JP4910745B2 - 電動機の制御装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御装置およびその制御方法に関するものである。

近年自動車にも多数用いられている電動モータ（電動機）では、自動車という用途上、小型化と効率に対して厳しい要求がなされている。現在、電動モータを走行用に搭載した自動車の多くは、エンジンの出力とモータの出力を組み合わせて走行するハイブリッド自動車であり、発電機用途と電動機用途の２つのモータを搭載したものが多く、このようなハイブリッド自動車用モータの小型化・高効率化を実現する手段として、本出願人は複合電流方式の２回転子モータ（特許文献１を参照されたい。）を開発した。

この発明によれば、１つの固定子に給電することで２つの回転子を独立に回転させることが可能であり、１つのモータ体格で２つのモータ分のトルクを発生させることが可能であると共に、両回転子に合わせて固定子に与えられる電流の平均値は、単純に２つのモータに電流を与えた場合の平均値より低く、電流による損失が低減するという効果がある。しかしながら前記の発明におけるモータは、例えばモータをタイヤの内側に搭載するホイールインモータのような場合、出力軸が２つは必要無く、冗長となる。また、２つのモータ分のトルクを低い損失で発生させるためには２つの回転子を機械的に結合することになり、小型化できなくなるという問題点がある。これらの問題を解決するため、本出願人は、２つに分かれている異なる極対数の回転子を一体に統合し、この異なる極対数に対応する電流を合算した複合電流をステータに流すモータを開発している。このモータでは、１つのモータ体格で２つ分のモータトルクを発生しつつ、電流による損失は２つのモータを独立に回転させる場合より低減することができる。
特許第３４８０３０１号公報

ところが、このタイプのモータは、現在の主流である三相交流で駆動する場合に、駆動に必要な複合電流によって回転する回転子がトルク変動（トルクリップル）および電磁加振力を生じる。この場合に、モータを含む構造系に固有の共振周波数が存在すると、トルクリップルおよび／または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、回転子の回転上昇に伴い構造系の共振周波数に近づくにつれて、モータを含む構造系の騒音が増大してしまう。この騒音は、構造系の共振周波数で構造系と回転子の共振が発生してピークとなり、その後、構造系の共振周波数を通過すれば、回転子の回転音が上昇するにもかかわらず騒音は低減する。このため、回転上昇に伴うモータ回転音のリニア感が欠如し、本モータを搭載した車体の運転手は、スムーズな加速感を得ることができない。よって、前記の複合電流を用いて駆動する電動機において、振動（騒音）のリニアリティを向上させるため、構造系の共振周波数とトルクリップルおよび／または電磁加振力に関する加振次数の周波数とを一致させないような制御が求められていた。

そこで、本発明は、構造系の共振周波数とトルクリップルおよび／または電磁加振力に関する加振次数の周波数とを一致させないような制御技法（制御装置および制御方法）を提供することを目的とする。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による電動機の制御装置は、
複合電流を用いて回転子（回転および出力）を制御する電動機の制御装置において、
固定子に供給する前記複合電流によって前記回転子の回転に起因するトルクリップル（変動）および／または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、該電動機を含む構造系の少なくとも１つの共振周波数と一致するときは、該構造系における共振が発生しない様に、前記複合電流に含まれている複数の駆動電流のうちの高次のものよりも少なくとも１つ以上大きい次数を持つ少なくとも１つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳することによって、前記加振次数成分の少なくとも一部を別のより高次の加振次数成分に変換する重畳電流制御部、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明による電動機の制御装置は、
前記回転子が、異なる複数の磁極に相当する磁石磁束を表面に合算して発生させる磁束発生部材を持ち、
前記固定子が、前記複数の磁極にそれぞれ対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、前記固定子を回転させることができるように前記複合電流を供給され、前記複合電流を通電するステータコイルを有し、
（少なくとも１つの所定の共振周波数、電磁加振力次数（加振周波数）または所定の回転数の範囲を格納する記憶部と、）
前記回転子の回転数を検出する回転数検出部をさらに備え、
前記重畳電流制御部は、
前記回転子検出部によって検出された前記回転子の回転数が、前記共振周波数に応じて設定される所定の範囲に含まれる場合（即ち、回転数が所定の回転数範囲内の場合）、前記少なくとも１つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳する、
ことを特徴とする。

また、第３の発明による電動機の制御装置は、
前記重畳電流制御部が、
前記複合電流に含まれる複数の駆動電流および前記重畳される少なくとも１つの高次駆動電流のうち、少なくとも１つの電流を調整することによって、前記加振次数成分（低次成分）によるトルクリップルおよび／または加振力の大きさ（レベル）と、前記別のより高次の加振次数成分（高次成分）によるトルクリップルおよび／または加振力の大きさ（レベル）との比を、任意に制御する、
ことを特徴とする。

