JP7020150B2 - 電動機の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の電流指令値に基づいて電動機の動作を制御する制御方法及び制御装置に関する。

特許文献１には、モータの回転動作により生じる振動を抑制するために、モータの電流指令値及びロータ回転角に基づきモータ出力のトルクリップルを打ち消す補償信号を求め、その補償信号を電流指令値に加える制御装置が開示されている。

特開２００７－２６７４６６号公報

上述のような制御装置においては、一般的に、モータの動作を効率よく制御するように電流指令値が算出される。このため、電流指令値に対して補償信号を加えることで、電動機であるモータによって生じる振動は抑えられるものの、電流指令値については本来の値からシフトするため、電動機の効率が低下することが懸念される。

本発明は、電動機の動作により生じる振動を低減しつつ、電動機の効率が低下するのを抑制する制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様における電動機の制御方法は、インバータを介して電動機に供給される電力に関するｄ軸及びｑ軸の電流指令値に基づいて前記電動機の動作を制御する。この制御方法は、前記電動機を効率よく制御するための効率運転が実施されるように前記ｄ軸及びｑ軸の双方の電流指令値を演算する演算ステップと、を備える。さらに電動機の制御方法は、前記効率運転から他の運転状態に切り替えるための切替条件が成立するか否かを判断する判断ステップと、前記切替条件が成立した場合には、一方の前記電流指令値を増加させるとともに他方の前記電流指令値を減少させる変更ステップと、を備える。そして、前記変更ステップにおいて、前記効率運転の運転点を示す前記電流指令値から前記他の運転状態の運転点を示す前記電流指令値に変更するとともに、前記他の運転状態の前記運転点を前記インバータから前記電動機に供給可能な電流の上限値であって前記効率運転の前記運転点を交差する等電流線と交差するように設定することを特徴とする。

この態様によれば、電動機の動作により生じる振動を低減しつつ、電動機の効率が低下するのを抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態における電動機の制御装置の構成例を示すブロック図である。 図２Ａは、電動機のｄｑ軸電流座標系における電磁加振力の等高線を示す図である。 図２Ｂは、電動機のｄｑ軸電流座標系における効率及びトルクの等高線を示す図である。 図３は、本実施形態における電動機の制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。 図４は、制振運転範囲への切替条件の一例を示す観念図である。 図５は、トルク指令値に対する閾値の設定手法を説明する図である。 図６は、電動機のトルクが一定に維持された状況で制振運転へ切り替えられたときのｄｑ軸電流の変更手法を説明する図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における電動機の動作を制御する制御装置１００の構成例を示すブロック図である。

制御装置１００は、一又は複数のコントローラにより構成され、電流ベクトル制御を実行するようにあらかじめ定められた制御プログラムを記憶する。制御装置１００は、制御プログラムを実行することにより、バッテリ４１の電力を用いて電動機に交流電力を供給する。

本実施形態の制御装置１００は、電動機を構成する電動モータ５に供給されるべき電力の電流指令ベクトルを生成し、その電流指令ベクトルに基づいて電動モータ５の回転動作を制御する。電流指令ベクトルは、電動モータ５に供給される電流のｄ軸成分及びｑ軸成分をそれぞれ示すｄ軸及びｑ軸の電流指令値によって特定される。ここにいうｄ軸及びｑ軸は、互いに電気的に直交する座標軸である。

例えば、制御装置１００は、電動モータ５を収容する筐体である車両に搭載され、電動モータ５は、車両を駆動する駆動源の一部又は全部として用いられる。車両としては、電気自動車だけでなく、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車などが含まれる。

制御装置１００は、電流指令生成部１と、演算器２１及び２２と、電流ベクトル制御器３と、インバータ部４と、電動モータ５と、電流検出器６１及び６２と、回転子検出器７と、座標変換器８と、回転速度演算器９と、補償処理部１０と、を備える。

電流指令生成部１は、電動モータ５に対するトルク指令値Ｔ^＊に基づいて、電動モータ５を効率よく制御するための効率運転が実施されるように、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊を生成する。例えば、電流指令生成部１は、電動モータ５の回転速度検出値Ｎに応じてｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊を補正する。

本実施形態の電流指令生成部１は、トルク指令値Ｔ^＊及び回転速度検出値Ｎの各パラメータを取得すると、あらかじめ定められた電流テーブルを参照する。そして電流指令生成部１は、各パラメータによって定められる運転点を特定し、その運転点に対応付けられたｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊を算出する。

上述の電流テーブルには、トルク指令値Ｔ^＊及び回転速度検出値Ｎによって特定される動作点ごとに、一組のｄ軸電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｑ軸電流指令値ｉ_ｑ１ ^＊が対応付けられている。ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊の各欄には、電動モータ５の発生トルクがトルク指令値Ｔ^＊に対して等しくなる複数組のｄ軸及びｑ軸電流値のうち、電動モータ５の効率が最大となる一組のｄ軸及びｑ軸電流値が格納される。格納された電流値は、実験データやシミュレーション結果などによりあらかじめ求められる。

