JP2011217589A - 永久磁石同期モータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーの電圧変動を実時間で反映することができ、また、モータ／インバータシステムの電圧利用率を向上させ、車両の燃費向上を図ることのできる永久磁石同期モータの制御方法を提供する。
【解決手段】永久磁石同期モータの制御方法は、永久磁石同期モータの絶対角位置を検出する段階と、永久磁石同期モータの回転速度を算出する段階と、バッテリーの電圧を検出する段階と、バッテリー電圧変動が補償された補償速度を算出する段階と、前記トルク指令と補償速度に対応するｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を生成する段階と、永久磁石同期モータに流入される３相電流をｄ軸フィードバック電流とｑ軸フィードバック電流に変換する段階と、ｄ軸電圧指令とｑ軸電流指令を算出する段階と、前記ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令を３相電圧指令に変換する段階と、永久磁石同期モータの駆動を制御する段階を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は永久磁石同期モータの制御方法に係り、更に詳しくは、ハイブリッド自動車及び燃料電池自動車などの電気自動車で使用される永久磁石同期モータの制御方法に関する。

永久磁石同期モータ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ、ＰＭＳＭ）は高出力及び高効率の特性を有するモータであり、産業用はもちろんハイブリッド自動車や燃料電池自動車などの電気自動車用として広範囲に使用されている。
特に、埋込構造永久磁石同期モータ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ、ＩＰＭＳＭ）は回転子鉄心内部に永久磁石が挿入された方式の同期モータであり、高速耐久力及び高速運転性が優れ、電気自動車用モータとして使用するのに適合した特性を有する。

従来の永久磁石同期モータの制御方法は、図１に示す通り、電流指令生成器３５がトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）と永久磁石同期モータの回転速度（ω_ｒｐｍ）の入力を受けて電流指令マップデータ３６ａ，３６ｂを基にｄ軸電流指令生成（ｉ_ｄ＊）、ｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）を生成する。
このように電流指令生成器３５がｄ軸、ｑ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊、ｉ_ｑ ^＊）を生成して出力すると、電流制御器（図示なし）でｄ軸、ｑ軸電流指令からｄ軸、ｑ軸電圧指令（Ｖ_ｄ ^＊、Ｖ_ｑ ^＊）を生成し、以降、３相電圧指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）の生成、インバータのパルス幅の変調（ＰＷＭ）及び３相電流の制御過程を通して永久磁石同期モータの制御が行われる。

しかし、従来はモータの電力源となるバッテリーの電圧と無関係な特定の基準電圧マップ、即ち、モータの出力仕様を満足させる最低のＤＣリンク端電圧で設定されたマップを基にしてトルク指令とモータの回転速度に応じて常に特定の電流指令を生成し、該当モータ速度でのトルクを発生させていた。
従って、バッテリーの電圧変動を実時間で反映できないという問題点があり、これは運転中にバッテリーの電圧が上昇したとき、インバータの電圧移動率を低下させる要因となるものである。

特に、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車などのような電気自動車で車両駆動用モータ（駆動モータ）の運転中、バッテリーの電圧はマップが作られた基準電圧より高い電圧を維持するため、前記基準電圧で生成したマップ基盤の電流指令生成は、電圧及び電流の利用側面で不利な点として作用する。
前記問題点を解決する方法として、車両駆動時に発生できる最大電圧まで各電圧段階別電流指令マップを具備して線形補間する方法があるが、これは多くの時間と努力、大きいデータ貯蔵空間を随伴する問題点を有している。

