JP6680152B2 - Control device for rotating electric machine - Google Patents

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Description

本発明は、界磁巻線を有する回転子と、電機子巻線を有する固定子とを備える回転電機に適用される制御装置に関する。   The present invention relates to a control device applied to a rotary electric machine including a rotor having field windings and a stator having armature windings.

この種の制御装置としては、下記特許文献1に見られるように、直流電源から界磁巻線に流す界磁電流を制御しつつ、直流電源の電力を交流電力に変換して電機子巻線に給電するものが知られている。詳しくは、この制御装置では、内燃機関の始動時において、界磁巻線に界磁電流を流し始めると同時に、または界磁電流を流し始める直前に、界磁電流を流すことによって生じる磁束とは反対方向の磁束が発生するように、電力変換器から電機子巻線に通電している。これにより、迅速に回転電機にトルクを発生させるようにしている。   As a control device of this kind, as seen in Patent Document 1 below, while controlling the field current flowing from the DC power supply to the field winding, the power of the DC power supply is converted into AC power to generate an armature winding. It is known to supply power to. Specifically, in this control device, at the time of starting the internal combustion engine, at the same time when the field current starts to flow in the field winding or immediately before the field current starts to flow, the magnetic flux generated by flowing the field current is The armature winding is energized from the power converter so that magnetic flux in the opposite direction is generated. As a result, torque is quickly generated in the rotating electric machine.

特開2004−144019号公報JP, 2004-144019, A

ここで、上記特許文献1に記載された制御手法では、界磁電流を流し始めた後、回転電機の発生トルクを目標トルクまで迅速に立ち上げることができるとは限らない。このため、巻線界磁型の回転電機の発生トルクの応答性を向上させる技術については、未だ改善の余地を残すものとなっている。   Here, in the control method described in Patent Document 1, it is not always possible to quickly raise the torque generated by the rotating electric machine to the target torque after the field current is started to flow. For this reason, there is still room for improvement in the technology for improving the response of the torque generated by the wound-field type electric rotating machine.

本発明は、回転電機の発生トルクの応答性を向上できる回転電機の制御装置を提供することを主たる目的とする。   It is a main object of the present invention to provide a controller for a rotary electric machine that can improve the response of the torque generated by the rotary electric machine.

本発明は、界磁巻線(11)を有する回転子(12)と、電機子巻線(13U〜13W)を有する固定子(13)とを備える回転電機(10)に適用される。本発明では、前記回転電機の回転座標系において、前記界磁巻線に界磁電流を流すことによって生じる界磁磁束の向きに沿って前記電機子巻線に流れる電流がd軸電流として定義され、d軸電流と直交する方向に前記電機子巻線に流れる電流がq軸電流として定義されている。また、前記界磁磁束の打ち消し方向に流れるd軸電流の符号が負として定義され、前記回転電機がトルクを発生する場合のq軸電流の符号が正として定義されている。本発明は、前記界磁電流を制御する界磁制御部(40)と、前記界磁制御部により前記界磁電流が流され始めてから、前記界磁電流が増大して界磁目標電流に到達するまでの期間の途中において、d軸電流の変化方向を負方向のみとすることを条件としてd軸電流を変化させてかつ正のq軸電流を流すために、前記電機子巻線に流す電流を制御する電機子制御部(40)と、を備える。   INDUSTRIAL APPLICATION This invention is applied to the rotary electric machine (10) provided with the rotor (12) which has a field winding (11), and the stator (13) which has an armature winding (13U-13W). In the present invention, in the rotating coordinate system of the rotating electric machine, a current flowing through the armature winding along the direction of a field magnetic flux generated by flowing a field current through the field winding is defined as a d-axis current. , The current flowing through the armature winding in the direction orthogonal to the d-axis current is defined as the q-axis current. Further, the sign of the d-axis current flowing in the direction of canceling the field magnetic flux is defined as negative, and the sign of the q-axis current when the rotating electric machine generates torque is defined as positive. The present invention relates to a field control section (40) for controlling the field current, and a period from when the field current starts to flow by the field control section until the field current increases and reaches a field target current. An electric machine that controls the current flowing through the armature winding in order to change the d-axis current and to flow a positive q-axis current on the condition that the changing direction of the d-axis current is only in the negative direction. A child controller (40).

本発明では、d,q軸電流と、d,q軸電流の符号とが上記のように定義されている。ここで、界磁電流が流され始めてから、界磁電流が増大して界磁目標電流に到達するまでの期間の途中において、界磁磁束の打ち消し方向にd軸電流を変化させることで、界磁電流を界磁目標電流まで到達させる時間を短縮できる。ただし、d軸電流を変化させる過程の途中においてd軸電流の変化方向が正方向になる過程が含まれると、正方向になる過程において界磁巻線の自己インダクタンスが増加し、界磁電流が減少してしまうこととなる。その結果、正のq軸電流を流すことで回転電機にトルクを発生させたとしても、発生トルクの応答性が低下してしまう。   In the present invention, the d and q axis currents and the signs of the d and q axis currents are defined as described above. Here, by changing the d-axis current in the canceling direction of the field magnetic flux in the middle of the period from when the field current begins to flow to when the field current increases and reaches the field target current, The time required for the magnetic current to reach the field target current can be shortened. However, if the change direction of the d-axis current is in the positive direction during the process of changing the d-axis current, the self-inductance of the field winding increases in the positive direction, and the field current is It will decrease. As a result, even if a torque is generated in the rotating electric machine by flowing a positive q-axis current, the responsiveness of the generated torque will deteriorate.

そこで本発明では、界磁電流が流され始めてから、界磁電流が増大して界磁目標電流に到達するまでの期間の途中において、d軸電流の変化方向を負方向のみとすることを条件としてd軸電流を変化させてかつ正のq軸電流を流すために、電機子巻線に流す電流を制御する。このため、d軸電流を変化させる過程の途中において、d軸電流の変化方向が正方向になる過程が含まれることを防止でき、界磁電流が減少してしまうことを防止できる。これにより、回転電機の発生トルクの応答性を向上させることができる。   Therefore, in the present invention, the condition that the changing direction of the d-axis current is only in the negative direction in the middle of the period from when the field current starts flowing to when the field current increases and reaches the field target current In order to change the d-axis current and flow a positive q-axis current, the current flowing through the armature winding is controlled. Therefore, in the middle of the process of changing the d-axis current, it is possible to prevent the process in which the changing direction of the d-axis current is in the positive direction from being included, and it is possible to prevent the field current from decreasing. Thereby, the responsiveness of the torque generated by the rotating electric machine can be improved.

