電力変換装置
【課題】電圧利用率の要求が低い領域を電圧利用率の要求が高い領域にして制御することで、制御性能を損なうことなく低損失化を達成できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置において、指令トルクＴcmd*（要求トルク）と回転数Ｎとに基づいて指令電圧振幅Ｖamp*（電圧振幅）を設定する電圧振幅設定手段５２ａと、偏差トルクΔＴに基づいて指令電圧位相Ｖp*（電圧位相）を設定する電圧位相設定手段５２ｅと、指令電圧振幅Ｖamp*と指令電圧位相Ｖp*とに基づいて正弦波領域であっても過変調領域になるよう昇圧する指令昇圧電圧Ｖconv*（昇圧指令信号）をコンバータ１０に伝達する電圧指令設定手段５１ａとを有する。この構成によれば、電圧利用率の要求が低い領域を電圧利用率の要求が高い領域にして制御するので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【解決手段】電力変換装置において、指令トルクＴcmd*（要求トルク）と回転数Ｎとに基づいて指令電圧振幅Ｖamp*（電圧振幅）を設定する電圧振幅設定手段５２ａと、偏差トルクΔＴに基づいて指令電圧位相Ｖp*（電圧位相）を設定する電圧位相設定手段５２ｅと、指令電圧振幅Ｖamp*と指令電圧位相Ｖp*とに基づいて正弦波領域であっても過変調領域になるよう昇圧する指令昇圧電圧Ｖconv*（昇圧指令信号）をコンバータ１０に伝達する電圧指令設定手段５１ａとを有する。この構成によれば、電圧利用率の要求が低い領域を電圧利用率の要求が高い領域にして制御するので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータと、インバータと、コントローラとを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、要求トルクと実トルク（推定トルクを含む実際のトルク）との差分値に基づいて電力変換回路の出力電圧の位相を設定し、当該位相及び回転機の回転数（回転速度とも呼ぶ。以下同じである。）に基づいて電力変換回路の出力電圧ベクトルのノルムを設定し、当該ノルム及び位相に基づいて電力変換回路のスイッチング素子に操作信号を出力する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１の技術によれば、変調率が閾値を超えて高い電圧利用率が要求される領域（例えば過変調領域）では、スイッチング回数が低減し、変調率が閾値以下であって電圧利用率の要求が低い領域（例えば正弦波領域）と比較しても制御性能を損なうことなく低損失化が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３２５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、変調率が閾値以下であって電圧利用率の要求が低い領域では、通常のスイッチング制御を行うために低損失化も達成できない、という問題があった。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、従来は変調率が閾値以下であって電圧利用率の要求が低い領域を、変調率が閾値以上であって電圧利用率の要求が高い領域にして制御することで、全域でスイッチング回数を低減し、制御性能を損なうことなく低損失化を達成できる電力変換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】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、昇圧を行うコンバータと、昇圧された電圧を変換して出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータの作動を個別に制御するコントローラとを備える電力変換装置において、要求トルクと回転数とに基づいて、電圧振幅を設定する電圧振幅設定手段と、前記要求トルクと実トルクとの差分値（偏差）に基づいて、電圧位相を設定する電圧位相設定手段と、前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅と前記電圧位相設定手段によって設定される電圧位相とに基づいて、変調率が閾値以下となり電圧利用率の要求が低い領域であっても前記変調率が前記閾値を超える電圧利用率の要求が高い領域となるように前記昇圧を行う昇圧指令信号を前記コンバータに伝達する電圧指令設定手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
なお、一般的には「電圧利用率の要求が低い領域」は正弦波領域と設定し、「電圧利用率の要求が高い領域」は過変調領域と設定することが多いが、必ずしもこれらの設定には限定されない。以降、正弦波領域と過変調領域を例にして記載する。「昇圧指令信号」はアナログ信号とデジタル信号とを問わない。「変調率」は、例えば電圧指令の振幅／（直流電源電圧／２）で算出される値である。「閾値」には任意の数値を設定することができ、実際には１．００から１．１５までの範囲の数値を設定することが多い。「電圧利用率」は、インバータの出力電圧ベクトルの大きさを定量化した物理量である。
【０００８】
この構成によれば、電圧指令設定手段は、電圧利用率の要求が低い領域であっても電圧利用率の要求が高い領域となるように昇圧する昇圧指令信号をコンバータに伝達する。従来は電圧利用率の要求が低い領域で制御していた領域を電圧利用率の要求が高い領域にして制御できるように昇圧制御を行うので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記電圧指令設定手段は、前記コンバータに入力される電圧値を前記昇圧指令信号の下限値とすることを特徴とする。この構成によれば、変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で低損失化と制御性改善を達成することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記電圧指令設定手段は、前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅の変調率が指令変調率となるように前記昇圧指令信号を制御する昇圧指令制御手段と、現在の前記電圧位相に対して所定の出力余裕が得られるように前記昇圧指令信号を補正する補正電圧設定手段とを有することを特徴とする。この構成によれば、昇圧指令制御手段によって指令変調率となるように制御しながらも、補正電圧設定手段によって所定の出力余裕が得られる。そのため、余裕をもって制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記昇圧指令制御手段は、制御領域が過変調領域になるような数値範囲（単一の数値を含む。）の前記指令変調率を用いることを特徴とする。この構成によれば、指令変調率を指令するだけで制御領域が過変調領域になる。そのため、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記補正電圧設定手段は、電圧位相制限値に到達するまでの出力余裕を求める出力余裕演算手段と、前記出力余裕を制限する出力余裕リミッタと、前記出力余裕に対応する電圧余裕を演算し、前記電圧余裕に基づいて前記補正電圧を設定する電圧余裕演算手段とを有することを特徴とする。この構成によれば、電圧余裕演算手段が電圧余裕を演算したうえで補正電圧を設定するので、所定の出力余裕を確保しながらも低損失化と制御性改善を達成することができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記出力余裕演算手段は、電圧振幅，電圧位相，回転数，トルク，電流のいずれか一つ以上の変数を用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および前記変数のいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、前記出力余裕を求めることを特徴とする。この構成によれば、演算方式や参照方式によって確実に出力余裕が求められ、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、前記電圧余裕演算手段は、前記出力余裕演算手段によって求められる出力余裕に基づいて、電圧振幅，電圧位相，回転数，トルク，電流のいずれか一つ以上の変数を用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および前記変数のいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、補正電圧を求めることを特徴とする。この構成によれば、演算方式や参照方式によって確実に補正電圧が求められ、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、前記出力余裕リミッタは、前記要求トルクに対し位相制御によるトルクフィードバックのみで対応可能な出力値を上限として、前記出力余裕を制限することを特徴とする。この構成によれば、変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電力変換装置の構成例を示す模式図である。
【図２】コントローラの構成例を示す模式図である。
【図３】電圧振幅設定手段の構成例を示す模式図である。
【図４】補正電圧設定部の第１構成例を示す模式図である。
【図５】出力余裕制限（電圧位相制限）と回転数との関係を示すグラフ図である。
【図６】出力余裕の制限例を示すグラフ図である。
【図７】電圧振幅／回転数とトルクとの関係を示すグラフ図である。
【図８】補正電圧設定部の第２構成例を示す模式図である。
【図９】車両の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示してはいない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。「設定」には、マップ等の参照に基づく決定や、関数式等で表される数式モデルに基づく演算（算出）などを含む。乗算を表す記号は「・」を用いる。特性線は、図示する直線や曲線等には限られない。
【００１８】
〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図７を参照しながら説明する。図１には電力変換装置の構成例を模式図で示す。図２にはコントローラの構成例を模式図で示す。図３には電圧振幅設定手段の構成例を模式図で示す。図４には補正電圧設定部の第１構成例を模式図で示す。図５には出力余裕制限（電圧位相制限）と回転数との関係をグラフ図で示す。図７には電圧振幅／回転数とトルクとの関係をグラフ図で示す。
【００１９】
図１に示す電力変換装置は、電力源Ｅから供給される電力を変換し、回転機４０に供給する機能を担う。この電力変換装置は、コンバータ１０、インバータ２０、コントローラ５０などを有する。以下では、各要素について説明する。なお「外部装置」に相当するＥＣＵ６０から伝達される指令には例えば指令トルクＴcmd*や指令回転数Ｎcmd*等があるが、説明を簡単にするために本形態では指令トルクＴcmd*を代表して説明する。この指令トルクＴcmd*は「要求トルク」に相当する。
【００２０】
コンバータ１０は、電力源Ｅから平滑用のコンデンサＣ１を介して供給される入力電圧Ｖdc（例えば３００[Ｖ]等）を、インバータ２０で必要とする入力電圧Ｖinv（例えば６６０[Ｖ]等）に変換して出力する機能を担う。電力源Ｅには、例えばバッテリ（蓄電池）や燃料電池等を用いる。
【００２１】
上記コンバータ１０は、駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２、ダイオードＤ１１，Ｄ１２、コイルＬ１０などを有する。駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２はトランジスタ等を有し、コントローラ５０から伝達される昇圧指令信号（すなわち指令昇圧電圧Ｖconv*）に従ってスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２を駆動制御する。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２には、スイッチング機能を有する半導体素子（例えばＩＧＢＴやパワートランジスタ等）を用いる。本例のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２は直列接続され、ハーフブリッジを構成する。ダイオードＤ１１，Ｄ１２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２に並列接続され、いずれもフリーホイールダイオードとして機能する。コイルＬ１０には例えばチョークコイル等を用いる。
【００２２】
スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の接続点は、コイルＬ１０を介して電力源Ｅのプラス電極に接続する。コンバータ１０の出力端子は、インバータ２０の直流電源端に接続する。具体的には、スイッチング素子Ｑ１１の高電位側端子（図面上側端子）をインバータ２０の高電位側に接続し、スイッチング素子Ｑ１２の低電位側端子（図面下側端子）をインバータ２０の低電位側に接続する。また、スイッチング素子Ｑ１２の低電位側端子は電力源Ｅのマイナス電極に接続する。
【００２３】
インバータ２０は、コンバータ１０から供給される入力電圧Ｖinvの電力を変換して回転機４０に出力する機能を担う。コンバータ１０とインバータ２０との間には、平滑用のコンデンサＣ２が接続される。コンデンサＣ２は、コンバータ１０の出力電圧（すなわち入力電圧Ｖinv）の電位変動を平滑化する機能を担う。なお、インバータ２０の具体的な構成や作動等は周知であるので図示および説明を省略する。回転機４０の相数に合わせて、例えば三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）で電力を変換するように構成されているものとする。
