JP6369350B2

JP6369350B2 - Electric motor control system

Info

Publication number: JP6369350B2
Application number: JP2015030922A
Authority: JP
Inventors: 雅哉加地
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: JP2016152764A

Description

本発明は、複数の電力変換器を備えた電動機制御システムに関する。 The present invention relates to an electric motor control system including a plurality of power converters.

電源電力をモータ駆動に適した電力に変換する電動機制御装置が知られている。典型的な電動機制御装置は、インバータを含む。電動機制御装置は、電圧コンバータを含むこともある。以下では、インバータや電圧コンバータなど、電力変換に関する装置を「電力変換器」（ＰｏｗｅｒＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）と総称する。後に詳しく説明するが、本明細書では、複数の電力変換器を備えた電動機制御装置を特に電動機制御システムと称する。 There is known an electric motor control device that converts power supply power into electric power suitable for driving a motor. A typical motor controller includes an inverter. The motor control device may include a voltage converter. Hereinafter, devices related to power conversion, such as inverters and voltage converters, are collectively referred to as “power converters”. As will be described in detail later, in this specification, an electric motor control device including a plurality of power converters is particularly referred to as an electric motor control system.

電力変換器はスイッチング素子を含む。スイッチング素子がオンした瞬間、及び、オフした瞬間に高電圧が発生する。その高電圧はサージ電圧と呼ばれている。複数のスイッチング素子を備える電動機制御装置では、２個以上のスイッチング素子のオンするタイミング、あるいは、オフするタイミングが重なると、２個以上のスイッチング素子のサージ電圧が重なって瞬間的により大きな電圧が発生することがある。大きなサージ電圧は、電子部品にダメージを与える虞がある。特許文献１には、複数のスイッチング素子のオンするタイミングをずらしてサージ電圧の重畳を防止する技術が開示されている。 The power converter includes a switching element. A high voltage is generated at the moment when the switching element is turned on and at the moment when it is turned off. The high voltage is called a surge voltage. In an electric motor control device including a plurality of switching elements, when two or more switching elements turn on or turn off, the surge voltage of two or more switching elements overlaps to generate a larger voltage instantaneously. There are things to do. A large surge voltage may damage electronic components. Patent Document 1 discloses a technique for preventing the surge voltage from overlapping by shifting the turn-on timings of a plurality of switching elements.

国際公開第２００５／０８１３８９号公報International Publication No. 2005/081389

ところで、電動機制御装置の中には、相互に接続された複数の電力変換器を備えるものがある。例えば、直流電力を昇圧する電圧コンバータと昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータを備える電動機制御装置や、複数の電動機の夫々に交流電力を供給する複数のインバータを備える電動機制御装置などである。特許文献１の技術は、サージ電圧の重畳を防止するものであるが、動作させる電力変換器の数が増えると、スイッチング素子のオン（オフ）するタイミングをずらす制御が複雑化し、サージ電圧の重畳を防止することが困難になる虞がある。他方、スイッチング速度を下げればサージ電圧は抑制されるが、スイッチング速度を下げるとスイッチング損失が大きくなる。本明細書では、複数の電力変換器が相互に接続されている電動機制御装置を電動機制御システムと称する。本明細書は、複数の電力変換器が接続された電動機制御システムに着目し、複数のスイッチング素子が同時に発するサージ電圧が重畳したときのトータルのサージ電圧の抑制と、スイッチング損失の抑制の両立を図る技術を提供する。 Incidentally, some motor control devices include a plurality of power converters connected to each other. For example, in a motor control device including a voltage converter that boosts DC power and an inverter that converts the boosted DC power into AC power, a motor control device including a plurality of inverters that supply AC power to each of a plurality of motors, etc. is there. The technique of Patent Document 1 prevents surge voltage superposition. However, as the number of power converters to be operated increases, control for shifting the timing of turning on (off) switching elements becomes complicated, and surge voltage superposition is performed. It may be difficult to prevent this. On the other hand, if the switching speed is lowered, the surge voltage is suppressed, but if the switching speed is lowered, the switching loss increases. In this specification, an electric motor control device in which a plurality of power converters are connected to each other is referred to as an electric motor control system. This specification pays attention to the motor control system to which a plurality of power converters are connected, and achieves both suppression of total surge voltage and suppression of switching loss when surge voltages generated simultaneously by a plurality of switching elements are superimposed. Provide technology to plan.

複数の電力変換器が接続された電動機制御システムでは、複数の電力変換器のうち、一つあるいは幾つかは作動させない場合があり得る。例えば、複数の走行用モータを有する電気自動車の電動機制御システムでは、複数の走行用モータに対応して複数のインバータを備えるが、走行モードによっては特定のモータとインバータの組を停止する場合があり得る。なお、以下では、電動機（ＥｌｅｃｔｒｉｃＭｏｔｏｒ）のことを「モータ」と略称して用いることがある。 In an electric motor control system to which a plurality of power converters are connected, one or some of the plurality of power converters may not be operated. For example, an electric motor control system for an electric vehicle having a plurality of traveling motors includes a plurality of inverters corresponding to the plurality of traveling motors, but a specific motor / inverter combination may be stopped depending on the traveling mode. obtain. Hereinafter, an electric motor may be abbreviated as “motor”.

