JP2013051829A - 回転電機制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機制御システムにおいて、複数の回転電機の少なくとも１つにトルク変動が生じたときに、蓄電装置の入出力電力の変動を抑制することである。
【解決手段】回転電機制御システム１０は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２、発電用回転電機（ＭＧ１）１４、ＭＧ２とＭＧ１に共通の電源部１６、ＭＧ２用の制御ブロック１８、ＭＧ１用の制御ブロック１９、ＭＧ２制御装置６０、ＭＧ１制御装置６２を含んで構成される。ＭＧ１制御装置６２は、ＭＧ２のトルク変動を抑制するための変動抑制トルクのトルク位相を演算する変動抑制トルク位相演算部７０と、変動抑制トルクのトルク振幅を演算する変動抑制トルク振幅演算部７２と、演算された変動抑制トルクをＭＧ１のトルク指令値に重畳し、これを変動抑制トルク指令値として演算する変動抑制トルク指令演算部７４を含んで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機制御システムに係り、特に、複数の回転電機に接続される電源部に含まれるリアクトルと平滑コンデンサによる共振回路の共振周波数領域に対応する回転電機の共振回転数領域において、複数の回転電機の中の少なくとも１つの回転電機に生じたトルク変動を抑制する回転電機制御システムに関する。

回転電機に接続される電源部にはリアクトルやコンデンサ等を含むことがあるので、ＬＣＲ共振回路を構成することがある。一方で、回転電機に周期的なトルク変動があると、このトルク変動の周期がＬＣＲ共振回路の共振周波数帯と重なることでトルク変動が拡大し、蓄電装置の入出力電力の変動が大きくなる。蓄電装置の入出力電力の変動が大きくなると、回転電機を駆動するインバータ回路のシステム電圧が変動し、回転電機の制御性が低下する。

例えば、特許文献１には、ハイブリッド車に搭載される昇降圧コンバータの制御装置として、昇降圧コンバータやコンデンサ等で構成されるＬＣＲ回路の共振周波数帯に対応するモータの共振回転数帯とモータの回転数を比較することが述べられている。ここでは、共振回転数帯より大きな回転数Ｎ１未満のときに制限電圧をＶ１とし、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満のときにインバータの入力最大電圧までリニアに制限電圧を増大させ、回転数Ｎ２以上でインバータの入力最大電圧を制限電圧とすることが開示されている。

本発明に関連する技術として、特許文献２には、電動車両において、インバータのいずれかのスイッチング素子が常時オフとなるオープン故障すると相電流が変動することでインバータ入力電圧が変動し、その変動に応じて蓄電装置の入出力電力が変動することを指摘している。ここでは、蓄電装置の入出力電力の変動と逆位相のパワー変動を他の交流電動機によって発生させることを開示している。

特許文献３には、ハイブリッド車両の制御装置として内燃機関のトルク変動を抑制するために設けられる制振装置を用いて、例えば内燃機関の一部の気筒を休止する休筒運転状態で生じる振動を打ち消すように設定することが開示されている。これによって内燃機関とモータからなるパワープラントのエネルギ効率を向上させることが述べられている。

特開２０１０−２１３４０４号公報 特開２０１０−２６８５７４号公報 特開２００７−３１３９７０号公報

例えば、回転電機の電流センサにオフセット誤差が生じているときに、回転電機の周期的なトルク変動が生じる。このような場合に、ＬＣＲ回路の共振周波数帯に対応する共振回転数帯に回転電機の回転数が入ると、上記のようにトルク変動が拡大し、蓄電装置の入出力電力の変動が拡大する。

これを防ぐために、特許文献１のように、共振回転数帯に対してインバータ回路の入力電圧を制限することが考えられる。ここで、インバータ回路の入力電圧は、蓄電装置の電圧を電圧変換器で昇圧して生成されるが、蓄電装置の電圧の状態や、電圧変換器の昇圧上限値が存在すること等から、電圧変換器の昇圧比等を変更することが困難なことがある。仮に、昇圧比の変更が可能としても、その結果として、回転電機のトルク不足、電圧変換器における変換効率の低下等が生じ得る。このように、回転電機の動作状態によっては、共振回転数帯を避けるような昇圧比の設定ができないことがある。

また、特許文献２，３の技術を用いて、蓄電装置の入出力電力の変動と逆位相のパワー変動を他の交流電動機によって発生させることも考えられるが、これらの文献には、蓄電装置の入出力電力の変動と逆位相のパワー変動をどのように生成するかが具体的に開示されていない。また、単に、蓄電装置の入出力電力の変動と逆位相のパワー変動を他の交流電動機によって発生させるだけでは、その回転電機に指令される本来のパワー出力が達成できなくなる。

本発明の目的は、複数の回転電機の少なくとも１つにトルク変動が生じたときでも、回転電機の動作状態にかかわらず、蓄電装置の入出力電力の変動を抑制できる回転電機制御システムを提供することである。また、他の目的は、複数の回転電機の少なくとも１つにトルク変動が生じたときでも、回転電機の動作状態にかかわらず、蓄電装置の入出力電力の変動を抑制しながら、回転電機に指令される本来のトルクの出力を確保できる回転電機制御システムを提供することである。

