回転電機の制御装置および制御方法

【課題】総磁束制御の信頼性の低下を防止することができる回転電機の制御装置を得る。
【解決手段】トルク指令とマップ制御指令との関係が記された３次元マップ１１を用いて、トルク指令からマップ制御指令を生成するマップ制御電流指令生成部１０と、トルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とから、総磁束制御指令を生成する総磁束制御電流指令生成部２０と、マップ制御指令と総磁束制御指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、マップ制御指令を駆動指令として出力するとともに、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、総磁束制御指令を駆動指令として出力する電流指令判定部３０とを備えたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば永久磁石モータ等の回転電機の制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の同期機制御装置は、トルク指令から電機子電流指令を発生し、この電機子電流指令に基づいて、電力変換器により同期機の電機子電流を制御する装置であって、トルク電流演算器、トルク電流制限発生器およびリミッタを有するトルク電流指令発生器と、磁束指令発生器と、磁束演算器と、磁束制御器とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
トルク電流指令発生器のトルク電流演算器は、トルク指令と磁束指令とからトルク電流指令を演算する。トルク電流制限発生器は、磁化電流指令と電流制限値とに基づき、電機子電流が電力変換器の電流制限値を越えないように、発生可能なトルク電流指令最大値を発生する。リミッタは、トルク電流指令最大値に基づきトルク電流指令に制限を加える。
【０００４】
磁束指令発生器は、トルク電流指令発生器からのトルク電流指令に基づき磁束指令を演算する。磁束演算器は、同期機の電機子電流または電機子電流および電機子電圧に基づき電機子鎖交磁束を演算する。磁束制御器は、磁束指令と電機子鎖交磁束とが一致するように磁化電流指令を作成してトルク電流指令発生器に入力する。
【０００５】
このように、それぞれ電機子電流指令のトルク成分および磁化成分であるトルク電流指令および磁化電流指令を、リアルタイムに演算する電機子鎖交磁束制御（以下、「総磁束制御」と称する）によって、それ以前に主流であったマップ制御によりトルク電流指令および磁化電流指令を求める場合よりも、同期機を高精度に制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５３１７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載された発明では、電機子電流指令を制御装置が演算しているので、ＲＯＭ異常やＲＡＭ転びによってＲＯＭやＲＡＭに記憶された値が変化した場合に、指令値が異常値となり、総磁束制御の信頼性が低下するという問題がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＲＯＭ異常やＲＡＭ転びが発生した場合であっても、総磁束制御の信頼性の低下を防止することができる回転電機の制御装置および制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る回転電機の制御装置は、トルク指令に基づいて、回転電機の駆動を制御する回転電機の制御装置であって、トルク指令とマップ制御指令との関係が記されたマップを用いて、トルク指令からマップ制御指令を生成するマップ制御指令生成部と、トルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とから、総磁束制御指令を生成する総磁束制御指令生成部と、マップ制御指令と総磁束制御指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、マップ制御指令を駆動指令として出力するとともに、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、総磁束制御指令を駆動指令として出力する指令判定部と、を備えたものである。
【００１０】
この発明に係る回転電機の制御方法は、トルク指令に基づいて、回転電機の駆動を制御する回転電機の制御方法であって、トルク指令とマップ制御指令との関係が記されたマップを用いて、トルク指令からマップ制御指令を生成するマップ制御指令生成ステップと、トルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とから、総磁束制御指令を生成する総磁束制御指令生成ステップと、マップ制御指令と総磁束制御指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、マップ制御指令を駆動指令として出力するとともに、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、総磁束制御指令を駆動指令として出力する指令判定ステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る回転電機の制御装置および制御方法によれば、指令判定部（ステップ）は、マップ制御指令生成部（ステップ）がマップを用いてトルク指令から生成したマップ制御指令と、総磁束制御指令生成部（ステップ）がトルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とから生成した総磁束制御指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、マップ制御指令を駆動指令として出力するとともに、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、総磁束制御指令を駆動指令として出力する。
