JP2010063311A - 回転機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弱め界磁制御時、高トルク領域においてモータジェネレータの制御性が低下すること。
【解決手段】弱め界磁制御部２００は、ｑ電流操作部２１０とｄ軸電流操作部２２０とを備えている。ｑ軸電流操作部２１０は、推定トルクＴｅを要求トルクＴｒにフィードバック制御するための操作量として指令電流ｉｑｒを設定し、実電流ｉｑを指令電流ｉｑｒにフィードバック制御するための操作量として指令電圧ｖｄｒを設定する。一方、ｄ軸電流操作部２２０では、推定トルクＴｅを要求トルクＴｒにフィードバック制御するための操作量として指令電流ｉｄｒを設定し、実電流ｉｄを指令電流ｉｄｒにフィードバック制御するための操作量として指令電圧ｖｄｒを設定する。ｑ電流操作部２１０による制御とｄ軸電流操作部２２０による制御とは、トルクに応じて切り替えられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転機の制御量をその指令値に制御すべく、前記指令値に応じて２次元座標系の指令電圧を設定し、これに基づき電力変換回路を操作する回転機の制御装置に関する。

この種の制御装置としては、例えば下記非特許文献１に見られるように、電動機のｑ軸上を実際に流れる電流をトルクの指令値に応じて設定されるｑ軸の指令電流にフィードバック制御すべく、ｄｑ軸上の指令電圧ベクトルの位相を操作するものも提案されている。これにより、電圧利用率の高い領域において、電動機の応答性の高いトルク制御が実現できるとしている。
大井、戸張、岩路、「高応答を実現する電圧位相操作型の弱め界磁制御法」、平成１９年電気学会産業応用部門大会

ただし、上記のようにｑ軸電流を操作することでトルクを制御する場合、トルクが高くなるにつれて制御性が低下し、場合によっては制御が破綻するおそれがあることが発明者らによって見出された。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転機の制御量をその指令値により好適に制御することのできる回転機の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、回転機の端子を直流電源の正極及び負極のそれぞれに接続するスイッチング素子を備える電力変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、前記回転機の磁極方向に対する直交方向成分の指令電流と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき２次元座標系の指令電圧を設定することで、前記直交方向成分の指令電流のみに基づき前記制御量を制御する直交方向電流操作手段と、前記回転機の磁極方向成分の指令電流と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき前記２次元座標系の指令電圧を設定することで、前記磁極方向成分の指令電流のみに基づき前記制御量を制御する磁極方向電流操作手段と、前記回転機のトルクが所定以上となる場合には、前記直交方向電流操作手段による制御よりも前記磁極方向電流操作手段による制御を優先させる優先手段とを備えることを特徴とする。

高トルク領域においては、直交方向成分の電流の変化に対するトルクの変化が急となり、トルクが非常に大きくなる場合には、直交方向成分の電流とトルクとの間の１対１の対応関係が崩れることが発明者らによって見出されている。このため、回転機のトルクが大きい領域においては、直交方向電流操作手段による制御性が低下するおそれがある。一方、磁極方向成分の電流とトルクとは、高トルク領域において１対１の対応関係を有し、しかも、磁極方向成分の電流の変化に対するトルクの変化度合いも、直交方向成分の電流の変化に対するトルクの変化度合いと比較して緩やかである。上記発明では、この点に鑑み、トルクが所定以上となる場合に、磁極方向電流操作手段による制御を優先させることで、制御性の低下を好適に回避することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記直交方向電流操作手段及び前記磁極方向電流操作手段は、前記２次元座標系の指令電圧を前記電力変換回路の入力電圧に基づき定まる固定値に設定するものであることを特徴とする。

上記発明によれば、指令電圧の位相によって制御量を好適に制御することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記制御量は、前記回転機のトルクであり、前記優先手段は、前記回転機に対するトルクの指令値、前記回転機のトルクの少なくとも一方を入力として前記回転機のトルクが所定以上となるか否かを判断することを特徴とする。

上記発明は、制御量をトルクとするものである以上、トルクの指令値は、実際のトルクを高精度に近似すると考えられる。このため、回転機のトルクが所定以上となるか否かの判断には、回転機のトルク自体に限らず、トルクの指令値を用いることも可能である。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記優先手段は、前記回転機を流れる電流、前記回転機に対する電流の指令値の少なくとも一方を入力として前記回転機のトルクが所定以上となるか否かを判断することを特徴とする。

回転機を流れる電流は、回転機のトルクと相関を有するパラメータである。上記発明では、この点に鑑み、電流に基づき上記判断を行う。

請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の発明において、前記優先手段は、前記判断に際し、前記回転機の回転速度を加味することを特徴とする。

直交方向成分の電流とトルクとの関係は、回転速度に依存する。このため、直交方向電流操作手段による制御性が低下する領域も、回転速度に依存すると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、回転速度を加味して上記判断を行うことで、直交方向電流操作手段による制御性の低下が懸念される領域を高精度に特定することができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記制御量の制御は、前記制御量を指令値へとフィードバック制御することで行われることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記優先手段は、前記回転機のトルクに応じて前記直交方向電流操作手段と前記磁極方向電流操作手段とのいずれか一方を選択的に用いるものであり、前記磁極方向電流操作手段は、前記制御量とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向成分の指令電流を設定する手段を備えて且つ、前記優先手段によって磁極方向電流操作手段による制御へと切り替えられる際、前記磁極方向成分の指令電流を設定するための積分演算の初期値を、前記磁極方向成分の実際の電流に応じて設定することを特徴とする。

磁極方向電流操作手段による制御への切り替えに際しては、磁極方向電流操作手段が積分演算を行うものである以上、その初期値を適切な値とすることが切り替えを円滑に行う上で望ましい。ただし、直交方向電流操作手段には、磁極方向成分の指令電流が存在しない。このため、上記発明では、現在の磁極方向成分の電流を積分演算の初期値とすることで、切り替えの円滑化を図っている。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記優先手段は、前記回転機のトルクに応じて前記直交方向電流操作手段と前記磁極方向電流操作手段とのいずれか一方を選択的に用いるものであり、前記直交方向電流操作手段は、前記制御量とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記直交方向成分の指令電流を設定する手段を備えて且つ、前記優先手段によって直交方向電流操作手段による制御へと切り替えられる際、前記直交方向成分の指令電流を設定するための積分演算の初期値を、前記直交方向成分の実際の電流に応じて設定することを特徴とする。

直交方向電流操作手段による制御への切り替えに際しては、直交方向電流操作手段が積分演算を行うものである以上、その初期値を適切な値とすることが切り替えを円滑に行う上で望ましい。ただし、磁極方向電流操作手段には、直交方向成分の指令電流が存在しない。このため、上記発明では、現在の直交方向成分の電流を積分演算の初期値とすることで、切り替えの円滑化を図っている。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記優先手段は、前記回転機のトルクに応じて前記直交方向電流操作手段と前記磁極方向電流操作手段とのいずれか一方を選択的に用いるものであり、前記直交方向電流操作手段は、前記直交方向成分の指令電流と実際の電流との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向成分の指令電圧を算出する手段を備え、前記磁極方向電流操作手段は、前記磁極方向成分の指令電流と実際の電流との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向成分の指令電圧を算出する手段を備え、前記優先手段によって前記磁極方向電流操作手段及び前記直交方向電流操作手段の一方による制御から他方による制御へと切り替えられる際、前記他方についての前記磁極方向成分の指令電圧を算出するための積分演算の初期値を、前記一方の前記積分演算値に基づき設定することを特徴とする。

上記発明では、磁極方向電流操作手段や直交方向電流操作手段が積分演算に基づき磁極方向成分の電圧を算出する手段を備えるため、これら２つの操作手段間の切り替えに際しては、積分演算の初期値を適切な値とすることが切り替えを円滑に行ううえで望ましい。この点、上記発明では、いずれか他方の積分演算の初期値を、いずれか一方の積分演算値に基づき設定することで、切り替えの円滑化を図っている。

請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換回路の電圧利用率が所定以下である状況下、前記回転機を流れる電流をその指令値にフィードバック制御する低電圧制御手段を備え、前記直交方向電流操作手段と前記磁極方向電流操作手段とは、前記電圧利用率が高い領域において前記低電圧制御手段に代えて前記電力変換回路を操作する手段であることを特徴とする。

