(57)【要約】  電動機９の作動状態に応じて電動機９への供給電力を制御する電流ベクトル制御及び電圧位相制御のうちいずれかの制御を実行する制御装置１００は、電動機９への供給電圧の大きさを示す電圧ノルム指令値と、その供給電圧の位相を示す電圧位相指令値とに基づいて、電圧位相制御の電圧指令値を演算する。制御装置１００は、電動機９に供給される電流に基づいて、電動機９に生じる磁束及びその磁束に相関のあるパラメータのうち一方の状態量を演算し、その状態量に応じて電圧ノルム指令値を変更する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の作動状態に応じて前記電動機への供給電力を制御する電流ベクトル制御及び電圧位相制御のうちいずれか一つの制御を実行する制御方法であって、
前記電動機への供給電圧の大きさを示す電圧ノルム指令値と、当該供給電圧の位相を示す電圧位相指令値とに基づいて、前記電圧位相制御の電圧指令値を演算する電圧位相制御ステップを含み、
前記電圧位相制御ステップは、
前記電動機に供給される電流に基づいて、前記電動機に生じる磁束及び当該磁束に相関のあるパラメータのうち一方の状態量を演算する状態量演算ステップと、
前記状態量に応じて前記電圧ノルム指令値を変更するノルム変更ステップと、を含む、
電動機の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の制御方法であって、
前記電動機に供給される電流を検出する検出ステップをさらに含み、
前記状態量演算ステップは、
前記電動機に供給される電流の検出値に基づいて前記状態量を演算する検出演算ステップと、
前記電動機の電流目標値に基づいて前記状態量に関する目標量を演算する目標演算ステップと、を含み、
前記ノルム変更ステップは、前記状態量が前記目標量に収束するように前記電圧ノルム指令値を演算する、
電動機の制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機の制御方法であって、
前記検出ステップは、前記電動機に供給される電流に関するｄ軸及びｑ軸の電流検出値を取得し、
前記検出演算ステップは、前記電動機の磁石磁束と前記ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスとを用いて、前記電動機における磁束ベクトルのノルムを前記状態量として演算する、
電動機の制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電動機の制御方法であって、
前記電動機のトルク目標値に基づいて、前記ｄ軸及びｑ軸の電流目標値を演算する電流ベクトル制御ステップをさらに含み、
前記目標演算ステップは、前記電動機の磁石磁束と前記ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスとを用いて、前記ノルムに関する目標量を演算する、
電動機の制御方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の電動機の制御方法であって、
前記磁石磁束及び前記インダクタンスは、前記電動機の磁石温度、前記電流検出値、及び電流目標値のうち少なくとも一つに応じて変更される、
電動機の制御方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の電動機の制御方法であって、
前記ノルム変更ステップは、前記状態量を前記電圧ノルム指令値にフィードバックし、
前記電圧位相制御ステップは、前記状態量をフィードバックする際の制御ゲインを前記電動機の電気角速度に応じて変更する、
電動機の制御方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の電動機の制御方法であって、
前記電圧位相制御ステップは、
前記電圧ノルム指令値が所定の上限値を上回る場合には、当該電圧ノルム指令値を前記所定の上限値に設定するとともに、
前記状態量を前記電圧ノルム指令値にフィードバックする際に実行される積分処理を停止する、又は当該フィードバックする際に所定のアンチワインドアップ処理を実行する、
電動機の制御方法。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電動機の制御方法であって、
前記電動機の制御が前記電流ベクトル制御から前記電圧位相制御に切り替えられた場合において、前記電圧ノルム指令値に相関のある指令値相関パラメータ又は前記電圧ノルム指令値が所定の電圧閾値を下回るときには、前記電動機の制御を前記電流ベクトル制御に切り替える切替ステップをさらに含み、
電動機の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の電動機の制御方法であって、
前記指令値相関パラメータは、前記電圧ノルム指令値に対して平均化処理を施した値、前記電圧指令値のノルム成分、及び、前記電圧指令値のノルム成分に対して平均化処理を施した値のうち少なくとも一つを含み、
前記所定の電圧閾値は、前記電圧ノルム指令値の上限値よりも小さな値である、
電動機の制御方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の電動機の制御方法であって、
前記切替ステップは、前記電動機に供給される電流の検出値に対して平均化処理を施した値又は前記検出値が所定の電流閾値を上回る場合には、前記電圧位相制御から前記電流ベクトル制御に切り替える、
電動機の制御方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電動機の制御方法であって、
前記所定の電流閾値は、
前記検出値がｄ軸の電流検出値である場合には、前記ｄ軸の電流目標値又は当該電流目標値に対して平均化処理を施した値であり、
前記検出値がｑ軸の電流検出値である場合には、前記ｑ軸の電流目標値又は当該電流目標値に対して平均化処理を施した値である、
電動機の制御方法。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載の電動機の制御方法であって、
前記切替ステップは、前記電流ベクトル制御により前記電動機の制御が行われている場合において、前記電圧指令値のノルム成分が特定の電圧閾値を上回るときには、前記電動機の制御を前記電圧位相制御に切り替え、
前記特定の電圧閾値は、前記電圧ノルム指令値の上限値よりも小さく、かつ、前記所定の電圧閾値よりも大きい値に設定される、
電動機の制御方法。
【請求項１３】
請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載の電動機の制御方法であって、
前記切替ステップは、前記電動機の制御が前記電流ベクトル制御から前記電圧位相制御に切り替えられた場合において、前記電圧ノルム指令値が所定の電圧閾値よりも小さい第１閾値を下回るとき又は前記電動機の回転速度が第２閾値を下回るときには、前記電動機の制御を前記電動機の供給電力を抑制する保護制御に切り替える、
電動機の制御方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電動機の制御方法であって、
前記切替ステップは、前記電動機の保護制御として、前記電圧指令値をゼロに設定する、又は、前記電動機に設けられた各相の電源線を短絡する、
電動機の制御方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の電動機の制御方法であって、
前記切替ステップは、前記電動機の保護制御として、前記電動機に交流電力を供給するインバータに備えられたスイッチング素子のゲート電流を停止する、
電動機の制御方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の電動機の制御方法であって、
前記切替ステップは、前記電動機の保護制御として、前記電圧位相制御から前記電流ベクトル制御に切り替える、
電動機の制御方法。
【請求項１７】
電動機の作動状態に応じて前記電動機の供給電力を制御する電流ベクトル制御及び電圧位相制御のうちいずれか一つの制御を実行する制御装置であって、
前記電動機の電圧指令値に基づいて前記電動機に交流電力を供給するインバータと、
前記インバータから前記電動機に供給される電流を検出するセンサと、
前記電動機の供給電圧の大きさを示す電圧ノルム指令値と、当該供給電圧の位相を示す電圧位相指令値とに基づいて、前記電圧位相制御の電圧指令値を演算するコントローラと、を含み、
前記コントローラは、前記センサにより検出される電流に基づいて、前記電動機に生じる磁束及び当該磁束に相関のあるパラメータのうち一方の状態量を演算し、当該状態量に応じて前記電圧ノルム指令値を変更する、
電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の制御方法及び電動機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の制御手法としては、例えば、電動機への供給電流を直交座標に変換したｄｑ軸電流成分をフィードバックする電流ベクトル制御、及び、電動機への供給電圧に関する電圧ベクトルの位相を変更する電圧位相制御などが知られている。これらの制御については、電動機の作動状態に合わせていずれか一つの制御が選択されて実行されることが多い。【０００３】
上述の電圧位相制御においては、ｄ軸電流フィードバック値を用いて電動機の電圧指令値の振幅を補正する制御装置が提案されている（ＪＰ２００３−２６４９９９Ａ）。
【発明の概要】
【０００４】
上述のような制御装置は、電動機への供給電圧の大きさを表わす電圧ノルム指令値に対して電動機に供給されるｄ軸電流をフィードバックする構成であるため、電動機に生じる電圧の向きによってはｄ軸電流と電圧ノルム指令値との相関性がなくなってしまう。このような場合には、電動機の制御誤差が大きくなるため、フィードバックの出力である電圧ノルム指令値が発散し、電動機の動作が不安定になることが懸念される。
【０００５】
本発明の目的は、電動機の動作が不安定になることを抑制する制御方法及び電動機の制御装置を提供することにある。
【０００６】
本発明のある態様によれば、電動機の制御方法は、電動機の作動状態に応じて前記電動機への供給電力を制御する電流ベクトル制御及び電圧位相制御のうちいずれか一つの制御を実行する制御方法である。この制御方法は、前記電動機への供給電圧の大きさを示す電圧ノルム指令値と、当該供給電圧の位相を示す電圧位相指令値とに基づいて、前記電圧位相制御の電圧指令値を演算する電圧位相制御ステップを含む。前記電圧位相制御ステップは、前記電動機に供給される電流に基づいて、前記電動機に生じる磁束及び当該磁束に相関のあるパラメータのうち一方の状態量を演算する状態量演算ステップと、前記状態量に応じて前記電圧ノルム指令値を変更するノルム変更ステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における電動機の制御装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、制御装置における電流ベクトル制御部の一部構成を例示するブロック図である。
【図３】図３は、制御装置における電圧位相制御部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、磁束ＦＢ制御部におけるＰＩ制御器の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、電動機の中高速回転領域での電動機に生じる磁束ノルムと電圧ノルムとの関係を示す図である。
【図６】図６は、ＰＩ制御器がアンチワインドアップ処理を実行する構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、電圧位相制御部における電圧位相範囲の設定手法の一例を説明する図である。
【図８】図８は、電流ベクトル制御部又は電圧位相制御部への制御切替えの判定を行う切替判定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図９は、制御切替えの判定に用いられる変調率閾値の設定例を示す図である。