第４の発明による電動機の制御装置は、
前記重畳電流制御部が、
前記比を、前記回転子の回転数および負荷に対応して予め設定したテーブルに基づいて決定する、
ことを特徴とする。

第５の発明による電動機の制御装置は、
振動（電動機自体の振動または車全体の振動など）を検出する振動量検出部（センサ等）をさらに備え、
前記重畳電流制御部が、
前記振動量検出部が検出した振動レベル（振動の大きさ、周期など）をフィードバックすることによって、前記比を制御する（例えば、振動レベルと所定の値（予めマップ等で持っている）との差（演算部（CPU等）によって計算される）が最小となるように決定する）
ことを特徴とする。

第６の発明による電動機の制御装置は、
前記回転子が磁極数の比が１：２となる２つの磁極を有し、
前記固定子のステータコイルが、３相のインバータで駆動され、
前記複合電流が、１次の基本波成分を有する駆動電流および２次の高調波成分を有する駆動電流を含み、
４次および／または５次の高調波成分を有する前記少なくとも１つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳して、前記固定子のステータコイルに供給する、
ことを特徴とする。

第７の発明による電動機の制御装置は、
前記重畳電流制御部は、
前記回転数検出部によって検出された前記回転子の回転数が、前記共振周波数に応じて設定される所定の範囲以外にある場合、前記固定子のステータコイルに通電する電流量が最小となる様に前記少なくとも１つの高次駆動電流を調整する、
ことを特徴とする。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明したが、本発明はこれに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現され得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。例えば、本発明を方法として実現させた第８の発明による電動機の制御方法は、
複合電流を用いて回転子（回転および出力）を制御する電動機の制御方法において、
固定子に供給する前記複合電流による前記回転子の回転に起因するトルクリップル（変動）および／または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、該電動機を含む構造系の少なくとも１つの共振周波数と一致するか否かを判定するステップと、
前記ステップで一致すると判定した場合は、該構造系における共振が発生しない様に、前記複合電流に含まれている複数の駆動電流のうちの高次のものよりも少なくとも１つ以上大きい次数を持つ少なくとも１つの高次駆動電流（演算手段、即ちCPU、DSPなどのプロセッサを使用して算出される。）を前記複合電流に重畳することによって、前記加振次数成分の少なくとも一部を別のより高次の加振次数成分に変換するステップと、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、構造系の共振周波数と、回転子が発生するトルクリップル（変動）および／または電磁加振力に関する加振次数の周波数とが一致する（近づく）ことを、複合電流を調整することによって回避し、これによって、電動機（モータ）の騒音が増大するのを防止し、静粛かつモータ回転音（振動）にリニア感のある電動機を実現することができる。

第１の実施例
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる同期電動機１００の一例を説明する概略図、図２は、同期電動機１００を変速機６に組み入れた例を示す概略図である。図２において、（ａ）は、エンジン筐体７およびその他の部材の正面図、同図（ｂ）は、エンジン筐体７およびその他の部材の側面を、説明を簡単にするために制御回路を一体化して描いた概略図である。これらの図を用いて、まず構成を説明する。固定子１は、複数の積層コアから構成され、それぞれ巻線（ステータコイル）２が集中的に巻かれている。この巻線は、その一方が中性点として他の相の一方と接続され、他方はインバータ１２の内部で、電源ラインのＰ側・Ｎ側にスイッチング素子（図示せず）を介して接続されている。インバータ１２は３相を制御する構成となっている。なお、固定子１は分割されたコアでも、分割されないコアでも同様の動作ができることは周知のとおりである。またステータコイル２は集中巻に限らず分布巻でも適用可能である。回転子４は、この実施例では２極対と４極対の２種類の極対数を備えるものとなっている。その結果、２極対と４極対で、Ｎ極同士とＳ極同士（図１中においてそれぞれＮ、Ｓと示している）は、それぞれの磁石極３として残り、Ｎ極とＳ極が対峙する部位では、等価的に磁場が存在しない（磁石が存在しない）。その結果、機械角４５°（電気角３６０度に対応）の両端にＮ，Ｓ極が配置される。なお、Ｎ，Ｓ極は、それぞれ逆方向に着磁され、逆方向に磁力線を出す永久磁石である。