回転機を流れる電流をその指令値にフィードバック制御する手段の制御性は、電圧利用率が高くなることで低下することが知られている。この点、上記発明では、電圧利用率が高い領域において磁極方向電流操作手段による制御や直交方向電流操作手段による制御に切り替えることで、電圧利用率の高い領域における制御性の低下を好適に抑制することができる。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記低電圧制御手段は、前記回転機を流れる電流についての前記磁極方向成分及び前記直交方向成分の双方の指令値を設定する設定手段を備え、前記磁極方向電流操作手段による制御から前記低電圧制御手段による制御へと切り替えられるに際し、前記磁極方向成分の指令値を前記磁極方向電流操作手段による前記磁極方向成分の電流の指令値から前記設定手段によって設定される指令値へと徐々に移行させるとともに、前記直交方向成分の指令値を前記直交方向成分の実際の電流から前記設定手段によって設定される指令値へと徐々に移行させることを特徴とする。

磁極方向電流操作手段による制御から低電圧制御手段による制御への切り替えタイミングにおいて、設定手段の設定する指令電流は、そのときに回転機を実際に流れている電流と大きく離間しているおそれがある。そしてこの場合には、設定手段によって設定される指令電流を用いたのでは、回転機を流れる電流が急激に変化し、ひいては回転機の制御性が低下するおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、設定手段によって設定される指令電流へと徐々に移行させることで、切り替えを円滑に行うことができる。

請求項１２記載の発明は、請求項１０又は１１記載の発明において、前記低電圧制御手段は、前記回転機を流れる電流についての前記磁極方向成分及び前記直交方向成分の双方の指令値を設定する設定手段を備え、前記直交方向電流操作手段による制御から前記低電圧制御手段による制御へと切り替えられるに際し、前記直交方向成分の指令値を前記直交方向電流操作手段による前記直交方向成分の電流の指令値から前記設定手段によって設定される指令値へと徐々に移行させるとともに、前記磁極方向成分の指令値を前記磁極方向成分の実際の電流から前記設定手段によって設定される指令値へと徐々に移行させることを特徴とする。

直交方向電流操作手段による制御から低電圧制御手段による制御への切り替えタイミングにおいて、設定手段の設定する指令電流は、そのときに回転機を実際に流れている電流と大きく離間しているおそれがある。そしてこの場合には、設定手段によって設定される指令電流を用いたのでは、回転機を流れる電流が急激に変化し、ひいては回転機の制御性が低下するおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、設定手段によって設定される指令電流へと徐々に移行させることで、切り替えを円滑に行うことができる。

請求項１３記載の発明は、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の発明において、前記低電圧制御手段は、前記回転機を流れる電流についての前記磁極方向成分及び前記直交方向成分の双方の指令値を設定する設定手段を備え、前記磁極方向電流操作手段は、前記制御量とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向成分の指令電流を設定する手段を備えて且つ、前記低電圧制御手段による制御から前記磁極方向電流操作手段による制御へと切り替えられるに際し、前記磁極方向成分の指令電流を設定するための積分演算の初期値を、前記設定手段の設定する前記磁極方向成分の指令値とすることを特徴とする。

上記発明では、磁極方向電流操作手段が積分演算に基づき磁極方向成分の指令電流を設定するために、低電圧制御手段による制御から磁極方向電流操作手段による制御への切り替えに際しては、積分演算の初期値を適切な値とすることが切り替えを円滑に行ううえで望ましい。この点、上記発明では、設定手段の設定する磁極方向成分の指令値を用いることで、初期値を適切に設定することができる。

請求項１４記載の発明は、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の発明において、前記低電圧制御手段は、前記回転機を流れる電流についての前記磁極方向成分及び前記直交方向成分の双方の指令値を設定する設定手段を備え、前記直交方向電流操作手段は、前記制御量とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記直交方向成分の指令電流を設定する手段を備えて且つ、前記低電圧制御手段による制御から前記直交方向電流操作手段による制御へと切り替えられるに際し、前記直交方向成分の指令電流を設定するための積分演算の初期値を、前記設定手段の設定する前記直交方向成分の指令値とすることを特徴とする。

上記発明では、直交方向電流操作手段が積分演算に基づき直交方向成分の指令電流を設定するために、低電圧制御手段による制御から直交方向電流操作手段による制御への切り替えに際しては、積分演算の初期値を適切な値とすることが切り替えを円滑に行ううえで望ましい。この点、上記発明では、設定手段の設定する直交方向成分の指令値を用いることで、初期値を適切に設定することができる。

請求項１５記載の発明は、請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の発明において、前記低電圧制御手段は、前記２次元座標系での前記回転機を流れる電流とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記２次元座標系での指令電圧を設定するものであり、前記磁極方向電流操作手段による制御から前記低電圧制御手段による制御へと切り替えられるに際し、前記２次元座標系での指令電圧を設定するための積分演算の初期値を、前記磁極方向電流操作手段による前記２次元座標系の指令電圧に応じて設定することを特徴とする。

上記発明では、低電圧制御手段が積分演算に基づき指令電圧を設定するものであるために、磁極方向電流操作手段による制御から低電圧制御手段による制御への切り替えに際しては、積分演算の初期値を適切な値とすることが切り替えを円滑に行ううえで望ましい。この点、上記発明では、磁極方向電流操作手段による指令電圧を用いることで、初期値を適切に設定することができる。

請求項１６記載の発明は、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の発明において、前記低電圧制御手段は、前記２次元座標系での前記回転機を流れる電流とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記２次元座標系での指令電圧を設定するものであり、前記直交方向電流操作手段による制御から前記低電圧制御手段による制御へと切り替えられるに際し、前記２次元座標系での指令電圧を設定するための積分演算の初期値を、前記直交方向電流操作手段による前記２次元座標系の指令電圧に応じて設定することを特徴とする。

上記発明では、低電圧制御手段が積分演算に基づき指令電圧を設定するものであるために、直交方向電流操作手段による制御から低電圧制御手段による制御への切り替えに際しては、積分演算の初期値を適切な値とすることが切り替えを円滑に行ううえで望ましい。この点、上記発明では、直交方向電流操作手段による指令電圧を用いることで、初期値を適切に設定することができる。

請求項１７記載の発明は、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の発明において、前記低電圧制御手段は、前記２次元座標系での前記回転機を流れる電流をその指令値にフィードバック制御するための操作量として前記２次元座標系での指令電圧を設定するものであり、前記磁極方向電流操作手段は、前記磁極方向成分の指令電流と実際の電流との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向の指令電圧を設定するものであり、前記低電圧制御手段による制御から前記磁極方向電流操作手段による制御へと切り替えられるに際し、前記磁極方向の指令電圧を設定するための積分演算の初期値を、前記低電圧制御手段による前記磁極方向成分の指令電圧に基づき設定することを特徴とする。

上記発明では、磁極方向電流操作手段が積分演算に基づき磁極方向の指令電圧を設定するために、低電圧制御手段による制御から磁極方向電流操作手段による制御への切り替えに際しては、積分演算の初期値を適切な値とすることが切り替えを円滑に行ううえで望ましい。この点、上記発明では、低電圧制御手段の設定する磁極方向成分の指令電圧を用いることで、初期値を適切に設定することができる。

請求項１８記載の発明は、請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の発明において、前記低電圧制御手段は、前記２次元座標系での前記回転機を流れる電流をその指令値にフィードバック制御するための操作量として前記２次元座標系での指令電圧を設定するものであり、前記直交方向電流操作手段は、前記直交方向成分の指令電流と実際の電流との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向の指令電圧を設定するものであり、前記低電圧制御手段による制御から前記直交方向電流操作手段による制御へと切り替えられるに際し、前記磁極方向の指令電圧を設定するための積分演算の初期値を、前記低電圧制御手段による前記磁極方向成分の指令電圧に基づき設定することを特徴とする。