【図１０】図１０は、制御装置における制御モード判定器の判定手法の一例を説明する図である。
【図１１】図１１は、制御装置における制御切替器の詳細構成を例示するブロック図である。
【図１２】図１２は、本実施形態における電動機の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、電動機の制御方法に含まれる電圧位相制御処理の処理手順例を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、一般的な制御切替えの判定手法を説明する図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本実施形態における制御切替えの判定手法を説明する図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２実施形態における制御モード判定器の判定手法の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、本実施形態における制御切替器の詳細構成を例示するブロック図である。
【図１７】図１７は、本発明の第３実施形態における制御モード判定器の判定手法の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、本実施形態における制御切替器の詳細構成を例示するブロック図である。
【図１９】図１９は、本発明の第４実施形態における制御装置の構成例を示す図である。
【図２０】図２０は、本実施形態における切替判定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図２１】図２１は、切替判定部における制御モード判定器の判定手法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における電動機９を制御する制御装置１００の構成例を示す図である。
【００１０】
制御装置１００は、電動機９に供給される電力を制御する。制御装置１００は、電動機９の動作を制御するようにプログラムされた処理を実行する。制御装置１００は、１又は複数のコントローラにより構成される。
【００１１】
制御装置１００は、電流ベクトル制御部１と、電圧位相制御部２と、制御切替器３と、座標変換器４と、ＰＷＭ変換器５と、インバータ６と、バッテリ電圧検出器７と、電動機電流検出器８と、電動機９と、を備える。さらに制御装置１００は、回転子検出器１０と、回転速度演算器１１と、座標変換器１２と、切替判定部１３と、を備える。
【００１２】
電流ベクトル制御部１は、電動機９に生じるトルクがトルク目標値Ｔ*に収束するよう、電動機９に供給される電流に関するベクトルを制御する電流ベクトル制御を実行する。電流ベクトル制御部１は、電動機９のトルク目標値Ｔ*に基づいて、インバータ６から電動機９に供給される電力の電流値を電動機９の電圧指令値にフィードバックするフィードバック制御を実行する。
【００１３】
本実施形態の電流ベクトル制御部１は、トルク目標値Ｔ*と回転速度検出値Ｎとバッテリ電圧検出値Ｖdcとを用いて、ｄ軸電流検出値ｉdをｄ軸電圧指令値ｖdi_finにフィードバックするとともに、ｑ軸電流検出値ｉqをｑ軸電圧指令値ｖqi_finにフィードバックする。これにより、電流ベクトル制御部１は、電流ベクトル制御の電圧指令値としてｄ軸電圧指令値ｖdi_fin及びｑ軸電圧指令値ｖqi_finを制御切替器３に出力する。
【００１４】
上述のｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqは、それぞれ、インバータ６から電動機９に供給される電流のｄ軸成分及びｑ軸成分の値を示す。ここにいうｄ軸及びｑ軸は互いに直交する座標軸である。
【００１５】
電圧位相制御部２は、電動機９に生じるトルクがトルク目標値Ｔ*に収束するよう、電動機９の各相に供給される電圧間の位相を制御する電圧位相制御を実行する。電圧位相制御部２は、トルク目標値Ｔ*に基づいて、インバータ６から電動機９に供給される電流の値を電動機９の電圧指令値に対してフィードバック制御を実行する。
【００１６】
本実施形態の電圧位相制御部２は、トルク目標値Ｔ*と回転速度検出値Ｎとバッテリ電圧検出値Ｖdcとを用いて、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqを所定の電圧ノルム指令値及び電圧位相指令値にフィードバックする。そして電圧位相制御部２は、電圧ノルム指令値及び電圧位相指令値をｄ軸電圧指令値ｖdv_fin及びｑ軸電圧指令値ｖqv_finに変換する。これにより、電圧位相制御部２は、電圧位相制御の電圧指令値としてｄ軸電圧指令値ｖdv_fin及びｑ軸電圧指令値ｖqv_finを制御切替器３に出力する。
【００１７】
制御切替器３は、電流ベクトル制御部１の出力及び電圧位相制御部２の出力などの中から、切替判定部１３の判定結果に応じていずれか一つの出力を選択する。そして制御切替器３は、選択した制御の電圧指令値を、ｄ軸及びｑ軸の最終電圧指令値ｖd_fin*及びｖq_fin*として出力する。
【００１８】
座標変換器４は、式（１）のように、電動機９の電気角検出値θに基づいて、ｄ軸及びｑ軸の最終電圧指令値ｖd_fin*及びｖq_fin*を三相電圧指令値ｖu*、ｖv*及びｖw*に変換する。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
ＰＷＭ変換器５は、バッテリ電圧検出値Ｖdcに基づいて、三相電圧指令値ｖu*、ｖv*及びｖw*を、インバータ６に備えられたパワー素子を駆動するためのパワー素子駆動信号Ｄuu*、Ｄul*、Ｄvu*、Ｄvl*、Ｄwu*及びＤwl*に変換する。ＰＷＭ変換器５は、変換したパワー素子駆動信号Ｄuu*、Ｄul*、Ｄvu*、Ｄvl*、Ｄwu*及びＤwl*をインバータ６に出力する。
【００２１】
インバータ６は、パワー素子駆動信号Ｄuu*、Ｄul*、Ｄvu*、Ｄvl*、Ｄwu*及びＤwl*に基づいて、バッテリ６１の直流電圧を、電動機９を駆動するための三相交流電圧ｖu、ｖv及びｖwに変換する。インバータ６は、変換した三相交流電圧ｖu、ｖv及びｖwを電動機９に供給する。
【００２２】
バッテリ電圧検出器７は、インバータ６に接続されたバッテリ６１の電圧を検出する。バッテリ電圧検出器７は、検出した電圧を示すバッテリ電圧検出値Ｖdcを、電流ベクトル制御部１、電圧位相制御部２及び切替判定部１３の各々に出力する。
【００２３】
電動機電流検出器８は、インバータ６から電動機９に供給される三相の交流電流ｉu、ｉv及びｉwのうち少なくとも二相の交流電流を検出する。本実施形態の電動機電流検出器８は、Ｕ相及びＶ相の交流電流ｉu及びｉvを検出して座標変換器１２に出力する。
【００２４】
電動機９は、複数の相の各々に巻線（例えば、Ｕ、Ｖ及びＷの３相の巻線）を備えるモータであり、電動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、電動機９は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型の三相同期電動機により実現される。
【００２５】
回転子検出器１０は、電動機９の電気角を検出する。回転子検出器１０は、検出した電気角の値を示す電気角検出値θを座標変換器４及び座標変換器１２の各々に出力するとともに、電気角検出値θを回転速度演算器１１に出力する。
【００２６】
回転速度演算器１１は、電動機９の電気角検出値θの時間当たりの変化量から電動機９の回転速度を演算する。回転速度演算器１１は、演算した回転速度を、電動機９の回転速度検出値Ｎとして、電流ベクトル制御部１、電圧位相制御部２及び切替判定部１３の各々に出力する。
【００２７】
座標変換器１２は、式（２）のように、電動機９の電気角検出値θに基づいて、Ｕ相及びＶ相の交流電流ｉu及びｉvをｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqに変換する。座標変換器１２は、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqを、電流ベクトル制御部１、電圧位相制御部２及び切替判定部１３の各々に出力する。
【００２８】
【数２】
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【００２９】
切替判定部１３は、電動機９の作動状態に応じて、電流ベクトル制御、及び電圧位相制御などのうち電動機９に適用すべき制御を判定する。電動機９の作動状態を示すパラメータとして、本実施形態では、ｄ軸電流目標値ｉd*、ｄ軸電流検出値ｉd、ｄ軸電圧指令値ｖd_fin*、ｑ軸電圧指令値ｖq_fin*、バッテリ電圧検出値Ｖdc及び回転速度検出値Ｎなどが挙げられる。切替判定部１３は、判定結果に応じて電動機９に適用すべき制御を示す制御モード信号を制御切替器３に出力する。
【００３０】
図２は、本実施形態における電流ベクトル制御部１の一部構成を例示するブロック図である。
【００３１】
電流ベクトル制御部１は、非干渉電圧演算器１０１と、ＬＰＦ１０２と、電流目標値演算部１０３と、減算器１０４と、ＰＩ制御器１０５と、加算器１０６と、を備える。
【００３２】
非干渉電圧演算器１０１は、トルク目標値Ｔ*と回転速度検出値Ｎとバッテリ電圧検出値Ｖdcとに基づいて、ｄ軸及びｑ軸の間で互いに干渉する干渉電圧を打ち消す非干渉電圧値ｖd_dcpl*を演算する。非干渉電圧演算器１０１には、例えば、あらかじめ定められた非干渉テーブルが記憶されている。具体的には、トルク目標値Ｔ*、回転速度検出値Ｎ及びバッテリ電圧検出値Ｖdcにより特定される動作点ごとに、非干渉電圧値ｖd_dcpl*が非干渉テーブルに対応付けられている。
【００３３】
非干渉電圧演算器１０１は、トルク目標値Ｔ*、回転速度検出値Ｎ及びバッテリ電圧検出値Ｖdcの各パラメータを取得すると、非干渉テーブルを参照し、各パラメータにより特定される動作点に対応付けられた非干渉電圧値ｖd_dcpl*を演算する。そして非干渉電圧演算器１０１は、演算した非干渉電圧値ｖd_dcpl*をＬＰＦ１０２に出力する。
【００３４】
ＬＰＦ１０２は、電動機９に生じる干渉電圧が電動機９への供給電流に依存することを考慮したローパスフィルタである。ＬＰＦ１０２の時定数は、目標とするd軸電流の応答性が確保されるように設定される。ＬＰＦ１０２は、非干渉電圧値ｖd_dcpl*に対してローパスフィルタ処理を施した値である非干渉電圧値ｖd_dcpl_flt*を加算器１０６に出力する。
【００３５】
電流目標値演算部１０３は、非干渉電圧演算器１０１と同様、あらかじめ定められた電流テーブルを参照し、電動機９のｄ軸電流目標値ｉd*を演算する。電流テーブルには、トルク目標値Ｔ*、回転速度検出値Ｎ及びバッテリ電圧検出値Ｖdcによって定められる動作点ごとに、ｄ軸電流目標値ｉd*が対応付けられている。
【００３６】
電流テーブルのｄ軸電流目標値ｉd*には、電動機９がトルク目標値Ｔ*で動作するにあたり、電動機９の効率が最大となる電流値が格納される。格納される電流値は、実験データやシミュレーションなどによってあらかじめ求められる。電流目標値演算部１０３は、演算したｄ軸電流目標値ｉd*を電圧位相制御部２及び切替判定部１３に出力するとともに、ｄ軸電流目標値ｉd*を減算器１０４に出力する。
【００３７】
減算器１０４は、ｄ軸電流目標値ｉd*からｄ軸電流検出値ｉdを減算する。減算器１０４は、減算した値をｄ軸電流偏差ｉd_errとしてＰＩ制御器１０５に出力する。
【００３８】
ＰＩ制御器１０５は、ｄ軸電流検出値ｉdがｄ軸電流目標値ｉd*に追従するようにｄ軸電流偏差ｉd_errをｄ軸電圧指令値ｖdi_finにフィードバックする電流フィードバック制御を実行する。本実施形態のＰＩ制御器１０５は、式（３）のように、ｄ軸電流偏差ｉd_err（＝ｉd*−ｉd）に基づいて、電流ＦＢ電圧指令値ｖdi’を算出する。
【００３９】
【数３】
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【００４０】
