JP5574790B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動する駆動回路と、駆動回路を制御する制御部とを備えたモータ駆動装置に関する。

従来、図１４に示すような、モータ５５０を駆動するインバータ５１０と、インバータ５１０を制御する制御部５２０とを備えたモータ駆動装置５００が知られている。このモータ５５０は、たとえば、３相ブラシレスモータである。

インバータ５１０は、制御部５２０から入力されるＰＷＭ信号に基づいて、３相の駆動電流を生成する。そして、インバータ５１０は、３相の駆動電流をモータ５５０に出力することにより、モータ５５０を駆動する。

制御部５２０は、電流指令値算出部５２１と、回転演算部５２２と、電流実測値算出部５２３と、電圧指令値算出部５２４と、駆動信号生成部５２５とを含んでいる。

電流指令値算出部５２１には、電流指令値Ｉｒｅｆが入力されており、電流指令値算出部５２１は、電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｒ＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ＿ｑを算出する。そして、電流指令値算出部５２１は、ｄ軸電流指令値Ｉｒ＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ＿ｑを電圧指令値算出部５２４に出力する。

回転演算部５２２は、モータ５５０の回転角度を検出するレゾルバ５５１の検出信号に基づいて、モータ５５０の回転角度θを算出する。そして、回転演算部５２２は、回転角度θを電流実測値算出部５２３および駆動信号生成部５２５に出力する。

電流実測値算出部５２３は、電流検出部５１１の検出結果に基づいて、モータ５５０に流れる各相の電流実測値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する。そして、電流実測値算出部５２３は、電流実測値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、回転演算部５２２により算出されたモータ５５０の回転角度θを用いて、ｄ軸電流実測値Ｉｆ＿ｄおよびｑ軸電流実測値Ｉｆ＿ｑに変換する。その後、電流実測値算出部５２３は、ｄ軸電流実測値Ｉｆ＿ｄおよびｑ軸電流実測値Ｉｆ＿ｑを電圧指令値算出部５２４に出力する。

電圧指令値算出部５２４は、電流指令値算出部５２１から入力されるｄ軸電流指令値Ｉｒ＿ｄと、電流実測値算出部５２３から入力されるｄ軸電流実測値Ｉｆ＿ｄとに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖ＿ｄを算出するとともに、電流指令値算出部５２１から入力されるｑ軸電流指令値Ｉｒ＿ｑと、電流実測値算出部５２３から入力されるｑ軸電流実測値Ｉｆ＿ｑとに基づいて、ｑ軸電圧指令値Ｖ＿ｑを算出する。そして、電圧指令値算出部５２４は、ｄ軸電圧指令値Ｖ＿ｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖ＿ｑを駆動信号生成部５２５に出力する。

駆動信号生成部５２５は、電圧指令値算出部５２４から入力されるｄ軸電圧指令値Ｖ＿ｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖ＿ｑを、回転演算部５２２により算出されたモータ５５０の回転角度θを用いて、３相の印加電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。そして、駆動信号生成部５２５は、３相の印加電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、インバータ５１０を駆動するためのＰＷＭ信号（ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗ）を生成する。

このような従来のモータ駆動装置５００がモータ５５０を駆動するときに、モータ５５０の誘起電圧は、正弦波状であることが望ましい。しかしながら、モータ５５０の誘起電圧は、基本波に対して高調波が重畳されるので、トルクリップルや異音が発生するという不都合があった。

そこで、従来では、トルクリップルや異音の発生を抑制するために、電流指令値補正部を備えたモータ駆動装置が提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。

上記特許文献１には、電流指令値算出部からｑ軸電流指令値が入力されるとともに、回転演算部からモータの回転角度が入力される電流指令値補正部を備えたモータ駆動装置が開示されている。この電流指令値補正部は、モータの回転角度に応じた補正値をｑ軸電流指令値に加算するとともに、補正値が加算されたｑ軸電流指令値を電圧指令値算出部に出力する。

上記特許文献２には、電流指令値算出部からｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値が入力されるとともに、回転演算部からモータの回転角度が入力される電流指令値補正部を備えたモータ駆動装置が開示されている。この電流指令値補正部は、モータの回転角度と、モータのパラメータとに基づいて、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を補正する。そして、電流指令値補正部は、補正されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を電圧指令値算出部に出力する。

再表ＷＯ２００５／０８１３９７号公報 特開２００６−２８８０７６号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に開示された従来のモータ駆動装置では、モータの回転が高速になった場合には、回転演算部や電流実測値算出部からのフィードバックの遅れや、電流指令値補正部などの各部の演算の遅れにより、トルクリップルや異音の発生を十分に抑制することができないという問題点があると考えられる。

