JP7144197B2 - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、回転電機の駆動を制御する技術に関する。

近年、電気自動車の航続距離の延長のために、各コンポーネントでの低損失化が望まれている。各コンポーネントでの低損失化の技術の一つとして、回転電機システムでの低損失化の技術が提案されている。特許文献１に記載の電動駆動装置の制御装置は、強め界磁制御によって回転電機に供給する電圧を大きくして電圧利用率を上げることで、矩形波制御領域を拡大している。矩形波制御領域を拡大することによって、インバータのスイッチング回数が減って、スイッチング損が低下する。また、キャリア高調波成分の電流リプルが小さくなるため、ＭＧ鉄損も低下する。

特開２０１０－２７９１１３号公報

上記制御装置による回転電機の制御では、低トルク域において、強め界磁制御に伴うＭＧ損とインバータの導通損の上昇分が、スイッチング回数の低下に伴う損失の低下分よりも大きくなる。したがって、上記制御装置による回転電機の制御は、低トルク域に適用することができない。しかしながら、車両が通常使用するトルク域及びＷＬＴＰモード走行時の動作点は低トルク域であるため、低トルク域における回転電機システム全体の効率向上が望まれる。

本開示は、低トルク域においても、回転電機システム全体の効率を向上させることが可能な回転電機の制御装置を提供する。

本開示の１つの局面は、車両に搭載された回転電機システム（１００）において回転電機（１５）の駆動を制御する回転電機の制御装置（２０）であって、回転電機システムは、回転電機と、直流電源（１１）と、インバータ（１３）と、トルク指令部（４０）と、を備える。インバータは、複数のスイッチング素子（Ｓ１～Ｓ６）を含み、直流電源の直流電力を交流電力に変換して回転電機へ供給する。トルク指令部は、回転電機の目標トルクを指令する。回転電機の制御装置は、電圧算出部（２３，２５）と、スイッチング制御部（２７）と、制限部（２７）と、を備える。電圧算出部は、トルク指令部により指令された目標トルクから、回転電機へ供給する交流電圧の電圧指令値を算出する。スイッチング制御部は、電圧算出部により算出された電圧指令値が回転電機に供給されるように、インバータに含まれる各スイッチング素子のスイッチングを制御する。制限部は、インバータの制御において、直流電圧の電圧利用率が予め設定されている利用率閾値よりも小さい場合に、電圧指令値の電気角半周期において各スイッチング素子をオン状態にすることが可能なオン期間を、電圧指令値の電気角半周期からスイッチング素子のデッドタイムを差し引いた期間よりも短い期間に制限する。スイッチング制御部は、制限部によりオン期間が制限された場合に、制限されたオン期間の中で各スイッチング素子のスイッチングを制御して、矩形波制御又は過変調制御を行う。

本開示の１つの局面によれば、電圧利用率が利用率閾値よりも小さい場合、すなわち、スイッチング回数が比較的多い場合に、オン期間が制限され、インバータの制御が矩形波制御又は過変調制御へ移行される。これにより、スイッチング回数が低減され、スイッチング損を低減することができる。また、インバータに入力する直流電圧を変えることなくオン期間を制限することで、インバータの制御を矩形波制御又は過変調制御へ移行させるため、低トルク域でもスイッチング損の低下分が、その他の損失の上昇分を上回る。よって、低トルク域においても、回転電機システム全体の効率を向上させることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

ＭＧシステムの構成を示す図である。 ＭＧシステムの制御装置の機能を示すブロック図である。 ＰＷＭ制御におけるスイッチング波形を示す図である。 図３に示すスイッチング波形のオンの期間を制限して、インバータの制御を過変調制御へ移行させた場合におけるスイッチング波形を示す図である。 図３に示すスイッチング波形のオン期間を制限して、インバータの制御を矩形波制御へ移行させた場合におけるスイッチング波形を示す図である。 スイッチング素子に対する制御信号の生成処理の手順を示すフローチャートである。 回転速度とトルクとにより規定される各制御の動作領域を示す図である。 オン期間を制限する場合においてスイッチング波形を生成する手法を示す図である。 オン期間の設定方法を説明する図である。 オン期間を制限しない比較例とオン期間を制限する本実施形態との損失の比較を示す図である。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
＜１．構成＞
まず、本実施形態に係るＭＧシステム１００の構成について、図１を参照して説明する。

