WO2008004419A1

WO2008004419A1 - Dispositif de commande de moteur et véhicule utilisant celui-ci

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Publication number: WO2008004419A1
Application number: PCT/JP2007/061961
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Hattori; Kenji Yamada; Ryoji Sato
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2008-01-10
Also published as: US8013556B2; KR20080073768A; EP2040368A1; AU2007270567A1; JP2008017660A; CN101356721A; EP2040368B1; US20090146589A1; JP4720653B2; EP2040368A4; CN101356721B; AU2007270567B2

Description

明細書電動機制御装置およびそれを備えた車両技術分野

この発明は、電動機制御装置およびそれを備えた車両に関し、特に、電動機の振動 ·騒音低減する制御技術に関する。背景技術

従来より、電動機の速度およびトルクを所望の値に制御する電流ベクトル制御. が知られている。電流べクトノレ制御には種々の制御方法が提案されており、たとえば、 i d = 0制御や最大トルク制御、弱め界磁制御などが知られている。

i d = 0制御は、 d軸電流を 0に保つ制御法であり、トルクの線形制御を容易に実現することができる。最大トルク制御は、同一電流に対して発生トルクを最大にする制御法であり、効率的にトルクを発生させることができる。弱め界磁制御は、負の d軸電流を流すことにより d軸方向の磁束を減少させる制御法であり、速度制御範囲を拡大することができる。

特開平 1 0— 3 2 8 9 5 2号公報は、そのような電流ベクトル制御を用いた永久磁石式同期モータの制御装置を開示する。このモータ制御装置は、速度制御部とトルク制御部とを備え、等価弱め界磁制御によりモータの速度制御範囲を拡大するとともに、速度制御精度およびトルク制御精度を独立して維持しつつ速度制御およびトルク制御を実行する。

電動機に対する要求特性としては、速度制御性やトルク制御性のほか、静粛性 (低振動性、低騒音性）も重要である。特に、電動機が車両に搭載される場合には、車内快適性を阻害しないように電動機の静粛性が強く要求される。しかしながら、車両においては、電動機の搭載スペースの制約や軽量化などの観点から、ハード的な振動対策や騒音対策を十分に取ることができない場合も多い。

そこで、静粛性に配慮した電動機制御が望まれている。し力しながら、上記の特開平 1 0— 3 2 8 9 5 2号公報では、電動機の静粛性については特に考慮されておらず、当該公報に開示される制御手法では、電動機の静粛性を改善することはできない。

また、電動機の静粛性を向上可能な電動機制御を行なう場合、電動機の制御安定性が阻害されてはならず、制御安定性を確保するための方策が併せて必要である。発明の開示

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電動機の静粛性を向上可能な電動機制御装置およびそれを備えた車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、電動機の静粛性を向上しつつ制御安定性にも配慮した電動機制御装置およびそれを備えた車両を提供することである。

この発明によれば、電動機制御装置は、電流指令生成部と、制御部とを備える。電流指令生成部は、電動機に対するトルク指令に基づいて電流指令を生成する。制御部は、電流指令に基づいて電動機を制御する。そして、電流指令生成部は、電動機の振動を抑制するように電動機のトルク毎に予め決定された電流位相を有する電流指令をトルク指令に基づいて生成する。

好ましくは、電流指令生成部は、所定の条件を満たすように決定される最適電流位相を有する電流指令に基づいて電動機を制御する場合よりも電動機の振動を低減するように電流指令を生成する。なお、「所定の条件」とは、たとえば、同一電流に対して発生トルクを最大にする条件（最大トルク制御）である。

好ましくは、電流指令生成部は、電動機のトルク毎に電流位相が予め決定された電流マップを用いて、トルク指令に基づいて電流指令を生成する。

好ましくは、電動機は、永久磁石型 3相交流同期電動機を含む。電流指令生成部は、電動機の電流周波数の第 6次成分に対応する振動成分を抑制するように電流指令を生成する。

好ましくは、電流指令生成部は、トルク指令の変化に対する d軸電流の変化を制限するように電流指令を生成する。

さらに好ましくは、電流指令生成部は、トルク指令の増加に対して d軸電流が単調減少となるように電流指令を生成する。

また、好ましくは、電流指令生成部は、トルク指令の変化に対する q軸電流の変化を制限するように電流指令を生成する。

さらに好ましくは、電流指令生成部は、トルク指令の増加に対して q軸電流が単調増加となるように電流指令を生成する。

また、好ましくは、電流指令生成部は、トルク指令の変化に対する電動機の制御電圧の変化を制限するように電流指令を生成する。

さらに好ましくは、電流指令生成部は、トルク指令の増加に対して制御電圧が単調増加となるように電流指令を生成する。

また、この発明によれば、電動機制御装置は、電流指令生成部と、制御部と、補正部とを備える。電流指令生成部は、電動機に対する電流指令を生成する。制御部は、電流指令に基づいて電動機を制御する。補正部は、電動機の回転子（口ータ）と固定子（ステータ）との間に作用する磁気強制力（磁気吸引力または磁気反発力）のラジアル方向成分の変動を抑制するように電流指令を補正する。好ましくは、補正部は、電動機の回転角毎に電流補正量が予め決定された補正マップを用いて、電動機の回転角に応じて電流指令を補正する。

また、好ましくは、電動機制御装置は、電動機の回転子と固定子との間に作用する磁気強制力のラジアル方向成分の変動を検出可能なセンサをさらに備える。補正部は、そのセンサからの検出値に基づいて電流指令を補正する。

好ましくは、補正部は、電動機の回転周波数の特定次数成分についてのみ電流指令を補正する。

さらに好ましくは、電動機は、永久磁石型 3相交流同期電動機を含む。特定次数成分は、第 6次成分である。

また、この発明によれば、車両は、電動機と、電動機を制御する上述したいずれかの電動機制御装置とを備える。

以上のように、この発明によれば、電流指令生成部は、電動機の振動を抑制するように電動機のトルク毎に予め決定された電流位相を有する電流指令をトルク指令に基づいて生成し、制御部は、その電流指令に基づいて電動機を制御するので、ハード的な振動対策や騒音対策による電動機の体格増加および重量増加を伴なうことなく、電動機の静粛性を向上させることができる。

