JP2022049598A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの制御装置において、モータの回転数に含まれる脈動を抑制するための工数を低減する。【解決手段】モータＭの回転数ωに含まれる脈動を抑制するローパスフィルタ８と、カットオフ周波数制御部１７とを備えて制御装置１を構成し、カットオフ周波数制御部１７は、所定周期における回転数ω´の最大値と最小値との差である第１の脈動が第１の脈動閾値より小さい場合、または、ローパスフィルタ８から出力される回転数ω´が回転数閾値ωｔｈより小さい場合、ローパスフィルタ８から出力される回転数ω´が大きいほどローパスフィルタ８のカットオフ周波数を高くし、第１の脈動が第１の脈動閾値以上である場合、または、回転数ω´が回転数閾値ωｔｈ以上である場合、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの制御装置に関する。

モータの制御装置として、トルク指令値が変化したときからの経過時間とモータの回転数が入力されるローパスフィルタの時定数との対応関係を示す情報により、トルク指令値が変化したときからの経過時間に基づいて、ローパスフィルタの時定数を低下させることで、モータの回転数に含まれる脈動（高周波成分）を抑制するものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

しかしながら、上記制御装置では、経過時間と時定数との対応関係を示す情報を事前に作成しておく必要があり、モータの回転数に含まれる脈動を抑制するために工数がかかるという懸念がある。

特開２００４－２７２７４１号公報

本発明の一側面に係る目的は、モータの制御装置において、モータの回転数に含まれる脈動を抑制するための工数を低減することである。

本発明に係る一つの形態であるモータの制御装置は、モータの第１の回転数を算出する回転数算出部と、前記回転数算出部により算出された第１の回転数に含まれる脈動を抑制し、脈動抑制後の第２の回転数を出力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御部と、前記ローパスフィルタから出力される第２の回転数と回転数指令値との回転数差に基づいて電圧指令値を出力する指令値出力部と、搬送波の電圧値と前記電圧指令値との比較結果に応じた駆動信号を出力するドライブ回路と、前記駆動信号によりスイッチング素子がオン、オフすることにより、入力される直流電力を交流電力に変換して前記モータを駆動させるインバータ回路とを備える。

前記カットオフ周波数制御部は、所定周期における前記第２の回転数の最大値と最小値との差である第１の脈動が第１の閾値より小さい場合、または、前記第２の回転数が回転数閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、前記第１の脈動が前記第１の閾値以上である場合、または、前記第２の回転数が前記回転数閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする。

これにより、モータの回転数が高くなることでローパスフィルタが機能しなくなることを抑制することができるため、回転数に含まれる脈動を抑えることができ、回転数に含まれる脈動によりモータの制御系全体の脈動を抑えることができる。また、第１の脈動が第１の閾値以上である場合、または、第２の回転数が回転数閾値以上である場合、ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする構成であり、脈動とカットオフ周波数との対応関係を示す情報や回転数とカットオフ周波数との対応関係を示す情報を事前に作成する必要がないため、回転数に含まれる脈動を抑えるための工数を低減することができる。

また、前記指令値出力部は、前記回転数差に基づいて電流指令値を出力する電流指令値出力部と、前記電流指令値と前記モータに流れる電流との電流差に基づいて前記電圧指令値を出力する電圧指令値出力部とを備え、前記カットオフ周波数制御部は、前記第１の脈動が前記第１の閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電流指令値の最大値と最小値との差である第２の脈動が第２の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、前記第１の脈動が前記第１の閾値以上である場合で、かつ、前記第２の脈動が前記第２の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くするように構成してもよい。

これにより、回転数だけでなく電流指令値の脈動も抑えることができるため、モータの制御系全体の脈動をさらに抑えることができる。

また、前記カットオフ周波数制御部は、前記第１の脈動が前記第１の閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電圧指令値の最大値と最小値との差である第３の脈動が第３の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、前記第１の脈動が前記第１の閾値以上である場合で、かつ、前記第３の脈動が前記第３の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くするように構成してもよい。

これにより、回転数だけでなく電圧指令値の脈動も抑えることができるため、モータの制御系全体の脈動をさらに抑えることができる。

また、前記カットオフ周波数制御部は、前記第１の脈動が前記第１の閾値より小さい場合、または、前記第２の脈動が前記第２の閾値より小さい場合、または、前記第３の脈動が前記第３の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、前記第１の脈動が前記第１の閾値以上である場合で、かつ、前記第２の脈動が前記第２の閾値以上である場合で、かつ、前記第３の脈動が前記第３の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くするように構成してもよい。

