特開 2023-170852 電力変換装置及び電力変換方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023170852

(43)【公開日】2023-12-01

(54)【発明の名称】電力変換装置及び電力変換方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/12 20160101AFI20231124BHJP

【ＦＩ】

H02P21/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022082919

(22)【出願日】2022-05-20

(71)【出願人】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100171099

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】濱辺 恭将

(72)【発明者】

【氏名】高瀬 善康

(72)【発明者】

【氏名】ゼイ 恒彬

(72)【発明者】

【氏名】森本 進也

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 明

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505BB02

5H505CC05

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE30

5H505EE41

5H505EE49

5H505GG02

5H505GG04

5H505HA09

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ17

5H505JJ26

5H505JJ28

5H505LL01

5H505LL22

5H505LL41

(57)【要約】

【課題】出力電圧の飽和の迅速な抑制と、電動機への出力電流の安定性との両立に有効な電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置２は、電力変換回路１０と、電動機３の磁極方向に垂直な方向に対応する第１電流指令を算出する第１電流演算部１２１と、電動機３の特性パラメータと、第１電流指令とに基づいて、電動機３の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出するフィードフォワード演算部１２２と、第１電流指令の変化に応じたフィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタ１３０と、フィルタ１３０を経たフィードフォワード電流指令に基づいて、電動機３の磁極方向に対応する第２電流指令を算出する第２電流演算部１２３と、第１電流指令と第２電流指令とに基づく電流を電動機３に供給するように電力変換回路１０を制御する制御部１１５と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源と、電動機との間で電力変換を行う電力変換回路と、
駆動力指令に対応する駆動力を前記電動機に発生させるように、前記電動機の磁極方向に垂直な方向に対応する第１電流指令を算出する第１電流演算部と、
前記電動機の特性パラメータと、前記第１電流指令とに基づいて、前記電動機の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出するフィードフォワード演算部と、
前記第１電流指令の変化に応じた前記フィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタと、
前記フィルタを経た前記フィードフォワード電流指令に基づいて、前記電動機の前記磁極方向に対応する第２電流指令を算出する第２電流演算部と、
前記第１電流指令と前記第２電流指令とに基づく電流を前記電動機に供給するように前記電力変換回路を制御する制御部と、
を備える電力変換装置。

【請求項2】

前記第１電流演算部は、前記駆動力指令と、前記第２電流指令とに基づいて前記第１電流指令を算出する、
請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記フィルタは、前記第１電流指令のうち所定の周波数帯域の成分を抽出する抽出フィルタを含み、前記抽出フィルタにより抽出された成分に基づいて前記フィードフォワード電流指令を補正する、
請求項１記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記フィルタは、前記フィードフォワード電流指令のうち所定の周波数帯域の成分を抽出する第２抽出フィルタを更に含み、前記第２抽出フィルタを経た前記フィードフォワード電流指令を、前記抽出フィルタを経た前記第１電流指令に基づいて補正する、
請求項３記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記抽出フィルタは、前記第１電流指令に対するハイパスフィルタであり、
前記第２抽出フィルタは、前記フィードフォワード電流指令に対するローパスフィルタであり、
前記第２抽出フィルタのカットオフ周波数は前記抽出フィルタのカットオフ周波数よりも高い、
請求項４記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記駆動力指令に基づいて力依存電流指令を算出する力依存演算部と、
前記力依存電流指令に基づき前記第２電流指令を算出する第１モードと、前記フィードフォワード電流指令に基づき前記第２電流指令を算出する第２モードと、のいずれかを前記力依存電流指令と前記フィードフォワード電流指令との比較に基づいて選択するモード選択部と、
を更に備え、
前記第２電流演算部は、前記モード選択部により選択されたモードで前記第２電流指令を算出する、
請求項１～５のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記力依存演算部は、前記力依存電流指令の変化と前記駆動力指令の変化との関係を表すように予め定められた電流プロファイルと、前記駆動力指令とに基づいて力依存電流指令を算出する、
請求項６記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記モード選択部は、前記力依存電流指令の絶対値が前記フィードフォワード電流指令の絶対値よりも大きい場合に前記第１モードを選択し、前記力依存電流指令の絶対値が前記フィードフォワード電流指令の絶対値よりも大きい場合に前記第２モードを選択する、
請求項６記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記第１電流指令と、前記第２電流指令とに基づいて電圧指令を算出する電圧演算部を更に備え、
前記制御部は、前記電圧指令に基づく電圧を前記電動機に印加するように前記電力変換回路を制御する、
請求項１～５のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記電圧指令と、前記電圧指令に基づいて前記電力変換回路が前記電動機に印加する電圧との偏差を縮小させるようにフィードバック電流指令を算出するフィードバック演算部を更に備え、
前記第２電流演算部は、前記フィードフォワード電流指令と、前記フィードバック電流指令とに基づいて前記第２電流指令を算出する、
請求項９記載の電力変換装置。

【請求項11】

前記フィードバック演算部は、前記偏差として、前記電力変換回路が前記電動機に印加し得る最大電圧と、前記電圧指令との偏差を算出し、
前記電力変換装置は、
前記フィードフォワード電流指令と、前記フィードバック電流指令とに基づく弱め界磁電流指令をゼロ以下に制限するリミッタを更に備え、
前記第２電流演算部は、前記リミッタを経た前記弱め界磁電流指令に基づいて前記第２電流指令を算出する、
請求項１０記載の電力変換装置。

【請求項12】

前記駆動力指令に基づいて力依存電流指令を算出する力依存演算部と、
前記力依存電流指令の絶対値が前記フィードフォワード電流指令の絶対値よりも小さい場合に前記力依存電流指令をゼロにする第１スイッチと、
前記力依存電流指令の絶対値が前記フィードフォワード電流指令の絶対値よりも大きい場合に前記フィードフォワード電流指令をゼロにする第２スイッチと、
を更に備え、
前記第２電流演算部は、前記フィードフォワード電流指令と、前記フィードバック電流指令とに基づく弱め界磁電流指令と、前記力依存電流指令とに基づいて前記第２電流指令を算出する、
請求項１０記載の電力変換装置。

