(57)【要約】【課題】回転機が低出力で駆動するときの損失の増加を抑制するとともに、低出力で駆動するときの応答性を向上させることができる回転機制御装置を提供することである。【解決手段】制御装置３０は、直流電圧Ｖ１又はＶ２（Ｖ１＞Ｖ２）をインバータ３４に供給する。制御装置３０は、直流電圧Ｖ１の供給時に第１のパルス幅変調方式に基づくスイッチング信号４１をインバータ３４に供給し、直流電圧Ｖ２の供給時に第２のパルス幅変調方式に基づくスイッチング信号４２をインバータ３４に供給する。第１のパルス幅変調方式では、パルス信号５１が用いられる。第２のパルス幅変調方式では、パルス信号５１の振幅よりも小さい振幅とパルス信号５１のパルス幅よりも大きいパルス幅とを有するパルス信号５２が用いられる。インバータ３４から出力される交流電圧の１周期あたりのパルス信号５１の面積の合計値は、パルス信号５２の面積の合計値とほぼ同じである。【選択図】図１
2015070740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータと、
前記インバータに第１の直流電圧と前記第１の直流電圧よりも低い第２の直流電圧のいずれか一方を供給し、前記第１の直流電圧が前記インバータに供給されるときに第１のパルス幅変調方式に基づくスイッチング信号を前記インバータに供給し、前記第２の直流電圧が前記インバータに供給されるときに第２のパルス幅変調方式に基づくスイッチング信号を前記インバータに供給する制御装置とを備え、
前記第１のパルス幅変調方式では、第１のパルス信号が用いられ、
前記第２のパルス幅変調方式では、前記第１のパルス信号の振幅よりも小さい振幅と前記第１のパルス信号のパルス幅よりも大きいパルス幅とを有する第２のパルス信号が用いられ、
前記インバータから出力される交流電圧の１周期あたりの前記第１のパルス信号の面積の合計値は、前記１周期あたりの前記第２のパルス信号の面積の合計値と同じである回転機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転機制御装置であって、
前記制御装置は、
回転機の第１の出力に対応する第１の指示信号と、前記第１の出力よりも小さい第２の出力に対応する第２の指示信号とのいずれかを出力し、前記回転機が第１の出力で駆動する場合、前記第１のパルス信号に基づくスイッチング信号を前記インバータに供給し、前記回転機が第２の出力で駆動する場合、前記第２のパルス信号に基づくスイッチング信号を前記インバータに供給する制御部と、
前記第１の指示信号を前記制御部から受けた場合、入力直流電圧を前記第１の直流電圧に調整し、前記第２の指示信号を前記制御部から受けた場合、前記入力直流電圧を前記第２の直流電圧に調整する電圧調整部とを備える回転機制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転機制御装置であって、
前記制御部は、前記回転機のトルクと回転速度との関係を示す関係図を保持し、前記関係図と、前記回転機の駆動条件を指示する出力指令に含まれるトルク値と、前記出力指令に含まれる回転速度とを参照して前記第１又は第２の指示信号を出力し、前記出力指令に含まれるトルク値及び回転速度に基づいて、前記第１又は第２のパルス信号を生成する回転機制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転機制御装置と、
前記回転機制御装置により制御される回転機と、
前記回転機の回転軸に連結された回転軸を含むエンジンとを備えるエンジンユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機制御装置に関し、さらに詳しくは、インバータを備える回転機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インバータを用いてモータや発電機などの回転機の動作を制御することが行われている。インバータは、複数のスイッチング素子を備えている。各スイッチング素子が制御装置から供給されるスイッチング信号に応じてオンオフを切り替えることにより、交流電圧が直流電圧から生成される。回転機は、インバータから供給される交流電圧により駆動する。
【０００３】
インバータの制御方式として、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式と、パルス振幅変調（ＰＡＭ:Pulse Amplitude Modulation）方式とが知られている。
【０００４】
ＰＷＭ方式では、パルス信号の振幅が固定される。パルス信号のパルス幅を変化させることにより、インバータ内のスイッチング素子のオンオフを切り替える。ＰＷＭ方式によりインバータを駆動した場合、回転機の出力が低くなるにつれて、パルス信号のパルス幅が狭くなる。この結果、交流電圧に含まれる高周波成分が増加するため、回転機の損失が増加するという問題がある。
【０００５】
ＰＡＭ方式では、パルス信号のパルス幅が固定される。パルス信号の振幅を変化させることにより、インバータ内のスイッチング素子のオンオフを切り替える。しかし、回転機を低出力で駆動させる場合、パルス信号の振幅を低くしなければならない。この結果、回転機に供給される電圧が低くなるため、インバータの電流容量が大きくなり、インバータの応答性が低下するという問題がある。
【０００６】
特許文献１には、遠心機用モータの制御装置が開示されている。この制御装置は、モータに接続されるインバータの制御にＰＷＭ制御を用いる。また、特許文献２には、遠心機が開示されている。この遠心機は、ＰＷＭ制御を用いてモータに印加される電圧を制御する。
【０００７】
