(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を発電するジェネレータと、該ジェネレータの発電する直流電力が供給されて、供給された直流電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、該インバータから出力された多相交流電力で駆動するモータと、
前記ジェネレータと前記モータとの間の直流電圧を検出する手段と、
少なくとも検出された直流電圧と、所望の直流電圧目標値との偏差に基づいて前記モータのトルク目標値の補正値を算出し、該補正値により前記トルク目標値を補正した値に基づいて前記インバータを制御して、前記多相交流電力の各相電圧を制御する第１のインバータ制御手段と、
前記検出された直流電圧と、前記所望の直流電圧目標値との偏差に基づいて前記ジェネレータの発電電力を制御する第１のジェネレータ制御手段と、
を備える事を特徴とするモータ及びジェネレータの制御装置。
【請求項２】
直流電力を発電するジェネレータと、該ジェネレータの発電する直流電力が供給されて、供給された直流電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、該インバータから出力された多相交流電力で駆動するモータと、
前記ジェネレータと前記モータとの間の直流電流を検出する手段と、
少なくとも検出された直流電流と、所望の直流電流目標値との偏差に基づいてモータのトルク目標値の補正値を算出し、該補正値により前記トルク目標値を補正した値に基づいて前記インバータを制御して、前記多相交流電力の各相電圧を制御する第２のインバータ制御手段と、
前記検出された直流電流と、前記所望の直流電流目標値との偏差に基づいて前記ジェネレータの発電電力を制御する第２のジェネレータ制御手段と、
を備える事を特徴とするモータ及びジェネレータの制御装置。
【請求項３】
前記第１のインバータ制御手段は、前記検出された直流電圧と、前記所望の直流電圧目標値との偏差に基づき、積分機能を有しない制御器（例えば、比例制御器）により前記モータのトルク目標値を補正する為のトルク補正値を算出し、前記トルク目標値を前記トルク補正値に基づいて補正し、該補正したトルク目標値に基づいて前記多相交流電力の各相電圧を制御し、
前記第１のジェネレータ制御手段は、前記トルク補正値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により算出した発電電力に基づいて前記ジェネレータを制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ及びジェネレータの制御装置。
【請求項４】
前記第２のインバータ制御手段は、前記検出された直流電流と、前記所望の直流電流目標値との偏差に基づき、積分機能を有しない制御器（例えば、比例制御器）により前記モータのトルク目標値を補正する為のトルク補正値を算出し、前記トルク目標値を前記トルク補正値に基づいて補正し、該補正したトルク目標値に基づいて前記多相交流電力の各相電力を制御し、
前記第２のジェネレータ制御手段は、前記トルク補正値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により算出した発電電力に基づいて前記ジェネレータを制御することを特徴とする請求項２に記載のモータ及びジェネレータの制御装置。
【請求項５】
前記第１のインバータ制御手段は、前記検出された直流電圧と、前記所望の直流電圧目標値との偏差に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により前記モータのトルク目標値を補正する為のトルク補正値を算出し、前記トルク目標値を前記トルク補正値に基づいて補正し、該補正したトルク目標値に基づいて前記多相交流電力の各相電圧を制御し、
前記第１のジェネレータ制御手段は、前記トルク補正値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により算出した発電電力に基づいて前記ジェネレータを制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ及びジェネレータの制御装置。
【請求項６】
前記第２のインバータ制御手段は、前記検出された直流電流と、前記所望の直流電流目標値との偏差に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により前記モータのトルク目標値を補正する為のトルク補正値を算出し、前記トルク目標値を前記トルク補正値に基づいて補正し、該補正したトルク目標値に基づいて前記多相交流電力の各相電圧を制御し、
前記第２のジェネレータ制御手段は、前記トルク補正値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により算出した発電電力に基づいて前記ジェネレータを制御することを特徴とする請求項２に記載のモータ及びジェネレータの制御装置。
【請求項７】
前記第１のインバータ制御手段は、前記検出された直流電圧と、前記所望の直流電圧目標値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により前記モータのトルク目標値を補正する為のトルク補正値を算出し、算出した前記トルク補正値に基づいて前記多相交流電力の各相電圧を制御し、
前記第１のジェネレータ制御手段は、前記トルク補正値に基づいて、前記所望のトルク目標値を補正し、補正したトルク目標値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により算出した発電電力に基づいて前記ジェネレータを制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ及びジェネレータの制御装置。
【請求項８】
