JP2004166443A

JP2004166443A - Voltage conversion device and motor drive device

Info

Publication number: JP2004166443A
Application number: JP2002331846A
Authority: JP
Inventors: Koji Hara; 浩二原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】高速応答および安定応答の両方に対応可能な電圧変換装置を提供する。
【解決手段】リアクトルＬ１はインダクタンスＬｉｎ１を有し、リアクトルＬ２はインダクタンスＬｉｎ２（＞Ｌｉｎ１）を有する。制御装置３０は、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるとき、信号ＰＷＭＵ１を生成してコンバータ１２へ出力し、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるとき、信号ＰＷＭＵ２を生成してコンバータ１２へ出力する。コンバータ１２は、信号ＰＷＭＵ１に応じてＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８をオフし、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４をオン／オフして直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換し、信号ＰＷＭＵ２に応じてＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４をオフし、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８をオン／オフして直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。
【選択図】図１Provided is a voltage conversion device capable of responding to both high-speed response and stable response.
A reactor L1 has an inductance Lin1, and a reactor L2 has an inductance Lin2 (> Lin1). Control device 30 generates signal PWMU1 and outputs the same to converter 12 when the rate of change of torque command value TR is equal to or greater than the reference value, and generates signal PWMU2 when torque command value TR is substantially constant. 12 is output. Converter 12 turns off NPN transistors Q5 to Q8 according to signal PWMU1, turns on / off NPN transistors Q1 to Q4, converts DC voltage Vb to output voltage Vm, and converts NPN transistors Q1 to Q4 according to signal PWMU2. Is turned off, and NPN transistors Q5 to Q8 are turned on / off to convert DC voltage Vb to output voltage Vm.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インダクタンスを変更して直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換装置およびモータ駆動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（ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）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においては、直流電源からの直流電圧を昇圧コンバータによって昇圧し、その昇圧した直流電圧がモータを駆動するインバータに供給されるようにすることも検討されている。
【０００５】
すなわち、ハイブリッド自動車または電気自動車は、図１０に示すモータ駆動装置を搭載している。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ＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、双方向コンバータ３１０と、電圧センサー３２０と、インバータ３３０とを備える。
【０００６】
直流電源Ｂは、直流電圧を出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置（図示せず）によってオンされると、直流電源Ｂからの直流電圧をコンデンサＣ１に供給する。コンデンサＣ１は、直流電源ＢからシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して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双方向コンバータ３１０へ供給する。
【０００７】
双方向コンバータ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。リアクトル３１１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタ３１２とＮＰＮトランジスタ３１３との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３１２のエミッタとＮＰＮトランジスタ３１３のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタ３１２のコレクタは電源ラインに接続され、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。また、各ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード３１４，３１５が接続されている。
【０００８】
双方向コンバータ３１０は、制御装置（図示せず）によってＮＰＮトランジスタ３１２，３１３がオン／オフされ、コンデンサＣ１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Ｃ２に供給する。また、双方向コンバータ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コンデンサＣ１へ供給する。
【０００９】
コンデンサＣ２は、双方向コンバータ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。電圧センサー３２０は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、双方向コンバータ３１０の出力電圧Ｖｍを検出する。
【００１０】
インバータ３３０は、コンデンサＣ２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を介して双方向コンバータ３１０へ供給する。
【００１１】
このように、モータ駆動装置３００においては、直流電源Ｂからの直流電圧は、１つのリアクトルを用いて出力電圧に変換され、その変換された出力電圧は、交流モータＭ１を駆動するインバータ３３０に供給される。
【００１２】
一方、特開平９−２１９９６８号公報には、２つのインダクタを用いて直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を負荷に供給する昇圧型電源装置が開示されている。この昇圧型電源装置は、インダクタンスが異なる２つのインダクタを用い、負荷が軽いときは大きなインダクタンスを有するインダクタにより直流電圧を昇圧して負荷に供給し、負荷が重いときは小さいインダクタンスを有するインダクタにより直流電圧を昇圧して負荷に供給する。つまり、特開平９−２１９９６８号公報に開示された昇圧型電源装置は、負荷の軽重に応じてインダクタンスを切換えて直流電圧を昇圧する電源装置である。
【００１３】
【特許文献１】
特開平９−２１９９６８号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開昭５９−２０１６８２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
交流モータが出力トルクの急激な変化を要求されるモードと、安定した出力トルクを要求されるモードとの両方のモードで使用される場合、コンバータは、出力トルクの急激な変化を要求されるモードにおいては、出力電圧の電圧レベルを急峻に変化させる必要があり、安定した出力トルクを要求されるモードにおいては、出力電圧の電圧レベルを安定させる必要がある。つまり、コンバータは、高速応答および安定応答の両方に対応しながら電圧変換を行なう必要がある。
【００１６】
しかし、従来の技術では、このような高速応答および安定応答の両方に対応しながら電圧変換を行なうことができないという問題があった。
【００１７】
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、高速応答および安定応答の両方に対応可能な電圧変換装置を提供することである。
【００１８】
また、この発明の別の目的は、高速応答および安定応答の両方に対応可能な電圧変換装置を備えるモータ駆動装置を提供することである。
【００１９】
【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、電圧変換装置は、リアクトル装置と、スイッチング回路と、変更手段とを備える。リアクトル装置は、インダクタンスが変更可能である。スイッチング回路は、リアクトル装置に流れる直流電流をオン／オフし、リアクトル装置に蓄積された電力に応じた出力電圧を出力する。変更手段は、出力電圧の要求される変化割合に応じて、インダクタンスを変更する。
【００２０】
好ましくは、リアクトル装置は、コアと、コイルとを含む。コイルは、コアに巻回され、巻数が変更可能である。そして、変更手段は、出力電圧の要求される変化割合に応じてコイルの巻数を変更する。
【００２１】
好ましくは、スイッチング回路は、第１および第２のスイッチング素子を含む。第１および第２のスイッチング素子は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点は、リアクトル装置の一方端に接続される。また、第１および第２のスイッチング素子をオン／オフする周波数は、巻数の増加に伴い減少する。
【００２２】
好ましくは、リアクトル装置は、ｎ（ｎは自然数）個のリアクトルを含む。ｎ個のリアクトルは、各々が異なるインダクタンスを有する。スイッチング回路は、ｎ個の入力側アームと、ｎ個の出力側アームとを含む。ｎ個の入力側アームおよびｎ個の出力側アームは、ｎ個のリアクトルに対応して設けられる。そして、ｎ個の入力側アームの各々は、対応するリアクトルの一方端に接続される。また、ｎ個の出力側アームの各々は、対応するリアクトルの他方端に接続される。
【００２３】
好ましくは、ｎ個の入力側アームの各々は、第１および第２のスイッチング素子を含む。第１および第２のスイッチング素子は、入力側の電源ラインと入力側のアースラインとの間に直列に接続される。ｎ個の出力側アームの各々は、第３および第４のスイッチング素子を含む。第３および第４のスイッチング素子は、出力側の電源ラインと出力側のアースラインとの間に直列に接続される。そして、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点は、対応するリアクトルの一方端に接続される。また、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子との接続点は、対応するリアクトルの他方端に接続される。さらに、第１および第４のスイッチング素子は同時にオン／オフされ、第２および第３のスイッチング素子は同時にオン／オフされる。
【００２４】
好ましくは、第１〜第４のスイッチング素子は、対応するリアクトルのインダクタンスが大きくなるに従って低い周波数でオン／オフされる。
【００２５】
また、この発明によれば、モータ駆動装置は、電圧変換装置と、インバータとを備える。電圧変換装置は、インダクタンスを変更して直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する。インバータは、電圧変換装置の出力電圧を交流電圧に変換してモータを駆動する。
【００２６】
電圧変換装置は、電圧変換器と、切換手段とを含む。電圧変換器は、第１のインダクタンス、または第１のインダクタンスよりも大きい第２のインダクタンスを有し、直流電圧を出力電圧に変換する。切換手段は、電圧変換器のインダクタンスを第１のインダクタンスまたは第２インダクタンスに切換える。
【００２７】
好ましくは、電圧変換器は、リアクトルと、スイッチング回路とを含む。リアクトルは、第１のインダクタンスまたは第２のインダクタンスを有する。スイッチング回路は、リアクトルに流れる電流をオン／オフし、リアクトルに蓄積された電力に応じた出力電圧を出力する。そして、切換手段は、出力電圧の変化割合が基準値以上である第１のモードにおいては、電圧変換器のインダクタンスを第１のインダクタンスに切換え、出力電圧がほぼ一定である第２のモードにおいては、電圧変換器のインダクタンスを第２のインダクタンスに切換える。
【００２８】
好ましくは、リアクトルは、コアと、コイルとを含む。コイルは、コアに巻回され、巻数が変更可能である。そして、切換手段は、第１のモードにおいて巻数を減少し、第２のモードにおいて巻数を増加する。
【００２９】
好ましくは、電圧変換器は、第１および第２の電圧変換回路を含む。第１の電圧変換回路は、第１のリアクトルと、第１〜第４のスイッチング素子とを含む。第１のリアクトルは、第１のインダクタンスを有する。第１および第２のスイッチング素子は、第１のリアクトルの入力端に接続される。第３および第４のスイッチング素子は、第１のリアクトルの出力端に接続される。第２の電圧変換回路は、第２のリアクトルと、第５〜第８のスイッチング素子とを含む。第２のリアクトルは、第２のインダクタンスを有する。第５および第６のスイッチング素子は、第２のリアクトルの入力端に接続される。第７および第８のスイッチング素子は、第２のリアクトルの出力端に接続される。そして、第１および第２のスイッチング素子は、直流電源の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続され、第３および第４のスイッチング素子は、インバータ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。また、第５および第６のスイッチング素子は、直流電源の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続され、第７および第８のスイッチング素子は、インバータ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。さらに、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との接続点は第１のリアクトルの入力端に接続され、第３のスイッチング素子と第４のスイッチング素子との接続点は第１のリアクトルの出力端に接続され、第５のスイッチング素子と第６のスイッチング素子との接続点は第２のリアクトルの入力端に接続され、第７のスイッチング素子と第８のスイッチング素子との接続点は第２のリアクトルの出力端に接続される。切換手段は、出力電圧の変化が基準値以上である第１のモードにおいては、第１〜第４のスイッチング素子を駆動し、かつ、第５〜第８のスイッチング素子を停止し、出力電圧がほぼ一定である第２のモードにおいては、第１〜第４のスイッチング素子を停止し、かつ、第５〜第８のスイッチング素子を駆動する。
【００３０】
この発明においては、電圧変換装置は、変化割合が基準値以上である出力電圧が要求されているとき、リアクトルのインダクタンスを小さくして直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換し、ほぼ一定の出力電圧が要求されているとき、リアクトルのインダクタンスを大きくして直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換する。
【００３１】
そして、モータ駆動装置は、リアクトルのインダクタンスを小さくして変換された出力電圧、またはリアクトルのインダクタンスを大きくして変換された出力電圧を用いてモータを駆動する。
【００３２】
したがって、この発明によれば、高速応答および安定応答の両方に対して直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換できる。
【００３３】
【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。
【００３４】
［実施の形態１］
図１を参照して、この発明の実施の形態１によるモータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、コンバータ１２と、電圧センサー１３と、インバータ１４と、電流センサー２４と、制御装置３０とを備える。
【００３５】
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。
【００３６】
コンバータ１２は、リアクトルＬ１，Ｌ２と、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８と、ダイオードＤ１〜Ｄ８とを含む。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、直流電源Ｂ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Ｑ５，Ｑ６は、直流電源Ｂ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。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、ＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６に対して並列に接続される。また、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ５のコレクタは、直流電源Ｂの電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２，Ｑ６のエミッタは、直流電源Ｂのアースラインに接続される。
【００３７】
ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４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Ｑ７，Ｑ８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。そして、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４は、ＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８に対して並列に接続される。また、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ７のコレクタは、インバータ１４の電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ４，Ｑ８のエミッタは、インバータ１４のアースラインに接続される。
【００３８】
各ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されている。
【００３９】
リアクトルＬ１は、その一方端が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、他方端がＮＰＮトランジスタＱ３とＮＰＮトランジスタＱ４との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタとの間に接続される。したがって、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４、ダイオードＤ１〜Ｄ４およびリアクトルＬ１は、コンバータ１２Ａを構成する。
【００４０】
リアクトルＬ２は、その一方端がＮＰＮトランジスタＱ５とＮＰＮトランジスタＱ６との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ５のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ６のコレクタとの間に接続され、他方端がＮＰＮトランジスタＱ７とＮＰＮトランジスタＱ８との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ７のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ８のコレクタとの間に接続される。したがって、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８、ダイオードＤ５〜Ｄ８およびリアクトルＬ２は、コンバータ１２Ｂを構成する。
【００４１】
そして、リアクトルＬ１は、インダクタンスＬｉｎ１を有し、リアクトルＬ２は、インダクタンスＬｉｎ１よりも大きいインダクタンスＬｉｎ２を有する。
