JP2022042224A - 回転電機制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】トルクが変動する回転電機においても、制御干渉を発生させることなく、適切にトルクリップルを低減する。【解決手段】回転電機制御システムは、基本電流指令Ｉｄｑ＊を回転電機の目標トルクＴ＊に基づいて設定する基本電流指令設定部１と、トルクリップルに応じた周波数の補正電流指令Ｉｄｑｈ＊を設定する補正電流指令設定部６と、電流フィードバック制御を行い、回転電機に印加する電圧の指令値である電圧指令Ｖｄｑ＊を演算する電流制御部２とを備え電流制御部２は、基本電流指令Ｉｄｑ＊の成分を制御対象とする第１電流制御部２０と、補正電流指令Ｉｄｑｈ＊の成分を制御対象とする第２電流制御部２１とを備え、第２電流制御部２１のゲインは、第１電流制御部２０のゲインに比べて低く設定されている。【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石型の回転電機を制御対象として、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において電流フィードバック制御を行う回転電機制御システムに関する。

Antti Piippo及びJorma Luomiによる論文“Torque Ripple Reduction in Sensorless PMSM Drives.”には、回転電機のトルクリップルを抑制するために、電流指令にトルクリップルに対応する周波数の高調波の補正電流指令を重畳する技術が示されている。補正電流指令は、トルクリップルの逆相の補正トルクを出力する電流指令であり、補正電流指令により出力される補正トルクがトルクリップルを低減させる。ｄｑ軸直交ベクトル座標系における電流指令は、直流電流であるが、補正電流指令は交流電流である。このため補正電流指令が重畳されていない従来の電流指令を制御対象とする制御器では、補正電流指令が重畳された電流指令を必ずしも適切に制御できない。上記の論文では、従来の制御器と並行して交流電流に対応した制御器を追加することで、応答性を改善している。

Antti Piippo, Jorma Luomi, "Torque Ripple Reduction in Sensorless PMSM Drives.", The 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronic Society(IECON’06), pp.920-925

上記の論文に記載された技術は回転電機のトルクが一定の定常状態の場合には非常に有効に作用する。つまり、補正電流指令が重畳された電流指令が適切に制御され、トルクリップルが効果的に抑制される。しかし、回転電機が例えば車両の駆動力源のような場合には、回転電機のトルクが急激に変動したり（ステップ変動）、連続して変動したり（スイープ変動）した場合の交流成分にも追加した制御器が反応する場合がある。その結果、回転電機のトルクにオーバーシュートが生じたり、振動が生じたりする現象、いわゆる制御干渉が誘発される可能性がある。

上記背景に鑑みて、トルクが変動する回転電機においても、制御干渉を発生させることなく、適切にトルクリップルを低減することのできる技術の提供が望まれる。

上記に鑑みた回転電機制御システムは、Ｎ相交流（Ｎは任意の自然数）で駆動される永久磁石型の回転電機を制御対象として、永久磁石による界磁磁束の方向に沿ったｄ軸と前記ｄ軸に直交するｑ軸とのｄｑ軸直交ベクトル座標系において電流フィードバック制御を行う回転電機制御システムであって、前記回転電機に流す電流の指令値である電流指令としての基本電流指令を、前記回転電機の目標トルクに基づいて設定する基本電流指令設定部と、前記回転電機のトルクリップルを低減するために前記基本電流指令に重畳される電流指令であって、低減対象の前記トルクリップルに応じた周波数の交流電流である補正電流指令を設定する補正電流指令設定部と、前記基本電流指令と前記補正電流指令とが加算された制御対象の対象電流指令と前記回転電機を流れる電流である実電流との偏差に基づいて電流フィードバック制御を行い、前記回転電機に印加する電圧の指令値である電圧指令を演算する電流制御部とを備え、前記電流制御部は、前記基本電流指令の成分を制御対象とする第１電流制御部と、前記補正電流指令の成分を制御対象とする第２電流制御部とを備え、前記第２電流制御部のゲインは、前記第１電流制御部のゲインに比べて低く設定されている。

第１電流制御部が制御対象とする基本電流指令の成分は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において直流電流であり、第２電流制御部が制御対象とする補正電流指令の成分は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において交流電流である。電流制御部が、このように制御対象が異なる第１電流制御部と第２電流制御部とを備えることで、補正電流指令が重畳された基本電流指令を制御対象として適切に電流制御を行うことができる。一方、目標トルクが急激に変化した場合には、基本電流指令も追従して急激に変化する。この変化点には高い周波数成分が含まれるため、第２電流制御部も基本電流指令を対象とした電流制御を行ってしまい、出力される電圧指令にオーバーシュートや振動が生じる可能性がある。つまり、制御干渉が発生する可能性がある。しかし、本構成によれば、第２電流制御部のゲインが第１電流制御部のゲインに比べて低く設定されるため、そのようなオーバーシュートが抑制され、振動の発生も抑制される。即ち、本構成によれば、トルクが変動する回転電機においても、制御干渉を発生させることなく、適切にトルクリップルを低減することができる。

回転電機制御システムのさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。

回転電機駆動装置の構成を模式的に示すブロック図 回転電機駆動装置の中核となる回転電機制御装置の構成を模式的に示すブロック図 回転電機制御装置における電流制御部の周辺の模式的な制御ブロック図 回転電機の実トルクの一例を示す波形図 高調波のリップル成分と逆位相のリップル低減トルクの一例を示す波形図 ｄｑ軸直交座標系におけるトルクと電流指令との関係を示す図 重畳電流振幅とトルクとの関係を示すグラフ 重畳電流位相とトルクとの関係を示すグラフ トルク及び回転速度に基づく回転電機の動作領域を示す図 トルクリップルの低減効果と位相差との関係を示すグラフ 電流制御部における周波数とゲインとの関係を示す特性図 トルク指令と出力トルクとの関係の一例を示す波形図 電流制御部における周波数とゲインとの関係を示す特性図 電流制御部における周波数とゲインとの関係を示す特性図 高調波を重畳していない場合のｄｑ軸電流の一例を示す波形図 高調波を重畳している場合のｄｑ軸電流の一例を示す波形図

以下、回転電機制御システムの実施形態を図面に基づいて説明する。回転電機制御システムは、例えば、車両の駆動力源となる回転電機を制御対象として、電流フィードバック制御を行う。図１のブロック図は、回転電機制御装置１０（MG-CTRL）を含む回転電機駆動装置１００のシステム構成を模式的に示している。また、図２のブロック図は、回転電機駆動装置１００の中核となる回転電機制御装置１０のシステム構成を模式的に示している。また、図３の制御ブロック図は、回転電機制御装置１０における電流制御部２の周辺の模式的な構成を示している。尚、広義には回転電機駆動装置１００が回転電機制御システムに相当し、狭義には回転電機制御装置１０が回転電機制御システムに相当する。

