JP7103065B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機とインバータとを備えるシステムに適用される制御装置に関するものである。

従来、回転電機において、その巻線を適宜切り替えるようにした技術が提案されている。例えば特許文献１に記載の技術では、星形結線された３相巻線の相ごとに、上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体を含むインバータが設けられるとともに、３相巻線に巻線切替スイッチが接続されている。そして、回転電機の巻線切替時に、回転電機の巻線に流れる電流がゼロとなるように、つまり、インバータが回転電機に印加する印加電圧が、回転電機の誘起電圧と同位相及び同振幅となるようにインバータの各スイッチをフィードバック制御する。所定の調整期間後に印加電圧と誘起電圧とが同位相及び同振幅となると、巻線切替スイッチを用いて回転電機の巻線を切り替える。これにより、回転電機の巻線を切り替える際に、インバータにサージ電圧が印加されないようにしている。

特開２０１３－６２８８８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、回転電機の巻線切替時に、インバータの各スイッチをフィードバック制御するため、巻線切替に必要な調整期間が長期化してしまう。そのため、例えば調整期間中に誘起電圧の振幅が印加電圧の振幅調整範囲を超えて増大した場合には、巻線を切り替えることができない問題が生じる。このため、巻線切替に必要な調整期間を短縮できる技術が望まれている。

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、巻線切替に必要な調整期間を短縮できる巻線切替装置を提供することを目的とする。

本発明は、巻数が互いに異なる複数の巻線パターンのいずれかを通電対象巻線に切替可能な回転電機と、直流電源に接続され、相ごとに設けられたスイッチをオンオフさせることにより前記通電対象巻線に通電させるインバータと、を備えるシステムに適用される制御装置であって、前記回転電機の誘起電圧の振幅と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、前記インバータから前記通電対象巻線に印加される印加電圧の等価波形の振幅及び位相が前記通電対象巻線に発生する誘起電圧の振幅及び位相と同一であるとの切替条件を満たすように、前記インバータを制御する制御部と、前記切替条件が満たされた場合に前記通電対象巻線を切り替える巻線切替部と、前記スイッチのオン時間を規定するデューティ比と前記パラメータとが対応付けられたマップが記憶される記憶部と、を備え、前記制御部は、前記マップと、取得された前記パラメータとに基づいて、前記デューティ比を決定し、決定した前記デューティ比に基づいて、前記インバータを制御する。

印加電圧の等価波形の振幅及び位相が誘起電圧の振幅及び位相と同一である、との切替条件を満たすように通電対象巻線を切り替えるため、各相の巻線に流れる電流をゼロとした状態で通電対象巻線を切り替えることができ、サージ電圧の発生を抑制することができる。一方、各相の巻線に流れる電流をゼロとするために、スイッチのデューティ比がフィードバック制御されると、巻線切替に必要な調整期間が長期化し、通電対象巻線を適切に切り替えることができない等の問題が生じる。

本発明における制御装置では、スイッチのデューティ比と、誘起電圧の振幅と相関を有するパラメータとが対応付けられたマップが記憶部に記憶されている。そのため、回転電機の巻線切替時に、このマップと、取得された上記パラメータとに基づいて、スイッチのデューティ比を決定することができる。この結果、スイッチのデューティ比をフィードバック制御する必要がなくなり、フィードバック制御する場合に比べて巻線切替に必要な調整期間を短縮することができる。

車載モータ制御システムの全体構成を示す図。 インバータの制御における印加電圧の変化を示す図。 制御処理を示すフローチャート。 第１実施形態に係る巻線切替処理を示すフローチャート。 回転速度と電源電圧との関係を示す図。 調整期間を示す図。 二輪自動車の駆動時における回転速度等の推移を示す図。 第２実施形態に係る巻線切替処理を示すフローチャート。 エンジンの燃焼サイクルにおける回転速度の変動を示す図。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る制御装置を、車載モータの制御システム１００に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る制御システム１００は、自動二輪車の回転電機１０を制御するためのものであり、回転電機１０、インバータ（電力変換器）２０、制御装置３０、及び巻線切替回路５０を備えている。本実施形態において、制御システム１００が「システム」に相当する。

回転電機１０は、例えばＭＧ（Motor Generator）である。回転電機１０のロータ１１（回転子）は、エンジン７０のクランク軸７２に対して動力伝達可能に連結されており、クランク軸７２の回転によって回転電機１０が回転する一方、回転電機１０の回転によってクランク軸７２が回転する。つまり、回転電機１０は、クランク軸７２の回転により発電（回生発電）を行う発電機能と、クランク軸７２に回転力を付与する力行機能とを備えている。

回転電機１０は、ロータ１１とステータ１３（固定子）とを備える。ロータ１１には、界磁を行う永久磁石１２が設けられている。つまり、回転電機１０は、永久磁石界磁型回転電機である。永久磁石１２は、具体的にはネオジム磁石やフェライト磁石である。

回転電機１０のステータ１３には、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各相に対応した多相巻線である固定子巻線１４が設けられている。これらの固定子巻線１４は、Ｙ結線（星形結線）されており、各固定子巻線１４は、例えば波巻にて構成され、第１巻線１５と第２巻線１６とを含む。

各相において、第１巻線１５の一端は、インバータ２０に電気的に接続（以下、単に接続という）されている。第１巻線１５の他端は、巻線切替回路５０を介して、第２巻線１６の一端又は第２中性点Ｎｐ２に接続される。第２巻線１６の他端は、第２中性点Ｎｐ２と異なる第１中性点Ｎｐ１に接続される。

巻線切替回路５０は、第１，第２，第３スイッチ５１ａ，５１ｂ，５１ｃにより構成されている。本実施形態では、各スイッチ５１ａ～５１ｃとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いることができ、具体的には例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＳｉＣスイッチング素子や、メカリレーを用いることができる。

