(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ組（ｍは２以上の自然数）のｎ相の電機子巻線（ｎは２以上の自然数）を有する交流回転機を、ｍ組のインバータを介して制御する交流回転機の制御装置であって、
各組の前記インバータに供給される直流電圧を検出する電圧検出部と、
各組の前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフすることにより、各組の各相の前記電機子巻線に電圧を印加する電圧印加部と、
前記インバータに供給される直流電圧が、過電圧判定閾値以上になったか否かを判定する過電圧判定部と、を備え、
前記電圧印加部は、前記直流電圧が前記過電圧判定閾値以上になったと判定された場合に、各組のｎ相の前記電機子巻線により出力される各組のトルクが、組間で互いに弱め合うと共に、電力を消費するように、各組の電流指令を設定し、各組について、前記電流指令に基づいて、前記複数のスイッチング素子をオンオフする過電圧時制御を実行する交流回転機の制御装置。
【請求項２】
前記電圧印加部は、界磁の磁束方向に定めたｄ軸、及び前記ｄ軸より電気角でπ／２進んだ方向に定めたｑ軸からなる座標系をｄｑ軸座標系とし、
各組について、ｎ相の前記電機子巻線に流す電流指令を、前記ｄｑ軸座標系で表したｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を設定し、
前記過電圧時制御において、各組の前記ｑ軸電流指令が、２組以上についてゼロ以外になると共に、全ての組の前記ｑ軸電流指令を合計した場合に、各組の前記ｑ軸電流指令が互いに弱め合うように、各組の前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を設定する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項３】
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、全ての組の前記ｑ軸電流指令を合計した合計ｑ軸電流指令がゼロになるように、各組の前記ｑ軸電流指令を設定する請求項２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項４】
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、前記ｑ軸電流指令がゼロ以外に設定された組について、前記ｄ軸電流指令を同等に設定する請求項２又は３に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項５】
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、全ての組のトルクを合計した合計トルクがゼロになるように、各組の前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を設定する請求項２から４のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項６】
ｍ組は２組であり、
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、第１組の前記ｑ軸電流指令と第２組の前記ｑ軸電流指令とを、絶対値が同等であり、正負が反転した値に設定し、第１組の前記ｄ軸電流指令と第２組の前記ｄ軸電流指令とを、同等の値に設定する請求項２から４のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項７】
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、前記ｑ軸電流指令がゼロ以外に設定された組について、前記ｄ軸電流指令を合計した場合に、各組の前記ｄ軸電流指令が互いに弱め合うように、各組の前記ｄ軸電流指令を設定する請求項２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項８】
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、前記ｑ軸電流指令がゼロ以外に設定された組について、前記ｄ軸電流指令を合計した合計ｄ軸電流指令がゼロになるように、各組の前記ｄ軸電流指令を設定する請求項２又は７に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項９】
ｍ組は２組であり、
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、第１組の前記ｑ軸電流指令と第２組の前記ｑ軸電流指令とを、絶対値が同等であり、正負が反転した値に設定し、第１組の前記ｄ軸電流指令と第２組の前記ｄ軸電流指令とを、絶対値が同等であり、正負が反転した値に設定する請求項７に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、ｎ相の前記電機子巻線に流す電流指令を、各組について合成した合成電流ベクトルの絶対値が一定値になるように、各組の前記電流指令を設定する請求項２から９のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１１】
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、各組の前記ｄ軸電流指令及び前記ｑ軸電流指令を一定値に設定する請求項２から１０のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記電圧印加部は、前記直流電圧が前記過電圧判定閾値以上になったと判定された場合であって、前記交流回転機の回転角速度が、切替閾値よりも小さい場合に、前記過電圧時制御を実行し、前記交流回転機の回転角速度が、前記切替閾値以上である場合に、各組について、各相の前記電機子巻線に等しい電圧を印加する等電圧印加制御を実行する請求項１から１１のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１３】
前記切替閾値は、前記等電圧印加制御の実行時のトルクが、許容できる負トルクの絶対値の最大値に一致するときの回転角速度に設定されている請求項１２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１４】
前記電圧印加部は、前記直流電圧が前記過電圧判定閾値以上になったと判定された場合であって、前記交流回転機の回転角速度が、切替閾値よりも小さい場合に、前記過電圧時制御を実行し、前記交流回転機の回転角速度が、前記切替閾値以上である場合に、ｎ相の前記電機子巻線に印加する電圧を、各組について合成した合成電圧ベクトルが、２組以上についてゼロ以外になると共に、全ての組の前記合成電圧ベクトルを合計した場合に、各組の前記合成電圧ベクトルが互いに弱め合うように、一定値の各組の電圧指令を設定し、各組について、前記電圧指令に基づいて、前記複数のスイッチング素子をオンオフする一定電圧指令制御を実行する請求項１から１１のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１５】
前記電圧印加部は、前記過電圧時制御において、全ての組のトルクを合計した合計トルクの平均値が、ゼロ以下になるように、各組の前記電流指令を設定する請求項１から１４のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１６】
前記交流回転機は、界磁巻線を有し、
前記電圧印加部は、前記界磁巻線に電圧を印加し、
前記過電圧時制御の実行時は、前記過電圧時制御の不実行時よりも、前記界磁巻線の印加電圧を増加させる請求項１から１５のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１７】
前記交流回転機は、突極性が無い請求項１から１６のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１８】
前記交流回転機は、車両用の発電電動機である請求項１から１７のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、交流回転機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のモータ駆動装置は、基本波に対して５次および７次の高調波成分を重畳させた台形状の電圧または電流によって、各巻線組で生じる６次のトルクリプルを、巻線組間の位相差によって打ち消し合い、モータ駆動装置のトルクリプルを低減している。
【０００３】
特許文献２のインバータのフェールセーフ装置は、過電圧検出回路によって過電圧を検出した場合に、３相短絡を行うように構成されている。３相短絡では、正極側のスイッチング素子が全てオンにされ、且つ、負極側のスイッチング素子が全てオフにされる、又は、正極側のスイッチング素子が全てオフにされ、且つ負極側のスイッチング素子が全てオンにされる。この３相短絡により、各相の巻線の端子が相互に短絡され、直流電源から各相の巻線に電圧が印加されなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１２１１８９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９８５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、ｍ組の巻線によって６次のトルクリプルを相殺できるように、巻線組間の位相差を、巻線組の組数の１を除いた約数で６０ｄｅｇを除した値としており、位相差が他の値である場合には、トルクリプルの相殺効果を得ることはできない。
【０００６】
特許文献２では、３相短絡による銅損によって電力を消費して直流電源電圧を低下させているが、１組の巻線を備えている場合しか考慮されていない。
【０００７】
なお、例えば、交流回転機が発電しており、発電電力が、直流電源、及び直流電源に接続された各種の電気負荷に供給されている状態で、電気負荷の消費電力が急減すると、交流回転機の発電電力が、直流電源及び電気負荷に吸収されず、余剰になり、直流電圧が定格電圧よりも上昇する。或いは、他の何らかの要因により、直流電圧が上昇する場合がある。直流電圧が上昇し過ぎると、電気負荷に悪影響を与える可能性がある。そのため、直流電圧が過電圧状態になった場合は、早急に直流電圧を低下させることが望まれる。
【０００８】
