JP2009106069A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被駆動系に機械的な共振を誘起するトルクリプルを低減しモータ効率低下は防止する。更に、モータ制御装置の所要資源は低減する。
【解決手段】 共振速度領域０〜Ｎ０ｒｐｍでは、トルクリプルを相殺するように、リプル抑制値Ｔsupをトルク指令値Ｔrefに加えた目標トルクＴref*を生成し、共振速度領域外ではトルク指令値を目標トルクとする。電動機動作が、共振が継続する可能性がある速度領域を維持し得る低トルク領域−Ｔ０〜＋Ｔ０Ｎｍ又は共振速度領域にあるときにトルクリプルを相殺するようにリプル抑制値をトルク指令値に加えた目標トルクを生成し、共振トルク領域外かつ共振速度領域外にあるときはトルク指令値を目標トルクとする。リプル振幅演算式は該低トルク領域の振幅値Ｔｈを近似直線で表す一次関数とし、リプル位相演算式は、該低トルク領域の位相値αを近似直線で表す一次関数とする。或いは共に２次以上の多項式とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、インバータから電動機に給電する電動機制御装置に関し、特に、機械的な共振を生ずるトルクリプルを抑制する電動機制御に関する。本発明の電動機制御装置は例えば、これに限定する意図ではないが、電動機で車輪を駆動する電気自動車に用いることが出来る。

特開平１１−２９９２７７号公報 特開２００７−２６７４６５号公報。

特許文献１は、モータに設けたメモリ上のトルクリプルデータを駆動装置のメモリに読み込んで記憶し、モータの出力トルクと回転角度に対応するトルクリプルデータを読み出して、読み出したトルクリプルデータを相殺する値に、トルク指令を補正するモータ駆動装置が記載されている。特許文献２は、インバータが永久磁石電動機に印加する駆動電圧の周波数の６倍の周波数（６次高調波）のトルクリプルを抑制するモータ制御装置を提案している。その実施形態３（図３）は、６ｆ成分補償用テーブル５Ａにトルクリプルの振幅Ａ６ｆと位相φ６ｆのデータを持ち、補償信号演算５ｃによって、出力トルクまたはトルク指令に対応する振幅Ａ6fと位相φ6fをテーブル５Ａから読み出し、モータの回転角θのトルクリプル抑制値Ｔｃｒを算出する。

従来の、モータトルクおよび回転角対応のトルクリプル抑制値を、メモリから読み出す態様（例えば特許文献１）およびメモリからモータトルク対応のトルクリプルパラメータを読み出して回転角対応のトルクリプル抑制値を演算する態様（例えば特許文献２）のいずれにおいても、指令トルクにトルクリプル抑制値を加えて（抑制値が＋であると加算を、−であると減算を、意味する）、目標トルクとし、モータ制御回路によって、モータ出力トルクが目標トルクに合致するように、インバータを制御する。このモータ制御に、ベクトル制御が用いられることが多い。

ところが、トルクリプル抑制値によって、電力損失が増えて１回のバッテリ充電での走行距離が短くなる。トルクリプルが機械的に問題になるのは、被駆動系がトルクリプルと共振する、モータ動作の特定領域である。例えば車輪駆動では、該共振を搭乗者が不快に感じたり、あるいは共振音が可聴ノイズとなるときのモータ動作領域である。本発明者の確認テストによれば、モータ回転速度の特定領域およびモータ出力トルクの特定領域において、不快な共振を生ずることがある。しかし、該特定領域を外れると該共振はない。従って機械的な共振を生ずる領域の外での、トルクリプル抑制は、不要であるばかりか、余分な電流が流れ、モータ効率が低下する。また、トルクリプル抑制値導出又は算出のためのモータ制御装置の資源、すなわちメモリ容量或いは演算機能が、トルクリプルが機械的な共振を生ずる動作領域の外の領域での、トルクリプル抑制値のメモリ保持あるいは演算を含むので、高コストになる。

本発明は、被駆動系に機械的な共振をもたらすトルクリプルを有効に低減ししかもモータ効率低下を防止することを第１の目的とし、加えてモータ制御装置の所要資源は低減することを第２の目的とする。

第１の目的を達成するために本発明においては、トルクリプルが機械的な共振をもたらす共振速度領域(0〜N0)では、トルクリプルを相殺するように、リプル抑制値をトルク指令値(Tref)に加えた目標トルク(Tref*)を生成し、共振速度領域の外ではトルク指令値(Tref)を目標トルク(Tref*)とする。これを実施する本発明の電動機制御装置は、次の（１）項のものである。第２の目的を達成するために本発明の好ましい実施例においては、電動機動作が、トルクリプルが被駆動系に機械的な共振速度領域を維持させる所定トルク領域(-T0〜+T0)、又は、前記共振速度領域にあるときに、トルクリプルを相殺するようにリプル抑制値(Tsup)をトルク指令値(Tref)に加えた目標トルク(Tref*)を生成し、該所定トルク領域の外又は共振速度領域の外にあるときはトルク指令値(Tref)を目標トルク(Tref*)とし；第１多項式は、該所定トルク領域(-T0〜+T0)の前記振幅値(Th)を近似直線で表す一次関数とし；第２多項式は、該所定トルク領域(-T0〜+T0)の位相値(α)を近似直線で表す一次関数とする。これを実施する本発明の電動機制御装置は、後記（５）〜（７）項のものである。

（１）直流電源(18,19);該直流電源と電動機(10)との間の電力のやり取りを制御するインバータ(20)；および、前記電動機の目標トルク(Tref*)および回転速度(ω)に基づいて、該電動機の出力トルクを前記目標トルクにするように、前記インバータを制御するモータ制御手段(21)；を備える電動機制御装置において、
前記電動機のトルクリプルの、電動機トルク対応の振幅値(Th)および位相値(α)、ならびに前記電動機の回転角(θ)、に対応するリプル抑制値(Tsup)を導出する手段(41〜47,52)；および、
前記トルクリプルが被駆動系に機械的な共振をもたらす共振速度領域(0〜N0)では、前記トルクリプルを相殺するように前記リプル抑制値をトルク指令値(Tref)に加えた前記目標トルク(Tref*)を生成し、前記共振速度領域(0〜N)の外ではトルク指令値(Tref)を前記目標トルク(Tref*)とする目標トルク補正手段(48〜51)；
を備えることを特徴とする、電動機制御装置。

なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応又は相当要素又は事項の符号を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。

これによれば、リプル抑制値(Tsup)をトルク指令値(Tref)に加えるのは、トルクリプルが機械的な共振をもたらす共振速度領域(0〜N0)だけであるので、該共振速度領域の外では目標トルクがトルク指令そのものであってモータ効率の低下はない。機械的な共振をもたらすトルクリプルは有効に低減され、しかも無駄なモータ効率低下はなくなる。

（２）前記リプル抑制値を導出する手段は、
前記電動機のトルクリプルの、トルク対応の振幅値(Th)を近似表現する第１多項式に基づいて該振幅値(Th)を算出する、振幅値算出手段(45〜47)；
前記電動機のトルクリプルの、トルク対応の位相値(α)を近似表現する第２多項式に基づいて該位相値(α)を算出し、前記電動機の回転の電気角(θ)での、算出した位相値(α)を持つ前記トルクリプルの振動値［ｓｉｎ（ｎθ−α）］を算出する振動値算出手段(41〜44)；および、
該振動値と前記振幅値との積を因数とするリプル抑制値(Tsup)を算出する抑制値算出手段(52)；
を備える上記（１）に記載の電動機制御装置(図３／図８)。

