JP6641053B1 - 電動機制御装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の電気的特性が誤差あるいはばらつきを持つ場合においてもトルクリップルを抑制することができる電動機制御装置を提供する。【解決手段】突極性を有する電動機７に基本的なトルクを出力させるためのｄ軸基本電流指令およびｑ軸基本電流指令を出力する基本電流指令生成部１と、電動機の回転位置に応じて電動機の位置依存成分を出力する位置依存成分生成部１０１と、ｄ軸基本電流指令とｑ軸基本電流指令と位置依存成分からｄ軸電流補正指令およびｑ軸電流補正指令を演算する電流補正指令演算部１０３と、ｄ軸基本電流指令およびｑ軸基本電流指令にｄ軸電流補正指令およびｑ軸電流補正指令を重畳しｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を生成する電流補正指令重畳部２と、ｄ軸電流指令とｑ軸電流指令に基づいてインバータ６を介して電動機７に流す電流を制御する電流制御部３を備えている。【選択図】図１

Description

本願は、電動機制御装置およびそれを用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動機において、近年ではＰＭモータ（永久磁石埋め込みモータ）が小型・高効率という特徴から産業機器に広く利用されるようになった。しかし、ＰＭモータは、その構造上回転磁界に空間高調波を持ち、それにより誘起電圧に高調波成分が生じるため、トルクリップルが発生する。トルクリップルは、振動あるいは騒音、機械的共振といった問題を引き起こす原因になりうるため、その低減技術が必要となる。この低減技術として、トルクリップルを抑制可能とする電流指令値を生成し、基本電流指令に重畳することでトルクリップルを抑制するようにした方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、電動機に生じる回転磁界の空間高調波を回転位置に関するテーブルデータとして保持し、その空間高調波によって生じるトルクリップルが０となるような電流指令を作成し、基本電流指令に重畳することでトルクリップル抑制を実施している。

特開２００７−２６７４６６号公報

前述のように、特許文献１に記載されたトルクリップル抑制制御装置においては、事前に電動機の電気的特性をより高精度に取得できた場合においてトルクリップル抑制が可能となる。
しかしながら、事前に取得する電動機の電気的特性は、その真値に対して設計値あるいは測定値が誤差を持つと考えることが自然であり、また電動機の動作状態あるいは製造ばらつきによって変動する。そのため、電動機の電気的特性の取得値が真値と乖離している場合はトルクリップル抑制の効果が出ないという問題がある。実際に、特許文献１は、電動機の電機子鎖交磁束とインダクタンスなど電気的パラメータの中央値の誤差に基づいた構成になっておらず、脈動項を除いて電気的パラメータの中央値のみを用いて制御されている。

本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電動機の電気的特性の取得値が誤差を持つ場合においても好適にトルクリップルを抑制することが可能となる電動機制御装置を提供することを目的としている。

本願に開示される電動機制御装置は、突極性を有する電動機に基本的なトルクを出力させるためのｄ軸基本電流指令およびｑ軸基本電流指令を出力する基本電流指令生成部と、電動機の回転位置に応じて電動機の位置依存成分を出力する位置依存成分生成部と、ｄ軸基本電流指令およびｑ軸基本電流指令と位置依存成分からｄ軸電流補正指令およびｑ軸電流補正指令を演算する電流補正指令演算部と、ｄ軸基本電流指令にｄ軸電流補正指令を重畳し、ｑ軸基本電流指令にｑ軸電流補正指令を重畳し、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を生成する電流補正指令重畳部と、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令に基づいて電動機に流す電流を制御する電流制御部とを備え、電流補正指令演算部では、ｄ軸電流補正指令とｑ軸電流補正指令の大きさが予め決められた比率に演算され、比率は事前に指定されるか、または、電動機の状態に応じて指定され、且つ、位置依存成分生成部は、電動機の回転位置に応じて電動機の電機子鎖交磁束またはインダクタンスの位置依存成分を出力するものである。

本願に開示される電動機制御装置によれば、電流補正指令演算部でｄ軸電流補正指令とｑ軸電流補正指令の大きさが決められた比率になるよう演算することができる。ｄ軸電流補正指令とｑ軸電流補正指令の大きさを決められた比率に指定し、電動機の電気的特性の取得値の誤差に対するトルクリップルの感度を小さくすることで、電動機の電気的特性に誤差がある場合においてもトルクリップル抑制が可能となる。

実施の形態１に係る電動機制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図１における位置依存成分を表す図である。 実施の形態において定義した誤差領域を表す図である。 誤差領域におけるリップル抑制直線を表す図である。 実施の形態における電流補正演算部の内部を表す図である。 実施の形態における電流補正指令を表す図である。 実施の形態と特許文献１におけるトルクリップルの比較図である。 実施の形態と特許文献１におけるトルクリップルの比較図である。 実施の形態２に係る電動機制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態における位置依存成分生成テーブルを表す図である。 実施の形態３に係る電動機制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る電動機制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る電動機制御装置の変形例の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る電動機制御装置の変形例の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る電動機制御装置が適用される実施の形態５における電動パワーステアリング装置を示す構成図である。

