JP5104721B2 - 界磁巻線型同期機の制御装置及び制御システム - Google Patents

界磁巻線型同期機の制御装置及び制御システム Download PDF

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Description

本発明は、固定子巻線に流れる電流によって回転子の備える界磁巻線が励磁される界磁巻線型同期機を制御対象とし、前記固定子巻線に接続される電力変換回路を操作することで前記界磁巻線を励磁する処理を行う界磁巻線型同期機の制御装置、及びこれを備える制御システムに関する。

固定子巻線に交流電流を流すことにより回転磁界を生成し、その回転磁界に同期して回転子が回転する回転機は、同期機と呼ばれている。同期機としては、磁石式、界磁巻線型、リラクタンス式、さらにはそれらをミックスした形式のロータ構造が知られている。これら同期機のなかで、界磁巻線型同期機は、永久磁石を回転子に備える必要がないため、コストパフォーマンスが高い。更に、界磁巻線に流れる電流によりトルクや発電電圧を自由に制御することができるというメリットもある。

界磁巻線型同期機の界磁巻線を励磁するための手法として、下記特許文献1には、固定子巻線に基本波電流を流す際、界磁巻線を励磁するためのパルス状の電流をこの基本波電流に重畳させることも提案されている。これにより、界磁巻線型同期機の制御量を制御する上で要求される基本波成分の電流を極力乱すことなく、界磁巻線を励磁することができる。
特開2007−185082号公報

ところで、界磁巻線型同期機の生成するトルクは、界磁巻線による磁束の大きさが大きいほど大きくなるため、界磁巻線に流れる励磁電流を大きくすることが望まれる。しかし、上記特許文献1に記載の技術は、必ずしも励磁電流を十分に大きくすることができるものではなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、固定子巻線に流れる電流によって回転子の備える界磁巻線が励磁される界磁巻線型同期機を駆動するために前記固定子巻線に流れる電流にパルス電流を重畳させることで前記界磁巻線をより好適に励磁することのできる界磁巻線型同期機の制御装置、及びこれを備える制御システムを提供することにある。

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。

請求項1記載の発明は、固定子巻線に流れる電流によって回転子の備える界磁巻線が励磁される界磁巻線型同期機を制御対象とし、前記固定子巻線を直流電源の正極及び負極のそれぞれに接続可能な電力変換回路を操作することで前記界磁巻線を励磁する処理を行う界磁巻線型同期機の制御装置において、前記界磁巻線を励磁する処理を、前記電力変換回路の操作パターンによって規定される出力電圧ベクトルのうち前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいものをパルス状に出力することで行う磁極方向電圧印加手段を備えることを特徴とする。

固定子巻線を流れる電流のうち界磁巻線を励磁するために寄与するのは、磁極方向成分の電流である。したがって、固定子巻線を流れる電流のうち磁極方向成分を大きくすることで、励磁電流を大きくすることができると考えられる。このため、界磁巻線型同期機の制御量を制御するための電圧に磁極方向のパルス電圧を重畳することも考えられる。ただし、この場合、実際に印加される電圧の磁極方向成分は、電力変換回路が磁極方向に印加し得る最大電圧よりも小さくなる。これは、上記パルス電圧を重畳した際の電力変換回路の出力電圧が磁極方向からずれるためである。そして、このずれ量は、上記制御量の制御のための電圧に依存して変動する。これに対し、上記発明では、回転子の磁極方向との位相差が最も小さい出力電圧ベクトルをパルス状に出力することで、パルス電圧印加時の電力変換回路の出力電圧の磁極方向成分が、制御量の制御のための電圧に依存することなく、これを極力大きくすることができる。このため、励磁電流を好適に大きくすることができる。

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記磁極方向電圧印加手段は、前記出力電圧ベクトルのうちの非ゼロベクトルのいずれかの方向と前記磁極方向とが一致するタイミングに同期して前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力することを特徴とする。

出力電圧ベクトルのいずれかの方向と磁極方向とが一致する際には、電力変換回路の出力電圧を、このいずれかのベクトルとすることで、実際の出力電圧の磁極方向成分を最大化することができる。上記発明では、この点に着目することで、磁極方向に印加する電圧を最大とすることができ、ひいては、界磁巻線をいっそう好適に励磁することができる。

