特開 2024-125627 モータ制御装置およびモータ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125627

(43)【公開日】2024-09-19

(54)【発明の名称】モータ制御装置およびモータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/05 20060101AFI20240911BHJP

   H02P 21/22 20160101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

H02P21/05

H02P21/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033566

(22)【出願日】2023-03-06

(71)【出願人】

【識別番号】000237592

【氏名又は名称】株式会社デンソーテン

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】李 国棟

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505AA19

5H505BB04

5H505CC04

5H505DD03

5H505EE41

5H505EE49

5H505GG04

5H505HA09

5H505HA10

5H505HB02

5H505JJ03

5H505JJ26

5H505KK05

5H505LL01

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL41

5H505LL54

5H505LL58

(57)【要約】

【課題】モータ効率を低下させることなくトルクリプルを抑制することができるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供すること。
【解決手段】本願に係るモータ制御装置は、三相交流のモータを駆動制御するモータ制御装置であって、コントローラを有する。コントローラは、モータへ入力される電流の実測値に含まれる高調波成分を基本波座標から高調波座標へ変換し、高調波座標において、高調波成分の電流値が小さくなるようにフィードバック制御を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相交流のモータを駆動制御するモータ制御装置であって、
前記モータへ入力される電流の実測値に含まれる高調波成分を基本波座標から高調波座標へ変換し、前記高調波座標において、前記高調波成分の電流値が小さくなるようにフィードバック制御を行うコントローラを備える
モータ制御装置。

【請求項2】

前記コントローラは、
前記フィードバック制御により前記高調波成分を抑制するための抑制信号を生成し、前記抑制信号を前記高調波座標から前記基本波座標へ変換し、変換した前記抑制信号を加えた電圧指令を前記モータへ出力する
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記コントローラは、
前記高調波成分を次数毎に前記基本波座標から前記高調波座標に変換して前記フィードバック制御を行う
請求項１または２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記コントローラは、
正相分および逆相分の次数の前記高調波成分が小さくなるように前記フィードバック制御を行う
請求項３に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

前記コントローラは、
前記モータへ入力される電流のひずみ率を算出し、前記ひずみ率が予め定められた閾値以上である場合に、前記フィードバック制御を行う
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

前記コントローラは、
前記高調波成分の電流がゼロになるように前記フィードバック制御を行う
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項7】

三相交流のモータを駆動制御するモータ制御装置が実行するモータ制御方法であって、
前記モータへ入力される電流の実測値に含まれる高調波成分を基本波座標から高調波座標へ変換し、前記高調波座標において、前記高調波成分の電流値が小さくなるようにフィードバック制御を行う
モータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、三相モータの出力トルクに発生する高調波の脈動（以下、トルクリプル）を抑制する技術が提案されている。例えば、特許文献１では、指令トルクに応じた指令信号（電流値一定の信号）に、予めトルクリプルを相殺するための高調波の信号を重畳させることで、出力トルクに発生するトルクリプルを抑制する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１００５１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術では、高調波の信号を重畳させているが、この際に重畳させる信号によっては、指令信号である正弦波のひずみが大きくなってしまう。ひずみが大きい指令信号がインバータに入力されると、インバータやモータにおける電流損失が大きくなってしまうため、最終的なモータ効率が低下してしまうおそれがある。

【0005】

本願は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ効率を低下させることなくトルクリプルを抑制することができるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願に係るモータ制御装置は、三相交流のモータを駆動制御するモータ制御装置であって、コントローラを有する。前記コントローラは、前記モータへ入力される電流の実測値に含まれる高調波成分を基本波座標から高調波座標へ変換し、前記高調波座標において、前記高調波成分が小さくなるようにフィードバック制御を行う。

【発明の効果】

【0007】

実施形態の一態様によれば、モータ効率を低下させることなくトルクリプルを抑制することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、モータ制御システムの構成例を示すブロック図である。

【図2】図２は、モータ制御装置が実行する全体処理の処理手順を示すフローチャートである。

【図3】図３は、モータ制御装置が実行する高調波制御の処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本願に係るモータ制御装置およびモータ制御方法を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本願に係るモータ制御装置およびモータ制御方法が限定されるものではない。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

【0010】

また、実施形態において、「実測値」と記載している各種値のうち、実際にセンサから取得するＵ、Ｖ、Ｗ相の電流実測値以外の実測値については、この電流実測値から演算等を行って求めた値を指す。