第1実施形態に係る車載制御システムの全体構成図。1 is an overall configuration diagram of an in-vehicle control system according to a first embodiment. 制御装置のトルク制御処理を示すブロック図。The block diagram which shows the torque control process of a control apparatus. エンジン始動処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of an engine starting process. dq座標系において電流ベクトルにより描かれる定電流円を示す図。The figure which shows the constant current circle drawn by a current vector in a dq coordinate system. 最大効率点を規定するd軸効率電流と界磁電流との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the d-axis efficiency current and field current which specify the maximum efficiency point. 界磁巻線等の等価回路を示す図。The figure which shows the equivalent circuit of a field winding. 第1実施形態及び関連技術1に係るエンジン始動処理の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the engine starting processing concerning a 1st embodiment and related art 1. 第1実施形態及び関連技術2に係るエンジン始動処理の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the engine starting processing concerning a 1st embodiment and related art 2. d軸の正側に設定される最大効率点を示す図。The figure which shows the maximum efficiency point set to the positive side of d-axis. 第2実施形態に係るエンジン始動処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the engine starting process which concerns on 2nd Embodiment. その他の実施形態に係るd,q軸電流の変化手法を示す図。The figure which shows the change method of d, q-axis current which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係るd,q軸電流の変化手法を示す図。The figure which shows the change method of d, q-axis current which concerns on other embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明にかかる制御装置を車載主機としてエンジンを備える車両に適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the control device according to the present invention is applied to a vehicle including an engine as a vehicle-mounted main unit will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、車両は、回転電機10及びエンジン20を備えている。回転電機10は、巻線界磁型のものであり、具体的には3相巻線を有する巻線界磁型同期機である。本実施形態では、回転電機10として、スタータ及びオルタネータの機能を統合したISG(Integrated Starter Generator)を用いている。特に本実施形態では、エンジン20の初回の始動に加えて、所定の自動停止条件が成立する場合にエンジン20を自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立する場合にエンジン20を自動的に再始動させるアイドリングストップ機能を実行する場合にも、回転電機10がスタータとして機能する。   As shown in FIG. 1, the vehicle includes a rotating electric machine 10 and an engine 20. The rotary electric machine 10 is of a winding field type, and specifically is a winding field type synchronous machine having three-phase windings. In this embodiment, an ISG (Integrated Starter Generator) in which the functions of the starter and the alternator are integrated is used as the rotary electric machine 10. Particularly, in the present embodiment, in addition to the initial start of the engine 20, the engine 20 is automatically stopped when a predetermined automatic stop condition is satisfied, and then the engine 20 is automatically stopped when a predetermined restart condition is satisfied. The rotating electric machine 10 also functions as a starter when executing the idling stop function of restarting the rotating electric machine.

回転電機10を構成する回転子12は、界磁巻線11を備え、また、エンジン20の出力軸20aと動力伝達が可能とされている。本実施形態において、回転子12は、ベルト21を介して出力軸20aに機械的に接続されている。   The rotor 12 that constitutes the rotary electric machine 10 includes the field winding 11, and is capable of transmitting power to the output shaft 20a of the engine 20. In the present embodiment, the rotor 12 is mechanically connected to the output shaft 20a via the belt 21.

回転電機を構成する固定子13には、電機子巻線として、U相巻線13U、V相巻線13V及びW相巻線13Wが巻回されている。   A U-phase winding 13U, a V-phase winding 13V, and a W-phase winding 13W are wound as armature windings on the stator 13 that constitutes the rotating electric machine.

車両は、インバータINVと、直流電源であるバッテリ22とを備えている。インバータINVには、回転電機10と、バッテリ22とが電気的に接続されている。   The vehicle includes an inverter INV and a battery 22 that is a DC power supply. The rotary electric machine 10 and the battery 22 are electrically connected to the inverter INV.

インバータINVは、U,V,W相上アームスイッチSUp,SVp,SWpと、U,V,W相下アームスイッチSUn,SVn,SWnとの直列接続体を3組備えている。U相上,下アームスイッチSUp,SUnの接続点には、U相巻線13Uの第1端が接続されている。V相上,下アームスイッチSVp,SVnの接続点には、V相巻線13Vの第1端が接続されている。W相上,下アームスイッチSWp,SWnの接続点には、W相巻線13Wの第1端が接続されている。U相巻線13U、V相巻線13V及びW相巻線13Wの第2端は、中性点で接続されている。   The inverter INV includes three sets of U, V, W-phase upper arm switches SUp, SVp, SWp and U, V, W-phase lower arm switches SUn, SVn, SWn connected in series. The first end of the U-phase winding 13U is connected to the connection point of the U-phase upper and lower arm switches SUp and SUn. The first end of the V-phase winding 13V is connected to the connection point of the V-phase upper and lower arm switches SVp and SVn. The first end of the W-phase winding 13W is connected to the connection point of the W-phase upper and lower arm switches SWp and SWn. The second ends of the U-phase winding 13U, the V-phase winding 13V, and the W-phase winding 13W are connected at a neutral point.

本実施形態では、各スイッチSUp〜SWnとして、NチャネルMOSFETを用いている。そして、各スイッチSUp〜SWnにはそれぞれ、ダイオードDUp〜DWnが逆並列に接続されている。なお、各ダイオードDUp〜DWnは、各スイッチSUp〜SWnのボディーダイオードであってもよい。また、各スイッチSUp〜SWnとしては、NチャネルMOSFETに限らず、例えばIGBTであってもよい。   In this embodiment, N-channel MOSFETs are used as the switches SUp to SWn. The diodes DUp to DWn are connected in antiparallel to the switches SUp to SWn, respectively. The diodes DUp to DWn may be body diodes of the switches SUp to SWn. Further, each of the switches SUp to SWn is not limited to the N-channel MOSFET and may be, for example, an IGBT.

各上アームスイッチSUp〜SWpの高電位側端子であるドレインには、バッテリ22の正極端子が接続されている。各下アームスイッチSUn〜SWnの低電位側端子であるソースには、バッテリ22の負極端子が接続されている。   The positive terminal of the battery 22 is connected to the drain, which is the high-potential side terminal of each of the upper arm switches SUp to SWp. The negative terminal of the battery 22 is connected to the source, which is a low-potential side terminal of each of the lower arm switches SUn to SWn.

車両は、界磁回路36を備えている。界磁回路36により、界磁巻線11に直流電圧が印加可能とされている。界磁回路36は、界磁巻線11に印加する直流電圧を調整することにより、界磁巻線11に流れる界磁電流を界磁目標電流に制御する。   The vehicle includes a field circuit 36. A DC voltage can be applied to the field winding 11 by the field circuit 36. The field circuit 36 controls the field current flowing through the field winding 11 to the field target current by adjusting the DC voltage applied to the field winding 11.

車両は、回転角検出部30、電圧検出部31、界磁電流検出部32及び相電流検出部33を備えている。回転角検出部30は、回転電機10の電気角を検出する。電圧検出部31は、バッテリ22の出力電圧をインバータINVの電源電圧VINVとして検出する。界磁電流検出部32は、界磁巻線11に流れる界磁電流を検出する。相電流検出部33は、各相巻線13U〜13Wに流れる電流のうち、少なくとも2相分の電流を検出する。なお、回転角検出部30としては、例えばレゾルバを用いることができる。また、界磁電流検出部32及び相電流検出部33としては、例えば、カレントトランス又は抵抗器を備えるものを用いることができる。   The vehicle includes a rotation angle detector 30, a voltage detector 31, a field current detector 32, and a phase current detector 33. The rotation angle detection unit 30 detects the electrical angle of the rotary electric machine 10. The voltage detection unit 31 detects the output voltage of the battery 22 as the power supply voltage VINV of the inverter INV. The field current detector 32 detects the field current flowing through the field winding 11. The phase current detector 33 detects a current for at least two phases among the currents flowing through the phase windings 13U to 13W. As the rotation angle detection unit 30, for example, a resolver can be used. Further, as the field current detection unit 32 and the phase current detection unit 33, for example, one having a current transformer or a resistor can be used.

車両は、制御装置40を備えている。制御装置40は、上記各種検出部の検出値を取り込む。制御装置40は、CPUと、記憶部としてのメモリとを備え、メモリに格納されたプログラムをCPUにて実行する。制御装置40は、回転電機10のトルクを目標トルクTrq*に制御すべく、各種検出部の検出値に基づいて、インバータINVを操作する操作信号を生成して出力する。   The vehicle includes a control device 40. The control device 40 takes in the detection values of the various detection units. The control device 40 includes a CPU and a memory as a storage unit, and the CPU executes a program stored in the memory. The control device 40 generates and outputs an operation signal for operating the inverter INV based on the detection values of various detection units in order to control the torque of the rotary electric machine 10 to the target torque Trq *.

