JP6822430B2 - 極数切替電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、極数切替電動機の制御装置に関する。

この種の制御装置としては、特許文献１に見られるように、極数切替時における電動機のトルクショックの抑制を図るものが知られている。詳しくは、この制御装置は、例えば８極から４極への切替時において、８極に対応するトルクと４極に対応するトルクとの合計トルクを一定にしたまま、８極に対応するトルクを徐々に減少させるとともに４極に対応するトルクを徐々に増加させる。

特開平８−２２３９９９号公報

特許文献１に記載された制御方法を用いたとしても、極数切替時において電動機で発生する電圧のピーク値が大きくなり、電動機のステータ巻線に流れる電流のピーク値が大きくなってしまうといった問題が生じ得る。

本発明は、ステータ巻線に流れる電流のピーク値の増大を抑制できる極数切替電動機の制御装置を提供することを主たる目的とする。

第１の発明は、極数を切替可能な電動機と、前記電動機のステータ巻線に電気的に接続されたインバータと、を備えるシステムに適用される極数切替電動機の制御装置において、前記ステータ巻線に流れる電流ベクトルの大きさを電流振幅とする場合、切替前極数での駆動指示があるとき、前記切替前極数に対応する前記電流振幅である切替前電流振幅を制御すべく前記インバータを操作し、切替後極数での駆動指示があるとき、前記切替後極数に対応する前記電流振幅である切替後電流振幅を制御すべく前記インバータを操作する基本操作部と、前記切替前極数から前記切替後極数への切り替えが指示される場合、極数切替期間において、前記切替前電流振幅を減少させてかつ前記切替後電流振幅を増加させるべく前記インバータを操作する切替操作部と、を備え、前記切替操作部は、前記極数切替期間において、前記切替前電流振幅及び前記切替後電流振幅の合計値が制限電流値を超えないように前記インバータを操作する。

第１の発明の基本操作部は、切替前極数での駆動指示がある場合、切替前電流振幅を制御すべくインバータを操作し、切替後極数での駆動指示がある場合、切替後電流振幅を制御すべくインバータを操作する。また、第１の発明の切替操作部は、切替前極数から切替後極数への切り替えが指示される場合、極数切替期間において、切替前電流振幅を減少させてかつ切替後電流振幅を増加させるべくインバータを操作する。これにより、電動機の極数が切替前極数から切替後極数に切り替えられる。

ここで、切替操作部は、極数切替期間において、切替前電流振幅及び切替後電流振幅の合計値が制限電流値を超えないようにインバータを操作する。このため、極数切替期間においてステータ巻線に流れる電流のピーク値が増大することを抑制できる。

第２の発明では、前記切替前電流振幅の指令値を切替前指令振幅とし、前記切替後電流振幅の指令値を切替後指令振幅とする場合、前記基本操作部は、前記切替前極数での駆動指示があるとき、前記切替前電流振幅を前記切替前指令振幅に制御すべく前記インバータを操作し、前記切替後極数での駆動指示があるとき、前記切替後電流振幅を前記切替後指令振幅に制御すべく前記インバータを操作し、前記極数切替期間の終了タイミングにおける前記切替後指令振幅を切替後初期値とする場合、前記切替操作部は、前記切替後指令振幅を前記切替後初期値に向かって増加させ、かつ、前記切替前指令振幅を０に向かって減少させ、前記極数切替期間のうち、その期間の開始タイミングから始まる最初の期間を第１期間とし、前記第１期間に続く残りの期間であってかつ前記第１期間よりも長い期間を第２期間とする場合、前記切替操作部は、前記第１期間における前記切替後指令振幅の増加速度の最大値を、前記第２期間のうち前記極数切替期間の終了タイミングを含まない期間における前記切替後指令振幅の増加速度の最大値よりも高くする。

第２の発明の切替操作部は、切替後指令振幅を切替後初期値に向かって増加させ、かつ、切替前指令振幅を０に向かって減少させる。この際、第２期間よりも短い第１期間における切替後指令振幅の増加速度の最大値が、第２期間における切替後指令振幅の増加速度の最大値よりも高くされる。このため、極数切替期間の開始タイミングから迅速に切替後電流振幅を増加させることができ、切替後極数に対応する２次磁束を迅速に増加させることができる。これにより、極数切替期間における電動機のトルク低下の抑制効果を高めることができる。

第３の発明では、前記切替操作部は、前記極数切替期間の開始タイミングにおいて前記切替後指令振幅をステップ状に増加させた後、前記極数切替期間の終了タイミングにおいて前記切替後指令振幅が前記切替後初期値となるように前記切替後指令振幅を漸増させる。

第３の発明では、極数切替期間の開始タイミングにおいて切替後指令振幅をステップ状に増加させる。このため、極数切替期間の開始タイミングからより迅速に切替後電流振幅を増加させることができ、切替後極数に対応する２次磁束をより迅速に増加させることができる。これにより、極数切替期間における電動機のトルク低下の抑制効果をより高めることができる。

第１実施形態に係る車載モータ制御システムの全体構成図。 ステータ巻線を示す図。 制御装置が行うベクトル制御を示すブロック図。 極数の切替点を示す図。 極数切替態様を示すタイムチャート。 極数切替時の電流振幅等の推移を示すタイムチャート。 極数切替後に収束する動作点を示す図。 極数切替処理の手順を示すフローチャート。 極数切替態様を示すタイムチャート。 比較例１に係る極数切替態様を示すタイムチャート。 比較例２に係る極数切替態様を示すタイムチャート。 第２実施形態に係る極数切替態様を示すタイムチャート。 最小トルクを説明するための図。 極数切替処理の手順を示すフローチャート。 極数切替態様を示すタイムチャート。 第２実施形態の変形例に係る極数切替態様を示すタイムチャート。 極数切替処理の手順を示すフローチャート。 第３実施形態に係る極数の切替点Ａ１〜Ａ４を示す図。 Ａ２における極数切替態様を示すタイムチャート。 Ａ３における極数切替態様を示すタイムチャート。 Ａ４における極数切替態様を示すタイムチャート。 極数切替処理の手順を示すフローチャート。 その他の実施形態に係る極数切替態様を示すタイムチャート。 その他の実施形態に係る極数切替態様を示すタイムチャート。 その他の実施形態に係る極数切替態様を示すタイムチャート。 その他の実施形態に係る極数切替態様を示すタイムチャート。 その他の実施形態に係る極数切替態様を示すタイムチャート。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る制御装置を、車載主機として電動機を備える電気自動車又はハイブリッド車等の車両に適用した第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、車載制御システムは、モータ１０、インバータ２０及び制御装置３０を備えている。

モータ１０は、車載主機であり、駆動輪４０と動力伝達可能とされている。本実施形態において、モータ１０は、極数が切り替え可能なかご型誘導電動機であり、具体的には極数を４極及び８極のいずれかに切り替え可能に構成されている。なお、極数が切り替え可能な誘導電動機は、ポールチェンジモータとも呼ばれる。

Ａを２以上の偶数とし、ｎを２以上の整数とする場合において、Ａ極とｎ×Ａ極とのうち、一方が切替前極数として定義され、他方が切替後極数として定義されている。３以上の整数をｍとする場合、モータ１０は、ｍ相のステータ巻線１２Ａ〜１２Ｆをｎ組有している。この場合、インバータ２０は、ｎ×ｍ相のものである。本実施形態では、Ａ＝２、ｍ＝３、ｎ＝２である。

モータ１０のステータは、図２に示すように、６相のステータ巻線１２Ａ〜１２Ｆを備えている。これらステータ巻線１２Ａ〜１２Ｆは、電気角で６０度ずつずれるようにしてステータに設けられている。

先の図１の説明に戻り、モータ１０は、６相のインバータ２０を介して直流電源としてのバッテリ２１に接続されている。インバータ２０は、上，下アームスイッチの直列接続体を備えている。インバータ２０の各スイッチは、例えば、ＩＧＢＴ又はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ等の電圧制御形の半導体スイッチング素子である。

制御システムは、電流センサ２２及び速度センサ２３を備えている。電流センサ２２は、モータ１０に流れる各相電流を検出する。図１には、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ相のステータ巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆに流れる電流の検出値をＩａｒ，Ｉｂｒ，Ｉｃｒ，Ｉｄｒ，Ｉｅｒ，Ｉｆｒにて示す。速度センサ２３は、モータ１０を構成するロータの機械角周波数ωｒを検出する。電流センサ２２及び速度センサ２３の検出値は、制御装置３０に入力される。

