(57)【要約】【課題】電動機の直流電力消費量（発電機の直流電力発電量）を少量一定に保ち、電動機や発電機の個体ばらつき及び温度変化を吸収し、効率的な動作をさせることができる発電機と電動機の関連制御装置を提供する。【解決手段】電動機が正回転で負トルク発生状態または逆回転で正トルク発生状態の回生時に、電動機の発生トルクを所定の値に維持したままで、インバータの入力となる直流電圧を所望の直流電圧目標に追従させるように電動機の電機子電流を制御し、かつ演算で求めた交流電力を所望の交流電力目標に追従させるように発電機の発電量を制御する。上記の演算で求めた交流電力は、直流電圧目標と直流電圧との差分を積分機能を含んだ制御手段に入力して求めた電機子電流目標と与えられたトルク指令とに基づいて電機子電流を制御する信号を演算する過程で求められたｄｑ軸電圧電流または交流の各相電圧電流の値から演算で求める。【選択図】図３
2009077606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関によって駆動される発電機の出力をインバータで交流に変換し、その交流電力で電動機を駆動するシステムにおいて、前記発電機と電動機の関連制御を行う制御装置であって、
前記電動機が正回転で負トルク発生状態または逆回転で正トルク発生状態の回生時に、前記インバータの入力となる直流電圧または直流電流を所望の直流電圧目標または直流電流目標に追従させ、前記電動機を駆動する交流電力を演算で求め、その交流電力を所望の交流電力目標に追従させるように、前記電動機の発生トルクを所定の値に維持したままで、前記電動機の電機子電流を制御し、かつ、前記発電機の発電量を制御する、ことを特徴とする発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項２】
前記電動機が正回転で負トルク発生状態または逆回転で正トルク発生状態の回生時に、前記電動機の発生トルクを所定の値に維持したままで、前記インバータの入力となる直流電圧または直流電流を所望の直流電圧目標または直流電流目標に追従させるように前記電動機の電機子電流を制御し、かつ、前記演算で求めた交流電力を所望の交流電力目標に追従させるように前記発電機の発電量を制御することを特徴とする請求項１に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項３】
前記演算で求めた交流電力は、前記直流電圧目標と前記直流電圧との差分、または直流電流目標と直流電流との差分を少なくとも積分機能を含んだ制御手段に入力して求めた電機子電流目標と与えられたトルク指令とに基づいて前記電機子電流を制御する信号を演算する過程で求められたｄｑ軸電圧電流または交流の各相電圧電流の値から演算で求めるものである、ことを特徴とする請求項２に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項４】
前記電動機が正回転で負トルク発生状態または逆回転で正トルク発生状態の回生時に、前記電動機の発生トルクを所定の値に維持したままで、演算で求めた交流電力を所望の交流電力目標に追従させるように、前記電動機の電機子電流を制御し、かつ、前記インバータの入力となる直流電圧または直流電流を所望の直流電圧目標または直流電流目標に追従させるように前記発電機の発電量を制御することを特徴とする請求項１に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項５】
前記演算で求めた交流電力は、前記交流電力目標と前記交流電力との差分を少なくとも積分機能を含んだ制御手段に入力して求めた電機子電流目標と与えられたトルク指令とに基づいて電機子電流を制御する信号を演算する過程で求められたｄｑ軸電圧電流または交流の各相電圧電流の値から演算で求めるものである、ことを特徴とする請求項４に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項６】
前記所望の交流電力目標は、０または０から演算により算出したインバータ損失を差し引いた値とすることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項４の何れか１項に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項７】
