JP2014121182A - ブラシレスモータ制御方法及びブラシレスモータ制御装置並びに電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】4極24スロット構成のブラシレスモータ3を駆動制御する制御装置50は、最大トルク制御による巻線電流値を示す基本波電流を算出する基本電流算出部52と、電流センサ64にて検出した相電流値に基づいて、マグネットトルクによるトルクリップルを相殺する12次の第1高調波成分Bsin12(θ+β)と、リラクタンストルクによるトルクリップルを相殺する12次の第2高調波成分Asin12(θ+α)とを算出する補正成分算出部59と、相電流と両高調波成分のパラメータA,B,α,βとの関係が格納された補正マップ58と、各12次高調波成分を基本波電流に重畳して供給電流を補正し電流指令値Id’,Iq’を作成する電流補正部60と、を有する。
【選択図】図4
Description
Tt=Tm+Tr
=p・φa・Iq+p・(Ld−Lq)・Id・Iq
(p:極対数,φa:永久磁石による電機子鎖交磁束,Ld:d軸インダクタンス,Lq:q軸インダクタンス,Id:d軸電流,Iq:q軸電流)
最大トルク制御では、電機子電流に対して最も効率的にトルクが発生するようにId−Iq間の角度β(電流位相角)が制御され、高効率で高トルクな運転が行われる。
Tt=Tm+Tr
=p・φa・Iq+p・(Ld−Lq)・Id・Iq
にて表されるが、TmとTrのトルクリップルは別個のものである一方、両者は共にIqを含んでいるため、一方のトルクリップルを減殺させるIqを設定しても、他方のトルクリップルは減殺できない。また、TrにはIdも含まれており、モータ駆動時にTtからTmとTrを個別に抽出して各トルクリップルを同時に低減させ、モータ全体のトルクリップルを一気に減殺させるのは非常に難しい。
Iq’(θ)=Iqb(基本波電流)+Bsin12(θ+β)
(B:高調波振幅係数,β:位相のずれ,θ:回転角(電気角))
Tt(h)=Tm(h)+Tr(h)
=p・φa・Iq(h)+p・(Ld−Lq)・Id・Iq(h)
となる。上式において、第1項のTm分のトルクリップルは0であり一定となる。これに対し、第2項はIq(h)を含んだトルクリップルを有している。つまり、前記Iq’(θ)を適用した場合、Tm分のトルクリップルは0となるが、Iq(h)によってはTr分のトルクリップルは解消しない。
Id’(θ)=Idb(基本波電流)+Asin12(θ+α)
(A:高調波振幅係数,α:位相のずれ,θ:回転角(電気角))
Id’(θ)=Idb+Asin12(θ+α) (式1)
Iq’(θ)=Iqb+Bsin12(θ+β) (式2)
なお、高調波振幅係数A,Bは、トルクリップル相殺のために付加される逆位相の6次高調波成分の振幅を意味している。また、位相のずれα,βは、Tm,Trのトルクリップル波形とsinθとの位相のずれを意味している。この場合、TmとTrのリップルは別個の波形をとなるため、式1,2ではそれぞれ別の値α,βが設定されている。
例えば、前述の実施形態では、ブラシレスモータとしてIPM型のマグネット補助型リラクタンスモータを用いた例を示したが、対象となるモータはこれに限定されず、永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクとによって回転させる形式のブラシレスモータであれば、例えばロータの外周にマグネットを固定する構造のブラシレスモータにも本発明は適用可能である。
2 ステアリングシャフト
3 ブラシレスモータ
4 ステアリングホイール
5 ステアリングギヤボックス
6 タイロッド
7 車輪
8 アシストモータ部
9 減速機構部
11 トルクセンサ
12 制御装置(ECU)
21 ステータ
22 ロータ
23 モータケース
24 ステータコア
25 ティース部
26 ステータ巻線
26a 端部
27 バスバーユニット(端子ユニット)
28 ブラケット
29 外側リング部
31 スロット
32 インシュレータ
33 給電用端子
34 給電配線
35 回転軸
36a,36b ベアリング
37 ロータコア
38 レゾルバ
39 レゾルバロータ
41 レゾルバステータ
42 レゾルバブラケット
43 取付ネジ
44 スリット
45 マグネット
45n N極マグネット
45s S極マグネット
46 磁極部
50 制御装置
51 電流指令部
52 基本電流算出部
53 ベクトル制御部
54d,54q PI制御部
55 座標軸変換部(dq/UVW)
56 座標軸変換部(UVW/dq)
57 インバータ
58 補正マップ
59 補正成分算出部
60 電流補正部
61 ロータ回転数算出部
62 高調波係数マップ
63 位相調整マップ
64 電流センサ
Tt トータルトルク
Tm マグネットトルク
Tr リラクタンストルク
Idb,Iqb 基本波電流
A.B 高調波振幅係数
α,β 位相のずれ
Id',Iq' 電流指令値
Claims (9)
- 径方向内側に向けて突出する複数のティース部と、該ティース部間に形成されたスロットを介して、線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が埋設され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を有し、
前記ロータは、該ロータの外側に中心点を有する円弧に沿って設けられその突側部位を前記ロータの中心側に向けた形で前記ロータ内に形成される複数の円弧状スリットと、前記各スリット内に収容される複数個のマグネットと、前記マグネットによって形成され該ロータの周方向に沿って配置される複数の磁極部と、からなり、
前記ロータを、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクとによって回転させるブラシレスモータの制御方法であって、
当該ブラシレスモータの負荷状態に応じて、該ブラシレスモータにて最大トルクが出力される巻線電流値を示す基本波電流を算出し、
前記マグネットトルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の第1高調波成分を、前記電機子巻線の相電流と前記第1高調波成分の算出に用いられるパラメータとの関係が示された補正マップに基づいて算出し、
前記第1高調波成分を重畳させた状態で生じる前記リラクタンストルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の第2高調波成分を、前記電機子巻線の相電流と前記第2高調波成分の算出に用いられるパラメータとの関係が示された補正マップに基づいて算出し、