【００２４】
電流センサ３０には、回転機４０を流れる相電流Ｉ（すなわちＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）を検出可能なセンサを用いる。例えば、磁気比例型センサ，電磁誘導型センサ，ファラデー効果型センサ，変流器型センサなどが該当する。
【００２５】
回転機４０は、本形態では電動機能と発電機能とを兼ね備える三相の電動発電機（図中には「ＭＧ」と記載する）を適用する。この回転機４０には、「回転センサ」に相当するレゾルバ４１を備える。レゾルバ４１は、回転機４０に備える回転部材（例えば主軸やロータ等）の電気角に基づく検出信号（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ等）を出力する。
【００２６】
コントローラ５０は、コンバータ１０やインバータ２０等の作動を司る。このコントローラ５０は、コンバータ制御機構５１やインバータ制御機構５２などを有する。コンバータ制御機構５１は、ＥＣＵ６０（外部装置）から伝達される指令（指令トルクＴcmd*）や、インバータ制御機構５２から伝達される変数Ｖｘなどに基づいて、コンバータ１０の作動を制御する昇圧指令信号（すなわち指令昇圧電圧Ｖconv*）を出力する。変数Ｖｘは、例えば出力余裕用変数Ｖoutputや指令電圧振幅Ｖamp*などが該当する。このうち指令電圧振幅Ｖamp*は「電圧振幅」に相当する。インバータ制御機構５２は、ＥＣＵ６０から伝達される指令（すなわち指令トルクＴcmd*）や、電流センサ３０から伝達される相電流Ｉ（すなわちＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）、レゾルバ４１から伝達される検出信号などに基づいて、インバータ２０の作動を制御する制御信号（すなわち操作信号Ｖsw*）を出力する。以下では、コンバータ制御機構５１とインバータ制御機構５２の具体的な構成例や作動等について説明する。
【００２７】
コンバータ制御機構５１とインバータ制御機構５２の一構成例を図２に示す。コンバータ制御機構５１は、電圧指令設定手段５１ａなどを有する。電圧指令設定手段５１ａの具体的な構成例や作動等について、図３を参照しながら説明する。
【００２８】
図３に示す電圧指令設定手段５１ａは、出力余裕用変数Ｖoutputや、後述する電圧振幅設定手段５２ａから伝達される指令電圧振幅Ｖamp*、入力電圧Ｖdc（あるいは二点鎖線で示す入力電圧Ｖinv）などに基づいて、指令昇圧電圧Ｖconv*を設定してコンバータ１０に出力する機能を担う。この電圧指令設定手段５１ａは、補正電圧設定部５１ａ１、加合部５１ａ２，５１ａ５、リミッタ部５１ａ３、演算部５１ａ４，５１ａ７、ＰＩ制御部５１ａ６などを有する。
【００２９】
出力余裕用変数Ｖoutputは、出力余裕ΔＰを設定するために用いる変数（変数群）である。例えば、電圧（すなわち入力電圧Ｖdcや入力電圧Ｖinv等の電源電圧、電圧指令、実電圧等）、回転数Ｎ、トルク（すなわち指令トルクＴcmd*や推定トルクＴ等）、電流（すなわちＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ等）、指令電圧位相、実電圧位相、位相制限値などが該当する。いずれか一の変数を適用するか、あるいは二以上の変数を任意に組み合わせて適用することが可能である。本形態では説明を簡単にするため、回転数Ｎと指令トルクＴcmd*を適用する。
【００３０】
補正電圧設定部５１ａ１は、出力余裕用変数Ｖoutput（本形態では指令トルクＴcmd*と回転数Ｎ）に基づいて、補正電圧Ｖofsを設定して出力する。この補正電圧設定部５１ａ１は「補正電圧設定手段」に相当する。具体的な構成例や作動等については後述する（図４を参照）。
【００３１】
演算部５１ａ４は、後述する電圧振幅設定手段５２ａから伝達される指令電圧振幅Ｖamp*と入力電圧Ｖdc（あるいは入力電圧Ｖinv）とに基づいて除算を行い、実変調率Ｍとして出力する。式で表すと、Ｍ＝Ｖinv／Ｖamp*になる。加合部５１ａ５は、演算部５１ａ４から伝達される実変調率Ｍと、制限変調率Ｍlim*とに基づいて差分値（偏差）を求め、偏差変調率Ｍｄとして出力する。式で表すと、Ｍｄ＝Ｍlim*−Ｍになる。制限変調率Ｍlim*は、制御領域が過変調領域になるような数値範囲（単一の数値を含む。）を用いるのが望ましい。この制限変調率Ｍlim*は、記録媒体（例えばＲＯＭ等）にマップ等で記憶されてもよく、関数式等で表される数式モデルに基づいて演算してもよく、ＥＣＵ６０から伝達されてもよい。
【００３２】
ＰＩ制御部５１ａ６は、偏差変調率Ｍｄに基づいてＰＩ（比例積分）制御を行い、指令変調率Ｍ*を設定して出力する。より具体的には、指令電圧振幅Ｖamp*（電圧振幅）の変調率が制限変調率Ｍlim*となるように、指令昇圧電圧Ｖconv*を制御するべく指令変調率Ｍ*を設定して出力する。このＰＩ制御部５１ａ６は「昇圧指令制御手段」に相当する。具体的な構成や作動等は周知であるので、図示および説明を省略する。
【００３３】
演算部５１ａ７は、ＰＩ制御部５１ａ６から伝達される指令変調率Ｍ*と、入力電圧Ｖinvとに基づいて乗算を行い、実効電圧Ｖeffとして出力する。式で表すと、Ｖeff＝Ｍ*・Ｖinvになる。加合部５１ａ２は、上述した補正電圧Ｖofsと実効電圧Ｖeffとに基づいて差分値（偏差）を求め、昇圧電圧Ｖconvとして出力する。式で表すと、Ｖconv＝Ｖeff−Ｖofsになる。リミッタ部５１ａ３は、昇圧電圧Ｖconvを制限して指令昇圧電圧Ｖconv*として出力する。昇圧電圧Ｖconvは制限例については後述する（図６を参照）。
【００３４】
上述のように構成された電圧指令設定手段５１ａは、出力余裕用変数Ｖoutput（特に指令電圧位相Ｖp*）や、指令電圧振幅Ｖamp*、入力電圧Ｖdc（あるいは入力電圧Ｖinv）などに基づいて、指令昇圧電圧Ｖconv*（昇圧指令信号）を設定して出力することができる。すなわち、リミッタ部５１ａ３が昇圧電圧Ｖconvを制限することにより、昇圧電圧Ｖconvがコンバータ１０に許容された昇圧電圧の最大値・最小値を超えることを防止でき、変調率が閾値以下となる正弦波領域であっても、過変調領域として確実に制御することが出来る。なお、閾値には任意の数値が設定可能であり、例えば１．００から１．１５までの範囲の数値を設定することが多い。指令昇圧電圧Ｖconv*の下限値には、コンバータ１０に入力される入力電圧Ｖdc（あるいは入力電圧Ｖinvに基づいて算出される電圧）の電圧値とするのが望ましい。
【００３５】
図２に戻り、インバータ制御機構５２は、電圧振幅設定手段５２ａ、変調率設定手段５２ｂ、操作信号出力手段５２ｃ、加合部５２ｄ、電圧位相設定手段５２ｅ、トルク推定手段５２ｆ、電流ベクトル設定手段５２ｇ、回転数設定手段５２ｈ、角度設定手段５２ｉなどを有する。本形態のインバータ制御機構５２は、ＥＣＵ６０から伝達される指令トルクＴcmd*に基づいて制御を行うので、「トルク制御機構」ともいえる。
【００３６】
電圧振幅設定手段５２ａは、ＥＣＵ６０から伝達される指令（すなわち指令トルクＴcmd*）や、回転数設定手段５２ｈから伝達される回転数Ｎなどに基づいて、上述した指令電圧振幅Ｖamp*を設定して出力する。指令電圧振幅Ｖamp*の設定例は任意であり、周知でもあるので図示および説明を省略する。変調率設定手段５２ｂは、電圧振幅設定手段５２ａから伝達される指令電圧振幅Ｖamp*と入力電圧Ｖinvとに基づいて、設定電圧振幅Ｖm*を設定して出力する。
【００３７】
加合部５２ｄは、ＥＣＵ６０から伝達される指令トルクＴcmd*と、後述するトルク推定手段５２ｆから伝達される推定トルクＴとに基づいて差分値（偏差）を求め、偏差トルクΔＴとして出力する。式で表すと、ΔＴ＝Ｔcmd*−Ｔになる。電圧位相設定手段５２ｅは、偏差トルクΔＴに基づいて指令電圧位相Ｖp*を設定して出力する。
【００３８】
本形態の電圧位相設定手段５２ｅは、ＰＩ制御部５２ｅ１やリミッタ部５２ｅ２などを有する。ＰＩ制御部５２ｅ１は、偏差トルクΔＴに基づいてＰＩ制御を行い、電圧位相指令Ｖｐを出力する。リミッタ部５２ｅ２は、電圧位相指令Ｖｐを所定値範囲で制限し、指令電圧位相Ｖp*として出力する。所定値範囲には適切な数値範囲を設定できる。回転機４０の種類や定格等に応じて、例えば−１０〜＋１９０[deg]を設定したり、ｄｑ座標上においてｑ軸を基準として−１００〜＋１００[deg]等を設定したりする。
【００３９】
操作信号出力手段５２ｃは、変調率設定手段５２ｂから伝達される設定電圧振幅Ｖm*や、電圧位相設定手段５２ｅから伝達される指令電圧位相Ｖp*などに基づいて、インバータ２０内のスイッチング素子を駆動制御するための操作信号Ｖsw*を出力する。この操作信号Ｖsw*には、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含めることができる。
【００４０】
角度設定手段５２ｉは、レゾルバ４１から伝達される検出信号（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ等）に基づいて、回転角度θを出力する。回転角度θは、回転機４０における所定位置を基準とする角度である。所定位置は任意に設定可能であり、例えばノースマーカの設置位置（０度）を基準とする角度を検出することもできる。回転数設定手段５２ｈは、角度設定手段５２ｉから伝達される回転角度θに基づいて、上述した回転数Ｎを設定して出力する。
【００４１】
電流ベクトル設定手段５２ｇは、電流センサ３０によって検出される相電流Ｉ（Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）や、角度設定手段５２ｉから伝達される回転機４０の回転角度θなどに基づいて、電流ベクトルを設定して出力する。電流ベクトルは、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの組み合わせや、電流振幅および電流位相の組み合わせなどが該当する。本形態では、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの組み合わせを適用する。トルク推定手段５２ｆは、電流ベクトル設定手段５２ｇから伝達される電流ベクトルに基づいて、上述した推定トルクＴを設定して出力する。この推定トルクＴは「実トルク」に相当する。
【００４２】
次に、補正電圧設定部５１ａ１の構成例や作動等について、図４を参照しながら説明する。図４の補正電圧設定部５１ａ１は、出力余裕設定器５１ａａ、出力余裕リミッタ器５１ａｂ、電圧余裕設定器５１ａｃ、出力余裕制限値設定器５１ａｅなどを有する。
【００４３】
出力余裕設定器５１ａａは、出力余裕用変数Ｖoutput（本形態では指令トルクＴcmd*と回転数Ｎ）に基づいて、出力余裕ΔＰを設定して出力する。この出力余裕設定器５１ａａは「出力余裕演算手段」に相当する。出力余裕ΔＰの設定例について、図５を参照しながら説明する。
【００４４】
図５には、出力余裕制限値ΔＰlimに相当する電圧位相制限を縦軸とし、出力余裕用変数Ｖoutputに相当する回転数Ｎを横軸とする関係をグラフで示す。特性線Ｌ１は、電圧位相の制限値を規定する電圧位相制限値Ｖlimの変化を示す。電圧位相制限値Ｖlimは、補正電圧設定部５１ａ１内の記録媒体（例えばＲＯＭ等）にマップ等で記憶されてもよく、関数式等で表される数式モデルに基づいて演算してもよく、ＥＣＵ６０から伝達されてもよい。特性線Ｌ２は、現時点でインバータ２０に対して指令している指令電圧位相Ｖp*の変化を示す。特性線Ｌ１，Ｌ２はいずれも回転数Ｎに伴って変化する。すなわち実線で示す直線や二点鎖線で示す曲線に限らず、制御しようとする制御対象（本形態では回転機４０）の特性に応じた様々な変化形態がある。回転数Ｎの現在値が回転数Ｎ１ならば、特性線Ｌ１，Ｌ２とはそれぞれ出力値Ｐ１，Ｐ２で交差する。これらの出力値Ｐ１と出力値Ｐ２との差分値が出力余裕ΔＰとして求められる。式で表すと、ΔＰ＝｜Ｐ２−Ｐ１｜になる。
【００４５】
上述した設定例に代えて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および出力余裕用変数Ｖoutputに含まれる変数Ｖｘのうちで一つ以上の変数を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、出力余裕ΔＰを設定して出力してもよい。
【００４６】
演算方式の場合は、極対数を「ｐ」とし、ｄ軸インダクタンスを「Ｌｄ」とし、ｑ軸インダクタンスを「Ｌｄ」とし、電圧振幅を「Ｖ」とし、回転数を「Ｎ」とし、ｑ軸に対する電圧位相を「δ」とし、永久磁束を「Φ」とすると、トルクＴ（推定トルク，実トルク，指令トルクのいずれも該当する）は次の式（１）のような電圧方程式が成立する。なお、抵抗成分は無視している。この電圧方程式によれば、出力余裕ΔＰは次の式（２）によって算出される。
Ｔ＝ｐ／ＬｄＬｑ×（Ｖ／Ｎ）sinδ×｛（Ｌｄ−Ｌｑ）（Ｖ／Ｎ）cosδ＋ＬｑΦ｝…（１）
ΔＰ＝Ｎ×Ｔ…（２）
【００４７】
図４に戻って、出力余裕制限値設定器５１ａｅは、出力余裕用変数Ｖoutput（本形態では指令トルクＴcmd*と回転数Ｎ）に基づいて、最低出力余裕値ΔＰminを設定して出力する。出力余裕リミッタ器５１ａｂは、出力余裕設定器５１ａａから伝達される出力余裕ΔＰと、出力余裕制限値設定器５１ａｅから伝達される最低出力余裕値ΔＰminと、回転数Ｎとに基づいて、出力余裕制限値ΔＰlimを設定して出力する。出力余裕制限値ΔＰlimの設定例については後述する（図６を参照）。この出力余裕リミッタ器５１ａｂは「出力余裕リミッタ手段」に相当する。
【００４８】
