(57)【要約】【課題】モータジェネレータに接続されるインバータの出力電圧の位相の遅角操作量を制限すると、要求トルクの急減少時におけるトルクの追従性が低下すること。【解決手段】位相設定部３２は、推定トルクＴｅを要求トルクＴｄにフィードバック制御すべく位相δを設定する。ノルム設定部３４は、要求トルクＴｄと電気角速度ωとに基づき、指令電圧ベクトルのノルムＶｎを設定し、電圧利用率算出部３５では、これに基づき電圧利用率の指令値を算出する。トルク変化量算出部３７によって算出される要求トルクの減少量が所定以上となる場合、補正部３６において電圧利用率を補正する。これにより、位相設定部３２の設定する位相の急激な遅角変化を抑制すべくガード処理部３３においてガード処理が施されることに起因するトルクの追従性の低下を補償する。【選択図】      図２
2010166633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機の制御量を制御すべく該回転機に接続される電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、
前記電力変換回路の出力電圧の位相が遅角操作される期間において、前記電力変換回路の出力電圧の電圧利用率を一旦低下させた後、上昇させる電圧利用率操作手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
前記電力変換回路は、前記回転機の端子に直流電源の正極及び負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備え、
前記電圧利用率操作手段は、前記出力電圧の位相が遅角操作される期間において、前記電圧利用率を矩形波制御の電圧利用率から一旦低下させた後、矩形波制御の電圧利用率に再度上昇させる処理を行うことを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御すべく前記電力変換回路の出力電圧の位相を操作する位相操作手段を備え、
前記電圧利用率操作手段は、前記位相操作手段による位相の遅角操作時において前記電圧利用率を一旦低下させた後、上昇させる処理を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
回転機の制御量を制御すべく該回転機に接続される電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、
前記回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御すべく前記電力変換回路の出力電圧の位相を操作する位相操作手段と、
前記電力変換回路の出力電圧の電圧利用率に関するパラメータを設定する電圧利用率設定手段と、
前記設定される電圧利用率に関するパラメータに基づき前記電力変換回路の出力電圧の電圧利用率を操作する電圧利用率操作手段とを備え、
該電圧利用率操作手段は、前記回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御するうえで前記位相の所定以上の遅角変化が要求される状況下、前記電力変換回路の出力電圧の電圧利用率を前記電圧利用率設定手段の設定するパラメータに対応する値よりも低下させることを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項５】
前記位相操作手段は、前記回転機のトルクを前記要求トルクにフィードバック制御するための操作量としての位相を算出する手段と、当該位相操作手段の操作する位相の遅角速度が所定以上となることを規制すべく前記算出される位相を補正する補正手段とを備えることを特徴とする請求項４記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記電圧利用率操作手段は、前記要求トルクの減少量が所定以上となることに基づき、前記低下させる処理を行うことを特徴とする請求項４又は５記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記電圧利用率操作手段は、前記位相操作手段によって操作される位相の変化量が所定以下となる場合、前記電圧利用率の低下量を減少させる処理を行うことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項８】
前記電圧利用率設定手段は、前記要求トルク及び前記回転機の回転速度に基づき前記パラメータの基本値を設定する手段と、該基本値に対し、矩形波制御の電圧利用率に対応する値を限度とするガード処理を施す手段とを備えることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項９】
前記電力変換回路は、前記回転機の端子に直流電源の正極及び負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備え、
前記電圧利用率操作手段は、前記電圧利用率設定手段によって矩形波制御の電圧利用率が設定される状況下、前記低下させる処理を行うことを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転機の制御装置と、
前記電力変換回路とを備えることを特徴とする回転機の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機の制御量を制御すべく該回転機に接続される電力変換回路を操作する回転機の制御装置及び制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置としては、３相電動機の各相に流れる電流を指令値にフィードバック制御すべく、各相に印加すべき電圧の指令値（指令電圧）を算出し、算出される指令電圧と三角波形状のキャリアとの大小に基づきインバータのスイッチング素子を操作する三角波比較ＰＷＭ制御を行うものも実用化されている。これにより、３相電動機の各相に印加される電圧を指令電圧とすることができ、ひいては各相に流れる電流を所望に制御することができる。
【０００３】
