JP5201192B2

JP5201192B2 - 回転機の制御装置

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Publication number: JP5201192B2
Application number: JP2010232164A
Authority: JP
Inventors: 洋稲村; 浩也辻
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: JP2012090360A; US8760096B2; CN102457224A; CN102457224B; US20120091933A1

Description

本発明は、回転機に接続される直流交流変換回路の入力端子と直流電源との間にキャパシタが介在して且つ前記キャパシタと前記直流電源との間の電気経路を開閉する開閉手段を備える電力変換システムに適用され、前記開閉手段が開状態とされる状況下、前記キャパシタの充電電圧を規定電圧以下に放電制御すべく前記直流交流変換回路を操作することで前記回転機に対する通電制御を行なう通電制御手段を備える回転機の制御装置に関する。

この種の制御装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、３相の永久磁石モータのｑ軸方向の指令電流をゼロとして且つｄ軸方向の電流の絶対値をゼロよりも大きい値としてモータを通電制御することで、インバータに接続されたコンデンサを放電させるものも提案されている。これは、モータのトルクＴが、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ電流ｉｑ、ｄ軸インダクタンスＬｄ，ｑ軸インダクタンスＬｑ、電機子鎖交磁束定数φ、および極対数ｐを用いて「Ｔ＝ｐ｛φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）｝ｉｄ・ｉｑ」と表現されることに鑑みたものである。すなわち、モータ通電電流の位相をｄ軸方向とすることで、モータ通電に際してトルクの発生の回避を狙っている。

特開平９−７０１９６号公報

ところで、上記指令電流となるようにモータの通電制御をする際には、モータの電気角の検出値を用いる必要がある。ただし、この検出値に誤差がある場合、モータの通電電流の位相を上記検出値からｄ軸と認識される方向とすることで、モータにトルクが生じるおそれがある。このため、モータの回転が停止しない状態において通電制御を行うと、このトルクが負荷トルクの場合には、モータが回生運転されて且つ、モータの通電電流の位相は、検出値の誤差のゆえに誤ってｄ軸と認識される方向とされ続けることとなる。このため、モータによる発電が継続され、放電に要する時間の制御性が低下するおそれがある。

さらに、トルクがゼロとならない要因として、上記トルク式の誤差がある。すなわち、上記トルク式は、ｄ軸インダクタンスＬｄやｑ軸インダクタンスＬｑ等が固定値とされる簡易なモータモデルから導出されるものである。これに対し、実際のモータは、空間高調波に起因したインダクタンス成分等を有し、これらは電気角に依存する。このため、トルクをゼロとしつつモータを通電制御すべく通電電流の位相をｄ軸としたとしても、実際にはトルクが生成されるおそれがある。そしてこうした事態は、近年、空間高調波が特に顕著となる集中巻が採用された永久磁石モータの利用の増加に伴って、ますます深刻なものとなりつつある。

本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、キャパシタと直流電源との間の電気経路を開閉する開閉手段が開状態とされる状況下、キャパシタの充電電圧を規定電圧以下により適切に放電させることのできる回転機の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、回転機に接続される直流交流変換回路の入力端子と直流電源との間にキャパシタが介在して且つ前記キャパシタと前記直流電源との間の電気経路を開閉する開閉手段を備える電力変換システムに適用され、前記開閉手段が開状態とされる状況下、前記キャパシタの充電電圧を規定電圧以下に放電制御すべく前記直流交流変換回路を操作することで前記回転機に対する通電制御を行なう通電制御手段を備える回転機の制御装置において、前記通電制御手段による通電制御を開始するに際し前記回転機の回転速度が規定速度を上回る場合、前記通電制御手段による通電制御に先立ち、前記回転機の回転軸に制動力を付与することで前記回転速度を低下させる低下手段を備え、前記通電制御手段は、前記回転機の回転角度に基づき、前記回転機を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向を開ループ制御すべく前記回転機の固定子に印加する指令電圧を設定する電圧設定手段を備え、該設定される指令電圧に基づき前記直流交流変換回路を操作するものであり、前記電圧設定手段の入力パラメータとしての前記回転機の回転角度を、前記通電制御手段による通電開始以前に取得された値に制限する指令電圧固定手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、低下手段を備えることで、回転機の回転速度が過度に大きくない状態において通電制御手段による制御を行うことができる。このため、通電制御手段による制御によって回転機の回転速度が過度に大きくなったり、回転機による意図せぬ発電がなされて且つその発電量が大きくなったりする不都合を回避することができる。
さらに、上記発明では、電圧設定手段の入力パラメータとしての回転角度が通電開始以前に取得された値に制限されるため、回転機を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向が、回転角度の変化によって変更されることを回避することができる。

