(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記直流電源と前記インバータとの間で電流が流れない零ベクトルの状態で、前記電源供給経路に切り替えられている場合に検出した前記母線電流に基づいて前記界磁電流推定値を算出する交流回転機の制御装置。
【請求項２】
交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、
前記交流電機子巻線に流れる電流である電機子電流を検出する電機子電流検出回路と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記電機子電流検出回路の出力信号に基づいて前記電機子電流を検出し、同時期に検出した前記母線電流及び前記電機子電流、及び電流検出時点の前記インバータのスイッチング素子のオンオフパターンに基づいて前記界磁電流推定値を算出する交流回転機の制御装置。
【請求項３】
交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、
前記交流電機子巻線に流れる電流である電機子電流を検出する電機子電流検出回路と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記電機子電流検出回路の出力信号に基づいて前記電機子電流を検出し、電流検出時点の前記インバータのスイッチング素子のオンオフパターンに基づいて決定した特定の相の前記電機子電流に基づいて、前記直流電源と前記インバータとの間を流れる電流であるインバータ電流を算出し、
前記電機子電流と同時期に検出した前記母線電流から、前記インバータ電流を減算して、前記直流電源と前記コンバータとの間を流れる電流であるコンバータ電流を算出し、前記コンバータ電流に基づいて前記界磁電流推定値を算出する交流回転機の制御装置。
【請求項４】
前記電機子電流検出回路は、前記インバータと前記交流電機子巻線との間の接続経路を流れる電流を検出する請求項２又は３に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項５】
前記異常判定部は、前記母線電流が、正常電流範囲を逸脱した場合に、前記インバータにおいて短絡異常が生じたと判定する請求項１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】
交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、
前記交流電機子巻線に流れる電流である電機子電流を検出する電機子電流検出回路と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記母線電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、前記母線電流として、ローパスフィルタ処理後の母線電流を検出し、
前記母線電流の検出における前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、前記コンバータスイッチング制御部におけるオンオフ周波数以下であり、且つ前記インバータスイッチング制御部におけるオンオフ周波数以下であり、
前記電流算出部は、前記電機子電流検出回路の出力信号に基づいて前記電機子電流を検出し、前記電機子電流に基づいて、前記直流電源と前記インバータとの間を流れる電流であるインバータ電流の平均値を算出し、
前記ローパスフィルタ処理後の母線電流から前記インバータ電流の平均値を減算した減算値と、前記電源供給経路への切り替え期間と前記還流経路への切り替え期間との合計期間に対する前記電源供給経路への切り替え期間の比であるオンデューティ比と、に基づいて前記界磁電流推定値を算出する交流回転機の制御装置。
【請求項７】
前記インバータスイッチング制御部は、前記交流電機子巻線に印加する電圧指令に基づいて、前記インバータのスイッチング素子をオンオフし、
前記電流算出部は、前記電機子電流と前記電圧指令との積に基づいて、前記インバータ電流の平均値を算出する請求項６に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項８】
前記電機子電流検出回路は、前記インバータと前記交流電機子巻線との間の接続経路を流れる電流を検出する請求項６又は７に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項９】
前記電流算出部は、前記界磁電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、前記界磁電流として、ローパスフィルタ処理後の界磁電流を検出し、
前記界磁電流の検出における前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、前記コンバータスイッチング制御部におけるオンオフ周波数以下である請求項６に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記コンバータは、前記直流電源の正極側に接続される正極側のパワー半導体と前記直流電源の負極側に接続される負極側のパワー半導体とが直列接続された直列回路を２組設け、第１組の前記直列回路における前記正極側のパワー半導体と前記負極側のパワー半導体との接続点が、前記界磁巻線の一端に接続され、第２組の前記直列回路における前記正極側のパワー半導体と前記負極側のパワー半導体との接続点が、前記界磁巻線の他端に接続され、少なくとも第１組の前記直列回路における前記正極側のパワー半導体及び第２組の前記直列回路における前記負極側のパワー半導体は、スイッチング素子である請求項１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】
前記第１組の前記直列回路における前記負極側のパワー半導体は、スイッチング素子であり、
前記コンバータスイッチング制御部は、
前記電源供給経路に切り替える場合は、第１組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオンにし、負極側のスイッチング素子をオフにすると共に、第２組の前記直列回路における負極側のスイッチング素子をオンにし、
前記還流経路に切り替える場合は、第１組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオフにし、負極側のスイッチング素子をオンにすると共に、第２組の前記直列回路における負極側のスイッチング素子をオンにする請求項１０に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記第２組の前記直列回路における正極側のパワー半導体は、スイッチング素子であって、
前記コンバータスイッチング制御部は、
前記電源供給経路に切り替える場合は、第１組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオンにすると共に、第２組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオフにし、負極側のスイッチング素子をオンにし、
前記還流経路に切り替える場合は、第１組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオンにすると共に、第２組の前記直列回路における正極側のスイッチング素子をオンにし、負極側のスイッチング素子をオフにする請求項１０に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項１３】
交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、を備え、
前記コンバータは、前記直流電源の正極側に接続される正極側のパワー半導体と前記直流電源の負極側に接続される負極側のパワー半導体とが直列接続された第１組の直列回路と、前記直流電源の正極側に接続される正極側のパワー半導体と前記直流電源の負極側に接続される負極側のパワー半導体又は接続線とが直列接続された第２組の直列回路と、を備え、
前記第１組の直列回路における前記正極側のパワー半導体と前記負極側のパワー半導体との接続点が、前記界磁巻線の一端に接続され、前記第２組の直列回路における前記正極側のパワー半導体と前記負極側のパワー半導体又は前記接続線との接続点が、前記界磁巻線の他端に接続され、
少なくとも、前記第１組の直列回路における前記正極側のパワー半導体及び前記第２組の直列回路における前記負極側のパワー半導体は、スイッチング素子であり、前記第２組の直列回路における前記正極側のパワー半導体は、ダイオードである交流回転機の制御装置。
【請求項１４】
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１３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の電子制御装置は、Ｈブリッジ回路によって直流モータを駆動し、モータ電流を第１電流検出回路と第２電流検出回路とを用いて検出している。また、第１電流検出回路の信号と第２電流検出回路の信号とを相互比較することにより、異常判定をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１８２７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、Ｈブリッジ回路とモータとを接続する２つの接続経路のそれぞれに、電流検出回路を設けているため、モータ電流が流れている間は、２つの電流検出回路に常に電流が流れる。特許文献１のように、多くの場合、電流検出回路はシャント抵抗を用いるので、電流が流れている間はシャント抵抗が発熱する。よって、２つの電流検出回路を常時モータ電流が流れるので、Ｈブリッジ内の発熱が大きくなる。
【０００５】