本発明に係る回転電機制御システムは、複数の回転電機と、複数の回転電機に接続される電源部であって、蓄電装置と、各回転電機に接続される駆動回路と、蓄電装置と各駆動回路との間に設けられリアクトルと平滑コンデンサとを含む電圧変換装置とを含む電源部と、電圧変換器に関するリアクトルと平滑コンデンサを含む共振回路の共振周波数領域に対応する回転電機の共振回転数領域において、複数の回転電機の中の少なくとも１つの回転電機に生じたトルク変動による蓄電装置の入出力電力の変動を抑制するために、変動抑制に用いる他の少なくとも１つの回転電機に与える変動抑制トルクを推定演算する推定演算部と、推定演算された変動抑制トルクを変動抑制に用いる回転電機のトルク指令値に重畳し、これを変動抑制トルク指令値として演算する変動抑制トルク指令演算部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、推定演算部は、トルク変動が生じた回転電機について、回転数と、トルク変動の位相とに基づいて変動抑制トルクのトルク位相を演算する変動抑制トルク位相演算部と、トルク変動が生じた回転電機について、電圧変換器に対する出力電圧指令値と実際の出力電圧値との偏差をゼロにするフィードバック演算によって、変動抑制トルクのトルク振幅を演算する変動抑制トルク振幅演算部と、を含むことが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、推定演算部は、トルク変動が生じた回転電機について、回転数と、トルク変動の位相とに基づいて変動抑制トルクのトルク位相を演算する変動抑制トルク位相演算部と、トルク変動が生じた回転電機のパワーの平均値と実際のパワーの変動ピーク値との偏差をゼロにするフィードバック演算によって、変動抑制トルクのトルク振幅を演算する変動抑制トルク振幅演算部と、を含むことが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御システムにおいて、変動抑制トルク位相演算部は、トルク変動が生じた回転電機のｄ軸電流値とｑ軸電流値との間の電流進角に基づいて、トルク変動の位相を求めることが好ましい。

上記構成により、回転電機制御システムは、回転電機の共振回転数領域において、複数の回転電機の中の少なくとも１つの回転電機にトルク変動が生じたときに、蓄電装置の入出力電力の変動抑制に用いる他の少なくとも１つの回転電機に与える変動抑制トルクを推定演算する。そして、推定演算された変動抑制トルクを変動抑制に用いる回転電機のトルク指令値に重畳して、これを変動抑制トルク指令値とする。このように、演算された変動抑制トルクは、回転電機の動作状態に依存せずに、変動抑制に用いる回転電機のトルク指令値に重畳されて変動抑制トルク指令値となる。これによって、回転電機の動作状態にかかわらず、蓄電装置の入出力電力の変動抑制ができる。

また、変動抑制に用いる回転電機の変動抑制トルク指令値は、本来のトルク指令値に変動抑制トルクが重畳されたものである。ここで、変動抑制トルクは、トルク変動が生じた回転電機のトルク変動の抑制に用いられ、トルク変動と変動抑制トルクとがお互いに打ち消し合う。したがって変動抑制に用いる回転電機には、本来のトルク指令値が残り、指令された本来のパワー出力を確保できる。

また、回転電機制御システムにおいて、トルク変動が生じた回転電機について、回転数と、トルク変動の位相とに基づいて変動抑制トルクのトルク位相が演算され、電圧変換器に対する出力電圧指令値と実際の出力電圧値との偏差をゼロにするフィードバック演算によって、変動抑制トルクのトルク振幅が演算される。このように、トルク変動が生じた回転電機の動作状態に基づいて、変動抑制トルクの位相と振幅が演算されるので、これらの演算結果から推定される変動抑制トルクによって、生じたトルク変動を効果的に抑制できる。

また、回転電機制御システムにおいて、トルク変動が生じた回転電機のパワーの平均値と実際のパワーの変動ピーク値との偏差をゼロにするフィードバック演算によって、変動抑制トルクのトルク振幅を演算することもできる。実際のパワーの変動ピーク値とパワーの平均値との間の偏差は、電圧変換器の実際の出力電圧値と出力電圧指令値との偏差と同様に、共振回転数帯において拡大されたものであるので、その偏差をゼロとする制御量としてのトルク振幅を、変動抑制トルクのトルク振幅とできる。

また、回転電機制御システムにおいて、トルク変動が生じた回転電機のｄ軸電流値とｑ軸電流値との間の電流進角に基づいて、トルク変動の位相を求める。トルクＴは、ｄ軸電流値ｉ_d、ｑ軸電流値ｉ_q、ｄ軸インダクタンスＬ_d、ｑ軸インダクタンスＬ_q、誘起電圧係数Ψ、極数Ｐを用いて、Ｔ＝Ｐ｛Ψｉ_q＋（Ｌ_d−Ｌ_q）ｉ_dｉ_q｝で求められる。ここで、ｉ_dとｉ_qが互いに１８０°位相がずれた正弦波の変動が生じているとすると、トルクＴは、Ａｓｉｎ（ωθ＋α）の式で表される。このαがトルク変動の位相である。このトルク変動の位相であるαは、ｉ_dとｉ_qの間の位相角である電流進角βと、関連があることが知られている。したがって、予め、回転電機について、トルク変動の位相αと電流進角βとの関係を実験等で求めておけば、その結果を用いることで、電流進角βからトルク変動の位相αを容易に得ることができる。

