特開 2025-5066 電力変換器の制御装置、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025005066

(43)【公開日】2025-01-16

(54)【発明の名称】電力変換器の制御装置、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/12 20160101AFI20250108BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

H02P21/12

H02P27/06 ZHV

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023105070

(22)【出願日】2023-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(74)【代理人】

【識別番号】100207859

【弁理士】

【氏名又は名称】塩谷 尚人

(72)【発明者】

【氏名】橋爪 瞭弥

(72)【発明者】

【氏名】外山 佳祐

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505BB06

5H505CC04

5H505DD03

5H505EE30

5H505EE41

5H505GG04

5H505HA09

5H505HB01

5H505HB05

5H505JJ03

5H505JJ24

5H505JJ26

5H505KK05

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL41

(57)【要約】

【課題】蓄電部の充電時に回転電機のトルクが発生し、種々の問題が生じることを抑制することができる電力変換器の制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置６０は、回転電機２０と、蓄電池１０と、電力変換器３０と、を備えるシステムに適用される。制御装置６０は、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ及びインバータ３１を介して、蓄電池１０に交流電源４１が電気的に接続された状態において、交流電源４１から蓄電池１０へと電流が流れるように、インバータ３１のスイッチング制御を行う第１制御部と、インバータ３１のスイッチング制御中に発生する回転電機２０のトルクが、界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減されるように、界磁通電回路３３のスイッチング制御を行う第２制御部と、を備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電機子巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）及び界磁巻線（２２）を有する回転電機（２０）と、
前記回転電機の駆動電力を蓄電する蓄電部（１０）と、
前記電機子巻線に電気的に接続され、前記電機子巻線に流れる電流を制御する第１電力変換器（３１）と、
前記界磁巻線に電気的に接続され、前記界磁巻線に流れる電流を制御する第２電力変換器（３３）と、
を備えるシステムに適用される電力変換器の制御装置（６０）において、
前記電機子巻線及び前記第１電力変換器を介して、前記蓄電部に交流電源（４１）が電気的に接続された状態において、前記交流電源から前記蓄電部へと電流が流れるように、前記第１電力変換器のスイッチング制御を行う第１制御部と、
前記第１電力変換器のスイッチング制御中に発生する前記回転電機のトルクが、前記界磁巻線に電流を流さない場合よりも低減されるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う第２制御部と、
を備える、電力変換器の制御装置。

【請求項2】

前記回転電機は、ｄ軸インダクタンスがｑ軸インダクタンスよりも大きい特性を有し、
前記第２制御部は、前記電機子巻線に流れる電流のｄ軸成分と逆位相である電流が前記界磁巻線に流れるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う、請求項１に記載の電力変換器の制御装置。

【請求項3】

前記回転電機は、ｑ軸インダクタンスがｄ軸インダクタンスよりも大きい特性を有し、
前記第２制御部は、前記電機子巻線に流れる電流のｄ軸成分と同位相である電流が前記界磁巻線に流れるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う、請求項１に記載の電力変換器の制御装置。

【請求項4】

前記第１制御部は、前記電機子巻線に流れる電流の位相を、前記交流電源から前記電機子巻線へと入力される入力電圧の位相に揃えるように、前記第１電力変換器のスイッチング制御を行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。

【請求項5】

前記第１制御部は、
前記入力電圧の位相情報に基づいて、前記電機子巻線に流れる電流をｄｑ座標系における電流に変換する座標変換部と、
前記ｄｑ座標系において、前記電機子巻線に流れる電流の方向を、前記入力電圧から定まる電圧ベクトルの方向に揃えるように、前記電機子巻線の指令電流を設定する指令電流設定部と、
前記電機子巻線に流れる電流を前記指令電流に制御するように、前記第１電力変換器のスイッチング制御を行う電機子電流制御部と、
を有する、請求項４に記載の電力変換器の制御装置。

【請求項6】

前記システムは、前記回転電機のロータ（２１）から回転駆動対象（１２）までの動力伝達機構（１１）を構成し、前記ロータからの回転動力によって回転するとともに互いに噛み合う少なくとも一対のギア（１３，１４）を備え、
前記第２制御部は、前記第１電力変換器のスイッチング制御中に発生する前記回転電機のトルクを前記界磁巻線に電流を流さない場合よりも低減させ、かつ前記電機子巻線に流す交流電流の１周期又は複数周期における前記回転電機のトルクの時間平均値を０からオフセットさせるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。

【請求項7】

前記第２制御部は、
界磁目標電流を設定する目標電流設定部と、
前記界磁巻線に流れる界磁電流を、前記界磁目標電流に制御する界磁電流制御部と、
を有し、
前記目標電流設定部は、前記電機子巻線に流れる電流のｄ軸成分と逆位相又は同位相である前記界磁電流に対して、前記界磁目標電流の位相をシフトさせることにより、前記時間平均値を０からオフセットさせる、請求項６に記載の電力変換器の制御装置。

【請求項8】

前記電機子巻線は、第１端が前記第１電力変換器に接続され、第２端が互いに中性点で接続された複数相の巻線であり、
前記各電機子巻線の前記中性点側に設けられ、前記各電機子巻線の間を電気的に接続又は遮断する中性点スイッチ（４４ａ，４４ｂ）を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。

【請求項9】

前記電機子巻線及び前記交流電源の間に設けられ、前記電機子巻線に流れる電流の導通及び遮断を切り替える切替スイッチ（４２，４５）を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。

【請求項10】

電機子巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）及び界磁巻線（２２）を有する回転電機（２０）と、
前記回転電機の駆動電力を蓄電する蓄電部（１０）と、
前記電機子巻線に電気的に接続され、前記電機子巻線に流れる電流を制御する第１電力変換器（３１）と、
前記界磁巻線に電気的に接続され、前記界磁巻線に流れる電流を制御する第２電力変換器（３３）と、
コンピュータ（６０ａ）と、
を備えるシステムに適用されるプログラムにおいて、
前記電機子巻線及び前記第１電力変換器を介して、前記蓄電部に交流電源（４１）が電気的に接続された状態において、前記交流電源から前記蓄電部へと電流が流れるように、前記第１電力変換器のスイッチング制御を行う第１制御処理と、
前記第１電力変換器のスイッチング制御中に発生する前記回転電機のトルクが、前記界磁巻線に電流を流さない場合よりも低減されるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う第２制御処理と、
を前記コンピュータに実行させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換器の制御装置、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、蓄電部と、蓄電部に電気的に接続された電力変換器と、電力変換器に電気的に接続された電機子巻線及び界磁巻線を有する回転電機とを備えるシステムが知られている。このシステムでは、電機子巻線及び電力変換器を介して交流電源が蓄電部に電気的に接続され、蓄電部の充電が行われる。そして、交流電源による蓄電部の充電時において、界磁巻線に流れる電流を遮断し、回転電機のトルク低減を図っている。このような技術の例として、特許文献１に開示された技術が挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１０／０１２９２４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

界磁巻線への通電を遮断しつつ交流電源により蓄電部を充電したとしても、電機子巻線に電流が流れることにより、回転電機のトルクが発生し得る。蓄電部の充電中に回転電機のトルクが発生することに起因して、種々の問題が生じ得る。

【0005】

本開示の主たる目的は、蓄電部の充電時に回転電機のトルクが発生し、種々の問題が生じることを抑制することができる電力変換器の制御装置及びプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、
電機子巻線及び界磁巻線を有する回転電機と、
前記回転電機の駆動電力を蓄電する蓄電部と、
前記電機子巻線に電気的に接続され、前記電機子巻線に流れる電流を制御する第１電力変換器と、
前記界磁巻線に電気的に接続され、前記界磁巻線に流れる電流を制御する第２電力変換器と、
を備えるシステムに適用される電力変換器の制御装置において、
前記電機子巻線及び前記第１電力変換器を介して、前記蓄電部に交流電源が電気的に接続された状態において、前記交流電源から前記蓄電部へと電流が流れるように、前記第１電力変換器のスイッチング制御を行う第１制御部と、
前記第１電力変換器のスイッチング制御中に発生する前記回転電機のトルクが、前記界磁巻線に電流を流さない場合よりも低減されるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う第２制御部と、
を備える。

【0007】

電機子巻線及び第１電力変換器を介して、蓄電部に交流電源が電気的に接続された状態において、交流電源から蓄電部へと電流が流れるように、第１電力変換器のスイッチング制御が行われる。これにより、蓄電部が充電される。この場合に、電機子巻線に電流が流れることにより、リラクタンストルクが発生し、種々の問題が生じ得る。この点、回転電機が界磁巻線を有する構成では、界磁巻線に電流を流し、界磁巻線を励磁させることにより発生するマグネットトルクを制御可能である。界磁巻線への通電は、第２電力変換器のスイッチング制御を行うことにより制御可能である。

【0008】

そこで、本開示では、第１電力変換器のスイッチング制御中に発生する回転電機の発生トルクが界磁巻線に電流を流さない場合よりも低減されるように、第２電力変換器のスイッチング制御が行われる。これにより、マグネットトルクとリラクタンストルクとの合計トルクが界磁巻線に電流を流さない場合よりも低減される。そのため、蓄電部の充電時に回転電機のトルクが発生することを抑制することができる。その結果、蓄電部の充電中において、回転電機のトルクが生じることに起因した不都合の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る車載システムの全体構成図。

【図2】第１座標変換部の構成図。

【図3】第２座標変換部の構成図。

【図4】制御装置が行う３相充電制御の機能ブロック図。

【図5】３相充電制御の制御例を示すタイムチャート。

【図6】３相充電制御の制御例を示す図。

【図7】トルク低減制御を説明するための図。

【図8】トルク低減制御を説明するための図。

【図9】制御装置が行うトルク低減制御の機能ブロック図。

【図10】トルク低減制御の制御例を示すタイムチャート。

【図11】外部充電制御の処理手順を示すフローチャート。

【図12】外部充電制御の一例を示すタイムチャート。

【図13】比較例の制御を示すタイムチャート。

【図14】第２実施形態に係るトルク低減制御を説明するためのタイムチャート。

【図15】比較例に係るギアの歯打ち態様を示す図。

【図16】ギアの歯打ちが防止される態様を示す図。

【図17】ロータの発生トルクの推移を模式的に示すタイムチャート。

【図18】トルク低減制御の一例を示すタイムチャート。

【図19】その他の実施形態に係る車載システムの全体構成図。

【図20】その他の実施形態に係る車載システムの全体構成図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１実施形態＞
以下、本開示に係る制御装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の制御装置を備えるシステムは、電気自動車やハイブリッド車等の電動車両に搭載されている。

