JP2012130131A - 回転機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期制御部による操作信号が回転角度に同期して定まるために、回転速度がゼロである場合においての、モータジェネレータの制御量の制御性が低下するおそれを好適に抑制する。
【解決手段】推定トルクＴｅを要求トルクＴｒにフィードバック制御するための操作量としての位相δと、電気角速度ωおよび要求トルクＴｒに応じて開ループ制御によって定まるノルムＶｎと、回転角度θの検出値に基づき、操作信号生成部２８では、インバータの操作信号ｇ＊＃を生成する。ただし、モータジェネレータの起動処理については非同期制御部３０によって行ない、モータジェネレータの回転速度の上昇に伴って同期制御部２０による制御に切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御す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相電動機に対する要求トルクおよび回転速度とインバータの出力電圧ベクトルのノルムとの関係が定められたマップを用いてインバータの出力電圧のノルムを設定するものも提案されている。ここでは、インバータの出力電圧の位相は、トルクフィードバック制御の操作量とされている。そして、出力電圧ベクトルのノルムに応じて定まる操作信号パターンを用い、操作される位相と都度の回転角度とに基づき、出力電圧ベクトルのノルムに応じて定まる操作信号パターンのうちの対応する角度における信号値となるようにインバータの操作信号を出力する。

特開２００９−２３２５３１号公報

ただし、上記操作信号パターンに基づく操作信号は、各回転角度毎に定まるものであるため、回転速度がゼロである場合においては、回転機の制御量の制御性が低下するおそれがある。

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、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御する新たな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、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、前記直流交流変換回路の操作信号を前記回転機の回転角度に同期して設定することで前記回転機の制御量を制御する同期制御手段と、前記直流交流変換回路の操作信号を前記回転機の回転角度に非同期で設定することで前記回転機の制御量を開ループ制御する非同期制御手段と、前記回転機の回転速度の絶対値が上昇することで前記非同期制御手段による制御から前記同期制御手段による制御へと切り替える処理および前記回転機の回転速度の絶対値が低下することで前記同期制御手段による制御から前記非同期制御手段による制御に切り替える処理の少なくとも一方を行う切替手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、回転機が停止している状態や起動後間もない状態等、回転機の回転速度の絶対値が小さい場合に非同期制御手段を用いることで、直流交流変換回路のスイッチング状態の切り替えを回転角度の変化とは独立に行うことができ、ひいては回転機の制御性の低下を好適に抑制することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記同期制御手段は、前記回転機に対するトルク相当量と電気角速度とに基づき前記直流交流変換回路の出力電圧のベクトルノルムを設定するノルム設定手段と、前記回転機の制御量をフィードバック制御するための操作量として前記出力電圧の位相を設定する位相設定手段と、前記位相設定手段によって設定される位相および前記回転機の回転角度に基づき、前記ノルム設定手段によって設定されるノルムに応じた操作信号波形の該当部分を指定することで前記直流交流変換回路の操作信号を生成して出力する操作信号生成手段とを備える。

請求項３記載の発明は、回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、前記直流交流変換回路の操作信号を前記回転機の回転角度に同期して設定することで前記回転機の制御量を制御する同期制御手段と、前記直流交流変換回路の操作信号を前記回転機の回転角度に非同期で設定することで前記回転機の制御量を制御する非同期制御手段と、前記回転機の回転速度の絶対値が上昇することで前記非同期制御手段による制御から前記同期制御手段による制御へと切り替える処理および前記回転機の回転速度の絶対値が低下することで前記同期制御手段による制御から前記非同期制御手段による制御に切り替える処理の少なくとも一方を行う切替手段とを備え、前記同期制御手段は、前記回転機に対するトルク相当量と電気角速度とに基づき前記直流交流変換回路の出力電圧のベクトルノルムを設定するノルム設定手段と、前記回転機の制御量をフィードバック制御するための操作量として前記出力電圧の位相を設定する位相設定手段と、前記位相設定手段によって設定される位相および前記回転機の回転角度に基づき、前記ノルム設定手段によって設定されるノルムに応じた操作信号波形の該当部分を指定することで前記直流交流変換回路の操作信号を生成して出力する操作信号生成手段とを備える。

