(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的仕様が互いに同等である複数の巻線群（１５０、１６０）を有する多重巻線回転機（１０）と、
前記複数の巻線群毎に設けられ、電源（１８）の電力を変換して前記複数の巻線群に供給する複数の電力変換器（６１、６２）と、
前記複数の巻線群に流れる電流を検出する電流検出器（６４、６５、６７、６８）と、
を備える多重巻線回転機システムに適用される多重巻線回転機の制御装置であって、
対応する前記巻線群と前記電力変換器との組である系統毎に指令される指令電流、及び、前記電流検出器からのフィードバック電流に基づき、系統毎に制御器後指令電流を演算する複数の電流制御器（３５、３６、３７、３８）と、
入力された前記制御器後指令電流に対し、自系統のモータ逆モデル項、及び、磁気結合による干渉電圧を補償するように算出される非干渉制御項を用いて非干渉制御演算を行い、非干渉化した指令電圧を系統毎に出力する非干渉化部（４２、４３、４４）と、
前記非干渉部が出力した指令電圧に基づき、前記複数の巻線群に電圧を印加すべく前記複数の電力変換器を操作する複数の操作部（５３、５４）と、
を有し、
前記非干渉化部は、前記制御器後指令電流に対して演算される複数の非干渉制御項のうち少なくとも一部を統合するものであって、
少なくとも一部の系統において、
ベクトル制御の回転座標系におけるｄ軸及びｑ軸の前記制御器後指令電流について、注目する一方の軸を注目軸とし、他方の軸を相手軸とすると、
自系統の注目軸の前記制御器後指令電流に係る逆モデル項に、他系統の注目軸の前記制御器後指令電流に係る相互インダクタンス及び電流微分値を含む非干渉制御項を統合し、
自系統の相手軸の前記制御器後指令電流に係る角速度及び自己インダクタンスを含む非干渉制御項と、他系統の相手軸の前記制御器後指令電流に係る角速度及び相互インダクタンスを含む非干渉制御項とを統合することを特徴とする多重巻線回転機の制御装置。
【請求項２】
前記非干渉化部（４２、４４）は、少なくとも一部の系統において、
自系統の相手軸の前記制御器後指令電流に係る角速度及び自己インダクタンスを含む非干渉制御項に、他系統の相手軸の前記制御器後指令電流に係る角速度及び相互インダクタンスを含む非干渉制御項を統合することを特徴とする請求項１に記載の多重巻線回転機の制御装置。
【請求項３】
前記非干渉化部（４４）は、さらに非干渉制御演算の結果の少なくとも一部を共用するものであって、
一部の系統において非干渉制御演算を行い、当該一部の系統における非干渉制御演算の算出値を残りの系統の演算に共用することを特徴とする請求項１または２に記載の多重巻線回転機の制御装置。
【請求項４】
電気的仕様が互いに同等である複数の巻線群（１５０、１６０）を有する多重巻線回転機（１０）と、
前記複数の巻線群毎に設けられ、電源（１８）の電力を変換して前記複数の巻線群に供給する複数の電力変換器（６１、６２）と、
前記複数の巻線群に流れる電流を検出する電流検出器（６４、６５、６７、６８）と、
を備える多重巻線回転機システムに適用される多重巻線回転機の制御装置であって、
対応する前記巻線群と前記電力変換器との組である系統毎に指令される指令電流、及び、前記電流検出器からのフィードバック電流に基づき、系統毎に制御器後指令電流を演算する複数の電流制御器（３５、３６、３７、３８）と、
入力された前記制御器後指令電流に対し、自系統のモータ逆モデル項、及び、磁気結合による干渉電圧を補償するように算出される非干渉制御項を用いて非干渉制御演算を行い、非干渉化した指令電圧を系統毎に出力する非干渉化部（４１、４４）と、
前記非干渉部が出力した指令電圧に基づき、前記複数の巻線群に電圧を印加すべく前記複数の電力変換器を操作する複数の操作部（５３、５４）と、
を有し、
前記非干渉化部は、非干渉制御演算の結果の少なくとも一部を共用するものであって、
一部の系統において非干渉制御演算を行い、当該一部の系統における非干渉制御演算の算出値を残りの系統の演算に共用することを特徴とする多重巻線回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重巻線回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の巻線群を有する多重巻線回転機の制御装置において、複数の巻線群の間の磁気結合による干渉電圧を補償するように、非干渉制御演算を行うものが知られている。例えば、特許文献１に開示された制御装置は、電流の微分値に比例した干渉電圧、及び、回転機の角速度に比例した干渉電圧を補償した指令電圧を出力するように非干渉制御演算を行う非干渉化部を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３８４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の制御装置の非干渉化部は、詳細なモータ逆モデルに基づいて非干渉制御演算を実行している。そのため、Ａ系統及びＢ系統の２つの巻線群を有する２重巻線回転機システムでの非干渉制御演算において、例えばＡ系統のｄ軸指令電圧を演算するために、Ａ系統のｄ軸電流及びｑ軸電流、Ｂ系統のｄ軸電流及びｑ軸電流の全てを用いて演算を行う必要がある。Ａ系統のｑ軸指令電圧、Ｂ系統のｄ軸及びｑ軸指令電圧についても同様の演算が必要である。このように、従来技術の非干渉化部は、制御構成が複雑であるため、演算負荷が増大する。また、制御パラメータの増加により適合工数が増大するという問題がある。
【０００５】
ところで、複数の巻線群の電気的仕様が互いに同等であることを前提とすると、各巻線群に流れる電流は実質的に同一であるとみなすことができる。したがって、特許文献１の非干渉化部の制御構成には、実質的に重複する演算を省略する余地があると考えられる。
