(57)【要約】【課題】バッテリ電圧により駆動される複相回転電機を制御する際の変調方式を切り替える変調方式切替装置において、過渡的にバッテリ電流が変動することを抑制する。【解決手段】変調方式切替装置（６０）は、複相回転電機（３０）の各相（３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ）に印加される印加電圧が、第１上限電圧以下に制限されている第１変調方式を実行する第１実行部（６１）と、各相に印加される印加電圧が、第１上限電圧よりも高い第２上限電圧以下に制限されている第２変調方式を実行する第２実行部（６２）と、複相回転電機の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧に相関するパラメータに基づいて、第２実行部により実行される第２変調方式において印加電圧から誘起電圧を引いた相電圧が所定電圧よりも低くなることを条件として、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える切替部（６４）と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ（２０）から印加されるバッテリ電圧により駆動される複相回転電機（３０）を制御する際の変調方式を切り替える変調方式切替装置（６０）であって、
前記複相回転電機の各相（３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ、３４ＵＡ、３４ＶＡ、３４ＷＡ、３４ＵＢ、３４ＶＢ、３４ＷＢ）に印加される印加電圧が、第１上限電圧以下に制限されている第１変調方式を実行する第１実行部（６１）と、
前記複相回転電機の各相に印加される印加電圧が、前記第１上限電圧よりも高い第２上限電圧以下に制限されている第２変調方式を実行する第２実行部（６２）と、
前記複相回転電機の回転に伴って前記各相に誘起される誘起電圧に相関するパラメータに基づいて、前記第２実行部により実行される前記第２変調方式において前記印加電圧から前記誘起電圧を引いた相電圧が所定電圧よりも低くなることを条件として、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替える切替部（６４）と、
を備える変調方式切替装置。
【請求項２】
前記パラメータは、前記複相回転電機の回転速度を含む、請求項１に記載の変調方式切替装置。
【請求項３】
前記切替部は、前記第１実行部により実行される前記第１変調方式で前記複相回転電機が発生可能なトルクの最大値が要求トルクよりも小さくなる前であることをさらに条件として、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替える、請求項１又は２に記載の変調方式切替装置。
【請求項４】
前記切替部は、前記複相回転電機の回転速度に基づいて前記第１変調方式と前記第２変調方式とを切り替え、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替える前記回転速度と、前記第２変調方式から前記第１変調方式へ切り替える前記回転速度とが同一である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の変調方式切替装置。
【請求項５】
前記第１実行部は、前記第１変調方式において所定周期のうち前記各相に前記バッテリ電圧を印加する時間の割合であるＤｕｔｙを制御し、前記Ｄｕｔｙを第１上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、
前記第２実行部は、前記第２変調方式において前記Ｄｕｔｙを制御し、前記Ｄｕｔｙを前記第１上限Ｄｕｔｙよりも大きい第２上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、
前記第２実行部は、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替えられた際に、前記Ｄｕｔｙを第３上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、前記第３上限Ｄｕｔｙを前記第１上限Ｄｕｔｙから前記第２上限Ｄｕｔｙまで徐々に大きくする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の変調方式切替装置。
【請求項６】
前記複相回転電機の各相に印加される印加電圧が、前記第２上限電圧よりも高い第３上限電圧以下に制限されている第３変調方式を実行する第３実行部（６３）を備え、
前記所定電圧は第１所定電圧であり、
前記切替部は、前記パラメータに基づいて、前記第３実行部により前記各相に印加される印加電圧から前記誘起電圧を引いた相電圧が前記第１所定電圧よりも低い第２所定電圧よりも低くなることを条件として、前記第２変調方式から前記第３変調方式へ切り替える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の変調方式切替装置。
【請求項７】
前記切替部は、前記複相回転電機の回転速度が所定回転速度よりも低い場合に、前記パラメータに基づいて、前記第２実行部により前記各相に印加される印加電圧から前記誘起電圧を引いた相電圧が所定電圧よりも低くなることを条件として、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替え、前記複相回転電機の回転速度が前記所定回転速度よりも高い場合に、前記印加電圧の指令値の変調率に基づいて変調方式を切り替える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の変調方式切替装置。
【請求項８】
前記バッテリから流れるバッテリ電流を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記バッテリ電流が所定電流よりも大きい状態が、所定時間よりも長く継続した場合に異常と判定する判定部（６６）と、を備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の変調方式切替装置。
【請求項９】
前記複相回転電機は、前記各相を有する系を複数備え、
複数の前記系において変調方式を切り替える時期を互いに異ならせる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の変調方式切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複相回転電機を制御する際の変調方式を切り替える変調方式切替装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力変換装置のパルス幅変調において、３相変調から２相変調、そして過変調（１パルス駆動）まで、変調率（電圧指令値の振幅／搬送波の振幅）に応じてシームレスに変調方式を切り替える技術がある（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２１２８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、バッテリから印加されるバッテリ電圧により複相回転電機を駆動する場合、複相回転電機の負荷が変動することに伴って、バッテリから流れるバッテリ電流が変動する。バッテリ電流が変動することにより、バッテリ電圧が変動し、ひいては変調率が変動する。このため、変調率に応じて変調方式を切り替える特許文献１の技術では、変調方式が不適切に切り替わり、過渡的にバッテリ電流が変動するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、バッテリ電圧により駆動される複相回転電機を制御する際の変調方式を切り替える変調方式切替装置において、過渡的にバッテリ電流が変動することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１手段は、
バッテリ（２０）から印加されるバッテリ電圧により駆動される複相回転電機（３０）を制御する際の変調方式を切り替える変調方式切替装置（６０）であって、
前記複相回転電機の各相（３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ、３４ＵＡ、３４ＶＡ、３４ＷＡ、３４ＵＢ、３４ＶＢ、３４ＷＢ）に印加される印加電圧が、第１上限電圧以下に制限されている第１変調方式を実行する第１実行部（６１）と、
前記複相回転電機の各相に印加される印加電圧が、前記第１上限電圧よりも高い第２上限電圧以下に制限されている第２変調方式を実行する第２実行部（６２）と、
前記複相回転電機の回転に伴って前記各相に誘起される誘起電圧に相関するパラメータに基づいて、前記第２実行部により実行される前記第２変調方式において前記印加電圧から前記誘起電圧を引いた相電圧が所定電圧よりも低くなることを条件として、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替える切替部（６４）と、
を備える。
【０００７】
上記構成によれば、変調方式切替装置は、バッテリ電圧により駆動される複相回転電機を制御する際の変調方式を切り替える。第１実行部は第１変調方式を実行し、第２実行部は第２変調方式を実行する。第１変調方式では、複相回転電機の各相に印加される印加電圧が、第１上限電圧以下に制限されている。第２変調方式では、複相回転電機の各相に印加される印加電圧が、第１上限電圧よりも高い第２上限電圧以下に制限されている。このため、第２変調方式により各相に印加される電圧は、第１変調方式により各相に印加される電圧よりも高くなり易く、第１変調方式から第２変調方式への切り替え時に過渡的にバッテリ電流が増加するおそれがある。