なお、上記発明において、前記通電制御手段による通電制御を開始するに際し前記回転機の回転速度を検出する手段を備えることを特徴としてもよい。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記通電制御手段は、前記通電制御中に前記回転機を流れる電流の位相を可変とする手段であることを特徴とする。

上記通電制御を行う場合、回転機に常時無効電流を通電することを意図しないために、回転機の回転速度が大きい場合等にあっては、力行と回生とが交互に生じることでキャパシタの放電時間の制御性が低下したり、回転機が逆回転して且つその速度が大きくなったりするおそれがある。このため、低下手段を備えるメリットが特に大きい。

第１の構成では、通電制御中において前記回転機の回転角度が変化した場合に、該回転角度の変化に起因して前記回転機を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向が変化することを抑制するロバスト制御手段を備えることを特徴とする。

通電制御によって回転機にトルクが生成された場合、通電制御の位相をあくまでも固定すべく固定座標系での電流のベクトルの方向を変更すると、回転機にトルクが生成され続けるおそれがある。これに対し、固定座標系における電流のベクトルの方向を固定するなら、回転機には、回転角度の変化方向とは逆方向のトルクが生成されると考えられる。上記構成では、この点に着目し、通電制御に際して回転機を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向の変化を抑制することで、回転角度の変動を抑制するロバスト制御を行なうことができる。

ただし、回転機の回転速度が大きい状態でロバスト制御手段による制御がなされると、力行と回生とが交互に生じることでキャパシタの放電時間の制御性が低下したり、回転機が逆回転して且つその速度が大きくなったりするおそれがある。このため、低下手段を備えるメリットが特に大きい。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記回転機は、逆回転が制限されたシステムに搭載されることを特徴とする。

上記発明では、通電制御手段による制御によって回転機が逆回転することを制限する必要があるため、低下手段を備えることで通電制御手段による制御性を向上させることが特に有効である。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記低下手段は、前記直流交流変換回路を操作することで前記回転機の回転軸に制動力を付与することを特徴とする。

上記発明では、新たなハードウェア手段を追加することなく低下手段を構成することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記低下手段は、前記回転機の回転軸に接触することで制動力を付与するブレーキ手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、キャパシタの充電電荷を増加させることなく回転機の回転速度を低下させることができる。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記回転機は、車載主機であり、前記車載主機としての回転機と駆動輪との機械的な連結を解除する手段を備えることを特徴とする。

キャパシタの放電要求は、駆動輪が停止した際に生じる傾向がある。ここで、上記発明では、駆動輪と回転機との機械的な連結が解除可能なため、キャパシタの放電要求が生じる際に回転機の回転速度が大きくなる事態が生じやすい。このため、上記発明は、低下手段を備えるメリットが特に大きい。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。同実施形態にかかるモータジェネレータの制御に関する処理を示す図。同実施形態にかかる回転角度の固定制御の原理を示す図。同実施形態にかかるコンデンサの放電処理の手順を示す流れ図。第２の実施形態にかかるシステム構成図。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載主機としての回転機の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。

図示されるように、モータジェネレータ１０は、車載主機としての３相の電動機兼発電機であり、駆動輪１４に機械的に連結されている。すなわち、モータジェネレータ１０の回転軸１０ａは、電子制御式のクラッチＣ１およびトランスミッション１２を介して駆動輪１４に機械的に連結されている。なお、本実施形態では、モータジェネレータ１０として、集中巻きが採用された埋め込み磁石同期機（ＩＰＭＳＭ）を想定している。