【0011】

図１に示すように、システムは、蓄電池１０（「蓄電部」に相当）と、回転電機２０とを備えている。本実施形態において、回転電機２０は、巻線界磁型の回転電機である。本実施形態の回転電機２０は、ｄ軸インダクタンスＬｄがｑ軸インダクタンスＬｑよりも大きい特性である順突極性を有する回転電機である。

【0012】

蓄電池１０は、回転電機２０の駆動電力を供給する電源である。蓄電池１０は、例えば、単位電池の直列接続体を備える組電池である。単位電池は、１つの電池セル、又は複数の電池セルの直列接続体である。電池セルは、例えば、リチウムイオン電池等の２次電池である。

【0013】

回転電機２０は、車両の駆動輪１２（「回転駆動対象」に相当）に回転動力を付与して駆動輪１２を回転させる機器である。回転電機２０は、ロータ２１を備えている。ロータ２１は、ロータコアと、ロータコアから径方向に延びる複数の界磁突極部とを備えている。各界磁突極部には、界磁巻線２２が巻回されている。

【0014】

システムは、動力伝達機構１１を備えている。ロータ２１の回転軸は、動力伝達機構１１を介して、車両の駆動輪１２へと動力を伝達することが可能とされている。動力伝達機構１１は、変速装置及びシャフトを含む。変速装置は、例えば減速装置であり、少なくとも一対のギアを含む。回転電機２０が電動機として機能することにより発生するトルクが、動力伝達機構１１を介して駆動輪１２に伝達され、駆動輪１２が回転する。これにより、車両が走行する。

【0015】

回転電機２０は、ステータ２３を備えている。ステータ２３は、電機子コアと、電機子巻線とを備えている。電機子コアは、円環状のバックヨーク部と、バックヨーク部から径方向においてロータ２１側に延びる複数のティース部とを備えている。電機子巻線は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗである。なお、回転電機２０は、例えば、車両の駆動輪１２に一体に設けられるインホイールモータであってもよいし、車両の車体に備えられるオンボードモータであってもよい。

【0016】

システムは、電力変換器３０を備えている。電力変換器３０は、インバータ３１と、界磁通電回路３３とを備えている。インバータ３１は、蓄電池１０からの直流電流を交流電流に変換して電機子巻線２４に供給する。インバータ３１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬとの直列接続体を備えている。

【0017】

Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨの高電位側端子であるドレインには、高電位側電気経路Ｌｐを介して蓄電池１０の正極端子が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬの低電位側端子であるソースには、低電位側電気経路Ｌｎを介して蓄電池１０の負極端子が接続されている。各電気経路Ｌｐ，Ｌｎは、バスバー等の導電部材である。

【0018】

各相において、上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨ及び下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬの接続点が、巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第１端に電気的に接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第２端が、互いに接続可能となっている。

【0019】

インバータ３１は、平滑コンデンサである第１コンデンサ３２を備えている。なお、第１コンデンサ３２は、インバータ３１の外部に設けられていてもよい。

【0020】

界磁通電回路３３は、蓄電池１０から界磁巻線２２に電流を供給する。界磁通電回路３３は、フルブリッジ回路であり、第１上アームスイッチＳＨ１及び第１下アームスイッチＳＬ１の直列接続体と、第２上アームスイッチＳＨ２及び第２下アームスイッチＳＬ２の直列接続体とを備えている。

【0021】

第１，第２上アームスイッチＳＨ１，ＳＨ２の高電位側端子であるドレインには、高電位側電気経路Ｌｐを介して蓄電池１０の正極端子が接続されている。第１，第２下アームスイッチＳＬ１，ＳＬ２の低電位側端子であるソースには、低電位側電気経路Ｌｎを介して蓄電池１０の負極端子が接続されている。第１上アームスイッチＳＨ１と第１下アームスイッチＳＬ１との接続点には、図示しないブラシを介して界磁巻線２２の第１端が接続されている。第２上アームスイッチＳＨ２と第２下アームスイッチＳＬ２との接続点には、図示しないブラシを介して界磁巻線２２の第２端が接続されている。

【0022】

本実施形態において、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬ，ＳＨ１～ＳＬ２は、オンされることにより、ドレインからソースへの電流の流通、及びソースからドレインへの電流の流通が許可される双方向導通型のスイッチング素子である。例えば、各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬ，ＳＨ１～ＳＬ２は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。各スイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＨ，ＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬ，ＳＨ１，ＳＨ２，ＳＬ１，ＳＬ２は、ボディダイオードＤＵＨ，ＤＶＨ，ＤＷＨ，ＤＵＬ，ＤＶＬ，ＤＷＬ，ＤＨ１，ＤＨ２，ＤＬ１，ＤＬ２を備えている。なお、インバータ３１が「第１電力変換器」に相当し、界磁通電回路３３が「第２電力変換器」に相当する。

【0023】

界磁通電回路３３は、平滑コンデンサである第２コンデンサ３４を備えている。なお、第２コンデンサ３４は、界磁通電回路３３の外部に設けられていてもよい。また、界磁通電回路３３に個別に第２コンデンサ３４が設けられるとともに、インバータ３１に個別に第１コンデンサ３２が設けられる構成に代えて、インバータ３１及び界磁通電回路３３に共通のコンデンサが設けられる構成であってもよい。この場合、例えば、第２コンデンサ３４が設けられない構成とすればよい。

【0024】

システムは、高電位側メインスイッチ４０ｐ及び低電位側メインスイッチ４０ｎを備えている。各メインスイッチ４０ｐ，４０ｎは、蓄電池１０と電力変換器３０との間を電気的に接続又は遮断するためのスイッチである。高電位側メインスイッチ４０ｐが高電位側電気経路Ｌｐに設けられ、低電位側メインスイッチ４０ｎが低電位側電気経路Ｌｎに設けられている。各メインスイッチ４０ｐ，４０ｎは、オフされると双方向の電流の流通を阻止し、オンされると双方向の電流の流通を許容する。例えば、各メインスイッチ４０ｐ，４０ｎは、機械式のリレー又は半導体スイッチング素子である。

【0025】

システムは、３相交流電源４１を備えている。３相交流電源４１は、例えば系統電源である。３相交流電源４１において、３相の出力電圧の振幅及び周波数は同じであり、出力電圧及び出力電流の位相は各相で１２０°ずつずれている。３相交流電源４１は、蓄電池１０を充電可能な外部充電器を構成している。外部充電器は、車両の外部に設けられており、例えば定置式の充電器である。

【0026】

システムは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相充電経路２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗ、入力スイッチ４２（「切替スイッチ」に相当）、フィルタ４３及び中性点スイッチを備えている。各相において、巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第２端は、充電経路２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗを介して３相交流電源４１に電気的に接続可能とされている。フィルタ４３は、各充電経路２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗを伝わるノイズを除去する。フィルタ４３は、ＥＭＣ規格の要求を満たすために設けられている。

【0027】

入力スイッチ４２は、各充電経路２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗにおいて、フィルタ４３よりも３相交流電源４１側に設けられている。各入力スイッチ４２は、３相交流電源４１により蓄電池１０が充電される場合にオンされ、蓄電池１０が充電されない場合、又は３相交流電源４１が各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに接続されていない場合にオフされる。各入力スイッチ４２が設けられていることにより、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗと３相交流電源４１とを電気的に接続又は遮断するのに好適な構成を実現することができる。

【0028】

中性点スイッチは、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第２端側の電気的な接続を切り替えるスイッチである。本実施形態では、中性点スイッチとして、Ｕ相充電経路２５Ｕ及びＶ相充電経路２５Ｖの間を電気的に接続又は遮断するＵＶ相間の中性点スイッチ４４ａと、Ｖ相充電経路２５Ｖ及びＷ相充電経路２５Ｗの間を電気的に接続又は遮断するＶＷ相間の中性点スイッチ４４ｂとが設けられている。

【0029】

各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂがオンされることにより、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第２端が互いに電気的に接続される。この場合、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗは、電気角で互いに１２０°ずれた状態で星形結線される。これにより、回転電機２０を回転駆動させることが可能な状態とされる。

【0030】

一方、各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂがオフされることにより、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第２端が互いに電気的に切り離される。この場合、各相において、充電経路２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗを介して、巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第２端が３相交流電源４１に電気的に接続されることにより、３相交流電源４１により蓄電池１０を充電可能な状態とされる。そのため、各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂが設けられていることにより、回転電機２０を回転駆動させる状態と、回転電機２０を蓄電池１０の充電器の一部として利用する状態とを切り替えることができる。

【0031】

各入力スイッチ４２及び各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂは、オフされると双方向の電流の流通を阻止し、オンされると双方向の電流の流通を許容する。例えば、各入力スイッチ４２及び各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂは、機械式のリレー又は半導体スイッチング素子である。

【0032】

システムは、電圧センサ５０、相電流センサ５１、界磁電流センサ５２、角度センサ５３及び相電圧センサ５４備えている。電圧センサ５０は、蓄電池１０の電圧を検出する。相電流センサ５１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗのうち少なくとも２相の巻線に流れる相電流を検出する。界磁電流センサ５２は、界磁巻線２２に流れる界磁電流を検出する。角度センサ５３は、ロータ２１の回転角（具体的には電気角）を検出する。相電圧センサ５４は、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの相電圧を検出する。

【0033】

システムは、制御装置６０と、制御装置６０よりも上位の上位制御装置７０とを備えている。各センサ５０～５４の検出値は、制御装置６０に入力される。

【0034】

制御装置６０は、マイコン６０ａを主体として構成される電子制御装置（Electronic Control Unit）である。上位制御装置７０は、マイコンを主体として構成される電子制御装置である。制御装置６０と上位制御装置７０とは、情報のやり取りが可能になっている。

