(57)【要約】      （修正有）【課題】不要なノイズ及び振動を増幅することなく、高い周波数までトルク脈動を低減できる電動機の制御装置を提供する。【解決手段】印加電圧及び電流の検出値に基づいて鎖交磁束を推定し、電流の検出値及び鎖交磁束の推定値に基づいて出力トルクを推定し、出力トルクの推定値から脈動成分を抽出し、脈動成分の抽出値に基づいて電圧指令補正値を算出し、電圧指令の基本値に電圧指令補正値を重畳して、重畳後の電圧指令を算出し、重畳後の電圧指令に基づいて、巻線に電圧を印加する電動機１の制御装置３０。【選択図】図２
2020178439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令の基本値を算出する基本電圧指令算出部と、
電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記巻線に印加される印加電圧、及び前記電流の検出値に基づいて、前記巻線に鎖交する鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
前記電流の検出値及び前記鎖交磁束の推定値に基づいて、前記電動機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクの推定値から脈動成分を抽出する脈動抽出部と、
前記脈動成分の抽出値に基づいて、電圧指令補正値を算出する脈動制御部と、
前記電圧指令の基本値に前記電圧指令補正値を重畳して、重畳後の電圧指令を算出する重畳部と、
前記重畳後の電圧指令に基づいて、前記巻線に電圧を印加する電圧印加部と、
を備えた電動機の制御装置。
【請求項２】
前記脈動抽出部は、前記出力トルクの推定値から、予め設定された回転次数の脈動周波数の成分を抽出する請求項１に記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記脈動抽出部は、前記電動機の回転角度に基づいて、前記出力トルクの推定値を予め設定された回転次数の脈動周波数でフーリエ変換して、余弦波及び正弦波のフーリエ係数を算出し、前記余弦波及び正弦波のフーリエ係数を前記脈動成分の抽出値として算出する請求項１又は２に記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記脈動制御部は、前記余弦波のフーリエ係数に、前記回転次数の脈動周波数の余弦波を乗算して余弦波乗算値を算出し、前記正弦波のフーリエ係数に、前記回転次数の脈動周波数の正弦波を乗算して正弦波乗算値を算出し、前記余弦波乗算値及び前記正弦波乗算値の合計値に制御ゲインを乗算した値を、前記電圧指令補正値として算出する請求項３に記載の電動機の制御装置。
【請求項５】
前記脈動制御部は、前記余弦波のフーリエ係数に基づく制御演算を行って余弦波の制御値を算出し、前記余弦波の制御値に前記回転次数の脈動周波数の余弦波を乗算して余弦波乗算値を算出し、前記正弦波のフーリエ係数に基づく制御演算を行って正弦波の制御値を算出し、前記正弦波の制御値に、前記回転次数の脈動周波数の正弦波を乗算して正弦波乗算値を算出し、前記余弦波乗算値及び前記正弦波乗算値を合計した値を、前記電圧指令補正値として算出する請求項３に記載の電動機の制御装置。
【請求項６】
前記脈動制御部は、前記電動機の回転角度に基づいて、演算遅れによる位相遅れを算出し、前記位相遅れを補償した前記回転次数の脈動周波数の余弦波及び前記回転次数の脈動周波数の正弦波を算出する請求項４又は５に記載の電動機の制御装置。
【請求項７】
前記脈動抽出部は、前記出力トルクの推定値に対して、予め設定された回転次数の脈動周波数の成分を通過させ、前記回転次数の脈動周波数以外の成分を減衰させるバンドパスフィルタ処理を行った値を、前記脈動成分の抽出値として算出し、
前記脈動制御部は、前記脈動成分の抽出値に制御ゲインを乗算して、前記電圧指令補正値を算出する請求項１又は２に記載の電動機の制御装置。
【請求項８】
前記磁束推定部は、前記印加電圧の積分値及び前記電流の検出値の積分値に基づいて、前記鎖交磁束の推定値を算出する請求項１から７のいずれか一項に記載の電動機の制御装置。
【請求項９】
前記トルク推定部は、前記鎖交磁束の推定値と前記電流の検出値との乗算値に基づいて、前記出力トルクの推定値を算出する請求項１から８のいずれか一項に記載の電動機の制御装置。
【請求項１０】
前記トルク推定部は、前記電流の検出値と、前記鎖交磁束の推定値を回転角度で微分した微分値との乗算値に基づいて、前記出力トルクの推定値を算出する請求項１から８のいずれか一項に記載の電動機の制御装置。
【請求項１１】
前記基本電圧指令算出部は、前記電圧指令の基本値として、ｄ軸の電圧指令の基本値と、ｑ軸の電圧指令の基本値を算出し、
前記重畳部は、前記ｑ軸の電圧指令の基本値に電圧指令補正値を重畳して、重畳後のｑ軸の電圧指令を算出し、前記ｄ軸の電圧指令の基本値をそのまま重畳後のｄ軸の電圧指令に設定する請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電動機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機の巻線に鎖交する鎖交磁束、及び巻線に流れる電流によって電動機はトルクを出力する。しかし、多くの電動機は、電動機の回転角度に同期して鎖交磁束が脈動するため、回転角度に同期して出力トルクが脈動する。このような出力トルクの脈動を抑制するため、従来、さまざまな装置がある。
【０００３】
従来の装置の例として、特許文献１のように、印加電圧から巻線抵抗の電圧降下分を差し引いた後、時間で積分して鎖交磁束を推定し、推定した鎖交磁束と巻線電流との内積を演算してトルクの脈動を推定し、ゲインを乗じて電流補正値を算出し、電流指令を補正するものがある。
【０００４】
また、別の従来の装置の例として、特許文献２のように、電動機の電圧方程式の逆演算を行い、誘起電圧を推定し、誘起電圧に基づいてトルクを推定し、トルク脈動の周波数で推定トルクをフーリエ変換して、トルク脈動成分を抽出し、トルク補正値を演算し、トルク指令に帰還するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６８２６７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／１６７６６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のような装置においては、高い周波数まで出力トルクの推定が可能であったが、補正値を電流指令に帰還するので、電流指令から実際に電動機に流れる電流までの応答遅れがあり、十分高い周波数まで電動機の印加電圧を補正することができず、高い周波数のトルク脈動を低減することができないという課題があった。さらには、推定したトルク脈動に不要なノイズ及び振動が含まれており、これを増幅して電流補正値として帰還するため、電動機の電流及びトルクに含まれるノイズ及び振動を増幅するという課題もあった。
【０００７】
また、特許文献２のような装置においては、電動機の誘起電圧から電流までの応答を表わす電圧方程式を逆演算するような電流の微分を含む誘起電圧の推定を行うので、高周波成分が重畳し、ローパスフィルタを用いて高周波成分を低減していた。よって、十分高い周波数まで誘起電圧及び出力トルクを推定することができず、高い周波数のトルク脈動を低減することができないという課題があった。