そこで、交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機において、界磁電流を検出する電流検出回路の異常を判定できると共に、電流検出回路の発熱を抑制す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】
【０００６】
本願に係る交流回転機の制御装置は、交流電機子巻線及び界磁巻線を有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源から前記界磁巻線に電流を流す電源供給経路と、コンバータ内で電流を還流させて前記界磁巻線に還流電流を流す還流経路とが、切り替わるコンバータと、
前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路を流れる電流である母線電流を検出する母線電流検出回路と、
前記電源供給経路と前記還流経路との間で共通する経路を流れる電流を検出する共通経路電流検出回路と、
前記コンバータのスイッチング素子をオンオフして、前記電源供給経路と前記還流経路とを切り替えるコンバータスイッチング制御部と、
前記共通経路電流検出回路の出力信号に基づいて前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出し、前記母線電流検出回路の出力信号に基づいて前記母線電流を検出し、検出した前記母線電流に基づいて前記界磁巻線に流れる電流の推定値である界磁電流推定値を算出する電流算出部と、
前記界磁電流と前記界磁電流推定値とを比較して、前記母線電流検出回路及び前記共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定する異常判定部と、
スイッチング素子を有し、前記直流電源と前記交流電機子巻線との間で電力変換を行うインバータと、
前記インバータのスイッチング素子をオンオフして、前記交流電機子巻線に電圧を印加するインバータスイッチング制御部と、を備え、
前記母線電流検出回路は、前記直流電源と前記コンバータとの間の接続経路と、前記直流電源と前記インバータとの間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を前記母線電流として検出し、
前記電流算出部は、前記直流電源と前記インバータとの間で電流が流れない零ベクトルの状態で、前記電源供給経路に切り替えられている場合に検出した前記母線電流に基づいて前記界磁電流推定値を算出するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願に係る交流回転機の制御装置によれば、電源供給経路及び還流経路の双方において界磁電流を検出できる共通経路電流検出回路により界磁電流を検出し、電源供給経路に切り替えられている場合にのみ、界磁電流を検出できる母線電流検出回路により界磁電流推定値を算出し、界磁電流と界磁電流推定値とを比較して、母線電流検出回路及び共通経路電流検出回路の一方又は双方の異常を判定することができる。また、母線電流検出回路は、電源供給経路に切り替えられている場合にのみ電流が流れ、還流経路に切り替えられている場合は電流が流れないので、母線電流検出回路の発熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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に係る制御器の概略ブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る制御器のハードウェア構成図である。
【図４】実施の形態１に係るコンバータ制御の電圧ベクトルを説明する図である。
【図５】実施の形態１に係る電圧ベクトルＶｆ０の電流経路を説明する図である。
【図６】実施の形態１に係る電圧ベクトルＶｆ１の電流経路を説明する図である。
【図７】実施の形態１に係る電圧ベクトルＶｆ２の電流経路を説明する図である。
【図８】実施の形態１に係る電圧ベクトルＶｆ３の電流経路を説明する図である。
【図９】実施の形態１に係るコンバータの制御挙動を説明するタイムチャートである。
【図１０】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１１】実施の形態２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１２】実施の形態２に係るインバータ制御の電圧ベクトルを説明する図である。
【図１３】実施の形態２に係るインバータの制御挙動を説明するタイムチャートである。
【図１４】実施の形態２に係るインバータの制御挙動を説明するタイムチャートである。
【図１５】実施の形態３に係るコンバータの制御挙動を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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１１（以下、単に、制御装置１１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１及び制御装置１１の概略構成図である。
【００１０】
１−１．交流回転機
交流回転機１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１は、界磁巻線型の同期回転機とされている。ステータ１８に、交流電機子巻線１２が巻装されている。ロータ１４に界磁巻線４が巻装され、電磁石が設けられている。
【００１１】
本実施の形態では、交流電機子巻線１２は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相の交流電機子巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗとされている。３相の交流電機子巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは、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。
【００１２】
ロータ１４には、ロータ１４の回転角度（回転角度）を検出する角度検出回路１５が設けられている。角度検出回路１５の出力信号は、制御器３０に入力される。角度検出回路１５には、各種のセンサが用いられる。
【００１３】
本実施の形態では、交流回転機１は、車両用の発電電動機とされている。交流回転機１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１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１０に示すように、交流回転機１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１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。交流回転機１は、一方の方向にしか回転せず、他方の方向には回転しない。
【００１４】
１−２．直流電源２
直流電源２は、インバータ５及びコンバータ９に電源電圧Ｖｄｃを出力する。直流電源２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２には、平滑コンデンサ３が並列接続されている。電源電圧Ｖｄｃを検出するための電圧検出回路１７が備えられている。電圧検出回路１７の出力信号は、制御器３０に入力される。
【００１５】
１−３．インバータ５
インバータ５は、スイッチング素子を有し、直流電源２と交流電機子巻線１２との間で電力変換を行う。インバータ５は、直流電源２の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と、直流電源２の負極側に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、３相各相の交流電機子巻線に対応して３組設けている。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、対応する相の交流電機子巻線に接続される。
【００１６】
具体的には、Ｕ相の直列回路では、Ｕ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｕとＵ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｕとが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点がＵ相の交流電機子巻線Ｃｕに接続されている。Ｖ相の直列回路では、Ｖ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｖとＶ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｖとが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点がＶ相の交流電機子巻線Ｃｖに接続されている。Ｗ相の直列回路では、Ｗの正極側のスイッチング素子ＳＰｗとＷ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｗとが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点がＷ相の交流電機子巻線Ｃｗに接続されている。
【００１７】
インバータ５の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、制御器３０に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御器３０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。
【００１８】
１−４．コンバータ９