ただし、３相電動機の高回転速度領域においては、指令電圧が上昇し、その振幅がインバータの入力電圧の「１／２」以上となることで、インバータの実際の出力電圧を指令電圧とすることができなくなる。そしてこの場合には、三角波比較ＰＷＭ制御の制御性が低下する。
【０００４】
そこで従来、例えば下記特許文献１に見られるように、インバータの出力電圧の電圧利用率が増加する場合、電動機のトルクを要求トルクにフィードバック制御すべく出力電圧の位相を操作することも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５３３０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電動機のトルクを要求トルクにフィードバック制御するための操作量として位相を用いる場合、要求トルクの急激な減少に伴って出力電圧が急激に遅角側に操作されるおそれがある。そしてこの場合、インバータの入力端子を流れる電流が大きく変動し、制御破綻を生じることが懸念される。これに対し、位相の変化量に制限を設けることも考えられるが、この場合には、トルクの追従性が低下する。
【０００７】
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、その目的は、回転機に接続される電力変換回路の出力電圧の位相の遅角操作量を制限しつつも、回転機の制御量を適切に制御することのできる回転機の制御装置及び制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００９】
請求項１記載の発明は、回転機の制御量を制御すべく該回転機に接続される電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、前記電力変換回路の出力電圧の位相が遅角操作される期間において、前記電力変換回路の出力電圧の電圧利用率を一旦低下させた後、上昇させる電圧利用率操作手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
回転機の制御量を制御すべく出力電圧の位相を遅角させることによる効果は、電圧利用率を低下させる処理によってある程度代用可能である。上記発明では、この点に鑑み、出力電圧の位相が遅角操作される期間において、出力電圧の電圧利用率を一旦低下させることで、制御量の制御のための出力電圧の遅角速度を低減することができる。そして、その後、出力電圧の電圧利用率を上昇させることで、電圧利用率を低下させなかった場合に要求される位相となるまで、位相を遅角させることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電力変換回路は、前記回転機の端子に直流電源の正極及び負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備え、前記電圧利用率操作手段は、前記出力電圧の位相が遅角操作される期間において、前記電圧利用率を矩形波制御の電圧利用率から一旦低下させた後、矩形波制御の電圧利用率に再度上昇させる処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
出力電圧の電圧利用率は矩形波制御において最大となるため、制御量の制御にとって適切な電圧利用率が矩形波制御の電圧利用率を上回る場合には、矩形波制御の電圧利用率となるように出力電圧が操作されることとなる。したがって、制御系の設計によっては、制御量を制御するうえで出力電圧の位相が遅角される場合であっても、矩形波制御の電圧利用率が維持され得る。ただし、この場合には、位相の遅角量が非常に大きなものとなるおそれがある。この点、上記発明では、矩形波制御の電圧利用率から一旦低下させた後、再度矩形波制御の電圧利用率に戻す処理を行うことで、位相の急激な遅角操作を回避することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御すべく前記電力変換回路の出力電圧の位相を操作する位相操作手段を備え、前記電圧利用率操作手段は、前記位相操作手段による位相の遅角操作時において前記電圧利用率を一旦低下させた後、上昇させる処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、回転機の制御量を制御すべく該回転機に接続される電力変換回路を操作する回転機の制御装置において、前記回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御すべく前記電力変換回路の出力電圧の位相を操作する位相操作手段と、前記電力変換回路の出力電圧の電圧利用率に関するパラメータを設定する電圧利用率設定手段と、前記設定される電圧利用率に関するパラメータに基づき前記電力変換回路の出力電圧の電圧利用率を操作する電圧利用率操作手段とを備え、該電圧利用率操作手段は、前記回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御するうえで前記位相の所定以上の遅角変化が要求される状況下、前記電力変換回路の出力電圧の電圧利用率を前記電圧利用率設定手段の設定するパラメータに対応する値よりも低下させることを特徴とする。
【００１５】
回転機のトルクを要求トルクに制御すべく出力電圧の位相を遅角させる処理は、電圧利用率を低下させる処理によってある程度代用可能である。上記発明では、この点に鑑み、回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御するうえで位相の所定以上の遅角変化が要求される状況下において、出力電圧の電圧利用率を一旦低下させることで、トルクの制御のための出力電圧の位相の遅角速度を低減することができる。
【００１６】
なお、前記回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御するうえで前記位相の所定以上の遅角変化が要求される状況下は、要求トルクが所定以上減少する状況下などのことである。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記位相操作手段は、前記回転機のトルクを前記要求トルクにフィードバック制御するための操作量としての位相を算出する手段と、当該位相操作手段の操作する位相の遅角速度が所定以上となることを規制すべく前記算出される位相を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