本発明に係る実施の形態における回転電機制御システムの構成図である。 共振回転数帯において、バッテリ電流の変動とシステム電圧の変動が拡大されている様子を示す図である。 図２のＡ部の拡大図である。 ｄ軸電流とｑ軸電流に周期的変動が生じた様子を示す図である。 図４に基づいて生じるトルク変動について、変動トルクの位相と、変動トルクの振幅を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、変動トルクの位相と、ｄ軸電流値とｑ軸電流値の間の電流進角との関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、変動抑制トルク指令値を求める手順を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、変動抑制トルク指令値を求める別の手順を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両に搭載されるモータ・ジェネレータを説明するが、車両搭載用以外の用途に用いられる回転電機であってもよい。また、以下では、２台の回転電機を有する回転電機制御システムを説明するが、回転電機の台数は複数であればよく、３台以上であってもよい。

また、以下では、トルク変動が生じた回転電機を駆動用回転電機（ＭＧ２）とし、変動抑制に用いる回転電機を発電用回転電機（ＭＧ１）とするが、これは説明のための例示であり、これとは逆の関係としてもよい。また、以下では、回転電機の駆動回路としてインバータ回路を述べるが、これは説明のための例示であって、他の形式の駆動回路であっても構わない。また、以下では、回転電機の制御モードとして、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）モードのときについて説明するが、他の制御モード、例えば、過変調制御モード、矩形波制御モードであってもよい。その場合には、ＰＷＭ制御モード用として説明する制御ブロックの内容がそれぞれの制御モード用のものに変更される。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、回転電機制御システム１０の構成を説明する図である。この回転電機制御システム１０は、ハイブリッド車両に搭載される２台の回転電機の動作を制御するシステムである。図１では、２つの回転電機を区別して、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２と発電用回転電機（ＭＧ１）と示されている。

回転電機制御システム１０は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２、発電用回転電機（ＭＧ１）１４の他に、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２と発電用回転電機（ＭＧ１）１４に共通の電源部１６と、駆動用回転電機（ＭＧ２）用の電流フィードバックの制御ブロック１８と、発電用回転電機（ＭＧ１）用の電流フィードバックの制御ブロック１９と、ＭＧ２制御装置６０と、ＭＧ１制御装置６２を含んで構成される。

駆動用回転電機（ＭＧ２）１２は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、電源部１６の側から電力が供給されるときは、車両の駆動用モータとして機能し、車両の制動時には、発電機として機能する３相同期型回転電機である。回転電機はモータと発電機の機能を併せ持つが、ここで、ＭＧ２を駆動用としているのは、主たる目的が車両の駆動用であることによる。

発電用回転電機（ＭＧ１）１４は、ＭＧ２と同様に、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、ハイブリッド車両において図示されていないエンジンに接続され、エンジンの駆動力によって回転し、発電を行う機能を有する３相同期回転電機である。回転電機はモータと発電機の機能を併せ持つので、車両の駆動源として駆動用回転電機（ＭＧ２）１２による駆動力が不足のときは、これをアシストする電動機として発電用回転電機（ＭＧ１）を用いることができる。このような用いられ方もあるが、主たる目的は、発電用であるので、ここではＭＧ１を発電用としている。

電源部１６は、後述する制御ブロック１８，１９にそれぞれ含まれるインバータ回路３２と接続される電源回路である。電源部１６は、蓄電装置４０と、蓄電装置４０の側の平滑コンデンサ４２と、リアクトル４４と、２つのスイッチング素子４６，４８と、インバータ回路３２の側の平滑コンデンサ５０を含んで構成される。

リアクトル４４と２つのスイッチング素子４６，４８を含む部分は、電圧変換器と呼ばれることが多いが、ここでは、ＬＣＲ共振回路を考えるので、特に、インバータ回路３２の側の平滑コンデンサ５０を含んで、電圧変換器４３と呼ぶことにする。このように分けると、電源部１６の中で、蓄電装置４０と蓄電装置４０の側の平滑コンデンサ４２を除いた部分が電圧変換器４３となる。電圧変換器４３には、Ｌ成分を有するリアクトル４４、寄生的なＲ成分を有するスイッチング素子４６，４８、Ｃ成分を有するインバータ回路３２の側の平滑コンデンサ５０を含み、これらは、寄生的なＬＣＲ共振回路を構成する。

蓄電装置４０は、充放電可能な高電圧用２次電池である。具体的には、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池である。組電池は、単電池または電池セルと呼ばれる端子電圧が１Ｖから数Ｖの電池を複数個組み合わせて、上記の所定の端子電圧を得るようにしたものである。

電圧変換器４３は、蓄電装置４０とインバータ回路３２の間に配置され、リアクトル４４とスイッチング素子４６，４８を含んで構成される。電圧変換器４３は、蓄電装置４０の端子間電圧とインバータ回路３２の直流電圧との間の電圧変換を行う機能を有する。電圧変換機能としては、蓄電装置４０側の電圧をリアクトル４４のエネルギ蓄積作用を利用して昇圧しインバータ回路３２側に供給する昇圧機能と、インバータ回路３２側からの電力を蓄電装置４０側に降圧して充電電力として供給する降圧機能とを有する。

