JP6714952B2 - 電動機制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルク変動を低減する電動機制御装置、及び電動機制御装置を備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動機制御装置のコスト低減を目的として、角度の検出分解能が低い安価な角度センサを用いて、電動機の制御を行う要求がある。角度検出分解能が低い角度センサを利用する場合、電動機の実角度と角度検出値の誤差に起因してトルク変動が発生するという問題がある。

従来技術の例として、特許文献１から３に開示されている技術がある。特許文献１の技術では、角度センサの出力信号から電動機の回転速度の平均値を算出し、回転速度の積分値を用いて角度検出値を補正している。

また、特許文献２の技術では、電流指令値の変化率を回転速度に応じて制限することで、角度検出値が更新されるタイミングで発生するトルク変動を抑制している。

特許文献３の技術では、電流や電圧を用いて誘起電圧やインダクタンスを推定することで、角度センサの出力信号に基づいて検出した角度検出値が変化していない期間の角度検出値を推定している。

特開２０１１−１１７７６９号公報 特開２００２−３６９５６９号公報 特開２００６−３０４４７８号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、角度検出値が変化する時間間隔から回転速度を算出しているため、回転速度の低下に伴い回転速度の計算精度が低下する。したがって、回転速度が低い条件では角度検出値の補正精度が低下し、トルク変動が増加するおそれがある。

また、特許文献２の技術では、電流指令値の変化率に制限を設けることによりトルク変動を抑制するため、回転速度に応じて適切に電流指令値の変化率の制限値を変更する必要がある。したがって、回転速度が急変する場合など、回転速度の演算精度が低下する条件では電流指令値の変化率を適切に設定できないため、変化率の制限不足によるトルク変動の増加や、過剰な電流指令値の制限によるトルクの低下が発生するおそれがある。

特許文献３の技術では、誘起電圧の振幅が低下する低回転速度状態や、誘起電圧係数やインダクタンスなどの電動機のパラメータが温度によって変化する場合に、角度検出値の補正精度が悪化し、トルク変動が増加する。また、誘起電圧係数やインダクタンスの推定には複雑な演算が必要であるため、演算負荷が高いという問題がある。

そこで、電動機の回転速度が低い条件であっても、簡素な演算によって角度の検出分解能の低さに起因するトルク変動を抑制できる電動機制御装置及び電動パワーステアリング装置が望まれる。

本発明に係る電動機制御装置は、
多相巻線の電動機のロータの角度が、予め設定された複数の角度のそれぞれに到達する毎に、角度検出値が対応する角度にステップ的に変化する角度検出部と、
前記多相巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電動機の回転状態を検出する回転状態検出部と、
前記回転状態の検出値に基づいて、前記多相巻線に流す電流指令値を算出する電流指令算出部と、
前記角度検出値、電流検出値、及び前記電流指令値に基づいて前記多相巻線に流す電流を制御する電流制御部と、
前記角度検出値がステップ的に変化する変化周期の逆数である変化周波数が、前記回転状態を制御するフィードバック制御系のカットオフ周波数よりも低い場合に、前記電流指令値に基づいて、実角度に対する前記角度検出値の誤差である角度検出誤差に相関する角度誤差相関値を推定し、前記角度誤差相関値の推定値に基づいて、前記電流指令値又は前記角度検出値を補正する角度誤差補正部と、を備え、
前記角度誤差補正部は、前記電流指令値の増加に対して前記角度検出誤差の絶対値が増加し、前記電流指令値の減少に対して前記角度検出誤差の絶対値が減少するように前記角度誤差相関値の推定値を変化させるものである。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、上記のような電動機制御装置と、前記電動機と、前記電動機の出力トルクを車両の操舵装置に伝達する駆動力伝達機構と、を備えたものである。

本発明に係る電動機制御装置及び電動パワーステアリング装置によれば、電流指令値に基づいて角度誤差相関値を推定し、角度誤差相関値に基づいて電流指令値又は角度検出値を補正することにより、角度検出誤差によるトルク変動を抑制するため、電流及び電圧を用いて誘起電圧係数やインダクタンスを推定する必要が無い。したがって、電動機の回転速度が低い条件であっても、簡素な演算によって角度の検出分解能の低さに起因するトルク変動を抑制できる。さらに、角度誤差相関値の推定に回転速度の変化が影響しないため、回転速度が急変するような場合でも角度誤差相関値を正確に推定し、トルク変動を抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る電動機制御装置及び電動機の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機制御装置及び電動機の詳細構成図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機制御装置のハードウェア構成図である。 本発明の実施の形態１に係る角度検出値の挙動を表すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る角度検出誤差によるｑ軸電流の低下を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る角度誤差補正部のブロック図である。 比較例に係るトルク変動の発生挙動を表すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係るトルク変動の抑制効果を表すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係るトルク変動の低減効果を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係る角度誤差補正部のブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る電動機制御装置及び電動機の概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係る角度検出誤差及び角度検出誤差の余弦値の別例の挙動を表すタイムチャートである。 本発明の実施の形態４に係る調整ゲインの変化に対する補正係数の変化を説明する図である。 本発明の実施の形態４に係る調整ゲインの変化に対するトルク変動の低減率の変化を説明する図である。 本発明の実施の形態４に係る調整ゲインＫ＝２とした場合のトルク変動の抑制効果を表すタイムチャートである。 本発明の実施の形態５に係る回転速度に応じた調整ゲインの設定を説明する図である。 本発明の実施の形態７に係る電動機制御装置及び電動機の概略構成図である。 本発明の実施の形態８に係る電動機制御装置及び電動機を用いた電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態８に係る電動機制御装置及び電動機を用いた電動パワーステアリング装置の別例の概略構成図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る電動機制御装置１について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の概略構成図であり、図２は、本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の詳細構成図である。

電動機２は、非回転部材に固定されたステータと、当該ステータの径方向内側に配置され、非回転部材に対して回転可能に支持されたロータと、を備えている。本実施の形態では、電動機２は、永久磁石式の同期電動機とされており、ステータに多相巻線（本例では、３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗ）が巻装され、ロータに永久磁石が設けられている。ロータには、ロータの角度を検出する角度センサ１２が設けられている。また、ロータの回転軸には、ロータの出力トルクを検出するトルクセンサ１３が設けられている。

電動機２は、直流交流変換を行うインバータ１０を介して、直流電源４に電気的に接続されている。電動機２は、少なくとも、直流電源４からの電力供給を受けて動力を発生する電動機の機能を有している。なお、電動機２は、電動機の機能に加えて、発電機の機能を有してもよい。