モータジェネレータ１０の回転軸１０ａは、さらに電子制御式のクラッチＣ２を介して内燃機関（エンジン１６）に機械的に連結されている。上記クラッチＣ１は、湿式のものであり、クラッチＣ２は、乾式のものである。そして、これらクラッチＣ１，Ｃ２やトランスミッション１２には、オイルポンプ１８によって潤滑油（オイル）が供給される。オイルポンプ１８は、モータジェネレータ１０の回転軸１０ａの動力を駆動源とするものである。また、オイルポンプ１８は、回転方向が一方向に制限されており、逆方向への回転速度が規定速度以上となると信頼性の低下を招くおそれのある構造を有する。このため、本実施形態では、モータジェネレータ１０の回転方向を一方向に制限している。ちなみに、駆動輪１４の回転方向を反転させる場合には、トランスミッション１２の変速比の符号を反転させる。

制御装置３０は、エンジン１６の制御量やモータジェネレータ１０の制御量、さらにはトランスミッション１２の制御量を制御すべくこれらを操作する。詳しくは、モータジェネレータ１０の制御量を制御すべくパワーコントロールユニット２０を操作する。また、制御装置３０は、クラッチＣ１，Ｃ２の締結操作および解除操作を行う。

図２に、モータジェネレータ１０およびパワーコントロールユニット２０と、制御装置３０の行う処理のうち特にモータジェネレータ１０の制御量の制御に関する処理とを示す。

図示されるモータジェネレータ１０の各相は、インバータＩＶと、リレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２，ＳＭＲ３を介して、直流電源としての２次電池（高電圧バッテリ２４）に接続されている。ここで、高電圧バッテリ２４は、端子電圧が例えば百Ｖ以上となるものである。

インバータＩＶは、スイッチング素子Ｓ＊ｐ，Ｓ＊ｎ（＊＝ｕ，ｖ，ｗ）の直列接続体を３組を備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓ＊ｐ，Ｓ＊ｎとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらスイッチング素子Ｓ＊＃（＃＝ｐ，ｎ）にはそれぞれ、ダイオードＤ＊＃が逆並列に接続されている。

本実施形態では、モータジェネレータ１０やインバータＩＶの状態を検出する検出手段として、以下のものを備えている。まずモータジェネレータ１０の電気角（回転角度θ）を検出する回転角度センサ２８を備えている。また、モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する電流センサ２７を備えている。さらに、インバータＩＶの入力端子間の電圧を検出する電圧センサ２６を備えている。

上記インバータＩＶの入力端子とリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３との間には、平滑コンデンサ２２が接続されている。この平滑コンデンサ２２は、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３が閉状態とされる期間においては、高電圧バッテリ２４の電圧程度に充電されている。以下では、「モータジェネレータ１０の通常時の制御」について説明した後、「モータジェネレータ１０を用いた平滑コンデンサ２２の放電制御」について説明する。
「モータジェネレータ１０の通常時の制御」
ｄｑ変換部３１は、電流センサ２７によって検出される各相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを、回転座標系の電流であるｄ軸の電流ｉｄとｑ軸の電流ｉｑとに変換する。指令電流設定部３２は、回転座標系（ｄｑ座標系）におけるｄ軸上の指令電流ｉｄｒとｑ軸上の指令電流ｉｑｒとを設定する。フィードバック制御部３４は、比例制御器および積分制御器によって、ｄ軸の電流ｉｄを指令電流ｉｄｒにフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸の指令電圧ｖｄｒを算出する。一方、フィードバック制御部３６は、比例制御器および積分制御器によって、ｑ軸の電流ｉｑを指令電流ｉｑｒにフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸の指令電圧ｖｑｒを算出する。