請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記固定子巻線に流れる電流を指令値にフィードバック制御すべく電力変換回路の出力電圧を操作するフィードバック制御手段を備え、前記磁極方向電圧印加手段は、前記電力変換回路の操作信号を生成するためのパラメータのうち前記フィードバック制御手段の出力よりも下流側のパラメータを補正することで前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力する処理を行うことを特徴とする。

フィードバック制御手段の出力は、その操作量としての電圧に関するパラメータとなるため、上記出力の下流側のパラメータを補正することで、磁極方向との位相差が最も小さい出力電圧ベクトルを電力変換回路に出力させるうえで適切な処理を簡易に行うことができる。

請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記界磁巻線型同期機の制御量を制御すべく前記界磁巻線型同期機に対する指令電圧を設定する手段を備え、前記磁極方向電圧印加手段は、前記指令電圧を補正することで、前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力する処理を行うことを特徴とする。

界磁巻線型同期機に対する指令電圧は、電力変換回路の出力電圧を規定するための直接的なパラメータと考えられる。このため、指令電圧を補正することで、磁極方向との位相差が最も小さい出力電圧ベクトルを電力変換回路に出力させるうえで適切な処理を簡易に行うことができる。

請求項5記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記磁極方向電圧印加手段は、前記電力変換回路の操作信号を前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルに対応するものに強制的に変更する手段を備えることを特徴とする。

上記出力電圧ベクトルと操作信号との間には、1対1の対応関係がある。このため、操作信号を強制的に変更することで、磁極方向との位相差が最も小さい出力電圧ベクトルを確実に出力させることができる。

請求項6記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記界磁巻線型同期機の制御量を制御すべく前記固定子巻線に流れる電流を指令値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備え、前記磁極方向電圧印加手段は、前記フィードバック制御手段の入力を補正することで前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力する処理を行うことを特徴とする。

フィードバック制御手段の入力を操作することによっても、電力変換回路の出力電圧を制御することができる。上記発明では、この点に鑑み、フィードバック制御手段の入力を操作する手段によって、磁極方向電圧印加手段を実現することができる。

請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の界磁巻線型同期機の制御装置と、前記界磁巻線型同期機とを備えることを特徴とする界磁巻線型同期機の制御システムである。

上記発明は、界磁巻線型同期機の励磁電流量として所望の量を得ることができるシステムを実現しているため、市場価値が高いシステムとなっている。

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる界磁巻線型同期機の制御装置をハイブリッド車に搭載される界磁巻線型同期機に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図1に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示されるモータジェネレータMGは、固定子10の巻線に流れる電流によって回転子12の備える界磁巻線12aが励磁される界磁巻線型同期機である。詳しくは、固定子10は、固定子巻線として、U相の巻線10U、V相の巻線10V及びW相の巻線10Wを備えている。これに対し、回転子12は、界磁巻線12aと、界磁巻線12aを流れる電流を一方向に規制する規制手段(ダイオード12b)とを備えている。ちなみに、本実施形態にかかるモータジェネレータMGの断面構成及び側面構成はそれぞれ、図2(a)及び図2(b)に示されるものとなる。

モータジェネレータMGは、インバータIV及び昇圧コンバータCVを介して高圧バッテリ14との間で電力の授受を行う。ここで、昇圧コンバータCVは、コンデンサCと、コンデンサCに並列接続された一対のパワースイッチング素子Scp,Scnと、一対のパワースイッチング素子Scp,Scnの接続点と高圧バッテリ14の正極とを接続するリアクトルLとを備えている。そして、パワースイッチング素子Scp,Scnのオン・オフによって、高圧バッテリ14の電圧(例えば「288V」)を所定の電圧(例えば「666V」)を上限として昇圧するものである。一方、インバータIVは、パワースイッチング素子Sup,Sunの直列接続体と、パワースイッチング素子Svp,Svnの直列接続体と、パワースイッチング素子Swp,Swnの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータMGのU,V,W相にそれぞれ接続されている。これらパワースイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swn,Scp,Scnとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードDup,Dun,Dvp,Dvn,Dwp,Dwn,Dcp,Dcnが逆並列に接続されている。