ＭＧシステム１００は、電気自動車又はハイブリッド自動車に搭載されている。ＭＧシステム１００は、ＭＧ１５と、直流電源１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ１３と、電流センサ１４と、回転センサ１６と、トルク指令部４０と、制御装置２０と、を備える。

ＭＧ１５は、３相の交流モータジェネレータであり、走行駆動源である。ＭＧ１５は、車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するモータの機能と、車両の運動エネルギにより駆動されて発電する発電機の機能とを備える。

直流電源１１は、インバータ１３を介して、ＭＧ１５と接続されている。直流電源１１は、インバータ１３を介して、ＭＧ１５と電力の授受を行う。直流電源１１は、例えば、リチウムイオンなどの二次電池や、キャパシタなどの充放電可能な蓄電装置である。

インバータ１３は、直流電源１１とＭＧ１５との間に接続された３相の電力変換装置である。インバータ１３は、直流電源１１の直流電力を交流電力に変換して、交流電力をＭＧ１５に供給する。また、インバータ１３は、ＭＧ１５が発電した交流電力を直流電力に変換して、直流電力を直流電源１１へ供給する。

インバータ１３は、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６と、ダイオードＤ１～Ｄ６と、を備える。本実施形態では、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６として、Insulated Gate Bipolar Transistor（ＩＧＢＴ）を採用しているが、Metal Oxide Semiconductor（ＭＯＳ）トランジスタや、バイポーラトランジスタなどを採用してもよい。ダイオードＤ１～Ｄ６は、それぞれ、フリーホイールダイオードとして機能し、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６に並列接続されている。

スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４、スイッチング素子Ｓ５とスイッチング素子Ｓ６が、それぞれ直列に接続されている。スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との直列体は、直流電源１１の正極端子と負極端子との間に接続されており、この２つのスイッチング素子の接続点はＭＧ１５のＵ相の巻線に接続されている。また、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４との直列体は、直流電源１１の正極端子と負極端子との間に接続されており、この２つのスイッチング素子の接続点はＭＧ１５のＶ相の巻線に接続されている。また、スイッチング素子Ｓ５とスイッチング素子Ｓ６との直列体は、直流電源１１の正極端子と負極端子との間に接続されており、この２つのスイッチング素子の接続点はＭＧ１５のＷ相の巻線に接続されている。各相の上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子は相補的に動作する。

平滑コンデンサ１２は、直流電源１１の正極端子と負極端子との間に、インバータ１３と並列に接続されている。平滑コンデンサ１２は、インバータ１３と直流電源１１との間で授受される電力を平滑化する。

電流センサ１４は、ＭＧ１５の３相の巻線に流れる実電流の電流値を検出し、検出した実電流値Ｉｕｒ，Ｉｖｒ，Ｉｗｒを制御装置２０へ出力する。なお、電流センサ１４は、ＭＧ１５の２相の巻線に流れる電流値を検出するだけでもよい。この場合、キルヒホッフの法則を用いて残りの１相の電流値が算出される。

回転センサ１６は、ＭＧ１６のロータの近傍に設けられており、ロータの回転角θを検出し、検出した回転角θを制御装置２０へ出力する。回転角θは電気角である。回転角θから、ＭＧ１５の回転速度Ｎが算出される。回転センサ１６としては、レゾルバ、エンコーダなどのセンサを採用できる。

トルク指令部４０は、ＭＧ１５の目標トルクＴｒを算出し、制御装置２０へ目標トルクＴｒを指令する。トルク指令部４０は、図示しないアクセルセンサからのアクセル信号、ブレーキスイッチからのブレーキ信号、シフトスイッチからのシフト信号などを取得して、運転状態に応じた目標トルクＴｒを算出する。