ただし、Ｋdpはｄ軸比例ゲインであり、Ｋdiはｄ軸積分ゲインである。ｄ軸比例ゲインＫdp及びｄ軸積分ゲインＫdiは、実験データやシミュレーション結果などにより求められる。ＰＩ制御器１０５は、電流ＦＢ電圧指令値ｖdi’を加算器１０６に出力する。
【００４１】
加算器１０６は、式（４）のように電流ＦＢ電圧指令値ｖdi’に非干渉電圧値ｖd_dcpl_flt*を加算し、加算した値を電流ベクトル制御のｄ軸電圧指令値ｖdi_fin*として出力する。
【００４２】
【数４】
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【００４３】
このように、電流ベクトル制御部１は、トルク目標値Ｔ*に基づいてｄ軸電流検出値ｉdをフィードバックすることにより、ｄ軸電圧指令値ｖdi_fin*を出力する。
【００４４】
なお、図２には電流ベクトル制御のｄ軸電圧指令値ｖdi_fin*を演算する構成例が示されているが、電流ベクトル制御のｑ軸電圧指令値ｖqi_fin*を演算する構成についても、図２に示した構成と同様の構成である。
【００４５】
したがって、電流ベクトル制御部１は、トルク目標値Ｔ*に基づいて、電動機９に供給される電力のｄ軸及びｑ軸電流成分をそれぞれｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖdi_fin*及びｖqi_fin*にフィードバックして制御切替器３に出力する。
【００４６】
図３は、本実施形態における電圧位相制御部２の構成の一例を示すブロック図である。
【００４７】
電圧位相制御部２は、電圧ノルム生成部２１０と、磁束ＦＢ制御部２２０と、ノルム合成器２３０と、ノルム制限器２４０と、電圧位相生成部２５０と、トルクＦＢ制御部２６０と、位相合成器２７０と、位相制限器２８０と、ベクトル変換器２９０と、を備える。
【００４８】
電圧ノルム生成部２１０は、フィードフォワード制御により、バッテリ電圧検出値Ｖdcに基づいて基準変調率Ｍ*に相当する電圧ノルム基準値Ｖa_ffを生成する。ここにいう基準変調率Ｍ*は、電圧位相制御における変調率の基準値を示す。電圧位相制御における変調率とは、バッテリ電圧検出値Ｖdcに対する電動機９の相間電圧における基本波成分の振幅の比率のことである。電動機９の相間電圧とは、例えば、Ｕ相とＶ相との間の電圧ｖu−ｖvのことである。
【００４９】
例えば、電圧位相制御における変調率が０．０から１．０までの範囲は、ＰＷＭ変調により疑似正弦波電圧が生成可能な通常変調領域に該当する。これに対して変調率が１．０を上回る範囲は、過変調領域に該当し、疑似正弦波を生成しようとしても相間電圧の基本波成分の最大値及び最小値が制限される。例えば、変調率が約１．１まで大きくなると、相間電圧の基本波成分はいわゆる矩形波電圧と同様の波形になる。
【００５０】
本実施形態における電圧ノルム生成部２１０は、式（５）のように、電圧ノルム基準値Ｖa_ffを算出する。電圧ノルム生成部２１０は、算出した電圧ノルム基準値Ｖa_ffを電圧位相生成部２５０に出力するとともにノルム合成器２３０に出力する。
【００５１】
【数５】
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【００５２】
磁束ＦＢ制御部２２０は、電動機９に供給される電流に基づいて、電動機９に生じる磁束を示す磁束状態量を演算する。ここにいう電動機９に生じる磁束とは、電動機９に形成された永久磁石の磁束である磁石磁束と、電動機９の巻線（コイル）に供給される電流により生じる磁束である巻線磁束とを合成した合成磁束のことである。
【００５３】
磁束ＦＢ制御部２２０は、電動機９の磁束状態量の大きさに応じて電圧ノルム指令値Ｖa*を変更する。例えば、磁束ＦＢ制御部２２０は、電動機９の磁束状態量に対して、所定のマップ又は所定の演算式を適用して電圧ノルム指令値Ｖa*を変更する。磁束ＦＢ制御部２２０は、磁束状態量が小さくなるほど電圧ノルム指令値Ｖa*を小さくする。
【００５４】
本実施形態の磁束ＦＢ制御部２２０は、電動機９の磁束状態量を電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックするフィードバック制御を実行する。磁束ＦＢ制御部２２０は、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqに基づいて電動機９の磁束状態量を電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックするための電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを出力する。
【００５５】
具体的には、磁束ＦＢ制御部２２０は、電動機９の磁束状態量が目標量に収束するように電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを演算する。ここにいう磁束状態量に関する目標量は、磁束ＦＢ制御部２２０によりｄ軸電流目標値ｉd*及びｑ軸電流目標値ｉq*に基づいて演算される。
【００５６】
磁束ＦＢ制御部２２０は、ｄ軸参照生成器２２１と、ｑ軸参照生成器２２２と、磁束演算器２２３及び２３４と、磁束偏差演算器２３５と、を備える。
【００５７】
ｄ軸参照生成器２２１は、図２に示したＬＰＦ１０２と同様の構成である。ｄ軸参照生成器２２１は、ｄ軸電流目標値ｉd*に基づいてｄ軸電流の目標応答を表すｄ軸電流参照値ｉd_ref*を算出する。ｄ軸参照生成器２２１は、算出したｄ軸電流参照値ｉd_ref*を磁束演算器２２３に出力する。
【００５８】
ｑ軸参照生成器２２２は、上述のｄ軸参照生成器２２１と同じ構成である。ｑ軸参照生成器２２２は、ｑ軸電流目標値ｉq*に基づいてｑ軸電流の目標応答を表すｑ軸電流参照値ｉq_ref*を算出する。ｑ軸参照生成器２２２は、算出したｑ軸電流参照値ｉq_ref*を磁束演算器２２３に出力する。
【００５９】
磁束演算器２２３は、ｄ軸電流参照値ｉd_ref*とｑ軸電流参照値ｉq_ref*とに基づいて、磁束ノルムの目標応答を表わす磁束ノルム参照値φ0_refを演算する。ここにいう磁束ノルムは、上述の合成磁束に関するベクトルのノルムを示す。
【００６０】
本実施形態の磁束演算器２２３は、次式（６）のように、ｄ軸及びｑ軸のインダクタンスＬd及びＬqと、上述の磁石磁束Φaとを用いて磁束ノルム参照値φ0_refを算出する。磁束演算器２２３は、算出した磁束ノルム参照値φ0_refを磁束偏差演算器２２５に出力する。
【００６１】
【数６】
2019106727.tif 000008
【００６２】
磁石磁束Φa、ｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬqは定数であり、ｄ軸電流参照値ｉd_ref*及びｑ軸電流参照値ｉq_ref*は変数である。
【００６３】
上述の磁石磁束Φa、ｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬqについては、電動機９の磁石温度、ｄ軸及びｑ軸電流検出値ｉd及びｉq、並びに、ｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉd及びｉqのうち少なくとも一つのパラメータの変化によって数値が変化する。この対策として磁束演算器２２３は、例えば、電動機９の磁石温度、ｄ軸及びｑ軸電流検出値ｉd及びｉq及びｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉd*及びｉq*のうち少なくとも一つに応じて、磁石磁束Φa、ｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬqを変更してもよい。
【００６４】
このような場合には、電動機９の磁石温度、ｄ軸及びｑ軸電流検出値ｉd及びｉq及びｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉd*及びｉq*のうち少なくとも一つのパラメータについて、磁石磁束Φa、ｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬqの各々の関係を示すマップが磁束演算器２２３に実験データやシミュレーション結果などを考慮してあらかじめ記録される。そして磁束演算器２２３は、パラメータの数値を取得すると、マップを参照して磁石磁束Φa、ｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬqを算出する。
【００６５】
磁束演算器２２４は、上述の磁束演算器２２３と同様の構成である。磁束演算器２２４は、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqに基づいて、磁束ノルムの推定値を示す磁束ノルム推定値φ0_estを演算する。すなわち、磁束演算器２２４は、電動機９に供給される電流の検出値ｉd及びｉqに基づいて、電動機９の磁束に関する磁束ノルム推定値φ0_estを示す磁束状態量を演算する。
【００６６】
本実施形態の磁束演算器２２４は、次式（７）のように、磁石磁束Φa、ｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬqの各定数を用いて磁束ノルム推定値φ0_estを算出する。磁束演算器２２３は、算出した磁束ノルム推定値φ0_estを磁束偏差演算器２２５に出力する。
【００６７】
【数７】
2019106727.tif 000009
【００６８】
磁束偏差演算器２２５は、磁束ノルム参照値φ0_refと磁束ノルム推定値φ0_estとに基づいて、磁束ノルム参照値φ0_refと磁束ノルム推定値φ0_estとの偏差を示す磁束偏差φ0_errを演算する。本実施形態の磁束偏差演算器２２５は、磁束ノルム参照値φ0_refから磁束ノルム推定値φ0_estを減算することにより磁束偏差φ0_errを算出してＰＩ制御器２２６に出力する。
【００６９】
ＰＩ制御器２２６は、磁束偏差演算器２２５から出力される磁束偏差φ0_errが無くなるよう、磁束偏差φ0_errを電圧ノルム指令値ｖa*にフィードバックするための電流フィードバック制御を実行する。すなわち、ＰＩ制御器２２６は、電動機９の磁束状態量に応じて電圧ノルム指令値ｖa*を変更する。
【００７０】
本実施形態のＰＩ制御器２２６は、磁束偏差φ0_errに基づいて、式(８)のように、フィードバック制御により得られる電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを算出する。
【００７１】
【数８】
2019106727.tif 000010
【００７２】
なお、ωreは電動機９の電気角速度であり、Ｋφpは比例ゲインであり、Ｋφiは積分ゲインである。これらはＰＩ制御器２２９の制御ゲインである。電気角速度ωreは、可変ゲインであり、比例ゲインＫφp及び積分ゲインＫφiは、実験データ又はシミュレーション結果などによって求められる。
【００７３】
ＰＩ制御器２２６の詳細構成については図４を参照して後述する。ＰＩ制御器２２９は、電流フィードバック制御を実行することにより、電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbをノルム合成器２３０に出力する。
【００７４】
ノルム合成器２３０は、電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを電圧ノルム基準値Ｖa_ffに加算し、加算した値を電圧ノルム指令値Ｖa*としてノルム制限器２４０に出力する。
【００７５】
ノルム制限器２４０は、電圧ノルム指令値Ｖa*を下限値（例えば０）から上限値Ｖa_maxまでの間に制限する。バッテリ電圧検出値Ｖdcが低下するほど、電圧ノルム上限値Ｖa_maxは小さくなる。
【００７６】
上述の上限値Ｖa_maxは、式（９）のように、電圧位相制御における変調率の最大許容設定値である変調率上限値Ｍmax*とバッテリ電圧検出値Ｖdcとに基づいて算出される。
【００７７】
【数９】
2019106727.tif 000011
【００７８】
