JP2011200105A - 回転機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサ１４と高電圧バッテリ１２との間の電気経路が開状態とされる状況下、コンデンサ１４の充電電圧を規定電圧以下に放電させる場合、モータジェネレータ１０が継続して回転するおそれがあること。
【解決手段】放電開始角保持部３２では、モータジェネレータ１０への通電による放電制御の開始に先立って、回転角度（開始角θ０）を記憶保持する。指令電流設定部３０では、モータジェネレータ１０のトルクがゼロとなると想定される指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを設定する。指令電流補正部３６では、開始角θ０に対する現在の回転角度θの角度差Δθだけ、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相を回転補正する。この補正された位相を有する指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒとなるようにモータジェネレータ１０の電流がフィードバック制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転機に接続される直流交流変換回路の入力端子にキャパシタが接続された電力変換システムに適用され、前記キャパシタの充電電圧を規定電圧以下に放電制御させるべく前記直流交流変換回路を操作することで前記回転機に対する通電制御を行なう通電制御手段を備え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、例えば下記特許文献１に見られるように、３相の永久磁石モータのｑ軸方向の指令電流をゼロとして且つｄ軸方向の電流の絶対値をゼロよりも大きい値としてモータの通電制御を行なうことで、インバータに接続されたコンデンサを放電させるものも提案されている。これは、モータのトルクＴが、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ電流ｉｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑ、電機子鎖交磁束定数φ、および極対数ｐを用いて「Ｔ＝ｐ｛φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）｝ｉｄ・ｉｑ」と表現されることに鑑みたものである。すなわち、モータ通電電流の位相をｄ軸方向とすることで、モータ通電に際してトルクの発生の回避を狙っている。

特開平９−７０１９６号公報

ところで、上記指令電流となるようにモータの通電制御をする際には、モータの電気角の検出値を用いる必要がある。ただし、この検出値に誤差がある場合、モータの通電電流の位相を上記検出値からｄ軸と認識される方向とすることで、モータにトルクが生じるおそれがある。そしてこのトルクによってモータが回転したとしても、モータの通電電流の位相は、検出値の誤差のゆえに誤ってｄ軸と認識される方向とされ続けることとなり、モータのトルクが生成され続け、モータの回転が継続されるおそれがある。

さらに、トルクがゼロとならない要因として、上記トルク式の誤差がある。すなわち、上記トルク式は、ｄ軸インダクタンスＬｄやｑ軸インダクタンスＬｑ等が固定値とされる簡易なモータモデルから導出されるものである。これに対し、実際のモータは、空間高調波に起因したインダクタンス成分等を有し、これらは電気角に依存する。このため、トルクをゼロとしつつモータの通電制御を行なうべく通電電流の位相をｄ軸としたとしても、実際にはトルクが生成されるおそれがある。そしてこうした事態は、近年、空間高調波が特に顕著となる集中巻が採用された永久磁石モータの利用の増加に伴って、ますます深刻なものとなりつつある。

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、直流交流変換回路の入力端子間に接続されたキャパシタについて、その充電電圧を規定電圧以下により適切に放電させ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、回転機に接続される直流交流変換回路の入力端子と直流電源との間にキャパシタが介在して且つ前記キャパシタと前記直流電源との間の電気経路を開閉する開閉手段を備える電力変換システムに適用され、前記開閉手段が開状態とされる状況下、前記キャパシタの充電電圧を規定電圧以下に放電制御させるべく前記直流交流変換回路を操作することで前記回転機に対する通電制御を行なう通電制御手段を備える回転機の制御装置において、前記通電制御手段による通電制御中において前記回転機の回転角度が変化した場合に、該回転角度の変化に起因して前記回転機を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向が変化することを抑制する電流ベクトル変化抑制手段を備えることを特徴とする。

