JP2024112118A - 同期電動機の駆動装置、ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流センサを用いずとも弱め磁束制御を行うことが可能な同期電動機の駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置１００は、同期電動機３００に対する駆動指令と、同期電動機３００の駆動状態に応じた駆動情報とが入力され、駆動指令および駆動情報に基づいて同期電動機３００に印加するｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを演算して同期電動機３００を駆動する。駆動装置１００は、駆動指令および駆動情報に基づいてｑ軸電圧Ｖｑを演算する駆動制御部１２０と、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑおよび駆動情報に基づいて、ｑ軸電圧Ｖｑへの干渉を表すｑ軸干渉項ｅｑ０を演算する干渉項演算部１３０と、ｑ軸干渉項ｅｑ０の目標値である干渉項指令ｅｑ０＊を取得し、干渉項指令ｅｑ０＊およびｑ軸干渉項ｅｑ０に基づいてｄ軸電圧Ｖｄを演算する干渉項制御部１４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期電動機の駆動装置およびこれを用いたブレーキ装置に関する。

近年、自動車のステアリングやブレーキ装置などの補機系部品の電動化が進んでいる。補器系の電動化によって、装置の高応答化や、自動車の操作性・制御性の向上が期待されている。このような電動化補機は、一般に補機用バッテリの直流電力をインバータなどの電力変換装置によって交流電力に変換し、電動機を駆動することでステアリングやブレーキなどのアクチュエータを動作させている。また、電動機には小型化・高出力密度化といった観点から、永久磁石を回転子に備えた永久磁石型同期電動機（以下、単に同期電動機と称する）を用いることが多い。

ステアリングやブレーキなどの自動車の重要部品を同期電動機によって電動化する場合、同期電動機の制御性能だけでなく、低コスト化や信頼性も求められる。同期電動機の制御性能といった観点では、同期電動機を高速に駆動するための制御方法として、同期電動機の固定子巻線に対して、永久磁石による鎖交磁束の向きと逆方向に電流を流すことで誘起電圧を抑制する弱め磁束制御が知られている。

このような弱め磁束制御を実現するために、電流ベクトル制御を行う同期電動機の駆動装置が知られている。電流ベクトル制御では、一般に電流センサを同期電動機に備えることで同期電動機に流れる電流を検出し、検出した電流値に基づいて、永久磁石の鎖交磁束の向きの電流（ｄ軸電流）と、それに直交する向きの電流（ｑ軸電流）とをそれぞれ制御する。

しかし、電流ベクトル制御を行うために電流センサを同期電動機に備えると、補機系部品のコストが増大する恐れがある。また、電流センサが故障した場合には同期電動機を駆動することが困難となるため、信頼性の低下を招く恐れもある。そこで、電流センサによるこれらのデメリットの対策として、例えば、電流センサを用いずに同期電動機を駆動する電流センサレス制御方法が知られている（特許文献１）。特許文献１の制御方法では、同期電動機のｄ軸とｑ軸に現れる干渉電圧を非干渉化し、ｄ軸電流が流れることを防止することで、電流センサレス制御における駆動システムの効率化を図っている。

特開２００５－２７３８６号公報

特許文献１の制御方法では、ｄ軸電流を流さないため弱め磁束制御が行われず、そのため同期電動機を高速に駆動しようとしても、同期電動機の回転速度が増大するにつれて誘起電圧も増大するため、高速化が困難であるという課題がある。

そこで本発明では、電流センサを用いずとも弱め磁束制御を行うことが可能な同期電動機の駆動装置を提供することを主な目的とする。

本発明による同期電動機の駆動装置は、同期電動機に対する駆動指令と、前記同期電動機の駆動状態に応じた駆動情報とが入力され、前記駆動指令および前記駆動情報に基づいて前記同期電動機に印加するｄ軸電圧およびｑ軸電圧を演算して前記同期電動機を駆動するものであって、前記駆動指令および前記駆動情報に基づいて前記ｑ軸電圧を演算する駆動制御部と、前記ｄ軸電圧、前記ｑ軸電圧および前記駆動情報に基づいて、前記ｑ軸電圧への干渉を表すｑ軸干渉項を演算する干渉項演算部と、前記ｑ軸干渉項の目標値である干渉項指令を取得し、前記干渉項指令および前記ｑ軸干渉項に基づいて前記ｄ軸電圧を演算する干渉項制御部と、を備える。
本発明によるブレーキ装置は、車両に搭載されるものであって、同期電動機の駆動装置と、前記同期電動機の駆動力を用いて前記車両のブレーキパッドの動作を制御するブレーキアクチュエータと、を備える。

本発明によれば、電流センサを用いずとも弱め磁束制御を行うことが可能な同期電動機の駆動装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る同期電動機の駆動装置の主たる機能を示す構成図である。 駆動情報演算部および駆動制御部の主たる演算構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る干渉項演算部の主たる演算構成を示す図である。 干渉項制御部の主たる演算構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る同期電動機の駆動装置の主たる機能を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る干渉項演算部の主たる演算構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るブレーキ装置の主要構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る同期電動機の駆動装置１００（以下、単に駆動装置１００と称する）の主たる機能を示す構成図である。駆動装置１００は、電力変換器２００と接続されており、電力変換器２００は同期電動機３００と電気的に接続されている。また、同期電動機３００には、その回転子位置を検出するための位置センサ４００が備えられており、これにより同期電動機３００の駆動状態に応じた駆動情報として、同期電動機３００の回転子位置を表す電気角θを検出している。

