(57)【要約】【課題】回転電機の発生トルクの応答性を向上できる回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】回転電機は、界磁巻線を有する回転子と、電機子巻線を有する固定子とを備えている。また、回転電機の回転座標系において、界磁巻線に界磁電流を流すことによって生じる界磁磁束の向きに沿って電機子巻線に流れる電流がｄ軸電流として定義され、ｄ軸電流と直交する方向に電機子巻線に流れる電流がｑ軸電流として定義されている。回転電機に適用される制御装置は、界磁電流が流され始めてから、界磁電流が増大して界磁目標電流に到達するまでの期間の途中において、ｄ軸電流の変化方向を負方向のみとすることを条件としてｄ軸電流を変化させてかつ正のｑ軸電流を流すために、電機子巻線に流す電流を制御する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線（１１）を有する回転子（１２）と、電機子巻線（１３Ｕ〜１３Ｗ）を有する固定子（１３）とを備える回転電機（１０）に適用され、
前記回転電機の回転座標系において、前記界磁巻線に界磁電流を流すことによって生じる界磁磁束の向きに沿って前記電機子巻線に流れる電流がｄ軸電流として定義され、ｄ軸電流と直交する方向に前記電機子巻線に流れる電流がｑ軸電流として定義されており、
前記界磁磁束の打ち消し方向に流れるｄ軸電流の符号が負として定義され、前記回転電機がトルクを発生する場合のｑ軸電流の符号が正として定義されており、
前記界磁電流を制御する界磁制御部（４０）と、
前記界磁制御部により前記界磁電流が流され始めてから、前記界磁電流が増大して界磁目標電流に到達するまでの期間の途中において、ｄ軸電流の変化方向を負方向のみとすることを条件としてｄ軸電流を変化させてかつ正のｑ軸電流を流すために、前記電機子巻線に流す電流を制御する電機子制御部（４０）と、を備える回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記電機子制御部は、ｄ軸電流を変化させるに先立ち、正のｄ軸電流を流すために前記電機子巻線に流す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】
前記回転座標系において、前記回転電機に流れる電流ベクトルの単位振幅あたりの前記回転電機の発生トルクが最大となる動作点が最大効率点として定義されており、
前記電機子制御部は、ｄ軸電流を変化させ始めるとともに正のｑ軸電流を流し始めた後、実際の前記動作点を前記最大効率点まで変化させるために、前記電機子巻線に流す電流を制御する請求項２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記最大効率点は、前記回転座標系において前記電流ベクトルによって描かれる定電流円上に存在しており、
前記回転座標系において、前記定電流円上に存在し、ｄ軸電流が正の値となってかつｑ軸電流が０となる動作点が初期動作点として定義されており、
前記電機子制御部は、前記初期動作点から前記最大効率点まで前記定電流円上を通って実際の前記動作点を変化させるために、前記電機子巻線に流す電流を制御する請求項３に記載の回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記最大効率点を規定するｄ軸電流であるｄ軸効率電流を算出する電流算出部（４０）を備え、
前記電機子制御部は、実際の前記動作点を、前記電流算出部により算出された前記ｄ軸効率電流で規定される前記最大効率点まで変化させるために、前記電機子巻線に流す電流を制御する請求項３又は４に記載の回転電機の制御装置。
【請求項６】
前記界磁電流と関係付けられた前記ｄ軸効率電流の情報を記憶している電流情報記憶部（４０）を備え、
前記電流算出部は、前記界磁目標電流及び前記電流情報記憶部に記憶されている情報に基づいて、前記ｄ軸効率電流を算出する請求項５に記載の回転電機の制御装置。
【請求項７】
前記界磁電流を流し始めた後、ｄ軸電流を負方向に変化させたと仮定した場合に前記界磁電流が前記界磁目標電流に到達するか否かを判定する到達判定部（４０）を備え、
前記電機子制御部は、前記到達判定部により到達すると判定された場合、ｄ軸電流の変化方向を負方向のみとすることを条件としてｄ軸電流を変化させてかつ正のｑ軸電流を流すために、前記電機子巻線に流す電流を制御する請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項８】
前記界磁電流を流し始めた後、ｄ軸電流を負方向に変化させたと仮定した場合における前記界磁電流の増加量を予測する予測部（４０）を備え、
前記到達判定部は、前記予測部により予測された前記増加量が、現在の前記界磁電流と前記界磁目標電流との差分以上となると判定した場合、前記界磁電流が前記界磁目標電流に到達すると判定する請求項７記載の回転電機の制御装置。
【請求項９】
