WO2020235316A1 - 回転電機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

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勝洋 星野
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for a rotary electric machine.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-259644 describes a power generating electric motor having at least two three-phase windings arranged apart from each other by a predetermined spatial phase difference, and three individually for each of the three-phase windings.
  • a vehicle power generation electric device including at least two orthogonal conversion devices for transmitting and receiving phase alternating current and a controller for controlling the orthogonal conversion device, the controller is the first said in response to a demand for torque or rotation speed.
  • a second three-phase alternating current that intermittently controls the switching element of the orthogonal converter to energize the first three-phase alternating current to the first three-phase winding, and further energizes the second three-phase winding.
  • a vehicle power generation electric device characterized in that the switching element of the second orthogonal conversion device is intermittently controlled so that the current secures a predetermined current phase difference with respect to the first three-phase alternating current. ing.
  • regenerative braking that decelerates with the regenerative torque of the motor is used.
  • the regenerative cooperative brake that uses both the regenerative brake and the mechanical brake requires a dedicated brake system that controls the replacement of the regenerative brake and the mechanical brake, and it is difficult to adopt it in many automobiles from the viewpoint of cost. Therefore, it is desirable to control from deceleration to stop by regenerative braking.
  • a typical example of the invention disclosed in the present application is as follows. That is, it is a control device for controlling a rotary electric machine having a plurality of independent windings, and an alternating current is applied to the windings of the plurality of systems so that the combined magnetic field generated in the windings is equal to or higher than a predetermined value.
  • a predetermined value in which torque is generated so as to be, an alternating current having a phase difference different from that in the first mode is applied to the windings of the plurality of systems, and the combined magnetic field generated in the windings is made smaller than the predetermined value.
  • the rotary electric machine is controlled by a second mode in which a current higher than the first mode is passed.
  • the driving force and braking force of the rotary electric machine can be controlled while considering the SOC of the battery. Issues, configurations and effects other than those mentioned above will be clarified by the description of the following examples.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of the hybrid type electric vehicle equipped with the rotary electric drive system which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the rotary electric machine drive system and the rotary electric machine of this Example. It is a figure which shows the magnetomotive force vector in the 1st mode at the time of power running of this Example. It is a figure which shows the current waveform in the 1st mode at the time of power running of this Example. It is a figure which shows the magnetomotive force vector in the 2nd mode at the time of power running of this Example. It is a figure which shows the current waveform in the 2nd mode at the time of power running of this Example.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicle (hybrid vehicle or electric vehicle) 10 on which the rotary electric machine control device 16 according to the embodiment of the present invention is mounted.
  • the vehicle 10 of a hybrid vehicle is equipped with an engine 12, a first rotary electric machine 100, a second rotary electric machine 101, and a high-voltage battery 201.
  • the battery 201 is composed of a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery, and outputs a high voltage DC power of 250 to 600 volts or more.
  • the battery 201 supplies DC power to the rotary electric machines 100 and 101 when the driving force of the rotary electric machines 100 and 101 is required, and supplies DC power from the rotary electric machines 100 and 101 during regenerative traveling.
  • the DC power between the battery 201 and the rotary electric machines 100 and 101 is transmitted and received via the rotary electric machine control device 16.
  • the vehicle 10 is equipped with an auxiliary battery that supplies low voltage power (for example, 14 volt power).
  • the rotational torque of the engine 12 and the rotary electric machines 100 and 101 is transmitted to the front wheels 11 via the transmission 13 and the differential gear 140.
  • the rotary electric machines 100 and 101 are configured to be substantially the same, and the rotary electric machine 100 will be described below.
  • the rotary electric machine 100 is a three-phase synchronous motor with a built-in permanent magnet.
  • the rotary electric machine 100 operates as an electric motor for rotating the rotor by supplying a three-phase alternating current to the stator coil wound around the stator core. Further, when the rotary electric machine 100 is driven by the engine 12, it operates as a generator and outputs three-phase AC generated power. That is, the rotary electric machine 100 has both a power running function as an electric motor that generates rotational torque by using electric energy and a regenerative function as a generator that generates power by using mechanical energy, depending on the running state of the automobile.
  • the above-mentioned functions can be selectively used.
  • the vehicle 10 accelerates and decelerates by the driver operating the throttle pedal and the brake pedal (not shown). For example, when the driver operates the throttle pedal, a driving force is generated according to the amount of depression to drive the vehicle. When the driver operates the brake pedal, braking force is generated according to the amount of depression and regenerative driving is performed.
  • the vehicle 10 may be accelerated and decelerated by the driver operating a single throttle pedal (not shown).
  • a single throttle pedal not shown.
  • the driving force is generated by power running, and when the operation amount of the throttle pedal is small, the driving force is regenerated and the braking force is generated.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configurations of the rotary electric machine control device 16 and the rotary electric machine 100 of this embodiment.
  • the control of the rotary electric machine 100 will be described, but the rotary electric machine 101 can also perform the same control.
  • the rotary electric machine control device 16 of the first embodiment controls the drive of the rotary electric machine 100.
  • the rotary electric machine 100 is, for example, a motor for traveling the vehicle 10.
