JP4879657B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の永久磁石界磁型の回転電動機の作動を制御する電動機の制御装置に関する。
従来より、永久磁石界磁型の回転電動機の回転軸の周囲に同心円状に設けた第１ロータ及び第２ロータを備えて、回転速度に応じて第１ロータと第２ロータの位相差を変更することにより、誘起電圧定数を変更して界磁制御を行うようにした電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
かかる従来の電動機においては、第１ロータと第２ロータが、遠心力の作用により径方向に沿って変位する部材を介して接続されている。また、電動機が停止状態にあるときに、第１ロータに配置された永久磁石の磁極と第２ロータに配置された永久磁石の磁極の向きが同一となって界磁の磁束が最大（電動機の誘起電圧定数が最大）となり、電動機の回転速度が高くなるに従って遠心力により第１ロータと第２ロータの位相差が拡大して、界磁の磁束が減少（電動機の誘起電圧定数が減少）するように構成されている。
ここで、図１６は縦軸を出力トルクＴrとし横軸を回転数Ｎとして、電動機の界磁弱めが必要となる領域を示したものであり、図中ｕは電動機の直交ライン（界磁弱め制御を行わずに電動機を作動させたときに、回転数と出力トルクの組合わせにより電動機の相電圧が電源電圧と等しくなる点を結んだもの）である。図中Ｘは界磁弱めが不要な領域であり、Ｙは界磁弱めが必要な領域である。
図１６に示したように、界磁弱めが必要となる領域Ｙは電動機の回転数Ｎと出力トルクＴrにより決定されるため、従来の回転数のみによる界磁弱め制御では、電動機の誘起電圧定数の変更が、必要な界磁弱めの制御量に対して過大又は過小なものになるという不都合があった。
特開２００２−２０４５４１号公報
上述した回転数に応じて第１ロータと第２ロータとの位相差を変更する電動機によれば、電動機の回転数の変化に応じて電動機の作動条件を変更することができる。しかし、例えば、前輪と後輪を別個の電動機により駆動させるハイブリッド自動車のように、複数の電動機を協働して動作させるシステムにおいては、各電動機で生じる損失や温度等の作動状態の違いを考慮して、各電動機の作動条件を変更することが要求される。
そして、各電動機の作動条件を各電動機の回転数に応じて個別に設定する場合には、このように、各電動機間の損失や温度等の作動状態の違いを考慮して、各電動機の作動条件を変更することができない。
そこで、本発明は、各電動機間の損失や温度等の作動状態の違いを考慮して、各電動機の作動条件を変更し、これにより複数の電動機を作動させる際の総損失を減少させることができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、複数の永久磁石型の回転電動機を駆動するための複数の駆動回路と、該駆動回路に直流電力を供給する直流電源と、該直流電源の出力電圧を変更する出力電圧変更手段と、前記駆動回路における損失と前記駆動回路により駆動される電動機の損失とのうちの少なくともいずれか一方に基いて、前記電動機を駆動する際に生じる損失の推定値を前記各電動機毎に求める電動機損失推定手段と、前記複数の駆動回路により前記複数の電動機を駆動するときに、損失の推定値が最大となる電動機に対して、前記出力電圧変更手段により該電動機を駆動する前記駆動回路に供給される直流電力の電圧を変更する供給電圧変更処理を実行して、該電動機の各相の電機子の端子間電圧の合成ベクトルである相電圧と前記直流電源の出力電圧に応じて設定される第１の目標電圧との差を減少させる電圧差減少制御手段とを備え、前記直流電源は蓄電池であり、前記電動機のうちの少なくとも１台は発電機としても動作して、他の電動機の駆動回路に電力供給すると共に、前記出力電圧変更手段を介して前記蓄電池に充電電流を供給し、前記電圧差減少制御手段は、前記損失が最大となる電動機が、発電機として動作中の電動機以外の電動機であって、前記出力電圧変更手段の入出力電流が所定レベル以下であるときは、前記供給電圧変更処理の実行を禁止して、前記発電機として動作中の電動機による該損失が最大となる電動機の駆動回路への供給電圧に応じて設定される第２の目標電圧と、該損失が最大となる電動機の相電圧との差が減少するように、該発電機として動作中の電動機の出力電力を制御することを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記電動機損失推定手段により、前記複数の電動機を駆動する際に生じる損失の推定値が前記各電動機毎に求められる。そして、前記電圧差減少制御手段により、損失の推定値が最大となる電動機に対して、前記供給電圧変更処理が実行されて、該電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差を減少させる制御が実行される。このように、損失の推定値が最大となる電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差を減少させることにより、該電動機に生じる銅損及び鉄損と該電動機を駆動する前記駆動回路における電力損失を低減させことができる。そのため、損失が最大となっている電動機の損失を減少させて、前記複数の電動機を駆動する際の総損失を減少させることができる。
さらに、本発明によれば、前記出力電圧変更手段の入出力電流が所定レベル以下であって、前記駆動回路に供給される直流電力の大部分が発電機として動作中の電動機による発電電力に依る場合に、前記電圧差減少制御手段は、損失の推定値が最大となる電動機の各相の電機子の相電圧と、前記第２の目標電圧との差が減少するように、該発電機として動作中の電動機の出力電圧を制御する。これにより、損失の推定値が最大であった電動機の損失を低減することができる。
また、前記電圧差減少制御手段は、損失の推定値が最大となる電動機に対して、該電動機の電機子に生じる誘起電圧と逆符号の電圧を生じさせる界磁弱め電流の通電量を変更する界磁弱め電流変更処理を実行して、該電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差を減少させることを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記電圧差減少制御手段により前記界磁弱め電流変更処理を実行することによって、前記損失の推定値が最大となっている電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差をさらに減少させて、該電動機の損失を一層減少させることができる。
また、前記電動機のうちの少なくとも１台は、永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した２重ロータ型の電動機であり、前記電圧差減少制御手段は、損失の推定値が最大となる電動機が２重ロータ型の電動機であるときに、該２重ロータ型の電動機の前記第１ロータと前記第２ロータとの位相差であるロータ位相差を変更するロータ位相差変更処理を実行して、該２重ロータ型の電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差を減少させることを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記電圧差減少制御手段は、前記ロータ位相差を変更して前記電動機の誘起電圧定数を変更することにより、前記電動機の各相の電機子に生じる誘起電圧を変更して、前記電動機の相電圧を変更することができる。これにより、前記損失の推定値が最大となっている電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差をさらに減少させて、該電動機の損失を一層減少させることができる。
また、前記各電動機の温度を検知する電動機温度検知手段を備え、前記電圧差減少制御手段は、前記損失が最大となる電動機の温度よりも温度が高い電動機があるときには、該損失が最大となる電動機に対する前記供給電圧変更処理の実行を禁止して、該温度が高い電動機に対して前記供給電圧変更処理を実行し、該温度が高い電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差を減少させることを特徴とする。
