(57)【要約】【課題】ＩＰＭ同期機の動作軌道をオンラインで計算する、車両用ＩＰＭ同期機を制御するためのシステム及び方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るシステムは、電圧の大きさに基づいて同期機の３つの動作範囲１２、１４、１６を定義する。第１の動作範囲１２は同期機の電流限界によって制御され、第２及び第３の動作領域１４、１６は同期機の電圧限界によって制御される。このシステムは、３つの領域の各々について、ロータ基準系でにおけるｄ軸及びｑ軸の電流基準信号を計算し、同期機を制御するために電流基準信号のどちらの組を使用するかを、動作領域に基づいて決定する。第３の動作領域は同期機の過変調時に使用される。【選択図】図１
2006353091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられた機械を制御する電流制御信号を計算するための方法であって、
前記機械におけるインバータの電圧限界に基づいて前記機械の動作範囲を決定するステップと、
決定された前記動作範囲に基づいて前記機械のトルクを制御するための電流基準信号を計算するステップであって、決定された前記動作範囲に基づいて前記電流基準信号を最適化する複数の式のうちの１つを使用することを含むステップと、
計算された前記電流基準信号に基づいて前記電流制御信号を前記機械に与えるステップと、
を備える方法。
【請求項２】
機械の動作範囲を決定する前記ステップが、相対的に低い車両速度で前記機械の第１の動作範囲を決定するステップと、相対的に高い車両速度で前記機械の第２の動作範囲を決定するステップとを含み、
前記第１の動作範囲は電流限界によって制御され、前記第２の動作範囲は電圧限界によって制御される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
車両の動作範囲を決定する前記ステップが、相対的に高い車両速度で前記機械の第３の動作範囲を決定するステップを含み、
前記機械の前記第３の動作範囲は前記電圧限界によって制御され、前記機械は過変調動作状態にある、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
電流基準信号を計算する前記ステップが、ロータ基準系におけるｄ軸電流基準信号とｑ軸電流基準信号とを計算するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
電流基準信号を計算する前記ステップが、前記第１の動作範囲に対する前記電流基準信号を
【数１】
2006353091.tif 000048
又は
【数２】
2006353091.tif 000049
として計算するステップを含み、ここで、
【数３】
2006353091.tif 000050
は前記ｄ軸電流基準信号であり、
【数４】
2006353091.tif 000051
は前記ｑ軸電流基準信号であり、Ｌｄｄは前記機械のｄ軸動的インダクタンスであり、Ｌｑｑは前記機械のｑ軸動的インダクタンスであり、
【数５】
2006353091.tif 000052
は前記機械のｄ軸鎖交磁束であり、
【数６】
2006353091.tif 000053
は前記機械のｑ軸鎖交磁束であり、ｆ及びｇは非線形関数である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
電流基準信号を計算するステップが、前記第２の動作範囲用の前記電流基準信号を、
【数７】
2006353091.tif 000054
又は
【数８】
2006353091.tif 000055
として計算するステップを含み、ここで、
【数９】
2006353091.tif 000056
は前記ｄ軸電流基準信号であり、
【数１０】
2006353091.tif 000057
は前記ｑ軸電流基準信号であり、Ｌｄｄは前記機械のｄ軸動的インダクタンスであり、Ｌｑｑは前記機械のｑ軸動的インダクタンスであり、
【数１１】
2006353091.tif 000058
は前記機械のｄ軸鎖交磁束であり、
【数１２】
2006353091.tif 000059
は前記機械のｑ軸鎖交磁束であり、ｆ及びｇは非線形関数であり、ωｒは機械速度を表す、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
電流基準信号を計算する前記ステップが、ロータ基準系におけるｄ軸電流基準信号とｑ軸電流基準信号とを計算するステップと、前記第３の動作範囲用の電流基準信号を、
【数１３】
2006353091.tif 000060
として計算するステップとを含み、ここで、
【数１４】
2006353091.tif 000061
