JP2020188555A - モータ制御装置、電動パワーステアリングシステム、電動ブレーキシステム、電動車両システム - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石同期モータで発生する振動や騒音を効果的に抑制する。【解決手段】モータ制御装置１は、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊を生成する電流指令生成部１１と、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成する電流制御部１４と、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に基づいてインバータの動作を制御するためのゲート信号を生成するゲート信号生成部１８と、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に脈動を重畳してｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊を補正する電流指令補正部１２とを備える。電流指令補正部１２は、モータの回転数に基づいて脈動の振幅および位相をそれぞれ変化させる。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ制御装置、電動パワーステアリングシステム、電動ブレーキシステムおよび電動車両システムに関する。

永久磁石同期モータは、ブラシや整流子といった機械的な電流の整流機構を必要とせず、保守が容易な上、小型軽量で効率、力率ともに高いため、電気自動車の駆動・発電等の用途に広く普及している。一般的に永久磁石同期モータは、電機子コイル等で構成される固定子と、永久磁石や鉄心等で構成される回転子から成る。バッテリ等の直流電源から供給される直流電圧をインバータで交流電圧に変換し、永久磁石同期モータの電機子コイルに交流電流を流すことにより、電機子磁束が発生する。この電機子磁束と永久磁石の磁石磁束との間に生じる吸引力・反発力によって発生するマグネットトルクや、回転子を透過する電機子磁束の磁気抵抗を最小化するために発生するリラクタンストルクにより、永久磁石同期モータが駆動される。

永久磁石同期モータには、モータの回転方向（周方向）と、モータの回転軸に対して垂直な方向（径方向）とで、電機子磁束と磁石磁束による電磁力がそれぞれ発生する。上記のトルクは、周方向の電磁力を積分したものであり、これにはモータの磁気回路の構造に起因するトルクの揺らぎ（トルクリプル）が含まれている。一方、モータの径方向に生じる電磁力は、モータの固定子やケースを変形・振動させる加振力（径方向電磁加振力）として作用する。

モータの低回転時には、他の振動・騒音要因が少ないため、トルクリプルに起因する振動・騒音が顕在化する。特に、電気自動車やハイブリッド自動車のような永久磁石同期モータを使用する環境対応自動車では、低回転時にモータの回転子とタイヤとの２慣性系によって車体共振が発生し、振動・騒音が顕著となる場合がある。一方、低回転時を除いたモータの回転数領域では、径方向の電磁力（径方向電磁加振力）は周方向の電磁力と比較して、５〜１０倍程度の大きさとなる。そのため、径方向電磁加振力による振動・騒音が支配的となる。

本願発明の関連技術として、特許文献１、２に記載の技術が知られている。特許文献１には、永久磁石同期モータの径方向に働く電磁力（ラジアル力）を低減するｄ軸電流の補正方法が開示されている。また、特許文献２には、サーボモータのトルクリプル成分と同じ周波数の正弦波を発生する正弦波発生要素をサーボ補償器に挿入し、トルクリプル成分を相殺して低減する方法が開示されている。

特開２０１４−６４４４０号公報 特開平４−１９５３０７号公報

永久磁石同期モータでは、径方向と周方向にそれぞれ発生する電磁力、すなわち上記の径方向電磁加振力およびトルクリプルの両方に起因して、振動・騒音が生じる。これらの原因の振動・騒音に対する寄与度は、モータの機械的特性や回転数に応じて変化する。そのため、特許文献１、２のようにどちらか一方の原因を低減しても、振動・騒音を効果的に抑制することができない場合がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、永久磁石同期モータで発生する振動や騒音を効果的に抑制することを目的とする。

本発明によるモータ制御装置は、直流電力から交流電力への電力変換を行う電力変換器と接続され、前記交流電力を用いて駆動する交流モータの駆動を制御するものであって、電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令に基づいて電圧指令を生成する電流制御部と、前記電圧指令に基づいて前記電力変換器の動作を制御するためのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、前記電流指令に脈動を重畳して前記電流指令を補正する電流指令補正部と、を備え、前記電流指令補正部は、前記交流モータの回転数に基づいて前記脈動の振幅および位相をそれぞれ変化させる。
本発明による電動パワーステアリングシステムは、上記のモータ制御装置と、前記モータ制御装置から出力される前記ゲート信号に基づいて動作し、直流電力から交流電力への電力変換を行う電力変換器と、前記交流電力を用いて駆動する交流モータと、を備え、前記交流モータを用いて車両のステアリングを制御する。
本発明による電動ブレーキシステムは、上記のモータ制御装置と、前記モータ制御装置から出力される前記ゲート信号に基づいて動作し、直流電力から交流電力への電力変換を行う電力変換器と、前記交流電力を用いて駆動する交流モータと、を備え、前記交流モータを用いて車両のブレーキを制御する。
本発明による電動車両システムは、上記のモータ制御装置と、前記モータ制御装置から出力される前記ゲート信号に基づいて動作し、直流電力から交流電力への電力変換を行う電力変換器と、前記交流電力を用いて駆動する交流モータと、を備え、前記交流モータの駆動力を用いて走行する。

本発明によれば、永久磁石同期モータで発生する振動や騒音を効果的に抑制できる。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を備えたモータ駆動システムの全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の機能構成を示すブロック図である。 モータの駆動時における振動や騒音の発生とその伝達経路を説明する図である。 モータの構造例を示す図である。 モータにおけるステータの変形について説明する図である。 モータの回転数と円環０次の径方向および周方向の電磁力、および電流位相角との関係の一例を示す図である。 モータの機構解析によって得られた、円環０次の径方向および周方向の単位電磁力あたりの音響パワーへの寄与度の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る電流指令補正部のブロック図である。 重畳ｄｑ軸電流振幅演算部のブロック図である。 重畳ｄｑ軸電流位相演算部のブロック図である。 重畳ｄｑ軸電流指令生成部のブロック図である。 モータが低速回転している場合の脈動電流重畳時の電磁力の計算結果を示す図である。 モータが高速回転している場合の脈動電流重畳時の電磁力の計算結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る電動制御型ブレーキの構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る電動パワーステアリングの構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る電動車両システムの構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されて使用されるモータ駆動システムへの適用例について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を備えたモータ駆動システムの全体構成図である。図１において、モータ駆動システム１００は、モータ制御装置１、永久磁石同期モータ（以下、単に「モータ」と称する）２、インバータ３、回転位置検出器４１、高圧バッテリ５を備える。

モータ制御装置１は、車両から要求される目標トルクに応じたトルク指令Ｔ＊に基づいて、モータ２の駆動を制御するためのゲート信号を生成し、インバータ３に出力する。なお、モータ制御装置１の詳細については後で説明する。