かかる本発明によれば、損失の推定値が最大となる電動機の温度よりも温度が高い電動機があるときに、前記電圧差減少制御手段は、損失が推定値が最大となる電動機ではなく、温度が高い電動機に対して前記供給電圧処理を実行し、該温度が高い電動機の相電圧と該温度が高い電動機の駆動回路の供給される直流電力の電圧との差を減少させる。これにより、温度が高い電動機の損失を減少させて発熱量を低減し、発熱による性能の低下が生じることを抑制することができる。
また、前記電動機を２相交流の固定座標系又は前記第１ロータの位置に基づく２相直流の回転座標系による等価回路に変換して扱い、前記電動機の電機子の端子間電圧の該等価回路における変換値の合成ベクトルの大きさを、前記電動機の端子間電圧の合成ベクトルの大きさとして算出する手段を備えたことを特徴とする。
かかる本発明によれば、前記等価回路における前記電動機の電機子の端子間電圧の変換値の合成ベクトルの大きさを算出することで、前記電動機の電機子の端子間電圧を容易に算出することができる。
本発明の実施の形態について、図１〜図１５を参照して説明する。図１は本発明の電動機の制御装置の全体構成図、図２は図１に示した２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータの構成図、図３及び図４は外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図、図５は図１に示した第１電動機制御部を中心とした構成図、図６は図１に示した第２電動機制御部を中心とした構成図、図７はｄｑ座標系における電圧ベクトル図、図８は誘起電圧定数からロータ位相差を決定するマップの説明図、図９は電動機の各相の電機子の端子間電圧の合成ベクトルを目標電圧円に近づける処理のフローチャート、図１０は界磁弱め及び電源電圧の上昇による効果の説明図、図１１は界磁強め及び電源電圧の低下による効果の説明図、図１２はトルク応答判定部によるフラグ設定処理のフローチャート、図１３は電動機の損失の推定値の算出処理の説明図、図１４は電動機の温度保護係数の算出処理の説明図、図１５は作動条件決定部によるフラグ設定処理のフローチャートである。
図１を参照して、本実施の形態の電動機の制御装置（以下、電動機制御装置という）は、２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータである第１電動機１ａと第２電動機１ｂの作動を制御するものであり、エンジン１８０を備えたハイブリッド車両に搭載される。第１電動機１ａは、変速機を含む動力分配器１８１を介してエンジン１８０と接続され、エンジン１８０と協働して前輪１８２を駆動する。第２電動機１ｂは、変速機を含むクラッチ１８４を介して後輪１８３を駆動する。
第１電動機１ａと第２電動機１ｂは、永久磁石型の複数の界磁を有する内側ロータ１１と外側ロータ１２を有し、第１電動機１ａはアクチュエータ２５ａにより、また、第２電動機１ｂはアクチュエータ２５ｂにより、それぞれ内側ロータ１１と外側ロータ１２間の位相差が変更される。内側ロータ１１と外側ロータ１２間の位相差を変更することで、第１電動機１ａと第２電動機１ｂの誘起電圧定数を変更することができる。第１電動機１ａと第２電動機１ｂの構成の詳細は後述する。
また、第１電動機１ａはインバータ６２ａ（本発明の駆動回路に相当する）と接続されて３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流駆動電圧が供給され、同様に、第２電動機１ｂはインバータ６２ｂ（本発明の駆動回路に相当する）と接続されて３相の交流駆動電圧が供給される。インバータ６２ａ及びインバータ６２ｂは双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ１５１（本発明の出力電圧変更手段に相当する）と接続され、バッテリ１５０（本発明の直流電源及び蓄電池に相当する）の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１５１により昇圧／降圧されて、インバータ６２ａ及びインバータ６２ｂに供給される。
また、第１電動機１ａ及び第２電動機１ｂは発電機としても動作し、車両減速時に生じる回生電力及びエンジン１８０による回転駆動により生じる電力が、インバータ６２ａ，６２ｂとＤＣ／ＤＣコンバータ１５１を介してバッテリ１５０に供給されて、バッテリ１５０が充電される。なお、第１電動機１ａが発電機として動作中であるときに、第２電動機１ｂを動作させるときには、第１電動機１ａによる発電電力がインバータ６２ａを介してインバータ６２ｂに供給される。
次に、電動機制御装置は、運転者の操作や車両の運転状況に応じて決定される第１電動機１ａの目標トルクＴr1が出力されるように、第１電動機１ａの通電量を制御する第１電動機制御部１７０ａと、運転者の操作や車両の運転状況に応じて決定される第２電動機１ｂの目標トルクＴr2が出力されるように、第２電動機１ｂの通電量を制御する第２電動機制御部１７０ｂと、第１電動機１ａと第２電動機１ｂの総損失を減少させるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧を制御する直流電圧制御部１６０とを備えている。
第１電動機制御部１７０ａと第２電動機制御部１７０ｂは、それぞれ第１電動機１ａと第２電動機１ｂを、界磁方向をｄ軸としてｄ軸と直交する方向をｑ軸とした２相直流の回転座標系による等価回路に変換して扱う。
そして、第１電動機制御部１７０ａは、第１電動機１ａの通電量を変更するためのロータ角度の指令値θ1と電圧の大きさの指令値Ｖ1をインバータ６２ａに出力し、２重ロータ間の位相差の指令値θd1_cをアクチュエータ２５ａに出力する。また、第１電動機制御部１７０ａは、第１電動機１ａの損失を減少させるためのＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc1と、第１電動機１ａのｄ軸側の電機子（以下、ｄ軸電機子という）のインダクタンスＬd1及びｑ軸側の電機子（以下、ｑ軸電機子という）のインダクタンスＬq1と、ｄ軸電機子に流れる電流（以下、ｄ軸電流という）の検出値Ｉd1及びｑ軸電機子に流れる電流（以下、ｑ軸電流という）の検出値Ｉq1と、誘起電圧定数Ｋe1と、ｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗Ｒ1とを、直流電圧制御部１６０に出力する。
同様に、第２電動機制御部１７０ｂは、第２電動機１ｂの通電量を変更するためのロータ角度の指令値θ2と電圧の大きさの指令値Ｖ2をインバータ６２ｂに出力し、２重ロータ間の位相差の指令値θd2_cをアクチュエータ２５ｂに出力する。また、第２電動機制御部１７０ｂは、第２電動機１ｂの損失を減少させるためのＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc2と、第２電動機１ｂのｄ軸電機子のインダクタンスＬd2及びｑ軸電機子のインダクタンスＬq2と、ｄ軸電流の検出値Ｉd2及びｑ軸電流の検出値Ｉq2と、誘起電圧定数Ｋe2と、ｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗Ｒ2とを、直流電圧制御部１６０に出力する。
直流電圧制御部１６０は、第１電動機１ａに生じる損失の推定値Ｐ1と温度保護係数Ｋ1を算出する第１電動機作動状態算出部１６１と、第２電動機１ｂに生じる損失の推定値Ｐ2と温度保護係数Ｋ2を算出する第２電動機作動状態算出部１６２と、第１電動機１ａの損失Ｐ1及び温度保護係数Ｋ1と第２電動機１ｂの損失Ｐ2及び温度保護係数Ｋ2に基いて、第１電動機１ａの作動条件を設定するためのフラグＦ21及びＦ41と、第２電動機１ｂの作動条件を設定するためのフラグＦ22及びＦ42をＯＮ／ＯＦＦすると共に、Ｖdc1とＶdc2のいずれかをＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cに決定する作動条件決定部１６３とを備えている。