同期電動機１００の回転子４の生成原理を、図１６を用いて説明する。なお、図１６の例は図１と異なる構成となっているが、本発明で用いているモータの基本的な生成原理を説明するものであり、図１の同期電動機１００にも適用可能である。図１６（ｂ）は、２つの回転子構造のモータの回転子であり、外側回転子６４Ａが６極対、内側回転子６４Ｂが３極対の磁石を備える。この磁石を内側の回転子の表層に２層に配置したものが同図（ｃ）である。同図（ｃ）を見ると、回転子６４Ｃは着磁方向の異なる２種類の磁石（Ｎ極、Ｓ極）がいくつかの位置で互いに接している。周知のように着磁方向の異なる磁石を張り合わせた場合、どちらかの着磁方向にも磁束が発生しないため、磁石が無いことと等価である。

そこで、径方向に見て異なる着磁の磁石が張り合わせてある部分から磁石を排除したのが同図（ｄ）であり、この回転子６４にはＮ極の磁石Ｎ１〜Ｎ３，Ｓ極の磁石Ｓ１〜Ｓ６が含まれる。この結果、周囲に曲線で示したような、３極対と６極対の複合磁束ＣＦを発生する回転子６４が完成する。この回転子を、固定子と一体化し、同図（ａ）の同期電動機を得る。なお、本発明は、極性の違う磁石が接触している部分の磁石を除去していない、内側回転子と外側回転子とを一体にした構成である同図（ｃ）の構成で基本的には成立し、小型化、電流低減の効果が得られるものであり、同図（ｄ）と同じ複合磁束ＣＦ（図（ｃ）には図示せず）が発生することに注意されたい。つまり、回転子６４Ｃは、インナー回転子の第１の回転子とアウター回転子の第２の回転子とを一体化した構成の回転子である。もちろん、不要な磁石を除去した同図（ｄ）の構成の方が削除した磁石分の慣性の低減によるトルクの向上、モータの軽量化、削除した磁石の分の経費節減などでさらに効果がある。また、先述したように、２極対と４極対の同期電動機１００も同様の原理で生成されていることに留意されたい。

図２において、電動機アセンブリ５は、その回転軸１６に装着されたレゾルバ８によって回転数を検出し、合わせて電流センサ（図示せず）によって検出したＵ相（またはＶ相Ｗ相）電流１０によって、モータコントローラ１４で駆動される。モータコントローラ１４は、２極対と４極対のロータを駆動するため、１次の基本波成分および２次の高調波成分を有する２つの電流を合算して複合電流を生成する。生成された複合電流は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変換器１３によってＰＷＭ信号に変換され、インバータ１２は、ＰＷＭ信号に基づいて三相交流電流を生成し、生成された三相交流電流は、高圧ケーブル９を通して電動機アセンブリ５に投入される。なお、エンジンコントローラ１５とモータコントローラ１４は協調して作動して、バッテリの充電状況など、さまざまな状況に応じて、トルク分担を最適に制御する。また、エンジン筐体７は、エンジンマウントブラケット１７とその先端に装着されたエンジンマウントインシュレータ１８によって、図示しない車体に装着されている。

次に動作を説明する。固定子１には上述のように３相のインバータ１２が接続されている。このインバータ１２に、２極対と４極対の回転子磁界に対応した複合正弦波磁束を発生するような電流を与えるための、モータコントローラ１４での制御について説明する。回転子２の位置に応じて電流指令を回転させるのは通常のモータと同じであるが、本発明によるモータでは、両極対に対応する複合磁束を発生させるため、まず２極対に対しては、１周期の正弦波（1次駆動電流）を発生させるべく、正弦波１周期の各位置での電流値を各相の指令値として計算する。一方４極対に対しては、２周期の正弦波（２次電流）を発生させるので、正弦波１周期を２分割した位置での電流値を求め、各相の指令値とする。その後、２極対と４極対のそれぞれの指令値を足し合わせ、３相インバータ１２の指令値として電流制御を行う。制御された複合電流をステータコイル２に通電すると、回転子４がトルクを発生し回転する。

一方で、この複合電流によって、加振次数が３次の回転子２のトルクリップルや、同様に、加振次数が３次の固定子１の半径方向への電磁加振力が発生する。このように、複合電流が同じであれば、同じ次数のトルクリップルと電磁加振力が発生するが、回転子２のトルクリップルは、回転子軸方向に加振力が発生するのに対して、固定子１では固定子の半径方向に加振力が発生する。図１１（ｃ）に、基本となる１次および２次の駆動電流（以後、１＋２次駆動電流と示す。）を合算した複合電流によって発生するトルクリップルを示す。なお、図には１次，２次，４次および５次の駆動電流（以後、１＋２＋４＋５次駆動電流と示す。）を合算した複合電流によって発生するトルクリップルの例を複数示しているが、これらについては後述する。図のように、１＋２次駆動電流で発生するトルク変動の山は、電気角３６０°の内３個であり、加振次数がおよそ３次のトルクリップルが発生しているとみなすことができる。