各スイッチ５１ａ～５１ｃは、第１，第２切替端子５２，５３と、これらの切替端子５２、５３の一方に選択的に接続される接続端子５４と、を有する。接続端子５４は、第１巻線１５の他端に接続されている。第１切替端子５２は、第２巻線１６の一端に接続されており、第２切替端子５３は、第２中性点Ｎｐ２に接続されている。

回転電機１０の固定子巻線１４は、インバータ２０を介して、直流電源であるバッテリ４０に接続されている。バッテリ４０の電圧は、例えば補機類と同様の１２Ｖでもよく、またそれ以上の高電圧でもよい。バッテリ４０は、具体的には例えば、複数のリチウムイオン蓄電池が直列接続された組電池である。なお、バッテリ４０は、ニッケル水素蓄電池等、他の種類の蓄電池であってもよい。

インバータ２０は、高電位側のスイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（上アームスイッチ２２）、及び低電位側のスイッチング素子２３ａ，２３ｂ，２３ｃ（下アームスイッチ２３）の直列接続体が、３つ並列に接続されて構成されている。各相において、上アームスイッチ２２と下アームスイッチ２３の接続点には、回転電機１０の対応する相の固定子巻線１４が接続されている。なお、本実施形態では、上，下アームスイッチ２２，２３として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的にはＭＯＳＦＥＴを用いている。

インバータ２０は、相ごとに設けられた上アームスイッチ２２及び下アームスイッチ２３をオンオフさせることにより、各相の固定子巻線１４を通電させる。具体的には、インバータ２０は、上アームスイッチ２２及び下アームスイッチ２３をオンオフさせることにより、バッテリ４０の電源電圧ＶＤから印加電圧ＶＩを生成し、この印加電圧ＶＩを各相の固定子巻線１４に印加する。

制御システム１００は、電圧検出部２１及び磁極位置センサ６０を備えている。電圧検出部２１は、バッテリ４０の電圧を電源電圧ＶＤとして検出する。例えば、レゾルバや、エンコーダ、ホールセンサである。磁極位置センサ６０は、回転電機１０の回転角に応じて変化する角度信号を出力する。本実施形態において、磁極位置センサ６０は、ロータ１１の磁極の極性に応じて、２値の信号を出力するホールセンサである。制御装置３０は、電圧検出部２１及び磁極位置センサ６０等の検出値を取得する。なお、制御装置３０が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。

制御装置３０は、磁極位置センサ６０の出力信号に基づいて、ロータ１１の磁極位置Ｌｍ（電気角）及びロータ１１の回転速度Ｎｅを算出する。また、制御装置３０は、磁極位置センサ６０の出力信号に基づいて、エンジン７０のクランク軸７２の基準位置からの回転角度位置であるクランク角ＣＡを算出する。

制御装置３０は、算出された磁極位置Ｌｍ等に基づいて、インバータ２０を構成する上，下アームスイッチ２２，２３をオンオフ操作すべく、上，下アームスイッチ２２，２３の操作信号を生成し、生成した操作信号を上，下アームスイッチ２２，２３に出力する。これにより、インバータ２０は、各相の固定子巻線１４に通電させる。ここで、上アーム側の操作信号と、対応する下アーム側の操作信号とは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、上アームスイッチ２２と、対応する下アームスイッチ２３とは、交互にオン状態とされる。

また、制御装置３０は、算出された磁極位置Ｌｍ及び回転速度Ｎｅに基づいて、回転電機１０の固定子巻線１４に発生する誘起電圧ＶＹの位相と振幅を算出する。制御装置３０は、磁極位置Ｌｍから誘起電圧ＶＹの位相を算出し、回転速度Ｎｅから誘起電圧ＶＹの振幅を算出する。回転速度Ｎｅが誘起電圧ＶＹの振幅の算出に用いられるのは、誘起電圧ＶＹの振幅が回転速度Ｎｅに比例するためである。そして、制御装置３０は、算出された誘起電圧ＶＹに基づいて、巻線切替回路５０を構成する各スイッチ５１ａ～５１ｃを切替操作すべく、各切替信号を生成し、生成した各切替信号を各スイッチ５１ａ～５１ｃに出力する。これにより、相ごとに通電対象巻線が切り替えられる。

切替信号により、各スイッチ５１ａ～５１ｃの接続端子５４が同時に第１切替端子５２に接続されると、第１巻線１５と第２巻線１６とが通電対象となり、中性点が第１中性点Ｎｐ１となる。以下、第１巻線１５と第２巻線１６とが通電対象となる巻線パターンを、第１巻線パターンＰＭ１という。また、切替信号により、各スイッチ５１ａ～５１ｃの接続端子５４が同時に第２切替端子５３に接続されると、第１巻線１５のみが通電対象となり、中性点が第２中性点Ｎｐ２となる。以下、第１巻線１５のみが通電対象となる巻線パターンを、第２巻線パターンＰＭ２という。そのため、第１巻線パターンＰＭ１と第２巻線パターンＰＭ２とでは、通電対象巻線の巻数が異なる。本実施形態において、第１巻線パターンＰＭ１及び第２巻線パターンＰＭ２が「複数の巻線パターン」に相当する。

そして、制御装置３０は、通電対象巻線を切り替える際に、まず、インバータ２０から通電対象巻線への印加電圧ＶＩの等価波形の振幅及び位相が誘起電圧ＶＹの振幅及び位相と同一である、との切替条件を満たすように、操作信号を生成してインバータ２０を制御する。インバータ２０の制御において、制御装置３０は、上記切替条件を満たすように、回転電機１０の１電気角周期Ｔｄｗにおける上アームスイッチ２２及び下アームスイッチ２３それぞれのデューティ比Ｄｕｔｙを制御する。詳しくは、デューティ比Ｄｕｔｙは、１電気角周期Ｔｄｗよりも短い規定期間Ｔｓｗ（図２参照）に対する上，下アームスイッチ２２，２３のオン時間Ｔｏｎの比率（＝Ｔｏｎ／Ｔｓｗ）を示す。制御装置３０は、１電気角周期Ｔｄｗを２等分した前半期間ＴＡにおいて、同相の上，下アームスイッチ２２，２３を同時にオンさせないことを条件として、デューティ比Ｄｕｔｙに従って上アームスイッチ２２をオンオフする。また、制御装置３０は、１電気角周期Ｔｄｗを２等分した後半期間ＴＢにおいて、同相の上，下アームスイッチ２２，２３を同時にオンさせないことを条件として、デューティ比Ｄｕｔｙに従って下アームスイッチ２３をオンオフする。本実施形態において、デューティ比Ｄｕｔｙは、１電気角周期Ｔｄｗ毎に制御装置３０により更新される。制御装置３０は、上記切替条件が満たされた場合に、切替信号を生成して通電対象巻線を切り替える。