ここでは電圧変換器４３の一部とした平滑コンデンサ５０は、蓄電装置４０の側の平滑コンデンサ４２と同様に、電圧、電流を平滑化する機能を有する。平滑コンデンサ５０の両端子は、それぞれ、インバータ回路３２の負極側母線と正極側母線に接続される。したがって、平滑コンデンサ５０の両端子間電圧は、インバータ回路３２の負極側母線と正極側母線との間の電圧となる。この電圧は、電圧変換器４３が昇圧機能を有するときでいえば、電圧変換器４３の出力電圧で、インバータ回路３２の入力電圧である。なお、インバータ回路３２の負極側母線と正極側母線との間の電圧は、システム電圧と呼ばれることがある。図１では、平滑コンデンサ５０の両端子間電圧値がＶ_Hとして示されている。Ｖ_Hは、上記のように、インバータ回路３２のシステム電圧値でもあるが、電圧変換器４３における実際の出力電圧値である。

駆動用回転電機（ＭＧ２）１２用の電流フィードバックの制御ブロック１８と、発電用回転電機（ＭＧ１）１４用の電流フィードバックの制御ブロック１９は、内部構成が同じである。そこで、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２用の電流フィードバックの制御ブロック１８に代表させて、その内容を説明する。

なお、回転電機をインバータ回路３２によって駆動する場合に、その制御方法として、ＰＷＭ制御モードと、過変調制御モードと、矩形波制御モードとを使い分けることが行われている。すなわち、回転電機の高出力化と小型化とを両立させるためには、１パルススイッチングを用いる矩形波制御モードが必要であり、低速領域で優れた特性を有するＰＷＭ制御モードと、中速領域で用いられる過変調制御モードとの間のモード切替を行いながら、最適に回転電機の動作が制御される。ＰＷＭ制御モードと過変調制御モードは、電流フィードバック制御であるが、以下では、ＰＷＭ制御モードにおける電流フィードバック制御について説明する。

制御ブロック１８は、インバータ回路３２を介して回転電機１２の動作について電流フィードバックを用いて制御する回路で、図１では、その内容が制御ブロック図で示されている。

図１で、トルク指令値Ｔ^*と回転角速度指令値ω^*は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の動作目標指令値２０である。これらの指令値は、図示されていない車両のアクセル、ブレーキ等からユーザの要求トルクと要求車速を推定して算出される。

電流指令生成部２２は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の実際の回転角速度ωと回転角速度指令値ω^*とを比較し、予め作成したテーブル等を用いて、トルク指令値Ｔ^*をｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*とｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*の組として算出する機能を有する。

減算器部２４は、ｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*から実際のｄ軸電流値Ｉ_dを減算してｄ軸電流偏差ΔＩ_dを算出する機能を有する減算器と、ｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*から実際のｑ軸電流値Ｉ_qを減算してｑ軸電流偏差ΔＩ_qを算出する機能を有する減算器を含んで構成される。

駆動用回転電機（ＭＧ２）１２における実際のｄ軸電流値ｉ_dと実際のｑ軸電流値ｉ_qは、３相−２相座標変換部３４の機能によって、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２のロータの電気角と、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の各相電流値Ｉ_U，Ｉ_V，Ｉ_Wとに基づいて算出される。ロータの電気角は、レゾルバ５２によって検出される。各相電流値Ｉ_U，Ｉ_V，Ｉ_Wは、インバータ回路３２の各相アームと駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の各相コイルとを接続する電力線を流れる電流を検出することで得られる。駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の各相コイルの各一方側端子が中立点で相互に接続される方式のときは、符号を含めた各相電流の和は０となるので、２つの相電流を検出することで十分である。図１では、Ｕ相電流値Ｉ_UとＶ相電流値Ｉ_Vの２つを検出することが示されている。残るＷ相電流値Ｉ_Wは、Ｉ_W＝−（Ｉ_U＋Ｉ_V）で求められる。

ＰＩ制御部２６は、ｄ軸電流偏差ΔＩ_dとｑ軸電流偏差ΔＩ_qについて、所定のゲインの下で比例積分制御を行ってこれらに対応する制御偏差を求め、その制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*を算出する機能を有する。減算器部２４と、ＰＩ制御部２６によって、ＰＷＭ制御モードにおける電流フィードバックが行われる。

ＰＩ制御部２６によって出力されるｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*は、２相−３相座標変換部２８に入力される。２相−３相座標変換部２８は、３相−２相座標変換部３４と逆変換の関係にあるもので、ロータの電気角と、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*に基づいて、Ｕ相電圧Ｖ_U、Ｖ相電圧Ｖ_V、Ｗ相電圧Ｖ_Wを算出する機能を有する。

ＰＷＭ制御部３０は、２相−３相座標変換部２８から出力された各相電圧を搬送波（キャリア）と比較して、パルス幅変調（ＰＷＭ）された各相駆動信号として出力する機能を有する。出力された各相駆動信号は、インバータ回路３２に出力される。