また、この発明においては、電流指令生成部は、トルク指令の変化に対する d 軸電流または q軸電流の変化を制限するように電流指令を生成するので、トルク指令の変化に対して電流指令が急変することはない。したがって、この発明によれば、電動機の制御安定性を確保することができる。

また、この発明においては、電流指令生成部は、トルク指令の変化に対する電動機の制御電圧の変化を制限するように電流指令を生成するので、トルク指令の変化に対して電動機の制御電圧が急変することはない。したがって、この発明によれば、制御電圧によって電動機の制御モード（P W M ( Pulse Width Modulation) 制御モードや過変調制御モード、矩形波制御モードなど）が切替わる場合、制御モードの切替が頻繁に起こることにより電動機の制御が不安定になるのを回避することができる。

また、電動機の回転子と固定子どの間に作用する磁気強制力のうちラジアル方向成分の変動が電動機の振動および騒音に大きく影響し得るところ、この発明によれば、補正部は、磁気強制力のラジアル方向成分の変動を抑制するように電流指令を補正するので、電動機の静粛性を効果的に向上させることができる。また、ハード的な振動対策や騒音対策による電動機の体格増加および重量増加を伴なうこともない。図面の簡単な説明

図 1は、この発明による電動機制御装置を備えたモータ駆動装置の回路図である。

図 2は、図 1に示す制御装置の機能プロック図である。

図 3は、図 2に示すインバータ制御部の詳細な機能プロック図である。

図 4は、電流位相とトルクとの関係を示した図である。

図 5は、電流位相と振動量との関係を示した図である。

図 6は、低ノィズ制御時および最大トルク制御時の電流べクトルを示した図である。

図 7は、電流位相とトルクとの関係を示した図である。図 8は、モータ回転角と振動量（電気 6次成分）との関係を示した図である。図 9は、トルクと振動量との関係を示した図である。

図 1 0は、モータ回転速度と音圧との関係を示した図である。

図 1 1は、トルク指令と d軸電流指令との関係を示した図である。

図 1 2は、トルク指令と q軸電流指令との関係を示した図である。

" 図 1 3は、トルク指令とモータ電圧との関係を示した図である。

図 1 4は、 d軸電流指令および q軸電流指令を示した図である。

図 1 5は、モータ回転軸に垂直な断面を模式的に示した交流モータの断面図である。

図 1 6は、磁気強制力のラジアル方向成分（電気 6次成分）が変動する様子を示した図である。

図 1 7は、実施の形態 3におけるインバータ制御部の詳細な機能プロック図である。

図 1 8は、モータ電流と磁気強制力のラジアル方向成分（電気 6次成分）との関係を示した図である。

図 1 9は、加速度センサの配置を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

[実施の形態 1 ]

図 1は、この発明による電動機制御装置を備えたモータ駆動装置の回路図である。図 1を参照して、モータ駆動装置 1 0 0は、直流電源 Bと、昇圧コンバータ 1 0と、インバータ 2 0と、制御装置 3 0と、コンデンサ C l， C 2と、正極ライン P L 1， P L 2と、負極ライン N Lと、電圧センサ 4 2， 4 4と、電流センサ 4 6と、回転角センサ 4 8とを備える。

このモータ駆動装置 1 0ひは、電気自動車やハイプリッド自動車、燃料電池車などの車両に搭載される。そして、交流モータ M lは、駆動輪（図示せず）に機械的に連結され、車両を駆動するためのトルクを発生する。あるいは、交流モータ Mlは、エンジン（図示せず）に機械的に連結され、エンジンの動力を用いて発電する発電機として動作し、かつ、エンジンの始動を行なう電動機としてハイブリツド自動車に組込まれてもよレ、。

昇圧コンバータ 10は、リアタトル Lと、 n p n型トランジスタ Q 1 , Q2と、ダイオード D l， D 2とを含む。 n p n型トランジスタ Q 1， Q 2は、正極ライン PL 2と負極ライン NLとの間に直列に接続される。リアクトル Lの一端は、正極ライン P L 1に接続され、その他端は、 n p n型トランジスタ Q 1 , Q2の接続ノードに接続される。ダイオード D l, D2は、それぞれ n p n型トランジスタ Q l， Q 2に逆並列に接続される。

インバータ 20は、 U相アーム 22と、 V相アーム 24と、 W相アーム 26とを含む。 U相アーム 22、 V相アーム 24および W相アーム 26は、芷極ライン P L 2と負極ライン NLとの間に並列に接続される。 U相アーム 22は、直列接続された. n p-n型トランジスタ Q 3， Q 4および n p n型トランジスタ Q 3， Q 4に逆並列に接続されるダイオード D 3, D4を含む。 V相アーム 24は、直列接続された n p n型トランジスタ Q 5， Q 6および n p n型トランジスタ Q 5， Q 6に逆並列に接続されるダイオード D 5, D6を含む。 W相アーム 26は、直列接続された n p n型トランジスタ Q 7， Q8および n p n型トランジスタ Q 7， Q 8に逆並列に接続されるダイオード D 7， D8を含む。

そして、 U相アーム 22の中間点は、交流モータ Mlの U相コイルに接続され、同様に、 V相ァ一ム 24の中間点および W相アーム 26の中間点は、それぞれ交流モータ Mlの V相コイルおよび W相コイルに接続される。なお、交流モータ M 1の各相コイルの他端は、互いに接続されて中性点を構成する。

なお、上記の n p n型トランジスタ Q 1 ~Q 8として、たとえば I GBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ¾r用いること；^でさ。また、 n n 型トランジスタに代えてパワー MO S F E T (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) 等の電力スイッチング素子を用いてもよい。