インバータ１０は、直流電源４と電動機２との間で電力変換を行う直流交流変換装置である。インバータ１０は、直流電源４の正極に接続される正極電線と直流電源４の負極に接続される負極電線との間に直列接続された２個のスイッチング素子が、３相各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線に対応して３セット設けられたブリッジ回路に構成されている。正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とを直列接続する接続点は、対応する相の巻線に接続される。スイッチング素子には、フリーホイールダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。

インバータ１０は、各巻線に流れる電流を検出するための電流センサ１１を備えている。電流センサ１１は、スイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。また、電流センサ１１は、３相各相の正極側もしくは負極側のスイッチング素子と直列の位置に配置されたシャント抵抗とされてもよい。この場合、各相のシャント抵抗の上流側端子および下流側端子がそれぞれ独立に電動機制御装置１に接続され、各相の電流が検出される。

電動機制御装置１は、インバータ１０を介して、電動機２を制御する制御装置である。図１及び図２に示すように、電動機制御装置１は、角度検出部５１、電流検出部５２、回転状態検出部５３、電流指令算出部５４、電流制御部５５、角度誤差補正部５６等の機能部を備えている。電動機制御装置１が備える各機能部５１〜５６等は、電動機制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、電動機制御装置１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。本実施の形態では、入力回路９２には、電流センサ１１、角度センサ１２、トルクセンサ１３、及び電圧センサ１４等が接続されている。出力回路９３には、インバータ１０（スイッチング素子又はスイッチング素子のゲート駆動回路）等が接続されている。

そして、電動機制御装置１が備える各機能部５１〜５６等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の電動機制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各機能部５１〜５６等が用いる判定値、テーブルデータ等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、電動機制御装置１の各機能について詳細に説明する。

＜角度検出部５１＞
角度検出部５１は、ロータの角度θｄｅｔを検出する。角度検出部５１は、ロータの角度が、予め設定された複数の角度のそれぞれに到達する毎に、角度検出値θｄｅｔが対応する角度にステップ的に変化する。本実施の形態では、角度検出部５１は、角度センサ１２の出力信号に基づいて、ロータの角度θｄｅｔを検出する。角度センサ１２は、ホールセンサとされている。ロータの永久磁石と対向するステータの位置に、電気角で１２０ｄｅｇの角度間隔で３つのホール素子が設けられている。よって、図４に示すように、角度検出値θｄｅｔは、ロータが電気角で６０ｄｅｇ回転する毎に、６０ｄｅｇずつステップ的に変化する。角度検出値θｄｅｔは、３０ｄｅｇ、９０ｄｅｇ、１５０ｄｅｇ、２１０ｄｅｇ、２７０ｄｅｇ、３３０ｄｅｇの順にステップ的に変化する。

また、角度検出部５１は、角度検出値θｄｅｔの時間変化に基づいて、ロータの回転速度を算出する。本実施の形態では、角度検出部５１は、ステップ的に変化する角度検出値θｄｅｔの角度間隔を、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化する周期で除算して、ロータの回転速度を算出する。なお、角度センサ１２として、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化するロータリエンコーダ等の他の種類のセンサが用いられてもよい。

＜電流検出部５２＞
電流検出部５２は、多相巻線に流れる電流を検出する。本実施の形態では、電流検出部５２は、電流センサ１１の出力信号に基づいて、Ｕ相巻線に流れるＵ相電流Ｉｕｄｅｔ、Ｖ相巻線に流れるＶ相電流Ｉｖｄｅｔ、Ｗ相巻線に流れるＷ相電流Ｉｗｄｅｔを検出する。

＜回転状態検出部５３＞
回転状態検出部５３は、電動機２の回転状態を検出する。本実施の形態では、回転状態検出部５３は、回転状態として電動機２の出力トルクを検出する。本実施の形態では、回転状態検出部５３は、トルクセンサ１３の出力信号に基づいて、電動機２の出力トルクを検出する。

＜電流指令算出部５４＞
電流指令算出部５４は、回転状態としての電動機２の出力トルクの検出値に基づいて、３相巻線に流す電流指令値を算出する。本実施の形態では、電流指令算出部５４は、出力トルクの検出値が、目標トルクに近づくように、電流指令値を変化させるフィードバック制御を行う。ＰＩＤ制御等の各種のフィードバック制御が用いられる。電流指令算出部５４は、電流指令値として、３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流す電流をｄｑ軸の回転座標系で表した電流指令である、少なくともｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出する。本実施の形態では、電流指令算出部５４は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄも算出する。ｄｑ軸回転座標は、ロータに設けられた永久磁石のＮ極の向き（磁極位置）に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角で９０ｄｅｇ進んだ方向に定めたｑ軸からなる、ロータの電気角での回転に同期して回転する２軸の回転座標である。ｑ軸の電流が増加すると、電動機２の出力トルクが増加し、ｑ軸の電流が減少すると、電動機２の出力トルクが減少する。

＜電流制御部５５＞
電流制御部５５は、角度検出値θｄｅｔ、電流検出値、及び電流指令値に基づいて３相巻線に流す電流を制御する。本実施の形態では、電流制御部５５は、角度検出値θｄｅｔに応じて回転する、ｄｑ軸の回転座標系上で、３相巻線に流れる電流を制御する。図２に示すように、電流制御部５５は、電流フィードバック制御部６１、電圧座標変換部６２、ＰＷＭ信号生成部６３、電流座標変換部６４、及び電源電圧検出部６５を備えている。

電源電圧検出部６５は、電圧センサ１４の出力信号に基づいて、直流電源４の電源電圧Ｖｄｃを検出する。電流座標変換部６４は、３相の電流検出値Ｉｕｄｅｔ、Ｉｖｄｅｔ、Ｉｗｄｅｔを、角度検出値θｄｅｔに基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、角度検出値θｄｅｔに応じて回転するｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸の電流検出値Ｉｄｄｅｔ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｄｅｔに変換する。

電流フィードバック制御部６１は、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値Ｉｄｄｅｔ、Ｉｑｄｅｔが、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｒｅｆ、Ｉｑｒｅｆに近づくように、電動機２に印加する電圧の指令信号をｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸の電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びｑ軸の電圧指令値Ｖｑｒｅｆを、ＰＩ制御等により変化させる電流フィードバック制御を行う。本実施の形態では、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆには、後述する角度誤差補正部５６による補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃが用いられる。

その後、電圧座標変換部６２は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｒｅｆ、Ｖｑｒｅｆを、角度検出値θｄｅｔに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相各相の巻線への交流電圧指令値である３相交流電圧指令値Ｖｕｒｅｆ、Ｖｖｒｅｆ、Ｖｗｒｅｆに変換する。