【０００８】
この点、切替部は、複相回転電機の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧に相関するパラメータに基づいて、第２実行部により実行される第２変調方式において印加電圧から誘起電圧を引いた相電圧が所定電圧よりも低くなることを条件として、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える。すなわち、各相に印加される印加電圧から誘起電圧を引いた相電圧が、電流の増加に寄与する。このため、相電圧が所定電圧よりも低くなることを条件として、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えることにより、過渡的にバッテリ電流が増加（変動）することを抑制することができる。
【０００９】
複相回転電機の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧は、複相回転電機の回転速度及び磁場の磁束密度に応じて変化する。
【００１０】
この点、第２の手段では、前記パラメータは、前記複相回転電機の回転速度を含む。こうした構成によれば、複相回転電機の回転速度に基づいて、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えられる。したがって、複相回転電機の回転速度の変化に伴って誘起電圧が変化したとしても、上記相電圧が所定電圧よりも低くなることを正確に判断して、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えることができる。
【００１１】
複相回転電機の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧が大きくなると、複相回転電機が発生可能なトルクの最大値が小さくなる。このため、複相回転電機が要求トルクを発生できなくなる前に、より大きなトルクを発生することのできる変調方式に切り替えることが望ましい。
【００１２】
この点、第３の手段では、前記切替部は、前記第１実行部により実行される前記第１変調方式で前記複相回転電機が発生可能なトルクの最大値が要求トルクよりも小さくなる前であることをさらに条件として、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替える。こうした構成によれば、過渡的にバッテリ電流が増加することを抑制するだけでなく、複相回転電機が要求トルクを発生できなくなる前に、より大きなトルクを発生することのできる変調方式に切り替えることができる。
【００１３】
複相回転電機の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧は、複相回転電機の回転速度が高いほど大きくなる。このため、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える回転速度と、第２変調方式から第１変調方式へ切り替える回転速度とに、ヒステリシスが設けられていると、第２変調方式から第１変調方式への切り替えが遅れて上記印加電圧が高くなるおそれがある。その場合、第２変調方式においてバッテリ電流が増加するおそれがある。
【００１４】
この点、第４の手段では、前記切替部は、前記複相回転電機の回転速度に基づいて前記第１変調方式と前記第２変調方式とを切り替え、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替える前記回転速度と、前記第２変調方式から前記第１変調方式へ切り替える前記回転速度とが同一である。こうした構成によれば、第２変調方式から第１変調方式への切り替えが遅れることを抑制することができ、第２変調方式においてバッテリ電流が増加することを抑制することができる。
【００１５】
第５の手段では、前記第１実行部は、前記第１変調方式において所定周期のうち前記各相に前記バッテリ電圧を印加する時間の割合であるＤｕｔｙを制御し、前記Ｄｕｔｙを第１上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、前記第２実行部は、前記第２変調方式において前記Ｄｕｔｙを制御し、前記Ｄｕｔｙを前記第１上限Ｄｕｔｙよりも大きい第２上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、前記第２実行部は、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替えられた際に、前記Ｄｕｔｙを第３上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、前記第３上限Ｄｕｔｙを前記第１上限Ｄｕｔｙから前記第２上限Ｄｕｔｙまで徐々に大きくする。
【００１６】
上記構成によれば、第１実行部は、第１変調方式において所定周期のうち各相にバッテリ電圧を印加する時間の割合であるＤｕｔｙを制御し、Ｄｕｔｙを第１上限Ｄｕｔｙ以下に制限する。このため、第１変調方式では、上記印加電圧を第１上限Ｄｕｔｙに対応する電圧以下に制限することができる。また、第２実行部は、第２変調方式においてＤｕｔｙを制御し、Ｄｕｔｙを第１上限Ｄｕｔｙよりも大きい第２上限Ｄｕｔｙ以下に制限する。このため、第２変調方式では、上記印加電圧を第２上限Ｄｕｔｙに対応する電圧以下に制限することができる。ここで、第２上限Ｄｕｔｙは第１上限Ｄｕｔｙよりも大きいため、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えられた際に、過渡的にバッテリ電流が増加するおそれがある。
【００１７】
この点、第２実行部は、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えられた際に、Ｄｕｔｙを第３上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、第３上限Ｄｕｔｙを第１上限Ｄｕｔｙから第２上限Ｄｕｔｙまで徐々に大きくする。したがって、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えられた際に、印加電圧が急激に上昇することを抑制することができ、過渡的にバッテリ電流が増加することを抑制することができる。
【００１８】
第６の手段では、前記複相回転電機の各相に印加される印加電圧が、前記第２上限電圧よりも高い第３上限電圧以下に制限されている第３変調方式を実行する第３実行部（６３）を備え、前記所定電圧は第１所定電圧であり、前記切替部は、前記パラメータに基づいて、前記第３実行部により前記各相に印加される印加電圧から前記誘起電圧を引いた相電圧が前記第１所定電圧よりも低い第２所定電圧よりも低くなることを条件として、前記第２変調方式から前記第３変調方式へ切り替える。
【００１９】
上記構成によれば、第３実行部は第３変調方式を実行する。第３変調方式では、複相回転電機の各相に印加される印加電圧が、第２上限電圧よりも高い第３上限電圧以下に制限されている。このため、第３変調方式により各相に印加される電圧は、第２変調方式により各相に印加される電圧よりも高くなり易く、第２変調方式から第３変調方式への切り替え時に過渡的にバッテリ電流が増加するおそれがある。
【００２０】
この点、切替部は、上記パラメータに基づいて、第３実行部により各相に印加される印加電圧から誘起電圧を引いた相電圧が第１所定電圧よりも低い第２所定電圧よりも低くなることを条件として、第２変調方式から第３変調方式へ切り替える。このため、過渡的にバッテリ電流が増加（変動）することを抑制することができる。さらに、変調方式切替装置は、第１実行部及び第２実行部に加えて第３実行部を備えているため、印加電圧を徐々に上昇させることができる。その結果、過渡的にバッテリ電流が増加することをさらに抑制することができる。
【００２１】
第７の手段では、前記切替部は、前記複相回転電機の回転速度が所定回転速度よりも低い場合に、前記パラメータに基づいて、前記第２実行部により前記各相に印加される印加電圧から前記誘起電圧を引いた相電圧が所定電圧よりも低くなることを条件として、前記第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替え、前記複相回転電機の回転速度が前記所定回転速度よりも高い場合に、前記印加電圧の指令値の変調率に基づいて変調方式を切り替える。
【００２２】
複相回転電機の回転速度が所定回転速度よりも低い場合、例えば複相回転電機によりエンジンを始動する場合は、バッテリ電流が急増し易いため、バッテリ電流の急増を抑制することが望ましい。一方、複相回転電機の回転速度が所定回転速度よりも高い場合、例えば複相回転電機によりエンジンの駆動力をアシストする場合は、複相回転電機が発生するトルクの変動を抑制することが望ましい。
【００２３】
この点、上記構成によれば、複相回転電機の回転速度が所定回転速度よりも低い場合は、誘起電圧に相関するパラメータに基づいて第１変調方式から前記第２変調方式へ切り替える。このため、バッテリ電流の急増を抑制することができる。一方、複相回転電機の回転速度が所定回転速度よりも高い場合は、印加電圧の指令値の変調率に基づいて変調方式を切り替える。このため、バッテリ電流の変動を抑制することよりも、複相回転電機が発生するトルクの変動を抑制することを優先することができる。