インバータ回路３２は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の駆動回路であり、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２に接続されるスイッチング回路である。具体的には、正極側母線と負極側母線との間に、２つのスイッチング素子を直列接続し、各スイッチング素子にそれぞれダイオードを逆接続した各相アームを３相分含んで備えて構成される。インバータ回路３２は、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う機能を有する。すなわち、インバータ回路３２は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２が通常の動作で電動機として機能するときは、蓄電装置４０側からの直流電力を交流３相駆動電力に変換し、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２に交流駆動電力として供給する直交変換機能を有する。車両が制動時等で、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２が発電機として機能するときは、発電機として機能する駆動用回転電機（ＭＧ２）１２からの交流３相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置４０側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。

インバータ回路３２は、各相駆動信号に応じて、スイッチング素子をオンオフし、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の各相コイルに流す電流を制御して、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２を回転駆動する。インバータ回路３２の各相アームと駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の各相コイルとを接続する電力線を流れる電流は、上記のように、３相−２相座標変換部３４を介して、減算器部２４にフィードバックされる。このようにして、ＰＷＭ制御モ
ードの電流フィードバックが行われる。

ＭＧ２制御装置６０は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２と電源部１６と制御ブロック１８の各要素の動作を全体として制御する機能を有する制御回路である。制御ブロック１８の中で、インバータ回路３２を除く部分は、ＭＧ２制御装置６０とまとめて１つの制御部あるいは制御ブロックとすることができる。上記で述べた制御ブロック１８とＭＧ２制御装置６０の各機能は、ソフトウェアを実行することで実現することができる。勿論、各機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

以上で、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２を駆動するときの要素である電源部１６、制御ブロック１８、ＭＧ２制御装置６０を説明した。これらによって、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２は、トルク指令値Ｔ^*、回転角速度指令値ω^*を満たすように駆動制御が行われる。ここで、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２に関する要素のみにおける駆動制御について、図２、図３を用いて説明する。

図２は、横軸にＭＧ２回転数Ｎをとり、縦軸に蓄電装置４０の入出力電流値、すなわちバッテリ電流値Ｉ_Bと、電圧変換器４３の出力電圧値Ｖ_Hとを取り、ＭＧ２回転数Ｎを上げていったときのＩ_BとＶ_Hの変化を見た図である。駆動用回転電機（ＭＧ２）１２には、電流センサのオフセット等に起因するトルク変動があるので、その変動はＩ_Bの変動と、Ｖ_Hの変動として現れる。ところで、電圧変換器４３は、寄生的にＬＣＲ共振回路として働くので、その共振周波数帯に対応する共振回転数帯にＭＧ２回転数Ｎが入りこむと、Ｉ_Bの変動と、Ｖ_Hの変動が、共振現象によって拡大される。

図２では、この共振回転数帯がＡで示される。図３は、この共振回転数帯Ａにおける拡大図である。図３に示されるように、共振回転数帯Ａにおいて、Ｉ_Bの変動が拡大され、Ｖ_Hの変動が拡大される様子が示される。バッテリ電流値Ｉ_Bの変動が拡大すると、蓄電装置４０の入出力電力が変動し、電圧変換器４３の出力電圧値Ｖ_Hの変動、すなわちインバータ回路３２のシステム電圧の変動が拡大すると、インバータ回路３２からの駆動信号が変動し、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の制御が不安定になる。

このように、共振回転数帯において、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２にトルク変動の拡大が生じると、蓄電装置４０の入出力電力の変動が拡大する。これが本発明によって解決を図りたい課題である。

図１に戻り、そのために、発電用回転電機（ＭＧ１）１４の動作を制御し、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２に現れた周期的に変動するトルクを変動トルク６８とよぶことにして、変動トルク６８を打ち消すように、逆位相の変動抑制トルク６９を発生させる。

発電用回転電機（ＭＧ１）１４のための制御ブロック１９の内容は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２のための制御ブロック１８と同じであるが、ＭＧ１制御装置６２は、ＭＧ２制御装置６０と異なる機能を有する。すなわち、ＭＧ１制御装置６２は、ＭＧ２制御装置６０と同様に、発電用回転電機（ＭＧ１）１４と制御ブロック１９の各要素の動作を全体として制御する機能を有するが、さらに、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の変動トルク６８と逆位相の変動抑制トルク６９を推定演算し、これを元々のトルク指令値Ｔ₁ ^*に重畳させ、これを変動抑制トルク指令値Ｔ^*として、回転角速度指令値ω^*と共に、動作目標指令値２０とする。

