(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル（２２）を有する固定子と、回転可能に支持され、前記コイルに電圧が印加されることで回転する回転子と、を有するスイッチトリラクタンスモータにおいて、電圧出力回路（２０）から前記コイルに出力される出力電圧を調整することで前記モータを制御する制御装置（３０）であって、
前記モータの電気角の１周期において、前記コイルに電圧が印加されることで前記コイルに生じる鎖交磁束が予め定めた所定波形となるように基本指令電圧を設定する基本指令電圧設定手段と、
前記電気角の１周期と異なる特定の周期を有する正弦波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記電圧出力回路の出力電圧を指令する指令電圧として設定する重畳手段と、
前記指令電圧に基づいて、前記電圧出力回路の前記出力電圧を制御する電圧制御手段と、
を備え、
前記重畳手段は、前記電気角の１周期の逆数である周波数を基本周波数とし、前記正弦波電圧として、前記基本周波数のｎ倍（ｎは２〜４の自然数）の周波数を有するｎ次高調波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記指令電圧として設定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記重畳手段は、前記モータの回転速度が所定値であること、及び、前記モータの出力トルクを指令するトルク指令値が所定値であることのうち少なくともいずれかを条件として、前記電気角の１周期と異なる周期の正弦波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記指令電圧として設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記指令電圧設定手段は、前記モータの出力トルクを指令するトルク指令値、及び、前記電気角に基づいて、前記基本指令電圧を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記重畳手段は、前記トルク指令値、及び、前記モータの回転速度に基づいて、前記基本指令電圧に重畳する正弦波電圧の周波数及び振幅を設定する手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチトリラクタンスモータを制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータ）を制御するモータ制御装置として、下記特許文献１に見られるように、コイルに流れる電流の制御を行うものが知られている。特許文献１に記載の制御装置は、具体的には、コイルの通電のオン／オフの切り替え時において、回転子の回転速度に応じて、コイルに流す電流値、回転子の各回転位置でのオンにする際の該電流値への立ち上がり波形、及び、オフにする際の該電流値からの立ち下がり波形を演算する。そして、電流値、立ち上がり波形、及び、立ち下がり波形に従う電流目標値を設定するものである。このような制御を行うことで、オン／オフの切り替え時における磁束の変化幅が小さくなり、振動を抑制し、騒音のレベルを下げることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２５５１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された技術では、コイルの磁気飽和を考慮していない。このためインダクタンスが電流に応じて変化する非線形領域において、電流制御の精度が低下し、振動や騒音の低減効果は不十分なものとなる。また、磁束φの急峻な変化を抑制することができる一方で、ラジアル力の脈動を抑えることができず、振動及び騒音の低減効果は不十分である。
【０００５】
そこで、コイルに流れる電流を制御するのではなく、コイルの印加電圧を調整することで、磁束φを制御する方法が考えられる。コイルの印加電圧を調整することで、コイルに発生する磁束φを直接的に制御することが可能になる。磁束φを直接的に制御することで、上記の非線形領域においても十分に騒音及び振動の低減を図ることが可能になるとともに、ラジアル力の脈動を抑えることが可能となる。