【００２４】
第８の手段では、前記バッテリから流れるバッテリ電流を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記バッテリ電流が所定電流よりも大きい状態が、所定時間よりも長く継続した場合に異常と判定する判定部（６６）と、を備える。
【００２５】
上記構成によれば、判定部は、検出部により検出されたバッテリ電流が所定電流よりも大きい状態が、所定時間よりも長く継続した場合に異常と判定する。こうした構成において、過渡的にバッテリ電流が増加することを抑制することができるため、変調方式の切り替え時に判定部により異常と誤判定されることを抑制することができる。
【００２６】
複相回転電機が上記各相を有する系を複数備える場合、複数の系において同時に変調方式を切り替えると過渡的なバッテリ電流の変動が増幅するおそれがある。
【００２７】
この点、第９の手段では、複数の系において変調方式を切り替える時期を互いに異ならせる。こうした構成によれば、複相回転電機が上記各相を有する系を複数備える場合であっても、過渡的なバッテリ電流の変動が増幅することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態に係る車載システムの全体構成図。
【図２】界磁通電回路の駆動態様を示す図。
【図３】回転速度が第１回転速度以下の場合のトルク制御を示すブロック図。
【図４】回転速度が第３回転速度よりも高い場合のトルク制御を示すブロック図。
【図５】変調方式の切替態様を示す図。
【図６】電圧ベクトルの定義を示す図。
【図７】上限Ｄｕｔｙの変化態様を示すタイムチャート。
【図８】相電流を説明する等価回路。
【図９】回転速度とトルクとの関係を示すグラフ。
【図１０】回転速度、相電圧、誘起電圧、印加電圧の関係を示すグラフ。
【図１１】変調方式の切替態様を示すタイムチャート。
【図１２】第２実施形態に係る車載システムの一部を示す構成図。
【図１３】第１，第２ステータ巻線群の空間位相差を示す図。
【図１４】１２０°通電を用いたスイッチの駆動態様を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
＜第１実施形態＞
以下、車両に搭載した回転電機及び変調方式切替装置に具現化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
図１に示すように、車両は、車載主機としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は、燃料噴射弁等を備え、燃料噴射弁から噴射されたガソリン又は軽油等の燃料の燃焼により動力を発生する。発生した動力は、エンジン１０の出力軸１０ａから出力される。
【００３１】
車両は、直流電源としてのバッテリ２０と、負荷２２と、制御システムとを備えている。バッテリ２０は、例えば、定格電圧が１２Ｖのリチウム蓄電池、鉛蓄電池等である。制御システムは、交流駆動される回転電機３０を備えている。本実施形態では、回転電機３０（複相回転電機）として、巻線界磁型の同期機が用いられている。また、本実施形態では、回転電機３０として、電動機の機能が付加された発電機であるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）が用いられている。なお、回転電機３０は、例えば突極機である。
【００３２】
回転電機３０は、ロータ３１を備えている。ロータ３１は、界磁巻線３２を備えている。ロータ３１の回転軸は、図示しないプーリ等を介してエンジン１０の出力軸１０ａと動力伝達が可能とされている。回転電機３０が発電機として駆動される場合、出力軸１０ａから供給される回転動力によってロータ３１が回転し、回転電機３０が発電する。回転電機３０の発電電力により、バッテリ２０が充電される。一方、回転電機３０が電動機として駆動される場合、ロータ３１の回転に伴って出力軸１０ａが回転し、出力軸１０ａに回転力が付与される。これにより、エンジン１０を始動させたり、車両の走行（エンジン１０の駆動力）をアシストしたりすることができる。なお、出力軸１０ａには、変速装置等を介して車両の駆動輪が接続されている。
【００３３】
回転電機３０は、ステータ３３を備えている。ステータ３３は、ステータ巻線を備えている。ステータ巻線は、電気角で互いに１２０°ずれた状態で配置されたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗを含む。
【００３４】
制御システムは、３相のインバータ４０と、界磁通電回路４１と、コンデンサ２１とを備えている。インバータ４０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの直列接続体を備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの接続点には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗの第２端は、中性点で接続されている。すなわち本実施形態において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗは、星形結線されている。本実施形態では、各アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｎとして、ＩＧＢＴが用いられている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐには、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームダイオードＤＵｐ，ＤＶｐ，ＤＷｐが逆並列接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎには、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームダイオードＤＵｎ，ＤＶｎ，ＤＷｎが逆並列接続されている。
【００３５】
Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐの高電位側端子であるコレクタには、高電位側電気経路Ｌｐを介してバッテリ２０の正極端子が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎの低電位側端子であるエミッタには、低電位側電気経路Ｌｎを介してバッテリ２０の負極端子が接続されている。各電気経路Ｌｐ，Ｌｎは、バスバー等の導電部材である。高電位側電気経路Ｌｐのうち各上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐのコレクタとの接続点よりもバッテリ２０の正極端子側には、コンデンサ２１の高電位側端子が接続されている。低電位側電気経路Ｌｎのうち各下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎのエミッタとの接続点よりもバッテリ２０の負極端子側には、コンデンサ２１の低電位側端子が接続されている。
【００３６】
界磁通電回路４１は、フルブリッジ回路であり、第１上アームスイッチＳＨ１及び第１下アームスイッチＳＬ１の直列接続体と、第２上アームスイッチＳＨ２及び第２下アームスイッチＳＬ２の直列接続体とを備えている。第１上アームスイッチＳＨ１と第１下アームスイッチＳＬ１との接続点には、図示しないブラシを介して界磁巻線３２の第１端が接続されている。第２上アームスイッチＳＨ２と第２下アームスイッチＳＬ２との接続点には、図示しないブラシを介して界磁巻線３２の第２端が接続されている。本実施形態では、各アームスイッチＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２として、ＩＧＢＴが用いられている。また、各アームスイッチＳＨ１，ＳＬ１，ＳＨ２，ＳＬ２には、各ダイオードＤＨ１，ＤＬ１，ＤＨ２，ＤＬ２が逆並列接続されている。
【００３７】
第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２の高電位側端子であるコレクタには、高電位側電気経路Ｌｐのうちコンデンサ２１の高電位側端子との接続点よりもインバータ４０側が接続されている。第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２の低電位側端子であるエミッタには、低電位側電気経路Ｌｎのうちコンデンサ２１の低電位側端子との接続点よりもインバータ４０側が接続されている。
【００３８】
制御システムは、電圧検出部５０、相電流検出部５１、界磁電流検出部５２及び角度検出部５３を備えている。電圧検出部５０は、コンデンサ２１の端子電圧を電源電圧ＶＤＣ（バッテリ電圧）として検出する。相電流検出部５１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗに流れる相電流を検出する。界磁電流検出部５２は、界磁巻線３２に流れる界磁電流を検出する。角度検出部５３は、ロータ３１の回転角に応じた信号である角度信号を出力する。各検出部５０〜５３の出力信号は、車両が備える制御装置６０に入力される。本実施形態において、回転電機３０、インバータ４０、界磁通電回路４１及び制御装置６０が一体化されて機電一体型駆動装置とされている。
【００３９】
