JP2023167415A - 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】ベクトル制御を行うためのマップの記憶に必要な記憶容量を少なく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１の制御装置１００は、トルク指令値および回転数に基づいてｄ軸およびｑ軸基準電流指令値を生成する基準電流指令生成部１１０と、ｄ軸およびｑ軸基準電流指令値、トルク指令値、回転数並びに電源電圧に基づいて電流位相指令を生成する電流位相生成部１２０と、ｄ軸およびｑ軸基準電流指令値並びに電流位相指令に基づいてｄ軸およびｑ軸電流指令値を生成する電流指令生成部１３０と、ｄ軸およびｑ軸電流指令値、回転数、回転位置並びに三相電流に基づいて三相電圧指令値を生成してインバータ３に出力する電圧指令生成部１４０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本願は、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。

自動車、鉄道などの動力源として、高効率、高出力が得られる永久磁石埋め込み型回転電機が採用される場合がある。この回転電機においては、コイルと永久磁石との間に働く吸引力および反発力に起因するマグネットトルクと、ステータとロータとのギャップの磁気抵抗の変化に起因するリラクタンストルクとが得られる。

永久磁石埋め込み型回転電機の従来の制御装置として、回転電機の効率を優先させる制御進角が記憶された効率ベスト進角ＩｄマップおよびＩｑマップと、特定の回転周波数領域において回転電機の駆動時に発生するトルクリプルを抑制する制御進角が記憶されたトルクリプル最小ベスト進角ＩｄマップおよびＩｑマップとを用いてベクトル制御を行う制御装置が知られている。この制御装置においては、回転電機のトルク指令値に基づいて効率ベスト進角ＩｄマップおよびＩｑマップの制御進角でベクトル制御が行われると共に、特定の回転周波数領域においてはトルクリプル最小ベスト進角ＩｄマップおよびＩｑマップの制御進角に切り替えてベクトル制御が行われる。このように構成された制御装置においては、回転電機の出力トルクの最大化を図りつつ、トルクリプルに起因する騒音、振動などの発生を抑制することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－１５０９６６号公報

従来の制御装置においては、効率ベスト進角ＩｄマップおよびＩｑマップとトルクリプル最小ベスト進角ＩｄマップおよびＩｑマップとを予めメモリなどに記憶しておく必要がある。自動車、鉄道などの動力源として回転電機を制御する場合、電源電圧が大きく変化する。電源電圧が大きく変化する場合、電圧に応じて効率のよいｄ軸電流およびｑ軸電流が変化する。そのため、効率ベスト進角ＩｄマップおよびＩｑマップ並びにトルクリプル最小ベスト進角ＩｄマップおよびＩｑマップを電源電圧に応じて複数用意しておくことが必要となる。そのため、従来の制御装置においては、これらのマップを記憶するための記憶容量が膨大になるという問題があった。

本願は、上述の課題を解決するためになされたもので、ベクトル制御を行うためのマップを記憶するために必要な記憶容量を少なくできる回転電機の制御装置を提供することを目的とする。

本願の回転電機の制御装置は、インバータからの三相電流で駆動される回転電機の制御装置であって、トルク指令値および回転電機の回転数に基づいてｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値を生成する基準電流指令生成部と、基準電流指令生成部で生成されたｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値、トルク指令値、回転数並びに回転電機の電源電圧に基づいて電流位相指令を生成する電流位相生成部と、基準電流指令生成部で生成されたｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値並びに電流位相生成部で生成された電流位相指令に基づいてｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を生成する電流指令生成部と、電流指令生成部で生成されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値、回転数、回転電機の回転位置、並びに三相電流に基づいて三相電圧指令値を生成すると共に、インバータに三相電圧指令値を出力する電圧指令生成部とを備えている。そして、電流指令生成部は、ｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値からｄ軸基準磁束およびｑ軸基準磁束を演算する第一磁束演算部と、第一磁束演算部で演算されたｄ軸基準磁束およびｑ軸基準磁束、並びにｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値に基づいて基準トルク指令値を演算する基準トルク指令演算部と、電流指令生成部で生成された前回のｄ軸電流指令値および前回のｑ軸電流指令値から前回のｄ軸磁束および前回のｑ軸磁束を演算する第二磁束演算部と、第二磁束演算部で演算された前回のｄ軸磁束および前回のｑ軸磁束、基準トルク指令演算部で演算された基準トルク指令値、並びに電流位相指令に基づいて、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を演算する電流指令補正演算部とを備えている。