そこで、複数組の電機子巻線を備えている場合において、複数組の電機子巻線を利用して、３相短絡を行う場合と比較して、トルクの増加を抑制しつつ、銅損を増加させて、過電圧となった直流電圧の低下速度を増加させることができる交流回転機の制御装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願に係る交流回転機の制御装置は、ｍ組（ｍは２以上の自然数）のｎ相の電機子巻線（ｎは２以上の自然数）を有する交流回転機を、ｍ組のインバータを介して制御する交流回転機の制御装置であって、
各組の前記インバータに供給される直流電圧を検出する電圧検出部と、
各組の前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフすることにより、各組の各相の前記電機子巻線に電圧を印加する電圧印加部と、
前記インバータに供給される直流電圧が、過電圧判定閾値以上になったか否かを判定する過電圧判定部と、を備え、
前記電圧印加部は、前記直流電圧が前記過電圧判定閾値以上になったと判定された場合に、各組のｎ相の前記電機子巻線により出力される各組のトルクが、組間で互いに弱め合うと共に、電力を消費するように、各組の前記電流指令を設定し、各組について、前記電流指令に基づいて、前記複数のスイッチング素子をオンオフする過電圧時制御を実行するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願に係る交流回転機の制御装置によれば、各組の電機子巻線の銅損を合計した合計銅損は、各組の電流ベクトルの大きさに応じて増加させることができる。各組の電流ベクトルの大きさを増加させるために、各組のトルクが増加しても、各組のトルクが互いに弱め合うように、各組の電流指令が設定されるので、各組のトルクを合計した合計トルクの増加を抑制することができる。また、３相短絡の場合のように、低回転速度領域において、合計トルクの大きさが増加することはなく、合計銅損が減少することもない。よって、３相短絡と比較して、合計トルクの増加を抑制しつつ、合計銅損を増加させることができ、過電圧となった直流電圧の低下速度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る第１組の３相電機子巻線及び第２組の３相電機子巻線の位相を示す模式図である。
【図３】実施の形態１に係る車両用の発電電動機とされた交流回転機の模式図である。
【図４】実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の概略ブロック図である。
【図５】実施の形態１に係る交流回転機の制御装置のハードウェア構成図である。
【図６】実施の形態１に係る３相短絡の場合の、回転角速度の変化に対する合計トルク及び合計銅損の変化を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る過電圧時制御の第１方法の各組の合成電流ベクトルの設定を示す模式図である。
【図８】実施の形態１に係る過電圧時制御の第１方法の場合の、回転角速度の変化に対する合計トルク及び合計銅損の変化を示す図である。
【図９】実施の形態１に係る過電圧時制御の第２方法の各組の合成電流ベクトルの設定を示す模式図である。
【図１０】実施の形態１に係る過電圧時制御の第２方法の場合の、回転角速度の変化に対する合計トルク及び合計銅損の変化を示す図である。
【図１１】実施の形態２に係る回転角速度の変化に対する合計トルク及び合計銅損の変化を示す図である。
【図１２】実施の形態３に係る一定電圧指令制御の第１方法の各組の合成電圧ベクトルの設定を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転機の制御装置１（以下、単に、制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転機１０及び制御装置１の概略構成図である。
【００１３】
１−１．交流回転機
交流回転機１０は、ステータ１８と、ステータ１８の径方向内側に配置されたロータ１４と、を備えている。交流回転機１０は、界磁巻線型の同期回転機とされている。１つのステータ１８に、ｍ組（ｍは２以上の自然数）のｎ相の電機子巻線（ｎは２以上の自然数）が巻装されている。ロータ１４に界磁巻線２５が巻装され、電磁石が設けられている。
【００１４】
本実施の形態では、ｍ組は２組であり、ｎ相は、３相である。交流回転機１０は、第１組のＵ１相、Ｖ１相、及びＷ１相の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１と、第２組のＵ２相、Ｖ２相、及びＷ２相の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２と、を有している。各組の３相の電機子巻線は、図１に示すように、スター結線とされてもよいし、デルタ結線とされてもよい。
【００１５】
図２に模式図を示すように、第１組のＵ１相巻線Ｃｕ１、Ｖ１相巻線Ｃｖ１、Ｗ１相巻線Ｃｗ１は、順番に位相が電気角で２π／３（１２０ｄｅｇ）ずつずれている。第２組のＵ２相巻線Ｃｕ２、Ｖ２相巻線Ｃｖ２、Ｗ２相巻線Ｃｗ２は、順番に位相が電気角で２π／３（１２０ｄｅｇ）ずつずれている。
【００１６】
本実施の形態では、第１組の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１と、第２組の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２との間には、位相差がない。第１組のＵ１相巻線Ｃｕ１と第２組のＵ２相巻線Ｃｕ２との間には位相差がなく、第１組のＶ１相巻線Ｃｖ１と第２組のＶ２相巻線Ｃｖ２との間には位相差がなく、第１組のＷ１相巻線Ｃｗ１と第２組のＷ２相巻線Ｃｗ２との間には位相差がない。電気角は、ロータ１４の機械角に、磁石の極対数を乗算した角度になる。以下の理論式では、簡略化のため、極体数は１に設定されている。
【００１７】
ロータ１４には、ロータ１４の回転角度（磁極位置）を検出する角度センサ１５が設けられている。角度センサ１５の出力信号は、制御装置１に入力される。角度センサ１５には、各種のセンサが用いられる。例えば、角度センサ１５には、レゾルバ、ホール素子、ＴＭＲ素子、又はＧＭＲ素子などの位置検出器、電磁式、磁電式、又は光電式などの回転検出器が用いられる。
【００１８】
＜車両用の発電電動機＞
本実施の形態では、交流回転機１０は、車両用の発電電動機とされている。交流回転機１０のロータ１４の回転軸は、連結機構を介して内燃機関５４に連結される。また、交流回転機１０の回転軸は、連結機構を介して車輪５２に連結される。例えば、図３に示すように、交流回転機１０の回転軸は、プーリ及びベルト機構５３を介して、内燃機関５４のクランク軸に連結されている。交流回転機１０の回転軸は、内燃機関５４及び変速装置５５を介して車輪５２に連結される。
【００１９】
１−２．インバータ
ｍ組の電機子巻線に対応して、ｍ組のインバータが備えられている。本実施の形態では、直流電源１６の直流電力と第１組の電機子巻線に供給する交流電力とを変換する第１組のインバータ２１と、直流電源１６の直流電力と第２組の電機子巻線に供給する交流電力とを変換する第２組のインバータ２２と、が備えられている。
【００２０】
第１組のインバータ２１及び第２組のインバータ２２は、それぞれ、直流電源１６の正極側に接続される正極側のスイッチング素子２３と、直流電源１６の負極側に接続される負極側のスイッチング素子２４と、が直列接続された直列回路を、３相各相の電機子巻線に対応して３セット設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の電機子巻線に接続される。
【００２１】
スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置１に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置１から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。
【００２２】
直流電源１６は、第１組及び第２組のインバータ２１、２２に直流電圧Ｖｄｃを出力する。直流電源１６として、バッテリー、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等、直流電圧を出力する任意の機器が用いられる。直流電源１６には、平滑コンデンサ１９が並列接続されている。直流電圧Ｖｄｃを検出するための電圧センサ１７が備えられている。電圧センサ１７の出力信号は、制御装置１に入力される。
【００２３】
第１組及び第２組のインバータ２１、２２は、それぞれ、各相の電機子巻線に流れる電流を検出するための電流センサ１３を備えている。本実施の形態では、電流センサ１３は、各相のスイッチング素子の直列回路に直列接続されたシャント抵抗とされている。各シャント抵抗の両端電位差が、制御装置１に入力される。例えば、各シャント抵抗は、負極側のスイッチング素子の負極側に直列接続される。なお、電流センサ１３は、各相のスイッチング素子の直列回路と電機子巻線とをつなぐ電線上に備えられたホール素子等とされてもよい。
【００２４】
本実施の形態では、界磁巻線２５への直流電力の供給を制御する界磁巻線用のスイッチング素子２６が備えられている。界磁巻線用のスイッチング素子２６は、直流電源１６と界磁巻線２５とを接続する電線上に設けられている。界磁巻線用のスイッチング素子２６は、制御装置１から出力される界磁巻線用のスイッチング信号によりオン又はオフされる。ここでは１つのスイッチング素子で示しているが、Hブリッジとしてもよい。
【００２５】
１−３．制御装置１
制御装置１は、第１組及び第２組のインバータ２１、２２を介して、交流回転機１０を制御する。制御装置１は、図４に示すように、回転検出部３１、電圧検出部３２、電流検出部３３、過電圧判定部３４、及び電圧印加部３５等の制御部を備えている。制御装置１の各機能は、制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１は、図５に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３、及び外部装置とデータ通信を行う通信装置９４等を備えている。
【００２６】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、及び演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、角度センサ１５、電圧センサ１７、電流センサ１３等の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、第１組のインバータ２１及び第２組のインバータ２２のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。通信装置９４は、車両統合制御装置２７等の外部装置と通信を行う。