【0035】

マイコン６０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えている。マイコン６０ａが提供する機能は、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、マイコン６０ａがハードウェアである電子回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路によって提供することができる。例えば、マイコン６０ａは、自身が備える記憶部としての非遷移的実体的記録媒体（non-transitory tangible storage medium）に格納されたプログラムを実行する。プログラムには、例えば、後述する図１１等に示す処理のプログラムが含まれる。プログラムを構成するインストラクションのセットが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。記憶部は、例えば不揮発性メモリである。なお、記憶部に記憶されたプログラムは、例えばＯＴＡ（Over The Air）等、インターネット等の通信ネットワークを介して更新可能である。

【0036】

制御装置６０は、各メインスイッチ４０ｐ，４０ｎ、入力スイッチ４２及び各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂを制御する。具体的には、制御装置６０は、車両を走行させるために回転電機２０を駆動させる場合、各メインスイッチ４０ｐ，４０ｎ及び各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂをオンするとともに、入力スイッチ４２をオフする。

【0037】

制御装置６０は、界磁巻線２２を励磁すべく、界磁通電回路３３を構成する各スイッチＳＨ１～ＳＬ２のスイッチング制御を行う。詳しくは、制御装置６０は、界磁電流センサ５２により検出された界磁電流を界磁目標電流に制御すべく、第１状態と第２状態とが交互に出現するようにスイッチング制御を行う。第１状態は、第１上アームスイッチＳＨ１と第２下アームスイッチＳＬ２とがオンされて、かつ、第２上アームスイッチＳＨ２と第１下アームスイッチＳＬ１とがオフされている状態である。第２状態は、第１上アームスイッチＳＨ１と第２下アームスイッチＳＬ２とがオフされて、かつ、第２上アームスイッチＳＨ２と第１下アームスイッチＳＬ１とがオンされている状態である。

【0038】

制御装置６０は、界磁巻線２２が励磁されている状態において、各センサ５０～５４の検出値に基づいて、回転電機２０の制御量を指令値にフィードバック制御すべく、インバータ３１を構成する各スイッチＳＵＨ～ＳＷＬのスイッチング制御を行う。本実施形態において、制御量はトルクである。各相において、上アームスイッチと下アームスイッチとは交互にオンされる。このフィードバック制御が行われることにより、ロータ２１の回転動力が駆動輪１２に伝達され、車両が走行する。

【0039】

続いて、３相交流電源４１により蓄電池１０を充電する外部充電制御について説明する。

【0040】

制御装置６０は、外部充電制御を行う場合、各メインスイッチ４０ｐ，４０ｎ及び入力スイッチ４２をオンするとともに、各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂをオフする。制御装置６０は、外部充電制御中において、インバータ３１のスイッチング制御を行うことにより、３相交流電源４１の交流電力を直流電力に変換する。変換された直流電力が蓄電池１０に供給され、蓄電池１０が充電される。

【0041】

ところで、外部充電制御中において、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに電流が流れることにより回転電機２０のトルクが発生し得る。この場合、蓄電池１０の充電中に回転電機２０のトルクが発生することに起因して、種々の問題が生じ得る。

【0042】

例えば、回転電機２０が多極化されたり、回転電機２０における回転軸方向の長さ（つまり、積厚）及び回転電機２０における回転軸方向と直交する径方向の長さ（つまり、外径）が増大されたりして、回転電機２０が高出力化されることがある。これに伴い、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに電流が流れることにより発生する回転電機２０のトルクが増大する。この場合に、蓄電池１０の充電時において、意図せず駆動輪１２が回転する等の問題の発生が懸念される。

【0043】

そこで、本実施形態では、制御装置６０は、外部充電制御中において、３相充電制御と、トルク低減制御とを行う。３相充電制御では、３相交流電源４１から蓄電池１０へと電流が流れるように、インバータ３１のスイッチング制御が行われる。トルク低減制御では、３相充電制御中に発生する回転電機２０のトルクが、界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減されるように、界磁通電回路３３のスイッチング制御が行われる。

【0044】

以下、３相充電制御及びトルク低減制御について詳しく説明する。

【0045】

３相充電制御及びトルク低減制御では、３相固定座標系におけるＵ，Ｖ，Ｗ相電流を２相回転座標系（ｄｑ座標系）に変換した電流に基づいて、スイッチング制御が行われる。３相充電制御では、第１ｄｑ座標系に変換された電流に基づいて、インバータ３１のスイッチング制御が行われる。第１ｄｑ座標系と３相固定座標系との間におけるＵ，Ｖ，Ｗ相電流の変換には、周期的に変動する位相情報として、３相交流電源４１から各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗへと入力される入力電圧の位相情報が用いられる。

【0046】

トルク低減制御では、第２ｄｑ座標系に変換された電流に基づいて、界磁通電回路３３のスイッチング制御が行われる。第２ｄｑ座標系と３相固定座標系との間におけるＵ，Ｖ，Ｗ相電流の変換には、周期的に変動する位相情報として、ロータ２１の電気角θｅが用いられる。

【0047】

図２及び図３に示すように、制御装置６０は、第１座標変換部１００と、第２座標変換部１１０とを備えている。第１座標変換部１００は、３相充電制御に用いられる電流及び電圧を、第１ｄｑ座標系の電流及び電圧に変換する。第２座標変換部１１０は、トルク低減制御に用いられる電流を、第２ｄｑ座標系の電流に変換する。

【0048】

詳しくは、第１座標変換部１００は、第１位相取得部１０１、第１電流変換部１０２及び電圧変換部１０３を有する。第１位相取得部１０１には、Ｕ相電圧Ｖｕが入力される。Ｕ相電圧Ｖｕは、３相交流電源４１からＵ相巻線２４Ｕへと入力される入力電圧である。第１位相取得部１０１は、Ｕ相電圧Ｖｕとして、相電圧センサ５４の検出値を用いることが可能である。第１位相取得部１０１は、Ｕ相電圧Ｖｕの位相情報θａを取得する。Ｕ相電圧Ｖｕの位相情報θａは、Ｕ相電圧Ｖｕと同一周期で変動し、かつ０°～３６０°の範囲で変動する情報である。例えば、位相情報θａは、Ｕ相電圧Ｖｕのゼロアップクロスタイミングを０°とし、次のＵ相電圧Ｖｕのゼロアップクロスタイミングを３６０°として定めることが可能である。第１位相取得部１０１は、例えば位相同期回路により構成されている。

【0049】

第１電流変換部１０２には、第１位相取得部１０１により取得されたＵ相電圧Ｖｕの位相情報θａと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとが入力される。第１電流変換部１０２は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとして、相電流センサ５１の検出値を用いることが可能である。第１電流変換部１０２は、Ｕ相電圧Ｖｕの位相情報θａに基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、第１ｄ軸電流ｉｄ１及び第１ｑ軸電流ｉｑ１に変換する。

【0050】

電圧変換部１０３には、第１位相取得部１０１により取得された位相情報θａと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとが入力される。電圧変換部１０３は、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとして、相電圧センサ５４の検出値を用いることが可能である。電圧変換部１０３は、位相情報θａに基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、ｄ，ｑ軸入力電圧Ｅｓｄ，Ｅｓｑに変換する。

【0051】

第２座標変換部１１０は、第２位相取得部１１１及び第２電流変換部１１２を有する。第２位相取得部１１１には、角度センサ５３の検出値が入力される。第２位相取得部１１１は、角度センサ５３の検出値を、ロータ２１の電気角θｅとして取得する。

【0052】

第２電流変換部１１２には、第２位相取得部１１１により取得されたロータ２１の電気角θｅと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとが入力される。第２電流変換部１１２は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとして、相電流センサ５１の検出値を用いることが可能である。第２電流変換部１１２は、ロータ２１の電気角θｅに基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、第２ｄ軸電流ｉｄ２及び第２ｑ軸電流ｉｑ２に変換する。

【0053】

続いて、図４を参照しつつ、３相充電制御について具体的に説明する。

【0054】

制御装置６０は、ｄ軸指令電流ｉｄ＊及びｑ軸指令電流ｉｑ＊を設定する指令電流設定部８０を備えている。指令電流設定部８０は、ｄ軸指令電流ｉｄ＊を０に設定する。指令電流設定部８０は、ｑ軸指令電流ｉｑ＊を、電力変換器３０の直流側の電圧に基づいて設定する。

【0055】

詳しくは、指令電流設定部８０は、制限部８１と、電圧偏差算出部８２と、電圧フィードバック制御部８３とを有している。制限部８１には、電力変換器３０の直流側の電圧における参照電圧ＶＤＣｒｅｆが入力される。例えば、制限部８１は、参照電圧ＶＤＣｒｅｆとして、上位制御装置７０が設定した電圧値を用いることが可能である。制限部８１は、参照電圧ＶＤＣｒｅｆが所定の電圧範囲外の電圧である場合に、参照電圧ＶＤＣｒｅｆを電圧範囲の上限値又は下限値に制限する。制限部８１は、参照電圧ＶＤＣｒｅｆを電圧偏差算出部８２に出力する。

【0056】

電圧偏差算出部８２は、参照電圧ＶＤＣｒｅｆから、電源電圧ＶＤＣを減算することにより、電圧偏差ΔＶを算出する。電圧偏差算出部８２は、電源電圧ＶＤＣとして、電圧センサ５０の検出値を用いることが可能である。電圧偏差算出部８２は、電圧偏差ΔＶを電圧フィードバック制御部８３に出力する。

【0057】

電圧フィードバック制御部８３は、電圧偏差ΔＶを０にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸指令電流ｉｑ＊を算出する。なお、電圧フィードバック制御部８３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とすればよい。

【0058】

指令電流設定部８０は、電圧フィードバック制御部８３により算出されたｑ軸指令電流ｉｑ＊と、０であるｄ軸指令電流ｉｄ＊とを、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの指令電流として設定する。

【0059】

制御装置６０は、ｑ軸電流偏差算出部８４ａと、ｄ軸電流偏差算出部８４ｂとを備えている。ｑ軸電流偏差算出部８４ａには、指令電流設定部８０により設定されたｑ軸指令電流ｉｑ＊と、第１電流変換部１０２により変換された第１ｑ軸電流ｉｑ１とが入力される。ｑ軸電流偏差算出部８４ａは、ｑ軸指令電流ｉｑ＊から、第１ｑ軸電流ｉｑ１を減算することにより、ｑ軸電流偏差Δｉｑを算出する。

