(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク指令と磁束指令から電機子電流指令のトルク成分であるトルク電流指令を演算するトルク電流指令生成器と、前記トルク電流指令生成器からのトルク電流指令に基づいて磁束指令を演算する磁束指令生成器と、電機子鎖交磁束を演算する磁束演算器と、前記磁束指令と前記電機子鎖交磁束が一致するように磁化電流指令を生成し、磁束制御を行う磁束制御器とを備えた総磁束制御指令部を有し、前記総磁束制御指令部と電力変換器との間に、回転電機の電機子電流を前記総磁束制御指令部から出力される電機子電流指令に一致させるよう制御する電流フィードバック制御部を設け、前記電力変換器によって回転電機の電機子電流を制御する回転電機の制御装置において、
前記回転電機または前記電力変換器の温度を含む内部状態により運転モードを判定する運転モード判定部と、前記運転モード判定部の出力である運転モードから前記回転電機を制御するためのパラメータを生成するモータ定数生成部を備え、前記モータ定数生成部で生成したパラメータに基づいて前記トルク電流指令生成器と前記磁束指令生成器と前記磁束演算器と前記磁束制御器の演算が行われることを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項２】
運転モード判定部に入力される回転電機または電力変換器の内部状態は、回転電機または電力変換器の温度の他、電機子電流、回転速度、およびスイッチング方式のうち、少なくとも一つ以上使用することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項３】
モータ定数生成部で生成する回転電機のパラメータは、回転電機のインダクタンス、磁束、上限電流値の少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
運転モード判定部で生成する運転モードには、回転電機の効率が最大となるモードが存在し、このモードの判定には回転電機または電力変換器の温度情報の少なくとも一つ以上使用することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項５】
運転モード判定部で生成する運転モードには、電力変換器の効率が最大となるモードが存在し、このモードの判定には回転電機または電力変換器の温度情報または電力変換器のスイッチング方式のうち、少なくとも一つ以上使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項６】
運転モード判定部で生成する運転モードには、回転電機と電力変換器のトータル効率が最大となるモードが存在し、このモードの判定には回転電機または電力変換器の温度情報または電力変換器へのスイッチング方式のうち、少なくとも一つ以上使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項７】
運転モード判定部で生成する運転モードには、回転電機の効率が最小となるモードが存在し、このモードの判定には回転電機または電力変換器の温度情報または電力変換器へのスイッチング方式のうち、少なくとも一つ以上使用することを特徴とする請求項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】
運転モード判定部で生成する運転モードには、電力変換器の効率が最小となるモードが存在し、このモードの判定には回転電機または電力変換器の温度情報または電力変換器へのスイッチング方式のうち、少なくとも一つ以上使用することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項９】
運転モード判定部で生成する運転モードには、回転電機と電力変換器のトータル効率が最小となるモードが存在し、このモードの判定には回転電機または電力変換器の温度情報または電力変換器へのスイッチング方式のうち、少なくとも一つ以上使用することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１０】
運転モード判定部で生成する運転モードには、回転電機の銅損を最小にするモードが存在し、このモードの判定には少なくとも回転電機の電機子電流を使用することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１１】
運転モード判定部で生成する運転モードには、回転電機の鉄損を最小にするモードが存在し、このモードの判定には少なくとも回転電機の回転速度を使用することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１２】
運転モード判定部で生成する運転モードには、電力変換器に接続されている蓄電池を保護するモードが存在し、このモードの判定には少なくとも前記蓄電池の充電状態を使用することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１３】
