JP2010081658A

JP2010081658A - 回転電機制御システム

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Publication number: JP2010081658A
Application number: JP2008243633A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ito; 武志伊藤; Takashi Ogawa; 崇小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: JP5311950B2; US20100072925A1; US8274247B2

Abstract

【課題】回転電機とインバータとを含めた回転電機システム全体の効率を向上させることである。
【解決手段】回転電機制御システム１０の制御部３０は、ｄｑ平面上において、回転電機を最大効率で運転できるｄ軸電流とｑ軸電流の電流組を結んで得られる最大効率特性線上で、第１電流指令を実行する第１電流指令モジュール４０と、回転電機の動作点が最大効率特性線よりも遅角側に予め設定された位相差を有し、トルクを上昇させながら過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードへの制御モード切替を行う際に、最大効率特性線上にて制御モード切替を行うよりも早期に制御モード切替を行える早期切替可能特性線上で、第２電流指令を実行する第２電流指令モジュール４２と、トルクを上昇させながら電流指令を第１電流指令から第２電流指令に移行する移行モジュール４４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機制御システムに係り、特に、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替える回転電機制御システムに関する。

回転電機をインバータによって駆動する場合に、その制御方法として、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を使い分けることが行われている。すなわち、回転電機の高出力化と小型化とを両立させるためには、１パルススイッチングを用いる矩形波電圧位相制御モードが必要であり、低速領域で優れた特性を有する正弦波電流制御モードと、中速領域で用いられる過変調電流制御モードとの間のモード切替を行いながら、最適に回転電機を制御している。

ここで、正弦波電流制御モードと過変調電流制御モードとは、電流フィードバック制御であり、電圧指令と搬送波（キャリア）とを比較することでパルス幅変調（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）パターンを回転電機に出力する制御である。一方、矩形波電圧位相制御モードは、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。

正弦波電流制御モードと過変調電流制御モードにおいては、ＰＷＭ技術によって擬似正弦波を生成し、ベクトル制御と呼ばれる方法を用いて電流位相によってトルク制御が行われる。ここでは、ベクトル制御に用いられるｄ軸とｑ軸によって規定されるｄｑ平面において、ｄ軸電流とｑ軸電流との間の電流位相βとトルクτとの間の関係式を立て、この式に基いて電流位相βを変化させて所望のトルクτを得る。

そして、電流位相βとトルクτとの間の関係式において、トルクτを電流位相βで微分して得られる式をゼロとおいて、最大トルクを得るための電流位相βの関係式を求めることができる。最大トルクを得るための電流位相βの関係式をｄｑ平面上で示すと、回転電機を最大効率で運転できるｄ軸電流とｑ軸電流の電流組を結んで得られる最大効率特性線となる。正弦波電流制御モードと過変調電流制御モードにおいては、この最大効率特性線上で電流指令を実行することで、回転電機の最大効率運転を行うことができる。

正弦波電流制御モードから過変調電流制御モード、過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードの３つのモードの間の切替は、変調率、あるいは変調率に相当する電圧指令振幅によって行われる。ここで変調率とは、インバータの出力電圧に対する信号振幅の比である。

例えば、特許文献１には、永久磁石同期電動機の制御装置において、コンバータ（インバータ）の出力電圧Ｅ_d一定の条件でトルクの制御をするために、矩形波である方形波電圧の信号振幅である線間基本波電圧は、Ｅ_d｛（６）^1/2｝／π＝０．７８Ｅ_dであり、正弦波と三角波の比較によるＰＷＭ方式の場合の信号振幅である線間基本波電圧は、Ｅ_d｛（３）^1/2｝／２｛（２）^1/2｝＝０．６１Ｅ_dであることが述べられている。

また、特許文献２には、交流電動機の駆動制御装置として、電圧振幅が基準三角波のピーク値の１．００倍を超えたらＰＷＭ電流制御モードから過変調制御モードに切り替え、電圧振幅が基準三角波のピーク値の１．２７倍を超えたら矩形波電圧位相制御モードに切り替え、一方実電流位相の絶対値が電流指令位相の絶対値未満となったら矩形波電圧位相制御モードから過変調制御モードに切り替えることが述べられている。

特開平１１−２９９２９７号公報特開２００８−１１６８２号公報

上記のように、ＰＷＭ技術においては、最大効率特性線上で電流指令を実行することで回転電機のトルクを最大効率で出力させることができる。ところで、特許文献１に述べられているように、正弦波と三角波の比較によるＰＷＭ方式の場合は、変調率が０．６１であり、矩形波を信号振幅とするときは、変調率が０．７８である。このように、回転電機を高出力にするには、変調率を大きくできる矩形波電圧位相制御の方が適している。

このことは、最大効率特性線上における電流指令の実行は、回転電機自体を最大効率で運転できるが、インバータを含めた回転電機システム全体の効率を考えると、必ずしも最大効率ではないことになる。