前記電動機のトルクを維持したままで電機子電流を制御する際、それ以上電機子電流を下げると前記トルクを所定値に維持できなくなるとき、または交流電圧が交流電圧限界に達したときは、電機子電流を固定して、前記インバータの入力となる直流電圧または直流電流を所望の直流電圧目標または直流電流目標に追従させるように、前記発電機の発電量を制御することを特徴とする請求項２または請求項４に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項８】
前記インバータの入力となる直流電圧または直流電流を所望の直流電圧目標または直流電流目標に追従させるように前記発電機の発電量を制御している際、演算された交流電力が所望の交流電力目標より小くなった場合には、前記の電動機のトルクを維持して電機子電流を制御する制御に復帰することを特徴とする請求項７に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項９】
前記のように電動機のトルクを維持したままで電機子電流を制御する場合であっても、電機子電流を上げて最大電流に達した場合、または交流電圧が交流電圧限界に達した場合には、電機子電流を最大値に保ちながら、直流電圧または直流電流を直流電圧目標または直流電流目標に追従させるようにトルクの絶対値を制御することを特徴とする請求項２に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項１０】
前記のように電動機のトルクを維持したままで電機子電流を制御する場合であっても、電機子電流を上げて最大電流に達した場合、または交流電圧が交流電圧限界に達した場合には、電機子電流を最大値に保ちながら、交流電力を交流電力目標に追従させるようにトルクの絶対値を制御することを特徴とする請求項４に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【請求項１１】
前記トルクの絶対値を減らして電力消費を増やす制御を行っている場合に、トルクの補正量が０になった場合には、前記電動機のトルクを前記所望の値に復帰させて維持した状態で電機子電流を制御することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の発電機と電動機の関連制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関によって駆動される発電機の出力をインバータで交流に変換し、その交流電力で電動機を駆動するシステムにおいて、前記発電機と電動機の関連制御を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関によって駆動される発電機の出力をインバータで交流に変換し、その交流電力で電動機を駆動するシステムの制御装置としては、例えば特開２００１−２３９８５２号公報に記載されているように、発電機の出力である直流電圧（または直流電流）を直流電圧目標（または直流電流目標）に追従させるように制御し、インバータの出力する交流電力は電動機が目標とおりのトルクを出力するように制御する装置がある。  
このようなシステムは、発電機が直流電力（直流電圧ｖｄｃ、直流電流ｉｄｃ）を発電し、電動機がその直流電力を消費するという仕組みであり、発電機が直流電力を消費することはできない。このようなシステムでは電動機が正回転で負トルク発生状態または逆回転で正トルク発生状態の回生時には、電動機の出力は負（外部から駆動される）になって発電機の負荷が負になり、発生電圧（インバータに入力する直流電圧）が異常に高くなってインバータを構成するスイッチング素子を破壊するおそれがある。そのため上記の従来例では、図８に示すように、電動機の機械出力よりも電動機＋インバータの損失が大きくなるように電動機の電機子電流を多く流すことにより、「発電電力＝電動機＋インバータの消費電力」として、インバータの入力となる直流電圧が上昇しないようにしている。つまり、回生時には、トルクの値を所定値（トルク指令値で指示された値）に維持したままで、発電機の発生電力がインバータ＋電動機の損失（消費電力）と等しくなるようにして、発電機の直流電圧（インバータの入力電圧）が上昇しないように、電動機の電機子電流と前記発電機の発電量を制御している。
【特許文献１】特開２００１−２３９８５２号公報