  • the rotary electric machine control device 16 includes a battery 201, a capacitor 202, a control microcomputer 203, a drive circuit 204, and an inverter circuit 210.
  • the rotary electric machine 100 is a three-phase AC rotary electric machine with two independent Y-connections. That is, the rotary electric machine 100 has three-phase armature windings 102u1, 102v1, 102w1 corresponding to each of the U1 phase, V1 phase, and W1 phase of the first system, and the U2 phase, V2 phase, and W2 phase of the second system. It has three-phase armature windings 102u2, 102v2, 102w2 corresponding to each of the above. Since the armature windings 102u to 102w of each system are provided independently of each other, different currents can flow in each phase.
  • the armature winding 102 is connected at neutral points n1 and n2 for each system. The neutral points n1 and n2 may be provided inside the rotary electric machine 100 as shown in the figure, but may be provided outside.
  • the inverter circuit 210 drives the rotary electric machine 100 by independently controlling the current flowing through the armature windings 102u to 102w.
  • a position detection unit 110 for detecting the magnetic pole position of the rotary electric machine 100 is attached to the output shaft of the rotary electric machine 100. The detection result of the magnetic pole position by the position detection unit 110 is output to the control microcomputer 203.
  • the battery 201 supplies DC power to the inverter circuit 210 via the DC buses 201a and 201b.
  • a secondary battery such as a lithium ion battery can be used.
  • the capacitor 202 is for absorbing the fluctuation of the DC voltage generated by the operation of the inverter circuit 210, and is connected in parallel with the inverter circuit 210 between the DC bus 201a and the DC bus 201b.
  • the control microcomputer 203 performs a predetermined current control calculation, and outputs a control signal instructing the output voltage and output current of each phase to the drive circuit 204 based on the calculation result.
  • the drive circuit 204 outputs drive signals Gu1, Gv1, and Gw1 to the bridge circuits 211u1, 211v1, and 211w1 of each phase of the inverter circuit 210, respectively.
  • the control microcomputer 203 controls the inverter circuit 210 via the drive circuit 204.
  • the inverter circuit 210 has bridge circuits 211u1, 211v1, and 211w1 corresponding to the U phase, V phase, and W phase of the first system, respectively.
  • Each of the bridge circuits 211u1, 211v1, 211w1 has an IGBT that functions as a switching element for each of the upper and lower arms, and a diode provided in parallel with each IGBT.
  • each IGBT performs a switching operation according to the drive signals Gu1, Gv1, and Gw1 from the drive circuit 204.
  • the DC power supplied from the battery 201 is converted into three-phase AC power, and the electric element windings of each phase of the rotary electric machine 100 are transmitted from the bridge circuits 211u1, 211v1, 211w1 via the AC output lines 120 of each phase.
  • AC current is output to each of 102u1, 102v1, and 102w1.
  • the AC output line 120 of each phase is provided with a current sensor 130 for detecting each current flowing through the armature windings 102u1, 102v1 and 102w1 of the rotary electric machine 100.
  • the current sensor 130 is provided inside the inverter circuit 210, but may be provided outside.
  • the current value of each phase detected by the current sensor 130 is output to the control microcomputer 203.
  • the control microcomputer 203 is used for the operation of the throttle pedal and the brake pedal by the driver, the control command input from another ECU, the current value of each phase input from the current sensor 130, and the detection of the magnetic pole position by the position detection unit 110. Based on this, a predetermined current control calculation is performed, and based on the calculation result, a control signal instructing the drive circuit 204 to output the drive signals Gu1, Gv1, and Gw1 of each phase is output.
  • control microcomputer 203 The operation of the control microcomputer 203, the drive circuit 204, and the inverter circuit 210 has been described above for the first system, but the second system also operates in the same manner.
  • the magnitude and direction of the magnetomotive force of the armature winding 102 of each system is controlled, and the direction and magnitude of the combined magnetomotive force are controlled.
  • Adjust the magnitude of the current, the magnitude of the force running torque and the magnitude of the regenerative torque and adjust the amount of energy input to and from the battery 201.
  • FIG. 3 is a diagram showing a magnetomotive force vector in the first mode during power running
  • FIG. 4 is a diagram showing a current waveform in the first mode during power running.
  • FIG. 5 is a diagram showing a magnetomotive force vector in the second mode during power running
  • FIG. 6 is a diagram showing a current waveform in the second mode during power running.
  • a current having a different phase (for example, 60 ° as shown in FIG. 6) is passed through the armature winding 102 of each system, and the direction of the magnetomotive force of the armature winding 102 of the first system It is controlled so that the direction of the magnetomotive force of the armature winding 102 of the second system is orthogonal to each other.
  • control microcomputer 203 selects the first mode, the second mode, or another operation mode during power running according to the amount of operation of the throttle pedal by the driver, and connects the armature winding 102 of the rotary electric machine 100. Controls the amplitude and phase of the flowing current. For example, in the first mode during power running, the current value can be reduced to obtain the same torque, and the vehicle can be controlled with high energy consumption efficiency. On the other hand, in the second mode during power running, the current value can be increased in order to obtain the same torque, the energy consumption can be increased as compared with the first mode, and the SOC of the battery 201 can be controlled so as not to increase.