ここで、コイルの印加電圧を調整して磁束φを制御する場合に、共振を抑えることなどを目的として、特定の周期を有する振動及び騒音を抑制したいという要望がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ＳＲモータにおいて特定の周期を有する騒音及び振動を好適に抑制可能な制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、コイル（２２）を有する固定子と、回転可能に支持され、前記コイルに電圧が印加されることで回転する回転子と、を有するスイッチトリラクタンスモータにおいて、電圧出力回路（２０）から前記コイルに出力される出力電圧を調整することで前記モータを制御するモータ制御装置（３０）であって、前記モータの電気角の１周期において、前記コイルに電圧が印加されることで前記コイルに生じる鎖交磁束が予め定めた所定波形となるように基本指令電圧を設定する基本指令電圧設定手段（３０）と、前記電気角の１周期と異なる特定の周期を有する正弦波電圧を前記基本指令電圧に重畳し、前記電圧出力回路の出力電圧を指令する指令電圧として設定する重畳手段と、前記指令電圧に基づいて、前記電圧出力回路の前記出力電圧を制御する電圧制御手段（３０）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
ＳＲモータのラジアル力Ｆｒは、固定子の形状と回転子の形状から定まるＫ（θ）と、磁束φとを用いて表すことができる（Ｆｒ（θ）＝Ｋ（θ）・φ＾２）。本発明では、コイルの印加電圧を調整することで、磁束φの制御を行う。そこで、回転角の１周期と異なる特定の周期を有する正弦波電圧を指令電圧に重畳する構成とする。これにより、その特定の周期を有する磁束が低減されることで（φ＝∫ｖｄｔ）、その特定の周期を有するラジアル力を低減することが可能になる。これにより、特定の周期の振動及び騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態にかかるＳＲモータの制御システムの構成図。
【図２】実施形態にかかる指令電圧の設定手法を示す図。
【図３】実施形態にかかるコイルに流れる電流の経時変化を例示する図。
【図４】実施形態の前提となる変調波生成処理の手順を示すフローチャート。
【図５】実施形態にかかる電圧制御処理の手順を示すフローチャート。
【図６】実施形態にかかる正電圧印加時に形成される閉回路を示す図。
【図７】実施形態にかかる負電圧印加時に形成される閉回路を示す図。
【図８】実施形態にかかるパルス幅変調の一例を示すタイミングチャート。
【図９】基本指令電圧をコイルに印加した場合の、基本指令電圧、磁束、係数及びラジアル力の波形、並びに、ラジアル力の次数成分を示す図。
【図１０】変調波生成部の機能ブロック図。
【図１１】実施形態にかかる変調波生成処理の手順を示すフローチャート。
【図１２】高調波電圧を重畳した場合の、指令電圧、磁束、係数及びラジアル力の波形、並びに、ラジアル力の次数成分を示す図。
【図１３】変形例にかかる変調波生成処理の手順を示すフローチャート。
【図１４】変形例にかかる基本指令電圧の波形を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、モータ制御装置を車載主機としてのスイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータ）に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１に示すように、高電圧バッテリ１０は、端子電圧が例えば１００Ｖ以上（２８８Ｖ）となる２次電池である。なお、高電圧バッテリ１０として、例えば、リチウムイオン２次電池やニッケル水素２次電池を用いることができる。
【００１２】
高電圧バッテリ１０には、平滑コンデンサ１２を介して電力変換回路２０（電圧出力回路）が接続されている。電力変換回路２０には、車載主機としてのモータジェネレータが接続されている。モータジェネレータは、ＳＲモータである。ＳＲモータはコイル２２を有するステータ（固定子）と、回転可能に支持され、コイル２２に電圧が印加されることで回転するロータ（回転子）とを有する。詳しくは、本実施形態では、ＳＲモータとして、Ｕ相コイル２２ｕ、Ｖ相コイル２２ｖ及びＷ相コイル２２ｗを備える３相ＳＲモータを用いている。また、本実施形態のＳＲモータのロータは６極であり、ＳＲモータの回転角（機械角）６０度が、ＳＲモータの電気角３６０度に相当する。
【００１３】
