(57)【要約】【課題】本発明は、回転電機の制御量の制御性の低下を抑制できる回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、界磁巻線に流れる界磁電流を界磁指令電流Ｉｆ＊に制御する界磁制御部と、第１制御部と、第２制御部と、移行制御部とを備えている。第１制御部は、変調率が１よりも大きいとき、回転電機のトルクを指令トルクＴｒｑ＊に制御するための指令値に基づいて、ステータ巻線に流れる電流を制御する。第２制御部は、変調率が、第１制御部の制御が行われる場合の変調率よりも小さいとき、正弦波ＰＷＭ制御によりステータ巻線に流れる電流を制御する。移行制御部は、例えば、第２制御部の制御から第１制御部の制御に切り替えるとき、制御の切り替え前後において、界磁指令電流Ｉｆ＊を連続にしつつ、第２制御部で用いられる指令値を調整することにより指令トルクＴｒｑ＊に対する実際のトルクの変化を抑制する。【選択図】      図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線（３２）及びステータ巻線（３４Ｕ〜３４Ｗ，３４ＵＡ〜３４ＷＢ）を有する回転電機（３０）と、
直流電源（２０）と前記ステータ巻線との間の電力伝達を行うインバータ（４０，４０Ａ，４０Ｂ）と、を備える制御システムに適用される回転電機の制御装置（６０）において、
前記界磁巻線に流れる界磁電流をその指令値である界磁指令電流に制御する界磁制御部（８０〜８２）と、
前記回転電機のトルク、前記直流電源と前記インバータとの間に流れる直流電流又は前記回転電機の電力のいずれかを主制御量とし、前記ステータ巻線の印加電圧に含まれる基本波成分の振幅を前記直流電源の電圧で規格化した値を変調率とする場合において、前記変調率が１よりも大きいとき、前記主制御量を指令制御量に制御するための指令値に基づいて、前記ステータ巻線に流れる電流を制御する第１制御部（９０〜９２）と、
前記変調率が、前記第１制御部の制御が行われる場合の前記変調率よりも小さいとき、前記主制御量を前記指令制御量に制御するための指令値に基づいて、正弦波ＰＷＭ制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御する第２制御部（７０〜７５）と、
前記第１制御部及び前記第２制御部のうち、一方の制御部を切替前制御部とし、他方の制御部を切替後制御部とし、前記切替前制御部の制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御量として制御する制御系、前記切替後制御部の制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御量として制御する制御系及び前記界磁制御部の制御により前記界磁電流を制御量として制御する制御系のうち、制御量の応答性が最も低い制御系に対応する制御部を低応答制御部とする場合において、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御に切り替えるとき、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御への切り替え前後において、前記低応答制御部で用いられる前記指令値を連続にしつつ前記低応答制御部により制御して、かつ、前記切替前制御部、前記切替後制御部及び前記界磁制御部のうち前記低応答制御部以外のいずれかの制御部で用いられる前記指令値を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する移行制御処理を行う移行制御部と、を備える回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記第２制御部は、前記変調率と前記基本波成分の振幅との比例関係が維持されている場合、前記正弦波ＰＷＭ制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記低応答制御部は、前記界磁制御部であり、
前記移行制御処理は、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御への切り替え前後において、前記界磁指令電流を連続にしつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第１制御部又は前記第２制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記低応答制御部は、前記切替後制御部であり、
前記移行制御処理は、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御への切り替え前後において、前記切替後制御部で用いられる前記指令値を連続にしつつ前記切替後制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記切替後制御部で用いられる前記指令値を固定しつつ前記切替後制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項４に記載の回転電機の制御装置。
【請求項６】
前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記ステータ巻線に流れる電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量が前記界磁電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量よりも小さくなるように、前記切替後制御部で用いられる前記指令値を徐変させつつ前記切替後制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項４に記載の回転電機の制御装置。
【請求項７】
前記切替前制御部が前記第２制御部であり、前記切替後制御部及び前記低応答制御部が前記第１制御部である場合において、前記移行制御処理は、前記第２制御部の制御から前記第１制御部の制御への切り替え前後において、前記第１制御部で用いられる前記指令値を連続にしつつ前記第１制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項８】
前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記第１制御部で用いられる前記指令値を固定しつつ前記第１制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項７に記載の回転電機の制御装置。
【請求項９】
前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記ステータ巻線に流れる電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量が前記界磁電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量よりも小さくなるように、前記第１制御部で用いられる前記指令値を徐変させつつ前記第１制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項７に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１０】
前記切替前制御部が前記第１制御部であり、前記切替後制御部が前記第２制御部であり、前記低応答制御部が前記界磁制御部である場合において、前記移行制御処理は、前記第１制御部の制御から前記第２制御部の制御への切り替え前後において、前記界磁指令電流を連続にしつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第１制御部又は前記第２制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項１，２又は７に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１１】
前記切替前制御部が前記第２制御部であり、前記切替後制御部が前記第１制御部であり、前記低応答制御部が前記界磁制御部である場合において、前記移行制御処理は、前記第２制御部の制御から前記第１制御部の制御への切り替え前後において、前記界磁指令電流を連続にしつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第１制御部又は前記第２制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１２】
前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記界磁指令電流を固定しつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第１制御部又は前記第２制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項３，１０，１１のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１３】
前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記界磁電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量が前記ステータ巻線に流れる電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量よりも小さくなるように、前記界磁指令電流を徐変させつつ前記界磁制御部により前記界磁電流を前記界磁指令電流に制御して、かつ、前記第１制御部又は前記第２制御部のいずれかで用いられる前記指令値の調整により前記ステータ巻線に流れる電流を調整することで前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項３，１０，１１のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１４】