制御装置３０は、マイコンを主体として構成され、モータ１０のトルクを合計指令トルクＴｒ＊にフィードバック制御すべく、インバータ２０を操作する。合計指令トルクＴｒ＊は、例えば、車両の走行制御を統括する制御装置等、制御装置３０よりも上位の制御装置から制御装置３０に対して出力される。

図３を用いて、制御装置３０が行うモータ１０のトルク制御について説明する。

制御装置３０は、指令値算出部３１と、４極制御部３２と、８極制御部３３と、座標変換部３４とを備えている。

指令値算出部３１は、取得した合計指令トルクＴｒ＊と、機械角周波数ωｒとに基づいて、第１ｄ軸指令電流Ｉｄ４＊、第１ｑ軸指令電流Ｉｑ４＊、第２ｄ軸指令電流Ｉｄ８＊、第２ｑ軸指令電流Ｉｑ８＊、４極に対応したすべり角周波数である第１のすべり角周波数ωｓ４、及び８極に対応したすべり角周波数である第２のすべり角周波数ωｓ８を算出する。指令値算出部３１は、第１ｄ軸指令電流Ｉｄ４＊及び第１ｑ軸指令電流Ｉｑ４＊から定まる４極に対応するモータ１０のトルクと、第２ｄ軸指令電流Ｉｄ８＊及び第２ｑ軸指令電流Ｉｑ８＊から定まる８極に対応するモータ１０のトルクとの加算値が合計指令トルクＴｒ＊となるように、第１ｄ軸指令電流Ｉｄ４＊、第１ｑ軸指令電流Ｉｑ４＊、第２ｄ軸指令電流Ｉｄ８＊及び第２ｑ軸指令電流Ｉｑ８＊を算出する。

４極制御部３２は、モータ１０の極数として４極が選択された場合のモータ１０の電流制御系である。８極制御部３３は、モータ１０の極数として８極が選択された場合のモータ１０の電流制御系である。

まず、４極制御部３２について説明する。第１周波数算出部３２ａは、機械角周波数ωｒと、４極の場合の極数Ｐ４とに基づいて、４極に対応するモータ１０の電気角周波数である第１の電気角周波数ω４ｒを算出する。

第１加算部３２ｂは、第１周波数算出部３２ａにより算出された第１の電気角周波数ω４ｒに、指令値算出部３１により算出された第１のすべり角周波数ωｓ４を加算して出力する。

第１角度算出部３２ｃは、第１加算部３２ｂの出力値を積分することにより、第１の電気角θ４を算出する。

第１ｄｑ変換部３２ｄは、第１角度算出部３２ｃにより算出された第１の電気角θ４に基づいて、電流センサ２２により検出された各相電流Ｉａｒ〜Ｉｆｒを、４極に対応するｄｑ軸上の第１ｄ軸電流Ｉｄ４ｒ及び第１ｑ軸電流Ｉｑ４ｒに変換する。ここで、ｄ軸電流は２次磁束を生じさせるために励磁電流であり、ｑ軸電流はトルク電流である。また、４極に対応するｄｑ座標系は、インバータ２０の出力電圧ベクトルの回転角周波数である１次角周波数で回転する直交２次元回転座標系である。

第１電流制御部３２ｅは、第１ｄｑ変換部３２ｄにより変換された第１ｄ軸電流Ｉｄ４ｒを、指令値算出部３１により算出された第１ｄ軸指令電流Ｉｄ４＊にフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸上の第１ｄ軸指令電圧Ｖｄ４＊を算出する。また、第１電流制御部３２ｅは、第１ｄｑ変換部３２ｄにより変換された第１ｑ軸電流Ｉｑ４ｒを、指令値算出部３１により算出された第１ｑ軸指令電流Ｉｑ４＊にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸上の第１ｑ軸指令電圧Ｖｑ４＊を算出する。なお、第１電流制御部３２ｅで用いられるフィードバック制御は、例えば、比例積分制御であればよい。

続いて、８極制御部３３について説明する。第２周波数算出部３３ａは、機械角周波数ωｒと、８極の場合の極数Ｐ８とに基づいて、８極に対応するモータ１０の電気角周波数である第２の電気角周波数ω８ｒを算出する。

第２加算部３３ｂは、第２周波数算出部３３ａにより算出された第２の電気角周波数ω８ｒに、指令値算出部３１により算出された第２のすべり角周波数ωｓ８を加算して出力する。

第２角度算出部３３ｃは、第２加算部３３ｂの出力値を積分することにより、第２の電気角θ８を算出する。

第２ｄｑ変換部３３ｄは、第２角度算出部３３ｃにより算出された第２の電気角θ８に基づいて、電流センサ２２により検出された各相電流Ｉａｒ〜Ｉｆｒを、８極に対応するｄｑ軸上の第２ｄ軸電流Ｉｄ８ｒ及び第２ｑ軸電流Ｉｑ８ｒに変換する。８極に対応するｄｑ座標系は、８極に対応する１次角周波数で回転する直交２次元回転座標系である。

第２電流制御部３３ｅは、第２ｄｑ変換部３３ｄにより変換された第２ｄ軸電流Ｉｄ８ｒを、指令値算出部３１により算出された第２ｄ軸指令電流Ｉｄ８＊にフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸上の第２ｄ軸指令電圧Ｖｄ８＊を算出する。また、第２電流制御部３３ｅは、第２ｄｑ変換部３３ｄにより変換された第２ｑ軸電流Ｉｑ８ｒを、指令値算出部３１により算出された第２ｑ軸指令電流Ｉｑ８＊にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸上の第２ｑ軸指令電圧Ｖｑ８＊を算出する。なお、第２電流制御部３３ｅで用いられるフィードバック制御は、例えば、比例積分制御であればよい。

座標変換部３４は、第１電流制御部３２ｅにより算出された第１ｄ，ｑ指令電圧Ｖｄ４＊，Ｖｑ４＊、第１の電気角θ４、第２電流制御部３３ｅにより算出された第２ｄ，ｑ指令電圧Ｖｄ８＊，Ｖｑ８＊、及び第２の電気角θ８に基づいて、６相の固定座標系におけるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ相指令電圧Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊，Ｖｄ＊，Ｖｅ＊，Ｖｆ＊を算出する。

ちなみに、モータ１０の極数として４極が選択されている場合、座標変換部３４により算出される各相指令電圧Ｖａ＊〜Ｖｆ＊は、下式（ｅｑ１）に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ相の順で６０度ずつずれた波形となる。下式（ｅｑ１）において、Ｖｍ４は指令電圧の振幅を示し、ｔは時間を示し、ω４ｃは１次角周波数を示し、σ４は指令電圧の位相を示す。

一方、モータ１０の極数として８極が選択されている場合、座標変換部３４により算出される各相指令電圧Ｖａ＊〜Ｖｆ＊は、下式（ｅｑ２）に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ相の順で１２０度ずつずれた波形となる。下式（ｅｑ２）において、Ｖｍ８は指令電圧の振幅を示し、ω８ｃは１次角周波数を示し、σ８は指令電圧の位相を示す。

指令値算出部３１は、モータ１０の機械角周波数ωｒが閾値速度ωｔｈ以下であると判定した場合にモータ１０の極数として８極を選択し、機械角周波数ωｒが閾値速度ωｔｈを超えると判定した場合にモータ１０の極数として４極を選択する。本実施形態において、閾値速度ωｔｈは、図４に示すように、４極に対応するモータ１０のトルクがその最大値とされる場合に取り得る機械角周波数ωｒの範囲に設定されている。

操作信号生成部３５は、インバータ２０から各相のステータ巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆに印加する電圧を各相指令電圧Ｖａ＊，Ｖｂ＊，Ｖｃ＊，Ｖｄ＊，Ｖｅ＊，Ｖｆ＊とするための操作信号を生成し、生成した操作信号をインバータ２０の各スイッチに出力する。操作信号生成部３５は、例えば、各相指令電圧と三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ制御により操作信号を生成すればよい。本実施形態において、４極制御部３２、８極制御部３３、座標変換部３４及び操作信号生成部３５が基本操作部及び切替操作部に相当する。

