JP6305603B1 - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電動作中の振動抑制制御を止めることで、エネルギー損失を抑える回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】基本トルク指令算出部からの基本トルク指令値Ｔｃｂが、発電動作であれば、振動指令算出部３１における振幅加算有無判断部３８からの振動トルク指令値Ｔｃｖの加算をやめ、基本振動トルク算出部３４で算出された基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂを最終トルク指令値Ｔｃｆとして回転電機２の制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の出力トルクにトルク振動成分を重畳させる回転電機の制御装置に関するものである。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車及び電気自動車が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来の内燃機関に加え、回転電機（モータともいう）を動力源とする自動車である。つまり、内燃機関と回転電機の双方が車輪の駆動力源とされている。電気自動車は、回転電機を駆動力源とする自動車である。しかし、回転電機にトルクリプル等のトルク振動成分が重畳し、車輪に振動成分が伝達される場合がある。車両の発進時、減速時、極低速走行時等において、運転者に、振動による違和感を与えるおそれがある。下記の特許文献１に開示されている技術では、回転電機にトルク振動成分を打ち消すための振動トルクを出力させるように構成されている。

特開平７−４６８７８号公報

振動抑制制御を実施した場合、振動抑制を実施しなかった場合と比べてエネルギー損失大となる。
一般的にモータは発電動作を低回転で実施する期間はほとんどなく、500rpm以上の回転での動作となる。車載モータは大きなトルクを得られるよう極数を多くしているため、トルクの脈動が小さくなり、これはドライバーが不快に感じないレベルである。発電時に振動抑制制御を実施した場合、効果をほとんど実感できず、振動抑制を実施しない場合と比較して、エネルギー損失が大となる問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、従来の制御装置の構成を変更することなく、エネルギー損失を抑えることができる回転電機の制御装置を得るものである。

本発明に係る回転電機の制御装置は、回転電機に出力させるトルクの基本指令値である基本トルク指令値を算出する基本トルク指令算出部と、振動周波数で振動するトルク指令値である振動トルク指令値を算出する振動指令算出部と、基本トルク指令値に前記振動トルク指令値を加算した加算トルク指令値を算出し、回転電機の最大出力トルクに対応して予め設定された上限指令値により加算トルク指令値を上限制限した値を、回転電機に指令する最終トルク指令値として算出する最終トルク指令算出部とを備え、振動指令算出部は、基本トルク指令値に振動トルク指令値の振幅を加算した振動最大値が上限指令値より大きくなる場合に、振動最大値が上限指令値を超えないように、振動トルク指令値の加算を止める振動加算有無判断部を有している回転電機の制御装置において、振動加算有無判断部は、回転電機の発電動作中は、振動トルク指令値の加算を止めるものである。

本発明に係る回転電機の制御装置によれば、従来の制御装置の構成を変更することなく、コストアップなしで、エネルギー損失を抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置が搭載された車両の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置におけるインバータ制御部を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置における基本振動トルク算出部を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置における振幅テーブルを説明する図である。 本発明の実施の形態における特性を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態における特性を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態における通電電流の特性を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態における通電電流と損失の関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態における通電電流と損失の関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２に係る回転電機の制御装置の構成を示すブロック図である。

次に、本発明を実施するための形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
実施の形態１に係る回転電機の制御装置（以下、単に制御装置と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る制御装置１の概略ブロック図である。

回転電機２は、非回転部材に固定されたステータと、当該ステータの径方向内側に配置され、非回転部材に対して回転可能に支持されたロータと、を備えている。本実施の形態では、回転電機２は、永久磁石式同期回転電機とされており、ステータに３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが巻装され、ロータに永久磁石が設けられている。回転電機２は、直流交流変換を行うインバータ１０を介して、直流電源４に電気的に接続される。回転電機２は、少なくとも、直流電源４からの電力供給を受けて動力を発生する電動機の機能を有している。なお、回転電機２は、電動機の機能に加えて、発電機の機能を有してもよい。

インバータ１０は、直流電源４と回転電機２との間で電力変換を行う直流交流変換装置である。インバータ１０は、直流電源４の正極に接続される正極電線と直流電源４の負極に接続される負極電線との間に直列接続された２個のスイッチング素子が、３相各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線に対応して３セット設けられたブリッジ回路に構成されている。正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とを直列接続する接続点は、対応する相の巻線に接続される。スイッチング素子には、フリーホイールダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のチップが用いられる。インバータ１０は、各巻線に流れる電流を検出するための電流センサ１１を備えている。電流センサ１１は、スイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。