３相変換部３８は、回転角度センサ２８によって検出される都度の回転角度θに基づき、指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒを、３相の固定座標系の指令電圧であるＵ相の指令電圧Ｖｕｒ，Ｖ相の指令電圧Ｖｖｒ、およびＷ相の指令電圧Ｖｗｒに変換する。ＰＷＭ変調部４０は、インバータＩＶの３相の出力電圧を、指令電圧Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒを模擬した電圧とするためのＰＷＭ信号を生成する。ここでは、例えば、指令電圧Ｖｕｒ，Ｖｖｒ，Ｖｗｒを電圧センサ２６によって検出されるインバータＩＶの入力電圧によって規格化したものと三角波形状のキャリアとの大小比較結果をＰＷＭ信号とすればよい。これによって生成されるＰＷＭ信号が、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓ＊＃（＊＝ｕ，ｖ，ｗ；＃＝ｐ，ｎ）を操作する操作信号ｇ＊＃である。
「モータジェネレータ１０を用いた平滑コンデンサ２２の放電制御」
放電開始角保持部４２は、放電開始に際してのモータジェネレータ１０の回転角度（開始角θ０）を記憶保持する。放電用電圧設定部４４は、モータジェネレータ１０に流れる電流を無効電流が流れると想定される位相を有するものに開ループ制御するための操作量としての指令電圧を設定する。これは、振幅Ｖｍおよび位相δを与えることで行うことができる。ここで位相δは、ｄ軸上の指令電流ｉｄｒを正として且つ、ｑ軸上の指令電流ｉｑｒをゼロとするためのものとすればよい。すなわち、ＩＰＭＳＭに生成されるトルクＴは、ｄ軸インダクタンスＬｄ、ｑ軸インダクタンスＬｑ、ｄ軸の電流ｉｄ、ｑ軸の電流ｉｑ、電機子鎖交磁束定数φおよび極対数Ｐを用いると、以下の式（ｃ１）となる。

Ｔ＝Ｐ｛φｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ｝ …（ｃ１）
このため、ｑ軸の電流ｉｑをゼロとすることができるなら、トルクＴをゼロとすることができると考えられる。

平滑コンデンサ２２を放電させる場合には、セレクタＳＬ１，ＳＬ２によって放電用電圧設定部４４によって設定される指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒが選択されることで、この指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒが３相変換部３８に入力される。そして、この際、３相変換部３８では、開始角θ０に基づき指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒを３相の指令電圧ｖｕｒ、ｖｖｒ、ｖｗｒに変換することで、指令電圧のベクトルの方向を、開始角θ０が正しいとした場合に、無効電流が流れると想定される方向に設定する。

ここで、開始角θ０を用いることによって放電時の電流ベクトルの固定座標系における方向の変化を抑制することの技術的意義について説明する。

仮に、モータジェネレータ１０に無効電流を流すべくモータジェネレータ１０の回転角度θの変化に伴ってモータジェネレータ１０に流れる電流の位相を変化させると、無効電流のベクトル方向と想定される方向に誤差が含まれる場合、モータジェネレータ１０を流れる電流の位相は、無効電流の位相からずれることとなる。そしてこの場合には、上記の式（ｃ１）からわかるように、モータジェネレータ１０にトルクが生成される。これによりモータジェネレータ１０が回転すると、回転角度センサ２８によって検出される回転角度θに基づき、モータジェネレータ１０に流れる電流のベクトルの固定座標系における方向が変化し、電流の位相を回転にかかわらず同一に保とうとする。このため、モータジェネレータ１０を流れる電流の位相は、あくまで回転角度センサ２８によって検出される現在の回転角度θから想定される無効電流の位相に制御されることとなる。したがって、モータジェネレータ１０に電流が流れる間、モータジェネレータ１０のトルクが生じ続け、ひいてはモータジェネレータ１０の回転が継続されることが懸念される。

これに対し、上記放電用電圧設定部４４を備える場合、モータジェネレータ１０を流れる電流は、開始角θ０から想定される無効電流の位相に開ループ制御される。このため、例えば図３（ａ）に示すように実際のｄ軸に対して開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）が進角側にずれる場合、トルクは、回転角度θを進角させる方向に加わることとなる。このため、実際のｄ軸と、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）との位相差が縮められることとなる。また、図３（ｂ）に示すように、実際のｄ軸に対して開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）が遅角側にずれる場合、トルクは、回転角度θを遅角させる方向に加わることとなる。このため、実際のｄ軸と、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）との位相差が縮められることとなる。そして、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）と実際のｄ軸とが一致することでモータジェネレータ１０のトルクがゼロとなる。ちなみに、図３（ａ）に示す例において、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）方向に電流を流すことで発生したトルクにより、実際のｄ軸がγ軸よりも進角側にオーバーシュートする場合、図３（ｂ）に示した状態となり、発生トルクがそれまでと逆方向となるため、実際のｄ軸とγ軸との位相差が縮められる。また、図３（ｂ）に示す例において、開始角θ０に基づき誤認識されたｄ軸（γ軸）方向に電流を流すことで発生したトルクにより、実際のｄ軸がγ軸よりも遅角側にオーバーシュートする場合、図３（ａ）に示した状態となり、発生トルクがそれまでと逆方向となるため、実際のｄ軸とγ軸との位相差が縮められる。このように、実際のｄ軸方向は、γ軸方向に収束制御される。