前記第２のインバータ制御手段は、前記検出された直流電流と、前記所望の直流電流目標値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により前記モータのトルク目標値を補正する為のトルク補正値を算出し、算出した前記トルク補正値に基づいて前記多相交流電力の各相電圧を制御し、
前記第２のジェネレータ制御手段は、前記トルク補正値に基づいて、前記所望のトルク目標値を補正し、補正したトルク目標値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により算出した発電電力に基づいて前記ジェネレータを制御することを特徴とする請求項２に記載のモータ及びジェネレータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が供給されて、供給された発電電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、該インバータから出力された多相交流電力で駆動する多相交流モータとを備えた、ジェネレータ及びモータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばエンジンで回転駆動される事によって発電するジェネレータと、該ジェネレータの発電した電力を直流電力として入力し、入力した電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、該インバータから供給される多相交流電力で駆動するモータを備え、モータによって車両の前後輪の一方を駆動するシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなシステムにおいては通常、ジェネレータが直流電圧（または直流電流）を所定の直流電圧目標（または直流電流目標）に制御し、インバータがモータへ供給する多相交流電力をトルク目標に基づいて制御して、モータがトルク目標通りのトルクを出力する。以下、図１５〜図２４を参照して従来のジェネレータ及びモータの制御について説明する。
【特許文献１】特開２００６−１１１２６０号公報
【０００３】
図１５は上述した従来のシステムの一例を説明するための図である。図１５に示す例において、システムは、エンジンにより駆動されるジェネレータ５１と、ジェネレータ５１の発電電力によりインバータ５２を介して駆動されるモータ５３と、トルク指令値Ｔ＊に基づきインバータ５２のスイッチング素子を制御する事によってモータ５３の電気子コイルに印加する電気子電圧（電気子電流）を制御して、モータ５３の駆動を制御するモータ制御装置（実際にはインバータを制御している為、インバータ制御装置とも言う）５４と、直流電圧値ｖｄｃ及び直流電圧目標値ｖｄｃ＊に基づきジェネレータ５１の界磁電流（若しくは界磁電圧）を制御する事によりジェネレータ５１の発電電力を制御するジェネレータ制御装置５５と、から構成されている。
【０００４】
上述した従来のシステムにおいて、一般的には、ジェネレータ５１は小さい電圧をインダクタンスの大きい界磁コイルに印加して発電動作を行うため、界磁電流の応答（発電量の応答）は百ｍｓのオーダであり、モータ５３は大きい電圧をインダクタンスが小さい電気子コイルに印加して駆動するため、電気子電流（トルク）の応答はｍｓのオーダであることが知られている。
【０００５】
このようなシステムでは、図２０に示すように、ジェネレータ５１が発電する直流電流とモータ５３が消費する直流電流との差分を、インバータ５２内のコンデンサで積分して、直流電圧（インバータ５２とジェネレータ５１との間の電圧、即ちインバータ５２内のコンデンサの両端子間電圧）となっている。従って、直流電圧を一定に保ちながらトルクを出力する場合、ジェネレータ５１の発電量に合わせてモータ５３がトルクを出す必要があり通常、ジェネレータ５１の発電量の応答を模擬するフィルタが必要となる。直流電圧の跳ね上がり易さや落ち込み易さは、ジェネレータ５１のＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）、モータ５３のＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）、インバータ５２内のコンデンサの容量が関係している。一般的には、ジェネレータ５１は界磁電流を増やすと発電量が増えるという特性以外に、界磁電流一定時にｍｓのオーダで発電量が変化するという特性を持っている。図２１にジェネレータ５１のＩ−Ｖ特性の一例を示す。一方、モータ５３はトルクを増やすと消費電力量が増えるという特性を持っており、一般的には１ｍｓ以下の速さでＩ−Ｖ特性上の線（電力一定の線）を動かすという特性を持っている。図２２にモータ５３のＩ−Ｖ特性の一例を示す。ある一定界磁電流、一定トルクにおいて、一定電圧であるとすると、図２３に示すように、動作電圧はＩ−Ｖ特性の交点になる。ここで、ジェネレータ５１のＩ−Ｖ特性を直線で近似し、モータの消費電力をＰ［Ｗ］、コンデンサ容量をＣ［Ｆ］とし、直流電流をｉｄｃとし、ｍｓオーダでの方程式を立てると、以下の数１式となり、
【数１】
0005446070.tif 000002
Ｃが数千μＦレベルであるとＰの変化に対し、図２４に示すように、直流電圧が容易に変化することがわかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来のシステムでは、直流電圧が変動しないようにモータ５３のトルク出力を行おうとした場合、ジェネレータ５１の発電量の応答に対して充分に遅い（ジェネレータの応答特性よりも充分に遅い）フィルタをトルク指令値Ｔ＊にかける必要があったため、トルク応答が遅いという問題があった。また、モータ５３の速度が急激に変化する場合、応答が遅いジェネレータ５１のみで電力の収支を合わせなければならないため、直流電圧の跳ね上がりや落ち込みが発生するという問題もあった。さらに、直流電圧が跳ね上がった場合は、部品（例えばインバータ５２内のコンデンサやスイッチング素子）に印加される電圧が過電圧となり、部品の劣化を招く可能性があるという問題もあった。