ノルム制限器２４０は、電圧ノルム指令値Ｖa*が上限値Ｖa_maxを上回っている間は、ベクトル変換器２９０に出力される電圧ノルム指令値Ｖa*を上限値Ｖa_maxに設定する。電圧ノルム指令値Ｖa*が上限値Ｖa_maxに固定されている間は、トルクＦＢ制御部２６０によりトルク推定値Ｔestが電圧位相指令値α*にフィードバックされることで電動機９のトルクが増減される。
【００７９】
ノルム制限器２４０は、電圧ノルム指令値Ｖa*が上限値Ｖa_max又は下限値に固定さている間は、電圧ノルム指令値Ｖa*が制限されている旨の通知信号をＰＩ制御器２２６に出力する。
【００８０】
電圧位相生成部２５０は、フィードフォワード制御により、トルク目標値Ｔ*に基づいて、電動機９に供給すべき電圧の位相を示す電圧位相ＦＦ値αffを生成する。本実施形態の電圧位相生成部２５０は、トルク目標値Ｔ*と電圧ノルム基準値Ｖa_ffと回転速度検出値Ｎとを用いて電圧位相ＦＦ値αffを算出する。電圧位相生成部２５０には、あらかじめ定められた位相テーブルが記憶されている。
【００８１】
上述の位相テーブルには、トルク目標値Ｔ*、電圧ノルム基準値Ｖa_ff及び回転速度検出値Ｎによって定まる動作点ごとに電圧位相ＦＦ値αffが対応付けられている。位相テーブルの電圧位相ＦＦ値αffには、例えば、実験において動作点ごとにノミナル状態で計測された電圧位相値が格納される。
【００８２】
電圧位相生成部２５０は、トルク目標値Ｔ*、電圧ノルム基準値Ｖa_ff及び回転速度検出値Ｎの各パラメータを取得すると、位相テーブルを参照し、各パラメータにより特定される動作点に対応付けられた電圧位相ＦＦ値αffを算出する。そして電圧位相生成部２５０は、算出した電圧位相ＦＦ値αffを位相合成器２７０に出力する。
【００８３】
トルクＦＢ制御部２６０は、トルク目標値Ｔ*に基づいて電動機９のトルク推定値Ｔestを電圧位相指令値α*にフィードバックするための電圧位相ＦＢ値αfbを出力する。トルクＦＢ制御部２６０は、参照トルク生成部２６１と、トルク演算器２６２と、トルク偏差演算器２６３と、ＰＩ制御器２６４と、を備える。
【００８４】
参照トルク生成部２６１は、図２に示したＬＰＦ１０２と同様の構成である。参照トルク生成部２６１は、トルク目標値Ｔ*に基づいて電動機９でのトルクの目標応答を表すトルク参照値Ｔref*を算出する。参照トルク生成部２６１は、算出したトルク参照値Ｔref*をトルク偏差演算器２６３に出力する。
【００８５】
トルク演算器２６２は、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqに基づいてトルク推定値Ｔestを演算する。トルク演算器２６２には、あらかじめ定められたトルクテーブルが記憶されている。トルクテーブルには、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqにより特定められる動作点ごとにトルク推定値Ｔestが対応付けられている。トルクテーブルのトルク推定値Ｔestには、例えば、実験においてｄｑ軸電流の動作点ごとに計測したトルクの計測値があらかじめ格納される。
【００８６】
トルク演算器２６２は、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqの各パラメータを取得すると、トルクテーブルを参照し、各パラメータにより特定される動作点に対応付けられたトルク推定値Ｔestを算出する。トルク演算器２６２は、算出したトルク推定値Ｔestをトルク偏差演算器２６３に出力する。
【００８７】
トルク偏差演算器２６３は、トルク参照値Ｔref*とトルク推定値Ｔestとのトルク偏差Ｔerrを演算し、演算したトルク偏差ＴerrをＰＩ制御器２６４に出力する。
【００８８】
ＰＩ制御器２６４は、トルク参照値Ｔref*にトルク推定値Ｔestが追従するようトルク偏差演算器２６３からのトルク偏差Ｔerrを電圧位相指令値α*にフィードバックするためのトルクフィードバック制御を実行する。
【００８９】
本実施形態のＰＩ制御器２６４は、式(１０)のように、トルク偏差Ｔerr（Ｔref*−Ｔest）に基づいて電圧位相ＦＢ値αfbを算出する。ＰＩ制御器２６４は、算出した電圧位相ＦＢ値αfbを位相合成器２７０に出力する。
【００９０】
【数１０】
2019106727.tif 000012
【００９１】
なお、Ｋαpは比例ゲインであり、Ｋαiは積分ゲインである。比例ゲインＫαp及び積分ゲインＫαiは、実験データやシミュレーション結果などによって求められる。
【００９２】
位相合成器２７０は、電圧位相ＦＢ値αfbを電圧位相ＦＦ値αffに加算し、加算した値を電圧位相制御の電圧位相指令値α*として位相制限器２８０に出力する。
【００９３】
位相制限器２８０は、電圧位相下限値αminから電圧位相上限値αmaxまでの所定の電圧位相範囲に電圧位相指令値α*を制限する。所定の電圧位相範囲の設定手法については、図７で後述する。位相制限器２８０は、電圧位相範囲内に制限した電圧位相指令値α*をベクトル変換器２９０に出力する。
【００９４】
ベクトル変換器２９０は、式(１１)のように、ノルム制限器２４０からの電圧ノルム指令値Ｖａ*、及び位相制限器２８０からの電圧位相指令値α*をｄ軸電圧指令値ｖdv*及びｑ軸電圧指令値ｖqv*に変換し、電圧位相制御の電圧指令値ｖdv_fin及びｖqv_finとして出力する。
【００９５】
【数１１】
2019106727.tif 000013
【００９６】
このように電圧位相制御部２は、トルク偏差Ｔerrがゼロに収束するように電圧位相指令値α*を変更する。これにより、電圧ノルム指令値Ｖa*が過変調領域で固定された状態であっても、電動機９のトルクを増減することができる。
【００９７】
さらに本実施形態では電圧位相制御部２は、磁束ノルム推定値φ0_estが磁束ノルム参照値φ0_refに収束するように磁束ノルム推定値φ0_estに応じて電圧ノルム指令値Ｖa*を変更する。これにより、電動機９の磁束状態量に応じて適切に電圧ノルム指令値Ｖa*を増減させることができる。
【００９８】
なお、本実施形態の磁束演算器２２３は磁束ノルムφ0に関する目標量として磁束ノルム参照値φ0_refを演算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。ｄ軸参照生成器２２１及びｑ軸参照生成器２２２を省略し、ｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉd*及びｉq*に基づいて、上述の式（６）のように磁束ノルムの目標値を演算してもよい。これにより、電圧位相制御部２の演算負荷を抑制することができる。
【００９９】
図４は、ＰＩ制御器２２６の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０１００】
ＰＩ制御器２２６は、可変ゲイン演算器９１と、可変ゲイン乗算器９２と、比例ゲイン乗算器９３と、積分ゲイン乗算器９４と、積分器９５と、加算器９６と、を備える。なお、可変ゲイン乗算器９２、比例ゲイン乗算器９３及び積分ゲイン乗算器９４の各々に設定されるゲインを総じてＰＩ制御器２２９の制御ゲインと称する。
【０１０１】
可変ゲイン演算器９１は、式（１２）のように、電動機９の回転速度検出値Ｎに基づいて電気角速度ωreを演算する。可変ゲイン演算器９１は、制御ゲインを構成する可変ゲインとして電気角速度ωreを出力する。
【０１０２】
【数１２】
2019106727.tif 000014
【０１０３】
可変ゲイン乗算器９２は、磁束偏差演算器２２５から出力される磁束偏差φ0_errに対して可変ゲインである電気角速度ωreを乗算する。可変ゲイン乗算器９２は、磁束偏差φ0_errに電気角速度ωreを乗算した値を比例ゲイン乗算器９３に出力する。
【０１０４】
比例ゲイン乗算器９３は、可変ゲイン乗算器９２の出力に対して比例ゲインＫφpを乗算する。可変ゲイン乗算器９２の出力に比例ゲインＫφpを乗算した値を、加算器９６及び積分ゲイン乗算器９４に出力する。
【０１０５】
積分ゲイン乗算器９４は、比例ゲイン乗算器９３の出力に対して積分ゲインＫφiを乗算する。積分ゲイン乗算器９４は、比例ゲイン乗算器９３の出力に積分ゲインＫφiを乗算した値を積分器９５に出力する。
【０１０６】
積分器９５は、積分ゲイン乗算器９４の出力を順次積分する。加算器９６は、比例ゲイン乗算器９３の出力と積分器９５の出力とを加算し、加算した値を電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbとして出力する。
【０１０７】
このように、磁束偏差φ0_errを電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbにフィードバックすることにより、磁束ノルム推定値φ0_estが磁束ノルム参照値φ0_refに収束するように、電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbが変化するので、電圧ノルム指令値Ｖa*を変更することができる。
【０１０８】
次に、電動機９の磁束ノルムを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックする磁束フィードバック制御を実行する手法の一例を説明する。
【０１０９】
図５は、電動機９の中高速回転領域において電動機９に生じる磁束ノルムφ0と電圧ノルムＶaとの関係を示す図である。ここでは、横軸がｄｑ軸の直交座標系のうちｄ軸を示し、縦軸がもう一方のｑ軸を示す。
【０１１０】
図５に示すように、電動機９の回転速度検出値Ｎが中高回転領域にある場合において、電動機９の巻線抵抗による電圧降下は、誘起電圧の大きさωreφ0に比べて無視できるほど小さくなるので、電動機９の巻線抵抗による電圧降下を省略している。すなわち、電動機９の端子電圧の大きさを示す電圧ノルムＶaは、磁束ノルムφ0及び電気角速度ωreに比例しているとみなすことができる。
【０１１１】
磁束ノルムφ0は、電動機９に供給される電流のｄ軸電流ｉd及びｑ軸電流ｉqにより生じる電流磁束と、電動機９に設けられた磁石により生じる磁石磁束Φaとを合成した合成磁束の大きさを示す。磁束ノルムφ0は、ｄ軸電流ｉd及びｄ軸インダクタンスＬdによるｄ軸電流磁束Ｌdｉdと、ｑ軸電流ｉq及びｑ軸インダクタンスＬqによるｑ軸電流磁束Ｌqｉqとに基づいて決まる。
【０１１２】
本実施形態の磁束ＦＢ制御部２２０は、電動機９への供給電流の電流成分（ｉd及びｉq）に基づく磁束ノルムφ0と電圧ノルムＶaとの関係を利用して、電動機９の状態量に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*が増減するように構成される。そしてＰＩ制御器２２６の制御ゲインの一部に可変ゲインである電気角速度ωreを用いることにより、電動機９の回転速度の変化に応じて電動機９の応答速度を維持することができる。
【０１１３】
図６は、図３に示したＰＩ制御器２２６においてアンチワインドアップ処理を実行する機能構成の一例を示すブロック図である。
【０１１４】
ノルム制限器２４０が電圧ノルム指令値Ｖa*を所定の制限値で制限している旨の通知信号をＰＩ制御器２２６に出力している間、図６に示すようにＰＩ制御器２２６は、アンチワインドアップ処理を実行する。本実施形態の制限値としては、電圧ノルム上限値Ｖa_max及び電圧ノルム下限値が挙げられる。
【０１１５】
この例では、ＰＩ制御器２２６の入力に対して積分器９５が更新されないよう０（ゼロ）が積分器９５に入力される。そしてＰＩ制御器２２６には、電圧ノルム指令値Ｖa*の制限値から、比例ゲイン乗算器９３の出力と電圧ノルム基準値Ｖa_ffとの和を減算して積分器９５に出力する演算器９７が設けられる。
【０１１６】
これにより、ＰＩ制御器２２６の出力である電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbと電圧ノルム基準値Ｖa_ffとの和が電圧ノルム上限値Ｖa_max又は電圧ノルム下限値である０となるように初期化処理が実行される。
【０１１７】
なお、ノルム制限器２４０が電圧ノルム指令値Ｖa*を制限値に制限していない間は、ＰＩ制御器２２６は、図４に示した構成により電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを算出する。