（３）前記リプル抑制値を導出する手段は、
前記電動機のトルクリプルの、トルク対応の振幅値(Th)を近似表現する第１多項式に基づいて算出した振幅値群でなる、メモリ手段上の振幅テーブル(62)；
前記電動機のトルクリプルの、トルク対応の位相値(α)を近似表現する第２多項式に基づいて算出した位相値群でなる、メモリ手段上の位相テーブル(61)；
前記電動機のトルクに対応する位相値(α)および振幅値(Th)を前記位相テーブルおよび振幅テーブルから読み出し、前記電動機の回転の電気角(θ)での、算出した位相値(α)を持つ前記トルクリプルの振動値［ｓｉｎ（ｎθ−α）］を算出する振動値算出手段(42〜44)；および、
該振動値および前記振幅値を因数とするリプル抑制値(Tsup)を算出する抑制値算出手段(52)；
を備える上記（１）に記載の電動機制御装置(図７／図１０)。

（４）前記リプル抑制値を導出する手段は、電動機動作が前記共振速度領域(0〜40 rpm)の外では、前記リプル抑制値(Tsup)の算出は実行しない；上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の電動機制御装置（S21,S22,S28：図８）。これによれば、無駄になるリプル抑制値の算出は行われない。

（５）前記目標トルク補正手段(48〜51)は、電動機動作が、前記トルクリプルが被駆動系に機械的な共振速度領域を維持させる所定トルク領域(-T0〜+T0)および前記共振速度領域(0〜N0)にあるときに前記トルクリプルを相殺するように前記リプル抑制値をトルク指令値(Tref)に加えた前記目標トルク(Tref*)を生成し、前記所定トルク領域の外かつ前記共振速度領域の外にあるときはトルク指令値(Tref)を前記目標トルク(Tref*)とする；上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の電動機制御装置(図３／図７)。

（６）第１多項式は、前記所定トルク領域(-T0〜+T0)の前記振幅値(Th)を近似直線で表す一次関数である；上記（５）に記載の電動機制御装置(図３／図７)。

これによれば、該近似直線が前記共振トルク領域内の短い範囲であり、しかも一次関数であるので演算処理が簡素である。よって、モータ制御装置の所要資源は低減することが出来る。直線近似の範囲が狭いので、精度よく振幅値(Th)を算出することが出来る。

（７）第２多項式は、前記所定トルク領域(-T0〜+T0)の前記位相値(α)を近似直線で表す一次関数である；上記（５）に記載の電動機制御装置(図３／図７)。

これによれば、該近似直線が前記共振トルク領域内の短い範囲であり、しかも一次関数であるので演算処理が簡素である。よって、モータ制御装置の所要資源は低減することが出来る。直線近似の範囲が狭いので、精度よく位相値(α)を算出することが出来る。

（８）第１多項式は、トルク対応の振幅値(Th)を近似表現する２次以上の多項式である；上記（２）又は（３）に記載の電動機制御装置(S23：図８／図１０)。

（９）第２多項式は、トルク対応の位相値(α)を近似表現する２次以上の多項式である(S24：図８／図１０)；上記（２）又は（３）に記載の電動機制御装置(S24：図８／図１０)。

（１０）前記所定トルク領域は、所定の低トルク領域(-T0〜+T0)である；上記（５），（６）又は（７）に記載の電動機制御装置。

（１１）前記共振速度領域は、所定の低速度領域(0〜N0)である；上記（１）又は（４）に記載の電動機制御装置。

（１２）前記トルクリプルは、前記電動機に対する前記インバータの出力周波数の６次高調波の周波数である；上記（１）に記載の電動機制御装置。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

図１に、本発明の第１実施例の概要を示す。制御対象電動機である電気モータ１０は、この実施例では、安楽椅子を３輪（前２輪、後１輪）で支持する形態の電動車椅子の、前輪の一つに組み込まれ該前輪を回転駆動するホィールインモータであり、永久磁石形同期電動機であって、ロータに永久磁石を内蔵したものであり、ステータにはＵ相，Ｖ相及びＷ相の３相コイル１１〜１３がある。前輪のもう一つにも、同様な電動機が組み込まれている。しかし後輪は非駆動輪であり、ステアリング機構によって輪全体がステアリング駆動される。

電気モータ１０には、電圧型インバータ２０が、車両上のバッテリ１８の電力を供給する。電気モータ１０のロータに、ロータの磁極位置を検出するためのレゾルバ１７のロータが連結されている。レゾルバ１７は、そのロータの回転角を表すアナログ電圧（回転角信号）ＳＧ θを発生し、モータ制御装置２１に与える。

車両上の蓄電池であるバッテリ１８には、車両上の電装部が電源オンのときには、コンバータ１９内の１次側コンデンサが接続されて、バッテリ１８と共に１次側直流電源を構成する。コンバータ１９内の１次電圧センサが、１次側コンデンサの電圧（車両上バッテリ１８の電圧）を表わす電圧検出信号Ｖｄｃをモータ制御装置２１に与える。この実施例では、電圧センサに、分圧抵抗を用いた。コンバータ１９内において、１次側の正極（＋ライン）には、リアクトルの一端が接続されている。

コンバータ１９には更に、該リアクトルの他端と１次側の負極（−ライン）の間をオン，オフする昇圧用スイッチング素子，コンバータ１９内の２次側コンデンサの正極と前記リアクトルの他端との間をオン，オフする回生用スイッチング素子、および、各スイッチング素子に逆並列に接続された各ダイオードがある。昇圧用スイッチング素子をオン（導通）にすると１次側からリアクトルを介して昇圧用スイッチング素子に電流が流れ、これによりリアクトルが蓄電し、昇圧用スイッチング素子がオフ（非導通）に切換るとリアクトルが昇圧通流用のダイオードを通して２次側コンデンサに高圧放電する。すなわち１次側直流電源の電圧よりも高い電圧を誘起して２次側コンデンサを充電する。昇圧用スイッチング素子のオン，オフを繰り返すことにより、２次側コンデンサの高圧充電が継続する。すなわち、高い電圧で２次側コンデンサが充電される。一定周期でこのオン，オフを繰り返すと、オン期間の長さに応じてリアクトルが蓄積する電力が上昇するので、該一定周期の間のオン時間（オンデューティ：該一定周期に対するオン時間比）を調整することによって、すなわちＰＷＭ制御によって、１次側電源１８からコンバータ１９を介して２次側コンデンサに給電する速度（力行用の給電速度）を調整することが出来る。回生用スイッチング素子をオンにすると、２次側コンデンサの蓄積電力が、回生用スイッチング素子およびリアクトルを通して、１次側の電源１８に与えられる（逆給電：回生）。この場合も、一定周期の間の回生用スイッチング素子のオン時間を調整することによって、すなわちＰＷＭ制御によって、２次側コンデンサから１次側の電源１８に逆給電する速度（回生用の給電速度）を調整することができる。

