JP6965778B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の巻線組を有するモータの通電を制御するモータ制御装置に関する。

従来、ｄｑ軸電流の電流フィードバック制御を行うモータ制御装置において、電圧方程式に基づく逆モータモデルによりｄｑ軸間の非干渉化を行って電圧指令を演算する技術が知られている。また、複数の巻線組を有するモータの通電を制御する複数系統のモータ制御装置において、巻線組間の磁気結合による相互作用を考慮し、系統間の非干渉項を演算する技術が知られている。例えば特許文献１に開示された制御装置は、二系統のうち自系統の電圧指令を生成するに際し、モータの電気角速度ω、巻線組間の相互インダクタンスＭｄ、Ｍｑ、及び相手系統のｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに基づいて非干渉項を演算する。

また、特許文献２に開示された制御装置は、二系統の巻線組の電気的仕様は互いに同等であり、流れる電流が同等であるとみなして、非干渉制御演算を簡素化している。例えば特許文献２の第２実施形態（図８）では、他系統の電流情報を用いず、自系統の制御器後の電流指令のみを用いて非干渉項を演算する。

特許第５７２５０４７号公報 特開２０１６−１４９９０４号公報

特許文献１、２における「指令電流」、「指令電流算出部」、「指令トルク」を本明細書の用語に準じて「電流指令」、「電流指令演算部」、「トルク指令」と書き換える。特許文献１、２の制御装置において、電流指令演算部は、トルク指令に基づき各系統のｄｑ軸電流指令を演算する。しかし、例えば二系統の場合に第１系統及び第２系統のｄｑ軸電流指令をどのような関係で決めているかについて、特許文献１には具体的な記載はない。一方、特許文献２の制御装置では、二系統の電流指令が同じ値に設定されることを前提として演算の簡素化を実現していると考えられる。言い換えれば、特許文献２の従来技術では、二系統の電流指令が異なる値に設定される場合は想定されていない。

ところで、複数系統の電気的仕様を同等とするように設計されたとしても、現実の回路部品や巻線組の特性にはばらつきが生じる。また、基板レイアウトによる放熱特性の違い等により、回路素子の発熱を均衡化するため、初期から通電量に差を付けることも考えられる。さらに、モータ動作中に一部の系統に異常が発生した場合、異常系統のみ電流制限することも考えられる。したがって、複数系統の電気的仕様が同等に設計されたシステムにおいても、各系統の電流指令を異なる値に設定するニーズがある。特許文献２の従来技術では、このように各系統の電流に偏りがある場合、非干渉項演算を簡素化することができない。

本発明は上述の課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、各系統の電流に偏りがある場合に非干渉制御演算を簡素化可能な複数系統のモータ制御装置を提供することにある。

本発明によるモータ制御装置は、複数の巻線組を有するモータ（８０）に、各巻線組に対応して設けられる複数のインバータ（６０ｕ、６０ｘ）から電力を供給させモータの通電を制御する。以下、対応する巻線組及びインバータを含む一群の構成の単位を「系統」と定義し、複数の系統数をＮ（Ｎは２以上の整数）とする。

このモータ制御装置は、電流指令演算部（２１）と、各系統の電流制御器（２３ｄｕ、２３ｑｕ、２３ｄｘ、２３ｑｘ）と、各系統の非干渉項演算部（２４ｕ、２４ｘ）と、を備える。

電流指令演算部は、トルク指令に基づき、各系統に対するｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の分配比が、それぞれ、全ての系統で（１／Ｎ）となる場合を除く所定値となるように電流指令を演算する。電流制御器は、電流指令と実電流との偏差に基づきフィードバック制御演算を行う。

非干渉項演算部は、モータの電気角速度、巻線組間の相互インダクタンス、及び、自系統又は他系統の少なくも一方に流れる電流に基づいて、複数系統の巻線組間の相互作用による干渉電圧を補償する非干渉項を演算する。

各系統の非干渉項演算部は、電流情報として、自系統、又はいずれか一つの他系統から選択された「特定系統」のみの電流情報を取得し、特定系統以外の系統の電流情報を電流指令の分配比に基づいて推定し、自系統の非干渉項を演算する。各系統のインバータは、非干渉項が加算された電圧指令により動作する。これにより本発明では、複数系統のモータ制御装置において、各系統の電流に偏りがある場合にも非干渉制御演算を好適に簡素化することができる。

本発明において、各系統の電流指令の分配比は、モータの動作状態又は異常情報に基づいて可変に設定されてもよい。各系統の分配比を適切に調整することで、複数系統の出力機能を有効に利用することができる。

また、インバータのスイッチング制御では一般に、インバータを構成する同相上下アームのスイッチング素子が同時にオフする期間であるデッドタイムが設けられる。そのため好ましくは、本発明のモータ制御装置は、各系統において、デッドタイム分の電圧損失を補償するように電圧指令を補正するデッドタイム補正部（２８）をさらに備える。デッドタイム補正部は、非干渉項をデッドタイム補正値に反映させる。これにより、巻線組間の相互作用による影響をより適切に解消することができる。

各実施形態のモータ制御装置が適用されるシステムの全体構成図。 二組の巻線組を有するモータの構成を示す模式図。 各実施形態によるモータ制御装置の制御ブロック図。 二系統の巻線組間の相互インダクタンスを示すモデル図。 第１実施形態の非干渉項演算部の構成図。 第２実施形態の非干渉項演算部の構成図。 （ａ）Ｉｑｘ−Δλｑｕマップ、（ｂ）Ｉｄｘ−Δλｄｕマップ。 適応対象の電圧と相互作用演算に使用する相手系統電流との組合せパターンを示す図。 第３実施形態の非干渉項演算部の構成図。 第４実施形態の非干渉項演算部の構成図。 第５実施形態の電流フィードバック制御部の構成図。 相互作用電圧をデッドタイム補正値に反映させる作用を説明する図。

