JP2018098961A - 回転電機の制御装置および回転電機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータ固有の共振周波数領域における回転電機の振動を抑制する。【解決手段】本実施形態の回転電機の制御装置は、回転子と、固定子とを有する回転電機と、前記固定子が有する巻線に所定の位相の電流を供給する駆動制御装置と、を備えた回転電機の制御装置において、前記駆動制御装置は、前記回転子の回転数が、ステータ固有の共振周波数に対応する共振回転数を含んで所定回転数幅を有する共振回転数領域の外側となる場合には、前記電流の位相を、電流に対するトルクが最大となる最大トルク位相に設定し、前記回転子の回転数が、前記共振回転数領域の内側となる場合には、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の制御装置および回転電機の制御方法に関する。

特許文献１には、永久磁石の磁束に基づき、得られるトルクが最大となるようにモータ電流の位相を制御することで、回転電機が出力し得る最大のトルクを得ることが開示されている。しかしながら、特許文献１では、回転電機における振動は考慮されておらず、ステータ固有の共振周波数領域では、モータ振動が大きくなってしまい、上記のモータ制御では、該周波数帯で振動が大きくなってしまう虞があり、車両商品性が低下してしまう虞がある。

特許第２９４３６５７号公報

本発明は、ステータ固有の共振周波数領域における回転電機の振動を抑制することができる回転電機の制御装置および回転電機の制御方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、回転子（例えば実施形態のロータ２０）と、固定子（例えば実施形態のステータ２２）とを有する回転電機（例えば実施形態の回転電機１２）と、前記固定子が有する巻線（例えば実施形態の巻線２２ａ）に所定の位相の電流を供給する駆動制御装置（例えば実施形態の駆動制御装置１４）と、を備えた回転電機の制御装置（例えば実施形態の回転電機の制御装置１０）において、前記駆動制御装置は、前記回転子の回転数が、ステータ固有の共振周波数に対応する共振回転数を含んで所定回転数幅を有する共振回転数領域の外側となる場合には、前記電流の位相を、電流に対するトルクが最大となる最大トルク位相に設定し、前記回転子の回転数が、前記共振回転数領域の内側となる場合には、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更することを特徴とする、回転電機の制御装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機の制御装置であって、前記駆動制御装置は、前記回転子の回転数が前記共振回転数領域の内側となる場合、前記共振回転数に近づくほど、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更する際の遅角量を増大させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の回転電機の制御装置であって、前記駆動制御装置は、前記回転子の回転数が前記共振回転数領域の内側となる場合、前記電流が所定の電流閾値以上のとき、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置であって、前記駆動制御装置は、前記回転子の回転数が前記共振回転数領域の内側となる場合、前記電流が所定の電流閾値以上のとき、前記電流が高い程、遅角量が増大するように、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置であって、前記駆動制御装置は、前記回転電機を駆動源として搭載している電動車両において、前記回転電機のみの駆動力で前記電動車両が走行し、且つ前記電動車両が搭載する前記回転電機と異なる他の発電装置が運転していない場合に、前記電流の位相を最大トルク位相よりも遅角側に変更することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、回転子と、固定子とを有する回転電機と、前記固定子が有する巻線に所定の位相の電流を供給する駆動制御装置と、を備えた回転電機の制御装置において、前記駆動制御装置によって、前記回転子の回転数が、ステータ固有の共振周波数に対応する共振回転数を含んで所定回転数幅を有する共振回転数領域の外側となる場合には、前記電流の位相を、電流に対するトルクが最大となる最大トルク位相に設定し、
前記回転子の回転数が、前記共振回転数領域の内側となる場合には、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更することを特徴とする、回転電機の制御方法である。

請求項１および請求項６に記載の発明によれば、共振回転数領域の外側となる場合には電流の位相が電流に対するトルクが最大となる最大トルク位相に設定され、共振回転数領域の内側となる場合には電流の位相が最大トルク位相よりも遅角側に変更されるので、共振周波数領域外の回転数では、回転電機の効率の低下を抑制しながら、共振周波数領域（振動が大きくなる虞のある領域）のみ、振動を抑えることが可能な電流位相として、回転電機の振動の増加を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、電流に応じて固定子の共振応答が増加してもラジアル力を低減させることで、振動の発生を効果的に抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、加振力を低減し固定子の共振レベルを低減させて、振動の発生を効果的に抑制することができる。

