JP5029915B2 - 回転電機制御システム及び車両駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、直流電源の出力を昇圧する電源変換部を有し、車両を駆動するための回転電機を制御する回転電機制御システムに関する。また、当該回転電機制御システムを備える車両駆動システムに関する。

近年、化石燃料を燃焼させる内燃機関により駆動される自動車と比べて環境負荷が小さい自動車が提案されている。回転電機であるモータにより駆動される電気自動車や、内燃機関及びモータにより駆動されるハイブリッド自動車は、その一例である。電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されるモータには、広い速度範囲（回転数範囲）に亘って、乗用駆動に適した良好なトルクを発揮することが期待されている。

回転電機（モータやジェネレータ）としてのモータは、磁界と電流とによって力（トルク）を発生させる原理に基づいて動作する。しかし、モータが回転中には、磁界の中で力が作用することにもなり、いわゆる逆起電力が生じることになる。逆起電力は、トルクを発生させる電流の流れを妨げる方向に生じるため、モータを回転させるために磁界の中を流れる電流が減少し、力（トルク）が低下する。モータの回転数が上がるに従って逆起電力も増加するため、回転数がある値に達すると逆起電力により生じる電流が駆動電流に達してしまい、モータが制御できなくなる。そこで、磁界を発生させている界磁の力を弱め、逆起電力の発生を抑制する「弱め界磁制御」が行われる。但し、弱め界磁制御を行うと、界磁の力を弱めるために磁界の強さも低下し、得られる最大トルクは低下することになる。また、損失の増加による効率の低下も指摘されている。

この課題に対し、特開平１０−６６３８３号公報（特許文献１）において、モータに駆動電力を供給するバッテリの電圧を昇圧して、弱め界磁制御に移行する回転数をより高い回転数へと移行させる技術が提案されている。この技術によれば、トルクと回転数とにより設定されるモータの目標動作点の位置に応じて、昇圧回路（コンバータ）によりバッテリの電圧を昇圧させる。これによって、弱め界磁制御を行う領域を高出力側（高トルク側及び高回転数側）へと移行させることが可能となる。特許文献１に記載された例では、複数段階の昇圧電圧値を設定することによって、段階的に、弱め界磁制御を行わない通常界磁制御（一般的には最大トルク制御）の領域が拡大されている。

特開２００５−２１０７７９号公報（特許文献２）には、このような昇圧回路（電源装置）に過大な電流が流れないように制御する技術が開示されている。この技術によれば、回転電機の消費電力と平滑コンデンサの蓄積電力の変化量との和に応じて、昇圧回路の出力制限電力を超えないように回転電機のトルク指令が制限される。

特開平１０−６６３８３号公報（第３〜１２段落、図１、２等） 特開２００５−２１０７７９号公報（請求項１等）

昇圧電圧が急激に変化するような状況においては、昇圧後の電圧の測定値を制御装置が取得するまでの伝達時間や制御装置における演算時間などによる応答遅延が生じる。この影響で、回転電機は実際の電圧よりも低い電圧が印加されるものとして駆動制御される。このように、実際に印加される電圧が制御装置により認識されている電圧の測定値よりも高いことにより、回転電機は目標トルクよりも大きなトルクを出力することとなる。その結果、回転電機の消費電流が不必要に増大し、増大した分も含めて多くの消費電流がバッテリから引き出されることになる。つまり、回転電機が高いトルクで運転されておりバッテリの消費電力が大きい状態で、コンバータによる昇圧電圧が急激に上昇すると、必要以上の電流がバッテリから引き出され、過電流となる可能性がある。特許文献２の技術を利用して、トルク制限を実施したとしても、昇圧後の電圧の測定値の伝達時間などの遅延時間が考慮されていないため、充分とはいえない。

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、消費電力が大きい状態においてバッテリの電圧を昇圧して回転電機を駆動させても、バッテリが過電流とならないように消費電力を抑制可能な回転電機制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機制御システムの特徴構成は、
車両を駆動するための回転電機に電力を供給する直流電源と前記回転電機との間に介在され、少なくとも前記回転電機が力行する際に前記直流電源の出力を交流に変換する周波数変換部と、
前記直流電源と前記周波数変換部との間に介在され、前記回転電機の目標トルク及び回転速度に応じて設定される昇圧指令値に基づいて前記直流電源の出力を昇圧する電圧変換部と、
前記周波数変換部及び前記電圧変換部を制御する制御部と、を備えた回転電機制御システムであって、
前記制御部は、前記回転電機の消費電力が所定の電力制限値を超えている場合に前記昇圧指令値の上昇を制限するものであり、
前記電力制限値が、前記電圧変換部で昇圧された昇圧後の電圧値を前記制御部が取得するまでの遅延時間内に増加する電力を、前記直流電源が出力可能な許容電力から差し引いた値として設定される点にある。

電圧変換部において昇圧されて出力される電圧が急速に上昇する際、フィードバック制御の応答遅れにより回転電機の消費電力が増加する場合がある。特に回転電機の消費電力が直流電源の許容電力に近く大きい値であるときには、許容電力を超えてしまう可能性がある。しかし、本特徴によれば、回転電機の消費電力が所定の電力制限値を超えている場合に昇圧指令値の上昇が制限される。昇圧指令値の上昇が制限されることによって、電圧変換部において昇圧され、出力される電圧が上昇することが抑制されるので、回転電機の消費電力の増加も抑制される。その結果、直流電源が過電流となることを抑制することが可能となる。

本特徴構成によれば、さらに前記電力制限値が、前記電圧変換部で昇圧された昇圧後の電圧値を前記制御部が取得するまでの遅延時間内に増加する電力を、前記直流電源が出力可能な許容電力から差し引いた値として設定される。

これによれば、遅延時間内に増加する電力を、直流電源が出力可能な許容電力から差し引いた値が電力制限値として設定される。従って、昇圧後の電圧値の検出遅れ等の応答遅れに伴う消費電力の増加に起因して、直流電源から電流が過剰に引き出され、過電流となることを良好に抑制することができる。

また、本発明に係る回転電機制御システムは、
前記制御部が、回転電機の目標トルク及び回転速度に応じて設定される昇圧指令値を決定し、該昇圧指令値が前記直流電源の電圧を越えたことを条件として、前記直流電源の出力が昇圧されることなく前記電圧変換部を介して前記周波数変換部に供給される非昇圧制御から、前記電圧変換部により昇圧されて前記周波数変換部に供給される昇圧制御へ移行させる制御を行うに際して、
当該移行の際に過渡的に生じる上昇電力を前記直流電源が出力可能な許容電力から差し引いた電力であって、前記電力制限値よりも低い値である電力を基準電力とし、前記回転電機の消費電力が前記基準電力以下となる領域で前記非昇圧制御から前記昇圧制御へ移行させるものであると好適である。

一般的に、電圧変換部は、プラス側に接続される上段のスイッチング素子と、マイナス側に接続される下段のスイッチング素子との直列回路を有して構成される。そして、非昇圧制御から昇圧制御への移行に際しては、プラス側とマイナス側との短絡を防止するために、上段のスイッチング素子と下段のスイッチング素子とが共にオフ状態に制御されるデッドタイムが設けられる。このデッドタイムの影響により、昇圧目標値が上昇している状況において、システムに応じた所定の電圧範囲は昇圧できないことになる。そして、非昇圧制御から昇圧制御への移行後には、電圧変換部の出力は、この電圧範囲を超えて急激に大きく上昇することとなる。そして、この急激な電圧の上昇に対する応答遅れに起因して、過渡的に上昇電力が発生し、直流電源から大きな電流を引き出して過電流を招く場合がある。しかし、デッドタイムに起因して生じる上昇電力に鑑みて、非昇圧制御から昇圧制御へ移行する条件、即ち移行境界が設定されるので、この移行時に回転電機の消費電力が許容電力に達することを防止できると共に、電力制限値を超える可能性も大きく抑制することができる。さらに、消費電力がまだ低い状態において、非昇圧制御から昇圧制御へと移行させることにより、非昇圧制御から昇圧制御への移行時に過渡的に生じる上昇電圧の影響で、回転電機の消費電力が電力制限値を超えて昇圧指令値の上昇が制限される可能性が大きく抑制される。非昇圧制御から昇圧制御への移行が必要な時は、トルクや回転速度の増加が要求される時である。非昇圧制御から昇圧制御への移行が妨げられないことにより、例えば回転電機が車両の駆動システムに利用される際には、ドライバビリティが向上する。

