JP2001103783A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ本体の機械的構造を変更することな
く、モータの温度に対応してコギングトルクを低減でき
るモータ制御装置を実現する。 【解決手段】 ｄ軸電流指令値演算部は、モータ回転角
速度演算部から出力されたモータ回転角速度ωθを読込
み（Ｓ１０）、ｄ軸電流指令値マップを参照して上記読
込んだモータ回転角速度ωθが、（−ωθ１）≦ωθ≦
ωθ１の範囲にあるか否かを判定し（Ｓ１２）、その範
囲にある場合は（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ｄ軸電流指令値マ
ップからｄ軸電流指令値（−ｉｄ１^* ）を選択して偏差
演算部１６へ出力する（Ｓ１４）。これにより、励磁電
流が小さくなるため、コギングトルクを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、モータに発生す
るコギングトルクを低減できるモータ制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、たとえばブラシレスＤＣモー
タでは、モータが回転しているとき、モータ内部のロー
タがその周囲の永久磁石に吸引されたり、反発したりす
るため、モータトルクの脈動、いわゆるコギングトルク
が発生することが知られている。特に、ブラシレスＤＣ
モータを用いて操舵力をアシストする電気式動力舵取装
置にあっては、ブラシレスＤＣモータにコギングトルク
が発生すると、ステアリングを介してドライバーの手に
微振動として伝わるため、操舵フィーリングが悪くなる
という問題が発生する。そこで、従来、上記コギングト
ルクを低減するため、永久磁石の極数および電機子鉄
心の突極数の最小公倍数が大きくなる構成にする、電
機子鉄心の突極に補助溝を設ける、永久磁石または電
機子鉄心をスキューする、などの手法が考えられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コギングト
ルクの大きさは、モータに装着された永久磁石の磁束に
比例し、磁束は温度が上昇すると小さくなり、温度が低
下すると大きくなる特性がある。しかし、上記従来の
〜の手法は、いずれもモータ本体の機械的構造を変更
するものであるため、モータの温度変化に対応してコギ
ングトルクを減少させることができないという問題があ
る。しかも、上記従来の〜の手法は、いずれもモー
タ本体の機械的構造を変更するものであるため、加工や
組付の工程数が多くなるので、製造コストが高いという
問題がある。また、上記従来の〜の手法は、理論的
にはコギングトルクを低減できるが、加工精度や組付精
度のばらつきなどが原因で、コギングトルクを思うよう
に低減できないという問題がある。

【０００４】そこで、この発明は、モータ本体の機械的
構造を変更することなく、モータの温度に対応してコギ
ングトルクを低減できるモータ制御装置を実現すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段、作用および発明の効果】
本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の
発明では、モータに流れる３相交流電流を、前記モータ
の回転子の回転角を用いてトルク電流値および励磁電流
値からなる２相に変換する３相／２相変換手段と、この
モータに付与するトルク電流指令値および前記トルク電
流値の偏差と、励磁電流指令値および前記励磁電流値の
偏差とを演算する偏差演算手段と、前記演算された各偏
差に対応した３相の電圧指令値を出力する電圧指令値出
力手段とを備え、それらの電圧指令値に基づいて前記モ
ータを駆動するモータ制御装置において、前記モータの
回転子の回転角速度を演算する回転角速度演算手段と、
その演算された回転角速度が所定値の場合に所定の負の
励磁電流指令値を前記偏差演算手段に出力する励磁電流
指令値出力手段とを備えるという技術的手段を用いる。

【０００６】つまり、モータの回転子の回転角速度が所
定値の場合に所定の負の励磁電流指令値を偏差演算手段
に出力することにより、励磁電流を負の方向に大きくで
きるため、モータのマグネットの磁束を弱めることがで
きるので、コギングトルクのレベルを低下させることが
できる。たとえば、電気式動力舵取装置において操舵力
をアシストするために装着されたブラシレスＤＣモータ
にコギングトルクが発生すると、ステアリングホイール
を介してドライバーに微振動として伝わるため、操舵フ
ィーリングが悪くなる。特に、ステアリングホイールの
回転角速度が低速である程、上記微振動を感じやすい。
そこで、ステアリングホイールの回転角速度、すなわち
ブラシレスＤＣモータの回転角速度が所定値の場合に所
定の負の励磁電流指令値を偏差演算手段に出力すること
により、コギングトルクのレベルを低下させることがで
きるため、ステアリングホイールに伝わる微振動を小さ
くできるので、操舵フィーリングを向上させることがで
きる。

