JP2022070855A - 交流回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】全相短絡状態からスイッチング制御に切り替えるときに、電流の制御精度が悪化することを抑制できる交流回転電機の制御装置を提供する。
【解決手段】電流指令値及び電流の検出値に基づいて、電圧指令値を算出し、電圧指令値に基づいて、インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフするスイッチング制御と、複数相の巻線が相互に短絡するように複数のスイッチング素子をオンオフする全相短絡制御と、を切り替えて実行し、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、電流指令値を、複数相の巻線に鎖交する電機子鎖交磁束の大きさが最小となる値である切換電流値に設定する交流回転電機の制御装置１。
【選択図】図２

Description

本願は、交流回転電機の制御装置に関するものである。

交流回転電機（以下、モータともいう）の制御装置において、回転子の位置センサを用いずにモータを駆動するセンサレス方式が広く普及している。このようなセンサレス方式の交流回転電機の制御装置において、インバータが停止している状態で回転子が空転している状態からインバータを再起動する構成が開示されている。

特許文献１の技術では、モータの空転時に巻線を一定時間短絡させ、その時の巻線電流に基づき推定した回転子の位置および速度と、再起動までの時間を用いて位置の推定値を初期化し、インバータを再起動することが行われる。

特許文献２の技術では、モータの空転時に巻線を短絡させ、その時の巻線電流に基づき推定した回転子の位置を用いて位置の推定値を初期化しインバータを再起動することが行われる。

また、特許文献３の技術では、電流フィードバック制御とフィードフォワード制御を行うことで高速かつ高精度な速度制御を可能にする交流電動機のセンサレス制御装置が開示されている。

特開平１１－７５３９４号公報 特開２０１８－７３９０号公報 特開２０１０－２７９０９５号公報 特許第４６７２２３６号 特許第６２５３８５０号

しかし、特許文献１の技術では、一度巻線を短絡させた後、再度インバータを停止させるため、モータの誘起電圧が電源電圧を超えるシステムでは、意図しない回生電流が流れてしまう。そのため、例えば自動車においてモータがエンジンに接続されており、かつ電源にバッテリを用いるシステムに適用するとバッテリの過充電を引き起こすおそれがある。

また、特許文献２の技術では、短絡状態からインバータを再起動するため、推定自体は行える。しかし、再起動する際に、短絡状態で流れていた電流の影響が考慮されていないため、再起動直後に電流の制御精度が悪化し、推定精度が悪化する可能性がある。

同様に、特許文献３においても３相短絡状態からインバータを再起動することは考慮されていない。

したがって、これらの特許文献の技術を組み合わせて実施した場合、３相短絡状態で流れていた電流の影響が考慮されていないために、３相短絡状態から再起動した直後は、電流の制御精度が悪化し、トルク変動を引き起こす可能性がある。さらに、センサレス制御を行う場合、電流の制御精度の悪化により、回転角度及び回転角速度の推定精度が悪化し、トルク変動が生じる可能性がある。

そこで、本願は、複数相の巻線を相互に短絡させた全相短絡状態から、電圧指令値に基づいてスイッチング素子をオンオフするスイッチング制御に切り替えるときに、電流の制御精度が悪化することを抑制できる交流回転電機の制御装置を提供することを目的する。

本願に係る交流回転電機の制御装置は、複数相の巻線を設けたステータとロータとを有する交流回転電機を、インバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
電流指令値を設定する電流指令値算出部と、
前記電流指令値及び電流の検出値に基づいて、電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、
前記電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフして、前記複数相の巻線に電圧を印加するスイッチング制御と、前記複数相の巻線が相互に短絡するように前記複数のスイッチング素子をオンオフする全相短絡制御と、を切り替えて実行するインバータ制御部と、を備え、
前記電流指令値算出部は、前記全相短絡制御から前記スイッチング制御に切り替えられたときに、前記電流指令値を、前記複数相の巻線に鎖交する電機子鎖交磁束の大きさが最小となる値である切換電流値に設定するものである。

本願に係る交流回転電機の制御装置によれば、電機子鎖交磁束が最小になる電流値は、全相短絡状態の電流値に近いので、切り替え時に、電流検出値とスイッチング制御の電流指令値との偏差が大きくなることを抑制できる。そのため、切り替え時に、電流指令値と電流検出値との電流偏差を小さくすることができ、過渡的に操作量が過大になり、電流値が大きく変動することを抑制でき、過渡的にトルク変動が生じることを抑制できる。

実施の形態１に係る交流回転電機及び交流回転電機の制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る電流指令値算出部のブロック図である。 実施の形態１に係る切り替え時の処理を説明するためのフローチャートである。 比較例に係る制御挙動を示すタイムチャートである。 実施の形態１に係る制御挙動を示すタイムチャートである。 実施の形態２に係る電流指令値算出部のブロック図である。 実施の形態２に係る切り替え時の処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る制御挙動を示すタイムチャートである。 実施の形態２の効果を説明する図である。 実施の形態３に係る電流指令値算出部のブロック図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転電機の制御装置１（以下、単に、制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転電機２及び制御装置１の概略構成図である。

１－１．交流回転電機
交流回転電機２は、複数相の巻線を設けたステータとロータと、を有している。本実施の形態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが設けられている。３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは、スター結線とされている。なお、３相巻線は、デルタ結線とされてもよい。交流回転電機２は、永久磁石式の同期回転電機とされており、ロータに永久磁石が設けられている。

１－２．インバータ等
インバータ２０は、直流電源１０と３相巻線との間で電力変換を行う電力変換器であり、複数のスイッチング素子を有している。インバータ２０は、直流電源１０の正極側に接続される正極側のスイッチング素子２３Ｈ（上アーム）と直流電源１０の負極側に接続される負極側のスイッチング素子２３Ｌ（下アーム）とが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。インバータ２０は、３つの正極側のスイッチング素子２３Ｈと、３つの負極側のスイッチング素子２３Ｌとの、合計６つのスイッチング素子を備えている。そして、正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌとが直列接続されている接続点が、対応する相の巻線に接続されている。

具体的には、各相の直列回路において、正極側のスイッチング素子２３Ｈのコレクタ端子は、正極側電線１４に接続され、正極側のスイッチング素子２３Ｈのエミッタ端子は、負極側のスイッチング素子２３Ｌのコレクタ端子に接続され、負極側のスイッチング素子２３Ｌのエミッタ端子は、負極側電線１５に接続されている。正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌとの接続点は、対応する相の巻線に接続されている。スイッチング素子には、ダイオード２２が逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又は逆並列接続されたダイオードの機能を有するＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、制御装置１に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置１から出力される制御信号によりオン又はオフされる。

