JP7205108B2 - モータ制御装置およびパワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置およびパワーステアリング装置に関する。

従来、モータのトルクを制御する制御値に対して、トルクリプルの発生などを抑制するための補償値を加算する技術が知られている。

例えば特許文献１では、誘起電圧リプルテーブルを用意し、モータの回転角度に応じ、ｄｑ軸電圧指令生成部が生成したｄｑ軸電圧指令に、誘起電圧リプルテーブルから読み出したトルクリプル成分を相殺するｄｑ軸上の量を加算してモータのトルクリプルを低減させる技術が提案されている。

特開２００８－２１９９６６号公報

しかし、トルクリプルのような振動成分に対する補償値の生成に際しては、振幅と位相の２つの情報が必要となるため、広いモータ駆動範囲に対して補償値を生成するテーブルはＣＰＵで大きなメモリ容量を必要とする。このためＣＰＵが高コスト化する虞がある。あるいは、メモリ容量が限られたＣＰＵで補償値が生成される場合には、モータ動作の補償範囲が狭くなる虞がある。
そこで、本発明は、補償値を生成するためのメモリ容量を抑制することを目的とする。

本発明に係るモータ制御装置の一態様は、３以上の相数ｎのモータを駆動するモータ制御システムであって、上記モータを駆動させるインバータと、上記インバータを電流指令値に従って制御する制御演算部と、上記モータにおけるトルクリップルを補償する補償値を上記電流指令値に加算するトルクリップル補償部と、を備え、上記制御演算部は、上記電流指令値として、上記モータの回転座標系におけるｑ軸電流を示すｑ軸電流指令値を用いると共に、少なくとも一時的には、上記電流指令値として、当該回転座標系におけるｄ軸電流を示すｄ軸電流指令値も用い、上記トルクリップル補償部は、上記ｑ軸電流指令値に対する上記補償値の位相差を、上記ｑ軸電流指令値と上記ｄ軸電流指令値とを変数とした数式に従って算出する。

また、本発明に係るパワーステアリング装置の一態様は、上記モータ制御装置と、上記モータ制御システムによって駆動されるモータと、上記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、を備える。

本発明によれば、補償値を生成するためのメモリ容量が抑制される。

図１は、第一実施形態のモータ制御システムの概略図である。 図２は、第一実施形態のトルクリップル補償演算部およびｑ軸指令値生成部の概略図である。 図３は、第一実施形態のｄ軸指令値生成部の概略図である。 図４は、第一実施形態のデッドタイム補償演算部の概略図である。 図５は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに対するゲイン特性図である。 図６は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔとの位相差を表した位相曲線図である。 図７は、第一実施形態におけるトルクリップルのシミュレーション結果を示す図である。 図８は、第二実施形態にかかるモータ制御システムの概略図である。 図９は、第二実施形態のトルクリップル補償演算部およびｑ軸指令値生成部の概略図である。 図１０は、本実施形態に係る第１のモータの平面図である。 図１１は、本実施形態に係る第２のモータの平面図である。 図１２は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略図である。 図１３は、トラクションモータを備えたモータユニットの概念図である。 図１４は、モータユニットの側面模式図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本開示のモータ制御システム、および当該モータ制御システムを有するパワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
＜第一実施形態＞

トルクリップル補償演算部の出力が「電流値」である第一実施形態にかかるモータ制御システムについて説明する。第一実施形態のモータ制御システムは、例えば３相ブラシレスモータを制御する制御装置である。以下、便宜上、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが互いに正の場合、すなわち回転が一方向となる場合について説明を行う。本実施形態におけるモータ制御システムでは、主に、トルクリップルの低減を行うことができる。
図１は、第一実施形態のモータ制御システムの概略図である。

図１に示すように、モータ制御システム５は、モータ回転角度センサ５１と、インバータ５２と、制御演算部５３と、を備える。制御演算部５３は、いわゆる電流制御器として機能し、制御演算部５３は、トルクリップル補償演算部５３１、ｑ軸指令値生成部５３０ｑ、ｄ軸指令値生成部５３０ｄ、２軸／３相変換部５３５、デッドタイム補償演算部５３６、および、ＰＷＭ制御演算部５３７を備える。

図２は、トルクリップル補償演算部５３１およびｑ軸指令値生成部５３０ｑの概略図であり、図３は、ｄ軸指令値生成部５３０ｄの概略図であり、図４はデッドタイム補償演算部５３６の概略図である。以下、図１～図４を併せて説明する。

モータ制御システム５は、インバータ５２を介してモータ１を制御する。モータ１は、ロータ３と、ステータ２と、モータ回転角度センサ５１と、を有する。モータ回転角度センサ５１は、モータ１のロータ３の回転角度を検出する。検出されたロータの回転角度は任意の角度単位で表され、機械角からモータ電気角θ、またはモータ電気角θから機械角に適宜に変換される。機械角とモータ電気角θとの関係は、モータ電気角θ＝機械角×（磁極数÷２）という関係式で表される。

