JP3951830B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の相に対応した電機子巻線を有するモータに電力を供給して、モータを駆動させるモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ制御装置としては、例えば特開２００２−０８４７９０号公報に開示されているように、３つの電機子巻線がＹ字状に結線された３相交流モータに、インバータから電力を供給し、３相交流モータを回転駆動させるものが知られている。
【０００３】
このような３相交流モータは、インバータのスイッチング素子をオン／オフすることで、モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に位相が異なる正弦波状の駆動電流が供給されて駆動する。
【０００４】
この３相交流モータの回転トルクは、各相が発生するトルクの和となる。各相のトルクは、各相の電機子巻線に流れる電流と、その電流の流れる方向に直交する永久磁石からの磁束密度の積に比例する。したがって、従来のモータ制御装置では、各相の電機子巻線に流す電流値を制御することで、３相交流モータのトルクを制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＹ字結線された３相交流モータの各相には、構造上又は組立工程等により、電機子巻線のばらつきや永久磁石の磁力分布のばらつき等が存在し、各相間において電気的特性や磁気的特性にばらつきが生じてしまう。この結果、各相を流れる電流及び磁束に比例するトルクにリップルが発生してしまい、モータ制御装置にて一様な駆動制御ができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、モータの構造的又は組立工程等に基づいた電気的、磁気的な各相のばらつきに起因するトルク変動を低減させることができるモータ制御装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、永久磁石を回転子とし、複数相に対応した電機子巻線を固定子とした構成を有し、各相の電機子巻線ごとに電流が流れるように電圧を印加して回転トルクを発生させるようにインバータを制御するに際して、外部からのトルク指示値の回転トルクをモータに発生させるようにモータの各相の電機子巻線ごとに制御目標指令値を演算して、この制御目標指令値を補正する。このとき、モータ制御装置では、モータの各相の特性ばらつきに基づいた補正係数を各相ごとに算出して、モータの各相の特性ばらつきに起因するトルク変動を抑制するように制御目標指令値を補正することで、上述の課題を解決する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明に係るモータ制御装置によれば、モータの各相の特性ばらつきに基づいた補正係数を各相ごとに算出して、トルク指示値に応じて各相の制御目標指令値を補正するので、各相ごとにモータの各相の特性ばらつきに起因するトルク変動を抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
本発明は、例えば図１に示すように構成されたモータ駆動装置に適用される。
【００１１】
［モータ駆動装置の構成］
このモータ駆動装置は、トルク指示値Ｔ＊が入力されることに応じて、モータ駆動制御部１によりインバータ２を駆動制御して、バッテリ３に蓄積した直流電圧を交流電圧に変換してモータ４に印加することで、モータ４に回転トルクを与えるものである。
【００１２】
本実施形態において、モータ４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した６本の電流供給線によりインバータ２と接続された３相交流モータである。このモータ４は、Ｕ相の電機子巻線４Ｕ、Ｖ相の電機子巻線４Ｖ、Ｗ相の電機子巻線４Ｗがインバータ２に接続される。詳しくは、電機子巻線４Ｕはその正端子ｕ＋と負端子ｕ−とがスイッチング素子部２Ｕと接続され、電機子巻線４Ｖはその正端子ｖ＋と負端子ｖ−とがスイッチング素子部２Ｖと接続され、電機子巻線４Ｗはその正端子ｗ＋と負端子ｗ−とがスイッチング素子部２Ｗと接続される。このようなモータ４では、電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ同士が直接接続されることなく、インバータ２と接続されている。
【００１３】
インバータ２は、バッテリ３と接続され、モータ４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応したブリッジ回路であるスイッチング素子部２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを備える。スイッチング素子部２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、それぞれ４個のスイッチング素子を備え、各スイッチング素子がモータ駆動制御部１の制御に従ってオンオフ駆動されることで、バッテリ３からの直流電圧を交流電圧に変換する。
【００１４】
このとき、モータ駆動制御部１では、スイッチング素子部２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを構成する各スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）である場合には、ゲート端子にオンオフ制御信号を供給する。
【００１５】
図２に、モータ駆動制御部１の制御ブロック図を示す。
【００１６】
モータ駆動制御部１は、外部から操作者の操作に基づいてモータ４が出力するためのトルク指示値Ｔ＊が供給されて、このトルク指示値Ｔ＊の回転トルクをモータ４に発生させるための各種演算を行ってモータ４に印加する電圧を制御する。
【００１７】
トルク指示値Ｔ＊に従ってモータ４を駆動制御する場合には、モータ４に供給しているＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗを電流センサ１１Ｕ、電流センサ１１Ｖ及び電流センサ１１Ｗにより検出する。
【００１８】
また、回転センサ１２によりモータ４の回転を検出することにより回転計測部１３にてモータ４のモータ回転数Ｎを求めて電流マップ演算部１４及び補正係数算出部１５に送ると共に、モータ４の回転電気角θを求めて２相−３相電流指令値変換部１６に送る。このとき、回転計測部１３では、回転センサ１２からの信号からモータ回転数Ｎを求め、このモータ回転数Ｎから回転電気角θを求める。
【００１９】
補正係数算出部１５では、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに対する各相の補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗの関係を記述したマップデータを保持している。このマップデータは、モータ４の各相の電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに流す電流値を、モータ４の各相の磁気的又は電気的なばらつきに応じて補正する補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを求めるデータである。この補正係数算出部１５では、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎが入力されると、この値に応じてマップデータを参照して、補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを求める。