駆動装置１００には、上位制御装置（図示せず）から同期電動機３００に対する駆動指令として、干渉項指令ｅｑ０＊および加速トルク指令τａ＊が与えられるとともに、位置センサ４００によって所定の周期で検出される電気角θが与えられる。駆動装置１００は、これらの信号に基づいて、同期電動機３００に印加するｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを決定し、電力変換器２００へ送信する。

電力変換器２００は、直流電力を交流電力に変換して同期電動機３００へ出力する装置であり、例えば複数の半導体スイッチ素子を組み合わせて構成されるインバータである。同期電動機３００の駆動時には、駆動装置１００から送信されるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑに基づいて電力変換器２００の各半導体スイッチ素子をオン／オフ制御することで、三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成し、これらを同期電動機３００に印加して同期電動機３００を駆動する。

同期電動機３００は、回転子に永久磁石（強磁性体）を備え、固定子に電機子巻線を巻回して構成される永久磁石型の同期電動機である。電力変換器２００が駆動装置１００からのｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑに応じて生成した三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが供給されることにより、同期電動機３００は駆動する。これにより、駆動装置１００は電力変換器２００を介して同期電動機３００を駆動することができる。

位置センサ４００は、例えばレゾルバやホール効果を利用したホール素子など、同期電動機３００の回転子位置を表す電気角θを検出可能なセンサである。ただし本実施形態では、同期電動機３００が位置センサ４００を備えた構成を例示しているが、例えば同期電動機３００の電圧などの情報を使用して、位置センサ４００を用いずに電気角θを推定する構成としても良い。このような構成にすると位置センサ４００が不要となるため、より一層の低コスト化を図ることができる。

駆動装置１００は、同期電動機３００に対する駆動指令である干渉項指令ｅｑ０＊および加速トルク指令τａ＊と、位置センサ４００によって所定の周期で検出される電気角θの値、すなわち同期電動機３００の駆動状態に応じた駆動情報である回転子位置の時間変化とに基づいて、同期電動機３００を駆動するためのｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを演算する。駆動装置１００は、駆動情報演算部１１０と、駆動制御部１２０と、干渉項演算部１３０と、干渉項制御部１４０と、の各機能ブロックを備える。駆動装置１００は、例えばＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせて構成されるマイクロコンピュータを用いて構成され、ＣＰＵ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が実現される。なお、駆動装置１００の機能の一部または全部を、ＦＰＧＡ等のロジック回路を用いて実現しても良い。

駆動情報演算部１１０は、同期電動機３００の駆動状態に応じた駆動情報として、電気角θの値の時間変化を取得し、この電気角θの時間変化に基づいて、同期電動機３００の電気角速度ωと加速トルクτａを演算する。なお、駆動情報演算部１１０による電気角速度ωおよび加速トルクτａの演算方法の詳細については後述する。

駆動制御部１２０は、同期電動機３００に対する駆動指令と、駆動情報演算部１１０により取得される同期電動機３００の駆動情報とに基づいて、ｑ軸電圧Ｖｑを演算する。具体的には、駆動制御部１２０は、同期電動機３００に対する加速トルク指令τａ＊を駆動指令として取得し、この加速トルク指令τａ＊と、駆動情報演算部１１０により演算される加速トルクτａとの偏差に基づいて、ｑ軸電圧Ｖｑを演算する。なお、駆動制御部１２０によるｑ軸電圧Ｖｑの演算方法の詳細については後述する。

駆動情報演算部１１０および駆動制御部１２０による演算方法の詳細について、以下に図２を参照して説明する。図２は、駆動情報演算部１１０および駆動制御部１２０の主たる演算構成を示す図である。

駆動情報演算部１１０は、微分演算器１１１と、微分演算器１１２と、単位換算器１１３とを備えており、電気角θを入力として、同期電動機３００の電気角速度ωと加速トルクτａを出力する。電気角速度ωは干渉項演算部１３０へ入力信号として送信され、加速トルクτａは駆動制御部１２０へ入力信号として送信される。

微分演算器１１１は、電気角θを入力信号として微分演算を行い、同期電動機３００の電気角速度ωを演算する。

微分演算器１１２は、電気角速度ωを入力信号として微分演算を行い、同期電動機３００の電気角加速度を演算する。

単位換算器１１３は、同期電動機３００の電気角加速度を入力信号として単位換算を行うことで、加速トルクτａを演算する。単位換算器１１３は、例えば予め設定された同期電動機３００の慣性モーメントを記憶しておき、この慣性モーメントを使用して、電気角加速度から加速トルクτａへの単位換算を行うことができる。

なお、微分演算器１１１や微分演算器１１２は、微分演算を行うので電気角θに含まれる検出ノイズを増幅する恐れがある。その場合は、フィルタを設けて検出ノイズを低減する構成としても良い。

駆動制御部１２０は、減算器１２１と、比例制御器１２２と、積分制御器１２３と、加算器１２４とを備えており、加速トルク指令τａ＊と加速トルクτａを入力信号として、ｑ軸電圧Ｖｑを出力する。

減算器１２１は、加速トルク指令τａ＊と加速トルクτａの偏差を演算し、比例制御器１２２と積分制御器１２３へそれぞれの入力信号として送信する。

比例制御器１２２は、減算器１２１により演算された加速トルク指令τａ＊と加速トルクτａの偏差を予め設定された所定の比例ゲインによって増幅し、加算器１２４へ送信する。