本実施形態のモータ制御システム５は、インバータ５２に流れる電流値をフィードバックする制御を行う。インバータ５２にはＵＶＷ各相の電流が流れ、そのＵＶＷ各相の電流がモータ１に流れてｑ軸電流およびｄ軸電流が発生する。モータ制御システム５における制御の目標値としては、このようなｑ軸電流およびｄ軸電流の目標値が用いられるので、電流値のフィードバックに際しては、インバータ５２を流れるＵＶＷ各相の電流から算出された実ｑ軸電流値ＩＱＲおよび実ｄ軸電流値ＩＤＲが用いられる。また、本モータ制御システム５は、弱め界磁制御を行うことにより、誘起電圧の増大時にもモータ１のトルク変動を抑えることができる。

モータ制御システム５には、制御演算部５３に外部から目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔと目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔが入力される。外部からは、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔと目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔの増減によってモータ出力の増減が指示される。

制御演算部５３は、インバータ５２を電流指令値に従って制御する。また、制御演算部５３は、電流指令値として、モータ１の回転座標系におけるｑ軸電流を示すｑ軸電流指令値を用いると共に、少なくとも一時的には(例えば弱め界磁制御などで）、電流指令値として、当該回転座標系におけるｄ軸電流を示すｄ軸電流指令値も用いる。

本モータ制御システム５の制御演算部５３は、入力される目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに対して電流制限を行う。電流制限は、ｑ軸指令値生成部５３０ｑの電流制限演算部５３２によって処理される。電流制限演算部５３２は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔの入力を受け、バッテリー電圧に応じた適応制御を実行することで、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔ（出力値）を所定の電流値以下に制限する。

目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔが制限されずに上記所定の電流値を越えた場合には、後述する処理の結果、モータ印加電圧が飽和する虞がある。このようにモータ印加電圧が飽和する場合、モータトルク変動を抑える補償電流を目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに加算する余地がなくなる。この結果、トルクリップルが急増し、作動音が発生するという問題が生じる。この問題の回避のためには、電流制限演算部５３２が目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔを制限することによって補償電流の余地を残すことが有効である。モータ印加電圧の飽和は、モータ電流とモータ回転角速度との双方に依存して発生する。そのため、本実施形態の電流制限演算部５３２は、モータ回転角速度をパラメータとする関数を用いてモータ電流（目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔ）を制限する。このような電流制限により、常時（電圧が飽和していない時）のトルクリップルに対する補償の余地が確保される。そのため、静かで滑らかなモータの回転が実現される。

より詳細には、電流制限演算部５３２による適応制御は、モータ回転角速度をパラメータとする関数でレンジの縮小を行う。この関数は、入力される目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに対して連続な関数である。即ち、電流制限演算部５３２は、例えば電流のピーク値カットなどという不連続な制限を行うのではなく、入力電流値が大きい程、大きく電流を制限する連続的なレンジ縮小を行う。なお、電流制限演算部５３２でレンジ縮小に用いられる関数は、線形縮小を表した関数でもよいし、非線形（かつ連続）な縮小を表した関数であってもよい。
レンジ縮小による縮小幅は、下記の不等式（１）が満たされるように電流値ｉを縮小する縮小幅となる。
Ｖｓａｔ＞（Ｌｓ＋Ｒ）ｉ＋ｋｅω ・・・（１）
ここでＶｓａｔは飽和電圧、Ｌｓはモータのインダクタンス、Ｒはモータの抵抗、ｋｅωはモータの回転に伴う誘起電圧を示す。

また、電流制限演算部５３２による適応制御では、バッテリー電源による駆動時に、レンジ縮小による電流の制限値がバッテリー電圧Ｖｂａｔに応じた制限値となる。バッテリー電源は、オルタネータによる供給量に不足が生じた場合に用いられる。バッテリー電源には内部抵抗が存在するため、バッテリー電源の劣化などに伴って内部抵抗が変化して実効的な出力電圧が変化する。このため、バッテリー電圧Ｖｂａｔに応じた適応制御が行われる。

モータ制御システム５は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔ、目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔおよびロータの角速度ωを利用してトルクリップル補償制御を行う。トルクリップル補償制御は、トルクリップル補償演算部５３１によって処理される。

一般に、トルクリップルは、電流におけるリップルの影響を受ける。そのため、あらかじめ目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに、トルクリップルを抑えるための電流指令値（補償電流）が重畳されるなどの補正が行われることにより、モータ１において発生するトルクリップルの抑制（すなわち、トルクリップル補償を行うこと）ができる。

トルクリップル補償演算部５３１は、補正前の目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔと、目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔと、モータ回転角度センサ５１が検出したロータ３の回転角度θとの入力を受けて演算処理を行う。この演算処理では内部パラメータとしての角速度ωが回転角度θの微分によってω＝ｄθ／ｄｔの関係式で算出される。なお、ｔは時間を表す変数である。
より詳細には、トルクリップル補償演算部５３１は、位相差算出部５３１１と補償値算出部５３１２とを備える。

本実施形態でトルクリップルを補償するための電流（補償値）は、正弦波であり、トルクリップルの振動成分の中で支配的である６次の高調波成分が用いられた近似で、ゲインαおよび位相βをパラメータとしてαｓｉｎ６（θ＋β）と表される。

位相差算出部５３１１では位相βが算出され、補償値算出部５３１２ではゲインαが算出される。また、補償値算出部５３１２では、ゲインαおよび位相βに基づいて補償値αｓｉｎ６（θ＋β）が算出される。

