JPWO2021106373A1 - モータ制御装置、電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

モータ制御装置は、３相電圧指令値のうちデューティ比が最大となる最大相の電圧指令値及びデューティ比が最小となる最小相の電圧指令値の平均値に基づいて第１の３次高調波を演算する３次高調波演算部（６０）と、３相電圧指令値の振幅を演算する振幅演算部（６１）と、第１の３次高調波及び３相電圧指令値の振幅に基づいて第２の３次高調波に変換する３次高調波変換部（６２、６２’、６３、６５〜６７）と、３相電圧指令値から第２の３次高調波を減じることにより３相電圧指令値を補正する補正部（６４）を備える。

Description

本発明は、３相モータを制御するモータ制御装置、並びにこのモータ制御装置により制御される３相モータを備える電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置に関する。

３相モータに印加する印加電圧の有効利用率を改善するために、３次高調波を３相電圧指令値に重畳する技術が知られている。
下記特許文献１の技術は、３相電圧指令値のうちデューティ比が最大となる最大相の電圧指令値及びデューティ比が最小となる最小相の電圧指令値の平均値を３次高調波として算出して、３相電圧指令値に重畳する。
下記特許文献２の技術は、３相電圧指令値がその振幅の√３／２倍を各々の相で超過した超過分を合成して３次高調波を生成し、３相電圧指令値に重畳する。

特許第３４８０８４３号明細書 特許第５５３２９０４号明細書

上記特許文献１のように３相電圧指令値の最大相及び最小相の電圧指令値の平均値を３次高調波として３相電圧指令値に重畳すると、重畳後の波形に生じる急変点のためにノイズが発生することがあった。
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、電圧利用率改善のために３相電圧指令値に重畳する３次高調波を、３相電圧指令値の最大相及び最小相の電圧指令値の平均値に応じて演算するモータ制御装置において、３次高調波が重畳された後の波形に生じる急変点が緩和されるように３次高調波を補正することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によるモータ制御装置は、３相モータに印加する３相電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、３相電圧指令値のうちデューティ比が最大となる最大相の電圧指令値及びデューティ比が最小となる最小相の電圧指令値の平均値に基づいて第１の３次高調波を演算する３次高調波演算部と、３相電圧指令値の振幅を演算する振幅演算部と、第１の３次高調波及び３相電圧指令値の振幅に基づいて第１の３次高調波を第２の３次高調波に変換する変換部と、３相電圧指令値から第２の３次高調波を減じることにより３相電圧指令値を補正する補正部と、補正された３相電圧指令値に基づいて前記３相モータを駆動する駆動回路とを備える。

本発明の他の一形態によれば、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御される３相モータと、を備える電動アクチュエータ製品が与えられる。
本発明の更なる他の一形態によれば、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御される３相モータと、を備え、３相モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置が与えられる。

本発明によれば、電圧利用率改善のために３相電圧指令値に重畳する３次高調波を、３相電圧指令値の最大相及び最小相の電圧指令値の平均値に応じて演算するモータ制御装置において、３次高調波が重畳された後の波形に生じる急変点が緩和されるように３次高調波を補正できる。

実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。 図１に記載したコントロールユニットの機能構成の一例を示すブロック図である。 図２に記載した指令値補正部の機能構成の一例を示すブロック図である。 図３Ａに記載した３次高調波演算部の機能構成の一例を示すブロック図である。 図２に記載した指令値補正部の機能構成の他の一例を示すブロック図である。 ３次高調波演算部が演算した３次高調波で補正した場合の３相電圧指令値の波形の説明図である。 ３次高調波演算部が演算した３次高調波を補正した補正後３次高調波の説明図である。 ３次高調波演算部が演算した３次高調波で補正した後の３相電圧指令値と、補正後３次高調波で補正した後の３相電圧指令値とを比較する図である。 ３次高調波演算部が演算した３次高調波と、３相電圧指令値の振幅と、補正ゲインの関係の説明図である。 第１実施形態のゲイン演算部の機能構成の一例を示すブロック図である。 第１実施形態のモータ制御方法の一例のフローチャートである。 第２実施形態における補正後３次高調波の説明図である。

