JP6375103B2 - 回転機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換器に電気的に接続された回転機の制御量をその指令値に制御すべく、少なくとも前記電力変換器の出力電圧の位相を操作する回転機の制御装置に関する。

この種の制御装置としては、下記特許文献１に見られるように、回転機（交流電動機）のトルクをその指令値にフィードバック制御すべく、回転機に接続された電力変換器（インバータ）の出力電圧の位相を操作するものが知られている。詳しくは、この制御装置は、回転機に流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部によって検出された電流に基づき、回転機のトルクを推定するトルク推定部と、推定されたトルクを指令値にフィードバック制御するための電力変換器の操作量として、出力電圧の位相を算出する制御器とを備えている。

特開２０００−５０６８９号公報

ここで、回転機のトルクを指令値に制御すべく出力電圧の位相を制御する制御系では、回転機に流れる電流は成り行きで決まることとなる。このため、回転機及び電力変換器が故障に至る電流を回転機に流してしまい、回転機及び電力変換器の信頼性が低下する懸念がある。

また、回転機及び電力変換器に過電流が流れることを回避すべく、過電流によって回転機及び電力変換器の信頼性が低下しない値で上記指令値を制限することが考えられる。ただし、回転機のトルクを指令値に制御する制御系には、この制御系を伝達される信号（電流信号）のノイズや高調波成分を除去するフィルタが設けられている。例えば、電流検出部とトルク推定部との間に上記フィルタを設ける構成を採用する場合、過電流が実際に流れ始めてから、トルク推定部によって推定されるトルクが過電流に応じた大きな値となるまでの時間がフィルタを設けない構成と比較して長くなる。

このため、回転機及び電力変換器の信頼性が低下しない値で指令値を制限する場合であっても、過電流が流れ始めてから、回転機のトルクを低下させる方向に出力電圧の位相が操作され始めるまでの時間が長くなる。その結果、過電流が流れ始めてから過電流を絞るまでの時間が長くなり、回転機及び電力変換器の信頼性が低下する懸念がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転機及び電力変換器の信頼性の低下を好適に回避できる回転機の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明は、電力変換器（２０）に電気的に接続された回転機（１０）の制御量をその指令値に制御すべく、少なくとも前記電力変換器の出力電圧の位相を操作する通常操作手段（３０ｃ，３０ｄ，３０ｈ，３０ｉ；３０ｑ〜３０ｖ）と、前記回転機に流れる電流が閾値を超えた場合、前記通常操作手段による前記位相の操作に優先して、前記回転機に流れる電流が増加しないように前記位相を操作する優先操作手段（３０ｊ，３０ｋ；３０ｊ，３０ｋ，３０ｍ，３０ｎ，３０ｐ；３０ｋ，３０ｍ，３０ｐ，３０ｗ）と、を備えることを特徴とする。

上記発明では、通常操作手段によって位相が操作されることで、回転機の制御量が指令値に制御される。ここで、回転機の制御量を指令値に制御する制御系に、この制御系を伝達される信号のノイズを除去するフィルタが設けられる場合、回転機に過電流が流れ始めてから、制御量が過電流に応じた大きな値となるまでの時間が長くなる。その結果、回転機及び電力変換器の信頼性が低下する懸念がある。

そこで、上記発明では、優先操作手段を備えた。優先操作手段によれば、回転機に過電流が流れ、回転機に流れる電流が閾値を超えた場合、通常操作手段による位相の操作に優先して、回転機に流れる電流が増加しないように位相を操作する。このため、回転機に流れる電流が増加しないように位相の操作を開始するタイミングを、通常操作手段によって位相の操作を開始タイミングよりも早くすることができる。これにより、回転機に過電流が流れる場合に回転機に流れる電流を迅速に制限することができる。したがって、回転機及び電力変換器の信頼性の低下を好適に回避することができる。

第１の実施形態にかかるモータ制御システムの全体構成図。 同実施形態にかかるトルクフィードバック制御のブロック図。 同実施形態にかかる電圧位相制限処理の手順を示すフローチャート。 電圧位相に対するトルク及び電流振幅の関係を示す図。 第２の実施形態にかかるトルクフィードバック制御のブロック図。 同実施形態にかかる電圧位相制限処理の手順を示すフローチャート。 第３の実施形態にかかる電流フィードバック制御のブロック図。 第４の実施形態にかかるトルクフィードバック制御のブロック図。 同実施形態にかかる電圧位相制限処理の手順を示すフローチャート。 その他の実施形態にかかるトルクフィードバック制御のブロック図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を車載主機として回転機を備える車両（例えば、電気自動車やハイブリッド車）に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、モータ制御システムは、モータジェネレータ１０、「電力変換器」としてのインバータ２０、モータジェネレータ１０を制御対象とする制御装置（以下、ＭＧＥＣＵ３０）、及び車両制御を統括する制御装置（以下、ＨＶＥＣＵ４０）を備えている。モータジェネレータ１０は、車載主機であり、図示しない駆動輪に連結されている。本実施形態では、モータジェネレータ１０として、埋め込み磁石同期機（ＩＰＭＳＭ）を用いている。