電圧型インバータ２０は、ドライブ回路および６個のスイッチングトランジスタを備え、ドライブ回路が並行して発生する６連の駆動信号の各連によって各トランジスタをオン（導通）駆動して、コンバータ１９内の２次側コンデンサの直流電圧（コンバータの出力電圧すなわち２次電圧）を３連の、位相差が２π／３の交流電圧、すなわち３相交流電圧に変換して、電気モータ１０の３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のステータコイル１１〜１３のそれぞれに印加する。これにより電気モータ１０のステータコイル１１〜１３のそれぞれに各相電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷが流れ、電気モータ１０のロータが回転する。ＰＷＭパルスによる６個のトランジスタのオン／オフ駆動（スイッチング）に対する電力供給能力を高くしかつ電圧サージを抑制するために、インバータ２０の入力ラインである、コンバータ１９の２次側出力ラインには、大容量の２次側コンデンサ（コンバータ１９内）が接続されている。これに対してコンバータ１９内の１次側コンデンサは、小型かつ低コストの小容量のものであり、１次側コンデンサの容量は、２次側コンデンサの容量よりもかなり小さい。コンバータ１９内の２次電圧センサが、コンバータ１９の２次電圧Ｖｕｃを検出してモータ制御装置２１に与える。電気モータ１０のステータコイル１１〜１３に接続した給電線には、ホールＩＣを用いた電流センサ１４〜１６が装着されており、それぞれ、各相電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷを検出し電流検出信号（アナログ電圧）を発生し、モータ制御装置２１に与える。

図２に、モータ制御装置２１の機能構成を示す。モータ制御装置２１は、本実施例では、マイクロコンピュータ（以下マイコンと言う）ＭＰＵを主体とする電子制御装置であり、マイコンＭＰＵと、インバータ２０内のドライブ回路，各相電流センサ，レゾルバ１７，コンバータ１９内の１次電圧センサおよび２次電圧センサとの間の、図示しないインターフェイス（信号処理回路）を含み、さらに、マイコンと、前記車両上の図示しない車両走行制御システムのメインコントローラとの間の、図示しないインターフェイス（通信回路）も含む。

図２を参照すると、レゾルバ１７が与える回転角信号ＳＧ θに基づいて、モータ制御装置２１内のマイコンＭＰＵが、電気モータ１０のロータの回転角度（電気角）θおよび回転速度（角速度）ωを算出する。なお、正確にいうと、電気モータ１０のロータの回転角度と電気角とは同一ではないが、両者は比例関係にあり比例係数が電気モータ１０の磁極数ｐによって定まる。また、回転速度と角速度とは同一ではないが、両者も比例関係にあり比例係数が電気モータ１０の磁極数ｐによって定まる。本書においては、回転角度θは電気角を意味する。回転速度ωは角速度を意味するが、回転速度(rpm)を意味する場合もある。

図示しない車両走行制御システムのメインコントローラが、モータ指令トルクＴＭ＊をモータ制御装置２１のマイコンに与える。なお、該メインコントローラは、前記車両の車速及びアクセル開度に基づいて車両要求トルクＴＯ*を算出し、該車両要求トルクＴＯ*に対応してモータ指令トルクＴＭ＊を発生して、マイコンＭＰＵに与える。マイコンＭＰＵは、電気モータ１０の回転速度ωrpmをメインコントローラに出力する。

モータ制御装置２１のマイコンＭＰＵは、トルク指令制限２４によって、２次電圧Ｖｕｃおよび回転速度ωに対応する制限トルクＴＭ＊maxを制限トルクテーブル（ルックアップテーブル）から読み出して、指令トルクＴＭ＊がＴＭ＊maxを超えていると、ＴＭ＊maxを指令トルクＴ*に定める。ＴＭ＊max以下のときには、モータ指令トルクＴＭ＊を指令トルクＴrefに定める。このような制限を加えて生成した指令トルクＴrefが、トルクリプル抑制値演算２５および２次目標電圧算出３１に与えられる。

なお、制限トルクテーブルは、２次電圧Ｖｕｃおよび回転速度の各値をアドレスとし、該各値で電気モータ１０に生起させることができる最大トルクを制限トルクＴＭ＊maxとして書込んだメモリ領域であり、本実施例ではマイコンＭＰＵ内の図示しないＲＡＭの１メモリ領域を意味する。制限トルクＴＭ＊maxは、２次電圧Ｖｕｃが高いほど大きく、低いほど小さい。また、回転速度ωが低いほど大きく、高いほど小さい。

上記マイコン内には、該制限トルクテーブルのデータＴＭ＊maxを書込んだ不揮発性メモリがあり、マイコンに動作電圧が印加されてマイコンが、自身および図１に示すモータ駆動システムを初期化する過程で、不揮発性メモリから読み出してＲＡＭに書き込む。マイコンにはその他の同様なルックアップテーブルが複数あり後に言及するが、これらも、制限トルクテーブルと同様に、不揮発性メモリにあった参照データが書き込まれた、ＲＡＭ上のメモリ領域を意味する。

トルクリプル抑制値演算２５は、トルク指令Ｔref，回転角度θおよび回転速度ωに対応するトルクリプル抑制値Ｔsupを算出する。減算２６を介して、トルク指令Ｔrefよりトルクリプル抑制値Ｔsupを減算した値、すなわちトルク指令Ｔrefにトルクリプル抑制値Ｔsup分の補正を加えた値が、目標トルクＴref*として出力演算２７に与えられる。トルクリプル抑制値演算２５の内容は、図３を参照して後述する。

モータ制御装置２１のマイコンＭＰＵは、２次目標電圧算出３１において、トルク指令Ｔrefと回転速度ωに基づいて「力行」か「回生」かを判定して、「力行」であると「力行」グループ内の、「回生」であると「回生」グループ内の、トルク指令Ｔrefに割り当てられた２次目標電圧テーブルから、電動機１０ｍの回転速度ωに割り当てられた２次目標電圧Ｖuc*を読み出す。

マイコンＭＰＵは、２次目標電圧Ｖuc*と現在の２次電圧Ｖucに基づいて、フィードバック制御演算２３により、２次電圧Ｖucを２次目標電圧Ｖuc*とするための制御出力Ｐvcを、ＰＷＭパルス発生器３４に与える。該パルス発生器３４は、制御信号Ｐｖｃを、力行のときには、コンバータ１９の昇圧用（力行用）のスイッチング素子をオン，オフ駆動するＰＷＭパルスＰｖｆに変換して、回生用のスイッチング素子はオフに拘束する信号Ｐｖｒと共に、コンバータ１９内のドライブ回路に出力する。回生のときには、コンバータ１９の回生用のスイッチング素子をオン，オフ駆動するＰＷＭパルスＰｖｒに変換して、昇圧用（力行用）のスイッチング素子はオフに拘束する信号Ｐｖｆと共に、ドライブ回路に出力する。ドライブ回路が、信号Ｐｖｆ，Ｐｖｒに基づいてスイッチング素子をオン，オフ又はオフ拘束する。これにより、２次電圧Ｖucが目標値Ｖuc*になる。

モータ制御装置２１のマイコンは、「出力演算」２７において、電気モータ１０のロータにおける磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採った、公知のｄ−ｑ軸モデル上のベクトル制御演算、によるフィードバック制御を行う。そこで該マイコンは、各相電流検出信号ｉＵ，ｉＶ，ｉＷをデジタル変換して読込み、電流帰還演算にて、公知の固定／回転座標変換である３相／２相変換を用いて、固定座標上の３相電流値ｉＵ，ｉＶ，ｉＷを、回転座標上のｄ軸およびｑ軸の２相電流値ｉｄ，ｉｑに変換する。

１つのルックアップテーブルである第１高効率トルク曲線テーブルＡが出力演算２７にあり、この第１高効率トルク曲線テーブルＡには、モータ速度ωおよびトルク指令Ｔrefに対応付けられた、各モータ速度で各トルク指令Ｔrefを発生するための各ｄ軸電流値ｉｄが書き込まれている。

ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑの各値に対応して電気モータの出力トルクが定まるが、１つの回転速度値に対して、すなわち同一のモータ回転速度において、同一トルクを出力するためのｉｄ，ｉｑの組合せが無数にあり、定トルクカーブ上にある。定トルクカーブ上に、最も電力使用効率が高い（最低電力消費の）ｉｄ，ｉｑの組合せがあり、そこが高効率トルク点である。複数のトルクカーブ上の高効率トルク点を連ねる曲線が、高効率トルク曲線であって各回転速度に対して存在する。モータの回転速度宛ての高効率トルク曲線上の、与えられたモータ指令トルクＴrefの位置のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを目標電流値として電気モータ１０の付勢を行うことにより、トルク指令Ｔrefを電気モータ１０が出力し、しかもモータ付勢の電力使用効率が高い。

本実施例では、高効率トルク曲線を、ｄ軸の値を表す第１高効率トルク曲線Ａと、ｑ軸の値を表わす第２高効率トルク曲線Ｂの、２系統に分け、しかも、第１高効率トルク曲線Ａは、力行領域に適用するものと回生領域に適用するものを対にしたものとし、いずれもモータ回転速度と目標トルクに対するｄ軸目標電流を表すものである。

第１高効率トルク曲線テーブルＡは、指令トルクＴrefに宛てられた、最低電力消費で目標トルクを発生するためのｄ軸目標電流を書込んだメモリ領域であり、力行用の力行テーブルＡ１と、回生用の回生テーブルＡ２をあわせた１対で構成されている。力行用と回生用のいずれのテーブルを用いるかは、電気モータの回転速度ωと与えられるトルク指令Ｔrefに基づいて、力行か回生かを判定し、判定結果にしたがって決定する。

ただし、電気モータ１０の回転速度ωが上昇するのに伴ってステータコイル１１〜１３に発生する逆起電力が上昇し、コイル１１〜１３の端子電圧が上昇する。これにともなってインバータ２０からコイル１１〜１３への目標電流の供給が難しくなり、目標とするトルク出力が得られなくなる。この場合、与えられたトルク指令Ｔrefの定トルク曲線上で、曲線に沿ってΔｉｄ，Δｉｑ分、ｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを下げることにより、電力使用効率は低下するが、トルク指令Ｔrefを出力することができる。これが弱め界磁制御といわれている。ｄ軸弱め界磁電流Δｉｄは、界磁調整代演算により生成して、ｄ軸電流指令を算出し、ｑ軸電流指令を算出する。ｄ軸弱め界磁電流Δｉｄは、弱め界磁電流演算２８が算出する。その内容は後に説明する。

マイコンＭＰＵは、「出力演算」２７の中のｄ軸電流指令の算出では、トルク指令制限によって決定した指令トルクＴｒｅｆｍに対応して第１高効率トルク曲線テーブルＡから読出したｄ軸電流値ｉｄから、ｄ軸弱め界磁電流Δｉｄを減算して、ｄ軸目標電流ｉｄ*を、ｉｄ*＝−ｉｄ−Δｉｄ、と算出する。

ｑ軸電流指令の算出では、出力演算２７にある第２高効率トルク曲線テーブルＢを用いる。第２高効率トルク曲線テーブルＢは、高効率トルク曲線の、ｑ軸の値を表わす第２高効率トルク曲線Ｂを更に、ｄ軸弱め界磁電流Δｉｄと対のｑ軸弱め界磁電流Δｉｑを減算したｑ軸目標電流を表わす曲線に補正し、補正後の第２高効率トルク曲線Ｂのデータ、を格納したものである。第２高効率トルク曲線テーブルＢは、トルク指令Ｔrefおよびｄ軸弱め界磁電流Δｉｄに宛てられた、最低電力消費で目標トルクを発生するためのｄ軸目標電流、すなわち、補正後の第２高効率トルク曲線Ｂの目標電流値、を書込んだメモリ領域であり、これも、力行用の力行テーブルＢ１と、回生用の回生テーブルＢ２をあわせた１対で構成されている。力行用と回生用のいずれを用いるかは、電気モータの回転速度ωと指令トルクＴｒｅｆｍに基づいて、力行か回生かを判定し、判定結果にしたがって決定する。

ｑ軸電流指令の算出では、指令トルクＴrefおよびｄ軸弱め界磁電流Δｉｄに宛てられたｑ軸目標電流ｉｑ*を、第２高効率トルク曲線テーブルＢから読み出してｑ軸電流指令とする。

モータ制御装置２１のマイコンは、出力演算２７にて、ｄ軸目標電流ｉｄ*とｄ軸電流ｉｄとの電流偏差δｉｄ、及びｑ軸目標電流ｉｑ*とｑ軸電流ｉｑとの電流偏差δｉｑを算出し、各電流偏差δｉｄ，δｉｑに基づいて、比例制御及び積分制御（フィードバック制御のＰＩ演算）を行い、出力電圧としてのｄ軸電圧指令値ｖｄ*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ*を算出する。

次に、回転／固定座標変換である２相／３相変換２９にて、回転座標上の目標電圧ｖｄ*及びｖｑ*を、２相／３相変換に従って固定座標上の各相目標電圧ＶＵ*，ＶＶ*，ＶＷ*に変換する。これは、電圧制御モードが３相変調であるときには、変調３０を介してＰＷＭパルス発生器３３に送る。電圧制御モードが３相変調であるときには、変調３０の２相変調３８で３相変調モードの各相目標電圧ＶＵ*，ＶＶ*，ＶＷ*を２相変調のものに変換してＰＷＭパルス発生器３３に送る。電圧モードが、全相を矩形波通電とする１pulseモードであるときには、変調３０の１pulse変換で、３相変調モードの各相目標電圧ＶＵ*，ＶＶ*，ＶＷ*を各相矩形波通電とするものに変換してＰＷＭパルス発生器３３に与える。

ＰＷＭパルス発生器３３は、３相目標電圧ＶＵ*，ＶＶ*，ＶＷ*が与えられると、それら各値の電圧を出力するための、ＰＷＭパルスＭＵ，ＭＶ，ＭＷに変換して、電圧型インバータ２０内のドライブ回路に出力する。ドライブ回路は、ＰＷＭパルスＭＵ，ＭＶ，ＭＷに基づいて６連の駆動信号を並行して発生し、各連の駆動信号で、インバータ２０の６個のトランジスタのそれぞれをオン／オフする。これにより、電気モータ１０のステータコイル１１〜１３のそれぞれに、ＶＵ*，ＶＶ*およびＶＷ*が印加され、相電流ｉＵ，ｉＶおよびＩＷが流れる。２相変調モードの各相目標電圧が与えられると、ＰＷＭパルス発生器は、２相はＰＷＭパルスを発生し残りの１相はオン又はオフ（定電圧出力）信号とする。１pulse変調モードの各相目標電圧が与えられると、各相を矩形波通電とする通電区間信号を出力する。

弱め界磁電流演算２８は、弱め界磁制御のためのパラメータである電圧飽和指標を算出する。すなわち、ｄ軸電圧指令値ｖｄ*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ*に基づいて、電圧飽和の程度を表す値として、電圧飽和算定値ΔＶを算出し、界磁調整代を算出する。

