６、ＰＩ制御部３８、分配部４０、２相／３相変換部４２，４４がモータ制御ブロック３２に含まれる。
２相／３相変換部４２からの第１インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は第１インバータ制御部４６に供給され、第２インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２は、第２インバータ制御部４８に供給される。第１インバータ制御部４６には、ロータ回転角θ、第１インバータ入力電圧ＶＨ１が供給されており、ＰＷＭキャリア（三角波）と電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の比較によって第１インバータ１２におけるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第１インバータ１２に供給する。第２インバータ制御部４８も同様にして、第２インバータ１４におけるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第２インバータ１４に供給する。
このようにして、制御部２４からの信号によって、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチングが制御され、これらの出力が合計され、所望の電流がモータ１０に供給される。
「スイッチング波形」
図３（ａ），（ｂ）には、第１インバータ制御部４６、第２インバータ制御部４８におけるスイッチング信号の生成について示してある。この例で、図３（ａ）は、上側が第１インバータ１２のｕ相上スイッチング素子のための電圧指令Ｖｕ１と三角波の比較を示し、下側が比較結果によるスイッチング波形を示している。図３（ｂ）は、第２インバータ１４のｕ相下スイッチング素子についてのもので、図３（ａ）と同一の波形になっている。このようなスイッチングによって第１インバータ１２のｕ相上スイッチング素子から、モータ１０のｕ相コイル１０ｕを介し、第２インバータ１４のｕ相下スイッチング素子に電流が流れる。なお、第１インバータ１２のｕ相下スイッチング素子、第２インバータ１４のｕ相上スイッチング素子のスイッチング波形は、基本的に図３（ａ），（ｂ）の反転である。また、モータ１０のｕ相コイル１０ｕ、ｖ相コイル１０ｖ、ｗ相コイル１０ｗに互いに１２０°位相が異なる電流が流れるように、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチングが制御される。なお、この例は、電圧指令値が継続して三角波を上回る期間が存在し、過変調ＰＷＭ制御になっている。
「モータ電圧、電流」
図４（ａ）には、モータ１０の１相に対する印加電圧、図４（ｂ）には、モータ電流（相電流）を示してある。モータ１０の各相に印加される電圧は、モータ１０の作り出す誘起電圧（逆起電圧）、第１および第２インバータ１２，１４の出力電圧（スイッチング素子のオンオフにより出力される電圧）から形成される。すなわち、図３（ａ），（ｂ）に示すようなスイッチング信号によって、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチング素子がオンオフされ、第１インバータ１２から第２インバータ１４に流れる電流のための一方向の電圧がモータ１０の１相に印加される。そして、相電流は、印加される電圧に依存するため、図４（ａ）のような電圧印加によって、モータ１０の１相において、図４（ｂ）のような相電流が流れる。
なお、相電流の形状、リプルは、印加される電圧に依存する。例えば、ＰＷＭ制御のキャリア（三角波）の周波数が低ければ、リプルは大きくなる。
「２つのインバータにおける出力の分配」
図２における分配部４０は、上位の制御部である車両制御部３０から供給される各種情報（分配用情報）や、第１および第２インバータ１２，１４の動作状態を示すインバータ情報などに基づいて、モータ電圧ベクトルの第１および第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ（ＩＮＶ２）に任意の比率で分配する。この任意の比率での分配は、モータ電圧ベクトルを維持しつつ、２つのインバータ電圧ベクトルに分配することで、大きさの変更、位相の変更、正負の変更を含む。
＜出力の分配比率の変更＞
図５（ａ）には、１つのインバータによる通常のモータ駆動の際の電圧、電流のベクトル制御について示してある。モータの出力要求に応じて、モータ電圧ベクトルＶ（ｄ軸電圧ｖｄ、ｑ軸電圧ｖｑ）、モータ電流ベクトルＩ（ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ）が決定される。そして、モータ電圧×モータ電流が出力（電力）になる。