制御装置40は、目標トルクTrq*を実現するための指令電流と回転電機10の各相巻線に流れる電流とが一致するように、各スイッチSUp〜SWnをオンオフ操作する。なお図1には、インバータINVの各スイッチSUp〜SWnを操作する信号を操作信号gUp〜gWnとして示している。なお、上記界磁回路36は、制御装置40に内蔵されていてもよいし、制御装置40に対して外付けされていてもよい。   Control device 40 turns on / off each switch SUp-SWn so that the command current for achieving target torque Trq * and the current flowing through each phase winding of rotating electric machine 10 match. In FIG. 1, signals for operating the switches SUp to SWn of the inverter INV are shown as operation signals gUp to gWn. The field circuit 36 may be built in the control device 40 or external to the control device 40.

続いて、図2を用いて、制御装置40によって実行される回転電機10のトルク制御について説明する。なお本実施形態において、制御装置40が「界磁制御部」及び「電機子制御部」を含む。   Subsequently, the torque control of the rotary electric machine 10 executed by the control device 40 will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the control device 40 includes a “field control unit” and an “armature control unit”.

目標電流設定部40aは、目標トルクTrq*に基づいて、回転電機10の回転座標系(dq座標系)の電流指令値であるd,q軸目標電流Id*,Iq*を設定する。d軸は、界磁巻線11に界磁電流を流すことによって生じる界磁磁束の向きに沿う方向で定義されている。q軸は、d軸と直交する方向で定義されている。   The target current setting unit 40a sets d, q-axis target currents Id *, Iq *, which are current command values of the rotating coordinate system (dq coordinate system) of the rotary electric machine 10, based on the target torque Trq *. The d-axis is defined as a direction along the direction of the field magnetic flux generated by passing a field current through the field winding 11. The q axis is defined in the direction orthogonal to the d axis.

2相変換部40bは、回転角検出部30により検出された電気角θと、相電流検出部33により検出された相電流とに基づいて、固定座標系におけるU,V,W相電流を、dq座標系におけるd軸電流Idrと、q軸電流Iqrとに変換する。   The two-phase conversion unit 40b calculates the U, V, and W phase currents in the fixed coordinate system based on the electrical angle θ detected by the rotation angle detection unit 30 and the phase current detected by the phase current detection unit 33. It is converted into a d-axis current Idr and a q-axis current Iqr in the dq coordinate system.

d軸偏差算出部40cは、目標電流設定部40aから出力されたd軸目標電流Id*から、2相変換部40bから出力されたd軸電流Idrを減算することにより、d軸電流偏差ΔIdを算出する。q軸偏差算出部40dは、目標電流設定部40aから出力されたq軸目標電流Iq*から、2相変換部40bから出力されたq軸電流Iqrを減算することにより、q軸電流偏差ΔIqを算出する。   The d-axis deviation calculation unit 40c subtracts the d-axis current Idr output from the two-phase conversion unit 40b from the d-axis target current Id * output from the target current setting unit 40a to obtain the d-axis current deviation ΔId. calculate. The q-axis deviation calculation unit 40d subtracts the q-axis current Iqr output from the two-phase conversion unit 40b from the q-axis target current Iq * output from the target current setting unit 40a to obtain the q-axis current deviation ΔIq. calculate.

d軸制御器40eは、d軸電流偏差ΔIdに基づいて、d軸電流Idrをd軸目標電流Id*にフィードバック制御するための操作量としてd軸指令電圧Vd*を算出する。本実施形態において、d軸制御器40eは、d軸電流偏差ΔIdに基づく比例積分制御によってd軸指令電圧Vd*を算出する。q軸制御器40fは、q軸電流偏差ΔIqに基づいて、q軸電流Iqrをq軸目標電流Iq*にフィードバック制御するための操作量としてq軸指令電圧Vq*を算出する。本実施形態において、q軸制御器40fは、q軸電流偏差ΔIqに基づく比例積分制御によってq軸指令電圧Vq*を算出する。   The d-axis controller 40e calculates the d-axis command voltage Vd * as an operation amount for feedback controlling the d-axis current Idr to the d-axis target current Id * based on the d-axis current deviation ΔId. In the present embodiment, the d-axis controller 40e calculates the d-axis command voltage Vd * by proportional-plus-integral control based on the d-axis current deviation ΔId. The q-axis controller 40f calculates the q-axis command voltage Vq * as an operation amount for feedback-controlling the q-axis current Iqr to the q-axis target current Iq * based on the q-axis current deviation ΔIq. In the present embodiment, the q-axis controller 40f calculates the q-axis command voltage Vq * by proportional-plus-integral control based on the q-axis current deviation ΔIq.

3相変換部40gは、電気角θに基づいて、d,q軸指令電圧Vd*,Vq*を、固定座標系における3相の指令電圧VU*,VV*,VW*に変換する。変調部40hは、インバータINVの各相電圧を指令電圧VU*,VV*,VW*とするための操作信号gUp〜gWnを生成する。本実施形態では、電圧検出部31により検出された電源電圧VINVで指令電圧VU*,VV*,VW*を規格化した信号と、三角波信号等のキャリア信号との大小比較に基づく三角波PWM処理により、操作信号gUp〜gWnを生成する。変調部40hは、生成した操作信号gUp〜gWnをインバータINVに出力する。これにより、各相巻線13U〜13Wには、電気角で位相が120度ずれた正弦波状の電流が流れる。   The three-phase conversion unit 40g converts the d, q-axis command voltages Vd *, Vq * into three-phase command voltages VU *, VV *, VW * in the fixed coordinate system based on the electrical angle θ. The modulator 40h generates operation signals gUp to gWn for setting the phase voltages of the inverter INV to the command voltages VU *, VV *, VW *. In the present embodiment, by the triangular wave PWM processing based on the magnitude comparison between the signal in which the command voltages VU *, VV *, VW * are standardized by the power supply voltage VINV detected by the voltage detection unit 31 and the carrier signal such as the triangular wave signal. , Operation signals gUp to gWn are generated. The modulator 40h outputs the generated operation signals gUp to gWn to the inverter INV. As a result, a sinusoidal current having a phase difference of 120 degrees in electrical angle flows through each of the phase windings 13U to 13W.

界磁偏差算出部40iは、界磁電流検出部32により検出された界磁電流Ifrから界磁目標電流If*を減算することにより、界磁電流偏差ΔIfを算出する。   The field deviation calculation unit 40i calculates the field current deviation ΔIf by subtracting the field target current If * from the field current Ifr detected by the field current detection unit 32.

界磁制御器40jは、界磁電流偏差ΔIfに基づいて、界磁電流Ifrを界磁目標電流If*にフィードバック制御するための操作量として、界磁巻線11に印加する直流電圧の指令値である界磁指令電圧Vfを算出する。本実施形態において、界磁制御器40jは、界磁電流偏差ΔIfに基づく比例積分制御によって界磁指令電圧Vfを算出する。界磁回路36は、界磁巻線11に界磁指令電圧Vfを印加するように操作される。   The field controller 40j is a command value of a DC voltage applied to the field winding 11 as an operation amount for feedback controlling the field current Ifr to the field target current If * based on the field current deviation ΔIf. The field command voltage Vf is calculated. In the present embodiment, the field controller 40j calculates the field command voltage Vf by proportional-plus-integral control based on the field current deviation ΔIf. The field circuit 36 is operated to apply the field command voltage Vf to the field winding 11.