特開２０００−２０５００２公報

本発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車あるいは電気自動車などの永久磁石同期モータを制御する際にバッテリーの電圧変動が実時間で反映でき、バッテリーの電圧変動を実時間補償するモータ制御を行うことでモータ、インバータシステムの電圧利用率を向上させ、車両の燃費向上が図れる永久磁石同期モータの制御方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、永久磁石同期モータの回転子の絶対角位置を検出する段階と、前記検出された絶対角位置に基づいて永久磁石同期モータの回転速度を算出する段階と、電力源であるバッテリーの電圧を検出する段階と、トルク指令と前記永久磁石同期モータの回転速度、前記バッテリー電圧に基づいて永久磁石同期モータの回転速度に対してバッテリー電圧変動が補償された補償速度を算出する段階と、既設定された電流指令マップを利用して前記トルク指令と補償速度に対応するｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を生成する段階と、前記検出された絶対角位置に基づいて永久磁石同期モータに流入する３相電流をｄ軸フィードバック電流とｑ軸フィードバック電流に変換する段階と、前記ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令、前記ｄ軸フィードバック電流及びｑ軸フィードバック電流に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令を算出する段階と、前記検出された絶対角位置に基づいて前記ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令を３相電圧指令に変換する段階と、前記３相電圧指令に基づいて永久磁石同期モータの駆動を制御する段階と、を含むことを特徴とする。

前記補償速度を算出する段階は、前記永久磁石同期モータの回転速度があらかじめ設定された加重値適用開始速度以上であるかを判別する段階と、前記永久磁石同期モータの回転速度が加重値適用開始速度以上の場合、回転速度及びトルク指令に対して加重値を適用して計算される演算加重値を求める段階と、前記演算加重値とバッテリー電圧、電流指令マップ設定時の基準電圧を利用して前記永久磁石同期モータの回転速度からバッテリー電圧変動が補償された補償速度を算出する段階と、を含むことを特徴とする。

前記演算加重値は、あらかじめ設定された速度に対する加重値とトルク指令に対する加重値を利用して下記（数１）により計算されることを特徴とする。

（Ｋ_Ｎ：演算加重値、Ｋ_ω：速度に対する加重値、ω_ｒｐｍ：永久磁石同期モータの回転速度、ω_０：加重値適用開始速度、Ｋ_Ｔ：トルク指令に対する加重値、Ｔ_ｅ ^＊：トルク指令）

前記永久磁石同期モータの回転速度が前記加重値適用開始速度未満の場合、演算加重値を０とすることを特徴とする。

前記補償速度を算出する段階は、前記バッテリー電圧があらかじめ設定された補償開始電圧以上であるかを判別する段階と、をさらに含み、前記バッテリー電圧が補償開始電圧以上の場合、前記補償速度を算出して電流指令マップデータの入力として使用し、前記バッテリー電圧が補償開始電圧未満の場合、補償速度の代りに前記永久磁石同期モータの回転速度を電流指令マップデータの入力として使用することを特徴とする。

前記補償速度は、前記演算加重値とバッテリー電圧、永久磁石同期モータの回転速度を入力変数として使用するモータ速度の正規化式から計算されることを特徴とする。

前記補償速度は下記（数２）のモータ速度の正規化式により計算される正規化されたモータ速度であることを特徴とする。

（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}：正規化されたモータ速度、Ｋ_Ｎ：演算基準値、Ｖ_{ＤＣ，ＭＡＰ}：マップ設定時の基準電圧、Ｖ_ＤＣ：バッテリー電圧、Ｆ＝１（Ｖ_ＤＣ≧ Ｖ_０）または０（Ｖ_ＤＣ＜Ｖ_０）である、ここでＶ_ＤＣはバッテリー電圧であり、Ｖ_０は補償開始電圧である）

本発明の永久磁石同期モータの制御方法によると、永久磁石同期モータの制御に必要な電流指令算出過程において、バッテリー電圧変動を実時間反映するように構成されることで、モータ、インバータシステムの電圧利用率を向上させ、モータ、インバータシステムの効率向上により車両性能（動力性能及び燃費性能など）の向上を図ることができる。
また、高電圧、高速運転領域で電流制御の安定性が確保され、最大電圧まで各電圧段階別電流指令マップを具備して線形補間する従来の方法に比べ、電流指令生成のためのデータ及び貯蔵空間の縮小、データ構築及び検証に所要される人力及び時間の節減が可能となる効果がある。