【0060】

ｄ軸電流偏差算出部８４ｂには、指令電流設定部８０により設定されたｄ軸指令電流ｉｄ＊と、第１電流変換部１０２により変換された第１ｄ軸電流ｉｄ１とが入力される。ｄ軸電流偏差算出部８４ｂは、ｄ軸指令電流ｉｄ＊から、第１ｄ軸電流ｉｄ１を減算することにより、ｄ軸電流偏差Δｉｄを算出する。

【0061】

制御装置６０は、ｑ軸電流フィードバック制御部８５ａと、ｄ軸電流フィードバック制御部８５ｂとを備えている。ｑ軸電流フィードバック制御部８５ａは、ｑ軸電流偏差Δｉｑを０にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸指令電圧Ｖｑを算出する。ｄ軸電流フィードバック制御部８５ｂは、ｄ軸電流偏差Δｉｄを０にフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸指令電圧Ｖｄを算出する。なお、各フィードバック制御部８５ａ，８５ｂ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とすればよい。

【0062】

制御装置６０は、非干渉制御部８６を備えている。非干渉制御部８６は、ｄｑ軸のうち異なる軸の成分に干渉するように発生する起電力を考慮して、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑを補正する。

【0063】

詳しくは、非干渉制御部８６は、ｑ軸非干渉項算出部８６ａと、ｑ軸非干渉項加算部８６ｂとを有する。ｑ軸非干渉項算出部８６ａは、第１電流変換部１０２により変換された第１ｄ軸電流ｉｄ１、ｄ軸インダクタンスＬｄ及び角速度ωを乗算した値として、ｑ軸非干渉項「ω・Ｌｄ・ｉｄ」を算出する。ここで、角速度ωは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの周波数をｆとして、ω＝２π×ｆである。Ｕ，Ｖ，Ｗ相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの周波数は、例えば５０Ｈｚである。ｑ軸非干渉項加算部８６ｂは、ｑ軸電流フィードバック制御部８５ａにより算出されたｑ軸指令電圧Ｖｑに、ｑ軸非干渉項算出部８６ａにより算出されたｑ軸非干渉項を加算する。

【0064】

また、非干渉制御部８６は、ｄ軸非干渉項算出部８６ｃと、ｄ軸非干渉項減算部８６ｄとを有する。ｄ軸非干渉項算出部８６ｃは、第１電流変換部１０２により変換された第１ｑ軸電流ｉｑ、ｑ軸インダクタンスＬｑ及び角速度ωを乗算した値として、ｄ軸非干渉項「ω・Ｌｑ・ｉｑ」を算出する。ｄ軸非干渉項減算部８６ｄは、ｄ軸電流フィードバック制御部８５ｂにより算出されたｄ軸指令電圧Ｖｄから、ｄ軸非干渉項算出部８６ｃにより算出されたｄ軸非干渉項を減算する。

【0065】

なお、ｄ軸インダクタンスＬｄ及びｑ軸インダクタンスＬｑは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、界磁電流及びロータ２１の電気角θｅに応じて変化する。そこで、ｑ軸非干渉項算出部８６ａは、ｄ軸インダクタンスＬｄとして、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、界磁電流及びロータ２１の電気角θｅのうち少なくとも１つに基づいて算出された値を用いてもよい。また、ｄ軸非干渉項算出部８６ｃは、ｑ軸インダクタンスＬｑとして、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、界磁電流及びロータ２１の電気角θｅのうち少なくとも１つに基づいて算出された値を用いてもよい。各軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑの算出には、ｄ軸インダクタンスＬｄ又はｑ軸インダクタンスＬｑと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、界磁電流及びロータ２１の電気角θｅのうち少なくとも１つとが対応付けられた情報（具体的には、マップ情報又は数式情報）が用いられてもよい。

【0066】

制御装置６０は、ｑ軸フィードフォワード制御部８７ａと、ｄ軸フィードフォワード制御部８７ｂとを備えている。ｑ軸フィードフォワード制御部８７ａには、電圧変換部１０３により変換されたｑ軸入力電圧Ｅｓｑと、ｑ軸非干渉項加算部８６ｂにより補正されたｑ軸指令電圧Ｖｑとが入力される。ｑ軸フィードフォワード制御部８７ａは、フィードフォワード項としてのｑ軸入力電圧Ｅｓｑを、ｑ軸指令電圧Ｖｑに加算する。ｄ軸フィードフォワード制御部８７ｂには、電圧変換部１０３により変換されたｄ軸入力電圧Ｅｓｄと、ｄ軸非干渉項減算部８６ｄにより補正されたｄ軸指令電圧Ｖｄとが入力される。ｄ軸フィードフォワード制御部８７ｂは、フィードフォワード項としてのｄ軸入力電圧Ｅｓｄを、ｄ軸指令電圧Ｖｄに加算する。

【0067】

制御装置６０は、固定座標変換部８８を備えている。固定座標変換部８８には、ｄ，ｑ軸フィードフォワード制御部８７ａ，８７ｂにより算出されたｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑと、第１位相取得部１０１の位相情報θａとが入力される。固定座標変換部８８は、位相情報θａに基づいて、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑを、Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。

【0068】

制御装置６０は、変調部８９、比較部９０及び反転部９１を備えている。変調部８９には、電源電圧ＶＤＣと、固定座標変換部８８のＵ，Ｖ，Ｗ相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊とが入力される。変調部８９は、各相において、指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に３次高調波を重畳する。そして、変調部８９は、各相において、指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を電源電圧ＶＤＣで除算することにより、変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗを算出する。変調部８９は、電源電圧ＶＤＣとして、電圧センサ５０の検出値を用いることが可能である。

【0069】

比較部９０には、変調部８９から各相変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗが入力される。比較部９０は、各相変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗと、キャリア信号との大小比較に基づいて、インバータ３１における下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬの操作信号を生成する。下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬの操作信号は、オン操作信号又はオフ操作信号である。反転部９１は、各相下アームスイッチＳＵＬ，ＳＶＬ，ＳＷＬの操作信号の論理を反転させることにより、各相上アームスイッチＳＵＨ，ＳＶＨ，ＳＷＬの操作信号を生成する。なお、キャリア信号は、例えば三角波信号である。

【0070】

図５及び図６に、上述した３相充電制御が行われた場合における電圧及び電流の制御例を示す。図５において、（ａ）は各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの推移を示し、（ｂ）は各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの推移を示し、（ｃ）はＵ相電圧Ｖｕの位相情報θａを示し、（ｄ）は第１ｄ軸電流ｉｄ１の推移を示し、（ｅ）は第１ｑ軸電流ｉｑ１の推移を示す。図６では、第１ｄｑ座標系上において、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから定まる電圧ベクトルＶと、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる電流ベクトルｉとを示している。なお、図５（ｂ）では、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第１端から第２端へ電流が流れる方向を正とし、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第２端から第１端へ電流が流れる方向を負としている。

【0071】

第１座標変換部１００は、３相固定座標系から第１ｄｑ座標系への変換には、Ｕ相電圧Ｖｕと同じ周期Ｔで周期的に変動する位相情報θａを用いる。この場合、第１座標変換部１００は、位相情報θａに基づいて、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから定まる電圧ベクトルＶの方向が第１ｄｑ座標系におけるｑ軸方向を向くように、３相固定座標系から第１ｄｑ座標系への変換を行うことが可能である。

【0072】

指令電流設定部８０は、第１ｄｑ座標系において、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる電流がｑ軸方向を向くように、ｄ軸指令電流ｉｄ＊及びｑ軸指令電流ｉｑ＊を設定する。つまり、指令電流設定部８０は、第１ｄｑ座標系において、第１ｄ，ｑ軸電流ｉｄ１，ｉｑ１の方向を、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから定まる電圧ベクトルＶの方向に揃えるように、ｄ軸指令電流ｉｄ＊及びｑ軸指令電流ｉｑ＊を設定する。本実施形態では、指令電流設定部８０は、ｄ軸指令電流ｉｄ＊を０に設定するとともに、ｑ軸指令電流ｉｑ＊を電源電圧ＶＤＣに応じた値に設定する。

【0073】

指令電流設定部８０により設定されたｄ，ｑ軸指令電流ｉｄ＊，ｉｑ＊に基づいて、第１ｄ，ｑ軸電流ｉｄ１，ｉｑ１の電流フィードバック制御が行われることにより、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと同位相の波形に制御される。言い換えると、第１ｄｑ座標系において、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる電流ベクトルｉの方向が、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから定まる電圧ベクトルＶと同じ方向であるｑ軸方向に制御される。これにより、電圧ベクトルＶと電流ベクトルｉとから定まる力率を１に近づけることができ、蓄電池１０の充電効率を高めることができる。

【0074】

次に、トルク低減制御について説明する。

【0075】

トルク低減制御では、３相充電制御中に発生する回転電機２０のトルクが、界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減されるように、界磁通電回路３３のスイッチング制御が行われる。

【0076】

詳しくは、回転電機２０の発生トルクＴｒｑは、マグネットトルクＴＭと、リラクタンストルクＴＲとからなる。マグネットトルクＴＭ及びリラクタンストルクＴＲを第２ｄ，ｑ軸電流ｉｄ２，ｉｑ２を用いて表すと、下式（ｅｑ１）となる。

【0077】

Ｔｒｑ＝ＴＭ＋ＴＲ
＝Ｐ・φｆ・ｉｑ２＋Ｐ・（Ｌｄ－Ｌｑ）・ｉｄ２・ｉｑ２ …（ｅｑ１）
ここで、上式（ｅｑ１）において、Ｐは回転電機２０の極対数を示し、φｆは界磁巻線２２に界磁電流Ｉｆが流れることにより発生する磁束を示す。磁束φｆは、結合インダクタンスＬｍｆを用いると、「φｆ＝Ｌｍｆ×Ｉｆ」のように表される。結合インダクタンスＬｍｆ（＞０）は、ステータ２３のバックヨーク部及びティース部と、ロータ２１のロータコア及び界磁突極部とを含むｄ軸磁路のインダクタンスである。