この状態において、基本となる１＋２次の複合電流に、より高次の駆動電流を少なくとも１つ重畳することで、トルクリップルの加振次数を変換することができる。制御方法の詳細およびその制御による効果については後述するが、この加振次数を制御するための機能ブロック図を図９に示す。図９は、図２のモータコントローラ１４からＰＷＭ変換部１３までをより詳細に説明するものである。電流補正係数算出部３０は、モータ１００の回転速度（回転数）および図示しないトルク指令制御部からのトルク指令に基づき、複合電流に重畳する高次駆動電流の次数および重畳量を算出する。電流補正係数算出部３０以降の、３相／２相変換部３１からモータ１００までの制御は、一般的なモータの制御方法と同様であるため説明を省略する。

なお本発明によれば、４次駆動電流あるいは５次駆動電流を別個に１＋２次駆動電流に重畳するか、または、４次駆動電流および５次駆動電流を合わせて重畳するのが好適である。これによって、加振次数が３次および６次のトルクリップルや、電磁加振力の大きさを制御できる。なお、本発明は、３次の加振次数によるトルクリップルをキャンセルするために、４次および５次駆動電流といったより高次の駆動電流を重畳するような従来の技法とは異なり、基本となる複合電流（１＋２次駆動電流）の最適な電流量（すなわち、それぞれの駆動電流の合算量）をも調整することによって、ＤＣトルクの低減を最小に抑制するものである。

ここで、上述の制御方法およびその効果を説明する。上述した電流の重畳処理により、モータ１００を駆動するＤＣトルクを発生しつつ、その平均トルクを維持したままで、高次の電磁加振力モード、すなわちトルクリップル（ＡＣ成分）の周波数特性を変化させることができる。図１０（ａ）に、駆動電流として合算する１次，２次，４次および５次の電流の合算量の変化に対する、３次および６次のトルクリップルの発生量の変化を示す。同図（ｂ）に、電気角に対する駆動電流の波形を、同図（ｃ）に、同図（ｂ）に示す各駆動電流で駆動したときに発生するトルクリップルを示す。なお、（ｂ）において合算する各電流量については後述する。同図（ａ）におけるＢ点は、同図（ｂ）内の破線で示した１＋２次駆動電流でモータ１００を駆動している。このとき発生するトルクリップルは、同図（ｃ）内に破線で示したものとなる。同図（ｃ）のように、１＋２次駆動電流の場合は、加振次数が３次のトルクリップルが発生しており、同図（ａ）のＢ点の値からも、３次のトルクリップルが８０ｄＢと支配的であることがわかる。これに比べ、同図（ａ）のＡ点における、同図（ｂ）内に実線で示した１＋２＋４＋５次駆動電流で駆動した場合、同図（ｃ）内に実線で示した６次成分が支配的なトルクリップルが発生する。同図（ａ）のＡ点の値からも、加振次数が６次のトルクリップルが６０ｄＢと支配的であることがわかる。このことはすなわち、基本の複合電流に合算する高次（４次および／または５次）の駆動電流の電流量を変えることによって、トルクリップルが、３次で変動するトルクリップル（破線）から、６次で変動するトルクリップル（実線）に変換されることを示している。

図１１に、平均トルクを一定に保ったまま、重畳する１次，２次，４次および５次の各電流量を変化させた場合のトルクリップルの変化を示す。同図（ｂ）は、重畳する各電流成分の電流値を、横軸を次数、縦軸を電流量で示している。同図（ａ）、（ｃ）は、それぞれ、同図（ｂ）に示した各ケースに対応する駆動電流波形および発生するトルクリップルを示す。対応するものは、同種の線で示してある。ここで、図中の１＋２次駆動電流および１＋２＋４＋５次駆動電流は、図１０（ａ）におけるＡ点およびＢ点にそれぞれ対応しており、他のグラフは、図１０（ａ）の直線上のいずれかの位置に対応している（必ずしも図示した点の位置でないことに注意されたい。）。なお、同図（ｂ）では駆動電流としてＵ相電流を例にしているが、Ｖ相およびＷ相電流でも同様である。同図（ｂ）からわかるように、1次と２次の電流以上より高次の、すなわち４次および５次の駆動電流を投入する必要はあるものの、同図（ｃ）のように、加振次数が３次のトルクリップルを抑制することができる。また、同図（ａ）、（ｂ）のように各電流量を適切に配分すること、すなわち、図１０（ａ）の直線上にあるように（平均トルクを一定に保つように）各電流量を配分することで、同図（ｃ）のように、発生するトルクリップルの３次成分と６次成分との比率を任意に変えることができる。