運転モード判定部で生成する運転モードには、回転電機のトルクを最大とするトルク最大モードが存在し、このモードの判定にはトルク指令の変化量が所定値以上を使用することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１４】
車両に搭載され、車両状態を把握する外部制御機器を設け、前記外部制御機器は運転モード判定部と接続され、前記運転モード判定部で生成する運転モードは、前記外部制御機器からの指示にもとづいて生成することを特徴とする請求項１〜１３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】
この発明は、トルク指令から生成される電機子電流指令に基づいて、電力変換器によって回転電機への電機子電流を制御する回転電機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石モータやリラクタンスモータなどの同期機の制御において、トルク指令と磁束指令とから電機子電流指令のトルク成分であるトルク電流指令を演算するトルク電流演算器と、電機子電流が電力変換器の電流制限値を越えないよう電機子電流指令の磁化成分である磁化電流指令と上記電流制限値とに基づき発生可能なトルク電流指令最大値を発生するトルク電流制限発生器と、トルク電流指令最大値に基づきトルク電流指令に制限を加えるリミッタとからなるトルク電流指令発生器、このトルク電流指令発生器からのトルク電流指令に基づき磁束指令を演算する磁束指令発生器、同期機の電機子電流または電機子電流および電機子電圧に基づき電機子鎖交磁束を演算する磁束演算器、および磁束指令と電機子鎖交磁束とが一致するように磁化電流指令を作成してトルク電流指令発生器に入力する磁束制御器を備え、電力変換器の出力電流の制限を考慮しながら、所望の指令トルクに出来るだけ近いトルクを発生することができるようにした同期機制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４５３１７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１は、電力変換器の出力可能な最大出力電流（電流制限値）imax、モータの電機子のｄ軸およびｑ軸の磁束Φｄ、Φｑ、モータの電機子コイルのｄ軸およびｑ軸のインダクタンスＬｄ、Ｌｑ、モータの固定子の永久磁石の磁束Φｍなどのパラメータが運転状態により変化することの具体的考慮に欠けている。そのため、回転電機や電力変換器の運転状況に応じて、最適な動作ポイントで回転電機を制御することができない。
【０００５】
また、回転電機の運転状態は、運転時間／温度などの運転環境だけでなく、例えば制御対象の回転電機が電気自動車ＥＶやハイブリッド電気自動車ＨＥＶの駆動モータである場合には、アクセル／ブレーキ／電気負荷有無などの運転者の操作により時々刻々と変化するため、これらの状態に適合した回転電機の制御有無がユーザの満足度や燃費（電費）の向上に繋がる。
さらに、回転電機へのスイッチング手法（通常ＰＷＭ、過変調、同期ＰＷＭ（低パルス通電）、矩形波通電など）によりシステム特性が変化することが知られている。
従来はこのような回転電機の運転状態や電力変換器の内部状態に応じて回転電機を制御していないため、ユーザの満足度や燃費（電費）の向上に問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、これらの状態に応じた回転電機や電力変換器の特性に着目し、現在の運転状態において最適な動作点で回転電機を制御する回転電機の制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の回転電機の制御装置は、トルク指令と磁束指令から電機子電流指令のトルク成分であるトルク電流指令を演算するトルク電流指令生成器と、トルク電流指令生成器からのトルク電流指令に基づいて磁束指令を演算する磁束指令生成器と、電機子鎖交磁束を演算する磁束演算器と、磁束指令と電機子鎖交磁束が一致するように磁化電流指令を生成し、磁束制御を行う磁束制御器とを備えた総磁束制御指令部を有し、総磁束制御指令部と電力変換器との間に、回転電機の電機子電流を総磁束制御指令部から出力される電機子電流指令に一致させるよう制御する電流フィードバック制御部を設け、電力変換器によって回転電機の電機子電流を制御する回転電機の制御装置において、回転電機または電力変換器の温度を含む内部状態により運転モードを判定する運転モード判定部と、運転モード判定部の出力である運転モードから回転電機を制御するためのパラメータを生成するモータ定数生成部を備え、モータ定数生成部で生成したパラメータに基づいてトルク電流指令生成器と磁束指令生成器と磁束演算器と磁束制御器の演算が行われることを特徴とするものである。 
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、回転電機や電力変換器の運転状況に応じて、最適な動作ポイントで回転電機を制御することが可能となる。
