特許 7338620 モータ制御装置、駆動装置およびパワーステアリング装置

(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】

(24)【登録日】2023-08-28

(45)【発行日】2023-09-05

(54)【発明の名称】モータ制御装置、駆動装置およびパワーステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/10 20060101AFI20230829BHJP

   H02P 21/05 20060101ALI20230829BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20230829BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

H02P6/10

H02P21/05

H02P27/06

B62D5/04

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020518181

(86)(22)【出願日】2019-03-28

(86)【国際出願番号】 JP2019013719

(87)【国際公開番号】W WO2019216050

(87)【国際公開日】2019-11-14

【審査請求日】2022-03-01

(31)【優先権主張番号】62/670,059

(32)【優先日】2018-05-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】P 2018243441

(32)【優先日】2018-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 修司

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０５４３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２９６８７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ６／１０

Ｈ０２Ｐ ２１／０５

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

Ｂ６２Ｄ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータにおける駆動を制御するモータ制御装置であって、
前記モータを駆動させるインバータと、
前記インバータから前記モータに供給させる電流を示す電流指令値を、外部から前記モータの制御目標として与えられる目標電流指令値に基づいて演算し、前記インバータに流れる実電流値をフィードバック制御する制御演算部と、を備え、
前記制御演算部は、
前記電流指令値と前記実電流値との電流偏差に基づいて、前記インバータから前記モータに印加させる電圧を示す電圧指令値を演算する電圧制御演算部と、
前記電圧制御演算部を経る信号の流れにおける上流側および下流側の少なくとも一方における信号値に対し補償値を加える補償演算部と、を備え、
前記電圧制御演算部は、前記電圧指令値を、前記モータが回転する角速度を示す実角速度値に基づいた適応制御で演算し、
前記補償演算部は、前記補償値を、前記実角速度値と前記目標電流指令値とに基づいて演算するモータ制御装置。

【請求項2】

前記補償演算部は、前記補償値を、進角制御も加味して演算する請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記モータはステアリング機構を駆動するモータであり、
前記補償演算部は、前記モータと前記ステアリング機構との結合によって生じるノイズを補償する請求項１または２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記補償演算部は、前記モータにおけるトルクリップルを補償する請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

前記モータが、磁極数をＰ、スロット数をＳとしたときに８Ｐ１２Ｓのモータである請求項４に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

前記電圧制御演算部は、前記補償演算部が補償するノイズの周波数とは異なる周波数のノイズを前記適応制御によって補償する請求項３または４に記載のモータ制御装置。

【請求項7】

前記電圧制御演算部は、前記補償演算部が補償するノイズの周波数よりも低い周波数のノイズを前記適応制御によって補償する請求項６に記載のモータ制御装置。

【請求項8】

前記補償演算部は、モータの回転状態を検知する磁気センサに起因するノイズを補償し、
前記電圧制御演算部は、モータの回転に起因するノイズを補償する請求項７に記載のモータ制御装置。

【請求項9】

前記補償演算部は、下記式を満たす補償値γを演算する請求項１から８のいずれかに記載のモータ制御装置。
γ＝Ａｓｉｎ（Ｂθ＋Ｃ）
Ａ＝Ｌｏｏｋｕｐｔａｂｌｅ＿Ａ（Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ，ω）
Ｃ＝Ｌｏｏｋｕｐｔａｂｌｅ＿Ｃ（Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ，ω）
但し、
θ：モータの電気角、Ａ：ゲイン、Ｂ：モータ電気角θに対する次数、Ｃ：位相、ω：実角速度値。
Ｌｏｏｋｕｐｔａｂｌｅは、次数ＢにおけるゲインＡおよび位相Ｃが記録された表である。
Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔは前記目標電流指令値である。

【請求項10】

前記電圧制御演算部は、前記電流偏差を入力値としたＰＩ制御で前記電圧指令値を出力し、当該電圧指令値Ｖが下記式を満たす請求項１から９のいずれかに記載のモータ制御装置。
Ｖ＝Ｋｐ（ω）（１＋ＫＩ／ｓ）
但し、ω：実角速度値、Ｋｐ（ｘ）：Ｐ制御成分値、ＫＩ：Ｉ制御成分値

【請求項11】

請求項１から５のいずれか１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駆動が制御されるモータと、を備える駆動装置。