続いて図3に、本実施形態に係るエンジン始動処理の手順を示す。この処理は、制御装置40により、例えば所定の処理周期で繰り返し実行される。   Subsequently, FIG. 3 shows a procedure of an engine starting process according to the present embodiment. This processing is repeatedly executed by the control device 40, for example, in a predetermined processing cycle.

この一連の処理では、まずステップS10において、始動指令が入力されたか否かを判定する。ここで始動指令とは、出力軸20aに初期回転を付与してエンジン20を始動させるために、回転電機10にトルクを発生させる指令である。始動指令は、回転子12の回転が停止されている状態に限らず、回転子12が回転している状態においても入力される。   In this series of processes, first, in step S10, it is determined whether a start command has been input. Here, the start command is a command that causes the rotary electric machine 10 to generate torque in order to apply initial rotation to the output shaft 20a and start the engine 20. The start command is input not only when the rotation of the rotor 12 is stopped but also when the rotor 12 is rotating.

ステップS10において肯定判定した場合には、界磁目標電流If*を0よりも大きい値までステップ状に立ち上げ、ステップS12に進む。ステップS12では、d軸目標電流Id*を、d軸電流の正方向の最大値であるd軸正側最大値Idmaxに設定する。これにより、界磁電流を流し始めると同時にd軸目標電流Id*を正方向に変化させる。またステップS12では、q軸目標電流Iq*を0に設定する。q軸目標電流Iq*が0に設定されるため、回転電機10はトルクを発生しない。   When an affirmative decision is made in step S10, the field target current If * is raised stepwise to a value larger than 0, and the routine proceeds to step S12. In step S12, the d-axis target current Id * is set to the d-axis positive side maximum value Idmax which is the maximum value of the d-axis current in the positive direction. As a result, the d-axis target current Id * is changed in the positive direction at the same time when the field current is started to flow. In step S12, the q-axis target current Iq * is set to 0. Since the q-axis target current Iq * is set to 0, the rotary electric machine 10 does not generate torque.

なお、ステップS12で設定されたd,q軸電流で規定されるdq座標系における動作点を初期動作点と称すこととする。また、d軸正側最大値Idmaxは、回転電機10の信頼性が低下しない最大電流値に設定されている。   The operating point in the dq coordinate system defined by the d and q axis currents set in step S12 will be referred to as the initial operating point. Further, the d-axis positive side maximum value Idmax is set to a maximum current value that does not reduce the reliability of the rotating electrical machine 10.

続くステップS14では、界磁目標電流If*に基づいて、d軸効率電流Ide及びq軸効率電流Iqeを算出する。d軸効率電流Ide及びq軸効率電流Iqeは、dq座標系において、回転電機10に流れる電流ベクトルIvtrの単位振幅あたりの回転電機10の発生トルクが最大となる最大効率点を規定する電流である。本実施形態において、最大効率点は、図4に示すように、電流ベクトルIvtrの振幅がその最大値となる場合に電流ベクトルIvtrによって描かれる軌跡である定電流円SI上に存在している。本実施形態において、電流ベクトルIvtrの振幅の最大値は、d軸正側最大値Idmaxと等しい。なお本実施形態において、電流ベクトルIvtrの位相βは、正側のd軸を基準として、反時計回りに回転する方向が正として定義されている。   In the following step S14, the d-axis efficiency current Ide and the q-axis efficiency current Iqe are calculated based on the field target current If *. The d-axis efficiency current Ide and the q-axis efficiency current Iqe are currents that define the maximum efficiency point at which the torque generated by the rotary electric machine 10 per unit amplitude of the current vector Ivtr flowing through the rotary electric machine 10 becomes maximum in the dq coordinate system. . In the present embodiment, the maximum efficiency point exists on the constant current circle SI that is the locus drawn by the current vector Ivtr when the amplitude of the current vector Ivtr has its maximum value, as shown in FIG. In the present embodiment, the maximum value of the amplitude of the current vector Ivtr is equal to the d-axis positive side maximum value Idmax. It should be noted that in the present embodiment, the phase β of the current vector Ivtr is defined as a positive direction in which it rotates counterclockwise with respect to the positive d axis.

本実施形態において、最大効率点を規定するq軸効率電流Iqeは、正の値である。また、最大効率点を規定するd軸効率電流Ideは、図5に示すように、界磁目標電流If*が大きくなるほど、d軸の正側にずれる特性を有している。界磁目標電流If*が所定電流以下の低電流領域においては、d軸効率電流Ideが負の値となる。これは、界磁電流が小さく磁気飽和が発生していない場合には、電流ベクトルIvtrの位相βが例えば110〜115度となるときに回転電機10の発生トルクTrqが最大となるためである。一方、界磁目標電流If*が所定電流よりも大きい大電流領域においては、d軸効率電流Ideが正の値となる。これは、界磁電流が大きく磁気飽和が発生している場合には、電流ベクトルIvtrの位相βが例えば90度未満となるときに回転電機10の発生トルクTrqが最大となるためである。   In the present embodiment, the q-axis efficiency current Iqe that defines the maximum efficiency point is a positive value. Further, as shown in FIG. 5, the d-axis efficiency current Ide that defines the maximum efficiency point has a characteristic that it shifts to the positive side of the d-axis as the field target current If * increases. In the low current region where the field target current If * is equal to or lower than the predetermined current, the d-axis efficiency current Ide has a negative value. This is because when the field current is small and magnetic saturation does not occur, the torque Trq generated by the rotary electric machine 10 becomes maximum when the phase β of the current vector Ivtr becomes 110 to 115 degrees, for example. On the other hand, in the large current region where the field target current If * is larger than the predetermined current, the d-axis efficiency current Ide has a positive value. This is because when the field current is large and magnetic saturation occurs, the torque Trq generated by the rotary electric machine 10 becomes maximum when the phase β of the current vector Ivtr becomes less than 90 degrees, for example.

本実施形態では、界磁目標電流If*と関係付けられてd,q軸効率電流Ide,Iqeが規定されたマップ情報を用いて、d,q軸効率電流Ide,Iqeを算出する。このマップ情報は、制御装置40の電流情報記憶部としてのメモリに記憶されている。なお本実施形態において、ステップS14の処理が「電流算出部」に相当する。   In the present embodiment, the d, q-axis efficiency currents Ide, Iqe are calculated using map information in which the d, q-axis efficiency currents Ide, Iqe are associated with the field target current If *. This map information is stored in the memory as the current information storage unit of the control device 40. Note that in the present embodiment, the process of step S14 corresponds to the "current calculation unit".

先の図3の説明に戻り、続くステップS16では、ステップS12で設定した初期動作点から、ステップS14で設定した最大効率点まで実際の動作点を変化させたと仮定した場合における界磁電流の増加量ΔFを予測する。具体的には、増加量ΔFは、実際の動作点を変化させたと仮定した場合において、現在の処理周期から次回の処理周期までの期間における界磁電流Ifrの増加量のことである。本実施形態において、ステップS16の処理が「予測部」に相当する。   Returning to the explanation of FIG. 3 described above, in the subsequent step S16, the field current increases when it is assumed that the actual operating point is changed from the initial operating point set in step S12 to the maximum efficiency point set in step S14. Predict the amount ΔF. Specifically, the increase amount ΔF is the increase amount of the field current Ifr in the period from the current processing cycle to the next processing cycle, assuming that the actual operating point is changed. In the present embodiment, the process of step S16 corresponds to the “prediction unit”.

本実施形態では、下式(eq1)〜(eq3)を用いて増加量ΔFを予測する。   In the present embodiment, the increase amount ΔF is predicted using the following equations (eq1) to (eq3).

