(57)【要約】  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の制御を実行する制御装置１００は、電動機９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に生じる電圧の向きに応じて、電動機９に供給される電流のｄ軸及びｑ軸成分のうち少なくとも一方の電流成分を電圧ノルム指令値にフィードバックする。
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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、
前記電動機に対する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、前記電動機に生じる電圧の向きに応じて、前記電動機に供給される電流のｄ軸成分及びｑ軸成分のうち少なくとも一方の電流成分を前記電圧ノルム指令値にフィードバックする、
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、
前記電動機のトルク目標値に基づいて、前記電動機の電流に関するｄ軸目標値及びｑ軸目標値を演算する目標電流演算ステップをさらに含み、
前記電圧位相制御ステップは、
前記電流のｄ軸成分が前記ｄ軸目標値に収束するように前記電圧ノルム指令値を算出するｄ軸ＦＢステップと、
前記電流のｑ軸成分が前記ｑ軸目標値に収束するように前記電圧ノルム指令値を算出するｑ軸ＦＢステップと、
前記電圧位相指令値を用いて前記ｄ軸ＦＢステップ及び前記ｑ軸ＦＢステップのうち一方のステップを選択し、前記選択したステップを実行することにより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３】
請求項２に記載の電動機の制御方法であって、
前記ｄ軸ＦＢステップは、前記電流のｄ軸成分と前記ｄ軸目標値との間のｄ軸偏差を演算し、
前記ｑ軸ＦＢステップは、前記電流のｑ軸成分と前記ｑ軸目標値との間のｑ軸偏差を演算し、
前記ノルム変更ステップは、前記電圧位相指令値に応じて前記ｄ軸偏差及び前記ｑ軸偏差のうち一方の電流偏差を選択し、前記選択した電流偏差に応じて前記電圧ノルム指令値を増減する、
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ｑ軸ＦＢステップは、前記検出した電流のｑ軸成分の絶対値と前記ｑ軸目標値との差分を前記ｑ軸偏差として演算する、
電動機の制御方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４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、前記電流のｄ軸成分又はｑ軸成分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、
前記電圧位相制御ステップは、前記電流のｄ軸成分をフィードバックする際の制御ゲインに対して、前記電流のｑ軸成分をフィードバックする際の制御ゲインを異なる値に設定する、
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、
前記電流成分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む、
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、
前記相関のあるパラメータは、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１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、前記電流成分に対して平均化処理を施した値又は前記電流成分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、
前記電流成分が前記ｄ軸成分である場合には、前記電流ベクトル制御のｄ軸目標値又は当該ｄ軸目標値に対して平均化処理を施した値であり、
前記電流成分が前記ｑ軸成分である場合には、前記電流ベクトル制御のｑ軸目標値又は当該ｑ軸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、前記電動機に生じる電圧の向きに応じて、前記センサにより検出された電流のｄ軸及びｑ軸成分のうち少なくとも一方の電流成分を前記電圧ノルム指令値にフィードバックする、
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】
電動機を制御するための制御手法としては、例えば、電動機に供給される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大きさを示す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示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制御の誤差が大きくなる。その結果、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、前記電動機に対する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、前記電動機に生じる電圧の向きに応じて、前記電動機に供給される電流のｄ軸及びｑ軸成分のうち少なくとも一方の電流成分を前記電圧ノルム指令値にフィードバックする。
【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、電圧位相制御の電流ＦＢ制御部における電流偏差を切り替える切替信号の生成手法を説明する図である。
【図５】図５は、電流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６】図６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７】図７は、電動機での電圧位相が０°近傍にある場合における電動機におけるｄ軸及びｑ軸の各電流成分の電圧ノルムに対する相関性を示す図である。
【図８】図８は、電動機の電圧位相が±９０°近傍にある場合における各電流成分の電圧ノルムに対する相関性を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、電動機の電圧位相ごとにｄ軸電流の電圧ノルムに対する相関性を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、電動機の電圧位相ごとにｑ軸電流の電圧ノルムに対する相関性を示す図である。
