回転電機制御システム
【課題】回転電機制御システムにおいて、回転電機の回転数の急変時に、制御切替を迅速に行うことで、回転電機に過電流が流れることを有効に抑制することである。
【解決手段】回転電機制御システム１０は、回転電機（第２モータジェネレータ）１４と、回転電機１４の所定時間当たりの回転数を測定する回転数センサ３４と、制御部３２とを含む。制御部３２は、回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法の切り替えの際に用いる制御切替閾値である制御切替位相を変更する閾値変更部４８を有する。
【解決手段】回転電機制御システム１０は、回転電機（第２モータジェネレータ）１４と、回転電機１４の所定時間当たりの回転数を測定する回転数センサ３４と、制御部３２とを含む。制御部３２は、回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法の切り替えの際に用いる制御切替閾値である制御切替位相を変更する閾値変更部４８を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機制御システムに係り、回転電機の制御方法の切り替えを行う回転電機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機として使用される回転電機の制御方法として、正弦波ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御モードと、過変調制御モードと、矩形波制御モードとを使い分けることが知られている。なお、過変調制御モードは、過変調ＰＷＭ制御モードと呼ぶこともある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、回転電機制御システムであって、正弦波電流制御モードと過変調電流制御モードと矩形波電圧位相制御モードとの間で制御を切り換えるシステムが記載されている。また、回転電機のベクトル制御に用いられるｄ軸とｑ軸とによって規定されるｄｑ平面において、回転電機を最大効率で運転できる最大効率特性線を規定した場合に、矩形波電圧位相制御モードから過変調電流制御モードに切り換える基準としての切替ラインを、最大効率特性線よりも遅角側に設定している。このように切替ラインを遅角側に設定することで、モード切替の際の制御のチャタリングを防止するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記のようにｄｑ平面において矩形波制御モードから過変調制御モードに切り換える基準としての切替ラインを、最大効率特性線よりも遅角側に設定すると、回転電機の単位時間当たりの回転数が急減少する場合に、矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替が遅くなり、回転電機の回転数が減少しているのにもかかわらず回転電機への印加電圧が高いままとなる可能性がある。例えば、回転電機の回転数が急減少する場合として、回転電機を車輪駆動用として車両に搭載した場合の車輪のスリップからグリップに移行する場合等がある。例えば、この車両が波状路を走行する場合にスリップとグリップとが交互に繰り返される可能性がある。また、車両がキャッツアイ等の路面上突起物を踏んだとき等に急にグリップが生じて回転電機の回転数が急減少する場合がある。この場合、回転電機に対する印加電圧が本来必要となる電圧よりも過大となるため、回転電機の各相のステータコイルに流れる相電流が過大となり、機器の故障を有効に防止する面から改良の余地がある。
【０００６】
また、上記では、矩形波制御モードから過変調制御モードに制御方法を切り換える場合の不都合を説明したが、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに制御を切り換える場合も、回転電機の回転数の急減少時に回転電機に過大な電流が流れる可能性がある。すなわち、過変調制御モードと正弦波ＰＷＭ制御モードとの制御切替には、変調度が用いられる。変調度は、インバータの直流電圧であるシステム電圧ＶＨに対する回転電機印加電圧である線間電圧の実効値の比である。また、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードへの切替に使用する変調度が小さいと、回転電機の単位時間当たりの回転数が急減少する場合に、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードへの切替が遅くなり、回転電機の回転数が減少しているのにもかかわらず回転電機への印加電圧が高いままとなる可能性がある。このため、例えば、回転電機を車輪駆動用として車両に搭載した場合の車輪のスリップからグリップに移行する場合等において、回転電機に対する印加電圧が本来必要となる電圧よりも過大となる可能性がある。したがって、回転電機の各相のステータコイルに流れる相電流が過大となり、機器の故障を有効に防止する面から改良の余地がある。
【０００７】
本発明の目的は、回転電機制御システムにおいて、回転電機の回転数の急変時に、制御切替を迅速に行うことで、回転電機に過電流が流れることを有効に抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機制御システムは、回転電機の所定時間当たりの回転数を測定する測定手段と、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法の切り替えの際に用いる制御切替閾値を変更する閾値変更手段と、を備えることを特徴とする回転電機制御システムである。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、好ましくは、前記制御切替閾値は、直交するｄ軸及びｑ軸を有し、回転電機の動作点が移動するｄｑ平面上において、前記回転電機の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる制御切替位相であり、前記閾値変更手段は、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる前記制御切替位相を変更する。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、好ましくは、前記閾値変更手段は、測定された前記回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、前記回転数の変化量に応じて、前記回転電機の動作を電流制御で指示する場合の電流指令を結んだ電流指令線よりも遅角側で、かつ、初期切替位相よりも進角側の急変時切替位相に前記制御切替位相を変更し、測定された前記回転数が前記グリップ値以上に減少しないときには、前記制御切替位相を前記初期切替位相に設定する。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、好ましくは、前記制御切替閾値は、インバータの直流電圧であるシステム電圧に対する回転電機印加電圧である線間電圧の実効値の比を変調度として、前記回転電機の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる制御切替変調度であり、前記閾値変更手段は、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる前記制御切替変調度を変更する。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、好ましくは、前記閾値変更手段は、測定された前記回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、前記回転数の変化量に応じて初期切替変調度よりも大きい急変時切替変調度に前記制御切替変調度を変更し、測定された前記回転数が前記グリップ値以上に減少しないときには、前記制御切替変調度を前記初期切替変調度に設定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る回転電機制御システムによれば、閾値変更手段により、回転電機の回転数が急減少した場合に、制御切替閾値を、早めに切替が行われる側に変更することで、回転電機の回転数の急減少時に制御モードの切替を迅速に行うことができる。このため、回転電機の印加電圧を早めに低下させることで、回転電機に過電流が流れることを有効に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態の回転電機制御システムを搭載した車両の構成を示す図である。
【図２】図１の制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態において、回転電機の制御モードの切替を説明するための回転電機のトルク及び回転数の関係を示す図である。
【図４】第１の実施形態において、ｄｑ平面上において、電流指令線と、初期切替ラインと、急変時切替ラインとを示す図である。
【図５】第１の実施形態において、制御部が記憶する回転電機の回転数変化量と制御切替位相との関係を示す図である。
【図６】第１の実施形態において、回転電機の制御モードの切替方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態の回転電機制御システムを構成する制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】第２の実施形態の回転電機制御システムにおいて、回転電機の制御モードの切替を説明するための回転電機のトルク及び回転数の関係を示す図である。
【図９】図８のＡ部を拡大して示す図である。
【図１０】第２の実施形態において、正弦波ＰＷＭ制御モード（ＰＷＭ）から過変調制御モード（ＯＶＭ）に切り換える際に用いる昇圧側切替変調度Ｅａと、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り換える際に用いる初期降圧側切替変調度Ｅ０と、急変時降圧側切替変調度Ｅｉとを示す図である。
【図１１】第２の実施形態において、制御部が記憶する回転電機の回転数変化量と制御切替変調度との関係を示す図である。
【図１２】第２の実施形態において、回転電機の制御モードの切替方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載されるモータジェネレータを説明するが、車両搭載用以外の用途に用いられる回転電機であってもよい。また、回転電機は、単にモータとして機能させるものを車両に搭載する電気自動車用や燃料電池車用等として使用するものでもよい。また、以下では、車両の過渡状態として、スリップからグリップに移行する場合を説明するが、回転電機の制御切替を迅速に行う必要がある回転電機の回転数の急変時であればよく、グリップ以外の車両の急減速状態であってもよい。
【００１６】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、回転電機制御システム１０を搭載した車両の構成を示す図である。この車両は、エンジン１２と走行用モータである第２モータジェネレータ（ＭＧ２）１４との一方または両方を主駆動源として使用するハイブリッド車両である。
【００１８】
車両は、エンジン１２及びバッテリ１６と、第１モータジェネレータ（ＭＧ１）１８と、第２モータジェネレータ（ＭＧ２）１４とを備え、さらに、バッテリ１６と第１モータジェネレータ１８との間に接続された第１インバータ２０と、バッテリ１６と第２モータジェネレータ１４との間に接続された第２インバータ２２とを備える。また、車両は、エンジン１２と各モータジェネレータ１４，１８との間の動力分配を行う動力分割機構２４と、動力分割機構２４と第２モータジェネレータ１４との間に設ける変速機２６と、変速機２６から動力を受け取って車輪２８に伝達する車軸３０とを備える。また、車両は、回転電機制御システム１０を備え、回転電機制御システム１０は、上記のエンジン１２、各モータジェネレータ１４，１８、各インバータ２０，２２、バッテリ１６、及び制御部３２を含む。