平滑コンデンサ１２が、正極側電線１４と負極側電線１５との間に接続される。直流電源１０からインバータ２０に供給される電源電圧を検出する電源電圧センサ１３が備えられている。電源電圧センサ１３は、正極側電線１４と負極側電線１５との間に接続されている。電源電圧センサ１３の出力信号は、制御装置１に入力される。

電流センサ１７は、各相の巻線に流れる電流に応じた電気信号を出力する。電流センサ１７は、スイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。電流センサ１７の出力信号は、制御装置１に入力される。なお、電流センサ１７は、各相の直列回路に備えられてもよい。

直流電源１０には、充放電可能な蓄電装置（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ）が用いられる。なお、直流電源１０には、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力変換器であるＤＣ－ＤＣコンバータが設けられてもよい。

１－３．制御装置
制御装置１は、インバータ２０を介して交流回転電機２を制御する。図２に示すように、制御装置１は、後述する、電圧検出部３１、電流検出部３２、電流指令値算出部３３、電圧指令値算出部３４、インバータ制御部３５、回転検出部３６、及び切換制御部３７等を備えている。制御装置１の各機能は、制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、電源電圧センサ１３、電流センサ１７等の各種のセンサ、スイッチが接続され、これらセンサ、スイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置１が備える図２の各制御部３１～３７等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１～３７等が用いる各設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１の各機能について詳細に説明する。

１－３－１．電圧検出部３１
電圧検出部３１は、直流電源１０からインバータ２０に供給される電源電圧ＶＤＣを検出する。本実施の形態では、電圧検出部３１は、電源電圧センサ１３の出力信号に基づいて、電源電圧ＶＤＣを検出する。

１－３－２．電流検出部３２
電流検出部３２は、３相の巻線に流れる電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出する。本実施の形態では、電流検出部３２は、電流センサ１７の出力信号に基づいて、インバータ２０から各相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出する。ここで、Ｉｕｒが、Ｕ相の電流検出値であり、Ｉｖｒが、Ｖ相の電流検出値であり、Ｉｗｒが、Ｗ相の電流検出値である。なお、電流センサ１７が２相の巻線電流を検出するように構成され、残りの１相の巻線電流が、２相の巻線電流の検出値に基づいて算出されてもよい。例えば、電流センサ１７が、Ｖ相及びＷ相の巻線電流Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出し、Ｕ相の巻線電流Ｉｕｒが、Ｉｕｒ＝－Ｉｖｒ－Ｉｗｒにより算出されてもよい。

電流検出部３２は、３相の電流検出値Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを、ｄ軸及びｑ軸の回転座標系上のｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒに変換する。ｄ軸及びｑ軸の回転座標系は、検出した磁極位置θの方向に定めたｄ軸及びｄ軸より電気角で９０°進んだ方向に定めたｑ軸からなる２軸の回転座標であり、ロータの磁極位置の回転に同期して回転する。具体的には、電流検出部３２は、３相の電流検出値Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを、磁極位置θに基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒに変換する。

１－３－３．電圧指令値算出部３４
電圧指令値算出部３４は、電流指令値及び電流の検出値に基づいて、電圧指令値を算出する。本実施の形態では、電圧指令値算出部３４は、電圧指令値として、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏを算出する。

電圧指令値算出部３４は、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒがｄ軸の電流指令値Ｉｄｏに近づき、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｒがｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに近づくように、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏ及びｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを、ＰＩ制御等により変化させる電流フィードバック制御を行う。なお、ｄ軸電流とｑ軸電流の非干渉化のため等のフィードフォワード制御が行われてもよい。

例えば、電圧指令値算出部３４は、次式に示す演算を行って、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを演算する。式（１）では、フィードバック制御とフィードフォワード制御とが行われている。

ここで、Ｒは巻線抵抗であり、Ｌｄは、ｄ軸のインダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸のインダクタンスであり、ωは、回転角速度であり、Ψｐは永久磁石による鎖交磁束であり、ωｃｃは、電流制御の目標の応答角周波数であり、ｓはラプラス演算子である。

電圧指令値算出部３４は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに変換する。なお、３相の電圧指令値に対して３次高調波などの零相成分が加えられてもよい。

１－３－４．インバータ制御部３５
インバータ制御部３５は、電圧指令値に基づいて、インバータが有する複数のスイッチング素子をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりオンオフして、３相の巻線に電圧を印加するスイッチング制御と、３相の巻線が相互に短絡するように複数のスイッチング素子をオンオフする全相短絡制御と、を切り替えて実行する。

本実施の形態では、インバータ制御部３５は、スイッチング制御部３５ａ、全相短絡制御部３５ｂ、及び出力切換部３５ｃを備えている。

スイッチング制御部３５ａは、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに基づいて、ＰＷＭ制御により複数のスイッチング素子をオンオフする。スイッチング制御部３５ａは、３相の電圧指令値のそれぞれとキャリア波とを比較することにより、各相のスイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。キャリア波は、キャリア周波数で０を中心に電源電圧ＶＤＣ／２の振幅で振動する三角波とされている。インバータ制御部３５は、電圧指令値がキャリア波を上回った場合は、スイッチング信号をオンし、電圧指令値がキャリア波を下回った場合は、スイッチング信号をオフする。正極側のスイッチング素子には、スイッチング信号がそのまま伝達され、負極側のスイッチング素子には、スイッチング信号を反転させたスイッチング信号が伝達される。

全相短絡制御部３５ｂは、３相全相の正極側のスイッチング素子をオンすると共に３相全相の負極側のスイッチング素子をオフする各スイッチング信号を生成し、或いは、３相全相の正極側のスイッチング素子をオフすると共に、３相全相の負極側のスイッチング素子をオンする各スイッチング信号を生成する。これにより、３相の巻線の端子が相互に短絡される。

出力切換部３５ｃは、後述する切換制御部３７によりスイッチング制御を実行すると判定されている場合（切換信号ＳＴＡＴ＝１）は、スイッチング制御部３５ａの各スイッチング信号を、ゲート駆動回路を介して、インバータ２０の各スイッチング素子のゲート端子に入力させ、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。出力切換部３５ｃは、切換制御部３７により全相短絡制御を実行すると判定されている場合（切換信号ＳＴＡＴ＝０）は、全相短絡制御部３５ｂの各スイッチング信号を、ゲート駆動回路を介して、インバータ２０の各スイッチング素子のゲート端子に入力させ、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。