モータジェネレータ１０は、インバータ２０を介して「直流電源」としての高電圧バッテリ２２に接続されている。高電圧バッテリ２２の出力電圧は、例えば百Ｖ以上である。なお、高電圧バッテリ２２及びインバータ２０の間には、インバータ２０の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ２４が設けられている。

インバータ２０は、高電位側（上アーム側）のスイッチング素子Ｓ￥ｐ（￥＝Ｕ，Ｖ，Ｗ）及び低電位側（下アーム側）のスイッチング素子Ｓ￥ｎの直列接続体を備えている。詳しくは、インバータ２０は、３組のスイッチング素子Ｓ￥ｐ，Ｓ￥ｎの直列接続体を備え、スイッチング素子Ｓ￥ｐ，Ｓ￥ｎの接続点は、モータジェネレータ１０の￥相に接続されている。ちなみに、本実施形態では、上記スイッチング素子Ｓ￥＃（＃＝ｐ，ｎ）として、電圧制御形のスイッチング素子を用い、より具体的には、ＩＧＢＴを用いている。そして、スイッチング素子Ｓ￥＃には、フリーホイールダイオードＤ￥＃が逆並列に接続されている。

モータ制御システムは、さらに、モータジェネレータ１０のＶ相に流れる電流を検出するＶ相電流センサ４２Ｖ、モータジェネレータ１０のＷ相に流れる電流を検出するＷ相電流センサ４２Ｗ、インバータ２０の入力電圧（高電圧バッテリ２２から出力される直流電圧）を検出する電圧センサ４４、及びモータジェネレータ１０の回転角（電気角θ）を検出する回転角センサ４６（例えばレゾルバ）を備えている。

ＭＧＥＣＵ３０は、マイコンを主体として構成され、モータジェネレータ１０の制御量（本実施形態ではトルク）をその指令値（以下、指令トルクＴｒｑ＊）にフィードバック制御すべく、インバータ２０を操作する。詳しくは、ＭＧＥＣＵ３０は、インバータ２０を構成するスイッチング素子Ｓ￥＃をオンオフ操作すべく、上記各種センサの検出値に基づき、操作信号ｇ￥＃を生成し、生成された操作信号ｇ￥＃を駆動回路Ｄｒ￥＃（ゲート駆動回路）に対して出力する。ここで、上アーム側の操作信号ｇ￥ｐと、対応する下アーム側の操作信号ｇ￥ｎとは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、上アーム側のスイッチング素子Ｓ￥ｐと、対応する下アーム側のスイッチング素子Ｓ￥ｎとは、交互にオン状態とされる。

ＨＶＥＣＵ４０は、ＭＧＥＣＵ３０の外部に設けられ、ＭＧＥＣＵ３０よりも上位の車載制御装置である。ＨＶＥＣＵ４０は、ユーザの操作対象とされるアクセルペダルの操作量等に基づき、モータジェネレータ１０の指令トルクＴｒｑ＊を設定する。ＨＶＥＣＵ４０は、設定された指令トルクＴｒｑ＊をＭＧＥＣＵ３０に対して出力する。なお、本実施形態において、ＨＶＥＣＵ４０が「指令値設定手段」に相当する。

続いて、図２を用いて、ＭＧＥＣＵ３０によって実行されるモータジェネレータ１０のトルクフィードバック制御について説明する。

２相変換部３０ａは、Ｖ相電流センサ４２Ｖによって検出されたＶ相電流ｉｖ、Ｗ相電流センサ４２Ｗによって検出されたＷ相電流ｉｗ、及び回転角センサ４６によって検出された電気角θに基づき、３相固定座標系におけるＵ相電流ｉｕ，Ｖ相電流ｉｖ，Ｗ相電流ｉｗを２相回転座標系（ｄｑ座標系）における電流であるｄ軸電流ｉｄｒ及びｑ軸電流ｉｑｒに変換する。なお、Ｕ相電流ｉｕは、キルヒホッフの法則に基づき、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗから算出すればよい。