前記切替前制御部が前記第１制御部であり、前記切替後制御部及び前記低応答制御部が前記第２制御部である場合において、前記移行制御処理は、前記第１制御部の制御から前記第２制御部の制御への切り替え前後において、前記第２制御部で用いられる前記指令値を連続にしつつ前記第２制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項１，２又は７に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１５】
前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記第２制御部で用いられる前記指令値を固定しつつ前記第２制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項１４に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１６】
前記移行制御処理は、前記切り替え前後において、前記ステータ巻線に流れる電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量が前記界磁電流の変化量に対応する前記主制御量の変化量よりも小さくなるように、前記第２制御部で用いられる前記指令値を徐変させつつ前記第２制御部により前記ステータ巻線に流れる電流を制御して、かつ、前記界磁制御部が前記界磁指令電流を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する処理である請求項１４に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１７】
前記第１制御部、前記第２制御部及び前記移行制御部それぞれで用いられる前記指令値が前記回転電機の駆動状態と関係付けられて記憶されている記憶部（６１）と、
前記駆動状態を取得する取得部と、を備え、
前記界磁制御部は、前記取得部により取得された前記駆動状態と、前記記憶部に記憶されている前記指令値としての前記界磁指令電流と基づいて、取得された前記駆動状態に対応する前記界磁指令電流を設定し、
前記第１制御部は、前記取得部により取得された前記駆動状態と、前記記憶部に記憶されてかつ前記第１制御部で用いられる前記指令値である第１指令値と基づいて、取得された前記駆動状態に対応する前記第１指令値を設定し、
前記第２制御部は、前記取得部により取得された前記駆動状態と、前記記憶部に記憶されてかつ前記第２制御部で用いられる前記指令値である第２指令値と基づいて、取得された前記駆動状態に対応する前記第２指令値を設定し、
前記移行制御部は、前記取得部により取得された前記駆動状態と、前記記憶部に記憶されている前記指令値とに基づいて、前記低応答制御部で用いられてかつ取得された前記駆動状態に対応する前記指令値と、前記切替前制御部、前記切替後制御部及び前記界磁制御部のうち前記低応答制御部以外のいずれかの制御部で用いられてかつ取得された前記駆動状態に対応する前記指令値とを設定する請求項１〜１６のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１８】
前記インバータは、上アームスイッチ（ＳＵｐ〜ＳＷｐ，ＳＵｐ１〜ＳＷｐ２）及び下アームスイッチ（ＳＵｎ〜ＳＷｎ，ＳＵｎ１〜ＳＷｎ２）の直列接続体を有し、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチのスイッチングにより、前記直流電源と前記ステータ巻線との間の電力伝達を行い、
前記第１制御部は、前記上アームスイッチがオンされてかつ前記下アームスイッチがオフされる状態と、前記上アームスイッチがオフされてかつ前記下アームスイッチがオンされる状態とを前記回転電機の電気角１周期において１回ずつ出現させるとの条件を課して前記ステータ巻線に流れる電流を制御する請求項１〜１７のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されているように、回転電機のステータ巻線に流す電流を制御し、回転電機の界磁巻線に流す界磁電流を制御する制御装置が知られている。制御装置は、回転電機の回転速度が所定値以下の場合、界磁電流を制御するとともに、変調率が１以下となるようにＰＷＭ制御された電流をステータ巻線に流して回転電機に発電させるＰＷＭ制御モードを実施する。制御装置は、回転電機の回転速度が所定値を超える場合、界磁電流の制御により回転電機に発電させる界磁制御モードを実施する。制御装置は、ＰＷＭ制御モード及び界磁制御モードのうち、一方の制御モードから他方の制御モードに切り替える場合、変調率が１よりも大きくなる過変調ＰＷＭ制御モードを介した切り替えを実施する。これにより、切り替えに伴って発生する回転電機の制御量の変動の抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１８９６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、回転電機の制御量の応答性が低下する場合がある。例えば、過変調ＰＷＭ制御モードが実施される場合、ステータ巻線の印加電圧に含まれる基本波成分の振幅と変調率との間の比例関係がなくなることで応答性が低下し得る。応答性が低下すると、制御モードが切り替えられるときに制御量が指令制御量からずれる時間が長くなり、制御量の制御性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、回転電機の制御量の制御性の低下を抑制できる回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、界磁巻線及びステータ巻線を有する回転電機と、直流電源と前記ステータ巻線との間の電力伝達を行うインバータと、を備える制御システムに適用される。本発明は、前記界磁巻線に流れる界磁電流をその指令値である界磁指令電流に制御する界磁制御部と、前記回転電機のトルク、前記直流電源と前記インバータとの間に流れる直流電流又は前記回転電機の電力のいずれかを主制御量とし、前記ステータ巻線の印加電圧に含まれる基本波成分の振幅を前記直流電源の電圧で規格化した値を変調率とする場合において、前記変調率が１よりも大きいとき、前記主制御量を指令制御量に制御するための指令値に基づいて、前記ステータ巻線に流れる電流を制御する第１制御部と、前記変調率が、前記第１制御部の制御が行われる場合の前記変調率よりも小さいとき、前記主制御量を前記指令制御量に制御するための指令値に基づいて、正弦波ＰＷＭ制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御する第２制御部と、前記第１制御部及び前記第２制御部のうち、一方の制御部を切替前制御部とし、他方の制御部を切替後制御部とし、前記切替前制御部の制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御量として制御する制御系、前記切替後制御部の制御により前記ステータ巻線に流れる電流を制御量として制御する制御系及び前記界磁制御部の制御により前記界磁電流を制御量として制御する制御系のうち、制御量の応答性が最も低い制御系に対応する制御部を低応答制御部とする場合において、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御に切り替えるとき、前記切替前制御部の制御から前記切替後制御部の制御への切り替え前後において、前記低応答制御部で用いられる前記指令値を連続にしつつ前記低応答制御部により制御して、かつ、前記切替前制御部、前記切替後制御部及び前記界磁制御部のうち前記低応答制御部以外のいずれかの制御部で用いられる前記指令値を調整することにより前記指令制御量に対する前記主制御量の変化を抑制する移行制御処理を行う移行制御部と、を備える。
【０００７】
本発明では、変調率が１よりも大きい場合、第１制御部は、制御量を指令制御量に制御するための指令値に基づいて、ステータ巻線に流れる電流を制御する。一方、変調率が、第１制御部の制御が行われる場合の変調率よりも小さいとき、第２制御部は、制御量を指令制御量に制御するための指令値に基づいて、正弦波ＰＷＭ制御によりステータ巻線に流れる電流を制御する。
【０００８】
本発明では、切替前制御部、切替後制御部及び低応答制御部が上記のように定義されている。切替前制御部、切替後制御部及び界磁制御部の制御系において、制御量の応答性に高低があることに着目し、本発明は移行制御部を備えている。移行制御部は、切替前制御部の制御から切替後制御部の制御への切り替え前後において、低応答制御部で用いられる指令値を連続にしつつ低応答制御部により制御する。また、移行制御部は、切替前制御部、切替後制御部及び界磁制御部のうち低応答制御部以外のいずれかの制御部で用いられる指令値を調整することにより主制御量の変化を抑制する。本発明によれば、切替前制御部の制御から切替後制御部の制御に切り替える場合において、低応答制御部で用いられる指令値がステップ状に変化する構成と比較して、主制御量が指令制御量からずれる時間を短くできる。これにより、制御量の制御性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】変調率が１以下の場合のトルク制御を示すブロック図。
【図４】変調率が１よりも大きい場合のトルク制御を示すブロック図。
【図５】正弦波領域、切替領域及び矩形波領域を示す図。
【図６】電圧ベクトルの定義を示す図。
【図７】界磁電流を制御する制御系及びｄ軸電流を制御する制御系の閉ループ伝達関数を示す図。
【図８】閉ループ伝達関数のゲインに関する周波数特性を示す図。
【図９】時定数の定義を示す図。
【図１０】トルク制御処理の手順を示すフローチャート。
【図１１】力行時，回生時の移行制御処理を示す図。
【図１２】移行制御処理の効果を示すタイムチャート。
【図１３】第２実施形態に係るトルク制御処理の手順を示すフローチャート。
【図１４】力行時の移行制御処理を示す図。