コンバータ９は、スイッチング素子を有し、直流電源２と界磁巻線４との間で電力変換を行う。コンバータ９は、スイッチング素子のオンオフにより、直流電源２から界磁巻線に電流を流す電源供給経路２０と、コンバータ９内で電流を還流させて界磁巻線４に還流電流を流す還流経路２１とが、切り替わる。
【００１９】
本実施の形態では、コンバータ９は、直流電源２の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と直流電源２の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続された直列回路を２組設けたＨブリッジ回路とされている。第１組の直列回路２８における正極側のスイッチング素子ＳＰ１と負極側のスイッチング素子ＳＮ１との接続点が、界磁巻線４の一端に接続され、第２組の直列回路２９における正極側のスイッチング素子ＳＰ２と負極側のスイッチング素子ＳＮ２との接続点が、界磁巻線４の他端に接続される。
【００２０】
コンバータ９の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、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、制御器３０に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御器３０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。
【００２１】
後述する図６に示すように、コンバータ９のスイッチング素子がオンオフされた場合に、コンバータ９は、電源供給経路２０に切り替わる。一方、後述する図５又は図８に示すように、コンバータ９のスイッチング素子がオンオフされた場合に、コンバータ９は、還流経路２１に切り替わる。なお、本実施の形態では、界磁巻線４を、第１組の直列回路２８側から第２組の直列回路２９側の第１方向のみに電流が流れることを前提に設計されている。
【００２２】
１−５．電機子電流検出回路８
電機子電流検出回路８は、各相の交流電機子巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流を検出する電流検出回路である。本実施の形態では、電機子電流検出回路８は、各相のスイッチング素子の直列回路と交流電機子巻線とをつなぐ電線上に備えられている。各相の電機子電流検出回路８の出力信号は、制御器３０に入力される。電機子電流検出回路８は、ホール素子等の非接触式の電流センサとされている。なお、電機子電流検出回路８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であってもよい。
【００２３】
１−６．母線電流検出回路６
母線電流検出回路６は、直流電源２とコンバータ９との間の接続経路を流れる電流である母線電流Ｉｄｃを検出する電流検出回路である。本実施の形態では、母線電流検出回路６は、直流電源２とコンバータ９との間の接続経路であって、直流電源２とインバータ５との間の接続経路と共通していない部分を流れる電流である母線電流Ｉｄｃを検出する。母線電流検出回路６は、コンバータ９と直流電源２の負極側とを接続する接続経路に設けられている。母線電流検出回路６は、コンバータ９と直流電源２の正極側とを接続する接続経路に設けられてもよい。
【００２４】
母線電流検出回路６の出力信号は、制御器３０に入力される。母線電流検出回路６にシャント抵抗を用いる場合は、発熱により断線すると、直流電源２からコンバータ９に電力を供給できなくなる。そのため、母線電流検出回路６は、ホール素子等の非接触の電流センサが用いられるとよい。非接触の電流センサに異常が生じても、電力供給系統への影響はない。なお、放熱性が確保されて発熱面に支障が無ければ、母線電流検出回路６にシャント抵抗が用いられてもよい。
【００２５】
１−７．共通経路電流検出回路７
共通経路電流検出回路７は、電源供給経路２０と還流経路２１との間で共通する経路を流れる電流を検出する電流検出回路である。本実施の形態では、後述するように、電源供給経路２０は、図６に示す電圧ベクトルＶｆ１の場合の経路になり、還流経路２１は、図５に示す電圧ベクトルＶｆ０の場合の経路になる。よって、共通経路電流検出回路７は、図６の電源供給経路２０と図５の還流経路２１との間で共通する経路部分に設けられている。本例では、共通経路電流検出回路７は、第２組の直列回路２９の負極側のスイッチング素子ＳＮ２の負極側の接続線に設けられている。なお、共通経路電流検出回路７は、電源供給経路２０と還流経路２１との間で共通する経路部分であれば、いずれの部分に設けられてもよく、界磁巻線４と第１組の直列回路２８とを接続する接続線、又は界磁巻線４と第２組の直列回路２９の負極側のスイッチング素子ＳＮ２とを接続する接続線に設けられてもよい。
【００２６】
共通経路電流検出回路７の出力信号は、制御器３０に入力される。共通経路電流検出回路７には、シャント抵抗又はホール素子等が用いられる。
【００２７】
１−８．制御器３０
制御器３０は、インバータ５及びコンバータ９を介して、交流回転機１を制御する。制御器３０は、図２に示すように、コンバータスイッチング制御部３１、電流算出部３２、異常判定部３３、インバータスイッチング制御部３４等の機能部を備えている。制御器３０の各機能は、制御器３０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御器３０は、図３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回路９４等を備えている。
【００２８】
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、角度検出回路１５、電圧検出回路１７、電機子電流検出回路８、母線電流検出回路６、共通経路電流検出回路７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、インバータ５及びコンバータ９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。通信回路９４は、車両統合制御装置２７等の外部装置と通信を行う。
【００２９】
そして、制御器３０が備える各制御部３１〜３４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等の制御器３０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３１〜３４等が用いる判定値等の設定データは、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、制御器３０の各機能について詳細に説明する。
【００３０】
１−８−１．インバータスイッチング制御部３４
インバータスイッチング制御部３４は、インバータ５のスイッチング素子をオンオフすることにより、各相の交流電機子巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに電圧を印加する。インバータスイッチング制御部３４は、各相の交流電機子巻線に印加する３相の電圧指令を算出する。インバータスイッチング制御部３４は、公知のベクトル制御又はＶ／ｆ制御を用いて、３相の電圧指令を算出する。
【００３１】
インバータスイッチング制御部３４は、角度検出回路１５の出力信号に基づいて、ロータ１４の回転角度及び回転角速度を検出する。インバータスイッチング制御部３４は、電機子電流検出回路８の出力信号に基づいて、各相の交流電機子巻線に流れる３相の電機子電流を検出する。インバータスイッチング制御部３４は、電圧検出回路１７の出力信号に基づいて、電源電圧を検出する。
【００３２】
ベクトル制御を用いる場合は、インバータスイッチング制御部３４は、トルク指令、電機子電流の検出値、回転角度、回転角速度、及び電源電圧等に基づいて、３相の電圧指令を算出する。トルク指令は、車両統合制御装置２７等から伝達されるように構成されてもよいし、制御器３０内で算出されるように構成されてもよい。具体的には、インバータスイッチング制御部３４は、トルク指令、回転角速度、及び電源電圧Ｖｄｃ等に基づいて、ｄｑ軸電流指令を算出し、３相の電機子電流の検出値及び回転角度に基づいてｄｑ軸電流検出値を算出し、ｄｑ軸電流指令及びｄｑ軸電流検出値に基づいて、ｄｑ軸座標系上で電流フィードバック制御を行って、ｄｑ軸電圧指令を算出し、ｄｑ軸電圧指令及び回転角度に基づいて、３相の電圧指令を算出する。なお、インバータスイッチング制御部３４は、電流検出値を用いず、ｄｑ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、インバータスイッチング制御部３４は、回転角度に基づいて、ｄｑ軸電圧指令を、３相の電圧指令に座標変換する。インバータスイッチング制御部３４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。
【００３３】
Ｖ／ｆ制御を用いる場合は、インバータスイッチング制御部３４は、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、インバータスイッチング制御部３４は、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。
【００３４】
インバータスイッチング制御部３４は、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。インバータスイッチング制御部３４は、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、電源電圧Ｖｄｃの振幅を有し、キャリア周波数で振動する三角波とされている。インバータスイッチング制御部３４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、インバータ５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。
【００３５】
１−８−２．コンバータスイッチング制御部３１