以下、モータ制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、第１〜第５実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態のモータ制御装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータ等として用いられ、複数の巻線組を有するモ―タの通電を制御する装置である。このモータ制御装置は、各巻線組に対応して設けられる複数のインバータからモータに電力を供給させる。以下、対応する巻線組及びインバータを含む一群の構成の単位を「系統」と定義する。

最初にモータ制御システムの全体構成について、図１〜図４を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のモータ制御システム６００は、二つのインバータ６０ｕ、６０ｘから、二組の三相巻線組を有するモータ８０に電力を供給する。図２に示すように、モータ８０は、互いに独立した、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相巻線組８０ｕと、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相からなる三相巻線組８０ｘとが組み合わされて構成された永久磁石式同期型三相交流モータである。二系統の冗長構成とすることで、仮に片方の系統が故障した場合でも他方の系統で駆動を続けることができ、信頼性が向上する。また、電流−トルク効率の向上が図られる。

以下、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相巻線組８０ｕに電力供給する系統を「Ｕ系統」といい、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相の三相巻線組８０ｘに電力供給する系統を「Ｘ系統」という。Ｕ系統の構成に係る符号には末尾に「ｕ」を付し、Ｘ系統の構成に係る符号には末尾に「ｘ」を付す。また、各系統の電流、電圧等の物理量の記号についても、末尾又は途中に「ｕ」又は「ｘ」を付して区別する。「ｕ」又は「ｘ」が付されない符号又は記号は、基本的に両系統に共通の構成や物理量を表す。

Ｕ系統の巻線組８０ｕとＸ系統の巻線組８０ｘとは通電により協調してモータ８０のトルクを発生する。巻線組８０ｕ、８０ｘの構成は、Ｙ結線のみ、Δ結線のみ、Ｙ結線とΔ結線との混合のいずれでもよく、各系統の巻線組８０ｕ、８０ｘの機械的な位置関係は問わない。各系統の巻線組８０ｕ、８０ｘの電気的仕様は、基本的に同等であることを想定する。

図１の構成例では、各系統のインバータ６０ｕ、６０ｘは共通のバッテリ１０に対して並列に接続され、それぞれ、バッテリ１０から直流電圧Ｖｄｃの直流電力が入力される。インバータ６０ｕ、６０ｘの入力部には、直流電圧Ｖｄｃを平滑化するコンデンサ１５が設けられる。直流電圧Ｖｄｃは、例えば図示しない電圧センサにより検出される。なお、他の構成例では、二つの独立した電源から各インバータ６０ｕ、６０ｘに個別に直流電力が入力されてもよい。また、バッテリ１０とインバータ６０ｕ、６０ｘとの間に昇圧コンバータが設けられてもよい。

各系統のインバータ６０ｕ、６０ｘは、それぞれ上下アームの６つのスイッチング素子がブリッジ接続されている。スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。インバータ６０ｕ、６０ｘは、モータ制御装置５００から出力されるスイッチングパルス（図中「ＳＷパルス」）信号に従ってスイッチング素子が動作することでバッテリ１０の直流電力を三相交流電力に変換し、モータ８０に供給する。

各系統の電流センサ７０ｕ、７０ｘは、は、各巻線組８０ｕ、８０ｘの二相又は三相に流れる相電流を検出する。図１の構成例では、Ｕ系統のＶ相、Ｗ相電流Ｉｖｒ、Ｉｗｒ、及びＸ系統のＹ相、Ｚ相電流Ｉｙｒ、Ｉｚｒが検出される。電流記号末尾の「ｒ」は実電流を意味する。なお、二相の電流を検出する構成では、他の一相の電流はキルヒホッフの法則により算出される。

回転角センサ８５は、レゾルバ等の回転角センサであり、モータ８０の電気角θを検出する。電気角θは時間微分され、電気角速度ωとしても用いられる。図１の構成例では、電気角θは二系統に共通の値としているが、系統毎に電気角θｕ、θｘが検出されてもよい。また、二系統の巻線組８０ｕ、８０ｘが例えば３０ｄｅｇの位相差を有している場合、Ｕ系統の電気角θに対し、Ｘ系統の電気角を（θ＋３０）ｄｅｇのように処理してもよい。

モータ制御装置５００は、上位の車両制御ＥＣＵ等からトルク指令τ^*が指令される。また、モータ制御装置５００は、直流電圧Ｖｄｃ、電気角θ、及び両系統の実電流Ｉｖｒ、Ｉｗｒ、Ｉｙｒ、Ｉｚｒを取得し、これらの情報に基づくフィードバック制御により、各系統のスイッチングパルス信号を生成し、インバータ６０ｕ、６０ｘに出力する。

次に図３を参照し、モータ制御装置５００の詳細な制御構成を説明する。本実施形態のモータ制御装置は、電流フィードバック制御によりｄｑ軸電圧指令Ｖ^*ｄ、Ｖ^*ｑを演算する。モータ制御装置５００は、電流指令演算部２１と、各系統の電流フィードバック制御部２０ｕ、２０ｘとを含む。