以下、電動機制御装置の実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による電動機制御装置のブロック図である。図１において、電動機制御装置は、基本電流指令生成部１、電流補正指令重畳部２、電流制御部３、ｄｑ／３相座標変換器４、３相／ｄｑ座標変換器５、ベクトル制御方式のインバータ６、電流補正部１００を有する。電流補正部１００の内部には、電動機の位置依存成分生成部１０１、電動機の電気的特性中央値出力部１０２、電流補正指令演算部１０３、感度設定値出力部１０４を有する。電動機制御装置は、突極性を有する電動機７を電流検出器８、回転位置検出器９からの検出信号が入力される。

次に、これらの各構成要素の機能動作について説明する。
基本電流指令生成部１は、上位制御系からのトルク指令値Ｔ＊に基づいて、ｄ軸基本電流指令ｉｄ０とｑ軸基本電流指令ｉｑ０を演算し出力する。ｄ軸基本電流指令とｑ軸基本電流指令の演算は、最大トルク制御に則って演算してもよい。また、稼動状況に応じた公知の基本電流指令に基づいて演算してもよい。

電流補正指令重畳部２は、基本電流指令生成部１からの出力と、電流補正指令演算部１０３の出力である電流補正指令を足し合わせる。

電流制御部３は、ｄ軸実電流とｑ軸実電流が、電流補正指令重畳部２からの出力にそれぞれ追従するような制御方式によりｄｑ軸電圧指令値を演算し出力する。制御方式はＰＩ制御でもよい。また、他の公知の制御方式を用いてもよい。

ｄｑ／３相座標変換器４は、回転位置検出器９で検出された電動機の回転位置を用いて、電流制御部３で出力されたｄｑ軸電圧指令を３相座標上の電圧指令に変換し、インバータ６に入力する。インバータ６は、３相電圧を電動機７に印加する。

３相／ｄｑ座標変換器５は、回転位置検出器９で検出された電動機の回転位置を用いて、電流検出器８で検出された３相実電流をｄｑ軸電流に変換する。

位置依存成分生成部１０１は、回転位置検出器９で検出された電動機の回転位置に応じて、電動機の位置に依存する電気的特性の成分である位置依存成分Ｐｄを出力する。

電動機の電気的特性中央値出力部１０２は、制御の対象とする電動機の電気的特性の中央値を電流補正指令演算部１０３に出力する。また、感度設定値出力部１０４は、電動機の電気的特性の誤差に対するトルクリップルの感度として、設計者が事前に指定した値、または、運転状況に応じて設定した値を電流補正指令演算部１０３に出力する。詳しくは、電流補正指令演算部１０３とともに説明する。

電流補正指令演算部１０３は、ｄ軸基本電流指令値、ｑ軸基本電流指令値、電動機の電気的特性中央値、電動機の位置依存成分、感度設定値から、トルクリップルを抑制するｄｑ軸電流補正指令を演算し出力する。

以下、電流補正指令演算部１０３の原理と、電流補正指令演算部１０３から出力されるｄｑ軸電流補正指令の効果について説明する。
突極性を有する電動機のトルクは、以下の式（１）で表される。

ここで、Ｔ：トルク、Ｐｍ：電動機の極対数、Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス、ｉｄ：ｄ軸電流、ｉｑ：ｑ軸電流、Φｄ：ｄ軸磁石磁束、Φｑ：ｑ軸磁石磁束である。
式（１）において、インダクタンスＬｄ、Ｌｑは、その差がトルクに寄与するため、ここではインダクタンスＬ＝Ｌｄ−Ｌｑと定義し、上記式（１）を式（２）に変換する。

電動機の電気的特性であるインダクタンスと磁石磁束について、電動機の回転位置に関する位置依存成分を考慮し、電気的特性の中央値と位置依存成分に分離し、以下のように定義する。

ここで、Ｌ０：インダクタンスの中央値、Ｌｒｉｐｐｌｅ：インダクタンスの位置依存成分、Φｄ０：ｄ軸磁石磁束の中央値、Φｄｒｉｐｐｌｅ：ｄ軸磁石磁束の位置依存成分、Φｑ０：ｑ軸磁石磁束の中央値、Φｑｒｉｐｐｌｅ：ｑ軸磁石磁束の位置依存成分である。式（３）を用いて位置依存成分を考慮することにより、位置依存成分によって発生するトルクリップルが計算できるため、トルクリップルを抑制する電流補正指令の計算が可能となる。位置依存成分は、図２に示すように回転位置に応じた値を持つ関数とする。例えば、電気角周波数の６倍の周波数を持つ位置依存成分は、下記のように表すことができる。