本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（第１実施形態）
（構成）
実施形態の電動パワーステアリング装置の構成例を図１に示す。操向ハンドル１の操舵軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。操舵軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助する３相モータ２０が減速ギア３を介して操舵軸２に連結されている。

パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、電源であるバッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１からイグニションキー信号が入力され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｈとに基づいて、アシストマップ等を用いてアシスト指令の操舵補助指令値の演算を行い、演算された操舵補助指令値に基づいて３相モータ２０に供給する電流Ｉを制御する。

このような構成の電動パワーステアリング装置において、操向ハンドル１から伝達された運転手のハンドル操作による操舵トルクＴｈをトルクセンサ１０で検出し、検出された操舵トルクＴｈや車速Ｖｈに基づいて算出される操舵補助指令値によって３相モータ２０は駆動制御され、この駆動が運転手のハンドル操作の補助力（操舵補助力）として操舵系に付与され、運転手は軽い力でハンドル操作を行うことができる。つまり、ハンドル操作によって出力された操舵トルクＴｈと車速Ｖｈから操舵補助指令値を算出し、この操舵補助指令値に基づき３相モータ２０をどのように制御するかによって、ハンドル操作におけるフィーリングの善し悪しが決まり、電動パワーステアリング装置の性能が大きく左右される。

コントロールユニット３０は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。

なお、コントロールユニット３０を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、コントロールユニット３０は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントロールユニット３０はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。

図２を参照して、コントロールユニット３０の機能構成の一例を説明する。コントロールユニット３０は、電流指令値演算部４０と、減算器４１及び４２と、比例積分（ＰＩ：Proportional-Integral）制御部４３と、２相／３相変換部４４と、指令値補正部４５と、ＰＷＭ制御部４６と、インバータ４７と、３相／２相変換部４８と、角速度変換部４９を備え、３相モータ２０をベクトル制御で駆動する。なお、添付図面においてインバータを「ＩＮＶ」と表記する。

電流指令値演算部４０、減算器４１及び４２、ＰＩ制御部４３、２相／３相変換部４４、指令値補正部４５、ＰＷＭ制御部４６、インバータ４７、３相／２相変換部４８、並びに角速度変換部４９の機能は、例えばコントロールユニット３０のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
電流指令値演算部４０は、操舵トルクＴｈと、車速Ｖｈと、３相モータ２０のモータ角度（回転角）θと、３相モータ２０の回転角速度ωに基づいて３相モータ２０に流すべきｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０を演算する。

一方で、３相モータ２０のモータ電流ｉａ、ｉｂ及びｉｃはそれぞれ電流センサ５０、５１及び５２で検出される。これら検出されたモータ電流ｉａ、ｉｂ及びｉｃは、３相／２相変換部４８でｄ−ｑ２軸の電流ｉｄ、ｉｑに変換される。
減算器４１及び４２は、フィードバックされた電流ｉｑ、ｉｄをｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０からそれぞれ減じることにより、ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄを算出する。ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄは、ＰＩ制御部４３に入力される。

ＰＩ制御部４３は、ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄを各々０とするような電圧指令値ｖｑ、ｖｄを算出する。２相／３相変換部４４は、電圧指令値ｖｄ、ｖｑを、３相モータ２０のＡ相電圧指令値ｖａ０、Ｂ相電圧指令値ｖｂ０、Ｃ相電圧指令値ｖｃ０にそれぞれ変換する。
以下、Ａ相電圧指令値、Ｂ相電圧指令値及びＣ相電圧指令値を総称して「３相電圧指令値」と表記することがある。
指令値補正部４５は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０に対して、電圧利用率改善のための補正を行って、補正された３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１を出力する。指令値補正部４５の構成及び動作の詳細は後述する。以下、３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１を「補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１」と表記することがある。

ＰＷＭ制御部４６は、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１に基づいてＰＷＭ制御されたゲート信号を生成する。
インバータ４７は、ＰＷＭ制御部４６で生成されたゲート信号によって駆動され、３相モータ２０にはｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄが０になるような電流が供給される。
回転角センサ５３（例えばレゾルバ）は、３相モータ２０のモータ角度（回転角）θを検出する。角速度変換部４９は、モータ角度θの時間的変化に基づいて３相モータ２０の回転角速度ωを算出する。これらモータ角度θ及び回転角速度ωは、電流指令値演算部４０に入力されてベクトル制御に使用される。