  • FIG. 7 is a diagram showing a magnetomotive force vector in the first mode during regeneration
  • FIG. 8 is a diagram showing a current waveform in the first mode during regeneration.
  • the control microcomputer 203 selects the first mode at the time of regeneration during deceleration according to the amount of operation of the throttle pedal and the brake pedal by the driver, and determines the amplitude and phase of the current flowing through the armature winding 102 of the rotary electric machine 100. Control.
  • a current of the same phase is passed through the armature winding 102 of each system, and the direction of the magnetomotive force by the armature winding 102 of the first system and the magnetomotive force by the armature winding 102 of the second system. It is controlled so that it approaches the direction of. That is, as shown in FIG. 7, the direction of the magnetomotive force of each system is deviated by the difference in the winding position of the armature winding 102 of each system (30 ° in the figure), but the combined magnetomotive force is the origin of each system. The direction is closer to the direction of the magnetic force, the magnitude of which is increased, and the generated torque is increased.
  • FIG. 9 is a diagram showing a magnetomotive force vector in the second mode during regeneration
  • FIG. 10 is a diagram showing a current waveform in the second mode during regeneration.
  • the control microcomputer 203 selects the second mode at the time of regeneration during deceleration according to the amount of operation of the throttle pedal and the brake pedal by the driver, and determines the amplitude and phase of the current flowing through the armature winding 102 of the rotary electric machine 100. Control.
  • a current having a different phase (for example, 300 ° as shown in FIG. 10) is passed through the armature winding 102 of each system, and the direction of the magnetomotive force by the armature winding 102 of the first system It is controlled so that the direction of the magnetomotive force of the armature winding 102 of the second system is orthogonal to each other.
  • the direction of the magnetomotive force of each system is the difference between the phase difference of the current of each system of 60 ° and the winding position of the armature winding 102 of each system (30 ° in the figure). The sum of and is deviated by 90 °, and the combined magnetomotive force becomes smaller.
  • the current amplitude Ia and the current phase ⁇ 180 are adjusted so that the current value with respect to the target torque becomes large, so that the efficiency of the generator becomes high and the desired torque (control) becomes high.
  • the current for obtaining power) increases.
  • control microcomputer 203 selects the first mode, the second mode, or another operation mode during power running according to the amount of operation of the throttle pedal by the driver, and connects the armature winding 102 of the rotary electric machine 100. Controls the amplitude and phase of the flowing current. For example, in the first mode at the time of regeneration, the current value can be reduced in order to obtain the braking torque, the amount of energy charged in the battery 201 can be reduced as compared with the second mode, and the SOC of the battery 201 can be controlled so as not to increase. On the other hand, in the second mode at the time of regeneration, the current value can be increased in order to obtain the braking torque, the amount of energy charged to the battery 201 increases, and the energy efficiency can be improved.
  • the first mode is selected to reduce the power charged to the battery 201 while obtaining the required braking force
  • the second mode is selected. Is selected to increase the power charged to the battery 201.
  • deceleration control is performed by regenerative braking when the amount of operation of the throttle pedal is small, so that the battery 201 has a margin to accept electric power. Is required. Therefore, during one-pedal control, if the first mode and the second mode are switched according to the SOC of the battery 201, the SOC of the battery 201 can be controlled so as not to increase, and the vehicle can be smoothly controlled.
  • FIG. 11 is a diagram showing a magnetomotive force vector in the discharge mode (third mode)
  • FIG. 12 is a diagram showing a current waveform in the discharge mode (third mode).
  • the third mode is a mode for discharging the electric charge of the battery 201 and the capacitor 202.
  • the third mode currents having different phases (for example, 150 ° as shown in FIG. 12) are passed through the armature windings 102 of each system, and the direction of the magnetomotive force of the armature windings 102 of the first system and the second mode. It is controlled so that the direction of the magnetomotive force by the armature winding 102 of the system is opposite to that of the direction.
  • the direction of the magnetomotive force of each system is the difference between the phase difference of the current of each system of 150 ° and the winding position of the armature winding 102 of each system (30 ° in the figure). The sum of and is deviated by 180 °, the combined magnetomotive force becomes 0, and no torque is generated.
  • the rotor In the conventional discharge mode, the rotor is stopped and a direct current is passed through the armature winding 102 of a specific system, so that the specific armature winding 102 responds to the DC resistance of the armature winding 102.
  • the magnet Since a magnetic field is generated by the current flowing through the armature winding 102 directly above the magnet, the magnet generates heat.
  • the calorific value (temperature rise) of the armature windings 102 can be averaged.
  • the magnetic fields are canceled by the windings of the two systems, the magnet does not generate heat.
  • control device for controlling the rotary electric machine 100 having a plurality of independent windings, and is an alternating current.
  • the first mode in which a current is applied to the windings of multiple systems to generate torque so that the combined magnetic field generated in the windings exceeds a predetermined value, and the alternating current with a phase difference different from that of the first mode are wound in multiple systems.
  • the rotating electric machine 100 Since the rotary electric machine 100 is controlled by the second mode in which the current is passed in the first mode or higher while the combined magnetic field generated in the winding is made smaller than the predetermined value by energizing the wire, the rotating electric machine 100 is rotated while considering the SOC of the battery.