界磁調整代の算出では、ΔＶを積算し、積算値ΣΔＶが正の値を採る場合、積算値ΣΔＶに比例定数を乗算して弱め界磁制御を行うためのｄ軸弱め界磁電流Δｉｄを算出し、正の値に設定し、電圧飽和算定値ΔＶ又は積算値ΣΔＶが零以下の値を採る場合、前記調整値Δｉｄおよび積算値ΣΔＶを零にする。調整値Δｉｄは、ｄ軸電流指令の算出およびｑ軸電流指令の算出において使用する。

「２相／３相変換」２９は、２相／３相変換の過程で電動機目標電圧Ｖｍ＊を算出する。Ｖｍ＊＝√（Ｖｄ＊2＋Ｖｑ＊2）、である。この電動機目標電圧Ｖｍ＊とコンバータ１９の２次電圧Ｖucとから、変調３０が、変調比 Ｍｉ＝Ｖｍ＊／Ｖｕｃ＊ を算出する。変調３０は、電動機１０のトルク指令Ｔref，回転速度ωおよび変調比Ｍｉに基いて、変調モードを決定し、決定した変調モードに応じて、該変調モードの各相目標電圧を出力する。図２に示し上述した機能の組合せによる電動機制御は、いわゆるベクトル制御である。

ここで図２の「トルクリプル抑制値演算」２５を採用するに至った経緯を説明する。上述のベクトル制御により、モータトルクに図１１に示すトルクリプルを生じこれに車輪が共振することがある。また、微速発進（スロースタート）のときの０〜４Ｎｍの低トルク領域で、トルクリプルが搭乗者（運転者）に不快感又は不安感を与えることがあることが分かった。図１１に示すトルクリプルは、モータコイルに印加する駆動電圧の周波数すなわち駆動周波数（基本波）の６次高調波に相当し、しかも、モータトルクの値によって振幅と位相が変化することが分かった。図１１上には、位相ゼロ点に楕円丸を付加した。この楕円丸の位置（リプル位相０の点）がモータトルクごとに異なっていることは、モータトルクの値によってリプル位相が変化することを意味する。図１２には上記６次高調波のトルクリプルの、トルク指令Ｔref対応の位相αを示し、図１３にはトルク指令Ｔref対応の振幅Ｔｈを示す。上述のベクトル制御で高効率トルク曲線を用いて、トルク指令Ｔrefのトルクを発生するｉｄ値とｉｑ値との各種組合せの中で、モータ投与電力が最小となる組合せ（１点）を選択するので、トルク指令Ｔrefの値ごとに、図１４に右上がりの太い曲線で示すように、高効率トルク点の界磁角が出力トルク値ごとに変化する。これがトルク指令Ｔref対応で位相αを変化させていると推察する。

トルクリプルは図１３に示すように、低トルク領域で小さく高トルク領域で大きいが、低トルク領域でのトルク指令Ｔrefに対するトルクリプルの振幅の比は、高トルク領域での同様な比よりも格段に大きいので、低トルク領域でトルクリプルが搭乗者に感じられやすい。また、該低トルク領域は、トルクリプルが被駆動系にもたらした機械的な共振が継続する速度領域を維持するトルク領域でもある。
そこで本実施例では、トルク指令Ｔrefが−Ｔ０〜＋Ｔ０ Ｎｍ或いはそれよりやや広い低トルク領域の６次高調波のトルクリプルを抑制するために、トルク指令Ｔref対応のリプル振幅Ｔｈ値（図１３）を、トルク指令Ｔrefの０〜Ｔ１ Ｎｍの範囲で、
Ｔｈ＝ｋ１・Ｔref＋ｋ０、
ｋ１，ｋ０定数、
と直線近似し、これと同様に、トルク指令Ｔref対応のリプル位相α値（図１２）を、トルク指令Ｔrefの−Ｔ１〜＋Ｔ１ Ｎｍの範囲で、
α＝α１・Ｔref、
α１：定数、
と直線近似した。上記範囲の外では直線近似の誤差が拡大するので、これを抑制し、しかもトルクリプル抑制が不要な高トルク指令の領域では、モータ効率低下を回避するためにリプル抑制量を０とするように、トルクリプル抑制量Ｔsupの演算因数に、図４の（ａ）に示す、トルク指令対応の制限比Ｒｔを加える。これにより、トルク指令Ｔrefの−Ｔ１〜＋Ｔ１ Ｎｍの範囲では、Ｔｈおよびαをパラメータとするリプル抑制量Ｔsup
Ｔsup＝Ｔｈ・ｓｉｎ（ｎθ−α）、
ｎ＝６、
が算出されるが、トルク指令Ｔrefの−Ｔ０〜＋Ｔ０ Ｎｍの外側の−Ｔ１ Ｎｍ以内および＋Ｔ１ Ｎｍ以内の領域ではＲｔにより近似演算値が次第に抑えられてついには０になり、−Ｔ１〜＋Ｔ１ Ｎｍの外では、リプル抑制量Tsupが０となる。

一方本実施例の電動機制御によれば、電動機１０が、Ｎ０rpm程度以下の低速度領域でトルクリプルに車輪が共振する可能性があるが、高速度回転では共振する可能性がなくなる。そこで本発明では、トルクリプル抑制量Ｔsupの演算因数に、図４の（ｂ）に示す回転速度対応の制限比Ｒｎを加える。これにより、回転速度がＮ０rpm以下の低速度領域ではリプル抑制量Ｔsupが算出されるが、その外側のＮ１rpm以内の速度領域では、Ｒｎにより近似演算値Ｔsupが次第に抑えられてついには０になり、Ｎ１rpm以上の高速度領域では、リプル抑制量Ｔsupが０となる。

図３に、図２上に示した「トルクリプル抑制値算出」２５の機能構成を示す。トルク指令Ｔrefに増幅（乗算）４１が、上述の位相近似直線の勾配であるα１を乗算して、積すなわちトルクリプルの位相αを出力し、増幅（乗算）４２が、回転角度θに、抑制対象のトルクリプルの次数ｎ（本実施例ではｎ＝６）を乗算して、積すなわち位相角ｎθを出力する。減算４３がトルクリプルの瞬時位相角（ｎθ−α）を算出し、ｓｉｎ関数演算４４が、位相角（ｎθ−α）のｓｉｎ値 ｓｉｎ（ｎθ−α） を算出する。

一方、トルク指令Ｔrefに増幅（乗算）４５が、上述の振幅近似直線の勾配であるｋ１を乗算し、その積に加算４７が、レジスタ４６にある定数ｋ０を加え、トルクリプルの振幅値Ｔｈを出力する。メモリに格納した、図４の（ａ）に示すトルク指令対応の制限比Ｒｔ群であるトルク指令対応制限比テーブル４８が、トルク指令Ｔref対応の制限比Ｒｔを出力し、同様な、メモリに格納した、図４の（ｂ）に示す回転速度対応の制限比Ｒｎ群である回転速度対応制限比テーブル４９が、電動機の回転速度ω対応の制限比Ｒｎを出力し、乗算５０が両制限比Ｒｔ，Ｒｎの積であるＲtn＝Ｒｔ・Ｒｎを算出し、乗算５１がＴｈ・Ｒtnを算出して、乗算５２が、ｓｉｎ（ｎθ−α）とＴh・Ｒtnとの積を算出し、この積をリプル抑制値Ｔsupとして、図２の減算２６に出力する。
Ｔsup＝Ｒt・Ｒn・Ｔh・ｓｉｎ（ｎθ−α）
であるので、ＲtおよびＲnは、Ｔsupの因数である。