制御装置20は、低圧バッテリを電源とする制御装置である。制御装置20は、モータジェネレータMGを制御対象とし、その制御量を所望に制御すべく、インバータIVやコンバータCVを操作する。この際、回転子12の回転角度を検出する回転角度センサ16や、モータジェネレータMGの各相の電流を検出する電流センサ18の検出値を取り込む。そして、コンバータCVのパワースイッチング素子Scp,Scnを操作すべく、操作信号gcp、gcnを出力する。また、インバータIVのパワースイッチング素子Sup,Sun,Svp,Svn,Swp,Swnを操作すべく、操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnを出力する。ここで、高電位側の操作信号gcp,gup,gvp,gwpと、対応する低電位側の操作信号gcn,gun,gvn,gwnとは、互いに相補的な信号となっている。換言すれば、高電位側のパワースイッチング素子Scp,Sup,Svp,Swpと、対応する低電位側のパワースイッチング素子Scn,Sun,Svn,Swnとは、交互にオン状態とされる。

図3に、インバータIVを操作するための上記操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnの生成に関する処理を示す。

図示されるdq変換部30は、上記固定子10の巻線10U、巻線10V及び巻線10Wを流れる電流の検出値(実電流iu,iv,iw)を、dq軸上の実電流id,iqに変換する。ここで、d軸方向とは、ダイオード12bによって規定される界磁巻線12aの電流の流通方向によって一義的に定まる界磁磁束の出力方向である。一方、指令電流設定部32は、モータジェネレータMGに対する要求トルクTrに基づき、dq軸上の指令電流idr,iqrを設定する。電流制御器34は、実電流id,iqを指令電流idr,iqrに制御するための操作量としてのdq軸上の指令電圧vdr、vqrを設定する。

詳しくは、電流制御器34では、偏差算出部34aにおいて、実電流idに対する指令電流idrの差を算出し、フィードバック制御部34bにおいて、実電流idを指令電流idrにフィードバック制御するための操作量を算出する。一方、干渉項算出部34dでは、q軸上の実電流iqに、回転速度ωとインダクタンスLとを乗算し、非干渉化制御部34cでは、上記フィードバック制御部34bの出力から干渉項算出部34dの出力を減算することで、上記d軸上の指令電圧vdrを算出する。また、電流制御器34では、偏差算出部34eにおいて、実電流iqに対する指令電流iqrの差を算出し、フィードバック制御部34fにおいて、実電流iqを指令電流iqrにフィードバック制御するための操作量を算出する。一方、干渉項算出部34hでは、d軸上の実電流idに、回転速度ωとインダクタンスLとを乗算し、非干渉化制御部34gでは、上記フィードバック制御部34fの出力に干渉項算出部34hの出力を加算する。そして、誘起電圧補償部34iでは、非干渉化制御部34gの出力に、誘起電圧ωΦを加算することで、上記q軸上の指令電圧vqrを算出する。なお、上記フィードバック制御部34b、34fは、ともに、比例積分制御器にて構成されている。

3相変換部36は、dq軸上の指令電圧vdr,vqrを、指令電圧vur,vvr,vwrに変換する。ここで、本実施形態では、指令電圧vur,vvr,vwrの変動幅がコンバータCVの出力電圧以下となるように調節されるものとする。PWM信号生成部38は、インバータIVの出力電圧を指令電圧vur,vvr,vwrに制御するためのPWM信号gu,gv,gwを生成する。これは、具体的には、指令電圧vur,vvr,vwrとキャリアとの大小比較に基づき行えばよい。操作信号生成部40では、PWM信号gu,gv,gwに基づき、上側アームと下側アームとで相補的な動作をして且つデッドタイムを有する上記操作信号を生成する。