そのため、ＲＯＭ異常やＲＡＭ転びが発生した場合であっても、総磁束制御の信頼性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図２】図１に示したマップ制御電流指令生成部を示すブロック構成図である。
【図３】図１に示した総磁束制御電流指令生成部を示すブロック構成図である。
【図４】図１に示した電流指令判定部を示すブロック構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るｄ−ｑ座標系の電流とγ−δ座標系の電流との関係を示すベクトル図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るマップ制御の電流指令ベクトルと総磁束制御の電流指令ベクトルとの関係を示すベクトル図である。
【図７】図４に示した比較判定部の動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２に係る回転電機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図９】図８に示した２相マップ制御電圧指令生成部を示すブロック構成図である。
【図１０】図８に示した２相総磁束制御電圧指令生成部を示すブロック構成図である。
【図１１】図８に示した２相電圧指令判定部を示すブロック構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係るｄ−ｑ座標系の電圧とγ−δ座標系の電圧との関係を示すベクトル図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係るマップ制御の２相電圧指令ベクトルと総磁束制御の２相電圧指令ベクトルとの関係を示すベクトル図である。
【図１４】図１１に示した比較判定部の動作を示すフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る回転電機の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１６】図１５に示した３相マップ制御電圧指令生成部を示すブロック構成図である。
【図１７】図１５に示した３相総磁束制御電圧指令生成部を示すブロック構成図である。
【図１８】図１５に示した３相電圧指令判定部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明に係る回転電機の制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、この発明に係る回転電機の制御装置は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置１００を示すブロック構成図である。図１において、回転電機の制御装置１００は、マップ制御電流指令生成部（マップ制御指令生成部）１０、総磁束制御電流指令生成部（総磁束制御指令生成部）２０、電流指令判定部（指令判定部）３０、電流制御器４０、ＰＷＭ生成部５０、電力変換器６０、位置検出器７０および電流検出器８０を備えている。
【００１５】
マップ制御電流指令生成部１０は、トルク指令および回転電機（図示せず）の回転速度と電機子電流指令との関係が記されたマップを用いて、トルク指令から電機子電流指令を生成し、マップ制御電流指令（マップ制御指令）として出力する。
【００１６】
総磁束制御電流指令生成部２０は、トルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とモータ定数等とから、オンラインでリアルタイム演算により電機子電流指令を生成し、総磁束制御電流指令（総磁束制御指令）として出力する。
【００１７】
電流指令判定部３０は、マップ制御電流指令生成部１０からのマップ制御電流指令と総磁束制御電流指令生成部２０からの総磁束制御電流指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、何れを駆動指令として出力するかを判定する。
【００１８】
具体的には、電流指令判定部３０は、総磁束制御電流指令の位相または大きさが、マップ制御電流指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、マップ制御電流指令を駆動指令として出力するとともに、総磁束制御電流指令の位相または大きさが、マップ制御電流指令を基準として所定の範囲内にある場合に、総磁束制御電流指令を駆動指令として出力する。
【００１９】
電流制御器４０は、電流指令判定部３０から出力されたマップ制御電流指令または総磁束制御電流指令の電流指令値を、回転電機の位置および３相の電流値（後述する）を参照して、電圧指令値に変換して出力する。ＰＷＭ生成部５０は、電流制御器４０からの電圧指令値を、ＰＷＭ信号に変換して出力する。電力変換器６０は、ＰＷＭ生成部５０からのＰＷＭ信号に基づいて、回転電機を駆動する電圧を生成する。なお、電力変換器６０は、いわゆるインバータ装置であり、ともに図示しない駆動回路と電力変換用スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）とから構成される。
【００２０】
位置検出器７０は、レゾルバ等の角度センサまたは位置推定器であり、回転電機の位置を検出して総磁束制御電流指令生成部２０および電流制御器４０に出力する。電流検出器８０は、電流センサまたは電流推定器であり、回転電機の３相の電流値を検出して総磁束制御電流指令生成部２０および電流制御器４０に出力する。
【００２１】
続いて、図２を参照しながら、マップ制御電流指令生成部１０について詳細に説明する。図２は、図１に示したマップ制御電流指令生成部１０を示すブロック構成図である。図２において、マップ制御電流指令生成部１０には、外部からトルク指令、回転速度、バッテリ（図示せず）のＤＣ電圧および運転条件が入力される。ここで、運転条件とは、効率重視やトルク重視等の条件であり、バッテリの残量に応じて設定されてもよいし、例えば車両の運転者によって設定されてもよい。
【００２２】
マップ制御電流指令生成部１０は、あらかじめ採取したデータをもとに、トルク指令および回転電機の回転速度と電機子電流指令との関係が記された３次元マップ１１を有している。なお、３次元マップ１１は、運転条件（例えば、条件ａ〜条件ｚ）毎に、ＤＣ電圧に応じて複数枚ずつ設けられている。
