(57)【要約】Ｍ個のコイルセット（８）を備えた交流の回転電機（８０）を制御対象とする回転電機制御システム（１００）は、複数のスイッチング素子（５）を備え、直流電源（４１）及びそれぞれのコイルセット（８）に接続されて直流とＮ相の交流との間で電力を変換するＭ個のインバータ（５０）と、各コイルセット（８）に対して１組設けられ、各コイルセット（８）に流れる各相の交流電流を検出するＭ組の電流センサ（６）と、複数のスイッチング素子（５）を制御するためのスイッチング制御信号（Ｓ）を生成するインバータ制御装置（３０）とを備える。インバータ制御装置（３０）は、Ｍ組の電流センサ（６）のＮ相の各相における検出値の全てを用いて、回転電機（８０）の電流フィードバック制御を行い、Ｍ個のインバータ（５０）に共通するスイッチング制御信号（Ｓ）を生成する。
2020196719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ相（Ｎは自然数）のコイルセットをＭ個（Ｍは２以上の自然数）備えた交流の回転電機を制御対象とする回転電機制御システムであって、
複数のスイッチング素子を備え、直流電源及びそれぞれの前記コイルセットに接続されて直流とＮ相の交流との間で電力を変換するＭ個のインバータと、
Ｎ相の１つの前記コイルセットに対して１組設けられて、それぞれの前記コイルセットに流れる各相の交流電流を検出するＭ組の電流センサと、
複数の前記スイッチング素子を制御するためのスイッチング制御信号を生成して前記インバータを制御するインバータ制御装置と、を備え、
前記インバータ制御装置は、Ｍ組の前記電流センサのＮ相の各相における検出値の全てを用いて、前記回転電機の電流フィードバック制御を行い、Ｍ個の前記インバータに共通する前記スイッチング制御信号を生成する、回転電機制御システム。
【請求項２】
前記インバータ制御装置は、Ｍ組の前記電流センサの検出値を平均して前記回転電機に流れる実電流を求めて、或いは、Ｍ組の前記電流センサの検出値の全てを加算して前記回転電機に流れる実電流を求めて、前記回転電機の電流フィードバック制御を行う、請求項１に記載の回転電機制御システム。
【請求項３】
前記インバータ制御装置は、前記回転電機のロータに備えられた永久磁石の磁束の方向であるｄ軸と前記ｄ軸に直交するｑ軸とのｄｑ軸直交ベクトル座標系において、前記回転電機の目標トルクに基づく電流指令と、前記実電流との偏差に基づいて前記回転電機をフィードバック制御するものであり、
前記インバータ制御装置は、Ｎ相の交流電流である前記実電流を前記ｄｑ軸直交ベクトル座標系の２相電流に変換し、
前記ｄｑ軸直交ベクトル座標系における前記電流指令である２相電流指令と前記２相電流との偏差に基づいて、前記ｄｑ軸直交ベクトル座標系における２相電圧指令を演算し、
前記２相電圧指令を、Ｎ相の前記コイルセットに印加するＮ相電圧指令に変換し、
前記Ｎ相電圧指令に基づいて前記スイッチング制御信号を生成する、請求項２に記載の回転電機制御システム。
【請求項４】
前記ロータの回転を検出する回転センサを備え、
前記インバータ制御装置は、前記回転センサにより検出された前記ロータの回転位置に基づいてＮ相の座標系と前記ｄｑ軸直交ベクトル座標系との間の座標変換を行う、請求項３に記載の回転電機制御システム。
【請求項５】
それぞれの前記コイルセットは、それぞれ中性点において各相のコイルが接続されたスター結線の３相コイルである、請求項１から４の何れか一項に記載の回転電機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のコイルセットを備えた交流の回転電機を制御対象とする回転電機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１８−１３０００７号公報には、複数のコイルセットとしての複数系統のステータ巻線（１８０，２８０）を備えた回転電機（８０）を制御する回転電機制御装置（１０）が開示されている（背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。）。この回転電機制御装置（１０）は、２系統のステータ巻線（１８０，２８０）のそれぞれを、独立した異なるインバータ（１２０，２２０）を介して駆動している。また、それぞれのインバータ（１２０，２２０）は、それぞれ独立した異なる制御部（１３１，２３１）によって電流フィードバック制御されている。フィードバックされる電流は、それぞれのステータ巻線（１８０，２８０）に対して独立した電流センサ（１２５，２２５）によって検出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１３０００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した回転電機制御装置（１０）では、２つのインバータ（１２０，２２０）と、それらをそれぞれ制御するための２つの制御部（１３１，２３１）とを備える必要があり、装置コストが高くなり易いものとなっていた。一方、２系統のステータ巻線に同じ位相の電流を流して制御する場合には、この回転電機制御装置（１０）のように、２つのステータ巻線（１８０，２８０）に電流を流すための駆動装置の全て（インバータ及び制御回路）を、それぞれのステータ巻線（１８０，２８０）に対して独立して設けなくてもよい場合がある。複数のステータ巻線を有する回転電機では、それぞれのステータ巻線の構成や電気的仕様は同一であることが多く、そのような場合には、例えば２つのステータ巻線に対応する２つのインバータを１つの制御回路によって制御することでシステムの小型化、低コスト化を図ることができる。例えば、１つの制御装置から２つのインバータに対して同じ制御信号を出力して２つのインバータを制御することができる。【０００５】