電圧余裕設定器５１ａｃは、出力余裕リミッタ器５１ａｂから伝達される出力余裕制限値ΔＰlimと、電圧余裕用変数Ｖvoltとに基づいて、出力余裕ΔＰに対応する電圧余裕を演算するとともに、当該電圧余裕に基づいて補正電圧Ｖofsを設定して出力する。この電圧余裕設定器５１ａｃは「電圧余裕演算手段」に相当する。補正電圧Ｖofsの設定例については後述する（図７を参照）。
【００４９】
なお、電圧余裕用変数Ｖvoltは、電圧余裕ΔＶを設定するために用いる変数（変数群）である。例えば、電圧（すなわち入力電圧Ｖdcや入力電圧Ｖinv等の電源電圧、電圧指令、実電圧等）、回転数Ｎ、トルク（すなわち指令トルクＴcmd*や推定トルクＴ等）、電流（すなわち相電流Ｉなどの実電流、指令電流等）などが該当する。いずれか一の変数を適用するか、あるいは二以上の変数を任意に組み合わせて適用することが可能である。本形態では説明を簡単にするため、回転数Ｎを適用する。
【００５０】
上述のように構成された補正電圧設定部５１ａ１は、出力余裕用変数Ｖoutputおよび電圧余裕用変数Ｖvoltに基づいて、補正電圧Ｖofsを設定して出力することができる。
【００５１】
出力余裕制限値ΔＰlimの設定例について、図６を参照しながら説明する。図６には、出力余裕ΔＰを縦軸とし、出力余裕用変数Ｖoutputを横軸とする関係をグラフで示す。より具体的には、最低出力余裕値ΔＰminで制限する例を図６（Ａ）に示し、フィルタで制限する例を図６（Ｂ）に示し、階段状に制限する例を図６（Ｃ）に示す。いずれの例も出力余裕用変数Ｖoutputとして回転数Ｎを適用する。他の変数としては、電圧（すなわち入力電圧Ｖdcや入力電圧Ｖinv等の電源電圧、電圧指令、実電圧等）、トルク（すなわち指令トルクＴcmd*や推定トルクＴ等）などを適用してもよい。
【００５２】
図６（Ａ）に示す設定例は、特性線Ｌ４で示す最低出力余裕値ΔＰminに基づいて出力余裕ΔＰを制限し、出力余裕制限値ΔＰlimを出力する。このような出力余裕制限値ΔＰlimの特性を特性線Ｌ３で示す。回転数基準値Ｎthは、出力余裕制限値ΔＰlim（特性線Ｌ３）と最低出力余裕値ΔＰmin（特性線Ｌ４）とが交差する回転数である（図６（Ｂ）および図６（Ｃ）でも同様）。回転数Ｎが回転数基準値Ｎth以上（Ｎ≧Ｎth）の場合は、出力余裕制限値ΔＰlimは最低出力余裕値ΔＰminを上回るので、当該回転数Ｎに対応する出力余裕ΔＰをそのまま出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。一方、回転数Ｎが回転数基準値Ｎth未満（Ｎ＜Ｎth）の場合は、当該回転数Ｎの大きさにかかわらず「０」を出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。よって、二点鎖線で示す特性線Ｌ３の部分が制限される。
【００５３】
図６（Ｂ）に示す設定例は、特性線Ｌ４で示す最低出力余裕値ΔＰminを基準とし、さらにフィルタに基づいて出力余裕ΔＰを制限し、出力余裕制限値ΔＰlimを出力する。このような出力余裕制限値ΔＰlimの特性を特性線Ｌ５で示す。回転数Ｎが回転数基準値Ｎth未満（Ｎ＜Ｎth）の場合は、図６（Ａ）と同様に、回転数Ｎの大きさにかかわらず「０」を出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。一方、回転数Ｎが回転数基準値Ｎth以上（Ｎ≧Ｎth）の場合は、フィルタ（例えば関数等）によって曲線状に変化させる。図６（Ｂ）の例では、回転数Ｎが大きくなるにつれて出力余裕制限値ΔＰlim（特性線Ｌ３）との差が無くなるように漸近させている。
【００５４】
図６（Ｃ）に示す設定例は、特性線Ｌ４で示す最低出力余裕値ΔＰminを基準とし、さらに階段状に出力余裕ΔＰを制限し、出力余裕制限値ΔＰlimを出力する。このような出力余裕制限値ΔＰlimの特性を特性線Ｌ６で示す。回転数Ｎが回転数基準値Ｎth未満（Ｎ＜Ｎth）の場合は、図６（Ａ）と同様に、回転数Ｎの大きさにかかわらず「０」を出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。一方、回転数Ｎが回転数基準値Ｎth以上（Ｎ≧Ｎth）の場合は、階段状に変化させる。図６（Ｃ）の例では、回転数Ｎｘを基準に制限を変えている。回転数Ｎｘは、階段状変化の出力余裕制限値ΔＰlim（特性線Ｌ６）と出力余裕制限値ΔＰlim（特性線Ｌ３）とが交差する回転数である。すなわち、回転数基準値Ｎth以上で回転数Ｎｘ未満（Ｎth≦Ｎ＜Ｎｘ）のときは階段状に制限し、回転数Ｎｘ以上（Ｎ≧Ｎｘ）のときは回転数Ｎに対応する出力余裕ΔＰをそのまま出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。
【００５５】
上述した図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す制御に加えて、他の条件を課してもよい。他の条件は任意に設定可能である。例えば、上記電圧が最低電圧以上（あるいは超過）であることなどが該当する。最低電圧は、例えばコンバータ１０による昇圧前の電源電圧（コンバータの検出電圧値や、検出電圧値に実際にインバータ２０へ入力されるまでの電圧誤差分を含めた値のいずれか）、最低出力余裕から想定される必要電圧振幅分を含めた電源電圧などが該当する。最低出力余裕は、導出出力や補正出力などが該当する。
【００５６】
導出出力は、現在の指令トルクＴcmd*、推定トルクＴ、回転数Ｎに対して、過渡応答により想定される最大要求トルクとの差から導出される出力、あるいは定常時における最大トルクとの差から導出される出力である。補正出力は、上記導出出力により求まる出力に対して、電気的・機械的により生じる損失出力分を加えた出力である。具体例として、回転数Ｎが４０００[rpm]、最大トルク要求が５０[Nm]であれば、最低出力余裕は２０．９[KW]になる。同様に回転数Ｎが４０００[rpm]、指令トルクＴcmd*が２０[Nm]であれば、最低出力余裕は８．４[KW]になる。
【００５７】
上述した出力余裕制限値ΔＰlimの設定例は、図３に示すリミッタ部５１ａ３の作動にも同様に適用することができる。この場合、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）にそれぞれ示す縦軸を括弧内の「昇圧電圧Ｖconv」に置き換えればよい。こうすれば、図６（Ａ）では指令昇圧電圧Ｖconv*の特性が特性線Ｌ３になり、図６（Ｂ）では指令昇圧電圧Ｖconv*の特性が特性線Ｌ５になり、図６（Ｃ）では指令昇圧電圧Ｖconv*の特性が特性線Ｌ６になる。
【００５８】
次に、補正電圧Ｖofsの設定例について、図７を参照しながら説明する。図７には、電圧振幅／回転数を縦軸とし、トルクＴｘを横軸とする関係をグラフで示す。電圧振幅Ｖｍは、例えば電源電圧（すなわち入力電圧Ｖdcや入力電圧Ｖinv等）、電圧指令、実電圧などが該当する。補正電圧Ｖofsは電圧振幅Ｖｍの差分値に相当する。説明を簡単にするために、電圧振幅／回転数（すなわちＶｍ／Ｎ）を変数Ｘとする。トルクＴｘは、指令トルクＴcmd*や推定トルクＴなどが該当する。トルクＴｘの差分値（図中の横幅）は出力余裕ΔＰに相当する。特性線Ｌ７は、変数ＸとトルクＴｘとの関係を規定する。本形態では一例として二次関数で規定するが、制御対象（本形態では回転機４０）の特性に応じた様々な特性線を規定できる。トルクＴｘの現在値がトルク値Ｔ２ならば、出力余裕ΔＰの差分値を持たせると、トルク値Ｔ１を特定できる。これらのトルク値Ｔ２，Ｔ１に基づいて、特性線Ｌ７とはそれぞれ変数値Ｘ２，Ｘ１で交差する。これらの変数値Ｘ２と変数値Ｘ１との差分値が余裕値ΔＸとなる。この余裕値ΔＸは「電圧余裕」に相当する。よって、補正電圧Ｖofsは余裕値ΔＸにトルクＴｘを乗算することで求められる。式で表すと、Ｖofs＝Ｔ２・ΔＸ＝Ｔ２・｜Ｘ２−Ｘ１｜になる。
【００５９】
上述した設定例に代えて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および電圧余裕用変数Ｖvoltに含まれる変数Ｖｘのうちで一つ以上の変数を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、補正電圧Ｖofsを設定して出力してもよい。
【００６０】
演算方式の場合について説明する。トルクＴは上述した式（１）の電圧方程式で算出される。電圧振幅の「Ｖ」について解を求めると、次の式（３）に示すように電圧位相から電圧振幅式が求まる。式（３）の右辺を関数形式「ｆ（Ｔ，δ）」と表すと、補正電圧Ｖofsは次の式（４）によって算出することができる。
Ｖofs／Ｎ＝１／２×｛−ＬｑΦ／（Ｌｄ−Ｌｑ）／cosδ＋４ＴＬｄＬｑ／（Ｌｄ−Ｌｑ）／（ｐ×sinδcosδ）｝…（３）
Ｖofs = Ｎ×ｆ（Ｔ，δ）…（４）
【００６１】
上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、指令トルクＴcmd*（要求トルク）と回転数Ｎとに基づいて、電圧振幅を設定する電圧振幅設定手段５２ａと、指令トルクＴcmd*（要求トルク）と推定トルクＴ（実トルク）との差分値（偏差）に基づいて、電圧位相を設定する電圧位相設定手段５２ｅと、電圧振幅設定手段５２ａによって設定される指令電圧振幅Ｖamp*（電圧振幅）と電圧位相設定手段５２ｅによって設定される指令電圧位相Ｖp*（電圧位相）とに基づいて、電圧利用率の要求が低い領域（正弦波領域）であっても電圧利用率の要求が高い領域（過変調領域）になるように昇圧を行う指令昇圧電圧Ｖconv*（昇圧指令信号）をコンバータ１０に伝達する電圧指令設定手段５１ａとを有する構成とした（図２〜図７を参照）。この構成によれば、正弦波領域であっても積極的に過変調領域で制御できるように昇圧制御を行うので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００６２】
請求項２に対応し、電圧指令設定手段５１ａは、コンバータ１０に入力される入力電圧Ｖdcの電圧値を指令昇圧電圧Ｖconv*の下限値とする構成とした（図３，図６を参照）。この構成によれば、変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成できる。
【００６３】
請求項３に対応し、電圧指令設定手段５１ａは、電圧振幅設定手段５２ａによって設定される指令電圧振幅Ｖamp*（電圧振幅）の変調率が制限変調率Ｍlim*となるように指令昇圧電圧Ｖconv*を制御するＰＩ制御部５１ａ６（昇圧指令制御手段）と、現在の電圧位相に対して所定の出力余裕ΔＰが得られるように指令昇圧電圧Ｖconv*を補正する補正電圧設定部５１ａ１（補正電圧設定手段）とを有する構成とした（図３を参照）。この構成によれば、ＰＩ制御部５１ａ６によって制限変調率Ｍlim*となるように制御しながらも、補正電圧設定部５１ａ１によって所定の出力余裕ΔＰが得られる。そのため、余裕をもって制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００６４】
請求項４に対応し、ＰＩ制御部５１ａ６（昇圧指令制御手段）は、制御領域が過変調領域になるような数値範囲の制限変調率Ｍlim*を用いる構成とした（図３を参照）。この構成によれば、制限変調率Ｍlim*を指令するだけで制御領域が過変調領域になる。そのため、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００６５】
請求項５に対応し、補正電圧設定部５１ａ１（補正電圧設定手段）は、電圧位相制限値に到達するまでの出力余裕ΔＰを求める出力余裕設定器５１ａａ（出力余裕演算手段）と、出力余裕ΔＰを制限する出力余裕リミッタ器５１ａｂ（出力余裕リミッタ手段）と、出力余裕ΔＰに対応する電圧余裕を演算し、電圧余裕に基づいて補正電圧Ｖofsを設定する電圧余裕設定器５１ａｃ（電圧余裕演算手段）とを有する構成とした（図４，図７を参照）。この構成によれば、電圧余裕設定器５１ａｃが電圧余裕を演算したうえで補正電圧Ｖofsを設定するので、所定の出力余裕ΔＰを確保しながらも制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００６６】
請求項６に対応し、出力余裕設定器５１ａａは、出力余裕用変数Ｖoutput（すなわち電圧振幅，電圧位相，回転数Ｎ，トルク，電流等）のいずれか一つ以上の変数Ｖｘを用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および変数Ｖｘのいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、出力余裕ΔＰを求める構成とした（図４，図７を参照）。この構成によれば、演算方式や参照方式によって確実に出力余裕ΔＰが求められ、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００６７】
請求項７に対応し、電圧余裕設定器５１ａｃは、出力余裕設定器５１ａａによって求められる出力余裕ΔＰに基づいて、電圧余裕用変数Ｖvolt（すなわち電圧振幅，電圧位相，回転数Ｎ，トルク，電流等）のいずれか一つ以上の変数Ｖｘを用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および変数Ｖｘのいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、補正電圧Ｖofsを求める構成とした（図４，図７を参照）。この構成によれば、演算方式や参照方式によって確実に補正電圧Ｖofsが求められ、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００６８】