上記発明では、直交方向電流操作手段が積分演算に基づき磁極方向の指令電圧を設定するために、低電圧制御手段による制御から直交方向電流操作手段による制御への切り替えに際しては、積分演算の初期値を適切な値とすることが切り替えを円滑に行ううえで望ましい。この点、上記発明では、低電圧制御手段の設定する磁極方向成分の指令電圧を用いることで、初期値を適切に設定することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる回転機の制御装置をハイブリッド車の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。モータジェネレータ１０は、３相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ１０は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、モータジェネレータ１０は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。

モータジェネレータ１０は、インバータＩＶを介して高圧バッテリ１２に接続されている。インバータＩＶは、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。

本実施形態では、モータジェネレータ１０やインバータＩＶの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する電流センサ１６，１７，１８を備えている。更に、インバータＩＶの入力電圧(電源電圧ＶＤＣ)を検出する電圧センサ１９を備えている。

上記各種センサの検出値は、インターフェース１３を介して低圧システムを構成する制御装置１４に取り込まれる。制御装置１４では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータＩＶを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作する信号が、操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎである。

図２に、上記インバータＩＶの操作信号の生成に関する処理のブロック図を示す。

本実施形態では、電流ベクトル制御及び弱め界磁制御を行う。以下では、「電流ベクトル制御に関する処理」、「弱め界磁制御に関する処理」、「電流ベクトル制御と弱め界磁制御との切り替え処理」の順に説明した後、「弱め界磁制御における切り替え処理」について説明する。
＜ベクトル制御に関する処理＞
モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、αβ変換部２０において、固定２相座標系の実電流であるα軸上の実電流ｉαとβ軸上の実電流ｉβとに変換される。実電流ｉα、ｉβは、ｄｑ変換部２２において、回転２相座標系の実電流であるｄ軸上の実電流ｉｄとｑ軸上の実電流ｉｑとに変換される。電流ベクトル制御部１００では、実電流ｉｄ，ｉｑ及び要求トルクＴｒを入力として、電流ベクトル制御を行う。

すなわち、指令電流設定部１０２は、要求トルクＴｒに基づき、回転２相座標系の電流の指令値であるｄ軸上の指令電流ｉｄｒ及びｑ軸上の指令電流ｉｑｒを設定する。減算部１０４では、ｄ軸上の指令電流ｉｄｒからｄ軸上の実電流ｉｄを減算することで減算値Δｉｄを算出する。フィードバック制御部１０６では、減算値Δｉｄに基づき、実電流ｉｄを指令電流ｉｄｒにフィードバック制御するための操作量を算出する。詳しくは、ここでは、比例積分演算を行う。一方、干渉項算出部１０８では、ｑ軸上の実電流ｉｑに、電気角速度ωとインダクタンスＬｑとを乗算することで干渉項を算出する。非干渉制御部１１０では、フィードバック制御部１０６の出力から干渉項算出部１０８の出力を減算することで指令電圧ｖｄｒを算出する。

一方、減算部１１２は、ｑ軸上の指令電流ｉｑｒからｑ軸上の実電流ｉｑを減算することで、減算値Δｉｑを算出する。フィードバック制御部１１４では、減算値Δｉｑに基づき、実電流ｉｑを指令電流ｉｑｒにフィードバック制御するための操作量を算出する。詳しくは、ここでは、比例積分演算を行う。一方、干渉項算出部１１６では、ｄ軸上の実電流ｉｄに、電気角速度ωとインダクタンスＬｄとを乗算することで干渉項を算出する。非干渉制御部１１８では、フィードバック制御部１１４の出力から干渉項算出部１１６の出力を減算する。誘起電圧算出部１２０では、電気角速度ωに定数Φを乗算することで誘起電圧を算出する。誘起電圧補償部１２２では、非干渉制御部１１８の出力に誘起電圧算出部１２０の出力を加算することで、指令電圧ｖｑｒを算出する。

上記指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒは、電流ベクトル制御部１００からセレクタ３０を介して３相変換部３２に出力される。３相変換部３２では、ｄｑ軸上の指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒを、３相の指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒに変換する。操作信号生成部３４では、指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒを信号波とし、これとキャリアとの大小を比較することで操作信号を生成する。
＜弱め界磁制御に関する処理＞
弱め界磁制御部２００では、トルク推定器２０２によって、ｄｑ軸上の実電流ｉｄ，ｉｑに基づき、モータジェネレータ１０のトルクを推定する(推定トルクＴｅを算出する)。一方、偏差算出部２０４では、推定トルクＴｅに対する要求トルクＴｒの差を算出する。偏差算出部２０４の出力は、ｑ軸電流操作部２１０及びｄ軸電流操作部２２０に取り込まれる。

ここで、ｑ軸電流操作部２１０では、トルク制御器２１２において、推定トルクＴｅを要求トルクＴｒにフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸上の指令電流ｉｑｒを算出する。この処理は、具体的には、推定トルクＴｅに対する要求トルクＴｒの差の比例積分演算によって行われる。一方、偏差算出部２１４では、ｑ軸上の実電流ｉｑに対する指令電流ｉｑｒの差を算出する。そして、電流制御器２１６では、ｑ軸上の実電流ｉｑを上記指令電流ｉｑｒにフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸上の指令電圧ｖｄｒを設定する。詳しくは、電流制御器２１６では、積分演算によって指令電圧ｖｄｒを設定する。

一方、ｄ軸電流操作部２２０では、トルク制御器２２２において、推定トルクＴｅを要求トルクＴｒにフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸上の指令電流ｉｄｒを算出する。この処理は、具体的には、推定トルクＴｅに対する要求トルクＴｒの差の比例積分演算によって行われる。一方、偏差算出部２２４では、ｄ軸上の実電流ｉｄに対する指令電流ｉｄｒの差を算出する。そして、電流制御器２２６では、ｄ軸上の実電流ｉｄを上記指令電流ｉｄｒにフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸上の指令電圧ｖｄｒを設定する。詳しくは、電流制御器２２６では、比例積分演算によって指令電圧ｖｄｒを設定する。

上記ｑ軸電流操作部２１０によって設定される指令電圧ｖｄｒとｄ軸電流操作部２２０によって設定される指令電圧ｖｄｒとのいずれかが、セレクタ２３０によって選択されることで、弱め界磁制御部２００の指令電圧ｖｄｒとなる。一方、ｑ軸電圧設定部２３２では、電源電圧ＶＤＣに基づき定まる制限電圧ＶＬと指令電圧ｖｄｒとに基づき、ｑ軸の指令電圧ｖｑｒを設定する。詳しくは、制限電圧の２乗から指令電圧ｖｄｒの２乗を減算したものの平方根をｑ軸の指令電圧ｖｑｒとする。

これらｄ軸上の指令電圧ｖｄｒとｑ軸上の指令電圧ｖｑｒとは、上記セレクタ３０に出力される。

なお、上記各処理には、適宜、回転角度θが用いられる。本実施形態では、センサレスシステムを採用しているため、モータジェネレータ１０の電気的な状態量に基づき推定される回転角度θが用いられる。詳しくは、本実施形態では、拡張誘起電圧オブザーバ４０を備えている。拡張誘起電圧オブザーバ４０は、基本的には、「突極型ブラシレスＤＣモータのセンサレス制御のための拡張誘起電圧オブザーバ 平成１１年電気学会全国大会 Ｎｏ．１０２６」に記載された処理を行うものである。すなわち、固定２相座標系の実電流ｉα、ｉβと、固定２相座標系での印加電圧(固定座標変換部４２の出力)とに基づき、回転角度θと相関を有する角度相関量として固定２相座標系での拡張誘起電圧を推定し、これに基づき回転角度θを推定する。一方、速度算出部４４では、回転角度θの時間微分演算に基づき電気角速度ωを算出する。ちなみに、拡張誘起電圧オブザーバ４０に印加電圧情報を出力する固定座標変換部４２は、指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒをαβ軸上の指令電圧に変換する処理を行うものである。ただし、弱め界磁制御部２００による制御時には、後述するように３相変換部３２の出力する指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒの変動幅が電源電圧ＶＤＣを上回るため、インバータＩＶの出力電圧の実効値が指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒと等しくなるようにαβ軸上の指令電圧を設定するなどすることが望ましい。