このように、複数のステータ巻線の構成や電気的仕様が同一であり、制御回路が１系統となる場合、フィードバック電流を何れか一方のインバータの交流側（或いは一方のステータ巻線）のみにおいて検出することで電流フィードバック制御を行うことが可能である。しかし、仕様が同じであっても、２つのステータ巻線や２つのインバータにはそれぞれ個体差があるため、流れる電流が完全に同一とは限らない。このため、何れか一方のインバータを介した電流のみを用いて電流フィードバック制御を行った場合には、回転電機のトルクリップルや振動が増加する可能性がある。【０００６】
上記背景に鑑みて、複数のコイルセットを備えた交流の回転電機を制御対象とするシステムにおいて、当該システムの規模がコイルセットの数の増加に応じて増大することを抑制すると共に、トルクリップルや振動等を抑制して回転電機を適切に制御することができる技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様として、上記に鑑みた、Ｎ相（Ｎは自然数）のコイルセットをＭ個（Ｍは２以上の自然数）備えた交流の回転電機を制御対象とする回転電機制御システムは、複数のスイッチング素子を備え、直流電源及びそれぞれの前記コイルセットに接続されて直流とＮ相の交流との間で電力を変換するＭ個のインバータと、Ｎ相の１つの前記コイルセットに対して１組設けられて、それぞれの前記コイルセットに流れる各相の交流電流を検出するＭ組の電流センサと、複数の前記スイッチング素子を制御するためのスイッチング制御信号を生成して前記インバータを制御するインバータ制御装置と、を備え、前記インバータ制御装置は、Ｍ組の前記電流センサのＮ相の各相における検出値の全てを用いて、前記回転電機の電流フィードバック制御を行い、Ｍ個の前記インバータに共通する前記スイッチング制御信号を生成する。【０００８】
この構成によれば、Ｍ個全てのインバータが、同じスイッチング制御信号によって制御される。従って、回転電機が複数のコイルセットを備えていても、回転電機制御システムの規模がコイルセットの数に応じて増大することが抑制される。また、Ｍ個のインバータを制御するインバータ制御装置は、Ｍ個全てのコイルセットに流れる電流の検出値の全てを用いて、電流フィードバック制御を行う。例えばＭ個全てのコイルセット同士、及びＭ個全てのインバータ同士の構成や電気的仕様が同一であっても個体差によって電気的特性に差がある場合がある。インバータ制御装置が、Ｍ組全ての電流センサの検出値を用いて電流フィードバック制御を行うことで、そのような個体差に起因する制御の誤差を抑制することができる。このように本構成によれば、複数のコイルセットを備えた交流の回転電機を制御対象とするシステムにおいて、当該システムの規模がコイルセットの数の増加に応じて増大することを抑制すると共に、トルクリップルや振動等を抑制して回転電機を適切に制御することができる。【０００９】
回転電機制御システムのさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】回転電機制御システムの一例を示すブロック図
【図２】インバータ御装置の一例を示すブロック図
【図３】ｄｑ軸直交ベクトル座標系と３相座標系との関係を示す説明図
【図４】インバータ御装置の他の例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、回転電機制御システムの実施形態を図面に基づいて説明する。回転電機制御システムは、例えば、車両の駆動力源となる回転電機を駆動制御する。図１のブロック図は、回転電機制御システム１００のシステム構成を模式的に示している。回転電機制御システム１００は、Ｎ相（Ｎは自然数）のコイルセット８をＭ個（Ｍは２以上の自然数）備えた交流の回転電機８０を制御対象とする。Ｍ個のコイルセット８は、全て同じ仕様（同じ構成及び同じ電気的仕様）のコイルセット８であり、本実施形態では、全て３相（Ｎ＝３）のコイルセット８である。また、本実施形態では、回転電機８０は、第１コイルセット８１と第２コイルセット８２との２つ（Ｍ＝２）のコイルセット８を備えている形態を例示する。
【００１２】
回転電機制御システム１００による駆動対象の回転電機８０は、ステータコアに２つのコイルセット８が配置されたステータ８ｓ（図３参照）と、ロータコアに永久磁石８ｍが配置されたロータ８ｒ（図３参照）とを有する永久磁石型回転電機（PMSM：Permanent Magnet Synchronous Motor）である。本実施形態では、図１に示すように、３相のステータコイル（８ｕ，８ｖ，８ｗ）が中性点ＮＰで短絡されたスター結線（Ｙ字結線）のコイルセット８を例示している。しかし、相数や結線の方法（スター結線或いはデルタ結線）、ステータコイル（８ｕ，８ｖ，８ｗ）の巻き方（分布巻或いは集中巻）等が限定されるものではない。尚、回転電機８０は、電動機としても発電機としても機能することができる。
【００１３】
回転電機制御システム１００は、直流電源４１及びそれぞれのコイルセット８に接続されて直流とＮ相の交流との間で電力を変換するＭ個のインバータ５０を備えている。本実施形態では、図１に示すように、回転電機制御システム１００は、直流電源４１及び第１コイルセット８１に接続されて直流とＮ相（ここでは３相）の交流との間で電力を変換する第１インバータ５１と、直流電源４１及び第２コイルセット８２に接続されて直流とＮ相（ここでは３相）の交流との間で電力を変換する第２インバータ５２とを備えている。つまり、回転電機制御システム１００は、２つのコイルセット８に対応して、２つのインバータ５０を備えている。第１インバータ５１と、第２インバータ５２とは、同じ仕様（同じ構成及び同じ電気的仕様）のインバータ５０である。