【０００７】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、直流電圧の跳ね上がりや落ち込みをなくし、直流電圧を安定化できるとともに、トルク応答の良好な制御を可能とするジェネレータ及びモータの制御装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１発明に係るジェネレータ及びモータの制御装置は、ジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が供給されて、供給された発電電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、該インバータから出力された多相交流電力で駆動する多相交流モータと、少なくとも前記ジェネレータとモータとの間の直流電圧と、所望の直流電圧目標値との偏差に基づいてモータのトルク目標値を算出し、該トルク目標値に基づいてインバータを制御して、前記多相交流電力の各相電圧を制御する第１のインバータ制御手段と、前記ジェネレータとモータとの間の直流電圧と、所望の直流電圧目標値との偏差に基づいてジェネレータの発電電力を制御する第１のジェネレータ制御手段と、を備える事を特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第２発明に係るジェネレータ及びモータの制御装置は、ジェネレータと、該ジェネレータの発電電力が供給されて、供給された発電電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、該インバータから出力された多相交流電力で駆動する多相交流モータと、少なくとも前記ジェネレータとモータとの間の直流電流と、所望の直流電流目標値との偏差に基づいてモータのトルク目標値を算出し、該トルク目標値に基づいてインバータを制御して、前記多相交流電力の各相電圧を制御する第２のインバータ制御手段と、前記ジェネレータとモータとの間の直流電流と、所望の直流電流目標値との偏差に基づいてジェネレータの発電電力を制御する第２のジェネレータ制御手段と、を備える事を特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１発明では、ジェネレータとモータとの間の直流電圧と、所望の直流電圧目標値との偏差に基づいてモータのトルク目標値を算出し、該トルク目標値に基づいてインバータを制御して、前記多相交流電力の各相電圧を制御することにより、応答の速いトルク操作（インバータ制御）により直流電圧を制御し、且つジェネレータとモータとの間の直流電圧と、所望の直流電圧目標値との偏差に基づいてジェネレータの発電電力を制御している為、任意のトルク出力を行いながら、直流電圧を安定化させることができる。また、本発明の第２発明では、ジェネレータとモータとの間の直流電流と、所望の直流電流目標値との偏差に基づいてモータのトルク目標値を算出し、該トルク目標値に基づいてインバータを制御して、前記多相交流電力の各相電圧を制御することにより、応答の速いトルク操作により直流電流を制御し、且つジェネレータとモータとの間の直流電流と、所望の直流電流目標値との偏差に基づいてジェネレータの発電電力を制御している為、任意のトルク出力を行いながら、直流電流を安定化させることができる。なお、ジェネレータの特性により、直流電流を安定化すると、直流電圧も安定化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明のジェネレータ及びモータの制御装置の実施例（第１実施例〜第３実施例）について説明する。
【００１２】
まず、図１６（ａ）、（ｂ）及び図１７を用いて図１５に示す従来のシステムにおける一般的なモータ制御装置（インバータ制御手段）５４及びジェネレータ制御装置（ジェネレータ制御手段）５５の動作を説明する。図１６（ａ）に示すモータ制御装置５４では、トルク指令値Ｔ＊をジェネレータ５１の発電量の応答を模擬するフィルタＧ１（ｓ）に通し、その後、後述する電流制御を行って、インバータ５２の三相電圧指令値（三相の各相電圧指令値）を算出し、算出した三相電圧指令値に基づいてＰＷＭ信号を出して、インバータ５２の各相のスイッチング素子をＰＷＭ制御（ＤＵＴＹ制御）する事によって、モータ５３の制御を行っている。図１６（ｂ）に示すジェネレータ制御装置５５では、直流電圧値ｖｄｃと直流電圧目標値ｖｄｃ＊との差分値（偏差）をとり、得られた差分値を積分器を含んだ制御器であるＧ２（ｓ）に通して、ジェネレータ５１に界磁電流指令値（界磁巻線に供給する電流値、あるいは界磁巻線に印加する電圧値）を算出し、算出した界磁電流指令値に基づいてＰＷＭ信号を出して、界磁巻線に接続されたスイッチング素子をＰＷＭ制御（ＤＵＴＹ制御）する事によって、ジェネレータ５１の制御を行っている。
【００１３】
図１７はモータ制御装置（インバータ制御部）５４の制御の一例を行うためのブロック図である。