図２に示すマイコンＭＰＵには、ＣＰＵの他に、データを記録したり、各種のプログラムを記録したりするためのＲＡＭ，ＲＯＭおよびフラッシュメモリが備わっており、ＲＯＭ又はフラッシュメモリに格納されたプログラム，参照データおよびルックアップテーブルをＲＡＭに書き込んで、該プログラムに基づいて、図２に２点鎖線ブロックで囲んで示す入力処理，演算および出力処理を行う。

図５に、該プログラムに基づいてマイコンＭＰＵ（のＣＰＵ）が実行するモータ駆動制御ＭＤＣの概要を示す。動作電圧が印加されるとマイコンＭＰＵは、自身およびＰＷＭパルス発生器３３，３４，インバータ２０およびコンバータ１９の初期化をおこなって、電動機１０を駆動するインバータ２０を停止待機状態に設定する。そして図示しない車両走行制御システムのメインコントローラからのモータ駆動スタート指示を待つ。モータ駆動スタート指示が与えられると、マイコンＭＰＵは、「開始処理」（ステップＳ１）によって、内部レジスタに電動機制御の初期値を設定して、「入力読込み」（ステップＳ２）で、入力信号又はデータを読み込む。すなわち、メインコントローラが与える第１指令トルクＴＭ＊，各相電流センサが検出した各相電流値ｉＵ，ｉＶ，ｉＷ、および、レゾルバ１７の回転角信号ＳＧ θ、をデジタル変換により読込む。

なお、以下においては、括弧内には、ステップという語を省略して、ステップ番号のみを記す。

次にマイコンＭＰＵは、読込んだ回転角信号ＳＧθ（回転角データＳＧθ）に基づいて回転角度θおよび回転速度ωを算出する（Ｓ３）。この機能を図２上には、角度，速度演算２３として示した。次にマイコンＭＰＵは、読込んだ３相の電流検出信号ｉＵ，ＩＶ，ｉＷを、３相／２相変換により、２相のｄ軸電流値ｉｄおよびｑ軸電流値に変換する（Ｓ４）。この機能を図２上には、電流帰還２２として示した。次にマイコンＭＰＵは、ｄ軸弱め界磁制御を行うためのｄ軸弱め界磁電流Δｉｄを算出する（Ｓ５）。この機能を図２上には、弱め界磁電流演算２８として示した。次にマイコンＭＰＵは、読み込んだモータ指令トルクＴＭ＊，２次電圧Ｖｕｃおよび算出した回転速度ωに対応する制限トルクＴＭ＊maxを制限トルクテーブルから読み出して、読み込んだモータ指令トルクＴＭ＊がＴＭ＊maxを超えていると、ＴＭ＊maxをトルク指令Ｔrefに定める。ＴＭ＊max以下のときには、読み込んだモータ指令トルクＴＭ＊をトルク指令Ｔrefに定める（Ｓ６）。この機能を図２上には、トルク指令制限２４として示した。

次にマイコンＭＰＵは、「２次目標電圧算出」（Ｓ７）で、電動機１０が「力行」運転か「回生」運転かを判定し、判定結果に対応してグループを選択し、その中の、指令トルクＴrefに対応付けられている２次目標電圧テーブルから、現在の回転速度ωに割り当てられている２次目標電圧Ｖｕｃ＊を読み出す。「２次目標電圧算出」（Ｓ７）の内容は、上述の、図２に示す２次目標電圧算出３１の内容と同様である。次の「２次電圧制御演算」（Ｓ８）では、コンバータ１９の２次電圧Ｖｕｃを、２次目標電圧Ｖｕｃ＊とするための制御出力Ｐｖｃを生成し、ＰＷＭパルス発生器３４に与える。この内容は、図２に示すフィードバック制御演算２３の内容と同様である。

「トルクリプル抑制」（Ｓ９）では、図３に示すトルクリプル抑制演算２５内のリプル抑制値Ｔsupの算出と、図２に示す減算２６を行って、目標トルクＴref*を算出する。「出力演算」（Ｓ１０）の内容は、上述の、図２に示す出力演算２７の内容と同様である。該「出力演算」（Ｓ１０）で算出したｄ−ｑ軸の電圧目標値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、３相変調モードの各相目標電圧ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に変換する（Ｓ１１）。このとき電動機目標電圧Ｖｍ＊も算出する。つぎの「変調制御」（Ｓ１２）で、変調比Ｍｉを算出し（Ｓ１３）、変調比Ｍｉ，指令トルクＴｒｅｆおよび回転速度ωに基いて、変調モードを決定する（Ｓ１４）。変調モードを決定するために参照するパラメータには、トルク指令Ｔref，回転速度ωおよび変調比Ｍｉがある。マイコンＭＰＵには、変調モード（３相変調，２相変調，１pulse）および変調比に対応付けた変調閾値テーブル（ルックアップテーブル）があり、各変調閾値テーブルには、変調モード境界の閾値（目標トルク値および回転速度値）が格納されている。「変調領域判定」（Ｓ１４）では、マイコンＭＰＵは、現在の変調モード（３相変調，２相変調又は１pulse）と変調比に対応する変調閾値テーブルを選択してそれから、閾値を読み出して、トルク指令Ｔrefおよび回転速度を閾値と対比して、次に採用すべき変調モードを決定する。

次の「出力更新」（Ｓ１５）では、変調制御（Ｓ１２）で決定した変調モードの各相目標電圧をＰＷＭパルス発生器３３に出力する。次に、次の繰返し処理タイミングになるのを待ってから（Ｓ１６）、再度「入力読込み」（Ｓ２）に進む。そして上述の「入力読込み」（Ｓ２）以下の処理を実行する。次の繰返し処理タイミングになるのを待っている間に、システムコントローラから停止指示があると、マイコンＭＰＵはそこでモータ回転付勢のための出力を停止する（Ｓ１７，Ｓ１８）。

図６に、第１実施例（実施例１）を適用した場合の、トルクリプル低減効果を示す。第１実施例により、−Ｔ１〜＋Ｔ１ Ｎｍのトルク領域の、特に低トルク領域−Ｔ０〜＋Ｔ０ Ｎｍでトルクリプルが大きく抑制されている。−Ｔ１〜＋Ｔ１ Ｎｍの外ではＲｔ＝０（図４の（ａ））により、リプル抑制効果はないが、この外領域ではトルク指令が大きいので、車輪はトルクリプルには共振しない。すなわち、第１実施例は、車輪の共振が継続する可能性が高い低トルク領域のトルクリプルを抑制している。

この第１実施例では、回転速度対応の制限比Ｒｎがリプル抑制値Ｔsupの因数であって、Ｒｎが、図４の（ｂ）に示すように、回転速度がＮ０rpm以下の低速度領域では１（１００％）、その外側のＮ１rpm以内の速度領域では、１未満で順次に小さくなってついにはＮ１rpmで０となり、Ｎ１rpm以上の高速度領域では０となるので、実効があるリプル抑制値Ｔsupをトルク指令値Ｔrefに加えるのは、トルクリプルが機械的な共振をもたらす共振速度領域（Ｎ０rpm程度以内）だけとなる。該共振速度領域の外では目標トルクＴref*がトルク指令Ｔrefそのものであってモータ効率低下はない。すなわち、機械的な共振をもたらすトルクリプルは有効に低減され、しかも無駄なモータ効率低下はなくなる。

