JP7413238B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御技術に関する。特に、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）の制御技術に関する。

ロータに永久磁石や巻き線が不要なＳＲモータに関し、使用状態に応じてモータ特性を変更可能な制御技術が知られている。例えば、特許文献１には、「通電相を一方の相から他方の相に切り替える場合に、前記一方の相と前記他方の相との両方の相に通電するオーバーラップ区間を設ける通電タイミング出力部と、前記オーバーラップ区間の少なくとも一部の区間において、前記一方の相と前記他方の相との少なくともいずれかの相に流す電流を徐々に変化させる電流制御部と、を備える（要約抜粋）」モータ制御装置が開示されている。

特開２０２０－１０５７６号公報

特許文献１に開示の技術では、ＳＲモータの各相のコイルに流す電流を矩形波に基づいて制御する矩形波通電制御を行っているため、トルク特性はよいが騒音の面で課題が残る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、トルク特性の向上と静音化とを両立させるモータ制御技術を提供することを目的とする。

本発明は、多相のＳＲモータの各相に対応するコイルの通電を切り替えることにより、前記ＳＲモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、要求負荷から前記各相のコイルに流す電流の目標値の最大値である最大電流指令値を生成する電流指令値生成部と、前記各相のコイルに流す電流を正弦波に基づいて制御する電流制御部と、を備え、前記電流制御部は、前記最大電流指令値に応じて前記正弦波を補正する波形補正部を備え、前記波形補正部は、前記正弦波の通電角を小さくするよう補正することを特徴とする。

本発明によれば、トルク特性の向上と静音化とを両立させるモータ制御技術を提供できる。

（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の概要を説明するための説明図である。 （ａ）は、本発明の実施形態のモータ制御装置が適用される車両制御システムを、（ｂ）は、本発明の実施形態のＳＲモータを、それぞれ説明するための説明図である。 本発明の実施形態のモータ制御装置の構成図である。 本発明の実施形態の電流制御部とマップ記憶部のブロック図である。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の実施形態の通電角補正処理を説明するための説明図である。 （ａ）は、本発明の実施形態のオフセット値マップの他の例を説明するための説明図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態の範囲外除去処理を説明するための説明図である。 本発明の実施形態の電流制御処理のフローチャートである。 ベクトル制御を適用した場合のモータ制御装置のブロック図である。 本発明の実施形態の変形例のベクトル制御を適用したモータ制御装置のブロック図である。 本発明の実施形態の変形例のモータ制御処理のフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例の通電角補正を説明するための説明図である。 （ａ）～（ｄ）は、本発明の実施形態の他の変形例を説明するための説明図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。以下、本実施形態では、３相のＳＲモータを例にあげて説明する。しかしながら、ＳＲモータの相数は、これに限定されない。

本実施形態のモータ制御装置は、正弦波駆動方式でＳＲモータを駆動制御する。正弦波駆動方式は、ロータの回転位置（ロータ電気角）に応じて電流指令値が正弦波状に変化する正弦波電流を、３相の励磁コイルに流して、ロータを駆動（回転駆動）する駆動方式である。正弦波駆動方式によれば、電流の変化が滑らかでトルク脈動が少ないため、静音化を図ることができる。

さらに、本実施形態のモータ制御装置は、要求負荷（トルク）に応じて、正弦波電流の通電角を制御する。これは、高トルク化を実現するためであり、本実施形態のモータ制御装置は、各相の電流が流れている区間が重なって生じるトルクが負の値となる領域を低減することにより実現する。

具体的には、モータ制御装置は、図１（ａ）に示す正弦波電流の周波数を、図１（ｂ）に示すように高くし、通電角を小さくする補正を行う。通電角を小さくするため、モータ制御装置は、補正後の正弦波電流に対し、各相の位相差を、ＳＲモータの相数により定まる基準位相差に補正する。さらに、モータ制御装置は、通電領域以外の領域の相電流値を０とする。

［車両制御システム］
以下、ＳＲモータが電気自動車（以下、車両と呼ぶ。）の原動機として用いられる場合を例に本実施形態を説明する。まず、本実施形態のモータ制御装置が適用される車両制御システム１００について、図２（ａ）を用いて説明する。

車両制御システム１００は、車両を操作するための操作子の操作量や操作状態に応じてＳＲモータの駆動力を制御する。操作子は、例えば、運転者が車両に種々の挙動を与えるための操作対象物であり、車両の速度調整を行うためのアクセルペダルやドライブ、後退、ニュートラル、パーキングなどの車両状態のレンジを選択するためのシフトレバーが含まれる。これらの操作子には、例えば、操作子の操作量や操作状態に連動して電気的な出力値を出力するセンサが設けられている。各センサの出力値は、モータ制御装置に入力される。以下、本実施形態の車両制御システム１００は、操作子としてアクセルペダルに取り付けられたセンサからの出力値を用いる。

図２（ａ）に示すように、車両制御システム１００は、モータ制御装置２００と、ＳＲモータ１２０と、レゾルバ１２１と、アクセル操作検出部１１２と、を備える。

アクセル操作検出部１１２は、アクセル信号を検出し、モータ制御装置２００に出力する。アクセル信号は、スロットルポジションセンサからの出力値である。スロットルポジションセンサは、アクセルペダル１１１に設けられ、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）によって変化する回転角を検出するセンサである。スロットルポジションセンサは、例えば、ポテンショメータであり、アクセルペダル１１１の回転軸等に設けられ、アクセルペダル１１１の回転角に応じて抵抗値が変化する。スロットルポジションセンサからの出力値は、アクセル開度と比例する。アクセル操作検出部１１２は、スロットルポジションセンサに電圧を与えて、この抵抗値を検出する。そして、アクセル操作検出部１１２は、検出した抵抗値をＡＤ変換してモータ制御装置２００に出力する。