【０１１８】
図７は、図３に示した位相制限器２８０に設定される電圧位相範囲の設定手法の一例を説明する図である。
【０１１９】
図７には、電動機９における電圧位相αとトルクＴとの関係を示す電圧位相特性が例示されている。ここでは、横軸が電動機９の電圧位相αを示し、縦軸が電動機９のトルクＴを示す。
【０１２０】
図７に示すように、電動機９の電圧位相αとトルクＴとの相関が維持される電圧位相の範囲が凡そ−１０５度から＋１０５度までの範囲である。このような例では、図３で述べた位相制限器２８０に関する電圧位相範囲の電圧位相下限値αmin及び電圧位相上限値αmaxは、それぞれ−１０５度及び＋１０５度に設定される。
【０１２１】
図８は、図１に示した切替判定部１３の構成の一例を示すブロック図である。
【０１２２】
切替判定部１３は、第１乃至第３ノルム閾値演算器１３１乃至１３３と、平均化処理フィルタ１３４及び１３５と、ノルム演算器１３６と、ノイズ処理フィルタ１３７と、参照電流フィルタ１３８と、電流閾値演算器１３９と、制御モード判定器１４０とを備える。
【０１２３】
第１ノルム閾値演算器１３１は、電圧位相制御から電流ベクトル制御へ切り替えるための変調率閾値Ｍth1に基づいて、電圧ノルムに関する閾値である第１ノルム閾値Ｖa_th1を演算する。第１ノルム閾値Ｖa_th1は、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切替え条件として用いられる。
【０１２４】
第２ノルム閾値演算器１３２は、電流ベクトル制御から電圧位相制御へ切り替えるための変調率閾値Ｍth2に基づいて、電圧ノルムに関する閾値である第２ノルム閾値Ｖa_th2を演算する。第２ノルム閾値Ｖa_th2は、電流ベクトル制御から電圧位相制御への切替え条件として用いられる。
【０１２５】
第３ノルム閾値演算器１３３は、電圧位相制御から保護制御へ切り替えるための変調率閾値Ｍth3に基づいて、電圧ノルムに関する閾値である第３ノルム閾値Ｖa_th3を演算する。第３ノルム閾値Ｖa_th3は、電流ベクトル制御から保護制御への切替え条件として用いられる。
【０１２６】
第１乃至第３変調率閾値Ｍth1乃至Ｍth3は、例えば、式（１３）のような関係になるように設定される。なお、変調率上限値Ｍmax*は、１．０よりも大きな値に設定される。
【０１２７】
【数１３】
2019106727.tif 000015
【０１２８】
本実施形態の第１乃至第３ノルム閾値演算器１３１乃至１３３は、それぞれ、式（１４）のように、バッテリ電圧検出値Ｖdcと第１乃至第３変調率閾値Ｍth1乃至Ｍth3とに基づいて、第１乃至第３ノルム閾値Ｖa_th1乃至Ｖa_th3を算出する。
【０１２９】
【数１４】
2019106727.tif 000016
【０１３０】
平均化処理フィルタ１３４は、入力値に対して平均化処理を施して出力するフィルタである。本実施形態の平均化処理フィルタ１３４は、制御切替器３から出力されたｄ軸の最終電圧指令値ｖd_fin*に対して、入力値のノイズ成分を除去するノイズカット処理を施し、ノイズカット処理を施した値ｖd_fin_fltをノルム演算器１３６に出力する。平均化処理フィルタ１３４は、例えば、ローパスフィルタにより実現される。
【０１３１】
平均化処理フィルタ１３５は、平均化処理フィルタ１３４と同様の構成である。平均化処理フィルタ１３５は、制御切替器３から出力されたｑ軸の最終電圧指令値ｖd_fin*に対してノイズカット処理を施し、ノイズカット処理を施した値ｖq_fin_fltをノルム演算器１３６に出力する。
【０１３２】
ノルム演算器１３６は、式（１５）のように、平均化処理フィルタ１３４及び１３５の各出力値ｖd_fin_flt及びｖq_fin_fltに基づいて、電圧令指令値のノルム成分を示す平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*を算出する。
【０１３３】
【数１５】
2019106727.tif 000017
【０１３４】
なお、制御切替器３から電圧位相制御の電圧指令値ｖdv_fin及びｖqv_finが出力される場合には、平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*に代えて、図３に示したベクトル変換器２９０に入力される電圧ノルム指令値Ｖa*を用いるようにしてもよい。
【０１３５】
ノイズ処理フィルタ１３７は、入力値に対して平均化処理を施して出力するフィルタである。本実施形態のノイズ処理フィルタ１３７は、図１に示した座標変換器１２からのｄ軸電流検出値ｉdに対してノイズカット処理を施すことにより、平均化ｄ軸電流値ｉd_fltを算出する。ノイズ処理フィルタ１３７は、例えば、ローパスフィルタにより実現される。
【０１３６】
参照電流フィルタ１３８は、図２に示した電流目標値演算部１０３からのｄ軸電流目標値ｉd*に対して、電動機９の応答性を考慮したフィルタ処理を施すことにより、ｄ軸電流参照値ｉd_ref*を算出する。参照電流フィルタ１３８は、例えば、ローパスフィルタにより実現される。
【０１３７】
電流閾値演算器１３９は、入力値に対して平均化処理を施して出力するフィルタである。本実施形態の電流閾値演算器１３９は、参照電流フィルタ１３８からのｄ軸電流参照値ｉd_ref*に対して、ノイズ処理フィルタ１３７と同様のノイズカット処理を施すことにより、平均化ｄ軸電流値ｉd_fltと同等の遅延特性を有するｄ軸電流閾値ｉd_th*を算出する。
【０１３８】
ｄ軸電流閾値ｉd_th*は、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切替条件のひとつとして用いられる。電流閾値演算器１３９は、例えば、ノイズ処理フィルタ１３７と同一のローパスフィルタにより実現される。
【０１３９】
制御モード判定器１４０は、電圧位相制御、電流ベクトル制御、及び保護制御のうち電動機９の作動状態に応じて、電動機９に適した制御を判定する。そして制御モード判定器１４０は、判定結果を示す制御モードを制御切替器３に出力する。
【０１４０】
本実施形態の制御モード判定器１４０は、平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*と、平均化ｄ軸電流値ｉd_fltとに基づいて、電流ベクトル制御と電圧位相制御との間で電動機９の制御を切り替える。また、制御モード判定器１４０は、平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*と、回転速度検出値Ｎとに基づいて、電動機９の制御を電圧位相制御から電動機９を保護するための保護制御に切り替える。
【０１４１】
図９は、第１乃至第３の変調率閾値Ｍth1乃至Ｍth3の設定例を示す図である。
【０１４２】
図９に示すように、変調率上限値Ｍmax*は１．１に設定され、第２変調率閾値Ｍth2は１．０に設定され、第１変調率閾値Ｍth1は０．９に設定され、第３変調率閾値Ｍth3は０．５に設定される。
【０１４３】
なお、図３に示した電圧ノルム生成部２１０の基準変調率Ｍ*は、電圧位相制御の動作領域のうち電動機９の動作の大部分を占める第２変調率閾値Ｍth2から変調率上限値Ｍmax*までの範囲内に設定するのが好ましい。
【０１４４】
図１０は、制御モード判定器１４０による制御モードの判定手法の一例を説明する図である。
【０１４５】
図１０に示すように、電流ベクトル制御の実行中において平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*が第２ノルム閾値Ｖa_th2以上になったときに制御モード判定器１４０は、電動機９に適した制御が電圧位相制御であると判定する。そして制御モード判定器１４０は、電圧位相制御を示す制御モード信号を制御切替器３に出力する。これにより、電動機９の制御は、電流ベクトル制御から電圧位相制御へ切り替えられる。
【０１４６】
電圧位相制御の実行中において、平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*が第１ノルム閾値Ｖa_th1以下になり、かつ、平均化ｄ軸電流値ｉd_fltがｄ軸電流閾値ｉd_th*以上になったときに制御モード判定器１４０は、電動機９に適した制御が電流ベクトル制御であると判定する。そして制御モード判定器１４０は、電流ベクトル制御を示す制御モード信号を制御切替器３に出力する。これにより、電動機９の制御は、電圧位相制御から電流ベクトル制御へ切り替えられる。
【０１４７】
さらに電圧位相制御の実行中においては、平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*が第３ノルム閾値Ｖa_th3以下になり、又は、回転速度検出値Ｎの絶対値が回転速度閾値Ｎｔｈを下回ったときに制御モード判定器１４０は、電動機９に適した制御が保護制御であると判定する。
【０１４８】
上述の回転速度閾値Ｎthは、電動機９の回転速度が下り過ぎているか否かを判定するための所定の閾値である。制御モード判定器１４０は、保護制御を示す制御モード信号を制御切替器３に出力する。これにより、電動機９の制御が電圧位相制御から保護制御へ切り替えられる。
【０１４９】
なお、保護制御の実行中に電動機９に対して電流及び電圧が過剰に供給されておらず、電動機９の故障が起っていないときには、制御モード判定器１４０は、電動機９に適した制御が電流ベクトル制御であると判定する。すなわち、電動機９の制御は保護制御から電流ベクトル制御に復帰する。
【０１５０】
図１１は、図１に示した制御切替器３の詳細構成を例示するブロック図である。
【０１５１】
制御切替器３は、電流ベクトル制御部１の出力である電圧指令値ｖdi_fin及びｖqi_finと、電圧位相制御部２の出力である電圧指令値ｖdv_fin及びｖqv_finと、保護制御に用いられる電圧指令値と、制御モード判定器１４０からの制御モード信号とを取得する。保護制御用のｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値は、互いにゼロ（０）を示すゼロ電圧値に設定される。
【０１５２】
制御切替器３は、制御モード判定器１４０からの制御モード信号に応じて、電流ベクトル制御部１の出力を用いて電動機９を駆動するか、電圧位相制御部２の出力を用いて電動機９を駆動するかを選択する。
【０１５３】
また、制御モードが保護制御を示す場合には、制御切替器３は、電動機電流検出器８及び回転子検出器１０などに依存しないゼロ電圧を選択する。これにより、インバータ６から電動機９に供給される交流電力を抑制することができる。
【０１５４】
そして、制御切替器３からゼロ電圧値が出力されている間、制御装置１００は、電動機９又は制御装置１００自体が異常状態であるか否かのチェック及び故障診断などを実行する。
【０１５５】
図１２は、本実施形態における電動機９の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【０１５６】
ステップＳ１において座標変換器１２は、電動機電流検出器８により検出されるＵ相及びＶ相の電流ｉu及びｉvをｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉd及びｉqに変換する。ステップＳ１の処理は、電動機９に供給される電流を検出する検出ステップを含む。
【０１５７】
ステップＳ２において回転速度演算器１１は、回転子検出器１０により検出される電気角検出値θに基づいて、電動機９の回転速度検出値Ｎを演算する。
【０１５８】
ステップＳ３において制御装置１００は、電動機９のトルク目標値Ｔ*とバッテリ電圧検出器７からのバッテリ電圧検出値Ｖdcとを取得する。
【０１５９】
ステップＳ４において切替判定部１３は、電動機９の作動状態に応じて、電動機９に適用すべき制御を判定する。
【０１６０】
ステップＳ５において切替判定部１３は、電動機９に適用すべき制御が電流ベクトル制御であるか否かを判断する。
【０１６１】