ここで、本実施形態のシステムでは、第１インバータ１２、第２インバータ１４の２つのインバータを有している。従って、２つのインバータからの出力を均等にしないこともできる。図５（ｂ）では、第１インバータ１２の出力についての電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）（第１インバータ電圧ベクトル）と、第２インバータの出力についての電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）（第２インバータ電圧ベクトル）について、その位相は変更せず大きさを異ならせている。この場合、モータ１０の出力（電力）に変化はないが、第１インバータ１２と、第２インバータ１４におけるスイッチング信号の形状（波形）が変化する。なお、第１および第２インバータ１２，１４の出力のｄ軸成分をｖｄ（ＩＮＶ１），ｖｄ（ＩＮＶ２）とすると、ｄ軸成分ｖｄ＝ｖｄ（ＩＮＶ１）＋ｖｄ（ＩＮＶ２）であり、ｑ軸成分ｖｑ＝ｖｑ（ＩＮＶ１）＋ｖｑ（ＩＮＶ２）である。
図６には、図５（ｂ）において、電力の分配比率を６０：４０とした場合のスイッチング信号の波形を示してある。図６（ａ）が６０％、図６（ｂ）が４０％である。この例では、電圧指令が大きく、図６（ａ）では、矩形波制御となっている。図６（ｂ）では、スイッチング回数が多くなっている。
図５（ｂ）に示すように、２つのインバータ出力である、電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつ、分配の比率を変更することで、図６に示すように、スイッチング信号の波形が変化する。従って、モータ１０への相電圧の形状が変化し、またスイッチング回数が増減しパルス幅も変化する。
また、第１および第２インバータ１２，１４における出力や、損失も変化し、第１および第２インバータ１２，１４において発生する熱も変化する。さらに、相電圧の形状が変化すると、相電流の形状も変化することになり、発生する音、電池電流も変化する。
このように、モータ電圧ベクトルについて、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルに任意の比率で分配することで、システムに対する要求に応えることが可能となる。
＜電圧ベクトルの大きさの変更＞
図７（ａ）、（ｂ）には、力行状態（エネルギー消費状態）において、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつその大きさを変更した場合が示してある。図７（ａ）は、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさを同一とし、等分に分配しているが、図７（ｂ）では、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を大きく、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を小さくしている。これによって、第１インバータ１２の負担が大きく、第２インバータ１４の負担が小さくなる。また、上述したようにスイッチング波形なども両者で異なる。
図７（ｃ）、（ｄ）には、回生状態（エネルギー回収状態）において、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつその大きさを変更した場合が示してある。図７（ｃ）は、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさを同一としているが、図７（ｄ）では、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を大きく、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を小さくしている。これによって、第１インバータ１２の負担が大きく、第２インバータ１４の負担が小さくなる。また、上述したようにスイッチング波形なども両者で異なることになる。
なお、図７、その他の図において、ベクトルが重なる場合には、適宜ずらして、見やすくしている。
＜電圧ベクトルの正負（符号）を変更＞
モータ電圧ベクトルＶは変更せずに、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ（ＩＮＶ２）のいずれかの正負を変更することも可能である。
図８では、電圧ベクトルＶに対し、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を所定量大きくし、その分第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を回生側にする。これによって、２つのインバータの一方では、エネルギー消費状態、他方ではエネルギーの流入状態となる。この例では、電圧ベクトルＶ（力行状態）は変更することなく、第２インバータ１４において、発電して第２電池２２を充電することができる。