図１７に示す例において、６１はモータ５３のｕｖｗの三相電流値のうちの二相の電流値であるｕ相電流値ｉｕ及びｖ相電流値ｉｖを入力し、このｕ相電流値ｉｕ、ｖ相電流値ｉｖと回転子位相（電気角）θに基づいて、ｕｖｗの三相電流値をｄｑ軸の二相の電流値であるｄｑ軸電流値ｉｄ及びｉｑに座標変換（ここでの座標変換を以下では座標変換１という）する座標変換１ブロック、６２はモータ５３の回転子位相θを入力し、入力した回転子位相θを微分演算して回転角速度ωＭＯＴを算出する微分ブロック、６３は電圧センサによって検出された実際の直流電圧値である実直流電圧値Ｖｄｃとモータトルク指令値Ｔ＊と回転角速度ωＭＯＴに基づいて、ルックアップテーブルによってｄｑ軸電流目標値（ｄｑ軸電流指令値とも言う）ｉｄ＊及びｉｑ＊を算出すると共に、後述するｄｑ軸ＰＩ出力電圧指令値（第一の電圧指令値）ｖｄ’およびｖｑ’のｄｑ軸間の干渉分を補償する為のｄｑ軸干渉電圧指令値ｖｄ’’及びＶｑ’’を、上述したｄｑ軸電流目標値ｉｄ＊及びｉｑ＊からｔａｂｌｅ参照によって求めるｔａｂｌｅブロック、６４は座標変換１ブロック６１にて算出されたｄｑ軸電流値ｉｄ及びｉｑと、ｔａｂｌｅブロック６３にて算出されたｄｑ軸電流指令値ｉｄ＊及びｉｑ＊との偏差からＰＩ制御演算を行ってｄｑ軸ＰＩ出力電圧指令値ｖｄ’及びｖｑ’を算出するＰＩ制御ブロック、６５はＰＩ制御ブロック６４から出力されたｄｑ軸ＰＩ出力電圧指令値ｖｄ’及びｖｑ’を、ｔａｂｌｅブロック６３から出力されたｄｑ軸干渉電圧指令値ｖｄ’’及びＶｑ’’で補償してｄｑ軸電圧指令値ｖｄ及びｖｑを出力する、非干渉制御を行う非干渉制御ブロック、６６はｕ相電流ｉｕ及びｖ相電流ｉｖを入力してから、後述する三相の各相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが出力されるまでのモータの回転子位相変化（即ち進み角）を補償する進み補償ブロック、６７は電圧指令値ｖｄ及びｖｑを三相の各相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに座標変換する（ここでの座標変換を以下では座標変換２という）座標変換２ブロック、６８は各相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと実直流電圧Ｖｄｃとから各相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗをＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ変換ブロック、をそれぞれ示している。以下、各ブロックの操作について説明する。なお、以下のブロックに共通して、三相電流値のうちの二相の電流値ｉｕ［Ａ］、ｉｖ［Ａ］は、電流センサにより得ることができ、モータの回転子位相（電気角）θ［ｒａｄ］は、レゾルバやエンコーダなどの位置検出器により得ることができる。また、実直流電圧値Ｖｄｃ［Ｖ］は電圧センサによって検出する事ができる。
【００１４】
＜座標変換１ブロック６１＞
座標変換１を行う座標変換１ブロック６１では、ｕｖｗの三相のうちのｕ相電流値ｉｕ及びｖ相の電流値ｉｖと電動機の回転子位相（電気角）θとから、以下に示す数２式に基づき、ｄｑ軸電流値ｉｄ［Ａ］、ｉｑ［Ａ］を演算（すなわち、三相の電流値を二相の電流値に座標変換）する。
【数２】
0005446070.tif 000003
【００１５】
＜微分ブロック６２＞
微分演算を行う微分ブロック６２では、電動機の回転子位相（電気角）を微分して電動機の回転子角速度（電気角速度）ω［ｒａｄ／ｓ］を演算する。
ω＝ｄθ／ｄｔ
【００１６】
＜ｔａｂｌｅブロック６３＞
ｔａｂｌｅブロック６３では、トルク指令値Ｔ＊［Ｎ・ｍ］と電動機の回転子角速度（電気角速度）ω［ｒａｄ／ｓ］と直流電圧値ｖｄｃ［Ｖ］とに基づいて、ｄｑ軸電流目標値ｉｄ＊［Ａ］、ｉｑ＊［Ａ］をｔａｂｌｅ参照して算出すると共に、算出したｄｑ軸電流目標値ｉｄ＊及びｉｑ＊に基づいて、後述するｄｑ軸ＰＩ出力電圧指令値ｖｄ’及びｖｑ’のｄｑ軸間の干渉電圧を補償する為のｄｑ軸干渉電圧指令値ｖｄ’’［Ｖ］、ｖｑ’’［Ｖ］をｔａｂｌｅ参照して算出する。
【００１７】
＜ＰＩ制御ブロック６４＞
ＰＩ制御を行うＰＩ制御ブロック６４では、ｄｑ軸電流目標値ｉｄ＊及びｉｑ＊とｄｑ軸電流値ｉｄ及びｉｑとから、以下の数３式に基づき、ｄｑ軸ＰＩ出力電圧指令値ｖｄ’［Ｖ］、ｖｑ’［Ｖ］を演算する。
【数３】
0005446070.tif 000004
但し、Ｋｐｄ：ｄ軸比例ゲイン、Ｋｐｑ：ｑ軸比例ゲイン、Ｋｉｄ：ｄ軸積分ゲイン、Ｋｉｑ：ｑ軸積分ゲイン、ｓ：ラプラス演算子である。
【００１８】
＜非干渉制御ブロック６５＞
非干渉制御を行う非干渉制御ブロック６５では、ｄｑ軸ＰＩ出力電圧指令値ｖｄ’及びｖｑ’とｄｑ軸干渉電圧指令値ｖｄ’’及びｖｑ’’とから、以下の数４式に基づき、ｄｑ軸電圧指令値ｖｄ［Ｖ］、ｖｑ［Ｖ］を演算する。
【数４】
0005446070.tif 000005
但し、ωｃ［ｒａｄ］：電流応答カットオフ角周波数、ｓ：ラプラス演算子である。
【００１９】
＜進み補償ブロック６６＞
進み補償を行う進み補償ブロック６６では、電動機の回転子位相（電気角）θ［ｒａｄ］に対して、ｕ相電流ｉｕ及びｖ相電流ｉｖを入力してから三相の各相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが出力されるまでの時間（進み補償時間）Δｔ［ｓ］におけるモータの回転子位相変換（進み角）を補償（進み補償）し、この進み補償後の電動機の回転子位相（電気角）θ’［ｒａｄ］を演算する。
θ’＝θ＋（ｄθ／ｄｔ）・Δｔ
但し、Δｔ［ｓ］＝進み補償時間である。
【００２０】
＜座標変換２ブロック６７＞
座標変換２を行う座標変換２ブロック６７では、ｄｑ軸電圧指令値ｖｄ及びｖｑを進み補償後の電動機の回転子位相（電気角）θ’に基づいて、以下の数５式に基づき、三相電圧指令値ｖｕ［Ｖ］、ｖｖ［Ｖ］、ｖｗ［Ｖ］を演算（三相に座標変換）する。
【数５】
0005446070.tif 000006
【００２１】
＜ＰＷＭ変換ブロック６８＞
ＰＷＭ変換を行うＰＷＭ変換ブロック６８では、三相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと実直流電圧値ｖｄｃとから、以下の数６式に基づき、インバータの各相（ｕ、ｖ、ｗ三相の各相）のスイッチング素子を駆動するＰＷＭ（ｏｎ  ｄｕｔｙ）ｔｕ［％］、ｔｖ［％］、ｔｗ［％］を演算する。このＰＷＭ（ＰＷＭ信号）に基づいて、インバータ５２の各相のスイッチング素子がディーディ制御される事により、モータ５３のトルクが制御される。
【数６】
0005446070.tif 000007