【図１０】図１０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１１】図１１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１２】図１２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１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５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１６】図１６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１７】図１７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１８Ａ】図１８Ａ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１８Ｂ】図１８Ｂ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１９】図１９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２０】図２０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２１】図２１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２２】図２２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２３】図２３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２４】図２４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２５】図２５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、電動機９のトルク目標値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にフィードバックし、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。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】
2019106729.tif 000005
【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、電流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】
2019106729.tif 000007
【００５２】
電流ＦＢ制御部２２０は、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉq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。本実施形態の電流ＦＢ制御部２２０は、ｄ軸電流検出値ｉｄと電圧ノルム指令値Ｖa*との相関性、又は、ｑ軸電流検出値ｉqと電圧ノルム指令値Ｖa*との相関性の高さに応じて、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqのうち一方の電流成分の検出値をフィードバックする。
【００５３】
電流ＦＢ制御部２２０は、ｄ軸参照生成器２２１と、ｄ軸偏差演算器２２２と、ｑ軸参照生成器２２３と、絶対値演算器２２４と、絶対値演算器２２５と、ｑ軸偏差演算器２２６と、電流成分切替器２２７と、ＦＢ選択器２２８と、ＰＩ制御器２２９と、を備える。
【００５４】
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ｄ軸偏差演算器２２２に出力する。
【００５５】
ｄ軸偏差演算器２２２は、ｄ軸電流参照値ｉd_ref*とｄ軸電流検出値ｉdとの偏差であるｄ軸電流偏差ｉd_errを演算し、演算したｄ軸電流偏差ｉd_errを電流成分切替器２２７に出力する。
【００５６】
ｑ軸参照生成器２２３は、ｄ軸参照生成器２２１と同じものである。ｑ軸参照生成器２２３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２２３は、算出したｑ軸電流参照値ｉq_ref*を絶対値演算器２２４に出力する。
【００５７】
絶対値演算器２２４は、ｑ軸電流参照値の絶対値|ｉq_ref*|を取得してｑ軸偏差演算器２２６に出力する。絶対値演算器２２５は、ｑ軸電流検出値ｉqの絶対値|ｉq|を取得してｑ軸偏差演算器２２６に出力する。
【００５８】
ｑ軸偏差演算器２２６は、ｑ軸電流参照値ｉq_ref*の絶対値|ｉq_ref*|とｑ軸電流検出値ｉqの絶対値|ｉq|との偏差であるｑ軸電流絶対値偏差|ｉq|errを演算する。ｑ軸偏差演算器２２６は、演算したｑ軸電流絶対値偏差|ｉq|errを電流成分切替器２２７に出力する。
【００５９】
電流成分切替器２２７は、ＦＢ選択器２２８の指示に従って、ＰＩ制御器２２９への出力を、ｑ軸電流絶対値偏差|ｉq|errとｄ軸電流偏差ｉd_errとのうち一方の電流偏差に切り替える。
【００６０】
ＦＢ選択器２２８は、電動機９に生じる電圧の向きと相関のあるパラメータに基づいてｑ軸電流絶対値偏差|ｉd|errとｄ軸電流偏差ｉd_errとのうち一方の偏差を選択し、選択した偏差を示す切替信号を生成する。
【００６１】
本実施形態のＦＢ選択器２２８は、電動機９に供給すべき電圧の位相を示す電圧位相指令値α*に基づいて切替信号を生成する。切替信号の生成手法については図４を参照して後述する。ＦＢ選択器２２８は、生成した切替信号を電流成分切替器２２７及びＰＩ制御器２２９に出力する。
【００６２】
ＰＩ制御器２２９は、電流成分切替器２２７から出力される電流偏差が無くなるよう、その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電流フィードバック制御を実行する。
【００６３】