そこで、本明細書が開示する電動機制御システムは、動作させる電力変換器の数が多いときのスイッチング素子のスイッチング速度を、動作させる電力変換器の数が少ないときのスイッチング速度よりも遅くするコントローラを備える。作動している電力変換器の数が多いほど、同じタイミングでオンあるいはオフする可能性があるスイッチング素子の数が増える。即ち、同じタイミングでサージ電圧を発生するスイッチング素子の数が増える。そうすると、サージ電圧の重畳数が増え、トータルのサージ電圧が大きくなる。そこで、本明細書が開示する電動機制御システムは、作動している電力変換器の数が多いときには、トータルのサージ電圧を抑制すべく、スイッチング速度を下げる。スイッチング速度を下げることによって、個々のスイッチング素子のサージ電圧が下がり、重畳したときのトータルのサージ電圧が下がる。一方、作動している電力変換器の数が少ないときには同時にオンあるいはオフするスイッチング素子の数が少なくなり、トータルのサージ電圧が高くならない。そこで、電動機制御システムは、作動している電力変換器の数が少ないときにはスイッチング速度を上げてスイッチング損失を低減する。こうして、本明細書が開示する電動機制御システムは、複数のスイッチング素子が同時に発するサージ電圧が重畳したときのトータルのサージ電圧の抑制と、スイッチング損失の抑制の両立を図る。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Therefore, the motor control system disclosed in this specification is a controller that makes the switching speed of the switching element when the number of power converters to be operated large is slower than the switching speed when the number of power converters to be operated is small. Prepare. The more power converters that are operating, the more switching elements that can be turned on or off at the same timing. That is, the number of switching elements that generate a surge voltage at the same timing increases. As a result, the number of superimposed surge voltages increases and the total surge voltage increases. Therefore, the motor control system disclosed in this specification reduces the switching speed to suppress the total surge voltage when the number of operating power converters is large. By reducing the switching speed, the surge voltage of each switching element is lowered, and the total surge voltage when superimposed is lowered. On the other hand, when the number of operating power converters is small, the number of switching elements that are simultaneously turned on or off decreases, and the total surge voltage does not increase. Therefore, the motor control system increases the switching speed and reduces the switching loss when the number of operating power converters is small. In this way, the motor control system disclosed in the present specification achieves both suppression of total surge voltage and suppression of switching loss when surge voltages generated simultaneously by a plurality of switching elements are superimposed. Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “DETAILED DESCRIPTION”.

実施例の電動機制御システムを含む電気自動車の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the electric vehicle containing the electric motor control system of an Example. 動力分配機構のスケルトン図である。It is a skeleton figure of a power distribution mechanism. スイッチング速度を変更する処理のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the process which changes switching speed. スイッチング速度を変更するゲート駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of the gate drive circuit which changes switching speed. 別のゲート駆動回路の回路図である。It is a circuit diagram of another gate drive circuit. さらに別のゲート駆動回路の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of still another gate drive circuit.

図面を参照して実施例の電動機制御システム２を説明する。実施例の電動機制御システム２は、ハイブリッド車１００に搭載される。ハイブリッド車１００は、２個のバッテリと３個の走行用モータを備えており、電動機制御システム２は、夫々のバッテリの電力を変換して夫々のモータに供給するデバイスである。図１に電動機制御システム２を含むハイブリッド車１００の電力系のブロック図を示す。電動機制御システム２は、２個の電圧コンバータ（第１コンバータ５ａ、第２コンバータ５ｂ）と、３個のインバータ（第１インバータ６ａ、第２インバータ６ｂ、第３インバータ６ｃ）と、制御回路８を備えている。以下では、第１コンバータ５ａと第２コンバータ５ｂのいずれか一方を区別なく示すときにはコンバータ５と称する。同様に、第１インバータ６ａ、第２インバータ６ｂ、第３インバータ６ｃのいずれか一つを区別なく示すときにはインバータ６と称する。３個のモータ７ａ、７ｂ、７ｃのいずれか一つを区別なく示すときにはモータ７と称する。 An electric motor control system 2 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The electric motor control system 2 of the embodiment is mounted on the hybrid vehicle 100. The hybrid vehicle 100 includes two batteries and three traveling motors, and the electric motor control system 2 is a device that converts electric power of each battery and supplies the electric power to each motor. FIG. 1 shows a block diagram of an electric power system of a hybrid vehicle 100 including an electric motor control system 2. The motor control system 2 includes two voltage converters (first converter 5a, second converter 5b), three inverters (first inverter 6a, second inverter 6b, third inverter 6c), and a control circuit 8. I have. Hereinafter, when one of the first converter 5a and the second converter 5b is shown without distinction, it is referred to as a converter 5. Similarly, when any one of the first inverter 6a, the second inverter 6b, and the third inverter 6c is shown without distinction, it is referred to as an inverter 6. When any one of the three motors 7a, 7b, 7c is shown without distinction, it is referred to as a motor 7.

第１コンバータ５ａは第１バッテリ３ａの出力電圧（直流電圧）を昇圧する。第１コンバータ５ａは、モータ７が発電した電力を降圧する降圧機能も有する。即ち、第１コンバータ５ａは、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。降圧された電力によって第１バッテリ３ａが充電される。なお、モータ７が発電した交流電力は、そのモータと接続されているインバータ６が直流に変換して第１コンバータ５ａへ供給する。 The first converter 5a boosts the output voltage (DC voltage) of the first battery 3a. The first converter 5a also has a step-down function that steps down the power generated by the motor 7. That is, the first converter 5a is a bidirectional DC-DC converter. The first battery 3a is charged with the reduced power. The AC power generated by the motor 7 is converted into DC by the inverter 6 connected to the motor and supplied to the first converter 5a.

第１コンバータ５ａは、フィルタコンデンサ１３、リアクトル１２、降圧スイッチング素子Ｔ７、昇圧スイッチング素子Ｔ８、及び、夫々のスイッチング素子に逆並列に接続されている還流ダイオードを備える。図１に描かれている双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは良く知られているので詳しい説明は省略する。また、図１では、各スイッチング素子に対応した還流ダイオードには符号を省略している。 The first converter 5a includes a filter capacitor 13, a reactor 12, a step-down switching element T7, a step-up switching element T8, and a free-wheeling diode connected in antiparallel to each switching element. The bidirectional DC-DC converter depicted in FIG. 1 is well known and will not be described in detail. In FIG. 1, the reference numerals are omitted for the free-wheeling diodes corresponding to the switching elements.

