(57)【要約】【課題】回転体の差異に伴う回転速度の応答性のばらつきを抑制し、かつシステムの生産性を向上させ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。【解決手段】制御装置４０は、冷却用ファン１２が取り付けられたモータ２０の回転速度を目標値に制御するためのフィードバック操作量を算出する。また、回転速度に基づいて、モータ２０の回転速度が大きいほど大きな値となる負荷トルクに相当するフィードフォワード操作量である負荷操作量を算出する。そして、フィードバック操作量に、負荷操作量を加算した値である指令操作量に基づいて、インバータ３０を操作する。【選択図】      図１
2020036452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体（１２）が回転軸（２０ａ）に取り付けられた回転電機（２０）と、電源（１１０）からの電力を変換し変換後の電力を前記回転電機に供給する電力変換部（３０）と、を備えるシステム（１００）に適用される回転電機の制御装置（４０）であって、
前記回転電機の回転速度を取得する速度取得部（４０）と、
取得された前記回転速度を目標値に制御するためのフィードバック操作量を算出する速度分算出部（５１）と、
取得された前記回転速度に基づいて、前記回転電機の負荷トルクに相当する値であって、前記回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を負荷操作量として算出する負荷分算出部（５２）と、
前記フィードバック操作量に前記負荷操作量を加算した値である指令操作量に基づいて、前記電力変換部を操作する操作部（４３，４４）と、を備える回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記回転体はファンであり、
前記負荷分算出部は、取得された前記回転速度を２乗した値に、正の値である負荷係数を積算した値を前記負荷操作量として算出する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項３】
取得された前記回転速度に基づいて、前記回転電機の動力損失に相当する値であって、前記回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を損失操作量として算出する損失分算出部（５４）を備え、
前記操作部は、前記指令操作量から前記損失操作量を減算した値に基づいて、前記電力変換部を操作する請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記損失分算出部は、前記回転電機の動力損失量に応じて大きな値となる損失量係数を前記回転速度に積算することにより前記損失操作量を算出する請求項３に記載の回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記速度分算出部は、取得された前記回転速度を前記目標値にフィードバック制御するための前記フィードバック操作量を算出し、
前記フィードバック制御における積分ゲインは、前記損失量係数が大きいほど大きな値に定められている請求項４に記載の回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
回転電機を回転駆動させる回転電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転電機を備えるシステムにおいて、回転電機の制御量を目標値にフィードバック制御するものが開示されている。特許文献１では、制御対象を、イナーシャや動粘性係数等の機械的な特性を用いてモデル化し、モデル化された制御対象の各要素に基づいて、フィードバック制御に用いられる各制御係数が定められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９５５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、回転電機を共通化しつつ、システムの仕様に応じて回転電機に取り付ける回転体の形状や重さを異ならせる場合がある。この場合、回転体の差異により制御対象の機械的特性が異なるため、異なる回転体を備えるシステム間で、回転速度が変化する際の特性を示す応答性にばらつきが生じることが懸念される。応答性のばらつきを抑制するためには、各回転体に応じて制御対象をモデル化し、モデル化された制御対象の各要素から各制御係数の値を適合させる必要がある。