次に図３Ａを参照して、指令値補正部４５の機能構成の一例を説明する。指令値補正部４５は、電圧利用率改善のための３次高調波を演算する３次高調波演算部６０を備える。
３次高調波演算部６０は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０のうちデューティ比が最大となる最大相の電圧指令値及びデューティ比が最小となる最小相の電圧指令値の平均値に基づいて３次高調波ｔｈｗ１を演算する。

図３Ｂを参照して、３次高調波演算部６０の機能構成の一例を説明する。３次高調波演算部６０は、最大値選択部６０ａと、最小値選択部６０ｂと、平均部６０ｃを備える。
最大値選択部６０ａは、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０のうちの最大値Ｍａｘ（ｖａ０，ｖｂ０，ｖｃ０）を選択する。最大値Ｍａｘ（ｖａ０，ｖｂ０，ｖｃ０）は、Ａ相、Ｂ相及びＣ相のうちデューティ比が最大となる最大相の電圧指令値である。

最小値選択部６０ｂは、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０のうちの最小値Ｍｉｎ（ｖａ０，ｖｂ０，ｖｃ０）を選択する。最小値Ｍｉｎ（ｖａ０，ｖｂ０，ｖｃ０）は、Ａ相、Ｂ相及びＣ相のうちデューティ比が最小となる最小相の電圧指令値である。
平均部６０ｃは、最大値Ｍａｘ（ｖａ０，ｖｂ０，ｖｃ０）及び最小値Ｍｉｎ（ｖａ０，ｖｂ０，ｖｃ０）の平均値を３次高調波ｔｈｗ１として出力する。

いま仮に、電圧利用率改善のために３次高調波ｔｈｗ１を３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０に重畳して（具体的には３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０から３次高調波ｔｈｗ１を減算して）、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０を補正する場合を想定する。
図４を参照する。点線７０、７１及び７２は、それぞれ補正前のＡ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の波形である。実線７３は、３次高調波ｔｈｗ１の波形である。一点鎖線７４、二点鎖線７５及び破線７６は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０に３次高調波ｔｈｗ１を重畳して得られる補正後のＡ相、Ｂ相及びＣ相の３相電圧指令値の波形である。

図示のとおり、補正後のＡ相の３相電圧指令値の波形７４には、参照符号７７で示すような急変点が現れる。Ｂ相及びＣ相の３相電圧指令値の波形７５及び７６も同様である。このような急変点はノイズの原因となる。
さらに、参照符号７８で示すように、３相のうちの２相（例えばＡ相とＣ相）の電圧指令値の波形が交差する点におけるデューティ比が増加する。このように２相のデューティ比が同時に高くなると、下流シャント方式の電流検出が困難になることがある。

そこで、実施形態の指令値補正部４５は、このような急変点７７の発生を緩和し、または２相の電圧指令値の波形が交差する点７８におけるデューティ比を低減するように、３次高調波ｔｈｗ１を補正する。
図５を参照する。第１実施形態の指令値補正部４５では、３次高調波ｔｈｗ１が、実線７９の波形を有する３次高調波ｔｈｗ２へ補正される。以下、３次高調波ｔｈｗ２を「補正後３次高調波ｔｈｗ２」と表記する。

ハッチングされた範囲は、３相電圧指令値の振幅Ａの√３／２倍の値（Ａ×√３／２）を、Ａ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０（点線７０、７１及び７２）の大きさが各々超えた超過分を示す。
図示の通り、Ａ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０が（Ａ×√３／２）を超える電気角範囲は６０度ずつずれており、複数の相で同時に電圧指令値が（Ａ×√３／２）を超えることはない。