電圧利用率操作手段によって電圧利用率設定手段の設定する電圧利用率が低下されたとしても、これが制御に反映されるまでには時間を要する。このため、トルクフィードバック制御によって、一旦位相が急激に遅角操作される事態が生じ得る。この点、上記発明では、算出される位相を補正することで、こうした事態を回避することができる。しかも、電圧利用率を低下させることで、補正手段による位相の遅角速度の規制を強めてもトルクの制御性の低下を極力抑制することができる。
【００１９】
なお、上記電圧利用率操作手段は、前記算出される位相の遅角速度が前記補正手段によって規制される状況下において、前記電圧利用率を低下させるものとしてもよい。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の発明において、前記電圧利用率操作手段は、前記要求トルクの減少量が所定以上となることに基づき、前記低下させる処理を行うことを特徴とする。
【００２１】
回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御するために位相を操作する場合、要求トルクが減少することで、出力電圧の位相が遅角操作される。このため、要求トルクの遅角量に基づき、回転機のトルクを要求トルクにフィードバック制御するうえで位相の所定以上の遅角変化が要求される状況下であるか否かを判断することができる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧利用率操作手段は、前記位相操作手段によって操作される位相の変化量が所定以下となる場合、前記電圧利用率の低下量を減少させる処理を行うことを特徴とする。
【００２３】
上記発明では、位相の変化量が所定以下となることで電圧利用率の低下量を減少させるため、位相の遅角速度を緩和するための処理をした後に、電圧利用率設定手段によって設定される電圧利用率に近づけることができる。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項４〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記電圧利用率設定手段は、前記要求トルク及び前記回転機の回転速度に基づき前記パラメータの基本値を設定する手段と、該基本値に対し、矩形波制御の電圧利用率に対応する値を限度とするガード処理を施す手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
出力電圧の電圧利用率は矩形波制御において最大となる。上記発明では、この点に鑑み、矩形波制御の電圧利用率に対応するパラメータの値を限度とするガード処理を施す。したがって、トルクを制御するうえで出力電圧の位相が遅角される場合であっても、矩形波制御の電圧利用率が維持される場合が生じえる。ただし、この場合には、位相の遅角量が非常に大きなものとなるおそれがある。この点、上記発明では、電力変換回路の出力電圧の電圧利用率を矩形波制御の電圧利用率から低下させることで、位相の急激な遅角操作を回避することができる。
【００２６】
請求項９記載の発明は、請求項４〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換回路は、前記回転機の端子に直流電源の正極及び負極のそれぞれを電気的に接続するスイッチング素子を備え、前記電圧利用率操作手段は、前記電圧利用率設定手段によって矩形波制御の電圧利用率が設定される状況下、前記低下させる処理を行うことを特徴とする。
【００２７】
トルクを制御するうえで出力電圧の位相が遅角される場合であっても、矩形波制御の電圧利用率が維持される場合には、トルクの制御のための操作量が位相のみとなるため、位相の遅角量が非常に大きなものとなるおそれがある。この点、上記発明では、電力変換回路の出力電圧の電圧利用率を矩形波制御の電圧利用率から低下させることで、位相の急激な遅角操作を回避することができる。
【００２８】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転機の制御装置と、前記電力変換回路とを備えることを特徴とする回転機の制御システムである。
【００２９】
上記発明では、電圧利用率の低下によって位相の遅角速度を低減する処理を行うことで、過電流によって電力変換回路が強制的にシャットダウンされる事態を回避できる等、信頼性の高いシステムを実現している。特に、電力変換回路の入力端子にコンデンサが接続される場合、このコンデンサの容量を小さくすることも可能となり、ひいては小型化が可能なシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるインバータの操作信号の生成に関する処理を示すブロック図。
【図３】同実施形態にかかる電圧ベクトルノルムの設定手法を示す図。
【図４】同実施形態にかかるノルム算出部の処理の詳細を示す図。
【図５】同実施形態にかかる電圧利用率の補正処理の手順を示す流れ図。
【図６】同実施形態にかかる電圧利用率の補正処理態様を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明にかかる回転機の制御装置をハイブリッド車の制御装置に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
図１に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。モータジェネレータ１０は、３相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ１０は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、モータジェネレータ１０は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。
【００３３】
