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公開番号2025012510
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023115389
出願日2023-07-13
発明の名称回転電機の制御装置、プログラム
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02P 25/03 20160101AFI20250117BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ブラシが備えられないシステムにおいて、界磁電流を把握することができる回転電機の制御装置及びプログラムを提供する。
【解決手段】制御装置30は、回転電機と、回転電機のステータ巻線に電気的に接続されたインバータと、を備えるシステムに適用される。回転電機は、ステータ巻線に高周波電流が流れることにより、ロータの界磁巻線に電圧が誘起されて界磁電流が流れるように構成されている。制御装置は、高周波電流、及び高周波電流よりも低周波数の基本波電流の合成電流をステータ巻線に流すようにインバータのスイッチング制御を行うスイッチ制御部と、スイッチ制御部によりスイッチング制御が行われて、かつ、ロータの回転中においてステータ巻線に発生する誘起電圧EMFを算出する誘起電圧算出部113と、算出された誘起電圧EMFに基づいて、界磁電流を算出する界磁電流算出部115と、を備える。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
ステータ巻線（５２）を含むステータ（５０）、及び界磁巻線（７０）を含むロータ（６０）を有する回転電機（４０）と、
前記ステータ巻線に電気的に接続されたインバータ（２０）と、
を備えるシステムに適用される回転電機の制御装置（３０）において、
前記回転電機は、前記ステータ巻線に高周波電流が流れることにより前記界磁巻線に電圧が誘起されて界磁電流が流れるように構成されており、
前記高周波電流、及び前記高周波電流よりも低周波数の基本波電流の合成電流を前記ステータ巻線に流すように前記インバータのスイッチング制御を行うスイッチ制御部（１０９）と、
前記スイッチ制御部によりスイッチング制御が行われて、かつ、前記ロータの回転中において前記ステータ巻線に発生する誘起電圧を算出する誘起電圧算出部（１１３，１２２）と、
算出された前記誘起電圧に基づいて、前記界磁巻線に流れる界磁電流を算出する界磁電流算出部（１１５，１１９，１２４）と、
を備える、回転電機の制御装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記誘起電圧算出部は、
前記ステータ巻線に流れる電流と、前記インバータから前記ステータ巻線への印加電圧とに基づいて、前記誘起電圧を算出する、請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記ステータ巻線に流れる電流を指令電流（Ｉｄｒｅｆ，Ｉｑｒｅｆ）に制御するために前記ステータ巻線に印加する電圧指令値（Ｖｑｒｅｆ，ＶＵｒｅｆ）を算出する電流制御部（１０７）を備え、
前記誘起電圧算出部は、前記ステータ巻線への印加電圧として、算出された前記電圧指令値を用いる、請求項２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記システムには、前記ステータ巻線に流れる電流を検出する電流センサ（２１）が備えられ、
前記電流センサの検出値に基づいて、前記回転電機の３相固定座標系における前記ステータ巻線の電流を、前記回転電機の２相回転座標系におけるｄ，ｑ軸電流（Ｉｄｒ，Ｉｑｒ）に変換する２相変換部（１００）を備え、
前記電流制御部は、変換された前記ｑ軸電流をｑ軸指令電流（Ｉｑｒｅｆ）に制御するために前記ステータ巻線に印加するｑ軸電圧指令値（Ｖｑｒｅｆ）を算出するｑ軸電流制御部（１０７）であり、
前記スイッチ制御部は、算出された前記ｑ軸電圧指令値に基づいて、前記スイッチング制御を行い、
前記誘起電圧算出部（１１３）は、変換された前記ｄ，ｑ軸電流と、算出された前記ｑ軸電圧指令値とに基づいて、前記誘起電圧（ＥＭＦ）を算出する、請求項３に記載の回転電機の制御装置。
【請求項５】
算出された前記誘起電圧の交流成分を抽出する抽出部（１１７）を備え、
前記界磁電流算出部は、抽出された前記交流成分に基づいて、前記界磁電流を算出する、請求項４に記載の回転電機の制御装置。
【請求項６】
直流成分であるｄ軸基本指令電流（Ｉｄｂｒｅｆ）に、交流成分であるｄ軸高周波指令電流（Ｉｄｈｒｅｆ）を重畳することにより、ｄ軸指令電流（Ｉｄｒｅｆ）を算出する重畳部（１０３）と、
変換された前記ｄ軸電流を前記ｄ軸指令電流に制御するために前記ステータ巻線に印加するｄ軸電圧指令値（Ｖｄｒｅｆ）を算出するｄ軸電流制御部（１０６）と、
を備え、
前記スイッチ制御部は、算出された前記ｄ，ｑ軸電圧指令値に基づいて、前記スイッチング制御を行い、
前記抽出部は、前記誘起電圧の交流成分として、前記ｄ軸高周波指令電流の１次成分の周波数における前記誘起電圧の交流成分を抽出する、請求項５に記載の回転電機の制御装置。
【請求項７】
前記ｄ軸電流制御部は、変換された前記ｄ軸電流を前記ｄ軸指令電流にフィードバック制御するために前記ステータ巻線に印加する前記ｄ軸電圧指令値を算出し、
前記ｑ軸電流制御部は、変換された前記ｑ軸電流を前記ｑ軸指令電流にフィードバック制御するために前記ステータ巻線に印加する前記ｑ軸電圧指令値を算出し、
前記ｄ，ｑ軸電流制御部は、前記ｄ軸高周波指令電流の振幅の大きさに基づいて、前記フィードバック制御のフィードバックゲインを変更する、請求項６に記載の回転電機の制御装置。
【請求項８】
前記ｄ軸電流制御部は、変換された前記ｄ軸電流を前記ｄ軸指令電流にフィードバック制御するために前記ステータ巻線に印加する前記ｄ軸電圧指令値を算出し、