本発明の課題とするところは、モータ駆動時にトルクリップルや異音の発生を十分に抑制することが可能なモータ駆動装置を提供することである。特に、モータが高速に回転する場合にも、トルクリップルや異音の発生を十分に抑制することが可能なモータ駆動装置を提供することを課題とする。

本発明のモータ駆動装置は、モータを駆動するための駆動回路と、駆動回路を制御する制御部とを備える。制御部は、電流指令値を算出する電流指令値算出部と、モータの回転角度および角速度を算出する回転演算部と、回転演算部により算出された回転角度に基づいて、電流指令値算出部により算出された電流指令値を補正する電流指令値補正部と、電流指令値補正部により補正された電流指令値に基づいて、電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、電流指令値算出部により算出された電流指令値と、回転演算部により算出された回転角度および角速度とに基づいて、モータの誘起電圧の高調波成分により発生するトルクリップルを打ち消すようにフィードフォワード制御を行うための補正値を算出し、この補正値を用いて、電圧指令値算出部により算出された電圧指令値を補正する電圧指令値補正部と、電圧指令値補正部により補正された電圧指令値に基づいて、駆動信号を生成する駆動信号生成部とを含む。

このように構成することによって、モータが高速に回転する場合にも、電圧指令値補正部により、フィードバックによる遅れや、電流指令値補正部などの各部の演算による遅れを補償することができるので、電流指令値補正部によりトルクリップルや異音の発生を十分に抑制することができる。

上記モータ駆動装置において、電流指令値算出部は、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを算出し、電圧指令値補正部は、電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と、回転演算部により算出された回転角度および角速度とに基づいて算出された補正値を用いて、電圧指令値算出部により算出された電圧指令値を補正するようにしてもよい。

この場合において、駆動回路からモータに供給される電流を検出するための電流検出部をさらに備え、制御部は、電流検出部の検出結果と、回転演算部により算出された回転角度とに基づいて、ｄ軸電流実測値およびｑ軸電流実測値を算出する電流実測値算出部をさらに含み、電流指令値補正部は、回転演算部により算出された回転角度に基づいて、電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を補正し、電圧指令値算出部は、電流指令値補正部により補正されたｄ軸電流指令値と、ｄ軸電流実測値とに基づいて、ｄ軸電圧指令値を算出するとともに、電流指令値補正部により補正されたｑ軸電流指令値と、ｑ軸電流実測値とに基づいて、ｑ軸電圧指令値を算出するようにしてもよい。

上記電圧指令値算出部がｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を算出するモータ駆動装置において、電圧指令値補正部は、電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と、回転演算部により算出された回転角度および角速度とに基づいて、ｄ軸電圧補正値およびｑ軸電圧補正値を算出する補正値算出部と、電圧指令値算出部により算出されたｄ軸電圧指令値に、補正値算出部により算出されたｄ軸電圧補正値を加算する第１加算器と、電圧指令値算出部により算出されたｑ軸電圧指令値に、補正値算出部により算出されたｑ軸電圧補正値を加算する第２加算器とを有し、駆動信号生成部は、第１加算器によりｄ軸電圧補正値が加算されたｄ軸電圧指令値と、第２加算器によりｑ軸電圧補正値が加算されたｑ軸電圧指令値と、回転演算部により算出された回転角度とに基づいて、駆動信号を生成するようにしてもよい。

上記電圧指令値補正部が補正値算出部を有するモータ駆動装置において、電圧指令値補正部の補正値算出部は、電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と、回転演算部により算出された回転角度とに基づいて、モータの抵抗成分のｄ軸補正値およびｑ軸補正値を算出する第１算出部と、電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と、回転演算部により算出された回転角度および角速度とに基づいて、モータのインダクタンス成分のｄ軸補正値およびｑ軸補正値を算出する第２算出部と、回転演算部により算出された回転角度および角速度に基づいて、モータの誘起電圧成分のｄ軸補正値およびｑ軸補正値を算出する第３算出部とを有するようにしてもよい。

上記補正値算出部が第１算出部と第２算出部と第３算出部とを有するモータ駆動装置において、電圧指令値補正部の補正値算出部は、第１算出部により算出されたｄ軸補正値と、第２算出部により算出されたｄ軸補正値と、第３算出部により算出されたｄ軸補正値とを加算することにより、ｄ軸電圧補正値を算出する第３加算器と、第１算出部により算出されたｑ軸補正値と、第２算出部により算出されたｑ軸補正値と、第３算出部により算出されたｑ軸補正値とを加算することにより、ｑ軸電圧補正値を算出する第４加算器とをさらに有するようにしてもよい。