【０００８】
また、推定したトルク脈動成分をトルク指令に帰還するので、特許文献１と同様に、トルク指令から実際に電動機に流れる電流までの応答遅れのため、十分高い周波数まで電動機の印加電圧を補正することができず、高い周波数のトルク脈動を低減することができない。なお、誘起電圧の脈動を低減し、電流の脈動を低減するように、電圧指令を補正する構成はあったが、トルクは鎖交磁束と電流により生じるため、鎖交磁束が脈動する問題に対しては、トルク脈動を十分に低減できない。また、鎖交磁束及び出力トルクを推定するために誘起電圧を推定する方式の場合、上述のように、ローパスフィルタを用いる以外に、オブザーバのような推定器を用いる場合もあるが、この場合も同様に、オブザーバに存在するゲイン及びフィルタで決まる応答周波数によって、推定できるトルクの周波数に上限が与えられ、高い周波数が推定できない。
【０００９】
本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、不要なノイズ及び振動を増幅することなく、高い周波数までトルク脈動を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に係る電動機の制御装置は、
電圧指令の基本値を算出する基本電圧指令算出部と、
電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記巻線に印加される印加電圧、及び前記電流の検出値に基づいて、前記巻線に鎖交する鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
前記電流の検出値及び前記鎖交磁束の推定値に基づいて、前記電動機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクの推定値から脈動成分を抽出する脈動抽出部と、
前記脈動成分の抽出値に基づいて、電圧指令補正値を算出する脈動制御部と、
前記電圧指令の基本値に前記電圧指令補正値を重畳して、重畳後の電圧指令を算出する重畳部と、
前記重畳後の電圧指令に基づいて、前記巻線に電圧を印加する電圧印加部と、
を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願に係る電動機の制御装置によれば、電流の検出値及び印加電圧に基づいて、鎖交磁束を推定し、電流の検出値及び鎖交磁束の推定値に基づいて、出力トルクを推定するので、不要なノイズ及び振動の増幅を抑制しつつ、高い周波数まで鎖交磁束及び出力トルクを推定できる。また、出力トルクの推定値から脈動成分を抽出し、電圧指令補正値を算出するので、不要なノイズ及び振動の影響を低減することができる。そして、電圧指令値補正値により、直接的に電圧指令を補正することができるので、電流帰還制御系の応答遅れの影響を受けることなく、高い周波数までトルク脈動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る電動機及び電動機の制御装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る電動機の制御装置の概略ブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る電動機の制御装置のハードウェア構成図である。
【図４】実施の形態１に係る脈動抽出部及び脈動制御部のブロック図である。
【図５】実施の形態１に係るトルク脈動成分の低減効果を説明するためのタイムチャートである。
【図６】実施の形態１に係る耐ノイズ性能を説明するためのタイムチャートである。
【図７】実施の形態３に係るトルク脈動成分の低減効果を説明するためのタイムチャートである。
【図８】実施の形態４に係るトルク脈動成分の低減効果を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１．実施の形態１
実施の形態１に係る電動機の制御装置３０（以下、単に制御装置３０と称す）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１、インバータ２０、及び制御装置３０の概略構成図である。
【００１４】
１−１．電動機
電動機１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗを設けたステータと、永久磁石を設けたロータと、を有する永久磁石同期電動機とされている。ステータに、３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが設けられている。３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは、スター結線とされている。なお、３相巻線は、デルタ結線とされてもよい。
【００１５】
電動機１は、ロータの回転角度に応じた電気信号を出力する回転角度センサ２を備えている。回転角度センサ２は、ホール素子、エンコーダ、又はレゾルバ等とされる。回転角度センサ２の出力信号は、制御装置３０に入力される。
【００１６】
１−２．インバータ
インバータ２０は、複数のスイッチング素子を有し、直流電源２５と３相巻線との間で直流交流変換を行う。インバータ２０は、直流電源２５の正極側に接続される正極側のスイッチング素子２３Ｈ（上アーム）と直流電源２５の負極側に接続される負極側のスイッチング素子２３Ｌ（下アーム）とが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。インバータ２０は、３つの正極側のスイッチング素子２３Ｈと、３つの負極側のスイッチング素子２３Ｌとの、合計６つのスイッチング素子を備えている。そして、正極側のスイッチング素子２３Ｈと負極側のスイッチング素子２３Ｌとが直列接続されている接続点が、対応する相の巻線に接続されている。
【００１７】
スイッチング素子には、ダイオード２２が逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又は逆並列接続されたダイオードの機能を有するＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、制御装置３０に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置３０から出力される制御信号によりオン又はオフされる。
【００１８】
平滑コンデンサ２４は、インバータ２０の正極側と負極側との間に接続される。電圧センサ３は、直流電源２５の直流電圧に応じた電気信号を出力する。電圧センサ３の出力信号は、制御装置３０に入力される。
【００１９】
電流センサ４は、各相の巻線に流れる電流に応じた電気信号を出力する。電流センサ４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。電流センサ４の出力信号は、制御装置３０に入力される。
【００２０】
直流電源２５には、充放電可能な蓄電装置（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ）が用いられる。なお、直流電源２５には、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力変換器であるＤＣ−ＤＣコンバータが設けられてもよい。