上記式（４）を用いて本実施の形態を適用すると、電気角周波数の６倍の周波数を持つトルクリップルの抑制が可能となる。また、電気角周波数の６倍の周波数ではなく、ｎ倍の周波数を持つ位置依存成分は、下記のように表すことができる。

上記式（５）のように、任意の周波数の位置依存成分を対象とすることができる。式（５）を用いて本実施の形態を適用すると、電気角周波数のｎ倍の周波数を持つトルクリップルの抑制が可能となる。また、複数の周波数のトルクリップルを抑制するときは、各周波数における式（５）を用い、本実施の形態を適用して各周波数の電流補正指令を演算し、それらを基本電流指令に重畳すればよい。
続いて、電気的特性を中央値と位置依存成分に分けてトルク方程式に代入すると、上記式（２）は式（６）に展開される。

さらに、ｄｑ軸電流に高調波の補正指令を加えることとすると、上記式（６）は式（７）に展開される。

ここで、ｉｄ０：ｄ軸基本電流指令値、ｉｄｒｉｐｐｌｅ：ｄ軸電流補正指令値、ｉｑ０：ｑ軸基本電流指令値、ｉｑｒｉｐｐｌｅ：ｑ軸電流補正指令値である。
上記式（７）において、トルクの定数成分に着目する。トルクの定数成分は電動機の出力である基本的なトルクを表す。電流制御系では、電動機の出力である基本的なトルクがトルク指令値Ｔ＊に追従するように電流制御を行う。基本的なトルクＴ０は、電動機の電気的特性と基本電流指令ｉｄ０、ｉｑ０を用いて、下記式（８）となる。

基本的なトルクから基本電流指令ｉｄ０、ｉｑ０を求める方法は、最大トルク／電流（ＭＴＰＡ）制御を用いても良いし、他の公知の制御方法を用いても良い。例えば、ＭＴＰＡ制御を用いた場合、基本電流指令ｉｄ０、ｉｑ０は、下記式（９）を満たすように計算される。

式（８）と式（９）から基本電流指令ｉｄ０、ｉｑ０が計算される。他の公知の制御手法を用いる場合でも、基本的なトルクを表す式（８）に基づいて基本電流指令が計算される。
次に、式（７）において、高調波の二次以上の成分は十分小さいものとすると、トルクの高調波成分であるトルクリップルは以下の式（１０）で表される。

ここで、Ｔｒｉｐｐｌｅ：トルクリップルである。
ｄ軸磁石磁束とインダクタンスの中央値が誤差を有する場合、上記式（１０）は、式（１１）となる。

ここで、ΔＬ０：インダクタンスの中央値の誤差、ΔΦｄ０：ｄ軸磁石磁束の中央値の誤差である。

次に、ΔＬ０とΔΦｄ０について、図３に示す誤差領域の概念を導入し、トルクリップルを抑制する電流補正指令値について説明する。図３に示す誤差領域は、横軸が｜Ｌ０｜に対するΔＬ０の比ΔＬ０／｜Ｌ０｜、縦軸がΦｄ０に対するΔΦｄ０の比であるΔΦｄ０／Φｄ０を示す。任意の誤差ΔＬ０、ΔΦｄ０は、誤差領域上の点の座標として表現することが可能である。例えば、ΔＬ０とΔΦｄ０がどちらも０のとき、ΔＬ０とΔΦｄ０は誤差領域の原点（０，０）に対応する。また、誤差ΔＬ０とΔΦｄ０が、それぞれの中央値Ｍｅに対して＋１０％の大きさを持つとき、ΔＬ０とΔΦｄ０は誤差領域上の座標（０．１、０．１）に対応する。以下では、誤差領域上の点を誤差点Ｅｐと呼ぶ。
電流補正指令の設計について、誤差領域上の誤差点Ｅｐを１つ選び、その座標を（ｅＬ、ｅｐ）とする。次に、選んだ誤差点Ｅｐと原点において式（１１）で表されるトルクリップルが０となるように連立方程式を以下のように立てる。

ここで、Ｌ０はＬｄ−Ｌｑの中央値Ｍｅであり、逆突極性を持つ電動機では｜Ｌ０｜＝−Ｌ０となる。上記式（１２）の連立方程式を満たす電流補正指令ｉｄｒｉｐｐｌｅとｉｑｒｉｐｐｌｅを解くと、以下の電流補正指令の式が得られる。