電流指令演算部２１は、トルク指令τ^*に基づき、二系統（Ｕ系統及びＸ系統）の合計の電流指令Ｉ^*ｄ及びｑ軸電流指令Ｉ^*ｑを演算する。さらに電流指令演算部２１は、ｄ軸電流指令Ｉ^*ｄについて分配比ａ（０＜ａ＜１）に基づき、Ｕ系統のｄ軸電流指令Ｉ^*ｄｕを「ａ×Ｉ^*ｄ」とし、Ｘ系統のｄ軸電流指令Ｉ^*ｄｘを「（１−ａ）×Ｉ^*ｄ」とする。また、電流指令演算部２１は、ｑ軸電流指令Ｉ^*ｑについて分配比ｂ（０＜ｂ＜１）に基づき、Ｕ系統のｑ軸電流指令Ｉ^*ｑｕを「ｂ×Ｉ^*ｑ」とし、Ｘ系統のｑ軸電流指令Ｉ^*ｑｘを「（１−ｂ）×Ｉ^*ｑ」とする。

二系統の構成では、例えばｄ軸電流指令Ｉ^*ｄについて、Ｕ系統の分配比ａが０．６であり、Ｘ系統の分配比（１−ａ）が０．４であるような場合に本実施形態が適用される。一方、分配比ａ、ｂがいずれも（１／２）、すなわち０．５である場合は、特許文献２の従来技術における前提条件と同じであるため除外される。なお、ｄ軸電流指令Ｉ^*ｄの分配比ａとｑ軸電流指令Ｉ^*ｑの分配比ｂとは同じであってもよい。

例えば分配比ａ、ｂは、各系統の回路の特性ばらつきや電気的仕様の違い等、製造初期の要因に基づいて、回路素子の発熱を均衡化するように決められてもよい。また、分配比ａ、ｂは、モータ８０の動作状態や異常情報に基づいて過変に設定されてもよい。例えば、モータ８０の動作中に一部の系統に回路の過熱異常が発生した場合、異常系統の分配比を小さくして電流制限することが考えられる。このように各系統の分配比ａ、ｂを適切に調整することで、二系統の出力機能を有効に利用することができる。

次に、各系統の電流フィードバック制御部２０ｕ、２０ｘの構成は実質的に同じであるため、ここでの説明は符号の「ｕ」、「ｘ」を省略し、両系統について共通に記載する。電流フィードバック制御部２０は、電流偏差算出部２２ｄ、２２ｑ、電流制御器２３ｄ、２３ｑ、非干渉項演算部２４、電圧指令補正部２７ｄ、２７ｑ等を含む。電流センサ７０ｕ、７０ｘが検出した相電流は、電気角θに基づいて三相−ｄｑ変換部２９で実ｄｑ軸電流Ｉｄｒ、Ｉｑｒに変換される。

電流偏差算出部２２ｄ、２２ｑは、ｄｑ軸電流指令Ｉ^*ｄ、Ｉ^*ｑと、三相−ｄｑ変換部２９からフィードバックされた実ｄｑ軸電流Ｉｄｒ、Ｉｑｒとの電流偏差を算出する。電流制御器２３ｄ、２３ｑは、電流偏差を０に近づけるように、ＰＩ制御によりｄｑ軸電圧指令Ｖ^*ｄ、Ｖ^*ｑのフィードバック項を演算する。すなわち、電流制御器２３ｄ、２３ｑは、電流指令Ｉ^*ｄ、Ｉ^*ｑと実電流Ｉｄｒ、Ｉｑｒとの偏差に基づきフィードバック制御演算を行う。

非干渉項演算部２４は、各系統のｄｑ軸間干渉電圧、及び、両系統間の相互作用による干渉電圧を補償する非干渉項を演算する。ｄｑ軸間の干渉電圧は、一組の巻線組を有するモータにも発生するのに対し、系統間の相互作用による干渉電圧は、互いに磁気結合する複数の巻線組を有するモータ８０において、相互インダクタンスの作用により発生する。

本実施形態の非干渉項演算部２４ｕは、モータ８０の電気角速度ω、巻線組間の相互インダクタンスＭ、及び、自系統又は他系統の少なくも一方に流れる電流Ｉｄ、Ｉｑに基づいて、相互作用による干渉電圧を補償する非干渉項を演算する。ここで、演算に用いられる電流Ｉｄ、Ｉｑは電流指令Ｉ^*ｄ、Ｉ^*ｑでも実電流Ｉｄｒ、Ｉｑｒでもよい。基本的に実電流Ｉｄｒ、Ｉｑｒは、フィードバック制御により電流指令Ｉ^*ｄ、Ｉ^*ｑに追従するものとして扱われる。

二系統の巻線組間の相互インダクタンスについて図４を参照する。図４には、各系統の巻線組をｄ軸成分とｑ軸成分とに分解したモデルを示す。各巻線組は、自己インダクタンスＬｄｕ、Ｌｑｕ、Ｌｄｘ、Ｌｑｘを有する。破線矢印で示すＵ系統同士及びＸ系統同士のｄｑ軸間の相互インダクタンスＭ₁、Ｍ₃による影響は小さいため無視する。一方、実線矢印で示す４つの相互インダクタンスＭ₂、Ｍ₄、Ｍ₅、Ｍ₆は、電流の大きさに応じて系統間の相互作用を発生させる。Ｍ₂、Ｍ₄は、それぞれ、両系統のｄ軸−ｄ軸間、ｑ軸−ｑ軸間の相互インダクタンスである。また、Ｍ₅、Ｍ₆は、それぞれ、Ｕ系統ｑ軸−Ｘ系統ｄ軸間、Ｕ系統ｄ軸−Ｘ系統ｑ軸間の相互インダクタンスである。

