WO2017014249A1 - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

回転電機の制御装置は、界磁電流の指令値と実際値との偏差に基づいて、電機子巻線に印加する電機子電圧のｄ軸成分の指令値である第１指令電圧を補正する第１補正部及び、前記電機子電流のｄ軸成分の指令値と実際値との偏差に基づいて、界磁巻線に印加する界磁電圧の指令値である第２指令電圧を補正する第２補正部の少なくとも一方を備え、前記第１補正部、及び前記第２補正部の少なくとも一方によって、前記電機子電流のｄ軸成分と前記界磁電流とを非干渉化する。

Description

回転電機の制御装置

　本開示は、通電された界磁巻線により生じる界磁磁束に基づいてトルクを発生させる界磁巻線型回転電機の制御装置に関する。

　同期式回転電機のトルクを一定値に維持しつつ該同期式回転電機の回転速度を増加させる場合、この同期式回転電機の制御装置は、前記同期式回転電機の電機子巻線に流れるｄ軸電流を負の方向に増加させる弱め磁束制御を実施する。また、界磁巻線型回転電機のトルクを増加させる場合、この界磁巻線型回転電機の制御装置は、該界磁巻線型回転電機の界磁巻線に流れる界磁電流を増加させて、界磁磁束を強める制御（界磁磁束制御）を実施する。

　例えば、界磁巻線型回転電機の制御装置は、上記弱め磁束制御および界磁磁束制御を実行する場合がある。このとき、界磁巻線と電機子巻線との間に磁気結合が存在するため、ｄ軸電流の変化により、界磁巻線に外乱電圧が発生する。この外乱電圧により、界磁電流が変動する。同様に、界磁電流の変化により、電機子巻線に外乱電圧が発生し、ｄ軸電流が変動する。この界磁電流及びｄ軸電流の変動の結果、界磁巻線型回転電機のトルク変動が生じる。特に、近年、高トルク応答を実現するために、界磁巻線が低インダクタンス化されており、外乱電圧による界磁電流の変動による上記界磁巻線型回転電機のトルクに対する影響が顕著となっている。

　ここで、上記外乱電圧によるトルク変動を抑制するために、特許文献１に開示された従来の制御装置は、ｄ軸電流の変化量に基づいて、界磁電流指令値を補正する構成を有している。

特開２００８－１４１８３８号公報

　界磁電流とｄ軸電流との干渉は、界磁電圧及びｄ軸電圧に対して電圧外乱として作用する。このため、界磁電流指令値を補正する従来の制御装置の構成では、特に、電圧外乱による影響が大きい場合に、界磁電圧が界磁電圧の指令値に対して追従できない場合がある。この結果、界磁電流が界磁電流指令値に追従できないという問題が生じる恐れがある。

　本開示は、上記課題に鑑みて為されたものであり、干渉電圧による外乱の影響を低減することにより、界磁電流及びｄ軸電流の変動を抑制することが可能な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。

　本開示の第１の例示的構成は、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の制御装置であり、前記電機子巻線に流れる電機子電流、及び前記界磁巻線に流す界磁電流を制御する制御装置である。この制御装置は、前記電機子電流のｄ軸成分の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記電機子巻線に印加する電機子電圧のｄ軸成分の指令値である第１指令電圧を設定する第１指令電圧設定部と、前記界磁電流の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記界磁巻線に印加する界磁電圧の指令値である第２指令電圧を設定する第２指令電圧設定部と、を備えている。
　さらに、制御装置は、前記界磁電流の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記第１指令電圧を補正する第１補正部、及び前記電機子電流のｄ軸成分の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記第２指令電圧を補正する第２補正部（４３，４７，４４ａ，４９ａ）の少なくとも一方を備えており、前記第１補正部、及び前記第２補正部の少なくとも一方によって、前記電機子電流のｄ軸成分と前記界磁電流とを非干渉化する。