モータジェネレータ１０は、インバータＩＶ及び昇圧コンバータＣＶを介して高圧バッテリ１２に接続されている。ここで、昇圧コンバータＣＶは、高圧バッテリ１２の電圧(例えば「２８８Ｖ」)を所定の電圧(例えば「６６６Ｖ」)を上限として昇圧し、コンデンサＣの電圧としてインバータＩＶに印加するものである。一方、インバータＩＶは、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。
【００３４】
本実施形態では、モータジェネレータ１０やインバータＩＶの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ１０の回転角度θ（電気角）を検出する回転角度センサ１５を備えている。また、モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する電流センサ１６，１７，１８を備えている。更に、インバータＩＶの入力電圧(電源電圧ＶＤＣ)を検出する電圧センサ１９を備えている。
【００３５】
上記各種センサの検出値は、インターフェース１３を介して低圧システムを構成する制御装置１４に取り込まれる。制御装置１４では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータＩＶやコンバータＣＶを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作する信号が、操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎである。また、昇圧コンバータＣＶの２つのスイッチング素子を操作する信号が、操作信号ｇｕｐ，ｇｃｎである。
【００３６】
図２に、上記インバータＩＶの操作信号の生成に関する処理のブロック図を示す。
【００３７】
図示されるように、本実施形態では、電流フィードバック制御部２０及びトルクフィードバック制御部３０を備えている。ここで、電流フィードバック制御部２０は、電圧利用率が小さい領域においてインバータＩＶの操作信号を生成するためのものであり、トルクフィードバック制御部３０は、電圧利用率が大きい領域(例えば「０．７１」以上)においてインバータＩＶの操作信号を生成するためのものである。これら制御の切替は、切替制御部４６によってセレクタ４４が操作されることで行われる。以下では、「電流フィードバック制御部２０の処理」、「トルクフィードバック制御部３０の処理」、「トルクフィードバック制御部３０の設計」の順に説明した後、「トルクフィードバック制御部３０による要求トルクＴｄの急減少時の処理」について説明する。
＜電流フィードバック制御部２０の処理＞
モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、２相変換部４０において、回転２相座標系の実電流であるｄ軸上の実電流ｉｄとｑ軸上の実電流ｉｑとに変換される。詳しくは、２相変換部４０の出力のｑ軸成分は、ローパスフィルタ２３にて高周波成分がカットされ、また、２相変換部４０の出力するｄ軸成分は、ローパスフィルタ２４にて高周波成分がカットされる。一方、指令電流設定部２２は、要求トルクＴｄに基づき、回転２相座標系の電流の指令値であるｄ軸上の指令電流ｉｄｃ及びｑ軸上の指令電流ｉｑｃを設定する。フィードバック制御部２５は、ｄ軸上の実電流ｉｄを指令電流ｉｄｃにフィードバック制御するための操作量としてのｄ軸上の指令電圧ｖｄｃを算出する。一方、フィードバック制御部２６は、ｑ軸上の実電流ｉｑを指令電流ｉｑｃにフィードバック制御するための操作量としてのｑ軸上の指令電圧ｖｑｃを算出する。詳しくは、フィードバック制御部２５，２６では、比例積分制御を用いて上記算出を行う。
【００３８】
３相変換部２８では、回転２相座標系の指令電圧ｖｄｃ、ｖｑｃを、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃに変換する。ＰＷＭ信号生成部２９では、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃと、電源電圧ＶＤＣとに基づき、ＰＷＭ処理によって、操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを生成する。本実施形態では、特に、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを２相変調して且つ電源電圧ＶＤＣにて規格化した信号と三角波形状のキャリアとの大小比較に基づき操作信号を生成する。
＜トルクフィードバック制御部３０の処理＞
トルク推定器４２では、回転２相座標系の実電流ｉｄ，ｉｑに基づき、モータジェネレータ１０のトルクの推定値である推定トルクＴｅを算出する。一方、偏差算出部３１では、推定トルクＴｅに対する要求トルクＴｄの差を算出する。位相設定部３２は、偏差算出部３１の出力の比例積分演算に基づき、インバータＩＶの出力電圧の回転２相座標系での位相δを設定する。ここでは、要求トルクＴｄに対して推定トルクＴｅが不足する場合に位相δを進角させて且つ、要求トルクＴｄに対して推定トルクＴｅが過剰となる場合に、位相δを遅角させるようにする。
【００３９】
ノルム設定部３４では、モータジェネレータ１０の電気角速度ωと、要求トルクＴｄとに基づき、回転２相座標系におけるインバータＩＶの出力電圧ベクトルのノルムＶｎを設定する。ここで、ベクトルのノルムは、ベクトルの各成分の２乗の和の平方根によって定義される。ノルム設定部３４の出力するノルムＶｎは、電圧利用率算出部３５に入力される。電圧利用率算出部３５では、ノルムＶｎと、電源電圧ＶＤＣとに基づき、電圧利用率を算出する。
【００４０】
一方、操作信号生成部３９では、上記位相設定部３２によって設定されて且つ所定の条件下ガード処理部３３によってガード処理の施された位相と、電圧利用率算出部３５によって算出されて且つ所定の条件下補正部３６によって補正された電圧利用率と、回転角度θとに基づき、操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを生成する。詳しくは、操作信号生成部３９は、電圧利用率毎に、電気角の１回転周期分の操作信号波形をマップデータとして記憶している。これら操作信号波形は、論理「Ｈ」及び論理「Ｌ」からなるものであり、論理「Ｈ」が、高電位側のスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐのオン状態に対応し、論理「Ｌ」が低電位側のスイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎのオン状態に対応する。