請求項４に記載の発明によれば、電流増加によって加振力が増加しても効果的に振動の発生を抑制することができる。

請求項５に記載の発明によれば、回転電機のみで走行している場合以外でかつ他の発電装置が運転している場合は、回転電機の効率を高くしている状態で駆動することができ、位相を遅角側に変更する場合は、ラジアル力を低減させることで固定子の共振レベルを低減させて、振動の発生を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機の制御装置の構成例を示すブロック図である。 図１に示す回転電機１２の構成例を模式的に示す断面図である。 図１に示すトルク電流Ｉｑと励磁電流Ｉｄの関係の一例を示す図である。 図１に示す回転電機１２の出力トルクと駆動電流の位相の関係の一例を示す図である。 図１示す回転電機１２の電流位相とモータ効率およびモータ振動の関係の一例を示す図である。 図１示す回転電機１２の出力特性（出力トルクと回転数の関係）の一例を示す図である。 図１示す遅角指示部５６の動作例を示すフローチャートである。 図１示す回転電機１２の出力特性（出力トルクと回転数の関係）の一例を示す図である。 図１示す回転電機１２の出力特性（出力トルクと回転数の関係）の一例を示す図である。 回転電機１２を搭載した電動車両におけるドライブモードの動作領域の一例を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の回転電機の制御装置および回転電機の制御方法の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機の制御装置１０（以下、単に制御装置１０という）の構成例を示すブロック図である。図１に示す制御装置１０は、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載されるものであり、駆動源としての突極型ＰＭ（永久磁石）モータ等の回転電機１２と、該回転電機１２を駆動制御する駆動制御装置１４と、直流電源であるバッテリ１６を備える。回転電機１２は、図２に示すように、ロータ（回転子）２０と、三相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）の巻線２２ａを有するステータ（固定子）２２と、ロータ２０の外周面に、ステータ２２と対向するように配置されたＮ極またはＳ極の複数の永久磁石２４および複数の突極部２６とを有する。なお、ロータ２０の中心には回転軸２８が設けられている。

図１の説明に戻り、駆動制御装置１４は、回転電機１２を駆動制御するものであり、制御部３０と、インバータ回路３２と、インバータ回路３２から出力されるＵ相およびＶ相の交流電流（駆動電流）ｉｕおよびｉｖを検出する電流検出器３４ｕおよび３４ｖを有する。この制御部３０は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリ等を有するコンピュータで構成される。

インバータ回路３２は、図示しない複数のスイッチング素子を有し、制御部３０によって複数のスイッチング素子のオンオフが制御されることで、バッテリ１６から供給される直流電流を三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖおよびｉｗに変換し、変換した三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖおよびｉｗを回転電機１２に供給する。この変換された三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖおよびｉｗは、ステータ２２の三相の巻線２２ａに供給される。これにより、回転電機１２が駆動し、ロータ２０が回転軸２８を中心に回転する。

制御部３０は、ベクトル制御によってステータ２２が有する三相の巻線２２ａに流れる三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖおよびｉｗを制御する。ベクトル制御では、回転電機１２のロータ２０の回転位置（回転角度）に応じた座標変換を導入することで、回転電機１２に流れる三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖおよびｉｗが、トルクを発生するトルク電流Ｉｑ（ｑ軸成分）とそれに直交して磁束を発生する励磁電流Ｉｄ（ｄ軸成分）に変換され、直流モータ的に各成分が独立して制御される。その際、制御部３０は、図３に示すように、励磁電流Ｉｄとトルク電流Ｉｑの合成ベクトルである電流（以下、駆動電流Ｉｓという）の位相β（以下、電流位相βともいう）と振幅Ｉｓを、インバータ回路３２の複数のスイッチング素子をオンまたはオフすることで制御する。ここで、位相βはｑ軸を基準とした駆動電流Ｉｓの角度である。なお、駆動電流ＩｓというときＩｓはベクトルを表し、振幅ＩｓというときＩｓは駆動電流Ｉｓの大きさを表すこととする。

図３は、横軸をｄ軸および縦軸をｑ軸とするｄｑ座標系において、トルク電流Ｉｑと励磁電流Ｉｄの関係を示す図である。図３では、励磁電流Ｉｄの例をＩｄ１およびＩｄ２とし、トルク電流Ｉｑの例をＩｑ１およびＩｑ２とし、駆動電流Ｉｓの例をＩｓ１およびＩｓ２とし、そして位相βの例をβ１およびβ２としている。この場合、励磁電流Ｉｄ１とトルク電流Ｉｑ１の合成ベクトルが駆動電流Ｉｓ１であり、励磁電流Ｉｄ２とトルク電流Ｉｑ２の合成ベクトルが駆動電流Ｉｓ２である。なお、以下では、Ｉｄ１およびＩｄ２を総称してＩｑ、Ｉｑ１およびＩｑ２を総称してＩｑ、Ｉｓ１およびＩｓ２を総称してＩｓ、そしてβ１およびβ２を総称してβという場合がある。