図９では、回生状態において、その電圧ベクトルＶに対し、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を回生側で所定量大きくし、その分第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を力行側にする。これによって、電圧ベクトルＶ（回生状態）は変更することなく、第２インバータ１４において、力行状態としてエネルギーを消費する。
＜電圧ベクトルの位相の変更＞
第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）の位相を変更することもできる。これによって、２つのインバータからの出力における力率が変更される。
図１０（ａ）では、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）をｑ軸電圧のみ、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）をｄ軸電圧のみとして、電圧ベクトルＶ、電流ベクトルを維持しつつ、２つのインバータの役割分担を変更している。
図１０（ｂ），（ｃ）では、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）の位相を電流ベクトル位相に合致させている。そして、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を電圧ベクトルＶとの差分とすることで、電圧ベクトル、電流ベクトルを維持しつつ、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶの位相を電流ベクトルの位相と同じにしている。
例えば、第１インバータ１２と、第２インバータ１４とで効率が異なり、第１インバータ１２を利用した方が効率がよい場合には、図１０（ｂ）、（ｃ）のように、第１インバータ１２の電圧ベクトルと電流ベクトルの位相を一致させて第１インバータ１２による駆動の力率を向上させ、トータルとしての効率を上昇できる場合もある。
このように、２つのインバータからの電圧ベクトルの位相を変更することで、これら出力における力率が変化し、電圧ベクトルの大きさの変化も合わせて、電力も変化させることが可能である。
＜電池の入出力要件＞
図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、第１電池１８、第２電池２２の充電状態（ＳＯＣ）が（中）、（低）、（高）の状態をそれぞれ示してある。
（ａ）では、ＳＯＣは中程度であり、第１電池１８、第２電池２２の両方とも出力および入力を許可し通常の使用をする。
（ｂ）では、ＳＯＣが低く、特に第１電池１８のＳＯＣが低い。このような状態では、第１電池１８の出力を制限（電圧ベクトルを小さくまたは０にする）する。例えば、回生状態の場合にのみ第１インバータ１２を動作させ、第１電池を充電する。そして、モータ１０の駆動は第２インバータ１４からの電力で行う。また、力行状態であっても、第２インバータ１４からの出力をモータ１０の出力より大きくして、第１インバータ１２を回生状態とすることも好適である。
（ｃ）では、ＳＯＣが高く、特に第２電池２２のＳＯＣが高い。このような状態では、第２電池２２への入力を制限（電圧ベクトルを小さくまたは０にする）する。例えば、力行状態の場合にのみ第２インバータ１４を動作させ、第２電池２２を放電する。また、回生状態において、第１インバータ１２での回生電力をモータ１０の回生電力より大きくして、第２インバータ１４をエネルギー消費状態とすることも好適である。
＜温度条件＞
図１２（ａ）、（ｂ）には、第１電池１８、第２電池２２の温度状態が（通常）、（高温）の状態をそれぞれ示してある。
（ａ）では、温度は通常であり、第１電池１８、第２電池２２の両方とも出力および入力を許可し、通常の使用をする。
（ｂ）では、第１電池１８の温度が高い。このような状態では、第１電池１８の入出力を制限（電圧ベクトルを小さくまたは０にする）する。例えば、第２インバータ１４のみを用い、第２電池２２からの電力でモータ１０を運転する。
なお、第１および第２インバータ１２，１４のいずれか一方が高温の時には、高温の電池と同様に高温のインバータの使用を制限することが好適である。
＜パワー要求要件など＞
車両に搭載され、車両走行のために用いるシステムでは、アクセル、ブレーキの操作状態に応じてモータ１０の要求トルク（パワー要求）などが決定される。また、第１および第２電池１８，２２のＳＯＣに応じて、充電要求なども発生する。
本実施形態では、第１および第２電池１８，２２を有しており、両電池のＳＯＣに差が生じる場合がある。そのような場合には、上述したような電圧ベクトルの変更によって、第１および第２電池１８，２２のＳＯＣを平均化することが好適である。なお、力行または回生の要求が非常に大きい場合には、両者力行、両者回生としてもよい。