直流電源 Bは、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。直流電源 Bは、正極ライン P L 1および負極ライン NLを介して昇圧コンバータ 10へ電力を供給し、また、電力回生時には、昇圧コンバータ 10によって充電される。なお、直流電源 Bとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

コンデンサ C 1は、正極ライン PL 1と負極ライン NLとの間に接続され、正極ライン P L 1と負極ライン NLとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ 4 2は、コンデンサ C 1の両端の電圧 VLを検出し、その検出した電圧 VLを制御装置 30へ出力する。

昇圧コンバータ 10は、制御装置 30からの信号 PWCに基づいて、直流電源 Bから供給される電圧をリアクトル Lを用いて昇圧する。より具体的には、昇圧コンバータ 10は、 n p n型トランジスタ Q 2のオン時に流れる電流をリアクトル Lに磁場エネルギーとして蓄積し、その蓄積されたエネルギーを n p n型トランジスタ Q 2のオフタイミングに同期してダイォード D 1を介して正極ライン P L 2へ出力することにより、直流電源 Bからの電圧を昇圧する。

コンデンサ C 2は、正極ライン PL 2と負極ライン NLとの間に接続され、正極ライン P L 2と負極ライン NLとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ 4 4は、コンデンサ C 2の両端の電圧 VHを検出し、その検出した電圧 VHを制御装置 30へ出力する。

インバータ 20は、昇圧コンバータ 10から供給される直流電圧を制御装置 3 0からの信号 PWIに基づいて 3相交流電圧に変換し、その変換した 3相交流電圧を交流モータ Mlへ出力する。また、インバータ 20は、車両の回生制動時、交流モータ M 1が発電した 3相交流電圧を信号 PW Iに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極ライン PL 2へ出力する。

電流センサ 46は、交流モータ Mlに流れるモータ電流 Iを検出し、その検出したモータ電流 Iを制御装置 30へ出力する。回転角センサ 48は、交流モータ Mlのロータの回転角 Θを検出し、その検出した回転角 Θを制御装置 30へ出力する。

制御装置 30は、図示されない外部 ECU (Electronic Control Unit) から受けるトルク指令 TR、電圧センサ 42， 44からの電圧 VL， VH, 電流センサ 46からのモータ電流 I、および回転角センサ 48からの回転角 6に基づいて、昇圧コンバータ 10を駆動するための信号 PWCおよびインバータ 20を駆動するための信号 PWIを生成し、その生成した信号 PWCおよび信号 PWIをそれぞれ昇圧コンバータ 10およびインバータ 20へ出力する。なお、トルク指令 T Rは、外部 ECUにおいて、アクセルペダルおよびブレーキペダルの踏込量や車両の走行状態などに基づいて算出される。

図 2は、図 1に示した制御装置 30の機能プロック図である。図 2を参照して、制御装置 30は、コンバータ制御部 32と、ィンバータ制御部 34とを含む。コンバータ制御部 32は、電圧 VL， VHに基づいて、昇圧コンバータ 10の n p n型トランジスタ Ql， Q 2をオン Zオフするための信号 PWCを生成し、その生成した信号 PWCを昇圧コンバータ 10へ出力する。

インバータ制御部 34は、交流モータ Mlのトルク指令 TR、モータ電流 Iおよび回転角 6、ならびに電圧 VHに基づいて、インバータ 20の n p n型トランジスタ Q3~Q8をオン Zオフするための信号 PWIを生成し、その生成した信号 PW Iをインバータ 20へ出力する。

図 3は、図 2に示したィンバータ制御部 34の詳細な機能プロック図である。図 3を参照して、インバータ制御部 34は、電流指令生成部 102と、座標変換部 104， 1 10と、 P I制御部 106， 108と、制御モード設定部 1 12と、駆動信号生成部 1 14とから成る。

電流指令生成部 102は、交流モータ Mlから発生するノイズ（振動および騒音）を低減可能な電流指令（以下、「低ノイズ電流指令」とも称し、' この低ノィズ電流指令に基づく電流制御を「低ノイズ制御」とも称する。）が交流モータ M 1のトルク毎に予め決定されたマップを用いて、交流モータ Mlのトルク指令 T Rに基づいて d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を生成する。なお、この d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *の決定方法については、後ほど詳述する。

座標変換部 104は、回転角センサ 48からの回転角 0を用いて、電流センサ 46によって検出されたモータ電流 Iを d軸電流 I dおよび q軸電流 I qに変換する。 P I制御部 106は、電流指令生成部 102からの d軸電流指令 I d *と座標変換部 104からの d軸電流 I dとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を座標変換部 1 10へ出力する。 P I制御部 108は、電流指令生成部 102力ゝらの q軸電流指令 I q *と座標変換部 104 からの q軸電流 I qとの偏差を受け、その偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を座標変換部 1 10へ出力する。

座標変換部 110は、回転角センサ 48からの回転角 0を用いて、 P I制御部 106, 108からそれぞれ受ける d, q軸上の電圧指令を U相電圧指令 Vu *、 V相電圧指令 V V *および W相電圧指令 Vw*に変換し、その変換した電圧指令 Vu *, V V *, Vw*を駆動信号生成部 1 14および制御モード設定部 1 12 へ出力する。

制御モード設定部 1 12は、電圧 VHに対する電圧指令 Vu *， V V *, Vw *の比率を示す変調率を算出する。そして、制御モード設定部 1 12は、変調率の算出結果に基づいて、ィンバ一タ 20における交流モータ M 1の制御モードを設定し、その設定された制御モードを指示する信号 MDを駆動信号生成部 1 14 へ出力する。

なお、交流モータ Mlの制御モードには、 PWM制御モード、過変調制御モード、および矩形波制御モードがある。これらの制御モードでは、インバータ 20 の n p n型トランジスタ Q 3〜Q 8をオン/オフする基本周波数（「キャリア周波数」と称される。）が相互に異なる。すなわち、 PWM制御モードはキャリア周波数が最も高く、過変調制御モードはキャリア周波数が次に高く、矩形波制御モードはキャリア周波数が最も低い。

