特許 6222834 モータ制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6222834

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】モータ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20171023BHJP

   H02P 29/00 20160101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   H02P27/06

   H02P29/00

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-6015(P2014-6015)

(22)【出願日】2014年1月16日

(65)【公開番号】特開2015-136218(P2015-136218A)

(43)【公開日】2015年7月27日

【審査請求日】2016年4月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立オートモティブシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】特許業務法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】明円 恒平

(72)【発明者】

【氏名】山田 博之

【審査官】 田村 惠里加

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−０９１６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５４０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０９９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１７０３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８８１２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２１／００−２５／０３；２５／０４；２５／０８−３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの回転角度を検出する角度検出器の検出角度に基づき、モータ電気角回転数を演算する回転数演算部と、
前記モータ電気角回転数に基づき、遮断すべき周波数を可変にするノッチフィルタ機能を有し、フィルタ後のモータ電気角回転数を出力するフィルタ部と、
前記フィルタ後のモータ電気角回転数とトルク指令に基づいて前記モータの電流を制御する電流制御部とを備え、
前記フィルタ部は、所定の遮断周波数以上の周波数を減衰させるローパスフィルタ機能をさらに有し、前記ノッチフィルタ機能および前記ローパスフィルタ機能を用いて、前記モータ電気角回転数にフィルタ処理を行い、
前記モータ電気角回転数が閾値以上の場合に、前記フィルタ部は、前記ノッチフィルタ機能を無効とすることを特徴とするモータ制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記閾値は、前記ローパスフィルタ機能による減衰量が所定の必要減衰量となる周波数に対応する回転数であることを特徴とするモータ制御装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記フィルタ部は、前記閾値に対応するモータ電気角周波数のＮ倍（Ｎは１０以上の所定値）以下の動作周波数で前記ノッチフィルタ機能を動作させることを特徴とするモータ制御装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
前記フィルタ部は、前記モータ電気角回転数が前記遮断周波数に対応する値以上の場合に、前記ノッチフィルタ機能と前記ローパスフィルタ機能とを合わせた減衰量が所定の目標値となるように、前記ノッチフィルタ機能の減衰量を調整することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のモータ制御装置において、
前記フィルタ部は、前記モータ電気角回転数、および前記角度検出器の特性に応じた値に基づいて、前記遮断すべき周波数を決定することを特徴とするモータ制御装置。

【請求項6】

請求項５に記載のモータ制御装置において、
前記回転数演算部は、前記角度検出器の検出角度に基づいて、前記モータのモータ電気角度を求め、更にこのモータ電気角度に基づいて前記モータ電気角回転数を求め、
前記フィルタ部は、前記モータ電気角回転数、前記モータの極対数、および前記角度検出器の軸倍角に基づいて、前記角度検出器の電気角回転周波数を求め、前記角度検出器の角度誤差が前記電気角回転周波数のｎ倍の周波数成分を持つ場合は、前記電気角回転周波数をｎ倍した周波数を前記ノッチフィルタ機能の遮断周波数とすることを特徴とするモータ制御装置。

【請求項7】

請求項６に記載のモータ制御装置において、
前記フィルタ部は、前記角度検出器の角度誤差が前記電気角回転周波数のｎ倍の周波数成分を複数有する場合は、夫々前記電気角回転周波数をｎ倍した周波数を前記ノッチフィルタ機能の遮断周波数とすることを特徴とするモータ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータの回転数を検出してモータを制御するモータ制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータをインバータにより制御するモータ制御装置ではモータの回転角度をレゾルバ等の角度検出器により検出し、モータのトルクを制御している。検出されたモータの回転角度は、モータ制御装置がモータの交流電流の検出結果をｄｑ軸電流に変換する際や、ｄｑ軸電圧指令を交流電圧指令に変換する際に使用される他、モータ回転数の演算に使用される。