図１３（ａ）では、第１電池１８のＳＯＣが低く、第２電池２２のＳＯＣが高い。このような状態では、車両に対する要求が力行であっても、回生であっても、第１インバータ１２の出力を回生、第２インバータ１４の出力を力行とする。これによって、第１および第２電池１８，２２のＳＯＣが平均化される。
図１３（ｂ）では、第１電池１８のＳＯＣが低く、第２電池２２のＳＯＣが高い。このような状態では、車両に対する要求が回生であった場合、第１インバータ１２の出力を回生とし、第２インバータ１４の使用を停止する。これによって、第１および第２電池１８，２２のＳＯＣが平均化される。
図１３（ｃ）では、第１電池１８のＳＯＣが中程度であるが、第２電池２２のＳＯＣの方が高い。このような状態では、車両に対する要求が力行であった場合、第１インバータ１２の出力を比較的小さな出力の力行とし、第２インバータ１４の出力を比較的大きな出力の力行とする。これによって、第１および第２電池１８，２２のＳＯＣが平均化される。
図１３（ｄ）では、第１電池１８のＳＯＣが中程度であるが、第２電池２２のＳＯＣの方が高い。このような状態では、車両に対する要求が力行であった場合、第１インバータ１２の使用を停止し、第２インバータ１４の出力を力行とする。これによって、第１および第２電池１８，２２のＳＯＣが平均化される。
＜効率要件＞
第１および第２電池１８，２２が異なるものの場合、同じ電圧ベクトルとしても、損失が異なる場合がある。このような場合には、２つのインバータからの出力について、各動作点での損失をあらかじめ求めて記憶しておくとよい。そして、１つの電圧ベクトルＶを２つの電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ（ＩＮＶ２）に分配する場合の損失を計算し、損失の少ない方の電圧ベクトルが大きくなるように分配することが好適である。
また、上述したように、電流ベクトルと位相がそろった場合には、力率が上昇する。そこで、一方の電圧ベクトルを電流ベクトルと一致させ、この比率を大きくして、力率の高い状態で動作させることも好適である。
＜騒音抑制要件＞
ＰＷＭキャリアによるモータ電流のリプルに基づいて、騒音が発生する場合がある。これは、リプルが特定の周波数に集中することによる。
第１および第２インバータの電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）、Ｖ(ＩＮＶ２）の大きさの分配比率を変えたり、位相を変更することで、インバータにおけるスイッチング位置が変化する。これによって、モータ１０の３相電流の形状が変化する。このため、リプルの周波数が分散して騒音を抑制することができる。
図１４（ａ）は２つのインバータで電圧ベクトルを５０：５０で分けた場合（図５（ａ））、図１４（ｂ）は６０：４０で分けた場合、図１４（ｃ）は第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）の位相を電流ベクトルと一致させた場合（図１０（ｂ））の騒音のＦＦＴ（高速フーリエ変換）による周波数分析結果である。このように、図１４（ａ）のように２つのインバータについて同一の動作をさせた場合に、高いピークが多くなっている。従って、分配比率、位相を変更することで騒音が抑制できる。
＜電池電流リプル＞
モータ電流についてのリプルが大きければ、第１および第２電池１８，２２の電池電流についてのリプルも大きくなる可能性がある。特に、第１および第２電池１８，２２には、第１および第２コンデンサ１６，２０が並列接続されており、ＬＣ共振回路が形成され、リプルの周波数が共振周波数と一致すると、電池電流のリプルが大きくなる。
図１５（ａ），（ｂ）は２つのインバータで電圧ベクトルを５０：５０で分けた場合（図５（ａ））、図１５（ｃ），（ｄ）は第１インバータの電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）の位相を電流ベクトルと一致させた場合（図１０（ｂ））における第１および第２電池１８，２２の電流リプルを示している。
このように、分配を変更することで、電流リプルの周波数を変更することができ、電流リプルの周波数を共振周波数と異ならせることができる。
＜制御要件＞
車両において、各種の要求に応じて、モータ１０の出力について制限がかかる場合がある。例えば、電池の劣化状態が進んだ場合に、大出力が禁止される。このような要求に応じて、２つのインバータ出力の電圧ベクトルの分配を見直したり、電圧ベクトルについて上限を制限するなどの制御が行うとよい場合がある。また、モータ出力自体の上下限を設定して、電圧ベクトルを決定することも好適である。
＜エネルギー余剰＞