ここで、前記回転電機の前記消費電力は、前記回転電機の前記目標トルク及び前記回転速度を用いて取得されると好適である。

回転電機の消費電力を電圧や電流の実測値に基づいて取得しないので、電圧や電流を計測するセンサによる遅れに影響されることなく、回転電機の消費電力を取得することができる。従って、回転電機の消費電力が電力制限値を超える場合に、これを迅速に検出し、昇圧指令値の上昇を制限することができる。その結果、直流電源が過電流となることが良好に抑制される。

また、前記基準電力は、前記目標トルクが最大の時に生じる前記上昇電力を前記許容電力から差し引いた電力として設定されると好適である。

回転電機は目標トルクが大きいほど、その消費電力が大きくなる。従って、許容電力と消費電力との差は、目標トルクが高くなるに従って小さくなる。また、非昇圧制御から昇圧制御への移行時に急激に上昇する昇圧後の電圧に対する応答遅れに起因して過渡的に生じる上昇電力も目標トルクが大きいほど大きくなる。そして、目標トルクが最大の時の上昇電力は、発生し得る上昇電力の内で最大の値となる。従って、許容電力から上昇電力を差し引いた電力は、目標トルクが最大の時が最も小さくなる。この電力を基準電力として移行境界が設定されることにより、目標トルクの大きさに拘わらず、昇圧の開始時に生じる過渡的な電圧上昇に伴う直流電源の過電流の発生を良好に抑制することが可能となる。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおける前記昇圧指令値は、前記電圧変換部の出力の電圧値又は前記電圧変換部における昇圧率を規定するものであり、
前記制御部が、前記昇圧指令値を固定することによって前記昇圧指令値の上昇を制限すると好適である。

昇圧指令値が固定されることによって、電圧変換部の出力である昇圧後の電圧の上昇が抑制されるので、回転電機の消費電力の増加が抑制される。ここで、昇圧指令値が、電圧変換部の出力電圧を規定する値である場合には、昇圧後の電圧が一定に保持されることとなり、回転電機の消費電力の増加が抑制される。また、昇圧指令値が、電圧変換部による昇圧率を規定するものである場合には、昇圧後の電圧が一定値以下に抑制される。回転電機の消費電力が電力制限値を超えるような場合には、直流電源から多くの電流が引き出されている高負荷な状態であるから、直流電源の電圧は下降傾向にある場合が多い。電圧変換部における変調率が固定されており、電圧変換部への入力電圧である直流電圧が下降すると、電圧変換部からの出力電圧の値も下降する。従って、昇圧指令値が、電圧変換部による昇圧率を規定するものである場合には、昇圧後の電圧が一定値以下に抑制される。このように、昇圧指令値が固定されることによって、電圧変換部の出力である昇圧後の電圧の上昇が抑制される。その結果、昇圧後の電圧値の検出遅れに伴う消費電力の増加に起因して、直流電源からさらに多くの電流が引き出され過電流となることを抑制することができる。

また、本発明に係る回転電機制御システムの前記制御部は、前記直流電源の出力が昇圧されることなく前記電圧変換部を介して前記周波数変換部に供給される非昇圧制御から、前記電圧変換部により昇圧されて前記周波数変換部に供給される昇圧制御への移行を禁止することによって前記昇圧指令値の上昇を制限すると好適である。

上述したように、非昇圧制御から昇圧制御への移行時には、電圧変換部の出力が急激に大きく上昇することとなる。そして、この急激な電圧の上昇に対する応答遅れに起因して、過渡的に上昇電力が発生し、直流電源から大きな電流を引き出して過電流を招く場合がある。非昇圧制御から昇圧制御への移行を禁止することによって、電圧変換部の出力が急激に大きく上昇することがなくなる。従って、昇圧後の電圧値の検出遅れに伴う消費電力の増加に起因して、直流電源から多くの電流が引き出され過電流となることを抑制することができる。

また、好適には、本発明に係る回転電機制御システムの前記周波数変換部は、前記周波数変換部に入力される直流の電圧値と前記目標トルクとに応じて設定される変調率に基づいて入力された直流を交流に変換するものである。

電圧変換部による昇圧後の電圧の実測値を用いて変調率が設定されると実際の電圧に基づいて精度の良い変調ができる。通常時は、回転電機の消費電力が急激に変化することは少なく、従って、昇圧後の電圧の実測値を用いて変調率が設定されると低損失で回転電機を制御できて好適である。回転電機の消費電力が急激に上昇して電力制限値を超えるような時には、上述したように、電力制限値に基づいた判定により抑制される。そして、電力制限値を超えるか否かの判定には、実測値から取得した消費電力に限らず、回転電機の目標トルク及び回転速度を用いて取得した値も利用可能である。平常時には、精度が良く低損失な制御が可能な実測値を用いて回転電機を制御し、急激に消費電力が増加するような場合には、実測値以外の値を用いて回転電機を制御可能となるので、応答遅延の影響を受けることなく、状況に対応した良好な制御が可能となる。

また、本発明に係る車両駆動システムは、上述した本発明に係る回転電機制御システムを備えるとともに、
前記回転電機として、第１回転電機と第２回転電機とを備え、
前記第１回転電機および前記第２回転電機以外の駆動源から発生される駆動力を分配する動力分配機構を備え、前記動力分配機構により分配された一方の駆動力が車輪に、他方の駆動力が前記第１回転電機に伝達されるとともに、前記第２回転電機により発生される駆動力が前記車輪に伝達される構成を採ることができる。

この構成の車両駆動システムは、一対の回転電機と、当該一対の回転電機以外の駆動源（例えばエンジン）とを備えた、いわゆるスプリット形態の動力分配を行うハイブリッド車両を実現することができる。そして、当該ハイブリッド車両は、一対の回転電機の運転を、それら回転電機に要求される回転数及びトルクを満たす形態で実現し、さらに、単一の電圧変換部により、一対の回転電機のそれぞれで必要となる電圧を得る形態のシステムを容易に実現できる。

さらに、本発明の車両駆動システムは、
前記動力分配機構が、複数のピニオンギヤを支持するキャリアと、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤ及びリングギヤとを回転要素として有する遊星歯車機構を含んで構成され、
前記第１回転電機が前記サンギヤに接続され、前記回転電機以外の駆動源が前記キャリアに接続され、前記第２回転電機及び前記リングギヤが車輪に接続されている構成であると好適である。

この構造を採用することで、単一の遊星歯車機構を使用して、スプリット形態の動力分配を行うハイブリッド車両を容易に実現できる。

以下、本発明に係る回転電機制御システムの一実施形態について図面を参照しながら説明する。当該回転電機制御システムは、車両駆動システムに組み込まれて、当該車両駆動システムに備えられる回転電機の運転制御の用を果すものである。図１は、車両駆動システム２００の駆動系の構成を模式的に示すブロック図であり、図２は、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２を制御するために設けられる回転電機駆動装置Ｉｎを主とする回転電機制御系の構成を模式的に示すブロック図である。回転電機駆動装置Ｉｎは、本発明の回転電機制御システムに相当する。

図１に示すように、車両には内燃機関であるエンジンＥと、一対の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２とが備えられている。この車両駆動システム２００は、いわゆるハイブリッドシステムであり、エンジンＥと車輪Ｗとの間に、ハイブリッド駆動装置１を備えて構成されている。エンジンＥとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の公知の各種の内燃機関を用いることができる。後述するように、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２は、それぞれモータ（電動機）又はジェネレータ（発電機）として作動する。従って、以下の説明において、特に何れかの回転電機を特定する必要がない場合、符号ＭＧ１、ＭＧ２を省略することがある。車両は、モータとして働く回転電機若しくはエンジンＥから駆動力を得て走行可能である。また、エンジンＥにより発生される駆動力の少なくとも一部は、ジェネレータとして働く回転電機において電力に変換され、バッテリＢの充電、あるいはモータとして働く回転電機の駆動の用に供される。さらに、制動時には、制動力を利用して回転電機により発電し、バッテリＢに電力を回生することも可能である。