本実施の形態では、図２に示すように、回転電機２は車両の駆動力源とされており、回転電機２のロータの回転軸は、減速機６及びディファレンシャルギア７を介して左右２つの車輪８に連結される。

制御装置１は、インバータ１０を制御することにより、回転電機２の制御を行う制御装置である。図１に示すように、制御装置１は、基本トルク指令算出部３０、振動指令算出部３１、最終トルク指令算出部３２、及びインバータ制御部３３等の機能部を備えている。制御装置１が備える各部３０〜３３等は、制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）や、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。本実施の形態では、入力回路９２には、電流センサ１１、回転速度センサ１２、及び温度センサ１３等が接続されている。出力回路９３には、インバータ１０（スイッチング素子又はスイッチング素子のゲート駆動回路）等が接続されている。

そして、制御装置１が備える各部３０〜３３等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各部３０〜３３等が用いる判定値やテーブル等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１の各機能について詳細に説明する。

図４のブロック図に示すように、インバータ制御部３３は、後述する最終トルク指令算出部３２から伝達された最終トルク指令値Ｔｃｆのトルクを回転電機２が出力するようにインバータ１０のスイッチング素子をオンオフ制御する。本実施の形態では、インバータ制御部３３は、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行うように構成されている。インバータ制御部３３は、ｄｑ軸電流指令算出部４０、電流フィードバック制御部４１、電圧座標変換部４２、ＰＷＭ信号生成部４３、電流座標変換部４４、及び回転速度検出部４５を備えている。

回転速度検出部４５は、回転電機２の回転速度を検出する。回転速度検出部４５は、ロータの回転軸に設けられた回転速度センサ１２の出力信号に基づいて、ロータの電気角θ（磁極位置θ）及び電気角速度を検出する。

ｄｑ軸電流指令算出部４０には、最終トルク指令算出部３２により算出された最終トルク指令値Ｔｃｆが入力される。ｄｑ軸電流指令算出部４０は、最終トルク指令値Ｔｃｆのトルクを回転電機２に出力させるために、３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流す電流をｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸電流指令値Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｃを算出する。なお、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｃを纏めてｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃと称する。ｄｑ軸電流指令算出部４０は、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、Ｉｄ＝０制御、及び最大トルク磁束制御などの電流ベクトル制御方法に従って、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃを演算する。最大トルク電流制御では、同一電流に対して発生トルクを最大にするようなｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃを算出する。弱め磁束制御では、最終トルク指令値Ｔｃｆに応じて、定誘起電圧楕円上を、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃを移動させる。Ｉｄ＝０制御では、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを０に設定し、最終トルク指令値Ｔｃｆ等に応じて、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃを変化させる。最大トルク磁束制御では、同一トルク発生時に鎖交磁束が最小となるようなｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃを算出する。本実施の形態では、ｄｑ軸電流指令算出部４０は、最終トルク指令値Ｔｃｆとｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃとの関係が予め設定されたトルク電流変換マップを用い、最終トルク指令値Ｔｃｆに対応するｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃを算出するように構成されている。

ｄｑ軸回転座標は、ロータに設けられた永久磁石のＮ極の向き（磁極位置）に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定めたｑ軸からなる、ロータの電気角θでの回転に同期して回転する２軸の回転座標である。

電流座標変換部４４は、電流センサ１１の出力信号に基づいて、インバータ１０から回転電機２の各相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。電流座標変換部４４は、各相の巻線に流れる３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、磁極位置θに基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。

電流フィードバック制御部４１は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑが、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃに近づくように、回転電機２に印加する電圧の指令信号をｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを、ＰＩ制御等により変化させる電流フィードバック制御を行う。その後、電圧座標変換部４２は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相各相の巻線への交流電圧指令値である３相交流電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。

ＰＷＭ信号生成部４３は、３相交流電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗのそれぞれと、直流電源電圧の振動幅を有し、キャリア周波数で振動するキャリア波（三角波）とを比較し、交流電圧指令値がキャリア波を上回った場合は、矩形パルス波をオンさせ、交流電圧指令値がキャリア波を下回った場合は、矩形パルス波をオフさせる。ＰＷＭ信号生成部４３は、３相各相の矩形パルス波を、３相各相のインバータ制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗとしてインバータ１０に出力し、インバータ１０の各スイッチング素子をオンオフさせる。