すなわち、ＰＩ制御器２２９は、電動機９に供給される電流に関する参照値と推定値の電流偏差を入力し、電流偏差に基づき電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを算出する。ＰＩ制御器２２９の詳細構成については図５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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
上述の上限値Ｖa_maxは、式（６）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。変調率上限値Ｍmax*はあらかじめ定められた値である。
【００６７】
【数６】
2019106729.tif 000008
【００６８】
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。
【００６９】
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２２９に出力する。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
本実施形態のＰＩ制御器２６４は、式(７)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。
【００８０】
【数７】
2019106729.tif 000009
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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１０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。
【００８４】
ベクトル変換器２９０は、式(８)のように、ノルム制限器２４０からの電圧ノルム指令値Ｖａ*と位相制限器２８０からの電圧位相指令値α*とを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として出力する。
【００８５】
【数８】
2019106729.tif 000010
【００８６】
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*が過変調領域において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。
【００８７】
さらに本実施形態では電圧位相制御部２は、電圧位相指令値α*に応じてｄ軸及びｑ軸の電流偏差のうち一方を選択し、選択した電流偏差がゼロに収束するように電圧ノルム指令値Ｖa*を変更する。これにより、電動機９の電圧位相指令値α*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。
【００８８】
図４は、ＦＢ選択器２２８から出力される切替信号の生成手法を説明する図である。
【００８９】
図４では、縦軸が切替信号のレベルを示し、横軸が電圧位相指令値α*を示す。この例では、電動機９が正回転、力行動作である場合、電圧位相α＝０°であるときに電動機９のトルクＴ≒０であり、進み側が正トルクとなり、遅れ側は負トルクとなる。なお、電動機が逆回転、回生動作である場合、トルクＴ≒０となる電圧位相αの基準は１８０°となり、１８０°に対して進み側が正トルクとなり、遅れ側がトルクとなる。
【００９０】
図４に示すように、切替信号がＬレベルである場合には、電流成分切替器２２７からＰＩ制御器２２９にｄ軸電流偏差ｉd_errが出力されることにより、ｄ軸電流フィードバック制御が実行される。一方、切替信号がＨレベルである場合には、電流成分切替器２２７からＰＩ制御器２２９にｑ軸電流絶対値偏差|ｉq|errが出力されることにより、ｑ軸電流フィードバック制御が実行される。
【００９１】
電流成分切替器２２７でのチャタリングの発生を回避するために、電圧位相指令値α*に対して第１閾値αth1と第２閾値αth2との２つの閾値を用いてヒステリシスを持たせている。
【００９２】
そしてＦＢ選択器２２８は、電圧位相指令値α*が±９０度の近傍にある場合にはｑ軸電流フィードバック制御を選択し、電圧位相指令値α*が０度の近傍にある場合にはｄ軸電流フィードバック制御を選択する。
【００９３】
図５は、ＰＩ制御器２２９の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００９４】
ＰＩ制御器２２９は、可変ゲイン演算器９１と、可変ゲイン乗算器９２と、インダクタンス切替器９３と、インダクタンス乗算器９４と、比例ゲイン乗算器９５と、積分ゲイン乗算器９６と、積分器９７と、加算器９８と、を備える。なお、可変ゲイン乗算器９２、インダクタンス乗算器９４、比例ゲイン乗算器９５、及び積分ゲイン乗算器９６に設定される各ゲインを総じてＰＩ制御器２２９の制御ゲインと称する。
【００９５】
可変ゲイン演算器９１は、式（９）のように、電動機９の回転速度検出値Ｎに基づいて、ＰＩ制御器２２９の制御ゲインを構成する可変ゲインとして電気角速度ωreを演算する。
【００９６】
【数９】
2019106729.tif 000011
【００９７】
可変ゲイン乗算器９２は、ｑ軸電流絶対値偏差|ｉq|err及びｄ軸電流偏差ｉd_errのうち、電流成分切替器２２７から出力される電流偏差に対して可変ゲインである電気角速度ωreを乗算する。
【００９８】
インダクタンス切替器９３は、ＦＢ選択器２２８からの切替信号に応じて、インダクタンス乗算器９４に設定されるゲイン定数であるインダクタンスＬxをｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬqのうち一方の値に切り替える。
【００９９】
例えば、インダクタンス切替器９３は、切替信号がＬレベルである場合、すなわちＦＢ選択器２２８によりｄ軸電流フィードバック制御が選択された場合には、インダクタンスＬｘとしてｄ軸インダクタンスＬｄを設定する。一方、インダクタンス切替器９３は、切替信号がＨレベルである場合、すなわちＦＢ選択器２２８によりｑ軸電流フィードバック制御が選択された場合には、インダクタンスＬｘとしてｑ軸インダクタンスＬｑを設定する。
【０１００】
インダクタンス乗算器９４は、可変ゲイン乗算器９２の出力に対してインダクタンスＬｘを乗算する。そして比例ゲイン乗算器９５は、インダクタンス乗算器９４の出力に対して比例ゲインＫipを乗算する。
【０１０１】
積分ゲイン乗算器９６は、インダクタンス乗算器９４の出力に対して積分ゲインＫiiを乗算する。積分器９７は、積分ゲイン乗算器９６の出力を順次積分する。
【０１０２】
加算器９８は、比例ゲイン乗算器９５の出力と積分器９７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。