【請求項12】

請求項１から５のいずれか１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駆動が制御されるモータと、
前記モータによって駆動されるステアリング機構と、を備えるパワーステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置、駆動装置およびパワーステアリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータの制御技術として、制御装置が指令値を用いてモータをフィードバック制御する方法が知られる。例えば、トルクリップルとは逆位相となる電流指令値を制御装置がフィードバックして基本指令値に加算する構成が知られる。このような構成において、制御装置が基本指令値に電流値の高調波成分の電流指令値を重畳してトルクリップルの補償を行う手法が知られる（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４０１９８４２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

モータの作動音の原因として、モータの回転などに起因する低次のノイズと、電流センサやマイコンの演算などに起因する高次のノイズが考えられる。前者は、モータ電流制御の応答性を高く設定することで低減できるが、後者は、モータ電流制御の応答性を低くすることで低減が図れるため、両者はトレードオフの関係にある。したがって、両者のノイズを同時に低減させることは難しかった。 そこで、本発明は、低次のノイズと高次のノイズとを同時に低減させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係るモータ制御装置の一態様は、３以上の相数ｎのモータにおける駆動を制御するモータ制御装置であって、上記モータを駆動させるインバータと、上記インバータから上記モータに供給させる電流を示す電流指令値を、外部から上記モータの制御目標として与えられる目標電流指令値に基づいて演算し、前記インバータに流れる実電流値をフィードバック制御する制御演算部と、を備え、上記制御演算部は、上記電流指令値と上記実電流値との電流偏差に基づいて、上記インバータから上記モータに印加させる電圧を示す電圧指令値を演算する電圧制御演算部と、上記電圧制御演算部を経る信号の流れにおける上流側および下流側の少なくとも一方における信号値に対し補償値を加える補償演算部と、を備え、上記電圧制御演算部は、上記電圧指令値を、上記モータが回転する角速度を示す実角速度値に基づいた適応制御で演算し、上記補償演算部は、上記補償値を、上記実角速度値と上記目標電流指令値とに基づいて演算する。 また、本発明に係る駆動装置の一態様は、上記モータ制御装置と、上記モータ制御装置によって駆動が制御されるモータと、を備える。

【0006】

また、本発明に係るパワーステアリング装置の一態様は、上記モータ制御装置と、上記モータ制御装置によって駆動が制御されるモータと、上記モータによって駆動されるステアリング機構と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、低次のノイズと高次のノイズとを同時に低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第一実施形態のモータ制御システムの概略図である。

【図2】図２は、第一実施形態の制御演算部の概略図である。

【図3】図３は、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに対するゲイン特性図である。

【図4】図４は、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに対する位相曲線図である。

【図5】図５は、２Ｄマップによる演算処理のフローを示す概略図である。

【図6】図６は、第一実施形態におけるトルクリップルのシミュレーション結果を示す図である。

【図7】図７は、Ｐ制御成分値Ｋｐ（ω）の具体例を表すグラフである。

【図8】図８は、第二実施形態にかかるモータ制御システムの概略図である。

【図9】図９は、第二実施形態の制御演算部の概略図である。

【図10】図１０は、第１のモータの平面図である。

【図11】図１１は、第２のモータの平面図である。

【図12】図１２は、電動パワーステアリング装置の概略図である。

【図13】図１３は、トラクションモータを備えたモータユニットの概念図である。

【図14】図１４は、モータユニットの側面模式図である。

【図15】図１５は、第三実施形態のモータ制御システムの概略図である。

【図16】図１６は、第三実施形態の制御演算部の概略図である。

【図17】図１７は、記憶部に記憶されたルックアップテーブルを示す図である。

【図18】図１８は、補償値γを調整して記録する手順を示す図である。

【図19】図１９は、ノイズ測定の状況を模式的に示す図である。

【図20】図２０は、ノイズ測定で得られたノイズデータの例を示すグラフである。

【図21】図２１は、モニタされるノイズレベルを例示した図である。

【図22】図２２は、トルクリップルに対する補償の効果を示すグラフである。

【図23】図２３は、ノイズに対する補償の効果を示すグラフである。

【図24】図２４は、第四実施形態のモータ制御システムの概略図である。

【図25】図２５は、第四実施形態の制御演算部の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付の図面を参照しながら、本開示のコントローラ、当該コントローラを有するモータ制御システム、および当該モータ制御システムを有する電動パワーステアリングシステムの実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。