非干渉項演算部２４が演算した非干渉項は、電圧指令補正部２７ｄ、２７ｑで、電流制御器２３ｄ、２３ｑが演算したｄｑ軸電圧指令Ｖ^*ｄ、Ｖ^*ｑ基本値に加算される。そして、非干渉項が加算されたｄｑ軸電圧指令Ｖ^*ｄ、Ｖ^*ｑが各系統の変調器５５ｕ、５５ｘに出力される。各系統のインバータ６０ｕ、６０ｘは、非干渉項が加算されたｄｑ軸電圧指令Ｖ^*ｄｕ、Ｖ^*ｑｕにより動作する。

詳しくは、変調器５５ｕ、５５ｘは、変調率やモータの回転数−トルク特性に応じて変調方式を切り替えつつ、ｄｑ軸電圧指令Ｖ^*ｄｕ、Ｖ^*ｑｕ、直流電圧Ｖｄｃ、電気角θ等に基づいてスイッチングパルス信号を生成し、インバータ６０ｕ、６０ｘに出力する。このスイッチングパルス信号により、Ｕ系統のインバータ６０ｕは三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力し、Ｘ系統のインバータ６０ｘは三相電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを出力する。

ところで、特許文献１（特許第５７２５０４７号公報）、特許文献２（特開２０１６−１４９９０４号公報）には、巻線組間の磁気結合による相互作用を考慮し、系統間の非干渉項を演算する技術が開示されている。従来技術に準じて二系統の電圧方程式は、各系統の自己インダクタンスＬｄｕ、Ｌｑｕ、Ｌｄｘ、Ｌｑｘ、及び相互インダクタンスＭ₂、Ｍ₄、Ｍ₅、Ｍ₆を用いて式（１）で表される。式（１）中のＲは巻線抵抗、ｓは微分演算子、φは逆起電圧定数を表す。第１項、第３項、第４項は定常項であり、第２項は過渡項である。

また特許文献２には、二系統の巻線組の電気的仕様は互いに同等であり、流れる電流が同等であるとみなし、他系統の電流情報を用いず、自系統の制御器後電流指令のみを用いて非干渉項を演算する技術が開示されている。しかし、特許文献２の従来技術では、二系統の電流指令が異なる値に設定される場合は想定されておらず、各系統の電流に偏りがある場合、非干渉項演算を簡素化することができない。そこで本実施形態では、各系統の電流に偏りがある場合に非干渉制御演算を簡素化可能な複数系統のモータ制御装置を提供することを目的とする。

そのために本実施形態の非干渉項演算部２４ｕ、２４ｘは、電流情報として、自系統、又はいずれか一つの他系統である「特定系統」のみの電流情報を取得する。そして、非干渉項演算部２４ｕ、２４ｘは、特定系統以外の系統の電流情報を電流指令の分配比ａ、ｂに基づいて推定し、自系統の非干渉項を演算する。

続いて、非干渉項演算部２４ｕ、２４ｘの具体的な構成に係る第１〜第４実施形態について、図５〜図１０を参照して説明する。Ｕ系統及びＸ系統の構成は実質的に同じであるため、以下、Ｕ系統の非干渉項演算部２４ｕを例として説明する。Ｘ系統の非干渉項演算部２４ｘについては、「ｕ」と「ｘ」の符号を入れ替えて解釈すればよい。また、第１〜第４実施形態では、「特定系統」を自系統として説明する。したがって、非干渉項演算部２４ｕは、Ｕ系統の電流Ｉｄｕ、Ｉｑｕを取得し、Ｘ系統の電流Ｉｄｘ、Ｉｑｘを分配比ａ、ｂに基づいて推定する。

（第１実施形態）
最初に図５に示す第１実施形態は、上記基本式（１）をそのまま展開したものである。図５及び以下実施形態の相当図では、電流指令Ｉ^*ｄｕ、Ｉ^*ｑｕを用いる場合を含め、非干渉項演算部２４ｕへの入力電流を単に「Ｉｄｕ、Ｉｑｕ」と示す。また、非干渉項演算部２４ｕの出力に記した「Ｖｄｕ、Ｖｑｕ」は、図１の加算器２７ｄｕ、２７ｑｕに入力されるｄ軸電圧指令Ｖ^*ｄｕ及びｑ軸電圧指令、Ｖ^*ｑｕの非干渉項を意味する。

ここで、ｄｑ各軸の分配比係数を「Ａ＝（１−ａ）／ａ」、「Ｂ＝（１−ｂ）／ｂ」のように定義する。Ｕ系統ｄ軸電流Ｉｄｕは、そのまま入力されると共に、分配比係数Ａが乗じられたＸ系統ｄ軸電流Ｉｄｘ相当値として入力される。同様に、Ｕ系統ｑ軸電流Ｉｑｕは、そのまま入力されると共に、分配比係数Ｂが乗じられたＸ系統ｑ軸電流Ｉｑｘ相当値として入力される。なお、Ｘ系統の非干渉項演算部２４ｘでは、この分配比係数がそれぞれ逆数（１／Ａ）、（１／Ｂ）に置き換えられる。

また非干渉項演算部２４ｕは、巻線抵抗Ｒ、自己インダクタンスＬｄｕ、Ｌｑｕ、相互インダクタンスＭ₂、Ｍ₄、Ｍ₅、Ｍ₆等のモータ定数、及び逆起電圧定数φを、それぞれ単独で、又は、組み合わせた値として内部に記憶している。なお、例えばこれらの定数についての温度特性をマップ等で記憶し、モータ温度等に応じて定数を変更するようにしてもよい。