次に、フローチャートおよび図を用いて、上述のトルクリップルの制御（すなわち、電流重畳制御）が必要となる場合とその制御方法を説明する。図３に、フローチャートを示す。まず、アクセルペダル開度等から判定されるモータおよび内燃機関の負荷指令値を確認し（ステップＳ１）、ユーザからのモータ停止指令が発生したか否かを判定する（ステップＳ２）。停止指令がない場合は、ステップＳ１での判定結果に基づき、現在の車体の駆動モードが、モータのみによる駆動モード（モータ単独運転、ＥＶ（Electric Vehicle）走行モード）か否かを判定する（ステップＳ３）。ＥＶモードの場合、内燃機関（エンジン）音がなくモータの音がより際立つため、特にこの場合に、本発明は有利である。

モータ単独運転（ＥＶモード）の場合は、モータの回転子の回転数に依存して発生するトルクリップルおよび／または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、構造系の共振周波数を中心とした所定の領域に存在することによる騒音の増大を、回避する必要がある。すなわち、加振次数の周波数が構造系の共振周波数に一致するような所定の回転子の回転数において、上述した、トルクリップルの次数の変換制御を行えばよい。なお、構造系の共振は、ある単一の回転数だけではなく複数の所定の回転数で発生し、その所定の回転数近傍の範囲では、回転数の増加に伴い、騒音レベルが構造系の共振周波数（共振のピーク）に向かって上昇していく。よって、予め、構造系の共振周波数を中心とする、前記所定の回転数域を設定しておく。図１２に、この領域を設定するための図を、図１３に、騒音（音圧）レベルの回転数依存性を示す。図１２は、回転子の回転数による電磁加振力の加振次数が３次（実線）および６次（破線）のトルクリップルの周波数特性を示しており、図中に斜線で示した共振峰１〜３の範囲は、構造系の共振周波数付近であることを示している。ここで構造系の共振とは例えば、図示しないシャフトのねじれによる共振や、エンジンマウントブラケット１７自体の共振等がある。

図１２より、例えばトルクリップルが３次のグラフと共振峰１の範囲とが重なっているような、モータ回転数がＮ１〜Ｎ２の領域では、電磁加振力の共振周波数と構造系の共振周波数とが重なり、図１３のグラフにおいて円で示す部分のように騒音が増大してしまう。同様に、モータ回転数がＮ３〜Ｎ４の領域でも、騒音が増大する。これらの範囲では、回転数の増加に伴い騒音が増加して行き、共振周波数をピークとして、ピーク以降は回転数を上げても騒音が減少することになる。すなわち、車の運転手は、アクセルを踏み込んだにもかかわらず音のリニアリティが得られず（即ち、ドライバ加速要求に従って、音が上昇し続けるこをドライバは期待するにもかかわらず、音が一旦上昇し、下降するため）、違和感を覚えることになる。よって、これらの回転数域（Ｎ１〜Ｎ２、Ｎ３〜Ｎ４）を所定の回転数域として設定し、この領域においては上述した制御を行って、トルクリップルを、音圧レベルの高い３次から、低い６次へと変換する。

図３のフローに戻り、上述の制御を説明する。ステップＳ３でＥＶ走行モードと判定された場合、現在のモータの回転数（Ｎ）を取得するステップへ入る（ステップＳ４）。まず、ステップＳ５でＮ＜Ｎ１と判定された場合、電磁加振力による共振周波数は構造系の共振周波数の近傍にないため、基本の１＋２次駆動電流によりモータを駆動する。ステップＳ７でＮ１≦Ｎ≦Ｎ２と判定された場合は、１＋２＋４＋５次駆動電流によりモータを駆動する。このとき、図４のように３次のトルクリップルによる音圧レベルが破線から実線へと変化し、騒音が低下する。ステップＳ９〜Ｓ１３でも同様に、回転数が所定の回転数域内にある場合は１＋２＋４＋５次駆動電流にて駆動し、電磁加振力モードの次数を３次から６次へ変換させる。このように１＋２＋４＋５次駆動電流にて駆動した場合、図４のように、６次のトルクリップルによる騒音が相対的に上昇するが、このことで、単一の次数のトルクリップルのみが存在することによる騒音のこもり感が解消されるという利点がある。