ハイブリッド駆動装置１の入力軸Ｉは、エンジンＥのクランクシャフト等の出力回転軸に接続されている。なお、入力軸ＩがエンジンＥの出力回転軸との間にダンパやクラッチ等を介して接続された構成としても好適である。ハイブリッド駆動装置１の出力は、ディファレンシャル装置Ｄ等を介して車輪Ｗに伝達される。さらに、入力軸Ｉは動力分配機構Ｐ１のキャリアｃａに連結されており、車輪Ｗにディファレンシャル装置Ｄを介して接続される中間軸Ｍはリングギヤｒに連結されている。

第１回転電機ＭＧ１は、ステータＳｔ１と、このステータＳｔ１の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ１と、を有している。この第１回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１は、動力分配機構Ｐ１のサンギヤｓと一体回転するように連結されている。また、第２回転電機ＭＧ２は、ステータＳｔ２と、このステータＳｔ２の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ２とを有している。この第２回転電機ＭＧ２のロータＲｏ２は、出力ギヤＯと一体回転するように連結され、ディファレンシャル装置Ｄの入力側に接続されている。

第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、図１に示すように、回転電機駆動装置（インバータ装置）Ｉｎを介してバッテリ（直流電源）Ｂに電気的に接続されている。第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、それぞれ電力の供給を受けて動力を発生するモータ（電動機）としての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ（発電機）としての機能とを果すことが可能に構成されている。

本実施形態における構成例では、第１回転電機ＭＧ１は、主に動力分配機構Ｐ１のサンギヤｓを介して入力された駆動力により発電を行うジェネレータとして機能し、バッテリＢを充電し、或いは第２回転電機ＭＧ２を駆動するための電力を供給する。ただし、車両の高速走行時等には第１回転電機ＭＧ１がモータとして機能する場合もある。一方、第２回転電機ＭＧ２は、主に車両の走行用の駆動力を補助するモータとして機能する。また、車両の減速時等には、第２回転電機ＭＧ２は、車両の慣性力を電気エネルギーとして回生するジェネレータとして機能する。このような第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２の運転は、ＴＣＵ（trans-axle control unit）１０（図２参照）により制御される。ＴＣＵ１０は、本発明の制御部として機能し、後述するように電圧変換部４及び周波数変換部５を介して、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２を制御する。

図１に示すように、動力分配機構Ｐ１は、入力軸Ｉと同軸状に配置されたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、動力分配機構Ｐ１は、複数のピニオンギヤを支持するキャリアｃａと、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤｓ及びリングギヤｒとを回転要素として有している。第１回転要素としてのサンギヤｓは、第１回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１と一体回転するように接続される。第２回転要素としてのキャリアｃａは、エンジンＥの出力回転軸に接続された入力軸Ｉと一体回転するように接続されている。第３回転要素としてのリングギヤｒは、中間軸Ｍと一体回転するように接続されており、リングギヤｒは、中間軸Ｍを介してディファレンシャル装置Ｄに接続される。

図１に示す構成においては、第１回転電機ＭＧ１が第１回転要素としてのサンギヤｓに接続され、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２以外の駆動源であるエンジンＥが第２回転要素としてのキャリアｃａに接続されている。そして、第２回転電機ＭＧ２及び第３回転要素としてのリングギヤｒは、ディファレンシャル装置Ｄを経て車輪Ｗに接続されている。しかし、駆動系の構成は、この構成に限定されるものではない。第２回転電機ＭＧ２は、ディファレンシャル装置Ｄに直接接続される形態でもよいし、第３回転要素又はその他の駆動伝達要素に接続され、それらの回転要素や駆動伝達要素を介してディファレンシャル装置Ｄに接続される形態でもよい。

図２は、回転電機駆動装置Ｉｎを中核とする回転電機制御系の構成を模式的に示すブロック図である。この回転電機制御系は、バッテリＢと各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２と、両者の間に介装される回転電機駆動装置Ｉｎとを備えて構成されている。また、回転電機駆動装置Ｉｎは、バッテリＢ側から、電圧変換部（コンバータ）４、周波数変換部（インバータ）５を備えている。図２に示すように、本実施形態では周波数変換部５として、一対の回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に対して、それぞれ周波数変換部５１と５２とが個別に設けられている。周波数変換部５と各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２との間には、回転電機を流れる電流を計測するための電流センサ１３が備えられている。尚、本例では、３相全ての電流を計測する構成を示しているが、３相は平衡状態にあり瞬時値の総和は零であるので２相のみの電流を計測して、ＴＣＵ１０において残りの一相の電流を演算により求めてもよい。尚、バッテリＢは、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２へ電力の供給が可能なものであるとともに、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２から電力の供給を受けて蓄電可能なものである。

電圧変換部４は、リアクトル４ａ、フィルタコンデンサ４ｂ、上下一対のスイッチング素子４ｃ，４ｄ、放電用抵抗器４ｅ、平滑コンデンサ４ｆを有して構成されている。スイッチング素子４ｃ、４ｄとしては、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）を適用すると好適である。本実施形態では、ＩＧＢＴを用いて構成される場合を例示している。

電圧変換部４の上段のスイッチング素子４ｃのエミッタは下段のスイッチング素子４ｄのコレクタに接続されるとともに、リアクトル４ａを介してバッテリＢのプラス側に接続されている。上段のスイッチング素子４ｃのコレクタは、周波数変換部５の入力プラス側に接続される。下段のスイッチング素子４ｄのエミッタはバッテリＢのマイナス側（グラウンド）に接続される。周波数変換部５の入力マイナス側もグラウンドであるので、下段のスイッチング素子４ｄのエミッタは周波数変換部５の入力マイナス側と接続される。

上段のスイッチング素子４ｃ及び下段のスイッチチング素子４ｄのゲートは、ドライバ回路７（７Ｃ）を介してＴＣＵ１０に接続される。スイッチング素子４ｃ、４ｄは、ＴＣＵ１０により制御され、バッテリＢからの電圧を昇圧して周波数変換部５に供給する。ＴＣＵ１０は、回転電機の目標トルクに応じて設定される昇圧指令値に基づいて、スイッチング素子４ｃ、４ｄを制御する。具体的には、ＴＣＵ１０は、上段のスイッチング素子４ｃをオフ状態にし、下段のスイッチング素子４ｄを例えばＰＷＭ制御することによってオン／オフを切り替えて、バッテリＢの電圧を昇圧して出力する。一方、回転電機が回生運転する場合には、電圧変換部４は、回転電機により発電された電力をバッテリＢへ回生する。例えば、ＴＣＵ１０は、下段のスイッチング素子４ｄをオフ状態にし、上段のスイッチング素子４ｃをオン状態に制御することによって、電圧変換部４を介して電力を回生させる。尚、回転電機により発電された電力を降圧してバッテリＢに回生させる場合には、上段のスイッチング素子４ｃがＰＷＭ制御されてもよい。

周波数変換部５は、ブリッジ回路により構成されている。周波数変換部５の入力プラス側と入力マイナス側との間に２つのスイッチング素子が直列に接続され、この直列回路が３回線並列接続される。つまり、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のステータコイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに一組の直列回路が対応したブリッジ回路が構成される。図２において、
符号８ａは、Ｕ相の上段側スイッチング素子であり、
符号８ｂは、Ｖ相の上段側スイッチング素子であり、
符号８ｃは、Ｗ相の上段側スイッチング素子であり、
符号８ｄは、Ｕ相の下段側スイッチング素子であり、
符号８ｅは、Ｖ相の下段側スイッチング素子であり、
符号８ｆは、Ｗ相の下段側スイッチング素子である。尚、周波数変換部５のスイッチング素子８ａ〜８ｆについても、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを適用すると好適である。本実施形態では、ＩＧＢＴを用いる場合を例示している。