　上記構成によれば、界磁電流の目標値と実際値との偏差に基づいて、第１指令電圧が補正される。または、電機子電流のｄ軸成分の目標値と実際値との偏差に基づいて、第２指令電圧が補正される。そして、第１指令電圧又は第２指令電圧の補正によって、界磁電流と電機子電流とが非干渉化される。従来技術のように界磁電流の目標値を補正する構成ではなく、第１指令電圧及び第２指令電圧を補正する構成としているため、干渉電圧による外乱が適切に補償される。このため、干渉電圧による外乱が大きい場合であっても、界磁電流及びｄ軸電流の変動を抑制することが可能となり、回転電機のトルク変動を抑制できる。

本開示の第１実施形態の電気的構成を表す図。 ｄ軸電流と界磁電流との干渉を表す図。 第１実施形態に関わる制御装置及び回転電機を表すモデル図。 図１に示す回転電機の回転速度の変化を表すタイミングチャート。 非干渉化制御を行わない場合におけるｄ軸電流、ｑ軸電流、界磁電流、及び、回転電機のトルクの変化を表すタイミングチャート。 従来技術の非干渉化制御を実施した場合のｄ軸電流、ｑ軸電流、界磁電流、及び、回転電機のトルクの変化を表すタイミングチャート。 第１実施形態の非干渉化制御を実施した場合のｄ軸電流、ｑ軸電流、界磁電流、及び、上記回転電機のトルクの変化を表すタイミングチャート。 本開示の第２実施形態の制御装置を表すモデル図。

　（第１実施形態）
　以下、本開示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の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

　図１に示すように、回転電機１０は、多相巻線を有する巻線界磁型回転電機である。具体的には、回転電機１０は、３相巻線を有する巻線界磁型同期回転電機である。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（発電機）の機能を統合したＩＳＧ（Integrated　Starter　Generator）を想定している。特に本実施形態では、エンジン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。

　回転電機１０を構成するロータ１１（回転子）は、界磁巻線１２を備え、また、エンジンのクランク軸と動力伝達が可能とされている。本実施形態において、ロータ１１は、ベルトを介してクランク軸に連結（より具体的には直結）されている。回転電機１０のステータ１３（固定子）には、電機子巻線１４が巻回されている。

　回転電機１０の電機子巻線１４には、インバータ２０が接続されている。インバータ２０には、直流電源２１が接続されている。インバータ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相高電位側スイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相低電位側スイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの直列接続体を３組備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相における上記直列接続体の接続点は、電機子巻線１４のＵ，Ｖ，Ｗ相の端子に接続されている。

　本実施形態では、各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎとして、ＩＧＢＴを用いている。そして、各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎにはそれぞれ、還流ダイオードＤＵｐ～ＤＷｎが並列に接続されている。また、各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳ－ＦＥＴであってもよい。なお、スイッチＳＵｐ～ＳＷｎとしてＭＯＳ－ＦＥＴを用いる場合、還流ダイオードＤＵｐ～ＤＷｎとして、各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎのボディダイオードを用いてもよい。

　インバータ２０の高電位側の端子（各高電位側スイッチのコレクタ側の端子）には、直流電源２１の正極端子が接続されている。低電位側の端子（各低電位側スイッチのエミッタ側の端子）には、直流電源２１の負極端子が接続されている。

　界磁巻線１２には、界磁電流出力部２２によって直流電圧が印加可能とされている。界磁電流出力部２２は、直流電源２１から供給される電力を用いて、界磁巻線１２に印加する界磁電圧ｖｆを調整することにより、界磁巻線１２に流れる界磁電流ｉｆを制御する。このように、電機子巻線１４及び界磁巻線１２は共通の直流電源２１から電力を供給される。

　制御装置４０は、界磁電流検出部３０から界磁電流ｉｆの検出値を取得する。そして、制御装置４０は、界磁電流ｉｆをその指令値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１２に印加する界磁電圧ｖｆの指令値である界磁電圧指令値ｖｆ＊を算出する。本実施形態では、制御装置４０は、界磁電流ｉｆの実際値と界磁電流指令値ｉｆ＊との偏差に基づく比例積分制御によって界磁電圧指令値ｖｆ＊を算出する。