そして、制御モード設定部 1 1 2は、変調率が低いとき、制御モードを PWM 制御モードに設定する。また、制御モード設定部 1 12は、変調率が高くなると、制御モードを過変調制御モードに設定する。さらに、制御モード設定部 1 12は、変調率がさらに高くなると、制御モードを矩形波制御モードに設定する。

駆動信号生成部 1 14は、信号 MDにより指示された制御モードに基づいて、座標変換部 1 10からの電圧指令 Vu *， V V *, Vw*から駆動信号 Du， D v， Dwを生成する。詳細には、駆動信号生成部 1 14は、電圧指令 Vu *, V V * , Vw*および電圧 VHに基づいて、実際にインバータ 20の各 n p n型トランジスタ Q 3〜Q 8をオン/オフするための駆動信号 D u， D v. Dwを生成し、その生成した駆動信号 D u， D V , Dwを信号 PWIとしてインバータ 20 へ出力する。これにより、インバータ 2ひの各 n p n型トランジスタ. Q 3〜Q:8が駆動信号 D u, D V , Dwに応じてスイッチング制御され、交流モータ Mlの各相コイルに流される電流が制御される。このようにして、モータ電流 Iが制御され、トルク指令 TRに応じたモータトノレクが発生する。

次に、電流指令生成部 102における d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *の決定方法について説明する。

図 4は、電流位相とトルクとの関係を示した図である。図 4を参照して、横軸は、交流モータ Mlに流される電流の位相（進角）を示し、縦軸は、交流モータ Mlのトルクを示す。曲線 k 1〜k 3は、交流モータ Mlに流される電流がそれぞれ I 1〜1 3のときのトルクの変化を示し、電流 I 1〜1 3の大小関係は I 1 < I 2 < I 3である。

曲線 k 4は、最大トルク曲線を示し、交流モータ Mlに流される電流を変化させたときの最大トルクの軌跡を示す。たとえば、交流モータ Mlに流される電流が I 1のとき、電流位相（進角）を /32とすると、電流 I 1における最大トルク TSが得られる（点 P 1) 。このように、同一電流に対して発生トルクが最大となるように電流位相を決定する制御は、一般に「最大トルク制御」と称される。一方、トルク TSを発生させるための電流の大きさおよび位相の条件としては、電流 I 1および電流位相 2 (点 P 1) 以外にも存在する。すなわち、図に示されるように、電流が I 2であって電流位相が ]3 1のとき（点 P 2) 、電流が I 2 であって電流位相が ]33のとき（点 P 3) 、電流が I 3であって電流位相が ]34 のとき（点 P4) なども、同一のトルク TSを発生させることができる。

図 5は、電流位相と振動量との関係を示した図である。図 5を参照して、横軸は、.交流モータ Mlに流される電流の位相（進角）を示し、縦軸は、交流モータ Mlの振動量を示す。なお、この振動量は、交流モータ Mlの振動の大きさを示すことができる状態量であればよく、たとえば、交流モータ Mlが 3相モータであることから、交流モータ M 1が発生する振動または騒音に対して支配的な電気 6次成分（交流モータ M 1の電流周波数の第 6次成分に相当する振動成分または騒音成分）をこの振動量とすることができる。

曲線 k 5〜k 7は、交流モータ Mlに流される電流がそれぞれ I 1〜 1 3 (I 1 < I 2 < I 3) のときの振動量の変化を示す。交流モータ Mlの振動量は、口ータおよびステータ間に作用する磁気強制力（磁気吸引力または磁気反発力）に大きく依存し、図 4と比較すれば分かるように、交流モータ Mlの振動量はトルクの変化とは対応していない。

ここで、図 4に示したトルク TSを交流モータ Mlが発生しているときの振動量についてみると、電流が I 2であって電流位相が ]3 1のとき（図 4の点 P 2に対応）の振動量は点 P 5で示され、電流が I 1であって電流位相が 2のとき (図 4の点 P 1に対応）の振動量は点 P 6で示される。また、電流が I 2であつて電流位相が /33のとき（図 4の点 P 3に対応）の振動量は点 P 7で示され、電流が I 3であって電流位相が ]34のとき（図 4の点 P 4に対応）の振動量は点 P 8で示される。

したがって、交流モータ Mlにトルク T Sを発生させる場合、交流モータ Ml の制御を振動量の観点からみると、電流が I 2であって電流位相が ]3 3のとき (点 P 7) に交流モータ Mlの振動を最も小さくすることができる。そこで、この実施の形態 1では、交流モータ M 1の振動量が最小となる電流および位相をトルク毎に予め実験または計算により求めておき、与えられるトルク指令 TRに基づいて電流指令（低ノイズ電流指令）を生成することとしたものである。

図 6は、低ノィズ制御時および最大トルク制御時の電流べクトルを示した図である。図 6を参照して、横軸は d軸電流を示し、縦軸は q軸電流を示す。曲線 1 1は、図 4に示したトルク TSを発生させる定トルク曲線を示す。曲線 k l 2， k 1 3は、それぞれ図 4に示した電流 I 1, I 2に対応する定電流曲線を示す。点 P 1 1は、曲線 k 1 1と曲線 k 1 2との接点であり、原点から点 P 1 1へ向かうベタトノレは、最大トルク制御時の電流べクトルを示す。すなわち、電流が I 1であって電流位相が /32であり、このときの d軸電流および q軸電流は、それぞれ I d (P 6) および I q (P 6) である（かっこ内の「P 6」は、図 5の点 P 6に対応していることを示す。）。

一方、点 P 12は、曲線 k 1 1と曲線 k 13との接点であり、原点から点 P 1 2へ向かうべクトルは、交流モータ Mlにトルク TSを発生させるときに交流モータ Mlの振動を最小にする低ノイズ制御時の電流べクトルを示す。すなわち、電流が I 2であって電流位相が ]33であり、このときの d軸電流および q軸電流は、それぞれ I d (P 7) および I q (P 7) である（かっこ内の「P 7」は、図 5の点 P 7に対応していることを示す。）。