図３に示すように、トルク電流Ｉｑは、Ｉｑ＝Ｉｓ・ｃｏｓβで表され、励磁電流Ｉｄは、Ｉｄ＝−Ｉｓ・ｓｉｎβで表すことができる。駆動電流Ｉｓの位相βを大きくする程、負の励磁電流Ｉｄが増大し、駆動電流Ｉｓの位相βを小さくする程、負の励磁電流Ｉｄが減少する。この負の励磁電流Ｉｄが増大すると永久磁石２４が受ける巻線２２ａからの反磁界が大きくなり、負の励磁電流Ｉｄが減少すると永久磁石２４が受ける巻線２２ａからの反磁界が小さくなる。なお、位相β２＞位相β１の関係を有するものとする。

次に図４を参照して位相βと回転電機１２の出力トルクＴとの関係について説明する。図４は、回転電機１２の出力トルクＴと駆動電流Ｉｓの位相βの進み角（進角）の関係を示す図である。駆動電流Ｉｓの振幅Ｉｓが一定の場合に位相βを変えると、回転電機１２の出力トルクＴは、図４に示すように変動する。図４は駆動電流Ｉｓを一定にした場合の出力トルクＴを表す。そのため、図４に示す特性において駆動電流Ｉｓの位相βを出力トルクＴが最大となる位相に制御した場合に回転電機１２の効率が最大となる。この効率を最大とする位相がベスト位相（最大トルク位相）βｂであるとする。

図１の説明に戻り、回転電機１２には、ロータ２０の回転角度θを検出する位置検出器１２ａが組み付けられている。位置検出器１２ａは、ホール素子やロータリエンコーダを用いて構成された周知のものである。この位置検出器１２ａにより得られる回転角度θは、位置検出器１２ａの組み付け誤差等に起因して、一般にはロータ２０の実際の回転位置に対して誤差を生じるが、本実施の形態では、説明を簡単にするため誤差を生じないものとして説明する。

制御部３０は、電流指令算出部４０、電流変換部４２、減算器４４、減算器４６、電圧指令算出部４８、電圧変換部５０、インバータ制御部５２、および遅角指示部５６を備える。

電流指令算出部４０は、回転電機１２の出力トルクＴの指令値（目標値）であるトルク指令値Ｔ１に応じて、駆動電流Ｉｓの振幅Ｉｓおよび位相βを設定し、該設定した振幅Ｉｓおよび位相βに基づいて励磁電流指令値Ｉｄｃおよびトルク電流指令値Ｉｑｃを算出する。電流指令算出部４０に入力されるトルク指令値Ｔ１は、例えば図外の演算処理装置によって車両の運転状態（アクセル操作量等）に応じて設定される。その際、電流指令算出部４０は、遅角指示部５６が出力した遅角指示信号に基づき駆動電流Ｉｓの位相βを設定する。遅角指示部５６が出力する遅角指示信号は、位相βを通常の設定状態に設定するのかまたは通常よりも遅角状態に設定するのか、あるいは、遅角状態に設定する場合に遅角量をどのように設定するのかといったことを指示する信号（あるいはデータ）である。ここで、位相βの通常の設定状態とは、図４に示す電流に対するトルクが最大となる最大トルク位相βｂに位相βを設定する状態である。

電流変換部４２は、電流検出器３４ｕおよび電流検出器３４ｖが検出したＵ相およびＶ相の駆動電流ｉｕおよびｉｖを励磁電流Ｉｄおよびトルク電流Ｉｑに変換する。ここで、回転電機１２は、三相であり、その任意の１つの相を流れる駆動電流ｉは、他の２つの相を流れる駆動電流ｉによって一義的に決まる。そこで、本実施形態では、２つの相（Ｕ相、Ｖ相）の駆動電流ｉｕおよびｉｖを検出するものとしている。詳しくは、電流変換部４２は、下記の（１）式を用いて励磁電流Ｉｄおよびトルク電流Ｉｑを算出する。なお、（１）式のθは、位置検出器１２ａが検出したロータ２０の回転角度θである。

減算器４４は、電流指令算出部４０が算出した励磁電流指令値Ｉｄｃから電流変換部４２が変換した励磁電流Ｉｄを減算することで偏差を求める。減算器４６は、電流指令算出部４０が算出したトルク電流指令値Ｉｑｃから電流変換部４２が変換したトルク電流Ｉｑを減算することで偏差を求める。

