JP6337786B2 - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、指令電圧設定手段と指令電圧制御手段とを含み、回転電機を制御する回転電機の制御装置に関する。

従来では、スイッチドリラクタンスモータ（Switched Reluctance Motor；以下では単に「ＳＲモータ」と呼ぶ。）の高調波鉄損及び騒音を好適に低減させることを目的とするＳＲモータの制御装置に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この制御装置は、指令電圧の立ち上がり期間及び立ち下がり期間の少なくとも一方における指令電圧を徐変させて設定する指令電圧設定手段を備える。

特開２０１４−１９５３９０号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は、ティース相互間が解放される開スロット構造を採用したＳＲモータを対象としている。すなわち、巻線鎖交磁束＝ステータ・ロータ間磁束として、巻線鎖交磁束波形を任意の波形に制御することで騒音発生の原因であるラジアル力（半径方向電磁加振力；Radial Force）の基となるステータ・ロータ間磁束波形を制御し、騒音を低減させている。

ところが、特許文献１に記載の技術を、低騒音化のためにティース相互間が閉じられる閉スロット構造を採用したＳＲモータに適用しても、十分に騒音を低減できないという問題点があった。これは、閉スロット構造のＳＲモータでは無視できない程に大きな漏れ磁束があるため、巻線鎖交磁束とステータ・ロータ間磁束が一致しないことが要因である。そのため、ステータ・ロータ間磁束波形を任意に制御することができない。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、閉スロット構造による漏れ磁束が生じても、巻線鎖交磁束波形を任意の波形に制御することができ、騒音を低減することが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。

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、外部装置（１０）から伝達される指令情報（Ｔ^*）に基づいて回転電機（５０）に指令する電圧である指令電圧値（α^***）を設定する指令電圧設定手段（２１）と、前記指令電圧値に基づいて前記回転電機に出力する出力電圧（Ｖｏ）を制御する指令電圧制御手段（２２）とを含み、前記回転電機を制御する回転電機の制御装置（２０）において、前記回転電機はスロット部（５１ｓ）が閉じた構造を有し、前記指令電圧設定手段は、前記指令情報（Ｔ^*）と、回転検出手段（３２）によって検出される回転情報（θ，ω）と、前記スロット部を閉じたことによって生じる漏れ磁束（φleak）とに基づいて前記指令電圧値（α^***）を設定することを特徴とする。

この構成によれば、指令電圧設定手段は閉スロット構造によって生じる漏れ磁束を加味して指令電圧値を設定するので、巻線鎖交磁束波形（ステータ・ロータ間磁束）を任意の波形に制御することができる。よって、騒音を低減することができる。

第２の発明は、前記指令電圧設定手段は、電流検出手段（３１）により検出される電流検出値（Ｉ）に基づいて前記漏れ磁束（φleak）を求めることを特徴とする。

この構成によれば、回転電機の巻線に流れる電流と漏れ磁束との関係を予め定めておくことができるので、電流検出値に基づいて漏れ磁束を容易に求めることができる。

第３の発明は、前記指令情報（Ｔ^*）と前記回転情報（θ，ω）とに基づいて基準指令電圧値（α^*）を生成する指令電圧生成部（２１ａ）と、前記電流検出値（Ｉ）または前記電圧検出値（Ｖ）に基づいて前記回転電機に備える巻線（Ｌu，Ｌv，Ｌw）による巻線電圧補償量（α_R）を演算する巻線補償量演算部（２１ｅ）と、前記電流検出値（Ｉ）または前記電圧検出値（Ｖ）に基づいて前記漏れ磁束による漏れ磁束電圧補償量（α_l）を演算する漏れ磁束補償量演算部（２１ｆ）とを有し、前記指令電圧設定手段は前記基準指令電圧値（α^*）と前記巻線電圧補償量（α_R）と前記漏れ磁束電圧補償量（α_l）とに基づいて前記指令電圧値（α^***）を設定することを特徴とする。

この構成によれば、指令電圧生成部が基準指令電圧値を生成し、巻線補償量演算部が巻線電圧補償量を演算し、漏れ磁束補償量演算部が磁束電圧補償量を演算する。指令電圧設定手段は、基準指令電圧値だけでなく、巻線電圧補償量や漏れ磁束電圧補償量を加味して指令電圧値を設定する。よって、巻線鎖交磁束波形を任意の波形に制御することができ、騒音を低減することができる。

なお、「回転電機」は、例えば電動機（モータ），発電機，電動発電機等が該当し、ＳＲモータを含む。ステータとロータの配置関係は、ロータが内周側（内径側）に配置されるインナーロータ型でもよく、ロータが外周側（外径側）に配置されるアウターロータ型でもよい。「指令情報」は、回転電機の作動に関する情報であり、例えばトルクや回転数等が該当する。「回転情報」は、回転電機に備えられるロータに関する情報であり、例えば回転角や回転速度等が該当する。これらの信号情報や回転情報は、アナログ情報でもよく、デジタル情報（データ情報を含む）でもよい。