【0003】

レゾルバにより検出された回転角度は、レゾルバの構造上、誤差が含まれ、その誤差の大きさはレゾルバの実角度（０〜３６０度）に対して一意の値に決まるため、レゾルバが回転してレゾルバの角度が０〜３６０度に変化すると誤差もそれに従い変化する。つまり、レゾルバの回転時には、回転角度の誤差はレゾルバの回転周波数に比例した成分を持つことになる。

【0004】

このような誤差を持った回転角度により演算されたモータ回転数にはレゾルバの回転周波数成分を持った誤差が含まれることになり、この誤差はモータ回転数を使用した処理に影響を及ぼすこととなる。例えばモータ回転数を回転数指令と一致するように制御する場合には、回転数指令が一定であっても、モータ回転数の演算結果に誤差が含まれるためモータ回転数に変動が生じることになる。

【0005】

特許文献１には、回転数指令とモータ回転数検出値の偏差にノッチフィルタをかけて、そのノッチフィルタの遮断周波数を回転数指令に応じて可変にすることで、速度偏差量を小さくする速度制御装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０６−１４１５７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、特許文献１に開示された速度制御装置では、遮断周波数が回転数指令に応じて決定されるため、回転数指令がモータ回転数と等しくならない状態では、角度検出器の誤差の影響を低減できない。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のモータ制御装置は、モータの回転角度を検出する角度検出器の検出角度に基づき、モータ電気角回転数を演算する回転数演算部と、モータ電気角回転数に基づき、遮断すべき周波数を可変にするノッチフィルタ機能を有し、フィルタ後のモータ電気角回転数を出力するフィルタ部と、フィルタ後のモータ電気角回転数とトルク指令に基づいてモータの電流を制御する電流制御部とを備え、フィルタ部は、所定の遮断周波数以上の周波数を減衰させるローパスフィルタ機能をさらに有し、ノッチフィルタ機能およびローパスフィルタ機能を用いて、モータ電気角回転数にフィルタ処理を行い、モータ電気角回転数が閾値以上の場合に、フィルタ部は、ノッチフィルタ機能を無効とすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、レゾルバなどの角度検出器の誤差の影響を低減して、より正確なモータ回転数を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施の形態に係わるモータ制御装置を含んだブロック図。

【図2】レゾルバの角度誤差を示す図。

【図3】フィルタ部のブロック図。

【図4】（ａ）〜（ｊ）角度検出からフィルタ後回転数までを示すグラフ。

【図5】第２の実施の形態に係わるフィルタ部のブロック図。

【図6】一次遅れフィルタとノッチフィルタ機能を合わせたフィルタのゲイン特性を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図面を参照してその構成を説明する。
図１はモータ制御装置２０を含むブロック図である。モータ制御装置２０の他に、直流電源１０、コンタクタ１１、直流電圧センサ１２、インバータ１３、モータ電流センサ１４、モータ１５、レゾルバ１６を備える。

【0012】

直流電源１０は、コンタクタ１１が閉状態の場合にインバータ１３へ電力を供給する。直流電源１０の電圧に相当する直流電圧は、直流電圧センサ１２により検出されてモータ制御装置２０へ送られる。

【0013】

インバータ１３は、６個のスイッチングを行う素子（たとえばＩＧＢＴ)を内蔵し、直流電源１０からの電力を直流から三相交流へ変換する。そして、モータ制御装置２０から送られるＰＷＭ信号に基づき、スイッチングを行う素子を制御し、モータ１５へ三相交流電圧を印加する。

【0014】

モータ１５は３相の巻線を有するステータと、磁石を内蔵したロータから構成され、巻線に電流が流れることで変化する磁束と磁石の磁力の関係によってトルクを発生する。

【0015】

モータ１５のモータ回転軸には負荷に相当する外乱トルクTdistが印加される。モータ電流センサ１４は、モータ１５を流れる３相分の電流を検出し、検出電流信号Imotはモータ制御装置２０へ送られる。

【0016】

レゾルバ１６は角度検出器であり、モータ１５の回転軸に取り付けられることでモータ１５と同期して回転し、モータ１５の回転軸の角度変化に応じて自身の角度も変化する。レゾルバ１６は、レゾルバ１６の電気角度情報を含んだ角度信号θをモータ制御装置２０へ送る。