ＰＷＭ信号生成部６３は、３相交流電圧指令値Ｖｕｒｅｆ、Ｖｖｒｅｆ、Ｖｗｒｅｆのそれぞれと、電源電圧Ｖｄｃの振動幅を有し、キャリア周波数で振動するキャリア波（三角波）とを比較し、交流電圧指令値がキャリア波を上回った場合は、矩形パルス波をオンさせ、交流電圧指令値がキャリア波を下回った場合は、矩形パルス波をオフさせる。ＰＷＭ信号生成部６３は、３相各相の矩形パルス波を、３相各相のインバータ制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗとしてインバータ１０に出力し、インバータ１０の各スイッチング素子をオンオフさせる。

＜角度誤差補正部５６の角度検出誤差の推定原理＞
図４に示すように、角度検出値θｄｅｔは、実角度θｒｅａｌが６０ｄｅｇ回転する毎に、ステップ的に変化するので、実角度θｒｅａｌとの誤差が生じる。角度検出誤差Δθ（＝θｒｅａｌ−θｄｅｔ）は、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化する周期であるステップ変化周期で、周期的に変動する。

そして、３相巻線に流れる電流は、角度検出値θｄｅｔに基づいて制御されるので、角度検出誤差Δθの周期的な変動により、３相巻線の電流に周期的な制御誤差が生じ、電動機２の出力トルクに周期的な変動が生じる。そこで、角度検出誤差Δθを推定し、角度検出誤差Δθの影響を補償することで、周期的なトルク変動を抑制することが望まれる。

まず、角度検出誤差Δθを推定するための理論式の導出について説明する。図５及び（１）式に示すように、角度検出誤差Δθが生じると、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌは、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに角度検出誤差Δθの余弦値を乗算した値となる。よって、角度検出誤差Δθが生じると、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌは、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに対して余弦値だけ低下し、出力トルクは、ｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌに概ね比例するので、出力トルクが低下する。

一方、電流指令算出部５４によって出力トルクを制御するフィードバック制御系のカットオフ周波数よりも、角度検出誤差Δθによる出力トルクの変動周波数が低い場合は、トルク変動が生じても出力トルクが目標トルクに追従する。すなわち、電流指令算出部５４が角度検出誤差Δθによる出力トルクの低下分を補うように、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを増加させるため、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌは一定とみなせる。従って、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌの微分値を０とみなせるため、（１）式の関係から、（２）式を得る。なお、（２）式が成立するのは、角度検出値θｄｅｔが変化していない区間内において、負荷トルクが一定とみなせることも理由である。すなわち、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの変化が、角度検出誤差Δθのみに起因して生じるとみなせるからである。

（２）式の第２辺の微分演算を展開して整理し、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθを、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊に置き換えると、（３）式を得る。

なお、角度検出誤差Δθによる出力トルクの変動周波数は、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化するステップ変化周期の逆数であるステップ変化周波数となる。よって、（３）式は、出力トルクのフィードバック制御系のカットオフ周波数よりも、角度検出値θｄｅｔのステップ変化周波数が低い場合に、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊が、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆとｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの微分値との比率に基づいて推定できることを表している。

（３）式から、（４）式に示すように、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの微分値が正の値になり、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆが増加する場合は、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊の微分値が負の値になるため、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊を減少させ、角度検出誤差の推定値Δθ＊の絶対値を増加させればよいことがわかる。一方、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの微分値が負の値になり、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆが減少する場合は、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊の微分値が正の値になるため、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊を増加させ、角度検出誤差の推定値Δθ＊の絶対値を減少させればよいことがわかる。

また、（３）式より、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆのみに基づいて推定できる構成となっており、回転速度の状態や電動機２のパラメータが不要であることがわかる。

＜角度誤差補正部５６の角度検出誤差の推定＞
そこで、角度誤差補正部５６は、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化するステップ変化周期の逆数であるステップ変化周波数が、電動機２の出力トルクを制御するフィードバック制御系のカットオフ周波数よりも低い場合に、電流指令値に基づいて、実角度θｒｅａｌに対する角度検出値θｄｅｔの誤差である角度検出誤差Δθに相関する角度誤差相関値を推定する。角度誤差補正部５６は、電流指令値の増加に対して角度検出誤差Δθの絶対値が増加し、電流指令値の減少に対して角度検出誤差Δθの絶対値が減少するように角度誤差相関値の推定値を変化させる。

本実施の形態では、角度誤差補正部５６は、電流指令値としてｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに基づいて、角度誤差相関値として角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθ＊を推定する。角度誤差補正部５６は、電動機２の回転速度が、予め設定された推定許可回転速度よりも低い場合に、角度誤差相関値を推定する。推定許可回転速度は、ステップ変化周波数がフィードバック制御系のカットオフ周波数に等しくなる回転速度に対応して予め設定される。

角度誤差補正部５６は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆと、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの微分値との比率に基づいて、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊を算出する。

本実施の形態では、（３）式をブロック線図で表した図６に示すように、角度誤差補正部５６は、微分器７０によりｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの微分値を算出し、ゲイン乗算器７１により微分値に−１を乗算し、除算器７２により微分値に−１を乗算した値を、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆで除算して比率を算出し、乗算器７３により比率に角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊のフィードバック値を乗算した値を算出し、積分器７４により乗算器７３の算出値を積分した値を、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊として算出する。

なお、図６において積分器７４を用いるように構成したが、（３）式を変形し、微分器を用いるように構成してもよい。また、（３）式、図６は連続系の形で表現しているが、ソフトウェアに実装する場合は、微分器７０及び積分器７４を後退差分などの離散化手法で離散表現することにより実現できる。

角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化したタイミングでは、実角度θｒｅａｌと角度検出値θｄｅｔとの関係が一意に定まり、角度検出値θｄｅｔは予め設定された角度になるため、角度検出誤差Δθも予め設定された角度になり、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθも予め設定された値になる。そこで、角度誤差補正部５６は、角度検出値がステップ的に変化したタイミングで、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊を予め設定された初期値にリセットする。本実施の形態では、図４に示すように、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化したタイミングで、角度検出誤差Δθが−３０ｄｅｇになり、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθは０．８６６になるため、初期値は、０．８６６に予め設定されている。図６のように構成した場合は、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化したタイミングで、積分器７４の積分値が、初期値（０．８６６）にリセットされる。