【0011】

まず、図１を用いて、実施形態に係るモータ制御システムについて説明する。図１は、モータ制御システムＳの概要を示すブロック図である。モータ制御システムＳは、電気自動車や、ハイブリッド車両（電気および燃料）に搭載され、かかる車両の走行駆動に用いられるモータを制御する。

【0012】

図１に示すように、実施形態に係るモータ制御システムＳは、モータ制御装置１と、車両制御装置１００と、モータ２００と、レゾルバー３００とを備える。

【0013】

車両制御装置１００は、車両の走行駆動に関する制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。車両制御装置１００は、運転者のアクセル操作量（ペダル踏込量）に応じた要求トルクを算出し、算出した要求トルクをトルク指令としてモータ制御装置１へ出力する。

【0014】

モータ２００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電源で駆動する三相モータである。モータ２００は、不図示の駆動輪に接続され、モータ２００で発生させたトルク（出力トルク）を駆動輪に出力する。

【0015】

レゾルバー３００は、モータ２００の回転角度を検出する回転角センサであり、図１では、１相励磁２相出力型のレゾルバーを示している。レゾルバー３００は、励磁回路３１０と、ＳＩＮ／ＣＯＳ信号検出回路３２０とを備える。励磁回路３１０は、モータ制御装置１から出力される所定電圧の信号を正弦波の電圧信号である励磁信号に変換し、レゾルバー３００が有する三相のいずれかの相へ励磁信号を出力する。

【0016】

ＳＩＮ／ＣＯＳ信号検出回路３２０は、モータ２００の回転角度に応じて励磁信号が変換された検出信号を検出する。具体的には、ＳＩＮ／ＣＯＳ信号検出回路３２０は、励磁信号が回転角度に応じて変換された正弦波の検出信号と、余弦波の検出信号とを残りの二相それぞれから検出してモータ制御装置１へ出力する。

【0017】

モータ制御装置１は、コントローラ２と、インバータ３と、電圧検出部４と、ゲート駆動回路５とを備える。コントローラ２は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスクドライブ、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。また、コントローラ２は、たとえば、不揮発性メモリやフラッシュメモリ、ハードディスクドライブといった記憶デバイスで構成される不図示の記憶部を備える。コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって機能する。

【0018】

インバータ３は、モータ２００を駆動する交流の駆動信号を生成してモータ２００へ出力する。インバータ３は、直流電源３１と、平滑化用のコンデンサ３２と、スイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ６とを備える。スイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ６は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳ－ＦＥＴ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 等のパワーデバイスによって構成される。

【0019】

スイッチ素子ＳＷ１は、ハイサイド側（上段側）のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＵ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子ＳＷ３は、ハイサイド側のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＶ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子ＳＷ５は、ハイサイド側のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＷ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子ＳＷ２は、ローサイド側（下段側）のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＵ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子ＳＷ４は、ローサイド側のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＶ相に対応したスイッチ素子である。スイッチ素子ＳＷ６は、ローサイド側のスイッチ素子であり、３相の交流電力におけるＷ相に対応したスイッチ素子である。なお、以下では、スイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ６を特に区別しない場合、スイッチ素子ＳＷと総称する。

【0020】

インバータ３は、直流電源３１の直流電力をスイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ６のスイッチ制御により３相の交流電力に変換してモータ２００へ供給することで、モータ２００を駆動する。

【0021】

電圧検出部４は、インバータ３の両端電圧を検出してモータ制御装置１へ出力する。ゲート駆動回路５は、モータ制御装置１から出力されるＰＷＭ信号に従って、スイッチ素子ＳＷ１～ＳＷ６それぞれのオン／オフを制御する。

【0022】

ここで、コントローラ２について詳細に説明する。図１に示すように、コントローラ２は、第１コア２１、第２コア２２および第３コア２３の３つのコアによって構成される。

【0023】

第１コア２１は、インバータ３の基本的な制御全般を担う。具体的には、第１コア２１は、ゲート駆動回路５に出力されるＰＷＭ信号のベースとなる基本電圧の信号を生成する。この基本電圧の信号は、モータ２００で発生する高調波のトルクリプルを相殺する成分が含まれているため、モータ２００へ入力される電流が正弦波となる。なお、第１コア２１が行う制御の詳細については後述する。