【００２７】
そして、制御装置１が備える各制御部３１〜３５等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１〜３５等が用いる過電圧判定閾値、電流指令等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１の各機能について詳細に説明する。
【００２８】
＜各検出部＞
回転検出部３１は、ロータ１４の電気角での回転角度θ（磁極位置θ）、及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、角度センサ１５の出力信号に基づいて、電気角での回転角度θ（磁極位置θ）及び回転角速度ωを検出する。なお、回転検出部３１は、電流指令に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、角度センサを用いずに、回転角度θ（磁極位置θ）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。
【００２９】
電圧検出部３２は、直流電源１６から各組のインバータに供給される直流電圧Ｖｄｃを検出する。本実施の形態では、電圧検出部３２は、電圧センサ１７の出力信号に基づいて、直流電圧Ｖｄｃを検出する。
【００３０】
電流検出部３３は、各組の各相の電機子巻線に流れる電流を検出する。電流検出部３３は、電流センサ１３の出力信号に基づいて、各組の各相の電機子巻線に流れる電流を検出する。
【００３１】
１−３−１．電圧印加部、及び過電圧判定部
電圧印加部３５は、各組のインバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフすることにより、各組の各相の電機子巻線に電圧を印加する。本実施の形態では、電圧印加部３５は、通常時電圧印加部３５１、及び過電圧時電圧印加部３５２を備えている。
【００３２】
１−３−１−１．通常時の電圧印加
後述する過電圧判定部３４により直流電圧Ｖｄｃが過電圧状態になっていないと判定されている場合は、通常時電圧印加部３５１は、各組について、通常時制御を実行する。本実施の形態では、通常時電圧印加部３５１は、通常時の各相の電機子巻線に印加する電圧指令を算出する。具体的には、通常時電圧印加部３５１は、第１組について、３相の電圧指令Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を算出し、第２組について、３相の電圧指令Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２を算出する。例えば、通常時電圧印加部３５１は、公知のベクトル制御又はＶ／ｆ制御を用いて、各組の３相の電圧指令を算出する。
【００３３】
ベクトル制御を用いる場合は、通常時電圧印加部３５１は、各組について、車両統合制御装置２７等から伝達されたトルク指令に基づいて、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を算出する。通常時電圧印加部３５１は、各組について、磁極位置に基づいて、３相の電流検出値をｄｑ軸座標系上のｄ軸の電流検出値及びｑ軸の電流検出値に座標変換し、ｄｑ軸座標系上で、ｄ軸の電流検出値及びｑ軸の電流検出値がｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に近づくように、ＰＩ制御等によりｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を変化させる電流フィードバック制御を実行する。なお、通常時電圧印加部３５１は、各組について、電流検出値を用いず、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に基づいて、交流回転機の諸元を用い、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を変化させるフィードフォワード制御を実行してもよい。そして、通常時電圧印加部３５１は、各組について、磁極位置に基づいて、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を、３相の電圧指令に座標変換する。通常時電圧印加部３５１は、３相の電圧指令に対して、空間ベクトル変調、２相変調等の線間電圧が変化しないような変調を加えてもよい。
【００３４】
ｄｑ軸座標系は、界磁の磁束方向に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角でπ／２進んだ方向に定めたｑ軸からなる座標系である。本実施の形態では、界磁の磁束方向は、ロータ１４に設けられた磁石のＮ極の向きとされている。第１組の磁極位置は、第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１を基準としたｄ軸の進み角とされ、第２組の磁極位置は、第２組のＵ２相の電機子巻線Ｃｕ２を基準としたｄ軸の進み角とされている。本実施の形態では、第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１と第２組のＵ２相の電機子巻線Ｃｕ２との間には位相差がないので、第１組の磁極位置と第２組の磁極位置とは同じになる。
【００３５】
Ｖ／ｆ制御を用いる場合は、通常時電圧印加部３５１は、各組について、車両統合制御装置２７等から伝達された交流回転機の回転周波数指令ｆに基づいて、電圧指令の振幅Ｖを決定する。そして、通常時電圧印加部３５１は、各組について、電圧指令の振幅Ｖ、及び回転周波数指令ｆを積分した位相に基づいて、３相の電圧指令を算出する。
【００３６】
通常時電圧印加部３５１は、各組について、３相の電圧指令に基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により複数のスイッチング素子をオンオフする。通常時電圧印加部３５１は、各組について、３相の電圧指令のそれぞれとキャリア波とを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。キャリア波は、直流電圧Ｖｄｃの振幅、すなわち＋Ｖｄｃ／２から−Ｖｄｃ／２の間を、キャリア周波数で振動する三角波とされている。通常時電圧印加部３５１は、電圧指令がキャリア波を上回った場合は、スイッチング信号をオンし、電圧指令がキャリア波を下回った場合は、スイッチング信号をオフする。正極側のスイッチング素子２３には、スイッチング信号がそのまま伝達され、負極側のスイッチング素子２４には、スイッチング信号を反転させたスイッチング信号が伝達される。各スイッチング信号は、ゲート駆動回路を介して、第１組及び第２組のインバータ２１、２２の各スイッチング素子のゲート端子に入力され、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。
【００３７】
＜界磁巻線の電圧印加＞
通常時電圧印加部３５１は、通常時制御の実行時に、界磁巻線２５に電圧を印加する。例えば、通常時電圧印加部３５１は、通常時制御用のオンデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、界磁巻線用のスイッチング信号として出力する。通常時制御用のオンデューティ比は、ロータの回転角速度等の運転状態に応じて変化されてもよい。界磁巻線用のスイッチング信号は、ゲート駆動回路を介して、界磁巻線用のスイッチング素子２６のゲート端子に入力され、界磁巻線用のスイッチング素子２６をオン又はオフさせる。
【００３８】
１−３−１−２．過電圧時の電圧印加
１−３−１−２−１．過電圧の課題
交流回転機１０が発電しており、発電電力が、直流電源１６、及び直流電源１６に接続された各種の電気負荷に供給されている状態で、電気負荷の消費電力が急減すると、交流回転機１０の発電電力が、直流電源１６及び電気負荷に吸収されず、余剰になり、直流電圧Ｖｄｃが定格電圧よりも上昇する。直流電圧Ｖｄｃが上昇し過ぎると、電気負荷に悪影響を与える可能性がある。そのため、直流電圧Ｖｄｃが過電圧状態になった場合は、早急に直流電圧Ｖｄｃを低下させることが望まれる。
【００３９】
そこで、直流電圧Ｖｄｃが上昇し過ぎた場合に、交流回転機１０の発電を停止すればよいが、発電を停止するだけでは、直流電圧Ｖｄｃを急速に低下させることはできない場合がある。そのため、交流回転機１０に余剰電力を消費させることで、直流電圧Ｖｄｃを早急に低下させることが考えられる。
【００４０】
１−３−１−２−２．過電圧判定
過電圧判定部３４は、直流電圧Ｖｄｃが、過電圧判定閾値以上になったか否かを判定する。過電圧判定閾値は、直流電源１６の定格電圧よりも大きい電圧に予め設定されている。
【００４１】
１−３−１−２−３．過電圧時制御
電圧印加部３５は、過電圧判定部３４により直流電圧Ｖｄｃが過電圧判定閾値以上になったと判定された場合に、過電圧時制御を実行するように構成されている。以下で、過電圧時制御について詳細に説明する。
【００４２】
＜各理論式＞
２組の３相電機子巻線を有する場合の、ｄｑ軸座標系上の電圧方程式は、次式で表せる。
【数１】
0006795268.tif 000002
【００４３】
ここで、Ｖｄ１、Ｖｑ１は、第１組の３相電機子巻線に印加される電圧をｄｑ軸座標系で表したｄ軸電圧及びｑ軸電圧であり、Ｖｄ２、Ｖｑ２は、第２組の３相電機子巻線に印加される電圧をｄｑ軸座標系で表したｄ軸電圧及びｑ軸電圧である。Ｉｄ１、Ｉｑ１は、第１組の３相電機子巻線に流れる電流をｄｑ軸座標系で表したｄ軸電流及びｑ軸電流であり、Ｉｄ２、Ｉｑ２は、第２組の３相電機子巻線に流れる電流をｄｑ軸座標系で表したｄ軸電流及びｑ軸電流である。Ｒは、電機子巻線の抵抗であり、Ｌｄは、各組のｄ軸の自己インダクタンスであり、Ｌｑは、各組のｑ軸の自己インダクタンスである。ωは、ロータの電気角での回転角速度である。ψは、磁石の鎖交磁束であり、ｐは、微分演算子である。なお、本実施の形態では、各組の電機子巻線が、同等のインダクタンス、抵抗を有している。また、式（１）では、単純化のため、組間のｄ軸及びｑ軸の相互インダクタンスを考慮していないが、考慮しても、以下の式導出において同様の結果が得られる。
【００４４】
定常状態においては、式（１）の微分演算子ｐの項がゼロになり、式（１）は、式（２）のようになる。
【数２】
0006795268.tif 000003
【００４５】