本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、非干渉化部の制御構成を簡素化し、演算負荷を低減する多重巻線回転機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電気的仕様が互いに同等である複数の巻線群を有する多重巻線回転機と、複数の巻線群毎に設けられ、電源の電力を変換して複数の巻線群に供給する複数の電力変換器と、複数の巻線群に流れる電流を検出する電流検出器とを備える多重巻線回転機システムに適用される多重巻線回転機の制御装置に係る発明である。
【０００７】
この多重巻線回転機の制御装置は、複数の電流制御器と、非干渉化部と、複数の操作部とを有する。ここで、「対応する巻線群と電力変換器との組」を「系統」という。
複数の電流制御器は、系統毎に指令される指令電流、及び、電流検出器からのフィードバック電流に基づき、系統毎に制御器後指令電流を演算する。
【０００８】
非干渉化部は、入力された制御器後指令電流に対し、自系統のモータ逆モデル項、及び、磁気結合による干渉電圧を補償するように算出される非干渉制御項を用いて非干渉制御演算を行い、非干渉化した指令電圧を系統毎に出力する。
複数の操作部は、非干渉部が出力した指令電圧に基づき、複数の巻線群に電圧を印加すべく複数の電力変換器を操作する。
非干渉化部は、制御器後指令電流に対して演算される複数の非干渉制御項のうち少なくとも一部を「統合」し、又は、非干渉制御演算の結果の少なくとも一部を「共用」するものである。
【０００９】
ここで、ベクトル制御の回転座標系におけるｄ軸及びｑ軸の制御器後指令電流について、注目する一方の軸を「注目軸」とし、他方の軸を「相手軸」とする。
本発明の一態様において、非干渉化部は、自系統の注目軸の制御器後指令電流に係る逆モデル項に、他系統の注目軸の制御器後指令電流に係る相互インダクタンス及び電流微分値を含む非干渉制御項を「統合」する。
また、自系統の相手軸の制御器後指令電流に係る角速度及び自己インダクタンスを含む非干渉制御項と、他系統の相手軸の制御器後指令電流に係る角速度及び相互インダクタンスを含む非干渉制御項とを「統合」する。
【００１０】
また、本発明の別の態様において、非干渉化部は、一部の系統において非干渉制御演算を行い、当該一部の系統における非干渉制御演算の算出値を残りの系統の演算に「共用」する。
【００１１】
本発明では、非干渉化部に入力される両系統の制御器後指令電流が実質的に同じ値であるとみなし、非干渉化部は、複数の非干渉制御項のうち少なくとも一部を「統合」し、又は、非干渉制御演算の結果の少なくとも一部を「共用」する。
こうして、実質的に重複する演算を省略することにより、詳細なモータ逆モデルに基づいて非干渉制御演算を実行する従来技術に対し、非干渉制御演算の制御構成を簡素化し、演算負荷を低減することができる。例えば、同性能のマイコンを用いたときの演算時間を従来技術に比べて短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の各実施形態による多重巻線回転機システムの全体構成図。
【図２】（ａ）２重巻線回転機（ＩＳＧ）の模式図。（ｂ）２重巻線回転機（ＩＳＧ）のステータの部分断面図。
【図３】本発明の各実施形態による制御装置のブロック図。
【図４】電圧方程式に基づくモータモデルの図。
【図５】比較例（非干渉制御なし）の電圧演算部のブロック図。
【図６】従来技術の非干渉化部のブロック図。
【図７】本発明の第１実施形態による非干渉化部のブロック図。
【図８】本発明の第２実施形態による非干渉化部のブロック図。
【図９】比較例（非干渉制御なし）の（ａ）閉ループ特性図、（ｂ）開ループ特性図。
【図１０】従来技術の（ａ）閉ループ特性図、（ｂ）開ループ特性図。
【図１１】本発明の第１実施形態の（ａ）閉ループ特性図、（ｂ）開ループ特性図。
【図１２】本発明の第２実施形態の（ａ）閉ループ特性図、（ｂ）開ループ特性図。
【図１３】比較例（非干渉制御なし）の（ａ）低速、（ｂ）中速、（ｃ）高速のときのステップ応答特性図。
【図１４】従来技術の（ａ）低速、（ｂ）中速、（ｃ）高速のときのステップ応答特性図。
【図１５】本発明の第１実施形態の（ａ）低速、（ｂ）中速、（ｃ）高速のときのステップ応答特性図。
【図１６】本発明の第２実施形態の（ａ）低速、（ｂ）中速、（ｃ）高速のときのステップ応答特性図。
【図１７】本発明の第３実施形態による非干渉化部のブロック図。
【図１８】本発明の第４実施形態による非干渉化部のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態による多重巻線回転機の制御装置を図面に基づいて説明する。
最初に、各実施形態に共通する多重巻線回転機システムの全体構成について図１〜図３を参照して説明する。この多重巻線回転機システムは、駆動力源としてエンジンを備える車両に適用される。図１に示すように、多重巻線回転機システム１００は、多重巻線回転機としてスタータ及びオルタネータの機能を統合したＩＳＧ（Integrated Starter Generator）１０、２系統の「電力変換器」としてのインバータ６１、６２、及び、制御装置３０等を含む。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、ＩＳＧ１０のステータ１４は、電気的仕様が互いに同等である２つの三相巻線群１５０、１６０を備えている。三相巻線群１５０は、インバータ６１から通電される各相巻線１５がＹ結線されており、三相巻線群１６０は、インバータ６２から通電される各相巻線１６がＹ結線されている。すなわち、本実施形態のＩＳＧ１０は「２重巻線回転機」である。