【図１５】第３実施形態に係るトルク制御処理の手順を示すフローチャート。
【図１６】第４実施形態に係るトルク制御処理の手順を示すフローチャート。
【図１７】第５実施形態に係る車載システムの全体構成図。
【図１８】第６実施形態に係る車載システムの一部を示す構成図。
【図１９】第１，第２ステータ巻線群の空間位相差を示す図。
【図２０】第７実施形態に係るトルク制御処理の手順を示すフローチャート。
【図２１】移行制御処理の効果を示すタイムチャート。
【図２２】第８実施形態に係るトルク制御処理の手順を示すフローチャート。
【図２３】第９実施形態に係るトルク制御処理の手順を示すフローチャート。
【図２４】第１０実施形態に係るトルク制御処理の手順を示すフローチャート。
【図２５】その他の実施形態に係る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】
【００１０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る制御装置を車両に搭載した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
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。
【００１２】
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の鉛蓄電池である。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。
【００１３】
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、例えば車両の走行をアシストすることができる。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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。なお、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、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。なお、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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。ちなみに、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。
【００２０】
制御装置６０は、記憶部に相当するメモリ６１を備えている。メモリ６１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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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に示すように、回転電機３０の回転速度Ｎｍが第１閾値Ｌ１以下の場合に行われる。本実施形態において、第１閾値Ｌ１は、回転電機３０の指令トルクＴｒｑ＊が大きいほど小さくなっている。以降、回転速度Ｎｍが第１閾値Ｌ１以下の領域を正弦波領域と称すこととする。
【００２８】
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。
【００２９】
ｄ軸指令設定部７１は、指令トルクＴｒｑ＊、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６１に記憶されている。
【００３０】
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６１に記憶されている。
【００３１】
なお、本実施形態において、ｄ，ｑ軸指令設定部７１，７２により設定されるｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が第２指令値に相当する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
なお、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、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
ステータ生成部７５は、キャリア信号、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。本実施形態において、キャリア信号は、三角波信号である。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閾値Ｌ１となる場合に変調率Ｍｒが１となり、回転速度Ｎｍが第１閾値Ｌ１未満の場合に変調率Ｍｒが１よりも小さくなる。
【００３８】
本実施形態において、２相変換部７０、ｄ，ｑ軸指令設定部７１，７２、ステータ制御部７３、３相変換部７４及びステータ生成部７５が第２制御部に相当する。第２制御部による制御を正弦波制御と称すこととする。第２制御部によれば、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。
【００３９】
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６１に記憶されている。
【００４０】
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。なお、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、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。
【００４１】
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。
【００４２】
なお、本実施形態において、界磁指令設定部８０、界磁電流制御部８１及び界磁生成部８２が界磁制御部に相当する。
【００４３】
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に示すように、回転電機３０の回転速度Ｎｍが第２閾値Ｌ２（＞Ｌ１）以上の場合に行われる。本実施形態において、第２閾値Ｌ２は、指令トルクＴｒｑ＊が大きいほど小さくなっている。以降、回転速度Ｎｍが第２閾値Ｌ２以上の領域を矩形波領域と称すこととする。
【００４４】
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６１に記憶されている。
【００４５】
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６１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。
【００４６】
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。
【００４７】
メモリ６１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６１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２閾値Ｌ２以上の場合に変調率Ｍｒがその上限値である１．２７となる。
【００４８】
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。
【００４９】
本実施形態において、位相情報設定部９０、振幅情報設定部９１及びパターン生成部９２が第１制御部に相当する。第１制御部により実施される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。
【００５０】
続いて、回転速度Ｎｍが第１閾値Ｌ１よりも高くてかつ第２閾値Ｌ２よりも低い場合のトルク制御について説明する。以降、回転速度Ｎｍが第１閾値Ｌ１よりも高くてかつ第２閾値Ｌ２よりも低い領域を切替領域と称すこととする。また、切替領域において制御装置６０が行うトルク制御を移行制御と称すこととする。
【００５１】
移行制御について説明すると、制御装置６０は、正弦波制御及び矩形波制御のうち一方から他方への切り替え前後において、界磁指令電流Ｉｆ＊を固定した状態で、界磁指令設定部８０、界磁電流制御部８１及び界磁生成部８２により、界磁電流Ｉｆｒを固定した界磁指令電流Ｉｆにフィードバック制御する。また、制御装置６０は、切り替え前後において、界磁指令電流Ｉｆ＊を固定した状態で指令トルクＴｒｑ＊に対する回転電機３０の実際のトルクの変化を抑制するように、各相巻線３４Ｕ〜３４Ｗに流す電流を調整する。
【００５２】
ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒをｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に制御する制御系を正弦波電流制御系と称し、界磁電流Ｉｆｒを界磁指令電流Ｉｆ＊に制御する制御系を界磁電流制御系と称すこととする。移行制御は、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の変化に対する正弦波電流制御系によるｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒの応答性が、界磁指令電流Ｉｆ＊の変化に対する界磁電流制御系による界磁電流Ｉｆｒの応答性よりも高いことに鑑みてなされるものである。なお、正弦波電流制御系の応答性が界磁電流制御系の応答性よりも高いのは、例えば、界磁巻線３２のインダクタンスがステータ巻線のインダクタンスよりも大きいにもかかわらず、バッテリ２０によって界磁巻線３２に印加可能な電圧が十分でないためである。
【００５３】