また、角度センサ１２の出力信号に時間的な遅れが存在するなど、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点で、実角度θｒｅａｌと角度検出値θｄｅｔとの関係が一意に定まらない場合がある。この場合は、角度誤差補正部５６は、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化したタイミングを基準にしたタイミングで、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊を予め設定された初期値にリセットしてもよい。例えば、角度誤差補正部５６は、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化したタイミングから、予め設定された待機時間が経過したタイミングで、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊を初期値にリセットする。

また、角度センサ１２の検出分解能等の影響により、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点の実角度θｒｅａｌと角度検出値θｄｅｔとの角度検出誤差Δθ０が、ステップ変化する角度毎に異なる場合は、角度検出値θｄｅｔがステップ変化する毎に、ステップ変化した角度に対応する角度検出誤差Δθ０の余弦値ｃｏｓΔθ０が初期値に設定される。

＜角度誤差補正部５６の推定値による補正＞
電流指令算出部５４による出力トルクのフィードバック制御により、角度検出誤差Δθによるトルク低下を補うようにｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを操作するが、フィードバック制御の外乱抑制性能には限界があり、フィードバック制御だけでは角度検出誤差Δθに起因するトルク変動を十分に抑制できない。

そこで、角度誤差補正部５６は、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊に基づいて、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを補正する。この構成によれば、角度検出誤差に相関する角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊に基づいて、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆをフィードフォワード的に補正するので、角度検出誤差Δθに起因するトルク変動の抑制効果を向上させることができる。

（１）式から、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌが、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに対して角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθを乗算した分低下するので、低下を補うために、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθで除算して補正すればよいことがわかる。よって、図６、（５）式に示すように、角度誤差補正部５６は、除算器７５により、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに、補正係数として角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊の逆数を乗算した値を、補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃとして算出する。なお、電流制御部５５は、補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃに基づいて、電流フィードバック制御を行う。

なお、角度誤差補正部５６は、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθと補正係数との関係が予め設定されたテーブルデータを参照し、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊に対応する補正係数を算出し、補正係数をｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに乗算して、補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃを算出するように構成されてもよい。

＜角度誤差補正部５６によるトルク変動の抑制効果＞
角度誤差補正部５６によるトルク変動の抑制効果を説明する。図７は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正を行っていない比較例に係るタイムチャートであり、図８は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正を行っている本実施の形態に係るタイムチャートである。ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正を行うことにより、トルク変動を大幅に低減できている。

図９に、各回転速度における、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正によるトルク変動の低減効果を示している。「低減効果＝（補正無し時のトルク変動−補正有り時のトルク変動）／補正無し時のトルク変動×１００％」である。よって、低減効果が高いほど、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正無しの時のトルク変動に対して、補正有り時のトルク変動が低下していることを示している。回転速度が増加するに従って、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正によるトルク変動の低減効果が低下している。これは、回転速度が増加するに従って、角度検出値θｄｅｔのステップ変化周波数が増加し、出力トルクのフィードバック制御系のカットオフ周波数に近づいていき、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθの推定の原理となる（２）式が成り立ち難くなり、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθの推定精度が悪化するためだと考えられる。

よって、図９の例に示すように、推定許可回転速度は、推定精度が悪化し、トルク変動の低減効果が悪化する、カットオフ周波数に対応する回転速度に予め設定され、角度誤差補正部５６は、回転速度が推定許可回転速度よりも低い場合に、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθ＊を推定し、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊に基づいて、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを補正する。

あるいは、角度誤差補正部５６は、回転速度が推定許可回転速度よりも低いかを判定する処理を省略し、いずれの回転速度においても、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθ＊を推定し、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊に基づいて、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを補正するように構成されてもよい。このように構成しても、回転速度がカットオフ周波数に対応する推定許可回転速度よりも高い場合は、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊がほぼ１となり、角度誤差補正部５６の機能が実質的に停止するためである。

この原理を以下に説明する。ステップ変化周波数が、フィードバック制御系のカットオフ周波数よりも高い場合は、電流指令値に角度検出誤差による変動が現れ難くなる。これは、回転速度が増加するに従って、角度検出誤差に起因するトルク変動の周波数が増加するため、トルク変動がロータの回転軸において減衰し、出力トルクの検出値にトルク変動が現れ難くなるためである。推定原理において、電流指令値に変動が無い状態では、角度誤差相関値である角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊が１となり、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊に基づいた、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正が作用しなくなる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る電動機制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、角度誤差補正部５６の処理が、離散系の式導出に基づいて構成される点が実施の形態１と異なる。

連続系の（２）式の微分演算を後退差分により離散化すると（６）式を得る。ここで、ΔＴは、演算周期であり、ｎはｎ演算周期目の値であることを示す。

（６）式の第２辺を展開して整理し、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθを、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊に置き換えると、（７）式を得る。

（７）式から、（８）式に示すように、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆが増加する場合は、Ｉｑｒｅｆ（ｎ−１）／Ｉｑｒｅｆ（ｎ）が１より小さくなるため、今回の演算周期の角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊（ｎ）を、前回の演算周期の角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊（ｎ−１）よりも減少させ、角度検出誤差の推定値Δθ＊の絶対値を増加させればよいことがわかる。一方、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆが減少する場合は、Ｉｑｒｅｆ（ｎ−１）／Ｉｑｒｅｆ（ｎ）が１より大きくなるため、今回の演算周期の角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊（ｎ）を、前回の演算周期の角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊（ｎ−１）よりも増加させ、角度検出誤差の推定値Δθ＊の絶対値を減少させればよいことがわかる。

また、（７）式より、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆのみに基づいて推定できる構成となっており、回転速度の状態や電動機２のパラメータが不要であることがわかる。

実施の形態１と同様に、角度誤差補正部５６は、角度検出値θｄｅｔのステップ変化周波数が、電動機２の出力トルクを制御するフィードバック制御系のカットオフ周波数よりも低い場合に、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに基づいて、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθ＊を推定する。角度誤差補正部５６は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの増加に対して角度検出誤差Δθの絶対値が増加し、電流指令値の減少に対して角度検出誤差Δθの絶対値が減少するように角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊を変化させる。

本実施の形態では、角度誤差補正部５６は、前回の演算周期のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆ（ｎ−１）と今回の演算周期のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆ（ｎ）との比率に基づいて、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊を算出する。

