JP2017192178A - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の駆動条件によらず、回転電機の回転速度制御の安定化を図ることができる回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】回転電機に印加される電圧ベクトルの方向に延びる座標軸がδ軸として定義され、δ軸と直交する方向に延びる座標軸がγ軸として定義され、δ軸から規定角λずれた座標軸がｔ軸として定義されている。制御装置３０は、速度指令値ω＊の変化に伴って回転電機に流れる電流が変化する場合において、その電流変化量のｔ軸成分の絶対値が、δ軸とｔ軸とが一致すると仮定したときにおける電流変化量のｔ軸成分の絶対値よりも大きくなるように、規定角λを設定する。制御装置３０は、設定した規定角λに基づいて、回転電機に流れる電流変化量のｔ軸成分ΔＩｔを算出する。制御装置３０は、ｔ軸成分ΔＩｔに基づいて速度指令値ωを補正し、補正した速度指令値ω＊に基づいて回転速度制御を行う。【選択図】 図２

Description

本発明は、回転電機の回転速度を速度指令値に制御する回転電機の制御装置に関する。

この種の制御装置としては、回転電機に印加される電圧ベクトルの大きさである電圧振幅を、速度指令値に比例した大きさに設定するＶ／ｆ制御を行うものが知られている。この制御によれば、回転電機の回転角を直接検出する角度検出器の検出値を用いない位置センサレス制御を実現できる。ただし、この制御では、速度指令値の急変により回転電機の回転速度が急変する場合、脱調が発生する等、制御が不安定になるといった問題が生じ得る。

この問題を解決すべく、下記特許文献１に記載の制御装置は、回転電機に流れる電流の検出値を、電圧ベクトルに対して平行な電流成分である有効電流成分と、電圧ベクトルと直交する電流成分である無効電流成分とに分離し、少なくとも有効電流成分の変化量に基づいて速度指令値を補正している。速度指令値の補正にこれら電流成分を用いるのは、これら電流成分の変化が回転速度に影響を及ぼすためである。制御装置は、補正した速度指令値の積分値、及び電圧振幅に基づいて、回転電機の回転速度制御を行う。これにより、回転速度制御の安定化を図っている。

特開２０００−２３６６９４号公報

ここで、回転電機の駆動条件によっては、回転速度が急変する場合であっても、有効電流成分の変化が小さいことがある。この場合、有効電流成分に基づいて速度指令値を補正したとしても、回転電機の回転速度制御が不安定になるおそれがある。特に、回転電機の低回転速度条件においては、有効電流成分の変化が顕著に小さくなるため、回転速度制御がいっそう不安定になるおそれがある。

本発明は、回転電機の駆動条件によらず、回転電機の回転速度制御の安定化を図ることができる回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、回転電機（１０）の回転速度を速度指令値に制御する回転電機の制御装置において、前記回転電機に印加される電圧ベクトルの方向に延びる座標軸がδ軸として定義され、δ軸と直交する方向に延びる座標軸がγ軸として定義され、δ軸から規定角（λ）ずれた座標軸がｔ軸として定義されており、前記速度指令値に基づいて、前記電圧ベクトルの大きさである電圧振幅を設定する電圧振幅設定部と、前記速度指令値の変化に伴って前記回転電機に流れる電流が変化する場合において、その電流変化量のｔ軸成分の絶対値が、δ軸とｔ軸とが一致すると仮定したときにおける前記電流変化量のｔ軸成分の絶対値よりも大きくなるように、前記規定角を設定する角度設定部と、前記角度設定部により設定された前記規定角、及び前記回転電機に流れる電流の検出値に基づいて、前記電流変化量のｔ軸成分を算出する電流変化量算出部と、前記電流変化量のｔ軸成分に基づいて、前記速度指令値を補正した補正速度値を算出する速度補正部と、前記補正速度値の積分値、及び前記電圧振幅に基づいて、前記回転電機の回転速度を前記速度指令値に制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

上記発明では、δ軸から規定角ずれた座標軸がｔ軸として定義されている。そして、速度指令値の変化に伴って回転電機に流れる電流が変化する場合において、その電流変化量のｔ軸成分の絶対値が、δ軸とｔ軸とが一致すると仮定したときにおける上記電流変化量のｔ軸成分の絶対値よりも大きくなるように、規定角が設定される。この設定によれば、回転電機の駆動条件によらず、速度指令値の変化に伴う電流変化量のｔ軸成分を大きくすることができる。この電流変化量のｔ軸成分によれば、回転速度に影響を及ぼす電流変化を適正に把握することができる。このため、上記電流変化量のｔ軸成分に基づいて算出された補正速度値の積分値、及び電圧振幅に基づいて回転速度を速度指令値に制御することにより、回転電機の回転速度制御の安定化を図ることができる。