また、オフラインによる指令生成ではなく、オンライン（リアルタイム）で指令生成を行えるので、回転電機や電力変換器の動作状況や環境変化などによる変動をパラメータに反映し、このパラメータを用いてオンラインで演算させることで、環境変動に対しリアルタイムに指令を生成させることができるため、回転電機をシームレスに制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施形態１における回転電機の制御装置の概略構成図である。
【図２】この発明の実施形態１に使用される回転電機パラメータ生成部のブロック図である。
【図３】この発明の実施形態１に関わる回転電機温度に対する運転モード判定図例である。
【図４】この発明の実施形態１に関わる電力変換器温度に対する運転モード判定図例である。
【図５】この発明の実施形態１に関わる電力変換器温度とスイッチング手法による運転モード判定図例である。
【図６】この発明の実施形態１に関わる回転電機及び電力変換器の温度に対する運転モード判定フロー例Ａである。
【図７】この発明の実施形態１に関わる回転電機及び電力変換器の温度に対する運転モード判定フロー例Ｂである。
【図８】この発明の実施形態１に関わる銅損と鉄損の影響範囲を表した図である。
【図９】この発明の実施形態１に関わる銅損最小モードと鉄損最小モードの判定図例である。
【図１０】この発明の実施形態１に関わる蓄電池保護モード判定図例である。
【図１１】この発明の実施形態２における回転電機の制御装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における回転電機の制御装置を図１〜図１０に基づいて説明する。図１はこの発明の概略構成図である。
図１において、回転電機の制御装置１０は、３相ドライブ回路などの電力変換器２０を介して永久磁石モータやリラクタンスモータなどの回転電機３０を制御する。回転電機３０の電機子巻線に流れる電流は電流センサ４０によって検出され、制御装置１０に入力される。また回転電機３０の回転子位相（電気角）θは回転子の位置センサ５０によって検出され、制御装置１０に入力される。
【００１１】
回転電機の制御装置１０は、総磁束制御指令部１０１、電流フィードバッグ制御部１０２及び回転電機パラメータ生成部１０３で構成されている。
総磁束制御指令部１０１は、トルク電流指令生成器１１０と、磁束指令生成器１１１と、磁束演算器１１２と、磁束制御器１１３で構成され、トルク指令τ*がトルク電流指令生成器１１０に入力されている。
【００１２】
電流フィードバッグ制御部１０２は、電機子電流を制御する電流制御器１１４と、２相−３相座標変換器１１５と、駆動回路１１６と、３相−２相座標変換器１１７と、回転子位相（電気角）θから回転速度ωに変換する微分器１１８で構成されている。
回転電機パラメータ生成部１０３は、運転モード判定部１２０とモータ定数生成部１２１で構成されている。
【００１３】
回転電機の制御装置１０の構成のうち、総磁束制御指令部１０１及び電流フィードバッグ制御部１０２は従来から既に設けられているものである。この発明は回転電機パラメータ生成部１０３を新たに設け、回転電機パラメータ生成部１０３からのパラメータにより総磁束制御指令部１０１の演算を行うようにしたものである。この回転電機パラメータ生成部１０３の構成および動作については後で詳しく説明する。
【００１４】
まず、総磁束制御指令部１０１の通常の動作について説明する。
トルク電流指令生成器１１０では、トルク指令τ*と磁束指令生成器１１１の出力であ
る磁束指令Φ*が入力され、これらの入力などからトルク電流指令ｉδ*を生成している。
磁束指令生成器１１１では、トルク電流指令生成器１１０の出力であるトルク電流指令ｉδ*及び回転電機３０の回転速度ωなどから磁束指令Φ*を生成している。
磁束演算器１１２では、２相−３相座標変換器１１５の出力である３相電圧出力指令ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ、電流センサ４０によって検出された３相電機子電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、および回転子の位置センサ５０によって検出された回転電機３０の位置情報である回転子位相（電気角）θから現在の電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|を演算している。
【００１５】
磁束制御器１１３では、磁束指令生成器１１１の出力である磁束指令Φ*と磁束演算器
１１２の出力である電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|の差分を入力し、この差分から磁化電流ｉγ*を演算している。
こうして総磁束制御指令部１０１はトルク指令τ*を入力して、トルク電流指令ｉδ*と磁化電流ｉγ*からなる電機子電流指令を生成する。
【００１６】
次に、電流フィードバッグ制御部１０２の動作について説明する。
電流制御器１１４では、トルク電流指令生成器１１０で生成されたトルク電流指令ｉδ*、磁束制御器１１３で生成された磁化電流指令ｉγ*及び３相−２相座標変換器１１７によって３相電機子電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗがγδ軸上の電流に変換された電流ｉγ、ｉδが入力される。