回転電機制御システムによる駆動対象の回転電機８０は、ステータコア８５にＮ相（Ｎは任意の自然数）のステータコイル８３が配置されたステータ８１と、ロータコア８６に永久磁石８４が配置されたロータ８２とを有する埋め込み永久磁石型回転電機（IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）である。図１には、８つの磁極（４つのＮ極及び４つのＳ極）を備えた８極（４極対）のロータ８２を例示しているが、これは模式的なものであって発明を限定するものではない。ステータ８１についても同様であり、図１は３相のステータコイル８３が中性点で短絡された形態を例示しているが、相数や結線の方法、また、ステータコイル８３の巻き方等は発明を限定するものではない。尚、回転電機８０は、電動機としても発電機としても機能することができる。回転電機８０が電動機と機能するとき、回転電機８０は力行状態であり、回転電機８０が発電機として機能するとき、回転電機８０は回生状態である。

図１に示すように、回転電機駆動装置１００は、電圧型のインバータ５０を備えている。インバータ５０は、交流の回転電機８０及び直流電源４１に接続されて、複数相の交流と直流との間で電力を変換する。直流電源４１は、例えば、リチウムイオン電池などの充電可能な二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどにより構成されている。回転電機８０が、車両の駆動力源の場合、直流電源４１は、大電圧大容量の直流電源であり、定格の電源電圧は、例えば２００～４００［Ｖ］である。インバータ５０の直流側には、正極と負極との間の電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）を平滑化する平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ４２）が備えられている。

インバータ５０は、複数のスイッチング素子５１を有して構成される。スイッチング素子５１には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ－ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor）、ＧａＮ－ＭＯＳＦＥＴ（Gallium Nitride - MOSFET）などの高周波での動作が可能なパワー半導体素子を適用すると好適である。図１には、スイッチング素子５１としてＩＧＢＴが用いられる形態を例示している。尚、各スイッチング素子５１には、負極から正極へ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向として、並列にフリーホイールダイオード５３が備えられている。

図１に示すように、インバータ５０は、回転電機制御装置１０により制御される。回転電機制御装置１０は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されている。例えば、回転電機制御装置１０は、上位の制御装置の１つである車両制御装置９０（VHL-CTRL）等の他の制御装置等から要求信号として提供される回転電機８０の目標トルク（トルク指令Ｔ^＊：図２等参照）に基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ５０を介して回転電機８０を駆動する。ベクトル制御法では、交流モータの３相（Ｎ相）各相のステータコイル８３に流れる電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ：図２参照）を、ロータ８２に配置された永久磁石８４が発生する磁界の方向であるｄ軸と、ｄ軸に直交する方向（磁界の向きに対して電気角でπ／２進んだ方向）のｑ軸とのベクトル成分に座標変換してフィードバック制御を行う。座標変換先の座標系をｄｑ軸直交座標系と称する。

回転電機８０の各相のステータコイル８３を流れる実電流は電流センサ４３により検出され、回転電機制御装置１０はその検出結果を取得する。尚、ここでは３相の交流電流を検出する形態を例示しているが、例えば３相交流の場合には３相は平衡しており、その瞬時値の和はゼロであるから２相のみの電流を検出して残りの１相は回転電機制御装置１０が演算によって取得してもよい。また、回転電機８０のロータ８２の各時点での磁極位置θ（電気角）やロータ８２の回転速度（角速度ω）は、例えばレゾルバなどの回転センサ４４により検出され、回転電機制御装置１０はその検出結果を取得する。回転電機制御装置１０は、電流センサ４３及び回転センサ４４の検出結果を用いて、電流フィードバック制御を実行する。

図２に示すように、回転電機制御装置１０は、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。本実施形態では、回転電機制御装置１０は、トルク制御部（MTPA: Maximum Torque per Ampere Control）１と、電流制御部（Current Control）２と、２相３相座標変換部３と、３相２相座標変換部４と、変調部５（PWM）と、補正電流指令設定部６（高調波マップ（Harmonic MAP））とを備えている。

トルク制御部１は、車両制御装置９０から伝達されるトルク指令Ｔ^＊（目標トルク）に基づいて、回転電機８０のステータコイル８３に流す目標電流（基本電流指令Ｉｄｑ^＊）を設定する。即ち、トルク制御部１は、基本電流指令設定部に相当する。上述したように、回転電機制御装置１０は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において回転電機８０をフィードバック制御するので、トルク制御部１は、基本電流指令Ｉｄｑ^＊として、ｄ軸基本電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸基本電流指令Ｉｑ^＊を演算する。後述するように、本実施形態では、基本電流指令Ｉｄｑ^＊に補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊が重畳された補正後電流指令Ｉｄｑ^＊＊が後段の制御対象となる。即ち、補正後電流指令Ｉｄｑ^＊＊は、電流制御部２の制御対象の対象電流指令に相当する。

電流制御部２は、補正後電流指令Ｉｄｑ^＊＊とステータコイル８３を流れる実電流（ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ）との偏差に基づいて、インバータ５０に印加する電圧の指令である電圧指令Ｖｄｑ^＊を演算する。電流センサ４３（SEN-I）により検出されるのは、ステータコイル８３を流れる３相の実電流（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）である。３相の実電流は、３相２相座標変換部４においてｄｑ軸ベクトル座標系の２相の電流（ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ）に変換される。３相２相座標変換部４は、回転センサ４４（SEN-R）により検出されたロータ８２の各時点での磁極位置θ（電気角）に基づいて、座標変換を行う。

電流制御部２は、ｄ軸の電流指令（ここでは補正後ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊＊）とｄ軸電流Ｉｄとの偏差及び回転速度（角速度ω）に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊を演算すると共に、ｑ軸の電流指令（ここでは補正後ｑ軸電流指令Ｉｑ^＊＊）とｑ軸電流Ｉｑとの偏差及び回転速度（角速度ω）に基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を演算する。尚、図３を参照して後述するように、本実施形態では、電流制御部２が比例積分制御器（PI）を備えて構成されている形態を例示しているが、電流制御部２は、比例積分微分制御器（PID）を備えて構成されていてもよい。