速度算出部３０ｂは、回転角センサ４６によって検出された電気角θに基づき、電気角速度ωを算出する。

指令電圧算出部３０ｃは、指令トルクＴｒｑ＊を入力として、規格化電圧振幅「Ｖｎ／ω」を算出する。ここで、規格化電圧振幅「Ｖｎ／ω」とは、２相回転座標系におけるインバータ２０の出力電圧ベクトルの振幅指令値（以下、電圧振幅Ｖｎ）を電気角速度ωで除算した値のことである。なお、インバータ２０の出力電圧ベクトルの振幅Ｖは、上記出力電圧ベクトルのｄ軸成分ｖｄの２乗値及びｑ軸成分の２乗値の和の平方根として定義される。また、電圧振幅Ｖｎは、例えば、指令トルクＴｒｑ＊及び電圧振幅Ｖｎが関係付けられたマップを用いて算出すればよい。

速度乗算部３０ｄは、規格化電圧振幅「Ｖｎ／ω」に電気角速度ωを乗算することで、電圧振幅Ｖｎを算出する。

第１のローパスフィルタ３０ｅは、２相変換部３０ａによって算出されたｄ軸電流ｉｄｒから高周波成分を除去する。また、第２のローパスフィルタ３０ｆは、２相変換部３０ａによって算出されたｑ軸電流ｉｑｒから高周波成分を除去する。

高周波成分が除去されたｄ軸電流ｉｄｒ及びｑ軸電流ｉｑｒは、トルク推定器３０ｇに入力される。トルク推定器３０ｇは、高周波成分が除去されたｄ軸電流ｉｄｒ及び高周波成分が除去されたｑ軸電流ｉｑｒに基づき、モータジェネレータ１０の推定トルクＴｅを算出する。ここで、推定トルクＴｅは、ｄ軸電流ｉｄｒ及びｑ軸電流ｉｑｒと推定トルクＴｅとの関係を記憶したマップを用いて算出してもよいし、モデル式を用いて算出してもよい。なお、本実施形態において、トルク推定器３０ｇが「トルク推定手段」を構成する。

トルク偏差算出部３０ｈは、指令トルクＴｒｑ＊から推定トルクＴｅを減算することでトルク偏差ΔＴを算出する。

位相算出部３０ｉは、トルク偏差ΔＴに基づき、推定トルクＴｅを指令トルクＴｒｑ＊にフィードバック制御するための操作量として電圧位相（以下、ＦＢ電圧位相δｆｂ）を算出する。詳しくは、トルク偏差ΔＴを入力とする比例積分制御によってＦＢ電圧位相δｆｂを算出する。ここでは、指令トルクＴｒｑ＊に対して推定トルクＴｅが不足する場合にＦＢ電圧位相δｆｂを増大（進角）させ、指令トルクＴｒｑ＊に対して推定トルクＴｅが過剰となる場合に、ＦＢ電圧位相δｆｂを減少（遅角）させるようにする。なお、ＦＢ電圧位相δｆｂは、ｑ軸の正方向を基準とし、この基準から反時計回りの方向（ｑ軸の正方向からｄ軸の負方向へと回転する方向）が正方向として定義される。

なお、本実施形態において、指令電圧算出部３０ｃ、速度乗算部３０ｄ、トルク偏差算出部３０ｈ及び位相算出部３０ｉが、モータジェネレータ１０のトルクを指令トルクＴｒｑ＊に制御すべく、電圧振幅Ｖｎ及びＦＢ電圧位相δｆｂを操作する「通常操作手段」を構成する。

電流振幅算出部３０ｊは、２相変換部３０ａによって算出されたｄ軸電流ｉｄｒ及びｑ軸電流ｉｑｒに基づき、電流ベクトルの振幅Ｉｎを算出する。ここで、電流ベクトルの振幅Ｉｎは、ｄ軸電流ｉｄｒの２乗値及びｑ軸電流ｉｑｒの２乗値の和の平方根として定義される。

電圧位相制限部３０ｋは、位相算出部３０ｉによって算出されたＦＢ電圧位相δｆｂを制限して操作信号生成部３０ｌに出力する。なお、電圧位相制限部３０ｋについては、後に詳述する。

操作信号生成部３０ｌは、速度乗算部３０ｄから出力された電圧振幅Ｖｎと、電圧位相制限部３０ｋから出力されたＦＢ電圧位相δｆｂと、電圧センサ４４によって検出された入力電圧ＶＩＮＶとに基づき、操作信号ｇ￥＃を生成して駆動回路Ｄｒ￥＃に出力する。

詳しくは、操作信号生成部３０ｌは、まず、入力電圧ＶＩＮＶで電圧振幅Ｖｎを規格化した値である変調率Ｍを算出する。詳しくは、入力電圧ＶＩＮＶの「１／２」で電圧振幅Ｖｎを除算することで変調率Ｍを算出する。そして、操作信号生成部３０ｌは、変調率Ｍ毎に、電気角θ１周期における操作信号の波形（パルスパターン）をマップデータとして記憶している。操作信号生成部３０ｌは、算出された変調率Ｍに該当するパルスパターンを選択する。ここで、パルスパターンは、ＭＧＥＣＵ３０の備えるＲＯＭ等のメモリ３２に予め記憶されている。