図２に示すように、各相の上段側スイッチング素子８ａ、８ｂ、８ｃのコレクタは電圧変換部４の出力プラス側（周波数変換部５の入力プラス側）に接続され、エミッタは各相の下段側スイッチング素子８ｄ、８ｅ、８ｆのコレクタに接続されている。また、各相の下段側スイッチング素子８ｄ、８ｅ、８ｆのエミッタは、電圧変換部４の出力マイナス側（周波数変換部５の入力マイナス側）、即ち、バッテリＢのマイナス側（グラウンド）に接続されている。各スイッチング素子８ａ〜８ｆのゲートは、ドライバ回路７（７Ａ、７Ｂ）を介してＴＣＵ１０に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。

対となる各相のスイッチング素子（８ａ，８ｄ），（８ｂ，８ｅ），（８ｃ，８ｆ）による直列回路の中間点（スイッチング素子の接続点）９ｕ、９ｖ、９ｗは、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線にそれぞれ接続されている。各巻線へ供給される駆動電流は、電流センサ１３によって検出される。電流センサ１３による検出値は、ＴＣＵ１０が受け取り、フィードバック制御に用いられる。

また、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２には、回転検出部の一部として機能するレゾルバなどの回転検出センサ１１、１２が備えられており、ロータＲｏ１、Ｒｏ２の回転角（機械角）を検出する。回転検出センサ１１、１２は、ロータＲｏ１、Ｒｏ２の極数（極対数）に応じて設定されており、ロータＲｏ１、Ｒｏ２の回転角を電気角θに変換し、電気角θに応じた信号を出力することも可能である。ＴＣＵ１０は、この回転角に基づいて回転電機ＭＧ１及びＭＧ２の回転速度（角速度ω）や、周波数変換部５の各スイッチング素子８ａ〜８ｆの制御タイミングを演算する。

ＴＣＵ１０は、これらスイッチング素子８ａ〜８ｆを、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２に対する目標トルク及び回転速度（回転数）に基づいてＰＷＭ制御することで、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に三相の交流駆動電流を供給する。これにより、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２は、目標トルクに応じて力行する。回転電機ＭＧ１及びＭＧ２が発電機として働き、回転電機側から電力を受ける場合は、ＴＣＵ１０は、所定周波数の交流を直流に変換するように周波数変換部５を制御する。

図３は、第２回転電機ＭＧ２の速度とトルクとの相関図である。上述したように、回転電機駆動装置Ｉｎは、電圧変換部４を備えており、バッテリＢの直流電圧を昇圧可能である。即ち、回転電機に駆動電力を供給するバッテリＢの電圧を昇圧して、弱め界磁制御に移行する回転速度やトルクをより高い回転速度やトルクへと移行させる。図中の符号Ｋ２（Ｋ）は、電圧変換部４による昇圧が開始される移行境界を示している。図３から明らかなように、移行境界Ｋ２（Ｋ）は、回転電機の目標トルク及び回転速度の相関関係に基づいて設定されるものである。

回転電機の回転速度及び目標トルクの絶対値の少なくとも一方が、移行境界Ｋ２よりも大きい場合には、電圧変換部４によりバッテリＢの出力が昇圧される。昇圧の目標値である昇圧指令値は、昇圧後の電圧値として、段階的に設定されても良いし、無段階に設定されてもよい。図中の符号Ｋ１は、最大の昇圧指令値が設定される境界を示し、符号Ｔ_K1は、この昇圧指令値に基づいて昇圧された場合に、回転電機が出力可能なトルク領域を示している。ＴＣＵ１０は、回転電機の目標トルク及び回転速度が、移行境界Ｋ２を越えたことを条件として、電圧変換部４の制御状態を移行させる。具体的には、バッテリＢの出力が昇圧されることなく電圧変換部４を介して周波数変換部５に供給される非昇圧制御から、電圧変換部４により昇圧されて周波数変換部５に供給される昇圧制御へ移行させる制御を行う。

周波数変換部５は、電圧変換部４による昇圧後の直流電圧を目標トルク及び回転速度に応じた変調率で交流に変換して回転電機ＭＧ２を駆動する。電圧変換部４による昇圧後の電圧値Ｖ_Cは、不図示の電圧センサ等を用いて測定され、ＴＣＵ１０に取得される。但し、電圧センサや、所定のクロックにより動作するＴＣＵ１０のサンプリング間隔などの影響や、特に電圧センサの検出電圧のノイズを小さくするため、検出電圧の値を複数用いて平均化するなどのフィルタ処理により、ＴＣＵ１０が昇圧後の電圧値Ｖ_Cを取得するまでには、遅延時間がある。昇圧指令値が短時間で上昇し、昇圧後の電圧Ｖ_Cが短時間で上昇する場合には、この遅延時間の影響により、回転電機ＭＧ２を駆動するために周波数変換部５に印加される電圧が、実際の電圧よりも小さい電圧としてＴＣＵ１０に認識されることになる。ＴＣＵ１０は、この小さい電圧値に応じた変調率で直流を交流に変調して、回転電機ＭＧ２に目標トルクを発揮させるべく制御する。ところが、ＴＣＵ１０が認識している電圧値よりも昇圧後の電圧Ｖ_Cの実際の値が大きいため、回転電機ＭＧ２は過大なトルクを出力することとなる。このため、必要以上の電流がバッテリＢから引き出されることとなり、過電流となる可能性がある。

このような現象は、特に回転電機ＭＧ２が高負荷（高トルクや高回転）で駆動しており、回転電機の消費電力が大きい場合に顕在化する。そこで、ＴＣＵ１０は、回転電機の消費電力が所定の電力制限値を超えている場合に電圧変換部４に対する昇圧指令値の上昇を制限する。以下、このような昇圧指令値の制限について詳細に説明する。図４は、昇圧指令値を制限する制御を示すフローチャートである。図５及び図６は、昇圧指令値を制限する場合の消費電力と昇圧後の電圧Ｖ_Cとの関係を模試的に示す波形図である。図５は、上記移行境界Ｋを超えた後の状態を示し、電圧変換部４が昇圧制御されているときの波形図である。図６は、上記移行境界Ｋを超える際の状態を示し、電圧変換部４が非昇圧制御から昇圧制御に移行されるときの波形図である。

はじめに、ＴＣＵ１０は回転電機の消費電力を取得する。本実施形態においては、図４に示すように、ＴＣＵ１０は、消費電力として回転電機ＭＧ２の推定電力を算出する（＃１）。消費電力は、周波数変換部５に入力される直流電圧Ｖ_Cが不図示の電圧センサにより計測された実測値と、電流センサ１３により計測された電流値（Ｉ_MG2、Ｉ_MG1）とに基づいて算出することができる。しかし、実測値は上述したように遅延時間の関係で実際よりも低い値となる可能性がある。そこで、実際の消費電力により近い値を取得するべく、ＴＣＵ１０は推定電力を演算して取得する。

本実施形態では、推定電力は、回転電機の回転速度及び目標トルクを用いて演算され、取得される。この場合、電圧や電流の計測による遅延時間に影響されることなく、回転電機の消費電力を取得することができる。また、これに限らず、直流電圧Ｖ_Cの実測値と電流値（Ｉ_MG2、Ｉ_MG1）とに基づいて演算された電力値に所定の係数を乗じたり、所定のオフセット値を加算したりすることによって、遅延時間に相当する電力を加味して取得することもできる。

次にＴＣＵ１０は、推定電力が変化率制限閾値ＴＨに達しているか否かを判定する（図４＃２）。即ち、回転電機の消費電力がバッテリＢの許容電力近くにまで達しているか否かを判定する。推定電力が変化率制限閾値ＴＨに達していない場合、ＴＣＵ１０は、電圧変換部４への昇圧指令値の変化を制限することなく、通常通りの昇圧指令値に基づいて電圧変換部４を制御する（＃３）。