【特許文献２】特開２００１−０９５３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような構成では、電機子電流の大きさは電動機の回転数とトルク（場合によっては直流電圧も）で決めるが、個体ばらつきや電動機温度状態を含めて発電しないようにするため、電動機温度が最も低い状態を前提に余裕代をとって消費電力を決めるので、図９に示すように、個体ばらつきによる影響や電動機の温度が高い場合に消費電力が大きくなるという問題がある。  
上記の問題を解決するため、特開２００１−０９５３００号公報に記載の構成においては、ｄ軸電流ｉｄを操作することにより直流電圧（または直流電流）を制御するという方法（ｄ軸電流を変えればトルクを変えずに消費電流を変えることが出来る）を用いている。この場合、発電機が全く発電しなければ（界磁電流０）、電動機＋インバータのみで電力収支を合わせるため、図１０に示すように直流電力としての消費電力を０に維持できる。  
ところが、発電機が全く発電しない（界磁電流０）ように制御した場合には、回転数やトルクの変化で電動機＋インバータのみで電力収支を合わせることができない領域に入った場合（負の機械出力が小さくなった場合：図１１）、そこから急に界磁電流を立ち上げても１００ｍｓのオーダで遅れが生じることになり、その間はトルクが出せなくなるという問題が生じる。つまり界磁電流０の待機状態から急に界磁電流を流しても、発電量が増加して直流電圧目標に達するまでに時間が掛かることになる。そのため発電機が常に少量発電するように界磁電圧を印加しておくという方法も考えられるが、フィードバックする物理量がないため発電機の回転数に基づいてフィードフォワードで出力することしかできず、図１２に示すように、発電機の個体ばらつきや温度状態によっては発電量が多くなってしまい、結果として電動機＋インバータの消費電力が大きくなるという問題が生じる。  
本発明は上記のごとき問題を解決するものであり、電動機の直流電力消費量（発電機の直流電力発電量）を少量一定に保つことができ、電動機や発電機の個体ばらつき及び温度変化を吸収し、効率的な動作をさせることができる発電機と電動機の関連制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するため、本発明においては、電動機が正回転で負トルク発生状態または逆回転で正トルク発生状態の回生時に、インバータの入力となる直流電圧または直流電流を所望の直流電圧目標または直流電流目標に追従させ、また交流電力を演算で求め、その交流電力を所望の交流電力目標に追従させるように、電動機の発生トルクを所定の値に維持したままで、電動機の電機子電流を制御し、かつ、前記発電機の発電量を制御するように構成している。例えば、前記回生時には、電動機の発生トルクを所定の値に維持したままで、インバータの入力となる直流電圧を所望の直流電圧目標に追従させるように電動機の電機子電流を制御し、かつ、演算で求めた交流電力を所望の交流電力目標に追従させるように発電機の発電量を制御するように構成している。また、上記の演算で求めた交流電力は、例えば直流電圧目標と直流電圧との差分を少なくとも積分機能を含んだ制御手段に入力して求めた電機子電流目標と与えられたトルク指令とに基づいて電機子電流を制御する信号を演算する過程で求められたｄｑ軸電圧電流または交流の各相電圧電流の値から演算で求めることが出来る。
【発明の効果】
【０００５】
上記のように、本発明においては、交流電力を演算で求め、その値をフィードバックして交流電力を制御することができるので、電動機とインバータにおける直流電力消費量（発電機の直流電力発電量）を少量一定に保つことができ、電動機や発電機の個体ばらつき及び温度変化を吸収し、効率的な動作をさせることができ、しかも発電機の界磁電流を０に制御した場合のように、界磁電流を立ち上げた時の遅れが生じるおそれもない、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は本発明を適用する発電機と電動機を関連して制御するシステムの一実施例図であり、例えば車両用の駆動制御装置に適用される例を示す。  