【請求項13】

駆動力指令に対応する駆動力を電動機に発生させるように、前記電動機の磁極方向に垂直な方向に対応する第１電流指令を算出することと、
前記電動機の特性パラメータと、前記第１電流指令とに基づいて、前記電動機の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出することと、
前記第１電流指令の変化に応じた前記フィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタリングを前記フィードフォワード電流指令に施すことと、
前記フィルタリングが施された前記フィードフォワード電流指令に基づいて、前記電動機の前記磁極方向に対応する第２電流指令を算出することと、
前記第１電流指令と前記第２電流指令とに基づく電流を前記電動機に供給するように電力変換回路を制御することと、
を含む電力変換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置及び電力変換方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、トルク／電流を最大とするように直軸電流指令値を算出し、電動機の速度が大きい場合には、電動機の端子電圧が電力変換器の最大出力電圧に等しくなるように直軸電流指令値を算出する電力変換方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２４３７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、出力電圧の飽和の迅速な抑制と、電動機への出力電流の安定性との両立に有効な電力変換装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係る電力変換装置は、電源と、電動機との間で電力変換を行う電力変換回路と、駆動力指令に対応する駆動力を電動機に発生させるように、電動機の磁極方向に垂直な方向に対応する第１電流指令を算出する第１電流演算部と、電動機の特性パラメータと、第１電流指令とに基づいて、電動機の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出するフィードフォワード演算部と、第１電流指令の変化に応じたフィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタと、フィルタを経たフィードフォワード電流指令に基づいて、電動機の磁極方向に対応する第２電流指令を算出する第２電流演算部と、第１電流指令と第２電流指令とに基づく電流を電動機に供給するように電力変換回路を制御する制御部と、を備える。

【0006】

本開示の他の側面に係る電力変換方法は、駆動力指令に対応する駆動力を電動機に発生させるように、電動機の磁極方向に垂直な方向に対応する第１電流指令を算出することと、電動機の特性パラメータと、第１電流指令とに基づいて、電動機の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出することと、第１電流指令の変化に応じたフィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタリングをフィードフォワード電流指令に施すことと、フィルタリングが施されたフィードフォワード電流指令に基づいて、電動機の磁極方向に対応する第２電流指令を算出することと、第１電流指令と第２電流指令とに基づく電流を電動機に供給するように電力変換回路を制御することと、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、出力電圧の飽和の迅速な抑制と、電動機への出力電流の安定性との両立に有効な電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】駆動システムの構成を例示する模式図である。

【図2】固定座標系及び回転座標系を例示する図である。

【図3】電流指令生成部の構成を例示するブロック図である。

【図4】力依存電流指令と、フィードフォワード電流指令との関係を例示するグラフである。

【図5】制御回路のハードウェア構成を例示するブロック図である。

【図6】電力変換手順を例示するフローチャートである。

【図7】電流指令生成手順を例示するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0010】

〔駆動システム〕
図１に示す駆動システム１は、電動機３の動力によって駆動対象物を駆動するシステムである。駆動システム１は、電動機３と、磁極位置センサ４と、電力変換装置２とを備える。電動機３は、例えば同期電動機である。同期電動機の具体例としては、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）電動機が挙げられる。電動機３は、突極性を有する同期電動機であってもよい。突極性を有するとは、回転座標系の座標軸間でインダクタンスが異なることを意味する。回転座標系は、電動機３の磁極位置に同期して回転する座標系である。突極性を有する同期電動機の具体例としては、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）電動機等が挙げられる。ＩＰＭ電動機の磁極位置は、例えば、鉄心に埋め込まれた永久磁石が形成する界磁の磁極の位置である。

【0011】

磁極位置センサ４は、電動機３の磁極位置を検出するセンサである。磁極位置は、例えば電気角で表される。磁極位置センサ４の例としては、ホールセンサ等が挙げられる。

【0012】

電力変換装置２は、駆動力を発生させるための電力を電動機３に供給する。例えば電力変換装置２は、電力変換回路１０と、制御回路１００とを有する。

【0013】

電力変換回路１０は、電源９（例えば電力系統）と、電動機３との間で電力変換を行う。例えば電力変換回路１０は、電源９から供給される一次側電力を二次側電力に変換して電動機３に供給する。一次側電力は直流電力であってもよく、交流電力であってもよい。二次側電力は交流電力である。以下、一次側電力及び二次側電力が三相交流電力である場合の電力変換回路１０の構成を例示する。

【0014】

電力変換回路１０は、整流回路１１と、平滑コンデンサ１４と、インバータ回路１５と、電流センサ１６とを有する。整流回路１１は、例えば複数のダイオード１２を含むダイオードブリッジ回路であり、一次側電力を直流電力に変換して直流母線１３Ｐ，１３Ｎに出力する。平滑コンデンサ１４は、直流母線１３Ｐ，１３Ｎにおける直流電圧を平滑化する。

【0015】

インバータ回路１５は、上記直流電力と二次側電力との間の電力変換を行う。例えばインバータ回路１５は、力行状態において、直流電力を二次側電力に変換して電動機３に供給し、回生状態において、電動機３が発電する二次側電力を直流電力に変換する。例えばインバータ回路１５は、複数のスイッチング素子１７を有し、複数のスイッチング素子１７のオン・オフを切り替えることによって上記電力変換を行う。

【0016】

スイッチング素子１７は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であり、ゲート駆動信号に応じてオン・オフを切り替える。

【0017】

電流センサ１６は、インバータ回路１５と電動機３との間に流れる電流（以下、「二次側電流」という。）を検出する。例えば電流センサ１６は、二次側電力の全相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の電流を検出するように構成されていてもよいし、二次側電力のいずれか二相の電流を検出するように構成されていてもよい。零相電流が生じない限り、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の電流の合計はゼロなので、二相の電流を検出する場合にも全相の電流の情報が得られる。

【0018】

以上に示した電力変換回路１０の構成はあくまで一例である。電力変換回路１０の構成は、一次側電力を二次側電力に変換して電動機３に供給し得る限りにおいていかようにも変更可能である。例えば、整流回路１１は交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータ回路であってもよい。電力変換回路１０は、直流化を経ることなく一次側電力と二次側電力との双方向の電力変換を行うマトリクスコンバータ回路であってもよい。電源電力が直流電力である場合に、電力変換回路１０は整流回路１１を有していなくてもよい。

【0019】

制御回路１００は、駆動力指令（例えばトルク指令）に対応する駆動力（例えばトルク）を電動機３に発生させるための制御指令を生成し、制御指令に追従する二次側電力を生成するように電力変換回路１０を制御する。制御指令は、少なくとも電圧指令を含む。制御回路１００は、電圧指令に対応する二次側電圧を電動機３に印加するように電力変換回路１０を制御する。

【0020】

電力変換回路１０が電動機３に発生させ得る駆動力には、出力電圧の飽和に起因する限界がある。以下、電力変換回路１０が電動機３に発生させ得る最大の駆動力を「最大駆動力」という。出力電圧の飽和は、電動機３における誘起電圧の上昇によって生じる。誘起電圧は、電動機３の動作速度（例えばロータの回転速度）が高くなるにつれて大きくなるので、電動機３の動作速度が高くなるほど最大駆動力は小さくなる。出力電圧の飽和は、誘起電圧を打ち消すための弱め界磁電流を電動機３に出力することで抑制し得る。このため、弱め界磁電流の供給によって、駆動力のレンジ（最大駆動力の大きさ）を拡大することができる。また、電動機３が追従可能な動作速度のレンジを拡大することもできる。