上記式（１３）において、誤差点Ｅｐの座標（ｅＬ、ｅｐ）の比を以下のように定義する。

このとき、式（１４）は以下のように式（１５）に変換することができる。

式（１５）は、図５に示すように、ブロック１０３ａのようにｉｑｒｉｐｐｌｅを求めたあと、ｉｑｒｒｉｐｌｅを用いてブロック１０３ｂのようにｉｄｒｉｐｐｌｅを計算することが可能であることを示している。このことから、ｉｑｒｉｐｐｌｅを演算できればｉｄｒｉｐｐｌｅは簡素に演算することができる。また式（１５）において、電流補正指令は誤差点の座標そのものに依存せず、座標の比であるｅに依存することがわかる。つまり、誤差点は傾きがｅ となる直線上の点ならば、どの点を特定の誤差点として選択しようと電流補正指令は全く同じ値を持つこととなる。また、式（１５）で表される電流補正指令は、特定の誤差点においてトルクリップルが０となるように計算されていることから、式（１５）で表される電流補正指令は、傾きがｅとなる直線上のすべての誤差点でのトルクリップルを０とする電流であることがわかる。よって、ｅの設定次第で、ｄ軸磁石磁束とインダクタンスの中央値の誤差に対するロバスト性を選択することができる。

以下では、図４に示すように傾きがｅとなる直線をリップル抑制直線と呼ぶ。ｅを限りなく０に近づけたとき、リップル抑制直線ＲｓｌはΔＬ０/Ｌ０の軸と一致する。このときの電流補正指令は、ΔＬ０が如何なる誤差を持つときもトルクリップルを抑制することが可能である。つまり、ｅを０に近づけることにより、ΔＬ０に対してロバストであるということを示している。同様の考えにより、ｅを大きい値に設定すると、リップル抑制直線ＲｓｌはΔΦｄ０/Φｄ０の軸と一致し、ΔΦｄ０対してロバストにリップルを抑制することが可能である。また、ｅを任意の値に設定したときは、ΔＬ０とΔΦｄの比がｅとなる場合にロバストにリップルを抑制することが可能である。以上から、ｅはΔＬ０とΔΦｄ０に対する感度を表していることになっており、感度設定値と呼ぶこととする。

また式（１５）では、まずｑ軸電流補正指令ｉｑｒｉｐｐｌｅから計算し、ｉｑｒｉｐｐｌｅの値からｄ軸電流補正指令ｉｄｒｉｐｐｌｅを求めており、ｉｄｒｉｐｐｌｅはｉｑｒｉｐｐｌｅの単純な整数倍として簡素に計算することが可能である。また、最初にｉｄｒｉｐｐｌｅから計算し、ｉｄｒｉｐｐｌｅを用いてｉｑｒｉｐｐｌｅを計算してもよい。具体的には、下記の式（１６）となる。

上記式（１６）より、ｉｄｒｉｐｐｌｅを演算できれば、ｉｑｒｉｐｐｌｅはｉｄｒｉｐｐｌｅの定数倍として簡素に演算することができる。以上から、本実施の形態のｄ軸電流補正指令とｑ軸電流補正指令は、その位相が等しいかまたは１８０度の差を持つことを特徴としている。そのため片方を演算すれば、もう片方は演算した方の定数倍という簡素な計算により求めることができる。

本実施の形態における電流補正指令は、ｄ軸インダクタンスＬｄがｑ軸インダクタンスＬｑよりも大きいという特徴を持つ順突極性の電動機に対しても適用することができる。この場合、式（１２）において｜Ｌ０｜＝Ｌ０になることに注意して解くと、以下の式が得られる。

上記式（１７）は、逆突極性を持つ電動機の電流補正指令の計算時と同様に感度設定値ｅで表される電流となっており、ｅを限りなく０に近づけるとΔＬ０に対してロバストとなり、ｅを大きい値に設定すると、ΔΦｄ０に対してロバストとなる。
式（１７）は、まずｑ軸電流補正指令ｉｑｒｉｐｐｌｅから計算し、ｉｑｒｉｐｐｌｅの値からｄ軸電流補正指令ｉｄｒｉｐｐｌｅを求めているが、最初にｉｄｒｉｐｐｌｅから計算し、ｉｄｒｉｐｐｌｅを用いてｉｑｒｉｐｐｌｅを計算してもよい。具体的には、下記の式（１８）となる。

次に、トルクリップルの感度と電流補正指令の大きさの関係について説明する。式（１２）で表されるトルクリップルについて、ΔＬ０とΔΦｄ０に対する勾配を計算すると、以下のようになる。

上記式（１９）より、ΔＬ０に対するトルクリップルの感度を下げるためには、ｉｄｒｉｐｐｌｅ＊ｉｑ０＋ｉｑｒｉｐｐｌｅ＊ｉｄ０を小さくすればよい。また、ΔΦｄ０に対するトルクリップルの感度を下げるためには、ｉｑｒｉｐｐｌｅを小さくすればよい。ここで、ΔＬ０に対するトルクリップルの勾配について、大きな弱め電流となるｉｄ０が必要となる高回転時を除いて、基本的にｉｑ０の方がｉｄ０より大きいため、ΔＬ０に対するトルクリップルの感度を下げるには、ｉｄｒｉｐｐｌｅを小さくすればよいことになる。以上が、トルクリップルの感度と電流補正指令の大きさの関係性となる。