従来技術による電流指令生成器の電流指令生成方法を表す概略図である。 本発明の実施例による永久磁石同期モータのシステム構成図である。 本発明の実施例による電流指令生成器の電流指令生成方法を表す概略図である。 本発明の実施例による永久磁石同期モータの制御方法を表すフローチャートである。

以下、添付図面を参照にして本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
図２は本発明の実施例による制御過程を行うハイブリッドや燃料電池自動車用の駆動モータ制御システムを図示したものである。
本発明は、モータの回転速度及び要求トルク（トルク指令）による電流指令生成時に既存の基準電圧マップ、即ち、特定の基準電圧で設定された電流指令マップデータをそのまま利用し、運転中に電力源であるバッテリーの電圧変動を実時間反映できる特徴を有するモータ制御システム及び制御方法に関するものである。

図２の符号１１は永久磁石同期モータを表す。例えば、永久磁石同期モータは埋込永久磁石同期モータである。
符号２１は永久磁石同期モータ１１の電力源となるバッテリー（高電圧バッテリー）を表し、これはＥＶモードまたはＨＥＶモードでモータの駆動電力を提供するが、回生制動（ＲＢ）モードでは発電モードで作動するモータにより生成される電気エネルギーを貯蔵する。また、燃料電池自動車（燃料電池−バッテリーハイブリッドシステム）ではバッテリー２１が主動力源である燃料電池スタック（図示なし）と共に具備されて、モータの駆動電力を提供する補助動力源（回生制動時は充電）となる。

符号１３は永久磁石同期モータ１１に３相交流電流が印加されるようにするＰＷＭインバータを表す。ＰＷＭインバータ１３はモータに印加される３相電流（ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓ）制御のために、パルス幅変調（ＰＷＭ）を通したモータ印加電圧（インバータ出力電力）制御を行い、高速スイッチングが可能な半導体スイッチ（例えば、ＩＧＢＴ）と発電時に電流ループを形成するダイオードで構成されたパワーモジュール（図示なし）を含む。
パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式はインバータで半導体スイッチをスイッチングするためのスイッチングパルスの幅を変化させることで、電圧（または電流）を制御する方式にて、三角波比較パルス幅変調と空間ベクターパルス幅変調方式が広く利用されており、図２は空間ベクターパルス幅変調方式を採用した例を表している。インバータのパルス幅変調及び３相電流制御については、本発明が属する技術分野で広く知られている公知の技術であるため詳細な説明は省略する。

本発明による制御システムはモータ回転子の絶対角位置（ｑ）を検出する位置検出部１７を含み、絶対角位置（ｑ）は永久磁石同期モータ１１にて電流が印加される角位置を意味する。位置検出部１７はレゾルバとなる。
符号１９はＰＷＭインバータ１３の出力電圧により永久磁石同期モータ１１に流入する各相電流（ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓ）を検出するための電流検出部１９であり、これにより検出される相電流がインバータ制御に使用できる。
本発明による制御システムはバッテリー電圧変動を実時間補償するためにバッテリー電圧変動をモニタリングし、これをモータ制御に反映するため、バッテリー電圧変動をモニタリングするための電圧値にてインバータの直流端（ＤＣリンク端）電圧（Ｖ_ＤＣ）を検出して使用する。

即ち、本発明はバッテリー電圧として直流端電圧（Ｖ_ＤＣ）を検出するための電圧検出部２３を含み、これはインバータ動作による直流電圧の高周波リップル成分を吸収し、直流電圧を平滑化する直流端キャパシター（図示なし）の両端電圧を測定するように具備される。本発明で基準電圧マップ（図３の符号３６ａ、３６ｂ）としてモータの出力仕様を満足させる最低ＤＣリンク端電圧（Ｖ_{ＤＣ，ＭＡＰ}）での設定されたマップを利用するため、電圧検出部２３を通して直流端電圧、即ち、ＤＣリンク端直流電圧（Ｖ_ＤＣ）を検出した後、これを電圧変動を補償するのに使用するのが好ましい。