積分制御器１２３は、減算器１２１により演算された加速トルク指令τａ＊と加速トルクτａの偏差を時間積分し、その積分値を予め設定された所定の積分ゲインによって増幅して、加算器１２４へ送信する。

加算器１２４は、比例制御器１２２の演算結果と積分制御器１２３の演算結果との和を求め、その演算結果をｑ軸電圧Ｖｑとして出力する。

なお、本実施形態では駆動制御部１２０の入力として加速トルク指令τａ＊と加速トルクτａを用いているが、駆動情報演算部１１０が単位換算器１１３を備えずに電気角加速度を出力し、この電気角加速度を駆動制御部１２０に入力するとともに、駆動制御部１２０が上位制御装置から電気角加速度指令を取得し、これらを用いて同期電動機３００を制御する構成としても良い。このような構成とすると、同期電動機３００の慣性モーメントに製造バラつきがあっても、その影響を受けなくなる利点がある。

また、駆動制御部１２０の入力には同期電動機の３００の電気角速度を用いても良い。この構成とする場合、微分演算器１１２を省略できるので、電気角θに含まれる検出ノイズの影響を低減できる利点がある。

さらに、本実施形態では駆動制御部１２０が比例制御器１２２と積分制御器１２３を備えており、予め設定された比例ゲインや積分ゲインを用いて比例・積分制御を行う構成を例示したが、比例ゲインや積分ゲインの値をオンラインで更新可能としても良い。さらに、加速トルク指令τａ＊のフィードフォワード制御や他の制御手段を用いて、駆動制御部１２０の高度化を図っても良い。

図１の説明に戻ると、干渉項演算部１３０は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑおよび同期電動機３００の駆動情報である電気角θに基づいて、ｑ軸電圧Ｖｑへの干渉を表すｑ軸干渉項ｅｑ０を演算する。具体的には、干渉項演算部１３０は、干渉項制御部１４０により演算されるｄ軸電圧Ｖｄと、駆動制御部１２０により演算されるｑ軸電圧Ｖｑと、電気角θの時間変化に応じて駆動情報演算部１１０により演算される電気角速度ωとに基づいて、ｑ軸干渉項ｅｑ０を演算する。

本実施形態の干渉項演算部１３０による演算方法の詳細について、以下に図３を参照して説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る干渉項演算部１３０の主たる演算構成を示す図である。本実施形態において、干渉項演算部１３０は、Ｖｄ－ｅｑ０特性演算部１３１と、Ｖｑ－ｅｑ０特性演算部１３２と、加算器１３３とを備えている。

一般に、同期電動機３００の電圧方程式は次の式（１），（２）で表される。
Ｖｄ＝Ｒ×ｉｄ＋ｓ×Ｌｄ×ｉｄ－ω×Ｌｑ×ｉｑ ・・・（１）
Ｖｑ＝Ｒ×ｉｑ＋ｓ×Ｌｑ×ｉｑ＋ω×Ｌｄ×ｉｄ＋ω×φ ・・・（２）

電圧方程式（１），（２）において、Ｒ，Ｌｄ，Ｌｑ，φ，ｉｄ，ｉｑはそれぞれ、同期電動機３００の固定子巻線抵抗、ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、永久磁石による鎖交磁束、ｄ軸電流、ｑ軸電流を表し、ｓは微分演算子である。式（１）におけるω×Ｌｑ×ｉｑと、式（２）におけるω×Ｌｄ×ｉｄ＋ω×φは、ｑ軸とｄ軸の磁束がそれぞれ他方に影響する干渉項である。同期電動機３００の制御では、これらの干渉項があるため、電流センサレスによる弱め磁束制御を困難にしている。

しかし、上記の干渉項の一つであるω×Ｌｄ×ｉｄ＋ω×φには、弱め磁束電流であるｄ軸電流ｉｄの情報が含まれている。そこで、本実施形態ではω×Ｌｄ×ｉｄ＝ｅｑ０とし、以下のようにしてこのｑ軸干渉項ｅｑ０を弱め磁束制御に利用する。

ｄ軸電圧Ｖｄからｑ軸干渉項ｅｑ０への伝達特性を表す伝達関数は、電圧方程式（１），（２）に基づき、次の式（３）で表すことができる。式（３）の成分ｅｑ０１は、ｑ軸干渉項ｅｑ０のうちｄ軸電圧Ｖｄに応じて定まる成分を表している。これは、干渉項制御部１４０により演算されるｄ軸電圧Ｖｄの値と、駆動情報演算部１１０により演算される電気角速度ωの値とを、式（３）の伝達関数にそれぞれ代入することで求められる。
ｅｑ０１＝｛ω×Ｌｄ×（Ｒ＋ｓ×Ｌｑ）×Ｖｄ｝÷
｛Ｌｄ×Ｌｑ×ｓ＾２＋Ｒ×（Ｌｄ＋Ｌｑ）×ｓ＋Ｒ＾２＋Ｌｄ×Ｌｑ×ω＾２｝
・・・（３）

ｑ軸電圧Ｖｑからｑ軸干渉項ｅｑ０への伝達特性を表す伝達関数は、電圧方程式（１），（２）に基づき、次の式（４）で表すことができる。式（４）の成分ｅｑ０２は、ｑ軸干渉項ｅｑ０のうちｑ軸電圧Ｖｑに応じて定まる成分を表している。これは、駆動制御部１２０により演算されるｑ軸電圧Ｖｑの値と、駆動情報演算部１１０により演算される電気角速度ωの値とを、式（４）の伝達関数にそれぞれ代入することで求められる。
ｅｑ０２＝｛（ω＾２）×Ｌｄ×Ｌｑ×（Ｖｑ－ω×φ）｝÷
｛Ｌｄ×Ｌｑ×ｓ＾２＋Ｒ×（Ｌｄ＋Ｌｑ）×ｓ＋Ｒ＾２＋Ｌｄ×Ｌｑ×ω＾２｝
・・・（４）