一方、推定電力が変化率制限閾値ＴＨに達している場合は、回転電機の消費電力がバッテリＢの許容電力近くにまで達している可能性が高い。そこで、ＴＣＵ１０は、電圧変換部４を制御する昇圧指令値の変化を制限する（＃４）。従って、変化率制限閾値ＴＨは、本発明の電力制限値に相当する。ここで、昇圧指令値の変化の制限とは、一例として昇圧指令値を固定することである。また、昇圧指令値の下降は許可して、上昇のみを禁止してもよい。これらは、昇圧指令値が、昇圧後の電圧Ｖ_Cの電圧を示す目標電圧を規定するものである場合に好適である。昇圧指令値が電圧変換部４における昇圧率を規定するものである場合には、昇圧率を固定することによって昇圧指令値の変化を制限してもよい。

図５を参照すれば、推定電力が変化率制限閾値ＴＨに達すると、制限フラグがアクティブとなる。制限フラグは、推定電力が変化率制限解除閾値ＴＬを下回るまでアクティブな状態を維持する。変化率制限解除閾値ＴＬは、変化率制限閾値ＴＨよりも小さい値に設定されており、制限フラグはヒステリシスを有する。本発明の制御部（ＴＣＵ１０）は、回転電機の消費電力が所定の電力制限値を超えている場合に昇圧指令値の上昇を制限する。上述したように、消費電力（推定電力）が変化率制限閾値ＴＨを超えると制限期間となるので、変化率制限閾値ＴＨは本発明の電力制限値に相当する。また、変化率制限閾値ＴＨを超えた後に変化率制限解除閾値ＴＬを超えていれば制限期間が継続するので、変化率制限解除閾値ＴＬも本発明の電力制限値に相当する。尚、変化率制限閾値ＴＨは、電圧変換部４による昇圧後の電圧値をＴＣＵ１０が取得するまでの遅延時間内に増加する電力を、バッテリＢが出力可能な許容電力（後述するＷ_BMAX）から差し引いた値として設定されると好適である。

次に、電圧変換部４に対する昇圧要求があるか否かが判定され（図４＃５）、昇圧要求が有る場合には昇圧が制限された状態で電圧変換部４が制御される（＃６）。即ち、上述したように制限された昇圧指令値に基づいて電圧変換部４による昇圧が実行される。図５に示すように、既に電力変換部４がバッテリＢの出力を昇圧する昇圧制御を実行している場合には、例えば、電圧変換部４の出力が同じ電圧値となるように電圧変換部４が制御される。これは、昇圧指令値が、昇圧後の電圧Ｖ_Cの電圧を示す目標電圧を規定するものであり、昇圧指令値の変化の制限が、昇圧指令値（目標電圧）を固定するものである場合に相当する。

昇圧指令値は、電圧変換部４における昇圧率を規定するものであり、昇圧率を固定することによって昇圧指令値（昇圧率）の変化を制限するものであってもよく。この場合は、電圧Ｖ_Cは以下のように変化する。推定電力（消費電力）が変化率制限閾値ＴＨを超えるほど大きい場合、バッテリＢからは多くの電流が引き出されている状態である。従って、バッテリＢの電圧Ｖ_Bは低下傾向にある。ここで、昇圧率が固定されると、電圧変換部４の出力もバッテリ電圧Ｖ_Bの低下に伴って低下することとなる。制限フラグがアクティブな期間においてバッテリＢの電圧Ｖ_Bが一定の場合には、電圧変換部４の出力も一定値が維持される。このように、昇圧指令値の上昇を制限することによって、少なくとも電圧変換部４の出力の電圧Ｖ_Cを上昇させることがないので、消費電力の増加を抑制することができる。

図５下段に示す昇圧後電圧Ｖ_Cの波形において破線で示す部分は、目標電圧として規定される昇圧指令値を示している。制限フラグがアクティブである制限期間が経過すると、再度、昇圧指令値（目標電圧）に対して昇圧が実行される。この時、図５に示すように昇圧後の電圧Ｖ_Cが急激に上昇することになる。従って、変化率制限解除閾値ＴＬは、この電圧Ｖ_Cの急激な上昇によって、消費電力が急激に増加して許容電力（後述するＷ_BMAX（図８、１０参照））を超えないような値に設定されると好適である。例えば、後述する「昇圧可能電力（基準電力）Ｗ_S」とすると好適である。

図６は、昇圧指令値が制限されている期間内において、電力変換部４が非昇圧制御から昇圧制御へと移行する場合の例を示している。非昇圧制御中には、昇圧指令値には無関係に、バッテリＢの電圧Ｖ_Bが電圧変換部４の出力電圧Ｖ_Cとなっているので、制限フラグがアクティブとなっても同様に電圧Ｖ_Bが電圧変換部４の出力電圧Ｖ_Cとなる。制限フラグがアクティブな期間内において、電力変換部４が非昇圧制御から昇圧制御へと移行する場合には、昇圧指令値の上昇が制限されることより、昇圧制御への移行が禁止される。

後述するように、非昇圧制御から昇圧制御へと移行する際には、昇圧後の電圧Ｖ_Cが急激に上昇する。そして、この急激な電圧Ｖ_Cの上昇に応じて、消費電力も過渡的に急激に上昇する。消費電力が多い状況において、このような現象が発生すると、消費電力が許容電力（Ｗ_B）を超えてしまう可能性が生じる。しかし、制限フラグがアクティブな制限期間中には、非昇圧制御から昇圧制御への移行が禁止されるので、制限期間中にはこのような急激な電圧Ｖ_Cの上昇、及びこれに応じた消費電流の上昇が起こらない。尚、図５に基づいて上述したことと同様に、制限期間が経過すると、非昇圧制御から昇圧制御へと移行するので、昇圧後の電圧Ｖ_Cが急激に上昇することになる。従って、変化率制限解除閾値ＴＬは、この電圧Ｖ_Cの急激な上昇によって、消費電力が急激に増加して許容電力（後述するＷ_BMAX）を超えないような値に設定されると好適である。例えば、後述する「昇圧可能電力（基準電力）Ｗ_S」とすると好適である。

尚、単位時間当たりの昇圧指令値の上昇率は、非昇圧制御から昇圧制御への移行時が最大である。従って、制限期間が経過した後に電圧Ｖ_Cが上昇する電位差も、非昇圧制御から昇圧制御への移行時の方が大きいと考えられる。従って、昇圧制御中における制限フラグ（制限期間）と、非昇圧制御中における制限フラグ（制限期間）とが別に設けられてもよい。変化率制限閾値ＴＨと変化率制限解除閾値ＴＬとの双方の値が別々に設定されてもよいし、変化率制限閾値ＴＨは共通の値を用い、変化率制限解除閾値ＴＬは別の値を用いてもよい。後者の場合、非昇圧制御中における変化率制限解除閾値ＴＬの方が、昇圧制御中における変化率制限解除閾値ＴＬよりも小さい値に設定されると好適である。

以下、非昇圧制御から昇圧制御への移行時に昇圧指令値の上昇率が最大となり、急激に昇圧後の電圧Ｖ_Cが上昇し、それに伴って消費電力が過渡的に上昇する点、及びそれに対する対策について詳細に説明する。

上述したように、ＴＣＵ１０は、回転電機の目標トルク及び回転速度が、移行境界Ｋ２を越えたことを条件として、電圧変換部４の制御状態を移行させる。具体的には、バッテリＢの出力が昇圧されることなく電圧変換部４を介して周波数変換部５に供給される非昇圧制御から、電圧変換部４により昇圧されて周波数変換部５に供給される昇圧制御へ移行させる制御を行う。この昇圧が開始される際、つまり、移行境界Ｋ２を超える際には、電圧変換部４のデッドタイム、及びＴＣＵ１０を含むフィードバック制御の応答遅延の影響で過渡的な消費電力の上昇が起こる。上述したように、電圧変換部４は、一端がバッテリＢに接続されるリアクトル４ａと、リアクトル４ａの他端と周波数変換部５のプラス側とを接続する上段のスイッチング素子４ｃと、リアクトル４ａの他端と周波数変換部５のマイナス側とを接続する下段のスイッチング素子４ｄとを有して構成される。非昇圧制御から昇圧制御への移行に際して、上段のスイッチング素子４ｃと下段のスイッチング素子４ｄとが共にオフ状態に制御されるデッドタイムが設けられ、これに起因して過渡的に消費電力の上昇が生じる。