＜第一実施形態＞

【0010】

補償演算部として、トルクリップルを補償するトルクリップル補償演算部を備え、トルクリップル補償演算部の出力が「電流値」である第一実施形態にかかるモータ制御システムについて説明する。第一実施形態のモータ制御システムは、例えば３相ブラシレスモータを制御する制御システムである。以下、便宜上、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑが互いに正の場合、すなわち回転が一方向となる場合について説明を行う。本実施形態におけるモータ制御システムでは、主に、トルクリップルの低減を行うことができる。

【0011】

一般に、３相モータにおけるトルクの発生には、ｄ軸電流Ｉｄよりもｑ軸電流Ｉｑの影響が大きい。そのため、トルクリップルの低減には、ｑ軸電流Ｉｑが主に制御されて、本制御システムが適用されること好ましい。なお、誘起電圧（ＢＥＭＦ：Ｂａｃｋ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ Ｆｏｒｃｅ）を低減する制御システムの場合にも、本発明と同様の構成によってフィードバック制御を行うこともできる。つまり、本発明の制御方法では、ｑ軸電流のみを指令値として利用してもよく、ｑ軸電流Ｉｑおよびｄ軸電流Ｉｄの両方を指令値として利用してもよい。なお、本明細書では、ｄ軸電流Ｉｄに関する制御方法の説明は省略する。

【0012】

図１は、第一実施形態のモータ制御システムの概略図であり、図２は、第一実施形態の制御演算部の概略図である。図１に示すように、モータ制御システム５は、モータ回転角度センサ５１と、インバータ５２と、制御演算部５３と、を備える。制御演算部５３は、いわゆる電流制御器として機能する。図２に示すように、制御演算部５３は、トルクリップル補償演算部５３１、電流制限演算部５３２、電圧制御演算部５３３、２軸／３相変換部５３５、デッドタイム補償演算部５３６、および、ＰＷＭ制御演算部５３７を備える。

【0013】

モータ制御システム５は、インバータ５２を介してモータ１を制御する。モータ１は、ロータ３（図１０）と、ステータ２（図１０）と、モータ回転角度センサ５１と、を有する。モータ回転角度センサ５１は磁気センサであり、モータ１のロータ３の回転角度を検出する。検出されたロータの回転角度は任意の角度単位で表され、機械角からモータ電気角θ、またはモータ電気角θから機械角に適宜に変換される。機械角とモータ電気角θとの関係は、モータ電気角θ＝機械角×（磁極数÷２）という関係式で表される。なお、モータの回転を検出するセンサとしては、回転角度センサに替えて例えば角速度センサが備えられてもよい。

【0014】

本実施形態のモータ制御システム５は、インバータ５２に流れる電流値（実ｑ軸電流値ＩＱＲ）をフィードバックする制御を行う。また、図示していないが、本モータ制御システム５は、弱め界磁制御など公知の演算処理をさらに行うこともできる。本モータ制御システム５は、弱め界磁制御を行うことにより、モータ１のトルク変動を抑えることができる。

【0015】

モータ制御システム５には、外部から目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔが入力される。外部からは、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔの増減によってモータ出力の増減が指示される。本モータ制御システム５は、入力される目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに対して電流制限を行う。電流制限は、電流制限演算部５３２によって処理される。電流制限演算部５３２は、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔの入力を受けて適応制御を実行することで、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ（出力値）を所定の電流値以下に制限する。

【0016】

目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔが制限されずに上記所定の電流値を越えた場合には、後述する処理の結果、モータ印加電圧が飽和する虞がある。このようにモータ印加電圧が飽和する場合、モータトルク変動を抑える補償電流を目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに加算する余地がなくなる。この結果、トルクリップルが急増し、作動音が発生するという問題が生じる。この問題の回避のためには、電流制限演算部５３２が目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔを制限することによって補償電流の余地を残すことが有効である。モータ印加電圧の飽和は、モータ電流とモータ回転角速度との双方に依存して発生する。そのため、本実施形態の電流制限演算部５３２は、モータ回転角速度をパラメータとする関数を用いてモータ電流（目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ）を制限する。このような電流制限により、常時（電圧が飽和していない時）のトルクリップルに対する補償の余地が確保される。そのため、静かで滑らかなモータの回転が実現される。