第１実施形態に係るモータ制御システムの全体構成図。 モータの速度制御処理を示すブロック図。 αβ座標系、γδ座標系、及びｎｔ座標系を示す図。 高回転速度条件及び低回転速度条件における規定角λを示す図。 規定角λ、速度指令値及びモータトルクの関係を示す図。 モータトルク及び電流振幅の関係を示す図。 モータトルク、モータ回転速度及びｔ軸電流の関係を示す図。 規定角λ、速度指令値及び各モータパラメータの関係を示す図。 ｔ軸電流変化量、モータ回転速度及びモータトルクの関係を示す図。 モータトルク、モータ回転速度及びｎ軸目標電流の関係を示す図。 第１実施形態の効果を示すタイムチャート。 第２実施形態に係るモータの速度制御処理を示すブロック図。 第２実施形態の効果を示すタイムチャート。 その他の実施形態に係る規定角λの設定手法を示す図。 その他の実施形態に係る規定角λの設定手法を示す図。 その他の実施形態に係る規定角λの設定手法を示す図。 その他の実施形態に係る規定角λの設定手法を示す図。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る制御装置を３相回転電機に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る回転電機は、例えば、車載の電動ファン用モータとして用いられる。

図１に示すように、モータ制御システムは、モータジェネレータ１０、電力変換回路としての３相インバータ２０、及びモータジェネレータ１０を制御対象とする制御装置３０を備えている。本実施形態では、モータジェネレータ１０として、同期機を用いており、具体的には非突極機であるＳＰＭＳＭを用いている。

モータジェネレータ１０は、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。バッテリ２１の出力電圧は、例えば百Ｖ以上である。なお、バッテリ２１及びインバータ２０の間には、平滑コンデンサ２２が設けられている。

インバータ２０は、上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとの直列接続体を３組備えている。Ｕ相上，下アームスイッチＳｕｐ，Ｓｕｎの接続点には、モータジェネレータ１０のＵ相が接続されている。Ｖ相上，下アームスイッチＳｖｐ，Ｓｖｎの接続点には、モータジェネレータ１０のＶ相が接続されている。Ｗ相上，下アームスイッチＳｗｐ，Ｓｗｎの接続点には、モータジェネレータ１０のＷ相が接続されている。ちなみに本実施形態では、各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的には、ＩＧＢＴを用いている。そして、各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎには、各フリーホイールダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。

モータ制御システムは、さらに、モータジェネレータ１０に流れる各相電流のうち、少なくとも２相分の電流を検出する相電流検出部を備えている。本実施形態において、相電流検出部は、モータジェネレータ１０のＶ相に流れる電流を検出するＶ相電流センサ２３Ｖと、Ｗ相に流れる電流を検出するＷ相電流センサ２３Ｗとを含む。また、モータ制御システムは、電圧センサ２４を備えている。電圧センサ２４は、インバータ２０の電源電圧、すなわちバッテリ２１から出力された直流電圧を検出する電圧検出部である。

制御装置３０は、マイコンを主体として構成され、モータジェネレータ１０の電気角速度をその速度指令値ω＊に制御すべく、インバータ２０を操作する。詳しくは、制御装置３０は、インバータ２０を構成する各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎをオンオフ操作すべく、上記各種センサの検出値に基づいて、各操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを生成し、生成した各操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを各スイッチに対応する各駆動回路Ｄｒ（ゲート駆動回路）に対して出力する。ここで、上アーム側の操作信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐと、対応する下アーム側の操作信号ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎとは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、上アームスイッチと、対応する下アームスイッチとは、交互にオン操作とされる。

続いて、図２を用いて、制御装置３０によって実行されるモータジェネレータ１０の速度制御について説明する。本実施形態に係る速度制御は、電気角を直接検出するレゾルバ等の角度検出器の検出値を用いない位置センサレス制御である。