【0017】

モータ制御装置２０は、外部装置５０からの外部指令４０に基づいてモータ１５が出力する出力トルクを決定する。そして、その出力トルクに相当する電流をモータ１５に流すために必要な交流電圧を演算し、その交流電圧をモータ１５へ印加するためのＰＷＭ信号を生成する。

【0018】

レゾルバ１６の電気角度情報を含んだ角度信号θはモータ制御装置２０の電気角度変換部２１に入力され、電気角度変換部２１は角度信号θをレゾルバ電気角度θsnsに変換する。

【0019】

モータ電気角度演算部２２は、レゾルバ電気角度θsnsからモータ１５の電気角度θelを算出する。レゾルバ１６の軸倍角をＸ、モータ１５の極対数をP.P.とすると、モータ１５の電気角度θelは、レゾルバ電気角度θsnsを(Ｘ÷P.P.）×３６０[deg]で除算した余りに、(P.P.÷Ｘ)を掛けることにより算出する。

【0020】

例えば、レゾルバ１６の軸倍角Ｘ=４、モータ１５の極対数P.P.=８とした場合は、モータ１５の電気角度θelは、レゾルバ電気角度θsnsを１８０で除算した余りに、２を掛けることにより算出する。

【0021】

レゾルバ１６の軸倍角Ｘとモータ１５の極対数P.P.は、モータ１５を制御する上で必要とされる制御分解能や回転数の最大値、及び出力トルクの仕様などから決定される。

【0022】

モータ電気角回転数演算部２３は、以下の式１に基き、現在時刻をｔとしてモータ１５の電気角度θelの一定時間Tの変化から電気角回転数ωelを演算する。
電気角回転数ωel（ｔ）＝［θel（ｔ）−θel（ｔ−T）］/T 式１

【0023】

フィルタ部２４は電気角回転数ωelにフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltを出力する。フィルタ部２４は、特定の遮断周波数の信号だけを通さず、それ以外の周波数の信号を通すノッチフィルタ機能を有し、遮断周波数は電気角回転数ωelに基づいて決定される。ノッチフィルタ機能のゲイン特性はその傾きが遮断周波数付近で急峻となっているものが望ましいが、遮断周波数においてあるゲインにまで減衰する特性を有していればその形態は問わない。

【0024】

極対数演算部２５は、フィルタ部２４によるフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltにモータ１５の極対数P.P.の逆数を掛けてモータ１５の機械角回転数ωmc_fltを算出し、回転数制御部２７およびトルク制限部２９へ出力する。

【0025】

モータ制御装置２０の外部にはモータ制御装置２０に周期的に指令を送る外部装置５０があり、通信部２６はその外部装置５０からの外部指令４０を受信し、各指令はモータ制御装置２０内の各ブロックへ送られる。外部装置５０は、例えば、車両制御装置などの電子制御ユニットである。

【0026】

通信部２６はモータ制御装置２０内で演算および計測された値を外部装置５０へ送信する。例えば、機械角回転数ωmc_fltは外部装置５０に周期的に送られ、外部装置５０はその値を用いてモータ制御装置２０に送る外部指令４０を演算する。

【0027】

回転数制御部２７は、外部回転数指令ωtrgtと機械角回転数ωmc_fltの偏差を０に近づけるために必要なトルク値を演算し、内部トルク指令Tωtrgtとして出力する。回転数制御部２７には、予め制御応答性や安定性、外乱に対するロバスト性などの性能が規定されており、この性能達成のためにPI制御や外乱トルク推定演算を用いて内部トルク指令Tωtrgtを演算する。外乱トルク推定演算は機械角回転数ωmc_fltを微分することで、回転軸に発生している加速度を求めて、そこから回転軸に作用している外乱トルクを推定し、その外乱トルクを打ち消すことで外乱に対するロバスト性を高める演算である。