本発明によれば、モータ駆動時にトルクリップルや異音の発生を十分に抑制することが可能なモータ駆動装置を提供することができる。特に、モータが高速に回転する場合にも、トルクリップルや異音の発生を十分に抑制することが可能なモータ駆動装置を提供することができる。

本発明の一実施形態によるモータ駆動装置の構成を示したブロック図である。 図１のモータ駆動装置のインバータを示した回路図である。 図１のモータ駆動装置の補正値算出部を示した図である。 比較例１によるモータ駆動装置における出力トルクを示したグラフである。 比較例１によるモータ駆動装置におけるＵ相電流を示したグラフである。 比較例２によるモータ駆動装置における出力トルクを示したグラフである。 比較例２によるモータ駆動装置におけるＵ相電流を示したグラフである。 実施例によるモータ駆動装置における出力トルクを示したグラフである。 実施例によるモータ駆動装置におけるＵ相電流を示したグラフである。 比較例１によるモータ駆動装置の構成を示したブロック図である。 比較例２によるモータ駆動装置の構成を示したブロック図である。 比較例１によるモータ駆動装置における出力トルクおよび駆動電流を示したグラフである。 実施例によるモータ駆動装置における出力トルクおよび駆動電流を示したグラフである。 従来のモータ駆動装置の構成を示したブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態によるモータ駆動装置１００の構成について説明する。

本実施形態のモータ駆動装置１００は、図１に示すように、モータ１５０を駆動するインバータ１と、インバータ１を制御する制御部２とを備えている。このモータ１５０は、たとえば、車両の電動パワーステアリング装置に用いられる３相ブラシレスモータである。なお、インバータ１は、本発明の「駆動回路」の一例である。

インバータ１は、図２に示すように、上下一対のアームがＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して３組設けられた３相ブリッジから構成されている。Ｕ相の上アーム１１ａはスイッチング素子１１ｂを有し、Ｕ相の下アーム１２ａはスイッチング素子１２ｂを有している。Ｖ相の上アーム１３ａはスイッチング素子１３ｂを有し、Ｖ相の下アーム１４ａはスイッチング素子１４ｂを有している。Ｗ相の上アーム１５ａはスイッチング素子１５ｂを有し、Ｗ相の下アーム１６ａはスイッチング素子１６ｂを有している。

上アーム１１ａ、１３ａおよび１５ａには、モータ１５０に電流を供給するための電源１７が接続され、下アーム１２ａ、１４ａおよび１６ａには、モータ１５０に流れる電流を検出するための抵抗１８が接続されている。なお、抵抗１８は、本発明の「電流検出部」の一例である。これらのスイッチング素子１１ｂ〜１６ｂは、たとえば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）であり、制御部２から入力されるＰＷＭ信号（ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗ）に基づいてオン／オフ状態が制御される。

これにより、インバータ１は、制御部２から入力されるＰＷＭ信号に基づいて、３相の駆動電流を生成する。そして、インバータ１は、３相の駆動電流をモータ１５０に出力することにより、モータ１５０を駆動する。

制御部２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭなどにより構成されている。この制御部２は、図１に示すように、電流指令値算出部２１と、回転演算部２２と、電流実測値算出部２３と、電流指令値補正部２４と、電圧指令値算出部２５と、電圧指令値補正部２６と、駆動信号生成部２７とを含んでいる。

電流指令値算出部２１には、電流指令値Ｉｒｅｆが入力されており、電流指令値算出部２１は、電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｑを算出する。そして、電流指令値算出部２１は、ｄ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｑを電流指令値補正部２４および電圧指令値補正部２６に出力する。

回転演算部２２は、モータ１５０の回転角度を検出するレゾルバ１５１の検出信号に基づいて、モータ１５０の回転角度θおよび角速度ωを算出する。そして、回転演算部２２は、回転角度θを電流実測値算出部２３、電流指令値補正部２４、電圧指令値補正部２６および駆動信号生成部２７に出力するとともに、角速度ωを電圧指令値補正部２６に出力する。なお、角速度ωは、回転角度θの単位時間当たりの変化量に基づいて算出される。

電流実測値算出部２３は、電流算出回路２３ａと、電流補正部２３ｂと、３相−ｄｑ変換部２３ｃとを有する。

電流算出回路２３ａは、抵抗１８の両端に生じる電圧に基づいて、モータ１５０に流れる各相の電流実測値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する。ここで、各相の電流実測値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの間には、以下の式（１）の関係が成立する。
Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０ ・・・（１）