これにより、回転数だけでなく電流指令値や電圧指令値の脈動も抑えることができるため、モータの制御系全体の脈動をさらに抑えることができる。

また、前記カットオフ周波数制御部は、前記第２の回転数が前記回転数閾値より小さい場合、または、前記第２の脈動が前記第２の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、前記第２の回転数が前記回転数閾値以上である場合で、かつ、前記第２の脈動が前記第２の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くするように構成してもよい。

これにより、回転数だけでなく電流指令値の脈動も抑えることができるため、モータの制御系全体の脈動をさらに抑えることができる。

また、前記カットオフ周波数制御部は、前記第２の回転数が前記回転数閾値より小さい場合、または、前記第３の脈動が前記第３の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、前記第２の回転数が前記回転数閾値以上である場合で、かつ、前記第３の脈動が前記第３の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くするように構成してもよい。

これにより、回転数だけでなく電圧指令値の脈動も抑えることができるため、モータの制御系全体の脈動をさらに抑えることができる。

また、前記カットオフ周波数制御部は、前記第２の回転数が前記回転数閾値より小さい場合、または、前記第２の脈動が前記第２の閾値より小さい場合、または、前記第３の脈動が前記第３の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、前記第２の回転数が前記回転数閾値以上である場合で、かつ、前記第２の脈動が前記第２の閾値以上である場合で、かつ、前記第３の脈動が前記第３の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くするように構成してもよい。

これにより、回転数だけでなく電流指令値や電圧指令値の脈動も抑えることができるため、モータの制御系全体の脈動をさらに抑えることができる。

本発明によれば、モータの制御装置において、モータの回転数の脈動を抑制するための工数を低減することができる。

実施形態のモータの制御装置の一例を示す図である。 第１実施例のカットオフ周波数制御部の動作を示すフローチャートである。 第２実施例のカットオフ周波数制御部の動作を示すフローチャートである。 第３実施例のカットオフ周波数制御部の動作を示すフローチャートである。 第４実施例のカットオフ周波数制御部の動作を示すフローチャートである。 実施形態のモータの制御装置の変形例を示す図である。

図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

図１は、実施形態のモータの制御装置の一例を示す図である。

図１に示す制御装置１は、例えば、車両（電動フォークリフトやプラグインハイブリッド車など）に搭載されるモータＭ（三相誘導モータや三相同期モータなど）を駆動するための制御装置であって、インバータ回路２と、制御回路３とを備える。なお、モータＭは、ロータ（回転子）の位置θ（ロータの基準位置から現在の位置までの位相）を検出し、その検出した位置θを制御回路３に出力する電気角検出部Ｓｐ（レゾルバなど）を備えているものとする。

インバータ回路２は、電源Ｐから供給される直流電力を交流電力に変換してモータＭを駆動するものであって、コンデンサＣと、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６（ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）など）と、電流センサＳｉ１、Ｓｉ２とを備える。すなわち、コンデンサＣの一方端が電源Ｐの正極端子及びスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５の各コレクタ端子に接続され、コンデンサＣの他方端が電源Ｐの負極端子及びスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６の各エミッタ端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ２のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｉ１を介してモータＭのＵ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ３のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ４のコレクタ端子との接続点は電流センサＳｉ２を介してモータＭのＶ相の入力端子に接続されている。スイッチング素子ＳＷ５のエミッタ端子とスイッチング素子ＳＷ６のコレクタ端子との接続点はモータＭのＷ相の入力端子に接続されている。

コンデンサＣは、電源Ｐからインバータ回路２に出力される電圧を平滑する。

スイッチング素子ＳＷ１は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ１がハイレベルであるときオンし、駆動信号Ｓ１がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ２は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ２がハイレベルであるときオンし、駆動信号Ｓ２がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ３は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ３がハイレベルであるときオンし、駆動信号Ｓ３がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ４は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ４がハイレベルであるときオンし、駆動信号Ｓ４がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ５は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ５がハイレベルであるときオンし、駆動信号Ｓ５がローレベルであるときオフする。スイッチング素子ＳＷ６は、制御回路３から出力される駆動信号Ｓ６がハイレベルであるときオンし、駆動信号Ｓ６がローレベルであるときオフする。

スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６がそれぞれオン、オフを繰り返すことで、電源Ｐから出力される直流の電圧が、互いに位相が１２０度ずつ異なる交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換される。そして、交流電圧ＶｕがモータＭのＵ相の入力端子に印加され、交流電圧ＶｖがモータＭのＶ相の入力端子に印加され、交流電圧ＶｗがモータＭのＷ相の入力端子に印加されることで、モータＭに互いに位相が１２０度ずつ異なる交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが流れ、モータＭのロータが回転する。