【００２０】
ここで、補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗは、その値が「１」である場合には各相に流す電流値を補正せず、「１」より大きい場合には各相に流す電流値を増加させる補正をさせ、「１」より小さい場合には各相に流す電流値を減少させる補正をさせる。
【００２１】
電流マップ演算部１４では、予め用意しておいたモータ回転数Ｎに応じたトルク指示値Ｔ＊とｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊との関係を記述したマップデータを保持している。このマップデータは、モータ４の各相の磁気的及び電気的な特性が非対称でなく、対称な特性である場合のｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊を求めるデータである。
【００２２】
この電流マップ演算部１４では、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎを入力すると、マップデータを参照してｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊を求めて２相−３相電流指令値変換部１６に送る。ここで、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊は、回転直交座標系であるｄｑ座標系においてモータ４に供給する目標とする電流値である。
【００２３】
２相−３相電流指令値変換部１６では、電流マップ演算部１４からのｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊と回転電気角θとに基づいて、Ｕ相電流指令値ｉｕ＊、Ｖ相電流指令値ｉｖ＊、Ｗ相電流指令値ｉｗ＊に変換して、Ｕ相電流指令値補正部１７Ｕ、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖ、Ｗ相電流指令値補正部１７Ｗに送る。
【００２４】
Ｕ相電流指令値補正部１７Ｕでは、補正係数算出部１５からの補正係数Ｋｕによって２相−３相電流指令値変換部１６からのＵ相電流指令値ｉｕ＊を補正して、Ｕ相電流補正指令値ｉｕ＊＊を算出してＵ相電圧変換部１８Ｕに送る。このとき、Ｕ相電流指令値補正部１７Ｕでは、補正係数ＫｕとＵ相電流指令値ｉｕ＊とを乗算することで、補正後のＵ相電流補正指令値ｉｕ＊＊を求める。
【００２５】
また、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖでは、補正係数算出部１５からの補正係数Ｋｖによって２相−３相電流指令値変換部１６からのＶ相電流指令値ｉｖ＊を補正して、Ｖ相電流補正指令値ｉｖ＊＊を算出してＶ相電圧変換部１８Ｖに送る。このとき、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖでは、補正係数ＫｖとＶ相電流指令値ｉｖ＊とを乗算することで、補正後のＶ相電流補正指令値ｉｖ＊＊を求める。
【００２６】
更に、Ｗ相電流指令値補正部１７Ｗでは、補正係数算出部１５からの補正係数Ｋｗによって２相−３相電流指令値変換部１６からのＷ相電流指令値ｉｗ＊を補正して、Ｗ相電流補正指令値ｉｗ＊＊を算出してＷ相電圧変換部１８Ｗに送る。このとき、Ｗ相電流指令値補正部１７Ｗでは、補正係数ＫｗとＷ相電流指令値ｉｗ＊とを乗算することで、補正後のＷ相電流補正指令値ｉｗ＊＊を求める。
【００２７】
Ｕ相電圧変換部１８Ｕでは、Ｕ相電流指令値補正部１７ＵからのＵ相電流補正指令値ｉｕ＊＊と電流センサ１１ＵからのＵ相モータ電流ｉｕとを用いて、実際に電機子巻線４Ｕに流れるＵ相モータ電流ｉｕをＵ相電流補正指令値ｉｕ＊＊とするために必要なＵ相電圧指令値ｖｕ＊を演算してＵ相ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）演算部１９Ｕに送る。このとき、Ｕ相電圧変換部１８Ｕでは、Ｕ相電流補正指令値ｉｕ＊＊とＵ相モータ電流ｉｕとの差分と定数Ｋｐとを乗算することで、Ｕ相電圧指令値ｖｕ＊を演算する。
【００２８】
また、Ｖ相電圧変換部１８Ｖでは、Ｖ相電流指令値補正部１７ＶからのＶ相電流補正指令値ｉｖ＊＊と電流センサ１１ＶからのＶ相モータ電流ｉｖとを用いて、実際に電機子巻線４Ｖに流れるＶ相モータ電流ｉｖをＶ相電流補正指令値ｉｖ＊＊とするために必要なＶ相電圧指令値ｖｖ＊を演算してＶ相ＰＷＭ演算部１９Ｖに送る。このとき、Ｖ相電圧変換部１８Ｖでは、Ｖ相電流補正指令値ｉｖ＊＊とＶ相モータ電流ｉｖとの差分と定数Ｋｐとを乗算することで、Ｖ相電圧指令値ｖｖ＊を演算する。
【００２９】
更に、Ｗ相電圧変換部１８Ｗでは、Ｗ相電流指令値補正部１７ＷからのＷ相電流補正指令値ｉｗ＊＊と電流センサ１１ＷからのＷ相モータ電流ｉｗとを用いて、実際に電機子巻線４Ｗに流れるＷ相モータ電流ｉｗをＷ相電流補正指令値ｉｗ＊＊とするために必要なＷ相電圧指令値ｖｗ＊を演算してＷ相ＰＷＭ演算部１９Ｗに送る。このとき、Ｗ相電圧変換部１８Ｗでは、Ｗ相電流補正指令値ｉｗ＊＊とＷ相モータ電流ｉｗとの差分と定数Ｋｐとを乗算することで、Ｗ相電圧指令値ｖｗ＊を演算する。
【００３０】
Ｕ相ＰＷＭ演算部１９Ｕでは、Ｕ相電圧変換部１８ＵからのＵ相電圧指令値ｖｕ＊と、搬送波である三角波とを大小比較して、スイッチング素子部２Ｕの各スイッチング素子を駆動するＰＷＭ波形を決定する。このＰＷＭ波形は、各スイッチング素子を駆動するオンオフ制御信号としてスイッチング素子部２Ｕ（図１参照）に供給される。
【００３１】
また、Ｖ相ＰＷＭ演算部１９Ｖでは、Ｖ相電圧変換部１８ＶからのＶ相電圧指令値ｖｖ＊と、搬送波である三角波とを大小比較して、スイッチング素子部２Ｖの各スイッチング素子を駆動するＰＷＭ波形を決定する。このＰＷＭ波形は、各スイッチング素子を駆動するオンオフ制御信号としてスイッチング素子部２Ｖ（図１参照）に供給される。
【００３２】
更に、Ｗ相ＰＷＭ演算部１９Ｗでは、Ｗ相電圧変換部１８ＷからのＷ相電圧指令値ｖｗ＊と、搬送波である三角波とを大小比較して、スイッチング素子部２Ｗの各スイッチング素子を駆動するＰＷＭ波形を決定する。このＰＷＭ波形は、各スイッチング素子を駆動するオンオフ制御信号としてスイッチング素子部２Ｗ（図１参照）に供給される。
【００３３】
これにより、モータ駆動制御部１では、バッテリ３からの直流電圧を交流電圧にして電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに印加することで、電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗにトルク指示値Ｔ＊に応じた電流を流す。
【００３４】
つぎに、上述の補正係数算出部１５により補正係数を算出するためのマップデータを求める処理について説明する。
【００３５】
先ず、モータ４の各相が磁気的に非対称となっていることによるトルク変動を抑制する補正係数の算出処理について説明する。この場合は、モータ４を外部から強制的に回転させた時に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の開放発電電圧の実効値をそれぞれＥｕ、Ｅｖ、Ｅｗとし、これらの各相の開放発電電圧のうち、中間の値となる開放発電電圧をＥとする。そして、下記の演算式に示すように、