このため、実際には、３相のうちの２相の電流実測値を算出し、それらの電流実測値から残りの１相の電流実測値を算出する。たとえば、Ｕ相の電流実測値ＩｕおよびＷ相の電流実測値Ｉｗを算出すれば、Ｖ相の電流実測値Ｉｖは、以下の式（２）から求めることができる。
Ｉｖ＝−（Ｉｕ＋Ｉｗ） ・・・（２）

電流補正部２３ｂは、電流算出回路２３ａにより算出された電流実測値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに対して所定の補正処理を施す。３相−ｄｑ変換部２３ｃは、電流補正部２３ｂにより補正された電流実測値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、回転演算部２２により算出されたモータ１５０の回転角度θを用いて、ｄ軸電流実測値Ｉｆ＿ｄおよびｑ軸電流実測値Ｉｆ＿ｑに変換する。そして、３相−ｄｑ変換部２３ｃは、ｄ軸電流実測値Ｉｆ＿ｄおよびｑ軸電流実測値Ｉｆ＿ｑを電圧指令値算出部２５に出力する。なお、３相−ｄｑ変換は、以下の式（３）に従って行われる。

電流指令値補正部２４は、回転演算部２２から入力される回転角度θに基づいて、電流指令値算出部２１から入力されるｄ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｑを補正する。そして、電流指令値補正部２４は、補正されたｄ軸電流指令値Ｉｒ＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ＿ｑを電圧指令値算出部２５に出力する。

この電流指令値補正部２４は、モータ１５０の誘起電圧の５次高調波および７次高調波に起因して発生する６次のトルクリップルを補正するために設けられている。電流指令値補正部２４は、ｄ軸電流指令値Ｉｒ＿ｄを以下の式（４）により算出し、ｑ軸電流指令値Ｉｒ＿ｑを以下の式（５）により算出する。なお、以下の式（４）〜（９）において、Ｇｔ５は、５次高調波に起因するトルクリップルの補正係数であり、Ｇｔ７は、７次高調波に起因するトルクリップルの補正係数である。また、Ｇｔ５およびＧｔ７は、モータ１５０の仕様などに応じて決定される定数である。

電圧指令値算出部２５は、減算器２５ａおよび２５ｂと、ＰＩ（比例積分）制御部２５ｃおよび２５ｄとを有する。

減算器２５ａには、電流指令値補正部２４からｄ軸電流指令値Ｉｒ＿ｄが入力されるとともに、電流実測値算出部２３からｄ軸電流実測値Ｉｆ＿ｄが入力される。この減算器２５ａは、ｄ軸電流指令値Ｉｒ＿ｄとｄ軸電流実測値Ｉｆ＿ｄとの偏差を算出し、その算出された偏差をＰＩ制御部２５ｃに出力する。

減算器２５ｂには、電流指令値補正部２４からｑ軸電流指令値Ｉｒ＿ｑが入力されるとともに、電流実測値算出部２３からｑ軸電流実測値Ｉｆ＿ｑが入力される。この減算器２５ｂは、ｑ軸電流指令値Ｉｒ＿ｑとｑ軸電流実測値Ｉｆ＿ｑとの偏差を算出し、その算出された偏差をＰＩ制御部２５ｄに出力する。

ＰＩ制御部２５ｃは、減算器２５ａから入力される偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｄを算出し、そのｄ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｄを電圧指令値補正部２６に出力する。

ＰＩ制御部２５ｄは、減算器２５ｂから入力される偏差に応じたｑ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｑを算出し、そのｑ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｑを電圧指令値補正部２６に出力する。

電圧指令値補正部２６は、電流指令値算出部２１から入力されるｄ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｑと、回転演算部２２から入力される回転角度θおよび角速度ωとに基づいて、電圧指令値算出部２５から入力されるｄ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｑを補正する。そして、電圧指令値補正部２６は、補正されたｄ軸電圧指令値Ｖ＿ｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖ＿ｑを駆動信号生成部２７に出力する。

電圧指令値補正部２６は、モータ１５０の誘起電圧の高調波成分により発生するトルクリップルを打ち消すように、フィードフォワード制御を行うために設けられている。電圧指令値補正部２６は、モータ１５０の高速回転時の応答性を向上させるために、特に、モータ１５０の高速回転時のトルクリップルを打ち消す。この電圧指令値補正部２６は、補正値算出部２６ａと、加算器２６ｂおよび２６ｃとを有する。なお、加算器２６ｂおよび２６ｃは、それぞれ、本発明の「第１加算器」および「第２加算器」の一例である。

