(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各相の電流を検出する電流センサと、磁極の位置を検出する磁極位置検出手段と、前記磁極の位置に基づいて前記各相の電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する第１の変換手段と、前記ｄ軸電流及びｑ軸電流のそれぞれのｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差に基づいてそれぞれｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、前記磁極の位置に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を各相の電圧指令値に変換する第２の変換手段と、前記各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号を発生させるパルス幅変調信号発生手段とを有するとともに、前記ｑ軸電流偏差は、原ｑ軸電流指令値に、任意のＮ次の振動を低減するための位相ずらし量を含む正弦波によって表される補正電流指令値を加算して得られたｑ軸電流指令値に基づいて算出されることを特徴とするモータの制御装置。
【請求項２】
各相の電流を検出する電流センサと、磁極の位置を検出する磁極位置検出手段と、前記磁極の位置に基づいて前記各相の電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する第１の変換手段と、前記ｄ軸電流及びｑ軸電流のそれぞれのｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差に基づいてそれぞれｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、前記磁極の位置に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を各相の電圧指令値に変換する第２の変換手段と、前記各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号を発生させるパルス幅変調信号発生手段とを有するとともに、前記ｑ軸電流偏差は、原ｑ軸電流指令値に、任意のＮ次の振動を低減するための位相ずらし量を含む余弦波によって表される補正電流指令値を加算して得られたｑ軸電流指令値に基づいて算出されることを特徴とするモータの制御装置。
【請求項３】
各相の電流及び磁極の位置を検出し、該磁極の位置に基づいて前記各相の電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換し、ｄ軸電流及びｑ軸電流のそれぞれのｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差に基づいてそれぞれｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出し、前記磁極の位置に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を各相の電圧指令値に変換し、該各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号を発生させるとともに、前記ｑ軸電流偏差を、原ｑ軸電流指令値に、任意のＮ次の振動を低減するための位相ずらし量を含む正弦波によって表される補正電流指令値を加算して得られたｑ軸電流指令値に基づいて算出することを特徴とするモータの制御方法。
【請求項４】
各相の電流及び磁極の位置を検出し、該磁極の位置に基づいて前記各相の電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換し、ｄ軸電流及びｑ軸電流のそれぞれのｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差に基づいてそれぞれｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出し、前記磁極の位置に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を各相の電圧指令値に変換し、該各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号を発生させるとともに、前記ｑ軸電流偏差を、原ｑ軸電流指令値に、任意のＮ次の振動を低減するための位相ずらし量を含む余弦波によって表される補正電流指令値を加算して得られたｑ軸電流指令値に基づいて算出することを特徴とするモータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの制御装置及び制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両においては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えたステータ、及び該ステータの内側において回転自在に配設され、磁極対を備えたロータから成るＤＣブラシレスモータが使用され、前記ステータコイルにＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流を供給することによって前記ＤＣブラシレスモータが駆動されるようになっている。
【０００３】
そして、モータ制御回路が配設され、該モータ制御回路は、電動車両の全体の制御を行う車両制御回路からの電流指令値を受けて、該電流指令値に対応したパルス幅を有する各相のパルス幅変調信号を発生させ、該パルス幅変調信号をドライブ回路に送る。