電圧指令算出部４８は、減算器４４および減算器４６が求めた偏差（Ｉｄｃ−Ｉｄ）および（Ｉｑｃ−Ｉｑ）に応じて、ｄ軸の電圧（以下、励磁電圧）指令値Ｖｄｃ、ｑ軸の電圧（以下、トルク電圧）指令値Ｖｑｃを算出する。電圧変換部５０は、偏差（Ｉｄｃ−Ｉｄ）および（Ｉｑｃ−Ｉｑ）がそれぞれ「０」となるようにＰＩ制御（比例積分制御）等のフィードバック制御に基づいて励磁電圧指令値Ｖｄｃおよびトルク電圧指令値Ｖｑｃを算出する。

電圧変換部５０は、電圧指令算出部４８が算出した励磁電圧指令値Ｖｄｃおよびトルク電圧指令値Ｖｑｃを、回転電機１２の各相の印加電圧の電圧指令値Ｖｕｃ、ＶｖｃおよびＶｗｃに変換する。詳しくは、電圧変換部５０は、下記の（２）式を用いて各相の電圧指令値Ｖｕｃ、ＶｖｃおよびＶｗｃを算出する。（２）式のθは、位置検出器１２ａが検出したロータ２０の回転角度θである。

この電圧指令値Ｖｕｃ、ＶｖｃおよびＶｗｃは、回転電機１２の各相の印加電圧の大きさおよび位相を規定するものであり、インバータ制御部５２は、電圧変換部５０が変換した電圧指令値Ｖｕｃ、ＶｖｃおよびＶｗｃに基づいて、インバータ回路３２に対して複数のスイッチング素子を制御する制御信号を送る。これによって、インバータ回路３２から出力される三相の駆動電流ｉｕ、ｉｖおよびｉｗの振幅Ｉｓおよび位相βは、電流指令算出部４０が設定した振幅Ｉｓおよび位相βとなるように制御され、回転電機１２の各相に印加される電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗは、電圧指令値Ｖｕｃ、ＶｖｃおよびＶｗｃとなるように制御される。従って、回転電機１２の出力トルクＴは、トルク指令値Ｔ１となるように制御される。

遅角指示部５６は、例えば位置検出器１２ａが検出したロータ２０の回転角度や電流変換部４２が算出した励磁電流Ｉｄおよびトルク電流Ｉｑを入力し、回転電機１２の動作状態に応じて、上述した遅角指示信号を生成し、生成した遅角指示信号を電流指令算出部４０に対して出力する。例えば、遅角指示部５６は、回転電機１２の動作状態が予め定めた所定の条件を満たすか否かを判定し、予め定めた所定の条件を満たさないと判定した場合に位相βを通常の設定状態に設定する旨を指示する遅角指示信号を生成して出力する。また、遅角指示部５６は、予め定めた所定の条件を満たすと判定した場合に位相βを通常よりも遅角状態に設定する旨を指示する遅角指示信号を生成して出力する。あるいは、遅角指示部５６は、予め定めた所定の条件を満たすと判定した場合に位相βを通常よりも遅角状態に設定する旨と遅角量の値を指示する遅角指示信号を生成して出力する。

なお、通常の設定状態とは、上述したように、位相βを最大トルク位相βｂに設定した状態である。また、回転電機１２の動作状態とは、回転電機１２の動作の様子であり、例えば、回転電機１２の回転数（ロータ回転数ともいう）、出力トルク、効率、巻線２２ａに通電されている電流、巻線２２ａに印加されている電圧、動作温度等の一または複数をパラメータとして表すことができる。

また、予め定めた所定の条件とは、当該条件を満たさない場合と比較して当該条件を満たす場合に、回転電機１２の振動が相対的に大きくなるという要件であり、実験的にあるいはシミュレーション等によって事前に決定されたものである。予め定めた所定の条件は、例えば、ロータ２０の回転数がステータ２２固有の共振周波数領域にあるということである。共振周波数領域は、例えば、ステータ２２固有の共振周波数を、ステータ２２の円環中心径によって定まる円環０次固有振動数とし、その円環０次固有振動数を含む所定周波数幅の領域である。ここで、円環０次固有振動数は、ステータ２２の半径方向振動（円形輪の半径が伸縮する方向の振動）における節直径数＝０個での固有振動数である。例えば、ステータ２２の共振周波数領域は、円環０次固有振動数ｆｒを用いると、ｆｒ−Δｆ≦ｆ≦ｆｒ＋Δｆの周波数領域（回転数領域）と表すことができる。なお、ｆは共振周波数領域内の周波数であり、Δｆは所定周波数幅の２分の１に対応する。また、円環０次固有振動数ｆｒは、ｆｒ＝ｋ・（１／φ）として定められる。ここで、ｋはステータの物性によって定まる定数であり、φは円環中心径である。ただし、ステータ２２固有の共振周波数としては、円環０次固有振動数に限定されず、例えば他の次数の固有振動数であってもよい。