  • the driving force and braking force of the electric machine can be controlled. That is, the power of the battery 201 can be positively consumed while generating the required drive torque by the second mode during power running, and the power charged to the battery 201 while generating the required braking torque by the first mode during regeneration. Can be made smaller. Therefore, the temperature rise of the armature winding 102 can be suppressed.
  • the power consumption of the battery 201 is adjusted by the magnitude of the d-axis current
  • the power consumption is adjusted by passing an alternating current through the windings of the two systems, so that the armature winding 102 The temperature rise can be leveled and the temperature rise of the magnet can be suppressed.
  • control device energizes a plurality of windings with alternating currents having different phases, sets the generated combined magnetic field to 0, and consumes at least one electric power of the battery 201 and the capacitor 202 with the alternating current flowing through the windings.
  • the motor is controlled by the third mode. Torque is generated by canceling the magnetic field generated by the three-phase alternating current flowing through the armature winding 102 of the first system and the magnetic field generated by the three-phase alternating current flowing through the armature winding 102 of the second winding.
  • the capacitor 202 provided in front of the inverter circuit 210 that supplies AC power to the rotating electric machine 100 can be efficiently and rapidly discharged, and the charge amount of the battery 201 during coasting. Can be reduced.
  • control device switches between power running control and regenerative control according to the operation amount of one pedal, and switches between the first mode and the second mode according to the charge amount of the battery 201 at the time of regenerative control.
  • the charge amount of the battery 201 can be adjusted while generating acceleration and deceleration according to the above, and the SOC of the battery 201 can be controlled so as not to increase, so that the vehicle can be controlled smoothly.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications and equivalent configurations within the scope of the attached claims.
  • the above-described examples have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the present invention is not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • a part of the configuration of one embodiment may be replaced with the configuration of another embodiment.
  • the configuration of another embodiment may be added to the configuration of one embodiment.
  • other configurations may be added / deleted / replaced with respect to a part of the configurations of each embodiment.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized by hardware by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit, and the processor realizes each function. It may be realized by software by interpreting and executing the program to be executed.