第２コンバータ５ｂも双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、昇圧機能と降圧機能を有する。第２コンバータ５ｂは、第２バッテリ３ｂの電圧を昇圧してインバータ６に供給する。また、第２コンバータ５ｂは、モータ７が発電した電力を降圧して第２バッテリ３ｂを充電する。第２コンバータ５ｂの回路構成は、第１コンバータ５ａの回路構成と同じであるので詳しい回路の図示は省略する。 The second converter 5b is also a bidirectional DC-DC converter and has a step-up function and a step-down function. Second converter 5 b boosts the voltage of second battery 3 b and supplies the boosted voltage to inverter 6. Further, the second converter 5b steps down the electric power generated by the motor 7 and charges the second battery 3b. Since the circuit configuration of the second converter 5b is the same as the circuit configuration of the first converter 5a, detailed circuit illustration is omitted.

第１インバータ６ａは、コンバータ５によって昇圧された電力を交流に変換して第１モータ７ａに供給する。また、第１インバータ６ａは、第１モータ７ａが発電した交流電力を直流電力に変換してコンバータ５に供給する。第１インバータ６ａは、２個のスイッチング素子の直列接続（スイッチング素子Ｔ１とＴ２の一対、スイッチング素子Ｔ３とＴ４の一対、スイッチング素子Ｔ５とＴ６の一対）が３セット並列に接続された回路を有している。各スイッチング素子には還流ダイオードが逆並列に接続されている。図１に示したインバータはよく知られているので詳しい説明は省略する。 The first inverter 6a converts the electric power boosted by the converter 5 into alternating current and supplies it to the first motor 7a. The first inverter 6 a converts AC power generated by the first motor 7 a into DC power and supplies it to the converter 5. The first inverter 6a has a circuit in which three sets of two switching elements connected in series (a pair of switching elements T1 and T2, a pair of switching elements T3 and T4, a pair of switching elements T5 and T6) are connected in parallel. doing. A free-wheeling diode is connected in antiparallel to each switching element. The inverter shown in FIG. 1 is well known and will not be described in detail.

第２インバータ６ｂは第２モータ７ｂに交流電力を供給する。第３インバータ６ｃは第３モータ７ｃに電力を供給する。第２インバータ６ｂ、第３インバータ６ｃは、第１インバータ６ａと同じ回路構成を有しているので図１では詳しい回路の図示は省略する。 The second inverter 6b supplies AC power to the second motor 7b. The third inverter 6c supplies power to the third motor 7c. Since the second inverter 6b and the third inverter 6c have the same circuit configuration as the first inverter 6a, the detailed circuit is not shown in FIG.

ハイブリッド車１００は、３個のモータのほかにエンジンを備える。第１モータ７ａと第２モータ７ｂはエンジンとともに前輪を駆動する。第１モータ７ａと第２モータ７ｂとエンジンは、動力分配機構によって連結されている。図２に動力分配機構４０のスケルトン図を示す。動力分配機構４０は、主としてプラネタリギア５０で構成されている。プラネタリギア５０は、サンギア５１、プラネタリキャリア５２、及び、リングギア５３が組み合わさったギアセットである。プラネタリキャリア５２は、エンジン４１の出力軸に連結している。サンギア５１は、第１モータ７ａの出力軸に連結している。リングギア５３は、第２モータ７ｂに連結している。なお、リングギア５３の一部が第２モータ７ｂのロータを構成している。また、リングギア５３は、これと同軸に連結されているアウトプットギア５４と、アイドルギア５５を介して車軸５７と係合している。車軸５７は、不図示のデファレンシャルギアを介して前輪に連結している。なお、図２の符号５６は、車軸５７に固定された伝達ギアである。上記構成の動力分配機構４０により、エンジン４１と第１モータ７ａと第２モータ７ｂの出力が合成される。エンジン４１と第１モータ７ａと第２モータ７ｂの出力の合計によって車軸５７の出力トルク、即ち駆動トルクが定まる。大きな駆動トルクが必要とされないときには第１モータ７ａは停止しているときもある。エンジン４１と第１モータ７ａが停止し、第２モータ７ｂの出力のみで走行する場合もある。さらに、高速道路において一定速度で走行する場合には、第１モータ７ａと第２モータ７ｂの双方が停止し、エンジン４１の出力だけで走行する場合もある。また、場合によっては、エンジン４１と第２モータ７ｂの出力トルクで車軸５７を駆動するとともに、エンジン４１の出力トルクの一部で第１モータ７ａを回転させて電力を得る。第１モータ７ａは、エンジン４１を始動するスタータとしても機能する。 The hybrid vehicle 100 includes an engine in addition to the three motors. The first motor 7a and the second motor 7b drive the front wheels together with the engine. The first motor 7a, the second motor 7b, and the engine are connected by a power distribution mechanism. FIG. 2 shows a skeleton diagram of the power distribution mechanism 40. The power distribution mechanism 40 is mainly composed of a planetary gear 50. The planetary gear 50 is a gear set in which a sun gear 51, a planetary carrier 52, and a ring gear 53 are combined. The planetary carrier 52 is connected to the output shaft of the engine 41. The sun gear 51 is connected to the output shaft of the first motor 7a. The ring gear 53 is connected to the second motor 7b. A part of the ring gear 53 constitutes the rotor of the second motor 7b. The ring gear 53 is engaged with the axle 57 via an output gear 54 and an idle gear 55 that are connected coaxially therewith. The axle 57 is connected to the front wheels via a differential gear (not shown). 2 is a transmission gear fixed to the axle 57. The power distribution mechanism 40 having the above configuration combines the outputs of the engine 41, the first motor 7a, and the second motor 7b. The output torque of the axle 57, that is, the driving torque is determined by the sum of the outputs of the engine 41, the first motor 7a, and the second motor 7b. When a large driving torque is not required, the first motor 7a may be stopped. There is a case where the engine 41 and the first motor 7a are stopped and the vehicle travels only by the output of the second motor 7b. Furthermore, when traveling at a constant speed on a highway, both the first motor 7a and the second motor 7b may stop and travel only by the output of the engine 41. In some cases, the axle 57 is driven by the output torque of the engine 41 and the second motor 7b, and the first motor 7a is rotated by a part of the output torque of the engine 41 to obtain electric power. The first motor 7 a also functions as a starter that starts the engine 41.