例えば、図５の電気角０〜６０度、１８０〜２４０度の範囲では、Ｂ相電圧指令値ｖｂ０（点線７１）のみが（Ａ×√３／２）を超えており、電気角６０〜１２０度、２４０〜３００度の範囲では、Ａ相電圧指令値ｖａ０（点線７０）のみが（Ａ×√３／２）を超えており、電気角１２０〜１８０度、３００〜３６０度の範囲では、Ｃ相電圧指令値ｖｃ０（点線７２）のみが（Ａ×√３／２）を超えている。

補正後３次高調波ｔｈｗ２（実線７９）は、これら電気角６０度ずつずれた幅６０度の電気角範囲の各々において、異なる相（すなわちＡ相、Ｂ相及びＣ相）の電圧指令値が（Ａ×√３／２）を超える超過分の各々を合成した（又は結合した）成分と等しい波形を有している。
このような補正後３次高調波ｔｈｗ２を３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０から減算することで、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０が（Ａ×√３／２）を超えていた範囲の波形（すなわち波形のピーク部分）を平坦にすることができる。

図６を参照する。実線８０、８１及び８２は、それぞれＡ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０（図５の点線７０、７１及び７２）から補正後３次高調波ｔｈｗ２（実線７９）を減算して得られる補正後のＡ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値の波形を示す。
一点鎖線７４、二点鎖線７５及び破線７６は、図４と同様に、３Ａ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０から３次高調波ｔｈｗ１を減算して得られる補正後のＡ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値の波形を示す。

補正後３次高調波ｔｈｗ２で補正した電圧指令値の波形８０、８１及び８２のピーク部分は平坦であり、３次高調波ｔｈｗ１で補正した電圧指令値の波形７４、７５及び７６に現れていた急変点（例えば参照符号７７）が発生しない。
また、補正後３次高調波ｔｈｗ２で補正した電圧指令値の波形８０、８１及び８２のうち２相が交差する点（参照符号８３の例ではＡ相及びＣ相の交差点）におけるデューティ比は、３次高調波ｔｈｗ１で補正した電圧指令値の波形７４及び７６が交差する点７８におけるデューティ比よりも低減している。
このように、３次高調波ｔｈｗ１を補正後３次高調波ｔｈｗ２へ補正することにより、急変点の発生を緩和し、２相の電圧指令値の波形が交差する点におけるデューティ比を低減することができる。

図３Ａを参照する。３次高調波ｔｈｗ１を補正後３次高調波ｔｈｗ２へ補正するために、指令値補正部４５は、振幅演算部６１と、ゲイン演算部６２と、乗算器６３を備える。
また、指令値補正部４５は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０から補正後３次高調波ｔｈｗ２を減算して、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１を算出する減算器６４を備える。

以下、振幅演算部６１、ゲイン演算部６２及び乗算器６３による補正後３次高調波ｔｈｗ２の演算方法の概要を説明する。
図４に示した３次高調波ｔｈｗ１の波形７３と図５に示した補正後３次高調波ｔｈｗ２の波形７９のうち、電気角０〜３０度の範囲の波形に着目する。
３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０のデューティの総和が０であることを利用すると、電気角０〜３０度の範囲の３次高調波ｔｈｗ１は次式（１）で表現できる。

上式（１）においてＡは、上記の通り補正前の３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の振幅である。
一方で、電気角０〜３０度の範囲の補正後３次高調波ｔｈｗ２は次式（２）で与えられる。

３次高調波ｔｈｗ１を補正後３次高調波ｔｈｗ２へ補正する補正ゲインＧは、上式（１）と上式（２）との比（ｔｈｗ２／ｔｈｗ１）として次式（３）により算出できる。

上式（１）をθについて解き上式（３）に代入すると、変数θを含まない次式（４）が得られる。

上式（４）から、補正ゲインＧは３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の振幅Ａと３次高調波ｔｈｗ１の関数であることが分かる。
振幅演算部６１は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の振幅Ａを演算する。振幅演算部６１は、例えば次式（５）にしたがって３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の二乗和に基づいて振幅Ａを演算してよい。