Figure 0006680152
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Figure 0006680152
Figure 0006680152

Figure 0006680152
上式(eq1)において、「Lf」は界磁巻線11の自己インダクタンスを示し、「Rf」は界磁巻線11の巻線抵抗を示し、「Ts」は制御装置40の処理周期(処理タイミングの時間間隔)を示し、「Vpl」はd軸電流と界磁電流との干渉項を示す。また上式(eq2)において、「Mf」は各相巻線13U〜13Wと界磁巻線11とのd軸上における相互インダクタンスを示す。上式(eq2),(eq3)のΔDは、実際の動作点を初期動作点から最高効率点まで変化させた場合におけるd軸目標電流Id*の変化量を示す。なお上式(eq1)において、Ifr[k]は、現在の処理周期における界磁電流を示す。
Figure 0006680152
In the above equation (eq1), “Lf” indicates the self-inductance of the field winding 11, “Rf” indicates the winding resistance of the field winding 11, and “Ts” indicates the processing cycle (processing) of the control device 40. (Time interval of timing), and “Vpl” indicates an interference term between the d-axis current and the field current. In the above equation (eq2), "Mf" represents the mutual inductance on the d-axis between the phase windings 13U to 13W and the field winding 11. ΔD in the above equations (eq2) and (eq3) indicates the amount of change in the d-axis target current Id * when the actual operating point is changed from the initial operating point to the maximum efficiency point. In the above equation (eq1), Ifr [k] represents the field current in the current processing cycle.

上式(eq1)は、d軸電流を負方向に変化させることにより、干渉項Vplを正の値として増加させ、界磁電流Ifrを増加できることを示している。上式(eq1)は、界磁巻線11の電圧方程式を元にしたモデル式である。より詳しくは、下式(eq4)の電圧方程式を後退差分によって離散化することで上式(eq1)が導かれる。下式(eq4)において、「s」はラプラス演算子(微分演算子)を示す。なお図6に、界磁巻線11の等価回路を示した。   The above equation (eq1) shows that the interference term Vpl can be increased as a positive value and the field current Ifr can be increased by changing the d-axis current in the negative direction. The above equation (eq1) is a model equation based on the voltage equation of the field winding 11. More specifically, the above equation (eq1) is derived by discretizing the voltage equation of the following equation (eq4) by the backward difference. In the following expression (eq4), “s” indicates a Laplace operator (differential operator). The equivalent circuit of the field winding 11 is shown in FIG.

Figure 0006680152
続くステップS18では、現在の処理周期における界磁目標電流If*から、現在の処理周期における界磁電流Ifrを減算した値である界磁電流偏差ΔIfを算出する。そして、算出した界磁電流偏差ΔIfが、ステップS16で予測した増加量ΔF以下であるか否かを判定する。この処理は、界磁電流を流し始めた後、次回の処理周期において負方向へのd軸電流の増加を完了させたと仮定した場合に、次回の処理周期において界磁電流が界磁目標電流If*に到達するか否かを判断するための処理である。なお本実施形態において、ステップS18の処理が「到達判定部」に相当する。
Figure 0006680152
In a succeeding step S18, a field current deviation ΔIf which is a value obtained by subtracting the field current Ifr in the current processing cycle from the field target current If * in the current processing cycle is calculated. Then, it is determined whether or not the calculated field current deviation ΔIf is less than or equal to the increase amount ΔF predicted in step S16. In this process, after assuming that the increase of the d-axis current in the negative direction has been completed in the next process cycle after the flow of the field current is started, the field current becomes the field target current If in the next process cycle. This is a process for determining whether or not to reach *. In the present embodiment, the process of step S18 corresponds to the "arrival determination unit".

ステップS18において否定判定した場合には、ステップS16に戻る。一方、ステップS18において肯定判定した場合には、次回の処理周期において到達すると判定し、ステップS20に進む。ステップS20では、d軸目標電流Id*の変化方向を負方向のみとすることを条件として、初期動作点から最高効率点まで実際の動作点を変化させるようにd,q軸電流を変化させる。特に本実施形態では、電流ベクトルIvtrによって描かれる定電流円SI上を通って初期動作点から最大効率点まで実際の動作点を変化させる。これにより、回転電機10の発生トルクを迅速に立ち上げることができる。   When a negative determination is made in step S18, the process returns to step S16. On the other hand, when an affirmative determination is made in step S18, it is determined that the next processing cycle will be reached, and the process proceeds to step S20. In step S20, the d and q-axis currents are changed so as to change the actual operating point from the initial operating point to the maximum efficiency point, provided that the changing direction of the d-axis target current Id * is set only in the negative direction. Particularly, in the present embodiment, the actual operating point is changed from the initial operating point to the maximum efficiency point through the constant current circle SI drawn by the current vector Ivtr. As a result, the torque generated by the rotary electric machine 10 can be quickly raised.

ステップS20の処理により、各相巻線13U〜13Wに正のq軸電流が流れ始めるため、回転子12が回転駆動され始める。その結果、出力軸20aに初期回転が付与され、燃料噴射制御を含むエンジン20の燃焼制御が実施されることにより、その後エンジン20の始動が完了する。   By the process of step S20, a positive q-axis current starts to flow in each phase winding 13U to 13W, so that the rotor 12 starts to rotate. As a result, the output shaft 20a is given initial rotation, and the combustion control of the engine 20 including the fuel injection control is performed, whereby the start of the engine 20 is completed thereafter.

図7を用いて、本実施形態に係るエンジン始動処理を説明する。   The engine starting process according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 7.

図示されるように、本実施形態では、エンジン20の始動指令が制御装置40に入力されることにより、d軸目標電流Id*がd軸正側最大値Idmaxに設定され、q軸目標電流Iq*が0に設定される。また、始動指令が制御装置40に入力されることにより、界磁目標電流If*が設定され、界磁電流Ifrが増加し始める。   As shown in the figure, in the present embodiment, the d-axis target current Id * is set to the d-axis positive side maximum value Idmax by inputting the start command of the engine 20 to the control device 40, and the q-axis target current Iq. * Is set to 0. Further, when the start command is input to the control device 40, the field target current If * is set, and the field current Ifr starts to increase.

その後時刻t1において、界磁電流偏差ΔIfが予測した増加量ΔF以下であると判定されることにより、d軸目標電流Id*がd軸正側最大値Idmaxからd軸効率電流Ideに向かって変化し始めるとともに、q軸目標電流Iq*が0からq軸効率電流Iqeに向かって変化し始める。これにより、界磁電流Ifrが界磁目標電流If*まで急峻に立ち上がる。   After that, at time t1, it is determined that the field current deviation ΔIf is equal to or less than the predicted increase amount ΔF, so that the d-axis target current Id * changes from the d-axis positive side maximum value Idmax toward the d-axis efficiency current Ide. As it starts, the q-axis target current Iq * starts to change from 0 to the q-axis efficiency current Iqe. As a result, the field current Ifr rapidly rises to the field target current If *.

電流ベクトルIvtrによって描かれる定電流円SI上を初期動作点から最大効率点まで実際の動作点が変化する。この際、d軸目標電流Id*は、その変化方向が負方向のみとなるように変化する。また、q軸目標電流Iq*は、0から上昇して、q軸電流の正方向の最大値であるq軸正側最大値Iqmax(=Idmax)となった後、q軸効率電流Iqeに向かって減少する。これにより、界磁電流を減少させることなく、回転電機10の発生トルクを迅速に立ち上げることができる。その結果、始動指令が入力されてからエンジン20の始動が完了するまでの時間を短縮できる。   The actual operating point changes from the initial operating point to the maximum efficiency point on the constant current circle SI drawn by the current vector Ivtr. At this time, the d-axis target current Id * changes so that its changing direction is only in the negative direction. Further, the q-axis target current Iq * rises from 0 to reach the q-axis positive side maximum value Iqmax (= Idmax) which is the maximum value of the q-axis current in the positive direction, and then moves toward the q-axis efficiency current Iqe. Decrease. As a result, the torque generated by the rotary electric machine 10 can be quickly raised without reducing the field current. As a result, the time from the input of the start command to the completion of the start of the engine 20 can be shortened.