上記操作信号パターンは、図4に示す8つの出力電圧ベクトルによって表現できる。ここで例えば、低電位側のスイッチング素子Sun,Svn,Swnがオン状態となる操作状態を表現する出力電圧ベクトルが電圧ベクトルV0であり、高電位側のスイッチング素子Sup,Svp,Swpがオン状態となる操作状態を表現する出力電圧ベクトルが電圧ベクトルV7である。これら、電圧ベクトルV0,V7は、モータジェネレータMGの全相を短絡させるものであり、インバータIVからモータジェネレータMGに印加する電圧がゼロとなるものであるため、ゼロベクトルと呼ばれている。これに対し、残りの6つの電圧ベクトルV1〜V6は、上側アーム及び下側アームの双方にオン状態となるスイッチング素子が存在する操作パターンによって規定されるものであり、非ゼロベクトルと呼ばれている。なお、図4(b)に示すように、電圧ベクトルV1、V3,V5のそれぞれがU相、V相、W相の正側にそれぞれ対応している。

次に、本実施形態にかかる界磁巻線12aの励磁処理について詳述する。

界磁巻線12aの励磁処理は、固定子10の巻線10U,10V,10Wを流れる電流によって生じる磁界によって界磁巻線12aを励磁する処理となる。ここで、界磁巻線12aの界磁磁束が大きくなるほど、モータジェネレータMGのトルクが大きくなるなどの理由から、界磁磁束を大きくすることが望まれる状況が生じ得る。そして、界磁磁束の大小は、励磁電流の大小に依存するため、励磁電流を大きくすることが望まれる状況が生じ得る。そこで、本実施形態では、励磁効果を最大化すべく、図5に示す原理に着目する。

図5は、磁極方向(d軸方向)がU相の正方向、換言すれば上記電圧ベクトルV1に一致した際に、インバータIVから電圧ベクトルV1をパルス状に出力することで励磁処理を行った場合を例示している。ここで、図中、基本波電圧は、上記電流制御器34の出力する指令電圧vdr,vqrのことである。換言すれば、モータジェネレータMGの固定子10の巻線に流れる電流を要求トルクTrに応じた指令電流idr,iqrに制御するための操作量としての電圧のことである。d軸にその方向が一致する電圧ベクトルV1をインバータIVから出力する場合には、電圧ベクトルV1から基本波電圧を減算した電圧が励磁のためのパルス状の電圧となる。ここで、基本波電圧は、通常、d軸成分がゼロ以下となるものであるため、出力電圧から基本波電圧を減算した電圧は、d軸方向成分が十分に大きな電圧となる。詳しくは、出力電圧を電圧ベクトルV1と一致させない場合と比較してd軸方向成分が大きくなる。すなわち、パルス状の電圧のd軸成分を最大化することができる。

上述した議論は、d軸方向が、電圧ベクトルV2〜V6となる場合についても同様となる。すなわち、d軸方向が出力電圧ベクトルのうちの6つの非ゼロベクトルのいずれかに一致するタイミングで、インバータIVからこのいずれかの非ゼロベクトルをパルス状に出力することで、パルス状の電圧のd軸成分を最大化することができる。

そして、パルス状の電圧のd軸成分を最大化することができるなら、d軸方向の電流を好適に増大させることができ、ひいては、界磁磁束を大きくすることができる。

これに対し、図6に、基本波電圧にd軸方向のパルス電圧を重畳する処理をする場合を例示する。この場合、先の図5に例示した場合と比較して、パルス状の電圧のd軸成分が小さくなる。

図7に、d軸方向が電圧ベクトルV1〜V6のいずれかに一致するタイミングに同期して、インバータIVの操作状態をこのいずれかのベクトルに一致させる処理を行う際の各相の電圧の推移を示す。また、図8に、先の図6に示したように上記一致するタイミングに同期して基本波電圧にd軸方向のパルス状の電圧を重畳させる場合の相電圧の推移を示す。図8に示すパルス電圧の印加態様は、図7に示したパルス電圧の印加態様とは相違している。このため、パルス電圧のd軸成分が小さくなり、界磁磁束を十分に増大することができないことが懸念される。