ちなみに、以上説明した制御により、モータ１０の極数として４極が選択された場合、各相のステータ巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆに下式（ｅｑ３）に示す各相電流Ｉａ４，Ｉｂ４，Ｉｃ４，Ｉｄ４，Ｉｅ４，Ｉｆ４が流れる。下式（ｅｑ３）において、Ｉｍ４は相電流の振幅を示し、α４は相電流の位相を示す。

一方、モータ１０の極数として８極が選択された場合、各相のステータ巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆに下式（ｅｑ４）に示す各相電流Ｉａ８，Ｉｂ８，Ｉｃ８，Ｉｄ８，Ｉｅ８，Ｉｆ８が流れる。下式（ｅｑ４）において、Ｉｍ８は相電流の振幅を示し、α８は相電流の位相を示す。

指令値算出部３１は、極数切替期間において、４極及び８極のうち一方から他方にモータ１０の極数を切り替える極数切替処理を行う。以下、図５を用いて、８極から４極に切り替える場合の極数切替処理について説明する。図５に示す例では、８極が切替前極数に相当し、４極が切替後極数に相当する。

図５（ａ）は、４極指令振幅Ｉ８＊及び４極指令振幅Ｉ４＊の推移を示す。４極指令振幅Ｉ４＊は、第１ｄ軸指令電流Ｉｄ４＊の２乗値及び第１ｑ軸指令電流Ｉｑ４＊の２乗値を加算した値の平方根である。８極指令振幅Ｉ８＊は、第２ｄ軸指令電流Ｉｄ８＊の２乗値及び第２ｑ軸指令電流Ｉｑ８＊の２乗値を加算した値の平方根である。図５では、８極指令振幅Ｉ８＊が切替前指令振幅に相当し、４極指令振幅Ｉ４＊が切替後指令振幅に相当する。また、以降、第１ｄ軸電流Ｉｄ４ｒの２乗値及び第１ｑ軸電流Ｉｑ４ｒの２乗値を加算した値の平方根を４極電流振幅と称し、第２ｄ軸電流Ｉｄ８ｒの２乗値及び第２ｑ軸電流Ｉｑ８ｒの２乗値を加算した値の平方根を８極電流振幅と称す。

図５（ｂ）は、各相のステータ巻線に流れる相電流のピーク値の推移を示し、図５（ｃ）は、４極の２次磁束φ４ｒ及び８極の２次磁束φ８ｒの推移を示す。４極の２次磁束φ４ｒは、４極に対応するモータ１０の２次磁束ベクトルのｄ軸成分である。８極の２次磁束φ８ｒは、８極に対応するモータ１０の２次磁束ベクトルのｄ軸成分である。

図５（ｄ）は、４極トルクＴｒ４、８極トルクＴｒ８及び合計トルクＴｒｔの推移を示す。４極トルクＴｒ４は、４極に対応するモータ１０のトルクであり、８極トルクＴｒ８は、８極に対応するモータ１０のトルクである。合計トルクＴｒｔは、４極トルクＴｒ４及び８極トルクＴｒ８の合計値である。

図５（ｅ）は、４極トルク変化率ｄＴ４及び８極トルク変化率ｄＴ８の推移を示す。４極トルク変化率ｄＴ４は、４極トルクＴｒ４の時間微分値の絶対値であり、８極トルク変化率ｄＴ８は、８極トルクＴｒ８の時間微分値の絶対値である。

図５の時刻ｔ１〜ｔ３は、極数切替期間ＴＣを示す。極数切替期間ＴＣの開始タイミングｔ１におけるｄ，ｑ軸指令電流から定まる切替前指令振幅を切替前初期値と称し、極数切替期間ＴＣの終了タイミングにおけるｄ，ｑ軸指令電流から定まる切替後指令振幅を切替後初期値と称すこととする。８極から４極に切り替えられる場合、切替前初期値は８極の切替前初期値Ｉ８ｆとなり、切替後初期値は４極の切替後初期値Ｉ４ｆとなる。一方、４極から８極に切り替えられる場合、切替前初期値は４極の切替前初期値Ｉ４ｆとなり、切替後初期値は８極の切替後初期値Ｉ８ｆとなる。

図５に示す例において、指令値算出部３１は、時刻ｔ１よりも前において、８極指令振幅Ｉ８＊をある値に維持し、４極指令振幅Ｉ４＊を０としている。

指令値算出部３１は、時刻ｔ１〜ｔ３の極数切替期間ＴＣにおいて、８極指令振幅Ｉ８＊及び４極指令振幅Ｉ４＊の合計値である合計指令振幅が制限電流値Ｉｍａｘ以下となるように８極指令振幅Ｉ８＊及び４極指令振幅Ｉ４＊を算出する。これにより、極数切替期間ＴＣにおいて、各相のステータ巻線１２Ａ〜１２Ｆに流れる相電流のピーク値が過度に大きくなることを回避できる。

制限電流値Ｉｍａｘは、例えば、モータ１０を過電流から保護するために設定される値である。制限電流値Ｉｍａｘは、切替前極数に対応する制限電流値及び切替後極数に対応する制限電流値のうち、大きい方の値である。本実施形態では、切替前極数に対応する制限電流値及び切替後極数に対応する制限電流値が同じ値とされている。

指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣの開始タイミングｔ１において、８極指令振幅Ｉ８＊を８極の切替前初期値Ｉ８ｆから減少させ始めるとともに、４極指令振幅Ｉ４＊を０から立ち上げ電流値ａに向かってステップ状に増加させる。本実施形態において、立ち上げ電流値ａは、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値である電流余裕値と同じ値である。指令値算出部３１は、４極指令振幅Ｉ４＊をステップ状に増加させた後、４極指令振幅Ｉ４＊を４極の切替後初期値Ｉ４ｆに向かって直線状に増加させ、極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ３において４極指令振幅Ｉ４＊を４極の切替後初期値Ｉ４ｆにする。極数切替期間ＴＣの開始タイミングにおいて立ち上げ電流値ａだけステップ状に増加させることにより、合計指令振幅を制限電流値Ｉｍａｘ以下としつつ、４極の２次磁束φ４ｒを迅速に増加させる。これにより、４極トルクＴｒ４を迅速に増加させることができ、極数切替期間ＴＣにおいて合計指令トルクＴｒ＊に対する合計トルクＴｒｔの低下を抑制する。

また、指令値算出部３１は、８極指令振幅Ｉ８＊を０に向かって直線状に減少させ、極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ３において８極指令振幅Ｉ８＊を０にする。なお、時刻ｔ４は、４極トルクＴｒ４が４極の切替後初期値Ｉ４ｆに対応するトルクとなって、かつ、８極トルクＴｒ８が０となるタイミングである。図５には、時刻ｔ１〜ｔ４をトルク変化期間Ｔｔとして示した。

極数切替期間ＴＣにおける各相指令電圧Ｖａ＊〜Ｖｆ＊は、上式（ｅｑ１），（ｅｑ２）で示した相電圧の加算値となる。また、極数切替期間ＴＣにおける各相のステータ巻線１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆに流れる相電流は、上式（ｅｑ３），（ｅｑ４）で示した相電流の加算値となる。

続いて、図６及び図７を用いて、極数切替後に収束する動作点について説明する。図６（ａ）は電流振幅の推移を示し、図６（ｂ）はｄ軸電流Ｉｄの推移を示し、図６（ｃ）は２次磁束φｄの推移を示し、図６（ｄ）はｑ軸電流Ｉｑの推移を示し、図６（ｅ）はモータ１０のトルクの推移を示す。

モータ１０のすべり周波数ｆｓは、下式（ｅｑ５）で表される。下式（ｅｑ５）において、Ｍはロータの巻線及びステータ巻線の間の相互インダクタンスを示し、Ｒｒはロータの巻線の抵抗である２次抵抗を示し、Ｌｒはロータの巻線の自己インダクタンスである２次インダクタンスを示す。

上式（ｅｑ５）を変形すると、下式（ｅｑ６）が導かれる。

図６の時刻ｔ１において、ｄ軸の２次磁束φｄは０である。すべり周波数ｆｓを一定にしつつ、時刻ｔ１において電流振幅を０からＩａまでステップ状に変化させた場合、上式（ｅｑ６）に基づいて下式（ｅｑ７）に示す関係が導かれる。