しかし、これらの文献に開示された技術は、上述したＰＷＭ方式及びＰＡＭ方式の各々の問題点を解決するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−５６１８７号公報
【特許文献２】特許第３３６０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、回転機が低出力で駆動するときの損失の増加を抑制するとともに、低出力で駆動するときの応答性を向上させることができる回転機制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る回転機制御装置は、インバータと、前記インバータに第１の直流電圧と前記第１の直流電圧よりも低い第２の直流電圧のいずれか一方を供給し、前記第１の直流電圧が前記インバータに供給されるときに第１のパルス幅変調方式に基づくスイッチング信号を前記インバータに供給し、前記第２の直流電圧が前記インバータに供給されるときに第２のパルス幅変調方式に基づくスイッチング信号を前記インバータに供給する制御装置とを備える。前記第１のパルス幅変調方式では、第１のパルス信号が用いられる。前記第２のパルス幅変調方式では、前記第１のパルス信号の振幅よりも小さい振幅と前記第１のパルス信号のパルス幅よりも大きいパルス幅とを有する第２のパルス信号が用いられる。前記インバータから出力される交流電圧の１周期あたりの前記第１のパルス信号の面積の合計値は、前記１周期あたりの前記第２のパルス信号の面積の合計値と同じである。
【００１１】
この構成によれば、制御装置は、第１の直流電圧をインバータに供給するときには、第１のパルス信号を用いてインバータの動作を制御するスイッチング信号を生成する。一方、制御装置は、第１の直流電圧よりも小さい第２の直流電圧をインバータに供給するときには、第２のパルス信号を用いてインバータの動作を制御するスイッチング信号を生成する。第２のパルス信号の振幅は、第１のパルス信号の振幅よりも小さく、第２のパルス信号のパルス幅は、第１のパルス信号のパルス幅よりも大きい。また、第１のパルス信号の面積の合計値は、第２のパルス信号の面積の合計値と同じである。なお、第１のパルス信号の合計値と、第２のパルス信号の面積の合計値とは、完全に一致していなくてもよく、ほぼ同一であればよい。これにより、ＰＷＭ方式を用いて、高周波成分の少ない交流電圧を生成することができる。従って、回転機が低出力で駆動するときの損失の増加を抑制することができる。
【００１２】
また、インバータに第２の直流電圧を供給した場合、インバータから出力される交流の最大振幅が、インバータに第２の直流電圧を供給する場合よりも小さくなり、回転機が低駆動で出力する。このとき、第２のパルス信号のパルス幅を第１のパルス信号のパルス幅よりも大きくすることで、従来のＰＡＭ方式を用いる場合よりも、インバータから出力される交流電圧を大きくすることができる。従って、回転機が低出力で駆動するときの応答性を向上させることができる。
【００１３】
上記回転機制御装置において、前記制御装置は、回転機の第１の出力に対応する第１の指示信号と、前記第１の出力よりも小さい第２の出力に対応する第２の指示信号とのいずれかを出力し、前記回転機が第１の出力で駆動する場合、前記第１のパルス信号に基づくスイッチング信号を前記インバータに供給し、前記回転機が第２の出力で駆動する場合、前記第２のパルス信号に基づくスイッチング信号を前記インバータに供給する制御部と、前記第１の指示信号を前記制御部から受けた場合、入力直流電圧を前記第１の直流電圧に調整し、前記第２の指示信号を前記制御部から受けた場合、前記入力直流電圧を前記第２の直流電圧に調整する電圧調整部とを備える。
【００１４】
この構成によれば、回転機を第１の出力で駆動させる場合、制御装置は、インバータに第１の直流電圧を供給し、第１のパルス信号から第１のスイッチング信号を生成する。回転機を回転機を第１の出力よりも小さい第２の出力で駆動させる場合、制御装置は、インバータに第１の直流電圧よりも低い第２の直流電圧を供給し、第１のパルス信号のパルス幅よりも大きいパルス幅を有する第２のパルス信号を用いてスイッチング信号を生成する。これにより、交流電圧に含まれる高周波成分が抑制されるため、回転機が低出力で動作する際に生じる渦電流損の増加を抑制できる。
【００１５】
上記回転機制御装置において、前記制御部は、前記回転機のトルクと回転速度との関係を示す関係図を保持し、前記関係図と、前記回転機の駆動条件を指示する出力指令に含まれるトルク値と、前記出力指令に含まれる回転速度とを参照して前記第１又は第２の指示信号を出力し、前記出力指令に含まれるトルク値及び回転速度に基づいて、前記第１又は第２のパルス信号を生成する。
【００１６】
この構成によれば、回転機の駆動条件に応じて、スイッチング信号の生成に用いるパルス信号を変更することができる。従って、回転機の駆動条件が変化しても、損失の増加を抑えることができる。
【００１７】
本発明のエンジンユニットは、本発明の回転機制御装置と、本発明の回転機制御装置により制御される回転機と、回転機の回転軸に連結された回転軸を含むエンジンとを備える。
【００１８】
上記の構成によれば、エンジンとともに回転機を動力源として使用する際に、回転機を低出力で駆動させるときの損失の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転機制御装置を備える駆動装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示す制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】回転機を高出力で駆動させるときに図２に示すパルス信号生成部が生成するパルス信号を示す図である。