コンバータスイッチング制御部３１は、コンバータ９のスイッチング素子をオンオフすることにより、界磁巻線４に電圧を印加する。コンバータスイッチング制御部３１は、コンバータ９のスイッチング素子をオンオフして、電源供給経路２０と還流経路２１とを切り替える。
【００３６】
本実施の形態では、コンバータスイッチング制御部３１は、界磁巻線４に印加する界磁巻線の電圧指令に基づいて、コンバータ９のスイッチング素子をオンオフする。コンバータスイッチング制御部３１は、後述する電流算出部３２により算出された界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔが界磁電流指令に近づくように、界磁巻線の電圧指令を変化させる電流フィードバック制御を行う。コンバータスイッチング制御部３１は、トルク指令等に基づいて、界磁電流指令を算出する。トルク指令は、車両統合制御装置２７等から伝達されるように構成されてもよいし、制御器３０内で算出されるように構成されてもよい。
【００３７】
Ｈブリッジ回路とされたコンバータ９の４つのスイッチング素子のオンオフパターンは、図４に示すように、４つある。図４において、「０」は、対応するスイッチング素子がオフであり、「１」は、対応するスイッチング素子がオンであることを示す。４つのオンオフパターンを、電圧ベクトルＶｆ０、Ｖｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３と称す。
【００３８】
＜電圧ベクトルＶｆ０＞
図４及び図５に示すように、電圧ベクトルＶｆ０では、第１組の正極側のスイッチング素子ＳＰ１は「０」（オフ）にされ、第１組の負極側のスイッチング素子ＳＮ１は、「１」（オン）にされ、第２組の正極側のスイッチング素子ＳＰ２が「０」（オフ）にされ、第２組の負極側のスイッチング素子ＳＮ２が「１」（オン）にされる。電圧ベクトルＶｆ０では、電源電圧Ｖｄｃが界磁巻線４に印加されず、コンバータ９内で電流が還流し、還流電流が界磁巻線４に流れる。また、直前に電圧ベクトルＶｆ１が設定されている場合は、図５に示すように、界磁巻線４を第１方向に電流が流れる。一方、直前に電圧ベクトルＶｆ２が設定されている場合は、図５とは反対向きに、界磁巻線４を第２方向に電流が流れる。電圧ベクトルＶｆ０は、直流電源２とコンバータ９との間で電流が流れない零ベクトルである。
【００３９】
＜電圧ベクトルＶｆ１＞
図４及び図６に示すように、電圧ベクトルＶｆ１では、第１組の正極側のスイッチング素子ＳＰ１は「１」（オン）にされ、第１組の負極側のスイッチング素子ＳＮ１は、「０」（オフ）にされ、第２組の正極側のスイッチング素子ＳＰ２が「０」（オフ）にされ、第２組の負極側のスイッチング素子ＳＮ２が「１」（オン）にされる。電圧ベクトルＶｆ１では、電源電圧Ｖｄｃが界磁巻線４に印加され、直流電源２から界磁巻線４に電流が流れる。また、界磁巻線４を、第１組の直列回路２８側から第２組の直列回路２９側への第１方向に電流が流れる。本実施の形態では、交流回転機１は、この第１方向のみに電流が流れることを前提に設計されており、後述する第２方向に電流が流れる電圧ベクトルＶｆ２は用いられない。電圧ベクトルＶｆ０は、直流電源２とコンバータ９との間で電流が流れる有効ベクトルである。
【００４０】
＜電圧ベクトルＶｆ２＞
図４及び図７に示すように、電圧ベクトルＶｆ２では、第１組の正極側のスイッチング素子ＳＰ１は「０」（オフ）にされ、第１組の負極側のスイッチング素子ＳＮ１は、「１」（オン）にされ、第２組の正極側のスイッチング素子ＳＰ２が「１」（オン）にされ、第２組の負極側のスイッチング素子ＳＮ２が「０」（オフ）にされる。電圧ベクトルＶｆ２では、電源電圧Ｖｄｃが界磁巻線４に印加され、直流電源２から界磁巻線４に電流が流れる。また、界磁巻線４を、第２組の直列回路２９側から第１組の直列回路２８側への第２方向に電流が流れる。本実施の形態では、交流回転機１は、この第２方向には電流が流れないことを前提に設計されている。電圧ベクトルＶｆ２も、直流電源２とコンバータ９との間で電流が流れる有効ベクトルであるが、本実施の形態では、用いられない。
【００４１】
＜電圧ベクトルＶｆ３＞
図４及び図８に示すように、電圧ベクトルＶｆ３では、第１組の正極側のスイッチング素子ＳＰ１は「１」（オン）にされ、第１組の負極側のスイッチング素子ＳＮ１は、「０」（オフ）にされ、第２組の正極側のスイッチング素子ＳＰ２が「１」（オン）にされ、第２組の負極側のスイッチング素子ＳＮ２が「０」（オフ）にされる。電圧ベクトルＶｆ３では、電源電圧Ｖｄｃが界磁巻線４に印加されず、コンバータ９内で電流が還流し、還流電流が界磁巻線４に流れる。また、直前に電圧ベクトルＶｆ１が設定されている場合は、図８に示すように、界磁巻線４を第１方向に電流が流れる。一方、直前に電圧ベクトルＶｆ２が設定されている場合は、図８とは反対向きに、界磁巻線４を第２方向に電流が流れる。電圧ベクトルＶｆ３は、直流電源２とコンバータ９との間で電流が流れない零ベクトルであるが、本実施の形態では、用いられない。
【００４２】
＜ＰＷＭ制御により電圧ベクトルの切り替え＞
図９に示すように、コンバータスイッチング制御部３１は、界磁巻線の電圧指令を電源電圧Ｖｄｃで除算した比率であるオンデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号に基づいて、コンバータ９のスイッチング素子をオンオフする。
【００４３】
例えば、コンバータスイッチング制御部３１は、界磁巻線の電圧指令と、ＰＷＭ周期で０から電源電圧Ｖｄｃの間を振動するキャリア波（三角波）とを比較し、電圧指令がキャリア波を上回った場合は、ＰＷＭ信号をオン（１）し、電圧指令がキャリア波を下回った場合は、ＰＷＭ信号をオフ（０）する。或いは、コンバータスイッチング制御部３１は、単純に、オンデューティ比のＰＷＭ信号を生成してもよい。
【００４４】
そして、コンバータスイッチング制御部３１は、ＰＷＭ信号がオン（１）の場合に、電源供給経路２０になるようにコンバータ９のスイッチング素子をオンオフし、ＰＷＭ信号がオフ（０）の場合に、還流経路２１になるようにコンバータ９のスイッチング素子をオンオフする。本実施の形態では、コンバータスイッチング制御部３１は、ＰＷＭ信号がオン（１）の場合に、電圧ベクトルＶｆ１のオンオフパターンでコンバータ９のスイッチング素子をオンオフし、ＰＷＭ信号がオフ（０）の場合に、電圧ベクトルＶｆ０のオンオフパターンでコンバータ９のスイッチング素子をオンオフする。
【００４５】
１−８−３．電流算出部３２
図９に示すように、界磁巻線４を流れる界磁電流Ｉｆは、電源供給経路２０に切り替えられている場合は、単調増加し、還流経路２１に切り替えられている場合は、単調減少する。母線電流検出回路６は、直流電源２とコンバータ９との間の接続経路を流れる母線電流Ｉｄｃを検出するように構成されている。そのため、図９及び図６に示すように、電源供給経路２０に切り替えられている場合は、界磁電流Ｉｆは、母線電流検出回路６の配置箇所を流れるので、母線電流Ｉｄｃにより界磁電流Ｉｆを検出できる。一方、図９及び図５に示すように、還流経路２１に切り替えられている場合は、界磁電流Ｉｆは、母線電流検出回路６の配置箇所を流れないので、母線電流Ｉｄｃはゼロになり、界磁電流Ｉｆを検出できない。よって、母線電流検出回路６を用いる場合は、電源供給経路２０と還流経路２１との切り替えを考慮して、界磁電流Ｉｆを検出する必要がある。
【００４６】
一方、共通経路電流検出回路７は、電源供給経路２０と還流経路２１との共通経路を流れる電流を検出し、図９、図５、及び図６に示すように、界磁巻線４を流れる界磁電流Ｉｆを常時検出することができる。
【００４７】
電流算出部３２は、共通経路電流検出回路７の出力信号に基づいて、界磁巻線４に流れる界磁電流Ｉｆ＿ｄｅｔ（以下、界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔと称す）を検出する。電流算出部３２は、母線電流検出回路６の出力信号に基づいて母線電流Ｉｄｃ＿ｄｅｔ（以下、母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔと称す）を検出する。電流算出部３２は、母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔに基づいて、界磁巻線４に流れる電流の推定値である界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。
【００４８】
本実施の形態では、電流算出部３２は、電源供給経路２０に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値である電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１に基づいて、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。
【００４９】
この構成によれば、界磁電流Ｉｆに等しくなる電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１に基づいて、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを精度よく算出することができる。
【００５０】
＜母線電流検出回路６のオフセットの補償＞
母線電流検出回路６の出力信号にはオフセットが生じる場合がある。オフセットが生じていない場合は、還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２はゼロになるが、オフセットが生じた場合は、還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２はオフセット分、ゼロからシフトする。
【００５１】