　また、制御装置４０は、回転電機１０のトルク指令値Ｔ＊と回転角速度ωに基づき、ｄ軸電流ｉｄ（電機子電流のｄ軸成分）の指令値であるｄ軸電流指令値ｉｄ＊、及び、ｑ軸電流ｉｑ（電機子電流のｑ軸成分）の指令値であるｑ軸電流指令値ｉｑ＊を算出する。ここで、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑは、回転電機１０を構成するロータ１１に定義された回転座標系であるｄｑ軸座標系上におけるｄ軸電流及びｑ軸電流の組から成る電流ベクトルの要素である（図２参照）。例えば、ｄ軸は、ロータ１１の磁束の方向とし、ｑ軸を、ｄ軸の電磁気的に直交する方向（ｄ軸よりも位相がπ/２位相進んでいる方向）とする。

　制御装置４０は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊、及び、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊に基づき、操作信号ｇＵｐ～ｇＷｎを生成する。より具体的には、制御装置４０は、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値ｉｑ＊、及び、相電流検出部３１から取得した相電流ｉｖ，ｉｗの検出値に基づいて、各相の指令電圧ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊を算出する。そして、制御装置４０は、指令電圧ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊と、キャリア信号ｔｐ（例えば三角波信号）との大小比較に基づくＰＷＭ処理によって操作信号ｇＵｐ～ｇＷｎ生成する。

　そして、制御装置４０は、生成された操作信号ｇＵｐ～ｇＷｎをインバータ２０に出力する。これにより、電機子巻線１４のＵ，Ｖ、Ｗ相には、電気角で互いに位相が１２０度ずれた正弦波状の電圧が印加され、電気角で互いに位相が１２０度ずれた正弦波状の電流が流れることとなる。

　ここで、界磁巻線型の回転電機１０の出力トルクＴは、
　Ｔ＝Ｐｎ｛φａ・ｉｑ＋（Ｌｄ－Ｌｑ）ｉｄ・ｉｑ｝　　（１）
と表すことができる。Ｐｎはロータ１１の極対数、φａは界磁磁束、ｉｑはｑ軸電流、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｌｑはｑ軸インダクタンスである。

　界磁巻線型の回転電機１０は、ＳＰＭモータ（SPM: Surface Permanent Magnet）と同様に、ｄ軸インダクタンスＬｄの大きさとｑ軸インダクタンスＬｑの大きさは等しいと見なすことができる。このため、出力トルクＴは、
　Ｔ＝Ｐｎ・φａ・ｉｑ　　　（２）
と表すことができる。

　界磁巻線型の回転電機１０において、
φａ＝Ｍｆ・ｉｆ　　　（３）
が成立する。
　ここで、Ｍｆは界磁巻線１２と電機子巻線１４との間の相互インダクタンス、ｉｆは界磁電流である。
　この式３から、出力トルクＴは、
　Ｔ＝Ｐｎ・Ｍｆ・ｉｆ・ｉｑ　　　（４）
と表すことができる。
　つまり、回転電機１０は、界磁電流ｉｆ及びｑ軸電流ｉｑを適切に調整することで、出力トルクＴを制御することができる。

　図２に回転電機１０をｄｑ軸モデルで表した図を示す。界磁巻線１２の自己インダクタンスＬｆによる界磁磁束と、ｄ軸インダクタンスＬｄによるｄ軸磁束とは、対向して生じる。界磁巻線１２と電機子巻線１４との間の相互インダクタンスをＭｆとして表すことができる。

　界磁巻線１２に対する印加電圧をｖｆ、界磁巻線１２の抵抗成分である界磁巻線抵抗をＲｆ、界磁巻線１２の自己インダクタンスである界磁インダクタンスをＬｆ、ｄ軸電圧（電機子電圧のｄ軸成分）をｖｄ、ｑ軸電圧（電機子電圧のｑ軸成分）をｖｑ、電機子巻線１４の抵抗成分である電機子巻線抵抗をＲ、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑ、ロータ１１の回転角速度をω、微分演算子をｓとした場合に、下式（５）のように巻線界磁型回転電機１０の電圧方程式を記述することができる。