１）ＳＴＡＴ＝１のとき：スイッチング制御部３５ａの信号を、インバータに出力
２）ＳＴＡＴ＝０のとき：全相短絡制御部３５ｂの信号を、インバータに出力

１－３－５．電流指令値算出部３３
電流指令値算出部３３は、電流指令値を算出する。本実施の形態では、電流指令値算出部３３は、電流指令値として、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを算出する。

図４に示すように、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏを算出する。本実施の形態では、変調率の目標値Ｍｏは、一定値（例えば、１．２）に設定されている。なお、変調率の目標値Ｍｏは、トルク指令値Ｔｏ及び回転角速度ω等の運転状態に基づいて変化されてもよい。変調率は、電源電圧ＶＤＣ／２に対する、３相巻線の印加電圧の基本波成分の振幅の割合である。

電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏに基づいて、鎖交磁束指令値Ψｏを算出する。鎖交磁束指令値Ψｏは、電機子鎖交磁束の指令値である。電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏに、電源電圧ＶＤＣを乗算し、回転角速度ωで除算して、鎖交磁束指令値Ψｏを算出する。詳細には、図４及び次式に示すように、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏに１／２×√（３／２）及び電源電圧ＶＤＣを乗算し、回転角速度ωで除算して、鎖交磁束指令値Ψｏを算出する。

なお、鎖交磁束指令値Ψｏは、変調率の目標値Ｍｏと実際の変調率Ｍｒとの差が小さくなるようにフィードバック制御により補正されてもよい。実際の変調率Ｍｒは、例えば、ｄｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏに基づいて算出される。

電流指令値算出部３３は、鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏに基づいて、通常のｄ軸の電流指令値ＩｄｏＤ及びｑ軸の電流指令値ＩｑｏＤを算出する。電流指令値算出部３３は、鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏとｄ軸の電流指令値ＩｄｏＤとの関係が予め設定されたｄ軸電流設定データを参照し、算出された鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏに対応する通常のｄ軸の電流指令値ＩｄｏＤを算出する。電流指令値算出部３３は、鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏとｑ軸の電流指令値ＩｑｏＤとの関係が予め設定されたｑ軸電流設定データを参照し、算出された鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏに対応する通常のｑ軸の電流指令値ＩｑｏＤを算出する。

なお、トルク指令値Ｔｏは、制御装置１内で演算されてもよいし、外部の装置から伝達されてもよい。

＜切り替え時の電流指令値の設定＞
全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えたときに、全相短絡制御の実行時の電流値と、スイッチング制御の電流指令値との偏差が大きくなるため、過渡的に操作量が過大になり、トルク変動が生じる場合がある。そのため、全相短絡制御からスイッチング制御への切り替え時に、電流偏差が大きくなり、過渡的にトルク変動が生じないようにすることが望まれる。

そこで、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、電流指令値を、全相短絡制御の実行時に流れる電流に相当する値である切換電流値に設定する。本実施の形態では、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、全相短絡制御の実行時に流れる電流に相当する値であるｄ軸の切換電流値ＩｄＰＳ及びｑ軸の切換電流値ＩｑＰＳに設定する。

この構成によれば、全相短絡制御からスイッチング制御への切り替え時に、全相短絡制御の実行時の電流値と、スイッチング制御の電流指令値との偏差を小さくすることができる。そのため、切り替え時に、電流指令値と電流検出値との電流偏差を小さくすることができ、過渡的に操作量が過大になり、電流値が大きく変動することを抑制でき、過渡的にトルク変動が生じることを抑制できる。

＜切換電流値の設定＞
全相短絡制御の実行時のｄ軸及びｑ軸の電流値を導出する。ｄ軸及びｑ軸の回転座標系上の電圧方程式は、式（３）となる。

全相短絡制御では、３相巻線が短絡され、３相巻線に電圧が印加されないので、式（３）において、ｄ軸電圧Ｖｄ＝０、ｑ軸電圧Ｖｑ＝０に設定する。また、定常状態であると仮定して、ｄ軸電流の微分値ｄＩｄ／ｄｔ＝０、ｑ軸電流の微分値ｄＩｑ／ｄｔ＝０に設定する。そして、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑについて、連立方程式を解くと、式（４）が得られる。式（４）のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを、全相短絡制御の実行時に流れる電流に相当する値であるｄ軸の切換電流値ＩｄＰＳ及びｑ軸の切換電流値ＩｑＰＳに設定することができる。

そこで、本実施の形態では、電流指令値算出部３３は、式（４）を用い、回転角速度ωに基づいて、ｄ軸の切換電流値ＩｄＰＳ及びｑ軸の切換電流値ＩｑＰＳを設定する。式（４）のｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、磁石の鎖交磁束Ψｐ、及び巻線の抵抗値Ｒには、予め設定された値が用いられる。式（４）の代わりに、回転角速度ωとｄ軸の切換電流値ＩｄＰＳとの関係が予め設定されたｄ軸切換値の設定データ、及び回転角速度ωとｑ軸の切換電流値ＩｑＰＳとの関係が予め設定されたｑ軸切換値の設定データが用いられてもよい。

電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏをｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定した後、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳから、スイッチング制御において通常設定される通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤに次第に変化させる。

この構成よれば、電流検出値とスイッチング制御の電流指令値との偏差が大きくなることを抑制し、過渡的にトルク変動が生じることを抑制しつつ、通常の電流指令値を用いたスイッチング制御に円滑に切り替えることができる。

電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏをｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定し、待機時間Ｔｄｌｙが経過した後、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳから、スイッチング制御において通常設定される通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤに次第に変化させる。

この構成よれば、電流指令値が切換電流値に設定され、スイッチング制御が開始された後、待機時間Ｔｄｌｙが設けられるので、各制御値が安定してから、電流指令値の漸次変化を開始することができ、より安定的に、通常の電流指令値を用いたスイッチング制御に切り替えることができる。

待機時間Ｔｄｌｙは、スイッチング制御への切換後、電流が切換電流値に安定するまでの期間に対応して設定されるとよい。

１－３－６．回転検出部３６
回転検出部３６は、電気角でのロータの回転角度θ（ロータの磁極位置θ）及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、回転検出部３６は、電流検出値に基づいて、回転角度θ及び回転角速度ωを推定する。回転検出部３６は、全相短絡制御の実行時とスイッチング制御の実行時とで、推定方法を切り替える。

図２に示すように、回転検出部３６は、全相短絡時の推定部３６ａ、スイッチング制御時の推定部３６ｂ、及び推定値切換部３６ｃを備えている。

＜全相短絡制御時の推定＞
全相短絡時の推定部３６ａは、全相短絡制御の実行時に、特許文献１と同様の推定方法を用いて、次式を用い、第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１を推定する。