第３モータ７ｃは、後輪を駆動するモータである。ハイブリッド車１００は、滑り易い道路を走行する場合、あるいは、急な登り坂を走る場合、第３モータ７ｃを使って４輪駆動で走行する。この場合、３個のモータ７ａ−７ｃの全てが作動する。 The third motor 7c is a motor that drives the rear wheels. When the hybrid vehicle 100 travels on a slippery road or travels on a steep uphill, the hybrid vehicle 100 travels by four-wheel drive using the third motor 7c. In this case, all three motors 7a-7c operate.

ハイブリッド車１００は、２個のバッテリ３ａ、３ｂを備えている。第１バッテリ３ａは、第２バッテリ３ｂよりも容量は大きいが最高出力は小さい。ハイブリッド車１００は、大きい駆動力が必要とされるときには第１バッテリ３ａと第２バッテリ３ｂを共に用いてモータ７を駆動する。その場合には、第１コンバータ５ａと第２コンバータ５ｂがともに作動する。それほど大きい駆動力が必要とされないときには、ハイブリッド車１００は、第１バッテリ３ａだけを使って走行する。その場合には、第１コンバータ５ａは作動させるが、第２コンバータ５ｂは停止させる。 The hybrid vehicle 100 includes two batteries 3a and 3b. The first battery 3a is larger in capacity than the second battery 3b, but has a smaller maximum output. The hybrid vehicle 100 drives the motor 7 using both the first battery 3a and the second battery 3b when a large driving force is required. In that case, both the first converter 5a and the second converter 5b operate. When such a large driving force is not required, the hybrid vehicle 100 travels using only the first battery 3a. In that case, the first converter 5a is operated, but the second converter 5b is stopped.

電動機制御システム２は、２個のコンバータ５ａ、５ｂと、３個のインバータ６ａ−６ｃを備える。コンバータとインバータを「電力変換器」と総称する。上述したように、走行している状況によっていくつかの電力変換器は動作し、残りの電力変換器は停止する。制御回路８が、５個の電力変換器を制御している。図１におけるＳｉｇ１−Ｓｉｇ５が、制御回路８から各電力変換器への信号線を表している。信号線Ｓｉｇ１−Ｓｉｇ５の夫々は、複数の信号線を含んでおり、それらは、ＴＴＬレベルのパルス信号（ＰＷＭ信号）や、後述するスイッチング速度切り換え用の信号を各電力変換器に送る。制御回路８は、上位の制御装置９からの指令を受けて、５個の電力変換器を制御する。上位の制御装置９は、例えば、車速とアクセル開度とバッテリ残量から、夫々のモータの目標出力を決定し、電動機制御システム２の制御回路８へ指令を与える。制御回路８は、受けた指令に基づいて、５個の電力変換器を適宜に制御する。 The electric motor control system 2 includes two converters 5a and 5b and three inverters 6a-6c. The converter and the inverter are collectively referred to as “power converter”. As described above, some power converters operate according to the traveling condition, and the remaining power converters stop. The control circuit 8 controls the five power converters. Sig1-Sig5 in FIG. 1 represents a signal line from the control circuit 8 to each power converter. Each of the signal lines Sig1 to Sig5 includes a plurality of signal lines, which send a TTL level pulse signal (PWM signal) and a switching speed switching signal described later to each power converter. The control circuit 8 receives the command from the host control device 9 and controls the five power converters. The host control device 9 determines the target output of each motor from the vehicle speed, the accelerator opening, and the remaining battery level, and gives a command to the control circuit 8 of the motor control system 2. The control circuit 8 appropriately controls the five power converters based on the received command.

図１に示すように、５個の電力変換器（２個のコンバータ５ａ、５ｂと３個のインバータ６ａ−６ｃ）は、共通正極線Ｐと共通負極線Ｎで相互に接続されている。そして、各電力変換器の中で、スイッチング素子Ｔ１−Ｔ８が共通正極線Ｐと共通負極線Ｎの一方とダイレクトに接続されている。スイッチング素子は、典型的にはＩＧＢＴである。スイッチング素子は、そのスイッチング動作に伴い、サージ電圧と呼ばれる瞬間的な大電圧を生じる。電動機制御システム２では、各コンバータが２個のスイッチング素子を備えており、各インバータが６個のスイッチング素子を備えている。電動機制御システム２では、２２個のスイッチング素子が共通正極線Ｐと共通負極線Ｎで相互に接続されている。そして、ハイブリッド車１００では走行状態に応じて各電力変換器が独立に動作する。それゆえ、２個以上のスイッチング素子が偶然に同じタイミングでオンあるいはオフする可能性がある。２個以上のスイッチング素子が同じタイミングでオンあるいはオフすると、夫々のスイッチング素子が発するサージ電圧が重畳し、トータルのサージ電圧が大きくなる。同時に作動している電力変換器が多いほど、同じタイミングでオンまたはオフする可能性のあるスイッチング素子の数が増える。同じタイミングでオンまたはオフするスイッチング素子の数が多いほど、トータルのサージ電圧が大きくなる。複数のサージ電圧が重畳する可能性は低くても、電動機制御システムに用いられる各部品は、生じ得る最大のサージ電圧に耐え得ることが必要とされる。それゆえ、トータルのサージ電圧を低くすることができれば、各部品の耐電圧特性も低くすることができる。そこで、電動機制御システム２の制御回路８は、作動している電力変換器の数が多いほど、作動している電力変換器のスイッチング素子のスイッチング速度を遅くする。サージ電圧は、スイッチング速度が遅いほど低くなるからである。個々のサージ電圧を低くなれば、生じ得るトータルのサージ電圧も低くなる。以下、説明の便宜上、スイッチング素子のスイッチング速度を単純に「スイッチング速度」と称する。 As shown in FIG. 1, five power converters (two converters 5 a and 5 b and three inverters 6 a to 6 c) are connected to each other by a common positive line P and a common negative line N. In each power converter, the switching elements T1-T8 are directly connected to one of the common positive line P and the common negative line N. The switching element is typically an IGBT. The switching element generates an instantaneous large voltage called a surge voltage in accordance with the switching operation. In the electric motor control system 2, each converter includes two switching elements, and each inverter includes six switching elements. In the motor control system 2, 22 switching elements are connected to each other by a common positive line P and a common negative line N. In the hybrid vehicle 100, each power converter operates independently according to the traveling state. Therefore, two or more switching elements may accidentally be turned on or off at the same timing. When two or more switching elements are turned on or off at the same timing, surge voltages generated by the respective switching elements are superimposed, and the total surge voltage is increased. The more power converters operating simultaneously, the more switching elements that can be turned on or off at the same time. The greater the number of switching elements that are turned on or off at the same timing, the greater the total surge voltage. Even if a plurality of surge voltages are unlikely to overlap, each component used in the motor control system is required to withstand the maximum surge voltage that can occur. Therefore, if the total surge voltage can be lowered, the withstand voltage characteristic of each component can also be lowered. Therefore, the control circuit 8 of the motor control system 2 decreases the switching speed of the switching elements of the operating power converter as the number of operating power converters increases. This is because the surge voltage becomes lower as the switching speed is lower. If the individual surge voltage is lowered, the total surge voltage that can be generated is also lowered. Hereinafter, for convenience of description, the switching speed of the switching element is simply referred to as “switching speed”.