前記ｑ軸電流制御部は、変換された前記ｑ軸電流を前記ｑ軸指令電流にフィードバック制御するために前記ステータ巻線に印加する前記ｑ軸電圧指令値を算出し、
前記ｄ，ｑ軸電流制御部は、前記基本波電流の振幅の大きさに基づいて、前記フィードバック制御のフィードバックゲインを変更する、請求項６に記載の回転電機の制御装置。
【請求項９】
前記誘起電圧算出部は、前記ロータの電気角速度が速度閾値（ωｔｈ）以上であって、かつ、前記ｄ軸高周波指令電流の振幅が振幅閾値（Ｉａ）以上であることを条件として、前記誘起電圧を算出する、請求項６～８のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項１０】
前記誘起電圧算出部は、前記ステータ巻線に流れるｄ軸電流がｄ軸電流閾値（Ｉｄｔｈ）以下であって、かつ、前記ステータ巻線に流れるｑ軸電流がｑ軸電流閾値（Ｉｑｔｈ）以下であることを条件として、前記誘起電圧を算出する、請求項１～５のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転電機の制御装置及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ステータ巻線を含むステータを有する回転電機と、ステータ巻線に電気的に接続されたインバータとを備えるシステムが知られている。回転電機は、界磁巻線を含むロータを有している。界磁巻線に界磁電流を流すために、システムは、界磁巻線に電気的に接続された界磁通電回路を備えている。なお、このようなシステムは、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－７１７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、ロータを過熱から保護したり、ロータの発生する磁束を把握したりするためには、界磁電流を検出する必要がある。このために、システムには、界磁通電回路に流れる電流を検出する界磁電流センサが備えられている。しかしながら、このような構成では、界磁通電回路と界磁巻線とを電気的に接続するためのブラシが必要となる。システムの構成を簡素化する上では、ブラシが備えられないシステムが望ましい。このようなシステムにおいても、界磁電流を把握できる技術が望まれている。
【０００５】
本開示は、ブラシが備えられないシステムにおいて、界磁電流を把握することができる回転電機の制御装置及びプログラムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、ステータ巻線を含むステータ、及び界磁巻線を含むロータを有する回転電機と、
前記ステータ巻線に電気的に接続されたインバータと、
を備えるシステムに適用される回転電機の制御装置において、
前記回転電機は、前記ステータ巻線に高周波電流が流れることにより前記界磁巻線に電圧が誘起されて界磁電流が流れるように構成されており、
前記高周波電流、及び前記高周波電流よりも低周波数の基本波電流の合成電流を前記ステータ巻線に流すように前記インバータのスイッチング制御を行うスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部によりスイッチング制御が行われて、かつ、前記ロータの回転中において前記ステータ巻線に発生する誘起電圧を算出する誘起電圧算出部と、
算出された前記誘起電圧に基づいて、前記界磁巻線に流れる界磁電流を算出する界磁電流算出部と、
を備える。
【０００７】
本開示の回転電機は、ステータ巻線に高周波電流が流れることにより界磁巻線に電圧が誘起されて界磁電流が流れるように構成されている。また、回転電機にトルクを発生させることを目的とする基本波電流に加えて、基本波電流よりも高周波数の高周波電流をステータ巻線に流すように、インバータのスイッチング制御がスイッチ制御部により行われる。これにより、界磁通電回路と、界磁通電回路及び界磁巻線を電気的に接続するブラシとを備えることなく、界磁巻線に界磁電流を流すことができる。
【０００８】
ここで、スイッチ制御部によるスイッチング制御が行われると、ロータが回転するとともに、ステータ巻線に誘起電圧が発生する。誘起電圧は、界磁巻線の鎖交磁束と相関があり、界磁巻線の鎖交磁束は、界磁電流と相関がある。
【０００９】
この点に鑑み、本開示は、スイッチ制御部によりスイッチング制御が行われて、かつ、ロータの回転中においてステータ巻線に発生する誘起電圧を算出する誘起電圧算出部と、算出された誘起電圧に基づいて、界磁電流を算出する界磁電流算出部とを備える。これにより、界磁電流を検出する界磁電流センサを備えることなく、界磁電流を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係る回転電機の制御システムの全体構成図。
インバータ及びその周辺構成を示す図。
ロータ及びステータの横断面図。
ロータが備える電気回路を示す図。
制御装置のトルク制御処理のブロック図。
基本波電流及び高周波電流（高調波電流）を示す図。
制御装置の界磁電流算出処理及びフェイルセーフ処理のブロック図。
界磁電流算出処理の手順を示すフローチャート。
第２実施形態に係る界磁電流算出処理の手順を示すフローチャート。
第３実施形態に係る界磁電流算出処理及びフェイルセーフ処理のブロック図。
界磁電流算出処理の手順を示すフローチャート。
第４実施形態に係る界磁電流算出処理及びフェイルセーフ処理のブロック図。
第５実施形態に係る界磁電流算出処理及びフェイルセーフ処理のブロック図。
第６実施形態に係るゲイン調整処理のブロック図。
ｄ軸高周波電流の振幅とゲインとの関係を示す図。
第７実施形態に係るゲイン調整処理のブロック図。
基本波電流の振幅とゲインとの関係を示す図。
第８実施形態に係るｄ軸高周波電流の振幅の変更態様を示す図。
第９実施形態に係るｄ軸高周波電流の振幅の変更態様を示す図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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