２相３相座標変換部３は、ｄｑ軸ベクトル座標系の２相の電圧指令Ｖｄｑ^＊（ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊）を３相のインバータ５０に対応した３相の電圧指令（Ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊、Ｗ相電圧指令Ｖｗ^＊）に座標変換する。変調部５は、３相の電圧指令（Ｕ相電圧指令Ｖｕ^＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ^＊、Ｗ相電圧指令Ｖｗ^＊）のそれぞれに基づいて、インバータ５０の３相のスイッチング制御信号（Ｕ相スイッチング制御信号Ｓｕ、Ｖ相スイッチング制御信号Ｓｖ、Ｗ相スイッチング制御信号Ｓｗ）を生成する。ここでは、変調部５がパルス幅変調（PWM : Pulse Width Modulation）によりスイッチング制御信号を生成する形態を例示している。尚、図２においては、３つのスイッチング制御信号（Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ）に簡略化しているが、変調部５は、インバータ５０の６つのスイッチング素子５１に対応して、６つのスイッチング制御信号（Ｕ相上段側スイッチング制御信号、Ｕ相下段側スイッチング制御信号、・・・）を生成する。

図１及び図２に示すように、インバータ５０を構成する各スイッチング素子５１の制御端子（例えばＩＧＢＴのゲート端子）は、ドライブ回路１５（DRV-CCT）を介して回転電機制御装置１０に接続されており、各スイッチング素子５１はそれぞれ個別にスイッチング制御される。上述したように、スイッチング制御信号を生成する回転電機制御装置１０は、マイクロコンピュータなどを中核として構成され、その動作電圧は、例えば５［Ｖ］や３．３［Ｖ］である。一方、インバータ５０は、上述したように定格の電源電圧が例えば２００～４００［Ｖ］の直流電源４１に接続されており、スイッチング素子５１の制御端子には、例えば１５～２０［Ｖ］の駆動信号を入力する必要がある。ドライブ回路１５は、回転電機制御装置１０が生成したスイッチング制御信号の駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）をそれぞれ高めて、インバータ５０に中継する。

ところで、埋め込み永久磁石型の回転電機８０は、ロータ８２が回転する際に磁束鎖交数が変化することによって、トルクリップルが発生する。即ち、図１に示す周方向Ｃにおいて加振力（トルクリップル）が生じる。また、ステータコア８５と永久磁石８４との間の吸引力及び反発力により、図１に示す径方向Ｒにおいてもトルクに変動が発生する。この径方向Ｒの加振力は、径方向加振力である。これらの加振力によりロータ８２が振動すると、可聴音を発生させる場合がある。この可聴音はユーザーにとって耳障りな場合があるため、これらの加振力が軽減されることが好ましい。可聴音に関しては、周方向加振力であるトルクリップルの寄与が大きく、本実施形態では、トルクリップルを打ち消すようなトルクを発生させることによってトルクリプルを低減させている。上述した補正後電流指令Ｉｄｑ^＊＊は、トルクリップルを打ち消すためのトルクを発生させる補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊が、基本電流指令Ｉｄｑ^＊に重畳された指令である。

図２に示すように、本実施形態の回転電機制御装置１０は、回転電機８０のトルクリップルを低減するために基本電流指令Ｉｄｑ^＊に重畳される補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊を設定する補正電流指令設定部６備える。補正電流指令設定部６は、トルク指令Ｔ^＊及び磁極位置θを引数とするマップ（高調波マップ（Harmonic MAP））を備えて構成されている。

上述したように、ｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊及びｑ軸補正電流指令Ｉｑｈ^＊は、トルク制御部１が設定したｄ軸基本電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸基本電流指令Ｉｑ^＊にそれぞれ重畳される。電流制御部２は、補正後ｄ軸電流指令Ｉｄ^＊＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差及び回転速度（角速度ω）に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊を演算すると共に、補正後ｑ軸電流指令Ｉｑ^＊＊とｑ軸電流Ｉｑとの偏差及び回転速度（角速度ω）に基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊を演算する。これにより、回転電機８０は、トルクリップルが低減されたトルクを出力することができる。

加振力を低減するための補正トルクは、図４に示すような回転電機８０の実トルクＴから抽出される高調波トルク成分（トルクリップル）の内、周方向加振力の（２ＮＭ）次高調波トルク成分（Ｍは任意の自然数）の逆位相のトルクである。本実施形態では、交流の相数を示すＮは３であるから、例えば“Ｍ＝１”とした場合は、実トルクＴから抽出される高調波トルク成分の内、６次高調波トルク成分の逆位相のトルクが補正トルクとなる。図５の実線の波形は、図４に示す実トルクＴから抽出された（２ＮＭ）次高調波トルク成分（トルクリップル）を表しており、一点鎖線の波形は、（２ＮＭ）次高調波トルク成分の逆位相の補正トルクを示している。

補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相は、補正トルクの位相がトルクリップルの位相と１８０度異なるように設定されている。また、図５に示す例では、トルクリップルの振幅と、補正トルクの振幅とが同等である。このように、トルクリップルの位相と補正トルクの位相とが１８０度異なり、振幅が同等であると、補正トルクとトルクリップルとが相殺されて、ほぼ全てのトルクリップルが低減される。

ここで、図５に示すように、補正トルクの大きい側のピーク値を第１トルクＴ１とし、補正トルクの小さい側のピーク値を第２トルクＴ２とし、補正トルクの平均値を平均補正トルクＴａｖとする。平均補正トルクＴａｖは、補正トルクや回転電機８０の実トルクＴの直流成分に対応する。トルク指令Ｔ^＊に基づく電流フィードバック制御が適切に実行されている場合には、補正トルクに影響されることなく、回転電機８０の出力トルクはトルク指令Ｔ^＊（目標トルク）にほぼ等しい値となる。

ところで、上述したように、基本電流指令Ｉｄｑ^＊は直流電流であるが、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊は交流電流である。従って、補正後電流指令Ｉｄｑ^＊＊は、直流成分と交流成分とを有する。一般的な電流制御部２は比例積分制御器（PI）を備えて構成されているが、比例積分制御器は高い周波数に対する応答性に限界がある。つまり、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に相当する交流成分に関して電流制御が十分に追従しない可能性がある。このため、本実施形態では、電流制御部２が、基本電流指令Ｉｄｑ^＊に相当する直流成分に対する電流制御を行う第１電流制御部２０と、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に相当する交流成分に対する電流制御を行う第２電流制御部２１とを備えている。第１電流制御部２０は、一般的な電流制御部と同様に、比例積分制御器（PI）により構成されている。