第１実施形態では、一系統のモータ制御装置にも共通するｄｑ軸間非干渉項演算部２５ｕと、複数系統のモータ制御装置に特有である相互作用項演算部２６ｕとが非干渉項演算部２４ｕ内部で区別されている。ｄｑ軸間非干渉項演算部２５ｕは、電圧［Ｖ］項の演算部２５１ｄｕ、２５１ｑｕと、磁束［Ｖ・ｓ］項の演算部２５２ｄｕ、２５２ｑｕとを有する。また、相互作用項演算部２６ｕは、電圧［Ｖ］項の演算部２６１ｄｕ、２６１ｑｕと、磁束［Ｖ・ｓ］項の演算部２６２ｄｕ、２６２ｑｕとを有する。これらの演算部による演算は、数式演算でもマップ参照でもよい。以下の実施形態の各演算部についても同様である。

ｄ軸電圧Ｖｄｕについて、ｄｑ軸間非干渉項演算部２５ｕの演算部２５１ｄｕでは式（２．１）の演算が行われ、演算部２５２ｄｕでは式（２．２）の演算が行われる。加算器２５３ｄｕは、演算部２５１ｄｕによる電圧項と、演算部２５２ｄｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、ｄｑ軸間非干渉項を出力する。
（Ｌｄｕ×ｓ＋Ｒ）×Ｉｄｕ ・・・（２．１）
−Ｌｑｕ×Ｉｑｕ ・・・（２．２）

ここで、記載の統一上、式（２．２）の負の記号「−」は、演算部２５２ｄｕ内に含めるものとする。ただし、式（２．２）の負記号を無くし、加算器２５３ｄｕを減算器に変更してもよい。これ以外の負の項の演算についても同様とする。また、過渡項を示す微分演算子ｓについて、式中では誤認を防ぐため、「×ｓ」と記す。

また、相互作用項演算部２６ｕの演算部２６１ｄｕでは式（２．３）の演算が行われ、演算部２６２ｄｕでは式（２．４）の演算が行われる。加算器２６３ｄｕは、演算部２６１ｄｕによる電圧項と、演算部２６２ｄｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、相互作用項を出力する。加算器２４４ｄｕは、加算器２５３ｄｕの出力と加算器２６３ｄｕの出力とを加算して、ｄ軸電圧Ｖｄｕの合計の非干渉項を出力する。
Ｍ₂×ｓ×Ｉｄｘ ・・・（２．３）
−Ｍ₆×Ｉｑｘ ・・・（２．４）

ｑ軸電圧Ｖｑｕについて、ｄｑ軸間非干渉項演算部２５ｕの演算部２５１ｑｕでは式（２．５）の演算が行われ、演算部２５２ｑｕでは式（２．６）の演算が行われる。加算器２５３ｑｕは、演算部２５１ｑｕによる電圧項と、演算部２５２ｑｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、ｄｑ軸間非干渉項を出力する。
（Ｌｑｕ×ｓ＋Ｒ）×Ｉｑｕ ・・・（２．５）
Ｌｄｕ×Ｉｄｕ＋φ ・・・（２．６）

また、相互作用項演算部２６ｕの演算部２６１ｑｕでは式（２．７）の演算が行われ、演算部２６２ｑｕでは式（２．８）の演算が行われる。加算器２６３ｑｕは、演算部２６１ｑｕによる電圧項と、演算部２６２ｑｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、相互作用項を出力する。加算器２４４ｑｕは、加算器２５３ｑｕの出力と加算器２６３ｑｕの出力とを加算して、ｑ軸電圧Ｖｑｕの合計の非干渉項を出力する。
Ｍ₄×ｓ×Ｉｑｘ ・・・（２．７）
Ｍ₅×Ｉｄｘ ・・・（２．８）

上記の式（２．３）、（２．４）、（２．７）、（２．８）は、分配比係数Ａ、Ｂを用いて、Ｕ系統電流Ｉｄｕ、Ｉｑｕの式に書き換えられる。したがって、二系統の電流指令が異なる値に設定されるモータ制御装置５００において、Ｕ系統電流Ｉｄｕ、Ｉｑｕ及び電気角速度ωの情報のみを用いて非干渉項演算を簡素化することができる。

（第２実施形態）
図６に示す第２実施形態では、第１実施形態の自己インダクタンスに代えて磁束を用いてｄｑ軸間非干渉項を表す。磁束λｄ、λｑと自己インダクタンスＬｄ、Ｌｑとの関係は、式（３．１）、（３．２）で表される。図６では、第１実施形態の図５に対し過渡項が削除され、定常項が磁束λｄ、λｑの式に書き換えられる。
λｄ＝Ｌｄ×Ｉｄ＋φ ・・・（３．１）
λｑ＝Ｌｑ×Ｉｑ ・・・（３．２）

ｄｑ軸間非干渉項演算部２５ｕは、電圧［Ｖ］項の演算部２５５ｄｕ、２５５ｑｕと、磁束［Ｖ・ｓ］項の演算部２５６ｄｕ、２５６ｑｕとを有する。演算部２５５ｄｕ、２５５ｑｕは、巻線抵抗Ｒと電流Ｉｄｕ、Ｉｑｕとの積を電圧項として演算する。演算部２５６ｄｕはλｑｕマップにより、演算部２５６ｑｕはλｄｕマップにより、磁束項を演算する。なお、λｑｕマップには負記号の意味合いが含まれている、すなわち、マップ出力は入力に対し負の相関を有するように設定されるものとする。