補正値算出部２６ａは、電流指令値算出部２１から入力されるｄ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｑと、回転演算部２２から入力される回転角度θおよび角速度ωとに基づいて、ｄ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｄおよびｑ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｑを算出する。そして、補正値算出部２６ａは、ｄ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｄを加算器２６ｂに出力するとともに、ｑ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｑを加算器２６ｃに出力する。

この補正値算出部２６ａは、図３に示すように、算出部２６１〜２６３と、加算器２６４および２６５とを有する。なお、算出部２６１、２６２および２６３は、それぞれ、本発明の「第１算出部」、「第２算出部」および「第３算出部」の一例であり、加算器２６４および２６５は、それぞれ、本発明の「第３加算器」および「第４加算器」の一例である。

算出部２６１には、電流指令値算出部２１からｄ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｑが入力されるとともに、回転演算部２２から回転角度θが入力される。この算出部２６１は、ｄ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｑと、回転角度θとに基づいて、モータ１５０の抵抗成分のｄ軸補正値Ｖｒ＿ｄおよびｑ軸補正値Ｖｒ＿ｑを算出する。

具体的には、算出部２６１は、ｄ軸補正値Ｖｒ＿ｄを以下の式（６）により算出し、ｑ軸補正値Ｖｒ＿ｑを以下の式（７）により算出する。そして、算出部２６１は、ｄ軸補正値Ｖｒ＿ｄを加算器２６４に出力するとともに、ｑ軸補正値Ｖｒ＿ｑを加算器２６５に出力する。なお、以下の式（６）および（７）において、Ｒは、モータ１５０の１相分の抵抗である。

算出部２６２には、電流指令値算出部２１からｄ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｑが入力されるとともに、回転演算部２２から回転角度θおよび角速度ωが入力される。この算出部２６２は、ｄ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ^＊＿ｑと、回転角度θおよび角速度ωとに基づいて、モータ１５０のインダクタンス成分のｄ軸補正値Ｖｌ＿ｄおよびｑ軸補正値Ｖｌ＿ｑを算出する。

具体的には、算出部２６２は、ｄ軸補正値Ｖｌ＿ｄを以下の式（８）により算出し、ｑ軸補正値Ｖｌ＿ｑを以下の式（９）により算出する。そして、算出部２６２は、ｄ軸補正値Ｖｌ＿ｄを加算器２６４に出力するとともに、ｑ軸補正値Ｖｌ＿ｑを加算器２６５に出力する。なお、以下の式（８）および（９）において、Ｌは、モータ１５０の１相分のインダクタンスである。

算出部２６３には、回転演算部２２から回転角度θおよび角速度ωが入力される。この算出部２６３は、回転角度θおよび角速度ωに基づいて、モータ１５０の誘起電圧成分のｄ軸補正値Ｖｅ＿ｄおよびｑ軸補正値Ｖｅ＿ｑを算出する。

具体的には、算出部２６３は、ｄ軸補正値Ｖｅ＿ｄを以下の式（１０）により算出し、ｑ軸補正値Ｖｅ＿ｑを以下の式（１１）により算出する。そして、算出部２６３は、ｄ軸補正値Ｖｅ＿ｄを加算器２６４に出力するとともに、ｑ軸補正値Ｖｅ＿ｑを加算器２６５に出力する。なお、以下の式（１０）および（１１）において、Ｋｅは、誘起電圧定数である。また、Ｇｅ５は、誘起電圧の５次高調波の補正係数であり、Ｇｅ７は、誘起電圧の７次高調波の補正係数である。Ｇｅ５およびＧｅ７は、モータ１５０の仕様などに応じて決定される定数である。

加算器２６４は、算出部２６１から入力されるｄ軸補正値Ｖｒ＿ｄと、算出部２６２から入力されるｄ軸補正値Ｖｌ＿ｄと、算出部２６３から入力されるｄ軸補正値Ｖｅ＿ｄとを加算することにより、ｄ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｄを算出する。そして、加算器２６４は、ｄ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｄを加算器２６ｂ（図１）に出力する。

加算器２６５は、算出部２６１から入力されるｑ軸補正値Ｖｒ＿ｑと、算出部２６２から入力されるｑ軸補正値Ｖｌ＿ｑと、算出部２６３から入力されるｑ軸補正値Ｖｅ＿ｑとを加算することにより、ｑ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｑを算出する。そして、加算器２６５は、ｑ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｑを加算器２６ｃ（図１）に出力する。