ｄ軸電流を負方向に変化させたと仮定した場合における前記界磁電流の増加量情報を、ｄ軸電流の負方向への変化量及び前記界磁電流と関係付けて記憶している増加量記憶部（４０）を備え、
前記予測部は、前記増加量記憶部に記憶されている情報を用いて、前記増加量を予測する請求項８記載の回転電機の制御装置。
【請求項１０】
前記回転電機と、エンジン（２０）と、を備えるシステムに適用され、
前記エンジンの出力軸（２０ａ）と前記回転子とは動力伝達可能に接続されており、
前記電機子制御部は、前記エンジンの始動要求が入力された場合、前記出力軸に初期回転を付与すべく、前記電機子巻線に流す電流を制御する請求項１〜９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、界磁巻線を有する回転子と、電機子巻線を有する固定子とを備える回転電機に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置としては、下記特許文献１に見られるように、直流電源から界磁巻線に流す界磁電流を制御しつつ、直流電源の電力を交流電力に変換して電機子巻線に給電するものが知られている。詳しくは、この制御装置では、内燃機関の始動時において、界磁巻線に界磁電流を流し始めると同時に、または界磁電流を流し始める直前に、界磁電流を流すことによって生じる磁束とは反対方向の磁束が発生するように、電力変換器から電機子巻線に通電している。これにより、迅速に回転電機にトルクを発生させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４４０１９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、上記特許文献１に記載された制御手法では、界磁電流を流し始めた後、回転電機の発生トルクを目標トルクまで迅速に立ち上げることができるとは限らない。このため、巻線界磁型の回転電機の発生トルクの応答性を向上させる技術については、未だ改善の余地を残すものとなっている。
【０００５】
本発明は、回転電機の発生トルクの応答性を向上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（１１）を有する回転子（１２）と、電機子巻線（１３Ｕ〜１３Ｗ）を有する固定子（１３）とを備える回転電機（１０）に適用される。本発明では、前記回転電機の回転座標系において、前記界磁巻線に界磁電流を流すことによって生じる界磁磁束の向きに沿って前記電機子巻線に流れる電流がｄ軸電流として定義され、ｄ軸電流と直交する方向に前記電機子巻線に流れる電流がｑ軸電流として定義されている。また、前記界磁磁束の打ち消し方向に流れるｄ軸電流の符号が負として定義され、前記回転電機がトルクを発生する場合のｑ軸電流の符号が正として定義されている。本発明は、前記界磁電流を制御する界磁制御部（４０）と、前記界磁制御部により前記界磁電流が流され始めてから、前記界磁電流が増大して界磁目標電流に到達するまでの期間の途中において、ｄ軸電流の変化方向を負方向のみとすることを条件としてｄ軸電流を変化させてかつ正のｑ軸電流を流すために、前記電機子巻線に流す電流を制御する電機子制御部（４０）と、を備える。
【０００７】
本発明では、ｄ，ｑ軸電流と、ｄ，ｑ軸電流の符号とが上記のように定義されている。ここで、界磁電流が流され始めてから、界磁電流が増大して界磁目標電流に到達するまでの期間の途中において、界磁磁束の打ち消し方向にｄ軸電流を変化させることで、界磁電流を界磁目標電流まで到達させる時間を短縮できる。ただし、ｄ軸電流を変化させる過程の途中においてｄ軸電流の変化方向が正方向になる過程が含まれると、正方向になる過程において界磁巻線の自己インダクタンスが増加し、界磁電流が減少してしまうこととなる。その結果、正のｑ軸電流を流すことで回転電機にトルクを発生させたとしても、発生トルクの応答性が低下してしまう。
【０００８】
そこで本発明では、界磁電流が流され始めてから、界磁電流が増大して界磁目標電流に到達するまでの期間の途中において、ｄ軸電流の変化方向を負方向のみとすることを条件としてｄ軸電流を変化させてかつ正のｑ軸電流を流すために、電機子巻線に流す電流を制御する。このため、ｄ軸電流を変化させる過程の途中において、ｄ軸電流の変化方向が正方向になる過程が含まれることを防止でき、界磁電流が減少してしまうことを防止できる。これにより、回転電機の発生トルクの応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る車載制御システムの全体構成図。
【図２】制御装置のトルク制御処理を示すブロック図。
【図３】エンジン始動処理の手順を示すフローチャート。
【図４】ｄｑ座標系において電流ベクトルにより描かれる定電流円を示す図。
【図５】最大効率点を規定するｄ軸効率電流と界磁電流との関係を示す特性図。
【図６】界磁巻線等の等価回路を示す図。
【図７】第１実施形態及び関連技術１に係るエンジン始動処理の一例を示すタイムチャート。
【図８】第１実施形態及び関連技術２に係るエンジン始動処理の一例を示すタイムチャート。