【０００７】請求項２に記載の発明では、モータに流れ
る３相交流電流を、前記モータの回転子の回転角を用い
てトルク電流値および励磁電流値からなる２相に変換す
る３相／２相変換手段と、このモータに付与するトルク
電流指令値および前記トルク電流値の偏差と、励磁電流
指令値および前記励磁電流値の偏差とを演算する偏差演
算手段と、前記演算された各偏差に対応した３相の電圧
指令値を出力する電圧指令値出力手段とを備え、それら
の電圧指令値に基づいて前記モータを駆動するモータ制
御装置において、前記モータの上位側から付与される、
トルクの大きさに対応した値が所定値の場合に前記所定
の負の励磁電流指令値を前記偏差演算手段に出力する励
磁電流指令値出力手段を備えるという技術的手段を用い
る。

【０００８】つまり、このモータに付与される、トルク
の大きさに対応した値が所定値以下の場合に所定の負の
励磁電流指令値を偏差演算手段に出力することにより、
励磁電流を負の方向に大きくできるため、モータのマグ
ネットの磁束を弱めることができるので、コギングトル
クのレベルを低下させることができる。たとえば、前述
の電気式動力舵取装置では、操舵時の車速が低速になる
程、大きいトルクがブラシレスＤＣモータに発生するよ
うに制御するため、モータのトルクに対するコギングト
ルクの割合が小さくなるので、コギングトルクによる微
振動を感じ難くなるが、逆に、操舵時の車速が高速にな
る程、モータに発生するトルクが小さくなるため、モー
タのトルクに対するコギングトルクの割合が大きくなる
ので、コギングトルクによる微振動を感じやすくなる。
そこで、モータに付与される、トルクの大きさが所定値
の場合に所定の負の励磁電流指令値を偏差演算手段に出
力することにより、コギングトルクのレベルを低下させ
ることができるため、ステアリングホイールに伝わる微
振動を小さくできるので、操舵フィーリングを向上させ
ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係るモータ制御
装置の一実施形態について図を参照して説明する。な
お、以下に述べる各実施形態では、この発明に係るモー
タ制御装置として、電気式動力舵取装置に備えられたブ
ラシレスＤＣモータを制御するモータ制御装置を例に挙
げて説明する。 ［電気的構成］図１は、第１実施形態に係る電気式動力
舵取装置に備えられたブラシレスＤＣモータの制御装置
の主な電気的構成をブロックで示す説明図である。ブラ
シレスＤＣモータＭのｕ相およびｖ相に流れる電流は、
それぞれモータ制御装置１０を構成する電流検出器２０
によって検出され、それぞれＡ／Ｄ変換回路２２によっ
てデジタルの検出電流値に変換される。その変換された
検出電流値ｉｕ，ｉｖは、ｄ／ｑ変換部２３に取り込ま
れ、ｄ／ｑ変換（２相変換）される。ここで、ｄ／ｑ変
換とは、回転子と共に回転するｄ軸（励磁電流）および
ｑ軸（トルク電流）からなる直交座標を設定し、その直
交座標に対して各相に流れる交流電流のベクトルを写像
することにより、交流を直流として演算する手法であ
る。

【００１０】回転子の回転角を検出する回転角センサＥ
により検出された検出信号ｎは、モータ回転角演算部２
４に取り込まれ、モータ回転角演算部２４は、図示しな
いｓｉｎテーブルを参照し、検出信号ｎに対応するモー
タ回転角θを選択する。モータ角速度演算部２５は、モ
ータ回転角演算部２４により演算されたモータ回転角θ
を取り込んで、微分を行うことにより、モータ回転角速
度ωθを演算する。そして、検出電流値ｉｕ，ｉｖは、
ｄ／ｑ変換部２３においてモータ回転角θを用いてｄ／
ｑ変換され、それぞれｑ軸電流値ｉｑ，ｄ軸電流値ｉｄ
として出力される。また、図示しない電気式動力舵取装
置に備えられたトルクセンサ４０からは、操舵トルクに
対応したトルク信号が出力され、そのトルク信号に対応
したアシストトルクがアシストマップ４１から抽出され
る。続いて、その抽出されたアシストトルクは、乗算部
４２において、たとえば図示しない車速センサから出力
された車速に対応した係数が乗算されてモータトルク指
令値Ｔａとなる。