【００１９】
各モータジェネレータ１４，１８は、３相同期型回転電機であり、バッテリ１６から電力が供給される場合にモータとして機能し、エンジン１２による駆動時または車両の制動時等には発電機として機能する。第１モータジェネレータ１８は、主としてエンジン１２により駆動される発電機として用いられるが、モータとして使用される場合もある。発電された電力は、第１インバータ２０を介してバッテリ１６に供給される。なお、バッテリ１６と第１インバータ２０との間に電圧変換を行うコンバータを接続することもできる。また、第２モータジェネレータ１４は、主としてモータとして使用されるが、発電機として使用される場合もある。
【００２０】
各インバータ２０，２２は、トランジスタ、ＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子を含み、制御部３２によりスイッチングが制御されて、バッテリ１６から供給された直流電圧を３相交流電圧に変換し、対応するモータジェネレータ１８（または１４）に出力する。また、車両の制動時には、第２モータジェネレータ１４から第２インバータ２２に出力された３相交流電圧を第２インバータ２２で直流電圧に変換して、バッテリ１６に供給し、バッテリ１６を充電する。また、エンジン１２の駆動により第１モータジェネレータ１８が駆動されることで、第１モータジェネレータ１８から出力された３相交流電圧を第１インバータ２０で直流電圧に変換して、バッテリ１６に供給し、バッテリ１６を充電する。
【００２１】
制御部３２は、各インバータ２０，２２及びエンジン１２等の各要素の動作を制御する。制御部３２は、例えば車載用コンピュータで構成されることができる。制御部３２は、１つのコンピュータで構成することができるが、複数のコンピュータをケーブル等で接続することにより構成することもできる。例えば、制御部３２は、各モータジェネレータ１４，１８の動作を制御するモータ制御部と、エンジン１２の動作を制御するエンジン制御部と、全体を統合制御する統合制御部とに分けることもできる。また、回転電機制御システム１０は、各モータジェネレータ１４，１８の予め設定された所定時間当たりの回転数、例えば１０msec当たりの回転数を測定する回転数測定手段である回転数センサ３４，３６をそれぞれ設けている。各回転数センサ３４，３６の検出値は制御部３２に入力している。なお、回転数センサ３４，３６の代わりに、各モータジェネレータ１４，１８のそれぞれの回転角度を検出する回転角度センサを設けて、各回転角度センサの検出値を制御部３２に入力することもできる。この場合、制御部３２は、回転角度センサの検出値に基づいて、各モータジェネレータ１４，１８の所定時間当たりの回転数を算出する回転数算出部を設けることもでき、回転数算出部と各回転角度センサとにより回転数測定手段を構成できる。
【００２２】
図２では、制御部３２のうち、モータ制御を行う部分を機能に分けて示している。すなわち、制御部３２は、正弦波ＰＷＭ制御部３８と、過変調制御部４０と、矩形波制御部４２と、位相モード切替部４４と、変調度モード切替部４６とを含む。制御部３２は、各モータジェネレータ１４，１８（図１）の両方の制御を行うが、以下では説明を分かりやすくするために第２モータジェネレータ１４（以下、単に「回転電機１４」という場合がある。）の制御を行う場合を代表して説明する。下記の第２モータジェネレータ１４の制御は、第２モータジェネレータ１４の制御と第１モータジェネレータ１８の対応する制御との両方、または第１モータジェネレータ１８の対応する制御のみに用いることもできる。
【００２３】
正弦波ＰＷＭ制御部３８は、回転電機１４を正弦波ＰＷＭ制御により制御する。過変調制御部４０は、回転電機１４を過変調制御により制御する。矩形波制御部４２は、回転電機１４を矩形波制御により制御する。
【００２４】
また、位相モード切替部４４は、回転電機１４の制御を行う制御方法、すなわち制御モードを、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えるものであり、ｄｑ平面上で、回転電機１４の動作点から制御モードを切り替える。ここで、ｄｑ平面とは、後述する図４に示すように、回転電機１４の動作点を互いに直交するｄ軸及びｑ軸で規定するためのもので、例えばｄ軸は、ｄ軸電流軸（Ｉｄ軸）またはｄ軸電圧軸（Ｖｄ軸）とし、ｑ軸は、Ｉｄ軸またはＶｄ軸に直交するｑ軸電流軸（Ｉｑ軸）またはｑ軸電圧軸（Ｖｄ軸）とする。また、制御部３２は、ｄｑ平面上において、回転電機１４を電流制御するときの最大効率で運転できるｄ軸電流及びｑ軸電流の電流組を結んで得られる最大効率特性線を電流指令線Ｌ１として規定している。
【００２５】
位相モード切替部４４は、ｄｑ平面上の原点Ｏを中心とする最大電圧円（図示せず）上で、回転電機１４の動作点が電流指令線Ｌ１よりも、図４の矢印α方向側、すなわち遅角側に予め設定された初期切替位相差β１（図４）を有する初期切替ラインＬ０を超えるときに、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える機能を有する。
【００２６】
また、変調度モード切替部４６は、ＰＷＭ正弦波制御モードと過変調制御モードと矩形波制御モードとの間での制御モードの切り替えを、変調度Ｅによって行う。変調度（＝変調率）Ｅとは、インバータ２２の直流電圧であるシステム電圧ＶＨに対する、回転電機１４印加電圧である線間電圧の実効値Ｊの比（Ｊ／ＶＨ）である。回転電機１４の線間電圧の実効値Ｊは、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*とｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を用いて、Ｊ＝｛（Ｖｄ*）2＋（Ｖｑ*）2｝1/2で与えられる。したがって、変調度Ｅは、変調度Ｅ＝［｛（Ｖｄ*）2＋（Ｖｑ*）2｝1/2］／ＶＨで求められる。そして、変調度Ｅが０．６１まではＰＷＭ制御モードが行われ、変調度Ｅが０．６１を超えると、過変調制御モードに切り替えられる。また、変調度Ｅが０．７８となると、矩形波制御モードが用いられる。
【００２７】
ここで、ＰＷＭ制御モードと過変調制御モードとは、電流フィードバック制御であり、電圧指令値と搬送波（キャリア）とを比較することでＰＷＭ信号を回転電機１４に出力する制御である。一方、矩形波制御モードは、電気角に応じて１パルススイッチング波形を回転電機１４に出力する制御であり、電圧振幅は最大値に固定され、位相を制御することでトルクをフィードバック制御している。
【００２８】
図３は、回転電機１４の動作点に応じて制御モードが選択される様子を説明する図である。この図は、回転電機１４の回転数を横軸にとり、トルクを縦軸にとり、その最大トルク特性線を示し、その最大トルク特性線の内側で示される作動領域においてどの制御モードが用いられるかを示す図である。図３に示されるように、低速側に正弦波ＰＷＭ制御モード作動領域が、高速側に矩形波制御モード作動領域が、その中間に過変調制御モード作動領域がそれぞれ設定されている。
【００２９】
次に、これら３つの制御モードの切替について説明する。図３で示されたように、回転数とトルクで与えられる回転電機１４の動作点の状態に応じて、制御モードの切替が行われる。速度とトルクとを次第に上げて行くにつれて、正弦波ＰＷＭ制御モードから過変調制御モードへ、過変調制御モードから矩形波制御モードへと制御モードを切り替える。この場合、以下のように変調度Ｅによって、制御モードの切替を行うことができる。すなわち、変調度Ｅが０．６１以下のときに正弦波ＰＷＭ制御モードを使用し、変調度Ｅが０．６１から０．７８の間は過変調制御モードを使用し、変調度Ｅが０．７８となれば矩形波制御モードを使用するように制御モードを切り替える。
【００３０】
これと逆方向に制御モードを切り替えるときも変調度Ｅを用いることができるが、図３の点Ｐ１から点Ｐ２に移行する場合のように、矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替は、矩形波制御モードにおいて電圧指令振幅が一定であるので、例えば電流指令に対する実電流の位相によって切替のタイミングを判定することで行われる。
【００３１】
図４は、矩形波制御モードから過変調制御モードへ切り換えるための切替ラインを説明するための図である。ここでは、回転電機１４のベクトル制御に用いられるｄ軸とｑ軸とによって規定されるｄｑ平面で示している。３相同期型電動機に用いられるベクトル制御では、回転子の磁極が形成する磁束の方向がｄ軸と定義され、ｄ軸に直交する軸がｑ軸と定義される。
【００３２】
また、ｄ軸電流をＩｄ、ｑ軸電流をＩｑとすると、電流ベクトルの絶対値Ｉａは、Ｉａ＝（Ｉｄ2＋Ｉｑ2）1/2で表され、電流位相βは、β＝ｔａｎ-1（Ｉｑ／Ｉｄ）で表される。この場合、トルクτは、τ＝ｐψＩａ×ｓｉｎβ＋（１／２）×ｐ（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉａ2×ｓｉｎ２βで与えられる。ここで、ｐは回転電機１４の極数であり、ψは逆起電力定数であり、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスである。このため、トルクτは、ｄ軸電流成分とｑ軸電流成分との間の位相である電流位相βで制御可能である。
【００３３】
また、最大トルクを与える電流位相βは、β＝ｃｏｓ-1〔［−ψ＋｛ψ2−８（Ｌｄ−Ｌｑ）2｝1/2］／４（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉａ〕で与えられる。この計算で求められる関係式に、必要な場合に適当な補正を加えて、回転電機１４を最大効率で運転できる最大効率特性線を求めることができる。
【００３４】
本実施形態では、この最大効率特性線を電流指令線Ｌ１に設定し、電流指令線Ｌ１の遅角側に切替ラインＬ０，Ｌｉを設定している。このように電流指令線Ｌ１の遅角側に切替ラインＬ０，Ｌｉを設定するのは、もし電流指令線Ｌ１の進角側または同じ位相に切替ラインＬ０，Ｌｉを設定すると、モード切替の際に制御がチャタリングを起こし、電流乱れが生じるためである。すなわち、矩形波制御中に回転電機１４を低速方向に移行させると、回転電機１４の電流位相が最大電圧円上で進角側から電流指令線Ｌ１に向かって遅角側に移動し、電流指令線Ｌ１を越えて切替ラインＬ０（またはＬｉ）に達すると、矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替が行われる。電流指令線Ｌ１は、回転電機１４の動作を電流制御で指示する場合の電流指令を結んだ線である。電流指令線Ｌ１は最大効率特性線以外に設定することもできる。
【００３５】
一方、回転電機１４が起動し、低速低トルクから速度を上げトルクや回転数を上げるときには、電流指令線Ｌ１上で正弦波ＰＷＭ制御を用いて電流指令が実行される。また、中速領域では、変調度が０．６１か、または０．６以上の予め設定された昇圧側変調度を超えることで、過変調制御に切り換えられ、電流指令線Ｌ１上で過変調制御を用いて電流指令が実行される。さらに、速度やトルクが上がり、変調度が０．７８となると、矩形波制御モードに切り換えられる。この場合、原点Ｏを中心とする最大電圧円（図示せず）上での電圧位相でトルクが制御される。例えば電圧位相が電流指令線から進角側（図４の矢印αと反対側）に離れるように制御される。すなわち、この場合には、電圧位相制御である矩形波制御によってトルクが制御される。なお、矩形波制御では、最大電圧円から外側に外れるように動作点が移動しつつ位相が変更されることでトルクを制御することもできる。
【００３６】