【0021】

弱め界磁電流の供給のために、制御回路１００は、駆動力指令に対応する駆動力を電動機３に発生させるように、電動機３の磁極方向に垂直な方向に対応する第１電流指令を算出することと、電動機３の特性パラメータと、第１電流指令とに基づいて、電動機３の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出することと、第１電流指令の変化に応じたフィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタリングをフィードフォワード電流指令に施すことと、フィルタリングが施されたフィードフォワード電流指令に基づいて、電動機３の磁極方向に対応する第２電流指令を算出することと、第１電流指令と第２電流指令とに基づく電流を電動機３に供給するように電力変換回路１０を制御することと、を実行するように構成されている。

【0022】

フィードフォワード電流指令に基づいて第２電流指令を算出する構成によれば、駆動力のレンジを拡大し、動作速度のレンジを拡大するための第２電流指令を迅速に算出することができる。しかしながら、第１電流指令と第２電流指令との間に相互影響のループが形成されるので、二次側電流の安定性が低下し得る。これに対し、制御回路１００は、第１電流指令の変化に応じたフィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタリングを行う。これにより、第１電流指令が第２電流指令に及ぼす影響を抑制し、出力電流の安定性の低下を抑制することができる。従って、出力電圧の飽和の迅速な抑制と、電動機３への出力電流の安定性との両立に有効である。

【0023】

図１に示すように、制御回路１００は、機能上の構成（以下、「機能ブロック」という。）として、電流指令生成部１２０と、座標変換部１１１と、角速度演算部１１２と、電圧演算部１１３と、座標変換部１１４と、制御部１１５とを有し、これらの機能ブロックによる処理を所定の制御周期で繰り返す。電流指令生成部１２０は、各制御周期において、上述した第１電流指令及び第２電流指令を算出する。例えば電流指令生成部１２０は、回転座標系において第１電流指令及び第２電流指令を算出する。

【0024】

電動機３の磁極位置は、電動機３のステータを基準とした電気角で表される。例えば図２に示す固定座標系ＦＣは、電動機３のステータに固定された座標系であり、直交する二つの座標軸として、α軸とβ軸とを有する。電動機３が回転型である場合、固定座標系ＦＣの原点（α軸とβ軸との交点）は、電動機３のロータの回転中心に一致する。α軸は、電動機３のいずれか一相（例えばＵ相）のコイルへ向かう。例えば磁極位置ＰＰは、α軸に対する電気角で表される。以下、磁極位置ＰＰを表す電気角を、磁極方向θという。

【0025】

図２に示す回転座標系ＲＣは、磁極位置の回転に同期して回転する座標系であり、直交する二つの座標軸として、ｄ軸とｑ軸とを有する。回転座標系ＲＣの原点（ｄ軸とｑ軸との交点）は、固定座標系ＦＣの原点に一致する。ｄ軸は、磁極位置ＰＰへ向かう。

【0026】

電流指令生成部１２０は、第１電流指令として、ｑ軸方向の電流指令であるｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出し、第２電流指令として、ｄ軸方向の電流指令であるｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。ｑ軸方向の電流は、ｑ軸方向の磁束を発生させる電流であり、ｄ軸方向の電流は、ｄ軸方向の磁束を発生させる電流である。電流指令生成部１２０の構成については後述する。以下、ｄ軸方向の電流を「ｄ軸電流」といい、ｑ軸方向の電流を「ｑ軸電流」という。

【0027】

図１に戻り、座標変換部１１１は、各制御周期において、電流センサ１６により検出されたＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗに座標変換を行って、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出する。例えば座標変換部１１１は、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗに３相／２相変換を行ってα軸電流Ｉα及びβ軸電流Ｉβを算出し、α軸電流Ｉα及びβ軸電流Ｉβに磁極方向θによる座標変換を行ってｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出する。

【0028】

角速度演算部１１２は、各制御周期において、磁極位置ＰＰの角周波数ω（固定座標系ＦＣに対する回転座標系ＲＣの角周波数ω）を算出する。例えば角速度演算部１１２は、磁極位置センサ４が検出する磁極方向θに基づいて角周波数ωを算出する。例えば角速度演算部１１２は、磁極位置センサ４により検出された磁極方向θと、一つ前の制御周期で磁極位置センサ４により検出された磁極方向θとの差を制御周期で除算して角周波数ωを算出する。

【0029】

電圧演算部１１３は、各制御周期において、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づいて電圧指令を算出する。例えば電圧演算部１１３は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差を縮小するための指令値に対し、ｑ軸電流Ｉｑと、角周波数ωとに基づく非干渉化を行ってｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を算出する。また、電圧演算部１１３は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの偏差を縮小するための指令値に対し、ｄ軸電流Ｉｄと、磁石磁束Φｍと、角周波数ωとに基づく非干渉化を行ってｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出する。一例として、電圧演算部１１３は、次式に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を算出する。
Ｖｄ＊＝Ｋｄ（Ｉｄ＊－Ｉｄ）－ω・Ｌｑ・Ｉｑ＊ ・・・（１）
Ｖｑ＊＝Ｋｑ（Ｉｑ＊－Ｉｑ）＋ω・Ｌｄ・Ｉｄ＊＋ω・Φｍ ・・・（２）
Ｋｄ：ｄ軸電流ゲイン
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
Ｋｑ：ｑ軸電流ゲイン
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Φｍ：磁石磁束

【0030】

なお、式（１）においては、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差を縮小するために比例演算を行う例を示しているが、電圧演算部１１３は、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｄ軸電流Ｉｄとの偏差を縮小するために比例・積分演算を行ってもよく、比例・積分・微分演算を行ってもよい。同様に、式（２）においては、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの偏差を縮小するために比例演算を行う例を示しているが、電圧演算部１１３は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とｑ軸電流Ｉｑとの偏差を縮小するために比例・積分演算を行ってもよく、比例・積分・微分演算を行ってもよい。ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊は、変調率（直流母線１３Ｐ，１３Ｎ間の電圧の大きさに対する比率）であってもよい。

【0031】

座標変換部１１４は、各制御周期において、電圧演算部１１３により検出されたｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に座標変換を行って、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令Ｖｗ＊を算出する。例えば座標変換部１１４は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に磁極方向θによる座標変換を行ってＶα＊及びＶβ＊を算出し、Ｖα＊及びＶβ＊に２相／３相変換を行ってＵ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令Ｖｗ＊を算出する。