は前記ｄ軸電流基準信号であり、
【数１５】
2006353091.tif 000062
は前記ｑ軸電流基準信号であり、Ｌｄｓは前記機械のｄ軸静的インダクタンスであり、Ｌｑｓは前記機械のｑ軸静的インダクタンスであり、Λｍは永久磁石鎖交磁束であり、
【数１６】
2006353091.tif 000063
及び
【数１７】
2006353091.tif 000064
はそれぞれ、線形電圧限界を伴う最大トルクを生み出す前記ｄ軸電流信号及び前記ｑ軸電流基準信号である、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記電流制御信号を前記機械に与える前記ステップが、前記インバータの電圧が線形電圧限界を超えない場合に、前記第１の領域に対する計算された前記電流基準信号を使用するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
電流基準信号を計算する前記ステップが、前記電流基準信号を計算するために前記機械の磁束及びインダクタンス推定を使用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
電流基準信号を計算する前記ステップが、前記機械の飽和を考慮するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記機械が埋め込み永久磁石同期機である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記機械が、電流信号を受け取る３つのコイルを有するステータと、永久磁石を有するロータとを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
車両における機械を制御する電流制御信号を計算するためのシステムであって、
前記機械におけるインバータの電圧に基づいて前記機械の動作範囲を決定し、その動作範囲に基づいて前記機械のトルクを制御するための電流基準信号を計算する指令オプティマイザを備え、
前記電流基準信号の計算が、前記決定された動作範囲に基づいて前記電流基準信号を最適化する複数の式のうちの１つを使用することを含むシステム。
【請求項１４】
前記電流基準信号を計算するために前記指令オプティマイザに機械磁束・インダクタンス信号を提供する磁束・インダクタンス推定器を更に備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
電圧基準信号を生成するための電流コントローラを更に備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記指令オプティマイザが、相対的に低い車両速度で前記機械の第１の動作範囲を決定し、相対的に高い車両速度で前記機械の第２の動作範囲を決定してなり、前記第１の動作範囲は電流限界によって制御され、前記第２の動作範囲は電圧限界によって制御される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記指令オプティマイザが、相対的に高い車両速度で前記機械の第３の動作範囲を決定してなり、前記機械の前記第３の動作範囲は前記電圧限界によって制御され、前記機械は過変調動作状態にある、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記指令オプティマイザが、ロータ基準系におけるｄ軸電流基準信号とｑ軸電流基準信号とを計算する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記指令オプティマイザが、前記第１の動作範囲に対する前記電流基準信号を、
【数１８】
2006353091.tif 000065
又は
【数１９】
2006353091.tif 000066
として計算し、ここで、
【数２０】
2006353091.tif 000067
は前記ｄ軸電流基準信号であり、
【数２１】
2006353091.tif 000068
は前記ｑ軸電流基準信号であり、Ｌｄｄは前記機械のｄ軸動的インダクタンスであり、Ｌｑｑは前記機械のｑ軸動的インダクタンスであり、
【数２２】
2006353091.tif 000069
はｄ軸鎖交磁束であり、
【数２３】
2006353091.tif 000070
は前記機械のｑ軸鎖交磁束であり、ｆ及びｇは非線形関数である、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記指令オプティマイザが、前記第２の動作範囲用の前記電流基準信号を、
【数２４】
2006353091.tif 000071
又は
【数２５】
2006353091.tif 000072
として計算し、ここで、
【数２６】