通電対象巻線の切り替えにおけるインバータ２０の制御について、図２を用いて説明する。このインバータ２０の制御では、位相制御と振幅制御とが実施される。ここで、位相制御は、印加電圧ＶＩの等価波形と誘起電圧ＶＹとを同一位相とするための制御である。また、振幅制御は、印加電圧ＶＩの等価波形と誘起電圧ＶＹとを同一振幅とするための制御である。本実施形態において、印加電圧ＶＩの等価波形とは、１電気角周期Ｔｄｗを１周期とし、矩形波としての印加電圧ＶＩ（図２（Ａ）の時間軸表現の欄を参照）に含まれる基本波成分が支配的な波形のことである。基本波成分は、印加電圧ＶＩをフーリエ級数展開した場合における１次の成分である。

図２は、インバータ２０の制御における印加電圧ＶＩの変化を示す。図２（Ａ）は、位相制御及び振幅制御それぞれが実行される前の印加電圧ＶＩと誘起電圧ＶＹとを示す図である。図２（Ｂ）は、位相制御後であって振幅制御前の印加電圧ＶＩと誘起電圧ＶＹとを示す図である。図２（Ｃ）は、位相制御及び振幅制御それぞれが実行された後の印加電圧ＶＩと誘起電圧ＶＹとを示す図である。また、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において、（ａ）は磁極位置センサ６０の出力信号の波形を示し、（ｂ）は印加電圧ＶＩの波形を示し、（ｃ）は印加電圧ＶＩの等価波形及び誘起電圧ＶＹの波形を示し、（ｄ）は、ｄｑ座標系において印加電圧ＶＩと誘起電圧ＶＹとをベクトル表示したものである。なお、図２には、誘起電圧ＶＹの位相及び磁極位置センサ６０の出力信号の位相が同位相とされている例を示す。ただし、誘起電圧及び磁極位置センサ６０の出力信号それぞれの位相関係は、回転電機１０により一意に定まるため、位相関係が把握できていれば、必ずしも同位相である必要はない。

図２（Ａ）に示すように、位相制御及び振幅制御それぞれが実行される前において、インバータ２０を構成する各スイッチ２２，２３は矩形波制御されており、矩形波制御により生成される印加電圧ＶＩの位相は、磁極位置センサ６０の出力信号の位相に比べて、位相差δだけ進角している。そのため、印加電圧ＶＩの等価波形の位相は、誘起電圧ＶＹの位相に比べて、位相差δだけ進角している。また、印加電圧ＶＩの電圧ベクトルＶｉｖの大きさは、誘起電圧ＶＹの電圧ベクトルωΦの大きさに比べて大きい。そのため、印加電圧ＶＩの等価波形の振幅は、誘起電圧ＶＹの振幅に比べて大きくなっている。

図２（Ｂ）に示すように、位相制御では、印加電圧ＶＩと磁極位置センサ６０の出力信号とが同位相となるように、インバータ２０を構成する各スイッチ２２，２３がオンオフ操作される。これにより、印加電圧ＶＩの等価波形の位相が、誘起電圧ＶＹの位相と等しくなる。

また、図２（Ｃ）に示すように、振幅制御では、印加電圧ＶＩの等価波形と誘起電圧ＶＹとが同振幅となるように、インバータ２０の制御が矩形波制御からＰＷＭ制御に切り替えられるとともに、インバータ２０を構成する各スイッチ２２，２３のデューティ比Ｄｕｔｙが制御される。そして、このデューティ比Ｄｕｔｙが適切に調整されることにより、印加電圧ＶＩの電圧ベクトルＶｉｖの大きさが誘起電圧ＶＹの電圧ベクトルωΦの大きさと等しくなり、印加電圧ＶＩの等価波形の振幅が、誘起電圧ＶＹの振幅と等しくなる。

ところで、振幅制御において、デューティ比Ｄｕｔｙを適切に調整するために、デューティ比Ｄｕｔｙがフィードバック制御（例えばＰＩ制御）されると、巻線切替を開始してから、巻線切替が完了するまでに所定の調整期間ＴＷ（図６参照）が必要となる。この調整期間ＴＷが長くなると、回転変動や運転状態の変化により印加電圧ＶＩと誘起電圧ＶＹとを同振幅にできなくなる状況が発生することがあり、通電対象巻線を切り替えることができなくなるおそれがある。

そこで、本実施形態では、上記問題を解決するために、回転電機１０の巻線切替時において、制御装置３０の記憶部３２に予め記憶された第１、第２マップＭＰ１、ＭＰ２を参照することによってインバータ２０を制御する制御処理を実施する。なお、記憶部３２は、例えば、ＲＯＭ、書き換え可能な不揮発性メモリ等によって構成されている。

第１、第２マップＭＰ１、ＭＰ２は、回転速度Ｎｅ、つまり誘起電圧ＶＹの振幅に対応してデューティ比Ｄｕｔｙが予め規定されたマップ情報である。具体的には、第１、第２マップＭＰ１、ＭＰ２では、誘起電圧ＶＹの振幅が大きいほど、上アームスイッチ２２及び下アームスイッチ２３のオン時間Ｔｏｎが長くなるように、デューティ比Ｄｕｔｙが定められている。そのため、制御処理では、第１、第２マップＭＰ１、ＭＰ２を参照することによって、インバータ２０のデューティ比Ｄｕｔｙがフィードフォワード制御される。これにより、デューティ比Ｄｕｔｙがフィードバック制御される場合に比べて、巻線切替に必要な調整期間ＴＷを短縮することができる。

