JP2015213407A - 多相交流モータの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】三相交流モータの制御装置は、2組の多相巻線組に印加される交流電圧の位相差φについて、操舵速度Vsが0のときの位相差φを基準位相差である30°とし、操舵速度Vsが大きくなるに従って、位相差φを0°まで漸減させる。A次(5次、7次)トルクリップルは、操舵速度Vsが0のとき0であり、操舵速度Vsが大きくなるに従って、位相差φ=0°での値A0まで漸増する。操舵速度Vsが小さいときは、基準位相差にすることによりA次トルクリップルを低減し、ハンドルの振動を抑制する。一方、操舵速度Vsが大きいときは、位相差φを0°に近づけることでB次(11次、13次)トルクリップルを低減し、運転者の耳障りとなる音を低減する。
【選択図】図8
Description
しかし、運転者が不快に感じる音は、車両に搭載された多相交流モータの共振周波数等との関係により、5次、7次成分だけでなく、11次、13次、又はさらに高次の成分が影響する場合がある。また、人は、特定次数の高調波成分が瞬時に発生したときよりも、ある周波数分布状態が定常的に継続したときに、より耳障りと感じる場合があり得る。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、2組の巻線組を有する電動パワーステアリング装置用の多相交流モータの制御装置において、運転者の耳障りとなる音を低減する多相交流モータの制御装置を提供することにある。
制御部は、位相差について、特定次数の高調波成分を低減可能な基準位相差を含む制御範囲を設定し、多相交流モータの要求特性に基づいて、又は、多相交流モータの通電にゆらぎを生じさせるように、制御範囲内で位相差を変化させることを特徴とする。
一方、「多相交流モータの通電にゆらぎを生じさせるように位相差を変化させる」とは、比較的長い周期で変化を与えるものであり、ディザ制御の思想に近い。具体的には、時間経過に従って、例えば1秒程度の周期で位相差を変化させることをいう。
また、位相差を変化させる制御範囲は、特定次数の高調波成分を低減可能な基準位相差を含むように設定される。多相交流モータが三相交流モータの場合、基準位相差は、5次及び7次の高調波成分を低減可能な位相差であることが好ましい。
また、時間経過に従って位相差を変化させる態様では、基準位相差を跨いで設定される所定の最小値から所定の最大値までの制御範囲で位相差を周期的に変化させるとよい。
最初に、複数の実施形態に共通の構成について、図1〜図3を参照して説明する。この実施形態の制御装置は、車両の電動パワーステアリング装置において、コラム取付型の操舵アシストモータとして用いられる三相交流モータの制御装置として適用される。
図2は、電動パワーステアリング装置1を備えたステアリングシステム90の全体構成を示す。ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ94が設置されている。ステアリングシャフト92の先端にはピニオンギア96が設けられており、ピニオンギア96はラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪98が操舵される。
アクチュエータ2は、操舵アシストトルクを発生する三相交流モータ80と、モータ80を駆動する「制御装置」としてのECU10とから構成される。モータ80は、三相ブラシレスモータであり、ステータの内側に配置されたロータが回転磁界によって回転する(図3参照)。
コイル52及びコンデンサ53は、バッテリ51からインバータ601、602に入力される電圧の脈動を抑制し、平滑化する。
電流検出素子711、712、713は、それぞれ、第1系統U、V、W相の巻線811、812、813に通電される相電流を検出する。
制御部65は、マイコン67、駆動回路(プリドライバ)68等で構成される。マイコン67は、トルク指令、フィードバック電流、回転角信号等に基づき、三相電圧指令値を制御演算する。駆動回路68は、三相電圧指令値に基づいてPWM信号を生成し、MOS611〜616、621〜626のゲートに出力する。MOS611〜616、621〜626がPWM信号に従ってスイッチング動作することで、インバータ601、602から巻線組801、802に所望の交流電圧が印加される。