【００４２】
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。
【００４３】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０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Ｑ１１，Ｑ１２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Ｑ１３，Ｑ１４から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ９〜Ｑ１４のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ９〜Ｄ１４がそれぞれ接続されている。
【００４４】
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Ｑ９，Ｑ１０の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ１３，Ｑ１４の中間点にそれぞれ接続されている。
【００４５】
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。
【００４６】
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コンバータ１２へ供給する。
【００４７】
コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧の電圧レベルを変換してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＵ１を受けると、信号ＰＷＭＵ１によってＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ４がオンされた期間に応じて電力をリアクトルＬ１に蓄積し、その蓄積した電力に応じた直流電圧をコンデンサＣ２に供給する。また、コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＵ２を受けると、信号ＰＷＭＵ２によってＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ８がオンされた期間に応じて電力をリアクトルＬ２に蓄積し、その蓄積した電力に応じた直流電圧をコンデンサＣ２に供給する。
【００４８】
さらに、コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＤ１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の電圧レベルをコンバータ１２Ａによって変換し、電圧レベルを変換した直流電圧により直流電源Ｂを充電する。
【００４９】
さらに、コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＤ２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の電圧レベルをコンバータ１２Ｂによって変換し、電圧レベルを変換した直流電圧により直流電源Ｂを充電する。
【００５０】
コンデンサＣ２は、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。
【００５１】
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、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。以下、同じ。）を検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵ１，２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ＰＷＭＵ１，２および信号ＰＷＭＩをそれぞれコンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００５５】
信号ＰＷＭＵ１は、コンバータ１２に含まれるＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４およびリアクトルＬ１がコンデンサＣ１からの直流電圧を出力電圧Ｖｍに変換する場合にコンバータ１２を駆動するための信号である。また、信号ＰＷＭＵ２は、コンバータ１２に含まれるＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８およびリアクトルＬ２がコンデンサＣ１からの直流電圧を出力電圧Ｖｍに変換する場合にコンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、外部ＥＣＵから受けたトルク指令値ＴＲの変化を検出し、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値よりも大きいとき、信号ＰＷＭＵ１を生成してコンバータ１２へ出力し、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるとき、信号ＰＷＭＵ２を生成してコンバータ１２へ出力する。また、制御装置３０は、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になるようにコンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵ１，２を生成する。信号ＰＷＭＵ１，２の生成方法については後述する。
【００５６】
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Ｑ９〜Ｑ１４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コンバータ１２へ供給する。
【００５７】
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の電圧レベルを変換するための信号ＰＷＭＤ１，２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＤ１，２をコンバータ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、直流電源Ｂの電圧レベルに適合する直流電圧に変換され、直流電源Ｂに供給される。この場合、制御装置３０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減速による回生制動時、信号ＰＷＭＤ１を生成してコンバータ１２へ出力し、ハイブリッド自動車または電気自動車の通常走行による回生制動時、信号ＰＷＭＤ２を生成してコンバータ１２へ出力する。
【００５８】
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。
【００５９】
図２は、制御装置３０の機能ブロック図である。図２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とを含む。
【００６０】
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コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４およびリアクトルＬ１により電圧変換を行なうための信号ＰＷＭＵ１と、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８およびリアクトルＬ２により電圧変換を行なうための信号ＰＷＭＵ２と、インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ９〜Ｑ１４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ＰＷＭＵ１，２および信号ＰＷＭＩをそれぞれコンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００６１】
なお、モータトルク制御手段３０１は、外部ＥＣＵから受けたトルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるとき、信号ＰＷＭＵ１を生成してコンバータ１２へ出力し、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるとき、信号ＰＷＭＵ２を生成してコンバータ１２へ出力する。
【００６２】
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。
【００６３】
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の電圧レベルを変換するための信号ＰＷＭＤ１，２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＤ１，２をコンバータ１２へ出力する。この場合、電圧変換制御手段３０２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減速による回生制動時、信号ＰＷＭＤ１を生成してコンバータ１２へ出力し、ハイブリッド自動車または電気自動車の通常走行による回生制動時、信号ＰＷＭＤ２を生成してコンバータ１２へ出力する。
【００６４】
図３は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。図３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、判定部４８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。
【００６５】
モータ制御用相電圧演算部４０は、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。
【００６６】
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Ｑ９〜Ｑ１４をオン／オフする信号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Ｑ９〜Ｑ１４へ出力する。
【００６７】
これにより、各ＮＰＮトランジスタＱ９〜Ｑ１４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。
【００６８】
一方、判定部４８は、外部ＥＣＵから受けたトルク指令値ＴＲの変化割合を検出する。そして、判定部４８は、検出した変化割合が基準値以上であるとき、信号ＰＷＭＵ１を生成するための制御信号ＣＴＬ１を生成してコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４へ出力し、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるとき、信号ＰＷＭＵ２を生成するための制御信号ＣＴＬ２を生成してコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４へ出力する。
【００６９】
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。
【００７０】
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からの出力電圧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。
【００７１】
コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、判定部４８から制御信号ＣＴＬ１を受けると、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コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４およびリアクトルＬ１により電圧変換を行なうための信号ＰＷＭＵ１を生成する。また、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、判定部４８から制御信号ＣＴＬ２を受けると、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コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８およびリアクトルＬ２により電圧変換を行なうための信号ＰＷＭＵ２を生成する。
【００７２】
より具体的には、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、判定部４８から制御信号ＣＴＬ１を受けると、コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４をオン／オフし、かつ、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８をオフするための信号ＰＷＭＵ１を生成し、判定部４８から制御信号ＣＴＬ２を受けると、コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４をオフし、かつ、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＵ２を生成する。そして、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、生成した信号ＰＷＭＵ１またはＰＷＭＵ２をコンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８へ出力する。
【００７３】
そして、コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４は、信号ＰＷＭＵ１によってオン／オフされ、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８は、ＰＷＭＵ２によってオン／オフされる。より具体的には、ＮＰＮトランジスタＱ１は、信号ＰＷＭＵ１に基づいてＮＰＮトランジスタＱ４と同時にオン／オフされ、ＮＰＮトランジスタＱ２は、信号ＰＷＭＵ１に基づいてＮＰＮトランジスタＱ３と同時にオン／オフされる。また、ＮＰＮトランジスタＱ５は、信号ＰＷＭＵ２に基づいてＮＰＮトランジスタＱ８と同時にオン／オフされ、ＮＰＮトランジスタＱ６は、信号ＰＷＭＵ２に基づいてＮＰＮトランジスタＱ７と同時にオン／オフされる。これによって、コンバータ１２は、入力電圧Ｖｍが最適値になるように直流電圧を変換する。
【００７４】
なお、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、判定部４８から制御信号ＣＴＬ１を受けると、キャリア周波数をキャリア周波数ｆ１に設定して信号ＰＷＭＵ１を生成し、判定部４８から制御信号ＣＴＬ２を受けると、キャリア周波数をキャリア周波数ｆ２（＜ｆ１）に設定して信号ＰＷＭＵ２を生成する。つまり、小さいインダクタンスＬｉｎ１を有するリアクトルＬ１を用いて電圧変換する場合、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４をスイッチング制御するキャリア周波数を高くし、大きいインダクタンスＬｉｎ２を有するリアクトルＬ２を用いて電圧変換する場合、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８をスイッチング制御するキャリア周波数を低く設定する。これは、インダクタンスが小さい場合、リアクトルＬ１に電流が流れやすいので、出力電圧の急減な変化に対応するためにＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４をスイッチング制御するキャリア周波数を高くする必要があるからであり、インダクタンスが大きい場合、リアクトルＬ２に電流が流れにくいので、出力電圧がほぼ一定であるためにはＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８をスイッチング制御するキャリア周波数を低くする必要があるからである。
【００７５】
また、コンバータ１２のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ４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り、ＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ８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Ｌ２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、ＮＰＮトランジスタＱ３またはＱ７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，Ｑ４とＮＰＮトランジスタＱ２，Ｑ３とのデューティー比、またはＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ８とＮＰＮトランジスタＱ６，Ｑ７と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。
【００７６】
図４および図５を参照して、インダクタンスの大きさによる応答特性の変化について説明する。図４を参照して、コンバータ８０は、ＮＰＮトランジスタ８１〜８４と、ダイオード８５〜８８と、リアクトル８９とを含む。ＮＰＮトランジスタ８１，８２は、電源ライン９１とアースライン９２との間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ８１は、そのコレクタが電源ライン９１に接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタ８２のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタ８２のエミッタは、アースライン９２に接続される。
【００７７】
ＮＰＮトランジスタ８３，８４は、電源ライン９３とアースライン９２との間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ８３は、そのコレクタが電源ライン９３に接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタ８４のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタ８４のエミッタは、アースライン９２に接続される。
【００７８】
また、ＮＰＮトランジスタ８１〜８４は、エミッタからコレクタの方向へ電流が流れるように、それぞれ、ダイオード８５〜８８が接続されている。
【００７９】
リアクトル８９は、その一方端がＮＰＮトランジスタ８１とＮＰＮトランジスタ８２との中間点に接続され、他方端がＮＰＮトランジスタ８３とＮＰＮトランジスタ８４との中間点に接続される。
【００８０】
コンバータ８０は、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを受け、その受けた直流電圧Ｖｂの電圧レベルを変換して出力電圧Ｖｍを出力する。コンバータ８０においては、ＮＰＮトランジスタ８１，８４は、同時にオン／オフされ、ＮＰＮトランジスタ８２，８３は、同時にオン／オフされる。
【００８１】
直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合、ＮＰＮトランジスタ８２，８３はオフされ、ＮＰＮトランジスタ８１，８４が同時にオン／オフされる。そして、ＮＰＮトランジスタ８１，８４がオンされたとき、電流７８がＮＰＮトランジスタ８１、リアクトル８９およびＮＰＮトランジスタ８４を介して流れ、ＮＰＮトランジスタ８１，８４がオンされた期間に応じた電力がリアクトル８９に蓄積される。そして、ＮＰＮトランジスタ８１，８４がオフされたタイミングで、電流７９がダイオード８７を介して電源ライン９３へ流れ、リアクトル８９に蓄積された電力に応じた出力電圧Ｖｍが電源ライン９３とアースライン９２との間に印加される。
【００８２】
ＮＰＮトランジスタ８１，８４がオン／オフされる場合、リアクトル８９には、図５に示すようなリアクトル電流Ｉｅ（ｎ），Ｉｓ（ｎ）が流れる。すなわち、タイミングｔ０，ｔ２，ｔ４において、それぞれ、リアクトル電流Ｉｓ（ｎ），Ｉｓ（ｎ＋１），Ｉｓ（ｎ＋２）が流れ、タイミングｔ１，ｔ３において、それぞれ、リアクトル電流Ｉｅ（ｎ），Ｉｅ（ｎ＋１）が流れるとする。また、ＮＰＮトランジスタ８１，８４は、周期Ｔでオン／オフされ、オンデューティーをＴ（ｄｕ）、オフデューティーをＴ（１−ｄｕ）とする。
【００８３】
タイミングｔ０からタイミングｔ１までの間、ＮＰＮトランジスタ８１，８４がオンされ、リアクトル電流は、Ｉｓ（ｎ）からＩｅ（ｎ）まで増加する。そして、リアクトル電流が増加する割合は、リアクトル８９のインダクタンスをＬとすると、Ｖｂ／Ｌによって表わされる。
【００８４】
その後、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、ＮＰＮトランジスタ８１，８４はオフされ、リアクトル電流は、Ｉｅ（ｎ）からＩｓ（ｎ＋１）まで減少する。そして、リアクトル電流が減少する割合は、−Ｖｍ／Ｌによって表わされる。
【００８５】
さらに、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間、ＮＰＮトランジスタ８１，８４が再びオンされ、リアクトル電流がＩｓ（ｎ＋１）からＩｅ（ｎ＋１）まで増加し、タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間、ＮＰＮトランジスタ８１，８４が再びオフされ、リアクトル電流がＩｅ（ｎ＋１）からＩｓ（ｎ＋２）まで減少する。
【００８６】
そうすると、タイミングｔ１において、インバータ１４の方向へ流れる直流電流Ｉｂａｔｔ（ｎ）は、次式により表わされる。
【００８７】
【数１】