ステップＳ６において電流ベクトル制御部１は、電動機９に適用すべき制御が電流ベクトル制御であると判定された場合には、トルク目標値Ｔ*に基づいてｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉd*及びｉq*を演算する。すなわち、ステップＳ６の処理は電流ベクトル制御ステップを構成する。
【０１６２】
ステップＳ７において電流ベクトル制御部１は、ｄ軸電流目標値ｉd*とｄ軸電流検出値ｉdとの偏差に応じてｄ軸の電流ＦＢ電圧指令値ｖdi*を算出するとともにｑ軸電流目標値ｉq*とｑ軸電流検出値ｉqとの偏差に応じてｑ軸の電流ＦＢ電圧指令値ｖqi*を算出する。
【０１６３】
ステップＳ８において電流ベクトル制御部１は、トルク目標値Ｔ*に基づいてｄ軸及びｑ軸の非干渉電圧値ｖd_dcpl*及びｖq_dcpl*を演算する。そして電流ベクトル制御部１は、その非干渉電圧値ｖd_dcpl*及びｖq_dcpl*の各々に対してローパスフィルタ処理を施した非干渉電圧値ｖd_dcpl_flt*及びｖq_dcpl_flt*を出力する。
【０１６４】
ステップＳ９において電流ベクトル制御部１は、ｄ軸及びｑ軸の電流ＦＢ電圧指令値ｖqi*及びｖqi*に対して、それぞれ非干渉電圧値ｖd_dcpl_flt*及びｖq_dcpl_flt*を加算することにより、電流ベクトル制御のｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖdi_fin*及びｖqi_fin*を出力する。
【０１６５】
ステップＳ１０において座標変換器４は、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖdi_fin*及びｖqi_fin*を三相電圧指令値ｖu*、ｖv*及びｖw*に変換する。
【０１６６】
次に、ステップＳ５で電動機９に適用すべき制御が電流ベクトル制御ではないと判定された場合には、制御装置１００はステップＳ１１の処理に進む。
【０１６７】
ステップＳ１１において切替判定部１３は、電動機９に適用すべき制御が電圧位相制御であるか否かを判断する。
【０１６８】
ステップＳ１２において電圧位相制御部２は、電動機９に適用すべき制御が電圧位相制御であると判定された場合には、本実施形態における電圧位相制御処理を実行する。この電圧位相制御処理については図１３を参照して後述する。
【０１６９】
ステップＳ１３において電圧位相制御部２は、電圧位相制御処理を実行することにより、電圧位相制御のｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖdv_fin*及びｖqv_fin*を出力する。その後、制御装置１００はステップＳ１０の処理に進む。
【０１７０】
次に、ステップＳ１１で電動機９に適用すべき制御が電流ベクトル制御ではなく、かつ電圧位相制御でもないと判定された場合には、制御装置１００はステップＳ１４の処理に進む。
【０１７１】
ステップＳ１４において制御切替器３は、電動機９に適用すべき制御が電流ベクトル制御ではなく、かつ電圧位相制御でもないと判定された場合には、保護制御のｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖd_fin*及びｖq_fin*をそれぞれゼロに設定する。その後、制御装置１００はステップＳ１０の処理に進み、制御装置１００の制御方法を終了する。
【０１７２】
図１３は、ステップＳ１２の電圧位相制御処理に関する処理手順例を示すフローチャートである。
【０１７３】
ステップＳ１２１において電圧位相制御部２は、図３で述べたとおり、電流ベクトル制御部１からのｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉd*及びｉq*と、電圧ノルム基準値Ｖa_ffと、電圧位相ＦＦ値αffとを取得する。
【０１７４】
ステップＳ１２２において電圧位相制御部２は、トルク参照値Ｔrefとトルク推定値Ｔestとを演算する。
【０１７５】
ステップＳ１２３において電圧位相制御部２は、トルク参照値Ｔrefとトルク推定値Ｔestとのトルク偏差Ｔerrを用いて電圧位相ＦＢ値αfbを演算する。
【０１７６】
ステップＳ１２４において電圧位相制御部２は、電圧位相ＦＢ値αfbを電圧位相ＦＦ値αffに加算した電圧位相指令値α*を所定の電圧位相範囲内に制限する。
【０１７７】
ステップＳ１２５において電圧位相制御部２は、電圧位相指令値α*が電圧位相範囲の上限値に制限されたか否かを判断する。そして電圧位相制御部２は、電圧位相指令値α*が電圧位相範囲の上限値に制限されていない場合には、ステップＳ１２６の処理に進む。
【０１７８】
ステップＳ１２６において電圧位相制御部２は、電圧位相指令値α*が電圧位相範囲の上限値に制限された場合には、トルク偏差Ｔerrを電圧位相指令値α*にフィードバックするためのＰＩ制御器２６４を初期化する。
【０１７９】
ステップＳ１２７において電圧位相制御部２は、ｄ軸電流参照値ｉd_ref*とｑ軸電流参照値ｉq_ref*とに基づいて磁束ノルム参照値φ0_refを演算するとともに、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqに基づいて磁束ノルム推定値φ0_estを演算する。すなわち、ステップＳ１２７の処理は、電動機９に供給される電流に基づいて、電動機９に生じる合成磁束を示す状態量を演算する状態量演算ステップを構成する。
【０１８０】
ステップＳ１２８において電圧位相制御部２は、磁束ノルムの偏差として、磁束ノルム参照値φ0_refと磁束ノルム推定値φ0_estとの磁束偏差φ0_errを算出する。
【０１８１】
ステップＳ１２９において電圧位相制御部２は、磁束偏差φ0_errを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックするための電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを演算する。すなわち、ステップＳ１２９の処理は、電動機９に生じる合成磁束を示す状態量に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*を変更するノルム変更ステップを構成する。
【０１８２】
ステップＳ１３０において電圧位相制御部２は、電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを電圧ノルム基準値Ｖa_ffに加算した電圧ノルム指令値Ｖa*を所定の電圧ノルム範囲内に制限する。電圧ノルム範囲は、電圧ノルム上限値Ｖa_max及び電圧ノルム下限値により規定される。
【０１８３】
ステップＳ１３１において電圧位相制御部２は、電圧ノルム指令値Ｖa*が電圧ノルム範囲の上限値Ｖa_maxに制限されたか否かを判断する。そして電圧位相制御部２は、電圧ノルム指令値Ｖa*が上限値Ｖa_maxに制限されていない場合には、ステップＳ１３３の処理に進む。
【０１８４】
ステップＳ１３２において電圧位相制御部２は、電圧ノルム指令値Ｖa*が上限値Ｖa_maxに制限された場合には、電流偏差を電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックするためのＰＩ制御器２２６を初期化する。
【０１８５】
ステップＳ１３３において電圧位相制御部２は、電圧ノルム指令値Ｖa*と電圧位相指令値α*とにより特定される電圧指令ベクトルをｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖdv_fin*及びｖqv_fin*に変換する。
【０１８６】
ステップＳ１３３の処理が終了すると、制御装置１００は、電圧位相制御処理を終了させ、図１２に示した制御方法の処理手順に戻る。
【０１８７】
次に、本実施形態における電動機９の制御によって得られる作用効果について次図を参照して説明する。
【０１８８】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、電圧位相制御と電流ベクトル制御と間の切替え手法を説明する図である。図１４Ａ及び図１４Ｂにおいては、横軸が電動機９の回転速度を示し、縦軸が電動機９の各相に供給される電力の相間電圧に関する電圧ノルムを示す。
【０１８９】
図１４Ａは、本実施形態との比較例として一般的な制御切替えの手法を説明する図である。
【０１９０】
一般的に、電流ベクトル制御では電動機９への供給電流が最小となるように又は電動機９の運転効率が最大となるように電動機９の制御が行われ、電圧位相制御では電動機９の電圧ノルムが一定となるように電動機９の制御が行われる。このため、電流ベクトル制御動作ラインと電圧位相制御の動作ラインとが互いに交わる交点Ｐで電動機９の制御を切り替えることが理想である。
【０１９１】
しかしながら、交点Ｐでチャタリングが発生することがあるため、この対策として、図１４Ａに示すように、いずれかの制御が交点Ｐを超えてもある程度その制御を継続して行うことを許容したり、ヒステリシスを持たせるために切替周期に対して所定の時間幅を持たせたりすることが一般的である。
【０１９２】
また、電圧位相制御については、主に過変調領域から矩形波領域で用いられるため、電動機９への供給電流に含まれる高調波電流が増加する。その結果、制御切替の判定に用いられる電流値から高調波成分を除去するローパスフィルタの時定数を大きくすることが必要になり、理想的な切替えタイミングに対して切替え判定の遅れが大きくなりやすい。
【０１９３】
さらに、上述のような構成では、電動機９の負荷が急変することなどに起因して電動機９の回転速度が急峻に減少したときには、電圧位相制御が許容範囲を超えて継続して行われる場合がある。このような場合には、電動機９への過電流を引き起こすことが懸念される。これに対し、本実施形態における電流ベクトル制御と電圧位相制御との間の制御切替え手法について図１４Ｂを参照して説明する。
【０１９４】
図１４Ｂは、本実施形態における電動機９の制御を切り替える手法を説明する図である。
【０１９５】
まず、本実施形態の電圧位相制御部２には、図３に示したように、磁束ノルム推定値φ0_estを電圧ノルム指令値Ｖa*に対してフィードバックする構成が備えられている。このような構成をとることにより、電圧位相制御を用いて電動機９を駆動している状態であっても、電動機９の回転速度が低下した場合には、回転速度の低下に合わせて適切に電圧ノルムを小さくすることができる。
【０１９６】
これにより、図１４Ｂに示すように、電圧位相制御の実行中に電動機９の電圧ノルムが電流ベクトル制御の動作ライン近傍を追従することになるので、制御切替えのポイントとなる第１乃至第３電圧ノルム閾値Ｖa_th1*乃至Ｖa_th3*を任意の変調率又は電圧ノルム値に設定することができる。
【０１９７】
このため、高調波電流が増加してしまう過変調領域を避けるように、制御切替えのポイントを設定することが可能になる。したがって、図８に示したノイズ処理フィルタ１３７の時定数を小さくすることが可能になるので、切替判定部１３での電圧位相制御から電流ベクトル制御への切替え判定の遅れを小さくすることができる。
【０１９８】
仮に、判定の遅れに起因して電圧位相制御が制御切替えのポイントを超えて実行されたとしても、同一の回転速度における電圧位相制御と電流ベクトル制御との電圧ノルムの差が小さいため、どちらの制御でも動作可能なマージンを十分に確保することができる。これにより、電動機９での過電流の発生を抑制することができる。
【０１９９】
また、何らかの異常が原因となり電圧位相制御において電圧ノルムが第１電圧ノルム閾値Ｖa_th1*よりも低下した場合であっても、電圧ノルム指令値Ｖa*を監視することにより、電圧ノルムの低下を検出して異常を検知することが可能になる。そして異常を検知した場合には、電動機９の制御を電圧位相制御から保護制御へと移行させることにより、電動機９を保護することができる。
【０２００】
なお、本実施形態では電圧ノルム指令値Ｖa*を変更するための状態量として電動機９の磁束ノルムφ0を演算する例について説明したが、磁束ノルムφ0と相関のあるパラメータであってもよい。
【０２０１】