また、電流センサ１５２によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の入出力電流の検出値Ｉdc_sと、電圧センサ１５３によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の検出値Ｖdc_sとが、直流電圧制御部１６０に入力される。
なお、作動条件決定部１６３と、第１電動機制御部１７０ａと、第２電動機制御部１７０ｂとにより、本発明の電圧差減少制御手段が構成される。また、第１電動機作動状態算出部１６１により第１電動機１ａの損失の推定値Ｐ1を算出する構成と、第２電動機作動状態算出部１６２により第２電動機１ｂの損失の推定値Ｐ2を算出する構成が、本発明の電動機損失推定手段に相当する。また、第１電動機作動状態算出部１６１により第１電動機１ａの温度保護係数Ｋ1を算出する構成と、第２電動機作動状態算出部１６２により第２電動機１ｂの温度保護係数Ｋ2を算出する構成が、本発明の電動機温度検知手段に相当する。
次に、図２〜図４を参照して、第１電動機１ａ及び第２電動機１ｂの構成について説明する。第１電動機１ａと第２電動機１ｂの構成は同様であるため、ここでは電動機１として説明する。図２に示したように、電動機１は、永久磁石１１ａ，１１ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された内側ロータ１１と、永久磁石１２ａ，１２ｂの界磁が周方向に沿って等間隔に配置された外側ロータ１２と、内側ロータ１１及び外側ロータ１３に対する回転磁界を発生させるための電機子１０ａを有するステータ１０とを備えたＤＣブラシレスモータである。なお、内側ロータ１１と外側ロータ１２のうちの一方が本発明の第１ロータに相当し、他方が本発明の第２ロータに相当する。
内側ロータ１１と外側ロータ１２は、共に回転軸が電動機１の回転軸２と同軸となるように同心円状に配置されている。そして、内側ロータ１１においては、Ｎ極を回転軸２側とする永久磁石１１ａとＳ極を回転軸２側とする永久磁石１１ｂが交互に配置されている。同様に、外側ロータ１２においても、Ｎ極を回転軸２側とする永久磁石１２ａとＳ極を回転軸２側とする永久磁石１２ｂが交互に配置されている。
そして、電動機１は、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差であるロータ位相差を変更するために、遊星歯車機構等の相対回転機構（図示しない）を備えており、該相対回転機構をアクチュエータ２５ａ，２５ｂ（図１参照）により作動させることによって、ロータ位相差を変更することができる。なお、アクチュエータ２５ａ，２５ｂとしては、例えば電動機や油圧によるものを用いることができる。
また、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差は、少なくとも電気角で１８０度の範囲で進角側又は遅角側に変更可能に構成され、電動機１の状態は、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが同極同士を対向して配置された界磁弱め状態と、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂと内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂが異極同士を対向して配置された界磁強め状態との間で、適宜設定可能となっている。
図３（ａ）は界磁強め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが同一であるため、合成された磁束Ｑ３が大きくなる。一方、図３（ｂ）は界磁弱め状態を示しており、外側ロータ１２の永久磁石１２ａ，１２ｂの磁束Ｑ２と内側ロータ１１の永久磁石１１ａ，１１ｂの磁束Ｑ１の向きが逆であるため、合成された磁束Ｑ３が小さくなる。
図４は、図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態において、電動機１を所定回転数で作動させた場合にステータ１０の電機子に生じる誘起電圧を比較したグラフであり、縦軸が誘起電圧（Ｖ）に設定され、横軸が電気角（度）に設定されている。図中ａが図３（ａ）の状態（界磁強め状態）であり、ｂが図３（ｂ）の状態（界磁弱め状態）である。図４から、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更することで、生じる誘起電圧のレベルが大幅に変化していることがわかる。
そして、このように、外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差を変更して、界磁の磁束を増減させることにより、電動機１の誘起電圧定数Ｋeを変化させることができる。これにより、誘起電圧定数Ｋeが一定である場合に比べて、電動機１の出力及び回転数に対する運転可能領域を拡大することができる。また、ｄｑ座標変換により、ｄ軸（界磁軸）側の電機子に通電して界磁弱め制御を行う場合に比べて、電動機１の損失が減少するため、電動機の効率を高めることができる。
次に、図５を参照して、第１電動機制御部１７０ａの構成について説明する。第１電動機制御部１７０ａは、トルク指令値Ｔr_cと第１電動機１ａの外側ロータ１２と内側ロータ１１の位相差（以下、ロータ位相差という）の推定値θd_eとに基づいて、ｄ軸電流の指令値Ｉd_cとｑ軸電流の指令値Ｉq_cとを決定する電流指令値決定部６０、電流センサ７０，７１により検出されてバンドパスフィルタ７２により不要成分が除去された電流検出信号と、レゾルバ７３により検出された外側ロータ１２のロータ角度θrとに基づいて、３相／ｄｑ変換によりｄ軸電流の検出値Ｉd_sとｑ軸電流の検出値Ｉq_sとを算出する３相／ｄｑ変換部７５、ｄ軸電流の指令値Ｉd_cと検出値Ｉd_sの偏差ΔＩd及びｑ軸電流の指令値Ｉq_cと検出値Ｉq_sの偏差ΔＩqを減少させるように、ｄ軸電機子の端子間電圧（以下、ｄ軸電圧という）の指令値Ｖd_cとｑ軸電機子の端子間電圧（以下、ｑ軸電圧という）の指令値Ｖq_cとを決定する通電制御部５０、及びｄ軸電圧の指令値Ｖd_cとｑ軸電圧の指令値Ｖq_cを大きさＶ1と角度θの成分に変換してインバータ６２ａに出力するｒθ変換部６１を備えている。
通電制御部５０は、ｄ軸電流の指令値Ｉd_cに補正値ΔＩd_volを加算する加算器５１、該補正値ΔＩd_volが加算されたｄ軸電流の指令値Ｉd_caとｄ軸電流の検出値Ｉd_sとの偏差ΔＩdを算出する減算器５２、該偏差ΔＩdを生じさせるためのｄ軸偏差電圧ΔＶdを算出するｄ軸電流制御部５３、ｄ軸電流の指令値Ｉd_cとｑ軸電流の指令値Ｉq_cとに基づいて、ｄ軸とｑ軸間で干渉し合う速度起電力の影響を打ち消すための成分（非干渉成分）を算出する非干渉制御部５６、ｄ軸偏差電圧ΔＶdから非干渉制御部５６により算出された非干渉成分を減じる減算器５４、ｑ軸電流の指令値Ｉq_cと検出値Ｉq_sとの偏差ΔＩqを算出する減算器５５、該偏差ΔＩqを生じさせるためのｑ軸偏差電圧ΔＶqを算出するｑ軸電流制御部５７、及びｑ軸偏差電圧ΔＶqに非干渉成分を加える加算器５８を備えている。
また、第１電動機制御部１７０ａは、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_c及びｑ軸電圧の指令値Ｖq_cとｄ軸電流の検出値Ｉd_s及びｑ軸電流の検出値Ｉq_sと第１電動機１ａの角速度の検出値ω_s（図示しない角速度検出手段により検出される）とに基づいて、第１電動機１ａの誘起電圧定数Ｋeとｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗Ｒとを算出する定数算出部６３、誘起電圧定数Ｋeに基づいてロータ位相差の推定値θd_eを求めるロータ位相差推定部６４、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の検出値Ｖdc_sから後述する目標電圧円の半径Ｖp_target（本発明の第１の目標電圧に相当する）を算出する目標電圧円算出部９０、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_cとｑ軸電圧の指令値Ｖq_cから後述する実電圧円の半径Ｖp（本発明の相電圧に相当する）を算出する実電圧円算出部９２、Ｖp_targetとＶpとの偏差ΔＶpに基づいて誘起電圧定数の指令値Ｋe_cを決定する誘起電圧定数指令値決定部９３、誘起電圧定数の指令値Ｋe_cに対応したロータ位相差θd_c1を取得するロータ位相差取得部９５、該θd_c1とロータ位相差の推定値θd_eとの偏差Δθdに基づいてロータ位相差の指令値θd1_cを決定するロータ位相差指令値決定部９７を備えている。