【００２３】
マップ制御電流指令生成部１０は、ＤＣ電圧および運転条件から対応する３次元マップ１１を選択し、トルク指令および回転電機の回転速度から、電機子電流指令（ｑ軸電流指令ｉｑ^＊、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊）を生成し、この電機子電流指令をマップ制御電流指令として出力する。
【００２４】
次に、図３を参照しながら、総磁束制御電流指令生成部２０について説明する。図３は、図１に示した総磁束制御電流指令生成部２０を示すブロック構成図である。図３において、総磁束制御電流指令生成部２０には、外部からトルク指令、回転速度、バッテリのＤＣ電圧および運転条件が入力され、位置検出器７０から回転電機の位置θが入力され、電流検出器８０から３相の電流値ｉｕ／ｉｖ／ｉｗが入力される。
【００２５】
総磁束制御電流指令生成部２０は、トルク電流指令発生器２１、磁束指令発生器２２、磁束演算器２３および磁束制御器２４を含んでいる。トルク電流指令発生器２１は、トルク指令、磁束指令Φ^＊および電機子電流指令の磁化成分である磁化（γ軸）電流指令ｉγ^＊から、電機子電流指令のトルク成分であるトルク（δ軸）電流指令ｉδ^＊を演算する。
【００２６】
磁束指令発生器２２は、トルク電流指令ｉδ^＊、回転電機の回転速度およびＤＣ電圧から、磁束指令Φ^＊を演算する。磁束演算器２３は、回転電機の回転速度および３相の電流値ｉｕ／ｉｖ／ｉｗ等から、推定電機子鎖交磁束絶対値（電機子鎖交磁束）｜Φ｜および推定電機子鎖交磁束位相∠Φを演算する。
【００２７】
磁束制御器２４は、磁束指令Φ^＊と推定電機子鎖交磁束絶対値｜Φ｜とが一致するように、磁化電流指令ｉγ^＊を生成する。ここで、総磁束制御電流指令生成部２０に入力される運転条件は、例えば総磁束制御電流指令生成部２０からの出力の重み付けに用いられる。なお、総磁束制御電流指令生成部２０の詳細な構成および動作等については、上述した特許文献１に記載されているので、ここではこれ以上の説明を省略する。
【００２８】
続いて、図４を参照しながら、電流指令判定部３０について詳細に説明する。図４は、図１に示した電流指令判定部３０を示すブロック構成図である。図４において、電流指令判定部３０には、マップ制御電流指令生成部１０からｑ軸電流指令ｉｑ^＊およびｄ軸電流指令ｉｄ^＊が入力され、総磁束制御電流指令生成部２０から磁化電流指令ｉγ^＊、トルク電流指令ｉδ^＊および推定電機子鎖交磁束位相∠Φが入力される。
【００２９】
電流指令判定部３０は、マップ制御ベクトル変換器３１、総磁束制御ベクトル変換器３２および比較判定部３３を含んでいる。マップ制御ベクトル変換器３１は、ｑ軸電流指令ｉｑ^＊およびｄ軸電流指令ｉｄ^＊から、次式（１）、（２）により、電流ベクトルＩ_１^＊および位相θ_１を演算する。
【００３０】
【数１】

【００３１】
【数２】

【００３２】
総磁束制御ベクトル変換器３２は、磁化電流指令ｉγ^＊、トルク電流指令ｉδ^＊および推定電機子鎖交磁束位相∠Φから、次式（３）、（４）により、電流ベクトルＩ_２^＊および位相θ_２を演算する。
【００３３】
【数３】

【００３４】
【数４】

【００３５】
比較判定部３３は、マップ制御ベクトル変換器３１からの電流ベクトルＩ_１^＊および位相θ_１と、総磁束制御ベクトル変換器３２からの電流ベクトルＩ_２^＊および位相θ_２とを比較し、何れを駆動指令として出力するかを判定する。
【００３６】
ここで、図５を参照しながら、電流ベクトルＩ_１^＊および位相θ_１と、電流ベクトルＩ_２^＊および位相θ_２との関係について説明する。図５は、この発明の実施の形態１に係るｄ−ｑ座標系の電流とγ−δ座標系の電流との関係を示すベクトル図である。
【００３７】
図５のｄｑ軸平面上において、総磁束ベクトルΦの向きにγ軸（磁化）電流ベクトルがあり、総磁束ベクトルΦと直交する向きにδ軸（トルク）電流ベクトルがあり、これらの合成ベクトルが電流ベクトルｉとなる。なお、電流ベクトルｉは、ｄ軸電流ベクトルとｑ軸電流ベクトルとの合成ベクトルでもある。
【００３８】
比較判定部３３の内部において、マップ制御電流指令生成部１０からのｑ軸電流指令ｉｑ^＊とｄ軸電流指令ｉｄ^＊との合成ベクトルＩ_１^＊と、総磁束制御電流指令生成部２０からの磁化電流指令ｉγ^＊とトルク電流指令ｉδ^＊との合成ベクトルＩ_２^＊とは、図６に示されるように、微妙にずれている。
【００３９】
これは、マップ制御電流指令生成部１０で生成されたマップ制御電流指令が、あらかじめ採取したデータをもとに求めた結果であり、その時点での動作条件に最適な値から誤差が生じているためであるが、実測をもとにした信頼性は高いといえる。一方、総磁束制御電流指令生成部２０で生成された総磁束制御電流指令は、オンラインでその時点での動作条件に合わせて演算した最適な結果であるが、全てを演算により求めた値は、信頼性が若干劣る。
【００４０】
そこで、ここでは、マップ制御電流指令を基準として、少なくとも電流ベクトルの長さ（大きさ）および位相の何れか一方を総磁束制御電流指令と比較し、マップ制御電流指令および総磁束制御電流指令の何れを駆動指令として出力するかを判定する。
【００４１】
次に、図７のフローチャートを参照しながら、比較判定部３３の判定処理について説明する。ここでは、電流ベクトルの長さのみを比較する場合について説明する。なお、電流ベクトルの長さのみの比較に代えて、位相のみを比較してもよいし、電流ベクトルの長さおよび位相の双方どうしを比較してもよい。
【００４２】
まず、比較判定部３３は、マップ制御電流指令（ｑ軸電流指令ｉｑ^＊、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊）から演算される電流ベクトルＩ_１^＊と、総磁束制御電流指令（磁化電流指令ｉγ^＊、トルク電流指令ｉδ^＊）から演算される電流ベクトルＩ_２^＊とを比較し、長さの差が所定の余裕値Ｘよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１）。
【００４３】