一方、本発明による制御システムは、位置検出部１７の信号に基づいてモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）を算出する速度計算器３１と、位置検出部１７の信号と電流検出部１９の信号に基づいてｄ軸フィードバック電流（ｉ_ｄ）とｑ軸フィードバック電流（ｉ_ｑ）を算出する３相／ｄ−ｑ座標変換器３３と、上位制御器から印加されるトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）、速度計算器３１から入力されるモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）、及び電圧検出部２３の信号を基に電圧変動が補償されたｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）とｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）を生成する電流指令生成器３５と、ｄ軸電圧指令（Ｖ_ｄ ^＊）とｑ軸電圧指令（Ｖ_ｑ ^＊）を各々算出する電流制御器３７と、位置検出部１７の信号と電流制御器３７から入力されるｄ軸電圧指令（Ｖ_ｄ ^＊）及びｑ軸電圧指令（Ｖ_ｑ ^＊）を基に３相電圧指令（Ｖ_ｕ ^＊，Ｖ_ｖ ^＊，Ｖ_ｗ ^＊）を算出するｄ−ｑ／３相座標変換器３９を更に含む。

ここで、速度計算器３１は位置検出部１７、即ち、レゾルバにより検出される絶対角位置（ｑ）の入力を受けて、これを基にモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）を算出する。例えば、速度計算器３１は微分器を含む。
３相／ｄ−ｑ座標変換器３３は位置検出部１７により検出される絶対角位置（ｑ）と電流検出部１９により検出される相電流（ｉ_ｕｓ，ｉ_ｖｓ，ｉ_ｗｓ）の入力を受けて、絶対角位置を利用して相電流をｄ軸フィードバック電流（ｉ_ｄ）とｑ軸フィードバック電流（ｉ_ｑ）に座標変換する。
そして、本発明で電流指令生成器３５は上位制御器で印加されるトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）、速度計算器３１により計算されるモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）、電圧検出部２３により検出される直流端電圧（ＶＤＣ）の入力を受け、これを基に既設定された電流指令データを利用して電圧変動が補償されたｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）とｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）を生成する。ここで、上位制御器はトルク指令を生成して出力する通常の車両制御器（ＨＣＵ）となる。

前記既設定された電流指令データは、トルク指令と回転速度を入力とする既存の電流指令データがそのまま利用され、トルク指令と回転速度に対応するｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）を生成するための既設定されたｄ軸電流指令データと、ｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）を生成するための既設定されたｑ軸電流指令データを含む。
前記ｄ軸電流指令データとｑ軸電流指令データはトルク指令と回転速度から電流指令を算出できるマップデータであり、特定の基準電圧で生成した既存のｄ軸電流指令マップ（図３の符号３６ａ）とｑ軸電流指令マップ（図３の符号３６ｂ）がそのまま利用される。

既設定されたｄ軸電流指令マップ３６ａは複数のトルク値と複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｄ軸電流指令値を含み、また、既設定されたｑ軸電流指令マップ３６ｂは複数のトルク値と複数の回転速度に対して各々マッピングされている複数の最適ｑ軸電流指令値を含む。
前記のようなｄ軸電流指令マップとｑ軸電流指令マップは先行実験を通して得られたデータを利用して設定できるが、例えば、両方向ダイナモメータを使用してトルク及び回転速度別に最適ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を実験を通して算出した後、これらの値をマッピングして生成することができる。

本発明での電流指令生成器３５は、前述したように電圧変動補償を行うために、上位制御器で印加されるトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）、速度計算器３１により計算されるモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）、電圧検出部２３により検出される直流端電圧（バッテリー電圧）（Ｖ_ＤＣ）の入力を受けて、これを基に電圧変動が補償されたモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）を算出する電圧変動補償部３５ａを更に含む（図３参照）。
即ち、本発明での電流指令生成器３５は前記したｄ軸、ｑ軸電流指令マップ３６ａ，３６ｂを利用して電流指令（ｉ_ｄ ^＊，ｉ_ｑ ^＊）を生成するが、バッテリー電圧変動を補償するために実時間検出される直流端電圧（Ｖ_ＤＣ）を追加で入力し、また、電圧変動補償部３５ａがトルク命令値（Ｔ_ｅ ^＊）と検出値であるモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）及び直流端電圧（バッテリー電圧）（Ｖ_ＤＣ）値を利用して、電圧変動が補償されたモータ回転速度（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）を算出し、補償されたモータ回転速度（以下、補償速度と称す）（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）をトルク命令（Ｔ_ｅ ^＊）と共に、電流指令生成のためのｄ軸電流指令マップ３６ａとｑ軸電流指令マップ３６ｂの入力として使用する。