電力変換回路２０は、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ及びＵ相下アームダイオードＤｕｎの直列接続体、Ｕ相上アームダイオードＤｕｐ及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎの直列接続体、Ｖ相上アームスイッチング素子Ｓｖｐ及びＶ相下アームダイオードＤｖｎの直列接続体、Ｖ相上アームダイオードＤｖｐ及びＶ相下アームスイッチング素子Ｓｖｎの直列接続体、Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｗｐ及びＷ相下アームダイオードＤｗｎの直列接続体、並びにＷ相上アームダイオードＤｗｐ及びＷ相下アームスイッチング素子Ｓｗｎの直列接続体を備えている。ここで、本実施形態では、Ｕ〜Ｗ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐ及びＵ〜Ｗ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとして、ＩＧＢＴを用いている。なお、本実施形態において、Ｕ〜Ｗ相上アームダイオードＤｕｐ，Ｄｖｐ，Ｄｗｐが「上アーム整流素子」に相当し、Ｕ〜Ｗ相下アームダイオードＤｕｎ，Ｄｖｎ，Ｄｗｎが「下アーム整流素子」に相当する。
【００１４】
詳しくは、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ及びＵ相下アームダイオードＤｕｎの接続点と、Ｕ相上アームダイオードＤｕｐ及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎの接続点とは、Ｕ相コイル２２ｕによって接続されている。Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐのエミッタ及びＵ相下アームダイオードＤｕｎのカソード同士は接続され、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐのコレクタは、高電圧バッテリ１０の正極端子に接続されている。また、Ｕ相下アームダイオードＤｕｎのアノードは、高電圧バッテリ１０の負極端子に接続されている。一方、Ｕ相上アームダイオードＤｕｐのアノード及びＵ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎのコレクタ同士は接続され、Ｕ相上アームダイオードＤｕｐのカソードは、高電圧バッテリ１０の正極端子に接続されている。また、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎのエミッタは、高電圧バッテリ１０の負極端子に接続されている。
【００１５】
なお、Ｖ相及びＷ相を構成するスイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎ及びダイオードＤｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎの接続態様は、Ｕ相と同様である。このため、本実施形態では、Ｖ相及びＷ相についての接続態様の詳細な説明を省略する。
【００１６】
モータ制御装置３０は、図示しない中央演算装置（ＣＰＵ）及びメモリを備え、メモリに記憶された各種プログラムを中央演算装置によって実行することでＳＲモータの制御量（出力トルク）をその指令値（以下、トルク指令値Ｔｒｑ＊）に制御する。モータ制御装置３０には、Ｕ相コイル２２ｕに流れる電流を検出するＵ相電流センサ３２ｕや、Ｖ相コイル２２ｖに流れる電流を検出するＶ相電流センサ３２ｖ、及びＷ相コイル２２ｗに流れる電流を検出するＷ相電流センサ３２ｗの検出値が入力される。また、モータ制御装置３０には、平滑コンデンサ１２の端子間電圧（高電圧バッテリ１０の出力電圧，電力変換回路２０の入力電圧）を検出する電圧センサ３４や、ＳＲモータのロータの回転角（電気角θ）を検出する回転角センサ３６（例えばレゾルバ）の検出値が入力される。モータ制御装置３０は、これら各種センサの検出値に基づき、ＳＲモータの出力トルクをトルク指令値Ｔｒｑ＊に制御すべく、電力変換回路２０を構成する上アームスイッチング素子Ｓａｐ（ａ＝ｕ，ｖ，ｗ）及び下アームスイッチング素子Ｓａｎに対して操作信号ｇａｐ，ｇａｎを出力することで、これらスイッチング素子Ｓａｐ，Ｓａｎを操作する。
【００１７】
詳しくは、モータ制御装置３０は、電気角速度算出部３０ａ、変調波生成部３０ｂ及び操作信号生成部３０ｃを備えている。電気角速度算出部３０ａは、回転角センサ３６によって検出された電気角θの時間微分値として電気角速度ωを算出する。また、変調波生成部３０ｂは、トルク指令値Ｔｒｑ＊、電気角θ及び電気角速度ωに基づきｕ，ｖ，ｗ相ごとに変調波αを生成する。操作信号生成部３０ｃは、変調波生成部３０ｂから出力された変調波αに基づき、上アームスイッチング素子Ｓａｐ及び下アームスイッチング素子Ｓａｎを操作するための操作信号ｇａｐ，ｇａｎを生成する。ここで、Ｕ〜Ｗ相のそれぞれに対する変調波は、電気角θで互いに１２０°ずれた波形として生成される。
【００１８】