第２電流制御部２１は、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に相当する交流成分を直流成分に座標変換して、比例積分制御を行い、直流成分を交流成分に逆座標変換することによって、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対して電流制御を行う。図３に示すように、第２電流制御部２１は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系からγδ軸直交座標系へ補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に相当する交流成分を座標変換し、ローパスフィルタを介した後、比例積分制御を行い、γδ軸直交座標系からｄｑ軸直交ベクトル座標系へ逆座標変換することによって、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対して電流制御を行う。第２電流制御部２１は、補正電流指令Ｉｄｑｈに対してｄｑ軸電流Ｉｄｑの位相が進んでいる場合と、遅れている場合とのそれぞれに対応するように、２系統（２２～２５のパス、２６～２９のパス）備えられている。それぞれ、符号“２２”、“２６”は座標変換部、“２３”、“２７”はローパスフィルタ（LPF）、“２４”、“２８”は比例積分制御器（PI）、“２５”、“２９”は逆座標変換部である。

図６は、ｄｑ軸直交座標系におけるトルクと基本電流指令Ｉｄｑ^＊との関係を示している。図６において符号“３０”で示す曲線は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において一定のトルクを出力可能なｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせ（ｄｑ直交ベクトル座標系における電流のベクトル軌跡）を表す等トルクラインである。符号“３１”は上述した第１トルクＴ１の等トルクライン３０である第１等トルクラインであり、符号“３２”は第２トルクＴ２の等トルクライン３０である第２等トルクラインである。また、符号“３３”は上述した回転電機８０の目標トルク（トルク指令Ｔ^＊）に相当する基準トルクＴ０の等トルクライン３０である基準等トルクラインである。

符号“６０”は、回転電機８０を標準的な条件で制御する際（以下この制御を“基本制御”と称する）のｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせ（ｄｑ直交ベクトル座標系における電流のベクトル軌跡）を示す基本制御ラインである。一般的に、基本制御ライン６０は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において任意のトルクを出力するために最適なｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせを示すベクトル軌跡である。一例として、基本制御ライン６０は、最も高い効率で各トルクを出力可能なｄ軸電流とｑ軸電流との組み合わせのベクトル軌跡を示す最大トルクラインや最大効率ラインとすることができる。トルク制御部１は、このようなベクトル軌跡を示す基本電流指令Ｉｄｑ^＊を設定する機能部ということができる。

例えば、トルクリップルの低減を考慮しない場合、つまり、単純にトルク指令Ｔ^＊に応じてｄ軸基本電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸基本電流指令Ｉｑ^＊を設定する場合には、図６に示す基準点Ｐ０における電流値が設定される。この基準点Ｐ０は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において、基本制御ライン６０とトルク指令Ｔ^＊（目標トルク）に対応した等トルクライン（この場合は基準等トルクライン３３）との交点である。本実施形態においては、トルクリップルを低減するため、図５を参照して上述したように、補正トルクを出力可能な補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊を、ｄ軸基本電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸基本電流指令Ｉｑ^＊に重畳させる。つまり、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において直流成分であるｄ軸基本電流指令Ｉｄ^＊及びｑ軸基本電流指令Ｉｑ^＊（トルク指令Ｔ^＊に応じた電流指令Ｉｄｑ^＊）のそれぞれに対して、交流成分（ここでは（２ＮＭ）次高調波成分）によって構成されるｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊及びｑ軸補正電流指令Ｉｑｈ^＊がそれぞれ重畳される。

例えば、補正トルクは、平均補正トルクＴａｖ（基準トルクＴ０）を経由して第１トルクＴ１と第２トルクＴ２との間で振動するトルクである。補正トルクを出力するためのｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊及びｑ軸補正電流指令Ｉｑｈ^＊のｄｑ軸直交ベクトル座標系におけるベクトル軌跡は、基準点Ｐ０を通って、例えば第１等トルクライン３１と第２等トルクライン３２とを結ぶ直線（線分）である。基準点Ｐ０を通るこの直線を以下、補正直線Ｋと称する。また、第１等トルクライン３１と補正直線Ｋとの交点を第１交点Ｐ１、第２等トルクライン３２と補正直線Ｋとの交点を第２交点Ｐ２と称する。

補正直線Ｋは、原理的には無限に設定することができる。図６には、３本の補正直線Ｋ（Ｋ１１，Ｋ１２，Ｋ１３）を例示している。第１補正直線Ｋ１１は、ｑ軸に沿って電流を変化させてトルクを変化させた形態、第２補正直線Ｋ１２は、ｄ軸に沿って電流を変化させてトルクを変化させた形態、第３補正直線Ｋ１３は、ｄ軸及びｑ軸に対して傾斜した方向に沿って電流を変化させてトルクを変化させた形態を示している。

補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊のベクトル軌跡が第１補正直線Ｋ１１の場合、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊はｑ軸補正電流指令Ｉｑｈ^＊のみによって構成される。第１補正直線Ｋ１１は、ｑ軸と平行であるから、ｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊は一定値であり、その値は、トルク指令Ｔ^＊に応じたｄ軸基本電流指令Ｉｄ^＊の値（基準点Ｐ０におけるｄ軸電流の値）である。補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊のベクトル軌跡が第２補正直線Ｋ１２の場合、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊はｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊のみによって構成される。第２補正直線Ｋ１２は、ｄ軸と平行であるから、ｑ軸補正電流指令Ｉｑｈ^＊は一定値であり、その値は、基準点Ｐ０におけるｑ軸電流の値である。補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊のベクトル軌跡が第３補正直線Ｋ１３となる場合、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊はｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊及びｑ軸補正電流指令Ｉｑｈ^＊の双方によって構成される。

補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊は、複数の（２ＮＭ）次高調波トルク成分を低減対象として設定することができる。また、補正直線Ｋは、高調波トルク成分の次数に応じて異なるものであってもよい。本実施形態では、６次高調波トルク成分と１２次高調波トルク成分とを低減対象としている。６次高調波トルク成分に対しては、第１補正直線Ｋ１１が設定され、１２次高調波成分に対しては、第３補正直線Ｋ１３が設定されている。

また、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の振幅及び位相は、図７及び図８に示すように、回転電機８０のトルク（トルク指令Ｔ^＊）に応じて異なる。図７のグラフは、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の振幅とトルク（トルク指令Ｔ^＊）との関係を示しており、図８のグラフは、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相とトルク（トルク指令Ｔ^＊）との関係を示している。図中の“ｆｅ”は、電気角の周波数を示し、“６ｆｅ”は６次高調波、“１２ｆｅ”は１２次高調波を示している。また、括弧内の“ｄ”はｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊であることを示し、括弧内の“ｑ”はｑ軸補正電流指令Ｉｑｈ^＊であることを示している。このように、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊は、低減対象のトルクリップルに応じた周波数であって 回転電機８０のトルク指令Ｔ^＊に応じて位相及び振幅が異なる交流電流である。