振幅演算部６１は、例えば次式（６）にしたがってｑ軸電圧指令値ｖｑ及びｄ軸電圧指令値ｖｄの二乗和に基づいて振幅Ａを演算してもよい。

ゲイン演算部６２は、３次高調波ｔｈｗ１と振幅Ａとに基づいて補正ゲインＧを演算する。ゲイン演算部６２は、例えば上記計算式（４）を演算して補正ゲインＧを求めてもよい。
また、ゲイン演算部６２は、３次高調波ｔｈｗ１に比例するゲインを補正ゲインＧとして演算してもよい。その理由を説明する。
図７を参照して３次高調波ｔｈｗ１と、振幅Ａと、補正ゲインＧの関係を説明する。図７は、振幅Ａを所定振幅（例えば最大振幅）の０．０１％から１００％まで変化させた場合の、３次高調波ｔｈｗ１と補正ゲインＧの関係を示すグラフである。

図７を見て分かるように、補正ゲインＧは３次高調波ｔｈｗ１に対してほぼ線形に変化するので、補正ゲインＧは３次高調波ｔｈｗ１の一次関数として近似できる。このため、ゲイン演算部６２は、３次高調波ｔｈｗ１に比例するゲインを補正ゲインＧとして算出できる。
また、図７の各グラフの近似１次直線を算出し、その勾配α＝（（Ｇの変化量ΔＧ）／（ｔｈｗ１の変化量Δｔｈｗ１））と切片βとを算出すると、勾配αは振幅Ａに反比例することが分かる。すなわち勾配α＝定数Ｃ／Ａが成立する。

したがって、定数Ｃと切片βを計算により予め求めておくことで、補正ゲインＧの算出式（７）及び（８）が得られる。
勾配α＝Ｃ／Ａ …（７）
補正ゲインＧ＝α×｜ｔｈｗ１｜＋切片β…（８）
計算式（７）及び（８）は、３次高調波ｔｈｗ１を変数として補正ゲインＧを演算する関数を線形近似する１次近似式である。

図８は、ゲイン演算部６２の機能構成の一例を示すブロック図である。ゲイン演算部６２は、計算式（７）及び（８）に基づいて補正ゲインＧを演算する。ゲイン演算部６２は、勾配演算部６２ａと、乗算器６２ｂと、加算器６２ｃを備える。
勾配演算部６２ａは、上式（７）に従って振幅Ａに基づいて勾配αを演算する。乗算器６２ｂと加算器６２ｃは、上式（８）に従って勾配αと３次高調波ｔｈｗ１に基づいて補正ゲインＧを演算する。

図３Ａを参照する。乗算器６３は、３次高調波ｔｈｗ１に補正ゲインＧを乗算して補正後３次高調波ｔｈｗ２を演算する。減算器６４は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０から補正後３次高調波ｔｈｗ２を減算して、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１を算出する。
図２のＰＷＭ制御部４６は、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１に基づいてインバータ４７を駆動し、３相モータ２０にモータ電流を供給する。

コントロールユニット３０は、特許請求の範囲に記載の「モータ制御装置」の一例である。電流指令値演算部４０、減算器４１及び４２、ＰＩ制御部４３並びに２相／３相変換部４４は、特許請求の範囲に記載の「電圧指令値演算部」の一例である。
乗算器６３は、特許請求の範囲に記載の「乗算部」の一例である。減算器６４は、特許請求の範囲に記載の「補正部」の一例である。ＰＷＭ制御部４６とインバータ４７は、特許請求の範囲に記載の「駆動回路」の一例である。
ゲイン演算部６２及び乗算部６３は特許請求の範囲に記載の「３次高調波変換部」の一例である。
３次高調波ｔｈｗ１は、特許請求の範囲に記載の「第１の３次高調波」の一例である。補正後３次高調波ｔｈｗ２は、特許請求の範囲に記載の「第２の３次高調波」の一例である。

（動作）
図９を参照して、第１実施形態のモータ制御装置によるモータ制御方法を説明する。
ステップＳ１においてトルクセンサ１０は、操向ハンドル１の操舵トルクＴｈを検出する。車速センサ１２は、車両の車速Ｖｈを検出する。
ステップＳ２において電流指令値演算部４０は、少なくとも操舵トルクＴｈと車速Ｖｈに基づいて、３相モータ２０に流すべきｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０を演算する。