例えば、磁束ノルムφ0と相関のあるパラメータとして、図１４Ｂに示したように電動機９の回転速度検出値Ｎ及びトルク目標値Ｔ*などを用いてもよい。このような場合には、回転速度検出値Ｎ及びトルク目標値Ｔ*の少なくとも一方のパラメータと電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbとの関係を示すマップなどが電圧位相制御部２に実験データやシミュレーション結果などを考慮してあらかじめ記録される。あるいは、回転速度検出値Ｎ及びトルク目標値Ｔ*の少なくとも一方のパラメータと電圧ノルム指令値Ｖa*との関係を示すマップなどが電圧位相制御部２に実験データ又はシミュレーション結果などを考慮して記録されてもよい。
【０２０２】
本発明の第１実施形態によれば、電動機９を制御する制御方法は、電動機９の作動状態に応じて電動機９の供給電力を制御する電流ベクトル制御及び電圧位相制御のうちいずれか一つの制御を実行する制御方法である。この制御方法において電圧位相制御部２は、電動機９に対する供給電圧の大きさを示す電圧ノルム指令値Ｖa*と、その供給電圧の位相を示す電圧位相指令値α*とに基づいて電圧位相制御の電圧指令値ｖdv_fin及びｖqv_finを演算する。
【０２０３】
そして電圧位相制御部２は、例えばステップＳ１２７の処理のように、電動機９に供給される電流の値に基づいて、電動機９に生じる磁束及びその磁束に相関のあるパラメータのうち一方の状態量である磁束状態量を演算する。さらに電圧位相制御部２は、演算した磁束状態量に応じて、例えばステップＳ１３０の処理のように電圧ノルム指令値Ｖa*を変更する。
【０２０４】
電動機９の回転速度検出値Ｎが中高回転領域にある場合には、図５に示したように、電動機９の端子電圧の大きさを示す電圧ノルムＶaは、磁束ノルムφ0及び電気角速度ωreに比例しているとみなすことができる。これにより、磁束状態量が減少するほど電圧ノルムＶaが減少するので、電圧位相制御部２は電圧ノルム指令値Ｖa*を小さくすることができる。
【０２０５】
これにより、図１４Ｂに示したように、電動機９の回転速度が急峻に低下した場合であっても、電圧位相制御の実行中に電圧ノルム指令値Ｖa*と実際の電圧ノルムＶaとの誤差が過大になるのを抑制することができる。このため、電動機９の制御誤差が過大になることに起因する電圧ノルム指令値Ｖa*の発散を抑えられるので、電動機９の動作が不安定になるのを回避することができる。
【０２０６】
一方、ｄ軸電流ｉd及びｑ軸電流ｉqについては、電動機９の電圧位相αによっては電圧ノルムＶaとの相関が無くなってしまう。例えば、ｄ軸電流ｉdに関しては電圧位相αがプラス９０°又はマイナス９０°になるとｄ軸電流ｉdと電圧ノルムＶaとの相関が無くなり、ｑ軸電流ｉqに関しては電圧位相αが０°になるとｑ軸電流ｉqと電圧ノルムＶaとの相関がなくなる。そのため、ｄ軸電流ｉd及びｑ軸電流ｉqのうちいずれか一方を電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックする構成では、電動機９の制御誤差が過大になり、電動機９の動作が不安定になることが懸念される。
【０２０７】
したがって、本実施形態によれば、電圧ノルムＶaと相関のある磁束ノルムφ0に関する状態量に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*を変更することにより、電動機９の動作が不安定になることを抑制することができる。
【０２０８】
また、本実施形態によれば、電動機９の制御方法において電動機電流検出器８は、電動機９に供給される電流を検出する。そして電圧位相制御部２は、ステップＳ１２７の処理のように、電動機９に供給される電流の検出値に基づいて電動機９の磁束状態量を演算するとともに、電動機９の電流目標値に基づいて磁束状態量に関する目標量を演算する。さらに電圧位相制御部２は、電動機９の磁束状態量が目標量に収束するように電圧ノルム指令値Ｖa*を演算する。
【０２０９】
このように、磁束状態量の偏差に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*が求められるので、磁束状態量の目標量が変動するときであっても滑らかに電圧ノルム指令値Ｖa*を変化させることができる。これにより、電圧ノルム指令値Ｖa*の発散を抑えつつ、磁束状態量についての目標量の急変に伴う電動機９の振動を抑制することができる。
【０２１０】
また、本実施形態によれば、電動機９の制御方法において、電圧位相制御部２の磁束演算器２２４は、電動機９に供給される電流に関するｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉd及びｉqを取得する。そして磁束演算器２２４は、上述の式（７）のように、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値ｉd及びｉqに基づき、電動機９の磁石磁束Φaとｄ軸及びｑ軸インダクタンスＬd及びＬqとを用いて電動機９の磁束ベクトルのノルムを示す磁束ノルムφ0を磁束状態量として演算する。
【０２１１】
このように、電動機９の磁石磁束Φa並びにｄ軸及びｑ軸インダクタンスＬd及びＬqを用いることにより、電動機９の電圧ノルムＶaと比例関係にある磁束ノルムφ0を精度良く推定することができる。したがって、電圧ノルム指令値Ｖa*と電動機９の電圧ノルムＶaとの誤差を低減することができ、電動機９の低回転領域において電圧ノルム指令値Ｖa*に対し電動機９の電圧ノルムＶａが過大になるのを抑制することができる。
【０２１２】
また、本実施形態によれば、電動機９の制御方法において電流ベクトル制御部１は、ステップＳ６の処理のように、電動機９のトルク目標値Ｔ*に基づいてｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉd*及びｉq*を演算する。そして電圧位相制御部２の磁束演算器２２３は、上述の式（７）のように、ｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉd*及びｉq*に基づき、磁石磁束Φaとｄ軸及びｑ軸インダクタンスＬd及びＬqとを用いて、磁束ノルムφ0に関する目標量として例えば磁束ノルム参照値φ0_refを演算する。
【０２１３】
このように、磁束演算器２２３は、電流ベクトル制御部１にて算出されるｄ軸及びｑ軸電流目標値ｉd*及びｉq*を利用することにより、電圧位相制御部２の演算負荷を軽減することができる。また、トルク目標値Ｔ*に基づいて目標量が算出されるので、トルク目標値Ｔ*の変動に合わせて適切に電圧ノルム指令値Ｖa*を設定することができる。
【０２１４】
また、本実施形態によれば、磁石磁束Φa及びインダクタンスＬd及びＬqは、電動機９の磁石温度、電流検出値ｉd及びｉq、及び電流目標値ｉd*及びｉq*のうち少なくとも一つに応じて変更される。これにより、電動機９の温度特性や磁気飽和特性が考慮された磁束ノルムφ0を求めることが可能になるので、より正確に磁束ノルムφ0を推定することができる。
【０２１５】
また、本実施形態によれば、ＰＩ制御器２２６は、磁束ノルム推定値φ0_estと磁束ノルム参照値φ0_refとの偏差である磁束偏差φ0_errをフィードバックする際の制御ゲインを電動機９の電気角速度ωreに応じて変更する。これにより、電動機９の回転速度にかかわらず、磁束偏差φ0_errがゼロに収束するように電圧ノルム指令値Ｖa*を速やかに調整することができる。
【０２１６】
また、本実施形態によれば、ＰＩ制御器２２６は、図４に示したように、磁束偏差φ0_errを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックする際に積分器９５により積分処理を実行する。そしてノルム制限器２４０は、電圧ノルム指令値Ｖa*が所定の上限値Ｖa_maxを上回る場合には、電圧ノルム指令値Ｖa*を上限値Ｖa_maxに制限するとともに、ＰＩ制御器２２６は、積分器９５による積分処理を停止する。
【０２１７】
または、ノルム制限器２４０は、電圧ノルム指令値Ｖa*を上限値Ｖa_maxに制限するとともに、ＰＩ制御器２２６は、図６に示したように、所定のアンチワインドアップ処理を実行する。アンチワインドアップ処理とは、ノルム制限器２４０によって制限される前の電圧ノルム指令値Ｖa*が上限値Ｖa_maxと一致するよう、積分器９５の入出力バッファに保持された積分値（前回値）を更新する処理のことをいう。
【０２１８】
このように、ノルム制限器２４０にて電圧ノルム指令値Ｖa*を上限値Ｖa_maxに制限するリミット処理が実行されるときには、ＰＩ制御器２２６はアンチワインドアップ処理を実行する。
【０２１９】
これにより、電動機９の高速回転領域では、図３に示した電圧位相制御部２の構成から、電圧ノルム指令値Ｖa*を固定した状態でトルク推定値Ｔestを電圧位相指令値α*にフィードバックする他の構成に切り替えるような制御構成であっても電圧位相制御中に２つの構成をシームレスに切り替えることができる。
【０２２０】
また、本実施形態によれば、制御モード判定器１４０は、電圧位相制御の実行中に、電圧ノルム指令値Ｖa*に相関のある指令値相関パラメータ又は電圧ノルム指令値Ｖa*が第１ノルム閾値Ｖa_th1を下回るときには、電動機９の制御を電流ベクトル制御に切り替える。
【０２２１】
本実施形態の電圧位相制御では、図１４Ｂに示したように、電圧ノルム指令値Ｖa*が電動機９の電圧ノルムＶaに追従するので、電動機９に供給される電圧の過変調による電圧歪みが小さく、かつ、高調波電流が小さい動作領域に第１ノルム閾値Ｖa_th1を設定することが可能となる。これにより、切替え判定用の電圧ノルム指令値Ｖa*又はこれと相関のあるパラメータに含まれるノイズ成分が小さくなる。
【０２２２】
このため、ノイズ成分を除去する平均化処理フィルタ１３４及び１３５を省略したり、平均化処理フィルタ１３４及び１３５の時定数を小さくしたりできるので、制御切替えの遅れを短くすることができる。したがって、電動機９の負荷が急変した場合であっても、電動機９の回転速度が電圧位相制御の許容範囲を超えて電圧位相制御が実行されるのを抑制することができ、電動機９に対する過電流の発生を抑制することができる。
【０２２３】
例えば、上述の指令値相関パラメータとしては、電圧ノルム指令値Ｖa*に平均化処理を施した平均化処理値、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値ｖd_fin*及びｖq_fin*で特定される電圧指令ベクトルのノルム成分、及び、このノルム成分の平均化処理値Ｖa_fin_flt*などが挙げられる。あるいは、これらのうち少なくともひとつを指令値相関パラメータとして用いてもよい。そして、第１ノルム閾値Ｖa_th1は、電圧ノルム指令値Ｖa*の上限値よりも小さな値に設定される。
【０２２４】
また、本実施形態によれば、制御モード判定器１４０は、電動機９の電流成分にひとつであるｄ軸電流検出値ｉd又はこの平均化処理値が所定の電流閾値ｉd_th*を上回る場合には、電圧位相制御から電流ベクトル制御へ切り替える。これにより、電動機９の負荷が急変したことを検出することが可能になるので、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切替えの際に電動機９に与える影響を抑制することが可能になる。
【０２２５】
また、本実施形態によれば、所定の電流閾値ｉd_th*は、電流ベクトル制御のｄ軸電流目標値ｉd*又はこの平均化処理値に設定される。これにより、電流成分の検出値が目標値に対して追従しているか否かを判断することが可能になる。このため、目標値が急峻に変化した際に検出値の追従が遅くなるようなシーンを特定することが可能になるので、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切替えに伴う電動機９の供給電流又はトルクの急変を抑制することができる。
【０２２６】
また、本実施形態によれば、制御モード判定器１４０は、電流ベクトル制御の実行中に、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値ｖd_fin*及びｖq_fin*で特定される電圧指令ベクトルのノルム成分が第２ノルム閾値Ｖa_th2を上回るときには、電圧位相制御に切り替える。そして第２ノルム閾値Ｖa_th2は、電圧ノルム指令値Ｖa*の上限値Ｖa_maxよりも小さく、かつ、第１ノルム閾値Ｖa_th1よりも大きい特定の電圧閾値に設定される。