制御装置２０は、ＣＰＵと、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリと、を有するマイクロコンピュータを中核に構成されている。制御装置２０の各種機能は、ＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体（例えば、上述の半導体メモリ）に格納されたプログラムをロードして実行することにより実現される。制御装置は、１つのマイクロコンピュータを備えていてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えていてもよい。

制御装置２０は、ＭＧ１５の出力トルクが、トルク指令部４０から指令された目標トルクＴｒとなるように、ＭＧ１５の駆動を制御する。すなわち、制御装置２０は、目標トルクＴｒに基づいて、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のスイッチングを制御する。

詳しくは、図２に示すように、制御装置２０は、電流指令値算出部２１と、３相２相変換部２２と、電圧指令値算出部２３と、電圧利用率算出部２４と、２相３相変換部２５と、回転速度算出部２６と、制御信号生成部２７と、を備える。制御装置２０がこれらの機能を実現する手法は、ソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。

電流指令値算出部２１は、目標トルクＴｒに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｉｑを算出する。詳しくは、電流指令値算出部２１は、最小電流最大トルク制御を実現するように、マップ等を用いて、回転座標系におけるｄ軸電流指令値Ｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｉｑを算出する。そして、電流指令値算出部２１は、算出したｄ軸電流指令値Ｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｉｑを電圧指令値算出部２３へ出力する。

３相２相変換部２２は、ロータの回転位置θを用いて、電流センサ１４により検出された固定座標系における３相の実電流値Ｉｕｒ，Ｉｖｒ，Ｉｗｒを、回転座標系における２相のｄ軸実電流値Ｉｄｒ及びｑ軸実電流値Ｉｑｒに変換する。そして、３相２相変換部２２は、ｄ軸実電流値Ｉｄｒ及びｑ軸実電流値Ｉｑｒを電圧指令値算出部２３へ出力する。

電圧指令値算出部２３は、ｄ軸電流指令値Ｉｄとｄ軸実電流値Ｉｄｒとの差分が０に収束するように、ｄ軸電圧指令値Ｖｄを算出する。また、電圧指令値算出部２３は、ｑ軸電流指令値Ｉｑとｑ軸実電流値Ｉｑｒとの差分が０に収束するように、ｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。そして、電圧指令値算出部２３は、算出したｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを、電圧利用率算出部２４及び２相３相変換部２５へ出力する。

電圧利用率算出部２４は、次の式（１）から電圧利用率ｍを算出する。Ｖｄｃは、インバータ１３に供給される直流電圧値である。本実施形態では、Ｖｄｃは、直流電源１１の電圧値である。そして、電圧利用率算出部２４は、算出した電圧利用率ｍを制御信号生成部２７へ出力する。

２相３相変換部２５は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを、回転位置θを用いて、３相の電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷに変換する。そして、２相３相変換部２５は、３相の電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを制御信号生成部２７へ出力する。

回転速度算出部２６は、回転センサ１６により検出された回転位置θを微分して、ＭＧ１５の回転速度Ｎを算出する。そして、回転速度算出部２６は、算出した回転速度Ｎを制御信号生成部２７へ出力する。

制御信号生成部２７は、電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷと、搬送波との比較に基づいて、インバータ１３のスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のスイッチングを制御する制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。制御信号ｇ１～ｇ６は、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のゲートに入力されるゲート信号である。スイッチング素子Ｓ１～ｓ６は、制御信号ｇ１～ｇ６に従ってオン又はオフになる。

詳しくは、本実施形態では、制御信号生成部２７は、図７に示すように、インバータ１３の制御として、Pulse Width Modulation（以下、ＰＷＭ）制御、第１の過変調制御、第１の矩形波制御、第２の過変調制御及び第２の矩形波制御のいずれかを実行するための制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。

ＰＷＭ制御は、変調波の振幅値が直流電圧値Ｖｄ未満に制限される制御であり、低回転速度域における制御である。制御信号生成部２７は、ＰＷＭ制御において、図３に示すように、正弦波状の電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷである変調波と、搬送波との比較に基づいて、一定期間で正弦波となるスイッチング波形を、制御信号ｇ１～ｇ６として生成する。搬送波の振幅値は直流電圧値Ｖｄと一致する。このスイッチング波形は、上アームのスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がオン状態となるハイレベル期間と、下アームのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がオン状態となるローレベル期間とを含むパルスの集合によって構成されている。ＰＷＭ制御では、電圧利用率ｍを０．６１３未満の範囲で変化させることができる。電圧利用率ｍは、変調波の振幅値が直流電圧値Ｖｄと一致する場合に、０．６１３になる。