電流指令生成部１は、演算したｄ軸電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｑ軸電流指令値ｉ_ｑ１ ^＊をそれぞれ演算器２１及び２２に出力する。

演算器２１及び２２は、電動モータ５を収容した車両に生じる振動や電動モータ５自体に生じる振動を抑制するためのｄ軸及びｑ軸の補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２ ^＊をそれぞれ上述の電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊に加算する。

演算器２１は、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊とｄ軸補償量をｉ_ｄ２ ^＊との加算値を、新たなｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊として電流ベクトル制御器３に出力する。演算器２２は、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ１ ^＊とｑ軸補償量ｉ_ｑ２ ^＊との加算値を、新たなｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊として電流ベクトル制御器３に出力する。

電流ベクトル制御器３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊に基づいて、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊が、それぞれ電動モータ５に供給される交流電力のｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉ_ｄ及びｉ_ｑに収束するよう電流ベクトル制御を実行する。

すなわち、電流ベクトル制御器３は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊に対して、それぞれｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉ_ｄ及びｉ_ｑをフィードバックするフィードバック制御を実行する。

電流ベクトル制御器３は、フィードバック制御を実行することにより、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値を出力する。そして電流ベクトル制御器３は、電動モータ５の電気角検出値θに基づいて、そのｄ軸及びｑ軸の電圧指令値を三相の電圧指令値に変換してインバータ部４に出力する。

インバータ部４は、バッテリ４１が接続されており、バッテリ４１には、バッテリ４１の残容量を示すＳＯＣ（State Of Charge）を検出するセンサ４２が設けられている。センサ４２は、バッテリ４１の電圧を検出するものであってもよい。

インバータ部４は、電流ベクトル制御器３から出力される三相の電圧指令値に基づいて、バッテリ４１の直流電圧を三相の交流電圧に変換して電動モータ５の各相に供給する。

例えば、インバータ部４は、複数のパワー素子を備え、バッテリ４１の電圧検出値に基づいて、三相の電圧指令値を複数のパワー素子を駆動するための駆動信号に変換し、変換した複数の駆動信号を各パワー素子の制御端子に供給する。

そして、インバータ部４は、各パワー素子の制御端子に供給される駆動信号に応じて、バッテリ４１の直流電圧を三相の交流電圧に変換し、変換した三相の交流電圧を電動モータ５の各相に供給する。これにより、電動モータ５には、三相の交流電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ及びｉ_ｗが供給される。

電動モータ５は、インバータ部４を介してバッテリ４１から供給される三相の交流電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ及びｉ_ｗによって回転駆動する。すなわち、電動モータ５は、インバータ部４によって供給される交流電力を回転エネルギーに変換する電動機である。

本実施形態の電動モータ５は、Ｕ、Ｖ及びＷの３相の巻線を備える回転電機であり、車両などの駆動源として用いることが可能である。例えば、電動モータ５は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型の三相同期電動機により実現される。

電流検出器６１及び６２は、インバータ部４から電動モータ５に供給される三相の交流電流ｉ_ｕ、ｉ_ｖ及びｉ_ｗのうち少なくとも二相の交流電流を検出する。本実施形態の電流検出器６１及び６２は、Ｕ相及びＶ相の交流電流ｉ_ｕ及びｉ_ｖを検出して座標変換器８に出力する。

回転子検出器７は、電動モータ５を構成するロータの電気角を検出する。回転子検出器７は、検出した電気角の値を示す電気角検出値θを回転速度演算器９に出力するとともに、その電気角検出値θを座標変換器８に出力する。

座標変換器８は、電動モータ５の電気角検出値θに基づいて、Ｕ相及びＶ相の交流電流ｉ_ｕ及びｉ_ｖをｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉ_ｄ及びｉ_ｑに変換して電流ベクトル制御器３に出力する

回転速度演算器９は、電気角検出値θの時間当たりの変化量から、電動モータ５の回転速度を演算する。回転速度演算器９は、演算した回転速度の値を示す回転速度検出値Ｎを電流指令生成部１に出力するとともに、その回転速度検出値Ｎを補償処理部１０に出力する。

補償処理部１０は、電動モータ５の駆動状態を効率運転から他の運転状態に切り替える切替条件が成立するか否かを判断し、切替条件が成立したと判断した場合にｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を互いに異なる方向に変化させる。すなわち、補償処理部１０は、効率運転から他の運転状態に切り替える場合には、双方の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を互いに異なる方向に変化させる切替手段を構成する。

例えば、補償処理部１０は、電動モータ５の駆動状態に応じて切替条件が成立するか否かを判断する。切替条件が成立した場合には、補償処理部１０は、電動モータ５及び車両の少なくとも一方に生じる振動を抑制する制振運転が実施されるようｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を変更する。一方、切替条件が成立しない場合には、補償処理部１０は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊の変更を抑制する。