ちなみに、矩形波制御の制御系を矩形波電流制御系と称すこととする。本実施形態において、指令変調率Ｍｒ＊，指令電圧位相δ＊の変化に対する矩形波電流制御系による変調率，電圧位相の応答性は、界磁電流制御系の応答周波数よりも高いものとする。
【００５４】
なお、本実施形態において、２相変換部７０、ｄ，ｑ軸指令設定部７１，７２、ステータ制御部７３、３相変換部７４及びステータ生成部７５が高応答制御部に相当し、界磁指令設定部８０、界磁電流制御部８１及び界磁生成部８２が低応答制御部に相当する。
【００５５】
ちなみに、制御系の応答性の高低は、例えば以下の（Ａ）〜（Ｃ）で定めることができる。
【００５６】
（Ａ）閉ループ伝達関数
図７（ａ）を用いて、界磁指令電流Ｉｆ＊を入力とし、界磁電流Ｉｆｒを出力とする閉ループ伝達関数Ｇｃｆ（ｓ）について説明する。Ｇ１（ｓ）で表される第１伝達関数１０１は、界磁電流偏差ΔＩｆを入力とし、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である界磁巻線３２の印加電圧Ｖｆを出力する。第１伝達関数１０１が界磁電流制御部８１に相当する。
【００５７】
界磁巻線３２の周波数特性をモデル化したＧ２（ｓ）で表される第２伝達関数１０２は、プラントに相当する。第２伝達関数１０２は、界磁巻線３２の印加電圧Ｖｆを入力として、界磁電流Ｉｆｒを出力する。
【００５８】
界磁電流制御系の閉ループ伝達関数Ｇｃｆ（ｓ）は、下式（ｅｑ１）で表される。
【００５９】
【数１】
2018201321.tif 000003
続いて、図７（ｂ）を用いて、ｄｑ軸間の非干渉化がなされている場合において、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊を入力とし、ｄ軸電流Ｉｄｒを出力とする閉ループ伝達関数Ｇｃｄ（ｓ）について説明する。Ｇ３（ｓ）で表される第３伝達関数２０１は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを入力とし、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であるｄ軸電圧Ｖｄを出力する。第３伝達関数２０１がステータ制御部７３に相当する。
【００６０】
ステータ巻線の周波数特性をモデル化したＧ４（ｓ）で表される第４伝達関数２０２は、プラントに相当する。第４伝達関数２０２は、ｄ軸電圧Ｖｄを入力として、ｄ軸電流Ｉｄｒを出力する。
【００６１】
ｄ軸の正弦波電流制御系の閉ループ伝達関数Ｇｃｄ（ｓ）は、下式（ｅｑ２）で表される。
【００６２】
【数２】
2018201321.tif 000004
なお、ｑ軸の正弦波電流制御系は、ｄ軸の正弦波電流制御系と同様であるため、その説明を省略する。
【００６３】
図８に示すように、制御系の閉ループ伝達関数のゲインに関する周波数特性において、ゲインが０ｄＢ未満の所定値（例えば−３ｄＢ）になる周波数が応答周波数として定義されている。本実施形態では、ｄ，ｑ軸の正弦波電流制御系の閉ループ伝達関数の応答周波数が、界磁電流制御系の閉ループ伝達関数Ｇｃｆ（ｓ）の応答周波数よりも高い。なお、本実施形態において、矩形波電流制御系の応答周波数は、界磁電流制御系の応答周波数よりも高い。
【００６４】
ちなみに、応答周波数は、例えば、閉ループ伝達関数に基づいて解析的に算出されてもよいし、シミュレーションに基づいて算出されてもよい。また、例えば、応答周波数は、実際の制御システム及び制御装置６０を用いて実験的に算出されてもよい。
【００６５】
（Ｂ）開ループ伝達関数
開ループ伝達関数のゲイン交差角周波数が高いほど、応答性が高くなる。このため、ゲイン交差角周波数で応答性の高低を定めてもよい。なお、界磁電流制御系を例にして説明すると、この制御系の開ループ伝達関数Ｇｏｆ（ｓ）は、下式（ｅｑ３）で表される。
【００６６】
【数３】
2018201321.tif 000005
（Ｃ）時定数
図９に示すように、ステップ状に変化させられた指令値と実値とに基づいて規定される時定数τが短いほど、応答性が高くなる。このため、時定数τで応答性の高低を定めてもよい。
【００６７】
続いて、トルク制御処理について説明する。本実施形態では、動作点が切替領域に含まれている場合、図３に示すｄ，ｑ軸指令設定部７１，７２によるｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の設定処理と、図４に示す位相情報設定部９０による指令電圧位相δ＊の設定処理及び振幅情報設定部９１による指令変調率Ｍｒ＊の設定処理とが全て実施されていることとする。この場合、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊、指令電圧位相δ＊、及び指令変調率Ｍｒ＊から定まる電圧振幅Ｖｒは、下式（ｅｑ４），（ｅｑ５）の関係を満たす。なお、下式（ｅｑ４），（ｅｑ５）において、Ｖｒは電圧振幅を示し、ωｅは回転電機３０の電気角周波数を示し、Ｒａは巻線抵抗を示し、Ｌｆは界磁巻線３２のインダクタンスを示す。
【００６８】
【数４】
2018201321.tif 000006
【００６９】
【数５】
2018201321.tif 000007
図１０に、トルク制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０により、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、図１０に示す処理は、回転電機３０が電動機として駆動される場合と発電機として駆動される場合とに対応している。
【００７０】
ステップＳ１０では、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣを取得する。なお、本実施形態において、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣが回転電機３０の駆動状態に相当する。また、ステップＳ１０の処理が取得部に相当する。
【００７１】
ステップＳ１１では、指令トルクＴｒｑ＊及び回転速度Ｎｍにより定まる動作点が切替領域に含まれて、かつ、動作点が正弦波領域から切替領域を介して矩形波領域に移動している途中であるか否かを判定する。ステップＳ１１では、正弦波領域の正弦波制御が切替前制御部に相当し、矩形波領域の矩形波制御が切替後制御部に相当する。取得した回転速度Ｎｍが第１閾値Ｌ１よりも高くてかつ第２閾値Ｌ２よりも低いと判定した場合、動作点が切替領域に含まれていると判定する。第１閾値Ｌ１及び第２閾値Ｌ２は、図５に示したように、取得した指令トルクＴｒｑ＊に応じて可変設定される。
【００７２】
ステップＳ１１において動作点が正弦波領域から切替領域を介して矩形波領域に移動している途中でないと判定した場合には、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、動作点が切替領域に含まれて、かつ、動作点が矩形波領域から切替領域を介して正弦波領域に移動している途中であるか否かを判定する。ステップＳ１２では、矩形波領域の矩形波制御が切替前制御部に相当し、正弦波領域の正弦波制御が切替後制御部に相当する。
【００７３】
ステップＳ１２において動作点が矩形波領域から正弦波領域に移動している途中でないと判定した場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、動作点が正弦波領域に含まれているか否かを判定する。具体的には、取得した回転速度Ｎｍが第１閾値Ｌ１以下であるか否かを判定する。
【００７４】
ステップＳ１３において正弦波領域に含まれていると判定した場合には、ステップＳ１４に進み、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応するｄ軸指令電流Ｉｄ＊、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊及び界磁指令電流Ｉｆ＊をメモリ６１に記憶されているマップ情報から選択する。ステップＳ１４の処理は、図３のｄ軸指令設定部７１、ｑ軸指令設定部７２及び界磁指令設定部８０の処理に対応する。ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が設定されると、ステータ制御部７３、３相変換部７４及びステータ生成部７５により、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒがｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊にフィードバック制御される。界磁指令電流Ｉｆ＊が設定されると、界磁電流制御部８１及び界磁生成部８２により、界磁電流Ｉｆｒが界磁指令電流Ｉｆ＊にフィードバック制御される。
【００７５】
ステップＳ１３において否定判定した場合には、動作点が矩形波領域に含まれていると判定し、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応する指令電圧位相δ＊、指令変調率Ｍｒ＊及び界磁指令電流Ｉｆ＊をメモリ６１に記憶されているマップ情報から選択する。ステップＳ１４の処理は、図４の位相情報設定部９０、振幅情報設定部９１及び界磁指令設定部８０の処理に対応する。指令変調率Ｍｒ＊及び指令電圧位相δ＊が設定されると、パターン生成部９２により、実際の電圧ベクトルが、指令変調率Ｍｒ＊及び指令電圧位相δ＊で規定される指令電圧ベクトルに制御される。界磁指令電流Ｉｆ＊が設定されると、界磁電流制御部８１及び界磁生成部８２により、界磁電流Ｉｆｒが界磁指令電流Ｉｆ＊にフィードバック制御される。
【００７６】
ステップＳ１１において動作点が正弦波領域から矩形波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ１６に進み、界磁指令電流Ｉｆ＊を現在設定されている界磁指令電流Ｉｆ＊に固定する。具体的には、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応する界磁指令電流Ｉｆ＊をメモリ６１に記憶されているマップ情報から選択する。
【００７７】