図６は、感度設定値であるｅの値を３通り（０．１、１、１０）に設定し、そのときの電流補正指令を表したものである。図６（ａ）は、感度設定値であるｅが０．１の場合、図６（ｂ）は、感度設定値であるｅが１の場合、図６（ｃ）は、感度設定値であるｅが１０の場合を表している。図６を見ると、設計上はΔＬ０に対してロバストとなる感度設定値のｅが小さい場合では、ｄ軸電流補正指令ｉｄｒｉｐｐｌｅが小さくなっていることが確認できる。また、設計上ΔΦｄ０に対してロバストとなる感度設定値のｅが大きい場合では、ｑ軸電流補正指令ｉｑｒｉｐｐｌｅが小さくなっていることが確認できる。以上の関係から、感度設定値であるｅはｄｑ軸電流補正指令ｉｄｒｉｐｐｌｅ、ｉｑｒｉｐｐｌｅの大きさを調整しているパラメータであることがわかる。つまり、感度設定値であるｅを小さくすればｄ軸電流補正指令ｉｄｒｉｐｐｌｅが小さくなり、感度設定値であるｅを大きくすればｑ軸電流補正指令ｉｑｒｉｐｐｌｅが小さくなる。以上から、感度設定値ｅは、ｄ軸電流補正指令とｑ軸電流補正指令の大きさの比を操作し、ΔＬ０とΔΦｄ０に対するロバスト性を決定するためのパラメータであり、本実施の形態の電流補正指令を流すことにより、電動機の電気的特性に誤差がある場合のトルクリップルを従来よりも小さくできる。

電動機の電気的特性の誤差に対するロバスト性とトルクリップル抑制性能について、本実施の形態における電流補正指令と特許文献１の電流補正指令をそれぞれ通電した際に発生するトルクリップルの大きさを図７、図８に示している。図７（ａ）、図８（ａ）はｅ＝０．１の場合、図７（ｂ）、図８（ｂ）はｅ＝１の場合、図７（ｃ）、図８（ｃ）はｅ＝１０の場合、図７（ｄ）、図８（ｄ）は特許文献１の場合を表わしている。図７、図８は、下の平面が誤差領域、縦軸がトルクリップルであり、電動機の電気的特性が誤差領域内の誤差を持つときに生じるトルクリップルの大きさをプロットしたものである。図７はｑ軸磁石磁束とインダクタンスの脈動が無く、ｄ軸磁石磁束の脈動がある場合を示す。図７（ｄ）の特許文献１の電流補正指令は、図７（ａ）の本実施の形態の電流補正指令のｅ＝０．１の場合と似た傾向にあり、インダクタンス誤差ΔＬ０があってもトルクリップル抑制効果が薄れにくいという特徴がある。しかし、ｄ軸磁石磁束誤差ΔΦｄ０がある場合には、トルクリップル抑制効果が薄れている。このことから、製造の方法あるいは電動機の電気的特性の計測の理由でΔΦｄ０が生じ易い電動機に対しては、特許文献１の電流補正指令ではトルクリップルを抑制することができない。その点、本実施の形態の電流補正指令は感度設定値であるｅを変更するだけでΔΦｄ０が生じ易い場合にもトルクリップルを抑制することができる。図７（ｂ）は、ΔＬ０とΔΦｄ０が各中央値に対して同等程度の比率となる傾向がある場合にトルクリップルを抑制し、図７（ｃ）は、ΔΦｄ０が生じ易い場合にトルクリップルを抑制することが可能であることを示している。

また、図７ではいずれの電流補正指令の場合も、誤差領域内でのトルクリップルの最大値は０．０１６７Ｎ・ｍであり、トルクリップル抑制を行わない場合でのトルクリップルの大きさが０．１６７Ｎ・ｍであるため、最悪でも９０％の低減を行うことが可能となっている。さらに、ΔＬ０とΔΦｄ０が誤差領域内の任意の誤差を持つとき、図７からｅ＝１の電流補正指令を通電した場合が、他の場合よりもトルクリップル抑制効果が高い範囲が大きいことが見てとれる。比較のため、各電流補正指令において、トルクリップルの最大値の半分である０．００８４Ｎ・ｍ以下となる誤差の範囲を求め、その範囲を誤差領域全体の面積に対する比率として計算する。計算すると、特許文献１では０．００８４Ｎ・ｍ以下となる範囲は誤差領域の４８％であり、本実施の形態の電流補正指令では、ｅ＝０．１の場合は５３％、ｅ＝１の場合は７４％、ｅ＝１０の場合は５３％となった。このことから、ｅ＝１はΔＬ０とΔΦｄ０が誤差領域内の任意の誤差を一様な確率で持つときに、トルクリップルを抑制する確率が最も高いことがわかる。以上から、本実施の形態の電流補正指令は、電動機の電気的特性の誤差がある場合のトルクリップルを従来よりも小さくできる。