第１の過変調制御は、変調波の振幅値が直流電圧値Ｖｄ以上となる制御であり、中回転速度域における制御である。制御信号生成部２７は、第１の過変調制御では、変調波の振幅値が直流電圧値Ｖｄ以上となる部分において、連続的にハイレベル又はローレベルとなるスイッチング波形を、制御信号ｇ１～ｇ６として生成する。このスイッチング波形は、変調波の振幅値が直流電圧値Ｖｄ未満となる部分において、ＰＷＭ制御におけるスイッチング波形と同様のパルスによって構成されている。第１の過変調制御では、変調率ｍを０．６１３以上０．７８未満の範囲で変化させることができる。

第１の矩形波制御は、変調波の振幅値が、過変調制御における上限の電圧利用率ｍ（すなわち、ｍ＝０．７８）に相当する値となる制御であり、高回転速度域における制御である。制御信号生成部２７は、第１の矩形波制御では、変調波の１周期においてハイレベル期間とローレベル期間とが１回ずつ交互に表れるとともに、ハイレベル期間とローレベル期間との比が１：１となる矩形波のスイッチング波形、制御信号ｇ１～ｇ６として生成する。第１の矩形波制御では、変調率ｍは０．７８で固定される。

第２の過変調制御及び第２の矩形波制御は、電圧利用率ｍが利用率閾値０．７８未満の場合で、且つ、所定の条件が満たされた場合に、実行される制御である。すなわち、第２の過変調制御及び第２の矩形波制御は、インバータ１３の動作領域がＰＷＭ制御及び第１の過変調制御の領域であるときに、所定の条件が満たされた場合に実行される制御である。制御信号生成部２７は、第２の過変調制御及び第２の矩形波制御では、変調波の電気角半周期におけるオン期間θｃを制限して、制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。オン期間θｃは、スイッチング素子をオン状態することが可能な期間である。制御信号生成部２７は、オン期間θｃを、電気角半周期からスイッチング素子Ｓ１～Ｓ６のデッドタイムを差し引いた期間よりも短い期間（例えば、１２０°や９０°）に制限する。電気角半周期のうちオン期間θｃ以外の期間では、スイッチング素子Ｓ１～Ｓ６をオフ状態に維持する。

図３は、オン期間θｃを制限していない場合におけるスイッチング波形を示す。図４は、オン期間θｃをθ１に制限した場合におけるスイッチング波形を示す。図５は、オン期間θｃをθ２（θ１＞θ２）に制限した場合におけるスイッチング波形を示す。

図４に示す場合、制御信号生成部２７は、各スイッチング素子について、オン期間θ１内のＭＧ１５の交流電圧が、電圧指令値算出部２３により算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑとなるように、オン期間θ１内のハイレベル期間を決定して、制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。

同様に、図５に示す場合、制御信号生成部２７は、各スイッチング素子について、各スイッチング素子について、オン期間θ２内のＭＧ１５の交流電圧が、電圧指令値算出部２３により算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑとなるように、オン期間θ２内のハイレベル期間を決定して、制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。

したがって、オン期間θｃを狭くするほど、オン期間θｃにおけるローレベル期間が少なくなる。その結果、図４に示すように、ハイレベル期間が連続して、スイッチング波形がＰＷＭ波形から過変調波形へ変化する。このようにして生成されたスイッチング波形が制御信号ｇ１～ｇ６としてインバータ１３へ出力されることにより、第１の過変調制御と同様に、インバータ１３の第２の過変調制御が実行される。

さらに、オン期間θｃを狭くすると、図５に示すように、スイッチング波形が過変調波形から矩形波形へ変化する。このようにして生成されたスイッチング波形が制御信号ｇ１～ｇ６としてインバータ１３へ出力されることにより、第１の矩形波制御と同様に、インバータ１３の第２の矩形波制御が実行される。