上記発明では、回転機が停止している状態や起動後間もない状態等、回転機の回転速度の絶対値が小さい場合に非同期制御手段を用いることで、直流交流変換回路のスイッチング状態の切り替えを回転角度の変化とは独立に行うことができ、ひいては回転機の制御性の低下を好適に抑制することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記同期制御手段は、前記回転機の制御量を制御するための前記直流交流変換回路の出力電圧の指令値と前記回転機の回転角度に同期したキャリアとの大小比較に基づき前記操作信号を設定することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記非同期制御手段は、前記回転機の制御量の指令値に応じた開ループ操作量としての前記直流交流変換回路の出力電圧を設定する開ループ電圧設定手段と、該開ループ電圧設定手段によって設定された出力電圧をパルス幅変調処理によって変調することで前記直流交流変換回路の操作信号を生成して出力するパルス幅変調処理手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、擬似交流電圧を生成するための操作信号を簡易に生成することができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記開ループ電圧設定手段は、前記回転機に対する制御量の指令値としてのトルクの指令値と前記出力電圧のベクトルノルムとを関係付けて記憶する記憶手段を備えることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記開ループ電圧設定手段は、前記回転機の電気角速度が大きいほど前記出力電圧のベクトルノルムを大きい値として算出する関係式に基づき前記出力電圧を設定することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記切替手段は、前記回転機の回転速度、トルク、電流、前記直流交流変換回路の出力電圧、変調率の少なくとも１つを入力パラメータとして前記切り替えを行うことを特徴とする。

回転機のトルクは、回転機の回転速度の変化と相関を有するため、トルクに基づき回転速度を推定することができる。また、電流はトルクと相関を有するパラメータであるため、電流に基づき回転速度を推定することができる。特に、電流と出力電圧とを関係付ける電圧方程式には、電気角速度が用いられるため、電流と出力電圧とから電気角速度を推定することができる。なお、変調率は、直流交流変換回路の入力電圧と併せて出力電圧を算出するパラメータであるため、変調率を参照しつつ回転速度を推定することも可能である。

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操作信号の生成処理に関するブロック図。 同実施形態にかかる起動処理の手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかる操作信号の生成処理に関するブロック図。 第３の実施形態にかかる操作信号の生成処理に関するブロック図。

＜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。

モータジェネレータ１０は、３相の永久磁石同期モータである。また、モータジェネレータ１０は、突極性を有する回転機（突極機）である。詳しくは、モータジェネレータ１０は、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）である。

モータジェネレータ１０は、インバータＩＶおよび昇圧コンバータＣＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。ここで、昇圧コンバータＣＶは、高電圧バッテリ１２の電圧（百Ｖ以上：例えば「２８８Ｖ」）を所定の電圧（例えば「６６６Ｖ」）を上限として昇圧するものである。一方、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、これらにはそれぞれ、ダイオードＤ＊ｐ，Ｄ＊ｎ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の回転角度θ（電気角）を検出する回転角度センサ１５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１６，１７，１８を備えている。さらに、インバータＩＶの入力電圧（電源電圧ＶＤＣ）を検出する電圧センサ１９を備えている。

上記各種センサの検出値は、インターフェース１３を介して低圧システムを構成する制御装置１４に取り込まれる。制御装置１４では、これら各種センサの検出値に基づき、インバータＩＶや昇圧コンバータＣＶを操作する操作信号を生成して出力する。ここで、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓ＊ｐ，Ｓ＊ｎを操作する信号が、操作信号ｇ＊ｐ，ｇ＊ｎである。また、昇圧コンバータＣＶの２つのスイッチング素子を操作する信号が、操作信号ｇｕｐ，ｇｃｎである。

図２に、上記インバータＩＶの操作信号の生成に関する処理のブロック図を示す。

図示されるように、本実施形態では、同期制御部２０および非同期制御部３０を備えている。以下では、「同期制御部２０の処理」、「非同期制御部３０の処理」の順に説明した後、最後に「非同期制御部３０によるモータジェネレータ１０の起動処理」について説明する。
「同期制御部２０の処理」
モータジェネレータ１０の各相を流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、２相変換部２１において、回転２相座標系の実電流であるｄ軸上の実電流ｉｄとｑ軸上の実電流ｉｑとに変換される。トルク推定部２２では、モータジェネレータ１０を流れるｑ軸電流およびｄ軸電流に基づき、推定トルクＴｅを算出する。位相設定部２４では、推定トルクＴｅを要求トルクＴｒにフィードバック制御するための操作量として位相δを算出する。この位相δは、推定トルクＴｅと要求トルクＴｒとの差を入力とする比例制御器と積分制御器との各出力の和として算出されるものである。