次に、図８はｄ軸磁石磁束の脈動に加えて、ｑ軸磁石磁束とインダクタンス脈動もある場合を示す。このとき、トルクリップル抑制を行わないときのトルクリップルの大きさは０．１８８１Ｎ・ｍである。図８（ｄ）より、特許文献１の電流補正指令を用いたときのトルクリップルの大きさは、いずれの誤差の場合も約０．０６Ｎ・ｍであり、本来の目的であるトルクリップル抑制の効果が６８％となっている。トルクリップル抑制を行わない場合と比較するとトルクリップルは低減できているものの、ｑ軸磁石磁束とインダクタンスの脈動が無いときの低減率に比べるとトルクリップル抑制の効果は小さくなっている。一方、本実施の形態の電流補正指令は、ｑ軸磁石磁束とインダクタンス脈動があってもトルクリップル抑制効果が高く、また感度設定値であるｅの値と各誤差に対するロバスト性も設計通りの特性が現れている。以上から、ｑ軸磁石磁束とインダクタンス脈動がある場合においても、本実施の形態の電流補正指令は、電動機の電気的特性の誤差がある場合でもトルクリップルを好適に抑制することができる。

図７、図８を用いた上述の説明では、電動機のインダクタンスと電機子鎖交磁束の中央値の誤差が実際に取りうる範囲をそれぞれ０．１倍としており、すなわち中央値の誤差の比率の実際に取りうる値を１とした説明であったので、ｅ＝１が最良であった。電動機のインダクタンスと電機子鎖交磁束の中央値の誤差の比率が実際に取りうる値が１以外の別の値であるときも、その値を予め把握しておくことで、その値を感度設定値ｅに与えることで、トルクリップルの振幅が小さい誤差領域を最大にすることができる。すなわち、本実施の形態の構成ならば、電気的パラメータの中央値の取りうる誤差領域に応じて電流補正指令を生成できるので、その誤差領域において、ΔＬ０とΔΦｄ０が誤差領域内の任意の誤差を一様な確率で持つときに、トルクリップルを所定の値よりも小さくする確率を最も高くすることができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２による電動機制御装置について、図９を用いて説明する。実施の形態２は、図９に示すとおり、回転位置に対する電動機の位置依存成分のテーブル１０５を持ち、そのテーブルに基づいて位置依存成分Ｐｄを出力し電流補正指令を計算する場合である。
本実施の形態では、予め公知の方法により、電動機のインダクタンス、および磁石磁束を測定しておき、各測定値から平均値を引くことで位置依存成分を抽出する。抽出した位置依存成分を図１０のような回転位置に対するテーブルデータにし、回転位置に応じた位置依存成分Ｐｄを電流補正指令演算部１０３に出力する。ｄｑ軸電流補正指令を出力する電流補正指令演算部１０３では、実施の形態１と同様の計算を行うことにより、電動機の電気的特性に対してロバストにトルクリップルを抑制する電流補正指令を計算し、ｄｑ軸基本電流指令に重畳することで、トルクリップルを抑制することができる。本実施の形態におけるテーブルデータは、６ｆ成分だけでなく、任意の周波数成分が含まれたテーブルデータを作成してもよい。任意の周波数成分が含まれたテーブルデータから位置依存成分を電流補正指令演算部１０３に出力し、式（１５）に基づいて電流補正指令を計算し、ｄｑ軸基本電流指令に重畳することで、テーブルデータに含まれている周波数成分と同じ周波数のトルクリップルを抑制することができる。複数の周波数成分が含まれている場合は、それらの周波数成分と同じ周波数のトルクリップルを抑制することができるため、各周波数で個別に電流補正指令を計算する必要がなく演算量を減らすことが可能となる。