ステップＳ１７では、回転電機３０の実際のトルクＴｒｑｒを指令トルクＴｒｑ＊に制御するために指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊を調整する。具体的には、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応する指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊をメモリ６１に記憶されているマップ情報から選択する。
【００７８】
ステップＳ１２において動作点が矩形波領域から正弦波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ１８に進み、界磁指令電流Ｉｆ＊を現在設定されている界磁指令電流Ｉｆ＊に固定する。具体的には、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応する界磁指令電流Ｉｆ＊をメモリ６１に記憶されているマップ情報から選択する。
【００７９】
ステップＳ１９では、回転電機３０の実際のトルクＴｒｑｒを指令トルクＴｒｑ＊に制御するためにｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を調整する。具体的には、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応するｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊をメモリ６１に記憶されているマップ情報から選択する。ちなみに、マップ情報に含まれるｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、例えば、回転電機３０のトルクＴｒｑと、極対数Ｐｎ、界磁巻線３２のインダクタンスＬｆ、界磁電流Ｉｆ、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑ及びｄ，ｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑとの関係を規定する下式（ｅｑ６）に基づいて予め算出され、メモリ６１に記憶されている。ステップＳ１９の処理は、ｄ軸指令設定部７１及びｑ軸指令設定部７２の処理に対応する。
【００８０】
【数６】
2018201321.tif 000008
ちなみに、本実施形態において、ステップＳ１１〜Ｓ１９の処理が移行制御部に相当する。
【００８１】
図１１を用いて、移行制御についてさらに説明する。図１１において、Ｌｓｗは、正弦波制御において変調率Ｍｒがその上限値「１」となる場合のｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑの組み合わせからなる第１基準線を示す。Ｌｒｗは、矩形波制御が実施される場合のｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑの組み合わせからなる第２基準線を示す。Ｌｔｃは、トルクを同一トルクとする場合のｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑの組み合わせからなる等トルク線を示す。Ｌｍｔｐａは、最小電流最大トルク制御（ＭＴＰＡ）に対応するｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑの組み合わせからなる最大効率線を示す。
【００８２】
まず、図１１（ａ）を用いて、回転電機３０が電動機として駆動される場合の移行制御について説明する。図１１（ａ）には、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒから定まる電流動作点が、第１基準線Ｌｓｗ上の第１動作点ＯＰ１及び第２基準線Ｌｒｗ上の第２動作点ＯＰ２のうち、一方から他方に切り替えられる場合を示す。第１動作点ＯＰ１及び第２動作点ＯＰ２は、指令トルクＴｒｑ＊により定まる等トルク線Ｌｔｃ上に存在する。
【００８３】
図１１には、指令トルクＴｒｑ＊等により定まる動作点が正弦波領域から矩形波領域に移動する途中であると判定された場合、正弦波領域から切替領域へと移動したと判定されてから、切替領域から矩形波領域への移動が完了したと判定されるまでの期間に渡って指令トルクＴｒｑ＊が変化しない例を示す。また、図１１には、動作点が矩形波領域から正弦波領域に移動する途中であると判定した場合、矩形波領域から切替領域へと移動したと判定されてから、切替領域から正弦波領域への移動が完了したと判定されるまでの期間に渡って指令トルクＴｒｑ＊が変化しない例を示す。
【００８４】
電流動作点を第１動作点ＯＰ１から第２動作点ＯＰ２に移動させる途中における界磁指令電流Ｉｆ＊は、電流動作点が第１動作点ＯＰ１であった場合に設定されていた界磁指令電流Ｉｆ＊に固定される。これにより、電流動作点が第１動作点ＯＰ１から第２動作点ＯＰ２に移動するまでの期間に渡って、界磁指令電流Ｉｆ＊が連続とされる。また、電流動作点を第１動作点ＯＰ１から第２動作点ＯＰ２に移動させる途中においては、回転電機３０の実際のトルクＴｒｑｒを指令トルクＴｒｑ＊に制御するために、指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊が調整される。これにより、電流動作点と、指令トルクＴｒｑ＊により定まる等トルク線Ｌｔｃとの乖離を抑制できる。回転速度Ｎｍが第２閾値Ｌ２に到達した場合、電流動作点が第２動作点ＯＰ２に到達する。この場合、ステップＳ１１〜Ｓ１３で否定判定され、ステップＳ１５の矩形波制御に切り替えられる。
【００８５】
電流動作点を第２動作点ＯＰ２から第１動作点ＯＰ１に移動させる途中における界磁指令電流Ｉｆ＊は、電流動作点が第２動作点ＯＰ２であった場合に設定されていた界磁指令電流Ｉｆ＊に固定される。また、電流動作点を第２動作点ＯＰ２から第１動作点ＯＰ１に移動させる途中においては、回転電機３０のトルクＴｒｑｒを指令トルクＴｒｑ＊に制御するために、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が調整される。これにより、電流動作点は等トルク線Ｌｔｃ上を移動する。回転速度Ｎｍが第１閾値Ｌ１に到達した場合、電流動作点が第１動作点ＯＰ１に到達する。この場合、ステップＳ１１，Ｓ１２で否定判定され、ステップＳ１３で肯定判定される。これにより、ステップＳ１４の正弦波制御に切り替えられる。
【００８６】
続いて、図１１（ｂ）を用いて、回転電機３０が発電機として駆動される場合の移行制御について説明する。図１１（ｂ）には、電流動作点が、第１基準線Ｌｓｗ上の第３動作点ＯＰ３及び第２基準線Ｌｒｗ上の第４動作点ＯＰ４のうち、一方から他方に切り替えられる場合を示す。
【００８７】
電流動作点を第３動作点ＯＰ３から第４動作点ＯＰ４に移動させる途中における界磁指令電流Ｉｆ＊は、電流動作点が第３動作点ＯＰ３であった場合に設定されていた界磁指令電流Ｉｆ＊に固定される。また、電流動作点を第３動作点ＯＰ３から第４動作点ＯＰ４に移動させる途中においては、回転電機３０のトルクＴｒｑ＊を指令トルクＴｒｑ＊に制御するために、指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊が調整される。これにより、電流動作点は等トルク線Ｌｔｃ上を移動する。なお、電流動作点を第４動作点ＯＰ４から第３動作点ＯＰ３に移動させる途中については、図１１（ａ）を用いて説明した場合と同様である。
【００８８】
図１２を用いて、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合における本実施形態の効果を、比較例と対比しつつ説明する。比較例は、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合に界磁指令電流Ｉｆ＊をステップ状に変化させる構成のことである。図１２（ａ）は、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊及びｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒの推移を示し、図１２（ｂ）は、界磁指令電流Ｉｆ＊及び界磁電流Ｉｆｒの推移を示す。図１２（ｃ）は、回転電機３０の指令トルクＴｒｑ＊及び実際のトルクＴｒｑｒの推移を示す。
【００８９】
本実施形態では、界磁電流制御系の応答性が正弦波、矩形波電流制御系の応答性よりも低い。このため、切替領域における界磁指令電流Ｉｆ＊が、切替領域に移行する直前の時刻ｔ１における界磁指令電流Ｉｆ＊に固定される。このため、動作点が正弦波領域から切替領域を介して矩形波領域に到達するまでの期間に渡って、界磁指令電流Ｉｆ＊が連続になる。そして、切替領域において、指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊が調整されることにより、実際のトルクＴｒｑｒが指令トルクＴｒｑ＊に制御される。本実施形態によれば、実際のトルクＴｒｑｒが指令トルクＴｒｑ＊からずれる時間ｔ１〜ｔ２を、比較例における時間ｔ１〜ｔ３よりも短くできる。これにより、トルク制御性の低下を抑制することができ、ひいては車両のドライバビリティの低下を抑制することができる。なお、比較例における時刻ｔ２は、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒがｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に追従したタイミングを示す。
【００９０】
また本実施形態では、正弦波領域、矩形波領域及び切替領域それぞれにおいて、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応するｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊等の各指令値を、メモリ６１に記憶されている指令値から選択した。このため、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに基づいて各指令値を都度算出する構成と比較して、制御装置６０の演算負荷を低減することができる。