結局、本発明ではｄ軸電流指令マップ３６ａとｑ軸電流指令マップ３６ｂでトルク命令（Ｔ_ｅ ^＊）と合わせて、補償速度（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）を入力としてｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）とｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）を生成するため、生成された各々の電流指令は電圧変動が補償された電流指令となる。
電流指令生成器３５の電圧変動補償部３５ａが直流端電圧（Ｖ_ＤＣ）を利用して行う補償速度算出過程、即ち、モータ回転速度（ω_ｒｐｍ）に対して電圧変動を補償する詳細な過程については図３と図４を参照して後述する。

次に、電流制御器３７は電流指令生成器３５から出力されるｄ軸電流指令（ｉ_ｄ ^＊）及びｑ軸電流指令（ｉ_ｑ ^＊）、３相／ｄ−ｑ座標変換器３３から出力されるｄ軸フィードバック電流（ｉ_ｄ）及びｑ軸フィードバック（ｉ_ｑ）の入力を受けて、これを基にｄ軸電圧指令（Ｖ_ｄ ^＊）とｑ軸電圧指令（Ｖ_ｑ ^＊）を算出する。前記ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令の算出時、速度計算器３１から出力されるモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）が追加で利用されることもある。
ｄ−ｑ／３相座標変換器３９は位置検出部１７から入力される絶対角位置（ｑ）を利用して電流制御器３７から入力されるｄ軸電圧指令（Ｖ_ｄ ^＊）とｑ軸電圧指令（Ｖ_ｑ ^＊）を３相電圧指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）に座標変換する。

結局、ｄ−ｑ／３相座標変換器３９から出力される３相電圧指令（Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊）が空間ベクターパルス幅変調アルゴリズムモジュール１５に入力されて、スイッチ制御信号に対するデューティ（Ｄ_ｕ、Ｄ_ｖ、Ｄ_ｗ）が生成され、このデューティを基にＰＷＭインバータ１３が永久磁石同期モータ１１に印加される３相電流を制御する。
前記した電圧指令算出過程と合わせて、各座標変換器の座標変換過程、空間ベクターパルス幅変調を利用したデューティ生成及び３相電流制御過程については、本発明が属する技術分野で公示技術であるためより詳細な説明は省略する。

次に、図３と図４を参照して電流指令生成器の電圧変動補償部が行う補償速度算出過程について詳述する。
図３に示す通り、電流指令生成器３５は、前述したようにトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）とモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）及びバッテリー電圧（Ｖ_ＤＣ）の入力を受け、これらを入力として電圧変動が補償されたモータ回転速度、即ち、補償速度（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）を算出する電圧変動補償部３５ａを具備する。
本発明では、運転中にバッテリー電圧変動を反映するために、電流指令生成器３５の電圧変動補償部３５ａが電圧検出部により検出されるバッテリー電圧（直流端電圧）（Ｖ_ＤＣ）を利用して電流指令マップデータ３６ａ，３６ｂの入力値に対して電圧変動を補償するが、このとき電流指令マップデータの入力値であるモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）に対して電圧変動を補償するように構成される。

特に、電圧変動によるモータ速度正規化方式を採用し、モータ回転速度、トルク指令、バッテリー電圧に加重値を適用したモータ速度正規化方式を通してバッテリー電圧変動を補償する。以下、本発明でのバッテリー電圧は、マッピング時の直流電圧、即ち、電流指令マップが設定される基準電圧を基準に、運転中に発生するバッテリー電圧の変動を意味する。前記電流指令マップ設定において、前記基準電圧（以下、マップ設定基準電圧と称す）は通常モータ出力仕様を満足させる最低ＤＣリンク端電圧として定められる。