【0017】

より詳細には、電流制限演算部５３２による適応制御は、モータ回転角速度をパラメータとする関数でレンジの縮小を行う。この関数は、入力される目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに対して連続な関数である。即ち、電流制限演算部５３２は、例えば電流のピーク値カットなどという不連続な制限を行うのではなく、入力電流値が大きい程、大きく電流を制限する連続的なレンジ縮小を行う。なお、電流制限演算部５３２でレンジ縮小に用いられる関数は、線形縮小を表した関数でもよいし、非線形（かつ連続）な縮小を表した関数であってもよい。 レンジ縮小による縮小幅は、下記の不等式が満たされるように電流値ｉを縮小する縮小幅となる。



Ｖｓａｔ＞（Ｌｓ＋Ｒ）ｉ＋ｋｅω ・・・（１）



ここでＶｓａｔは飽和電圧、Ｌｓはモータのインダクタンス、Ｒはモータの抵抗、ｋｅωはモータの回転に伴う誘起電圧を示す。

【0018】

また、電流制限演算部５３２による適応制御では、バッテリー電源による駆動時に、レンジ縮小による電流の制限値がバッテリー電圧Ｖｂａｔに応じた制限値となる。バッテリー電源は、オルタネータによる供給量に不足が生じた場合に用いられる。バッテリー電源には内部抵抗が存在するため、バッテリー電源の劣化などに伴って内部抵抗が変化して実効的な出力電圧が変化する。このため、バッテリー電圧Ｖｂａｔに応じた適応制御が行われる。

【0019】

モータ制御システム５は、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔおよびロータの角速度ωを利用してトルクリップル補償制御を行う。トルクリップル補償制御は、トルクリップル補償演算部５３１によって処理される。トルクリップル補償演算部５３１は、補正前の目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔと角速度ωをパラメータとして演算処理を行う。角速度ωはモータ回転速度であり、モータ回転角度センサ５１が検出したロータ３の回転角度の時間微分によって算出される。より詳細には、トルクリップル補償演算部５３１は、位相補償部５３１１を備える。また、位相補償部５３１１が上記トルクリップル補償制御を行う。なお、本実施形態において、トルクリップル補償演算部５３１と位相補償部５３１１の機能は同等である。

【0020】

一般に、トルクリップルは、電流におけるリップルの影響を受ける。そのため、モータ１に対して与えられる電流を示した目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに、あらかじめ、トルクリップルを抑えるための電流指令値（補償電流）が重畳されるなどの補正が行われることにより、モータ１において発生するトルクリップルの抑制（すなわち、トルクリップル補償を行うこと）ができる。

【0021】

本実施形態におけるトルクリップル補償演算部５３１は、いわゆるルックアップテーブルを有する。このルックアップテーブルは、角速度ωおよび目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔを入力として参照し、入力に応じた参照値としてゲインαおよび位相βを出力する。また、トルクリップル補償演算部５３１は、出力された参照値であるゲインαおよび位相βをパラメータとして、後述の式（２）および式（３）に示すαｓｉｎ６（θ＋β）の演算を行う。この演算結果を、図２および後述の式（２）に示すように、電流制限演算部５３２から出力された目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに重畳させて、新たな電流指令値である補正後の目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｃｏｒｒｅｃｔを算出する。

【0022】

次に、角速度ω、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ、ゲインα、および位相βの互いの相関について説明する。図３は、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに対するゲイン特性図である。図４は、目標ｑ軸電流に対する位相曲線図である。図３のゲイン特性図および図４の位相曲線図は、それぞれ、一次遅れ特性を示す。但し、ゲインαおよび位相βは、二次応答以降の遅れが加味された特性によって求められてもよい。

【0023】

図４における位相曲線図は、初期値を目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔとして正規化したものである。図３において、横軸は角速度ω、縦軸はゲインα（ω）の値を示す。図４において、横軸は角速度ω、縦軸は位相β（ω）である。ここで、トルクリップルを補償するための電流（補償値）は、正弦波であり、トルクリップルの振動成分の中で支配的である６次の高調波成分が用いられた近似で表される。このとき、補正後の目標ｑ軸電流値Ｉｑ_ｃｏｒｒｅｃｔは、補正前の目標ｑ軸電流Ｉｑｔ_ｔａｒｇｅｔ、モータ電気角θ（θ＝ωｔ）を変数として以下の式（２）で表される。なお、ｔは時間を表す変数である。