そこで、電流算出部３２は、電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１から、還流経路２１に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔである還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２を減算して、オフセット調整後の電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１ｏｆｆを算出する。そして、電流算出部３２は、オフセット調整後の電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１ｏｆｆに基づいて、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出してもよい。
【００５２】
母線電流検出回路６のオフセットは、温度ドリフトにより生じる場合が多く、温度変化の時定数は大きいため、ＰＷＭ周期に比べ、十分遅く変化する。よって、ＰＷＭ周期毎に、還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２を検出する必要はない。
【００５３】
そこで、電流算出部３２は、還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２の検出頻度を、電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１の検出頻度よりも低くしてもよい。例えば、電流算出部３２は、ＰＷＭ周期毎に電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１を検出し、複数のＰＷＭ周期毎に還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２を検出してもよい。また、電流算出部３２は、電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１から、過去の複数回で検出した還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２の平均値を減算して、オフセット調整後の電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１ｏｆｆを算出してもよい。
【００５４】
＜検出タイミング＞
図９に示すように、電流算出部３２は、電源供給経路２０に切り替えている期間の中央のタイミング（時刻ｔ３）で、母線電流検出回路６により電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１を検出する。この構成によれば、電源供給経路２０への切り替え期間において、単調増加している界磁電流Ｉｆの中心値を検出することができ、また、ＰＷＭ周期の界磁電流Ｉｆの平均値を検出することができる。よって、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔの精度を高めることができる。また、電源供給経路２０に切り替えている期間を、電流を検出できる限界まで減少させることができる。
【００５５】
また、電流算出部３２は、還流経路２１に切り替えている期間の中央のタイミング（時刻ｔ１、時刻ｔ５）で、母線電流検出回路６により還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２を検出する。この構成によれば、スイッチング素子のオンオフによる電流への影響を受け難くなるので、界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔの精度を高めることができる。また、還流経路２１に切り替えている期間を、電流を検出できる限界まで減少させることができる。
【００５６】
本実施の形態では、電流算出部３２は、キャリア波の山及び谷のタイミングで電流を検出する。
【００５７】
共通経路電流検出回路７は、界磁電流Ｉｆを常時検出できるので、電流算出部３２は、任意のタイミングで界磁電流を検出できる。しかし、ＰＷＭ周期内の検出回数を少なくするためには、電源供給経路２０に切り替えている期間の中央のタイミング（時刻ｔ３）及び還流経路２１に切り替えている期間の中央のタイミング（時刻ｔ１、時刻ｔ５）の一方又は双方で、共通経路電流検出回路７により界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔを検出すればよい。電流算出部３２は、ＰＷＭ周期内で複数回、界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔを検出し、それらの平均値を最終的な界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔとして算出してもよい。
【００５８】
１−８−４．異常判定部３３
＜電流供給時の異常判定＞
異常判定部３３は、界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔと界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔとを比較して、母線電流検出回路６及び共通経路電流検出回路７の一方又は双方の異常を判定する。
【００５９】
例えば、異常判定部３３は、次式に示すように、界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔと界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔとの偏差の絶対値が、予め設定した判定値閾値ＴＨｆよりも大きくなった場合に異常が発生した判定する。
｜Ｉｆ＿ｄｅｔ−Ｉｆ＿ｅｓｔ｜＞ＴＨｆ    ・・・（１）
【００６０】
例えば、異常判定部３３により電流検出回路の異常が判定された場合は、コンバータスイッチング制御部３１は、界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔを用いた電流フィードバック制御を停止し、界磁電流指令及び界磁巻線の抵抗値に基づき、フィードフォワード的に界磁巻線の電圧指令を設定してもよい。或いは、異常判定部３３は、他の異常判定方法により、母線電流検出回路６及び共通経路電流検出回路７の一方が正常であると判定されている場合は、母線電流検出回路６及び共通経路電流検出回路７の他方が異常であると判定してもよい。共通経路電流検出回路７が異常であり、母線電流検出回路６が正常であると判定された場合は、コンバータスイッチング制御部３１は、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔが界磁電流指令に近づくように、界磁巻線の電圧指令を変化させる電流フィードバック制御を行ってもよい。
【００６１】
＜切り替え期間の設定＞
スイッチング素子をオン又はオフしてから、スイッチング素子を流れる電流が安定するまでには応答遅れがある。スイッチング素子のオン期間又はオフ期間が短すぎると、スイッチング素子のオン又はオフ後、電流が安定した状態で電流を検出できず、電流の検出精度が悪化する。
【００６２】
電源供給経路２０が、電流が安定するまでの電流安定期間以上継続する場合において、電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１を検出する。スイッチング素子のオン又はオフ後、電流が安定した状態で電流を検出でき、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔの精度を高めることができるため、式（１）による異常判定を精度よく行える。なお、還流経路２１が、電流が安定するまでの電流安定期間以上継続する場合において、電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２を検出することで、母線電流検出回路６の出力信号に含まれるオフセット誤差を精度よく得ることができる。
【００６３】
２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る交流回転機１及び制御装置１１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１及び制御装置１１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、母線電流検出回路６の配置位置が実施の形態１と異なる。図１１は、本実施の形態に係る交流回転機１及び制御装置１１の概略構成図である。
【００６４】
本実施の形態では、母線電流検出回路６は、直流電源２とコンバータ９との間の接続経路と、直流電源２とインバータ５との間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を母線電流として検出する。
【００６５】
そのため、母線電流検出回路６により検出される母線電流Ｉｄｃは、直流電源２とコンバータ９との間を流れる電流であるコンバータ電流Ｉｃｎと、直流電源２とインバータ５との間を流れる電流であるインバータ電流Ｉｉｎとが、合わさった電流となる。そのため、界磁電流推定値を得るためには母線電流Ｉｄｃからコンバータ電流Ｉｃｎのみを抽出する必要がある。
【００６６】
＜インバータ電流がゼロになるインバータのオンオフパターン＞
インバータ電流Ｉｉｎが流れていないときは、母線電流Ｉｄｃは、コンバータ電流Ｉｃｎに等しくなる。そこで、インバータ電流Ｉｉｎが零になる、インバータ５のスイッチング素子のオンオフパターンについて説明する。
【００６７】
図１２に示すように、インバータ５の６つのスイッチング素子のオンオフパターンは、８つある。図１２において、「０」は、対応するスイッチング素子がオフであり、「１」は、対応するスイッチング素子がオンであることを示す。８つのオンオフパターンを、電圧ベクトルＶ０〜Ｖ７と称す。
【００６８】