【００２２】
以上が通常用いられている一般的な、ジェネレータから供給された電力を三相交流電力に変換するインバータと、インバータから出力される三相交流電力によって駆動するモータを備えるシステムにおけるモータ制御装置（インバータ制御手段）及びジェネレータ制御装置（ジェネレータ制御手段）の構成である。なお、図１５〜図１７に示す従来のシステムでは、ジェネレータ制御装置５５を直流電圧値ｖｄｃ及び直流電圧目標値ｖｄｃ＊に基づき制御する例を示したが、図１８及び図１９に示すように、ジェネレータ制御装置５５を、直流電流値ｉｄｃ及び直流電流目標値ｉｄｃ＊に基づき制御するよう構成しても、上述した例と同様の制御を行うことができる。
【００２３】
このような制御を行う一般的なモータ制御装置（インバータ制御手段）及びジェネレータ制御装置（ジェネレータ制御手段）を備えた従来のシステムにおいては、上述した様に直流電圧の跳ね上がりや落ち込みが発生する。
以下ではこのような問題を解決した、本発明のジェネレータ及びモータの制御装置の実施例について説明する。
【００２４】
まず、本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における各実施例に共通する概念は、ジェネレータと該ジェネレータの発電電力が供給されて、供給された発電電力を多相交流電力に変換して出力するインバータと、該インバータから出力された多相交流電力で駆動する多相交流モータとを持つ装置において、（１）ジェネレータとモータとの間の直流電圧と、所望の直流電圧目標値との偏差に基づいてモータのトルクを制御する（インバータを制御する）と共に、ジェネレータとモータとの間の直流電圧と、所望の直流電圧目標値との偏差に基づいてジェネレータの発電電力を制御する（第１発明）、あるいは、（２）ジェネレータとモータとの間の直流電流と、所望の直流電流目標値との偏差に基づいてモータのトルクを制御する（インバータを制御する）と共に、ジェネレータとモータとの間の直流電流と、所望の直流電流目標値との偏差に基づいてジェネレータの発電電力を制御する（第２発明）、ことにある。以下の説明では、そのための構成を第１実施例〜第３実施例として示し、各実施例に、電圧（ジェネレータとモータとの間の直流電圧と、所望の直流電圧目標）に基づく制御の第１発明と電流（ジェネレータとモータとの間の直流電流と、所望の直流電流目標値）に基づく制御の第２発明とが存在することとなる。以下、実施例毎に説明する。
【００２５】
なお、以下の説明において、「積分機能を有する制御器」とは、積分演算を用いて目標値と実際値とを一致させる機能を有する制御器（即ち目標値と実際値との偏差が入力された場合に、偏差に基づいて積分演算を行う制御器）のことを意味し、例えばＰＩ制御（比例積分制御）を行う制御器がその一例となる。また、「積分機能を有さない制御器」とは、積分演算を用いずに目標値と実際値とを一致させる機能を有する制御器（即ち目標値と実際値との偏差が入力された場合に、偏差に基づいて積分演算以外の演算を行う制御器）のことを意味し、例えばＰ制御（比例制御）を行う制御器がその一例となる。
【００２６】
＜第１実施例＞
図１〜図６はそれぞれ本発明のジェネレータ及びモータの制御装置の第１実施例を説明するための図である。そして、図１〜図３がそれぞれ第１実施例のうち電圧制御（直流電圧の制御）を行う第１発明に係る例を示し、図４〜図６がそれぞれ第１実施例のうち電流制御（直流電流の制御）を行う第２発明に係る例を示している。第１実施例では、（１）ジェネレータとモータとの間の直流電圧と、所望の直流電圧目標値との偏差に基づき（第１発明）、あるいは、（２）ジェネレータとモータとの間の直流電流と、所望の直流電流目標値との偏差に基づき（第２発明）、積分機能を有しない制御器によりモータのトルク目標値を補正する為のトルク補正値を算出し、算出したトルク補正値に基づいてモータのトルク目標値を補正すると共に、上記トルク補正値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器により算出した発電量（発電電力）に基づいてジェネレータの発電量を操作することに特徴がある。
【００２７】
まず、図１により、本発明の第１実施例に係る制御装置の制御の対象となる全体のシステムの一例を説明する。図１に示す例において、システムは、エンジンにより駆動されるジェネレータ１と、ジェネレータ１の発電電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ２と、インバータ２から出力される三相交流電力によって駆動される三相交流モータ３と、トルク指令値Ｔ＊、直流電圧値ｖｄｃ及び直流電圧目標値ｖｄｃ＊に基づきインバータ２のスイッチング素子を制御して三相交流モータの電気子巻線に印加する電圧を制御する事によって、三相交流モータ３の駆動を制御するモータ制御装置（インバータ制御手段）４と、直流電圧値ｖｄｃ及び直流電圧目標値ｖｄｃ＊に基づきジェネレータ１の界磁巻線に接続されたスイッチング素子を制御して、界磁巻線に流れる電流（界磁電流）を制御する事により発電電力を制御するジェネレータ制御装置（ジェネレータ制御手段）５と、から構成されている。
【００２８】
図２は図１に示すシステムにおけるモータ制御装置４及びジェネレータ制御装置５における制御の一例を説明するための図である。図２に示す例において、ジェネレータ１とモータ３との間の直流電圧ｖｄｃと直流電圧目標値ｖｄｃ＊との差分（偏差）をとり、得られた差分値を積分機能を有しない制御器Ｇ１１（ｓ）に供給しトルク補正値Ｔ’＊を求め、このトルク補正値Ｔ’＊により、ジェネレータ１の発電量の応答を模擬するフィルタＧ１（ｓ）を通過したトルク目標値Ｔ＊を補正し、その後、補正したトルク目標値Ｔ＊に基づいて電流制御を行うことで、インバータ２に三相電圧指令値に基づくＰＷＭ信号を出してモータ３の制御を行っている。同時に、得られたトルク補正値Ｔ’＊を積分機能を有する制御器Ｇ２１（ｓ）に通して、ジェネレータ１に界磁電流指令値に基づくＰＷＭ信号を出してジェネレータ１の制御を行っている。なお、電流制御は、一例として、図１７に示した従来例の電流制御と同じ構成をとることができる。すなわち、図１７に示したトルク目標値Ｔ＊を、トルク補正値Ｔ’＊により補正したトルク目標値に置き換える事によって実現することができる。