【００４１】
上記記憶されている操作信号波形はいずれも、図２に例示されるように、高電位側のスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐがオン状態とされる期間と低電位側のスイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎがオン状態とされる期間とが半々となる波形となっている。これは、インバータＩＶの出力電圧を電気角の１回転周期で均衡の取れたものとするための設定である。更に、操作信号波形はいずれも、図２中にそのうちの１つの波形を例示するように、電気角の１回転周期の中央（１８０°）に対して対称性を有するものとなっている。詳しくは、中央に対して等距離にある一対のタイミングの論理値が逆となるものとなっている。これは、インバータＩＶの出力電圧を正弦波形状の電圧に極力近似させるための設定である。
【００４２】
操作信号生成部３９では、入力される電圧利用率に応じて、該当する操作信号波形を選択する。ここで、上記電圧利用率の上限は、矩形波制御時の電圧利用率である「０．７８」とされている。このため、電圧利用率が最大値「０．７８」となる場合には、操作信号波形として、矩形波制御時の波形である電気角の１回転周期に高電位側のスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐがオン状態とされる期間と低電位側のスイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎがオン状態とされる期間とが１回ずつ生じる波形（１パルス波形）が選択される。一方、電圧利用率の下限は、電流フィードバック制御部２０によって設定される指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃに応じた３つの線間電圧をインバータＩＶの入力電圧によって実現することのできる上限値である「０．７１」に設定されている。すなわち、２相変調された信号をインバータＩＶの入力電圧によって実現することのできる上限値に設定されている。
【００４３】
こうして操作信号波形が選択されると、操作信号生成部３９では、この波形の出力タイミングを上記ガード処理部３３の出力する位相に基づき設定することで、操作信号を生成する。
＜トルクフィードバック制御部３０の設計＞
先の図２に示したように、トルクフィードバック制御部３０では、要求トルクＴｄ及び電気角速度ωに基づき、ノルムＶｎを設定した。これにより、要求トルクＴｄが与えられた場合に、比較的自由にノルムＶｎを設定することができる。このため、例えばノルムＶｎを極力小さくすることで、電圧利用率を抑制することができる。そしてこの場合には、操作信号生成部３９の生成する操作信号波形として、よりパルス数の多い波形を選択することなどができ、ひいてはインバータＩＶの出力電圧を正弦波形状の電圧により近づけることができる。このため、インバータＩＶの出力電圧の高調波歪を低減することができ、ひいては高調波電流を抑制することが可能となる。
【００４４】
以下、本実施形態にかかるノルム設定部３４の設定するノルムＶｎの元となるノルムＶｎ１の設定について説明する。図３に、本実施形態において、モータジェネレータ１０の力行時にノルムＶｎ１に課せられる基本的な制約を示す。図示されるように、本実施形態では、ノルムＶｎ１を、境界線ＢＬ１〜ＢＬ４によって囲われる領域内とするとの制約が課せられている。ここで、境界線ＢＬ４は、電圧利用率が「０．７８」であること示すものである。これは、矩形波制御の電圧利用率が実現可能な電圧利用率の最大値であることに対応している。以下では、境界線ＢＬ１〜ＢＬ３のそれぞれに対応する条件の導出に先立って、モータジェネレータ１０のトルクＴと電流ベクトル（ｉｄ，ｉｑ）とを、ノルムＶｎ１、位相δ及び電気角速度ωによって表現する式を導出する。
【００４５】
モータジェネレータ１０のトルクＴは、電機子巻線鎖交磁束数Φ、ｑ軸インダクタンスＬｑ，ｄ軸インダクタンスＬｄ、抵抗Ｒ、及び極対数Ｐを用いて、下記の式（ｃ１）にて表現される。
【００４６】
【数１】
2010166633.tif 000003
【００４７】
また、電圧方程式は、以下の式（ｃ２）となる。
【００４８】
【数２】
2010166633.tif 000004
【００４９】
上記の式（ｃ２）から、下記の式（ｃ３）を得る。
【００５０】
【数３】
2010166633.tif 000005
【００５１】
上記の式（ｃ３）を上記の式（ｃ１）に代入することで、下記の式（ｃ４）を得る。
【００５２】
【数４】
2010166633.tif 000006
【００５３】
ここで、図３に示す境界線ＢＬ１に対応する条件である「トルクＴの位相δによる偏微分が正となるとの条件」は、上記の式（ｃ４）に基づき、下記の式（ｃ５ａ）及び（ｃ５ｂ）によって表現される。この条件は、要求トルクＴｄに対して推定トルクＴｅが不足する場合に、位相δを進角させることによってその不足を低減させて且つ、要求トルクＴｄに対して推定トルクＴｅが過剰である場合に、位相δを遅角させることによってその過剰分を低減させることを可能とするための条件である。
【００５４】
【数５】
2010166633.tif 000007
【００５５】
なお、本実施形態では、位相δは、力行時には、「０≦δ＜π／２」、回生時には、「π／２＜δ≦３π／２」となるように制御設計をするとの前提を設けているため、位相δが「３π／２」以上となる条件を削除した。また、境界線ＢＬ２に対応する条件である「ｄ軸電流がゼロ以下であるとの条件」は、下記の式（ｃ６）等よって表現される。
【００５６】
【数６】
2010166633.tif 000008
【００５７】
また、境界線ＢＬ３に対応する条件である「ｑ軸電流が力行時においてはゼロ以上である旨の条件」は、下記の式（ｃ７）によって表現される。
【００５８】
【数７】
2010166633.tif 000009
【００５９】
なお、回生時においては、ｑ軸電流がゼロ以下であるとの条件を課す。