すなわち、制御信号生成部２７は、インバータ１３の動作領域がＰＷＭ制御又は第１の過変調制御の領域である場合において、所定の条件が満たされたときに、ＰＷＭ制御又は第１の過変調制御よりもスイッチング回数を低減した第２の過変調制御又は第２の矩形波制御を実行するための制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。所定の条件は、目標トルクＴｒ及び回転速度Ｎに関する条件である。所定の条件の詳細については後述する。

本実施形態では、ＭＧシステム１００が回転電機システムに相当し、ＭＧ１５が回転電機に相当する。また、電圧指令値算出部２３及び２相３相変換部２５が電圧算出部に相当し、制御信号生成部２７がスイッチング制御部及び制限部に相当する。また、回転速度検出部２６が速度検出部に相当する。

＜２．制御信号の生成処理＞
次に、制御装置２０が実行する制御信号ｇ１～ｇ６の生成処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。制御装置２０は、所定間隔で、本処理手順を繰り返し実行する。

まず、Ｓ１０では、制御装置２０は、トルク指令部４０によって算出された目標トルクＴｒを取得する。
続いて、Ｓ２０では、制御装置２０は、回転センサ１６によって検出された回転位置θを取得し、回転位置θから回転速度Ｎを算出する。

続いて、Ｓ３０では、制御装置２０は、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出し、式（１）を用いて、電圧利用率ｍを算出する。
続いて、Ｓ４０では、制御装置２０は、Ｓ３０において算出した電圧利用率ｍが利用率閾値０．７８未満か否か判定する。すなわち、制御装置２０は、オン期間θｃを制限してスイッチング回数を低減する必要があるか否か判定する。

制御装置２０は、電圧利用率ｍが０．７８以上の場合、すなわち、インバータ１３の動作領域が矩形波制御の領域である場合には、Ｓ８０の処理へ進む。そして、Ｓ８０において、制御装置２０は、電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを算出し、電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷと搬送波との比較に基づいて、第１の矩形波制御を実行するための制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。

一方、制御装置２０は、電圧利用率ｍが０．７８未満の場合には、Ｓ５０の処理へ進む。Ｓ５０では、制御装置２０は、所定の条件が満たされているか否か判定する。ここで制御装置２０が判定する所定の条件は、次の条件（ｉ），（ｉｉ）である。（ｉ）目標トルクＴｒにおける電流実効値が電流閾値よりも小さい。（ｉｉ）目標トルクＴｒが予め設定された最小閾値Ｔｍｉｎよりも大きい。

条件（ｉ）において、制御装置２０は、電流閾値として、ＭＧ１５やインバータ１３などのＭＧシステム１００に含まれる複数の機器の最大定格のうち最も小さい最大定格の電流値を設定する。目標トルクＴｒにおける電流実効値は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ及びｑ軸電流指令値Ｉｑから算出される。

オン期間θｃを制限すると、電気角半周期に流れていた電流量を、電気角半周期よりも短いオン期間θｃに流すことになるため、電流実効値が上昇する。電流実効値が上昇すると、ＭＧシステム１００に含まれる機器の最大定格を超える可能性がある。よって、制御装置２０は、目標トルクＴｒにおける電流実効値が電流閾値以上の場合には、オン期間θｃを制限しないようにする。具体的には、制御装置２０は、目標トルクＴｒと最大閾値Ｔｍａｘとの比較によって、条件（ｉ）が満たされているか否かを判定する。最大閾値Ｔｍａｘは、電流閾値によって決まる値である。

また、条件（ｉｉ）において、最小閾値Ｔｍｉｎは、トルクリップルによって決まる値である。スイッチング波形を過変調波形又は矩形波形にすることによって、スイッチング波形をＰＷＭ波形にする場合よりも、スイッチング損失は低減するが、トルクリップルが大きくなる。そのため、例えば力行時における目標トルクＴｒが比較的小さい場合には、オン期間θｃを制限することによって大きなトルクリップルが加わると、最小トルクが負のトルクになる可能性がある。最小トルクが負のトルクになると、ギアの歯打ちが生じて、異音が発生したりギアが劣化したりする。