式（５）の第１式の右辺第１項について、全相短絡時の推定部３６ａは、３相の電流検出値Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを、３相２相変換を行って、α軸の電流値Ｉα及びβ軸の電流値Ｉβを算出する。式（５）の第１式の右辺第２項について、Ｉｑ／Ｉｄは、第１の回転角速度ω１を入力としたテーブルデータ又は関数により算出される。なお、ソフトウェアにより構成したＰＬＬ（Phase Locked Loop）に、θ１を入力とし、制御器の出力として積分器に入力される値をω１として用いてもよい。

特に、巻線の抵抗値Ｒが、巻線のインダクタンスによるインピーダンスよりも十分小さいと仮定し、式（４）においてＲ＝０とすると、全相短絡時のｄ軸の電流値Ｉｄ及びｑ軸の電流値Ｉｑは、次式で表され、電流ベクトルは、負側のｄ軸上近傍に位置し、電流ベクトルの位相は、－πになる

よって、式（５）の第１式の右辺第２項に－πを代入した、次式により、簡易的に、第１の回転角度θ１が推定されてもよい。この場合は、上述したテーブルデータは不要になる。

全相短絡時の推定部３６ａによる推定は、推定値が真値近傍であるという条件が不要であるので、万一モータの回転角速度が過大となってフェイルセーフのために３相短絡となった場合でも、後述のスイッチング制御時の推定部３６ｂよりも安定的に角度の推定が行える。

＜スイッチング制御時の推定＞
スイッチング制御時の推定部３６ｂは、スイッチング制御の実行時に、公知の推定方法（例えば、特許文献４）を用いて、第２の回転角度θ２及び第１の回転角速度ω２を推定する。例えば、適応オブザーバを用いた角度推定では、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値Ｉｄｒ、Ｉｑｒとｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを適応オブザーバに入力し、適応オブザーバから第２の回転角度θ２及び第１の回転角速度ω２が出力される。推定方法は、公知の技術であるため、詳細な説明を省略する。

スイッチング制御時の推定部３６ｂは、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、第２の回転角度θ２及び第２の回転角速度ω２の初期値として、切換の直前に推定された第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１を設定する。

＜推定値切換部３６ｃ＞
推定値切換部３６ｃは、切換制御部３７によりスイッチング制御を実行すると判定されている場合（切換信号ＳＴＡＴ＝１）は、スイッチング制御時の推定部３６ｂにより推定された第２の回転角度θ２及び第２の回転角速度ω２を、最終的な回転角度θ及び回転角速度ωとして出力する。一方、推定値切換部３６ｃは、切換制御部３７により全相短絡制御を実行すると判定されている場合（切換信号ＳＴＡＴ＝０）は、全相短絡時の推定部３６ａにより推定された第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１を、最終的な回転角度θ及び回転角速度ωとして出力する。
１）ＳＴＡＴ＝１のとき：θ＝θ２、ω＝ω２
２）ＳＴＡＴ＝０のとき：θ＝θ１、ω＝ω１

１－３－７．切換制御部３７
切換制御部３７は、スイッチング制御と全相短絡制御とのいずれを実行するかを切り替える。切換制御部３７は、スイッチング制御を実行する場合は、切換信号ＳＴＡＴ＝１に設定し、全相短絡制御を実行する場合は、切換信号ＳＴＡＴ＝０に設定する。切換制御部３７は、図示しない上位の制御部又は外部の制御装置から伝達された、スイッチング制御の実行指令又は全相短絡制御の実行指令に従って、切り替えを行う。例えば、交流回転電機２の動作が停止されるときに、全相短絡制御の実行が指令される。
１）スイッチング制御の実行時：ＳＴＡＴ＝１
２）全相短絡制御の実行時：ＳＴＡＴ＝０

１－３－８．切り替え時のフローチャート
以上で説明した全相短絡制御とスイッチング制御との切り替えに係る制御装置の処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。図５の処理は、例えば、所定の演算周期毎に実行される。

ステップＳ０１で、切換制御部３７は、全相短絡制御の実行指令及びスイッチング制御の実行指令のいずれが伝達されているかを判定し、スイッチング制御の実行指令が伝達されている場合は、ステップＳ０２に進み、全相短絡制御の実行指令が伝達されている場合は、ステップＳ０３に進む。

ステップＳ０２で、切換制御部３７は、切換信号ＳＴＡＴ＝１に設定し、電流指令値算出部３３、電圧指令値算出部３４、及びインバータ制御部３５等にスイッチング制御を実行させると共に、回転検出部３６にスイッチング制御時の回転角度及び回転角速度の推定を行わせる。

一方、ステップＳ０３で、切換制御部３７は、切換信号ＳＴＡＴ＝０に設定し、インバータ制御部３５に全相短絡制御を実行させると共に、回転検出部３６に全相短絡制御時の回転角度及び回転角速度の推定を行わせる。

ステップＳ０４で、電流指令値算出部３３は、切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化した時点であるか否かを判定し、変化時点である場合は、ステップＳ０５に進み、変化時点でない場合は、ステップＳ０７に進む。ステップＳ０５で、回転検出部３６は、スイッチング制御時の第２の回転角度θ２及び第２の回転角速度ω２の初期値として、切換の直前に推定された全相短絡時の第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１を設定する。

また、ステップＳ０６で、電流指令値算出部３３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定する。なお、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを算出する過程で、一次遅れフィルタ処理が行われる場合は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたとき（切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化した時点）に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳになるように、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御の実行中に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏをｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定してもよい。或いは、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたとき（切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化した時点）に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳになるように、一次遅れフィルタ処理の前回演算値等の内部演算値を、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳにリセットしてもよい。

ステップＳ０７で、電流指令値算出部３３は、切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化されてから待機時間Ｔｄｌｙ経過したか否かを判定し、経過していない場合は、ステップＳ０６に進み、経過している場合は、ステップＳ０８に進む。ステップＳ０６で、電流指令値算出部３３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定する。

一方、ステップＳ０８で、電流指令値算出部３３は、待機時間Ｔｄｌｙ経過後に実行される、切換電流値から通常の電流指令値への電流指令値の漸進的な変化が完了しているか否かを判定し、完了していない場合は、ステップＳ０９に進み、完了している場合は、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ０９で、電流指令値算出部３３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳから、通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤに次第に変化させる処理を実行する。

一方、ステップＳ１０で、電流指令値算出部３３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤに設定する。

１－３－９．制御挙動及び効果
次に、本実施の形態に係る制御挙動及び効果を説明する。電圧方程式をラプラス変換すると次式を得る。全相短絡状態で電流が流れているため、右辺第３項が現れる。