本発明の目的は、回転電機とインバータとを含めた回転電機システム全体の効率を向上させることを可能とする回転電機制御システムを提供することである。

本発明に係る回転電機制御システムは、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替える回転電機制御システムであって、直交するｄ軸とｑ軸とで構成されるｄｑ平面上において、回転電機を最大効率で運転できるｄ軸電流とｑ軸電流の電流組を結んで得られる最大効率特性線上で、第１電流指令を実行する第１電流指令手段と、ｄｑ平面上で、回転電機の動作点が最大効率特性線よりも遅角側に予め設定された位相差を有し、トルクを上昇させながら過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードへの制御モード切替を行う際に、最大効率特性線上にて制御モード切替を行うよりも早期に制御モード切替を行える早期切替可能特性線上で、第２電流指令を実行する第２電流指令手段と、トルクを上昇させながら電流指令を第１電流指令から第２電流指令に移行する移行手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、移行手段は、回転電機に対する要求駆動力と現在の出力駆動力とを比較し、要求駆動力が出力駆動力よりも大きく、要求駆動力を満たす回転電機駆動電圧が矩形波電圧位相制御モードの領域に属するようになるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、移行手段は、第１電流指令の下で実行中の電流指令値に対応する電圧指令値である第１電圧指令値と、要求駆動力に基づくトルク指令から第２電流指令の下で算出される電流指令値に対応する電圧指令値である第２電圧指令値とを比較し、第２電圧指令値が第１電圧指令値より大きくなるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、移行手段は、回転電機駆動電圧が予め設定された駆動電圧閾値を超えたとき、回転電機を駆動するインバータの出力電圧が予め設定された出力電圧閾値を超えたとき、インバータの出力電圧の変調率が予め設定された変調率閾値を超えたときのいずれか１のときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、移行手段は、回転電機のトルクが予め設定されたトルク閾値を超えたときであって、回転電機の回転数が予め設定された回転数閾値を超えたときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、移行手段は、予め設定された切替条件の下で正弦波電流制御モードから過変調電流制御モードに切り替わったときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、ｄｑ平面上で最大効率特性線よりも遅角側で、かつ早期切替可能特性線よりも進角側に予め設定される中間特性線上で、第３電流指令を実行する中間電流指令実行手段を備え、移行手段は、電流指令を第１電流指令から第３電流指令を経由して第２電流指令に移行することが好ましい。

上記構成により、回転電機制御システムは、ｄｑ平面上において、回転電機を最大効率で運転できるｄ軸電流とｑ軸電流の電流組を結んで得られる最大効率特性線上で、第１電流指令を実行し、最大効率特性線よりも遅角側に予め設定された位相差を有し、トルクを上昇させながら過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードへの制御モード切替を行う際に、最大効率特性線上にて制御モード切替を行うよりも早期に制御モード切替を行える早期切替可能特性線上で、第２電流指令を実行することとして、トルクを上昇させながら電流指令を第１電流指令から第２電流指令に移行する。最大効率特性線上で第１電流指令を実行するときは回転電機を最大効率で運転できる。早期切替可能特性線上で第２電流指令を実行するときは、回転電機を最大効率で運転することはできないが、トルクを上昇させてゆくときに早期に矩形波電圧位相制御モードに移行できるので、インバータの効率を向上させることができる。そこで、最大効率特性線上の第１電流指令の実行から、早期切替可能特性線上の第２電流指令の実行に適切に移行することで、回転電機とインバータとを含む回転電機システムの全体としての効率を向上させることができる。

また、回転電機制御システムにおいて、回転電機に対する要求駆動力と現在の出力駆動力とを比較し、要求駆動力が出力駆動力よりも大きく、要求駆動力を満たす回転電機駆動電圧が矩形波電圧位相制御モードの領域に属するようになるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行する。このように、駆動力が増大しつつあり、駆動電圧が矩形波電圧位相制御モードの領域に属するときに第２電流指令に移行することで、早めに回転電機とインバータとを含む回転電機システムの全体としての効率を向上させることができる。

また、回転電機制御システムにおいて、第１電流指令の下で実行中の電流指令値に対応する電圧指令値である第１電圧指令値と、要求駆動力に基づくトルク指令から第２電流指令の下で算出される電流指令値に対応する電圧指令値である第２電圧指令値とを比較し、第２電圧指令値が第１電圧指令値より大きくなるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行する。このように電圧指令値が増大しつつあるときに第２電流指令に移行することで、早めに回転電機とインバータとを含む回転電機システムの全体としての効率を向上させることができる。

また、回転電機制御システムにおいて、回転電機駆動電圧が予め設定された駆動電圧閾値を超えたとき、回転電機を駆動するインバータの出力電圧が予め設定された出力電圧閾値を超えたとき、インバータの出力電圧の変調率が予め設定された変調率閾値を超えたときのいずれか１のときに、第１電流指令から第２電流指令に移行する。これによって、トルクが増大しつつあるとき等に第２電流指令に移行することで、早めに回転電機とインバータとを含む回転電機システムの全体としての効率を向上させることができる。

また、回転電機制御システムにおいて、回転電機のトルクが予め設定されたトルク閾値を超えたときであって、回転電機の回転数が予め設定された回転数閾値を超えたときに、第１電流指令から第２電流指令に移行する。トルクと回転数は、回転電機のパワーに関係するので、これらが増大しつつあるときに第２電流指令に移行することで、早めに回転電機とインバータとを含む回転電機システムの全体としての効率を向上させることができる。

また、回転電機制御システムにおいて、予め設定された切替条件の下で正弦波電流制御モードから過変調電流制御モードに切り替わったときに、第１電流指令から第２電流指令に移行する。これにより、矩形波電圧位相制御モードに切り替わる前に第２電流指令に移行することで、早めに回転電機とインバータとを含む回転電機システムの全体としての効率を向上させることができる。

また、回転電機制御システムにおいて、ｄｑ平面上で最大効率特性線よりも遅角側で、かつ早期切替可能特性線よりも進角側に予め設定される中間特性線を設け、電流指令を第１電流指令から中間特性線上の第３電流指令を経由して第２電流指令に移行する。これによって、移行を滑らかに行うことができる。

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、回転電機制御システムが用いられるものとして回転電機が搭載される車両を説明するが、これは例示であって、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替える回転電機制御システムを用いるものであればよい。また、この車両には、車両には、回転電機として、１台でモータ機能と発電機機能とを有するモータ・ジェネレータを２台用いるものとして説明するが、これは例示であって、モータ機能のみを有する回転電機を１台、発電機機能のみを有する回転電機を１台用いるものとしてもよい。また、モータ・ジェネレータを１台用いるものとしてもよく、３台以上用いるものとしてもよい。

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。

図１は、車両に搭載される回転電機についての回転電機制御システム１０についてその構成を示す図である。車両は、エンジン１２と、蓄電装置１４とを動力源とし、第１の回転電機（ＭＧ１）１８と第２の回転電機（ＭＧ２）２０とを備え、さらに、蓄電装置１４と２つの回転電機１８，２０との間に接続されて設けられるコンバータ・インバータである電源回路１６と、エンジン１２と第１の回転電機１８と第２の回転電機２０との間の動力分配を行うための動力分配機構２２と、動力分配機構２２と第２の回転電機２０との間に設けられる変速機２４と、変速機２４から駆動力を受け取る車輪あるいはタイヤ２６と、これらの要素の作動を全体として制御する制御部３０を備えて構成される。