【0032】

制御部１１５は、各制御周期において、第１電流指令と第２電流指令とに基づく電流を電動機３に供給するように電力変換回路１０を制御する。例えば制御部１１５は、電圧演算部１１３が算出した電圧指令に基づく電圧を電動機３に印加するように電力変換回路１０を制御する。例えば制御部１１５は、電動機３のＵ相、Ｖ相、及びＷ相に、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令Ｖｗ＊に対応する電圧をそれぞれ印加するように、複数のスイッチング素子１７のオン・オフを切り替える。

【0033】

図３は、電流指令生成部１２０の構成を例示するブロック図である。電流指令生成部１２０は、機能ブロックとして、フィードフォワード演算部１２２と、フィルタ１３０と、第２電流演算部１２３と、第１電流演算部１２１とを有する。フィードフォワード演算部１２２は、電動機３の特性パラメータと、第１電流指令とに基づいて、電動機３の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出する。

【0034】

電動機３の特性パラメータの例としては、電機子抵抗Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ、及びｑ軸インダクタンスＬｑ等が挙げられる。例えばフィードフォワード演算部１２２は、次式によりフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆを算出する。
Ｉｄｆｆ＝［－Φｍ＋｛（Ｖｌｉｍ／ω）^２－（Ｌｑ・Ｉｑ＊）^２｝^１／２］／Ｌｄ ・・・（３）
Ｖｌｉｍ：電圧上限値

【0035】

なお、電圧上限値は、電力変換回路１０が電動機３に印加し得る電圧の大きさの上限値であり、直流母線１３Ｐ，１３Ｎ間の電圧の大きさに応じて定まる。フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの生成時点において、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊の算出は完了していないので、フィードフォワード演算部１２２は、一つ前の制御周期で算出されたｑ軸電流指令Ｉｑ＊をフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの算出に用いる。

【0036】

フィルタ１３０は、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊の変化に応じたフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの変化を抑制するフィルタ処理をフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆに対して行う。例えばフィルタ１３０は、第１電流指令のうち所定の周波数帯域の成分を抽出する抽出フィルタ１３１を含んでもよく、抽出フィルタ１３１により抽出された成分に基づいてフィードフォワード電流指令を補正してもよい。抽出フィルタ１３１の例としては、ハイパスフィルタ、又はバンドパスフィルタ等が挙げられる。

【0037】

第１電流指令と第２電流指令との間のループに乗り易い成分をフィードフォワード電流指令から選択的に除去することで、出力電圧の飽和抑制の迅速性がフィルタ１３０により低下することを抑制することができる。

【0038】

フィルタ１３０は、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆのうち所定の周波数帯域の成分を抽出する第２抽出フィルタ１３２を更に含み、第２抽出フィルタ１３２を経たフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆを、抽出フィルタ１３１により抽出された成分に基づいて補正してもよい。第２抽出フィルタ１３２の例としては，ローパスフィルタ，ノッチフィルタ等が挙げられる。第２抽出フィルタ１３２と抽出フィルタ１３１との併用により、出力電圧の飽和抑制の迅速性と、出力電流の安定性とのバランスをより適切に調節することができる。

【0039】

例えばフィルタ１３０は、補正部１３３を更に含む。抽出フィルタ１３１がハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタである場合、補正部１３３は、抽出フィルタ１３１により抽出された成分の少なくとも一部をフィードフォワード電流指令から除去する。

【0040】

一例として、抽出フィルタ１３１はハイパスフィルタであり、補正部１３３は、抽出フィルタ１３１により抽出された成分に所定の補正ゲインＫを乗算した値を、第２抽出フィルタ１３２を経たフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆから減算する。抽出フィルタ１３１がハイパスフィルタである場合に、第２抽出フィルタ１３２のカットオフ周波数は抽出フィルタ１３１のカットオフ周波数よりも高くてもよい。出力電圧の飽和抑制の迅速性と、出力電流の安定性とのバランスをより適切に調節することができる。

【0041】

第２電流演算部１２３は、フィルタ１３０を経たフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆに基づいて、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。第１電流演算部１２１は、駆動力指令（例えばトルク指令Ｔ＊）に対応する駆動力を電動機３に発生させるように、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出する。

【0042】

第１電流演算部１２１は、トルク指令Ｔ＊と、第２電流演算部１２３が算出したｄ軸電流指令Ｉｄ＊とに基づいてｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出してもよい。例えば第１電流演算部１２１は、次式によりｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出する。
Ｉｑ＊＝Ｔ＊／［Ｐｎ｛Φｍ＋（Ｌｄ－Ｌｑ）Ｉｄ＊｝］ ・・・（４）
Ｐｎ：電動機３の極対数

【0043】

ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に基づくことで、より適切なｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出することができる。ｄ軸電流指令Ｉｄ＊は、フィルタ１３０を経たフィードフォワード電流に基づいているので、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊に基づくことによるｑ軸電流指令Ｉｑ＊の不安定化は抑制される。

【0044】

制御回路１００は、力依存演算部１４０と、モード選択部１５０とを更に有してもよい。力依存演算部１４０は、駆動力指令（例えばトルク指令Ｔ＊）に基づいて力依存電流指令Ｉｄｔを算出する。例えば力依存演算部１４０は、トルク指令Ｔ＊に基づいて、ＭＴＰＡ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｔｏｒｑｕｅ Ｐｅｒ Ａｍｐｅｒｅ）制御を行うように力依存電流指令Ｉｄｔを算出する。ＭＴＰＡ制御とは、電動機３に通流する電流に対する駆動力の比率を最大にする制御である。

【0045】

力依存演算部１４０は、力依存電流指令Ｉｄｔの変化とトルク指令Ｔ＊の変化との関係を表すように予め定められた電流プロファイル１４１と、トルク指令Ｔ＊とに基づいて力依存電流指令Ｉｄｔを算出してもよい。力依存電流指令Ｉｄｔを容易に算出することができる。力依存演算部１４０が、上記ＭＴＰＡ制御を行うように力依存電流指令Ｉｄｔを算出する場合、電流プロファイル１４１は、ＭＴＰＡ制御における力依存電流指令Ｉｄｔの変化と駆動力指令の変化との関係を表すように予め定められる。電流プロファイル１４１は、実機試験又はシミュレーション等により予め生成可能である。電流プロファイル１４１は、近似関数として保持されていてもよく、離散的なテーブルとして保持されていてもよい。