【図４】回転機を低出力で駆動させるときに図２に示すパルス信号生成部が生成するパルス信号を示す図である。
【図５】図１に示す制御部が保持する関係図の一例を示すグラフである。
【図６】図１に示す制御部の動作を示すフローチャートである。
【図７】図１に示す回転機制御装置により回転機を高出力で駆動させるときに用いられるパルス信号を示す図である。
【図８】図１に示す回転機制御装置により回転機を低出力で駆動させるときに用いられるパルス信号を示す図である。
【図９】図１に示す回転機制御装置により回転機を高出力で駆動させたときのＢ−Ｈカーブである。
【図１０】図１に示す回転機制御装置により回転機を低出力で駆動させたときのＢ−Ｈカーブである。
【図１１】従来のＰＷＭ方式により図１に示す回転機を低出力で駆動させるときに用いられるパルス信号を示す図である。
【図１２】従来のＰＷＭ方式により回転機を低出力で駆動させたときのＢ−Ｈカーブである。
【図１３Ａ】図５に示す関係図における境界線の変形例を示すグラフである。
【図１３Ｂ】図５に示す関係図における境界線の他の変形例を示すグラフである。
【図１４Ａ】図５に示す関係図において回転機の駆動状態を４つに区分した場合の一例を示すグラフである。
【図１４Ｂ】図５に示す関係図において回転機の駆動状態を４つに区分した場合の他の例を示すグラフである。
【図１４Ｃ】図５に示す関係図において回転機の駆動状態を４つに区分した場合の他の例を示すグラフである。
【図１４Ｄ】図５に示す関係図において回転機の駆動状態を４つに区分した場合の他の例を示すグラフである。
【図１５】図１４Ａ〜図１４Ｄに示す関係図における回転速度とトルクとの関係を示すテーブルである。
【図１６】図１に示す回転機制御装置の一使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２１】
｛１．回転機制御装置３の構成｝
図１は、本実施の形態に係る回転機制御装置３を備える駆動装置１００の機能ブロック図である。図１に示すように、駆動装置１００は、交流電源１から供給される交流電圧Ｖｓを直流電圧に変換し、変換された直流電圧から、モータ・ジェネレータ２００（以下、「回転機２００」と呼ぶ。）を駆動させるための交流電圧Ｖｄ１又はＶｄ２を生成する。交流電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２の詳細については、後述する。
【００２２】
交流電圧Ｖｓ，Ｖｄ１，Ｖｄ２は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相を有する三相交流である。なお、図１において、交流電圧の各相の表示を省略する。以下、交流電圧Ｖｓ，Ｖｄ１，Ｖｄ２に関する説明において、各相については特に言及しない。
【００２３】
以下、回転機２００をモータとして使用するときの回転機制御装置３の動作を説明し、回転機２００を発電機として使用するときの回転機制御装置３の動作の説明を省略する。
【００２４】
駆動装置１００は、コンバータ２と、回転機制御装置３とを備える。
【００２５】
コンバータ２は、交流電源１から供給される交流電圧Ｖｓを整流して直流電圧Ｖｃを生成する。なお、駆動装置１００は、コンバータ２を備えない構成であってもよい。この場合、駆動装置１００は、交流電源１に代えて、図示しない直流電源から直流電圧Ｖｃの供給を受ければよい。
【００２６】
回転機制御装置３は、コンバータ２から供給される直流電圧Ｖｃから、出力指令４９で指定された駆動条件で回転機２００を回転させるための交流電圧Ｖｄ１又はＶｄ２を生成する。回転機制御装置３は、制御装置３０と、インバータ３４とを備える。
【００２７】
｛１．１．制御装置３０の構成｝
制御装置３０は、コンバータ２から供給される直流電圧Ｖｃから、直流電圧Ｖ１又はＶ２を生成する。直流電圧Ｖ１の電圧値は、直流電圧Ｖ２の電圧値よりも大きい。制御装置３０は、直流電圧Ｖ１及びＶ２のいずれかをインバータ３４に供給する。以下、直流電圧Ｖ１，Ｖ２の参照符号を、直流電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧値として適宜使用する。
【００２８】
また、制御装置３０は、直流電圧Ｖ１がインバータ３４に供給されるときに第１のＰＷＭ方式に基づくスイッチング信号４１をインバータ３４に供給する。制御装置３０は、直流電圧Ｖ２がインバータ３４に供給されるときに第２のＰＷＭ方式に基づくスイッチング信号４２をインバータ３４に供給する。第１のＰＷＭ方式及び第２のＰＷＭ方式については、後述する。
【００２９】
インバータ３４は、制御装置３０から供給されるスイッチング信号４１を用いて、直流電圧Ｖ１を交流電圧Ｖｄ１に変換する。つまり、交流電圧Ｖｄ１は、回転機２００を高出力で駆動させる際に回転機２００に供給される電圧である。インバータ３４は、制御装置３０から供給されるスイッチング信号４２を用いて、直流電圧Ｖ２を交流電圧Ｖｄ２に変換する。つまり、交流電圧Ｖｄ２は、回転機２００を低出力で駆動させる際に回転機２００に供給される電圧である。
【００３０】
制御装置３０は、制御部３１と、電圧調整部３２と、コンデンサ３３とを備える。
【００３１】
制御部３１は、出力指令４９に基づいて、回転機２００を高出力で駆動させるか低出力で駆動させるかを判断する。制御部３１は、回転機２００を高出力で駆動させる場合、高出力での駆動を示す指示信号４３ａを電圧調整部３２に供給し、スイッチング信号４１をインバータ３４に供給する。制御部３１は、回転機２００を低出力で駆動させる場合、低出力での駆動を示す指示信号４３ｂを電圧調整部３２に供給し、スイッチング信号４２をインバータ３４に供給する。