【図９】ｄ軸の正側に設定される最大効率点を示す図。
【図１０】第２実施形態に係るエンジン始動処理の手順を示すフローチャート。
【図１１】その他の実施形態に係るｄ，ｑ軸電流の変化手法を示す図。
【図１２】その他の実施形態に係るｄ，ｑ軸電流の変化手法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる制御装置を車載主機としてエンジンを備える車両に適用した第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、回転電機１０及びエンジン２０を備えている。回転電機１０は、巻線界磁型のものであり、具体的には３相巻線を有する巻線界磁型同期機である。本実施形態では、回転電機１０として、スタータ及びオルタネータの機能を統合したＩＳＧ（Integrated  Starter  Generator）を用いている。特に本実施形態では、エンジン２０の初回の始動に加えて、所定の自動停止条件が成立する場合にエンジン２０を自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立する場合にエンジン２０を自動的に再始動させるアイドリングストップ機能を実行する場合にも、回転電機１０がスタータとして機能する。
【００１２】
回転電機１０を構成する回転子１２は、界磁巻線１１を備え、また、エンジン２０の出力軸２０ａと動力伝達が可能とされている。本実施形態において、回転子１２は、ベルト２１を介して出力軸２０ａに機械的に接続されている。
【００１３】
回転電機を構成する固定子１３には、電機子巻線として、Ｕ相巻線１３Ｕ、Ｖ相巻線１３Ｖ及びＷ相巻線１３Ｗが巻回されている。
【００１４】
車両は、インバータＩＮＶと、直流電源であるバッテリ２２とを備えている。インバータＩＮＶには、回転電機１０と、バッテリ２２とが電気的に接続されている。
【００１５】
インバータＩＮＶ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３組備えている。Ｕ相上，下アームスイッチＳＵｐ，ＳＵｎの接続点には、Ｕ相巻線１３Ｕの第１端が接続されている。Ｖ相上，下アームスイッチＳＶｐ，ＳＶｎの接続点には、Ｖ相巻線１３Ｖの第１端が接続されている。Ｗ相上，下アームスイッチＳＷｐ，ＳＷｎの接続点には、Ｗ相巻線１３Ｗの第１端が接続されている。Ｕ相巻線１３Ｕ、Ｖ相巻線１３Ｖ及びＷ相巻線１３Ｗの第２端は、中性点で接続されている。
【００１６】
本実施形態では、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎとして、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。そして、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎにはそれぞれ、ダイオードＤＵｐ〜ＤＷｎが逆並列に接続されている。なお、各ダイオードＤＵｐ〜ＤＷｎは、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎのボディーダイオードであってもよい。また、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎとしては、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。
【００１７】
各上アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｐの高電位側端子であるドレインには、バッテリ２２の正極端子が接続されている。各下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎの低電位側端子であるソースには、バッテリ２２の負極端子が接続されている。
【００１８】
車両は、界磁回路３６を備えている。界磁回路３６により、界磁巻線１１に直流電圧が印加可能とされている。界磁回路３６は、界磁巻線１１に印加する直流電圧を調整することにより、界磁巻線１１に流れる界磁電流を界磁目標電流に制御する。
【００１９】
車両は、回転角検出部３０、電圧検出部３１、界磁電流検出部３２及び相電流検出部３３を備えている。回転角検出部３０は、回転電機１０の電気角を検出する。電圧検出部３１は、バッテリ２２の出力電圧をインバータＩＮＶの電源電圧ＶＩＮＶとして検出する。界磁電流検出部３２は、界磁巻線１１に流れる界磁電流を検出する。相電流検出部３３は、各相巻線１３Ｕ〜１３Ｗに流れる電流のうち、少なくとも２相分の電流を検出する。なお、回転角検出部３０としては、例えばレゾルバを用いることができる。また、界磁電流検出部３２及び相電流検出部３３としては、例えば、カレントトランス又は抵抗器を備えるものを用いることができる。
【００２０】