なお、トルク指令値Ｔｒｑ＊は、例えば、モータ制御装置３０よりも上位の制御装置（例えば、車両の走行制御を統括する制御装置）からモータ制御装置３０に入力される。また、ＳＲモータの各相は独立しており、さらに、モータ制御装置３０における各相に関する処理のそれぞれは、基本的には同一の処理となる。
【００１９】
続いて、図２を用いて、本実施形態にかかる指令電圧の設定手法について説明する。ここで、図２（ａ）は、コイル２２（Ｕ相コイル２２ｕ、Ｖ相コイル２２ｖ又はＷ相コイル２２ｗ）の印加電圧の指令値（以下、指令電圧Ｖ＊）の推移を示し、図２（ｂ）は、コイル２２の鎖交磁束φの推移を示す。なお、図２は、電気角速度ωが一定となる場合における推移を示している。なお、指令電圧Ｖ＊は、Ｕ相コイル２２ｕ、Ｖ相コイル２２ｖ及びＷ相コイル２２ｗごとに設定される。
【００２０】
図示されるように、本実施形態では、指令電圧Ｖ＊の立ち上がり期間（時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）及び立ち下がり期間（時刻ｔ２〜ｔ３）の双方における指令電圧Ｖ＊を徐変させて設定し、また、電気角θの１周期（時刻ｔ１〜ｔ５）において指令電圧Ｖ＊の描く波形が連続するように指令電圧Ｖ＊を設定する。ここで、立ち上がり期間とは、指令電圧Ｖ＊が上昇する期間（換言すれば、指令電圧Ｖ＊の変化速度が０よりも高い期間）のことであり、立ち下がり期間とは、指令電圧Ｖ＊が下降する期間（換言すれば、指令電圧Ｖ＊の変化速度が０よりも低い期間）のことである。
【００２１】
特に、本実施形態では、電気角θの１周期に含まれる期間であってかつコイル２２に対する通電を指示する通電指示期間（時刻ｔ１〜ｔ４）において、指令電圧Ｖ＊の描く第１の正弦波形（時刻ｔ１〜ｔＡまでに指令電圧Ｖ＊の描く波形であり、「第１の波形」に相当）の後に、指令電圧Ｖ＊の「０」を規定する第１の軸線Ｌ１及び第１の軸線Ｌ１と直交してかつ通電指示期間の中央を通る第２の軸線Ｌ２の交点γに対して第１の波形と点対称である第２の正弦波形（時刻ｔＡ〜ｔ４までに指令電圧Ｖ＊の描く波形であり、「第２の波形」に相当）を隣接させるように指令電圧Ｖ＊を設定する。ここで、第１の正弦波形及び第１の軸線Ｌ１によって囲まれる面積と、第２の正弦波形及び第１の軸線Ｌ１によって囲まれる面積とは等しくなる。
【００２２】
指令電圧Ｖ＊の上記設定は、ＳＲモータの高調波鉄損、振動及び騒音を低減させることを目的としてなされる。つまり、コイル２２の鎖交磁束φの変化を緩やかにすることで、ＳＲモータの高調波鉄損、振動及び騒音を低減させることができる。ここで、インダクタンスＬの時間変化による影響を受けないコイル２２の印加電圧Ｖの時間積分値が、コイル２２の鎖交磁束φとなる関係から、コイル２２の印加電圧Ｖの立ち上がり期間や立ち下がり期間においてコイル２２の印加電圧Ｖを徐変させることで、鎖交磁束φの変化を緩やかにできる。
【００２３】
具体的には、時刻ｔ１〜ｔ２では、指令電圧Ｖ＊を０から上限値である第１の電圧Ｖ１まで徐々に上昇させることで、コイル２２の印加電圧Ｖも０から上限値まで徐々に上昇する。その結果、印加電圧Ｖの積分値である鎖交磁束φも、指令電圧Ｖ＊が０のタイミングの値である０から、正の値である第１の磁束量φ１まで徐々に上昇する。
【００２４】
続く時刻ｔ２〜ｔＡでは、指令電圧Ｖ＊を第１の電圧Ｖ１から０まで徐々に下降させることで、印加電圧Ｖも第１の電圧Ｖ１から０まで徐々に下降する。その結果、鎖交磁束φは、その上昇速度（上昇率）を低くしながら上限値である第２の磁束量φ２まで徐々に上昇する。
【００２５】
続く時刻ｔＡ〜ｔ３では、指令電圧Ｖ＊を０から第２の電圧Ｖ２まで徐々に下降させることで、印加電圧Ｖも０から第２の電圧Ｖ２まで徐々に下降する。ここで、第２の電圧Ｖ２は、指令電圧Ｖ＊の下限値であってかつ負の値である。特に、本実施形態において、第２の電圧Ｖ２の絶対値と、第１の電圧Ｖ１の絶対値とは同一の値に設定されている。上記指令電圧Ｖ＊の設定の結果、鎖交磁束φは、第２の磁束量φ２から第１の磁束量φ１まで徐々に下降する。
【００２６】
続く時刻ｔ３〜ｔ４では、指令電圧Ｖ＊を第２の電圧Ｖ２から０まで徐々に上昇させることで、印加電圧Ｖも第２の電圧Ｖ２から０まで徐々に上昇する。その結果、鎖交磁束φは、その下降速度（下降率）を低くしながら０まで徐々に下降する。
【００２７】
特に、指令電圧Ｖ＊の描く波形が正弦波形となるように指令電圧Ｖ＊を設定することで、図２（ｂ）に示すように、電気角θの１周期において鎖交磁束φの描く波形を正弦波形状とすることができ、高調波鉄損等の低減効果を大きくすることができる。
【００２８】