制御装置の第１構成例を示す模式図である。 磁束補償量演算部の第１構成例を示す模式図である。 インバータ部の構成例を示す模式図である。 回転電機の構成例を示す模式図である。 図４とはロータの位置が異なる回転電機を示す模式図である。 電気角に対する磁束量の変化例を示すグラフ図である。 電流検出値に対する漏れ磁束量の変化例を示すグラフ図である。 閉スロット構造の等価回路を示す図である。 閉スロット構造の等価回路を示す図である。 一相分の等価回路を示す図である。 巻線印加電圧と磁束の変化例を示すグラフ図である。 出力電圧の経時変化例を示すグラフ図である。 ステータ・ロータ間磁束の経時変化例を示すグラフ図である。 ラジアル力の経時変化例を示すグラフ図である。 高周波成分のラジアル力振幅と電気角次数との関係例を示すグラフ図である。 制御装置の第２構成例を示す模式図である。 磁束補償量演算部の第２構成例を示す模式図である。 電圧検出手段の構成例を示す模式図である。 制御装置の第３構成例を示す模式図である。 磁束補償量演算部の第３構成例を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。例えば、「スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６」は「スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６」を意味する。以下では簡単化のために「回転電機の制御装置」を単に「制御装置」と呼ぶ。回転電機にはＳＲモータ（図中では「ＳＲＭ」と記載する）を適用した例を説明する。

〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図１５を参照しながら説明する。図１に示す制御装置２０Ａは、制御装置２０の一例である。この制御装置２０Ａは、指令電圧設定手段２１や指令電圧制御手段２２などを有する。これらの手段に含まれる要素の一部または全部は、ソフトウェアで実現してもよく、ハードウェアで実現してもよい。

破線で示す指令電圧設定手段２１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０から伝達される指令情報Ｔ^*に基づいて、回転電機５０に指令する電圧である指令電圧値α^***を設定して出力する。ＥＣＵ１０は「外部装置」に相当する。指令情報Ｔ^*は、回転電機５０の作動に関する情報であれば任意であり、例えばトルクや回転数などが該当する。指令電圧設定手段２１の具体的な構成例については後述する。

破線で示す指令電圧制御手段２２は、指令電圧設定手段２１から伝達される指令電圧値α^***に基づいて、回転電機５０に出力する出力電圧Ｖｏを制御する。

指令電圧設定手段２１は、指令電圧生成部２１ａ、加算部２１ｂ，２１ｃ、回転速度演算部２１ｄ、巻線補償量演算部２１ｅ、磁束補償量演算部２１ｆなどを有する。

指令電圧生成部２１ａは、指令情報Ｔ^*，ロータ位置θ，回転速度ωなどに基づいて、基準指令電圧値α^*を生成して出力する。指令情報Ｔ^*はＥＣＵ１０から伝達される。ロータ位置θは「回転角」とも呼ばれ、回転電機５０に設けられる回転検出手段３２によって検出されるロータ５２の位置を表し、所定位置（例えばノースマーカー等）を基準とする。回転速度ωは、時々刻々と変化するロータ位置θに基づいて回転速度演算部２１ｄで演算されるロータ５２の回転速度である。

巻線補償量演算部２１ｅは、電流検出手段３１によって検出される電流検出値Ｉに基づいて、巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃによる巻線電圧補償量α_Rを演算して出力する。回転電機５０に備えられる巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの抵抗値は予め測定できるので、巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに流れる電流は電流検出手段３１で検出すればよい。巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの抵抗値（後述する式（ｊ）に示すＲｘ）と電流検出値Ｉとにより、巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃによる電圧降下分を巻線電圧補償量α_Rで補える。

磁束補償量演算部２１ｆは、図２のように構成され、電流検出手段３１によって検出される電流検出値Ｉに基づいて、漏れ磁束φleak（図４，図５を参照）による漏れ磁束電圧補償量α_lを演算して出力する。ロータ５２の回転に寄与しない漏れ磁束φleakを補うため、電流検出値Ｉとの関係により、漏れ磁束電圧補償量α_lを演算する。

図２に示す磁束補償量演算部２１ｆは、漏れ磁束電圧補償量演算部２１ｆ１や漏れ磁束特定手段２１ｆ２などを有する。漏れ磁束特定手段２１ｆ２は、電流検出値Ｉに基づいて漏れ磁束φleakを特定する。漏れ磁束φleakと電流検出値Ｉとの関係は、データテーブルＤＴ１や関数式ｆ１（Ｉ）などで規定し、記録媒体やプログラム中に記録しておく。データテーブルＤＴ１はマップの一部であってもよい。データテーブルＤＴ１および関数式ｆ１（Ｉ）のうちで一方または双方を用いることにより、電流検出値Ｉに基づいて漏れ磁束φleakを容易に特定できる。