ところで、補正トルクはトルクリップルによる振動が可聴音となることを抑制するために出力される。トルクリップルの周波数は、回転電機８０の回転速度に応じて異なり、また、可聴音となる周波数は２０［Ｈｚ］～２０［ｋＨｚ］程度であり、特に１［ｋＨｚ］以下の周波数が人間にとって耳障りである。従って、本実施形態では、補正電流指令設定部６は、回転電機８０の回転速度が予め規定された補正対象回転速度の場合に、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊を設定する。図９は、トルク及び回転速度に基づく回転電機８０の動作領域を示している。この動作領域において、第１対象回転速度Ｓ１と第２対象回転速度Ｓ２との間に補正対象回転速度ＳＴが設定されている。

トルクリップルに起因する振動の周波数は、ロータ８２の構造（極対数）、ロータ８２の回転速度、トルクリップルの高調波の周波数に応じて、下記式（１）によって定まる。本実施形態では、回転電機８０のロータ８２が４極対である。ここで、回転電機８０の回転速度が１０００［ｒｐｍ］の場合、６次高調波に起因する振動の周波数は、下記式（２）に示すように４００［Ｈｚ］となり、１２次高調波に起因する振動の周波数は、下記式（３）に示すように８００［Ｈｚ］となる。

振動周波数[Hz] = 回転速度[rpm]・（極対数／60[sec]）・2MN ・・・（１）
400 [Hz] = 1000 [rpm] ・ (4 / 60 [sec])・6 ・・・（２）
800 [Hz] = 1000 [rpm] ・ (4 / 60 [sec])・12 ・・・（３）

従って、本実施形態のように４極対のロータ８２を有する回転電機８０の場合には、１０００［ｒｐｍ］を含んで補正対象回転速度ＳＴが設定される。

また、トルクが小さい場合にはトルクリップルも小さくなって可聴音のノイズも小さくなり、トルクが大きい場合にはトルクリップルによる可聴音のノイズの影響が相対的に小さくなる。従って、補正電流指令設定部６は、回転電機８０のトルク（トルク指令Ｔ^＊）が予め規定された補正対象トルクの場合に、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊を設定する。本実施形態では、図９に示す動作領域において、トルクの絶対値が“ａ／２”～“ｅ”の補正対象トルクの場合に、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊が設定される。図９に示すように、本実施形態では、回転電機８０の回転速度及びトルク（トルク指令Ｔ^＊）に応じて設定された補正対象動作領域Ｈにおいて、補正トルクが出力されるように補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊が設定される。

このように、回転電機８０の動作領域の全てにおいて補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊が重畳されないことで、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の重畳による効率の低下が抑制される。また、トルクリップルの抑制が必要な動作領域においては、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊が重畳されることで、トルクリップルが適切に抑制される。

ところで、図８を参照すると、回転電機８０のトルクが“ｂ”と“ｃ”との間で変化すると、他の箇所においてトルクが変化する場合と比べて、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊（１２次高調波のｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊）の位相の変化が大きいことがわかる。補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相は、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に基づいて出力されるトルク（補正トルク）がトルクリップルの逆相となるように設定されている。つまり、図５を参照して上述したように、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相は、補正トルクの位相がトルクリップルの位相と１８０度異なるように設定されている。このため、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相が、適切な位相と異なると、補正トルクの位相とトルクリップルの位相との位相差が１８０度からずれ、トルクリップルの低減効果が低下する。例えば、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相が、適切な位相から１８０度ずれた場合には、補正トルクの位相とトルクリップルの位相とが一致し、トルクリップルを２倍に増加させて回転電機８０を加振してしまう可能性がある。

図８に示すように、１２次高調波のｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊は、トルクが“ｂ”と“ｃ”との間で変化する際に、位相が１８０度以上変化する。例えば、車両が加速する際などに回転電機８０のトルクが“ｂ”から“ｃ”に増加する場合、１２次高調波のｄ軸補正電流指令Ｉｄｈ^＊の位相は、１８０度以上変化する。ここで、トルク指令Ｔ^＊が変化してから補正電流指令設定部６により補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊が設定されるまでの遅れや、電流制御部２における応答遅れが大きくなると、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に基づく補正トルクがトルクリップルを増加させて回転電機８０を加振してしまう可能性がある。

このため、本実施形態では、このようにトルクの変化に対して補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相が急激に変化する動作領域、特に、トルクの変化に対して位相が反転するような変曲点に相当する動作領域では、補正トルクによるトルクリップルの低減制御が制限される。補正電流指令設定部６は、このような動作領域である特定動作領域Ｅ（図９参照）では、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の振幅を減少させる。例えば、補正電流指令設定部６は、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の振幅をゼロとすることによって、実質的に補正を禁止することもできる。

特定動作領域Ｅは、トルク指令Ｔ^＊に基づいて設定される。例えば、図９に示すような、トルク（トルク指令Ｔ^＊）が“ｂ”～“ｃ”の動作領域及び“－ｂ”～“－ｃ”の動作領域が、特定動作領域Ｅとして設定される。図９には、力行時における第１特定動作領域Ｅ１と、回生時における第２特定動作領域Ｅ２とを特定するトルクの絶対値が同じである形態を例示しているが、力行時と回生時とでトルクの絶対値が異なっていてもよい。また、力行時及び回生時の何れか一方にのみ、例えば力行時のみに特定動作領域Ｅが設定されることを妨げるものでもない。

尚、本実施形態では、特定動作領域Ｅは、トルク指令Ｔ^＊の変化に対する補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相の変化量が予め規定された規定値以上となる動作領域に設定されている。上述したように、位相の変化量が大きくなると、低減対象のトルクリップルの位相と、補正トルクの位相との差が１８０度よりも小さくなり、トルクリップルの低減効果が減少する。トルクリップルの位相に対する補正トルクの位相のずれは、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相の変化量が急激であるほど発生し易くなり、また、当該位相のずれも大きくなる。つまり、トルク指令Ｔ^＊の変化に対する補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相の変化量が大きいほど、トルクリップルの低減効果が低下していき、逆にトルクリップルを増やしてしまう場合もある。