車両は、制御装置４０を備えている。制御装置４０は、上記各種検出部の検出値を取り込む。制御装置４０は、ＣＰＵと、記憶部としてのメモリとを備え、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵにて実行する。制御装置４０は、回転電機１０のトルクを目標トルクＴｒｑ＊に制御すべく、各種検出部の検出値に基づいて、インバータＩＮＶを操作する操作信号を生成して出力する。
【００２１】
制御装置４０は、目標トルクＴｒｑ＊を実現するための指令電流と回転電機１０の各相巻線に流れる電流とが一致するように、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンオフ操作する。なお図１には、インバータＩＮＶの各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎを操作する信号を操作信号ｇＵｐ〜ｇＷｎとして示している。なお、上記界磁回路３６は、制御装置４０に内蔵されていてもよいし、制御装置４０に対して外付けされていてもよい。
【００２２】
続いて、図２を用いて、制御装置４０によって実行される回転電機１０のトルク制御について説明する。なお本実施形態において、制御装置４０が「界磁制御部」及び「電機子制御部」を含む。
【００２３】
目標電流設定部４０ａは、目標トルクＴｒｑ＊に基づいて、回転電機１０の回転座標系（ｄｑ座標系）の電流指令値であるｄ，ｑ軸目標電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。ｄ軸は、界磁巻線１１に界磁電流を流すことによって生じる界磁磁束の向きに沿う方向で定義されている。ｑ軸は、ｄ軸と直交する方向で定義されている。
【００２４】
２相変換部４０ｂは、回転角検出部３０により検出された電気角θと、相電流検出部３３により検出された相電流とに基づいて、固定座標系におけるＵ，Ｖ，Ｗ相電流を、ｄｑ座標系におけるｄ軸電流Ｉｄｒと、ｑ軸電流Ｉｑｒとに変換する。
【００２５】
ｄ軸偏差算出部４０ｃは、目標電流設定部４０ａから出力されたｄ軸目標電流Ｉｄ＊から、２相変換部４０ｂから出力されたｄ軸電流Ｉｄｒを減算することにより、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。ｑ軸偏差算出部４０ｄは、目標電流設定部４０ａから出力されたｑ軸目標電流Ｉｑ＊から、２相変換部４０ｂから出力されたｑ軸電流Ｉｑｒを減算することにより、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。
【００２６】
ｄ軸制御器４０ｅは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄｒをｄ軸目標電流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。本実施形態において、ｄ軸制御器４０ｅは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づく比例積分制御によってｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出する。ｑ軸制御器４０ｆは、ｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づいて、ｑ軸電流Ｉｑｒをｑ軸目標電流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。本実施形態において、ｑ軸制御器４０ｆは、ｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づく比例積分制御によってｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出する。
【００２７】
３相変換部４０ｇは、電気角θに基づいて、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、固定座標系における３相の指令電圧ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に変換する。変調部４０ｈは、インバータＩＮＶの各相電圧を指令電圧ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊とするための操作信号ｇＵｐ〜ｇＷｎを生成する。本実施形態では、電圧検出部３１により検出された電源電圧ＶＩＮＶで指令電圧ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊を規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づく三角波ＰＷＭ処理により、操作信号ｇＵｐ〜ｇＷｎを生成する。変調部４０ｈは、生成した操作信号ｇＵｐ〜ｇＷｎをインバータＩＮＶに出力する。これにより、各相巻線１３Ｕ〜１３Ｗには、電気角で位相が１２０度ずれた正弦波状の電流が流れる。
【００２８】
界磁偏差算出部４０ｉは、界磁電流検出部３２により検出された界磁電流Ｉｆｒから界磁目標電流Ｉｆ＊を減算することにより、界磁電流偏差ΔＩｆを算出する。