ノルム設定部２６では、要求トルクＴｒおよび電気角速度ωとインバータＩＶの出力電圧ベクトルのノルムＶｎとの関係を記憶したマップを用い、要求トルクＴｒおよび電気角速度ωを入力としてノルムＶｎを設定する。ここで、ベクトルのノルムは、ベクトルの各成分の２乗の和の平方根によって定義される。なお、ここでのノルムＶｎは、最小電流最大トルク制御を実現可能なように設計されている。

そして、操作信号生成部２８では、上記位相設定部２４の設定する位相δと、上記ノルム設定部２６の設定するノルムＶｎと、電源電圧ＶＤＣと、回転角度θとに基づき、操作信号ｇ＊＃（＊＝ｕ，ｖ，ｗ；＃＝ｐ，ｎ）を生成する。詳しくは、操作信号生成部２８は、変調率毎に、電気角の１回転周期分の操作信号波形をマップデータとして記憶している。

操作信号生成部２８では、電源電圧ＶＤＣとノルムＶｎとに基づき、変調率を算出し、これに応じて、該当する操作信号波形を選択する。ここで、上記変調率の上限は、矩形波制御時の変調率である「１．２７」とされている。そして、操作信号波形が選択されると、操作信号生成部２８では、この波形の出力タイミングを上記位相設定部２４の設定する位相δと回転角度θとに基づき設定することで、操作信号ｇ＊＃を生成する。これにより、操作信号ｇ＊＃の変化は、基本的には回転角度θの変化によってなされることとなる。

「非同期制御部３０による処理」
開ループ電圧振幅設定部３２では、要求トルクＴｒに応じてインバータＩＶの各相の電圧振幅Ｖａを設定する。ここでは、要求トルクＴｒが大きいほど振幅Ｖａを大きく設定する。一方、起動開始角取得部３４では、モータジェネレータ１０を停止状態から起動させるに際しての停止角度（起動開始角θ０）を取得する。

そしてＰＷＭ信号生成部３６では、インバータＩＶの出力電圧を、開ループ電圧振幅設定部３２によって設定された振幅Ｖａを有する３相の指令電圧Ｖ＊ｒ（＊＝ｕ，ｖ，ｗ）とするための操作信号ｇ＊＃を生成して出力する。ここでは、３相の各指令電圧Ｖ＊ｒとキャリアとの大小比較に基づき操作信号ｇ＊＃を生成する。ここで、キャリアは、回転角度θとは無関係に時間周期で値を変化させる周期信号である。一方、指令電圧Ｖ＊ｒの周波数ｆは、モータジェネレータ１０の電気角速度ωが大きくなるほど高周波に設定する。また、指令電圧Ｖ＊ｒの位相δ０は、起動開始角θ０に基づきモータジェネレータ１０を所望の回転方向に回転させることのできる位相に設定される。なお、指令電圧V＊ｒの位相δ０は、ｑ軸正方向とのなす角によって定義されるものではなく、角速度が「２πｆ」となる三角関数の独立変数の初期値である。

ちなみに、上記周波数ｆは、モータジェネレータ１０が回転を開始する以前に指令電圧Ｖ＊ｒの位相が進みすぎてモータジェネレータ１０に加わるトルクが逆方向とならないように調整される。

「非同期制御部３０によるモータジェネレータ１０の起動処理」
本実施形態では、基本的に、モータジェネレータ１０の可動領域のほとんどすべてにおいて、同期制御部２０を用いて制御量（トルク）の制御を行う。ただし、モータジェネレータ１０の回転速度がゼロまたはきわめて小さい場合、操作信号ｇ＊＃を適切に変化させて、インバータＩＶの出力電圧をモータジェネレータ１０に適切なトルクを生じさせることのできるものにすることが困難となる。すなわち、要求トルクＴｒとするうえで適切なインバータＩＶの出力電圧は、モータジェネレータ１０の端子とインバータＩＶの高電位側の入力端子および低電位側の入力端子のそれぞれとの接続時間の割合の制御によって生成されるものであるにもかかわらず、インバータＩＶの出力電圧は、回転角度θに応じた操作信号ｇ＊＃によって定まるため、回転角度θの変化が極めて小さい場合、操作信号ｇ＊＃は略固定値となる。そしてこの場合、操作信号ｇ＊＃を変化させることができるのは、位相設定部２４によって設定される位相δが大きくずれた場合に限られる。