従って、特定動作領域Ｅは、少なくともトルクリップルが大きくならないように設定されていることが好ましい。トルク指令Ｔ^＊の変化に対する補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相の変化量が相対的に小さい場合には、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の変化への追従が遅れても、トルクリップルの位相に対する補正トルクの位相のずれは小さい。一方、トルク指令Ｔ^＊の変化に対する補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相の変化量が相対的に大きい場合には、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の変化への追従が遅れた場合、トルクリップルの位相に対する補正トルクの位相のずれも大きくなり、トルクリップルの低減効果の低下や、トルクリップルの増加が生じる可能性が高くなる。例えば、トルク指令Ｔ^＊が“１”変化することに対して、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相の変化量が５度から１０度程度を規定値として、当該規定値以上の変化量となる場合に補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の重畳を制限すると、トルクリップルが増幅されることを抑制すると共に、トルクリップルの抑制効果が低い場合に補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の重畳によって回転電機８０の制御効率が低下することを抑制することができる。

補正トルクを発生させないようにするために、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の基本電流指令Ｉｄｑ^＊への重畳を制限するのは、上述したように、補正電流指令設定部６及び電流制御部２の応答性に起因している。つまり、トルク指令Ｔ^＊の（目標トルク）変化に対して、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相が変化後のトルク指令Ｔ^＊に応じた位相に追従するまでの時間である収束時間に起因している。従って、特定動作領域Ｅは、収束時間内で生じ得る最大量のトルク変化が生じた場合に、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊によってトルクリップル（トルク振動）が増幅される動作領域に応じて設定されていると好適である。

特定動作領域Ｅがこのように設定されていると、制御が追従可能な動作領域では、適切にトルクリップルを低減させると共に、制御の追従が困難な動作領域では、補正トルクによってトルクリップルが増幅されないようにすることができる。

図１０のグラフは、トルクリップルの低減効果と、トルクリップルと補正トルクとの位相差との関係を示している。また、下記式（４）、（５）は、トルクリップル及び補正トルクを模式的に示している。式（４）はトルクリップル“Ｆ”を示し、式（５）は補正トルク“Ｇ”を示している。尚、式（５）における“π”は、１８０度であり、“α”と“β”とが同じ場合、トルクリップルと補正トルクとが逆相（位相差が１８０度）となることを示している。

Ｆ＝Ａｃｏｓ（ωｔ＋α） ・・・（４）
Ｇ＝Ｂｃｏｓ（ωｔ＋β＋π） ・・・（５）

図１０のグラフにおいて縦軸は、トルクリップル“Ｆ”から補正トルク“Ｇ”を減じた値の絶対値（｜Ｆ－Ｇ｜）を示しており、横軸は、トルクリップル“Ｆ”と補正トルク“Ｇ”との位相差（β－α）を示している。また、図１０には、２つの特性曲線を示しており、一方は、トルクリップル“Ｆ”と補正トルク“Ｇ”との振幅が同じ場合（Ａ＝Ｂ）であり、振幅の比（Ｂ／Ａ）が“１”の場合である。他方は、トルクリップル“Ｆ”に対して補正トルク“Ｇ”の振幅が“１／２”の場合（Ｂ＝Ａ／２）であり、振幅の比（Ｂ／Ａ）が“０．５”の場合である。

低減対象のトルクリップル（トルク振動）の振幅“Ａ”と補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に基づく補正トルクの振幅“Ｂ”とが同じであり、“α”と“β”とが一致している場合は、トルクリップルのベクトルと補正トルクのベクトルとは、大きさが同じで互いに逆方向となり、合成ベクトルの大きさはゼロとなる。この合成ベクトルの大きさは補正トルクを与えた後に残存するトルクリップルの大きさを表している。“α”と“β”とが一致している場合、補正トルクによるトルクリップルの低減効果は最大となり、補正トルクによってトルクリップルを相殺することができる。

“α”と“β”とに差が生じている場合には、差が大きくなるに従って、合成ベクトルの大きさが大きくなる。つまり、残存するトルクリップルの大きさが大きくなっていく。“α”と“β”との差が±６０度になると、合成ベクトルの大きさは元のトルクリップルと同じ大きさとなる。つまり、“α”と“β”との差が±６０度になると、トルクリップルの低減効果がなくなる。“α”と“β”との差が±６０度よりも広がると、合成ベクトルの大きさは元のトルクリップルの大きさを超える。つまり、補正トルクを与えることによって、トルクリップルが増幅されることになる。従って、図１０に示すように、トルクリップルの振幅と補正トルクの振幅とが同じ場合のトルクリップルの補正可能範囲Ｄは、“α”と“β”との差が±６０度以内の第１補正可能範囲Ｄ１である。

一方、トルクリップルの振幅に対して補正トルクの振幅が“１／２”であり、“α”と“β”とが一致している場合、トルクリップルのベクトルに対して補正トルクのベクトルは、大きさが“１／２”で逆方向となり、合成ベクトルの大きさはトルクリップルの大きさの“１／２”となる。つまり、補正トルクの振幅がトルクリップルの“１／２”の場合は、補正トルクによるトルクリップルの低減効果が最大の場合も、補正トルクによってトルクリップルを完全に相殺することはできず、補正トルクを与えてもトルクリップルが残存する。つまり、トルクリップルの振幅に対して補正トルクの振幅が“１／２”の場合は、トルクリップルの振幅と補正トルクの振幅とが同じ場合に比べて、トルクリップルの低減効果が低くなる。但し、後述するように、トルクリップルの補正可能範囲Ｄは、トルクリップルの振幅と補正トルクの振幅とが同じ場合に比べて、広くなる。

“α”と“β”とに差が生じている場合には、トルクリップルの振幅と補正トルクの振幅とが同じ場合と同様に、その差が大きくなるに従って、合成ベクトルの大きさが大きくなる。つまり、残存するトルクリップルの大きさが大きくなっていく。“α”と“β”との差が±６０度になると、合成ベクトルの大きさは約０．８７（＝（３^１／２）／２）となる。 “α”と“β”との差が±８０度程度になると、トルクリップルの低減効果がなくなり、“α”と“β”との差がこれより広がると合成ベクトルの大きさが元のトルクリップルの大きさを超える。つまり、補正トルクを与えることによって、トルクリップルが増幅されることになる。

図１０に示すように、トトルクリップルの振幅に対して補正トルクの振幅が“１／２”の場合のトルクリップルの補正可能範囲Ｄは、“α”と“β”との差が概ね±８０度以内の第２補正可能範囲Ｄ２である。第２補正可能範囲Ｄ２は、第１補正可能範囲Ｄ１に比べて広い範囲である。このように、トルクリップルの振幅に対して補正トルクの振幅が小さいの場合は、トルクリップルの振幅と補正トルクの振幅とが同じ場合に比べて、トルクリップルの低減効果が低くなるが、位相のずれが生じてもトルクリップルの低減効果を得られる範囲が広くなる。