式（２）を、ｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１、Ｉｄ２、Ｉｑ２について解くと、式（３）が得られる。
【数３】
0006795268.tif 000004
【００４６】
＜３相短絡の場合＞
特許文献２のように、各相の電機子巻線の端子を相互に短絡する３相短絡を行う場合は、各組の各相の電機子巻線の印加電圧はゼロになるので、各組のｄｑ軸電圧は、式（４）となり、各組のｄｑ軸電流は、式（５）となる。
【数４】
0006795268.tif 000005
【数５】
0006795268.tif 000006
【００４７】
第１組の電機子巻線により出力される第１組のトルクＴ１、第２組の電機子巻線により出力される第２組のトルクＴ２は、ｄｑ軸電流を用いて式（６）により算出される。３相短絡の場合の合計トルクＴは、式（６）を合計し、式（５）を代入し、整理すると、式（７）となる。
【数６】
0006795268.tif 000007
【数７】
0006795268.tif 000008
【００４８】
また、第１組及び第２組の電機子巻線の抵抗により生じる合計銅損Ｐｃは、式（８）で与えられる。
【数８】
0006795268.tif 000009
【００４９】
式（７）及び式（８）を、回転角速度ωについて微分すると、式（９）及び式（１０）となる。
【数９】
0006795268.tif 000010
【数１０】
0006795268.tif 000011
【００５０】
図６に、比較例に係る３相短絡の場合について、回転角速度ωと、合計トルク及び合計銅損との関係を示す。式（９）の合計トルクの速度微分値ｄＴ／ｄωは、式（１１）に示す合計トルクの極値回転角速度ω０においてゼロになり、合計トルクＴが極小になり、負トルクの大きさ（絶対値）が最大になる。一方、式（１０）の合計銅損の速度微分値ｄＰｃ／ｄωは、常に正になり、回転角速度ωが増加するに従って、合計銅損Ｐｃは単調増加する。
【数１１】
0006795268.tif 000012
【００５１】
図６に示すように、３相短絡の場合は、極値回転角速度ω０付近の低回転速度領域では合計銅損が小さい割に、負トルクになる合計トルクの大きさが大きい。低回転速度領域では、内燃機関の回転角速度も低いため、負トルクの大きさが大きくなると、内燃機関のエンジンストールを生じる懸念がある。
【００５２】
なお、回転角速度ωが十分に高くなれば、合計トルクは、式（１２）に示すようにゼロに近づき、合計銅損は、式（１３）に示すように、交流回転機の諸元で定まる値に近づく。
【数１２】
0006795268.tif 000013
【数１３】
0006795268.tif 000014
【００５３】
このとき、電流ベクトルの絶対値は、式（５）から、式（１４）に示すように、磁石の磁束ψをｄ軸の自己インダクタンスＬｄで除した値に近づいていく。
【数１４】
0006795268.tif 000015
【００５４】
＜過電圧時制御の第１方法（ｄ軸対称の電流ベクトル設定）の理論説明＞
そこで、低回転速度領域で、３相短絡よりも合計銅損を増加させることができると共に、合計トルクの大きさの増加を抑制することができる方法について理論説明を行う。
【００５５】
第１方法として、図７及び次式に示すように、第１組のトルクと第２組のトルクとが、互いに打ち消し合うように、第１組のｑ軸電流Ｉｑ１と第２組のｑ軸電流Ｉｑ２とを、正負反転値に設定する。また、第１組のｄ軸電流Ｉｄ１と第２組のｄ軸電流Ｉｄ２とを、同じ値に設定する。これにより、第１組の電流ベクトルと第２組の電流ベクトルとが、ｄ軸について対称になっている。
【数１５】
0006795268.tif 000016
【００５６】
式（１５）を、式（６）に代入し、合計トルクＴを求めると、式（１６）に示すように、ゼロになる。また、式（１５）を用いて、合計銅損Ｐｃを求めると、式（１７）に示すように、電流ベクトルの大きさ（絶対値）の２乗に応じた値になる。
【数１６】
0006795268.tif 000017
【数１７】
0006795268.tif 000018
【００５７】
図８に、式（１５）のように設定した場合の、回転角速度ωと、合計トルク及び合計銅損との関係を示す。図６の３相短絡の場合と異なり、回転角速度ωの変化にかかわらず、合計トルクをゼロに維持できており、合計銅損を一定値に維持できている。また、低回転速度領域でも、合計トルクが減少しておらず、合計銅損を高くできている。
【００５８】
図８の例では、図６の３相短絡における回転角速度ωが１０の場合の電流ベクトルの絶対値と、各回転角速度ωにおいて、電流ベクトルの絶対値が等しくなるように、ｄｑ軸電流を流している。３相短絡の場合には、制御により電流を変化させることはできず、式（１４）よりも大きな電流を流すことはできない。一方、式（１５）のようにｄｑ軸電流を設定する方法では、ｄｑ軸電流を変化させることができ、３相短絡の場合よりも、電流ベクトルの絶対値を増加させることにより、合計銅損を増加させることができる。
【００５９】
図７では、第１組のｄ軸電流Ｉｄ１と第２組のｄ軸電流Ｉｄ２とが、正の値に設定されているが、負の値に設定されてもよい。負の値に設定された場合は、負のｄ軸電流による各組の弱め磁束の効果が同等となり、電圧飽和によるｑ軸電流の低下量の差異によって生じる第１組のトルクと第２組のトルクとの差を低減できる。さらに、電流ベクトルの絶対値の２乗に応じて合計銅損が決まるため、電圧飽和領域において、第１組のトルクと第２組のトルクとの正負を反転させ、互いに打ち消し合うように、各組について、公知の弱め磁束制御が実施されてもよい。
【００６０】
＜過電圧時制御の第２方法（原点対称の電流ベクトル設定）の理論説明＞
第２方法として、図９及び次式に示すように、第１組のトルクと第２組のトルクとが、互いに打ち消し合うように、第１組のｑ軸電流Ｉｑ１と第２組のｑ軸電流Ｉｑ２とを、正負反転値に設定する。また、第１組のｄ軸電流Ｉｄ１と第２組のｄ軸電流Ｉｄ２とを、正負反転値に設定する。これにより、第１組の電流ベクトルと第２組の電流ベクトルとが、ｄｑ軸座標系の原点について対称になっている。
【数１８】
0006795268.tif 000019
【００６１】
式（１８）を、式（６）に代入し、合計トルクＴを求めると、式（１９）に示すようになる。リラクタンストルクは残るが、マグネットトルクは相殺されている。一般的な交流回転機の場合、マグネットトルクに比べ、リラクタンストルクは小さいため、合計トルクは大きく低減される。特に、突極性のない交流回転機の場合は、リラクタンストルクは生じないため、合計トルクはゼロになる。また、式（１５）を用いて、合計銅損Ｐｃを求めると、式（２０）の示すように、電流ベクトルの大きさ（絶対値）の２乗に応じた値になる。
【数１９】
0006795268.tif 000020
【数２０】
0006795268.tif 000021
【００６２】
図１０に、式（１８）のように設定した場合の、回転角速度ωと、合計トルク及び合計銅損との関係を示す。図６の３相短絡の場合と異なり、回転角速度ωの変化にかかわらず、合計トルクを一定の負トルクに維持できており、合計銅損を一定値に維持できている。また、低回転速度領域でも、合計トルクが大きく減少しておらず、合計銅損を高くできている。
【００６３】
図１０の例では、図６の３相短絡における回転角速度ωが１０の場合の電流ベクトルの絶対値と、各回転角速度ωにおいて、電流ベクトルの絶対値が等しくなるように、ｄｑ軸電流を流している。３相短絡の場合には、制御により電流を変化させることはできず、式（１４）よりも大きな電流を流すことはできない。一方、式（１８）のようにｄｑ軸電流を設定する方法では、ｄｑ軸電流を変化させることができ、３相短絡の場合よりも、電流ベクトルの絶対値を増加させることにより、合計銅損を増加させることができる。
【００６４】
＜過電圧時制御の構成＞
そこで、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧判定部３４により直流電圧Ｖｄｃが過電圧判定閾値以上になったと判定された場合に、各組のｎ相（本例では、３相）の電機子巻線により出力される各組のトルクが、組間で互いに弱め合うと共に、電力を消費するように、各組の電流指令を設定し、各組について、電流指令に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフする過電圧時制御を実行する。
【００６５】
この構成によれば、各組の電機子巻線の銅損を合計した合計銅損は、各組の電流ベクトルの大きさの２乗に応じて増加させることができる。各組の電流ベクトルの大きさを増加させるために、各組のトルクが増加しても、各組のトルクが互いに弱め合うように、各組の電流指令が設定されるので、各組のトルクを合計した合計トルクの増加を抑制することができる。よって、３相短絡と比較して、合計トルクの増加を抑制しつつ、合計銅損を増加させることができ、過電圧となった直流電圧Ｖｄｃの低下速度を増加させることができる。また、３相短絡の場合のように、低回転速度領域において、合計トルクの大きさが増加することはなく、合計銅損が減少することもない。よって、交流回転機が、車両用の発電電動機とされている場合でも、３相短絡の場合のように、低回転速度領域において、負トルクの大きさが大きくなり、内燃機関のエンジンストールが生じることを抑制できる。
【００６６】
本実施の形態では、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、３相の電機子巻線に流す電流指令を、各組について合成した合成電流ベクトルの絶対値が一定値になるように、各組の電流指令を設定する。この構成によれば、各組の合成電流ベクトルの絶対値が一定値になるように設定されるので、合計トルク及び合計銅損の変動を抑制することができる。
【００６７】
本願において、一定値とは、ロータの電気角での回転角度に応じて周期的に変化しない値であることを意味する。
【００６８】
本実施の形態では、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、３相の電機子巻線に流す電流指令を、ｄｑ軸座標系で表したｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を設定するように構成されている。
【００６９】