図3(a)に示すように、モータ80は、回転軸Oを中心としてロータ83がステータ84に対して回転する。このモータ80は、mを自然数とすると、ステータ84のコイル数が(12×m)であり、ロータ83の永久磁石87の極数が(2×m)である。図3では、m=2の例を示す。なお、mは2以外の自然数であってもよい。
以下、2組の巻線組801、802に印加される交流電圧の電気角位相差を、「2系統の位相差」、或いは、単に「位相差」という。次に、2系統の位相差と高調波成分によるトルクリップルとの関係について、図4〜図7を参照して説明する。図4以下では、相電圧波形の例としてU相電圧の波形を示す。また、交流電圧の波形は、正確には高調波成分が重畳した歪んだ波形となるが、便宜上、正弦波形の基本波のみを図示する。
2系統の位相差が0°の場合の波形を図4に示し、位相差が30°の場合の波形を図5に示す。図5では、第1系統に対し第2系統の位相が遅れる場合を例示するが、第1系統に対し第2系統の位相が進む場合についても以下の説明は同様である。
図6(a)に示すように、位相差φ=0°でのA次トルクリップルの値をA0とし、B次トルクリップルの値をB0とする。位相差φ=0°では、値A0は値B0より大きい。一方、図6(b)に示すように、位相差φ=30°ではA次トルクリップルが除去され、代わりに、B次トルクリップルの値がB0より大きくなる。
この場合、30°という位相差φは、「特定次数の高調波成分」であるA次トルクリップルを低減可能な「基準位相差」に相当する。
また、人の感覚は、一定の周波数の音が定常的に継続している状態よりも、周波数が適当に変化している状態の方が気になり難いという場合がある。
(1)モータ80の要求特性に基づいて位相差φを変化させる。
(2)モータ80の通電にゆらぎを生じさせるように位相差φを変化させる。
第1の思想では、モータ出力に関する何らかの物理量を引数とする関数として位相差φを規定し、制御部65は、その関数に従って位相差φを制御する。第2の思想では、例えば時間を引数とする関数として位相差φを規定し、制御部65は、時間変化に従って位相差φを制御する。第2の思想は、ディザ制御に近いと言ってもよい。
以下、ECU10による位相差制御の具体的な構成について、実施形態毎に説明する。
本発明の第1実施形態による位相差制御について図8を参照して説明する。第1実施形態では、「三相交流モータの要求特性」として操舵速度を引数とする関数を用いて位相差φを変化させる。
図8に示す例では、操舵速度Vsが0のときの位相差φを基準位相差である30°とし、操舵速度Vsが大きくなるに従って、位相差φを0°まで漸減させる。A次トルクリップルは、操舵速度Vsが0のとき0であり、操舵速度Vsが大きくなるに従って、位相差φ=0°での値A0まで漸増する。つまり、0°から30°までの範囲が制御範囲に相当する。
位相差φの変化パターンの詳細、例えば操舵速度Vsに対する位相差φの傾きは、モータ80を車両に搭載した状態での共振周波数等を考慮し、車両毎に設定をチューニングすることが好ましい。
図9の例でも、操舵速度Vsの全範囲について考えれば、従来技術のように位相差φを一定に固定しているわけでなく、制御範囲内で位相差φを変化させているという点で本発明の特徴を有している。
(1)ECU10は、操舵速度Vsに基づいて位相差φを変化させることにより、「位相差φが30°であり、A次トルクリップルが除去される状態」と、「位相差φが30°と0°との間であり、A次トルクリップルはある程度発生する反面、B次トルクリップルが低減する状態」とを変化させることができる。これにより、従来技術のように位相差φを30°に固定する場合に比べ、操舵期間全体を通して、運転者の耳障りとなる音を低減することができる。
本発明の第2実施形態による位相差制御について図10を参照して説明する。第2実施形態では、「三相交流モータの要求特性」としてモータ電流を引数とする関数を用いて位相差φを変化させる。
図10に示す例では、モータ電流Imが0のとき位相差φを0°とし、モータ電流Imが大きくなるに従って、基準位相差である30°に漸近させるように位相差φを変化させる。A次トルクリップルは、モータ電流Imが0のとき値A0となり、モータ電流Imが大きくなるに従って0に漸近する。
モータ電流Imとしては、電流検出器701、702が検出した相電流の振幅を用いてもよく、実効値を用いてもよい。或いは、相電流検出値をdq変換したd軸及びq軸電流を用いてもよい。
次に、本発明の第3実施形態による位相差制御について図11〜図13を参照して説明する。第3実施形態による位相差制御は、モータ80の通電にゆらぎを生じさせるものである。具体的には、制御部65は、時間経過に従って位相差φを変化させる。