Ｋｕ＝１＋α（１−Ｅｕ／Ｅ）
Ｋｖ＝１＋α（１−Ｅｖ／Ｅ）
Ｋｗ＝１＋α（１−Ｅｗ／Ｅ）
なる演算をすることで、Ｕ相についての補正係数Ｋｕ、Ｖ相についての補正係数Ｋｖ、Ｗ相についての補正係数Ｋｗを求める。ここで、αは正の定数であり、制御方法やモータ４の磁気的な構造などにより異なり、モータ駆動装置の製造、組立時に調整して決定する。そして、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに対する各補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを決定して、補正係数算出部１５に格納するマップデータを作成する。
【００３６】
このように作成したマップデータを補正係数算出部１５に保持し、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに応じた補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、ＫｗによってＵ相電流指令値補正部１７Ｕ、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖ及びＷ相電流指令値補正部１７Ｗにて補正を行う前の電圧指令値、モータ電流及び回転トルクの時間変化を図３に示す。
【００３７】
図３によれば、図３（ａ）に示す電圧指令値をＵ相ＰＷＭ演算部１９Ｕ、Ｖ相ＰＷＭ演算部１９Ｖ及びＷ相ＰＷＭ演算部１９Ｗに送った場合には、図３（ｂ）に示すようなＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗの変化となる。これに対し、モータ４にて発生する回転トルクは、図３（ｃ）に示すように、各相間の磁気的なばらつきにより、各相にて発生させるトルクが均一にならずに、時間の変化に従ったトルク変動幅Ｗ１を発生させる。
【００３８】
これに対し、磁気的なばらつきを低減するためのマップデータを定数αを「２」に設定して作成し、このマップデータを補正係数算出部１５にて参照して補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗにて補正した場合、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すような電圧指令値及びモータ電流の時間変化となる。このとき、図３（ｂ）に示すモータ電流よりも各相のモータ電流が非対称となっているが、各相の磁気的なばらつきにより各相のトルクの不均一を抑制し、図４（ｃ）に示すように時間の変化に従ったトルク変動幅Ｗ２となる。このトルク変動幅Ｗ２は、補正する前のトルク変動幅Ｗ２と比較して略半分となっている。
【００３９】
次に、モータ４の各相が電気的に非対称となっていることによるトルク変動を抑制する補正係数の算出処理について説明する。補正係数が「１」であって各相の電流指令値に補正をしていない場合の各相の電圧指令値の基本波実効値をＶｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊とし、これらの各相の基本波実効値のうち、中間の値となる基本波実効値をＶとする。そして、下記の演算式に示すように、
Ｋｕ＝１＋α（１−Ｖｕ＊／Ｖ）
Ｋｖ＝１＋α（１−Ｖｖ＊／Ｖ）
Ｋｗ＝１＋α（１−Ｖｗ＊／Ｖ）
なる演算をすることで、Ｕ相についての補正係数Ｋｕ、Ｖ相についての補正係数Ｋｖ、Ｗ相についての補正係数Ｋｗを求める。ここで、αは正の定数であり、制御方法やモータ４の磁気的な構造などにより異なり、モータ駆動装置の製造、組立時に調整して決定する。このようにトルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに対する各補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを決定して、補正係数算出部１５に格納するマップデータを作成する。
【００４０】
このように各相が電気的に非対称となっている場合であっても、図３及び図４に示したときと同様に、補正前ではトルク変動幅Ｗ１となっているのを、補正後にはトルク変動幅Ｗ２とすることができる。
【００４１】
次に、電圧利用率を高めてモータ４の回転トルクを増大させる補正係数の算出処理について説明する。この場合、各相の開放発電電圧のうち開放発電電圧の最大値Ｅ又は各相の基本波実効値のうち各相の基本波実効値の最大値Ｖを使用し、更に、定数αを負の値にして、上記演算式の演算を行うことで補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを求める。このようにトルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに対する各補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを決定して、補正係数算出部１５に格納するマップデータを作成する。
【００４２】
このように作成したマップデータを補正係数算出部１５に保持させ、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに応じた補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、ＫｗによってＵ相電流指令値補正部１７Ｕ、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖ及びＷ相電流指令値補正部１７Ｗにて補正を行う前の電圧指令値、モータ電流及び回転トルクの時間変化を図５に示す。
【００４３】
図５によれば、図５（ａ）に示す電圧指令値をＵ相ＰＷＭ演算部１９Ｕ、Ｖ相ＰＷＭ演算部１９Ｖ及びＷ相ＰＷＭ演算部１９Ｗに送った場合には、図５（ｂ）に示すようなＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗの変化となり、モータ４にて発生する回転トルクは、図５（ｃ）に示すようになる。これに対し、電圧利用率を高めるためのマップデータを補正係数算出部１５にて参照して補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗにて補正した場合には、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すような電圧指令値及びモータ電流の時間変化となり、図６（ｃ）に示すように時間の変化に従ったトルク変動となる。
【００４４】
ここで、図５（ｂ）のモータ電流値と比較して図６（ｂ）のモータ電流値には各相間の電流が非対称となっており、図５（ａ）に示すＶ相電圧指令値ｖｖ＊とＷ相電圧指令値ｖｗ＊とは約６．８Ｖの電圧差が生じているが、図６（ａ）に示す場合には５Ｖまで縮小している。また、補正前の回転トルクは図５（ｃ）に示すように回転トルクＴ１付近にて変動しているが、補正後の回転トルクは回転トルクＴ１を超えて変動しており、補正前の回転トルクと比較して約５％だけ増加している。したがって、補正後では、補正前と比較して電圧利用率が向上している。
【００４５】