そして、通常時電圧印加部３５１と同様に、過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、磁極位置に基づいて、３相の電流検出値をｄｑ軸座標系上のｄ軸の電流検出値及びｑ軸の電流検出値に座標変換し、ｄｑ軸座標系上で、ｄ軸の電流検出値及びｑ軸の電流検出値がｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に近づくように、ＰＩ制御等によりｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を変化させる電流フィードバック制御を実行する。なお、過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、電流検出値を用いず、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令に基づいて、交流回転機の諸元を用い、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を変化させるフィードフォワード制御を実行してもよい。そして、過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、磁極位置に基づいて、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を、３相の電圧指令に座標変換する。過電圧時電圧印加部３５２は、３相の電圧指令に対して、空間ベクトル変調、２相変調等の線間電圧が変化しないような変調を加えてもよい。
【００７０】
過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、各組のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を一定値に設定する。この構成によれば、合計トルク及び合計銅損の変動を抑制することができる。
【００７１】
過電圧時電圧印加部３５２は、各組のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を、ロータの回転角速度ω、直流電圧Ｖｄｃ等の運転状態に応じて変化させてもよい。例えば、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧判定閾値からの直流電圧Ｖｄｃの電圧上昇量が大きくなるに従って、各組のｄｑ軸合成電流ベクトルの大きさが増加するように、各組のｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を変化させてもよい。或いは、過電圧時電圧印加部３５２は、ロータの回転角速度ωに応じて、各組のｄｑ軸合成電流ベクトルの大きさ、及び各組のｄｑ軸合成電流ベクトルのｄ軸に対する位相を変化させてもよい。
【００７２】
過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、各組のｑ軸電流指令が、２組以上についてゼロ以外になると共に、全ての組のｑ軸電流指令を合計した場合に、各組のｑ軸電流指令が互いに弱め合うように、各組のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を設定する。
【００７３】
式（６）に示したように、各組のトルクは、各組のｑ軸電流に比例する。よって、上記のように、各組のｑ軸電流指令が互いに弱め合うように、電流指令が設定されるので、各組のトルクを互いに弱め合うことができ、合計トルクの増加を抑制できる。
【００７４】
特に、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、全ての組のｑ軸電流指令を合計した合計ｑ軸電流指令がゼロになるように、各組のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を設定してもよい。
【００７５】
この構成によれば、合計ｑ軸電流指令をゼロにする簡単な設定で、各組のトルクを互いに弱め合うことができ、合計トルクの増加を抑制できる。
【００７６】
また、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、全ての組のトルクを合計した合計トルクの平均値が、ゼロ以下になるように、各組のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を設定してもよい。
【００７７】
この構成によれば、交流回転機に、車両を減速させる安全サイドの負トルクを発生させることができる。なお、正トルクの出力を許容できる場合は、合計トルクの平均値が、ゼロよりも大きくなってもよい。
【００７８】
＜第１方法（ｄ軸対称の電流ベクトル設定）＞
第１方法を行う場合は、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、ｑ軸電流指令がゼロ以外に設定された組について、ｄ軸電流指令を同等（例えば、同じ）に設定する。
【００７９】
この構成によれば、各組のｄ軸電流指令が同等に設定されるので、式（６）及び式（１６）に示したように、組間でリラクタンストルクを打ち消し合わせることができ、合計トルクをゼロに近づけることができる。
【００８０】
なお、本願において、設定値を「同等」に設定するとは、設定値が相互に±１０％の範囲内にあることを意味するものとする。
【００８１】
過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、全ての組のトルクを合計した合計トルクがゼロになるように、各組のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を設定してもよい。
【００８２】
この構成によれば、合計トルクをゼロにすることができる。また、動作点及び各組に応じて、各インダクタンスが変化するような場合でも、合計トルクが確実にゼロになるように、各組のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を適切に設定できる。
【００８３】
本実施の形態では、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、式（１５）に示したように、第１組のｑ軸電流指令Ｉｑ１と第２組のｑ軸電流指令Ｉｑ２とを、絶対値が同等（例えば、同じ）であり、正負が反転した値に設定し、第１組のｄ軸電流指令Ｉｄ１と第２組のｄ軸電流指令Ｉｄ２とを、同等（例えば、同じ）の値に設定する。
【００８４】
この構成によれば、２組の電機子巻線が設けられる場合に、第１組のトルクと第２組のトルクとが弱め合い、ゼロに近づくように、適切に電流指令を設定することができる。
【００８５】
＜第２方法（原点対称の電流ベクトル設定）＞
第２方法を行う場合は、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、ｑ軸電流指令がゼロ以外に設定された組について、ｄ軸電流指令を合計した場合に、各組のｄ軸電流指令が互いに弱め合うように、各組のｄ軸電流指令を設定する。
【００８６】
ｄ軸電流指令を互いに弱め合うように設定する簡単な設定で、各組のトルクを互いに弱め合うことができ、合計トルクの増加を抑制できる。
【００８７】
特に、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、ｑ軸電流指令がゼロ以外に設定された組について、ｄ軸電流指令を合計した合計ｄ軸電流指令がゼロになるように、各組のｄ軸電流指令を設定してもよい。
【００８８】
合計ｄ軸電流指令がゼロになるように設定する簡単な設定で、各組のトルクを互いに弱め合うことができ、合計トルクの増加を抑制できる。
【００８９】
本実施の形態では、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御において、式（１８）に示したように、第１組のｑ軸電流指令Ｉｑ１と第２組のｑ軸電流指令Ｉｑ２とを、絶対値が同等（例えば、同じ）であり、正負が反転した値に設定し、第１組のｄ軸電流指令Ｉｄ１と第２組のｄ軸電流指令Ｉｄ２とを、絶対値が同等（例えば、同じ）であり、正負が反転した値に設定する。
【００９０】
この構成によれば、第１組のｄｑ軸電流指令と第２組のｄｑ軸電流指令とを、ｄｑ軸座標系の原点に対称に設定する簡単な設定で、第１組のトルクと第２組のトルクとを弱め合わせることができる。
【００９１】
交流回転機の突極性がない場合は、リラクタンストルクがゼロになるため、式（１９）の合計トルクがゼロになる。よって、交流回転機に突極性がないものが用いられてもよい。
【００９２】
＜界磁巻線の電圧印加＞
過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御の実行時に、界磁巻線２５に電圧を印加する。例えば、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御用のオンデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、界磁巻線用のスイッチング信号として出力する。
【００９３】
過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧時制御の実行時は、過電圧時制御の不実行時（本例では、通常時制御の実行時）よりも、界磁巻線の印加電圧を増加させてもよい。本実施の形態では、過電圧時制御用のオンオンデューティ比が、通常時制御用のオンデューティ比よりも大きい値に設定される。
【００９４】
２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る交流回転機１０及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機１０及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、過電圧時に、ロータの回転角速度に応じて、制御を切り替える点が実施の形態１と異なる。
【００９５】
図６に示したように、３相短絡の場合は、低回転速度領域で、負トルク（負値の合計トルク）の大きさ（絶対値）が大きくなるが、回転角速度が増加するに従って、負トルクの大きさは小さくなる。よって、内燃機関の要求、車両の減速時の要求などの外部機関の要求から、負トルクの許容負トルクが定まっている場合は、３相短絡の場合の負トルクの大きさが、負トルクの許容負トルクの大きさよりも小さくなる回転速度領域では、３相短絡を実行してもよい。
【００９６】
例えば、図６において、負トルクの許容負トルクが、−２であるとすると、３相短絡の場合の負トルクが−２になる２．５の回転角速度以上では、３相短絡を実行することができる。
【００９７】
そこで、過電圧時電圧印加部３５２は、直流電圧Ｖｄｃが過電圧判定閾値以上になったと判定された場合であって、交流回転機の回転角速度が、切替閾値よりも小さい場合に、実施の形態１のような過電圧時制御を実行し、交流回転機の回転角速度が、切替閾値以上である場合に、各組について、各相の電機子巻線に等しい電圧を印加する等電圧印加制御を実行する。切替閾値は、等電圧印加制御の実行時の交流回転機のトルクが、許容できる負トルク（許容負トルク）の大きさの最大値に一致するときの回転角速度に予め設定されている。