ＳＲモータ１２０は、リアギア１１４を介して後輪１１５を駆動する多相の駆動用モータである。例えば、図２（ｂ）に示すように、ＳＲモータ１２０は、複数の励磁コイルを有するステータ１２２と、ステータ１２２内に回転自在に配置されたロータ１２３とを備える。ロータ１２３は、４つの突極部を備える。各突極部は、回転軸１２４から径方向の外方に向かって突出するよう形成される。ステータ１２２は、ロータ１２３の回転軸１２４と同芯にロータ１２３の周囲を覆うように設けられ、６つの突極を備える。各突極は、ロータ１２３の回転軸１２４に向かって径方向の内方に突出するよう形成される。

ステータ１２２の６つの突極には、それぞれ導線が巻かれて励磁コイルが形成される。６つの突極のうち、対向する突極を対として励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗが形成される。ロータ１２３の回転位置は、レゾルバ１２１によって検知される。

レゾルバ１２１は、ＳＲモータ１２０のロータ１２３の位置（ロータ回転角）を検出する回転角センサである。レゾルバ１２１は、検出結果を回転角信号としてモータ制御装置２００に出力する。

モータ制御装置２００は、ＳＲモータ１２０の駆動を制御する。本実施形態では、モータ制御装置２００は、アクセル操作検出部１１２から取得するアクセル信号とレゾルバ１２１から取得する回転角信号とに基づいて、ＳＲモータ１２０の駆動を制御する。具体的には、モータ制御装置２００は、アクセル信号に基づいて、ＳＲモータ１２０に流す電流の目標値の最大値である最大電流指令値を算出する。そして、モータ制御装置２００は、ＳＲモータ１２０に流れる電流値が、最大電流指令値と回転角信号に応じたロータ回転角とで定まる電流指令値になるようにフィードバック制御を行う。

また、モータ制御装置２００は、各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの通電を切り替えることにより、ＳＲモータ１２０を駆動する。ここでは、モータ制御装置２００は、レゾルバ１２１の検出結果に基づいて、ロータ回転角を得、それに応じて、一対の各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに対して選択的に順次通電するよう制御する。これにより、ステータ１２２の突極にロータ１２３の突極が磁気吸引されながら回転を繰り返し、ロータ１２３に回転トルクが発生してＳＲモータ１２０に回転駆動力が発生する。

その他、車両制御システム１００は、シフトポジションセンサ等を備えてもよい。シフトレバーには、シフトポジションセンサが設けられており、シフトレバーのレンジの切替位置を検出する。シフトポジションセンサは、例えば、各レンジに設けられたスイッチにより、いずれのレンジにシフトレバーが位置しているか検出する。シフトポジションセンサは、シフトレバーのポジションの位置を検出し、検出した検出値をモータ制御装置２００に出力する。シフトポジションセンサは、シフトレバーのレンジに応じて異なる抵抗値をモータ制御装置２００に出力する。

［モータ制御装置］
次に、モータ制御装置２００の構成について説明する。図３に示すように、モータ制御装置２００は、駆動回路２１０と、駆動回路制御装置２４０と、を備える。

駆動回路２１０は、バッテリ１１３からＳＲモータ１２０へ入力される電力をスイッチングして各相の励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに供給する。スイッチングは、駆動回路制御装置２４０からのゲート信号（駆動信号）に従って行われる。

駆動回路制御装置２４０は、ステータ１２２の各相の励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗへの通電や切替えを制御する。本実施形態では、駆動回路制御装置２４０は、ゲート信号を生成し、駆動回路２１０に出力する。

［駆動回路］
駆動回路２１０は、駆動回路制御装置２４０から出力されるゲート信号に基づいて、スイッチング動作を行い、バッテリ１１３の電源電圧を、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電圧として、励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに通電信号として供給する。

駆動回路２１０は、例えば、バッテリ１１３に接続される。駆動回路２１０は、コンデンサ２１１、スイッチング素子２２１～２２６およびダイオード２３１～２３６を備える。スイッチング素子２２１～２２６は、例えば、ｎ型チャネルのＦＥＴである。例えば、スイッチング素子２２１～２２６は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、およびＢＪＴ（ｂｉｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のいずれか一つで構成されてもよい。

コンデンサ２１１は、一端がバッテリ１１３の正極に接続され、他端がバッテリ１１３の負極に接続される。コンデンサ２１１は、平滑用コンデンサであり、バッテリ１１３の電圧変動に対して電源を安定化させる。

スイッチング素子２２１は、ドレインがバッテリ１１３の正極に接続され、ソースがダイオード２３１のカソードに接続される。ダイオード２３１のアノードは、バッテリ１１３の負極に接続される。ダイオード２３２は、カソードがバッテリ１１３の正極に接続され、アノードがスイッチング素子２２２のドレインに接続される。スイッチング素子２２２のソースは、バッテリ１１３の負極に接続される。

スイッチング素子２２３は、ドレインがバッテリ１１３の正極に接続され、ソースがダイオード２３３のカソードに接続される。ダイオード２３３のアノードは、バッテリ１１３の負極に接続される。ダイオード２３４は、カソードがバッテリ１１３の正極に接続され、アノードがスイッチング素子２２４のドレインに接続される。スイッチング素子２２４のソースは、バッテリ１１３の負極に接続される。

スイッチング素子２２５は、ドレインがバッテリ１１３の正極に接続され、ソースがダイオード２３５のカソードに接続される。ダイオード２３５のアノードは、バッテリ１１３の負極に接続される。ダイオード２３６は、カソードがバッテリ１１３の正極に接続され、アノードがスイッチング素子２２６のドレインに接続される。スイッチング素子２２６のソースは、バッテリ１１３の負極に接続される。