なお、第１マップＭＰ１は、第１巻線パターンＰＭ１に対応するマップであり、通電対象巻線を第１巻線パターンＰＭ１から第２巻線パターンＰＭ２に切り替える場合に参照される。また、第２マップＭＰ２は、第２巻線パターンＰＭ２に対応するマップであり、通電対象巻線を第２巻線パターンＰＭ２から第１巻線パターンＰＭ１に切り替える場合に参照される。つまり、制御装置３０には、各巻線パターンＰＭ１、ＰＭ２にそれぞれ対応する複数のマップＭＰ１、ＭＰ２が記憶されている。そして、制御装置３０は、現在の切替前の巻線パターンＰＭ１、ＰＭ２に対応するマップＭＰ１、ＭＰ２を参照することによってインバータ２０を制御する。

図３に本実施形態の制御処理のフローチャートを示す。この制御処理は、例えばエンジン７０の駆動中、制御装置３０により所定時間毎に繰り返し実施される。

制御処理を開始すると、まずステップＳ１０において、現在の通電対象巻線が第１巻線パターンＰＭ１であるかを判定する。具体的には、巻線切替回路５０に出力している切替信号により現在の通電対象巻線を判定する。

ステップＳ１０で肯定判定すると、ステップＳ１２において、巻線切替要求フラグＦＤがオン（有効）であるかを判定する。巻線切替要求フラグＦＤは、具体的には例えば、回転速度Ｎｅが所定値Ｎｋよりも大きいと判定された場合にオンされる。また、巻線切替要求フラグＦＤは、具体的には例えば、トルクアシスト要求が生じた場合にオンされる。制御装置３０は、第１巻線パターンＰＭ１では二輪自動車の駆動に必要なトルクが不足する場合には、トルクアシスト要求を生じさせ、第２巻線パターンＰＭ２によりトルクを増加させるようにする。ステップＳ１２で否定判定すると、ステップＳ２０に示すように、通電対象巻線が第１巻線パターンＰＭ１に維持された状態で、制御処理を終了する。

ステップＳ１２で肯定判定すると、ステップＳ１３において、回転速度Ｎｅを算出する。続くステップＳ１４において、ステップＳ１３で算出した回転速度Ｎｅが第１閾値Ｎｔｇ１以下であるかを判定する。図５に示すように、第１閾値Ｎｔｇ１は、電源電圧ＶＤに基づいて設定され、具体的には、通電対象巻線が第１巻線パターンＰＭ１である場合において、誘起電圧ＶＹの振幅が電源電圧ＶＤと等しくなる場合の回転速度Ｎｅである。電源電圧ＶＤと第１閾値Ｎｔｇ１とは比例し、電源電圧ＶＤが大きいほど第１閾値Ｎｔｇ１が大きくなる関係を有する。

ステップＳ１４で肯定判定すると、つまり、回転速度Ｎｅが第１閾値Ｎｔｇ１以下である場合、ステップＳ１６において、巻線切替処理を実施し、通電対象巻線を第１巻線パターンＰＭ１から第２巻線パターンＰＭ２に切り替える。続くステップＳ１８において、通電対象巻線が第２巻線パターンＰＭ２に切り替えられたことを確認し、制御処理を終了する。

一方、ステップＳ１４で否定判定すると、つまり、回転速度Ｎｅが第１閾値Ｎｔｇ１よりも大きい場合、通電対象巻線の切り替えを禁止する。これにより、ステップＳ２０に示すように、通電対象巻線が第１巻線パターンＰＭ１に維持された状態で、制御処理を終了する。

図４に本実施形態の巻線切替処理のフローチャートを示す。巻線切替処理では、通電対象巻線を切り替えるべく、印加電圧ＶＩの位相制御及び振幅制御が実施される。巻線切替処理を開始すると、まずステップＳ５０において、印加電圧ＶＩの位相制御を実施する。続くステップＳ５２において、第１巻線パターンＰＭ１から第２巻線パターンＰＭ２への巻線切替であるかを判定する。具体的には、現在の通電対象巻線が第１巻線パターンＰＭ１であるかを判定する。

ステップＳ５２で肯定判定すると、つまり、第１巻線パターンＰＭ１から第２巻線パターンＰＭ２への巻線切替である場合、ステップＳ５４において、第１マップＭＰ１を参照してデューティ比Ｄｕｔｙを決定する。具体的には、第１マップＭＰ１において、ステップＳ１３で算出された回転速度Ｎｅに対応付けられたデューティ比Ｄｕｔｙを特定し、このデューティ比Ｄｕｔｙに決定する。

一方、ステップＳ５２で否定判定すると、つまり、第２巻線パターンＰＭ２から第１巻線パターンＰＭ１への巻線切替である場合、ステップＳ５６において、第２マップＭＰ２を参照してデューティ比Ｄｕｔｙを決定する。具体的には、第２マップＭＰ２において、ステップＳ１３で算出された回転速度Ｎｅに対応付けられたデューティ比Ｄｕｔｙを特定し、このデューティ比Ｄｕｔｙに決定する。

続くステップＳ５８において、印加電圧ＶＩの振幅制御を実施する。具体的には、ステップＳ５４、５６で決定したデューティ比Ｄｕｔｙに基づいて、インバータ２０を制御する。この結果、切替条件が満たされる。続くステップＳ６０において、巻線切替回路５０に出力している切替信号を切り替えることで、通電対象巻線を切り替え、巻線切替制御を終了する。本実施形態において、ステップＳ５０からステップＳ５８までの処理が「制御部」に相当し、ステップＳ６０の処理が「巻線切替部」に相当する。