式（３）で求められるｑ軸干渉項の成分ｅｑ０１と、式（４）で求められるｑ軸干渉項の成分ｅｑ０２との和が、弱め磁束電流であるｄ軸電流ｉｄの情報を含んだｑ軸干渉項ｅｑ０である。そのため、干渉項演算部１３０では、Ｖｄ－ｅｑ０特性演算部１３１により、予め記憶された式（３）を、ｄ軸電圧Ｖｄからｑ軸干渉項ｅｑ０への伝達特性を表す第１の伝達関数として用いて、第１のｑ軸干渉項成分ｅｑ０１を演算する。また、Ｖｑ－ｅｑ０特性演算部１３２により、予め記憶された式（４）を、ｑ軸電圧Ｖｑからｑ軸干渉項ｅｑ０への伝達特性を表す第２の伝達関数として用いて、第２のｑ軸干渉項成分ｅｑ０２を演算する。そして、加算器１３３により、第１のｑ軸干渉項成分ｅｑ０１と第２のｑ軸干渉項成分ｅｑ０２との和を計算することで、ｑ軸干渉項ｅｑ０を演算する。

図１の説明に戻ると、干渉項制御部１４０は、ｑ軸干渉項ｅｑ０の目標値を取得し、この目標値と、干渉項演算部１３０により演算されるｑ軸干渉項ｅｑ０とに基づいて、ｄ軸電圧Ｖｄを演算する。具体的には、干渉項制御部１４０は、同期電動機３００に対する駆動指令として駆動装置１００に入力された干渉項指令ｅｑ０＊をｑ軸干渉項ｅｑ０の目標値として取得し、この干渉項指令ｅｑ０＊にｑ軸干渉項ｅｑ０が近付くように、ｄ軸電圧Ｖｄを演算する。

図４は、干渉項制御部１４０の主たる演算構成を示す図である。干渉項制御部１４０は、減算器１４１と、比例制御器１４２と、積分制御器１４３と、加算器１４４とを備えており、干渉項指令ｅｑ０＊およびｑ軸干渉項ｅｑ０を入力信号として、ｄ軸電圧Ｖｄを出力する。

減算器１４１は、干渉項指令ｅｑ０＊とｑ軸干渉項ｅｑ０の偏差を演算し、比例制御器１４２と積分制御器１４３へそれぞれの入力信号として送信する。

比例制御器１４２は、減算器１４１により演算された干渉項指令ｅｑ０＊とｑ軸干渉項ｅｑ０の偏差を予め設定された所定の比例ゲインによって増幅し、加算器１４４へ送信する。

積分制御器１４３は、減算器１４１により演算された干渉項指令ｅｑ０＊とｑ軸干渉項ｅｑ０の偏差を時間積分し、その積分値を予め設定された所定の積分ゲインによって増幅して、加算器１４４へ送信する。

加算器１４４は、比例制御器１４２の演算結果と積分制御器１４３の演算結果との和を求め、その演算結果をｄ軸電圧Ｖｄとして出力する。

干渉項指令ｅｑ０＊は、前述のようにｑ軸干渉項ｅｑ０の目標値であり、上位制御装置から送信されている。この干渉項指令ｅｑ０＊は、前述の電圧方程式（２）における干渉項であるω×Ｌｄ×ｉｄに対する指令値である。すなわち、ｑ軸干渉項ｅｑ０を干渉項指令ｅｑ０＊に追従するように制御することで、電流センサによる電流検出情報を用いずとも弱め磁束制御を行うことができ、その結果、駆動装置１００の低コスト化・高信頼化を図りつつも、制御の高性能化を達成できる。

なお、一般に同期電動機の固定子巻線に電流を流すと、固定子を鎖交する磁束が過密になるため、磁気飽和が発生しインダクタンスが低下することが知られている。そこで本実施形態では、干渉項指令ｅｑ０＊にこのような特性を含めておくことで、同期電動機３００に磁気飽和が発生しても良好に弱め磁束制御を行うことができる。

本実施形態では、同期電動機３００の速度制御や位置制御を行う上位制御装置において干渉項指令ｅｑ０＊の演算を行うが、これを駆動装置１００で行っても良い。例えば、同期電動機３００の駆動情報（加速トルクや速度）を引数として干渉項指令ｅｑ０＊の値が記録されたルックアップテーブルを予め駆動装置１００に記憶し、これを用いることで、駆動装置１００において干渉項指令ｅｑ０＊の演算を行うことができる。

また、本実施形態では干渉項制御部１４０が比例制御器１４２と積分制御器１４３を備えており、予め設定された比例ゲインや積分ゲインを用いて比例・積分制御を行う構成を例示したが、比例ゲインや積分ゲインの値をオンラインで更新可能としても良い。さらに、干渉項指令ｅｑ０＊のフィードフォワード制御や他の制御手段を用いて、干渉項制御部１４０の高度化を図っても良い。