【００９８】
過電圧時電圧印加部３５２は、等電圧印加制御として、３相短絡制御を実行する。過電圧時電圧印加部３５２は、３相短絡制御の実行時に、各組について、全相の正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子の一方を、オンに固定し、他方をオフに固定する。
【００９９】
或いは、過電圧時電圧印加部３５２は、等電圧印加制御として、式（２１）に示すように、各組について、３相の電圧指令を、−Ｖｄｃ／２よりも大きく、＋Ｖｄｃ／２よりも小さい同じ値に設定してもよい。過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、３相の電圧指令のそれぞれとキャリア波とを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。ここで、Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１は、第１組の３相の電圧指令であり、Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２は、第２組の３相の電圧指令である。
【数２１】
0006795268.tif 000022
【０１００】
図１１に、本実施の形態の場合について、回転角速度ωと、合計トルク及び合計銅損との関係を示す。切替閾値ωｔｈは、２．５付近に設定されている。回転角速度が２．５よりも小さい回転速度領域では、実施の形態１の第２方法の過電圧時制御が実行されており、図６の３相短絡の場合よりも、負値の合計トルクの大きさが小さくなっており、合計トルクが、許容負トルクよりも小さくなることを防止できている。また、過電圧時制御の実行により、図６の３相短絡の場合よりも、合計銅損が大きくなっている。回転角速度が２．５よりも大きい回転速度領域では、３相短絡制御が実行されているが、合計トルクは、−２の許容負トルクよりも大きくなっており、合計銅損も大きくなっている。
【０１０１】
３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る交流回転機１０及び制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機１０及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、過電圧時に、ロータの回転角速度に応じて、制御を切り替える点が実施の形態１と異なる。
【０１０２】
実施の形態１の過電圧時制御では、ロータの回転に同期して回転するｄｑ軸座標系上で電流フィードバック制御を行う。そのため、ロータの回転角速度の周波数が、電流フィードバック制御系のカットオフ周波数よりも高くなると、電流フィードバック制御の追従性が悪化し、過電圧時制御の性能を発揮できなくなる。
【０１０３】
そこで、過電圧時電圧印加部３５２は、直流電圧Ｖｄｃが過電圧判定閾値以上になったと判定された場合であって、交流回転機の回転角速度が、切替閾値よりも小さい場合に、実施の形態１と同様の過電圧時制御を実行する。一方、過電圧時電圧印加部３５２は、直流電圧Ｖｄｃが過電圧判定閾値以上になったと判定された場合であって、交流回転機の回転角速度が、切替閾値以上である場合に、ｎ相（本例では、３相）の電機子巻線に印加する電圧を、各組について合成した合成電圧ベクトルが、２組以上についてゼロ以外になると共に、全ての組の合成電圧ベクトルを合計した場合に、各組の合成電圧ベクトルが互いに弱め合うように、一定値の各組の電圧指令を設定し、各組について、電圧指令に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフする一定電圧指令制御を実行する。
【０１０４】
一定電圧指令制御では、一定値の電圧指令に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフし、各相の電機子巻線を印加するので、回転角速度が高くなっても、電流フィードバック制御系の応答遅れの影響を受けることなく、各電機子巻線に電圧を印加することができ、一定電圧指令制御の性能を発揮することができる。理論説明を後述するように、一定電圧指令制御では、各組の合成電圧ベクトルが互いに弱め合うように、電圧を印加するので、各組の電機子巻線が出力するトルクを、組間で互いに弱め合わせて、合計トルクの増加を抑制することができる。また、合計銅損は、組間で弱められず、各組の合成電圧ベクトル及びトルクの大きさをゼロよりも大きくすることにより、増加させることができる。よって、実施の形態１の過電圧時制御と同様に、３相短絡と比較して、合計トルクの増加を抑制しつつ、合計銅損を増加させることができ、過電圧となった直流電圧Ｖｄｃの低下速度を増加させることができる。
【０１０５】
一定電圧指令制御には、一定電圧指令制御の第１方法と、一定電圧指令制御の第２方法とがあり、以下で説明する。
【０１０６】
３−１．一定電圧指令制御の第１方法
＜一定電圧指令制御の第１方法の理論説明＞
２組の３相電機子巻線を有する場合の、ｄｑ軸座標系上の電圧方程式は、次式で表せる。一定電圧指令制御の理論説明のため、式（２２）では、式（２）と異なり、組間のｄ軸の相互インダクタンスＭｄ、及び組間のｑ軸の相互インダクタンスＭｑが考慮されている。
【数２２】
0006795268.tif 000023
【０１０７】
定常状態においては、式（２２）の微分演算子ｐの項がゼロになり、式（２２）は、式（２３）のようになる。
【数２３】
0006795268.tif 000024
【０１０８】
ここで、図１２及び次式に示すように、第１組のｄｑ軸電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２の合成した第１組のｄｑ軸合成電圧ベクトルＶｄｑ１と、第２組のｄｑ軸電圧Ｖｄ２、Ｖｄ２の合成した第２組のｄｑ軸合成電圧ベクトルＶｄｑ２とを、互いに打ち消し合うように、逆位相に設定している。これにより、２つの組のｄｑ軸合成電圧ベクトルＶｄｑ１、Ｖｄｑ２を合計したｄｑ軸合計合成電圧ベクトルがゼロになる。
【数２４】
0006795268.tif 000025
【０１０９】
そして、高回転時には、式（２５）が成り立ち、式（２３）を変形すると、式（２６）の各組のｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１、Ｉｄ２、Ｉｑ２の式が得られる。
【数２５】
0006795268.tif 000026
【数２６】
0006795268.tif 000027
【０１１０】
このとき、第１組の電機子巻線により出力される第１組のトルクＴ１、第２組の電機子巻線により出力される第２組のトルクＴ２は、ｄｑ軸電流を用いて式（２７）により算出される。第１組のトルクＴ１と第２組のトルクＴ２とを合計した合計トルクＴは、式（２７）に式（２６）を代入し整理すると、式（２８）となる。
【数２７】
0006795268.tif 000028
【数２８】
0006795268.tif 000029
【０１１１】
ここで、式（２４）のように、第１組のｑ軸電圧Ｖｑ１と第２組のｑ軸電圧Ｖｑ２とを、互いに打ち消し合うように、正負反転値に設定することにより、式（２６）の第１組のｑ軸電流Ｉｑ１の分子の第２項と、第２組のｑ軸電流Ｉｑ２の分子の第２項とが正負反転値になり、合計トルクＴの算出において互いに相殺される。また、第１組のｄ軸電圧Ｖｄ１と第２組のｄ軸電圧Ｖｄ２とを、互いに打ち消し合うように、正負反転値に設定することにより、合計トルクＴの算出において、式（２６）の第１組のｄ軸電流Ｉｄ１の分子の第１項と、第２組のｄ軸電流Ｉｄ２の分子の第１項とが正負反転値になり、合計トルクＴの算出において互いに相殺される。よって、式（２４）のように、各組の合成電圧ベクトルが互いに打ち消し合うように、電圧を印加することにより、第１組のトルクＴ１と第２組のトルクＴ２とが互いに弱め合い、合計トルクＴを低減させることができる。
【０１１２】
また、第１組及び第２組の電機子巻線の抵抗により生じる合計銅損Ｐｃは、式（２９）で与えられる。
【数２９】
0006795268.tif 000030
【０１１３】
式（２９）に示すように、各組の銅損Ｐｃは、ｄ軸電流の２乗、及びｑ軸電流の２乗により算出されるので、正負反転値であった、２つの組のｑ軸電流Ｉｑ１、Ｉｑ２の分子の第２項の２乗値が互いに打ち消されなくなると共に、正負反転値であった、２つの組のｄ軸電流Ｉｄ１、Ｉｄ２の分子の第１項の２乗値が互いに打ち消されなくなる。よって、組間の弱め合いにより、合計トルクＴは低減されるが、合計銅損Ｐｃは、組間で弱められず、各組のトルクを大きくすることにより、大きくなる。
【０１１４】
式（２４）のように各組の合成電圧ベクトルが互いに弱め合うように電圧を印加する一定電圧指令制御では、３相短絡に比べて、式（２９）の第２項及び第３項の分だけ合計銅損を大きくでき、交流回転機の電力消費量を増加させることができる。式（２９）の第２項及び第３項は、各組の合成電圧ベクトルの２乗に概ね比例するので、各組の合成電圧ベクトルを大きくし、各組のトルクの大きさを大きくすることにより、合計銅損を増加させることができる。よって、過電圧となった直流電圧Ｖｄｃの低下速度を増加させることができる。
【０１１５】
一方、合計トルクについて、３相短絡に比べて、式（２８）の第２項の分だけ、合計トルクの大きさ（絶対値）が大きくなっているが、組間で弱め合っているので、合計銅損の増加に比べて、合計トルクの大きさの増加を抑制できる。
【０１１６】
＜一定電圧指令制御の第１方法の構成＞
そこで、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、上述したように、ｎ相（本例では３相）の電機子巻線に印加する電圧を、各組について合成した合成電圧ベクトルが、２組以上についてゼロ以外になると共に、全ての組の合成電圧ベクトルを合計した場合に、各組の合成電圧ベクトルが互いに弱め合うように、一定値の各組の電圧指令を設定し、各組について、電圧指令に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフする。
【０１１７】
式（２５）の関係を用いて近似することで、式（２８）及び式（２９）を得ているため、回転角速度ωが、式（３０）をみたす範囲であればよい。ｋωは、例えば√１０程度であれば、微小とみなす項の積は一桁違う値となるためよい。つまり、切替閾値が、式（３０）を満たす回転角速度ωに設定されるとよい。