【００２９】
界磁制御器４０ｊは、界磁電流偏差ΔＩｆに基づいて、界磁電流Ｉｆｒを界磁目標電流Ｉｆ＊にフィードバック制御するための操作量として、界磁巻線１１に印加する直流電圧の指令値である界磁指令電圧Ｖｆを算出する。本実施形態において、界磁制御器４０ｊは、界磁電流偏差ΔＩｆに基づく比例積分制御によって界磁指令電圧Ｖｆを算出する。界磁回路３６は、界磁巻線１１に界磁指令電圧Ｖｆを印加するように操作される。
【００３０】
続いて図３に、本実施形態に係るエンジン始動処理の手順を示す。この処理は、制御装置４０により、例えば所定の処理周期で繰り返し実行される。
【００３１】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、始動指令が入力されたか否かを判定する。ここで始動指令とは、出力軸２０ａに初期回転を付与してエンジン２０を始動させるために、回転電機１０にトルクを発生させる指令である。始動指令は、回転子１２の回転が停止されている状態に限らず、回転子１２が回転している状態においても入力される。
【００３２】
ステップＳ１０において肯定判定した場合には、界磁目標電流Ｉｆ＊を０よりも大きい値までステップ状に立ち上げ、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を、ｄ軸電流の正方向の最大値であるｄ軸正側最大値Ｉｄｍａｘに設定する。これにより、界磁電流を流し始めると同時にｄ軸目標電流Ｉｄ＊を正方向に変化させる。またステップＳ１２では、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊を０に設定する。ｑ軸目標電流Ｉｑ＊が０に設定されるため、回転電機１０はトルクを発生しない。
【００３３】
なお、ステップＳ１２で設定されたｄ，ｑ軸電流で規定されるｄｑ座標系における動作点を初期動作点と称すこととする。また、ｄ軸正側最大値Ｉｄｍａｘは、回転電機１０の信頼性が低下しない最大電流値に設定されている。
【００３４】
続くステップＳ１４では、界磁目標電流Ｉｆ＊に基づいて、ｄ軸効率電流Ｉｄｅ及びｑ軸効率電流Ｉｑｅを算出する。ｄ軸効率電流Ｉｄｅ及びｑ軸効率電流Ｉｑｅは、ｄｑ座標系において、回転電機１０に流れる電流ベクトルＩｖｔｒの単位振幅あたりの回転電機１０の発生トルクが最大となる最大効率点を規定する電流である。本実施形態において、最大効率点は、図４に示すように、電流ベクトルＩｖｔｒの振幅がその最大値となる場合に電流ベクトルＩｖｔｒによって描かれる軌跡である定電流円ＳＩ上に存在している。本実施形態において、電流ベクトルＩｖｔｒの振幅の最大値は、ｄ軸正側最大値Ｉｄｍａｘと等しい。なお本実施形態において、電流ベクトルＩｖｔｒの位相βは、正側のｄ軸を基準として、反時計回りに回転する方向が正として定義されている。
【００３５】
本実施形態において、最大効率点を規定するｑ軸効率電流Ｉｑｅは、正の値である。また、最大効率点を規定するｄ軸効率電流Ｉｄｅは、図５に示すように、界磁目標電流Ｉｆ＊が大きくなるほど、ｄ軸の正側にずれる特性を有している。界磁目標電流Ｉｆ＊が所定電流以下の低電流領域においては、ｄ軸効率電流Ｉｄｅが負の値となる。これは、界磁電流が小さく磁気飽和が発生していない場合には、電流ベクトルＩｖｔｒの位相βが例えば１１０〜１１５度となるときに回転電機１０の発生トルクＴｒｑが最大となるためである。一方、界磁目標電流Ｉｆ＊が所定電流よりも大きい大電流領域においては、ｄ軸効率電流Ｉｄｅが正の値となる。これは、界磁電流が大きく磁気飽和が発生している場合には、電流ベクトルＩｖｔｒの位相βが例えば９０度未満となるときに回転電機１０の発生トルクＴｒｑが最大となるためである。
【００３６】
本実施形態では、界磁目標電流Ｉｆ＊と関係付けられてｄ，ｑ軸効率電流Ｉｄｅ，Ｉｑｅが規定されたマップ情報を用いて、ｄ，ｑ軸効率電流Ｉｄｅ，Ｉｑｅを算出する。このマップ情報は、制御装置４０の電流情報記憶部としてのメモリに記憶されている。なお本実施形態において、ステップＳ１４の処理が「電流算出部」に相当する。
【００３７】
先の図３の説明に戻り、続くステップＳ１６では、ステップＳ１２で設定した初期動作点から、ステップＳ１４で設定した最大効率点まで実際の動作点を変化させたと仮定した場合における界磁電流の増加量ΔＦを予測する。具体的には、増加量ΔＦは、実際の動作点を変化させたと仮定した場合において、現在の処理周期から次回の処理周期までの期間における界磁電流Ｉｆｒの増加量のことである。本実施形態において、ステップＳ１６の処理が「予測部」に相当する。
【００３８】
本実施形態では、下式（ｅｑ１）〜（ｅｑ３）を用いて増加量ΔＦを予測する。
【００３９】
【数１】
2018042387.tif 000003
【００４０】
【数２】
2018042387.tif 000004
【００４１】
【数３】