本実施形態では、補償処理部１０は、センサ４２の検出値、カーナビゲーションシステムからの走行情報Ｄａｔａ、及び、電動モータ５の駆動状態を示すトルク指令値Ｔ^＊及び回転速度検出値Ｎなどを取得する。そして補償処理部１０は、これらのうち少なくとも一つのパラメータに基づいて、効率運転から制振運転への切替条件が成立するか否かを判断する。

具体的には、補償処理部１０は、切替条件としてトルク指令値Ｔ^＊が効率運転の実施に関する所定の閾値を下回るか否かを判断する。ここにいう所定の閾値は、インバータ部４から電動モータ５に供給される電流が上限値に達した場合において、効率運転の実施により規定される電動モータ５の最大トルクが低下しないようにあらかじめ定められる。

そしてトルク指令値Ｔ^＊が所定の閾値以上である場合には、補償処理部１０は、制振制御の実施に起因して電動モータ５の発生トルクが低下するのを回避するために、制振運転への切替条件が成立しないと判断する。

一方、トルク指令値Ｔ^＊が所定の閾値を下回る場合には、電動モータ５の最大トルクの低下が起り得ずｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊が変更可能となることから、補償処理部１０は、制振運転への切替条件が成立したと判断する。

また、補償処理部１０は、切替条件として回転速度検出値Ｎが制振運転の実施に関する所定の回転速度範囲内にあるか否かを判断する。ここにいう所定の回転速度範囲は、電動モータ５の効率運転の実施中に電動モータ５の動作によって生じる振動が急峻に増大する回転速度の範囲を示し、実験データやシミュレーション結果によりあらかじめ定められる。

そして回転速度検出値Ｎが所定の回転速度範囲内にある場合には、補償処理部１０は、電動モータ５又は車両で生じる音振のレベルが増大するのを抑制するために、制振運転への切替条件が成立したと判断する。

一方、回転速度検出値Ｎが所定の範囲以外にある場合には、補償処理部１０は、電動モータ５又は車両の音振レベルが許容値よりも低くなることから、制振運転への切替条件が成立したと判断する。

次に、補償処理部１０は、制振運転への切替条件が成立したと判断した場合には、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊のうち、一方の電流指令値を増加させるとともに他方の電流指令値を減少させる。これにより、電動モータ５又は車両に生じる振動の増大を抑制することができる。

本実施形態では、補償処理部１０は、制振運転への切替条件が成立した場合には、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を電動モータ５又は車両に生じる振動を抑制するための制振運転点に近づける。

具体的には、補償処理部１０は、あらかじめ定められた電流補償テーブルを参照し、ｄ軸及びｑ軸の補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２ ^＊を算出する。電流補償テーブルには、トルク指令値Ｔ^＊及び回転速度検出値Ｎによって特定される運転点ごとに、一組のｄ軸補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｑ軸補償量ｉ_ｑ２ ^＊が対応付けられている。

例えば、ｄ軸及びｑ軸の補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２は、電動モータ５の運転点が、トルク指令値Ｔ^＊を追随しながら、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊によって特定される効率運転点から上述の制振運転点に近づくように定められる。

一方、補償処理部１０は、制振運転への切替条件が成立しないと判断した場合には、ｄ軸及びｑ軸の補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２を互いに「０」に設定する。これにより、効率運転が実施又は継続される。

そして、補償処理部１０は、ｄ軸及びｑ軸の補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２ ^＊をそれぞれ演算器２１及び２２に出力する。これにより、切替条件の成立の有無に従って、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊に対してｄ軸及びｑ軸の補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２が反映される。すなわち、電動モータ５の駆動状態が効率運転から制振運転又は制振運転から効率運転に切り替えられる。

次に、電動モータ５の制振運転及び効率運転におけるｄ軸電流及びｑ軸電流の関係について、図２Ａ及び図２Ｂを参照して簡単に説明する。

図２Ａは、電動モータ５の特定の回転速度における電動モータ５に生じる電磁加振力の等高線の一例を示す図である。図２Ｂは、破線により示された電動モータ５の発生トルクの等高線に重ねて電動モータ５の効率の等高線を例示する図である。

図２Ａ及び図２Ｂには、ｄ軸及びｑ軸の電流座標系が示されており、横軸が電動モータ５への供給電流のｑ軸成分を示すｑ軸電流ｉ_ｑであり、縦軸がｄ軸成分を示すｄ軸電流ｉ_ｄである。そして点線により制振運転ラインＬｓｖが示され、実線により効率運転Ｌｅラインが示されている。

図２Ａに示すように、制振運転ラインＬｓｖについては、電動モータ５に生じる電磁加振力が最小となるよう、ｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑにより特定される運転点が最適化されている。この最適化された運転点のことを制振運転点ともいう。