請求項８に対応し、出力余裕リミッタ器５１ａｂは、指令トルクＴcmd*（要求トルク）に対し位相制御によるトルクフィードバックのみで対応可能な出力値（図６では回転数基準値Ｎth）を上限として、出力余裕ΔＰを制限する構成とした（図６を参照）。この構成によれば、変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００６９】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は、実施の形態１における補正電圧設定部５１ａ１の変形例である。当該実施の形態２は図８を参照しながら説明する。なお、電力変換装置の構成等は実施の形態１と同様であり、図示および説明を簡単にするために実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
図８に示す補正電圧設定部５１ａ１は、図４に示す補正電圧設定部５１ａ１と比べると、加合器５１ａｄをさらに備えた点が相違する。この加合器５１ａｄは「調整出力手段」に相当し、電圧余裕設定器５１ａｃが設定する補正電圧Ｖofs*を調整し、補正電圧Ｖofsとして出力する機能を担う。具体的には、電圧余裕設定器５１ａｃから伝達される補正電圧Ｖofs*と、入力電圧誤差Ｖinv_errとに基づいて加え合わせ（加算）を行い、補正電圧Ｖofsとして出力する。式で表すと、Ｖofs＝Ｖofs*＋Ｖinv_errになる。
【００７１】
入力電圧誤差Ｖinv_errは、インバータ２０の作動を制御する制御信号（すなわち操作信号Ｖsw*）にかかる電圧誤差である。この入力電圧誤差Ｖinv_errは、記録媒体（例えばＲＯＭ等）にマップ等で記憶されてもよく、関数式等で表される数式モデルに基づいて演算してもよく、ＥＣＵ６０から伝達されてもよい。このように入力電圧誤差Ｖinv_errを加えることで変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成できる。
【００７２】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は、実施の形態１，２に示す電力変換装置を輸送機器に適用する例であって、図９を参照しながら説明する。図９では、輸送機器の一例として車両に適用した場合の構成例を模式図で示す。なお、電力変換装置の構成等は実施の形態１，２と同様である。よって、図示および説明を簡単にするため、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】
図９に示す車両１００は、回転機４０および内燃機関（トルク発生源）の双方を動力源として走行可能なハイブリッド自動車（スプリット方式）の一例である。この車両１００は、インバータ２０および回転機４０のほかに、車速センサ８０，加速度センサ８５，内燃機関１０２，バッテリ１０６，発電機１０８，動力分割機構１１０，ＰＣＵ（パワー・コントロール・ユニット）１１２，車輪１１６などを有する。
【００７４】
車両１００は、内燃機関１０２および回転機４０の双方を動力源として用い、一方または双方で発生した動力を車輪１１６に伝達して走行するように構成されている。内燃機関１０２は例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等が該当し、炭化水素系燃料を燃焼させることで動力を発生させる。この内燃機関１０２は、発生させた動力（回転力）を出力軸１０４に伝達する。回転機４０は、ＰＣＵ１１２から供給される電力を受けて動力を発生させる機能と、あるいは動力分割機構１１０から分割される動力を中継する機能とを有し、一方または双方の動力を回転軸１１４（伝達軸）に伝達する。
【００７５】
バッテリ１０６は蓄電と放電が可能な蓄放電手段であり、例えば二次電池や燃料電池等が該当する。発電機１０８は、動力分割機構１１０によって分割された動力によって電力を発生させる。通常の発電機を用いてもよく、括弧内に「ＭＧ」で示す電動発電機を用いてもよい。発生した電力は、ＰＣＵ１１２を通じてバッテリ１０６に蓄電したり、回転機４０を回転駆動させたりする。
【００７６】
ＰＣＵ１１２は、車両１００における電力の授受を司る。具体的には、発電機１０８で発生した電力をバッテリ１０６に蓄電する制御や、回転機４０を回転駆動する電力を供給する制御などを行う。このＰＣＵ１１２は、例えばコンバータ１０，インバータ２０，バッテリＥＣＵなどで構成される。バッテリＥＣＵは、バッテリ１０６との間における電力の蓄積や放出等の制御を行う。
【００７７】
動力分割機構１１０は、内燃機関１０２で発生する動力を分割（分配）する機能を担う。すなわち車両１００の状況（すなわち走行や停止等の状態）に応じて、発電機１０８および回転機４０のうちで一方または双方に動力を伝達する。動力分割機構１１０は任意に構成可能であるが、例えばキャリア，サンギヤ，プラネタリギヤなどで構成される。
【００７８】
コントローラ５０には、実施の形態１，２に示す電圧振幅設定手段５２ａや、電圧位相設定手段５２ｅ、電圧指令設定手段５１ａなどを有する（図１〜図８を参照）。ＥＣＵ６０は、車速センサ８０から伝達される速度Ｖｓや、加速度センサ８５から伝達される加速度Ａｓに基づいて車両１００の走行状態を把握できる。また、把握した車両１００の走行状態や、運転者の操作（主にアクセルペダルやブレーキペダル等の操作）に基づいて、コントローラ５０に対して指令トルクＴcmd*（要求トルク）を出力する。この実施の形態３によれば、請求項１〜８については実施の形態１，２と同様であるので、各実施の形態に対応する作用効果を得ることができる。
【００７９】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜３に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００８０】
上述した実施の形態１〜３では、回転機４０には三相の発電電動機を適用した（図１，図２を参照）。この形態に代えて、他の回転機を適用してもよい。他の回転機には、例えば三相以外の相数（二相や四相以上）からなる発電電動機、相数を問わず電動機や発電機などが該当する。制御対象の相違に過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。
【００８１】
上述した実施の形態１〜３では、図２に示すＰＩ制御部５２ｅ１と図３に示すＰＩ制御部５１ａ６は、いずれも比例要素と積分要素を含むＰＩ制御を行う構成とした。この形態に代えて、さらに微分要素を含めてＰＩＤ制御を行う構成としてもよい。ＰＩＤ制御について、図２，図３では括弧内に示す。回転機４０の性能や用途等によっては回転数Ｎが急激に変化する場合があり、このような回転機４０について制御応答性が向上する。
【００８２】
上述した実施の形態３では、車両１００として回転機４０および内燃機関１０２の双方を動力源として走行可能なハイブリッド自動車（スプリット方式）を適用した（図９を参照）。この形態に代えて、回転機４０を備える他の車両に適用することもできる。他の車両は、例えば他の方式（シリーズ方式またはパラレル方式）のハイブリッド自動車や、回転機４０の動力のみを利用する車両（いわゆる電気自動車や燃料電池自動車）などが該当する。他の車両であっても形態が相違するに過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果が得られる。
【００８３】
上述した実施の形態１〜３では、「閾値」と「電圧利用率の要求が低い領域」および「電圧利用率の要求が高い領域」との関係は、変調率が閾値以下となる領域を「電圧利用率の要求が低い領域」とし、変調率が閾値を超える領域が「電圧利用率の要求が高い領域」とした。この形態に代えて、閾値とは別個の基準値であって電圧の利用率を示す基準電圧利用率を用い、基準電圧利用率以下となる領域を「電圧利用率の要求が低い領域」とし、基準電圧利用率を超える領域が「電圧利用率の要求が高い領域」としてもよい。実施の形態１〜３において「閾値」を「基準電圧利用率」に置き換えることで容易に実現できる。基準値の相違に過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。
【００８４】
〔他の発明の態様〕
以上では発明の実施の形態について説明したが、当該実施の形態には特許請求の範囲に記載した発明の態様のみならず他の発明の態様を含む。この発明の態様を以下に列挙するとともに、必要に応じて関連説明を行う。
【００８５】
〔態様１〕前記補正電圧設定手段は、
前記電圧余裕演算手段によって設定される前記補正電圧と、前記インバータの電圧誤差とに基づいて、前記補正電圧を調整して出力する調整出力手段を有することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【００８６】
態様１の構成によれば、調整出力手段（加合器５１ａｄ）は、電圧余裕演算手段（電圧余裕設定器５１ａｃ）によって設定される補正電圧Ｖofs*を入力電圧誤差Ｖinv_errで調整し、出力する補正電圧Ｖofsとして出力する（図８を参照）。このように入力電圧誤差Ｖinv_errを加えることで変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００８７】
〔態様２〕昇圧を行うコンバータと、昇圧された電圧を変換して出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータの作動を個別に制御するコントローラと、を備える電力変換装置の制御を行う電力変換制御方法において、
要求トルクと回転数とに基づいて電圧振幅を設定し、
前記要求トルクと実トルクとの差分値に基づいて電圧位相を設定し、
前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅と前記電圧位相設定手段によって設定される電圧位相とに基づいて、変調率が閾値以下となり電圧利用率の要求が低い領域であっても前記変調率が前記閾値を超える電圧利用率の要求が高い領域となるように前記昇圧を行う昇圧指令信号を前記コンバータに伝達することを特徴とする電力変換制御方法。
【００８８】
態様２の構成によれば、正弦波領域であっても過変調領域となるように昇圧する昇圧指令信号をコンバータに伝達する。電圧利用率の要求が低い領域（正弦波領域）であっても電圧利用率の要求が高い領域（過変調領域）で制御できるように昇圧制御を行うので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０ コンバータ
２０ インバータ
３０ 電流センサ
４０ 回転機（制御対象）
４１ レゾルバ（回転センサ）
５０ コントローラ
５１ コンバータ制御機構
５１ａ 電圧振幅設定手段
５１ａ１ 補正電圧設定部
５１ａａ 出力余裕設定器
５１ａｂ 出力余裕リミッタ器
５１ａｃ 電圧余裕設定器
５１ａｅ 出力余裕制限値設定器
５１ａ３ リミッタ部
５１ａ４，５１ａ７ 演算部
５１ａ６ ＰＩ制御部
５２ インバータ制御機構
６０ ＥＣＵ（外部装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータと、インバータと、コントローラとを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、要求トルクと実トルク（推定トルクを含む実際のトルク）との差分値に基づいて電力変換回路の出力電圧の位相を設定し、当該位相及び回転機の回転数（回転速度とも呼ぶ。以下同じである。）に基づいて電力変換回路の出力電圧ベクトルのノルムを設定し、当該ノルム及び位相に基づいて電力変換回路のスイッチング素子に操作信号を出力する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１の技術によれば、変調率が閾値を超えて高い電圧利用率が要求される領域（例えば過変調領域）では、スイッチング回数が低減し、変調率が閾値以下であって電圧利用率の要求が低い領域（例えば正弦波領域）と比較しても制御性能を損なうことなく低損失化が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３２５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、変調率が閾値以下であって電圧利用率の要求が低い領域では、通常のスイッチング制御を行うために低損失化も達成できない、という問題があった。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、従来は変調率が閾値以下であって電圧利用率の要求が低い領域を、変調率が閾値以上であって電圧利用率の要求が高い領域にして制御することで、全域でスイッチング回数を低減し、制御性能を損なうことなく低損失化を達成できる電力変換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】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、昇圧を行うコンバータと、昇圧された電圧を変換して出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータの作動を個別に制御するコントローラとを備える電力変換装置において、要求トルクと回転数とに基づいて、電圧振幅を設定する電圧振幅設定手段と、前記要求トルクと実トルクとの差分値（偏差）に基づいて、電圧位相を設定する電圧位相設定手段と、前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅と前記電圧位相設定手段によって設定される電圧位相とに基づいて、変調率が閾値以下となり電圧利用率の要求が低い領域であっても前記変調率が前記閾値を超える電圧利用率の要求が高い領域となるように前記昇圧を行う昇圧指令信号を前記コンバータに伝達する電圧指令設定手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