なお、上記拡張誘起電圧オブザーバ４０による回転角度θの推定は、電気角速度ωが大きい領域において有効なものである。一方、電流ベクトル制御部１００による制御がなされている場合には、モータジェネレータ１０の電気角速度ωが過度に小さくなり得る。このため、本実施形態では、電流ベクトル制御部１００による制御がなされている場合、低回転速度運転領域において、周知の別の手法にて回転角度θを推定するのであるが、これについてはその記載を省略している。
＜電流ベクトル制御と弱め界磁制御との切り替え処理＞
図３に、本実施形態にかかる電流ベクトル制御領域と弱め界磁制御領域とを示す。図示されるように、回転速度が大きい領域において、弱め界磁制御が行われる。詳しくは、トルクの絶対値が大きいほどより低い回転速度においても弱め界磁制御が行われる。

図４に、本実施形態にかかるベクトル制御から弱め界磁制御への切り替え処理の手順を示す。この処理は、制御装置１４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理においては、まずステップＳ２において、電流ベクトル制御を実行している旨のフラグである電流ベクトル制御モードフラグがオン状態であるか否かを判断する。そして、電流ベクトル制御モードであると判断される場合、ステップＳ４において、指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒのベクトルノルムが、制限電圧ＶＬ以上であるか否かを判断する。ここで、制限電圧ＶＬは、電源電圧ＶＤＣに「１．２」及び「３／８」の平方根を乗算した値である。ここで、「３／８」の平方根を乗算するのは、指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒの最大値に「３／８」の平方根を乗算したものがｄｑ軸上の電圧ベクトルのノルムとなることを理由とする。また、「１．２」は、電流ベクトル制御の制御性を維持することのできる上限値に基づき設定されている。ちなみに、本実施形態では、回転角度をセンサにて検出する場合と比較してセンサレスシステムにおいて上記上限値が低下する傾向にあることに鑑みて上記値を決定している。このため、上記ステップＳ４によって、電流ベクトル制御の制御性を維持できる領域であるのか否かを判断することができる。そして、ステップＳ４において肯定判断されると、ステップＳ６において、電流ベクトル制御モードフラグをオフして且つ弱め界磁制御モードフラグをオンとすることで、電流ベクトル制御から弱め界磁制御に切り替える処理を行う。

なお、ステップＳ２，Ｓ４において否定判断される場合や、ステップＳ６の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図５に、本実施形態にかかる弱め界磁制御から電流ベクトル制御への切替にかかる処理の手順を示す。この処理は、制御装置１４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、弱め界磁制御モードフラグがオン状態であるか否かを判断する。そして、弱め界磁制御モードフラグがオン状態である場合、ステップＳ１２において、実電流ｉｄ，ｉｑに基づき推定トルクＴｅを算出する。続くステップＳ１４では、推定トルクＴｅに基づき、これを電流ベクトル制御によって実現するための指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを推定する。これは、推定トルクＴｅを、先の図２に示した指令電流設定部１０２と同一の処理を行う演算手段に入力した際の出力として推定算出することができる。

続くステップＳ１６においては、推定される指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒに基づき、これを電流ベクトル制御によって実現するための指令電圧ｖｄｒ１、ｖｑｒ１を推定する。これは、周知の電圧方程式を用いて行うことができる。

続くステップＳ１８においては、推定された指令電圧ｖｄｒ１、ｖｑｒ１のベクトルノルムが、上記制限電圧ＶＬから所定値Δを減算した値以下であるか否かを判断する。この処理は、推定トルクＴｅを電流ベクトル制御によって生成する際に要求される指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒが、変調率「１．２」よりも小さい値に対応するか否かを判断するためのものである。なお、ここで所定値Δは正の数であり、先の図４に示した処理による電流ベクトル制御から弱め界磁制御への切替と、この図５に示す処理による弱め界磁制御から電流ベクトル制御への切替とのハンチングを回避するために設けられている。そして、ステップＳ１８において肯定判断される場合には、ステップＳ２０において、電流ベクトル制御モードフラグをオンとして且つ弱め界磁制御モードフラグをオフとすることで、電流ベクトル制御へと切り替える。

なお、ステップＳ１０，Ｓ１８において否定判断される場合や、ステップＳ２０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図６に、弱め界磁制御から電流ベクトル制御への切り替えに際しての電流ベクトル制御の初期値の設定処理の手順を示す。この処理は、制御装置１４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、弱め界磁制御から電流ベクトル制御への切り替え時であるか否かを判断する。そして、ステップＳ３０において肯定判断される場合、ステップＳ３２において、ｑ軸電流操作部２１０による制御からの切り替え時であるか否かを判断する。そしてステップＳ３２において肯定判断される場合、ステップＳ３４において、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの初期値を設定する。ここでは、実電流ｉｄ，ｉｑの急激な変化を回避すべく、弱め界磁制御によって制御されていたｄｑ軸上の電流から、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒへと徐々に移行させる処理を行う。

すなわち、ｄ軸の実電流ｉｄをローパスフィルタにてフィルタ処理した電流ｉｄｌｐｆと、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｄｒとの加重平均値としてｄ軸上の指令電流ｉｄｒを設定する。そして、加重平均に際しての重み係数のうち、電流ｉｄｌｐｆの係数Ｋを時間とともに漸減させるとともに、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｄｒの係数「１−Ｋ」を時間とともに漸増させる。また、ｑ軸電流操作部２１０にて設定された指令電流ｉｑｒ（ｗ）と、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｑｒ（ｖ）との加重平均値として、指令電流ｉｑｒ（ｖ）を設定する。そして、加重平均に際しての重み係数のうち、ｑ軸電流操作部２１０の設定する指令電流ｉｑｒ（ｗ）の係数Ｋを時間とともに漸減させるとともに、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｑｒ（ｖ）の係数「１−Ｋ」を時間とともに漸増させる。

続くステップＳ３６においては、フィードバック制御部１０６，１１４の積分項の初期値を設定する。ここでは、切り替え前後での指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒの急変を回避するように積分項の初期値を設定する。すなわち、非干渉制御部１１０の出力する指令電圧ｖｄｒ（ｖ）を、弱め界磁制御による指令電圧ｖｄｒ（ｗ）に一致させるべく、フィードバック制御部１０６の積分項Ｉｎｄを、指令電圧ｖｄｒ（ｗ）に「ω・Ｌｑ・ｉｑｒ（ｗ）」を加算したものとする。また、誘起電圧補償部１２２の出力する指令電圧ｖｑｒ（ｖ）を、弱め界磁制御による指令電圧ｖｑｒ（ｗ）に一致させるべく、フィードバック制御部１１４の積分項Ｉｎｑを、指令電圧ｖｑｒ（ｗ）から「ω・Ｌｄ・ｉｄｌｐｆ＋ωΦ」を減算したものとする。

一方、上記ステップＳ３２において否定判断される場合、ｄ軸電流操作部２２０による制御からの切り替え時であると判断し、ステップＳ３８に移行する。ステップＳ３８では、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの初期値を設定する。ここでは、実電流ｉｄ，ｉｑの急激な変化を回避すべく、弱め界磁制御によって制御されていたｄｑ軸上の電流から、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒへと徐々に移行させる処理を行う。

すなわち、ｄ軸電流操作部２２０にて設定された指令電流ｉｄｒ（ｗ）と、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｄｒ（ｖ）との加重平均値として、指令電流ｉｄｒ（ｖ）を設定する。そして、加重平均に際しての重み係数のうち、ｄ軸電流操作部２２０の設定する指令電流ｉｄｒ（ｗ）の係数Ｋを時間とともに漸減させるとともに、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｄｒ（ｖ）の係数「１−Ｋ」を時間とともに漸増させる。また、ｑ軸の実電流ｉｑにローパスフィルタにてフィルタ処理を施した電流ｉｑｌｐｆと、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｑｒとの加重平均値としてｑ軸上の指令電流ｉｑｒを設定する。そして、加重平均に際しての重み係数のうち、電流ｉｑｌｐｆの係数Ｋを時間とともに漸減させるとともに、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｑｒの係数「１−Ｋ」を時間とともに漸増させる。