【００６０】
本実施形態では、先の図３に例示するような許容領域内において、ノルムＶｎ１を設定する。このノルムＶｎ１は、位相δと電気角速度ωを設定しても一義的には定まらない。このため、ノルムＶｎ１の設定に際してはある程度の自由度があることとなるため、ノルムＶｎ１を自由に設計することができる。ここで、インバータＩＶの出力電圧の高調波歪を抑制する観点からは、ノルムＶｎ１を極力低減することが望ましい。ノルムＶｎ１を最小とするためには、トルクＴのノルムＶｎ１による偏微分係数がゼロとなるとの条件を課すことが要求される。ただし、上記モデルにおいてこの条件を課す場合には、位相δとノルムＶｎ１との間に１対１の対応関係を持たせることができないことが見出されている。
【００６１】
そこで、本実施形態では、最小の電流で最大のトルクを実現する最大トルク制御を行うことができるようにノルムＶｎ１を設定する。これによっても、要求トルクＴｄを実現するうえでノルムＶｎ１を極力低減することができる。
【００６２】
図４に、本実施形態にかかるノルム設定部３４の詳細を示す。
【００６３】
図示されるように、本実施形態では、最大トルク制御を実行すべく下記の式（ｃ８）にて表現される条件を課す。ここで、最大トルク制御とは、最小の電流で最大のトルクを実現する制御であり、ここでいう最大トルクとは、力行制御時には正の最大トルク、回生制御時には、負であって絶対値が最大のトルクを意味する。
【００６４】
【数８】
2010166633.tif 000010
【００６５】
この式は、例えば「埋込磁石同期モータの設計と制御：武田洋次ら  オーム社」の２３ページに記載されている。上記の式（ｃ８）から、上記の式（ｃ３）によって電流ベクトル（ｉｄ，ｉｑ）を消去することで、ノルムＶｎ１を、電気角速度ωと位相δとの関数とすることができる。特に、トルクフィードバック制御を行う領域は電気角速度ωが大きい領域のため、抵抗Ｒを無視することで、以下の式（ｃ９）とすることができる。
【００６６】
【数９】
2010166633.tif 000011
【００６７】
上記の式（ｃ９）では、ノルムＶｎ１が、位相δ及び電気角速度ωの関数とされている。以下では、これに基づき、ノルムＶｎ１を、要求トルクＴｄと電気角速度ωとによって表現することを考える。上記の式（ｃ４）において、抵抗Ｒが小さいとする近似を行うことで、下記の式（ｃ１０）を得る。
【００６８】
【数１０】
2010166633.tif 000012
【００６９】
上記の式（ｃ１０）における関数ｆは、位相δを独立変数として、電気角速度ωによって規格化されたノルムＶｎ１（速度規格化ノルム）を従属変数とするものである。ここで、ノルムＶｎ１が、電気角速度ωに依存しない関数ｆと電気角速度ωとの積として定義できるのは、上記の式（ｃ９）を根拠としている。すなわち、抵抗Ｒが無視できるとの近似を前提としている。上記の式（ｃ１０）によれば、位相δを独立変数として且つトルクＴを従属変数とする関数ｇを定義することができる。このため、関数ｇの逆関数を用いることで、上記関数ｆの独立変数を位相δからトルクＴに変換することができる。これにより、トルクＴを独立変数として且つ速度規格化ノルム（Ｖｎ１／ω）を従属変数とする関数ｈを定義することができる。
【００７０】
本実施形態では、この関数ｈをマップとして保持することでノルム算出部３４ａを構成する。ちなみに、本明細書において、「マップ」とは、離散的な入力値のそれぞれに対して出力値が１つ定義された記憶手段のことである。そして乗算器３４ｂにおいて、ノルム算出部３４ａの出力する速度規格化ノルム（Ｖｎ１／ω）と電気角速度ωとの積が算出され、これがノルムＶｎ１となる。このノルムＶｎ１は、電圧リミッタ３４ｃに取り込まれる。電圧リミッタ３４ｃでは、入力されるノルムＶｎ１にガード処理を施したものを上記ノルムＶｎとして出力する。これは、電源電圧ＶＤＣに基づき、ノルムＶｎを、電圧利用率が「０．７１」以上「０．７８」以下となるようにするものである。
＜トルクフィードバック制御部３０による要求トルクＴｄの急減少時の処理＞
トルクフィードバック制御部３０による制御がなされている状況下、要求トルクＴｄが急激に減少すると、位相設定部３２の設定する位相δが急激に遅角側に設定されることとなる。本実施形態では、こうした場合であっても、操作信号生成部３９の出力によって定まる操作信号によって操作されるインバータＩＶの出力電圧の位相の急激な遅角変化を抑制すべく、先の図２に示したガード処理部３３によってガード処理がなされる。ただし、位相設定部３２の設定する位相δの遅角側の変化を抑制する場合には、モータジェネレータ１０のトルクを要求トルクＴｄの急激な低下に追従させることが困難となる。そこで、上記補正部３６では、位相δの遅角側の変化にガードがかかる状況下、電圧利用率を低下補正する。これにより、位相δの遅角変化にガードが施されることによるトルクの追従性の低下を補償することができる。
【００７１】
詳しくは、本実施形態では、トルク変化量算出部３７によって算出される要求トルクＴｄの変化量に基づき補正部３６による補正を開始し、位相変化量算出部３８によって算出される位相の変化量（操作信号生成部３９に入力される位相の変化量）に基づき補正部３６による補正を停止する。以下、これについて詳述する。
【００７２】
図５に、本実施形態にかかる電圧利用率の補正処理の手順を示す。この処理は、上記補正部３６によって例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００７３】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、上記ノルム設定部３４の設定するノルムＶｎと電源電圧ＶＤＣとに基づき電圧利用率を算出する。続くステップＳ１２においては、電圧利用率が閾値α以上であるか否かを判断する。この処理は、電圧利用率の補正処理を行うための第１の条件を満たすか否かを判断するためのものである。ここで、閾値αは、トルクフィードバック制御部３０による制御を行う電圧利用率に設定されている。ただし、本実施形態では、特に、その上限値（「０．７８」）よりも小さく設定されている。
【００７４】