インバータ３は、インバータ回路３１、ＰＷＭ信号駆動回路３２および平滑キャパシタ３３を有する。ＰＷＭ信号駆動回路３２は、モータ制御装置１から入力されるＰＷＭ制御信号に基づいて、インバータ回路３１が有する各スイッチング素子を制御するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ回路３１に出力する。インバータ回路３１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームおよび下アームにそれぞれ対応するスイッチング素子を有している。ＰＷＭ信号駆動回路３２から入力されたＰＷＭ信号に従ってこれらのスイッチング素子がそれぞれ制御されることで、高圧バッテリ５から供給される直流電力が交流電力に変換され、モータ２に出力される。平滑キャパシタ３３は、高圧バッテリ５からインバータ回路３１に供給される直流電力を平滑化する。

モータ２は、インバータ３から供給される交流電力により回転駆動される同期モータであり、固定子および回転子を有する。インバータ３から入力された交流電力が固定子に設けられた電機子コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに印加されると、モータ２において三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが導通し、各電機子コイルに電機子磁束が発生する。この各電機子コイルの電機子磁束と、回転子に配置された永久磁石の磁石磁束との間で吸引力・反発力が発生することで、回転子にトルクが発生し、回転子が回転駆動される。

モータ２には、回転子の回転位置θを検出するための回転位置センサ４が取り付けられている。回転位置検出器４１は、回転位置センサ４の入力信号から回転位置θを演算する。回転位置検出器４１による回転位置θの演算結果はモータ制御装置１に入力され、モータ制御装置１がモータ２の誘起電圧の位相に合わせてゲート信号を生成することで行われる交流電力の位相制御において利用される。

ここで、回転位置センサ４には、鉄心と巻線とから構成されるレゾルバがより好適であるが、ＧＭＲセンサなどの磁気抵抗素子や、ホール素子を用いたセンサであっても問題ない。また、回転位置検出器４１は、回転位置センサ４からの入力信号を用いず、モータ２に流れる三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗや、インバータ３からモータ２に印加される三相交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを用いて回転位置θを推定してもよい。

インバータ３とモータ２の間には、電流検出手段７が配置されている。電流検出手段７は、モータ２を通電する三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（Ｕ相交流電流Ｉｕ、Ｖ相交流電流ＩｖおよびＷ相交流電流Ｉｗ）を検出する。電流検出手段７は、例えばホール電流センサ等を用いて構成される。電流検出手段７による三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出結果はモータ制御装置１に入力され、モータ制御装置１が行うゲート信号の生成に利用される。なお、図１では電流検出手段７が３つの電流検出器により構成される例を示しているが、電流検出器を２つとし、残る１相の交流電流は、三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの和が零であることから算出してもよい。また、高圧バッテリ５からインバータ３に流入するパルス状の直流電流を、平滑キャパシタ３３とインバータ３の間に挿入されたシャント抵抗等により検出し、この直流電流とインバータ３からモータ２に印加される三相交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを求めてもよい。

次に、モータ制御装置１の詳細について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置１の機能構成を示すブロック図である。図２において、モータ制御装置１は、電流指令生成部１１、電流指令補正部１２、三相／ｄｑ変換電流制御部１３、電流制御部１４、ｄｑ／三相電圧指令変換部１５、速度算出部１６、三角波生成部１７、ゲート信号生成部１８の各機能ブロックを有する。モータ制御装置１は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、マイクロコンピュータにおいて所定のプログラムを実行することにより、これらの機能ブロックを実現することができる。あるいは、これらの機能ブロックの一部または全部をロジックＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェア回路を用いて実現してもよい。

電流指令生成部１１は、入力されたトルクＴ＊指令と電源電圧に基づき、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊を演算する。ここでは、例えば予め設定された電流指令マップや数式等を用いて、トルク指令Ｔ＊に応じたｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊を求める。

電流指令補正部１２は、電流指令生成部１１が生成したｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊をそれぞれ補正し、補正後のｄ軸電流指令Ｉｄ２＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ２＊を演算する。このとき電流指令補正部１２は、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に所定の時間次数に応じた脈動をそれぞれ重畳することで、これらの電流指令の補正を行う。なお、電流指令補正部１２による電流指令の補正方法の詳細については後述する。

三相／ｄｑ変換電流制御部１３は、電流検出手段７が検出した三相交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対して、回転位置検出器４１が求めた回転位置θに基づくｄｑ変換を行い、ｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑを演算する。

電流制御部１４は、電流指令補正部１２から出力される補正後のｄ軸電流指令Ｉｄ２＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ２＊と、三相／ｄｑ変換電流制御部１３から出力されるｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑとの偏差に基づき、これらの値がそれぞれ一致するように、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を演算する。ここでは、例えばＰＩ制御等の制御方式により、補正後のｄ軸電流指令Ｉｄ２＊とｄ軸電流値Ｉｄの偏差に応じたｄ軸電圧指令Ｖｄ＊と、補正後のｑ軸電流指令Ｉｑ２＊とｑ軸電流値Ｉｑの偏差に応じたｑ軸電圧指令Ｖｑ＊とを求める。

ｄｑ／三相電圧指令変換部１５は、電流制御部１４が演算したｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に対して、回転位置検出器４１が求めた回転位置θに基づく三相変換を行い、三相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊（Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊およびＷ相電圧指令値Ｖｗ＊）を演算する。

速度算出部１６は、回転位置θの時間変化から、モータ２の回転速度（回転数）を表すモータ回転速度ωｒを演算する。なお、モータ回転速度ωｒは、角速度（ｒａｄ／ｓ）または回転数（ｒｐｍ）のいずれで表される値であってもよい。また、これらの値を相互に変換して用いてもよい。

三角波生成部１７は、モータ回転速度ωｒとトルク指令Ｔ＊に基づき、所定のキャリア周波数の三角波信号（キャリア信号）Ｔｒを生成する。

ゲート信号生成部１８は、ｄｑ／三相電圧指令変換部１５から出力される三相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と、三角波生成部１７から出力される三角波信号Ｔｒとの比較結果に基づき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対してパルス状の電圧を生成する。そして、生成したパルス状の電圧に基づき、インバータ３の各相のスイッチング素子に対するゲート信号を生成する。このとき、各相の上アームのゲート信号Ｇｕｐ、Ｇｖｐ、Ｇｗｐをそれぞれ論理反転させ、下アームのゲート信号Ｇｕｎ、Ｇｖｎ、Ｇｗｎを生成する。ゲート信号生成部１８が生成したゲート信号は、モータ制御装置１からインバータ３のＰＷＭ信号駆動回路３２に出力され、ＰＷＭ信号駆動回路３２によってＰＷＭ信号に変換される。これにより、インバータ回路３１の各スイッチング素子がオン／オフ制御され、インバータ３の出力電圧が調整される。

次に、モータ制御装置１における電流指令補正部１２の動作について説明する。電流指令補正部１２は、前述のようにｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に所定の時間次数に応じた脈動をそれぞれ重畳することで、電流指令の補正を行う。このとき電流指令補正部１２は、モータ２において発生する振動や騒音を打ち消すように、モータ２の回転数やトルク指令Ｔ＊に基づいて電流指令に重畳する脈動の振幅および位相を調整する。