加算器２５７ｄｕは、演算部２５５ｄｕによる電圧項と、演算部２５６ｄｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、ｄ軸電圧Ｖｄｕのｄｑ軸間非干渉項を出力する。加算器２５７ｑｕは、演算部２５５ｑｕによる電圧項と、演算部２５６ｑｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、ｑ軸電圧Ｖｑｕのｄｑ軸間非干渉項を出力する。

ここで、演算部２５６ｄｕのλｑｕマップ、演算部２５６ｑｕのλｄｕマップから分かるように、ｑ軸磁束λｑはｄ軸電圧Ｖｄに影響し、ｄ軸磁束λｄはｑ軸電圧Ｖｑに影響する。この関係に準じ、相互作用項演算部２６ｕにおいて、系統間相互作用によりｄ軸電圧Ｖｄに影響する磁束成分をΔλｑ、系統間相互作用によりｑ軸電圧Ｖｑに影響する磁束成分をΔλｄと定義する。

相互作用項演算部２６ｕは、Δλｑｕマップ２６６ｄｕ及びΔλｄｕマップ２６６ｑｕを含む。磁束Δλｑｕは、理論的には相互インダクタンスＭ₆とｑ軸電流Ｉｑｘとの積を正負反転した値で表され、図７（ａ）に示すように、Ｉｑｘ対Δλｑｕマップは負の相関を有している。磁束Δλｄｕは、理論的には相互インダクタンスＭ₅とｄ軸電流Ｉｄｘとの積で表され、図７（ｂ）に示すように、Ｉｄｘ対Δλｄｕマップは正の相関を有している。Δλｑｕマップ及びΔλｄｕマップの出力には電気角速度ωが乗算され、相互作用項として出力される。

加算器２４８ｄｕ、２４８ｑｕは、ｄｑ軸間非干渉項演算部２５ｕの演算したｄｑ軸間非干渉項と、相互作用項演算部２６ｕの演算した相互作用項とを加算して、合計の非干渉項を出力する。

第２実施形態の相互作用項演算部２６ｕは、相手系統であるＸ系統のｄｑ軸電流Ｉｄｘ、Ｉｑｘのうち、ｄ軸電圧Ｖｄｕについてはｑ軸電流Ｉｑｘのみを用い、ｑ軸電圧Ｖｑｕについてはｄ軸電流Ｉｄｘのみを用いて相互作用を演算する。つまり、ｄ軸又はｑ軸の電圧と、その電圧とは逆軸の相手系統電流とを組み合わせる。

図８に、Ｕ系統の適応対象の電圧と、相互作用項演算に使用する相手系統（Ｘ系統）の電流との組合せパターンを示す。第１実施形態は図８のＮｏ．９に相当し、ｄ軸電圧Ｖｄｕ、ｑ軸電圧Ｖｑｕともに相手系統のｄｑ軸両方の電流Ｉｄｘ、Ｉｑｘを用いる。両方の電流Ｉｄｘ、Ｉｑｘの情報を用いるため推定精度は向上するが、演算負荷が高くなる。

それに対し、相手系統の一方の軸の電流のみを用いるパターンは演算負荷を低減することができる反面、推定精度が低下するおそれがある。その中で、図８のＮｏ．４に相当する第２実施形態は、ｄｑ各軸の電圧に対する影響が大きい相手系統の逆軸電流の情報を用いるため、相互作用を推定するのに最も好ましい組合せである。したがって、第２実施形態では、演算負荷を低減しつつ効率良く相互作用を推定することができる。

（第３実施形態）
図９に示す第３実施形態は、第１実施形態に対し、非干渉項演算部２４ｕ内でｄｑ軸間非干渉項演算部と相互作用項演算部とが区別されずに統合されている。非干渉項演算部２４ｕは、電圧［Ｖ］項の演算部２４１ｄｕ、２４１ｑｕと、磁束［Ｖ・ｓ］項の演算部２４２ｄｕ、２４２ｑｕとを有する。

ｄ軸電圧Ｖｄｕについて、演算部２４１ｄｕでは式（４．１）の演算が行われ、演算部２４２ｄｕでは式（４．２）の演算が行われる。加算器２４３ｄｕは、演算部２４１ｄｕによる電圧項と、演算部２４２ｄｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、合計の非干渉項を出力する。
（Ｌｄｕ×ｓ＋Ｒ）×Ｉｄｕ＋Ｍ₂×ｓ×Ｉｄｘ
＝｛（Ｌｄｕ＋Ａ×Ｍ₂）×ｓ＋Ｒ｝×Ｉｄｕ ・・・（４．１）
−Ｌｑｕ×Ｉｑｕ−Ｍ₆×Ｉｑｘ
＝（−Ｌｑｕ−Ｂ×Ｍ₆）×Ｉｑｕ ・・・（４．２）

ｑ軸電圧Ｖｑｕについて、演算部２４１ｑｕでは式（４．３）の演算が行われ、演算部２４２ｑｕでは式（４．４）の演算が行われる。加算器２４３ｑｕは、演算部２４１ｑｕによる電圧項と、演算部２４２ｑｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、合計の非干渉項を出力する。
（Ｌｑｕ×ｓ＋Ｒ）×Ｉｑｕ＋Ｍ₄×ｓ×Ｉｑｘ
＝｛（Ｌｑｕ＋Ｂ×Ｍ₄）×ｓ＋Ｒ｝×Ｉｑｕ ・・・（４．３）
Ｌｄｕ×Ｉｄｕ＋φ＋Ｍ₅×Ｉｄｘ
＝（Ｌｄｕ＋Ａ×Ｍ₅＋φ）×Ｉｄｕ ・・・（４．４）