さらに、第１電動機制御部１７０ａは、トルク指令値Ｔr_cとΔＶpとに応じて、誘起電圧定数指令値決定部９３と界磁弱め電流補正値算出部１２１の作動タイミングを決定するフラグＦ1とＦ3をＯＮ／ＯＦＦするトルク応答判定部１１０、フラグＦ21がＯＮであるときに、Ｖp_targetとＶpとの偏差ΔＶpと誘起電圧定数の指令値Ｋe_cとに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc1を決定して出力する直流電圧指令値決定部１２０、及びフラグＦ3がＯＮであるときに、該出力電圧の指令値Ｖdc1とΔＶpとに基いて界磁弱め電流の補正値ΔＩd_volを算出する界磁弱め電流補正値算出部１２１、及び備えている。
また、第１電動機制御部１７０ａは、減算器１３２により算出されるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcの検出値Ｖdc_sと、第２電動機制御部１７０ｂから出力される電源電圧の指令値Ｖdc2との偏差ΔＶs1に、ＰＩ（比例、積分）制御を施してトルク指令の補正値ΔＴ_volを算出する直流電圧ＰＩ制御部１３０と、トルク指令値Ｔr1から該補正値ΔＴ_volを減じでトルク指令値Ｔr_cを算出する減算器１３１とを備えている。
また、第１電動機制御部１７０ａは、誘起電圧定数Ｋeからｄ軸電機子のインダクタンスＬd1とｑ軸電機子のインダクタンスＬq1を決定するためのＬd，Ｌqマップ１３６を備えている。そして、第１電動機制御部１７０ａは、ｄ軸電流の検出値Ｉd_sをＩd1、ｑ軸電流の検出値Ｉq_sをＩq1、定数算出部で算出されたＲをＲ1、ＫeをＫe1、Ｌd，Ｌqマップ１３６により決定したｄ軸電機子のインダクタンスＬdをＬd1として、直流電圧制御部１６０に出力する。また、第１電動機制御部１７０ａは、直流電圧指令値決定部１２０により算出された直流電圧の指令値Ｖdc1を、第２電動機制御部１７０ｂに出力する。
次に、図６を参照して、第２電動機制御部１７０ｂの構成について説明する。第２電動機制御部１７０ｂの構成は第１電動機制御部１７０ａと同様であり、入出力されるパラメータのみが相違する。なお、図５に示した第１電動機制御部１７０ａと同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第２電動機制御部１７０ｂにおいては、ｒθ変換部６１によりｄ軸電圧の指令値Ｖd_cとｑ軸電圧の指令値Ｖq_cが大きさＶ2と角度θの成分に変換されてインバータ６２ｂに出力される。また、ロータ位相差指令値決定部９７により、第２電動機１ｂのロータ位相差の指定値θd2_cが決定されてアクチュエータ２５ｂに出力される。
また、第２電動機制御部１７０ｂにおいては、フラグＦ22がＯＮであるときに、直流電圧指令値決定部１２０により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc2が出力される。また、減算器１３２により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の検出値Ｖdc_sと第１電動機制御部１７０ａから出力された指定値Ｖdc1との偏差ΔＶs2が算出される。そして、フラグＦ42がＯＮであるときに、直流電圧ＰＩ制御部１３０により、該偏差ΔＶs2にＰＩ（比例、積分）制御を施して算出されたトルク指令の補正値ΔＴ_volが、減算器１３１で第２電動機１ｂのトルク指令値Ｔr2から減算される。
そして、第２電動機制御部１７０ｂは、ｄ軸電流の検出値Ｉd_sをＩd2、ｑ軸電流の検出値Ｉq_sをＩq2、定数算出部で算出されたＲをＲ2、ＫeをＫe2、Ｌd，Ｌqマップ１３６により決定したｄ軸電機子のインダクタンスＬdをＬd2、Ｌd，Ｌqマップ１３６により決定したｑ軸電機子のインダクタンスＬqをＬq2として、直流電圧制御部１６０に出力する。また、第２電動機制御部１７０ｂは、直流電圧指令値決定部１２０により算出された直流電圧指令値Ｖdc2を、第１電動機制御部１７０ａに出力する。
次に、図７はｄｑ座標系における電流と電圧の関係を示したものであり、縦軸がｑ軸（トルク軸）に設定され、横軸がｄ軸（界磁軸）に設定されている。図中Ｃは目標電圧円算出部９０によってその半径Ｖp_targetが算出される目標電圧円である。Ｖp_targetは例えばＶdc×０．５に設定され、或いは正弦波変調に対応したＶdc／６1/2に設定される。なお、ここでは、第１電動機１ａと第２電動機１ｂを電動機１として説明する。
図中Ｅは電動機１の回転によりｑ軸電機子に生じる逆起電力、ωは電動機１の角速度、Ｒはｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗、Ｌqはｑ軸電機子のインダクタンス、Ｌdはｄ軸電機子のインダクタンス、Ｖdはｄ軸電圧、Ｖqはｑ軸電圧、Ｉdはｄ軸電流、Ｉqはｑ軸電流である。
ここで、図７のｑ軸側の成分について、以下の式（１）の関係が成立するため、以下の式（２）から電動機１の誘起電圧定数Ｋeを算出することができる。
Figure 0004879657
但し、Ｋe：誘起電圧定数、ω：電動機の角速度、Ｒ：ｑ軸電機子及びｄ軸電機子の抵抗、Ｉq：ｑ軸電流、Ｖq：ｑ軸電機子の端子間電圧、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス、Ｉd：ｄ軸電流。
Figure 0004879657
また、図７のｄ軸側の成分について、以下の式（３）の関係が成立するため、以下の式（４）からｑ軸電機子のインダクタンスＬqを算出することができる。
Figure 0004879657
但し、Ｖd：ｄ軸電機子の端子間電圧、Ｌq：ｑ軸電機子のインダクタンス。
Figure 0004879657
そこで、第１電動機制御部１７０ａ及び第２電動機制御部１７０ｂの定数算出部６３は、ｑ軸指令電圧Ｖq_c、電機子１の角速度の検出値ω_s、ｄ軸電流の検出値Ｉd_s、及びｑ軸電流の検出値Ｉq_sを、上記式（２）のＶq、ω、Ｉd、及びＩqにそれぞれ代入して、誘起電圧定数Ｋeを算出する。また、定数算出部６３は、ｄ軸電圧の指令値Ｖd_c、電動機１の角速度の検出値ω_s、ｑ軸電流の検出値Ｉq_s、及びｄ軸電流の検出値Ｉd_sを、上記式（４）のＶd、ω、Ｉq、及びＩdにそれぞれ代入して、ｄ軸電機子及びｑ軸電機子の抵抗Ｒを算出する。なお、ｄ軸電機子のインダクタンスＬdとｑ軸電機子のインダクタンスＬqは、電動機１の誘起電圧定数Ｋeの大きさに応じて変化するため、予めメモリ（図示しない）に記憶されたＫe／Ｌd，Ｌqの対応マップにより、誘起電圧定数Ｋeに応じて設定される。
また、メモリには、図８に示したθd／Ｋeの対応マップのデータも記憶され、ロータ位相差推定部６４は、該θd／Ｋeの対応マップに誘起電圧定数Ｋeを適用して、ロータ位相差θdの推定値θd_eを取得する。
そして、電流指令値決定部６０は、予めメモリに記憶されたＴr，θd／Ｉd，Ｉqの対応マップに、トルク指令値Ｔr_cと、ロータ位相差の推定値θd_eを適用して、対応するＩd，Ｉqを取得し、該取得したＩd，Ｉqをそれぞれｄ軸電流の指令値Ｉd_c及びｑ軸電流の指令値Ｉq_cとして決定する。
次に、第１電動機制御部１７０ａと第２電動機制御部１７０ｂは、目標電圧円算出部９０により算出される目標電圧円の半径Ｖp_target（本発明の第１の目標電圧に相当する）と、実電圧円算出部９２により算出される実電圧円の半径Ｖp（＝√（Ｖd_c2＋Ｖq_c2）、本発明の相電圧に相当する）との差を減少させて、Ｖpが目標電圧円Ｃの周上をトレースするように、(a)ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcを変更する「供給電圧変更処理」と、(b)ロータ位相差θdを変更してＶpを変更する「ロータ位相差変更処理」と、(c)ｄ軸電流Ｉdを変更してＶpを変更する「界磁弱め電流変更処理」とを実行する。