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上式（ｅｑ１）において、「Ｌｆ」は界磁巻線１１の自己インダクタンスを示し、「Ｒｆ」は界磁巻線１１の巻線抵抗を示し、「Ｔｓ」は制御装置４０の処理周期（処理タイミングの時間間隔）を示し、「Ｖｐｌ」はｄ軸電流と界磁電流との干渉項を示す。また上式（ｅｑ２）において、「Ｍｆ」は各相巻線１３Ｕ〜１３Ｗと界磁巻線１１とのｄ軸上における相互インダクタンスを示す。上式（ｅｑ２），（ｅｑ３）のΔＤは、実際の動作点を初期動作点から最高効率点まで変化させた場合におけるｄ軸目標電流Ｉｄ＊の変化量を示す。なお上式（ｅｑ１）において、Ｉｆｒ［ｋ］は、現在の処理周期における界磁電流を示す。
【００４２】
上式（ｅｑ１）は、ｄ軸電流を負方向に変化させることにより、干渉項Ｖｐｌを正の値として増加させ、界磁電流Ｉｆｒを増加できることを示している。上式（ｅｑ１）は、界磁巻線１１の電圧方程式を元にしたモデル式である。より詳しくは、下式（ｅｑ４）の電圧方程式を後退差分によって離散化することで上式（ｅｑ１）が導かれる。下式（ｅｑ４）において、「ｓ」はラプラス演算子（微分演算子）を示す。なお図６に、界磁巻線１１の等価回路を示した。
【００４３】
【数４】
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続くステップＳ１８では、現在の処理周期における界磁目標電流Ｉｆ＊から、現在の処理周期における界磁電流Ｉｆｒを減算した値である界磁電流偏差ΔＩｆを算出する。そして、算出した界磁電流偏差ΔＩｆが、ステップＳ１６で予測した増加量ΔＦ以下であるか否かを判定する。この処理は、界磁電流を流し始めた後、次回の処理周期において負方向へのｄ軸電流の増加を完了させたと仮定した場合に、次回の処理周期において界磁電流が界磁目標電流Ｉｆ＊に到達するか否かを判断するための処理である。なお本実施形態において、ステップＳ１８の処理が「到達判定部」に相当する。
【００４４】
ステップＳ１８において否定判定した場合には、ステップＳ１６に戻る。一方、ステップＳ１８において肯定判定した場合には、次回の処理周期において到達すると判定し、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊の変化方向を負方向のみとすることを条件として、初期動作点から最高効率点まで実際の動作点を変化させるようにｄ，ｑ軸電流を変化させる。特に本実施形態では、電流ベクトルＩｖｔｒによって描かれる定電流円ＳＩ上を通って初期動作点から最大効率点まで実際の動作点を変化させる。これにより、回転電機１０の発生トルクを迅速に立ち上げることができる。
【００４５】
ステップＳ２０の処理により、各相巻線１３Ｕ〜１３Ｗに正のｑ軸電流が流れ始めるため、回転子１２が回転駆動され始める。その結果、出力軸２０ａに初期回転が付与され、燃料噴射制御を含むエンジン２０の燃焼制御が実施されることにより、その後エンジン２０の始動が完了する。
【００４６】
図７を用いて、本実施形態に係るエンジン始動処理を説明する。
【００４７】
図示されるように、本実施形態では、エンジン２０の始動指令が制御装置４０に入力されることにより、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊がｄ軸正側最大値Ｉｄｍａｘに設定され、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊が０に設定される。また、始動指令が制御装置４０に入力されることにより、界磁目標電流Ｉｆ＊が設定され、界磁電流Ｉｆｒが増加し始める。
【００４８】
その後時刻ｔ１において、界磁電流偏差ΔＩｆが予測した増加量ΔＦ以下であると判定されることにより、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊がｄ軸正側最大値Ｉｄｍａｘからｄ軸効率電流Ｉｄｅに向かって変化し始めるとともに、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊が０からｑ軸効率電流Ｉｑｅに向かって変化し始める。これにより、界磁電流Ｉｆｒが界磁目標電流Ｉｆ＊まで急峻に立ち上がる。
【００４９】
電流ベクトルＩｖｔｒによって描かれる定電流円ＳＩ上を初期動作点から最大効率点まで実際の動作点が変化する。この際、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊は、その変化方向が負方向のみとなるように変化する。また、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊は、０から上昇して、ｑ軸電流の正方向の最大値であるｑ軸正側最大値Ｉｑｍａｘ（＝Ｉｄｍａｘ）となった後、ｑ軸効率電流Ｉｑｅに向かって減少する。これにより、界磁電流を減少させることなく、回転電機１０の発生トルクを迅速に立ち上げることができる。その結果、始動指令が入力されてからエンジン２０の始動が完了するまでの時間を短縮できる。
【００５０】
ここで図７には、関連技術１に係るエンジン始動処理を合わせて示した。以下、この技術について説明する。