長い下り坂を走行するような場合、回生電力が余剰となる場合もある。例えば、一方の電池がほぼ満充電状態であり、他方の電池に余裕があれば、他方のインバータにより大きな回生を行い、一方のインバータを力行状態としてＳＯＣを下げることができる。この場合、必要な回生ブレーキを維持することが好適である。また、このようなモータ駆動は効率が比較的悪く、従ってエネルギーを捨てることも可能である。
＜故障時＞
本実施形態では、第１および第２電池１８，２２のいずれか、第１および第２インバータ１２，１４のいずれかが故障した場合、故障した側のインバータからモータ１０への電力供給ができなくなる。このような場合、故障していない側の電池、インバータを用いて走行するとよい。例えば、第２電池２２が故障した場合に、第１インバータ１２により第１電池１８からの電力でモータ１０を駆動すればよい。
十分な駆動力が得られなくとも、道路わきへの退避走行などは十分に行える。
＜電流０クロス回避＞
ＰＷＭ制御では、上スイッチング素子と下スイッチング素子の両方が同時にオンすることを防止するために、スイッチングタイミングにおいて所定のデッドタイム区間を設けている。ここで、デッドタイム区間に、相電流の０クロスのタイミングが入り、これが所定の周期で繰り返される場合がある。
このようなデッドタイム区間における電流０クロスの場合、デッドタイム区間中の電圧ベクトルが電流の向きに依存し、実際の電圧の印加量がランダムに変わってしまう。
例えば、下スイッチング素子がオンしている状況で、デッドタイム区間に入り、上下スイッチング素子がオフすると、図１６（ａ）に示すように、上スイッチング素子のダイオードがオンして、モータからの電流がインバータの正側に流れる。従って、モータコイル端の電圧はインバータの正側電圧であるＶＨとなる。一方、上スイッチング素子がオンしている状況で、デッドタイム区間に入り、上下スイッチング素子がオフすると、図１６（ｂ）に示すように、下スイッチング素子のダイオードがオンして、ＧＮＤからモータへ電流が流れる。従って、モータコイル端の電圧はＧＮＤとなる。
例えば、モータ電流に変化がない状況では、スイッチングのタイミングも変化がなく、デッドタイム区間に相電流の０クロスのタイミングがある場合、図１６（ａ），（ｂ）がランダムに発生することになる。これによって、図１７に示すように、モータコイル（相コイル）への印加電圧にうねりが生じる。
そこで、電圧ベクトルの位相を意図的に変更することにより、電流０クロスのタイミングとの位置関係を変化させ、デッドタイム区間における電流０クロスのタイミングが重ならないようにすることが好適である。
例えば、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を変更することで、相電流との位置関係が変化する。従って、電流０クロスのタイミングをずらして、デッドタイム区間から外すことが可能になる。
「その他の構成」
図２において、モータ制御ブロック３２は、上位の制御部となる車両制御部３０と別の構成とした。しかし、車両制御部３０がモータ制御ブロック３２の機能を実施してもよい。また、モータ制御ブロック３２を下位のマイコンで構成してもよい。さらに、モータ制御ブロック３２の一部または全部をハードで構成してもよい。
モータ制御ブロック３２を複数のＣＰＵで構成することができ、この場合機能を各ＣＰＵに分けて実施するとよい。また、複数ＣＰＵで構成する場合、各ＣＰＵが処理全体を実施できるように構成してもよい。
上述の実施形態では、２電源２インバータとしたが、３以上の電源、３以上のインバータを持つシステムとし、トータル電圧に基づいて複数のインバータを制御してもよい。
２電源２インバータシステムで、トータル電圧に基づいて、２つのインバータを制御してもよいが、２電源２インバータシステムで、トータル電圧に基づいて、２つのＣＰＵを用いて、インバータを制御することも好適である。このような構成によれば、１つのＣＰＵが故障しても他のＣＰＵのみでモータ駆動が可能となる。
１０ モータ、１２ 第１インバータ、１４ 第２インバータ、１６，２０ コンデンサ、１８ 第１電池、２２ 第２電池、２４ 制御部、３０ 車両制御部、３２ モータ制御ブロック、３４ 電流指令生成部、３６ ３相／２相変換部、３８ ＰＩ制御部、４０ 分配部、４２，４４ ２相／３相変換部、４６ 第１インバータ制御部、４８ 第２インバータ制御部。

Claims (12)

  1. 第１電源からの直流電力を交流電力に変換する第１インバータと、
    第２電源からの直流電力を交流電力に変換する第２インバータと、
    前記第１インバータおよび第２インバータからの交流電力によって駆動されるモータと、