また、対応する巻線群と電力変換器との組を系統という。本実施形態のシステムは、巻線群１５０及びインバータ６１によって構成されるＡ系統と、巻線群１６０及びインバータ６２によって構成されるＢ系統との２系統を含む。図２（ｂ）に示すように、Ａ系統巻線１５とＢ系統巻線１６とは、ステータ１４の周方向に交互に配置されている。
【００１５】
Ａ系統インバータ６１及びＢ系統インバータ６２は、それぞれ、ブリッジ接続された三相の上下アームのスイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６により構成される。スイッチング素子としては、例えばＩＧＢＴ等が用いられる。
２系統のインバータ６１、６２は、「電源」としてのバッテリ１８に対し並列に接続されている。なお、他の実施形態では、バッテリ１８とインバータ６１、６２との間に昇圧コンバータが設けられてもよい。
【００１６】
以下、電流、電圧等の記号末尾の添え字「Ａ」、「Ｂ」は、それぞれＡ系統及びＢ系統の値であることを示す。
インバータ６１、６２は、制御装置３０から出力される操作信号ＰＷＭA、ＰＷＭBに基づいて各スイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６がスイッチング動作する。そして、Ａ系統インバータ６１は、バッテリ１８の直流電力を三相電圧ＶｕA、ＶｖA、ＶｗAの交流電力に変換し、Ｂ系統インバータ６２は、バッテリ１８の直流電力を三相電圧ＶｕB、ＶｖB、ＶｗBの交流電力に変換してＩＳＧ１０に供給する。
【００１７】
Ａ系統インバータ６１からＩＳＧ１０へ接続される電力線には、Ｖ相電流ＩｖA、Ｗ相電流ＩｗAを検出する電流センサ６４、６５が設けられており、Ｂ系統インバータ６２からＩＳＧ１０へ接続される電力線には、Ｖ相電流ＩｖB、Ｗ相電流ＩｗBを検出する電流センサ６７、６８が設けられている。電流センサ６４、６５、６７、６８は、「電流検出器」に相当する。
本実施形態では、各系統のＵ相電流ＩｕA、ＩｕBをキルヒホッフの法則に基づいて推定する。なお、他の実施形態では、どの二相の電流を検出してもよく、三相の電流を検出してもよい。或いは、一相の電流検出値に基づいて他の二相の電流を推定する技術を採用してもよい。
【００１８】
ＩＳＧ１０の回転角は、回転角センサ２２によって検出される。
電流センサ６４、６５、６７、６８が検出した相電流ＩｖA、ＩｗA、ＩｖB、ＩｗB、及び、回転角センサ２２が検出した所定の位相差（例えば３０［ｄｅｇ］）を有する電気角θA、θBは、制御装置３０に入力される。また、制御装置３０には、図示しない車両制御回路から、ＩＳＧ１０に対する指令トルクｔｒｑ*が入力される。
また、ＩＳＧ１０のステータ１４の近傍には、インダクタンスＬｆの界磁巻線７１を有し、界磁電流Ｉｆが流れる界磁回路７０が設けられている。
【００１９】
続いて、図３を参照し、制御装置３０の構成について説明する。「非干渉化部」については、後述する第１〜第４実施形態に応じて符号を４１〜４４というように変える。この部分の説明では、代表として第１実施形態の符号４１を用いる。
制御装置３０は、３相２相変換部３１、３２、指令電流演算部３３、電流制御器３５〜３８、角速度算出部３９、非干渉化部４１、２相３相変換部５１、５２、及び、ＰＷＭ信号生成部５３、５４を有している。非干渉化部４１を除いては、基本的に周知のベクトル制御による電流フィードバック制御の構成に準ずる。ＰＷＭ信号生成部５３、５４は、特許請求の範囲に記載の「操作部」に相当する。
【００２０】
３相２相変換部３１は、回転角センサ２２が検出した電気角θAに基づき、電流センサ６４、６５が検出したＡ系統の相電流ＩｖA、ＩｗAをｄｑ軸電流ＩｄA、ＩｑAにｄｑ変換する。同様に、３相２相変換部３２は、電気角θBに基づき、電流センサ６７、６８が検出したＢ系統の相電流ＩｖB、ＩｗBをｄｑ軸電流ＩｄB、ＩｑBにｄｑ変換する。
指令電流演算部３３は、指令トルクｔｒｑ*に基づき、マップや数式等を用いて各系統のｄｑ軸指令電流ＩｄA*、ＩｑA*、ＩｄB*、ＩｑB*を演算する。
【００２１】
電流制御器３５、３６、３７、３８は、各系統ｄｑ軸毎に、指令電流演算部３３が出力した指令電流ＩｄA*、ＩｑA*、ＩｄB*、ＩｑB*とフィードバック電流ＩｄA、ＩｑA、ＩｄB、ＩｑBとの偏差ΔＩｄA、ΔＩｑA、ΔＩｄB、ΔＩｑBに基づき、ＰＩ制御演算等によって制御器後指令電流ＩｄA**、ＩｑA**、ＩｄB**、ＩｑB**を演算する。
なお、電流制御器３５〜３８の伝達関数は、周波数特性の狙い周波数をωccとすると、「ωcc／ｓ」と表される。
角速度算出部３９は、電気角θA又はθBを時間微分して電気角速度ωを算出し、非干渉化部４１に出力する。以下、「電気角速度ω」を適宜「角速度ω」と省略する。
【００２２】
非干渉化部４１は、電流制御器３５、３６、３７、３８から入力された制御器後指令電流ＩｄA**、ＩｑA**、ＩｄB**、ＩｑB**に基づき、各系統のｄｑ軸指令電圧ＶｄA*、ＶｑA*、ＶｄB*、ＶｑB*を演算する。非干渉化部４１の詳細構成については後述する。
２相３相変換部５１は、電気角θAに基づき、Ａ系統ｄｑ軸指令電圧ＶｄA*、ＶｑA*を三相指令電圧ＶｕA*、ＶｖA*、ＶｗA*に変換する。同様に、２相３相変換部５２は、電気角θBに基づき、Ｂ系統ｄｑ軸指令電圧ＶｄB*、ＶｑB*を三相指令電圧ＶｕB*、ＶｖB*、ＶｗB*に変換する。
【００２３】