電流指令値を切換電流値に設定し、スイッチング制御を開始した後、十分に時間が経過していれば、電流値は電流指令値（切換電流値）に安定するため、次式に示すように、式（１）の電流制御器の伝達関数における目標値応答の伝達関数は、１に近似できる。

式（１）に式（９）を代入し、式（１）においてＶｄｏ＝Ｖｄ、Ｖｑｏ＝Ｖｑであるものとし、式（８）の右辺と式（１）の右辺とを等号で結ぶと、次式を得る。

ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定される場合、次式が成立する。

式（１１）を、式（１０）に代入し、整理すると、次式を得る。

式（１２）は、電流指令値を切換電流値に設定すれば、スイッチング制御を開始した後のｄ軸及びｑ軸の電流値Ｉｄ、Ｉｑが、全相短絡電流に相当するｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳの一定値となることを意味する。ｄ軸及びｑ軸の電流値が一定値になるので、トルク変動は生じない。

一方、従来の方法では、トルク指令値Ｔｏが０に設定されると、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏは、通常、次式に示すように、０に設定される。

式（１３）を式（１０）に代入しても、ｄ軸及びｑ軸の電流値Ｉｄ、Ｉｑが、全相短絡電流に相当するｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳで一定にならない。

＜比較例の制御挙動＞
図６に、比較例に係る制御挙動を示す。時刻ｔ０１より以前は、全相短絡制御が実行されており、時刻ｔ０１の時点では、ｄ軸及びｑ軸の電流値Ｉｄ、Ｉｑは、式（４）で表されるｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳ付近に安定している。また、全相短絡時に推定される第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１も、安定している。

時刻ｔ０２で、スイッチング制御の実行指令が伝達され、切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化している。そのため、全相短絡制御の実行が終了され、スイッチング制御の実行が開始されると共に、スイッチング制御時の回転角度及び回転角速度の推定が開始される。

比較例では、スイッチング制御の開始以降（時刻ｔ０２以降）、電流指令値算出部３３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、トルク指令値Ｔｏに基づいて設定された通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤに設定している。図６の例では、ＩｄｏＤ＝０、ＩｑｏＤ＝０である。

そのため、時刻ｔ０２で、全相短絡状態の電流値と電流指令値との偏差が大きくなるため、電流フィードバック制御による操作量が過渡的に過大になり、特に、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｒが、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏから大幅に逸脱し、変動している。ｑ軸の電流検出値Ｉｑｒの変動に比例して、トルクＴが変動している。また、電流指令値に対する電流検出値の変動により、回転角度θ及び回転角速度ωの推定値の変動が大きくなっている。

＜本実施の形態の制御挙動＞
図７に、本実施の形態に係る制御挙動を示す。時刻ｔ１１より以前は、全相短絡制御が実行されており、時刻ｔ１１の時点では、ｄ軸及びｑ軸の電流値Ｉｄ、Ｉｑは、式（４）で表されるｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳ付近に安定している。また、全相短絡時に推定される第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１も、安定している。

時刻ｔ１２で、スイッチング制御の実行指令が伝達され、切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化している。そのため、全相短絡制御の実行が終了され、スイッチング制御の実行が開始されると共に、スイッチング制御時の回転角度及び回転角速度の推定が開始される。

全相短絡制御からスイッチング制御への切換時（時刻ｔ１２）に、電流指令値算出部３３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定する。なお、図７の例では、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを算出する過程で、一次遅れフィルタ処理が行われることを考慮し、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたとき（切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化した時点）に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳになるように、電流指令値算出部３３は、時刻ｔ１２の以前の全相短絡制御の実行中から、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏをｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定している。

本実施の形態では、スイッチング制御を開始してから待機時間Ｔｄｌｙが経過するまでの期間（時刻ｔ１２から時刻ｔ１３まで）、電流指令値算出部３３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定する。

また、全相短絡制御からスイッチング制御への切換時（時刻ｔ１２）に、スイッチング制御時の第２の回転角度θ２及び第２の回転角速度ω２の初期値が、直前に推定された全相短絡時の第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１に設定される。

そのため、スイッチング制御への切換後、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値とｄ軸及びｑ軸の電流指令値との偏差が小さくなっており、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値が、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値から変動せずに、良好に追従している。その結果、トルクの変動も抑制されている。

初期値の設定に加えて、電流指令値に対する電流検出値の追従性がよいので、スイッチング制御への切換後の第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１の推定精度がよくなっている。

待機時間Ｔｄｌｙの間に、電流値の変動、回転角度θ及び回転角速度ωの推定値の変動が収まっている。待機時間Ｔｄｌｙが経過した時刻ｔ１３で、電流指令値算出部３３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳから、通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤに次第に変化させ始めている。

電流指令値が次第に変化されるので、電流検出値は、電流指令値から大幅に逸脱することなく、所定の制御応答で良好に追従している。よって、トルクの変動、回転角度θ及び回転角速度ωの推定値の変動が抑制されている。

そして、時刻ｔ１４で、電流指令値の漸進的な変化が完了し、時刻ｔ１４以降は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが、通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤに設定された状態で、スイッチング制御が行われる。

２．実施の形態２
実施の形態２に係る制御装置１について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転電機２及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、全相短絡制御からスイッチング制御への切換時の電流指令値の設定方法が実施の形態１と異なる。

式（６）を用いて説明したように、巻線の抵抗値Ｒが、巻線のインダクタンスによるインピーダンスよりも十分小さいと仮定し、式（４）においてＲ＝０とすると、全相短絡時のｄ軸の電流値Ｉｄ及びｑ軸の電流値は、次式で表される。次式のｄ軸及びｑ軸電流は、３相巻線に鎖交する電機子鎖交磁束が最小になる（例えば、０）になる電流値であり、本実施の形態では、ｄ軸の切換電流値ＩｄＰＳ及びｑ軸の切換電流値ＩｑＰＳに設定される。

すなわち、本実施の形態では、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、電流指令値を、３相巻線に鎖交する電機子鎖交磁束の大きさが最小となる値である切換電流値に設定する。具体的には、電流指令値算出部３３は、切換電流値として、式（１４）により設定されるｄ軸の切換電流値ＩｄＰＳ及びｑ軸の切換電流値ＩｑＰＳを設定する。

この構成によれば、電機子鎖交磁束が最小になる電流値は、全相短絡状態の電流値に近いので、切り替え時に、電流検出値とスイッチング制御の電流指令値との偏差が大きくなることを抑制できる。そのため、切り替え時に、電流指令値と電流検出値との電流偏差を小さくすることができ、過渡的に操作量が過大になり、電流値が大きく変動することを抑制でき、過渡的にトルク変動が生じることを抑制できる。