演算部２４１ｄｕ、２４１ｑｕでは過渡項に、演算部２４２ｄｕ、２４２ｑｕでは定常項に、それぞれ、自己インダクタンスと、相互インダクタンスに分配比係数Ａ、Ｂを乗じた値とが統合されている。各演算部への入力は、Ｕ系統のｄｑ軸電流Ｉｄｕ、Ｉｑｕのみで足りるため、Ｉｄｘ、Ｉｑｘの入力を破線で示す。このように第３実施形態では、各演算部２４１ｄｕ、２４１ｑｕ、２４２ｄｕ、２４２ｑｕがインダクタンスの統合部分を一つのマップで記憶することにより、演算を簡略化することができる。

（第４実施形態）
図１０に示す第４実施形態は、第２実施形態に対し、非干渉項演算部２４ｕ内でｄｑ軸間非干渉項演算部と相互作用項演算部とが区別されずに統合されている。非干渉項演算部２４ｕは、電圧［Ｖ］項の演算部２４５ｄｕ、２４５ｑｕと、磁束［Ｖ・ｓ］項の演算部２４６ｄｕ、２４６ｑｕとを有する。演算部２４５ｄｕ、２４５ｑｕは、巻線抵抗Ｒと電流Ｉｄｕ、Ｉｑｕとの積を電圧項として演算する。

ｄ軸電圧Ｖｄｕについて、演算部２４６ｄｕは、相互作用による磁束Δλｑｕが統合された（λｑｕ＋Δλｑｕ）マップにより磁束項を算出する。加算器２４７ｄｕは、演算部２４５ｄｕによる電圧項と、演算部２４６ｄｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、合計の非干渉項を出力する。なお、（λｑｕ＋Δλｑｕ）マップには負記号の意味合いが含まれている、すなわち、マップ出力は入力に対し負の相関を有するように設定されるものとする。

ｑ軸電圧Ｖｑｕについて、演算部２４６ｑｕは、相互作用による磁束Δλｄｕが統合された（λｄｕ＋Δλｄｕ）マップにより磁束項を算出する。加算器２４７ｑｕは、演算部２４５ｑｕによる電圧項と、演算部２４６ｑｕによる磁束項に電気角速度ωを乗じた値とを加算して、合計の非干渉項を出力する。

第４実施形態において、（λｑｕ＋Δλｑｕ）マップの入力はＵ系統のｑ軸電流Ｉｑｕのみでよく、（λｄｕ＋Δλｄｕ）マップの入力はＵ系統のｄ軸電流Ｉｄｕのみでよい。したがって、第３実施形態の図９と同様に、Ｉｄｘ、Ｉｑｘの入力を破線で示す。このように第４実施形態では、各演算部２４６ｄｕ、２４６ｑｕが統合磁束マップを用いることにより、演算を簡略化することができる。

（第５実施形態）
次に第５実施形態について、図１１、図１２を参照して説明する。従来、インバータのスイッチング制御において、同相上下アームのスイッチング素子が同時にオフする期間であるデッドタイムを設けることが知られている。また、デッドタイム分の電圧損失を補償するようにフィードフォワード制御でデッドタイム補正値を演算し、そのデッドタイム補正値により、フィードバック制御で演算された電圧指令を補正する技術が知られている。

図１１には、いずれか一系統について、ｄ軸及びｑ軸の構成をまとめて、第５実施形態の電流フィードバック制御部２０の構成を示す。図１１では、符号の「ｕ」、「ｘ」を省略し、両系統について共通に記載する。第５実施形態のモータ制御装では、図３の構成に加え、デッドタイム補正部２８及び補正値加算部２８５をさらに備える。

デッドタイム補正部２８は、フィードフォワード制御でデッドタイム補正値Ｖｄｔを演算し、また、非干渉項演算部２４が演算した非干渉項をデッドタイム補正値Ｖｄｔに反映させる。補正値加算部２８５は、デッドタイム補正値Ｖｄｔを電圧指令のフィードバック項Ｖ^*ｄ＿ｆｂ、Ｖ^*ｑ＿ｆｂに加算し、デッドタイム補正後の電圧指令Ｖ^*ｄ、Ｖ^*ｑを生成する。図１１の構成例では、非干渉項演算部２４とデッドタイム補正部２８とを並列に記載しているが、非干渉項演算部２４とデッドタイム補正部２８とを直列に配置し、デッドタイム補正を含めた非干渉項を電圧指令のフィードバック項Ｖ^*ｄ＿ｆｂ、Ｖ^*ｑ＿ｆｂに加算するようにしてもよい。

従来のデッドタイム補正では、デッドタイム補正値Ｖｄｔの振幅は、デッドタイムＴｄｔ、直流電圧Ｖｄｃ、及び、キャリア周波数Ｆｃを用いて数式（５）で表される。
Ｖｄｔ＝Ｔｄｔ×Ｖｄｃ×Ｆｃ×√（３／２）×（４／π） ・・・（５）

また、デッドタイム補正値Ｖｄｔのｄ軸成分及びｑ軸成分は、ｑ軸基準の位相βを用いて、それぞれ式（６．１）、（６．２）で表される。図１２に示すように、デッドタイム補正ベクトルの方向は、電圧指令ベクトルに対して逆方向となる。
Ｖｄ＿ｄｔ＝ Ｖｄｔ×ｓｉｎβ ・・・（６．１）
Ｖｑ＿ｄｔ＝−Ｖｄｔ×ｃｏｓβ ・・・（６．２）