すなわち、コンデンサ２１１と、直列に接続されたスイッチング素子２２１およびダイオード２３１と、直列に接続されたスイッチング素子２２２およびダイオード２３２と、直列に接続されたスイッチング素子２２３およびダイオード２３３と、直列に接続されたスイッチング素子２２４およびダイオード２３４と、直列に接続されたスイッチング素子２２５およびダイオード２３５と、直列に接続されたスイッチング素子２２６およびダイオード２３６とは、それぞれバッテリ１１３に対して並列に接続される。

また、スイッチング素子２２１とダイオード２３１との接続点には、ＳＲモータ１２０の励磁コイルＬｕの一端が接続され、スイッチング素子２２２とダイオード２３２との接続点には、励磁コイルＬｕの他端が接続される。スイッチング素子２２３とダイオード２３３との接続点には、ＳＲモータ１２０の励磁コイルＬｖの一端が接続され、スイッチング素子２２４とダイオード２３４との接続点には、励磁コイルＬｗの他端が接続される。スイッチング素子２２５とダイオード２３５との接続点には、ＳＲモータ１２０の励磁コイルＬｗの一端が接続され、スイッチング素子２２６とダイオード２３６との接続点には、励磁コイルＬｗの他端が接続される。

スイッチング素子２２１，２２２、ダイオード２３１，２３２でＨブリッジ回路を構成し、スイッチング素子２２１，２２２のオンオフにより励磁コイルＬｕに磁性を発生することができる。スイッチング素子２２３，２２４、ダイオード２３３，２３４でＨブリッジ回路を構成し、スイッチング素子２２３，２２４のオンオフにより励磁コイルＬｖに磁性を発生することができる。スイッチング素子２２５，２２６、ダイオード２３５，２３６でＨブリッジ回路を構成し、スイッチング素子２２５，２２６のオンオフにより励磁コイルＬｗに磁性を発生することができる。

上述のように、駆動回路２１０は、３つのＨブリッジ回路により構成される。そして、駆動回路制御装置２４０から出力されるゲート信号がスイッチング素子２２１～２２６のゲートに入力され、入力される制御信号に応じて、スイッチング素子２２１～２２６のオンとオフとが切り替えられる。これにより、バッテリ１１３からの電流が、ＳＲモータ１２０が有する励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに通電される。なお、スイッチング素子２２１～２２６がオフ状態となった場合、ダイオード２３１～２３６は、励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの電流の逆流を防止する。

電流センサ２１２は、ＳＲモータ１２０が有する励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに流れる電流を検出して駆動回路制御装置２４０に出力する。駆動回路制御装置２４０は、これを受け、駆動回路２１０にゲート信号を出力し、スイッチング素子２２１～２２６を制御して励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗにそれぞれ通電するタイミングによりロータ１２３の回転方向、回転速度、トルクを制御する。

［駆動回路制御装置］
駆動回路制御装置２４０は、多相のＳＲモータ１２０の各相に対応する励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの通電を切り替えることにより、前記ＳＲモータの駆動を制御する。駆動回路制御装置２４０は、ゲート信号を駆動回路２１０に出力することで、励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを、通電信号により通電し、ＳＲモータ１２０のロータ１２３を駆動する。

本実施形態の駆動回路制御装置２４０は、正弦波電流により駆動する正弦波駆動を行う。そして、駆動回路制御装置２４０は、要求負荷に応じて、正弦波電流の通電角を制御する。具体的には、要求負荷の増加に応じて、通電角を３６０°から小さくする。以下、本明細書では、ＳＲモータ１２０のロータ１２３の駆動に用いる電流の波形を「駆動電流波形」と呼ぶ。

以下、本実施形態における駆動回路制御装置２４０について説明する。図３に示すように、駆動回路制御装置２４０は、電流指令値生成部２４１と、電流検出部２４２と、位置検出部２４３と、回転速度検出部２４４と、電流制御部２４５と、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）出力部２４６と、進角設定部２４７と、通電タイミング出力部２４８と、ゲート駆動部２４９と、マップ記憶部２５０と、を備える。

電流指令値生成部２４１は、要求負荷からＳＲモータ１２０の各相の励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流す電流の目標値の最大値（以下、「最大電流指令値」）を生成する。具体的には、電流指令値生成部２４１は、アクセル操作検出部１１２から出力されたアクセル信号を取得し、アクセル信号の値に応じて、最大電流指令値を生成する。そして、電流指令値生成部２４１は、生成した最大電流指令値を電流制御部２４５と、進角設定部２４７と、に出力する。

例えば、電流指令値生成部２４１は、アクセルペダル１１１の操作量と最大電流指令値とが関連付けられたテーブルを備え、アクセル操作検出部１１２から出力されたアクセル信号が示すアクセルペダル１１１の操作量に対応する最大電流指令値を、そのテーブルから読み出すことで、最大電流指令値を生成する。また、電流指令値生成部２４１は、アクセル操作検出部１１２から出力されたアクセル信号が示すアクセルペダル１１１の操作量から、実験的に最大電流指令値を決定してもよい。

なお、シフトポジションセンサを備え、シフト信号の入力がある場合は、電流指令値生成部２４１は、シフト信号に基づいてシフトレバーのシフトポジションがリバースのレンジに入れられており、後進走行ポジションであると判定した場合には、ＳＲモータ１２０の回転方向が逆回転であると判定する。そして、電流指令値生成部２４１は、ＳＲモータ１２０の回転方向が逆回転であることを示す回転方向指令信号を電流制御部２４５に出力してもよい。

電流検出部２４２は、電流センサ２１２より出力されるＳＲモータ１２０の励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに流れる電流値を検出し、電流検出値として電流制御部２４５に出力する。電流検出部２４２は、例えば、各電流センサ２１２から出力される各相電流（巻線電流）の検出信号に基づき、ＳＲモータ１２０に通電されている相電流を検出し、この相電流の検出値を電流制御部２４５に出力する。