続くステップＳ４０においては、フィードバック制御部１０６，１１４の積分項の初期値を設定する。ここでは、切り替え前後での指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒの急変を回避するように積分項の初期値を設定する。すなわち、非干渉制御部１１０の出力する指令電圧ｖｄｒ（ｖ）を、弱め界磁制御による指令電圧ｖｄｒ（ｗ）に一致させるべく、フィードバック制御部１０６の積分項を、指令電圧ｖｄｒ（ｗ）に「ω・Ｌｑ・ｉｑｌｐｆ」を加算したものとする。また、誘起電圧補償部１２２の出力する指令電圧ｖｑｒ（ｖ）を、弱め界磁制御による指令電圧ｖｑｒ（ｗ）に一致させるべく、フィードバック制御部１１４の積分項を、指令電圧ｖｑｒ（ｗ）から「ω・Ｌｄ・ｉｄｒ＋ωΦ」を減算したものとする。

なお、上記ステップＳ３０において否定判断される場合や、ステップＳ３６、Ｓ４０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図７に、電流ベクトル制御から弱め界磁制御への切り替えに際しての弱め界磁制御の初期値の設定処理の手順を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ５０において、電流ベクトル制御から弱め界磁制御への切り替え時であるか否かを判断する。そして、ステップＳ５０において肯定判断される場合、ステップＳ５２において、電流制御器２１６又は電流制御器２２６の積分項を、電流ベクトル制御部１００の設定する指令電圧ｖｄｒ（ｖ）とする。続くステップＳ５４においては、ｑ軸電流操作部２１０への切り替え時であるか否かを判断する。そして、ｑ軸電流操作部２１０への切り替え時であると判断される場合、ステップＳ５６において、トルク制御器２１２の積分項の初期値を、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｄｒ（ｖ）とする。一方、ステップＳ５４において否定判断される場合、ステップＳ５８において、トルク制御器２２２の積分項の初期値を、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｑｒ（ｖ）に設定する。

なお、上記ステップＳ５０の処理が完了する場合や、ステップＳ５６，Ｓ５８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
＜弱め界磁制御における切り替え処理＞
上述したように、本実施形態では、弱め界磁制御部２００が、ｑ軸電流操作部２１０とｄ軸電流操作部２２０とを備えている。本実施形態では、これらｑ軸電流操作部２１０による弱め界磁制御とｄ軸電流操作部２２０による弱め界磁制御とを切り替えることで、トルクの制御性を高く維持する。これは、ｑ軸電流操作部２１０による弱め界磁制御によっては力行制御時に制御が不安定化するおそれがあり、また、ｄ軸電流操作部２２０による弱め界磁制御によって力行及び回生の双方の制御を行うことで制御が不安定化するおそれがあることによる。以下、これについて詳述する。

図８（ａ）は、電圧制限楕円、及び等トルク曲線を示す。ここで、電圧制限楕円は、ｄｑ軸上での周知の電圧方程式において、実電流ｉｄ，ｉｑの時間微分値をゼロとするとの条件の下、ｄｑ軸上の電圧ｖｄ，ｖｑのベクトルノルムが制限電圧ＶＬとなる実電流ｉｄ，ｉｑをプロットすることで得られるものである。ちなみに、この電圧制限楕円は、電気角速度ωに依存するが、図８（ａ）では、電気角速度ωを所定値とした場合についての電圧制限楕円を示している。一方、等トルク曲線は、トルクを所定値とすることのできる実電流ｉｄ，ｉｑを結んで得られる曲線である。弱め界磁制御時においては、指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒのベクトルノルムが制限電圧ＶＬとされる態様にて推定トルクＴｅが要求トルクＴｒにフィードバック制御されるため、等トルク曲線と電圧制限楕円との交点上に実電流ｉｄ，ｉｑが制御されることとなると考えられる。

ここで、等トルク曲線と電圧制限楕円との交点のうち、ｑ軸の電流とトルクとの関係を図８（ｂ）に示し、ｄ軸の電流とトルクとの関係を図８（ｃ）に示す。

図８（ｂ）に示されるように、ｑ軸電流とトルクとの関係は良好な線形性を有するものの、トルクが大きい領域では、ｑ軸の電流変化に対するトルクの変化が大きくなり、過度にトルクが大きい領域では、ｑ軸電流に対してトルクが一義的に定まらなくなる。このことから、ｑ軸電流操作部２１０による弱め界磁制御は、トルクが大きい領域において制御性が低下すると考えられる。詳しくは、ｑ軸電流が大きい領域において、トルクの制御性が不安定化し、過度にトルクが大きくなる際には、制御が破綻するおそれがある。

一方、図８（ｃ)に示されるように、ｄ軸電流の変化に対するトルクの変化は滑らかであるものの、ｄ軸電流に対してトルクは一義的に定まらない。これは、力行側ではｄ軸電流が増加するほどトルクが減少し、回生側ではｄ軸電流が増加するほどトルクが増加するためである。ちなみに、ｄ軸電流の増加に対してトルクが増加から減少に変化する点は、トルクが厳密にゼロとなる点とは限らず、モータジェネレータ１０の抵抗やインダクタンス、永久磁石磁束等のモータパラメータ、回転速度、更には制限電圧ＶＬに依存して変化する。

図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示されるように、ｄ軸電流及びｑ軸電流のいずれもトルクとの間に良好な線形性を有する関係を示す領域があるとはいえ、全トルク領域において良好な線形性を有する関係性を維持できるものではない。このため、ｑ軸電流操作部２１０とｄ軸電流操作部２２０とのいずれか一方を用いて全トルク領域での制御性を高く維持することは困難である。

そこで本実施形態では、ｑ軸電流操作部２１０による制御性が低下する高トルク領域においては、ｄ軸電流操作部２２０による弱め界磁制御を行うようにする。詳しくは、力行制御時にはｄ軸電流操作部２２０による弱め界磁制御を行い、回生制御時にはｑ軸電流操作部２１０による弱め界磁制御を行う。

図９に、本実施形態にかかるｑ軸電流操作部２１０とｄ軸電流操作部２２０との切り替え処理の手順を示す。この処理は、制御装置１４によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ６０において、力行、回生の判断を行う。本実施形態では、推定トルクＴｅの符号に基づきこの判断を行う。続くステップＳ６２においてはｑ軸電流操作部２１０による弱め界磁制御がなされる旨のフラグであるｑ軸電流操作モードフラグがオンであるか否かを判断する。そして、ステップＳ６２において肯定判断される場合、ステップＳ６４において、力行制御時であるか否かを判断する。この処理は、ｄ軸電流操作部２２０による弱め界磁制御に切り替えるか否かを判断するためのものである。ステップＳ６４において肯定判断される場合、ステップＳ６６において、ｄ軸電流操作部２２０による弱め界磁制御を行う旨のフラグであるｄ軸電流操作モードフラグをオンとし、ｑ軸電流操作モードフラグをオフとする。続くステップＳ６８では、ｄ軸電流操作部２２０の初期値を設定する。すなわち、トルク制御器２２２の積分器の初期値を、ｄ軸の実電流ｉｄをローパスフィルタにて処理した電流ｉｄｌｐｆとする。また、電流制御器２２６の積分器の初期値を、ｑ軸電流操作部２１０の指令電圧ｖｄｒとする。

一方、ステップＳ６２において否定判断される場合、ステップＳ７０において、ｄ軸電流操作モードフラグがオンとなっているか否かを判断する。そして、ステップＳ７０において肯定判断される場合、ステップＳ７２において、回生制御時であるか否かを判断する。この処理は、ｑ軸電流操作部２１０による弱め界磁制御に切り替えるタイミングであるか否かを判断するためのものである。そして、回生制御時であると判断される場合、ステップＳ７４において、ｄ軸電流操作モードフラグをオフして且つ、ｑ軸電流操作モードフラグをオンとする。続くステップＳ７６では、ｑ軸電流操作部２１０の初期値を設定する。すなわち、トルク制御器２１２の積分器の初期値を、ｑ軸の実電流ｉｑをローパスフィルタにて処理した電流ｉｑｌｐｆとする。また、電流制御器２１６の積分器の初期値を、ｄ軸電流操作部２２０の指令電圧ｖｄｒとする。