また、位相差変化の一周期Tdは、交流電圧の周期に比べて十分に長い時間、例えば1秒程度の時間に設定される。ハンドル91を左側の回転限界位置から右側の回転限界位置まで回す時間が2−3秒であるとすると、その時間内に2−3周期、位相差が変化する。つまり、位相差φは、運転者が通常に変化を認識できる程度の時間で変化する。
しかも、位相範囲を変化させる制御範囲を、基準位相差である30°を中心として設定することで、A次(5次、7次)のトルクリップルを平均的に低減させ、ハンドル91に加わる振動を低減することができる。
図13(a)に示すように、最小値φmin及び最大値φmaxにおいて一定時間保持し、最小値φminと最大値φmaxとを急峻に変化させるようにしてもよい。また、最小値φmin及び最大値φmaxでの保持に代えて、又は加えて、中心値φcで一定時間保持するようにしてもよい。
さらに、図13(b)に示すように、時間に対する正弦波関数として位相差を変化させてもよい。これにより、図12の例に比べて変化を滑らかにすることができる。
(ア)本発明において位相差の変化を規定する関数は、上記実施形態で例示した操舵速度、モータ電流、又は時間を引数とするものに限らない。「多相交流モータの要求特性に基づいて位相差を変化させる」形態では、操舵加速度、操舵トルク、アシストトルク等を引数とする関数により位相差の変化を規定してもよい。
一方、「多相交流モータの通電にゆらぎを生じさせる」形態では、時間以外に、例えばモータの累積回転角度に基づいてゆらぎ周期を規定してもよい。また、ゆらぎ周期を固定するのでなく可変としてもよい。
また、制御対象とするモータは図3に例示した構成のものに限らない。制御装置は、モータの構成に応じて、2系統の位相差を変化させる具体的な方法を適宜決定してよい。
(オ)本発明の制御装置は、3系統以上の複数系統のインバータを備え、各インバータに対応する3組以上の多相巻線組から構成される多相交流モータの通電を制御するものであってもよい。3系統以上の複数系統のうち任意の2系統についての交流電圧の位相差が本発明の要件を充足する制御装置は、本発明の技術的範囲に含まれる。
60、601、602 ・・・インバータ、
65 ・・・制御部、
80 ・・・モータ(三相交流モータ、多相交流モータ)、
801、802 ・・・三相巻線組(多相巻線組)、
83 ・・・ロータ、
84 ・・・ステータ。
Claims (6)
- 車両の電動パワーステアリング装置(1)において操舵アシストトルクを発生する多相交流モータ(80)の通電を制御する制御装置(10)であって、
前記多相交流モータのステータ(84)を構成しロータ(83)に回転磁界を発生させる2組の多相巻線組(801、802)に対応して電気的に独立して設けられ、前記2組の多相巻線組に交流電圧を出力する2系統のインバータ(601、602)と、
前記2組の多相巻線組に印加される交流電圧の位相差を制御する制御部(65)と、
を備え、
前記制御部は、
前記位相差について、特定次数の高調波成分を低減可能な基準位相差を含む制御範囲を設定し、前記多相交流モータの要求特性に基づいて、又は、前記多相交流モータの通電にゆらぎを生じさせるように、前記制御範囲内で前記位相差を変化させることを特徴とする多相交流モータの制御装置。 - 前記制御部は、
運転者による操舵速度に基づいて、前記位相差を変化させることを特徴とする請求項1に記載の多相交流モータの制御装置。 - 前記制御部は、
前記多相交流モータに通電される電流に基づいて、前記位相差を変化させることを特徴とする請求項1に記載の多相交流モータの制御装置。 - 前記制御部は、
時間経過に従って前記位相差を変化させ、前記多相交流モータの通電にゆらぎを生じさせることを特徴とする請求項1に記載の多相交流モータの制御装置。 - 前記制御部は、
前記基準位相差を跨いで設定される所定の最小値(φmin)から所定の最大値(φmax)までの制御範囲で前記位相差を周期的に変化させることを特徴とする請求項4に記載の多相交流モータの制御装置。 - 前記多相交流モータは三相交流モータであり、
前記基準位相差は、5次及び7次の高調波成分を低減可能な位相差であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の多相交流モータの制御装置。
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