図３に示す制御処理に戻り、ステップＳ１０で否定判定すると、つまり、現在の通電対象巻線が第２巻線パターンＰＭ２である場合、ステップＳ２２において、巻線切替要求フラグＦＤがオンであるかを判定する。巻線切替要求フラグＦＤは、具体的には例えば、回転速度Ｎｅが所定値Ｎｋよりも小さいと判定された場合にオンされる。また、巻線切替要求フラグＦＤは、具体的には例えば、回生要求が生じたと判定された場合にオンされる。制御装置３０は、バッテリ４０の残容量が下限閾値よりも小さいと判定した場合に回生要求が生じたと判定し、第１巻線パターンＰＭ１により回生発電による発電量を増加させるようにする。ステップＳ２２で否定判定すると、ステップＳ４０に示すように、通電対象巻線が第１巻線パターンＰＭ１に維持された状態で、制御処理を終了する。

ステップＳ２２で肯定判定すると、ステップＳ２３において、回転速度Ｎｅを算出する。続くステップＳ２４において、ステップＳ２３で算出した回転速度Ｎｅが第２閾値Ｎｔｇ２以下であるかを判定する。図５に示すように、第２閾値Ｎｔｇ２は、電源電圧ＶＤに基づいて設定され、具体的には、通電対象巻線が第２巻線パターンＰＭ２である場合において、誘起電圧ＶＹの振幅が電源電圧ＶＤと等しくなる場合の回転速度Ｎｅである。電源電圧ＶＤと第２閾値Ｎｔｇ２とは比例し、電源電圧ＶＤが大きいほど第２閾値Ｎｔｇ２が大きくなる関係を有する。本実施形態において、ステップＳ１３，Ｓ２３の処理が「パラメータ取得部」に相当する。

なお、第２巻線パターンＰＭ２は、第１巻線パターンＰＭ１に比べて、通電対象巻線の巻線数が少なく、インダクタンスが小さいため、誘起電圧の振幅が小さい。そのため、同一の電源電圧ＶＤに対応する第１閾値Ｎｔｇ１と第２閾値Ｎｔｇ２とを比較すると、第２閾値Ｎｔｇ２は第１閾値Ｎｔｇ１よりも大きい。

ステップＳ２４で肯定判定すると、つまり、回転速度Ｎｅが第２閾値Ｎｔｇ２以下である場合、ステップＳ２６において、図４に示した巻線切替制御を実施し、通電対象巻線を切り替える。続くステップＳ２８において、通電対象巻線が第１巻線パターンＰＭ１に切り替えられたことを確認し、制御処理を終了する。

一方、ステップＳ２４で否定判定すると、つまり、回転速度Ｎｅが第２閾値Ｎｔｇ２よりも大きい場合、通電対象巻線の切り替えを禁止する。これにより、ステップＳ４０に示すように、通電対象巻線が第２巻線パターンＰＭ２に維持された状態で、制御処理を終了する。

続いて、図６を用いて、制御処理の一例を示す。図６は、比較例における巻線切替に必要な調整期間ＴＷを示し、特に第１巻線パターンＰＭ１から第２巻線パターンＰＭ２への巻線切替に必要な調整期間ＴＷを示す。比較例とは、上述したように、フィードバック制御によりデューティ比Ｄｕｔｙを調整する構成のことである。図６（ａ）は、巻線切替要求フラグＦＤの推移を示し、図６（ｂ）は、デューティ比Ｄｕｔｙの推移を示し、図６（ｃ）は、通電対象巻線の推移を示す。なお、図６（ｂ）、（ｃ）において、実線は、本実施形態の制御処理における各値の推移を示し、破線は、比較例の制御処理における各値の推移を示す。

まず、比較例について説明する。図６（ａ）に示すように、時刻ｔａにおいて巻線切替要求フラグＦＤがオンとなると、回転速度Ｎｅが第１閾値Ｎｔｇ１よりも小さい場合、その時刻ｔａにおいて位相制御が実施される。比較例では、振幅制御において、デューティ比Ｄｕｔｙがフィードバック制御される。そのため、図６（ｂ）に示すように、デューティ比Ｄｕｔｙが決定されるタイミングが、時刻ｔａから調整期間ＴＷ経過後の時刻ｔｂとなる。その後、図６（ｃ）に示すように、通電対象巻線が切り替えられる。つまり、比較例では、巻線切替が開始されてから巻線切替が完了するまでの調整期間ＴＷが長くなってしまう。

一方、本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、時刻ｔａにおいて第１マップＭＰ１を参照してデューティ比Ｄｕｔｙが決定され、振幅制御が実施される。この結果、図６（ｃ）に示すように、迅速に通電対象巻線が切り替えられる。つまり、本実施形態では、比較例に比べて調整期間ＴＷが大幅に短縮される。具体的には、本実施形態では、調整期間ＴＷがほぼゼロとされる。このため、回転電機１０の巻線切替を適切に実施することができる。

図７は、二輪自動車の駆動時における回転速度Ｎｅ等の推移を示す。図７（ａ）は、回転速度Ｎｅの推移を示し、図７（ｂ）は、第１巻線パターンＰＭ１から第２巻線パターンＰＭ２への切り替えの可否を示し、図７（ｃ）は、第２巻線パターンＰＭ２から第１巻線パターンＰＭ１への切り替えの可否を示す。

図７に示すように、二輪自動車では運転挙動の変化が激しく、これに伴って回転速度Ｎｅが大きく変化する。そのため、時刻ｔｃにおいて回転速度Ｎｅが第１閾値Ｎｔｇ１以上となるものの、その後時刻ｔｄにおいて回転速度Ｎｅが第１閾値Ｎｔｇ１よりも小さくなる。そして、その直後の時刻ｔｅにおいて回転速度Ｎｅが第１閾値Ｎｔｇ１よりも大きくなる。

時刻ｔｄから時刻ｔｅまでの期間ＴＸに、通電対象巻線を第１巻線パターンＰＭ１から第２巻線パターンＰＭ２に切り替えることを考える。この場合に、比較例の制御処理では、巻線切替に調整期間ＴＷが必要とされる。そのため、調整期間ＴＷが期間ＴＸよりも短い場合には、通電対象巻線を、第１巻線パターンＰＭ１から第２巻線パターンＰＭ２に切り替えることができない。この結果、その後の時刻ｔｊまで、通電対象巻線が第１巻線パターンＰＭ１に維持されてしまい、二輪自動車の駆動に必要なトルクが不足する問題が懸念される。