本願の回転電機の制御装置においては、基準電流指令生成部において、Ｉｄ、Ｉｑの基準電流指令マップを用いｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値が生成され、電流位相生成部において、ｄ軸基準電流指令値、ｑ軸基準電流指令値、回転数および回転電機の電源電圧に基づいて電流位相指令が生成され、電流指令生成部において、ｄ軸基準磁束、ｑ軸基準磁束、ｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値に基づいて基準トルク指令値が生成されると共に、前回のｄ軸磁束、前回のｑ軸磁束、基準トルク指令値および電流位相指令に基づいてｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値が演算されるので、ベクトル制御を行うためのマップを記憶するために必要な記憶容量を少なくすることができる。

実施の形態１に係る回転電機の制御装置の構成図である。 実施の形態１に係る回転電機の断面図である。 実施の形態１に係るＩｄ、Ｉｑの基準電流指令マップの説明図である。 実施の形態１に係る電流指令生成部の構成図である。 実施の形態１に係る回転電機の制御装置を実現するハードウェア構成を示す図である。

以下、本願を実施するための実施の形態に係る回転電機の制御装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転電機の制御装置の構成図である。図１は、本実施の形態の回転電機の制御装置を含めた回転電機の制御システム全体を示している。この回転電機制御システム１０は、回転電機１と、電源２と、インバータ３と、電圧検出器４と、電流検出器５と、位置検出器６と、制御装置１００とで構成されている。

図２は、本実施の形態の制御装置１００で駆動される回転電機１の断面図である。この回転電機１は、４極１２スロットの磁石埋め込み型回転電機である。図２に示すように、回転電機１は、円環状のステータ１１と、ステータ１１に回転可能に支持された円柱状のロータ１２とを有する。ステータ１１は、円環状のステータコア１３と、コイル１４とを備えている。ステータコア１３は、円環状のコアバック１５とコアバック１５から内周側に突出した複数のティース１６とを備えている。複数のティース１６の間はスロットとなっており、コイル１４はこのスロットを利用してティース１６に集中巻きで巻き回されている。コイル１４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相コイルで構成されている。

ロータ１２は、円柱状のロータコア１７と、永久磁石１８と、ロータコア１７の中心に締結された回転軸１９とを備えている。ロータコア１７には、周方向に並んで配置された磁石挿入孔２０が形成されている。永久磁石１８は、この磁石挿入孔２０の内部に固定されている。なお、本実施の形態の制御装置１００で制御される回転電機１は、三相電流で駆動される回転電機であれば図２に示した４極１２スロットの磁石埋め込み型回転電機に限るものではない。

図２に示す回転電機１において、ロータ１２の永久磁石１８が発生する磁束の方向がｄ軸であり、このｄ軸と電気的に直交する方向がｑ軸である。本実施の形態の回転電機の制御装置１００は、回転電機１をベクトル制御で制御する。ベクトル制御においては、界磁の強さを制御する励磁電流（ｄ軸電流）とトルクを発生させるトルク電流（ｑ軸電流）とをｄ軸およびｑ軸の二次元の直交ベクトル座標系で制御する。ベクトル制御では、回転電機１のロータの回転位置（回転角）に応じた座標変換を導入することで、回転電機１に流れる三相の電流Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗが、ｄ軸電流（以下、Ｉｄとも記す）とそれに直交するｑ軸電流（以下、Ｉｑとも記す）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。