電動モータ５の電磁加振力が大きくなるほど、電動モータ５に生じるトルクリップルが大きくなり、これに起因して電動モータ５が振動する。そして電動モータ５の振動が大きくなるほど、電動モータ５に生じる音、すなわち音振が大きくなる。さらに、電動モータ５の回転速度によっては、電動モータ５の振動により電動モータ５を固定する車両の一部が共振することでも音振が増大する。

図２Ｂに示すように、効率運転ラインＬｅについては、電動モータ５の発生トルクごとに電動モータ５の効率が最大となるように運転点が最適化されている。この最適化された運転点のことを効率運転点ともいう。

このように、効率運転ラインＬｅと制振運転ラインＬｓｖは、電動モータ５の発生トルクごとに、互いに異なる位置に運転点が設定されている。このため、電動モータ５の発生トルクが一定に維持されるような状況では、制振運転を実施する際に、効率運転点に比べて、ｑ軸電流ｉ_ｑを増加させる一方でｄ軸電流ｉ_ｄを減少させなければならない。

それゆえ、本実施形態の補償処理部１０は、電動モータ５の駆動状態を効率運転から制振運転に切り替える場合に、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を互いに異なる方向に変化させる。これにより、電動モータ５の運転点を効率運転点から制振運転点に近づけることができる。

次に、本実施形態における補償処理部１０の動作について図３を参照して詳細に説明する。

図３は、本実施形態における電動モータ５の制御方法についての処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理手順は、例えば数百ミリ秒の所定の周期で繰返し行われる。

ステップＳ１において補償処理部１０は、バッテリ４１の電力が欠乏するような事態を回避するため、車両の走行状態に基づいて、効率運転の実施を優先するか否かを判断する。

本実施形態では、バッテリ４１を搭載した車両が走行中にバッテリ４１の電力が無くなり車両が停止する事態を回避するため、補償処理部１０は、バッテリ４１のＳＯＣがバッテリ閾値を下回るか否かを判断する。

バッテリ４１のＳＯＣは、図１に示したセンサ４２により検出される。そしてバッテリ閾値は、実験データやシミュレーション結果により求められ、例えば、車両の走行履歴から予測されるバッテリ４１の電力消費量に基づき設定されるものであってもよい。

さらに、バッテリ４１を搭載した車両が最寄りの充電スポットに到達可能となるように、補償処理部１０は、車両の現在位置から最寄りの充電スポットまでの走行距離がスポット閾値を上回るか否かを判断する。最寄りの充電スポットまでの走行距離は、車両に搭載されたカーナビゲーションシステムから取得される。そしてスポット閾値は、あらかじめ定められた値でもよく、バッテリ４１の残容量に応じて変化する値であってもよい。

そして、バッテリ４１のＳＯＣがバッテリ閾値を下回る場合、又は、車両の現在位置から最寄りの充電スポットまでの走行距離がスポット閾値を上回る場合には、補償処理部１０は、効率運転の実施を優先すると判断し、ステップＳ７の処理に進む。

一方、バッテリ４１のＳＯＣがバッテリ閾値以上であり、かつ、車両の現在位置から最寄りの充電スポットまでの走行距離がスポット閾値以下である場合には、効率運転の実施を優先しないと判断する。

このように、補償処理部１０は、バッテリ４１の電力不足を予測するためのパラメータに基づいて効率運転の実施を優先するか否かを判断する。

ステップＳ２において補償処理部１０は、効率運転の実施を優先しないと判断した場合には、電動モータ５の作動モードとして効率運転が選択されたか否かを判断する。

例えば、車両の運転席には押しボタンが設けられており、作動モードとして効率運転を選択するために押しボタンを運転者が押す。これにより、補償処理部１０は、効率運転を示す作動信号を取得し、作動信号により効率運転が作動モードとして選択されたと判断する。補償処理部１０は、効率運転が選択されたと判断した場合には、ステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ３において補償処理部１０は、運転者により効率運転が選択されていないと判断した場合には、電動モータ５のトルク指令値Ｔ^＊及び回転速度検出値Ｎを取得する。

ステップＳ４において補償処理部１０は、効率運転の実施によって規定される電動モータ５の最大トルクが低下するような事態を回避するため、トルク指令値Ｔ^＊が効率運転の実施に関する所定の閾値Ｔ_１以下であるか否かを判断する。トルク指令値Ｔ^＊に対する閾値Ｔ_１の設定手法については、図５を参照して後述する。

そしてトルク指令値Ｔ^＊が閾値Ｔ_１を上回る場合には、制振運転の実施に伴う電動モータ５の最大トルクの低下によって電動モータ５の発生トルクがトルク指令値Ｔ^＊まで達しないことが起こり得る。この対策として補償処理部１０は、トルク指令値Ｔ^＊が閾値Ｔ_１を上回る場合には、ステップＳ７の処理に進み、効率運転を実施する。