  • Information such as programs, tables, and files that realize each function can be stored in a memory, a hard disk, a storage device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • SSD Solid State Drive
  • a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • control lines and information lines indicate those that are considered necessary for explanation, and do not necessarily indicate all the control lines and information lines that are necessary for implementation. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected.

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Abstract

本発明の課題は、バッテリのＳＯＣを考慮しながら、モータの駆動力や制動力を制御することである。　独立した複数系統の巻線を有する回転電機を制御するための制御装置であって、交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界が所定値以上となるようにトルクを発生させる第１モードと、前記第１モードと異なる位相差の交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界を前記所定値より小さくしつつ、前記第１モード以上の電流を流す第２モードとによって前記回転電機を制御することを特徴とする。

Description

回転電機の制御装置及び制御方法
　本発明は回転電機の制御装置に関する。
　本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献１（特開２００７－２５９６４４号公報）には、互いに所定の空間位相差だけ離れて配置された少なくとも二つの三相巻線をもつ発電電動機と、前記各三相巻線と個別に三相交流電流を授受する少なくとも２つの直交変換装置と、前記直交変換装置を制御するコントローラと、を備える車両用発電電動装置において、前記コントローラは、トルクまたは回転数の要求に応じて第１の前記直交変換装置のスイッチング素子を断続制御して第１の三相交流電流を第１の前記三相巻線へ通電し、更に、第２の前記三相巻線に通電する第２の三相交流電流が前記第１の三相交流電流に対して所定の電流位相差を確保するように第２の前記直交変換装置のスイッチング素子を断続制御することを特徴とする車両用発電電動装置が記載されている。
特開２００７－２５９６４４号公報
　電気自動車やハイブリッド自動車では、モータの回生トルクで減速する回生ブレーキが採用されている。また、回生ブレーキと機械ブレーキを併用する回生協調ブレーキでは、回生ブレーキと機械ブレーキとのすり替えを制御する専用のブレーキシステムが必要になり、コストの観点から多くの自動車への採用は困難である。このため、回生ブレーキによって減速から停車までを制御することが望ましい。
　しかし、回生ブレーキのみで車両の減速から停止までを制御する場合、制動時にバッテリに電力を受け入れられる余裕が必要になる。このため、バッテリのＳＯＣを考慮しながら、モータの駆動力や制動力を制御する方法が求められている。
　本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、独立した複数系統の巻線を有する回転電機を制御するための制御装置であって、交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界が所定値以上となるようにトルクを発生させる第１モードと、前記第１モードと異なる位相差の交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界を前記所定値より小さくしつつ、前記第１モード以上の電流を流す第２モードとによって前記回転電機を制御することを特徴とする。
　本発明の一態様によれば、バッテリのＳＯＣを考慮しながら、回転電機の駆動力や制動力を制御できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
本発明の実施例に係る回転電機駆動システムを搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成図である。 本実施例の回転電機駆動システム及び回転電機の構成を示す図である。 本実施例の力行時の第１モードにおける起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の力行時の第１モードにおける電流波形を示す図である。 本実施例の力行時の第２モードにおける起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の力行時の第２モードにおける電流波形を示す図である。 本実施例の回生時の第１モードにおける起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の回生時の第１モードにおける電流波形を示す図である。 本実施例の回生時の第２モードにおける起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の回生時の第２モードにおける電流波形を示す図である。 本実施例の強制放電時（第３モード）における起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の強制放電時（第３モード）における電流波形を示す図である。
以下、実施例を図面を用いて説明する。
　図１は、本発明の実施例の回転電機制御装置１６が搭載される車両（ハイブリッド自動車や電気自動車）１０の構成を示す図である。
　例えば、ハイブリッド自動車の車両１０は、エンジン１２と、第１の回転電機１００と、第２の回転電機１０１と、高電圧のバッテリ２０１とを搭載する。バッテリ２０１は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池などの二次電池で構成され、２５０ボルトから６００ボルト、又はそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ２０１は、回転電機１００、１０１による駆動力が必要な場合には回転電機１００、１０１に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機１００、１０１から直流電力が供給される。バッテリ２０１と回転電機１００、１０１との間の直流電力は、回転電機制御装置１６を介して授受される。
　また、図示を省略するが、車両１０は低電圧電力（例えば、１４ボルト系電力）を供給する補機バッテリを搭載する。エンジン１２及び回転電機１００、１０１による回転トルクは、変速機１３とデファレンシャルギア１４０を介して前輪１１に伝達される。回転電機１００、１０１は、ほぼ同一に構成されており、以下、回転電機１００について説明する。