電源２は、直流電圧を出力する直流電源である。電源２としては、例えばリチウムイオン電池などを用いることができる。インバータ３は、複数のスイッチング素子とこのスイッチング素子に逆接続されたダイオードとを含む三相インバータである。インバータ３は、制御装置１００からの三相電圧指令値に基づいて電源２から入力される直流電圧を三相交流電圧に変換し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相出力で回転電機１を駆動する。

電圧検出器４は、電源２の出力電圧を検出する。電圧検出器４は、例えば電源の電圧を抵抗で分圧した電圧をオペアンプなどで構成された電圧検出回路で検出する。電圧検出器４で検出された電源電圧情報は、制御装置１００に入力される。

電流検出器５は、回転電機１に流れる電流を検出する。具体的に電流検出器５は、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗをそれぞれ検出するＵ相電流センサ、Ｖ相電流センサ、Ｗ相電流センサである。なお、各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの瞬時値の和は０であるので、電流検出器５は２相の電流（例えば、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗ）を検出し、残りの１相の電流（例えば、Ｕ相電流Ｉｕ）を算出してもよい。電流検出器５で検出された各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに係る電流情報は、制御装置１００に入力される。

位置検出器６は、回転電機１の回転軸の回転角θ（回転位置情報）を検出する。位置検出器６は、例えば、回転電機１の回転軸との磁気結合を用いて回転角θを高分解能で検出できるレゾルバおよび磁気式エンコーダ、光学式エンコーダなどが用いられる。検出された回転位置情報は、制御装置１００に入力される。

制御装置１００は、電圧検出器４、電流検出器５および位置検出器６からそれぞれ入力される電源電圧情報、電流情報および回転位置情報と外部機器から入力されるトルク指令値とに基づいて、回転電機１に重畳する電流の振幅、周波数に対する指令をインバータ３に出力する。制御装置１００は、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのディジタル演算装置で構成されており、任意の時間間隔（一定時間間隔または可変時間間隔）でデータ入力、演算、データ出力を繰り返す機能を有する。

図１に示すように、本実施の形態の制御装置１００は、基準電流指令生成部１１０、電流位相生成部１２０、電流指令生成部１３０、電圧指令生成部１４０および回転数演算部１５０を備えている。

基準電流指令生成部１１０は、上位の外部機器からトルク指令値が入力される。また、基準電流指令生成部１１０は、後述する回転数演算部１５０から回転電機１の回転数が入力される。上位の外部機器とは、例えば回転電機１が自動車の動力源として用いられている場合は、自動車の制御系のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などである。さらに、基準電流指令生成部１１０は、電圧検出器４から電源電圧が入力される。基準電流指令生成部１１０は、入力されたトルク指令値および回転数に基づいてＩｄ、Ｉｑの基準電流指令値を出力する。

図３は、基準電流指令生成部１１０で用いられるＩｄ、Ｉｑの基準電流指令マップの説明図である。図３（ａ）はＩｄの基準電流指令マップであり、図３（ｂ）はＩｑの基準電流指令マップである。図３に示すように、それぞれの基準電流指令マップはトルク指令値と回転数とをそれぞれ軸とした二次元マップであり、トルク指令値と回転数とに応じて基準電流指令値が決められている。さらに、これらの基準電流指令マップは、電源電圧の電圧値毎に設定された複数のマップで構成されている。例えば基準電流指令マップは、５Ｖ間隔の電源電圧に対してそれぞれマップが設定されている。本実施の形態の制御装置１００においては、回転電機１の電力損失とインバータ３の電力損失との合計が最小になるＩｄとＩｑとの組み合わせで基準電流指令マップが作成されている。この基準電流指令マップは、基準電流指令生成部１１０の内部または外部の記憶部に記憶されている。基準電流指令生成部１１０は、このＩｄ、Ｉｑの基準電流指令マップを用いて、電源電圧、トルク指令値および回転数に基づいてＩｄ、Ｉｑの基準電流指令値を出力する。なお、これ以降、基準電流指令生成部１１０が出力するｄ軸基準電流指令値、ｑ軸基準電流指令値をそれぞれＩｄ^＊＿ｂａｓｅ、Ｉｑ^＊＿ｂａｓｅと記す。