感度設定値ｅは、実施の形態１で説明した通りであり、ｅを小さくするとｉｄｒｉｐｐｌｅが小さくなってインダクタンスの中央値誤差ΔＬ０に対してロバストにトルクリップルを抑制する電流となり、ｅの値を大きくするとｉｑｒｉｐｐｌｅが小さくなってｄ軸磁石磁束の中央値誤差ΔΦｄ０に対してロバストにトルクリップルを抑制することができる。以上から、本実施の形態においても、感度設定値ｅによりｄｑ軸電流補正指令の大きさ比率を変えることができ、それにより電動機の電気的特性に誤差ある場合においてもトルクリップルの抑制が可能になる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３による電動機制御装置について、図１１を用いて説明する。図１１に示すように、実施の形態３では、電流補正指令位相成分生成部１０６と、電流補正ゲイン演算部１０７と、電流補正ゲイン乗算部１０８を備えている。
本実施の形態では、予め公知の方法により、電動機のインダクタンス、および磁石磁束を測定しておき、各測定値から平均値を引くことで位置依存成分を抽出する。続いて、式（１５）の分子部分を抽出した下記の式（２０）に従い、電動機の回転位置とｄｑ軸基本電流指令に対するｄｑ軸電流補正指令の位相成分ｆ（θ、ｉｄ０、ｉｑ０）の三次元テーブルを作成し、電流補正指令位相成分生成部１０６とする。

作成したテーブルからの位相成分ｆ（θ、ｉｄ０、ｉｑ０）相当出力に、電流補正ゲイン演算部１０７で計算された電流補正ゲインを電流補正ゲイン乗算部１０８で乗算し、電流補正指令重畳部２で基本電流指令に重畳する。本実施の形態では、電流補正指令の位相成分をテーブルとして保有するため、実施の形態２のように電動機の各電気的特性を別々にテーブルデータにする必要がなく、データ量を減らすことができる。また本実施の形態の電流補正指令は、ｄ軸電流補正指令とｑ軸電流補正指令の位相が等しいかまたは１８０度の差であることから、式（２０）で表す位相成分があれば、ｄ軸電流補正指令とｑ軸電流補正指令は位相成分の単純な整数倍として簡素に求めることができる。電流補正ゲイン演算部１０７は、下記の式（２１）に従って演算する。

式（２１）における感度設定値ｅの役割は実施の形態１で説明したとおりであり、ｅの値を小さくするとｉｄｒｉｐｐｌｅが小さくなってインダクタンスの中央値誤差ΔＬ０に対してロバストにトルクリップルを抑制する電流となり、ｅの値を大きくするとｉｑｒｉｐｐｌｅが小さくなってｄ軸磁石磁束の中央値誤差ΔΦｄ０に対してロバストにトルクリップルを抑制する電流となる。

以上から、本実施の形態においても、感度設定値ｅによりｄｑ軸電流補正指令の大きさ比率を変えることができ、それにより電動機の電気的特性に誤差ある場合においてもトルクリップルの抑制が可能になる。

また、電流補正指令の分子成分のテーブルを持つのではなく、電流補正指令の分子成分を三角関数の周期関数に当てはめて計算してもよい。その場合、例えば式（５）で表されるような電気角周波数のｎ倍の周波数を持つ電動機の位置依存成分を対象とすると、電流補正指令の位相成分は下記の式（２２）になる。

上記式（２２）を用いることにより、テーブルデータの作成を行うことなく、特定の周波数のトルクリップルを抑制することが可能となる。そのため、本実施の形態でもテーブルデータを用いるか式（２２）を用いるかは、場合に応じて使い分けることができる。

実施の形態４．
次に、実施の形態４による電動機制御装置について、図１２〜図１４を用いて説明する。実施の形態４では、電流補正指令に調整ゲイン生成部１０９で生成された調整ゲインを乗算する調整ゲイン乗算部１１０を有する。電流補正指令は、実施の形態１で説明した式（１５）を用いた図１２で示すような構成でもよく、あるいは実施の形態２で説明したように位相成分テーブルから演算した電流補正指令を用いた図１３で示す変形例のような構成でもよく、または実施の形態３で説明したように電流補正指令位相成分と電流補正ゲインから演算された電流補正指令を用いた図１４に示す変形例のような構成でもよい。この調整ゲインは、０から１までの値を持つものとする。本実施の形態においても、感度設定値ｅによってｄｑ軸電流補正指令の大きさ比率を変えることができ、それにより電動機の電気的特性に誤差ある場合においてもトルクリップルの抑制が可能になる。

また、ｄ軸電流補正指令とｑ軸電流補正指令の位相が等しいかまたは１８０度の差であるため、電流補正指令の位相計算はｄ軸電流補正指令、またはｑ軸電流補正指令の片方だけ行えばよく、もう片方は計算した方の定数倍するだけで求めることができるため、簡素に電流補正指令を求めることができる。

さらに本実施の形態では、電流補正指令演算部１０３で演算された電流補正指令の最適設計値より小さくする構成を持つ。これにより、電動機の電気的特性が中央値となるときのトルクリップル抑制効果が低下するが、実施の形態１で説明したように、電流補正指令値が小さいほど電動機の電気的特性中央値の誤差に対してロバストとなるため、本実施の形態を適用することで電動機の電気的特性のばらつきが大きい場合でもトルクリップルを悪化させることなく低減することができる。本実施の形態は、電動機の電気的特性のばらつきに応じて、実施の形態１と使い分けることができる。