【００１４】
直流電源４１は、例えば、リチウムイオン電池などの充電可能な二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどにより構成されている。回転電機８０が、車両の駆動力源の場合、直流電源４１は、大電圧大容量の直流電源であり、定格の電源電圧は、例えば２００〜４００［Ｖ］である。インバータ５０の直流側には、正極と負極との間の電圧（直流リンク電圧）を平滑化する平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ４２）が備えられている。
【００１５】
それぞれのインバータ５０は、複数のスイッチング素子５を有して構成される。スイッチング素子５には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ−ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor）、ＧａＮ−ＭＯＳＦＥＴ（Gallium Nitride - MOSFET）などのパワー半導体素子を適用すると好適である。図１には、スイッチング素子５としてＩＧＢＴが用いられる形態を例示している。尚、各スイッチング素子５には、負極から正極へ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向として、並列にフリーホイールダイオード５ｄが備えられている。
【００１６】
それぞれのインバータ５０は、上段側スイッチング素子５Ｈと下段側スイッチング素子５Ｌとの直列回路により構成された交流１相分のアームを複数組（ここでは３組）備えている。本実施形態では、それぞれのコイルセット８のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイル（８ｕ，８ｖ，８ｗ）のそれぞれに一組の直列回路（アーム）が対応したブリッジ回路が構成される。アームの中間点、つまり、上段側スイッチング素子５Ｈと下段側スイッチング素子５Ｌとの接続点は、それぞれのコイルセット８のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイル（８ｕ，８ｖ，８ｗ）にそれぞれ接続される。
【００１７】
図１に示すように、それぞれのインバータ５０は、インバータ制御装置３０により制御される。インバータ制御装置３０は、制御回路１０（ＣＴＲＬ）とドライブ回路２０（ＤＲＶ）とを備えている。図１（及び図２）には、２つ（Ｍ個）のインバータ５０に対応して、２つ（Ｍ個）のドライブ回路２０が備えられている形態を例示している。即ち、第１インバータ５１に対して第１ドライブ回路２１が備えられ、第２インバータ５２に対応して第２ドライブ回路２２が備えられている。全てのドライブ回路２０は、同じ仕様（同じ構成及び同じ電気的仕様）であり、第１ドライブ回路２１と、第２ドライブ回路２２とは、同じ仕様（同じ構成及び同じ電気的仕様）のドライブ回路２０である。詳細は後述するが、制御回路１０は、２つのインバータ５０に共通して備えられ、第１インバータ５１及び第２インバータ５２の複数のスイッチング素子５を制御するためのスイッチング制御信号Ｓ（源信号ＳＳ）を生成して第１インバータ５１及び第２インバータ５２を制御する。即ち、制御回路１０は、インバータ５０のスイッチング制御信号Ｓ（源信号ＳＳ）を生成してＭ個全てのインバータ５０を制御する。
【００１８】
制御回路１０は、マイクロコンピュータ等のプロセッサを中核部材として構築されている。例えば、制御回路１０は、上位の制御装置の１つである不図示の車両制御装置等の他の制御装置等から要求信号として提供される回転電機８０の目標トルク（トルク指令Ｔ＊：図２等参照）に基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ５０を介して回転電機８０を制御する。図３に示すように、ベクトル制御法では、回転電機に流れる実電流（Ｉｎ：Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を、ロータ８ｒに配置された永久磁石８ｍが発生する磁界（磁束）の方向であるｄ軸と、ｄ軸に直交する方向（磁界の向きに対して電気角でπ／２進んだ方向）のｑ軸とのベクトル成分（Ｉｄ，Ｉｑ）に座標変換してフィードバック制御を行う。尚、“Ｉａ”はベクトル合成された合成電流を示している。図２を参照して後述するように、インバータ制御装置３０（制御回路１０）は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において、回転電機８０のトルク指令Ｔ＊に基づく電流指令（Ｉ＊）と、実電流Ｉｎとの偏差に基づいて回転電機８０をフィードバック制御する。
【００１９】
図１及び図２に示すように、回転電機８０を流れる実電流Ｉｎは２つ（Ｍ組）の電流センサ６（ＳＥＮ−Ｉ）により検出され、制御回路１０はその検出結果を取得する。電流センサ６は、Ｎ相の１つのコイルセット８に対して１組設けられて、それぞれのコイルセット８に流れる各相の交流電流を検出する。本実施形態では、図１に示すように、２つのコイルセット８（８１，８２）に対して２組の電流センサ６（６１，６２）が設けられている。