このように、本実施形態にかかる放電制御によれば、モータジェネレータ１０の回転角度を停止させるよう制御されることとなるため、放電制御中のモータジェネレータ１０の実際の回転角度θの開始角θ０に対する変動を抑制するロバスト制御を実現することができる。

ところで、平滑コンデンサ２２の放電要求が生じる際においてモータジェネレータ１０が停止しているとは限らない。特に、本実施形態では、駆動輪１４を停止させた車両の停止状態においてもモータジェネレータ１０の回転を継続させる要求があるため、こうした事態が顕著となる。以下、これについて説明する。

本実施形態では、車両の発進要求が生じた場合にクラッチＣ１を迅速に締結したり、エンジン１６の動力を利用する要求が生じた場合にクラッチＣ２を迅速に締結すべく、オイルポンプ１８によってクラッチＣ１，Ｃ２やトランスミッション１２に絶えずオイルを供給しておくことが要求される。このため、駆動輪１４の停止時には、クラッチＣ１，Ｃ２を解除状態としつつも、モータジェネレータ１０の回転制御を継続し、その動力でオイルポンプ１８を駆動し、クラッチＣ１，Ｃ２やトランスミッション１２へのオイル供給を継続する。こうした状況下、モータジェネレータ１０の停止要求が生じ、これに引き続き平滑コンデンサ２２の停止要求が生じたとしても、平滑コンデンサ２２の停止要求が生じた直後には、モータジェネレータ１０は比較的高回転速度で回転していることがある。

モータジェネレータ１０が高回転で回転している場合、上記態様にて平滑コンデンサ２２を放電させると、次のような不都合を招くおそれのあることが発明者らによって見出された。

すなわち第１に、モータジェネレータ１０の回転していた方向とは逆方向に回転させようとするトルクが生じることで、モータジェネレータ１０の発電がなされ、平滑コンデンサ２２の放電中に平滑コンデンサ２２の充電がなされることなどに起因して、平滑コンデンサ２２の放電に要する時間の制御性が低下することおそれがある。また、第２に、平滑コンデンサ２２の放電に要する時間を短縮すべく放電電力を大きくする場合には、モータジェネレータ１０の回転していた方向とは逆方向のトルクが大きくなる場合があり、その結果、モータジェネレータ１０の回転が反転して且つその速度がオイルポンプ１８の信頼性の低下を招くほど大きなものとなるおそれがある。

こうした事態を回避すべく、本実施形態では、図４に示す処理を行う。

図４は、本実施形態にかかる平滑コンデンサ２２の放電処理の手順を示す。この処理は、制御装置３０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、平滑コンデンサ２２の放電要求が生じたか否かを判断する。放電要求は、例えば車両の起動スイッチがオフとされる場合に生じるものとすればよい。ここで、車両の起動スイッチとは、ユーザが車両の走行を許可する旨および禁止する旨の意思表示を示す手段であればよく、必ずしもユーザによる手動の操作がなされるものでなくてもよい。すなわち、例えば携帯用無線装置と車両との距離が規定の距離以上となることで起動スイッチがオフされたと判断されるものであってもよい。

ステップＳ１０において肯定判断される場合、ステップＳ１２において、リレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３が開状態となるように操作する。続くステップＳ１４においては、モータジェネレータ１０の回転速度Ｎｍが規定速度Ｎｔｈを上回るか否かを判断する。ここで、規定速度Ｎｔｈは、平滑コンデンサ２２の放電制御によって、モータジェネレータ１０が逆回転してオイルポンプ１８の信頼性が低下する事態を招くおそれのある上限速度以下に設定される。そして規定速度Ｎｔｈ以下であると判断される場合には、ステップＳ１６において、上述したように開始角θ０を設定した後、モータジェネレータ１０に無効電流を流すことで平滑コンデンサ２２を放電させる。