図１において、１は発電機であり、図示しない内燃機関で駆動される。この発電機は三相交流発電機を示し、発電した交流電力は６個のダイオードからなる整流器で整流され、直流電力としてインバータ２へ送られる。インバータ２は各相毎に２個ずつ合計６個（三相の例）のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（例えばＩＧＢＴ等のパワー素子）からなり、図１の例ではｕ相ｖ相ｗ相の三相交流を出力する。この交流電力で電動機３を駆動する。この電動機３で例えば車両を駆動する。制御部４は例えばＣＰＵや各種メモリ等からなるマイクロプロセッサで構成され、インバータ２に入力する直流電圧ｖｄｃ（発電機１の出力電圧）、外部から与えられるトルク指令Ｔ＊（上位のコントローラから送られる信号）、直流電圧目標ｖｄｃ＊、交流電力目標Ｐａｃ＊を入力し、インバータ２を制御するＰＷＭ１信号と発電機１を制御するＰＷＭ２信号を出力する。この制御部４については詳細を後述する。その他、図１において、ｉｕはｕ相電流、ｉｖはｖ相電流、ｉｗはｗ相電流、ｖｕはｕ相電圧、ｖｖはｖ相電圧、ｖｗはｗ相電圧、θは電動機の回転子位相（電気角）、５はインバータ２に入力する直流電圧ｖｄｃ（発電機１の出力電圧）を検出する電圧センサ、６は平滑用のコンデンサ、７はＰＷＭ２信号に応じて開閉（ＰＷＭ制御）し、発電機１の界磁電圧（電流）を制御するスイッチング素子である。
【０００７】
最初に、図１の装置における通常時の電動機の電流制御について説明する。  
図２は通常時における電動機の電流制御系を示すブロック図であり、図１の制御部４において電動機の制御部分のみ（発電機制御を除いた部分）に相当する。  
図２において、三相電流値ｉｕ［Ａ］、ｉｖ［Ａ］は、電流センサにより得る。なお、ｉｗはｉｕとｉｖから計算で求められる。直流電圧値ｖｄｃ［Ｖ］は、電圧センサ５により得る。電動機３の回転子位相θ［ｒａｄ］は、レゾルバやエンコーダなどの位置検出器により得る。
【０００８】
微分部８は、電動機３の回転子位相θ（電気角）を微分して電動機３の回転子角速度ω（電気角）［ｒａｄ／ｓ］を演算する。なお、ω＝ｄθ／ｄｔである。  
ｔａｂ１ｅ部９は、トルク指令値Ｔ'＊［Ｎ・ｍ］（外部から与えられたトルク指令Ｔ＊を積分機能を含んだ回路に通した値）と電動機３の回転子角速度ωと直流電圧値ｖｄｃから、ｄｑ軸電流目標値ｉｄ＊［Ａ］、ｉｑ＊［Ａ］及びｄｑ軸干渉電圧指令値ｖｄ”［Ｖ］、ｖｑ”［Ｖ］をｔａｂ１ｅ参照して出力する。  
座標変換１部１０は、三相電流値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ（ｉｗは計算で求める）と電動機の回転子位相θから下記（数１）式によってｄｑ軸電流値ｉｄ［Ａ］、ｉｑ［Ａ］を演算する。
【０００９】
【数１】
2009077606.tif 000003
ＰＩ制御部１１は、ｄｑ軸電流目標値ｉｄ＊、ｉｑ＊とｄｑ軸電流値ｉｄ、ｉｑから下記（数２）式によってｄｑ軸ＰＩ出力電圧指令値ｖｄ’［Ｖ］、ｖｑ’［Ｖ］を演算する。
【００１０】
【数２】
2009077606.tif 000004
但し、Ｋｐｄ：ｄ軸比例ゲイン、Ｋｐｑ：ｑ軸比例ゲイン、Ｋｉｄ：ｄ軸積分ゲイン、Ｋｉｑ：ｑ軸積分ゲイン、ｓ：ラプラス演算子
非干渉制御部１２は、ｄｑ軸ＰＩ出力電圧指令値ｖｄ’、ｖｑ’とｄｑ軸干渉電圧指令値からｖｄ”、ｖｑ”から下記（数３）式によってｄｑ軸電圧指令値ｖｄ［Ｖ］、ｖｑ［Ｖ］を演算する。
【００１１】
【数３】
2009077606.tif 000005
但し、ωｃ［ｒａｄ］：電流応答のカットオフ角周波数、ｓ：ラプラス演算子
進み補償部１３は、電動機の回転子位相θから進み補償後の電動機の回転子位相θ’［ｒａｄ］を演算する。
【００１２】
θ’＝θ＋（ｄθ／ｄｔ）・△ｔ
但し、△ｔ［ｓ］：進み補償時間
座標変換２部１４は、ｄｑ軸電圧指令値ｖｄ、ｖｑと進み補償後の電動機の回転子位相θ’から下記（数４）式によって三相電圧指令値ｖｕ［Ｖ］、ｖｖ［Ｖ］、ｖｗ［Ｖ］を演算する。
【００１３】
【数４】
2009077606.tif 000006
ＰＷＭ変換部１５は、三相電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと直流電圧ｖｄｃから下記（数５）式によってＰＷＭ１信号（ｏｎ  ｄｕｔｙ）ｔｕ［％］、ｔｖ［％］、ｔｗ［％］を演算する。
【００１４】
【数５】
2009077606.tif 000007
上記のようにして求めたＰＷＭ１信号によって図１のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を開閉制御することにより、電動機３をトルク指令Ｔ＊で指示された所望のトルクで駆動することが出来る。ここまでの制御は通常の電動機の電流制御である。
【００１５】
（実施例１）
以下、本発明による回生時の制御を説明する。  