位置検出部２４３は、レゾルバ１２１が出力する信号に基づいて、ロータ電気角を検出して、回転速度検出部２４４、電流制御部２４５および通電タイミング出力部２４８に出力する。

回転速度検出部２４４は、ロータ１２３の回転速度（ロータ回転速度）を算出し、電流制御部２４５および進角設定部２４７に出力する。本実施形態では、回転速度検出部２４４は、位置検出部２４３が出力するロータ電気角の単位時間あたりの変化量を検出し、検出した変化量からロータ回転速度（回転数）を算出する。

電流制御部２４５は、ＳＲモータ１２０の各相の励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流す電流を所定の波形（駆動電流波形）に基づいて制御する通電制御を行う。電流制御部２４５は、電流指令値生成部２４１から出力される最大電流指令値と、位置検出部２４３が検出したロータ電気角と、回転速度検出部２４４から出力されるロータ回転速度と、電流検出部２４２が検出した各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの電流検出値と、を用いて、電流差分値を算出する。算出した電流差分値は、ＰＷＭ出力部２４６に出力される。ここで算出される電流差分値は、最大電流指令値、駆動電流波形およびロータ電気角により定まる電流指令値と電流検出値との偏差である。

また、本実施形態の電流制御部２４５は、正弦波電流に基づいて通電制御を行う。ただし、電流制御部２４５は、最大電流指令値に応じて、正弦波電流の通電角を変化させる。本実施形態の電流制御部２４５は、これを、駆動電流波形である正弦波の周波数を変化させる等の補正を行うことにより実現する。このため、本実施形態の電流制御部２４５は、図４に示すように、波形補正部２５５を備える。

波形補正部２５５は、電流制御部２４５が制御に用いる駆動電流波形（所定の波形）である正弦波を最大電流指令値に応じて補正する通電角補正処理を行う。本実施形態では、要求負荷が大きくなるほど、予め用意された基本となる正弦波（基本正弦波）の通電角が小さくなるよう補正する。補正は、マップ記憶部２５０に記憶される補正項である周波数補正係数とオフセット値とを用いて、予め定めた電流制御周期（例えば、２５μ秒）毎に行われる。通電角補正処理の詳細は、後述する。

なお、本実施形態では、電流制御周期は、電流指令値生成部２４１による最大電流指令値生成周期より短く設定される。電流制御部２４５は、電流指令値生成部２４１から出力された最大電流指令値を、一時的に保存し、処理時に最新の値を用いる。

ＰＷＭ出力部２４６は、電流制御部２４５が生成した電流差分値が減少するように、スイッチング素子２２１～２２６のデューティ比を決定する。ＰＷＭ出力部２４６は、算出したデューティ比をゲート駆動部２４９に出力する。なお、ＰＷＭ出力部２４６は、電流差分値に基づいて、公知のＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御、または、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御等を用いて上述のデューティ比を算出してもよい。

進角設定部２４７は、電流指令値生成部２４１から出力された最大電流指令値と、回転速度検出部２４４から出力されたロータ回転速度と、に応じて、進角を決定し、通電タイミング出力部２４８に出力する。進角は、マップ記憶部２５０から取得する。

通電タイミング出力部２４８は、位置検出部２４３から出力されるロータ電気角と、進角設定部２４７から出力される進角とに基づいて、ＳＲモータ１２０の各相の各励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに通電する通電タイミングを決定する。そして、通電タイミング出力部２４８は、決定した通電タイミングをゲート駆動部２４９に出力する。

ゲート駆動部２４９は、は、通電タイミング出力部２４８から出力されたタイミング信号と、ＰＷＭ出力部２４６から出力されたデューティ比とに基づいて、駆動回路２１０が備えるスイッチング素子２２１～２２６をオン状態またはオフ状態にする制御信号（ＰＷＭ信号）を、スイッチング素子２２１～２２６のゲートに出力する。

マップ記憶部２５０には、進角マップ２５１と、周波数補正係数マップ２５２と、オフセット値マップ２５３と、が記憶される。

進角マップ２５１は、最大電流指令値とロータ回転速度との組み合わせごとに進角の値を対応付けたマップである。ここで、進角は、ＳＲモータ１２０の各相の励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗそれぞれに対する通電開始位相および通電終了位相を各相のインダクタンス変化に応じた所定位置（例えば、インダクタンスの増大開始位相および減少開始位相等）から通電角を進角側に変化させる角度を表す。なお、進角は、最大電流指令値とロータ回転速度との増加に対して増加傾向にある。進角マップ２５１は、例えば、シミュレーションの結果に基づいて設定される。進角マップ２５１は、シミュレーションの結果だけでなく、実機を測定した測定結果に基づいて設定されてもよい。

周波数補正係数マップ２５２は、アクセル開度により定まる最大電流指令値に対応づけて周波数補正係数を記憶するマップである。周波数補正係数は、波形補正部２５５が通電角補正時に用いる補正項であり、補正対象の波形の周波数を変えるために用いられる。この周波数補正係数は、最大電流指令値の増加に対し、最適な通電角が得られるよう設定される。また、最適な通電角は、トルクが一番高くなる通電角である。なお、基本正弦波をそのまま用いる場合は、周波数補正係数は１が記憶される。

オフセット値マップ２５３は、周波数補正係数に対応付けてオフセット値を記憶するマップである。オフセット値は、波形補正部２５５が通電角補正時に用いる補正項であり、補正対象の波形の位相を変えるために用いられる。このオフセット値は、周波数補正係数に応じた値が設定される。具体的には、周波数が変わっても、各相の電流指令値が最大となるロータ電気角間の差の値が維持されるよう設定される。なお、基本正弦波をそのまま用いる場合は、オフセット値は０が記憶される。