指令値設定部３０ａは、速度指令値ω＊を設定する。ｆ／Ｖ変換部３０ｂは、速度指令値ω＊に比例した大きさのインバータ２０の電圧ベクトルＶｒの振幅指令値Ｖ＊を設定する。振幅補正部３０ｃは、ｆ／Ｖ変換部３０ｂにより設定された振幅指令値Ｖ＊に振幅補正値ΔＶを加算することにより、補正振幅指令値Ｖｃを算出する。なお、振幅補正値ΔＶの算出手法については、後に詳述する。

速度補正部３０ｄは、速度指令値ω＊から速度補正値Δωを減算することにより、補正速度値ωｃを算出する。なお速度補正値Δωの算出手法については、後に詳述する。

積分器３０ｅは、速度補正部３０ｄにより算出された補正速度値ωｃの時間積分値として、モータジェネレータ１０の電気角θｖを算出する。この電気角θｖは、図３に示すように、モータジェネレータ１０の２相固定座標系（αβ座標系）のα軸とγ軸とがなす角度である。γ軸は、δ軸と直交する方向に原点Ｏから延びる座標軸であり、δ軸は、原点Ｏから電圧ベクトルＶｒの方向に延びる座標軸である。

操作信号生成部３０ｆは、振幅補正部３０ｃにより算出された補正振幅指令値Ｖｃ、積分器３０ｅにより算出された電気角θｖ、及び電圧センサ２４によって検出された電源電圧ＶＩＮＶに基づいて、各操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを生成して各駆動回路Ｄｒに出力する。本実施形態において、操作信号生成部３０ｆが制御部に相当する。本実施形態では、以下のように各操作信号を生成する。

操作信号生成部３０ｆは、まず、補正振幅指令値Ｖｃ及び電気角θｖに基づいて、モータジェネレータ１０の３相固定座標系におけるＵ，Ｖ，Ｗ相指令電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを算出する。これら指令電圧ＶＵ，ＶＶ，Ｖｗは、位相が電気角で互いに１２０°ずれた正弦波状の信号となる。そして、操作信号生成部３０ｆは、電源電圧ＶＩＮＶで３相指令電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを規格化した信号と、キャリア信号（例えば三角波信号）との大小比較に基づくＰＷＭ制御によって各操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを生成する。

電流振幅算出部３０ｇは、Ｖ相電流センサ２３Ｖにより検出されたＶ相電流ＩＶと、Ｗ相電流センサ２３Ｗにより検出されたＷ相電流ＩＷとに基づいて、αβ座標系におけるモータジェネレータ１０に流れる電流ベクトルの振幅である電流振幅Ｉａｍｐを算出する。

座標変換部３０ｈは、Ｖ相電流ＩＶ、Ｗ相電流ＩＷ、及び加算部３０ｊにより算出されたα軸とｎｔ座標系のｎ軸とのなす角度「λ＋θｖ」に基づいて、３相固定座標系におけるＵ相電流ＩＵ，Ｖ相電流ＩＶ，Ｗ相電流ＩＷを、ｎｔ座標系におけるｎ軸電流Ｉｎｒ及びｔ軸電流Ｉｔｒに変換する。ここでｎｔ座標系のｔ軸は、図３に示すように、原点Ｏから延びるδ軸から規定角λずれた座標軸であり、ｎ軸は、原点Ｏから延びるｔ軸と直交する座標軸である。なお図３には、モータジェネレータ１０の磁極方向に延びるｄ軸及びｑ軸からなるｄｑ座標系と、ｄ軸とα軸とのなす電気角θｅとを合わせて示した。

λ設定部３０ｉは、規定角λを設定する。規定角λは、速度指令値ωの微小変化に伴ってモータジェネレータ１０に流れる電流が微小変化する場合において、γδ座標系にγ，δ軸電流の軌跡として描かれてかつ原点Ｏから延びる電流変化ベクトルΔＩｒと、δ軸とのなす角度として定義される。特に本実施形態では、γ，δ軸電流の軌跡のうち電流変化ベクトルΔＩｒの大きさが最大となる点と原点Ｏとを通る軸線とδ軸とのなす角度が規定角λとして定義される。図４に、高回転速度条件及び低回転速度条件における規定角λの設定態様を示す。図４に示す高回転速度条件においては、γδ座標系において電流変化ベクトルΔＩｒの大きさが最大となる点がＰ１として示され、低回転速度条件においては、電流変化ベクトルΔＩｒの大きさが最大となる点がＰ２として示されている。