これに対し、回転速度Ｎｍが規定速度Ｎｔｈを上回ると判断される場合、ステップＳ１８においてモータジェネレータ１０を停止させる制御を行う。ここでは、例えば、モータジェネレータ１０に対する要求トルクを負とすることで発電制御を行なえばよい。また、指令電流設定部３２が要求トルクを入力とするものではなく、回転速度の指令値を入力とするものであるなら、回転速度の指令値をゼロとすればよい。

こうしてモータジェネレータ１０に負荷トルクを生じさせることでモータジェネレータ１０の回転速度Ｎｍが低下し、規定速度Ｎｔｈ以下となることで、ステップＳ１６に移行する。

なお、ステップＳ１６の処理が完了する場合や、ステップＳ１０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

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。

（１）モータジェネレータ１０の回転速度Ｎｍが規定速度Ｎｔｈを上回る場合、平滑コンデンサ２２を放電させる制御の開始に先立ち、モータジェネレータ１０の回転軸１０ａに制動力を付与することで回転速度Ｎｍを低下させた。これにより、平滑コンデンサ２２の放電制御によってモータジェネレータ１０による意図せぬ発電がなされたり、回転方向が反転したりする不都合を回避することができる。

（２）開始角θ０がモータジェネレータ１０の実際の回転角度であるとした場合の無効電流ベクトルの方向（ｄ軸の正方向）にモータジェネレータ１０を流れる電流を開ループ制御すべく指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒを設定した。これにより、モータジェネレータ１０を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向が、モータジェネレータ１０の回転によって変更されることを好適に抑制することができ、ひいてはモータジェネレータ１０を所定角度に停止させる力を及ぼすことができる。

（３）インバータＩＶを操作することでモータジェネレータ１０の回転軸１０ａに制動力を付与した。これにより、新たなハードウェア手段を追加することなく、モータジェネレータ１０の回転速度を低下させる処理を行うことができる。

（４）モータジェネレータ１０の回転軸１０ａに、逆回転が制限されたオイルポンプ１８を機械的に連結した。この場合、モータジェネレータ１０が高回転で回転している際に平滑コンデンサ２２の放電制御を開始すると、オイルポンプ１８の信頼性が低下するおそれがあるため、モータジェネレータ１０の回転速度Ｎｍを規定速度Ｎｔｈ以下に制御することが特に有効である。

（５）モータジェネレータ１０と駆動輪１４との機械的な連結を解除するクラッチＣ１を備えた。この場合、平滑コンデンサ２２の放電要求が生じる際、モータジェネレータ１０の回転速度が大きくなる事態が生じやすい。このため、モータジェネレータ１０の回転速度Ｎｍを規定速度Ｎｔｈ以下に制御する手段を備えるメリットが大きい。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の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。

図５に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図５において、先の図１に示した部材と対応する部材については便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、モータジェネレータ１０の回転軸１０ａに機械的に接触することで回転軸１０ａに制動力を付与する電子制御式のブレーキＢを備える。そして、平滑コンデンサ２２の放電要求が生じる際にモータジェネレータ１０の回転速度Ｎｍが規定速度Ｎｔｈを上回る場合には、ブレーキＢを用いてモータジェネレータ１０の回転速度Ｎｍを低下させる。これにより、平滑コンデンサ２２の充電電荷を増加させることなくモータジェネレータ１０の回転速度Ｎｍを低下させることができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

「電圧設定手段について」
固定座標系上でトルクがゼロとなると想定される電流のベクトルの方向に、固定座標系での指令電圧を設定する電圧設定手段としては、開始角θ０に基づき認識されるｑ軸方向の指令電圧をゼロとして且つｄ軸方向の指令電圧を正または負とするものに限らない。例えば、固定座標系上でトルクがゼロとなると想定される電流のベクトルの方向からさほどずれない方向とするなら、モータジェネレータ１０が略停止した状態で行なわれる放電制御期間におけるモータジェネレータ１０に生じるトルクを微少なものに制限することはできる。