なお、一般的には「電圧利用率の要求が低い領域」は正弦波領域と設定し、「電圧利用率の要求が高い領域」は過変調領域と設定することが多いが、必ずしもこれらの設定には限定されない。以降、正弦波領域と過変調領域を例にして記載する。「昇圧指令信号」はアナログ信号とデジタル信号とを問わない。「変調率」は、例えば電圧指令の振幅／（直流電源電圧／２）で算出される値である。「閾値」には任意の数値を設定することができ、実際には１．００から１．１５までの範囲の数値を設定することが多い。「電圧利用率」は、インバータの出力電圧ベクトルの大きさを定量化した物理量である。
【０００８】
この構成によれば、電圧指令設定手段は、電圧利用率の要求が低い領域であっても電圧利用率の要求が高い領域となるように昇圧する昇圧指令信号をコンバータに伝達する。従来は電圧利用率の要求が低い領域で制御していた領域を電圧利用率の要求が高い領域にして制御できるように昇圧制御を行うので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記電圧指令設定手段は、前記コンバータに入力される電圧値を前記昇圧指令信号の下限値とすることを特徴とする。この構成によれば、変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で低損失化と制御性改善を達成することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記電圧指令設定手段は、前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅の変調率が指令変調率となるように前記昇圧指令信号を制御する昇圧指令制御手段と、現在の前記電圧位相に対して所定の出力余裕が得られるように前記昇圧指令信号を補正する補正電圧設定手段とを有することを特徴とする。この構成によれば、昇圧指令制御手段によって指令変調率となるように制御しながらも、補正電圧設定手段によって所定の出力余裕が得られる。そのため、余裕をもって制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記昇圧指令制御手段は、制御領域が過変調領域になるような数値範囲（単一の数値を含む。）の前記指令変調率を用いることを特徴とする。この構成によれば、指令変調率を指令するだけで制御領域が過変調領域になる。そのため、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記補正電圧設定手段は、電圧位相制限値に到達するまでの出力余裕を求める出力余裕演算手段と、前記出力余裕を制限する出力余裕リミッタと、前記出力余裕に対応する電圧余裕を演算し、前記電圧余裕に基づいて前記補正電圧を設定する電圧余裕演算手段とを有することを特徴とする。この構成によれば、電圧余裕演算手段が電圧余裕を演算したうえで補正電圧を設定するので、所定の出力余裕を確保しながらも低損失化と制御性改善を達成することができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記出力余裕演算手段は、電圧振幅，電圧位相，回転数，トルク，電流のいずれか一つ以上の変数を用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および前記変数のいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、前記出力余裕を求めることを特徴とする。この構成によれば、演算方式や参照方式によって確実に出力余裕が求められ、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、前記電圧余裕演算手段は、前記出力余裕演算手段によって求められる出力余裕に基づいて、電圧振幅，電圧位相，回転数，トルク，電流のいずれか一つ以上の変数を用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および前記変数のいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、補正電圧を求めることを特徴とする。この構成によれば、演算方式や参照方式によって確実に補正電圧が求められ、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、前記出力余裕リミッタは、前記要求トルクに対し位相制御によるトルクフィードバックのみで対応可能な出力値を上限として、前記出力余裕を制限することを特徴とする。この構成によれば、変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電力変換装置の構成例を示す模式図である。
【図２】コントローラの構成例を示す模式図である。
【図３】電圧振幅設定手段の構成例を示す模式図である。
【図４】補正電圧設定部の第１構成例を示す模式図である。
【図５】出力余裕制限（電圧位相制限）と回転数との関係を示すグラフ図である。
【図６】出力余裕の制限例を示すグラフ図である。
【図７】電圧振幅／回転数とトルクとの関係を示すグラフ図である。
【図８】補正電圧設定部の第２構成例を示す模式図である。
【図９】車両の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示してはいない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。「設定」には、マップ等の参照に基づく決定や、関数式等で表される数式モデルに基づく演算（算出）などを含む。乗算を表す記号は「・」を用いる。特性線は、図示する直線や曲線等には限られない。
【００１８】
〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図７を参照しながら説明する。図１には電力変換装置の構成例を模式図で示す。図２にはコントローラの構成例を模式図で示す。図３には電圧振幅設定手段の構成例を模式図で示す。図４には補正電圧設定部の第１構成例を模式図で示す。図５には出力余裕制限（電圧位相制限）と回転数との関係をグラフ図で示す。図７には電圧振幅／回転数とトルクとの関係をグラフ図で示す。
【００１９】
図１に示す電力変換装置は、電力源Ｅから供給される電力を変換し、回転機４０に供給する機能を担う。この電力変換装置は、コンバータ１０、インバータ２０、コントローラ５０などを有する。以下では、各要素について説明する。なお「外部装置」に相当するＥＣＵ６０から伝達される指令には例えば指令トルクＴcmd*や指令回転数Ｎcmd*等があるが、説明を簡単にするために本形態では指令トルクＴcmd*を代表して説明する。この指令トルクＴcmd*は「要求トルク」に相当する。
【００２０】
コンバータ１０は、電力源Ｅから平滑用のコンデンサＣ１を介して供給される入力電圧Ｖdc（例えば３００[Ｖ]等）を、インバータ２０で必要とする入力電圧Ｖinv（例えば６６０[Ｖ]等）に変換して出力する機能を担う。電力源Ｅには、例えばバッテリ（蓄電池）や燃料電池等を用いる。
【００２１】
上記コンバータ１０は、駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２、ダイオードＤ１１，Ｄ１２、コイルＬ１０などを有する。駆動回路Ｍ１１，Ｍ１２はトランジスタ等を有し、コントローラ５０から伝達される昇圧指令信号（すなわち指令昇圧電圧Ｖconv*）に従ってスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２を駆動制御する。スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２には、スイッチング機能を有する半導体素子（例えばＩＧＢＴやパワートランジスタ等）を用いる。本例のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２は直列接続され、ハーフブリッジを構成する。ダイオードＤ１１，Ｄ１２は、それぞれスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２に並列接続され、いずれもフリーホイールダイオードとして機能する。コイルＬ１０には例えばチョークコイル等を用いる。
【００２２】
スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の接続点は、コイルＬ１０を介して電力源Ｅのプラス電極に接続する。コンバータ１０の出力端子は、インバータ２０の直流電源端に接続する。具体的には、スイッチング素子Ｑ１１の高電位側端子（図面上側端子）をインバータ２０の高電位側に接続し、スイッチング素子Ｑ１２の低電位側端子（図面下側端子）をインバータ２０の低電位側に接続する。また、スイッチング素子Ｑ１２の低電位側端子は電力源Ｅのマイナス電極に接続する。
【００２３】
インバータ２０は、コンバータ１０から供給される入力電圧Ｖinvの電力を変換して回転機４０に出力する機能を担う。コンバータ１０とインバータ２０との間には、平滑用のコンデンサＣ２が接続される。コンデンサＣ２は、コンバータ１０の出力電圧（すなわち入力電圧Ｖinv）の電位変動を平滑化する機能を担う。なお、インバータ２０の具体的な構成や作動等は周知であるので図示および説明を省略する。回転機４０の相数に合わせて、例えば三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）で電力を変換するように構成されているものとする。
【００２４】
電流センサ３０には、回転機４０を流れる相電流Ｉ（すなわちＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）を検出可能なセンサを用いる。例えば、磁気比例型センサ，電磁誘導型センサ，ファラデー効果型センサ，変流器型センサなどが該当する。
【００２５】
回転機４０は、本形態では電動機能と発電機能とを兼ね備える三相の電動発電機（図中には「ＭＧ」と記載する）を適用する。この回転機４０には、「回転センサ」に相当するレゾルバ４１を備える。レゾルバ４１は、回転機４０に備える回転部材（例えば主軸やロータ等）の電気角に基づく検出信号（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ等）を出力する。
【００２６】
コントローラ５０は、コンバータ１０やインバータ２０等の作動を司る。このコントローラ５０は、コンバータ制御機構５１やインバータ制御機構５２などを有する。コンバータ制御機構５１は、ＥＣＵ６０（外部装置）から伝達される指令（指令トルクＴcmd*）や、インバータ制御機構５２から伝達される変数Ｖｘなどに基づいて、コンバータ１０の作動を制御する昇圧指令信号（すなわち指令昇圧電圧Ｖconv*）を出力する。変数Ｖｘは、例えば出力余裕用変数Ｖoutputや指令電圧振幅Ｖamp*などが該当する。このうち指令電圧振幅Ｖamp*は「電圧振幅」に相当する。インバータ制御機構５２は、ＥＣＵ６０から伝達される指令（すなわち指令トルクＴcmd*）や、電流センサ３０から伝達される相電流Ｉ（すなわちＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）、レゾルバ４１から伝達される検出信号などに基づいて、インバータ２０の作動を制御する制御信号（すなわち操作信号Ｖsw*）を出力する。以下では、コンバータ制御機構５１とインバータ制御機構５２の具体的な構成例や作動等について説明する。
【００２７】
コンバータ制御機構５１とインバータ制御機構５２の一構成例を図２に示す。コンバータ制御機構５１は、電圧指令設定手段５１ａなどを有する。電圧指令設定手段５１ａの具体的な構成例や作動等について、図３を参照しながら説明する。
【００２８】
図３に示す電圧指令設定手段５１ａは、出力余裕用変数Ｖoutputや、後述する電圧振幅設定手段５２ａから伝達される指令電圧振幅Ｖamp*、入力電圧Ｖdc（あるいは二点鎖線で示す入力電圧Ｖinv）などに基づいて、指令昇圧電圧Ｖconv*を設定してコンバータ１０に出力する機能を担う。この電圧指令設定手段５１ａは、補正電圧設定部５１ａ１、加合部５１ａ２，５１ａ５、リミッタ部５１ａ３、演算部５１ａ４，５１ａ７、ＰＩ制御部５１ａ６などを有する。
【００２９】
出力余裕用変数Ｖoutputは、出力余裕ΔＰを設定するために用いる変数（変数群）である。例えば、電圧（すなわち入力電圧Ｖdcや入力電圧Ｖinv等の電源電圧、電圧指令、実電圧等）、回転数Ｎ、トルク（すなわち指令トルクＴcmd*や推定トルクＴ等）、電流（すなわちＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ等）、指令電圧位相、実電圧位相、位相制限値などが該当する。いずれか一の変数を適用するか、あるいは二以上の変数を任意に組み合わせて適用することが可能である。本形態では説明を簡単にするため、回転数Ｎと指令トルクＴcmd*を適用する。
【００３０】
補正電圧設定部５１ａ１は、出力余裕用変数Ｖoutput（本形態では指令トルクＴcmd*と回転数Ｎ）に基づいて、補正電圧Ｖofsを設定して出力する。この補正電圧設定部５１ａ１は「補正電圧設定手段」に相当する。具体的な構成例や作動等については後述する（図４を参照）。
【００３１】
演算部５１ａ４は、後述する電圧振幅設定手段５２ａから伝達される指令電圧振幅Ｖamp*と入力電圧Ｖdc（あるいは入力電圧Ｖinv）とに基づいて除算を行い、実変調率Ｍとして出力する。式で表すと、Ｍ＝Ｖinv／Ｖamp*になる。加合部５１ａ５は、演算部５１ａ４から伝達される実変調率Ｍと、制限変調率Ｍlim*とに基づいて差分値（偏差）を求め、偏差変調率Ｍｄとして出力する。式で表すと、Ｍｄ＝Ｍlim*−Ｍになる。制限変調率Ｍlim*は、制御領域が過変調領域になるような数値範囲（単一の数値を含む。）を用いるのが望ましい。この制限変調率Ｍlim*は、記録媒体（例えばＲＯＭ等）にマップ等で記憶されてもよく、関数式等で表される数式モデルに基づいて演算してもよく、ＥＣＵ６０から伝達されてもよい。