このように、規定角λは回転速度に依存する。このためλ設定部３０ｉは、速度指令値ω＊に基づいて、規定角λを設定する。詳しくは図５に示すように、速度指令値ω＊が低いほど、規定角λを大きく設定する。なお本実施形態では０から９０度までの電気角範囲内において、規定角λを設定する。

また本実施形態において、λ設定部３０ｉは、電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒに基づいて、規定角λを設定する。ここで電流振幅Ｉａｍｐを用いるのは、規定角λがモータジェネレータ１０のトルクＴｒに依存し、このトルクＴｒの大きさと電流振幅Ｉａｍｐとの間に正の相関があるためである。またｔ軸電流Ｉｔｒを用いるのは、図５に示すように、モータジェネレータ１０のトルクＴｒが小さいほど規定角λが大きくなる関係があるものの、図６に示すように、トルクＴｒと電流振幅Ｉａｍｐとが一義的に対応しないためである。ただし、図７に示すように、電気角速度ωの大小によらず、ｔ軸電流Ｉｔｒが正の場合にトルクＴｒが正となり、ｔ軸電流Ｉｔｒが負の場合にトルクＴｒが負となる。この関係から、電流振幅Ｉａｍｐとｔ軸電流Ｉｔｒとに基づいてトルクＴｒの値を把握できるため、規定角λの設定に、電流振幅Ｉａｍｐとｔ軸電流Ｉｔｒとを用いる。

ちなみに本実施形態において、規定角λは、電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒと関係付けられて規定角λが規定されるマップを用いて設定される。ただし、この構成に限らず、例えば、電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒと関係付けられて規定角λが規定される数式を用いて規定角λが設定されてもよい。

規定角λは、図８に示すように、モータジェネレータ１０の抵抗Ｒ、モータジェネレータ１０の逆起電力係数Ｋｅ、及びモータジェネレータ１０のインダクタンスＬａに依存する。このため、上記マップ又は数式の適合において、抵抗Ｒが大きかったり、逆起電力係数Ｋｅ，インダクタンスＬａが小さかったりするほど、規定角λが大きく設定されればよい。

先の図２の説明に戻り、加算部３０ｊは、λ設定部３０ｉにより設定された規定角λと電気角θｖとの加算値を算出して座標変換部３０ｈに出力する。

高周波抽出部３０ｋは、ｔ軸電流Ｉｔｒの高周波成分をｔ軸電流変化量ΔＩｔとして抽出する。本実施形態において、高周波抽出部３０ｋはハイパスフィルタにて構成されている。

速度ゲイン乗算部３０ｍは、ｔ軸電流変化量ΔＩｔに速度ゲインＫｒ（＞０）を乗算することにより、速度補正値Δωを算出する。ここで速度ゲインＫｒは、速度指令値ω＊が低いほど、大きく設定される。これは、図９に示すように、電気角速度ωが低いほど、ｔ軸電流変化量ΔＩｔが小さくなるためである。速度指令値ω＊が低いほど速度ゲインＫｒが大きく設定されることにより、電気角速度ωの大小によらず、速度補正部３０ｄにおける速度指令値ω＊の補正の強さを一定化できる。

ちなみに本実施形態では、さらに電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒを用いて速度ゲインＫｒを設定する。これは、図９に示すように、ｔ軸電流変化量ΔＩｔがトルクＴｒに依存し、このトルクＴｒを電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒに基づいて把握できるためである。この場合、速度ゲインＫｒは、速度指令値ω＊、電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒと関係付けられて速度ゲインＫｒが規定されるマップ又は数式を用いて設定されればよい。

なお、ｔ軸電流変化量ΔＩｔのトルクＴｒへの依存度は小さい。このため、速度指令値ω＊のみに基づいて、速度ゲインＫｒを設定する構成を採用することもできる。

先の図２の説明に戻り、ｎ軸目標電流設定部３０ｎは、ｎ軸電流Ｉｎｒの目標値であるｎ軸目標電流Ｉｎ＊を設定する。本実施形態では、速度指令値ω＊、電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒに基づいて、ｎ軸目標電流Ｉｎ＊を設定する。ｎ軸目標電流Ｉｎ＊の設定に電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒを用いるのは、図１０に示すように、ｎ軸目標電流Ｉｎ＊がトルクＴｒに依存し、このトルクＴｒを電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒに基づいて把握できるためである。なお、ｎ軸目標電流Ｉｎ＊は、例えば、ｄ軸電流を０とすることを条件として設定されればよい。また本実施形態において、ｎ軸目標電流Ｉｎ＊は、速度指令値ω＊、電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒと関係付けられてｎ軸目標電流Ｉｎ＊が規定されるマップを用いて設定される。ただし、この構成に限らず、例えば、速度指令値ω＊、電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒと関係付けられてｎ軸目標電流Ｉｎ＊が規定される数式を用いてｎ軸目標電流Ｉｎ＊が設定されてもよい。