ここで図7には、関連技術1に係るエンジン始動処理を合わせて示した。以下、この技術について説明する。   Here, FIG. 7 also shows the engine starting process according to Related Art 1. Hereinafter, this technique will be described.

関連技術1では、エンジン20の始動指令が制御装置40に入力されることにより、d軸目標電流Id*が0から負方向に変化し始め、q軸目標電流Iq*が0のままとされる。また、始動指令が制御装置40に入力されることにより、界磁目標電流If*が設定され、界磁電流が増加し始める。その後時刻tAにおいて、d軸目標電流Id*が、d軸電流の負方向の最大値であるd軸負側最大値−Idmaxとなる。   In Related Art 1, the d-axis target current Id * starts to change in the negative direction from 0 by the input of the start command of the engine 20 to the control device 40, and the q-axis target current Iq * remains 0. . Further, when the start command is input to the control device 40, the field target current If * is set and the field current starts to increase. After that, at time tA, the d-axis target current Id * becomes the d-axis negative side maximum value −Idmax which is the maximum value of the d-axis current in the negative direction.

その後時刻tBにおいて、界磁電流Ifrが界磁目標電流If*に到達するため、回転電機10にトルクを発生させるべく、q軸目標電流Iq*を0から正方向に上昇させ始める。ただし、d軸目標電流Id*をd軸負側最大値−Idmaxとしていたため、その後定電流円SI上を通って実際の動作点を最高効率点まで変化させるには、d軸目標電流Id*を正方向に変化させることになる。その結果、時刻tB〜tCにおいて、界磁電流が減少してしまう。このため、時刻tCにおいて実際の動作点が最高効率点に到達したとしても、回転電機10の発生トルクは最大トルクTmaxになっておらず、発生トルクが最大トルクTmaxとなるタイミングは、時刻tDまで遅延することになる。すなわち、発生トルクの応答性が低下し、始動指令が入力されてからエンジン20の始動が完了するまでの時間が長くなる。   After that, at time tB, the field current Ifr reaches the field target current If *, so that the q-axis target current Iq * starts to increase from 0 in the positive direction in order to generate torque in the rotary electric machine 10. However, since the d-axis target current Id * is set to the d-axis negative side maximum value −Idmax, to change the actual operating point to the maximum efficiency point after passing through the constant current circle SI, the d-axis target current Id * is set. Will be changed in the positive direction. As a result, the field current decreases from time tB to time tC. Therefore, even if the actual operating point reaches the maximum efficiency point at time tC, the torque generated by the rotary electric machine 10 does not reach the maximum torque Tmax, and the timing at which the generated torque reaches the maximum torque Tmax is until the time tD. Will be delayed. That is, the responsiveness of the generated torque decreases, and the time from the input of the start command to the completion of the start of the engine 20 becomes long.

続いて、図8に、本実施形態及び関連技術2に係るエンジン始動処理を合わせて示す。図8において、本実施形態に係る処理の部分については、先の図7に示したものと同じである。以下、関連技術2について説明する。   Subsequently, FIG. 8 also shows the engine starting process according to the present embodiment and the related technique 2. In FIG. 8, the processing part according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. The related technique 2 will be described below.

関連技術2では、エンジン20の始動指令が制御装置40に入力されることにより、d軸目標電流Id*がd軸正側最大値Idmaxに設定され、q軸目標電流Iq*が0のままとされる。また、始動指令が制御装置40に入力されることにより、界磁目標電流If*が設定され、界磁電流が増加し始める。   In Related Art 2, the d-axis target current Id * is set to the d-axis positive side maximum value Idmax by inputting the start command of the engine 20 to the control device 40, and the q-axis target current Iq * remains 0. To be done. Further, when the start command is input to the control device 40, the field target current If * is set and the field current starts to increase.

その後時刻tA〜tBにおいて、定電流円SI上を実際の動作点が初期動作点から中間動作点まで変化する。ここで中間動作点は、d軸目標電流Id*がd軸負側最大値−Idmaxとなってかつq軸目標電流Iq*が0となる動作点である。初期動作点は、本実施形態に係る初期動作点と同じである。   After that, from time tA to tB, the actual operating point changes from the initial operating point to the intermediate operating point on the constant current circle SI. Here, the intermediate operating point is an operating point at which the d-axis target current Id * becomes the d-axis negative side maximum value −Idmax and the q-axis target current Iq * becomes zero. The initial operating point is the same as the initial operating point according to this embodiment.

時刻tBにおいて、界磁電流Ifrが界磁目標電流Ifに到達する。また時刻tBにおいて、実際の動作点が中間動作点から最大効率点に向かって変化し始める。ただし、関連技術1と同様に、d軸目標電流Id*をd軸負側最大値−Idmaxとしていたため、その後定電流円SI上を通って実際の動作点を最高効率点まで変化させるには、d軸目標電流Id*を正方向に変化させることになる。その結果、時刻tB〜tCにおいて、界磁電流が減少してしまう。このため、回転電機10の発生トルクが最大トルクTmaxとなるタイミングが遅延し、発生トルクの応答性が低下する。   At time tB, the field current Ifr reaches the field target current If. At time tB, the actual operating point begins to change from the intermediate operating point toward the maximum efficiency point. However, as in Related Art 1, the d-axis target current Id * is set to the d-axis negative side maximum value −Idmax. Therefore, in order to change the actual operating point to the maximum efficiency point after passing through the constant current circle SI. , D-axis target current Id * is changed in the positive direction. As a result, the field current decreases from time tB to time tC. Therefore, the timing at which the torque generated by the rotary electric machine 10 reaches the maximum torque Tmax is delayed, and the responsiveness of the torque generated is reduced.

以上説明した本実施形態の効果について説明する。   The effects of this embodiment described above will be described.

・界磁電流を流し始めた後、d軸目標電流Id*の変化方向を負方向のみとすることを条件として、実際の動作点を初期動作点から最高効率点まで変化させた。このため、実際の動作点を初期動作点から最高効率点まで変化させる過程の途中において、d軸電流の変化方向が正方向になる過程が含まれることを防止できる。これにより、界磁電流が減少してしまうことを防止でき、回転電機10の発生トルクの応答性を向上させることができる。したがって、エンジン20の始動を迅速に完了させることができる。   After the field current was started to flow, the actual operating point was changed from the initial operating point to the maximum efficiency point, provided that the d-axis target current Id * changed only in the negative direction. Therefore, it is possible to prevent a process in which the changing direction of the d-axis current becomes a positive direction in the process of changing the actual operating point from the initial operating point to the maximum efficiency point. As a result, it is possible to prevent the field current from decreasing and improve the responsiveness of the torque generated by the rotating electric machine 10. Therefore, the start of the engine 20 can be completed quickly.

なお図9に示すように、最大効率点がd軸の正側に設定され得る。この場合、関連技術1,2では、d軸目標電流Id*の正方向への変化量が大きくなり、界磁電流の減少度合いが大きくなってしまう。これに対し、本実施形態によれば、このような不都合の発生を防止できる。   Note that, as shown in FIG. 9, the maximum efficiency point can be set on the positive side of the d-axis. In this case, in Related Techniques 1 and 2, the amount of change in the d-axis target current Id * in the positive direction becomes large, and the degree of decrease in the field current becomes large. On the other hand, according to the present embodiment, such inconvenience can be prevented.