図３は、モータ２の駆動時における振動や騒音の発生とその伝達経路を説明する図である。図３（ａ）に示すように、モータ２は、モータ取付部によりたとえば車両ボディ等の構造物に設置される。モータ２の駆動時には、出力軸であるシャフトに接続された減速ギアの噛み合い力の変化やシャフトのねじれなどにより、シャフトに対して周方向（軸周り方向）に軸振動（トルク脈動）が発生する。また、モータ２の径方向および周方向には、それぞれの電磁力に応じた加振力（電磁加振力）により、電磁騒音となる振動がそれぞれ発生する。これらの振動の大きさは、モータ２を含む構造系の固有モードと固有周波数によって異なり、モータ２の動作点に応じて変化する。

モータ２の駆動時における振動は、図３（ｂ）に示すように、モータ取付部等の構造伝達系を経由して車両側に入力され、振動や騒音を発生させる。その要因は、例えば以下のようなものである。

＜モータ構造系に固有の電磁力＞
図４は、モータ２の構造例を示す図である。図４に示すように、モータ２は、例えばステータ、ステータティース、ロータ、磁石を含んで構成される。本例では、ロータ内に磁石が埋め込まれている埋込磁石型モータ（ＩＰＭ）の例を示しているが、ロータ表面に磁石が取り付けられている表面磁石型モータ（ＳＰＭ）や、他の方式の同期モータであってもよい。こうしたモータ構造系に固有の電磁力に起因して発生する振動や騒音は、ステータのスロット数や磁石の極数に応じて定まる。

図４では、スロット数が４８、磁石の極数が８極（４極対）である場合のモータ２の例を示している。この場合、モータ２のロータが機械的に１回転する間に、１相あたりの極数は８回変化する。したがって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分で考えると、１相あたりの極数は２４回変化することになる。この１回転当たりの極数の変化回数は、時間次数や回転次数と呼ばれる。

一般的に同期モータでは、モータの回転周波数に対して、時間次数（回転次数）の倍数の周波数で振動が発生する。すなわち、図４に示す構造のモータ２の場合、回転周波数の２４次、４８次、・・・の周波数で振動が発生することになる。ここで、モータ２の極対数は上記の通り４であるため、モータ２の電気角周波数は回転周波数の４倍である。したがって、上記の振動が発生する周波数の次数は、電気角周波数の６の倍数となる。

上記の振動は、モータ構造系に固有の電磁力、すなわちモータ２のステータの構造や極数に応じて定まる電磁力に起因して生じるものである。この振動の周波数はモータ２の回転数（回転周波数）に依存して定まり、モータ２が低回転の場合は低く、高回転の場合は高くなる。なお、モータ構造系に固有の電磁力は、モータの回転方向（周方向）と、モータのロータと電機子コイル等とが吸引し合う方向（径方向）との２方向に作用する。

＜モータ構造系の固有モード＞
図５は、モータ２におけるステータの変形について説明する図である。図５に示すように、モータ２のステータは、ロータの回転に応じて周方向と径方向にそれぞれ生じる前述のモータ構造系に固有の電磁力によって変形する。このステータの変形は、円環０次、２次、４次等の固有モードを有しており、各固有モードに対応する固有周波数が存在する。この円環次数ごとの固有周波数は、モータ２の構造系によって定まる事前予測可能な周波数特性であり、例えばインパルスハンマ等でモータ２を叩いた時の固有値として得られる。なお、２次以上の円環次数では、次数が小さいほどステータが変形しやすい（振れやすい）ため、モータ２において発生する振動が大きくなるという特徴を有する。

図６は、モータ２の回転数と円環０次の径方向および周方向の電磁力、および電流位相角との関係の一例を示す図である。図６に示すように、モータ２の回転数による電流位相角の変化に応じて、モータ２に円環０次の振動を発生させる径方向および周方向の電磁力が変化する。

モータ２では、以上説明したような要因によって径方向および周方向に電磁力がそれぞれ生じることで電磁騒音が発生し、その大きさが回転数に応じて変化する。本実施形態では、電流指令補正部１２においてｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊にそれぞれ重畳する脈動をモータ２の回転数に応じて調整することで、モータ２の駆動時に生じる電磁騒音を低減する。以下では、その具体的な手法を説明する。

なお、以下の説明では、図４に示した８極４８スロットのモータ２において円環０次の振動を低減する場合の例について、本実施形態の説明を行うこととする。これは、一般的に８極４８スロットのモータでは、図５に示した円環０次の周方向および径方向の電磁力に伴う電磁騒音が支配的なためである。ただし、本発明はモータの種類（分布巻／集中巻、極数、スロット数、円環次数など）に限定されることなく、任意のモータに対して適用可能である。

図７は、モータ２の機構解析によって得られた、円環０次の径方向および周方向の単位電磁力（１Ｐａ）あたりの音響パワーへの寄与度の例を示す図である。図７では、横軸に周波数を示し、縦軸に騒音レベル、すなわち音響パワーの大きさを示している。図７から、モータ２で生じる電磁騒音の要因としては、区間ａ、ｃでは周方向の電磁力が支配的であるのに対して、区間ｂでは径方向の電磁力が支配的であることが分かる。そのため、図７に示すような関係に基づき、径方向と周方向の電磁力をそれぞれ低減することで、任意のモータ回転数における電磁騒音を低減できることが分かる。

図８は、本発明の第１の実施形態に係る電流指令補正部１２のブロック図である。電流指令補正部１２は、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１、重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２、重畳ｄｑ軸電流指令生成部１２３、減算部１２４を有する。

重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１は、トルク指令Ｔ＊、電源電圧およびモータ回転速度ωｒに基づき、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊にそれぞれ重畳する脈動の振幅を演算する。本実施形態では、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１は、図４に例示した８極４８スロットのモータ２を対象として、前述の時間次数（回転次数）の１倍から４倍までの各次数、すなわち回転周波数を基本波とする２４次、４８次、７２次、９６次の各次数について、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に対してそれぞれ重畳する脈動の振幅を演算する。なお図８では、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊に対する脈動の振幅と、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に対する脈動の振幅とを併せて、次数ごとに示している。すなわち、図８に示した重畳ｄｑ軸電流振幅Ｉｄｑ２４、Ｉｄｑ４８、Ｉｄｑ７２、Ｉｄｑ９６は、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に対する２４次、４８次、７２次、９６次の各次数での脈動の振幅をそれぞれ表している。

重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２は、トルク指令Ｔ＊、電源電圧、モータ回転速度ωｒおよび回転位置θに基づき、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊にそれぞれ重畳する脈動の位相を演算する。本実施形態では、重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２は、図４に例示した８極４８スロットのモータ２を対象として、前述の時間次数（回転次数）の１倍から４倍までの各次数、すなわち回転周波数を基本波とする２４次、４８次、７２次、９６次の各次数について、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に対してそれぞれ重畳する脈動の位相を演算する。なお図８では、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊に対する脈動の位相と、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に対する脈動の位相とを併せて、次数ごとに示している。すなわち、図８に示した重畳ｄｑ軸電流位相θｄｑ２４、θｄｑ４８、θｄｑ７２、θｄｑ９６は、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に対する２４次、４８次、７２次、９６次の各次数での脈動の位相をそれぞれ表している。