電圧ベクトルＶ０では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｕ、ＳＮｖ、ＳＮｗが全てオンになり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｕ、ＳＰｖ、ＳＰｗが全てオフになり、負極側の電線を介して、３相の交流電機子巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗの端子が相互に接続される。この電圧ベクトルＶ０では、電流は、３相の交流電機子巻線とインバータの間で還流し、インバータ電流Ｉｉｎはゼロになり、直流電源２とインバータ５との間で電流が流れない零ベクトルの状態になる。
【００６９】
電圧ベクトルＶ７では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｕ、ＳＰｖ、ＳＰｗが全てオンになり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｕ、ＳＮｖ、ＳＮｗが全てオフになり、正極側の電線を介して、３相の交流電機子巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗの端子が相互に接続される。この電圧ベクトルＶ７では、電流は、３相の交流電機子巻線とインバータの間で還流し、インバータ電流Ｉｉｎはゼロになり、直流電源２とインバータ５との間で電流が流れない零ベクトルの状態になる。
【００７０】
他の電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６では、インバータ電流Ｉｉｎは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電機子巻線を流れる電機子電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗになる。これらの電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６では、インバータ電流Ｉｉｎはゼロにならず、直流電源２とインバータ５との間で電流が流れる有効ベクトルの状態になる。
【００７１】
実施の形態１で説明したように、インバータスイッチング制御部３４は、３相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｗ、Ｖｗのそれぞれとキャリア波Ｃａ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。図１３に、ＰＷＭ周期Ｔｃにおける、３相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｗ、Ｖｗ、キャリア波Ｃａ、各スイッチング素子のスイッチング信号を示す。この図に示すように、ＰＷＭ周期Ｔｃにおいて、電圧ベクトルＶ０からＶ８が切り替わる。時刻ｔ１からｔ２、及び時刻ｔ６からｔ７において、零ベクトルである電圧ベクトルＶ７になっている。よって、交流電機子巻線１２に電圧を印加するＰＷＭ制御をしている状態でも、ＰＷＭ周期において、インバータ電流Ｉｉｎがゼロになる零ベクトルの期間が存在し、その零ベクトルの期間において、母線電流により、コンバータ電流Ｉｃｎを検出できる。
【００７２】
＜零ベクトル時における界磁電流推定値の算出＞
そこで、電流算出部３２は、直流電源２とインバータ５との間で電流が流れない零ベクトルの状態で、電源供給経路２０に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔに基づいて界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。
【００７３】
電流算出部３２は、インバータ５の零ベクトルの状態で、電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１及び還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２を検出する。そして、実施の形態１と同様に、電流算出部３２は、電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１に基づいて界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。また、電流算出部３２は、電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１から還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２を減算して算出したオフセット調整後の電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１ｏｆｆに基づいて、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出してもよい。
【００７４】
＜有効ベクトル時における界磁電流推定値の算出＞
一方、ＰＷＭ制御の方法によっては、ＰＷＭ周期に零ベクトルの期間が存在しない場合がある。図１４に、零ベクトルが存在しない場合の例を示す。この例では、第１キャリア波Ｃａ１が、Ｕ相の電圧指令Ｖｕ及びＶ相の電圧指令Ｖｖと比較され、第１キャリア波Ｃａ１とは逆相の第２キャリア波Ｃａ２が、Ｗ相の電圧指令Ｖｗと比較される。図１４に示すように、ＰＷＭ周期Ｔｃにおいて、有効ベクトルである電圧ベクトルＶ１、Ｖ２、Ｖ６の期間は存在するが、零ベクトルである電圧ベクトルＶ０、Ｖ７は存在しない。
【００７５】
その場合でも、図１２に示すように、有効ベクトルである電圧ベクトルＶ１〜Ｖ６のそれぞれによって、インバータ電流Ｉｉｎが、３相の電機子電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのいずれかと等しくなる。例えば、電圧ベクトルＶ１では、インバータ電流Ｉｉｎが、Ｕ相の電機子電流Ｉｕと等しくなる。電圧ベクトルＶ２では、インバータ電流Ｉｉｎが、Ｗ相の電機子電流Ｉｗの符号反転値（−Ｉｗ）と等しくなる。このように、有効ベクトルであっても、有効ベクトルの種類に応じた特定の相の電機子電流によりインバータ電流Ｉｉｎを算出し、母線電流Ｉｄｃからインバータ電流Ｉｉｎを減算することで、コンバータ電流Ｉｃｎを抽出することができる。
【００７６】
そこで、電流算出部３２は、電機子電流検出回路８の出力信号に基づいて電機子電流を検出し、同時期に検出した母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ及び電機子電流検出値、及び電流検出時点のインバータ５のスイッチング素子のオンオフパターンに基づいて界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。
【００７７】
電流算出部３２は、電流検出時点のインバータ５のスイッチング素子のオンオフパターン（電圧ベクトル）に基づいて決定した特定の相の電機子電流検出値に基づいて、直流電源２とインバータ５との間を流れる電流であるインバータ電流検出値Ｉｉｎ＿ｄｅｔを算出する。この決定の際、電流算出部３２は、図１２に示すような、インバータ５のスイッチング素子のオンオフパターン（電圧ベクトル）と、インバータ電流Ｉｉｎに等しくなる特定相の電機子電流の情報及び電流の符号反転の有無の情報とが予め設定されたデータテーブルを参照する。なお、インバータ５のスイッチング素子のオンオフパターン（電圧ベクトル）が、電圧ベクトルＶ０及びＶ７の零ベクトルである場合は、電流算出部３２は、インバータ電流検出値Ｉｉｎ＿ｄｅｔをゼロに設定すればよい。
【００７８】
なお、電機子電流の検出タイミングは、実施の形態１と同様の母線電流の検出タイミングに合わせられるとよい。
【００７９】
そして、電流算出部３２は、特定の相の電機子電流検出値と同時期に検出した母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔから、インバータ電流検出値Ｉｉｎ＿ｄｅｔを減算して、コンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔを算出し、コンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔに基づいて、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。
【００８０】
また、実施の形態１と同様に、電流算出部３２は、電源供給経路２０に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ（電源供給時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ１）からインバータ電流検出値Ｉｉｎ＿ｄｅｔを減算して、電源供給時のコンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔ１を算出し、電源供給時のコンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔ１に基づいて界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。また、電流算出部３２は、還流経路２１に切り替えられている場合に検出した母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ（還流時の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔ２）からインバータ電流検出値Ｉｉｎ＿ｄｅｔを減算して、還流時のコンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔ２を算出し、電源供給時のコンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔ１から還流時のコンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔ２を減算して算出したオフセット調整後の電源供給時のコンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔ１ｏｆｆに基づいて、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出してもよい。