補正係数算出部１５では、上述したような各相間の磁気的なばらつきによるトルク変動を抑制するためのマップデータ、各相間の電気的なばらつきによるトルク変動を抑制するマップデータ、電圧利用率を向上させるためのマップデータのうちの何れかを保持して補正係数を算出しても良く、双方のマップデータを保持し、何れかのマップデータを切り換えて使用して補正係数を算出しても良い。
【００４６】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用したモータ駆動装置によれば、モータ４の各相の特性ばらつきに応じた補正係数を各相ごとに算出して電流指令値を補正するので、構造的又は組立工程にて各相ごとに電気的、磁気的な特性ばらつきがある場合であっても、この特性ばらつきに起因するトルク変動を低減させることができる。
【００４７】
また、このモータ駆動装置によれば、補正係数算出部１５により、モータ４の各相の磁気的な特性ばらつきを低減するためのマップデータ及びモータ４の各相の電気的な特性ばらつきを低減するためのマップデータを保持して、各相ごとの補正係数を算出するので、磁気的又は電気的な各相の特性ばらつきに起因するモータ４のトルク変動を低減させることができる。
【００４８】
ここで、各相の巻線を意図的に非対称とした薄型モータを駆動する場合であっても、補正係数算出部１５にて各相の巻線の非対称度合いに応じたマップデータを保持し、各相ごとに補正することで、性能の悪化を抑制すると共に薄型モータを実現することができる。
【００４９】
更に、このモータ駆動装置によれば、モータ４の各相の特性ばらつきに基づくモータ４の電圧利用率を向上するマップデータを参照して各相ごとの補正係数を算出して電流指令値を補正するので、各相の特性ばらつきによって回転トルクが低減する場合であっても、電圧利用率を向上させることができる。
【００５０】
更にまた、このモータ駆動装置によれば、モータ４の各相の特性ばらつきに基づく回転トルクの変動を低減するためのマップデータ、モータ４の電圧利用率を向上するためのマップデータを切り換えて使用して、各相ごとの補正係数を算出して補正するので、モータ４の駆動状態やトルク指示値Ｔ＊に応じて使用するマップデータを切り換えることにより、モータ４のトルク変動の低減及び電圧利用率の低下の双方を実現することができる。
【００５１】
補正係数算出部１５は、例えば、モータ４を駆動系の共振周波数付近にて回転駆動させる場合には、トルク変動を低減させるためのマップデータを使用して各相ごとの補正係数を算出し、モータ４のトルク最大値付近にて駆動させる場合には、電圧利用率を向上させるマップデータを使用して各相ごとの補正係数を算出する。これにより、例えば車両の駆動に関する用途にてモータ４を駆動するときに、広い回転数域及び回転トルク範囲がモータ４に要求される場合であっても、モータ４の性能を最大限に引き出すことができる。
【００５２】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５３】
ここで、特許請求の範囲と実施の形態の対応関係は以下の通りである。
【００５４】
モータ駆動制御部１に含まれる電流マップ演算部１４、２相−３相電流指令値変換部１６が制御目標演算手段を構成し、補正係数算出部１５が補正係数算出手段を構成し、Ｕ相電流指令値補正部１７Ｕ、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖ、Ｗ相電流指令値補正部１７Ｗが補正手段を構成し、Ｕ相電圧変換部１８Ｕ及びＵ相ＰＷＭ演算部１９Ｕ、Ｖ相電圧変換部１８Ｖ及びＶ相ＰＷＭ演算部１９Ｖ、Ｗ相電圧変換部１８Ｗ及びＷ相ＰＷＭ演算部１９Ｗが制御手段を構成する。
【００５５】
また、上述した一例では、各相の電流補正指令値を補正係数にて補正する場合について説明したが、これに限らず、各相の電流補正指令値を電圧指令値に変換した後にこの電圧指令値を補正しても、上述と同様の効果を得ることができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用したモータ駆動装置のモータ駆動制御部の制御ブロック図である。
【図３】モータの磁気的な特性ばらつきを補正する前のトルク変動幅を説明するための図であり、（ａ）は各相の電圧指令値、（ｂ）は各相のモータ電流、（ｃ）はトルク変動を示す。
【図４】モータの磁気的な特性ばらつきを補正した後のトルク変動幅を説明するための図であり、（ａ）は各相の電圧指令値の時間変化、（ｂ）は各相のモータ電流の時間変化、（ｃ）はトルク変動の時間変化を示す。
【図５】モータの電圧利用率を補正していない場合を説明するための図であり、（ａ）は各相の電圧指令値の時間変化、（ｂ）は各相のモータ電流の時間変化、（ｃ）はトルク変動の時間変化を示す。
【図６】モータの電圧利用率を補正した場合を説明するための図であり、（ａ）は各相の電圧指令値の時間変化、（ｂ）は各相のモータ電流の時間変化、（ｃ）はトルク変動の時間変化を示す。
【符号の説明】
１ モータ駆動制御部
２ インバータ
３ バッテリ
４ モータ
１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ 電流センサ
１２ 回転センサ
１３ 回転計測部
１４ 電流マップ演算部
１５ 補正係数算出部
１６ ２相−３相電流指令値変換部
１７Ｕ Ｕ相電流指令値補正部
１７Ｖ Ｖ相電流指令値補正部
１７Ｗ Ｗ相電流指令値補正部
１８Ｕ Ｕ相電圧変換部
１８Ｖ Ｖ相電圧変換部
１８Ｗ Ｗ相電圧変換部
１９Ｕ Ｕ相ＰＷＭ演算部
１９Ｖ Ｖ相ＰＷＭ演算部
１９Ｗ Ｗ相ＰＷＭ演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の相に対応した電機子巻線を有するモータに電力を供給して、モータを駆動させるモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ制御装置としては、例えば特開２００２−０８４７９０号公報に開示されているように、３つの電機子巻線がＹ字状に結線された３相交流モータに、インバータから電力を供給し、３相交流モータを回転駆動させるものが知られている。
【０００３】
このような３相交流モータは、インバータのスイッチング素子をオン／オフすることで、モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に位相が異なる正弦波状の駆動電流が供給されて駆動する。
【０００４】
この３相交流モータの回転トルクは、各相が発生するトルクの和となる。各相のトルクは、各相の電機子巻線に流れる電流と、その電流の流れる方向に直交する永久磁石からの磁束密度の積に比例する。したがって、従来のモータ制御装置では、各相の電機子巻線に流す電流値を制御することで、３相交流モータのトルクを制御している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＹ字結線された３相交流モータの各相には、構造上又は組立工程等により、電機子巻線のばらつきや永久磁石の磁力分布のばらつき等が存在し、各相間において電気的特性や磁気的特性にばらつきが生じてしまう。この結果、各相を流れる電流及び磁束に比例するトルクにリップルが発生してしまい、モータ制御装置にて一様な駆動制御ができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、モータの構造的又は組立工程等に基づいた電気的、磁気的な各相のばらつきに起因するトルク変動を低減させることができるモータ制御装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、永久磁石を回転子とし、複数相に対応した電機子巻線を固定子とした構成を有し、各相の電機子巻線ごとに電流が流れるように電圧を印加して回転トルクを発生させるようにインバータを制御するに際して、外部からのトルク指示値の回転トルクをモータに発生させるようにモータの各相の電機子巻線ごとに制御目標指令値を演算して、この制御目標指令値を補正する。このとき、モータ制御装置では、モータの各相の特性ばらつきに基づいた補正係数を各相ごとに算出して、モータの各相の特性ばらつきに起因するトルク変動を抑制するように制御目標指令値を補正することで、上述の課題を解決する。