【００２１】
１−３．制御装置
制御装置３０は、インバータ２０を制御することにより、電動機１を制御する。図２に示すように、制御装置３０は、後述する電流検出部３１、回転検出部３２、電圧検出部３３、基本電圧指令算出部３４、磁束推定部３５、トルク推定部３６、脈動抽出部３７、脈動制御部３８、重畳部３９、及び電圧印加部４０等を備えている。制御装置３０の各機能は、制御装置３０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置３０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。
【００２２】
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、回転角度センサ２、電圧センサ３、電流センサ４等の各種のセンサ、スイッチが接続され、これらセンサ、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、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路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。
【００２３】
そして、制御装置３０が備える図２の各制御部３１〜４０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等の制御装置３０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、各制御部３１〜４０等が用いる制御ゲインＫｖ、回転次数ｎ、無駄時間ΔＴｄ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、制御装置３０の各機能について詳細に説明する。
【００２４】
１−３−１．各検出部
回転検出部３２は、ロータの回転角度θ（磁極位置）を検出する。本実施の形態では、回転検出部３２は、回転角度センサ２の出力信号に基づいて、電気角でのロータの回転角度θ（磁極位置）を検出する。
【００２５】
電圧検出部３３は、直流電源２５の電源電圧ＶＤＣを検出する。本実施の形態では、電圧検出部３３は、電圧センサ３の出力信号に基づいて、電源電圧ＶＤＣを検出する。
【００２６】
電流検出部３１は、３相の巻線に流れる巻線電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。本実施の形態では、電流検出部３１は、電流センサ４の出力信号に基づいて、インバータ２０から各相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。ここで、Ｕ相の電流の検出値Ｉｕ、Ｖ相の電流の検出値Ｉｖ、及びＷ相の電流の検出値Ｉｗからなるベクトルを、３相電流検出値Ｉｕｖｗとする。
【００２７】
電流検出部３１は、３相電流検出値Ｉｕｖｗに対して、３相２相変換を行って、α軸の電流の検出値Ｉα及びβ軸の電流の検出値Ｉβを算出する。ここで、α軸の電流の検出値Ｉα及びβ軸の電流の検出値Ｉβからなるベクトルを、αβ軸電流検出値Ｉαβとする。そして、電流検出部３１は、αβ軸電流検出値Ｉαβに対して、磁極位置θに基づいて回転座標変換を行って、ｄ軸の電流の検出値Ｉｄ及びｑ軸の電流の検出値Ｉｑを算出する。ここで、ｄ軸の電流の検出値Ｉｄ及びｑ軸の電流の検出値Ｉｑからなるベクトルを、ｄｑ軸電流検出値Ｉｄｑとする。
【００２８】
α軸は、Ｕ相の巻線方向に定められ、β軸は、α軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定められている。ｄ軸は、ロータに設けられた永久磁石のＮ極の向き（磁極位置）に定められ、ｑ軸は、ｄ軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定められている。
【００２９】
１−３−２．基本電圧指令算出部
基本電圧指令算出部３４は、電圧指令の基本値を算出する。本実施の形態では、基本電圧指令算出部３４は、電圧指令の基本値として、ｄ軸の電圧指令の基本値Ｖｄ０及びｑ軸の電圧指令の基本値Ｖｑ０を算出する。ここで、ｄ軸の電圧指令の基本値Ｖｄ０及びｑ軸の電圧指令の基本値Ｖｑ０からなるベクトルを、ｄｑ軸電圧指令基本値Ｖｄｑ０とする。
【００３０】
基本電圧指令算出部３４は、電流指令算出部３４ａ及び電流制御部３４ｂを備えている。電流指令算出部３４ａは、ｄ軸の電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ及びｑ軸の電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆを算出する。ここで、ｄ軸の電流指令Ｉｄ＿ｒｅｆ及びｑ軸の電流指令Ｉｑ＿ｒｅｆからなるベクトルを、ｄｑ軸電流指令Ｉｄｑ＿ｒｅｆとする。このｄｑ軸電流指令Ｉｄｑ＿ｒｅｆの算出には、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、及びＩｄ＝０制御などの公知の電流ベクトル制御方法が用いられる。
【００３１】
電流制御部３４ｂは、ｄｑ軸電流指令Ｉｄｑ＿ｒｅｆとｄｑ軸電流検出値Ｉｄｑとの電流偏差を算出し、電流偏差に基づくＰＩＤ制御等の制御演算を行って、ｄｑ軸電圧指令基本値Ｖｄｑ０を算出する。
【００３２】
１−３−３．磁束推定部
磁束推定部３５は、巻線に印加される印加電圧、及び電流の検出値に基づいて、巻線に鎖交する鎖交磁束を推定する。本実施の形態では、磁束推定部３５は、鎖交磁束をαβ軸の座標系で表したαβ軸鎖交磁束の推定値Φαβを算出する。
【００３３】
算出原理について説明する。αβ軸の座標系で表した電圧方程式は次式となる。ここで、αβ軸印加電圧Ｖαβは、α軸の印加電圧Ｖα及びβ軸の印加電圧Ｖβからなるベクトルである。αβ軸鎖交磁束Φαβは、α軸の鎖交磁束Φα及びβ軸の鎖交磁束Φβからなるベクトルである。Ｒは、巻線の抵抗値である。
【数１】
2020178439.tif 000003
【００３４】
式（１）に示すように、αβ軸印加電圧Ｖαβは、巻線の抵抗値Ｒ及びαβ軸電流Ｉαβの積による電圧降下Ｒ・Ｉαβと、αβ軸鎖交磁束Φαβの時間微分による起電圧との合計値に等しい。
【００３５】
ここで、αβ軸鎖交磁束Φαβは、次式のように、電機子のインダクタンスＬ及びαβ軸電流Ｉαβの積によるインダクタンスの磁束成分Ｌ・Ｉαβと、回転子の磁石によるαβ軸の鎖交磁束であるαβ軸磁石鎖交磁束Φｍαβの和からなる。
【数２】
2020178439.tif 000004
【００３６】
式（１）の鎖交磁束Φαβに、式（２）を代入すると、式（１）は、電流Ｉαβの微分の項も含むことがわかる。また、磁石鎖交磁束Φｍαβの時間微分による起電圧はいわゆる誘起電圧である。すなわち、電圧方程式は、印加電圧及び誘起電圧から、巻線に流れる電流までの応答を表わすとも言える。
【００３７】
一方、式（１）の両辺を積分し、整理すると次式を得る。すなわち、αβ軸鎖交磁束Φαβは、αβ軸印加電圧Ｖαβの積分値と、αβ軸電流Ｉαβの積分値により算出できる。
【数３】
2020178439.tif 000005
【００３８】