2006353091.tif 000073
は前記ｄ軸電流基準信号であり、
【数２７】
2006353091.tif 000074
は前記ｑ軸電流基準信号であり、Ｌｄｄは前記機械のｄ軸動的インダクタンスであり、Ｌｑｑは前記機械のｑ軸動的インダクタンスであり、
【数２８】
2006353091.tif 000075
はｄ軸鎖交磁束であり、
【数２９】
2006353091.tif 000076
は前記機械のｑ軸鎖交磁束であり、ｆ及びｇは非線形関数であり、ωｒは機械速度を表す、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記指令オプティマイザが、前記ロータ基準系におけるｄ軸電流基準信号とｑ軸電流基準信号とを計算し、前記第３の動作範囲用の電流基準信号を、
【数３０】
2006353091.tif 000077
として計算し、ここで、
【数３１】
2006353091.tif 000078
は前記ｄ軸電流基準信号であり、
【数３２】
2006353091.tif 000079
は前記ｑ軸電流基準信号であり、Ｌｄｓは前記機械のｄ軸静的インダクタンスであり、Ｌｑｓは前記機械のｑ軸静的インダクタンスであり、Λｍは永久磁石鎖交磁束であり、
【数３３】
2006353091.tif 000080
及び
【数３４】
2006353091.tif 000081
はそれぞれ、線形電圧限界を伴う最大トルクを生み出す前記ｄ軸電流信号及び前記ｑ軸電流基準信号である、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、永久磁石同期機を制御するためのシステムに関し、より詳細には、銅損を最小化する埋め込み永久磁石（ＩＰＭ）同期機のトルク出力を制御するためにｄ軸及びｑ軸におけるリアルタイム電流基準信号を提供するためのシステムであって、同期機の固有且つ非線形の磁気飽和効果を考慮するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰＭ同期機は、その高い効率及び広い速度範囲の結果として、ある種の車両用途に普及している。これらの用途は、内燃エンジン車両における同期機の統合始動電動機／交流発電機としての使用、及び／又は電気車両及びハイブリッド車両における走行用電動機としての使用を含む。ＩＰＭ同期機は、機械ステータに３つのコイルを、機械ロータに１つの永久磁石を含む３相交流機である。ステータコイルは、交流機のトルク及び速度を制御するよう互いに９０°位相がずれたｄ軸及びｑ軸電流指令信号から変換された３相電流指令信号を受け取る。車両の運転者からの特定のトルク指令に対して、そのトルクで最小銅損が提供されるように、電流指令信号が選択される。更に、適切な電流指令信号が一定の動作条件のための最大トルクを交流機から発生させる。
【０００３】
車両の動作中、特定の指令トルク又は最大トルクのためにＩＰＭ同期機に与えられる電流指令信号は、これまではルックアップ・テーブルから提供されていた。ルックアップ・テーブルは、同等の同期機を動力計上で、様々な車両動作条件の下で且つオフラインで動作させ、指令トルクにとって最良の効率を提供する指令信号を保存することから生成される。一般に、電流指令信号は、当該技術分野でよく理解されているように、ロータ基準系でのｄ軸及びｑ軸の電流基準値としてルックアップ・テーブルに保存される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ルックアップ・テーブルは実験室条件に対しては適切な電流指令信号を提供することができる。しかし、車両の動作パラメータは温度変化や車両老朽化などに応じて変化する。したがって、ルックアップ・テーブルの値は、車両の通常動作期間での特定の指令トルクに対して最適な機械効率を提供しないこともあり得る。したがって、車両の特定の動作条件について、ＩＰＭ同期機に与えられる電流指令信号をリアルタイムに決定するための技法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の教示によれば、ＩＰＭ同期機の動作軌道をオンラインで計算する、車両のＩＰＭ同期機を制御するためのシステム及び方法が開示される。前記システムは車両速度に基づいて同期機の３つの動作範囲を定義する。第１の動作範囲は同期機の電流限界によって制御され、第２及び第３の動作領域は同期機の電圧限界によって制御される。前記システムは、３つの領域の各々について、ロータ基準系におけるｄ軸及びｑ軸に対する２つの電流基準信号を計算する。前記システムは、同期機を制御するために電流基準信号のどちらの組が使用されるかを、車両がどの領域にあるかに基づいて決定する。第３の動作領域は同期機の過変調時に使用される。
【０００６】