【００２０】
実電流Ｉｎは、第１コイルセット８１及び第２コイルセット８２の双方（Ｍ個全てのコイルセット８）を流れる。Ｍ個全てのコイルセット８に流れる電流を検出するために、Ｍ組の電流センサ６が備えられている。本実施形態では、第１コイルセット８１に流れる各相の交流電流を検出する第１電流センサ６１と、第２コイルセット８２に流れる各相の交流電流を検出する第２電流センサ６２とが備えられている。図１には、電流センサ６が、３相の交流電流を検出する形態を例示しているが、例えば３相交流の場合には３相は平衡しており、その瞬時値の和はゼロであるから２相のみの電流を検出して残りの１相は制御回路１０が演算によって取得してもよい。つまり、それぞれの電流センサ６（６１，６２）は、必ずしもＮ相全てに対応したＮ個の検出部を有している必要はなく、（Ｎ−１）個の検出部を有して構成されていてもよい。演算によって取得される電流値も検出値と考えることができるので、この場合も、インバータ制御装置３０は、Ｎ相の各相における電流の検出値の全てを用いて回転電機８０の電流フィードバックを行うことになる。
【００２１】
また、回転電機８０のロータ８ｒの各時点での磁極位置（電気角θ：図３参照）やロータ８ｒの回転速度（角速度ω）は、例えばレゾルバなどの回転センサ７（ＳＥＮ−Ｒ）により検出され、制御回路１０はその検出結果を取得する。制御回路１０は、電流センサ６及び回転センサ７の検出結果を用いて、電流フィードバック制御を実行する。
【００２２】
図２に示すように、制御回路１０は、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。本実施形態では、制御回路１０は、電流指令演算部１１と、電圧指令演算部１２と、２相３相座標変換部１３と、変調部１４と、３相２相座標変換部１５と、実電流演算部１６とを備えている。インバータ制御装置３０（制御回路１０）は、Ｎ相の交流電流である実電流Ｉｎをｄｑ軸直交ベクトル座標系の２相電流Ｉｄｑ（Ｉｄ，Ｉｑ）に変換し、ｄｑ軸直交ベクトル座標系における電流指令である２相電流指令Ｉ＊（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）と２相電流Ｉｄｑ（Ｉｄ，Ｉｑ）との偏差に基づいて、ｄｑ軸直交ベクトル座標系における２相電圧指令Ｖ＊（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）を演算し、２相電圧指令Ｖ＊（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）を、Ｎ相の第１コイルセット８１及び第２コイルセット８２に印加するＮ相電圧指令（ここでは３相電圧指令Ｖｎ＊（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊、Ｖｗ＊））に変換し、Ｎ相電圧指令（Ｖｎ＊：Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）に基づいてスイッチング制御信号Ｓ（源信号ＳＳ）を生成する。
【００２３】
電流指令演算部１１は、トルク指令Ｔ＊（目標トルク）に基づいて、回転電機８０に流す目標電流（２相電流指令Ｉ＊）を演算する。上述したように、制御回路１０は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系において回転電機８０をフィードバック制御するので、電流指令演算部１１は、電流指令Ｉ＊として、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ＊を演算する。ここで、電流指令演算部１１は、「１つのコイルセット８に流す電流を目標電流として２相電流指令Ｉ＊を演算」してもよいし、「第１コイルセット８１に流す電流及び第２コイルセット８２に流す電流を合算した電流（Ｍ個全てのコイルセット８に流す電流を合算した電流）を目標電流として２相電流指令Ｉ＊を演算」してもよい。電流指令演算部１１が、「１つのコイルセット８に流す電流を目標電流として２相電流指令Ｉ＊を演算」する場合、トルク指令Ｔ＊は、回転電機８０全体の目標トルクの１／２である。そして、この場合には、それぞれのコイルセット８に対するトルク指令Ｔ＊は同一であり、それぞれのコイルセット８の２相電流指令Ｉ＊も同一である。
【００２４】
電圧指令演算部１２は、２相電流指令Ｉ＊と回転電機８０の実電流Ｉｎ（Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）との偏差に基づいて、インバータ５０に印加する電圧の指令である２相電圧指令Ｖ＊を演算する。ここでは、電圧指令演算部１２が比例積分制御器（ＰＩ）を備えて構成されている形態を例示しているが、電圧指令演算部１２は、比例微積分制御器（ＰＩＤ）を備えて構成されていてもよい。
【００２５】
本実施形態において、インバータ制御装置３０（制御回路１０）は、Ｎ相（ここでは３相）の各相における第１電流センサ６１の検出値である第１検出値Ｉ１とＮ相（ここでは３相）の各相における第２電流センサ６２の検出値である第２検出値Ｉ２とを用いて、回転電機８０の電流フィードバック制御を行う。このため、図２に示すように、制御回路１０は、第１検出値Ｉ１と第２検出値Ｉ２とに基づいて回転電機８０に流れる実電流Ｉｎを求める実電流演算部１６を備えている。
【００２６】
電流指令演算部１１が、「１つのコイルセット８に流す電流を目標電流として２相電流指令Ｉ＊を演算」している場合、実電流演算部１６は、下記式（１）〜（３）に示すように、第１検出値Ｉ１と第２検出値Ｉ２とを平均して回転電機８０に流れる実電流Ｉｎを求める（下記式は、“Ｍ＝２”の場合を例示している。）。