通電制御によって回転機にトルクが生成された場合、回転機が回転することがある。そしてこの場合に、通電制御の位相をあくまでも固定すべく固定座標系での電流のベクトルの方向を変更する場合、回転機にトルクが生成され続けるおそれがある。これに対し、固定座標系における電流のベクトルの方向を固定するなら、回転機には、回転角度の変化方向とは逆方向のトルクが生成されると考えられる。上記発明では、この点に着目し、通電制御に際して回転機を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向の変化を抑制することで、回転角度の変動を抑制するロバスト制御を行なうことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記通電制御手段は、前記回転機の回転角度に基づき、前記電流のベクトルの方向を開ループ制御すべく前記回転機の固定子に印加する指令電圧を設定する電圧設定手段を備え、該設定される指令電圧に基づき前記直流交流変換回路を操作するものであり、前記電流ベクトル変化抑制手段は、前記電圧設定手段の入力パラメータとしての前記回転機の回転角度を固定する指令電圧固定手段であることを特徴とする。

上記発明では、電圧設定手段の入力パラメータとしての回転角度が通電開始に先立って取得された値に制限されるため、回転機を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向が、回転角度の変化によって変更されることを回避することができる。また、開ループ制御を採用することで、放電制御に際しての音や振動の発生を抑制したり、放電制御ロジックの簡素化を図ることも容易である。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記通電制御手段は、前記回転機が停止していることを条件に前記通電制御を開始するものであり、前記指令電圧固定手段は、前記通電制御手段による通電開始に先立って取得された値に制限するものであり、前記電圧設定手段は、前記回転機に印加する電圧の位相を、前記放電制御の開始に先立って取得された前記回転機の回転角度に応じて可変設定する可変手段を備えることを特徴とする。

空間高調波成分の寄与等により、トルクを生成しない電流の位相は、回転機の回転角度に依存することがある。上記発明では、この点に鑑み、回転角度に応じて電圧の位相を可変設定することで、通電制御の開始時における電流の位相をトルクを生成しない位相にする確実性を高めることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記通電制御手段は、回転座標系での指令電流を設定する指令電流設定手段と、前記回転機を流れる実際の電流の回転座標系での成分を前記回転座標系の指令電流にフィードバック制御するための操作量としての回転座標系での指令電圧を算出するフィードバック制御手段と、前記回転機の都度の回転角度の検出値に基づき前記回転座標系での指令電圧を前記回転機の固定子の指令電圧に変換する手段とを備え、該固定子の指令電圧に基づき前記直流交流変換回路を操作するものであり、前記電流ベクトル変化抑制手段は、前記フィードバック制御手段に入力される前記指令電流についての位相を、前記回転機の回転角度についての前記通電制御の開始時における値に対する現在の値の変位と逆方向に回転補正する指令電流補正手段であることを特徴とする。

上記発明では、指令電流補正手段を備えることで、回転角度の変化による回転座標系の電流のベクトルの方向の変化を抑制することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記通電制御手段は、前記回転機が停止していることを条件に前記通電制御を開始するものであり、前記指令電流設定手段は、前記通電制御の開始に先立って検出された前記回転機の回転角度に応じて前記指令電流の位相および振幅の少なくとも一方を可変設定する可変手段を備えることを特徴とする。

空間高調波成分の寄与等により、トルクを生成しない電流の位相は、回転機の回転角度や電流の振幅に依存することがある。上記発明では、この点に鑑み、回転角度に応じて電圧の位相および振幅の少なくとも一方を可変設定することで、トルクを生成しない指令電流を設定する確実性を高めることができる。

請求項６記載の発明は、請求項１，２または４記載の発明において、前記通電制御手段は、前記回転機が停止していることを条件に前記通電制御を開始するものであることを特徴とする。

上記発明では、回転機が停止していることを通電制御開始の条件とすることで、通電制御手段による制御によって回転機による意図せぬ発電がなされて且つその発電量が大きくなるなどの不都合を回避することができる。

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回転角度の固定制御の原理を示す図。 同実施形態にかかる放電制御の処理手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかるシステム構成図。 第３の実施形態にかかるシステム構成図。 第４の実施形態にかかるシステム構成図。