各系統のＰＷＭ信号生成部５３、５４は、三相指令電圧から算出されるデューティ信号と搬送波との比較に基づき、インバータ６１、６２を操作するための操作信号ＰＷＭA、ＰＷＭBを生成する。ここで、操作信号ＰＷＭA、ＰＷＭBは、三相上下アームのスイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６に対するスイッチング信号ＵＵ、ＶＵ、ＷＵ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを包括する。
操作信号ＰＷＭA、ＰＷＭBに基づいてインバータ６１、６２が動作し、２系統の巻線群１５０、１６０に所望の交流電圧ＶｕA、ＶｖA、ＶｗA、ＶｕB、ＶｖB、ＶｗBを印加することにより、ＩＳＧ１０は、指令トルクｔｒｑ*に応じたトルクを出力するように駆動が制御される。
【００２４】
次に、２重巻線回転機であるＩＳＧ１０におけるｄｑ軸間及び系統間の磁気結合による相互干渉について説明する。電気的性能が互いに同等であるＡ系統巻線群１５０及びＢ系統巻線群１６０からなる２重巻線回転機の電圧方程式は、２つの巻線群の間の磁気結合を考慮した数式１で表される。
【００２５】
【数１】
0006497106.tif 000002
【００２６】
未出の記号は以下の通りであり、添え字「Ａ」、「Ｂ」は、それぞれＡ系統及びＢ系統の値であることを示す。
Ｒ：電機子抵抗（Ａ系統巻線群の電機子抵抗ＲA＝Ｂ系統巻線群の電機子抵抗ＲB）
ｓ：微分演算子
Ｌｄ、Ｌｑ：ｄ軸自己インダクタンス、ｑ軸自己インダクタンス
Ｍｄ、Ｍｑ：ｄ軸相互インダクタンス、ｑ軸相互インダクタンス
【００２７】
数式１を整理すると、数式２が得られる。
【数２】
0006497106.tif 000003
【００２８】
数式２を、各系統のｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑについて展開すると数式３が得られる。
【数３】
0006497106.tif 000004
【００２９】
数式３においてｄｑ軸電圧Ｖｄ、Ｖｑをｄｑ軸指令電圧Ｖｄ*、Ｖｑ*とし、２重巻線回転機における入出力を図式化したものが図４のモータモデルである。
ここで、「自系統」と「他系統」、及び、「注目軸」と「相手軸」の用語を定義する。例えばＡ系統について言及するとき、Ａ系統自身を「自系統」といい、Ｂ系統を「他系統」という。また、例えばｄ軸の電流又は電圧について言及するとき、ｄ軸を「注目軸」といい、ｑ軸を「相手軸」という。
【００３０】
図４に示すように、例えばＡ系統ｄ軸電流ＩｄAは、基本的には、自系統注目軸の指令電圧ＶｄA*に対し、自己インダクタンスＬｄA、微分値ｓ、抵抗Ｒに基づくインピーダンス項「ＬｄAｓ＋Ｒ」で除算される。これに加え干渉を考慮すると、入力側で、他系統注目軸であるＢ系統ｄ軸電流ＩｄBに「Ｍｄｓ」を乗算した値、自系統相手軸であるＡ系統ｑ軸電流ＩｑAに「ωＬｑA」を乗算した値、及び、他系統相手軸であるＢ系統ｑ軸電流ＩｑBに「ωＭｑ」を乗算した値が加減算される。また、ｑ軸電流ＩｑA、ＩｑBについては、界磁電流Ｉｆによる逆起電圧項「ωＬｆＩｆ」がさらに減算される。
【００３１】
このように２重巻線回転機では、軸間干渉及び系統間干渉が発生する。以下、モータモデルにおける上記「Ｍｄｓ」、「ωＬｑA」、「ωＭｑ」に相当するインピーダンス次元の各伝達関数を干渉項という。
従来、軸間干渉及び系統間干渉を補償するように、モータに入力される電圧を非干渉化する技術が特開２００３−１５３５８５号公報や特開２０１４−１３８４９４号公報（特許文献１）等に開示されている。例えば特許文献１の技術では、電流制御器が出力した制御器後指令電流を「非干渉化部」に入力し、非干渉制御演算を実行する。
なお、特許文献１に記載の「ｋ×Ｌｄ」、「ｋ×Ｌｑ」は、本明細書での相互インダクタンス「Ｍｄ」、「Ｍｑ」に相当する。
【００３２】
本実施形態の制御装置３０は、特許文献１の技術に準じ、非干渉化部４１を備える。
ところで非干渉化部４１では、干渉電圧を補償するため、干渉項に対応する「非干渉制御項」を自系統注目軸以外の制御器後指令電流に乗ずる演算と共に、自系統注目軸の制御器後指令電流に、モータ逆モデル項であるインピーダンス項「Ｌｄｓ＋Ｒ」又は「Ｌｑｓ＋Ｒ」を乗ずる演算も行う。この逆モデル項の演算は、自系統注目軸自身における電流から電圧への変換演算であって、非干渉化のための演算ではない。
ただし、同一の処理部内での処理であるため、本明細書では説明の便宜上、逆モデル項の演算、及び、ｑ軸電圧において逆起電圧項を加算する演算を含めて「非干渉制御演算」といい、非干渉制御演算を実行する処理部を「非干渉化部」ということにする。
【００３３】
次に、本実施形態の非干渉化部４１の説明に移る前に、「非干渉制御をしない比較例」及び「特許文献１に基づく従来技術」における対応部分の構成について、図５及び図６を参照して説明する。この比較例及び従来技術は、後で本実施形態の特性評価を説明するとき対比の対象とする。
【００３４】
（比較例）
非干渉制御をしない比較例のモータ逆モデルを図５に示す。比較例では、本実施形態の非干渉化部４１に対応する処理部を単に「電圧演算部４０」という。この電圧演算部４０は、軸間干渉及び系統間干渉が無いものと仮定してｄｑ軸指令電圧を演算する。具体的には、入力される制御器後指令電流に対し、逆モデル項「Ｌｄｓ＋Ｒ」、「Ｌｑｓ＋Ｒ」の乗算のみを行い、ｄｑ軸指令電圧ＶｄA*、ＶｑA*、ＶｄB*、ＶｑB*を出力する。
電圧演算部４０から出力された指令電圧ＶｄA*、ＶｑA*、ＶｄB*、ＶｑB*は、図４のモータモデルの入力となる。この点は、以下の各非干渉化部についても同様である。
【００３５】
（従来技術）
特許文献１に基づく従来技術の非干渉化部の構成について、図６を参照して説明する。ここで、図６に示す構成は、厳密には特許文献１に記載された構成そのものでなく、特許文献１の図１２の構成に、「ωＬｄ、ωＬｑ」項（後述の「第３ブロック」）、及び、ｑ軸電圧についての「ωＬｆＩｆ」項（後述の「第５ブロック」）を追記したものである。そのため、「特許文献１の従来技術」でなく「特許文献１に基づく従来技術」という。