電流センサＳｉ１は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、モータＭのＵ相に流れる交流電流Ｉｕを検出して制御回路３に出力する。また、電流センサＳｉ２は、ホール素子やシャント抵抗などにより構成され、モータＭのＶ相に流れる交流電流Ｉｖを検出して制御回路３に出力する。

制御回路３は、記憶部４と、ドライブ回路５と、演算部６とを備える。

記憶部４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）またはＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。

ドライブ回路５は、ＩＣ（Integrated Circuit）などにより構成され、演算部６から出力されるＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊と搬送波の電圧値とを比較し、その比較結果に応じた駆動信号Ｓ１～Ｓ６をスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６のそれぞれのゲート端子に出力する。なお、搬送波は、三角波、ノコギリ波（鋸歯状波）、逆ノコギリ波などとする。

例えば、ドライブ回路５は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともにローレベルの駆動信号Ｓ２を出力し、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊が搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ１を出力するとともにハイレベルの駆動信号Ｓ２を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともにローレベルの駆動信号Ｓ４を出力し、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊が搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ３を出力するとともにハイレベルの駆動信号Ｓ４を出力する。また、ドライブ回路５は、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波の電圧値以上である場合、ハイレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともにローレベルの駆動信号Ｓ６を出力し、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊が搬送波の電圧値より小さい場合、ローレベルの駆動信号Ｓ５を出力するとともにハイレベルの駆動信号Ｓ６を出力する。

演算部６は、マイクロコンピュータなどにより構成され、回転数算出部７と、ローパスフィルタ８と、減算部９と、トルク制御部１０と、トルク／電流指令値変換部１１と、座標変換部１２と、減算部１３と、減算部１４と、電流制御部１５と、座標変換部１６と、カットオフ周波数制御部１７とを備える。例えば、マイクロコンピュータが記憶部４に記憶されているプログラムを実行することにより、回転数算出部７、ローパスフィルタ８、減算部９、トルク制御部１０、トルク／電流指令値変換部１１、座標変換部１２、減算部１３、減算部１４、電流制御部１５、座標変換部１６、及びカットオフ周波数制御部１７が構成される。

回転数算出部７は、電気角検出部Ｓｐにより検出される位置θを用いてモータＭの回転数ω（第１の回転数）を算出する。例えば、回転数算出部７は、位置θを所定時間（演算部６のクロック周期など）で除算することにより回転数ωを求める。

ローパスフィルタ８は、回転数算出部７により算出された回転数ωに含まれる脈動を抑制し、脈動抑制後の回転数ω´（第２の回転数）を出力する。なお、ローパスフィルタ８は、回転数ωが比較的高くなると、演算部６のクロック周期の制約により機能しなくなるおそれがある。すなわち、回転数ω×脈動の所定の次数×演算部６のクロック周期＝ローパスフィルタ８のゲインとする場合、回転数ωが高くなることでローパスフィルタ８のゲインが１以上になり、回転数ωに含まれる所定の次数の脈動（６次脈動など）を抑制することができなくなるおそれがある。そして、回転数ωに含まれる所定の次数の脈動を抑制することができなくなると、電気角検出部Ｓｐにより検出される位置θに含まれるノイズ、及び、アナログ値からデジタル値に変換する際に位置θや交流電流Ｉｕ、Ｉｖに含まれる量子化誤差の影響を受けてモータＭの制御系全体が脈動するおそれがある。

減算部９は、外部から入力される回転数指令値ω＊とローパスフィルタ８から出力される回転数ω´との回転数差Δωを算出する。

トルク制御部１０は、減算部９から出力される回転数差Δωを用いてトルク指令値Ｔ＊を出力する。例えば、トルク制御部１０は、記憶部４に記憶されている、モータＭの回転数とモータＭのトルクとが互いに対応付けられている情報を参照して、回転数差Δωに相当する回転数に対応するトルクをトルク指令値Ｔ＊として出力する。

トルク／電流指令値変換部１１は、トルク制御部１０から出力されるトルク指令値Ｔ＊を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に変換する。例えば、トルク／電流指令値変換部１１は、記憶部４に記憶されている、モータＭのトルクとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とが互いに対応付けられている情報を参照して、トルク指令値Ｔ＊に相当するトルクに対応するｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。なお、トルク制御部１０及びトルク／電流指令値変換部１１により電流指令値出力部が構成されるものとする。すなわち、電流指令値出力部は、回転数ω´と回転数指令値ω＊との回転数差Δωに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を出力する。