一方、内燃機関（エンジン）とモータとで駆動する場合は、内燃機関の騒音によりモータの騒音が隠れるが、その状態でもモータ騒音が問題となる回転数領域を予め設定しておき、その領域では１＋２＋４＋５次駆動電流で駆動する（ステップＳ１４〜Ｓ１６、およびＳ４〜Ｓ１３）。

ここで、電磁加振力の加振次数の変換に伴う音圧レベルの変化について、より詳細に、図１４および図１５を用いて説明する。図１４は、図１２と同一であるため説明を省略する。図１５は、図１３と同様に騒音（音圧）レベルの回転数依存性を示す図であり、この図において、破線のグラフは、本発明による駆動電流の重畳制御を行わない場合を、実線は、制御を行った場合を示す。図１４のように、共振峰とトルクリップルが重なる領域（Ｎ１〜Ｎ２およびＮ３〜Ｎ４）では、上述した制御により、１＋２＋４＋５次の電流を重畳した駆動電流によってモータを駆動することで、図内の円で囲んだ部分のように、トルクリップルを３次から６次へ変換する。このときの各領域における音圧のレベル（騒音レベル）は、図１５において実線で示すように、３次のトルクリップルによる騒音が低下することがわかる。上述したように、６次のトルクリップルによる騒音は相対的に大きくなるものの、一般的に元々レベルは小さいため騒音に寄与せず、さらに、６次成分の相対量が上がって３次と６次のレベルが近づくことで、単一の次数のトルクリップルによる騒音のこもり感が解消され、迫力のある加速感が得られるといった、音質上の演出も可能となる。

第１の実施例においては、以下の効果を得ることができる。異なる複数の磁極３に相当する磁石磁束を表面に合算して発生させる磁束発生部材を持つ回転子４と、複数の磁極３にそれぞれ対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、回転子４を回転させることができるように複合電流を通電するステータコイル２を有する固定子１とを備える電動機１００において、電動機駆動用の複合電流以外の高次駆動電流を任意に重畳可能な電流制御手段１４を有すると共に、回転数検出手段８によって、電動機１００の主要な電磁加振力に関する加振次数の周波数が、電動機の構造系の共振周波数を含む、予め設定した領域にある場合は、電動機１００の基本次の電磁加振力の加振次数を、より高次の次数に変換して運転することで、静粛な電動機とすることができる。さらに、加振次数を高次にすれば、仮に高次の加振次数の周波数が構造系の共振周波数と重なったとしても、回転子の回転数の上昇に伴いその共振周波数をすばやく通過することが可能であり、騒音の上昇が抑制できる。

すなわち、モータの回転数を検出し、その回転数によって、共振領域での運転か否かを判断して、高次駆動運転（例えば、1＋２＋４＋５次）と低次駆動運転（1＋２次）とを切り替えることで、モータの回転とほぼ連動した騒音上昇が得られ、違和感の無い、リニアリティのある音の演出が可能となる。また、３次のトルクリップルを抑制するために常に４＋５次駆動電流を最大に投入することに起因して６次のトルクリップルによる振動や騒音が支配的になる場合には、次数の異なる各電流の重畳量を適切に配分して、３次と６次のトルクリップルが適切な比率（バランス）となるようにすることができる。トルクリップルを完全に６次に変換するように１＋２＋４＋５次駆動電流を投入すると、消費電力量が大きくなるが、３次のトルクリップルをいくらか許容するように駆動電流を合算すると、消費電力量を抑制することができる。このことにより、エンジンマウントブラケット１７において、トルクリップルに基づくエンジン筐体７のロール振動により車体が加振される度合が大幅に抑制されて、車室内騒音を好ましい音に制御することができる。

また、加振次数成分が低次の場合のトルクリップルおよび／または加振力の大きさ（レベル）と、より高次成分によるトルクリップルおよび／または加振力の大きさ（レベル）との比（ここでは、３次と６次との比）を、任意に制御できるため、回転子の回転数の上昇に伴って共振のピーク（共振周波数）を乗り越えることによる騒音上昇を抑制して、回転上昇に騒音上昇を比例させることができ、リニアリティのよい電動機が得られる。

さらに、その比を、電動機１００の回転数と負荷に基づいて予め設定したテーブルまたはマップに基づいて決定しておくことで、複雑なコントローラの不要な、低コストのシステムを実現することができる。