【0024】

第２コア２２は、第１コア２１の監視および本開示における高調波制御を行う。具体的には、第２コア２２は、インバータ３からモータ２００へ入力される電流に含まれる高調波成分を除去する高調波制御を行う。具体的には、第２コア２２は、上記の高調波の電流実測値を基本波座標から高調波座標に変換し、高調波座標において、高調波の電流実測値のみが小さくなるようにフィードバック制御を行う。これにより、モータ２００へ入力される電流の高調波成分のみを精度よく除去することができる。この結果、モータ２００へ入力される正弦波の電流のひずみが改善するため、インバータ３やモータ２００で生じる電流損失を小さくできる。すなわち、本開示のモータ制御装置１によれば、上記の高調波制御を行うことで、モータ効率を低下させることなくトルクリプルを抑制することができる。なお、第２コア２２が行う高調波制御の詳細については後述する。

【0025】

第３コア２３は、コントローラ２の異常管理を行う。第３コア２３は、異常管理部２３１と、モード切替部２３２とを備える。異常管理部２３１は、コントローラ２のハードウェアに起因する異常を検出する。異常管理部２３１は、コントローラ２のハードウェア異常を検出した場合に、モード切替部２３２に異常発生を通知する。モード切替部２３２は、異常管理部２３１から異常発生の通知を受け付けた場合に、安全モードに切り替える。安全モードは、例えば、モータ２００の回転数や出力トルクを制限するモードである。

【0026】

次に、第１コア２１の制御内容について詳細に説明する。図１に示すように、第１コア２１は、基本波電流指令部２１ａと、ＰＩ制御部２１ｂと、電圧指令部２１ｃと、切替部２１ｄと、ＰＷＭ制御部２１ｅと、計測部２１ｆと、電流変換部２１ｇと、角度処理部２１ｈと、速度生成部２１ｉとを備える。

【0027】

基本波電流指令部２１ａは、車両制御装置１００から受け付けたトルク指令に従って、要求トルクを満たす電流指令値を算出して出力する。具体的には、基本波電流指令部２１ａは、電圧検出部４が検出した直流電源３１のバッテリ電圧Ｖｄｃ（Ｖｄｃ１）と、速度生成部２１ｉから出力されたモータ回転数ω＿ａｃｔ１とに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ１およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ１を算出し減算器へ出力する。なお、減算器には、後述する電流変換部２１ｇから出力されるｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ１およびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ１が入力される。

【0028】

なお、このｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ１およびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ１は、モータ２００で発生するトルクリプルの高調波成分を含んでいる。このため、減算器により、一定値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ１およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ１から減算することで、ｄ軸誤差信号Ｉｄ＿ｅｒｒ１およびｑ軸誤差信号Ｉｑ＿ｅｒｒ１は高調波成分を含んだ正弦波の信号となる。

【0029】

ＰＩ制御部２１ｂは、基本波電流指令部２１ａから出力された電流指令値と、電流変換部２１ｇから出力された電流実測値との誤差がゼロとなるようにフィードバック制御を実施する。具体的には、ＰＩ制御部２１ｂは、減算器から出力される誤差信号に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ１およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ１を出力する。より具体的には、ＰＩ制御部２１ｂは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ１およびｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ１の誤差を示すｄ軸誤差信号Ｉｄ＿ｅｒｒ１と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ１およびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ１の誤差を示すｑ軸誤差信号Ｉｑ＿ｅｒｒ１とに基づいてフィードバック制御を行う。すなわち、ＰＩ制御部２１ｂは、正弦波であるｄ軸誤差信号Ｉｄ＿ｅｒｒ１およびｑ軸誤差信号Ｉｑ＿ｅｒｒ１と逆位相の電流値となる電流指令信号を生成する。そして、ＰＩ制御部２１ｂは、フィードバック制御により生成した電流指令信号を電圧値に変換したｄ軸電圧指令値Ｖｄ１およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ１を電圧指令部２１ｃへ出力する。

【0030】

電圧指令部２１ｃは、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ１およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ１をＵ相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ１およびＷ相電圧指令値Ｖｗ１に変換して切替部２１ｄへ出力する。また、電圧指令部２１ｃは、第２コア２２における電圧指令部２２ｄおよび切替部２２ｅの間の加算器に各相の電圧指令値を出力する。

【0031】

切替部２１ｄは、電圧指令部２１ｃから入力されたＵ相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ１およびＷ相電圧指令値Ｖｗ１をＰＷＭ制御部２１ｅへ出力するか否かを切り替える。具体的には、切替部２１ｄは、インバータ３からモータ２００へ入力される電流のひずみ率に基づいて切替制御を行う。