図６の非干渉化部４８は、図４に示すモータモデルを逆演算した詳細なモータ逆モデルを表している。或いは、数式２をそのまま図式化したモデルであるとも言える。
【００３６】
２系統の本実施形態では、非干渉化部４８において、Ａ系統のｄ軸指令電圧ＶｄA*、Ａ系統のｑ軸指令電圧ＶｑA*、Ｂ系統のｄ軸指令電圧ＶｄB*、及び、Ｂ系統のｑ軸指令電圧ＶｑB*の４種類の指令電圧についての非干渉制御演算が行われる。
具体的に、Ａ系統のｄ軸指令電圧ＶｄA*の非干渉制御演算において用いられる逆モデル項及び非干渉制御項について説明する。ここで、指令電圧毎に図示された４段のブロックを上から順に「第１ブロック」、「第２ブロック」、「第３ブロック」、「第４ブロック」という。
【００３７】
第１ブロックは、Ａ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄA**に係る逆モデル項である「ＬｄAｓ＋Ｒ」項を示す。第２ブロックは、Ｂ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄB**に係る非干渉制御項である「Ｍｄｓ」項を示す。第３ブロックは、Ａ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑA**に係る非干渉制御項である「ωＬｑA」項を示す。第４ブロックは、Ｂ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑB**に係る非干渉制御項である「ωＭｑ」項を示す。
第１ブロックの逆モデル項がＡ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄA**に乗算された算出値に対し、第２、第３、第４ブロックの非干渉制御項が各入力電流に乗算された値が加減算され、Ａ系統のｄ軸指令電圧ＶｄA*が出力される。
【００３８】
同様にＡ系統のｑ軸指令電圧ＶｑA*の非干渉制御演算においては、第１ブロックは、Ａ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑA**に係る逆モデル項である「ＬｑAｓ＋Ｒ」項を示す。第２ブロックは、Ｂ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑB**に係る非干渉制御項である「Ｍｑｓ」項を示す。第３ブロックは、Ａ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄA**に係る非干渉制御項である「ωＬｄA」項を示す。第４ブロックは、Ｂ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄB**に係る非干渉制御項である「ωＭｄ」項を示す。
【００３９】
また、第５ブロックとして、逆起電圧を表す「ωＬｆＩｆ」項が加わる。第１ブロックの逆モデル項がＡ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑA**に乗算された算出値にさらに逆起電圧項が加算された値に対し、第２、第３、第４ブロックの非干渉制御項が各制御器後指令電流に乗算された値が加減算され、Ａ系統のｑ軸指令電圧ＶｑA*が出力される。
【００４０】
従来技術の非干渉化部４８では、４種類の指令電圧についての第１〜第５ブロックの数を合計すると１８個になる。
ここで、さらに「微分値項」及び「角速度項」の用語を定義する。微分演算子ｓを含む第１ブロック（逆モデル項）の「Ｌｄｓ、Ｌｑｓ」項、及び、第２ブロックの「Ｍｄｓ、Ｍｑｓ」項を合わせて「微分値項」という。また、角速度ωを含む第３ブロックの「ωＬｑ、ωＬｄ」項、及び、第４ブロックの「ωＭｑ、ωＭｄ」項を合わせて「角速度項」という。
【００４１】
上述の従来技術の構成は、詳細なモータ逆モデルに基づいて非干渉制御演算を実行するものである。しかし、現実に非干渉化部４８がこの処理を実行しようとすると、制御構成が複雑であるため、演算負荷が増大する。また、制御パラメータの増加により適合工数が増大するという問題がある。
ところで、本実施形態では、２系統の巻線群１５０、１６０の電気的仕様は互いに同等であるため、各巻線群に流れる電流は実質的に同一であるとみなすことができる。したがって、従来技術の非干渉化部４８の制御構成には、実質的に重複する演算を省略する余地があると考えられる。
【００４２】
そこで本発明は、２系統の巻線群１５０、１６０に流れる電流が実質的に同一であるとみなし、その前提で、非干渉化部の制御構成を簡素化し、演算負荷を低減することを目的とする。この目的を実現するための具体的な非干渉化部の構成について、以下、実施形態毎に説明する。
【００４３】
（第１実施形態）
第１実施形態の非干渉化部の構成について、図７を参照して説明する。
第１実施形態の非干渉化部４１は、注目軸及び相手軸のそれぞれについて、両系統の制御器後指令電流が実質的に同じ値となることを前提として、一方の系統での非干渉制御演算の算出値を他方の系統の演算に「共用」することを特徴とする。
【００４４】
図７に示すように、非干渉化部４１では、非干渉制御演算のうち、逆モデル項及び逆起電圧項についての演算は各系統のｄｑ軸毎に行い、一方、非干渉制御項についての乗算は例えばＡ系統でのみ行って、その算出値をＢ系統にも出力する。Ｂ系統では、Ａ系統から出力された算出値を共用し、逆モデル項演算後の加減算のみを行う。もちろん、Ｂ系統で演算した算出値をＡ系統の演算に共用してもよい。