【００９１】
＜第１実施形態の変形例＞
・図１０のステップＳ１７において、回転電機３０のトルクＴｒｑｒを指令トルクＴｒｑ＊に制御するために、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を調整してもよい。
【００９２】
・ステップＳ１９において、回転電機３０のトルクＴｒｑ＊を指令トルクＴｒｑ＊に制御するために、指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊を調整してもよい。
【００９３】
・ステップＳ１６において、界磁指令電流Ｉｆ＊を固定することなく、動作点が正弦波領域から切替領域を介して矩形波領域に移動するまでの期間に渡って、界磁指令電流Ｉｆ＊を徐変させてもよい。この場合であっても、動作点が正弦波領域から切替領域を介して矩形波領域に到達するまでの期間に渡って、界磁指令電流Ｉｆ＊が連続になるため、トルク制御性の低下を抑制できる。なお、徐変させる界磁指令電流Ｉｆ＊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から選択されればよい。
【００９４】
また、ステップＳ１８において、界磁指令電流Ｉｆ＊を固定することなく、動作点が矩形波領域から切替領域を介して正弦波領域に移動するまでの期間に渡って、界磁指令電流Ｉｆ＊を徐変させてもよい。
【００９５】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、上記第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、界磁電流制御系の応答性が、正弦波電流制御系及び矩形波電流制御系の応答性よりも高い。ここで、矩形波電流制御系の応答性が界磁電流制御系の応答性よりも低くなるのは、例えば、相電圧に含まれる基本波成分と変調率との間に比例関係がなくなる変調率において矩形波制御が実施されるためである。なお、本実施形態において、バッテリ２０は、その定格電圧（例えば４８Ｖ）が第１実施形態よりも高いものを想定している。このことが、界磁電流制御系の応答性が、正弦波電流制御系及び矩形波電流制御系の応答性よりも高くなることに寄与している。
【００９６】
図１３に、トルク制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０により、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、図１３において、先の図１０に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
【００９７】
ステップＳ１１において動作点が正弦波領域から矩形波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、指令電圧位相δ＊を現在設定されている指令電圧位相δ＊に固定する。具体的には、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応する指令電圧位相δ＊をメモリ６１に記憶されているマップ情報から選択する。
【００９８】
ステップＳ２１では、回転電機３０の実際のトルクＴｒｑｒを指令トルクＴｒｑ＊に制御するために界磁指令電流Ｉｆ＊を調整する。具体的には、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応する界磁指令電流Ｉｆ＊をメモリ６１に記憶されているマップ情報から選択する。
【００９９】
ステップＳ１２において動作点が矩形波領域から正弦波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を現在検出されているｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒに固定する。詳しくは、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を、２相変換部７０における現在のｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒに固定する。
【０１００】
ステップＳ２３では、回転電機３０の実際のトルクＴｒｑｒを指令トルクＴｒｑ＊に制御するために界磁指令電流Ｉｆ＊を調整する。具体的には、取得した指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣに対応する界磁指令電流Ｉｆ＊をメモリ６１に記憶されているマップ情報から選択する。
【０１０１】
ちなみに、本実施形態において、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２０〜Ｓ２３の処理が移行制御部に相当する。
【０１０２】
図１４を用いて、回転電機３０が電動機として駆動される場合の移行制御について説明する。図１４は、先の図１１に対応している。図１４には、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒから定まる電流動作点が、第２基準線Ｌｒｗ上の第５動作点ＯＰ５から第１基準線Ｌｓｗ上の第６動作点ＯＰ６に切り替えられる場合を示す。
【０１０３】
電流動作点を第５動作点ＯＰ５から第６動作点ＯＰ６に移動させる途中における指令電圧位相δ＊は、電流動作点が第５動作点ＯＰ５であった場合に設定されていた指令電圧位相δ＊に固定される。なお、実際の電圧振幅は、第５動作点ＯＰ５から第６動作点ＯＰ６に移動させる途中において変化する。
【０１０４】
また、電流動作点を第５動作点ＯＰ５から第６動作点ＯＰ６に移動させる途中においては、回転電機３０の実際のトルクＴｒｑｒを指令トルクＴｒｑ＊に制御するために、界磁指令電流Ｉｆ＊が調整される。これにより、電流動作点と、指令トルクＴｒｑ＊により定まる等トルク線Ｌｔｃとの乖離を抑制できる。
【０１０５】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。
【０１０６】
＜第２実施形態の変形例＞
・図１３のステップＳ２０において、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を現在設定されているｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に固定してもよい。
【０１０７】
・図１３のステップＳ２２において、指令電圧位相δ＊を現在設定されている指令電圧位相δ＊に固定してもよい。
【０１０８】
・図１３のステップＳ２０において、指令電圧位相δ＊を固定することなく、動作点が正弦波領域から切替領域を介して矩形波領域に移動するまでの期間に渡って、指令電圧位相δ＊を徐変させてもよい。この場合であっても、動作点が正弦波領域から切替領域を介して矩形波領域に到達するまでの期間に渡って、指令電圧位相δ＊が連続になる。
【０１０９】
また、ステップＳ２２において、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を固定することなく、動作点が矩形波領域から切替領域を介して正弦波領域に移動するまでの期間に渡って、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の少なくとも一方を徐変させてもよい。
【０１１０】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、上記各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、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合において、界磁電流制御系の応答性が、切替後の矩形波電流制御系の応答性よりも高い。また、矩形波制御から正弦波制御に切り替える場合において、切替後の正弦波電流制御系の応答性が、界磁電流制御系の応答性よりも高い。
【０１１１】
図１５に、トルク制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０により、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、図１５において、先の図１０及び図１３に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
【０１１２】
ステップＳ１１において動作点が正弦波領域から矩形波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ２０を経由してステップＳ２１に進む。これにより、切替領域において、電圧位相δが指令電圧位相δ＊に固定された状態で、実際のトルクＴｒｑｒが指令トルクＴｒｑ＊に制御されるように界磁指令電流Ｉｆ＊が調整される。
【０１１３】
ステップＳ１２において動作点が矩形波領域から正弦波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ１８を経由してステップＳ１９に進む。これにより、切替領域において、界磁電流Ｉｆｒが界磁指令電流Ｉｆ＊に固定された状態で、実際のトルクＴｒｑｒが指令トルクＴｒｑ＊に制御されるようにｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊が調整される。
【０１１４】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。
【０１１５】
＜第３実施形態の変形例＞
図１５において、正弦波制御から矩形波制御への切り替え時、又は矩形波制御から正弦波制御への切り替え時のいずれかにおける移行制御を実施しなくてもよい。
【０１１６】
＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態について、上記各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、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合において、切替後の矩形波電流制御系の応答性が界磁電流制御系の応答性よりも高い。また、矩形波制御から正弦波制御に切り替える場合において、界磁電流制御系の応答性が、切替後の正弦波電流制御系の応答性よりも高い。
【０１１７】
図１６に、トルク制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０により、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、図１６において、先の図１０、図１３及び図１５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
【０１１８】
ステップＳ１１において動作点が正弦波領域から矩形波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ１６を経由してステップＳ１７に進む。これにより、切替領域において、界磁電流Ｉｆｒが界磁指令電流Ｉｆ＊に固定された状態で、実際のトルクＴｒｑｒが指令トルクＴｒｑ＊に制御されるように指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊が調整される。
【０１１９】
ステップＳ１２において動作点が矩形波領域から正弦波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ２２を経由してステップＳ２３に進む。これにより、切替領域において、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒがｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に固定された状態で、実際のトルクＴｒｑｒが指令トルクＴｒｑ＊に制御されるように界磁指令電流Ｉｆ＊が調整される。
【０１２０】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。
【０１２１】
＜第４実施形態の変形例＞
図１６において、正弦波制御から矩形波制御への切り替え時、又は矩形波制御から正弦波制御への切り替え時のいずれかにおける移行制御を実施しなくてもよい。
【０１２２】
＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態について、上記各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１７に示すように、界磁通電回路４２はハーフブリッジ回路である。なお、図１７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。
【０１２３】
界磁通電回路４２は、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。界磁巻線３２の第２端には、第１下アームスイッチＳＬ１のエミッタが接続されている。
【０１２４】
以上説明した本実施形態によれば、上記各実施形態の効果に準じた効果を得ることができる。
【０１２５】
＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態について、上記各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１８に示すように、回転電機が２つのステータ巻線群を備えている。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１８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１８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。
【０１２６】
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１９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。
【０１２７】
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、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。
【０１２８】
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、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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。
【０１３１】
＜第７実施形態＞
以下、第７実施形態について、上記第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。第１実施形態では、正弦波電流制御系及び矩形波電流制御系の応答性が界磁電流制御系の応答性よりも高い構成において、正弦波制御及び矩形波制御のうち一方から他方への切り替え前後にて、界磁指令電流Ｉｆ＊を固定した。本実施形態では、制御の切り替え前後において、界磁指令電流Ｉｆ＊を徐変させる。ただし、制御の切り替え前後において、界磁電流の変化量ｄＩｆに対応する回転電機３０のトルク変化量が、ステータ巻線に流れる電流の変化量ｄＩｓに対応するトルク変化量よりも小さくなるようにする。
【０１３２】
図２０に、トルク制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０により、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、図２０において、先の図１０に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
【０１３３】
ステップＳ１１において動作点が正弦波領域から矩形波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、界磁指令電流Ｉｆ＊を徐変させる。本実施形態では、ステップＳ１１で肯定判定されている状況下、ステップＳ１７の処理により設定される指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊の変化に対応した回転電機３０のトルク変化量ｄＴｓよりも、界磁指令電流Ｉｆ＊の変化量に対応したトルク変化量ｄＴｆが小さくなるように、界磁指令電流Ｉｆ＊を徐変させる。指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊の変化に対応した回転電機３０のトルク変化量ｄＴｓは、指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊の変化に対応した電流ベクトルの大きさの変化量に対応するトルク変化量である。指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊の変化に対応した電流ベクトルの大きさの変化量は、指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊の変化に対応したｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊それぞれの変化量により定まる。なお、ステータ巻線に流れる電流ベクトルの大きさは、ｄ軸電流の２乗値及びｑ軸電流の２乗値を加算した値の平方根として定義される。
【０１３４】
ステップＳ１２において動作点が矩形波領域から正弦波領域に移動する途中であると判定した場合には、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、界磁指令電流Ｉｆ＊を徐変させる。本実施形態では、ステップＳ１２で肯定判定されている状況下、ステップＳ１９の処理により設定されるｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊それぞれの変化量に対応したトルク変化量ｄＴｓよりも、界磁指令電流Ｉｆ＊の変化量に対応したトルク変化量ｄＴｆが小さくなるように、界磁指令電流Ｉｆ＊を徐変させる。
【０１３５】
図２１を用いて、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合における本実施形態の効果を、比較例と対比しつつ説明する。図２１に示す比較例は、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合に界磁指令電流Ｉｆ＊が固定される構成のことである。図２１（ａ）〜（ｃ）は、先の図１２（ａ）〜（ｃ）に対応している。なお、図２１に破線にて示す各指令電流Ｉｆ＊、Ｉｄ＊，Ｉｑ＊は、矩形波制御への切り替えが完了したタイミングにおける値を示す。
【０１３６】
本実施形態では、動作点が切替領域に存在する時刻ｔＡ〜ｔＢに渡って、界磁指令電流Ｉｆ＊が徐変させられる。この際、図２０のステップＳ１７の処理により設定される指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊の変化に対応した回転電機３０のトルク変化量ｄＴｓよりも、界磁指令電流Ｉｆ＊の変化量ｄＩｓに対応するトルク変化量ｄＴｆが小さくなるように、界磁指令電流Ｉｆ＊が徐変させられる。
【０１３７】
なお、図２１には、指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊の変化に対応するｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊の変化量をΔＤ，ΔＱで示す。
【０１３８】