該ドライブ回路は、前記パルス幅変調信号に対応させてトランジスタ駆動信号を発生させ、該トランジスタ駆動信号をインバータブリッジに対して出力する。該インバータブリッジは、６個のトランジスタを有し、前記トランジスタ駆動信号がオンの間だけトランジスタをオンにして各相の電流を発生させ、該各相の電流を前記ステータコイルに供給する。このようにして、モータ駆動装置を作動させることによってモータを駆動し、電動車両を走行させることができる。
【０００４】
ところで、各相のうち二つの相の電流の値が決まると、他の一つの相の電流も決まる。したがって、各相の電流を制御するために、例えば、Ｕ相及びＶ相の電流が電流センサによって検出されるようになっている。そして、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸をそれぞれ採ったｄ−ｑ軸モデル上でフィードバック制御が行われるようになっている。
【０００５】
そのために、前記モータ制御回路において、Ｕ相及びＶ相の電流は、三相／二相変換が行われてｄ軸電流及びｑ軸電流になる。この場合、ｄ軸電流とｑ軸電流とが干渉することがないように、ｄ軸電流を０にするようにしている。そして、ｑ軸電流をｉq とし、ｑ軸電流指令値をｉq * とすると、ｑ軸電流偏差Δｉq 
Δｉq ＝ｉq * −ｉq 
が算出され、該ｑ軸電流偏差Δｉq が０になるようにｑ軸電圧指令値が発生させられる。続いて、ｑ軸電圧指令値は、二相／三相変換が行われて各相の電圧指令値になり、該各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号が発生させられる。
【０００６】
このように、ｄ軸電流を０にすることによって、ｑ軸電流ｉq をトルク電流と等価にすることができるので、理論的に、ＤＣブラシレスモータを直流モータと同等に取り扱うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のＤＣブラシレスモータにおいては、ロータを回転させるときに、ステータコイルによって発生させられた磁束を磁極が横切る構造になっているので、トルク脈動が生じ、ＤＣブラシレスモータにおいて振動が発生してしまう。
【０００８】
本発明は、前記従来のＤＣブラシレスモータの問題点を解決して、ほかにセンサ等を付加することなく、トルク脈動が生じることがなく、振動が発生するのを防止することができるモータの制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明のモータの制御装置においては、各相の電流を検出する電流センサと、磁極の位置を検出する磁極位置検出手段と、前記磁極の位置に基づいて前記各相の電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する第１の変換手段と、前記ｄ軸電流及びｑ軸電流のそれぞれのｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差に基づいてそれぞれｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、前記磁極の位置に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を各相の電圧指令値に変換する第２の変換手段と、前記各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号を発生させるパルス幅変調信号発生手段とを有する。
そして、前記ｑ軸電流偏差は、原ｑ軸電流指令値に、任意のＮ次の振動を低減するための位相ずらし量を含む正弦波によって表される補正電流指令値を加算して得られたｑ軸電流指令値に基づいて算出される。
【００１０】
本発明のモータの制御方法においては、各相の電流及び磁極の位置を検出し、該磁極の位置に基づいて前記各相の電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換し、ｄ軸電流及びｑ軸電流のそれぞれのｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差に基づいてそれぞれｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出し、前記磁極の位置に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を各相の電圧指令値に変換し、該各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号を発生させる。
そして、前記ｑ軸電流偏差を、原ｑ軸電流指令値に、任意のＮ次の振動を低減するための位相ずらし量を含む正弦波によって表される補正電流指令値を加算して得られたｑ軸電流指令値に基づいて算出する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるモータ制御回路の概略図、図２は本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概略図である。
図において、１０はモータ駆動装置、３１はＤＣブラシレスモータ（Ｍ）であり、該ＤＣブラシレスモータ３１は、図示しないＵ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルを備えた図示しないステータ、及び該ステータの内側において回転自在に配設され、磁極対を備えた図示しないロータを有する。そして、前記ＤＣブラシレスモータ３１を駆動して電動車両を走行させるために、図示しないバッテリからの直流電流がインバータブリッジ４０によってＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW に変換され、各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW はそれぞれ各ステータコイルに供給される。
【００１３】
そのために、前記インバータブリッジ４０は、６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を選択的にオン・オフさせることによって、前記各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を発生させることができるようになっている。