前記基本波電流に対し前記第1及び第2高調波成分を重畳させ、前記電機子巻線に対して供給される電流を補正することを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項1記載のブラシレスモータ制御方法において、前記補正マップは、
前記電機子巻線の相電流と前記第1及び第2高調波成分の振幅との関係を示す高調波係数マップと、
前記電機子巻線の相電流と、トルクリップル波形と前記第1及び第2高調波成分との間の位相のずれとの関係を示す位相調整マップと、を有することを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項2記載のブラシレスモータ制御方法において、
前記第1高調波成分は、q軸方向の基本波電流Iqbに対して付加される、Bsin12(θ+β)(B:高調波振幅係数,θ:回転角(電気角),β:位相のずれ)であり、
前記第2高調波成分は、d軸方向の基本波電流Idbに対して付加される、Asin12(θ+α)(A:高調波振幅係数,θ:回転角(電気角),α:位相のずれ)であり、
前記高調波係数マップには、前記電機子巻線の相電流と前記高調波振幅係数A,Bとの関係が格納され、
前記位相調整マップには、前記電機子巻線の相電流と前記位相のずれα,βとの関係が格納されることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のブラシレスモータ制御方法において、前記第1及び第2高調波成分は、当該ブラシレスモータにおけるトルクリップル率が5%を超える高負荷領域にて前記基本波電流に重畳されることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のブラシレスモータ制御方法において、前記ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用されることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
- 径方向内側に向けて突出する複数のティース部と、該ティース部間に形成されたスロットを介して、線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が埋設され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を有し、
前記ロータは、該ロータの外側に中心点を有する円弧に沿って設けられその突側部位を前記ロータの中心側に向けた形で前記ロータ内に形成される複数の円弧状スリットと、前記各スリット内に収容される複数個のマグネットと、前記マグネットによって形成され該ロータの周方向に沿って配置される複数の磁極部と、からなり、
前記ロータを、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクとによって回転させるブラシレスモータの制御装置であって、
前記電機子巻線の相電流を検出する電流センサと、
当該ブラシレスモータの負荷状態に応じて、該ブラシレスモータにて最大トルクが出力される巻線電流値を示す基本波電流を算出する基本電流算出部と、
前記電流センサにて検出した相電流値に基づいて、前記マグネットトルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の第1高調波成分と、前記第1高調波成分を重畳させた状態で生じる前記リラクタンストルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の第2高調波成分を算出する補正成分算出部と、
前記相電流と前記第1及び第2高調波成分の算出に用いられるパラメータとの関係が示された補正マップと、
前記補正成分算出部にて算出された前記第1及び第2高調波成分を前記基本波電流に重畳して前記電機子巻線に対して供給される電流を補正する電流補正部と、を有することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項6記載のブラシレスモータ制御装置において、前記補正マップは、
前記電機子巻線の相電流と前記第1及び第2高調波成分の振幅との関係を示す高調波係数マップと、
前記電機子巻線の相電流と、トルクリップル波形と前記第1及び第2高調波成分との間の位相のずれとの関係を示す位相調整マップと、を有することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項6又は7記載のブラシレスモータ制御装置において、前記ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用されることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
- 径方向内側に向けて突出する複数のティース部と、該ティース部間に形成されたスロットを介して、線間の誘起電圧が正弦波波形となる複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が埋設され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を有し、
前記ロータは、該ロータの外側に中心点を有する円弧に沿って設けられその突側部位を前記ロータの中心側に向けた形で前記ロータ内に形成される複数の円弧状スリットと、前記各スリット内に収容される複数個のマグネットと、前記マグネットによって形成され該ロータの周方向に沿って配置される複数の磁極部と、からなり、
前記ロータを、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクとによって回転させるブラシレスモータを駆動源として使用する電動パワーステアリング装置であって、
前記ブラシレスモータの負荷状態に応じて、該ブラシレスモータにて最大トルクが出力される巻線電流値を示す基本波電流を算出し、
前記マグネットトルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の第1高調波成分を、前記電機子巻線の相電流と前記第1高調波成分の算出に用いられるパラメータとの関係が示された補正マップに基づいて算出し、
前記第1高調波成分を重畳させた状態で生じる前記リラクタンストルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の第2高調波成分を、前記電機子巻線の相電流と前記第2高調波成分の算出に用いられるパラメータとの関係が示された補正マップに基づいて算出し、
前記基本波電流に対し前記第1及び第2高調波成分を重畳させ、前記電機子巻線に対して供給される電流を補正することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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