本実施の形態では、磁束推定部３５は、αβ軸印加電圧Ｖαβの積分値及びαβ軸電流検出値Ｉαβの積分値に基づいて、αβ軸鎖交磁束の推定値Φαβを算出する。具体的には、磁束推定部３５は、式（３）を用いて算出する。磁束推定部３５は、後述する電圧印加部４０が算出した３相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに対して、３相２相変換を行って、α軸の印加電圧Ｖα及びβ軸の印加電圧Ｖβを算出する。
【００３９】
１−３−４．トルク推定部
トルク推定部３６は、電流の検出値及び鎖交磁束の推定値に基づいて、電動機の出力トルクＴｅを推定する。
【００４０】
本実施の形態では、トルク推定部３６は、鎖交磁束の推定値と電流の検出値との乗算値に基づいて、出力トルクの推定値Ｔｅを算出する。次式に示すように、トルク推定部３６は、αβ軸鎖交磁束の推定値Φαβとαβ軸電流検出値Ｉαβとの外積（ベクトル積）により、出力トルクの推定値Ｔｅを算出する。
【数４】
2020178439.tif 000006
【００４１】
１−３−５．脈動抽出部
脈動抽出部３７は、出力トルクの推定値Ｔｅから脈動成分を抽出する。脈動抽出部３７は、出力トルクの推定値Ｔｅから、予め設定された回転次数ｎの脈動周波数の成分を抽出する。ここで、回転次数ｎの脈動周波数は、電気角でのロータの回転周波数のｎ倍の周波数になる。
【００４２】
本実施の形態では、脈動抽出部３７は、電動機の回転角度θに基づいて、出力トルクの推定値Ｔｅを予め設定された回転次数ｎの脈動周波数でフーリエ変換して、余弦波及び正弦波のフーリエ係数ａｎ、ｂｎを算出し、余弦波及び正弦波のフーリエ係数ａｎ、ｂｎを脈動成分の抽出値として算出する。
【００４３】
ここで、フーリエ変換について説明する。出力トルクの推定値Ｔｅをフーリエ級数展開した式は、次式となる。
【数５】
2020178439.tif 000007
【００４４】
式（５）に回転次数ｎの脈動周波数の余弦波を乗算し、回転次数１の周期で積分する公知のフーリエ変換を行うと、回転次数ｎの余弦波のフーリエ係数ａｎが算出できる。
【数６】
2020178439.tif 000008
【００４５】
同様に、式（５）に回転次数ｎの脈動周波数の正弦波を乗算し、回転次数１の周期で積分する公知のフーリエ変換を行うと、回転次数ｎの正弦波のフーリエ係数ｂｎが算出できる。
【数７】
2020178439.tif 000009
【００４６】
そこで、図４に示すように、脈動抽出部３７は、出力トルクの推定値Ｔｅに、２及び回転次数ｎの余弦波を乗算し、この乗算値にローパスフィルタ処理（ＬＰＦ）を行うフーリエ変換を行って、余弦波のフーリエ係数ａｎを算出する。また、脈動抽出部３７は、出力トルクの推定値Ｔｅに、２及び回転次数ｎの正弦波を乗算し、この乗算値にローパスフィルタ処理（ＬＰＦ）を行うフーリエ変換を行って、正弦波のフーリエ係数ｂｎを算出する。ローパスフィルタ処理は、式（６）及び式（７）の回転次数１の周期の積分処理の代わりに用いられる。よって、ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、回転次数１の周波数（ロータの回転角周波数（回転角速度）ω）よりも高い周波数に設定されている。ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、ロータの回転角速度ωに応じて変化されてもよい。或いは、ローパスフィルタ処理の代わりに、回転次数１の周期の移動平均処理が用いられてもよい。
【００４７】
図４の脈動抽出部３７について詳細に説明する。出力トルクの推定値Ｔｅが、２に設定されたゲイン１０１に入力され、出力トルクの推定値Ｔｅが２倍される。回転角度θが、回転次数ｎに設定されたゲイン１１３に入力され、回転角度θがｎ倍される。回転次数ｎは、１以上の自然数に予め設定されている。なお、図４の回転角度θは、Ｕ相巻線を基準にした角度であるので、回転角度θに脈動成分の位相を加算した回転角度が代わりに用いられてもよい。
【００４８】
ゲイン１１３の出力値（回転角度のｎ倍値ｎθ）が正弦関数１０２に入力され、回転次数ｎの正弦波が算出される。ゲイン１１３の出力値（回転角度のｎ倍値ｎθ）が余弦関数１０３に入力され、回転次数ｎの余弦波が算出される。正弦関数１０２の出力値（正弦波）及びゲイン１０１の出力値（出力トルクの推定値の２倍値２Ｔｅ）が乗算器１０４に入力され、２つの入力値の乗算処理が行われる。余弦関数１０３の出力値（余弦波）及びゲイン１０１の出力値（出力トルクの推定値の２倍値２Ｔｅ）が乗算器１０５に入力され、２つの入力値の乗算処理が行われる。乗算器１０４の出力値がローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０６に入力され、入力値に対してローパスフィルタ処理が行われ、正弦波のフーリエ係数ｂｎが算出される。乗算器１０５の出力値がローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０７に入力され、入力値に対してローパスフィルタ処理が行われ、余弦波のフーリエ係数ａｎが算出される。
【００４９】
１−３−６．脈動制御部
脈動制御部３８は、脈動成分の抽出値に基づいて、電圧指令補正値を算出する。本実施の形態では、図４に示すように、余弦波のフーリエ係数ａｎに、回転次数ｎの脈動周波数の余弦波を乗算して余弦波乗算値Ｙａを算出し、正弦波のフーリエ係数ｂｎに、回転次数ｎの脈動周波数の正弦波を乗算して正弦波乗算値Ｙｂを算出する。そして、脈動制御部３８は、余弦波乗算値Ｙａ及び正弦波乗算値Ｙｂの合計値Ｙａｂに制御ゲインＫｖを乗算した値を、電圧指令補正値Ｖｃとして算出する。
【００５０】
正弦波及び余弦波の合計値Ｙａｂは、回転次数ｎの周波数のみの脈動成分を復元した値になり、他の周波数のノイズ成分が除去される。
【００５１】
電流、回転角度を検出してから、鎖交磁束の推定値、出力トルクの推定値、フーリエ係数、及び電圧指令補正値を算出し、印加電圧に反映されるまでには、演算遅れによる無駄時間ΔＴｄが存在する。そこで、脈動制御部３８は、電動機の回転角度θに基づいて、演算遅れによる位相遅れΔθｄを算出し、位相遅れΔθｄを補償した回転次数ｎの脈動周波数の余弦波及び正弦波を算出する。
【００５２】
制御ゲインＫｖの大きさは、線形近似した電圧指令から出力トルクまでの伝達特性と制御ゲインＫｖとを乗算した開ループ特性のゲイン交差周波数が、低減したい脈動周波数の最大値よりも大きくなるように設定される。なお、脈動周波数は、電動機の回転速度に比例するので、電動機の定格回転速度における脈動周波数が、脈動周波数の最大値になる。本実施の形態においては、実際の出力トルクから出力トルクの推定値までの伝達特性は、応答遅れがほとんど無いように実現出来ているので、電圧指令から出力トルクまでの伝達特性は、電圧指令から出力トルクの推定値までの伝達特性とほとんど等しい。これによって、脈動周波数の最大値付近まで、トルク脈動を抑制できるという極めて顕著な効果が得られる。
【００５３】
図４の脈動制御部３８について詳細に説明する。回転角度θが、微分器１１４に入力され、回転角速度ωが算出される。微分器１１４の出力値（回転角速度ω）が、回転次数ｎに設定されたゲイン１１６に入力され、回転角速度ωがｎ倍される。ゲイン１１６の出力値（回転角速度のｎ倍値ｎω）が、演算遅れによる無駄時間ΔＴｄに設定されたゲイン１１７に入力され、回転角速度のｎ倍値ｎωに対して無駄時間ΔＴｄの乗算処理が行われる。ゲイン１１７の出力値は、ΔＴｄ×ｎ×ωとなり、無駄時間ΔＴｄを、回転次数ｎの振動周波数の位相Δθｄに変換した値になる。無駄時間ΔＴｄは、例えば、キャリア波の周期の自然数倍に設定される。