「指令電圧固定手段について」
指令電圧固定手段としては、モータジェネレータ１０のトルクや回転速度をゼロ以外に制御する通常時における指令電圧設定手段とは別に、放電用電圧設定部４４を備えて構成されるものに限らない。例えば、先の図２に示した構成において、３相変換部３８の入力パラメータを、放電開始角保持部４２によって保持されている開始角θ０として且つ、ｄｑ変換部３１の出力とフィードバック制御部３４，３６の積分制御器とを停止させることで構築される手段としてもよい。これにより、モータジェネレータ１０が放電開始角保持部４２によって保持されている開始角θ０である場合に、指令電流設定部３２によって設定される指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相が固定座標系上で示す方向となるようにモータジェネレータ１０を流れる電流ベクトルの方向が開ループ制御されることとなる。

「ロバスト制御手段について」
モータジェネレータ１０を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向が変化することを抑制するロバスト制御手段としては、上記指令電圧固定手段に限らない。例えば、先の図２に示した指令電流設定部３２によって設定される指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒの位相を、開始角θ０に対して放電制御によって回転角度θが変化した方向とは逆方向に同一の変化量だけ変化させたものに都度可変設定するものとしてもよい。これによっても、開始角θ０によって定まる指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒのベクトルの方向の変化が抑制される。そして、この場合であっても、モータジェネレータ１０の回転速度を低下させた状態で平滑コンデンサ２２を放電させることは有効である。なぜなら、モータジェネレータ１０の回転速度が高い状態でこのロバスト制御手段による制御が開始されるなら、モータジェネレータ１０に加わるトルクが正となる状態と負となる状態との双方が生じることで放電完了までに要する時間の制御性の低下を招きやすいからである。また、放電完了時間を短縮すべく指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを大きくするなら、モータジェネレータ１０が逆回転をして且つ、その回転速度が大きくなる事態を招くおそれがあるからである。

「通電制御手段について」
平滑コンデンサ２２の充電電圧を規定電圧以下に放電制御させるべくモータジェネレータ１０に対する通電制御を行なう通電制御手段としては、ロバスト制御手段に限らない。例えば、都度の回転角度θに基づきｄ軸と認識される方向に電流を流す制御手段であってもよい。この場合であっても、実際のｄ軸方向が認識される方向とずれている場合には、トルクが生じる。そしてこのトルクが負荷トルクである場合、モータジェネレータ１０の回転速度が大きいほど、発電電力が大きくなるため、平滑コンデンサ２２の放電に要する時間の制御性が低下するおそれがある。このため、モータジェネレータ１０の回転速度を低下させた後に通電制御手段による制御を行うことは有効である。

もっとも、こうした問題をより顕著に生じるおそれがあるのは、通電制御手段を、モータジェネレータ１０を流れる電流の位相を可変とする手段として構成した場合である。

「低下手段について」
低下手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、インバータＩＶを操作する手段としては、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐをオン状態とすることで上側アームを短絡させる手段や、スイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎをオン状態とすることで下側アームを短絡させる手段であってもよい。また、モータジェネレータ１０の回転軸１０ａに接触することでこれに制動力を付与するブレーキ手段としては、ブレーキＢに限らず、例えば駆動輪１４に制動力が付与された状態でクラッチＣ１を半クラッチとするものであってもよい。

「制御装置の搭載されるシステムについて」
パラレルハイブリッド車としては、先の図１等において例示したものに限らない。特に、この際、オイルポンプ１８のように、モータジェネレータ１０の逆回転を制限する要素が搭載されるシステムであることも必須ではない。逆回転の制限がない場合であっても、回転速度が大きい状態でモータジェネレータ１０に対する通電制御によって平滑コンデンサ２２を放電させる場合には、放電に要する時間の制御性が低下しやすいために、回転速度を低下させる低下手段を採用することにはメリットがある。

また、パラレルハイブリッド車に限らず、シリーズハイブリッド車や、パラレルシリーズハイブリッド車であってもよく、また、内燃機関を搭載せず車載主機として回転機のみを備える電気自動車であってもよい。この際、車載主機としての回転機の回転軸と駆動輪との機械的な連結を解除する手段を備えるシステムである場合には、低下手段を備えるメリットが特に大きくなる。なぜなら、この場合には、駆動輪が停止している場合であっても、回転機の回転速度が大きくなる状況が生じやすいからである。