【０１０３】
したがって、ＦＢ選択器２２８がｄ軸電流フィードバック制御を選択した場合には、ＰＩ制御器２２９は、式（１０）のように、ｄ軸電流偏差ｉd_errに基づいて電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを算出する。
【０１０４】
【数１０】
2019106729.tif 000012
【０１０５】
一方、ＦＢ選択器２２８がｑ軸電流フィードバック制御を選択した場合には、ＰＩ制御器２２９は、式（１１）のように、ｑ軸電流絶対値偏差|ｉq|errに基づいて電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを算出する。
【０１０６】
【数１１】
2019106729.tif 000013
【０１０７】
以上のように、ＰＩ制御器２２９の制御ゲインを構成する電気角速度ωreは、電動機９の回転速度検出値Ｎに応じて変動する可変ゲインとして用いられる。また、ｄ軸電流フィードバック制御が選択された場合は、制御ゲインの定数としてｄ軸インダクタンスＬdが用いられ、ｑ軸電流フィードバック制御が選択された場合は、制御ゲインの定数としてｑ軸インダクタンスＬqが用いられる。すなわち、切替信号に応じて制御ゲインが切り替えられる。
【０１０８】
次に、電動機９の電圧位相指令値α*を用いてｄ軸電流フィードバック制御及びｑ軸電流フィードバック制御のうち一方の制御を実行する手法の一例を説明する。
【０１０９】
図６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。図６では、横軸がｄｑ軸の直交座標系におけるｄ軸を示し、縦軸がもう一方のｑ軸を示す。
【０１１０】
図６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は、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、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とを合成した磁束の大きさである。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軸磁束Ｌqｉqとに基づいて決まる。
【０１１２】
本実施形態の電流ＦＢ制御部２２０は、図６に示した電動機９への供給電流の電流成分（ｉd及びｉq）と磁束ノルムφ0と電圧ノルムＶaとの関係を利用して電圧ノルム指令値Ｖa*が増減するように構成されている。
【０１１３】
図７は、電動機９の電圧位相αが０度近傍にある場合におけるｄ軸及びｑ軸の各電流成分ｉd及びｉqの電圧ノルムＶaに対する相関性を示す図である。
【０１１４】
図７に示すように、電圧位相αが０°近傍にある場合は、ｑ軸磁束Ｌqｉqが小さいため、ｑ軸電流ｉqの増減に対して磁束ノルムφ0の変化幅は小さくなるのに対して、ｄ軸電流ｉdの増減に対して磁束ノルムφ0の変化幅は大きくなる。
【０１１５】
このように、電圧ノルムＶaに比例する磁束ノルムφ0の感度、すなわち磁束ノルムφ0との相関性についてはｄ軸電流ｉdが支配的になる。したがって、電圧位相αが０°近傍にある場合は、電圧ノルムＶaに対してｄ軸電流ｉdの相関性が高くなり、ｑ軸電流ｉqの相関性が低くなる。
【０１１６】
このため、本実施形態のＰＩ制御器２２９は、図４に示したように、電動機９に生じる電圧の向きを示す電圧位相指令値α*が０近傍にある場合には、ｄ軸電流フィードバック制御が選択されるように切替信号をＬレベルに設定する。
【０１１７】
図８は、電動機９の電圧位相αが±９０°近傍にある場合における電動機９の各電流成分ｉd及びｉqの電圧ノルムＶaに対する相関性を示す図である。
【０１１８】
図８に示すように、電圧位相αが±９０度近傍にある場合は、ｄ軸磁束Ｌdｉdが大きくなるため、ｄ軸電流ｉdの増減に対して磁束ノルムφ0の変化幅は小さくなるとともに、ｑ軸電流ｉqの増減に対して磁束ノルムφ0の変化幅は大きくなる。
【０１１９】
このように、電圧ノルムＶaに比例する磁束ノルムφ0の感度についてはｑ軸電流ｉqが支配的になる。したがって、電圧位相αが±９０°近傍にある場合は、電圧ノルムＶaに対してｑ軸電流ｉqの相関性が高くなり、ｄ軸電流ｉdの相関性が低くなる。
【０１２０】
このため、本実施形態のＰＩ制御器２２９は、図４に示したように、電圧位相指令値α*が±９０°近傍にある場合には、ｑ軸電流フィードバック制御が選択されるように切替信号をＨレベルに設定する。
【０１２１】
図９は、電動機９の供給電流と電圧ノルムＶaとの相関性を示す図である。図９Ａは、電動機９の電圧位相αごとにｄ軸電流ｉdの電圧ノルムＶaに対する相関性を示す図である。図９Ｂは、電圧位相αごとにｑ軸電流ｉqの電圧ノルムＶaに対する相関性を示す図である。
【０１２２】
例えば、電圧位相αが±９０°の近傍では、図９Ａに示すように、ｄ軸電流ｉdと電圧ノルム指令値Ｖa*との間には相関性がない。このため、仮にｄ軸電流ｉdを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックすると、相関性がないにもかかわらずｄ軸電流ｉdの変化に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*が変化してしまう。
【０１２３】
これに対して、図９Ｂに示すように、電圧位相αが±９０°の近傍では、ｑ軸電流ｉqと電圧ノルム指令値Ｖa*との間には相関性がある。このため、ｑ軸電流ｉqを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックすることにより、ｑ軸電流ｉqの変化に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*を適切に増減させることができる。
【０１２４】
また、電圧位相αが０°の近傍では、図９Ａに示すように、ｄ軸電流ｉdと電圧ノルム指令値Ｖa*との間には十分な相関性がある。このため、ｄ軸電流ｉdを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックすることにより、ｄ軸電流ｉdの変化に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*を適切に増減させることができる。
【０１２５】
これに対して、電圧位相αが±０°の近傍では、図９Ｂに示すように、ｑ軸電流ｉqと電圧ノルム指令値Ｖa*との間には相関性がない。このため、仮にｑ軸電流ｉqを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックすると、電動機９に生じる電圧ノルムＶaが一定である状況でもｑ軸電流ｉqの変化に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*が変化してしまう。