図４は本発明の実施例による永久磁石同期モータの制御方法を表すフローチャートである。 図４に示す通り、電圧変動補償部が補償速度を算出する過程では、まず必要なパラメーター値があらかじめ設定されなければならない。
本発明でロジックに必要なパラメーター値としては、加重値適用開始速度（ω_０）、速度に対する加重値（Ｋ_ω）、トルク指令に対する加重値（Ｋ_Ｔ）、演算加重値（Ｋ_Ｎ）、補償開始電圧（Ｖ_０）があり、これらパラメーター値は多様な条件の先行実験を通して求められ貯蔵される。

前記のようにパラメーター値が設定された状態で、永久磁石同期モータの作動中に検出されるモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）を速度計算器を通して入力し、現在の直流端電圧（Ｖ_ＤＣ）を電圧検出部から入力し、上位制御器からはトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）を入力して（Ｓ１１）、まずモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）が加重値適用を必要とするか否かを判別する（Ｓ１２）。
即ち、検出されたモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）をあらかじめ設定された加重値適用開始速度（ω_０）と比較して加重値適用速度に該当するかを判別し、モータ回転速度（ω_ｒｐｍ）加重値適用開始速度（ω_０）以上ならば、加重値適用速度であると判定して、下記（数１）から回転速度及びトルク指令に対して各々加重値（Ｋ_ω，Ｋ_Ｔ）を適用して計算される演算加重値（Ｋ_Ｎ）を求める（Ｓ１３）。

モータ回転速度（ω_ｒｐｍ）が加重値適用開始速度（ω_０）未満である状態、即ち、加重値適用条件ではない状態と判定されると、演算加重値は０（Ｋ_Ｎ＝０）となる（Ｓ１３’）。
モータの全ての速度で加重値を適用する場合、計算効率面で好ましくないため、計算効率と電圧変動補償に起因する電圧利用率の向上効果などを考慮して加重値が適用される最適の臨界速度を実験的に求めた後、これを加重値適用開始速度（ω_０）に設定しておき、これを基に加重値適用条件に該当する場合のみ加重値が適用されるようにする。
演算加重値（Ｋ_Ｎ）が求められると、演算加重値（Ｋ_Ｎ）と合わせて、バッテリー電圧（Ｖ_ＤＣ）、直流指令マップ設定時の基準電圧（Ｖ_{ＤＣ，ＭＡＰ}）を利用してモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）からバッテリー電圧変動が補償された補償速度（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）を算出する。

好ましい実施例において、バッテリー電圧、即ち、電圧検出部により検出された直流端電圧（Ｖ_ＤＣ）によって電圧変動補償が必要であるかの可否を判断し（Ｓ１４）、直流端電圧（Ｖ_ＤＣ）が電圧変動補償を必要とする状態と判定されると、所定の計算式から電圧変動による補償速度（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）を計算する（Ｓ１５，Ｓ１６）。
即ち、直流端電圧（Ｖ_ＤＣ）をあらかじめ設定された補償開始電圧（Ｖ_０）と比較して電圧変動補償が必要な電圧状態であるかを判断し、直流端電圧Ｖ_ＤＣ）が補償開始電圧（Ｖ_０）以上の場合、電圧変動補償が必要な電圧状態と判定して（Ｓ１５）、所定の計算式から電圧変動による補償速度（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）を求める（Ｓ１６）。