上式（ｅｑ７）によれば、電流振幅がステップ状に増加すると、ｄ軸電流Ｉｄがステップ状に増加する。ｆｓ≠０の場合、ｄ軸電流Ｉｄがステップ状に変化した後、上式（ｅｑ６）よりｑ軸電流Ｉｑが増加する。ｑ軸電流Ｉｑが増加すると、Ｉｄ＝√（Ｉａ＾２−Ｉｄ＾２）の関係からｄ軸電流Ｉｄが減少する。このため、図６（ｂ），（ｄ）及び図７に示すように、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑから定まる動作点は、すべり周波数ｆｓ及び電流振幅Ｉａで定まる動作点に収束する。電流振幅をステップ状に変化させることにより、２次磁束φｄの増加速度を高めることができ、極数切り替え時におけるモータ１０のトルク応答性を高めることができる。

図８に、本実施形態に係る極数切替処理の手順を示す。この処理は、指令値算出部３１により、例えば所定の制御周期前に繰り返し実行される。

ステップＳ１０では、第１フラグＦ１が０であるか否かを判定する。第１フラグＦ１は、その値が１にされることにより、８極から４極への切り替えが指示されたことを示し、その値が０にされることにより、８極から４極への切り替えが指示されていないことを示す。本実施形態において、第１フラグＦ１の初期値は０とされている。

ステップＳ１０において第１フラグＦ１が０であると判定した場合には、ステップＳ１１に進み、第２フラグＦ２が０であるか否かを判定する。第２フラグＦ２は、その値が１にされることにより、４極から８極への切り替えが指示されたことを示し、その値が０にされることにより、４極から８極への切り替えが指示されていないことを示す。本実施形態において、第２フラグＦ２の初期値は０とされている。

ステップＳ１１において第２フラグＦ２が０であると判定した場合には、ステップＳ１２に進み、８極から４極への切り替えが指示されたか否かを判定する。ステップＳ１２において肯定判定した場合には、ステップＳ１３に進み、第１フラグＦ１を１にする。また、８極から４極への切り替えが指示されてからの経過時間のカウントを開始する。

ステップＳ１４では、４極指令振幅Ｉ４＊を０から立ち上げ電流値ａまでステップ状に増加させる。この場合、立ち上げ電流値ａは、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値である電流余裕値と同じ値である。また、８極指令振幅Ｉ８＊を８極の切替前初期値Ｉ８ｆから減少させ始める。

ステップＳ１４の処理が完了した場合、又はステップＳ１０において第１フラグＦ１が１であると判定した場合には、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ステップＳ１３でカウントが開始されてからの経過時間が極数切替期間ＴＣ経過したか否かを判定する。

ステップＳ１５において経過していないと判定した場合には、ステップＳ１６に進み、４極指令振幅Ｉ４＊を４極の切替後初期値Ｉ４ｆに向かって徐々に増加させる。また、８極指令振幅Ｉ８＊を０に向かって徐々に減少させる。本実施形態では、極数切替期間ＴＣにおいて、４極に対応するモータ１０の２次時定数τ４以下の時定数τａの応答性で４極指令振幅Ｉ４＊を増加させる。２次時定数は、モータ１０のロータ側の時定数であり、１次遅れ要素の時定数である。２次時定数は、ロータのインダクタンス及び抵抗に依存する。２次時定数τ４がロータの温度に依存するため、ロータの温度の検出値に基づいて、極数切替期間ＴＣを可変設定してもよい。

一方、ステップＳ１５において極数切替期間ＴＣ経過したと判定した場合には、ステップＳ１７に進み、第１フラグＦ１を０にし、カウントした経過時間を０にリセットする。

ステップＳ１２において否定判定した場合には、ステップＳ１８に進み、４極から８極への切り替えが指示されたか否かを判定する。ステップＳ１８において肯定判定した場合には、ステップＳ１９に進み、第２フラグＦ２を１にする。また、４極から８極への切り替えが指示されてからの経過時間のカウントを開始する。

ステップＳ２０では、８極指令振幅Ｉ８＊を０から立ち上げ電流値ａまでステップ状に増加させる。この場合、立ち上げ電流値ａは、制限電流値Ｉｍａｘから４極の切替前初期値Ｉ４ｆを差し引いた値である。また、４極指令振幅Ｉ４＊を４極の切替前初期値Ｉ４ｆから減少させ始める。

ステップＳ２０の処理が完了した場合、又はステップＳ１１において第２フラグＦ２が１であると判定した場合には、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１では、ステップＳ１９で経過時間のカウントが開始されてから極数切替期間ＴＣ経過したか否かを判定する。

ステップＳ２１において経過していないと判定した場合には、ステップＳ２２に進み、８極指令振幅Ｉ８＊を８極の切替後初期値Ｉ８ｆに向かって徐々に増加させる。また、４極指令振幅Ｉ４＊を０に向かって徐々に減少させる。本実施形態では、極数切替期間ＴＣにおいて、８極に対応するモータ１０の２次時定数τ８以下の時定数の応答性で８極指令振幅Ｉ８＊を増加させる。

一方、ステップＳ２１において極数切替期間ＴＣ経過したと判定した場合には、ステップＳ２３に進み、第２フラグＦ２を０にし、カウントした経過時間を０にリセットする。

図９に、８極から４極に切り替えられる場合における各パラメータの推移を示す。図９（ａ）は、４極指令振幅Ｉ４＊及び８極指令振幅Ｉ８＊の合計値である合計指令振幅の推移を示し、図９（ｂ）は、４極指令振幅Ｉ４＊及び８極指令振幅Ｉ８＊の推移を示す。図９（ｃ）は、４極に対応する第１ｄ軸電流Ｉｄ４ｒ及び第１ｑ軸電流Ｉｑ４ｒの推移を示し、図９（ｄ）は、８極に対応する第２ｄ軸電流Ｉｄ８ｒ及び第２ｑ軸電流Ｉｑ８ｒの推移を示す。図９（ｅ）は、モータ１０の４極トルクＴｒ４、８極トルクＴｒ８及び合計トルクＴｒｔの推移を示し、図９（ｆ）は、４極トルク変化率ｄＴ４及び８極トルク変化率ｄＴ８の推移を示す。

本実施形態によれば、極数切替期間ＴＣにおいて、合計指令振幅を制限電流値Ｉｍａｘ以下に抑制することができる。このため、極数切替期間ＴＣにおいてステータ巻線に流れる相電流のピーク値が増大することを抑制できる。

また、例えば８極から４極に切り替えられる場合の極数切替期間ＴＣにおいて、切替後極数に対応するモータ１０の２次時定数以下の値の応答性で４極指令振幅Ｉ４＊を増加させる。これにより、４極の２次磁束を迅速に増加させることができ、極数切替期間ＴＣにおけるモータ１０のトルク低下の抑制効果を高めることができる。

また、例えば８極から４極に切り替えられる場合の極数切替期間ＴＣの開始タイミングにおいて、４極指令振幅Ｉ４＊を０から立ち上げ電流値ａだけステップ状に増加させる。これにより、４極の２次磁束をより迅速に増加させることができ、極数切替期間ＴＣにおけるモータ１０のトルク低下の抑制効果をより高めることができる。

これに対し、図１０に示す比較例１及び図１１に示す比較例２では、本実施形態の効果を奏することができない。比較例１は、例えば８極から４極に切り替えられる場合の極数切替期間ＴＣの開始タイミングにおいて、４極指令振幅Ｉ４＊を「Ｉｍａｘ−Ｉ８ｆ」を超えてステップ状に増加させる構成である。図１０（ａ）〜図１０（ｅ）は、図９（ａ）〜図９（ｅ）に対応している。比較例１では、極数切替期間ＴＣにおいて、合計指令振幅が制限電流値Ｉｍａｘを超えてしまう。

図１１に示す比較例２は、例えば８極から４極に切り替えられる場合において、４極指令振幅Ｉ４＊をステップ状に変化させるタイミングを本実施形態よりも遅らせる構成である。図１１（ａ）〜図１１（ｅ）は、図９（ａ）〜図９（ｅ）に対応している。比較例２では、極数切替期間ＴＣにおいて、合計指令振幅を制限電流値Ｉｍａｘ以下にできるものの、モータ１０の合計トルクが合計指令トルクＴｒ＊に対して大きく低下してしまう。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、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、極数切替期間ＴＣの開始タイミングに加え、極数切替期間ＴＣの終了タイミングにおいて切替後指令振幅をステップ状に増加させる。以下、図１２を用いて、８極から４極に切り替える場合の極数切替処理について説明する。図１２（ａ）〜図１２（ｅ）は、先の図５（ａ）〜図５（ｅ）に対応している。