【００８１】
例えば、電流検出時に電圧ベクトルＶ６である場合は、電流算出部３２は、図１２のようなデータテーブルを参照し、特定相としてＶ相を決定し、次式に示すように、Ｖ相の電機子電流検出値Ｉｖ＿ｄｅｔの符号反転値（−Ｉｖ＿ｄｅｔ）をインバータ電流検出値Ｉｉｎ＿ｄｅｔに設定する。そして、電流算出部３２は、次式に示すように、Ｖ相の電機子電流検出値Ｉｖ＿ｄｅｔと同時期に検出した母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔから、インバータ電流検出値Ｉｉｎ＿ｄｅｔを減算して、コンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔを算出する。母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔの検出時点において、電源供給経路２０に切り替えられている場合は、電源供給時のコンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔ１になり、還流経路２１に切り替えられている場合は、還流時のコンバータ電流検出値Ｉｃｎ＿ｄｅｔ２になる。
Ｉｉｎ＿ｄｅｔ＝−Ｉｖ＿ｄｅｔ
Ｉｃｎ＿ｄｅｔ＝Ｉｄｃ＿ｄｅｔ−Ｉｉｎ＿ｄｅｔ      ・・・（２）
【００８２】
＜インバータ５の短絡異常判定＞
インバータ５のスイッチング素子の短絡異常等により、インバータ５の同じ相の正極側及び負極側のスイッチング素子が同時にオンになると、直流電源２の正極側と負極側が短絡し、過大なインバータ電流Ｉｉｎが流れる。本実施の形態では、母線電流検出回路６は、インバータ電流Ｉｉｎを検出できるように配置されているので、インバータ５の短絡による過大なインバータ電流Ｉｉｎを検出できる。特に、電機子電流検出回路８を交流電機子巻線とインバータの間に配置する場合には、母線に流れる大電流を直接検出することができないため、好適である。
【００８３】
そこで、異常判定部３３は、母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔが、正常電流範囲を逸脱した場合に、インバータ５において短絡異常が生じた判定する。例えば、異常判定部３３は、共通経路電流検出回路７により検出された界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔが正常範囲にあり、母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔが、予め設定された短絡判定値より大きくなった場合に、インバータ５において短絡異常が生じた判定する。インバータ５において短絡異常が生じたと判定された場合は、インバータスイッチング制御部３４は、通常のオンオフ制御を停止し、インバータ５の全てのスイッチング素子をオフにするなど短絡異常時のオンオフ制御を行う。
【００８４】
３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る交流回転機１及び制御装置１１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１及び制御装置１１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、電流の検出において、ローパスフィルタ処理を行う点が実施の形態１と異なる。
【００８５】
＜ローパスフィルタ処理後の界磁電流の検出＞
本実施の形態では、電流算出部３２は、界磁電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔとして、ローパスフィルタ処理後の界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔｆｌｔを検出する。界磁電流の検出におけるローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部３１におけるオンオフ周波数以下である。ここで、オンオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部３１のＰＷＭ周期の逆数である。
【００８６】
界磁電流のローパスフィルタ処理は、共通経路電流検出回路７の出力信号をローパスフィルタ回路に通すことによって行われてもよいし、共通経路電流検出回路７の出力信号をＡ／Ｄ変換した値に対して、ソフトウェアによりローパスフィルタ処理を行うことによって行われてもよい。ソフトウェアにより行う場合は、ＰＷＭ周期よりも十分短いサンプリング周期でＡ／Ｄ変換を行い、ローパスフィルタ処理を行う。
【００８７】
図１５に示すように、フィルタ前の界磁電流Ｉｆは、ＰＷＭ周期が１ｍｓの場合には１ｋＨｚの倍数次成分が重畳した波形となる。このときカットオフ周波数１００Ｈｚのローパスフィルタに通すと約１０％に振幅を減衰させることができ、カットオフ周波数１０Ｈｚのローパスフィルタに通すと約１％に振幅を減衰させることができる。よって、ＰＷＭ周期のいずれのタイミングでも、ローパスフィルタ処理後の界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔｆｌｔは安定しているので、電流検出タイミングに関係なく、界磁電流検出値Ｉｆ＿ｄｅｔを検出することができる。
【００８８】
＜ローパスフィルタ処理後の母線電流の検出＞
電流算出部３２は、母線電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔとして、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔを検出する。母線電流の検出におけるローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部３１におけるオンオフ周波数以下である。ここで、オンオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部３１のＰＷＭ周期の逆数である。
【００８９】
母線電流のローパスフィルタ処理は、母線電流検出回路６の出力信号をローパスフィルタ回路に通すことによって行われてもよいし、母線電流検出回路６の出力信号をＡ／Ｄ変換した値に対して、ソフトウェアによりローパスフィルタ処理を行うことによって行われてもよい。ソフトウェアにより行う場合は、ＰＷＭ周期よりも十分短いサンプリング周期でＡ／Ｄ変換を行い、ローパスフィルタ処理を行う。
【００９０】
図１５に示すように、ローパスフィルタ処理後の母線電流Ｉｄｃ＿ｆｌｔは、母線電流ＩｄｃをＰＷＭ周期で平均化したような値になる。母線電流Ｉｄｃは、電源供給経路２０に切り替えられている場合は、界磁電流Ｉｆに一致しているが、還流経路２１に切り替えられている場合は、ゼロになる。よって、ローパスフィルタ処理後の母線電流Ｉｄｃ＿ｆｌｔは、界磁電流Ｉｆの平均値よりも低下し、ＰＷＭ周期における界磁電流Ｉｆの平均値Ｉｆ＿ａｖｅに対するローパスフィルタ処理後の母線電流Ｉｄｃ＿ｆｌｔの比は、次式に示すように、電源供給経路２０への切り替え期間と還流経路２１への切り替え期間との合計期間に対する電源供給経路２０への切り替え期間の比、すなわち、オンデューティ比Ｄｏｎに比例する。
Ｉｄｃ＿ｆｌｔ＝Ｉｆ＿ａｖｅ×Ｄｏｎ        ・・・（３）
【００９１】
そこで、電流算出部３２は、電源供給経路２０への切り替え期間と還流経路２１への切り替え期間との合計期間に対する電源供給経路２０への切り替え期間の比であるオンデューティ比Ｄｏｎと、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔとに基づいて、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。
【００９２】
例えば、電流算出部３２は、次式に示すように、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔをオンデューティ比Ｄｏｎで除算して、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。
Ｉｆ＿ｅｓｔ＝Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔ／Ｄｏｎ      ・・・（４）
【００９３】
図１５に示すように、ＰＷＭ周期のいずれのタイミングでも、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔは安定しているので、電流検出タイミングに関係なく、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔを検出することができ、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出することができる。
【００９４】
４．実施の形態４
次に、実施の形態３に係る交流回転機１及び制御装置１１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１及び制御装置１１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、母線電流検出回路６の配置位置が実施の形態２と同様にされている点が、実施の形態１と異なる。
【００９５】
実施の形態２と同様に、図１１に示すように、母線電流検出回路６は、直流電源２とコンバータ９との間の接続経路と、直流電源２とインバータ５との間の接続経路と、の間で共通する経路を流れる電流を母線電流として検出する。
【００９６】