【０２２７】
本実施形態の電圧位相制御では、図１４Ｂに示したように、電圧ノルム指令値Ｖa*が電動機９の電圧ノルムＶaに追従する。このため、電圧位相制御と電流ベクトル制御との間の切替えにおいて、第１ノルム閾値Ｖa_th1に対してヒステリシスを持たせつつ、過変調による電圧歪みが小さく、かつ、高調波電流が小さい動作領域に第２ノルム閾値Ｖa_th2を設定することが可能となる。これにより、切替え判定用の電圧ノルム指令値Ｖa*又はこれと相関のあるパラメータに含まれるノイズ成分が小さくなるので切替え判定の遅れを抑制することができるとともに、チャタリングの発生を抑制することができる。
【０２２８】
また、本実施形態によれば、制御モード判定器１４０は、電圧位相制御の実行中に、電圧ノルム指令値Ｖa*が第３ノルム閾値Ｖa_th3を下回るとき、又は電動機９の回転速度検出値Ｎが回転速度閾値Ｎthを下回るときには、電動機９への供給電力を抑制する保護制御に切り替える。第３ノルム閾値Ｖa_th3は、電圧位相制御から電流ベクトル制御へ切り替えるための第１ノルム閾値Ｖa_th1よりも小さい第１閾値であり、回転速度閾値Ｎthは、第２閾値である。
【０２２９】
このように、電圧ノルム指令値Ｖa*に関する平均化処理値又は電動機９の回転速度が電動機９の正常動作で想定される値よりも低下した場合には、判定用パラメータの平均化処理に起因する判定遅れに対して許容できない電動機９の負荷変動が起きた可能性がある。そのため、電圧ノルム指令値Ｖa*又は電動機９の回転速度が想定よりも低下した場合に、速やかに電動機９を保護する制御に移行することができる。
【０２３０】
また、本実施形態によれば、制御切替器３は、電動機９の保護制御として、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値をゼロに設定する、又は、電動機９に設けられた各相の電源線を短絡する。これにより、電圧ノルム指令値Ｖa*又は電動機９の回転速度が想定よりも低下した場合には、電動機電流検出器８の故障など、何らかの異常が起きた可能性がある。このため、電動機９への通電を速やかに停止することにより、電動機９の耐久性を超えるようなトルクが発生するという事態を回避することができる。
【０２３１】
なお、第１実施形態では電圧ノルム指令値Ｖa*に関する平均化処理値又は電動機９の回転速度が正常動作時に想定される値よりも低下した場合には電圧位相制御から保護制御に遷移した。しかしながら、制御装置１００として厳しいフェールセーフが要求される場合は、電動機９が想定外の動作をしたときに電動機９を完全に停止することを優先することも考えられる。
【０２３２】
（第２実施形態）
そこで次の実施形態では、電圧ノルム指令値Ｖa*に関する平均化処理値又は電動機９の回転速度が正常動作時に想定される値よりも低下した場合に、保護制御のひとつとして電動機９を停止する停止制御を実行する例について図１９を参照して説明する。
【０２３３】
図１５は、本発明の第２実施形態における制御モード判定器１４０による判定手法の一例を示す図である。
【０２３４】
図１５に示すように、電圧位相制御の実行中に平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*が第３ノルム閾値Ｖa_th3以下になり、又は、回転速度検出値Ｎの絶対値が回転速度閾値Ｎｔｈを下回ったときに制御モード判定器１４０は、電動機９に適した制御が停止制御であると判定する。そして制御モード判定器１４０は、停止制御を示す制御モード信号を制御切替器３に出力する。これにより、電動機９の停止制御が実行されて停止シーケンスに移行する。
【０２３５】
図１６は、本実施形態における制御切替器３の詳細構成を例示するブロック図である。
【０２３６】
本実施形態の制御切替器３は、電圧指令値切替器３１と、出力停止切替器３２とを含む。電圧指令値切替器３１については、図１５に示した構成と同一であるため、構成の説明については省略する。
【０２３７】
出力停止切替器３２は、制御モード判定器１４０から停止制御を示す制御モード信号を受信すると、ＰＷＭ変換器５の出力を停止（ＯＦＦ）するゲート信号をＰＷＭ変換器５に出力する。一方、出力停止切替器３２は、電圧位相制御又は電流ベクトル制御を示す制御モード信号を受信すると、ＰＷＭ変換器５の出力を許可（ＯＮ）するゲート信号をＰＷＭ変換器５に出力する。
【０２３８】
このように、電圧位相制御の実行中に電圧ノルム指令値Ｖa*に関する平均化処理値又は電動機９の回転速度が想定よりも低下した場合には電圧位相制御から停止制御に遷移させることができる。これにより、電動機９による想定外の動作を検出した場合には、インバータ６に備えられたスイッチング素子のゲート電流が停止するので、電動機９での異常な動作の再発を抑制することができる。
【０２３９】
本発明の第２実施形態によれば、出力停止切替器３２は、電動機９の保護制御として、インバータ６に備えられたスイッチング素子のゲート電流を停止する。これにより、電動機９をより確実に保護することができる。
【０２４０】
なお、本実施形態では電動機９が想定外な動作をしたときに電動機９を完全に停止する例にいて説明したが、制御装置１００以外の仕組みにより電動機９のフェールセーフが担保されているような場合は電動機９の制御を可能な限り継続させることも考えられる。
【０２４１】
（第３実施形態）
そこで次の実施形態では、電圧ノルム指令値Ｖa*に関する平均化処理値又は電動機９の回転速度が正常動作で想定される値よりも低下した場合に、保護制御として電流ベクトル制御に切り替える例について図１７を参照して説明する。
【０２４２】
図１７は、本発明の第３実施形態における制御モード判定器１４０による判定手法の一例を示す図である。
【０２４３】
図１７に示すように、電圧位相制御の実行中に平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*が第３ノルム閾値Ｖa_th3以下になり、又は、回転速度検出値Ｎの絶対値が回転速度閾値Ｎｔｈを下回ったときでも制御モード判定器１４０は、電動機９に適した制御が電流ベクトル制御であると判定する。
【０２４４】
そして制御モード判定器１４０は、電流ベクトル制御を示す制御モード信号を制御切替器３に出力する。これにより、電圧ノルム指令値Ｖa*に関する平均化処理値又は電動機９の回転速度が正常動作時に想定される値よりも低下した場合に、強制的に電流ベクトル制御に切り替えられるので、電動機９の制御を継続することができる。
【０２４５】
図１８は、本実施形態における制御切替器３の詳細構成を例示するブロック図である。
【０２４６】
本実施形態の制御切替器３は、図１１に示した保護制御のゼロ電圧値の入力が削除されている。このため、制御切替器３は、制御モード判定器１４０から制御モード信号を受信すると、電流ベクトル制御又は電圧位相制御のいずれか一方の電圧指令値を出力する。
【０２４７】
本発明の第３実施形態によれば、制御モード判定器１４０は、電圧位相制御の実行中に平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*が第３ノルム閾値Ｖa_th3以下になり、又は、回転速度検出値Ｎの絶対値が回転速度閾値Ｎｔｈを下回ったときに、電流ベクトル制御に切り替えられる。これにより、電動機９が想定外の動作をしている場合であっても、電動機９の制御を可能な限り継続させることができる。
【０２４８】
（第４実施形態）
図１９は、本発明の第４実施形態における電動機９の制御装置１１０の構成例を示す図である。
【０２４９】
本実施形態の制御装置１１０では、図１に示した制御装置１００の電流ベクトル制御部１から、ｄ軸電流目標値ｉd*が切替判定部１３に供給されているのに対してｑ軸電流目標値ｉq*が切替判定部１３に供給されている点が異なる。他の構成については制御装置１００と同じ構成である。
【０２５０】
図２０は、本実施形態における切替判定部１３の構成の一例を示すブロック図である。
【０２５１】
本実施形態の切替判定部１３は、図１２に示した構成に加えて、絶対値演算器１４１及び１４２を備える。他の構成については、図１２に示した構成と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【０２５２】
本実施形態においては、ノイズ処理フィルタ１３７がｑ軸電流検出値ｉqに対してノイズカット処理を施し、参照電流フィルタ１３８がｑ軸電流目標値ｉq*に対して電動機９の応答遅れを模擬するフィルタ処理を施す。
【０２５３】
絶対値演算器１４１は、ノイズ処理フィルタ１３７により算出された平均化ｑ軸電流値ｉq_fltに対する絶対値｜ｉq_flt｜を演算する。
【０２５４】
絶対値演算器１４２は、電流閾値演算器１３９により算出されたｑ軸電流閾値ｉq_th*に対する絶対値｜ｉq_th*｜を演算する。
【０２５５】
制御モード判定器１４０は、平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*と、平均化ｑ軸電流値の絶対値｜ｉq_flt｜とに基づいて、電流ベクトル制御と電圧位相制御と保護制御との間で電動機９の制御を切り替える。
【０２５６】
制御モード判定器１４０は、電動機９の電流検出値が電流目標値近傍に達していることを確認することにより、電圧位相制御から電流位相制御へ切り替えるべきか否かを判断する。切替え判定に用いられるｑ軸電流に関する検出値ｉq及び目標値ｉq*は、電動機９の回生領域と力行領域とで符号が反対になるため、切替判定部１３に絶対値演算器１４１及び１４２が備えられている。
【０２５７】
このように、ｑ軸電流に関する検出値ｉq及び目標値ｉq*に対して絶対値を取ることにより、ｑ軸電流を用いても制御切替えの判定を行うことができる。なお、ｑ軸電流だけでなくｄ軸電流の両者を用いても制御切替えの判定を行うことができる。
【０２５８】
図２１は、本実施形態における制御モード判定器１４０による判定手法の一例を示す図である。
【０２５９】
本実施形態では、電圧位相制御から電流ベクトル制御への切替え条件が図１０に示した切替え条件と異なるため、この条件についてのみ説明する。なお、本実施形態の他の条件については、図１０に示した切替え条件と同じである。
【０２６０】
図２１に示すように、電圧位相制御の実行中において平均化電圧ノルムＶa_fin_flt*が第１ノルム閾値Ｖa_th1以下になり、かつ、平均化ｑ軸電流値の絶対値｜ｉq_flt｜がq軸電流閾値｜ｉq_th*｜以上になったときに制御モード判定器１４０は、電動機９に適した制御が電流ベクトル制御であると判定する。そして制御モード判定器１４０は、電流ベクトル制御を示す制御モード信号を制御切替器３に出力する。これにより、電動機９の制御は、電圧位相制御から電流ベクトル制御へ切り替えられる。
【０２６１】
本発明の第４実施形態によれば、制御切替器３は、電動機９の電流成分のひとつであるｑ軸電流検出値ｉqの平均化処理値の絶対値｜ｉq_flt｜又はｑ軸電流検出値の絶対値｜ｉq｜が所定の電流閾値であるｑ軸電流閾値｜ｉq_th*｜を上回る場合には、電圧位相制御から電流ベクトル制御に切り替える。ｑ軸電流閾値｜ｉq_th*｜は、電流ベクトル制御のｑ軸電流目標値ｉq*の絶対値又はｑ軸電流目標値の平均化処理値ｉq_ref*の絶対値である。
【０２６２】
このように、ｑ軸電流検出値ｉq及びｑ軸電流目標値ｉq*に対して絶対値を取ることにより、電動機９の動作点が目標値近傍に達しているか否かを適切に判断することが可能になる。
【０２６３】
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。また、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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2019106727.tif 000041
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