　式（５）を変形することで、界磁電流ｉｆは、
　ｉｆ＝（ｖｆ－ｓ・Ｍｆ・ｉｄ）／（Ｌｆ・ｓ＋Ｒｆ）
と表すことができ、ｄ軸電流ｉｄは、
　ｉｄ＝（ｖｄ＋ω・Ｌｑ・ｉｑ－ｓ・Ｍｆ・ｉｆ）／（Ｌｄ・ｓ＋Ｒ）
として表すことができる。

　ここで、回転角速度ωを増加させる場合、制御装置４０は、ｄ軸電流ｉｄを負の方向に増加させる、いわゆる、弱め界磁制御を実施する。ｄ軸電流ｉｄが負の方向に増加することで、界磁電流ｉｆが正の方向に増加する。また、出力トルクＴを増加させる場合、制御装置４０は、界磁電流ｉｆを正の方向に増加させる。界磁電流ｉｆが正の方向に増加することで、ｄ軸電流ｉｄが負の方向に増加する。

　従来技術（特開２００８－１４１８３８号公報）として、ｄ軸電流ｉｄの変化量に基づいて、界磁電流指令値ｉｆ*を補正する構成が開示されている。ここで、界磁電流ｉｆとｄ軸電流ｉｄとの干渉は、界磁電流出力部２２の出力である界磁電圧ｖｆに対して電圧外乱として作用する。このため、従来技術のように界磁電流指令値ｉｆ*を補正する構成では、界磁電圧ｖｆが界磁電圧指令値ｖｆ*に対して追従できず、その結果、界磁電流ｉｆが界磁電流指令値ｉｆ*に追従できないという問題が生じる。

　そこで、本実施形態に関わる制御装置４０は、回転電機１０の逆モデルを用いて、ｄ軸電流ｉｄと界磁電流ｉｆとを非干渉化する。

　図３の右側に制御対象（プラント）としての回転電機１０のモデル図を示す。なお、ｄ軸電流ｉｄと界磁電流ｉｆとの干渉をモデル化するために、図３では、ｄ軸電流ｉｄ及び界磁電流ｉｆについてのみ記載し、ｑ軸電流ｉｑ（及び、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの間で生じる干渉）は省略している。

　すなわち、モデル化された回転電機１０は、干渉部５１、一次遅れ要素５２、干渉部５３、一次遅れ要素５４、および干渉電圧生成部５５を有しており、干渉電圧生成部５５は、微分要素５６及び微分要素５７から構成されている。
　回転電機１０に対して、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊及び界磁電圧指令値ｖｆ＊が入力される。干渉部５１には、界磁電圧指令値ｖｆ＊と、干渉電圧ｓ・Ｍｆ・ｉｄとが入力される。ここで、干渉電圧は、微分要素５６である（ｓ・Ｍｆ）に対し、ｄ軸電流の実際値ｉｄが入力されたときの出力値である。干渉部５１から出力される電圧（ｖｆ＊－ｓ・Ｍｆ・ｉｄ）は、一次遅れ要素５２である（１／Ｌｆｓ＋Ｒｆ）、つまり、界磁巻線１２におけるアドミタンスに入力され、界磁電流ｉｆの実際値が下式（６）に示す値として出力される。
　ｉｆ＝（ｖｆ－ｓ・Ｍｆ・ｉｄ）／（Ｌｆ・ｓ＋Ｒｆ）　　（６）

　干渉部５３には、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊と、干渉電圧ｓ・Ｍｆ・ｉｆとが入力される。ここで、干渉電圧は、微分要素５７である（ｓ・Ｍｆ）に対し、界磁電流の実際値ｉｆが入力されたときの出力値である。干渉部５３から出力される電圧（ｖｄ＊－ｓ・Ｍｆ・ｉｆ）は、一次遅れ要素５４である（１／Ｌｄｓ＋Ｒ）、つまり、ｄ軸におけるアドミタンスに入力され、ｄ軸電流ｉｄの実際値が下式（７）に示す値として出力される。
　ｉｄ＝（ｖｄ－ｓ・Ｍｆ・ｉｆ）／（Ｌｄ・ｓ＋Ｒ）　　（７）