本実施の形態では、（７）式をブロック線図で表した図１０に示すように、角度誤差補正部５６は、入力された今回の演算周期のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆ（ｎ）を１演算周期遅らせて出力する遅延器８１により前回の演算周期のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆ（ｎ−１）を算出し、除算器８２により前回の演算周期のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆ（ｎ−１）を今回の演算周期のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆ（ｎ）で除算して比率を算出する。角度誤差補正部５６は、入力された今回の演算周期の角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊（ｎ）を１演算周期遅らせて出力する遅延器８４により前回の演算周期の角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊（ｎ−１）を算出し、乗算器８３により比率に前回の演算周期の角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊（ｎ−１）を乗算した値を、今回の演算周期の角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊（ｎ）として算出する。

なお、図１０のブロック図は、微分演算を後退差分により離散化して導出した（７）式
に基づいて設計されているが、微分演算を双一次変換により離散化して導出した式に基づいて設計されてもよい。

角度誤差補正部５６は、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化したタイミングで、遅延器８４に記憶されている前回の演算周期のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆ（ｎ−１）を初期値（例えば、０．８６６）にリセットし、遅延器８４から初期値を出力させる。

実施の形態１と同様に、角度誤差補正部５６は、除算器８５により、今回の演算周期のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆ（ｎ）を、今回の演算周期の角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊（ｎ）で除算した値を、今回の演算周期の補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃ（ｎ）として算出する。そして、電流制御部５５は、補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃに基づいて、電流フィードバック制御を行う。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る電動機制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、図１１に示すように、角度誤差補正部５６が、角度誤差相関値の推定値に基づいて、電流指令値を補正せずに、角度検出値θｄｅｔを補正するように構成される点が実施の形態１と異なる。

本実施の形態では、角度誤差補正部５６は、角度誤差相関値の推定値に基づいて角度検出誤差の推定値Δθ＊を算出し、角度検出値θｄｅｔに角度検出誤差の推定値Δθ＊を加算又は減算することにより、角度検出値θｄｅｔを補正する。

具体的には、角度誤差補正部５６は、（９）式に示すように、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊の逆余弦値を角度検出誤差の推定値Δθ＊として算出し、角度検出値θｄｅｔに角度検出誤差の推定値Δθ＊を加算又は減算した値を、補正後の角度検出値θｄｅｔｃとして算出する。

本実施の形態では、角度検出誤差Δθは、−３０ｄｅｇから＋３０ｄｅｇの間を変化する。しかし、角度検出誤差Δθの正負の情報は、角度検出誤差の余弦値には表れない。図４に示すように、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθが増加している場合は、角度検出誤差Δθが負値であり、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθが減少している場合は、角度検出誤差Δθが正値である。よって、（１０）式に示すように、角度誤差補正部５６は、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊が増加している時は、負の値の角度検出誤差の推定値Δθ＊を算出し、角度検出値θｄｅｔから角度検出誤差の推定値Δθ＊を減算した値を、補正後の角度検出値θｄｅｔｃとして算出する。一方、角度誤差補正部５６は、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊が減少している時は、正の値の角度検出誤差の推定値Δθ＊を算出し、角度検出値θｄｅｔから角度検出誤差の推定値Δθ＊を加算した値を、補正後の角度検出値θｄｅｔｃとして算出する。

或いは、図１２に示すように、角度検出誤差Δθが、０ｄｅｇから＋６０ｄｅｇの間の正の値で変化するように、図４の場合よりも、角度検出値θｄｅｔを−３０ｄｅｇオフセットさせて、角度誤差補正部５６は、常に、正の値の角度検出誤差の推定値Δθ＊を算出し、角度検出値θｄｅｔに角度検出誤差の推定値Δθ＊を加算した値を、補正後の角度検出値θｄｅｔｃとして算出するように構成されてもよい。

この場合は、角度検出誤差Δθがステップ的に変化した時に、角度検出誤差Δθが０になり、角度誤差補正部５６は、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化したタイミングで、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊を１にリセットする。

そして、電流制御部５５は、補正後の角度検出値θｄｅｔｃに基づいて、電流フィードバック制御を行う。具体的には、電流座標変換部６４は、補正後の角度検出値θｄｅｔｃに基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行い、電圧座標変換部６２は、補正後の角度検出値θｄｅｔｃに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行う。

実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る電動機制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、角度誤差補正部５６は、角度誤差相関値に調整ゲインを乗算した値に基づいて、電流指令値又は角度検出値θｄｅｔを補正するように構成される点が実施の形態１と異なる。

まず、実施の形態１及び２で説明した、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊で除算することにより、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを補正する方法による、トルク変動の低減率を理論的に導出する。

本実施の形態では、図１２に示すように、角度検出値θｄｅｔを−３０ｄｅｇオフセットさせて、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点で角度検出誤差Δθが０になる場合を考える。角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点では、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌがｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに一致する。そのため、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点の実際のｑ軸の電流をＩｑｒｅａｌ０とすると、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆと、ステップ変化時点の実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌ０との関係は（１１）式で表現でき、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊は、（１２）式で推定できる。

また、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊の逆数を乗算して算出した補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃは、（１３）式となる。

（１２）式及び（１３）式より、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを消去し、整理すると、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊は、（１４）式で表現できる。

また、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌは、実際の角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθを用いて（１５）式で表現でき、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点では（１６）式となる。

（１６）式より、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθは、（１７）式で表現できる。

（１４）式、（１７）式より、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊と実際の角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθとは、（１８）式の関係となる。

以上より、補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃは、（１３）式、（１８）式より、実際の角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθを用いて（１９）式で表現できる。

次に、角度誤差補正部５６によるトルク変動の低減率を導出する。初めに、角度誤差補正部５６によりｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正を行わない場合を考える。角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点では、角度検出誤差Δθが０になり、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌとｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆとが一致する。一方、角度検出誤差Δθが最大値Δθｍａｘとなる条件では、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌとｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆとは（２０）式の関係で表される。

したがって、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正を行わない場合では、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点から角度検出誤差Δθが最大になるまでに生じる実際のｑ軸の電流の変動ΔＩｑｒｅａｌは、（２１）式で表現できる。なお、ｑ軸の電流の変動は、トルク変動に概ね比例する。

次に、（１３）式を用いてｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを補正する場合を考える。角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点では、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを補正しない場合と同様に、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌとｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆとが一致する。一方、角度検出誤差Δθが最大値Δθｍａｘとなる条件では、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌとｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆとの関係は、（１９）式を用いると（２２）式となる。

したがって、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正を行う場合では、実際のｑ軸の電流の変動ΔＩｑｒｅａｌは、（２３）式となる。

以上より、（２１）式、（２３）式から、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正なしの場合に対する補正ありの場合の実際のｑ軸の電流の変動ΔＩｑｒｅａｌの低減率ＲＩｑは（２４）式となり、ｑ軸の電流の変動の低減率ＲＩｑは、トルク変動の低減率に相当する。