なお、コイル２２に流れる電流ｉは、電気角θの１周期における指令電圧Ｖ＊の変化の中で、０から上限値の間で滑らかにひと山を描く変化をする。ただし、上記電流は、指令電圧Ｖ＊に対して成り行きで流れる。この様子を図３に示した。ここで、図３（ａ）は、コイル２２のインダクタンスＬの推移を示し、図３（ｂ）は、指令電圧Ｖ＊の推移を示し、図３（ｃ）は、コイル２２に流れるコイル電流ｉの推移を示す。
【００２９】
図示されるように、指令電圧Ｖ＊の１周期における経時変化と、コイル電流ｉの上記１周期における経時変化とは相違し得る。これは、電気角θに応じて、例えば、インダクタンスＬが相違したり、電気角速度ωが相違したりすることによる。図３には、同一の指令電圧Ｖ＊に応じた同一の印加電圧Ｖがコイル２２に印加された場合に、電気角θ１〜θ２におけるコイル電流ｉが、電気角θ３〜θ４におけるコイル電流ｉよりも大きくなる現象を例示した。この現象は、電気角θ１〜θ２におけるインダクタンスＬが、電気角θ３〜θ４におけるインダクタンスＬよりも小さいことで生じたものである。
【００３０】
本実施形態では、上述したように、指令電流ｉ＊を設定することなく、指令電圧Ｖ＊を徐変させて設定する。ここで、パルス幅変調によって上アームスイッチング素子Ｓａｐ及び下アームスイッチング素子Ｓａｎをオンオフ操作することとしている。このため、高電圧バッテリ１０から出力される直流電圧Ｖｄｃで指令電圧Ｖ＊を除算することによって規格化した変調波αを指令電圧Ｖ＊として設定することとなる。
【００３１】
図４に、本実施形態の前提となる変調波生成処理の手順を示す。この処理は、モータ制御装置３０の備える変調波生成部３０ｂによって例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００３２】
この一連の処理では、まずステップＳ１０においてトルク指令値Ｔｒｑ＊、電気角θ及び電気角速度ωを取得する。
【００３３】
続くステップＳ１２では、取得されたトルク指令値Ｔｒｑ＊、電気角θ及び電気角速度ωに基づき、指令変調率α０、Ｕ相コイル２２ｕへの通電開始を指示する電気角θであるＯＮ位相θｏｎ（先の図２の時刻ｔ１）、及びＯＮ位相θｏｎからの通電継続期間を指示する電気角θの幅である通電指示幅θｗ（先の図２の時刻ｔ１〜ｔ４）を設定する。なお、Ｕ相コイル２２ｕへの通電終了を指示する電気角θであるＯＦＦ位相θｏｆｆが先の図の時刻Ｔ４に相当する。ここで、指令変調率α０とは、正弦波形として設定される指令電圧Ｖ＊の振幅を高電圧バッテリ１０から出力される直流電圧Ｖｄｃで除算した値のことである。また、電気角θがＯＮ位相θｏｎとなってから、通電指示幅θｗが経過するまでの期間が上記通電指示期間である。なお、指令変調率α０、ＯＮ位相θｏｎ及び通電指示幅θｗは、トルク指令値Ｔｒｑ＊及び電気角速度ωと関係付けられて指令変調率α０、ＯＮ位相θｏｎ及び通電指示幅θｗが規定されたマップや数式を用いて設定すればよい。
【００３４】
続くステップＳ１４では、現在の電気角θが通電指示期間であるか否かを判断する。具体的には、現在の電気角θからＯＮ位相θｏｎを減算した値を分子とし、通電指示幅θｗを分母とする値を判定パラメータと定義すると、判定パラメータが「０」以上であってかつ「１」以下であるか否かを判断する。
【００３５】
ステップＳ１４において否定判断された場合には、現在の電気角θが通電指示期間ではないと判断し、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、変調波αを「０」とする。一方、上記ステップＳ１４において肯定判断された場合には、現在の電気角θが通電指示期間であると判断し、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、判定パラメータ及び「３６０°」の乗算値を独立変数とする正弦関数に指令変調率α０を乗算することで、変調波αを生成する。なお、ステップＳ１６、Ｓ１８の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００３６】
ちなみに、先の図４に示した処理によって生成される変調波αに高電圧バッテリ１０から出力される直流電圧Ｖｄｃを乗算した値が先の図２（ａ）に示した指令電圧Ｖ＊となる。
【００３７】
続いて、図５に、本実施形態にかかる電圧制御処理の手順を示す。この処理は、モータ制御装置３０の備える操作信号生成部３０ｃによって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、本実施形態において、図５に示す一連の処理が「電圧制御手段」を構成する。
【００３８】
この一連の処理では、まずステップＳ２０において、変調波生成部３０ｂから出力された変調波αがキャリア信号Ｃｓ以上であるか否かを判断する。本実施形態では、キャリア信号Ｃｓとして三角波信号を用いている。また、本実施形態において、キャリア信号Ｃｓは、その最小値が「−１」に設定され、最大値が「１」に設定されている。