次に、最終トルク指令値Ｔｃｆの算出について説明する。
図１に示すように、基本トルク指令算出部３０は、回転電機２に出力させるトルクの基本指令値である基本トルク指令値Ｔｃｂを算出する。本実施の形態では、基本トルク指令算出部３０は、アクセル開度、車速、及び直流電源４の充電量等に応じて、車輪８の駆動のために要求されている車両要求トルクを算出し、車両要求トルクに基づいて基本トルク指令値Ｔｃｂを設定する。

振動指令算出部３１は、振動周波数で振動するトルク指令値である振動トルク指令値Ｔｃｖを算出する。本実施の形態では、振動指令算出部３１は、基本振動トルク算出部３４及び振幅加算有無判断部３８を備えている。基本振動トルク算出部３４は、振動トルク指令値の基本値である基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂを算出する。振幅加算有無判断部３８は、基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂに対して、後述する振幅加算有無判断を行って最終的な振動トルク指令値Ｔｃｖを算出する。

基本振動トルク算出部３４は、振動周波数を、回転電機２の回転周波数（電気角周波数）に応じた周波数に設定するように構成されている。基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂは、回転電機２の出力トルクに生じるトルクリプルやコギングトルク等のトルク振動成分を打ち消すためのトルク指令値とされており、トルク振動成分の逆位相のトルクに設定される。トルクリプルは、電流による磁束と磁石による磁束との相互作用により生じ、電流の基本周波数（電気角周波数）の６ｎ倍（ｎは１以上の自然数）の周波数となる。コギングトルクは、ロータ位置によるステータとロータの静的な磁気吸引力の差により生じ、ステータのスロット数とロータの磁極数の最小公倍数×電気角周波数の周波数となる。

本実施の形態では、基本振動トルク算出部３４は、基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂとして、式（１）に示すように、電気角周波数の次数ｍ（ｍは１以上の自然数）の振動周波数で振動し、電気角θのｍ倍に対して位相γの差を有する基本振幅Ａｂの正弦波（又は余弦波）を算出する。

Ｔｃｖｂ＝Ａｂ×ｓｉｎ（ｍ×θ＋γ） ・・・（１）

基本振動トルク算出部３４は、図５のブロック図に示すように、振幅設定部３５、振動波形算出部３６、及び乗算器３７を備えている。振幅設定部３５は、基本トルク指令値Ｔｃｂに基づいて基本振幅Ａｂを設定する。本例では、振幅設定部３５は、図６に示すような、基本トルク指令値Ｔｃｂと基本振幅Ａｂとの関係が予め設定された振幅テーブルを用い、基本トルク指令算出部３０が算出した基本トルク指令値Ｔｃｂに対応する基本振幅Ａｂを算出する。

振動波形算出部３６は、回転速度検出部４５が検出した電気角θ、予め設定された次数ｍ、及び予め設定された位相γに基づいて振動波形を算出する。本例では、振動波形算出部３６は、振動波形として、ｓｉｎ（ｍ×θ＋γ）を算出する。振動波形算出部３６は、基本トルク指令値Ｔｃｂ及び電気角速度等の運転条件に応じて位相γを変化させてもよい。そして、乗算器３７は、振幅設定部３５により設定された基本振幅Ａｂと、振動波形算出部３６により算出された振動波形ｓｉｎ（ｍ×θ＋γ）とを乗算して、基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂを算出する。

振幅テーブル及び位相γの設定方法の例について説明する。基本トルク指令値Ｔｃｂにトルク振動を打ち消すための振動トルク指令値Ｔｃｖを重畳させていない場合の、回転電機２の出力トルクを、異なる基本トルク指令値Ｔｃｂ等の複数の運転条件で、トルクセンサにより計測する。そして、計測した出力トルク波形を、最小２乗法等によりｓｉｎ波に近似する。近似したｓｉｎ波の振幅を基本振幅Ａｂとし、近似したｓｉｎ波の位相の逆位相を位相γとする。図６に示すように、基本トルク指令値Ｔｃｂと基本振幅Ａｂとの関係を振幅テーブルとして予め設定する。