時刻ｔｆにおいて回転速度Ｎｅが第２閾値Ｎｔｇ２以上となるものの、その後時刻ｔｇにおいて回転速度Ｎｅが第２閾値Ｎｔｇ２よりも小さくなる。そして、その直後の時刻ｔｈにおいて回転速度Ｎｅが第２閾値Ｎｔｇ２よりも大きくなる。

時刻ｔｇから時刻ｔｈまでの期間ＴＹに、通電対象巻線を第２巻線パターンＰＭ２から第１巻線パターンＰＭ１に切り替えることを考える。この場合に、比較例の制御処理では、調整期間ＴＷが期間ＴＹよりも短い場合には、通電対象巻線を、第２巻線パターンＰＭ２から第１巻線パターンＰＭ１に切り替えることができない。この結果、その後の時刻ｔｉまで、通電対象巻線が第２巻線パターンＰＭ２に維持されてしまい、二輪自動車の発電量が不足する問題が懸念される。

本実施形態では、調整期間ＴＷがほぼゼロに短縮される。そのため、通電対象巻線を切替可能な期間ＴＸ、ＴＹが短い場合であっても、通電対象巻線を切り替えることができる。これにより、回転電機１０の巻線切替を確実に実施することができる。

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。

回転電機１０の巻線切替では、切替条件が満たされた場合に通電対象巻線を切り替えるため、固定子巻線１４の各相に流れる電流をゼロとした状態で通電対象巻線を切り替えることができ、サージ電圧の発生を抑制することができる。一方、固定子巻線１４の各相に流れる電流をゼロとするために、デューティ比Ｄｕｔｙがフィードバック制御されると、巻線切替に必要な調整期間ＴＷが長期化し、通電対象巻線を適切に切り替えることができない等の問題が生じる。

本実施形態の制御システム１００は、制御装置３０の記憶部３２に、回転速度Ｎｅ、つまり誘起電圧ＶＹの振幅に対応してデューティ比Ｄｕｔｙが予め規定されたマップ情報である第１，第２マップＭＰ１，ＭＰ２が記憶されている。そのため、回転電機１０の巻線切替時に、この第１，第２マップＭＰ１，ＭＰ２を参照することによって、デューティ比Ｄｕｔｙを決定することができる。この結果、デューティ比Ｄｕｔｙをフィードフォワード制御することができ、フィードバック制御する場合に比べて巻線切替に必要な調整期間ＴＷを短縮することができる。

特に本実施形態では、デューティ比Ｄｕｔｙをフィードバック制御しないため、フィードバック制御のために固定子巻線１４の各相に流れる電流を検出する必要がない。そのため、固定子巻線１４の各相に流れる電流を検出する電流センサを設ける必要がなく、制御システム１００の構成を簡略化することができる。

回転電機１０では、回転電機１０の駆動中に誘起電圧ＶＹを直接検出することができない。一方、回転速度Ｎｅは誘起電圧ＶＹの振幅に比例するため、回転速度Ｎｅを算出することにより誘起電圧ＶＹの振幅を間接的に取得することができる。そして、第１，第２マップＭＰ１，ＭＰ２では、この回転速度Ｎｅに対応してデューティ比Ｄｕｔｙが予め規定されている。そのため、誘起電圧ＶＹの振幅として回転速度Ｎｅを算出することで、この算出された回転速度Ｎｅを用いて、デューティ比Ｄｕｔｙを迅速に決定することができる。

誘起電圧ＶＹの振幅として回転速度Ｎｅを算出する場合、回転速度Ｎｅに対応する誘起電圧ＶＹの振幅は、第１，第２巻線パターンＰＭ１，ＰＭ２、つまり通電対象巻線の数により変化する。そのため、第１，第２巻線パターンＰＭ１，ＰＭ２が異なると、デューティ比Ｄｕｔｙの適正値が異なる。

本実施形態では、各巻線パターンＰＭ１，ＰＭ２にそれぞれ対応する複数のマップＭＰ１，ＭＰ２を有する。そのため、各マップＭＰ１，ＭＰ２には、対応する巻線パターンＰＭ１，ＰＭ２に応じたデューティ比Ｄｕｔｙを記憶しておくことができる。これにより、誘起電圧ＶＹの振幅として回転速度Ｎｅを検出した場合でも、誘起電圧ＶＹの振幅を適正値とすることができる。

本実施形態では、算出された回転速度Ｎｅを第１，第２閾値Ｎｔｇ１，Ｎｔｇ２と比較し、回転速度Ｎｅが第１，第２閾値Ｎｔｇ１，Ｎｔｇ２よりも小さい場合に、通電対象巻線を切り替える。

例えば増幅することなく電源電圧ＶＤから印加電圧ＶＩを生成する場合、印加電圧ＶＩの振幅は、電源電圧ＶＤよりも小さくなる。このように、印加電圧ＶＩの振幅は、電源電圧ＶＤにより制限を受けており、この制限内において誘起電圧ＶＹと印加電圧ＶＩとを同一振幅とする必要がある。

本実施形態では、この電源電圧ＶＤによる制限を回転電機１０の回転速度Ｎｅに換算した第１，第２閾値Ｎｔｇ１，Ｎｔｇ２を有し、この第１，第２閾値Ｎｔｇ１，Ｎｔｇ２により通電対象巻線を切り替えるか否かを判定する。そのため、電源電圧ＶＤの制限内において誘起電圧ＶＹと印加電圧ＶＩとを同一振幅とすることができる。