【００３９】
ステップＳ２０において肯定判断された場合には、ステップＳ２２に進み、上アームスイッチング素子Ｓａｐ及び下アームスイッチング素子Ｓａｎの双方をオン操作する。これにより、Ｕ相について図６に例示するように、高電圧バッテリ１０、Ｕ相上アームスイッチング素子Ｓｕｐ、Ｕ相コイル２２ｕ、Ｕ相下アームスイッチング素子Ｓｕｎを含む閉回路に電流が流れ、Ｕ相コイル２２ｕに正電圧「Ｖｄｃ」が印加される。
【００４０】
一方、上記ステップＳ２０において否定判断された場合には、ステップＳ２４に進み、上アームスイッチング素子Ｓａｐ及び下アームスイッチング素子Ｓａｎの双方をオフ操作する。これにより、Ｕ相について図７に例示するように、高電圧バッテリ１０、Ｕ相下アームダイオードＤｕｎ、Ｕ相コイル２２ｕ、Ｕ相上アームダイオードＤｕｐを含む閉回路に電流が流れ、Ｕ相コイル２２ｕに負電圧「−Ｖｄｃ」が印加される。なお、ステップＳ２２、Ｓ２４の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００４１】
上述した上アームスイッチング素子Ｓａｐ及び下アームスイッチング素子Ｓａｎの操作処理によれば、図８に示すように、変調波α及びキャリア信号Ｃｓの大小比較に基づくパルス幅変調によってこれらスイッチング素子Ｓａｐ，Ｓａｎをオンオフ操作することができる。これにより、キャリア信号Ｃｓの各周期におけるコイル２２の平均印加電圧を指令電圧Ｖ＊に制御することができる。なお、図８（ａ）は、変調波α及びキャリア信号Ｃｓの推移を示し、図８（ｂ）は、コイル２２の印加電圧Ｖ及び指令電圧Ｖ＊の推移を示す。
【００４２】
ここで、ＳＲモータの回転軸の径方向に作用する力、即ち、ラジアル力Ｆｒは、磁束φに依存する。具体的には、ステータ及びロータの形状によって定まる係数Ｋ（θ）と、磁束φを用いて、Ｆｒ（θ）＝Ｋ（θ）・φ＾２と表すことが出来る。図２に示すように、磁束φは、電気角θの１周期λにおいて周期的に変化する。このため、ラジアル力Ｆｒは、周期λの逆数ｆを基本周波数として、ｎ次高調波成分を含むことになる。
【００４３】
ラジアル力Ｆｒのｎ次高調波成分が、振動及び騒音の発生原因となる。特に、このラジアル力Ｆｒのｎ次高調波成分と、ステータの機械的な固有振動数ｆｍとが一致すると、機械共振が生じ、大きな振動及び騒音がＳＲモータから発生することになる。
【００４４】
そこで、ラジアル力Ｆｒのｎ次高調波成分を打ち消すように、上述した指令電圧Ｖ＊（基本指令電圧Ｖｃｏ＊）に対し、ｎ次高調波に相当する周波数の逆位相の正弦波電圧Ｖｈ＊を重畳させ、新たな指令電圧Ｖｉｎｖ＊として算出する構成とする。このような構成にすることで、ラジアル力Ｆｒのｎ次高調波成分に起因する振動及び騒音を抑制することができる。
【００４５】
図９（ａ）に基本指令電圧Ｖｃｏ＊の波形を示す。図９（ａ）に示す基本指令電圧Ｖｃｏ＊の波形は、図２（ａ）に示す指令電圧Ｖ＊の波形と同じものであり、電気角θがＯＮ位相θｏｎになると、通電指示幅θｗにわたって正弦波形の電圧が印加される。また、電気角θがＯＦＦ位相θｏｆｆになると基本指令電圧Ｖｃｏ＊の印加が停止される。
【００４６】
図９（ｂ）に図９（ａ）の基本指令電圧Ｖｃｏ＊がコイル２２に印加された場合の磁束φの波形を示す。図９（ｂ）に示す磁束φの波形は、図２（ｂ）に示す磁束φの波形と同じものである。電圧が印加されていない状態、即ち、電気角θがＯＦＦ位相θｏｆｆからＯＮ位相θｏｎになるまでの間は、コイル２２が偏磁しているため磁束φは僅かに直流成分を持つ。電気角θがＯＮ位相θｏｎになると、電圧が印加されることで磁束φは増加し始める。基本指令電圧Ｖｃｏ＊が正の値から負の値になることで磁束φは減少し始め、電気角θがＯＦＦ位相θｏｆｆになると、磁束φは偏磁による直流成分のみとなる。
【００４７】
図９（ｃ）に係数Ｋ（θ）の波形を示す。係数Ｋ（θ）は、ステータ及びロータの形状に加えて磁束φによる影響を受け、磁束φと同様に電気角θがＯＦＦ位相θｏｆｆからＯＮ位相θｏｎになるまでの間は、略０となる。係数Ｋ（θ）は、電気角θがＯＮ位相θｏｎになると増加し始め、磁束φが極大となる電気角θにおいて極大となり、電気角θがＯＦＦ位相θｏｆｆになると略０となる。
【００４８】
図９（ｄ）に基本指令電圧Ｖｃｏ＊がコイル２２に印加された場合のラジアル力Ｆｒ（θ）の波形を示す。Ｆｒ（θ）＝Ｋ（θ）・φ＾２であるため、ラジアル力Ｆｒ（θ）は、磁束φと同様に電気角θがＯＦＦ位相θｏｆｆからＯＮ位相θｏｎになるまでの間は、略０となる。ラジアル力Ｆｒ（θ）は、電気角θがＯＮ位相θｏｎになると増加し始め、磁束φが極大となる電気角θにおいて極大となり、電気角θがＯＦＦ位相θｏｆｆになると略０となる。