ここで、図５および図６を参照して、本実施形態の制御装置１０による回転電機１２の駆動制御の概要について説明する。本実施形態の制御装置１０では、遅角指示部５６を設けることで、例えば図５に示すように回転電機１２の出力特性を制御する。図５は、回転数を一定とした場合の電流位相βの変化に対する回転電機１２のモータ効率の変化とモータ振動の変化の関係の一例を示す図である。ここで、モータ効率は回転電機１２を電動機として動作させた場合の入力電力に対する機械出力の比である。モータ振動は回転電機１２を電動機として動作させた場合の回転電機１２の筐体やステータ２２等の振動の大きさ（例えば加速度の大きさ）である。

例えば、遅角指示部５６で判定の際に用いる予め定めた所定の条件が、ロータ２０の回転数がステータ２２固有の共振周波数領域であることとした場合、制御装置１０では、ロータ２０の回転数がステータ２２固有の共振周波数領域外のとき、電流位相βが最大トルク位相βｂに設定される。一方、同条件において、制御装置１０では、ロータ２０の回転数がステータ２２固有の共振周波数領域内のとき、電流位相βが最大トルク位相βｂよりも遅角側の位相（例えば位相βｃ）に設定される。図５に示すように、電流位相βが最大トルク位相βｂよりも遅角側の位相βｃに設定された場合、モータ効率は低下するものの、モータ振動は低減される。

図５に示す例のように、ロータ２０の回転数がステータ２２固有の共振周波数領域である場合に電流位相βを最大トルク位相βｂよりも遅角側に変更することとしたとき、回転電機１２の出力トルクは例えば図６に示すように低下するものの、振動レベルは抑制される。図６は、回転電機１２の出力トルク特性を示す図であり、横軸が回転電機１２の回転数であり、縦軸が回転電機１２の出力トルクである。出力トルクが正の特性は回転電機１２を電動機として動作させる場合であり、出力トルクが負の特性は回転電機１２を発電機として動作させる場合である。領域Ａ１および領域Ａ２は回転電機１２の固有値が振動に悪影響を与える領域であり、例えば上述した共振周波数領域に対応する。本実施形態の制御装置１０では、領域Ａ１や領域Ａ２では、電流位相βを最大トルク位相βｂよりも遅角側に変更することで出力トルクの大きさを低下させる。

以上のように、本実施形態によれば、回転電機１２の固有値（固有振動数や振動モード）が、回転電機１２の振動を増大させる領域（例えば上述した共振周波数領域）外の動作領域（例えば回転数領域）では、電流位相を最大トルク位相に設定してモータ効率の低下を抑制する。一方、同領域（例えば上述した共振周波数領域）内の動作領域（例えば回転数領域）では、振動を抑えることが可能な電流位相に変更することで、回転電機１２の動作に伴う振動の増加を抑制する。

次に、図７を参照して、遅角指示部５６の動作例について説明する。図７に示す処理は、例えば電流指令算出部４０が実行する処理に同期して繰り返し実行される。遅角指示部５６は、まず位置検出器１２ａの出力信号に基づきロータ回転数を算出する（ステップＳ１１）。次に遅角指示部５６は、ステップＳ１１で算出したロータ回転数が第１閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１２）。第１閾値は、例えば図８に示すように、円環０次固有振動数（第３閾値）より所定の回転数幅だけ小さい回転数であり、上述した共振周波数領域の下限の回転数である。なお、図８は、回転電機１２の出力特性（出力トルクと回転数の関係）を模式的に示す図であり、横軸が回転数（ロータ回転数）、縦軸が出力トルクである。ロータ回転数が第１閾値以上でない場合（ステップＳ１２でＮＯの場合）、遅角指示部５６は、位相βを最大トルク位相βｂに設定する旨を指示する遅角指示信号を生成して出力する（ステップＳ１６）。

ロータ回転数が第１閾値以上である場合（ステップＳ１２でＹＥＳの場合）、遅角指示部５６は、ステップＳ１１で算出したロータ回転数が第２閾値以下か否かを判定する（ステップＳ１３）。第２閾値は、例えば図８に示すように、円環０次固有振動数（第３閾値）より所定の回転数幅だけ大きい回転数であり、上述した共振周波数領域の上限の回転数である。ロータ回転数が第２閾値以下でない場合（ステップＳ１３でＮＯの場合）、遅角指示部５６は、位相βを最大トルク位相βｂに設定する旨を指示する遅角指示信号を生成して出力する（ステップＳ１６）。

