JP6163375B2 - ブラシレスモータ制御方法及びブラシレスモータ制御装置 - Google Patents
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Description
Tt=Tm+Tr
=p・φa・Iq+p・(Ld−Lq)・Id・Iq
(p:極対数,φa:永久磁石による電機子鎖交磁束,Ld:d軸インダクタンス,Lq:q軸インダクタンス,Id:d軸電流,Iq:q軸電流)
最大トルク制御では、電機子電流に対して最も効率的にトルクが発生するようにId−Iq間の角度β(電流位相角)が制御され、高効率で高トルクな運転が行われる。
Tt=Tm+Tr
=p・φa・Iq+p・(Ld−Lq)・Id・Iq
にて表される。本発明では、特許文献2の制御形態と同様に、Tm分とTr分のトルクリップルを分離して捉え、各トルクリップルを減殺し得る電流指令値Id’,Iq’を補正設定するが、広範囲な電流領域でトルクリップルを低減させるべく、所定の電流値を切り換えポイントとして設定し、制御形態を切り換える。具体的には、90A以下の低電流域(低負荷域)ではIq値のみを補正設定すし、90A超の高電流域(高負荷域)ではId値とIq値の両方を補正設定する。
Iq’(θ)=Iqb(基本波電流)+Bsin6(θ+β)
(B:高調波振幅係数,β:位相のずれ,θ:回転角(電気角))
本発明の制御形態にあっては、90A以下の低電流域では、IqをこのIq’に補正し、モータの駆動制御を行う。なお、この場合は、Idに対する補正は行わず、基本波をそのまま電流指令値Id’として出力する。
Tt(h)=Tm(h)+Tr(h)
=p・φa・Iq(h)+p・(Ld−Lq)・Id・Iq(h)
となる。上式において、第1項のTm分のトルクリップルは0であり一定となる。これに対し、第2項はIq(h)を含んだトルクリップルを有している。つまり、前記Iq’(θ)を適用した場合、Tm分のトルクリップルは0となるが、Iq(h)によってはTr分のトルクリップルは解消しない。
Id’(θ)=Idb(基本波電流)+Asin6(θ+α)
(A:高調波振幅係数,α:位相のずれ,θ:回転角(電気角))
Id’(θ)=Idb+Asin6(θ+α) (式1)
Iq’(θ)=Iqb+Bsin6(θ+β) (式2)
なお、高調波振幅係数A,Bは、トルクリップル相殺のために付加される逆位相の6次高調波成分の振幅を意味している。また、位相のずれα,βは、Tm,Trのトルクリップル波形とsinθとの位相のずれを意味している。この場合、TmとTrのリップルは別個の波形をとなるため、式1,2ではそれぞれ別の値α,βが設定されている。
例えば、前述の実施形態では、モータ仕様に基づき、Id,Iqに6n次の高調波を含有させたが、モータ仕様に応じて含有させる高調波の次数は適宜変更される。また、本発明は、2P3Sをベースにした6P9Sや8P12Sなどの2P3S×n構成のモータは勿論のこと、これ以外にも、10P12Sや14P12Sなど、電気角360°にて6山のリップルが生じるモータにも全く同様に適用可能である。つまり、本発明によれば、電気角にて表されたリップル波形が同じ次数にて示される各モータは、極・スロット数に関係なく、同様の高調波成分の付与によりトルクリップルの低減が可能となる。
2 ステアリングシャフト
3 ブラシレスモータ
4 ステアリングホイール
5 ステアリングギヤボックス
6 タイロッド
7 車輪
8 アシストモータ部
9 減速機構部
11 トルクセンサ
12 制御装置(ECU)
20 補助溝
21 ステータ
22 ロータ
23 ハウジング
24 ステータコア
25 巻線
26 継鉄部
27 ティース
28 スロット
29 給電配線
30 ブラケット
31 回転軸
32 ロータコア
33 マグネット
35 ベアリング
36 ベアリング
37 スプライン部
41 レゾルバ
42 レゾルバステータ
43 レゾルバロータ
44 コイル
50 制御装置
51 電流指令部
52 基本電流算出部
53 ベクトル制御部
54d,54q PI制御部
55 座標軸変換部(dq/UVW)
56 座標軸変換部(UVW/dq)
57 インバータ
58 補正マップ
59 補正成分算出部
60 電流補正部
61 ロータ回転数算出部
62 高調波係数マップ
63 位相調整マップ
64 電流センサ
Tt トータルトルク
Tm マグネットトルク
Tr リラクタンストルク
Idb,Iqb 基本波電流
A.B 高調波振幅係数
α,β 位相のずれ
Id',Iq' 電流指令値
Claims (18)
- 複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を備え、前記ロータを、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクとによって回転させるブラシレスモータの制御方法であって、
当該ブラシレスモータの負荷状態に応じて、該ブラシレスモータにて最大トルクが出力される巻線電流値を示す基本波電流を算出し、
前記マグネットトルクによるトルクリップルを相殺する第1高調波成分と、前記リラクタンストルクによるトルクリップルを相殺する第2高調波成分とを算出し、
前記電機子巻線に印加する前記基本波電流の増減に伴い、前記基本波電流に、前記第1高調波成分のみ、又は、前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分を選択的に重畳させて、前記電機子巻線に対して供給される電流を補正し、
前記第1高調波成分のみを前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルと、前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分を前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルの大小が逆転する時点にて、前記基本波電流に重畳される高調波成分を、前記第1高調波成分のみから前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分に、又は、前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分から前記第1高調波成分のみに切り換えることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項1記載のブラシレスモータ制御方法において、