特に、本実施形態では、図２に示すように、位相モード切替部４４は閾値変更部４８を有する。閾値変更部４８は、回転数センサ３４等の回転数測定手段の所定時間当たりの回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法の切替の際に用いる制御切替閾値として、制御切替位相を変更する。「制御切替位相」は、図４のｄｑ平面上において、回転電機１４の制御方法を矩形波制御モードから過変調制御モードに切り換える際に用いる制御切替ラインＬ０、Ｌｉの、電流指令線Ｌ１を基準とする遅角側の位相分をいう。例えば、車両のスリップ状態からグリップ状態に移行した場合等の、回転電機１４の所定時間当たりの回転数が急減少した場合において、回転数測定手段で測定された回転電機１４の所定時間当たりの回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときには、図４で矢印γで示すように、閾値変更部４８は、切替ラインを予め設定した初期切替ラインＬ０から急変時切替ラインＬｉに変更する。初期切替ラインＬ０は、電流指令線Ｌ１を基準として遅角側に外れた初期切替位相β１を有する。急変時切替ラインＬｉは、電流指令線Ｌ１を基準として遅角側に外れた急変時切替位相β２を有する。急変時切替ラインＬｉは、電流指令線Ｌ１よりも遅角側で、初期切替ラインＬ０よりも進角側に設定される。
【００３７】
このような急変時切替ラインＬｉは、回転電機１４の所定時間当たりの回転数の変化量に応じて複数設定することができる。すなわち、閾値変更部４８は、測定された回転電機１４の回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、回転電機１４の回転数の変化量に応じて電流指令線Ｌ１よりも遅角側で、かつ、初期切替ラインＬ０よりも進角側の急変時切替ラインＬｉに制御切替ラインを変更する。このため、回転電機１４の回転数の変化量に応じて制御切替ラインの制御切替位相が急変時切替位相β２に切り替えられる。
【００３８】
一方、閾値変更部４８は、測定された回転電機１４の回転数がグリップ値以上に減少しないときには、制御切替ラインを初期切替ラインＬ０に設定する。すなわち、制御切替位相は、初期切替位相β１に設定される。
【００３９】
図５は、本実施形態において、制御部３２の記憶部が記憶する回転電機１４の回転数変化量と制御切替位相との関係を示す図である。図５において、「回転数変化量」は、矩形波制御時の回転電機１４の所定時間当たりの回転数の変化量を示している。「切替え位相」は、回転数変化量に対応する電流指令線Ｌ１を基準とする制御切替ラインの遅角側の位相である。すなわち、ａ°は初期切替位相β１（図４）に対応し、ｂ°、ｃ°、ｄ°は急変時切替位相β２（図４）に対応する。ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄとなるように、ａ〜ｄが設定されている。なお、図５は、回転数変化量と切替位相との関係の１例を示すものであり、別の例を採用することもできる。
【００４０】
図６は、本実施形態において、回転電機１４の制御モードの切替方法を示すフローチャートである。まずステップＳ（以下、ステップＳは単にＳという。）１０で回転数測定部により回転電機１４の所定時間あたりの回転数が測定される。次いで所定時間当たりの回転数の変化量を算出し（Ｓ１２）、Ｓ１４で、算出した回転数が予め設定したグリップ値以上に減少したとき（例えば図５で所定時間当たりの回転数の変化量が−５０回転数以上に小さくなるとき）には、Ｓ１６に移行する。
【００４１】
Ｓ１６では、回転電機１４の回転数の変化量に応じて、複数の急変時切替ラインＬｉのうち、対応する１の急変時切替ラインＬｉに制御切替ラインを変更する。このため、回転数の変化量に応じて、制御切替ラインの制御切替位相が対応する急変時切替位相β２に切り替えられる。この場合、上記の図５に示した回転数変化量と切替位相との関係を表すマップのデータを制御部３２に予め記憶させておき、制御部３２はこのマップのデータを参照しつつ制御切替ラインを変更する。
【００４２】
これに対して、Ｓ１４で、算出した回転数が予め設定したグリップ値以上に減少しないとき（例えば図５で所定時間当たりの回転数の変化量が−５０回転数以上に小さくならないとき）には、Ｓ１８に移行する。Ｓ１８では、制御切替ラインを初期切替ラインＬ０に設定する。このため、制御切替位相は、初期切替位相β１、すなわちデフォルト値に設定される。
【００４３】
このような回転電機制御システム１０によれば、閾値変更部４８により、回転電機１４の回転数が急減少した場合に、制御切替閾値を、早めに切替が行われる側に変更することで、回転電機１４の回転数の急減少時に制御モードの切替を迅速に行うことができる。このため、回転電機１４を搭載した車両のスリップからグリップに移行する場合のように、回転電機１４の回転数の急減少時に、回転電機１４の印加電圧を早めに低下させることで、回転電機１４に過電流が流れることを有効に抑制できる。
【００４４】
しかも、閾値変更部４８は、回転電機１４の回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる制御切替位相を変更する。また、閾値変更部４８は、測定された回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、回転数の変化量に応じて電流指令線Ｌ１よりも遅角側で、かつ、初期切替位相β１を有する初期切替ラインＬ０よりも進角側の急変時切替ラインＬｉの急変時切替位相β２に制御切替位相を変更し、測定された回転数がグリップ値以上に減少しないときには、制御切替位相を初期切替位相β１に設定する。すなわち、回転電機１４の回転数の変化量に応じて、制御のチャタリングを防止するためのヒステリシス幅に相当する電流指令線Ｌ１と初期切替ラインＬ０との位相差β１を、回転数の急減少時に電流指令線Ｌ１と急変時切替ラインＬｉとの位相差β２に、小さくなるように切り替える。すなわち、ヒステリシス幅を小さくすることと同様となる。このため、矩形波制御モードを実行中に、回転電機１４の回転数の急減少時に回転電機１４の印加電圧を早めに低下させることができ、回転電機１４に過電流が流れることを有効に抑制できる。
【００４５】
なお、上記では、回転電機１４の所定時間当たりの回転数の減少量がグリップ値以上となるか否か、すなわちグリップ発生か否かで、制御切替位相を変更するか否かを決定している。ただし、例えば回転電機１４の所定時間当たりの回転数が所定値以上となるように急上昇した場合に、車両のスリップが発生したと判定し、スリップ発生をグリップ発生の代用として、制御切替位相を変更する前提条件として入れることもできる。このようにスリップ検出でもよい理由は、スリップの後には必ずグリップが生じるためである。したがって、回転数の減少量を用いるのではなく、回転数変化量の絶対値を用いて、スリップ発生またはグリップ発生を判定することもできる。
【００４６】
また、上記のように回転電機１４の回転数の変化量に応じてヒステリシス幅に相当する初期切替ラインＬ０と制御切替ラインとの位相差を変更するのではなく、閾値変更部４８は、回転電機１４の印加電圧の急変時またはトルクまたは電流の急変時に、印加電圧の変化量またはトルクまたは電流の変化量に応じて、初期切替ラインＬ０と制御切替ラインとの位相差を変更するように構成することもできる。この理由は、グリップ時またはスリップ時には電圧変化やトルクまたは電流の急変が生じるためである。
【００４７】
また、矩形波制御モードから過変調制御モードに急に切り替えることで電流の増大が懸念される、高トルク領域のみに限定して、回転数変化量等に応じた制御切替位相の切替を行うこともできる。
【００４８】
さらに、制御切替位相はマップのデータを読み出して使用するのではなく、予め制御部３２に記憶された関係式（例えば比例を用いた関係式）を用いて、回転数変化量から対応する制御切替位相を算出することもできる。
【００４９】
［第２の実施形態］
図７〜１２は、本発明の第２の実施形態を示している。図７は、本実施形態の回転電機制御システム１０（図１）を構成する制御部３２の構成を示すブロック図である。図８は、本実施形態の回転電機制御システム１０において、回転電機の制御モードの切替を説明するための回転電機のトルク及び回転数の関係を示す図である。図９は、図８のＡ部を拡大して示す図である。以下の説明でも、第２モータジェネレータ１４（以下、単に「回転電機１４」という場合がある。）（図１）の制御を行う場合を代表して説明するが、下記の第２モータジェネレータ１４の制御は、第２モータジェネレータ１４の制御と第１モータジェネレータ１８（図１）の対応する制御との両方、または第１モータジェネレータ１８の対応する制御のみに用いることもできる。
【００５０】
上記の第１の実施形態では、回転電機１４を矩形波制御で制御している場合の回転電機１４の回転数の急変時等の不都合をなくすべく、矩形波制御から過変調制御へ早めに切り替える構成を説明した。ただし、同様の不都合は、回転電機１４を過変調制御で制御している場合の車両のスリップからグリップに移行する場合等の、回転電機１４の回転数の急変時にも生じる可能性がある。本実施形態は、このような不都合を解消すべく考えたものである。
【００５１】
すなわち、上記の第１の実施形態において、制御部３２において、回転電機１４の制御モードを矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える位相モード切替部４４は、閾値変更部４８（図２）を有しない。その代わりに、回転電機１４の制御モードを過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える変調度モード切替部４６は、閾値変更部５０を有する。閾値変更部５０は、回転電機１４の所定時間あたりの回転数の測定結果に応じて、制御モードの切替に用いる切替変調度Ｅ０、Ｅｉ（図１０）を変更する機能を有する。
【００５２】
すなわち、図８、図９に示すように、回転数とトルクで与えられる回転電機１４の動作点を考えた場合に、図８、図９の点Ｑ１から点Ｑ２に移行する場合のように、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードへは、回転電機１４の回転数やトルクが低下することにより移行される。この場合、通常時には、図９の一点鎖線Ｓ１で示す初期降圧側切替ラインで過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り換わる。なお、図９のように点Ｑ３から点Ｑ４に移行する場合のように、正弦波ＰＷＭ制御モードから過変調制御モードへの切替は、初期降圧側切替ラインＳ１よりも高圧側、すなわち図９の右側に設定された昇圧側切替ライン（図８の実線Ｓ２）で行われる。この昇圧側切替ラインは、０．６１よりも高い変調度Ｅａに対応する。
【００５３】
これについて図１０を用いて詳しく説明する。図１０は、第２の実施形態において、正弦波ＰＷＭ制御モード（ＰＷＭ）から過変調制御モード（ＯＶＭ）に切り換える際に用いる昇圧側切替変調度Ｅａと、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り換える際に用いる初期降圧側切替変調度Ｅ０と、急変時降圧側切替変調度Ｅｉとを示す図である。図１０では、矢印の向きにより、制御モード切替の方向を示している。なお、各変調度Ｅａ、Ｅ０、Ｅｉはいずれも正弦波ＰＷＭ制御の上限変調度の０．６１よりも大きい。また、初期降圧側切替変調度Ｅ０は、昇圧側切替変調度Ｅａよりも小さい。
【００５４】
このように初期降圧側切替変調度Ｅ０を昇圧側切替変調度Ｅａよりも小さく設定している理由は、もし初期降圧側切替変調度Ｅ０を昇圧側切替変調度Ｅａよりも大きいか、または変調度Ｅａと同じに設定していると、モード切替の際に制御がチャタリングを起こし、電流乱れが生じるためである。すなわち、過変調制御中に回転電機１４を低速方向に移行させると、回転電機１４の変調度が小さくなり、昇圧側切替変調度Ｅａを越えて初期降圧側切替変調度Ｅ０に達すると、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードへの切替が行われる。
【００５５】
一方、回転電機１４が起動し、低速低トルクから速度を上げトルクや回転数を上げるときには、低速領域で正弦波ＰＷＭ制御を用いて電流指令が実行される。また、中速領域では、変調度が０．６１よりも大きい変調度Ｅａを超えることで、過変調制御に切り換えられ、過変調制御を用いて電流指令が実行される。さらに、速度やトルクが上がり、変調度が０．７８となると、上記の第２の実施形態で説明したように矩形波制御モードに切り換えられる。