［通電角補正処理］
次に、本実施形態の、波形補正部２５５による通電角補正処理について、図と式とを用いて説明する。駆動回路制御装置２４０から出力される、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流指令値は、図５（ａ）に示すように、それぞれ１２０°の位相差を有する。なお、本図では、Ｕ相電流指令値を実線で、Ｖ相電流指令値を破線で、Ｗ相電流指令値を一点鎖線で、それぞれ示す。

図５（ａ）に示される電流指令値は、駆動電流波形が基本正弦波の場合のロータ電気角に応じた各相の電流指令値である。これらを式で表すと以下の通りである。
Iu_ref = (Imax × SINθ + Imax)/2
Iv_ref = (Imax × SIN(θ+(120 × (π/180))) + Imax)/2
Iw_ref = (Imax × SIN(θ-(120 × (π/180))) + Imax)/2
・・・（１）
ここで、Iu_ref、Iv_ref、Iw_ref、Imax、θは、それぞれ、以下を表す。
Iu_ref：Ｕ相電流指令値［Ａ］、
Iv_ref：Ｖ相電流指令値［Ａ］、
Iw_ref：Ｗ相電流指令値［Ａ］、
Imax：最大電流指令値［Ａ］、
θ：ロータ電気角［ｒａｄ］

まず、波形補正部２５５は、図５（ｂ）に示すように、各相の電流指令値（正弦波電流）の周波数を増加させる周波数補正を行う。波形補正部２５５は、この周波数補正に、マップ記憶部２５０に記憶される、最大電流指令値に対応付けられた周波数補正係数を用いる。

ここでは、ロータ電気角θに周波数補正係数を乗算することにより補正する。補正後の各相の正弦波電流（ロータ電気角θ毎の電流指令値）は、以下の式（２）で表される。
Iu_ref = (Imax × SIN(fa×θ) + Imax)/2
Iv_ref = (Imax × SIN(fa×(θ+(120×(π/180)))) + Imax)/2
Iw_ref = (Imax × SIN(fa×(θ-(120×(π/180)))) + Imax)/2
・・・（２）
ここで、ｆａは周波数補正係数である。例えば、fa＝１の時lu_refの周波数が５０Ｈｚであれば、fa＝２の時は、１００Ｈｚになる。

次に、波形補正部２５５は、各相の正弦波電流の位相差（同じ電流指令値のロータ電気角の差）が補正前と同じになるよう位相差補正を行う。補正前の位相差（基本位相差）は、ＳＲモータ１２０の相数で定まる。例えば、３相のＳＲモータ１２０では、図５（ａ）に示すように、基本位相差は１２０°である。

周波数補正係数ｆａを用いて周波数補正を行うと、位相差は、図５（ｂ）に示すように小さくなる。ここでは、一例として各相の正弦波電流の位相差が８０°になる場合を示す。

波形補正部２５５は、各相の正弦波電流の位相差が、基本位相差（１２０°）になるよう補正する。この場合の補正後の各相の正弦波電流（ロータ電気角θ毎の電流指令値）は、以下の式で表される。
Iu_ref = (Imax × SIN((fa ×θ) + fo_u) + Imax)/2
Iv_ref = (Imax × SIN((fa ×θ) + (120 ×(π/180)) + fo_v) + Imax)/2
Iw_ref = (Imax × SIN((fa ×θ) - (120 ×(π/180)) + fo_w) + Imax)/2
・・・・（３）
ここで、fo_u、fo_v、fo_wは、各相のオフセット値であり、周波数補正係数faとＳＲモータ１２０の相数とにより定まる。例えば、Ｕ相の電流指令値が最大となるロータ電気角を特定し、その後、各相の電流指令値が最大となるロータ電気角を決定する。

Ｕ相の電流指令値が最大となるロータ電気角（通電角中心；θu_max）は、以下の式（４）を満たすロータ電気角として算出できる。
Imax = (Imax × SIN(fa×θu_max)+Imax)/2 ・・・（４）
Ｖ相の電流指令値が最大となるロータ電気角（θv_max）およびＷ相の電流指令値が最大となるロータ電気角（θw_max）は、以下の式で算出される。
θv_max = θu_max+(120×(π180))) ・・・（５）

なお、通電角が基本波形（通電角１８０°）より小さい場合、通電角中心となる解が２つ以上存在する。このような場合は、周波数補正前の通電角中心に最も近い値を採用する。

また、波形補正部２５５は、図６（ａ）に示すように、通電角毎のオフセット値（fo）のマップを作成することにより、オフセット値を得てもよい。

最後に、波形補正部２５５は、図６（ｂ）に示すように、通電領域外の電流指令値を０とする範囲外除去処理を行う。ここでは、本図に示すように、波形補正部２５５は、通電角中心を中心とし、通電角の幅（ここでは、３６０度）範囲を通電領域とする。各相について、通電角中心を求め、本処理を行う。

［電流制御処理］
次に、上記波形補正部２５５による通電角補正処理を含む、電流制御部２４５による電流制御処理の流れを説明する。本処理は、予め定めた電流制御周期Ｓ毎に行われる。図７は、本実施形態の電流制御処理の処理フローである。

電流制御部２４５は、各相の電流検出値I_u^*、I_v^*、I_w^*と、ロータ電気角θ^*と、最新の最大電流指令値Imax^*とを取得する（ステップＳ１１０１）。

波形補正部２５５は、最新の最大電流指令値Imax^*に対応づけてマップ記憶部２５０に記憶される周波数補正係数fa(Imax^*)と、取得した周波数補正係数fa(Imax^*)に対応づけてマップ記憶部２５０に記憶されるオフセット値(fo_u(fa)，fo_v(fa)，fo_w(fa))とを取得する（ステップＳ１１０２）。