　回転電機１００は、永久磁石内蔵型の３相同期モータである。回転電機１００は、固定子コアに巻回される固定子コイルに３相交流電流が供給されることによって、回転子を回転させる電動機として作動する。また、回転電機１００は、エンジン１２によって駆動されると、発電機として作動して３相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機１００は、電気エネルギーを用いて回転トルクを発生する電動機としての力行機能と、機械エネルギーを用いて発電する発電機としての回生機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって前述の機能を選択的に利用できる。
　車両１０は、図示を省略するスロットルペダル及びブレーキペダルを運転者が操作することによって加速及び減速する。例えば、運転者がスロットルペダルを操作すると、踏み込み量に応じて駆動力が発生して力行走行する。運転者がブレーキペダルを操作すると、踏み込み量に応じて制動力が発生して回生走行する。
　また、車両１０は、図示を省略する単一のスロットルペダルを運転者が操作することによって加速及び減速してもよい。この場合、運転者がスロットルペダルを踏み込み、スロットルペダルの操作量が大きいと力行走行して駆動力が発生し、スロットルペダルの操作量が小さいと、回生走行して制動力が発生する。
　図２は、本実施例の回転電機制御装置１６及び回転電機１００の構成を示す図である。なお、以後、回転電機１００の制御について説明するが、回転電機１０１も同様の制御が可能である。
　実施例１の回転電機制御装置１６は、回転電機１００の駆動を制御する。回転電機１００は、例えば、車両１０の走行用のモータである。回転電機制御装置１６は、バッテリ２０１、キャパシタ２０２、制御マイコン２０３、駆動回路２０４及びインバータ回路２１０を有する。
　回転電機１００は、独立した二つの系統のＹ結線の三相式交流回転電機である。すなわち、回転電機１００は、第１系統のＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相のそれぞれに対応する三相の電気子巻線１０２ｕ１、１０２ｖ１、１０２ｗ１と、第２系統のＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相のそれぞれに対応する三相の電気子巻線１０２ｕ２、１０２ｖ２、１０２ｗ２とを有する。各系統の電気子巻線１０２ｕ～１０２ｗは、互いに独立して設けられているので、各相で異なる電流を流すことができる。電機子巻線１０２は各系統ごとに中性点ｎ１、ｎ２で接続されている。中性点ｎ１、ｎ２は、図示するように回転電機１００の内部に設けられてもよいが、外部に設けられてもよい。
　インバータ回路２１０は、電気子巻線１０２ｕ～１０２ｗに流れる電流を独立に制御することによって、回転電機１００を駆動する。回転電機１００の出力軸には、回転電機１００の磁極位置を検出する位置検出部１１０が取り付けられている。位置検出部１１０による磁極位置の検出結果は、制御マイコン２０３に出力される。
　バッテリ２０１は、直流母線２０１ａ、２０１ｂを介してインバータ回路２１０に直流電力を供給する。バッテリ２０１には、例えばリチウムイオン電池等の二次電池などを利用できる。
　キャパシタ２０２は、インバータ回路２１０の動作に伴って生じる直流電圧の変動を吸収するためのものであり、直流母線２０１ａと直流母線２０１ｂの間に、インバータ回路２１０と並列に接続されている。
　制御マイコン２０３は、所定の電流制御演算を行い、その演算結果に基づいて、駆動回路２０４に各相の出力電圧及び出力電流を指示する制御信号を出力する。駆動回路２０４は、インバータ回路２１０の各相のブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１に、ドライブ信号Ｇｕ１、Ｇｖ１、Ｇｗ１をそれぞれ出力する。このドライブ信号Ｇｕ１、Ｇｖ１、Ｇｗ１に応じてブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１をそれぞれ動作させることによって、制御マイコン２０３は駆動回路２０４を介してインバータ回路２１０を制御する。
　インバータ回路２１０は、第１系統のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応するブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１を有する。各ブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１は、上下の各アームのスイッチング素子として機能するＩＧＢＴと、各ＩＧＢＴと並列に設けられたダイオードとを有する。ブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１において、各ＩＧＢＴは、駆動回路２０４からのドライブ信号Ｇｕ１、Ｇｖ１、Ｇｗ１に従ってスイッチング動作を行う。これにより、バッテリ２０１から供給された直流電力が三相交流電力に変換され、ブリッジ回路２１１ｕ１、２１１ｖ１、２１１ｗ１から各相の交流出力線１２０を介して、回転電機１００の各相の電気子巻線１０２ｕ１、１０２ｖ１、１０２ｗ１のそれぞれに交流電流が出力される。
　各相の交流出力線１２０には、回転電機１００の電気子巻線１０２ｕ１、１０２ｖ１、１０２ｗ１に流れる各電流を検出するための電流センサ１３０がそれぞれ設けられる。図示した例では、電流センサ１３０は、インバータ回路２１０の内部に設けたが、外部に設けてもよい。電流センサ１３０が検出した各相の電流値は、制御マイコン２０３に出力される。制御マイコン２０３は、運転者によるスロットルペダル及びブレーキペダルの操作や他のＥＣＵから入力された制御指令、電流センサ１３０から入力される各相の電流値、及び位置検出部１１０による磁極位置の検出に基づいて、所定の電流制御演算を行い、その演算結果に基づいて、各相のドライブ信号Ｇｕ１、Ｇｖ１、Ｇｗ１の出力を駆動回路２０４に指示する制御信号を出力する。
　以上、第１系統について、制御マイコン２０３、駆動回路２０４及びインバータ回路２１０の動作を説明したが、第２系統でも同様に動作する。このように、各相の交流電流の振幅及び位相を制御することによって、各系統の電機子巻線１０２の起磁力の大きさと向きを制御し、合成起磁力の向きと大きさを制御して、電流の大きさと力行トルク及び回生トルクの大きさを調整し、バッテリ２０１に入出力されるエネルギー量を調整する。
　図３は力行時の第１モードにおける起磁力ベクトルを示す図であり、図４は力行時の第１モードにおける電流波形を示す図である。
　力行時の第１モードでは、各系統の電機子巻線１０２に同相の電流を流し、第１系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向と第２系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向とが近づくように制御する。すなわち、図３に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電機子巻線１０２の巻き位置の差分（図では３０°）ずれているが、合成起磁力は各系統の起磁力の方向に近い方向となり、合成起磁力は大きくなり、発生するトルクが大きくなる。つまり、第１モードでは、目標トルクに対する電流値が小さくなるように、電流振幅Ｉａと電流位相β（電流位相β＝０）を調整する。