図３は本発明の第１の実施例による制御を示すブロック図であり、図１の制御部４の内容に相当する。  
図３において、電動機の制御は、外部から与えられるトルク指令Ｔ＊とインバータ２に入力する直流電圧ｖｄｃと直流電圧目標ｖｄｃ＊とに基づいて行われる。なお、電動機の回転子位相θや他の各電流、電圧等については図２と同様である。  
１６は直流電圧変動量を考慮した遅れ特性を持つフィルタ（例えば一次遅れフィルタ等であって、トルク指令Ｔ＊の急激な変化による直流電圧の変化を防止するフィルタ）であり、外部から与えられたトルク指令Ｔ＊を上記フィルタに通して求めたトルク指令値Ｔ'＊を電流制御部１９に送る。また、所望の直流電圧目標ｖｄｃ＊と直流電圧ｖｄｃの差分を減算器１７で求め、その値を少なくとも積分機能を含んだ制御器１８を通して求めた電機子電流目標ｉａ＊も電流制御部１９に送る。ただしｉａ＊＝√（ｉｄ＊２＋ｉｑ＊２）であり、ここではｄｑ軸電流目標値ｉｄ＊、ｉｑ＊をまとめて電機子電流目標ｉａ＊として示している。なお、電動機の回転子位相θ、回転子角速度ωおよび三相電流値ｉｕ、ｉｖも図２に記載のように電流制御部１９に入力されるが、ここでは説明を省略している。  
電流制御部１９は、前記図２と同様の演算を行ってＰＷＭ１信号を出力する。ただし、図２においては、ｔａｂ１ｅ部９で直流電圧ｖｄｃをそのまま用いているが、図３では直流電圧ｖｄｃと直流電圧目標ｖｄｃ＊との差分から求めた電機子電流目標ｉａ＊を用いている点が異なっている。  
上記の制御を行うことにより、直流電圧ｖｄｃを直流電圧目標ｖｄｃ＊に追従させつつ、トルク指令Ｔ＊で指示された所望のトルクを出力することが出来る。なお、直流電圧目標ｖｄｃ＊は例えばインバータを構成するスイッチング素子の最大定格電圧等に応じて設定する。
【００１６】
また、上記の電流制御部１９における演算中に求められたｄｑ軸電流ｉｄ、ｉｑ、ｄｑ軸電圧ｖｄ、ｖｑまたは三相の電流、電圧ｉｕ、ｉｖ、ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを交流電力演算部２０に送り、その時点における交流電力Ｐａｃを求める。そして所望の交流電力目標Ｐａｃ＊（詳細後述）と演算で求めた交流電力Ｐａｃとの差分を減算器２１で求め、その値を少なくとも積分機能を含んだ制御器２２を通すことによって発電機の界磁電圧指令となるＰＷＭ２信号を出力する。このＰＷＭ２信号で図１のスイッチング素子７を開閉制御して発電機の界磁電圧を制御し、発電機の発電量を制御する。
【００１７】
上記の交流電力演算部２０における演算は、
Ｐａｃ＝ｉｄ・ｖｄ＋ｉｑ・ｖｑ
または
Ｐａｃ＝ｉｕ・ｖｕ＋ｉｖ・ｖｖ＋ｉｗ・ｖｗ    ただしｉｗ＝−（ｉｕ＋ｉｖ）
の数式を用いて交流電力Ｐａｃを求めるものである。  
また、交流電力目標Ｐａｃ＊は、０または０から演算により算出したインバータ損失を差し引いた値とする。つまり電動機＋インバータで消費する交流電力を０に近づけるように制御する。上記のインバータ損失は予め実験により取得し、電機子電流、交流電圧、直流電圧、素子温度等からテーブル参照によって求める。
【００１８】
上記の制御を行うことにより、電動機制御ではトルク指令Ｔ＊で指示された所望のトルクを維持しながら直流電圧ｖｄｃを直流電圧目標ｖｄｃ＊に追従させ、かつ、発電機制御では電動機＋インバータで消費する交流電力を最小にするように制御することが出来るので、少量の発電を維持させて効率的な動作を行うことが出来る。
【００１９】
上記のように、図３に示した実施例においては、電動機が正回転で負トルク発生状態または逆回転で正トルク発生状態の回生時に、電動機の発生トルクを所定の値（トルク指令Ｔ＊で指示された値）に維持したままで、インバータの入力となる直流電圧（または直流電流）を所望の直流電圧目標（または直流電流目標）に追従させるように前記電動機の電機子電流を制御し、かつ、演算で求めた交流電力を所望の交流電力目標に追従させるように前記発電機の発電量（界磁電圧）を制御するように構成している。  
上記のように、交流電力を演算で求め、その値をフィードバックして交流電力を制御することができるので、電動機とインバータにおける直流電力消費量（発電機の直流電力発電量）を少量一定に保つことができ、電動機や発電機の個体ばらつき及び温度変化を吸収し、効率的な動作をさせることができ、しかも発電機の界磁電流を０に制御した場合のように、界磁電流を立ち上げる際に遅れが生じるおそれもなく、また、センサを追加する必要もない。
【００２０】