ステップＳ１において、長さの差が所定の余裕値Ｘよりも小さい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、比較判定部３３は、総磁束制御電流指令を駆動指令として出力して（ステップＳ２）、図７の処理を終了する。具体的には、比較判定部３３は、総磁束制御電流指令（磁化電流指令ｉγ^＊、トルク電流指令ｉδ^＊、推定電機子鎖交磁束位相∠Φ）から演算される電流ベクトルＩ_２^＊および位相θ_２を駆動指令として出力する。
【００４４】
一方、ステップＳ１において、長さの差が所定の余裕値Ｘ以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、比較判定部３３は、マップ制御電流指令を駆動指令として出力して（ステップＳ３）、図７の処理を終了する。具体的には、比較判定部３３は、マップ制御電流指令（ｑ軸電流指令ｉｑ^＊、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊）から演算される電流ベクトルＩ_１^＊および位相θ_１を駆動指令として出力する。
【００４５】
すなわち、総磁束制御電流指令生成部２０で生成された総磁束制御電流指令は、常に、信頼性の高いマップ制御電流指令生成部１０で生成されたマップ制御電流指令を基準として比較され、所定の範囲を超えた場合に、基準であるマップ制御電流指令を採用することにより、制御の破綻を防止することができる。
【００４６】
以上のように、実施の形態１によれば、指令判定部は、マップ制御指令生成部がマップを用いてトルク指令から生成したマップ制御指令と、総磁束制御指令生成部がトルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とから生成した総磁束制御指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、マップ制御指令を駆動指令として出力するとともに、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、総磁束制御指令を駆動指令として出力する。
そのため、ＲＯＭ異常やＲＡＭ転びが発生した場合であっても、総磁束制御の信頼性の低下を防止することができる。
【００４７】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２に係る回転電機の制御装置１００Ａを示すブロック構成図である。図８において、回転電機の制御装置１００Ａは、２相マップ制御電圧指令生成部（マップ制御指令生成部）１０Ａ、２相総磁束制御電圧指令生成部（総磁束制御指令生成部）２０Ａ、２相電圧指令判定部（指令判定部）３０Ａ、ＰＷＭ生成部５０、電力変換器６０、位置検出器７０および電流検出器８０を備えている。
【００４８】
２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａは、トルク指令および回転電機の回転速度と電機子電流指令との関係が記されたマップを用いて、トルク指令から電機子電流指令を生成し、電機子電流指令を２相の電機子電圧指令に変換して、２相マップ制御電圧指令（マップ制御指令）として出力する。
【００４９】
２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａは、トルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とモータ定数等とから、オンラインでリアルタイム演算により電機子電流指令を生成し、電機子電流指令を２相の電機子電圧指令に変換して、２相総磁束制御電圧指令（総磁束制御指令）として出力する。
【００５０】
２相電圧指令判定部３０Ａは、２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａからの２相マップ制御電圧指令と２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａからの２相総磁束制御電圧指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、何れを駆動指令として出力するかを判定する。
【００５１】
具体的には、２相電圧指令判定部３０Ａは、２相総磁束制御電圧指令の位相または大きさが、２相マップ制御電圧指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、２相マップ制御電圧指令を駆動指令として出力するとともに、２相総磁束制御電圧指令の位相または大きさが、２相マップ制御電圧指令を基準として所定の範囲内にある場合に、２相総磁束制御電圧指令を駆動指令として出力する。なお、その他の構成は、図１に示したものと同様なので、説明を省略する。
【００５２】
続いて、図９を参照しながら、２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａについて詳細に説明する。図９は、図８に示した２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａを示すブロック構成図である。図９において、２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａには、外部からトルク指令、回転速度、バッテリのＤＣ電圧および運転条件が入力され、位置検出器７０から回転電機の位置θが入力され、電流検出器８０から３相の電流値ｉｕ／ｉｖ／ｉｗが入力される。
【００５３】
２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａは、図２に示したマップ制御電流指令生成部１０と、マップ制御電流指令生成部１０が出力したマップ制御電流指令（ｑ軸電流指令ｉｑ^＊、ｄ軸電流指令ｉｄ^＊）を、回転電機の位置θおよび３相の電流値ｉｕ／ｉｖ／ｉｗを参照して、２相の電機子電圧指令に変換し、２相マップ制御電圧指令（ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊）として出力するマップ制御電流制御器１２とを含んでいる。
【００５４】