また、本実施形態では、回転速度Ｎｅが第１，第２閾値Ｎｔｇ１，Ｎｔｇ２よりも大きい場合に、通電対象巻線の切り替えを禁止する。つまり、電源電圧ＶＤの制限内において誘起電圧ＶＹと印加電圧ＶＩとを同一振幅とできない場合には、通電対象巻線の切り替えを禁止する。これにより、通電対象巻線の切り替えにおいて、サージ電圧が発生することを好適に抑制することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、先の第１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、図８に示すように、巻線切替処理が異なる。なお、図８には、本実施形態に係る巻線切替処理のフローチャートを示す。図８において、先の図４に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態の巻線切替処理が、第１実施形態の巻線切替処理と異なる点は、クランク軸７２のクランク角ＣＡに基づいて、参照するデューティ比Ｄｕｔｙを補正する点である。

上述したように、クランク角ＣＡは、磁極位置センサ６０の出力信号に基づいて算出される。そして、制御装置３０は、算出されたクランク角ＣＡから、エンジン７０が、その燃焼サイクルを構成する１燃焼サイクル（吸気、圧縮、燃焼、排気）のどの行程であるかを判定することができる。

図９に示すように、エンジン７０の燃焼サイクルでは、吸気、圧縮、燃焼、排気の各行程が繰り返し行われており、クランク軸７２の回転速度が変動する。これに伴って、回転電機１０では回転速度Ｎｅが変動する。具体的には、１燃焼サイクルにおける回転速度Ｎｅの時間平均値を平均回転速度Ｎａｖとすると、吸気及び圧縮行程では、回転速度Ｎｅが平均回転速度Ｎａｖよりも減少する傾向にあり、燃焼及び排気行程では、回転速度Ｎｅが平均回転速度Ｎａｖよりも増加する傾向にある。

制御装置３０は、磁極位置センサ６０の出力信号に基づいて、ロータ１１の平均回転速度Ｎａｖを算出し、算出された平均回転速度Ｎａｖに基づいてデューティ比Ｄｕｔｙを決定する。そのため、図９に示すように、算出されたクランク角ＣＡが圧縮行程に属する第１クランク角ＣＡ１である場合、平均回転速度Ｎａｖが実際の回転速度Ｎｅよりも大きいため、実際の回転速度Ｎｅに対して比較的大きいデューティ比Ｄｕｔｙに決定されてしまう。

また、算出されたクランク角ＣＡが排気行程に属する第２クランク角ＣＡ２である場合、平均回転速度Ｎａｖが実際の回転速度Ｎｅよりも小さいため、実際の回転速度Ｎｅに対して比較的小さいデューティ比Ｄｕｔｙに制御されてしまう。そのため、誘起電圧ＶＹと印加電圧ＶＩとを同一振幅とすることができず、サージ電圧の抑制効果が低減し得る。

そこで、本実施形態では、クランク角ＣＡに基づいて決定したデューティ比Ｄｕｔｙを補正する。クランク角ＣＡと１燃焼サイクルにおける各行程は一対一で対応するため、このクランク角ＣＡから、平均回転速度Ｎａｖに対する実際の回転速度Ｎｅの第１，第２変動量ＲＥ１，ＲＥ２を予想することができる。本実施形態では、平均回転速度Ｎａｖから実際の回転速度Ｎｅを差し引いた値を変動量とする。そして、この第１，第２変動量ＲＥ１，ＲＥ２に基づいて、第１，第２マップＭＰ１，ＭＰ２を用いて決定されたデューティ比Ｄｕｔｙを補正することで、サージ電圧の発生を抑制することができる。具体的には例えば、第１クランク角ＣＡ１では、平均回転速度Ｎａｖが実際の回転速度Ｎｅよりも大きいため、第１変動量ＲＥ１が正の値となる。そのため、制御装置３０は、デューティ比Ｄｕｔｙが小さくなるようにデューティ比Ｄｕｔｙを補正する。また、具体的には例えば、第２クランク角ＣＡ２では、平均回転速度Ｎａｖが実際の回転速度Ｎｅよりも小さいため、第２変動量ＲＥ２が負の値となる。そのため、制御装置３０は、デューティ比Ｄｕｔｙが大きくなるようにデューティ比Ｄｕｔｙを補正する。

次に、図８に示す本実施形態の巻線切替処理について説明する。巻線切替処理では、ステップＳ５４，Ｓ５６においてデューティ比Ｄｕｔｙを決定すると、ステップＳ７０において、クランク角ＣＡを算出する。続くステップＳ７２において、ステップＳ７０で算出されたクランク角ＣＡに基づいて、デューティ比Ｄｕｔｙを補正する。本実施形態において、ステップＳ７０の処理が「位置情報取得部」に相当する。

以上説明したように、本実施形態では、回転電機１０の巻線切替時におけるクランク角ＣＡを算出し、この算出されたクランク角ＣＡに基づいて、第１，第２マップＭＰ１，ＭＰ２に基づいて決定されたデューティ比Ｄｕｔｙを補正する。クランク角ＣＡとエンジン７０の１燃焼サイクルにおける各行程は一対一で対応するため、このクランク角ＣＡから、平均回転速度Ｎａｖに対する実際の回転速度Ｎｅの第１，第２変動量ＲＥ１，ＲＥ２を予想することができる。そして、この第１，第２変動量ＲＥ１，ＲＥ２に基づいて、デューティ比Ｄｕｔｙを補正することで、サージ電圧の発生を好適に抑制することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

上記各実施形態では、固定子巻線１４が２つの巻線１５，１６を備える例を示したが、これに限られず、３つ以上の巻線を備えており、３つ以上の巻線パターンのいずれかが通電対象巻線に切り替えられてもよい。

上記各実施形態では、固定子巻線１４を構成する第１，第２巻線１５，１６が、それぞれ単独の巻線により構成される例を示したが、これに限られない。例えば、第１巻線１５は、各第１巻線１５を構成する３つの単位巻線が並列に接続されて構成されていてもよい。また、第２巻線１６は、各第２巻線１６を構成する３つの単位巻線が直列に接続されて構成されていてもよい。