先の図２の説明に戻り、偏差算出部３０ｐは、ｎ軸目標電流Ｉｎ＊からｎ軸電流Ｉｎｒを減算することにより、ｎ軸電流偏差ΔＩｎを算出する。

制御器３０ｑは、ｎ軸電流偏差ΔＩｎを０にフィードバック制御するための操作量として、振幅補正値ΔＶを算出する。本実施形態では、フィードバック制御として、比例積分制御を用いている。制御器３０ｑにより算出された振幅補正値ΔＶは、振幅補正部３０ｃに入力される。

続いて図１１を用いて、本実施形態の効果について説明する。図１１には、本実施形態の効果と比較するために、従来技術の効果も合わせて示す。従来技術とは、速度指令値ω＊の補正に有効電流成分であるδ軸電流の変化量を用いたものである。

図１１には、高，低回転速度条件において、速度指令値ω＊を所定回転速度Δω＊（例えば１０ｒａｄ／ｓｅｃ）だけ変化させる例を示す。図１１に示すように、本実施形態によれば、低回転速度条件において速度指令値ω＊が所定回転速度Δω＊だけ変化しても、モータジェネレータ１０の電気角速度が速度指令値「ω＊＋Δω＊」に追従し、位置センサレス制御を安定化できる。これに対し、従来技術では、低回転速度条件において速度指令値ω＊が所定回転速度Δω＊だけ変化すると、電気角速度が速度指令値「ω＊＋Δω＊」から大きくずれて位置センサレス制御が不安定となる。その結果、脱調が発生する。

低回転速度条件において、従来技術の位置センサレス制御が不安定となるのは、低回転速度条件においては、速度指令値ω＊が変化しても、δ軸電流の変化量が小さいためである。これに対し、本実施形態の位置センサレス制御が安定化できるのは、低回転速度条件であっても、速度指令値ω＊の変化に伴うｔ軸電流変化量ΔＩｔが大きいためである。つまり本実施形態によれば、ｔ軸電流変化量ΔＩｔを用いることにより、速度指令値ω＊の変化に伴う電流変化をとらえる感度を大きくでき、ひいては速度指令値ω＊の補正量を適正に定めることができる。

なお、図１１に示すように、高回転速度条件においては、本実施形態及び従来技術の効果の差は小さい。これは、高回転速度条件においては、本実施形態に係る規定角λが小さく設定され、本実施形態と従来技術とで速度指令値ω＊の変化に伴う電流変化をとらえる感度が略等しくなるためである。

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。

速度指令値ω＊の微小変化に伴ってモータジェネレータ１０に流れる電流が微小変化する場合において、γδ座標系のγ，δ軸電流の軌跡として描かれた電流変化ベクトルΔＩｒと、δ軸とのなす角度である規定角λを、速度指令値ω＊、電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒに基づいて設定した。この設定によれば、速度指令値ω＊が変化した場合のｔ軸電流変化量ΔＩｔを大きくできる。このため、ｔ軸電流変化量ΔＩｔに基づいて速度指令値ω＊を適正に補正でき、モータジェネレータ１０の回転速度制御を安定化できる。特に本実施形態では、電流変化ベクトルΔＩｒの大きさが最大となる点と原点Ｏとを通る軸線とδ軸とのなす角度を規定角λに設定することにより、回転速度制御をより安定化できる。

ｎ軸電流偏差ΔＩｎを０にフィードバック制御するための操作量として、振幅補正値ΔＶを算出し、振幅補正値ΔＶを用いて振幅指令値Ｖ＊を補正した。ｎ軸はｔ軸と直交する座標軸であるため、ｎ軸電流Ｉｎｒは回転速度制御の干渉を受けにくい。このため、ｎ軸電流Ｉｎｒを振幅指令値Ｖ＊の補正に用いることにより、速度指令値ω＊が高速に変化する場合であっても、実際の電圧振幅と振幅指令値Ｖ＊とのずれを迅速に補償できる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第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、ｔ軸電流変化量ΔＩｔを用いて振幅指令値Ｖ＊を補正する。