補償値算出部５３１２はゲインαを、角速度ωおよび目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔをパラメータとした演算によって算出する。ゲイン算出部５３１２における演算としては、例えばルックアップテーブルによる演算でもよく、あるいは数式による演算でもよい。

一方、位相差算出部５３１１は位相βを、ｑ軸電流指令値である目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔとｄ軸電流指令値である目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔとを変数とした数式に従って算出する。このため、少なくとも位相βの算出においてルックアップテーブルが省かれるので、補償値算出に要するメモリ容量が抑制される。これにより、ＣＰＵの高コスト化が回避され、モータ動作の補償範囲が広がる。

ｑ軸指令値生成部５３０ｑは、トルクリップル補償演算部５３１による演算結果を、電流制限演算部５３２から出力された目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに重畳させて、新たな電流指令値である補正後の目標ｑ軸電流ＩＱ_ｃｏｒｒｅｃｔを算出する。このとき、補正後の目標ｑ軸電流値ＩＱ_ｃｏｒｒｅｃｔは、補正前の目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔ、モータ電気角θに基づいて以下の式（２）で表される。
ＩＱ_ｃｏｒｒｅｃｔ＝ＩＱ_ｔａｒｇｅｔ＋αｓｉｎ６（θ＋β） ・・・（２）
ここで、ゲインαおよび位相βについて、角速度ωとの対応関係について説明する。

図５は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに対するゲイン特性図である。図６は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔとの位相差を表した位相曲線図である。 図５のゲイン特性図および図６の位相曲線図は、それぞれ、一次遅れ特性を示す。但し、ゲインαおよび位相βは、二次応答以降の遅れが加味された特性によって求められてもよい。

図６における位相曲線図は、初期値を目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔの位相として正規化したものである。図５において、横軸は角速度ω、縦軸はゲインα（ω）の値を示す。図６において、横軸は角速度ω、縦軸は位相β（ω）である。

位相βについては、角速度ωとの対応関係は図６に曲線で示された関係であるが、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔおよび目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔとの対応関係は、以下の式(３)で表された簡素な対応関係となる。
β＝θ_０＋ｔａｎ－１（Ｉｄ／Ｉｑ） ・・・（３）
但し、θ_０；位相差の初期値、Ｉｄ：ｄ軸電流指令値、Ｉｑ：ｑ軸電流指令値

上述したトルクリップル補償演算部５３１の位相差算出部５３１１では、このような式(３)が用いられることで位相βが容易に算出される。なお、上記数式（３）を用いた位相βの算出は、モータ１の誘起電圧がｑ軸方向の印加電圧を越える回転数にモータ１が達した場合に用いられるのが好適である。このような回転数に達して誘起電圧が増大すると弱め界磁制御に伴ってｄ軸電流指令値も増大し、トルクリップルが発生しやすくなるが、上記数式（３）の適用で位相βがｄ軸電流指令値の増大に応じた適切な値に算出され、トルクリップルが抑制される。

本実施形態のモータ制御システム５は、上記のように算出されてトルクリップル補償演算部５３１から出力された補償値を、電流制限演算部５３２によって処理されたｑ軸電流指令値に加算する。なお、補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、ｑ軸電流のうちトルクリップルに起因する成分を打ち消すために利用される値である。すなわち、補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、角速度成分と指令値の６次高調波成分（トルクリップルの次数成分）に対する逆位相成分に相当する。

なお、上記説明では補償値αｓｉｎ６（θ＋β）が電流制限後の目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに加算されるが、補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、電流制限前の目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに加算されてその後に電流制限が行われてもよく、あるいは、補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔと実ｑ軸電流値ＩＱＲとの電流偏差ＩＱ_ｅｒｒに加算されてもよい。

また、補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、一部がｄ軸電流指令値に加算されてもよい。この場合、位相βについては、上述した位相差の初期値θ_０として別の初期値が与えられる。

モータ制御システム５はｑ軸指令値生成部５３０ｑで、上述のように補償値が加算されたｑ軸電流値から、インバータに流れる実ｑ軸電流値ＩＱＲを減算し、ｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒを算出する。また、モータ制御システム５はｄ軸指令値生成部５３０ｄで、ｄ軸電流値から、インバータに流れる実ｄ軸電流値ＩＤＲを減算し、ｄ軸電流の電流偏差ＩＤ_ｅｒｒを算出する。

そして、モータ制御システム５は、これらの電流偏差ＩＱ_ｅｒｒ，ＩＤ_ｅｒｒそれぞれを用いてＰＩ制御等を行ってモータの出力等をフィードバック制御する。

以上の通り、第一実施形態のモータ制御システム５は、電流制御器の応答性をあらかじめ補償する制御を行う。つまり、モータ制御システム５は、フィードバック制御を利用して、進角補償を含んだトルクリップル補償を行う。また、進角補償は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔと目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔとの比に基づいた上記数式によって算出された位相βによって行われる。

このようにトルクリップルが補償されることにより、モータ制御システム５におけるハイパスフィルタ演算に伴う量子化ノイズおよびセンサノイズに対する感度の低減が可能となり、その結果、トルクリップルが低減されるとともに、作動音の悪化も防止される。さらに、上記により、モータ制御のロバスト性も向上する。

上述のトルクリップル補償の具体的な方法として、補償値がモータ電流指令値に加算される方法と補償値がモータ印加電圧指令値に加算される方法とが知られるが、上記第一実施形態では補償値がモータの電流指令値に加算される。これにより、モータの特性変動にかかわらず、安定したトルク変動補正が行われる。