次に、図１０を参照しながら、２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａについて説明する。図１０は、図８に示した２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａを示すブロック構成図である。図１０において、２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａには、外部からトルク指令、回転速度、バッテリのＤＣ電圧および運転条件が入力され、位置検出器７０から回転電機の位置θが入力され、電流検出器８０から３相の電流値ｉｕ／ｉｖ／ｉｗが入力される。
【００５５】
２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａは、図３に示した総磁束制御電流指令生成部２０と、総磁束制御電流指令生成部２０が出力した総磁束制御電流指令（磁化電流指令ｉγ^＊、トルク電流指令ｉδ^＊、推定電機子鎖交磁束位相∠Φ）を、回転電機の位置θおよび３相の電流値ｉｕ／ｉｖ／ｉｗを参照して、２相の電機子電圧指令に変換し、２相総磁束制御電圧指令（磁化電圧指令Ｖγ^＊、トルク電圧指令Ｖδ^＊）として、推定電機子鎖交磁束位相∠Φとともに出力する総磁束制御電流制御器２５とを含んでいる。
【００５６】
続いて、図１１を参照しながら、２相電圧指令判定部３０Ａについて詳細に説明する。図１１は、図８に示した２相電圧指令判定部３０Ａを示すブロック構成図である。図１１において、２相電圧指令判定部３０Ａには、２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａからｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊およびｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊が入力され、２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａから磁化電圧指令Ｖγ^＊、トルク電圧指令Ｖδ^＊および推定電機子鎖交磁束位相∠Φが入力される。
【００５７】
２相電圧指令判定部３０Ａは、マップ制御２相電圧指令ベクトル変換器３１Ａ、総磁束制御２相電圧指令ベクトル変換器３２Ａ、比較判定部３３Ａおよび座標変換器３４を含んでいる。マップ制御２相電圧指令ベクトル変換器３１Ａは、ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊およびｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊から、次式（５）、（６）により、電圧ベクトルＶ_１^＊および位相θ_３を演算する。
【００５８】
【数５】

【００５９】
【数６】

【００６０】
総磁束制御２相電圧指令ベクトル変換器３２Ａは、磁化電圧指令Ｖγ^＊、トルク電圧指令Ｖδ^＊および推定電機子鎖交磁束位相∠Φから、次式（７）、（８）により、電圧ベクトルＶ_２^＊および位相θ_４を演算する。
【００６１】
【数７】

【００６２】
【数８】

【００６３】
比較判定部３３Ａは、マップ制御２相電圧指令ベクトル変換器３１Ａからの電圧ベクトルＶ_１^＊および位相θ_３と、総磁束制御２相電圧指令ベクトル変換器３２Ａからの電圧ベクトルＶ_２^＊および位相θ_４とを比較し、何れを駆動指令として出力するかを判定する。座標変換器３４は、比較判定部３３Ａから出力された２相マップ制御電圧指令または２相総磁束制御電圧指令を、回転電機の位置θを参照して、３相の電機子電圧指令に変換する。
【００６４】
ここで、図１２を参照しながら、電圧ベクトルＶ_１^＊および位相θ_３と、電圧ベクトルＶ_２^＊および位相θ_４との関係について説明する。図１２は、この発明の実施の形態２に係るｄ−ｑ座標系の電圧とγ−δ座標系の電圧との関係を示すベクトル図である。
【００６５】
図１２のｄｑ軸平面上において、総磁束ベクトルΦの向きにγ軸（磁化）電圧ベクトルがあり、総磁束ベクトルΦと直交する向きにδ軸（トルク）電圧ベクトルがあり、これらの合成ベクトルが電圧ベクトルＶとなる。なお、電圧ベクトルＶは、ｄ軸電圧ベクトルとｑ軸電圧ベクトルとの合成ベクトルでもある。
【００６６】
比較判定部３３Ａの内部において、２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａからのｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊とｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊との合成ベクトルＶ_１^＊と、２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａからの磁化電圧指令Ｖγ^＊とトルク電圧指令Ｖδ^＊との合成ベクトルＶ_２^＊とは、図１３に示されるように、微妙にずれている。
【００６７】
これは、２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａで生成された２相マップ制御電圧指令が、あらかじめ採取したデータをもとに求めた結果であり、その時点での動作条件に最適な値から誤差が生じているためであるが、実測をもとにした信頼性は高いといえる。一方、２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａで生成された２相総磁束制御電圧指令は、オンラインでその時点での動作条件に合わせて演算した最適な結果であるが、全てを演算により求めた値は、信頼性が若干劣る。
【００６８】
そこで、ここでは、２相マップ制御電圧指令を基準として、少なくとも電圧ベクトルの長さ（大きさ）および位相の何れか一方を２相総磁束制御電圧指令と比較し、２相マップ制御電圧指令および２相総磁束制御電圧指令の何れを駆動指令として出力するかを判定する。
【００６９】
次に、図１４のフローチャートを参照しながら、比較判定部３３Ａの判定処理について説明する。ここでは、電圧ベクトルの長さのみを比較する場合について説明する。なお、電圧ベクトルの長さのみの比較に代えて、位相のみを比較してもよいし、電圧ベクトルの長さおよび位相の双方どうしを比較してもよい。