指令値算出部３１は、時刻ｔ１〜ｔ２の極数切替期間ＴＣにおいて、８極指令振幅Ｉ８＊及び４極指令振幅Ｉ４＊の合計値である合計指令振幅が制限電流値Ｉｍａｘ以下となるように８極指令振幅Ｉ８＊及び４極指令振幅Ｉ４＊を算出する。

指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣの開始タイミングｔ１において、８極指令振幅Ｉ８＊を８極の切替前初期値Ｉ８ｆから減少させ始めるとともに、４極指令振幅Ｉ４＊を０から立ち上げ電流値ａに向かってステップ状に増加させる。立ち上げ電流値ａは、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値である。

指令値算出部３１は、４極指令振幅Ｉ４＊をステップ状に増加させた後、４極指令振幅Ｉ４＊を直線状に増加させる。指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ２において、４極指令振幅Ｉ４＊を４極の切替後初期値Ｉ４ｆに向かってステップ状に増加させる。また、指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ２において、８極指令振幅Ｉ８＊を０に向かってステップ状に減少させる。４極指令振幅Ｉ４＊のステップ状の増加により、４極トルクＴｒ４を迅速に増加させることができ、８極指令振幅Ｉ８＊のステップ状の減少により、８極トルクＴｒ８を迅速に減少させることができる。その結果、極数切替期間ＴＣにおける合計トルクＴｒｔの低下を抑制しつつ、８極トルクＴｒ８から４極トルクＴｒ４に迅速に切り替えることができる。なお、時刻ｔ１〜ｔ３は、トルク変化期間Ｔｔを示す。

ここで、極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ２、すなわち４極指令振幅Ｉ４＊をステップ状に増加させるタイミングは、モータ１０のトルクが最小トルクＴｍｉｎとなるタイミングである。本実施形態において、最小トルクＴｍｉｎは、図１３に示すように、８極指令振幅Ｉ８＊及び４極指令振幅Ｉ４＊の合計値である合計指令振幅を制限電流値Ｉｍａｘにするとの条件を課して８極指令振幅Ｉ８＊及び４極指令振幅Ｉ４＊の取り得る組み合わせを変化させた場合において、合計トルクＴｒｔ（＝Ｔｒ４＋Ｔｒ８）が取り得る最小値のことである。モータ１０のトルクが最小トルクＴｍｉｎとなるタイミングにおいては、図１２（ｅ）に示すように、４極トルク変化率ｄＴ４及び８極トルク変化率ｄＴ８が等しくなる。図１３に示す電流振幅及びトルクの関係は、８極電流振幅が８極指令振幅Ｉ８＊に収束してかつ４極電流振幅が４極指令振幅Ｉ４＊に収束し、合計トルクＴｒｔが合計指令トルクＴｒ＊に収束した状態における関係である。

図１３を用いて、８極から４極に切り替えられる場合の４極指令振幅Ｉ４＊の変化について説明する。８極指令振幅Ｉ８＊が８極の切替前初期値Ｉ８ｆの場合、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値が、極数切替期間ＴＣの開始タイミングにおける立ち上げ電流値ａとなる。図１３では、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎとなる場合における４極指令振幅Ｉ４＊をｂで示し、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎとなる場合における８極指令振幅Ｉ８＊をｃで示す。

図１３では、４極の切替後初期値Ｉ４ｆが制限電流値Ｉｍａｘとなる場合について示している。この場合、４極指令振幅Ｉ４＊が４極の切替後初期値Ｉ４ｆになるとき、８極指令振幅Ｉ８＊が０となる。

図１４に、本実施形態に係る極数切替処理の手順を示す。この処理は、指令値算出部３１により、例えば所定の制御周期前に繰り返し実行される。なお、図１４において、先の図８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いる。

ステップＳ１４の処理が完了した場合、又はステップＳ１０において第１フラグＦ１が１であると判定した場合には、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであるか否かを判定する。この終了タイミングは、上述したように、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎとなるタイミングである。本実施形態では、ステップＳ１３でカウントが開始されてからの経過時間が判定時間経過していると判定した場合、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであると判定する。ここで、判定時間は、極数切替期間ＴＣの開始タイミングから、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎになると想定されるタイミングまでの期間であり、この期間と、８極の切替前初期値Ｉ８ｆ及び４極の切替後初期値Ｉ４ｆとが関係付けられたマップ情報に基づいて算出されればよい。

なお、ステップＳ３０の処理を、４極指令振幅Ｉ４＊が図１３に示したｂに到達したと判定した場合、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであると判定する処理に変更してもよい。

ステップＳ３０において極数切替期間ＴＣの終了タイミングでないと判定した場合には、ステップＳ１６に進む。一方、ステップＳ３０において極数切替期間ＴＣの終了タイミングであると判定した場合には、ステップＳ３１に進み、４極指令振幅Ｉ４＊をｂから４極の切替後初期値Ｉ４ｆに向かってステップ状に増加させ、８極指令振幅Ｉ８＊を図１３に示したｃから０に向かってステップ状に減少させる。また、第１フラグＦ１を０にし、カウントした経過時間を０にリセットする。

ステップＳ２０の処理が完了した場合、又はステップＳ１１において第２フラグＦ２が１であると判定した場合には、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであるか否かを判定する。この終了タイミングは、上述したように、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎとなるタイミングである。本実施形態では、ステップＳ１９でカウントが開始されてからの経過時間が判定時間経過していると判定した場合、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであると判定する。ここで、判定時間は、極数切替期間ＴＣの開始タイミングから、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎになると想定されるタイミングまでの期間であり、この期間と、４極の切替前初期値Ｉ４ｆ及び８極の切替後初期値Ｉ８ｆとが関係付けられたマップ情報に基づいて算出されればよい。

なお、ステップＳ３２の処理を、８極指令振幅Ｉ８＊が図１３に示したｃに到達したと判定した場合、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであると判定する処理に変更してもよい。

ステップＳ３２において極数切替期間ＴＣの終了タイミングでないと判定した場合には、ステップＳ２２に進む。一方、ステップＳ３２において極数切替期間ＴＣの終了タイミングであると判定した場合には、ステップＳ３３に進み、８極指令振幅Ｉ８＊をｃから８極の切替後初期値Ｉ８ｆに向かってステップ状に増加させ、４極指令振幅Ｉ４＊をｂから０に向かってステップ状に減少させる。また、第２フラグＦ２を０にし、カウントした経過時間を０にリセットする。

図１５に、８極から４極に切り替えられる場合における各パラメータの推移を示す。図１５（ａ）〜図１５（ｆ）は、先の図９（ａ）〜図９（ｆ）に対応している。

本実施形態によれば、極数切替期間ＴＣの終了タイミングにおいて切替後指令振幅をステップ状に増加させた。このため、極数切替期間ＴＣにおけるモータ１０のトルク低下の抑制効果をいっそう高めることができる。

また、モータ１０の合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎになると判定したタイミングで切替後指令振幅をステップ状に増加させるとともに切替前指令振幅をステップ状に減少させた。合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎになる前は、切替後極数に対応する２次磁束が十分に増加しておらず、また、切替前極数に対応する２次磁束が十分に減少していない。このような状態で切替後指令振幅をステップ状に増加させるとともに切替前指令振幅をステップ状に減少させると、切替後極数に対応するトルクの増加分が小さく、また、切替前極数に対応するトルクの減少分が大きくなるため、トルク低下が大きくなってしまう。一方、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎになった後に切替後指令振幅をステップ状に増加させるとともに切替前指令振幅をステップ状に減少させると、切替後極数に対応するトルクの立ち上がりが遅れてしまう。これに対し、本実施形態では、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎになると判定したタイミングで切替後指令振幅をステップ状に増加させるとともに切替前指令振幅をステップ状に減少させた。これにより、極数切替期間ＴＣにおけるトルク低下を抑制しつつ、極力早期に切替後指令振幅を切替後極数に対応する切替後初期値まで増加させることができる。