本発明の更なる利点及び特徴は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲を添付の図面と併せて読むことから明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
ＩＰＭ同期機を制御するためのシステム及び方法に関する本発明の実施の形態についての以下の説明は本質的に例示的なものに過ぎず、本発明又はその用途もしくは使用法を限定するものではない。
【０００８】
本発明によれば、オフラインの電動機特性プロセスを介して取得された蓄積ルックアップ・テーブルを使用する代わりに、ＩＰＭ同期機の最適動作軌道をオンラインで計算する、ＩＰＭ同期機を制御するためのシステム及び制御アルゴリズムが開示される。該アルゴリズムは、同期機に対する制御信号を定めるｄ軸及びｑ軸の電流基準信号を全動作範囲においてオンラインで計算し、ＩＰＭ同期機の固有非線形磁気飽和効果を考慮する。電流ベクトルの振幅は、銅損を最小化するよう意図された所望のトルクを生み出すために最小化される。アルゴリズムは最小銅損動作を非線形に規制された最適化として取り扱い、その場合、トルク条件は等価制約（equality constraint）であり、インバータ容量、すなわち電流及び電圧の大きさは２つの非等価制約（inequality constraint）を与える。これにより、車両の動作領域に応じて２組の非線形式が与えられる。
【０００９】
図１は、車両速度を水平軸に取り、電動機トルクを垂直軸に取った、車両のＩＰＭ同期機の動作範囲を示すグラフである。グラフは３つの動作領域１０、１２、１４を含み、車両速度に基づいて以下に説明する最大電流限界及び電圧限界を定義する。以下で更に説明するように、領域１０は、トルク曲線の勾配とロータ基準系での同期機動作点での電流円の勾配との間の誤差を記述する勾配誤差式とトルク誤差式とを生成する最小電流動作領域である。領域１２及び１４は、定格電圧とロータ基準系での動作電圧との間の誤差を記述する電圧誤差式とトルク誤差式とを生成する最大電流動作領域である。
【００１０】
同期機システムは、バッテリ又は燃料電池モジュールなど適切な電源からのＤＣ電圧を、ステータ電流を制御するＡＣ電圧に変換して、所望の出力トルクを提供するインバータを備えている。インバータは、損傷を受けずに耐えることができる最大電流を有する半導体スイッチを備える。したがって、同期機の動作条件について電流指令信号を提供するときには、最大電流限界を超えないことが必要である。更に、電源は一定の最大電圧を供給することができるだけである。したがって、同期機を制御する電流指令信号は、電流限界と電圧限界とによって制限される。特に、低速では、電源から得られる電圧は所望のトルクを提供するのに十分であり、したがって、同期機を電流限界に基づいて制御することができる。より高いトルク要求のために同期機の速度が増すにつれ、トルクを維持するのに必要な電圧を供給する電源の能力が、どれだけのトルクを同期機が生み出すことができるかを制御するが、これはスイッチの電流限界とは関係ない。
【００１１】
以下で一層詳しく説明するように、ｄ軸に対する電流基準信号及びｑ軸に対する電流基準信号は、領域１０、１２又は１４のどの領域で同期機が動作するかに応じて、異なる方法で計算される。したがって、本発明の制御アルゴリズムは、ＩＰＭ同期機が領域１０、１２、１４のどの領域で現在動作しているかを決定し、それによって、同期機のステータに印加される３相電流を定義するｄ軸及びｑ軸の電流基準信号を計算するのにどの式を使用すべきかを同期機が知るようにする。
【００１２】
ロータ基準系でのＩＰＭ同期機の状態モデル又は電圧モデルは、
【００１３】
【数１】
2006353091.tif 000003
【００１４】
として表すことができ、ただし、
【００１５】
【数２】
2006353091.tif 000004
【００１６】
であり、Λｍはロータ鎖交磁束を定義する。
同期機の静的及び動的インダクタンスを
【００１７】
【数３】
2006353091.tif 000005
【００１８】
として定義することができる。Ｐ極の電磁トルクτｅは、
【００１９】
【数４】
2006353091.tif 000006
【００２０】
として定義される。最小銅損制御は、
【００２１】
【数５】
2006353091.tif 000007
【００２２】
のように、非線形に制約された最適化として解釈されることができる。電圧制約は、ｄ−ｑ電流平面における楕円境界を与える。
２つの非線形関数
【００２３】
【数６】
2006353091.tif 000008
【００２４】
及び
【００２５】
【数７】
2006353091.tif 000009
【００２６】
があると仮定すると、ｆ＝ｇ＝０に対する解