【００５６】
特に、本実施形態では、上記のように、変調度モード切替部４６は閾値変更部５０を有する。閾値変更部５０は、回転数センサ３４（図１）等の回転数測定手段の所定時間当たりの回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法の切替の際に用いる制御切替閾値として、制御切替変調度である降圧側切替変調度Ｅ０、Ｅｉを変更する。降圧側切替変調度Ｅ０、Ｅｉは、回転電機１４の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り換える際に用いる制御切替変調度である。例えば、車両のスリップ状態からグリップ状態に移行した場合等の、回転電機１４の所定時間当たりの回転数が急減少した場合において、回転数測定手段で測定された回転電機１４の所定時間当たりの回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときには、図９、図１０で矢印δで示すように、閾値変更部５０は、切替変調度を初期降圧側切替変調度Ｅ０から、初期降圧側切替変調度Ｅ０よりも大きい急変時降圧側切替変調度Ｅｉに変更し、降圧側切替ラインを初期降圧側切替ラインＳ１から急変時降圧側切替ラインＳ１ａに切り替える。
【００５７】
このような急変時降圧側切替変調度Ｅｉは、回転電機１４の所定時間当たりの回転数の変化量に応じて複数設定することができる。すなわち、閾値変更部５０は、測定された回転電機１４の回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、回転数の変化量に応じて初期降圧側切替変調度Ｅ０よりも大きい急変時降圧側切替変調度Ｅｉに降圧側切替変調度を変更する。このため、回転数の変化量に応じて、昇圧側切替変調度Ｅａと降圧側切替変調度Ｅ０、Ｅｉとの差であるヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２（図１０）が変更される。
【００５８】
一方、閾値変更部５０は、測定された回転数がグリップ値以上に減少しないときには、降圧側切替変調度を初期降圧側切替変調度Ｅ０に設定する。すなわち、ヒステリシス幅は、昇圧側切替変調度Ｅａと初期降圧側切替変調度Ｅ０との差である初期ヒステリシス幅Ｄ１に設定される。
【００５９】
図１１は、第２の実施形態において、制御部３２が記憶する回転電機１４の回転数変化量と制御切替変調度との関係を示す図である。図１１において、「回転数変化量」は、過変調制御時の回転電機１４の所定時間当たりの回転数の変化量を示している。「切替え変調度」は、回転数変化量に対応する初期降圧側切替変調度Ε０または降圧側切替変調度Ε１，Ε２，Ε３，Ε４，Ε５（すなわちΕｉ）を示している。各降圧側切替変調度Ε０，Ε１，Ε２・・・Ε５は、Ε０＜Ε１＜Ε２＜Ε３＜Ε４＜Ε５の関係を満たす。また、Ε５は昇圧側切替変調度Εａよりも小さい（Ε５＜Εａ）。例えば初期降圧側切替変調度Ε０は正弦波ＰＷＭ制御モードの上限変調度０．６１よりも大きくし、昇圧側切替変調度Εａも上限変調度０．６１よりも大きくする。ただし、昇圧側切替変調度Εａ等の各変調度のいずれかを上限変調度０．６１と同じにすることもできる。また、図１１では、スリップからグリップに移行する場合に、回転数変化量の絶対値が大きくなるので、降圧側切替変調度Ｅｉも大きくなることを表している。なお、図１１は、回転数変化量と切替変調度との関係の１例を示すものであり、別の例を採用することもできる。
【００６０】
図１２は、本実施形態において、回転電機１４の制御モードの切替方法を示すフローチャートである。まずステップＳ２０で回転数測定部により回転電機１４の所定時間あたりの回転数が測定される。次いで所定時間当たりの回転数の変化量を算出し（Ｓ２２）、Ｓ２４で、算出した回転数が予め設定したグリップ値以上に減少したとき（例えば図１１で所定時間当たりの回転数の変化量が−２５回転数以上に小さくなるとき）には、Ｓ２６に移行する。
【００６１】
Ｓ２６では、回転電機１４の回転数の変化量に応じて、複数の急変時降圧側切替変調度Ｅｉのうち、対応する１の急変時降圧側切替変調度Ｅｉに制御切替変調度である降圧側切替変調度を変更する、すなわち切り替える。このため、回転数の変化量に応じて、降圧側切替変調度Ｅ０，Ｅｉと昇圧側切替変調度Ｅａとの差であるヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２が変更される。この場合、上記の図１１に示した回転数変化量と切替変調度Ｅ０，Ｅｉとの関係を表すマップのデータを制御部３２に予め記憶させておき、制御部３２はこのマップのデータを参照しつつ制御切替変調度Ｅ０，Ｅｉ及びヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２を変更する。
【００６２】
これに対して、Ｓ２４で、算出した回転数が予め設定したグリップ値以上に減少しないとき（例えば図１１で所定時間当たりの回転数の変化量が−２５回転数以上に小さくならないとき）には、Ｓ２８に移行する。Ｓ２８では、降圧側切替変調度を初期降圧側切替変調度Ｅ０に設定する。このため、ヒステリシス幅は、初期降圧側切替変調度Ｅ０と昇圧側切替変調度Ｅａとの差である初期ヒステリシス幅Ｄ１、すなわちデフォルト値に設定される。
【００６３】
このような本実施形態によれば、閾値変更部５０は、回転電機１４の回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる制御切替変調度を変更する。また、閾値変更部５０は、測定された回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、回転数の変化量に応じて初期降圧側切替変調度Ｅ０よりも大きい急変時降圧側切替変調度Ｅｉに降圧側切替変調度を変更し、測定された回転数がグリップ値以上に減少しないときには、降圧側切替変調度を初期降圧側切替変調度Ｅ０に設定する。すなわち、回転電機１４の回転数の変化量に応じて、制御のチャタリングを防止するためのヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２を、回転数の急減少時に小さくなるように切り替える。このため、過変調制御モードを実行中に、回転電機１４の回転数の急減少時に回転電機１４の印加電圧を早めに低下させることができ、回転電機１４に過電流が流れることを有効に抑制できる。
【００６４】
なお、上記では、回転電機１４の所定時間当たりの回転数の減少量がグリップ値以上となるか否か、すなわちグリップ発生か否かで、制御切替変調度を変更するか否かを決定している。ただし、例えば回転電機１４の所定時間当たりの回転数が所定値以上となるように急上昇した場合に、車両のスリップが発生したと判定し、スリップ発生をグリップ発生の代用として、制御切替変調度を変更する前提条件として入れることもできる。このようにスリップ検出でもよい理由は、スリップの後には必ずグリップが生じるためである。したがって、回転数の減少量を用いるのではなく、回転数変化量の絶対値を用いて、スリップ発生またはグリップ発生を判定することもできる。
【００６５】
また、上記のように回転電機１４の回転数の変化量に応じてヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２を変更するのではなく、閾値変更部５０は、回転電機１４の印加電圧の急変時またはトルクまたは電流の急変時に、印加電圧の変化量またはトルクまたは電流の変化量に応じて、ヒステリシス幅を変更する、すなわち降圧側切替変調度を変更するように構成することもできる。この理由は、グリップ時またはスリップ時には電圧変化やトルクまたは電流の急変が生じるためである。
【００６６】
また、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに急に切り替えることで電流の増大が懸念される、高トルク領域のみに限定して、回転数変化量等に応じた制御切替変調度の切替を行うこともできる。
【００６７】
さらに、制御切替変調度はマップのデータを読み出して使用するのではなく、予め制御部３２に記憶された関係式（例えば比例を用いた関係式）を用いて、回転数変化量から対応する制御切替変調度を算出することもできる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施形態と同様である。
【００６８】
また、別の実施形態として、上記の図１〜６に示した第１の実施形態と、上記の図７〜１２に示した第２の実施形態とを組み合わせて使用することもできる。すなわち、別の実施形態を構成する制御部として、位相モード切替部４４が閾値変更部５０（図２）を有し、かつ、変調度モード切替部４６が閾値変更部５０（図７）を有する制御部を使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る回転電機制御システムは、燃料電池車両、ハイブリッド車両等に搭載される回転電機の制御に利用できる。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 回転電機制御システム、１２ エンジン、１４ 第２モータジェネレータ（ＭＧ２）（回転電機）、１６ バッテリ、１８ 第１モータジェネレータ（ＭＧ１）、２０ 第１インバータ、２２ 第２インバータ、２４ 動力分割機構、２６ 変速機、２８ 車輪、３０ 車軸、３２ 制御部、３４，３６ 回転数センサ、３８ 正弦波ＰＷＭ制御部、４０ 過変調制御部、４２ 矩形波制御部、４４ 位相モード切替部、４６ 変調度モード切替部、４８，５０ 閾値変更部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機制御システムに係り、回転電機の制御方法の切り替えを行う回転電機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機として使用される回転電機の制御方法として、正弦波ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御モードと、過変調制御モードと、矩形波制御モードとを使い分けることが知られている。なお、過変調制御モードは、過変調ＰＷＭ制御モードと呼ぶこともある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、回転電機制御システムであって、正弦波電流制御モードと過変調電流制御モードと矩形波電圧位相制御モードとの間で制御を切り換えるシステムが記載されている。また、回転電機のベクトル制御に用いられるｄ軸とｑ軸とによって規定されるｄｑ平面において、回転電機を最大効率で運転できる最大効率特性線を規定した場合に、矩形波電圧位相制御モードから過変調電流制御モードに切り換える基準としての切替ラインを、最大効率特性線よりも遅角側に設定している。このように切替ラインを遅角側に設定することで、モード切替の際の制御のチャタリングを防止するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８１６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記のようにｄｑ平面において矩形波制御モードから過変調制御モードに切り換える基準としての切替ラインを、最大効率特性線よりも遅角側に設定すると、回転電機の単位時間当たりの回転数が急減少する場合に、矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替が遅くなり、回転電機の回転数が減少しているのにもかかわらず回転電機への印加電圧が高いままとなる可能性がある。例えば、回転電機の回転数が急減少する場合として、回転電機を車輪駆動用として車両に搭載した場合の車輪のスリップからグリップに移行する場合等がある。例えば、この車両が波状路を走行する場合にスリップとグリップとが交互に繰り返される可能性がある。また、車両がキャッツアイ等の路面上突起物を踏んだとき等に急にグリップが生じて回転電機の回転数が急減少する場合がある。この場合、回転電機に対する印加電圧が本来必要となる電圧よりも過大となるため、回転電機の各相のステータコイルに流れる相電流が過大となり、機器の故障を有効に防止する面から改良の余地がある。