【００３２】
電圧調整部３２は、指示信号４３ａを受けた場合、直流電圧Ｖｃを直流電圧Ｖ１に調整する。一方、電圧調整部３２は、指示信号４３ｂを受けた場合、直流電圧Ｖｃを直流電圧Ｖ２に調整する。電圧調整部３２は、昇降圧回路などのスイッチング回路などのように、損失が小さい回路又は回路素子を用いることが望ましい。
【００３３】
コンデンサ３３は、直流電圧Ｖ１又はＶ２を平滑化し、直流電圧Ｖ１又はＶ２に含まれるノイズを低減する。コンデンサ３３の一方は、電圧調整部３２の出力端子３２ａに接続され、他方は、出力端子３２ｂに接続される。直流電圧Ｖ１又はＶ２は、出力端子３２ａから出力される。出力端子３２ｂは、接地される。
【００３４】
｛１．２．制御部３１の構成｝
図２は、図１に示す制御部３１の機能ブロック図である。制御部３１は、出力判断部３５と、パルス信号生成部３６と、スイッチング信号生成部３７とを備える。
【００３５】
出力判断部３５は、出力指令４９に含まれるトルク指令４７及び回転速度指令４８と、回転機２００のトルクと回転速度との関係を示す関係図とに基づいて、回転機２００を高出力で駆動させるか低出力で駆動させるかを判断する。出力判断部３５は、高出力で駆動させると判断した場合、指示信号４３ａを電圧調整部３２及びパルス信号生成部３６に供給する。出力判断部３５は、低出力で駆動させると判断した場合、指示信号４３ｂを電圧調整部３２及びパルス信号生成部３６に供給する。関係図の詳細については、後述する。
【００３６】
パルス信号生成部３６は、指示信号４３ａが供給された場合、パルス信号５１を生成し、指示信号４３ｂが供給された場合、パルス信号５２を生成する。パルス信号５１及び５２は、トルク指令４７及び回転速度指令４８に基づいて生成される。パルス信号５１は、第１のＰＷＭ方式に基づく信号であり、パルス信号５２は、第２のＰＷＭ方式に基づく信号である。パルス信号５１，５２の違いについては、後述する。
【００３７】
スイッチング信号生成部３７は、パルス信号５１がパルス信号生成部３６から供給された場合、パルス信号５１を用いてスイッチング信号４１を生成する。スイッチング信号生成部３７は、パルス信号５２がパルス信号生成部３６から供給された場合、パルス信号５２を用いてスイッチング信号４２を生成する。このように、第１のＰＷＭ方式は、パルス信号５１を使用するのに対して、第２のＰＷＭ方式は、パルス信号５２を使用する。
【００３８】
｛１．３．パルス信号５１，５２｝
図３は、パルス信号５１の一例を示す図である。図４は、パルス信号５２の一例を示す図である。図３及び図４において、期間Ｔは、交流電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２の１周期である。
【００３９】
図３及び図４に示すように、パルス信号５１は、一定の振幅Ａ１を有し、パルス信号５２は、振幅Ａ１よりも小さい一定の振幅Ａ２を有する。
【００４０】
ある時刻におけるパルス信号５２のパルス幅は、当該時刻におけるパルス信号５１のパルス幅よりも大きい。例えば、時刻Ｔａにおけるパルス信号５２のパルス幅Ｗ２は、時刻Ｔａにおけるパルス信号５１のパルス幅Ｗ１よりも大きい。時刻Ｔ以外の任意の時刻Ｔａ’におけるパルス信号５２のパルス幅は、時刻Ｔａ’におけるパルス信号５１のパルス幅よりも大きい。
【００４１】
また、１周期あたりのパルス信号５１の面積の合計値は、当該１周期あたりのパルス信号５２の面積の合計値と同じである。つまり、図３に示すパルス信号５１のハッチング部分の面積は、図４に示すパルス信号５２のハッチング部分の面積と等しい。なお、パルス信号５１のハッチング部分の面積と、パルス信号５２のハッチング部分の面積とが等しいとは、制御装置３０が理想的に動作する場合の条件である。つまり、パルス信号５１のハッチング部分の面積とパルス信号５２のハッチング部分の面積とが同じであるとは、これらの面積が完全に一致する場合だけでなく、これらの面積がほぼ等しい場合を含む。例えば、制御装置３０を構成するトランジスタ等の電子部品の特性や、制御装置３０の動作環境（温度変化）などにより、パルス信号５１のハッチング部分の面積と、パルス信号５２のハッチング部分の面積とが完全に一致しない場合が考えられる。
【００４２】
｛１．４．関係図｝
図５は、制御部３１が保持する関係図５の一例を示すグラフである。図５に示すように、関係図５は、回転機２００のトルクと回転速度との関係を示す。関係図５において、ハッチングの領域５６は、回転機２００が低出力で駆動することを示す。無地の領域５７は、回転機２００が高出力で駆動することを示す。
【００４３】
領域５６と領域５７との境界線５５は、回転機２００が定格出力で駆動するときのトルクと回転速度との関係を示す。回転機２００が定格出力よりも大きい出力で駆動する場合、回転機２００は高出力状態であり、回転機２００が定格出力以下で駆動する場合、回転機２００は、低出力状態にある。つまり、領域５６で示される回転機２００の出力は、領域５７で示される回転機２００の出力よりも小さい。
【００４４】
出力判断部３５は、出力指令４９で指定される駆動位置が、領域５６及び５７のどちらに存在するかを判断する。駆動位置は、トルク指令４７で指定された指定トルク値と回転速度指令４８で指定された指定回転速度値とにより定まる関係図５上の位置である。具体的には、出力判断部３５は、駆動位置が領域５７内の点Ｐ１〜Ｐ３のいずれかである場合、回転機２００を高出力で駆動させると判断する。一方、出力判断部３５は、駆動位置が領域５６内の点Ｐ４〜Ｐ６のいずれかである場合、回転機２００を低出力で駆動させると判断する。