重畳ｄｑ軸電流指令生成部１２３は、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１が演算した各次数の脈動の振幅、すなわち重畳ｄｑ軸電流振幅Ｉｄｑ２４、Ｉｄｑ４８、Ｉｄｑ７２、Ｉｄｑ９６と、重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２が演算した各次数の脈動の位相、すなわち重畳ｄｑ軸電流位相θｄｑ２４、θｄｑ４８、θｄｑ７２、θｄｑ９６とに基づき、当該脈動に対応する重畳ｄ軸電流指令Ｉｈｄ＊および重畳ｑ軸電流指令Ｉｈｑ＊を生成する。

減算部１２４は、電流指令生成部１１が生成したｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊から、重畳ｄｑ軸電流指令生成部１２３が生成した重畳ｄ軸電流指令Ｉｈｄ＊、重畳ｑ軸電流指令Ｉｈｑ＊をそれぞれ減算する。これにより、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に対して、モータ２の回転数に応じた脈動としての重畳ｄ軸電流指令Ｉｈｄ＊および重畳ｑ軸電流指令Ｉｈｑ＊をそれぞれ重畳する。そして、得られた各演算結果を、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊をそれぞれ補正した補正後のｄ軸電流指令Ｉｄ２＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ２＊として、電流制御部１４へ出力する。

図９は、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１のブロック図である。重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１は、回転２４次重畳電流振幅マップ１２１０ａ、回転４８次重畳電流振幅マップ１２１０ｂ、回転７２次重畳電流振幅マップ１２１０ｃ、回転９６次重畳電流振幅マップ１２１０ｄを有する。これらの各マップ情報は、電源電圧、トルク指令Ｔ＊およびモータ回転速度ωｒの様々な組み合わせに対して、モータ２に発生する電磁騒音を効果的に低減可能な脈動の振幅を、予めシミュレーションや実測により次数毎に求めて作成されたものである。

重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１では、回転２４次重畳電流振幅マップ１２１０ａ、回転４８次重畳電流振幅マップ１２１０ｂ、回転７２次重畳電流振幅マップ１２１０ｃ、回転９６次重畳電流振幅マップ１２１０の各マップ情報を参照することで、電源電圧、トルク指令Ｔ＊およびモータ回転速度ωｒの現在値に対応するｄ軸電流およびｑ軸電流の各次数の脈動の振幅として、重畳ｄｑ軸電流振幅Ｉｄｑ２４、Ｉｄｑ４８、Ｉｄｑ７２、Ｉｄｑ９６を演算することができる。これにより、モータ２の電気角周波数を基本波とする６次、１２次、１８次、２４次の各次数に対して、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊にそれぞれ重畳する脈動の振幅を演算することができる。

図１０は、重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２のブロック図である。重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２は、極対数乗算部１２２０、次数乗算部１２２１ａ〜１２２１ｄ、２４次重畳位相θｄｑマップ１２２２ａ、４８次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｂ、７２次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｃ、９６次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｄ、加算部１２２３ａ〜１２２３ｄを有する。

重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２は、以下の式（１）に従い、回転中のモータ位相における重畳ｄ軸電流および重畳ｑ軸電流の各次数の位相を演算する。図１０のブロック図は、この演算を実現するための機能ブロック構成の一例を示している。
θｄｑＸ ＝ θｅ・Ｘ／４＋θＸ ・・・（１）
（但し、Ｘ＝２４、４８、７２、９６）

極対数乗算部１２２０では、回転位置θにモータ２の極対数を乗算することで、電気角位相θｅを演算する。

次数乗算部１２２１ａ〜１２２１ｄは、電気角周波数を基本波とする６次、１２次、１８次、２４次の各次数を電気角位相θｅに乗算し、各次数の位相θｅ−２４、θｅ−４８、θｅ−７２、θｅ−９６を演算する。

２４次重畳位相θｄｑマップ１２２２ａ、４８次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｂ、７２次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｃ、９６次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｄの各マップ情報は、電源電圧、トルク指令Ｔ＊およびモータ回転速度ωｒの様々な組み合わせに対して、モータ２に発生する電磁騒音を効果的に低減可能な脈動の位相ずれを、予めシミュレーションや実測により次数毎に求めて作成されたものである。重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２では、各マップ情報を参照することで、電源電圧、トルク指令Ｔ＊およびモータ回転速度ωｒの現在値に対応するｄ軸電流およびｑ軸電流の各次数の位相ずれθ２４、θ４８、θ７２、θ９６を演算することができる。

加算部１２２３ａ〜１２２３ｄは、各次数の位相θｅ−２４、θｅ−４８、θｅ−７２、θｅ−９６に各次数の位相ずれθ２４、θ４８、θ７２、θ９６をそれぞれ加算することで、前述の式（１）に従い、各次数の重畳ｄｑ軸電流位相θｄｑ２４、θｄｑ４８、θｄｑ７２、θｄｑ９６を演算する。

重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２では、上記のようにして、電源電圧、トルク指令Ｔ＊およびモータ回転速度ωｒの現在値に対応するｄ軸電流およびｑ軸電流の各次数の脈動の位相として、重畳ｄｑ軸電流位相θｄｑ２４、θｄｑ４８、θｄｑ７２、θｄｑ９６を演算することができる。これにより、モータ２の電気角周波数を基本波とする６次、１２次、１８次、２４次の各次数に対して、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊にそれぞれ重畳する脈動の位相を演算することができる。

図１１は、重畳ｄｑ軸電流指令生成部１２３のブロック図である。重畳ｄｑ軸電流指令生成部１２３は、余弦演算部１２３０ａ〜１２３０ｄ、乗算部１２３１ａ〜１２３１ｄ、合計部１２３２を有する。

余弦演算部１２３０ａ〜１２３０ｄは、重畳ｄｑ軸電流位相θｄｑ２４、θｄｑ４８、θｄｑ７２、θｄｑ９６の余弦をそれぞれ演算する。

乗算部１２３１ａ〜１２３１ｄは、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１により演算された各次数の重畳ｄｑ軸電流振幅Ｉｄｑ２４、Ｉｄｑ４８、Ｉｄｑ７２、Ｉｄｑ９６と、重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２および余弦演算部１２３０ａ〜１２３０ｄにより演算された各次数の重畳ｄｑ軸電流位相θｄｑ２４、θｄｑ４８、θｄｑ７２、θｄｑ９６の余弦とをそれぞれ乗算することで、各次数の重畳ｄｑ軸電流指令を演算する。