基本トルク指令値Ｔｃｂの絶対値が大きくなるに従って、トルクリプル等のトルク振動の振幅も大きくなる。そのため、振幅テーブルには、基本トルク指令値Ｔｃｂの絶対値が大きくなるに従って、基本振幅Ａｂが大きくなるように設定されている。よって、基本トルク指令値Ｔｃｂが大きくなるに従って振幅が増加するトルク振動を、振動トルク指令値により打ち消すことができる。しかし、基本トルク指令値Ｔｃｂが後述する上限指令値Ｔｃｍｘ付近まで増加すると、振幅が増加した振動トルク指令値が上限指令値Ｔｃｍｘにより上限制限され、後述する問題が発生する。

なお、トルクリプルとコギングトルクとの電気角周波数の次数が異なる場合などに対応するため、振動指令算出部３１は、次数ｍの異なる複数の基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂを算出し、複数の基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂの合計値を最終的な基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂとして算出するように構成されてもよい。

振幅加算有無判断部３８は、基本トルク指令値Ｔｃｂを基に、振動トルク指令値Ｔｃｖの加算有無を判断する。また、基本トルク指令算出部３０から出力の基本トルク指令値Ｔｃｂがマイナスの場合、振幅加算有無判断部３８にて発電と判断し、プラスの場合、力行と判断する。

図１に示すように、最終トルク指令算出部３２は、基本トルク指令算出部３０により算出された基本トルク指令値Ｔｃｂに、振動指令算出部３１により算出された振動トルク指令値Ｔｃｖを加算した加算トルク指令値Ｔｃｓｍを算出し、回転電機２の最大出力トルクに対応して予め設定された上限指令値Ｔｃｍｘにより加算トルク指令値Ｔｃｓｍを上限制限した値を、最終的に回転電機２に指令する最終トルク指令値Ｔｃｆとして算出する。

ここで、回転電機２の最大出力トルクは、制御装置１により回転電機２に出力させることができる出力トルクの平均値の最大値であり、トルクリプル及びコギングトルク等のトルク振動成分が平均化された出力トルクとなる。すなわち、最大出力トルクは、最大平均出力トルクである。本実施の形態では、上限指令値Ｔｃｍｘは、回転電機２の最大出力トルクに一致するように設定される。回転電機２の最大出力トルクは、ロータの電気角速度、直流電源４の電源電圧、充電量等に応じて変化する。最終トルク指令算出部３２は、ロータの電気角速度、直流電源４の電源電圧、及び充電量に基づいて、上限指令値Ｔｃｍｘを設定するように構成されている。

最終トルク指令算出部３２は、式（２）に示すように、基本トルク指令値Ｔｃｂに振動トルク指令値Ｔｃｖを加算した加算トルク指令値Ｔｃｓｍが、上限指令値Ｔｃｍｘよりも大きい場合は、最終トルク指令値Ｔｃｆに上限指令値Ｔｃｍｘを設定する。一方、最終トルク指令算出部３２は、加算トルク指令値Ｔｃｓｍが、上限指令値Ｔｃｍｘ以下である場合は、最終トルク指令値Ｔｃｆに加算トルク指令値Ｔｃｓｍを設定する。

１）Ｔｃｓｍ（＝Ｔｃｂ＋Ｔｃｖ）＞Ｔｃｍｘの場合
Ｔｃｆ＝Ｔｃｍｘ
２）Ｔｃｓｍ（＝Ｔｃｂ＋Ｔｃｖ）≦Ｔｃｍｘの場合 ・・・（２）
Ｔｃｆ＝Ｔｃｓｍ＝Ｔｃｂ＋Ｔｃｖ

ここで、本実施の形態とは異なり、後述する振幅加算有無判断部３８により振幅加算判断処理を行わないように構成された比較例について説明する。図７のタイムチャートに示すように、基本トルク指令値Ｔｃｂが上限指令値Ｔｃｍｘ付近まで上昇している状態で、基本トルク指令値Ｔｃｂに、振幅減少処理が行われていない振動トルク指令値Ｔｃｖ（基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂ）を加算した加算トルク指令値Ｔｃｓｍを算出すると、加算トルク指令値Ｔｃｓｍが上限指令値Ｔｃｍｘにより上限制限され、振動している振動トルク指令値Ｔｃｖの山部分が切り取られた状態となる。そのため、上限制限後の最終トルク指令値Ｔｃｆの平均値Ｔｃｆａｖｅは、基本トルク指令値Ｔｃｂよりも低くなる。