【0032】

ひずみ率は、ひずみ率ＴＨＤ、電流基本波（１次）の電流実測値Ｉ_１、電流高調波（２次以上）の電流実測値Ｉ_ｎ、高調波の次数ｎとして下記式（１）によって算出される。なお、ひずみ率は、例えば、コントローラ２あるいはコントローラ２以外の外部装置によって算出される。

【0033】

【数1】

【0034】

例えば、切替部２１ｄは、ひずみ率が閾値未満である場合には、切替信号Ｅｎ＿Ｈａｒｍとして「０」が入力され、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ１およびＷ相電圧指令値Ｖｗ１をＰＷＭ制御部２１ｅへ出力する。

【0035】

一方、切替部２１ｄは、ひずみ率が閾値以上である場合には、切替信号Ｅｎ＿Ｈａｒｍとして「１」が入力され、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ１およびＷ相電圧指令値Ｖｗ１のＰＷＭ制御部２１ｅへの出力を禁止する。なお、詳細は後述するが、切替信号Ｅｎ＿Ｈａｒｍが「１」の場合、第１コア２１からＰＷＭ信号は出力されず、第２コア２２からＰＷＭ信号が出力される。

【0036】

ＰＷＭ制御部２１ｅは、切替部２１ｄが出力したＵ相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ１およびＷ相電圧指令値Ｖｗ１に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相それぞれにおける電圧のデューティ比を決定する。ＰＷＭ制御部２１ｅは、決定したデューティ比のＰＷＭ信号を生成してゲート駆動回路５へ出力する。

【0037】

計測部２１ｆは、インバータ３からモータ２００へ出力される電流を計測する。具体的には、計測部２１ｆは、Ｕ相電流実測値Ｉｕ１、Ｖ相電流実測値Ｉｖ１およびＷ相電流実測値Ｉｗ１を計測し、電流変換部２１ｇへ出力する。

【0038】

電流変換部２１ｇは、計測部２１ｆが計測したＵ相電流実測値Ｉｕ１、Ｖ相電流実測値Ｉｖ１およびＷ相電流実測値Ｉｗ１をｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ１およびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ１に変換する。

【0039】

角度処理部２１ｈは、ＳＩＮ／ＣＯＳ信号検出回路３２０によって検出された検出信号に基づいて、モータ２００の回転角度を検出する。具体的には、角度処理部２１ｈは、検出信号および励磁信号の位相差に基づいてモータ２００の回転角度を検出する。角度処理部２１ｈは、検出した回転角度θ＿ａｃｔ１を速度生成部２１ｉへ出力する。

【0040】

速度生成部２１ｉは、角度処理部２１ｈによって検出されたモータ２００の回転角度に基づいてモータ回転数（回転速度）を検出する。速度生成部２１ｉは、検出したモータ回転数ω＿ａｃｔ１を基本波電流指令部２１ａへ出力する。

【0041】

次に、第２コア２２の制御内容について詳細に説明する。第２コア２２は、高調波電流指令部２２ａと、ＰＩ制御部２２ｂと、座標変換部２２ｃと、電圧指令部２２ｄと、切替部２２ｅと、ＰＷＭ制御部２２ｆと、計測部２２ｇと、電流変換部２２ｈと、ＨＰＦ２２ｉと、座標変換部２２ｊと、ＬＰＦ２２ｋと、角度処理部２２ｌと、速度生成部２２ｍと、角度／速度比較部２２ｎと、異常管理部２２ｏと、モード切替部２２ｐとを備える。

【0042】

高調波電流指令部２２ａは、高調波の電流指令値を出力する。具体的には、高調波電流指令部２２ａは、車両制御装置１００からトルク指令を受け付けたタイミングで、高調波の電流指令値を出力する。高調波の電流指令値は、例えば、０に設定される。具体的には、高調波電流指令部２２ａは、高調波の電流指令値を次数毎に設定する。例えば、高調波電流指令部２２ａは、５次、７次、１１次および１３次それぞれの高調波の電流指令値を０に設定する。すなわち、高調波電流指令部２２ａは、正相分および逆相分の次数の電流指令値を０に設定する。これにより、後述するＰＩ制御部２２ｂにおいて、正相分および逆相分の次数の高調波が小さくなるようにフィードバック制御することができるようになる。このように、正相分および逆相分の両方の次数の高調波を抑制することで、モータ２００に入力される電流のひずみ低減を最大化することができる。