「回転機について」
ＩＰＭＳＭとしては、集中巻きのものに限らず、分布巻きのものであってもよい。

永久磁石を備えた回転機としては、ＩＰＭＳＭに限らず、例えば表面磁石同期機等であってもよい。ここで、表面磁石同期機の場合、トルク式が上記の式（ｃ１）において、「Ｌｄ＝Ｌｑ」としたものと等しくなることから、トルクがゼロとなると想定される指令電流としてｄ軸方向成分が正であるものと負であるものとのいずれによっても、実際の回転角度θを開始角θ０に固定する制御を行なうことができる。

また、同期機としては、永久磁石を備えたものに限らず、例えば界磁巻線型同期機等であってもよい。この場合、界磁巻線を有する方向がｄ軸方向であるから、例えば、モータジェネレータ１０が略停止した状態において、指令電圧を、開始角θ０によってｄ軸方向と認識される方向を有する複数個のパルス状の電圧とすればよい。

なお、回転機としては車載主機にも限らず、例えば高電圧バッテリ２４に接続される電動コンプレッサの回転機であってもよい。
＜そのほか＞
・インバータＩＶの入力端子に高電圧バッテリ２４が直接接続される構成に限らない。例えば、リアクトルと、リアクトルを介して平滑コンデンサ２２に並列接続されるスイッチング素子と、フリーホイールダイオードと、スイッチング素子とフリーホイールダイオードとの直列接続体に接続されるコンデンサとを備える昇圧コンバータを、インバータＩＶの入力端子に接続させてもよい。この場合、昇圧コンバータの出力端子に接続されたコンデンサと平滑コンデンサ２２とが放電制御の対象となり、平滑コンデンサ２２の電圧は、昇圧コンバータのコンデンサの電圧が低下するに連れてフリーホイールダイオードを介して放電されることとなる。

・フィードバック制御部３４，３６としては、比例制御器および積分制御器を備えて構成されるものに限らない。例えば比例積分微分制御器を備えて構成されるものであってもよく、また、比例制御器や積分制御器単独で構成されるものであってもよい。

１０…モータジェネレータ、３２…指令電流設定部、４２…放電開始角保持部、４４…開ループ制御部、ＩＶ…インバータ。

Claims

回転機に接続される直流交流変換回路の入力端子と直流電源との間にキャパシタが介在して且つ前記キャパシタと前記直流電源との間の電気経路を開閉する開閉手段を備える電力変換システムに適用され、前記開閉手段が開状態とされる状況下、前記キャパシタの充電電圧を規定電圧以下に放電制御すべく前記直流交流変換回路を操作することで前記回転機に対する通電制御を行なう通電制御手段を備える回転機の制御装置において、
前記通電制御手段による通電制御を開始するに際し前記回転機の回転速度が規定速度を上回る場合、前記通電制御手段による通電制御に先立ち、前記回転機の回転軸に制動力を付与することで前記回転速度を低下させる低下手段を備え、
前記通電制御手段は、前記回転機の回転角度に基づき、前記回転機を流れる固定座標系における電流のベクトルの方向を開ループ制御すべく前記回転機の固定子に印加する指令電圧を設定する電圧設定手段を備え、該設定される指令電圧に基づき前記直流交流変換回路を操作するものであり、
前記電圧設定手段の入力パラメータとしての前記回転機の回転角度を、前記通電制御手段による通電開始以前に取得された値に制限する指令電圧固定手段を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
前記通電制御手段は、前記通電制御中に前記回転機を流れる電流の位相を可変とする手段であることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
前記回転機は、逆回転が制限されたシステムに搭載されることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機の制御装置。
前記低下手段は、前記直流交流変換回路を操作することで前記回転機の回転軸に制動力を付与することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
前記低下手段は、前記回転機の回転軸に接触することで制動力を付与するブレーキ手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
前記回転機は、車載主機であり、
前記車載主機としての回転機と駆動輪との機械的な連結を解除する手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。