上述のようにｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒおよびｄ軸電流の電流偏差ＩＤ_ｅｒｒを求めた後、モータ制御システム５は、ｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒおよびｄ軸電流の電流偏差ＩＤ_ｅｒｒそれぞれに基づいてｑ軸およびｄ軸それぞれのモータ印加電圧指令値を演算する電圧制御を行う。

電圧制御は、ｑ軸指令値生成部５３０ｑおよびｄ軸指令値生成部５３０ｄそれぞれの電圧制御演算部５３３によって行われる。本実施形態では、電圧制御としてＰＩ制御が用いられる。なお、電圧制御としては、ＰＩ制御に限られず、ＰＩＤ制御など他の制御方法が採用されてもよい。

電圧制御演算部５３３は、ｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒおよびｄ軸電流の電流偏差ＩＤ_ｅｒｒに基づいてＰＩ制御部５３３１でｑ軸電圧指令値ＶＱ１およびｄ軸電圧指令値ＶＤ１を算出する。また、電圧制御演算部５３３は、ｑ軸電圧指令値ＶＱ１およびｄ軸電圧指令値ＶＤ１に非干渉処理部５３３２から出力される非干渉要素ＣＯＲ_Ｑ，ＣＯＲ_Ｄを加算して、ｑ軸電圧指令値ＶＱ２およびｄ軸電圧指令値ＶＤ２を算出する。非干渉要素ＣＯＲ_Ｑは、例えば、ｄ軸電流（電圧）とｑ軸電流（電圧）とが互いに干渉することを避けるために加えられる電流要素である。

そして、モータ制御システム５は、ｑ軸電圧指令値ＶＱ２に対して誘起電圧補償を行う。誘起電圧補償は、誘起電圧補償演算部５３４によって行われる。モータの駆動時には、モータに流れる電流以外にもモータの誘起電圧の影響が考慮された上でモータが制御される。誘起電圧補償演算部５３４では、モータで生じる誘起電圧（ＢＥＭＦ）の逆数に基づいた進角制御が行われて誘起電圧（ＢＥＭＦ）が補償される。

すなわち、誘起電圧補償演算部５３４は、モータで生じる誘起電圧（ＢＥＭＦ）の逆数を求めて、その逆数に基づいて、電圧（または電流）の進角を調整する補償（進角補償）を行うための補償値を算出する。本実施形態では、誘起電圧補償演算部５３４において、誘起電圧補償のための補償値がｑ軸電圧指令値ＶＱ２に加算され、ｑ軸電圧指令値ＶＱ３が算出される。なお、誘起電圧モデルの逆数に基づいた補償値が用いられるのであれば、その補償値はｑ軸電圧指令値ＶＱ２に対して、加算されるのではなく減算されてもよい。また、この補償値は、２軸／３相変換後の各相の電圧値に加算されてもよい。

さらに、モータ制御システム５は、ｑ軸電圧指令値ＶＱ３およびｄ軸電圧指令値ＶＤ２に対して２軸／３相変換を行う。２軸／３相変換は、モータ電気角θに基づき、２軸／３相変換演算部５３５によって行われる。２軸３相変換演算部５３５は、ｑ軸電圧指令値ＶＱ３およびｄ軸電圧指令値ＶＤ３に基づいて、対応するｑ軸電圧とｄ軸電圧を算出し、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相における３相の電圧指令値に変換する。

その後、モータ制御システムは、２軸／３相変換演算部５３５から出力された各相の電圧指令値に基づいて、デッドタイム補償を行う。デッドタイム補償は、デッドタイム補償演算部５３６によって行われる。まず、デッドタイム補償演算部５３６は中点変調部５３６３で、電圧の基本波のｎ倍である高次高調波（例えば、３次の高調波）を重畳する中点変調による演算を行う。ｎは正の整数である。中点変調が行われることにより、電圧の波形は、正弦波状の波形から台形状の波形に近づく。これにより、インバータ５２における有効電圧率が向上する。

次に、デッドタイム補償演算部５３６は、デッドタイムの補償を行う。中点変調部５３６３までは、上述した電流偏差ＩＱ_ｅｒｒ，ＩＤ_ｅｒｒに対する処理が行われ、電流偏差ＩＱ_ｅｒｒ，ＩＤ_ｅｒｒを減少させる電圧成分が算出される。これに対し、目標ＩＱ２軸／３相変換部５３６２には目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔおよび目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔが入力され、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔおよび目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔに対して２軸／３相変換が行われる。即ち、目標値２軸／３相変換部５３６２は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔおよび目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔに対応するＵ，Ｖ，Ｗ相の各相における３相の電流指令値を算出する。

２軸／３相変換演算部５３５における２軸／３相変換と同様に、目標値２軸／３相変換部５３６２における２軸／３相変換でもモータ電気角が演算に用いられる。但し、本実施形態のモータ制御システム５では、目標値２軸／３相変換部５３６２に入力されるモータ電気角として、センサで検出されたモータ電気角θが位相補償されたモータ電気角θ２が用いられる。この位相補償は補正位相補償部５３６１で行われ、この位相補償により、モータの回転に伴う電圧の位相ずれが補償される。