パルスパターンが選択されると、操作信号生成部３０ｌは、パルスパターンの出力タイミングをＦＢ電圧位相δｆｂに基づき設定することで、操作信号ｇ￥＃を生成する。

ちなみに、本実施形態では、変調率Ｍが第１の規定値Ｍａ（例えば１．１５）以下となる場合、インバータ２０の出力電圧（具体的には、線間電圧）を電気角速度ωの正弦波とする正弦波制御が行われる。一方、変調率Ｍが第１の規定値Ｍａを超える過変調領域の場合、過変調制御が行われる。過変調領域においてインバータ２０出力電圧に含まれる基本波成分の振幅又は実効値は、インバータ２０の出力電圧を正弦波とする場合にインバータ２０の出力電圧に含まれる基本波成分の振幅又は実効値よりも大きくなる。特に本実施形態では、変調率Ｍが第１の規定値Ｍａよりも高い第２の規定値Ｍｂ（例えば１．２７）となる場合、矩形波制御（１パルス制御）が行われる。矩形波制御が行われる場合、パルスパターンとして、電気角θ１周期において高電位側のスイッチング素子Ｓ￥ｐをオン状態とする期間と低電位側のスイッチング素子Ｓ￥ｎをオン状態する期間とが１回ずつとされるパルスパターン（１パルス波形）が選択される。

続いて、本実施形態にかかる電圧位相制限処理について説明する。この処理は、ＭＧＥＣＵ３０によって実行され、上下アーム短絡等によってモータジェネレータ１０及びインバータ２０に過電流が流れる場合にモータジェネレータ１０及びインバータ２０の信頼性の低下を回避するための処理である。詳しくは、電流振幅算出部３０ｊによって算出された電流振幅Ｉｎが所定値Ｉα（「閾値」に相当）を超えたと判断された場合、最優先で電流振幅Ｉｎが増加しないように、ＦＢ電圧位相δｆｂを操作する処理を行う。

図３に、本実施形態にかかる電圧位相制限処理の手順を示す。この処理は、ＭＧＥＣＵ３０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、電流振幅Ｉｎが所定値Ｉαを超えたか否かを判断する。ここで、所定値Ｉαは、例えば、モータジェネレータ１０及びスイッチング素子Ｓ￥＃の信頼性を維持可能な電流（モータジェネレータ１０に流れる相電流や、インバータ２０を構成するスイッチング素子Ｓ￥＃に流れる電流）の上限値に対して安全側にマージンを持って設定すればよい。

ステップＳ１０において肯定判断された場合には、ステップＳ１２に進み、電圧位相制限部３０ｋにおいて、電流振幅Ｉｎを所定値Ｉαを超えた時（上記ステップＳ１０で肯定判断された時）の電圧位相でＦＢ電圧位相δｆｂを制限する制限処理を実施する。これにより、ＦＢ電圧位相δｆｂの進角が禁止され、電流振幅Ｉｎの増加を回避する。ここで、ＦＢ電圧位相δｆｂの進角を禁止することで、電流振幅Ｉｎの増加を回避できるのは、図４に示すように、ＦＢ電圧位相δｆｂを進角させると電流振幅Ｉｎが増加する一方、ＦＢ電圧位相δｆｂを遅角させると電流振幅Ｉｎが減少するためである（力行の場合）。ここで、図４（ａ）は、力行時のある電圧振幅Ｖｎ及びモータジェネレータ１０のある回転速度条件におけるＦＢ電圧位相δｆｂ及びモータジェネレータ１０のトルクの関係を示し、図４（ｂ）は、力行時のある電圧振幅Ｖｎ及びモータジェネレータ１０のある回転速度条件におけるＦＢ電圧位相δｆｂ及び電流振幅Ｉｎの関係を示す図である。

なお、本実施形態において、電流振幅算出部３０ｊ及び電圧位相制限部３０ｋが「優先操作手段」を構成する。

続くステップＳ１４では、ＨＶＥＣＵ４０に対して指令トルクＴｒｑ＊の低下指示を行う。この処理は、モータジェネレータ１０及びインバータ２０に過電流が流れる状況を早期に解消するための処理である。つまり、本実施形態では、ＭＧＥＣＵ３０の外部装置であるＨＶＥＣＵ４０からＭＧＥＣＵ３０へと指令トルクＴｒｑ＊が入力される。ここで、ＭＧＥＣＵ３０が実行主体となる電圧位相制限処理によって電流振幅Ｉｎが制限されたとしても、電流振幅Ｉｎが制限されていることをＨＶＥＣＵ４０に対して通知しなければ、ＨＶＥＣＵ４０はアクセルペダルの操作量等に基づき設定される指令トルクＴｒｑ＊をＭＧＥＣＵ３０に対して出力し続けることとなる。この場合、例えばアクセルペダルの操作量が小さくならない限り、電流振幅Ｉｎが所定値Ｉαを超えようとする状況が継続され得る。こうした問題に対処すべく、本ステップの処理を設けた。なお、本実施形態において、本ステップの処理が「指示手段」を構成する。