本実施の形態では、角度検出誤差の最大値Δθｍａｘは６０ｄｅｇであり、（２４）式から、ｑ軸の電流の変動の低減率ＲＩｑは、５８．６％となる。したがって、（１３）式を用いたｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正では、トルク変動の低減には限界がある。

トルク変動の低減率をさらに向上させるには、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆの補正量を増加させる必要がある。一方、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点では、角度検出誤差Δθが０になり、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌとｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆとが一致するため、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに乗算する補正係数αを１にする必要がある。

そこで、これらの条件を満たすために、本実施の形態では、角度誤差補正部５６は、（２５）式に示すように、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊の逆数から１を減算した値に、調整ゲインＫを乗算した値に、１を加算した値を、補正係数αとして算出する。そして、角度誤差補正部５６は、（２６）式に示すように、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに補正係数αを乗算して、補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃを算出する。

（２５）式において、Ｋは調整ゲインであり、Ｋ＝１は、実施の形態１で説明した（５）式の補正に等しい。また、Ｋの値に依存せず、角度検出誤差Δθ＝０の場合に、補正係数α＝１となるため、必要な条件を満たしていることがわかる。

なお、角度誤差補正部５６は、角度検出誤差の余弦値ｃｏｓΔθと補正係数αとの関係が調整ゲインＫを考慮して予め設定されたテーブルデータを参照し、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊に対応する補正係数αを算出し、補正係数αをｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆに乗算して、補正後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆｃを算出するように構成されてもよい。

図１３に、０ｄｅｇから＋６０ｄｅｇまで変化する角度検出誤差の推定値Δθ＊に対する補正係数αを示す。調整ゲインＫ＝１では補正係数αの最大値は２だが、調整ゲインＫ＝２とすることで補正係数αの最大値を３まで増加させることができる。

次に、調整ゲインＫに対するトルク変動の低減率を導出する。（１４）式において、補正係数１／ｃｏｓΔθ＊を、（２５）式に置き換えると、（２７）式となる。さらに（２７）式をｃｏｓΔθ＊について解くと、（２８）式となる。

ここで、（１７）式の関係を利用すると、（２８）式は（２９）式で表現できる。

したがって、（２５）式を用いて補正したｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆは、（３０）式となる。

次に、（２５）式の補正係数αを用いた場合のトルク変動の低減率を算出する。（３０）式より、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点では、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌとｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆとが一致する。一方、角度検出誤差Δθが最大値Δθｍａｘとなる場合は、実際のｑ軸の電流Ｉｑｒｅａｌとｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆとの関係は（３１）式となる。

以上より、（２５）式、（２６）式による補正後のｑ軸の電流の変動の低減率ＲＩｑ（トルク変動の低減率）は、（２１）式及び（３１）式より（３２）式で計算できる。

図１４に、Δθｍａｘ＝６０ｄｅｇである場合の、（３２）式を用いて計算した調整ゲインＫに対するトルク変動の低減率を示す。計算結果より、調整ゲインＫの増加に伴いトルク変動の低減率が向上し、補正を行わない、Ｋ＝０と比較して、Ｋ＝１で５８．６％、Ｋ＝２で４３．８％までトルク変動を抑制できることがわかる。

図１５に、調整ゲインＫ＝２とした場合のタイムチャートを示す。調整ゲインＫ＝１に相当する図８のトルク変動に対して、調整ゲインＫ＝２とすることでトルク変動をさらに抑制できており、調整ゲインＫを導入した補正方法の有効性が確認できる。なお、図１５の場合のように、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化した時点で、角度検出誤差Δθが−３０ｄｅｇになる場合でも、本実施の形態に係る調整ゲインＫの乗算によって、トルク変動の低減率を向上させることができる。

なお、実施の形態３のように、角度誤差補正部５６は、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊の逆余弦値を算出し、逆余弦値に調整ゲインＫを乗算した値を、角度検出値θｄｅｔに加算又は減算した値を、補正後の角度検出値θｄｅｔｃとして算出するように構成されてもよい。このように構成しても、トルク変動の低減率を向上させることができる。

以上のように、角度誤差補正部５６は、角度誤差相関値に調整ゲインＫを乗算した値に基づいて、電流指令値又は角度検出値θｄｅｔを補正するよう構成したので、角度誤差相関値に対する電流指令値の補正量を適切に増加でき、角度検出誤差に起因するトルク変動の抑制効果を向上できる。

実施の形態５．
次に、実施の形態５に係る電動機制御装置１について説明する。上記の実施の形態４と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の基本的な構成は実施の形態４と同様であるが、角度誤差補正部５６は、ロータの回転速度が増加するに従って、電流指令値又は角度検出値の補正量が低下するように、調整ゲインＫを変化させるように構成される点が実施の形態４と異なる。

ところで、回転速度が増加するに従って、ロータの回転軸の周波数特性により、ロータの回転軸を伝達するトルク変動が減少する。これは、回転速度が増加するに従って、角度検出誤差に起因するトルク変動の周波数が増加し、トルク変動がロータの回転軸において減衰し、トルクセンサ１３の取り付け位置まで伝達され難くなるためである。よって、回転速度が増加するに従って、電流指令値の補正の有無に関わらず、ロータの回転軸を伝達するトルク変動が低下するため、トルク変動を低減させる必要性が低下する。

一方、角度誤差補正部５６よる電流指令値の補正は、電流指令値を角度検出誤差に応じて増加させることに相当するため、調整ゲインＫを高め過ぎるとトルク検出値に含まれるノイズ成分を増幅し、音や振動が発生しやすくなる。したがって、回転速度の増加に伴って調整ゲインＫを低下させることで、トルク変動を低減させる必要性の低い、回転速度領域における音や振動の発生を抑制することができる。

したがって、本実施の形態では、角度誤差補正部５６は、図１６に示すように、ロータの回転速度が増加するに従って、調整ゲインＫを低下させる。例えば、角度誤差補正部５６は、ロータの回転速度と調整ゲインＫとの関係が予め設定されたテーブルデータ又は関数を参照し、現在のロータの回転速度に対応する調整ゲインＫを算出する。

また、角度検出値θｄｅｔがステップ的に変化する周期は、回転速度が低下するほど増大する。角度検出値θｄｅｔが変化していない期間は、回転速度の計算値が更新されないため、低速になるほど実際の回転速度と回転速度の計算値の誤差が増大する。一方、実際の回転速度が低い条件では、ロータの回転軸におけるトルク変動の減衰効果が十分でないため、調整ゲインＫを高い値に設定する必要がある。