そこで本実施形態では、モータジェネレータ１０の起動処理（極低速運転時の処理）を、非同期制御部３０によって行う。

図３に、本実施形態にかかる起動処理の手順を示す。この処理は、制御装置１４によって、たと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、起動要求が生じたか否かを判断する。そしてステップＳ１０において肯定判断される場合には、ステップＳ１２において、上記起動開始角θ０と要求トルクＴｒとを取得する。続くステップＳ１４においては、非同期制御部３０によってモータジェネレータ１０のトルクを要求トルクＴｒに開ループ制御する。なお、ここでの要求トルクＴｒは、登坂路における発進制御等、駆動輪に要求されるトルクが大きいほど大きい値に設定することが望ましい。

続くステップＳ１６においては、同期制御部２０による制御への切替条件が成立したか否かを判断する。ここで、切替条件は、モータジェネレータ１０の回転速度が規定速度以上となる旨の条件である。ただし、このステップＳ１６の処理における入力パラメータとしては、必ずしも回転速度に限らない。たとえば要求トルクＴｒへの開ループ制御の時間によって回転速度が規定速度以上となるタイミングを推定可能であるなら、要求トルクＴｒおよび開ループ制御の継続時間を入力パラメータとしてもよい。また、要求トルクＴｒに代えて、トルクを推定可能なパラメータとしてのモータジェネレータ１０の電流を入力パラメータとして用いてもよい。また、電流を入力とする代わりに、これを推定可能なパラメータであるインバータＩＶの出力電圧と回転速度とを用いてもよい。なお、出力電圧は、変調率と電源電圧ＶＤＣとによっても算出可能である。

上記ステップＳ１６において肯定判断される場合、ステップＳ１８において、同期制御部２０による制御に切り替える。なお、ステップＳ１８の処理が完了する場合や、ステップＳ１０、Ｓ１６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の起動処理を非同期制御部３０によって行なって且つ、モータジェネレータ１０の回転速度が上昇することで同期制御部２０による制御に切り替えた。これにより、起動処理に際して、インバータＩＶのスイッチング状態の切り替えを回転角度の変化とは独立に行うことができ、ひいてはモータジェネレータ１０の制御性の低下を好適に抑制することができる。

（２）非同期制御部３０を開ループ制御手段とした。これにより、起動処理のみに用いる制御手段の適合工数を低減することができる。

（３）開ループ電圧振幅設定部３２によって設定される電圧振幅Ｖａを有する正弦波電圧と搬送波との大小比較に基づくパルス幅変調処理によって操作信号ｇ＊＃を生成した。これにより、擬似交流電圧を生成するための操作信号ｇ＊＃を簡易に生成することができる。

（４）開ループ電圧振幅設定部３２を、要求トルクＴｒと電圧振幅Ｖａとを関係付けて記憶する記憶手段を備えて構成した。これにより、電圧振幅Ｖａを簡易な処理にて設定することができる。
＜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４に、本実施形態にかかるインバータＩＶの操作信号の生成に関する処理のブロック図を示す。なお、図４において、先の図２に示した処理に対応するものについては、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、開ループ電圧振幅設定部３２ａを、電気角速度ωを入力としてモデル式によって電圧振幅Ｖａを設定する手段とする。詳しくは、モータジェネレータ１０の電機子鎖交磁束定数φと比例係数Ｋと定数Ｖ０とを用いて、電圧振幅Ｖａを「Ｋωφ＋Ｖ０」に設定する。ここで、「ωφ」はモータジェネレータ１０の誘起電圧であるため、「Ｋωφ」は、誘起電圧に比例する項である。また、定数Ｖ０を「０」よりも大きい値とすることで、電気角速度ωがゼロである場合にもインバータＩＶの出力電圧ベクトルのノルムをゼロよりも大きくすることができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（３）の各効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。

（５）開ループ電圧振幅設定部３２ａを、電気角速度ωを入力とするモデル式によって電圧振幅Ｖａを算出する手段とした。これにより、開ループ電圧振幅設定部３２ａを構成する上で記憶すべきデータ量を低減することができる。
＜第３の実施形態＞
以下、第３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インバータＩＶの操作信号の生成に関する処理のブロック図を示す。なお、図５において、先の図２に示した処理に対応するものについては、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、同期制御部２０を、ＰＷＭ制御によって操作信号ｇ＊＃を生成する手段として且つ、ＰＷＭ処理のキャリアＳｃをモータジェネレータ１０の回転角度θに同期した信号とする。