上述した原理に基づき、本実施形態では、先の図3に示すように、パルス電圧印加部42を備える。パルス電圧印加部42は、d軸方向が、上記6つの非ゼロベクトルのいずれかに一致するタイミングに同期して、指令電圧vdr,vqrを補正するための補正量Δvd,Δvqを、指令電圧vdr、vqrに基づき設定し、電圧補正部44,46に所定期間に渡って出力する。これにより、電圧補正部44、46では、電流制御器34の出力する指令電圧vdrを所定期間に渡って補正量Δvdにて補正する一方、電流制御器34の出力する指令電圧vqrを所定期間に渡って補正量Δvqにて補正する。ここで、補正量Δvd、Δvqは、インバータIVの出力電圧に実際に反映させる指令電圧vdr、vqrのベクトルを、上記所定期間に渡ってd軸方向のベクトルとするためのものである。このためq軸の補正量Δvqは、電流制御器34の出力する指令電圧vqrと同一の大きさとされる。これにより、電圧補正部46において、指令電圧vqrから補正量Δvqが減算されることで、電圧補正部46の出力をゼロとすることができる。

この処理において、上記所定期間は、上記一致するタイミングの前後「30°」以下の領域である「60°」の領域内に設定される。この期間は、「10°」以下の期間とすることが望ましい。また、期間の境界は、一致するタイミングにおけるd軸の電気角に対して対称性を有するものとする。換言すれば、上記電気角に対して進角側及び遅角側に同一の回転角度だけ離間した回転角度とされる。

上記補正された指令電圧に基づき操作信号生成部40において生成される信号は、所定期間においては、上記6つの非ゼロベクトルのうちd軸との位相差が最小となる非ゼロベクトルに対応する信号となる。これにより、界磁巻線12aを好適に励磁することができる。

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。

(1)界磁巻線12aを励磁する処理を、インバータIVの操作パターンによって規定される出力電圧ベクトルのうち回転子12の磁極方向(d軸方向)との位相差が最も小さいものをパルス状に出力することで行った。これにより、励磁電流を好適に大きくすることができる。

(2)出力電圧ベクトルのうちの非ゼロベクトルのいずれかの方向と磁極方向とが一致するタイミングに同期して上記いずれかの方向に対応するベクトルを出力した。これにより、磁極方向に印加する電圧を最大とすることができ、ひいては、界磁巻線をいっそう好適に励磁することができる。

(3)インバータIVの操作信号を生成するためのパラメータのうち電流制御器34の出力よりも下流側のパラメータを補正することで、上記励磁処理を行った。これにより、電圧に関するパラメータを補正することができるため、磁極方向との位相差が最も小さい出力電圧ベクトルをインバータIVに出力させるうえで適切な処理を簡易に行うことができる。

(4)dq軸上の指令電圧vdr,vqrを補正することで、磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力する処理を行った。これにより、磁極方向との位相差が最も小さい出力電圧ベクトルをインバータIVに出力させるうえで適切な処理を簡易に行うことができる。

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の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。

図9に、本実施形態にかかる操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnの生成に関する処理を示す。なお、図9において、先の図3に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態にかかるパルス電圧印加部42は、6つの非ゼロベクトルのいずれかとd軸方向とが一致するタイミングに同期して、上記いずれかの非ゼロベクトルに対応する信号であってPWM信号生成部38の出力するPWM信号に代わる信号を出力する。これにより、セレクタ48では、上記一致するタイミングに同期した所定期間に渡って、PWM信号生成部38の出力に代えて、パルス電圧印加部42の出力する信号を操作信号生成部40に出力する。

以上詳述した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)〜(3)の各効果に加えて、更に以下の効果を得ることができる。

(5)PWM信号を強制的に変更することで、磁極方向との位相差が最も小さい出力電圧ベクトルを確実に出力させることができる。

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の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。

図10に、本実施形態にかかる操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwnの生成に関する処理を示す。なお、図10において、先の図3に示した処理に対応する処理については、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態にかかるパルス電圧印加部42は、指令電流idr,iqrを補正する補正量Δid,Δiqを、所定期間に渡って、電流補正部50,52に出力する。これにより、電流補正部50では、指令電流idrを所定期間に渡って補正量Δidにて補正し、電流補正部52では、指令電流iqrを所定期間に渡って補正量Δiqにて補正する。このため、電流制御器34では、所定期間に渡って、実電流id,iqを、補正された指令電流idr,iqrにフィードバック制御する。

ここで、補正量Δid,Δiqは、磁極方向との位相差が最も小さい出力電圧ベクトルの出力によってモータジェネレータMGに流れる電流を、電流補正部50,52の出力とするために必要と想定される量に設定される。この補正量Δid,Δiqは、回転角度θや、指令電流設定部32の出力する指令電流idr,iqrに基づき設定される。