【００５４】
ゲイン１１３の出力値（回転速度のｎ倍値ｎθ）とゲイン１１７の出力値（位相遅れΔθｄ）とが加算器１１８に入力され、回転次数ｎの回転角度ｎθに位相遅れΔθｄを加算し、位相遅れ補償後の回転次数ｎの回転角度が算出される。この位相遅れΔθｄの加算により、位相遅れΔθｄだけ位相が進められ、位相遅れが補償される。
【００５５】
加算器１１８の出力値（位相遅れ補償後の回転次数ｎの回転角度）が正弦関数１０８に入力され、位相遅れ補償後の回転次数ｎの正弦波が算出される。加算器１１８の出力値が余弦関数１０９に入力され、位相遅れ補償後の回転次数ｎの余弦波が算出される。正弦関数１０８の出力値（正弦波）とローパスフィルタ１０６の出力値（正弦波のフーリエ係数ｂｎ）とが乗算器１１０に入力され、２つの入力値の乗算処理が行われ、正弦波乗算値Ｙｂが算出される。余弦関数１０９の出力値（余弦波）とローパスフィルタ１０７の出力値（余弦波のフーリエ係数ａｎ）とが乗算器１１１に入力され、２つの入力値の乗算処理が行われ、余弦波乗算値Ｙａが算出される。そして、乗算器１１０の出力値（正弦波乗算値Ｙｂ）と乗算器１１１の出力値（余弦波乗算値Ｙａ）とが加算器１１２に入力され、２つの入力値が加算され、正弦波及び余弦波の合計値Ｙａｂが算出される。加算器１１２の出力値（合計値Ｙａｂ）が、制御ゲインＫｖに設定されたゲイン１１５に入力され、合計値Ｙａｂが制御ゲインＫｖ倍され、電圧指令補正値Ｖｃが算出される。
【００５６】
１−３−７．重畳部
重畳部３９は、電圧指令の基本値に電圧指令補正値を重畳して、重畳後の電圧指令を算出する。本実施の形態では、図２に示すように、重畳部３９は、ｑ軸の電圧指令の基本値Ｖｑ０に電圧指令補正値Ｖｃを重畳して、重畳後のｑ軸の電圧指令Ｖｑを算出し、ｄ軸の電圧指令の基本値Ｖｄ０をそのまま重畳後のｄ軸の電圧指令Ｖｄに設定する。減算器３９１により、ｑ軸の電圧指令の基本値Ｖｑ０から電圧指令補正値Ｖｃが減算されて、重畳後のｑ軸の電圧指令Ｖｑが算出される。重畳後のｄｑ軸の電圧指令Ｖｄｑは、重畳後のｄ軸の電圧指令Ｖｄ及び重畳後のｑ軸の電圧指令Ｖｑからなるベクトルである。
【００５７】
１−３−８．電圧印加部
電圧印加部４０は、重畳後の電圧指令に基づいて、巻線に電圧を印加する。本実施の形態では、電圧印加部４０は、座標変換部４０ａとＰＷＭ制御部４０ｂとを備えている。
【００５８】
座標変換部４０ａは、重畳後のｄｑ軸の電圧指令Ｖｄｑに対して、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを算出する。
【００５９】
ＰＷＭ制御部４０ｂは、３相の電圧指令Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗのそれぞれと、キャリア周波数で０を中心に電源電圧ＶＤＣ／２の振幅で振動するキャリア波（三角波）とを比較し、電圧指令がキャリア波を上回った場合は、矩形パルス波をオンし、電圧指令がキャリア波を下回った場合は、矩形パルス波をオフする。ＰＷＭ制御部４０ｂは、３相各相の矩形パルス波に応じた制御信号をインバータ２０に出力し、インバータ２０の各スイッチング素子をオンオフさせる。
【００６０】
１−３−９．効果
磁束推定部３５において、式（３）に示したように、印加電圧の積分値及び電流の積分値によって、鎖交磁束を直接的に推定しており、ローパスフィルタ又はオブザーバにより推定の応答周波数を制限するようなことはないので、十分に高い周波数まで精度良く鎖交磁束を推定できる。また、トルク推定部３６において、式（４）に示したように、鎖交磁束と電流との乗算値によって直接的に出力トルクを推定しているので、高い周波数まで推定された鎖交磁束、及び高い周波数成分を含む電流の情報が損なわれることなく、十分に高い周波数まで精度良く出力トルクを推定できる。ここで、十分に高い周波数とは、電動機の定格回転速度における鎖交磁束及び出力トルクの脈動成分よりも高い周波数を意味する。
【００６１】
脈動抽出部３７において、出力トルクの推定値を予め設定された回転次数ｎの脈動周波数でフーリエ変換することにより、回転次数ｎの脈動周波数のフーリエ係数を算出し、脈動制御部３８において、フーリエ係数に基づいて、回転次数ｎの脈動周波数のみのトルク脈動成分を復元し、トルク脈動成分を増幅して電圧指令補正値Ｖｃを算出しているので、電流及び電圧に含まれる不要なノイズ及び振動を十分に低減したトルク脈動成分を帰還でき、不要なノイズ及び振動の増幅を抑えられる。
【００６２】
また、電圧指令補正値Ｖｃを電圧指令に帰還しているので、電流指令に帰還する特許文献１の場合のように電流帰還制御系の応答遅れの影響を受けることがなく、高い周波数まで電動機の印加電圧を補正することができる。また、脈動制御部３８において、制御ゲインＫｖを、ゲイン交差周波数が、定格回転速度における回転次数ｎの脈動周波数よりも高くなるように設定することで、十分高い周波数までトルク脈動成分を低減することができる。
【００６３】
なお、特許文献２のような構成においては、電動機の誘起電圧から電流までの応答を表わす電圧方程式を逆演算するような電流の微分を含む誘起電圧の推定を行うので高周波成分が重畳し、ローパスフィルタ又はオブザーバを用いて、誘起電圧の高周波成分を低減していた。よって、十分高い周波数まで誘起電圧及び出力トルクを推定することができず、高い周波数のトルク脈動成分を低減することができないという課題があった。
【００６４】
＜トルク脈動成分の低減効果＞
本実施の形態によるトルク脈動成分の低減効果を、図５を用いて説明する。図５は、定格回転速度における回転次数ｎの脈動周波数が１５００Ｈｚである電動機において、回転次数ｎの脈動周波数が５０Ｈｚから１５００Ｈｚまで上昇するように、回転速度を時間の経過とともに上昇させたときの、トルク脈動成分の波形を示している。図５の上段グラフに、電圧指令補正値Ｖｃの重畳を行わない比較例を示し、下段グラフに、電圧指令補正値Ｖｃの重畳を行う本実施の形態に係る例を示している。上段の比較例に比べて、下段の本実施の形態では、トルク脈動成分が低下していることがわかる。この例では、ゲイン交差周波数が１５００Ｈｚになるように制御ゲインＫｖが設定されているので、１５００Ｈｚに近づくにつれてトルク脈動成分の低減効果が低下しているが、１５００Ｈｚまでトルク脈動成分を低減できている。
【００６５】
＜耐ノイズ性能＞
次に、本実施の形態によるノイズ及び振動の増幅を抑える効果について図６を用いて説明する。図６は、ノイズの影響が見易いように、トルク脈動が発生しない条件で測定したｑ軸電流であり、検出した電流にランダムなノイズが含まれている場合である。図６の上段グラフに、電流に含まれるノイズを低減することなく、出力トルクが推定され、出力トルクの推定値に含まれるノイズが増幅されて、電圧指令補正値として負帰還される比較例を示し、下段グラフに、電流に含まれるノイズの影響を低減し、出力トルクを推定し、出力トルクの推定値に含まれる脈動周波数の成分のみを抽出し、電圧指令補正値を算出する本実施の形態に係る例を示している。上段グラフと下段グラフとでは、縦軸のスケールは同じである。上段の比較例では、電圧指令を補正しない場合に比べて、電流のノイズが大幅に増幅されている。制御ゲインの大きさが大きい程、電流のノイズが増幅されるため、十分高い周波数までトルク脈動成分を低減することと、電流のノイズの増幅を抑えることがトレードオフする。下段の本実施の形態では、電流のノイズが増幅されることはなく、制御ゲインＫｖの大きさを大きくして、トルク脈動成分を十分高い周波数まで低減することができる。