加算器２６ｂには、図１に示すように、電圧指令値算出部２５からｄ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｄが入力されるとともに、補正値算出部２６ａからｄ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｄが入力される。加算器２６ｂは、ｄ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｄにｄ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｄを加算することにより、補正されたｄ軸電圧指令値Ｖ＿ｄを算出する。そして、加算器２６ｂは、補正されたｄ軸電圧指令値Ｖ＿ｄを駆動信号生成部２７に出力する。

加算器２６ｃには、電圧指令値算出部２５からｑ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｑが入力されるとともに、補正値算出部２６ａからｑ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｑが入力される。加算器２６ｃは、ｑ軸電圧指令値Ｖ^＊＿ｑにｑ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｑを加算することにより、補正されたｑ軸電圧指令値Ｖ＿ｑを算出する。そして、加算器２６ｃは、補正されたｑ軸電圧指令値Ｖ＿ｑを駆動信号生成部２７に出力する。

駆動信号生成部２７は、ｄｑ−３相変換部２７ａと、ＰＷＭ信号生成部２７ｂとを有する。

ｄｑ−３相変換部２７ａは、加算器２６ｂから入力されるｄ軸電圧指令値Ｖ＿ｄおよび加算器２６ｃから入力されるｑ軸電圧指令値Ｖ＿ｑを、回転演算部２２により算出されたモータ１５０の回転角度θを用いて、３相の印加電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。そして、ｄｑ−３相変換部２７ａは、３相の印加電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗをＰＷＭ信号生成部２７ｂに出力する。なお、ｄｑ−３相変換は、以下の式（１２）に従って行われる。

ＰＷＭ信号生成部２７ｂは、３相の印加電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、インバータ１のスイッチング素子１１ｂ〜１６ｂ（図２参照）のオン／オフ状態を制御するための所定のデューティを持ったＰＷＭ信号（ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗ）を生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部２７ｂは、ＰＷＭ信号をインバータ１に出力する。

なお、ＰＷＭ信号ＰＷＭｕは、Ｕ相のスイッチング素子１１ｂおよび１２ｂを駆動するための信号であり、ＰＷＭ信号ＰＷＭｖは、Ｖ相のスイッチング素子１３ｂおよび１４ｂを駆動するための信号であり、ＰＷＭ信号ＰＷＭｗは、Ｗ相のスイッチング素子１５ｂおよび１６ｂを駆動するための信号である。

次に、上記した本実施形態の効果を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、モータの誘起電圧に５次高調波を重畳して、比較例１および２によるモータ駆動装置における出力トルクおよびＵ相電流を測定した。また、モータの誘起電圧に５次高調波を重畳して、本実施形態に対応する実施例によるモータ駆動装置における出力トルクおよびＵ相電流を測定した。なお、このシミュレーションでは、モータの回転数を１００ｒｐｍ、４００ｒｐｍ、８００ｒｐｍおよび１２００ｒｐｍとした。そして、その測定結果を図４〜図９に示した。図４、図６、図８はトルクリップルの状態を示す図であり、縦軸の出力トルクの変動幅が大きいほど、トルクリップルは大きいこととなる。

ここで、比較例１によるモータ駆動装置２００では、図１０に示すように、図１の電流指令値補正部２４および電圧指令値補正部２６が設けられていない。すなわち、比較例１によるモータ駆動装置２００は、トルクリップル補正およびフィードフォワード制御を行わない。また、比較例２によるモータ駆動装置３００では、図１１に示すように、図１の電圧指令値補正部２６が設けられていない。すなわち、比較例２によるモータ駆動装置３００は、トルクリップル補正を行うが、フィードフォワード制御を行わない。

まず、比較例１によるモータ駆動装置２００における出力トルクを図４に示し、比較例１によるモータ駆動装置２００におけるＵ相電流を図５に示した。なお、図５では、Ｕ相電流がモータの回転数にかかわらずほぼ一致していた。比較例１によるモータ駆動装置２００では、図４に示すように、誘起電圧に５次高調波が重畳されていることから、６次のトルクリップルが発生する。

次に、比較例２によるモータ駆動装置３００における出力トルクを図６に示し、比較例２によるモータ駆動装置３００におけるＵ相電流を図７に示した。なお、図７では、モータの回転数が８００ｒｐｍおよび１２００ｒｐｍのＵ相電流がほぼ一致していた。電流指令値補正部２４が設けられた比較例２によるモータ駆動装置３００では、図６に示すように、比較例１によるモータ駆動装置２００の場合（図４）に比べて、トルクリップルを抑制することができた。しかしながら、このトルクリップルは、モータの回転数の増加に伴って大きくなっており、比較例２によるモータ駆動装置３００では、トルクリップルを十分に抑制することができていない。これは、モータの回転数の増加に伴って、回転演算部２２や電流実測値算出部２３からのフィードバックの遅れや、電流指令値補正部２４などの各部の演算の遅れが顕著になることに起因して、図７に示すように、モータの駆動電流に歪みが発生するためであると考えられる。