そのため、回転体が異なるシステム毎に制御係数を適合する必要があり、システムの生産性が向上しないことが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みたものであり、回転体の差異に伴う回転速度の応答性のばらつきを抑制し、かつシステムの生産性を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために第１の発明では、回転体が回転軸に取り付けられた回転電機と、電源からの電力を変換し変換後の電力を前記回転電機に供給する電力変換部と、を備えるシステムに適用される回転電機の制御装置に関する。制御装置は、前記回転電機の回転速度を取得する速度取得部と、取得された前記回転速度を目標値に制御するためのフィードバック操作量を算出する速度分算出部と、取得された前記回転速度に基づいて、前記回転電機の負荷トルクに相当する値であって、前記回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を負荷操作量として算出する負荷分算出部と、前記フィードバック操作量に前記負荷操作量を加算した値である指令操作量に基づいて、前記電力変換部を操作する操作部と、を備える。
【０００７】
回転電機のトルクには、回転体の回転速度の増加に寄与する加減速トルクと、回転体の回転速度の増加に寄与しない負荷トルクと、が含まれる。そのため、回転電機のトルクに占める負荷トルクの割合に応じて、加減速トルクが異なるため、負荷トルクは回転電機の回転速度に対して応答性のばらつきを生じさせる要因となる。また、回転体の形状や重量等に応じて制御対象の機械的特性が異なるため、回転体の差異が負荷トルクを異ならせることが考えられる。ここで、本発明者は、回転体の回転速度が大きいほど負荷トルクが大きくなる関係性に着目し、回転体を回転させる回転電機の回転速度に基づいて、負荷トルクを補償するためのフィードフォワード操作量を算出するとの知見を得た。
【０００８】
この点、上記構成では、回転電機の回転速度に基づいて、回転電機の負荷トルクに相当する値であって、回転電機の回転速度が大きいほど大きくなるフィードフォワード操作量が負荷操作量として算出される。また、回転体の回転速度を目標値に制御するフィードバック操作量に、負荷操作量を加算した値である指令操作量に基づいて、電力変換部が操作される。これにより、負荷トルクを補償する負荷操作量が回転電機の回転速度から都度算出され、この負荷操作量を含む指令操作量により電力変換部が操作される。そのため、回転電機を共通化しつつ、システム毎に異なる回転体を備える場合でも、システム間での回転速度の応答性のばらつきを抑制することができる。これにより、回転体の差異に応じて制御係数を適合する必要がないため、システムの生産性を向上させることができる。
【０００９】
第２の発明では、前記回転体はファンであり、前記負荷分算出部は、取得された前記回転速度を２乗した値に、正の値である負荷係数を積算した値を前記負荷操作量として算出する。
【００１０】
回転体がファンである場合、回転速度の増加に応じて、負荷トルクが非線形に増加することが考えられる。この点、上記構成では、回転電機の回転速度を２乗した値に正の値である負荷係数を積算した値を負荷操作量として算出することとした。これにより、システム間でのファンの差異に伴う回転速度の応答性のばらつきを好適に抑制することができる。
【００１１】
第３の発明では、取得された前記回転速度に基づいて、前記回転電機の動力損失に相当する値であって、前記回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を損失操作量として算出する損失分算出部を備え、前記操作部は、前記指令操作量から前記損失操作量を減算した値に基づいて、前記電力変換部を操作する。
【００１２】
負荷操作量が加算された指令操作量により負荷トルクを補償する構成では、回転電機において負荷トルクにより相殺される外乱トルクの量が減少することにより、外乱トルクに起因する回転速度の変化が負荷トルクを補償しない場合よりも大きくなることが懸念される。特に、回転電機に対して正の外乱トルクが付与される場合、回転速度の変化が大きくなることにより、システムの安定性が悪化することが懸念される。そこで、回転電機の動力損失量に相当する値であって、回転速度が大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量が損失操作量として算出される。そして、指令操作量から損失操作量を減算した値に基づいて、電力変換部が操作される。このため、電力変換部から回転電機へ供給される電力が損失操作量に応じて減算されることにより、外乱トルクに起因する回転速度の増加が抑制される。その結果、外乱トルクに起因するシステムの安定性の悪化が抑制され、システム間での応答性のばらつきを好適に抑制することができる。
【００１３】
第４の発明では、前記損失分算出部は、前記回転電機の動力損失量に応じて大きな値となる損失量係数を前記回転速度に積算することにより前記損失操作量を算出する。