デッドタイム補正部５３６４は、２軸／３相変換で得られたＵ，Ｖ，Ｗ相の各相における電流指令値から各相のデッドタイム補償電圧を算出し、そのデッドタイム補償電圧を中点変調部５３６３からの出力値に加算して電圧指令値を出力する。

最後に、モータ制御システム５は、デッドタイム補償演算部５３６から出力された電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を行う。ＰＷＭ制御の指令値は、ＰＷＭ制御演算部５３７によって演算される。ＰＷＭ制御演算部５３７は、演算した指令値に基づいてインバータ５２の電圧を制御する。このＰＷＭ制御により、上述した電流指令値に相当する電流がモータ１へ流れる。なお、上述したとおり、インバータ５２内を流れるＵＶＷ各相の電流値は、実ｑ軸電流値ＩＱＲおよび実ｄ軸電流値ＩＤＲに変換されてフィードバックされる。

なお、本システムにおいて、上述した電圧制御、誘起電圧補償、２軸／３相変換、デッドタイム補償、ＰＷＭ制御などの各処理としては、上述した例に限らず公知の技術が適用されても良い。また、本システムでは、必要に応じて、これらの補償および制御は行われなくても良い。

上記第一実施形態に関して、シミュレーションにて得られた結果を図７に示す。図７は、モータの回転速度に対してトルクの２４次の成分（電気角の６次の成分）の変動を示したグラフである。本シミュレーションにおいては、回転速度の範囲が０［ｍｉｎ－１］から３０００［ｍｉｎ－１］であり、デッドタイムのＯＮ／ＯＦＦの２通りおよびトルク変動補正のＯＮ／ＯＦＦの２通りが互いに組み合わされた計４つの組み合わせにおける、トルクリップルの結果が求められた。図７から分かる通り、デッドタイム補償およびトルク変動補正が共にＯＮとなった場合、モータトルクの変動（即ちトルクリップル）は小さくなることが分かる。したがって、第一実施形態により、トルクリップルの低減が実現し、低作動音が実現することがわかる。
＜第二実施形態＞

次に、トルクリップル補償演算部の出力が『電圧値』である本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態のモータ制御システムは、３相ブラシレスモータの制御システムである。なお、以下では、第一実施形態と同様の内容については記載を省略することがあるが、同様の手法を採用してもよく、異なる手法を採用してもよい。

図８は、第二実施形態のモータ制御システムの概略図であり、図９は、第二実施形態におけるトルクリップル補償演算部５３１およびｑ軸指令値生成部５３０ｑの概略図である。

図８に示すように、モータ制御システム５は、モータ回転角度センサ５１と、インバータ５２と、制御演算部５３と、を備える。モータ回転角度センサ５１と、インバータ５２と、制御演算部５３と、を備える。制御演算部５３は、トルクリップル補償演算部５３１、ｑ軸指令値生成部５３０ｑ、ｄ軸指令値生成部５３０ｄ、２軸／３相変換部５３５、デッドタイム補償演算部５３６、および、ＰＷＭ制御演算部５３７を備える。

モータ制御システム５は、インバータ５２の電流値をフィードバックするフィードバック制御を行う。また、本モータ制御システム５は、弱め界磁制御を行うことにより、誘起電圧の増大時にもモータ１のトルク変動を抑えることができる。

モータ制御システム５には、外部から目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔと目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔが入力される。外部からは、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔと目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔの増減によってモータ出力の増減が指示される。

本モータ制御システム５は、入力される目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔに対して電流制限処理を行う。そして、本モータ制御システム５は、電流制限を行った後のｑ軸電流に対して、フィードバックされた実ｑ軸電流値ＩＱＲを減算するフィードバック制御を行うとともに、入力される目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔに対して、フィードバックされた実ｄ軸電流値ＩＤＲを減算するフィードバック制御を行う。

さらに、本モータ制御システム５は、フィードバック制御により得られた電流偏差ＩＱ_ｅｒｒ，ＩＤ_ｅｒｒに対して電圧制御を行う。電圧制御演算部５３３は、電流偏差ＩＱ_ｅｒｒ，ＩＤ_ｅｒｒに基づいて電圧指令値ＶＱ１，ＶＤ１を算出し、電圧指令値ＶＱ１，ＶＤ１にさらにｄ軸およびｑ軸の干渉を抑える非干渉要素ＣＯＲ_Ｑ，ＣＯＲ_Ｄを加算する。そして、誘起電圧補償演算部５３４は、誘起電圧補償のための補償値をｑ軸電圧指令値ＶＱ２およびｄ軸電圧指令値ＶＤ２に加算する。

また、本モータ制御システム５は、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔ、目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔおよび角速度ωに基づいて、トルクリップルを抑制するための補正電圧値（トルクリップル補償値）を、トルクリップル補償演算部５３１において、算出する。そして、第一実施形態とは異なり、第二実施形態では、モータ制御システム５は、誘起電圧補償演算部５３４の出力ＶＱ３（すなわち、ＶＱ２と誘起電圧補償値との加算値）に、上述の補正電圧値を加算する。これにより、モータ制御システム５は、インバータ５２に対する電圧指令値に、トルクリップルを抑制するための補償値を加え、モータ１におけるトルクリップルを抑制することができる。