詳しくは、指令電流設定部５０では、要求トルクＴｒを入力として指令電流ｉｄｒ，ｉｑｒを設定する。一方、指令電圧設定部５２では、ｄ軸上の実電流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の指令電圧ｖｄｒと、ｑ軸上の実電流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の指令電圧ｖｑｒとを設定する。なお、指令電圧ｖｄｒ、ｖｑｒの算出に際しては、周知の非干渉制御によるフィードフォワード操作量をフィードバック操作量に加算することが望ましい。

３相変換部５４では、指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒを３相の指令電圧ｖｕｒ，ｖｖｒ，ｖｗｒに変換する。同期ＰＷＭ信号生成部５６では、指令電圧ｖ＊ｒ（＊＝ｕ，ｖ，ｗ）とキャリアＳｃとの大小比較に基づき、操作信号ｇ＊＃（＃＝ｐ，ｎ）を生成する。一方、キャリア信号生成部５８では、時間ｔの経過に伴って回転角度θが変化するのに同期してその値が変化するキャリアＳｃを生成して、同期ＰＷＭ信号生成部５６に出力する。

こうした構成の場合、モータジェネレータ１０の回転速度がゼロであるか極めて小さい場合には、回転角度θがほとんど変化しないことからキャリアＳｃの値もほとんど変化しない。このため、指令電圧ｖ＊＃とキャリアＳｃとの大小比較結果もほとんど変化しなくなる。このため、上記第１の実施形態と同様、モータジェネレータ１０の回転速度がゼロであるか極めて小さい場合には、同期制御部２０によるトルクの制御性が低下するおそれがある。このため、本実施形態においても起動処理を非同期制御部３０によって行うこととした。
＜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。

「同期制御手段について」
同期制御手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。たとえば先の図２に示した操作信号生成部２８の入力パラメータとしてのノルムおよび位相を、先の図５に示した指令電圧設定部５２の設定する指令電圧ｖｄｒ，ｖｑｒのノルムおよび位相としてもよい。

「非同期制御手段について」
非同期制御手段としては、開ループ制御手段に限らない。たとえば先の図２に示した非同期制御手段に代えて、先の図５に示した同期ＰＷＭ信号生成部５６に入力されるキャリアＳｃを所定の時間周期の三角波信号とするものであってもよい。

「切替手段について」
切替手段としては、非同期制御手段によって起動処理を行った後、同期制御手段に切り替える処理を行うものに限らず、モータジェネレータ１０の停止に際して回転速度の絶対値が低下することで同期制御手段による制御から非同期制御手段による制御に切り替える処理を行うものであってもよい。もっともこれら双方の処理を行うもの（一般に、低速度領域において非同期制御手段による制御を行うもの）であってもよい。

「位相設定手段について」
位相設定手段としては、トルクフィードバック制御のための操作量として位相δを設定するものに限らない。たとえばｑ軸電流をフィードバック制御するための操作量として位相δを操作するものであってもよい。

「ノルム設定手段について」
要求トルクＴｒおよび電気角速度ωからノルムＶｎを一義的に定めるものに限らず、たとえば要求トルクＴｒ、電気角速度ωおよびモータジェネレータ１０の温度からノルムＶｎを一義的に定めるものであってもよい。

要求トルクＴｒおよび電気角速度ωとノルムＶｎとの関係を記憶した記憶手段を備えるものに限らず、要求トルクＴｒと電気角速度ωとからモデル式によってノルムＶｎを定めるものであってもよい。

トルク相当量としては、要求トルクＴｒに限らない。たとえば現在の電気角速度ωを入力パラメータとしてこれに基づきノルムを設定するなら、要求出力を入力とすることによってもこれからトルクに関する情報を取得することができるため、要求出力をトルク相当量とみなすことができる。

「制御量について」
回転機の制御量としては、回転機のトルクに限らず、たとえば回転速度であってもよい。

「そのほか」
・同期機としては、ＩＰＭＳＭに限らず、例えば表面磁石同期機（ＳＰＭＳＭ）や、巻線界磁式同期機等であってもよい。

・回転機としては、車載主機となるものに限らない。例えばパワーステアリングに搭載される回転機等であってもよい。

・インバータＩＶの入力端子に接続される直流電源としては、コンバータＣＶに限らない。たとえば高電圧バッテリ１２とすることで、コンバータＣＶを備えることなくインバータＩＶの入力端子に高電圧バッテリ１２を直接接続してもよい。