回転電機制御システム１０は、これらの構成要素のうち、主に、２つの回転電機１８，２０と、電源回路１６と、制御部３０を含む部分に相当する。これら以外の構成要素は、いわゆるハイブリッド車両等によく用いられる要素であるので、詳細な説明を省略する。

第１の回転電機（ＭＧ１）１８と第２の回転電機（ＭＧ２）２０は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、蓄電装置１４から電力が供給されるときはモータとして機能し、エンジン１２による駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する３相同期型回転電機である。

ここで、第１の回転電機（ＭＧ１）１８は、エンジン１２によって駆動されて発電機として用いられ、発電された電力を電源回路１６のコンバータ・インバータを介して蓄電装置１４に供給するものとして用いられる。また、第２の回転電機（ＭＧ２）２０は、車両走行のために用いられ、力行時には蓄電装置１４から直流電力の供給を受けて電源回路１６のコンバータ・インバータを介して変換された交流電力によってモータとして機能して車両のタイヤ２６を駆動し、制動時には発電機として機能して回生エネルギを回収し、電源回路１６のコンバータ・インバータを介して蓄電装置１４に供給するものとできる。

電源回路１６は、上記のように、蓄電装置１４と２つの回転電機１８，２０との間に配置される回路であって、コンバータ、インバータの他、平滑コンデンサ等を含んで構成される。

電源回路１６に含まれるコンバータは、蓄電装置１４とインバータの間に配置され、電圧変換機能を有する回路である。コンバータとしては、リアクトルと制御部３０の制御の下で作動するスイッチング素子等を含んで構成することができる。電圧変換機能としては、蓄電装置側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ側に供給する昇圧機能と、インバータ側からの電力を蓄電装置側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。昇圧機能に着目するときは、コンバータを昇圧回路と呼ぶことができる。

電源回路１６に含まれるインバータは、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路である。インバータは、制御部３０の制御の下で作動する複数のスイッチング素子を含んで構成される。上記のように、第１の回転電機（ＭＧ１）１８と第２の回転電機（ＭＧ２）２０は、用途も動作点条件も異なるので、インバータは、その内部で２つのインバータ回路で構成されている。２つのインバータ回路のうち１つは第１の回転電機（ＭＧ１）１８の作動用のインバータ回路であり、もう１つは第２の回転電機（ＭＧ２）２０の作動用のインバータ回路である。

上記のように、第１の回転電機（ＭＧ１）１８を発電機として機能させるときは、その作動用インバータ回路は、第１の回転電機（ＭＧ１）１８からの交流３相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、第２の回転電機（ＭＧ２）２０の作動用インバータ回路は、車両が力行のとき、蓄電装置側からの直流電力を交流３相駆動電力に変換し、第２の回転電機（ＭＧ２）２０に駆動電力として供給する直交変換機能と、車両が制動のとき、逆に第２の回転電機（ＭＧ２）２０からの交流３相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置側に充電電流として供給する交直変換機能とを有する。

制御部３０は、上記の各要素の作動を全体として制御する機能を有する。例えば、エンジン１２の作動を制御する機能、２つの回転電機１８，２０の作動を制御する機能、電源回路１６の作動を制御する機能、動力分配機構２２の作動を制御する機能、変速機２４の作動を制御する機能等を有する。

かかる制御部３０は、車両の搭載に適した制御装置、例えば車載用コンピュータによって構成することができる。制御部３０を１つのコンピュータで構成することもできるが、必要な処理速度が各構成要素によって異なること等を考慮し、複数のコンピュータにこれらの機能を分担させることもできる。例えば、エンジン１２の作動を制御する機能をエンジン電気制御ユニット（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ：ＥＣＵ）に分担させ、２つの回転電機１８，２０の作動を制御する機能をＭＧ−ＥＣＵに分担させ、電源回路１６の作動を制御する機能をＰＣＵ（ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）に分担させ、全体を統合ＥＣＵで制御する等の構成とすることもできる。

図１において、制御部３０は、これらの機能のうち、特に回転電機制御機能として、回転電機１８，２０と、コンバータ・インバータを含む電源回路１６とで構成される回転電機システムの全体としての効率を向上させる機能を有する部分が示されている。すなわち、制御部３０は、２つの回転電機１８，２０の制御について、正弦波電流制御モードを実行する正弦波電流制御モジュール３２、過変調電流制御モードを実行する過変調電流制御モジュール３４、矩形波電圧位相制御モードを実行する矩形波電圧位相制御モジュール３６を含んで構成される。

また、回転電機システムの全体としての効率を向上させるために、第１電流指令モジュール４０、第２電流指令モジュール４２、移行モジュール４４を含んで構成される。

第１電流指令モジュール４０は、直交するｄ軸とｑ軸とで構成されるｄｑ平面上において、回転電機を最大効率で運転できるｄ軸電流とｑ軸電流の電流組を結んで得られる最大効率特性線上で、第１電流指令を実行する機能を有する。ｄ軸、ｑ軸、ｄｑ平面については後述する。

第２電流指令モジュール４２は、ｄｑ平面上で、回転電機の動作点が最大効率特性線よりも遅角側に予め設定された位相差を有し、トルクを上昇させながら過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードへの制御モード切替を行う際に、最大効率特性線上にて制御モード切替を行うよりも早期に制御モード切替を行える早期切替可能特性線上で、第２電流指令を実行する機能を有する。

移行モジュール４４は、トルクを上昇させながら電流指令を第１電流指令から第２電流指令に移行する機能を有する。

これらの機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、回転電機制御プログラムの中の制御モード切替パートを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。

上記構成の作用、特に制御部３０の各機能について以下に詳細に説明する。なお、２つの回転電機１８，２０の制御は特に区別がないので、以下では、第２の回転電機２０に代表させて、その制御モードの切替等について説明する。