　なお、各系統の起磁力の方向は図３に示す場合は３０°ずれているが、第１系統の電機子巻線１０２より３０°進んだ電流を第２系統の電機子巻線１０２に流すことによって、各系統の起磁力の方向を等しくできる。このようにすると、図３に示す力行時の第１モードより合成起磁力を大きくできる。
　図５は力行時の第２モードにおける起磁力ベクトルを示す図であり、図６は力行時の第２モードにおける電流波形を示す図である。
　力行時の第２モードでは、各系統の電機子巻線１０２に異なる位相（例えば図６に示すように６０°）の電流を流し、第１系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向と第２系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向とが直交するように制御する。具体的には、図５に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電流の位相差６０°と各系統の電機子巻線１０２の巻き位置の差分（図では３０°）との和の９０°ずれており、合成起磁力は小さくなる。つまり、第２モードでは、目標トルクに対する電流値が大きくなるように、電流振幅Ｉａと電流位相β（電流位相β＝０）を調整する。
　このように、制御マイコン２０３は、運転者によるスロットルペダルの操作量に応じて、力行時に第１モード、第２モード又は他の動作モードを選択して、回転電機１００の電機子巻線１０２に流れる電流の振幅と位相を制御する。例えば、力行時の第１モードでは、同じトルクを得るために電流値を小さくでき、エネルギー消費効率が高い状態で車両を制御できる。一方、力行時の第２モードでは、同じトルクを得るために電流値を大きくでき、第１モードよりエネルギー消費を増やし、バッテリ２０１のＳＯＣが高くならないように制御できる。例えば、今後の走行ルートの状況を考慮して走行を制御する、いわゆる先読み制御では、先の道路の勾配や交通状況によってバッテリ２０１の充放電の制御が望まれる。具体的には、下り坂に入る前に第２モードによってバッテリ２０１を積極的に消費すると、下り坂において回生による必要な制動力が得られる。
　図７は回生時の第１モードにおける起磁力ベクトルを示す図であり、図８は回生時の第１モードにおける電流波形を示す図である。制御マイコン２０３は、運転者によるスロットルペダルやブレーキペダルの操作量に応じて、減速時に回生時の第１モードを選択して、回転電機１００の電機子巻線１０２へ流れる電流の振幅と位相を制御する。
　回生時の第１モードでは、各系統の電機子巻線１０２に同相の電流を流し、第１系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向と第２系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向とが近づくように制御する。すなわち、図７に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電機子巻線１０２の巻き位置の差分（図では３０°）ずれているが、合成起磁力は各系統の起磁力の方向に近い方向となり、その大きさは大きくなり、発生するトルクが大きくなる。また、第１モードでは、目標トルクに対する電流値が最小になるように、電流振幅Ｉａと電流位相β（電流位相β＝１８０）を調整するので、発電機の効率が低くなり、所望のトルク（制動力）を得るための電流が小さくなる。
　図９は回生時の第２モードにおける起磁力ベクトルを示す図であり、図１０は回生時の第２モードにおける電流波形を示す図である。制御マイコン２０３は、運転者によるスロットルペダルやブレーキペダルの操作量に応じて、減速時に回生時の第２モードを選択して、回転電機１００の電機子巻線１０２へ流れる電流の振幅と位相を制御する。
　回生時の第２モードでは、各系統の電機子巻線１０２に異なる位相（例えば図１０に示すように３００°）の電流を流し、第１系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向と第２系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向とが直交するように制御する。具体的には、図９に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電流の位相差６０°と各系統の電機子巻線１０２の巻き位置の差分（図では３０°）との和の９０°ずれており、合成起磁力は小さくなる。また、第２モードでは、目標トルクに対する電流値が大きくなるように、電流振幅Ｉａと電流位相β（電流位相β＝１８０）を調整するので、発電機の効率が高くなり、所望のトルク（制動力）を得るための電流が大きくなる。
　このように、制御マイコン２０３は、運転者によるスロットルペダルの操作量に応じて、力行時に第１モード、第２モード又は他の動作モードを選択して、回転電機１００の電機子巻線１０２に流れる電流の振幅と位相を制御する。例えば、回生時の第１モードでは、制動トルクを得るために電流値を小さくでき、バッテリ２０１に充電されるエネルギー量を第２モードより減らし、バッテリ２０１のＳＯＣが高くならないように制御できる。
一方、回生時の第２モードでは、制動トルクを得るために電流値を大きくでき、バッテリ２０１に充電されるエネルギー量が増えて、エネルギー効率を向上できる。このため、バッテリ２０１のＳＯＣが高い状態では、第１モードを選択して、必要な制動力を得つつバッテリ２０１へ充電される電力を低減し、バッテリ２０１のＳＯＣが低い状態では、第２モードを選択して、バッテリ２０１へ充電される電力を高くするとよい。
　特に、前述した単一のスロットルペダルで加速から減速まで制御するワンペダル制御が可能な自動車では、スロットルペダルの操作量が小さい場合に回生ブレーキによる減速制御を行うので、バッテリ２０１が電力を受け入れられる余裕が必要になる。このため、ワンペダル制御時には、バッテリ２０１のＳＯＣに応じて、第１モードと第２モードとを切り替えると、バッテリ２０１のＳＯＣが高くならないように制御でき、車両をスムーズに制御できる。
　図１１は放電モード（第３モード）における起磁力ベクトルを示す図であり、図１２は放電モード（第３モード）における電流波形を示す図である。
　第３モードでは、バッテリ２０１やキャパシタ２０２の電荷を放電するためのモードである。この第３モードは、例えば、車両が惰性走行時（トルク＝０）にバッテリ２０１のエネルギーを消費するときや、停車時にキャパシタ２０２の電荷を急速放電するときに使用される。
　第３モードでは、各系統の電機子巻線１０２に異なる位相（例えば図１２に示すように１５０°）の電流を流し、第１系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向と第第２系統の電機子巻線１０２による起磁力の方向とが逆方向を向くように制御する。具体的には、図１１に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電流の位相差１５０°と各系統の電機子巻線１０２の巻き位置の差分（図では３０°）との和の１８０°ずれており、合成起磁力は０になり、トルクが発生しない。