【００２７】
Ｉｕ  ＝  （Ｉｕ１＋Ｉｕ２）／２  ・・・（１）
Ｉｖ  ＝  （Ｉｖ１＋Ｉｖ２）／２  ・・・（２）
Ｉｗ  ＝  （Ｉｗ１＋Ｉｗ２）／２  ・・・（３）
【００２８】
実電流演算部１６は、加算器を備えて構成され、同じタイミングにおける第１検出値Ｉ１と第２検出値Ｉ２とを加算し、その加算結果を２で除して実電流Ｉｎを演算することができる。マイクロコンピュータを中核とした制御回路１０では、２進数で演算が実行される。このため、本実施形態のように、“Ｍ＝２”の場合には、加算結果をビットシフト（この場合、右シフト）することによって容易に２で除して平均を求めることができる（端数の切り上げ、切り下げ、四捨五入を含む。）。電流指令演算部１１により２相電流指令Ｉ＊が、１つのコイルセット８に流す電流を目標電流として演算されている場合には、この２相電流指令Ｉ＊と、実電流演算部１６において１つのコイルセット８当たりの電流値に平均化された実電流Ｉｎとの偏差が、偏差演算部１２ａにおいて演算される。図２に示すように、偏差演算部１２ａは加算器（減算器）を備えて構成されている。
【００２９】
電流指令演算部１１が、「第１コイルセット８１に流す電流及び第２コイルセット８２に流す電流を合算した電流（Ｍ個全てのコイルセット８に流す電流を合算した電流）を目標電流として２相電流指令Ｉ＊を演算」している場合、実電流演算部１６は、第１検出値Ｉ１と第２検出値Ｉ２とを合算して回転電機８０に流れる実電流Ｉｎを求める。実電流演算部１６は、加算器を備えて構成され、同じタイミングにおける第１検出値Ｉ１と第２検出値Ｉ２とを加算して実電流Ｉｎを演算する。この場合、２相電流指令Ｉ＊は、第１コイルセット８１に流す電流及び第２コイルセット８２に流す電流を合算した電流を目標電流として演算されており、この２相電流指令Ｉ＊と、実電流演算部１６において合算された実電流Ｉｎとの偏差が、偏差演算部１２ａにおいて演算される。
【００３０】
上記においては、“Ｍ＝２”の場合を例示して説明したが、実電流演算部１６は、Ｍ個の電流センサ６の検出値を平均して（Ｍ組の電流センサ６の検出値の全てを加算し、Ｍで除すことによって）、回転電機８０に流れる実電流Ｉｎを求める。或いは、実電流演算部１６は、Ｍ個のコイルセット８に対応して、Ｍ組の電流センサ６の検出値の全てを加算して回転電機８０に流れる実電流Ｉｎを求める。
【００３１】
偏差演算部１２ａでは、２相電流指令Ｉ＊との偏差が演算されるため、実電流Ｉｎ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は３相２相座標変換部１５において、２相電流Ｉｄｑ（Ｉｄ，Ｉｑ）に座標変換される（座標変換の概念については図３参照）。３相２相座標変換部１５は、回転センサ７（SEN-R）により検出されたロータ８ｒの各時点での回転位置（磁極位置、電気角θ）に基づいて、座標変換を行う。
【００３２】
図２では、電流指令演算部１１と電圧指令演算部１２との間に備えられた偏差演算部１２ａにおいて、３相２相座標変換部１５で変換された２相電流Ｉｄｑ（ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ）と、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ＊との偏差が演算される形態を例示している。しかし、偏差演算部１２ａが電圧指令演算部１２に備えられて、電圧指令演算部１２で偏差の演算が実行されてもよい。電圧指令演算部１２は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差及び回転速度（角速度ω）に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を演算すると共に、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの偏差及び回転速度（角速度ω）に基づいてｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を演算する。
【００３３】
２相３相座標変換部１３は、ｄｑ軸直交ベクトル座標系の２相電圧指令Ｖ＊（ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊）を３相のインバータ５０に対応した３相電圧指令Ｖｎ＊（Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令Ｖｗ＊）に座標変換する。
変調部１４は、３相電圧指令Ｖｎ＊（Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令Ｖｗ＊）のそれぞれに基づいて、インバータ５０の３相のスイッチング制御信号Ｓ（源信号ＳＳ）を生成する。図２に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれにおいて上段側スイッチング素子５Ｈ及び下段側スイッチング素子５Ｌを制御するスイッチング制御信号Ｓ（源信号ＳＳ）が生成されるため、合計６つのスイッチング制御信号Ｓ（源信号ＳＳ）が生成される。ここでは、変調部１４がパルス幅変調（ＰＷＭ）制御によりスイッチング制御信号を生成する形態を例示している。
【００３４】