【００２９】
このように構成することで、積分機能を有しない制御器を用いて、応答の速いトルク操作により直流電圧を制御しているので、直流電圧が変化した場合にも応答性良く直流電圧を制御する事ができ、直流電圧を所望の直流電圧目標値近傍に安定させることができる。また、モータからは過渡的にトルク目標値に補正トルクを加えたトルクが出力されるが、ジェネレータはその補正トルクを少なくとも積分機能を有する制御器を用いて０とするよう制御しているので、定常的にはトルク目標値と一致したトルクを出力することができ、同時に直流電圧を所望の直流電圧目標値に一致させることができる。
【００３０】
図３は図１に示すシステムにおけるモータ制御装置４及びジェネレータ制御装置５における制御の他の例を説明するための図である。図３に示す例において、図２に示す例と異なる点は、ジェネレータ１の制御において、トルク補正値Ｔ’＊の代わりにｖｄｃとｖｄｃ＊との差分値を直接積分機能を有する制御器Ｇ’２１（ｓ）に通して、界磁電流指令値に基づくＰＷＭ信号を出力している点である。Ｇ１１（ｓ）は積分機能を有していない制御器であるため、その機能は前後の信号のゲインを数倍に増すことであり、Ｇ１１（ｓ）の前のｖｄｃとｖｄｃ＊との差分を利用しても、Ｇ１１（ｓ）の後のトルク補正値Ｔ’＊を利用しても、ジェネレータ１の制御をほぼ同じように行うことができる。
【００３１】
図４〜図６に示す例では、図１〜図３に示した例における直流電圧ｖｄｃと直流電圧目標値ｖｄｃ＊の代わりに、ジェネレータ１とモータ３との間の直流電流ｉｄｃと直流電流目標値ｉｄｃ＊とに基づきモータ３の駆動を制御している。すなわち、図５及び図６において、Ｇ１２（ｓ）が積分機能を有しない制御器、Ｇ２２（ｓ）及びＧ’２２（ｓ）が積分機能を有する制御器に相当する。得られる作用効果は、図１〜図３に示した第１発明に係る例と図４〜図６に示した第２発明に係る例とも同じである。
【００３２】
すなわち、このように構成することにより、積分機能を有しない制御器を用いて、応答の速いトルク操作により直流電流を制御しているので、直流電圧が変化した場合にも応答性良く直流電圧を制御する事ができ、直流電流を所望の直流電流目標値近傍に制御することができる。また、モータからは過渡的にトルク目標値に補正トルクを加えたトルクが出力されるが、ジェネレータはその補正トルクを少なくとも積分機能を有する制御器を用いて０とするよう制御しているので、定常的にはトルク目標値と一致したトルクを出力することができ、同時に直流電流を消耗の直流電流目標値に一致させることができる。
【００３３】
このように図１〜図６に示す第１実施例では、Ｇ１１（ｓ）により応答の速いトルク操作を行うため、直流電圧ｖｄｃ（直流電流ｉｄｃ）を所望の直流電圧目標値ｖｄｃ＊（直流電流目標値ｉｄｃ＊）近傍に制御することができる。また、モータ３からは過渡的にトルク目標値Ｔ＊にＧ１１（ｓ）から出力されるトルク補正値Ｔ’＊を加えたトルクが出力されるが、Ｇ２１（ｓ）により０とするよう制御しているので、定常的にはトルク目標値Ｔ＊と一致したトルクを出力することができ、同時に直流電圧ｖｄｃ（直流電流ｉｄｃ）を直流電圧目標値ｖｄｃ＊（直流電流目標値ｉｄｃ＊）に一致させることができる。
【００３４】
＜第２実施例＞
図７及び図８はそれぞれ本発明のジェネレータ及びモータの制御装置の第２実施例を説明するための図である。そして、図７が第２実施例のうち電圧制御（直流電圧の制御）を行う第１発明に係る例を示しており、図１のシステムにおけるモータ制御装置４及びジェネレータ制御装置５における制御の他の例を示している。また、図８が第２実施例のうち電流制御（直流電流の制御）を行う第２発明に係る例を示しており、図４のシステムにおけるモータ制御装置４及びジェネレータ制御装置５における制御の他の例を示している。
【００３５】
図７に示す例において、ジェネレータ１とモータ３との間の直流電圧ｖｄｃと直流電圧目標値ｖｄｃ＊との差分（偏差）をとり、得られた差分値を積分機能を有する制御器Ｇ１３（ｓ）に供給しトルク補正値Ｔ’＊を求め、このトルク補正値Ｔ’＊により、ジェネレータ１の発電量の応答を模擬するフィルタＧ１（ｓ）を通過したトルク目標値Ｔ＊を補正し、その後、補正したトルク目標値Ｔ＊に基づいて電流制御を行うことで、インバータ２に三相電圧指令値に基づくＰＷＭ信号を出してモータ３の制御を行っている。同時に、得られたトルク補正値Ｔ’＊を積分機能を有する制御器Ｇ２３（ｓ）に通して、ジェネレータ１に界磁電流指令値に基づくＰＷＭ信号を出してジェネレータ１の制御を行っている。なお、電流制御実施例１と同様に、一例として、図１７に示した従来例の電流制御と同じ構成をとることができる。
【００３６】
このように構成することにより、少なくとも積分機能を有する制御器を用いて、応答の速いトルク操作により直流電圧を制御しているので、直流電圧が変化した場合にも応答性良く直流電圧を制御する事ができ、直流電圧を安定に所望の直流電圧目標値に一致させることができる。また、モータからは過渡的にトルク目標値に補正トルクを加えたトルクが出力されるが、ジェネレータはその補正トルクを少なくとも積分機能を有する制御器を用いて０とするよう制御しているので、定常的にはトルク目標値と一致したトルクを出力することができる。
【００３７】
図８に示す例では、図７に示した例における直流電圧ｖｄｃと直流電圧目標値ｖｄｃ＊の代わりに、ジェネレータ１とモータ３との間の直流電流ｉｄｃと直流電流目標値ｉｄｃ＊とに基づきモータ３の駆動を制御している。すなわち、図８においてＧ１４（ｓ）及びＧ２４（ｓ）が積分機能を有する制御器に相当する。得られる作用効果は、図７に示した第１発明に係る例と図８に示した第２発明に係る例とも同じである。