【００３２】
ＰＩ制御部５１ａ６は、偏差変調率Ｍｄに基づいてＰＩ（比例積分）制御を行い、指令変調率Ｍ*を設定して出力する。より具体的には、指令電圧振幅Ｖamp*（電圧振幅）の変調率が制限変調率Ｍlim*となるように、指令昇圧電圧Ｖconv*を制御するべく指令変調率Ｍ*を設定して出力する。このＰＩ制御部５１ａ６は「昇圧指令制御手段」に相当する。具体的な構成や作動等は周知であるので、図示および説明を省略する。
【００３３】
演算部５１ａ７は、ＰＩ制御部５１ａ６から伝達される指令変調率Ｍ*と、入力電圧Ｖinvとに基づいて乗算を行い、実効電圧Ｖeffとして出力する。式で表すと、Ｖeff＝Ｍ*・Ｖinvになる。加合部５１ａ２は、上述した補正電圧Ｖofsと実効電圧Ｖeffとに基づいて差分値（偏差）を求め、昇圧電圧Ｖconvとして出力する。式で表すと、Ｖconv＝Ｖeff−Ｖofsになる。リミッタ部５１ａ３は、昇圧電圧Ｖconvを制限して指令昇圧電圧Ｖconv*として出力する。昇圧電圧Ｖconvは制限例については後述する（図６を参照）。
【００３４】
上述のように構成された電圧指令設定手段５１ａは、出力余裕用変数Ｖoutput（特に指令電圧位相Ｖp*）や、指令電圧振幅Ｖamp*、入力電圧Ｖdc（あるいは入力電圧Ｖinv）などに基づいて、指令昇圧電圧Ｖconv*（昇圧指令信号）を設定して出力することができる。すなわち、リミッタ部５１ａ３が昇圧電圧Ｖconvを制限することにより、昇圧電圧Ｖconvがコンバータ１０に許容された昇圧電圧の最大値・最小値を超えることを防止でき、変調率が閾値以下となる正弦波領域であっても、過変調領域として確実に制御することが出来る。なお、閾値には任意の数値が設定可能であり、例えば１．００から１．１５までの範囲の数値を設定することが多い。指令昇圧電圧Ｖconv*の下限値には、コンバータ１０に入力される入力電圧Ｖdc（あるいは入力電圧Ｖinvに基づいて算出される電圧）の電圧値とするのが望ましい。
【００３５】
図２に戻り、インバータ制御機構５２は、電圧振幅設定手段５２ａ、変調率設定手段５２ｂ、操作信号出力手段５２ｃ、加合部５２ｄ、電圧位相設定手段５２ｅ、トルク推定手段５２ｆ、電流ベクトル設定手段５２ｇ、回転数設定手段５２ｈ、角度設定手段５２ｉなどを有する。本形態のインバータ制御機構５２は、ＥＣＵ６０から伝達される指令トルクＴcmd*に基づいて制御を行うので、「トルク制御機構」ともいえる。
【００３６】
電圧振幅設定手段５２ａは、ＥＣＵ６０から伝達される指令（すなわち指令トルクＴcmd*）や、回転数設定手段５２ｈから伝達される回転数Ｎなどに基づいて、上述した指令電圧振幅Ｖamp*を設定して出力する。指令電圧振幅Ｖamp*の設定例は任意であり、周知でもあるので図示および説明を省略する。変調率設定手段５２ｂは、電圧振幅設定手段５２ａから伝達される指令電圧振幅Ｖamp*と入力電圧Ｖinvとに基づいて、設定電圧振幅Ｖm*を設定して出力する。
【００３７】
加合部５２ｄは、ＥＣＵ６０から伝達される指令トルクＴcmd*と、後述するトルク推定手段５２ｆから伝達される推定トルクＴとに基づいて差分値（偏差）を求め、偏差トルクΔＴとして出力する。式で表すと、ΔＴ＝Ｔcmd*−Ｔになる。電圧位相設定手段５２ｅは、偏差トルクΔＴに基づいて指令電圧位相Ｖp*を設定して出力する。
【００３８】
本形態の電圧位相設定手段５２ｅは、ＰＩ制御部５２ｅ１やリミッタ部５２ｅ２などを有する。ＰＩ制御部５２ｅ１は、偏差トルクΔＴに基づいてＰＩ制御を行い、電圧位相指令Ｖｐを出力する。リミッタ部５２ｅ２は、電圧位相指令Ｖｐを所定値範囲で制限し、指令電圧位相Ｖp*として出力する。所定値範囲には適切な数値範囲を設定できる。回転機４０の種類や定格等に応じて、例えば−１０〜＋１９０[deg]を設定したり、ｄｑ座標上においてｑ軸を基準として−１００〜＋１００[deg]等を設定したりする。
【００３９】
操作信号出力手段５２ｃは、変調率設定手段５２ｂから伝達される設定電圧振幅Ｖm*や、電圧位相設定手段５２ｅから伝達される指令電圧位相Ｖp*などに基づいて、インバータ２０内のスイッチング素子を駆動制御するための操作信号Ｖsw*を出力する。この操作信号Ｖsw*には、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含めることができる。
【００４０】
角度設定手段５２ｉは、レゾルバ４１から伝達される検出信号（ＳＩＮ検出信号ＳｓやＣＯＳ検出信号Ｓｃ等）に基づいて、回転角度θを出力する。回転角度θは、回転機４０における所定位置を基準とする角度である。所定位置は任意に設定可能であり、例えばノースマーカの設置位置（０度）を基準とする角度を検出することもできる。回転数設定手段５２ｈは、角度設定手段５２ｉから伝達される回転角度θに基づいて、上述した回転数Ｎを設定して出力する。
【００４１】
電流ベクトル設定手段５２ｇは、電流センサ３０によって検出される相電流Ｉ（Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）や、角度設定手段５２ｉから伝達される回転機４０の回転角度θなどに基づいて、電流ベクトルを設定して出力する。電流ベクトルは、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの組み合わせや、電流振幅および電流位相の組み合わせなどが該当する。本形態では、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑの組み合わせを適用する。トルク推定手段５２ｆは、電流ベクトル設定手段５２ｇから伝達される電流ベクトルに基づいて、上述した推定トルクＴを設定して出力する。この推定トルクＴは「実トルク」に相当する。
【００４２】
次に、補正電圧設定部５１ａ１の構成例や作動等について、図４を参照しながら説明する。図４の補正電圧設定部５１ａ１は、出力余裕設定器５１ａａ、出力余裕リミッタ器５１ａｂ、電圧余裕設定器５１ａｃ、出力余裕制限値設定器５１ａｅなどを有する。
【００４３】
出力余裕設定器５１ａａは、出力余裕用変数Ｖoutput（本形態では指令トルクＴcmd*と回転数Ｎ）に基づいて、出力余裕ΔＰを設定して出力する。この出力余裕設定器５１ａａは「出力余裕演算手段」に相当する。出力余裕ΔＰの設定例について、図５を参照しながら説明する。
【００４４】
図５には、出力余裕制限値ΔＰlimに相当する電圧位相制限を縦軸とし、出力余裕用変数Ｖoutputに相当する回転数Ｎを横軸とする関係をグラフで示す。特性線Ｌ１は、電圧位相の制限値を規定する電圧位相制限値Ｖlimの変化を示す。電圧位相制限値Ｖlimは、補正電圧設定部５１ａ１内の記録媒体（例えばＲＯＭ等）にマップ等で記憶されてもよく、関数式等で表される数式モデルに基づいて演算してもよく、ＥＣＵ６０から伝達されてもよい。特性線Ｌ２は、現時点でインバータ２０に対して指令している指令電圧位相Ｖp*の変化を示す。特性線Ｌ１，Ｌ２はいずれも回転数Ｎに伴って変化する。すなわち実線で示す直線や二点鎖線で示す曲線に限らず、制御しようとする制御対象（本形態では回転機４０）の特性に応じた様々な変化形態がある。回転数Ｎの現在値が回転数Ｎ１ならば、特性線Ｌ１，Ｌ２とはそれぞれ出力値Ｐ１，Ｐ２で交差する。これらの出力値Ｐ１と出力値Ｐ２との差分値が出力余裕ΔＰとして求められる。式で表すと、ΔＰ＝｜Ｐ２−Ｐ１｜になる。
【００４５】
上述した設定例に代えて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および出力余裕用変数Ｖoutputに含まれる変数Ｖｘのうちで一つ以上の変数を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、出力余裕ΔＰを設定して出力してもよい。
【００４６】
演算方式の場合は、極対数を「ｐ」とし、ｄ軸インダクタンスを「Ｌｄ」とし、ｑ軸インダクタンスを「Ｌｄ」とし、電圧振幅を「Ｖ」とし、回転数を「Ｎ」とし、ｑ軸に対する電圧位相を「δ」とし、永久磁束を「Φ」とすると、トルクＴ（推定トルク，実トルク，指令トルクのいずれも該当する）は次の式（１）のような電圧方程式が成立する。なお、抵抗成分は無視している。この電圧方程式によれば、出力余裕ΔＰは次の式（２）によって算出される。
Ｔ＝ｐ／ＬｄＬｑ×（Ｖ／Ｎ）sinδ×｛（Ｌｄ−Ｌｑ）（Ｖ／Ｎ）cosδ＋ＬｑΦ｝…（１）
ΔＰ＝Ｎ×Ｔ…（２）
【００４７】
図４に戻って、出力余裕制限値設定器５１ａｅは、出力余裕用変数Ｖoutput（本形態では指令トルクＴcmd*と回転数Ｎ）に基づいて、最低出力余裕値ΔＰminを設定して出力する。出力余裕リミッタ器５１ａｂは、出力余裕設定器５１ａａから伝達される出力余裕ΔＰと、出力余裕制限値設定器５１ａｅから伝達される最低出力余裕値ΔＰminと、回転数Ｎとに基づいて、出力余裕制限値ΔＰlimを設定して出力する。出力余裕制限値ΔＰlimの設定例については後述する（図６を参照）。この出力余裕リミッタ器５１ａｂは「出力余裕リミッタ手段」に相当する。
【００４８】
電圧余裕設定器５１ａｃは、出力余裕リミッタ器５１ａｂから伝達される出力余裕制限値ΔＰlimと、電圧余裕用変数Ｖvoltとに基づいて、出力余裕ΔＰに対応する電圧余裕を演算するとともに、当該電圧余裕に基づいて補正電圧Ｖofsを設定して出力する。この電圧余裕設定器５１ａｃは「電圧余裕演算手段」に相当する。補正電圧Ｖofsの設定例については後述する（図７を参照）。
【００４９】
なお、電圧余裕用変数Ｖvoltは、電圧余裕ΔＶを設定するために用いる変数（変数群）である。例えば、電圧（すなわち入力電圧Ｖdcや入力電圧Ｖinv等の電源電圧、電圧指令、実電圧等）、回転数Ｎ、トルク（すなわち指令トルクＴcmd*や推定トルクＴ等）、電流（すなわち相電流Ｉなどの実電流、指令電流等）などが該当する。いずれか一の変数を適用するか、あるいは二以上の変数を任意に組み合わせて適用することが可能である。本形態では説明を簡単にするため、回転数Ｎを適用する。
【００５０】
上述のように構成された補正電圧設定部５１ａ１は、出力余裕用変数Ｖoutputおよび電圧余裕用変数Ｖvoltに基づいて、補正電圧Ｖofsを設定して出力することができる。
【００５１】
出力余裕制限値ΔＰlimの設定例について、図６を参照しながら説明する。図６には、出力余裕ΔＰを縦軸とし、出力余裕用変数Ｖoutputを横軸とする関係をグラフで示す。より具体的には、最低出力余裕値ΔＰminで制限する例を図６（Ａ）に示し、フィルタで制限する例を図６（Ｂ）に示し、階段状に制限する例を図６（Ｃ）に示す。いずれの例も出力余裕用変数Ｖoutputとして回転数Ｎを適用する。他の変数としては、電圧（すなわち入力電圧Ｖdcや入力電圧Ｖinv等の電源電圧、電圧指令、実電圧等）、トルク（すなわち指令トルクＴcmd*や推定トルクＴ等）などを適用してもよい。
【００５２】
図６（Ａ）に示す設定例は、特性線Ｌ４で示す最低出力余裕値ΔＰminに基づいて出力余裕ΔＰを制限し、出力余裕制限値ΔＰlimを出力する。このような出力余裕制限値ΔＰlimの特性を特性線Ｌ３で示す。回転数基準値Ｎthは、出力余裕制限値ΔＰlim（特性線Ｌ３）と最低出力余裕値ΔＰmin（特性線Ｌ４）とが交差する回転数である（図６（Ｂ）および図６（Ｃ）でも同様）。回転数Ｎが回転数基準値Ｎth以上（Ｎ≧Ｎth）の場合は、出力余裕制限値ΔＰlimは最低出力余裕値ΔＰminを上回るので、当該回転数Ｎに対応する出力余裕ΔＰをそのまま出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。一方、回転数Ｎが回転数基準値Ｎth未満（Ｎ＜Ｎth）の場合は、当該回転数Ｎの大きさにかかわらず「０」を出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。よって、二点鎖線で示す特性線Ｌ３の部分が制限される。
【００５３】
図６（Ｂ）に示す設定例は、特性線Ｌ４で示す最低出力余裕値ΔＰminを基準とし、さらにフィルタに基づいて出力余裕ΔＰを制限し、出力余裕制限値ΔＰlimを出力する。このような出力余裕制限値ΔＰlimの特性を特性線Ｌ５で示す。回転数Ｎが回転数基準値Ｎth未満（Ｎ＜Ｎth）の場合は、図６（Ａ）と同様に、回転数Ｎの大きさにかかわらず「０」を出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。一方、回転数Ｎが回転数基準値Ｎth以上（Ｎ≧Ｎth）の場合は、フィルタ（例えば関数等）によって曲線状に変化させる。図６（Ｂ）の例では、回転数Ｎが大きくなるにつれて出力余裕制限値ΔＰlim（特性線Ｌ３）との差が無くなるように漸近させている。
【００５４】
図６（Ｃ）に示す設定例は、特性線Ｌ４で示す最低出力余裕値ΔＰminを基準とし、さらに階段状に出力余裕ΔＰを制限し、出力余裕制限値ΔＰlimを出力する。このような出力余裕制限値ΔＰlimの特性を特性線Ｌ６で示す。回転数Ｎが回転数基準値Ｎth未満（Ｎ＜Ｎth）の場合は、図６（Ａ）と同様に、回転数Ｎの大きさにかかわらず「０」を出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。一方、回転数Ｎが回転数基準値Ｎth以上（Ｎ≧Ｎth）の場合は、階段状に変化させる。図６（Ｃ）の例では、回転数Ｎｘを基準に制限を変えている。回転数Ｎｘは、階段状変化の出力余裕制限値ΔＰlim（特性線Ｌ６）と出力余裕制限値ΔＰlim（特性線Ｌ３）とが交差する回転数である。すなわち、回転数基準値Ｎth以上で回転数Ｎｘ未満（Ｎth≦Ｎ＜Ｎｘ）のときは階段状に制限し、回転数Ｎｘ以上（Ｎ≧Ｎｘ）のときは回転数Ｎに対応する出力余裕ΔＰをそのまま出力余裕制限値ΔＰlimとして出力する。
【００５５】