＜第２実施形態の変形例＞
図１６には、８極から４極に切り替えられる場合を示す。図１６に示すように、極数切替期間ＴＣの開始タイミングｔ１から、モータ１０のトルクが最小トルクＴｍｉｎになると判定されるタイミングｔ２までの期間を規定期間Ｔｊとする。指令値算出部３１は、規定期間Ｔｊの終了タイミングｔ２から、極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ３までの期間において、４極指令振幅Ｉ４＊をステップ状に増加させることなく徐々に増加させてもよい。この場合、時刻ｔ２〜ｔ３までの期間ＴＨにおいて、４極に対応するモータ１０の２次時定数τ４以下の時定数τａの応答性で４極指令振幅Ｉ４＊を増加させる。

一方、指令値算出部３１は、規定期間Ｔｊの終了タイミングｔ２から、極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ３までの期間において、８極指令振幅Ｉ８＊をステップ状に減少させることなく徐々に減少させる。この場合、時刻ｔ２〜ｔ３までの期間ＴＨにおいて、８極に対応するモータ１０の２次時定数τ８以下の時定数τｂの応答性で８極指令振幅Ｉ８＊を減少させる。

図１７に、本実施形態に係る極数切替処理の手順を示す。この処理は、指令値算出部３１により、例えば所定の制御周期前に繰り返し実行される。なお、図１７において、先の図８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いる。

ステップＳ１４の処理が完了した場合、又はステップＳ１０において第１フラグＦ１が１であると判定した場合には、ステップＳ４０に進む。ステップＳ４０では、規定期間Ｔｊの終了タイミングであるか否かを判定する。この終了タイミングは、図１３に示したように、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎとなるタイミングである。本実施形態では、ステップＳ１３でカウントが開始されてからの経過時間が規定期間Ｔｊ経過しているか否かで判定する。

ステップＳ４０において規定期間Ｔｊの終了タイミングでないと判定した場合には、ステップＳ１６に進む。一方、ステップＳ３０において規定期間Ｔｊの終了タイミングであると判定した場合には、ステップＳ４１に進み、４極指令振幅Ｉ４＊の漸増速度を図１６の時刻ｔ２〜ｔ３に示したように変更する。時刻ｔ２直後の４極指令振幅Ｉ４＊の漸増速度は、時刻ｔ２直前の４極指令振幅Ｉ４＊の漸増速度よりも増加する。また、８極指令振幅Ｉ８＊の漸減速度を図１６の時刻ｔ２〜ｔ３に示したように変更する。時刻ｔ２直後の８極指令振幅Ｉ８＊の漸減速度は、時刻ｔ２直前の８極指令振幅Ｉ８＊の漸減速度よりも増加する。

ステップＳ４２では、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであるか否かを判定する。この処理は、図１４のステップＳ３０の処理と同様の処理である。ステップＳ４２において肯定判定した場合には、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ２０の処理が完了した場合、又はステップＳ１１において第２フラグＦ２が１であると判定した場合には、ステップＳ４３に進む。ステップＳ４３では、規定期間Ｔｊの終了タイミングであるか否かを判定する。この終了タイミングは、図１３に示したように、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎとなるタイミングである。本実施形態では、ステップＳ１９でカウントが開始されてからの経過時間が規定期間Ｔｊ経過しているか否かで判定する。

ステップＳ４３において規定期間Ｔｊの終了タイミングでないと判定した場合には、ステップＳ２２に進む。一方、ステップＳ４３において規定期間Ｔｊの終了タイミングであると判定した場合には、ステップＳ４４に進み、８極指令振幅Ｉ８＊の漸増速度を変更する。また、４極指令振幅Ｉ４＊の漸減速度を変更する。

ステップＳ４５では、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであるか否かを判定する。この処理は、図１４のステップＳ３２の処理と同様の処理である。ステップＳ４５において肯定判定した場合には、ステップＳ２３に進む。

以上説明した本実施形態によれば、第２実施形態の効果に準じた効果を奏することができる。

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、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。第１実施形態では、図１８に第１切替点Ａ１にて示すように、４極に対応するモータ１０のトルクがその最大値とされる場合に取り得る機械角周波数ωｒの範囲で極数を切り替えた。本実施形態では、第１切替点Ａ１に加え、４極に対応するモータ１０のトルクがその最大値未満とされる場合に取り得る機械角周波数ωｒの範囲における第２〜第４切替点Ａ２〜Ａ４で極数が切替可能とされている。

図１９〜図２１を用いて、第２〜第４切替点Ａ２〜Ａ４で８極から４極に切り替える場合について説明する。

図１９に、第２切替点Ａ２で切り替える場合における電流振幅の推移を示す。

図１９に示す例は、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値である電流余裕値が４極の切替後初期値Ｉ４ｆよりも小さい場合である。指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣの開始タイミングｔ１において、４極指令振幅Ｉ４＊を、電流余裕値と同じ値の立ち上げ電流値ａだけステップ状に増加させ、その後極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ２まで４極指令振幅Ｉ４＊を徐々に増加させる。指令値算出部３１は、この終了タイミングｔ２において、４極指令振幅Ｉ４＊をｂから４極の切替後初期値Ｉ４ｆまでステップ状に増加させる。ｂは、図１３に示したように、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎとなる場合の４極指令振幅Ｉ４＊であり、以降、４極の基準値ｂｏｐｔと称すこととする。

一方、指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣにおいて８極指令振幅Ｉ８＊を８極の切替前初期値Ｉ８ｆからｃに向かって徐々に減少させ、時刻ｔ２において８極指令振幅Ｉ８＊を０に向かってステップ状に減少させる。ｃは、図１３に示したように、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎとなる場合の８極指令振幅Ｉ８＊であり、以降、８極の基準値ｃｏｐｔと称すこととする。

図２０に、第３切替点Ａ３で切り替える場合における電流振幅の推移を示す。

図２０に示す例は、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値である電流余裕値が４極の切替後初期値Ｉ４ｆと同じ値の場合である。指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣの開始タイミングｔ１において、４極指令振幅Ｉ４＊を、４極の切替後初期値Ｉ４ｆと同じ値である立ち上げ電流値ａだけステップ状に増加させ、その後極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ２まで４極指令振幅Ｉ４＊を４極の切替後初期値Ｉ４ｆに維持する。一方、指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣにおいて８極指令振幅Ｉ８＊を８極の切替前初期値Ｉ８ｆから０に向かって徐々に減少させる。図２０に示す例では、ｂ＝Ｉ４ｆ、ｃ＝０となる。極数切替期間ＴＣにおいて４極指令振幅Ｉ４＊が一定値に維持されることにより、極数切替期間ＴＣにおけるモータ１０のトルク変動を抑制できる。

図２１に、第４切替点Ａ４で切り替える場合における電流振幅の推移を示す。

図２１に示す例は、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値である電流余裕値が４極の切替後初期値Ｉ４ｆよりも大きい場合である。指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣの開始タイミングｔ１において、４極指令振幅Ｉ４＊を、４極の切替後初期値Ｉ４ｆと同じ値である立ち上げ電流値ａだけステップ状に増加させ、その後極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ２まで４極指令振幅Ｉ４＊を４極の切替後初期値Ｉ４ｆに維持する。一方、指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣにおいて８極指令振幅Ｉ８＊を８極の切替前初期値Ｉ８ｆから０に向かって徐々に減少させる。図２１に示す例では、ｂ＝Ｉ４ｆ、ｃ＝０となる。

図２２に、本実施形態に係る極数切替処理の手順を示す。この処理は、指令値算出部３１により、例えば所定の制御周期前に繰り返し実行される。なお、図２２において、先の図１４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いる。

ステップＳ１０において第１フラグＦ１が０であると判定した場合には、ステップＳ５０に進み、第３フラグＦ３が０であるか否かを判定する。第３フラグＦ３は、その値が１にされることにより、８極から４極への切り替えが指示されて、かつ、後述するステップＳ５２で否定判定されたことを示し、その値が０にされることにより、８極から４極への切り替えが指示されて、かつ、ステップＳ５２で肯定判定されたことを示す。本実施形態において、第３フラグＦ３の初期値は０とされている。