また、図８のタイムチャートに、比較例に係る回転電機２の出力トルクＴｍの挙動を示す。図８の上段のタイムチャートが、本実施の形態とは異なり、基本トルク指令値Ｔｃｂに振動トルク指令値Ｔｃｖを加算せずに、基本トルク指令値Ｔｃｂをそのまま最終トルク指令値Ｔｃｆに設定した場合の回転電機２の出力トルクＴｍの挙動である。回転電機２の出力トルクＴｍは、基本トルク指令値Ｔｃｂにトルクリプル等のトルク振動成分が重畳した波形となっている。また、回転電機２の出力トルクＴｍの平均値Ｔｍａｖｅは、上限指令値Ｔｃｍｘ（最大出力トルク）を下回っているが、出力トルクＴｍのトルク振動成分の山部分は、上限指令値Ｔｃｍｘを上回っている。

図８の下段のタイムチャートが、図７の比較例に対応する回転電機２の出力トルクＴｍの挙動である。出力トルクＴｍのトルク振動成分の山部分は、上限制限されていない振動トルク指令値Ｔｃｖの谷部分により打ち消されて、基本トルク指令値Ｔｃｂまで低減している。一方、出力トルクＴｍのトルク振動成分の谷部分は、振動トルク指令値Ｔｃｖの山部分が上限制限されているので、十分に打ち消されておらず、基本トルク指令値Ｔｃｂよりも低くなっている。よって、回転電機２の出力トルクＴｍの平均値Ｔｍａｖｅも、基本トルク指令値Ｔｃｂよりも低くなる。従って、比較例では、回転電機２の出力トルクＴｍを上限指令値Ｔｃｍｘ付近まで増加させ、車両を加速させたい場合に、出力トルクＴｍが低下する問題があった。

そこで、本実施の形態では、振動指令算出部３１は、振幅加算有無判断部３８の機能によって、基本トルク指令値Ｔｃｂに振動トルク指令値Ｔｃｖの振幅を加算した振動最大値が上限指令値Ｔｃｍｘより大きくなる場合に、振動最大値が上限指令値Ｔｃｍｘ以下になるように、振動トルク指令値Ｔｃｖの加算を止める構成となっている。
本実施の形態では、振幅加算有無判断部３８は、基本トルク指令値Ｔｃｂに基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂの基本振幅Ａｂを加算した判定振動最大値（Ｔｃｂ＋Ａｂ）が上限指令値Ｔｃｍｘより大きい場合に、振動トルク指令値Ｔｃｖの加算を止めるように構成されている。この構成によれば、振動トルク指令値Ｔｃｖを加算しないトルク範囲を必要最小限にし、トルク振動の低減効果の減少を必要最小限にすることができる。

振動トルク指令値Ｔｃｖの振幅をＡとすると、Ｔｃｂ＋Ａ＞Ｔｃｍｘとなるようであれば、Ａ＝0に設定すればよい。具体的には、式（３）に示すように、振幅加算有無判断部３８は、基本トルク指令値Ｔｃｂに基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂの基本振幅Ａｂを加算した判定振動最大値（Ｔｃｂ＋Ａｂ）が上限指令値Ｔｃｍｘより大きい場合は、振動トルク指令値Ｔｃｖ=0とする。一方、振幅加算有無判断部３８は判定振動最大値（Ｔｃｂ＋Ａｂ）が上限指令値Ｔｃｍｘ以下である場合は、基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂをそのまま最終的な振動トルク指令値Ｔｃｖに設定する。

１）Ｔｃｂ＋Ａｂ＞Ｔｃｍｘの場合
Ｔｃｖ＝0
２）Ｔｃｂ＋Ａｂ≦Ｔｃｍｘの場合 ・・・（３）
Ｔｃｖ＝Ｔｃｖｂ

なお、次数ｍの異なる複数の基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂの合計値が、最終的な基本振動トルク指令値Ｔｃｖｂとされる場合は、振幅加算有無判断部３８は、合計値の振幅を基本振幅Ａｂに設定し、式（３）の演算を行う。

しかし、振動抑制を実施した場合、振動抑制制御無と比較してエネルギー損失大となる。
本発明の実施の形態１におけるＴｃｂ＋Ａｂ≦Ｔｃｍｘの領域での振動抑制制御では、車両制御装置から受信したトルク指令に対して、正弦波状のトルクリプル補正量を減算する。そのため、トルク指令に対して補正後のトルク指令が大きくなる部分もあれば、トルク指令に対して補正後のトルク指令が小さくなる部分もあり、平均的なトルクは一定となる。