【0078】

トルク低減制御では、界磁巻線２２への通電が制御されることにより、マグネットトルクＴＭが制御される。この場合に、リラクタンストルクＴＲとマグネットトルクＴＭとの合計トルクが界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減されるように、マグネットトルクＴＭが発生させられる。例えば、リラクタンストルクＴＲとマグネットトルクＴＭとが相殺するように界磁巻線２２に電流を流すには、上式（ｅｑ１）において回転電機２０の発生トルクＴｒｑが０となるように、界磁電流Ｉｆを流せばよい。この場合、界磁電流Ｉｆは、下式（ｅｑ２）のようになればよい。

【0079】

【数1】

本実施形態では、回転電機２０は順突極性を有し、Ｌｄ－Ｌｑ＞０である。そのため、上式（ｅｑ２）において、界磁電流Ｉｆは、第２ｄ軸電流ｉｄ２とは位相が１８０°ずれた逆位相の電流である。

【0080】

ここでは、図７及び図８を用いて、トルク低減制御における界磁巻線２２に流れる界磁電流Ｉｆを説明する。

【0081】

図７及び図８では、３相充電制御中に各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる電流ベクトルＩａを、第２ｄｑ座標系において模式的に示している。電流ベクトルＩａは、第２ｄｑ座標系において、３相交流電源４１から入力される各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの周波数で回転するベクトルである。このため、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる電流ベクトルＩａのｄ軸成分である第２ｄ軸電流ｉｄ２は、第２ｄｑ軸座標系における交流電流である。本実施形態では、回転電機２０は、順突極性（Ｌｄ－Ｌｑ＞０）を有する。そこで、制御装置６０は、トルク低減制御において、交流の第２ｄ軸電流ｉｄ２と逆位相である電流を、界磁電流Ｉｆとして流すように、界磁通電回路３３のスイッチング制御を行う。

【0082】

例えば、図７に示すように、制御装置６０は、第２ｄ軸電流ｉｄ２が正である場合、第２ｄｑ座標系における界磁電流Ｉｆが負のｄ軸方向に生じるように、界磁通電回路３３のスイッチング制御を行う。例えば、図８に示すように、制御装置６０は、第２ｄ軸電流ｉｄ２が負である場合、第２ｄｑ座標系における界磁電流Ｉｆが正のｄ軸方向に生じるように、界磁通電回路３３のスイッチング制御を行う。

【0083】

図９を参照しつつ、トルク低減制御について具体的に説明する。

【0084】

制御装置６０は、目標電流設定部１２０を備えている。目標電流設定部１２０には、第２座標変換部１１０から第２ｄ軸電流ｉｄ２が入力される。本実施形態では、回転電機２０は、順突極性（Ｌｄ－Ｌｑ＞０）を有する。そこで、目標電流設定部１２０は、第２ｄ軸電流ｉｄ２と逆位相の電流を、界磁目標電流Ｉｆ＊として設定する。これにより、回転電機２０の特性が考慮され、リラクタンストルクＴＲが発生する方向とは反対方向にマグネットトルクＴＭが発生するように、界磁電流Ｉｆを流すことができる。そのため、トルク低減制御において、リラクタンストルクＴＲとマグネットトルクＴＭとの合計トルクが界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減されるように、マグネットトルクＴＭを的確に発生させることができる。

【0085】

具体的には、目標電流設定部１２０は、第２ｄ軸電流ｉｄ２と、界磁目標電流Ｉｆ＊とが対応付けられた情報（具体的には、マップ情報又は数式情報）を用いて、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定する。

【0086】

例えば、目標電流設定部１２０は、第２ｄ軸電流ｉｄ２、ｄ，ｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑ、結合インダクタンスＬｍｆに基づいて、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定することが可能である。この場合、目標電流設定部１２０は、第２電流変換部１１２から入力された第２ｄ軸電流ｉｄ２、ｄ，ｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑ及び結合インダクタンスＬｍｆに基づいて、上式（ｅｑ２）の右辺を算出し、算出した値を、界磁目標電流Ｉｆ＊として設定する。

【0087】

なお、目標電流設定部１２０は、ｄ，ｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑ及び結合インダクタンスＬｍｆとして、マップ情報又は数式情報を用いて算出された値を用いることが可能である。

【0088】

例えば、ｄ軸インダクタンスＬｄは、第２ｄ軸電流ｉｄ２、界磁電流Ｉｆ、電気角θｅ及びｄ軸インダクタンスＬｄが対応付けられたマップ情報と、第２座標変換部１１０から入力された第２ｄ軸電流ｉｄ２と、界磁電流センサ５２の検出値と、第２位相取得部１１１により取得された電気角θｅとから算出することが可能である。例えば、ｑ軸インダクタンスＬｑは、第２ｑ軸電流ｉｑ２、電気角θｅ及びｑ軸インダクタンスＬｑが関係付けられたマップ情報と、第２座標変換部１１０から入力された第２ｑ軸電流ｉｑ２と、第２位相取得部１１１により取得された電気角θｅとから算出することが可能である。例えば、結合インダクタンスＬｍｆは、第２ｄ，ｑ軸電流ｉｄ２，ｉｑ２、界磁電流Ｉｆ、電気角θｅ及び結合インダクタンスＬｍｆが関係付けられたマップ情報と、第２座標変換部１１０から入力された第２ｄ，ｑ軸電流ｉｄ２，ｉｑ２と、界磁電流センサ５２の検出値と、第２位相取得部１１１により取得された電気角θｅとに基づいて、結合インダクタンスＬｍｆを算出することが可能である。

【0089】

制御装置６０は、界磁電流偏差算出部１２１と、界磁電流フィードバック制御部１２２とを備えている。界磁電流偏差算出部１２１には、目標電流設定部１２０により設定された界磁目標電流Ｉｆ＊と、界磁電流Ｉｆとが入力される。界磁電流偏差算出部１２１は、界磁電流Ｉｆとして、界磁電流センサ５２の検出値を用いることが可能である。界磁電流偏差算出部１２１は、界磁目標電流Ｉｆ＊から、界磁電流Ｉｆを減算することにより、界磁電流偏差ΔＩｆを算出する。界磁電流偏差算出部１２１は、算出した界磁電流偏差ΔＩｆを、界磁電流フィードバック制御部１２２に出力する。

【0090】

界磁電流フィードバック制御部１２２は、界磁電流偏差ΔＩｆを０にフィードバック制御するための操作量として、界磁指令電圧Ｖｆを算出する。なお、電圧フィードバック制御部８３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とすればよい。

【0091】

制御装置６０は、除算部１２３と、比較部１２４と、反転部１２５とを備えている。除算部１２３には、界磁電流フィードバック制御部１２２から界磁指令電圧Ｖｆが入力される。除算部１２３は、界磁指令電圧Ｖｆを電源電圧ＶＤＣで除算することにより、界磁変調率Ｍｆを算出する。除算部１２３は、電源電圧ＶＤＣとして、電圧センサ５０の検出値を用いることが可能である。

【0092】

比較部１２４には、除算部１２３から界磁変調率Ｍｆが入力される。比較部１２４は、界磁変調率Ｍｆと、キャリア信号との大小比較に基づいて、第１上アームスイッチＳＨ１及び第２下アームスイッチＳＬ２の操作信号を生成する。第１上アームスイッチＳＨ１及び第２下アームスイッチＳＬ２の操作信号は、オン操作信号又はオフ操作信号である。反転部１２５は、第１上アームスイッチＳＨ１及び第２下アームスイッチＳＬ２の操作信号の論理を反転させることにより、第１下アームスイッチＳＬ１及び第２上アームスイッチＳＨ２の操作信号を生成する。なお、キャリア信号は、例えば三角波信号である。

【0093】

図１０に、上述したトルク低減制御が行われた場合における各電流の推移等を示す。図１０において、（ａ）はロータ２１の電気角θｅを示し、（ｂ）は第２ｄ軸電流ｉｄ２の推移を示し、（ｃ）は第２ｑ軸電流ｉｑ２の推移を示し、（ｄ）は界磁電流Ｉｆの推移を示す。

【0094】

第２ｄ軸電流ｉｄ２及び第２ｑ軸電流ｉｑ２は、Ｕ相電圧Ｖｕと同じ周期Ｔで周期的に変動する交流電流である。界磁電流Ｉｆは、第２ｄ軸電流ｉｄ２と逆位相の交流電流に制御される。図１０では、界磁電流Ｉｆと第２ｄ軸電流ｉｄ２との位相差θｓが１８０°である場合を示している。例えば、位相差θｓが１８０°である場合、第２ｄ軸電流ｉｄ２のゼロアップクロスタイミングから、次のゼロダウンクロスタイミングまでの期間に相当する分だけ、界磁電流Ｉｆの位相が第２ｄ軸電流ｉｄ２に対して進められる。界磁電流Ｉｆが第２ｄ軸電流ｉｄ２と逆位相の交流電流に制御されることにより、リラクタンストルクＴＲとマグネットトルクＴＭとの合計トルクが界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減されるように、マグネットトルクＴＭが発生させられる。そのため、ロータ２１の電気角θｅの変動が抑制される。

【0095】

図１１に、制御装置６０が行う外部充電制御の処理手順を示す。外部充電制御は、例えば、上位制御装置７０の指令に基づいて行われる。ここでは、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第２端が３相交流電源４１に電気的に接続されており、かつ、入力スイッチ４２がオンされ、各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂがオフされているものとして説明する。

【0096】

ステップＳ１０では、３相充電制御を実施するか否かを判定する。例えば、上位制御装置７０から外部充電制御を行う旨の指令が伝達されている場合に、３相充電制御を実施すると判定する。ステップＳ１０において否定判定した場合、本制御を終了する。一方、ステップＳ１０において肯定判定した場合、ステップＳ１１に進む。

【0097】

ステップＳ１１では、３相交流電源４１から各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗへと入力される各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの周波数ｆと、電力変換器３０の直流側の電圧における参照電圧ＶＤＣｒｅｆとを取得する。周波数ｆとしては、３相交流電源４１側から送信される情報を取得することが可能である。参照電圧ＶＤＣｒｅｆとしては、上位制御装置７０から送信される情報を取得することが可能である。