図１２に、本実施形態に係る回転速度制御処理のブロック図を示す。なお図１２において、先の図２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。また本実施形態では、制御器３０ｑにより算出される振幅補正値を第１振幅補正値ΔＶ１と称すこととし、振幅補正部３０ｃを第１振幅補正部３０ｃと称すこととする。

図１２に示すように、電圧ゲイン乗算部３０ｒは、ｔ軸電流変化量ΔＩｔに電圧ゲインＫｖ（＞０）を乗算することにより、第２振幅補正値ΔＶ２を算出する。ここで電圧ゲインＫｖは、上述した速度ゲインＫｒと同様に、速度指令値ω＊が低いほど、大きく設定される。これは、先の図９と同様に、電気角速度ωが低いほど、ｔ軸電流変化量ΔＩｔが小さくなるためである。

ちなみに本実施形態では、さらに電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒも用いて電圧ゲインＫｖを設定する。この理由は、速度ゲインＫｒと同様である。この場合、電圧ゲインＫｖは、速度指令値ω＊、電流振幅Ｉａｍｐ及びｔ軸電流Ｉｔｒと関係付けられて電圧ゲインＫｖが規定されるマップ又は数式を用いて設定されればよい。

なお、ｔ軸電流変化量ΔＩｔのトルクＴｒへの依存度は小さい。このため、速度指令値ω＊のみに基づいて、電圧ゲインＫｖを設定する構成を採用することもできる。

第２振幅補正部３０ｓは、第１振幅補正部３０ｃから出力された補正振幅指令値Ｖｃに第２振幅補正値ΔＶ２を加算して出力する。この出力値は、操作信号生成部３０ｆにおいて、上記第１実施形態で説明した補正振幅指令値Ｖｃの代わりに用いられる。

ｔ軸電流変化量ΔＩｔを用いて振幅指令値Ｖ＊を補正する構成は、モータジェネレータ１０の負荷変動に対する回転速度制御の安定性を高めるために採用される。つまり、図１３に示すように、負荷変動が発生した場合には、速度指令値ω＊のみを補正したとしても、速度指令値ω＊と実際の電気角速度との誤差が大きくなり、その結果脱調が発生する懸念がある。このため、ｔ軸電流変化量ΔＩｔを用いて、速度指令値ω＊とともに振幅指令値Ｖ＊を補正することにより、速度指令値ω＊と実際の電気角速度との誤差を抑制し、回転速度制御を安定化させることができる。

さらに、ｔ軸電流変化量ΔＩｔを用いることにより、モータジェネレータ１０の駆動条件によらず速度変化に対する感度を大きくできるため、回転速度制御をいっそう安定化できる。

（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。

・上記各実施形態では、γδ座標系において電流変化ベクトルΔＩｒの大きさが最大となる点と原点Ｏとを通る軸線とδ軸とのなす角度を規定角λとして設定したがこれに限らない（図１４（ａ）参照）。電流変化ベクトルΔＩｒの大きさが最大となる点を選択しなくても、速度指令値ω＊の変化時におけるｔ軸電流変化量ΔＩｔの絶対値が、δ軸とｔ軸とが一致すると仮定したときにおけるｔ軸電流変化量ΔＩｔの絶対値である閾値Ｉｔｈ（図１４（ｂ）参照）よりも大きくなるように、規定角λを設定してもよい。ただし、ｔ軸電流変化量ΔＩｔの絶対値が大きいほど、回転速度制御が安定化する。ここで、ｔ軸電流変化量ΔＩｔの絶対値が閾値Ｉｔｈよりも大きくなる規定角λの範囲を図１４（ｄ）に示し、この範囲における規定角λの設定手法の一例を図１４（ｃ）に示す。なお、図１４（ｄ）において、規定角λをΔＩｔ＜０となる範囲に設定する場合は、規定角λをΔＩｔ＞０となる範囲に設定する場合に対して速度ゲインＫｒの正負を反転させる必要がある。

・上記各実施形態において、モータジェネレータ１０の負荷としてのトルク推定値又はトルク検出値を取得するトルク取得部を備え、トルク取得部により取得されたトルクと、速度指令値ω＊とに基づいて、規定角λ、速度ゲインＫｒ、ｎ軸目標電流Ｉｎ＊、及び電圧ゲインＫｖを設定してもよい。また上記各実施形態において、モータジェネレータ１０が正トルク又は負トルクのいずれかで使用されることが前提である場合、規定角λ等の設定に用いるパラメータからｔ軸電流Ｉｔｒを除外してもよい。