【００４５】
｛２．回転機制御装置３の動作｝
図６を参照しながら、回転機制御装置３の動作を説明する。図６は、制御部３１の動作を示すフローチャートである。以下、図１に示す構成が、自動車に搭載されていると仮定する。
【００４６】
図６に示すように、制御部３１は、自動車のＭＰＵ（Micro Processing Unit。図示省略）から出力指令４９を取得する（ステップＳ１１）。制御部３１は、出力指令４９から指定トルク値及び指定回転速度値を抽出する。
【００４７】
出力判断部３５は、指定トルク値と、指定回転速度値と、関係図５とを参照して、回転機２００を高出力で駆動させるか低出力で駆動させるかを上述した方法によって判断する（ステップＳ１２）。
【００４８】
制御部３１は、回転機２００を高出力で駆動させる場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、ステップＳ１３〜Ｓ１５を実行する。一方、制御部３１は、回転機２００を低出力で駆動させる場合（ステップＳ１２でＮｏ）、ステップＳ１６〜Ｓ１８を実行する。
【００４９】
｛２．１．高出力で駆動させる場合（ステップＳ１３〜Ｓ１５）｝
出力判断部３５は、回転機２００を高出力で駆動させることを示す指示信号４３ａを、電圧調整部３２及びパルス信号生成部３６に供給する（ステップＳ１３）。電圧調整部３２は、供給される指示信号４３ａに応じて、直流電圧Ｖｃを直流電圧Ｖ１に調整し、その調整した直流電圧Ｖ１をインバータ３４に供給する。
【００５０】
電圧調整部３２は、直流電圧Ｖ１の電圧を検出して電圧値４６を制御部３１に供給する。制御部３１は、指示信号４３ａの他に、供給された電圧値４６に基づいて、直流電圧Ｖ１の調整を指示する指示信号を電圧調整部３２に出力する。この処理は、後述するステップＳ１６でも同様である。
【００５１】
パルス信号生成部３６は、指示信号４３ａに応じて、回転機２００を高出力で駆動させるためのパルス信号５１を、指定トルク値及び指定回転速度値に基づいて生成する（ステップＳ１４）。パルス信号生成部３６は、その生成したパルス信号５１をスイッチング信号生成部３７に供給する。
【００５２】
図７は、パルス信号５１の一例を示す図である。図７において、パルス信号５１と交流電圧Ｖｄ１の１周期との対応を示すために、交流電圧Ｖｄ１を示している。図７に示すように、パルス信号５１の振幅は、Ａ１で一定である。交流電圧Ｖｄ１の１周期あたりにおけるパルス信号５１のパルス幅は、指定トルク値及び指定回転速度値により定まる駆動位置に応じて変化する。
【００５３】
パルス信号生成部３６は、交流電圧Ｖｄ１の電流値４４ａ及び電圧値４４ｂの供給をインバータ３４から受け、回転速度４５の供給を回転機２００から受ける。なお、回転機２００内に設けられたレゾルバ、エンコーダ等のセンサを設けることにより、回転速度４５を検出することができる。あるいは、回転機２００内のインダクタンスや誘起電圧の変化を検出し、検出結果に基づいて回転速度４５を計算してもよい。パルス信号生成部３６は、供給された電流値４４ａ及び電圧値４４ｂに基づいて、回転機２００におけるトルクを算出する。パルス信号生成部３６は、算出したトルク及び回転速度４５に基づいて、出力指令４９で指定された駆動条件で回転機２００が回転するように、パルス信号５１のパルス幅を調整する。この処理は、後述するステップＳ１７でも同様である。
【００５４】
スイッチング信号生成部３７は、パルス信号生成部３６から供給されるパルス信号５１に基づいて、スイッチング信号４１を生成し（ステップＳ１５）、その生成したスイッチング信号４１をインバータ３４に供給する。
【００５５】
インバータ３４は、供給されたスイッチング信号４１に基づいて内部のスイッチング素子のオンオフを切り替えることにより、電圧調整部３２から供給される直流電圧Ｖ１から交流電圧Ｖｄ１を生成する。回転機２００は、生成された交流電圧Ｖｄ１により、高出力で駆動する。
【００５６】
｛２．２．低出力で駆動させる場合（ステップＳ１６〜Ｓ１８）｝
出力判断部３５は、回転機２００を低出力で駆動させることを示す指示信号４３ｂを、電圧調整部３２及びパルス信号生成部３６に供給する（ステップＳ１６）。電圧調整部３２は、供給される指示信号４３ｂに応じて、直流電圧Ｖｃを直流電圧Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）に調整し、その調整した直流電圧Ｖ２をインバータ３４に供給する。
【００５７】
パルス信号生成部３６は、指示信号４３ｂに応じて、ステップＳ１４における方法と同じ方法により、回転機２００を低出力で駆動させるためのパルス信号５２を指定トルク値及び指定回転速度値に基づいて生成する（ステップＳ１７）。パルス信号生成部３６は、その生成したパルス信号５２を、スイッチング信号生成部３７に供給する。
【００５８】
図８は、パルス信号５２の一例を示す図である。また、図８において、図７と同様の理由により交流電圧Ｖｄ２を示している。図８に示すように、パルス信号５２の振幅は、Ａ２で一定である。振幅Ａ２は振幅Ａ１よりも小さい。また、交流電圧Ｖｄ２の１周期あたりにおけるパルス信号５２のパルス幅は、指定トルク値及び指定回転速度値により定まる駆動位置により変化する。
【００５９】
スイッチング信号生成部３７は、パルス信号生成部３６から供給されるパルス信号５２に基づいて、スイッチング信号４２を生成し（ステップＳ１８）、その生成したスイッチング信号４２をインバータ３４に供給する。
【００６０】
インバータ３４は、供給されたスイッチング信号４２に基づいて内部のスイッチング素子のオンオフを切り替えることにより、電圧調整部３２から供給される直流電圧Ｖ２から交流電圧Ｖｄ２を生成する。回転機２００は、生成された交流電圧Ｖｄ２により、低出力で駆動する。