本実施形態によれば、駆動装置１００が干渉項演算部１３０と干渉項制御部１４０を備える構成とした。干渉項演算部１３０では、同期電動機３００のｄ軸とｑ軸の間に干渉する成分ｅｑ０を演算し、弱め磁束電流であるｄ軸電流ｉｄの情報を抽出する構成とした。また、干渉項制御部１４０では、干渉項指令ｅｑ０＊とｑ軸干渉項ｅｑ０が一致するようにｄ軸電圧Ｖｄを演算することで、電流センサレスで弱め磁束制御が可能な構成とした。このような構成をとることにより、電流センサが不要となるため、装置の低コスト化や信頼性の向上につながる。さらに、弱め磁束制御によって同期電動機３００を高速に駆動することができるので、その応答性を高めることができる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）駆動装置１００は、同期電動機３００に対する駆動指令と、同期電動機３００の駆動状態に応じた駆動情報とが入力され、駆動指令および駆動情報に基づいて同期電動機３００に印加するｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを演算して同期電動機３００を駆動する。駆動装置１００は、駆動指令および駆動情報に基づいてｑ軸電圧Ｖｑを演算する駆動制御部１２０と、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑおよび駆動情報に基づいて、ｑ軸電圧Ｖｑへの干渉を表すｑ軸干渉項ｅｑ０を演算する干渉項演算部１３０と、ｑ軸干渉項ｅｑ０の目標値である干渉項指令ｅｑ０＊を取得し、干渉項指令ｅｑ０＊およびｑ軸干渉項ｅｑ０に基づいてｄ軸電圧Ｖｄを演算する干渉項制御部１４０とを備える。このようにしたので、電流センサを用いずとも弱め磁束制御を行うことが可能な駆動装置１００を提供できる。そのため、同期電動機３００の低コスト化や信頼性の向上、制御性能の向上を図ることができる。

（２）駆動装置１００は、同期電動機３００の回転子位置を表す電気角θの時間変化を駆動情報として取得し、これに基づいて同期電動機３００の電気角速度ωおよび加速トルクτａを演算する駆動情報演算部１１０を備える。駆動制御部１２０は、同期電動機３００に対する加速トルク指令τａ＊を駆動指令として取得し、加速トルク指令τａ＊と加速トルクτａの偏差に基づいてｑ軸電圧Ｖｑを演算する。干渉項演算部１３０は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑおよび電気角速度ωに基づいてｑ軸干渉項ｅｑ０を演算する。このようにしたので、駆動制御部１２０と干渉項演算部１３０において、同期電動機３００に対する駆動指令として入力された加速トルク指令τａ＊と干渉項指令ｅｑ０＊に応じて、ｑ軸電圧Ｖｑとｑ軸干渉項ｅｑ０をそれぞれ適切に演算することができる。

（３）駆動制御部１２０は、加速トルク指令τａ＊と加速トルクτａの偏差に所定の比例ゲインを乗算する比例制御器１２２と、加速トルク指令τａ＊と加速トルクτａの偏差を時間積分する積分制御器１２３と、を有し、加算器１２４により、比例制御器１２２の演算結果と積分制御器１２３の演算結果との和を求めることで、ｑ軸電圧Ｖｑを演算する。このようにしたので、加速トルクτａが加速トルク指令τａ＊に追従するようにｑ軸電圧Ｖｑの演算を行い、これを用いて同期電動機３００の駆動状態を適切に制御することができる。

（４）干渉項演算部１３０は、Ｖｄ－ｅｑ０特性演算部１３１およびＶｑ－ｅｑ０特性演算部１３２により、同期電動機３００の電圧方程式（１），（２）に基づくｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑからｑ軸干渉項ｅｑ０への伝達特性をそれぞれ表す第１の伝達関数および第２の伝達関数として、式（３），（４）をそれぞれ記憶する。そして、Ｖｄ－ｅｑ０特性演算部１３１においてｄ軸電圧Ｖｄおよび電気角速度ωを第１の伝達関数に代入して得られる第１のｑ軸干渉項成分ｅｑ０１と、Ｖｑ－ｅｑ０特性演算部１３２においてｑ軸電圧Ｖｑおよび電気角速度ωを第２の伝達関数に代入して得られる第２のｑ軸干渉項成分ｅｑ０２との和を、加算器１３３により求めることで、ｑ軸干渉項ｅｑ０を演算する。このようにしたので、同期電動機３００の電気的特性に応じたｑ軸干渉項ｅｑ０を正確に求めることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、ｑ軸電圧Ｖｑへの干渉に加えて、さらにｄ軸電圧Ｖｄへの干渉を考慮した同期電動機の駆動装置について説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る同期電動機の駆動装置５００（以下、単に駆動装置５００と称する）の主たる機能を示す構成図である。なお、図５において、第１の実施形態で説明した図１の駆動装置１００と同様の機能を持つ構成には、共通の符号を付している。

本実施形態の駆動装置５００において、第１の実施形態の駆動装置１００との相違点は以下の通りである。すなわち、駆動装置５００は、干渉項演算部１３０に代わり、ｑ軸干渉項ｅｑ０に加えてｄ軸干渉項ｅｄを演算する干渉項演算部５３０を備える。また、電気角速度ωに基づいて誘起電圧ωφを演算する誘起電圧演算部５７０と、ｑ軸干渉項ｅｑ０と誘起電圧ωφに基づいてｑ軸電圧Ｖｑを補正するｑ軸電圧補正部５６０と、ｄ軸干渉項ｅｄに基づいてｄ軸電圧Ｖｄを補正するｄ軸電圧補正部５５０と、をさらに備える。