ステップＳ５０において第３フラグＦ３が０であると判定した場合には、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１において第２フラグＦ２が０であると判定した場合には、ステップＳ５１に進み、第４フラグＦ４が０であるか否かを判定する。第４フラグＦ４は、その値が１にされることにより、４極から８極への切り替えが指示されて、かつ、後述するステップＳ５９で否定判定されたことを示し、その値が０にされることにより、４極から８極への切り替えが指示されて、かつ、ステップＳ５９で肯定判定されたことを示す。本実施形態において、第４フラグＦ４の初期値は０とされている。

ステップＳ５１において第４フラグＦ４が０であると判定した場合には、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２において肯定判定した場合には、ステップＳ５２に進む。ステップＳ５２では、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値である電流余裕値が、４極の切替後初期値Ｉ４ｆ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ５２において否定判定した場合には、ステップＳ１３を経由してステップＳ５３に進む。ステップＳ５３では、立ち上げ電流値ａをステップＳ５２で算出した電流余裕値とし、ｂ＝ｂｏｐｔ、ｃ＝ｃｏｐｔとする。

ステップＳ５３の処理が完了した場合、又はステップＳ１０において第１フラグＦ１が１であると判定した場合には、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ５２において肯定判定した場合には、ステップＳ５４に進み、第３フラグＦ３を１にする。また、８極から４極への切り替えが指示されてからの経過時間のカウントを開始する。

ステップＳ５５では、立ち上げ電流値ａ及びｂを４極の切替後初期値Ｉ４ｆとし、ｃ＝０とする。

ステップＳ５５の処理が完了した場合、又はステップＳ５０において第３フラグＦ３が１であると判定した場合には、ステップＳ５６に進む。ステップＳ５６では、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであるか否かを判定する。ステップＳ５６の処理は、ステップＳ３０の処理と同様な手法により実施されればよい。

ステップＳ５６において否定判定した場合には、ステップＳ５７に進み、４極指令振幅Ｉ４＊を４極の切替後初期値Ｉ４ｆに維持し、８極指令振幅Ｉ８＊を漸減させる。一方、ステップＳ５６において肯定判定した場合には、ステップＳ５８に進み、第３フラグＦ３を０にし、カウントした経過時間を０にリセットする。

ステップＳ１２において否定判定し、ステップＳ１８において肯定判定した場合には、ステップＳ５９に進み、制限電流値Ｉｍａｘから４極の切替前初期値Ｉ４ｆを差し引いた値である電流余裕値が、８極の切替後初期値Ｉ８ｆ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ５９において否定判定した場合には、ステップＳ１９を経由してステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では、立ち上げ電流値ａをステップＳ５９で算出した電流余裕値とし、ｂ＝ｂｏｐｔ、ｃ＝ｃｏｐｔとする。

ステップＳ６０の処理が完了した場合、又はステップＳ１１において第２フラグＦ２が１であると判定した場合には、ステップＳ３２に進む。

ステップＳ５９において肯定判定した場合には、ステップＳ６１に進み、第４フラグＦ４を１にする。また、４極から８極への切り替えが指示されてからの経過時間のカウントを開始する。

ステップＳ６２では、立ち上げ電流値ａ及びｂを８極の切替後初期値Ｉ８ｆとし、ｃ＝０とする。

ステップＳ６２の処理が完了した場合、又はステップＳ５１において第４フラグＦ４が１であると判定した場合には、ステップＳ６３に進む。ステップＳ６３では、極数切替期間ＴＣの終了タイミングであるか否かを判定する。ステップＳ６３の処理は、ステップＳ３２の処理と同様な手法により実施されればよい。

ステップＳ６３において否定判定した場合には、ステップＳ６４に進み、８極指令振幅Ｉ８＊を８極の切替後初期値Ｉ８ｆに維持し、４極指令振幅Ｉ４＊を漸減させる。一方、ステップＳ６３において肯定判定した場合には、ステップＳ６５に進み、第４フラグＦ４を０にし、カウントした経過時間を０にリセットする。

以上説明した本実施形態によれば、極数を切り替える動作点に応じて、極数切替期間ＴＣにおける切替前指令振幅及び切替後指令振幅を適正に算出できる。

＜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。

・切替後指令振幅の増加態様としては、極数切替期間ＴＣの開始タイミングに切替後指令振幅をステップ状に増加させるものに限らない。以下、図２３〜図２５を用いて、８極から４極を切り替える場合を例にして説明する。図２３〜図２５に示す例では、極数切替期間ＴＣにおいて、合計指令振幅が制限電流値Ｉｍａｘ以下とされている。

図２３に示すように、指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣの開始タイミングｔ１から時刻ｔ２までの期間において４極指令振幅Ｉ４＊を直線状に増加させる。時刻ｔ２における４極指令振幅Ｉ４＊は、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値とされている。指令値算出部３１は、時刻ｔ２から極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ３までの期間において、ｔ１〜ｔ２の期間における４極指令振幅Ｉ４＊の増加速度よりも低い増加速度で４極指令振幅Ｉ４＊を直線的に増加させる。ここで、第１期間に相当するｔ１〜ｔ２の期間は、第２期間に相当するｔ２〜ｔ３の期間よりも短くされている。ｔ１〜ｔ２の期間における４極指令振幅Ｉ４＊の増加速度がｔ２〜ｔ３の期間における４極指令振幅Ｉ４＊の増加速度よりも高くされていることにより、４極指令振幅Ｉ４＊を時刻ｔ２において「Ｉｍａｘ−Ｉ８ｆ」まで適正に増加させることができる。また、ｔ１〜ｔ２の期間がｔ２〜ｔ３の期間よりも短くされていることにより、４極の２次磁束φ４ｒを迅速に増加させることができる。その結果、図２３に示す例によっても、極数切替期間ＴＣにおけるモータ１０のトルク低下を抑制することはできる。

図２４に示す例は、図２３に示した例のうち、ｔ２〜ｔ３の期間における４極指令振幅Ｉ４＊の増加態様及び８極指令振幅Ｉ８＊の減少態様が異なっている。詳しくは、ｔ２〜ｔ３の期間において、４極指令振幅Ｉ４＊の増加速度を徐々に低下させ、８極指令振幅Ｉ８＊の減少速度を徐々に低下させている。

図２５に示す例は、図２３に示した例のうち、ｔ１〜ｔ２の期間における４極指令振幅Ｉ４＊の増加態様及び８極指令振幅Ｉ８＊の減少態様が異なっている。詳しくは、ｔ１〜ｔ２の期間において、４極指令振幅Ｉ４＊の増加速度を徐々に低下させ、８極指令振幅Ｉ８＊の減少速度を徐々に低下させている。

・第２実施形態において、極数切替期間ＴＣの開始タイミングで切替後指令振幅をステップ状に増加させることは必須ではない。以下、図２６を用いて、８極から４極を切り替える場合を例にして説明する。

図２６に示す例では、指令値算出部３１は、極数切替期間ＴＣの開始タイミングｔ１から時刻ｔ２までの期間において４極指令振幅Ｉ４＊を直線状に増加させる。時刻ｔ２における４極指令振幅Ｉ４＊は、第２実施形態で説明した立ち上げ電流値ａである。指令値算出部３１は、時刻ｔ２から極数切替期間ＴＣの終了タイミングｔ３までの期間において、ｔ１〜ｔ２の期間における４極指令振幅Ｉ４＊の増加速度よりも低い増加速度で４極指令振幅Ｉ４＊を直線状に増加させる。ここで、ｔ１〜ｔ２の期間は、ｔ２〜ｔ３の期間よりも短くされている。

・第２実施形態において、極数切替期間ＴＣの終了タイミングで切替後指令振幅をステップ状に増加させることは必須ではない。以下、図２７を用いて、８極から４極を切り替える場合を例にして説明する。

極数切替期間ＴＣのうち、その期間の開始タイミングｔ１〜ｔ２の期間を第１期間とし、ｔ２〜ｔ３の期間を第２期間とし、ｔ３〜ｔ４の期間を第３期間とする。第１，第２期間は、第２期間よりも短い。指令値算出部３１は、第１期間及び第３期間それぞれにおける４極指令振幅Ｉ４＊の増加速度の最小値を、第２期間における４極指令振幅Ｉ４＊の増加速度の最大値よりも高くする。ここで、時刻ｔ３は、合計トルクＴｒｔが最小トルクＴｍｉｎになると判定されるタイミングとすればよい。