漏れ磁束電圧補償量演算部２１ｆ１は、漏れ磁束特定手段２１ｆ２で特定された漏れ磁束φleakに基づいて、次に示す式（ａ）に従って漏れ磁束電圧補償量α_lを演算する。なお、電流検出値Ｉ_nは今回検出された電流検出値Ｉであり、電流検出値Ｉ_n-1は前回検出された電流検出値Ｉであり、供給電圧ＶdcはバッテリＥ（電力源に相当する）から供給される電圧値である（図３を参照）。微少時間Δｔは任意に設定してよい。

上述した式（ａ）の分子を参照すると、微少時間Δｔにおける漏れ磁束φleakの変化に基づいて漏れ磁束φleakを求めている。よって、漏れ磁束φleakを時間微分することで漏れ磁束電圧補償量α_lを演算することができる。

加算部２１ｂは、指令電圧生成部２１ａから出力される基準指令電圧値α^*と、巻線補償量演算部２１ｅから出力される巻線電圧補償量α_Rとを和算し、巻線補償指令電圧値α^**として出力する（α^**＝α^*＋α_R）。加算部２１ｃは、加算部２１ｂから出力される巻線補償指令電圧値α^**と、磁束補償量演算部２１ｆから出力される漏れ磁束電圧補償量α_lとを和算し、指令電圧値α^***として出力する（α^***＝α^**＋α_l）。加算部２１ｂ，２１ｃはα^***＝α^*＋α_R＋α_lを行うに過ぎないので、α^**＝α^*＋α_lとα^***＝α^**＋α_Rを行う構成としてもよい。

指令電圧制御手段２２は、変調部２２ａやインバータ部２２ｂなどを有する。変調部２２ａは、指令電圧設定手段２１から伝達される指令電圧値α^***に基づいて、インバータ部２２ｂ（具体的にはスイッチング素子）を駆動する駆動信号ＳＷ^*を出力する。駆動信号ＳＷ^*は、インバータ部２２ｂを駆動できれば任意の信号でよく、特にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号がよい。

インバータ部２２ｂは、図３のように構成され、バッテリＥから平滑コンデンサＣｅを介して供給される電力を受けて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン／オフを制御することで、回転電機５０に出力する出力電圧Ｖｏを制御する。具体的には、変調部２２ａから伝達される駆動信号ＳＷ^*が制御端子Ｐ１〜Ｐ６（例えばゲート端子やベース端子等）に対して個別に入力し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン／オフを個別に制御する。

図３に示すインバータ部２２ｂは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６やダイオードＤ１〜Ｄ６などを有する。なお、図３には接続関係を分かり易くするために、巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを示す。この巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは回転電機５０に含まれる（図１をも参照）。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、スイッチングが可能な任意の半導体素子を適用してよく、例えばＩＧＢＴを用いる。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、フリーホイールダイオード（還流ダイオード）として機能する。なお、各スイッチング素子に含まれる寄生ダイオードで代用できる場合には、ダイオードを設けなくてもよい。

インバータ部２２ｂ内の回路素子は、一点鎖線で囲って示すように複数相（本例ではＡ相，Ｂ相，Ｃ相の三相）に分けられる。Ａ相は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４やダイオードＤ１，Ｄ４などを有する。Ｂ相は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５やダイオードＤ２，Ｄ５などを有する。Ｃ相は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６やダイオードＤ３，Ｄ６などを有する。各相は非対称ハーフブリッジ回路で構成される。

スイッチング素子Ｑ１の出力端子（例えばエミッタ端子やソース端子等）と、スイッチング素子Ｑ４の入力端子（例えばコレクタ端子やドレイン端子等）との間には巻線Ｌａが接続される。巻線Ｌａには相電流Ｉａが流れる。スイッチング素子Ｑ２の出力端子と、スイッチング素子Ｑ５の入力端子との間には巻線Ｌｂが接続される。巻線Ｌｂには相電流Ｉｂが流れる。スイッチング素子Ｑ３の出力端子と、スイッチング素子Ｑ６の入力端子との間には巻線Ｌｃが接続される。巻線Ｌｃには相電流Ｉｃが流れる。

回転電機５０の構成例について、図４，図５を参照しながら説明する。図４には、ある相（例えばＡ相）に一定電流を印加した状態でロータを回転させた場合、ステータ・ロータ間磁束φsrが最大になる位置である突極部５２ｐとティース部５１ｔとが対向した対向位置の状態を示す。図５には、同一条件下において電気角δだけ回転して突極部５２ｐがティース部５１ｔから最も離れ、ステータ・ロータ間磁束φsrが最小になる非対向位置の状態を示す。

図４，図５に示す回転電機５０は、インナーロータ型の電動発電機である。この回転電機５０は、ステータ５１やロータ５２などを有する。ステータ５１は、バックヨーク部５１ｂを基体とし、複数（図４，図５では６）のティース部５１ｔと、複数（図４，図５では６）のスロット部５１ｓを有する。ロータ５２は、複数（図４，図５では４）の突極部５２ｐを有する。ティース部５１ｔ，スロット部５１ｓ，突極部５２ｐは、それぞれ任意の数を設定してよい。