【００１１】続いて、モータ回転角速度演算部２５によ
って演算された回転角速度ωθの大きさによって、すな
わちステアリングホイールの回転速度が高速であるか低
速であるかによって対応するｉｑ−トルクマップ１２を
選択し、その選択したｉｑ−トルクマップ１２からモー
タトルク指令値Ｔａに対応するｑ軸電流指令値ｉｑ^*を
抽出する。そして、偏差演算部１３は、その抽出された
ｑ軸電流指令値ｉｑ^*と、ｄ／ｑ変換部２３から送出さ
れたｑ軸電流値ｉｑとの偏差ΔＩｑを演算する。続いて
補償部１４は、偏差ΔＩｑを取り込んで比例積分すると
ともに、電圧方程式を用いてｑ軸電圧指令値Ｖｑ^* をｄ
／ｑ逆変換部１５に出力する。

【００１２】［ｄ軸電流指令処理］ここで、ｄ軸電流指
令処理について図２および図３を参照して説明する。図
２は、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* と回転角速度ωθとを対応
付けたｄ軸電流指令値マップを示す説明図であり、図３
は、図１に示すｄ軸電流指令値演算部３０の処理の流れ
を示すフローチャートである。図２に示すように、ｄ軸
電流指令値マップ３０ａは、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* と回
転角速度ωθとを対応付けて構成されており、ωθはブ
ラシレスＤＣモータＭの正回転を示し、（−ωθ）は逆
回転を示す。回転角速度ωθが、（−ωθ１）≦ωθ≦
ωθ１の範囲になった場合にｄ軸電流指令値ｉｄ^* が
（−ｉｄ１^* ）となる。なお、ｄ軸電流指令値マップ３
１ａは、たとえば図示しない車両のＥＣＵ（電子制御装
置）に備えられたＲＯＭなどに記憶されている。

【００１３】図３に示すように、ｄ軸電流指令値演算部
３０は、モータ回転角速度演算部２５から出力されたモ
ータ回転角速度ωθを読込み（ステップ（以下、Ｓと略
す）１０）、ｄ軸電流指令値マップ３１ａを参照して、
上記読込んだモータ回転角速度ωθが、（−ωθ１）≦
ωθ≦ωθ１の範囲にあるか否かを判定し（Ｓ１２）、
その範囲にある場合は（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、ｄ軸電流指
令値マップ３１ａからｄ軸電流指令値（−ｉｄ１^* ）を
選択して偏差演算部１６へ出力する（Ｓ１４）。また、
ｄ軸電流指令値演算部３０は、モータ回転角速度ωθ
が、（−ωθ１）≦ωθ≦ωθ１の範囲にないと判定し
た場合は（Ｓ１２：Ｎｏ）、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* を０
に設定する（Ｓ１６）。

【００１４】そして、図１において偏差演算部１６は、
ｄ軸電流指令値演算部３０から出力されたｄ軸電流指令
値ｉｄ^* と、ｄ／ｑ変換部２３から出力されたｄ軸電流
ｉｄとの偏差ΔＩｄを演算する。ここで、ｄ軸電流指令
値ｉｄ^* が０の場合は、偏差演算部１６おいて演算され
る偏差ΔＩｄは、０−ｉｄ＝（−ｉｄ）となる。一方、
ｄ軸電流指令値ｉｄ^* が（−ｉｄ１^* ）の場合は、偏差
演算部１６において演算される偏差ΔＩｄは、（−ｉｄ
１^* −ｉｄ）となり、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* が０の場合
よりも（−ｉｄ１^* ）分、偏差ΔＩｄが負の方向へ大き
くなる。つまり、励磁電流を弱める方向に作用する。続
いて、補償部１７は、取り込んだ偏差ΔＩｄを比例積分
するとともに、電圧方程式を用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ
^* を演算し、そのｄ軸電圧指令値Ｖｄ^* をｄ／ｑ逆変換
部１５に出力する。

【００１５】そして、ｄ／ｑ逆変換部１５は、取り込ん
だｑ軸電圧指令値Ｖｑ^* およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ^* を
ｄ／ｑ逆変換（３相変換）し、電圧指令値Ｖｕ^*，Ｖ
ｖ^*，Ｖｗ^* をパルス幅変調（ＰＷＭ）部１８へ出力す
る。そして、パルス幅変調部１８は、入力した電圧指令
値Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^* にそれぞれ対応するパルス幅を
有するパルス信号をインバータ構成の駆動回路１９へ出
力し、駆動回路１９は、ｕ，ｖ，ｗの各相へ駆動電圧を
印加する。以上のように、この第１実施形態に係るモー
タ制御装置１０を使用すれば、モータ回転角速度ωθ
が、（−ωθ１）≦ωθ≦ωθ１の範囲である場合は、
負のｄ軸電流指令値ｉｄ^* を出力して励磁電流を小さく
できるため、マグネットの磁束を弱めることができるた
め、コギングトルクを小さくすることができる。したが
って、コギングトルクのレベルを低下させることができ
るため、ステアリングホイールに伝わる微振動を小さく
できるので、操舵フィーリングを向上させることができ
る。ところで、本発明者は、上記モータ制御装置１０を
使用した場合に、コギングトルクがどう低下するかを推
定した。図７は、その推定において補正前のコギングト
ルクと補正後のコギングトルクとを比較するための説明
図である。図７から、補正後の１サイクル分のコギング
トルクＴ２は、補正前の１サイクル分のコギングトルク
Ｔ１に対して約２０％小さくなることが推定された。