【００１４】
上記構成では、回転電機の動力損失量を回転速度に応じて線形に算出することができるため、制御装置の演算負荷を抑制することができる。
【００１５】
第５の発明では、前記速度分算出部は、取得された前記回転速度を前記目標値にフィードバック制御するための前記フィードバック操作量を算出し、前記フィードバック制御における積分ゲインは、前記損失量係数が大きいほど大きいな値に定められている。
【００１６】
指令操作量から損失操作量を減算することにより負荷トルクを補償する構成では、指令操作量が損失操作量分だけ小さくなる。そのため、回転速度を目標値に制御するフィードバック制御を実施する場合、損失操作量の増加に応じて指令操作量が小さくなるほど、回転速度と目標値との間の定常偏差が収束しにくくなることが懸念される。この点上記構成では、フィードバック制御における積分ゲインは、損失量係数が大きいほど大きいな値に定められている。これにより、外乱トルクの抑制に伴い定常偏差が収束しにくくなることを適正に抑制することができる。その結果、システム間での応答性のばらつきを好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る冷却システムの構成図。
【図２】冷却システムの各機能をモデル化したブロック図。
【図３】冷却システムの各機能をモデル化したブロック図。
【図４】第２実施形態に係る冷却システムの構成図。
【図５】外乱トルクに伴う回転速度の推移を説明する図。
【図６】第３実施形態に係る冷却システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る冷却システムの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の冷却システムは車両のエンジンルーム内に搭載されており、車両のエンジンを冷却する。
【００１９】
図１に示す冷却システム１００は、エンジンを流れる冷却水の放熱を行うラジエータ１１と、ラジエータ１１を流れる冷却水を空冷する冷却用ファン１２と、冷却用ファン１２を回転させるモータ２０とを備えている。ラジエータ１１は、往流路と復流路とで構成される図示しない冷却水通路を介してエンジンに連結されている。冷却用ファン１２は、モータ２０の回転軸２０ａに取り付けられており、車両の停車時や低速走行時などに応じてモータ２０により回転駆動される。本実施形態では、冷却用ファン１２が回転体に相当する。
【００２０】
モータ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相コイル２１，２２，２３を備える交流駆動型の回転電機である。
【００２１】
冷却システム１００は、電源としてのバッテリ１１０からの電力を変換し、変換後の電力をモータ２０に供給するインバータ３０と、モータ２０の電気角θを検出する回転角検出部１４と、インバータ３０を制御する制御装置４０と、を備えている。
【００２２】
インバータ３０は、バッテリ１１０の正極端子及び負極端子に接続されており、バッテリ１１０から供給される直流電力をＵ，Ｖ、Ｗの３相交流電力に変換し、モータ２０に供給する。本実施形態では、インバータ３０は、Ｕ，Ｖ，Ｗの相毎に１組のスイッチング素子の直列接続体を有し、各直列接続体が並列接続されることにより構成される。各相のスイッチング素子の接続点は、動力線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介してモータ２０のＵ，Ｖ，Ｗの各相コイル２１〜２３に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置４０から出力される操作信号により、オンオフ操作されることにより、各動力線Ｌ１〜Ｌ３を介して各相コイル２１〜２３に給電する。例えば、スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴにより構成されている。本実施形態では、インバータ３０が電力変換部に相当する。
【００２３】
インバータ３０と各相コイル２１〜２３とを接続する動力線Ｌ１〜Ｌ３には、電流検出部１３が設けられている。電流検出部１３は、Ｕ相コイル２１に流れる電流をＵ相電流Ｉｕとして検出するＵ相検出部１３ａと、Ｖ相コイル２２に流れる電流をＶ相電流Ｉｖとして検出するＶ相検出部１３ｂと、Ｗ相コイル２３に流れる電流をＷ相電流Ｉｗとして検出するＷ相検出部１３ｃとを備えている。Ｕ相検出部１３ａは、インバータ３０とＵ相コイル２１とを接続する動力線Ｌ１に設けられており、Ｖ相検出部１３ｂは、インバータ３０とＶ相コイル２２とを接続する動力線Ｌ２に設けられており、Ｗ相検出部１３ｃは、インバータ３０とＷ相コイル２３とを接続する動力線Ｌ３に設けられている。本実施形態では、電流検出部１３を構成する各相検出部１３ａ〜１３ｃは、例えばシャント抵抗により構成されている。なお、各相検出部１３ａ〜１３ｃをホールＩＣにより構成してもよい。