インバータ５０を構成する各スイッチング素子５の制御端子（例えばＩＧＢＴのゲート端子）は、ドライブ回路２０を介して制御回路１０に接続されており、各スイッチング素子５はそれぞれ個別にスイッチング制御される。スイッチング制御信号Ｓの源信号ＳＳを生成する制御回路１０は、上述したように、マイクロコンピュータなどを中核として構成され、その動作電圧は、例えば５［Ｖ］、３．３［Ｖ］、２．５［Ｖ］等である。一方、インバータ５０は、上述したように定格の電源電圧が例えば２００〜４００［Ｖ］の直流電源４１に接続されており、スイッチング素子５の制御端子には、例えば１５〜２０［Ｖ］の駆動信号を入力する必要がある。
【００３５】
ドライブ回路２０は、制御回路１０が生成したスイッチング制御信号Ｓの源信号ＳＳの駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）をそれぞれ高めて、インバータ５０に中継する。制御回路１０が生成する源信号ＳＳと区別する場合、ドライブ回路２０から出力される信号を駆動信号ＤＳと称する。また、源信号ＳＳと駆動信号ＤＳとを総称してスイッチング制御信号Ｓと称する。即ち、インバータ制御装置３０は、スイッチング制御信号Ｓを生成する、或いは生成して出力するものであり、より詳しくは源信号ＳＳを生成して駆動信号ＤＳとして出力するものである。
【００３６】
上述したように、第１コイルセット８１及び第２コイルセット８２（Ｍ個全てのコイルセット８）は、同じ構成であり電気的な仕様も個体差を除いて同一である。また、第１インバータ５１及び第２インバータ５２（Ｍ個全てのインバータ５０）も、同じ構成であり、電気的な仕様も個体差を除いて同一である。そして、本実施形態では、２つのインバータ５０は同じタイミングでスイッチング制御される。このため、２つのインバータ５０（Ｍ個全てのインバータ５０）は、共通のスイッチング制御信号Ｓ（駆動信号ＤＳ）によりスイッチング制御される。従って、インバータ制御装置３０は、第１インバータ５１及び第２インバータ５２（Ｍ個全てのインバータ５０）に共通するスイッチング制御信号Ｓ（源信号ＳＳ、駆動信号ＤＳ）を生成する。
【００３７】
図１及び図２に示すように、本実施形態では、制御回路１０が第１インバータ５１及び第２インバータ５２（Ｍ個全てのインバータ５０）に共通する源信号ＳＳを生成し、同じ源信号ＳＳに基づいて異なるドライブ回路２０で中継された駆動信号ＤＳがそれぞれのインバータ５０に提供されている。つまり、同じ源信号ＳＳに基づいて第１ドライブ回路２１で中継された駆動信号ＤＳは第１インバータ５１に提供され、同じ源信号ＳＳに基づいて第２ドライブ回路２２で中継された駆動信号ＤＳは第２インバータ５２に提供されている。この形態では、両インバータ５０（Ｍ個全てのインバータ５０）において同じタイミングでスイッチング制御されるスイッチング素子５同士（例えばＵ相の上段側スイッチング素子５Ｈ同士など）の制御端子（この場合はゲート端子）が、それぞれのドライブ回路２０を挟むことで分離されるので、固体差によって互いに影響を与えあうことが抑制される。
【００３８】
しかし、例えば、スイッチング素子５同士の影響が無視できるような場合には、このような形態に限定されない。図４に示すように、同じドライブ回路２０から出力される駆動信号ＤＳが、異なるインバータ５０に提供されてもよい。この場合、ドライブ回路２０の数を抑制することができるので、回転電機制御システム１００の小型化、低コスト化が可能となる。
【００３９】
ところで、このように、コイルセット８同士の構成や電気的な仕様が同一であると共に、インバータ５０同士の構成や電気的な仕様が同一であり、これらを１つの制御回路１０（１つのインバータ制御装置３０）によって制御する場合には、本実施形態のように複数組の電流センサ６を備えなくてもよい。例えば、“Ｍ＝２”の場合、何れか一方のインバータ５０の交流側（一方のコイルセット８）のみにおいて交流電流を検出してフィードバック制御することで、双方のインバータ５０を同じスイッチング制御信号Ｓ（源信号ＳＳ）により駆動することができる。他方のインバータ５０（他方のコイルセット８）については、例えば、シャント抵抗等を用いた過電流検出回路等を備えることで、故障時等に備えることもできる。Ｍが３以上の場合も、（Ｍ−１）以下の任意の数のコイルセット８においてのみ、交流電流を検出してフィードバック制御することで、Ｍ個全てのインバータ５０を同じスイッチング制御信号Ｓ（源信号ＳＳ）により駆動することができる。交流電流を検出しないインバータ５０（コイルセット８）については、上述したようにシャント抵抗等を用いた過電流検出回路等を備えればよい。
【００４０】
しかし、仕様が同じであっても、コイルセット８の個体差や、インバータ５０を構成するスイッチング素子５の固体差等によって、第１コイルセット８１を流れる交流電流と、第２コイルセット８２を流れる交流電流とが異なる場合がある。つまり、Ｍ個のコイルセット８のそれぞれを流れる交流電流がばらつく場合がある。このため、何れか一方のコイルセット８を流れる電流に基づいて、両方のコイルセット８を流れる電流をフィードバック制御した場合には、誤差によって両コイルセット８を流れる電流の差が大きくなる可能性がある。つまり、Ｍ個の内の一部のコイルセット８を流れる電流に基づいて、Ｍ個全てのコイルセット８を流れる電流をフィードバック制御した場合には、誤差によってそれぞれのコイルセット８を流れる電流の差が大きくなる可能性がある。即ち、トルク指令Ｔ＊（目標トルク）に応じた電流と、回転電機８０に実際に流れる電流との差が大きくなる可能性がある。そして、そのような電流の差は、回転電機８０のトルク変動を招く。
【００４１】