ＭＧ１制御装置６２は、そのために、変動抑制トルク６９の推定演算部として、トルク変動が生じた駆動用回転電機（ＭＧ２）１２についての回転数Ｎと、トルク変動の位相αとに基づいて、変動抑制トルクのトルク位相（ωθ＋α）を演算する変動抑制トルク位相演算部７０と、トルク変動が生じた駆動用回転電機（ＭＧ２）１２について、電圧変換器４３に対する出力電圧指令値Ｖ_H ^*と実際の出力電圧値Ｖ_Hとの偏差をゼロにするフィードバック演算によって、変動抑制トルクのトルク振幅を演算する変動抑制トルク振幅演算部７２とを含む。また、推定演算された変動抑制トルクを変動抑制に用いる発電用回転電機（ＭＧ１）１４のトルク指令値Ｔ₁ ^*に重畳し、これを変動抑制トルク指令値Ｔ^*として演算する変動抑制トルク指令演算部７４を含んで構成される。かかる機能は、ソフトウェアを実行することで実現することができる。勿論、各機能の一部をハードウェアで実現するものとしてもよい。

ＭＧ１制御装置６２の各機能は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２のｄ軸電流値ｉ_d、ｑ軸電流値ｉ_q、レゾルバ角θ、回転数Ｎ、電源部１６の出力電圧指令値Ｖ_H ^*、実際の出力電圧値Ｖ_H、元々のトルク指令値Ｔ₁ ^*に基づく演算処理によって実現される。ここで、ｄ軸電流値ｉ_d、ｑ軸電流値ｉ_qは、３相−２相座標変換部３４の出力を取得して用いられ、レゾルバ角θは、レゾルバ５２の出力を取得して用いられ、回転数Ｎは、θ−Ｎ変換部５４によってレゾルバ角θが回転数Ｎに変換された結果を取得して用いられ、実際の出力電圧値Ｖ_Hは、平滑コンデンサ５０の両端子間電圧値を取得して用いられる。

ＭＧ１制御装置６２に接続される記憶装置６４は、ＭＧ１制御装置６２に用いられるプログラム等を格納する機能を有するが、ここでは特に、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２におけるトルク変動の位相αと電流進角βとの関係を示す関係ファイル６６を記憶する機能を有する。

図４から図６は、関係ファイル６６についての説明図である。図４は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２について、電流センサのオフセットが生じているときに、ｄ軸電流値ｉ_dがｄ軸電流指令値ｉ_d ^*から周期的変動を生じ、ｑ軸電流値ｉ_qがｑ軸電流指令値ｉ_q ^*から周期的変動を生じる様子を示す図である。図４の横軸は、レゾルバ角θで、縦軸は電流値である。ここでは、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とｑ軸電流指令値ｉ_q ^*はレゾルバ角θに関係なく一定値としてある。電流センサは、図１におけるＩ_U，Ｉ_V検出用のセンサである。ｉ_dとｉ_qは互いに１８０°位相がずれるので、図４では、ｉ_qをレゾルバ角θに対する余弦関数、ｉ_dをレゾルバ角θに対する正弦関数として示してある。

図５は、このようなｉ_d，ｉ_qの周期的変動があるときの駆動用回転電機（ＭＧ２）１２のトルクの変動を示す図である。図５の横軸はレゾルバ角θで、縦軸はトルクである。トルクＴは、ｄ軸電流値ｉ_d、ｑ軸電流値ｉ_q、ｄ軸インダクタンスＬ_d、ｑ軸インダクタンスＬ_q、誘起電圧係数Ψ、極数Ｐを用いて、Ｔ＝Ｐ｛Ψｉ_q＋（Ｌ_d−Ｌ_q）ｉ_dｉ_q｝で求められる。ここで、図４で説明したように、ｉ_dとｉ_qは互いに１８０°位相がずれた正弦波の変動であるとすると、トルクＴは、Ｔ＝Ｔ_AMPｓｉｎ（ωθ＋α）の式で表される。このαが、トルク変動が生じたときの駆動用回転電機（ＭＧ２）１２のトルク変動の位相で、Ｔ_AMPがトルク変動の振幅である。

このトルク変動の位相であるαは、ｉ_dとｉ_qの間の位相角である電流進角βと、関連があることが知られている。したがって、予め、回転電機について、トルク変動の位相αと電流進角βとの関係を実験等で求めておけば、その結果を用いることで、電流進角βからトルク変動の位相αを容易に得ることができる。図６は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２について、実験的に求めたトルク変動の位相αと、電流進角βとの関係を示す関係ファイル６６である。

図１の記憶装置６４には、図６に示されるトルク変動の位相αと電流進角βとの関係を示す関係ファイル６６が記憶される。トルク変動の位相αと電流進角βとの間の関係は、図６のようなマップの他に、ルックアップテーブル、関係式等の形式で記憶するものとしてよい。

図７は、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２に生じた変動トルクを打ち消すように、発電用回転電機（ＭＧ１）１４に変動抑制トルクを発生させて、蓄電装置４０の入出力電力の変動を抑制する手順を示す図である。駆動用回転電機（ＭＧ２）１２に生じた変動トルクを打ち消すようにするには、図５で説明した変動トルクＴ＝Ｔ_AMP（ωθ＋α）と逆位相で振幅が同じの変動抑制トルクを、発電用回転電機（ＭＧ１）１４において余分に発生させればよい。

そこで、最初に、駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の回転数Ｎが、発振回転数帯Ａにあるか否かを判断する。発振回転数帯Ａは、図２、図３で説明したように、電圧変換器４３のＬＣＲ共振回路の発振周波数帯に対応する回転数帯であるので、予めわかっている。駆動用回転電機（ＭＧ２）１２の回転数Ｎは、レゾルバ５２の検出値をθ−Ｎ変換部５４において回転数Ｎに変換した値として取得することができる。