座標変換部１２は、電流センサＳｉ１により検出される交流電流Ｉｕ及び電流センサＳｉ２により検出される交流電流Ｉｖを用いて、モータＭのＷ相に流れる交流電流Ｉｗを求める。なお、電流センサＳｉ１、Ｓｉ２により検出される電流は、交流電流Ｉｕ、Ｉｖの組み合わせに限定されず、交流電流Ｉｖ、Ｉｗの組み合わせ、または、交流電流Ｉｕ、Ｉｗの組み合わせでもよい。電流センサＳｉ１、Ｓｉ２により交流電流Ｉｖ、Ｉｗが検出される場合、座標変換部１２は、交流電流Ｉｖ、Ｉｗを用いて、交流電流Ｉｕを求める。また、電流センサＳｉ１、Ｓｉ２により交流電流Ｉｕ、Ｉｗが検出される場合、座標変換部１２は、交流電流Ｉｕ、Ｉｗを用いて、交流電流Ｉｖを求める。

また、座標変換部１２は、電気角検出部Ｓｐにより検出される位置θを用いて、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ（逆起電力を制御するための電流成分）及びｑ軸電流Ｉｑ（トルクを制御するための電流成分）に変換する。例えば、座標変換部１２は、下記式１に示す変換行列Ｃ１を用いて、交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。

また、インバータ回路２において、電流センサＳｉ１、Ｓｉ２の他に、モータＭのＷ相に流れる交流電流Ｉｗを検出する電流センサＳｉ３をさらに備える場合、座標変換部１２は、電気角検出部Ｓｐにより検出される位置θを用いて、電流センサＳｉ１～Ｓｉ３により検出される交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換するように構成してもよい。

減算部１３は、トルク／電流指令値変換部１１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、座標変換部１２から出力されるｄ軸電流Ｉｄとの電流差ΔＩｄを算出する。

減算部１４は、トルク／電流指令値変換部１１から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、座標変換部１２から出力されるｑ軸電流Ｉｑとの電流差ΔＩｑを算出する。

電流制御部１５は、減算部１３から出力される電流差ΔＩｄ及び減算部１４から出力される電流差ΔＩｑを用いたＰＩ（Proportional Integral）制御によりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。例えば、電流制御部１５は、下記式２を用いてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともに、下記式３を用いてｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。なお、ＫｐはＰＩ制御の比例項の定数とし、ＫｉはＰＩ制御の積分項の定数とし、ＬｑはモータＭを構成するコイルのｑ軸インダクタンスとし、ＬｄはモータＭを構成するコイルのｄ軸インダクタンスとし、ωは回転数算出部７から出力される回転数とし、Ｋｅは誘起電圧定数とする。

ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＝Ｋｐ×電流差ΔＩｄ＋Ｋｉ×∫（電流差ΔＩｄ）－ωＬｑＩｑ・・・式２
ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＝Ｋｐ×電流差ΔＩｑ＋Ｋｉ×∫（電流差ΔＩｑ）＋ωＬｄＩｄ＋ωＫｅ・・・式３

すなわち、電流制御部１５は、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との電流差ΔＩｄが小さくなるようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出するとともにｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との電流差ΔＩｑが小さくなるようにｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

座標変換部１６は、電気角検出部Ｓｐにより検出される位置θを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。例えば、座標変換部１６は、下記式４に示す変換行列Ｃ２を用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換する。

なお、座標変換部１２、減算部１３、減算部１４、電流制御部１５、及び座標変換部１６により電圧指令値出力部が構成されるものとする。すなわち、電圧指令値出力部は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とモータＭに流れるｄ軸電流Ｉｄとの電流差ΔＩｄ及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とモータＭに流れるｑ軸電流Ｉｑとの電流差ΔＩｑに基づいてＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊を出力する。

また、減算部９、トルク制御部１０、トルク／電流指令値変換部１１、座標変換部１２、減算部１３、減算部１４、電流制御部１５、及び座標変換部１６により指令値出力部が構成されるものとする。すなわち、指令値出力部は、回転数ω´と回転数指令値ω＊との回転数差Δωに基づいてＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、及びＷ相電圧指令値Ｖｗ＊を出力する。

カットオフ周波数制御部１７は、ローパスフィルタ８から出力される回転数ω´などに基づいて、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を制御する。