【０１２６】
このため、本実施形態では、図４に示したように、ＦＢ選択器２２８により電圧位相指令値α*が±９０°近傍にある場合にはｑ軸電流フィードバック制御が選択され、電圧位相指令値α*が０°近傍にある場合には、ｄ軸電流フィードバック制御が選択される。これにより、電動機９の動作に応じた適切な電圧ノルム指令値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。
【０１２７】
なお、ｑ軸電流ｉqと電圧ノルムＶaとの相関は、電圧位相αが正の値をとる力行領域と、電圧位相αが負の値をとる回生領域との間で逆の関係になる。これに対しては、相関関係がｑ軸電流ｉｑが０Ａ（アンペア）を基準に対称となるので、ｑ軸電流ｉqの絶対値を求める絶対値処理を施すことにより、力行領域でも回生領域でも共通のフィードバック構成で実現することができる。
【０１２８】
図６乃至図９に示したように、電動機９が中高速回転領域にある場合に、電圧ノルムＶaは、磁束ノルムφ0と比例関係にある。このため、電流ＦＢ制御部２２０は、磁束ノルムφ0に対して相関性の高い電流成分のみでフィードバック制御を実行するので、電圧ノルム指令値Ｖa*の応答速度を確保しつつ、電圧ノルム指令値Ｖa*の演算負荷を低減することができる。
【０１２９】
さらに電圧ノルムＶaは、磁束ノルムφ0だけでなく電気角速度ωreと比例関係にあるため、電流ＦＢ制御部２２０は、ＰＩ制御器２２９の制御ゲインを回転速度検出値Ｎに応じて変更する。これにより、電動機９の制御における応答速度を向上させることができる。
【０１３０】
そして、磁束ノルムφ0に対する電流成分ｉd及びｉqの相関性を考慮し、電流ＦＢ制御部２２０は、電圧位相指令値α*に基づいてＰＩ制御器２２９の制御ゲインの定数にｄ軸インダクタンスＬd又はｑ軸インダクタンスＬqを設定する。これにより、電圧位相指令値α*にかかわらず電動機９の制御における応答速度を確保することができる。
【０１３１】
図１０は、図３に示したＰＩ制御器２２９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。
【０１３２】
ノルム制限器２４０が電圧ノルム指令値Ｖa*を制限している旨の通知信号をＰＩ制御器２２９に出力している間、図１０に示すように、ＰＩ制御器２２９はアンチワインドアップ処理を実行する。
【０１３３】
この例では、ＰＩ制御器２２９の入力に対して積分器９７が更新されないよう０（ゼロ）が積分器９７に入力される。そしてＰＩ制御器２２９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０となるように初期化処理が実行される。
【０１３４】
なお、ノルム制限器２４０が電圧ノルム指令値Ｖa*を制限していない間は、ＰＩ制御器２２９は、図５に示した構成により電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを算出する。
【０１３５】
図１１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。
【０１３６】
図１１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。
【０１３７】
図１１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。
【０１３８】
図１２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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
第１乃至第３変調率閾値Ｍth1乃至Ｍth3は、例えば、式（１２）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。
【０１４４】
【数１２】
2019106729.tif 000014
【０１４５】
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（１３）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。
【０１４６】
【数１３】
2019106729.tif 000015
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
ノルム演算器１３６は、式（１４）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。
【０１５０】
【数１４】
2019106729.tif 000016
【０１５１】
なお、制御切替器３から電圧位相制御の電圧指令値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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
図１３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。
【０１５９】
図１３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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
図１４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。
【０１６２】
図１４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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
図１５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。
【０１６８】
制御切替器３は、電流ベクトル制御部１からの電圧指令値ｖdi_fin及びｖqi_finと、電圧位相制御部２からの電圧指令値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。
【０１６９】
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を駆動するかを選択する。
【０１７０】