最初に、正弦波電流制御モード、過変調電流制御モード、矩形波電圧位相制御モードについて説明する。

正弦波電流制御モードと過変調電流制御モードとは、電流フィードバック制御であり、電圧指令と搬送波（キャリア）とを比較することでパルス幅変調（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）パターンを回転電機２０に出力する制御である。一方、矩形波電圧位相制御モードは、電気角に応じて１パルススイッチング波形を回転電機２０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。上記のように、これら３つの制御モードは、それぞれ、正弦波電流制御モジュール３２、過変調電流制御モジュール３４、矩形波電圧位相制御モジュール３６によって実行される。

正弦波電流制御モード、過変調電流制御モード、矩形波電圧位相制御モードの３つのモードの間の切替は、変調率、あるいは変調率に相当する電圧指令振幅によって行われる。変調率とは、インバータの出力電圧に対する信号振幅の比である。正弦波と三角波の比較によるＰＷＭ方式の場合は、変調率が｛（３）^1/2｝／２｛（２）^1/2｝＝０．６１であり、矩形波を信号振幅とするときの変調率が｛（６）^1/2｝／π＝０．７８である。

このように、回転電機２０を高出力にするには、変調率を大きくできる矩形波電圧位相制御の方が適している。一方で、正弦波電流制御モード、過変調電流制御モードにおいては、ＰＷＭ技術によって形成される擬似正弦波を用いるので、矩形波電圧位相制御モードに比べ、応答を速くすることができる。これらのことから、低速領域では、正弦波電流制御モード、中速領域では過変調電流制御モード、高速領域で矩形波電圧位相制御モードを用いることが好ましい。

図２は、回転電機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２０の回転数を横軸に、トルクを縦軸にとり、その最大トルク特性線５０を示し、さらに、最大トルク特性線５０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。この図に示されるように、低速側に正弦波電流制御モード作動領域５２が、高速側に矩形波電圧位相制御モード作動領域５６が、その中間に過変調電流制御モード作動領域５４がそれぞれ設定されている。

図３、図４は、それぞれ、過変調電流制御モード、矩形波電圧位相制御モードについて、相電流波形と相間電圧波形の様子を示す図である。これらの図の横軸は時間、縦軸は電流または電圧である。図３に示されるように、過変調電流制御モードでは、相間電圧波形がパルス幅変調されたパルスの集合であり、相電流波形はＰＷＭ技術によって形成された擬似正弦波となる。矩形波電圧位相制御モードでは、相間電圧が電圧位相制御を受けた矩形波波形となる。

これらの図に示されるように、過変調電流制御モードの電流波形、電圧波形に比べ、矩形波電圧位相制御モードの電流波形、電圧波形の方が安定性がよい。これは、ＰＷＭ技術においては、電気周期とパルス数を揃える必要があるが、回転変動を推定するので、同期にバラツキが出ることがあり、特に過変調電流制御モードの場合、正弦波電流制御モードに比べ高トルク、高回転であるので、その傾向が顕著となるためである。このように、制御信号の安定性の観点からは、正弦波電流制御モードから過変調電流制御モード、過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードへと移行する際に、過変調電流制御モードの期間を短くすることが望ましい。

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２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２０の動作点の状態に応じて、制御モードの切替が行われる。速度とトルクを次第に上げて行くにつれて、正弦波電流制御モードから過変調電流制御モード、過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードへと制御モードを切り替える。その場合に、以下のように変調率によって、制御モードの切替を行うものとできる。すなわち、変調率が０．６１以下のときに正弦波電流制御モード、変調率が０．６１から０．７８の間は過変調電流制御モード、変調率が０．７８となれば矩形波電圧位相制御モードを用いるように制御モードを切り替える。

図５は、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２０のベクトル制御に用いられるｄ軸とｑ軸によって規定されるｄｑ平面が示される。回転界磁型の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軸にとられ、ｄ軸に直交する軸がｑ軸に取られる。ｄｑ平面は、このｄ軸とｑ軸とを直交する座標軸として構成される平面である。

ここで、回転電機２０のｄ軸インダクタンスをＬ_d、ｑ軸インダクタンスをＬ_q、巻線抵抗をＲ、電気角速度をω、逆起電力定数をψ、ｄ軸電流をＩ_d、ｑ軸電流をＩ_q、ｄ軸電圧をＶ_d、ｑ軸電圧をＶ_qとすると、回転電機の理論式は以下のように示すことができる。

すなわち、ｄ軸電圧Ｖ_dは、Ｖ_d＝Ｒ×Ｉ_d−ω×Ｌ_q×Ｉ_qで与えられる。また、ｑ軸電圧Ｖ_qは、Ｖ_q＝Ｒ×Ｉ_q＋ω×Ｌ_d×Ｉ_d＋ωψで与えられる。また、回転電機２０の極数をｐとして、トルクτは、τ＝ｐψＩ_q＋ｐ（Ｌ_d−Ｌ_q）Ｉ_dＩ_qで与えられる。

ｄ軸電流とｑ軸電流とで規定される電流ベクトルの絶対値Ｉ_aをＩ_a＝（Ｉ_d ²＋Ｉ_q ²）^1/2とし、電流位相βをβ＝ｔａｎ^-1（Ｉ_q／Ｉ_d）とすると、トルクτの式が電流位相βで表すことができる。すなわち、トルクτ＝ｐψＩ_aｓｉｎβ＋（１／２）×ｐ（Ｌ_d−Ｌ_q）Ｉ_a ²×ｓｉｎ２βで与えられる。この式は、電流位相βでトルクτが制御できることを示している。すなわち、電流位相とは、電流におけるｄ軸電流成分とｑ軸電流成分との間の位相を示すものである。

このようにして、電流位相βを制御することで回転電機２０のトルクを制御できる。なお、最大トルクを与える電流位相βは、上記トルクτの式を電流位相βで微分してその値をゼロとおいた式に基いて求めることができる。すなわち、β＝ｃｏｓ^-1〔［−ψ＋｛ψ²−８（Ｌ_d−Ｌ_q）²｝^1/2］／４（Ｌ_d−Ｌ_q）Ｉ_a〕で最大トルクのときの電流位相βが求められる。このように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２０を最大効率で運転できる特性線を求めることができる。