電流位相生成部１２０は、上位の外部機器からトルク指令値が、回転数演算部１５０から回転電機１の回転数が入力される。また、電流位相生成部１２０は、電圧検出器４から電源電圧が、基準電流指令生成部１１０から基準電流指令値が入力される。電流位相生成部１２０は、入力されたデータに基づいて電流位相指令を出力する。なお、これ以降、電流位相生成部１２０が出力する電流位相指令をβと記す。

βを決定する方法には、関数を用いる方法、マップを用いる方法などがある。関数を用いる方法として、入力された回転数をパラメータとする関数を用いてβを算出する方法がある。マップを用いる方法として、入力された回転数と電源電圧とをそれぞれ軸とした二次元マップでβを決定する方法がある。このような関数を用いる方法またはマップを用いる方法では、回転電機１の回転周波数の特定の領域または複数の領域において、電力損失、トルク脈動、騒音、発熱の少なくとも１つが低減するように関数またはマップを設定してもよい。なお、これらの関数またはマップは、電流位相生成部１２０の内部または外部の記憶部に記憶されている。

関数を用いてβを決定する方法として、入力された基準電流指令値から次の（１）式を用いて基準電流指令値の電流位相β_０を算出し、算出された電流位相β_０と回転数とをパラメータとして電流位相指令βを算出する関数を設定してもよい。

なお、電流位相生成部１２０は、複数の関数またはマップを備えていてもよい。そして、電流位相生成部１２０は、上位の外部機器から入力される、例えば効率最大モード、トルクリップル低減モード、騒音低減モード、発熱低減モードなどのモード識別信号に応じて複数の関数またはマップから電流位相指令βを算出する最適な関数またはマップを選択してもよい。

電流指令生成部１３０は、電圧指令生成部１４０が電流制御（ベクトル制御）を行うための電流指令値を出力する。電流指令生成部１３０は、基準電流指令生成部１１０から基準電流指令値Ｉｄ^＊＿ｂａｓｅ、Ｉｑ^＊＿ｂａｓｅが、電流位相生成部１２０から電流位相指令βが、電圧検出器４がら電源電圧が入力される。電流指令生成部１３０は、入力された基準電流指令値および電流位相指令に基づいてｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を電圧指令生成部１４０に出力する。なお、これ以降、ｄ軸電流指令値をＩｄ^＊、ｑ軸電流指令値をＩｑ^＊をと記す。

図４は、本実施の形態１係る電流指令生成部の構成図である。図４に示すように、本実施の形態の電流指令生成部１３０は、第一磁束演算部１３１、基準トルク指令演算部１３２、電流指令補正演算部１３３、電流指令記憶部１３４および第二磁束演算部１３５を備えている。

第一磁束演算部１３１は、基準電流指令生成部１１０からｄ軸基準電流指令値Ｉｄ^＊＿ｂａｓｅ、ｑ軸基準電流指令値Ｉｑ^＊＿ｂａｓｅが入力される。第一磁束演算部１３１は、入力された基準電流指令値に基づいて、ｄ軸基準磁束Φｄ＿ｂａｓｅ、ｑ軸基準磁束Φｑ＿ｂａｓｅを演算し、その結果を基準トルク指令演算部１３２に出力する。第一磁束演算部１３１は、例えば電圧指令生成部１４０の電流制御演算（ベクトル制御演算）の非干渉補償演算で用いられる磁束マップを適用して基準電流指令値から基準磁束を演算することができる。なお、インダクタンスに電流指令値を掛け合わせれば磁束が得られるため、第一磁束演算部１３１は、磁束マップの替わりにインダクタンスマップを用いてもよい。