各スロット部５１ｓは、隣り合うティース部５１ｔの相互間が結合部５１ｃによって結合されて閉じられている。すなわち、回転電機５０は閉スロット構造である。ティース部５１ｔに巻線鎖交磁束φが流れるとき、ギャップを介してロータ５２に流れるステータ・ロータ間磁束φsrは、結合部５１ｃに漏れ磁束φleakが流れる分だけ少なくなる（φsr＝φ−φleak）。電気角δに対する巻線鎖交磁束φ，ステータ・ロータ間磁束φsr，漏れ磁束φleakの変化を図６に示す。また、巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに流れる相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを検出した電流検出値Ｉと、漏れ磁束φleakとの関係を図７に示す。

図６に示すように、巻線鎖交磁束φ（実線）とステータ・ロータ間磁束φsr（一点鎖線）は、電気角δが０度のときに最大になり、電気角δが１８０度（−１８０度）のときに最小になるように変化する。これに対して、漏れ磁束φleak（二点鎖線）は電気角δの変化にかかわらず、許容範囲内での変化を含む一定値で推移する。図７に示すように、漏れ磁束φleakは電流検出値Ｉとの相関関係がある。この相関関係は、実線で示す関数式ｆ１（Ｉ）で表すこともでき、データテーブルＤＴ１に表すこともできる。

以上のことから、漏れ磁束φleakで失われる磁束分を電流検出値Ｉに基づいて補えば、結果として、ロータ５２には巻線鎖交磁束φと同等の磁束が流れる。よって、閉スロット構造の回転電機５０でも開スロット構造と同様の制御を行うことができる。

ここで、図４，図５に示す回転電機５０の等価回路を図８に示す。バックヨーク部磁気抵抗Ｒ_bは、バックヨーク部５１ｂの磁気抵抗である。ティース部磁気抵抗Ｒ_tは、ティース部５１ｔの磁気抵抗である。ギャップ部磁気抵抗Ｒ_gは、ステータ５１とロータ５２との間に設けられるギャップの磁気抵抗であり、ロータ位置θの関数で規定することができる。よって、ギャップ部磁気抵抗はＲ_g（θ）とも表せる。閉スロット部磁気抵抗Ｒ_lは、結合部５１ｃの磁気抵抗である。巻数Ｎは、ティース部５１ｔに巻く巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのターン数である。巻数Ｎと電流検出値Ｉとの積算値（ＮＩ）は、起磁力を示す。これらを用いると、次の式（ｂ）〜式（ｅ）が成り立つ。

式（ｂ）は、ティース部５１ｔを流れる巻線鎖交磁束φが、ロータ５２を流れるステータ・ロータ間磁束φsrと、結合部５１ｃを流れる漏れ磁束φleakとに分岐することからも明らかである（図４，図５をも参照）。図８に示す等価回路に基づいて、ステータ・ロータ間磁束φsrは式（ｃ）のように表され、漏れ磁束φleakは式（ｄ）のように表される。式（ｃ）と式（ｄ）の右辺を式（ｂ）に代入して整理すると、式（ｅ）のようになる。

上述した次の式（ｂ）〜式（ｅ）は、いずれも電流（電流検出値Ｉ）とロータ位置θ（ロータ５２の位置）に依存するために演算が複雑である。そこで、演算を簡素化することを試みる。まず、ギャップ部磁気抵抗Ｒ_gは、上述したようにロータ位置θの関数で表されることから、上記式（ｃ）を変形すると次の式（ｆ）のように表される。

結合部５１ｃの磁路は他の磁路と比べて非常に狭いため、微少電流が流れて磁気飽和して空気と同等の磁気抵抗となる。このことを考慮すれば、閉スロット部磁気抵抗Ｒ_lがギャップ部磁気抵抗Ｒ_g（θ）よりも大きい（すなわちＲ_l＞＞Ｒ_g（θ））といえる。よって、Ｒ_g（θ）／Ｒ_l＝０とみなすことができ、式（ｆ）は式（ｇ）のように簡素化できる。したがって、ステータ・ロータ間磁束φsrは電流検出値Ｉとロータ位置θの関数として表される。

同様にして、漏れ磁束φleakについても上記式（ｄ）を変形すると、次の式（ｈ）のように表される。上述した通り、Ｒ_g（θ）／Ｒ_l＝０とみなせるので、式（ｈ）は式（ｉ）のように簡素化できる。したがって、漏れ磁束φleakは電流検出値Ｉに基づく比例関数として表される。これは、図７に一点鎖線で示す関数式φleak（Ｉ）のように変化する。そのため、図８に示す等価回路は、図９に示す等価回路のように簡素化できる。

関数式φleak（Ｉ）は、電流検出値Ｉが電流Ｉ１から電流Ｉ２までの区間において、許容誤差範囲内で関数式ｆ１（Ｉ）と同等に変化する。関数式ｆ１（Ｉ）は指数関数や多項式からなる関数などで表されるために演算に時間を要するのに対して、式（ｉ）に示す関数式φleak（Ｉ）は比例関数であるので演算に時間を要しない。いずれの関数を用いて漏れ磁束φleakを求めてもよいが、電流検出値Ｉが電流Ｉ１から電流Ｉ２までの区間内で関数式φleak（Ｉ）を用いると短時間で漏れ磁束φleakを求めることができる。