以上詳述した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(2)の効果に加えて、更に以下の効果を得ることができる。

(6)フィードバック制御部34b,34fの入力を補正することで磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力する処理を行った。このように、磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力する処理を、フィードバック制御部34b、34fの上流のパラメータの補正によって行うことで、上記最も小さいベクトルを出力する処理を行う期間においてもフィードバック制御の出力をインバータIVの出力電圧に実際に反映させることができる。特に、本実施形態では、フィードバック制御部34b,34fが積分制御器を備えることに起因して現在の入力のみならず過去の入力の履歴に基づきフィードバック操作量を設定するものであるため、励磁処理期間においてフィードバック操作量がインバータIVの操作に反映されない場合には、フィードバック操作量が不適切な値となり、ひいてはフィードバック操作量の変動が大きくなりやすい。これに対し、本実施形態では、フィードバック操作量の変動を緩和することも可能となる。

(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。

・上記第1の実施形態では、補正量Δvd、Δvqを、電流制御器34の出力する指令電圧vdr、vqrに基づき設定したが、これに限らない。例えば、d軸の補正量Δvdについては、予め設定された所定値としてもよい。

・インバータIVの操作信号を磁極方向との位相差が最も小さいベクトルに対応するものに強制的に変更する手段としては、上記第2の実施形態に例示したものに限らない。例えば、パルス電圧印加部42を上記最も小さいベクトルに対応する操作信号を出力するののとして且つ、操作信号生成部40の下流に、操作信号生成部40の出力する操作信号と、パルス電圧印加部42の出力する操作信号とのいずれかを選択するセレクタを備えることで、操作信号生成部40の出力する操作信号を直接変更してもよい。

・上記第3の実施形態では、フィードバック制御部34b、34fの入力を補正すべく、指令電流idr,iqrを補正したが、これに限らない。例えば、実電流id,iqから上記補正量Δid,Δiqを減算する補正を行ってもよい。この場合であっても、指令電流idr,iqrに補正量Δid、Δiqを加算するのと同様の効果を得ることができる。更に、偏差算出部34a、34eの出力に補正量Δid、Δiqを加算する補正を行ってもよい。

・上記各実施形態では、常時、6つの非ゼロベクトルのいずれかの方向とd軸方向とが一致するタイミングに同期して、インバータIVから上記いずれかの非ゼロベクトルを出力することで励磁処理を行ったがこれに限らない。例えば、界磁磁束の要求値が所定以上となる場合に限って、こうした励磁処理を行ってもよい。

・上記各実施形態では、6つの非ゼロベクトルのいずれかの方向と磁極方向とが一致するタイミングにおけるd軸の回転角度に対して対称な領域において、上記いずれかの非ゼロベクトルをパルス状に出力したがこれに限らない。一致するタイミングの前後の「30°」の領域内にある任意の期間において上記いずれかの非ゼロベクトルをパルス状に出力するようにしてもよい。この場合であっても、その期間内においては、インバータIVの出力電圧の磁極方向成分が最大となるようにパルスを重畳したこととなるため、界磁巻線12aを好適に励磁することができる。

・上記各実施形態では、モータジェネレータMGの制御量を制御すべく、電流ベクトル制御を行うに際し、PWM処理の変調率が「1」以下であることを想定したが、変調率が「1」を超える過変調領域であってもよい。更に、上記電流ベクトル制御に限らず、例えばトルクフィードバック制御のための操作量として矩形波の位相を操作する矩形波制御等であってもよい。

・モータジェネレータMGの制御量としては、トルクに限らず、例えば回転速度であってもよい。この際には、電流フィードバック制御によらず、回転速度を直接のフィードバック制御量としてもよい。この場合であっても、フィードバック制御のための操作量として指令電圧を用いるなら、先の第1の実施形態を適用することができる。また、指令電圧を操作量としない場合であっても、少なくとも先の第3の実施形態を適用することはできる。

・電流制御器34としては、非干渉制御や誘起電圧補償を行うものに限らず、フィードバック制御部34b、34fのみから指令電圧vdr、vqrを生成するものであってもよい。