【0098】

ステップＳ１２では、３相交流電源４１から各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗへと入力される電流及び電圧として、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及び各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを取得する。各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとして、相電流センサ５１の検出値を取得することが可能である。各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとして、相電圧センサ５４の検出値を取得することが可能である。

【0099】

ステップＳ１３では、Ｕ相電圧Ｖｕに基づいて、位相情報θａを取得する。この場合、制御装置６０は、先の図２で説明した第１位相取得部１０１として機能する。また、電圧センサ５０の検出値を、電源電圧ＶＤＣとして取得する。

【0100】

ステップＳ１４では、指令電流を設定する。本実施形態では、ｄ軸指令電流ｉｄ＊を０に設定するとともに、参照電圧ＶＤＣｒｅｆ及び電源電圧ＶＤＣに基づいて、ｑ軸指令電流ｉｑ＊を設定する。この場合、制御装置６０は、先の図４で説明した指令電流設定部８０として機能する。

【0101】

ステップＳ１５では、位相情報θａに基づいて、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを第１ｄ，ｑ軸電流ｉｄ１，ｉｑ１に変換し、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをｄ，ｑ軸入力電圧Ｅｓｄ，Ｅｓｑに変換する。この場合、制御装置６０は、先の図２で説明した第１座標変換部１００として機能する。

【0102】

ステップＳ１６では、指令電流に基づいて、第１ｄ，ｑ軸電流ｉｄ１，ｉｑ１のフィードバック制御を行う。ここでは、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑを算出する。この場合、制御装置６０は、先の図４で説明したｑ軸電流偏差算出部８４ａ、ｄ軸電流偏差算出部８４ｂ、ｑ軸電流フィードバック制御部８５ａ及びｄ軸電流フィードバック制御部８５ｂとして機能する。

【0103】

ステップＳ１７では、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑ、周波数ｆ及びｄ，ｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑに基づいて、ｄｑ軸非干渉制御を行う。ｄ，ｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑとしては、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、界磁電流Ｉｆ及びロータ２１の電気角θｅのうち少なくとも１つに基づいて算出された値を用いることが可能である。ステップＳ１７の処理において、制御装置６０は、先の図４で説明した非干渉制御部８６として機能する。

【0104】

ステップＳ１８では、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑ及びｄ，ｑ軸入力電圧Ｅｓｄ，Ｅｓｑに基づいて、フィードフォワード制御を行う。この場合、制御装置６０は、先の図４で説明したｄ，ｑ軸フィードフォワード制御部８７ａ，８７ｂとして機能する。

【0105】

ステップＳ１９では、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ，Ｖｑ、位相情報θａ及び電源電圧ＶＤＣに基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗを算出する。この場合、制御装置６０は、先の図４で説明した固定座標変換部８８及び変調部８９として機能する。

【0106】

ステップＳ２０では、角度センサ５３に基づいて、ロータ２１の電気角θｅを取得する。また、界磁電流センサ５２の検出値を、界磁電流Ｉｆとして取得する。ステップＳ２１では、ロータ２１の電気角θｅに基づいて、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、第２ｄ，ｑ軸電流ｉｄ２，ｉｑ２に変換する。この場合、制御装置６０は、先の図３で説明した第２座標変換部１１０として機能する。

【0107】

ステップＳ２２では、第２ｄ軸電流ｉｄ２、ｄ，ｑ軸インダクタンスＬｄ，Ｌｑ及び結合インダクタンスＬｍｆに基づいて、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定する。この場合、制御装置６０は、先の図９で説明した目標電流設定部１２０として機能する。

【0108】

ステップＳ２３では、界磁電流Ｉｆを界磁目標電流Ｉｆ＊にするフィードバック制御を行う。ここでは、界磁指令電圧Ｖｆを算出する。この場合、制御装置６０は、先の図９で説明した界磁電流偏差算出部１２１及び界磁電流フィードバック制御部１２２として機能する。

【0109】

ステップＳ２４では、界磁指令電圧Ｖｆ及び電源電圧ＶＤＣに基づいて、界磁変調率Ｍｆを算出する。この場合、制御装置６０は、先の図９で説明した除算部１２３として機能する。

【0110】

ステップＳ２５では、各相変調率Ｍｕ，Ｍｖ，Ｍｗに基づいて、インバータ３１のスイッチング制御を行う。この場合、制御装置６０は、比較部９０及び反転部９１として機能する。また、界磁変調率Ｍｆに基づいて、界磁通電回路３３のスイッチング制御を行う。この場合、制御装置６０は、比較部１２４及び反転部１２５として機能する。本実施形態において、ステップＳ１６～Ｓ１９，Ｓ２５の処理が「電機子電流制御部」に相当する。

【0111】

なお、ステップＳ１３～Ｓ１９，Ｓ２５の処理は、３相充電制御を行うための処理であり、「第１制御部」に相当する。ステップＳ２０～Ｓ２５の処理は、トルク低減制御を行うための処理であり、「第２制御部」に相当する。ステップＳ２０～Ｓ２４の処理は、ステップＳ１９の処理の後に行うことに限らず、ステップＳ１２の処理の後、かつステップＳ１３の処理よりも前に行ってもよい。また、ステップＳ１３～Ｓ１９の処理と、ステップＳ２０の処理とを並列に行ってもよい。

【0112】

上述した外部充電制御では、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ及びインバータ３１を介して、蓄電池１０及び３相交流電源４１が電気的に接続された状態において、３相充電制御が行われる。これにより、蓄電池１０が充電される。この場合に、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに電流が流れることにより、リラクタンストルクＴＲが発生し、種々の問題が生じ得る。

【0113】

そこで、本実施形態では、３相充電制御中に発生する回転電機２０の発生トルクＴｒｑが界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減されるように、トルク低減制御が行われる。これにより、マグネットトルクＴＭとリラクタンストルクＴＲとの合計トルクが界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減される。そのため、蓄電池１０の充電時に回転電機２０のトルクが発生することを抑制することができる。その結果、蓄電池１０の充電中において、回転電機２０のトルクが生じることに起因した不都合の発生を抑制することができる。

【0114】

以下では、図１２を参照しつつ、外部充電制御の制御例について説明する。図１２において、（ａ）は各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの推移を示し、（ｂ）は各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの推移を示し、（ｃ）は界磁電流Ｉｆの推移を示し、（ｄ）は回転電機２０の発生トルクＴｒｑの推移を示す。なお、図１２（ｂ）では、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第２端から第１端へ電流が流れる方向を正とし、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗの第１端から第２端へ電流が流れる方向を負としている。

【0115】

外部充電制御中にトルク低減制御が行われ、界磁巻線２２に交流の界磁電流Ｉｆが流れる。界磁電流Ｉｆは、第２ｄ軸電流ｉｄ２と逆位相の電流に制御される。これにより、リラクタンストルクＴＲとマグネットトルクＴＭとの合計トルクが界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減されるように、マグネットトルクＴＭが発生させられる。そのため、回転電機２０の発生トルクＴｒｑの大きさが、トルク閾値Ｔｒｑｔｈよりも大きくなることが抑制される。トルク閾値Ｔｒｑｔｈは、例えば、駆動輪１２が回転し始めるトルクであり、駆動輪１２が回転し始めるトルクとして想定される範囲の上限値に設定されている。

【0116】

図１３に、本実施形態とは異なり、外部充電制御中において、界磁巻線２２への通電が遮断された場合の比較例を示す。図１３において、（ａ）は界磁電流Ｉｆの推移を示し、（ｂ）は回転電機２０の発生トルクＴｒｑの推移を示す。

【0117】

比較例では、外部充電制御中において、界磁巻線２２への通電が遮断されているため、界磁電流Ｉｆが０で一定となっている。この場合、リラクタンストルクＴＲが発生するものの、マグネットトルクＴＭが発生しないことに起因して、回転電機２０の発生トルクＴｒｑの変動幅Ｔａが、トルク閾値Ｔｒｑｔｈにより定まる範囲よりも大きくなることが懸念される。発生トルクＴｒｑがトルク閾値Ｔｒｑｔｈを超えてしまうと、外部充電制御中においてユーザに違和感を与えるおそれがある。

【0118】

この点、本実施形態では、上述したように、外部充電制御中にトルク低減制御が行われる。これにより、回転電機２０の発生トルクＴｒｑの大きさが、トルク閾値Ｔｒｑｔｈよりも大きくなることが抑制される。その結果、外部充電制御中にユーザに違和感を与えることを抑制することができる。

【0119】

Ｕ相電圧Ｖｕの位相情報θａに基づいて、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが第１ｄ，ｑ軸電流ｉｄ１，ｉｑ１に変換される。第１ｄｑ座標系において、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる電流ベクトルｉの方向が、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから定まる電圧ベクトルＶの方向に揃うように、ｄ，ｑ軸指令電流ｉｄ＊，ｉｑ＊が設定される。そして、第１ｄ，ｑ軸電流ｉｄ１，ｉｑ１がｄ，ｑ軸指令電流ｉｄ＊，ｉｑ＊に制御される。

【0120】

図１２（ａ），（ｂ）に示すように、上述した電流フィードバック制御が行われることにより、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相が各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの位相に揃うように、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが制御される。これにより、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとから定まる力率を１に近づけることができる。そのため、蓄電池１０の充電効率を高めつつ、３相充電制御時における回転電機２０の発生トルクＴｒｑを低減することができる。

【0121】

第１ｄ，ｑ軸電流ｉｄ１，ｉｑ１の電流フィードバック制御を行う際の周期的に変動する位相情報として、Ｕ相電圧Ｖｕの位相情報θａが用いられる。これにより、外部充電制御中において、第１ｄｑ座標系における直流電流である第１ｄ，ｑ軸電流ｉｄ１，ｉｑ１が制御対象とされ、電流フィードバック制御が行われる。そのため、第１ｄｑ座標系において、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる電流ベクトルｉの方向を、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから定まる電圧ベクトルＶの方向に揃えるように、電流フィードバック制御を行うのに好適な構成を実現することができる。その結果、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとから定まる力率を的確に高めることができる。