【００２４】
回転角検出部１４は、モータ２０の電気角θを検出する。そのため、この電気角θを微分することによりモータ２０の回転速度ωｒを算出することが可能となる。回転角検出部１４は、例えば、レゾルバにより構成されている。
【００２５】
制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／ＯＩＦを備える周知のマイクロコンピュータを主体として構成されている。制御装置４０が提供する各機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。
【００２６】
制御装置４０は、モータ２０の電気角θから、モータ２０の回転速度ωｒを算出し、算出した回転速度ωｒを速度指令値ω＊に制御する速度フィードバック制御を実施する。制御装置４０は、徐変器４１と、電流指令値算出部４２と、電流制御部４３と、電圧指令値算出部４４と、３相２相座標変換部４５とを備えている。本実施形態では、制御装置４０が速度取得部に相当する。
【００２７】
徐変器４１には、モータ２０の回転速度ωｒの目標値を示す速度指令値ω＊が入力される。徐変器４１は、速度指令値ω＊の変化に応じて、速度指令値ω＊を徐変させた値を出力する。
【００２８】
電流指令値算出部４２は、回転速度ωｒを取得し、この回転速度ωｒを徐変後の速度指令値ω＊に制御するためのフィードバック操作量を算出する。本実施形態では、電流指令値算出部４２は、フィードバック操作量として、ｄｑ座標上の値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出する。ここで、ｄｑ座標を規定する各軸のうち、ｑ軸は、有効電流成分、即ち、モータ２０のトルクに寄与する電流であるトルク電流成分の軸である。なお、ｄ軸は、無効電流成分、即ち、モータ２０の回転に伴う回転磁界に寄与する電流である励磁電流成分の軸である。
【００２９】
３相２相座標変換部４５は、モータ２０の電気角θに基づいて、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄｑ座標上の値であるｑ軸電流Ｉｑｒに変換する。
【００３０】
電流制御部４３は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊からｑ軸電流Ｉｑｒを減算した値を、電流偏差ΔＩｑとして算出する。
【００３１】
電圧指令値算出部４４は、電流制御部４３により算出された電流偏差ΔＩｑに基づいて、インバータ３０のＵ，Ｖ，Ｗの各相半導体スイッチを操作するための操作信号ＧＳを算出する。本実施形態では、電圧指令値算出部４４は、まず、電流偏差ΔＩｑと、モータ２０の電気角θとに基づいて、電流偏差ΔＩｑからＵ，Ｖ，Ｗの各相コイル２１〜２３の印加電圧であるＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧を算出する。そして、Ｕ相電圧に基づいてインバータ３０のＵ相スイッチを操作するための操作信号ＧＳｕを算出し、Ｖ相電圧に基づいてＶ相スイッチを操作するための操作信号ＧＳｖを算出し、Ｗ相電圧に基づいてＷ相スイッチを操作するための操作信号ＧＳｗを算出する。本実施形態では、電流制御部４３と、電圧指令値算出部４４とが操作部に相当する。
【００３２】
図２は、比較例における冷却システム１００の各機能をモデル化したブロック図である。図２では、ブロック４００は、制御装置４０の機能をモデル化したものであり、ブロック２００は、制御対象であるモータ２０の機能をモデル化したものである。
【００３３】
ブロック４００の偏差算出ブロック４０１により、速度指令値ω＊から回転速度ωｒが減算された値が速度偏差Δωとなる。指令値算出ブロック４０２により、速度偏差Δωを速度フィードバック制御した値が、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊となる。本実施形態では、指令値算出ブロック４０２は、フィードバック制御としてＰＩ制御（比例積分制御）を実施し、速度偏差Δωに積算される比例ゲインＫＰと、速度偏差Δωの積分値に積算される積分ゲインＫＩとにより構成されている。
【００３４】