ロータ回転数が第２閾値以下である場合（ステップＳ１３でＹＥＳの場合）、遅角指示部５６は、駆動電流Ｉｓの振幅Ｉｓが第４閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１４）。上述したように、駆動電流Ｉｓは、電流変換部４２が出力した励磁電流Ｉｄおよびトルク電流Ｉｑの合成ベクトルである。また、第４閾値は、駆動電流Ｉｓの振幅Ｉｓに対する閾値（電流閾値）であり、例えば図８に示すように、一定の出力トルクに対応する値である。出力トルクは、励磁電流Ｉｄを一定とした場合、トルク電流Ｉｑに比例する。したがって、駆動電流Ｉｓの振幅Ｉｓが第４閾値以上である場合、励磁電流Ｉｄが大きく変化しないとしたときには、出力トルクが第４閾値に対応する一定程度の大きさを有していることになる。ステップＳ１４の判定は、出力トルクが比較的小さい場合に位相βを最大トルク位相βｂから変更するか否かを決定するための判定である。駆動電流Ｉｓの振幅Ｉｓが第４閾値以上でない場合（ステップＳ１４でＮＯの場合）、遅角指示部５６は、位相βを最大トルク位相βｂに設定する旨を指示する遅角指示信号を生成して出力する（ステップＳ１６）。一方、駆動電流Ｉｓの振幅Ｉｓが第４閾値以上である場合（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、遅角指示部５６は、駆動電流Ｉｓの振幅Ｉｓと第4閾値との差分に応じて位相を遅角させる旨の遅角指示信号を生成して出力する（ステップＳ１５）。

図７に示すように遅角指示部５６が遅角指示信号を生成して出力することで、駆動制御装置１４は、例えば図８において破線で示すように共振周波数領域内で出力トルクを制限することができる。なお、図７に示す処理は一例であって、例えば、ステップＳ１４のステータ電流Ｉｓに基づく判定処理を省略したり、ステップＳ１５で生成される遅角指示信号を単に位相βを通常よりも遅角状態（例えば予め定めた一定の遅角量で遅角させる状態）に設定する旨を指示するものとしたりしてもよい。

以上のように、本実施形態では、遅角指示部５６によって図７に示す処理を実行することで、駆動制御装置１４は、次のようにしてステータ２２が有する巻線２２ａに所定の位相の駆動電流Ｉｓ（駆動電流ｉｕ、ｉｖおよびｉｗを座標変換した電流）を供給する。すなわち、駆動制御装置１４は、ロータ２０の回転数が、ステータ２２固有の共振周波数に対応する共振回転数を含んで所定回転数幅を有する共振回転数領域の外側となる場合には、駆動電流Ｉｓの位相を、駆動電流に対するトルクが最大となる最大トルク位相に設定し、ロータ２０の回転数が、共振回転数領域の内側となる場合には、駆動電流Ｉｓの位相を最大トルク位相よりも遅角側に変更する。したがって、本実施形態によれば、ステータ２２固有の共振周波数領域における回転電機１２の振動を抑制することができる。

以上、本発明を実施するための形態について上記実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、図９に示すように、ステータ固有の共振周波数領域内において、回転数が円環０次固有振動数（第３閾値）に近づくにしたがい、遅角量を増大させるようにしてもよい。また、駆動電流が第４閾値以上の場合に、遅角を行うようにし、さらに、駆動電流が高くなるほど、遅角量を増大させるようにしてもよい。また、第１閾値と第２閾値は、出力低下と振動低減効果のバランスに応じて適宜設定することができる。例えば、第１閾値と第３閾値との差および第２閾値と第３閾値との差は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、第１閾値と第２閾値の一方または両方を、例えば駆動電流Ｉｓの振幅Ｉｓに応じて変化させてもよい。また、２以上の共振周波数領域を設定してもよい。