続いて、図９〜図１１を参照しながら、トルクリプル補正を実行した場合の損失について説明する。図９〜図１１は、本発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置におけるトルクリプル補正と損失との関係を説明するためのタイムチャートを示す図である。

図９は、トルクリプル補正を実行した場合の通電電流を示している。回転電機であるモータでは、トルクと通電電流とは比例するので、正弦波状のトルクでトルクリプル補正した場合には、正弦波状の通電電流波形となる。また、図９において、Ｉ１＝Ｉ０−ｂであり、Ｉ２＝Ｉ０＋ａである。さらに、ａ＝ｂとなる。

図１０は、通電電流の１乗に比例した損失について、通電電流と損失とを示している。一般的に、インバータでは、スイッチング損失等がこれにあたる。

このように、通電電流の１乗に比例する損失について、図９に示すような正弦波を重畳した通電電流を流した場合には、通電電流Ｉ０よりも大きい部分では損失が増加し、通電電流Ｉ０よりも小さい部分では損失が減少する。
また、通電電流がＩ１となった場合の損失低減量Ｘと、通電電流がＩ２となった場合の損失増加量Ｙとは同じ値となり、正弦波を重畳しても、平均的にみて損失は増加していないことになる。

図１１は、通電電流の２乗に比例した損失について、通電電流と損失とを示している。一般的に、ＩＧＢＴの定常損失（コレクターエミッタ間電圧による損失）がこれにあたる。
このように、通電電流の２乗に比例する損失について、図９に示すような正弦波を重畳した通電電流を流した場合には、通電電流Ｉ０よりも大きい部分では損失が増加し、通電電流Ｉ０よりも小さい部分では損失が減少する。
また、通電電流がＩ１となった場合の損失低減量Ｕと、通電電流がＩ２となった場合の損失増加量Ｖとでは、損失増加量Ｖの方が大きい値となる。すなわち、平均的にみても、損失が増加することになる。
以上のように、振動抑制制御を実行することで、平均的には通電電流の２乗に比例する損失が増加することになる。

本実施の形態においては、基本トルク指令算出部から出力のトルク指令値がマイナスであれば、振幅加算有無判断部で発電動作と判断し、振動トルク指令値の加算を止める。本制御を実施することによって、損失を抑えることが出来る。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る制御装置について説明する。図１２は、本実施の形態に係る制御装置１の概略ブロック図である。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機２及び制御装置１の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様であるが、振幅加算有無判断部３８に温度判定部３９からの判定信号を送信するように構成されている。振幅加算有無判断部３８は温度判定部３９からの判定信号に基づき振動トルク指令値の加算を止めることができる。

具体的には、温度判定部３９は、温度検出器４０で検出された検出温度が判定温度値を超えたら振幅加算有無判断部３８に振動トルク指令値の加算を止めるように動作する。
温度検出器４０は、回転電機２のモータコイル温度４０ａ、制御装置１によって制御されるインバータ１０のスイッチング素子等を含むチップのチップ温度４０ｂ、回転電機２に流れる電流を検出する電流センサの電流センサ温度４０ｃをそれぞれ検出するものである。

即ち、実施の形態１におけるように、トルク指令値がマイナスであるという条件に加え、モータコイル温度４０ａが判定温度を超えたら振動抑制制御を止めると判断しても良い。
モータコイル温度４０ａは、コイルに取り付けられたサーミスタで検出し、制御装置内部の温度判定部３９でコイル温度が温度判定値を超えたか否か判定し、判定信号を振幅加算有無判断部３８に送信する。判定温度を超えた場合、振動トルク指令値の加算を止める。
振動抑制制御有の場合、損失大となることは上記で説明した通りである。本制御を実施することによって、モータコイル温度大の時の損失を抑え、判定温度を超えることを抑え、安全のために出力を低下させる制御(ディーレーティング制御)の期間を減らすことができる。

また、トルク指令値がマイナスであるという条件に加え、インバータ１０のスイッチング素子等を含むチップ(MOSFET/IGBT)のチップ温度４０ｂが判定温度を超えたら振動トルク指令値の加算を止めると判断しても良い。
チップ温度４０ｂは、制御装置内部の温度センサで検出し、制御装置内部の温度判定部３９でチップ温度が判定温度を超えたか否か判定し、判定信号を振幅加算有無判断部３８に送信する。判定温度を超えた場合、振動トルク指令値の加算を止める。
振動抑制制御有の場合、損失大となることは上記で説明した通りである。本制御を実施することによって、チップ温度大の時の損失を抑え、判定温度を超えることを抑え、安全のために出力を低下させる制御(ディーレーティング制御)の期間を減らすことが出来る。