・初期動作点を規定するd軸目標電流Id*を正の値に設定した。すなわち、実際の動作点を最高効率点に向かって変化させるに先立ち、正のd軸電流を流した。このため、d軸電流の負方向への変化量を大きくすることができ、界磁電流を界磁目標電流If*まで迅速に立ち上げることができる。これにより、回転電機10の発生トルクをより迅速に立ち上げることができ、エンジン20の始動をより迅速に完了させることができる。   -The d-axis target current Id * that defines the initial operating point was set to a positive value. That is, before changing the actual operating point toward the maximum efficiency point, a positive d-axis current was passed. Therefore, the amount of change of the d-axis current in the negative direction can be increased, and the field current can be quickly raised to the field target current If *. As a result, the torque generated by the rotary electric machine 10 can be raised more quickly, and the start of the engine 20 can be completed more quickly.

・初期動作点から最大効率点まで定電流円SI上を通って実際の動作点を変化させた。このため、q軸電流を正方向に迅速に増加させることができ、回転電機10の発生トルクを最大トルクTmaxまで迅速に立ち上げることができる。   -The actual operating point was changed through the constant current circle SI from the initial operating point to the maximum efficiency point. Therefore, the q-axis current can be rapidly increased in the positive direction, and the torque generated by the rotating electrical machine 10 can be quickly raised to the maximum torque Tmax.

(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、先の第1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。本実施形態では、界磁電流の増加量ΔFの予測手法を変更する。
(Second embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment. In this embodiment, the method of predicting the increase amount ΔF of the field current is changed.

図10に、本実施形態に係るエンジン始動処理の手順を示す。この処理は、制御装置40により、例えば所定の処理周期で繰り返し実行される。なお図10において、先の図3と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。   FIG. 10 shows the procedure of the engine starting process according to the present embodiment. This processing is repeatedly executed by the control device 40, for example, in a predetermined processing cycle. Note that in FIG. 10, the same processes as those in FIG. 3 described above are denoted by the same reference numerals for convenience.

この一連の処理では、ステップS14の処理の完了後、ステップS22に進む。ステップS22では、界磁電流の増加量ΔFを予測する。本実施形態において、増加量ΔFは、界磁電流Ifr及びd軸電流の変化量ΔDと関係付けられてマップ化されている。このマップは、制御装置40の増加量記憶部としてのメモリに記憶されている。   In this series of processes, after the process of step S14 is completed, the process proceeds to step S22. In step S22, the increase amount ΔF of the field current is predicted. In the present embodiment, the increase amount ΔF is mapped in association with the field current Ifr and the change amount ΔD of the d-axis current. This map is stored in the memory as the increase amount storage unit of the control device 40.

ステップS22では、まず、上式(eq3)を用いてd軸電流の変化量ΔDを算出する。そして、算出した変化量ΔDと、現在の処理周期における界磁電流Ifrとに基づいて、マップから増加量ΔFを算出する。その後、ステップS18に進む。   In step S22, first, the change amount ΔD of the d-axis current is calculated using the above equation (eq3). Then, the increase amount ΔF is calculated from the map based on the calculated change amount ΔD and the field current Ifr in the current processing cycle. Then, it progresses to step S18.

以上説明した本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   Also according to the present embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

(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。
(Other embodiments)
The above embodiments may be modified and implemented as follows.

・上記各実施形態では、実際の動作点を、初期動作点から最高効率点まで定電流円SI上を通って変化させたがこれに限らない。例えば、図11に示すように、定電流円SIの内側の領域を通って実際の動作点を変化させてもよい。   In each of the above embodiments, the actual operating point is changed from the initial operating point to the highest efficiency point on the constant current circle SI, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 11, the actual operating point may be changed through a region inside the constant current circle SI.

・上記各実施形態では、初期動作点をd軸正側の領域に設定したがこれに限らない。例えば、d軸効率電流Ideよりもd軸正方向に初期動作点が存在することを条件として、初期動作点を規定するd軸目標電流Id*がd軸正側最大値Idmaxよりもd軸負方向の領域に存在するように、初期動作点を設定してもよい。図12には、初期動作点をdq座標系の原点0に設定する例を示した。   In each of the above embodiments, the initial operating point is set in the area on the positive side of the d-axis, but it is not limited to this. For example, the d-axis target current Id * defining the initial operating point is lower than the d-axis positive side maximum value Idmax by the d-axis negative value, provided that the initial operating point exists in the positive direction of the d-axis with respect to the d-axis efficiency current Ide. The initial operating point may be set so that it exists in the area of the direction. FIG. 12 shows an example in which the initial operating point is set to the origin 0 of the dq coordinate system.

・上記各実施形態では、定電流円SI上に最大効率点を設定したがこれに限らず、定電流円SIよりも内側の領域に最大効率点を設定してもよい。   In each of the above embodiments, the maximum efficiency point is set on the constant current circle SI, but the present invention is not limited to this, and the maximum efficiency point may be set in a region inside the constant current circle SI.

・上記各実施形態では、界磁電流を流し始めると同時に、d軸目標電流Id*を正方向に変化させ始めたがこれに限らない。例えば、界磁電流を流し始める前、又は界磁電流を流し始めた後において、d軸目標電流Id*を正方向に変化させ始めてもよい。   In each of the above-mentioned embodiments, the d-axis target current Id * is started to change in the positive direction at the same time when the field current is started to flow. For example, the d-axis target current Id * may be changed in the positive direction before the flow of the field current or after the flow of the field current.

・上記各実施形態では、d軸目標電流Id*を負方向に増加させたと仮定した場合に界磁電流が界磁目標電流If*に到達すると判定された場合、d軸電流を負方向に増加させたがこれに限らない。界磁電流を流し始めた後であれば、界磁電流が界磁目標電流If*に到達すると判定されるタイミングよりも前において、d軸目標電流Id*を負方向に増加させてもよい。   In each of the above embodiments, if it is determined that the field current reaches the field target current If * assuming that the d-axis target current Id * is increased in the negative direction, the d-axis current is increased in the negative direction. I did, but it is not limited to this. After the field current has started to flow, the d-axis target current Id * may be increased in the negative direction before the timing when it is determined that the field current reaches the field target current If *.

・回転電機としては、1つの電機子巻線群を備えるものに限らず、2つ以上の電機子巻線群を備える多重巻線型の同期機であってもよい。また、回転電機の用途としては、エンジンの始動に限らず、車載補機の駆動用等、他の用途であってもよい。   The rotary electric machine is not limited to one including one armature winding group, and may be a multiple winding type synchronous machine including two or more armature winding groups. Further, the application of the rotating electric machine is not limited to starting the engine, but may be other applications such as driving an in-vehicle accessory.

10…回転電機、11…界磁巻線、12…回転子、13…固定子、13U,13V,13W…U,V,W相巻線、40…制御装置。   10 ... Rotating electric machine, 11 ... Field winding, 12 ... Rotor, 13 ... Stator, 13U, 13V, 13W ... U, V, W phase winding, 40 ... Control device.