そこで、角度誤差補正部５６は、回転速度が、予め設定された下限回転速度よりも低い場合、調整ゲインＫが増加し過ぎないように、調整ゲインＫを一定値にする。調整ゲインＫを一定値とすることで、回転速度の計算値の誤差が増加する低速回転状態においても、回転速度の計算値の誤差が調整ゲインＫの設定に影響を与えることを抑制できる。

なお、実施の形態３のように、角度誤差補正部５６は、角度検出誤差の余弦値の推定値ｃｏｓΔθ＊の逆余弦値を算出し、逆余弦値に調整ゲインＫを乗算した値を、角度検出値θｄｅｔに加算又は減算した値を、補正後の角度検出値θｄｅｔｃとして算出するように構成されてもよい。この場合において、角度誤差補正部５６は、ロータの回転速度が増加するに従って、調整ゲインＫを低下させてもよい。

従って、トルク変動を低減させる必要性が高い比較的低い回転速度では、電流指令値又は角度検出値の補正量を大きくしてトルク変動の抑制効果を高め、トルク変動を低減させる必要性が低い比較的高い回転速度では、電流指令値又は角度検出値の補正量を小さくして、補正による音や振動の発生を抑制できる。

実施の形態６．
次に、実施の形態６に係る電動機制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、回転状態検出部５３が、回転状態として電動機２の回転速度を検出し、電流指令算出部５４が、回転速度の検出値に基づいて、電流指令値を算出するように構成される点が実施の形態１と異なる。

電動機２の回転速度を目標回転速度に近づけることが要求される用途がある。本実施の形態では、電流指令算出部５４は、回転速度の検出値が、目標回転速度に近づくように、電流指令値を変化させるフィードバック制御を行う。ＰＩＤ制御等の各種のフィードバック制御が用いられる。電流指令算出部５４は、電流指令値として、少なくともｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出する。

実施の形態７．
次に、実施の形態７に係る電動機制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、実施の形態１と同様の角度センサ１２に加えて、角度センサ１２よりも角度検出分解能が高い主系統の角度センサ１５が備えられており、それに伴って、電動機制御装置１の各部が実施の形態１と異なっている。図１７に、本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の概略構成図を示す。

主系統の角度センサ１５は、角度センサ１２よりも、角度検出間隔が狭い高分解能の角度センサである。例えば、主系統の角度センサ１５としてレゾルバが用いられる。

電動機制御装置１は、主系統の角度センサ１５及び角度センサ１２の異常又は正常を判定する異常判定部５７を備えている。異常判定部５７は、各角度センサの出力信号に基づいて各角度センサの異常又は正常を判定する。

角度検出部５１は、異常判定部５７により主系統の角度センサ１５が正常であると判定された場合は、主系統の角度センサ１５の出力信号に基づいて、角度θｄｅｔ及び回転速度を検出し、異常判定部５７により主系統の角度センサ１５が異常であると判定された場合は、角度センサ１２の出力信号に基づいて、角度θｄｅｔ及び回転速度を検出する。よって、電流制御部５５は、主系統の角度センサ１５が正常である場合は、主系統の角度センサ１５により検出された角度検出値θｄｅｔに基づいて電流を制御する。一方、電流制御部５５は、主系統の角度センサ１５が異常である場合は、角度センサ１２により検出された角度検出値θｄｅｔに基づいて電流を制御する。

主系統の角度センサ１５の角度検出分解が高いため、主系統の角度センサ１５を用いる場合は、角度検出誤差が小さいため、実施の形態１のように、角度誤差補正部５６により電流指令値又は角度検出値を補正しないように構成されている。すなわち、異常判定部５７により主系統の角度センサ１５が正常であると判定されている場合は、角度誤差補正部５６の処理が実行されずに、電流制御部５５は、補正されていない電流指令値又は角度検出値θｄｅｔに基づいて、電流を制御する。一方、異常判定部５７により主系統の角度センサ１５が異常であると判定されている場合は、実施の形態１と同様に、角度誤差補正部５６の処理が実行され、電流制御部５５は、補正後の電流指令値又は角度検出値に基づいて、電流を制御する。

実施の形態８．
次に、実施の形態８に係る電動機制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る電動機制御装置１及び電動機２の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、図１８に示すように、電動機制御装置１及び電動機２が、電動パワーステアリング装置に用いられている点が実施の形態１と異なる。

電動パワーステアリング装置は、電動機２と、電動機２を制御する電動機制御装置１と、電動機２の駆動力を車両の操舵装置（ステアリング装置）に伝達する駆動力伝達機構１０７と、を備えている。本実施の形態では、電動パワーステアリング装置は、運転者が操作するステアリングホイール１０５と、運転者のハンドル操作を車輪に伝達するステアリングシャフト１０６と、ステアリングシャフト１０６に取り付けられ、運転者の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１０４と、電動機２の駆動トルクをステアリングシャフト１０６に伝達するウォームギヤ機構等の駆動力伝達機構１０７と、を備えている。

本実施の形態では、回転状態検出部５３は、操舵トルクセンサ１０４の出力信号に基づいて、回転状態として運転者の操舵トルクを検出する。電流指令算出部５４は、回転状態としての運転者の操舵トルクの検出値に基づいて、電流指令値を算出する。電流指令算出部５４は、運転者の操舵トルクを電動機２の出力トルクでアシストするように、操舵トルクの検出値に比例するｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出する。

電動パワーステアリング装置では、角度検出誤差によって電動機２の出力トルクが低下した場合、運転者の操舵トルクが増大し、操舵トルクの検出値が増加する。この場合、電流指令算出部５４が出力トルクの低下分を補うように、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｒｅｆを増加させるため、実施の形態１で説明した原理によって角度検出誤差の余弦値を推定できる。

電動パワーステアリング装置では、電動機２で発生するトルク変動がステアリングホイール１０５を介して運転者に伝わるため、トルク変動が小さいことが要求される。しかし、電動パワーステアリング装置のコストを低減するために、ホールセンサなどの角度検出分解能が低い安価な角度センサ１２が用いられる場合があり、この場合は、角度検出誤差に起因するトルク変動が発生する。そこで、実施の形態１で説明したように、角度誤差補正部５６により電流指令値又は角度検出値を補正することによって角度検出誤差に起因するトルク変動を抑制することにより、電動パワーステアリングで要求されるトルク変動の基準を満たすことができる。