前記基本波電流には、
前記電機子巻線の相電流が小さく、前記第1高調波成分のみを前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルが前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分を前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルよりも小さい範囲では前記第1高調波成分のみが重畳され、
前記電機子巻線の相電流が所定値を超え、前記第1高調波成分のみを前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルが前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分を前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルを超えた範囲では前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分が重畳されることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項2記載のブラシレスモータ制御方法において、
前記基本波電流に重畳される高調波成分が変更される前記電機子巻線の相電流の所定値が90Aであることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載のブラシレスモータ制御方法において、
前記第1高調波成分は、前記マグネットトルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の電流であり、
前記第2高調波成分は、前記第1高調波成分を重畳させた状態で生じる前記リラクタンストルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の電流であることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載のブラシレスモータ制御方法において、
前記第1高調波成分と前記第2高調波成分は、前記電機子巻線の相電流値と、該第1高調波成分と該第2高調波成分の算出に用いられる各パラメータとの関係が示された補正マップに基づいて算出されることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項5記載のブラシレスモータ制御方法において、
前記補正マップは、
前記電機子巻線の相電流値と、前記第1及び第2高調波成分の振幅との関係を示す高調波係数マップと、
前記電機子巻線の相電流値と、トルクリップル波形と前記第1及び第2高調波成分との間の位相のずれとの関係を示す位相調整マップと、を有することを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項6記載のブラシレスモータ制御方法において、
前記第1高調波成分は、q軸方向の基本波電流Iqbに対して付加される、
BsinN(θ+β)
(B:高調波振幅係数,N:正の整数,θ:回転角(電気角),β:位相のずれ)
であり、
前記第2高調波成分は、d軸方向の基本波電流Idbに対して付加される、
AsinN(θ+α)
(A:高調波振幅係数,N:正の整数,θ:回転角(電気角),α:位相のずれ)
であり、
前記高調波係数マップには、前記電機子巻線の相電流値と前記高調波振幅係数A,Bとの関係が格納され、
前記位相調整マップには、前記電機子巻線の相電流値と前記位相のずれα,βとの関係が格納されることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。 - 請求項1〜7の何れか1項に記載のブラシレスモータ制御方法において、前記第1高調波成分と第2高調波成分は、当該ブラシレスモータにおけるトルクリップル率が5%を超えないように、前記基本波電流に重畳されることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
- 請求項1〜8の何れか1項に記載のブラシレスモータ制御方法において、前記ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用されることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
- 複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を備え、前記ロータを、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクとによって回転させるブラシレスモータの制御装置であって、
前記電機子巻線の相電流を検出する電流センサと、
当該ブラシレスモータの負荷状態に応じて、該ブラシレスモータにて最大トルクが出力される巻線電流値を示す基本波電流を算出する基本電流算出部と、
前記電流センサにて検出した相電流値に基づいて、前記マグネットトルクによるトルクリップルを相殺する第1高調波成分と、前記リラクタンストルクによるトルクリップルを相殺する第2高調波成分とを算出する補正成分算出部と、
前記電機子巻線に印加する前記基本波電流の増減に伴い、前記基本波電流に対し、前記第1高調波成分のみ、又は、前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分を選択的に重畳させ、前記電機子巻線に対して供給される電流を補正する電流補正部と、を有し、