＜第１実施例＞
図２は、第１実施例におけるカットオフ周波数制御部１７の動作の一例を示す図である。なお、図２に示すフローチャートは、モータＭの回転数制御が定常状態（回転数差Δωがゼロまたは略ゼロ）になっているときに演算部６のクロック周期毎に行われるものとする。

まず、カットオフ周波数制御部１７は、回転数ω´を取得し（ステップＳ１１）、第１の脈動を算出する（ステップＳ１２）。例えば、カットオフ周波数制御部１７は、所定周期Ｔ前のクロック周期から今回のクロック周期までに記憶部４に記憶した各回転数ω´のうちの最大値と最小値との差を第１の脈動とする。また、例えば、所定周期Ｔは、演算部６のクロック周期より長い任意の時間とする。

次に、カットオフ周波数制御部１７は、第１の脈動が第１の閾値より小さい場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、回転数ω´に含まれる所定の脈動（６次脈動など）を抑制するために、回転数ω´が大きいほどカットオフ周波数を高くする（ステップＳ１４）。例えば、第１の閾値は、ローパスフィルタ８のゲインが１であるときの第１の脈動とする。また、例えば、カットオフ周波数制御部１７は、カットオフ周波数＝定数×回転数ω´を計算することによりカットオフ周波数を求める。また、例えば、定数は、所定の回転数ω´と、所定の回転数ω´に含まれる６次脈動の周波数とにより求められる。

一方、カットオフ周波数制御部１７は、第１の脈動が第１の閾値以上である場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする（ステップＳ１５）。例えば、カットオフ周波数制御部１７は、第１の脈動が第１の閾値以上である場合、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を所定周波数低くする。なお、所定周波数は、カットオフ周波数より小さい任意の周波数とする。また、所定周波数は、演算部６のクロック周期毎に、徐々に大きくなってもよいし、徐々に小さくなってもよいものとする。

第１実施例によれば、回転数ω´が比較的高い場合において、ローパスフィルタ８のゲインが１以上になることを抑制することができるため、回転数ω´の６次脈動などを抑えることができ、回転数ω´の６次脈動などによるモータＭの制御系全体の脈動を抑えることができる。

また、第１実施例によれば、第１の脈動が第１の閾値以上である場合、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする構成であり、第１の脈動とカットオフ周波数との対応関係を示す情報を参照してカットオフ周波数を制御する場合に比べて、脈動とカットオフ周波数とを事前に合わせ込む必要がないため、回転数ω´に含まれる脈動を抑えるための工数を低減することができる。

例えば第１の閾値は３０００ｒｐｍであり、第２の回転数の最大値と最小値の差である第１の脈動が３０００ｒｐｍ以上である場合、ローパスフィルタのカットオフ周波数を１，５００Ｈｚまで低減してもよい。通常は、ローパスフィルタのカットオフ周波数は第２の回転数に比例し、例えば第２の回転数が３００００ｒｐｍの場合のカットオフ周波数は１５００Ｈｚであり、第２の回転数が６００００ｒｐｍの場合のカットオフ周波数は３０００Ｈｚであるが、第１の脈動が３０００ｒｐｍ以上である場合は第２の回転数の関わらずカットオフ周波数を１５００Ｈｚまで低減できる。

＜第２実施例＞
図３は、第２実施例におけるカットオフ周波数制御部１７の動作の一例を示す図である。なお、図３に示すフローチャートは、モータＭの回転数制御が定常状態になっているときに演算部６のクロック周期毎に行われるものとする。

まず、カットオフ周波数制御部１７は、回転数ω´を取得する（ステップＳ２１）。

次に、カットオフ周波数制御部１７は、回転数ω´が回転数閾値ωｔｈより小さい場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、回転数ω´が大きいほどカットオフ周波数を高くする（ステップＳ２３）。例えば、回転数閾値ωｔｈは、ローパスフィルタ８のゲインが１であるときの回転数ω´とする。

一方、カットオフ周波数制御部１７は、回転数ω´が回転数閾値ωｔｈ以上である場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする（ステップＳ２４）。

第２実施例によれば、第１実施例と同様に、回転数ω´が比較的高い場合において、ローパスフィルタ８のゲインが１以上になることを抑制することができるため、回転数ω´の６次脈動などを抑えることができ、回転数ω´の６次脈動などによるモータＭの制御系全体の脈動を抑えることができる。

また、第２実施例によれば、回転数ω´が回転数閾値ωｔｈ以上である場合、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする構成であり、回転数ω´とカットオフ周波数との対応関係を示す情報を参照してカットオフ周波数を制御する場合に比べて、回転数ω´とカットオフ周波数とを事前に合わせ込む必要がないため、回転数ω´に含まれる脈動を抑えるための工数を低減することができる。