【００６１】
ステップＳ１５又はＳ１８の後に、制御部３１は、ステップＳ１１に戻り、新たな出力指令４９に基づいて、図６に示す処理を繰り返す。
【００６２】
｛３．損失の抑制｝
回転機制御装置３を用いることにより、回転機２００の低出力駆動時における損失の増加を抑制することができる。以下、その理由を説明する。
【００６３】
最初に、図９を参照しながら、回転機２００で発生する損失について説明する。図９は、回転機２００を回転機制御装置３により高出力で駆動させた場合における、回転機２００のＢ−Ｈカーブの一例を示すグラフである。図９に示すように、複数のマイナーループ６１ｂが、ヒステリシスループ６１ａ上に存在している。なお、図９において、一部のマイナーループ６１ｂの符号の表示を省略している。
【００６４】
ヒステリシスループ６１ａは、交流電圧Ｖｄ１が理想的な正弦波である場合に描かれる。この場合、マイナーループ６１ｂは発生しない。ヒステリシスループ６１ａの面積は、回転機２００が交流電圧Ｖｄ１により駆動する場合に発生する磁気エネルギーであり、回転機２００で発生する熱エネルギーに相当する。
【００６５】
マイナーループ６１ｂは、交流電圧Ｖｄ１が高周波成分を含む場合に、ヒステリシスループ６１ａ上に発生する。交流電圧Ｖｄ１は、インバータ３４内のスイッチング素子のオンオフを切り替えることにより直流電圧Ｖｃから生成される。従って、交流電圧Ｖｄ１は、実際には理想的な正弦波とならず、高周波成分を含む。
【００６６】
高周波成分は、回転機２００で発生する渦電流損の原因となる。高周波成分が大きくなるにつれて、渦電流損も大きくなる。このため、交流電圧Ｖｄ１に含まれる高周波成分は少ない方が望ましい。
【００６７】
次に、回転機２００が高出力で駆動するときのＢ−Ｈカーブ（図９）を、低出力で駆動するときのＢ−Ｈカーブと比較する。図１０は、回転機２００を回転機制御装置３により低出力で駆動させた場合における、回転機２００のＢ−Ｈカーブの一例を示すグラフである。
【００６８】
図１０においても、マイナーループ６１ｂが、ヒステリシスループ６１ａ上に発生している。しかし、図１０に示すマイナーループ６１ｂのサイズは、図９に示すＢ−Ｈカーブと比較して大きく変化していない。つまり、回転機制御装置３を用いることにより、回転機２００が低出力で駆動する場合であっても、渦電流損が増加してないことが分かる。
【００６９】
図１１は、従来のＰＷＭ方式により回転機２００を低出力で駆動させた場合におけるパルス信号５３を示す図である。図１２は、パルス信号５３を使用して回転機２００を駆動させたときのＢ−Ｈカーブである。
【００７０】
図１１において、パルス信号５３の振幅をＡ１としている。１周期あたりのパルス信号５３の数は、１周期あたりのパルス信号５１の数と同じである。図１２に示すヒステリシスループ６１ａは、図９、図１０に示すヒステリシスループ６１ａと同一である。従来のＰＷＭ方式では、回転機２００の出力に関係なく振幅が一定である。従って、回転機２００を低出力で駆動させるためには、パルス信号５３のパルス幅を小さくする必要がある。パルス信号５３のパルス幅が小さくなるにつれて、パルス信号５３に含まれる高周波成分が増加する。この結果、図１２に示すように、ヒステリシスループ６１ａ上に現れるマイナーループ６１ｂのサイズは、パルス信号５３のパルス幅が小さくなるにつれて逆に大きくなる。
【００７１】
従って、従来のＰＷＭ方式により回転機２００を駆動した場合、低出力で駆動するときの渦電流損が増加する。
【００７２】
これに対して、回転機制御装置３を使用した場合、低出力駆動時におけるマイナーループ６１ｂのサイズの増加を抑制することができる。上述のように、パルス信号５２のパルス幅は、パルス信号５１のパルス幅よりも大きいため、交流電圧Ｖｄ２に含まれる高周波成分が抑制される。また、直流電圧Ｖ２が直流電圧Ｖ１よりも小さいため、交流電圧Ｖｄ２の最大振幅は、Ｖ２であり、交流電圧Ｖｄ１の最大振幅（Ｖ１）よりも小さい。この結果、交流電圧Ｖｄ２に含まれる高周波成分の振幅が抑制される。これらの要因により、マイナーループ６１ｂのサイズが抑制されるため、低出力で駆動するときの損失の増加を抑制することができる。
【００７３】
また、回転機制御装置３を使用することにより、回転機２００が低出力で駆動するときの応答性を向上させることができる。従来のＰＡＭ方式において、低出力で駆動させるためにパルス信号の振幅を低下させた場合、回転機２００に流れる電流が増加し、応答性が低下するという問題が生じる。本実施の形態において、電圧調整部３２は、回転機２００を低出力で駆動させるときに、高出力で駆動させる際に用いられる直流電圧Ｖ１よりも小さい直流電圧Ｖ２をインバータ３４に供給する。しかし、パルス信号５２のパルス幅をパルス信号５１のパルス幅よりも大きくすることにより、交流電圧Ｖｄ２を大きくすることができる。この結果、回転機制御装置３は、低出力駆動時における電流容量を、従来のＰＡＭ方式よりも小さくすることができる。従って、回転機制御装置３は、回転機２００が低出力で駆動する場合における応答性を向上させることができる。
【００７４】
以上説明したように、回転機制御装置３は、回転機２００を低出力で駆動させる場合に用いられるパルス信号５２のパルス幅を、高出力で駆動させる場合に用いられるパルス信号５１のパルス幅よりも大きくする。さらに、回転機制御装置３は、パルス信号５２の振幅をパルス信号５１の振幅よりも小さくする。パルス信号５２のパルス幅及び振幅を上記のように制御することにより、回転機２００を低出力で駆動させるときの損失の増加を抑制することができる。このため、パルス信号５１の面積の合計値とパルス信号５２の面積の合計値とは、必ずしも一致していなくてもよい。