干渉項演算部５３０は、干渉項制御部１４０により演算されるｄ軸電圧Ｖｄと、駆動制御部１２０により演算されるｑ軸電圧Ｖｑと、電気角θの時間変化に応じて駆動情報演算部１１０により演算される電気角速度ωとに基づいて、ｑ軸干渉項ｅｑ０およびｄ軸干渉項ｅｄを演算する。そして、ｑ軸干渉項ｅｑ０の演算結果を干渉項制御部１４０とｄ軸電圧補正部５５０にそれぞれ送信し、ｄ軸干渉項ｅｄの演算結果をｑ軸電圧補正部５６０に送信する。

なお、本実施形態において駆動制御部１２０は、第１の実施形態と同様の機能を有しているが、その出力信号が補正前のｑ軸電圧Ｖｑ１としてｑ軸電圧補正部５６０に送信される点が異なる。すなわち、本実施形態において駆動制御部１２０は、同期電動機３００に対する加速トルク指令τａ＊を駆動指令として取得し、この加速トルク指令τａ＊と、駆動情報演算部１１０により演算される加速トルクτａとの偏差に基づいて、補正前のｑ軸電圧Ｖｑ１を演算し、ｑ軸電圧補正部５６０に送信する。

同様に、本実施形態において干渉項制御部１４０は、第１の実施形態と同様の機能を有しているが、その出力信号が補正前のｄ軸電圧Ｖｄ１としてｄ軸電圧補正部５５０に送信される点が異なる。すなわち、本実施形態において干渉項制御部１４０は、同期電動機３００に対する駆動指令として駆動装置１００に入力された干渉項指令ｅｑ０＊をｑ軸干渉項ｅｑ０の目標値として取得し、この干渉項指令ｅｑ０＊にｑ軸干渉項ｅｑ０が近付くように補正前のｄ軸電圧Ｖｄ１を演算して、ｄ軸電圧補正部５５０に送信する。

ｄ軸電圧補正部５５０は、干渉項制御部１４０により演算される補正前のｄ軸電圧Ｖｄ１から、干渉項演算部５３０により演算されるｄ軸干渉項ｅｄを減算する減算器である。ｄ軸電圧補正部５５０による演算結果は、前述の電圧方程式（１）でｄ軸電圧Ｖｄに作用する干渉項（ｅｄ＝ω×Ｌｑ×ｉｑ）をキャンセルすることで非干渉化した補正後のｄ軸電圧Ｖｄとして、電力変換器２００へ出力される。

誘起電圧演算部５７０は、電気角速度ωに基づいて同期電動機３００の無負荷誘起電圧ωφを演算し、ｑ軸電圧補正部５６０に送信する。

ｑ軸電圧補正部５６０は、駆動制御部１２０により演算される補正前のｑ軸電圧Ｖｑ１に、干渉項演算部５３０により演算されるｑ軸干渉項ｅｑ０と、誘起電圧演算部５７０により演算される誘起電圧ωφとを加算する加算器である。ｑ軸電圧補正部５６０による演算結果は、前述の電圧方程式（２）でｑ軸電圧Ｖｑに作用する干渉項（ｅｑ＝ｅｑ０＋ωφ）をキャンセルすることで非干渉化した補正後のｑ軸電圧Ｖｑとして、電力変換器２００へ出力される。

本実施形態の干渉項演算部５３０による演算方法の詳細について、以下に図６を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る干渉項演算部５３０の主たる演算構成を示す図である。本実施形態において、干渉項演算部５３０は、第１の実施形態で説明した図４のＶｄ－ｅｑ０特性演算部１３１、Ｖｑ－ｅｑ０特性演算部１３２および加算器１３３に加えて、さらにＶｄ－ｅｄ特性演算部５３１と、Ｖｑ－ｅｄ特性演算部５３２と、加算器５３３とを備えている。

第１の実施形態で説明した干渉項演算部１３０では、同期電動機３００の干渉項として、前述の式（３）、（４）を用いてｑ軸干渉項ｅｑ０を演算していたが、本実施形態ではこれに加えて、さらに以下の式（５）、（６）により、ｄ軸干渉項ｅｄを演算する。

ｄ軸電圧Ｖｄからｄ軸干渉項ｅｄへの伝達特性を表す伝達関数は、電圧方程式（１），（２）に基づき、次の式（５）で表すことができる。式（５）の成分ｅｄ１は、ｄ軸干渉項ｅｄのうちｄ軸電圧Ｖｄに応じて定まる成分を表している。これは、ｄ軸電圧補正部５５０により演算される補正後のｄ軸電圧Ｖｄの値と、駆動情報演算部１１０により演算される電気角速度ωの値とを、式（５）の伝達関数にそれぞれ代入することで求められる。
ｅｄ１＝｛－（ω＾２）×Ｌｄ×Ｌｑ×Ｖｄ｝÷
｛Ｌｄ×Ｌｑ×ｓ＾２＋Ｒ×（Ｌｄ＋Ｌｑ）×ｓ＋Ｒ＾２＋Ｌｄ×Ｌｑ×ω＾２｝
・・・（５）

ｑ軸電圧Ｖｑからｄ軸干渉項ｅｄへの伝達特性を表す伝達関数は、電圧方程式（１），（２）に基づき、次の式（６）で表すことができる。式（６）の成分ｅｄ２は、ｄ軸干渉項ｅｄのうちｑ軸電圧Ｖｑに応じて定まる成分を表している。これは、ｑ軸電圧補正部５６０により演算される補正後のｑ軸電圧Ｖｑの値と、駆動情報演算部１１０により演算される電気角速度ωの値とを、式（６）の伝達関数にそれぞれ代入することで求められる。
ｅｄ２＝｛ω×Ｌｑ×（Ｒ＋ｓ×Ｌｄ）×（Ｖｑ－ω×φ）｝÷
｛Ｌｄ×Ｌｑ×ｓ＾２＋Ｒ×（Ｌｄ＋Ｌｑ）×ｓ＋Ｒ＾２＋Ｌｄ×Ｌｑ×ω＾２｝
・・・（６）