２０…同期制御部、２４…位相設定部、２６…ノルム設定部、２８…操作信号生成部、３０…非同期制御部、ＩＶ…インバータ。

Claims (8)

1. 回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、
   前記直流交流変換回路の操作信号を前記回転機の回転角度に同期して設定することで前記回転機の制御量を制御する同期制御手段と、
   前記直流交流変換回路の操作信号を前記回転機の回転角度に非同期で設定することで前記回転機の制御量を開ループ制御する非同期制御手段と、
   前記回転機の回転速度の絶対値が上昇することで前記非同期制御手段による制御から前記同期制御手段による制御へと切り替える処理および前記回転機の回転速度の絶対値が低下することで前記同期制御手段による制御から前記非同期制御手段による制御に切り替える処理の少なくとも一方を行う切替手段とを備えることを特徴とする回転機の制御装置。
2. 前記同期制御手段は、前記回転機に対するトルク相当量と電気角速度とに基づき前記直流交流変換回路の出力電圧のベクトルノルムを設定するノルム設定手段と、前記回転機の制御量をフィードバック制御するための操作量として前記出力電圧の位相を設定する位相設定手段と、前記位相設定手段によって設定される位相および前記回転機の回転角度に基づき、前記ノルム設定手段によって設定されるノルムに応じた操作信号波形の該当部分を指定することで前記直流交流変換回路の操作信号を生成して出力する操作信号生成手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
3. 回転機の端子に直流電源の正極および負極のそれぞれを選択的に接続するスイッチング素子を備える直流交流変換回路を操作することで前記回転機の制御量を制御する回転機の制御装置において、
   前記直流交流変換回路の操作信号を前記回転機の回転角度に同期して設定することで前記回転機の制御量を制御する同期制御手段と、
   前記直流交流変換回路の操作信号を前記回転機の回転角度に非同期で設定することで前記回転機の制御量を制御する非同期制御手段と、
   前記回転機の回転速度の絶対値が上昇することで前記非同期制御手段による制御から前記同期制御手段による制御へと切り替える処理および前記回転機の回転速度の絶対値が低下することで前記同期制御手段による制御から前記非同期制御手段による制御に切り替える処理の少なくとも一方を行う切替手段とを備え、
   前記同期制御手段は、前記回転機に対するトルク相当量と電気角速度とに基づき前記直流交流変換回路の出力電圧のベクトルノルムを設定するノルム設定手段と、前記回転機の制御量をフィードバック制御するための操作量として前記出力電圧の位相を設定する位相設定手段と、前記位相設定手段によって設定される位相および前記回転機の回転角度に基づき、前記ノルム設定手段によって設定されるノルムに応じた操作信号波形の該当部分を指定することで前記直流交流変換回路の操作信号を生成して出力する操作信号生成手段とを備えることを特徴とする回転機の制御装置。
4. 前記同期制御手段は、前記回転機の制御量を制御するための前記直流交流変換回路の出力電圧の指令値と前記回転機の回転角度に同期したキャリアとの大小比較に基づき前記操作信号を設定することを特徴とする請求項１記載の回転機の制御装置。
5. 前記非同期制御手段は、前記回転機の制御量の指令値に応じた開ループ操作量としての前記直流交流変換回路の出力電圧を設定する開ループ電圧設定手段と、該開ループ電圧設定手段によって設定された出力電圧をパルス幅変調処理によって変調することで前記直流交流変換回路の操作信号を生成して出力するパルス幅変調処理手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
6. 前記開ループ電圧設定手段は、前記回転機に対する制御量の指令値としてのトルクの指令値と前記出力電圧のベクトルノルムとを関係付けて記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項５記載の回転機の制御装置。
7. 前記開ループ電圧設定手段は、前記回転機の電気角速度が大きいほど前記出力電圧のベクトルノルムを大きい値として算出する関係式に基づき前記出力電圧を設定することを特徴とする請求項５記載の回転機の制御装置。
8. 前記切替手段は、前記回転機の回転速度、トルク、電流、前記直流交流変換回路の出力電圧、変調率の少なくとも１つを入力パラメータとして前記切り替えを行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。

Images