上記閾値α以上であると判断される場合、ステップＳ１４において、上記補正を行う旨のフラグである電圧利用率補正フラグがオンとなっているか否かを判断する。そして未だオンとなっていない場合には、ステップＳ１６に移行し、要求トルクＴｄの減少量ΔＴｄが閾値ΔＴｔｈ以上であるか否かを判断する。この処理は、電圧利用率の補正処理を行うための第２の条件を満たすか否かを判断するためのものである。そして、閾値ΔＴｔｈ以上であると判断される場合、ステップＳ１８において、電圧利用率補正フラグをオンとする。続くステップＳ２０においては、上記要求トルクＴｄの減少量ΔＴｄに基づき補正量を算出する。
【００７５】
これに対し、上記ステップＳ１４において肯定判断される場合、ステップＳ２２において、位相変化量Δδが閾値Δδｔｈ以下であるか否かを判断する。この処理は、上記ステップＳ２０において算出された補正量を減少させるか否かを判断するためのものである。ここで、位相変化量Δδは、操作信号生成部３９に入力される位相の変化量であり、これは、位相設定部３２の設定する位相δと、操作信号生成部３９に前回入力された位相との差に基づき算出することができる。また、閾値Δδｔｈは、例えばガード処理部３３によるガード処理がなされる下限変化量程度に設定すればよい。そして、ステップＳ２２において否定判断される場合、ステップＳ２４において、補正量を保持する。これに対し、ステップＳ２２において肯定判断される場合、ステップＳ２６において、補正量を漸減処理する。この処理は、具体的には、図５に示す一連の処理の周期毎に、補正量をステップ状に減少させる処理とすればよい。続くステップＳ２８においては、補正量がゼロであるか否かを判断する。そして補正量がゼロとであると判断される場合、ステップＳ３０において、電圧利用率補正フラグをオフとする。
【００７６】
上記ステップＳ２０、Ｓ２４，Ｓ３０の処理が完了する場合、ステップＳ３２において、電圧利用率算出部３５の算出した電圧利用率から補正量を減算する補正を行う。なお、ステップＳ３２の処理が完了する場合や、ステップＳ１２、Ｓ１６において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００７７】
図６に、本実施形態にかかる要求トルクＴｄの急激な減少時における処理を示す。詳しくは、図６（ａ）に、要求トルクＴｄの推移を示し、図６（ｂ）に、インバータＩＶの出力電圧の推移を示す。
【００７８】
図示されるように、時刻ｔ１に要求トルクＴｄが急激に減少すると、図６（ｂ）に実線にて示すように、それまで矩形波制御がなされていたにもかかわらず、矩形波よりもパルス数を増やし電圧利用率を低減させる処理に切り替える。図６（ｂ）においては更に、要求トルクＴｄが変化しない場合の矩形波パルスを破線にて示し、位相設定部３２の設定する位相δを直接用いて且つ電圧利用率の補正を行わない場合を、１点鎖線にて示す。図示されるように、ここで、１点鎖線に示す例では、要求トルクＴｄが急減少しているにもかかわらず矩形波制御が継続される例を示している。これは、ノルム設定部３４の設定するノルムＶｎが所定以上の場合、先の図４に示した電圧リミッタ３４ｃによってガード処理が施されることによる。すなわち、要求トルクＴｄが急減少しても、先の図４に示した乗算器３４ｂの出力するノルムＶｎ１が電圧利用率の上限値に対応する値以上となっている場合には、電圧利用率算出部３５によって算出される電圧利用率が矩形波制御時の値に維持される。
【００７９】
図示されるように、本実施形態によれば、位相設定部３２の設定する位相δよりも遅角量を低減することができる。一方、図６（ｃ）に、ガード処理部３３のみを備える場合を示す。この場合、電流変動を許容範囲とできるとの条件でトルクの追従性を高めるべく遅角量を極力大きくすることが望まれる。ただし、これによっても、位相設定部３２の設定する位相δよりも進角側となることから、要求トルクＴｄへの追従性は低下する。これに対し、本実施形態では、電圧利用率を減少補正するため、ガード処理部３３によって遅角側の変化を図６（ｃ）に示す例よりも規制したとしても、要求トルクＴｄへの追従性を高く維持することができる。すなわち、電圧利用率を一旦低下させることで遅角速度の低減の影響を補償し、その後、電圧利用率を漸増させつつインバータＩＶの出力電圧を更に遅角させる。これにより、最終的には、インバータＩＶの出力電圧の位相は、位相設定部３２の設定する位相δとなり、また、実際の電圧利用率は、電圧利用率算出部３５の算出する値となる。このため、要求トルクＴｄが急減少する過渡時を過ぎると、速やかにノルム算出部３４ａによって狙った制御（最大トルク制御）へと復帰することができる。
【００８０】
このため、要求トルクＴｄの急激な減少時におけるインバータＩＶの入力側の電流変動を抑制することができる。このため、電流変動を抑制するための上記コンデンサＣを小型化することができ、ひいては電力変換システムを小型化することができる。更に、インバータＩＶのパワースイッチング素子に過度の電流が流れることを回避し、ひいてはインバータＩＶが強制的にシャットダウンされることを回避することもできる。
【００８１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００８２】
（１）モータジェネレータ１０のトルクを要求トルクにフィードバック制御するうえで位相の所定以上の遅角変化が要求される状況下、インバータＩＶの出力電圧の電圧利用率を電圧利用率算出部３５の算出する値よりも低下させた。これにより、トルクの制御のための出力電圧位相の遅角速度を低減しつつも、要求トルクＴｄへの追従性の低下を極力抑制することができる。
【００８３】
（２）操作信号生成部３９に入力される位相の遅角速度が所定以上となることを規制すべくガード処理部３３を備えた。これにより、位相設定部３２によって設定される位相δの遅角速度が過度に大きくなる場合であっても、操作信号生成部３９に入力される位相の遅角速度が過度に大きくなることを回避することができる。
【００８４】
(３)要求トルクＴｄの減少量が所定以上となることに基づき、電圧利用率を低下させる処理を行った。これにより、要求トルクＴｄにフィードバック制御するための位相δが急激に遅角側に変化する状況を迅速に判断することができる。
【００８５】
（４）操作信号生成部３９に入力される位相の変化量が所定以下となる場合、電圧利用率の低下量を段階的に減少させた。これにより、位相の遅角速度を緩和するための処理をした後に、実際の電圧利用率を、電圧利用率算出部３５によって算出される電圧利用率に近づけることができる。