上述した図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示す制御に加えて、他の条件を課してもよい。他の条件は任意に設定可能である。例えば、上記電圧が最低電圧以上（あるいは超過）であることなどが該当する。最低電圧は、例えばコンバータ１０による昇圧前の電源電圧（コンバータの検出電圧値や、検出電圧値に実際にインバータ２０へ入力されるまでの電圧誤差分を含めた値のいずれか）、最低出力余裕から想定される必要電圧振幅分を含めた電源電圧などが該当する。最低出力余裕は、導出出力や補正出力などが該当する。
【００５６】
導出出力は、現在の指令トルクＴcmd*、推定トルクＴ、回転数Ｎに対して、過渡応答により想定される最大要求トルクとの差から導出される出力、あるいは定常時における最大トルクとの差から導出される出力である。補正出力は、上記導出出力により求まる出力に対して、電気的・機械的により生じる損失出力分を加えた出力である。具体例として、回転数Ｎが４０００[rpm]、最大トルク要求が５０[Nm]であれば、最低出力余裕は２０．９[KW]になる。同様に回転数Ｎが４０００[rpm]、指令トルクＴcmd*が２０[Nm]であれば、最低出力余裕は８．４[KW]になる。
【００５７】
上述した出力余裕制限値ΔＰlimの設定例は、図３に示すリミッタ部５１ａ３の作動にも同様に適用することができる。この場合、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）にそれぞれ示す縦軸を括弧内の「昇圧電圧Ｖconv」に置き換えればよい。こうすれば、図６（Ａ）では指令昇圧電圧Ｖconv*の特性が特性線Ｌ３になり、図６（Ｂ）では指令昇圧電圧Ｖconv*の特性が特性線Ｌ５になり、図６（Ｃ）では指令昇圧電圧Ｖconv*の特性が特性線Ｌ６になる。
【００５８】
次に、補正電圧Ｖofsの設定例について、図７を参照しながら説明する。図７には、電圧振幅／回転数を縦軸とし、トルクＴｘを横軸とする関係をグラフで示す。電圧振幅Ｖｍは、例えば電源電圧（すなわち入力電圧Ｖdcや入力電圧Ｖinv等）、電圧指令、実電圧などが該当する。補正電圧Ｖofsは電圧振幅Ｖｍの差分値に相当する。説明を簡単にするために、電圧振幅／回転数（すなわちＶｍ／Ｎ）を変数Ｘとする。トルクＴｘは、指令トルクＴcmd*や推定トルクＴなどが該当する。トルクＴｘの差分値（図中の横幅）は出力余裕ΔＰに相当する。特性線Ｌ７は、変数ＸとトルクＴｘとの関係を規定する。本形態では一例として二次関数で規定するが、制御対象（本形態では回転機４０）の特性に応じた様々な特性線を規定できる。トルクＴｘの現在値がトルク値Ｔ２ならば、出力余裕ΔＰの差分値を持たせると、トルク値Ｔ１を特定できる。これらのトルク値Ｔ２，Ｔ１に基づいて、特性線Ｌ７とはそれぞれ変数値Ｘ２，Ｘ１で交差する。これらの変数値Ｘ２と変数値Ｘ１との差分値が余裕値ΔＸとなる。この余裕値ΔＸは「電圧余裕」に相当する。よって、補正電圧Ｖofsは余裕値ΔＸにトルクＴｘを乗算することで求められる。式で表すと、Ｖofs＝Ｔ２・ΔＸ＝Ｔ２・｜Ｘ２−Ｘ１｜になる。
【００５９】
上述した設定例に代えて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および電圧余裕用変数Ｖvoltに含まれる変数Ｖｘのうちで一つ以上の変数を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、補正電圧Ｖofsを設定して出力してもよい。
【００６０】
演算方式の場合について説明する。トルクＴは上述した式（１）の電圧方程式で算出される。電圧振幅の「Ｖ」について解を求めると、次の式（３）に示すように電圧位相から電圧振幅式が求まる。式（３）の右辺を関数形式「ｆ（Ｔ，δ）」と表すと、補正電圧Ｖofsは次の式（４）によって算出することができる。
Ｖofs／Ｎ＝１／２×｛−ＬｑΦ／（Ｌｄ−Ｌｑ）／cosδ＋４ＴＬｄＬｑ／（Ｌｄ−Ｌｑ）／（ｐ×sinδcosδ）｝…（３）
Ｖofs = Ｎ×ｆ（Ｔ，δ）…（４）
【００６１】
上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、指令トルクＴcmd*（要求トルク）と回転数Ｎとに基づいて、電圧振幅を設定する電圧振幅設定手段５２ａと、指令トルクＴcmd*（要求トルク）と推定トルクＴ（実トルク）との差分値（偏差）に基づいて、電圧位相を設定する電圧位相設定手段５２ｅと、電圧振幅設定手段５２ａによって設定される指令電圧振幅Ｖamp*（電圧振幅）と電圧位相設定手段５２ｅによって設定される指令電圧位相Ｖp*（電圧位相）とに基づいて、電圧利用率の要求が低い領域（正弦波領域）であっても電圧利用率の要求が高い領域（過変調領域）になるように昇圧を行う指令昇圧電圧Ｖconv*（昇圧指令信号）をコンバータ１０に伝達する電圧指令設定手段５１ａとを有する構成とした（図２〜図７を参照）。この構成によれば、正弦波領域であっても積極的に過変調領域で制御できるように昇圧制御を行うので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００６２】
請求項２に対応し、電圧指令設定手段５１ａは、コンバータ１０に入力される入力電圧Ｖdcの電圧値を指令昇圧電圧Ｖconv*の下限値とする構成とした（図３，図６を参照）。この構成によれば、変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成できる。
【００６３】
請求項３に対応し、電圧指令設定手段５１ａは、電圧振幅設定手段５２ａによって設定される指令電圧振幅Ｖamp*（電圧振幅）の変調率が制限変調率Ｍlim*となるように指令昇圧電圧Ｖconv*を制御するＰＩ制御部５１ａ６（昇圧指令制御手段）と、現在の電圧位相に対して所定の出力余裕ΔＰが得られるように指令昇圧電圧Ｖconv*を補正する補正電圧設定部５１ａ１（補正電圧設定手段）とを有する構成とした（図３を参照）。この構成によれば、ＰＩ制御部５１ａ６によって制限変調率Ｍlim*となるように制御しながらも、補正電圧設定部５１ａ１によって所定の出力余裕ΔＰが得られる。そのため、余裕をもって制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００６４】
請求項４に対応し、ＰＩ制御部５１ａ６（昇圧指令制御手段）は、制御領域が過変調領域になるような数値範囲の制限変調率Ｍlim*を用いる構成とした（図３を参照）。この構成によれば、制限変調率Ｍlim*を指令するだけで制御領域が過変調領域になる。そのため、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００６５】
請求項５に対応し、補正電圧設定部５１ａ１（補正電圧設定手段）は、電圧位相制限値に到達するまでの出力余裕ΔＰを求める出力余裕設定器５１ａａ（出力余裕演算手段）と、出力余裕ΔＰを制限する出力余裕リミッタ器５１ａｂ（出力余裕リミッタ手段）と、出力余裕ΔＰに対応する電圧余裕を演算し、電圧余裕に基づいて補正電圧Ｖofsを設定する電圧余裕設定器５１ａｃ（電圧余裕演算手段）とを有する構成とした（図４，図７を参照）。この構成によれば、電圧余裕設定器５１ａｃが電圧余裕を演算したうえで補正電圧Ｖofsを設定するので、所定の出力余裕ΔＰを確保しながらも制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００６６】
請求項６に対応し、出力余裕設定器５１ａａは、出力余裕用変数Ｖoutput（すなわち電圧振幅，電圧位相，回転数Ｎ，トルク，電流等）のいずれか一つ以上の変数Ｖｘを用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および変数Ｖｘのいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、出力余裕ΔＰを求める構成とした（図４，図７を参照）。この構成によれば、演算方式や参照方式によって確実に出力余裕ΔＰが求められ、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００６７】
請求項７に対応し、電圧余裕設定器５１ａｃは、出力余裕設定器５１ａａによって求められる出力余裕ΔＰに基づいて、電圧余裕用変数Ｖvolt（すなわち電圧振幅，電圧位相，回転数Ｎ，トルク，電流等）のいずれか一つ以上の変数Ｖｘを用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および変数Ｖｘのいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、補正電圧Ｖofsを求める構成とした（図４，図７を参照）。この構成によれば、演算方式や参照方式によって確実に補正電圧Ｖofsが求められ、制御性能を損なうことなく低損失化をより確実に達成することができる。
【００６８】
請求項８に対応し、出力余裕リミッタ器５１ａｂは、指令トルクＴcmd*（要求トルク）に対し位相制御によるトルクフィードバックのみで対応可能な出力値（図６では回転数基準値Ｎth）を上限として、出力余裕ΔＰを制限する構成とした（図６を参照）。この構成によれば、変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００６９】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は、実施の形態１における補正電圧設定部５１ａ１の変形例である。当該実施の形態２は図８を参照しながら説明する。なお、電力変換装置の構成等は実施の形態１と同様であり、図示および説明を簡単にするために実施の形態２では実施の形態１と異なる点について説明する。よって実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
図８に示す補正電圧設定部５１ａ１は、図４に示す補正電圧設定部５１ａ１と比べると、加合器５１ａｄをさらに備えた点が相違する。この加合器５１ａｄは「調整出力手段」に相当し、電圧余裕設定器５１ａｃが設定する補正電圧Ｖofs*を調整し、補正電圧Ｖofsとして出力する機能を担う。具体的には、電圧余裕設定器５１ａｃから伝達される補正電圧Ｖofs*と、入力電圧誤差Ｖinv_errとに基づいて加え合わせ（加算）を行い、補正電圧Ｖofsとして出力する。式で表すと、Ｖofs＝Ｖofs*＋Ｖinv_errになる。
【００７１】
入力電圧誤差Ｖinv_errは、インバータ２０の作動を制御する制御信号（すなわち操作信号Ｖsw*）にかかる電圧誤差である。この入力電圧誤差Ｖinv_errは、記録媒体（例えばＲＯＭ等）にマップ等で記憶されてもよく、関数式等で表される数式モデルに基づいて演算してもよく、ＥＣＵ６０から伝達されてもよい。このように入力電圧誤差Ｖinv_errを加えることで変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成できる。
【００７２】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は、実施の形態１，２に示す電力変換装置を輸送機器に適用する例であって、図９を参照しながら説明する。図９では、輸送機器の一例として車両に適用した場合の構成例を模式図で示す。なお、電力変換装置の構成等は実施の形態１，２と同様である。よって、図示および説明を簡単にするため、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】
図９に示す車両１００は、回転機４０および内燃機関（トルク発生源）の双方を動力源として走行可能なハイブリッド自動車（スプリット方式）の一例である。この車両１００は、インバータ２０および回転機４０のほかに、車速センサ８０，加速度センサ８５，内燃機関１０２，バッテリ１０６，発電機１０８，動力分割機構１１０，ＰＣＵ（パワー・コントロール・ユニット）１１２，車輪１１６などを有する。
【００７４】
車両１００は、内燃機関１０２および回転機４０の双方を動力源として用い、一方または双方で発生した動力を車輪１１６に伝達して走行するように構成されている。内燃機関１０２は例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等が該当し、炭化水素系燃料を燃焼させることで動力を発生させる。この内燃機関１０２は、発生させた動力（回転力）を出力軸１０４に伝達する。回転機４０は、ＰＣＵ１１２から供給される電力を受けて動力を発生させる機能と、あるいは動力分割機構１１０から分割される動力を中継する機能とを有し、一方または双方の動力を回転軸１１４（伝達軸）に伝達する。
【００７５】
バッテリ１０６は蓄電と放電が可能な蓄放電手段であり、例えば二次電池や燃料電池等が該当する。発電機１０８は、動力分割機構１１０によって分割された動力によって電力を発生させる。通常の発電機を用いてもよく、括弧内に「ＭＧ」で示す電動発電機を用いてもよい。発生した電力は、ＰＣＵ１１２を通じてバッテリ１０６に蓄電したり、回転機４０を回転駆動させたりする。
【００７６】
ＰＣＵ１１２は、車両１００における電力の授受を司る。具体的には、発電機１０８で発生した電力をバッテリ１０６に蓄電する制御や、回転機４０を回転駆動する電力を供給する制御などを行う。このＰＣＵ１１２は、例えばコンバータ１０，インバータ２０，バッテリＥＣＵなどで構成される。バッテリＥＣＵは、バッテリ１０６との間における電力の蓄積や放出等の制御を行う。
【００７７】
動力分割機構１１０は、内燃機関１０２で発生する動力を分割（分配）する機能を担う。すなわち車両１００の状況（すなわち走行や停止等の状態）に応じて、発電機１０８および回転機４０のうちで一方または双方に動力を伝達する。動力分割機構１１０は任意に構成可能であるが、例えばキャリア，サンギヤ，プラネタリギヤなどで構成される。
【００７８】