【0028】

制限前トルク選択部２８は、外部モード指令MDtrgtがトルク制御を示す場合は外部トルク指令Ttrgtを出力し、外部モード指令MDtrgtが回転数制御を示す場合は内部トルク指令Tωtrgtを出力する。

【0029】

トルク制限部２９は、機械角回転数ωmc_fltに基づいて決定される内部トルク制限値及び外部トルク制限値Tlimtにより、入力されるトルク値を制限し、その結果をトルク指令Trq*として出力する。内部トルク制限値は、モータ１５の特性であるモータ回転数と出力可能な最大トルク値の関係から決定される。なお、トルク指令Trq*の決定にあたって、モータ１５やインバータ１３の保護のためのトルク制限を考慮しても良い。

【0030】

電流制御部３０は、トルク指令Trq*に相当するdq軸電流指令を生成する。そして、そのdq軸電流指令と検出電流信号Imotをモータ１５の電気角度θelに基づき３相/２相変換したdq軸検出電流値の偏差を０に近づけるために必要なdq軸電圧指令を算出する。そのdq軸電圧指令をモータ１５の電気角度θelに基づき２相/３相変換して３相電圧指令V*を演算する。また、電流制御部３０は、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの値に基いて３相電圧指令V*を決定するためのフィードフォワード制御量を演算する。

【0031】

電流制御部３０には、予め制御応答性や安定性などの性能が規定されており、この性能達成のためにフィードバック制御やフィードフォワード制御が使用される。フィードフォワード制御は、モータ１５の回転によりモータ１５の端子に発生する電圧を打ち消すものであり、機械角回転数ωmc_fltに基づいてモータ１５の誘起電圧やモータ１５のd軸とq軸で互いに干渉する電圧を演算し、それらの電圧を打ち消すことで電流制御の過渡応答性を高める制御である。

【0032】

ＰＷＭ生成部３１は、３相電圧指令V*に基づいてＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ信号をインバータ１３へ出力する。

【0033】

第１の実施の形態についてその作用を以下に説明する。
レゾルバ１６の構造上、レゾルバ１６からの角度信号θ、そしてこの角度信号θを変換したレゾルバ電気角度θsnsには角度誤差が含まれ、誤差の無い実角度(０〜３６０[deg])と角度誤差の関係は角度変化に対して常に一定であり、レゾルバ回転時には、角度誤差はレゾルバ１６の電気角回転周波数に比例した周波数成分を持つこととなる。

【0034】

図２はレゾルバ１６の電気角回転周波数に対して、角度誤差がその２倍の周波数成分を持つ場合のレゾルバ電気角度θsns（誤差あり）と実角度（誤差なし）との関係を示している。図中の実線k1で示すグラフが誤差のあるレゾルバ電気角度θsnsであり、図中の一点鎖線k2で示すグラフが誤差の無い実角度である。実角度 とレゾルバ電気角度θsnsの角度誤差の関係は実角度 (０〜３６０deg) に対して常に一定である。このように、レゾルバ１６の回転時には、角度誤差はレゾルバ１６の電気角回転周波数に比例した周波数成分を持つことがわかる。

【0035】

レゾルバ回転時に、角度誤差がレゾルバ１６の電気角回転周波数に対して何倍の周波数成分を持つかは、レゾルバ１６の構造等の特性に依存し、角度誤差はレゾルバ１６の電気角回転周波数に比例した複数の周波数成分を持つ場合もある。図２の実線k1で示すグラフは２倍の周波数成分を持つ場合のレゾルバ電気角度θsnsを示す。図２の点線k3で示すグラフは１倍の周波数成分を持つ場合のレゾルバ電気角度θsnsを示す。例えば、１倍と２倍の複数の周波数成分を持つ場合のレゾルバ電気角度θsnsは図中の点線k3で示したグラフと実線k1で示したグラフを合成したグラフになる。