このとき、γ軸電流ｉγが電機子電流の磁化成分である磁化電流に、δ軸電流ｉδが電機子電流のトルク成分であるトルク電流にそれぞれ相当する。
電流制御器１１４は、電機子電流のγ軸電流ｉγ、δ軸電流ｉδをγδ軸上での所望の磁化電流指令ｉγ*およびトルク電流指令ｉδ*に一致させるように電流制御演算を行い、γδ軸上の電圧指令ｖγ、ｖδを出力する。
【００１７】
そして、この電圧指令ｖγ、ｖδは、２相−３相座標変換器１１５により３相電圧指令ｖｕ、ｖｖ、ｖｗに変換され、駆動回路１１６に入力される。その後、駆動回路１１６から電力変換器２０を介して電圧指令ｖγ、ｖδに基づく電機子電流が回転電機３０の電機子巻線に通電され、回転電機３０は駆動／発電動作を行う。
上記が通常の制御装置１０の動作であり、トルク電流指令生成器１１０、磁束指令生成器１１１、磁束演算器１１２、磁束制御器１１３の４つで構成される総磁束制御指令部１０１における指令演算にはパラメータが多数使用されている。
【００１８】
そこで、これら総磁束制御指令部１０１へのパラメータの一部を生成する回転電機パラメータ生成部１０３が運転モード判定部１２０とモータ定数生成部１２１である。  回転電機パラメータ生成部１０３の動作を図２に基づいて詳しく説明する。図２はパラメータ生成部１０３の構成図である。
図２において、運転モード判定部１２０には、回転電機３０へのトルク指令τ*が入力
され、さらに、回転電機３０の温度Ｔmtr（センサは図示しない）、電機子電流ｉｕ、ｉ
ｖ、ｉｗ、回転速度ωや電力変換器２０の温度Ｔinv（センサは図示しない）、スイッチ
ング方式（通常ＰＷＭ／過変調／同期ＰＷＭ／矩形波通電など）など、制御装置１０が認識している内部状態が入力されている。そして、運転モード判定部１２０は、これら回転電機３０や電力変換器２０の内部状態から現在の運転モードを判定している。
【００１９】
回転電機３０や電力変換器２０の内部状態から、運転モード判定部１２０において運転モード判定方法の例について順に詳しく説明する。
まずは、各部の温度を用いた判定について述べる。
図３は回転電機３０の温度Ｔmtrにより運転モードを判定している例であり、判定方法
は以下の通りである。
Ｔmtr＜Ｔmtr_min  ：効率最小（回転電機）
Ｔmtr＞Ｔmtr_max  ：効率最大（回転電機）
Ｔmtr_min ≦ Ｔmtr ≦ Ｔmtr_max：効率最大（トータル）
ここで、Ｔmtr_minは下位の閾値を決める所定の回転電機温度、
Ｔmtr_maxは上位の閾値を決める所定の回転電機温度である。
なお、上記にて等号付き不等号と不等号は入れ替えても差し支えない。
【００２０】
すなわち、回転電機３０の温度Ｔmtrが所定の温度Ｔmtr_min以下では効率最小（回転電機）として発熱を促すモードで運転させ、逆に回転電機３０の温度Ｔmtrが所定の温度Ｔmtr_max以上になると効率最大（回転電機）として回転電機の発熱を抑制するモードで運転させ、回転電機３０の温度Ｔmtrが所定の温度Ｔmtr_minと温度Ｔmtr_maxの間では回転電
機３０と電力変換器２０を合わせたトータルの効率が最大となる効率最大（トータル）のモードとして運転させるように回転電機３０を制御する。
ここで、電力変換器２０の温度も低い場合には、効率最小（回転電機）モードを効率最小（トータル）として判定しても良い。
【００２１】
このようにして回転電機を最大効率ポイントで制御することにより、同一トルク発生条件下において、回転電機のロス低減すなわち回転電機の温度上昇を最小に抑えることができる。また、連続定格運転時においては従来よりも高温環境での動作が可能となり、短時間定格運転においては動作時間を長く設定できる（素早い加速時間の持続や回生量を多く取ることができ、ドライブフィーリング向上／電費向上に貢献できる）。
【００２２】
一方、回転電機を最小効率ポイントで制御することにより、同一トルク発生条件下において、回転電機の温度をすばやく上昇をさせることができる。また、低温時にステータコイル抵抗が小さいことによる電流制御の不安定要素を排除することができる。さらに低温時の回転電機のベアリングなどの機構部品を早期に安定化領域へ引き上げることができる（グリスの低粘度領域まで素早く上昇させることで、粘性摩擦による回転電機の影響を最小限にとどめることができる）。さらに回転電機の発熱により電熱ヒータとしての代替が可能となる。
さらに、従来よりも効率の悪い回転電機との組合せでも、広い温度範囲での動作が可能となり、組合せ回転電機の自由度が上がる。
【００２３】
図４は電力変換器２０の温度Ｔinvにより運転モードを判定している例であり、判定方
法は以下の通りである。
Ｔinv＜Ｔinv_min  ：効率最小（電力変換器）
Ｔinv＞Ｔinv_max  ：効率最大（電力変換器）
Ｔinv_min ≦ Ｔinv ≦ Ｔinv_max：効率最大（トータル）
ここで、Ｔinv_minは下位の閾値を決める所定の電力変換器温度、
Ｔinv_maxは上位の閾値を決める所定の電力変換器温度である。
なお、上記にて等号付き不等号と不等号は入れ替えても差し支えない。
【００２４】