図５には、このようにして求められる最大効率特性線６２が示される。この最大効率特性線６２上で電流指令を実行すれば、回転電機２０を最大効率で運転することができる。この最大効率特性線６２上で実行される電流指令を、後に出てくる他の電流指令と区別するために、第１電流指令と呼ぶことにする。

この最大効率特性線６２は、最大トルクのときの電流位相βを満たすｄ軸電流とｑ軸電流の電流組を結んで得られる特性線であるが、これらのｄ軸電流、ｑ軸電流に対応するｄ軸電圧、ｑ軸電圧の電圧組を結んで得られる特性線が図５において第１電圧指令特性線７２として示されている。

図５で示される最大電圧円７０は、回転電機２０に供給される最大電圧を示す線であり、矩形波電圧位相制御モードでは、その電圧振幅が一定のときは、この最大電圧円７０の上で、電圧位相を制御することで出力されるトルクの大きさを制御することができる。したがって、この最大電圧円７０の内部の第１電圧指令特性線７２は、正弦波電流制御モードおよび過変調電流制御モードにおける最大効率運転のときの電圧指令のｄ軸電圧とｑ軸電圧の電圧組を示すものである。第１電流指令に対応して、この電圧指令を第１電圧指令と呼ぶことにする。

このようにして、ｄｑ平面を用いることで、正弦波電流制御モードおよび過変調電流制御モードにおける最大効率運転のときの第１電流指令が実行される最大効率特性線６２、これに対応する第１電圧指令が実行される第１電圧指令特性線７２が示される。また、矩形波電圧位相制御モードにおける電圧指令は、最大電圧円７０上で実行されることが示される。

なお、図５には、等トルク特性線６０がいくつか例示されている。等トルク特性線は、トルクτの式であるτ＝ｐψＩ_q＋ｐ（Ｌ_d−Ｌ_q）Ｉ_dＩ_qで示されるように、ｄｑ平面で双曲線に似た特性線として与えられる。

図５において示される早期切替可能特性線６４は、ｄｑ平面上で、回転電機２０の動作点が最大効率特性線６２よりも遅角側に予め設定された位相差を有する特性線である。この特性線を早期切替可能特性線６４と呼ぶ理由は、この特性線が、最大効率特性線６２よりも遅角側に予め設定された位相差を有するために、トルクを上昇させながら過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードへの制御モード切替を行う際に、以下に述べるように、最大効率特性線６２上にて制御モード切替を行うよりも早期に制御モード切替を行うことができるからである。ここで、早期切替可能特性線６４上で実行される電流指令を第２電流指令と呼ぶことにする。

なお、図５には、早期切替可能特性線６４を構成するｄ軸電流とｑ軸電流の電流組に対応するｄ軸電圧、ｑ軸電圧の電圧組を結んで得られる特性線が第２電圧指令特性線７４として示されている。この第２電圧指令特性線上で実行される電圧指令を第２電圧指令と呼ぶことにする。

上記のように、ｄ軸電圧Ｖ_dは、Ｖ_d＝Ｒ×Ｉ_d−ω×Ｌ_q×Ｉ_qで与えられ、ｑ軸電圧Ｖ_qは、Ｖ_q＝Ｒ×Ｉ_q＋ω×Ｌ_d×Ｉ_d＋ωψで与えられる。ここで、Ｉ_d，Ｉ_qとＶ_d，Ｖ_qとの関係を見ると、Ｒが小さい場合には、Ｖ_dはＩ_qが大きくなるほど反対側の符号で大きな値となり、Ｖ_qはＩ_dが大きくなれば同じ符号で大きな値となる。したがって、非常に概括的にいえば、電圧特性線は、電流特性線のｄ軸とｑ軸を互いに置き換えたような特性線となる。図５についていえば、最大効率特性線６２と第１電圧指令特性線７２とは、互いに直交に近い関係となる。

上記のように、矩形波電圧位相制御モードでは、電圧指令は、最大電圧円７０の上で実行されるので、この電圧指令に対応する電流指令特性線は、この最大電圧円７０の上の電圧指令特性線にほぼ直交する特性線となる。図５の例では、矩形波矩形波電圧位相制御モードのときの電圧指令は、最大電圧円７０の中でほぼｄ軸に直交する部分上で実行されるので、この電圧指令に対応する電流指令は、ほぼｄ軸に平行な特性線上で実行されることになる。その場合には、ｄｑ平面上で最大効率特性線６２より遅角側に設定された早期切替可能特性線６４の方が、トルクを上げていったときに、より低いトルクで過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードに制御モードを切り替えることができる。

その様子を図６と図７を用いて説明する。これらの図は、図５と同じようにｄｑ平面を示すものである。ここで、図６は、最大効率特性線６２上において過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードに制御モードを切り替える場合を示し、図７は、早期切替可能特性線６４上において過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードに制御モードを切り替える場合を示す。これらの図で、最大効率特性線６２と早期切替可能特性線６４には、等トルクの対応する点をそれぞれ示してある。

図６は、上記のように、最大効率特性線６２上において過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードに制御モードを切り替える場合の様子を示す図である。このときの電圧位相軌跡９０は、第１電圧指令特性線７２上を通過し、最大電圧円７０に達し、その後は、最大電圧円７０上に沿うものとなる。電圧位相軌跡９０が最大電圧円７０に達したときに矩形波電圧位相制御モードに制御モードが切り替えられる。

これに対応する電流位相軌跡８０は、最大効率特性線６２上に沿って図６に示す矢印の方向に移動し、電圧位相軌跡９０が最大電圧円７０に達したときに対応するところから、図６の例の場合ではほぼｄ軸に平行な方向に向きを変えてさらに移動するものとなる。

図７は、上記のように、最大効率特性線６２よりも遅角側に設定された早期切替可能特性線６４上において過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードに制御モードを切り替える場合の様子を示す図である。このときの電圧位相軌跡９２は、第２電圧指令特性線７４上を通過し、最大電圧円７０に達し、その後は、最大電圧円７０上に沿うものとなる。電圧位相軌跡９０が最大電圧円７０に達したときに矩形波電圧位相制御モードに制御モードが切り替えられる。