次に、上記の制御において、電動機のトルクや電機子電流を指示された値に維持出来なくなった場合の制御について説明する。  
図５は、所定のトルクを維持したまま電機子電流を変える場合における電流位相とトルクとの関係を示す特性図である。  
あるトルクを維持したまま電機子電流を変える場合は、図５の破線矢印上を動作させる。消費電力を減らすために電機子電流を小さくしていく場合には、交流電圧に制限のない場合は最大トルク位相が電機子電流の限界（これ以上電機子電流を小さくするとトルクが維持できない）となるが、電動機がある程度の回転数で動いている場合は交流電圧の制限があるため、交流電圧の限界（ｖａ＜ｖｄｃ／√２）が電機子電流の制限となる。つまり、電機子電流を小さくするほど交流電圧は大きくなるので、電機子電流の最小値は交流電圧の限界で制限される。  
交流電圧の制限は電動機によっては電機子電流を増やしていく場合にも起こり得るため、このような場合には演算で求めた交流電力Ｐａｃが交流電力目標より大きいこと、または直流電圧が直流電圧目標より小さいことも条件となる。
【００２１】
上記のような種々の条件により、電機子電流が制限値（限界）に到達した場合は、電機子電流を制限し、従来通りの発電機による直流電圧制御を行う。つまり直流電圧目標ｖｄｃ＊と直流電圧ｖｄｃの差分を少なくとも積分機能を含んだ制御器に通してＰＷＭ２信号を求め、それに応じて発電機の制御を行うように構成する。
【００２２】
電機子電流の制限は従来通りの発電機による直流電圧制御中も行っているためトルクや回転数の変化があれば電機子電流の大きさは変わる。従来通りの発電機による直流電圧制御を行っている場合に、演算で求めた交流電力が交流電力目標より小くなったら、前記図３に示した電機子電流を操作する制御に切り替える。
【００２３】
上記のように、電動機のトルクを維持したままで電機子電流を制御する際、電動機での電力消費を減らすため電機子電流を下げたい場合に、それ以上に電機子電流を下げるとトルクを所定値に維持できなくなるとき（最大トルク電流位相になった場合）、または交流電圧が交流電圧限界に達したときは、電機子電流を固定して、インバータの入力となる直流電圧（または直流電流）を所望の直流電圧目標（または直流電流目標）に追従させるように、発電機の発電量を制御する。また、上記のように、インバータの入力となる直流電圧（または直流電流）を所望の直流電圧目標（または直流電流目標）に追従させるように発電機の発電量を制御している際に、演算された交流電力が所望の交流電力目標より小くなった場合には、電動機のトルクを維持して電機子電流を制御する制御に復帰する。
【００２４】
また、あるトルクを維持したまま電機子電流を制御している際に、電動機での電力消費を増やすため電機子電流を上げて最大電流に達した場合、または交流電圧の限界（ｖａ＜ｖｄｃ／√２）に達した場合には、図４に示すように、電機子電流を制限（電機子電流目標ｉａ＊をｉａｍａｘ＊に維持する）し、トルクの絶対値を減らしても電力消費を増やす制御に切り替える。つまり、電機子電流目標ｉａ＊を最大値ｉａｍａｘ＊に固定し、直流電圧目標ｖｄｃ＊と直流電圧ｖｄｃの差分を少なくとも積分機能を含んだ制御器１８’に通してトルク指令値Ｔ"'＊を求め、それとトルク指令値Ｔ"＊との差分によってトルクを制御する。この場合にはトルクの絶対値は本来のトルク指令Ｔ＊で指示された値から外れることになる。
【００２５】
通常、あるトルクを維持したまま電機子電流を操作する際、電機子電流を増やしていけば交流電圧は減る方向であるが、電動機によっては一旦減った交流電圧が増える場合がある。この場合、最大電流になる前であっても交流電圧の制限（ｖａ＜ｖｄｃ／√２）によって制御を切り替えるが、電機子電流を減らす場合にも交流電圧の制限があるため、演算で求めた交流電力が交流電力目標値より小さいこと、または直流電圧が直流電圧目標より大きいことも条件となる。
【００２６】
上記のようにトルクの絶対値を指令値よりも減らして電力消費を増やす制御を行っている際に、トルク補正量が０（つまりトルクの絶対値を減らさないくてもよい状態）になったら前記のような電機子電流を操作する制御に切り替える。なお、この制御中に交流電圧の限界に達した場合は、トルクの絶対値を減らす操作を行うが、電機子電流を減らすと交流電圧が下がる場合は最も交流電圧が低くなる電機子電流まで下げてから、トルクの絶対値を減らす操作を行う。
【００２７】