界磁指令電流Ｉｆ＊の徐変が許容される構成によれば、図２１に比較例として示す界磁指令電流Ｉｆ＊が固定される構成と比較して、指令電圧位相δ＊及び指令変調率Ｍｒ＊の変化に対応したｄ軸指令電流Ｉｄ＊の変化量ΔＤ及びｑ軸指令電流Ｉｑ＊の変化量ΔＱそれぞれを小さくできる。このため、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒがｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に収束するまでの時間を短くできる。これにより、指令トルクＴｒｑ＊に対する実際のトルクＴｒｑｒのずれを小さくできる。すなわち、制御の切り替えに伴うトルク変動を抑制できる。
【０１３９】
＜第８実施形態＞
以下、第８実施形態について、上記第２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、界磁電流制御系の応答性が正弦波電流制御系及び矩形波電流制御系の応答性よりも高い構成において、制御の切り替え前後にて、指令電圧位相δ又はｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を徐変させる。ただし、制御の切り替え前後において、ステータ巻線に流れる電流の変化量ｄＩｓに対応するトルク変化量ｄＴｓが、界磁電流の変化量ｄＩｆに対応するトルク変化量ｄＴｆよりも小さくなるようにする。
【０１４０】
図２２に、トルク制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０により、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、図２２において、先の図１３に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
【０１４１】
ステップＳ１１において肯定判定した場合には、ステップＳ２６に進み、指令電圧位相δ＊を徐変させる。本実施形態では、ステップＳ１１で肯定判定されている状況下、ステップＳ２１の処理により設定される界磁指令電流Ｉｆ＊の変化量に対応するトルク変化量ｄＴｆよりも、指令電圧位相δ＊の変化に対応した電流ベクトルの大きさの変化量に対応するトルク変化量ｄＴｓが小さくなるように、指令電圧位相δ＊を徐変させる。
【０１４２】
ステップＳ１２において肯定判定した場合には、ステップＳ２７に進み、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を徐変させる。本実施形態では、ステップＳ１２で肯定判定されている状況下、ステップＳ２３の処理により設定される界磁指令電流Ｉｆ＊の変化量に対応するトルク変化量ｄＴｆよりも、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊それぞれの変化量に対応するトルク変化量ｄＴｓが小さくなるように、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を徐変させる。
【０１４３】
以上説明した本実施形態によれば、第７実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。
【０１４４】
＜第９実施形態＞
以下、第９実施形態について、上記第３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、第７，第８実施形態と同様に、制御の切り替え前後において、界磁指令電流Ｉｆ＊又は指令電圧位相δ＊を徐変させる。なお、本実施形態では、第３実施形態と同様に、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合において、界磁電流制御系の応答性が、切替後の矩形波電流制御系の応答性よりも高い。また、矩形波制御から正弦波制御に切り替える場合において、切替後の正弦波電流制御系の応答性が、界磁電流制御系の応答性よりも高い。
【０１４５】
図２３に、トルク制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０により、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、図２３において、先の図１５，図２０，図２２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
【０１４６】
ステップＳ１１において肯定判定した場合には、ステップＳ２６に進む。また、ステップＳ１２において肯定判定した場合には、ステップＳ２５に進む。
【０１４７】
以上説明した本実施形態によれば、第７実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。
【０１４８】
＜第１０実施形態＞
以下、第１０実施形態について、上記第４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、第７，第８実施形態と同様に、制御の切り替え前後において、界磁指令電流Ｉｆ＊又はｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を徐変させる。なお、本実施形態では、第４実施形態と同様に、正弦波制御から矩形波制御に切り替える場合において、切替後の矩形波電流制御系の応答性が界磁電流制御系の応答性よりも高い。また、矩形波制御から正弦波制御に切り替える場合において、界磁電流制御系の応答性が、切替後の正弦波電流制御系の応答性よりも高い。
【０１４９】
図２４に、トルク制御処理の手順を示す。この処理は、制御装置６０により、例えば所定の制御周期毎に繰り返し実行される。なお、図２４において、先の図１６，図２０，図２２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
【０１５０】
ステップＳ１１において肯定判定した場合には、ステップＳ２４に進む。また、ステップＳ１２において肯定判定した場合には、ステップＳ２７に進む。
【０１５１】
以上説明した本実施形態によれば、第７実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。
【０１５２】
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【０１５３】
・上記各実施形態の正弦波制御において、各相指令電圧に３次高調波が重畳される処理、又は２相変調が用いられる処理が行われてもよい。この場合、ステータ生成部７５において、回転速度Ｎｍが第１閾値Ｌ１となる場合に変調率Ｍｒが１．１５とされる。
【０１５４】
・メモリ６１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。
【０１５５】
・各指令値がメモリ６１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。
【０１５６】
・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２５に示す１２０°通電制御、又は同期整流制御であってもよい。同期整流制御は、回転電機３０が発電機として駆動されている場合において、相電圧がバッテリ２０の端子電圧よりも高くなる期間の少なくとも一部又は全部において、インバータ４０を構成する各スイッチのうち、ステータ巻線からバッテリ２０までの電流流通経路に含まれるスイッチをオンする制御である。なお、同期整流制御では、回転電機３０の駆動状態に応じて、同じ相における上アームスイッチと下アームスイッチとの間のデッドタイムが調整される。このため、同期整流制御が用いられる場合、例えば、指令トルクＴｒｑ＊、回転速度Ｎｍ及び電源電圧ＶＤＣと関係付けられたデットタイムがメモリ６１に記憶されていてもよい。
【０１５７】
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。
【０１５８】
・上記各実施形態では、変調率が１以下の場合に正弦波制御を行ったがこれに限らない。例えば、変調率が１よりも大きくてかつ１．２７よりも小さい値まで、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してもよい。この場合、変調率が１よりも大きくなる領域は、過変調ＰＷＭ制御が行われる領域となる。この領域において、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よりも大きくなる。この場合であっても、例えば第１実施形態において、応答性の低い方の界磁電流を固定した状態で、応答性の高い方のステータ巻線に流れる電流を制御することにより、実際のトルクが指令トルクＴｒｑ＊からずれる時間を短くすることはできる。
【０１５９】
・インバータ及び界磁通電回路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。
【０１６０】
・回転電機の主制御量としては、トルクに限らない。例えば、図１に示すように、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からバッテリ２０の正極端子側へと流れる直流電流ＩＤＣであってもよい。この場合、回転電機３０が電動機として駆動されるとき、直流電流ＩＤＣを負の値と定義し、回転電機３０が発電機として駆動されるとき、直流電流ＩＤＣを正の値と定義すればよい。また、例えば、主制御量を回転電機３０の消費電力又は発電電力としてもよい。
【０１６１】
・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。
【符号の説明】
【０１６２】
３０…回転電機、３２…界磁巻線、３４Ｕ〜３４Ｗ…Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線、４０…インバータ、６０…制御装置。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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