合計部１２３２は、乗算部１３０ａ〜１３０ｄによりそれぞれ演算された各次数の重畳ｄｑ軸電流指令を合計し、重畳ｄ軸電流指令Ｉｈｄ＊および重畳ｑ軸電流指令Ｉｈｑ＊を演算する。これにより、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１と重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２によってそれぞれ演算された振幅および位相に基づく各脈動成分を足し合わせて、重畳ｄ軸電流指令Ｉｈｄ＊および重畳ｑ軸電流指令Ｉｈｑ＊を生成することができる。

重畳ｄｑ軸電流指令生成部１２３では、上記のようにして、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊からそれぞれ減算される重畳ｄ軸電流指令Ｉｈｄ＊、重畳ｑ軸電流指令Ｉｈｑ＊を演算することができる。これにより、モータ２に対して円環０次の径方向および周方向の単位電磁力（１Ｐａ）あたりの音響パワーへの寄与度に基づき、電磁騒音を低減可能な電力指令を生成することができる。

次に、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１および重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２におけるマップ情報の例を説明する。前述のように、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１には、２４次、４８次、７２次、９６次の各次数に対して、回転数に応じてｄ軸電流およびｑ軸電流にそれぞれ重畳する脈動の振幅を表す回転２４次重畳電流振幅マップ１２１０ａ、回転４８次重畳電流振幅マップ１２１０ｂ、回転７２次重畳電流振幅マップ１２１０ｃ、回転９６次重畳電流振幅マップ１２１０の各マップ情報が記憶されている。また、重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２には、２４次、４８次、７２次、９６次の各次数に対して、回転数に応じてｄ軸電流およびｑ軸電流にそれぞれ重畳する脈動の位相を表す２４次重畳位相θｄｑマップ１２２２ａ、４８次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｂ、７２次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｃ、９６次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｄの各マップ情報が記憶されている。以下では、これらのマップ情報の例として、円環０次の径方向および周方向の単位電磁力（１Ｐａ）あたりの音響パワーへの寄与度に基づく回転４８次重畳電流振幅マップ１２１０ｂおよび４８次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｂの設定例を説明する。なお、他の次数のマップ情報についても同様の手法により設定可能であるが、以下ではその説明を省略する。

図１２は、モータ２が低速回転している場合の脈動電流重畳時の電磁力の計算結果を示す図である。図１２では、モータ２のｄ軸電流およびｑ軸電流に回転４８次の脈動をそれぞれ０％、２％、４％のいずれかで重畳したときに、周方向および径方向の電磁力がどのように変化するかを計算した結果を示している。具体的には、図１２（ａ）は、ｄ軸電流に対する各重畳電流の位相を４５°刻みで変化させたときの各重畳電流と径方向の電磁力との関係を示し、図１２（ｂ）は、ｄ軸電流に対する各重畳電流の位相を４５°刻みで変化させたときの各重畳電流と周方向の電磁力との関係を示している。また、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）に示した径方向の電磁力と、図１２（ｂ）に示した周方向の電磁力との比を示している。なお、これらの計算結果は、図７の区間ａに対応している。

図７で説明したように、モータ２が低速回転しているときには、周方向の電磁力が支配的である。そのため、周方向の電磁力を径方向の電磁力よりも優先して低減するようにマップ情報が設定される。例えば、周方向の電磁力をできるだけ抑制する動作点として、図１２（ｂ）の動作点２０２が選択され、この動作点２０２に対応する脈動の振幅と位相が、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１および重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２において、回転４８次重畳電流振幅マップ１２１０ｂ、４８次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｂとしてそれぞれ設定される。なお、図１２（ａ）では動作点２０１が、図１２（ｃ）では動作点２０３が、図１２（ｂ）の動作点２０２にそれぞれ対応する。

図１３は、モータ２が高速回転している場合の脈動電流重畳時の電磁力の計算結果を示す図である。図１３でも図１２と同様に、モータ２のｄ軸電流およびｑ軸電流に回転４８次の脈動をそれぞれ０％、２％、４％のいずれかで重畳したときに、周方向および径方向の電磁力がどのように変化するかを計算した結果を示している。具体的には、図１３（ａ）は、ｄ軸電流に対する各重畳電流の位相を４５°刻みで変化させたときの各重畳電流と径方向の電磁力との関係を示し、図１３（ｂ）は、ｄ軸電流に対する各重畳電流の位相を４５°刻みで変化させたときの各重畳電流と周方向の電磁力との関係を示している。また、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）に示した径方向の電磁力と、図１３（ｂ）に示した周方向の電磁力との比を示している。なお、これらの計算結果は、図７の区間ｂに対応している。

図７で説明したように、モータ２が高速回転しているときには、径方向の電磁力が支配的である。そのため、径方向の電磁力を周方向の電磁力よりも優先して低減するようにマップ情報が設定される。例えば、径方向の電磁力をできるだけ抑制する動作点として、図１３（ａ）の動作点２１１が選択され、この動作点２１１に対応する脈動の振幅と位相が、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１および重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２において、回転４８次重畳電流振幅マップ１２１０ｂ、４８次重畳位相θｄｑマップ１２２２ｂとしてそれぞれ設定される。なお、図１３（ｂ）では動作点２１２が、図１３（ｃ）では動作点２１３が、図１３（ａ）の動作点２１１にそれぞれ対応する。

本実施形態では、モータ制御装置１の電流指令補正部１２において、上記のような各ブロックの処理により、電流指令生成部１１が生成したｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊をそれぞれ補正する。これにより、モータ２において振動が発生する周波数に当たる回転周波数の２４の倍数の各次数（電気角周波数の６の倍数の各次数）について、電磁騒音への影響度に応じて径方向および周方向の電磁力をそれぞれ効果的に低減するように、電流指令生成部１１が生成する電流指令に対して脈動を重畳し、電流指令を補正することができる。その結果、モータ２の駆動時に発生する電磁騒音を効果的に抑制することが可能となる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）モータ制御装置１は、直流電力から交流電力への電力変換を行うインバータ３と接続され、その交流電力を用いて駆動するモータ２の駆動を制御するものであって、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊を生成する電流指令生成部１１と、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に基づいてｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を生成する電流制御部１４と、ｄ軸電圧指令Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令Ｖｑ＊に基づいてインバータ３の動作を制御するためのゲート信号を生成するゲート信号生成部１８と、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に脈動を重畳してｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊を補正する電流指令補正部１２とを備える。電流指令補正部１２は、モータ２の回転数に基づいて脈動の振幅および位相をそれぞれ変化させる。このようにしたので、モータ２で発生する振動や騒音を効果的に抑制できる。

（２）電流指令補正部１２は、モータ２における円環０次モードの振動を少なくとも低減するように、脈動を調整する。このようにしたので、モータ２で発生する振動や騒音を確実かつ効果的に抑制することができる。