次に、図３に示すインバータ部２２ｂのうちで、一相分の等価回路を図１０に示す。添字は、ｕ＝１，３，５であり、ｄ＝２，４，６であり、ｘ＝ａ，ｂ，ｃである。ただし、巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、巻線抵抗値Ｒｘと巻線インダクタンスＬｘで表す。図１０の等価回路において、出力電圧Ｖｏは次の式（ｊ）のように表される。また式（ｊ）において、ステータ・ロータ間磁束φsrを制御するために変形してゆくと、式（ｋ）が得られる。式（ｋ）は、上述したα^***＝α^*＋α_R＋α_lに対応する（図１を参照）。

よって制御装置２０は、一相分の巻線抵抗値Ｒｘによる電圧降下分を巻線補償量演算部２１ｅによって演算される巻線電圧補償量α_Rで補償し、漏れ磁束φleakによる電圧を磁束補償量演算部２１ｆによって演算される漏れ磁束電圧補償量α_lで補償する。

本発明における制御法について、ステータ・ロータ間磁束φsrを図１１の下段に示すような通電角内（図１１で通電開始時刻ｔ_ONから通電終了時刻ｔ_OFFまでの間）で正弦波状に制御する場合を例に説明する。通電開始時刻ｔ_ONは、ロータ位置θが通電開始角θ_ONと一致する時刻である。通電終了時刻ｔ_OFFは、ロータ位置θが通電終了角θ_OFFと一致する時刻である。ある通電開始時刻ｔ_ONから次の通電開始時刻ｔ_ONまでの期間は「一周期Ｔｅ」に相当する。

巻線鎖交磁束φはファラデーの法則により巻数Ｎと巻線印加電圧Ｖ_Lを用いて、次の式（ｍ）のように表され、巻線鎖交磁束φは巻線印加電圧Ｖ_Lの時間積分波形で求められる。式中の「ｔ_ON≦ｔ≦ｔ_OFF」は、通電開始時刻ｔ_ONから通電終了時刻ｔ_OFFまでの期間を表す。また「ｔ_OFF＜ｔ＜ｔ_ON」は、通電終了時刻ｔ_OFFを過ぎてから次の通電開始時刻ｔ_ONになる前までの期間を表す。

よって、巻線印加電圧Ｖ_Lを次の式（ｎ）のように定義すると、図１１の上段の波形となる。巻線鎖交磁束φは式（ｎ）を時間積分することで式（ｐ）のように表される。逆に巻線鎖交磁束φを式（ｐ）としたい場合、巻線に印加すべき巻線印加電圧Ｖ_Lは巻線鎖交磁束φを時間微分することで式（ｎ）と求めることができる。

よって、閉スロット構造の回転電機５０で供給電圧Ｖdc＝１とした場合にステータ・ロータ間磁束φsrを式（ｐ）としたければ、上述した式（ｋ）で示す基準指令電圧値α^*を次の式（ｑ）とすればよい。ただし、直接制御可能であるのは最終的な指令電圧である指令電圧値α^***であるため、基準指令電圧値α^*に巻線電圧補償量α_Rと漏れ磁束電圧補償量α_lを加えた指令電圧値α^***を指令値としてインバータ部２２ｂを制御する。こうすることで、ステータ・ロータ間磁束φsrは上述した式（ｐ）に基づいた図１１の下段の波形に制御することができる。

以上の説明より、得たいステータ・ロータ間磁束φsrの波形を時間微分した値を基準指令電圧値α^*とし、抵抗での電圧降下である巻線電圧補償量α_Rと漏れ磁束分の電圧である漏れ磁束電圧補償量α_lを補償した指令電圧値α^***を最終的な指令値とする。この指令電圧値α^***に基づきインバータ部２２ｂを制御することで、ステータ・ロータ間磁束φsrを任意の波形に制御できることとなる。

閉スロット型の回転電機５０に対して後述する表１の上段に示す条件にて、上述した制御装置２０により、通電角内でステータ・ロータ間磁束φsrを正弦波状に制御する制御例を図１２〜図１５に示す。図１２には基準指令電圧値α^*に正弦波状の指令値を与えた場合の出力電圧Ｖｏの経時的な変化例について、本発明を特性線Ｓ１（実線）で示し、従来技術を特性線Ｓ２（二点鎖線）で示し、補償量を特性線Ｓ３（一点鎖線）で示す。

補償量は、巻線電圧補償量α_Rと漏れ磁束電圧補償量α_lとの和、すなわちα_R＋α_lである。特性線Ｓ２は漏れ磁束電圧の補償を行わないため出力電圧が略正弦波状に変化するが、特性線Ｓ１は正弦波状の基準指令電圧値α^*に対し特性線Ｓ３の補償量が加わるために出力波形は正弦波ではなく図示の波形となる。しかし、特性線Ｓ１の出力電圧Ｖｏには漏れ磁束φleakの電圧降下分が含まれるので、ステータ・ロータ間磁束φsrは正弦波になる。