    前記モータの出力要求に対し、対応する励磁電圧指令ｖｄおよびトルク電圧指令ｖｑから構成されるモータ電圧ベクトルを算出し、得られたモータ電圧ベクトルを維持しつつ、前記第１インバータの出力についての第１励磁電圧指令ｖｄ１および第１トルク電圧指令ｖｑ１から構成される第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および前記第２インバータの出力についての第２励磁電圧指令ｖｄ２および第２トルク電圧指令ｖｑ２から構成される第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）の両方を変更して、任意の比率で分配することが可能な制御部と、
    を含むシステム。
  2. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）と、の大きさを変更する、
    システム。
  3. 請求項２に記載のシステムであって、
    前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）のいずれか一方の正負を前記モータ電圧ベクトルの正負に対し反対とする、
    システム。
  4. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルと、前記第２インバータ電圧ベクトルの少なくとも一方の位相を変更する、
    システム。
  5. 請求項４に記載のシステムであって、
    前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルと、前記第２インバータ電圧ベクトルの位相をモータ電流の位相を基準に算出する、
    システム。
  6. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記第１電源および前記第２電源は、蓄電装置で構成されており、
    前記制御部は、前記第１電源と前記第２電源の充電状態に応じて、充電状態の低い電源の出力を小さくするか、または充電状態の高い電源への充電を制限するように、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）と、の大きさを変更する、
    システム。
  7. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記制御部は、前記第１インバータと前記第２インバータの温度に応じて、温度の高いインバータの出力を制限するように、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）と、の大きさを変更する、
    システム。
  8. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルと、前記第２インバータ電圧ベクトルの大きさまたは位相を変更することで、モータ電流の形状を変更する、
    システム。
  9. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記第１インバータおよび前記第２インバータは、ＰＷＭによりモータ電流を制御し、
    前記制御部は、前記第１インバータ電圧ベクトルおよび前記第２インバータ電圧ベクトルの位相を変更することで、インバータのスイッチングにおけるデッドタイム区間と、モータ電流の０クロスの位置をずらす、
    システム。
  10. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記第１電源および前記第２電源は、蓄電装置で構成されており、
    前記制御部は、前記第１電源と第２電源の充電状態に応じて、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶと、の大きさまたは位相を変更する、
    システム。
  11. 請求項１に記載のシステムであって、
    前記制御部は、第１電源および前記第２電源の温度に応じて、温度の高い電源の出力を制限するように、前記第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）と、前記第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）との大きさまたは位相を変更する、
    システム。
  12. 複数の電源と、複数のインバータを含むシステムであって、
    各インバータから電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ）を合成したモータ電圧ベクトルＶを維持しつつ、各インバータにからのそれぞれの電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ）に任意の比率で分配することが可能な制御部を含む、
    システム。
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