また、回転電機１２を駆動源として搭載した電動車両において、回転電機１２のみの駆動力によって走行し、かつ発電駆動源（例えば内燃機関（エンジン））が運転していない場合にのみ、遅角を行うようにしてもよい。ここで、図１０を参照して、回転電機１２を駆動源として搭載した電動車両における動作領域の一例について説明する。図１０は、回転電機１２と内燃機関を駆動源として搭載した電動車両における３種類のドライブモードの動作領域の一例を示す図である。横軸は車速、縦軸は駆動力である。また、図１０は、走行抵抗の例をあわせて示している。図１０に示す例では、３種類のドライブモードは、ＥＶ（電気自動車）ドライブモード、ハイブリッドドライブモードおよびエンジンドライブモードである。ＥＶドライブモードは、バッテリ１６に蓄電された電力を使用して回転電機１２で走行するモードである。ハイブリッドドライブモードは、エンジン動力を発電機（回転電機１２とは別の発電機）で電力に変換し、この電力を用いて回転電機１２で走行するモードである。このハイブリッドドライブモードは、バッテリ１６を充電する動作領域であるハイブリッドドライブチャージと、発電した電力を用いて回転電機１２で走行する動作領域であるハイブリッドドライブアシストとを含む。そして、エンジンドライブモードは、エンジンと車軸がクラッチを用いて固定変速比で連結され、直接車輪をエンジンで駆動するモードである。この際、回転電機１２がアシストおよび充電機能を担い、バッテリ１６からの放電（アシスト）またはバッテリ１６への充電が実施される。そして、３種類のドライブモードは、例えば次のように選択される。例えば、発進から市街地走行等の低車速走行時は主にＥＶドライブモードが選択され、エンジン低負荷運転による燃費低下が回避される。中車速走行時はエンジン熱効率とバッテリ充放電損失のバランスを考慮しＥＶドライブモードとハイブリッドドライブモード、あるいはＥＶドライブモードとエンジンドライブモードが適宜切り替えられて間欠運転によって燃費改善が図られる。高車速走行時はハイブリッドドライブモードとエンジンドライブモードにおいてエネルギー伝達効率が高いモードが適宜選択される。図１０に示す例において、回転電機１２のみの駆動力によって走行し、かつエンジンが運転していない場合は、ＥＶドライブモードが対応する。よって、図１０に示すようなドライブモードで運転される電動車両においては、ＥＶドライブモードが選択されている場合に、回転電機１２の電流位相βが最大トルク位相βｂから遅角側に変更される。

以下、本発明の実施形態の態様または変形例について例示する。

（１）本実施形態の回転電機の制御装置１０は、永久磁石を備えたロータ２０と、巻線２２ａが巻かれたステータ２２と、巻線２２ａに所定の位相の駆動電流を供給する駆動制御装置１４と、を備えた回転電機の制御装置１０である。そして、駆動制御装置１４は、ロータ回転数が第１閾値以下で且つ、第２閾値以上の場合、駆動電流の位相を、所定の駆動電流に対する回転電機１２のトルクが最大となる最大トルク位相に設定し、ロータ回転数が第１閾値以上で且つ、第２閾値以下の場合、駆動電流の位相を最大トルク位相から遅角させる。この構成によれば、ロータ回転数が第１閾値以下で且つ、第２閾値以上のときには、最小の駆動電流で回転電機のトルクが最大となるように駆動電流の位相を設定し、第１閾値以上で且つ、第２閾値以下になると、駆動電流の位相を最大トルク位相から遅角させるので、ロータ回転数が第１閾値以下で且つ、第２閾値以上のときは、回転電機の効率を高くした状態で駆動することができ、ロータ回転数が第１閾値以上で且つ、第２閾値以下のときには、ラジアル力を低減させることでステータ共振レベルを低減させて、振動の発生を効果的に抑制することができる。

（２）また、駆動制御装置１４は、ロータ回転数が第１閾値以下で且つ、第２閾値以上の場合は、第３閾値に近づくほど、駆動電流の位相が前記最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させることができる。この構成によれば、駆動制御装置１４は、ロータ回転数が第１閾値以下で且つ、第２閾値以上の場合は、第３閾値に近づくほど、駆動電流の位相が最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させるので、図９に示すように、ステータ共振応答が増加してもラジアル力を低減させることで、振動の発生を効果的に抑制することができる。

（３）また、駆動制御装置１４は、ロータ回転数が第１閾値以上で且つ、第２閾値以下の場合、且つ、駆動電流が第４閾値以上になると、駆動電流の位相を最大トルク位相から遅角させることができる。この構成によれば、ロータ回転数が 第１閾値以上で且つ、第２閾値以下の場合、且つ、駆動電流が第４閾値以上になると、駆動電流の位相を最大トルク位相から遅角させるので、図９に示すように、加振力を低減しステータ共振レベルを低減させて、振動の発生を効果的に抑制することができる。

（４）また、駆動制御装置１４は、ロータ回転数が第１閾値以上で且つ、第２閾値以下の場合、且つ、駆動電流が第４閾値以上の場合は、駆動電流が高い程、駆動電流の位相が最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させることができる。この構成によれば、ロータ回転数が第１閾値以上で且つ、第２閾値以下の場合、且つ、駆動電流が第４閾値以上の場合は、駆動電流が高い程、駆動電流の位相が最大トルク位相から遅角する遅角量を増大させるので、駆動電流増加によって加振力が増加しても効果的に振動の発生を抑制することができる。