前記電流補正部は、前記第1高調波成分のみを前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルと、前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分を前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルの大小が逆転する時点で、前記基本波電流に重畳する高調波成分を、前記第1高調波成分のみから前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分に、又は、前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分から前記第1高調波成分のみに切り換えることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項10記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記電流補正部は、前記基本波電流に対し、
前記電機子巻線の相電流が小さく、前記第1高調波成分のみを前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルが前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分を前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルよりも小さい範囲では前記第1高調波成分のみを重畳し、
前記電機子巻線の相電流が所定値を超え、前記第1高調波成分のみを前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルが前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分を前記基本波電流に重畳させた場合におけるトルクリップルを超えた範囲では前記第1高調波成分及び前記第2高調波成分を重畳することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項11記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記基本波電流に重畳される高調波成分が変更される前記電機子巻線の相電流の所定値が90Aであることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項10〜12の何れか1項に記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記第1高調波成分は、前記マグネットトルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の電流であり、
前記第2高調波成分は、前記第1高調波成分を重畳させた状態で生じる前記リラクタンストルクによるトルクリップルと同振幅・同周期を持つ逆位相の電流であることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項10〜13の何れか1項に記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記制御装置はさらに、前記電機子巻線の相電流値と、前記第1高調波成分と前記第2高調波成分の算出に用いられる各パラメータとの関係が示された補正マップを有し、
前記補正成分算出部は、前記補正マップに基づいて、前記第1高調波成分と前記第2高調波成分を算出することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項14記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記補正マップは、
前記電機子巻線の相電流値と、前記第1及び第2高調波成分の振幅との関係を示す高調波係数マップと、
前記電機子巻線の相電流値と、トルクリップル波形と前記第1及び第2高調波成分との間の位相のずれとの関係を示す位相調整マップと、を有することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項15記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記第1高調波成分は、q軸方向の基本波電流Iqbに対して付加される、
BsinN(θ+β)
(B:高調波振幅係数,N:正の整数,θ:回転角(電気角),β:位相のずれ)
であり、
前記第2高調波成分は、d軸方向の基本波電流Idbに対して付加される、
AsinN(θ+α)
(A:高調波振幅係数,N:正の整数,θ:回転角(電気角),α:位相のずれ)
であり、
前記高調波係数マップには、前記電機子巻線の相電流値と前記高調波振幅係数A,Bとの関係が格納され、
前記位相調整マップには、前記電機子巻線の相電流値と前記位相のずれα,βとの関係が格納されることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項10〜16の何れか1項に記載のブラシレスモータ制御装置において、
前記制御装置は、前記基本波電流に対し、当該ブラシレスモータにおけるトルクリップル率が5%を超えないように、前記第1高調波成分及び/又は前記第2高調波成分を重畳させることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。 - 請求項10〜17の何れか1項に記載のブラシレスモータ制御装置において、前記ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用されることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
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