【００７０】
まず、比較判定部３３Ａは、２相マップ制御電圧指令（ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊）から演算される電圧ベクトルＶ_１^＊と、２相総磁束制御電圧指令（磁化電圧指令Ｖγ^＊、トルク電圧指令Ｖδ^＊）から演算される電圧ベクトルＶ_２^＊とを比較し、長さの差が所定の余裕値Ｙよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１）。
【００７１】
ステップＳ１１において、長さの差が所定の余裕値Ｙよりも小さい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、比較判定部３３Ａは、２相総磁束制御電圧指令を駆動指令として出力して（ステップＳ１２）、図１４の処理を終了する。具体的には、比較判定部３３Ａは、２相総磁束制御電圧指令（磁化電圧指令Ｖγ^＊、トルク電圧指令Ｖδ^＊、推定電機子鎖交磁束位相∠Φ）から演算される電圧ベクトルＶ_２^＊および位相θ_４を駆動指令として出力する。
【００７２】
一方、ステップＳ１１において、長さの差が所定の余裕値Ｙ以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、比較判定部３３Ａは、２相マップ制御電圧指令を駆動指令として出力して（ステップＳ１３）、図１４の処理を終了する。具体的には、比較判定部３３Ａは、２相マップ制御電圧指令（ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊）から演算される電圧ベクトルＶ_１^＊および位相θ_３を駆動指令として出力する。
【００７３】
すなわち、２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａで生成された２相総磁束制御電圧指令は、常に、信頼性の高い２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａで生成された２相マップ制御電圧指令を基準として比較され、所定の範囲を超えた場合に、基準である２相マップ制御電圧指令を採用することにより、制御の破綻を防止することができる。
【００７４】
以上のように、実施の形態２によれば、指令判定部は、マップ制御指令生成部がマップを用いてトルク指令から生成したマップ制御指令と、総磁束制御指令生成部がトルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とから生成した総磁束制御指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、マップ制御指令を駆動指令として出力するとともに、総磁束制御指令の位相または大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、総磁束制御指令を駆動指令として出力する。
そのため、ＲＯＭ異常やＲＡＭ転びが発生した場合であっても、総磁束制御の信頼性の低下を防止することができる。
【００７５】
実施の形態３．
図１５は、この発明の実施の形態３に係る回転電機の制御装置１００Ｂを示すブロック構成図である。図１５において、回転電機の制御装置１００Ｂは、３相マップ制御電圧指令生成部（マップ制御指令生成部）１０Ｂ、３相総磁束制御電圧指令生成部（総磁束制御指令生成部）２０Ｂ、３相電圧指令判定部（指令判定部）３０Ｂ、ＰＷＭ生成部５０、電力変換器６０、位置検出器７０および電流検出器８０を備えている。
【００７６】
３相マップ制御電圧指令生成部１０Ｂは、トルク指令および回転電機の回転速度と電機子電流指令との関係が記されたマップを用いて、トルク指令から電機子電流指令を生成し、電機子電流指令を２相の電機子電圧指令および３相の電機子電圧指令に変換して、３相マップ制御電圧指令（マップ制御指令）として出力する。
【００７７】
３相総磁束制御電圧指令生成部２０Ｂは、トルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とモータ定数等とから、オンラインでリアルタイム演算により電機子電流指令を生成し、電機子電流指令を２相の電機子電圧指令および３相の電機子電圧指令に変換して、３相総磁束制御電圧指令（総磁束制御指令）として出力する。
【００７８】
３相電圧指令判定部３０Ｂは、３相マップ制御電圧指令生成部１０Ｂからの３相マップ制御電圧指令と３相総磁束制御電圧指令生成部２０Ｂからの３相総磁束制御電圧指令との大きさを比較し、何れを駆動指令として出力するかを判定する。
【００７９】
具体的には、３相電圧指令判定部３０Ｂは、３相総磁束制御電圧指令の大きさが、３相マップ制御電圧指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、３相マップ制御電圧指令を駆動指令として出力するとともに、３相総磁束制御電圧指令の大きさが、３相マップ制御電圧指令を基準として所定の範囲内にある場合に、３相総磁束制御電圧指令を駆動指令として出力する。なお、その他の構成は、図８に示したものと同様なので、説明を省略する。
【００８０】
続いて、図１６を参照しながら、３相マップ制御電圧指令生成部１０Ｂについて詳細に説明する。図１６は、図１５に示した３相マップ制御電圧指令生成部１０Ｂを示すブロック構成図である。図１６において、３相マップ制御電圧指令生成部１０Ｂには、外部からトルク指令、回転速度、バッテリのＤＣ電圧および運転条件が入力され、位置検出器７０から回転電機の位置θが入力され、電流検出器８０から３相の電流値ｉｕ／ｉｖ／ｉｗが入力される。
【００８１】
３相マップ制御電圧指令生成部１０Ｂは、図９に示した２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａと、２相マップ制御電圧指令生成部１０Ａが出力した２相マップ制御電圧指令（ｑ軸電圧指令Ｖｑ^＊、ｄ軸電圧指令Ｖｄ^＊）を、回転電機の位置θを参照して、３相の電機子電圧指令に変換し、３相マップ制御電圧指令（Ｖｕ_１^＊／Ｖｖ_１^＊／Ｖｗ_１^＊）として出力するマップ制御座標変換器１３とを含んでいる。