次に、実施例によるモータ駆動装置１００における出力トルクを図８に示し、Ｕ相電流を図９に示した。なお、図９では、Ｕ相電流がモータの回転数にかかわらずほぼ一致していた。電流指令値補正部２４および電圧指令値補正部２６が設けられた実施例によるモータ駆動装置１００では、図８に示すように、モータの回転数にかかわらず、トルクリップルの発生を十分に抑制することができた。これは、電圧指令値補正部２６により、回転演算部２２や電流実測値算出部２３からのフィードバックの遅れや、電流指令値補正部２４などの各部の演算の遅れを適切に補償することができたので、図９に示すように、モータの駆動電流に歪みが発生するのを抑制することができたためであると考えられる。

次に、モータの誘起電圧に５次高調波および７次高調波を重畳して、比較例１によるモータ駆動装置２００における駆動電流および出力トルクを測定した。また、モータの誘起電圧に５次高調波および７次高調波を重畳して、実施例によるモータ駆動装置１００における駆動電流および出力トルクを測定した。なお、このシミュレーションでは、モータの回転数を１００ｒｐｍとした。そして、その測定結果を図１２および図１３に示した。

比較例１によるモータ駆動装置２００では、図１２に示すように、誘起電圧に５次高調波および７次高調波が重畳されていることから、６次のトルクリップルが発生する。一方、実施例によるモータ駆動装置１００では、図１３に示すように、誘起電圧に５次高調波および７次高調波が重畳されている場合にも、トルクリップルの発生を十分に抑制することができた。

本実施形態では、上記のように、モータ１５０の誘起電圧の５次高調波および７次高調波に起因して発生する６次のトルクリップルを補正するための電流指令値補正部２４と、モータ１５０の高速回転時の応答性を向上させるために、フィードフォワード制御を行うための電圧指令値補正部２６とを設ける。これによって、モータ１５０が高速に回転する場合にも、電圧指令値補正部２６によりフィードバックによる遅れや各部の演算による遅れを補償することができるので、電流指令値補正部２４によりトルクリップルや異音の発生を十分に抑制することができる。

本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、上記実施形態では、電流指令値補正部２４が、モータ１５０の誘起電圧の５次高調波および７次高調波に起因して発生する６次のトルクリップルを補正する例を示したが、これに限らず、電流指令値補正部２４が、モータ１５０の誘起電圧の５次高調波または７次高調波に起因して発生する６次のトルクリップルのみを補正するようにしてもよい。

また、電流指令値補正部２４が、モータ１５０の誘起電圧のその他の高調波（たとえば、１１次高調波および１３次高調波）に起因して発生するトルクリップル（１２次のトルクリップル）を補正するようにしてもよい。この場合、電圧指令値補正部２６の補正値算出部２６ａが、その他の高調波を考慮して、ｄ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｄおよびｑ軸電圧補正値Ｖｆｆ＿ｑを算出するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、モータ１５０が３相モータである例を示したが、これに限らず、モータ１５０が４相以上の多相モータであってもよい。

また、上記実施形態では、モータ１５０がブラシレスモータである例を示したが、これに限らず、モータ１５０がブラシ付きのモータであってもよい。

また、上記実施形態では、スイッチング素子１１ｂ〜１６ｂがＦＥＴである例を示したが、これに限らず、スイッチング素子１１ｂ〜１６ｂがＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であってもよい。

また、上記実施形態では、モータ１５０の回転角度を検出するレゾルバ１５１を設ける例を示したが、これに限らず、モータ１５０の回転角度を検出するエンコーダなどのその他の角度センサを設けてもよい。

１ インバータ（駆動回路）
２ 制御部
１８ 抵抗（電流検出部）
２１ 電流指令値算出部
２２ 回転演算部
２３ 電流実測値算出部
２４ 電流指令値補正部
２５ 電圧指令値算出部
２６ 電圧指令値補正部
２６ａ 補正値算出部
２６ｂ 加算器（第１加算器）
２６ｃ 加算器（第２加算器）
２７ 駆動信号生成部
１００ モータ駆動装置
１５０ モータ
２６１ 算出部（第１算出部）
２６２ 算出部（第２算出部）
２６３ 算出部（第３算出部）
２６４ 加算器（第３加算器）
２６５ 加算器（第４加算器）