第２の実施例
本発明の第２の実施例では、モータ走行モード（ＥＶ走行モード）でも、負荷が低い場合は騒音レベルも小さいため、消費電力を低く抑えるために、第１の実施例のように高次（４＋５次）の電流を重畳せず、可能な限り余分な電流を投入しないようにする。図５のフローチャートおよび図６を用いて、本実施例を説明する。ステップＳ２２までは、図３の第１の実施例のフローチャートにおけるステップＳ２までと同様であるため説明を省略する。ステップＳ２３にて、モータ負荷が所定の値以下か否かを判定する。所定値以下と判定された場合は、基本の１＋２次電流によって駆動し、所定値以下でないと判定された場合は、第１の実施例におけるステップＳ３〜Ｓ１６と同様の制御を行う（ステップＳ２４〜Ｓ３７、図６（ａ）におけるパターンＢの運転）。ここで所定値の設定方法を、図６（ｂ）の、エンジントルクのエンジン回転速度依存性を示す図を用いて説明する。同図Ａの領域は、車体の駆動にモータを主体に用いている領域であり、モータの騒音が際立つため、上述したステップの制御を行って、音圧レベルを図６（ａ）の実線のグラフのように低減させる。同図（ｂ）Ｂの上部領域では内燃機関が主に車体を駆動し、内燃機関の騒音によりモータの騒音が隠れるため、また、Ｂの下部領域ではモータ（および内燃機関）の負荷が低くモータの騒音が気にならないため、上述したようなモータ騒音を制御する必要はない。このように、所定値としては図６（ｂ）のようなマップを、予め図示しない記憶部に持っておけばよい。このことより、電力の過不足なく、適切な騒音制御が可能となる。すなわち、最低次の加振力による共振が構造系の共振周波数に近づかないように制御すべき回転数領域以外の領域では、重畳する電流の投入量が最小となる様に制御し、消費電力量を最小限に抑えた効率の良い運転が可能となる。

第３の実施例
第３の実施例では、車室内騒音を検出する手段をさらに設けて、検出した車室内騒音が目標値に対して最小となるように、第１および第２の実施例における電流の重畳制御を行う。図８に、第３の実施例の一例を説明する図を示す。この図において、図２と同様の部材には同様の符号を付している。なお、同図（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であるが、分かりやすくするため、制御装置を一体化し、加速度センサ２０は、主要な車室内騒音であるエンジンマウント振動を検出し、信号線２１を介してコントローラ５１（モータコントローラ１４を含む。）へ伝達する。コントローラ５１は、車体へ入力されたエンジンマウント振動を算出し、この振動の大きさが所定の目標値に対して最小となるように、例えば図７に示すようにパワープラント５０にフィードバックする、フィードバック制御を行う。この場合、新たに加速度センサ２０を装着するとコストが増すため、予めシステムとして持っているモータ回転数センサ（レゾルバ８）またはエンジン制御用のクランク角センサー２２で、エンジンマウント振動（ロール振動）を予測してもよい。この様な構成とし、構造系の共振領域以外の領域における騒音を逐次検出することで、第１および第２の実施例のように構造系の共振領域のみで振動が増大するのを抑制するだけでなく、共振領域以外でも騒音を低減することができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。また、本発明で用いる電源には、直流及び交流のものを適用できることに留意されたい。

本発明にかかる電動機（モータ）の一例の概略図である。 第１の実施例によるエンジンシステムの概略図である。 第１の実施例の制御フローチャートである。 第１の実施例の効果を説明する、駆動電流を変えた場合の音圧レベルの変化を示す図である。 第２の実施例の制御フローチャートである。 第２の実施例の効果を説明する、駆動電流を変えた場合の音圧レベルの変化を示す図である。 第３の実施例によるモータ制御回路の一例である。 第３の実施例によるエンジンシステムの概略図である。 本発明によるモータ制御回路の一例である。 本発明による駆動電流の重畳制御の効果を説明する概略図である。 本発明による駆動電流の重畳制御の効果を説明する概略図である。 構造系の共振周波数と加振力による共振周波数の関係を示す概略図である。 加振力による共振周波数と音圧レベルの関係を示す概略図である。 本発明による制御の効果を説明する、構造系の共振周波数と加振力による共振周波数の関係を示す概略図である。 本発明による制御の効果を説明する、加振力による共振周波数と音圧レベルの関係を示す概略図である。 本発明にかかるモータの生成原理を説明する概略図である。