（５）また、駆動制御装置１４は、駆動電流が振幅値が第４閾値以上の場合は駆動電流の振幅値が高い程、第１閾値を小さくすることができる。この構成によれば、駆動電流が振幅値が第４閾値以上の場合は駆動電流の振幅値が高い程、第１閾値を小さくなるので、駆動電流増加によって加振力が増加しても効果的に振動の発生を抑制することができる。

（６）また、駆動制御装置１４は、駆動電流が振幅値が第４閾値以上の場合は駆動電流の振幅値が高い程、第２閾値を大きくすることができる。この構成によれば、駆動電流が振幅値が第４閾値以上の場合は駆動電流の振幅値が高い程、第２閾値を大きくなるので、駆動電流増加によって加振力が増加しても効果的に振動の発生を抑制することができる。

（７）また、駆動制御装置１４は、回転電機１２を駆動源として搭載している電動車両において、回転電機１２のみで走行している場合且つ他の発電装置が運転していない場合に駆動電流の位相を最大トルク位相から遅角させることができる。この構成によれば、回転電機１２のみを駆動源として走行している場合以外で且つ他の発電装置が運転している場合は、回転電機の効率を高くしている状態で駆動することができ、制御介入する場合は、ラジアル力を低減させることでステータ共振レベルを低減させて、振動の発生を効果的に抑制することができる。

（８）また、駆動制御装置１４は、ロータ回転数が第１閾値以上で且つ、第２閾値以下の場合、駆動電流の振幅を最大トルク振幅から減少させることができる。この構成によれば、ロータ回転数が第１閾値以上で且つ、第２閾値以下の場合、駆動電流の振幅を最大トルクから減少させるので、加振力を低減しステータ共振レベルを低減させて、振動の発生を効果的に抑制することができる。

なお、図１に示す制御部３０は、１または複数のコンピュータと、そのコンピュータが実行するプログラムとを用いて構成することができ、そのプログラムの一部または全部はコンピュータ読取可能な記録媒体や通信回線を介して頒布することができる。

１０…制御装置（回転電機の制御装置）、１２…回転電機、１２ａ…位置検出器、１４…駆動制御装置、１６…バッテリ、２０…ロータ、２２…ステータ、２２ａ…巻線、２４…永久磁石、２６…突極部、２８…回転軸、３０…制御部、３２…インバータ回路、３４ｕ、３４ｖ…電流検出器、４０…電流指令算出部、４２…電流変換部、４４、４６…減算器、４８…電圧指令算出部、５０…電圧変換部、５２…インバータ制御部、５６…遅角指示部

Claims (6)

1. 回転子と、固定子とを有する回転電機と、
   前記固定子が有する巻線に所定の位相の電流を供給する駆動制御装置と、
   を備えた回転電機の制御装置において、
   前記駆動制御装置は、
   前記回転子の回転数が、ステータ固有の共振周波数に対応する共振回転数を含んで所定回転数幅を有する共振回転数領域の外側となる場合には、前記電流の位相を、電流に対するトルクが最大となる最大トルク位相に設定し、
   前記回転子の回転数が、前記共振回転数領域の内側となる場合には、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更する
   ことを特徴とする、回転電機の制御装置。
2. 前記駆動制御装置は、前記回転子の回転数が前記共振回転数領域の内側となる場合、前記共振回転数に近づくほど、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更する際の遅角量を増大させる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記駆動制御装置は、前記回転子の回転数が前記共振回転数領域の内側となる場合、前記電流が所定の電流閾値以上のとき、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更する
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記駆動制御装置は、前記回転子の回転数が前記共振回転数領域の内側となる場合、前記電流が所定の電流閾値以上のとき、前記電流が高い程、遅角量が増大するように、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更する
   ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記駆動制御装置は、前記回転電機を駆動源として搭載している電動車両において、前記回転電機のみの駆動力で前記電動車両が走行し、且つ前記電動車両が搭載する前記回転電機と異なる他の発電装置が運転していない場合に、前記電流の位相を最大トルク位相よりも遅角側に変更する
   ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
6. 回転子と、固定子とを有する回転電機と、
   前記固定子が有する巻線に所定の位相の電流を供給する駆動制御装置と、
   を備えた回転電機の制御装置において、
   前記駆動制御装置によって、
   前記回転子の回転数が、ステータ固有の共振周波数に対応する共振回転数を含んで所定回転数幅を有する共振回転数領域の外側となる場合には、前記電流の位相を、電流に対するトルクが最大となる最大トルク位相に設定し、
   前記回転子の回転数が、前記共振回転数領域の内側となる場合には、前記電流の位相を前記最大トルク位相よりも遅角側に変更する
   ことを特徴とする、回転電機の制御方法。

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