【００８２】
次に、図１７を参照しながら、３相総磁束制御電圧指令生成部２０Ｂについて説明する。図１７は、図１５に示した３相総磁束制御電圧指令生成部２０Ｂを示すブロック構成図である。図１７において、３相総磁束制御電圧指令生成部２０Ｂには、外部からトルク指令、回転速度、バッテリのＤＣ電圧および運転条件が入力され、位置検出器７０から回転電機の位置θが入力され、電流検出器８０から３相の電流値ｉｕ／ｉｖ／ｉｗが入力される。
【００８３】
３相総磁束制御電圧指令生成部２０Ｂは、図９に示した２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａと、２相総磁束制御電圧指令生成部２０Ａが出力した２相総磁束制御電圧指令（磁化電圧指令Ｖγ^＊、トルク電圧指令Ｖδ^＊、推定電機子鎖交磁束位相∠Φ）を、回転電機の位置θを参照して、３相の電機子電圧指令に変換し、３相総磁束制御電圧指令（Ｖｕ_２^＊／Ｖｖ_２^＊／Ｖｗ_２^＊）として出力する総磁束制御座標変換器２６とを含んでいる。
【００８４】
ここで、３相電圧指令判定部３０Ｂは、３相マップ制御電圧指令生成部１０Ｂからの３相マップ制御電圧指令（Ｖｕ_１^＊／Ｖｖ_１^＊／Ｖｗ_１^＊）と、３相総磁束制御電圧指令生成部２０Ｂからの３相総磁束制御電圧指令（Ｖｕ_２^＊／Ｖｖ_２^＊／Ｖｗ_２^＊）との少なくとも１相の大きさを比較し、何れを駆動指令として出力するかを判定する。
【００８５】
続いて、図１８のフローチャートを参照しながら、３相電圧指令判定部３０Ｂの判定処理について説明する。ここでは、Ｕ相電圧指令の大きさのみを比較する場合について説明する。なお、Ｕ相電圧指令の大きさのみの比較に代えて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の何れか２相の電圧指令の大きさを比較してもよいし、３相すべての電圧指令の大きさを比較してもよい。
【００８６】
まず、３相電圧指令判定部３０Ｂは、３相マップ制御電圧指令（Ｖｕ_１^＊／Ｖｖ_１^＊／Ｖｗ_１^＊）のうち、Ｕ相マップ制御電圧指令Ｖｕ_１^＊と、３相総磁束制御電圧指令（Ｖｕ_２^＊／Ｖｖ_２^＊／Ｖｗ_２^＊）のうち、Ｕ相総磁束制御電圧指令Ｖｕ_２^＊とを比較し、大きさの差が所定の余裕値Ｚよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２１）。
【００８７】
ステップＳ２１において、大きさの差が所定の余裕値Ｚよりも小さい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、３相電圧指令判定部３０Ｂは、３相総磁束制御電圧指令を駆動指令として出力して（ステップＳ２２）、図１８の処理を終了する。具体的には、３相電圧指令判定部３０Ｂは、３相総磁束制御電圧指令（Ｖｕ_２^＊／Ｖｖ_２^＊／Ｖｗ_２^＊）から演算される電圧ベクトルＶ_２^＊を駆動指令として出力する。
【００８８】
一方、ステップＳ２１において、大きさの差が所定の余裕値Ｚ以上である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、３相電圧指令判定部３０Ｂは、３相マップ制御電圧指令を駆動指令として出力して（ステップＳ２３）、図１８の処理を終了する。具体的には、３相電圧指令判定部３０Ｂは、３相マップ制御電圧指令（Ｖｕ_１^＊／Ｖｖ_１^＊／Ｖｗ_１^＊）から演算される電圧ベクトルＶ_１^＊を駆動指令として出力する。
【００８９】
すなわち、３相総磁束制御電圧指令生成部２０Ｂで生成された３相総磁束制御電圧指令は、常に、信頼性の高い３相マップ制御電圧指令生成部１０Ｂで生成された３相マップ制御電圧指令を基準として比較され、所定の範囲を超えた場合に、基準である３相マップ制御電圧指令を採用することにより、制御の破綻を防止することができる。
【００９０】
以上のように、実施の形態３によれば、指令判定部は、マップ制御指令生成部がマップを用いてトルク指令から生成したマップ制御指令と、総磁束制御指令生成部がトルク指令と回転電機の回転速度および電機子電流とから生成した総磁束制御指令との少なくとも１相の大きさを比較し、総磁束制御指令の大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、マップ制御指令を駆動指令として出力するとともに、総磁束制御指令の大きさが、マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、総磁束制御指令を駆動指令として出力する。
そのため、ＲＯＭ異常やＲＡＭ転びが発生した場合であっても、総磁束制御の信頼性の低下を防止することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０マップ制御電流指令生成部、１０Ａ２相マップ制御電圧指令生成部、１０Ｂ３相マップ制御電圧指令生成部、１１３次元マップ、１２マップ制御電流制御器、１３マップ制御座標変換器、２０総磁束制御電流指令生成部、２０Ａ２相総磁束制御電圧指令生成部、２０Ｂ３相総磁束制御電圧指令生成部、２１トルク電流指令発生器、２２磁束指令発生器、２３磁束演算器、２４磁束制御器、２５総磁束制御電流制御器、２６総磁束制御座標変換器、３０電流指令判定部、３０Ａ２相電圧指令判定部、３０Ｂ３相電圧指令判定部、３１マップ制御ベクトル変換器、３１Ａマップ制御２相電圧指令ベクトル変換器、３２総磁束制御ベクトル変換器、３２Ａ総磁束制御２相電圧指令ベクトル変換器、３３、３３Ａ比較判定部、３４座標変換器、４０電流制御器、５０ＰＷＭ生成部、６０電力変換器、７０位置検出器、８０電流検出器、１００、１００Ａ、１００Ｂ制御装置。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク指令に基づいて、回転電機の駆動を制御する回転電機の制御装置であって、
前記トルク指令とマップ制御指令との関係が記されたマップを用いて、前記トルク指令から前記マップ制御指令を生成するマップ制御指令生成部と、
前記トルク指令と前記回転電機の回転速度および電機子電流とから、総磁束制御指令を生成する総磁束制御指令生成部と、