【0043】

なお、高調波電流指令部２２ａは、１３次以上の次数（例えば、１７次、１９次、２３次、２５次、およびそれ以上次数）の高調波の電流指令値を設定してもよい。あるいは、高調波電流指令部２２ａは、上記次数のうち、予め定められた次数のみ電流指令値を設定してもよい。

【0044】

例えば、高調波電流指令部２２ａは、高調波成分のうち、５次および１１次等の逆相分電流のみ、あるいは、７次および１３次等の正相分電流のみ電流指令値を設定してもよい。

【0045】

また、高調波の電流指令値は、０に限定されるものではなく、限りなく０に近い値が設定されてもよい。

【0046】

なお、減算器には、高調波電流指令部２２ａから出力される次数毎の高調波の電流指令値と、後述するＬＰＦ２２ｋから出力されるｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ２^＊＿ｌｐｆおよびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ２^＊＿ｌｐｆとが入力される。

【0047】

なお、このｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ２^＊＿ｌｐｆおよびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ２^＊＿ｌｐｆは、モータ２００で発生するトルクリプルの高調波成分を含んでいる。このため、減算器により、一定値（ゼロ）であるｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ２およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ２から減算することで、ｄ軸誤差信号Ｉｄ＿ｅｒｒ２およびｑ軸誤差信号Ｉｑ＿ｅｒｒ２は次数毎の高調波成分を含んだ正弦波の信号となる。

【0048】

ＰＩ制御部２２ｂは、後述する座標変換部２２ｊによって変換された高調波座標において、高調波の電流実測値が小さくなるようにフィードバック制御を行う。具体的には、ＰＩ制御部２２ｂは、高調波電流指令部２２ａから出力された高調波の電流指令値（ゼロ）と、ＬＰＦ２２ｋから出力された高調波の電流実測値との誤差がゼロとなるようにフィードバック制御を実施する。より具体的には、ＰＩ制御部２２ｂは、減算器から出力される誤差信号に基づいて、高調波を抑制するための抑制信号であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２^＊を生成する。より具体的には、ＰＩ制御部２２ｂは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｆ２およびｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ２^＊＿ｌｐｆの誤差を示すｄ軸誤差信号Ｉｄ＿ｅｒｒ２と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＿ｒｅｆ２およびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ２^＊＿ｌｐｆの誤差を示すｑ軸誤差信号Ｉｑ＿ｅｒｒ２とに基づいてフィードバック制御を行う。すなわち、ＰＩ制御部２２ｂは、正弦波であるｄ軸誤差信号Ｉｄ＿ｅｒｒ１およびｑ軸誤差信号Ｉｑ＿ｅｒｒ１と逆位相の電流値となる抑制信号を生成する。なお、抑制信号は、高調波の次数毎に生成される。ＰＩ制御部２２ｂは、フィードバック制御により生成した次数毎の抑制信号を電圧値に変換したｄ軸電圧指令値Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２^＊を座標変換部２２ｃへ出力する。

【0049】

座標変換部２２ｃは、次数毎のｄ軸電圧指令値Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２^＊（電圧値に変換された抑制信号）の座標を、高調波座標から基本波座標に次数毎に変換する。高調波座標から基本波座標への変換は、５次が式（２）を用い、７次が式（３）を用い、１１次が式（４）を用い、１３次が式（５）を用いる。また、式（２）の変換行列は、式（６）を用い、式（３）の変換行列は、式（７）を用い、式（４）の変換行列は、式（８）を用い、式（５）の変換行列は、式（９）を用いる。なお、式（６）～（９）におけるθは、モータ回転角度である。

【0050】

【数2】

【0051】

【数3】

【0052】

【数4】

【0053】

【数5】

【0054】

【数6】

【0055】

【数7】

【0056】

【数8】

【0057】

【数9】

【0058】

座標変換部２２ｃは、次数毎に生成されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ２^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２^＊を基本座標に変換して、１組のｄ軸電圧指令値Ｖｄ２およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２に合成する。座標変換部２２ｃは、基本波座標に変換して合成したｄ軸電圧指令値Ｖｄ２およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２を電圧指令部２２ｄへ出力する。

【0059】

電圧指令部２２ｄは、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ２およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ２をＵ相電圧指令値Ｖｕ２、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ２およびＷ相電圧指令値Ｖｗ２に変換して出力する。Ｕ相電圧指令値Ｖｕ２、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ２およびＷ相電圧指令値Ｖｗ２は、第１コア２１の電圧指令部２１ｃで生成されたＵ相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ１およびＷ相電圧指令値Ｖｗ１が加算器で加算されて切替部２２ｅに入力される。