取得した実際の回転数Ｎと、共振回転数帯Ａの回転数範囲とを比較することで、回転数Ｎが発振回転数帯Ａにあるか否かを判断できる。この判断が肯定されると、ＭＧ１制御装置６２において、以下の手順が実行される。

まず、ＭＧ２のｄｑ軸電流値を取得する（Ｓ１０）。具体的には、３相−２相座標変換部３４から出力されるｄ軸電流値ｉ_dとｑ軸電流値ｉ_qを取得する。そして、ｄ軸電流値ｉ_dとｑ軸電流値ｉ_qに基づいて、電流進角βを計算する。電流進角βは、ｄｑ座標系における合成電流Ｉとｑ軸電流との間の角度である。電流進角βが計算されると、記憶装置６４に記憶されている関係ファイル６６を検索し、電流進角βに対応するトルク変動の位相αを読み出す。この手順がＭＧ２変動位相補正マップ参照（Ｓ１２）である。

トルク変動の位相αが取得されると、次に、現在のＭＧ２回転数Ｎを取得し（Ｓ１４）、現在のＭＧ２レゾルバ角θを取得する（Ｓ１６）。これらは、レゾルバ５２、θ―Ｎ変換部５４の出力値を取得することで実行できる。そして、これらから、トルク位相である（ωθ＋α）を計算する。

（ωθ＋α）は、ＭＧ２の変動トルクのトルク位相であるので、この逆位相が変動抑制トルクのトルク位相として用いられる。具体的には、（ωθ＋α）の値をそのままにして、ＭＧ２の変動トルクが正弦関数であれば、ＭＧ１の変動抑制トルクには余弦関数を用いるようにすればよい。この手順がＭＧ２変動抑制トルク位相演算（Ｓ１８）である。ここまでの手順は、ＭＧ１制御装置６２の変動抑制トルク位相演算部７０の機能によって実行される。

次に、電圧変換器４３に対する出力電圧指令値Ｖ_H ^*を取得する（Ｓ２０）。また、電圧変換器４３における実際の出力電圧値Ｖ_Hを取得する（Ｓ２２）。前者は、ＭＧ２制御装置６０または図１では図示されていない電源部制御装置から取得でき、後者は、平滑コンデンサ５０の両端子間電圧の検出値から取得できる。

そして、Ｖ_HとＶ_H ^*との間の偏差を求め、ＰＩ演算によってこの偏差をゼロにするような制御量として、トルク振幅Ｔ_AMPが求められる。すなわち、出力電圧指令値Ｖ_Hに対し、実際の出力電圧値Ｖ_Hがフィードバックされて、その偏差を補償するようなトルク振幅Ｔ_AMPを求める演算処理が実行される。この手順がＭＧ２変動抑制トルク振幅演算（Ｓ２６）である。この手順は、ＭＧ１制御装置６２の変動抑制トルク振幅演算部７２の機能によって実行される。

このようにして、変動抑制トルクについてのトルク位相（ωθ＋α）とトルク振幅Ｔ_AMPが求まると、トルク振幅Ｔ_AMPについて（ωθ＋α）の関数としての変動抑制トルクを演算する（Ｓ２８）。図７では、ＭＧ２の変動トルクをＴ_AMPｓｉｎ（ωθ＋α）として、ＭＧ１の変動抑制トルクをＴ_AMPｃｏｓ（ωθ＋α）と示した。ＭＧ２に現われる変動トルクが正弦波関数形でないときは、その関数形の逆位相となるトルクをＭＧ１の変動抑制トルクとする。逆位相とは、レゾルバ角θについて１８０°位相が異なることである。

変動抑制トルクが演算されると、ＭＧ１に元々与えられているトルク指令値Ｔ₁ ^*を取得し（Ｓ３０）、この元々のトルク指令値Ｔ₁ ^*に変動抑制トルクＴ_AMPｃｏｓ（ωθ＋α）の成分を重畳させて、変動抑制トルク成分を含むトルク指令値Ｔ^*が演算される（Ｓ３４）。すなわち、ＭＧ１のトルク指令値Ｔ^*は、Ｔ^*＝Ｔ₁ ^*＋Ｔ_AMPｃｏｓ（ωθ＋α）に修正されて、図１の制御ブロック１９における動作目標指令値２０のＴ^*とされる。

上記では、ＭＧ２変動抑制トルク振幅の演算について、電圧変換器４３の出力電圧値Ｖ_Hを出力電圧指令値Ｖ_H ^*にフィードバックさせて行うものとして説明した。これ以外でも、ＭＧ２変動抑制トルク振幅の演算は、ＬＣＲ共振によって変動する要素のフィードバックに基づいてもよい。図８は、ＭＧ２パワーの変動ピーク値（Ｓ４２）を、ＭＧ２パワー平均値（Ｓ４０）にフィードバックし、これらの間の偏差をゼロにする制御量として、トルク振幅を求める方法が示されている。ＭＧ２パワーの値は、図１におけるＩ_U，Ｉ_V等の取得と、これに対応するＭＧ２のコイル間電圧の取得によって、電流と電圧の積に基づくパワー算出として得ることができる。ＭＧ２パワー平均値は、駆動用回転電機（ＭＧ２）の回転数Ｎが共振回転数帯Ａ以外にあるときのパワー平均値とすることができる。