以下、図９に示したフローチャートに従って、第１電動機制御部１７０ａにより、相電圧Ｖpと目標電圧半径Ｖp_targetとの差を縮小させる制御について説明する。なお、ここでは第１電動機制御部１７０ａによる第１電動機１ａの制御について説明するが、第２電動機制御部１７０ｂによる第２電動機１ｂの制御も同様にして実行される。
図９のＳＴＥＰ７０で、第１電動機制御部１７０ａは、相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetを超えているか否かを判断する。そして、相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetを超えているとはＳＴＥＰ８０に分岐し、相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_target以下であるときにはＳＴＥＰ７１に進む。
ＳＴＥＰ８０〜ＳＴＥＰ８４は、相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetを超えているときに、相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差を減少させて相電圧Ｖpを目標電圧円Ｃ（図７参照）に近づける処理である。ＳＴＥＰ８０で、第１電動機制御部１７０ａは、「ロータ位相差変更処理」により第１電動機１ａのロータ位相差θdの指令値θd1_cを増加させる。これにより、第１電動機１ａのロータ位相差θdが減少して第１電動機１ａの誘起電圧定数Ｋeが減少する。
続くＳＴＥＰ８１で、ロータ位相差θdの指令値θd_cがθd_max（θdの可変範囲の上限）以上となったときはＳＴＥＰ８２に進み、θd_cがθd_maxよりも小さいときにはＳＴＥＰ８３に分岐する。ＳＴＥＰ８２において、第１電動機制御部１７０ａは、「供給電圧変更処理」によりＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcの指令値Ｖdc_cを増加させる。そして、これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcが増加して、目標電圧円算出部９０により算出される目標電圧Ｖp_targetが増加する。
次のＳＴＥＰ８３で、第１電動機制御部１７０ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcの指令値Ｖdc_cがＶdc_max（ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧範囲の上限）以上であるか否かを判断する。そして、ＶdcがＶdc_max以上であるときはＳＴＥＰ８４に進み、ＶdcがＶdc_maxよりも低いときにはＳＴＥＰ７４に分岐する。ＳＴＥＰ８４において、第１電動機制御部１７０ａは、「界磁弱め電流変更処理」により、界磁弱め電流の補正値ΔＩd_volを増加させる。
以上説明したように、第１電動機制御部１７０ａは、相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetを超えるときに、ＳＴＥＰ８０〜ＳＴＥＰ８４により、「ロータ角度変更処理」を優先して実行し、ロータ角度θdの可変範囲の上限θd_maxに達したときに「供給電圧変更処理」を実行する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の可変範囲の上限に達したときに「界磁弱め電流変更処理」を実行する。
次に、ＳＴＥＰ７１〜ＳＴＥＰ７３は、相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_target以下であるときに、相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの差を減少させて相電圧Ｖpを目標電圧円Ｃ（図７参照）に近づける処理である。ＳＴＥＰ７１で、第１電動機制御部１７０ａは、「ロータ位相差変更処理」により第１電動機１ａのロータ位相差θdの指令値θd1_cを減少させる。これにより、第１電動機１ａのロータ位相差θdが増加して第１電動機１ａの誘起電圧定数Ｋeが増大する。
続くＳＴＥＰ７２で、ロータ位相差θdの指令値θd_cがθd_min（θdの可変範囲の下限）以下となったときはＳＴＥＰ７３に進み、θd_cがθd_minよりも大きいときにはＳＴＥＰ７４に分岐する。ＳＴＥＰ７３において、第１電動機制御部１７０ａは、「供給電圧変更処理」によりＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcの指令値Ｖdc_cを減少させる。そして、これによりＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcが減少して、目標電圧円算出部９０により算出される目標電圧Ｖp_targetが減少する。
以上説明したように、第１電動機制御部１７０ａは、相電圧が目標電圧Ｖp_target以下であるときに、ＳＴＥＰ７１〜ＳＴＥＰ７３により、「ロータ角度変更処理」を優先して実行し、ロータ角度θdの可変範囲の下限θd_minに達したときに「供給電圧変更処理」を実行する。
次に、図１０及び図１１を参照して、図９に示したフローチャートによる処理を実行することによる効果について説明する。
図１０（ａ）は相電圧Ｖpが目標電圧Ｖp_targetよりも大きい（Ｖpが目標電圧円Ｃの外側にある）場合であり、この場合は、インバータ６２ａから第１電動機１ａへの通電量が制限されて、第１電動機１ａの通電制御が妨げられる。そこで、第１電動機制御部１７０ａは、先ず、「ロータ位相差変更処理」によりロータ位相差θdを界磁の磁束を減少させる方向（ロータ位相差を大きくして界磁を弱める方向）に変更する。これにより、第１電動機１ａの誘起電圧定数Ｋeが減少し、誘起電圧定数Ｋeが減少した分、ｑ軸電機子で発生する逆起電力Ｅが小さくなる。その結果、図１０（ｂ）に示したように、相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃの円周に近づく。
次に、第１電動機制御部１７０ａは、「供給電圧変更処理」によりＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcを上昇させる。これにより、目標電圧円算出部９０で算出されるＶp_targetが大きくなり、その結果、図１０（ｃ）に示したように、目標電圧円Ｃが拡大して相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃにさらに近づく。なお、「供給電圧変更処理」は、直流電圧制御部１６０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１５１に対する出力電圧の指令値Ｖdc_cを変更することによって実行される。
そして、さらに、第１電動機制御部１７０ａは、「界磁弱め電流変更処理」によりｄ軸電流を増加させる。これにより、図１０（ｄ）に示したように、相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃの円周上に至っている。このようにして、相電圧Ｖpを目標電圧円Ｃに近づけることにより、インバータ６２ａから第１電動機１ａへの通電量を増加させることができるため、第１電動機１ａに対する通電量の制限を回避することができる。
次に、図１１（ａ）は相電圧ＶpがＶp_targetよりも小さい（Ｖpが目標電圧円Ｃの内側にある）場合であり、この場合は、インバータ６２ａにおけるスイッチング処理に伴う電力損失が大きくなる。そこで、第１電動機制御部１７０ａは、先ず、「ロータ位相差変更処理」によりロータ位相差θdを界磁の磁束を増大させる方向（ロータ位相差を小さくして界磁を強める方向）に変更する。これにより、第１電動機１ａの誘起電圧定数Ｋeが増大し、誘起電圧定数Ｋeが増大した分、ｑ軸電機子で発生する逆起電力Ｅが大きくなる。その結果、図１１（ｂ）に示したように、相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃの円周に近づく。