・フィードバック制御部34b、34fとしては、比例積分制御器に限らず、例えば比例積分微分制御器であってもよい。この場合、積分制御器に加えて微分制御器も、現在の入力値のみならず過去の入力値の履歴に基づき出力信号を生成するものである。したがって、磁極方向との位相差が最も小さくなる出力電圧ベクトルを出力する期間においてもフィードバック制御の出力をインバータIVの出力電圧に反映させる上記第3の実施形態に適用することが、フィードバック制御の出力の変動を抑制するうえで特に有効である。

・巻線界磁型同期機としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、上記特許文献1の図 13〜図15、図18、図20等に記載されているものであってもよい。

・直流電源としては、コンバータCVに限らず、例えば高圧バッテリ14であってもよい。換言すれば、コンバータCVを備えず、インバータIVの入力電圧を高圧バッテリ14の両端の電圧としてもよい。

・上記各実施形態では、界磁巻線型同期機をハイブリッド車の制御装置に適用したがこれに限らず、例えば電気自動車の制御装置に適用してもよい。

第1の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるモータジェネレータの構成を示す断面図及び平面図。 同実施形態にかかるモータジェネレータの制御に関する処理を示すブロック図。 インバータの出力電圧ベクトルを示す図。 上記実施形態にかかるパルス電圧の出力原理を示す図。 上記実施形態との比較例におけるパルス電圧の出力を示す図。 上記実施形態にかかるパルス電圧の重畳態様を例示するタイムチャート。 上記比較例のパルス電圧の重畳態様を例示するタイムチャート。 第2の実施形態にかかるモータジェネレータの制御に関する処理を示すブロック図。 第3の実施形態にかかるモータジェネレータの制御に関する処理を示すブロック図。

符号の説明

10…固定子、10U,10V,10W…巻線、12…回転子、12a…界磁巻線、20…制御装置、MG…モータジェネレータ(界磁巻線型同期機の一実施形態)、IV…インバータ(電力変換回路の一実施形態)。

Claims (7)

  1. 固定子巻線に流れる電流によって回転子の備える界磁巻線が励磁される界磁巻線型同期機を制御対象とし、前記固定子巻線を直流電源の正極及び負極のそれぞれに接続可能な電力変換回路を操作することで前記界磁巻線を励磁する処理を行う界磁巻線型同期機の制御装置において、
    前記界磁巻線を励磁する処理を、前記電力変換回路の操作パターンによって規定される出力電圧ベクトルのうち前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいものをパルス状に出力することで行う磁極方向電圧印加手段を備えることを特徴とする界磁巻線型同期機の制御装置。
  2. 前記磁極方向電圧印加手段は、前記出力電圧ベクトルのうちの非ゼロベクトルのいずれかの方向と前記磁極方向とが一致するタイミングに同期して前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力することを特徴とする請求項1記載の界磁巻線型同期機の制御装置。
  3. 前記固定子巻線に流れる電流を指令値にフィードバック制御すべく電力変換回路の出力電圧を操作するフィードバック制御手段を備え、
    前記磁極方向電圧印加手段は、前記電力変換回路の操作信号を生成するためのパラメータのうち前記フィードバック制御手段の出力よりも下流側のパラメータを補正することで前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力する処理を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の界磁巻線型同期機の制御装置。
  4. 前記界磁巻線型同期機の制御量を制御すべく前記界磁巻線型同期機に対する指令電圧を設定する手段を備え、
    前記磁極方向電圧印加手段は、前記指令電圧を補正することで、前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力する処理を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の界磁巻線型同期機の制御装置。
  5. 前記磁極方向電圧印加手段は、前記電力変換回路の操作信号を前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルに対応するものに強制的に変更する手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の界磁巻線型同期機の制御装置。
  6. 前記界磁巻線型同期機の制御量を制御すべく前記固定子巻線に流れる電流を指令値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を備え、
    前記磁極方向電圧印加手段は、前記フィードバック制御手段の入力を補正することで前記回転子の磁極方向との位相差が最も小さいベクトルを出力する処理を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の界磁巻線型同期機の制御装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の界磁巻線型同期機の制御装置と、
    前記界磁巻線型同期機とを備えることを特徴とする界磁巻線型同期機の制御システム。
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