このように、複数の回転電機の中の少なくとも１つの回転電機に生じた周期的変動を有する変動トルクに対して、他の少なくとも１つの回転電機を変動抑制に用いて、変動トルクと逆位相の変動抑制トルクを元々のトルク指令に重畳させる制御を行う。これによって、蓄電装置の入出力電力の変動が抑制される。また、電圧変換器の出力電圧値の変動が抑制される。また、回転電機の駆動回路の入力電圧値の変動が抑制される。これによって、車両からの要求トルクを満足しながら、蓄電装置の入出力電力を一定にできる。また、従来技術のように、電圧変換器の出力電圧制限を特に行う必要もなく、昇圧ゲインを抑制することもないので、例えば、出力電圧のサージを抑制できる。

なお、上記では、ＰＷＭ制御モードにおける共振回転数帯について説明したが、共振回転数帯の回転数領域が過変調制御モードあるいは矩形波制御モードとなることがある。過変調制御モードおよび矩形波制御モードは、ＰＷＭ制御モードに比較して制御応答性が低いので、これらの制御モードで共振回転数帯に回転数Ｎが入ると、従来技術では、制御応答性を上げるためにＰＷＭ制御モードに移すことが考えられる。上記構成によれば、共振回転数帯に回転数Ｎが入っても、変動トルクが抑制されるので、ＰＷＭ制御モードへ移す必要性が少なくなる。したがって、過変調制御モードおよび矩形波制御モードの適用範囲を適切に確保できる。

本発明に係る回転電機制御システムは、車両搭載回転電機の制御に利用できる。

１０ 回転電機制御システム、１２ 駆動用回転電機（ＭＧ２）、１４ 発電用回転電機（ＭＧ１）、１６ 電源部、１８，１９ 制御ブロック、２０ 動作目標指令値、２２ 電流指令生成部、２４ 減算器部、２６ ＰＩ制御部、２８ ２相−３相座標変換部、３０ ＰＷＭ制御部、３２ インバータ回路、３４ ３相−２相座標変換部、４０ 蓄電装置、４２，５０ 平滑コンデンサ、４３ 電圧変換器、４４ リアクトル、４６，４８ スイッチング素子、５２ レゾルバ、５４ θ−Ｎ変換部、６０ ＭＧ２制御装置、６２ ＭＧ１制御装置、６４ 記憶装置、６６ 関係ファイル、６８ 変動トルク、６９ 変動抑制トルク、７０ 変動抑制トルク位相演算部、７２ 変動抑制トルク振幅演算部、７４ 変動抑制トルク指令演算部。

Claims (4)

1. 複数の回転電機と、
   複数の回転電機に接続される電源部であって、蓄電装置と、各回転電機に接続される駆動回路と、蓄電装置と各駆動回路との間に設けられリアクトルと平滑コンデンサとを含む電圧変換装置とを含む電源部と、
   電圧変換器に関するリアクトルと平滑コンデンサを含む共振回路の共振周波数領域に対応する回転電機の共振回転数領域において、複数の回転電機の中の少なくとも１つの回転電機に生じたトルク変動による蓄電装置の入出力電力の変動を抑制するために、変動抑制に用いる他の少なくとも１つの回転電機に与える変動抑制トルクを推定演算する推定演算部と、
   推定演算された変動抑制トルクを変動抑制に用いる回転電機のトルク指令値に重畳し、これを変動抑制トルク指令値として演算する変動抑制トルク指令演算部と、
   を備えることを特徴とする回転電機制御システム。
2. 請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
   推定演算部は、
   トルク変動が生じた回転電機について、回転数と、トルク変動の位相とに基づいて変動抑制トルクのトルク位相を演算する変動抑制トルク位相演算部と、
   トルク変動が生じた回転電機について、電圧変換器に対する出力電圧指令値と実際の出力電圧値との偏差をゼロにするフィードバック演算によって、変動抑制トルクのトルク振幅を演算する変動抑制トルク振幅演算部と、
   を含むことを特徴とする回転電機制御システム。
3. 請求項１に記載の回転電機制御システムにおいて、
   推定演算部は、
   トルク変動が生じた回転電機について、回転数と、トルク変動の位相とに基づいて変動抑制トルクのトルク位相を演算する変動抑制トルク位相演算部と、
   トルク変動が生じた回転電機のパワーの平均値と実際のパワーの変動ピーク値との偏差をゼロにするフィードバック演算によって、変動抑制トルクのトルク振幅を演算する変動抑制トルク振幅演算部と、
   を含むことを特徴とする回転電機制御システム。
4. 請求項２または３に記載の回転電機制御システムにおいて、
   変動抑制トルク位相演算部は、
   トルク変動が生じた回転電機のｄ軸電流値とｑ軸電流値との間の電流進角に基づいて、トルク変動の位相を求めることを特徴とする回転電機制御システム。

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