【００１６】［第２実施形態］次に、この発明の第２実
施形態に係るモータ制御装置について図４ないし図６を
参照して説明する。この第２実施形態に係るモータ制御
装置は、操舵トルクが小さい場合に負のｄ軸電流指令値
を出力することにより、コギングトルクを小さくするこ
とを特徴とする。図４は、この第２実施形態に係るモー
タ制御装置の主な電気的構成をブロックで示す説明図で
ある。図５は、ｄ軸電流指令値マップを示す説明図であ
り、図６は、図４に示すｄ軸電流指令値演算部３１の処
理の流れを示すフローチャートである。なお、ｄ軸電流
指令値演算部３１の処理以外は、第１実施形態と同じで
あるため、その同じ部分の説明を省略する。

【００１７】電気式動力舵取装置では、操舵時の車速が
低速になる程、大きいトルクがブラシレスＤＣモータに
発生するように制御するため、モータのトルクに対する
コギングトルクの割合が小さくなるので、コギングトル
クによる微振動を感じ難くなるが、逆に、操舵時の車速
が高速になる程、モータに発生するトルクが小さくなる
ため、モータのトルクに対するコギングトルクの割合が
大きくなるので、コギングトルクによる微振動を感じや
すくなる。そこで、操舵トルクが小さい場合に負のｄ軸
電流指令値を出力することにより、コギングトルクを小
さくする。図５に示すように、ｄ軸電流指令値マップ３
１ａは、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* とｑ軸電流指令値ｉｑ^*
とを対応付けて構成される。そして、図４に示すよう
に、ｄ軸電流指令値演算部３１は、ｑ軸電流指令値ｉｑ
^* を読込み、その取り込んだｑ軸電流指令値ｉｑ^* が所
定値である場合にｄ軸電流指令値ｉｄ^* を出力する。

【００１８】つまり、図６に示すように、ｄ軸電流指令
値演算部３１は、ｑ軸電流指令値ｉｑ^* を読込み（Ｓ２
０）、その読込んだｑ軸電流指令値ｉｑ^* が−ｉｑ１^*
≦ｉｑ^* ≦ｉｑ１^* の範囲である場合は（Ｓ２２：Ｙｅ
ｓ）、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*を（−ｉｄ１^* ）に設定し
て出力する（Ｓ２４）。また、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*が
（−ｉｑ１^*） ≦ｉｑ^* ≦ｉｑ１^* の範囲外ある場合は
（Ｓ２２：Ｎｏ）、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* を０ に設定
して出力する（Ｓ２６）。以上のように、この第２実施
形態に係るモータ制御装置１０を使用すれば、ｑ軸電流
指令値ｉｑ^* が（−ｉｑ１^*） ≦ｉｑ^* ≦ｉｑ１^* の範
囲である場合は、負のｄ軸電流指令値ｉｄ^* を出力して
励磁電流を小さくできるため、マグネットの磁束を弱め
ることができるため、コギングトルクを小さくすること
ができる。したがって、コギングトルクのレベルを低下
させることができるため、ステアリングホイールに伝わ
る微振動を小さくできるので、操舵フィーリングを向上
させることができる。また、モータトルク指令値Ｔａ
（図１）を取り込んで、そのモータトルク指令値Ｔａが
所定値である場合に、ｄ軸電流指令値ｉｄ^* として（−
ｉｄ１^* ）を出力するように構成することもできる。

【００１９】なお、上述の各実施形態では、ｄ軸電流指
令値演算部３０，３１は、一定のｄ軸電流指令値（−ｉ
ｄ１^* ）を出力したが、ｄ軸電流指令値マップ３０ａ，
３１ａを回転角速度ωθ，ｑ軸電流指令値ｉｑ^* の大き
さに対応した複数のｄ軸電流指令値を設定し、負のｄ軸
電流指令値を細かく設定するように構成してもよい。ま
た、上述の各実施形態では、モータ回転角θの検出にモ
ータ回転角センサ２１を用いたが、操舵角センサを用い
ることもできる。さらに、上述の各実施形態では、電気
式動力舵取装置に備えられたブラシレスＤＣモータＭを
制御する場合を説明したが、他の装置に備えられたブラ
シレスＤＣモータなどにこの発明を適用できることは勿
論である。