ステップＳ３においてＰＩ制御部４３は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０と、フィードバックされたモータ電流ｉｑ及びｉｄとの偏差Δｑ及びΔｄに基づいて、電圧指令値ｖｑ、ｖｄを算出する。２相／３相変換部４４は、電圧指令値ｖｄ、ｖｑを、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０、ｖｃ０に変換する。
ステップＳ４において指令値補正部４５の３次高調波演算部６０は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０のうちデューティ比が最大となる最大相の電圧指令値及びデューティ比が最小となる最小相の電圧指令値の平均値に基づいて３次高調波ｔｈｗ１を演算する。

ステップＳ５において振幅演算部６１は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の振幅Ａを演算する。
ステップＳ６においてゲイン演算部６２は、３次高調波ｔｈｗ１と振幅Ａに基づいて補正ゲインＧを演算する。
ステップＳ７において乗算器６３は、３次高調波ｔｈｗ１に補正ゲインＧを乗算して補正後３次高調波ｔｈｗ２を演算する。

ステップＳ８において減算器６４は、補正後３次高調波ｔｈｗ２で３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０を補正して、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１を算出する。
ステップＳ９においてＰＷＭ制御部４６及びインバータ４７は、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１に基づいて３相モータ２０を駆動する。

（変形例）
（１）上式（４）に代えて、式（２）を変形して得られる次式（９）に基づいて３次高調波ｔｈｗ２を求めてもよい。

図３Ｃは、計算式（９）により３次高調波ｔｈｗ２を演算する指令値補正部４５の機能構成の一例を示す。指令値補正部４５は、３次高調波演算部６０と、振幅演算部６１と、ゲイン演算部６２’と、乗算器６３と、加算器６５、定数部６６と、乗算器６７を備える。ゲイン演算部６２’、乗算器６３、加算器６５、定数部６６及び乗算器６７は特許請求の範囲に記載の「３次高調波変換部」の一例である。ゲイン演算部６２’は次式のゲインＧ’を演算する。

（２）本実施形態の指令値補正部４５は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０に高調波が含まれていても、この高調波に応じて上式（７）及び（８）の定数Ｃ及び切片βを適切に選択することで、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１の波形のピーク部分を良好に平坦化できる。
したがって、電流指令値演算部４０、減算器４１及び４２、ＰＩ制御部４３並びに２相／３相変換部４４は、高調波を含んだ３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０を生成してもよい。
一方で上記特許文献２の技術は、３相電圧指令値が正弦波であることを前提として３相電圧指令値の補正値を算出しているため、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０が高調波を含んでいる場合には適用できない。

（第１実施形態の効果）
（１）電流指令値演算部４０、減算器４１及び４２、ＰＩ制御部４３並びに２相／３相変換部４４は、３相モータ２０に印加する３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０を演算する。３次高調波演算部６０は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０のうちデューティ比が最大となる最大相の電圧指令値及びデューティ比が最小となる最小相の電圧指令値の平均値に基づいて３次高調波ｔｈｗ１を演算する。振幅演算部６１は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の振幅Ａを演算する。ゲイン演算部６２は、３次高調波ｔｈｗ１及び振幅Ａに基づいて補正ゲインＧを演算する。

乗算器６３は、３次高調波ｔｈｗ１に補正ゲインＧを乗じることにより補正後３次高調波ｔｈｗ２を演算する。減算器６４は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０から補正後３次高調波ｔｈｗ２を減じることにより３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０を補正して、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１を算出する。ＰＷＭ制御部４６及びインバータ４７は、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１に基づいて３相モータ２０を駆動する。
このように３次高調波ｔｈｗ１を補正後３次高調波ｔｈｗ２へ補正することにより、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１の波形に発生する急変点が緩和され、２相の電圧指令値の波形が交差する点におけるデューティ比が低くなる。