また、トルク指令対応の制限比Ｒｔがリプル抑制値Ｔsupの因数であって、Ｒｔが、図４の（ａ）に示すように、Ｔ０ Ｎｍ以下のトルク指令Ｔrefでは１（１００％）、その外側のＴ１ Ｎｍ以内のトルク領域では、１未満で順次に小さくなってついにはＴ１ Ｎｍで０となり、Ｔ１ Ｎｍ以上のトルク領域では０となるので、実効があるリプル抑制値Ｔsupをトルク指令値Ｔrefに加えるのは、トルクリプルが被駆動系にもたらした機械的な共振が継続する可能性がある速度領域を維持する低トルク領域（Ｔ０ Ｎｍ程度以内）だけとなる。該低トルク領域の外では目標トルクＴref*がトルク指令Ｔrefそのものであってモータ効率低下はない。すなわち、トルクリプルによる機械的な振動或いは共振は有効に低減され、しかも無駄なモータ効率低下はなくなる。

上述の制限比ＲｎおよびＲｔをリプル抑制値Ｔsupの因数とするので、電動機動作が、トルクリプルがドライバに感じられやすく、また、トルクリプルが被駆動系にもたらした機械的な共振が継続する可能性がある速度領域を維持する、低トルク領域(−Ｔ０〜＋Ｔ０ Ｎｍ)、又は、前記共振速度領域(０〜Ｎ０rpm)にあるときに、トルクリプルを相殺するように、実効があるリプル抑制値がトルク指令値に加えた目標トルクＴref*が生成され、該低トルク領域の外かつ共振速度領域の外にあるときは、トルク指令値Ｔrefが目標トルクＴref*となる。

更に本実施例では、トルクリプルの振幅値Ｔｈを算出する第１多項式は、前記低トルク領域のトルクリプル振幅値（図１３）を近似直線で表す一次関数であり、同様に、トルクリプルの位相αを算出する第２多項式は、前記低トルク領域のトルクリプル位相（図１２）を近似直線で表す一次関数であるので、すなわち狭い範囲の直線近似であるので、演算処理が簡素である。よって、モータ制御装置の所要資源を低減することが出来る。直線近似の範囲が狭いので、精度よく振幅値Ｔｈおよび位相αを算出することが出来る。

なお、「トルクリプル抑制値演算」２５には、トルク指令Ｔrefを与えているが、電動機１０の出力トルク又は出力トルク推定値を、トルク指令Ｔrefに代えて与えるようにしてもよい。また、電動機１０は永久磁石同期電動機であるが、リラクタンス同期電動機にも、本発明を同様に実施できる。

第２実施例のハードウエアは上述の第１実施例と同一であり、機能の大要も同様である。しかし第２実施例の「トルクリプル抑制値演算」は、図７に示す「トルクリプル抑制値演算」２５ａに変更したものである。この「トルクリプル抑制値演算」２５ａのリプル位相テーブル６１は、前述のリプル位相αの近似演算式
α＝α１・Ｔref、
α１：定数、
で算出しメモリに格納した、−Ｔ１〜＋Ｔ１ Ｎｍの領域のトルク指令Ｔref対応のリプル位相値群であり、与えられたトルク指令Ｔrefに対応付けられているリプル位相値αを出力する。リプル振幅テーブル６２は、前述のリプル振幅Ｔｈの近似演算式
Ｔｈ＝ｋ１・Ｔref＋ｋ０、
ｋ１，ｋ０：定数、
で算出しメモリに格納した、０〜Ｔ１ Ｎｍの領域のトルク指令Ｔref対応のリプル振幅値群であり、与えられたトルク指令Ｔrefに対応付けられているリプル振幅値Ｔｈを出力する。「トルクリプル抑制値演算」２５ａのその他の機能は、第１実施例の「トルクリプル抑制値演算」２５と同様であり、第１実施例と実質的に同一のリプル抑制値Ｔsupを出力する。第２実施例のその他の構成および機能は、第１実施例と同じである。

第３実施例のハードウエアは上述の第１実施例と同一であり、機能の大要も同様である。しかし第３実施例の「トルクリプル抑制」は、６次のリプル近似関数を用いてトルク指令Ｔrefの全領域でリプル振幅Ｔｈおよび位相αを算出する、図８に示す「トルクリプル抑制」Ｓ９ａに変更し、トルク指令対応制限比テーブル４８は省略したものである。第３実施例の「トルクリプル抑制」Ｓ９ａは、図５に示す「トルクリプル抑制」（Ｓ９）に置換されるものである。すなわち第３実施例のモータ駆動制御ＭＤＣは、図５に示す第１実施例のモータ駆動制御ＭＤＣの中の「トルクリプル抑制」Ｓ９を、図８に示す「トルクリプル抑制」Ｓ９ａに変更したものである。

図８を参照する。「トルクリプル抑制」Ｓ９ａに進むと第２実施例のモータ制御装置のマイコンＭＰＵは、回転速度対応制限比テーブル４９からトルク指令Ｔref対応の制限比Ｒｎ（図４の（ｂ））を読み出す（Ｓ２１）。読み出したＲｎが０以下であると、目標トルクＴref*をトルク指令Ｔrefとする（Ｓ２２，Ｓ２８）。

読み出したＲｎが０を超える値であると、リプル振幅（図６の参考例１）を近似した６次関数
Ｔh＝k6・Tref6＋k5・Tref5＋k4・Tref4＋k3・Tref3＋k2・Tref2＋k1・Tref1＋k0
ｋ６〜ｋ０：定数
を用いてトルク指令Ｔref対応のリプル振幅値Ｔｈを算出し（Ｓ２２，Ｓ２３）、同様に、リプル位相（図１２の曲線）を近似した６次関数
α＝α6・Tref6＋α5・Tref5＋α4・Tref4＋α3・Tref3＋α2・Tref2＋α1・Tref1＋α0
α６〜α０：定数
を用いてトルク指令Ｔref対応のリプル位相値αを算出する（Ｓ２４）。算出したリプル位相値αを用いて、ｓｉｎ（ｎθ−α）を算出する（Ｓ２５）。ｎは抑制対象のトルクリプルの次数であり、本実施例ではｎ＝６である。そしてリプル抑制値Ｔsupを次のように算出し（Ｓ２６）、目標トルクＴref*を次のように算出する（Ｓ２７）：
Ｔsup＝Ｒn・Ｔh・ｓｉｎ（ｎθ−α）
Ｔref*＝Ｔref−Ｔsup
本実施例では、トルク指令Ｔrefの全領域でリプル抑制値Ｔsupを算出するが、回転速度対応の制限比Ｒｎがリプル抑制値Ｔsupの因数であり、Ｒｎが、図４の（ｂ）に示すように、回転速度がＮ０rpm以下の低速度領域では１（１００％）、その外側の１００rpm以内の速度領域では、１未満で順次に小さくなってついにはＮ１rpmで０となり、Ｎ１rpm以上の高速度領域では０となるので、実効があるリプル抑制値Ｔsupをトルク指令値Ｔrefに加えるのは、トルクリプルが機械的な共振をもたらす共振速度領域（Ｎ０rpm程度以内）だけとなる。該共振速度領域の外では目標トルクＴref*がトルク指令Ｔrefそのものであってモータ効率低下はない。すなわち、機械的な共振をもたらすトルクリプルは有効に低減され、しかも無駄なモータ効率低下はなくなる。また、Ｒｎが０となるＮ１rpm以上の回転速度では、前記６次関数を用いるＴｈおよびαの算出は実行しないので、高速領域での演算処理負荷は低い。