（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システム構成図を示す。

図示されるように、モータジェネレータ１０は、車載主機としての３相の電動機兼発電機であり、駆動輪に機械的に連結されている。本実施形態では、モータジェネレータ１０として、集中巻きが採用された埋め込み磁石同期機（ＩＰＭＳＭ）を想定している。モータジェネレータ１０の各相は、インバータＩＶと、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２，ＳＭＲ３を介して、直流電源としての２次電池（高電圧バッテリ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の電気角（回転角度θ）を検出する回転角度センサ２０を備えている。また、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２２を備えている。さらに、インバータＩＶの入力端子間の電圧を検出する電圧センサ２４を備えている。

上記インバータＩＶの入力端子とリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３との間には、コンデンサ１４が接続されている。このコンデンサ１４は、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３が閉状態とされる期間においては、高電圧バッテリ１２の電圧程度に充電されている。以下では、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３が開状態とされる場合に、コンデンサ１４を放電させる放電制御について説明する。なお、以下に記載する処理は、実際には、高電圧バッテリ１２等を備えて構成される高電圧システムから絶縁された低電圧システムを構成する制御装置内の処理である。

指令電流設定部３０は、回転座標系（ｄｑ座標系）におけるｄ軸上の指令電流ｉｄｒとｑ軸上の指令電流ｉｑｒとを設定する。本実施形態では、ｄ軸上の指令電流ｉｄｒを正として且つ、ｑ軸上の指令電流ｉｑｒをゼロとする。これは、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相（回転座標系における基準方向（例えばｄ軸方向）との角度差）を、トルクがゼロとなると想定される位相とするための設定である。すなわち、ＩＰＭＳＭに生成されるトルクＴは、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｄ軸の電流ｉｄ、ｑ軸の電流ｉｑ、電機子鎖交磁束定数φおよび極対数Ｐを用いると、以下の式（ｃ１）となる。

Ｔ＝Ｐ｛φｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ｝ …（ｃ１）
このため、ｑ軸の電流ｉｑをゼロとすることができるなら、トルクＴをゼロとすることができると考えられる。

放電開始角保持部３２は、放電開始に際してのモータジェネレータ１０の回転角度（開始角θ０）を記憶保持する。本実施形態では、モータジェネレータ１０の停止を条件に放電制御を行なうため、開始角θ０は、モータジェネレータ１０の停止位置に関する情報となる。

角度差算出部３４は、開始角θ０から回転角度センサ２０によって検出される現在の回転角度θを減算することで角度差Δθを算出する処理を行なう。指令電流補正部３６は、指令電流設定部３０によって設定された指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相を、角度差Δθだけ回転補正するものである。これにより、開始角θ０に対して現在の回転角度θが変化する場合、その変化方向とは逆方向であって且つ同一の変位量だけ指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相が回転補正されることとなる。

ｄｑ変換部３８は、電流センサ２２によって検出される電流である３相の固定座標系の電流を、回転座標系（ｄｑ座標系）の電流ｉｄ，ｉｑに変換する。偏差算出部４０は、ｄ軸の指令電流ｉｄｒから電流ｉｄを減算することで、指令電流ｉｄｒに対する電流ｉｄの偏差を算出する。一方、偏差算出部４２は、ｑ軸の指令電流ｉｑｒから電流ｉｑを減算することで、指令電流ｉｑｒに対する電流ｉｑの偏差を算出する。フィードバック制御部４４は、偏差算出部４０の出力を入力し、ｄ軸の電流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ｄ軸の指令電圧ｖｄｒを算出する。一方、フィードバック制御部４６は、偏差算出部４２の出力を入力し、ｑ軸の電流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ｑ軸の指令電圧ｖｑｒを算出する。本実施形態では、これらフィードバック制御部４４，４６を、比例制御器および積分制御器によって構成している。

３相変換部４８は、回転角度センサ２０によって検出される都度の回転角度θに基づき、指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒを、３相の固定座標系の指令電圧であるＵ相の指令電圧Ｖｕｒ，Ｖ相の指令電圧Ｖｖｒ、およびＷ相の指令電圧Ｖｗｒに変換する。ＰＷＭ変調部５０は、インバータＩＶの３相の出力電圧を、指令電圧Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒを模擬した電圧とするためのＰＷＭ信号を生成する。ここでは、例えば、指令電圧Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒを電圧センサ２４によって検出されるインバータＩＶの入力電圧によって規格化したものと三角波形状のキャリアとの大小比較結果をＰＷＭ信号とすればよい。これによって生成されるＰＷＭ信号が、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作する操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎである。