すなわち、電力変換器２０の温度Ｔinvが所定の温度Ｔinv_min以下では効率最小（電力変換器）として発熱を促すモードで運転させ、逆に電力変換器２０の温度Ｔinvが所定の
温度Ｔinv_max以上になると効率最大（電力変換器）として電力変換器の発熱を抑制するモードで運転させ、電力変換器２０の温度Ｔinvが所定の温度Ｔinv_minと温度Ｔinv_maxの間では電力変換器２０と回転電機３０を合わせたトータルの効率が最大となる効率最大（トータル）になるモードで運転させるように電力変換器２０を制御する。
ここで、回転電機３０の温度も低い場合には、効率最小（電力変換器）モードを効率最小（トータル）として判定しても良い。
【００２５】
このようにして電力変換器を最大効率ポイントで制御することにより、同一トルク発生条件下において、電力変換器のロス低減すなわち電力変換器の温度上昇を最小に抑えることができる。また、従来よりも高温環境での動作が可能となり、短時間定格運転においては動作時間を長く設定できる（素早い加速時間の持続や回生量を多く取ることができ、ドライブフィーリング向上／電費向上に貢献できる）。
さらに、従来よりも効率の悪い電力変換器との組合せでも、広い温度範囲での動作が可能となり、組合せ回転電機の自由度が上がる。
【００２６】
一方、電力変換器を最小効率ポイントで制御することにより、同一トルク発生条件下において、電力変換器の温度をすばやく上昇をさせることができる。一般にＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子は高温になるほど絶縁耐圧も高くなるため、高温になるにつれ印加電圧を高くすることができる。そのため、同一のスイッチング素子でも高電圧での運転が早期に可能となる。
【００２７】
さらに図５は電力変換器２０の温度Ｔinvに加え、スイッチング方式の一つであるＰＷ
Ｍ方式のキャリア周波数により運転モードを判定している例である。すなわち、キャリア周波数が高くなるにつれて、効率最小（電力変換器）モードで運転させる温度Ｔinv_min
を低く設定するようにしている。
【００２８】
例えば、キャリア周波数が高い場合は、効率最小（電力変換器）モードで運転させる下位の閾値である所定の電力変換器温度をＴinv_min_hcとし、キャリア周波数が低い場合は、効率最小（電力変換器）モードで運転させる下位の閾値である所定の電力変換器温度をＴinv_min_ｌcとし、キャリア周波数がその中間の場合は、効率最小（電力変換器）モードで運転させる下位の閾値である所定の電力変換器温度をＴinv_min_mcとしている。
【００２９】
これは、キャリア周波数アップにより電力変換器２０のスイッチング損失が増大するため、低い温度でも発熱が期待できるからである。逆に、効率最大（電力変換器）にする温度は、キャリア周波数の低下に伴い高く設定するようにしている。
例えば、キャリア周波数が高い場合は、効率最大（電力変換器）モードで運転させる上位の閾値である所定の電力変換器温度をＴinv_max_hcとし、キャリア周波数が低い場合は、効率最大（電力変換器）モードで運転させる上位の閾値である所定の電力変換器温度をＴinv_max_ｌcとし、キャリア周波数がその中間の場合は、効率最大（電力変換器）モードで運転させる上位の閾値である所定の電力変換器温度をＴinv_max_mcとしている。
なお、スイッチング方式としては、ＰＷＭ方式以外に過変調、同期ＰＷＭ（低パルス通電）、矩形波通電などがあり、それぞれの方式に応じたパラメータで閾値の温度設定をすればよい。
【００３０】
図６は、これまでの電力変換器２０の温度Ｔinvと回転電機３０の温度Ｔmtrの両方を用いて運転モードを判定している例である。
図６において、まずステップＳ１００にて回転電機３０の温度Ｔmrtが効率最小（回転
電機）にする所定の温度Ｔmtr_minより大きいかどうかを判定し、小さい場合（Ｆ）は運転モードをステップＳ１０４の効率最小（回転電機）へ、大きい場合（Ｔ）はステップＳ１０１へ進む。ステップＳ１０１では、回転電機３０の温度Ｔmrtが効率最大（回転電機）にする所定の温度Ｔmtr_maxよりも小さいかどうかを判定し、大きい場合（Ｆ）は運転モードをステップＳ１０５の効率最大（回転電機）へ、小さい場合（Ｔ）はステップＳ１０２へ進む。
【００３１】
そして、ステップＳ１０２では、電力変換器２０の温度Ｔinvが効率最小（電力変換器
）とする所定の温度Ｔinv_minよりも大きいかどうかを判定し、小さい場合（Ｆ）は運転モードをステップＳ１０６の効率最小（電力変換器）へ、大きい場合（Ｔ）は最後の判定であるステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３では電力変換器２０の温度Ｔinvが効率最大（電力変換器）モードにするための所定の温度Ｔinv_maxよりも小さいかどうかを判定し、小さい場合（Ｔ）はステップＳ１０８の効率最大（トータル）とし、大きい場合（Ｆ）はステップＳ１０７の効率最大（電力変換器）とモード判定する。
ここで、図６において、不等号を等号付き不等号へ適宜変更しても構わない。
【００３２】