【0046】

力依存演算部１４０は、ＭＴＰＡとは異なる制御を行うように力依存電流指令Ｉｄｔを算出してもよい。例えば力依存演算部１４０は、消費電力に対する駆動力の比率を最大にする効率最大化制御を行うように力依存電流指令Ｉｄｔを算出してもよい。力依存演算部１４０は、二次側電力の力率を最大にする力率最大化制御を行うように力依存電流指令Ｉｄｔを算出してもよい。いずれの制御においても、電流プロファイル１４１は、実機試験又はシミュレーション等により予め生成可能である。

【0047】

モード選択部１５０は、力依存電流指令Ｉｄｔに基づきｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する第１モードと、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆに基づきｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する第２モードと、のいずれかを力依存電流指令Ｉｄｔとフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆとの比較に基づいて選択する。モード選択部１５０が、第１モードと第２モードとのいずれかを選択する場合、第２電流演算部１２３は、モード選択部１５０により選択されたモードでｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。第１モードと第２モードとの適切な切り替えによって、第２電流指令による出力電圧の飽和抑制と、駆動力指令に対する出力電流の適正化との両立を図ることができる。

【0048】

モード選択部１５０は、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値よりも大きい場合に第１モードを選択し、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値よりも大きい場合に第２モードを選択してもよい。第１モードと第２モードとを、容易且つ適切に切り替えることができる。

【0049】

モード選択部１５０は、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値とフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値との差に基づいて、第１モードと第２モードとを切り替えてもよい。例えばモード選択部１５０は、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値とフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値との差が第１閾値を超えるのに応じて第２モードを第１モードに切り替え、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値とフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値との差が第２閾値を下回るのに応じて第１モードを第２モードに切り替えてもよい。第１閾値と第２閾値とは同じ値（例えばゼロ）であってもよく、互いに異なる値であってもよい。例えば第１閾値は第２閾値より大きくてもよい。第１閾値が正の値であり、第２閾値が負の値であってもよい。

【0050】

図４は、力依存電流指令と、フィードフォワード電流指令との関係を例示するグラフであり、横軸はｄ軸電流指令Ｉｄ＊を表し、縦軸はｑ軸電流指令Ｉｑ＊を表している。定トルク曲線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４のそれぞれは、一定の駆動力指令に対応するｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊との関係を表す。定トルク曲線Ｌ１１は駆動力指令が第１の値である場合を表す。定トルク曲線Ｌ１２は駆動力指令が第１の値よりも大きい第２の値である場合を表す。定トルク曲線Ｌ１３は駆動力指令が第２の値よりも大きい第３の値である場合を表す。定トルク曲線Ｌ１４は駆動力指令が第３の値よりも大きい第４の値である場合を表す。

【0051】

ＭＴＰＡ曲線Ｌ２１は、ＭＴＰＡ制御におけるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとの関係を表す。力依存演算部１４０が、ＭＴＰＡ制御を行うように力依存電流指令Ｉｄｔを算出する場合、力依存電流指令Ｉｄｔは、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流ＩｑがＭＴＰＡ曲線Ｌ２１上に位置するように算出される。例えば、駆動力指令が第１の値である場合、定トルク曲線Ｌ１１とＭＴＰＡ曲線Ｌ２１との交点ＪＰ１１におけるｄ軸電流Ｉｄが力依存電流指令Ｉｄｔとして算出される。駆動力指令が第２の値である場合、定トルク曲線Ｌ１２とＭＴＰＡ曲線Ｌ２１との交点ＪＰ１２におけるｄ軸電流Ｉｄが力依存電流指令Ｉｄｔとして算出される。駆動力指令が第３の値である場合、定トルク曲線Ｌ１３とＭＴＰＡ曲線Ｌ２１との交点ＪＰ１３におけるｄ軸電流Ｉｄが力依存電流指令Ｉｄｔとして算出される。駆動力指令が第４の値である場合、定トルク曲線Ｌ１４とＭＴＰＡ曲線Ｌ２１との交点ＪＰ１４におけるｄ軸電流Ｉｄが力依存電流指令Ｉｄｔとして算出される。

【0052】

電圧制限楕円Ｌ３１は、出力電圧と電圧上限値が等しい状態におけるｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとの関係を表す。フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆは、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが電圧制限楕円Ｌ３１上に位置するように算出される。例えば、駆動力指令が第１の値である場合、定トルク曲線Ｌ１１と電圧制限楕円Ｌ３１との交点ＪＰ２１におけるｄ軸電流Ｉｄがフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆとして算出される。駆動力指令が第２の値である場合、定トルク曲線Ｌ１２と電圧制限楕円Ｌ３１との交点ＪＰ２２におけるｄ軸電流Ｉｄがフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆとして算出される。駆動力指令が第３の値である場合、定トルク曲線Ｌ１３と電圧制限楕円Ｌ３１との交点ＪＰ２３におけるｄ軸電流Ｉｄがフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆとして算出される。駆動力指令が第４の値である場合、定トルク曲線Ｌ１４と電圧制限楕円Ｌ３１との交点ＪＰ２４におけるｄ軸電流Ｉｄがフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆとして算出される。

【0053】

電圧制限楕円Ｌ３１よりも内側においては、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値よりも大きい。例えば交点ＪＰ１１におけるｄ軸電流Ｉｄの絶対値は、交点ＪＰ２１におけるｄ軸電流Ｉｄの絶対値よりも大きく、交点ＪＰ１２におけるｄ軸電流Ｉｄの絶対値は、交点ＪＰ２２におけるｄ軸電流Ｉｄの絶対値よりも大きい。このような場合、モード選択部１５０は第１モードを選択し、第２電流演算部１２３は力依存電流指令Ｉｄｔに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。

【0054】

電圧制限楕円Ｌ３１よりも外側においては、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値よりも小さい。例えば交点ＪＰ１４におけるｄ軸電流Ｉｄの絶対値は、交点ＪＰ２４におけるｄ軸電流Ｉｄの絶対値よりも大きい。このような場合、モード選択部１５０は第２モードを選択し、第２電流演算部１２３はフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。

【0055】

図３に戻り、制御回路１００は、フィードバック演算部１２４を更に有してもよい。フィードバック演算部１２４は、電圧指令と、電圧指令に基づいて電力変換回路１０が電動機３に印加する電圧との偏差（以下、「電圧偏差」という。）を縮小させるようにフィードバック電流指令Ｉｄｆｂを算出する。制御回路１００がフィードバック演算部１２４を有する場合、第２電流演算部１２３は、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆと、フィードバック電流指令Ｉｄｆｂとに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出してもよい。フィードバックとフィードフォワードとの組合せによって、出力電圧の飽和を迅速かつ適切に抑制することができる。