ブロック２００のモータトルクブロック２０１により、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊にモータトルク係数ＫＴが乗算された値がモータトルクＴ１となる。モータトルクＴ１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に応じてモータ２０が出力できる総トルクを示す。ここで、モータトルクＴ１には、冷却用ファン１２の回転速度ωｒの増加に寄与する加減速トルクＴ２と、冷却用ファン１２の回転速度ωｒの増加に寄与しない負荷トルクＴ３とが含まれる。そのため、減算ブロック２０２によりモータトルクＴ１から負荷トルクＴ３が減算された値が、加減速トルクＴ２となる。特性ブロック２０３により、加減速トルクＴ２にモータ２０及び冷却用ファン１２の機械的特性に応じた伝達関数（＝１／（ｓＪ＋Ｄ１））を積算した値が冷却用ファン１２の回転速度ωｒとなる。なお、Ｊはモータ２０及び冷却用ファン１２の合成イナーシャ［ｋｇ／ｍ＾２］であり、Ｄ１はモータ２０の動粘性係数（Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ））である。
【００３５】
ところで、冷却システム１００において、モータ２０を共通化しつつ、仕様に応じて冷却用ファン１２の形状や重さを異ならせる場合がある。この場合、冷却用ファン１２の差異により制御対象の機械的特性が異なるため、異なる冷却用ファン１２を備える冷却システム１００間で、回転速度の応答性にばらつきが生じることが懸念される。そのため、冷却システム１００間での回転速度ωｒの応答性のばらつきを抑制するためには、各冷却用ファン１２の違いに応じて冷却システム１００を再度モデル化し、制御係数を適合させることが考えられる。そのため、異なる冷却用ファン１２毎に、制御装置４０の制御係数を適合する必要があり、生産性が向上しないことが懸念される。また、冷却用ファン１２が同一種類であっても冷却用ファン１２の回転方向の違いにより、冷却用ファン１２の仕事量が異なり、負荷トルクＴ３も変化することが考えられる。
【００３６】
ここで、モータトルクＴ１に占める負荷トルクＴ３の割合に応じて、加減速トルクＴ２が異なるため、負荷トルクＴ３はモータ２０の速度指令値ω＊に対する応答性のばらつきを生じさせる要因となる。また、負荷トルクＴ３は冷却用ファン１２の形状や重量等に応じてその値が異なるため、冷却用ファン１２の差異に伴う負荷トルクＴ３の違いが、冷却用ファン１２の違いによる回転速度ωｒの応答性をばらつかせる要因となる。
【００３７】
本発明者は、冷却用ファン１２の回転速度が大きいほど負荷トルクＴ３が大きくなる関係性に着目し、モータ２０の回転速度ωｒに基づいて、負荷トルクＴ３を補償するためのフィードフォワード操作量を算出することを知見した。具体的には、図２において、負荷トルクＴ３は、負荷トルクブロック２０４により回転速度ωｒを２乗した値に負荷トルク係数ＫＦ（Ｎｍ／Ａ）を積算した値として近似することができる。そこで、制御装置４０は、モータ２０の回転速度ωｒに基づいて、負荷トルクＴ３を補償するフィードフォワード操作量を算出する。そして、算出したフィードフォワード操作量をフィードバック操作量であるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に加算した値に応じて、インバータ３０を操作することとした。
【００３８】
図１に戻り、電流指令値算出部４２は、偏差算出部５０と、速度分算出部５１と、負荷分算出部５２と、加算器５３とを備えている。
【００３９】
偏差算出部５０は、速度指令値ω＊から回転速度ωｒを減算した値を速度偏差Δωとして算出する。
【００４０】
速度分算出部５１は、回転速度ωｒを速度指令値ω＊に制御するフィードバック操作量を電流操作量Ｉｑｆｂとして算出する。本実施形態では、速度分算出部５１は、速度偏差Δωに対して比例ゲインＫＰ及び積分ゲインＫＩを用いたＰＩ制御を実施することにより、電流操作量Ｉｑｆｂを算出する。
【００４１】
負荷分算出部５２は、回転速度ωｒに基づいて、負荷トルクＴ３を補償するためのフィードフォワード操作量を負荷操作量ＩＬｆｆとして算出する。本実施形態では、負荷分算出部５２は、下記式（１）に基づいて、負荷操作量ＩＬｆｆを算出する。
ＩＬｆｆ  ＝  ＫＦ／ＫＴ×ωｒ＾２  …  （１）
負荷トルク係数ＫＦは、負荷の種別に応じた回転速度ωｒと負荷トルクＴ３との関係を規定する係数であり、０よりも大きな値である。また、モータトルク係数ＫＴは０よりも大きな値であるため、負荷トルク係数ＫＦをモータトルク係数ＫＴで割った値である負荷係数（ＫＦ／ＫＴ）は正の値となる。なお、負荷トルク係数ＫＦ及びモータトルク係数ＫＴは、モータ２０が同一種類であれば、冷却用ファン１２の種別に依らず同じ値に定められている。
【００４２】
加算器５３は、電流操作量Ｉｑｆｂに負荷操作量ＩＬｆｆを加算した値を、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として出力する。そのため、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊には、負荷トルクＴ３の補償分である負荷操作量ＩＬｆｆが加算された値となる。