よって、制御装置２０は、過変調制御時又は矩形波制御時における比較的大きなトルクリップルが付加されても、最小トルクが負とならない目標トルクＴｒの最小値を、最小閾値Ｔｍｉｎに設定する。そして、制御装置２０は、目標トルクＴｒが最小閾値Ｔｍｉｎ以下の場合には、オン期間θｃを制限しない。

したがって、Ｓ５０において、制御装置２０は、目標トルクＴｒが最小閾値Ｔｍｉｎよりも大きく、且つ、目標トルクＴｒが最大閾値Ｔｍａｘよりも小さいか否か判定する。
制御装置２０は、目標トルクＴｒが最小閾値Ｔｍｉｎ以下、又は、目標トルクＴｒが最大閾値Ｔｍａｘ以上の場合には、Ｓ８０の処理へ進む。そして、Ｓ８０において、制御装置２０は、電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを算出する。さらに、図７に示すように、この動作領域では、制御装置２０は、電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷと搬送波との比較に基づいて、ＰＷＭ制御又は第１の過変調制御を実行するための制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。

一方、制御装置２０は、目標トルクＴｒが最小閾値Ｔｍｉｎよりも大きく、且つ、目標トルクＴｒが最大閾値Ｔｍａｘよりも小さい場合には、Ｓ６０の処理へ進む。Ｓ６０では、制御装置２０は、所定の条件のうちの残りの１つが満たされているか否か判定する。ここで制御装置２０が判定する所定の条件は、次の条件（ｉｉｉ）である。（ｉｉｉ）回転速度Ｎから求まる車両の車軸の慣性力が、予め設定されている慣性力閾値よりも大きい。

車軸の慣性力が比較的小さい場合に、トルクリップルが比較的大きくなると、ドラビリティ及びノイズビブライゼーション（以下、ＮＶ）が悪化する。そのため、車軸の慣性力が比較的小さい場合に、オン期間θｃを制限したことによって大きなトルクリップルが生じると、ドラビリティ及びＮＶが許容値を超える可能性がある。ドラビリティ及びＮＶの許容値は、車両のスペックによって決まる。

よって、制御装置２０は、過変調制御時又は矩形波制御時における比較的大きなトルクリップルが生じても、ドラビリティ及びＮＶが許容値を超えない車軸の慣性力を慣性力閾値に設定する。

具体的には、制御装置２０は、回転速度Ｎと速度閾値Ｎｍｉｎとの比較によって、条件（ｉｉｉ）が満たされているか否かを判定する。速度閾値Ｎｍｉｎは、慣性力閾値によって決まる値である。

制御装置２０は、回転速度Ｎが速度閾値Ｎｍｉｎ以下の場合には、Ｓ８０の処理へ進む。そして、Ｓ８０において、制御装置２０は、電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを算出する。さらに、図７に示すように、この動作領域では、制御装置２０は、電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷと搬送波との比較に基づいて、ＰＷＭ制御を実行するための制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。

一方、制御装置２０は、回転速度Ｎが速度閾値Ｎｍｉｎよりも大きい場合には、Ｓ７０の処理へ進む。Ｓ７０では、制御装置２０は、オン期間θｃを制限する。具体的には、予め用意されているマップを用いて、制限されたオン期間θｃを設定する。マップは、目標トルクＴｒと回転速度Ｎとオン期間θｃとの対応関係を示す。例えば、図７に示すように、マップは、ｍ＜０．７８且つ条件（ｉ）～（ｉｉｉ）が満たされる動作領域を３つの領域に分けて、各領域にオン期間θｃθ１又はθ２を対応付けている。θ１は例えば電気角１２０°、θ２は例えば電気角９０°である。

続いて、Ｓ８０では、制御装置２０は、電圧指令値ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを算出し、第２の過変調制御又は第２の矩形波制御を実行するための制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。具体的には、図８に示すように、制御装置２０は、変調波と搬送波との比較と、変調波とオン期間設定波との比較との論理和を算出して、制御信号ｇ１～ｇ６を生成する。図９に示すように、オン期間設定波は、一定の電圧値の波形である。変調波が正の範囲では、オン期間設定波の値を大きくするほど、オン期間θｃを狭くすることができる。また、変調波が負の範囲では、オン期間設定波の値を小さくするほど、オン期間θｃを狭くすることができる。以上で本処理を終了する。