図７及び図８は、昇圧開始時の過渡的な現象を示す説明図である。図７の上段に模式的に示す波形は、電圧変換部４による昇圧後の電圧Ｖ_Cを示すものである。図７の中段に模式的に示す波形は、周波数変換部５の変調率を示すものである。図７の下段に模式的に示す波形は、回転電機の電流（Ｉ_MG1やＩ_MG2）を示す。

上述したデッドタイムには、電圧変換部４のスイッチング素子４ｃ、４ｄが共にオフ状態に制御されるので、昇圧を行うことができない。このため、昇圧目標値が上昇している状況において個々のシステムに応じた所定の電圧範囲は昇圧できないことになる。デッドタイムが経過し、非昇圧制御から昇圧制御へ移行すると、電圧変換部４の出力は、この電圧範囲を超えて急激に大きく上昇することとなる。回転電機駆動装置Ｉｎには、不図示の電圧センサが備えられており、バッテリＢの電圧Ｖ_Bや、電圧変換部４による昇圧後の電圧Ｖ_Cが計測され、その結果がＴＣＵ１０に取得される。この際、ハードウェアによるフィルタやソフトウェアによるフィルタ、ＴＣＵ１０の動作クロックに応じたサンプリング間隔などの影響により、急激に上昇する電圧Ｖ_Cの値をＴＣＵ１０が精度良く取得できない場合がある。つまり、図７の上段に実線により模式的に示すように、実際には電圧Ｖ_Cが急激に上昇しているにも拘わらず、ＴＣＵ１０は、電圧Ｖ_Cが破線で示すように緩やかに上昇していると検出する。

ＴＣＵ１０は、取得した電圧Ｖ_C、つまり周波数変換部５の入力側の直流電圧の電圧値に応じて、交流に変換する際の変調率を演算する。具体的には、ＰＷＭ制御のデューティーを演算する。この際、電圧Ｖ_Cを実際の値よりも低い値として認識しているために、必要な変調率よりも高い変調率を算出し、この変調率に応じて周波数変換部５をＰＷＭ制御する。図７の中段に実線により模式的に示すように、実際には急激に変調率を低下させなければならないにも拘わらず、破線で示すように緩やかに変調率を低下させる。

その結果、回転電機は目標トルクに対して過大な電力の供給を受けて駆動され、回転電機に流れるモータ電流（例えば第２回転電機ＭＧ２のモータ電流Ｉ_MG2）が増加する。つまり、図７の下段に一点鎖線を用いて模式的に示すように、リップル状の過渡電流が生じる。回転電機を流れる電流は、電流センサ１３により計測され、その計測結果はＴＣＵ１０に入力される。そして、フィードバック制御により、図７の中段に一点鎖線を用いて模式的に示すように変調率が調整される。しかし、このような電圧及び電流の測定に掛かる遅延時間、及びＴＣＵ１０によるフィードバック制御の応答遅れがあるため、過渡電流の発生は完全に抑制することができない。

この過渡電流は、バッテリＢから引き出されることとなるので、回転電機が高負荷で回転している場合など、消費電力が大きい条件下では、バッテリＢが出力できる許容電流を超えて過電流の状態を生じさせる可能性がある。

図８の上段は、バッテリＢの電力Ｗ_Bを示し、中段はバッテリＢの電流Ｉ_Bを示し、下段は昇圧後の電圧Ｖ_Cをそれぞれ模式的に示す波形図である。上述したように、リップル状の過渡電流は、バッテリＢからの持ち出しとなるため、バッテリＢの電流Ｉ_Bにもリップルが生じる。当然、バッテリＢの電力Ｗ_Bにもリップルが生じることとなる。回転電機が高負荷で駆動され、回転電機の電流（Ｉ_MG1やＩ_MG2）が増加している場合、バッテリＢの電流Ｉ_Bも増加する。バッテリＢの電圧Ｖ_BはバッテリＢの電流Ｉ_Bの増加に伴って低下する。非昇圧制御時においては、電圧変換部４の出力の電圧Ｖ_Cは、バッテリ電圧Ｖ_Bであるから、電圧変換部４の出力の電圧Ｖ_Cも、図８の下段に示すように、バッテリＢの電流Ｉ_Bの増加に伴って低下する。

一方、回転電機の回転速度及び目標トルクに応じて電圧変換部４の昇圧指令値が決定され、この電圧指令値が昇圧後の昇圧目標値Ｅであったとする。回転電機が高負荷で駆動されている場合には、昇圧目標値Ｅも上昇傾向にあるから、時刻ｔにおいて昇圧目標値Ｅが
電圧変換部４の出力の電圧Ｖ_Cを上回り、電圧変換部４は昇圧動作を開始する。

この時、上述したように、電圧変換部４の短絡を確実に防止するために、デッドタイムＤＴが設けられることから、電圧変換部４のスイッチング素子のオン時間がデッドタイムＤＴより小さい場合、実際にスイッチングすることができないため、電圧変換部４は昇圧を行うことができない。バッテリ電圧ＶＢと昇圧目標値Ｅとの間に差が所定の昇圧不可電圧Ｖ_Dだけ大きくなると、スイッチング素子のオン時間がデッドタイムＤＴより大きくなることで実際にスイッチングを開始することになる。その結果、バッテリ電圧ＶＢと昇圧目標値Ｅとの間の差が昇圧不可電圧Ｖ_Dより大きくなった後に、昇圧不可電圧Ｖ_Dを含めて一気に昇圧されるため、昇圧後の電圧Ｖ_Cは急激に上昇する。この急激な電圧の上昇により生じるリップル電流を含めたバッテリＢの電流Ｉ_Bが、バッテリＢの電流の上限値（許容電流Ｉ_BMAX）を超えると、バッテリ過電流となる。

弱め界磁制御への移行を抑制するために、バッテリＢの電圧Ｖ_Bを昇圧する移行境界Ｋ２における昇圧目標値Ｅや昇圧不可電圧Ｖ_Dの値は、回転電機駆動装置Ｉｎのシステム構成に応じた所定の値である。従って、非昇圧制御から昇圧制御に移行する際のバッテリＢの電圧Ｖ_Bもおおむね決まった値となる。このため、上限値、即ち許容値はバッテリの電力Ｗ_Bで規定することもできる（許容電力Ｗ_BMAX）。従って、電圧Ｖ_Cが急激に上昇する際のバッテリ電力Ｗ_Bが許容電力Ｗ_BMAXを超えないようにすれば、許容電流Ｉ_BMAXを超えることもなく、バッテリＢの過電流を抑制することが可能となる。以下、バッテリＢの過電流を抑制する技術について説明する。

はじめに、上昇電力（Δ）の最大値を測定する。回転電機のトルクによって上昇電力の値は変動するので、複数のトルクに対して上昇電力を測定する。図９は、この測定結果を示す回転電機のトルクと上昇電力との相関図である。図９から明らかなように、トルクが大きくなるに従って上昇電力が大きくなる。従って、回転電機のトルクが最大（Ｔ_MAX）の時の上昇電力が上昇電力の最大値（Δ_MAX）となる。

次に、バッテリＢの許容電力を測定する。図１０は、バッテリＢのＶ／Ｉ特性を測定した結果を示す散布図である。ここで、バッテリＢの許容電流Ｉ_BMAXに対応する曲線を散布図上に示すと、これがバッテリＢの許容電力Ｗ_BMAXとなる。この許容電力Ｗ_BMAXから上記で求めた上昇電力の最大値（Δ_MAX）を差し引いた電力を昇圧可能電力Ｗ_Sとすることができる。昇圧可能電力Ｗ_Sは、本発明の基準電力に相当する。

上述したように、回転電機のトルクが最大（Ｔ_MAX）の時の上昇電力（Δ）は、発生する上昇電力の内で最大の値（Δ_MAX）となる。従って、許容電力Ｗ_BMAXから上昇電力（Δ）を差し引いた昇圧可能電力Ｗ_Sは、目標トルクが最大（Ｔ_MAX）の時が最も小さくなる。この昇圧可能電力Ｗ_Sを基準として移行境界Ｋを設定すれば、目標トルクの大きさに拘わらず、昇圧の開始時に生じる過渡的な電圧上昇に伴うバッテリＢの過電流の発生を良好に抑制することが可能となる。