【０００８】
【発明の効果】
本発明に係るモータ制御装置によれば、モータの各相の特性ばらつきに基づいた補正係数を各相ごとに算出して、トルク指示値に応じて各相の制御目標指令値を補正するので、各相ごとにモータの各相の特性ばらつきに起因するトルク変動を抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
本発明は、例えば図１に示すように構成されたモータ駆動装置に適用される。
【００１１】
［モータ駆動装置の構成］
このモータ駆動装置は、トルク指示値Ｔ＊が入力されることに応じて、モータ駆動制御部１によりインバータ２を駆動制御して、バッテリ３に蓄積した直流電圧を交流電圧に変換してモータ４に印加することで、モータ４に回転トルクを与えるものである。
【００１２】
本実施形態において、モータ４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した６本の電流供給線によりインバータ２と接続された３相交流モータである。このモータ４は、Ｕ相の電機子巻線４Ｕ、Ｖ相の電機子巻線４Ｖ、Ｗ相の電機子巻線４Ｗがインバータ２に接続される。詳しくは、電機子巻線４Ｕはその正端子ｕ＋と負端子ｕ−とがスイッチング素子部２Ｕと接続され、電機子巻線４Ｖはその正端子ｖ＋と負端子ｖ−とがスイッチング素子部２Ｖと接続され、電機子巻線４Ｗはその正端子ｗ＋と負端子ｗ−とがスイッチング素子部２Ｗと接続される。このようなモータ４では、電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ同士が直接接続されることなく、インバータ２と接続されている。
【００１３】
インバータ２は、バッテリ３と接続され、モータ４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応したブリッジ回路であるスイッチング素子部２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを備える。スイッチング素子部２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、それぞれ４個のスイッチング素子を備え、各スイッチング素子がモータ駆動制御部１の制御に従ってオンオフ駆動されることで、バッテリ３からの直流電圧を交流電圧に変換する。
【００１４】
このとき、モータ駆動制御部１では、スイッチング素子部２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを構成する各スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）である場合には、ゲート端子にオンオフ制御信号を供給する。
【００１５】
図２に、モータ駆動制御部１の制御ブロック図を示す。
【００１６】
モータ駆動制御部１は、外部から操作者の操作に基づいてモータ４が出力するためのトルク指示値Ｔ＊が供給されて、このトルク指示値Ｔ＊の回転トルクをモータ４に発生させるための各種演算を行ってモータ４に印加する電圧を制御する。
【００１７】
トルク指示値Ｔ＊に従ってモータ４を駆動制御する場合には、モータ４に供給しているＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗを電流センサ１１Ｕ、電流センサ１１Ｖ及び電流センサ１１Ｗにより検出する。
【００１８】
また、回転センサ１２によりモータ４の回転を検出することにより回転計測部１３にてモータ４のモータ回転数Ｎを求めて電流マップ演算部１４及び補正係数算出部１５に送ると共に、モータ４の回転電気角θを求めて２相−３相電流指令値変換部１６に送る。このとき、回転計測部１３では、回転センサ１２からの信号からモータ回転数Ｎを求め、このモータ回転数Ｎから回転電気角θを求める。
【００１９】
補正係数算出部１５では、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに対する各相の補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗの関係を記述したマップデータを保持している。このマップデータは、モータ４の各相の電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに流す電流値を、モータ４の各相の磁気的又は電気的なばらつきに応じて補正する補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを求めるデータである。この補正係数算出部１５では、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎが入力されると、この値に応じてマップデータを参照して、補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを求める。
【００２０】
ここで、補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗは、その値が「１」である場合には各相に流す電流値を補正せず、「１」より大きい場合には各相に流す電流値を増加させる補正をさせ、「１」より小さい場合には各相に流す電流値を減少させる補正をさせる。
【００２１】
電流マップ演算部１４では、予め用意しておいたモータ回転数Ｎに応じたトルク指示値Ｔ＊とｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊との関係を記述したマップデータを保持している。このマップデータは、モータ４の各相の磁気的及び電気的な特性が非対称でなく、対称な特性である場合のｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊を求めるデータである。
【００２２】
この電流マップ演算部１４では、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎを入力すると、マップデータを参照してｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊を求めて２相−３相電流指令値変換部１６に送る。ここで、ｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊は、回転直交座標系であるｄｑ座標系においてモータ４に供給する目標とする電流値である。
【００２３】