【００７５】
｛４．関係図５の変形例｝
上記の実施の形態では、回転機２００が低出力で駆動することを示す領域５６と高出力で駆動することを示す領域５７との境界線５５が、回転機２００の定格出力により定まる例を説明した。しかし、境界線５５は、これに限られず、低出力で駆動することを示す領域５６と高出力で駆動することを示す領域５７とを区分するものであればよい。
【００７６】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、関係図５における境界線の変形例を示す図である。図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、境界線５５ａ及び５５ｂを一点鎖線で示す。領域５６及び５７は、境界線５５ａにより区分されてもよいし、境界線５５ｂにより区分されてもよい。領域５６は、境界線５５ａ又は５５ｂよりも下側の領域であり、領域５７は、境界線５５ａ又は５５ｂよりも上側の領域である。
【００７７】
図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、境界線５５、５５ａ、及び５５ｂの位置関係を示すために、境界線５５を示している。境界線５５ａの変曲点Ｆａは、境界線５５上に存在する。境界線５５ａ及び５５ｂは、境界線５５ｂにおける変曲点Ｆｂの回転速度Ｘｂよりも大きい領域で一致する。
【００７８】
上記実施の形態では、回転機２００の駆動状態を、指定トルク値及び指定回転速度値に基づいて２段階（低出力、高出力）に区分する例を説明したが、これに限らない。図１４Ａ〜図１４Ｄに示すように、回転機２００の駆動状態を４段階に区分してもよい。
【００７９】
回転機２００の駆動状態は、領域７１〜７４のいずれかに分類される。図１４Ａ〜１４Ｄにおいて、領域７１及び７４をハッチングで示し、領域７２及び７３を無地で示す。図１４Ａにおいて、領域７１〜７４は、境界線５５ａ及び５９ａによって区分される。図１４Ｂにおいて、領域７１〜７４は、境界線５５ａ及び５９ｂによって区分される。図１４Ｃにおいて、領域７１〜７４は、境界線５５ｂ及び５９ａによって区分される。図１４Ｄにおいて、領域７１〜７４は、境界線５５ｂ及び５９ｂによって区分される。
【００８０】
境界線５９ａ及び５９ｂは、関係図５の縦軸に平行な直線であり、境界線５９ａの回転速度値は、境界線５９ｂの回転速度値よりも小さい。
【００８１】
図１５は、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す領域７１〜７４における指定トルク値と指定回転速度値との関係を示す図である。図１５において、トルクが高い／低いは、境界線５５ａ又は５５ｂにより決定される。回転速度が高い／低いは、境界線５９ａ又は５９ｂにより決定される。
【００８２】
領域７１〜７４における回転機２００の駆動状態は、以下の通りである。領域７１は、回転速度が低く、トルクが高い領域である。例えば、回転機２００が動力源として自動車に搭載された場合、領域７１は、停止している自動車が急発進する場合に対応する。領域７２は、回転速度及びトルクがともに低い領域であり、一般道路で自動車が一定速度で走行する場合に対応する。領域７３は、回転速度及びトルクがともに高い領域であり、高速道路を走行中の自動車がさらに加速する場合に対応する。領域７４は、回転速度が高く、トルクが低い領域であり、自動車が高速道路で一定の速度で走行する場合に対応する。
【００８３】
以下、図１４Ａ〜図１４Ｄのいずれか１つの関係図５を用いる場合における制御部３１の動作を説明する。
【００８４】
出力判断部３５は、指定トルク値及び指定回転速度値により定まる駆動位置に基づいて、インバータ４の出力電圧を決定する。具体的には、出力判断部３５は、領域７１〜７４のうち駆動位置が存在する領域を特定し、領域７１〜７４に応じたインバータ４の出力電圧Ｖｒ１〜Ｖｒ４のうち特定した領域に対応する出力電圧を選択する。
【００８５】
パルス信号生成部３６は、出力判断部３５により選択された出力電圧に対応するパルス信号を生成する。つまり、パルス信号生成部３６により生成されるパルス信号の振幅及びパルス幅は、駆動位置が存在する領域に応じて変化する。
【００８６】
電圧調整部３２は、領域７１〜７４に応じたインバータ４の出力電圧Ｖｒ１〜Ｖｒ４に対応する直流電圧を生成する。つまり、インバータ４に供給される直流電圧は、駆動位置が存在する領域に応じて変化する。
【００８７】
このように、回転機２００の駆動状態を４つに区分し、それぞれの駆動状態に応じてパルス信号の振幅及びパルス幅を変化させた場合、上記実施の形態のように駆動状態を２段階で評価するときよりも、パルス信号のパルス幅を比較的大きい状態に保つことができる。その結果、パルス信号に含まれる高周波成分を抑制することができ、回転機２００が低出力で駆動するときの損失の増加を抑制することができる。
【００８８】
つまり、回転機制御装置３は、関係図５を２つ以上の領域に区分し、駆動位置がどの領域に存在するかに応じて、パルス信号の振幅及びパルス幅を変化させればよい。
【００８９】
また、制御部３１は、領域７１〜７４を区分する境界線を変更できるようにしてもよい。具体的には、制御部３１が境界線５５ａ及び５５ｂのいずれか一方を選択し、境界線５９ａ及び５９ｂのいずれか一方を選択する。また、境界線の変更は、各領域７１〜７４の使用頻度に応じて変更すると良い。
【００９０】