また、バッテリＢのＶ／Ｉ特性と昇圧可能電力Ｗ_Sとから、昇圧開始電圧Ｅ_Sが求められる。尚、図８を利用して説明したように、非昇圧制御から昇圧制御に移行する際、つまり昇圧開始時にはデッドタイムＤＴの影響で昇圧不可電圧Ｖ_Dが生じる。従って、電圧変換部４への昇圧指令値として与えられるべき昇圧目標電圧Ｅ_Tは、上記昇圧開始電圧Ｅ_Sに昇圧不可電圧Ｖ_Dを加算した値となる。

図３に示したように、電圧変換部４は、回転電機の目標トルク及び回転速度が、それらの相関関係に基づいて設定された所定の移行境界Ｋ２（Ｋ）を越えたことを条件として、非昇圧制御から昇圧制御へと移行される。この移行境界Ｋ２（Ｋ）が、上昇電力が生じても回転電機の消費電力が許容電力Ｗ_BMAXに達しない領域に設定されていれば、非昇圧制御から昇圧制御への移行に際してバッテリＢが過電流となることがない。即ち、移行の際に過渡的に生じる上昇電力（例えば最大値のΔ_MAX）をバッテリＢが出力可能な許容電力Ｗ_BMAXから差し引いた電力である昇圧可能電力Ｗ_Sを基準とし、回転電機の消費電力が昇圧可能電力Ｗ_S以下となる領域に移行境界Ｋが設定されるとよい。

図１１は、回転電機の回転速度とトルクとの相関図において移行境界Ｋを設定する説明図である。図１１は図３に対応するものであるが、簡略化のため、正方向のトルク領域のみを示している。図１１において、移行境界Ｋ２は、上記のような上昇電力を考慮せず、弱め界磁制御へ移行させることなく回転電機を通常界磁制御するために昇圧を開始するために設けられた境界である。ここで、図１１に昇圧可能電力Ｗ_Sに相当する境界線を書き加える。図中、昇圧可能電力Ｗ_Sに相当する境界線よりも右上側の領域、つまり、トルクが大きくなる方向及び回転速度が速くなる方向は、昇圧可能電力Ｗ_Sよりも消費電力が大きい領域である。

図１１を参照すれば、移行境界Ｋ２は、昇圧可能電力Ｗ_Sよりも消費電力が大きい領域にも設定されている。従って、昇圧開始時の回転電機の回転速度や目標トルクによっては、バッテリＢの許容電力Ｗ_BMAXを超え、許容電流Ｉ_BMAXを超える電流がバッテリＢから引き出されて過電流となる可能性を有する。そこで、昇圧開始時の昇圧目標電圧Ｅ_Tに向けて昇圧を開始するための境界を、図中において昇圧可能電力Ｗ_Sに相当する境界線よりも左下側の領域にのみ設定される移行境界Ｋ３（Ｋ）として設定する。つまり、移行の際に過渡的に生じる上昇電力（例えば最大値のΔ_MAX）をバッテリＢが出力可能な許容電力Ｗ_BMAXから差し引いた電力である昇圧可能電力Ｗ_Sを基準とし、回転電機の消費電力が昇圧可能電力Ｗ_S以下となる領域に移行境界Ｋ３（Ｋ）が設定される。

図１２は、目標トルクごとの昇圧目標電圧Ｅ_Tを示したグラフである。複数の曲線が示されているが、右側に示されている曲線ほど目標トルクが小さく、左側へ行くに従って目標トルクが大きい場合の曲線である。図１２（ａ）は、図１１における移行境界Ｋ２を適用した場合を示し、図１２（ｂ）は、図１１における移行境界Ｋ３を適用した場合を示している。図１１に示すように、移行境界Ｋ２とＫ３とは、目標トルクが低い領域においては同一の曲線である。従って、図１２（ａ）及び（ｂ）の右側においては、同一の曲線となる。一方、図１１に示すように、目標トルクが高い領域においては移行境界Ｋ２とＫ３とは、異なる曲線となっている。図１２（ａ）及び（ｂ）の左側、特に図１２（ｂ）の楕円で示す領域では、昇圧目標電圧Ｅ_Tが図１２（ａ）よりも高い電圧値となっていることがわかる。

回転電機の負荷が増大し、回転電機の消費電力が増加していくと、バッテリＢから引き出される電流Ｉ_Bが増加するので、バッテリＢの電圧Ｖ_Bが低下していく。この際、昇圧目標電圧Ｅ_Tを高くすることによって、低下していくバッテリＢの電圧Ｖ_B（昇圧開始前の電圧変換部４の出力の電圧Ｖ_C）が、昇圧目標電圧Ｅ_Tを下回る時期が早くなる。換言すれば、従来よりもバッテリ電圧Ｂの電圧Ｖ_B（電圧変換部４の出力の電圧Ｖ_C）が高い値の内に、昇圧が開始されることとなる。つまり、消費電力Ｗ_Bが、上昇電力（Δ）を含めても許容電力には達しないまだ低い電力である内に、昇圧が開始されることになる。従って、消費電力Ｗ_Bが大きい状況において、昇圧が開始されても、上昇電力によるバッテリＢの過電流を招くことがない。

回転電機の消費電力（推定電力）が所定の電力制限値（変化率制限閾値ＴＨ、変化率制限解除閾値ＴＬ）を超えている場合、即ち制限期間において昇圧指令値の上昇が制限される場合において、制限期間の経過後に急激に昇圧指令値が上昇し、昇圧後の電圧Ｖ_Cが上昇することがあることを上述した（図５及び図６参照）。そして、このような上昇は、電圧変換部４が昇圧制御を実行しているときよりも、非昇圧制御から昇圧制御へと移行する際の方が急激である点も上述した。ここで、移行境界Ｋを、回転電機の消費電力Ｗ_Bが昇圧可能電力（基準電力）Ｗ_S以下となる領域に設定された移行境界Ｋ３とすれば、制限期間の経過後に非昇圧制御から昇圧制御へ移行して消費電力Ｗ_Bが許容電力Ｗ_BMAXを超える可能性を低減させることができる。

制限期間の経過後に、非昇圧制御から昇圧制御へと移行して急激に昇圧後の電圧Ｖ_Cが上昇し、消費電力Ｗ_Bが許容電力Ｗ_BMAXを超えることを確実に防ぐためには、変化率解除閾値ＴＬを昇圧可能電力（基準電力）Ｗ_Sとするとよい。しかし、この変化率解除閾値ＴＬは、既に昇圧制御を実施していて制限期間を設けられた場合の解除閾値としては低すぎる値であるので、不必要に制限期間を長くすることになる。制限期間の開始時に昇圧制御中であるか非昇圧制御中であるかによって、別々の変化率解除閾値ＴＬを用いることも可能であるが、可能な限りこのような条件分けは設けない方がシステムの信頼性の向上やシステムの演算負荷の低減につながる。

そこで、移行境界Ｋを上述した移行境界Ｋ３とする。これによって、非昇圧制御から昇圧制御へと移行し、急激に昇圧後の電圧Ｖ_Cが上昇した際に、消費電力Ｗ_Bが許容電力Ｗ_BMAXを超える可能性が大きく低減される。つまり、制限期間が開始されるよりも前に非昇圧制御から昇圧制御への移行が完了している可能性が高くなるので、制限期間の経過後の電圧Ｖ_Cの上昇量は、非昇圧制御時の上昇量に比べて少ない上昇量である昇圧制御時の上昇量となる。従って、制限期間の経過後に上昇する電圧Ｖ_Cに起因して増加する消費電力の量も抑制され、変化率解除閾値ＴＬは、昇圧可能電力（基準電力）Ｗ_Sよりも大きい値に設定することが可能となる。その結果、余分に制限時間が長くなることがなく、高い運転効率で回転電機を駆動させることが可能となる。また、制限期間の開始時に昇圧制御中であるか非昇圧制御中であるかによって別々の変化率解除閾値ＴＬを用いる必要もなくなるので、システムの信頼性が向上し、システムの演算負荷が低減される。