先の図３に戻り、続くステップＳ１６では、モータジェネレータ１０のトルクが制限されている旨をユーザに報知する報知処理を行う。ここで、報知処理は、例えば、車両に設けられたＭＩＬを点灯させる処理とすればよい。

なお、上記ステップＳ１０において否定判断された場合や、ステップＳ１６の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）電流振幅Ｉｎが所定値Ｉαを超えたと判断された場合、電圧位相制限部３０ｋによってＦＢ電圧位相δｆｂを制限する制限処理を実施した。このため、トルクフィードバック制御によるＦＢ電圧位相δｆｂの操作に優先して、電流振幅Ｉｎが増加しないようにＦＢ電圧位相δｆｂを制限することができる。これにより、モータジェネレータ１０に流れる電流が増加しないようにＦＢ電圧位相δｆｂの操作を開始するタイミングを、トルクフィードバック制御によってＦＢ電圧位相δｆｂの操作を開始タイミングよりも早くすることができる。これにより、モータジェネレータ１０及びインバータ２０に過電流が流れる場合に、モータジェネレータ１０及びインバータ２０に流れる電流を迅速に制限することができる。したがって、モータジェネレータ１０及びインバータ２０の信頼性の低下を好適に回避することができる。

（２）電流振幅Ｉｎが所定値Ｉαを超えたと判断される期間において、ＨＶＥＣＵ４０に対して指令トルクＴｒｑ＊の低下を指示した。これにより、モータジェネレータ１０及びインバータ２０に過電流が流れる状況を早期に解消することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、電圧位相制限処理を変更する。

図５に、本実施形態にかかるトルクフィードバック制御のブロック図を示す。なお、図５において、先の図２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。なお、本実施形態では、所定値Ｉαを第１の所定値（「第１の閾値」に相当）と称すこととする。ここで、本実施形態にかかる第１の所定値Ｉαの設定手法は、上記第１の実施形態における設定手法と同じものに限らない。例えば、第１の所定値Ｉαを、例えば、モータジェネレータ１０及びスイッチング素子Ｓ￥＃の信頼性を維持可能な電流の上限値に設定してもよい。

図示されるように、電流偏差算出部３０ｍは、第１の所定値Ｉαよりも小さい第２の所定値Ｉβ（「第２の閾値」に相当）から電流振幅Ｉｎを減算することで、電流偏差ΔＩを算出する。

積分器３０ｎは、電流偏差ΔＩに基づく積分制御によって電圧位相（以下、制限電圧位相δｓ）を算出する。制限電圧位相δｓは、電流振幅Ｉｎを第２の所定値Ｉβにフィードバック制御するための操作量となる。算出された制限電圧位相δｓは、電圧位相制限部３０ｋ及び切替部３０ｐに対して出力される。

切替部３０ｐは、操作信号生成部３０ｌに入力すべき電圧位相の供給源を、電圧位相制限部３０ｋ又は積分器３０ｎから選択する。

ちなみに、本実施形態において、電流振幅算出部３０ｊ、電圧位相制限部３０ｋ、電流偏差算出部３０ｍ、積分器３０ｎ及び切替部３０ｐが「優先操作手段」を構成する。

続いて、図６を用いて、本実施形態にかかる電圧位相制限処理について説明する。ここで、図６は、上記処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ＭＧＥＣＵ３０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図６において、先の図３に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１０において肯定判断された場合には、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、ＨＶＥＣＵ４０に対する指令トルクＴｒｑ＊の低下指示を開始する。そして、ステップＳ２０では、モータジェネレータ１０のトルクが制限されている旨のユーザへの報知を開始する。

続くステップＳ２２では、積分器３０ｎによって算出された制限電圧位相δｓが操作信号生成部３０ｌに入力されるように切替部３０ｐを操作する。ここで、本実施形態では、切替部３０ｐの操作によって制限電圧位相δｓが操作信号生成部３０ｌに入力される期間においてのみ積分器３０ｎを動作させる。このため、本ステップの処理が実行されることで、積分器３０ｎにおいて電流偏差ΔＩを入力とした制限電圧位相δｓの算出が開始される。