【0056】

上述のように、モード選択部１５０が、第１モードと第２モードとのいずれかを選択する場合、第２電流演算部１２３は、上記第２モードにおいて、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆとフィードバック電流指令Ｉｄｆｂとに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出してもよい。

【0057】

例えば制御回路１００は、弱め界磁演算部１２７を更に有する。弱め界磁演算部１２７は、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆと、フィードバック電流指令Ｉｄｆｂとに基づいて弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗを算出する。一例として、弱め界磁演算部１２７は、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆからフィードバック電流指令Ｉｄｆｂを合算して弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗを算出する。第２電流演算部１２３は、弱め界磁演算部１２７が算出した弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。

【0058】

「電圧指令に基づいて電力変換回路１０が電動機３に印加する電圧」は、電圧センサ等によって実際に検出される電圧であってもよく、複数のスイッチング素子１７のオン期間から逆算される電圧であってもよい。フィードバック演算部１２４は、電圧偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を行ってフィードバック電流指令Ｉｄｆｂを算出する。

【0059】

フィードバック演算部１２４は、電圧偏差として、電力変換回路１０が電動機３に印加し得る最大電圧（上記電圧上限値Ｖｌｉｍ）と、電圧指令Ｖ＊との偏差を算出し、算出した偏差に比例演算、比例・積分演算、又は比例・積分・微分演算等を行ってフィードバック電流指令Ｉｄｆｂを算出してもよい。

【0060】

電圧指令Ｖ＊を実質的に超える電圧を電力変換回路１０が出力することはないので、上記電圧偏差が正の値となることはないが、電圧指令Ｖ＊と電圧上限値Ｖｌｉｍとの偏差は正の値となり得る。これに対応し、制御回路１００は、リミッタ１２５を更に有してもよい。リミッタ１２５は、弱め界磁演算部１２７が算出した弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗをゼロ以下に制限する。例えばリミッタ１２５は、弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗが正の値である場合に、弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗをゼロに変更する。弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗがゼロ以下である場合、リミッタ１２５は弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗの値を変更しない。第２電流演算部１２３は、リミッタ１２５を経た弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。

【0061】

フィードバック電流指令Ｉｄｆｂの合算により算出される弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗをゼロ以下に制限することによって、正のフィードバック電流指令Ｉｄｆｂによって弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗが正の値となることが防止される。フィードバック電流指令Ｉｄｆｂではなく、弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗにリミッタ１２５がかけられるので、弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗの算出時に、特性パラメータの誤差等によるフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの誤差を、フィードバック電流指令Ｉｄｆｂの減算によって正方向にも補正することが可能となる。

【0062】

例えば、電圧指令Ｖ＊が電圧上限値Ｖｌｉｍよりも小さく、出力電圧の飽和が生じていないにもかかわらず、負の方向に過大なフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆが算出されて第２モードが選択される場合に、正のフィードバック電流指令Ｉｄｆｂの合算によって、弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗが負の方向に過大となることを抑制することができる。従って、出力電圧の飽和をより適切に抑制することができる。

【0063】

制御回路１００は、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆをゼロ以下に制限するフィードフォワードリミッタ１２６を更に有してもよい。例えばフィードフォワードリミッタ１２６は、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆが正の値である場合に、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆをゼロに変更する。フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆがゼロ以下である場合、フィードフォワードリミッタ１２６はフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの値を変更しない。モード選択部１５０は、フィードフォワードリミッタ１２６を経たフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆと、フィードバック電流指令Ｉｄｆｂとに基づいて、第１モードと第２モードとを切り替えてもよい。弱め界磁演算部１２７は、フィードフォワードリミッタ１２６を経たフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆと、フィードバック電流指令Ｉｄｆｂとに基づいて弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗを算出してもよい。フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆから、明らかな誤差成分を除去することで、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆとフィードバック電流指令Ｉｄｆｂとの相補作用をより有効に活用することができる。

【0064】

モード選択部１５０は、第１スイッチ１５１と、第２スイッチ１５２とを有してもよい。第１スイッチ１５１は、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値よりも小さい場合に力依存電流指令Ｉｄｔをゼロにする。例えば第１スイッチ１５１は、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値とフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値との差に基づいて、力依存電流指令Ｉｄｔによる値を力依存演算部１４０による演算結果とする第１状態と、力依存電流指令Ｉｄｔをゼロにする第２状態とを切り替える。例えば第１スイッチ１５１は、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値とフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値との差が上記第１閾値を超えるのに応じて第２状態を第１状態に切り替え、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値とフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値との差が上記第２閾値を下回るのに応じて第１状態を第２状態に切り替える。

【0065】

第２スイッチ１５２は、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値よりも大きい場合にフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆをゼロにする。例えば第２スイッチ１５２は、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値とフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値との差に基づいて、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆによる値をゼロとする第１状態と、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆをフィードフォワード演算部１２２による演算結果とする第２状態とを切り替える。例えば第１スイッチ１５１は、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値とフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値との差が上記第１閾値を超えるのに応じて第２状態を第１状態に切り替え、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値とフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値との差が上記第２閾値を下回るのに応じて第１状態を第２状態に切り替える。

【0066】

弱め界磁演算部１２７は、第２スイッチ１５２を経たフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆと、フィードバック電流指令Ｉｄｆｂとに基づいて弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗを算出し、第２電流演算部１２３は、弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗと、第１スイッチ１５１を経た力依存電流指令Ｉｄｔとを合算してｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２によれば、上記第１モードと、上記第２モードとを容易且つ適切に切り替えることができる。第１スイッチ１５１及び第２スイッチ１５２は、ソフトウェアスイッチであってもよい。

【0067】

以上においては、電動機３に磁極位置センサ４が設けられている場合を例示したが、電動機３に磁極位置センサ４が設けられていなくてもよい。この場合、制御回路１００は、センサレスにて磁極方向θを推定し、磁極方向θの推定結果に基づいて上述した処理を行うように構成されていてもよい。

【0068】

図５は、制御回路１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図５に示すように、例えば制御回路１００は、一以上のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、入出力ポート１９４と、スイッチング制御回路１９５とを有する。

【0069】

ストレージ１９３は、フラッシュメモリ又はハードディスク等の不揮発性の記憶媒体を含む。ストレージ１９３は、駆動力指令に対応する駆動力を電動機３に発生させるように、電動機３の磁極方向に垂直な方向に対応する第１電流指令を算出することと、電動機３の特性パラメータと、第１電流指令とに基づいて、電動機３の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出することと、第１電流指令の変化に応じたフィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタリングをフィードフォワード電流指令に施すことと、フィルタリングが施されたフィードフォワード電流指令に基づいて、電動機３の磁極方向に対応する第２電流指令を算出することと、第１電流指令と第２電流指令とに基づく電流を電動機３に供給するように電力変換回路１０を制御することと、を制御回路１００に実行させるためのプログラムを記憶している。例えばストレージ１９３は、上述した各機能ブロックを制御回路１００に構成させるためのプログラムを記憶している。