しかし、上述したように、第１コイルセット８１に流れる電流の検出値である第１検出値Ｉ１と、第２コイルセット８２に流れる電流の検出値である第２検出値Ｉ２との平均値、或いは合算値に基づいてフィードバック制御することによって、トルク指令Ｔ＊（目標トルク）に応じた電流を回転電機８０に流すことができる。つまり、Ｍ組の電流センサ６のＮ相の各相における検出値の平均値、或いは全ての加算値を用いてフィードバック制御を行うことにより、トルク指令Ｔ＊（目標トルク）に応じた電流を回転電機８０に流すことができる。このため、回転電機８０にトルク指令Ｔ＊に応じたトルクを出力させることができ、トルク変動も抑制することができる。
【００４２】
当然ながら、第１コイルセット８１及び第１インバータ５１の第１系統、第２コイルセット８２及び第２インバータ５２の第２系統をそれぞれ異なる制御ループでフィードバック制御することもできる。つまり、Ｍ個の系統に応じて、Ｍ個の制御ループでフィードバック制御することもできる。しかし、この場合には、図１及び図２に例示したような制御回路１０が複数必要となる。或いは、１つの制御回路１０をタイムシェアリングすることが必要となり、制御回路１０の中核となるマイクロコンピュータなどのプロセッサの演算負荷が増大し、場合によって演算能力の高いプロセッサを用いる必要が生じる。このため、回転電機制御システム１００の規模やコストが上昇する可能性がある。
【００４３】
上述したように、本実施形態では、１つの制御回路１０によって２系統のコイルセット８及びインバータ５０を制御することができる。つまり、１つの制御回路１０によって複数系統（Ｍ個）のコイルセット８及びインバータ５０を制御することができる。従って、回転電機制御システム１００の規模やコストの上昇を抑制することができる。このように、本実施形態によれば、複数のコイルセット８を備えた交流の回転電機８０を制御対象とする回転電機制御システム１００において、当該システムの規模がコイルセット８の数の増加に応じて増大することを抑制すると共に、トルクリップルや振動等を抑制して回転電機８０を適切に制御することができる。
【００４４】
上記においては、Ｎ相（Ｎは自然数）の第１コイルセット８１とＮ相の第２コイルセット８２とを備えた交流の回転電機８０を制御対象とする回転電機制御システム１００を例示して説明した。具体的には、回転電機制御システム１００が、直流電源４１及び第１コイルセット８１に接続されて直流とＮ相の交流との間で電力を変換する第１インバータ５１と、直流電源４１及び第２コイルセット８２に接続されて直流とＮ相の交流との間で電力を変換する第２インバータ５２と、Ｎ相の１つのコイルセット８に対して１組設けられて第１コイルセット８１に流れる各相の交流電流を検出する第１電流センサ６１と、Ｎ相の１つのコイルセット８に対して１組設けられて第２コイルセット８２に流れる各相の交流電流を検出する第２電流センサ６２と、第１インバータ５１及び第２インバータ５２のスイッチング制御信号Ｓを生成して第１インバータ５１及び第２インバータ５２を制御するインバータ制御装置３０とを備え、インバータ制御装置３０が、Ｎ相の各相における前記第１電流センサ６１の検出値である第１検出値Ｉ１とＮ相の各相における第２電流センサ６２の検出値である第２検出値Ｉ２とを用いて、回転電機８０の電流フィードバック制御を行い、第１インバータ５１及び第２インバータ５２に共通するスイッチング制御信号Ｓを生成する形態を例示した。これは、“Ｍ＝２”の場合を例示したものであるが、適宜例示したように、Ｍが３以上の場合も、当業者であれば容易に理解可能であるので、詳細な説明は省略する。
【００４５】
〔実施形態の概要〕
以下、上記において説明した回転電機制御システム（１００）の概要について簡単に説明する。
【００４６】
１つの態様として、Ｎ相（Ｎは自然数）のコイルセット（８）をＭ個（Ｍは２以上の自然数）備えた交流の回転電機（８０）を制御対象とする回転電機制御システム（１００）は、複数のスイッチング素子（５）を備え、直流電源（４１）及びそれぞれの前記コイルセット（８）に接続されて直流とＮ相の交流との間で電力を変換するＭ個のインバータ（５０）と、Ｎ相の１つの前記コイルセット（８）に対して１組設けられて、それぞれの前記コイルセット（８）に流れる各相の交流電流を検出するＭ組の電流センサ（６）と、複数の前記スイッチング素子（５）を制御するためのスイッチング制御信号（Ｓ）を生成して前記インバータ（５０）を制御するインバータ制御装置（３０）と、を備え、前記インバータ制御装置（３０）は、Ｍ組の前記電流センサ（６）のＮ相の各相における検出値の全てを用いて、前記回転電機（８０）の電流フィードバック制御を行い、Ｍ個の前記インバータ（５０）に共通する前記スイッチング制御信号（Ｓ）を生成する。
【００４７】
この構成によれば、Ｍ個全てのインバータ（５０）が、同じスイッチング制御信号（Ｓ）によって制御される。従って、回転電機（８０）が複数のコイルセット（８）を備えていても、回転電機制御システム（１００）の規模がコイルセット（８）の数に応じて増大することが抑制される。また、Ｍ個のインバータ（５０）を制御するインバータ制御装置（３０）は、Ｍ個のコイルセット（８）に流れる電流の検出値の全てを用いて、電流フィードバック制御を行う。例えばＭ個全てのコイルセット（８）同士、及びＭ個全てのインバータ（５０）同士の構成や電気的仕様が同一であっても個体差によって電気的特性に差がある場合がある。インバータ制御装置（３０）が、Ｍ組全ての電流センサ（６）の検出値を用いて電流フィードバック制御を行うことで、そのような個体差に起因する制御の誤差を抑制することができる。このように本構成によれば、複数のコイルセット（８）を備えた交流の回転電機（８０）を制御対象とするシステム（１００）において、当該システム（１００）の規模がコイルセット（８）の数の増加に応じて増大することを抑制すると共に、トルクリップルや振動等を抑制して回転電機（８０）を適切に制御することができる。