第二磁束演算部１３５は、後述する電流指令記憶部１３４から前回の電流指令値Ｉｄ^＊＿ｏｌｄ、Ｉｑ^＊＿ｏｌｄが入力される。第二磁束演算部１３５は、入力された前回の電流指令値に基づいて、前回のｄ軸磁束Φｄ＿ｏｌｄ、前回のｑ軸磁束Φｑ＿ｏｌｄを演算し、その結果を電流指令補正演算部１３３に出力する。第二磁束演算部１３５は、第一磁束演算部１３１と同様に、電圧指令生成部１４０の電流制御演算の非干渉補償演算で用いられる磁束マップを適用して基準電流指令値から基準磁束を演算することができる。

第一磁束演算部１３１および第二磁束演算部１３５は、入力された電流指令値から磁束を演算するときに電圧指令生成部１４０の電流制御演算の非干渉補償演算で用いられる磁束マップを適用することができるので、磁束マップのための記憶容量の追加を抑制できる。

基準トルク指令演算部１３２は、基準電流指令生成部１１０からｄ軸基準電流指令値Ｉｄ^＊＿ｂａｓｅ、ｑ軸基準電流指令値Ｉｑ^＊＿ｂａｓｅが、第一磁束演算部１３１からｄ軸基準磁束Φｄ＿ｂａｓｅ、ｑ軸基準磁束Φｑ＿ｂａｓｅが入力される。基準トルク指令演算部１３２は、次の（２）式を用いて基準電流指令値および基準磁束から基準トルク指令値Ｔ’を算出する。（２）式で算出される基準トルク指令値は、回転電機１の鉄損、機械損によるトルクロス補償分を含めた基準トルク指令値Ｔ’である。基準トルク指令演算部１３２は、算出した基準トルク指令値Ｔ’を電流指令補正演算部１３３に出力する。

ここで、ｐは回転電機１の極対数である。図２に示す回転電機１ではｐ＝４である。
電流指令補正演算部１３３は、電流位相生成部１２０から電流位相指令βが、基準トルク指令演算部１３２から基準トルク指令値Ｔ’が、第二磁束演算部１３５から前回のｄ軸磁束Φｄ＿ｏｌｄ、ｑ軸磁束Φｑ＿ｏｌｄが入力される。電流指令補正演算部１３３は、次の（３）式、（４）式および（５）式を用いてＩｄ^＊、Ｉｑ^＊を算出する。

ここで、Ｉ_ａは電流振幅である。
電流指令記憶部１３４は、電流指令補正演算部１３３から出力されたＩｄ^＊、Ｉｑ^＊を記憶する。そして、電流指令記憶部１３４は、すでに記憶されているＩｄ^＊、Ｉｑ^＊を前回の電流指令値Ｉｄ^＊＿ｏｌｄ、Ｉｑ^＊＿ｏｌｄとして第二磁束演算部１３５に出力する。

（３）式に示すように、電流振幅は、トルクと電流位相と磁束との情報から求めることができる。しかし、回転電機の磁束はロータコアおよびステータコアが磁気飽和特性を有するため、ｄ軸電流およびｑ軸電流が定まらないと磁束が算出できないという問題がある。その結果、Ｉｄ^＊、Ｉｑ^＊が算出できないという問題がある。本実施の形態の制御装置においては、第二磁束演算部１３５で前回のｄ軸電流およびｑ軸電流から前回のｄ軸磁束Φｄ＿ｏｌｄおよびｑ軸磁束Φｑ＿ｏｌｄを算出している。そして、（３）式に示すように、前回のｄ軸磁束Φｄ＿ｏｌｄおよびｑ軸磁束Φｑ＿ｏｌｄを用いて電流振幅を算出しているので、Ｉｄ^＊、Ｉｑ^＊の算出が可能となる。

なお、（２）式から（５）式は、トルク、磁束、電流および電流位相の関係から求めた式である。トルク、磁束、電流および電流位相の関係を表す式は、変形することによって様々な表現ができる。そのため、電流指令補正演算部１３３で用いられる式は、同様の結果が得られるのであれば、別の表現の式であってもよい。

電圧指令生成部１４０は、電流指令生成部１３０からｄ軸電流指令値Ｉｄ^＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ^＊が入力される。電圧指令生成部１４０は、Ｉｄ^＊、Ｉｑ^＊に基づいてベクトル制御演算を行い、インバータ３に三相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊を出力する。