【0070】

メモリ１９２は、ストレージ１９３からロードされたプログラムと、当該プログラムの実行過程で生成されるデータとを一時的に記憶する。一以上のプロセッサ１９１は、メモリ１９２が記憶するプログラムを実行することで、各機能ブロックとして制御回路１００を機能させる。入出力ポート１９４は、一以上のプロセッサ１９１からの指令に応じて、磁極位置センサ４と、電流センサ１６との間で電気信号の入出力を行う。スイッチング制御回路１９５は、一以上のプロセッサ１９１からの指令に応じて、複数のスイッチング素子１７のオン・オフを切り替える。以上のハードウェア構成はあくまで一例であり、適宜変更可能である。例えば、各機能ブロックの少なくともいずれかが、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の専用の回路素子により構成されていてもよい。

【0071】

〔電力変換手順〕
続いて、電力変換方法の一例として、制御回路１００が実行する電力変換手順を例示する。この手順は、駆動力指令に対応する駆動力を電動機３に発生させるように、電動機３の磁極方向に垂直な方向に対応する第１電流指令を算出することと、電動機３の特性パラメータと、第１電流指令とに基づいて、電動機３の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出することと、第１電流指令の変化に応じたフィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタリングをフィードフォワード電流指令に施すことと、フィルタリングが施されたフィードフォワード電流指令に基づいて、電動機３の磁極方向に対応する第２電流指令を算出することと、第１電流指令と第２電流指令とに基づく電流を電動機３に供給するように電力変換回路１０を制御することと、を含む。

【0072】

図６に示すように、制御回路１００は、ステップＳ０１，Ｓ０２を実行する。ステップＳ０１では、座標変換部１１１が、電流センサ１６により検出されたＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗに上述の座標変換を行って、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを算出する。ステップＳ０２では、角速度演算部１１２が、磁極位置センサ４により検出された磁極方向θに基づいて角周波数ωを算出する。

【0073】

次に、制御回路１００はステップＳ０３，Ｓ０４，Ｓ０５を実行する。ステップＳ０３では、電流指令生成部１２０が、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出する。ステップＳ０３の具体的内容については後述する。ステップＳ０４では、電圧演算部１１３が、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊とｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊とｑ軸電圧指令Ｖｑ＊とを算出する。座標変換部１１４が、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に座標変換を行って、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊及びＷ相電圧指令Ｖｗ＊を算出する。ステップＳ０５では、電動機３のＵ相、Ｖ相、及びＷ相に、Ｕ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令Ｖｗ＊に対応する電圧をそれぞれ印加するように、制御部１１５が複数のスイッチング素子１７のオン・オフを開始させる。

【0074】

次に、制御回路１００はステップＳ０６を実行する。ステップＳ０６では、座標変換部１１１が、上記制御周期の経過を待機する。その後、制御回路１００は処理をステップＳ０１に戻す。制御回路１００は以上の処理を繰り返し実行する。

【0075】

図７は、ステップＳ０３におけるｄ軸電流指令Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ＊の算出手順を例示するフローチャートである。図７に示すように、制御回路１００は、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４を実行する。ステップＳ１１では、力依存演算部１４０が、トルク指令Ｔ＊に基づいて力依存電流指令Ｉｄｔを算出する。ステップＳ１２では、フィードフォワード演算部１２２が、電動機３の特性パラメータと、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊とに基づいて、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆを算出する。例えばフィードフォワード演算部１２２は、一つ前の制御周期で算出されたｑ軸電流指令Ｉｑ＊に基づいてフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆを算出する。ステップＳ１３では、フィルタ１３０が、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊の変化に応じたフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの変化を抑制する上述のフィルタ処理をフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆに対して行う。ステップＳ１４では、フィードフォワードリミッタ１２６が、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆをゼロ以下に制限する。

【0076】

次に、制御回路１００はステップＳ１５を実行する。ステップＳ１５では、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値以上であるか否かをモード選択部１５０が確認する。ステップＳ１５において、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値以上であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ１６を実行する。ステップＳ１６では、第２スイッチ１５２がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆをゼロに変更する。ステップＳ１５において、力依存電流指令Ｉｄｔの絶対値がフィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆの絶対値未満であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ１７を実行する。ステップＳ１７では、第１スイッチ１５１が力依存電流指令Ｉｄｔをゼロに変更する。

【0077】

ステップＳ１６又はステップＳ１７の次に、制御回路１００はステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４を実行する。ステップＳ２１では、弱め界磁演算部１２７が、フィードフォワード電流指令Ｉｄｆｆとフィードバック電流指令Ｉｄｆｂとに基づいて弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗを算出する。ステップＳ２２では、リミッタ１２５が、弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗをゼロ以下に制限する。ステップＳ２３では、第２電流演算部１２３が、力依存電流指令Ｉｄｔと、弱め界磁電流指令Ｉｄｆｗとに基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊を算出する。ステップＳ２４では、トルク指令Ｔ＊と、第２電流演算部１２３が算出したｄ軸電流指令Ｉｄ＊とに基づいて、第１電流演算部１２１がｑ軸電流指令Ｉｑ＊を算出する。以上でｄ軸電流指令Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ＊の算出手順が完了する。

【0078】

〔まとめ〕
以上に説明したように、電力変換装置２は、電源９と、電動機３との間で電力変換を行う電力変換回路１０と、駆動力指令に対応する駆動力を電動機３に発生させるように、電動機３の磁極方向に垂直な方向に対応する第１電流指令を算出する第１電流演算部１２１と、電動機３の特性パラメータと、第１電流指令とに基づいて、電動機３の誘起電圧を打ち消すためのフィードフォワード電流指令を算出するフィードフォワード演算部１２２と、第１電流指令の変化に応じたフィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタ１３０と、フィルタ１３０を経たフィードフォワード電流指令に基づいて、電動機３の磁極方向に対応する第２電流指令を算出する第２電流演算部１２３と、第１電流指令と第２電流指令とに基づく電流を電動機３に供給するように電力変換回路１０を制御する制御部１１５と、を備える。