例えば、前記計算式は電圧変動によるモータ速度正規化式となり、モータ速度正規化式は次の（数２）のように表される。

ここで、Ｖ_{ＤＣ，ＭＡＰ}はマップ設定時の基準電圧を表す。
（数２）のＦは補償適用可否を表すロジック内フラッグ値であり、電圧変動補償が必要な直流端電圧状態である場合、Ｆ＝１（Ｓ１５）、電圧変動補償が不必要な直流端電圧状態である場合、Ｆ＝０（Ｓ１５’）となる。
（数２）は（数１）から計算される演算加重値（Ｋ_Ｎ）、検出された直流端電圧（Ｖ_ＤＣ）、モータ回転速度（ω_ｒｐｍ）を入力変数として正規化されたモータ速度（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）を計算する計算式であり、式（２）により計算される正規化されたモータ速度（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）が電流指令マップの入力となる補償速度となる。これは速度計算器から入力されるモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）に対して電圧変動を補償した速度値となる。

但し、直流端電圧（Ｖ_ＤＣ）が補償開始電圧（Ｖ_０）未満である場合は（数２）でＦ＝０であるため、補償速度の代りに、現在のモータ回転速度（ω_ｒｐｍ）が電流指令マップデータの入力としてそのまま使用される（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}＝ω_ｒｐｍ）。
補償開始電圧（Ｖ_０）は、電圧変動補償に起因する電圧利用率の向上効果の側面などを考慮して先行実験から補償必要可否の決定のための最適の臨界電圧を求めて設定する。
結局、本発明では電圧変動が補償されたモータ回転速度（ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}）をトルク指令（Ｔ_ｅ ^＊）と共にｄ軸電流指令マップ３６ａとｑ軸電流指令マップ３６ｂの入力として使用して、ｄ軸、ｑ軸電流指令を求め（図３参照）、電圧変動が反映されたｄ軸、ｑ軸電流指令が得られると、これを永久磁石同期モータの制御に使用する。

このようにして、本発明による永久磁石同期モータの制御方法では、永久磁石同期モータの制御においてバッテリー電圧変動を反映することができるようになり、これはモータ／インバータシステムの電圧利用率を向上させ、究極的にはモータ／インバータシステムの効率向上により車両性能（動力性能及び燃費性能など）の向上を可能にする。
更に、高電圧、高速運転領域で電流制御安定性が確保され、電流指令生成のためのデータ及び貯蔵空間の縮小、データの構築及び検証に所要される人力及び時間の節減が可能となる

以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

Ｄ_ｕ、Ｄ_ｖ、Ｄ_ｗ：インバータのスイッチ制御信号に対するデューティ（Ｄｕｔｙ）
Ｆ：電圧変動フラッグ
ｉ_ｄ：ｄ軸フィードバック電流
ｉ_ｄ ^＊：ｄ軸電流指令
ｉ_ｑ：ｑ軸フィードバック電流
ｉ_ｑ ^＊：ｑ軸電流指令
ｉ_ｕｓ、ｉ_ｖｓ、ｉ_ｗｓ：３相電流
Ｋ_Ｎ：演算加重値
Ｋ_Ｔ：トルク指令に対する加重値
Ｋ_ω：速度に対する加重値
Ｔ_ｅ ^＊：トルク指令
Ｖ_ＤＣ：バッテリー電圧（直流端電圧）
Ｖ_{ＤＣ，ＭＡＰ}：マップ設定基準電圧（マッピング時の直流電圧）
Ｖ_ｄ ^＊：ｄ軸電圧指令
Ｖ_０：補償開始電圧
Ｖ_ｑ ^＊：ｑ軸電圧指令
Ｖ_ｕ ^＊、Ｖ_ｖ ^＊、Ｖ_ｗ ^＊：３相電圧指令
ω_０：加重値適用開始速度
ω_ｒｐｍ：モータ回転速度
ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}：正規化されたモータ速度
１１ 永久磁石同期モータ
１３ ＰＷＭインバータ
１５ 中間ベクターのパルス幅変調アルゴリズムモジュール
１７ 位置検出部
１９ 電流検出部
２１ バッテリー
２３ 電圧検出部
３１ 速度計算器
３３ ３相／ｄ−ｑ座標変換器
３５ 電流指令生成器
３５ａ 電圧変動補償部
３７ 電流制御器
３９ ｄ−ｑ／３相座標変換器