【００４８】
ここで、前記インバータ制御装置（３０）は、Ｍ組の前記電流センサ（６）の検出値を平均して前記回転電機（８０）に流れる実電流（Ｉｎ）を求めて、或いは、Ｍ組の前記電流センサ（６）の検出値の全てを加算して前記回転電機（８０）に流れる実電流を求めて、前記回転電機（８０）の電流フィードバック制御を行うと好適である。
【００４９】
インバータ制御装置（３０）が生成して出力するスイッチング制御信号（Ｓ）は、１つのインバータ（５０）及び１つのコイルセット（８）に対応したものであるから、１つのインバータ（５０）を介して１つのコイルセット（８）に流す電流は、回転電機（８０）に流れる電流の約（１／Ｍ）ずつである。従って、Ｍ組の電流センサ（６）の検出値を平均して実電流（Ｉｎ）を求めて、電流フィードバック制御を行うことによって回転電機（８０）を適切に制御することができる。また、Ｍ組の電流センサ（６）の検出値の和は、回転電機（８０）に流れる電流であり、この電流に応じて回転電機（８０）はトルクを出力する。従って、Ｍ組の電流センサ（６）の検出値の全てを加算して実電流（Ｉｎ）を求めて、電流フィードバック制御を行うことによっても回転電機（８０）を適切に制御することができる。
【００５０】
ここで、前記インバータ制御装置（３０）は、前記回転電機（８０）のロータ（８ｒ）に備えられた永久磁石（８ｍ）の磁束の方向であるｄ軸と前記ｄ軸に直交するｑ軸とのｄｑ軸直交ベクトル座標系において、前記回転電機（８０）の目標トルク（Ｔ＊）に基づく電流指令（Ｉ＊）と、前記実電流（Ｉｎ）との偏差に基づいて前記回転電機（８０）をフィードバック制御するものであり、前記インバータ制御装置（３０）は、Ｎ相の交流電流である前記実電流（Ｉｎ）を前記ｄｑ軸直交ベクトル座標系の２相電流（Ｉｄｑ）に変換し、前記ｄｑ軸直交ベクトル座標系における前記電流指令（Ｉ＊）である２相電流指令（Ｉ＊）と前記２相電流（Ｉｄｑ）との偏差に基づいて、前記ｄｑ軸直交ベクトル座標系における２相電圧指令（Ｖ＊）を演算し、前記２相電圧指令（Ｖ＊）を、Ｎ相の前記第１コイルセット（８１）及び前記第２コイルセット（８２）に印加するＮ相電圧指令（Ｖｎ＊）に変換し、前記Ｎ相電圧指令（Ｖｎ＊）に基づいて前記スイッチング制御信号（Ｓ）を生成すると好適である。
【００５１】
このようなベクトル制御によれば、Ｎ次元（Ｎ相）の座標系で回転するＮ相の交流の回転電機（８０）を、直流の回転電機と同様の２次元（２相）の座標系で制御することができる。従って、複数のコイルセット（８）を備えた回転電機（８０）を適切にフィードバック制御することができる
【００５２】
また、前記インバータ制御装置（３０）が、前記ｄｑ軸直交ベクトル座標系において、前記回転電機（８０）をフィードバック制御する場合、前記ロータ（８ｒ）の回転を検出する回転センサ（７）を備え、前記インバータ制御装置（３０）は、前記回転センサ（７）により検出された前記ロータ（８ｒ）の回転位置（θ）に基づいてＮ相の座標系と前記ｄｑ軸直交ベクトル座標系との間の座標変換を行うと好適である。
【００５３】
ベクトル制御においては、ｄｑ軸直交ベクトル座標系は、ステータ（８ｓ）の固定座標系に対して回転する回転座標系である。ｄｑ軸直交ベクトル座標系は、ロータ（８ｒ）の回転に応じて回転するので、回転センサ（７）により検出されたロータ（８ｒ）の回転位置（θ）に基づいて座標変換が行われると好適である。
【００５４】
それぞれの前記コイルセット（８）は、それぞれ中性点（ＮＰ）において各相のコイル（８ｕ，８ｖ，８ｗ）が接続されたスター結線の３相コイルであると好適である。
【００５５】
直流電源（４１）及び交流の回転電機（８０）に接続されたインバータ（５０）は、多くの場合、その制御の容易性から電圧制御型である。従って、インバータ（５０）に接続される回転電機（８０）のコイルセット（８）も、例えば３相交流の場合には線間電圧が相電圧の３（１／２）倍（ルート３倍）となる、電圧型のスター結線であると好適である。
【符号の説明】
【００５６】
５      ：スイッチング素子
６      ：電流センサ
７      ：回転センサ
８      ：コイルセット
８ｍ    ：永久磁石
８ｒ    ：ロータ
８ｕ    ：Ｕ相コイル（各相のコイル）
８ｖ    ：Ｖ相コイル（各相のコイル）
８ｗ    ：Ｗ相コイル（各相のコイル）
３０    ：インバータ制御装置
４１    ：直流電源
５０    ：インバータ
８０    ：回転電機
８１    ：第１コイルセット
１００  ：回転電機制御システム
Ｉ＊    ：２相電流指令
Ｉ１    ：第１検出値
Ｉ２    ：第２検出値
Ｉｎ    ：実電流
ＮＰ    ：中性点
Ｓ      ：スイッチング制御信号
Ｔ＊    ：トルク指令（目標トルク）
Ｖ＊    ：２相電圧指令
Ｖｎ＊  ：３相電圧指令（Ｎ相電圧指令）
θ      ：電気角（ロータの回転位置）
【図１】
2020196719.tif 000003
【図２】
2020196719.tif 000004
【図３】
2020196719.tif 000005
【図４】
2020196719.tif 000006
【国際調査報告】
2020196719.tif 000007
2020196719.tif 000008
2020196719.tif 000009
2020196719.tif 000010