上記実施形態では、固定子巻線１４がＹ結線されている例を示したが、これに限られず、Δ結線されていてもよい。

上記実施形態では、通電巻線を間引く巻線切替制御を例示したが、これに限られず、Ｙ結線とΔ結線とを切り替える巻線切替制御が実施されてもよい。

上記各実施形態では、誘起電圧ＶＹの振幅として回転速度Ｎｅを取得する際に、磁極位置センサ６０の出力信号に基づいて回転速度Ｎｅを算出する例を示したが、これに限られない。例えば、自動二輪車の車速から回転速度Ｎｅを取得してもよい。また、自動二輪車が変速機を有している場合には、自動二輪車の車速と変速機のギア比とから回転速度Ｎｅを取得してもよい。具体的には、自動二輪車の車速から算出される車軸の回転速度から、又はこの車軸の回転速度をギア比で除算することによって、回転速度Ｎｅを算出することができる。本実施形態において、自動二輪車の車速と変速機のギア比とが「相関値」に相当する。

上記各実施形態では、第１、第２マップＭＰ１、ＭＰ２において、デューティ比Ｄｕｔｙが回転速度Ｎｅにのみ対応付けられている例を示したが、これに限られない。例えば、第１，第２マップＭＰ１，ＭＰ２において、デューティ比Ｄｕｔｙが回転速度Ｎｅと電源電圧ＶＤとに対応付けられていてもよい。電源電圧ＶＤはバッテリ４０の残容量により変動し、電源電圧ＶＤが変動すると回転速度Ｎｅが変動する。第１，第２マップＭＰ１，ＭＰ２において、デューティ比Ｄｕｔｙが回転速度Ｎｅと電源電圧ＶＤとに対応付けられていることで、バッテリ４０の残容量の変動に起因してサージ電圧が発生することを好適に抑制することができる。

上記各実施形態では、巻線切替要求フラグＦＤとして、回転速度Ｎｅ、回生要求、トルクアシスト要求によるものを例示したが、これに限られない。例えば、ユーザから切替指示があったか否かを判定してもよい。また、自動二輪車の車速が所定速度よりも小さいか否かを判定してもよい。

上記各実施形態では、回転電機１０が、ロータ１１に永久磁石１２が設けられた永久磁石界磁型回転電機である例を示したが、これに限られず、例えばロータ１１に磁極部として界磁巻線が設けられた界磁巻線型回転電機であってもよい。この場合、第１，第２マップＭＰ１，ＭＰ２のパラメータとして界磁巻線に流す界磁電流（界磁磁束）を追加すればよい。

ＰＷＭ制御として、１電気角周期Ｔｄｗ内においてデューティ比Ｄｕｔｙが一定ではなく、誘起電圧ＶＹの振幅にあわせてデューティ比Ｄｕｔｙを変化させる制御が実施されてもよい。この制御は、例えば、印加電圧ＶＩの等価波形とキャリア信号との大小関係に基づくＰＷＭ制御である。

１０…回転電機、１４…固定子巻線、２０…インバータ、２２…上アームスイッチ、２３…下アームスイッチ、３０…制御装置、４０…バッテリ、６０…磁極位置センサ、１００…車載モータ制御システム、ＭＰ１…第１マップ、ＭＰ２…第２マップ。

Claims (6)

1. 巻数が互いに異なる複数の巻線パターン（ＰＭ１，ＰＭ２）のいずれかを通電対象巻線に切替可能な回転電機（１０）と、
   直流電源（４０）に接続され、相ごとに設けられたスイッチ（２２，２３）をオンオフさせることにより前記通電対象巻線に通電させるインバータ（２０）と、を備えるシステム（１００）に適用される制御装置（３０）であって、
   前記回転電機の誘起電圧の振幅と相関を有するパラメータを取得するパラメータ取得部と、
   前記インバータから前記通電対象巻線に印加される印加電圧の等価波形の振幅及び位相が前記通電対象巻線に発生する誘起電圧の振幅及び位相と同一であるとの切替条件を満たすように前記インバータを制御する制御部と、
   前記切替条件が満たされた場合に前記通電対象巻線を切り替える巻線切替部と、
   前記スイッチのオン時間を規定するデューティ比（Ｄｕｔｙ）と前記パラメータとが対応付けられたマップ（ＭＰ１，ＭＰ２）であって、前記切替条件を満たすように設定されたマップが記憶される記憶部（３２）と、を備え、
   前記制御部は、前記マップと、取得された前記パラメータとに基づいて、前記デューティ比を決定し、決定した前記デューティ比に基づいて、前記インバータを制御し、
   前記巻線切替部は、前記切替条件が満たされた場合に前記通電対象巻線を切り替える制御装置。
2. 前記パラメータ取得部は、前記パラメータとして、前記回転電機の回転速度（Ｎｅ）又はその相関値を取得し、
   前記記憶部には、前記回転電機の回転速度と対応付けられた前記デューティ比が記憶されている請求項１に記載の制御装置。
3. 前記回転電機のロータと、エンジン（７０）のクランク軸（７２）とは動力伝達可能とされており、
   前記クランク軸の基準位置からの回転角度位置であるクランク角（ＣＡ）の情報を取得する位置情報取得部を備え、
   前記制御部は、取得された前記クランク角に基づいて、決定した前記デューティ比を補正し、補正した前記デューティ比に基づいて、前記インバータを制御する請求項２に記載の制御装置。
4. 前記記憶部には、前記各巻線パターンに対応する複数の前記マップが記憶されており、
   前記制御部は、現在の前記巻線パターンに対応する前記マップに基づいて、前記インバータを制御する請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の制御装置。
5. 前記巻線切替部は、前記回転電機の回転速度が前記直流電源の電源電圧に基づいて設定される閾値（Ｎｔｇ１，Ｎｔｇ２）以下である場合に、前記通電対象巻線を切り替える請求項４に記載の制御装置。
6. 前記巻線切替部は、前記回転電機の回転速度が前記閾値よりも大きい場合に、前記通電対象巻線の切り替えを禁止する請求項５に記載の制御装置。

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