これに対応する電流位相軌跡８２は、早期切替可能特性線６４上に沿って図７に示す矢印の方向に移動し、電圧位相軌跡９２が最大電圧円７０に達したときに対応するところから、図７の例の場合ではほぼｄ軸に平行な方向に向きを変えてさらに移動するものとなる。

ここで、図６、図７における最大電圧円７０は同じであるので、電流位相軌跡８０，８２において、ほぼｄ軸に平行な方向の部分は、実は同じ特性線である。この特性線がｄ軸にほぼ平行で延びるものとすると、図７において、早期切替可能特性線６４上からｄ軸にほぼ平行な特性線に曲がるところのトルクが、図６において、最大効率特性線６２上からｄ軸にほぼ平行な特性線に曲がるところのトルクよりも小さな値となる。図６、図７の例では、矩形波電圧位相制御モードに切り替えるときのトルクが、図７の方が図６に比べて、等トルクの対応する点で、１ランク下の小さいトルクとなっている。

このように、最大効率特性線６２よりも遅角側に設定された早期切替可能特性線６４上で電流指令を実行することで、矩形波電圧位相制御モードに制御モードを比較的低いトルクの時点から、つまり早期に切り替えることができる。これによって、矩形波電圧位相制御モードが適用される範囲を拡大でき、その分、インバータにおける効率を向上させることができる。しかしながら、早期切替可能特性線６４は最大効率特性線６２よりも電流位相が異なる設定であるので、回転電機２０の運転の効率からは最大効率特性線６２上で運転されることに比べ損失が大きい。

図８は、回転電機２０と電源回路１６とを含む回転電機システムの全体としての損失であるシステム損失を抑制し、システム効率を最大とする方法を説明する図である。ここでは、回転電機２０のトルクを上昇させる際に、最初は、最大効率特性線６２上で第１電流指令を実行して回転電機２０の効率を最大とする。この処理手順は、図１の制御部３０の第１電流指令モジュール４０の機能によって実行される。

そして、さらにトルクを上げてゆく過程の適当なタイミングで、早期切替可能特性線６４上の第２電流指令の実行に移行する。この処理手順は、制御部３０の移行モジュール４４の機能によって実行される。移行のタイミングの具体的な詳細については後述する。その後、早期切替可能特性線６４上で第２電流指令を実行する。この手順は、制御部３０の第２電流指令モジュール４２の機能によって実行される。

この早期切替可能特性線６４上から矩形波電圧位相制御モードに切り替えることで、矩形波電圧位相制御モードの適用範囲を拡大し、インバータを含む電源回路１６の損失を抑制して効率を向上させる。このように、第１電流指令から適当なタイミングで第２電流指令に移行させることで、回転電機２０の効率の向上と、電源回路１６の効率の向上とを両立させ、回転電機システムの全体としての効率向上を図ることができる。

図９は、車両に搭載される回転電機の制御を行う車両回転電機制御装置１１０の詳細を機能ブロックで説明する図である。なお、図１に示す制御部３０は、この車両回転電機制御装置１１０の一部を構成し、特に電流指令決定処理１４０の一部に対応する。

図９に示されるように、車両回転電機制御装置１１０は、車両制御部１１２と回転電機制御部１１４とで構成される。前者は主に、ユーザの車両に対する加速要求等からトルク指令を算出する機能を有し、後者は、そのトルク指令を実現するための電源回路１６に対する制御信号の生成を行う機能を有する。

車両制御部１１２においては、ユーザによるアクセル開度等を取得して要求駆動力算出処理１２０を行い、これに基いて目標トルクを算出し、回転電機制御部１１４に出力する。また、車両の現在駆動力算出処理１２２を行い、要求駆動力と現在駆動力との偏差に基いてトルク指令算出処理１２４を行い、算出されたトルク指令に対し、適当なトルク指令上下ガード処理１２６と、トルク指令レートガード処理１２８を行い、これらのガード処理後のトルク指令を回転電機制御部１１４に出力する。

ここで、現在駆動力の算出は、例えば、回転電機２０の電圧と電流とからパワーを算出する等の方法を用いることができる。また、トルク指令上下ガードは、車両走行条件、回転電機システムの構成要素の仕様等から実行できるトルクの上限と下限を制限するものである。また、トルク指令レートガードは、トルク指令の変更が急激なものとならないように、予め設定されたトルク指令増減率の範囲でトルク指令の変更を制限するものである。

このようにして、車両制御部１１２から目標トルクとトルク指令とが回転電機制御部１１４に伝送される。回転電機制御部１１４では、伝送されたトルク指令から、最大効率特性線６２上のＩ_d，Ｉ_qの電流組を算出する第１電流指令算出処理１３０が行われる。また、伝送された目標トルクに基づいて、最大効率特性線６２から適当な遅角で設定される早期切替可能特性線６４のＩ_d，Ｉ_qの電流組を算出する第２電流指令算出処理１３２が行われる。早期切替可能特性線６４は、最大効率特性線６２に比較して回転電機２０のトルク出力効率が低いので、その遅角をどの程度に設定するかは、その後の矩形波電圧位相制御モードの適用範囲拡大による電源回路１６の効率向上を考慮しながら、目標トルクの範囲内で行われる。

一方、回転電機２０の電流センサから取得される回転電機電流である３相モータ電流からｄ軸電流とｑ軸電流に変換する３相／２相変換処理１３４と、電源回路１６の電圧センサから取得されるインバータ線間電圧であるＶ_dcと後述する電圧指令算出処理１４２によって算出される電圧指令の信号振幅を用いて変調率Ｖ_aを算出する変調率算出処理１３６が行われる。また、回転電機２０の回転位置を検出する位置センサによって取得された電気角θ_eから回転電機２０の回転数Ｎ_mを算出する回転数算出処理１３８が行われる。