　ここで、図３の回転電機１０では、微分要素５６及び微分要素５７から構成される干渉電圧生成部５５によって、ｄ軸電流ｉｄと界磁電流ｉｆとの干渉電圧が生じている。

　図３の左側に制御装置４０が備える回転電機１０の逆モデルを示す。この逆モデルは、偏差算出部４１、ＰＩ演算部４２、非干渉化部４３、偏差算出部４４、ＰＩ演算部４５、非干渉化部４６、比例要素４７、および比例要素４８を備えている。
　偏差算出部４１は、界磁電流の指令値ｉｆ＊に対する界磁電流の実際値ｉｆの偏差Δｉｆを算出する。ＰＩ演算部４２は、偏差Δｉｆに対してＰＩ演算（比例積分演算）を実施する。より具体的には、ＰＩ演算部４２は、比例要素Ｋｆ・Ｌｆと、積分要素Ｋｆ・Ｒｆ／ｓの和として表すことができる。ここで、Ｋｆは積分ゲインである。

　ＰＩ演算部４２の出力は、干渉電圧Δｖｆを含まない界磁電圧指令値ｖｆ＊に相当する。非干渉化部４３は、ＰＩ演算部４２の出力と、干渉電圧Δｖｆとの和を、非干渉化された界磁電圧指令値ｖｆ＊として出力する。つまり、非干渉化部４３は、界磁電圧指令値ｖｆ＊の補正を行う。ここで、干渉電圧Δｖｆは、後述するｄ軸電流の偏差Δｉｄを、比例要素４７（Ｋｄ・Ｍｆ）に入力することで算出される。

　偏差算出部４４は、ｄ軸電流の指令値ｉｄ＊に対するｄ軸電流の実際値ｉｄの偏差Δｉｄを算出する。ＰＩ演算部４５は、偏差Δｉｄに対してＰＩ演算を実施する。より具体的には、ＰＩ演算部４５は、比例要素Ｋｄ・Ｌｄと、積分要素Ｋｄ・Ｒ／ｓの和として表すことができる。ここで、Ｋｄは積分ゲインである。

　ＰＩ演算部４５の出力は、干渉電圧Δｖｄを含まないｄ軸電圧指令値ｖｄ＊に相当する。非干渉化部４６は、ＰＩ演算部４５の出力と、干渉電圧Δｖｄとの和を、非干渉化されたｄ軸電圧指令値ｖｄ＊として出力する。つまり、非干渉化部４６は、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊の補正を行う。ここで、干渉電圧Δｖｄは、界磁電流の偏差Δｉｆを、比例要素４８（Ｋｆ・Ｍｆ）に入力することで算出される。

　本実施形態のＰＩ演算部４５が、「第１指令電圧設定部」に相当し、ＰＩ演算部４２が、「第２指令電圧設定部」に相当し、比例要素４８及び非干渉化部４６が、「第１補正部」に相当し、比例要素４７及び非干渉化部４３が、「第１補正部」に相当する。また、ｄ軸電圧指令値ｖｄ＊が「第１指令電圧」に相当し、界磁電圧指令値ｖｆ＊が「第２指令電圧」に相当する。
　また、本実施形態では、比例要素４７及び比例要素４８によって構成される干渉電圧算出部４９によって、干渉電圧Δｖｆ，Δｖｄを算出している。このように、本実施形態では、ｄ軸電流ｉｄと界磁電流ｉｆとを非干渉化することで、制御システム全体を一次遅れ系として取り扱うことができる。