次に、第１電動機制御装部１７０ａは、「供給電圧変更処理」によりＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcを低下させる。これにより、目標電圧円算出部９０で算出されるＶp_targetが小さくなり、その結果、図１１（ｃ）に示したように、目標電圧円Ｃが縮小して相電圧Ｖpが目標電圧円Ｃにさらに近づいて、目標電圧円Ｃの円周上に至っている。
このように、相電圧Ｖpを目標電圧円Ｃに近づけることにより、インバータ６２ａにおけるスイッチング処理に伴う電力損失を減少させることができる。また、第１電動機１ａに供給される電流に重畳するリップル電流が低減して第１電動機１ａで生じる銅損が減少し、さらに、高次周波数の電流の重畳が低減するため、第１電動機１ａで生じる鉄損も減少するという効果を得ることができる。
次に、図１２に示したフローチャートに従って、第１電動機制御部１７０ａ及び第２電動機制御部１７０ｂに備えられたトルク応答判定部１１０によるフラグＦ１とＦ３の設定手順について説明する。
図１２のＳＴＥＰ５０で、トルク応答判定部１１０は、トルク指令値Ｔr_cの変化が指定値以上であるか否かを判断する。そして、トルク指令値Ｔr_cが指定値以上であるときはＳＴＥＰ５１に進み、トルク指令値Ｔr_cの変化が指令値よりも小さいときにはＳＴＥＰ６０に分岐する。
続くＳＴＥＰ５１で、トルク応答判定部１１０は、相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetとの偏差ΔＶpが指定値ΔＶp_lmt以下であるか否かを判断する。そして、ΔＶpがΔＶp_lmt以下であるときはＳＴＥＰ５２に進み、ΔＶpがΔＶp_lmtを超えているときにはＳＴＥＰ５３に分岐する。
ＳＴＥＰ５２において、トルク応答判定部１１０は、フラグＦ１をＯＦＦすると共にフラグＦ３をＯＮする。これにより、図５及び図６を参照して、誘起電圧定数指令値決定部９３による誘起電圧定数Ｋeの指令値Ｋe_cの変更が禁止され、界磁弱め電流補正値算出部１２１による界磁弱め電流の補正値ΔＩd_volの変更が許可される。このように、トルク指令値Ｔr_c変化率が大きく、ΔＶpは小さいときには、指令値の変更に対する応答速度が遅い「界磁弱め電流変更処理」の実行を禁止して、該応答速度が速い「界磁弱め電流変更処理」を実行することにより、相電圧Ｖpを速やかに目標電圧Ｖp_target以下にすることができる。
また、ＳＴＥＰ６０において、トルク応答判定部１１０は、フラグＦ１とフラグＦ３を共にＯＮする。これにより、図５及び図６を参照して、誘起電圧定数指令値決定部９３による誘起電圧定数Ｋeの変更と、界磁弱め電流補正値算出部１２１による界磁弱め電流の補正値ΔＩd_volの変更が許可される。このように、トルク指令値Ｔr_cの変化率が小さいときには、「ロータ位相差変更処理」を実行することにより、ｄ軸電流の増加による第１電動機１ａ及び第２電動機１ｂの損失の増加を抑制することができる。
次に、図１３〜図１５を参照して、直流電圧制御部１６０によるフラグＦ21，Ｆ22，Ｆ41，Ｆ42の設定処理と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcの指令値Ｖdc_cの設定処理について説明する。
直流電圧制御部１６０に備えられた第１電動機作動状態算出部１６１は、第１電動機１ａを作動させる際に生じる損失の推定値Ｐ1と、第１電動機１ａの温度を検知するための温度保護係数Ｋ1とを算出する。また、第２電動機作動状態算出部１６２は、第２電動機１ｂを作動させる際に生じる損失の推定値Ｐ2と、第２電動機１ｂの温度を検知するための温度保護係数Ｋ2とを算出する。
先ず、図１３を参照して、第１電動機１ａの損失の推定値Ｐ1の算出方法について説明する。なお、第２電動機１ｂの損失の推定値Ｐ2も同様にして算出することができる。
図１３（ａ）はｄ軸の等価回路であり、図中Ｒa，Ｒcはｄ軸電機子の抵抗、Ｌdはｄ軸電機子のインダクタンス、Ｌqはｑ軸電機子のインダクタンス、ωＬqＩoqはｑ軸電流Ｉqの通電によりｄ軸電機子に生じる誘起電圧を示している。また、図１３（ｂ）はｑ軸の等価回路であり、図中Ｒa，Ｒcはｑ軸電機子の抵抗、Ｌqはｑ軸電機子のインダクタンス、ωＬdＩodはｄ軸電流Ｉdの通電によりｑ軸電機子に生じる誘起電圧を示している。
図１３（ａ）、図１３（ｂ）の等価回路において、先ず、第１電動機１ａのトルクＴr、出力Ｐw、銅損Ｗc、鉄損Ｗiは、以下の式（５）〜式（８）により算出することができる。
Figure 0004879657
但し、Ｔr：トルク、Ｌd：ｄ軸電機子のインダクタンス、Ｌq：ｑ軸電機子のインダクタンス。
Figure 0004879657
但し、Ｐw：第１電動機の出力。
Figure 0004879657
但し、Ｗc：第１電動機の銅損。
Figure 0004879657
但し、Ｗi：第１電動機の鉄損。
そして、以下の式（９）に示したように、第１電動機１ａの損失Ｗlossを上記式（７）の銅損Ｗcと上記式（８）の鉄損Ｗiで代表させて、第１電動機１ａの損失の推定値Ｐ1とする。
Figure 0004879657
但し、Ｗloss：第１電動機の損失、Ｗc：第１電動機の銅損、Ｗi：第１電動機の鉄損、Ｐ1：第１電動機の損失の推定値。
なお、第１電動機１ａの損失の推定値Ｐ1を、銅損Ｗcと鉄損Ｗiの他に、第１電動機１ａの機械損やインバータ６２ａにおける電力損失等も含めて算出するようにしてもよい。
次に、図１４を参照して、第１電動機作動状態算出部１６１による第１電動機１ａの温度保護係数Ｋ1の算出方法について説明する。なお、同様にして、第２電動機作動状態算出部１６２により、第２電動機１ｂの温度保護係数Ｋ2が算出される。
図１４（ａ）に示したように、第１電動機作動状態算出部１６１は、Ｒ1／Ｔemp1の対応マップ２００に、第１電動機制御部１７０ａから出力されるＲ1を適用して、対応する温度Ｔemp1を取得する。そして、第１電動機作動状態算出部１６１は、該温度Ｔemp1をＴemp1／Ｋ1の対応マップ２０１に適用して、対応する温度保護係数Ｋ1を取得する。なお、Ｒ1／Ｔemp1の対応マップ２００と、Ｔemp1／Ｋ1の対応マップ２０１のデータは予めメモリに記憶されている。
図１４（ｂ）はＲ1／Ｔemp1の対応マップ２００の例であり、縦軸が温度Ｔemp1に設定され、横軸が抵抗Ｒ1に設定されている。そして、抵抗Ｒ1が大きくなるほど温度Ｔemp1が高くなるように設定されている。
また、図１４（ｃ）はＴemp1／Ｋ1の対応マップ２０１の例であり、縦軸がＫ1に設定され、横軸がＴemp1に設定されている。Ｋ1＝０となる範囲（Ｔemp1≦Ｔ10）では、第１電動機１ａに対する温度保護が不要であり、Ｔemp1がＴ10を超えると、Ｔemp1が高くなるほどＫ1が大きくなるように設定されている。
なお、第１電動機１ａと第２電動機１ｂとでは、熱容量や耐熱性が異なるので、第２電動機１ｂ用のＲ2／Ｔemp2の対応マップは第１電動機１ａ用のＲ1／Ｔemp1の対応マップ２００とは別個に用意される。また、第２電動機１ｂ用のＴemp2／Ｋ2の対応マップも、第１電動機１ａ用のＴemp1／Ｋ1の対応マップとは別個に用意される。
このようにして算出される第１電動機１ａの損失の推定値Ｐ1及び温度保護係数Ｋ1と、第２電動機１ｂの損失の推定値Ｐ2及び温度保護係数Ｋ2とに基いて、作動条件決定部１６３は、フラグＦ21，Ｆ22，Ｆ41，Ｆ42のＯＮ／ＯＦＦを決定すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcの指令値Ｖdc_cを決定する。以下、図１５に示したフローチャートに従って、作動条件決定部１６３による処理について説明する。