【００３８】
すなわち、このように構成することにより、少なくとも積分機能を有する制御器を用いて、応答の速いトルク操作により直流電流を制御しているので、直流電圧が変化した場合にも応答性良く直流電圧を制御する事ができ、直流電流を安定に所望の直流電流目標値に一致させることができる。また、モータからは過渡的にトルク目標値に補正トルクを加えたトルクが出力されるが、ジェネレータはその補正トルクを少なくとも積分機能を有する制御器を用いて０とするよう制御しているので、定常的にはトルク目標値と一致したトルクを出力することができる。
【００３９】
このように、図７及び図８に示す第２実施例では、Ｇ１３（ｓ）及びＧ１４（ｓ）により応答の速いトルク操作を行うため、直流電圧ｖｄｃ（直流電流ｉｄｃ）を安定に所望の直流電圧目標値ｖｄｃ＊（直流電流目標値ｉｄｃ＊）に一致させることができる。また、モータ３からは過渡的にトルク目標値Ｔ＊にＧ１３（ｓ）及びＧ１４（ｓ）から出力されるトルク補正値Ｔ’＊を加えたトルクが出力されるが、Ｇ２３（ｓ）及びＧ２４（ｓ）により０とするよう制御しているので、定常的にはトルク目標値Ｔ＊と一致したトルクを出力することができる。
【００４０】
＜第３実施例＞
図９〜図１４はそれぞれ本発明のジェネレータ及びモータの制御装置の第３実施例を説明するための図である。そして、図９〜図１１がそれぞれ第３実施例のうち電圧制御（直流電圧の制御）を行う第１発明に係る例を示し、図１２〜図１４がそれぞれ第３実施例のうち電流制御（直流電流の制御）を行う第２発明に係る例を示している。第３実施例では、（１）ジェネレータとモータとの間の直流電圧と、所望の直流電圧目標値との偏差に基づき（第１発明）、あるいは、（２）ジェネレータとモータとの間の直流電流と、所望の直流電流目標値との偏差に基づき（第２発明）、少なくとも積分機能を有する制御器によりモータのトルク目標値を補正する為のトルク補正値を算出し、トルク補正値に基づいてモータのトルクを操作し、上記トルク補正値に基づいて所望のトルク目標値を補正し、補正後のトルク目標値に基づき、少なくとも積分機能を有する制御器によりジェネレータの発電量を操作することに特徴がある。
【００４１】
まず、図９により、本発明の第３実施例に係る制御装置の制御の対象となる全体のシステムの一例を説明する。図９に示す例において、システムは、エンジンにより駆動されるジェネレータ１と、ジェネレータ１の発電電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ２と、インバータ２から出力される三相交流電力によって駆動されるモータ３と、直流電圧値ｖｄｃ及び直流電圧目標値ｖｄｃ＊に基づきインバータ２のスイッチング素子を制御して三相交流モータの電気子巻線に印加する電圧を制御する事によって、三相交流モータ３の駆動を制御するモータ制御装置（インバータ制御手段）４と、トルク目標値Ｔ＊をトルク補正値Ｔ’＊に基づいて補正し、補正したトルク目標値Ｔ＊に基づいてジェネレータ１の界磁巻線に接続されたスイッチング素子を制御して、界磁巻線を流れる電流（界磁電流）を制御する事により発電電力を制御するジェネレータ制御装置５と、から構成されている。
【００４２】
図１０は図９に示すシステムにおけるモータ制御装置４及びジェネレータ制御装置５における制御の一例を説明するための図である。図１０に示す例において、ジェネレータ１とモータ３との間の直流電圧ｖｄｃと直流電圧目標値ｖｄｃ＊との差分をとり、得られた差分値を積分機能を有する制御器Ｇ１５（ｓ）に供給しトルク補正値Ｔ’＊を求め、このトルク補正値Ｔ’＊に基づき電流制御を行うことで、インバータ２に三相電圧指令値に基づくＰＷＭ信号を出してモータ３の制御を行っている。同時に、得られたトルク補正値Ｔ’＊によりトルク目標値Ｔ＊を補正し、補正後のトルク目標値Ｔ＊を積分機能を有する制御器Ｇ２５（ｓ）に通して、ジェネレータ１に界磁電流指令値に基づくＰＷＭ信号を出してジェネレータ１の制御を行っている。なお、電流制御は、一例として上述した他の実施例と同様に、図１７に示した従来例の電流制御と同じ構成をとることができる。
【００４３】
図１１は図９に示すシステムにおけるモータ制御装置４及びジェネレータ制御装置５における制御の他の例を説明するための図である。図１１に示す例において、図１０に示す例と異なる点は、ジェネレータ１の制御において、フィードフォワード制御及びジェネレータの発電量の応答であるＧ１（ｓ）を目標としたフィードバック制御を行っている点である。その作用効果は図１０に示す例とほぼ同等である。
【００４４】
図１２〜図１４に示す例では、図９〜図１１に示した例における直流電圧ｖｄｃと直流電圧目標値ｖｄｃ＊の代わりに、ジェネレータ１とモータ３との間の直流電流ｉｄｃと直流電流目標値ｉｄｃ＊とに基づきモータ３の駆動を制御している。得られる作用効果は、図９〜図１１に示した第１発明に係る例と図１２〜図１４に示した第２発明に係る例とも同じである。
【００４５】
図９〜図１４に示す第３実施例では、Ｇ１３（ｓ）により応答の速いトルク操作を行うため、直流電圧ｖｄｃ（直流電流ｉｄｃ）を所望の直流電圧目標値ｖｄｃ＊（直流電流目標値ｉｄｃ＊）に一致させることができる。また、モータ３からはＧ１３（ｓ）から出力されるトルクが出力されるが、Ｇ２３（ｓ）により所望のトルク目標値Ｔ＊とするよう制御しているので、定常的にはトルク目標値Ｔ＊と一致したトルクを出力することができる。
【００４６】