なお、ｄｑ変換部３８、偏差算出部４０，４２、フィードバック制御部４４，４６、３相変換部４８およびＰＷＭ変調部５０は、モータジェネレータ１０の稼動時におけるその制御量の制御のための処理手段を流用したものであってもよい。また、この際、フィードバック制御部４４，４６のゲインについては、放電制御用のゲインに変更してもよい。

ここで、上記指令電流補正部３６の処理の技術的意義について説明する。

仮に指令電流補正部３６を設けないとすると、例えば回転角度センサ２０によって検出される回転角度θに誤差が含まれる場合、モータジェネレータ１０を流れる電流の位相は、指令電流設定部３０によって設定される指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相からずれることとなる。そしてこの場合には、上記の式（ｃ１）からわかるように、モータジェネレータ１０にトルクが生成される。これによりモータジェネレータ１０が回転すると、回転角度センサ２０によって検出される回転角度θによってその旨がｄｑ変換部３８や３相変換部４８によって把握される。このため、モータジェネレータ１０を流れる電流の位相は、あくまで回転角度センサ２０によって検出される現在の回転角度θに基づきｄ軸方向と想定される方向に制御されることとなる。したがって、モータジェネレータ１０に電流が流れる間、モータジェネレータ１０のトルクが生じ続け、ひいてはモータジェネレータ１０の回転が継続されることが懸念される。

これに対し、上記指令電流補正部３６を備える場合、モータジェネレータ１０を流れる電流は、開始角θ０から想定されるｄ軸方向にフィードバック制御される。このため、例えば図２（ａ）に示すように実際のｄ軸に対して開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）が進角側にずれる場合、トルクは、回転角度θを進角させる方向に加わることとなる。このため、実際のｄ軸と、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）との位相差が縮められることとなる。また、図２（ｂ）に示すように、実際のｄ軸に対して開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）が遅角側にずれる場合、トルクは、回転角度θを遅角させる方向に加わることとなる。このため、実際のｄ軸と、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）との位相差が縮められることとなる。そして、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）と実際のｄ軸とが一致することでモータジェネレータ１０のトルクがゼロとなる。ちなみに、図２（ａ）に示す例において、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）方向に電流を流すことで発生したトルクにより、実際のｄ軸がγ軸よりも進角側にオーバーシュートする場合、図２（ｂ）に示した状態となり、発生トルクがそれまでと逆方向となるため、実際のｄ軸とγ軸との位相差が縮められる。また、図２（ｂ）に示す例において、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）方向に電流を流すことで発生したトルクにより、実際のｄ軸がγ軸よりも遅角側にオーバーシュートする場合、図２（ａ）に示した状態となり、発生トルクがそれまでと逆方向となるため、実際のｄ軸とγ軸との位相差が縮められる。このように、実際のｄ軸方向は、γ軸方向に収束制御される。

このように、本実施形態にかかる放電制御によれば、モータジェネレータ１０の回転角度を停止させるように制御がなされることとなるため、放電制御中のモータジェネレータ１０の実際の回転角度θの開始角θ０に対する変動を抑制するロバスト制御を実現することができる。

なお、上記放電制御は、実際には、放電制御の継続時間が長くなるほど、放電制御中の指令電圧の振幅（ｖｄｒ，ｖｑｒのベクトルノルム）を小さくすることで行なうことが望ましい。また、これに代えて、ＰＷＭ変調部５０における変調率の上限値を１００%とし、これを超えようとする場合には、指令電圧をその振幅で規格化したものとキャリアとの大小を比較するようにしてもよい。こうした処理によれば、ＰＷＭ変調部５０によって過変調制御がなされる事態を回避することができる。