・第１実施形態の図５（ａ）において、時刻ｔ１において４極指令振幅Ｉ４＊をステップ状に増加させる量が、制限電流値Ｉｍａｘから８極の切替前初期値Ｉ８ｆを差し引いた値未満とされていてもよい。

・切替後指令振幅の増加開始タイミングと切替前指令振幅の減少開始タイミングとが異なっていてもよい。例えば、切替前指令振幅の減少開始タイミングが、切替後指令振幅の増加開始タイミングよりも後のタイミングであってもよい。

・極数切替期間ＴＣにおいて、切替前電流振幅及び切替後電流振幅の合計値が制限電流値Ｉｍａｘを超えないように制御する制御量は、電流に限らず、例えば、ステータ巻線の印加電圧又はモータのトルクであってもよい。

・モータとしては、４相以上のものが用いられてもよい。また、ステータ巻線は、３組以上ステータに設けられていてもよい。

・Ａを２以上の偶数とする場合、モータの切り替え可能は極数の組は、Ａ極及び「ｎ×Ａ」極の組であればよい。このため、極数の組としては、４極及び８極の組に限らず、例えばｎ＝２の場合において、２極及び４極の組、又は８極及び１６極の組であってもよい。

・モータの切り替え可能な極数としては、２つに限らず、３つ以上であってもよい。例えば、４極、８極及び１６極のいずれかに切り替え可能なモータの場合、４極及び８極のうち一方から他方への切替時と、８極及び１６極のうち一方から他方への切替時とにおいて、上述した極数切替処理を適用できる。

・モータとしては、車載主機として用いられるものに限らず、例えば車載補機として用いられるものであってもよい。また、モータ及びインバータが備えられるシステムとしては、車両に搭載されるものに限らない。

１０…モータ、２０…インバータ、３０…制御装置。

Claims (10)

1. 極数を切替可能な電動機（１０）と、前記電動機のステータ巻線（１２Ａ〜１２Ｆ）に電気的に接続されたインバータ（２０）と、を備えるシステムに適用される極数切替電動機の制御装置（３０）において、
   前記ステータ巻線に流れる電流ベクトルの大きさを電流振幅とする場合、切替前極数での駆動指示があるとき、前記切替前極数に対応する前記電流振幅である切替前電流振幅を制御すべく前記インバータを操作し、切替後極数での駆動指示があるとき、前記切替後極数に対応する前記電流振幅である切替後電流振幅を制御すべく前記インバータを操作する基本操作部と、
   前記切替前極数から前記切替後極数への切り替えが指示される場合、極数切替期間（ＴＣ）において、前記切替前電流振幅を減少させてかつ前記切替後電流振幅を増加させるべく前記インバータを操作する切替操作部と、を備え、
   前記切替操作部は、前記極数切替期間において、前記切替前電流振幅及び前記切替後電流振幅の合計値が制限電流値（Ｉｍａｘ）を超えないように前記インバータを操作する極数切替電動機の制御装置。
2. 前記切替前電流振幅の指令値を切替前指令振幅とし、前記切替後電流振幅の指令値を切替後指令振幅とする場合、前記基本操作部は、前記切替前極数での駆動指示があるとき、前記切替前電流振幅を前記切替前指令振幅に制御すべく前記インバータを操作し、前記切替後極数での駆動指示があるとき、前記切替後電流振幅を前記切替後指令振幅に制御すべく前記インバータを操作し、
   前記極数切替期間の終了タイミングにおける前記切替後指令振幅を切替後初期値とする場合、前記切替操作部は、前記切替後指令振幅を前記切替後初期値に向かって増加させ、かつ、前記切替前指令振幅を０に向かって減少させ、
   前記極数切替期間のうち、その期間の開始タイミングから始まる最初の期間を第１期間とし、前記第１期間に続く残りの期間であってかつ前記第１期間よりも長い期間を第２期間とする場合、前記切替操作部は、前記第１期間における前記切替後指令振幅の増加速度の最大値を、前記第２期間のうち前記極数切替期間の終了タイミングを含まない期間における前記切替後指令振幅の増加速度の最大値よりも高くする請求項１に記載の極数切替電動機の制御装置。
3. 前記切替操作部は、前記極数切替期間の開始タイミングにおいて前記切替後指令振幅をステップ状に増加させた後、前記極数切替期間の終了タイミングにおいて前記切替後指令振幅が前記切替後初期値となるように前記切替後指令振幅を漸増させる請求項２に記載の極数切替電動機の制御装置。
4. 前記切替操作部は、前記極数切替期間において、前記切替後極数に対応する前記電動機の２次時定数の応答性以上の応答性で前記切替後指令振幅を増加させる請求項２又は３に記載の極数切替電動機の制御装置。
5. 前記極数切替期間の開始タイミングにおける前記切替前指令振幅を切替前初期値とする場合、前記切替操作部は、前記極数切替期間の開始タイミングにおける前記切替前指令振幅である切替前初期値を前記制限電流値から差し引いた値である電流余裕値が前記切替後初期値よりも小さい場合、前記極数切替期間の開始タイミングにおいて前記切替後指令振幅をステップ状に増加させた後に前記切替後指令振幅を漸増させ、前記極数切替期間の終了タイミングにおいて前記切替後指令振幅を前記切替後初期値に向かってステップ状に増加させる請求項２に記載の極数切替電動機の制御装置。
6. 前記切替前初期値及び前記切替後初期値の加算値を一定にするとの条件を課して前記切替前指令振幅及び前記切替後指令振幅の取り得る組み合わせを変化させた場合において、前記切替前極数に対応する前記電動機のトルク及び前記切替後極数に対応する前記電動機のトルクの合計値（Ｔｒｔ）が取り得る最小値を最小トルク（Ｔｍｉｎ）とするとき、前記切替操作部は、前記電動機のトルクが前記最小トルクになるタイミングを前記極数切替期間の終了タイミングとして判定し、判定したタイミングにおいて前記切替後指令振幅を前記切替後初期値に向かってステップ状に増加させる請求項５に記載の極数切替電動機の制御装置。
7. 前記切替操作部は、前記電流余裕値が前記切替後初期値よりも小さい場合、前記極数切替期間の終了タイミングにおいて前記切替前指令振幅を０に向かってステップ状に減少させる請求項５又は６に記載の極数切替電動機の制御装置。
8. 前記切替操作部は、前記電流余裕値が前記切替後初期値以上である場合、前記極数切替期間の開始タイミングにおいて前記切替後指令振幅を前記切替後初期値に向かってステップ状態に増加させ、その後前記極数切替期間の終了タイミングまで前記切替後指令振幅を前記切替後初期値に維持する請求項５〜７のいずれか１項に記載の極数切替電動機の制御装置。
9. 前記切替操作部は、前記極数切替期間の開始タイミングにおける前記切替後指令振幅の増加量を、前記極数切替期間の開始タイミングにおける前記切替前指令振幅である切替前初期値を前記制限電流値から差し引いた値にする請求項３〜７のいずれか１項に記載の極数切替電動機の制御装置。
10. 前記切替前電流振幅の指令値を切替前指令振幅とし、前記切替後電流振幅の指令値を切替後指令振幅とする場合、前記基本操作部は、前記切替前極数での駆動指示があるとき、前記切替前電流振幅を前記切替前指令振幅に制御すべく前記インバータを操作し、前記切替後極数での駆動指示があるとき、前記切替後電流振幅を前記切替後指令振幅に制御すべく前記インバータを操作し、
    前記極数切替期間の終了タイミングにおける前記切替後指令振幅を切替後初期値とする場合、前記切替操作部は、前記切替後指令振幅を前記切替後初期値に向かって増加させ、かつ、前記切替前指令振幅を０に向かって減少させ、
    前記極数切替期間のうち、その期間の開始タイミングから始まる最初の期間を第１期間とし、前記第１期間に続く期間であってかつ前記第１期間よりも長い期間を第２期間とし、前記第２期間に続く残りの期間であってかつ前記第２期間よりも短い期間を第３期間とする場合、前記切替操作部は、前記第１期間及び前記第３期間それぞれにおける前記切替後指令振幅の増加速度の最小値を、前記第２期間における前記切替後指令振幅の増加速度の最大値よりも高くする請求項１に記載の極数切替電動機の制御装置。

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