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。
【０１７１】
そして、制御切替器３からゼロ電圧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。
【０１７２】
図１６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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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１７を参照して後述する。
【０１８６】
ステップＳ１３において電圧位相制御部２は、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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
図１７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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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ｄ軸電流検出値ｉdとの間のｄ軸電流偏差ｉd_errと、ｑ軸電流参照値の絶対値｜ｉq_ref*｜とｄ軸電流検出値の絶対値｜ｉq｜と間のｑ軸電流絶対値偏差｜ｉq｜errとを演算する。
【０１９７】
ステップＳ１２８において電圧位相制御部２は、ｄ軸又はｑ軸の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、電圧位相指令値α*に基づいてｄ軸電流偏差ｉd_errとｑ軸電流絶対値偏差｜ｉq｜errとのうちいずれか一方の電流偏差を選択する。
【０１９８】
ステップＳ１２９において電圧位相制御部２は、選択した電流偏差を用いて電圧ノルムＦＢ値Ｖa_fbを演算する。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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２２９を初期化する。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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１６に示した制御方法の処理手順に戻る。
【０２０４】
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。
【０２０５】
図１８Ａ及び図１８Ｂ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１８Ａ及び図１８Ｂ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。
【０２０６】
図１８Ａ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。
【０２０７】
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で電動機９の制御を切り替えることが理想である。
【０２０８】
しかしながら、交点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１８Ａに示すように、いずれかの制御が交点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。
【０２０９】
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る傾向にある。
【０２１０】
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１８Ｂを参照して説明する。
【０２１１】
図１８Ｂ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。
【０２１２】
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、ｄ軸及びｑ軸の電流目標値ｉd*及びｉq*並びに電流検出値ｉd及びｉq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。
【０２１３】
これにより、図１８Ｂ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。
【０２１４】
これに伴い、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１２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短くすることができる。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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を演算する。
【０２１８】
そして電圧位相制御部２は、電動機９に生じる電圧の向きに応じて、電動機９に供給される電流のｄ軸及びｑ軸成分のうち少なくとも一方の電流成分を示す電流検出値ｉd又はｉqを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックする。
【０２１９】
例えば、図７に示したように、直交座標系において電動機９に生じる電圧Ｖaの向きがｄ軸に比べてｑ軸に近い場合には、電圧ノルムＶaに対するｄ軸電流検出値ｉdの相関性が、電圧ノルムＶaに対するｑ軸電流検出値ｉqの相関性に比べて高くなる。一方、図８に示したように、電動機９に生じる電圧Ｖaの向きがｑ軸に比べてｄ軸に近い場合には、電圧ノルムＶaに対するｑ軸電流検出値ｉqの相関性が、電圧ノルムＶaに対するｄ軸電流検出値ｉdの相関性に比べて高くなる。
【０２２０】
すなわち、電動機９に生じる電圧の向きがｄ軸に近づくほど、電圧ノルムＶaに対するｄ軸電流検出値ｉdの相関性が高くなり、電動機９に生じる電圧の向きがｑ軸に近づくほど、電圧ノルムＶaに対するｑ軸電流検出値ｉqの相関性が高くなる。
【０２２１】
このため、電圧位相制御部２は、電動機９に生じる電圧の向きがｄ軸に近づくほど、ｑ軸電流検出値ｉqを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックし、電動機９に生じる電圧の向きがｑ軸に近づくほど、ｑ軸電流検出値ｉqを電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックすることが可能になる。