波形補正部２５５は、取得した周波数補正係数およびオフセット値を用い、各相の電流指令値に対し、それぞれ、周波数補正および位相差補正を行う（ステップＳ１１０３）。ここでは、波形補正部２５５は、上記式（３）に基づき、ロータ電気角θ^*における電流指令値Iu_ref、Iv_ref、Iw_refを、それぞれ算出する（ステップＳ１１０３）。

そして、波形補正部２５５は、各相の電流指令値それぞれについて、ロータ電気角θ^*が通電範囲内であるか否かを判別する（ステップＳ１１０４）。そして、通電範囲内であれば、そのままとし、一方、通電範囲外であれば、通電をＯＦＦにする（ステップＳ１１０５）。なお、通電をＯＦＦにするとは、電流指令値を０にすることである。

最後に、電流制御部２４５は、波形補正部２５５が得た各相の電流指令値について、電流検出値との差分を電流差分値として算出し（ステップＳ１１０６）、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置２００は、３相のＳＲモータ１２０の各相に対応するコイル（励磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗ）の通電を切り替えることにより、ＳＲモータ１２０の駆動を制御するモータ制御装置２００であって、要求負荷から各相のコイルに流す電流の目標値の最大値である最大電流指令値を生成する電流指令値生成部２４１と、各相のコイルに流す電流を正弦波に基づいて制御する電流制御部２４５と、を備える。そして、電流制御部２４５は、最大電流指令値に応じて正弦波を補正する波形補正部２５５を備える。この波形補正部２５５は、正弦波の通電角を小さくするよう補正する。

このように、本実施形態の波形補正部２５５は、アクセル信号により定まる最大電流指令値に応じて、正弦波電流の通電角を補正する。アクセル信号は、要求トルクに比例して値が変化するため、本実施形態では、要求トルクに応じて、正弦波電流の通電角を変化させることができる。このため、高いトルクが必要となる高回転高負荷領域において、通電角を小さくすることにより、高いトルク特性を得ることができる。

また、本実施形態によれば、波形補正部２５５は、基本とする正弦波形を、予め記憶された補正項を用いて補正する。このため、計算のみで必要なトルクに応じた通電角を有する正弦波電流に補正することができる。すなわち、本実施形態によれば、駆動音の小さい正弦波駆動方式を維持しながら、トルク特性を向上でき、トルク特性の向上と静音化とを両立させることができる。

［ベクトル制御］
なお、上記実施形態によるＳＲモータ制御には、ベクトル制御を適用することも可能である。ベクトル制御は、電流指令値を、磁束発生成分とトルク発生成分とに分け、各成分を独立して制御する手法である。ベクトル制御では、３相駆動の場合、モータ制御装置は、まず、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の電流指令値を取得し、それを、別の３軸の電流指令値（磁束発生成分：ｄ軸電流Ｉｄと、トルク発生成分：ｑ軸電流Ｉｑと、０軸電流Ｉ０）に変換し、この３軸で電流制御処理と同等の処理を行う。以下、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相を、「各相」と、ｄ、ｑ、０各軸を、「各軸」と、それぞれ略記する。

ベクトル制御では、モータ制御装置は、一連のベクトル演算を、予め定めた制御周期毎に実行し、モータを駆動する。本変形例では、このベクトル演算を実行する電流制御周期内で、上記波形補正も行う。

図８は、上記実施形態の波形補正処理を行わない場合の、ベクトル制御を適用したモータ制御装置２０１の構成を示すブロック図である。モータ制御装置２０１は、３相のＳＲモータ１２０に対してベクトル制御を行い、電気角で１２０°位相がずれた正弦波状の波形の３相電流を供給し、ＳＲモータ１２０を駆動させる。このモータ制御装置２０１では、レゾルバ１２１で検出されたロータ１２３回転角を示す回転角信号と、電流センサ２１２で検出した各相に供給される電流値とに基づいて、ＳＲモータ１２０をベクトル制御する。

モータ制御装置２０１は、座標変換部３１１と、電圧指令生成部３１２と、電圧指令算出部３１３と、ＰＷＭ出力部３１４と、を備える。

座標変換部３１１は、電流センサ２１２で検出した各相の電流値（Ｕ相電流値Ｉｕ，Ｖ相電流値Ｉｖ，Ｗ相電流値Ｉｗ）を、各軸の電流（ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑ，０軸電流Ｉ０）に変換する。変換には、レゾルバ１２１からの信号を用いる。

電圧指令生成部３１２は、電流指令信号（Ｉｄ_ｒｅｆ，Ｉｑ_ｒｅｆ，Ｉ０_ｒｅｆ）とｄｑ０電流（Ｉｄ，Ｉｑ，Ｉ０）との差（偏差）に基づき、比例演算（Ｐ演算）を実施し、３軸（ｄ，ｑ，０）の電圧指令値（ｄ軸電圧Ｖｄ，ｑ軸電圧Ｖｑ，０軸電圧Ｖ０）を算出する。

電圧指令算出部３１３は、電圧指令生成部３１２の後段には設けられ、各軸の電圧指令値（Ｖｄ，Ｖｑ，Ｖ０）を、各相の電圧信号（Ｕ相制御電圧Ｖｕ，Ｖ相制御電圧Ｖｖ，Ｗ相制御電圧Ｖｗ）に変換する。変換には、レゾルバ１２１からの回転角信号を用いる。

ＰＷＭ出力部３１４は、電圧指令算出部３１３の後段に設けられ、各相の制御電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから、各相のＰＷＭｄｕｔｙ値を算出する。そして、ＰＷＭ出力部３１４は、各相のＰＷＭｄｕｔｙ値に応じて各相に適宜電力を供給する。