制御装置６０（変調方式切替装置）は、記憶部に相当するメモリ６８を備えている。メモリ６８は、非遷移的実体的記録媒体（non-transitory computer readable medium）に相当し、例えば不揮発性のメモリである。制御装置６０は、第１実行部６１、第２実行部６２、第３実行部６３、切替部６４、及び判定部６６を備えている。これらについては後述する。
【００４０】
なお、制御装置６０の各機能の一部又は全部は、例えば、１つ又は複数の集積回路等によりハードウェア的に構成されていてもよい。また、制御装置６０の各機能は、例えば、非遷移的実体的記録媒体に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータによって構成されていてもよい。
【００４１】
制御装置６０は、インバータ４０及び界磁通電回路４１を構成する各スイッチの駆動信号を生成する。
【００４２】
まず、インバータ４０について説明する。制御装置６０は、角度検出部５３の角度信号を取得し、取得した角度信号に基づいて、インバータ４０を構成する各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンオフする駆動信号を生成する。詳しくは、制御装置６０は、回転電機３０を電動機として駆動させる場合、バッテリ２０から出力された直流電力を交流電力に変換してＵ，Ｖ，Ｗ相巻線３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗに供給すべく、各アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンオフする駆動信号を生成し、生成した駆動信号を各アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｎのゲートに供給する。一方、制御装置６０は、回転電機３０を発電機として駆動させる場合、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗから出力された交流電力を直流電力に変換してバッテリ２０及び負荷２２の少なくとも一方に供給すべく、各アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンオフする駆動信号を生成する。
【００４３】
続いて、界磁通電回路４１について説明する。制御装置６０は、界磁巻線３２を励磁すべく、界磁通電回路４１を構成する各スイッチをオンオフする。詳しくは、制御装置６０は、図２（ａ）に示す第１状態と図２（ｂ）に示す第２状態とが交互に出現するように各スイッチをオンオフする。第１状態は、第１上アームスイッチＳＨ１と第２下アームスイッチＳＬ２とがオンされて、かつ、第２上アームスイッチＳＨ２と第１下アームスイッチＳＬ１とがオフされている状態である。第２状態は、第１上アームスイッチＳＨ１と第２下アームスイッチＳＬ２とがオフされて、かつ、第２上アームスイッチＳＨ２と第１下アームスイッチＳＬ１とがオンされている状態である。
【００４４】
制御装置６０は、角度検出部５３の角度信号に基づいて、回転電機３０の電気角θｅと、ロータ３１の回転速度Ｎｍとを算出する。制御装置６０は、相電流検出部により検出されたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗに流れる相電流と、界磁電流検出部５２により検出された界磁電流とに基づいて、バッテリ２０から流れるバッテリ電流を検出（推定）する。判定部６６は、検出されたバッテリ電流が所定電流Ｉｈよりも大きい状態が、所定時間よりも長く継続した場合に異常と判定（過電流判定）する。所定電流Ｉｈは、正常な状態において、エンジン１０の始動時に流れるバッテリ電流として想定される最大の電流である。所定時間は、ノイズ等による影響ではなく、バッテリ電流が実際に流れていることを判定することのできる時間である。
【００４５】
続いて、制御装置６０が行う回転電機３０のトルク制御について説明する。図３及び図４は、トルク制御のブロック図である。
【００４６】
まず、図３に示すトルク制御について説明する。このトルク制御は、図５に「３相変調（Ｄｕｔｙ制限）」で示すように、回転電機３０の回転速度Ｎｍが第１回転速度Ｎｍ１以下の場合に行われる。第１回転速度Ｎｍ１の設定方法については後述する。
【００４７】
２相変換部７０は、相電流検出部５１により検出された相電流及び電気角θｅに基づいて、回転電機３０の３相固定座標系におけるＵ，Ｖ，Ｗ相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを、２相回転座標系であるｄｑ座標系におけるｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒに変換する。
【００４８】
ｄ軸指令設定部７１は、指令トルクＴｒｑ＊（要求トルク）、回転速度Ｎｍ及び電圧検出部５０により検出された電源電圧ＶＤＣに基づいて、回転電機３０のトルクを指令トルクＴｒｑ＊とするためのｄ軸指令電流Ｉｄ＊を設定する。具体的には、ｄ軸指令設定部７１は、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣとｄ軸指令電流Ｉｄ＊とが関係付けられたマップ情報に基づいて、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊を設定する。このマップ情報は、メモリ６８に記憶されている。
【００４９】
ｑ軸指令設定部７２は、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに基づいて、回転電機３０のトルクを指令トルクＴｒｑ＊とするためのｑ軸指令電流Ｉｑ＊を設定する。具体的には、ｑ軸指令設定部７２は、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣとｑ軸指令電流Ｉｑ＊とが関係付けられたマップ情報に基づいて、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊を設定する。このマップ情報は、メモリ６８に記憶されている。
【００５０】
ステータ制御部７３は、ｄ軸電流Ｉｄｒをｄ軸指令電流Ｉｄ＊にフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出する。具体的には、ステータ制御部７３は、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊からｄ軸電流Ｉｄｒを減算した値としてｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出し、算出したｄ軸電流偏差ΔＩｄを０にフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出する。
【００５１】
ステータ制御部７３は、ｑ軸電流Ｉｑｒをｑ軸指令電流Ｉｑ＊にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出する。具体的には、ステータ制御部７３は、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊からｑ軸電流Ｉｑｒを減算した値としてｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出し、算出したｑ軸電流偏差ΔＩｑを０にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出する。
【００５２】
本実施形態において、ステータ制御部７３で用いられるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。
【００５３】
ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊及びｑ軸指令電圧Ｖｑ＊により、ｄｑ座標系における電圧ベクトルの指令値である指令電圧ベクトルが定まる。ここで、ステータ巻線に印加される電圧ベクトルＶｔｒは、図６に示すように、そのｄ軸成分がｄ軸電圧Ｖｄとなり、ｑ軸成分がｑ軸電圧Ｖｑとなるものである。本実施形態において、電圧ベクトルＶｔｒの位相である電圧位相δは、ｄ軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向が正方向として定義されている。
【００５４】
３相変換部７４は、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊及び電気角θｅに基づいて、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、３相固定座標系におけるＵ，Ｖ，Ｗ相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。本実施形態において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、電気角で位相が１２０°ずれた正弦波状の波形となる。
【００５５】
ステータ生成部７５は、キャリア信号（搬送波）、各相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊及び電源電圧ＶＤＣに基づいて、正弦波ＰＷＭ制御により、インバータ４０の各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンオフするための各駆動信号を生成する。詳しくは、正弦波ＰＷＭ制御は、各相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を「ＶＤＣ／２」で除算した値と、キャリア信号との大小比較に基づいて、各駆動信号を生成するものである。キャリア信号は、三角波信号である。各駆動信号は、所定周期のうちＵ，Ｖ，Ｗ相に電源電圧ＶＤＣを印加する時間の割合であるＤｕｔｙとして生成される。「３相変調（Ｄｕｔｙ制限）」では、Ｄｕｔｙを第１上限Ｄｕｔｙ以下に制限する。第１上限Ｄｕｔｙは、例えば８０［％］である。