そして、この実施の形態 1では、実際には、交流モータ Mlの振動量が最小となる電流べクトル（d軸電流および q軸電流）をトルク毎に予め実験または計算により求めてマップ化しておき、与えられるトルク指令 TRに基づいて、そのマップを用いて電流指令生成部 102により d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *が生成される。

図 7は、電流位相とトルクとの関係を示した図である。図 7を参照して、曲線 k 14〜k 16は、交モータ Mlに流される電流がそれぞ il 4〜1 6のときのトルクの変化を示し、電流 I 4〜 I 6の大小関係は I 4 < I 5く I 6である。曲線 k 1 7は、交流モータ Mlの振動量を最小にする電流位相の軌跡を示す。すなわち、交流モータ Mlのトルク指令が TR 1のとき、電流位相 /35で電流 I 4を交流モータ Mlに流すと（点 P 21) 、交流モータ Mlの振動が最小となる。また、トルク指令が TR 2の場合は、電流位相 06で電流 I 5を交流モータ Ml に流すと交流モータ Mlの振動が最小となり（点 P 22) 、トルク指令が TR3 の場合は、電流位相 )37で電流 I 6を交流モータ Mlに流すと交流モータ Mlの振動が最小となる（点 P 23) 。つまり、曲線 k 1 7は、低ノイズ制御時における電流位相の軌跡を示す。

なお、この図 7では、低ノイズ制御時の電流位相は、曲線 k 4で示される最大トルク制御時の電流位相よりも進んでいるが、電流位相と振動量との関係によつては、低ノィズ制御時の電流位相が最大トルク制御時の電流位相よりも遅れる場合もあり得る。

図 8は、モータ回転角と振動量（電気 6次成分）との関係を示した図である。図 8を参照して、横軸は、交流モーダ Mlのロータの回転角を示し、縦軸は、交流モータ Mlの振動量を示す。曲線¾: 21〜1^ 23は、交流モータ Mlがトルク T Sを発生しているときの各電流条件における交流モータ Mlの振動波形の電気 6次成分を示す。

すなわち、曲線 k 21は、トルク TSを発生させるために電流位相 1で電流 I 2を交流モータ M lに流したときの振動波形を示し（図 5の点 P 5に対応）、曲線 k 2 2は、トルク T Sを発生させるために電流位相 /3 2で電流 I 1を交流モータ M lに流したときの振動波形を示し（図 5の点 P 6に対応）、曲線 k 2 3は、トルク T Sを発生させるために電流位相 ]3 3で電流 I 2を交流モータ M lに流したときの振動波形を示す（図 5の点 P 7に対応）。

図に示されるように、最大トルク制御で交流モータ M lを制御した場合に対応する曲線 k 2 2よりも、この実施の形態 1による低ノイズ制御で交流モータ M l を制御した場合に対応する曲線 k 2 3の方が振幅が小さく、低ノィズ制御により交流モータ M 1の振動量を低減することができる。

図 9は、トルクと振動量との関係を示した図である。図 9を参照して、曲線 2 4は、最大トルク制御で交流モータ M 1を制御したときの振動量の変化を示し、曲線 2 5は、この実施の形態 1による低ノイズ制御で交流モータ M lを制御したときの振動量の変化を示す。

また、図 1 0は、モータ回転速度と音圧との関係を示した図である。なお、こ. の音圧は、交流モータ M lの騒音レベルに対応する。図 1 0を参照して、曲線 2 6は、最大トルク制御で交流モータ M lを制御したときの音圧の変化を示し、曲線 2 7は、この実施の形態 1による低ノイズ制御で交流モータ M lを制御したときの音圧の変化を示す。

図 9，図 1 0に示されるように、この実施の形態 1による低ノイズ制御で交流モータ M lを制御することにより、従来の最大トルク制御で交流モータ M lを制御する場合に比べて、交流モータ M 1の振動量および音圧が大きく低減する。以上のように、この実施の形態 1によれば、トルク指令 T Rに基づいて電流指令生成部 1 0 2により低ノイズ電流指令が生成され、その低ノイズ電流指令に基づいて交流モータ M lが制御されるので、ハード的な振動対策や騒音対策による電動機の体格増加および重量増加を伴なうことなく、交流モータ M 1の静粛性を向上させることができる。

[実施の形態 2 ]

再び図 7を参照して、低ノイズ制御時の電流位相は曲線 k 1 7で示されるところ、低ノイズ制御時は、曲線 k 4で示される最大トルク制御時に比べてトルク指令の変化に対する電流位相の変化が大きい。ここで、図 3に示したように、交流モータ M lに流ざれる電流は、 d軸電流および q軸電流ごとに電流指令と電流実績との偏差に基づいて P I制御（フィードバック制御）されるので、電流位相が急変すると d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *が急変し、制御の安定性が損なわれる可能性もある。そこで、この実施の形態 2では、交流モータ M l の低ノィズ化を図りつつ制御の安定性を確保するための方策が施される。

再び図 3を参照して、この実施の形態 2におけるインバータ制御部 3 4は、実施の形態 1におけるインバータ制御部 3 4の構成において、電流指令生成部 1 0

2に代えて電流指令生成部 1 0 2 Aを含む。

電流指令生成部 1 0 2 Aは、低ノィズ制御用の d軸電流指令をトルク指令の増加に対して単調減少となるように修正した d軸電流指令およびその d軸電流指令に基づいて決定される q軸電流指令がトルク毎に予め決定されたマップを用いて、交流モータ M lのトルク指令 T Rに基づいて d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を生成する。

なお、実施の形態 2におけるインバータ制御部 3 4のその他の構成は、実施の形態 1と同じである。また、この実施の形態 2におけるモータ駆動装置の全体構成は、図 1に示したモータ駆動装置 1 0 0と同じである。