続くステップＳ２４では、電流振幅Ｉｎが第２の所定値Ｉβまで低下したと判断されるまで待機する。続くステップＳ２６では、積分器３０ｎから出力される現在の制限電圧位相δｓを電圧位相基準値δｓｔａとする。

続くステップＳ２８では、位相算出部３０ｉによって算出されたＦＢ電圧位相δｆｂが操作信号生成部３０ｌに入力されるように切替部３０ｐを操作する。これにより、積分器３０ｎの動作が停止され、また、積分器３０ｎにおける積算値がリセットされる。

続くステップＳ３０では、位相算出部３０ｉによって算出されたＦＢ電圧位相δｆｂが電圧位相基準値δｓｔａ以下になったか否かを判断する。この処理は、操作信号生成部３０ｌに入力すべき電圧位相の供給源が積分器３０ｎから位相算出部３０ｉに切り替えられることに起因して、電流振幅Ｉｎが第１の所定値Ｉαに向かって再度上昇する事態を回避するための処理である。つまり、ステップＳ２４において電流振幅Ｉｎが第２の所定値Ｉβまで低下したと判断された場合であっても、位相算出部３０ｉから出力されるＦＢ電圧位相δｆｂは、未だ過電流を抑制可能なレベルまで低下していないことがある。こうした状況で操作信号生成部３０ｌに入力すべき電圧位相の供給源が積分器３０ｎから位相算出部３０ｉに切り替えられると、電流振幅Ｉｎが第１の所定値Ｉαに向かって上昇する。こうした事態を回避すべく、本ステップの処理を設けた。

ステップＳ３０において否定判断された場合には、ステップＳ３２に進み、電圧位相制限部３０ｋにおいてＦＢ電圧位相δｆｂを電圧位相基準値δｓｔａで制限する。すなわち、ＦＢ電圧位相δｆｂが電圧位相基準値δｓｔａを上回ろうとする間は、電圧位相制限部３０ｋによってＦＢ電圧位相δｆｂが電圧位相基準値δｓｔａとされる。ステップＳ３２の処理の完了後、ステップＳ３０に戻る。

ちなみに、本実施形態では、ステップＳ３０の処理において否定判断される期間以外の期間において、電圧位相制限部３０ｋを機能させない。このため、ステップＳ３０の処理において否定判断される期間以外の期間において、位相算出部３０ｉによって算出されたＦＢ電圧位相δｆｂは、電圧位相制限部３０ｋにおいて制限されることはない。

一方、上記ステップＳ３０において肯定判断された場合には、ステップＳ３４に進み、ＨＶＥＣＵ４０に対する指令トルクＴｒｑ＊の低下指令を解除し、また、ユーザへの報知処理を解除する。

ちなみに、ステップＳ３４の処理が完了した場合や、上記ステップＳ１０において否定判断された場合には、位相算出部３０ｉによって算出されたＦＢ電圧位相δｆｂに基づき操作信号ｇ￥＃が生成される通常のトルクフィードバック制御が行われることとなる。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。

（３）電流振幅Ｉｎが第１の所定値Ｉαを超えたと判断された場合、トルクフィードバック制御による電圧位相の操作に優先して、電流振幅Ｉｎが第１の所定値Ｉαよりも小さい第２の所定値Ｉβになるように電圧位相を操作した。このため、通常のトルクフィードバック制御を開始するに際し、モータジェネレータ１０に流れる電流を安全なレベルまで低下させることができる。これにより、モータジェネレータ１０及びインバータ２０の信頼性の低下をいっそう好適に回避することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、トルクを直接の制御量とするトルクフィードバック制御に代えて、電流を直接の制御量とする電流フィードバック制御を行う。詳しくは、指令トルクＴｒｑ＊を実現するための指令電流とモータジェネレータ１０に流れる電流とが一致するように、スイッチング素子Ｓ￥＃をオンオフ操作する。すなわち、本実施形態では、モータジェネレータ１０のトルクが最終的な制御量となるものであるが、トルクを制御すべく、モータジェネレータ１０に流れる電流を直接の制御量として、これを指令電流に制御する。

図７に、本実施形態にかかる電流フィードバック制御のブロック図を示す。なお、図７において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、指令電流算出部３０ｑは、指令トルクＴｒｑ＊及び電気角速度ωに基づき、２相回転座標系における電流の指令値であるｄ軸指令電流ｉｄ＊と、ｑ軸指令電流ｉｑ＊とを算出する。なお、ｄ軸指令電流ｉｄ＊及びｑ軸指令電流ｉｑは、例えば、指令トルクＴｒｑ＊及び電気角速度ωと、ｄ軸指令電流ｉｄ＊及びｑ軸指令電流ｉｑとが関係付けられたマップを用いて算出すればよい。