第１電流指令、第２電流指令、変調率、回転数を用いて、第１電流指令の実行、第１電流指令から第２電流指令への移行、第２電流指令の実行に関する電流指令決定処理１４０が行われる。この機能が、図１の制御部３０で説明した第１電流指令モジュール４０、第２電流指令モジュール４２、移行モジュール４４の機能に対応する。

電流指令決定処理１４０によって決定された第１電流指令、第２電流指令と、３相／２相変換処理１３４によって変換された回転電機２０の現在のｄ軸電流、ｑ軸電流とが比較されてこれらの偏差としてのｄ軸電流偏差ΔＩ_d、ｑ軸電流偏差ΔＩ_qが算出され、これらの偏差に対し、ＰＩ制御を含む電圧指令算出処理１４２が行われる。そして、２相／３相変換処理によって、ｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令が、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相電圧に変換され、位置センサによって検出された現在の電気角θ_eを考慮して、３相電圧指令が算出され、これを用いてＰＷＭ信号生成処理１４６が行われる。このようにして、インバータの制御信号であるＵ，Ｖ，Ｗ相の各相についての上アーム、下アームのスイッチング素子に対するインバータゲート信号が生成される。

次に、最大効率特性線６２上の第１電流指令の実行から早期切替可能特性線６４上の第２電流指令の実行に移行するタイミングの詳細について説明する。この移行のタイミングについてはいくつかの実施形態が可能である。

１つは、回転電機２０に対する要求駆動力と現在の出力駆動力とを比較し、要求駆動力が出力駆動力よりも大きく、要求駆動力を満たす回転電機駆動電圧が矩形波電圧位相制御モードの領域に属するようになるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行するものとできる。要求駆動力、現在の出力駆動力は、図９の要求駆動力算出処理１２０、現在駆動力算出処理１２２の結果を用いることができ、また回転電機駆動電圧は電圧指令算出処理１４２の結果を用いることができる。回転電機駆動電圧が矩形波電圧位相制御モードの領域に属するかどうかは、例えば、変調率算出処理１３６の結果と、予め定めた矩形波電圧位相制御モードのときの変調率、例えば０．７８と比較することで判断するものとできる。

次に、第１電流指令の下で実行中の電流指令値に対応する電圧指令値である第１電圧指令値と、要求駆動力に基づくトルク指令から第２電流指令の下で算出される電流指令値に対応する電圧指令値である第２電圧指令値とを比較し、第２電圧指令値が第１電圧指令値より大きくなるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行するものとできる。ここで、第１電圧指令値、第２電圧指令値は、図９で説明した第１電流指令算出処理１３０、第２電流指令算出処理１３２の結果であるそれぞれのｄ軸電流指令値、ｑ軸電流指令値から、回転電機の理論式のところで説明したｄ軸電圧とｑ軸電圧の式から求めることができる。

図１０は、第２電圧指令値が第１電圧指令値より大きくなるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行する手順を説明するフローチャートである。ここでは、第１電流指令値から第１電圧指令値を算出推定し、第２電流指令値から第２電圧指令値を算出推定し、その結果から両者の大小関係を比較する。前者が後者よりも大の場合は、第１電流指令を実行し、後者が前者と同じまたは大であると判断されるときは、第２電流指令に移行することが示されている。

また、回転電機駆動電圧が予め設定された駆動電圧閾値を超えたとき、回転電機を駆動するインバータの出力電圧が予め設定された出力電圧閾値を超えたとき、インバータの出力電圧の変調率が予め設定された変調率閾値を超えたときのいずれか１のときに、第１電流指令から第２電流指令に移行するものとしてもよい。回転電機駆動電圧は図９の電圧指令算出処理１４２の結果を用いることができ、インバータの出力電圧は図９の２相／３相変換処理１４４の結果を用いることができ、変調率は図９の変調率算出処理１３６の結果を用いることができる。それぞれの閾値は、回転電機システムの全体の効率の設定に基いて、任意の適当な値を設定することができる。

図１１は、変調率が変調率閾値Ｖ_Pを超えたときに第１電流指令から第２電流指令に移行する手順を示すフローチャートである。

また、回転電機のトルクが予め設定されたトルク閾値を超えたときであって、回転電機の回転数が予め設定された回転数閾値を超えたときに、第１電流指令から第２電流指令に移行するものとしてもよい。回転電機のトルクは、図９のトルク指令算出処理１２４の結果を用いるものとでき、回転数は、図９の回転数算出処理１３８の結果を用いるものとできる。それぞれの閾値は、回転電機システムの全体の効率の設定に基いて、任意の適当な値を設定することができる。図１２は、トルクと回転数とに基いて第１電流指令から第２電流指令に移行する手順を示すフローチャートである。

また、予め設定された切替条件の下で正弦波電流制御モードから過変調電流制御モードに切り替わったときに、第１電流指令から第２電流指令に移行するものとしてもよい。予め設定された切替条件としては、例えば、変調率が０．６１を超えることとすることができる。あるいは、変調率が０．６１から０．７８の間の適当な値を超えるときとしてもよい。

また、ｄｑ平面上で最大効率特性線６２よりも遅角側で、かつ早期切替可能特性線６４よりも進角側に予め設定される中間特性線を設定し、電流指令を第１電流指令から第３電流指令を経由して第２電流指令に移行するものとしてもよい。

図１３は、中間特性線６６の設定の様子を示す図である。この図は、図５から図８と同様なｄｑ平面図で、中間特性線６６が、最大効率特性線６２と早期切替可能特性線６４との間に設定されることが示されている。最大効率特性線６２上から一旦中間特性線６６を経過して早期切替可能特性線６４に移行するものとして、移行に伴う電流、電圧等のオーバーシュート、アンダーシュートを抑制することができる。

図１４は、上記構成の効果を従来技術と比較して説明する図である。この図は横軸に回転電機２０の出力トルクをとり、縦軸に回転電機２０と電源回路１６を含む回転電機システムの全体の損失であるシステム損失をとったものである。横軸の正トルクは、回転電機２０が電動機として機能するときで、負トルクは回転電機２０が発電機、あるいは回生エネルギを回収するときを示している。