図９に、上記第３実施例によるトルクリプル低減効果を示す。なお、本発明者のシミュレーション（机上計算）によれば、２次の近似関数を用いても、第３実施例よりはリプル抑制効果はやや劣るが、低トルク領域、特に−Ｔ０〜＋Ｔ０Ｎｍ、においては第３実施例と同様な、十分なリプル抑制効果が得られる。すなわち、２次以上の近似関数を用いれば、車輪の共振を防止するに十分なリプル抑制効果が得られる。

第４実施例のハードウエアは上述の第３実施例と同一であり、機能の大要も同様である。しかし第４実施例の「トルクリプル抑制」は、図１０に示す「トルクリプル抑制値演算」２５ｂに変更したものである。この「トルクリプル抑制値演算」２５ｂのリプル位相テーブル６１ａは、前述のリプル位相αの６次の近似演算式
α＝α6・Tref6＋α5・Tref5＋α4・Tref4＋α3・Tref3＋α2・Tref2＋α1・Tref1＋α0
で算出しメモリに格納した、トルク指令全領域のトルク指令Ｔref対応のリプル位相値群であり、与えられたトルク指令Ｔrefに対応付けられているリプル位相値αを出力する。リプル振幅テーブル６２ａは、前述のリプル振幅Ｔｈの６次の近似演算式
Ｔh＝k6・Tref6＋k5・Tref5＋k4・Tref4＋k3・Tref3＋k2・Tref2＋k1・Tref1＋k0
で算出しメモリに格納した、トルク指令全領域のトルク指令Ｔref対応のリプル振幅値群であり、与えられたトルク指令Ｔrefに対応付けられているリプル振幅値Ｔｈを出力する。「トルクリプル抑制値演算」２５ｂのその他の機能は、第３実施例の「トルクリプル抑制」Ｓ９ａと同様であり、第３実施例と実質的に同一のリプル抑制値Ｔsupを出力する。第４実施例のその他の構成および機能は、第１実施例と同じである。

本発明の第１実施例の構成の概略を示すブロック図である。 図１に示すモータ制御装置２１の機能構成の概要を示すブロック図である。 図２に示すトルクリプル抑制値演算２５の機能構成を示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、図３に示すトルク対応の制限比テーブル４８および回転速度対応の制限比テーブルに格納した制限比ＲｔおよびＲｎを示すグラフである。 図２に示すマイコンＭＰＵのモータ制御の概要を示すフローチャートである。 第１実施例（実施例１）のトルク抑制効果を示すグラフである。 第２実施例のトルクリプル抑制値演算２５ａの機能構成を示すブロック図である。 第３実施例の「トルクリプル抑制」（Ｓ９ａ）の概要を示すフローチャートである。 第３実施例（実施例３）のトルク抑制効果を示すグラフである。 第４実施例のトルクリプル抑制値演算２５ｂの機能構成を示すブロック図である。 図１に示す電動機１０の、トルクリプル抑制がないときのトルクリプルを示すグラフである。 図１に示す電動機１０の、トルクリプル抑制がないときのリプル位相と近似直線を示すグラフである。 図１に示す電動機１０の、トルクリプル抑制がないときのリプル振幅と近似直線を示すグラフである。 図２に示すマイコンＭＰＵが実効するベクトル制御で用いる高効率トルク曲線（右上がりの太い実線）と界磁角との関係を示すグラフである。における

符号の説明

１０：電気モータ
１１〜１３：３相のステータコイル
１７：レゾルバ
１８：車両上のバッテリ
Ｖｄｃ：１次電圧（バッテリ電圧）
Ｖｕｃ：２次電圧（昇圧電圧）

Claims (12)

1. 直流電源；該直流電源と電動機との間の電力のやり取りを制御するインバータ；および、前記電動機の目標トルクおよび回転速度に基づいて、該電動機の出力トルクを前記目標トルクにするように、前記インバータを制御するモータ制御手段；を備える電動機制御装置において、
   前記電動機のトルクリプルの、電動機トルク対応の振幅値および位相値、ならびに前記電動機の回転角、に対応するリプル抑制値を導出する手段；および、
   前記トルクリプルが被駆動系に機械的な共振をもたらす共振速度領域では、前記トルクリプルを相殺するように前記リプル抑制値をトルク指令値に加えた前記目標トルクを生成し、前記共振速度領域の外ではトルク指令値を前記目標トルクとする目標トルク補正手段；
   を備えることを特徴とする、電動機制御装置。
2. 前記リプル抑制値を導出する手段は、
   前記電動機のトルクリプルの、トルク対応の振幅値を近似表現する第１多項式に基づいて該振幅値を算出する、振幅値算出手段；
   前記電動機のトルクリプルの、トルク対応の位相値を近似表現する第２多項式に基づいて該位相値を算出し、前記電動機の回転の電気角での、算出した位相値を持つ前記トルクリプルの振動値を算出する振動値算出手段；および、
   該振動値と前記振幅値との積を因数とするリプル抑制値を算出する抑制値算出手段；
   を備える請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記リプル抑制値を導出する手段は、
   前記電動機のトルクリプルの、トルク対応の振幅値を近似表現する第１多項式に基づいて算出した振幅値群でなる、メモリ手段上の振幅テーブル；
   前記電動機のトルクリプルの、トルク対応の位相値を近似表現する第２多項式に基づいて算出した位相値群でなる、メモリ手段上の位相テーブル；
   前記電動機のトルクに対応する位相値および振幅値を前記位相テーブルおよび振幅テーブルから読み出し、前記電動機の回転の電気角での、算出した位相値を持つ前記トルクリプルの振動値を算出する振動値算出手段；および、
   該振動値および前記振幅値を因数とするリプル抑制値を算出する抑制値算出手段；
   を備える請求項１に記載の電動機制御装置。
4. 前記リプル抑制値を導出する手段は、電動機動作が前記共振速度領域の外では、前記リプル抑制値の算出は実行しない；請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電動機制御装置。
5. 前記目標トルク補正手段は、電動機動作が、前記トルクリプルが被駆動系に機械的な共振速度領域を維持させる所定トルク領域、又は、前記共振速度領域にあるときに、前記トルクリプルを相殺するように前記リプル抑制値をトルク指令値に加えた前記目標トルクを生成し、前記所定トルク領域の外かつ前記共振速度領域の外にあるときはトルク指令値を前記目標トルクとする；請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電動機制御装置。
6. 第１多項式は、前記所定トルク領域の前記振幅値を近似直線で表す一次関数である；請求項５に記載の電動機制御装置。
7. 第２多項式は、前記所定トルク領域の前記位相値を近似直線で表す一次関数である；請求項５に記載の電動機制御装置。
8. 第１多項式は、トルク対応の振幅値を近似表現する２次以上の多項式である；請求項２又は３に記載の電動機制御装置。
9. 第２多項式は、トルク対応の位相値を近似表現する２次以上の多項式である；請求項２又は３に記載の電動機制御装置。
10. 前記所定トルク領域は、低トルク領域である；請求項５，６又は７に記載の電動機制御装置。
11. 前記共振速度領域は、所定の低速度領域である；請求項１又は４に記載の電動機制御装置。
12. 前記トルクリプルは、前記電動機に対する前記インバータの出力周波数の６次高調波の周波数である；請求項１に記載の電動機制御装置。

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