【０００６】
また、上記では、矩形波制御モードから過変調制御モードに制御方法を切り換える場合の不都合を説明したが、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに制御を切り換える場合も、回転電機の回転数の急減少時に回転電機に過大な電流が流れる可能性がある。すなわち、過変調制御モードと正弦波ＰＷＭ制御モードとの制御切替には、変調度が用いられる。変調度は、インバータの直流電圧であるシステム電圧ＶＨに対する回転電機印加電圧である線間電圧の実効値の比である。また、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードへの切替に使用する変調度が小さいと、回転電機の単位時間当たりの回転数が急減少する場合に、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードへの切替が遅くなり、回転電機の回転数が減少しているのにもかかわらず回転電機への印加電圧が高いままとなる可能性がある。このため、例えば、回転電機を車輪駆動用として車両に搭載した場合の車輪のスリップからグリップに移行する場合等において、回転電機に対する印加電圧が本来必要となる電圧よりも過大となる可能性がある。したがって、回転電機の各相のステータコイルに流れる相電流が過大となり、機器の故障を有効に防止する面から改良の余地がある。
【０００７】
本発明の目的は、回転電機制御システムにおいて、回転電機の回転数の急変時に、制御切替を迅速に行うことで、回転電機に過電流が流れることを有効に抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る回転電機制御システムは、回転電機の所定時間当たりの回転数を測定する測定手段と、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法の切り替えの際に用いる制御切替閾値を変更する閾値変更手段と、を備えることを特徴とする回転電機制御システムである。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、好ましくは、前記制御切替閾値は、直交するｄ軸及びｑ軸を有し、回転電機の動作点が移動するｄｑ平面上において、前記回転電機の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる制御切替位相であり、前記閾値変更手段は、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる前記制御切替位相を変更する。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、好ましくは、前記閾値変更手段は、測定された前記回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、前記回転数の変化量に応じて、前記回転電機の動作を電流制御で指示する場合の電流指令を結んだ電流指令線よりも遅角側で、かつ、初期切替位相よりも進角側の急変時切替位相に前記制御切替位相を変更し、測定された前記回転数が前記グリップ値以上に減少しないときには、前記制御切替位相を前記初期切替位相に設定する。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、好ましくは、前記制御切替閾値は、インバータの直流電圧であるシステム電圧に対する回転電機印加電圧である線間電圧の実効値の比を変調度として、前記回転電機の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる制御切替変調度であり、前記閾値変更手段は、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる前記制御切替変調度を変更する。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、好ましくは、前記閾値変更手段は、測定された前記回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、前記回転数の変化量に応じて初期切替変調度よりも大きい急変時切替変調度に前記制御切替変調度を変更し、測定された前記回転数が前記グリップ値以上に減少しないときには、前記制御切替変調度を前記初期切替変調度に設定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る回転電機制御システムによれば、閾値変更手段により、回転電機の回転数が急減少した場合に、制御切替閾値を、早めに切替が行われる側に変更することで、回転電機の回転数の急減少時に制御モードの切替を迅速に行うことができる。このため、回転電機の印加電圧を早めに低下させることで、回転電機に過電流が流れることを有効に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態の回転電機制御システムを搭載した車両の構成を示す図である。
【図２】図１の制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態において、回転電機の制御モードの切替を説明するための回転電機のトルク及び回転数の関係を示す図である。
【図４】第１の実施形態において、ｄｑ平面上において、電流指令線と、初期切替ラインと、急変時切替ラインとを示す図である。
【図５】第１の実施形態において、制御部が記憶する回転電機の回転数変化量と制御切替位相との関係を示す図である。
【図６】第１の実施形態において、回転電機の制御モードの切替方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態の回転電機制御システムを構成する制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】第２の実施形態の回転電機制御システムにおいて、回転電機の制御モードの切替を説明するための回転電機のトルク及び回転数の関係を示す図である。
【図９】図８のＡ部を拡大して示す図である。
【図１０】第２の実施形態において、正弦波ＰＷＭ制御モード（ＰＷＭ）から過変調制御モード（ＯＶＭ）に切り換える際に用いる昇圧側切替変調度Ｅａと、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り換える際に用いる初期降圧側切替変調度Ｅ０と、急変時降圧側切替変調度Ｅｉとを示す図である。
【図１１】第２の実施形態において、制御部が記憶する回転電機の回転数変化量と制御切替変調度との関係を示す図である。
【図１２】第２の実施形態において、回転電機の制御モードの切替方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載されるモータジェネレータを説明するが、車両搭載用以外の用途に用いられる回転電機であってもよい。また、回転電機は、単にモータとして機能させるものを車両に搭載する電気自動車用や燃料電池車用等として使用するものでもよい。また、以下では、車両の過渡状態として、スリップからグリップに移行する場合を説明するが、回転電機の制御切替を迅速に行う必要がある回転電機の回転数の急変時であればよく、グリップ以外の車両の急減速状態であってもよい。
【００１６】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、回転電機制御システム１０を搭載した車両の構成を示す図である。この車両は、エンジン１２と走行用モータである第２モータジェネレータ（ＭＧ２）１４との一方または両方を主駆動源として使用するハイブリッド車両である。
【００１８】
車両は、エンジン１２及びバッテリ１６と、第１モータジェネレータ（ＭＧ１）１８と、第２モータジェネレータ（ＭＧ２）１４とを備え、さらに、バッテリ１６と第１モータジェネレータ１８との間に接続された第１インバータ２０と、バッテリ１６と第２モータジェネレータ１４との間に接続された第２インバータ２２とを備える。また、車両は、エンジン１２と各モータジェネレータ１４，１８との間の動力分配を行う動力分割機構２４と、動力分割機構２４と第２モータジェネレータ１４との間に設ける変速機２６と、変速機２６から動力を受け取って車輪２８に伝達する車軸３０とを備える。また、車両は、回転電機制御システム１０を備え、回転電機制御システム１０は、上記のエンジン１２、各モータジェネレータ１４，１８、各インバータ２０，２２、バッテリ１６、及び制御部３２を含む。
【００１９】
各モータジェネレータ１４，１８は、３相同期型回転電機であり、バッテリ１６から電力が供給される場合にモータとして機能し、エンジン１２による駆動時または車両の制動時等には発電機として機能する。第１モータジェネレータ１８は、主としてエンジン１２により駆動される発電機として用いられるが、モータとして使用される場合もある。発電された電力は、第１インバータ２０を介してバッテリ１６に供給される。なお、バッテリ１６と第１インバータ２０との間に電圧変換を行うコンバータを接続することもできる。また、第２モータジェネレータ１４は、主としてモータとして使用されるが、発電機として使用される場合もある。
【００２０】
各インバータ２０，２２は、トランジスタ、ＩＧＢＴ等の複数のスイッチング素子を含み、制御部３２によりスイッチングが制御されて、バッテリ１６から供給された直流電圧を３相交流電圧に変換し、対応するモータジェネレータ１８（または１４）に出力する。また、車両の制動時には、第２モータジェネレータ１４から第２インバータ２２に出力された３相交流電圧を第２インバータ２２で直流電圧に変換して、バッテリ１６に供給し、バッテリ１６を充電する。また、エンジン１２の駆動により第１モータジェネレータ１８が駆動されることで、第１モータジェネレータ１８から出力された３相交流電圧を第１インバータ２０で直流電圧に変換して、バッテリ１６に供給し、バッテリ１６を充電する。
【００２１】
制御部３２は、各インバータ２０，２２及びエンジン１２等の各要素の動作を制御する。制御部３２は、例えば車載用コンピュータで構成されることができる。制御部３２は、１つのコンピュータで構成することができるが、複数のコンピュータをケーブル等で接続することにより構成することもできる。例えば、制御部３２は、各モータジェネレータ１４，１８の動作を制御するモータ制御部と、エンジン１２の動作を制御するエンジン制御部と、全体を統合制御する統合制御部とに分けることもできる。また、回転電機制御システム１０は、各モータジェネレータ１４，１８の予め設定された所定時間当たりの回転数、例えば１０msec当たりの回転数を測定する回転数測定手段である回転数センサ３４，３６をそれぞれ設けている。各回転数センサ３４，３６の検出値は制御部３２に入力している。なお、回転数センサ３４，３６の代わりに、各モータジェネレータ１４，１８のそれぞれの回転角度を検出する回転角度センサを設けて、各回転角度センサの検出値を制御部３２に入力することもできる。この場合、制御部３２は、回転角度センサの検出値に基づいて、各モータジェネレータ１４，１８の所定時間当たりの回転数を算出する回転数算出部を設けることもでき、回転数算出部と各回転角度センサとにより回転数測定手段を構成できる。
【００２２】
図２では、制御部３２のうち、モータ制御を行う部分を機能に分けて示している。すなわち、制御部３２は、正弦波ＰＷＭ制御部３８と、過変調制御部４０と、矩形波制御部４２と、位相モード切替部４４と、変調度モード切替部４６とを含む。制御部３２は、各モータジェネレータ１４，１８（図１）の両方の制御を行うが、以下では説明を分かりやすくするために第２モータジェネレータ１４（以下、単に「回転電機１４」という場合がある。）の制御を行う場合を代表して説明する。下記の第２モータジェネレータ１４の制御は、第２モータジェネレータ１４の制御と第１モータジェネレータ１８の対応する制御との両方、または第１モータジェネレータ１８の対応する制御のみに用いることもできる。