【００４５】
このように第１実施形態では、非干渉制御演算の結果を系統間で共用することにより、従来技術に比べ、逆モデル項、逆起電圧項及び非干渉制御項の合計ブロック数が１８個から１２個に減少する。つまり、従来技術において実質的に重複する演算を省略することにより、非干渉化部の制御構成を簡素化し、演算負荷を低減することができる。例えば、同性能のマイコンを用いたときの演算時間を従来技術に比べて短縮することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
第２実施形態の非干渉化部の構成について、図８を参照して説明する。第１実施形態のキーワードが演算結果の「共用」であるのに対し、第２実施形態のキーワードは、非干渉制御項の「統合」である。
第２実施形態の非干渉化部４２は、第１実施形態と同様に、両系統の制御器後指令電流が実質的に同じ値となることを前提として、次のように非干渉制御項を「統合」することを特徴とする。
【００４７】
第１に微分値項として、自系統の注目軸の制御器後指令電流に係る逆モデル項に、他系統の注目軸の制御器後指令電流に係る相互インダクタンスＭ及び電流微分値ｓを含む非干渉制御項を「統合」する。
第２に角速度項として、自系統の相手軸の制御器後指令電流に係る角速度ω及び自己インダクタンスＬを含む非干渉制御項と、他系統の相手軸の制御器後指令電流に係る角速度ω及び相互インダクタンスＭを含む非干渉制御項とを「統合」する。特に第２実施形態では、［自系統］の相手軸の制御器後指令電流に係る角速度ω及び自己インダクタンスＬを含む非干渉制御項に、［他系統］の相手軸の制御器後指令電流に係る角速度ω及び相互インダクタンスＭを含む非干渉制御項を統合する。
【００４８】
具体的に、Ａ系統のｄ軸指令電圧ＶｄA*の非干渉制御演算について説明する。各指令電圧について、上段に記したブロックを「統合第１ブロック」、下段に記したブロックを「統合第２ブロック」という。
統合第１ブロックでは、Ａ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄA**に係る「ＬｄAｓ＋Ｒ」項に、Ｂ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄB**に係る「Ｍｄｓ」項を統合する。その結果、Ａ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄA**に対し、統合後の「（ＬｄA＋Ｍｄ）ｓ＋Ｒ」項を乗算することとなる。
統合第２ブロックでは、Ａ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑA**に係る「ωＬｑA」項に、Ｂ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑB**に係る「ωＭｑ」項を統合する。その結果、Ａ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑA**に対し、統合後の「ω（ＬｑA＋Ｍｑ）」項を乗算することとなる。
【００４９】
また、Ａ系統のｑ軸指令電圧ＶｑA*の非干渉制御演算について説明する。
統合第１ブロックでは、Ａ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑA**に係る「ＬｑAｓ＋Ｒ」項に、Ｂ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑB**に係る「Ｍｑｓ」項を統合する。その結果、Ａ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑA**に対し、統合後の「（ＬｑA＋Ｍｑ）ｓ＋Ｒ」項を乗算することとなる。
統合第２ブロックでは、Ａ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄA**に係る「ωＬｄA」項に、Ｂ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄB**に係る「ωＭｄ」項を統合する。その結果、Ａ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄA**に対し、統合後の「ω（ＬｄA＋Ｍｄ）」項を乗算することとなる。
【００５０】
Ｂ系統のｄ軸、ｑ軸指令電圧ＶｄB*、ＶｑB*の非干渉制御演算も同様に行う。
このように第２実施形態では、微分値項及び角速度項のそれぞれについて両系統の非干渉制御項を統合することにより、従来技術に比べ、逆モデル項、逆起電圧項及び非干渉制御項の合計ブロック数が１８個から１０個に減少する。つまり、従来技術において実質的に重複する演算を省略することにより、非干渉化部の制御構成を簡素化し、演算負荷を低減することができる。例えば、同性能のマイコンを用いたときの演算時間を従来技術に比べて短縮することができる。
また、非干渉制御演算の入力として自系統の制御器後指令電流のみを用いるため、制御構成がより簡素化される。
【００５１】
次に、比較例（図５）及び従来技術（図６）と、本発明の第１実施形態（図７）、及び第２実施形態（図８）との特性評価について、図９〜図１６を参照して説明する。
まず、フィードバック制御の閉ループ特性及び開ループ特性について、図９〜図１２を参照する。図９は比較例、図１０は従来技術、図１１は本発明の第１実施形態、図１２は本発明の第２実施形態の特性を示す。各図（ａ）は、回転機の回転数が低速、中速、高速のときの閉ループの周波数応答特性を示し、各図（ｂ）は、同じく、回転機の回転数が低速、中速、高速のときの開ループの周波数応答特性を示す。なお、図ではｑ軸電流Ｉｑについての特性を示しているが、ｄ軸電流Ｉｄについても同傾向の特性が得られる。