【００８８】
また、タイミングｔ３において、インバータ１４の方向へ流れる直流電流Ｉｂａｔｔ（ｎ＋１）は、次式により表わされる。
【００８９】
【数２】

【００９０】
式（１）と式（２）との差を演算すると、インバータ１４の方向へ流れる電流の変化率は、次式により表わされる。
【００９１】
【数３】

【００９２】
となる。
その結果、リアクトル８９のインダクタンスＬを小さくすると、インバータ１４の方向へ流れる電流の変化率が大きくなり、リアクトル８９のインダクタンスＬを大きくすると、インバータ１４の方向へ流れる電流の変化率は小さくなる。つまり、インダクタンスＬを変更することにより、インバータ１４へ入力される出力電圧Ｖｍの急激な変化および緩やかな変化に応答できる。
【００９３】
したがって、出力電圧Ｖｍの急激な変化が要求されるときは、リアクトル８９のインダクタンスＬを小さくし、出力電圧Ｖｍの緩やかな変化が要求されたときは、リアクトル８９のインダクタンスＬを大きくすることにより、出力電圧Ｖｍの急激な変化および緩やかな変化に応答できる。
【００９４】
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減速時および加速時、出力電圧Ｖｍの急激な変化が要求され、ハイブリッド自動車または電気自動車の通常走行時、ほぼ一定の出力電圧Ｖｍが要求される。
【００９５】
そこで、この発明においては、ハイブリッド自動車または電気自動車が減速時または加速時にあるとき、小さいインダクタンスを有するリアクトルＬ１を用いて直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換し、ハイブリッド自動車または電気自動車が通常走行時にあるとき、大きいインダクタンスを有するリアクトルＬ２を用いて直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。
【００９６】
つまり、ハイブリッド自動車または電気自動車が減速時または加速時にあるとき、信号ＰＷＭＵ１を生成してＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４およびリアクトルＬ１によって直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換し、ハイブリッド自動車または電気自動車が通常走行時にあるとき、信号ＰＷＭＵ２を生成してＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８およびリアクトルＬ２によって直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。
【００９７】
この場合、モータトルク制御手段３０１の判定部４８は、外部ＥＣＵから受けたトルク指令値ＴＲに基づいて、ハイブリッド自動車または電気自動車の減速時または加速時と、通常走行時とを判定する。すなわち、判定部４８は、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるとき、ハイブリッド自動車または電気自動車は、減速時または加速時にあると判定し、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるとき、ハイブリッド自動車または電気自動車は通常走行時にあると判定する。
【００９８】
そして、判定部４８は、ハイブリッド自動車または電気自動車の減速時または加速時、制御信号ＣＴＬ１を生成してコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４へ出力し、ハイブリッド自動車または電気自動車の通常走行時、制御信号ＣＴＬ２を生成してコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４へ出力する。
【００９９】
再び、図１を参照して、モータ駆動装置１００における動作について説明する。制御装置３０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲが入力されると、Ｈレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力するとともに、交流モータＭ１がトルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するようにコンバータ１２およびインバータ１４を制御するための信号ＰＷＭＵ１，２および信号ＰＷＭＩを生成してそれぞれコンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【０１００】
そして、直流電源Ｂは直流電圧Ｖｂを出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は直流電圧ＶｂをコンデンサＣ１へ供給する。コンデンサＣ１は、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コンバータ１２へ供給する。
【０１０１】
そうすると、コンバータ１２は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＵ１，２に応じて、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４およびリアクトルＬ１、またはＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８およびリアクトルＬ２によって直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換し、その変換した出力電圧ＶｍをコンデンサＣ２に供給する。
【０１０２】
コンデンサＣ２は、コンバータ１２から供給された直流電圧を平滑化してインバータ１４へ供給する。電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを検出して制御装置３０へ出力する。インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ９〜Ｑ１４は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに従ってオン／オフされ、インバータ１４は、直流電圧を交流電圧に変換し、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを交流モータＭ１が発生するように交流モータＭ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に所定の交流電流を流す。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。
【０１０３】
そして、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減速時または加速時、制御装置３０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲを受け、その受けたトルク指令値ＴＲに基づいて、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるか、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるかを判定する。
【０１０４】
制御装置３０は、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であると判定すると、上述したように信号ＰＷＭＵ１を生成してコンバータ１２へ出力する。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４は、信号ＰＷＭＵ１に応じてオン／オフされ、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８はオフされて、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４およびリアクトルＬ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の減速時または加速時に要求される出力電圧Ｖｍの急激な変化に応答するように直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。インバータ１４は、急激に変化する出力電圧Ｖｍをコンバータ１２から受け、その受けた出力電圧Ｖｍを信号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。これにより、ハイブリッド自動車または電気自動車は、スムーズに減速または加速される。
【０１０５】
また、制御装置３０は、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であると判定すると、上述したように信号ＰＷＭＵ２を生成してコンバータ１２へ出力する。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４は、信号ＰＷＭＵ２に応じてオフされ、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８はオン／オフされて、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８およびリアクトルＬ２は、ハイブリッド自動車または電気自動車の通常走行時に要求される出力電圧Ｖｍの緩やかな変化（安定した出力電圧Ｖｍを意味する。）に応答するように直流電源Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。インバータ１４は、緩やかに変化する出力電圧Ｖｍをコンバータ１２から受け、その受けた出力電圧Ｖｍを信号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。これにより、ハイブリッド自動車または電気自動車は、通常走行をスムーズに行なう。
【０１０６】
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回生制動モードになった場合、制御装置３０は、回生制動モードになったことを示す信号を外部ＥＣＵから受け、信号ＰＷＭＣおよび信号ＰＷＭＤ１，２を生成してそれぞれインバータ１４およびコンバータ１２へ出力する。
【０１０７】
交流モータＭ１は、交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をインバータ１４へ供給する。そして、インバータ１４は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに従って、交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介してコンバータ１２へ供給する。
【０１０８】
コンバータ１２は、ハイブリッド自動車または電気自動車の減速時、制御装置３０から信号ＰＷＭＤ１を受け、その受けた信号ＰＷＭＤ１に応じて、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４をオン／オフし、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８をオフしてＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４およびリアクトルＬ１によって、インバータ１４から供給された直流電圧の電圧レベルを変換して直流電源Ｂに供給する。
【０１０９】
また、コンバータ１２は、ハイブリッド自動車または電気自動車の通常走行時、制御装置３０から信号ＰＷＭＤ２を受け、その受けた信号ＰＷＭＤ２に応じて、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４をオフし、ＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８をオン／オフしてＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８およびリアクトルＬ２によって、インバータ１４から供給された直流電圧の電圧レベルを変換して直流電源Ｂに供給する。これにより、コンバータ１２は、インバータ１４から供給される直流電圧の急激な変化および緩やかな変化に応答して、インバータ１４からの直流電圧の電圧レベルを変換して直流電源Ｂを充電できる。
【０１１０】
なお、リアクトルＬ１，Ｌ２は、インダクタンスが変更可能な「リアクトル装置」を構成する。
【０１１１】
また、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８は、リアクトル装置に流れる電流をオン／オフし、リアクトル装置に蓄積された電力に応じた出力電圧を出力する「スイッチング回路」を構成する。
【０１１２】
さらに、モータトルク制御手段３０１は、出力電圧の要求される変化割合に応じて、リアクトル装置のインダクタンスを変更する「変更手段」を構成する。
【０１１３】
さらに、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４およびリアクトルＬ１、またはＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８およびリアクトルＬ２は、「電圧変換器」を構成する。
【０１１４】
さらに、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ４およびリアクトルＬ１、またはＮＰＮトランジスタＱ５〜Ｑ８およびリアクトルＬ２は、「電圧変換回路」を構成する。
【０１１５】
さらに、コンバータ１２および制御装置３０は、「電圧変換装置」を構成する。
【０１１６】
実施の形態１によれば、電圧変換装置は、出力電圧の要求される変化割合に応じて、インダクタンスを変更して直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換するので、出力電圧の急激な変化または緩やかな変化に応答して直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換できる。
【０１１７】
［実施の形態２］
図６を参照して、実施の形態２によるモータ駆動装置１００Ａは、モータ駆動装置１００のコンバータ１２をコンバータ１２Ａに代え、制御装置３０を制御装置３０Ａに代えたものであり、その他は、モータ駆動装置１００と同じである。
【０１１８】
コンバータ１２Ａは、ＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２と、ダイオードＤ０１，Ｄ０２と、リアクトルＬ３とを含む。ＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２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Ｑ０１は、その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Ｑ０２のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタＱ０２のエミッタは、アースラインに接続される。
【０１１９】
また、各ＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２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、ダイオードＤ０１，Ｄ０２が接続される。
【０１２０】
リアクトルＬ３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Ｑ０１とＮＰＮトランジスタＱ０２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ０１のエミッタおよびＮＰＮトランジスタＱ０２のコレクタに接続される。なお、リアクトルＬ３は、後述するように、インダクタンスがインダクタンスＬｉｎ１またはインダクタンスＬｉｎ２に変更可能である。
【０１２１】
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、電圧センサー１０から直流電圧Ｖｂを受け、電圧センサー１３から出力電圧Ｖｍを受け、電流センサー２４からモータ電流ＭＣＲＴを受ける。そして、制御装置３０Ａは、トルク指令値ＴＲに基づいて、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるか、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるかを判定し、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるとき、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は減速時または加速時にあると判定し、リアクトルＬ３のインダクタンスをインダクタンスＬｉｎ１に切換えるための信号ＣＨＧ１を生成してリアクトルＬ３へ出力し、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるとき、ハイブリッド自動車または電気自動車が通常走行時にあると判定し、リアクトルＬ３のインダクタンスをインダクタンスＬｉｎ２に切換えるための信号ＣＨＧ２を生成してリアクトルＬ３へ出力する。
【０１２２】
また、制御装置３０Ａは、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮ、直流電圧Ｖｂ、出力電圧Ｖｍおよびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法によりコンバータ１２ＡのＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２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をそれぞれコンバータ１２Ａおよびインバータ１４へ出力する。
【０１２３】
信号ＰＷＭＵは、コンバータ１２ＡがコンデンサＣ１からの直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合にコンバータ１２Ａに含まれるＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０Ａは、コンバータ１２Ａ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になるようにコンバータ１２Ａを駆動するための信号ＰＷＭＵを生成する。
【０１２４】
制御装置３０Ａは、その他、制御装置３０と同じ機能を有する。
図７を参照して、制御装置３０Ａは、モータトルク制御手段３０１Ａと、電圧変換制御手段３０２Ａとを含む。モータトルク制御手段３０１Ａは、トルク指令値ＴＲに基づいて、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるか、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるかを判定し、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるとき、ハイブリッド自動車または電気自動車は減速時または加速時にあると判定し、リアクトルＬ３のインダクタンスをインダクタンスＬｉｎ１に切換えるための信号ＣＨＧ１を生成してコンバータ１２ＡのリアクトルＬ３へ出力し、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるとき、ハイブリッド自動車または電気自動車が通常走行時にあると判定し、リアクトルＬ３のインダクタンスをインダクタンスＬｉｎ２に切換えるための信号ＣＨＧ２を生成してコンバータ１２ＡのリアクトルＬ３へ出力する。
【０１２５】
また、モータトルク制御手段３０１Ａは、トルク指令値ＴＲ、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コンバータ１２ＡのＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２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Ｑ９〜Ｑ１４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をそれぞれコンバータ１２Ａおよびインバータ１４へ出力する。
【０１２６】
電圧変換制御手段３０２Ａ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。
【０１２７】
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の電圧レベルを変換するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤをコンバータ１２Ａへ出力する。
【０１２８】
図８を参照して、モータトルク制御手段３０１Ａは、モータトルク制御手段３０１の判定部４８を判定部４８Ａに代え、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４をコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４Ａに代えたものであり、その他は、モータトルク制御手段３０１と同じである。