【0036】

レゾルバ電気角度θsnsの誤差はモータ１５の電気角度θelに継承され、モータ１５の電気角度θelから演算される電気角回転数ωelにも誤差が含まれることとなり、電気角回転数ωelの誤差は角度誤差と同様にレゾルバ１６の電気角回転周波数に比例した周波数成分を持つ。

【0037】

レゾルバ１６とモータ１５は同期して回転し、モータ１５の極対数をP.P.、レゾルバ軸倍角をＸとすると、電気角回転数ωelを用いて、レゾルバ１６の電気角回転周波数は式２に基づいて演算される。
レゾルバ１６の電気角回転周波数=ωel×Ｘ÷P.P. 式２

【0038】

よって、この演算結果に応じてフィルタ部２４のノッチフィルタ機能の遮断周波数を決定することで、フィルタ部２４は電気角回転数ωelからレゾルバ１６の電気角回転周波数に比例する周波数成分を持つ誤差を低減したフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltを演算することができる。

【0039】

電気角回転数ωelは周期的に演算され、ノッチフィルタ機能の遮断周波数もその度に変化するため、モータ回転数がいくつであっても電気角回転数ωelの誤差は低減される。

【0040】

図２の実線で示すグラフのように、角度誤差がレゾルバ１６の電気角回転周波数の２倍の周波数成分を持つ場合は、式２で求めたレゾルバ１６の電気角回転周波数を２倍した周波数をノッチフィルタ機能の遮断周波数とすればよい。

【0041】

図３はフィルタ部２４の構成を示すブロック図である。電気角回転数ωelが入力される遮断周波数可変ノッチフィルタ２４１を備える。更に、式２によってレゾルバ１６の電気角回転周波数を求める回路２４２と、求めたレゾルバ１６の電気角回転周波数を２倍にして遮断周波数を求める回路２４３を備える。遮断周波数可変ノッチフィルタ２４１は電気角回転数ωelからレゾルバ１６の電気角回転周波数に比例する周波数成分を持つ誤差を低減したフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltを演算して出力する。

【0042】

レゾルバ１６の特性により遮断周波数が複数になる場合がある。このように、レゾルバ１６の角度誤差が電気角回転周波数のｎ倍の周波数成分を複数有する場合は、フィルタ部２４は、夫々電気角回転周波数をｎ倍した周波数をノッチフィルタ機能の遮断周波数とする。例えば、角度誤差がレゾルバ１６の電気角回転周波数の１倍および４倍の周波数成分を持つ場合は、図３の点線で示すように、レゾルバ１６の電気角回転周波数を１倍した周波数を求める回路２４４、およびレゾルバ１６の電気角回転周波数を４倍した周波数を求める回路２４５をノッチフィルタ機能の遮断周波数として追加する。

【0043】

角度誤差の周波数とレゾルバ１６の電気角回転周波数の関係が既知である場合はその関係からノッチフィルタ機能の遮断周波数を追加する。既知ではない場合はレゾルバ１６を回転させその角度及び回転数の波形からその関係を読み取ることが可能である。

【0044】

図４（ａ）〜（ｊ）にモータ回転数から、機械角回転数ωmc_fltまでの演算結果とノッチフィルタ機能のゲイン特性のグラフを示す。

【0045】

図４（ａ）〜（ｊ）において、モータ１５の極対数（P.P.)は８、モータ１５の回転数は１５００[rpm]、電気角回転数は１２０００[rpm](=１５００(rpm)×８(P.P.))とする。レゾルバ１６の軸倍角(Ｘ)は４とし、図２の実線で示すようにレゾルバ電気角度θsnsの誤差の周波数はレゾルバ１６の電気角回転周波数の２倍とする

【0046】

図４（ａ）に示すように、モータ１５の回転数が１５００[rpm]である場合、同期して回転しているレゾルバ１６の電気角回転周波数は、図４（ｂ）に示すように、１００[Hz]（=１５００(rpm)÷６０(秒)×４（Ｘ)）となる。

【0047】

よって、図４（ｃ）に示すように、レゾルバ電気角度θsnsは０〜３６０[deg]まで１００[Hz]で変化し、図４（ｄ）に示すように、レゾルバ電気角度θsnsに含まれる誤差の周波数はレゾルバ１６の電気角回転周波数×２となる。