本実施の形態でも、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏをｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定した後、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳから、スイッチング制御において通常設定される通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤに次第に変化させる。

また、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏをｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定し、待機時間Ｔｄｌｙが経過した後、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳから、スイッチング制御において通常設定される通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤに次第に変化させる。

＜変調率の目標値Ｍｏ＝０による、切換電流値の設定＞
図８に示すように、実施の形態１と同様に、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏを設定する。

本実施の形態では、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、変調率の目標値Ｍｏを０に設定することにより、電流指令値を、電機子鎖交磁束の大きさが最小となる値である切換電流値に設定する。

電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、変調率の目標値Ｍｏを０に設定した後、変調率の目標値Ｍｏを、０から、スイッチング制御において通常設定される通常の変調率の目標値ＭｏＤに次第に変化させる。

電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、変調率の目標値Ｍｏを０に設定し、待機時間Ｔｄｌｙが経過した後、変調率の目標値Ｍｏを、０から、通常の変調率の目標値ＭｏＤに次第に変化させる。

通常の変調率の目標値ＭｏＤは、０よりも大きい一定値（例えば、１．２）に設定されている。なお、通常の変調率の目標値ＭｏＤは、トルク指令値Ｔｏ及び回転角速度ω等の運転状態に基づいて変化されてもよい。

実施の形態１と同様に、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏに基づいて、鎖交磁束指令値Ψｏを算出する。電流指令値算出部３３は、鎖交磁束指令値Ψｏ及びトルク指令値Ｔｏに基づいて、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを算出する。ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏの算出方法は、実施の形態１の通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤの算出方法と同様である。

変調率の目標値Ｍｏを０に設定することにより、鎖交磁束指令値Ψｏは０に設定され、電機子鎖交磁束が０になる、切換電流値に対応する電流指令値が設定される。なお、変調率の目標値Ｍｏを介さずに、直接、鎖交磁束指令値Ψｏが０に設定されてもよい。また、変調率の目標値Ｍｏ及び鎖交磁束指令値Ψｏを介さずに、直接、電流指令値が切換電流値に設定されてもよい。

＜フローチャート＞
以上で説明した全相短絡制御とスイッチング制御との切り替えに係る制御装置の処理について、図９のフローチャートを用いて説明する。図９の処理は、例えば、所定の演算周期毎に実行される。

ステップＳ２１で、切換制御部３７は、全相短絡制御の実行指令及びスイッチング制御の実行指令のいずれが伝達されているかを判定し、スイッチング制御の実行指令が伝達されている場合は、ステップＳ２２に進み、全相短絡制御の実行指令が伝達されている場合は、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２２で、切換制御部３７は、切換信号ＳＴＡＴ＝１に設定し、電流指令値算出部３３、電圧指令値算出部３４、及びインバータ制御部３５等にスイッチング制御を実行させると共に、回転検出部３６にスイッチング制御時の回転角度及び回転角速度の推定を行わせる。

ステップＳ２３で、切換制御部３７は、切換信号ＳＴＡＴ＝０に設定し、インバータ制御部３５に全相短絡制御を実行させると共に、回転検出部３６に全相短絡制御時の回転角度及び回転角速度の推定を行わせる。

ステップＳ２４で、電流指令値算出部３３は、切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化した時点であるか否かを判定し、変化時点である場合は、ステップＳ２５に進み、変化時点でない場合は、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２５で、回転検出部３６は、スイッチング制御時の第２の回転角度θ２及び第２の回転角速度ω２の初期値として、切換の直前に推定された全相短絡時の第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１を設定する。

また、ステップＳ２６で、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏを０に設定する。なお、変調率の目標値Ｍｏからｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを算出する過程で、一次遅れフィルタ処理が行われる場合は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたとき（切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化した時点）に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが、Ｍｏ＝０に対応する値（本例では、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳ）になるように、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御の実行中に、変調率の目標値Ｍｏを０に設定してもよい。或いは、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたとき（切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化した時点）に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが、Ｍｏ＝０に対応する値（本例では、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳ）になるように、一次遅れフィルタ処理の前回演算値等の内部演算値を、Ｍｏ＝０に対応する値にリセットしてもよい。

ステップＳ２７で、電流指令値算出部３３は、切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化されてから待機時間Ｔｄｌｙ経過したか否かを判定し、経過していない場合は、ステップＳ２６に進み、経過している場合は、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２６で、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏを０に設定する。

一方、ステップＳ２８で、電流指令値算出部３３は、待機時間Ｔｄｌｙ経過後に実行される、０から通常の変調率の目標値ＭｏＤへの変調率の目標値Ｍｏの漸進的な変化が完了しているか否かを判定し、完了していない場合は、ステップＳ２９に進み、完了している場合は、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ２９で、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏを、０から通常の変調率の目標値ＭｏＤに次第に変化させる処理を実行する。

一方、ステップＳ３０で、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏを、通常の変調率の目標値ＭｏＤに設定する。

＜制御挙動＞
図１０に、本実施の形態１に係る制御挙動を示す。時刻ｔ３１より以前は、全相短絡制御が実行されており、時刻ｔ３１の時点では、ｄ軸及びｑ軸の電流値Ｉｄ、Ｉｑは、式（４）で表される全相短絡状態のｄ軸及びｑ軸の電流値付近に安定している。また、全相短絡時に推定される第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１も、安定している。

時刻ｔ３２で、スイッチング制御の実行指令が伝達され、切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化している。そのため、全相短絡制御の実行が終了され、スイッチング制御の実行が開始されると共に、スイッチング制御時の回転角度及び回転角速度の推定が開始される。

全相短絡制御からスイッチング制御への切換時（時刻ｔ３２）に、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏを０に設定して、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、式（１４）で表せられる、電機子鎖交磁束が０になるｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定する。なお、図１０の例では、変調率の目標値Ｍｏからｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを算出する過程で、一次遅れフィルタ処理が行われることを考慮し、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたとき（切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化した時点）に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが、Ｍｏ＝０に対応するｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳになるように、電流指令値算出部３３は、時刻ｔ３２の以前の全相短絡制御の実行中から、変調率の目標値Ｍｏを０に設定している。

本実施の形態では、スイッチング制御を開始してから待機時間Ｔｄｌｙが経過するまでの期間（時刻ｔ３２から時刻ｔ３３まで）、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏを０に設定し、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定する。

また、全相短絡制御からスイッチング制御への切換時（時刻ｔ３２）に、スイッチング制御時の第２の回転角度θ２及び第２の回転角速度ω２の初期値が、直前に推定された全相短絡時の第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１に設定される。

ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏ（特に、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ）は、全相短絡状態のｄ軸及びｑ軸の電流値の近傍に設定されており、スイッチング制御への切換後、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値とｄ軸及びｑ軸の電流指令値との偏差が小さくなっており、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値が、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値から変動せずに、良好に追従している。その結果、トルクの変動も抑制されている。

また、スイッチング制御への切換後、トルクが０になっており、実施の形態１よりもトルク指令値Ｔｏに近づいている。

初期値の設定に加えて、電流指令値に対する電流検出値の追従性がよいので、スイッチング制御への切換後の第１の回転角度θ１及び第１の回転角速度ω１の推定精度がよくなっている。

待機時間Ｔｄｌｙの間に、電流値の変動、回転角度θ及び回転角速度ωの推定値の変動が収まっている。待機時間Ｔｄｌｙが経過した時刻ｔ３３で、電流指令値算出部３３は、変調率の目標値Ｍｏを、０から通常の変調率の目標値ＭｏＤに次第に変化させ始めている。その結果、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが、Ｍｏ＝０に対応する値から、Ｍｏ＝Ｍｏｄに対応する値に次第に変化している。

電流指令値が次第に変化されるので、電流検出値は電流指令値から大幅に逸脱することなく、所定の制御応答で良好に追従している。よって、トルクの変動、回転角度θ及び回転角速度ωの推定値の変動が抑制されている。

そして、時刻ｔ３４で、変調率の目標値Ｍｏの漸進的な変化が完了し、時刻ｔ３４以降は、変調率の目標値Ｍｏが、通常の変調率の目標値ＭｏＤに設定された状態で、スイッチング制御が行われる。

＜電機子鎖交磁束を最小になる電流指令値に設定することの追加的な効果＞
続いて、電機子鎖交磁束を最小になる電流指令値に設定することによる追加的な効果について説明する。図１１は、制御装置１が用いるｑ軸インダクタンスＬｑに誤差がある場合の、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えた後の、回転角速度ωの推定値の変動の大きさ（以下、切り替え後の角速度推定値の変動量と称す）を示す例である。図１１には、ｑ軸インダクタンスＬｑの誤差を変化させた場合に、各誤差における、実施の形態１のように電流指令値を全相短絡状態の電流値に設定する場合（以下、全相短絡電流値の場合と称す）における切り替え後の角速度推定値の変動量と、本実施の形態のように電流指令値を電機子鎖交磁束が最小になる電流値に設定する場合（以下、鎖交磁束最小電流値の場合と称す）における切り替え後の角速度推定値の変動量と、を示している。

この図から分かるように、ｑ軸インダクタンスＬｑに誤差がない、又はプラス方向の誤差がある場合は、鎖交磁束最小電流値の場合の切り替え後の角速度推定値の変動量よりも、全相短絡電流値の場合の切り替え後の角速度推定値の変動量の方が小さい。一方、ｑ軸インダクタンスＬｑにマイナス方向の誤差がある場合は、全相短絡電流値の場合の切り替え後の角速度推定値の変動量よりも、鎖交磁束最小電流値の場合の切り替え後の角速度推定値の変動量の方が小さい。

これは、電流指令値を鎖交磁束最小電流値に設定することで、電流指令値が全相短絡電流値からずれ、角速度推定値の変動が比較的に大きくなる影響がある。一方、電流指令値を鎖交磁束最小電流値に設定することで、ｑ軸インダクタンスＬｑのマイナス方向の誤差により生じる適応オブザーバのｑ軸電流の推定誤差が比較的に小さくなり、角速度推定値の変動も比較的に小さくなるためである。

プラス方向の誤差及びマイナス方向の誤差の全体で見れば、電流指令値を鎖交磁束最小電流値に設定する方が、角速度推定値の変動が小さくなる可能性が高いため、実施の形態２は、ｑ軸インダクタンスＬｑが正確に得られない場合においても、適用しやすいという利点がある。

３．実施の形態３
実施の形態３に係る制御装置１について図面を参照して説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転電機２及び制御装置１の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、切換電流値の設定方法が実施の形態１と異なる。

本実施の形態では、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御の実行中の電流の検出値に基づいて、切換電流値を設定する。

この構成によれば、経年変化、生産バラツキ、温度特性等の変動要因により、交流回転電機２の特性が変動した場合でも、全相短絡制御の実行中の電流の検出値に基づいて、切換電流値を精度よく設定することができる。

本実施の形態では、図１２に示すように、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御の実行中のｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒを学習する。例えば、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御の実行中のｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒに対して、統計処理を行って、全相短絡制御の実行中のｄ軸の電流学習値ＩｄＬ及びｑ軸の電流学習値ＩｑＬを算出する。ｄ軸の電流学習値ＩｄＬ及びｑ軸の電流学習値ＩｑＬが、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに対応する。統計処理には、平均化処理、ローパスフィルタ処理、最小二乗法等が用いられる。学習値は、ＲＡＭ等の記憶装置に記憶される。そして、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたとき（切換信号ＳＴＡＴが０から１に変化した時点）に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、切換電流値としてのｄ軸の電流学習値ＩｄＬ及びｑ軸の電流学習値ＩｑＬに設定する。

なお、本実施の形態に係るフローチャートの図示は省略するが、実施の形態１の図５のステップＳ０６において、電流指令値算出部３３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、ｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳとしてのｄ軸の電流学習値ＩｄＬ及びｑ軸の電流学習値ＩｑＬに設定する。また、図５のステップＳ０３において、電流指令値算出部３３は、全相短絡制御の実行中のｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒに対して、統計処理を行って、全相短絡制御の実行中のｄ軸の電流学習値ＩｄＬ及びｑ軸の電流学習値ＩｑＬを算出する。

＜転用例＞
（１）上記の各実施の形態では、交流回転電機の用途を特に特定していなかった。例えば、交流回転電機は、車両の車輪の駆動力源に用いられると好適である。本願では、全相短絡制御からスイッチング制御への切換時のトルク変動を抑制できるので、運転者が感じるショックを低減でき、運転者の快適性を向上できる。なお、交流回転電機は、車両の車輪以外の各種の装置の駆動力源に用いられてもよい。

（２）上記の各実施の形態では、永久磁石式の交流回転電機を例として説明した。しかし、界磁巻線式などの、回転した時に誘起電圧が発生する交流回転電機であれば、どのような構成の交流回転電機が用いられてもよい。