【００４３】
本実施形態では、以下の効果を奏することができる。
【００４４】
・制御装置４０は、電流指令値算出部４２により算出されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に基づいて、インバータ３０を操作するための操作信号ＧＳｕ，ＧＳｖ，ＧＳｗを算出し、この操作信号ＧＳｕ，ＧＳｖ，ＧＳｗに基づいてインバータ３０がモータ２０を給電する。モータ２０では、モータトルクＴ１から負荷トルクＴ３が減算された値に相当する加減速トルクＴ２により冷却用ファン１２を回転駆動する。このとき、負荷トルクＴ３を補償する負荷操作量ＩＬｆｆがモータ２０の回転速度ωｒから都度算出され、この負荷操作量ＩＬｆｆを含むｑ軸電流指令値Ｉｑ＊によりインバータ３０が操作される。このため、冷却システム１００間で、冷却用ファン１２の違いにより負荷トルクＴ３が異なる場合でも、速度指令値ω＊が同じであれば、冷却システム１００間での加減速トルクＴ２のばらつきは小さいものとなる。その結果、冷却用ファン１２の違いに起因する、冷却システム１００間での、回転速度ωｒの応答性のばらつきを抑制することができる。
【００４５】
・電流指令値算出部４２は、モータ２０の回転速度ωｒを２乗した値に所定の負荷係数（＝ＫＦ／ＫＴ）を積算した値を負荷操作量ＩＬｆｆとして算出することとした。これにより、冷却用ファン１２の違いに起因する、回転速度ωｒの応答性のばらつきを好適に抑制することができる。
【００４６】
＜第１実施形態の変形例＞  指令操作量として、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に加えて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出するものであってもよい。この場合において、電流指令値算出部４２は、ＰＩ制御により、速度偏差Δωに基づくフィードバック操作量として電流操作量Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂを算出する。そして、この電流操作量Ｉｄｆｂ，Ｉｑｆｂのそれぞれに負荷操作量ＩＬｆｆを加算した値を、各軸電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊として算出すればよい。
【００４７】
＜第２実施形態＞  第２実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明を行う。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００４８】
図３（ａ），（ｂ）は、本実施形態において冷却システム１００の各機能をモデル化したブロック図である。図３（ａ），（ｂ）では、モータ２０の機能をモデル化したブロック２００において、外乱トルクＴ４が加算された状態を示している。
【００４９】
図３（ａ）に示すように、モータ２０の機能をモデル化したブロック２００において、加減速トルクＴ２に正の外乱トルクＴ４が加算されることにより、モータ２０の回転速度ωｒが外乱トルクＴ４に応じて増加する。例えば、正の外乱トルクＴ４としては、車両前方から車両後方に向けて流れる走行風により冷却用ファン１２を正回転させることで生じるトルクである。
【００５０】
制御装置４０は、負荷操作量ＩＬｆｆを加算したｑ軸電流指令値Ｉｑ＊により負荷トルクＴ３を補償している。このため、モータ２０において、外乱トルクＴ４が負荷トルクＴ３に対して小さい場合でも、補償により外乱トルクＴ４が相対的に増大する。その結果、外乱トルクＴ４に起因する回転速度ωｒの変化が負荷トルクＴ３を補償しない場合よりも大きくなることが懸念される。具体的には、負荷トルクＴ３を補償する場合、モータ２０において、加減速トルクＴ２に加えられる外乱トルクＴ４が相対的に大きくなる。加減速トルクＴ２に加えられる外乱トルクＴ４が相対的に大きくなることにより、この外乱トルクＴ４に起因する回転速度ωｒの変化が大きくなり、冷却システム１００の安定性が悪化することが懸念される。
【００５１】
ここで、モータ２０には動力損失が生じており、モータ２０の加減速トルクＴ２は、モータトルクＴ１から負荷トルクＴ３及び動力損失を減算したものとなる。また、動力損失の一部は、モータ２０の状態を示す回転速度ωｒに基づいて推定することが可能である。図３（ａ）では、動力損失として、モータ２０のベアリング損失に伴う動力損失量と、回転速度ωｒに基づいて推定することができる動力損失量とを示している。モータ２０では、特性ブロック２１０の出力値（ωｒ）に、第１損失ブロック２１１により動粘性係数Ｄ１を積算した値（Ｄ１×ωｒ）がベアリング損失に伴う動力損失量となる。また、モータ２０では、モータ２０の回転速度ωｒに、第２損失ブロック２１２により損失量係数Ｄ２を積算した値（＝Ｄ２×ωｒ）が、回転速度ωｒに基づいて推定することができる動力損失量となる。損失量係数Ｄ２は、回転速度ωｒと動力損失量との関係性を規定する係数であり、動力損失量が大きくなるほど大きな値となる。本実施形態では、損失量係数Ｄ２を、０よりも大きな値としている。