【００５１】
関連技術１では、エンジン２０の始動指令が制御装置４０に入力されることにより、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊が０から負方向に変化し始め、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊が０のままとされる。また、始動指令が制御装置４０に入力されることにより、界磁目標電流Ｉｆ＊が設定され、界磁電流が増加し始める。その後時刻ｔＡにおいて、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊が、ｄ軸電流の負方向の最大値であるｄ軸負側最大値−Ｉｄｍａｘとなる。
【００５２】
その後時刻ｔＢにおいて、界磁電流Ｉｆｒが界磁目標電流Ｉｆ＊に到達するため、回転電機１０にトルクを発生させるべく、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊を０から正方向に上昇させ始める。ただし、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊をｄ軸負側最大値−Ｉｄｍａｘとしていたため、その後定電流円ＳＩ上を通って実際の動作点を最高効率点まで変化させるには、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を正方向に変化させることになる。その結果、時刻ｔＢ〜ｔＣにおいて、界磁電流が減少してしまう。このため、時刻ｔＣにおいて実際の動作点が最高効率点に到達したとしても、回転電機１０の発生トルクは最大トルクＴｍａｘになっておらず、発生トルクが最大トルクＴｍａｘとなるタイミングは、時刻ｔＤまで遅延することになる。すなわち、発生トルクの応答性が低下し、始動指令が入力されてからエンジン２０の始動が完了するまでの時間が長くなる。
【００５３】
続いて、図８に、本実施形態及び関連技術２に係るエンジン始動処理を合わせて示す。図８において、本実施形態に係る処理の部分については、先の図７に示したものと同じである。以下、関連技術２について説明する。
【００５４】
関連技術２では、エンジン２０の始動指令が制御装置４０に入力されることにより、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊がｄ軸正側最大値Ｉｄｍａｘに設定され、ｑ軸目標電流Ｉｑ＊が０のままとされる。また、始動指令が制御装置４０に入力されることにより、界磁目標電流Ｉｆ＊が設定され、界磁電流が増加し始める。
【００５５】
その後時刻ｔＡ〜ｔＢにおいて、定電流円ＳＩ上を実際の動作点が初期動作点から中間動作点まで変化する。ここで中間動作点は、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊がｄ軸負側最大値−Ｉｄｍａｘとなってかつｑ軸目標電流Ｉｑ＊が０となる動作点である。初期動作点は、本実施形態に係る初期動作点と同じである。
【００５６】
時刻ｔＢにおいて、界磁電流Ｉｆｒが界磁目標電流Ｉｆに到達する。また時刻ｔＢにおいて、実際の動作点が中間動作点から最大効率点に向かって変化し始める。ただし、関連技術１と同様に、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊をｄ軸負側最大値−Ｉｄｍａｘとしていたため、その後定電流円ＳＩ上を通って実際の動作点を最高効率点まで変化させるには、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を正方向に変化させることになる。その結果、時刻ｔＢ〜ｔＣにおいて、界磁電流が減少してしまう。このため、回転電機１０の発生トルクが最大トルクＴｍａｘとなるタイミングが遅延し、発生トルクの応答性が低下する。
【００５７】
以上説明した本実施形態の効果について説明する。
【００５８】
・界磁電流を流し始めた後、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊の変化方向を負方向のみとすることを条件として、実際の動作点を初期動作点から最高効率点まで変化させた。このため、実際の動作点を初期動作点から最高効率点まで変化させる過程の途中において、ｄ軸電流の変化方向が正方向になる過程が含まれることを防止できる。これにより、界磁電流が減少してしまうことを防止でき、回転電機１０の発生トルクの応答性を向上させることができる。したがって、エンジン２０の始動を迅速に完了させることができる。
【００５９】
なお図９に示すように、最大効率点がｄ軸の正側に設定され得る。この場合、関連技術１，２では、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊の正方向への変化量が大きくなり、界磁電流の減少度合いが大きくなってしまう。これに対し、本実施形態によれば、このような不都合の発生を防止できる。
【００６０】