・上記各実施形態において、モータジェネレータ１０の抵抗Ｒ、インダクタンスＬａ及び逆起電力係数Ｋｅのうち、一部であってかつ少なくとも１つに基づいて規定角λを設定してもよい。

・上記各実施形態において、γδ座標系におけるγ軸電流及びδ軸電流のうち少なくとも一方をさらに用いて規定角λを設定してもよい。この場合、Ｖ相電流センサ２３Ｖ及びＷ相電流センサ２３Ｗの検出値と、電気角θｖとに基づいて、γδ座標系におけるγ，δ軸電流を算出し、算出したγ，δ軸電流にローパスフィルタ処理を施したものを規定角λの設定に用いればよい。

・上記各実施形態において、規定角λの設定に用いるパラメータからモータジェネレータ１０のトルクＴｒを除外し、規定角λの設定処理を簡素化してもよい。具体的には例えば、図１５（ａ）に実線にて示すように、代表的な１つのトルク条件に対応する規定角λを速度指令値ω＊に基づいて設定してもよい。この場合であっても、図１５（ｂ）に示すように、例えばモータジェネレータ１０の所定の駆動条件において、簡素化後においても回転速度制御の安定性を維持できる。

また、簡素化手法としては、例えば、図１６（ａ）に実線にて示すように、速度指令値ω＊毎に代表的なトルク条件に対応する規定角λを選択するものであってもよい。この場合であっても、図１６（ｂ）に示すように、簡素化後においても回転速度制御の安定性を維持できる。

さらに、簡素化手法としては、例えば、図１７（ａ）に示すように、規定角λを固定値に設定するものであってもよい。この場合であっても、図１７（ｂ）に実線にて示すように、簡素化後においても、従来技術で脱調が発生する駆動条件において、従来技術よりも回転速度制御の安定性を高めることはできる。

・上記第１実施形態では、速度指令値ω＊が高いほど、規定角λを連続的に低く設定したがこれに限らない。例えば、速度指令値ω＊が高いほど、規定角λを段階的に低く設定してもよい。この場合、例えば、制御を簡素にすることを目的として、速度指令値ω＊が閾値を超えるか否かで規定角λを２段階に設定してもよい。なお、速度ゲインＫｒ及び電圧ゲインＫｖについても同様である。

・上記各実施形態では、ｔ軸電流変化量ΔＩｔに速度ゲインＫｒを乗算することにより速度補正値Δωを算出したがこれに限らない。例えば、ｔ軸電流変化量ΔＩｔに補正量Ｑｒを加算することにより速度補正値Δωを算出してもよい。ここで補正量Ｑｒは、速度指令値ω＊が低いほど、大きく設定されればよい。

・上記第２実施形態では、ｔ軸電流変化量ΔＩｔに電圧ゲインＫｖを乗算することにより第２振幅補正値ΔＶ２を算出したがこれに限らない。例えば、ｔ軸電流変化量ΔＩｔに補正量Ｑｖを加算することにより第２振幅補正値ΔＶ２を算出してもよい。ここで補正量Ｑｖは、速度指令値ω＊が低いほど、大きく設定されればよい。

・モータジェネレータとしては、非突極機に限らず、突極機であってもよい。非突極機における規定角λを図５に示したが、突極機も非突極機と同様に、規定角λは負荷および回転角度に依存しており、速度指令値ω＊が低いほど、規定角λを大きく設定する。また、モータジェネレータとしては、車載の電動ファン用モータに限らず、例えば、電気自動車やハイブリッド車に搭載される車載主機としてのモータジェネレータであってもよい。

上記第１，第２実施形態では、モータジェネレータに流れる各相電流を複数の電流センサにより検出したがこれに限らない。例えば、インバータ母線を流れる電流を単一の電流センサあるいはシャント抵抗を用いて検出し、母線電流をもとに各相電流を推定してもよい。

上記第１，第２実施形態では、インバータ直流電圧を電圧センサにより検出したがこれに限らない。例えば、直流電圧の変化量は小さいものとして直流電圧検出値を固定値に設定し、電圧センサを省略してもよい。