これにより、ＳＲモータ１２０は、各相の電流値をフィードバックしつつ、モータ制御装置２０１によってベクトル制御される。

図９は、上記実施形態の通電角補正処理を適用する場合のモータ制御装置２０２の構成図である。また、図１０は、通電角補正処理を含むベクトル制御によるモータ制御処理の流れを説明するための処理フローである。ここでは、モータ制御装置２０２は、電流指令値のうち、ｄ、ｑ軸の値（Ｉｄ_ｒｅｆ，Ｉｑ_ｒｅｆ）に対し、各相について、通電角補正処理（周波数補正、位相差補正、および範囲外除去処理）を行う。そして、処理後の値と、各軸の電流（Ｉｄ^*、Ｉｑ^*）との差（偏差）を算出する。なお、０軸の値（Ｉ０_ｒｅｆ）については、そのまま偏差を算出する。

モータ制御装置２０２は、座標変換部３１１と、電圧指令生成部３１２ａと、電圧指令算出部３１３ａと、ＰＷＭ出力部３１４と、波形補正部３１５と、を備える。各部の処理について、処理の流れとともに説明する。

まず、波形補正部３１５は、ｄ軸ｑ軸の電流指令値を、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電流値に変換し（ステップＳ２１０１）、各相で周波数補正を行う（ステップＳ２１０２）。

次に、波形補正部３１５は、各相の周波数補正後の電流指令値について、位相差補正を行う（ステップＳ２１０３）。

波形補正部３１５は、各相の位相差補正後の電流値について、範囲外除去処理を行い、各相それぞれについて、ｄ軸ｑ軸の電流指令値（Ｉｄ_ｕ、Ｉｑ_ｕ、Ｉｄ_ｖ、Ｉｑ_ｖ、Ｉｄ_ｗ、Ｉｑ_ｗ）を算出する（ステップＳ２１０４）。なお、波形補正部３１５は、０軸の電流指令値については、そのままＩ０_ｒｅｆを用いる。

次に、波形補正部３１５は、各相の処理後の電流指令値（Ｉｄ_ｕ、Ｉｑ_ｕ、Ｉｄ_ｖ、Ｉｑ_ｖ、Ｉｄ_ｗ、Ｉｑ_ｗ）および０軸の電流指令値（Ｉ０_ｒｅｆ）について、座標変換部３１１で変換後のｄｑ０電流（Ｉｄ^＊，Ｉｑ^＊，Ｉ０^*）との偏差（電流差分値）を算出する（ステップＳ２１０５）。

その後、電圧指令生成部３１２ａは、ｄｑ軸については、各相の偏差に基づいて、０軸については、得られた偏差に基づいて、比例演算を実施し（Ｐ制御）、３相２軸の電圧指令値（Ｖｄ_ｕ^*，Ｖｑ_ｕ^*、Ｖｄ_ｖ^*，Ｖｑ_ｖ^*、Ｖｄ_ｗ^*，Ｖｑ_ｗ^*）と０軸の電圧指令値Ｖ０^*と、を生成する（ステップＳ２１０６）。

電圧指令算出部３１３ａは、電圧指令生成部３１２ａでの処理後の各相の電圧指令値を、各相の電圧信号（Ｕ相制御電圧Ｖｕ^*，Ｖ相制御電圧Ｖｖ^*，Ｗ相制御電圧Ｖｗ^*）に変換する（ステップＳ２１０７）。変換には、レゾルバ１２１からの回転角信号を用いる。

ＰＷＭ出力部３１４は、各相の電圧信号Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*から、各相のＰＷＭｄｕｔｙ値を算出する（ステップＳ２１０８）。そして、各相のＰＷＭｄｕｔｙ値に応じて各相Ｕ，Ｖ，Ｗに電力を供給し、処理を終了する。

上記通電角補正処理および位相差補正を式で表すと、以下のとおりである。
まず、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相の電流指令値（Ｉｕ_ｒｅｆ，Ｉｖ_ｒｅｆ，Ｉｗ_ｒｅｆ）を、ｄ、ｑ、０各軸の電流指令値（Ｉｄ_ｒｅｆ，Ｉｑ_ｒｅｆ，Ｉ０_ｒｅｆ）に変換する際の式を以下の式（６）～式（１１）に示す。
Id_ref =(Ia×cosθ)+(Ib×sinθ) ・・・（６）
Iq_ref =(Ia×cosθ)+(Ib×sinθ) ・・・（７）
I0_ref =Ic ・・・（８）
ここで、Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、以下の式で表される。

本実施形態では、各相の電流指令値（Ｉｕ_ｒｅｆ，Ｉｖ_ｒｅｆ，Ｉｗ_ｒｅｆ）から、ｄ、ｑ、０各軸の電流指令値（Ｉｄ_ｒｅｆ，Ｉｑ_ｒｅｆ，Ｉ０_ｒｅｆ）を算出する際、同時に周波数補正と、位相差補正とを行い、ｄ軸ｑ軸の電流指令値（Ｉｄ_ｕ、Ｉｑ_ｕ、Ｉｄ_ｖ、Ｉｑ_ｖ、Ｉｄ_ｗ、Ｉｑ_ｗ）を算出する。周波数補正と位相差補正とは、各軸の電流指令値に対し、各相について行われる。両処理を含めた式は、以下のとおりである。ここでは、Ｕ相のみを示す。
Id_u=(Ia×cos((fa×θ)+fo_u))+(Ib×sin((fa×θ)+fo_u)) ・・・（１２）
Iq_u=(Ia×cos((fa×θ)+fo_u))-(Ib×sin((fa×θ)+fao_u)) ・・・（１３）
なお、例えば、補正を行わない場合、すなわち、周波数補正係数ｆａが１であり、オフセット値が０の場合、上記式（６）～式（８）の電流指令値（Ｉｄ_ｒｅｆ，Ｉｑ_ｒｅｆ，Ｉ０_ｒｅｆ）が、そのまま、各軸の電流指令値として偏差算出処理に用いられる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態では、通電角補正時、最大電流指令値は変化させていない。しかしながら、最大電流指令値を変化させてもよい。例えば、図１１（ａ）に示すように、通電角を小さくする際に、電流密度が維持されるよう、最大電流指令値を大きくする。これにより、図１１（ｂ）に示すように、電流密度を維持した状態で、高いトルク化を実現できる。