【００５２】
モータ２０では、モータトルクＴ１からベアリング損失に伴う動力損失量と、回転速度ωｒに基づいて推定することができる動力損失量とを減算した値が加減速トルクＴ２となる。なお、図３では説明を容易にするため、負荷トルクＴ３を図示していない。
【００５３】
図３（ｂ）に示すように、ブロック４１０により、回転速度ωｒに基づいて推定することができる動力損失分（＝Ｄ２×ωｒ）に応じたフィードフォワード操作量を算出する。そして、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から、算出したフィードフォワード操作量を減算することにより、外乱トルクＴ４の加算に伴う回転速度ωｒの増加を抑制することとした。本実施形態では、制御装置４０は、回転速度ωｒが大きいほど大きな値となる動力損失量に応じたフィードフォワード操作量を算出する。
【００５４】
図４は、本実施形態に係る冷却システム１００の構成図である。電流指令値算出部４２は、偏差算出部５０と、速度分算出部５１と、負荷分算出部５２と、加算器５３とに加えて、損失分算出部５４と、減算器５５と、を備えている。
【００５５】
損失分算出部５４は、回転速度ωｒに基づいて、動力損失分に応じたフィードフォワード操作量である損失操作量ＩＰｆｆを算出する。具体的には、損失分算出部５４は、下記式（２）により、回転速度ωｒに基づいて損失操作量ＩＰｆｆを算出する。
ＩＰｆｆ  ＝  Ｄ２／ＫＴ  ×ωｒ  …  （２）
損失量係数Ｄ２は、０よりも大きい値であり、本実施形態では、冷却用ファン１２が定常回転する際の動力損失量に基づいて定められている。
【００５６】
減算器５５は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から損失操作量ＩＰｆｆを減算した値を補正後電流指令値Ｉｑａ＊として出力する。そのため、電流制御部４３は補正後電流指令値Ｉｑａ＊からｑ軸電流Ｉｑｒを減算した値を、電流偏差ΔＩｑとして算出する。
【００５７】
ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から損失操作量ＩＰｆｆを減算することにより負荷トルクＴ３を補償する構成では、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が損失操作量ＩＰｆｆ分だけ小さくなる。そのため、電流指令値算出部４２が実施するＰＩ制御において、回転速度ωｒと速度指令値ω＊との間の定常偏差が収束しにくくなることが懸念される。そこで、本実施形態では、速度分算出部５１における積分ゲインＫＩは、損失量係数Ｄ２が大きいほど大きいな値に定められている。
【００５８】
図５は、外乱トルクＴ４を付与した場合の、本実施形態と比較例との回転速度ωｒの推移を示している。図５では、時刻ｔ１においてモータ２０にパルス状の正の外乱トルクＴ４を付与している。なお、比較例では、積分ゲインを本実施形態の積分ゲインよりも小さな値としている。
【００５９】
本実施形態及び比較例では、時刻ｔ１においてステップ状の外乱トルクＴ４が付与された後、回転速度ωｒが増加し、その後、回転速度ωｒが減少している。比較例では、時刻ｔ１後の時刻ｔ２及び時刻ｔ３においても、回転速度ωｒは緩やかに減少しており、回転速度ωｒと速度指令値ω＊との間の定常偏差が所定値よりも大きなままとなっている。これに対して、本実施形態では、時刻ｔ２において、回転速度ωｒは速度指令値ω＊まで減少することにより定常偏差が所定値以下となり、その後、回転速度ωｒが速度指令値ω＊を維持している。
【００６０】
そのため、本実施形態では、比較例と比べて、積分ゲインＫＩを損失量係数Ｄ２が大きいほど大きいな値に定めることにより、回転速度ωｒの定常偏差が収束しにくくなることが抑制されている。
【００６１】
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏することができる。
【００６２】