図１３にはステータ・ロータ間磁束φsrの変化例について、本発明を特性線Ｓ４（実線）で示し、従来技術を特性線Ｓ５（二点鎖線）で示す。特性線Ｓ５のステータ・ロータ間磁束φsrは、漏れ磁束φleakに基づく補償を行わないため、通電角内の中心線（中心時刻ｔ_CENTER）と波形のピーク点のずれており歪んだ波形になる。なお、通電開始時刻ｔ_ONから中心時刻ｔ_CENTERまでの期間と、中心時刻ｔ_CENTERから通電終了時刻ｔ_OFFまでの期間は等しい。これに対して、特性線Ｓ４のステータ・ロータ間磁束φsrは、漏れ磁束φleakに基づく補償（漏れ磁束電圧補償量α_lの加算）を行うので、通電角内の中心線と波形のピーク点がほぼ一致し、歪の少ない正弦波状の波形になる。

図１４にはラジアル力の経時的な変化例について、本発明を特性線Ｓ６（実線）で示し、従来技術を特性線Ｓ７（二点鎖線）で示す。

図１５は、図１４で示すラジアル力の周波数分析結果である。本発明を太線で示し、従来技術を二点鎖線で示す。棒グラフで示すように、本発明によれば従来技術よりも、各電気角次数においてラジアル力の振幅が小さくなる。このように高周波成分の各電気角次数においてラジアル力振幅が低減しているので、騒音や振動を低減することができる。

以上の結果を次に示す表１の下段に定量的に表す。ステータ・ロータ間磁束φsrの高調波成分含有量が、従来技術に対し本発明で２９％低減した。これにより鉄損は、従来技術に対し本発明で１３％低減した。加えてラジアル力の高調波成分含有量は、従来技術に対し本発明で１９％低減した。上述した結果は一例に過ぎず、条件を変えても同様の結果が得られた。これらのことは、回転電機５０の駆動によって生じる騒音や振動が低減したことを意味する。

〔実施の形態２〕
実施の形態２は図１６〜図１８を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１と相違する点を説明する。

図１６に示す制御装置２０Ｂは、制御装置２０の一例である。この制御装置２０Ｂは、指令電圧設定手段２１や指令電圧制御手段２２などを有する。制御装置２０Ｂが図１に示す制御装置２０Ａと異なるのは、指令電圧制御手段２２に含まれる磁束補償量演算部２１ｆである。磁束補償量演算部２１ｆは、図２に示す構成とは異なり、図１７に示すように漏れ磁束電圧補償量演算手段２１ｆ３を有する。

巻線鎖交磁束φと漏れ電圧値Ｖleakとの関係式は、次の式（ｒ）に示す通りである。よって、微少時間Δｔにおいては漏れ電圧値Ｖleakを供給電圧Ｖdcで除算すればよい。そこで、漏れ磁束電圧補償量演算手段２１ｆ３は、電圧検出手段３３によって検出される漏れ電圧値Ｖleakに基づいて、供給電圧Ｖdcで除算する演算を行い、漏れ磁束電圧補償量α_lを出力する。すなわち、α_l＝Ｖleak／Ｖdcの演算を行う。なお、漏れ電圧値Ｖleakは「電圧検出値」に相当する。

電圧検出手段３３は、例えば図１８に示すように結合部５１ｃに設けられ、漏れ磁束φleakに応じた漏れ電圧値Ｖleakを出力する。この電圧検出手段３３は漏れ電圧値Ｖleakを出力できれば任意に構成してよく、例えばコイルでもよい。

磁束補償量演算部２１ｆ以外は実施の形態１と同じであり、磁束補償量演算部２１ｆも実施の形態１と同様に漏れ磁束電圧補償量α_lを出力する。よって、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は図１９，図２０を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１，２と相違する点を説明する。

図１９に示す制御装置２０Ｃは、制御装置２０の一例である。この制御装置２０Ｃは、指令電圧設定手段２１や指令電圧制御手段２２などを有する。制御装置２０Ｃが図１に示す制御装置２０Ａや図１６に示す制御装置２０Ｂと異なるのは、指令電圧制御手段２２に含まれる磁束補償量演算部２１ｆである。磁束補償量演算部２１ｆは、図２，図１６に示す構成とは異なり、図２０に示すように漏れ磁束電圧補償量演算部２１ｆ１，漏れ磁束特定手段２１ｆ４，磁束量演算手段２１ｆ５などを有する。

磁束量演算手段２１ｆ５は、電圧検出手段３４によって検出される電圧検出値Ｖと、電流検出手段３１によって検出される電流検出値Ｉとに基づいて、巻線鎖交磁束φを演算して出力する。巻線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの一相分の巻線抵抗値をＲｘとするとき（図１０を参照）、巻線鎖交磁束φの演算式を次の式（ｓ）に示す。