図３に、本実施形態にかかるコンデンサ１４の放電処理の手順を示す。この処理は、先の図１に示した処理を行う制御装置によって、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、コンデンサ１４の放電要求が生じたか否かを判断する。放電要求は、例えば車両の起動スイッチがオフとされる場合に生じるものとすればよい。ここで、車両の起動スイッチとは、ユーザが車両の走行を許可する旨および禁止する旨の意思表示を示す手段であればよく、必ずしもユーザによる手動の操作がなされるものでなくてもよい。すなわち、例えば携帯用無線装置と車両との距離が規定の距離以上となることで起動スイッチがオフされたと判断されるものであってもよい。

ステップＳ１０において肯定判断される場合、ステップＳ１２において、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３が開状態となるように操作する。続くステップＳ１４においては、モータジェネレータ１０の回転速度Ｎｍが規定速度Ｎｔｈを上回るか否かを判断する。ここで、規定速度Ｎｔｈは、コンデンサ１４の放電制御の開始時からモータジェネレータ１０の回転角度を停止させる制御を有効に行うことができるか否かを判断するためのものである。すなわち、放電制御の開始に際してモータジェネレータ１０が回転している場合、モータジェネレータ１０の回転を停止させようとするトルクを生成することで、モータジェネレータ１０が発電制御をすることとなる。そしてこの際の発電量は回転速度が大きいほど大きくなり、これは、コンデンサ１４の充電量が大きくなることを意味する。ここで、規定速度Ｎｔｈは、コンデンサ１４の放電制御の開始時からモータジェネレータ１０の回転角度を停止させる制御を有効に行うことができる上限値（モータジェネレータ１０によるコンデンサ１４の新たな充電量が規定値以下となる上限値）以下に設定される。本実施形態では、特に規定速度Ｎｔｈとしてゼロを想定している。

上記ステップＳ１４において規定速度Ｎｔｈ以下であると判断される場合には、ステップＳ１６において、上述したように開始角θ０を設定した後、モータジェネレータ１０に無効電流を流すことでコンデンサ１４を放電させる。

なお、ステップＳ１６の処理が完了する場合や、ステップＳ１０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

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）フィードバック制御手段（フィードバック制御部４４，４６、偏差算出部４０，４２）に入力される指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒについての位相を、開始角θ０に対する現在の回転角度θの変位と逆方向に回転補正した。これにより、回転角度θの変化によって固定２次元座標系における電流ベクトルの方向が変化することを抑制することができる。

（２）モータジェネレータ１０の回転速度が規定速度Ｎｔｈ以下となることを条件に放電制御を行なった。これにより、放電制御中にモータジェネレータ１０による意図せぬ発電制御がなされる事態を好適に回避することができる。

（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。

本実施形態にかかるモータジェネレータ１０は、上述したように集中巻きが採用されたものであるため、空間高調波の影響が顕著となる。この場合、モータジェネレータ１０を流れる電流ｉｄ，ｉｑとトルクＴとの関係が上記の式（ｃ１）に記載したものとはならず、回転角度θ等に依存したものとなるおそれがある。このため、先の第１の実施形態のように指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを設定する場合、モータジェネレータ１０の実際の回転角度が開始角θ０に厳密に一致しているとしても、モータジェネレータ１０のトルクがゼロとはならないおそれがある。

そこで本実施形態では、開始角θ０に応じて指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを可変設定する。

図４に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図４において、先の図１に示した処理や部材と同一のものについては、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、指令電流設定部３０ａは、開始角θ０によって定義される複数の領域毎に、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒが各別に定義されるマップを備えている。これにより、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒは、開始角θ０に応じて、その位相および大きさの少なくとも一方が可変設定されるものとなる。ここでは、少なくともその位相を可変設定することが望ましい。ただし、トルクをゼロとするためには、必ずしも位相を可変とすることなく、大きさを可変としても実現できる可能性がある。これは、空間高調波が考慮されたトルクと電流ｉｄ，ｉｑとを関係付ける式において、トルクをゼロとした場合の電流ｉｄ，ｉｑの解として、位相を固定した解をも得ることができる可能性があるためである。