Claims (7)

1. 永久磁石同期モータの回転子の絶対角位置を検出する段階と、
   前記検出された絶対角位置に基づいて永久磁石同期モータの回転速度を算出する段階と、
   電力源であるバッテリーの電圧を検出する段階と、
   トルク指令と前記永久磁石同期モータの回転速度、前記バッテリー電圧に基づいて永久磁石同期モータの回転速度に対してバッテリー電圧変動が補償された補償速度を算出する段階と、
   既設定された電流指令マップを利用して前記トルク指令と補償速度に対応するｄ軸電流指令とｑ軸電流指令を生成する段階と、
   前記検出された絶対角位置に基づいて永久磁石同期モータに流入する３相電流をｄ軸フィードバック電流とｑ軸フィードバック電流に変換する段階と、
   前記ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令、前記ｄ軸フィードバック電流及びｑ軸フィードバック電流に基づいてｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令を算出する段階と、
   前記検出された絶対角位置に基づいて前記ｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令を３相電圧指令に変換する段階と、
   前記３相電圧指令に基づいて永久磁石同期モータの駆動を制御する段階と、
   を含むことを特徴とする永久磁石同期モータの制御方法。
2. 前記補償速度を算出する段階は、
   前記永久磁石同期モータの回転速度があらかじめ設定された加重値適用開始速度以上であるかを判別する段階と、
   前記永久磁石同期モータの回転速度が加重値適用開始速度以上の場合、回転速度及びトルク指令に対して加重値を適用して計算される演算加重値を求める段階と、
   前記演算加重値とバッテリー電圧、電流指令マップ設定時の基準電圧を利用して前記永久磁石同期モータの回転速度からバッテリー電圧変動が補償された補償速度を算出する段階と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の永久磁石同期モータの制御方法。
3. 前記演算加重値は、あらかじめ設定された速度に対する加重値とトルク指令に対する加重値を利用して下記（数１）により計算されることを特徴とする請求項２記載の永久磁石同期モータの制御方法。
   

   

   （Ｋ_Ｎ：演算加重値、Ｋ_ω：速度に対する加重値、ω_ｒｐｍ：永久磁石同期モータの回転速度、ω_０：加重値適用開始速度、Ｋ_Ｔ：トルク指令に対する加重値、Ｔ_ｅ ^＊：トルク指令）
4. 前記永久磁石同期モータの回転速度が前記加重値適用開始速度未満の場合、演算加重値を０とすることを特徴とする請求項２記載の永久磁石同期モータの制御方法。
5. 前記補償速度を算出する段階は、前記バッテリー電圧があらかじめ設定された補償開始電圧以上であるかを判別する段階と、をさらに含み、
   前記バッテリー電圧が補償開始電圧以上の場合、前記補償速度を算出して電流指令マップデータの入力として使用し、前記バッテリー電圧が補償開始電圧未満の場合、補償速度の代りに前記永久磁石同期モータの回転速度を電流指令マップデータの入力として使用することを特徴とする請求項２記載の永久磁石同期モータの制御方法。
6. 前記補償速度は、前記演算加重値とバッテリー電圧、永久磁石同期モータの回転速度を入力変数として使用するモータ速度の正規化式から計算されることを特徴とする請求項２または５記載の永久磁石同期モータの制御方法。
7. 前記補償速度は下記（数２）のモータ速度の正規化式により計算される正規化されたモータ速度であることを特徴とする請求項６記載の永久磁石同期モータの制御方法。
   

   

   （ω_{ｒｐｍ，Ｎｏｍ}：正規化されたモータ速度、Ｋ_Ｎ：演算基準値、Ｖ_{ＤＣ，ＭＡＰ}：マップ設定時の基準電圧、Ｖ_ＤＣ：バッテリー電圧、Ｆ＝１（Ｖ_ＤＣ≧ Ｖ_０）または０（Ｖ_ＤＣ＜Ｖ_０）である、ここでＶ_ＤＣはバッテリー電圧であり、Ｖ_０は補償開始電圧である）
   

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