【0079】

フォワード電流指令に基づいて第２電流指令を算出する構成によれば、駆動力のレンジを拡大するための第２電流指令を迅速に算出することができる。しかしながら、第１電流指令と第２電流指令との間に相互影響のループが形成されるので、二次側電流の安定性が低下し得る。これに対し、この電力変換装置２は、第１電流指令の変化に応じたフィードフォワード電流指令の変化を抑制するフィルタ１３０を更に備える。これにより、第１電流指令が第２電流指令に及ぼす影響を抑制し、出力電流の安定性の低下を抑制することができる。従って、出力電圧の飽和の迅速な抑制と、電動機３への出力電流の安定性との両立に有効である。

【0080】

第１電流演算部１２１は、駆動力指令と、第２電流指令とに基づいて第１電流指令を算出してもよい。第２電流指令に基づくことで、より適切な第１電流指令を算出することができる。第２電流指令は、フィルタ１３０を経たフィードフォワード電流に基づいているので、第２電流指令に基づくことによる第１電流指令の不安定化は抑制される。

【0081】

フィルタ１３０は、第１電流指令のうち所定の周波数帯域の成分を抽出する抽出フィルタ１３１を含み、抽出フィルタ１３１により抽出された成分に基づいてフィードフォワード電流指令を補正してもよい。フィードフォワード電流指令から、ループに乗り易い成分を選択的に除去することで、出力電圧の飽和抑制の迅速性がフィルタ１３０により低下することを抑制することができる。

【0082】

フィルタ１３０は、フィードフォワード電流指令に対する第２抽出フィルタ１３２を更に含み、第２抽出フィルタ１３２を経たフィードフォワード電流指令を、抽出された成分に基づいて補正してもよい。第２抽出フィルタ１３２と抽出フィルタ１３１との併用により、出力電圧の飽和抑制の迅速性と、出力電流の安定性とのバランスをより適切に調節することができる。

【0083】

抽出フィルタ１３１は、第１電流指令に対するハイパスフィルタであり、第２抽出フィルタ１３２はローパスフィルタであり、第２抽出フィルタ１３２のカットオフ周波数は抽出フィルタ１３１のカットオフ周波数よりも高くてもよい。第２抽出フィルタ１３２と抽出フィルタ１３１のカットオフ周波数の設定により、出力電圧の飽和抑制の迅速性と、出力電流の安定性とのバランスをより適切に調節することができる。

【0084】

駆動力指令に基づいて力依存電流指令を算出する力依存演算部１４０と、力依存電流指令に基づき第２電流指令を算出する第１モードと、フィードフォワード電流指令に基づき第２電流指令を算出する第２モードと、のいずれかを力依存電流指令とフィードフォワード電流指令との比較に基づいて選択するモード選択部１５０と、を更に備え、第２電流演算部１２３は、モード選択部１５０により選択されたモードで第２電流指令を算出してもよい。第１モードと第２モードとの適切な切り替えによって、第２電流指令による出力電圧の飽和抑制と、駆動力指令に対する出力電流の適正化との両立を図ることができる。

【0085】

力依存演算部１４０は、力依存電流指令の変化と駆動力指令の変化との関係を表すように予め定められた電流プロファイル１４１と、駆動力指令とに基づいて力依存電流指令を算出してもよい。力依存電流指令を容易に算出することができる。

【0086】

モード選択部１５０は、力依存電流指令の絶対値がフィードフォワード電流指令の絶対値よりも大きい場合に第１モードを選択し、力依存電流指令の絶対値がフィードフォワード電流指令の絶対値よりも大きい場合に第２モードを選択してもよい。第１モードと第２モードとを、容易且つ適切に切り替えることができる。

【0087】

第１電流指令と、第２電流指令とに基づいて電圧指令を算出する電圧演算部１１３を更に備え、制御部１１５は、電圧指令に基づく電圧を電動機３に印加するように電力変換回路１０を制御してもよい。電力変換回路１０を容易に制御することができる。

【0088】

電圧指令と、電圧指令に基づいて電力変換回路１０が電動機３に印加する電圧との偏差を縮小させるようにフィードバック電流指令を算出するフォードバック演算部を更に備え、第２電流演算部１２３は、フィードフォワード電流指令と、フィードバック電流指令とに基づいて第２電流指令を算出してもよい。フィードバックとフィードフォワードとの組合せによって、出力電圧の飽和を迅速かつ適切に抑制することができる。

【0089】

フィードバック演算部１２４は、偏差として、電圧指令と、電力変換回路１０が電動機３に印加し得る最大電圧との偏差を算出し、電力変換装置２は、フィードフォワード電流指令と、フィードバック電流指令とに基づく弱め界磁電流指令をゼロ以下に制限するリミッタ１２５を更に備え、第２電流演算部１２３は、リミッタ１２５を経た弱め界磁電流指令に基づいて第２電流指令を算出してもよい。電圧指令と、電力変換回路１０が電動機３に印加し得る最大電圧との偏差は、電力変換回路１０が電圧指令に対応する電圧を電動機３に印加し得る場合において負の値となり得る。このため、特性パラメータの誤差等によるフィードフォワード電流指令の誤差を、フィードバック電流指令の減算によって正方向にも補正することが可能となる。電圧指令と、電力変換回路１０が電動機３に印加し得る最大電圧とに基づき算出される偏差によれば、フィードバック電流指令に起因して弱め界磁電流指令が正になってしまうことも考えられるが、この現象はリミッタ１２５によって防止される。従って、出力電圧の飽和をより適切に抑制することができる。

【0090】

駆動力指令に基づいて力依存電流指令を算出する力依存演算部１４０と、力依存電流指令の絶対値がフィードフォワード電流指令の絶対値よりも小さい場合に力依存電流指令をゼロにする第１スイッチ１５１と、力依存電流指令の絶対値がフィードフォワード電流指令の絶対値よりも大きい場合にフィードフォワード電流指令をゼロにする第２スイッチ１５２と、を更に備え、第２電流演算部１２３は、フィードフォワード電流指令と、フィードバック電流指令とに基づく弱め界磁電流指令と、力依存電流指令とに基づいて第２電流指令を算出してもよい。力依存電流指令に基づき第２電流指令を算出する第１モードと、フィードフォワード電流指令に基づき第２電流指令を算出する第２モードとを容易且つ適切に切り替えることができる。

【0091】

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0092】

２…電力変換装置、１０…電力変換回路、９…電源、３…電動機、１１３…電圧演算部、１１５…制御部、１２１…第１電流演算部、１２２…フィードフォワード演算部、１３０…フィルタ、１３１…抽出フィルタ、１３２…第２抽出フィルタ、１２３…第２電流演算部、１４０…力依存演算部、１４１…電流プロファイル、１５０…モード選択部、１２４…フィードバック演算部、１２５…リミッタ、１５１…第１スイッチ、１５２…第２スイッチ、１２６…フィードフォワードリミッタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】