一方、スイッチング速度が遅いとスイッチング損失が大きくなる。それゆえ、作動している電力変換器の数が少なければ、制御回路８は、作動している電力変換器の数が多い場合と比較して、スイッチング速度を早くする。電動機制御システム２は、作動している電力変換器が多いほど、スイッチング速度を下げることで、トータルのサージ電圧を抑制することと、スイッチング損失の抑制の両立を図る。なお、スイッチング速度とは、ターンオン時間とターンオフ時間のことである。 On the other hand, when the switching speed is slow, the switching loss increases. Therefore, if the number of operating power converters is small, the control circuit 8 increases the switching speed as compared with the case where the number of operating power converters is large. The motor control system 2 achieves both suppression of the total surge voltage and suppression of switching loss by decreasing the switching speed as the number of operating power converters increases. The switching speed is a turn-on time and a turn-off time.

図３に、スイッチング速度を変更する処理のフローチャート図を示す。図３の処理は、制御回路８に実装されている。図３の処理は、一定時間毎（例えば１００ｍｓｅｃ毎）に起動される。制御回路８は、作動している電力変換器の数が変化したか否かを監視する（Ｓ２）。作動している電力変換器の数に変化がなければ処理を終了する（Ｓ２：ＮＯ）。作動している電力変換器の数が増加した場合（Ｓ２：ＹＥＳ、Ｓ３：ＹＥＳ）、制御回路８は、作動している電力変換器のスイッチング速度を下げる（Ｓ４）。一方、作動している電力変換器の数が減少した場合（Ｓ２：ＹＥＳ、Ｓ３：ＮＯ）、制御回路８は、作動している電力変換器のスイッチング速度を上げる（Ｓ５）。 FIG. 3 shows a flowchart of processing for changing the switching speed. The processing of FIG. 3 is implemented in the control circuit 8. The process of FIG. 3 is started at regular time intervals (for example, every 100 msec). The control circuit 8 monitors whether or not the number of operating power converters has changed (S2). If there is no change in the number of operating power converters, the process is terminated (S2: NO). When the number of operating power converters increases (S2: YES, S3: YES), the control circuit 8 decreases the switching speed of the operating power converter (S4). On the other hand, when the number of operating power converters decreases (S2: YES, S3: NO), the control circuit 8 increases the switching speed of the operating power converter (S5).

図３のフローチャートでは、作動している電力変換器が異なる毎にスイッチングスピードが変更される。作動している電力変換器の数をいくつかのグループに分けて、作動している電力変換器の数が属するグループによって、スイッチング速度を変更するようにしてもよい。もちろん、数が多いグループのスイッチング速度は、数が少ないグループのスイッチング速度よりも下げる。例えば、電動機制御システム２は、３種類のスイッチング速度を設定可能であり、５個全ての電力変換器が作動しているときには最低速のスイッチング速度に設定する。電動機制御システム２は、作動している電力変換器の数が３又は４の場合には中速度のスイッチング速度を設定し、作動している電力変換器の数が１又は２の場合には最高速のスイッチング速度を設定する。 In the flowchart of FIG. 3, the switching speed is changed every time the operating power converter is different. The number of operating power converters may be divided into several groups, and the switching speed may be changed according to the group to which the number of operating power converters belongs. Of course, the switching speed of the large group is lower than the switching speed of the small group. For example, the motor control system 2 can set three types of switching speeds, and sets the lowest switching speed when all five power converters are operating. The motor control system 2 sets a medium switching speed when the number of operating power converters is 3 or 4, and sets the maximum switching speed when the number of operating power converters is 1 or 2. Set a fast switching speed.

電動機制御システム２の制御回路８は、動作させる電力変換器の数が多いときのスイッチング素子のスイッチング速度を、動作させる電力変換器の数が少ないときのスイッチング速度よりも遅くする。電動機制御システムは、最低２段階でスイッチング速度を変更するものであればよい。即ち、電動機制御システムは、複数の電力変換器を有しており、その制御回路は、複数の電力変換器のうちのＮ個の電力変換器が動作しているときのスイッチング素子のスイッチング速度を、Ｍ個の電力変換器が動作しており残りの電力変換器が停止しているときのスイッチング速度よりも遅くする。ここで、Ｎは、電力変換器の総数と同じがそれ以下の数である。また、Ｎ＞Ｍ≧１である。スイッチング速度の選択肢が多いほど良い。例えば、制御回路は、Ｐ個（Ｎ＞Ｍ＞Ｐ≧１）の電力変換器が動作しており残りの電力変換器が停止しているときのスイッチング速度を、Ｍ個の電力変換器が動作しており残りの電力変換器が停止しているときのスイッチング速度よりも早くするとよい。 The control circuit 8 of the motor control system 2 sets the switching speed of the switching element when the number of power converters to be operated is large to be lower than the switching speed when the number of power converters to be operated is small. The motor control system only needs to change the switching speed in at least two stages. That is, the motor control system has a plurality of power converters, and the control circuit controls the switching speed of the switching element when N power converters of the plurality of power converters are operating. The switching speed is slower than the switching speed when the M power converters are operating and the remaining power converters are stopped. Here, N is equal to or less than the total number of power converters. Further, N> M ≧ 1. The more switching speed choices, the better. For example, the control circuit operates at the switching speed when P power converters (N> M> P ≧ 1) are operating and the remaining power converters are stopped. And the switching speed when the remaining power converters are stopped may be faster.