上記のように、電動機のトルクを維持したままで電機子電流を制御する場合であっても、前記電動機での電力消費を増やすため電機子電流を上げて最大電流に達した場合、または交流電圧が交流電圧限界に達した場合には、電機子電流を最大値（ｉａｍａｘ）に保ちながら、交流電力を交流電力目標に追従させるようにトルクの絶対値を減少させて電力消費を増加させる。また、上記のようにトルクの絶対値を減らして電力消費を増やす制御を行っている場合に、トルクの補正量が０になった場合には、前記電動機のトルクを所望の値に復帰させて維持した状態で電機子電流を制御するように構成することも出来る。なお、上記図３と図４の制御を動作状態に応じて切り替えて行うように構成すればよい。
【００２８】
（実施例２）
図６は本発明の第２の実施例による制御を示すブロック図であり、図１の制御部４の内容に相当する。  
図６において、電動機の制御は、外部から与えられるトルク指令Ｔ＊と交流電力指令Ｐａｃ＊に基づいて行われる。また、発電機の制御は直流電圧目標ｖｄｃ＊と直流電圧ｖｄｃとに応じて行う。なお、電動機の回転子位相θや各電流、電圧等については図２と同様である。
【００２９】
図６においては、直流電圧目標ｖｄｃ＊と直流電圧ｖｄｃの差分を少なくとも積分機能を含んだ制御器２２に通してＰＷＭ２信号を求め、それに応じて発電機の制御を行う。これにより、直流電圧ｖｄｃを直流電圧目標ｖｄｃ＊に追従させる。また、電流制御部１９から出力されるｉｄ、ｉｑ、ｖｄ、ｖｑ（またはｉｕ、ｉｖ、ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）から交流電力Ｐａｃを演算（前記図３と同様）し、所望の交流電力目標Ｐａｃ＊と交流電力Ｐａｃとの差分を少なくとも積分機能を含んだ制御器１８に入力し、出力された電機子電流目標ｉａ＊とトルク指令Ｔ'＊に基づき電動機の電流制御を行う。  
また、交流電力目標Ｐａｃ＊は、前記図３の場合と同様に、０または０から演算により算出したインバータ損失を差し引いた値とする。つまり電動機＋インバータで消費する交流電力を０に近づけるように制御する。  
上記の制御を行うことにより、直流電圧ｖｄｃを直流電圧目標ｖｄｃ＊に追従させるように制御することが出来、かつ、電動機制御ではトルク指令Ｔ＊で指示された所望のトルクを維持しながら電動機＋インバータで消費する交流電力を最小にするように制御することが出来るので、少量の発電を維持させて効率的な動作を行うことが出来る。
【００３０】
また、第２の実施例においても、電動機のトルクや電機子電流を指示された値に維持出来なくなった場合には、前記第１の実施例と同様に、電機子電流目標ｉａ＊をｉａｍａｘ＊に固定し、トルクを制御することにより、トルクの絶対値を減らしても電力消費を増やす制御を行うことが出来る。この場合のブロック図を図７に示す。  
図７においては、電動機のトルクを維持したままで電機子電流を制御する場合であっても、電動機での電力消費を増やすため電機子電流を上げて最大電流に達した場合、または交流電圧が交流電圧限界に達した場合には、電機子電流を最大値（ｉａｍａｘ）に保ちながら、交流電力を交流電力目標に追従させるようにトルクの絶対値を減少させて電力消費を増加させるように構成している。上記図６と図７の制御を動作状態の応じて切り替えて行うように構成する。  
なお、これまでの説明では、直流電圧目標と直流電圧を用いた直流電圧制御で説明したが、それぞれ直流電流目標と直流電流とし、直流電圧制御を直流電流制御としても成立する。
【００３１】
以上説明したように本発明においては、交流電力を演算で求め、その値をフィードバックして交流電力を制御することができるので、電動機とインバータにおける直流電力消費量（発電機の直流電力発電量）を少量一定に保つことができ、電動機や発電機の個体ばらつき及び温度変化を吸収し、効率的な動作をさせることができ、しかも発電機の界磁電流を０に制御した場合のように、界磁電流を立ち上げ時の遅れが生じるおそれもない、という効果が得られる。また、この際にセンサを追加する必要がない。
【００３２】
また、交流電流目標を０とする場合は、電動機の直流電力消費量（発電機の直流電力発電量）をインバータ損失分のみにすることができ、交流電流目標を演算により算出したインバータ損失を０から差し引いた値とする場合は、電動機の直流電力消費量（発電機の直流電力発電量）を限りなく０に近づけることができる。
【００３３】