例えば、回転数閾値は３００００ｒｐｍであり、回転数が３０００００ｒｐｍ以上である場合、にローパスフィルタのカットオフ周波数を１，５００Ｈｚまで低減してもよい。

＜第３実施例＞
図４は、第３実施例におけるカットオフ周波数制御部１７の動作の一例を示す図である。なお、図４に示すフローチャートは、モータＭの回転数制御が定常状態になっているときに演算部６のクロック周期毎に行われるものとする。

まず、カットオフ周波数制御部１７は、回転数ω´、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、または、回転数ω´、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を取得し（ステップＳ３１）、第１～第３の脈動を算出する（ステップＳ３２）。例えば、カットオフ周波数制御部１７は、所定周期Ｔ前のクロック周期から今回のクロック周期までに記憶部４に記憶した各ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の最大値と最小値との差を、または、所定周期Ｔ前のクロック周期から今回のクロック周期までに記憶部４に記憶した各ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の最大値と最小値との差を、第２の脈動とする。また、例えば、カットオフ周波数制御部１７は、所定周期Ｔ前のクロック周期から今回のクロック周期までに記憶部４に記憶した各ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊の最大値と最小値との差を、または、所定周期Ｔ前のクロック周期から今回のクロック周期までに記憶部４に記憶した各ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の最大値と最小値との差を、第３の脈動とする。

次に、カットオフ周波数制御部１７は、第１の脈動が第１の閾値より小さい場合、または、第２の脈動が第２の閾値より小さい場合、または、第３の脈動が第３の閾値より小さい場合（ステップＳ３３：Ｎｏ、ステップＳ３４：Ｎｏ、ステップＳ３５：Ｎｏ）、回転数ω´が大きいほどカットオフ周波数を高くする（ステップＳ３６）。例えば、第２の閾値は、ローパスフィルタ８のゲインが１であるときの第２の脈動とする。また、例えば、第３の閾値は、ローパスフィルタ８のゲインが１であるときの第３の脈動とする。

一方、カットオフ周波数制御部１７は、第１の脈動が第１の閾値以上である場合で、かつ、第２の脈動が第２の閾値以上である場合で、かつ、第３の脈動が第３の閾値以上である場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ、ステップＳ３４：Ｙｅｓ、ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする（ステップＳ３７）。

なお、図４に示すフローチャートにおいて、ステップＳ３４とステップＳ３５の順番を入れ替えてもよい。また、ステップＳ３４またはステップＳ３５を省略してもよい。

第３実施例によれば、第１実施例と同様に、回転数ω´が比較的高い場合において、ローパスフィルタ８のゲインが１以上になることを抑制することができるため、回転数ω´の６次脈動などを抑えることができ、回転数ω´の６次脈動などによるモータＭの制御系全体の脈動を抑えることができる。

また、第３実施例によれば、回転数ω´の脈動だけでなくｄ軸電流指令値Ｉｄ＊またはｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の脈動やｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊またはｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の脈動も抑えることができるため、モータＭの制御系全体の脈動をさらに抑えることができる。

また、第３実施例によれば、第１の脈動が第１の閾値以上である場合で、かつ、第２の脈動が第２の閾値以上である場合で、かつ、第３の脈動が第３の閾値以上である場合、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする構成であり、第１～第３の脈動とカットオフ周波数との対応関係を示す情報を参照してカットオフ周波数を制御する場合に比べて、第１～第３の脈動とカットオフ周波数とを事前に合わせ込む必要がないため、回転数ω´に含まれる脈動を抑えるための工数を低減することができる。

例えば、第２の閾値を定格電流の２０％の電流値に設定してもよい。例えば、第３の閾値を定格電圧の２０％の電圧値に設定してもよい。

＜第４実施例＞
図５は、第４実施例におけるカットオフ周波数制御部１７の動作の一例を示す図である。なお、図５に示すフローチャートは、モータＭの回転数制御が定常状態になっているときに演算部６のクロック周期毎に行われるものとする。

まず、カットオフ周波数制御部１７は、回転数ω´、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、または、回転数ω´、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を取得し（ステップＳ４１）、第２及び第３の脈動を算出する（ステップＳ４２）。

次に、カットオフ周波数制御部１７は、回転数ω´が回転数閾値ωｔｈより小さい場合、または、第２の脈動が第２の閾値より小さい場合、または、第３の脈動が第３の閾値より小さい場合（ステップＳ４３：Ｎｏ、ステップＳ４４：Ｎｏ、ステップＳ４５：Ｎｏ）、回転数ω´が大きいほどカットオフ周波数を高くする（ステップＳ４６）。