（３）電流指令補正部１２は、モータ２の回転数に応じてそれぞれ変化するモータ２の周方向電磁力および径方向電磁力に基づいて、脈動を調整する。具体的には、電流指令補正部１２は、モータ２の回転数が所定値未満のときには、周方向電磁力を優先して抑制するように脈動を調整し、モータ２の回転数が所定値以上のときには、径方向電磁力を優先して抑制するように脈動を調整する。このようにしたので、径方向と周方向の電磁力の音響パワーへの寄与度が図７に示すような周波数特性をそれぞれ有するモータ２に対して、任意の回転数で振動や騒音を効果的に抑制できる。

（４）電流指令補正部１２は、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１と、重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２と、重畳ｄｑ軸電流指令生成部１２３と、減算部１２４とを有する。重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１は、モータ２の回転数に基づいて脈動の振幅を演算する。重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２は、モータ２の回転数に基づいて脈動の位相を演算する。重畳ｄｑ軸電流指令生成部１２３は、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１により演算された脈動の振幅と、重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２により演算された脈動の位相とに基づいて、脈動に対応する重畳ｄ軸電流指令Ｉｈｄ＊および重畳ｑ軸電流指令Ｉｈｑ＊を生成する。減算部１２４は、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊から重畳ｄ軸電流指令Ｉｈｄ＊、重畳ｑ軸電流指令Ｉｈｑ＊をそれぞれ減算することで、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に脈動をそれぞれ重畳する。このようにしたので、モータ２の回転数に応じてそれぞれ変化するモータ２の周方向電磁力および径方向電磁力に基づいて脈動を調整可能な電流指令補正部１２を実現できる。

（５）重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１および重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２は、例えば図９、図１０のブロック図でそれぞれ説明した構成により、モータ２の電気角周波数を基本波とする複数の次数に対して脈動の振幅および位相をそれぞれ演算する。重畳ｄｑ軸電流指令生成部１２３は、例えば図１１のブロック図で説明した構成により、複数の次数に対して演算された振幅および位相に基づく各脈動成分を足し合わせて、重畳ｄ軸電流指令Ｉｈｄ＊および重畳ｑ軸電流指令Ｉｈｑ＊を生成する。なお、このときの次数は、６の倍数であることが好ましい。このようにしたので、モータ２において振動が発生する周波数に当たる回転周波数の２４の倍数の各次数、すなわち電気角周波数の６の倍数の各次数について、電磁騒音への影響度に応じて径方向および周方向の電磁力をそれぞれ効果的に低減するように、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊をそれぞれ補正することができる。その結果、モータ２の駆動時に発生する電磁騒音を効果的に抑制することが可能となる。

（６）重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１および重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２は、モータ２に対するトルク指令Ｔ＊の変化に応じて、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊やｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に重畳する脈動の振幅および位相をそれぞれ変化させる。このようにしたので、モータ２のトルクが変化した場合でも、モータ２の駆動時に発生する電磁騒音を効果的に抑制することが可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態とは別の手法により、電流指令の補正を行う例について説明する。

図１４は、本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置１ａの機能構成を示すブロック図である。図１４に示すモータ制御装置１ａは、第１の実施形態で説明した図２のモータ制御装置１と比較して、電流指令生成部１１の代わりに第１電流指令生成部１１ａおよび第２電流指令生成部１１ｂが設けられている点と、電流指令補正部１２の代わりに電流指令補正部１２ａが設けられている点とが異なっている。以下では、第１の実施形態とは異なるこれらの構成を説明し、他の部分については説明を省略する。

第１電流指令生成部１１ａは、モータ２の周方向電磁力（トルク脈動）を低減するように脈動がそれぞれ重畳されたｄ軸電流指令Ｉｄ１ａ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１ａ＊を演算する。これらの電流指令に対して重畳される脈動の振幅および位相は、例えば図１２で説明したマップ情報に基づいて設定することができる。

第２電流指令生成部１１ｂは、モータ２の径方向電磁力（径方向電磁加振力）を低減するように脈動がそれぞれ重畳されたｄ軸電流指令Ｉｄ１ｂ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１ｂ＊を演算する。これらの電流指令に対して重畳される脈動の振幅および位相は、例えば図１３で説明したマップ情報に基づいて設定することができる。

電流指令補正部１２ａは、第１電流指令生成部１１ａが生成したｄ軸電流指令Ｉｄ１ａ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１ａ＊、または第２電流指令生成部１１ｂが生成したｄ軸電流指令Ｉｄ１ｂ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１ｂ＊を選択する。そして、選択したいずれかの電流指令の組み合わせを、補正後のｄ軸電流指令Ｉｄ２＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ２＊として電流制御部１４へ出力する。このとき電流指令補正部１２ａは、モータ２の回転数に応じて、選択する電流指令を切り替える。具体的には、モータ２の回転数が所定値未満のときには、第１電流指令生成部１１ａが生成したｄ軸電流指令Ｉｄ１ａ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１ａ＊を選択し、これらの電流指令を、補正後のｄ軸電流指令Ｉｄ２＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ２＊として電流制御部１４へ出力する。一方、モータ２の回転数が所定値以上のときには、第２電流指令生成部１１ｂが生成したｄ軸電流指令Ｉｄ１ｂ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１ｂ＊を選択し、これらの電流指令を、補正後のｄ軸電流指令Ｉｄ２＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ２＊として電流制御部１４へ出力する。

第１の実施形態において図８から図１１で説明した各ブロック図による電流指令補正部１２をモータ制御装置１に実装した場合、重畳ｄｑ軸電流振幅演算部１２１および重畳ｄｑ軸電流位相演算部１２２では、モータ２の回転数毎に、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊、ｑ軸電流指令Ｉｑ１＊に対してそれぞれ重畳する脈動の振幅および位相のマップ情報が必要となる。そのため、マップ点数が増大し、電流指令補正部１２の計算負荷が大きくなる。一方、本実施形態のモータ制御装置１ａでは、上記のように電流指令補正部１２ａにおいて、周方向電磁力（トルク脈動）を低減する第１電流指令生成部１１ａと、径方向電磁力（径方向電磁加振力）を低減する第２電流指令生成部１１ｂとを、モータ２の回転数に応じて切り替える。このようにすることで、マップ点数を削減し、より計算負荷が少ない電流指令補正部１２ａを実装したモータ制御装置１ａを実現できる。

なお、以上説明した第１、第２の各実施形態において、電源電圧、モータ回転数およびトルク指令Ｔ＊毎に構成された各マップ情報の入出力関係は、線形補間により補間しても良いし、離散変化させても問題ない。任意の入力値に対して出力値が得られるマップ情報であれば、どのようなマップ情報を利用してモータ制御装置１、１ａを構成しても構わない。