Claims (8)

界磁巻線(11)を有する回転子(12)と、電機子巻線(13U〜13W)を有する固定子(13)とを備える回転電機(10)に適用され、
前記回転電機の回転座標系において、前記界磁巻線に界磁電流を流すことによって生じる界磁磁束の向きに沿って前記電機子巻線に流れる電流がd軸電流として定義され、d軸電流と直交する方向に前記電機子巻線に流れる電流がq軸電流として定義されており、
前記界磁磁束の打ち消し方向に流れるd軸電流の符号が負として定義され、前記回転電機がトルクを発生する場合のq軸電流の符号が正として定義されており、
前記界磁電流を制御する界磁制御部(40)と、
前記界磁制御部により前記界磁電流が流され始めてから、前記界磁電流が増大して界磁目標電流に到達するまでの期間の途中において、d軸電流の変化方向を負方向のみとすることを条件としてd軸電流を変化させてかつ正のq軸電流を流すために、前記電機子巻線に流す電流を制御する電機子制御部(40)と、を備え
前記電機子制御部は、d軸電流を変化させるに先立ち、正のd軸電流を流すために前記電機子巻線に流す電流を制御し、
前記回転座標系において、前記回転電機に流れる電流ベクトルの単位振幅あたりの前記回転電機の発生トルクが最大となる動作点が最大効率点として定義されており、
前記電機子制御部は、d軸電流を変化させ始めるとともに正のq軸電流を流し始めた後、実際の前記動作点を前記最大効率点まで変化させるために、前記電機子巻線に流す電流を制御する回転電機の制御装置。
It is applied to a rotating electric machine (10) including a rotor (12) having a field winding (11) and a stator (13) having armature windings (13U to 13W),
In the rotating coordinate system of the rotating electric machine, a current flowing through the armature winding along the direction of a field magnetic flux generated by flowing a field current through the field winding is defined as a d-axis current. The current flowing in the armature winding in the direction orthogonal to is defined as the q-axis current,
The sign of the d-axis current flowing in the direction of canceling the field magnetic flux is defined as negative, and the sign of the q-axis current when the rotating electric machine generates torque is defined as positive.
A field controller (40) for controlling the field current,
In the middle of the period from when the field current is started to flow by the field controller to when the field current increases and reaches the field target current, the changing direction of the d-axis current is set only in the negative direction. An armature control unit (40) for controlling a current flowing through the armature winding in order to change the d-axis current and to flow a positive q-axis current as a condition ,
The armature controller controls the current flowing through the armature winding in order to flow a positive d-axis current before changing the d-axis current,
In the rotating coordinate system, the operating point at which the generated torque of the rotating electric machine per unit amplitude of the current vector flowing through the rotating electric machine is maximum is defined as the maximum efficiency point,
The armature control unit starts to change the d-axis current and starts to flow a positive q-axis current, and then changes the actual operating point up to the maximum efficiency point. For controlling a rotating electric machine that controls the motor.
前記最大効率点は、前記回転座標系において前記電流ベクトルによって描かれる定電流円上に存在しており、
前記回転座標系において、前記定電流円上に存在し、d軸電流が正の値となってかつq軸電流が0となる動作点が初期動作点として定義されており、
前記電機子制御部は、前記初期動作点から前記最大効率点まで前記定電流円上を通って実際の前記動作点を変化させるために、前記電機子巻線に流す電流を制御する請求項に記載の回転電機の制御装置。
The maximum efficiency point exists on a constant current circle drawn by the current vector in the rotating coordinate system,
In the rotating coordinate system, an operating point existing on the constant current circle and having a positive d-axis current and zero q-axis current is defined as an initial operating point,
The armature control unit, said from the initial operating point to the maximum efficiency point in order to change the actual the operating point through a constant current circle, claim 1 for controlling the current flowing in the armature winding The control device for the rotating electric machine according to item 1.
前記最大効率点を規定するd軸電流であるd軸効率電流を算出する電流算出部(40)を備え、
前記電機子制御部は、実際の前記動作点を、前記電流算出部により算出された前記d軸効率電流で規定される前記最大効率点まで変化させるために、前記電機子巻線に流す電流を制御する請求項1又は2に記載の回転電機の制御装置。
A current calculation unit (40) for calculating a d-axis efficiency current that is a d-axis current that defines the maximum efficiency point,
The armature control unit changes the current flowing through the armature winding in order to change the actual operating point to the maximum efficiency point defined by the d-axis efficiency current calculated by the current calculation unit. The control device for a rotating electric machine according to claim 1 or 2, which is controlled.
前記界磁電流と関係付けられた前記d軸効率電流の情報を記憶している電流情報記憶部(40)を備え、
前記電流算出部は、前記界磁目標電流及び前記電流情報記憶部に記憶されている情報に基づいて、前記d軸効率電流を算出する請求項に記載の回転電機の制御装置。
A current information storage unit (40) for storing information on the d-axis efficiency current associated with the field current,
The control device for a rotating electric machine according to claim 3 , wherein the current calculation unit calculates the d-axis efficiency current based on the field target current and information stored in the current information storage unit.
前記界磁電流を流し始めた後、d軸電流を負方向に変化させたと仮定した場合に前記界磁電流が前記界磁目標電流に到達するか否かを判定する到達判定部(40)を備え、
前記電機子制御部は、前記到達判定部により到達すると判定された場合、d軸電流の変化方向を負方向のみとすることを条件としてd軸電流を変化させてかつ正のq軸電流を流すために、前記電機子巻線に流す電流を制御する請求項1〜のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
An arrival determination unit (40) for determining whether or not the field current reaches the field target current, assuming that the d-axis current is changed in the negative direction after the field current is started to flow. Prepare,
When the arrival determination unit determines that the armature control unit reaches, the armature control unit changes the d-axis current and supplies a positive q-axis current on condition that the changing direction of the d-axis current is only the negative direction. Therefore, the control device for a rotary electric machine according to any one of claims 1 to 4 for controlling the current flowing in the armature winding.
前記界磁電流を流し始めた後、d軸電流を負方向に変化させたと仮定した場合における前記界磁電流の増加量を予測する予測部(40)を備え、
前記到達判定部は、前記予測部により予測された前記増加量が、現在の前記界磁電流と前記界磁目標電流との差分以上となると判定した場合、前記界磁電流が前記界磁目標電流に到達すると判定する請求項記載の回転電機の制御装置。
A prediction unit (40) for predicting an increase amount of the field current when it is assumed that the d-axis current is changed in the negative direction after the field current is started to flow;
When the arrival determination unit determines that the increase amount predicted by the prediction unit is equal to or greater than the difference between the current field current and the field target current, the field current is the field target current. The control device for the rotating electric machine according to claim 5 , wherein the control device determines that
d軸電流を負方向に変化させたと仮定した場合における前記界磁電流の増加量情報を、d軸電流の負方向への変化量及び前記界磁電流と関係付けて記憶している増加量記憶部(40)を備え、
前記予測部は、前記増加量記憶部に記憶されている情報を用いて、前記増加量を予測する請求項記載の回転電機の制御装置。
An increase amount memory that stores the increase amount information of the field current on the assumption that the d-axis current is changed in the negative direction in association with the change amount of the d-axis current in the negative direction and the field current. Part (40),
The control device for a rotary electric machine according to claim 6 , wherein the prediction unit predicts the increase amount by using information stored in the increase amount storage unit.
前記回転電機と、エンジン(20)と、を備えるシステムに適用され、
前記エンジンの出力軸(20a)と前記回転子とは動力伝達可能に接続されており、
前記電機子制御部は、前記エンジンの始動要求が入力された場合、前記出力軸に初期回転を付与すべく、前記電機子巻線に流す電流を制御する請求項1〜のいずれか1項に記載の回転電機の制御装置。
It is applied to a system including the rotating electric machine and an engine (20),
The output shaft (20a) of the engine and the rotor are connected so that power can be transmitted,
The armature control unit, when the start request of the engine is input, to impart an initial rotation to the output shaft, any one of claims 1 to 7 for controlling the current flowing in the armature winding The control device for the rotating electric machine according to item 1.
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