【００２３】
正弦波ＰＷＭ制御部３８は、回転電機１４を正弦波ＰＷＭ制御により制御する。過変調制御部４０は、回転電機１４を過変調制御により制御する。矩形波制御部４２は、回転電機１４を矩形波制御により制御する。
【００２４】
また、位相モード切替部４４は、回転電機１４の制御を行う制御方法、すなわち制御モードを、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替えるものであり、ｄｑ平面上で、回転電機１４の動作点から制御モードを切り替える。ここで、ｄｑ平面とは、後述する図４に示すように、回転電機１４の動作点を互いに直交するｄ軸及びｑ軸で規定するためのもので、例えばｄ軸は、ｄ軸電流軸（Ｉｄ軸）またはｄ軸電圧軸（Ｖｄ軸）とし、ｑ軸は、Ｉｄ軸またはＶｄ軸に直交するｑ軸電流軸（Ｉｑ軸）またはｑ軸電圧軸（Ｖｄ軸）とする。また、制御部３２は、ｄｑ平面上において、回転電機１４を電流制御するときの最大効率で運転できるｄ軸電流及びｑ軸電流の電流組を結んで得られる最大効率特性線を電流指令線Ｌ１として規定している。
【００２５】
位相モード切替部４４は、ｄｑ平面上の原点Ｏを中心とする最大電圧円（図示せず）上で、回転電機１４の動作点が電流指令線Ｌ１よりも、図４の矢印α方向側、すなわち遅角側に予め設定された初期切替位相差β１（図４）を有する初期切替ラインＬ０を超えるときに、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える機能を有する。
【００２６】
また、変調度モード切替部４６は、ＰＷＭ正弦波制御モードと過変調制御モードと矩形波制御モードとの間での制御モードの切り替えを、変調度Ｅによって行う。変調度（＝変調率）Ｅとは、インバータ２２の直流電圧であるシステム電圧ＶＨに対する、回転電機１４印加電圧である線間電圧の実効値Ｊの比（Ｊ／ＶＨ）である。回転電機１４の線間電圧の実効値Ｊは、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*とｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を用いて、Ｊ＝｛（Ｖｄ*）2＋（Ｖｑ*）2｝1/2で与えられる。したがって、変調度Ｅは、変調度Ｅ＝［｛（Ｖｄ*）2＋（Ｖｑ*）2｝1/2］／ＶＨで求められる。そして、変調度Ｅが０．６１まではＰＷＭ制御モードが行われ、変調度Ｅが０．６１を超えると、過変調制御モードに切り替えられる。また、変調度Ｅが０．７８となると、矩形波制御モードが用いられる。
【００２７】
ここで、ＰＷＭ制御モードと過変調制御モードとは、電流フィードバック制御であり、電圧指令値と搬送波（キャリア）とを比較することでＰＷＭ信号を回転電機１４に出力する制御である。一方、矩形波制御モードは、電気角に応じて１パルススイッチング波形を回転電機１４に出力する制御であり、電圧振幅は最大値に固定され、位相を制御することでトルクをフィードバック制御している。
【００２８】
図３は、回転電機１４の動作点に応じて制御モードが選択される様子を説明する図である。この図は、回転電機１４の回転数を横軸にとり、トルクを縦軸にとり、その最大トルク特性線を示し、その最大トルク特性線の内側で示される作動領域においてどの制御モードが用いられるかを示す図である。図３に示されるように、低速側に正弦波ＰＷＭ制御モード作動領域が、高速側に矩形波制御モード作動領域が、その中間に過変調制御モード作動領域がそれぞれ設定されている。
【００２９】
次に、これら３つの制御モードの切替について説明する。図３で示されたように、回転数とトルクで与えられる回転電機１４の動作点の状態に応じて、制御モードの切替が行われる。速度とトルクとを次第に上げて行くにつれて、正弦波ＰＷＭ制御モードから過変調制御モードへ、過変調制御モードから矩形波制御モードへと制御モードを切り替える。この場合、以下のように変調度Ｅによって、制御モードの切替を行うことができる。すなわち、変調度Ｅが０．６１以下のときに正弦波ＰＷＭ制御モードを使用し、変調度Ｅが０．６１から０．７８の間は過変調制御モードを使用し、変調度Ｅが０．７８となれば矩形波制御モードを使用するように制御モードを切り替える。
【００３０】
これと逆方向に制御モードを切り替えるときも変調度Ｅを用いることができるが、図３の点Ｐ１から点Ｐ２に移行する場合のように、矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替は、矩形波制御モードにおいて電圧指令振幅が一定であるので、例えば電流指令に対する実電流の位相によって切替のタイミングを判定することで行われる。
【００３１】
図４は、矩形波制御モードから過変調制御モードへ切り換えるための切替ラインを説明するための図である。ここでは、回転電機１４のベクトル制御に用いられるｄ軸とｑ軸とによって規定されるｄｑ平面で示している。３相同期型電動機に用いられるベクトル制御では、回転子の磁極が形成する磁束の方向がｄ軸と定義され、ｄ軸に直交する軸がｑ軸と定義される。
【００３２】
また、ｄ軸電流をＩｄ、ｑ軸電流をＩｑとすると、電流ベクトルの絶対値Ｉａは、Ｉａ＝（Ｉｄ2＋Ｉｑ2）1/2で表され、電流位相βは、β＝ｔａｎ-1（Ｉｑ／Ｉｄ）で表される。この場合、トルクτは、τ＝ｐψＩａ×ｓｉｎβ＋（１／２）×ｐ（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉａ2×ｓｉｎ２βで与えられる。ここで、ｐは回転電機１４の極数であり、ψは逆起電力定数であり、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンスである。このため、トルクτは、ｄ軸電流成分とｑ軸電流成分との間の位相である電流位相βで制御可能である。
【００３３】
また、最大トルクを与える電流位相βは、β＝ｃｏｓ-1〔［−ψ＋｛ψ2−８（Ｌｄ−Ｌｑ）2｝1/2］／４（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉａ〕で与えられる。この計算で求められる関係式に、必要な場合に適当な補正を加えて、回転電機１４を最大効率で運転できる最大効率特性線を求めることができる。
【００３４】
本実施形態では、この最大効率特性線を電流指令線Ｌ１に設定し、電流指令線Ｌ１の遅角側に切替ラインＬ０，Ｌｉを設定している。このように電流指令線Ｌ１の遅角側に切替ラインＬ０，Ｌｉを設定するのは、もし電流指令線Ｌ１の進角側または同じ位相に切替ラインＬ０，Ｌｉを設定すると、モード切替の際に制御がチャタリングを起こし、電流乱れが生じるためである。すなわち、矩形波制御中に回転電機１４を低速方向に移行させると、回転電機１４の電流位相が最大電圧円上で進角側から電流指令線Ｌ１に向かって遅角側に移動し、電流指令線Ｌ１を越えて切替ラインＬ０（またはＬｉ）に達すると、矩形波制御モードから過変調制御モードへの切替が行われる。電流指令線Ｌ１は、回転電機１４の動作を電流制御で指示する場合の電流指令を結んだ線である。電流指令線Ｌ１は最大効率特性線以外に設定することもできる。
【００３５】
一方、回転電機１４が起動し、低速低トルクから速度を上げトルクや回転数を上げるときには、電流指令線Ｌ１上で正弦波ＰＷＭ制御を用いて電流指令が実行される。また、中速領域では、変調度が０．６１か、または０．６以上の予め設定された昇圧側変調度を超えることで、過変調制御に切り換えられ、電流指令線Ｌ１上で過変調制御を用いて電流指令が実行される。さらに、速度やトルクが上がり、変調度が０．７８となると、矩形波制御モードに切り換えられる。この場合、原点Ｏを中心とする最大電圧円（図示せず）上での電圧位相でトルクが制御される。例えば電圧位相が電流指令線から進角側（図４の矢印αと反対側）に離れるように制御される。すなわち、この場合には、電圧位相制御である矩形波制御によってトルクが制御される。なお、矩形波制御では、最大電圧円から外側に外れるように動作点が移動しつつ位相が変更されることでトルクを制御することもできる。
【００３６】
特に、本実施形態では、図２に示すように、位相モード切替部４４は閾値変更部４８を有する。閾値変更部４８は、回転数センサ３４等の回転数測定手段の所定時間当たりの回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法の切替の際に用いる制御切替閾値として、制御切替位相を変更する。「制御切替位相」は、図４のｄｑ平面上において、回転電機１４の制御方法を矩形波制御モードから過変調制御モードに切り換える際に用いる制御切替ラインＬ０、Ｌｉの、電流指令線Ｌ１を基準とする遅角側の位相分をいう。例えば、車両のスリップ状態からグリップ状態に移行した場合等の、回転電機１４の所定時間当たりの回転数が急減少した場合において、回転数測定手段で測定された回転電機１４の所定時間当たりの回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときには、図４で矢印γで示すように、閾値変更部４８は、切替ラインを予め設定した初期切替ラインＬ０から急変時切替ラインＬｉに変更する。初期切替ラインＬ０は、電流指令線Ｌ１を基準として遅角側に外れた初期切替位相β１を有する。急変時切替ラインＬｉは、電流指令線Ｌ１を基準として遅角側に外れた急変時切替位相β２を有する。急変時切替ラインＬｉは、電流指令線Ｌ１よりも遅角側で、初期切替ラインＬ０よりも進角側に設定される。
【００３７】
このような急変時切替ラインＬｉは、回転電機１４の所定時間当たりの回転数の変化量に応じて複数設定することができる。すなわち、閾値変更部４８は、測定された回転電機１４の回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、回転電機１４の回転数の変化量に応じて電流指令線Ｌ１よりも遅角側で、かつ、初期切替ラインＬ０よりも進角側の急変時切替ラインＬｉに制御切替ラインを変更する。このため、回転電機１４の回転数の変化量に応じて制御切替ラインの制御切替位相が急変時切替位相β２に切り替えられる。
【００３８】
一方、閾値変更部４８は、測定された回転電機１４の回転数がグリップ値以上に減少しないときには、制御切替ラインを初期切替ラインＬ０に設定する。すなわち、制御切替位相は、初期切替位相β１に設定される。
【００３９】
図５は、本実施形態において、制御部３２の記憶部が記憶する回転電機１４の回転数変化量と制御切替位相との関係を示す図である。図５において、「回転数変化量」は、矩形波制御時の回転電機１４の所定時間当たりの回転数の変化量を示している。「切替え位相」は、回転数変化量に対応する電流指令線Ｌ１を基準とする制御切替ラインの遅角側の位相である。すなわち、ａ°は初期切替位相β１（図４）に対応し、ｂ°、ｃ°、ｄ°は急変時切替位相β２（図４）に対応する。ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄとなるように、ａ〜ｄが設定されている。なお、図５は、回転数変化量と切替位相との関係の１例を示すものであり、別の例を採用することもできる。
【００４０】
図６は、本実施形態において、回転電機１４の制御モードの切替方法を示すフローチャートである。まずステップＳ（以下、ステップＳは単にＳという。）１０で回転数測定部により回転電機１４の所定時間あたりの回転数が測定される。次いで所定時間当たりの回転数の変化量を算出し（Ｓ１２）、Ｓ１４で、算出した回転数が予め設定したグリップ値以上に減少したとき（例えば図５で所定時間当たりの回転数の変化量が−５０回転数以上に小さくなるとき）には、Ｓ１６に移行する。
【００４１】
Ｓ１６では、回転電機１４の回転数の変化量に応じて、複数の急変時切替ラインＬｉのうち、対応する１の急変時切替ラインＬｉに制御切替ラインを変更する。このため、回転数の変化量に応じて、制御切替ラインの制御切替位相が対応する急変時切替位相β２に切り替えられる。この場合、上記の図５に示した回転数変化量と切替位相との関係を表すマップのデータを制御部３２に予め記憶させておき、制御部３２はこのマップのデータを参照しつつ制御切替ラインを変更する。
【００４２】