また、トルク指令値がマイナスであるという条件に加え、電流センサ温度４０ｃが判定温度を超えたら振動トルク指令値の加算を止めると判断しても良い。
電流センサ温度４０ａは、電流センサに取り付けられたサーミスタで検出し、制御装置内部の温度判定部３９で電流センサ温度４０ａが判定温度を超えたか否か判定し、判定信号を振幅加算有無判断部３８に送信する。判定温度を超えた場合、振動トルク指令値の加算を止める。
振動抑制制御有の場合、損失大となることは上記で説明した通りである。本制御を実施することによって、モータコイル温度大の時の損失を抑え、判定温度を超えることを抑え、安全のために出力を低下させる制御(ディーレーティング制御)の期間を減らすことが出来る。

上記モータコイル温度４０ａ、チップ温度４０ｂ、電流センサ温度４０ｃが判定温度を超えた場合、トルク指令値がマイナスだけでなく、力行動作の場合も振動トルク指令値の加算を止めると判断する。
発熱箇所の状態に応じて、振動抑制制御の実施有無を決めるため、安全のために出力を低下させる制御(ディーレーティング制御)の期間を減らすことが出来る。
また、モータに減磁が起こらないよう設定された判定温度にマージンを持たせ、0.9掛けした値を判定温度としてもよい。

〔その他の実施の形態〕
本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

上記の各実施の形態においては、回転電機２は、電気自動車の駆動力源とされている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、回転電機２は、内燃機関を備えたハイブリッド自動車の駆動力源とされてもよく、或いは車両以外の装置の駆動力源とされてもよい。

上記の各実施の形態においては、回転電機２は、永久磁石式同期回転電機とされている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、回転電機２は、誘導回転電機などの各種の回転電機とされてもよい。

本発明は、回転電機の出力トルクにトルク振動成分を重畳させる回転電機の制御装置に好適に利用することができる。
本発明は、ハイブリッド車両にも適用でき、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 制御装置、１１ 電流センサ、１３ 温度センサ、３０ 基本トルク指令算出部、３１ 振動指令算出部、３２ 最終トルク指令算出部、３８ 振幅加算有無判断部、３９ 温度判定部、Ａｂ 基本振幅、Ｋａ 振幅減少係数、Ｔｃｂ 基本トルク指令値、Ｔｃｆ 最終トルク指令値

Claims (5)

1. 回転電機に出力させるトルクの基本指令値である基本トルク指令値を算出する基本トルク指令算出部と、振動周波数で振動するトルク指令値である振動トルク指令値を算出する振動指令算出部と、前記基本トルク指令値に前記振動トルク指令値を加算した加算トルク指令値を算出し、前記回転電機の最大出力トルクに対応して予め設定された上限指令値により前記加算トルク指令値を上限制限した値を、前記回転電機に指令する最終トルク指令値として算出する最終トルク指令算出部と、を備え、
   前記振動指令算出部は、前記基本トルク指令値に前記振動トルク指令値の振幅を加算した振動最大値が前記上限指令値より大きくなる場合に、前記振動最大値が前記上限指令値を超えないように、前記振動トルク指令値の加算を止める振動加算有無判断部を有している回転電機の制御装置において、
   前記振動加算有無判断部は、前記回転電機の発電動作中は、前記振動トルク指令値の加算を止めることを特徴とする回転電機の制御装置。
2. 前記回転電機のモータコイル温度が、予め設定されたモータコイル温度の温度判定値よりも高い場合、前記振動トルク指令値の加算を止め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。
3. 前記回転電機の制御装置によって制御されるインバータのスイッチング素子を含むチップのチップ温度が、予め設定されたチップ温度の温度判定値よりも高い場合、前記振動トルク指令値の加算を止めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記回転電機に流れる電流を検出する電流センサの電流センサ温度が、予め設定された電流センサ温度の温度判定値よりも高い場合、前記振動トルク指令値の加算を止めることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記回転電機のモータコイル温度、または前記回転電機の制御装置によって制御されるインバータのスイッチング素子を含むチップのチップ温度、または前記回転電機に流れる電流を検出する電流センサの電流センサ温度が、予め設定された温度判定値よりも高い場合、力行中であっても、前記振動トルク指令値の加算を止めることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。

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