【００５６】
正弦波ＰＷＭ制御において、各相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の振幅を「ＶＤＣ／２」で除算した値は、キャリア信号の振幅以下である。本実施形態において、各相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊の振幅を「ＶＤＣ／２」で除算した値が変調率Ｍｒとして定義されている。ステータ生成部７５において、回転速度Ｎｍが第１回転速度Ｎｍ１となる場合に変調率Ｍｒが１となり、回転速度Ｎｍが第１回転速度Ｎｍ１未満の場合に変調率Ｍｒが１よりも小さくなる。なお、変調率として、電圧指令値の振幅を搬送波の振幅で除算した値等を採用することもできる。
【００５７】
「３相変調（Ｄｕｔｙ制限）」によれば、Ｄｕｔｙが第１上限Ｄｕｔｙ以下に制限されつつ、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊により定まる指令電圧ベクトルに実際の電圧ベクトルが制御される。
【００５８】
界磁指令設定部８０は、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに基づいて、界磁指令電流Ｉｆ＊を設定する。具体的には、界磁指令設定部８０は、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣと界磁指令電流Ｉｆ＊とが関係付けられたマップ情報に基づいて、界磁指令電流Ｉｆ＊を設定する。このマップ情報は、メモリ６８に記憶されている。
【００５９】
界磁電流制御部８１は、界磁電流検出部５２により検出された界磁電流Ｉｆｒを界磁指令電流Ｉｆ＊にフィードバック制御するための操作量として、界磁指令電圧Ｖｆ＊を算出する。具体的には、界磁電流制御部８１は、界磁指令電流Ｉｆ＊から界磁電流Ｉｆｒを減算した値として界磁電流偏差ΔＩｆを算出し、算出した界磁電流偏差ΔＩｆを０にフィードバック制御するための操作量として、界磁指令電圧Ｖｆ＊を算出する。本実施形態において、界磁電流制御部８１で用いられるフィードバック制御は、例えば比例積分制御である。なお、フィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば比例積分微分制御であってもよい。
【００６０】
界磁生成部８２は、界磁指令電圧Ｖｆ＊を電源電圧ＶＤＣで除算した値と、三角波信号であるキャリア信号との大小比較に基づいて、界磁巻線３２の印加電圧を界磁指令電圧Ｖｆ＊に制御するための界磁通電回路４１の各スイッチＳＨ１〜ＳＬ２の各駆動信号を生成する。
【００６１】
続いて、図４に示すトルク制御について説明する。このトルク制御は、図５に「過変調」で示すように、回転電機３０の回転速度Ｎｍが第３回転速度Ｎｍ３（＞Ｎｍ２＞Ｎｍ１）以上の場合に行われる。「３相変調（Ｄｕｔｙ制限）」から「過変調」までの制御は、エンジン１０の始動時に行われる制御である。第３回転速度Ｎｍ３の設定方法については後述する。
【００６２】
位相情報設定部９０は、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに基づいて、回転電機３０のトルクを指令トルクＴｒｑ＊とするための電圧位相δの指令値である指令電圧位相δ＊を設定する。具体的には、位相情報設定部９０は、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣと指令電圧位相δ＊とが関係付けられたマップ情報に基づいて、指令電圧位相δ＊を設定する。このマップ情報は、メモリ６８に記憶されている。
【００６３】
振幅情報設定部９１は、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに基づいて、変調率Ｍｒの指令値である指令変調率Ｍｒ＊を設定する。具体的には、振幅情報設定部９１は、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣと指令変調率Ｍｒ＊とが関係付けられたマップ情報に基づいて、指令変調率Ｍｒ＊を設定する。このマップ情報は、メモリ６８に記憶されている。指令変調率Ｍｒ＊は、指令電圧ベクトルの大きさである電圧振幅と正の相関を有する。指令変調率はＭｒ＊は、例えば、矩形波制御（過変調制御）におけるオン期間Ｔｏｎを定めるのに使用される。オン期間Ｔｏｎとは、インバータ４０の各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンする期間のことである。オン期間Ｔｏｎは、例えば、電気角で１２０°〜１８０°の間で設定される。
【００６４】
パターン生成部９２は、指令電圧位相δ＊、指令変調率Ｍｒ＊及び電気角θｅに基づいて、回転電機３０を矩形波制御で駆動させるためのインバータ４０の各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎの各駆動信号を生成する。矩形波制御では、各相において、上アームスイッチがオンされてかつ下アームスイッチがオフされる状態と、上アームスイッチがオフされてかつ下アームスイッチがオンされる状態とが回転電機３０の電気角１周期において１回ずつ出現する。また、矩形波制御では、上アームスイッチのオフ状態への切り替えが相毎に電気角で互いに１２０°ずれている。矩形波制御では、各相巻線の相電圧の基本波成分の振幅を固定した状態で電圧位相を制御することにより、回転電機３０のトルクが指令トルクＴｒｑ＊に制御される。
【００６５】
メモリ６８には、３相それぞれについて、上，下アームスイッチのうち、上アームスイッチのみオンする第１信号と、下アームスイッチのみオンする第２信号とのそれぞれが電気角θｅと関係付けられたマップ情報であるパルスパターンが記憶されている。パルスパターンは、指令変調率Ｍｒ＊及び指令電圧位相δ＊と関係付けられてメモリ６８に記憶されている。パターン生成部９２は、指令変調率Ｍｒ＊及び指令電圧位相δ＊に対応するパルスパターンを選択し、選択したパルスパターンに基づいてインバータ４０の各スイッチの駆動信号を生成する。本実施形態では、回転速度Ｎｍが第３回転速度Ｎｍ３以上の場合に変調率Ｍｒがその上限値である１．２７となる。
【００６６】
なお図４において、界磁指令設定部８０、界磁電流制御部８１及び界磁生成部８２は、図３に示した構成と同じである。
【００６７】
矩形波制御によれば、指令変調率Ｍｒ＊及び指令電圧位相δ＊により定まる指令電圧ベクトルに実際の電圧ベクトルが制御される。
【００６８】
続いて、回転速度Ｎｍが第１回転速度Ｎｍ１よりも高く、且つ第３回転速度Ｎｍ３よりも低い場合のトルク制御について説明する。
【００６９】
図５に示すように、回転電機３０の回転速度Ｎｍが第１回転速度Ｎｍ１よりも高く、且つ第２回転速度Ｎｍ２（＞Ｎｍ１）以下の場合は、「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」が行われる。２相変調方式は、ＷＯ２０１０／１１９９２９号公報等に記載されているように周知であり、同公報に記載された内容を援用することにより、ここでは説明を省略する。第２回転速度Ｎｍ２の設定方法については後述する。
【００７０】
本実施形態の「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」では、２相変調方式を実行しつつ、Ｄｕｔｙを第２上限Ｄｕｔｙ（＞第１上限Ｄｕｔｙ）以下に制限する。第２上限Ｄｕｔｙは、例えば９０［％］である。
【００７１】
さらに、「３相変調（Ｄｕｔｙ制限）」から「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」へ切り替えられた際に、Ｄｕｔｙを第３上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、第３上限Ｄｕｔｙを第１上限Ｄｕｔｙから第２上限Ｄｕｔｙまで徐々に大きくする。例えば、図７に示すように、時刻ｔ１１で「３相変調（Ｄｕｔｙ制限）から「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」へ切り替えられると、第１上限Ｄｕｔｙから時間の経過とともに一定速度で第３上限Ｄｕｔｙを大きくし、時刻ｔ１２で第３上限Ｄｕｔｙを第２上限Ｄｕｔｙとする。
【００７２】
図５に示すように、回転電機３０の回転速度Ｎｍが第２回転速度Ｎｍ２よりも高く、且つ第３回転速度Ｎｍ３（＞Ｎｍ２）以下の場合は、「２相変調」が行われる。「２相変調」では、Ｄｕｔｙを制限しない、すなわちＤｕｔｙの上限値は１００［％］となる。
【００７３】
また、「２相変調」から「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」へ切り替えられた際には、Ｄｕｔｙを第４上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、第４上限Ｄｕｔｙを１００［％］から第２上限Ｄｕｔｙまで徐々に小さくする。例えば、「２相変調」から「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」へ切り替えられると、１００［％］から時間の経過とともに一定速度で第４上限Ｄｕｔｙを小さくし、第４上限Ｄｕｔｙを第２上限Ｄｕｔｙとする。