なお、上述した本発明の各実施例では、モータ制御はｄｑ軸電流制御で説明しているが、本発明は、その他の電流制御であってもあるいは電圧オープン制御であっても適用できる。また、本発明は、通常のＰＷＭ（変調率１以下）でなく、過変調ＰＷＭであっても矩形波であっても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のジェネレータ及びモータの制御装置によれば、直流電圧の跳ね上がりや落ち込みをなくし、直流電圧を安定化できるとともに、トルク応答の良好な制御を可能とするジェネレータ及びモータの制御装置を得ることができ、オルタネータをジェネレータとする車両や従駆動輪をモータで駆動する４輪駆動車両などに好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置の第１実施例として、本発明のジェネレータ及びモータの制御装置を組み込む対象となるシステム全体の一例を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第１実施例の一例を説明するための図である。
【図３】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第１実施例の他の例を説明するための図である。
【図４】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置の第１実施例として、本発明のジェネレータ及びモータの制御装置を組み込む対象となるシステム全体の他の例を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第１実施例のさらに他の例を説明するための図である。
【図６】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第１実施例のさらに他の例を説明するための図である。
【図７】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第２実施例の一例を説明するための図である。
【図８】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第２実施例の他の例を説明するための図である。
【図９】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置の第３実施例として、本発明のジェネレータ及びモータの制御装置を組み込む対象となるシステム全体の一例を説明するためのブロック図である。
【図１０】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第３実施例の一例を説明するための図である。
【図１１】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第３実施例の他の例を説明するための図である。
【図１２】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置の第３実施例として、本発明のジェネレータ及びモータの制御装置を組み込む対象となるシステム全体の他の例を説明するためのブロック図である。
【図１３】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第３実施例のさらに他の例を説明するための図である。
【図１４】本発明のジェネレータ及びモータの制御装置における第３実施例のさらに他の例を説明するための図である。
【図１５】従来のジェネレータ及びモータの制御装置を組み込む対象となるシステム全体の一例を説明するための図である。
【図１６】従来のジェネレータ及びモータの制御装置の一例を説明するための図である。
【図１７】従来のジェネレータ及びモータの制御装置における電流制御の一例を説明するためのブロック図である。
【図１８】従来のジェネレータ及びモータの制御装置を組み込む対象となるシステム全体の他の例を説明するための図である。
【図１９】従来のジェネレータ及びモータの制御装置の他の例を説明するための図である。
【図２０】従来のシステムの概略を説明するための図である。
【図２１】従来のジェネレータにおけるＩ−Ｖ特性の一例を示すグラフである。
【図２２】従来のモータにおけるＩ−Ｖ特性の一例を示すグラフである。
【図２３】従来のシステムにおける定常動作点の一例を説明するためのグラフである。
【図２４】従来のシステムにおける直流電圧の変化の一例を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１  ジェネレータ
２  インバータ
３  モータ
４  モータ制御装置（インバータ制御手段）
５  ジェネレータ制御装置（ジェネレータ制御手段）
【図１】
0005446070.tif 000008
【図２】
0005446070.tif 000009
【図３】
0005446070.tif 000010
【図４】
0005446070.tif 000011
【図５】
0005446070.tif 000012
【図６】
0005446070.tif 000013
【図７】
0005446070.tif 000014
【図８】
0005446070.tif 000015
【図９】
0005446070.tif 000016
【図１０】
0005446070.tif 000017
【図１１】
0005446070.tif 000018
【図１２】
0005446070.tif 000019
【図１３】
0005446070.tif 000020
【図１４】
0005446070.tif 000021
【図１５】
0005446070.tif 000022
【図１６】
0005446070.tif 000023
【図１７】
0005446070.tif 000024
【図１８】
0005446070.tif 000025
【図１９】
0005446070.tif 000026
【図２０】
0005446070.tif 000027
【図２１】
0005446070.tif 000028
【図２２】
0005446070.tif 000029
【図２３】
0005446070.tif 000030
【図２４】
0005446070.tif 000031