（２）補正後３次高調波ｔｈｗ２は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０が各々の相で振幅の√３／２倍を超えた超過分を合成した成分を有する３次高調波であってよい。このような補正後３次高調波ｔｈｗ２で補正することにより、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１の波形に発生する急変点が緩和され、２相の電圧指令値の波形が交差する点におけるデューティ比が低くなる。
（３）ゲイン演算部６２は、３次高調波ｔｈｗ１に比例するゲインを補正ゲインＧとして演算する。これにより補正後３次高調波ｔｈｗ２の演算が容易になる。
（４）３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０に高調波が含まれていても、３次高調波ｔｈｗ１と補正後３次高調波ｔｈｗ２との関係から変換式を求めておくことができる。高調波を含む３相電圧指令値に適した補正後３次高調波ｔｈｗ２を演算することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態は、Ａ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０が振幅の√３／２倍を各々超えた超過分を合成した成分を有する３次高調波を、補正後３次高調波ｔｈｗ２として算出した。しかし、他の任意の３次高調波を補正後３次高調波ｔｈｗ２として算出してもよい。
例えば、第１実施形態の補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１は、３次成分よりも高次の成分を含んでおり、電気角６０度、１２０度、１８０度、２４０度、３００度及び３６０度で高次成分が発生する。このため、インバータ４７の周波数応答特性によっては高次成分に応答できず、実際の電圧波形に歪みが生じるおそれがある。

そこで、第２実施形態の指令値補正部４５は、例えば３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の基本周波数の３倍の周波数を有する正弦波又は余弦波の波形を有する補正後３次高調波ｔｈｗ２を算出する。
例えば、第２実施形態の指令値補正部４５は、次式（１０）で与えられる補正後３次高調波ｔｈｗ２を算出する。

図１０を参照して、上式（１０）の補正後３次高調波ｔｈｗ２で３相電圧指令値を補正した後の波形と、３次高調波ｔｈｗ１で補正した後の波形を比較する。
実線９０は、上式（１０）によって算出された補正後３次高調波ｔｈｗ２の波形を示す。また、実線９１、９２及び９３は、補正後３次高調波ｔｈｗ２（実線９０）で補正した後の補正後のＡ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値の波形を示す。
一点鎖線７４、二点鎖線７５及び破線７６は、図４と同様に、３次高調波ｔｈｗ１で補正した後の補正後のＡ相、Ｂ相及びＣ相電圧指令値の波形を示す。

上式（１０）の補正後３次高調波ｔｈｗ２で補正した後の電圧指令値の波形９１、９２及び９３のピーク部分は完全な平坦ではないが、３次高調波ｔｈｗ１で補正した電圧指令値の波形７４、７５及び７６のような急変点は発生しない。
さらに、補正後の電圧指令値は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０に含まれていた基本波成分と、補正後３次高調波ｔｈｗ２に含まれている３次成分のみを含み、それ以上の高次成分を含まない。このため、３次成分よりも高次の成分により発生するデメリットを回避できる。

以下、上式（１０）の補正後３次高調波ｔｈｗ２の算出方法の一例を説明する。３次高調波ｔｈｗ１を上式（１０）の補正後３次高調波ｔｈｗ２へ補正する補正ゲインＧ＝ｔｈｗ２／ｔｈｗ１は、次式（１１）により算出できる。

上式（１）をθについて解き上式（１１）に代入すると、変数θを含まない次式（１２）が得られる。

すなわち、補正ゲインＧは、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の振幅Ａと３次高調波ｔｈｗ１の２次関数となる。この補正ゲインＧは、３次高調波ｔｈｗ１の二乗値に比例する。
第２実施形態のゲイン演算部６２は、上式（１２）にしたがって振幅Ａと３次高調波ｔｈｗ１に基づいて補正ゲインＧを演算する。

なお、上式（１０）により補正後３次高調波ｔｈｗ２を算出する場合と比較して、上式（１２）により算出する場合には、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の位相情報θを用いずに補正後３次高調波ｔｈｗ２を算出できる利点がある。
例えば、インバータ４７によって３相モータ２０を駆動する場合には、電圧指令値の波形の位相を電流波形の位相よりも進める必要がある。また、弱め界磁制御を行う場合には印加電流の位相を進める必要がある。
このため、上式（１０）により補正後３次高調波ｔｈｗ２を算出する場合には、進角量を考慮して位相θを算出する必要があるが、上式（１２）により算出する場合には進角量に関わらずに補正後３次高調波ｔｈｗ２を算出できる。