ここで、実線が早期切替可能特性線６４を用いて矩形波電圧位相制御モードの適用範囲を拡大した場合の損失特性線１００を示し、破線が従来技術のように最大効率特性線６２のみを用いる場合の損失特性線１０２を示す。

この図に示されるように、トルクが上昇して、正弦波電流制御モードから過変調電流制御モードに切り替わり、さらに過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードに切り替わるとき、従来技術の損失特性線１０２では、過変調電流制御モードの付近でシステム損失が増加傾向となる。これに対し、早期切替可能特性線６４を用いて矩形波電圧位相制御モードの適用範囲を拡大した場合の損失特性線１００は、過変調電流制御モードの適用範囲が狭められているので、システム損失が良好に抑制されていることが分かる。

本発明に係る実施の形態における回転電機制御システムの構成を示す図である。回転電機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。過変調電流制御モードについて、相電流波形と相間電圧波形の様子を示す図である。矩形波電圧位相制御モードについて、相電流波形と相間電圧波形の様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、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ための切替ラインを説明するための図である。本発明に係る実施の形態の説明のために、最大効率特性線上において過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードに制御モードを切り替える場合を説明する図である。本発明に係る実施の形態の説明のために、早期切替可能特性線上において過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードに制御モードを切り替える場合を説明する図である。本発明に係る実施の形態において、回転電機と電源回路とを含む回転電機システムの全体としての損失を抑制し、効率を最大とする方法を説明する図である。本発明に係る実施の形態において、車両に搭載される回転電機の制御を行う車両回転電機制御装置の詳細を機能ブロックで説明する図である。本発明に係る実施の形態において、第２電圧指令値が第１電圧指令値より大きくなるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行する手順を説明するフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、変調率が変調率閾値を超えたときに第１電流指令から第２電流指令に移行する手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、トルクと回転数とに基いて第１電流指令から第２電流指令に移行する手順を示すフローチャートである。本発明に係る実施の形態において、中間特性線の設定の様子を示す図である。本発明に係る実施の形態の効果を従来技術と比較して説明する図である。

符号の説明

１０回転電機制御システム、１２エンジン、１４蓄電装置、１６電源回路、１８，２０回転電機、２２動力分配機構、２４変速機、２６タイヤ、３０制御部、３２正弦波電流制御モジュール、３４過変調電流制御モジュール、３６矩形波電圧位相制御モジュール、４０第１電流指令モジュール、４２第２電流指令モジュール、４４移行モジュール、５０最大トルク特性線、５２正弦波電流制御モード作動領域、５４過変調電流制御モード作動領域、５６矩形波電圧位相制御モード作動領域、６０等トルク特性線、６２最大効率特性線、６４早期切替可能特性線、６６中間特性線、７０最大電圧円、７２第１電圧指令特性線、７４第２電圧指令特性線、８０，８２電流位相軌跡、９０，９２電圧位相軌跡、１００，１０２損失特性線、１１０車両回転電機制御装置、１１２車両制御部、１１４回転電機制御部、１２０要求駆動力算出処理、１２２現在駆動力算出処理、１２４トルク指令算出処理、１２６トルク指令上下ガード処理、１２８トルク指令レートガード処理、１３０第１電流指令算出処理、１３２第２電流指令算出処理、１３４３相／２相変換処理、１３６変調率算出処理、１３８回転数算出処理、１４０電流指令決定処理、１４２電圧指令算出処理、１４４２相／３相変換処理、１４６ＰＷＭ信号生成処理。

Claims

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替える回転電機制御システムであって、
直交するｄ軸とｑ軸とで構成されるｄｑ平面上において、回転電機を最大効率で運転できるｄ軸電流とｑ軸電流の電流組を結んで得られる最大効率特性線上で、第１電流指令を実行する第１電流指令手段と、
ｄｑ平面上で、回転電機の動作点が最大効率特性線よりも遅角側に予め設定された位相差を有し、トルクを上昇させながら過変調電流制御モードから矩形波電圧位相制御モードへの制御モード切替を行う際に、最大効率特性線上にて制御モード切替を行うよりも早期に制御モード切替を行える早期切替可能特性線上で、第２電流指令を実行する第２電流指令手段と、
トルクを上昇させながら電流指令を第１電流指令から第２電流指令に移行する移行手段と、
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１に記載の回転電機制御システムにおいて、
移行手段は、回転電機に対する要求駆動力と現在の出力駆動力とを比較し、要求駆動力が出力駆動力よりも大きく、要求駆動力を満たす回転電機駆動電圧が矩形波電圧位相制御モードの領域に属するようになるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することを特徴とする回転電機制御システム。
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
移行手段は、第１電流指令の下で実行中の電流指令値に対応する電圧指令値である第１電圧指令値と、要求駆動力に基づくトルク指令から第２電流指令の下で算出される電流指令値に対応する電圧指令値である第２電圧指令値とを比較し、第２電圧指令値が第１電圧指令値より大きくなるときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することを特徴とする回転電機制御システム。
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
移行手段は、回転電機駆動電圧が予め設定された駆動電圧閾値を超えたとき、回転電機を駆動するインバータの出力電圧が予め設定された出力電圧閾値を超えたとき、インバータの出力電圧の変調率が予め設定された変調率閾値を超えたときのいずれか１のときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することを特徴とする回転電機制御システム。
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
移行手段は、回転電機のトルクが予め設定されたトルク閾値を超えたときであって、回転電機の回転数が予め設定された回転数閾値を超えたときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することを特徴とする回転電機制御システム。
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
移行手段は、予め設定された切替条件の下で正弦波電流制御モードから過変調電流制御モードに切り替わったときに、第１電流指令から第２電流指令に移行することを特徴とする回転電機制御システム。
請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
ｄｑ平面上で最大効率特性線よりも遅角側で、かつ早期切替可能特性線よりも進角側に予め設定される中間特性線上で、第３電流指令を実行する中間電流指令実行手段を備え、
移行手段は、電流指令を第１電流指令から第３電流指令を経由して第２電流指令に移行することを特徴とする回転電機制御システム。