【0048】

図４（ｅ）に示すように、モータ１５の電気角度θelは、レゾルバ電気角度θsnsを基にモータ電気角度演算部２２によって求める。そして、図４（ｆ）に示すように、電気角回転数ωelはモータ１５の電気角度θelを基にモータ電気角回転数演算部２３によって求める。

【0049】

ここで、図４（ｇ）に示すように、電気角回転数ωelの誤差は+/-１００[rpm]になるとする。これはレゾルバ電気角度θsnsの誤差の大きさと電気角回転数ωelを演算する周期から決まる値であり、この値がいくつであっても後の説明に影響はないが、説明を容易にするために+/-１００[rpm]とする。

【0050】

図４（ｈ）に示すように、ノッチフィルタ機能の遮断周波数は電気角回転数ωelより求まり、ゲイン特性は中央値を２００[Hz]とした遮断周波数を持つ特性となる。遮断周波数 = ２００±２[Hz]=１２０００±１００(rpm)÷６０(秒)÷８(P.P)×４(X)×２(倍)

【0051】

この特性により電気角回転数ωelをフィルタ部２４でフィルタ処理することにより、図４（ｉ）に示すように、誤差が低減されたフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltが得られる。図４（ｊ）に示すように、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltは、極対数演算部２５により機械角回転数ωmc_fltが算出される。

【0052】

ここで、ノッチフィルタ機能のゲイン特性において２００[Hz]での減衰量を-２０[db]（=１０[%]）としているが、この値は電気角回転数ωelの誤差をどれだけ低減させる必要があるかによって決定される。

【0053】

第１の実施の形態についてその効果を以下に説明する。
誤差が低減されたフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltまたは機械角回転数ωmc_fltを使用することにより以下の効果がある。

【0054】

（１）回転数制御部２７ の効果
回転数制御部２７は、機械角回転数ωmc_fltに基づいてPI制御や外乱トルク推定演算を行うことで内部トルク指令Tωtrgtを演算するため、本実施の形態により誤差が低減されていない場合と比較して内部トルク指令Tωtrgtがより正確に演算される。その結果、回転数制御の性能を向上することができる。

【0055】

具体的には、回転数制御の性能として規定される定常的な回転数変動の低減と回転数指令がステップ的に変化した際のステップ応答の性能を向上させることができる。これは、ノッチフィルタ機能が電気角回転数ωelから誤差の周波数帯のみを減衰させ、他のステップ応答に必要となる周波数帯は通過させるためである。

【0056】

外乱トルク推定演算においても被微分対象である機械角回転数ωmc_fltの誤差が低減されているため、微分処理により誤差分が増幅される量も低減され、本実施の形態が無い場合に比べ外乱トルク推定演算の精度と応答性を向上することができる。

【0057】

ノッチフィルタ機能の遮断周波数が回転数指令ではなく、電気角回転数ωelに基づいて決定されるため、回転数指令と機械角回転数ωmc_fltが一致しない状態でも誤差を低減することができる。回転数指令と機械角回転数ωmc_fltが一致しない状態としては、回転数指令が変化し、モータ回転数が指令値に向かって変化している過渡状態や外乱トルクの印加またはTlimtの変化によりモータ回転数を回転数指令に一致させるのに必要なトルクが出力できない状態が想定される。

【0058】

（２）通信部２６の効果
通信部２６は、外部装置５０へ機械角回転数ωmc_fltを送信し、外部装置５０は機械角回転数ωmc_fltの値に基づいてモータ制御装置２０へ送る外部トルク指令Ttrgtや外部回転数指令ωtrgtなどの指令を演算するが、機械角回転数ωmc_fltの誤差が低減されているので、より正確な外部トルク指令Ttrgtや外部回転数指令ωtrgtを演算することができる。