また、電動機のトルクを維持したまま電機子電流を操作している際に、電動機での電力消費を減らすため電機子電流を下げてトルクを維持できなくなる場合（最大トルク電流位相になった場合、または交流電圧限界に達した場合）には、発電機と電動機との間の直流電圧（または直流電流）と所望の直流電圧目標（または直流電流目標）に基づき、発電機の発電量を操作するので、安全に交流電力フィードパックを終了させることができる。
【００３４】
また、上記のように発電機と電動機との間の直流電圧（または直流電流）と所望の直流電圧目標（または直流電流目標）に基づき、発電機の発電量を操作している際に、演算で求めた交流電力が所望の交流電力目標より小さくなった場合には、電動機のトルクを維持したまま電機子電流を操作するように切り替えることにより、確実に交流電力フィードバックを開始させることができ、効率的な動作をさせることができる。
【００３５】
また、電動機の電機子電流を操作することにより消費電力を操作するという構成だけでは、トルクの絶対値での最大値を決める際に、個体ばらつきや温度状態による余裕代をとることになり、電動機温度が高い場合や個体ばらつきによりもっと大きなトルク（絶対値）が出せる状況でも予め決めたトルクしか出せないことになるが、本発明においては、電動機のトルクを維持したまま電機子電流を操作している際に、電動機での電力消費を増やすため電機子電流を上げて最大電流に達した場合や交流電圧限界に達した場合には、トルクの絶対値を減らして電力消費を増やすように制御するように構成しているので、本来の指令トルクを大きめ（絶対値）の値に設定することができるため、電動機の個体ばらつきや温度状態に合わせて出し得る最大（絶対値）のトルクを出すことができる。
【００３６】
また、トルクの絶対値を減らして電力消費を増やす操作をしている際、トルクの補正量が０となる場合には、電動機のトルクを維持したまま電機子電流を操作するので、指令トルク以上のトルクを出さないようにすることができる、等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を適用する発電機と電動機を関連して制御するシステムの一実施例図。
【図２】通常時における電動機の電流制御系を示すブロック図。
【図３】本発明の第１の実施例による制御を示すブロック図。
【図４】第１の実施例における他の制御を示すブロック図。
【図５】所定のトルクを維持したまま電機子電流を変える場合における電流位相とトルクとの関係を示す特性図。
【図６】本発明の第２の実施例による制御を示すブロック図。
【図７】第２の実施例における他の制御を示すブロック図。
【図８】電動機の機械出力と電動機＋インバータの損失と発電機の発電電力との関係を示す図。
【図９】電動機の機械出力と電動機＋インバータの損失と発電機の発電電力との関係を示す図。
【図１０】電動機の機械出力と電動機＋インバータの損失との関係を示す図。
【図１１】電動機の機械出力と電動機＋インバータの損失との関係を示す図。
【図１２】電動機の機械出力と電動機＋インバータの損失と発電機の発電電力との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１…発電機                        ２…インバータ
３…電動機                        ４…制御部
５…電圧センサ                    ６…平滑用のコンデンサ
７…スイッチング素子              ８…微分部
９…ｔａｂ１ｅ部                １０…座標変換１部
１１…ＰＩ制御部                  １２…非干渉制御部
１３…進み補償部                  １４…座標変換２部
１５…ＰＷＭ変換部                １６…フィルタ
１７…減算器                      １８、１８’…積分機能を含んだ制御器
１９…電流制御部                  ２０…交流電力演算部
２１…減算器                      ２２…積分機能を含んだ制御器
Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子
ＰＷＭ１…インバータ２を制御するＰＷＭ信号
ＰＷＭ２…発電機１を制御するＰＷＭ信号
【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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