　従来の放電モードでは、回転子が停止しており、特定の系統の電機子巻線１０２に直流電流を流すので、特定の電機子巻線１０２が当該電機子巻線１０２の直流抵抗に応じて発熱する問題がある。また、磁石の直上に電機子巻線１０２に流れる電流による磁界が発生するので、磁石が発熱する。しかし、本実施例の第３モードでは、二つの系統の電機子巻線１０２に交流電流を流すので電機子巻線１０２の発熱量（温度上昇）が平均化できる。また、二つの系統の巻線で磁界を相殺するため、磁石は発熱しない。
　また、今後の走行ルートの状況を考慮して走行を制御する、いわゆる先読み制御では、先の道路の勾配や交通状況によってバッテリ２０１の充放電の制御が望まれる。例えば、下り坂に入る前の惰行走行時に第３モードによってバッテリ２０１を積極的に放電すると、下り坂において回生ブレーキによる必要な制動力が得られる。また、この先の走行経路の渋滞箇所でＥＶ走行が望まれる場合、渋滞箇所の手前では、力行時の第１モードによって電力消費を抑制したり、回生時の第２モードによって充電量を多くして、ＥＶ送稿用の電力を確保するとよい。
　また、車両が事故や故障によって緊急停止して乗員の救出が必要な場合、バッテリ２０１を遮断すると共に、キャパシタ２０２の電力を迅速に放電する必要がある。このとき、第３モードによってキャパシタ２０２の電力を消費することによって、救護者の感電を防止できる。
　以上に説明したように、本発明の実施例によると、独立した複数系統の巻線を有する回転電機１００を制御するための制御装置（回転電機制御装置１６の制御マイコン２０３）であって、交流電流を複数系統の巻線に通電して、巻線に生じる合成磁界が所定値以上となるようにトルクを発生させる第１モードと、第１モードと異なる位相差の交流電流を複数系統の巻線に通電して、巻線に生じる合成磁界を所定値より小さくしつつ、第１モード以上の電流を流す第２モードとによって回転電機１００を制御するので、バッテリのＳＯＣを考慮しながら、回転電機の駆動力や制動力を制御できる。すなわち、力行時には第２モードによって、必要な駆動トルクを発生しながら積極的にバッテリ２０１の電力を消費でき、回生時には第１モードによって、必要な制動トルクを発生しながらバッテリ２０１に充電される電力を小さくできる。このため、電機子巻線１０２の温度上昇を抑制できる。また、ｄ軸電流の大きさでバッテリ２０１の電力消費を調整する従来の制御と比較して、２系統の巻線に交流電流を流して電力消費量を調整するので、電機子巻線１０２の温度上昇を平準化でき、磁石の温度上昇を抑制できる。
　また、制御装置は、複数系統の巻線に位相が異なる交流電流を通電して、生じる合成磁界を０として、当該巻線に流れる交流電流でバッテリ２０１及びキャパシタ２０２の少なくとも一つの電力を消費する第３モードによって前記モータを制御する。第１系統の電機子巻線１０２に流れる三相交流電流によって発生する磁界と、第２巻線の電機子巻線１０２に流れる三相交流電流によって発生する磁界とを相殺して、トルクを発生することなく電機子巻線１０２に通電するので、回転電機１００に交流電力を供給するインバータ回路２１０の前段に設けられたキャパシタ２０２を効率的かつ急速に放電でき、惰性走行時にバッテリ２０１の充電量を低減できる。
　また、制御装置は、一つのペダルの操作量によって、力行制御と回生制御とを切り替え、回生制御時に、バッテリ２０１の充電量に応じて第１モードと第２モードとを切り替えるので、車両の状況に合せて加速度や減速度を発生しながらバッテリ２０１の充電量を調整でき、バッテリ２０１のＳＯＣが高くならないように制御でき、車両をスムーズに制御できる。
　なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
　また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
　各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
１０　車両１１　前輪１２　エンジン１３　変速機１６　回転電機制御装置１００、１０１　回転電機１０２　電機子巻線１１０　位置検出部１２０　交流出力線１３０　電流センサ１４０　デファレンシャルギア２０１　バッテリ２０１ａ、２０１ｂ　直流母線２０２　キャパシタ２０３　制御マイコン２０４　駆動回路２１０　インバータ回路２１１　ブリッジ回路

Claims (6)

  1. 　独立した複数系統の巻線を有する回転電機を制御するための制御装置であって、
    　交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界が所定値以上となるようにトルクを発生させる第１モードと、
    　前記第１モードと異なる位相差の交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界を前記所定値より小さくしつつ、前記第１モード以上の電流を流す第２モードとによって前記回転電機を制御することを特徴とする制御装置。
  2. 　請求項１に記載の制御装置であって、
    　さらに、前記複数系統の巻線に位相が異なる交流電流を通電して、生じる合成磁界を０として、当該巻線に流れる交流電流でバッテリ及びキャパシタの少なくとも一つの電力を消費する第３モードとによって前記回転電機を制御することを特徴とする制御装置。
  3. 　請求項１に記載の制御装置であって、
    　一つのペダルの操作量によって、力行制御と回生制御とを切り替え、
    　前記回生制御時に、バッテリの充電量に応じて前記第１モードと前記第２モードとを切り替えることを特徴とする制御装置。
  4. 　独立した複数系統の巻線を有する回転電機を制御する制御方法であって、
    　前記回転電機を制御する制御装置は、　交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界が所定値以上となるように駆動トルクを発生させる第１モードと、
    　前記第１モードと異なる位相差の交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界を前記所定値より小さくしつつ、前記第１モード以上の電流を流す第２モードとによって前記回転電機を制御することを特徴とする制御方法。
  5. 　請求項４に記載の制御方法であって、
    　前記制御装置は、さらに、前記複数系統の巻線に位相が異なる交流電流を通電して、生じる合成磁界を０として、当該巻線に流れる交流電流でバッテリ及びキャパシタの少なくとも一つの電力を消費する第３モードとによって前記回転電機を制御することを特徴とする制御方法。
  6. 　請求項４に記載の制御方法であって、
    　前記制御装置は、
    　一つのペダルの操作量によって、力行制御と回生制御とを切り替え、
    　前記回生制御時に、バッテリの充電量に応じて前記第１モードと前記第２モードとを切り替えることを特徴とする制御方法。
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