上記第２実施形態では、ｔ軸電流変化量ΔＩｔを用いて振幅指令値Ｖ＊を補正したがこれに限らない。例えば、ｔ軸電流Ｉｔｒを用いて振幅指令値Ｖ＊を補正してもよい。ｔ軸電流変化量ΔＩｔの代わりにｔ軸電流Ｉｔｒを用いると、過渡状態において発生した第２振幅補正値ΔＶ２が定常状態において残留するが、残留した第２振幅補正値ΔＶ２と、ｎ軸電流Ｉｎｒをフィードバック制御するための第１振幅補正値ΔＶ１とが打ち消しあう。このため、ｔ軸電流変化量ΔＩｔの代わりにｔ軸電流Ｉｔｒを用いても、同等の制御結果を得ることができる。

上記第２実施形態において、ｆ／Ｖ変換部３０ｂを省略してもよい。ｔ軸電流変化量ΔＩｔを用いて振幅指令値Ｖ＊を補正することで回転速度制御がいっそう安定化されているため、ｆ／Ｖ変換部３０ｂを省略しても安定した回転速度制御が可能である。

１０…モータジェネレータ、２０…インバータ、３０…制御装置。

Claims (10)

1. 回転電機（１０）の回転速度を速度指令値に制御する回転電機の制御装置において、
   前記回転電機に印加される電圧ベクトルの方向に延びる座標軸がδ軸として定義され、δ軸と直交する方向に延びる座標軸がγ軸として定義され、δ軸から規定角（λ）ずれた座標軸がｔ軸として定義されており、
   前記速度指令値に基づいて、前記電圧ベクトルの大きさである電圧振幅を設定する電圧振幅設定部と、
   前記速度指令値の変化に伴って前記回転電機に流れる電流が変化する場合において、その電流変化量のｔ軸成分の絶対値が、δ軸とｔ軸とが一致すると仮定したときにおける前記電流変化量のｔ軸成分の絶対値よりも大きくなるように、前記規定角を設定する角度設定部と、
   前記角度設定部により設定された前記規定角、及び前記回転電機に流れる電流の検出値に基づいて、前記電流変化量のｔ軸成分を算出する電流変化量算出部と、
   前記電流変化量のｔ軸成分に基づいて、前記速度指令値を補正した補正速度値を算出する速度補正部と、
   前記補正速度値の積分値、及び前記電圧振幅に基づいて、前記回転電機の回転速度を前記速度指令値に制御する制御部と、を備えることを特徴とする回転電機の制御装置。
2. 前記角度設定部は、前記速度指令値の変化に伴って前記回転電機に流れる電流が変化する場合において、その電流変化を表す電流変化ベクトルとδ軸とのなす角度に前記規定角を設定する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記角度設定部は、前記回転電機の回転速度が低い場合、前記回転速度が高い場合よりも前記規定角を大きく設定する請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記角度設定部は、前記回転電機の負荷に基づいて、前記規定角を設定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記角度設定部は、前記回転電機の抵抗、前記回転電機のインダクタンス及び前記回転電機の逆起電力係数のうち少なくとも１つに基づいて前記規定角を設定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記規定角は、０度から９０度までの電気角範囲内に設定されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記速度補正部は、前記電流変化量のｔ軸成分と速度ゲインとの乗算値、及び前記速度指令値に基づいて、前記補正速度値を算出し、
   前記回転電機の回転速度が低い場合、前記回転速度が高い場合よりも前記速度ゲインを大きく設定する速度ゲイン設定部を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
8. ｔ軸と直交する方向に延びる座標軸がｎ軸として定義されており、
   前記回転電機に流れる電流の検出値に基づいて、前記回転電機に流れる電流のｎ軸成分を算出するｎ軸電流算出部と、
   前記制御部において用いられる前記電圧振幅を、前記ｎ軸電流算出部により算出されたｎ軸成分がその目標値となるように補正する振幅補正部と、を備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
9. 前記振幅補正部は、前記制御部において用いられる前記電圧振幅を、前記電流変化量のｔ軸成分に基づいてさらに補正する請求項８に記載の回転電機の制御装置。
10. 前記振幅補正部は、前記制御部において用いられる前記電圧振幅を、前記電流変化量のｔ軸成分と電圧ゲインとの乗算値に基づいて補正し、
    前記回転電機の回転速度が低い場合、前記回転速度が高い場合よりも前記電圧ゲインを大きく設定する電圧ゲイン設定部を備える請求項９に記載の回転電機の制御装置。