＜３．実験結果＞
図１０に、Worldwide-harmonized Light vehicles Test Cycle（ＷＬＴＣ）モードの動作点（回転速度６０００ｒｐｍ、トルク２０Ｎ・ｍ）における、本実施形態に係るＭＧシステム１００及び比較例に係るＭＧシステムの損失の内訳を示す。本実施形態では、電圧利用率ｍ＜０．７８且つ所定の条件（ｉ）～（ｉｉｉ）が満たされている場合に、オン期間θｃを制限する。一方、比較例では、電圧利用率ｍ＜０．７８且つ所定の条件（ｉ）～（ｉｉｉ）が満たされている場合に、オン期間θｃを制限しない。図１０では、比較例の損失を１として示している。

図１０に示すように、本実施形態のＭＧ鉄損、ＭＧ銅損、及び導通損は、オン期間θｃを制限したことに伴い電流実効値が上昇したことによって、比較例のＭＧ鉄損、ＭＧ銅損、及び導通損よりも大きくなっている。一方、本実施形態のスイッチング損は、オン期間θｃを制限したことに伴いスイッチング回数が減ったことによって、比較例のスイッチング損よりも小さくなっている。本実施形態のスイッチング損の縮小分は、本実施形態のＭＧ鉄損、ＭＧ銅損、及び導通損の増大分の合計よりも十分に大きいため、本実施形態の損失は、全体として比較例の損失よりも１４％低減している。すなわち、本実施形態に係るＭＧシステム１００は、ＷＬＴＣモードの動作点がある低トルク域においても、全体の効率向上を実現できる。

＜４．効果＞
以上説明した第１の実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）電圧利用率ｍが利用率閾値よりも小さい場合、すなわち、スイッチング回数が比較的多い場合に、オン期間が制限される。これにより、スイッチング回数が低減され、スイッチング損を低減することができる。また、インバータ１３に入力する直流電圧を変えることなくオン期間を制限することで、インバータ１３の制御を、ＰＷＭ制御又は第１の過変調制御から、第２の過変調制御又は第２の矩形波制御へ移行させるため、低トルク域でもスイッチング損の低下分が、その他の損失の上昇分を上回る。よって、低トルク域においても、ＭＧシステム１００の全体の効率を向上させることができる。

（２）オン期間θｃを制限しない場合に、インバータ１３の制御がＰＷＭ制御又は第１の過変調制御となる電圧利用率ｍのときに、オン期間θｃを制限して、インバータ１３の制御を第２の過変調制御又は第２の矩形波制御へ移行させることができる。ひいては、スイッチング回数を低減することができる。

（３）目標トルクＴｒにおける電流実効値が電流閾値よりも小さいことを条件としてオン期間θｃが制限される。そのため、オン期間θｃを制限することによって電流実効値が上昇しても、電流実効値をＭＧ１５やインバータ１３などの機器の最大定格以下に制限することができる。ひいては、ＭＧ１００システムに含まれる機器の破損を防ぐことができる。

（４）目標トルクＴｒが最小閾値Ｔｍｉｎよりも大きいことを条件として、オン期間θｃが制限される。よって、オン期間θｃを制限することによってトルクリップルが大きくなっても、最小トルクが負になることを防ぐことができる。ひいては、異音の発生やギアの劣化を防ぐことができる。

（５）車軸の慣性力が慣性力閾値よりも大きいことを条件として、オン期間θｃが制限される。よって、オン期間θｃを制限することによってトルクリップルが大きくなっても、ドラビリティ及びＮＶの悪化を防ぐことができる。