スイッチング速度を変更するための回路（ゲートドライバ）の例を説明する。図４に、一例のゲートドライバ２０ａの回路図を示す。図４に示したスイッチング素子Ｔｘは、図１のコンバータ５とインバータ６が備えるいずれかのスイッチング素子を代表するものである。図４のゲートドライバ２０ａと同じ回路が、図１の５個の電力変換器の全てのスイッチング素子に対して備えられている。 An example of a circuit (gate driver) for changing the switching speed will be described. FIG. 4 shows a circuit diagram of an example gate driver 20a. The switching element Tx shown in FIG. 4 represents one of the switching elements included in the converter 5 and the inverter 6 in FIG. The same circuit as the gate driver 20a of FIG. 4 is provided for all the switching elements of the five power converters of FIG.

スイッチング素子Ｔｘには、還流ダイオードが逆並列に接続されている。スイッチング素子ＴｘのコレクタＣｘとエミッタＥｘの一方は、図１の共通正極線Ｐと共通負極線Ｎの一方と接続されている。スイッチング素子ＴｘのコレクタＣｘとエミッタＥｘの他方は、別のスイッチング素子Ｔｙ（不図示）と直列に接続されている。ゲートドライバ２０ａは、指令信号線２３を通じて与えられるＴＴＬレベルのパルス信号（ＰＷＭ信号）を、スイッチング素子ＴｘのゲートＧｘに適したレベル信号に変換する回路である。図１に示した制御回路８からの信号線Ｓｉｇ１−Ｓｉｇ５は、複数の信号線を含んでおり、指令信号線２３はその一つである。 A free-wheeling diode is connected in antiparallel to the switching element Tx. One of the collector Cx and the emitter Ex of the switching element Tx is connected to one of the common positive line P and the common negative line N shown in FIG. The other of the collector Cx and the emitter Ex of the switching element Tx is connected in series with another switching element Ty (not shown). The gate driver 20a is a circuit that converts a TTL level pulse signal (PWM signal) given through the command signal line 23 into a level signal suitable for the gate Gx of the switching element Tx. The signal lines Sig1-Sig5 from the control circuit 8 shown in FIG. 1 include a plurality of signal lines, and the command signal line 23 is one of them.

指令信号線２３のパルス信号は増幅器２２に入力される。増幅器２２は、増幅用電源２１の電源を使ってＴＴＬレベルのパルス信号の電圧を増幅する。増幅されたパルス信号は、ターンオン用のＮＰＮ型トランジスタ２４のベースＢａと、ターンオフ用のＰＮＰ型トランジスタ２５のベースＢｂに入力される。ターンオン用のＮＰＮ型トランジスタ２４のコレクタＣａは、選択スイッチ２７を介して３個のゲート電源２６ａ、２６ｂ、２６ｃのいずれかと接続される。ＮＰＮ型トランジスタ２４のエミッタＥａは、ターンオフ用のＰＮＰ型トランジスタ２５のエミッタＥｂに接続されている。図１では、ＮＰＮ型トランジスタ２４のエミッタＥａと、ターンオフ用のＰＮＰ型トランジスタ２５のエミッタＥｂの接続点を、２個のトランジスタの中点Ｑとして描いてある。 The pulse signal of the command signal line 23 is input to the amplifier 22. The amplifier 22 amplifies the voltage of the TTL level pulse signal using the power supply of the amplification power supply 21. The amplified pulse signal is input to the base Ba of the turn-on NPN transistor 24 and the base Bb of the turn-off PNP transistor 25. The collector Ca of the turn-on NPN transistor 24 is connected to one of the three gate power supplies 26a, 26b, and 26c via the selection switch 27. The emitter Ea of the NPN transistor 24 is connected to the emitter Eb of the PNP transistor 25 for turn-off. In FIG. 1, the connection point between the emitter Ea of the NPN transistor 24 and the emitter Eb of the turn-off PNP transistor 25 is shown as a midpoint Q of the two transistors.

ターンオフ用のＰＮＰ型トランジスタ２５のコレクタＣｂはグランドに接続されている。２個のトランジスタ（ＮＰＮ型トランジスタ２４とＰＮＰ型トランジスタ２５）の中点Ｑがゲート抵抗２８を介してスイッチング素子ＴｘのゲートＧｘに接続されている。指令信号線２３を通じて供給されるパルス信号が高電圧のとき、ターンオン用のＮＰＮ型トランジスタ２４が導通し、ターンオフ用のＰＮＰ型トランジスタ２５が遮断され、ゲートＧｘにゲート電圧が印加される。指令信号線２３を通じて供給されるパルス信号が低電圧のとき、ターンオン用のＮＰＮ型トランジスタ２４が遮断され、ターンオフ用のＰＮＰ型トランジスタ２５が導通し、ゲートＧｘはグランド電位に保持される。 The collector Cb of the turn-off PNP transistor 25 is connected to the ground. The midpoint Q of the two transistors (NPN type transistor 24 and PNP type transistor 25) is connected to the gate Gx of the switching element Tx via the gate resistor 28. When the pulse signal supplied through the command signal line 23 is a high voltage, the turn-on NPN transistor 24 is turned on, the turn-off PNP transistor 25 is cut off, and the gate voltage is applied to the gate Gx. When the pulse signal supplied through the command signal line 23 is at a low voltage, the turn-on NPN transistor 24 is cut off, the turn-off PNP transistor 25 is turned on, and the gate Gx is held at the ground potential.