図 1 1は、トルク指令 T Rと d軸電流指令 I d *との関係を示した図である。図 1 1を参照して、曲線 k 3 1は、実施の形態 1による低ノィズ制御用の d軸電流指令 I d *を示し、曲線 k 3 2は、この実施の形態 2による d軸電流指令 I d

*を示す。また、曲線 k 3 3は、最大トルク制御用の d軸電流指令 I d *を示す。曲線 k 3 1で示される低ノイズ制御用の d軸電流指令 I d *は、トルク指令 T

Rの変化に対して変動が大きく、かつ、非単調である。そこで、この実施の形態

2では、曲線 k 3 1をベースとしつつ、トルク指令 T Rの増加に対して d軸電流指令 I d *が単調減少となるように曲線 k 3 1を修正した曲線 k 3 2に基づいて、 d軸電流指令 I d *が決定される。これにより、トルク指令の変化に対する電流指令の変化が抑制され、制御の安定性が確保される。

なお、曲線 k 3 2の決定にあたっては、低ノイズ制御用の d軸電流指令を示す曲線 k 3 1と最大トルク制御用の d軸電流指令を示す曲線 k 3 3とを折衷するように決定することができる。これにより、交流モータ M lの低ノイズ化を達成しつつ、効率が大きく低下するのを防止できる。また、その他の制御手法（力率 1 制御など）による制御時における d軸電流指令と低ノイズ制御用の d軸電流指令とを組合わせて曲線 k 3 2を決定してもよレ、。

以上のように、この実施の形態 2によれば、低ノイズ制御用の d軸電流指令をベースとしつつ、トルク指令 T Rの増加に対して単調減少となるように修正された d軸電流指令 I d *を用いて交流モータ M lが制御されるので、交流モータ M 1の低ノィズ化を図りつつ、制御安定性を確保することができる。

また、低ノィズ制御用の d軸電流指令と最大トルク制御用の d軸電流指令とを折衷するように d軸電流指令 I d *を生成することにより、効率が大きく低下するのを防止することができる。

[実施の形態 2の変形例 1 ]

上記においては、低ノイズ制御用の d軸電流指令をトルク指令の増加に対して単調減少となるように修正したが、低ノィズ制御用の q軸電流指令をトルク指令の増加に対して単調増加となるように修正してもよレ、。

すなわち、この実施の形態 2の変形例 1における電流指令生成部 1 0 2 Aは、低ノイズ制御用の q軸電流指令をトルク指令の増加に対して単調増加となるように修正した q軸電流指令およびその q軸電流指令に基づいて決定される d軸電流指令がトルク毎に予め決定されたマップを用いて、交流モータ M lのトルク指令 T Rに基づいて d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を生成する。図 1 2は、トルク指令 T Rと q軸電流指令 I q *との関係を示した図である。図 1 2を参照して、曲線 k 4 1は、実施の形態 1による低ノイズ制御用の q軸電流指令 I q *を示し、曲線 k 4 2は、この実施の形態 2の変形例 1による q軸電流指令 I q *を示す。また、曲線 k 4 3は、最大トルク制御用の q軸電流指令 I q *を示す。

曲線 k 4 1で示される低ノイズ制御用の q軸電流指令 I q *は、トノレク指令 T Rの変化に対して変動が大きく、かつ、非単調である。そこで、この実施の形態 2の変形例 1では、曲線 k 4 1をベースとしつつ、トルク指令 T Rの増加に対して q軸電流指令 I q *が単調増加となるように曲線 k 4 1を修正した曲線 k 4 2 に基づいて、 q軸電流指令 I q *が決定される。これにより、トルク指令の変化に対する電流指令の変化が抑制され、制御の安定性が確保される。

なお、曲線 k 4 2の決定にあたっては、低ノイズ制御用の q軸電流指令を示す曲線 k 4 1と最大トルク制御用の q軸電流指令を示す曲線 k 4 3とを折衷するように決定すること'ができる。これにより、交流モータ M lの低ノイズ化を達成しつつ、効率が大きく低下するのを防止できる。また、その他の制御手法による制御時における q軸電流指令と低ノィズ制御用の q軸電流指令とを組合わせて曲線 k 4 2を決定してもよい。

以上のように、この実施の形態 2の変形例.1によっても、実施の形態 2と同様の効果を得ることができる。

[実施の形態 2の変形例 2 ]

実施の形態 1による低ノィズ制御により d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *が生成され、その生成された電流指令に基づいて交流モータ M lが制御される場合、トルク指令 T Rの変化に対してモータ電圧（インバータ出力電圧）が急変したり、トルク指令 T Rの変化に対するモータ電圧の変化が非単調になり得る。

ここで、上述のように、インバータ 2 0における変調率に応じて交流モータ M 1の制御モードが変化するので、実施の形態 1による低ノィズ制御によると、制御モードが頻繁に切替わることにより制御安定性の低下や制御負荷の上昇を招く可能性もある。そこで、この実施の形態 2の変形例 2においては、低ノイズ制御をベースとしつつトルク指令 T Rの増加に対してモーダ電圧が単調増加となるように d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *が生成される。

図 1 3は、トルク指令 T Rとモータ電圧との関係を示した図である。図 1 3を参照して、曲線 k 5 1は、実施の形態 1による低ノイズ制御時のモータ電圧を示し、曲線 k 5 2は、この実施の形態 2の変形例 2によるモータ電圧を示す。また、曲線 k 5 3は、最大トルク制御時のモータ電圧を示す。

曲線 k 5 1で示される低ノイズ制御時のモータ電圧は、トルク指令 T Rの変化に対して変動が大きく、かつ、非単調である。そこで、この実施の形態 2の変形例 2では、曲線 k 5 1をベースとしつつ、トルク指令 T Rの増加に対してモータ電圧が単調増加となるように曲線 k 5 1を修正した曲線 k 5 2に従ってモータ電圧が変化するように、 d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *が生成される。