【００８６】
（５）ノルム設定部３４において、乗算器３４ｂの算出するノルムＶｎ１にガード処理を施す電圧リミッタ３４ｃを備えた。このため、要求トルクＴｄの減少にかかわらず、矩形波制御の電圧利用率が維持される場合が生じ得る。そしてこの場合には、要求トルクＴｄに追従させる上で要求される位相の遅角量が非常に大きなものとなるおそれがある。このため、電圧利用率を補正する処理の利用価値が特に大きい。
【００８７】
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００８８】
・上記実施形態では、電圧利用率算出部３５によって算出される電圧利用率が矩形波制御の電圧利用率よりも小さい閾値α以上である場合において、電圧利用率を低下させる処理を行ったが、これに限らない。例えば、電圧利用率算出部３５によって算出される電圧利用率が矩形波制御の電圧利用率となる場合に限って、電圧利用率を低下させる処理を行ってもよい。
【００８９】
・上記実施形態では、要求トルクＴｄの減少量ΔＴｄが所定以上となることをトリガとして電圧利用率を低下補正した後、位相変化量Δδが閾値Δδｔｈ以下となることで、低下補正量を漸減させたがこれに限らない。例えば、要求トルクＴｄの減少量ΔＴｄが所定以上となることをトリガとして電圧利用率を低下補正した後、所定期間経過後に補正量を漸減処理してもよい。
【００９０】
・上記実施形態では、要求トルクＴｄの減少量ΔＴｄが所定以上となることをトリガとして電圧利用率を低下補正したが、これに限らない。例えば、インバータＩＶの入力電圧が急激に上昇した場合や、回転速度が急激に低下した場合等、要は、位相設定部３２によって設定される位相δが遅角側に急変すると想定される状況下にあると判断される場合に、電圧利用率を低下補正するものであればよい。
【００９１】
・上記実施形態では、電流フィードバック制御部２０において、２相変調処理を用いたがこれに限らない。ただし、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃとキャリアとを直接比較する場合には、操作信号生成部３９が、変調率「１」に対応する電圧利用率までパルスパターンを有することが望ましい。
【００９２】
・ノルム算出部３４ａとしては、上記各実施形態で例示した制御を行うものに限らない。例えば「ｉｄ＝０」となる制御を行うためのノルムＶｎ１を算出するものであってもよい。
【００９３】
・ノルム算出部３４ａとしては、要求トルクＴｄと電気角速度ωとを入力としてノルムＶｎ１を算出するものに限らず、例えば位相設定部３２の設定する位相δと電気角速度ωとを入力としてノルムＶｎ１を算出するようにしてもよい。ただし、位相δの遅角操作に伴ってノルム算出部３４ａの算出するノルムＶｎが減少しないものである場合や、位相δを入力としないものである場合の方が、ノルム設定部３４の設定するノルムＶｎを低下補正することの意義が特に大きい。
【００９４】
・上記実施形態では、補正部３６を、電圧利用率算出部３５の下流に設けたが、これに限らず、上流に設けてもよい。換言すれば、ノルム設定部３４の設定するノルムＶｎを直接の補正対象としてもよい。
【００９５】
・操作信号生成部３９としては、電圧利用率毎に、操作信号波形を定めたデータを予め記憶しておき、都度の電圧利用率に応じて該当するデータを利用するものに限らない。例えば、電圧ベクトルのノルムに基づきＰＷＭ処理等によって操作信号を都度算出するものであってもよい。
【００９６】
・操作信号生成部３９に入力される電圧利用率に関するパラメータとしては、電圧利用率そのものに限らず、例えば変調率であってもよい。また、インバータＩＶの入力電圧が一定とみなせるなら、電圧利用率に代えて、ノルム設定部３４の出力するノルムのみを、操作信号波形を検索するパラメータとしてもよい。
【００９７】
・上記各実施形態では、操作信号生成部３９の生成する操作信号波形を、電気角の１周期の中央に対して対称性を有する信号としたが、これに限らない。位相δと電圧利用率とに基づき操作信号波形を設定するなら、例えば電流フィードバック制御部２０の処理等による設定によっては困難な操作信号波形を自由に設計することができる。
【００９８】
・位相設定部３２による実際のトルク（推定トルクＴｅ）の要求トルクＴｄへのフィードバック制御の操作量としての位相δの設定手法としては、これらの差の比例積分制御によって位相δを設定するものに限らない。例えば、要求トルクＴｄと推定トルクＴｅとの差の積分制御や比例積分微分制御によって位相δを設定してもよい。
【００９９】
・突極機としては、ＩＰＭＳＭに限らない。例えば、同期リラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）であってもよい。
【０１００】
・回転機としては、突極機に限らず、非突極機であってもよい。この際、位相δ及びノルムＶｎ１によってトルクを表現したモデルについて、ノルムＶｎ１よるトルクＴの偏微分係数がゼロとなる条件下におけるノルムＶｎ１と位相δとが１対１に対応する関係を有するなら、この条件を満たすノルムＶｎ１に基づき操作信号を生成してもよい。
【０１０１】
・回転機としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものであってもよい。更に、回転機としては、車両の駆動系を構成するものにも限らない。
【符号の説明】
【０１０２】
１０…モータジェネレータ、１２…高圧バッテリ、１４…制御装置（回転機の制御装置の一実施形態）、２０…電流フィードバック制御部、３０…トルクフィードバック制御部、３２…位相設定部、３３…ガード処理部、３４…ノルム設定部、３５…電圧利用率算出部３５、３６…補正部、３９…操作信号生成部、ＩＶ…インバータ、ＣＶ…コンバータ。
【図１】
2010166633.tif 000013
【図２】
2010166633.tif 000014
【図３】
2010166633.tif 000015
【図４】
2010166633.tif 000016
【図５】
2010166633.tif 000017
【図６】
2010166633.tif 000018