ゲート電圧は、ゲート電源（ゲート電源２６ａ−２６ｃ）の供給電圧とゲート抵抗２８で定まる。ゲートドライバ２０ａは、供給電圧の異なる３個のゲート電源２６ａ−２６ｃを備えており、制御回路８から与えられる別の指令に基づいて、３個のゲート電源２６ａ−２６ｃのいずれかを選択する。制御回路８から与えられる別の指令に基づいて、選択スイッチ２７が、３個のゲート電源２６ａ−２６ｃのいずれかを、ターンオン用のＮＰＮ型トランジスタ２４のコレクタＣａと接続する。ゲート電圧が高いほど、スイッチング速度が速くなる。先に述べたように、制御回路８は、作動している電力変換器の数が多いほど、低いゲート電源を選択し、スイッチング速度を下げる。ゲート電源を切り換える信号は、先に述べた信号線Ｓｉｇ１−Ｓｉｇ５を通じて制御回路８から送られる。 The gate voltage is determined by the supply voltage of the gate power supply (gate power supplies 26 a-26 c) and the gate resistance 28. The gate driver 20 a includes three gate power supplies 26 a to 26 c having different supply voltages, and selects one of the three gate power supplies 26 a to 26 c based on another command given from the control circuit 8. Based on another command given from the control circuit 8, the selection switch 27 connects one of the three gate power supplies 26 a to 26 c to the collector Ca of the turn-on NPN transistor 24. The higher the gate voltage, the faster the switching speed. As described above, the control circuit 8 selects a lower gate power source and decreases the switching speed as the number of operating power converters increases. A signal for switching the gate power supply is sent from the control circuit 8 through the signal lines Sig1-Sig5 described above.

例えば、３個のゲート電源のうち、ゲート電源２６ａの電圧が最も低く、ゲート電源２６ｃの電圧が最も高く、ゲート電源２６ｂの電圧はそれらの中間である。制御回路８は、５個全ての電力変換器が作動している場合には最低電圧のゲート電源２６ａを選択する。制御回路８は、４個又は３個の電力変換器が作動している場合には中電圧のゲート電源２６ｂを選択し、１個又は２個の電力変換器が作動している場合には最高電圧のゲート電源２６ｃを選択する。 For example, among the three gate power supplies, the voltage of the gate power supply 26a is the lowest, the voltage of the gate power supply 26c is the highest, and the voltage of the gate power supply 26b is between them. The control circuit 8 selects the lowest voltage gate power supply 26a when all five power converters are operating. The control circuit 8 selects the medium voltage gate power supply 26b when four or three power converters are operating, and is best when one or two power converters are operating. The voltage gate power supply 26c is selected.

図４のゲートドライバ２０ａは、オン側のゲート電圧を調整することができるが、オフ側のゲート電圧は調整できない。ターンオフ用のＰＮＰ型トランジスタ２５のコレクタＣｂに別の選択スイッチと電圧の異なる複数の負電源を備えてもよい。異なる負電源を選択することでターンオフ時間を変更することが可能となる。 The gate driver 20a in FIG. 4 can adjust the on-side gate voltage, but cannot adjust the off-side gate voltage. The collector Cb of the PNP transistor 25 for turn-off may be provided with a plurality of negative power supplies having different voltages from those of another selection switch. It is possible to change the turn-off time by selecting a different negative power source.

図５を参照して別のゲートドライバ２０ｂを説明する。図５では、図４のゲートドライバ２０ａの部品と同じものには同じ符号を付してある。図４の部品と同じ部品については説明を省略する。図５のゲートドライバ２０ｂは、一つのゲート電源２６と、抵抗値の異なる複数のゲート抵抗２８ａ−２８ｃを有する。ゲートドライバ２０ｂは、制御回路８からの指令により、ゲート抵抗２８ａ−２８ｃのいずれかのゲート抵抗を中点Ｑと接続する。 Another gate driver 20b will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same components as those of the gate driver 20a in FIG. Description of the same components as those in FIG. 4 is omitted. The gate driver 20b of FIG. 5 has one gate power supply 26 and a plurality of gate resistors 28a to 28c having different resistance values. The gate driver 20 b connects any one of the gate resistors 28 a to 28 c to the midpoint Q according to a command from the control circuit 8.

例えば、３個のゲート抵抗２８ａ−２８ｃのうち、ゲート抵抗２８ａの抵抗値が最も高く、ゲート抵抗２８ｃの抵抗値が最も低く、ゲート抵抗２８ｂの抵抗値はそれらの中間である。制御回路８は、５個全ての電力変換器が作動している場合には最大抵抗値のゲート抵抗２８ａを選択する。制御回路８は、４個又は３個の電力変換器が作動している場合には中抵抗値のゲート抵抗２８ｂを選択し、１個又は２個の電力変換器が作動している場合には最小抵抗値のゲート抵抗２８ｃを選択する。 For example, among the three gate resistors 28a to 28c, the gate resistor 28a has the highest resistance value, the gate resistor 28c has the lowest resistance value, and the gate resistor 28b has the intermediate resistance value. The control circuit 8 selects the gate resistance 28a having the maximum resistance value when all five power converters are operating. The control circuit 8 selects the middle resistance gate resistor 28b when four or three power converters are operating, and selects when one or two power converters are operating. The gate resistance 28c having the minimum resistance value is selected.

図６を参照してさらに別のゲートドライバ２０ｃを説明する。図６では、図４のゲートドライバ２０ａの部品と同じものには同じ符号を付してある。図４の部品と同じ部品については説明を省略する。図６のゲートドライバ２０ｃは、電圧の異なる２個のゲート電源２６ａ、２６ｂと、抵抗値の異なる２個のゲート抵抗２８ａ、２８ｂを有する。選択スイッチ２７によって、２個のゲート電源２６ａ、２６ｂのいずれか一方がターンオン用のＮＰＮ型トランジスタ２４のコレクタＣａに接続される。選択スイッチ２９によって、２個のゲート抵抗２８ａ、２８ｂのいずれかが、中点Ｑに接続される。ゲートドライバ２０ｃは、制御回路８からの指令により、作動している電力変換器の数が多いほど、スイッチング速度が下がるように、適切なゲート電源とゲート抵抗を選択する。 Still another gate driver 20c will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same components as those of the gate driver 20a in FIG. Description of the same components as those in FIG. 4 is omitted. The gate driver 20c shown in FIG. 6 has two gate power supplies 26a and 26b having different voltages and two gate resistors 28a and 28b having different resistance values. With the selection switch 27, one of the two gate power supplies 26a, 26b is connected to the collector Ca of the turn-on NPN transistor 24. One of the two gate resistors 28 a and 28 b is connected to the midpoint Q by the selection switch 29. The gate driver 20c selects an appropriate gate power supply and gate resistance according to a command from the control circuit 8 so that the switching speed decreases as the number of operating power converters increases.