【数３０】
0006795268.tif 000031
【０１１８】
過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、全ての組の合成電圧ベクトルを合計した合計合成電圧ベクトルがゼロになるように、各組の電圧指令が設定される。
【０１１９】
この構成によれば、組間のトルクの弱め合いの効果を高めることができ、合計トルクの大きさの増加を抑制できる。
【０１２０】
本実施の形態では、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、各組について、ｎ相（本例では３相）の電機子巻線に印加する電圧指令を、各組についてｄｑ軸座標系で表したｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を設定するように構成されている。よって、過電圧時電圧印加部３５２は、各組のｄｑ軸合成電圧ベクトルが、２組以上についてゼロ以外になると共に、全ての組のｄｑ軸合成電圧ベクトルを合計した場合に、各組のｄｑ軸合成電圧ベクトルが互いに弱め合うように、各組のｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を設定する。特に、過電圧時電圧印加部３５２は、式（２４）のように、ｄｑ軸合計合成電圧ベクトルがゼロになるように、各組のｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を設定する。
【０１２１】
そして、通常時電圧印加部３５１と同様に、過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、磁極位置に基づいて、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を、３相の電圧指令に座標変換する。過電圧時電圧印加部３５２は、３相の電圧指令に対して、空間ベクトル変調、２相変調等の線間電圧が変化しないような変調を加えてもよい。
【０１２２】
そして、通常時電圧印加部３５１と同様に、過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、３相の電圧指令に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフする。過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、３相の電圧指令のそれぞれとキャリア波とを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。
【０１２３】
本実施の形態では、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、各組について、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を一定値に設定する。
【０１２４】
ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を一定値に設定すれば、式（２４）、式（２６）、及び式（２８）からわかるように、定常状態で、ｄ軸電流及びｑ軸電流が一定値になり、合計トルクが一定値になる。よって、一定電圧指令制御の合計トルクにリップル成分が生じることを抑制できる。
【０１２５】
なお、過電圧時電圧印加部３５２は、各組のｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を、ロータの回転角速度、直流電圧Ｖｄｃ等の運転状態に応じて変化させてもよい。例えば、過電圧時電圧印加部３５２は、過電圧判定閾値からの直流電圧Ｖｄｃの電圧上昇量が大きくなるに従って、各組のｄｑ軸合成電圧ベクトルの大きさが増加するように、各組のｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を変化させてもよい。
【０１２６】
＜ｄｑ軸合成電圧ベクトルの位相設定＞
式（２４）のように、ｄｑ軸合計合成電圧ベクトルがゼロになるように、各組のｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を設定すると共に、ｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令を一定値に設定する場合には、第１組のｄ軸電圧指令の一定値Ｖ１及びｑ軸電圧指令の一定値Ｖ２を次式のように表すことができる。
【数３１】
0006795268.tif 000032
ここで、Ｖｄｑ＿ｆは、第１組及び第２組のｄｑ軸合成電圧ベクトルの大きさ（絶対値）であり、βは、ｄ軸に対する第１組のｄｑ軸合成電圧ベクトルの位相である。
【０１２７】
式（３１）を、式（２８）及び式（２９）に代入すると、式（３２）及び式（３３）を得る。式（３２）及び式（３３）に示すように、合計トルクＴ及び合計銅損Ｐｃの大きさは、ｄｑ軸合成電圧ベクトルの大きさＶｄｑ＿ｆ及び位相βにより変化させることができる。よって、３相短絡の場合よりも、大きな合計銅損を得ることができると共に、ｄｑ軸合成電圧ベクトルの大きさＶｄｑ＿ｆ及び位相βを変化させることで、合計銅損を所望の値に変化させることができる。
【数３２】
0006795268.tif 000033
【数３３】
0006795268.tif 000034
【０１２８】
突極性のある一般的な交流回転機の場合、ｄ軸の自己インダクタンスＬｄは、ｑ軸の自己インダクタンスＬｑより小さいため、式（３３）のｃｏｓ２βの係数｛１／（Ｌｑ−Ｍｑ）２−１／（Ｌｄ−Ｍｑ）２｝は負値になる。よって、合計銅損Ｐｃをより大きくするためには、式（３４）に示すように、ｃｏｓ２βを負値にすればよく、ｃｏｓ２βを負値にするための、位相βの条件は、式（３５）になる。よって、第１組のｄｑ軸合成電圧ベクトルの位相βが、π／４＜β＜３π／４に設定されれば、第２組のｄｑ軸合成電圧ベクトルの位相は、その逆位相の５π／４＜β＜７π／４に設定される。
【数３４】
0006795268.tif 000035
【数３５】
0006795268.tif 000036
【０１２９】
よって、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、第１組のｄｑ軸合成電圧ベクトルのｄ軸に対する位相を、π／４よりも大きく、３／４πよりも小さく設定し、第２組のｄｑ軸合成電圧ベクトルのｄ軸に対する位相を、５π／４よりも大きく、７／４πよりも小さく設定する。第１組の位相と第２組の位相は、入れ替えられてもよい。
【０１３０】
合計銅損Ｐｃを最大にするためには、ｃｏｓ２βを−１にすればよく、位相βを式（３６）のように設定すればよい。
【数３６】
0006795268.tif 000037
【０１３１】
よって、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、第１組のｄｑ軸合成電圧ベクトルのｄ軸に対する位相を、π／２に設定し、第２組のｄｑ軸合成電圧ベクトルのｄ軸に対する位相を、３π／２に設定する。第１組の位相と第２組の位相は、入れ替えられてもよい。
【０１３２】
＜突極性＞
交流回転機の突極性がない場合は、式（３７）が成り立ち、合計トルクを表す式（２８）の第２項がゼロになり、３相短絡の場合の合計トルクと同じになる。よって、交流回転機に突極性がないものが用いられてもよい。突極性がない交流回転機を用いると、一定電圧指令制御の実行時の、合計トルクの大きさを低減することができる。
【数３７】
0006795268.tif 000038
【０１３３】
＜スイッチング素子のオン又はオフ固定＞
各組の３相の電圧指令にオフセット電圧を加えても、線間電圧は変化しないため、同様の合計トルク及び合計銅損の結果が得られる。そこで、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、各組について、少なくとも１相の正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子の一方をオンに固定し、他方をオフに固定する。この構成によれば、スイッチング損失を低減することができる。
【０１３４】
過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、３相の電圧指令の中の最大値を＋Ｖｄｃ／２に変化させるオフセット電圧、又は３相の電圧指令の中の最小値を−Ｖｄｃ／２に変化させるオフセット電圧を、３相の電圧指令に加えて、＋Ｖｄｃ／２又は−Ｖｄｃ／２になった１相の正極側及び負極側のスイッチング素子の一方をオンに固定し、他方をオフに固定する。なお、電圧指令が、＋Ｖｄｃ／２であると、正極側のスイッチング素子がオンに固定され、負極側のスイッチング素子がオフに固定される。電圧指令が、−Ｖｄｃ／２であると、正極側のスイッチング素子がオフに固定され、負極側のスイッチング素子がオンに固定される。
【０１３５】
＜界磁巻線の電圧印加＞
過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御の実行時に、界磁巻線２５に電圧を印加する。例えば、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御用のオンデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、界磁巻線用のスイッチング信号として出力する。
【０１３６】
合計銅損を表す式（８）の第１項は、磁石の磁束ψの２乗に比例するため、界磁巻線に流す界磁電流を増加させることで、さらに合計銅損を増加させることが可能である。そこで、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御の実行時は、一定電圧指令制御の不実行時（本例では、通常時制御の実行時）よりも、界磁巻線の印加電圧を増加させる。本実施の形態では、一定電圧指令制御用のオンオンデューティ比が、通常時制御用のオンデューティ比よりも大きい値に設定される。
【０１３７】
３−２．一定電圧指令制御の第２方法
＜一定電圧指令制御の第２方法の理論説明＞
一定電圧指令制御の第１方法では、ｄｑ軸座標系上で、各組のｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令が一定値に設定される場合について理論説明を行ったが、一定電圧指令制御の第２方法では、次式に示すように、各組の３相の電圧指令が一定値に設定される場合について、理論説明を行う。
【０１３８】