符号の説明

１００ モータ（電動機）
１ 固定子（ステータ）
２ ステータコイル
３ 磁石極
４ 回転子
５ 電動機アセンブリ
６ 変速機
７ エンジン筐体
８ 回転数検出手段（レゾルバ）
９ 高圧ケーブル
１０ 電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）
１１ 制御線
１２ インバータ
１３ ＰＷＭ変換器
１４ モータコントローラ（電流制御手段）
１５ エンジンコントローラ
１６ ロータ回転軸
１７ エンジンマウントブラケット
１８ エンジンマウントインシュレータ
２０ 加速度センサ
２１ 信号線
２２ クランク角センサー
２３ 制御線
３０ 電流補正係数算出部
３１ ３相／２相変換部
３２ ＰＩ制御部
３３ ２相／３相変換部
４１ 固定子（ステータ）
４２ ステータコア
４３ ステータコイル
４４ 回転子
５０ パワープラント
５１ コントローラ
６４，６４Ａ〜Ｃ 回転子
ＣＦ 複合磁束
Ｎ１〜Ｎ３ Ｎ極磁石
Ｓ１〜Ｓ６ Ｓ極磁石

Claims (8)

1. 複合電流を用いて回転子を制御する電動機の制御装置において、
   固定子に供給する前記複合電流による前記回転子の回転に起因するトルクリップルおよび／または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、該電動機を含む構造系の少なくとも１つの共振周波数と一致するときは、該構造系における共振が発生しない様に、前記複合電流に含まれている複数の駆動電流のうちの高次のものよりも少なくとも１つ以上大きい次数を持つ少なくとも１つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳することによって、前記加振次数成分の少なくとも一部を別のより高次の加振次数成分に変換する重畳電流制御部、
   を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機の制御装置において、
   前記回転子が、異なる複数の磁極に相当する磁石磁束を表面に合算して発生させる磁束発生部材を持ち、
   前記固定子が、前記複数の磁極にそれぞれ対応した複数の電流磁界を合算し、かつ、前記固定子を回転させることができるように前記複合電流を供給され、前記複合電流を通電するステータコイルを有し、
   前記回転子の回転数を検出する回転数検出部をさらに備え、
   前記重畳電流制御部は、
   前記回転数検出部によって検出された前記回転子の回転数が、前記共振周波数に応じて設定される所定の範囲に含まれる場合、前記少なくとも１つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳する、
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電動機の制御装置において、
   前記重畳電流制御部が、
   前記複合電流に含まれる複数の駆動電流および前記重畳される少なくとも１つの高次駆動電流のうち、少なくとも１つの電流を調整することによって、前記加振次数成分によるトルクリップルおよび／または加振力の大きさと、前記別のより高次の加振次数成分によるトルクリップルおよび／または加振力の大きさとの比を、任意に制御する、
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
4. 請求項３に記載の電動機の制御装置において、
   前記重畳電流制御部が、
   前記比を、前記回転子の回転数および負荷に対応して予め設定したテーブルに基づいて決定する、
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
5. 請求項３または４に記載の電動機の制御装置において、
   振動を検出する振動量検出部をさらに備え、
   前記重畳電流制御部が、
   前記振動量検出部が検出した振動レベルをフィードバックすることによって、前記比を制御する、
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の電動機の制御装置において、
   前記回転子が磁極数の比が１：２となる２つの磁極を有し、
   前記固定子のステータコイルが、３相のインバータで駆動され、
   前記複合電流が、１次の基本波成分を有する駆動電流および２次の高調波成分を有する駆動電流を含み、
   ４次および／または５次の高調波成分を有する前記少なくとも１つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳して、前記固定子のステータコイルに供給する、
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
7. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の電動機の制御装置において、
   前記重畳電流制御部は、
   前記回転数検出部によって検出された前記回転子の回転数が、前記共振周波数に応じて設定される所定の範囲以外にある場合、前記固定子のステータコイルに通電する電流量が最小となる様に前記少なくとも１つの高次駆動電流を調整する、
   ことを特徴とする電動機の制御装置。
8. 複合電流を用いて回転子を制御する電動機の制御方法において、
   固定子に供給する前記複合電流による前記回転子の回転に起因するトルクリップルおよび／または電磁加振力に関する加振次数の周波数が、該電動機を含む構造系の少なくとも１つの共振周波数と一致するか否かを判定するステップと、
   前記ステップで一致すると判定した場合は、該構造系における共振が発生しない様に、前記複合電流に含まれている複数の駆動電流のうちの高次のものよりも少なくとも１つ以上大きい次数を持つ少なくとも１つの高次駆動電流を前記複合電流に重畳することによって、前記加振次数成分の少なくとも一部を別のより高次の加振次数成分に変換するステップと、
   を含むことを特徴とする電動機の制御方法。

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