また、前記ロータに連結されたロータシャフト４２に、レゾルバ４３の図示しない回転子が同軸的に連結される。そして、前記レゾルバ４３には磁極位置検出手段としてのロータ位置検出回路４４が接続され、該ロータ位置検出回路４４は、前記レゾルバ４３に交流電圧を印加するとともに、レゾルバ４３からレゾルバ信号を受けて前記ロータの位置、すなわち、磁極の位置を検出し、磁極位置信号をモータ制御回路４５に対して出力する。
【００１４】
したがって、電動車両の全体の制御を行う図示しない車両制御回路が電流指令値を発生させ、該電流指令値をモータ制御回路４５に送ると、該モータ制御回路４５は、前記電流指令値に対応するパルス幅を計算し、該パルス幅を有する３相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させ、該パルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW をドライブ回路５１に対して出力する。該ドライブ回路５１は、前記パルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を受けて、６個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を駆動するためのトランジスタ駆動信号をそれぞれ発生させ、該トランジスタ駆動信号をインバータブリッジ４０に対して出力する。
【００１５】
その結果、前記ステータコイルに各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW が供給され、ロータにトルクが発生させられる。このようにして、前記モータ駆動装置１０を作動させ、ＤＣブラシレスモータ３１を駆動することによって、電動車両を走行させることができる。
ところで、各相のうち二つの相の電流の値が決まると、他の一つの相の電流の値も決まる。したがって、各相の電流ＩU 、ＩV 、ＩW を制御するために、例えば、Ｕ相及びＶ相の電流ＩU 、ＩV が電流センサ３３、３４によって検出されるようになっている。そして、ロータの磁極対の方向にｄ軸を、該ｄ軸と直角の方向にｑ軸を採ったｄ−ｑ軸モデル上でフィードバック制御が行われるようになっている。
【００１６】
そのために、前記モータ制御回路４５は、前記電流センサ３３、３４によって検出されたＵ相及びＶ相の電流ＩU 、ＩV 及びロータ位置検出回路４４によって検出された磁極の位置を読み込み、第１の変換手段としてのＵＶ−ｄｑ変換器６１に送る。該ＵＶ−ｄｑ変換器６１は、前記電流センサ３３、３４によって検出されたＵ相及びＶ相の電流ＩU 、ＩV を、式（１）に示すように、前記磁極位置信号に基づいて三相／二相変換が行われてｄ軸電流ｉd 及びｑ軸電流ｉq に変換する。
【００１７】
【数３】
0003687282.tif 000002
【００１８】
なお、θは前記磁極位置信号によって表される磁極の位置である。
そして、ｄ軸電流ｉd は減算器６２に送られ、該減算器６２において前記ｄ軸電流ｉd と前記電流指令値のうちのｄ軸電流指令値ｉdsとのｄ軸電流偏差Δｉd が算出され、該ｄ軸電流偏差Δｉd が電圧指令値算出手段としてのｄ軸電圧指令値算出部６４に対して出力される。本実施の形態においては、ｄ軸電流ｉd とｑ軸電流ｉq とが干渉することがないように、ｄ軸電流ｉd を０にするようにしている。したがって、ｑ軸電流ｉq をトルク電流と等価にすることができるので、理論的に、ＤＣブラシレスモータ３１を直流モータと同等に取り扱うことができる。
【００１９】
一方、ｑ軸電流ｉq は減算器６３に送られ、該減算器６３において前記ｑ軸電流ｉq とｑ軸電流指令値ｉQSとのｑ軸電流偏差Δｉq が算出され、該ｑ軸電流偏差Δｉq が電圧指令値算出手段としてのｑ軸電圧指令値算出部６５に対して出力される。
そして、前記ｄ軸電圧指令値算出部６４及びｑ軸電圧指令値算出部６５は、ＤＣブラシレスモータ３１の回転数ωを算出し、式（２）、（３）に示すように、ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * を発生させ、該ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * を第２の変換手段としてのｄｑ−ＵＶ変換器６７に対して出力する。
【００２０】
Ｖd * ＝−ω・Ｌq ・ｉq                                 …（２）
Ｖq * ＝ＫP ・Δｉq ＋ＫI ・ΣΔｉq ＋ω・ＭＩｆ        …（３）
なお、ＫP 、ＫI は同定ゲイン、Ｌq はＤＣブラシレスモータ３１のｑ軸インダクタンス、ＭＩｆはロータ側鎖交磁束数である。
続いて、前記ｄｑ−ＵＶ変換器６７は、前記磁極位置信号に基づいて二相／三相変換を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖd * 及びｑ軸電圧指令値Ｖq * を、式（４）に示すように各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * に変換し、該電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * をパルス幅変調信号発生手段としてのＰＷＭ発生器６８に対して出力する。該ＰＷＭ発生器６８は、前記各相の電圧指令値ＶU * 、ＶV * 、ＶW * に基づいて各相のパルス幅変調信号ＳU 、ＳV 、ＳW を発生させる。
【００２１】
【数４】
0003687282.tif 000003
【００２２】
なお、前記電圧指令値ＶW * は電圧指令値ＶU * 、ＶV * が決まると、自動的に決まる。