【００５２】
閉ループ特性の評価では、応答性、速度依存性、及びピーキングに注目する。応答性については、ゲインが−３［ｄＢ］となる周波数について、狙い周波数１００Ｈｚとのずれを評価する。速度依存性については、低速、中速、高速での応答特性のばらつきを評価する。ピーキングについては、ゲインが０［ｄＢ］を超える周波数領域の有無を評価する。
【００５３】
非干渉制御なしの比較例では、応答性について、ゲインが−３［ｄＢ］となる周波数が高速で３５Ｈｚであり、狙い周波数１００Ｈｚから大きくずれている。速度依存性については、速度によって応答特性が大きくばらついている。また、ピーキングについて、図中に破線Ｐｋで示す周波数領域でゲインが０［ｄＢ］を超えている。
【００５４】
比較例に対し、本発明の第１実施形態では、ゲインが−３［ｄＢ］となる周波数が高速で１５０Ｈｚであり、狙い周波数１００Ｈｚに近づいている。速度による応答特性のばらつきは、比較的小さくなっている。また、ゲインが０［ｄＢ］を超えている周波数領域はない。したがって、非干渉制御によって性能が向上していることがわかる。
【００５５】
従来技術、及び、本発明の第２実施形態では、ゲインが−３［ｄＢ］となる周波数は、狙い周波数の１００Ｈｚと一致している。また、速度による応答特性のばらつきはほとんどなく、ゲインが０［ｄＢ］を超えることもない。
したがって、本発明の第２実施形態は、第１実施形態よりも性能に優れる。また、従来技術に対し制御構成を簡素化しつつも、同等の性能を維持していることがわかる。
【００５６】
開ループ特性の評価では、ゲインが０［ｄＢ］となる周波数での位相余裕に注目する。位相余裕とは、−１８０［ｄｅｇ］からの位相の差分をいう。例えば、一次遅れ応答にて位相が−９０［ｄｅｇ］のとき、位相余裕は９０［ｄｅｇ］となる。回転機の制御が成立するためには、４５［ｄｅｇ］以上の位相余裕が必要であり、大きいほど好ましい。
【００５７】
非干渉制御なしの比較例では、高速でゲインが０［ｄＢ］となる約２３Ｈｚでの位相余裕は約５０［ｄｅｇ］である。
本発明の第１実施形態では、高速でゲインが０［ｄＢ］となる約１５０Ｈｚでの位相余裕は約６０［ｄｅｇ］であり、比較例に比べ位相余裕が増加している。
【００５８】
従来技術、及び、本発明の第２実施形態では、狙い周波数である１００Ｈｚでゲインが０［ｄＢ］となり、１００Ｈｚでの位相余裕は約９０［ｄｅｇ］である。
したがって、本発明の第２実施形態は、第１実施形態よりも性能に優れる。また、従来技術に対し制御構成を簡素化しつつも、同等の性能を維持していることがわかる。
【００５９】
続いて、回転機の回転数が低速、中速、高速のときのステップ応答特性について、図１３〜図１６を参照する。図１３は比較例、図１４は従来技術、図１５は本発明の第１実施形態、図１６は本発明の第２実施形態の特性を示す。各図（ａ）は低速、各図（ｂ）は中速、各図（ｃ）は高速でのステップ応答特性を示す。
【００６０】
各特性図の上段はｑ軸電流、下段はｄ軸電流を示す。破線は、指令電流Ｉｑ＿ｒｅｆ、Ｉｄ＿ｒｅｆを示し、実線は実電流Ｉｑ、Ｉｄを示す。時間軸の「０．０１ｓ」にてｑ軸指令電流Ｉｑ＿ｒｅｆをステップ状に変化させたときのｑ軸実電流Ｉｑの応答性、及び、指令電流Ｉｄ＿ｒｅｆを変化させていないｄ軸の実電流Ｉｄに対する軸間干渉の程度を評価する。
【００６１】
非干渉制御なしの比較例では、ｑ軸実電流Ｉｑのステップ応答に比較的時間がかかっており、しかもオーバーシュートが生じている。また、閉ループ特性でも見られたように、速度によって応答性がばらついている。また、ｑ軸実電流Ｉｑの急変に伴ってｄ軸実電流Ｉｄが変化しており、干渉が生じていることがわかる。
【００６２】
本発明の第１実施形態では、比較例に比べ、各速度においてｑ軸実電流Ｉｑの応答性が向上しており、特に中速、高速ではオーバーシュートが顕著に改善されている。また、速度による応答性ばらつきが小さくなっている。また、ｑ軸実電流Ｉｑの変化に伴うｄ軸実電流Ｉｄへの干渉程度が比較的小さくなっている。したがって、非干渉制御によってステップ応答性能が向上していることがわかる。
【００６３】
従来技術、及び、本発明の第２実施形態では、比較例に比べ、各速度においてｑ軸実電流Ｉｑの応答性が向上している。また、第１実施形態では多少のオーバーシュートが見られた低速においてもオーバーシュートが全く見られなくなっている。さらに、ｑ軸実電流Ｉｑの変化に伴うｄ軸実電流Ｉｄへの干渉は、ほとんど無くなっている。
したがって、本発明の第２実施形態は、第１実施形態よりも性能に優れる。また、従来技術に対し制御構成を簡素化しつつも、同等の性能を維持していることがわかる。
【００６４】
上記の特性評価を通じ、非干渉制御演算結果を共用し演算を簡素化した本発明の第１実施形態は、非干渉制御を行わない比較例に比べて性能が向上することが明らかとなった。また、非干渉制御項を統合し演算を簡素化した本発明の第２実施形態は、モータ逆モデルに従って全部の非干渉制御項演算を実行する従来技術に対し、同等の性能を有することが検証できた。
その他、入力端での印加電圧外乱抑圧性、及び、出力端での電流検出外乱抑圧性の評価においても上記と同様の傾向が得られた。
【００６５】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
（第３実施形態）
第３実施形態の非干渉化部の構成について、図１７を参照して説明する。
第３実施形態の非干渉化部４３は、第２実施形態と同様に、非干渉制御演算における微分値項及び角速度項をそれぞれ統合する。ただし、角速度項の統合に関し、［他系統］の相手軸の制御器後指令電流に係る角速度ω及び相互インダクタンスＭを含む非干渉制御項に、［自系統］の相手軸の制御器後指令電流に係る角速度ω及び自己インダクタンスＬを含む非干渉制御項を統合する点で、第２実施形態とは逆である。