一方、トルク指令値Ｔ^＊が閾値Ｔ_１以下である場合には、電動モータ５の最大トルクの低下が起り得ないことから、補償処理部１０は、電動モータ５の運転状態を効率運転から制振運転に切替え可能であると判断し、ステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５において補償処理部１０は、効率運転の実施に伴い電動モータ５又は車両の音振が過大になるのを抑えるため、回転速度検出値Ｎが、所定の下限値Ｎ_１から上限値Ｎ_２までの回転速度範囲にあるか否かを判断する。ここにいう所定の回転速度範囲は、制振運転の実施に関する範囲であり、下限値Ｎ_１及び上限値Ｎ_２の設定手法については図４を参照して後述する。

そして回転速度検出値Ｎが、下限値Ｎ_１から上限値Ｎ_２までの回転速度範囲外にある場合には、効率運転を実施したとしても電動モータ５により生じる音振のレベルが低いため、補償処理部１０は、ステップＳ７の処理に進み、効率運転を実施する。

一方、回転速度検出値Ｎが、下限値Ｎ_１から上限値Ｎ_２までの回転速度範囲以内にある場合には、効率運転を実施したときに音振レベルが過大になる。このため、補償処理部１０は、制振運転を実施するためにステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６において補償処理部１０は、トルク指令値Ｔ^＊及び回転速度検出値Ｎに基づいて電流補償テーブルを参照する。そして補償処理部１０は、電流補償テーブルに対応付けられたｄ軸補償量ｉ_ｄ２ ^＊（Ｎ,Ｔ^＊）及びｑ軸補償量ｉ_ｑ２ ^＊（Ｎ,Ｔ^＊）を算出し、算出した各値をｄ軸及びｑ軸の補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２ ^＊に設定する。

これにより、効率運転を実施するために電流指令生成部１にて算出されたｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊に対し、それぞれ補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２ ^＊が加算される。

このように、補償処理部１０は、電動モータ５の駆動状態が効率運転から制振運転に切り替えられる場合には、図２Ｂに示したように、ｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊を減少させるとともに、ｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を増加させる。したがって、電動モータ５の運転点が効率運転点から制振運転点に向かってシフトするので、電動モータ５により生じる音振を抑制することができる。

また、ステップＳ４又はＳ５で効率運転から制振運転への切替条件が成立しない場合、又は、ステップＳ１又はＳ２で車両の走行状態に応じて強制的に効率運転へ切り替られる場合には、補償処理部１０は、ステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ７において補償処理部１０は、効率運転を実施するためにｄ軸及びｑ軸の補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２ ^＊の各々に「０」を設定する。これにより、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊の各々が、そのまま電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊に設定されるので、電動モータ５に対して効率運転を実施することができる。

ステップＳ６又はＳ７の処理が終了すると、補償処理部１０は、電動モータ５の制御方法についての一連の処理手順を終了させる。

なお、本実施形態の制御方法は、制振制御への切替条件としてステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４及びＳ５の各処理を実行する例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ４及びＳ５の処理のうち少なくとも一つの処理のみを実行しもよい。この場合であっても、電動モータ５の動作により生じる振動を抑制しつつ、電動モータ５の効率が低下するのを抑制することができる。

次に、電動モータ５の制振運転を実施する制振運転範囲の設定方法について図４及び図５を参照して簡単に説明する。

図４は、本実施形態における電動モータ５の制振運転範囲の一例を示す観念図である。

図４においては、横軸が電動モータ５の回転速度Ｎであり、縦軸が電動モータ５の発生トルクＴであり、電動モータ５の駆動範囲が点線により示され、制振運転範囲が実線により示されている。

電動モータ５の駆動範囲のうち、制振運転範囲内において電動モータ５の制振運転が実施され、制振運転範囲外において電動モータ５の効率運転が実施される。

図４に示すように、効率運転から制振運転への切替条件として、電動モータ５の発生トルクに対して閾値Ｔ_１が設定されている。閾値Ｔ_１には、電動モータ５が制振運転を実施した際の最大トルクの値があらかじめ設定されている。閾値Ｔ_１の設定手法については、図５を参照して後述する。

また、効率運転から制振運転への切替条件として、３つの回転速度範囲を規定する下限値Ｎ_１及び上限値Ｎ_２が設定されている。下限値Ｎ_１及び上限値Ｎ_２は、実験データやシミュレーション結果から求められた電動モータ５における固有の共振周波数ｆ_０から導出される。

一般的な分布巻モータにおいては、６次の倍数の周波数である６次高調波ｆ_６ｎの音振が増大する傾向にある。６次高調波ｆ_６ｎは、式（１）のように、共振周波数ｆ_０、極数Ｐ、及び自然数ｍを用いて算出することができる。

このため、下限値Ｎ_１及び上限値Ｎ_２は、６次高調波ｆ_６ｎの近傍において音振レベルが過大となる電動モータ５の回転速度範囲をカバーするように設定される。

このように、制振運転範囲をきめ細かく規定することにより、効率運転の実施領域が広がるので、電動モータ５の回転動作によって生じる音振が過大になるのを低減しつつ、電動モータ５の効率が低下するのを全体的に抑制することができる。