【0059】

（３）トルク制限部２９の効果
トルク制限部２９は、機械角回転数ωmc_fltの誤差が低減されているので、機械角回転数ωmc_fltの値に基づいてモータ１５が出力できるトルク上下限値をより正確に演算することができる。

【0060】

（４）電流制御部３０の効果
電流制御部３０は、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの誤差は低減されているので、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの値に基いて３相電圧指令V*を決定するためのフィードフォワード制御量をより正確に演算することができる。

【0061】

なお、上記（２）〜（４）はトルク制御モード、回転数制御モードのどちらの場合でも効果がある。

【0062】

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図面を参照してその構成を説明する。
第２の実施の形態の構成は、図１に示した第１の実施の形態のブロック図と同様であるので、その構成の説明を省略する。第２の実施の形態においては、フィルタ部２４が第１の実施の形態と異なる。

【0063】

図５に第２の実施の形態のフィルタ部２４のブロック図を示す。フィルタ部２４はノッチフィルタ機能に加えローパスフィルタ機能を備えている。ローパスフィルタの形態は移動平均フィルタなどその形態は特に問わないが、ここでは一般的に広く使用されている一次遅れフィルタ２４６を使用する。

【0064】

電気角回転数ωelは、フィルタ部２４において、はじめに一次遅れフィルタ２４６により一次遅れフィルタ処理がかけられ、次に、前述の式２によってレゾルバ１６の電気角回転周波数を求める回路２４２と、求めたレゾルバ１６の電気角回転周波数を２倍にして遮断周波数を求める回路２４３によりノッチフィルタ処理がかけられる。一次遅れフィルタ２４６によるフィルタの処理とノッチフィルタ処理の順番はどちらが先であっても後述の実施の形態の効果に影響はないが、ここでは上記の順番とする。

【0065】

一次遅れフィルタ２４６の遮断周波数は、フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの演算に必要とされる時定数から決定される。フィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの演算に必要とされる時定数は機械角回転数ωmc_fltの演算に必要とされる時定数から決定され、例えば回転数制御において回転数制御のステップ応答の性能規定が時定数１００[ms]の場合、機械角回転数ωmc_flt演算に必要とされる時定数はその１０分の１以下、つまり１０[ms]以下にすることが望ましい。これによりステップ応答時に時定数１００[ms]で変化する機械角回転数ωmc_fltの変化を捕らえることができるからである。

【0066】

第２の実施の形態についてその作用、効果を以下に説明する。
回転数制御におけるステップ応答の性能規定を時定数１００[ms]とすると一次遅れフィルタ２４６の時定数は１０[ms]、遮断周波数は１００[rad/s]と決定され、電気角回転数ωelの誤差低減に必要な減衰量を第１の実施の形態と同様に１０[%]とすると、遮断周波数１００[rad/s]の一次遅れフィルタ２４６では、１０００[rad/s]≒１５９[Hz]において減衰量が１０[%]となるため、電気角回転数ωelに含まれる回転数誤差の周波数が１５９[Hz]を超えるモータ回転数においてはノッチフィルタ機能なしで電気角回転数ωelの誤差を１０[%]に低減できる。

【0067】

図４に示す条件、すなわち、モータ１５の極対数（P.P) =８、モータ１５の回転数 = １５００[rpm] とすると、電気角回転数 =１２０００[rpm] ( = １５００(rpm)×８(P.P.) ) である。レゾルバ １６の軸倍角(Ｘ) = ４とし、図２のようにθsnsの誤差の周波数 は レゾルバ電気角回転周波数の２倍とした条件でモータ回転数を求めると次のようになる。まず、モータ電気角周波数は１５９[Hz](=１５９[Hz]/２)×８(P.P.)/ ４(Ｘ ) である。よって、モータ回転数は、１１９３[rpm] (=１５９[Hz] ×６０[rpm]/８(P.P.))となる。