電圧指令生成部１４０は、例えば、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ －Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）要素で構成される演算部、電流座標変換部および電圧座標変換部を備える。電流座標変換部は、位置検出器６で検出された回転電機１のロータの回転角θに係る情報を用いて電流検出器５で検出された三相電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を、ｄ軸およびｑ軸の二次元の直交ベクトル座標系に座標変換して実ｄ軸電流Ｉｄおよび実ｑ軸電流Ｉｑを算出する。演算部は、電流座標変換部で算出された実ｄ軸電流Ｉｄおよび実ｑ軸電流Ｉｑを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。電圧座標変換部は、位置検出器６で検出される回転電機１のロータの回転角θに係る情報とＩｄ^＊、Ｉｑ^＊とを用いて、演算部で算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、三相の電圧指令値（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）にそれぞれ変換する。

回転数演算部１５０は、位置検出器６からの回転位置情報に基づいて回転電機１のロータの回転数を算出する。回転数演算部１５０は、例えば位置検出器６において異なる時間Ｔ１、Ｔ２で検出された回転位置情報の差を演算し、これをＴ２とＴ１との時間差で除算することで回転数を算出する。回転数演算部１５０は、算出した回転数を基準電流指令生成部１１０、電流位相生成部１２０および電圧指令生成部１４０に出力する。

図１に示したように、本実施の形態の回転電機の制御装置は、トルク指令値および回転電機の回転数に基づいてｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値を生成する基準電流指令生成部と、ｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値、トルク指令値、回転数並びに回転電機の電源電圧に基づいて電流位相指令を生成する電流位相生成部と、ｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値並びに電流位相生成部で生成された電流位相指令に基づいてｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を生成する電流指令生成部と、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値、回転数、回転電機の回転位置、並びに三相電流に基づいて三相電圧指令値を生成すると共に、インバータに三相電圧指令値を出力する電圧指令生成部とを備えている。

そして、図４に示したように、電流指令生成部は、ｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値からｄ軸基準磁束およびｑ軸基準磁束を演算する第一磁束演算部と、ｄ軸基準磁束およびｑ軸基準磁束、並びにｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値に基づいて基準トルク指令値を演算する基準トルク指令演算部と、電流指令生成部で生成された前回のｄ軸電流指令値および前回のｑ軸電流指令値から前回のｄ軸磁束および前回のｑ軸磁束を演算する第二磁束演算部と、前回のｄ軸磁束および前回のｑ軸磁束、基準トルク指令値、並びに電流位相指令に基づいてｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を演算する電流指令補正演算部とを備えている。

本実施の形態の回転電機の制御装置は、基準電流指令生成部において、Ｉｄ、Ｉｑの基準電流指令マップを用いｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値が生成される。また、電流位相生成部において、ｄ軸基準電流指令値、ｑ軸基準電流指令値、トルク指令値、回転数および回転電機の電源電圧に基づいて電流位相指令が生成される。そして、電流指令生成部において、ｄ軸基準磁束、ｑ軸基準磁束、ｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値に基づいて基準トルク指令値が生成されると共に、前回のｄ軸磁束、前回のｑ軸磁束、基準トルク指令値および電流位相指令に基づいてｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値が演算される。

このように構成された回転電機の制御装置においては、前回の電流指令値を用いて前回の磁束を演算し、その前回の磁束と電流位相指令と基準トルク指令とを用いて電流指令値の振幅を算出しているので、効率優先とトルクリップル最小優先とで異なるマップを用意する必要がない。そのため、電源電圧に応じてそれぞれ１つのＩｄの基準電流指令マップとＩｑの基準電流指令マップとを用意するだけでよいので、ベクトル制御を行うためのマップを記憶するために必要な記憶容量を少なくすることができる。例えば、従来の回転電機の制御装置においては、Ｉｄ、Ｉｑにそれぞれ効率優先マップとトルクリップル最小優先マップとの２種類の計４つのマップを準備する必要があり、さらにそれぞれに電源電圧に応じた複数のマップが必要であった。これに対して本実施の形態の回転電機の制御装置においては、上記４つのマップの代わりに（２）式から（５）式を用いることでＩｄ、Ｉｑにそれぞれ１種類の２つのマップを準備するだけでよく、さらにそれぞれに電源電圧に応じた複数のマップが必要となるだけである。その結果、本実施の形態の回転電機の制御装置は、マップの数を従来の半分にすることができる。