具体的には、トルク指令 TRに基づいて曲線 k 5 2を用いてモータ電圧 Vを決定し、その決定されたモータ電圧 Vに基づいて、次の電圧方程式を満足するように d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を算出することができる。

Vd = ( I d *) XR-ω X L q X ( I q *) … （1)

.V q = ( I q *) XR + co X L d X ( I d *) +ω Χ … (2)

= f (Vd² + Vq ²) J~3 ■■■ (3)

なお、 Rは交流モータ Mlの電機子卷線抵抗であり、 ωは電気角速度である。り、 Φは電機子鎖交磁束である。

そして、上記の方法によりトルク指令 TR毎に d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を求めてマップ化しておき、与えられるトルク指令 TRに基づいて、そのマップを用いて電流指令生成部 1 0 2 Aにより d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *が生成される。

なお、曲線 k 5 2の決定にあたっては、低ノイズ制御時のモータ電圧を示す曲線 k 5 1と最大トルク制御時のモータ電圧を示す曲線 k 5 3とを折衷するように決定することができる。これにより、交流モータ Mlの低ノイズ化を達成しつつ、効率が大きく低下するのを防止できる。また、その他の制御手法による制御時におけるモータ電圧曲線と低ノィズ制御時のモータ電圧曲線とを組合わせて曲線 k

5 2を決定してもよい。

図 1 4は、 d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を示した図である。図 14を参照して、曲線 k 6 1は、実施の形態 1による低ノイズ制御時の d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を示し、曲線 k 6 2は、この実施の形態

2の変形例 2における d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を示す。また、曲線 k 6 3は、最大トルク制御時の d軸電流指令 I d *および q軸電流指令

I q *を示す。

以上のように、この実施の形態 2の変形例 2によれば、低ノイズ制御時のモータ電圧をベースとしつつ、トルク指令 T Rの増加に対してモータ電圧が単調増加となるように生成された d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を用いて交流モータ M lが制御されるので、交流モータ M lの制御モード（P WM制御モード、過変調制御モードおよび矩形波制御モード）の切替が頻繁に起こることにより交流モータ M lの制御が不安定になるのを回避することができる。

[実施の形態 3 ]

図 1 5は、モータ回転軸に垂直な断面を模式的に示した交流モータ M lの断面図である。図 1 5を参照して、交流モータ M lのロータ 2 0 2とステ一タ 2 0 4 との間にはギャップ 2 0 6が設けられており、ロータ 2 0 2とステータ 2 0 4との間には磁気強制力 F (磁気吸引力または磁気反発力）が作用する。

上述のように、交流モータ M lの振動量は、この磁気強制力 Fに大きく依存する。ここで、ロータ 2 0 2およびステータ 2 0 4間に作用する磁気強制力 Fは、トルクを-発生させる回転方向成分 F cと回転軸に対して垂直に作用するラジアル方向成分 F rとに分けることができ、このラジアノレ方向成分 F rの変動が交流モータ M 1の振動に大きく影響する。

図 1 6は、磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F r (電気 6次成分）が変動する様子を示した図である。図 1 6を参照して、横軸は、交流モータ M lのロータの回転角を示し、曲線 S 1〜S 3は、それぞれモータ電流 I A〜 I C ( I A < I B < I C ) が交流モータ M lに供給されているときの磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rの電気 6次成分を示す。

図に示されるように、磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rは、モータ電流の大小に拘わらず、構造的に決まるロータおよびステ一タの相対的な位置関係に応じて、ロータの回転角に依存して周期的に変動する。

そこで、この実施の形態 3では、交流モータ M lのロータおよびステータ間に作用する磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rの変動を抑制するように電流指令が捕正される。

図 1 7は、実施の形態 3におけるィンバータ制御部の詳細な機能プロック図である。図 1 7を参照して、このインバータ制御部 3 4 Aは、図 3に示した実施の形態 1におけるインバータ制御部 3 4の構成において、電流指令生成部 1 0 2に代えて電流指令生成部 1 0 2 Bを含み、補正部 1 0 3をざらに含む。

電流指令生成部 1 0 2 Bは、トルク指令 T Rに基づいて、所定の条件を満足する d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を生成する。たとえば、電流指令生成部 1◦ 2 Bは、公知の最大トルク制御に基づいて d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を生成することができる。

補正部 1 0 3は、電流指令生成部 1 0 2 Bから d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を受け、図示されない回転角センサ 4 8から交流モータ M lの回転角 0を受ける。そして、補正部 1 0 3は、磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rの変動の電気 6次成分を抑制するように、交流モータ M lの回転角 Θに応じて d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を補正する。

より具体的には、補正部 1 0 3は、磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rの極大点近傍においてモータ電流が減少するように d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を補正し、磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rの極小点近傍においてモータ電流が増大するように d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q * を補正する。

なお、補正部 1 0 3は、たとえば、交流モータ M lのロータの回転角に応じて電流補正量が予め決定された補正マップを用いて、回転角センサ 4 8からの回転角 0に基づいて d軸電流指令 I d *および q軸電流指令 I q *を補正することができる。

なお、インバータ制御部 3 4 Aのその他の構成は、実施の形態 1におけるインバータ制御部 3 4と同じである。

図 1 8は、モータ電流と磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F r (電気 6次成分）との関係を示した図である。図 1 8を参照して、点線で示される曲線 S 2は、図 1 6に示される曲線 S 2に対応し、曲線 S 4は、補正部 1 0 3により電流指令が補正された場合の磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rの電気 6次成分を示す。補正部 1 0 3により電流指令が補正されることにより、磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rの極大点近傍においてモータ電流が減少し、ラジアル方向成分 F rの極小点近傍においてモータ電流が増大する。これにより、無補正時の場合 (曲線 S 2 ) に比べて、磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rの変動が抑制される（曲線 S 4 ) 。