【０２２２】
これにより、図１８Ｂ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、制御の誤差が過大になることに伴う電圧ノルム指令値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。
【０２２３】
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、図１に示したように、電動機９のトルク目標値Ｔ*に基づいて、電動機９の電流に関するｄ軸目標値及びｑ軸目標値を示すｄ軸電流目標値ｉd*及びｑ軸電流目標値ｉq*を演算する。
【０２２４】
そして、電圧位相制御部２は、図３に示したように、ｄ軸電流検出値ｉdがｄ軸電流目標値ｉd*に収束するように電圧ノルム指令値Ｖa*を算出するｄ軸ＦＢ処理と、ｑ軸電流検出値ｉqがｑ軸電流目標値ｉq*に収束するように電圧ノルム指令値Ｖa*を算出するｑ軸ＦＢ処理とを実行する。さらに電圧位相制御部２の電流ＦＢ制御部２２０は、電圧位相指令値α*を用いてｄ軸ＦＢ処理及びｑ軸ＦＢ処理のうち一方のＦＢ処理を選択し、選択したＦＢ処理を実行して電圧ノルム指令値Ｖa*を変更する。
【０２２５】
このように、電動機９に生じる電圧の向きを特定するパラメータとして電圧位相指令値α*を用いることにより、ｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqのうち電動機９の電圧ノルムＶaに対して相関性の高い電流検出値を的確に選択することができる。したがって、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。
【０２２６】
また、本実施形態によれば、電流ＦＢ制御部２２０におけるｄ軸偏差演算器２２２がｄ軸電流検出値ｉdとｄ軸電流目標値ｉd*との間のｄ軸電流偏差を演算し、ｑ軸偏差演算器２２６がｑ軸電流検出値ｉqとｑ軸電流目標値ｉq*との間のｑ軸電流偏差を演算する。そしてＦＢ選択器２２８は、電圧位相指令値α*に応じてｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差のうち一方の電流偏差を選択し、ＰＩ制御器２２９は、ＦＢ選択器２２８により選択された電流偏差に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*を増減させる。
【０２２７】
これにより、ｄ軸ＦＢ処理及びｑ軸ＦＢ処理の各々においてフィードバックするためのＰＩ制御器を設けることなく、ひとつのＰＩ制御器２２９を用いて電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックさせることができる。したがって、簡易な構成により、電動機９の電圧ノルムＶaに対する相関性の高い電流偏差の変化に応じて電圧ノルム指令値Ｖa*を増減させることができる。
【０２２８】
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に供給される三相交流電流を検出する。そして座標変換器１２は、電動機電流検出器８により検出された三相交流電流をｑ軸電流検出値ｉqに変換し、ｑ軸偏差演算器２２６は、ｑ軸電流検出値の絶対値｜ｉq｜とｑ軸電流目標値の絶対値｜ｉq*｜との絶対値差分であるｑ軸電流偏差を演算する。
【０２２９】
ｑ軸電流検出値ｉqと電圧ノルムＶaとの相関は、電動機９が力行領域から回生領域へと切り替われば逆転する。そのため、ｑ軸電流に関する検出値ｉq及び目標値ｉq*の絶対値を求める絶対値処理を行うことなく電動機９の力行領域で電流ＦＢ制御部２２０が動作するように構成すると、回生領域ではｑ軸電流検出値ｉqの増加に対して電圧ノルムＶaが減少してしまう。その結果、電動機９の回転速度が急峻に低下するような状況では、かえって電圧ノルムＶａに対し電圧ノルム指令値Ｖa*が過大になり、電動機９の動作が不安定になる。
【０２３０】
これに対して、本実施形態ではｑ軸電流に関する検出値及び目標値の絶対値を求めることにより、ｑ軸電流偏差を電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックさせる際に、回生領域及び力行領域のうちいずれの領域であっても電動機９を安定して制御することができる。
【０２３１】
また、本実施形態によれば、ＰＩ制御器２２９において、ｄ軸電流検出値ｉd又はｑ軸電流検出値ｉq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、電圧ノルム指令値Ｖa*のｄ軸電流検出値ｉd及びｑ軸電流検出値ｉqに対する応答速度を的確に調整することができる。
【０２３２】
また、本実施形態によれば、ＰＩ制御器２２９において、ｑ軸電流検出値ｉqをフィードバックする際の制御ゲインの定数Ｌqは、ｄ軸電流検出値ｉdをフィードバックする際の制御ゲインの定数Ｌdに対して異なる値に設定される。
【０２３３】
ｄ軸電流検出値ｉdにより生じる電流磁束は、図６に示したようにｄ軸インダクタンスＬdに依存し、ｑ軸電流検出値ｉqにより生じる電流磁束は、ｑ軸インダクタンスＬqに依存する。特にＩＰＭ型電動機においては、ｄ軸インダクタンスＬdとｑ軸インダクタンスＬqとの差異が大きくなる。
【０２３４】
このため、ｄ軸インダクタンスＬd及びｑ軸インダクタンスＬqを考慮したうえでｄ軸ＦＢ処理の制御ゲインに対してｑ軸ＦＢ処理の制御ゲインを異なる値に設定する。これにより、ｄ軸ＦＢ処理及びｑ軸ＦＢ制御の両者において同等の応答速度を確保することができる。
【０２３５】
また、本実施形態によれば、ＰＩ制御器２２９は、図５に示したように、ｄ軸電流偏差又はｑ軸電流偏差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９７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２２９は、積分器９７による積分処理を停止する。
【０２３６】
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２２９は、図１０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９７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。
【０２３７】