【0068】

ノッチフィルタ機能の効果を適切に発揮させるためには、低減対象となる電気角回転数ωelの誤差周波数の最低でも１０倍以上の周波数でノッチフィルタ機能を動作させる必要がある。そのため、周波数１５９[Hz]に対してノッチフィルタ機能は最低でも１５９０[Hz]=６２９[μs]周期で動作させればよく、これ以上のモータ回転数ではノッチフィルタ機能を無効にすればよい。

【0069】

一方、一次遅れフィルタ２４６を使用しない場合は、モータ回転数の上限値に応じてノッチフィルタ機能の動作周波数を高くする必要がある。つまり、一次遅れフィルタ２４６とノッチフィルタを組み合わせることで、モータ回転数全域において回転数誤差の減衰１０%を達成できる上、モータ回転数と一次遅れフィルタ２４６の時定数より決定される周波数の値にノッチフィルタ機能の動作周波数を下げることができるので、モータ制御装置２０の演算負荷増加を抑制できる効果がある。

【0070】

図６に一次遅れフィルタとノッチフィルタ機能を合わせたフィルタのゲイン特性を示す。図６に示すように、電気角回転数ωelが１００[rad/s]以上では電気角回転数ωelの値に応じてノッチフィルタ機能の減衰量を調整し、一次遅れフィルタ２４６とノッチフィルタ機能の両フィルタにより減衰量が目標値となるようにしても良い。ノッチフィルタの遮断周波数は電気角回転数ωelにより可変である。

【0071】

以上、回転数制御時の効果について記載したが、トルク制御においてもフィルタ処理後の電気角回転数ωel_fltの演算に必要とされる時定数が規定されている場合はノッチフィルタ機能とローパスフィルタを組み合わせることで同様な効果を得ることができる。

【0072】

（変形例）
本発明は、以上説明した第１および第２の実施の形態を次のように変形して実施することができる。

【0073】

（１）角度検出器の一例としてレゾルバ１６を例に説明したが、レゾルバ１６と同様の特性を有する角度検出器であれば同様に実施することができる。

【0074】

（２）第２の実施の形態では、フィルタ部２４は、式２によってレゾルバ１６の電気角回転周波数を求める回路２４２と、求めたレゾルバ１６の電気角回転周波数を２倍にして遮断周波数を求める回路２４３を備える構成とした。しかし、第１の実施の形態と同様に、レゾルバ１６の角度誤差が電気角回転周波数のｎ倍の周波数成分を複数有する場合は、フィルタ部２４は、夫々電気角回転周波数をｎ倍した周波数をノッチフィルタ機能の遮断周波数とする。例えば、角度誤差がレゾルバ１６の電気角回転周波数を１倍および４倍の周波数成分を持つ場合は、レゾルバ１６の電気角回転周波数を１倍した周波数を求める回路２４４、およびレゾルバ１６の電気角回転周波数を４倍した周波数を求める回路２４５をノッチフィルタ機能の遮断周波数として追加する。

【0075】

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）モータ制御装置２０は、モータ１５の回転角度を検出するレゾルバ１６の検出角度に基づき、モータ電気角回転数を演算するモータ電気角回転数演算部２３と、モータ電気角回転数に基づき、遮断すべき周波数を可変にするノッチフィルタ機能を有し、フィルタ後のモータ電気角回転数を出力するフィルタ部２４と、フィルタ後のモータ電気角回転数とトルク指令に基づいてモータ１５の電流を制御する電流制御部３０とを備えている。よって、レゾルバ１６などの角度検出器の角度誤差の影響を低減して、より正確なモータ回転数を求めることができる。

【0076】

本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施の形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１０ 直流電源
１１ コンタクタ
１２ 直流電圧センサ
１３ インバータ
１４ モータ電流センサ
１５ モータ
１６ レゾルバ
２０ モータ制御装置
２１ 電気角度変換部
２２ モータ電気角度演算部
２３ モータ電気角回転数演算部
２４ フィルタ部
２５ 極対数演算部
２６ 通信部
２７ 回転数制御部
２８ 制限前トルク選択部
２９ トルク制限部
３０ 電流制御部
３１ ＰＷＭ生成部
５０ 外部装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】