【０１２９】
判定部４８Ａは、外部ＥＣＵから入力されたトルク指令値ＴＲに基づいて、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるか、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるかを判定する。そして、判定部４８Ａは、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるとき、ハイブリッド自動車または電気自動車は減速時または加速時にあると判定し、制御信号ＣＴＬ１を生成してコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４Ａへ出力し、リアクトルＬ３のインダクタンスをインダクタンスＬｉｎ１に切換えるための信号ＣＨＧ１を生成してコンバータ１２Ａへ出力する。また、判定部４８Ａは、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるとき、ハイブリッド自動車または電気自動車は通常走行時にあると判定し、制御信号ＣＴＬ２を生成してコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４Ａへ出力し、リアクトルＬ３のインダクタンスをインダクタンスＬｉｎ２に切換えるための信号ＣＨＧ２を生成してコンバータ１２Ａへ出力する。
【０１３０】
インバータ入力電圧指令演算部５０は、上述した方法により、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。
【０１３１】
コンバータ用デューティー比演算部５２は、上述した方法により、インバータ入力電圧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。
【０１３２】
コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４Ａ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コンバータ１２ＡのＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２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をコンバータ１２Ａへ出力する。
【０１３３】
なお、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４Ａは、判定部４８Ａから制御信号ＣＴＬ１を受けると、キャリア周波数をキャリア周波数ｆ１に設定して信号ＰＷＭＵを生成し、判定部４８Ａから制御信号ＣＴＬ２を受けると、キャリア周波数をキャリア周波数ｆ２（＜ｆ１）に設定して信号ＰＷＭＵを生成する。つまり、小さいインダクタンスＬｉｎ１を有するリアクトルＬ１を用いて電圧変換する場合、ＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２をスイッチング制御するキャリア周波数を高くし、大きいインダクタンスＬｉｎ２を有するリアクトルＬ２を用いて電圧変換する場合、ＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２をスイッチング制御するキャリア周波数を低く設定する。このように、インダクタンスの大小によってＮＰＮトランジスタをスイッチング制御するキャリア周波数を変える理由は、実施の形態１において説明したとおりである。
【０１３４】
図９を参照して、リアクトルＬ３は、コア２と、コイル３Ａ，３Ｂと、巻数切換部４とを含む。コア２は、直線部２３Ａ，２３Ｂおよび湾曲部２３Ｃ，２３Ｄからなる。直線部２３Ａ，２３Ｂおよび湾曲部２３Ｃ，２３Ｄは、一部にギャップ２１，２２を形成するように環状形状に配置される。そして、ギャップ２１，２２は、たとえば、ガラスのエポキシ材から成る。
【０１３５】
コイル３Ａは、コア２の一方の直線部２３Ａに銅線を巻くことにより作製され、コイル３Ｂは、コア２の他方の直線部２３Ｂに銅線を巻くことにより作製される。コイル３Ａは、配線３Ｃによりコイル３Ｂと接続される。これにより、コイル３Ａ，３Ｂは直列に接続される。
【０１３６】
巻数切換部４は、接点４Ａ，４Ｂと、スイッチ４Ｃとから成る。接点４Ａは、コイル３Ａ，３Ｂの巻数がｎ１になる端子（図示せず）に接続され、接点４Ｂは、コイル３Ａ，３Ｂの巻数がｎ２（＞ｎ１）になる端子（図示せず）に接続される。スイッチ４Ｃは、制御装置３０Ａの判定部４８Ａから信号ＣＨＧ１を受けると、接点４Ａに接続され、判定部４８Ａから信号ＣＨＧ２を受けると、接点４Ｂに接続される。そして、巻数切換部４は、配線５によって端子６Ｂに接続される。
【０１３７】
コイル３Ａは、電流が矢印１３Ａの方向に流れるように巻回され、コイル３Ｂは、電流が矢印１４Ａの方向に流れるように巻回される。そして、端子６Ａから端子６Ｂの方向に電流が流されると、コイル３Ａには矢印１３Ａで示す方向に電流が流れ、コイル３Ｂには矢印１４Ａで示す方向に電流が流れる。
【０１３８】
そうすると、コイル３Ａ，３Ｂに電流が流れることにより発生した磁束は、ギャップ２１を矢印１５Ａの方向に通過し、ギャップ２２を矢印１６Ａの方向に通過する。つまり、発生した磁束は、環状形状のコア２中を一周する方向に移動する。そして、スイッチ４Ｃが接点４Ａに接続された場合、コア２中に発生する磁束はΦ１であり、スイッチ４Ｃが接点４Ｂに接続された場合、コア２中に発生する磁束はΦ２（＞Φ１）である。その結果、スイッチ４Ｃが接点４Ａに接続された場合、リアクトルＬ３のインダクタンスはインダクタンスＬｉｎ１になり、スイッチ４Ｃが接点４Ｂに接続された場合、リアクトルＬ３のインダクタンスはインダクタンスＬｉｎ２になる。
【０１３９】
再び、図６を参照して、モータ駆動装置１００Ａにおける動作について説明する。制御装置３０Ａは、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲが入力されると、Ｈレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力するとともに、交流モータＭ１がトルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するようにコンバータ１２Ａおよびインバータ１４を制御するための信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩを生成してそれぞれコンバータ１２Ａおよびインバータ１４へ出力する。
【０１４０】
そして、直流電源Ｂは直流電圧Ｖｂを出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は直流電圧ＶｂをコンデンサＣ１へ供給する。コンデンサＣ１は、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Ｖｂをコンバータ１２Ａへ供給する。
【０１４１】
そうすると、コンバータ１２ＡのＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２は、制御装置３０Ａからの信号ＰＷＭＵに応じてオン／オフされ、コンバータ１２Ａは、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換し、その変換した出力電圧ＶｍをコンデンサＣ２に供給する。
【０１４２】
コンデンサＣ２は、コンバータ１２Ａから供給された直流電圧を平滑化してインバータ１４へ供給する。電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを検出して制御装置３０Ａへ出力する。インバータ１４のＮＰＮトランジスタＱ９〜Ｑ１４は、制御装置３０Ａからの信号ＰＷＭＩに従ってオン／オフされ、インバータ１４は、直流電圧を交流電圧に変換し、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを交流モータＭ１が発生するように交流モータＭ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に所定の交流電流を流す。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。
【０１４３】
そして、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減速時または加速時、制御装置３０Ａは、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲを受け、その受けたトルク指令値ＴＲに基づいて、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であるか、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であるかを判定する。
【０１４４】
制御装置３０Ａは、トルク指令値ＴＲの変化割合が基準値以上であると判定すると、上述したように信号ＣＨＧ１を生成してコンバータ１２Ａへ出力する。そして、コンバータ１２Ａは、信号ＣＨＧ１に応じてインダクタンスをインダクタンスＬｉｎ１に切換え、ハイブリッド自動車または電気自動車の減速時または加速時に要求される出力電圧Ｖｍの急激な変化に応答するように直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。インバータ１４は、急激に変化する出力電圧Ｖｍをコンバータ１２Ａから受け、その受けた出力電圧Ｖｍを信号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。これにより、ハイブリッド自動車または電気自動車は、スムーズに減速または加速される。
【０１４５】
また、制御装置３０Ａは、トルク指令値ＴＲがほぼ一定であると判定すると、上述したように信号ＣＨＧ２を生成してコンバータ１２Ａへ出力する。そして、コンバータ１２Ａは、信号ＣＨＧ２に応じてインダクタンスをインダクタンスＬｉｎ２に切換え、ハイブリッド自動車または電気自動車の通常走行時に要求される出力電圧Ｖｍの緩やかな変化に応答するように直流電源Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する。インバータ１４は、緩やかに変化する出力電圧Ｖｍをコンバータ１２Ａから受け、その受けた出力電圧Ｖｍを信号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。これにより、ハイブリッド自動車または電気自動車は、通常走行をスムーズに行なう。
【０１４６】
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回生制動モードになった場合、制御装置３０Ａは、回生制動モードになったことを示す信号を外部ＥＣＵから受け、信号ＰＷＭＣおよび信号ＰＷＭＤを生成してそれぞれインバータ１４およびコンバータ１２Ａへ出力する。
【０１４７】
交流モータＭ１は、交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をインバータ１４へ供給する。そして、インバータ１４は、制御装置３０Ａからの信号ＰＷＭＣに従って、交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介してコンバータ１２Ａへ供給する。
【０１４８】
コンバータ１２Ａは、制御装置３０Ａから信号ＰＷＭＤを受け、その受けた信号ＰＷＭＤに応じて、ＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２をオン／オフし、インバータ１４から供給された直流電圧の電圧レベルを変換して直流電源Ｂに供給する。
【０１４９】
これにより、コンバータ１２Ａは、インバータ１４から供給される直流電圧の急激な変化および緩やかな変化に応答して、インバータ１４からの直流電圧の電圧レベルを変換して直流電源Ｂを充電できる。
【０１５０】
なお、リアクトルＬ３は、インダクタンスが変更可能な「リアクトル装置」を構成する。
【０１５１】
また、ＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２は、リアクトル装置に流れる電流をオン／オフし、リアクトル装置に蓄積された電力に応じた出力電圧を出力する「スイッチング回路」を構成する。
【０１５２】
さらに、モータトルク制御手段３０１Ａは、出力電圧の要求される変化割合に応じて、リアクトル装置のインダクタンスを変更する「変更手段」を構成する。
【０１５３】
さらに、ＮＰＮトランジスタＱ０１，Ｑ０２およびリアクトルＬ３は、「電圧変換器」を構成する。
【０１５４】
さらに、コンバータ１２Ａおよび制御装置３０は、「電圧変換装置」を構成する。
【０１５５】
実施の形態２によれば、電圧変換装置は、出力電圧の要求される変化割合に応じて、インダクタンスを変更して直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換するので、出力電圧の急激な変化または緩やかな変化に応答して直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換できる。
【０１５６】
なお、上記においては、各々が異なるインダクタンスを有する２つのリアクトルを用いて直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換するコンバータについて説明したが、この発明においては、コンバータは、一般に、各々が異なるｎ（ｎは自然数）個のリアクトルと、１つのリアクトルに対して４つのスイッチング素子が接続された４ｎ個のスイッチング素子とを用いて直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換するコンバータであればよい。
【０１５７】
また、上記においては、２つのインダクタンスに切換え可能な１つのリアクトルを用いて直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換するコンバータについて説明したが、この発明においては、コンバータは、一般に、ｎ個のインダクタンスに切換え可能な１つのリアクトルと、リアクトルの一方端に接続された２つのスイッチング素子とを用いて直流電源からの直流電圧を出力電圧に変換するコンバータであればよい。
【０１５８】
さらに、上記においては、モータ駆動装置１００，１００Ａは、１つの交流モータＭ１を駆動するとして説明したが、この発明においては、モータ駆動装置は、複数の交流モータを駆動するものであってもよい。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を介してコンバータ１２または１２Ａ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。
【０１５９】
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】実施の形態１によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図３】図２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４】コンバータの回路図である。
【図５】図４に示すコンバータにおける電流のタイミングチャートである。
【図６】実施の形態２によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図７】図６に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図８】図７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９】図６に示すリアクトルの斜視図である。
【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、３Ａ，３Ｂコイル、３Ｃ，５配線、４巻数切換部、４Ａ，４Ｂ接点、４Ｃスイッチ、６Ａ，６Ｂ端子、１０，３１０電圧センサー、１２，１２Ａコンバータ、１３Ａ，１４Ａ，１５Ａ，１６Ａ矢印、１４，３３０インバータ、１５Ｕ相アーム、１６Ｖ相アーム、１７Ｗ相アーム、２１，２２ギャップ、２３Ａ，２３Ｂ直線部、２３Ｃ，２３Ｄ湾曲部、２４電流センサー、３０，３０Ａ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、４８，４８Ａ判定部、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、５４，５４Ａコンバータ用ＰＷＭ信号変換部、７８，７９電流、８１〜８４，３１２，３１３，Ｑ１〜Ｑ１４，Ｑ０１，Ｑ０２ＮＰＮトランジスタ、８５〜８８，４１４，３１５，Ｄ１〜Ｄ１４，Ｄ０１，Ｄ０２ダイオード、９１，９３電源ライン、９２アースライン、１００，１００Ａ，３００モータ駆動装置、３０１，３０１Ａモータトルク制御手段、３０２，３０２Ａ電圧変換制御手段、３１０双方向コンバータ、３１１，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３リアクトル、Ｂ直流電源、ＳＲ１，ＳＲ２システムリレー、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、Ｍ１交流モータ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a voltage conversion device that converts a DC voltage from a DC power supply into an output voltage by changing an inductance, and a motor drive device.
[0002]
[Prior art]
Recently, hybrid vehicles and electric vehicles have attracted much attention as environmentally friendly vehicles. Some hybrid vehicles have been put to practical use.
[0003]
This hybrid vehicle is a vehicle that uses, in addition to a conventional engine, a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter as power sources. That is, a power source is obtained by driving the engine, a DC voltage from a DC power supply is converted into an AC voltage by an inverter, and a motor is rotated by the converted AC voltage to obtain a power source. An electric vehicle is a vehicle that uses a DC power supply, an inverter, and a motor driven by the inverter as power sources.
[0004]
In such a hybrid vehicle or electric vehicle, it has been studied to boost a DC voltage from a DC power supply by a boost converter and supply the boosted DC voltage to an inverter that drives a motor.
[0005]
That is, the hybrid vehicle or the electric vehicle is equipped with the motor drive device shown in FIG. Referring to FIG. 10, motor driving device 300 includes DC power supply B, system relays SR1 and SR2, capacitors C1 and C2, bidirectional converter 310, voltage sensor 320, and inverter 330.
[0006]
DC power supply B outputs a DC voltage. When turned on by a control device (not shown), system relays SR1 and SR2 supply a DC voltage from DC power supply B to capacitor C1. Capacitor C1 smoothes the DC voltage supplied from DC power supply B via system relays SR1 and SR2, and supplies the smoothed DC voltage to bidirectional converter 310.
[0007]
Bidirectional converter 310 includes a reactor 311,