【0060】

つまり、切替部２２ｅへ入力される電圧指令値は、第１コア２１の電圧指令部２１ｃで生成された基本電圧となる電圧指令値に、第２コア２２の電圧指令部２２ｄが生成した高調波成分を抑制するための電圧指令値を加えた電圧指令値となる。言い換えれば、基本電圧の高調波成分が抑制された（正弦波のひずみが改善した）電圧指令値が切替部２２ｅへ入力される。これにより、基本電圧によるトルクリプルの抑制効果と、正弦波のひずみ抑制効果とを両立することができる。

【0061】

切替部２２ｅは、加算器から出力されたＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値およびＷ相電圧指令値をＰＷＭ制御部２２ｆへ出力するか否かを切り替える。具体的には、切替部２２ｅは、インバータ３からモータ２００へ入力される電流のひずみ率に基づいて切替制御を行う。

【0062】

例えば、切替部２２ｅは、ひずみ率が閾値未満である場合には、切替信号Ｅｎ＿Ｈａｒｍとして「０」が入力され、電圧指令値のＰＷＭ制御部２２ｆへの出力を禁止する。

【0063】

一方、切替部２２ｅは、ひずみ率が閾値以上である場合には、切替信号Ｅｎ＿Ｈａｒｍとして「１」が入力され、電圧指令値をＰＷＭ制御部２２ｆへ出力する。つまり、第２コア２２は、ひずみ率が閾値以上である場合に、フィードバック制御を行って生成した電圧指令値を出力する。これにより、切替部２２ｅは、ひずみ率が閾値未満で小さい場合には、高調波を抑制する電圧指令値を出力しないため、コントローラ２の処理負荷を軽減することができる。

【0064】

ＰＷＭ制御部２２ｆは、切替部２２ｅが出力した電圧指令値に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相それぞれにおける電圧のデューティ比を決定し、決定したデューティ比のＰＷＭ信号を生成してゲート駆動回路５へ出力する。

【0065】

計測部２２ｇは、インバータ３からモータ２００へ出力される電流を計測する。具体的には、計測部２２ｇは、Ｕ相電流実測値Ｉｕ２、Ｖ相電流実測値Ｉｖ２およびＷ相電流実測値Ｉｗ２を計測し、電流変換部２２ｈへ出力する。

【0066】

電流変換部２２ｈは、計測部２２ｇが計測したＵ相電流実測値Ｉｕ２、Ｖ相電流実測値Ｉｖ２およびＷ相電流実測値Ｉｗ２をｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ２およびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ２に変換する。

【0067】

ＨＰＦ２２ｉは、ハイパスフィルタであり、ｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ２およびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ２に含まれる高調波成分を抽出する。具体的には、ＨＰＦ２２ｉは、５次以上の高調波成分を抽出する。ＨＰＦ２２ｉは、抽出した高調波のｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ２＿ｈｐｆおよびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ２＿ｈｐｆを座標変換部２２ｊへ出力する。

【0068】

座標変換部２２ｊは、ＨＰＦ２２ｉで抽出した高調波成分である電流実測値の座標を、基本波座標から高調波座標に変換する。基本波座標から高調波座標への変換は、次数毎に行われ、例えば、５次が式（１０）を用い、７次が式（１１）を用い、１１次が式（１２）を用い、１３次が式（１３）を用いる。また、式（１０）の変換行列は、式（１４）を用い、式（１１）の変換行列は、式（１５）を用い、式（１２）の変換行列は、式（１６）を用い、式（１３）の変換行列は、式（１７）を用いる。なお、式（１４）～（１７）におけるθは、モータ回転角度である。

【0069】

【数10】

【0070】

【数11】

【0071】

【数12】

【0072】

【数13】

【0073】

【数14】

【0074】

【数15】

【0075】

【数16】

【0076】

【数17】

【0077】

このように、座標変換部２２ｊは、高調波の電流実測値を、次数毎に基本波座標から高調波座標に変換することで、ＰＩ制御部２２ｂにおいて次数毎に高調波を抑制するためのフィードバック制御を行うことができる。この結果、高調波の電流実測値を次数毎に抑制できるため、モータ２００へ入力される正弦波の電流のひずみを効率良く改善することができる。

【0078】

座標変換部２２ｊは、高調波座標に変換した次数毎の高調波のｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ２^＊およびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ２^＊をＬＰＦ２２ｋへ出力する。