実施例で説明した技術に関する留意点を説明する。実施例の制御回路８が、スイッチング速度を変更するコントローラの一例に相当する。 Points to be noted regarding the technology described in the embodiments will be described. The control circuit 8 of the embodiment corresponds to an example of a controller that changes the switching speed.

実施例の電動機制御システム２は、複数の走行用モータを有するハイブリッド車に適用されている。複数の走行用モータを有するハイブリッド車と電気自動車では、走行状態により使用するモータの数が異なることがある。即ち、ハイブリッド車や電気自動車の電動機制御システムは、一つあるいは幾つかの電力変換器が停止し、残りの電力変換器が作動しているという状況がよく生じる。本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車や電気自動車（燃料電池車を含む）に適している。 The electric motor control system 2 of the embodiment is applied to a hybrid vehicle having a plurality of traveling motors. The number of motors to be used may differ between a hybrid vehicle having a plurality of traveling motors and an electric vehicle depending on the traveling state. That is, in a motor control system for a hybrid vehicle or an electric vehicle, a situation often occurs in which one or several power converters are stopped and the remaining power converters are operating. The technology disclosed in this specification is suitable for hybrid vehicles and electric vehicles (including fuel cell vehicles).

図４−図６に示したゲートドライバ２０ａ−２０ｃは、スイッチング速度を変更する回路の例である。スイッチング速度を変更するデバイスは、図４−図６に示したゲートドライバ２０ａ−２０ｃに限られない。 The gate drivers 20a-20c shown in FIGS. 4 to 6 are examples of circuits that change the switching speed. Devices that change the switching speed are not limited to the gate drivers 20a-20c shown in FIGS.

複数の電力変換器は、一つの筐体に収容されていてもよい。あるいは、複数の電力変換器は、個別の筐体に収容され、相互にケーブルで接続された分散システムであってもよい。スイッチング速度を変更するコントローラも、電力変換器とは別の筐体に収容されていてもよい。また、コントローラは、複数のハードウエア（プロセッサ）に分散されたプログラムが協働するものであってもよい。 The plurality of power converters may be accommodated in one housing. Alternatively, the plurality of power converters may be distributed systems that are housed in individual housings and connected to each other via cables. The controller that changes the switching speed may also be housed in a separate housing from the power converter. Further, the controller may be a program in which programs distributed in a plurality of hardware (processors) cooperate.

複数の電力変換器には、電圧コンバータとインバータのほか、電圧レギュレータなどが含まれていても良い。電力変換用のスイッチング素子はパワー素子、あるいは、電力用半導体素子と呼ばれることもある。電力変換用のスイッチング素子は、ＩＧＢＴに限られない。電力変換用のスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴそのほかのトランジスタであってもよい。 The plurality of power converters may include a voltage regulator and the like in addition to the voltage converter and the inverter. The switching element for power conversion may be called a power element or a power semiconductor element. The switching element for power conversion is not limited to the IGBT. The switching element for power conversion may be a MOSFET or other transistor.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

２：電動機制御システム
３ａ、３ｂ：バッテリ
５ａ、５ｂ：コンバータ
６ａ−６ｃ：インバータ
７ａ−７ｃ：モータ
８：制御回路
９：上位の制御装置
１２：リアクトル
１３：フィルタコンデンサ
２０ａ−２０ｃ：ゲート駆動回路
２１：増幅用電源
２２：増幅器
２３：指令信号線
２４：ターンオン用のＮＰＮ型トランジスタ
２５：ターンオフ用のＰＮＰ型トランジスタ
２６、２６ａ−２６ｃ：ゲート電源
２７、２９：選択スイッチ
２８、２８ａ−２８ｃ：ゲート抵抗
４０：動力分配機構
４１：エンジン
５０：プラネタリギア
１００：ハイブリッド車
Ｔ１−Ｔ７：スイッチング素子 2: Motor control system 3a, 3b: Battery 5a, 5b: Converter 6a-6c: Inverter 7a-7c: Motor 8: Control circuit 9: Host control device 12: Reactor 13: Filter capacitor 20a-20c: Gate drive circuit 21 Amplification power supply 22: Amplifier 23: Command signal line 24: Turn-on NPN transistor 25: Turn-off PNP transistor 26, 26a-26c: Gate power supply 27, 29: Select switch 28, 28a-28c: Gate resistance 40: Power distribution mechanism 41: Engine 50: Planetary gear 100: Hybrid vehicle T1-T7: Switching element

Claims

相互に接続されており、夫々が電力変換用のスイッチング素子を備えている複数の電力変換器と、
動作させる電力変換器の数が多いときのスイッチング素子のスイッチング速度を、動作させる電力変換器の数が少ないときのスイッチング速度よりも遅くするコントローラと、
を備えていることを特徴とする電動機制御システム。 A plurality of power converters connected to each other, each having a switching element for power conversion;
A controller that lowers the switching speed of the switching element when the number of power converters to be operated is lower than the switching speed when the number of power converters to be operated is small;
An electric motor control system comprising:

前記コントローラは、スイッチング素子のゲート抵抗を高くすることによって、または、ゲート電圧を低くすることによって、スイッチング速度を遅くすることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御システム。 2. The motor control system according to claim 1, wherein the controller slows a switching speed by increasing a gate resistance of the switching element or decreasing a gate voltage.