或いは、図１９に示すように、実施の形態７で説明した電動機制御装置１及び電動機２が、電動パワーステアリング装置に用いられてもよい。すなわち、実施の形態１と同様の角度センサ１２に加えて、角度センサ１２よりも角度検出分解能が高い主系統の角度センサ１５が備えられており、それに伴って、実施の形態７と同様に電動機制御装置１の各部が構成されている。この場合も、電動パワーステアリング装置の構成は上記の構成と同様であり、電流指令算出部５４は、回転状態としての運転者の操舵トルクの検出値に基づいて、電流指令値を算出する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 電動機制御装置、１０ インバータ、２ 電動機、５１ 角度検出部、５２ 電流検出部、５３ 回転状態検出部、５４ 電流指令算出部、５５ 電流制御部、５６ 角度誤差補正部、Ｋ 調整ゲイン、θｄｅｔ 角度検出値、Δθ 角度検出誤差、Δθ＊ 角度検出誤差の推定値、ｃｏｓΔθ＊ 角度検出誤差の余弦値の推定値

Claims (16)

1. 多相巻線の電動機のロータの角度が、予め設定された複数の角度のそれぞれに到達する毎に、角度検出値が対応する角度にステップ的に変化する角度検出部と、
   前記多相巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電動機の回転状態を検出する回転状態検出部と、
   前記回転状態の検出値に基づいて、前記多相巻線に流す電流指令値を算出する電流指令算出部と、
   前記角度検出値、電流検出値、及び前記電流指令値に基づいて前記多相巻線に流す電流を制御する電流制御部と、
   前記角度検出値がステップ的に変化する変化周期の逆数である変化周波数が、前記回転状態を制御するフィードバック制御系のカットオフ周波数よりも低い場合に、前記電流指令値に基づいて、実角度に対する前記角度検出値の誤差である角度検出誤差に相関する角度誤差相関値を推定し、前記角度誤差相関値の推定値に基づいて、前記電流指令値又は前記角度検出値を補正する角度誤差補正部と、を備え、
   前記角度誤差補正部は、前記電流指令値の増加に対して前記角度検出誤差の絶対値が増加し、前記電流指令値の減少に対して前記角度検出誤差の絶対値が減少するように前記角度誤差相関値の推定値を変化させる電動機制御装置。
2. 前記電流制御部は、前記角度検出値に応じて回転する、前記ロータの磁極位置に定めたｄ軸及び前記ｄ軸より電気角で９０ｄｅｇ進んだ方向に定めたｑ軸からなるｄｑ軸の回転座標系上で、前記多相巻線に流れる電流を制御し、
   前記電流指令算出部は、前記電流指令値として、少なくとも前記ｑ軸の電流指令値を算出し、
   前記角度誤差補正部は、前記ｑ軸の電流指令値に基づいて、前記角度誤差相関値を推定し、前記角度誤差相関値の推定値に基づいて、前記ｑ軸の電流指令値又は前記角度検出値を補正する請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記角度誤差補正部は、前記角度誤差相関値として前記角度検出誤差の余弦値を推定する請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 前記角度誤差補正部は、前記電流指令値と前記電流指令値の微分値との比率に基づいて、前記角度誤差相関値の推定値を算出する請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
5. 前記角度誤差補正部は、前記ｑ軸の電流指令値の微分値に−１を乗算した値を前記ｑ軸の電流指令値で除算して比率を算出し、前記比率に前記角度検出誤差の余弦値の推定値のフィードバック値を乗算した値を積分した値を、前記角度検出誤差の余弦値の推定値として算出する請求項３に記載の電動機制御装置。
6. 前記角度誤差補正部は、前回の演算周期の前記電流指令値と今回の演算周期の前記電流指令値との比率に基づいて、前記角度誤差相関値の推定値を算出する請求項１から３のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
7. 前記角度誤差補正部は、前回の演算周期の前記ｑ軸の電流指令値を今回の演算周期の前記ｑ軸の電流指令値で除算して比率を算出し、前記比率に前回の演算周期の前記角度検出誤差の余弦値の推定値を乗算した値を、今回の演算周期の前記角度検出誤差の余弦値の推定値として算出する請求項３に記載の電動機制御装置。
8. 前記角度誤差補正部は、前記ｑ軸の電流指令値に、前記角度検出誤差の余弦値の推定値の逆数を乗算することにより前記ｑ軸の電流指令値を補正する請求項３に記載の電動機制御装置。
9. 前記角度誤差補正部は、前記角度誤差相関値に調整ゲインを乗算した値に基づいて、前記電流指令値又は前記角度検出値を補正する請求項１から８のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
10. 前記角度誤差補正部は、前記ロータの回転速度が増加するに従って、前記電流指令値又は前記角度検出値の補正量が低下するように、前記調整ゲインを変化させる請求項９に記載の電動機制御装置。
11. 前記角度誤差補正部は、前記角度誤差相関値の推定値に基づいて前記角度検出誤差の推定値を算出し、前記角度検出値に前記角度検出誤差の推定値を加算又は減算することにより、前記角度検出値を補正する請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
12. 前記角度誤差補正部は、前記角度検出値がステップ的に変化したタイミング、又は前記角度検出値がステップ的に変化したタイミングを基準にしたタイミングで、前記角度誤差相関値の推定値を予め設定された初期値にリセットする請求項１から１１のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
13. 前記回転状態検出部は、前記回転状態として、前記電動機の出力トルクを検出し、
    前記電流指令算出部は、前記出力トルクの検出値が、目標トルクに近づくように、前記電流指令値を変化させる請求項１から１２のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
14. 前記回転状態検出部は、前記回転状態として、前記電動機の回転速度を検出し、
    前記電流指令算出部は、前記回転速度の検出値が、目標回転速度に近づくように、前記電流指令値を変化させる請求項１から１２のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
15. 前記電動機のロータの角度を検出する主系統の角度検出部を更に備え、
    前記電流検出部は、前記主系統の角度検出部が正常である場合に、前記主系統の角度検出部により検出された主系統の角度検出値、前記電流検出値、及び前記電流指令値に基づいて前記電流を制御し、前記主系統の角度検出部が異常である場合に、前記角度検出部により検出された前記角度検出値、前記電流検出値、及び前記電流指令値に基づいて前記電流を制御し、
    前記角度誤差補正部は、前記主系統の角度検出部が異常である場合に、前記角度誤差相関値を推定し、前記角度誤差相関値の推定値に基づいて、前記電流指令値又は前記角度検出値を補正する請求項１から１４のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載の電動機制御装置と、
    前記電動機と、
    前記電動機の出力トルクを車両の操舵装置に伝達する駆動力伝達機構と、
    を備えた電動パワーステアリング装置。

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