２相−３相電流指令値変換部１６では、電流マップ演算部１４からのｄ軸電流指令値ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊と回転電気角θとに基づいて、Ｕ相電流指令値ｉｕ＊、Ｖ相電流指令値ｉｖ＊、Ｗ相電流指令値ｉｗ＊に変換して、Ｕ相電流指令値補正部１７Ｕ、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖ、Ｗ相電流指令値補正部１７Ｗに送る。
【００２４】
Ｕ相電流指令値補正部１７Ｕでは、補正係数算出部１５からの補正係数Ｋｕによって２相−３相電流指令値変換部１６からのＵ相電流指令値ｉｕ＊を補正して、Ｕ相電流補正指令値ｉｕ＊＊を算出してＵ相電圧変換部１８Ｕに送る。このとき、Ｕ相電流指令値補正部１７Ｕでは、補正係数ＫｕとＵ相電流指令値ｉｕ＊とを乗算することで、補正後のＵ相電流補正指令値ｉｕ＊＊を求める。
【００２５】
また、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖでは、補正係数算出部１５からの補正係数Ｋｖによって２相−３相電流指令値変換部１６からのＶ相電流指令値ｉｖ＊を補正して、Ｖ相電流補正指令値ｉｖ＊＊を算出してＶ相電圧変換部１８Ｖに送る。このとき、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖでは、補正係数ＫｖとＶ相電流指令値ｉｖ＊とを乗算することで、補正後のＶ相電流補正指令値ｉｖ＊＊を求める。
【００２６】
更に、Ｗ相電流指令値補正部１７Ｗでは、補正係数算出部１５からの補正係数Ｋｗによって２相−３相電流指令値変換部１６からのＷ相電流指令値ｉｗ＊を補正して、Ｗ相電流補正指令値ｉｗ＊＊を算出してＷ相電圧変換部１８Ｗに送る。このとき、Ｗ相電流指令値補正部１７Ｗでは、補正係数ＫｗとＷ相電流指令値ｉｗ＊とを乗算することで、補正後のＷ相電流補正指令値ｉｗ＊＊を求める。
【００２７】
Ｕ相電圧変換部１８Ｕでは、Ｕ相電流指令値補正部１７ＵからのＵ相電流補正指令値ｉｕ＊＊と電流センサ１１ＵからのＵ相モータ電流ｉｕとを用いて、実際に電機子巻線４Ｕに流れるＵ相モータ電流ｉｕをＵ相電流補正指令値ｉｕ＊＊とするために必要なＵ相電圧指令値ｖｕ＊を演算してＵ相ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）演算部１９Ｕに送る。このとき、Ｕ相電圧変換部１８Ｕでは、Ｕ相電流補正指令値ｉｕ＊＊とＵ相モータ電流ｉｕとの差分と定数Ｋｐとを乗算することで、Ｕ相電圧指令値ｖｕ＊を演算する。
【００２８】
また、Ｖ相電圧変換部１８Ｖでは、Ｖ相電流指令値補正部１７ＶからのＶ相電流補正指令値ｉｖ＊＊と電流センサ１１ＶからのＶ相モータ電流ｉｖとを用いて、実際に電機子巻線４Ｖに流れるＶ相モータ電流ｉｖをＶ相電流補正指令値ｉｖ＊＊とするために必要なＶ相電圧指令値ｖｖ＊を演算してＶ相ＰＷＭ演算部１９Ｖに送る。このとき、Ｖ相電圧変換部１８Ｖでは、Ｖ相電流補正指令値ｉｖ＊＊とＶ相モータ電流ｉｖとの差分と定数Ｋｐとを乗算することで、Ｖ相電圧指令値ｖｖ＊を演算する。
【００２９】
更に、Ｗ相電圧変換部１８Ｗでは、Ｗ相電流指令値補正部１７ＷからのＷ相電流補正指令値ｉｗ＊＊と電流センサ１１ＷからのＷ相モータ電流ｉｗとを用いて、実際に電機子巻線４Ｗに流れるＷ相モータ電流ｉｗをＷ相電流補正指令値ｉｗ＊＊とするために必要なＷ相電圧指令値ｖｗ＊を演算してＷ相ＰＷＭ演算部１９Ｗに送る。このとき、Ｗ相電圧変換部１８Ｗでは、Ｗ相電流補正指令値ｉｗ＊＊とＷ相モータ電流ｉｗとの差分と定数Ｋｐとを乗算することで、Ｗ相電圧指令値ｖｗ＊を演算する。
【００３０】
Ｕ相ＰＷＭ演算部１９Ｕでは、Ｕ相電圧変換部１８ＵからのＵ相電圧指令値ｖｕ＊と、搬送波である三角波とを大小比較して、スイッチング素子部２Ｕの各スイッチング素子を駆動するＰＷＭ波形を決定する。このＰＷＭ波形は、各スイッチング素子を駆動するオンオフ制御信号としてスイッチング素子部２Ｕ（図１参照）に供給される。
【００３１】
また、Ｖ相ＰＷＭ演算部１９Ｖでは、Ｖ相電圧変換部１８ＶからのＶ相電圧指令値ｖｖ＊と、搬送波である三角波とを大小比較して、スイッチング素子部２Ｖの各スイッチング素子を駆動するＰＷＭ波形を決定する。このＰＷＭ波形は、各スイッチング素子を駆動するオンオフ制御信号としてスイッチング素子部２Ｖ（図１参照）に供給される。
【００３２】
更に、Ｗ相ＰＷＭ演算部１９Ｗでは、Ｗ相電圧変換部１８ＷからのＷ相電圧指令値ｖｗ＊と、搬送波である三角波とを大小比較して、スイッチング素子部２Ｗの各スイッチング素子を駆動するＰＷＭ波形を決定する。このＰＷＭ波形は、各スイッチング素子を駆動するオンオフ制御信号としてスイッチング素子部２Ｗ（図１参照）に供給される。
【００３３】
これにより、モータ駆動制御部１では、バッテリ３からの直流電圧を交流電圧にして電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗに印加することで、電機子巻線４Ｕ、４Ｖ、４Ｗにトルク指示値Ｔ＊に応じた電流を流す。
【００３４】
つぎに、上述の補正係数算出部１５により補正係数を算出するためのマップデータを求める処理について説明する。
【００３５】
先ず、モータ４の各相が磁気的に非対称となっていることによるトルク変動を抑制する補正係数の算出処理について説明する。この場合は、モータ４を外部から強制的に回転させた時に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の開放発電電圧の実効値をそれぞれＥｕ、Ｅｖ、Ｅｗとし、これらの各相の開放発電電圧のうち、中間の値となる開放発電電圧をＥとする。そして、下記の演算式に示すように、
Ｋｕ＝１＋α（１−Ｅｕ／Ｅ）
Ｋｖ＝１＋α（１−Ｅｖ／Ｅ）
Ｋｗ＝１＋α（１−Ｅｗ／Ｅ）
なる演算をすることで、Ｕ相についての補正係数Ｋｕ、Ｖ相についての補正係数Ｋｖ、Ｗ相についての補正係数Ｋｗを求める。ここで、αは正の定数であり、制御方法やモータ４の磁気的な構造などにより異なり、モータ駆動装置の製造、組立時に調整して決定する。そして、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに対する各補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを決定して、補正係数算出部１５に格納するマップデータを作成する。
【００３６】
このように作成したマップデータを補正係数算出部１５に保持し、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに応じた補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、ＫｗによってＵ相電流指令値補正部１７Ｕ、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖ及びＷ相電流指令値補正部１７Ｗにて補正を行う前の電圧指令値、モータ電流及び回転トルクの時間変化を図３に示す。
【００３７】
図３によれば、図３（ａ）に示す電圧指令値をＵ相ＰＷＭ演算部１９Ｕ、Ｖ相ＰＷＭ演算部１９Ｖ及びＷ相ＰＷＭ演算部１９Ｗに送った場合には、図３（ｂ）に示すようなＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗの変化となる。これに対し、モータ４にて発生する回転トルクは、図３（ｃ）に示すように、各相間の磁気的なばらつきにより、各相にて発生させるトルクが均一にならずに、時間の変化に従ったトルク変動幅Ｗ１を発生させる。
【００３８】