なお、図６において回転電機３０の温度Ｔmtrを優先として判定した。これは、電力変
換器２０の損失に比べ、回転電機３０の損失の方が大きいシステムに対する判定例であり、上記と逆の場合には、図７のように電力変換器２０の温度Ｔinvを優先として判定すると良い。
図７において、まずステップＳ１１０にて電力変換器２０の温度Ｔinvが効率最小（電
力変換器）にする所定の温度Ｔinv_minより大きいかどうかを判定し、小さい場合（Ｆ）は運転モードをステップＳ１１４の効率最小（電力変換器）へ、大きい場合（Ｔ）はステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、電力変換器２０の温度Ｔinvが効率最大（電力変換器）にする所定の温度Ｔinv_maxよりも小さいかどうかを判定し、大きい場合（Ｆ）は運転モードをステップＳ１１５の効率最大（電力変換器）へ、小さい場合（Ｔ）はステップＳ１１２へ進む。
【００３３】
そして、ステップＳ１１２では、回転電機３０の温度Ｔmrtが効率最小（回転電機）と
する所定の温度Ｔmtr_minよりも大きいかどうかを判定し、小さい場合（Ｆ）は運転モードをステップＳ１１６の効率最小（回転電機）へ、大きい場合（Ｔ）は最後の判定であるステップＳ１１３へ進む。ステップＳ１１３では回転電機３０の温度Ｔmrtが効率最大（回転電機）モードにするための所定の温度Ｔmtr_maxよりも小さいかどうかを判定し、小さい場合（Ｔ）はステップＳ１１８の効率最大（トータル）とし、大きい場合（Ｆ）はステップＳ１１７の効率最大（回転電機）とモード判定する。
ここで、図７において、不等号を等号付き不等号へ適宜変更しても構わない。
【００３４】
なお、この図６、図７には記載していないが、回転電機３０の温度Ｔmrtが所定の温度
Ｔmtr_minよりも小さく、且つ電力変換器２０の温度Ｔinvが所定の温度Ｔinv_minよりも小さい場合は、回転電機と電力変換器のトータルでの効率が最小となるモードと判定し、効率最小（トータル）になるモードで運転させるように回転電機３０や電力変換器２０を制御する。
【００３５】
このように回転電機と電力変換器のトータルでの効率が最大となるポイントにて制御することにより、同一トルク発生条件下において、回転電機／電力変換器のトータルのロス低減すなわちシステムの温度上昇を最小に抑えることができる。また、システムトータルとして回転電機と電力変換器の効率が最大となるバランスが良いポイントを実現できる。さらに、バッテリからの持出しが最小となるため、バッテリの長寿命化（航続距離を延ばせる）に有益である。
一方、回転電機と電力変換器のトータルでの効率が最小となるポイントにて制御することにより、同一トルク発生条件下において、回転電機／電力変換器のトータルの温度を素早く上昇させることができる。
【００３６】
以上のように回転電機と電力変換器のトータルの運転モードにおいて、回転電機３０と電力変換器２０の冷却装置を共用している場合、発熱の多い方を優先的に判定することにより、冷却装置内の温度上昇が抑えられるため、発熱の少ない方の装置がさらされる温度も低くできるメリットがある。
【００３７】
次に、各部の温度以外の内部情報を用いた運転モード判定方法例について述べる。回転電機３０の銅損は、回転電機３０の通電電流の２乗に比例しており、通電電流が増加するにつれ２乗で増える。一方、回転電機３０の鉄損は、回転電機３０の回転速度ωに密接に関連しており、回転速度ωが低い状態では鉄損の影響は少ない。これらの状態を図示したものが図８である。
【００３８】
すなわち、トルクが大きい領域においては銅損が支配的になり、一方トルクが少ない領域においては鉄損が支配的になる。そのため、銅損及び鉄損を最小にする運転モード判定には、回転電機３０の回転速度ωと電機子電流により、図９のように選択する。
すなわち、運転モードを回転電機３０の銅損最小にするには電機子電流を低くし、運転モードを鉄損最小にするには回転速度ωを低い状態にする。
当然ながら、これら境界値は使用する回転電機３０や温度環境により変化するのでこれらを勘案して決定されるものである。
【００３９】
このように銅損を最小にすれば回転電機３０のコイル絶縁劣化を防止でき、また回転電機の通電電流を最小化できるため、ジュール熱が最も低くなる。さらに、回転電機と電力変換器の冷却装置を共用する構成において、冷却装置の温度が回転電機の温度により支配されるとき（回転電機の温度上昇が電力変換器のそれに比べ十分に高いとき）、このモードにすることで、冷却装置の温度を下げることができる（冷却装置の冷媒温度が下がるため、電力変換器の温度も低減できる）。
また、鉄損を最小にすれば、回転電機３０の低負荷領域は鉄損の影響が大きいため、ここでの改善が見込める。特に電気自動車ＥＶ・ハイブリッド電気自動車ＨＥＶにおいては、クルージング状態（連れ周り運転状態）の効率改善が図れる。
【００４０】
さらに、蓄電池（図示しない）を保護する運転モードの判定方法について述べる。蓄電池から取り出せる電流は、蓄電池の充電容量（ＳＯＣ：State of Charge）に関係しており、充電容量ＳＯＣが高い状態では多く、充電容量ＳＯＣが低い状態では少なくして蓄電池を保護しておくべきである。そこで、図１０に示す通り、充電容量ＳＯＣがある値以下（ＳＯＣｗｍ）では蓄電池を保護する運転モードとして判定する。