トルクリップルの低減効果を優先する場合には、１つの態様として、低減対象のトルクリップルの振幅と補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に基づく補正トルクの振幅とが同じであり、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相の変化量を規定する規定値が±６０度であると好適である。

低減対象のトルクリップルの振幅“Ａ”と補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に基づく補正トルクの振幅“Ｂ”とが同じであると、最も大きな低減効果を得ることができる。但し、最適な補正トルクの位相がずれた場合にはずれが広がるに伴って低減効果が低くなり、位相のずれが６０度を超えるとトルクリップルが増幅されてしまう。従って、既定値を６０度とし、トルク指令Ｔ^＊（目標トルク）の変化に対する補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相の変化量が規定値以上となる動作領域が特定動作領域Ｅに設定されると、トルク指令Ｔ^＊（目標トルク）が急激に変化してもトルクリップルが増幅されるようなことがなく、適切にトルクリップルを低減することができる。

尚、上述したように、±６０度においてトルクリップルの低減効果は無くなるから、低減対象のトルクリップルの振幅と補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に基づく補正トルクの振幅とが同じである場合において、±６０度よりも狭い範囲となるように、既定値が設定されることも好適である。この場合には、トルクリップルの低減効果が低くなる動作領域において、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊が重畳されないため、回転電機制御装置１０は、高い効率で回転電機８０の制御を行うことができる。

以上、整理すると、特定動作領域Ｅは、以下の条件に従って設定することができる。ｄｑ軸直交座標系における動作点が、移動前トルクＴ_ｂｆｒ［Ｎｍ］から移動後トルクＴ_ａｆｔ［Ｎｍ］に移動するとする。ここで、トルクの応答レートをＴａ［Ｎｍ／ｓ］、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の収束時間をｔ［ｍｓ］とする。収束時間“ｔ［ｍｓ］”の間に変化可能なトルクは、“Ｔａ・ｔ”であり、移動前トルクＴ_ｂｆｒ［Ｎｍ］と移動後トルクＴ_ａｆｔ［Ｎｍ］との差トルク“ΔＴ［Ｎｍ］”が、これに相当するものとする。また、移動前トルクＴ_ｂｆｒ［Ｎｍ］における補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相を“θ_ｂｆｒ”とし、移動後トルクＴ_ａｆｔ［Ｎｍ］における補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相を“θ_ａｆｔ”とする。特定動作領域Ｅは、“θ_ｂｆｒ”と“θ_ａｆｔ”との差の絶対値“｜θ_ａｆｔ－θ_ｂｆｒ｜”が、許容位相差φを超えるトルクの範囲に設定される。尚、許容位相差φは、トルクリップルの振幅と補正トルクの振幅との比によって変動する。図１０を参照して上述したように、この比が“１”の場合には、“φ＝６０度”である。

ところで、図３を参照して上述したように、高調波成分である補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対する電流制御の応答性を向上するために、電流制御部２は、第２電流制御部２１を備えている。図１１のグラフは、電流制御部２の周波数特性を示しており、縦軸はゲイン、横軸は周波数を示している。尚、図１１は横軸が対数軸の片対数グラフである（図１３及び図１４も同様。）。図１１において二点鎖線は、第１電流制御部２０のみの周波数特性を示しており、実線は、第１電流制御部２０及び第２電流制御部２１を合わせた電流制御部２の全体の周波数特性を示している。また、図中における（６ｆｅ）は６次高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対応する周波数を示し、（１２ｆｅ）は１２次高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対応する周波数を示している。

上述したように、第２電流制御部２１は、高調波成分を含む交流電流である補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対する比例積分制御の応答性を改善するために備えられている。図１１に示すように、第１電流制御部２０のみの周波数特性では、６次高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊、及び１２次高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対応する周波数におけるゲインが低く、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対する電流制御の応答性が十分ではないことが示されている。

これに対して、第１電流制御部２０及び第２電流制御部２１を合わせた電流制御部２の全体の周波数特性では、６次高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊、及び１２次高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対応する周波数におけるゲインが低下しておらず、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対する電流制御が十分な応答性を有していることが示されている。但し、１２次高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対応する周波数よりもさらに高い周波数において、ゲインが大きく上昇している。例えば、図１２に示すように、ステップ応答のようにトルク指令Ｔ^＊が急激に高くなった場合、基本電流指令Ｉｄｑ^＊もステップ応答することになる。電流制御部２では、ステップ応答における立ち上がりに応じた高い周波数での制御が実行されるため、図１１に示すように大きなゲインが生じる。その結果、図１２に示すように、出力トルクにオーバーシュートを生じたり、その後に振動が発生したりする可能性がある。

そこで、本実施形態では、第２電流制御部２１のゲインが、第１電流制御部２０のゲインに比べて低く設定されている。図１３及び図１４は、第２電流制御部２１のゲインが、第１電流制御部２０のゲインに比べて“１／６”に設定されている場合の周波数特性を例示している。図１３は、回転電機８０の回転速度が図９における第１対象回転速度Ｓ１の近傍における周波数特性を示し、図１４は、回転電機８０の回転速度が図９における第１対象回転速度Ｓ１と第２対象回転速度Ｓ２との間における周波数特定を示している。つまり、図１３に対して、図１４の方が回転電機８０の回転速度が高い場合の周波数特性を示している。補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対応する周波数は、回転電機８０の回転速度にも依存する（式（１）～（３）参照）。このため、６次高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊、及び１２次高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対応する周波数も、図１３に比べて、図１４の方が高い周波数の側にシフトしている。

図１３及び図１４に示すように、第２電流制御部２１が制御対象とする周波数においては、適切に応答し、他の周波数における過剰な応答が抑制される。従って、トルク指令Ｔ^＊（目標トルク）が急激に変化したような場合でも、出力トルクがオーバーシュートしたり、その後に振動したりすることなく、適切に回転電機８０を制御することができる。

このように、第２電流制御部２１のゲインを第１電流制御部２０に比べて低くした場合には、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊に対する電流制御の応答性が低下するので、収束時間が長くなる可能性がある。そこで、本実施形態では、さらに、回転電機８０のトルクリップルを低減するためにフィードフォワード制御により電圧指令Ｖｄｑ^＊に重畳される補正電圧指令Ｖｄｑｈ^＊を設定する補正電圧指令設定部７（Harmonic Voltage MAP）を備えている。補正電圧指令設定部７は、補正電流指令設定部６と同様に、マップにより構成されている。このマップは、実験やシミュレーションによって、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊を基本電流指令Ｉｄｑ^＊に重畳して電流制御を実行させて収束した後の定常値に基づいて設定されている。