これに対し、磁気的なばらつきを低減するためのマップデータを定数αを「２」に設定して作成し、このマップデータを補正係数算出部１５にて参照して補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗにて補正した場合、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すような電圧指令値及びモータ電流の時間変化となる。このとき、図３（ｂ）に示すモータ電流よりも各相のモータ電流が非対称となっているが、各相の磁気的なばらつきにより各相のトルクの不均一を抑制し、図４（ｃ）に示すように時間の変化に従ったトルク変動幅Ｗ２となる。このトルク変動幅Ｗ２は、補正する前のトルク変動幅Ｗ２と比較して略半分となっている。
【００３９】
次に、モータ４の各相が電気的に非対称となっていることによるトルク変動を抑制する補正係数の算出処理について説明する。補正係数が「１」であって各相の電流指令値に補正をしていない場合の各相の電圧指令値の基本波実効値をＶｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊とし、これらの各相の基本波実効値のうち、中間の値となる基本波実効値をＶとする。そして、下記の演算式に示すように、
Ｋｕ＝１＋α（１−Ｖｕ＊／Ｖ）
Ｋｖ＝１＋α（１−Ｖｖ＊／Ｖ）
Ｋｗ＝１＋α（１−Ｖｗ＊／Ｖ）
なる演算をすることで、Ｕ相についての補正係数Ｋｕ、Ｖ相についての補正係数Ｋｖ、Ｗ相についての補正係数Ｋｗを求める。ここで、αは正の定数であり、制御方法やモータ４の磁気的な構造などにより異なり、モータ駆動装置の製造、組立時に調整して決定する。このようにトルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに対する各補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを決定して、補正係数算出部１５に格納するマップデータを作成する。
【００４０】
このように各相が電気的に非対称となっている場合であっても、図３及び図４に示したときと同様に、補正前ではトルク変動幅Ｗ１となっているのを、補正後にはトルク変動幅Ｗ２とすることができる。
【００４１】
次に、電圧利用率を高めてモータ４の回転トルクを増大させる補正係数の算出処理について説明する。この場合、各相の開放発電電圧のうち開放発電電圧の最大値Ｅ又は各相の基本波実効値のうち各相の基本波実効値の最大値Ｖを使用し、更に、定数αを負の値にして、上記演算式の演算を行うことで補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを求める。このようにトルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに対する各補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗを決定して、補正係数算出部１５に格納するマップデータを作成する。
【００４２】
このように作成したマップデータを補正係数算出部１５に保持させ、トルク指示値Ｔ＊及びモータ回転数Ｎに応じた補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、ＫｗによってＵ相電流指令値補正部１７Ｕ、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖ及びＷ相電流指令値補正部１７Ｗにて補正を行う前の電圧指令値、モータ電流及び回転トルクの時間変化を図５に示す。
【００４３】
図５によれば、図５（ａ）に示す電圧指令値をＵ相ＰＷＭ演算部１９Ｕ、Ｖ相ＰＷＭ演算部１９Ｖ及びＷ相ＰＷＭ演算部１９Ｗに送った場合には、図５（ｂ）に示すようなＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗの変化となり、モータ４にて発生する回転トルクは、図５（ｃ）に示すようになる。これに対し、電圧利用率を高めるためのマップデータを補正係数算出部１５にて参照して補正係数Ｋｕ、Ｋｖ、Ｋｗにて補正した場合には、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すような電圧指令値及びモータ電流の時間変化となり、図６（ｃ）に示すように時間の変化に従ったトルク変動となる。
【００４４】
ここで、図５（ｂ）のモータ電流値と比較して図６（ｂ）のモータ電流値には各相間の電流が非対称となっており、図５（ａ）に示すＶ相電圧指令値ｖｖ＊とＷ相電圧指令値ｖｗ＊とは約６．８Ｖの電圧差が生じているが、図６（ａ）に示す場合には５Ｖまで縮小している。また、補正前の回転トルクは図５（ｃ）に示すように回転トルクＴ１付近にて変動しているが、補正後の回転トルクは回転トルクＴ１を超えて変動しており、補正前の回転トルクと比較して約５％だけ増加している。したがって、補正後では、補正前と比較して電圧利用率が向上している。
【００４５】
補正係数算出部１５では、上述したような各相間の磁気的なばらつきによるトルク変動を抑制するためのマップデータ、各相間の電気的なばらつきによるトルク変動を抑制するマップデータ、電圧利用率を向上させるためのマップデータのうちの何れかを保持して補正係数を算出しても良く、双方のマップデータを保持し、何れかのマップデータを切り換えて使用して補正係数を算出しても良い。
【００４６】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用したモータ駆動装置によれば、モータ４の各相の特性ばらつきに応じた補正係数を各相ごとに算出して電流指令値を補正するので、構造的又は組立工程にて各相ごとに電気的、磁気的な特性ばらつきがある場合であっても、この特性ばらつきに起因するトルク変動を低減させることができる。
【００４７】
また、このモータ駆動装置によれば、補正係数算出部１５により、モータ４の各相の磁気的な特性ばらつきを低減するためのマップデータ及びモータ４の各相の電気的な特性ばらつきを低減するためのマップデータを保持して、各相ごとの補正係数を算出するので、磁気的又は電気的な各相の特性ばらつきに起因するモータ４のトルク変動を低減させることができる。
【００４８】
ここで、各相の巻線を意図的に非対称とした薄型モータを駆動する場合であっても、補正係数算出部１５にて各相の巻線の非対称度合いに応じたマップデータを保持し、各相ごとに補正することで、性能の悪化を抑制すると共に薄型モータを実現することができる。
【００４９】
更に、このモータ駆動装置によれば、モータ４の各相の特性ばらつきに基づくモータ４の電圧利用率を向上するマップデータを参照して各相ごとの補正係数を算出して電流指令値を補正するので、各相の特性ばらつきによって回転トルクが低減する場合であっても、電圧利用率を向上させることができる。
【００５０】
更にまた、このモータ駆動装置によれば、モータ４の各相の特性ばらつきに基づく回転トルクの変動を低減するためのマップデータ、モータ４の電圧利用率を向上するためのマップデータを切り換えて使用して、各相ごとの補正係数を算出して補正するので、モータ４の駆動状態やトルク指示値Ｔ＊に応じて使用するマップデータを切り換えることにより、モータ４のトルク変動の低減及び電圧利用率の低下の双方を実現することができる。
【００５１】