式（５）で求められるｄ軸干渉項の成分ｅｄ１と、式（６）で求められるｄ軸干渉項の成分ｅｄ２との和が、ｄ軸電圧Ｖｄに現れるｄ軸干渉項ｅｄ（＝ω×Ｌｑ×ｉｑ）である。そのため、干渉項演算部５３０では、Ｖｄ－ｅｄ特性演算部５３１により、予め記憶された式（５）を、ｄ軸電圧Ｖｄからｄ軸干渉項ｅｄへの伝達特性を表す第３の伝達関数として用いて、第１のｄ軸干渉項成分ｅｄ１を演算する。また、Ｖｑ－ｅｄ特性演算部５３２により、予め記憶された式（６）を、ｑ軸電圧Ｖｑからｄ軸干渉項ｅｄへの伝達特性を表す第４の伝達関数として用いて、第２のｄ軸干渉項成分ｅｄ２を演算する。そして、加算器５３３により、第１のｄ軸干渉項成分ｅｄ１と第２のｄ軸干渉項成分ｅｄ２の和を計算することでｄ軸干渉項ｅｄを演算する。

本実施形態によれば、ｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑの干渉項がそれぞれキャンセルされるため、同期電動機３００の制御をより安定化することができる。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、駆動装置５００は、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑをそれぞれ補正するｄ軸電圧補正部５５０およびｑ軸電圧補正部５６０をさらに備える。干渉項演算部５３０は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑおよび駆動情報に基づいて、ｄ軸電圧Ｖｄへの干渉を表すｄ軸干渉項ｅｄをさらに演算する。ｄ軸電圧補正部５５０は、ｄ軸干渉項ｅｄを用いてｄ軸電圧Ｖｄを補正し、ｑ軸電圧補正部５６０は、ｑ軸干渉項ｅｑ０を用いてｑ軸電圧Ｖｑを補正する。このようにしたので、ｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑをそれぞれ非干渉化して、同期電動機３００の制御をより一層安定化させることができる。

また、干渉項演算部５３０は、同期電動機３００の電圧方程式（１），（２）に基づくｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑからｄ軸干渉項ｅｄへの伝達特性をそれぞれ表す第３の伝達関数および第４の伝達関数として、式（５），（６）をそれぞれ記憶する。そして、Ｖｄ－ｅｄ特性演算部５３１においてｄ軸電圧Ｖｄおよび電気角速度ωを第３の伝達関数に代入して得られる第１のｄ軸干渉項成分ｅｄ１と、Ｖｑ－ｅｄ特性演算部５３２においてｑ軸電圧Ｖｑおよび電気角速度ωを第４の伝達関数に代入して得られる第２のｄ軸干渉項成分ｅｄ２との和を、加算器５３３により求めることで、ｄ軸干渉項ｅｄを演算する。このようにしたので、同期電動機３００の電気的特性に応じたｄ軸干渉項ｅｄを正確に求めることができる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態で説明した同期電動機の駆動装置を自動車のブレーキ装置に適用した例について説明する。なお、以下では第１の実施形態の駆動装置１００を備えたブレーキ装置の例を説明するが、代わりに第２の実施形態の駆動装置５００を備えても良い。

図７は、本発明の第３の実施形態に係るブレーキ装置７００の主要構成図である。本実施形態のブレーキ装置７００は、第１の実施形態で説明した駆動装置１００、電力変換器２００および同期電動機３００と、ブレーキペダル７０１、減速ギア７０２、油圧発生装置７０３、ＥＳＣ（Electric Stability Control）７０４、ブレーキパッド７０５およびブレーキディスク７０６を備えて構成される。

運転者がブレーキペダル７０１を操作すると、その操作量に応じた加速トルク指令τａ＊および干渉項指令ｅｑ０＊が駆動装置１００へ送信される。駆動装置１００は、入力された加速トルク指令τａ＊および干渉項指令ｅｑ０＊に基づき、第１の実施形態で説明したようにしてｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを決定し、電力変換器２００へ送信する。電力変換器２００は、駆動装置１００から送信されるｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑに基づいて三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成し、これらを同期電動機３００に印加することで同期電動機３００を駆動する。

同期電動機３００の駆動力は、減速ギア７０２を介して油圧発生装置７０３へ伝達される。油圧発生装置７０３は、同期電動機３００から伝達される駆動力を用いて油圧を発生し、ＥＳＣ７０４へ供給する。ＥＳＣ７０４は、油圧発生装置７０３から供給される油圧を用いて、車輪とともに回転する各ブレーキディスク７０６を押さえつけるように各ブレーキパッド７０５の動作を制御し、車両の制動を行う。すなわち、油圧発生装置７０３およびＥＳＣ７０４は、同期電動機３００の駆動力を用いてブレーキパッド７０５の動作を制御するブレーキアクチュエータとして機能する。

本実施形態では、駆動装置１００により駆動される同期電動機３００を用いてブレーキ装置７００を動作させることで、自動車に搭載される電動補機の一種であるブレーキ装置の応答性を高め、これによってドライバビリティの向上を図ることができる。