図４の例では、３つの回転速度範囲を設定したが、３つの回転速度範囲が包含されるように１又２つの回転速度範囲を設定してもよい。これにより、効率運転から制振運転へ切り替えられる機会が減少するので、切替により生じる得る電動モータ５のトルク変動を抑制することができる。

図５は、図４に示した閾値Ｔ_１を設定する手法について説明する図である。

図５には、縦軸をｄ軸電流ｉ_ｄとし横軸をｑ軸電流ｉ_ｑとした電流座標系において、複数の等電流線が破線により示され、複数の等トルク線が実線により示されている。

実線で示された等電流線は、通常、インバータ部４から電動モータ５に供給可能な電流の上限値により描かれる。等電流線上の効率運転点Ｐ０から離れるほど、電動モータ５の効率が低下するため、電動モータ５の発生トルクが小さくなる。

図５に示すように、等電流線と制振運転ラインＬｓｖとが交差する制振運転点Ｐ１を特定し、その制振運転点Ｐ１における電動モータ５の発生トルク値が閾値Ｔ_１として設定される。このように、制振運転を実施する電動モータ５において、インバータ部４から供給される電流が上限値又はその近傍に達したときの発生トルク値が閾値Ｔ_１として設定される。

制振運転と効率運転との間の切替条件としてトルク指令値Ｔ^＊に対して閾値Ｔ_１を設定することで、トルク指令値Ｔ^＊が閾値Ｔ_１を上回る場合に制振運転への切替えを禁止することが可能になる。それゆえ、電動モータ５の最大トルクが低下するという事態を回避することができる。一方、トルク指令値Ｔ^＊が閾値Ｔ_１を下回る場合に制振運転への切替えを許容することで、電動モータ５又は車両の音振レベルを低減することができる。

したがって、電動モータ５の動作により生じる音振が過大になるのを低減しつつ、電動モータ５の最大トルクが低下するのを抑制することができる。

次に、電動モータ５の運転状態が制振運転と効率運転との間で切り替えられた場合でのｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊の変更手法について、図７を参照して説明する。

図６は、電動モータ５の発生トルクが一定に維持された場面におけるｄ軸電流ｉ_ｄ及びｑ軸電流ｉ_ｑの変更手法を説明する図である。

図６には、縦軸をｄ軸電流ｉ_ｄとし横軸をｑ軸電流ｉ_ｑとした電流座標系において、複数の等トルク線が破線により示されている。

同一の等トルク線上における効率運転点Ｐｃ１は、効率運転ラインＬｅと交差する運転点であり、制振運転点Ｐｃ２は、制振運転ラインＬｓｖと交差する運転点である。

電動モータ５の運転状態が切り替えられた場合において、電動モータ５に供給される電流のｄ軸及びｑ軸成分を変更する際には、特定の応答遅れが発生する。このため、一回の電流制御で、効率運転点Ｐｃ１と制振運転点Ｐｃ２との間を移動するように補償処理部１０が補償量を変更すると、電動モータ５においてトルク変動が生じる場合がある。

この対策として、電動モータ５の発生トルクが一定に維持される場面では、補償処理部１０は、効率運転点Ｐｃ１と制振運転点Ｐｃ２との間の等トルク線上を発生トルクが所定の変化量で移動するよう、段階的にｄ軸及びｑ軸の補償量ｉ_ｄ２ ^＊及びｉ_ｑ２ ^＊を算出する。

所定の変化量は、実験データやシミュレーション結果を通じて、電動モータ５の運転状態が切り替えられた際に電動モータ５のトルク変動が抑えられる期間を求め、その期間に基づいてあらかじめ定められる。例えば、所定の変化量は、運転状態の切替時点から、電動モータ５への供給電流の応答遅れが原因で電動モータ５のトルク変動が起こる時点までの時間よりも短い期間を基準にして求められる。

このように、補償処理部１０は、切替条件が成立した場合には、電動モータ５の発生トルクがトルク指令値Ｔ^＊に追随するように、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を段階的に変更する。これにより、電動モータ５の運転状態が切り替えられた場合には、電動モータ５に生じるトルク変動を抑制することができる。

なお、上述の実施形態では電流指令生成部１がトルク指令値Ｔ^＊基づいてｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊を演算する例について説明した。しかしながら、電流指令生成部１は、このようなものに限られず、例えば、電動モータ５を一定のトルクで回転するために一定のｄ軸電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｑ軸電流指令値ｉ_ｑ１ ^＊を出力するものであってもよい。この場合であっても、本実施形態の作用効果を得ることができる。

また、本実施形態では図２Ａ及び２Ｂに示したように電動モータ５の制振運転ラインＬｓｖは、効率運転ラインＬｅよりも右下にシフトしているが、電動モータ５の効率特性及び振動特性は、これに限られるものではない。