NPN transistors

312 and 313, and

diodes

314 and 315. Reactor 311 has one end connected to the power supply line of DC power supply B, and the other end connected to the midpoint between NPN transistor 312 and NPN transistor 313, that is, between the emitter of NPN transistor 312 and the collector of NPN transistor 313. You.

NPN transistors

312 and 313 are connected in series between a power supply line and an earth line. The collector of NPN transistor 312 is connected to the power supply line, and the emitter of NPN transistor 313 is connected to the ground line.

Diodes

314 and 315, which allow current to flow from the emitter side to the collector side, are connected between the collector and the emitter of each of the

NPN transistors

312 and 313.
[0008]
In bidirectional converter 310,

NPN transistors

312 and 313 are turned on / off by a control device (not shown), and the DC voltage supplied from capacitor C1 is boosted to supply an output voltage to capacitor C2. Further, during regenerative braking of a hybrid vehicle or an electric vehicle equipped with motor drive device 300, bidirectional converter 310 generates electric power by AC motor M1 and steps down the DC voltage converted by inverter 330 to supply it to capacitor C1. .
[0009]
Capacitor C2 smoothes the DC voltage supplied from bidirectional converter 310, and supplies the smoothed DC voltage to inverter 330. Voltage sensor 320 detects the voltage across capacitor C2, that is, the output voltage Vm of bidirectional converter 310.
[0010]
When a DC voltage is supplied from capacitor C2, inverter 330 converts the DC voltage into an AC voltage based on control from a control device (not shown) and drives AC motor M1. As a result, AC motor M1 is driven to generate a torque specified by the torque command value. In addition, the inverter 330 converts the AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage based on the control from the control device during regenerative braking of the hybrid vehicle or the electric vehicle equipped with the motor driving device 300, and converts the AC voltage. The DC voltage is supplied to the bidirectional converter 310 via the capacitor C2.
[0011]
As described above, in motor driving device 300, the DC voltage from DC power supply B is converted into an output voltage using one reactor, and the converted output voltage is supplied to inverter 330 driving AC motor M1. Is done.
[0012]
On the other hand, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 9-219978 discloses a step-up power supply device in which a DC voltage is boosted using two inductors and the boosted DC voltage is supplied to a load. This boost type power supply device uses two inductors having different inductances. When the load is light, the DC voltage is boosted by an inductor having a large inductance and supplied to the load, and when the load is heavy, the DC voltage is reduced by an inductor having a small inductance. The voltage is boosted and supplied to the load. That is, the boosting type power supply device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-219968 is a power supply device that switches the inductance according to the load of the load and boosts the DC voltage.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-9-219978
[0014]
[Patent Document 2]
JP-A-59-201682
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
When the AC motor is used in both a mode in which a rapid change in output torque is required and a mode in which a stable output torque is required, the converter operates in a mode in which a rapid change in output torque is required. In, it is necessary to change the voltage level of the output voltage sharply, and in a mode in which a stable output torque is required, it is necessary to stabilize the voltage level of the output voltage. That is, the converter needs to perform voltage conversion while supporting both a high-speed response and a stable response.
[0016]
However, the conventional technology has a problem that voltage conversion cannot be performed while coping with both such a high-speed response and a stable response.
[0017]
Then, this invention is made in order to solve such a problem, and the objective is to provide the voltage converter which can respond to both a high-speed response and a stable response.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a motor drive device including a voltage converter capable of responding to both a high-speed response and a stable response.
[0019]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
According to the present invention, a voltage conversion device includes a reactor device, a switching circuit, and a changing unit. The inductance of the reactor device can be changed. The switching circuit turns on / off a DC current flowing through the reactor, and outputs an output voltage corresponding to the power stored in the reactor. The changing means changes the inductance according to a required change rate of the output voltage.
[0020]
Preferably, the reactor device includes a core and a coil. The coil is wound around the core and the number of turns is variable. Then, the changing means changes the number of turns of the coil according to the required change rate of the output voltage.
[0021]
Preferably, the switching circuit includes first and second switching elements. The first and second switching elements are connected in series between a power supply line and an earth line. Then, a connection point between the first switching element and the second switching element is connected to one end of the reactor device. The frequency at which the first and second switching elements are turned on / off decreases with an increase in the number of turns.
[0022]
Preferably, the reactor device includes n (n is a natural number) reactors. Each of the n reactors has a different inductance. The switching circuit includes n input-side arms and n output-side arms. The n input-side arms and the n output-side arms are provided corresponding to the n reactors. Each of the n input-side arms is connected to one end of a corresponding reactor. Further, each of the n output-side arms is connected to the other end of the corresponding reactor.
[0023]
Preferably, each of the n input-side arms includes first and second switching elements. The first and second switching elements are connected in series between a power line on the input side and a ground line on the input side. Each of the n output-side arms includes third and fourth switching elements. The third and fourth switching elements are connected in series between a power line on the output side and a ground line on the output side. The connection point between the first switching element and the second switching element is connected to one end of the corresponding reactor. The connection point between the third switching element and the fourth switching element is connected to the other end of the corresponding reactor. Further, the first and fourth switching elements are turned on / off simultaneously, and the second and third switching elements are turned on / off simultaneously.
[0024]
Preferably, the first to fourth switching elements are turned on / off at a lower frequency as the inductance of the corresponding reactor increases.
[0025]
According to the invention, the motor drive device includes the voltage conversion device and the inverter. The voltage converter converts the DC voltage from the DC power supply into an output voltage by changing the inductance. The inverter converts the output voltage of the voltage converter into an AC voltage and drives the motor.
[0026]
The voltage conversion device includes a voltage converter and switching means. The voltage converter has a first inductance or a second inductance larger than the first inductance, and converts a DC voltage to an output voltage. The switching means switches the inductance of the voltage converter to the first inductance or the second inductance.
[0027]
Preferably, the voltage converter includes a reactor and a switching circuit. The reactor has a first inductance or a second inductance. The switching circuit turns on / off a current flowing through the reactor, and outputs an output voltage according to the power stored in the reactor. The switching means switches the inductance of the voltage converter to the first inductance in the first mode in which the change rate of the output voltage is equal to or more than the reference value, and in the second mode in which the output voltage is substantially constant. And switching the inductance of the voltage converter to the second inductance.
[0028]
Preferably, the reactor includes a core and a coil. The coil is wound around the core and the number of turns is variable. The switching means decreases the number of turns in the first mode and increases the number of turns in the second mode.
[0029]
Preferably, the voltage converter includes first and second voltage conversion circuits. The first voltage conversion circuit includes a first reactor and first to fourth switching elements. The first reactor has a first inductance. The first and second switching elements are connected to input terminals of the first reactor. The third and fourth switching elements are connected to output terminals of the first reactor. The second voltage conversion circuit includes a second reactor and fifth to eighth switching elements. The second reactor has a second inductance. The fifth and sixth switching elements are connected to input terminals of the second reactor. The seventh and eighth switching elements are connected to output terminals of the second reactor. The first and second switching elements are connected in series between the power supply line of the DC power supply and the ground line, and the third and fourth switching elements are connected between the power supply line of the inverter and the ground line. Connected in series. The fifth and sixth switching elements are connected in series between the power supply line of the DC power supply and the earth line, and the seventh and eighth switching elements are connected between the power supply line of the inverter and the earth line. Connected in series. Further, a connection point between the first switching element and the second switching element is connected to an input terminal of the first reactor, and a connection point between the third switching element and the fourth switching element is connected to a connection point of the first reactor. The connection point between the fifth switching element and the sixth switching element is connected to the output terminal, the connection point between the fifth switching element and the sixth switching element is connected to the input terminal of the second reactor, and the connection point between the seventh switching element and the eighth switching element is the 2 is connected to the output terminal of the reactor. The switching means drives the first to fourth switching elements and stops the fifth to eighth switching elements in the first mode in which the change of the output voltage is equal to or more than the reference value, and the output voltage is changed In the substantially constant second mode, the first to fourth switching elements are stopped, and the fifth to eighth switching elements are driven.
[0030]
In the present invention, when the output voltage whose change ratio is equal to or more than the reference value is required, the voltage converter converts the DC voltage from the DC power supply to the output voltage by reducing the inductance of the reactor, and outputs a substantially constant voltage. When an output voltage is required, the DC voltage from the DC power supply is converted to an output voltage by increasing the inductance of the reactor.
[0031]
The motor driving device drives the motor using the output voltage converted by reducing the inductance of the reactor or the output voltage converted by increasing the inductance of the reactor.
[0032]
Therefore, according to the present invention, the DC voltage from the DC power supply can be converted to the output voltage for both the high-speed response and the stable response.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
[0034]
[Embodiment 1]
Referring to FIG. 1, a motor driving device 100 according to Embodiment 1 of the present invention includes a DC power supply B, a voltage sensor 10, system relays SR1 and SR2, capacitors C1 and C2, a converter 12, a voltage sensor 13, an inverter 14, a current sensor 24, and a control device 30.
[0035]
AC motor M1 is a drive motor for generating torque for driving drive wheels of a hybrid vehicle or an electric vehicle. Alternatively, the motor has the function of a generator driven by the engine, and operates as an electric motor for the engine, for example, to be incorporated into a hybrid vehicle so that the engine can be started. Is also good.
[0036]
Converter 12 includes reactors L1 and L2, NPN transistors Q1 to Q8, and diodes D1 to D8. NPN transistors Q1 and Q2 are connected in series between a power supply line of DC power supply B and an earth line. NPN transistors Q5 and Q6 are connected in series between the power supply line of DC power supply B and the ground line. NPN transistors Q1 and Q2 are connected in parallel to NPN transistors Q5 and Q6. The collectors of NPN transistors Q1 and Q5 are connected to the power supply line of DC power supply B, and the emitters of NPN transistors Q2 and Q6 are connected to the ground line of DC power supply B.
[0037]
NPN transistors Q3 and Q4 are connected in series between a power supply line of inverter 14 and a ground line. NPN transistors Q7 and Q8 are connected in series between the power supply line of inverter 14 and the ground line. Then, NPN transistors Q3 and Q4 are connected in parallel to NPN transistors Q7 and Q8. The collectors of NPN transistors Q3 and Q7 are connected to the power supply line of inverter 14, and the emitters of NPN transistors Q4 and Q8 are connected to the ground line of inverter 14.
[0038]
Diodes D1 to D8 that allow current to flow from the emitter side to the collector side are connected between the collector and the emitter of each of the NPN transistors Q1 to Q8.
[0039]
Reactor L1 has one end connected to the midpoint between NPN transistor Q1 and NPN transistor Q2, that is, between the emitter of NPN transistor Q1 and the collector of NPN transistor Q2, and the other end connected to NPN transistor Q3 and NPN transistor Q4. , That is, between the emitter of the NPN transistor Q3 and the collector of the NPN transistor Q4. Therefore, NPN transistors Q1 to Q4, diodes D1 to D4, and reactor L1 constitute converter 12A.
[0040]
Reactor L2 has one end connected to an intermediate point between NPN transistor Q5 and NPN transistor Q6, that is, between the emitter of NPN transistor Q5 and the collector of NPN transistor Q6, and the other end connected to NPN transistor Q7 and NPN transistor Q8. , That is, between the emitter of the NPN transistor Q7 and the collector of the NPN transistor Q8. Therefore, NPN transistors Q5 to Q8, diodes D5 to D8 and reactor L2 constitute converter 12B.
[0041]
Reactor L1 has inductance Lin1, and reactor L2 has inductance Lin2 larger than inductance Lin1.
[0042]
Inverter 14 includes a U-phase arm 15, a V-phase arm 16, and a W-phase arm 17. U-phase arm 15, V-phase arm 16, and W-phase arm 17 are provided in parallel between the power supply line of inverter 14 and the ground line.
[0043]
U-phase arm 15 includes NPN transistors Q9 and Q10 connected in series, V-phase arm 16 includes NPN transistors Q11 and Q12 connected in series, and W-phase arm 17 includes NPN transistors Q13 and Q13 connected in series. Q14. Diodes D9 to D14 are connected between the collectors and the emitters of the NPN transistors Q9 to Q14, respectively.
[0044]
An intermediate point of each phase arm is connected to each phase end of each phase coil of AC motor M1. That is, the AC motor M1 is a three-phase permanent magnet motor, in which one end of three coils of U, V, and W phases is commonly connected to a middle point, and the other end of the U-phase coil is connected to an NPN transistor Q9, At the midpoint of Q10, the other end of the V-phase coil is connected to the midpoint of NPN transistors Q11, Q12, and the other end of the W-phase coil is connected to the midpoint of NPN transistors Q13, Q14.
[0045]
The DC power supply B is composed of a secondary battery such as a nickel hydrogen battery or a lithium ion battery. Voltage sensor 10 detects DC voltage Vb output from DC power supply B, and outputs the detected DC voltage Vb to control device 30. System relays SR1 and SR2 are turned on / off by signal SE from control device 30. More specifically, system relays SR1 and SR2 are turned on by H (logic high) signal SE from control device 30 and turned off by L (logic low) signal SE from control device 30.
[0046]
Capacitor C 1 smoothes DC voltage Vb supplied from DC power supply B, and supplies the smoothed DC voltage to converter 12.
[0047]
Converter 12 converts the voltage level of the DC voltage supplied from capacitor C1 and supplies it to capacitor C2. More specifically, when converter 12 receives signal PWMU1 from control device 30, converter 12 accumulates power in reactor L1 according to the period in which NPN transistors Q1 and Q4 are turned on by signal PWMU1, and responds to the accumulated power. The supplied DC voltage is supplied to the capacitor C2. Further, upon receiving signal PWMU2 from control device 30, converter 12 accumulates power in reactor L2 in accordance with a period in which NPN transistors Q5 and Q8 are turned on by signal PWMU2, and outputs a DC voltage corresponding to the accumulated power. Supply to capacitor C2.
[0048]
Further, when converter 12 receives signal PWMD1 from control device 30, converter 12A converts the voltage level of the DC voltage supplied from inverter 14 via capacitor C2 by converter 12A, and the DC power supply B Charge.
[0049]
Further, converter 12 receives signal PWMD2 from control device 30, converts the voltage level of the DC voltage supplied from inverter 14 via capacitor C2 by converter 12B, and uses the DC voltage obtained by converting the voltage level as DC power supply B Charge.
[0050]
Capacitor C2 smoothes the DC voltage from converter 12 and supplies the smoothed DC voltage to inverter 14.
[0051]
Voltage sensor 13 detects voltage Vm across capacitor C2, that is, the output voltage of converter 12 (corresponding to the input voltage of inverter 14, the same applies hereinafter), and outputs the detected voltage Vm to control device 30. I do.
[0052]
When a DC voltage is supplied from capacitor C2, inverter 14 converts the DC voltage into an AC voltage based on signal PWMI from control device 30, and drives AC motor M1. Thus, AC motor M1 is driven to generate a torque specified by torque command value TR. Further, the inverter 14 converts an AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage based on a signal PWMC from the control device 30 during regenerative braking of a hybrid vehicle or an electric vehicle equipped with the motor drive device 100, The converted DC voltage is supplied to converter 12 via capacitor C2. Note that the regenerative braking referred to here is braking with regenerative power generation when a driver driving a hybrid vehicle or an electric vehicle performs a foot brake operation, and does not operate the foot brake, but turns off the accelerator pedal during traveling. This includes decelerating the vehicle (or stopping acceleration) while generating regenerative power.
[0053]
Current sensor 24 detects motor current MCRT flowing through AC motor M 1 and outputs the detected motor current MCRT to control device 30.
[0054]
Control device 30 includes torque command value TR and motor rotation speed MRN input from an externally provided ECU (Electrical Control Unit), DC voltage Vb from voltage sensor 10, output voltage Vm from voltage sensor 13, and current. Based on motor current MCRT from sensor 24, signals PWMU1,2 for driving converter 12 and signal PWMI for driving inverter 14 are generated by a method described later, and generated signals PWMU1,2 and signal The PWMI is output to the converter 12 and the inverter 14, respectively.
[0055]
Signal PWMU1 is a signal for driving converter 12 when NPN transistors Q1 to Q4 and reactor L1 included in converter 12 convert the DC voltage from capacitor C1 to output voltage Vm. Signal PWMU2 is a signal for driving converter 12 when NPN transistors Q5 to Q8 and reactor L2 included in converter 12 convert the DC voltage from capacitor C1 to output voltage Vm. Control device 30 detects a change in torque command value TR received from the external ECU, and when the rate of change in torque command value TR is greater than the reference value, generates and outputs signal PWMU1 to converter 12, and outputs torque PWM1 to converter 12. When command value TR is substantially constant, signal PWMU2 is generated and output to converter 12. Further, when converter 12 converts DC voltage Vb to output voltage Vm, control device 30 performs feedback control on output voltage Vm and drives converter 12 such that output voltage Vm becomes a commanded voltage command Vdccom. Signals PWMU1 and PWMU2 are generated. A method for generating the signals PWMU1 and PWMU2 will be described later.
[0056]
Further, when receiving a signal indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU, control device 30 outputs signal PWMC for converting the AC voltage generated by AC motor M1 to a DC voltage. Generated and output to inverter 14. In this case, the switching of NPN transistors Q9 to Q14 of inverter 14 is controlled by signal PWMC. Thereby, inverter 14 converts the AC voltage generated by AC motor M 1 into a DC voltage and supplies the DC voltage to converter 12.
[0057]
Further, when receiving a signal indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU, control device 30 transmits signals PWMD 1 and PWMD 2 for converting the voltage level of the DC voltage supplied from inverter 14. , And outputs the generated signals PWMD1 and PWMD2 to the converter 12. As a result, the AC voltage generated by AC motor M1 is converted into a DC voltage suitable for the voltage level of DC power supply B, and supplied to DC power supply B. In this case, control device 30 generates signal PWMD1 and outputs it to converter 12 during regenerative braking due to deceleration of the hybrid vehicle or electric vehicle on which motor drive device 100 is mounted, and regenerates during normal running of the hybrid vehicle or electric vehicle. At the time of braking, a signal PWMD2 is generated and output to converter 12.
[0058]
Further, control device 30 generates signal SE for turning on / off system relays SR1 and SR2, and outputs the signal to system relays SR1 and SR2.
[0059]
FIG. 2 is a functional block diagram of the control device 30. Referring to FIG. 2, control device 30 includes a motor torque control unit 301 and a voltage conversion control unit 302.
[0060]
The motor torque control means 301 is obtained by calculating a torque command value TR (a torque command to be given to the motor in consideration of the degree of depression of an accelerator pedal in a vehicle, and in a hybrid vehicle, an operation state of an engine), Based on DC voltage Vb, motor current MCRT, motor speed MRN and output voltage Vm output from power supply B, when AC motor M1 is driven, the voltage is applied to NPN transistors Q1-Q4 of converter 12 and reactor L1 by a method described later. A signal PWMU1 for performing conversion, a signal PWMU2 for performing voltage conversion by NPN transistors Q5 to Q8 and reactor L2, and a signal PWMI for turning on / off NPN transistors Q9 to Q14 of inverter 14 are generated. The generated signal WMU1,2 and signal PWMI to respectively output to converter 12 and inverter 14.
[0061]
When the rate of change of torque command value TR received from the external ECU is equal to or greater than the reference value, motor torque control means 301 generates signal PWMU1 and outputs it to converter 12, and torque command value TR is substantially constant. At this time, signal PWMU2 is generated and output to converter 12.
[0062]
Voltage conversion control means 302 receives a signal RGE indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU during regenerative braking, and converts the AC voltage generated by AC motor M1 into a DC voltage. Is generated and output to the inverter 14.
[0063]
Further, upon receiving the signal RGE from the external ECU during regenerative braking, the voltage conversion control means 302 generates signals PWMD1 and PWMD2 for converting the voltage level of the DC voltage supplied from the inverter 14, and generates the generated signals. The