なお、以上説明した第３の実施形態では、自動車に搭載されるブレーキ装置７００への駆動装置１００の適用例を説明したが、例えばステアリング装置など、他の電動補機についても適用可能である。あるいは、自動車用の電動補機以外の装置でも適用可能である。いずれの場合であっても、本発明を適用することで当該装置の制御特性を向上させ、これによって装置全体の性能や使いやすさを向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、任意の構成要素を用いて実施可能である。また、各実施形態や変形例は単独で採用してもよいし、複数を任意に組み合わせて採用することも可能である。すなわち、本発明では各実施形態の特徴同士を任意に組み合わせることで、上述した効果を奏することが可能である。

上記の実施形態や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。

１００…駆動装置
１１０…駆動情報演算部
１２０…駆動制御部
１３０…干渉項演算部
１４０…干渉項制御部
２００…電力変換器
３００…同期電動機
４００…位置センサ
５００…駆動装置
５３０…干渉項演算部
５５０…ｄ軸電圧補正部
５６０…ｑ軸電圧補正部
５７０…誘起電圧演算部
７００…ブレーキ装置
７０１…ブレーキペダル
７０２…減速ギア
７０３…油圧発生装置
７０４…ＥＳＣ
７０５…ブレーキパッド
７０６…ブレーキディスク

Claims (7)

1. 同期電動機に対する駆動指令と、前記同期電動機の駆動状態に応じた駆動情報とが入力され、前記駆動指令および前記駆動情報に基づいて前記同期電動機に印加するｄ軸電圧およびｑ軸電圧を演算して前記同期電動機を駆動する同期電動機の駆動装置であって、
   前記駆動指令および前記駆動情報に基づいて前記ｑ軸電圧を演算する駆動制御部と、
   前記ｄ軸電圧、前記ｑ軸電圧および前記駆動情報に基づいて、前記ｑ軸電圧への干渉を表すｑ軸干渉項を演算する干渉項演算部と、
   前記ｑ軸干渉項の目標値である干渉項指令を取得し、前記干渉項指令および前記ｑ軸干渉項に基づいて前記ｄ軸電圧を演算する干渉項制御部と、を備える同期電動機の駆動装置。
2. 請求項１に記載の同期電動機の駆動装置において、
   前記同期電動機の回転子位置の時間変化を前記駆動情報として取得し、前記回転子位置の時間変化に基づいて前記同期電動機の電気角速度および加速トルクを演算する駆動情報演算部を備え、
   前記駆動制御部は、前記同期電動機に対する加速トルク指令を前記駆動指令として取得し、前記加速トルク指令と前記加速トルクの偏差に基づいて前記ｑ軸電圧を演算し、
   前記干渉項演算部は、前記ｄ軸電圧、前記ｑ軸電圧および前記電気角速度に基づいて前記ｑ軸干渉項を演算する同期電動機の駆動装置。
3. 請求項２に記載の同期電動機の駆動装置において、
   前記駆動制御部は、
   前記偏差に所定の比例ゲインを乗算する比例制御器と、前記偏差を時間積分する積分制御器と、を有し、
   前記比例制御器の演算結果と前記積分制御器の演算結果との和を求めることで、前記ｑ軸電圧を演算する同期電動機の駆動装置。
4. 請求項２に記載の同期電動機の駆動装置において、
   前記干渉項演算部は、
   前記同期電動機の電圧方程式に基づく前記ｄ軸電圧および前記ｑ軸電圧から前記ｑ軸干渉項への伝達特性をそれぞれ表す第１の伝達関数および第２の伝達関数をそれぞれ記憶し、
   前記ｄ軸電圧および前記電気角速度を前記第１の伝達関数に代入して得られる第１のｑ軸干渉項成分と、前記ｑ軸電圧および前記電気角速度を前記第２の伝達関数に代入して得られる第２のｑ軸干渉項成分との和を求めることで、前記ｑ軸干渉項を演算する同期電動機の駆動装置。
5. 請求項１に記載の同期電動機の駆動装置において、
   前記ｄ軸電圧および前記ｑ軸電圧をそれぞれ補正する補正部をさらに備え、
   前記干渉項演算部は、前記ｄ軸電圧、前記ｑ軸電圧および前記駆動情報に基づいて、前記ｄ軸電圧への干渉を表すｄ軸干渉項をさらに演算し、
   前記補正部は、前記ｄ軸干渉項を用いて前記ｄ軸電圧を補正するとともに、前記ｑ軸干渉項を用いて前記ｑ軸電圧を補正する同期電動機の駆動装置。
6. 請求項５に記載の同期電動機の駆動装置において、
   前記干渉項演算部は、
   前記同期電動機の電圧方程式に基づく前記ｄ軸電圧および前記ｑ軸電圧から前記ｄ軸干渉項への伝達特性をそれぞれ表す第３の伝達関数および第４の伝達関数をそれぞれ記憶し、
   前記ｄ軸電圧および前記同期電動機の電気角速度を前記第３の伝達関数に代入して得られる第１のｄ軸干渉項成分と、前記ｑ軸電圧および前記電気角速度を前記第４の伝達関数に代入して得られる第２のｄ軸干渉項成分との和を求めることで、前記ｄ軸干渉項を演算する同期電動機の駆動装置。
7. 車両に搭載されるブレーキ装置であって、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の同期電動機の駆動装置と、
   前記同期電動機の駆動力を用いて前記車両のブレーキパッドの動作を制御するブレーキアクチュエータと、を備えるブレーキ装置。

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