以上の通り、第二実施形態のモータ制御システム５は、トルクリップルを抑制するためのトルクリップル補償を行う。具体的には、第二実施形態のモータ制御システム５でも、第一実施形態と同様に、フィードバック制御を用いたトルクリップル補償および進角補償を行う。進角補償では、第一実施形態と同様に、位相βを、目標ｑ軸電流ＩＱ_ｔａｒｇｅｔと目標ｄ軸電流ＩＤ_ｔａｒｇｅｔとを変数とした上記数式（３）に従って算出する。このような数式に従った算出が用いられることにより、少なくとも位相βの算出においてルックアップテーブルが省かれるので、補償値算出に要するメモリ容量が抑制される。これにより、ＣＰＵの高コスト化が回避され、モータ動作の補償範囲が広がる。

ここで、第一実施形態と第二実施形態との差異は、トルクリップル補償演算部５３１からの出力が電流値から電圧値となった点、および、これに付随して制御フローにおける加算点が変更された点にある。これにより、トルク変動補償による出力がモータの電気的特性のみで決められるため、トルク変動の調整が容易であるという利点がある。また、トルクリップルの補償値が電圧値に加算されることにより、電流値に加算される場合に較べて演算処理が速いことも利点である。

なお、第二実施形態における電流制御、誘起電圧補償、２軸／３相変換、デッドタイム補償、およびＰＷＭ制御は、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、第二実施形態においては、これらの補償及び制御は、既知の技術が適用されても良い。また、第二実施形態においては、必要に応じて、これらの補償および制御は行われなくても良い。
＜他の実施形態＞

次に、他の実施形態について説明する。以下説明する他の実施形態にて記述された内容は、第一実施形態および第二実施形態のいずれの場合であっても適用可能である。

ここで、上述の実施形態により制御され得るモータの概略について説明を行う。図１０は、本実施形態に係る第１のモータの平面図であり、図１１は、本実施形態に係る第２のモータの平面図である。図１０および図１１に示すモータ１は、ステータ２と、ロータ３と、を有する。図１０および図１１に示す通り、モータ１は、インナーロータである。なお、モータ１として、インナーロータ以外に、アウターロータ構造が採用されてもよい。図１０に示す第１のモータ１はＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータであり、図１１に示す第２のモータ１はＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータである。

ステータ２は、軸方向に延びる円筒形状の外形を有する。ステータ２は、ロータ３の径方向外側に、ロータ３に対して所定の隙間を設けて配置される。ステータ２は、ステータコア２１と、インシュレータ２２と、コイル２３と、を有する。ステータコア２１は、軸方向に延びる筒形状の部材である。ステータコア２１は、複数枚の磁性鋼板が軸方向に積層されて形成される。ステータコア２１は、コアバック２１ａと、ティース（図示略）と、を有する。

コアバック２１ａは、円環形状の部分である。ティースは、コアバック２１ａの内周面から径方向内側に延びる。ティースは、複数が周方向に所定間隔で並べて設けられる。また、隣り合うティース間の空隙はスロットＳと称される。図１０および図１１に示すモータ１では、スロットＳは例えば１２個設けられる。

ロータ３は、軸方向に延びる円筒形状の外形を有する。ロータ３は、ステータ２の径方向内側に、ステータ２に対して所定の隙間を設けて配置される。ロータ３は、シャフト３１と、ロータコア４０と、マグネット３２を有する。ロータ３は、上下方向（図１０および図１１の紙面に垂直な方向）に延びるシャフト３１を中心に回転する。

ロータコア４０は、軸方向に延びる円筒形状の部材である。ロータコア４０の径方向中心部に位置する孔部４１ｄに、シャフト３１が挿入される。ロータコア４０は、複数枚の磁性鋼板が軸方向に積層されて構成される。マグネット３２は、図１０に示す第１のモータ１ではロータコア４０の内部に配置され、図１１に示す第２のモータ１ではロータコア４０の表面に取り付けられる。マグネット３２は、複数が周方向に所定の間隔で並べて配置される。図１０および図１１に示すモータ１では、マグネット３２は例えば８個設けられる。すなわち、図１０および図１１に示すモータ１では、ポール数Ｐは８である。

上述したポール数Ｐとスロット数Ｓによって、モータの磁気特性は異なる。ここで、作動音の発生要因として、主にラジアル力やトルクリップルなどが挙げられる。ポール数Ｐが８、スロット数Ｓが１２である８Ｐ１２Ｓのモータの場合、ロータとステータとの間において生じる電磁力の径方向の成分であるラジアル力は互いに相殺されるため、トルクリップルが主な作動音の原因となる。

つまり、上述のモータ制御システムによりトルクリップルのみが補償されることで、８Ｐ１２Ｓのモータは作動音が効率的に低減される。したがって、本発明のモータ制御システムは、８Ｐ１２Ｓのモータにおいて特に有用である。

ラジアル力の相殺は特にＳＰＭモータで効果的であるため本発明のモータ制御システムはＳＰＭモータにおいて特に有用である。より詳細に述べると、ＳＰＭモータにおいて、リラクタンストルクは生じず、マグネットトルクのみが寄与する。そのため、本発明が採用されることによりマグネットトルクのみ補償されることで振動低減が実現される。なお、ＳＰＭモータを制御する場合の制御演算部５３は、ｄ軸電流指令値を弱め界磁のために用いる。また、ＳＰＭモータの制御では、上記数式(３)による位相差算出は、特に高速回転時におけるトルクリップルの抑制に有用である。