PWMDs

1 and 2 are output to the converter 12. In this case, the voltage conversion control unit 302 generates and outputs the signal PWMD1 to the converter 12 during regenerative braking due to deceleration of the hybrid vehicle or the electric vehicle on which the motor driving device 100 is mounted, so that the hybrid vehicle or the electric vehicle normally travels. When the regenerative braking is performed, a signal PWMD2 is generated and output to the converter 12.
[0064]
FIG. 3 is a functional block diagram of the motor torque control means 301. Referring to FIG. 3, motor torque control means 301 includes a motor control phase voltage calculation unit 40, an inverter PWM signal conversion unit 42, a determination unit 48, an inverter input voltage command calculation unit 50, a converter duty It includes a ratio calculator 52 and a converter PWM signal converter 54.
[0065]
The motor control phase voltage calculation unit 40 receives the output voltage Vm of the converter 12, that is, the input voltage to the inverter 14 from the voltage sensor 13, receives the motor current MCRT flowing through each phase of the AC motor M1 from the current sensor 24, A torque command value TR is received from an external ECU. Then, motor control phase voltage calculation section 40 calculates a voltage to be applied to each phase coil of AC motor M1 based on these input signals, and outputs the calculated result to inverter PWM signal conversion section 42. Supply to
[0066]
The inverter PWM signal conversion unit 42 actually generates a signal PWMI for turning on / off each of the NPN transistors Q9 to Q14 of the inverter 14 based on the calculation result received from the motor control phase voltage calculation unit 40, and generates the PWMI signal. The output signal PWMI is output to each of the NPN transistors Q9 to Q14 of the inverter 14.
[0067]
As a result, the switching of NPN transistors Q9 to Q14 is controlled, and the current flowing to each phase of AC motor M1 is controlled such that AC motor M1 outputs a commanded torque. In this way, the motor drive current is controlled, and a motor torque corresponding to the torque command value TR is output.
[0068]
On the other hand, determination unit 48 detects a rate of change in torque command value TR received from the external ECU. When the detected change rate is equal to or greater than the reference value, the determination unit 48 generates a control signal CTL1 for generating the signal PWMU1 and outputs the control signal CTL1 to the converter PWM signal conversion unit 54, and the torque command value TR is substantially When it is constant, it generates a control signal CTL2 for generating the signal PWMU2 and outputs it to the converter PWM signal converter 54.
[0069]
Inverter input voltage command calculation unit 50 calculates an optimum value (target value) of the inverter input voltage based on torque command value TR and motor rotation speed MRN, and outputs the calculated optimum value to converter duty ratio calculation unit 52. I do.
[0070]
Converter duty ratio calculator 52 outputs input voltage Vm from voltage sensor 13 from inverter input voltage command calculator 50 based on output voltage Vb (also referred to as “battery voltage Vb”) from voltage sensor 10. The duty ratio for setting the optimum value to be calculated is calculated.
[0071]
Upon receiving control signal CTL1 from determination unit 48, converter PWM signal conversion unit 54 performs voltage conversion by NPN transistors Q1 to Q4 of converter 12 and reactor L1 based on the duty ratio from converter duty ratio calculation unit 52. To generate a signal PWMU1. Further, converter PWM signal converter 54 receives control signal CTL2 from determination unit 48, and performs voltage conversion by NPN transistors Q5 to Q8 of converter 12 and reactor L2 based on the duty ratio from converter duty ratio calculator 52. Is generated.
[0072]
More specifically, converter PWM signal converter 54 receives control signal CTL1 from determination unit 48, turns on / off NPN transistors Q1 to Q4 of converter 12, and turns off NPN transistors Q5 to Q8. PWMU1 for receiving the control signal CTL2 from the determination unit 48, and generates a signal PWMU2 for turning off the NPN transistors Q1 to Q4 of the converter 12 and for turning on / off the NPN transistors Q5 to Q8. . Then, converter PWM signal converter 54 outputs generated signal PWMU1 or PWMU2 to NPN transistors Q1 to Q8 of converter 12.
[0073]
Then, NPN transistors Q1-Q4 of converter 12 are turned on / off by signal PWMU1, and NPN transistors Q5-Q8 are turned on / off by PWMU2. More specifically, NPN transistor Q1 is turned on / off simultaneously with NPN transistor Q4 based on signal PWMU1, and NPN transistor Q2 is turned on / off simultaneously with NPN transistor Q3 based on signal PWMU1. The NPN transistor Q5 is turned on / off simultaneously with the NPN transistor Q8 based on the signal PWMU2, and the NPN transistor Q6 is turned on / off simultaneously with the NPN transistor Q7 based on the signal PWMU2. Thereby, converter 12 converts the DC voltage so that input voltage Vm becomes an optimum value.
[0074]
Converter PWM signal converter 54 receives control signal CTL1 from determiner 48, generates a signal PWMU1 by setting the carrier frequency to carrier frequency f1, and receives carrier signal CTL2 from determiner 48, The frequency is set to the carrier frequency f2 (<f1) to generate the signal PWMU2. That is, when voltage conversion is performed using the reactor L1 having the small inductance Lin1, the carrier frequency for switching control of the NPN transistors Q1 to Q4 is increased, and when voltage conversion is performed using the reactor L2 having the large inductance Lin2, the NPN transistor Q5 is used. -Q8 is set to a low carrier frequency for switching control. This is because, when the inductance is small, a current easily flows through the reactor L1, and it is necessary to increase the carrier frequency for switching control of the NPN transistors Q1 to Q4 in order to cope with a sudden change in the output voltage. Is large, the current hardly flows through the reactor L2, so that the carrier frequency for controlling the switching of the NPN transistors Q5 to Q8 needs to be lowered in order for the output voltage to be substantially constant.
[0075]
Also, by increasing the on-duty of NPN transistors Q1 and Q4 of converter 12, power storage in reactor L1 increases, and by increasing the on-duty of NPN transistors Q5 and Q8, power storage in reactor L2 increases. A higher voltage output can be obtained. On the other hand, by increasing the on-duty of NPN transistor Q3 or Q7, the voltage of the power supply line decreases. Therefore, by controlling the duty ratio between NPN transistors Q1, Q4 and NPN transistors Q2, Q3 or the duty ratio between NPN transistors Q5, Q8 and NPN transistors Q6, Q7, the voltage of the power supply line is output from DC power supply B. It can be controlled to any voltage higher than the voltage.
[0076]
With reference to FIGS. 4 and 5, a description will be given of a change in response characteristics depending on the magnitude of the inductance. Referring to FIG. 4, converter 80 includes NPN transistors 81 to 84, diodes 85 to 88, and reactor 89.

NPN transistors

81 and 82 are connected in series between power supply line 91 and ground line 92. The NPN transistor 81 has a collector connected to the power supply line 91 and an emitter connected to the collector of the NPN transistor 82. The emitter of NPN transistor 82 is connected to ground line 92.
[0077]

NPN transistors

83 and 84 are connected in series between power supply line 93 and ground line 92. The NPN transistor 83 has a collector connected to the power supply line 93 and an emitter connected to the collector of the NPN transistor 84. The emitter of NPN transistor 84 is connected to ground line 92.
[0078]
NPN transistors 81 to 84 are connected to diodes 85 to 88, respectively, so that current flows from the emitter to the collector.
[0079]
Reactor 89 has one end connected to an intermediate point between NPN transistor 81 and NPN transistor 82 and the other end connected to an intermediate point between NPN transistor 83 and NPN transistor 84.
[0080]
Converter 80 receives DC voltage Vb from DC power supply B, converts the voltage level of received DC voltage Vb, and outputs output voltage Vm. In converter 80,

NPN transistors

81 and 84 are turned on / off at the same time, and

NPN transistors

82 and 83 are turned on / off at the same time.
[0081]
When converting the DC voltage Vb to the output voltage Vm, the

NPN transistors

82 and 83 are turned off, and the

NPN transistors

81 and 84 are turned on / off at the same time. When

NPN transistors

81 and 84 are turned on, current 78 flows through NPN transistor 81, reactor 89 and NPN transistor 84, and power corresponding to the period in which

NPN transistors

81 and 84 are turned on accumulates in reactor 89. Is done. Then, at the timing when the

NPN transistors

81 and 84 are turned off, the current 79 flows to the power supply line 93 via the diode 87, and the output voltage Vm corresponding to the power stored in the reactor 89 is supplied to the power supply line 93 and the ground line 92. Applied during
[0082]
When

NPN transistors

81 and 84 are turned on / off, reactor currents Ie (n) and Is (n) as shown in FIG. That is, reactor currents Is (n), Is (n + 1), Is (n + 2) flow at timings t0, t2, t4, respectively, and reactor currents Ie (n), Ie (n + 1) at timings t1, t3, respectively. Is flowing. The

NPN transistors

81 and 84 are turned on / off at a cycle T, and have an on-duty of T (du) and an off-duty of T (1-du).
[0083]
From timing t0 to timing t1,

NPN transistors

81 and 84 are turned on, and the reactor current increases from Is (n) to Ie (n). The rate at which the reactor current increases is represented by Vb / L, where L is the inductance of reactor 89.
[0084]
Thereafter, from timing t1 to timing t2,

NPN transistors

81 and 84 are turned off, and the reactor current decreases from Ie (n) to Is (n + 1). The rate at which the reactor current decreases is represented by -Vm / L.
[0085]
Further, between the timing t2 and the timing t3, the

NPN transistors

81 and 84 are turned on again, the reactor current increases from Is (n + 1) to Ie (n + 1), and between the timing t3 and the timing t4, the

NPN transistors

81 and 84 are turned on. 84 is turned off again, and the reactor current decreases from Ie (n + 1) to Is (n + 2).
[0086]
Then, at timing t1, DC current Ibatt (n) flowing in the direction of inverter 14 is represented by the following equation.
[0087]
(Equation 1)

[0088]
Further, at the timing t3, the DC current Ibatt (n + 1) flowing in the direction of the inverter 14 is represented by the following equation.
[0089]
(Equation 2)

[0090]
When the difference between Equations (1) and (2) is calculated, the rate of change of the current flowing in the direction of the inverter 14 is expressed by the following equation.
[0091]
[Equation 3]