コントローラ５０には、実施の形態１，２に示す電圧振幅設定手段５２ａや、電圧位相設定手段５２ｅ、電圧指令設定手段５１ａなどを有する（図１〜図８を参照）。ＥＣＵ６０は、車速センサ８０から伝達される速度Ｖｓや、加速度センサ８５から伝達される加速度Ａｓに基づいて車両１００の走行状態を把握できる。また、把握した車両１００の走行状態や、運転者の操作（主にアクセルペダルやブレーキペダル等の操作）に基づいて、コントローラ５０に対して指令トルクＴcmd*（要求トルク）を出力する。この実施の形態３によれば、請求項１〜８については実施の形態１，２と同様であるので、各実施の形態に対応する作用効果を得ることができる。
【００７９】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜３に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００８０】
上述した実施の形態１〜３では、回転機４０には三相の発電電動機を適用した（図１，図２を参照）。この形態に代えて、他の回転機を適用してもよい。他の回転機には、例えば三相以外の相数（二相や四相以上）からなる発電電動機、相数を問わず電動機や発電機などが該当する。制御対象の相違に過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。
【００８１】
上述した実施の形態１〜３では、図２に示すＰＩ制御部５２ｅ１と図３に示すＰＩ制御部５１ａ６は、いずれも比例要素と積分要素を含むＰＩ制御を行う構成とした。この形態に代えて、さらに微分要素を含めてＰＩＤ制御を行う構成としてもよい。ＰＩＤ制御について、図２，図３では括弧内に示す。回転機４０の性能や用途等によっては回転数Ｎが急激に変化する場合があり、このような回転機４０について制御応答性が向上する。
【００８２】
上述した実施の形態３では、車両１００として回転機４０および内燃機関１０２の双方を動力源として走行可能なハイブリッド自動車（スプリット方式）を適用した（図９を参照）。この形態に代えて、回転機４０を備える他の車両に適用することもできる。他の車両は、例えば他の方式（シリーズ方式またはパラレル方式）のハイブリッド自動車や、回転機４０の動力のみを利用する車両（いわゆる電気自動車や燃料電池自動車）などが該当する。他の車両であっても形態が相違するに過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果が得られる。
【００８３】
上述した実施の形態１〜３では、「閾値」と「電圧利用率の要求が低い領域」および「電圧利用率の要求が高い領域」との関係は、変調率が閾値以下となる領域を「電圧利用率の要求が低い領域」とし、変調率が閾値を超える領域が「電圧利用率の要求が高い領域」とした。この形態に代えて、閾値とは別個の基準値であって電圧の利用率を示す基準電圧利用率を用い、基準電圧利用率以下となる領域を「電圧利用率の要求が低い領域」とし、基準電圧利用率を超える領域が「電圧利用率の要求が高い領域」としてもよい。実施の形態１〜３において「閾値」を「基準電圧利用率」に置き換えることで容易に実現できる。基準値の相違に過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果が得られる。
【００８４】
〔他の発明の態様〕
以上では発明の実施の形態について説明したが、当該実施の形態には特許請求の範囲に記載した発明の態様のみならず他の発明の態様を含む。この発明の態様を以下に列挙するとともに、必要に応じて関連説明を行う。
【００８５】
〔態様１〕前記補正電圧設定手段は、
前記電圧余裕演算手段によって設定される前記補正電圧と、前記インバータの電圧誤差とに基づいて、前記補正電圧を調整して出力する調整出力手段を有することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【００８６】
態様１の構成によれば、調整出力手段（加合器５１ａｄ）は、電圧余裕演算手段（電圧余裕設定器５１ａｃ）によって設定される補正電圧Ｖofs*を入力電圧誤差Ｖinv_errで調整し、出力する補正電圧Ｖofsとして出力する（図８を参照）。このように入力電圧誤差Ｖinv_errを加えることで変調率を必ず１．００以上（あるいは閾値以上）にできるので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【００８７】
〔態様２〕昇圧を行うコンバータと、昇圧された電圧を変換して出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータの作動を個別に制御するコントローラと、を備える電力変換装置の制御を行う電力変換制御方法において、
要求トルクと回転数とに基づいて電圧振幅を設定し、
前記要求トルクと実トルクとの差分値に基づいて電圧位相を設定し、
前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅と前記電圧位相設定手段によって設定される電圧位相とに基づいて、変調率が閾値以下となり電圧利用率の要求が低い領域であっても前記変調率が前記閾値を超える電圧利用率の要求が高い領域となるように前記昇圧を行う昇圧指令信号を前記コンバータに伝達することを特徴とする電力変換制御方法。
【００８８】
態様２の構成によれば、正弦波領域であっても過変調領域となるように昇圧する昇圧指令信号をコンバータに伝達する。電圧利用率の要求が低い領域（正弦波領域）であっても電圧利用率の要求が高い領域（過変調領域）で制御できるように昇圧制御を行うので、全域で制御性能を損なうことなく低損失化を達成することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０ コンバータ
２０ インバータ
３０ 電流センサ
４０ 回転機（制御対象）
４１ レゾルバ（回転センサ）
５０ コントローラ
５１ コンバータ制御機構
５１ａ 電圧振幅設定手段
５１ａ１ 補正電圧設定部
５１ａａ 出力余裕設定器
５１ａｂ 出力余裕リミッタ器
５１ａｃ 電圧余裕設定器
５１ａｅ 出力余裕制限値設定器
５１ａ３ リミッタ部
５１ａ４，５１ａ７ 演算部
５１ａ６ ＰＩ制御部
５２ インバータ制御機構
６０ ＥＣＵ（外部装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧を行うコンバータと、昇圧された電圧を変換して出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータの作動を個別に制御するコントローラと、を備える電力変換装置において、
要求トルクと回転数とに基づいて、電圧振幅を設定する電圧振幅設定手段と、
前記要求トルクと実トルクとの差分値に基づいて、電圧位相を設定する電圧位相設定手段と、
前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅と前記電圧位相設定手段によって設定される電圧位相とに基づいて、変調率が閾値以下となり電圧利用率の要求が低い領域であっても前記変調率が前記閾値を超える電圧利用率の要求が高い領域となるように前記昇圧を行う昇圧指令信号を前記コンバータに伝達する電圧指令設定手段と、
を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電圧指令設定手段は、前記コンバータに入力される電圧値を前記昇圧指令信号の下限値とすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電圧指令設定手段は、
前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅の変調率が指令変調率となるように前記昇圧指令信号を制御する昇圧指令制御手段と、
現在の前記電圧位相に対して所定の出力余裕が得られるように前記昇圧指令信号を補正する補正電圧を設定する補正電圧設定手段と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記昇圧指令制御手段は、制御領域が過変調領域になるような数値範囲の前記指令変調率を用いることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記補正電圧設定手段は、
電圧位相制限値に到達するまでの出力余裕を求める出力余裕演算手段と、
前記出力余裕を制限する出力余裕リミッタ手段と、
前記出力余裕に対応する電圧余裕を求め、前記電圧余裕に基づいて前記補正電圧を設定する電圧余裕演算手段と、
を有することを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記出力余裕演算手段は、電圧振幅，電圧位相，回転数，トルク，電流のいずれか一つ以上の変数を用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および前記変数のいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、前記出力余裕を求めることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電圧余裕演算手段は、前記出力余裕演算手段によって求められる出力余裕に基づいて、電圧振幅，電圧位相，回転数，トルク，電流のいずれか一つ以上の変数を用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および前記変数のいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、前記補正電圧を求めることを特徴とする請求項５または６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記出力余裕リミッタ手段は、前記要求トルクに対し位相制御によるトルクフィードバックのみで対応可能な出力値を上限として、前記出力余裕を制限することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１】
昇圧を行うコンバータと、昇圧された電圧を変換して出力するインバータと、前記コンバータおよび前記インバータの作動を個別に制御するコントローラと、を備える電力変換装置において、
要求トルクと回転数とに基づいて、電圧振幅を設定する電圧振幅設定手段と、
前記要求トルクと実トルクとの差分値に基づいて、電圧位相を設定する電圧位相設定手段と、
前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅と前記電圧位相設定手段によって設定される電圧位相とに基づいて、変調率が閾値以下となり電圧利用率の要求が低い領域であっても前記変調率が前記閾値を超える電圧利用率の要求が高い領域となるように前記昇圧を行う昇圧指令信号を前記コンバータに伝達する電圧指令設定手段と、
を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電圧指令設定手段は、前記コンバータに入力される電圧値を前記昇圧指令信号の下限値とすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電圧指令設定手段は、
前記電圧振幅設定手段によって設定される電圧振幅の変調率が指令変調率となるように前記昇圧指令信号を制御する昇圧指令制御手段と、
現在の前記電圧位相に対して所定の出力余裕が得られるように前記昇圧指令信号を補正する補正電圧を設定する補正電圧設定手段と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記昇圧指令制御手段は、制御領域が過変調領域になるような数値範囲の前記指令変調率を用いることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記補正電圧設定手段は、
電圧位相制限値に到達するまでの出力余裕を求める出力余裕演算手段と、
前記出力余裕を制限する出力余裕リミッタ手段と、
前記出力余裕に対応する電圧余裕を求め、前記電圧余裕に基づいて前記補正電圧を設定する電圧余裕演算手段と、
を有することを特徴とする請求項３または４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記出力余裕演算手段は、電圧振幅，電圧位相，回転数，トルク，電流のいずれか一つ以上の変数を用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および前記変数のいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、前記出力余裕を求めることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電圧余裕演算手段は、前記出力余裕演算手段によって求められる出力余裕に基づいて、電圧振幅，電圧位相，回転数，トルク，電流のいずれか一つ以上の変数を用いて、数式モデルを用いて演算を行う演算方式および前記変数のいずれか一つ以上を引数としてマップを参照する参照方式のうちで一方または双方の方式により、前記補正電圧を求めることを特徴とする請求項５または６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記出力余裕リミッタ手段は、前記要求トルクに対し位相制御によるトルクフィードバックのみで対応可能な出力値を上限として、前記出力余裕を制限することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２３００８（Ｐ２０１２−２２３００８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８１１８（Ｐ２０１１−８８１１８）
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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