実施の形態３と同様に、電流算出部３２は、母線電流の検出においてローパスフィルタ処理を行い、母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔとして、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔを検出する。母線電流の検出におけるローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部３１におけるオンオフ周波数以下であり、且つインバータスイッチング制御部３４におけるオンオフ周波数以下である。ここで、コンバータスイッチング制御部３１におけるオンオフ周波数は、コンバータスイッチング制御部３１のＰＷＭ周期の逆数であり、インバータスイッチング制御部３４におけるオンオフ周波数は、インバータスイッチング制御部３４のＰＷＭ周期の逆数である。インバータスイッチング制御部３４のＰＷＭ周期は、コンバータスイッチング制御部３１におけるオンオフ周波数よりも短く設定されている。
【００９７】
母線電流のローパスフィルタ処理は、母線電流検出回路６の出力信号をローパスフィルタ回路に通すことによって行われてもよいし、母線電流検出回路６の出力信号をＡ／Ｄ変換した値に対して、ソフトウェアによりローパスフィルタ処理を行うことによって行われてもよい。ソフトウェアにより行う場合は、ＰＷＭ周期よりも十分短いサンプリング周期でＡ／Ｄ変換を行い、ローパスフィルタ処理を行う。
【００９８】
実施の形態２で説明したように、母線電流検出回路６により検出される母線電流は、直流電源２とコンバータ９との間を流れる電流であるコンバータ電流Ｉｃｎと、直流電源２とインバータ５との間を流れる電流であるインバータ電流Ｉｉｎとが、合わさった電流となる。そのため、母線電流からコンバータ電流Ｉｃｎのみを抽出する必要がある。
【００９９】
ＰＷＭ周期におけるインバータ電流の平均値Ｉｉｎ＿ａｖｅは、次式に示すように、３相の電機子電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのそれぞれに、対応する相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｗ、Ｖｗを電源電圧Ｖｄｃで除算した各相のオンデューティ比Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを乗算した値の和で表現できる。そのため、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔから、インバータ電流の平均値Ｉｉｎ＿ａｖｅを減算すれば、ローパスフィルタ処理後のコンバータ電流Ｉｃｎ＿ｆｌｔを算出することができる。
Ｉｉｎ＿ａｖｅ＝Ｉｕ×Ｖｕ／Ｖｄｃ＋Ｉｖ×Ｖｖ／Ｖｄｃ＋Ｉｗ×Ｖｗ／Ｖｄｃ
＝（Ｉｕ×Ｖｕ＋Ｉｖ×Ｖｖ＋Ｉｗ×Ｖｗ）／Ｖｄｃ
＝Ｉｕ×Ｄｕ＋Ｉｖ×Ｄｖ＋Ｉｗ×Ｄｗ
・・・（５）
【０１００】
そこで、電流算出部３２は、電機子電流に基づいて、直流電源２とインバータ５との間を流れる電流であるインバータ電流の平均値Ｉｉｎ＿ａｖｅを算出する。本実施の形態では、電流算出部３２は、３相の電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと３相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｗ、Ｖｗとの積に基づいて、インバータ電流の平均値Ｉｉｎ＿ａｖｅを算出する。式（５）に示すように、電流算出部３２は、３相の電機子電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのそれぞれと、対応する相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｗ、Ｖｗとを乗算した値を合計し、合計値を電源電圧Ｖｄｃで除算した値を、インバータ電流の平均値Ｉｉｎ＿ａｖｅとして算出する。
【０１０１】
電流算出部３２は、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔからインバータ電流の平均値Ｉｉｎ＿ａｖｅを減算した減算値と、オンデューティ比Ｄｏｎと、に基づいて界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出する。ここで、オンデューティ比Ｄｏｎは、電源供給経路２０への切り替え期間と還流経路２１への切り替え期間との合計期間に対する電源供給経路２０への切り替え期間の比である。電流算出部３２は、次式に示すように、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔからインバータ電流の平均値Ｉｉｎ＿ａｖｅを減算した減算値を、オンデューティ比Ｄｏｎで除算した値を、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔとして算出する。
Ｉｆ＿ｅｓｔ＝（Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔ−Ｉｉｎ＿ａｖｅ）／Ｄｏｎ
・・・（６）
【０１０２】
この減算値（Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔ−Ｉｉｎ＿ａｖｅ）により、ローパスフィルタ後の母線電流Ｉｄｃ＿ｆｌｔからローパスフィルタ後のコンバータ電流Ｉｃｎ＿ｆｌｔのみを取り出すことができる。そして、実施の形態３の式（４）と同様に、ローパスフィルタ後のコンバータ電流Ｉｃｎ＿ｆｌｔをオンデューティ比Ｄｏｎで除算することにより、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出することができる。
【０１０３】
ＰＷＭ周期のいずれのタイミングでも、ローパスフィルタ処理後の母線電流検出値Ｉｄｃ＿ｄｅｔｆｌｔは安定しているので、電流検出タイミングに関係なく、ローパスフィルタ後のコンバータ電流Ｉｃｎ＿ｆｌｔを検出することができ、界磁電流推定値Ｉｆ＿ｅｓｔを算出することができる。
【０１０４】
〔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。
【０１０５】
（１）上記の各実施の形態では、交流回転機１は、３相の交流電機子巻線を備えている場合を例に説明した。しかし、交流回転機１は、３相以外の複数相の交流電機子巻線を備えてもよく、複数組の複数相の交流電機子巻線を備えてもよい。
【０１０６】
（２）上記の各実施の形態では、交流回転機１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１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。
【０１０７】
（３）上記の各実施の形態では、コンバータスイッチング制御部３１は、還流経路２１に切り替える零ベクトルとして、電圧ベクトルＶｆ０を設定する場合を例に説明した。しかし、コンバータスイッチング制御部３１は、還流経路２１に切り替える零ベクトルとして、電圧ベクトルＶｆ３を設定してもよく、或いは、電圧ベクトルＶｆ０と電圧ベクトルＶｆ３とを周期的に切り替えてもよい。この場合は、電圧ベクトルＶｆ３において還流電流を検出できるように、共通経路電流検出回路７は、界磁巻線４と第１組の直列回路２８とを接続する接続線、又は界磁巻線４と第２組の直列回路２９の負極側のスイッチング素子ＳＮ２とを接続する接続線に設けられる。
【０１０８】
（４）上記の各実施の形態では、コンバータ９は、Ｈブリッジ回路である場合を例に説明した。しかし、コンバータスイッチング制御部３１が、還流経路２１に切り替える場合に、図５の電圧ベクトルＶｆ０のみを設定する場合は、第２組の正極側のスイッチング素子ＳＰ２が常時オフになるので、第２組の正極側のスイッチング素子ＳＰ２の回路部分が設けられず、非接続であってもよく、或いは、逆並列ダイオードのみが設けられてもよい。また、この場合は、第２組の負極側のスイッチング素子ＳＮ２が常時オンになるので、第２組の負極側のスイッチング素子ＳＮ２の回路部分が接続線により構成されてもよい。第１組の負極側のスイッチング素子ＳＮ１は、還流経路２１の場合にＯＮすることで逆並列ダイオードに比べて抵抗を低減できるが、発熱量に余裕があれば第１組の負極側のスイッチング素子ＳＮ１の回路部分は逆並列ダイオードのみであってもよい。
【０１０９】
一方、その他の実施の形態３で説明したように、コンバータスイッチング制御部３１が、還流経路２１に切り替える場合に、図８の電圧ベクトルＶｆ３のみを設定する場合は、第１組の負極側のスイッチング素子ＳＮ１が常時オフになるので、第１組の負極側のスイッチング素子ＳＮ１の回路部分が設けられず、非接続であってもよく、或いは、逆並列ダイオードのみが設けられてもよい。また、この場合は、第１組の正極側のスイッチング素子ＳＰ１が常時オンになるので、第１組の正極側のスイッチング素子ＳＰ１の回路部分が接続線により構成されてもよい。第２組の正極側のスイッチング素子ＳＰ２は、還流経路２１の場合にＯＮすることで逆並列ダイオードに比べて抵抗を低減できるが、発熱量に余裕があれば第２組の正極側のスイッチング素子ＳＰ２の回路部分は逆並列ダイオードのみであってもよい。
【０１１０】
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】
【０１１１】
１  交流回転機、２  直流電源、４  界磁巻線、５  インバータ、６  母線電流検出回路、７  共通経路電流検出回路、８  電機子電流検出回路、９  コンバータ、１１  交流回転機の制御装置、１２  交流電機子巻線、２０  電源供給経路、２１  還流経路、３１  コンバータスイッチング制御部、３２  電流算出部、３３  異常判定部、３４  インバータスイッチング制御部
【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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