【0122】

＜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、トルク低減制御の構成が変更される。

【0123】

図１４に、トルク低減制御において界磁電流Ｉｆを上式（ｅｑ２）のように生じさせた場合における発生トルクＴｒｑの波形を示す。この場合、理論的には、図１４の破線にて示すように、回転電機２０の発生トルクＴｒｑが０となる。しかしながら、実際には図１４の実線にて示すように、相電流センサ５１の検出誤差等に起因して、発生トルクＴｒｑが小さいながら変動することがある。この場合、発生トルクＴｒｑの極性が正負交互に変化する。

【0124】

図１５に示すように、動力伝達機構１１を構成する第１ギア１３及び第２ギア１４には、バックラッシュが設けられている。図１５には、各ギア１３，１４として外歯歯車を例示している。バックラッシュが設けられる構成において、ロータ２１の発生トルクＴｒｑの極性が正負交互に変化すると、第１ギア１３及び第２ギア１４の回転方向が交互に変化し、第１ギア１３の歯１３ａ及び第２ギア１４の歯１４ａ同士が衝突する歯打ちが発生し得る。

【0125】

外部充電制御において、ロータ２１の発生トルクＴｒｑの大きさがトルク閾値Ｔｒｑｔｈ以下となり、ロータ２１の発生トルクＴｒｑが低減されているにもかかわらず、ギアの歯打ち音が大きくなると、システムのＮＶ（Noise,Vibration）が悪化してしまう。

【0126】

そこで、本実施形態では、図１６に示すように、第１ギア１３の歯１３ａ及び第２ギア１４の歯１４ａ同士の押し付け状態を維持して歯打ち音が発生するのを抑制し、ＮＶの改善を図る。

【0127】

目標電流設定部１２０は、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流す交流電流の１周期又は複数周期における回転電機２０の発生トルクＴｒｑの時間平均値を界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減させるように、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定する。この際、目標電流設定部１２０は、発生トルクＴｒｑの時間平均値を０からオフセットさせるように、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定する。

【0128】

図１７に、トルク低減制御において、回転電機２０の発生トルクＴｒｑを正側にオフセットさせるように界磁目標電流Ｉｆ＊が設定された場合の一例を示す。図１７では、回転電機２０の発生トルクＴｒｑの時間平均値がオフセット値Ｔｏｆｆｓｅｔだけオフセットされ、かつ、発生トルクＴｒｑの変動幅ΔＴが０からトルク閾値Ｔｒｑｔｈの範囲内に収められている。これにより、回転電機２０の発生トルクＴｒｑの極性が正負交互に変化することが抑制され、歯打ち音が発生するのを抑制することができる。そのため、ＮＶの改善を図ることができる。

【0129】

具体的には、目標電流設定部１２０は、第２ｄ軸電流ｉｄ２と逆位相又は同位相である界磁電流Ｉｆに対して、界磁目標電流Ｉｆ＊の位相をシフトさせる。界磁電流偏差算出部１２１、界磁電流フィードバック制御部１２２、除算部１２３、比較部１２４及び反転部１２５は、界磁電流Ｉｆを、界磁目標電流Ｉｆ＊に制御する。これにより、マグネットトルクＴＭがリラクタンストルクＴＲに対して大きく又は小さくなる。そのため、回転電機２０の発生トルクＴｒｑの時間平均値を０からオフセットさせることができる。

【0130】

例えば、目標電流設定部１２０は、第２ｄ軸電流ｉｄ２と、第２ｄ軸電流ｉｄ２に対して位相がシフトされた界磁目標電流Ｉｆ＊とが対応付けられた情報（具体的には、マップ情報又は数式情報）を用いて、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定することが可能である。また、例えば、目標電流設定部１２０は、入力電流と、入力電流とは逆位相の界磁目標電流Ｉｆ＊とが対応付けられた情報を用いて、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定する場合に、第２ｄ軸電流ｉｄ２に対して位相がシフトされたシフト電流を入力電流として、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定することが可能である。例えば、シフト電流としては、ロータ２１の電気角θｅに対して正側又は負側にシフトされた位相情報に基づいて、３相固定座標系から第２ｄｑ座標系へと変換された電流を用いることが可能である。

【0131】

図１８に、トルク低減制御の制御例を示す。図１８において、（ａ）～（ｄ）は、先の図１０（ａ）～（ｄ）に対応している。図１８（ｄ）では、破線にて先の図１０（ｄ）と同じ波形を示し、実線にて界磁電流Ｉｆの位相をシフトさせた場合の波形を示している。ここでは、界磁電流Ｉｆの位相を、所定のシフト量Ｔｓだけシフトさせている。

【0132】

界磁電流Ｉｆの位相のシフト量Ｔｓは、例えば、第２ｄ軸電流ｉｄ２と逆位相である界磁電流Ｉｆに対して、界磁電流Ｉｆの周期Ｔ分だけシフトされた場合を３６０°として、０°≦Ｔｓ≦３６０°の範囲で表される。この場合、界磁電流Ｉｆの位相のシフト量Ｔｓが０°＜Ｔｓ≦１８０°の範囲で大きいほど、オフセット値Ｔｏｆｆｓｅｔが増大し、かつ回転電機２０の発生トルクＴｒｑの変動幅ΔＴが増大する。回転電機２０の発生トルクＴｒｑの変動幅ΔＴが大きいと、ロータ２１の発生トルクＴｒｑが、トルク閾値Ｔｒｑｔｈを上回ったり、０を下回ったりする可能性がある。

【0133】

界磁電流Ｉｆの位相のシフト量Ｔｓは、回転電機２０の特性（例えば、回転電機２０のインダクタンス及び電気抵抗）に応じて、ロータ２１の発生トルクＴｒｑが０からトルク閾値Ｔｒｑｔｈの範囲内に収まるように定められる。例えば、界磁電流Ｉｆの位相のシフト量Ｔｓは、０°＜Ｔｓ≦３０°、０°＜Ｔｓ≦６０°又は０°＜Ｔｓ≦９０°の範囲で定められる。なお、本実施形態において、ステップＳ２３～Ｓ２５の処理が「界磁電流制御部」に相当する。

【0134】

本実施形態によれば、界磁電流Ｉｆの位相のシフト量Ｔｓが回転電機２０の特性に応じて定められることにより、ロータ２１の発生トルクＴｒｑの時間平均値を０からオフセットさせる際に、発生トルクＴｒｑが、トルク閾値Ｔｒｑｔｈを上回ったり、０を下回ったりすることを抑制することができる。そのため、ＮＶの改善を図るのに好適な構成を実現することができる。
＜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。

【0135】

・図１９に示すように、システムは、モータ側スイッチ４５（「切替スイッチ」に相当）を備えていてもよい。モータ側スイッチ４５は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相充電経路２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗにおいて、フィルタ４３よりも回転電機２０側に設けられている。例えば、各モータ側スイッチ４５は、機械式のリレー又は半導体スイッチング素子である。

【0136】

制御装置６０は、各モータ側スイッチ４５を制御する。制御装置６０は、外部充電制御を行う場合に、各メインスイッチ４０ｐ，４０ｎ、入力スイッチ４２及びモータ側スイッチ４５をオンするとともに、各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂをオフする。一方、制御装置６０は、外部充電制御を行わない場合又は回転電機２０を回転駆動させる場合に、各メインスイッチ４０ｐ，４０ｎ及び各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂをオンするとともに、入力スイッチ４２及びモータ側スイッチ４５をオフする。

【0137】

本実施形態では、回転電機２０が回転駆動される場合に、各中性点スイッチ４４ａ，４４ｂがオンされ、かつ各モータ側スイッチ４５がオフされる。この場合、回転電機２０の回転駆動中において、フィルタ４３を介して各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ間に電流が流れることを抑制することができる。そのため、回転電機２０が蓄電池１０を充電する充電器の一部として利用される構成において、システムに意図しない電流が流れることを抑制することができる。

【0138】

・各相充電経路２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗに入力スイッチ４２が設けられていなくてもよい。また、高電位側電気経路Ｌｐに高電位側メインスイッチ４０ｐが設けられていなくてもよく、低電位側電気経路Ｌｎに低電位側メインスイッチ４０ｎが設けられていなくてもよい。

【0139】

・図２０に示すように、システムは、ＤＣＤＣコンバータ１３０を備えていてもよい。ＤＣＤＣコンバータ１３０は、蓄電池１０及び電力変換器３０の間の電力伝達を行う。本実施形態において、ＤＣＤＣコンバータ１３０は、絶縁型のＤＣＤＣコンバータである。

【0140】

ＤＣＤＣコンバータ１３０は、ＤＡＢ（Dual Active Bridge）方式のものであり、第１フルブリッジ回路１３１と、第２フルブリッジ回路１３３と、各フルブリッジ回路１３１，１３３の間の電力伝達を行うトランス１３２とを備えている。トランス１３２は、第１フルブリッジ回路１３１に接続された第１コイル１３２Ａと、第２フルブリッジ回路１３３に接続された第２コイル１３２Ｂと、各コイル１３２Ａ，１３２Ｂを磁気結合するコア１３２Ｃを備えている。なお、ＤＣＤＣコンバータ１３０は、他の方式（例えばＬＬＣ方式）のものであってもよい。

【0141】

各フルブリッジ回路１３１，１３３は、上下アームのスイッチにより構成されている。各フルブリッジ回路１３１，１３３のスイッチは、半導体スイッチング素子であり、具体的にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。各フルブリッジ回路１３１，１３３のスイッチは、制御装置６０により制御される。

【0142】

・指令電流設定部８０は、第１ｄｑ座標系において、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる電流の方向をｑ軸方向に揃えるのに、ｄ軸指令電流ｉｄ＊を０以外の値に設定してもよい。例えば、指令電流設定部８０は、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる電流と、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとから定まる力率が所定値（例えば、１付近の値）以上となる範囲で、ｄ軸指令電流ｉｄ＊及びｑ軸指令電流ｉｑ＊を、電源電圧ＶＤＣに応じた値に設定することが可能である。