これに対して、Ｓ１４で、算出した回転数が予め設定したグリップ値以上に減少しないとき（例えば図５で所定時間当たりの回転数の変化量が−５０回転数以上に小さくならないとき）には、Ｓ１８に移行する。Ｓ１８では、制御切替ラインを初期切替ラインＬ０に設定する。このため、制御切替位相は、初期切替位相β１、すなわちデフォルト値に設定される。
【００４３】
このような回転電機制御システム１０によれば、閾値変更部４８により、回転電機１４の回転数が急減少した場合に、制御切替閾値を、早めに切替が行われる側に変更することで、回転電機１４の回転数の急減少時に制御モードの切替を迅速に行うことができる。このため、回転電機１４を搭載した車両のスリップからグリップに移行する場合のように、回転電機１４の回転数の急減少時に、回転電機１４の印加電圧を早めに低下させることで、回転電機１４に過電流が流れることを有効に抑制できる。
【００４４】
しかも、閾値変更部４８は、回転電機１４の回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる制御切替位相を変更する。また、閾値変更部４８は、測定された回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、回転数の変化量に応じて電流指令線Ｌ１よりも遅角側で、かつ、初期切替位相β１を有する初期切替ラインＬ０よりも進角側の急変時切替ラインＬｉの急変時切替位相β２に制御切替位相を変更し、測定された回転数がグリップ値以上に減少しないときには、制御切替位相を初期切替位相β１に設定する。すなわち、回転電機１４の回転数の変化量に応じて、制御のチャタリングを防止するためのヒステリシス幅に相当する電流指令線Ｌ１と初期切替ラインＬ０との位相差β１を、回転数の急減少時に電流指令線Ｌ１と急変時切替ラインＬｉとの位相差β２に、小さくなるように切り替える。すなわち、ヒステリシス幅を小さくすることと同様となる。このため、矩形波制御モードを実行中に、回転電機１４の回転数の急減少時に回転電機１４の印加電圧を早めに低下させることができ、回転電機１４に過電流が流れることを有効に抑制できる。
【００４５】
なお、上記では、回転電機１４の所定時間当たりの回転数の減少量がグリップ値以上となるか否か、すなわちグリップ発生か否かで、制御切替位相を変更するか否かを決定している。ただし、例えば回転電機１４の所定時間当たりの回転数が所定値以上となるように急上昇した場合に、車両のスリップが発生したと判定し、スリップ発生をグリップ発生の代用として、制御切替位相を変更する前提条件として入れることもできる。このようにスリップ検出でもよい理由は、スリップの後には必ずグリップが生じるためである。したがって、回転数の減少量を用いるのではなく、回転数変化量の絶対値を用いて、スリップ発生またはグリップ発生を判定することもできる。
【００４６】
また、上記のように回転電機１４の回転数の変化量に応じてヒステリシス幅に相当する初期切替ラインＬ０と制御切替ラインとの位相差を変更するのではなく、閾値変更部４８は、回転電機１４の印加電圧の急変時またはトルクまたは電流の急変時に、印加電圧の変化量またはトルクまたは電流の変化量に応じて、初期切替ラインＬ０と制御切替ラインとの位相差を変更するように構成することもできる。この理由は、グリップ時またはスリップ時には電圧変化やトルクまたは電流の急変が生じるためである。
【００４７】
また、矩形波制御モードから過変調制御モードに急に切り替えることで電流の増大が懸念される、高トルク領域のみに限定して、回転数変化量等に応じた制御切替位相の切替を行うこともできる。
【００４８】
さらに、制御切替位相はマップのデータを読み出して使用するのではなく、予め制御部３２に記憶された関係式（例えば比例を用いた関係式）を用いて、回転数変化量から対応する制御切替位相を算出することもできる。
【００４９】
［第２の実施形態］
図７〜１２は、本発明の第２の実施形態を示している。図７は、本実施形態の回転電機制御システム１０（図１）を構成する制御部３２の構成を示すブロック図である。図８は、本実施形態の回転電機制御システム１０において、回転電機の制御モードの切替を説明するための回転電機のトルク及び回転数の関係を示す図である。図９は、図８のＡ部を拡大して示す図である。以下の説明でも、第２モータジェネレータ１４（以下、単に「回転電機１４」という場合がある。）（図１）の制御を行う場合を代表して説明するが、下記の第２モータジェネレータ１４の制御は、第２モータジェネレータ１４の制御と第１モータジェネレータ１８（図１）の対応する制御との両方、または第１モータジェネレータ１８の対応する制御のみに用いることもできる。
【００５０】
上記の第１の実施形態では、回転電機１４を矩形波制御で制御している場合の回転電機１４の回転数の急変時等の不都合をなくすべく、矩形波制御から過変調制御へ早めに切り替える構成を説明した。ただし、同様の不都合は、回転電機１４を過変調制御で制御している場合の車両のスリップからグリップに移行する場合等の、回転電機１４の回転数の急変時にも生じる可能性がある。本実施形態は、このような不都合を解消すべく考えたものである。
【００５１】
すなわち、上記の第１の実施形態において、制御部３２において、回転電機１４の制御モードを矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える位相モード切替部４４は、閾値変更部４８（図２）を有しない。その代わりに、回転電機１４の制御モードを過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える変調度モード切替部４６は、閾値変更部５０を有する。閾値変更部５０は、回転電機１４の所定時間あたりの回転数の測定結果に応じて、制御モードの切替に用いる切替変調度Ｅ０、Ｅｉ（図１０）を変更する機能を有する。
【００５２】
すなわち、図８、図９に示すように、回転数とトルクで与えられる回転電機１４の動作点を考えた場合に、図８、図９の点Ｑ１から点Ｑ２に移行する場合のように、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードへは、回転電機１４の回転数やトルクが低下することにより移行される。この場合、通常時には、図９の一点鎖線Ｓ１で示す初期降圧側切替ラインで過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り換わる。なお、図９のように点Ｑ３から点Ｑ４に移行する場合のように、正弦波ＰＷＭ制御モードから過変調制御モードへの切替は、初期降圧側切替ラインＳ１よりも高圧側、すなわち図９の右側に設定された昇圧側切替ライン（図８の実線Ｓ２）で行われる。この昇圧側切替ラインは、０．６１よりも高い変調度Ｅａに対応する。
【００５３】
これについて図１０を用いて詳しく説明する。図１０は、第２の実施形態において、正弦波ＰＷＭ制御モード（ＰＷＭ）から過変調制御モード（ＯＶＭ）に切り換える際に用いる昇圧側切替変調度Ｅａと、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り換える際に用いる初期降圧側切替変調度Ｅ０と、急変時降圧側切替変調度Ｅｉとを示す図である。図１０では、矢印の向きにより、制御モード切替の方向を示している。なお、各変調度Ｅａ、Ｅ０、Ｅｉはいずれも正弦波ＰＷＭ制御の上限変調度の０．６１よりも大きい。また、初期降圧側切替変調度Ｅ０は、昇圧側切替変調度Ｅａよりも小さい。
【００５４】
このように初期降圧側切替変調度Ｅ０を昇圧側切替変調度Ｅａよりも小さく設定している理由は、もし初期降圧側切替変調度Ｅ０を昇圧側切替変調度Ｅａよりも大きいか、または変調度Ｅａと同じに設定していると、モード切替の際に制御がチャタリングを起こし、電流乱れが生じるためである。すなわち、過変調制御中に回転電機１４を低速方向に移行させると、回転電機１４の変調度が小さくなり、昇圧側切替変調度Ｅａを越えて初期降圧側切替変調度Ｅ０に達すると、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードへの切替が行われる。
【００５５】
一方、回転電機１４が起動し、低速低トルクから速度を上げトルクや回転数を上げるときには、低速領域で正弦波ＰＷＭ制御を用いて電流指令が実行される。また、中速領域では、変調度が０．６１よりも大きい変調度Ｅａを超えることで、過変調制御に切り換えられ、過変調制御を用いて電流指令が実行される。さらに、速度やトルクが上がり、変調度が０．７８となると、上記の第２の実施形態で説明したように矩形波制御モードに切り換えられる。
【００５６】
特に、本実施形態では、上記のように、変調度モード切替部４６は閾値変更部５０を有する。閾値変更部５０は、回転数センサ３４（図１）等の回転数測定手段の所定時間当たりの回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法の切替の際に用いる制御切替閾値として、制御切替変調度である降圧側切替変調度Ｅ０、Ｅｉを変更する。降圧側切替変調度Ｅ０、Ｅｉは、回転電機１４の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り換える際に用いる制御切替変調度である。例えば、車両のスリップ状態からグリップ状態に移行した場合等の、回転電機１４の所定時間当たりの回転数が急減少した場合において、回転数測定手段で測定された回転電機１４の所定時間当たりの回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときには、図９、図１０で矢印δで示すように、閾値変更部５０は、切替変調度を初期降圧側切替変調度Ｅ０から、初期降圧側切替変調度Ｅ０よりも大きい急変時降圧側切替変調度Ｅｉに変更し、降圧側切替ラインを初期降圧側切替ラインＳ１から急変時降圧側切替ラインＳ１ａに切り替える。
【００５７】
このような急変時降圧側切替変調度Ｅｉは、回転電機１４の所定時間当たりの回転数の変化量に応じて複数設定することができる。すなわち、閾値変更部５０は、測定された回転電機１４の回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、回転数の変化量に応じて初期降圧側切替変調度Ｅ０よりも大きい急変時降圧側切替変調度Ｅｉに降圧側切替変調度を変更する。このため、回転数の変化量に応じて、昇圧側切替変調度Ｅａと降圧側切替変調度Ｅ０、Ｅｉとの差であるヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２（図１０）が変更される。
【００５８】
一方、閾値変更部５０は、測定された回転数がグリップ値以上に減少しないときには、降圧側切替変調度を初期降圧側切替変調度Ｅ０に設定する。すなわち、ヒステリシス幅は、昇圧側切替変調度Ｅａと初期降圧側切替変調度Ｅ０との差である初期ヒステリシス幅Ｄ１に設定される。
【００５９】
図１１は、第２の実施形態において、制御部３２が記憶する回転電機１４の回転数変化量と制御切替変調度との関係を示す図である。図１１において、「回転数変化量」は、過変調制御時の回転電機１４の所定時間当たりの回転数の変化量を示している。「切替え変調度」は、回転数変化量に対応する初期降圧側切替変調度Ε０または降圧側切替変調度Ε１，Ε２，Ε３，Ε４，Ε５（すなわちΕｉ）を示している。各降圧側切替変調度Ε０，Ε１，Ε２・・・Ε５は、Ε０＜Ε１＜Ε２＜Ε３＜Ε４＜Ε５の関係を満たす。また、Ε５は昇圧側切替変調度Εａよりも小さい（Ε５＜Εａ）。例えば初期降圧側切替変調度Ε０は正弦波ＰＷＭ制御モードの上限変調度０．６１よりも大きくし、昇圧側切替変調度Εａも上限変調度０．６１よりも大きくする。ただし、昇圧側切替変調度Εａ等の各変調度のいずれかを上限変調度０．６１と同じにすることもできる。また、図１１では、スリップからグリップに移行する場合に、回転数変化量の絶対値が大きくなるので、降圧側切替変調度Ｅｉも大きくなることを表している。なお、図１１は、回転数変化量と切替変調度との関係の１例を示すものであり、別の例を採用することもできる。
【００６０】