【００６６】
本実施の形態によれば、誘起電圧を介さず電流及び電圧から直接に鎖交磁束を推定するので、十分に高い周波数まで鎖交磁束及び出力トルクを推定でき、回転次数ｎの脈動周波数の成分を抽出することにより余計なノイズ及び振動を増幅することなく、回転次数ｎのトルク脈動成分を低減する電圧指令補正値を算出し、電圧指令を補正しているので、電流帰還制御系の応答遅れの制約を受けることなく、十分に高い周波数まで電動機の印加電圧を補正できる。したがって、不要なノイズ及び振動を増幅することなく、十分に高い周波数までトルク脈動を低減できるといった、従来にない顕著な効果を奏する。
【００６７】
また、電圧指令補正値Ｖｃにより、ｑ軸の電圧指令を補正し、ｄ軸の電圧指令を補正しないので、１つの電圧指令のみを補正すればよく、簡素な演算でトルク脈動を低減できる。
【００６８】
１−３−１０．転用例
上述した実施の形態では、磁束推定部３５が、αβ軸の座標系で表したαβ軸鎖交磁束の推定値Φαβを算出していた。しかし、磁束推定部３５は、ｄｑ軸の座標系で表したｄｑ軸鎖交磁束の推定値Φｄｑを算出してもよい。この場合は、磁束推定部３５は、次式に示すように、ｄｑ軸印加電圧Ｖｄｑの積分値及びｄｑ軸電流検出値Ｉｄｑの積分値に基づいて、ｄｑ軸鎖交磁束の推定値Φｄｑを算出する。磁束推定部３５は、ｄｑ軸印加電圧Ｖｄｑとして、重畳部３９が算出した重畳後のｄｑ軸の電圧指令Ｖｄｑを用い、電流検出部３１が算出したｄｑ軸電流検出値Ｉｄｑを用いる。ｄｑ軸鎖交磁束Φｄｑは、ｄ軸の鎖交磁束Φｄ及びｑ軸の鎖交磁束Φｑからなるベクトルである。
【数８】
2020178439.tif 000010
【００６９】
これに合わせて、トルク推定部３６は、次式に示すように、ｄｑ軸鎖交磁束の推定値Φｄｑとｄｑ軸電流検出値Ｉｄｑとの外積（ベクトル積）により、出力トルクの推定値Ｔｅを算出してもよい。
【数９】
2020178439.tif 000011
【００７０】
２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る電動機の制御装置３０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制御装置３０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、トルク推定部３６の構成が実施の形態１と異なる。
【００７１】
本実施の形態では、トルク推定部３６は、実施の形態１よりも多くの脈動成分を含むことができる推定式を用いる。すなわち、磁気的なエネルギーを回転角度で偏微分することにより、発生する出力トルクが求まるという原理に従って構築した推定式を用いる。
【００７２】
そこで、トルク推定部３６は、電流の検出値と、鎖交磁束の推定値を回転角度で微分した微分値との乗算値に基づいて、出力トルクの推定値Ｔｅを算出する。次式の右辺の第１項及び第２項に示すように、トルク推定部３６は、αβ軸電流検出値Ｉαβと、αβ軸鎖交磁束の推定値Φαβを回転角度で微分した微分値との内積の１／２倍値により、出力トルクの推定値Ｔｅを算出する。次式の右辺の第３項及び第４項には、αβ軸電流検出値Ｉαβと、αβ軸の磁石鎖交磁束Φｍα、Φｍβを回転角度で微分した微分値との内積の１／２倍値が、更に加えられている。しかし、全鎖交磁束に対して、磁石鎖交磁束の脈動の割合が小さい場合は、第３項及び第４項が省略されてもよい。
【数１０】
2020178439.tif 000012
【００７３】
ここで、第３項及び第４項のαβ軸の磁石鎖交磁束Φｍα、Φｍβの角度微分値について、トルク推定部３６は、αβ軸の磁石鎖交磁束Φｍα、Φｍβの角度微分値と回転角度との関係を予め設定したテーブルデータ又は正弦関数を参照し、現在の回転角度に対応するαβ軸の磁石鎖交磁束Φｍα、Φｍβの角度微分値を算出する。
【００７４】
或いは、次式の右辺の第１項及び第２項に示すように、トルク推定部３６は、αβ軸電流検出値Ｉαβと、αβ軸鎖交磁束の推定値Φαβを回転角度で微分した微分値との内積により、出力トルクの推定値Ｔｅを算出してもよい。次式の右辺の第３項、第４項、及び第５項には、αβ軸のインダクタンスＬα、Ｌβ、Ｌαβを回転角度で微分した微分値とαβ軸電流検出値Ｉαβとの２次形式の１／２倍値が、更に減算されている。しかし、全鎖交磁束に対して、インダクタンスによる磁束の脈動の割合が小さい場合は、第３項、第４項、及び第５項が省略されてもよい。
【数１１】
2020178439.tif 000013
【００７５】
ここで、第３項、第４項、及び第５項のαβ軸のインダクタンスＬα、Ｌβ、Ｌαβの角度微分値について、トルク推定部３６は、αβ軸のインダクタンスＬα、Ｌβ、Ｌαβの角度微分値と回転角度との関係を予め設定したテーブルデータ又は正弦関数を参照し、現在の回転角度に対応するαβ軸のインダクタンスＬα、Ｌβ、Ｌαβの角度微分値を算出する。
【００７６】
３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る電動機の制御装置３０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制御装置３０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、脈動抽出部３７及び脈動制御部３８の構成が実施の形態１と異なる。
【００７７】
本実施の形態では、図７に示すように、脈動抽出部３７は、出力トルクの推定値Ｔｅに対して、予め設定された回転次数ｎの脈動周波数の成分を通過させ、回転次数ｎの脈動周波数以外の成分を減衰させるバンドパスフィルタ処理を行った値を、脈動成分の抽出値Ｔｅｒとして算出する。脈動制御部３８は、脈動成分の抽出値Ｔｅｒに制御ゲインＫｖを乗算して、電圧指令補正値Ｖｃを算出する。
【００７８】
図７について詳細に説明する。回転角度θが、微分器１１４に入力され、回転角速度ωが算出される。微分器１１４の出力値（回転角速度ω）が、回転次数ｎに設定されたゲイン１１６に入力され、回転角速度ωがｎ倍される。回転角速度のｎ倍値ｎωは、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２１に入力され、バンドパスフィルタ１２１の通過周波数に設定される。出力トルクの推定値Ｔｅがバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２１に入力され、出力トルクの推定値Ｔｅに対してバンドパスフィルタ処理が行われ、トルク脈動成分Ｔｅｒが出力される。そして、トルク脈動成分Ｔｅｒが、制御ゲインＫｖに設定されたゲイン１１５に入力され、トルク脈動成分Ｔｅｒが制御ゲインＫｖ倍され、電圧指令補正値Ｖｃが算出される。
【００７９】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、回転次数ｎの脈動成分を確実に抽出し、ノイズを低減することができる。また、バンドパスフィルタの特性設計によりノイズ低減量を調整できる。従って、不要なノイズ及び振動を増幅することなく、十分に高い周波数までトルク脈動を抑制することができる。