【００７４】
上述した各変調方式では、各変調方式の原理と上限Ｄｕｔｙとによって、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相に印加される印加電圧が、それぞれの上限電圧以下に制限されている。「３相変調（Ｄｕｔｙ制限）」の上限電圧が最も低く、「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」、「２相変調」、「過変調」へと順に上限電圧が高くなり、「過変調」の上限電圧が最も高い。
【００７５】
ここで、印加電圧が第１上限電圧以下に制限されている変調方式を第１変調方式とし、印加電圧が第１上限電圧よりも高い第２上限電圧以下に制限されている変調方式を第２変調方式とし、印加電圧が第２上限電圧よりも高い第３上限電圧以下に制限されている変調方式を第３変調方式とする。このとき、制御装置６０において、第１変調方式を実行する部分が第１実行部６１（図１参照）であり、第２変調方式を実行する部分が第２実行部６２であり、第３変調方式を実行する部分が第３実行部６３である。
【００７６】
例えば、「３相変調（Ｄｕｔｙ制限）」を第１変調方式とすると、「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」、「２相変調」、及び「過変調」のいずれかが第２変調方式となる。例えば、「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」を第２変調方式とすると、「２相変調」及び「過変調」のいずれかが第３変調方式となる。また例えば、「２相変調」を第１変調方式とすると、「過変調」が第２変調方式となる。
【００７７】
ここで、第２変調方式では、回転電機３０の各相に印加される印加電圧が、第１上限電圧よりも高い第２上限電圧以下に制限されている。このため、第２変調方式により各相に印加される電圧は、第１変調方式により各相に印加される電圧よりも高くなり易く、第１変調方式から第２変調方式への切り替え時に過渡的にバッテリ電流が増加するおそれがある。その場合、上記判定部６６は、回転電機３０、インバータ４０、及び界磁通電回路４１が異常でないにもかかわらず、異常と誤判定するおそれがある。このような誤判定を抑制するために、本実施形態では上記第１〜第３回転速度Ｎｍ１〜Ｎｍ３を以下のように設定している。
【００７８】
図８は、相電流を説明する等価回路である。ここでは、Ｕ相に印加される印加電圧Ｖｕと、Ｕ相に流れる相電流Ｉｕを例にして説明する。
【００７９】
Ｕ相は、抵抗Ｒ及びインダクタンスＬを有している。Ｕ相には、回転電機３０のロータ３１の回転に伴って、誘起電圧ωφｃｏｓθが生じる。ωはロータ３１の角速度であり、φはＵ相巻線３４Ｕを貫く磁束である。θ＝ωｔであり、ｔは時間である。このため、Ｖｕ＝（Ｌ＋Ｒ）Ｉｕ＋ωφｃｏｓθで表すことができる。そして、Ｉｕ＝（Ｖｕ−ωφｃｏｓθ）／（Ｌ＋Ｒ）で表すことができる。この式から、ロータ３１の角速度ω、すなわち回転電機３０の回転速度Ｎｍが高くなるほど、Ｕ相の相電圧（Ｖｕ−ωφｃｏｓθ）が低くなり、相電流Ｉｕが小さくなることが分かる。
【００８０】
したがって、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えた時に、第２変調方式におけるＵ相の相電圧（Ｖｕ−ωφｃｏｓθ）が所定電圧Ｖ１よりも低くなるように、第１〜第３回転速度Ｎｍ１〜Ｎｍ３を設定する。すなわち、上記切替部６４（図１参照）は、回転電機３０の回転速度Ｎｍに基づいて、第２変調方式において印加電圧Ｖｕから誘起電圧ωφｃｏｓθを引いた相電圧が所定電圧Ｖ１よりも低くなることを条件として、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える。そして、切替部６４は、回転電機３０の回転速度Ｎｍに基づいて、第３変調方式において印加電圧Ｖｕから誘起電圧ωφｃｏｓθを引いた相電圧が所定電圧Ｖ１よりも低い所定電圧Ｖ２（＜Ｖ１）よりも低くなることを条件として、第２変調方式から第３変調方式へ切り替える。なお、回転電機３０の回転速度Ｎｍは、回転電機３０の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧に相関するパラメータに相当する。
【００８１】
図９は、回転電機３０の回転速度Ｎｍとトルクとの関係を示すグラフである。ここでは、第１変調方式から第２変調方式へ切替回転速度Ｎｍ１２で切り替える場合を例にして説明する。実線は指令トルクＴｒｑ＊を示しており、一点鎖線は第１変調方式における最大トルクＴｒｑ１を示しており、破線は第２変調方式における最大トルクＴｒｑ２を示している。最大トルクＴｒｑ１は、第１変調方式で回転電機３０が発生可能なトルクの最大値である。最大トルクＴｒｑ２は、第２変調方式で回転電機３０が発生可能なトルクの最大値である。
【００８２】
回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２を超えると、第１変調方式における最大トルクＴｒｑ１が指令トルクＴｒｑ＊よりも小さくなり、第１変調方式では指令トルクＴｒｑ＊を出力することができなくなる。そこで、切替部６４は、回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２になった時、すなわち第１変調方式における最大トルクＴｒｑ１が指令トルクＴｒｑ＊よりも小さくなる前に、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える。
【００８３】
第２変調方式における最大トルクＴｒｑ２は、回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２を超えても指令トルクＴｒｑ＊よりも大きくなっている。このため、第２変調方式では、回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２を超えても、指令トルクＴｒｑ＊を出力することができる。
【００８４】
図１０は、回転速度Ｎｍ、相電圧（Ｖｕ−ωφｃｏｓθ）、誘起電圧ωφｃｏｓθ、印加電圧Ｖｕの関係を示すグラフである。ここでは、図９と同様の場合を例にして説明する。図１０（ｃ）において、実線はＵ相指令電圧Ｖｕ＊を示しており、一点鎖線は第１変調方式における最大印加電圧Ｖｕ１を示しており、破線は第２変調方式における最大印加Ｖｕ２を示している。最大印加電圧Ｖｕ１は、第１変調方式でＵ相に印加可能な電圧の最大値である。最大印加電圧Ｖｕ２は、第２変調方式でＵ相に印加可能な電圧の最大値である。
【００８５】
回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２を超えると、第１変調方式における最大印加電圧Ｖｕ１がＵ相指令電圧Ｖｕ＊よりも低くなり、第１変調方式ではＵ相指令電圧Ｖｕ＊を出力することができなくなる。そこで、切替部６４は、回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２になった時、すなわち第１変調方式における最大印加電圧Ｖｕ１がＵ相指令電圧Ｖｕ＊よりも低くなる前に、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える。このとき、図１０（ａ）に示すように、切替回転速度Ｎｍ１２におけるＵ相の相電圧Ｖｃは、上記所定電圧Ｖ１よりも低くなっている。すなわち、回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２になったことを条件として、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えることにより、第２変調方式におけるＵ相の相電圧を所定電圧Ｖ１よりも低くすることができる。したがって、第１変調方式から第２変調方式への切り替え時に、相電流Ｉｕが大きくなることを抑制することができる。
【００８６】
第２変調方式における最大印加電圧Ｖｕ２は、回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２を超えてもＵ相指令電圧Ｖｕ＊よりも高くなっている。このため、第２変調方式では、回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２を超えても、Ｕ相指令電圧Ｖｕ＊を出力することができる。
【００８７】
なお、回転電機３０の回転に伴ってＵ相に誘起される誘起電圧ωφｃｏｓθは、回転電機３０の回転速度Ｎｍが高いほど大きくなる。このため、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ１２と、第２変調方式から第１変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ２１とに、ヒステリシスが設けられていると、第２変調方式から第１変調方式への切り替えが遅れて印加電圧Ｖｕ（図１０（ｃ）のＶｕ２参照）が高くなるおそれがある。その場合、第２変調方式においてバッテリ電流が増加するおそれがある。そこで、本実施形態では、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ１２と、第２変調方式から第１変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ２１とを同一にしている。同様に、第２変調方式から第３変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ２３と、第３変調方式から第２変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ３２とを同一にしている。