例えば、制振運転ラインＬｓｖが効率運転ラインＬｅよりも左上にシフトする電動モータ５を制御装置１００により制御するようにしてもよい。この場合には、補償処理部１０は、電動モータ５の動作により生じる振動を低減するようにｄ軸電流指令値ｉ_ｄ ^＊を増加させるとともにｑ軸電流指令値ｉ_ｑ ^＊を減少させる。すなわち、補償処理部１０は、制振制御への切替条件が成立したと判断した場合には、双方の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ
を互いに異なる方向に変化させる。

次に、本発明の実施形態における作用効果について説明する。

本実施形態によれば、電動機を構成する電動モータ５の制御方法を実行する制御装置１００は、電動モータ５に供給される電力に関するｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊に基づいて電動モータ５の動作を制御する。この制御装置１００の電流指令生成部１は、電動モータ５を効率よく制御するための効率運転が実施されるようにｄ軸及びｑ軸の双方の電流指令値ｉ_ｄ１ ^＊及びｉ_ｑ１ ^＊を演算する演算ステップを実行する。

そして制御装置１００の補償処理部１０は、図３に示したように、効率運転から他の運転状態に切り替えるための切替条件が成立するか否かを判断する判断ステップＳ１乃至Ｓ５と、切替条件が成立した場合に一方の電流指令値を増加させるとともに他方の電流指令値を減少させる変更ステップＳ６と、を備える。

このように、電動モータ５を効率運転から、双方の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を互いに異なる方向に変更させる他の運転状態に切り替えることにより、例えば、電動モータ５の運転点を、図２Ａに示したように制振運転ラインＬｓｖに近づけることが可能になる。

このように、電動モータ５の運転点が制振運転ラインＬｓｖに近づくほど、電動モータ５により生じる振動が抑えられるので、電動モータ５により生じる振動を低減しつつ、電動モータ５の効率が低下するのを抑制することができる。すなわち、電動モータ５における音振性能と効率の両立を図ることができる。

また、本実施形態によれば、変更ステップＳ６の処理を実行する補償処理部１０は、効率運転から制振運転への切替条件が成立したと判断した場合には、トルク指令値Ｔ^＊に基づいて双方の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を所定の制振運転点に近づける。ここにいう所定の制振運転点は、電動モータ５又は電動モータ５を収容する筐体を構成する車両の振動を抑制するために最適化された運転点であり、例えば、図２Ｂに示した制振運転ラインＬｓｖ上の運転点である。

このように、双方の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を所定の制振運転点に近づけることにより、図２Ａに示したように、電動モータ５の動作により生じる音振のレベルを低減することができる。

また、本実施形態によれば、図３のステップＳ４の処理のように、補償処理部１０は、トルク指令値Ｔ^＊が効率運転の実施に関する閾値Ｔ_１を下回る場合には、双方の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を互いに異なる方向に変化させる。これにより、インバータ部４の上限電流によって制限される電動モータ５の最大トルクが低下するという事態を回避しつつ、電動モータ５の動作により生じる振動を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、効率運転から切り替えられる他の運転状態は、前記電動機又は前記電動機を収容する筐体の振動を抑制する制振運転を含む。そして補償処理部１０は、ステップＳ５の処理のように、電動モータ５の回転速度検出値Ｎが制振運転の実施に関する所定の回転速度範囲内にある場合には、双方の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を互いに異なる方向に変化させる。

上述の回転速度範囲の下限値Ｎ_１及び上限値Ｎ_２は、図４で述べたように、電動モータ５の周波数特性でのピークを含むように規定される。これにより、電動モータ５の回転速度範囲内において生じるトルクリップル、すなわち過大な音振を抑制することができる。

さらに、電動モータ５の周波数特性を考慮して回転速度範囲を規定することにより、効率運転の領域を広げることができる。したがって、電動モータ５により生じる振動が過大になるのを抑制しつつ、電動モータ５の効率を全体的に向上させることができる。

また、本実施形態によれば、補償処理部１０は、制振運転への切替条件が成立した場合には、電動モータ５に生じるトルクがトルク指令値Ｔ^＊に追随するように双方の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を段階的に変化させる。これにより、図７で述べたように、電動モータ５の発生トルクが一定に維持される状況で、電動モータ５の運転状態の切替えに伴うトルク変動を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、電動モータ５は、車両を駆動するものであり、電動モータ５を制御する制御装置１００は、車両の運転者が効率運転を優先する作動モードを選択することが可能である。

この場合において補償処理部１０は、図３のステップＳ２の処理のように、制振制御への切替条件が成立した場合であっても、運転者により効率運転が選択されたときには、電流指令生成部１の演算値をそれぞれｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊に設定する。