　図４に示すように、所定期間である例えば０．１［ｓ：ｓｅｃ］において、回転速度ｆ（ｆ＝ω／２π）が２０００ｒｐｍから７０００ｒｐｍまで増加するような状況下におけるｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、界磁電流ｉｆ、トルクＴの変化を図５～７に示す。ここで、図５は、非干渉化を行わなかった場合を示し、図６は、従来技術（特開２００８－１４１８３８号公報）における非干渉化を行った場合を示し、図７は、本実施形態における非干渉化を行った場合を示している。

　図５に示す非干渉化を行わなかった場合では、回転速度ｆの増加とともに、ｄ軸電流ｉｄが負の方向に増加する（図５における符号（ａ）参照）。このｄ軸電流ｉｄの変化に伴って、界磁電流ｉｆが変化し（図５における符号（ｃ）参照）、その結果、トルク変動が生じている（図５における符号（ｄ）参照）。図６に示す従来技術における非干渉化を行った場合では、ｄ軸電流ｉｄの変化に示されるように、制御開始時において、制御破綻が生じている。

　一方、図７に示す本実施形態における非干渉化を行った場合では、ｄ軸電流ｉｄの変化に関わらず、界磁電流ｉｆの変化を抑制することができ、その結果、トルク変動を抑制することができる。

　以下、本実施形態に関わる制御装置４０により得られる効果を述べる。

　制御装置４０は、従来技術のように界磁電流指令値ｉｆ*を補正する構成ではなく、界磁電圧指令値ｖｆ*及びｄ軸電圧指令値ｖｄ*を補正する構成としている。このため、干渉電圧Δｖｆ，Δｖｄによる外乱が適切に補償され、界磁電流ｉｆ及びｄ軸電流ｉｄの変動を抑制することが可能となり、トルク変動を抑制できる。

　より具体的には、制御装置４０は、ｄ軸電流の指令値ｉｄ*と実際値ｉｄとの偏差Δｉｄに対して、係数（Ｋｄ・Ｍｆ）を乗算することで、界磁電圧指令値ｖｆ＊の補正量（干渉電圧）を算出する。このような構成にすることで、簡易な構成で干渉電圧を算出することが可能になる。同様に、制御装置４０は、界磁電流の指令値ｉｆ*と実際値ｉｆとの偏差Δｉｆに対して、係数（Ｋｆ・Ｍｆ）を乗算することで、ｄ軸電圧指令値ｖｄ*の補正量（干渉電圧）を算出する。このような構成にすることで、簡易な構成で干渉電圧を算出することが可能になる。

　（第２実施形態）
　図８に第２実施形態における制御装置４０ａが備える回転電機１０の逆モデルを示す。
　この逆モデルは、偏差算出部４１ａ、操作量算出部４２ａ、微分要素４３ａ、非干渉化部４４ａ、偏差算出部４５ａ、操作量算出部４６ａ、微分要素４７ａ、および非干渉化部４８ａを備えている。
　偏差算出部４１ａは、界磁電流の指令値ｉｆ＊に対する界磁電流の実際値ｉｆの偏差Δｉｆを算出する。操作量算出部４２ａ（第２操作量算出部として機能する）は、偏差Δｉｆに対して積分演算を実施し、電流操作量ｉｆ**（第２操作量）を算出する。より具体的には、操作量算出部４２ａは、一次遅れ要素Ｋｆ／ｓとして表すことができる。ここで、Ｋｆは積分ゲインである。電流操作量ｉｆ**は、微分要素４３ａ（Ｌｆｓ＋Ｒｆ）に入力される。微分要素４３ａは、界磁巻線１２のインピーダンスであり、回転電機１０の一次遅れ要素５２の逆数である。

　微分要素４３ａの出力は、干渉電圧Δｖｆを含まない界磁電圧指令値ｖｆ*に相当する。非干渉化部４４ａは、微分要素４３ａの出力と、干渉電圧Δｖｆとの和を、非干渉化された界磁電圧指令値ｖｆ*として出力する。ここで、干渉電圧Δｖｆは、後述するｄ軸電流の電流操作量ｉｄ**を、微分要素４９ａdである（ｓＭｆ）に入力することで算出される。