漏れ磁束特定手段２１ｆ４は、磁束量演算手段２１ｆ５で演算された巻線鎖交磁束φと、回転検出手段３２によって検出されたロータ位置θとに基づいて、漏れ磁束φleakを特定する。漏れ磁束φleak，巻線鎖交磁束φ，ロータ位置θの関係は、データテーブルＤＴ２や関数式ｆ２（Ｉ）などで規定し、記録媒体やプログラム中に記録しておく。具体的には、漏れ磁束φleakと巻線鎖交磁束φとの関係がロータ位置θに応じて変わる。データテーブルＤＴ２はマップの一部であってもよい。データテーブルＤＴ２および関数式ｆ２（Ｉ）のうちで一方または双方を用いることにより、ロータ位置θに基づいて漏れ磁束φleakを容易に特定できる。

磁束補償量演算部２１ｆ以外は実施の形態１，２と同じであり、磁束補償量演算部２１ｆも実施の形態１，２と同様に漏れ磁束電圧補償量α_lを出力する。よって、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜３に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態１〜３では、回転電機５０にはＳＲモータを用いる構成とした（図１，図１６，図１９を参照）。この形態に代えて、ＳＲモータ以外であって、閉スロット構造を有する任意の回転電機に用いる構成としてもよい。閉スロット構造による漏れ磁束φleakの電圧降下分を補償するので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、回転電機５０としてインナーロータ型の電動発電機を用いる構成とした（図１，図１６，図１９を参照）。この形態に代えて、アウターロータ型の回転電機を用いてもよく、電動機や発電機として機能する回転電機を用いてもよい。回転電機の構造や種類が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、外部装置としてＥＣＵ１０を用いる構成とした（図１，図１６，図１９を参照）。この形態に代えて、指令情報Ｔ^*を出力可能な任意の装置を用いてよく、例えばコンピュータなどが該当する。制御装置２０自体がＥＣＵであってもよい。指令情報Ｔ^*の出力装置と、指令情報Ｔ^*の処理装置とがどのような構成であれ、閉スロット構造による漏れ磁束φleakの電圧降下分を補償するので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、制御装置２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）に指令電圧設定手段２１と指令電圧制御手段２２の双方を含む構成とした（図１，図１６，図１９を参照）。この形態に代えて、制御装置２０は指令電圧設定手段２１を含み、指令電圧制御手段２２を含まない構成としてもよい。すなわち、指令電圧設定手段２１と指令電圧制御手段２２を別体に構成する。単に構成上の差異に過ぎず、全体としてみれば同じであるので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態１〜３では、インバータ部２２ｂと回転電機５０はいずれも三相（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相）で構成した（図３を参照）。この形態に代えて、三相以外の複数相で構成してもよい。相数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜３と同様の作用効果を得ることができる。図示しないが、バッテリＥとインバータ部２２ｂとの間に、直流電圧を昇降圧するコンバータを介在させてもよい。

〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜３および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

（１）制御装置２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）において、回転電機５０はスロット部５１ｓが閉じた構造を有し、指令電圧設定手段２１は、指令情報Ｔ^*と、回転検出手段３２によって検出される回転情報（ロータ位置θ，回転速度ω）と、スロット部５１ｓを閉じたことによって生じる漏れ磁束φleakとに基づいて指令電圧値α^***を設定する構成とした（図１，図１６，図１９を参照）。この構成によれば、指令電圧設定手段２１は閉スロット構造によって生じる漏れ磁束φleakを加味して指令電圧値α^***を設定するので、ステータ・ロータ間磁束φsrの波形（巻線鎖交磁束波形）波形を任意の波形に制御することができる。よって、騒音や振動を低減することができる。

（２）指令電圧設定手段２１は、電流検出手段３１により検出される電流検出値Ｉに基づいて漏れ磁束φleakを求める構成とした（図２，図２０を参照）。この構成によれば、回転電機５０の巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流と漏れ磁束φleakとの関係を予め定めておくことができるので、電流検出値Ｉに基づいて漏れ磁束φleakを容易に求めることができる。

（３）指令電圧設定手段２１は、電圧検出手段３３により検出される電圧検出値（漏れ電圧値Ｖleak）に基づいて漏れ磁束φleakを求める構成とした（図１６，図１７を参照）。この構成によれば、回転電機５０に備える巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗの巻線印加電圧Ｖ_Lと漏れ磁束φleakとの関係を予め定めておくことができるので、電圧検出値（＝巻線印加電圧Ｖ_L；図１０を参照）に基づいて漏れ磁束φleakを容易に求めることができる。