ｄ軸偏差算出部３０ｒは、ｄ軸指令電流ｉｄ＊からｄ軸電流ｉｄｒを減算することでｄ軸電流偏差Δｉｄを算出する。一方、ｑ軸偏差算出部３０ｓは、ｑ軸指令電流ｉｑ＊からｑ軸電流ｉｑｒを減算することでｑ軸電流偏差Δｉｑを算出する。

ｄ軸指令電圧算出部３０ｔは、ｄ軸電流ｉｄｒをｄ軸指令電流ｉｄ＊にフィードバック制御するための操作量としてｄ軸上の指令電圧ｖｄ＊を算出する。具体的には、ｄ軸電流偏差Δｉｄに基づく比例積分制御によってｄ軸上の指令電圧ｖｄ＊を算出する。一方、ｑ軸指令電圧算出部３０ｕは、ｑ軸電流ｉｑｒをｑ軸指令電流ｉｑ＊にフィードバック制御するための操作量としてｑ軸上の指令電圧ｖｑ＊を算出する。具体的には、ｑ軸電流偏差Δｉｑに基づく比例積分制御によってｑ軸上の指令電圧ｖｑ＊を算出する。

振幅位相算出部３０ｖは、ｄ軸指令電圧ｖｄ＊及びｑ軸指令電圧ｖｑ＊に基づき、電圧振幅Ｖｎ及びＦＢ電圧位相δｆｂを算出する。電圧振幅Ｖｎは、操作信号生成部３０ｌに出力され、ＦＢ電圧位相δｆｂは、電圧位相制限部３０ｋに出力される。

なお、本実施形態において、指令電流算出部３０ｑ、ｄ軸偏差算出部３０ｒ、ｑ軸偏差算出部３０ｓ、ｄ軸指令電圧算出部３０ｔ、ｑ軸指令電圧算出部３０ｕ及び振幅位相算出部３０ｖが「通常操作手段」を構成する。

以上説明した電流フィードバック制御系であっても、第１のローパスフィルタ３０ｅ及び第２のローパスフィルタ３０ｆが設けられていることから、過電流を迅速に絞ることができなくなり得る。このため、以上説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、電圧位相制限処理を変更する。

図８に、本実施形態にかかるトルクフィードバック制御のブロック図を示す。なお、図８において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、電流偏差算出部３０ｍ及び積分器３０ｎが除去されている。本実施形態では、これらに代えて、電圧位相漸減部３０ｗが備えられている。電圧位相漸減部３０ｗには、電流振幅Ｉｎ、第２の所定値Ｉβ及びＦＢ電圧位相δｆｂが入力される。ちなみに、本実施形態において、電流振幅算出部３０ｊ、電圧位相制限部３０ｋ、切替部３０ｐ及び電圧位相漸減部３０ｗが「優先操作手段」を構成する。

続いて、図９を用いて、本実施形態にかかる電圧位相制限処理について説明する。ここで、図９は、上記処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ＭＧＥＣＵ３０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図９において、先の図６に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１０において肯定判断された場合、ステップＳ１８〜Ｓ２２を経由してステップＳ３６、Ｓ３８、Ｓ２４に進む。これらステップでは、ステップＳ１０において肯定判断された時におけるＦＢ電圧位相δｆｂを初期値δ１として、電流振幅Ｉｎが第２の所定値Ｉβまで低下したと判断されるまで、制御周期毎に、初期値δ１から所定量Δ（例えば２°）ずつ減算する。そして、制御周期毎に減算された値を制限電圧位相δｓとして出力する。この処理は、電圧位相漸減部３０ｗにおいて行われる。この処理によれば、ステップＳ２４において肯定判断されるまで、制限電圧位相δｓがその初期値δ１から漸減することとなる。

なお、ステップＳ１０において否定判断された場合や、ステップＳ３４の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によっても、上記第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・フィードバック制御系におけるローパスフィルタの設置位置としては、上記第１の実施形態に例示したものに限らない。例えば、図１０に示すように、第１のローパスフィルタ３０ｅ及び第２のローパスフィルタ３０ｆを除去し、トルク推定器３０ｇの出力側に、推定トルクから高周波成分を除去するローパスフィルタ３０ｘを設けてもよい。

・電流振幅Ｉｎの算出手法としては、上記各実施形態で示したものに限らない。例えば、ＦＦＴによってモータジェネレータ１０の相電流に含まれる１次成分の振幅を上記電流振幅Ｉｎとして算出してもよい。また、例えば、相電流の１周期のピーク値、又は相電流の実効値に基づき、上記電流振幅Ｉｎを算出してもよい。さらに、電圧位相を制限するために用いるパラメータとしては、電流振幅Ｉｎに限らず、上記ピーク値又は実効値であってもよい。