なお、上記ステップＳ６４，Ｓ７０、Ｓ７２において否定判断される場合や、ステップＳ６８，Ｓ７６の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図１０（ａ）に、本実施形態の効果を示す。図１０（ａ）において、１点鎖線にて要求トルクＴｒの推移を示し、実線にて推定トルクＴｅの推移を示す。図示されるように、要求トルクＴｒを負から正へと移行させることで回生制御から力行制御へと移行させるに際し、推定トルクＴｅを要求トルクＴｒに良好に追従させることができる。これに対し、図１０（ｂ）に、ｑ軸電流操作部２１０による弱め界磁制御のみを行った場合を示す。この場合、高トルク領域で推定トルクＴｅが大きく変動し、トルクの制御性が低下する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）モータジェネレータ１０のトルクが所定以上となる場合、ｑ軸電流操作部２１０による制御よりもｄ軸電流操作部２２０による制御を優先させた。これにより、制御性の低下を好適に回避することができる。

（２）推定トルクＴｅを用いることで、トルクセンサを備えることなく、トルクが所定以上となるか否かを判断することができる。

（３）ｑ軸電流操作部２１０による制御からｄ軸電流操作部２２０による制御へと切り替えられる際、トルク制御器２２２の積分器の初期値を、ｄ軸の実電流ｉｄに応じて設定した。これにより、切り替えを円滑に行うことができる。

（４）ｄ軸電流操作部２２０による制御からｑ軸電流操作部２１０による制御へと切り替えられる際、トルク制御器２１２の初期値を、ｑ軸の実電流ｉｑに応じて設定した。これにより、切り替えを円滑に行うことができる。

（５）ｄ軸電流操作部２２０及びｑ軸電流操作部２１０の一方による制御から他方による制御へと切り替えられる際、他方の電流制御器の積分演算の初期値を、一方の電流制御器の積分演算値に基づき設定した。これにより、切り替えを円滑に行うことができる。

（６）電圧利用率が高い領域において電流ベクトル制御部１００による制御から弱め界磁制御部２００による制御に切り替えた。これにより、電圧利用率の高い領域における制御性の低下を好適に抑制することができる。

（７）ｄ軸電流操作部２２０による制御から電流ベクトル制御部１００による制御へと切り替えられるに際し、ｄ軸の指令電流ｉｄｒをｄ軸電流操作部２２０による指令電流ｉｄｒ（ｗ）から指令電流設定部１０２によって設定される指令電流ｉｄｒ（ｖ）へと徐々に移行させるとともに、ｑ軸の指令電流ｉｑｒをｑ軸上の実電流ｉｑ（ｉｑｌｐｆ）から指令電流設定部１０２によって設定される指令電流ｉｑｒ（ｖ）へと徐々に移行させた。これにより、切り替えを円滑に行うことができる。

（８）ｑ軸電流操作部２１０による制御から電流ベクトル制御部１００による制御へと切り替えられるに際し、ｑ軸の指令電流ｉｑｒをｑ軸電流操作部２１０による指令電流ｉｑｒ（ｗ）から指令電流設定部１０２によって設定される指令電流ｉｑｒへと徐々に移行させるとともに、ｄ軸の指令電流ｉｄｒをｄ軸の実電流ｉｄ（ｉｄｌｐｆ）から指令電流設定部１０２によって設定される指令電流ｉｄｒ（ｖ）へと徐々に移行させた。これにより、切り替えを円滑に行うことができる。

（９）電流ベクトル制御部１００による制御からｄ軸電流操作部２２０による制御へと切り替えられるに際し、トルク制御器２２２の積分演算の初期値を、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｄｒとした。これにより、初期値を適切に設定することができる。

（１０）電流ベクトル制御部１００による制御からｑ軸電流操作部２１０による制御へと切り替えられるに際し、トルク制御器２１２の積分演算の初期値を、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｑｒとした。これにより、初期値を適切に設定することができる。

（１１）ｄ軸電流操作部２２０による制御から電流ベクトル制御部１００による制御へと切り替えられるに際し、電流フィードバック制御部１０６，１１４の積分演算の初期値を、弱め界磁制御部２００による指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒに応じて設定した。これにより、初期値を適切に設定することができる。

（１２）ｑ軸電流操作部２１０による制御から電流ベクトル制御部１００による制御へと切り替えられるに際し、電流フィードバック制御部１０６，１１４の積分演算の初期値を、弱め界磁制御部２００による指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒに応じて設定した。これにより、初期値を適切に設定することができる。

（１３）電流ベクトル制御部１００による制御からｄ軸電流操作部２２０による制御へと切り替えられるに際し、電流制御器２２６の積分器の初期値を、電流ベクトル制御部１００の指令電圧ｖｄｒとした。これにより、初期値を適切に設定することができる。

（１４）電流ベクトル制御部１００による制御からｑ軸電流操作部２１０による制御へと切り替えられるに際し、電流制御器２１６の積分器の初期値を、電流ベクトル制御部１００の指令電圧ｖｄｒとした。これにより、初期値を適切に設定することができる。

(第２の実施形態)
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、弱め界磁制御部２００による制御がなされる状況下、ｑ軸電流操作部２１０による制御とｄ軸電流操作部２２０による制御との寄与率を段階的又は連続的に可変設定することで、トルクが所定以上となる場合にｄ軸電流操作部２２０による制御を優先させる。

図１１に、本実施形態にかかるインバータＩＶの操作信号の生成に関する処理のブロック図を示す。なお、図１１において、先の図２に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、乗算部２４０では、ｑ軸電流操作部２１０の出力に重み係数αを乗算する。また、乗算部２４２では、ｄ軸電流操作部２２０の出力に重み係数βを乗算する。これら重み係数α、βには、「α+β＝１」の関係がある。このため、加算部２４４では、乗算部２４０，２４２の出力を加算することで、ｑ軸電流操作部２１０の出力とｄ軸電流操作部２２０の出力との加重平均値を算出することができる。こうして算出された値が、指令電圧ｖｄｒである。ここで、本実施形態では、重み係数α、βを推定トルクＴｅに応じて可変設定する。特に推定トルクＴｅが大きいほど、重み係数βが大きくなるようにし、トルクが所定以上となる場合には、重み係数βの方が重み係数αよりも大きくなるようにする。

以上説明した本実施形態によっても、上記第１の実施形態の上記（１）、（２）の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第１の実施形態では、推定トルクＴｅに基づき、ｑ軸電流操作部２１０によるトルク制御とｄ軸電流操作部２２０によるトルク制御とを切り替えたが、これに限らない。例えば、要求トルクＴｒに基づき切り替えを行ってもよい。また例えば、モータジェネレータ１０のトルクを検出するセンサを備えるなら、トルクの検出値に基づき行ってもよい。更に例えば、実電流ｉｑに基づき切り替えを行ってもよいし、指令電流ｉｑｒに基づき切り替えを行ってもよい。更に、切り替えに際して用いる電流に関するパラメータとしては、ｄｑ軸上の電流に限らず、相電流であってもよい。また、トルク及び電流のいずれかに基づき切り替えを行う代わりに、これら双方に基づき切り替えを行ってもよい。更に、回転速度を加味してもよい。

・上記第２の実施形態では、推定トルクＴｅに基づき、ｑ軸電流操作部２１０によるトルク制御とｄ軸電流操作部２２０によるトルク制御との優先度合いを段階的又は連続的に可変設定したが、これに限らない。例えば、要求トルクＴｒに基づき可変設定してもよい。また例えば、モータジェネレータ１０のトルクを検出するセンサを備えるなら、トルクの検出値に基づき可変設定してもよい。更に例えば、実電流ｉｑに基づき可変設定を行ってもよいし、指令電流ｉｑｒに基づき可変設定を行ってもよい。更に、可変設定に際して用いる電流に関するパラメータとしては、ｄｑ軸上の電流に限らず、相電流であってもよい。また、トルク及び電流のいずれかに基づき可変設定を行う代わりに、これら双方に基づき可変設定を行ってもよい。更に、回転速度を加味してもよい。