[0092]
It becomes.
As a result, when the inductance L of the reactor 89 is reduced, the rate of change of the current flowing in the direction of the inverter 14 increases, and when the inductance L of the reactor 89 is increased, the rate of change of the current flowing in the direction of the inverter 14 decreases. That is, by changing the inductance L, it is possible to respond to a rapid change and a gradual change in the output voltage Vm input to the inverter 14.
[0093]
Therefore, when a rapid change in the output voltage Vm is required, the inductance L of the reactor 89 is reduced, and when a gradual change in the output voltage Vm is required, the inductance L of the reactor 89 is increased. It can respond to a sudden change and a gradual change in the output voltage Vm.
[0094]
During deceleration and acceleration of a hybrid vehicle or an electric vehicle equipped with the motor driving device 100, a rapid change in the output voltage Vm is required, and during normal running of the hybrid vehicle or the electric vehicle, an almost constant output voltage Vm is required. You.
[0095]
Therefore, in the present invention, when the hybrid vehicle or the electric vehicle is decelerating or accelerating, the DC voltage Vb from the DC power supply B is converted into the output voltage Vm using the reactor L1 having a small inductance, and the hybrid vehicle or the electric vehicle is driven. When the vehicle is traveling normally, DC voltage Vb is converted to output voltage Vm using reactor L2 having a large inductance.
[0096]
That is, when the hybrid vehicle or the electric vehicle is decelerating or accelerating, the signal PWMU1 is generated and the DC voltage Vb is converted into the output voltage Vm by the NPN transistors Q1 to Q4 and the reactor L1, so that the hybrid vehicle or the electric vehicle normally travels. At times, the signal PWMU2 is generated, and the DC voltage Vb is converted into the output voltage Vm by the NPN transistors Q5 to Q8 and the reactor L2.
[0097]
In this case, the determination unit 48 of the motor torque control unit 301 determines, based on the torque command value TR received from the external ECU, whether the hybrid vehicle or the electric vehicle is decelerating or accelerating, and normal driving. That is, when the rate of change of the torque command value TR is equal to or greater than the reference value, the determination unit 48 determines that the hybrid vehicle or the electric vehicle is at the time of deceleration or acceleration, and when the torque command value TR is substantially constant, It is determined that the hybrid vehicle or the electric vehicle is in normal running.
[0098]
Then, when the hybrid vehicle or the electric vehicle decelerates or accelerates, the determination unit 48 generates the control signal CTL1 and outputs the control signal CTL1 to the converter PWM signal conversion unit 54, and when the hybrid vehicle or the electric vehicle is running normally, the control signal CTL2. Is generated and output to the converter PWM signal converter 54.
[0099]
Referring again to FIG. 1, the operation of the motor driving device 100 will be described. When a torque command value TR is input from the external ECU, control device 30 generates an H-level signal SE and outputs it to system relays SR1 and SR2, and sets AC motor M1 to a torque designated by torque command value TR. The signals PWMU1 and PWMU2 and the signal PWMI for controlling the converter 12 and the inverter 14 are generated so as to generate and output to the converter 12 and the inverter 14, respectively.
[0100]
DC power supply B outputs DC voltage Vb, and system relays SR1 and SR2 supply DC voltage Vb to capacitor C1. Capacitor C1 smoothes supplied DC voltage Vb, and supplies the smoothed DC voltage to converter 12.
[0101]
Then, converter 12 converts DC voltage Vb from DC power supply B to output voltage Vm by NPN transistors Q1 to Q4 and reactor L1 or NPN transistors Q5 to Q8 and reactor L2 in accordance with signals PWMU1 and PWM2 from control device 30. And the converted output voltage Vm is supplied to the capacitor C2.
[0102]
The capacitor C2 smoothes the DC voltage supplied from the converter 12 and supplies the DC voltage to the inverter 14. Voltage sensor 13 detects voltage Vm across capacitor C2 and outputs the detected voltage to control device 30. NPN transistors Q9 to Q14 of inverter 14 are turned on / off in accordance with signal PWMI from control device 30. Inverter 14 converts a DC voltage into an AC voltage, and AC motor M1 applies a torque designated by torque command value TR to torque. A predetermined alternating current is applied to each of the U-phase, V-phase, and W-phase of the AC motor M1 so as to generate the current. Thereby, AC motor M1 generates a torque specified by torque command value TR.
[0103]
At the time of deceleration or acceleration of the hybrid or electric vehicle equipped with motor drive device 100, control device 30 receives torque command value TR from the external ECU, and based on the received torque command value TR, torque command TR. It is determined whether the rate of change of the value TR is equal to or greater than the reference value and whether the torque command value TR is substantially constant.
[0104]
When determining that the rate of change of torque command value TR is equal to or greater than the reference value, control device 30 generates signal PWMU1 and outputs it to converter 12, as described above. NPN transistors Q1 to Q4 are turned on / off in response to signal PWMU1, NPN transistors Q5 to Q8 are turned off, and NPN transistors Q1 to Q4 and reactor L1 are turned on during deceleration or acceleration of the hybrid vehicle or electric vehicle. The DC voltage Vb is converted into the output voltage Vm so as to respond to a required rapid change in the output voltage Vm. Inverter 14 receives a rapidly changing output voltage Vm from converter 12, converts the received output voltage Vm into an AC voltage by signal PWMI, and drives AC motor M1. Thereby, the hybrid vehicle or the electric vehicle is smoothly decelerated or accelerated.
[0105]
If control device 30 determines that torque command value TR is substantially constant, control device 30 generates signal PWMU2 and outputs it to converter 12 as described above. NPN transistors Q1 to Q4 are turned off in response to signal PWMU2, NPN transistors Q5 to Q8 are turned on / off, and NPN transistors Q5 to Q8 and reactor L2 are required during normal running of the hybrid vehicle or electric vehicle. The DC power supply Vb is converted to the output voltage Vm so as to respond to a gradual change of the output voltage Vm (meaning a stable output voltage Vm). Inverter 14 receives output voltage Vm that changes gradually from converter 12, converts the received output voltage Vm into an AC voltage by signal PWMI, and drives AC motor M1. As a result, the hybrid vehicle or the electric vehicle performs normal traveling smoothly.
[0106]
When the hybrid vehicle or the electric vehicle on which the motor drive device 100 is mounted enters the regenerative braking mode, the control device 30 receives a signal indicating that the regenerative braking mode has entered from the external ECU, and outputs a signal PWMC and a signal PWMD1, PWMD2. Is generated and output to the inverter 14 and the converter 12, respectively.
[0107]
AC motor M 1 generates an AC voltage and supplies the generated AC voltage to inverter 14. Then, inverter 14 converts the AC voltage into a DC voltage according to signal PWMC from control device 30 and supplies the converted DC voltage to converter 12 via capacitor C2.
[0108]
Converter 12 receives signal PWMD1 from control device 30 at the time of deceleration of the hybrid vehicle or electric vehicle, and turns on / off NPN transistors Q1 to Q4 and turns off NPN transistors Q5 to Q8 according to the received signal PWMD1. The voltage level of the DC voltage supplied from inverter 14 is converted by NPN transistors Q1 to Q4 and reactor L1 and supplied to DC power supply B.
[0109]
Converter 12 receives signal PWMD2 from control device 30 during normal running of the hybrid vehicle or electric vehicle, turns off NPN transistors Q1 to Q4, and turns on NPN transistors Q5 to Q8 in accordance with received signal PWMD2. / Off and converts the voltage level of the DC voltage supplied from the inverter 14 by the NPN transistors Q5 to Q8 and the reactor L2 and supplies it to the DC power supply B. Thereby, converter 12 can charge DC power supply B by converting the voltage level of the DC voltage from inverter 14 in response to a rapid change and a gradual change in the DC voltage supplied from inverter 14.
[0110]
The reactors L1 and L2 constitute a "reactor device" whose inductance can be changed.
[0111]
The NPN transistors Q1 to Q8 configure a “switching circuit” that turns on / off a current flowing in the reactor device and outputs an output voltage corresponding to the power stored in the reactor device.
[0112]
Further, the motor torque control means 301 constitutes a "change means" for changing the inductance of the reactor according to the required change rate of the output voltage.
[0113]
Further, NPN transistors Q1 to Q4 and reactor L1, or NPN transistors Q5 to Q8 and reactor L2 constitute a "voltage converter".
[0114]
Further, NPN transistors Q1 to Q4 and reactor L1, or NPN transistors Q5 to Q8 and reactor L2 constitute a "voltage conversion circuit".
[0115]
Further, converter 12 and control device 30 constitute a “voltage conversion device”.
[0116]
According to the first embodiment, the voltage converter converts the DC voltage from the DC power supply to the output voltage by changing the inductance according to the required change rate of the output voltage. Alternatively, a DC voltage from a DC power supply can be converted to an output voltage in response to a gradual change.
[0117]
[Embodiment 2]
Referring to FIG. 6, motor drive device 100A according to the second embodiment has a configuration in which converter 12 of motor drive device 100 is replaced with converter 12A, and control device 30 is replaced with control device 30A. It is the same as the device 100.
[0118]
Converter 12A includes NPN transistors Q01 and Q02, diodes D01 and D02, and reactor L3. NPN transistors Q01 and Q02 are connected in series between the power supply line of inverter 14 and the ground line. NPN transistor Q01 has a collector connected to the power supply line and an emitter connected to the collector of NPN transistor Q02. The emitter of NPN transistor Q02 is connected to the ground line.
[0119]
Diodes D01 and D02 are connected to NPN transistors Q01 and Q02, respectively, so that current flows from the emitter to the collector.
[0120]
Reactor L3 has one end connected to the power supply line of DC power supply B, and the other end connected to the midpoint between NPN transistor Q01 and NPN transistor Q02, ie, the emitter of NPN transistor Q01 and the collector of NPN transistor Q02. The inductance of the reactor L3 can be changed to the inductance Lin1 or the inductance Lin2 as described later.
[0121]
Control device 30A receives torque command value TR and motor rotation speed MRN from an external ECU, receives DC voltage Vb from voltage sensor 10, receives output voltage Vm from voltage sensor 13, and receives motor current MCRT from current sensor 24. Then, control device 30A determines, based on torque command value TR, whether the rate of change of torque command value TR is greater than or equal to a reference value or whether torque command value TR is substantially constant. When the ratio is equal to or higher than the reference value, it is determined that the hybrid vehicle or the electric vehicle equipped with the motor driving device 100A is in the time of deceleration or acceleration, and generates a signal CHG1 for switching the inductance of the reactor L3 to the inductance Lin1. Output to reactor L3, when torque command value TR is substantially constant, it is determined that the hybrid vehicle or the electric vehicle is in normal running, and a signal CHG2 for switching the inductance of reactor L3 to inductance Lin2 is generated to generate reactor CH3. Output to
[0122]
Control device 30A also generates a signal for driving NPN transistors Q01 and Q02 of converter 12A based on torque command value TR, motor speed MRN, DC voltage Vb, output voltage Vm, and motor current MCRT by a method described later. It generates a PWMU and a signal PWMI for driving inverter 14, and outputs the generated signal PWMU and signal PWMI to converter 12A and inverter 14, respectively.
[0123]
Signal PWMU is a signal for driving NPN transistors Q01 and Q02 included in converter 12A when converter 12A converts DC voltage Vb from capacitor C1 to output voltage Vm. Then, when converter 12A converts DC voltage Vb to output voltage Vm, control device 30A performs feedback control on output voltage Vm and drives converter 12A such that output voltage Vm becomes the commanded voltage command Vdccom. To generate a signal PWMU.
[0124]
The control device 30 A has the same other functions as the control device 30.
Referring to FIG. 7, control device 30A includes a motor torque control unit 301A and a voltage conversion control unit 302A. The motor torque control means 301A determines, based on the torque command value TR, whether the rate of change of the torque command value TR is equal to or greater than a reference value or whether the torque command value TR is substantially constant. When the ratio is equal to or higher than the reference value, it is determined that the hybrid vehicle or the electric vehicle is at the time of deceleration or acceleration, and a signal CHG1 for switching the inductance of reactor L3 to inductance Lin1 is generated and output to reactor L3 of converter 12A. When the torque command value TR is substantially constant, it is determined that the hybrid vehicle or the electric vehicle is in normal running, and a signal CHG2 for switching the inductance of reactor L3 to inductance Lin2 is generated and output to reactor L3 of converter 12A. I do.
[0125]
Further, based on torque command value TR, DC voltage Vb, motor current MCRT, motor rotation speed MRN, and output voltage Vm, motor torque control means 301A provides an NPN transistor for converter 12A by a method described later when driving AC motor M1. A signal PWMU for turning on / off Q01 and Q02 and a signal PWMI for turning on / off NPN transistors Q9 to Q14 of inverter 14 are generated, and the generated signal PWMU and signal PWMI are converted to converter 12A and inverter 12, respectively. 14 is output.
[0126]
The voltage conversion control means 302A converts the AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage upon receiving a signal RGE indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU during regenerative braking. Is generated and output to the inverter 14.
[0127]
Further, upon receiving the signal RGE from the external ECU during regenerative braking, the voltage conversion control means 302 generates a signal PWMD for converting the voltage level of the DC voltage supplied from the inverter 14, and converts the generated signal PWMD into a signal PWMD. Output to converter 12A.
[0128]
Referring to FIG. 8, motor torque control means 301A has a configuration in which determination section 48 of motor torque control means 301 is replaced with determination section 48A, and converter PWM signal conversion section 54 is replaced with converter PWM signal conversion section 54A. In other respects, it is the same as the motor torque control means 301.
[0129]
The determination unit 48A determines, based on the torque command value TR input from the external ECU, whether the rate of change of the torque command value TR is equal to or greater than a reference value or whether the torque command value TR is substantially constant. When the rate of change of torque command value TR is equal to or greater than the reference value, determination unit 48A determines that the hybrid vehicle or the electric vehicle is at the time of deceleration or acceleration, and generates control signal CTL1 to convert converter PWM signal. A signal CHG1 for switching the inductance of reactor L3 to inductance Lin1 is generated and output to converter 12A. Further, when the torque command value TR is substantially constant, the determination unit 48A determines that the hybrid vehicle or the electric vehicle is in normal driving, generates a control signal CTL2, and outputs the control signal CTL2 to the converter PWM signal conversion unit 54A. A signal CHG2 for switching the inductance of reactor L3 to inductance Lin2 is generated and output to converter 12A.
[0130]
Inverter input voltage command calculation unit 50 calculates the optimum value (target value) of the inverter input voltage by the above-described method, and outputs the calculated optimum value to converter duty ratio calculation unit 52.
[0131]
Converter duty ratio calculation section 52 calculates a duty ratio for setting inverter input voltage Vm to an optimum value output from inverter input voltage command calculation section 50 by the above-described method.
[0132]
Converter PWM signal conversion unit 54A generates signal PWMU for turning on / off NPN transistors Q01 and Q02 of converter 12A based on the duty ratio from converter duty ratio calculation unit 52, and converts the generated signal PWMU. Output to converter 12A.
[0133]
Converter PWM signal converter 54A receives control signal CTL1 from determiner 48A, sets a carrier frequency to carrier frequency f1 to generate signal PWMU, and receives control signal CTL2 from determiner 48A to generate carrier PWM. The frequency is set to the carrier frequency f2 (<f1) to generate the signal PWMU. That is, when voltage conversion is performed using the reactor L1 having the small inductance Lin1, the carrier frequency for switching control of the NPN transistors Q01 and Q02 is increased, and when voltage conversion is performed using the reactor L2 having the large inductance Lin2, the NPN transistor Q01 is used. , Q02 for switching control are set low. The reason why the carrier frequency for switching control of the NPN transistor is changed according to the magnitude of the inductance is as described in the first embodiment.
[0134]
Referring to FIG. 9, reactor L3 includes a core 2, coils 3A and 3B, and a number-of-turns switching unit 4. The core 2 includes straight portions 23A and 23B and curved portions 23C and 23D. The straight portions 23A and 23B and the curved portions 23C and 23D are arranged in an annular shape so as to partially form the