（４）指令情報Ｔ^*と回転情報（ロータ位置θ，回転速度ω）とに基づいて基準指令電圧値α^*を生成する指令電圧生成部２１ａと、電流検出値Ｉに基づいて回転電機５０に備える巻線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗによる巻線電圧補償量α_Rを演算する巻線補償量演算部２１ｅと、電流検出値Ｉや電圧検出値（電圧検出値Ｖ，漏れ電圧値Ｖleak）に基づいて漏れ磁束φleakによる漏れ磁束電圧補償量α_lを演算する漏れ磁束補償量演算部２１ｆとを有し、指令電圧設定手段２１は基準指令電圧値α^*と巻線電圧補償量α_Rと漏れ磁束電圧補償量α_lとに基づいて指令電圧値α^***を設定する構成とした（図１，図１６，図１９を参照）。この構成によれば、指令電圧生成部２１ａが基準指令電圧値α^*を生成し、巻線補償量演算部２１ｅが巻線電圧補償量α_Rを演算し、漏れ磁束補償量演算部２１ｆが磁束電圧補償量α_lを演算する。指令電圧設定手段２１は、基準指令電圧値α^*だけでなく、巻線電圧補償量α_Rや漏れ磁束電圧補償量α_lを加味して指令電圧値α^***を設定する。よって、ステータ・ロータ間磁束φsrの磁束波形を任意の波形に制御することができ、騒音や振動を低減することができる。

（５）漏れ磁束補償量演算部２１ｆは、漏れ磁束φleakを時間微分することで漏れ磁束電圧補償量α_lを演算する構成とした（図２，式（ａ）を参照）。この構成によれば、簡単な演算で漏れ磁束電圧補償量α_lを求めることができる。

（６）漏れ磁束補償量演算部２１ｆは、データテーブルＤＴ１，ＤＴ２および関数式ｆ１（Ｉ），ｆ２（Ｉ），φleak（Ｉ）のうちで一方または双方を用いて、漏れ磁束φleakを求める構成とした（図２，図２０を参照）。この構成によれば、漏れ磁束φleakの特定が容易に行える。

（７）指令電圧制御手段２２は、指令電圧値α^***に基づいてＰＷＭ制御を行う構成とした（図１，図１６，図１９に示す駆動信号ＳＷ^*を参照）。この構成によれば、漏れ磁束φleakを考慮して、ステータ・ロータ間磁束φsrを任意の磁束波形（特に正弦波）に制御し易くなり、騒音や振動をより確実に低減することができる。

１０ ＥＣＵ（外部装置）
２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ） 制御装置
２１ 指令電圧設定手段
２２ 指令電圧制御手段
３２ 回転検出手段
５０ 回転電機
５１ｓ スロット部
θ ロータ位置（回転角）
φleak 磁束
ω 回転速度
Ｖｏ 出力電圧

Claims (7)

1. 外部装置（１０）から伝達される指令情報（Ｔ^*）に基づいて回転電機（５０）に指令する電圧である指令電圧値（α^***）を設定する指令電圧設定手段（２１）と、前記指令電圧値に基づいて前記回転電機に出力する出力電圧（Ｖｏ）を制御する指令電圧制御手段（２２）とを含み、前記回転電機を制御する回転電機の制御装置（２０）において、
   前記回転電機はスロット部（５１ｓ）が閉じた構造を有し、
   前記指令電圧設定手段は、前記指令情報（Ｔ^*）と、回転検出手段（３２）によって検出される回転情報（θ，ω）と、前記スロット部を閉じたことによって生じる漏れ磁束（φleak）とに基づいて前記指令電圧値（α^***）を設定することを特徴とする回転電機の制御装置。
2. 前記指令電圧設定手段は、電流検出手段（３１）により検出される電流検出値（Ｉ）に基づいて前記漏れ磁束（φleak）を求め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. 前記指令電圧設定手段は、電圧検出手段（３４）により検出される電圧検出値（Ｖ）に基づいて前記漏れ磁束（φleak）を求め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. 前記指令情報（Ｔ^*）と、前記回転情報（θ，ω）とに基づいて基準指令電圧値（α^*）を生成する指令電圧生成部（２１ａ）と、
   前記電流検出値（Ｉ）に基づいて、前記回転電機に備える巻線（Ｌu，Ｌv，Ｌw）による巻線電圧補償量（α_R）を演算する巻線補償量演算部（２１ｅ）と、
   前記電流検出値（Ｉ）および前記電圧検出値（Ｖ，Ｖleak）のうちで一方または双方に基づいて、前記漏れ磁束による漏れ磁束電圧補償量（α_l）を演算する漏れ磁束補償量演算部（２１ｆ）とを有し、
   前記指令電圧設定手段は、前記基準指令電圧値（α^*）と、前記巻線電圧補償量（α_R）と、前記漏れ磁束電圧補償量（α_l）とに基づいて、前記指令電圧値（α^***）を設定することを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記漏れ磁束補償量演算部（２１ｆ）は、前記漏れ磁束（φleak）を時間微分することで前記漏れ磁束電圧補償量（α_l）を演算することを特徴とする請求項４に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記漏れ磁束補償量演算部は、データテーブル（ＤＴ１，ＤＴ２）および関数式（ｆ１（Ｉ），ｆ２（Ｉ），φleak（Ｉ））のうちで一方または双方を用いて、前記漏れ磁束（φleak）を求めることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記指令電圧制御手段は、前記指令電圧値（α^***）に基づいてＰＷＭ制御を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。

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