【0079】

ＬＰＦ２２ｋは、ローパスフィルタであり、高調波座標において、次数毎に高調波の電流実測値における直流成分を抽出する。具体的には、ＬＰＦ２２ｋは、直流成分の高調波のｄ軸電流実測値Ｉｄ＿ａｃｔ２^＊＿ｌｐｆおよびｑ軸電流実測値Ｉｑ＿ａｃｔ２^＊＿ｌｐｆを抽出する。

【0080】

角度処理部２２ｌは、ＳＩＮ／ＣＯＳ信号検出回路３２０によって検出された検出信号に基づいて、モータ２００の回転角度を検出する。具体的には、角度処理部２２ｌは、検出信号および励磁信号の位相差に基づいてモータ２００の回転角度を検出する。角度処理部２２ｌは、検出した回転角度θ＿ａｃｔ２を速度生成部２２ｍへ出力する。

【0081】

速度生成部２２ｍは、角度処理部２２ｌによって検出されたモータ２００の回転角度に基づいてモータ回転数（回転速度）を検出する。速度生成部２２ｍは、検出したモータ回転数ω＿ａｃｔ２を高調波電流指令部２２ａへ出力する。

【0082】

角度／速度比較部２２ｎは、第１コア２１および第２コア２２で検出したモータ２００の回転角度およびモータ回転数をそれぞれ比較し、乖離を検出する。具体的には、角度／速度比較部２２ｎは、第１コア２１の角度処理部２１ｈで検出した回転角度と、第２コア２２の角度処理部２２ｌで検出した回転角度とを比較する。また、角度／速度比較部２２ｎは、第１コア２１の速度生成部２１ｉで検出したモータ回転数と、第２コア２２の速度生成部２２ｍで検出したモータ回転数とを比較する。

【0083】

異常管理部２２ｏは、角度／速度比較部２２ｎの比較結果に基づいて、モータ２００の異常を検出する。具体的には、異常管理部２２ｏは、回転角度およびモータ回転数のうち、少なくとも１つの差異が閾値以上である場合、異常を検出し、モード切替部２２ｐへ通知する。

【0084】

モード切替部２２ｐは、異常管理部２２ｏから異常発生の通知を受け付けた場合に、安全モードに切り替える。安全モードは、例えば、モータ２００の回転数や出力トルクを制限するモードである。

【0085】

次に、図２および図３を用いて、実施形態に係るモータ制御装置１が実行する処理手順について説明する。図２は、モータ制御装置１が実行する全体処理の処理手順を示すフローチャートである。図３は、モータ制御装置１が実行する高調波制御処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図２および図３に示す処理は、車両が動作中に繰り返し実行される。

【0086】

まず、図２を用いて、全体処理について説明する。

【0087】

図２に示すように、コントローラ２は、インバータ３からモータ２００へ入力される電流実測値を計測する（ステップＳ１０１）。具体的には、コントローラ２は、Ｕ相電流実測値、Ｖ相電流実測値およびＷ相電流実測値を計測する。

【0088】

つづいて、コントローラ２は、計測した電流実測値に基づいて、ひずみ率を算出する（ステップＳ１０２）。ひずみ率は、電流基本波（１次）の電流実測値、電流高調波（２次以上）の電流実測値に基づいて、上記式（１）によって算出される。

【0089】

つづいて、コントローラ２は、算出したひずみ率が閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

【0090】

コントローラ２は、ひずみ率が閾値未満である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、通常制御を行い（ステップＳ１０４）、処理を終了する。具体的には、コントローラ２は、ひずみ率が閾値未満である場合、第１コア２１から基本電圧の電圧指令値であるＰＷＭ信号を出力し、第２コア２２からＰＷＭ信号を出力しない。

【0091】

一方、コントローラ２は、ひずみ率が閾値以上である場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、図３で後述する高調波制御を行い（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０３に戻る。具体的には、コントローラ２は、ひずみ率が閾値以上である場合、第１コア２１からＰＷＭ信号を出力せずに、第２コア２２から基本電圧の高調波成分を抑制した電圧指令値であるＰＷＭ信号を出力する。

【0092】

次に、図３を用いて、高調波制御処理について説明する。

【0093】

図３に示すように、コントローラ２は、高調波の電流指令値をゼロに設定する（ステップＳ２０１）。具体的には、コントローラ２は、各次数の高調波の電流指令値をゼロに設定する。