【００４１】
当然ながら、判定値は、蓄電池の種別、容量、電圧、温度、劣化度合（ＳＯＨ：State of Health）などにより変動するため、これらのパラメータをもとに決定すべきである。
このように蓄電池の充電容量ＳＯＣの状態に応じた制御を実行でき、航続可能距離を延ばすことができたり、電池の高寿命化、搭載電池の小型化が図れる。
【００４２】
最後に、回転電機３０のトルクが最大になる運転モードの判定方法について述べる。トルク最大の運転モードは、以下の式の通りで判定する。
｜τ*now −  τ*old  ｜≧ τjudge
すなわち、前回のトルク指令τ*oldと今回のトルク指令τ*nowとを比較し、これらが所定値τjudge以上であれば、急加速もしくは急回生であると判断し、トルクを最大限出力
可能な運転モードへ移行させる。
このようにトルクが最大になる運転モードで制御した場合、すばやく最大トルクを出力することが可能（運転フィーリング向上）で、短時間のトルクブーストへの対応が可能となる。
【００４３】
以上が回転電機３０および電力変換器２０の内部状態からの運転モード判定方法例である。当然ながら、これらの運転モードは密接に関連しあっているため、システムにより適宜使用する運転モードを取捨選択して運用する。
【００４４】
続いて運転モード判定後の処理について説明する。図２に戻り、上記のように運転モード判定部１２０で決定した運転モードは、モータ定数生成部１２１へ入力される。モータ定数生成部１２１では、運転モードに応じた回転電機３０のパラメータである回転電機３０のインダクタンスや磁束、上限電流値などを決定する。
各パラメータの決定に際しては、運転モードに応じたインダクタンス、磁束、上限電流値などを予め決めたテーブルを用意しておいて、それを参照することや、運転モードによる係数からオンラインで演算するなどする。
【００４５】
例えば、効率最大（回転電機）の運転モードの場合、回転電機の損失は大きく分けて銅損、鉄損、メカロスに大別できるので、その中の銅損と鉄損が最小になるようにする。銅損は電流によるジュール熱のため実際に流れている電流ｉ（＝√（ｉｄ＾２＋ｉｑ＾２））をパラメータとして表される。一方、鉄損Ｗｉは、回転速度ω、トルクτ、ｑ軸磁束Φｑ、ｄ軸磁束Φｄとすると、Ｗｉ（ω、τ）＝Φｄ＾２／ａ＾２＋Φｑ＾２／ｂ＾２の楕円の式で表される。したがって、これらから銅損と鉄損が最小になるようにインダクタンス、磁束を決めたテーブルを用意する。
【００４６】
また、トルク最大の運転モードの場合、トルクが最大となるようなｄｑ軸電流を算出するが、一般的にｄｑ軸インダクタンスは、磁気飽和のためｄｑ軸電流により変化するため、あらかじめｄｑ軸電流とｄｑ軸インダクタンスとの関係をテーブルの形で記憶させておき、ｄｑ軸電流に応じてｄｑ軸インダクタンスを変化させ、トルクが最大となるようなインダクタンスを決めたテーブルを用意する。
【００４７】
さらに、運転モードによる係数からオンラインでインダクタンス、磁束、上限電流値などを演算する場合は、例えば上限電流値導出の例では、上限電流値（基準）ｉｍａｘを記憶しておき、各運転モードにおいて、ｋ×ｉｍａｘを演算する。
なお、各運転モードにおけるｋは次の通りとする。
ｋ＞１：効率最小（回転電機）、効率最小（電力変換器）、効率最小（トータル）、
トルク最大
ｋ≒１：鉄損最小、
ｋ＜１：効率最大（回転電機）、効率最大（電力変換器）、効率最大（トータル）、
銅損最小、蓄電池保護、
【００４８】
このようにモータ定数生成部１２１において、運転モードに応じてインダクタンス、磁束、上限電流値などのパラメータを決めることにより、回転電機の非線形動作領域も把握することができるため、精密な制御が可能となる。
【００４９】
モータ定数生成部１２１で決められた各パラメータは、総磁束制御指令部１０１の各部（トルク電流指令生成器１１０、磁束指令生成器１１１、磁束演算器１１２、磁束制御器１１３）へ伝達される。例えば、インダクタンスと磁束は磁束指令生成器１１１、磁束演算器１１２、磁束制御器１１３へ伝達され、上限電流値はトルク電流指令生成器１１０へ伝達される。
【００５０】
こうしてトルク電流指令生成器１１０は、トルク指令τ*と磁束指令生成器１１１の出
力である磁束指令Φ*とモータ定数生成部１２１の出力である上限電流値が入力され、こ
れらの入力などからトルク電流指令ｉδ*を生成する。
磁束指令生成器１１１は、トルク電流指令生成器１１０の出力であるトルク電流指令ｉδ*と回転電機３０の回転速度ωとモータ定数生成部１２１の出力である磁束が入力され
、これらの入力などから磁束指令Φ*を生成する。
磁束演算器１１２は、２相−３相座標変換器１１５の出力である３相電圧出力指令ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ、電流センサ４０によって検出された３相電機子電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、回転子の位置センサ５０によって検出された回転電機３０の位置情報である回転子位相（電気角）θおよびモータ定数生成部１２１の出力である磁束が入力され、これらの入力などから現在の電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|を演算する。