一般に、各励磁コイルの発熱量が電流密度により変化するため、ＳＲモータ１２０に流すことができる電流の最大値（制限値）は、電流密度により定まる。図１１（ａ）に示すように、電流密度を維持して通電角を小さくすることにより、ＳＲモータ１２０に流す電流の最大値を変化させることなく、トルク特性を向上させることができる。

さらに、図１２（ａ）～図１２（ｄ）に示すように、目的に応じて、上記実施形態の通電角補正の手法（以下、第一手法と呼ぶ。）と、図１１（ａ）で説明した通電角補正の手法（以下、第二手法と呼ぶ。）と、使い分けるよう構成してもよい。

例えば、静音化重視である場合は、通電角補正を行わない。一方、より高トルク化を目指す場合は、図１２（ａ）に示すように、第二手法で通電角補正を行う。これにより、図１２（ｂ）に示すように、正弦波駆動方式で、トルク特性を向上させることができる。また、静音化と高トルク化とを両立させたい場合は、図１２（ｃ）に示すように、第一手法で通電角補正を行う。これにより、図１２（ｄ）に示すように、マイナストルクの発生が低減するため、ＳＲモータ１２０の効率が改善される。なお、第一手法によれば、通電角補正を行わない場合に比べてトルク特性が向上し、かつ、第二手法による場合に比べ、静音化を図ることができる。

このように、各手法を使い分ける場合、例えば、ユーザによる選択を受け付ける受付部を設け、ユーザによる選択に応じて、切り替えて、処理を行う。

＜変形例＞
上記実施形態では、モータ制御装置２００を、ＳＲモータ１２０の制御に適用する場合を例にあげて説明したが、制御対象のモータは、これに限定されない。例えば、ブラシレスモータにも適用できる。

また、上述の実施形態において、ダイオード２３１～２３６は、ＩＧＢＴ、ＦＥＴおよびＢＪＴ等のスイッチング素子に代替されてもよい。

また、モータ制御装置２００，２０２の各部は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。ソフトウェアで実現される場合、モータ制御装置２００は、ＣＰＵと、メモリと、記憶装置とを備える。そして、ＣＰＵが、記憶装置に予め記憶されたプログラムを、メモリにロードして実行することにより、各機能を実現する。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。なお、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体等のことをいう。また上記プログラムは、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。なお、マップ記憶部２５０は、記憶装置に構築される。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１００：車両制御システム、１１１：アクセルペダル、１１２：アクセル操作検出部、１１３：バッテリ、１１４：リアギア、１１５：後輪、１２０：ＳＲモータ、１２１：レゾルバ、１２２：ステータ、１２３：ロータ、１２４：回転軸、
２００：モータ制御装置、２０１：モータ制御装置、２０２：モータ制御装置、２１０：駆動回路、２１１：コンデンサ、２１２：電流センサ、２２１：スイッチング素子、２２２：スイッチング素子、２２３：スイッチング素子、２２４：スイッチング素子、２２５：スイッチング素子、２２６：スイッチング素子、２３１：ダイオード、２３２：ダイオード、２３３：ダイオード、２３４：ダイオード、２３５：ダイオード、２３６：ダイオード、
２４０：駆動回路制御装置、２４１：電流指令値生成部、２４２：電流検出部、２４３：位置検出部、２４４：回転速度検出部、２４５：電流制御部、２４６：ＰＷＭ出力部、２４７：進角設定部、２４８：通電タイミング出力部、２４９：ゲート駆動部、２５０：マップ記憶部、２５１：進角マップ、２５２：周波数補正係数マップ、２５３：オフセット値マップ、２５５：波形補正部、
３１１：座標変換部、３１２：電圧指令生成部、３１２ａ：電圧指令生成部、３１３：電圧指令算出部、３１３ａ：電圧指令算出部、３１４：ＰＷＭ出力部、３１５：波形補正部

Claims (4)

1. 多相のＳＲモータの各相に対応するコイルの通電を切り替えることにより、前記ＳＲモータの駆動を制御するモータ制御装置であって、
   前記ＳＲモータに要求される負荷から前記各相のコイルに流す電流の目標値の最大値である最大電流指令値を生成する電流指令値生成部と、
   前記各相のコイルに流す電流を制御する電流制御部と、を備え、
   前記電流制御部は、前記最大電流指令値に応じて、前記各相のコイルに流す電流波形が正弦波状に変化する場合、通電角を１８０度より小さくするよう前記電流波形を補正する波形補正部を備える
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１記載のモータ制御装置であって、
   前記最大電流指令値毎の周波数補正係数を記憶するマップ記憶部をさらに備え、
   前記波形補正部は、生成された前記最大電流指令値に応じた前記周波数補正係数を用いて前記正弦波状に変化する前記電流波形の周波数を補正し、補正後の前記各相のコイルに流す前記正弦波状に変化する電流の位相差を、前記ＳＲモータの相数により定まる基本位相差に補正する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項２記載のモータ制御装置であって、
   前記波形補正部は、前記位相差補正後の前記各相のコイルに流す電流波形の、通電範囲外の波形を電流値が０の波形にする
   ことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項２記載のモータ制御装置であって、
   前記ＳＲモータは励磁コイルが３相設けられた３相のＳＲモータであり、
   前記基本位相差は、１２０度である
   ことを特徴とするモータ制御装置。
   

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