（他の実施形態）
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（ａ）上記実施形態では、ＭＧ１５は、３相の交流モータジェネレータであったが、３相以外の単相、２相、又は４相以上の多相の交流モータジェネレータでもよい。また、ＭＧ１５が、電動機としての機能と発電機としての機能を備えていたが、発電機としての機能は備えていなくてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、利用率閾値を０．７８に設定したが、利用率閾値は０．７８に限定されるものではない。例えば、利用率閾値をＰＭＷ制御の電圧利用率ｍの上限値０．６１３に設定して、インバータ１３の動作領域が第１の過変調制御の領域である場合には、オン期間θｃを制限しないようにしてもよい。利用率閾値は、０．６１３以上で０．７８以下の値に設定すればよい。

（ｃ）上記実施形態では、電圧利用率ｍが利用率閾値未満、且つ、所定の条件（ｉ）～（ｉｉｉ）がすべて満たされた場合に、オン期間θｃを制限したが、本開示はこれに限定されるものではない。本開示は、所定の条件（ｉ）～（ｉｉｉ）がすべて満たされていることが望ましいが、電圧利用率ｍが利用閾値未満、且つ、所定の条件（ｉ）～（ｉｉｉ）のうちの少なくも１つが満たされている場合に、オン期間θｃを制限してもよい。また、本開示は、電圧利用率ｍが利用閾値未満の場合には、所定の条件（ｉ）～（ｉｉｉ）が満たされているか否かにかかわらず、オン期間θを制限してもよい。

（ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（ｅ）上述した回転電機の駆動制御装置の他、当該回転電機の駆動制御装置を構成要素とするシステム、当該回転電機の駆動制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、回転電機の駆動制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１１…直流電源、１３…インバータ、２０…制御装置、２３…電圧指令値算出部、２５…２相３相変換部、２７…制御信号生成部、４０…トルク指令部、１００…ＭＧシステム、Ｓ１～Ｓ６…スイッチング素子。

Claims (5)

1. 車両に搭載された回転電機システム（１００）において回転電機（１５）の駆動を制御する回転電機の制御装置（２０）であって、
   前記回転電機システムは、
   回転電機と、
   直流電源（１１）と、
   複数のスイッチング素子（Ｓ１～Ｓ６）を含み、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換して前記回転電機へ供給するインバータ（１３）と、
   前記回転電機の目標トルクを指令するトルク指令部（４０）と、を備え、
   前記回転電機の制御装置は、
   前記トルク指令部により指令された前記目標トルクから、前記回転電機へ供給する交流電圧の電圧指令値を算出する電圧算出部（２３，２５）と、
   前記電圧算出部により算出された前記電圧指令値が前記回転電機に供給されるように、前記インバータに含まれる各スイッチング素子のスイッチングを制御するスイッチング制御部（２７）と、
   前記インバータの制御において、前記直流電源の電圧利用率が予め設定されている利用率閾値よりも小さい場合に、前記電圧指令値の電気角半周期において各スイッチング素子をオン状態にすることが可能なオン期間を、前記電圧指令値の電気角半周期から前記スイッチング素子のデッドタイムを差し引いた期間よりも短い期間に制限する制限部（２７）と、
   前記回転電機の回転速度を検出する速度検出部と、を備え、
   前記スイッチング制御部は、前記制限部により前記オン期間が制限された場合に、制限された前記オン期間の中で各スイッチング素子のスイッチングを制御して、矩形波制御又は過変調制御を行い、
   前記制限部は、前記速度検出部により検出された前記回転速度から求まる前記車両の車軸の慣性力が、予め設定されている慣性力閾値よりも大きい場合に、前記オン期間を制限する、
   回転電機の制御装置。
2. 前記電圧利用率は、
   

   

   であり、ｍは電圧利用率、Ｖｄｃは前記インバータに供給される直流電圧値、Ｖｄは前記電圧指令値のｄ軸成分、Ｖｑは前記電圧指令値のｑ軸成分である、
   請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記利用率閾値は０．７８である、
   請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記制限部は、前記トルク指令部により指令された前記目標トルクにおける電流実効値が、予め設定された電流閾値よりも小さい場合に、前記オン期間θｃを制限する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記制限部は、前記トルク指令部により指令された前記目標トルクが、予め設定されたトルク閾値よりも大きい場合に、前記オン期間を制限する、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。

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