【００８８】
また、図５に示すように、回転電機３０の回転速度Ｎｍが所定回転速度Ｎｍ４（＞Ｎｍ３）よりも高い場合、例えば回転電機３０によりエンジン１０の駆動力をアシストする場合は、回転電機３０が発生するトルクの変動を抑制することが望ましい。上記変調率Ｍｒに基づく変調方式切替は、上述した回転電機３０の回転速度Ｎｍに基づく変調方式切替よりも、回転電機３０が発生するトルクの変動を抑制することができる。
【００８９】
そこで、本実施形態では、回転電機３０によりエンジン１０の駆動力をアシストする場合、すなわち回転電機３０の回転速度Ｎｍが所定回転速度Ｎｍ４よりも高い場合に、指令変調率Ｍｒ＊に基づいて変調方式を切り替える。具体的には、指令変調率Ｍｒ＊が第１変調率Ｍｒ１以下の場合は、「３相変調アシスト用（中性点シフトあり）」を行う。指令変調率Ｍｒ＊が第１変調率Ｍｒ１よりも大きく、且つ第２変調率Ｍｒ２（＞Ｍｒ１）以下の場合は、「２相変調アシスト用」を行う。指令変調率Ｍｒ＊が第２変調率Ｍｒ２よりも大きい場合は、「過変調アシスト用」を行う。「３相変調アシスト用（中性点シフトあり）」の上限電圧が最も低く、「２相変調アシスト用」、「過変調アシスト用」へと順に上限電圧が高くなり、「過変調アシスト用」の上限電圧が最も高い。
【００９０】
図１１は、変調方式の切替態様を示すタイムチャートである。
【００９１】
時間の経過に伴って、変調方式が、「３相変調（Ｄｕｔｙ制限）」から、「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」、「２相変調」、「過変調」へと順に切り替えられている。具体的には、回転速度Ｎｍが、第１回転速度Ｎｍ１で「２相変調（Ｄｕｔｙ制限）」に切り替えられ、第２回転速度Ｎｍ２で「２相変調」に切り替えられ、第３回転速度Ｎｍ３で「過変調」に切り替えられている。また、回転速度Ｎｍの上昇に伴って、Ｄｕｔｙの上限値が順に大きくされている。そして、バッテリ電流は、上記所定電流Ｉｈよりも小さくなっており、判定部６６が異常と誤判定することが避けられている。
【００９２】
以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
【００９３】
・切替部６４は、回転電機３０の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧ωφｃｏｓθに相関するパラメータ（回転速度Ｎｍ）に基づいて、第２実行部６２により実行される第２変調方式において印加電圧Ｖｕ（Ｖｖ、Ｖｗ）から誘起電圧ωφｃｏｓθを引いた相電圧が所定電圧Ｖ１よりも低くなることを条件として、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える。すなわち、各相３４Ｕ（３４Ｖ、３４Ｗ）に印加される印加電圧Ｖｕから誘起電圧ωφｃｏｓθを引いた相電圧が、電流の増加に寄与する。このため、相電圧が所定電圧Ｖ１よりも低くなることを条件として、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えることにより、過渡的にバッテリ電流が増加（変動）することを抑制することができる。
【００９４】
・回転電機３０の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧ωφｃｏｓθは、回転電機３０の回転速度Ｎｍ及び磁場の磁束密度に応じて変化する。一般に、回転電機３０の回転速度Ｎｍの変化速度は、界磁巻線３２に流れる界磁電流による磁束密度の変化速度よりも高い。この点、上記パラメータは、回転電機３０の回転速度Ｎｍを含む。こうした構成によれば、一般に磁束密度よりも変化速度の高い回転電機３０の回転速度Ｎｍに基づいて、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えられる。したがって、回転電機３０の回転速度Ｎｍの変化に伴って誘起電圧ωφｃｏｓθが変化したとしても、上記相電圧が所定電圧Ｖ１よりも低くなることを正確に判断して、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えることができる。
【００９５】
・回転電機３０の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧ωφｃｏｓθが大きくなると、回転電機３０が発生可能なトルクの最大値が小さくなる。このため、回転電機３０が指令トルクＴｒｑ＊を発生できなくなる前に、より大きなトルクを発生することのできる変調方式に切り替えることが望ましい。この点、切替部６４は、第１実行部６１により実行される第１変調方式で回転電機３０が発生可能なトルクの最大値が指令トルクＴｒｑ＊よりも小さくなる前であることをさらに条件として、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える。こうした構成によれば、過渡的にバッテリ電流が増加することを抑制するだけでなく、回転電機３０が指令トルクＴｒｑ＊を発生できなくなる前に、より大きなトルクを発生することのできる変調方式に切り替えることができる。
【００９６】
・切替部６４は、回転電機３０の回転速度Ｎｍに基づいて第１変調方式と第２変調方式とを切り替え、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ１２と、第２変調方式から第１変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ２１とが同一である。こうした構成によれば、第２変調方式から第１変調方式への切り替えが遅れることを抑制することができ、第２変調方式においてバッテリ電流が増加することを抑制することができる。
【００９７】
・第２実行部６２は、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えられた際に、Ｄｕｔｙを第３上限Ｄｕｔｙ以下に制限し、第３上限Ｄｕｔｙを第１上限Ｄｕｔｙから第２上限Ｄｕｔｙまで徐々に大きくする。したがって、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えられた際に、印加電圧Ｖｕが急激に上昇することを抑制することができ、過渡的にバッテリ電流が増加することを抑制することができる。
【００９８】
・切替部６４は、上記パラメータに基づいて、第３実行部６３により各相に印加される印加電圧Ｖｕから誘起電圧ωφｃｏｓθを引いた相電圧が第１所定電圧Ｖ１よりも低い第２所定電圧Ｖ２よりも低くなることを条件として、第２変調方式から第３変調方式へ切り替える。このため、過渡的にバッテリ電流が増加（変動）することを抑制することができる。さらに、変調方式切替装置は、第１実行部６１及び第２実行部６２に加えて第３実行部６３を備えているため、印加電圧Ｖｕを徐々に上昇させることができる。その結果、過渡的にバッテリ電流が増加することをさらに抑制することができる。
【００９９】
・回転電機３０の回転速度Ｎｍが所定回転速度Ｎｍ４よりも低い場合は、誘起電圧ωφｃｏｓθに相関するパラメータに基づいて第１変調方式から第２変調方式へ切り替える。このため、バッテリ電流の急増を抑制することができる。一方、回転電機３０の回転速度Ｎｍが所定回転速度Ｎｍ４よりも高い場合は、印加電圧Ｖｕの指令値の変調率（指令変調率Ｍｒ＊）に基づいて変調方式を切り替える。このため、バッテリ電流の変動を抑制することよりも、回転電機３０が発生するトルクの変動を抑制することを優先することができる。
【０１００】
・判定部６６は、推定されたバッテリ電流が所定電流Ｉｈよりも大きい状態が、所定時間よりも長く継続した場合に異常と判定する。こうした構成において、過渡的にバッテリ電流が増加することを抑制することができるため、変調方式の切り替え時に判定部６６により異常と誤判定されることを抑制することができる。
【０１０１】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１２に示すように、回転電機が２つのステータ巻線群（系）を備えている。このため、制御システムは、第１インバータ４０Ａ及び第２インバータ４０Ｂを備えている。なお、図１２において、先の図１に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。また、図１２では、界磁通電回路４１及び制御装置６０等の図示を省略している。
【０１０２】
回転電機のステータ３３は、第１ステータ巻線群及び第２ステータ巻線群を備えている。第１ステータ巻線群（第１系）は、電気角で互いに１２０°ずれた第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３４ＵＡ，３４ＶＡ，３４ＷＡを備えている。第２ステータ巻線群（第２系）は、電気角で互いに１２０°ずれた第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３４ＵＢ，３４ＶＢ，３４ＷＢを備えている。本実施形態では、図１３に示すように、第１ステータ巻線群と第２ステータ巻線群とのなす角度である空間位相差Δθが電気角で３０°とされている。