【0143】

・第１座標変換部１００は、位相情報θａに基づいて、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから定まる電圧ベクトルＶの方向が第１ｄｑ座標系におけるｑ軸方向以外の方向を向くように、３相固定座標系から第１ｄｑ座標系への変換を行うことが可能である。この場合、指令電流設定部８０は、第１ｄｑ座標系において、第１ｄ，ｑ軸電流ｉｄ１，ｉｑ１の方向を、ｑ軸方向以外の方向を向いた電圧ベクトルの方向に揃えるように、ｄ軸指令電流ｉｄ＊及びｑ軸指令電流ｉｑ＊を設定する。

【0144】

・第１座標変換部１００は、Ｕ相電圧Ｖｕに代えて、Ｖ相電圧Ｖｖ又はＷ相電圧Ｖｗに基づいて、３相充電制御に用いられる電流及び電圧を、第１ｄｑ座標系の電流及び電圧に変換することが可能である。

【0145】

例えば、Ｖ相電圧Ｖｖを例にして説明すると、第１位相取得部１０１には、Ｖ相電圧Ｖｖが入力される。Ｖ相電圧Ｖｖは、３相交流電源４１からＶ相巻線２４Ｖへと入力される入力電圧である。第１位相取得部１０１は、Ｖ相電圧Ｖｖとして、相電圧センサ５４の検出値を用いることが可能である。第１位相取得部１０１は、Ｖ相電圧Ｖｖの位相情報を取得する。Ｖ相電圧Ｖｖの位相情報は、Ｕ相電圧Ｖｕの位相情報θａと同様の情報である。Ｖ相電圧Ｖｖの位相情報は、第１電流変換部１０２及び電圧変換部１０３に入力される。

【0146】

第１電流変換部１０２は、Ｖ相電圧Ｖｖの位相情報に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、第１ｄ軸電流ｉｄ１及び第１ｑ軸電流ｉｑ１に変換することが可能である。電圧変換部１０３は、Ｖ相電圧Ｖｖの位相情報に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを、ｄ，ｑ軸入力電圧Ｅｓｄ，Ｅｓｑに変換することが可能である。

【0147】

・第１実施形態において、目標電流設定部１２０は、マグネットトルクＴＭとリラクタンストルクＴＲとの合計トルクが低減する範囲において、界磁目標電流Ｉｆ＊として、第２ｄ軸電流ｉｄ２と逆位相の電流以外の電流を設定してもよい。例えば、目標電流設定部１２０は、界磁電流Ｉｆと第２ｄ軸電流ｉｄ２との位相差θｓを、９０°＜θｓ＜２７０°、１５０°≦θｓ≦２１０°、又は１７０°≦θｓ≦１９０°とするように、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定してもよい。

【0148】

・回転電機２０は、ｑ軸インダクタンスＬｑがｄ軸インダクタンスＬｄよりも大きい特性である逆突極性（Ｌｑ－Ｌｄ＞０）を有する回転電機であってもよい。この場合、目標電流設定部１２０は、第２ｄ軸電流ｉｄ２と同位相の電流を、界磁目標電流Ｉｆ＊として設定する。これにより、回転電機２０の特性が考慮され、リラクタンストルクＴＲが発生する方向とは反対方向にマグネットトルクＴＭが発生するように、界磁電流Ｉｆを流すことができる。そのため、トルク低減制御において、リラクタンストルクＴＲとマグネットトルクＴＭとの合計トルクが界磁巻線２２に電流を流さない場合よりも低減されるように、マグネットトルクＴＭを的確に発生させることができる。

【0149】

なお、目標電流設定部１２０は、回転電機２０が順突極性を有する場合と同様に、界磁目標電流Ｉｆ＊として、第２ｄ軸電流ｉｄ２と同位相の電流以外の電流を設定することが可能である。例えば、目標電流設定部１２０は、マグネットトルクＴＭとリラクタンストルクＴＲとの合計トルクが低減する範囲において、－９０°＜θｓ＜９０、－３０°≦θｓ≦３０°、又は－１０°≦θｓ≦１０°となるように、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定することが可能である。また、例えば、目標電流設定部１２０は、回転電機２０の発生トルクＴｒｑの時間平均値を０からオフセットさせるべく、第２ｄ軸電流ｉｄ２と同位相である界磁電流Ｉｆに対して、界磁目標電流Ｉｆ＊の位相をシフト量Ｔｓだけシフトさせるように、界磁目標電流Ｉｆ＊を設定することが可能である。

【0150】

・第２実施形態のトルク低減制御において、回転電機２０の発生トルクＴｒｑの１周期のうち一部期間における発生トルクＴｒｑの極性が負となったり、複数周期のうち、一部周期の一部期間における発生トルクＴｒｑの極性が負となったりしてもよい。この場合でも、各相巻線２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗに流れる交流電流の複数周期における発生トルクＴｒｑの時間平均値が、０からオフセットされることにより、歯打ちが発生したとしても歯打ち音を低減したり、歯打ち回数を低減したりすることができる。

【0151】

・電力変換器３０及び各フルブリッジ回路１３１，１３３を構成するスイッチは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。この場合、ＩＧＢＴにフリーホイールダイオードが逆並列接続されていればよい。

【0152】

・インバータ等の電力変換器に接続される蓄電部としては、蓄電池に限らず、例えば、大容量の電気二重層キャパシタ、又は蓄電池及び電気二重層キャパシタの双方を備えるものであってもよい。

【0153】

・制御装置６０が搭載される移動体としては、車両に限らず、例えば、航空機又は船舶であってもよい。航空機の場合、回転駆動対象は例えばプロペラであり、船舶の場合、回転駆動対象は例えばスクリューである。また、制御装置の搭載先は、移動体に限らず、定置式の装置であってもよい。

【0154】

・本開示に記載の制御装置及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御装置及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【0155】

以下、上述した各実施形態から抽出される特徴的な構成を記載する。
［構成１］
電機子巻線（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）及び界磁巻線（２２）を有する回転電機（２０）と、
前記回転電機の駆動電力を蓄電する蓄電部（１０）と、
前記電機子巻線に電気的に接続され、前記電機子巻線に流れる電流を制御する第１電力変換器（３１）と、
前記界磁巻線に電気的に接続され、前記界磁巻線に流れる電流を制御する第２電力変換器（３３）と、
を備えるシステムに適用される電力変換器の制御装置（６０）において、
前記電機子巻線及び前記第１電力変換器を介して、前記蓄電部に交流電源（４１）が電気的に接続された状態において、前記交流電源から前記蓄電部へと電流が流れるように、前記第１電力変換器のスイッチング制御を行う第１制御部と、
前記第１電力変換器のスイッチング制御中に発生する前記回転電機のトルクが、前記界磁巻線に電流を流さない場合よりも低減されるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う第２制御部と、
を備える、電力変換器の制御装置。
［構成２］
前記回転電機は、ｄ軸インダクタンスがｑ軸インダクタンスよりも大きい特性を有し、
前記第２制御部は、前記電機子巻線に流れる電流のｄ軸成分と逆位相である電流が前記界磁巻線に流れるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う、構成１に記載の電力変換器の制御装置。
［構成３］
前記回転電機は、ｑ軸インダクタンスがｄ軸インダクタンスよりも大きい特性を有し、
前記第２制御部は、前記電機子巻線に流れる電流のｄ軸成分と同位相である電流が前記界磁巻線に流れるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う、構成１に記載の電力変換器の制御装置。
［構成４］
前記第１制御部は、前記電機子巻線に流れる電流の位相を、前記交流電源から前記電機子巻線へと入力される入力電圧の位相に揃えるように、前記第１電力変換器のスイッチング制御を行う、構成１～３のいずれか１つに記載の電力変換器の制御装置。
［構成５］
前記第１制御部は、
前記入力電圧の位相情報に基づいて、前記電機子巻線に流れる電流をｄｑ座標系における電流に変換する座標変換部と、
前記ｄｑ座標系において、前記電機子巻線に流れる電流の方向を、前記入力電圧から定まる電圧ベクトルの方向に揃えるように、前記電機子巻線の指令電流を設定する指令電流設定部と、
前記電機子巻線に流れる電流を前記指令電流に制御するように、前記第１電力変換器のスイッチング制御を行う電機子電流制御部と、
を有する、構成４に記載の電力変換器の制御装置。
［構成６］
前記システムは、前記回転電機のロータ（２１）から回転駆動対象（１２）までの動力伝達機構（１１）を構成し、前記ロータからの回転動力によって回転するとともに互いに噛み合う少なくとも一対のギア（１３，１４）を備え、
前記第２制御部は、前記第１電力変換器のスイッチング制御中に発生する前記回転電機のトルクを前記界磁巻線に電流を流さない場合よりも低減させ、かつ前記電機子巻線に流す交流電流の１周期又は複数周期における前記回転電機のトルクの時間平均値を０からオフセットさせるように、前記第２電力変換器のスイッチング制御を行う、構成１～５のいずれか１つに記載の電力変換器の制御装置。
［構成７］
前記第２制御部は、
界磁目標電流を設定する目標電流設定部と、
前記界磁巻線に流れる界磁電流を、前記界磁目標電流に制御する界磁電流制御部と、
を有し、
前記目標電流設定部は、前記電機子巻線に流れる電流のｄ軸成分と逆位相又は同位相である前記界磁電流に対して、前記界磁目標電流の位相をシフトさせることにより、前記時間平均値を０からオフセットさせる、構成６に記載の電力変換器の制御装置。
［構成８］
前記電機子巻線は、第１端が前記第１電力変換器に接続され、第２端が互いに中性点で接続された複数相の巻線であり、
前記各電機子巻線の前記中性点側に設けられ、前記各電機子巻線の間を電気的に接続又は遮断する中性点スイッチ（４４ａ，４４ｂ）を備える、構成１～７のいずれか１つに記載の電力変換器の制御装置。
［構成９］
前記電機子巻線及び前記交流電源の間に設けられ、前記電機子巻線に流れる電流の導通及び遮断を切り替える切替スイッチ（４２，４５）を備える、構成１～８のいずれか１つに記載の電力変換器の制御装置。

【符号の説明】

【0156】

１０…蓄電池、２０…回転電機、２２…界磁巻線、２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ…Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線、３０…電力変換器、３１…インバータ、３３…界磁通電回路、４１…３相交流電源、６０…制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】