　偏差算出部４５ａは、ｄ軸電流の指令値ｉｄ*に対するｄ軸電流の実際値ｉｄの偏差Δｉｄを算出する。操作量算出部４６ａ（第１操作量算出部として機能する）は、偏差Δｉｄに対して積分演算を実施し、電流操作量ｉｄ**（第１操作量）を算出する。より具体的には、操作量算出部４６ａは、一次遅れ要素Ｋｄ／ｓとして表すことができる。ここで、Ｋｄは積分ゲインである。電流操作量ｉｄ**は、微分要素４７ａ（Ｌｄｓ＋Ｒｄ）に入力される。微分要素４７ａは、電機子巻線１４のｄ軸インピーダンスであり、回転電機１０の一次遅れ要素５４の逆数である。

　微分要素４７ａの出力は、干渉電圧Δｖｄを含まないｄ軸電圧指令値ｖｄ*に相当する。非干渉化部４８ａは、微分要素４７ａの出力と、干渉電圧Δｖｄとの和を、非干渉化されたｄ軸電圧指令値ｖｄ*として出力する。ここで、干渉電圧Δｖｄは、界磁電流の電流操作量ｉｆ**を、微分要素５０ａ（ｓＭｆ）に入力することで算出される。

　本実施形態の操作量算出部４６ａ及び微分要素４７ａが、「第１指令電圧設定部」に相当し、操作量算出部４２ａ及び微分要素４３ａが、「第２指令電圧設定部」に相当し、微分要素５０ａ及び非干渉化部４８ａが、「第１補正部」に相当し、微分要素４９ａ及び非干渉化部４４ａが、「第２補正部」に相当する。
　また、本実施形態では、微分要素４９ａ及び微分要素５０ａを含む干渉電圧算出部５１ａによって、干渉電圧Δｖｆ，Δｖｄを算出している。また、第２実施形態の制御装置４０ａが備える回転電機１０の逆モデルは、第１実施形態の制御装置４０が備える回転電機１０の逆モデルを等価変換することで得ることができる。

　本実施形態の構成では、制御装置４０ａは、ｄ軸電流の指令値ｉｄ*と実際値ｉｄとの偏差Δｉｄに基づいて、ｄ軸電流ｉｄの操作量であるｄ軸電流操作量ｉｄ**を算出し、そのｄ軸電流操作量ｉｄ**に基づいて、界磁電圧指令値ｖｆ*の補正量（干渉電圧）を算出する。ここで、操作量算出部４６ａは、偏差Δｉｄに対する積分演算を実施するため、ローパスフィルタとして作用する。このため、制御装置４０ａは、ｄ軸電流操作量ｉｄ**に基づいて、界磁電圧指令値ｖｆ＊の補正量を算出することで、ｄ軸電流ｉｄのノイズによる影響を抑制することができる。

　同様に、制御装置４０ａは、界磁電流の指令値ｉｆ＊と実際値ｉｆとの偏差Δｉｆに基づいて、界磁電流の操作量である界磁電流操作量ｉｆ**を算出し、その界磁電流操作量ｉｆ**に基づいて、ｄ軸電圧指令値ｖｄ*の補正量（干渉電圧）を算出する。ここで、操作量算出部４２ａは、偏差Δｉｆに対する積分演算を実施するため、ローパスフィルタとして作用する。このため、制御装置４０ａは、界磁電流操作量ｉｆ**に基づいて、ｄ軸電圧指令値ｖｄ*の補正量を算出することで、界磁電流ｉｆのノイズによる影響を抑制することができる。

　（他の実施形態）
　制御装置４０、４０ａは、ｄ軸電圧指令値ｖｄ*及び界磁電圧指令値ｖｆ*のうち一方を補正するものであってもよい。例えば、第１実施形態では、制御装置４０は、非干渉化部４３及び比例要素４７と、非干渉化部４６及び比例要素４８と、のうち一方を省略する構成としてもよい。