このように、効率運転を優先する作動モードが選択された場合に強制的に効率運転を実施することにより、車両の航続距離を延長することができる。

また、本実施形態によれば、電動モータ５は、車両に搭載されたバッテリ４１の電力を用いて車両を駆動する。そして、補償処理部１０は、ステップＳ１の処理のように、制振制御への切替条件が成立した場合であっても、バッテリ４１の残容量が所定の閾値よりも少ないときは、電流指令生成部１の演算値をそれぞれｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊に設定する。

さらに、補償処理部１０は、制振制御への切替条件が成立した場合であっても、バッテリ４１を充電可能な充電スポットと車両との走行距離が特定の閾値よりも遠いときには、電流指令生成部１の演算値をｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊に設定する。

これにより、バッテリ４１の充電状態や最寄りの充電スポットまでの走行距離などの車両の走行状態に応じて強制的に効率運転が実施されるので、バッテリ４１の電力不足により走行中の車両が停止するという事態を回避することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。例えば、制御装置１００に対してｄ軸及びｑ軸の電流指令値ｉ_ｄ ^＊及びｉ_ｑ ^＊を演算するにあたり、一般的な非干渉制御の機能を追加してもよい。

１ 電流指令生成部（演算手段、演算ステップ）
１０ 補償処理部（切替手段）
１００ 制御装置
Ｓ１、２、４、５ 判断ステップ
Ｓ６ 変更ステップ

Claims (8)

1. インバータを介して電動機に供給される電力に関するｄ軸及びｑ軸の電流指令値に基づいて前記電動機の動作を制御する制御方法であって、
   前記電動機を効率よく制御するための効率運転が実施されるように前記ｄ軸及びｑ軸の双方の電流指令値を演算する演算ステップと、
   前記効率運転から他の運転状態に切り替えるための切替条件が成立するか否かを判断する判断ステップと、
   前記切替条件が成立した場合には、一方の前記電流指令値を増加させるとともに他方の前記電流指令値を減少させる変更ステップと、を備え、
   前記変更ステップにおいて、
   前記効率運転の運転点を示す前記電流指令値から前記他の運転状態の運転点を示す前記電流指令値に変更するとともに、前記他の運転状態の前記運転点を前記インバータから前記電動機に供給可能な電流の上限値であって前記効率運転の前記運転点を交差する等電流線と交差するように設定する電動機の制御方法。
2. 請求項１に記載の電動機の制御方法であって、
   前記変更ステップは、前記切替条件が成立した場合には、前記電動機に対するトルク指令値に基づいて、前記双方の電流指令値により特定される運転点を、前記電動機又は前記電動機を収容する筐体の振動を抑制する所定の運転点に近づける、
   電動機の制御方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電動機の制御方法であって、
   前記変更ステップは、前記電動機に対するトルク指令値が前記効率運転の実施に関する閾値を下回る場合には、前記双方の電流指令値を互いに異なる方向に変化させる、
   電動機の制御方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電動機の制御方法であって、
   前記他の運転状態は、前記電動機又は前記電動機を収容する筐体の振動を抑制する制振運転を含み、
   前記変更ステップは、前記電動機の回転速度が前記制振運転の実施に関する所定の範囲内にある場合には、前記双方の電流指令値を互いに異なる方向に変化させる、
   電動機の制御方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電動機の制御方法であって、
   前記変更ステップは、前記切替条件が成立した場合には、前記電動機に生じるトルクがトルク指令値に追随するように前記双方の電流指令値を段階的に変化させる、
   電動機の制御方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電動機の制御方法であって、
   前記電動機は、車両を駆動するものであり、
   前記変更ステップは、前記切替条件が成立した場合であっても、前記効率運転が選択されたときには、前記演算ステップにより演算される双方の値をそれぞれ前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令値として設定する、
   電動機の制御方法。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の電動機の制御方法であって、
   前記電動機は、車両に搭載されたバッテリの電力を用いて前記車両を駆動するものであり、
   前記変更ステップは、前記切替条件が成立した場合であっても、前記バッテリの残容量が所定の閾値よりも少ないとき、又は、前記バッテリを充電可能な充電スポットと前記車両との距離が特定の閾値よりも遠いときには、前記演算ステップにより演算される双方の値をそれぞれ前記ｄ軸及びｑ軸の電流指令値として設定する、
   電動機の制御方法。
8. インバータを介して電動機に供給される電力に関するｄ軸及びｑ軸の電流指令値に基づいて前記電動機の動作を制御する制御装置であって、
   前記電動機を効率よく制御するための効率運転が実施されるように、前記ｄ軸及びｑ軸の双方の電流指令値を演算する演算手段と、
   前記効率運転から他の運転状態に切り替える場合には、前記双方の電流指令値を互いに異なる方向に変化させる切替手段と、を備え、
   前記切替手段は、
   前記効率運転の運転点を示す前記電流指令値から前記他の運転状態の運転点を示す前記電流指令値に変更するとともに、前記他の運転状態の前記運転点を前記インバータから前記電動機に供給可能な電流の上限値であって前記効率運転の前記運転点を交差する等電流線と交差するように設定する電動機の制御装置。

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