【００５１】
磁束制御器１１３は、磁束指令生成器１１１の出力である磁束指令Φ*と磁束演算器１
１２の出力である電機子鎖交磁束の絶対値|Φ|の差分、およびモータ定数生成部１２１の出力である磁束が入力され、これらの入力などから磁束誤差が０になるように磁化電流ｉγ*を演算する。
なお、モータ定数生成部１２１の出力である各パラメータは、電流フィードバック制御部１０２などで使用しても良い。
【００５２】
以上のようにこの発明は、回転電機や電力変換器の内部状態から種々の運転モードを判定し、これら運転モードに応じて回転電機を制御するためのパラメータを生成し、このパラメータに基づいて制御装置における指令値の演算を行うようにしているから、回転電機や電力変換器の運転状況に応じて最適な動作ポイントで回転電機を制御することが可能となる。
【００５３】
さらに、回転電機をトルクと磁束（モータ電圧）に分割し、それぞれ独立に制御すると共に、オフラインによる指令生成ではなく、オンライン（リアルタイム）で指令生成を行える。この指令生成に際して、回転電機や電力変換器の動作状況や環境変化などによる変動をパラメータに反映し、このパラメータを用いてオンラインで演算させることで、環境変動に対しリアルタイムに指令を生成させることができるため、回転電機をシームレスに制御することができる。
【００５４】
実施の形態２
次にこの発明の実施の形態２における回転電機の制御装置を図１１に基づいて説明する。
図１１は実施の形態２における回転電機の制御装置の概略構成図であり、図１１において、外部制御機器１３０は車両に搭載され車両状態を把握している装置で、エンジン制御装置やＨＥＶ、ＥＶコントローラなどが相当する。
また回転電機がＦＡ用途の場合は、外部制御機器１３０はＰＣなどのコントローラが相当する。その他の構成は実施の形態１の図２と同じであり、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５５】
この外部制御機器１３０と制御装置１０の運転モード判定部１２０は電気的に接続され、運転モード判定部１２０は外部制御機器１３０から運転モードを受取る一方、外部制御機器１３０へは運転モード判定部１２０が把握している内部状態を伝送している。ここで、内部状態とは、回転電機３０の温度Ｔmrt、電機子電流、回転速度ωや電力変換器２０の温度Ｔinvやスイッチング方式（過変調／同期ＰＷＭ）／矩形波通電など）などであり、外部制御機器１３０が運転モードを判定するために必要な情報である。
【００５６】
実施の形態２の発明は実施形態１とは異なり、運転モード判定部１２０は回転電機３０や電力変換器２０の内部状態を外部制御機器１３０へ伝送し、外部制御機器１３０はその他の車両状態の状況も勘案して運転モードを生成する。
その後、外部制御機器１３０からの運転モードは、運転モード判定部１２０で受取り、モータ定数生成部１２１へ伝達される。この場合、運転モード判定部１２０は、通信にて外部制御機器１３０とデータのやり取りを行うので、通信データのエンコードとデコードが主たる動作となる。
なお、以降の処理動作は実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５７】
このように実施の形態２の発明は、外部制御機器が車両全体の状態を把握できるものである場合、車両トータルで最適となるように回転電機を制御することができる。また、電力変換器と回転電機の閉じた系での判断とは異なるため、より高度に回転電機を制御させることが可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  制御装置
２０  電力変換器
３０  回転電機
４０  電流センサ
５０  位置センサ
１０１  総磁束制御指令部
１０２  電流フィードバック制御部
１０３  回転電機パラメータ生成部
１１０  トルク電流指令生成器
１１１  磁束指令生成器
１１２  磁束演算器
１１３  磁束制御器
１１４  電流制御器
１１５  ２相⇒３相変換器
１１６  駆動回路部
１１７  ３相⇒２相変換器
１１８  位置⇒速度変換器
１２０  運転モード判定部
１２１  モータ定数生成部
１３０  外部制御機器。
【図１】
0005351205.tif 000002
【図６】
0005351205.tif 000003
【図７】
0005351205.tif 000004
【図２】
0005351205.tif 000005
【図３】
0005351205.tif 000006
【図４】
0005351205.tif 000007
【図５】
0005351205.tif 000008
【図８】
0005351205.tif 000009
【図９】
0005351205.tif 000010
【図１０】
0005351205.tif 000011
【図１１】
0005351205.tif 000012