ちなみに、本実施形態にかかるｄ軸方向は、モータジェネレータ１０の稼動中において、平均トルクをゼロとすることができる電流位相と定義することが望ましい。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１），（２）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（３）指令電流設定部３０ａにおいて、開始角θ０に応じて指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相および振幅の少なくとも一方を可変設定した。これにより、トルクを生成しない電流となるように指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを設定することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３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、開始角θ０に基づきトルクが生成されないと想定される固定２次元座標系における電流ベクトルの方向に、モータジェネレータ１０の実際の電流を開ループ制御する。

図５に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図５において、先の図１に示した処理や部材と同一のものについては、便宜上同一の符号を付している。

図示される放電用指令電圧設定部６０は、開始角θ０に基づき、３相の固定座標系における指令電圧Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒを設定し、ＰＷＭ変調部５０に出力する。ここで、指令電圧Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒは、開始角θ０に基づきトルクが生成されないと想定される固定座標系における電流のベクトル方向に、モータジェネレータ１０の実際の電流を開ループ制御するための操作量である。これは、例えば、上記第１の実施形態の指令電流設定部３０や第２の実施形態の指令電流設定部３０ａが設定する指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相を有する電圧を３相の固定座標系に変換したものとすればよい。

以上説明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。

（４）固定座標系における電流のベクトルの方向を開ループ制御すべくモータジェネレータ１０の固定子（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に印加する指令電圧Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒを設定する放電用指令電圧設定部６０の入力を、開始角θ０に制限した。これにより、モータジェネレータ１０を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向が、回転角度θの変化によって変更されることを回避することができる。また、開ループ制御を採用することで、放電制御に際しての音や振動の発生を抑制したり、放電制御ロジックの簡素化を図ることも容易である。すなわち、フィードバック制御を行う場合には、フィードバックの特性上、オーバーシュートが生じることに起因して、電流ベクトルが目標近傍で振動して回転機の音や振動が問題になる場合があるが、開ループ制御によればオーバーシュートに起因した電流ベクトルの振動を好適に回避することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４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。

図６に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図６において、先の図１に示した処理や部材と同一のものについては、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、指令電流設定部３０ｂによって設定されるｑ軸の指令電流ｉｑｒが、ゼロとならない。ただし、指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒは、上記の式（ｃ１）のトルクＴをゼロとする値に設定される。

なお、この場合、モデル誤差（ｄ軸インダクタンスＬｄやｑ軸インダクタンスＬｑ等の誤差）によってモータジェネレータ１０にトルクが生成される場合、上記第１の実施形態よりもモータジェネレータ１０の回転角度θの変動量が大きくなりうる。ただし、この場合であっても、実際の回転角度θは、所定の回転角度に固定制御される。

（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。
＜指令電圧固定手段について＞
指令電圧固定手段としては、モータジェネレータ１０のトルクや回転速度をゼロ以外に制御する通常時における指令電圧設定手段とは別に、放電用指令電圧設定部６０を備えて構成されるものに限らない。例えば、先の図１に示した構成において、３相変換部４８の入力パラメータを、放電開始角保持部３２によって保持されている開始角θ０として且つ、ｄｑ変換部３８の出力とフィードバック制御部４４，４６の積分制御器とを停止させることで構築される手段としてもよい。これにより、モータジェネレータ１０が放電開始角保持部３２によって保持されている開始角θ０である場合に、指令電流設定部５４によって設定される指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相が固定座標系上で示す方向となるようにモータジェネレータ１０を流れる電流ベクトルの方向が開ループ制御されることとなる。

電圧設定手段の入力パラメータとしての回転機の回転角度を、通電制御手段による通電開始に先立って取得された値に制限するものに限らず、任意の値に固定するものであってもよい。この場合であっても、固定された値に応じた電流ベクトルの方向に対する実際の電流ベクトルの方向の変化が抑制され、ひいては回転機の回転角度を規定値に収束させることはできる。
＜電圧設定手段について＞
固定座標系上でトルクがゼロとなると想定される電流のベクトルの方向に、固定座標系での指令電圧を設定する電圧設定手段としては、開始角θ０に基づき認識されるｑ軸方向の指令電圧をゼロとして且つｄ軸方向の指令電圧を正または負とするものに限らない。例えば上記第４の実施形態において例示した指令電流ベクトルの方向に指令電圧を設定してもよい。