逆に、ラジアル力の相殺は、ＳＰＭモータおよび８Ｐ１２Ｓのモータで限定的に生じる作用では無く、ＩＰＭモータ、あるいは例えば１０Ｐ１２Ｓモータでも生じる作用であるため、本発明のモータ制御システムは、ＩＰＭモータでも有用であり、あるいは例えば１０Ｐ１２Ｓモータでも有用である。ＩＰＭモータを制御する場合の制御演算部５３は、ｄ軸電流指令値を、トルク発生および弱め界磁のために用いる。ＩＰＭモータの制御では、上記数式(３)による位相差算出は、トルク発生および弱め界磁の双方の目的で用いられるｄ軸電流指令値に伴うトルクリップルの抑制に有用である。

次に、電動パワーステアリング装置の概略について説明を行う。図１２に示す通り、本実施形態において、コラムタイプの電動パワーステアリング装置について例示する。電動パワーステアリング装置９は、自動車の車輪の操舵機構に搭載される。電動パワーステアリング装置９は、モータ１の動力により操舵力を直接的に軽減するコラム式のパワーステアリング装置である。電動パワーステアリング装置９は、モータ１と、操舵軸９１４と、車軸９１３と、を備える。

操舵軸９１４は、ステアリング９１１からの入力を、車輪９１２を有する車軸９１３に伝える。モータ１の動力は、ボールねじを介して、車軸９１３に伝えられる。コラム式の電動パワーステアリング装置９に採用されるモータ１は、エンジンルーム（図示せず）の内部に設けられる。なお、図１２に示す電動パワーステアリング装置９は、一例としてコラム式であるが、本発明のパワーステアリング装置はラック式であってもよい。

ここで、電動パワーステアリング装置９のように低トルクリップルと低作動音が求められるアプリケーションでは、上述したモータ制御システム５によってモータ１が制御されることでその両立が図れるという効果がある。その理由として、電流制御の応答性を超えた周波数のトルクリップルに対し、ノイズを増幅するハイパスフィルタが用いられずに電流制御器の応答性が補償され、トルクリップル補償の効果が創出されるためである。また、上述したモータ制御システム５によって、進角補償の補償値算出に要するメモリ容量が抑制されてモータ動作の補償範囲が広がるので滑らかなパワーアシストが実現される。そのため、本発明はパワーステアリング装置において特に有用である。

本発明はパワーステアリング装置以外のアプリケーションについても有用である。例えばトラクションモータ（走行用モータ）、コンプレッサ用のモータ、オイルポンプ用のモータなどといった作動音の低減が求められるモータについて本発明は有用である。
以下、トラクションモータを備えたモータユニットについて説明する。

以下の説明において特に断りのない限り、モータ１０２のモータ軸Ｊ２に平行な方向を単に「軸方向」と呼び、モータ軸Ｊ２を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、モータ軸Ｊ２を中心とする周方向、すなわち、モータ軸Ｊ２の軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。
図１３は、トラクションモータを備えたモータユニット１００の概念図であり、図１４は、モータユニット１００の側面模式図である。

モータユニット１００は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等、モータを動力源とする車両に搭載され、動力源として使用される。
本実施形態のモータユニット１００は、モータ（メインモータ）１０２と、ギヤ部１０３と、ハウジング１０６と、モータ制御システム５と、を備える。

図１３に示すように、モータ１０２は、水平方向に延びるモータ軸Ｊ２を中心として回転するロータ１２０と、ロータ１２０の径方向外側に位置するステータ１３０と、を備える。ハウジング１０６の内部には、モータ１０２およびギヤ部１０３を収容する収容空間１８０が設けられる。収容空間１８０は、モータ１０２を収容するモータ室１８１と、ギヤ部１０３を収容するギヤ室１８２と、に区画される。

モータ１０２は、ハウジング１０６のモータ室１８１に収容される。モータ１０２は、ロータ１２０と、ロータ１２０の径方向外側に位置するステータ１３０と、を備える。モータ１０２は、ステータ１３０と、ステータ１３０の内側に回転自在に配置されるロータ１２０と、を備えるインナーロータ型モータである。

ロータ１２０は、図示が省略されたバッテリーからモータ制御システム５を介してステータ１３０に電力が供給されることで回転する。ロータ１２０は、シャフト（モータシャフト）１２１と、ロータコア１２４と、ロータマグネット（図示略）と、を有する。ロータ１２０（すなわち、シャフト１２１、ロータコア１２４およびロータマグネット）は、水平方向に延びるモータ軸Ｊ２を中心として回転する。ロータ１２０のトルクは、ギヤ部１０３に伝達される。
シャフト１２１は、水平方向かつ車両の幅方向に延びるモータ軸Ｊ２を中心として延びる。シャフト１２１は、モータ軸Ｊ２を中心として回転する。

シャフト１２１は、ハウジング１０６のモータ室１８１とギヤ室１８２とを跨いで延びる。シャフト１２１の一方の端部は、ギヤ室１８２側に突出する。ギヤ室１８２に突出するシャフト１２１の端部には、第１のギヤ１４１が固定される。