図１２は、本実施形態において、回転電機１４の制御モードの切替方法を示すフローチャートである。まずステップＳ２０で回転数測定部により回転電機１４の所定時間あたりの回転数が測定される。次いで所定時間当たりの回転数の変化量を算出し（Ｓ２２）、Ｓ２４で、算出した回転数が予め設定したグリップ値以上に減少したとき（例えば図１１で所定時間当たりの回転数の変化量が−２５回転数以上に小さくなるとき）には、Ｓ２６に移行する。
【００６１】
Ｓ２６では、回転電機１４の回転数の変化量に応じて、複数の急変時降圧側切替変調度Ｅｉのうち、対応する１の急変時降圧側切替変調度Ｅｉに制御切替変調度である降圧側切替変調度を変更する、すなわち切り替える。このため、回転数の変化量に応じて、降圧側切替変調度Ｅ０，Ｅｉと昇圧側切替変調度Ｅａとの差であるヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２が変更される。この場合、上記の図１１に示した回転数変化量と切替変調度Ｅ０，Ｅｉとの関係を表すマップのデータを制御部３２に予め記憶させておき、制御部３２はこのマップのデータを参照しつつ制御切替変調度Ｅ０，Ｅｉ及びヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２を変更する。
【００６２】
これに対して、Ｓ２４で、算出した回転数が予め設定したグリップ値以上に減少しないとき（例えば図１１で所定時間当たりの回転数の変化量が−２５回転数以上に小さくならないとき）には、Ｓ２８に移行する。Ｓ２８では、降圧側切替変調度を初期降圧側切替変調度Ｅ０に設定する。このため、ヒステリシス幅は、初期降圧側切替変調度Ｅ０と昇圧側切替変調度Ｅａとの差である初期ヒステリシス幅Ｄ１、すなわちデフォルト値に設定される。
【００６３】
このような本実施形態によれば、閾値変更部５０は、回転電機１４の回転数の測定結果に応じて、回転電機１４の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる制御切替変調度を変更する。また、閾値変更部５０は、測定された回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、回転数の変化量に応じて初期降圧側切替変調度Ｅ０よりも大きい急変時降圧側切替変調度Ｅｉに降圧側切替変調度を変更し、測定された回転数がグリップ値以上に減少しないときには、降圧側切替変調度を初期降圧側切替変調度Ｅ０に設定する。すなわち、回転電機１４の回転数の変化量に応じて、制御のチャタリングを防止するためのヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２を、回転数の急減少時に小さくなるように切り替える。このため、過変調制御モードを実行中に、回転電機１４の回転数の急減少時に回転電機１４の印加電圧を早めに低下させることができ、回転電機１４に過電流が流れることを有効に抑制できる。
【００６４】
なお、上記では、回転電機１４の所定時間当たりの回転数の減少量がグリップ値以上となるか否か、すなわちグリップ発生か否かで、制御切替変調度を変更するか否かを決定している。ただし、例えば回転電機１４の所定時間当たりの回転数が所定値以上となるように急上昇した場合に、車両のスリップが発生したと判定し、スリップ発生をグリップ発生の代用として、制御切替変調度を変更する前提条件として入れることもできる。このようにスリップ検出でもよい理由は、スリップの後には必ずグリップが生じるためである。したがって、回転数の減少量を用いるのではなく、回転数変化量の絶対値を用いて、スリップ発生またはグリップ発生を判定することもできる。
【００６５】
また、上記のように回転電機１４の回転数の変化量に応じてヒステリシス幅Ｄ１，Ｄ２を変更するのではなく、閾値変更部５０は、回転電機１４の印加電圧の急変時またはトルクまたは電流の急変時に、印加電圧の変化量またはトルクまたは電流の変化量に応じて、ヒステリシス幅を変更する、すなわち降圧側切替変調度を変更するように構成することもできる。この理由は、グリップ時またはスリップ時には電圧変化やトルクまたは電流の急変が生じるためである。
【００６６】
また、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに急に切り替えることで電流の増大が懸念される、高トルク領域のみに限定して、回転数変化量等に応じた制御切替変調度の切替を行うこともできる。
【００６７】
さらに、制御切替変調度はマップのデータを読み出して使用するのではなく、予め制御部３２に記憶された関係式（例えば比例を用いた関係式）を用いて、回転数変化量から対応する制御切替変調度を算出することもできる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施形態と同様である。
【００６８】
また、別の実施形態として、上記の図１〜６に示した第１の実施形態と、上記の図７〜１２に示した第２の実施形態とを組み合わせて使用することもできる。すなわち、別の実施形態を構成する制御部として、位相モード切替部４４が閾値変更部５０（図２）を有し、かつ、変調度モード切替部４６が閾値変更部５０（図７）を有する制御部を使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る回転電機制御システムは、燃料電池車両、ハイブリッド車両等に搭載される回転電機の制御に利用できる。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 回転電機制御システム、１２ エンジン、１４ 第２モータジェネレータ（ＭＧ２）（回転電機）、１６ バッテリ、１８ 第１モータジェネレータ（ＭＧ１）、２０ 第１インバータ、２２ 第２インバータ、２４ 動力分割機構、２６ 変速機、２８ 車輪、３０ 車軸、３２ 制御部、３４，３６ 回転数センサ、３８ 正弦波ＰＷＭ制御部、４０ 過変調制御部、４２ 矩形波制御部、４４ 位相モード切替部、４６ 変調度モード切替部、４８，５０ 閾値変更部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の所定時間当たりの回転数を測定する測定手段と、
前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法の切り替えの際に用いる制御切替閾値を変更する閾値変更手段と、
を備えることを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
前記制御切替閾値は、直交するｄ軸及びｑ軸を有し、回転電機の動作点が移動するｄｑ平面上において、前記回転電機の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる制御切替位相であり、
前記閾値変更手段は、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる前記制御切替位相を変更することを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機制御システムにおいて、
前記閾値変更手段は、測定された前記回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、前記回転数の変化量に応じて、前記回転電機の動作を電流制御で指示する場合の電流指令を結んだ電流指令線よりも遅角側で、かつ、初期切替位相よりも進角側の急変時切替位相に前記制御切替位相を変更し、測定された前記回転数が前記グリップ値以上に減少しないときには、前記制御切替位相を前記初期切替位相に設定することを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
前記制御切替閾値は、インバータの直流電圧であるシステム電圧に対する回転電機印加電圧である線間電圧の実効値の比を変調度として、前記回転電機の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる制御切替変調度であり、
前記閾値変更手段は、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる前記制御切替変調度を変更することを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機制御システムにおいて、
前記閾値変更手段は、測定された前記回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、前記回転数の変化量に応じて初期切替変調度よりも大きい急変時切替変調度に前記制御切替変調度を変更し、測定された前記回転数が前記グリップ値以上に減少しないときには、前記制御切替変調度を前記初期切替変調度に設定することを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項１】
回転電機の所定時間当たりの回転数を測定する測定手段と、
前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法の切り替えの際に用いる制御切替閾値を変更する閾値変更手段と、
を備えることを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
前記制御切替閾値は、直交するｄ軸及びｑ軸を有し、回転電機の動作点が移動するｄｑ平面上において、前記回転電機の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる制御切替位相であり、
前記閾値変更手段は、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法を、矩形波制御モードから過変調制御モードに切り替える際に用いる前記制御切替位相を変更することを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機制御システムにおいて、
前記閾値変更手段は、測定された前記回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、前記回転数の変化量に応じて、前記回転電機の動作を電流制御で指示する場合の電流指令を結んだ電流指令線よりも遅角側で、かつ、初期切替位相よりも進角側の急変時切替位相に前記制御切替位相を変更し、測定された前記回転数が前記グリップ値以上に減少しないときには、前記制御切替位相を前記初期切替位相に設定することを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
前記制御切替閾値は、インバータの直流電圧であるシステム電圧に対する回転電機印加電圧である線間電圧の実効値の比を変調度として、前記回転電機の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる制御切替変調度であり、
前記閾値変更手段は、前記回転数の測定結果に応じて、前記回転電機の制御方法を、過変調制御モードから正弦波ＰＷＭ制御モードに切り替える際に用いる前記制御切替変調度を変更することを特徴とする回転電機制御システム。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機制御システムにおいて、
前記閾値変更手段は、測定された前記回転数が、予め設定したグリップ値以上に減少したときに、前記回転数の変化量に応じて初期切替変調度よりも大きい急変時切替変調度に前記制御切替変調度を変更し、測定された前記回転数が前記グリップ値以上に減少しないときには、前記制御切替変調度を前記初期切替変調度に設定することを特徴とする回転電機制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−６２９７０（Ｐ２０１３−６２９７０Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００４４１（Ｐ２０１１−２００４４１）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
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