・ｑ軸電流操作部２１０におけるトルク制御器２１２としては、比例積分制御器に限らない。例えば比例制御器や、積分制御器、比例積分微分制御器等であってもよい。

・ｑ軸電流操作部２１０における電流制御器２１６としては、積分制御器に限らない。例えば比例積分制御器や、比例積分微分制御器等としてもよい。

・ｑ軸電流操作部２１０としては、上記各実施形態やそれらの変形例において例示したものに限らず、例えば上記非特許文献１に記載された手段であってもよい。

・ｄ軸電流操作部２２０におけるトルク制御器２２２としては、比例積分制御器に限らない。例えば比例制御器や、積分制御器、比例積分微分制御器等であってもよい。

・ｄ軸電流操作部２２０における電流制御器２２６としては、比例積分制御器に限らない。例えば比例制御器や、積分制御器、比例積分微分制御器等としてもよい。

・電流ベクトル制御部１００の構成としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えばフィードバック制御部１０６，１１４を、比例積分制御器に代えて、比例積分微分制御器にて構成してもよい。また、フィードバック制御部１０６，１１４を比例制御器のみとして且つ、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒに応じたフィードフォワード電圧を算出する手段を備えるようにしてもよい。更に、誘起電圧に関する補償項や干渉項をフィードフォワード項として与えることなく、フィードバック制御部１０６，１１４のみを備えるようにしてもよい。

・実際のトルクに関する情報を取得する手段としては、トルク推定器２０２に限らず、トルクセンサを備えるものにあっては、その検出値を取得する手段であってもよい。

・上記各実施形態では、弱め界磁制御部２００にて設定される指令電圧ｖｄｒを、トルクフィードバック制御のための最終的な操作量としたが、これに限らない。例えば上記非特許文献１のように、要求トルクＴｒに制御するための開ループ操作量として指令電圧ｖｄｒを設定する手段であってもよい。

・モータジェネレータ１０の制御量としては、トルクに限らず、例えば回転速度であってもよい。

・弱め界磁制御部２００によるトルク制御から電流ベクトル制御部１００による制御への切り替え条件としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、ｄ軸電流操作部２２０によるトルク制御から電流ベクトル制御部１００による制御への切り替え条件として、ｄ軸電流操作部２２０による指令電流ｉｄｒがゼロ以上となるとの条件を用いてもよい。

・上記各実施形態では、ｑ軸電流操作部２１０によるトルク制御から電流ベクトル制御部１００による制御へと切り替える際のｄ軸の指令電流ｉｄｒの初期値として、実電流ｉｄをローパスフィルタにてフィルタ処理した電流を用いたがこれに限らず、例えば実電流ｉｄそのものを用いてもよい。

・上記各実施形態では、ｄ軸電流操作部２２０によるトルク制御から電流ベクトル制御部１００による制御へと切り替える際のｑ軸の指令電流ｉｑｒの初期値として、実電流ｉｑをローパスフィルタにてフィルタ処理した電流を用いたがこれに限らず、例えば実電流ｉｑそのものを用いてもよい。

・ｄ軸電流操作部２２０による制御から電流ベクトル制御部１００による制御へと切り替えられるに際し、指令電流ｉｄｒ（ｖ）をｄ軸電流操作部２２０による指令電流ｉｄｒ（ｗ）から指令電流設定部１０２によって設定される指令電流ｉｄｒ（ｖ）へと徐々に移行させるとともに、指令電流ｉｑｒ（ｖ）を実電流ｉｑ（ｉｑｌｐｆ）から指令電流設定部１０２によって設定される指令電流ｉｑｒへと徐々に移行させる手法としては、上記第１の実施形態で例示したものに限らない。例えば、ｄ軸電流操作部２２０よるｄ軸の指令電流ｉｄｒ（ｗ）を初期値とする比例積分演算器の出力と指令電流設定部１０２によって設定される指令電流ｉｄｒ（ｖ）との差を上記比例積分演算器の入力とし、比例積分演算器の出力と設定される指令電流ｉｄｒ（ｖ）との差が所定以上である間比例積分演算器の出力を指令電流ｉｄｒとして採用してもよい。

・ｑ軸電流操作部２１０による制御から電流ベクトル制御部１００による制御へと切り替えられるに際し、指令電流ｉｑｒをｑ軸電流操作部２１０による指令電流ｉｑｒ（ｗ）から指令電流設定部１０２によって設定される指令電流ｉｑｒ（ｖ）へと徐々に移行させるとともに、指令電流ｉｄｒ（ｖ）を実電流ｉｄ（ｉｄｌｐｆ）から指令電流設定部１０２によって設定される指令電流ｉｄｒ（ｖ）へと徐々に移行させる手法としては、上記第１の実施形態で例示したものに限らない。例えば、ｑ軸電流操作部２１０によるｑ軸の指令電流ｉｑｒ（ｗ）を初期値とする比例積分演算器の出力と指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｑｒ（ｖ）との差を上記比例積分演算器の入力とし、比例積分演算器の出力と指令電流ｉｑｒ（ｖ）との差が所定以上である間比例積分演算器の出力を指令電流ｉｄｒとして採用してもよい。

・上記各実施形態では、電流ベクトル制御部１００による制御から弱め界磁制御部２００による制御への切り替えに際し、トルク制御器２１２，２２２の積分器の初期値を、指令電流設定部１０２の設定する指令電流ｉｑｒ，ｉｄｒとしたが、これに限らない。例えば、実電流ｉｑ，ｉｄとしてもよい。

・上記各実施形態では、固定座標系での実電流ｉα、ｉβ及び印加電圧を入力とする拡張誘起電圧オブザーバを用いて回転角度θを推定したがこれに限らない。例えば回転座標系での実電流ｉｄ，ｉｑ及び印加電圧を入力とする拡張誘起電圧オブザーバを用いて回転角度θを推定してもよい。

・回転角度θに関する情報を取得する手段としては、拡張誘起電圧に基づき推定される回転角度θを取得するものに限らない。例えばレゾルバを備えるシステムにあっては、その検出値を取得する手段であってもよい。この場合、センサレスとする場合と比較して、電流ベクトル制御部１００による制御の制御性が高い電圧利用率まで安定する傾向にあるため、この場合には、制限電圧ＶＬを上記各実施形態よりも大きく設定してもよい。最も、制限電圧ＶＬの値については、要求仕様に応じて例えば変調率「１」に対応する値とする等、適宜変更してよい。

・上記各実施形態では、弱め界磁制御部２００による制御時において、上記制限電圧ＶＬに基づく指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒにてインバータＩＶを直接操作したがこれに限らない。例えば、相電流の振幅中心がばらつく状況下、このばらつきを制御するための操作量を、上記弱め界磁制御部２００における指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒのベクトルノルムの補正量としてもよい。この場合であっても、指令電流とトルクとの関係は、先の図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示した関係に近似すると考えられるため、本発明の適用は有効である。

・突極機としては、ＩＰＭＳＭに限らない。例えば、同期リラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）であってもよい。

・回転機としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものであってもよい。更に、回転機としては、車両の駆動系を構成するものにも限らない。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる操作信号の生成処理に関するブロック図。 同実施形態にかかる電流ベクトル制御と弱め界磁制御との切り替え態様を示す図。 同実施形態にかかる電流ベクトル制御から弱め界磁制御への切り替え処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる弱め界磁制御から電流ベクトル制御への切り替え処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる弱め界磁制御から電流ベクトル制御への切り替えに際しての電流ベクトル制御の初期値の設定処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる電流ベクトル制御から弱め界磁制御への切り替えに際しての弱め界磁制御の初期値の設定処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるｑ軸電流操作部とｄ軸電流操作部との切り替えの必要性を説明する図。 同実施形態にかかるｑ軸電流操作部とｄ軸電流操作部との切り替え処理の手順を示す流れ図。 同実施形態の効果を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかる操作信号の生成処理に関するブロック図。

符号の説明

１０…モータジェネレータ、１４…制御装置、１００…電流ベクトル制御部(低電圧制御手段の一実施形態)、１０２…指令電流設定部、２００…弱め界磁制御部、２１０…ｑ軸電流操作部、２２０…ｄ軸電流操作部。

Claims (18)