（３）上記の各実施の形態では、３相の巻線が設けられる場合を例として説明した。しかし、巻線の相数は、複数相であれば、２相、４相等の任意の数に設定されてもよい。

（４）上記の各実施の形態では、１組の３相の巻線及びインバータが設けられる場合を例として説明した。しかし、２組以上の複数相巻線及びインバータが設けられ、各組の複数相巻線及びインバータに対して、各実施の形態と同様の制御が行われてもよい。

（５）上記の各実施の形態では、電流指令値算出部３３は、中間パラメータとして鎖交磁束指令値Ψｏを用い、変調率の目標値Ｍｏ等に基づいて鎖交磁束指令値Ψｏを変化させ、鎖交磁束指令値Ψｏに基づいて電流指令値を設定している場合を例として説明した。しかし、電流指令値算出部３３は、鎖交磁束指令値Ψｏを用いずに、電流指令値を設定してもよい。例えば、電流指令値算出部３３は、特開２０１２－２０００７３号公報に開示されているように、中間パラメータとして、電圧不足割合を用い、変調率の目標値Ｍｏ等に基づいて電圧不足割合を変化させ、電圧不足割合に基づいて電流指令値を設定してもよい。

また、電流指令値算出部３３は、公知の各種の電流ベクトル制御を用い、通常の電流指令値を設定してもよい。例えば、電流指令値算出部３３は、最大トルク電流制御又は弱め磁束制御等により、トルク指令値Ｔｏ、回転角速度ω、及び電源電圧ＶＤＣ等に基づいて、通常のｄ軸及びｑ軸の電流指令値ＩｄｏＤ、ＩｑｏＤを設定し、全相短絡制御からスイッチング制御に切り替えられたときに、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを、上記の各実施の形態で説明したｄ軸及びｑ軸の切換電流値ＩｄＰＳ、ＩｑＰＳに設定してもよい。

（６）上記の各実施の形態では、回転角度を検出する角度センサを用いずに、電流検出値等に基づいて、回転角度θ及び回転角速度ωが推定される場合を例に説明した。しかし、ホール素子、エンコーダ、又はレゾルバ等の角度センサが設けられ、角度センサの出力信号に基づいて、回転角度θ及び回転角速度ωが推定されてもよい。この場合は、待機時間Ｔｄｌｙが０に設定されてもよい。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１ 交流回転電機の制御装置、２ 交流回転電機、２０ インバータ、３２ 電流検出部、３３ 電流指令値算出部、３４ 電圧指令値算出部、３５ インバータ制御部、ＩｄＰＳ ｄ軸の切換電流値、ＩｑＰＳ ｑ軸の切換電流値、ＩｄｏＤ 通常のｄ軸の電流指令値、ＩｑｏＤ 通常のｑ軸の電流指令値、Ｉｄｏ ｄ軸の電流指令値、Ｉｑｏ ｑ軸の電流指令値、Ｉｄｒ ｄ軸の電流検出値、Ｉｑｒ ｑ軸の電流検出値、Ｌｄ ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ ｑ軸インダクタンス、Ｍｏ 変調率の目標値、ＭｏＤ 通常の変調率の目標値、Ｔｄｌｙ 待機時間、Ｔｏ トルク指令値、Ψｏ 鎖交磁束指令値、θ 回転角度、ω 回転角速度

Claims (8)

1. 複数相の巻線を設けたステータとロータとを有する交流回転電機を、インバータを介して制御する交流回転電機の制御装置であって、
   前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
   電流指令値を設定する電流指令値算出部と、
   前記電流指令値及び電流の検出値に基づいて、電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、
   前記電圧指令値に基づいて、前記インバータが有する複数のスイッチング素子をオンオフして、前記複数相の巻線に電圧を印加するスイッチング制御と、前記複数相の巻線が相互に短絡するように前記複数のスイッチング素子をオンオフする全相短絡制御と、を切り替えて実行するインバータ制御部と、を備え、
   前記電流指令値算出部は、前記全相短絡制御から前記スイッチング制御に切り替えられたときに、前記電流指令値を、前記複数相の巻線に鎖交する電機子鎖交磁束の大きさが最小となる値である切換電流値に設定する交流回転電機の制御装置。
2. 前記電流指令値算出部は、前記電流指令値として、ｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値を設定し、
   前記電圧指令値算出部は、前記ｄ軸の電流指令値、前記ｑ軸の電流指令値、ｄ軸の電流検出値、ｑ軸の電流検出値に基づいて、前記電圧指令値を算出し、
   前記電流指令値算出部は、ｄ軸のインダクタンスをＬｄとし、前記ロータの磁石の鎖交磁束をΨｐとし、ｄ軸の切換電流値をＩｄＰＳとし、ｑ軸の切換電流値をＩｑＰＳとし、
   

   

   の式により設定される前記ｄ軸の電流切換値及び前記ｑ軸の電流切換値を、前記切換電流値として設定する請求項１に記載の交流回転電機の制御装置。
3. 前記電流指令値算出部は、鎖交磁束指令値とトルク指令値に基づいて、前記電流指令値を算出し、
   前記全相短絡制御から前記スイッチング制御に切り替えられたときに、前記鎖交磁束指令値を０に設定することにより、前記電流指令値を、前記電機子鎖交磁束の大きさが最小となる値である前記切換電流値に設定する請求項１又は２に記載の交流回転電機の制御装置。
4. 前記電流指令値算出部は、変調率目標値に基づいて、鎖交磁束指令値を算出し、前記鎖交磁束指令値とトルク指令値に基づいて、前記電流指令値を算出し、
   前記全相短絡制御から前記スイッチング制御に切り替えられたときに、前記変調率目標値を０に設定することにより、前記鎖交磁束指令値を０に設定し、前記電流指令値を、前記電機子鎖交磁束の大きさが最小となる値である前記切換電流値に設定する請求項１から３のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
5. 前記電流指令値算出部は、前記全相短絡制御から前記スイッチング制御に切り替えられたときに、前記電流指令値を前記切換電流値に設定した後、前記電流指令値を、前記切換電流値から、前記スイッチング制御において通常設定される通常の電流指令値に次第に変化させる請求項１から４のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
6. 前記電流指令値算出部は、前記全相短絡制御から前記スイッチング制御に切り替えられたときに、前記電流指令値を前記切換電流値に設定し、待機時間が経過した後、前記電流指令値を、前記切換電流値から、前記スイッチング制御において通常設定される通常の電流指令値に次第に変化させる請求項１から５のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。
7. 前記待機時間は、前記スイッチング制御の開始後、電流が前記切換電流値に安定するまでの期間に対応して設定される請求項６に記載の交流回転電機の制御装置。
8. 前記交流回転電機は、車両の車輪の駆動力源である請求項１から７のいずれか一項に記載の交流回転電機の制御装置。

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