・本発明の適用対象としては、制御量（トルク又は２相回転座標系の電流）をその指令値にフィードバック制御する制御システムに限らず、制御量を指令値にフィードフォワード制御する制御システムであってもよい。

・「回転機」として、ＩＰＭＳＭに限らず、表面磁石同期機（ＳＰＭＳＭ）や巻線界磁型同期機であってもよい。ここで、例えば上記第１の実施形態においてＳＰＭＳＭを採用する場合、回転機のトルクがｑ軸電流によって定まることから、制御システムは、実質、電流フィードバック制御によって構成されることとなる。

また、「回転機」としては、同期機に限らず、例えば誘導機であってもよい。さらに、「回転機」としては、車載主機として用いられるものに限らず、電動パワーステアリング装置や空調用電動コンプレッサを構成する電動機等、車載補機として用いられるものであってもよい。加えて、「回転機」としては、車載式のものに限らない。

１０…モータジェネレータ、２０…インバータ、３０…ＭＧＥＣＵ。

Claims (4)

1. 電力変換器（２０）に電気的に接続された回転機（１０）に流れる電流に基づき、前記回転機の制御量として前記回転機のトルクを推定するトルク推定手段（３０ｇ）と、
   前記トルク推定手段において前記制御量としてのトルクの推定に用いられる前記電流から高周波成分を除去するフィルタ（３０ｅ，３０ｆ）と、
   推定された前記制御量をその指令値にフィードバック制御するための操作量として、前記電力変換器の出力電圧の位相であるＦＢ電圧位相を算出し、算出した前記ＦＢ電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する通常操作手段（３０ｃ，３０ｄ，３０ｈ，３０ｉ）と、
   前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が第１の閾値を超えた場合、前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで、前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流を低下させる前記出力電圧の位相である制限電圧位相を算出し、前記通常操作手段により算出された前記ＦＢ電圧位相に代えて、算出した前記制限電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する優先操作手段（３０ｊ，３０ｋ，３０ｍ，３０ｎ，３０ｐ；３０ｋ，３０ｍ，３０ｐ，３０ｗ）と、
   を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
2. 電力変換器（２０）に電気的に接続された回転機（１０）に流れる電流に基づき、前記回転機のトルクを推定するトルク推定手段（３０ｇ）と、
   前記トルク推定手段において推定されたトルクから高周波成分を除去するフィルタ（３０ｘ）と、
   前記フィルタによって高周波成分が除去されたトルクを前記回転機の制御量とし、前記制御量をその指令値にフィードバック制御するための操作量として、前記電力変換器の出力電圧の位相であるＦＢ電圧位相を算出し、算出した前記ＦＢ電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する通常操作手段（３０ｃ，３０ｄ，３０ｈ，３０ｉ）と、
   高周波成分を除去するフィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が第１の閾値を超えた場合、前記高周波成分が除去されていない前記電流が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで、前記高周波成分が除去されていない前記電流を低下させる前記出力電圧の位相である制限電圧位相を算出し、前記通常操作手段により算出された前記ＦＢ電圧位相に代えて、算出した前記制限電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する優先操作手段（３０ｊ，３０ｋ，３０ｍ，３０ｎ，３０ｐ；３０ｋ，３０ｍ，３０ｐ，３０ｗ）と、
   を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
3. 電力変換器（２０）に電気的に接続された回転機（１０）に流れる２相回転座標系の電流から高周波成分を除去するフィルタ（３０ｅ，３０ｆ）と、
   前記フィルタによって高周波成分が除去された前記電流を前記回転機の制御量とし、前記制御量をその指令値にフィードバック制御するための操作量として、前記電力変換器の出力電圧の位相であるＦＢ電圧位相を算出し、算出した前記ＦＢ電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する通常操作手段（３０ｑ〜３０ｖ）と、
   前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が第１の閾値を超えた場合、前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値になるまで、前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流を低下させる前記出力電圧の位相である制限電圧位相を算出し、前記通常操作手段により算出された前記ＦＢ電圧位相に代えて、算出した前記制限電圧位相に基づいて前記電力変換器を操作する優先操作手段（３０ｊ，３０ｋ，３０ｍ，３０ｎ，３０ｐ）と、
   を備えることを特徴とする回転機の制御装置。
4. 前記通常操作手段には、当該制御装置の外部に設けられ、前記指令値を設定する指令値設定手段によって設定された前記指令値が入力され、
   前記フィルタによって高周波成分が除去されていない前記電流が前記第１の閾値を超えた場合、前記指令値設定手段に対して前記指令値の低下指示を行う指示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。

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