制御部３１は、駆動位置が各領域に存在する頻度に応じて、境界線を選択すればよい。例えば、制御部３１が図１４Ａに示す関係図を選択している場合を想定する。駆動位置が領域７２に存在した回数よりも領域７１に存在した回数が極端に大きい場合、制御部３１は、境界線５５ｂを選択して、図１４Ｃに示す関係図５を新たに使用する。これにより、領域７２が広くなるため、駆動位置が領域７２に存在する頻度が高くなる。同様に、制御部３１は、駆動位置が領域７１及び領域７３に存在する頻度に応じて、境界線５９ａ及び５９ｂのいずれかを選択すればよい。
【００９１】
あるいは、境界線は、モータの仕様、電流の最適値(銅損が最小となる電流値)などに応じて選択されてもよい。
【００９２】
｛その他の変形例｝
上記実施の形態では、制御部３１が関係図５として図５に示すグラフを保持する例を説明したが、これに限られない。例えば、制御部３１は、境界線５５を示すデータを保持してもよい。この場合、出力判断部３５は、駆動位置の回転速度を基準にして、駆動位置が境界線５５よりも上に位置するか下に位置するかを判断すればよい。駆動位置が境界線５５より上に位置する場合、出力判断部３５は、回転機２００を高出力で駆動させると判断する。逆に、駆動位置が境界線５５以下に位置する場合、出力判断部３５は、回転機２００を低出力で駆動させると判断する。
【００９３】
あるいは、制御部３１は、領域５６及び５７の各々の範囲を示す範囲データを保持していてもよい。この場合、出力判断部３５は、範囲データを参照して、駆動位置が領域５６及び５７のどちらに含まれるかを判断すればよい。
【００９４】
上記実施の形態では、コンデンサ３３が、電圧調整部３２とインバータ３４との間に設けられる例を説明したが、これに限られない。コンデンサ３３は、コンバータ２と電圧調整部３２との間に設けられてもよい。これにより、直流電圧Ｖｃに含まれるノイズを低減することができる。あるいは、コンデンサ３３は、電圧調整部３２とインバータ３４との間に設けられ、コンデンサ３３は、コンバータ２と電圧調整部３２との間に設けられてもよい。
【００９５】
また、エンジンに取り付けられた回転機を、上記実施の形態で説明した回転機制御装置３を用いて制御してもよい。図１６は、回転機制御装置３の一使用例を示す図である。図１６に示すエンジンユニット５００は、例えば、自動車の動力源として使用され、回転機制御装置３と、回転機２００と、エンジン４００とを備える。
【００９６】
回転機２００は、エンジン４００の回転軸に連結される。回転機２００は、エンジン４００が駆動を開始する際の動力を供給する。また、回転機２００は、エンジン４００の回転軸の回転に応じて発電し、発電した電力を図示しないバッテリと負荷に供給する。なお、回転機２００の回転軸は、エンジン４００の回転軸にギアなどを介して間接的に連結されてもよい。回転機制御装置３は、上記の実施の形態と同様に、回転機２００を制御する。
【００９７】
なお、上記実施の形態で説明した制御部３１は、ＬＳＩなどの半導体装置により個別に１チップ化されても良いし、制御部３１の一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。
【００９８】
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用しても良い。
【００９９】
また、制御部３１の一部または全部は、プログラムにより実現されるものであってもよい。そして、制御部３１の処理の一部または全部は、コンピュータにおいて、中央演算装置（ＣＰＵ）により行われる。また、それぞれの処理を行うためのプログラムは、ハードディスク、ＲＯＭなどの記憶装置に格納されており、ＲＯＭにおいて、あるいはＲＡＭに読み出されて実行される。 
【０１００】
また、上記実施形態の各処理をハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア（ＯＳ（オペレーティングシステム）、ミドルウェア、あるいは、所定のライブラリとともに実現される場合を含む。） により実現してもよい。さらに、ソフトウェアおよびハードウェアの混在処理により実現しても良い。
【０１０１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  交流電源
２  コンバータ
３  回転機制御装置
３１  制御部
３２  電圧調整部
３３  コンデンサ
３４  インバータ
３５  出力判断部
３６  パルス信号生成部
３７  スイッチング信号生成部
１００  駆動装置
２００  モータ・ジェネレータ（回転機）
【図１】
2015070740.tif 000003
【図２】
2015070740.tif 000004
【図３】
2015070740.tif 000005
【図４】
2015070740.tif 000006
【図５】
2015070740.tif 000007
【図６】
2015070740.tif 000008
【図７】
2015070740.tif 000009
【図８】
2015070740.tif 000010
【図９】
2015070740.tif 000011
【図１０】
2015070740.tif 000012
【図１１】
2015070740.tif 000013
【図１２】
2015070740.tif 000014
【図１３Ａ】
2015070740.tif 000015
【図１３Ｂ】
2015070740.tif 000016
【図１４Ａ】
2015070740.tif 000017
【図１４Ｂ】
2015070740.tif 000018
【図１４Ｃ】
2015070740.tif 000019
【図１４Ｄ】
2015070740.tif 000020
【図１５】
2015070740.tif 000021
【図１６】
2015070740.tif 000022