一方、カットオフ周波数制御部１７は、回転数ω´が回転数閾値ωｔｈ以上である場合で、かつ、第２の脈動が第２の閾値以上である場合で、かつ、第３の脈動が第３の閾値以上である場合（ステップＳ４３：Ｙｅｓ、ステップＳ４４：Ｙｅｓ、ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする（ステップＳ４７）。

なお、図５に示すフローチャートにおいて、ステップＳ４４とステップＳ４５の順番を入れ替えてもよい。また、ステップＳ４４またはステップＳ４５を省略してもよい。

第４実施例によれば、第１実施例と同様に、回転数ω´が比較的高い場合において、ローパスフィルタ８のゲインが１以上になることを抑制することができるため、回転数ω´の６次脈動などを抑えることができ、回転数ω´の６次脈動などによるモータＭの制御系全体の脈動を抑えることができる。

また、第４実施例によれば、回転数ω´の６次脈動だけでなくｄ軸電流指令値Ｉｄ＊またはｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の脈動やｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊またはｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の脈動も抑えることができるため、モータＭの制御系全体の脈動をさらに抑えることができる。

また、第４実施例によれば、回転数ω´が回転数閾値ωｔｈ以上である場合で、かつ、第２の脈動が第２の閾値以上である場合で、かつ、第３の脈動が第３の閾値以上である場合、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする構成であり、回転数ω´と第２及び第３の脈動とカットオフ周波数との対応関係を示す情報を参照してカットオフ周波数を制御する場合に比べて、回転数ω´と第２及び第３の脈動とカットオフ周波数とを事前に合わせ込む必要がないため、回転数ω´に含まれる脈動を抑えるための工数を低減することができる。

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

＜変形例＞
図６は、実施形態のモータＭの制御装置１の変形例を示す図である。なお、図６において、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図６に示す制御装置１において、図１に示す制御装置１と異なる点は、電気角検出部Ｓｐが省略されている点と、演算部６において回転数算出部７の替わりに回転数算出部７´を備えている点である。例えば、マイクロコンピュータが記憶部４に記憶されているプログラムを実行することにより、回転数算出部７´が構成される。

回転数算出部７´は、座標変換部１２から出力されるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑ、並びに、電流制御部１５から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて、回転数ω（第１の回転数）及び位置θを算出する。例えば、回転数算出部７´は、下記式５に示す電圧方程式を用いて回転数ωを求め、その求めた回転数ωに所定時間（演算部６のクロック周期など）を乗算することにより位置θを求める。なお、ＲはモータＭを構成するコイルの抵抗成分とし、ｐは微分演算子とする。

ローパスフィルタ８は、回転数算出部７´により算出された回転数ωに含まれる脈動を抑制し、脈動抑制後の回転数ω´（第２の回転数）を出力する。

カットオフ周波数制御部１７は、上記第１～第４実施例により、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数を制御する。

このように構成しても、モータＭの回転数が高くなることでローパスフィルタ８が機能しなくなることを抑制することができるため、回転数ω´に含まれる脈動を抑えることができ、回転数ω´に含まれる脈動によりモータＭの制御系全体の脈動を抑えることができる。また、閾値判定によりローパスフィルタ８のカットオフ周波数を制御する構成であり、脈動などとカットオフ周波数とを事前に合わせ込む必要がないため、回転数ω´に含まれる脈動を抑えるための工数を低減することができる。

１ 制御装置
２ インバータ回路
３ 制御回路
４ 記憶部
５ ドライブ回路
６ 演算部
７、７´ 回転数算出部
８ ローパスフィルタ
９ 減算部
１０ トルク制御部
１１ トルク／電流指令値変換部
１２ 座標変換部
１３ 減算部
１４ 減算部
１５ 電流制御部
１６ 座標変換部
１７ カットオフ周波数制御部

Claims (7)