図１５のＳＴＥＰ１で、作動条件決定部１６３は、第１電動機１ａの温度保護係数Ｋ１が第２電動機１ｂの温度保護係数Ｋ2よりも大きいか否かを判断する。そして、Ｋ1がＫ2よりも大きいときはＳＴＥＰ２に進み、Ｋ1がＫ2以下であるときにはＳＴＥＰ１０に分岐する。
ＳＴＥＰ２で、作動条件決定部１６３は、フラグＦ21をＯＮすると共にフラグＦ22をＯＦＦする。これにより、図５を参照して、第１電動機制御部１７０ａの直流電圧指令値決定部１２０によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcの指令値Ｖdc1の出力が許可される。また、図６を参照して、第２電動機制御部１７０ｂの直流電圧指令値決定部１２０によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧Ｖdcの指令値Ｖdc2の出力が禁止される。
続くＳＴＥＰ３で、作動条件決定部１６３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１への入出力電流の検出値Ｉdc_sがほぼ０（Ｉdc_c≒０）であるか否かを判断する。そして、Ｉdc_sがほぼ０であるときはＳＴＥＰ４に進んで、作動条件決定部１６３は、フラグＦ41をＯＦＦすると共にフラグＦ42をＯＮする。
ここで、Ｉdc_sがほぼ０であるときは、第２電動機１ｂの発電電力により第１電動機１ａが駆動されている状態にある。そこで、フラグＦ41をＯＦＦすることで、第１電動機制御部１７０ａの直流電圧ＰＩ制御部１３０によるトルク指令値の補正値ΔＴ_volの出力を禁止し、フラグＦ42をＯＮすることで、第２電動機制御部１７０ｂの直流電圧ＰＩ制御部１３０によるトルク指令の補正値ΔＴ_volの出力を許可する。
これにより、第２電動機１ｂのトルク指令値Ｔr_cが、第１電動機１ａの相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_target（本発明の第２の目標電圧に相当する）との偏差ΔＶpを減少させるように変更されて、第２電動機１ｂの発電電圧が変更される。なお、第２電動機１ｂが発電機として動作するときの目標電圧Ｖp_targetを、第２電動機１ｂと第１電動機１ａが共に電動機として動作する場合の目標電圧Ｖp_targetと異なる電圧に設定してもよい。
一方、ＳＴＥＰ３で、Ｉdc_sがほぼ０でなかったときにはＳＴＥＰ４０に分岐し、作動条件決定部１６３は、フラグＦ41とＦ42を共にＯＦＦし、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cをＶdc1に決定する。ここで、Ｉdc_sがほぼ０付近でないときには、第１電動機１ａがＤＣ／ＤＣコンバータ１５１からの出力電力によって駆動されている状態にある。
そこで、作動条件決定部１６３は、フラグＦ41とＦ42を共にＯＦＦして、第１電動機制御部１７０ａの直流電圧ＰＩ制御部１３０によるトルク指令の補正値ΔＴ_volの出力を禁止し、また、第２電動機制御部１７０ｂの直流電圧ＰＩ制御部１３０によるトルク指令の補正値ΔＴ_volの出力を禁止する。
そして、直流電圧制御部１６０によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cをＶdc1とすることで、第１電動機１ａの相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetの差を減少させる。これにより、第１電動機１ａの損失を減少させて第１電動機１ａを温度上昇から保護することができる。
また、ＳＴＥＰ１０において、作動条件決定部１６３は、第１電動機１ａの温度保護係数Ｋ1が第２電動機１ｂの温度保護係数Ｋ2よりも小さく、且つ、Ｋ2が０よりも大きい（温度保護の必要がある）か否かを判断する。
そして、Ｋ1がＫ2よりも小さく、且つ、Ｋ2が０よりも大きいときはＳＴＥＰ２０に分岐し、Ｋ1がＫ2以上であるか又はＫ2が０であるときにはＳＴＥＰ１１に進む。ＳＴＥＰ２０で、作動条件決定部１６３は、第１電動機１ａの損失の推定値Ｐ1が第２電動機１ｂの損失の推定値Ｐ2よりも大きいか否かを判断する。そして、Ｐ1がＰ2よりも大きいときはＳＴＥＰ２に進み、Ｐ1がＰ2以下であるときにはＳＴＥＰ１１に分岐する。
この場合、第１電動機１ａの温度保護係数Ｋ1と第２電動機１ｂの温度保護係数Ｋ2が同じ値であって、第１電動機１ａの損失の推定値Ｐ1が第２電動機１ｂの損失の推定値Ｐ2よりも大きいときには、上述したＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ４，ＳＴＥＰ４０の処理により、第１電動機１ａの損失を減少させる処理が実行される。そして、第１電動機１ａが温度上昇から保護されると共に、第１電動機１ａと第２電動機１ｂの総損失が低減される。
また、ＳＴＥＰ１１において、作動条件決定部１６３は、フラグＦ21をＯＦＦすると共にフラグＦ22をＯＮする。これにより、第１電動機制御部１７０ａの直流電圧指令値決定部１２０によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc1の出力が禁止される。また、第２電動機制御部１７０ｂの直流電圧指令値決定部１２０によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc2の出力が許可される。
続くＳＴＥＰ１２で、作動条件決定部１６３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１への入出力電流の検出値Ｉdc_sがほぼ０（Ｉdc_c≒０）であるか否かを判断する。そして、Ｉdc_sがほぼ０であるときはＳＴＥＰ１３に進んで、作動条件決定部１６３は、フラグＦ41をＯＮすると共にフラグＦ42をＯＦＦする。
ここで、Ｉdc_sがほぼ０であるときは、第１電動機１ａの発電電力により第２電動機１ｂが駆動されている状態にある。そこで、フラグＦ42をＯＦＦすることで、第２電動機制御部１７０ｂの直流電圧ＰＩ制御部１３０によるトルク指令値の補正値ΔＴ_volの出力を禁止し、フラグＦ41をＯＮすることで、第１電動機制御部１７０ａの直流電圧ＰＩ制御部１３０によるトルク指令の補正値ΔＴ_volの出力を許可する。
これにより、第１電動機１ａのトルク指令値Ｔr_cが、第２電動機１ｂの相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_target（本発明の第２の目標電圧に相当する）との偏差ΔＶpを減少させるように変更されて、第１電動機１ａの発電電圧が変更される。なお、第１電動機１ａが発電機として動作するときの目標電圧Ｖp_targetを、第１電動機１ａと第２電動機１ｂが共に電動機として動作する場合の目標電圧Ｖp_targetと異なる電圧に設定してもよい。
一方、ＳＴＥＰ１２で、Ｉdc_sがほぼ０でなかったときにはＳＴＥＰ３０に分岐し、作動条件決定部１６３は、フラグＦ41とＦ42を共にＯＦＦして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cをＶdc2に決定する。ここで、Ｉdc_sがほぼ０付近でないときには、第２電動機１ｂがＤＣ／ＤＣコンバータ１５１からの出力電力によって駆動されている状態にある。
そこで、作動条件決定部１６３は、フラグＦ41とＦ42を共にＯＦＦして、第１電動機制御部１７０ａの直流電圧ＰＩ制御部１３０によるトルク指令の補正値ΔＴ_volの出力を禁止し、また、第２電動機制御部１７０ｂの直流電圧ＰＩ制御部１３０によるトルク指令の補正値ΔＴ_volの出力を禁止する。
そして、直流電圧制御部１６０によるＤＣ／ＤＣコンバータ１５１の出力電圧の指令値Ｖdc_cをＶdc2とすることで、第２電動機１ｂの相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetの差を減少させる。これにより、第２電動機１ｂの損失を減少させて第２電動機１ｂを温度上昇から保護することができる。
以上説明した図１５のフローチャートによる処理によって、第１電動機１ａと第２電動機１ｂのうち、温度が高い方を対象として、「供給電圧変更処理」或いは発電電力の変更により相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetの差を減少させる処理が実行される。そして、これにより、温度上昇に対する余裕が少ない方の電動機を保護した上で、第１電動機１ａと第２電動機１ｂの総損失を低減させることができる。