次式に示すように、第１組の３相の電圧指令Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１を合成した第１組の合成電圧ベクトルと、第２組の３相の電圧指令Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２を合成した第２組の合成電圧ベクトルとを、互いに打ち消し合うように、逆位相に設定している。これにより、２つの組の合成電圧ベクトルを合計した合計合成電圧ベクトルがゼロになる。式（１９）では、各組の３相電圧指令の和がゼロになるように設定されているが、３相の電圧指令に対して、空間ベクトル変調、２相変調等の線間電圧が変化しないような変調が加えられてもよい。
【０１３９】
【数３８】
0006795268.tif 000039
【０１４０】
ここで、Ｖｕ１は、Ｕ１相の電圧指令であり、Ｖｖ１は、Ｖ１相の電圧指令であり、Ｖｗ１は、Ｗ１相の電圧指令であり、Ｖｕ２は、Ｕ２相の電圧指令であり、Ｖｖ２は、Ｖ２相の電圧指令であり、Ｖｗ２は、Ｗ２相の電圧指令である。Ｖｕｖｗ＿ｆは、各組の合成電圧ベクトルの大きさ（絶対値）であり、一定値に設定されている。βは、Ｕ１相の電機子巻線に対するＵ１相の電圧指令Ｖｕ１の位相であり、一定値に設定されている。各組について、各相の電圧指令の位相は、相互に２π／３ずつずれている。
【０１４１】
式（３８）の各組の３相電圧指令を、磁極位置θに基づいて、ｄｑ軸座標系上のｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令に座標変換を行うと、式（３９）を得る。そして、式（３９）、式（２３）、及び式（２５）に基づいて、各組のｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１、Ｉｄ２、Ｉｑ２の式を導出し、式（２７）及び式（２９）の第１式に代入すると、式（４０）の合計トルクＴの式、式（４１）の合計銅損Ｐｃの式が得られる。
【数３９】
0006795268.tif 000040
【数４０】
0006795268.tif 000041
【数４１】
0006795268.tif 000042
【０１４２】
合計トルクは、３相短絡の場合と比べた場合、式（４０）の第２項の交流成分の分だけ変動する。しかし、式（４０）の第２項は、磁極位置θの回転周波数の２倍の周波数（２次）の成分であり、電気角１周期の平均値はゼロになる。また、合計銅損は、３相短絡の場合と比べた場合、式（４１）の第２項の直流成分の分だけ大きくなり、式（４１）の第３項の交流成分の分だけ変動する。しかし、式（４１）の第３項は、磁極位置θの回転周波数の２倍の周波数の成分であり、電気角１周期の平均値はゼロになる。
【０１４３】
＜一定電圧指令制御の第２方法の構成＞
そこで、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、上述したように、ｎ相（本例では３相）の電機子巻線に印加する電圧を、各組について合成した合成電圧ベクトルが、２組以上についてゼロ以外になると共に、全ての組の合成電圧ベクトルを合計した場合に、各組の合成電圧ベクトルが互いに弱め合うように、一定値の各組の電圧指令を設定し、各組について、電圧指令に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフする。
【０１４４】
また、過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、全ての組の合成電圧ベクトルを合計した合計合成電圧ベクトルがゼロになるように、各組の電圧指令を設定する。
【０１４５】
ここで、合成電圧ベクトル、及び合計合成電圧ベクトルは、３相座標系上で算出されてもよいし、ｄｑ軸座標系上で算出されてもよいし、αβ軸座標系上で算出されてもよい。αβ軸座標系は、Ｕ１相（又はＵ２相）の巻線方向に定められたα軸と、α軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定められたβ軸からなる。
【０１４６】
過電圧時電圧印加部３５２は、一定電圧指令制御において、各組について、各相の電機子巻線に印加する電圧指令を一定値に設定するように構成されている。そして、過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、３相の電圧指令に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフする。過電圧時電圧印加部３５２は、各組について、３相の電圧指令のそれぞれとキャリア波とを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。
【０１４７】
本実施の形態では、過電圧時電圧印加部３５２は、式（３８）に示したように、Ｖｕ２＝−Ｖｕ１、Ｖｖ２＝−Ｖｖ１、Ｖｗ２＝−Ｖｗ１に設定する。この構成によれば、合計トルクの振動を抑制し、合計トルクの平均値を３相短絡の場合と同等に抑制しつつ、合計銅損の平均値を、３相短絡の場合よりも増加させることができる。
【０１４８】
＜突極性＞
交流回転機の突極性がない場合は、合計トルクを表す式（４０）の第２項がゼロになり、２次の交流成分を無くすことができ、３相短絡の場合の合計トルクと同じになる。よって、実施の形態２においても、交流回転機に突極性がないものが用いられてもよい。
【０１４９】
＜組間の電機子巻線の位相差が、ゼロ以外の場合＞
本実施の形態では、第１組の３相の電機子巻線と、第２組の３相の電機子巻線との間には位相差がない場合を説明した。第１組の３相の電機子巻線と、第２組の３相の電機子巻線との間に、任意の位相差があってもよい。この場合でも、各組の合成電圧ベクトルが互いに弱め合うように各組の各相の電圧指令が設定されればよく、各組の合成電圧ベクトルを合計した合計合成電圧ベクトルがゼロになるように、各組の各相の電圧指令が設定されればよい。
【０１５０】
例えば、第１組の３相の電機子巻線と、第２組の３相の電機子巻線との間に、π／３の位相差がある場合は、過電圧時電圧印加部３５２は、合計合成電圧ベクトルがゼロになるように、Ｖｕ２＝Ｖｗ１、Ｖｖ２＝Ｖｕ１、Ｖｗ２＝Ｖｖ１、に設定する。
【０１５１】
また、第１組の３相の電機子巻線と、第２組の３相の電機子巻線との間に、π／６の位相差がある場合は、過電圧時電圧印加部３５２は、合計合成電圧ベクトルがゼロになるように、Ｖｕ２＝（Ｖｗ１−Ｖｕ１）／√３、Ｖｖ２＝（Ｖｕ１−Ｖｖ１）／√３、Ｖｗ２＝（Ｖｖ１−Ｖｗ１）／√３、に設定する。
【０１５２】
〔その他の実施の形態〕
最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【０１５３】
（１）上記の各実施の形態では、ｍ＝２の２組であり、ｎ＝３の３相である場合を例として説明した。しかし、ｍ＝３、４等、ｍは、２以上の任意の自然数に設定されてもよく、ｎ＝２、４等、ｎは、２以上の任意の自然数に設定されてもよい。
【０１５４】
（２）上記の各実施の形態では、電圧印加部３５は、過電圧時制御の第１方法において、全ての組のｑ軸電流指令を合計した合計ｑ軸電流指令がゼロになるように、各組のｑ軸電流指令を設定し、ｑ軸電流指令がゼロ以外に設定された組について、ｄ軸電流指令を同じ値に設定する場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電圧印加部３５は、過電圧時制御の第１方法において、全ての組のｑ軸電流指令を合計した場合に、各組のｑ軸電流指令が互いに弱め合うように、各組のｑ軸電流指令を設定すればよく、合計ｑ軸電流指令は、ゼロにならなくてもよく、ｑ軸電流指令がゼロ以外に設定された組について、ｄ軸電流指令を異なる値に設定してもよい。
【０１５５】
（３）上記の各実施の形態では、電圧印加部３５は、過電圧時制御の第２方法において、全ての組のｑ軸電流指令を合計した合計ｑ軸電流指令がゼロになり、全ての組のｄ軸電流指令を合計した合計ｄ軸電流指令がゼロになるように、各組のｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を設定する場合を例に説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電圧印加部３５は、過電圧時制御の第２方法において、全ての組のｑ軸電流指令を合計した場合に、各組のｑ軸電流指令が互いに弱め合うように、各組のｑ軸電流指令を設定すればよく、合計ｑ軸電流指令は、ゼロにならなくてもよく、全ての組のｄ軸電流指令を合計した場合に、各組のｄ軸電流指令が互いに弱め合うように、各組のｄ軸電流指令を設定すればよく、合計ｄ軸電流指令は、ゼロにならなくてもよい。
【０１５６】
（４）上記の各実施の形態では、交流回転機１０は、ロータ１４に界磁巻線２５を有している場合を例に説明した。しかし、交流回転機１０は、ロータ１４に永久磁石を有した永久磁石式の同期回転機とされてもよく、誘導回転機とされてもよい。
【０１５７】
（５）上記の各実施の形態では、第１組の３相の電機子巻線と、第２組の３相の電機子巻線との間には、位相差がない場合を例に説明した。しかし、第１組の３相の電機子巻線と、第２組の３相の電機子巻線との間には、任意の位相差が設けられてよい。
【０１５８】
（６）上記の各実施の形態では、交流回転機１０は、車両用の発電電動機である場合を例に説明した。しかし、交流回転機１０は、車両用の発電電動機以外の各種の用途の交流回転機とされてもよい。
【０１５９】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１６０】
１  交流回転機の制御装置、１０  交流回転機、２５  界磁巻線、３１  回転検出部、３２  電圧検出部、３３  電流検出部、３４  過電圧判定部、３５  電圧印加部
【要約】
【課題】複数組の電機子巻線を利用して、３相短絡を行う場合と比較して、トルクの増加を抑制しつつ、銅損を増加させて、過電圧となった直流電圧の低下速度を増加させることができる交流回転機の制御装置を提供する。
【解決手段】直流電圧Ｖｄｃの過電圧が検出された場合に、各組のｎ相の電機子巻線により出力される各組のトルクが、組間で互いに弱め合うと共に、電力を消費するように、各組の電流指令を設定し、各組について、電流指令に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフする過電圧時制御を実行する交流回転機の制御装置１。
【選択図】図１【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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