【００８０】
４．実施の形態４
次に、実施の形態４に係る電動機の制御装置３０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制御装置３０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、脈動制御部３８の構成が実施の形態１と異なる。
【００８１】
本実施の形態では、脈動制御部３８は、余弦波のフーリエ係数ａｎに基づく制御演算を行って余弦波の制御値Ｕａを算出し、余弦波の制御値Ｕａに回転次数ｎの脈動周波数の余弦波を乗算して余弦波乗算値Ｙａを算出し、正弦波のフーリエ係数ｂｎに基づく制御演算を行って正弦波の制御値Ｕｂを算出し、正弦波の制御値Ｕｂに、回転次数ｎの脈動周波数の正弦波を乗算して正弦波乗算値Ｙｂを算出し、余弦波乗算値Ｙａ及び正弦波乗算値Ｙｂを合計した値を、電圧指令補正値Ｖｃとして算出する。
【００８２】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、脈動制御部３８は、電動機の回転角度θに基づいて、演算遅れによる位相遅れΔθｄを算出し、位相遅れΔθｄを補償した回転次数ｎの脈動周波数の余弦波及び回転次数ｎの脈動周波数の正弦波を算出する。
【００８３】
図８について詳細に説明する。脈動抽出部３７の構成は、図４の実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。実施の形態１と同様に、回転角度θが、微分器１１４に入力され、回転角速度ωが算出される。微分器１１４の出力値（回転角速度ω）が、回転次数ｎに設定されたゲイン１１６に入力され、回転角速度ωがｎ倍される。ゲイン１１６の出力値（回転角速度のｎ倍値ｎω）が、演算遅れによる無駄時間ΔＴｄに設定されたゲイン１１７に入力され、回転角速度のｎ倍値ｎωに対して無駄時間ΔＴｄの乗算処理が行われる。
【００８４】
ゲイン１１３の出力値（回転速度のｎ倍値ｎθ）とゲイン１１７の出力値（位相遅れΔθｄ）とが加算器１１８に入力され、回転次数ｎの回転角度ｎθに位相遅れΔθｄを加算し、位相遅れ補償後の回転次数ｎの回転角度が算出される。この位相遅れΔθｄの加算により、位相遅れΔθｄだけ位相が進められ、位相遅れが補償される。
【００８５】
加算器１１８の出力値（位相遅れ補償後の回転次数ｎの回転角度）が正弦関数１０８に入力され、位相遅れ補償後の回転次数ｎの正弦波が算出される。加算器１１８の出力値が余弦関数１０９に入力され、位相遅れ補償後の回転次数ｎの余弦波が算出される。
【００８６】
本実施の形態では、脈動制御部３８における制御演算は、比例演算とされている。余弦波のフーリエ係数ａｎが、余弦波の比例ゲインＫａに設定されたゲイン１２０に入力され、余弦波のフーリエ係数ａｎが比例ゲインＫａ倍される。正弦波のフーリエ係数ｂｎが、正弦波の比例ゲインＫｂに設定されたゲイン１１９に入力され、正弦波のフーリエ係数ｂｎが比例ゲインＫｂ倍される。なお、脈動制御部３８における制御演算は、比例演算以外の任意の制御演算、例えば、比例積分演算とされてもよく、比例積分演算の場合は、ゲイン１１９、１２０のそれぞれに並列して積分器が加えられる。
【００８７】
正弦関数１０８の出力値（正弦波）とゲイン１１９の出力値とが乗算器１１０に入力され、２つの入力値の乗算処理が行われ、正弦波乗算値Ｙｂが算出される。余弦関数１０９の出力値（余弦波）とゲイン１２０の出力値とが乗算器１１１に入力され、２つの入力値の乗算処理が行われ、余弦波乗算値Ｙａが算出される。そして、乗算器１１０の出力値（正弦波乗算値Ｙｂ）と乗算器１１１の出力値（余弦波乗算値Ｙａ）とが加算器１１２に入力され、２つの入力値の加算値が、電圧指令補正値Ｖｃとして出力される。
【００８８】
図８の例のように、脈動制御部３８の制御演算を比例演算とすれば、実施の形態１と等価な処理となる。脈動制御部３８の制御演算を比例積分演算とすれば、積分演算によりトルク脈動成分がなくなるまで、増幅率を高めることができるため、定常的なトルク脈動の大きさをより小さくすることができる。
【００８９】
〔その他の実施の形態〕
上述した各実施の形態においては、重畳部３９は、ｑ軸の電圧指令の基本値Ｖｑ０に対してのみ電圧指令補正値Ｖｃを重畳したが、ｄ軸の電圧指令の基本値Ｖｄ０に対しても補正値を重畳してもよい。通常は、ｑ軸の電圧指令は、トルクに対する寄与度が高いので、ｑ軸の電圧指令のみに重畳する方が簡素でよいが、リラクタンストルクが大きな電動機などに対しては、全トルクに対するリラクタンストルクの割合分だけ、電圧指令補正値Ｖｃをｄ軸の補正値に振り分けて、ｄ軸の電圧指令の基本値Ｖｄ０に重畳してもよい。その場合も、トルク脈動を低減することができ、各実施の形態と同様な効果が得られる。
【００９０】
また、上述した各実施の形態においては、ｄｑ軸の座標系で電圧指令を算出する制御系としたが、例えば、αβ軸の座標系又はＵＶＷ相の座標系で、電圧指令を算出する制御系としてもよい。その場合は、電圧指令補正値をｄｑ軸の座標系の値として捉え、座標変換によってαβ軸の座標系又はＵＶＷ相の座標系の電圧指令補正値に変換して、各座標系の電圧指令に重畳させることができる。その場合も、各実施の形態と同様な効果が得られる。
【００９１】
上述した各実施の形態の電動機の制御装置を、自動車の操舵をアシストする電動パワーステアリングの制御装置に適用してもよく、その場合も、電動機のトルク脈動を低減し、かつ、余分なノイズ及び振動を増幅することがないので、自動車の運転者が感じる騒音及びハンドルの脈動が小さくできる。
【００９２】
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。
【符号の説明】
【００９３】
２０  インバータ、２５  直流電源、３０  電動機の制御装置、３１  電流検出部、３２  回転検出部、３３  電圧検出部、３４  基本電圧指令算出部、３５  磁束推定部、３６  トルク推定部、３７  脈動抽出部、３８  脈動制御部、３９  重畳部、４０  電圧印加部、Ｉαβ  αβ軸電流検出値、Ｉｄｑ  ｄｑ軸電流検出値、Ｋｖ  制御ゲイン、Ｔｅ  出力トルクの推定値、Ｖｃ  電圧指令補正値、Ｖｄｑ０  ｄｑ軸電圧指令基本値、Ｙａ  余弦波乗算値、Ｙｂ  正弦波乗算値、Ｙａｂ  合計値、Ｕａ  余弦波の制御値、Ｕｂ  正弦波の制御値、ａｎ  余弦波のフーリエ係数、ｂｎ  正弦波のフーリエ係数、ｎ  回転次数、Φαβ  αβ軸鎖交磁束の推定値、Φｄｑ  ｄｑ軸鎖交磁束の推定値、θ  回転角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月20日(2019.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令の基本値を算出する基本電圧指令算出部と、
電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記巻線に印加される印加電圧、及び前記電流の検出値に基づいて、前記巻線に鎖交する鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
前記電流の検出値及び前記鎖交磁束の推定値に基づいて、前記電動機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクの推定値から脈動成分を抽出する脈動抽出部と、