なお、（２）式から（５）式の演算においては、電流指令が連続的に変化することを仮定して、前回の電流指令値を用いて今回の電流指令値を算出するようにしている。このため、基準トルク指令値Ｔ’または電流位相指令βが不連続に変化すると、Ｉｄ^＊、Ｉｑ^＊が不連続に変化する恐れがある。これを防ぐために、トルク指令値、基準電流指令値、電流位相指令が不連続に変化しないように、予め滑らかになるようにマップまたは関数を設定しておけばよい。または、電流指令補正演算部１３３は、（３）式から（５）式を用いて算出したＩｄ^＊、Ｉｑ^＊に対してフィルタ処理、変化率制限処理などを行ってＩｄ^＊、Ｉｑ^＊が不連続に変化することを抑制すればよい。

また、本実施の形態の回転電機の制御装置においては、電流位相生成部１２０が複数の関数またはマップを備えることができる。そのため、上位の外部機器から入力される、効率最大モード、トルクリップル低減モード、騒音低減モード、発熱低減モードなどのモード識別信号に応じて複数の関数またはマップの中から最適な関数またはマップを選択することができる。そのため、それらのモードに対応するために従来必要であった制御装置のハードウェアの設計変更が不要となる効果もある。

なお、制御装置１００は、ハードウェアの一例を図５に示すように、プロセッサ１０１と記憶装置１０２から構成される。記憶装置１０２は、図示していないがランダムアクセスメモリなどの揮発性記憶装置と、フラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１０１は、記憶装置１０２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１０１にプログラムが入力される。また、プロセッサ１０１は、演算結果などのデータを記憶装置１０２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独でまたは様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１ 回転電機、２ 電源、３ インバータ、４ 電圧検出器、５ 電流検出器、６ 位置検出器、１０ 回転電機制御システム、１１ ステータ、１２ ロータ、１３ ステータコア、１４ コイル、１５ コアバック、１６ ティース、１７ ロータコア、１８ 永久磁石、１９ 回転軸、２０ 磁石挿入孔、１００ 制御装置、１０１ プロセッサ、１０２ 記憶装置、１１０ 基準電流指令生成部、１２０ 電流位相生成部、１３０ 電流指令生成部、１３１ 第一磁束演算部、１３２ 基準トルク指令演算部、１３３ 電流指令補正演算部、１３４ 電流指令記憶部、１３５ 第二磁束演算部、１４０ 電圧指令生成部、１５０ 回転数演算部。

Claims (8)