・初期動作点を規定するｄ軸目標電流Ｉｄ＊を正の値に設定した。すなわち、実際の動作点を最高効率点に向かって変化させるに先立ち、正のｄ軸電流を流した。このため、ｄ軸電流の負方向への変化量を大きくすることができ、界磁電流を界磁目標電流Ｉｆ＊まで迅速に立ち上げることができる。これにより、回転電機１０の発生トルクをより迅速に立ち上げることができ、エンジン２０の始動をより迅速に完了させることができる。
【００６１】
・初期動作点から最大効率点まで定電流円ＳＩ上を通って実際の動作点を変化させた。このため、ｑ軸電流を正方向に迅速に増加させることができ、回転電機１０の発生トルクを最大トルクＴｍａｘまで迅速に立ち上げることができる。
【００６２】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、先の第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、界磁電流の増加量ΔＦの予測手法を変更する。
【００６３】
図１０に、本実施形態に係るエンジン始動処理の手順を示す。この処理は、制御装置４０により、例えば所定の処理周期で繰り返し実行される。なお図１０において、先の図３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。
【００６４】
この一連の処理では、ステップＳ１４の処理の完了後、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、界磁電流の増加量ΔＦを予測する。本実施形態において、増加量ΔＦは、界磁電流Ｉｆｒ及びｄ軸電流の変化量ΔＤと関係付けられてマップ化されている。このマップは、制御装置４０の増加量記憶部としてのメモリに記憶されている。
【００６５】
ステップＳ２２では、まず、上式（ｅｑ３）を用いてｄ軸電流の変化量ΔＤを算出する。そして、算出した変化量ΔＤと、現在の処理周期における界磁電流Ｉｆｒとに基づいて、マップから増加量ΔＦを算出する。その後、ステップＳ１８に進む。
【００６６】
以上説明した本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
（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。
【００６８】
・上記各実施形態では、実際の動作点を、初期動作点から最高効率点まで定電流円ＳＩ上を通って変化させたがこれに限らない。例えば、図１１に示すように、定電流円ＳＩの内側の領域を通って実際の動作点を変化させてもよい。
【００６９】
・上記各実施形態では、初期動作点をｄ軸正側の領域に設定したがこれに限らない。例えば、ｄ軸効率電流Ｉｄｅよりもｄ軸正方向に初期動作点が存在することを条件として、初期動作点を規定するｄ軸目標電流Ｉｄ＊がｄ軸正側最大値Ｉｄｍａｘよりもｄ軸負方向の領域に存在するように、初期動作点を設定してもよい。図１２には、初期動作点をｄｑ座標系の原点０に設定する例を示した。
【００７０】
・上記各実施形態では、定電流円ＳＩ上に最大効率点を設定したがこれに限らず、定電流円ＳＩよりも内側の領域に最大効率点を設定してもよい。
【００７１】
・上記各実施形態では、界磁電流を流し始めると同時に、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を正方向に変化させ始めたがこれに限らない。例えば、界磁電流を流し始める前、又は界磁電流を流し始めた後において、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を正方向に変化させ始めてもよい。
【００７２】
・上記各実施形態では、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を負方向に増加させたと仮定した場合に界磁電流が界磁目標電流Ｉｆ＊に到達すると判定された場合、ｄ軸電流を負方向に増加させたがこれに限らない。界磁電流を流し始めた後であれば、界磁電流が界磁目標電流Ｉｆ＊に到達すると判定されるタイミングよりも前において、ｄ軸目標電流Ｉｄ＊を負方向に増加させてもよい。
【００７３】
・回転電機としては、１つの電機子巻線群を備えるものに限らず、２つ以上の電機子巻線群を備える多重巻線型の同期機であってもよい。また、回転電機の用途としては、エンジンの始動に限らず、車載補機の駆動用等、他の用途であってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０…回転電機、１１…界磁巻線、１２…回転子、１３…固定子、１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ…Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線、４０…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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