gaps

21 and 22. The

gaps

21 and 22 are made of, for example, a glass epoxy material.
[0135]
The coil 3A is manufactured by winding a copper wire around one straight portion 23A of the core 2, and the coil 3B is manufactured by winding a copper wire around the other straight portion 23B of the core 2. Coil 3A is connected to coil 3B by wiring 3C. Thus, the

coils

3A and 3B are connected in series.
[0136]
The number-of-turns switching unit 4 includes contacts 4A and 4B and a switch 4C. The contact 4A is connected to a terminal (not shown) in which the number of turns of the

coils

3A and 3B is n1, and the contact 4B is connected to a terminal (not shown) in which the number of turns of the

coils

3A and 3B is n2 (> n1). Is done. Switch 4C is connected to contact 4A when receiving signal CHG1 from determination unit 48A of control device 30A, and is connected to contact 4B when receiving signal CHG2 from determination unit 48A. Then, the number-of-turns switching unit 4 is connected to the terminal 6B by the wiring 5.
[0137]
Coil 3A is wound so that current flows in the direction of arrow 13A, and coil 3B is wound so that current flows in the direction of arrow 14A. When a current flows from the terminal 6A to the terminal 6B, a current flows through the coil 3A in a direction indicated by an arrow 13A, and a current flows through the coil 3B in a direction indicated by an arrow 14A.
[0138]
Then, the magnetic flux generated by the current flowing through

coils

3A and 3B passes through gap 21 in the direction of arrow 15A and passes through gap 22 in the direction of arrow 16A. That is, the generated magnetic flux moves in a direction that makes a round in the annular core 2. When the switch 4C is connected to the contact 4A, the magnetic flux generated in the core 2 is Φ1, and when the switch 4C is connected to the contact 4B, the magnetic flux generated in the core 2 is Φ2 (> Φ1). is there. As a result, when switch 4C is connected to contact 4A, the inductance of reactor L3 becomes inductance Lin1, and when switch 4C is connected to contact 4B, the inductance of reactor L3 becomes inductance Lin2.
[0139]
Referring again to FIG. 6, the operation of motor driving device 100A will be described. When torque command value TR is input from an external ECU, control device 30A generates H-level signal SE and outputs the signal to system relays SR1 and SR2, and AC motor M1 controls torque specified by torque command value TR. , And generates a signal PWMU and a signal PWMI for controlling converter 12A and inverter 14 to output the same to converter 12A and inverter 14, respectively.
[0140]
DC power supply B outputs DC voltage Vb, and system relays SR1 and SR2 supply DC voltage Vb to capacitor C1. Capacitor C1 smoothes supplied DC voltage Vb, and supplies the smoothed DC voltage Vb to converter 12A.
[0141]
Then, NPN transistors Q01 and Q02 of converter 12A are turned on / off in response to signal PWMU from control device 30A, and converter 12A converts DC voltage Vb from DC power supply B into output voltage Vm, and converts the converted voltage. The output voltage Vm is supplied to the capacitor C2.
[0142]
The capacitor C2 smoothes the DC voltage supplied from the converter 12A and supplies the smoothed DC voltage to the inverter 14. Voltage sensor 13 detects voltage Vm across capacitor C2 and outputs it to control device 30A. NPN transistors Q9 to Q14 of inverter 14 are turned on / off in accordance with signal PWMI from control device 30A, and inverter 14 converts a DC voltage into an AC voltage, so that AC motor M1 outputs a torque designated by torque command value TR. A predetermined alternating current is applied to each of the U-phase, V-phase, and W-phase of the AC motor M1 to generate the current. Thereby, AC motor M1 generates a torque specified by torque command value TR.
[0143]
When decelerating or accelerating a hybrid vehicle or an electric vehicle equipped with motor drive device 100A, control device 30A receives torque command value TR from an external ECU, and based on the received torque command value TR, controls torque command value based on received torque command value TR. It is determined whether the rate of change of the value TR is equal to or greater than the reference value and whether the torque command value TR is substantially constant.
[0144]
When control device 30A determines that the change ratio of torque command value TR is equal to or greater than the reference value, control device 30A generates signal CHG1 and outputs it to converter 12A as described above. Converter 12A switches the inductance to inductance Lin1 in response to signal CHG1, and outputs DC voltage Vb so as to respond to a sudden change in output voltage Vm required during deceleration or acceleration of the hybrid or electric vehicle. Vm. Inverter 14 receives a rapidly changing output voltage Vm from converter 12A, converts the received output voltage Vm into an AC voltage by signal PWMI, and drives AC motor M1. Thereby, the hybrid vehicle or the electric vehicle is smoothly decelerated or accelerated.
[0145]
When determining that torque command value TR is substantially constant, control device 30A generates signal CHG2 and outputs it to converter 12A as described above. Converter 12A switches the inductance to inductance Lin2 according to signal CHG2, and changes DC power supply Vb to output voltage Vm so as to respond to a gradual change in output voltage Vm required during normal running of the hybrid or electric vehicle. Convert. Inverter 14 receives a slowly changing output voltage Vm from converter 12A, converts the received output voltage Vm into an AC voltage by signal PWMI, and drives AC motor M1. As a result, the hybrid vehicle or the electric vehicle performs normal traveling smoothly.
[0146]
When the hybrid vehicle or the electric vehicle equipped with motor drive device 100A enters the regenerative braking mode, control device 30A receives a signal indicating that the vehicle has entered the regenerative braking mode from an external ECU, and generates signal PWMC and signal PWMD. And outputs the result to inverter 14 and converter 12A, respectively.
[0147]
AC motor M 1 generates an AC voltage and supplies the generated AC voltage to inverter 14. Then, inverter 14 converts the AC voltage into a DC voltage according to signal PWMC from control device 30A, and supplies the converted DC voltage to converter 12A via capacitor C2.
[0148]
Converter 12A receives signal PWMD from control device 30A, and turns on / off NPN transistors Q01 and Q02 in accordance with the received signal PWMD, converts the voltage level of the DC voltage supplied from inverter 14, and converts the voltage level of the DC power supply. B.
[0149]
Thereby, converter 12A can charge DC power supply B by converting the voltage level of the DC voltage from inverter 14 in response to a rapid change and a gradual change in the DC voltage supplied from inverter 14.
[0150]
The reactor L3 forms a “reactor device” whose inductance can be changed.
[0151]
The NPN transistors Q01 and Q02 form a "switching circuit" that turns on / off a current flowing through the reactor device and outputs an output voltage according to the power stored in the reactor device.
[0152]
Further, the motor torque control means 301A constitutes a "change means" for changing the inductance of the reactor according to the required change rate of the output voltage.
[0153]
Further, NPN transistors Q01, Q02 and reactor L3 constitute a "voltage converter".
[0154]
Further, converter 12A and control device 30 constitute a “voltage conversion device”.
[0155]
According to the second embodiment, the voltage conversion device converts the DC voltage from the DC power supply to the output voltage by changing the inductance according to the required change rate of the output voltage. Alternatively, a DC voltage from a DC power supply can be converted to an output voltage in response to a gradual change.
[0156]
In the above description, a converter that converts a DC voltage from a DC power supply to an output voltage using two reactors each having a different inductance has been described. However, in the present invention, the converters generally have different n. A converter that converts a DC voltage from a DC power supply into an output voltage by using (n is a natural number) reactors and 4n switching elements in which four switching elements are connected to one reactor may be used. .
[0157]
Also, in the above description, a converter that converts a DC voltage from a DC power supply to an output voltage using one reactor that can be switched to two inductances has been described. However, in the present invention, the converter generally includes n pieces of converters. Any converter may be used as long as it converts a DC voltage from a DC power supply into an output voltage using one reactor that can be switched to an inductance and two switching elements connected to one end of the reactor.
[0158]
Further, in the above description,

motor drive devices

100 and 100A drive one AC motor M1, but in the present invention, the motor drive device may drive a plurality of AC motors. . In that case, a plurality of inverters provided corresponding to the plurality of AC motors are connected in parallel to both ends of the capacitor C2. Then, each of the plurality of inverters converts the output voltage Vm received from

converter

12 or 12A via capacitor C2 into an AC voltage and drives a corresponding AC motor.
[0159]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a motor drive device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a functional block diagram of the control device shown in FIG.
FIG. 3 is a functional block diagram for explaining a function of a motor torque control unit shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a circuit diagram of a converter.
5 is a timing chart of a current in the converter shown in FIG.
FIG. 6 is a schematic block diagram of a motor drive device according to a second embodiment.
FIG. 7 is a functional block diagram of the control device shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a functional block diagram for explaining functions of a motor torque control unit shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a perspective view of the reactor shown in FIG.
FIG. 10 is a schematic block diagram of a conventional motor drive device.
[Explanation of symbols]
2 core, 3A, 3B coil, 3C, 5 wiring, 4 turns switching section, 4A, 4B contact, 4C switch, 6A, 6B terminal, 10,310 voltage sensor, 12, 12A converter, 13A, 14A, 15A, 16A , 14,330 Inverter, 15 U-phase arm, 16 V-phase arm, 17 W-phase arm, 21,22 gap, 23A, 23B linear part, 23C, 23D curved part, 24 current sensor, 30, 30A control device, 40 motor Control phase voltage calculation unit, 42 inverter PWM signal conversion unit, 48, 48A determination unit, 50 inverter input voltage command calculation unit, 52 converter duty ratio calculation unit, 54, 54A converter PWM signal conversion unit, 78, 79 Current, 81-84, 312, 313, Q1-Q14, Q01, Q02 NPN transistors , 85-88, 414, 315, D1-D14, D01, D02 Diode, 91, 93 Power line, 92 Earth line, 100, 100A, 300 Motor drive device, 301, 301A Motor torque control means, 302, 302A Voltage conversion Control means, 310 bidirectional converter, 311, L1, L2, L3 reactor, B DC power supply, SR1, SR2 system relay, C1, C2 capacitor, M1 AC motor.

Claims

A reactor device whose inductance can be changed,
A switching circuit that turns on / off a DC current flowing through the reactor device and outputs an output voltage according to power stored in the reactor device;
Changing means for changing the inductance according to a required change ratio of the output voltage.

The reactor device includes:
Core and
A coil wound around the core and having a variable number of turns,
The voltage converter according to claim 1, wherein the changing unit changes the number of turns according to a required change ratio of the output voltage.

The switching circuit includes first and second switching elements connected in series between a power supply line and an earth line,
A connection point between the first switching element and the second switching element is connected to one end of the reactor device,
The voltage converter according to claim 2, wherein a frequency at which the first and second switching elements are turned on / off decreases as the number of turns increases.

The reactor device includes n (n is a natural number) reactors, each having a different inductance,
The switching circuit,
N input-side arms provided corresponding to the n reactors,
N output-side arms provided corresponding to the n reactors,
Each of the n input-side arms is connected to one end of a corresponding reactor,
The voltage converter according to claim 1, wherein each of the n output-side arms is connected to the other end of the corresponding reactor.

Each of the n input-side arms includes first and second switching elements connected in series between an input-side power supply line and an input-side ground line,
Each of the n output-side arms includes third and fourth switching elements connected in series between an output-side power supply line and an output-side ground line,
A connection point between the first switching element and the second switching element is connected to one end of the corresponding reactor,
A connection point between the third switching element and the fourth switching element is connected to the other end of the corresponding reactor,
The first and fourth switching elements are turned on / off simultaneously;
The voltage converter according to claim 4, wherein the second and third switching elements are turned on / off at the same time.

The voltage converter according to claim 5, wherein the first to fourth switching elements are turned on / off at a lower frequency as the inductance of the corresponding reactor increases.

A voltage converter that changes the inductance and converts the DC voltage from the DC power supply to an output voltage;
An inverter that converts the output voltage to an AC voltage and drives a motor;
The voltage converter,
A voltage converter having a first inductance or a second inductance larger than the first inductance, and converting the DC voltage into the output voltage;
Switching means for switching the inductance of the voltage converter to the first inductance or the second inductance.

The voltage converter,
A reactor having the first inductance or the second inductance;
A switching circuit that turns on / off a current flowing through the reactor and outputs the output voltage according to the power stored in the reactor;
The switching unit switches the inductance to the first inductance in a first mode in which a change ratio of the output voltage is equal to or more than a reference value, and in a second mode in which the output voltage is substantially constant, The motor drive device according to claim 7, wherein the inductance is switched to the second inductance.

The reactor is:
Core and
A coil wound around the core and having a variable number of turns,
9. The motor drive device according to claim 8, wherein the switching unit decreases the number of turns in the first mode, and increases the number of turns in the second mode.

The voltage converter includes first and second voltage conversion circuits,
The first voltage conversion circuit includes:
A first reactor having the first inductance;
First and second switching elements connected to input terminals of the first reactor;
Third and fourth switching elements connected to an output end of the first reactor,
The second voltage conversion circuit includes:
A second reactor having the second inductance;
Fifth and sixth switching elements connected to the input terminal of the second reactor;
A seventh and an eighth switching element connected to an output terminal of the second reactor,
The first and second switching elements are connected in series between a power supply line of the DC power supply and an earth line,
The third and fourth switching elements are connected in series between a power line and a ground line of the inverter,
The fifth and sixth switching elements are connected in series between a power supply line of the DC power supply and an earth line,
The seventh and eighth switching elements are connected in series between a power line and a ground line of the inverter,
A connection point between the first switching element and the second switching element is connected to an input terminal of the first reactor,
A connection point between the third switching element and the fourth switching element is connected to an output terminal of the first reactor,
A connection point between the fifth switching element and the sixth switching element is connected to an input terminal of the second reactor,
A connection point between the seventh switching element and the eighth switching element is connected to an output terminal of the second reactor,
The switching means drives the first to fourth switching elements and stops the fifth to eighth switching elements in the first mode in which the change in the output voltage is equal to or greater than a reference value. 8. The motor according to claim 7, wherein in the second mode in which the output voltage is substantially constant, the first to fourth switching elements are stopped, and the fifth to eighth switching elements are driven. Drive.