ロータコア１２４は、珪素鋼板（磁性鋼板）が積層されて構成される。ロータコア１２４は、軸方向に沿って延びる円柱体である。ロータコア１２４には、複数のロータマグネットが固定される。

ステータ１３０は、ロータ１２０を径方向外側から囲む。図１３において、ステータ１３０は、ステータコア１３２と、コイル１３１とを有する。ステータ１３０は、ハウジング１０６に保持される。ステータコア１３２は、図示を省略するが、円環状のヨークの内周面から径方向内方に複数の磁極歯を有する。磁極歯の間には、コイル線（図示略）が掛けまわされてコイル３１が構成される。

ギヤ部１０３は、ハウジング１０６のギヤ室１８２に収容される。ギヤ部１０３は、モータ軸Ｊ２の軸方向一方側においてシャフト１２１に接続される。ギヤ部１０３は、減速装置１０４と差動装置１０５とを有する。モータ１０２から出力されるトルクは、減速装置１０４を介して差動装置１０５に伝達される。

減速装置１０４は、モータ１０２のロータ１２０に接続される。減速装置１０４は、モータ１０２の回転速度を減じて、モータ１０２から出力されるトルクを減速比に応じて増大させる機能を有する。減速装置１０４は、モータ１０２から出力されるトルクを差動装置１０５へ伝達する。

減速装置１０４は、第１のギヤ（中間ドライブギヤ）１４１と、第２のギヤ（中間ギヤ）１４２と、第３のギヤ（ファイルナルドライブギヤ）１４３と、中間シャフト１４５と、を有する。モータ１０２から出力されるトルクは、モータ１０２のシャフト１２１、第１のギヤ１４１、第２のギヤ１４２、中間シャフト１４５および第３のギヤ１４３を介して差動装置１０５のリングギヤ（ギヤ）１５１へ伝達される。

差動装置１０５は、減速装置１０４を介しモータ１０２に接続される。差動装置１０５は、モータ１０２から出力されるトルクを車両の車輪に伝達するための装置である。差動装置１０５は、車両の旋回時に、左右の車輪の速度差を吸収しつつ、左右両輪の車軸１５５に同トルクを伝える機能を有する。

モータ制御システム５は、モータ１０２と電気的に接続される。モータ制御システム５はインバータでモータ１０２に電力を供給する。モータ制御システム５は、モータ２に供給される電流を制御する。モータ制御システム５によってトルクリップルが補償されることでモータ１０２の作動音が低減される。

以上に、本発明の実施形態および変形例を説明したが、実施形態および変形例における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫およびパワーステアリング装置などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。

１・・モータ、２・・ステータ、３・・ロータ、５・・モータ制御システム、３１・・シャフト３１、３２・・マグネット、４０・・ロータコア、５１・・モータ回転角度センサ、５２・・インバータ、５３・・制御演算部、５３１・・トルクリップル補償演算部、５３２・・電流制限演算部、５３３・・電圧制御演算部、５３４・・誘起電圧補償演算部、５３５・・２軸／３相変換部、５３６・・デッドタイム補償演算部、５３７・・ＰＷＭ制御演算部、９・・電動パワーステアリング装置、１００・・モータユニット

Claims (6)

1. ３以上の相数ｎのモータを駆動するモータ制御システムであって、
   前記モータを駆動させるインバータと、
   前記インバータを電流指令値に従って制御する制御演算部と、
   前記モータにおけるトルクリップルを補償する補償値を前記電流指令値に加算するトルクリップル補償部と、
   を備え、
   前記補償値は、トルクリップルに起因する成分を打ち消す成分となるαｓｉｎ６（θ＋β）であり、
   前記制御演算部は、前記電流指令値として、前記モータの回転座標系におけるｑ軸電流
   を示すｑ軸電流指令値を用いると共に、少なくとも一時的には、前記電流指令値として、
   該回転座標系におけるｄ軸電流を示すｄ軸電流指令値も用い、
   前記トルクリップル補償部は、前記ｑ軸電流指令値に対する前記補償値の位相差を、前記ｑ軸電流指令値と前記ｄ軸電流指令値とを変数とした数式に従って算出するモータ制御
   システム。
2. 前記トルクリップル補償部は、前記数式として、
   位相差＝θ_０＋ｔａｎ^－１（Ｉｄ／Ｉｑ）
   但し、θ_０；位相差の初期値、Ｉｄ：ｄ軸電流指令値、Ｉｑ：ｑ軸電流指令値、を用いる請求項１に記載のモータ制御システム。
3. 前記モータが、ロータの表面に磁石が配備されたＳＰＭモータであり、
   前記制御演算部は、前記ｄ軸電流指令値を弱め界磁のために用いる請求項１または２に記載のモータ制御システム。
4. 前記モータが、ロータの内部に磁石が配備されたＩＰＭモータであり、
   前記制御演算部は、前記ｄ軸電流指令値を、トルク発生および弱め界磁のために用いる請求項１または２に記載のモータ制御システム。
5. 前記トルクリップル補償部は、前記モータの誘起電圧がｑ軸方向の印加電圧を越える回転数に当該モータが達した場合に、前記位相差を前記数式に従って算出する請求項１または２に記載のモータ制御システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御システムと、
   前記モータ制御システムによって駆動されるモータと、
   前記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、
   を備えるパワーステアリング装置。

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