Claims (6)

1. モータを駆動するための駆動回路と、
   前記駆動回路を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   電流指令値を算出する電流指令値算出部と、
   前記モータの回転角度および角速度を算出する回転演算部と、
   前記回転演算部により算出された回転角度に基づいて、前記電流指令値算出部により算出された電流指令値を補正する電流指令値補正部と、
   前記電流指令値補正部により補正された電流指令値に基づいて、電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、
   前記電流指令値算出部により算出された電流指令値と、前記回転演算部により算出された回転角度および角速度とに基づいて、モータの誘起電圧の高調波成分により発生するトルクリップルを打ち消すようにフィードフォワード制御を行うための補正値を算出し、前記補正値を用いて、前記電圧指令値算出部により算出された電圧指令値を補正する電圧指令値補正部と、
   前記電圧指令値補正部により補正された電圧指令値に基づいて、駆動信号を生成する駆動信号生成部とを含む、ことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置において、
   前記電流指令値算出部は、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値とを算出し、
   前記電圧指令値補正部は、前記電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と、前記回転演算部により算出された回転角度および角速度とに基づいて算出された前記補正値を用いて、前記電圧指令値算出部により算出された電圧指令値を補正する、ことを特徴とするモータ駆動装置。
3. 請求項２に記載のモータ駆動装置において、
   前記駆動回路から前記モータに供給される電流を検出するための電流検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記電流検出部の検出結果と、前記回転演算部により算出された回転角度とに基づいて、ｄ軸電流実測値およびｑ軸電流実測値を算出する電流実測値算出部をさらに含み、
   前記電流指令値補正部は、前記回転演算部により算出された回転角度に基づいて、前記電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を補正し、
   前記電圧指令値算出部は、前記電流指令値補正部により補正されたｄ軸電流指令値と、前記ｄ軸電流実測値とに基づいて、ｄ軸電圧指令値を算出するとともに、前記電流指令値補正部により補正されたｑ軸電流指令値と、前記ｑ軸電流実測値とに基づいて、ｑ軸電圧指令値を算出する、ことを特徴とするモータ駆動装置。
4. 請求項３に記載のモータ駆動装置において、
   前記電圧指令値補正部は、
   前記電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と、前記回転演算部により算出された回転角度および角速度とに基づいて、ｄ軸電圧補正値およびｑ軸電圧補正値を算出する補正値算出部と、
   前記電圧指令値算出部により算出されたｄ軸電圧指令値に、前記補正値算出部により算出されたｄ軸電圧補正値を加算する第１加算器と、
   前記電圧指令値算出部により算出されたｑ軸電圧指令値に、前記補正値算出部により算出されたｑ軸電圧補正値を加算する第２加算器と、を有し、
   前記駆動信号生成部は、前記第１加算器によりｄ軸電圧補正値が加算されたｄ軸電圧指令値と、前記第２加算器によりｑ軸電圧補正値が加算されたｑ軸電圧指令値と、前記回転演算部により算出された回転角度とに基づいて、駆動信号を生成する、ことを特徴とするモータ駆動装置。
5. 請求項４に記載のモータ駆動装置において、
   前記電圧指令値補正部の補正値算出部は、
   前記電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と、前記回転演算部により算出された回転角度とに基づいて、前記モータの抵抗成分のｄ軸補正値およびｑ軸補正値を算出する第１算出部と、
   前記電流指令値算出部により算出されたｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と、前記回転演算部により算出された回転角度および角速度とに基づいて、前記モータのインダクタンス成分のｄ軸補正値およびｑ軸補正値を算出する第２算出部と、
   前記回転演算部により算出された回転角度および角速度に基づいて、前記モータの誘起電圧成分のｄ軸補正値およびｑ軸補正値を算出する第３算出部とを有する、ことを特徴とするモータ駆動装置。
6. 請求項５に記載のモータ駆動装置において、
   前記電圧指令値補正部の補正値算出部は、
   前記第１算出部により算出されたｄ軸補正値と、前記第２算出部により算出されたｄ軸補正値と、前記第３算出部により算出されたｄ軸補正値とを加算することにより、前記ｄ軸電圧補正値を算出する第３加算器と、
   前記第１算出部により算出されたｑ軸補正値と、前記第２算出部により算出されたｑ軸補正値と、前記第３算出部により算出されたｑ軸補正値とを加算することにより、前記ｑ軸電圧補正値を算出する第４加算器とをさらに有する、ことを特徴とするモータ駆動装置。

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