また、第１電動機１ａと第２電動機１ｂの温度が等しいときには、損失が大きい方の電動機を対象として、、「供給電圧変更処理」或いは発電電力の変更により相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetの差を減少させる処理が実行される。そして、これにより、温度上昇の対する余裕度に差がないときには、損失が大きい方の電動機の損失を減少させて、第１電動機１ａと第２電動機１ｂの総損失を低減させることができる。
なお、本実施の形態では、本発明の電動機として、２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータである第１電動機１ａ及び第２電動機１ｂを示したが、ロータを１つ備えた一般的な永久磁石型の回転電動機を複数備える構成に対しても、本発明の適用が可能である。この場合には、「ロータ位相差変更処理」は実行されない。
また、本実施の形態では、第１電動機１ａと第２電動機１ｂの温度を検知して、温度が高い方の電動機に対して相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetの差を減少させようにしたが、かかる温度の検知を行わずに、第１電動機１ａと第２電動機１ｂのうち、損失が小さい方の電動機に対して相電圧Ｖpと目標電圧Ｖp_targetの差を減少させる場合においても、本発明の効果を得ることができる。
また、ロータを１つ備えた永久磁石型の回転電動機と、２重ロータを備えた永久磁石型の回転電動機を混在した構成に対しても、本発明の適用が可能である。この場合には、ロータを１つ備えた永久磁石型の回転電動機に対しては「ロータ位相差変更処理」は実行されない。
また、本実施の形態では、第１電動機１ａと第２電動機１ｂは、共に発電機としても動作したが、電動機としてのみ動作する複数の電動機を備えた構成や、電動機としてのみ動作する電動機と、電動機及び発電機として動作する電動機とを混在させた構成に対しても、本発明の適用が可能である。
また、本実施の形態では、本発明の電動機の制御装置として、電動機１を２相直流の回転座標であるｄｑ座標系による等価回路に変換して扱うものを示したが、２相交流の固定座標系であるαβ座標系による等価回路に変換して扱う場合や、３相交流のまま扱う場合においても、本発明の適用が可能である。
本発明の電動機の制御装置の全体構成図。 図１に示した２重ロータを備えたＤＣブラシレスモータの構成図。 外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。 外側ロータと内側ロータの位相差を変更することによる効果の説明図。 図１に示した第１電動機制御部を中心とした構成図。 図１に示した第２電動機制御部を中心とした構成図。 ｄｑ座標系における電圧ベクトル図。 誘起電圧定数からロータ位相差を決定するマップの説明図。 電動機の各相の電機子の端子間電圧の合成ベクトルを目標電圧円に近づける処理のフローチャート。 界磁弱め及び電源電圧の上昇による効果の説明図。 界磁強め及び電源電圧の低下による効果の説明図。 トルク応答判定部によるフラグ設定処理のフローチャート。 電動機の総損の算出処理の説明図。 電動機の温度保護係数の算出処理の説明図。 作動条件決定部によるフラグ設定処理のフローチャート。 電動機の界磁弱めが必要となる領域の説明図。
符号の説明
１ａ…第１電動機、１ｂ…第２電動機、１０…ステータ、１１…内側ロータ、１１ａ，１１ｂ…永久磁石、１２…外側ロータ、１２ａ，１２ｂ…永久磁石、２５ａ，２５ｂ…アクチュエータ、６２ａ，６２ｂ…インバータ、１５０…バッテリ、１５１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１６０…直流電圧制御部、１６１…第１電動機作動状態算出部、１６２…第２電動機作動状態算出部、１６３…作動状態決定部、１７０ａ…第１電動機制御部、１７０ｂ…第２電動機制御部

Claims (5)

  1. 複数の永久磁石型の回転電動機を駆動するための複数の駆動回路と、該駆動回路に直流電力を供給する直流電源と、
    該直流電源の出力電圧を変更する出力電圧変更手段と、
    前記駆動回路における損失と前記駆動回路により駆動される電動機の損失とのうちの少なくともいずれか一方に基いて、前記電動機を駆動する際に生じる損失の推定値を前記各電動機毎に求める電動機損失推定手段と、
    前記複数の駆動回路により前記複数の電動機を駆動するときに、損失の推定値が最大となる電動機に対して、前記出力電圧変更手段により該電動機を駆動する前記駆動回路に供給される直流電力の電圧を変更する供給電圧変更処理を実行して、該電動機の各相の電機子の端子間電圧の合成ベクトルである相電圧と前記直流電源の出力電圧に応じて設定される第１の目標電圧との差を減少させる電圧差減少制御手段とを備え、
    前記直流電源は蓄電池であり、
    前記電動機のうちの少なくとも１台は発電機としても動作して、他の電動機の駆動回路に電力供給すると共に、前記出力電圧変更手段を介して前記蓄電池に充電電流を供給し、
    前記電圧差減少制御手段は、前記損失が最大となる電動機が、発電機として動作中の電動機以外の電動機であって、前記出力電圧変更手段の入出力電流が所定レベル以下であるときは、前記供給電圧変更処理の実行を禁止して、前記発電機として動作中の電動機による該損失が最大となる電動機の駆動回路への供給電圧に応じて設定される第２の目標電圧と、該損失が最大となる電動機の相電圧との差が減少するように、該発電機として動作中の電動機の出力電力を制御することを特徴とする電動機の制御装置。
  2. 前記電圧差減少制御手段は、損失の推定値が最大となる電動機に対して、該電動機の電機子に生じる誘起電圧と逆符号の電圧を生じさせる界磁弱め電流の通電量を変更する界磁弱め電流変更処理を実行して、該電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差を減少させることを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
  3. 前記電動機のうちの少なくとも１台は、永久磁石による界磁を複数個有する第１ロータ及び第２ロータを、回転軸の周囲に同心円状に配置した２重ロータ型の電動機であり、
    前記電圧差減少制御手段は、損失の推定値が最大となる電動機が２重ロータ型の電動機であるときに、該２重ロータ型の電動機の前記第１ロータと前記第２ロータとの位相差であるロータ位相差を変更するロータ位相差変更処理を実行して、該２重ロータ型の電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差を減少させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動機の制御装置。
  4. 前記各電動機の温度を検知する電動機温度検知手段を備え、
    前記電圧差減少制御手段は、前記損失が最大となる電動機の温度よりも温度が高い電動機があるときには、該損失が最大となる電動機に対する前記供給電圧変更処理の実行を禁止して、該温度が高い電動機に対して前記供給電圧変更処理を実行し、該温度が高い電動機の相電圧と前記第１の目標電圧との差を減少させることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載の電動機の制御装置。
  5. 前記電動機を２相交流の固定座標系又は前記第１ロータの位置に基づく２相直流の回転座標系による等価回路に変換して扱い、前記電動機の電機子の端子間電圧の該等価回路における変換値の合成ベクトルの大きさを前記相電圧として算出する手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の電動機の制御装置。
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