【００４９】
図９（ｅ）にラジアル力Ｆｒ（θ）の次数成分を示す。０次成分〜４次成分は、５次以上の成分に比べて大きい。このため、２次〜４次の成分が機械共振の主な原因となる。
【００５０】
また、３相ＳＲモータでは、トルクリプルを主な原因として回転軸の径方向に３ｎ次の振動が発生する。ラジアル力Ｆｒ（θ）による機械共振と、トルクリプルによる機械共振とが同時に生じると、振動・騒音が著しく大きくなるため問題となる。そこで、本実施形態では、ラジアル力Ｆｒ（θ）の３次高調波成分を打ち消すように、基本指令電圧Ｖｃｏ＊に対して３次高調波電圧を重畳する。
【００５１】
図１０に本実施形態の変調波生成部３０ｂの機能ブロック図を示す。基本指令電圧算出部３０ｄは、電気角速度ω、トルク指令値Ｔｒｑ＊、及び、電気角θに基づいて基本指令電圧Ｖｃｏ＊（基本変調波αｃｏ）を算出する。また、補正高調波電圧算出部３０ｅは、電気角速度ω及びトルク指令値Ｔｒｑ＊に基づいて、補正高調波電圧Ｖｈ＊（補正変調波αｈ）を算出する。そして、加算部３０ｆにおいて、基本指令電圧Ｖｃｏ＊（基本変調波αｃｏ）と補正高調波電圧Ｖｈ＊（補正変調波αｈ）とを加算して、その加算値を指令電圧Ｖｉｎｖ＊（変調波αｉｎｖ）として操作信号生成部３０ｃに出力を行う。
【００５２】
図１１に本実施形態の指令値算出処理を表すフローチャートを示す。ステップＳ３１において、トルク指令値Ｔｒｑ＊、電気角速度ω及び電気角θに基づいて、基本指令電圧Ｖｃｏ＊を算出する。
【００５３】
ステップＳ３２において、ラジアル力Ｆｒ（θ）の低減を実施する条件が成立しているか否かを判定する。ラジアル力Ｆｒ（θ）の低減を実施する条件が成立しているか否かの判定は、トルク指令値Ｔ＊及び電気角速度ωに基づいて行う。
【００５４】
具体的には、ラジアル力Ｆｒ（θ）の３次高調波成分がステータの固有振動数ｆｍと一致するような電気角速度ωとなっていることを条件として、ラジアル力Ｆｒ（θ）の低減を実施する（３・ω／２π＝ｆｍ）。更に、トルク指令値Ｔｒｑ＊が所定の範囲に属することを条件としてラジアル力Ｆｒ（θ）の低減を実施する。ここで、ラジアル力Ｆｒ（θ）の低減を実施するトルク指令値Ｔｒｑ＊の範囲は、車両の加速を実施するトルクより小さい、定常走行状態のトルクに設定される。このような設定を行うことで、車両の加速時には、トルクの出力を優先し、定常走行時には、振動・騒音の低減効果を優先することができる。
【００５５】
ラジアル力Ｆｒ（θ）の低減を実施する条件が成立していない場合（Ｓ３２：ＮＯ）、ステップＳ３３において、補正高調波電圧Ｖｈ＊を０に設定する。ラジアル力Ｆｒ（θ）の低減を実施する条件が成立している場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、ステップＳ３４において、トルク指令値Ｔｒｑ＊及び電気角速度ωに基づいて、補正高調波電圧Ｖｈ＊の周波数、振幅、位相を算出する。ここで、補正高調波電圧Ｖｈ＊の周波数は主として電気角速度ωに依存し、補正高調波電圧Ｖｈ＊の振幅は主としてトルク指令値Ｔｒｑ＊に依存する。
【００５６】
ステップＳ３５において、基本指令電圧Ｖｃｏ＊に対し、補正高調波電圧Ｖｈ＊を加算することで、指令電圧Ｖｉｎｖ＊を算出する。
【００５７】
図１２（ａ）に図１１に示した指令値算出処理に基づいて算出される指令電圧Ｖｉｎｖ＊の波形を示す。図９（ａ）に示した基本指令電圧Ｖｃｏ＊に対し、補正高調波電圧Ｖｈ＊（３次高調波電圧）が加算された波形となっている。図１２（ｂ）に、指令電圧Ｖｉｎｖ＊がコイル２２に印加された場合の磁束φの波形を示し、図１２（ｃ）に指令電圧Ｖｉｎｖ＊がコイル２２に印加された場合の係数Ｋ（θ）の波形を示し、図１２（ｄ）に指令電圧Ｖｉｎｖ＊がコイル２２に印加された場合のラジアル力Ｆｒ（θ）を示す。
【００５８】
図１２（ｅ）に、指令電圧Ｖｉｎｖ＊がコイル２２に印加される場合のラジアル力Ｆｒ（θ）の次数成分を示す。基本指令電圧Ｖｃｏ＊に３次高調波である補正高調波電圧Ｖｈ＊を重畳することで、ラジアル力Ｆｒ（θ）の３次成分が略０となっている。これにより、機械共振を抑制することが可能となる。
【００５９】
以下、本実施形態における効果を述べる。
【００６０】
ＳＲモータのラジアル力Ｆｒは、固定子の形状と回転子の形状から定まるＫ（θ）と、磁束φとを用いて表すことができる（Ｆｒ（θ）＝Ｋ（θ）・φ＾２）。本実施形態では、コイル２２（２２ｕ，２２ｖ，２２ｗ）への出力電圧を調整することで、磁束φの制御を行う（φ＝∫Ｖｄｔ）。そこで、電気角θの１周期と異なる特定の周期を有する補正高調波電圧Ｖｈ＊を基本指令電圧Ｖｃｏ＊に重畳する構成とする。これにより、その特定の周期を有する磁束が低減されることで、その特定の周期を有するラジアル力を低減することが可能になり、特定の周期の振動及び騒音を低減することができる。