また、以上説明した第１、第２の各実施形態において、モータ２の回転数の変化が大きいときには、電流指令に対する脈動の重畳を停止することが好ましい。例えば、第１の実施形態において、モータ２の回転数の時間当たりの変化率が所定値以上のときには、電流指令補正部１２の動作を停止し、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ１＊への脈動の重畳を停止する。また、第２の実施形態において、モータ２の回転数の時間当たりの変化率が所定値以上のときには、電流指令補正部１２ａの動作を停止し、第１電流指令生成部１１ａおよび第２電流指令生成部１１ｂの一方から他方への切り替えを停止する。このようにすれば、モータ２の回転数が急激に変化する場合に、モータ２の駆動制御を優先させて安定した駆動状態を維持することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施形態では、電動ブレーキシステムへの適用例を説明する。

図１５は、本発明の第３の実施形態に係る電動制御型ブレーキの構成を示す図である。電動制御型ブレーキ５１は、第１、第２の実施形態でそれぞれ説明したモータ制御装置１またはモータ制御装置１ａと、図１に示したモータ２およびインバータ３とを含むモータ駆動システム１００を有しており、このモータ駆動システム１００によりプライマリ液圧室５３内部の油圧をコントロールすることで、モータ２の回生ブレーキ力と、ブレーキキャリパ５４ａ〜５４ｄをそれぞれ締め付けることで生じる摩擦ブレーキ力とを調整する。すなわち、本実施形態の電動制御型ブレーキ５１において、インバータ３は、モータ制御装置１または１ａから出力されるゲート信号に基づいて動作し、直流電力から交流電力への電力変換を行う。モータ２は、インバータ３から出力される交流電力を用いて駆動する。これにより、モータ２を用いて車両のブレーキを制御する。

一般的に車両の電動ブレーキシステムは、ブレーキペダルを介してドライバに直結しているため、振動や騒音がドライバに伝わりやすく、振動や騒音に対する要求仕様が高い。特に、ドライバがブレーキを強く踏んだ際の高トルクの領域でのモータの動作や、ドライバが意図しない条件でのモータの動作に起因して、振動や騒音が発生する場合があり、低振動化や低騒音化の要求が強い。こうした要求に対して、本実施形態の電動制御型ブレーキ５１は、モータ２が高トルク状態において回転数に比例した特定次数の振動・騒音を効果的に低減できるため、低振動かつ低騒音な電動ブレーキシステムを実現できる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施形態では、電動パワーステアリングシステムへの適用例を説明する。

図１６は、本発明の第４の実施形態に係る電動パワーステアリングの構成を示す図である。電動パワーステアリング６１は、第１、第２の実施形態でそれぞれ説明したモータ制御装置１またはモータ制御装置１ａと、図１に示したモータ２およびインバータ３とを含むモータ駆動システム１００を有している。電動パワーステアリング６１は、ステアリングホイール６２の回転トルクをトルクセンサ６３により検知し、その回転トルクに基づいてモータ駆動システム１００を動作させることで、ステアリングホイール６２の入力に応じてモータ２の駆動力をステアリングアシスト機構６４を介してステアリング機構６５へ出力し、操舵力をアシストする。その結果、ステアリング機構６５によってタイヤ６６が転舵され、車両の進行方向が制御される。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング６１において、インバータ３は、モータ制御装置１または１ａから出力されるゲート信号に基づいて動作し、直流電力から交流電力への電力変換を行う。モータ２は、インバータ３から出力される交流電力を用いて駆動する。これにより、モータ２を用いて車両のステアリングを制御する。

一般的に車両の電動パワーステアリングシステムは、ステアリングホイールを介してドライバに直結しているため、振動や騒音がドライバに伝わりやすく、振動や騒音に対する要求仕様が高い。特に、ドライバがステアリングホイールを高速で回転している状態では、他の発生要因と比較して、モータの動作が振動や騒音の原因として支配的となる。これに対して、本実施形態の電動パワーステアリング６１は、ドライバがステアリングホイール６２を高速で回転している状態での振動を効果的に低減できるため、低振動かつ低騒音な電動パワーステアリングシステムを実現できる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施形態では、電動車両システムへの適用例を説明する。

図１７は、本発明の第５の実施形態に係る電動車両システムの構成を示す図である。図１７に示す電動車両システムは、ハイブリッド電気自動車の車体７００に搭載されており、第１、第２の実施形態でそれぞれ説明したモータ制御装置１またはモータ制御装置１ａと、図１に示したモータ２、インバータ３および高圧バッテリ５とを有している。本実施形態の電動車両システムにおいて、インバータ３は、モータ制御装置１または１ａから出力されるゲート信号に基づいて動作し、直流電力から交流電力への電力変換を行う。モータ２は、インバータ３から出力される交流電力を用いて駆動する。これにより、モータ２の駆動力を用いて電動車両システムが走行することができる。

さらに、本実施形態の電動車両システムにおいて、モータ２は回転駆動力を発生する電動機としてだけでなく、駆動力を受けて発電する発電機としても作用する。すなわち、図１７の電動車両システムは、モータ２をモータ／ジェネレータとして適用したパワートレインを有する。

車体７００のフロント部には、前輪車軸７０１が回転可能に軸支されており、前輪車軸７０１の両端には、前輪７０２、７０３が設けられている。車体７００のリア部には、後輪車軸７０４が回転可能に軸支されており、後輪車軸７０４の両端には後輪７０５、７０６が設けられている。前輪車軸７０１の中央部には、動力分配機構であるデファレンシャルギア７１１が設けられており、エンジン７１０から変速機７１２を介して伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸７０１に分配するようになっている。

エンジン７１０とモータ２とは、エンジン７１０のクランクシャフトに設けられたプーリー７１０ａとモータ２の回転軸に設けられたプーリー７２０ａとがベルト７３０を介して機械的に連結されている。これにより、モータ２の回転駆動力がエンジン７１０に、エンジン７１０の回転駆動力がモータ２にそれぞれ伝達できるようになっている。

モータ２は、インバータ３によって制御された三相交流電力がステータのステータコイルに供給されることによって、ロータが回転し、三相交流電力に応じた回転駆動力を発生する。すなわち、モータ２は、インバータ３によって制御されて電動機として動作する一方、エンジン７１０の回転駆動力を受けてロータが回転することによって、ステータのステータコイルに起電力が誘起され、三相交流電力を発生する発電機として動作する。

インバータ３は、高電圧（例えば４２Ｖあるいは３００Ｖ）系電源である高圧バッテリ５から供給された直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置であり、運転指令値に従ってロータの磁極位置に応じた、モータ２のステータコイルに流れる三相交流電流を制御する。

モータ２によって発電された三相交流電力は、インバータ３によって直流電力に変換されて高圧バッテリ５を充電する。高圧バッテリ５はＤＣ−ＤＣコンバータ７２４を介して低圧バッテリ７２３に電気的に接続されている。低圧バッテリ７２３は、自動車の低電圧（例えば１４Ｖ）系電源を構成するものであり、エンジン７１０を初期始動（コールド始動）させるスタータ７２５や、ラジオ、ライト等の補機類などの電源に用いられる。