実施の形態５．
前記実施の形態では電動機制御装置について説明したが、該電動機制御装置と運転者の操舵を補助するためのアシストトルクを発生する突極性を有する電動機とを備えた電動パワーステアリング装置に適用しても良い。
図１５は、実施の形態５における電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。図１５において、電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール３０１と、ステアリングシャフト３０２と、ラック・ピニオンギヤ３０３と、車輪３０４、３０５と、電動機７と、減速ギヤ３０６と、回転位置検出器９と、トルクセンサ３０７と、車速センサ３０８と、電動機制御装置２００が設けられている。

図１５において、図示しない運転者からステアリングホイール３０１に加えられた操舵トルクは、トルクセンサ３０７のトーションバー、ステアリングシャフト３０２を通り、ラック・ピニオンギヤ３０３を介して、ラックに伝達され、車輪３０４、３０５を転舵させる。
電動機７は、減速ギヤ３０６を介してステアリングシャフト３０２と連結している。電動機７から発生する出力トルクは、減速ギヤ３０６を介してステアリングシャフト３０２に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵トルクを軽減する。
トルクセンサ３０７は、運転者がステアリングホイール３０１を操舵することによりトーションバーに加わった操舵トルクを検出する。この操舵トルクによってトーションバーには操舵トルクにほぼ比例した捩れが生じるので、この捩れ角を検出し、操舵トルク信号に換算する。車速センサ３０８は、車両の走行速度を検出した信号である車速を出力する。

また、電動機制御装置２００は、前記実施の形態のいずれかのものであり、トルクセンサ３０７で検出した操舵トルク信号と、回転位置検出器９で得られた回転位置θと、車速センサ３０８で検出した車速に応じて、電動機７が出力する出力トルクに相当する電流指令の方向と大きさを決定し、この出力トルクを電動機７に発生させるべく、電流指令に基づいて電源から電動機７に流す電流を制御する。
このような電動パワーステアリング装置においても、実施の形態１〜実施の形態４と同様に、電動機の電気的特性の取得値の誤差に対するトルクリップルの感度を小さくすることで、電動機の電気的特性に誤差がある場合においてもトルクリップル抑制が可能となる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 基本電流指令生成部、２ 電流補正指令重畳部、３ 電流制御部、６ インバータ、１００ 電流補正部、１０１ 位置依存成分生成部、１０３ 電流補正指令演算部

Claims (6)

1. 突極性を有する電動機をベクトル制御方式のインバータで制御する電動機制御装置において、前記電動機に基本的なトルクを出力させるためのｄ軸基本電流指令およびｑ軸基本電流指令を出力する基本電流指令生成部と、前記電動機の回転位置に応じて前記電動機の位置依存成分を出力する位置依存成分生成部と、前記ｄ軸基本電流指令および前記ｑ軸基本電流指令と前記位置依存成分からｄ軸電流補正指令およびｑ軸電流補正指令を演算する電流補正指令演算部と、前記ｄ軸基本電流指令に前記ｄ軸電流補正指令を重畳し、前記ｑ軸基本電流指令に前記ｑ軸電流補正指令を重畳し、ｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令を生成する電流補正指令重畳部と、前記ｄ軸電流指令および前記ｑ軸電流指令に基づいて前記インバータを介して前記電動機に流す電流を制御する電流制御部とを備え、前記電流補正指令演算部では、前記ｄ軸電流補正指令と前記ｑ軸電流補正指令の大きさが予め決められた比率に演算され、前記比率は事前に指定されるか、または、前記電動機の状態に応じて指定され、且つ、前記位置依存成分生成部は、前記電動機の回転位置に応じて前記電動機の電機子鎖交磁束またはインダクタンスの位置依存成分を出力することを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記電流補正指令演算部は、前記電動機の電機子鎖交磁束とインダクタンスと前記ｄ軸基本電流指令と前記ｑ軸基本電流指令および前記ｑ軸電流補正指令に基づいて前記ｄ軸電流補正指令を演算することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記比率は、前記電動機の電機子鎖交磁束とインダクタンスそれぞれの中央値の誤差の比率である感度設定値に基づくことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 前記電流補正指令演算部は、前記感度設定値と前記電動機の電機子鎖交磁束とインダクタンスと前記ｄ軸基本電流指令および前記ｑ軸基本電流指令に基づいて前記ｄ軸電流補正指令および前記ｑ軸電流補正指令を演算することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
5. 前記ｄ軸電流補正指令と前記ｑ軸電流補正指令の位相が等しいかまたは１８０度の差であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
6. 運転者の操舵を補助するためのアシストトルクを発生する突極性を有した電動機と、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動機制御装置を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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