【００２７】
【数８】
2006353091.tif 000010
【００２８】
は、数値法によって決定され、
【００２９】
【数９】
2006353091.tif 000011
【００３０】
を得る。割線法の場合、式（５）における方向行列は、
【００３１】
【数１０】
2006353091.tif 000012
【００３２】
となる。ニュートン法の場合、式（５）における方向行列は、
【００３３】
【数１１】
2006353091.tif 000013
【００３４】
となる。
領域１０における制約された最適化のための非線形システムは、式（８）及び（９）、すなわち
【００３５】
【数１２】
2006353091.tif 000014
【００３６】
によって表わすことができるが、これは、交差結合の影響を無視しており、また、ｄ軸及びｑ軸の鎖交磁束が対応する軸電流のみの関数であると仮定した場合である。式（９）は、動作点におけるトルク曲線と電流円の正接勾配とが等しくなければならないことを意味する勾配条件から得られる。なお、係数は、静的インダクタンスではなく動的インダクタンスである。
【００３７】
上記の計算に基づいて、最小電流動作領域１０での低車両速度における電流基準信号
【００３８】
【数１３】
2006353091.tif 000015
【００３９】
及び
【００４０】
【数１４】
2006353091.tif 000016
【００４１】
は、割線法によって式（１０）で、ニュートン法によって式（１１）で、それぞれ
【００４２】
【数１５】
2006353091.tif 000017
【００４３】
と近似計算される。ニュートン法においては、計算を簡略にするため、対応する軸電流に対する鎖交磁束の二次導関数である動的インダクタンスの偏導関数を無視することができる。
【００４４】
同期機の速度が増加して領域１２に入ると、電圧ベクトルの振幅も増加する。高い車両速度では、最小銅損制御は電圧条件
【００４５】
【数１６】
2006353091.tif 000018
【００４６】
を考慮すべきである。式（１３）は定常状態における電圧モデルから導かれる。ステータ抵抗の影響のため、ＩＰＭ同期機が電動機又は発電機として動作する場合、以下の式（１４）の解はｄ軸に対して正確に対称ではない。最大電圧動作領域１２における電流基準信号
【００４７】
【数１７】
2006353091.tif 000019
【００４８】
及び
【００４９】
【数１８】
2006353091.tif 000020
【００５０】
は、それぞれ、割線法によって式（１４）から、ニュートン法によって式（１５）から近似的に計算され、式（１４）、（１５）は以下のとおりである。
【００５１】
【数１９】
2006353091.tif 000021
【００５２】
ニュートン法においては、計算を簡略にするため、ステータ抵抗の２乗を無視することができる。
トルク基準が、線形電圧範囲を伴うその最大限界を超えた場合、最大トルク動作のためのトルク基準と電流基準とを満たすために、同期機の過変調動作が必要とされ、これは、電圧限界を線形限界
【００５３】
【数２０】
2006353091.tif 000022
【００５４】
から６ステップ限界２Ｖｄｃ／πまで徐々に拡張することによって近似的に計算することができる。しかし、一定のトルク基準の下での電流基準信号は一定でないこともあり、これは望ましくない。したがって、以下の式（１６）〜（１８）
【００５５】
【数２１】
2006353091.tif 000023
【００５６】
を使用して、一定のトルク基準の下で及び動作領域１４の過変調動作の下で電流基準信号を固定する。点
【００５７】
【数２２】
2006353091.tif 000024
【００５８】
は、線形電圧範囲を伴う最大トルクにおいて式（１４）又は式（１５）によって計算される点の周囲に存在する。式（１６）のグラフ解釈によれば、電流基準は頂点が電圧楕円の中心となる放物線上に存在する。
【００５９】
領域１０では式（１０）又は式（１１）によって、領域１２では式（１４）又は式（１５）によって、領域１４では式（１８）によって計算される電流基準は、その最大値に制限されるべきである。電流基準がその最大値を超えた場合、式（８）及び式（１２）によって計算されるトルク誤差は正にならないように制限され、電流基準は、その最大の大きさを持つように修正され、
【００６０】
【数２３】
2006353091.tif 000025
【００６１】
と表される。
値Ｖｄｃは測定されたＤＣリンク電圧であり、値
【００６２】
【数２４】
2006353091.tif 000026
【００６３】
はそれぞれ、測定された同期機相電流から変換されたロータ基準系でのｄ軸及びｑ軸の電流である。割線法による式（１０）、（１４）又はニュートン法による式（１１）、（１５）、ならびに式（１８）は、領域１０、１２、１４に対するロータ基準系でのｄ軸及びｑ軸の電流基準信号