〔その他の実施形態〕
（１） 上記実施形態では、移行境界Ｋ３が、目標トルクの最大値Ｔ_MAXに応じて設定される場合を例として説明した。つまり、昇圧可能電力Ｗ_Sが、目標トルクが最大（Ｔ_MAX）の時に生じる上昇電力（最大値のΔ_MAX）を許容電力Ｗ_BMAXから差し引いた電力として設定され、回転電機の消費電力が昇圧可能電力Ｗ_S以下となる領域に移行境界Ｋ３が設定される場合を例として説明した。しかし、目標トルクに応じてそれぞれ異なる移行境界Ｋが設定されるようにしてもよい。

つまり、一つの目標トルクにおいて生じる上昇電力を許容電力Ｗ_BMAXから差し引いた電力が当該目標トルクに対応する昇圧可能電力Ｗ_Sとして設定され、当該目標トルクにおける回転電機の消費電力がこの昇圧可能電力Ｗ_S以下となる領域に移行境界Ｋが設定されるようにしてもよい。図９に示すように、目標トルクが大きくなるに従って上昇電力も大きくなる。従って、移行境界Ｋは、目標トルクが高くなるに従って低電力側に設定されると好適である。より具体的には、目標トルクが最大（Ｔ_MAX）の時に生じる最大の上昇電力（Δ_MAX）を許容電力Ｗ_BMAXから差し引いた電力を最低値として、目標トルクが低くなるに従って高い値となるように、昇圧可能電力Ｗ_Sが設定されるとよい。

（２） 上記の実施形態にあっては、車両が駆動源として回転電機と、この回転電機以外の駆動源（エンジン）を備えたハイブリッド車両である例を示した。しかし、本願の対象は、電圧変換部を有する回転電機駆動装置により駆動制御される回転電機を備えたシステムを対象とする。従って、駆動源が回転電機のみであってもよく、回転電機を駆動源とする電気車両にも本発明を適用することができる。

（３） 上記の実施形態にあっては、ハイブリッド車両に一対の回転電機を備え、一方の回転電機がモータとして、他方の回転電機がジェネレータとして働く例を示した。しかし、本発明は、単一の回転電機を備え、この回転電機がモータ及びジェネレータとして働くモードを備えた、任意のハイブリッド車両にも適用することができる。

本発明は、直流電源の出力を昇圧する電源変換部を有し、車両を駆動するための回転電機を制御する回転電機制御システムに適用することができる。また、当該回転電機制御システムを備える車両駆動システムに適用することができる。例えば、回転電機であるモータにより駆動される電気自動車や、内燃機関及びモータにより駆動されるハイブリッド自動車に適用することができる。

車両駆動システムの駆動系の構成を模式的に示すブロック図 回転電機制御系の構成を模式的に示すブロック図 回転電機の速度とトルクとの相関図 昇圧指令値を制限する制御を示すフローチャート 昇圧指令値制限時の消費電力と昇圧後の電圧との関係を模試的に示す波形図 昇圧指令値制限時の消費電力と昇圧後の電圧との関係を模試的に示す波形図 昇圧開始時の過渡的な現象を示す説明図 昇圧開始時の過渡的な現象を示す説明図 回転電機のトルクと上昇電力との相関図 直流電源のＶ／Ｉ特性を示す散布図 回転電機の速度とトルクとの相関図において移行境界を設定する説明図 目標トルクごとの昇圧目標電圧を示したグラフ

符号の説明

４：電圧変換部
５：周波数変換部
１０：ＴＣＵ（制御部）
Ｂ：バッテリ（直流電源）
Ｅ：エンジン
Ｉｎ：回転電機制御装置（回転電機制御システム）
Ｋ、Ｋ２、Ｋ３：移行境界
ＭＧ１：第１回転電機（回転電機）
ＭＧ２：第２回転電機（回転電機）
Ｐ１：動力分配機構
ＴＨ：変化率制限閾値（電力制限値）
ＴＬ：変化率制限解除閾値（電力制限値）
Ｗ_BMAX：許容電力
Ｗ_S：昇圧可能電力
Δ_MAX：目標トルクが最大の時の上昇電力
ｓ：サンギヤ（第１回転要素）
ｃａ：キャリア（第２回転要素）
ｒ：リングギヤ（第３回転要素）

Claims (9)

1. 車両を駆動するための回転電機に電力を供給する直流電源と前記回転電機との間に介在され、少なくとも前記回転電機が力行する際に前記直流電源の出力を交流に変換する周波数変換部と、
   前記直流電源と前記周波数変換部との間に介在され、前記回転電機の目標トルク及び回転速度に応じて設定される昇圧指令値に基づいて前記直流電源の出力を昇圧する電圧変換部と、
   前記周波数変換部及び前記電圧変換部を制御する制御部と、を備えた回転電機制御システムであって、
   前記制御部は、前記回転電機の消費電力が所定の電力制限値を超えている場合に前記昇圧指令値の上昇を制限するものであり、
   前記電力制限値は、前記電圧変換部で昇圧された昇圧後の電圧値を前記制御部が取得するまでの遅延時間内に増加する電力を、前記直流電源が出力可能な許容電力から差し引いた値として設定される回転電機制御システム。
2. 前記制御部が、回転電機の目標トルク及び回転速度に応じて設定される昇圧指令値を決定し、該昇圧指令値が前記直流電源の電圧を越えたことを条件として、前記直流電源の出力が昇圧されることなく前記電圧変換部を介して前記周波数変換部に供給される非昇圧制御から、前記電圧変換部により昇圧されて前記周波数変換部に供給される昇圧制御へ移行させる制御を行うに際して、
   当該移行の際に過渡的に生じる上昇電力を前記直流電源が出力可能な許容電力から差し引いた電力であって、前記電力制限値よりも低い値である電力を基準電力とし、前記回転電機の消費電力が前記基準電力以下となる領域で前記非昇圧制御から前記昇圧制御へ移行させる請求項１に記載の回転電機制御システム。
3. 前記回転電機の前記消費電力は、前記回転電機の前記目標トルク及び前記回転速度を用いて取得される請求項２に記載の回転電機制御システム。
4. 前記基準電力は、前記目標トルクが最大の時に生じる前記上昇電力を前記許容電力から差し引いた電力として設定される請求項２又は３に記載の回転電機制御システム。
5. 前記昇圧指令値は、前記電圧変換部の出力の電圧値又は前記電圧変換部における昇圧率を規定するものであり、
   前記制御部は、前記昇圧指令値を固定することによって前記昇圧指令値の上昇を制限する請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機制御システム。
6. 前記制御部は、前記直流電源の出力が昇圧されることなく前記電圧変換部を介して前記周波数変換部に供給される非昇圧制御から、前記電圧変換部により昇圧されて前記周波数変換部に供給される昇圧制御への移行を禁止することによって前記昇圧指令値の上昇を制限する請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機制御システム。
7. 前記周波数変換部は、前記周波数変換部に入力される直流の電圧値と前記目標トルクとに応じて設定される変調率に基づいて入力された直流を交流に変換する請求項１〜６の何れか一項に記載の回転電機制御システム。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の回転電機制御システムを備えるとともに、
   前記回転電機として、第１回転電機と第２回転電機とを備え、
   前記第１回転電機および前記第２回転電機以外の駆動源から発生される駆動力を分配する動力分配機構を備え、前記動力分配機構により分配された一方の駆動力が車輪に、他方の駆動力が前記第１回転電機に伝達されるとともに、前記第２回転電機により発生される駆動力が前記車輪に伝達される車両駆動システム。
9. 前記動力分配機構が、複数のピニオンギヤを支持するキャリアと、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤ及びリングギヤとを回転要素として有する遊星歯車機構を含んで構成され、
   前記第１回転電機が前記サンギヤに接続され、前記回転電機以外の駆動源が前記キャリアに接続され、前記第２回転電機及び前記リングギヤが車輪に接続されている請求項８に記載の車両駆動システム。

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