【０１０３】
第１インバータ４０Ａは、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ１，ＳＶｐ１，ＳＷｐ１と、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ１，ＳＶｎ１，ＳＷｎ１との直列接続体を備えている。なお、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ１，ＳＶｐ１，ＳＷｐ１には、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームダイオードＤＵｐ１，ＤＶｐ１，ＤＷｐ１が逆並列接続されている。第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ１，ＳＶｎ１，ＳＷｎ１には、第１Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームダイオードＤＵｎ１，ＤＶｎ１，ＤＷｎ１が逆並列接続されている。
【０１０４】
第２インバータ４０Ｂは、第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ２，ＳＶｐ２，ＳＷｐ２と、第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ２，ＳＶｎ２，ＳＷｎ２との直列接続体を備えている。なお、第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ２，ＳＶｐ２，ＳＷｐ２には、第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームダイオードＤＵｐ２，ＤＶｐ２，ＤＷｐ２が逆並列接続されている。第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ２，ＳＶｎ２，ＳＷｎ２には、第２Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームダイオードＤＵｎ２，ＤＶｎ２，ＤＷｎ２が逆並列接続されている。
【０１０５】
各上アームスイッチＳＵｐ１〜ＳＷｐ２のコレクタには、高電位側電気経路Ｌｐを介してバッテリ２０の正極端子が接続されている。各下アームスイッチＳＵｎ１〜ＳＷｎ２のエミッタには、低電位側電気経路Ｌｎを介してバッテリ２０の負極端子が接続されている。高電位側電気経路Ｌｐのうち各上アームスイッチＳＵｐ１〜ＳＷｐ２のコレクタとの接続点よりもバッテリ２０の正極端子側には、コンデンサ２１の高電位側端子が接続されている。低電位側電気経路Ｌｎのうち各下アームスイッチＳＵｎ１〜ＳＷｎ２のエミッタとの接続点よりもバッテリ２０の負極端子側には、コンデンサ２１の低電位側端子が接続されている。
【０１０６】
回転電機がステータ巻線群を複数備える場合、複数のステータ巻線群において同時に変調方式を切り替えると過渡的なバッテリ電流の変動が増幅するおそれがある。
【０１０７】
そこで、本実施形態では、複数のステータ巻線群において変調方式を切り替える時期を互いに異ならせる。例えば、回転速度Ｎｍが切替回転速度Ｎｍ１２になった時に、第１ステータ巻線群において第１変調方式から第２変調方式に切り替え、その後所定のディレイ期間が過ぎた時に第２ステータ巻線群において第１変調方式から第２変調方式に切り替える。こうした構成によれば、回転電機がステータ巻線群を複数備える場合であっても、過渡的なバッテリ電流の変動が増幅することを抑制することができる。
【０１０８】
＜その他の実施形態＞
上記の各実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。なお、上記の各実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【０１０９】
・メモリ６８に記憶されている各指令値と関係付けられる回転電機３０の駆動状態としては、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣの全てに限らない。駆動状態として、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣの一部であって、かつ、少なくとも１つが用いられてもよい。
【０１１０】
・各指令値がメモリ６８に記憶されている構成に限らない。例えば、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに基づいて、制御周期毎に各指令値が算出される構成であってもよい。
【０１１１】
・変調率が１よりも大きい場合に行われる制御としては、図４に示す矩形波制御に限らない。例えば、図１４に示す１２０°通電制御であってもよい。
【０１１２】
また、変調率が１よりも大きい場合に行われる制御としては、各相において、上アームスイッチがオンされてかつ下アームスイッチがオフされる状態と、上アームスイッチがオフされてかつ下アームスイッチがオンされる状態とが回転電機の電気角１周期において１回ずつ出現するものに限らない。例えば、各相電圧に含まれる高調波成分を低減することを目的として、各相電圧に含まれる基本波成分の振幅を矩形波制御の変調率に対応する振幅としつつ、上アームスイッチがオンされてかつ下アームスイッチがオフされる状態と、上アームスイッチがオフされてかつ下アームスイッチがオンされる状態とが電気角１周期において複数回ずつ出現するものであってもよい。
【０１１３】
・切替部６４は、回転電機３０の回転速度Ｎｍに基づいて第１変調方式と第２変調方式とを切り替え、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ１２と、第２変調方式から第１変調方式へ切り替える回転速度Ｎｍ２１とが同一でない構成を採用することもできる。
【０１１４】
・切替部６４は、第１実行部６１により実行される第１変調方式で回転電機３０が発生可能なトルクの最大値が指令トルクＴｒｑ＊（要求トルク）よりも小さくなった後に、第１変調方式から第２変調方式へ切り替えることもできる。すなわち、切替部６４は、第１実行部６１により実行される第１変調方式で回転電機３０が発生可能なトルクの最大値が指令トルクＴｒｑ＊よりも小さくなる前であることを、第１変調方式から第２変調方式へ切り替える条件から削除することもできる。
【０１１５】
・制御装置６０は、変調方式の切り替えのみを行うようにし、Ｄｕｔｙの上限値を制限しないようにしてもよい。この場合であっても、各変調方式では、各変調方式の原理によって、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相に印加される印加電圧が、それぞれの上限電圧以下に制限される。
【０１１６】
・制御装置６０は、第１〜第３変調方式を実行する第１〜第３実行部を備えるものに限らず、回転電機３０の各相に印加される印加電圧が、第３上限電圧よりも高い第４上限電圧以下に制限されている第４変調方式を実行する第４実行部を備えていてもよい。そして、切替部６４は、回転電機３０の回転速度Ｎｍに基づいて、第４実行部により各相に印加される印加電圧から誘起電圧を引いた相電圧が第２所定電圧Ｖ２よりも低い第３所定電圧Ｖ３よりも低くなることを条件として、第３変調方式から第４変調方式へ切り替えてもよい。また、制御装置６０は、第１，第２変調方式を実行する第１，第２実行部のみを備えていてもよい。
【０１１７】
・回転電機３０の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧に相関するパラメータとして、磁場の磁束密度を含めてもよい。磁束密度は、界磁電流検出部５２により検出さたれ界磁巻線３２に流れる界磁電流に基づいて算出することができる。
【０１１８】
・インバータ４０及び界磁通電回路４１で用いられるスイッチとしては、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。
【０１１９】
・回転電機としては、星形結線されるものに限らず、例えば、Δ結線されるものであってもよい。
【０１２０】
・回転電機３０（複相回転電機）は、３相回転電機に限らず、４相以上の回転電機等であってもよい。回転電機３０は、界磁式の回転電機に限らず、永久磁石式の回転電機であってもよい。また、回転電機３０は、発電機の機能を有さず、電動機の機能のみを有していてもよい。なお、回転電機３０が永久磁石式の回転電機である場合は、回転電機３０の回転に伴って各相に誘起される誘起電圧に相関するパラメータとして、永久磁石の温度を含めてもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
２０…バッテリ、３０…回転電機、６０…制御装置、６１…第１実行部、６２…第２実行部、６４…切替部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020178446.tif 000009
【図８】
2020178446.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020178446.tif 000012
【図１１】
2020178446.tif 000013
【図１２】
2020178446.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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