【００２０】ところで、ｑ軸電流値ｉｑが、この発明の
トルク電流値に対応し、ｄ軸電流値ｉｄが励磁電流値に
対応し、ｄ軸電流指令値（−ｉｄ１^* ）が所定の負の励
磁電流指令値に対応し、ｑ軸電流指令値ｉｑ^* がトルク
電流指令値に対応する。また、（−ωθ１）≦ωθ≦ω
θ１が請求項１に記載の所定値に対応し、（−ｉｑ
１^*） ≦ｉｑ^* ≦ｉｑ１^* が請求項２に記載の所定値に
対応する。さらに、モータ回転角センサ２１、Ａ／Ｄ変
換回路２２、モータ回転角演算部２４およびｄ／ｑ変換
部２３が、３相／２相変換手段に対応し、偏差演算部１
３，１６が偏差演算手段に対応し、補償部１４，１７、
ｄ／ｑ逆変換部１５が電圧指令値出力手段に対応する。
またさらに、モータ回転角速度演算部２５が回転角速度
演算手段に対応し、ｄ軸電流指令値演算部３０，３１お
よびｄ軸電流指令値マップ３０ａ，３１ａが励磁電流指
令値出力手段に対応する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態に係る電気式動力舵取
装置に備えられたブラシレスＤＣモータの制御装置の主
な電気的構成をブロックで示す説明図である。

【図２】第１実施形態におけるｄ軸電流指令値マップを
示す説明図である。

【図３】図１に示すｄ軸電流指令値演算部３０の処理の
流れを示すフローチャートである。

【図４】第２実施形態に係る電気式動力舵取装置に備え
られたブラシレスＤＣモータの制御装置の主な電気的構
成をブロックで示す説明図である。

【図５】第２実施形態におけるｄ軸電流指令値マップを
示す説明図である。

【図６】図４に示すｄ軸電流指令値演算部３１の処理の
流れを示すフローチャートである。

【図７】補正前のコギングトルクと補正後のコギングト
ルクとを比較する説明図である。

【符号の説明】

１０ モータ制御装置 １３，１６ 偏差演算部（偏差演算手段） １５ ｄ／ｑ逆変換部（電圧指令値出力手段） ２５ モータ回転角速度演算部（回転角速度演算手
段） ２３ ｄ／ｑ変換部（３相／２相変換手段） ３０ ｄ軸電流指令値演算部（励磁電流指令値出力手
段） ３０ａ，３１ａ ｄ軸電流指令値マップ ｉｄ 励磁電流値 ｉｑ トルク電流値 ｉｄ１^* ｄ軸電流指令値（励磁電流指令値） ｉｑ^* ｑ軸電流指令値（トルク電流指令値） Ｍ ブラシレスＤＣモータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータに流れる３相交流電流を、前記モ
   ータの回転子の回転角を用いてトルク電流値および励磁
   電流値からなる２相に変換する３相／２相変換手段と、 このモータに付与するトルク電流指令値および前記トル
   ク電流値の偏差と、励磁電流指令値および前記励磁電流
   値の偏差とを演算する偏差演算手段と、 前記演算された各偏差に対応した３相の電圧指令値を出
   力する電圧指令値出力手段とを備え、それらの電圧指令
   値に基づいて前記モータを駆動するモータ制御装置にお
   いて、 前記モータの回転子の回転角速度を演算する回転角速度
   演算手段と、 その演算された回転角速度が所定値の場合に所定の負の
   励磁電流指令値を前記偏差演算手段に出力する励磁電流
   指令値出力手段と、 を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 【請求項２】 モータに流れる３相交流電流を、前記モ
   ータの回転子の回転角を用いてトルク電流値および励磁
   電流値からなる２相に変換する３相／２相変換手段と、 このモータに付与するトルク電流指令値および前記トル
   ク電流値の偏差と、励磁電流指令値および前記励磁電流
   値の偏差とを演算する偏差演算手段と、 前記演算された各偏差に対応した３相の電圧指令値を出
   力する電圧指令値出力手段とを備え、それらの電圧指令
   値に基づいて前記モータを駆動するモータ制御装置にお
   いて、 前記モータの上位側から付与される、トルクの大きさに
   対応した値が所定値の場合に前記所定の負の励磁電流指
   令値を前記偏差演算手段に出力する励磁電流指令値出力
   手段を備えることを特徴とするモータ制御装置。