補正係数算出部１５は、例えば、モータ４を駆動系の共振周波数付近にて回転駆動させる場合には、トルク変動を低減させるためのマップデータを使用して各相ごとの補正係数を算出し、モータ４のトルク最大値付近にて駆動させる場合には、電圧利用率を向上させるマップデータを使用して各相ごとの補正係数を算出する。これにより、例えば車両の駆動に関する用途にてモータ４を駆動するときに、広い回転数域及び回転トルク範囲がモータ４に要求される場合であっても、モータ４の性能を最大限に引き出すことができる。
【００５２】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５３】
ここで、特許請求の範囲と実施の形態の対応関係は以下の通りである。
【００５４】
モータ駆動制御部１に含まれる電流マップ演算部１４、２相−３相電流指令値変換部１６が制御目標演算手段を構成し、補正係数算出部１５が補正係数算出手段を構成し、Ｕ相電流指令値補正部１７Ｕ、Ｖ相電流指令値補正部１７Ｖ、Ｗ相電流指令値補正部１７Ｗが補正手段を構成し、Ｕ相電圧変換部１８Ｕ及びＵ相ＰＷＭ演算部１９Ｕ、Ｖ相電圧変換部１８Ｖ及びＶ相ＰＷＭ演算部１９Ｖ、Ｗ相電圧変換部１８Ｗ及びＷ相ＰＷＭ演算部１９Ｗが制御手段を構成する。
【００５５】
また、上述した一例では、各相の電流補正指令値を補正係数にて補正する場合について説明したが、これに限らず、各相の電流補正指令値を電圧指令値に変換した後にこの電圧指令値を補正しても、上述と同様の効果を得ることができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用したモータ駆動装置のモータ駆動制御部の制御ブロック図である。
【図３】モータの磁気的な特性ばらつきを補正する前のトルク変動幅を説明するための図であり、（ａ）は各相の電圧指令値、（ｂ）は各相のモータ電流、（ｃ）はトルク変動を示す。
【図４】モータの磁気的な特性ばらつきを補正した後のトルク変動幅を説明するための図であり、（ａ）は各相の電圧指令値の時間変化、（ｂ）は各相のモータ電流の時間変化、（ｃ）はトルク変動の時間変化を示す。
【図５】モータの電圧利用率を補正していない場合を説明するための図であり、（ａ）は各相の電圧指令値の時間変化、（ｂ）は各相のモータ電流の時間変化、（ｃ）はトルク変動の時間変化を示す。
【図６】モータの電圧利用率を補正した場合を説明するための図であり、（ａ）は各相の電圧指令値の時間変化、（ｂ）は各相のモータ電流の時間変化、（ｃ）はトルク変動の時間変化を示す。
【符号の説明】
１ モータ駆動制御部
２ インバータ
３ バッテリ
４ モータ
１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ 電流センサ
１２ 回転センサ
１３ 回転計測部
１４ 電流マップ演算部
１５ 補正係数算出部
１６ ２相−３相電流指令値変換部
１７Ｕ Ｕ相電流指令値補正部
１７Ｖ Ｖ相電流指令値補正部
１７Ｗ Ｗ相電流指令値補正部
１８Ｕ Ｕ相電圧変換部
１８Ｖ Ｖ相電圧変換部
１８Ｗ Ｗ相電圧変換部
１９Ｕ Ｕ相ＰＷＭ演算部
１９Ｖ Ｖ相ＰＷＭ演算部
１９Ｗ Ｗ相ＰＷＭ演算部
Claims (5)
- 永久磁石を回転子とし、複数相に対応した電機子巻線を固定子とした構成を有し、各相の電機子巻線ごとに電流が流れるように電圧を印加してモータに回転トルクを発生させるようにインバータを制御するモータ制御装置において、
外部からのトルク指示値の回転トルクを上記モータに発生させるように、上記モータの各相の電機子巻線ごとに制御目標指令値を演算する制御目標演算手段と、
上記モータの各相の特性ばらつきに基づいた補正係数を各相ごとに算出する補正係数算出手段と、
上記制御目標演算手段にて演算された各相ごとの制御目標指令値を、上記補正係数算出手段にて算出された各相ごとの補正係数を用いて補正して制御目標補正値を算出する補正手段と、
上記補正手段にて補正された各相の制御目標補正値に従って、各相の電機子巻線に電流が流れるようにインバータを制御する制御手段とを備え、
上記補正係数算出手段は、上記モータの各相の特性ばらつきに基づく上記モータの回転トルクの変動を低減する補正係数を各相ごとに算出するマップデータを保持し、上記トルク指示値に応じてマップデータを参照して各相ごとの補正係数を算出し、
上記マップデータは、上記モータを外部から強制的に回転させた時の各相の開放発電電圧の実効値のうち、中間の値となる開放発電電圧に対して高い開放発電電圧の相の電機子巻線に低い電流が流れるように補正係数を小さい値に設定し、中間の値となる開放発電電圧に対して低い開放発電電圧の相の電機子巻線に高い電流が流れるように補正係数を大きい値に設定してなること
を特徴とするモータ制御装置。 - 永久磁石を回転子とし、複数相に対応した電機子巻線を固定子とした構成を有し、各相の電機子巻線ごとに電流が流れるように電圧を印加してモータに回転トルクを発生させるようにインバータを制御するモータ制御装置において、
外部からのトルク指示値の回転トルクを上記モータに発生させるように、上記モータの各相の電機子巻線ごとに制御目標指令値を演算する制御目標演算手段と、
上記モータの各相の特性ばらつきに基づいた補正係数を各相ごとに算出する補正係数算出手段と、
上記制御目標演算手段にて演算された各相ごとの制御目標指令値を、上記補正係数算出手段にて算出された各相ごとの補正係数を用いて補正して制御目標補正値を算出する補正手段と、
上記補正手段にて補正された各相の制御目標補正値に従って、各相の電機子巻線に電流が流れるようにインバータを制御する制御手段とを備え、
上記補正係数算出手段は、上記モータの各相の特性ばらつきに基づく上記モータの回転トルクの変動を低減する補正係数を各相ごとに算出するマップデータを保持し、上記トルク指示値に応じてマップデータを参照して各相ごとの補正係数を算出し、
上記マップデータは、各相の制御目標指令値に補正をしていない場合の各相の電圧の基本波実効値のうち、中間の値となる基本波実効値に対して高い基本波実効値の相の電機子巻線に低い電流が流れるように補正係数を小さい値に設定し、中間の値となる基本波実効値に対して低い基本波実効値の相の電機子巻線に高い電流が流れるように補正係数を大きい値に設定してなること
を特徴とするモータ制御装置。 - 上記制御目標演算手段は、制御目標指令値として、上記モータの各相の電機子巻線に流す電流指令値を演算し、上記補正手段は、上記制御目標演算手段により演算された電流指令値を補正して制御目標補正値とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
- 上記制御目標演算手段は、制御目標指令値として、上記モータの各相の電機子巻線に印加する電圧指令値を演算し、上記補正手段は、上記制御目標演算手段により演算された電圧指令値を補正して制御目標補正値とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
- 上記補正係数算出手段は、上記モータの各相の特性ばらつきに基づく上記モータの回転トルクの変動を低減する補正係数を各相ごとに算出するマップデータに加えて、上記モータの各相の特性ばらつきに基づく上記モータの電圧利用率を向上する補正係数を各相ごとに算出するマップデータを保持し、何れかのマップデータを切り換えて使用して、上記トルク指示値に応じて各相ごとの補正係数を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
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