車両が信号待ちなどの停車時（アイドルストップモード）にあるとき、エンジン７１０を停止させ、再発車時にエンジン７１０を再始動（ホット始動）させる時には、インバータ３でモータ２を駆動し、エンジン７１０を再始動させる。ただし、高圧バッテリ５の充電量が不足している場合や、エンジン７１０が十分に温まっていない場合などにおいては、アイドルストップモードであっても、エンジン７１０を停止せずに駆動を継続することが好ましい。また、アイドルストップモード中においては、エアコンのコンプレッサなど、エンジン７１０を駆動源としている補機類の駆動源を確保する必要がある。この場合、エンジン７１０の代わりにモータ２を駆動させて補機類の駆動源としてもよい。

一方、車両が加速モードや高負荷運転モードにあるときは、モータ２を駆動させてエンジン７１０の駆動をアシストする。逆に、高圧バッテリ５の充電が必要な充電モードにあるときは、エンジン７１０によってモータ２を発電させて高圧バッテリ５を充電する。さらに、車両の制動時や減速時などには回生モードとして、車両の運動エネルギーによりモータ２を発電させて高圧バッテリ５を充電してもよい。

本実施形態の電動車両システムは、モータ２の回転数の駆動範囲が広い場合でも、特定の次数の電磁振動や電磁騒音を低減できるため、車体７００に貼り付ける防振材、防音材、遮音材等を低減できる。また、これらの材料を低減することで、燃費を向上することができる。更には、電気自動車やハイブリッド自動車などの永久磁石同期モータを使用する環境対応自動車において課題となる、モータの回転子とタイヤとの２つの慣性系を有することで低回転時に生じる車体共振による振動についても低減できるため、より低振動かつ低騒音な電動車両システムを構築できる。

なお、以上説明した実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１，１ａ…モータ制御装置、２…永久磁石同期モータ（モータ）、３…インバータ、４…回転位置センサ、５…高圧バッテリ、７…電流検出手段、１１…電流指令生成部、１１ａ…第１電流指令生成部、１１ｂ…第２電流指令生成部、１２，１２ｂ…電流指令補正部、１３…三相／ｄｑ変換電流制御部、１４…電流制御部、１５…ｄｑ／三相電圧指令変換部、１６…速度算出部、１７…三角波生成部、１８…ゲート信号生成部、３１…インバータ回路、３２…ＰＷＭ信号駆動回路、３３…平滑キャパシタ、４１…回転位置検出器、１００…モータ駆動システム、１２１…重畳ｄｑ軸電流振幅演算部、１２２…重畳ｄｑ軸電流位相演算部、１２３…重畳ｄｑ軸電流指令生成部、１２４…減算部

Claims (13)

1. 直流電力から交流電力への電力変換を行う電力変換器と接続され、前記交流電力を用いて駆動する交流モータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   電流指令を生成する電流指令生成部と、
   前記電流指令に基づいて電圧指令を生成する電流制御部と、
   前記電圧指令に基づいて前記電力変換器の動作を制御するためのゲート信号を生成するゲート信号生成部と、
   前記電流指令に脈動を重畳して前記電流指令を補正する電流指令補正部と、を備え、
   前記電流指令補正部は、前記交流モータの回転数に基づいて前記脈動の振幅および位相をそれぞれ変化させるモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記電流指令補正部は、前記交流モータにおける円環０次モードの振動を少なくとも低減するように、前記脈動を調整するモータ制御装置。
3. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記電流指令補正部は、前記回転数に応じてそれぞれ変化する前記交流モータの周方向電磁力および径方向電磁力に基づいて、前記脈動を調整するモータ制御装置。
4. 請求項３に記載のモータ制御装置において、
   前記電流指令補正部は、
   前記回転数が所定値未満のときには、前記周方向電磁力を優先して抑制するように前記脈動を調整し、
   前記回転数が前記所定値以上のときには、前記径方向電磁力を優先して抑制するように前記脈動を調整するモータ制御装置。
5. 請求項４に記載のモータ制御装置において、
   前記電流指令補正部は、
   前記回転数に基づいて前記脈動の振幅を演算する重畳電流振幅演算部と、
   前記回転数に基づいて前記脈動の位相を演算する重畳電流位相演算部と、
   前記重畳電流振幅演算部により演算された前記脈動の振幅と、前記重畳電流位相演算部により演算された前記脈動の位相とに基づいて、前記脈動に対応する重畳電流指令を生成する重畳電流指令生成部と、
   前記電流指令から前記重畳電流指令を減算することで前記電流指令に前記脈動を重畳する減算部と、を有するモータ制御装置。
6. 請求項５に記載のモータ制御装置において、
   前記重畳電流振幅演算部および前記重畳電流位相演算部は、前記交流モータの電気角周波数を基本波とする複数の次数に対して前記脈動の振幅および位相をそれぞれ演算し、
   前記重畳電流指令生成部は、前記振幅および前記位相に基づく各脈動成分を足し合わせて前記重畳電流指令を生成するモータ制御装置。
7. 請求項６に記載のモータ制御装置において、
   前記次数は、６の倍数であるモータ制御装置。
8. 請求項５に記載のモータ制御装置において、
   前記重畳電流振幅演算部および前記重畳電流位相演算部は、前記交流モータに対するトルク指令の変化に応じて、前記脈動の振幅および位相をそれぞれ変化させるモータ制御装置。
9. 請求項４に記載のモータ制御装置において、
   前記電流指令生成部は、前記周方向電磁力を抑制するように前記脈動が重畳された第１の電流指令を生成する第１の電流指令生成部と、前記径方向電磁力を抑制するように前記脈動が重畳された第２の電流指令を生成する第２の電流指令生成部と、を有し、
   前記電流指令補正部は、
   前記回転数が前記所定値未満のときには、前記第１の電流指令を補正後の電流指令として前記電流制御部に出力し、
   前記回転数が前記所定値以上のときには、前記第２の電流指令を補正後の電流指令として前記電流制御部に出力するモータ制御装置。
10. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
    前記電流指令補正部は、前記回転数の時間当たりの変化率が所定値以上のときには、前記電流指令への前記脈動の重畳を停止するモータ制御装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
    前記モータ制御装置から出力される前記ゲート信号に基づいて動作し、直流電力から交流電力への電力変換を行う電力変換器と、
    前記交流電力を用いて駆動する交流モータと、を備え、
    前記交流モータを用いて車両のステアリングを制御する電動パワーステアリングシステム。
12. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
    前記モータ制御装置から出力される前記ゲート信号に基づいて動作し、直流電力から交流電力への電力変換を行う電力変換器と、
    前記交流電力を用いて駆動する交流モータと、を備え、
    前記交流モータを用いて車両のブレーキを制御する電動ブレーキシステム。
13. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
    前記モータ制御装置から出力される前記ゲート信号に基づいて動作し、直流電力から交流電力への電力変換を行う電力変換器と、
    前記交流電力を用いて駆動する交流モータと、を備え、
    前記交流モータの駆動力を用いて走行する電動車両システム。

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