前記マップ制御指令と前記総磁束制御指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、前記総磁束制御指令の位相または大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、前記マップ制御指令を駆動指令として出力するとともに、前記総磁束制御指令の位相または大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、前記総磁束制御指令を駆動指令として出力する指令判定部と、
を備えたことを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記マップ制御指令生成部は、前記トルク指令と電機子電流指令との関係が記されたマップを用いて、前記トルク指令から前記電機子電流指令を生成し、前記マップ制御指令として出力するマップ制御電流指令生成部であり、
前記総磁束制御指令生成部は、前記トルク指令と前記回転電機の回転速度および電機子電流とから、前記電機子電流指令を生成し、前記総磁束制御指令として出力する総磁束制御電流指令生成部であり、
前記指令判定部は、前記総磁束制御指令の位相または大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、前記マップ制御指令を前記駆動指令として出力するとともに、前記総磁束制御指令の位相または大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、前記総磁束制御指令を前記駆動指令として出力する電流指令判定部である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記マップ制御指令生成部は、
前記トルク指令と電機子電流指令との関係が記されたマップを用いて、前記トルク指令から前記電機子電流指令を生成するマップ制御電流指令生成部と、
この電機子電流指令を２相の電機子電圧指令に変換し、前記マップ制御指令として出力するマップ制御電流制御器と、
を有する２相マップ制御電圧指令生成部であり、
前記総磁束制御指令生成部は、
前記トルク指令と前記回転電機の回転速度および電機子電流とから、前記電機子電流指令を生成する総磁束制御電流指令生成部と、
この電機子電流指令を２相の電機子電圧指令に変換し、前記総磁束制御指令として出力する総磁束制御電流制御器と、
を有する２相総磁束制御電圧指令生成部であり、
前記指令判定部は、前記総磁束制御指令の位相または大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、前記マップ制御指令を前記駆動指令として出力するとともに、前記総磁束制御指令の位相または大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、前記総磁束制御指令を前記駆動指令として出力する２相電圧指令判定部である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記マップ制御指令生成部は、
前記トルク指令と電機子電流指令との関係が記されたマップを用いて、前記トルク指令から前記電機子電流指令を生成するマップ制御電流指令生成部と、
この電機子電流指令を２相の電機子電圧指令に変換するマップ制御電流制御器と、
この２相の電機子電圧指令を３相の電機子電圧指令に変換し、前記マップ制御指令として出力するマップ制御座標変換器と、
を有する３相マップ制御電圧指令生成部であり、
前記総磁束制御指令生成部は、
前記トルク指令と前記回転電機の回転速度および電機子電流とから、前記電機子電流指令を生成する総磁束制御電流指令生成部と、
この電機子電流指令を２相の電機子電圧指令に変換する総磁束制御電流制御器と、
この２相の電機子電圧指令を３相の電機子電圧指令に変換し、前記総磁束制御指令として出力する総磁束制御座標変換器と、
を有する３相総磁束制御電圧指令生成部であり、
前記指令判定部は、前記総磁束制御指令の少なくとも１相の大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、前記マップ制御指令を前記駆動指令として出力するとともに、前記総磁束制御指令の大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、前記総磁束制御指令を前記駆動指令として出力する３相電圧指令判定部である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記総磁束制御電流指令生成部は、
前記トルク指令、磁束指令および前記電機子電流指令の磁化成分である磁化電流指令から、前記電機子電流指令のトルク成分であるトルク電流指令を演算するトルク電流指令発生器と、
前記トルク電流指令から前記磁束指令を演算する磁束指令発生器と、
前記回転電機の電機子電流から、電機子鎖交磁束を演算する磁束演算器と、
前記磁束指令と前記電機子鎖交磁束とが一致するように、前記磁化電流指令を生成する磁束制御器と、
を含むことを特徴とする請求項２から請求項４までの何れか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項６】
トルク指令に基づいて、回転電機の駆動を制御する回転電機の制御方法であって、
前記トルク指令とマップ制御指令との関係が記されたマップを用いて、前記トルク指令から前記マップ制御指令を生成するマップ制御指令生成ステップと、
前記トルク指令と前記回転電機の回転速度および電機子電流とから、総磁束制御指令を生成する総磁束制御指令生成ステップと、
前記マップ制御指令と前記総磁束制御指令との少なくとも位相および大きさの何れか一方を比較し、前記総磁束制御指令の位相または大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲を超えた場合に、前記マップ制御指令を駆動指令として出力するとともに、前記総磁束制御指令の位相または大きさが、前記マップ制御指令を基準として所定の範囲内にある場合に、前記総磁束制御指令を駆動指令として出力する指令判定ステップと、
を備えたことを特徴とする回転電機の制御方法。

【図１】