なお、上記においては、交流モータ M lが 3相モータであることから、ラジアル方向成分 F rの変動において支配的な電気 6次成分の変動を抑制するように電流指令を補正したが、電流指令の補正は、電気 6次の変動成分のみを抑制する補正に限定されるものではない。

また、上記においては、交流モータ M lのロータの回転角に応じて電流補正量が予め決定された補正マップを用いて、交流モータ M lの回転角 Θに基づいて電流指令を補正したが、図 1 9に示すように、ステータ 2 0 4または交流モータ M 1が格納されるモータケース（図示せず）に固設される加速度センサ 2 1 0によつて磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F_ rの変動を検出し、その検出値を用いて補正部 1 0 3により電流指令を補正してもよい。

以上のように、この実施の形態 3によれば、磁気強制力 Fのラジアル方向成分 F rの変動を抑制するように電流指令が補正されるので、交流モータ M lの静粛性を効果的に向上させることができる。また、ハード的な振動対策や騒音対策による交流モータ M 1の体格増加および重量増加を伴なうこともない。

さらに、公知の電流制御手法を用いて電流指令が生成され、その生成された電流指令を補正部 1 0 3により補正するようにしたので、公知の電流制御手法による効果を得つつ交流モータ M 1の静粛性を向上させることができる。

なお、上記において、交流モータ M lは、この発明における「電動機」に対応し、インバータ制御部 3 4 , 3 4 Aの P I制御部 1 0 6 , 1 0 8、座標変換部 1 1 0、制御モード設定部 1 1 2および駆動信号生成部 1 1 4は、この発明における「制御部」を形成する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲

1 . 電動機に対するトルク指令に基づいて電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令に基づいて前記電動機を制御する制御部とを備え、

前記電流指令生成部は、前記電動機の振動を抑制するように前記電動機のトルク毎に予め決定された電流位相を有する電流指令を前記トルク指令に基づいて生成する、電動機制御装置。

2 . 前記電流指令生成部は、所定の条件を満たすように決定される最適電流位相を有する電流指令に基づいて前記電動機を制御する場合よりも前記電動機の動を低減するように前記電流指令を生成する、請求の範囲第 1項に記載の電動機制御装置。 .

3 . 前記電流指令生成部は、前記電動機のトルク毎に電流位相が予め決定された電流マップを用いて、前記トルク指令に基づいて前記電流指令生成する、請求の範囲第 1項に記載の電動機制御装置。

4 . 前記電動機は、永久磁石型 3相交流同期電動機を含み、

前記電流指令生成部は、前記電動機の電流周波数の第 6次成分に対応する振動成分を抑制するように前記電流指令を生成する、請求の範囲第 1·項に記載の電動機制御装置。

5 . 前記電流指令生成部は、前記トルク指令の変化に対する d軸電流の変化を制限するように前記電流指令を生成する、請求の範囲第 1項に記載の電動機制御装置。

6 . 前記電流指令生成部は、前記トルク指令の増加に対して前記 d軸電流が単調減少となるように前記電流指令を生成する、請求の範囲第 5項に記載の電動機制御装置。

7 . 前記電流指令生成部は、前記トルク指令の変化に対する q軸電流の変化を制限するように前記電流指令を生成する、請求の範囲第 1項に記載の電動機制御装置。

8 . 前記電流指令生成部は、前記トルク指令の増加に対して前記 q軸電流が単調増加となるように前記電流指令を生成する、請求の範囲第 7項に記載の電動機制御装置。

9 . 前記電流指令生成部は、前記トルク指令の変化に対する前記電動機の制御電圧の変化を制限するように前記電流指令を生成する、請求の範囲第 1項に記載の電動機制御装置。

1 0 . 前記電流指令生成部は、前記トルク指令の増加に対して前記制御電圧が単調増加となるように前記電流指令を生成する、請求の範囲第 9項に記載の電動機制御装置。

1 1 . 電動機に対する電流指令を生成する電流指令生成部と、

前記電流指令に基づいて前記電動機を制御する制御部と、

前記電動機の回転子と固定子との間に作用する磁気強制力のラジアル方向成分の変動を抑制するように前記電流指令を補正する補正部とを備える電動機制御装置。 .

- 1 2 . 前記補正部は、前記電動機の回転角毎に電流補正量が予め決定された補正マップを用いて、前記電動機の回転角に応じて前記電流指令を補正する、請求の範囲第 1 1項に記載の電動機制御装置。

1 3 . 前記磁気強制力のラジアル方向成分の変動を検出可能なセンサをさらに備、

前記補正部は、前記センサからの検出に基づいて前記電流指令を補正する、請求の範囲第 1 1項に記載の電動機制御装置。

1 4 . 前記補正部は、前記電動機の回転周波数の特定次数成分についてのみ前記電流指令を補正する、請求の範囲第 1 1項に記載の電動機制御装置。

1 5 . 前記電動機は、永久磁石型 3相交流同期電動機を含み、.

前記特定次数成分は、第 6次成分である、請求の範囲第 1 4項に記載の電動機制御装置。

1 6 . 車両走行用の駆動力を発生する電動機と、

' 前記電動機を制御する電動機制御装置とを備え、

前記電動機制御装置は、

前記電動機に対するトルク指令に基づいて電流指令を生成する電流指令生成部と、前記電流指令に基づいて前記電動機を制御する制御部とを含み、

前記電流指令生成部は、前記電動機の振動を抑制するように前記電動機のトルク毎に予め決定された電流位相を有する電流指令を前記トルク指令に基づいて生成する、車両。

1 7 . 車両走行用の駆動力を発生する電動機と、

前記電動機を制御する電動機制御装 Sとを備え、

前記電動機制御装置は、

前記電動機に対する電流指令を生成する電流指令生成部と、

前記電流指令に基づいて前記電動機を制御する制御部と、

前記電動機の回転子と固定子との間に作用する磁気強制力のラジアル方向成分の変動を抑制するように前記電流指令を補正する補正部とを含む、車両。