前記脈動成分の抽出値に基づいて、電圧指令補正値を算出する脈動制御部と、
前記電圧指令の基本値に前記電圧指令補正値を重畳して、重畳後の電圧指令を算出する重畳部と、
前記重畳後の電圧指令に基づいて、前記巻線に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、
前記脈動抽出部は、前記電動機の回転角度に基づいて、前記出力トルクの推定値を予め設定された回転次数の脈動周波数でフーリエ変換して、余弦波及び正弦波のフーリエ係数を算出し、前記余弦波及び正弦波のフーリエ係数を前記脈動成分の抽出値として算出し、
前記余弦波のフーリエ係数に、前記回転次数の脈動周波数の余弦波を乗算して余弦波乗算値を算出し、前記正弦波のフーリエ係数に、前記回転次数の脈動周波数の正弦波を乗算して正弦波乗算値を算出し、前記余弦波乗算値及び前記正弦波乗算値の合計値に制御ゲインを乗算した値を、前記電圧指令補正値として算出する電動機の制御装置。
【請求項２】
電圧指令の基本値を算出する基本電圧指令算出部と、
電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記巻線に印加される印加電圧、及び前記電流の検出値に基づいて、前記巻線に鎖交する鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
前記電流の検出値及び前記鎖交磁束の推定値に基づいて、前記電動機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクの推定値から脈動成分を抽出する脈動抽出部と、
前記脈動成分の抽出値に基づいて、電圧指令補正値を算出する脈動制御部と、
前記電圧指令の基本値に前記電圧指令補正値を重畳して、重畳後の電圧指令を算出する重畳部と、
前記重畳後の電圧指令に基づいて、前記巻線に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、
前記脈動制御部は、前記電動機の回転角度に基づいて、前記出力トルクの推定値を予め設定された回転次数の脈動周波数でフーリエ変換して、余弦波及び正弦波のフーリエ係数を算出し、前記余弦波及び正弦波のフーリエ係数を前記脈動成分の抽出値として算出し、
前記余弦波のフーリエ係数に基づく制御演算を行って余弦波の制御値を算出し、前記余弦波の制御値に前記回転次数の脈動周波数の余弦波を乗算して余弦波乗算値を算出し、前記正弦波のフーリエ係数に基づく制御演算を行って正弦波の制御値を算出し、前記正弦波の制御値に、前記回転次数の脈動周波数の正弦波を乗算して正弦波乗算値を算出し、前記余弦波乗算値及び前記正弦波乗算値を合計した値を、前記電圧指令補正値として算出する電動機の制御装置。
【請求項３】
前記脈動制御部は、前記電動機の回転角度に基づいて、演算遅れによる位相遅れを算出し、前記位相遅れを補償した前記回転次数の脈動周波数の余弦波及び前記回転次数の脈動周波数の正弦波を算出する請求項１又は２に記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
前記トルク推定部は、前記鎖交磁束の推定値と前記電流の検出値との乗算値に基づいて、前記出力トルク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の制御装置。
【請求項５】
電圧指令の基本値を算出する基本電圧指令算出部と、
電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記巻線に印加される印加電圧、及び前記電流の検出値に基づいて、前記巻線に鎖交する鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
前記電流の検出値及び前記鎖交磁束の推定値に基づいて、前記電動機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクの推定値から脈動成分を抽出する脈動抽出部と、
前記脈動成分の抽出値に基づいて、電圧指令補正値を算出する脈動制御部と、
前記電圧指令の基本値に前記電圧指令補正値を重畳して、重畳後の電圧指令を算出する重畳部と、
前記重畳後の電圧指令に基づいて、前記巻線に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、
前記トルク推定部は、前記電流の検出値と、前記鎖交磁束の推定値を回転角度で微分した微分値との乗算値に基づいて、前記出力トルクの推定値を算出する電動機の制御装置。
【請求項６】
前記脈動抽出部は、前記出力トルクの推定値から、予め設定された回転次数の脈動周波数の成分を抽出する請求項５に記載の電動機の制御装置。
【請求項７】
前記脈動抽出部は、前記出力トルクの推定値に対して、予め設定された回転次数の脈動周波数の成分を通過させ、前記回転次数の脈動周波数以外の成分を減衰させるバンドパスフィルタ処理を行った値を、前記脈動成分の抽出値として算出し、
前記脈動制御部は、前記脈動成分の抽出値に制御ゲインを乗算して、前記電圧指令補正値を算出する請求項５又は６に記載の電動機の制御装置。
【請求項８】
前記磁束推定部は、前記印加電圧の積分値及び前記電流の検出値の積分値に基づいて、前記鎖交磁束の推定値を算出する請求項１から７のいずれか一項に記載の電動機の制御装置。
【請求項９】
前記基本電圧指令算出部は、前記電圧指令の基本値として、ｄ軸の電圧指令の基本値と、ｑ軸の電圧指令の基本値を算出し、
前記重畳部は、前記ｑ軸の電圧指令の基本値に電圧指令補正値を重畳して、重畳後のｑ軸の電圧指令を算出し、前記ｄ軸の電圧指令の基本値をそのまま重畳後のｄ軸の電圧指令に設定する請求項１から８のいずれか一項に記載の電動機の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本願に係る電動機の制御装置は、
電圧指令の基本値を算出する基本電圧指令算出部と、
電動機の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記巻線に印加される印加電圧、及び前記電流の検出値に基づいて、前記巻線に鎖交する鎖交磁束を推定する磁束推定部と、
前記電流の検出値及び前記鎖交磁束の推定値に基づいて、前記電動機の出力トルクを推定するトルク推定部と、
前記出力トルクの推定値から脈動成分を抽出する脈動抽出部と、
前記脈動成分の抽出値に基づいて、電圧指令補正値を算出する脈動制御部と、
前記電圧指令の基本値に前記電圧指令補正値を重畳して、重畳後の電圧指令を算出する重畳部と、
前記重畳後の電圧指令に基づいて、前記巻線に電圧を印加する電圧印加部と、
を備え、
前記脈動抽出部は、前記電動機の回転角度に基づいて、前記出力トルクの推定値を予め設定された回転次数の脈動周波数でフーリエ変換して、余弦波及び正弦波のフーリエ係数を算出し、前記余弦波及び正弦波のフーリエ係数を前記脈動成分の抽出値として算出し、
前記余弦波のフーリエ係数に、前記回転次数の脈動周波数の余弦波を乗算して余弦波乗算値を算出し、前記正弦波のフーリエ係数に、前記回転次数の脈動周波数の正弦波を乗算して正弦波乗算値を算出し、前記余弦波乗算値及び前記正弦波乗算値の合計値に制御ゲインを乗算した値を、前記電圧指令補正値として算出するものである。