【００６６】
具体的に、Ａ系統のｄ軸指令電圧ＶｄA*の非干渉制御演算について、第２実施形態に準じて説明する。統合第１ブロックについては、第２実施形態と同様である。
統合第２ブロックでは、Ｂ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑB**に係る「ωＭｑ」項に、Ａ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑA**に係る「ωＬｑA」項を統合する。その結果、Ｂ系統の制御器後ｑ軸指令電流ＩｑB**に対し、統合後の「ω（ＬｑA＋Ｍｑ）」項を乗算することとなる。
【００６７】
また、Ａ系統のｑ軸指令電圧ＶｑA*の非干渉制御演算について説明する。
統合第２ブロックでは、Ｂ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄB**に係る「ωＭｄ」項に、Ａ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄA**に係る「ωＬｄA」項を統合する。その結果、Ｂ系統の制御器後ｄ軸指令電流ＩｄB**に対し、統合後の「ω（ＬｄA＋Ｍｄ）」項を乗算することとなる。
【００６８】
Ｂ系統のｄ軸、ｑ軸指令電圧ＶｄＢ*、ＶｑＢ*の非干渉制御演算も同様に行う。
このように第３実施形態では、統合後の角速度項の乗算において他系統の制御器後指令電流を用いて演算する。この制御構成でも、第２実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第２実施形態と第３実施形態とを混在させた制御構成としてもよい。
【００６９】
（第４実施形態）
第４実施形態の非干渉化部の構成について、図１８を参照して説明する。
第４実施形態の非干渉化部４４は、第２実施形態の非干渉化部４２において、さらに、Ａ系統での非干渉制御演算の算出値をＢ系統の演算に共用する。もちろん、Ｂ系統で演算した算出値をＡ系統の演算に共用してもよい。また、第２実施形態に代えて第３実施形態の非干渉化部４３において、同様に「共用」の構成を採用してもよい。
【００７０】
このように第４実施形態では、「統合」及び「共用」を組合せることにより、従来技術に比べ、逆モデル項、逆起電圧項及び非干渉制御項の合計ブロック数が１８個から８個に減少する。よって、演算負荷をより低減することができる。
【００７１】
（その他の実施形態）
（ア）巻線界磁型同期モータは、上記実施形態の図１に例示したものに限らず、例えば固定子巻線に流れる電流によって界磁巻線が励磁されるものであってもよい。また、同期モータは、巻線界磁型同期モータ以外に、永久磁石界磁型同期モータやシンクロナスリラクタンスモータ等の同期モータであってもよい。さらに、モータの用途は、上記実施形態のＩＳＧに限らず、どのような用途に用いられるものであってもよい。
【００７２】
（イ）「多重巻線回転機」は、上記実施形態で例示した２重巻線回転機に限らず、３つ以上の巻線群を有する３重以上の多重巻線回転機であってもよい。例えば３重巻線回転機では、３系統の巻線群は１２０°等間隔の回転対称に配置され、いずれの２系統の巻線間での磁気結合も同等であると想定すれば、本発明が有効に適用される。
３系統以上の複数系統で「共用」の構成を採用する場合、一部の系統において非干渉制御演算を行い、当該一部の系統における非干渉制御演算の算出値を残りの系統の演算に共用すればよい。また、「統合」の構成を採用する場合、少なくとも一部の系統において非干渉制御項を統合すればよい。さらに、上記第４実施形態のように「統合」及び「共用」をどのように組み合わせてもよい。
【００７３】
（ウ）各系統の巻線群に流れる電流が実質的に同一であるとの仮定に基づき、「電流制御器」を一つの系統にのみ設けてもよい。さらに、一相の電流値に基づいて他の二相の電流を推定する技術を採用すると、多重巻線回転機システムに電流制御器を一つのみ備える形態を想定可能である。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０・・・ＩＳＧ（多重巻線回転機）、
１５０、１６０・・・巻線群、
１８・・・バッテリ（電源）、
３５、３６、３７、３８・・・電流制御器、
４１、４２、４３、４４・・・非干渉化部、
５３、５４・・・ＰＷＭ信号生成部（操作部）、
６１、６２・・・インバータ（電力変換器）、
６４、６５、６７、６８・・・電流センサ（電流検出器）。
【図１】
0006497106.tif 000005
【図２】
0006497106.tif 000006
【図３】
0006497106.tif 000007
【図４】
0006497106.tif 000008
【図５】
0006497106.tif 000009
【図６】
0006497106.tif 000010
【図７】
0006497106.tif 000011
【図８】
0006497106.tif 000012
【図９】
0006497106.tif 000013
【図１０】
0006497106.tif 000014
【図１１】
0006497106.tif 000015
【図１２】
0006497106.tif 000016
【図１３】
0006497106.tif 000017
【図１４】
0006497106.tif 000018
【図１５】
0006497106.tif 000019
【図１６】
0006497106.tif 000020
【図１７】
0006497106.tif 000021
【図１８】
0006497106.tif 000022