【0094】

つづいて、コントローラ２は、インバータ３からモータ２００へ入力される電流実測値を計測する（ステップＳ２０２）。具体的には、コントローラ２は、Ｕ相電流実測値、Ｖ相電流実測値およびＷ相電流実測値を計測する。なお、コントローラ２が計測する各相の電流実測値は、基本波成分および高調波成分それぞれの電流値を含んだ総電流値である。

【0095】

つづいて、コントローラ２は、計測した電流実測値の高調波成分を抽出する（ステップＳ２０３）。具体的には、コントローラ２は、計測した３相の電流実測値をｄ軸およびｑ軸の電流実測値に変換し、変換後の電流実測値にＨＰＦ２２ｉを施して基本電圧を除去することによって高調波成分を抽出する。

【0096】

つづいて、コントローラ２は、抽出した高調波成分の電流実測値の座標を、基本波座標から高調波座標に変換する（ステップＳ２０４）。具体的には、コントローラ２は、上記式（１０）～（１７）を用いて、次数毎の高調波座標に変換する。

【0097】

つづいて、コントローラ２は、高調波の電流実測値の直流成分を抽出する（ステップＳ２０５）。具体的には、コントローラ２は、次数毎に、高調波の電流実測値にＬＰＦ２２ｋを施すことによって、高調波の電流実測値の直流成分を抽出する。

【0098】

つづいて、コントローラ２は、抽出した高調波の電流実測値と、高調波の電流指令値（ゼロ）との誤差を算出する（ステップＳ２０６）。具体的には、コントローラ２は、次数毎に、減算器により、高調波の電流指令値から高調波の電流実測値を減算した誤差信号を生成する。

【0099】

つづいて、コントローラ２は、高調波の電流実測値と、高調波の電流指令値との誤差がゼロとなるようにフィードバック制御を行い次数毎の電圧指令値を決定する（ステップＳ２０７）。

【0100】

つづいて、コントローラ２は、次数毎の電圧指令値の座標を、高調波座標から基本波座標へ変換する（ステップＳ２０８）。具体的には、コントローラ２は、上記式（２）～（９）を用いて、各次数の電圧指令値を基本波座標に変換して合成する。

【0101】

つづいて、コントローラ２は、基本波座標の電圧指令値を基本電圧に追加したＰＷＭ信号を生成して出力し（ステップＳ２０９）、処理を終了する。

【0102】

上述してきたように、実施形態に係るモータ制御装置１は、三相交流のモータ２００を駆動制御するモータ制御装置であって、コントローラ２を有する。コントローラ２は、モータ２００へ入力される電流の実測値に含まれる高調波成分を基本波座標から高調波座標へ変換し、高調波座標において、高調波成分が小さくなるようにフィードバック制御を行う。これにより、モータ２００へ入力される電流の高調波成分が抑制されることで電流のひずみが小さくなるため、インバータ３やモータ２００における電流損失を抑えることができる。すなわち、モータ効率を低下させることなくトルクリプルを抑制することができる。

【0103】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0104】

１ モータ制御装置
２ コントローラ
３ インバータ
４ 電圧検出部
５ ゲート駆動回路
２１ 第１コア
２１ａ 基本波電流指令部
２１ｂ ＰＩ制御部
２１ｃ 電圧指令部
２１ｄ 切替部
２１ｅ ＰＷＭ制御部
２１ｆ 計測部
２１ｇ 電流変換部
２１ｈ 角度処理部
２１ｉ 速度生成部
２２ 第２コア
２２ａ 高調波電流指令部
２２ｂ ＰＩ制御部
２２ｃ 座標変換部
２２ｄ 電圧指令部
２２ｅ 切替部
２２ｆ ＰＷＭ制御部
２２ｇ 計測部
２２ｈ 電流変換部
２２ｉ ＨＰＦ
２２ｊ 座標変換部
２２ｋ ＬＰＦ
２２ｌ 角度処理部
２２ｍ 速度生成部
２２ｎ 角度／速度比較部
２２ｏ 異常管理部
２２ｐ モード切替部
２３ 第３コア
３１ 直流電源
３２ コンデンサ
１００ 車両制御装置
２００ モータ
２３１ 異常管理部
２３２ モード切替部
３００ レゾルバー
３１０ 励磁回路
３２０ ＳＩＮ／ＣＯＳ信号検出回路
Ｓ モータ制御システム
ＳＷ１～ＳＷ６ スイッチ素子

【図1】

【図2】

【図3】