1. 回転機の端子を直流電源の正極及び負極のそれぞれに接続するスイッチング素子を備える電力変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、
   前記回転機の磁極方向に対する直交方向成分の指令電流と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき２次元座標系の指令電圧を設定することで、前記直交方向成分の指令電流のみに基づき前記制御量を制御する直交方向電流操作手段と、
   前記回転機の磁極方向成分の指令電流と前記電力変換回路の入力電圧とに基づき前記２次元座標系の指令電圧を設定することで、前記磁極方向成分の指令電流のみに基づき前記制御量を制御する磁極方向電流操作手段と、
   前記回転機のトルクが所定以上となる場合には、前記直交方向電流操作手段による制御よりも前記磁極方向電流操作手段による制御を優先させる優先手段とを備えることを特徴とする回転機の制御装置。
2. 前記直交方向電流操作手段及び前記磁極方向電流操作手段は、前記２次元座標系の指令電圧を前記電力変換回路の入力電圧に基づき定まる固定値に設定するものであることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
3. 前記制御量は、前記回転機のトルクであり、
   前記優先手段は、前記回転機に対するトルクの指令値、前記回転機のトルクの少なくとも一方を入力として前記回転機のトルクが所定以上となるか否かを判断することを特徴とする請求項１又は２記載の回転機の制御装置。
4. 前記優先手段は、前記回転機を流れる電流、前記回転機に対する電流の指令値の少なくとも一方を入力として前記回転機のトルクが所定以上となるか否かを判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
5. 前記優先手段は、前記判断に際し、前記回転機の回転速度を加味することを特徴とする請求項３又は４記載の回転機の制御装置。
6. 前記制御量の制御は、前記制御量を指令値へとフィードバック制御することで行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
7. 前記優先手段は、前記回転機のトルクに応じて前記直交方向電流操作手段と前記磁極方向電流操作手段とのいずれか一方を選択的に用いるものであり、
   前記磁極方向電流操作手段は、前記制御量とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向成分の指令電流を設定する手段を備えて且つ、前記優先手段によって磁極方向電流操作手段による制御へと切り替えられる際、前記磁極方向成分の指令電流を設定するための積分演算の初期値を、前記磁極方向成分の実際の電流に応じて設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
8. 前記優先手段は、前記回転機のトルクに応じて前記直交方向電流操作手段と前記磁極方向電流操作手段とのいずれか一方を選択的に用いるものであり、
   前記直交方向電流操作手段は、前記制御量とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記直交方向成分の指令電流を設定する手段を備えて且つ、前記優先手段によって直交方向電流操作手段による制御へと切り替えられる際、前記直交方向成分の指令電流を設定するための積分演算の初期値を、前記直交方向成分の実際の電流に応じて設定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
9. 前記優先手段は、前記回転機のトルクに応じて前記直交方向電流操作手段と前記磁極方向電流操作手段とのいずれか一方を選択的に用いるものであり、
   前記直交方向電流操作手段は、前記直交方向成分の指令電流と実際の電流との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向成分の指令電圧を算出する手段を備え、
   前記磁極方向電流操作手段は、前記磁極方向成分の指令電流と実際の電流との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向成分の指令電圧を算出する手段を備え、
   前記優先手段によって前記磁極方向電流操作手段及び前記直交方向電流操作手段の一方による制御から他方による制御へと切り替えられる際、前記他方についての前記磁極方向成分の指令電圧を算出するための積分演算の初期値を、前記一方の前記積分演算値に基づき設定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
10. 前記電力変換回路の電圧利用率が所定以下である状況下、前記回転機を流れる電流をその指令値にフィードバック制御する低電圧制御手段を備え、
    前記直交方向電流操作手段と前記磁極方向電流操作手段とは、前記電圧利用率が高い領域において前記低電圧制御手段に代えて前記電力変換回路を操作する手段であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
11. 前記低電圧制御手段は、前記回転機を流れる電流についての前記磁極方向成分及び前記直交方向成分の双方の指令値を設定する設定手段を備え、
    前記磁極方向電流操作手段による制御から前記低電圧制御手段による制御へと切り替えられるに際し、前記磁極方向成分の指令値を前記磁極方向電流操作手段による前記磁極方向成分の電流の指令値から前記設定手段によって設定される指令値へと徐々に移行させるとともに、前記直交方向成分の指令値を前記直交方向成分の実際の電流から前記設定手段によって設定される指令値へと徐々に移行させることを特徴とする請求項１０記載の回転機の制御装置。
12. 前記低電圧制御手段は、前記回転機を流れる電流についての前記磁極方向成分及び前記直交方向成分の双方の指令値を設定する設定手段を備え、
    前記直交方向電流操作手段による制御から前記低電圧制御手段による制御へと切り替えられるに際し、前記直交方向成分の指令値を前記直交方向電流操作手段による前記直交方向成分の電流の指令値から前記設定手段によって設定される指令値へと徐々に移行させるとともに、前記磁極方向成分の指令値を前記磁極方向成分の実際の電流から前記設定手段によって設定される指令値へと徐々に移行させることを特徴とする請求項１０又は１１記載の回転機の制御装置。
13. 前記低電圧制御手段は、前記回転機を流れる電流についての前記磁極方向成分及び前記直交方向成分の双方の指令値を設定する設定手段を備え、
    前記磁極方向電流操作手段は、前記制御量とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向成分の指令電流を設定する手段を備えて且つ、前記低電圧制御手段による制御から前記磁極方向電流操作手段による制御へと切り替えられるに際し、前記磁極方向成分の指令電流を設定するための積分演算の初期値を、前記設定手段の設定する前記磁極方向成分の指令値とすることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
14. 前記低電圧制御手段は、前記回転機を流れる電流についての前記磁極方向成分及び前記直交方向成分の双方の指令値を設定する設定手段を備え、
    前記直交方向電流操作手段は、前記制御量とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記直交方向成分の指令電流を設定する手段を備えて且つ、前記低電圧制御手段による制御から前記直交方向電流操作手段による制御へと切り替えられるに際し、前記直交方向成分の指令電流を設定するための積分演算の初期値を、前記設定手段の設定する前記直交方向成分の指令値とすることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
15. 前記低電圧制御手段は、前記２次元座標系での前記回転機を流れる電流とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記２次元座標系での指令電圧を設定するものであり、
    前記磁極方向電流操作手段による制御から前記低電圧制御手段による制御へと切り替えられるに際し、前記２次元座標系での指令電圧を設定するための積分演算の初期値を、前記磁極方向電流操作手段による前記２次元座標系の指令電圧に応じて設定することを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
16. 前記低電圧制御手段は、前記２次元座標系での前記回転機を流れる電流とその指令値との差に応じた積分演算に基づき前記２次元座標系での指令電圧を設定するものであり、
    前記直交方向電流操作手段による制御から前記低電圧制御手段による制御へと切り替えられるに際し、前記２次元座標系での指令電圧を設定するための積分演算の初期値を、前記直交方向電流操作手段による前記２次元座標系の指令電圧に応じて設定することを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
17. 前記低電圧制御手段は、前記２次元座標系での前記回転機を流れる電流をその指令値にフィードバック制御するための操作量として前記２次元座標系での指令電圧を設定するものであり、
    前記磁極方向電流操作手段は、前記磁極方向成分の指令電流と実際の電流との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向の指令電圧を設定するものであり、前記低電圧制御手段による制御から前記磁極方向電流操作手段による制御へと切り替えられるに際し、前記磁極方向の指令電圧を設定するための積分演算の初期値を、前記低電圧制御手段による前記磁極方向成分の指令電圧に基づき設定することを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
18. 前記低電圧制御手段は、前記２次元座標系での前記回転機を流れる電流をその指令値にフィードバック制御するための操作量として前記２次元座標系での指令電圧を設定するものであり、
    前記直交方向電流操作手段は、前記直交方向成分の指令電流と実際の電流との差に応じた積分演算に基づき前記磁極方向の指令電圧を設定するものであり、前記低電圧制御手段による制御から前記直交方向電流操作手段による制御へと切り替えられるに際し、前記磁極方向の指令電圧を設定するための積分演算の初期値を、前記低電圧制御手段による前記磁極方向成分の指令電圧に基づき設定することを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。

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