また、電圧設定手段としては、固定座標系上でトルクがゼロとなると想定される電流のベクトルの方向に、固定座標系での指令電圧を設定するものにも限らない。例えば、これからさほどずれない方向とするなら、放電制御期間におけるモータジェネレータ１０の回転角度の変化を微少なものに制限することはできる。
＜指令電流補正手段について＞
指令電流補正手段としては、放電開始角保持部３２の保持する開始角θ０から現在の回転角度θを減算した角度差Δθだけ指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相を補正するものに限らない。放電開始角保持部３２の保持する開始角θ０基準で現在の回転角度θの変位方向とは逆方向に指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相を補正するなら、モータジェネレータ１０の回転角度θが変位した場合に、これを放電開始角保持部３２の保持する開始角θ０方向に制御することができると考えられる。ただし、この際の補正量は、差Δθからさほど離間しない値であることが望ましい。
＜指令電流設定手段について＞
指令電流設定手段としては、上記第１，２，４の実施形態に例示したように、トルクがゼロとなると想定される指令電流であってｄ軸成分が正となるものに限らない。例えばｄ軸成分が負であるものであってもよい。ただし、この場合、例えば上記の式（ｃ１）からもわかるように、モータジェネレータ１０の特性（電機子鎖交磁束定数φやｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ等の値）によっては、回転角度θの開始角θ０に対する変動を抑制することができないこともある。しかしこの場合であっても、開始角θ０から所定角度（＜３６０°）離間した角度に実際の回転角度θを固定する制御を行なうことはできる。

またトルクがゼロとなると想定される指令電流に限らず、例えばトルクがゼロとなると想定される位相からさほどずれない方向の指令電流とするなら、放電制御期間におけるモータジェネレータ１０の回転角度の変化を微少なものに制限することはできる。
＜直流電源について＞
直流電源（高電圧バッテリ１２）をコンデンサ１４の給電手段とするものに限らない。たとえば、先の図１に示した構成において、コンデンサ１４の両端にインバータＩＶとは別のインバータを介して発電機を接続し、この発電機による発電電力をコンデンサ１４に蓄えるようにしてもよい。この場合、たとえば発電機が内燃機関によって駆動される構成とするなら、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２，ＳＭＲ３や高電圧バッテリ１２を搭載しないシステムも実用性を有する。
＜回転機について＞
ＩＰＭＳＭとしては、集中巻きのものに限らず、分布巻きのものであってもよい。

永久磁石を備えた回転機としては、ＩＰＭＳＭに限らず、例えば表面磁石同期機等であってもよい。ここで、表面磁石同期機の場合、トルク式が上記の式（ｃ１）において、「Ｌｄ＝Ｌｑ」としたものと等しくなることから、トルクがゼロとなると想定される指令電流としてｄ軸方向成分が正であるものと負であるものとのいずれによっても、実際の回転角度θを開始角θ０に固定する制御を行なうことができる。

また、同期機としては、永久磁石を備えたものに限らず、例えば界磁巻線型同期機等であってもよい。この場合、界磁巻線を有する方向がｄ軸方向であるから、例えば上記第３の実施形態に適用する場合、指令電圧を、開始角θ０によってｄ軸方向と認識される方向を有する複数個のパルス状の電圧とすればよい。
＜そのほか＞
・上記各実施形態では、モータジェネレータ１０が停止することを条件に放電制御を行なうことを想定したが、これに限らない。例えばモータジェネレータ１０の回転速度が極低速状態等、要は、コンデンサ１４の放電制御の開始時からモータジェネレータ１０の回転角度を停止させる制御を有効に行うことができる上限値（モータジェネレータ１０によるコンデンサ１４の新たな充電量が規定値以下となる上限値）以下となることを条件とすればよい。もっとも、この条件を満たさない回転速度を有するときから放電制御を行なうことも可能ではある。