第５実施形態では、従来のデッドタイム補正に対し、系統間の相互作用を考慮した非干渉項を加える。すなわち、デッドタイム補正された電圧指令ベクトルに対し、さらに相互作用電圧ベクトルが合成される。相互作用電圧ベクトルの振幅をＶｉｎｔ、位相をβ１とすると、合成ベクトルのｄ軸成分及びｑ軸成分は、式（７．１）、（７．２）で表される。
Ｖｄ＿ｄｔ＝ Ｖｄｔ×ｓｉｎβ＋Ｔｄｔ×Ｖｉｎｔ×Ｆｃ×ｓｉｎβ１
・・・（７．１）
Ｖｑ＿ｄｔ＝−Ｖｄｔ×ｃｏｓβ＋Ｔｄｔ×Ｖｉｎｔ×Ｆｃ×ｃｏｓβ１
・・・（７．２）

第５実施形態では、実装上で不可避であるデッドタイム補正に対し、系統間相互作用の非干渉項を反映させるため、巻線組間の相互作用による影響をより適切に解消することができる。この場合、各系統のキャリア周波数Ｆｃを変えることにより、系統毎に別の値の補正を行うことが可能である。また、図１２の例に示すように、デッドタイム補正ベクトルと相互作用電圧ベクトルとは方向が異なることが好ましいと考えられる。ただし、方向が一致する場合でも、ある程度の効果は得られると考えられる。

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態では、二系統のうち自系統を特定系統とし、自系統の電流情報から電流指令の分配比に基づいて他系統の電流情報を推定し、非干渉項を演算する。その逆に二系統のうち他系統を特定系統とし、他系統の電流情報から電流指令の分配比に基づいて自系統の電流情報を推定し、非干渉項を演算してもよい。つまり、上記実施形態の記号を援用すると、Ｕ系統の非干渉項演算部２４ｕは、Ｘ系統のｄ軸電流Ｉｄｘ及びｑ軸電流Ｉｑｘをそれぞれ、（１／Ａ）＝｛ａ／（１−ａ）｝倍、（１／Ｂ）＝｛ｂ／（１−ｂ）｝倍してＵ系統のｄ軸電流Ｉｄｕ及びｑ軸電流Ｉｑｕを推定してもよい。

（ｂ）本発明は、上記実施形態で例示した二系統の構成に限らず、三系統以上のモータ制御装置に適用されてもよい。一般化すると、Ｎ系統（Ｎは２以上の整数）の場合、各系統の分配比がそれぞれ（１／Ｎ）である場合が除かれる。例えば三系統の構成では、全ての系統のｄｑ軸電流指令の分配比が（１／３）に設定される場合が除かれる。ただし、三系統のうち一系統のみの電流指令の分配比は（１／３）であってもよい。つまり、三系統のうち二系統又は三系統の電流指令の分配比が（１／３）以外に設定される場合には、上記実施形態と同様の考え方が適用される。その場合、非干渉項演算部は、いずれか一つの特定系統の電流情報から電流指令の分配比に基づいて、特定系統以外の系統の電流情報を推定し、非干渉項を演算する。よって、非干渉制御演算を簡素化することができる。

（ｃ）本発明のモータ制御装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車の主機モータに限らず、互いに磁気結合した複数の巻線組を有するどのようなモータにも適用可能である。また、モータの相の数は、三相に限らず何相でもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

２１ ・・・電流指令演算部、
２３ｄｕ、２３ｑｕ、２３ｄｘ、２３ｑｘ・・・電流制御器、
２４ｕ、２４ｘ・・・非干渉項演算部、
５００・・・モータ制御装置、
６０ｕ、６０ｘ・・・インバータ、
８０ ・・・モータ。

Claims (3)

1. 複数の巻線組を有するモータ（８０）に、各巻線組に対応して設けられる複数のインバータ（６０ｕ、６０ｘ）から電力を供給させ前記モータの通電を制御するモータ制御装置であって、
   対応する前記巻線組及び前記インバータを含む一群の構成の単位を系統と定義し、複数の系統数をＮ（Ｎは２以上の整数）とすると、
   トルク指令に基づき、各系統に対するｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令の分配比が、それぞれ、全ての系統で（１／Ｎ）となる場合を除く所定値となるように電流指令を演算する電流指令演算部（２１）と、
   各系統において、前記電流指令と実電流との偏差に基づきフィードバック制御演算を行う電流制御器（２３ｄｕ、２３ｑｕ、２３ｄｘ、２３ｑｘ）と、
   各系統において、前記モータの電気角速度、巻線組間の相互インダクタンス、及び、自系統又は他系統の少なくも一方に流れる電流に基づいて、複数系統の前記巻線組間の相互作用による干渉電圧を補償する非干渉項を演算する非干渉項演算部（２４ｕ、２４ｘ）と、
   を備え、
   各系統の前記非干渉項演算部は、
   電流情報として、自系統、又はいずれか一つの他系統から選択された特定系統のみの電流情報を取得し、前記特定系統以外の系統の電流情報を前記電流指令の分配比に基づいて推定し、自系統の前記非干渉項を演算し、
   各系統の前記インバータは、前記非干渉項が加算された電圧指令により動作するモータ制御装置。
2. 各系統の前記電流指令の分配比は、前記モータの動作状態又は異常情報に基づいて可変に設定される請求項１または２に記載のモータ制御装置。
3. 各系統において、前記インバータを構成する同相上下アームのスイッチング素子が同時にオフする期間であるデッドタイム分の電圧損失を補償するように前記電圧指令を補正するデッドタイム補正部（２８）をさらに備え、
   前記デッドタイム補正部は、前記非干渉項をデッドタイム補正値に反映させる請求項１または２に記載のモータ制御装置。

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