このように、電圧ノルム指令値Ｖa*に対してノルム制限器２４０により上限値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２２９によりアンチワインドアップ処理が実行される。
【０２３８】
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*を固定してトルク推定値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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
本実施形態の電圧位相制御では、図１８Ｂ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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
例えば、上述の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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
本実施形態の電圧位相制御では、図１８Ｂ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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
（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。
【０２５２】
図１９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。
【０２５３】
図１９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。
【０２５４】
図２０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。
【０２５５】
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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
（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２１を参照して説明する。
【０２６１】
図２１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。
【０２６２】
図２１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。
【０２６３】
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。
【０２６４】
図２２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。
【０２６５】
本実施形態の制御切替器３は、図１５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。
【０２６６】
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。
【０２６７】
（第４実施形態）
図２３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。
【０２６８】
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軸目標電流ｉdが切替判定部１３に供給されているのに対してｑ軸目標電流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。
【０２６９】
図２４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。
【０２７０】
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。
【０２７１】
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。
【０２７２】
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。
【０２７３】
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。
【０２７４】
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。
【０２７５】
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。
【０２７６】
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。
【０２７７】
図２５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。
【０２７８】
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１４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１４に示した切替え条件と同じである。
【０２７９】
図２５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。
【０２８０】
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。
【０２８１】
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、電動機９の動作点が目標値近傍に達しているか否かを判断することが可能になる。
【０２８２】
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。
【０２８３】
例えば、図６に示したように、ｄ軸電流ｉd及びｑ軸電流ｉqの両者を用いて電圧ノルム指令値Ｖa*にフィードバックするようにしてもよい。この場合には、例えば、電圧位相指令値α*が９０°近傍にあるときに、ｄ軸電流フィードバックの制御ゲインを小さくし、ｑ軸電流フィードバックの制御ゲインを大きくする。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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