【００６４】
【数２５】
2006353091.tif 000027
【００６５】
及び
【００６６】
【数２６】
2006353091.tif 000028
【００６７】
を決定する。次いで、これらの電流基準信号
【００６８】
【数２７】
2006353091.tif 000029
【００６９】
及び
【００７０】
【数２８】
2006353091.tif 000030
【００７１】
を用いて、当該技術分野でよく理解された方式で同期機の出力トルクを制御するために、同期機のステータでの３つのコイルに与えられる３つの電流信号ａ、ｂ、ｃを決定する。式（１０）、（１１）、（１４）、（１５）、（１８）は、同期機の飽和を考慮しており、それにより最適電流指令を提供することができる。
【００７２】
図２は、動作条件に応じて同期機に対する電流基準信号
【００７３】
【数２９】
2006353091.tif 000031
【００７４】
及び
【００７５】
【数３０】
2006353091.tif 000032
【００７６】
を決定して使用する動作を示すフローチャート図２０である。割線法が選択された場合、式（１０）、（１４）がブロック２１、２３で使用される。ニュートン法が選択された場合には、式（１１）、（１５）がブロック２１、２３で使用される。過変調領域では、式（１８）が、ロータ基準系でのｄ軸及びｑ軸の電流基準信号
【００７７】
【数３１】
2006353091.tif 000033
【００７８】
及び
【００７９】
【数３２】
2006353091.tif 000034
【００８０】
を決定する。
アルゴリズムは、ブロック２２における電圧条件及びブロック２４における勾配条件に基づいて、領域１０、１２、１４の中から動作領域を識別する。判断ブロック２５において、アルゴリズムは電圧誤差及び勾配誤差が負であるかどうかを決定する。この条件が満たされている場合、電流限界だけがアクティブである領域１２に対対してブロック３０で、アルゴリズムは車両速度が十分に低いことを知り、したがって、割線法による式（１０）によって又はニュートン法による式（１１）によって計算された電流基準が、ブロック３３で選択される。
【００８１】
判断ブロック２５において条件が満たされない場合、判断ブロック２６においてアルゴリズムは電圧誤差及び勾配誤差が正であるかどうかを決定する。この条件が満たされている場合、アルゴリズムは、車両速度が十分に高く電圧限界により制御されることを知り、判断ブロック２９で、線形電圧限界を使用してトルク基準が最大有効トルクより大きいかどうかを決定する。アルゴリズムはブロック２８で式（１７）によってτｅを計算する。判断ブロック２６で条件が満たされていない場合、判断ブロック２７で、同期機が領域１２にあるならば、アルゴリズムはブロック３３に進む。判断ブロック２９で条件が満たされない場合、割線法による式（１４）によって、又はニュートン法による式（１５）によって計算された電流基準が、ブロック３１において、領域１４に対してブロック３４で選択される。それ以外の場合、アルゴリズムは、ブロック３２において領域１６に対してブロック３５で式（１８）からの電流基準信号を使用する。最後に、ブロック３６において電流基準がその最大値に制限される。
【００８２】
図３は、ＩＰＭ同期機６０に与えられる電流指令信号を制御するための制御システム４０のブロック図である。同期機６０は３つのステータコイル６４、６６、６８を有するステータ６２を備える。また、同期機６０は１つの永久磁石７２を有するロータ７０を備える。インバータ７４はバッテリなどのＤＣ電源からのＤＣ電圧を変換する。インバータ７４は、コイル６４、６６、６８に与えられる３つの電流信号ａ、ｂ、ｃを変換するために、６つのＭＯＳＦＥＴスイッチ７６と６つのダイオード７８を備えている。Ｉ／Ｏインタフェースであるシステム・コントローラ８０は、以下で説明する
【００８３】
【数３３】
2006353091.tif 000035
【００８４】
を使用して空間ベクトル・パルス幅変調によって計算されたゲート信号を制御システム４０から受け取ってスイッチ７６を制御し、コイル６４、６６、６８に与えられる電流信号を提供する。また、システム・コントローラ８０は、測定ロータ位置のロータ位置信号θｒと、コイル６４、６６、６８の測定電流から変換された電流信号
【００８５】
【数３４】
2006353091.tif 000036
【００８６】
を提供する。
制御システム４０は、領域１２で式（１０）又は（１４）、領域１４で式（１１）又は（１５）、領域１６で式（１８）を計算し、ロータ基準系のｄ軸及びｑ軸における電流基準信号のうちのどちらを使用するかを上述の説明に従って決定する指令オプティマイザ４２を備えている。なお、差分商を使用して鎖交磁束の一次導関数の近似のために測定電流信号