1. モータの第１の回転数を算出する回転数算出部と、
   前記回転数算出部により算出された第１の回転数に含まれる脈動を抑制し、脈動抑制後の第２の回転数を出力するローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御部と、
   前記ローパスフィルタから出力される第２の回転数と回転数指令値との回転数差に基づいて電圧指令値を出力する指令値出力部と、
   搬送波の電圧値と前記電圧指令値との比較結果に応じた駆動信号を出力するドライブ回路と、
   前記駆動信号によりスイッチング素子がオン、オフすることにより、入力される直流電力を交流電力に変換して前記モータを駆動させるインバータ回路と、
   を備え、
   前記カットオフ周波数制御部は、
   所定周期における前記第２の回転数の最大値と最小値との差である第１の脈動が第１の閾値より小さい場合、または、前記第２の回転数が回転数閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、
   前記第１の脈動が前記第１の閾値以上である場合、または、前記第２の回転数が前記回転数閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする
   ことを特徴とするモータの制御装置。
2. 請求項１に記載のモータの制御装置であって、
   前記指令値出力部は、
   前記回転数差に基づいて電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
   前記電流指令値と前記モータに流れる電流との電流差に基づいて前記電圧指令値を出力する電圧指令値出力部と、
   を備え、
   前記カットオフ周波数制御部は、
   前記第１の脈動が前記第１の閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電流指令値の最大値と最小値との差である第２の脈動が第２の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、
   前記第１の脈動が前記第１の閾値以上である場合で、かつ、前記第２の脈動が前記第２の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする
   ことを特徴とするモータの制御装置。
3. 請求項１に記載のモータの制御装置であって、
   前記指令値出力部は、
   前記回転数差に基づいて電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
   前記電流指令値と前記モータに流れる電流との電流差に基づいて前記電圧指令値を出力する電圧指令値出力部と、
   を備え、
   前記カットオフ周波数制御部は、
   前記第１の脈動が前記第１の閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電圧指令値の最大値と最小値との差である第３の脈動が第３の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、
   前記第１の脈動が前記第１の閾値以上である場合で、かつ、前記第３の脈動が前記第３の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする
   ことを特徴とするモータの制御装置。
4. 請求項１に記載のモータの制御装置であって、
   前記指令値出力部は、
   前記回転数差に基づいて電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
   前記電流指令値と前記モータに流れる電流との電流差に基づいて前記電圧指令値を出力する電圧指令値出力部と、
   を備え、
   前記カットオフ周波数制御部は、
   前記第１の脈動が前記第１の閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電流指令値の最大値と最小値との差である第２の脈動が第２の閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電圧指令値の最大値と最小値との差である第３の脈動が第３の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、
   前記第１の脈動が前記第１の閾値以上である場合で、かつ、前記第２の脈動が前記第２の閾値以上である場合で、かつ、前記第３の脈動が前記第３の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする
   ことを特徴とするモータの制御装置。
5. 請求項１に記載のモータの制御装置であって、
   前記指令値出力部は、
   前記回転数差に基づいて電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
   前記電流指令値と前記モータに流れる電流との電流差に基づいて前記電圧指令値を出力する電圧指令値出力部と、
   を備え、
   前記カットオフ周波数制御部は、
   前記第２の回転数が前記回転数閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電流指令値の最大値と最小値との差である第２の脈動が第２の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、
   前記第２の回転数が前記回転数閾値以上である場合で、かつ、前記第２の脈動が前記第２の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする
   ことを特徴とするモータの制御装置。
6. 請求項１に記載のモータの制御装置であって、
   前記指令値出力部は、
   前記回転数差に基づいて電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
   前記電流指令値と前記モータに流れる電流との電流差に基づいて前記電圧指令値を出力する電圧指令値出力部と、
   を備え、
   前記カットオフ周波数制御部は、
   前記第２の回転数が前記回転数閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電圧指令値の最大値と最小値との差である第３の脈動が第３の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、
   前記第２の回転数が前記回転数閾値以上である場合で、かつ、前記第３の脈動が前記第３の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする
   ことを特徴とするモータの制御装置。
7. 請求項１に記載のモータの制御装置であって、
   前記指令値出力部は、
   前記回転数差に基づいて電流指令値を出力する電流指令値出力部と、
   前記電流指令値と前記モータに流れる電流との電流差に基づいて前記電圧指令値を出力する電圧指令値出力部と、
   を備え、
   前記カットオフ周波数制御部は、
   前記第２の回転数が前記回転数閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電流指令値の最大値と最小値との差である第２の脈動が第２の閾値より小さい場合、または、前記所定周期における前記電圧指令値の最大値と最小値との差である第３の脈動が第３の閾値より小さい場合、前記第２の回転数が大きいほど前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くし、
   前記第２の回転数が前記回転数閾値以上である場合で、かつ、前記第２の脈動が前記第２の閾値以上である場合で、かつ、前記第３の脈動が前記第３の閾値以上である場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を現在のカットオフ周波数より低くする
   ことを特徴とするモータの制御装置。

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