このようにフィードフォワード制御によって電圧指令Ｖｄｑ^＊に補正電圧指令Ｖｄｑｈ^＊が重畳されることで、電流制御部２による制御の収束時間が短縮され、応答性が改善する。例えば、第１電流制御部２０に比べて第２電流制御部２１のゲインが低く設定されていても、補正トルクを生じさせるための補正電圧指令Ｖｄｑｈ^＊を含む電圧指令Ｖｄｑ^＊を適切に演算することができる。

尚、補正電圧指令設定部７は、トルク指令Ｔ^＊、回転電機８０の回転速度及び磁極位置θに基づいて補正電圧指令Ｖｄｑｈ^＊を設定する。トルクリップルは、回転電機８０の出力トルク及び回転速度に応じて発生する。従って、補正電圧指令Ｖｄｑｈ^＊は、トルクリップルを低減するための補正トルクを出力するための電圧指令であるから、トルク指令Ｔ^＊及び回転電機８０の回転速度に基づくことにより適切に設定される。

図１５は、高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊を重畳していない場合のｄｑ軸電流Ｉｄｑの一例を示す実験やシミュレーション結果の波形図であり、図１６は、高調波の補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊を重畳している場合のｄｑ軸電流Ｉｄｑの一例を示す実験やシミュレーション結果の波形図である。図１５及び図１６共に、上段の波形は、ｄ軸電流Ｉｄを示し、下段はｑ軸電流Ｉｑを示している。また、図１５及び図１６共に、左側の波形はトルク指令Ｔ^＊がゼロから“ｅ［Ｎｍ］”（図７、図８等参照）に変化したタイミングの波形図であり、右側の波形はトルク指令Ｔ^＊が“ｅ［Ｎｍ］”からゼロに変化したタイミングの波形図である。

何れの波形も、トルク指令Ｔ^＊がステップ的に変化した場合のｄｑ軸電流の波形を示している。何れの波形にもオーバーシュートや振動は観測されない。つまり、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊を基本電流指令Ｉｄｑ^＊に重畳しても、重畳しない場合と同様に、電流制御部２の干渉が抑制されることが確かめられた。

〔その他の実施形態〕
以下、その他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記においては、電流制御部２が、第１電流制御部２０と第２電流制御部２１とを備えており、さらに、フィードバック制御を実行する電流制御部２に加えて、フィードフォワード制御を実行する補正電圧指令設定部７を備える形態を例示して説明した。しかし、電流制御部２が第１電流制御部２０しか備えておらず、補正電圧指令設定部７も備えられていない形態を妨げるものではない。また、電流制御部２が、第２電流制御部２１を備えていない形態において、補正電圧指令設定部７を備えていてもよいし、補正電圧指令設定部７を備えていない形態において電流制御部２が、第２電流制御部２１を備えていてもよい。そして、これらの場合にも、回転電機８０のトルク指令Ｔ^＊の変動に対して、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の位相の変動量が大きい場合には、特定動作領域Ｅが設定されて、補正電流指令Ｉｄｑｈ^＊の重畳が制限されると好適である。

（２）上記においては、回転電機８０の全動作領域の中の一部の領域がトルクリップルの低減対象である補正対象動作領域Ｈとして設定される形態を例示して説明した（図９参照）。しかし、回転電機８０の全動作領域が補正対象動作領域Ｈであってもよい。

（３）上記においては、フィードバック制御を実行する電流制御部２が、第１電流制御部２０と第２電流制御部２１とを備え、第２電流制御部２１のゲインが第１電流制御部２０のゲインよりも低く設定され、さらにフィードフォワード制御を実行する補正電圧指令設定部７を備える形態を例示した。しかし、制御の収束時間を満足することができる場合などでは、補正電圧指令設定部７を備えることなく回転電機制御装置１０が構成されていてもよい。また、第２電流制御部２１のゲインを第１電流制御部２０のゲインよりも低く設定する構成には、第２電流制御部２１のゲインをゼロとすることを含めてもよい。この場合、実質的に電流制御部２は、第１電流制御部２０のみで構成されることになる。尚、この場合には、第１電流制御部２０（電流制御部２）に加えて、補正電圧指令設定部７が備えられると好適である。

１：トルク制御部（基本電流指令設定部）、２：電流制御部、６：補正電流指令設定部、７：補正電圧指令設定部、１０：回転電機制御装置（回転電機制御システム）、２０：第１電流制御部、２１：第２電流制御部、８０：回転電機、８４：永久磁石、１００：回転電機駆動装置（回転電機制御システム）、Ｅ：特定動作領域、Ｉｄｑ^＊：基本電流指令、Ｉｄｑ^＊＊：補正後電流指令（対象電流指令）、Ｉｄｑｈ^＊：補正電流指令、ＳＴ：補正対象回転速度、Ｔ^＊：トルク指令（目標トルク）、θ：磁極位置

Claims (3)

1. Ｎ相交流（Ｎは任意の自然数）で駆動される永久磁石型の回転電機を制御対象として、永久磁石による界磁磁束の方向に沿ったｄ軸と前記ｄ軸に直交するｑ軸とのｄｑ軸直交ベクトル座標系において電流フィードバック制御を行う回転電機制御システムであって、
   前記回転電機に流す電流の指令値である電流指令としての基本電流指令を、前記回転電機の目標トルクに基づいて設定する基本電流指令設定部と、
   前記回転電機のトルクリップルを低減するために前記基本電流指令に重畳される電流指令であって、低減対象の前記トルクリップルに応じた周波数の交流電流である補正電流指令を設定する補正電流指令設定部と、
   前記基本電流指令と前記補正電流指令とが加算された制御対象の対象電流指令と前記回転電機を流れる電流である実電流との偏差に基づいて電流フィードバック制御を行い、前記回転電機に印加する電圧の指令値である電圧指令を演算する電流制御部とを備え、
   前記電流制御部は、前記基本電流指令の成分を制御対象とする第１電流制御部と、前記補正電流指令の成分を制御対象とする第２電流制御部とを備え、
   前記第２電流制御部のゲインは、前記第１電流制御部のゲインに比べて低く設定されている、回転電機制御システム。
2. 前記回転電機のトルクリップルを低減するためにフィードフォワード制御により前記電圧指令に重畳される補正電圧指令を設定する補正電圧指令設定部を備える、請求項１に記載の回転電機制御システム。
3. 前記補正電圧指令設定部は、前記目標トルク、前記回転電機の回転速度及び前記回転電機の磁極位置に基づいて前記補正電圧指令を設定する、請求項２に記載の回転電機制御システム。

Images