【００８７】
【数３５】
2006353091.tif 000037
【００８８】
からの雑音を抑制するのに、低域通過フィルタ（図示せず）が使用される。指令オプティマイザ４２からの電流基準信号
【００８９】
【数３６】
2006353091.tif 000038
【００９０】
は、電流信号に従う同期機６０に与えられる実際の電流を制御する電流コントローラ４４に送られる。電流コントローラ４４は、逆起電力減結合項を有するロータ基準系での比例積分（ＰＩ）コントローラとして実現される。電流コントローラ４４は、電圧基準
【００９１】
【数３７】
2006353091.tif 000039
【００９２】
を出力する。
測定ロータ位置信号θｒ及び測定電流信号
【００９３】
【数３８】
2006353091.tif 000040
【００９４】
は、同期機６０の物理座標によって定義される静止基準系にある。制御システム４０における計算はロータ基準系で実行される。したがって、測定ロータ位置信号θｒ及び測定電流信号
【００９５】
【数３９】
2006353091.tif 000041
【００９６】
は、測定電流信号
【００９７】
【数４０】
2006353091.tif 000042
【００９８】
をロータ基準系へ変換する変換ブロック４６に与えられる。次いで、ロータ基準系での測定電流信号
【００９９】
【数４１】
2006353091.tif 000043
【０１００】
は、指令オプティマイザ４２、電流コントローラ４４及び磁束・インダクタンス推定器４８に送られる。磁束・インダクタンス推定器４８は、式（１１）、（１５）を計算するために指令オプティマイザ４２によって使用される磁束推定
【０１０１】
【数４２】
2006353091.tif 000044
【０１０２】
と動的インダクタンス推定値Ｌｄｄ、Ｌｑｑとを生成する。電流コントローラ４４は磁束推定値をも受け取る。鎖交磁束情報は、割線法又はニュートン法による電流基準の計算にとって必須である。ロータ基準系での電流から鎖交磁束情報を取得するために、ルックアップ・テーブルを使用することができる。
【０１０３】
測定ロータ位置θｒは、ロータ位置信号θｒからロータ速度信号
【０１０４】
【数４３】
2006353091.tif 000045
【０１０５】
を推定する速度観測器５０に与えられる。推定された速度は、指令オプティマイザ４２において動作領域を識別し、電流コントローラ４４において逆起電力を減結合するために使用される。
【０１０６】
また、測定ロータ位置信号θｒは、電圧信号
【０１０７】
【数４４】
2006353091.tif 000046
【０１０８】
をロータ基準系から同期機６０を制御するのに使用される静止基準系に変換する変換ブロック５２に与えられる。また、制御システム４０は、同期機６０の電圧限界を超えることがないように、制御システム４０の電圧出力
【０１０９】
【数４５】
2006353091.tif 000047
【０１１０】
に物理的限界を提供するリミッタ５４を備えている。
上述の説明は、本発明の例示的な実施の形態を開示し、説明しているに過ぎない。当業者であれば、そのような説明及び添付の図面並びに特許請求の範囲から、特許請求の範囲で確定される本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、修正及び変形を実施し得ることを容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】車両速度を水平軸に取り、トルクを垂直軸に取った、ＩＰＭ同期機を利用する車両の動作範囲を示すグラフである。
【図２】本発明の一つの実施の形態に係る、ＩＰＭ同期機を制御するのに使用される電流基準信号を発生させるアルゴリズムのフローチャートである。
【図３】本発明の一つの実施の形態に係る、ＩＰＭ同期機を制御するための制御システムの概略ブロック図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  動作領域
１２  動作領域
１４  動作領域
４０  制御システム
４２  指令オプティマイザ
４４  電流コントローラ
４６  変換ブロック
４８  磁束・インダクタンス推定器
５０  速度観測器
５２  変換ブロック
５４  リミッタ
６０  ＩＰＭ同期機
６２  ステータ
７０  ロータ
７２  永久磁石
７４  インバータ
８０  システム・コントローラ
【図１】
2006353091.tif 000082
【図２】
2006353091.tif 000083
【図３】
2006353091.tif 000084