なお、第１実施形態では、上式（４）に基づいて、又は上式（７）及び（８）に基づいて補正ゲインＧを算出した。第２実施形態では、上式（１２）に基づいて補正ゲインＧを算出した。
これに代えて、指令値補正部４５は、予めオフラインで計算した補正ゲインＧを格納したテーブルと、振幅Ａと３次高調波ｔｈｗ１に応じてテーブルから補正ゲインＧを読み出すゲイン読出部を備えてもよい。

また、上式（１０）は次式（１３）のように変形できる。したがって、３次高調波ｔｈｗ１の３乗と１６／（３Ａ^２）との乗算値と３次高調波ｔｈｗ１の加算による変換によって補正後３次高調波ｔｈｗ２を求めてもよい。

（第２実施形態の効果）
（１）補正後３次高調波ｔｈｗ２は、３相電圧指令値ｖａ０、ｖｂ０及びｖｃ０の周波数の３倍の周波数を有する正弦波であってよい。このような補正後３次高調波ｔｈｗ２で補正することにより、３次成分よりも高次の成分が、補正後３相電圧指令値ｖａ１、ｖｂ１及びｖｃ１に混入するのを回避できる。
（２）ゲイン演算部６２は、３次高調波ｔｈｗ１の二乗値に比例するゲインを補正ゲインＧとして演算する。これにより、進角制御における進角量に関わらずに補正ゲインＧを算出できる。

１…操向ハンドル、２…操舵軸、３…減速ギア、４Ａ、４Ｂ…ユニバーサルジョイント、５…ピニオンラック機構、６…タイロッド、１０…トルクセンサ、１１…イグニションキー、１２…車速センサ、１４…バッテリ、２０…３相モータ、３０…コントロールユニット、４０…電流指令値演算部、４１…減算器、４２…減算器、４３…ＰＩ制御部、４４…２相／３相変換部、４５…指令値補正部、４６…ＰＷＭ制御部、４７…インバータ、４９…角速度変換部、５０、５１、５２…電流センサ、５３…回転角センサ、６０ａ…最大値選択部、６０ｂ…最小値選択部、６０ｃ…平均部、６１…振幅演算部、６２、６２’…ゲイン演算部、６２ａ…勾配演算部、６２ｂ、６３、６７…乗算器、６２ｃ、６５…加算器、６４…減算器、６６…定数部

Claims (9)

1. ３相モータに印加する３相電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
   前記３相電圧指令値のうちデューティ比が最大となる最大相の電圧指令値及びデューティ比が最小となる最小相の電圧指令値の平均値に基づいて第１の３次高調波を演算する３次高調波演算部と、
   前記３相電圧指令値の振幅を演算する振幅演算部と、
   前記第１の３次高調波及び前記振幅に基づいて前記第１の３次高調波を第２の３次高調波に変換する３次高調波変換部と、
   前記３相電圧指令値から前記第２の３次高調波を減じることにより前記３相電圧指令値を補正する補正部と、
   補正された前記３相電圧指令値に基づいて前記３相モータを駆動する駆動回路と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記３次高調波変換部は、
   前記第１の３次高調波及び前記振幅に基づいて補正ゲインを演算するゲイン部と、
   前記第１の３次高調波に前記補正ゲインを乗じることにより前記第２の３次高調波を演算する乗算部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記第２の３次高調波は、前記３相電圧指令値が各々の相で前記振幅の√３／２倍を超えた超過分を合成した成分と等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記ゲイン演算部は、前記第１の３次高調波に比例するゲインを前記補正ゲインとして演算することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記電圧指令値演算部は、高調波を含んだ前記３相電圧指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
6. 前記第２の３次高調波は、前記３相電圧指令値の周波数の３倍の周波数を有する正弦波又は余弦波であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
7. 前記ゲイン演算部は、前記第１の３次高調波の二乗値に比例するゲインを前記補正ゲインとして演算することを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置によって制御される３相モータと、
   を備えることを特徴とする電動アクチュエータ製品。
9. 請求項１〜７の何れか一項に記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置によって制御される３相モータと、
   を備え、前記３相モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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