ところで、ｄ軸電流ｉd を０にしてＤＣブラシレスモータ３１の制御を行う場合、ロータを回転させるときに、ステータコイルによって発生させられた磁束を磁極が横切る構造になっているので、トルク脈動が生じ、ＤＣブラシレスモータ３１において振動が発生してしまう。
【００２３】
そこで、前記車両制御回路から送られた電流指令値のうちの原ｑ軸電流指令値ｉqsを補正することによって前記ｑ軸電流指令値ｉQSを算出するようにしている。そのために、補正電流算出部７１及び加算器７２が配設され、前記補正電流算出部７１に磁極位置信号が送られる。そして、式（５）に示すように、前記補正電流算出部７１によって振動の抑制を目的とした補正電流指令値Ｉt * を発生させ、該補正電流指令値Ｉt * を前記加算器７２に送り、式（６）に示すように、前記加算器７２によって前記原ｑ軸電流指令値ｉqsに補正電流指令値Ｉt * 加算するようにしている。
【００２４】
【数５】
0003687282.tif 000004
【００２５】
ただし、Ｎは次数、ＫAMN は補正係数（ＫAMN ＜１）、αN は位相ずらし量である。なお、式（５）では、ｃｏｓ（Ｎ・θ＋αN ）がパラメータにされているが、ｓｉｎ（Ｎ・θ＋αN ）をパラメータにすることもできる。
このように、前記式（５）によって算出された補正電流指令値Ｉt * を原ｑ軸電流指令値ｉqsに加算すると、Ｎ次の振動を低減することができる。
【００２６】
図３は本発明の実施の形態における原ｑ軸電流指令値の波形図、図４は本発明の実施の形態における補正電流指令値の波形図、図５は本発明の実施の形態におけるｑ軸電流指令値の波形図、図６は本発明の実施の形態におけるＤＣブラシレスモータの基本波形図、図７は本発明の実施の形態におけるＤＣブラシレスモータの二次の振動を低減させた波形図である。
【００２７】
図３に示す原ｑ軸電流指令値ｉqsに、図４に示す補正電流指令値Ｉt * を加算することによって、図５に示すｑ軸電流指令値ｉQSを算出することができる。なお、前記補正電流指令値Ｉt * は、二次の振動を低減させるために発生させられ、
Ｉt * ＝ＫAM2・ｃｏｓ（２θ＋α2）
で表すことができる。
【００２８】
したがって、通常は、Ｕ相の電流ＩU を発生させたときに、ＤＣブラシレスモータ３１（図２）によって発生させられるトルクＴに、図６に示すようなトルク脈動が発生するが、図５に示すｑ軸電流指令値ｉQSに基づいてＵ相の電流ＩU を発生させると、図７に示すように、前記トルク脈動を小さくすることができる。この場合、ほかにセンサ等を付加する必要はない。
【００２９】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、モータの制御装置においては、各相の電流を検出する電流センサと、磁極の位置を検出する磁極位置検出手段と、前記磁極の位置に基づいて前記各相の電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換する第１の変換手段と、前記ｄ軸電流及びｑ軸電流のそれぞれのｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差に基づいてそれぞれｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、前記磁極の位置に基づいて前記ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を各相の電圧指令値に変換する第２の変換手段と、前記各相の電圧指令値に基づいて各相のパルス幅変調信号を発生させるパルス幅変調信号発生手段とを有する。
【００３１】
そして、前記ｑ軸電流偏差は、原ｑ軸電流指令値に、任意のＮ次の振動を低減するための位相ずらし量を含む正弦波によって表される補正電流指令値を加算して得られたｑ軸電流指令値に基づいて算出される。
【００３２】
この場合、補正電流指令値を原ｑ軸電流指令値に加算するようになっているので、ほかにセンサ等を付加することなくトルク振動が生じるのを抑制することができる。その結果、ＤＣブラシレスモータに発生する任意のＮ次の振動が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ制御回路の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態における原ｑ軸電流指令値の波形図である。
【図４】本発明の実施の形態における補正電流指令値の波形図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるｑ軸電流指令値の波形図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるＤＣブラシレスモータの基本波形図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるＤＣブラシレスモータの二次の振動を低減させた波形図である。
【符号の説明】
３３、３４    電流センサ
４４    ロータ位置検出部
６１    ＵＶ−ｄｑ変換器
６４    ｄ軸電圧指令値算出部
６５    ｑ軸電圧指令値算出部
６７    ｄｑ−ＵＶ変換器
６８    ＰＷＭ発生器
Ｉt *     補正電流指令値
ＩU 、ＩV 、ＩW     電流
ｉd     ｄ軸電流
ｉq     ｑ軸電流
ｉqs    原ｑ軸電流指令値
ｉQS    ｑ軸電流指令値
Δｉd     ｄ軸電流偏差
Δｉq     ｑ軸電流偏差
ＳU 、ＳV 、ＳW     パルス幅変調信号
Ｖd *     ｄ軸電圧指令値
Ｖq *     ｑ軸電圧指令値
ＶU * 、ＶV * 、ＶW *     電圧指令値
【図１】
0003687282.tif 000005
【図２】
0003687282.tif 000006
【図３】
0003687282.tif 000007
【図４】
0003687282.tif 000008
【図５】
0003687282.tif 000009
【図６】
0003687282.tif 000010
【図７】
0003687282.tif 000011