　回転電機１０の回転子１１として、界磁巻線に加え、永久磁石を備える構成であってもよい。
　なお、本出願は、日本特許出願２０１５－１４４１７７を基礎として優先権を主張するものであり、この優先権の基礎となる日本特許出願の開示内容は、参照書類として本出願に組み込まれている。

　１０…回転電機、１１…ロータ（回転子）、１２…界磁巻線、１３…ステータ（固定子）、１４…電機子巻線、４０…制御装置、４２…ＰＩ演算部、４３…非干渉化部、４５…ＰＩ演算部、４６…非干渉化部、４７…比例要素、４８…比例要素、４２ａ…操作量算出部、４３ａ…微分要素、４４ａ…非干渉化部、４６ａ…操作量算出部、４７ａ…微分要素、４８ａ…非干渉化部、４９ａ…微分要素、５０ａ…微分要素。

Claims (8)

1. 　界磁巻線（１２）を有する回転子（１１）と、電機子巻線（１４）を有する固定子（１３）とを備える回転電機（１０）の制御装置（４０、４０ａ）であり、前記電機子巻線に流れる電機子電流、及び前記界磁巻線に流す界磁電流を制御する制御装置（４０、４０ａ）であって、
   　前記電機子電流のｄ軸成分の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記電機子巻線に印加する電機子電圧のｄ軸成分の指令値である第１指令電圧を設定する第１指令電圧設定部（４５，４６ａ，４７ａ）と、
   　前記界磁電流の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記界磁巻線に印加する界磁電圧の指令値である第２指令電圧を設定する第２指令電圧設定部（４２，４２ａ，４３ａ）と、
   を備え、
   　さらに、前記界磁電流の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記第１指令電圧を補正する第１補正部（４６，４８，４８ａ，５０ａ）、及び、前記電機子電流のｄ軸成分の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記第２指令電圧を補正する第２補正部（４３，４７，４４ａ，４９ａ）の少なくとも一方を備え、
   　前記第１補正部、及び、前記第２補正部の少なくとも一方によって、前記電機子電流のｄ軸成分と前記界磁電流とを非干渉化することを特徴とする制御装置。
2. 　前記第２補正部（４７）は、前記電機子電流のｄ軸成分の指令値と実際値との偏差に対して、係数を乗算することで、前記第２指令電圧の補正量を算出することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 　前記第１補正部（４８）は、前記界磁電流の指令値と実際値との偏差に対して、係数を乗算することで、前記第１指令電圧の補正量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 　前記第１指令電圧設定部は、前記電機子電流のｄ軸成分の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記電機子電流のｄ軸成分の操作量である第１操作量を算出する第１操作量算出部（４６ａ）を備え、その第１操作量に基づいて、前記第１指令電圧を設定するものであって、
   　前記第２補正部は、前記第１操作量に基づいて、前記第２指令電圧の補正量を算出することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
5. 　前記第１操作量算出部は、前記電機子電流のｄ軸成分の指令値と実際値との偏差に積分演算を実施することで前記第１操作量を算出するものであって、
   　前記第２補正部は、第１操作量に微分演算を実施することで、前記第２指令電圧の補正量を算出することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 　前記第２指令電圧設定部は、前記界磁電流の指令値と実際値との偏差に基づいて、前記界磁電流の操作量である第２操作量を算出する第２操作量算出部（４２ａ）を備え、その第２操作量に基づいて、前記第２指令電圧を設定するものであって、
   　前記第１補正部は、前記第２操作量に基づいて、前記第１指令電圧の補正量を算出することを特徴とする請求項１，４又は５に記載の制御装置。
7. 　前記第２操作量算出部は、前記界磁電流の指令値と実際値との偏差に積分演算を実施することで前記第２操作量を算出するものであって、
   　前記第１補正部は、第２操作量に微分演算を実施することで、前記第１指令電圧の補正量を算出することを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
8. 　前記第１補正部、及び、前記第２補正部は、前記界磁巻線と、前記電機子巻線のｄ軸成分との相互インダクタンスに基づいて、前記第１指令電圧及び前記第２指令電圧をそれぞれ補正することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の制御装置。

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