・電流指令値算出部４２は、モータ２０の回転速度ωｒに基づいて、モータ２０の動力損失に応じた値であって、回転速度ωｒが大きいほど大きな値となるフィードフォワード操作量を損失操作量ＩＰｆｆとして算出する。そして、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊から損失操作量ＩＰｆｆを減算した値に基づいて、インバータ３０を操作することとした。これにより、インバータ３０からモータ２０へ供給される電力が動力損失損分だけ減算されることにより、外乱トルクＴ４の付与による回転速度ωｒの増加が抑制される。その結果、冷却システム１００間での応答性のばらつきを好適に抑制することができる。
【００６３】
・損失分算出部５４は、回転速度ωｒに動力損失量に応じた損失量係数Ｄ２を積算することにより損失操作量ＩＰｆｆを算出する。これにより、モータ２０の動力損失量を回転速度ωｒに応じて線形に算出することができるため、制御装置４０の演算負荷を抑制することができる。
【００６４】
速度分算出部５１が実施するＰＩ制御における積分ゲインＫＩは、損失量係数Ｄ２が大きいほど大きいな値に定められている。これにより、積分ゲインＫＩは、損失操作量ＩＰｆｆによるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の減算量が多いほど大きな値に定められるため、回転速度ωｒの定常偏差が収束しにくくなることを抑制することができる。その結果、冷却システム１００間での応答性のばらつきを好適に抑制することができる。
【００６５】
＜第２実施形態の変形例＞
・冷却システム１００の仕様等により、外乱トルクＴ４が所定値よりも大きくならないとみこまれる場合、速度分算出部５１が実施するＰＩ制御における積分ゲインＫＩを損失量係数の大きさに依らない値としてもよい。
【００６６】
＜第３実施形態＞  第３実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明を行う。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６７】
図６は、第３実施形態に係る冷却システム１００の構成図である。本実施形態では、制御装置４０は、電流指令値算出部４２、及び電流制御部４３を備えておらず、電圧指令値算出部４４が指令操作量を算出する構成が第１実施形態と異なる。
【００６８】
電圧指令値算出部４４は、回転速度ωｒを、徐変後の速度指令値ω＊に制御するための操作信号ＧＳｕ，ＧＳｖ，ＧＳｗを算出する。本実施形態では、電圧指令値算出部４４は、偏差算出部６１と、速度分算出部６２と、負荷分算出部６３と、加算器６４と、損失分算出部６５と、減算器６６と、操作信号算出部６７を備えている。
【００６９】
偏差算出部６１は、速度指令値ω＊から回転速度ωｒを減算した値を速度偏差Δωとして算出する。速度分算出部６２は、速度偏差Δωに対してＰＩ制御を実施することにより、電圧操作量Ｖｑｆｂを算出する。本実施形態では、電圧操作量Ｖｑｆｂが回転速度ωｒを速度指令値ω＊に制御するためのフィードバック操作量となる。負荷分算出部６３は、回転速度ωｒに基づいて、負荷トルクＴ３を補償するためのフィードフォワード操作量を負荷操作量ＶＬｆｆとして算出する。
【００７０】
加算器６４は、電圧操作量Ｖｑｆｂに負荷操作量ＶＬｆｆを加算した値を、電圧指令値Ｖｑ＊として出力する。電圧指令値Ｖｑ＊には、負荷トルクＴ３の補償分である負荷操作量ＶＬｆｆが加算された値となる。損失分算出部６５は、電圧指令値Ｖｑ＊から冷却用ファン１２の動力損失分に応じた損失操作量Ｖｐｆｆを減算する。本実施形態においても、損失分算出部６５は、回転速度ωｒが大きいほど損失操作量Ｖｐｆｆを大きな値とする。操作信号算出部６７は、損失操作量Ｖｐｆｆが減算された電圧指令値Ｖｑ＊に基づいて、インバータ３０のスイッチング素子を操作するための操作信号ＧＳｕ，ＧＳｖ，ＧＳｗを算出する。
【００７１】
以上説明した本実施形態においても第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００７２】
＜その他の実施形態＞
・モータ２０に取り付けられる回転体は冷却用ファン１２に限らず、プーリーや歯車等、モータ２０の回転速度ωｒが大きくなるほど負荷トルクが大きな値となるものであればどのようなものであってもよい。
【００７３】
・速度分算出部５１が実施するフィードバック制御は、ＰＩ制御に換えて、Ｐ制御（比例制御）や、ＰＩＤ制御を用いてもよい。
【００７４】
・モータ２０を備えるシステムは、冷却システム１００に限定されない。
【符号の説明】
【００７５】
１０…回転電機、３０…インバータ、４０…制御装置、４２…電流指令値算出部、５１…速度分算出部、５２…負荷分算出部。
【図１】
2020036452.tif 000003
【図２】
2020036452.tif 000004
【図３】
2020036452.tif 000005
【図４】
2020036452.tif 000006
【図５】
2020036452.tif 000007
【図６】
2020036452.tif 000008