1. インバータからの三相電流で駆動される回転電機の制御装置であって、
   トルク指令値および前記回転電機の回転数に基づいてｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値を生成する基準電流指令生成部と、
   前記基準電流指令生成部で生成された前記ｄ軸基準電流指令値および前記ｑ軸基準電流指令値、前記トルク指令値、前記回転数並びに前記回転電機の電源電圧に基づいて電流位相指令を生成する電流位相生成部と、
   前記基準電流指令生成部で生成された前記ｄ軸基準電流指令値および前記ｑ軸基準電流指令値並びに前記電流位相生成部で生成された前記電流位相指令に基づいてｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を生成する電流指令生成部と、
   前記電流指令生成部で生成された前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値、前記回転数、前記回転電機の回転位置、並びに前記三相電流に基づいて三相電圧指令値を生成すると共に、前記インバータに前記三相電圧指令値を出力する電圧指令生成部とを備え、
   前記電流指令生成部は、前記ｄ軸基準電流指令値および前記ｑ軸基準電流指令値からｄ軸基準磁束およびｑ軸基準磁束を演算する第一磁束演算部と、
   前記第一磁束演算部で演算された前記ｄ軸基準磁束および前記ｑ軸基準磁束、並びに前記ｄ軸基準電流指令値および前記ｑ軸基準電流指令値に基づいて基準トルク指令値を演算する基準トルク指令演算部と、
   前記電流指令生成部で生成された前回のｄ軸電流指令値および前回のｑ軸電流指令値から前回のｄ軸磁束および前回のｑ軸磁束を演算する第二磁束演算部と、
   前記第二磁束演算部で演算された前記前回のｄ軸磁束および前記前回のｑ軸磁束、前記基準トルク指令演算部で演算された前記基準トルク指令値、並びに前記電流位相指令に基づいて、前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値を演算する電流指令補正演算部とを備えたことを特徴とする回転電機の制御装置。
2. 前記電流位相生成部は、前記ｄ軸基準電流指令値、前記ｑ軸基準電流指令値、前記回転数および前記回転電機の電源電圧をパラメータとする関数を用いて前記電流位相指令を算出す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. 前記電流位相生成部は前記関数を複数備え、入力されたモード識別信号に応じて複数の前記関数の中から１つの関数を選択することを特徴とする請求項２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記電流指令補正演算部は、演算した前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に対してフィルタ処理または変化率制限処理を行う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. インバータからの三相電流で駆動される回転電機の制御方法であって、
   トルク指令値および前記回転電機の回転数に基づいてｄ軸基準電流指令値およびｑ軸基準電流指令値を生成する基準電流指令生成ステップと、
   前記基準電流指令生成ステップで生成された前記ｄ軸基準電流指令値および前記ｑ軸基準電流指令値、前記トルク指令値、前記回転数並びに前記回転電機の電源電圧に基づいて電流位相指令を生成する電流位相生成ステップと、
   前記基準電流指令生成ステップで生成された前記ｄ軸基準電流指令値および前記ｑ軸基準電流指令値並びに前記電流位相生成ステップで生成された前記電流位相指令に基づいてｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を生成する電流指令生成ステップと、
   前記電流指令生成ステップで生成された前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値、前記回転数、前記回転電機の回転位置、並びに前記三相電流に基づいて三相電圧指令値を生成すると共に、前記インバータに前記三相電圧指令値を出力する電圧指令生成ステップとを備え、
   前記電流指令生成ステップは、前記ｄ軸基準電流指令値および前記ｑ軸基準電流指令値からｄ軸基準磁束およびｑ軸基準磁束を演算する第一磁束演算ステップと、
   前記第一磁束演算ステップで演算された前記ｄ軸基準磁束および前記ｑ軸基準磁束、並びに前記ｄ軸基準電流指令値および前記ｑ軸基準電流指令値に基づいて基準トルク指令値を演算する基準トルク指令演算ステップと、
   前記電流指令生成ステップで生成された前回のｄ軸電流指令値および前回のｑ軸電流指令値から前回のｄ軸磁束および前回のｑ軸磁束を演算する第二磁束演算ステップと、
   前記第二磁束演算ステップで演算された前記前回のｄ軸磁束および前記前回のｑ軸磁束、前記基準トルク指令演算ステップで演算された前記基準トルク指令値、並びに前記電流位相指令に基づいて、前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値を演算する電流指令補正演算ステップとを備えたことを特徴とする回転電機の制御方法。
6. 前記電流位相生成ステップは、前記ｄ軸基準電流指令値、前記ｑ軸基準電流指令値、前記回転数および前記回転電機の電源電圧をパラメータとする関数を用いて前記電流位相指令を算出することを特徴とする請求項５に記載の回転電機の制御方法。
7. 前記電流位相生成ステップは前記関数を複数備え、入力されたモード識別信号に応じて複数の前記関数の中から１つの関数を選択することを特徴とする請求項６に記載の回転電機の制御方法。
8. 前記電流指令補正演算ステップは、演算した前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に対してフィルタ処理または変化率制限処理を行うことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の回転電機の制御方法。

Images