【００６１】
モータの電気角θの１周期において、コイル２２への出力電圧が所定波形となるように制御した場合、電気角θの１周期の逆数である周波数を基本周波数としたｎ次高調波が生じる。このｎ次高調波によって発生するラジアル力Ｆｒ（θ）が、振動及び騒音の原因となる。そこで、基本指令電圧Ｖｃｏ＊にｎ次高調波電圧Ｖｈ＊を重畳することで、ｎ次高調波を打ち消し、振動及び騒音を低減することが可能になる。
【００６２】
補正高調波電圧Ｖｈ＊を基本指令電圧Ｖｃｏ＊に重畳すると、モータの出力が低下することが懸念される。また、電気角速度ωをｎ／２π倍したものとステータの固有振動数ｆｍとが一致した場合、機械共振が生じ、振動及び騒音が顕著になる。また、例えば、常用しないトルク領域においては、一時的に振動及び騒音を許容してもよい場合がある。そこで、モータの電気角速度ωが所定の角速度であること（即ち、モータの回転速度が所定値であること）、又は、トルク指令値Ｔｒｑ＊が所定のトルクであることを条件として、基本指令電圧Ｖｃｏ＊への補正高調波電圧Ｖｈ＊の重畳を行う構成とした。このような構成にすることで、モータの出力低下を好適に抑制しつつ、振動及び騒音の低減効果を得ることが可能になる。
【００６３】
本実施形態では、トルク指令値Ｔｒｑ＊と電気角θに基づいて、コイル２２への出力電圧を設定することで、モータの出力トルクを制御しつつ、コイル２２の磁束を制御することができる。
【００６４】
トルク指令値Ｔｒｑ＊に応じて出力電圧の振幅、即ち、磁束φ及びラジアル力Ｆｒの振幅が変化する。また、モータの電気角速度ωに応じて出力電圧の周波数、即ち、磁束φ及びラジアル力Ｆｒの周波数が変化する。そこで、トルク指令値Ｔｒｑ＊及び電気角速度ω（即ち、モータの回転速度）に基づいて、補正高調波電圧Ｖｈ＊（正弦波電圧）の周波数及び振幅を設定する構成とした。このような構成とすることで、好適に特定の周期の振動及び騒音を低減することができる。
【００６５】
（他の実施形態）
・コイル２２の抵抗成分による電圧降下分を補正値として、基本指令電圧Ｖｃｏ＊に加算する構成としてもよい。具体的には、図１３に示すフローチャートのように、図１２のステップＳ３１とステップＳ３２との間に、基本指令電圧Ｖｃｏ＊に対してコイル２２の抵抗成分Ｒとコイル２２に流れる電流ｉとの積を加算するステップＳ４１を設ける構成とすればよい。
【００６６】
・常にステータの固有振動数ｆｍに相当する周波数成分を打ち消すように、補正高調波電圧Ｖｈ＊を基本指令電圧Ｖｃｏ＊に重畳する構成としてもよい。
【００６７】
・上記実施形態では、正弦波状の基本指令電圧Ｖｃｏ＊を用いる構成としたが、これを変更し、図１４に示すような矩形波状の基本指令電圧Ｖｃｏ＊を用いる構成としてもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、基本指令電圧Ｖｃｏ＊に対し、３次高調波を打ち消すように補正高調波電圧Ｖｈ＊を重畳する構成とした。これを変更し、ｎ次高調波（ｎは２以上の自然数）をそれぞれ打ち消すように補正高調波電圧Ｖｈ＊を重畳する構成としてもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、ラジアル力Ｆｒ（θ）の低減を実施する条件が成立しているか否かを判定した上で、条件が成立している場合に基本指令電圧Ｖｃｏ＊に対し補正高調波電圧Ｖｈ＊を重畳する構成とした。これを変更し、基本指令電圧Ｖｃｏ＊に対してｎ次の補正高調波電圧Ｖｈ＊を常に重畳する構成としてもよい。例えば、３次高調波を補正高調波電圧Ｖｈ＊を常に基本指令電圧Ｖｃｏ＊に重畳する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
２０…電力変換回路（電圧出力回路）、２２…コイル、３０…モータ制御装置。
【図１】
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【図２】
0006424536.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006424536.tif 000007
【図７】
0006424536.tif 000008
【図８】
0006424536.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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