・インバータＩＶの入力端子に高電圧バッテリ１２が直接接続される構成に限らない。例えば、リアクトルと、リアクトルを介してコンデンサ１４に並列接続されるスイッチング素子と、フリーホイールダイオードと、スイッチング素子とフリーホイールダイオードとの直列接続体に接続されるコンデンサとを備える昇圧コンバータを、インバータＩＶの入力端子に接続させてもよい。この場合、昇圧コンバータの出力端子に接続されたコンデンサとコンデンサ１４とが放電制御の対象となり、コンデンサ１４の電圧は、昇圧コンバータのコンデンサの電圧が低下するに連れてフリーホイールダイオードを介して放電されることとなる。

・上記第１，２、４の実施形態において、非干渉制御や誘起電圧補償のための開ループ制御項を備えて指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒを算出してもよい。もっとも、これらは極低速では略ゼロとなるため、放電制御中にモータジェネレータ１０の回転角度θが変位したとしても、指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒへの寄与は小さい。

・フィードバック制御部４４，４６としては、比例制御器および積分制御器を備えて構成されるものに限らない。例えば比例積分微分制御器を備えて構成されるものであってもよく、また、比例制御器や積分制御器単独で構成されるものであってもよい。

・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、車載主機として回転機のみを備える電気自動車等に搭載されるものであってもよい。また、駆動輪に機械的に連結されるものにも限らない。

１０…モータジェネレータ、３０…指令電流設定部、３２…放電開始角保持部、３６…指令電流補正部、４４，４６…フィードバック制御部、４８…３変換部、ＩＶ…インバータ。

Claims (6)

1. 回転機に接続される直流交流変換回路の入力端子にキャパシタが接続された電力変換システムに適用され、前記キャパシタの充電電圧を規定電圧以下に放電制御させるべく前記直流交流変換回路を操作することで前記回転機に対する通電制御を行なう通電制御手段を備える回転機の制御装置において、
   前記通電制御手段による通電制御中において前記回転機の回転角度の変化に起因して前記回転機を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向が変化することを抑制する電流ベクトル変化抑制手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
2. 前記通電制御手段は、前記回転機の回転角度に基づき、前記電流のベクトルの方向を開ループ制御すべく前記回転機の固定子に印加する指令電圧を設定する電圧設定手段を備え、該設定される指令電圧に基づき前記直流交流変換回路を操作するものであり、
   前記電流ベクトル変化抑制手段は、前記電圧設定手段の入力パラメータとしての前記回転機の回転角度を固定する指令電圧固定手段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. 前記通電制御手段は、前記回転機が停止していることを条件に前記通電制御を開始するものであり、
   前記指令電圧固定手段は、前記通電制御手段による通電開始に先立って取得された値に制限するものであり、
   前記電圧設定手段は、前記回転機に印加する電圧の位相を、前記放電制御の開始に先立って取得された前記回転機の回転角度に応じて可変設定する可変手段を備えることを特徴とする請求項２記載の回転機の制御装置。
4. 前記通電制御手段は、回転座標系での指令電流を設定する指令電流設定手段と、前記回転機を流れる実際の電流の回転座標系での成分を前記回転座標系の指令電流にフィードバック制御するための操作量としての回転座標系での指令電圧を算出するフィードバック制御手段と、前記回転機の都度の回転角度の検出値に基づき前記回転座標系での指令電圧を前記回転機の固定子の指令電圧に変換する手段とを備え、該固定子の指令電圧に基づき前記直流交流変換回路を操作するものであり、
   前記電流ベクトル変化抑制手段は、前記フィードバック制御手段に入力される前記指令電流についての位相を、前記回転機の回転角度についての前記通電制御の開始時における値に対する現在の値の変位と逆方向に回転補正する指令電流補正手段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。
5. 前記通電制御手段は、前記回転機が停止していることを条件に前記通電制御を開始するものであり、
   前記指令電流設定手段は、前記通電制御の開始に先立って検出された前記回転機の回転角度に応じて前記指令電流の位相および振幅の少なくとも一方を可変設定する可変手段を備えることを特徴とする請求項４記載の回転機の制御装置。
6. 前記通電制御手段は、前記回転機が停止していることを条件に前記通電制御を開始するものであることを特徴とする請求項１，２または４記載の回転機の制御装置。

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