Ｉｑ_ｃｏｒｒｅｃｔ＝Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ＋αｓｉｎ６（θ＋β） ・・・（２）

【0024】

また、ゲインα（ω）および位相β（ω）は、ルックアップテーブルが用いられた以下の演算式（３）で表される。このとき、ゲインα（ω）および位相β（ω）は、補正前の目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔの絶対値をＵ１、角速度ωの絶対値をＵ２とした２Ｄマップが用いられた演算処理が行われることにより、算出される。また、このときの演算処理の関係図を図５に示す。なお、角速度ωは、モータ回転角度センサ５１によって得られたモータ電気角θの時間微分によって算出される。αｓｉｎ６（θ＋β）



α＝Ｌｏｏｋｕｐｔａｂｌｅ＿α（Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ，ω） ・・・（３）



β＝Ｌｏｏｋｕｐｔａｂｌｅ＿β（Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ，ω）

【0025】

図５に示すように、トルクリップル補償演算部５３１には、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔおよび角速度ωが入力され、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔの絶対値Ｕ１および角速度ωの絶対値Ｕ２が算出される。ルックアップテーブル（２Ｄマップ）は、絶対値Ｕ１，Ｕ２から、対応するゲインαおよび位相βの値を返す。

【0026】

図５に示すルックアップテーブル（２Ｄマップ）は、モータ制御システム５とモータ１とを含んだ製品の個々について、例えば製品出荷前の個別計測によって伝達特性が計測され、その計測された伝達特性に基づいて個別に作り込まれたものであることが好ましい。但し、ルックアップテーブル（２Ｄマップ）は、例えば同一種類のモータ１およびモータ制御システム５について伝達特性が代表値や平均値として計測され、その伝達特性に基づいて作成されたルックアップテーブルが同一種類のモータ１について汎用されてもよい。あるいは、伝達特性が互いに近似することが知られた複数種類のモータ１およびモータ制御システム５について汎用のルックアップテーブルが採用されてもよい。

【0027】

トルクリップル補償演算部５３１は、ルックアップテーブルから返された値を用いて、式（２）および式（３）にある補償値αｓｉｎ６（θ＋β）を演算し、その値を出力する。トルクリップル補償演算部５３１から出力された補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、電流制限演算部５３２から出力された補正前の目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに重畳される。

【0028】

本実施形態のモータ制御システム５は、電流制限演算部５３２によって処理されたｑ軸電流値に、トルクリップル補償演算部５３１から出力されたｑ軸電流値の補償値を加算する。なお、補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、ｑ軸電流のうちトルクリップルに起因する成分を打ち消すために利用される値である。すなわち、補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、角速度成分と指令値の６次高調波成分（トルクリップルの次数成分）に対する逆位相成分に基づいて算出される。

【0029】

言い換えると、本実施形態では、電流制御器の逆特性がゲインと位相（進角）とに分けられた関係式に基づいて、トルクリップル補償演算部５３１が、ゲインおよび位相を調整する値をそれぞれ求め、それらの値に基づいた補償値が指令値に重畳される。進角（すなわち、電流制御器の応答性）およびトルクリップル（すなわち、トルクリップルの振幅）の両方の観点から補償が行われることでトルクリップルが抑制される。このように、トルクリップル補償演算部５３１では、ｑ軸電流の指令値に対して、進角制御による電流制御器の応答性の補償（以下、進角補償と称する。）およびトルクリップルの逆位相成分加算によるトルクリップル補償を行う補償値が生成される。トルクリップルの次数成分が指令値の６次高調波成分という高い周波数成分であるため、進角制御による応答性の補償が有効に機能する。また、トルクリップル補償演算部５３１で処理される進角制御における値βは、電流制御器の応答性を補償する値であるため通常は１８０°とは異なる値になる。

【0030】

トルクリップル補償演算部５３１によるトルクリップル補償は、フィードフォワード制御の一種であり、トルクリップルのうち、高次成分のトルクリップルの補償に適している。このような高次成分のトルクリップルとしては、例えばモータの回転状態を検知する磁気センサに起因したトルクリップルがある。磁気センサに起因したトルクリップルは、例えば、磁気センサがモータから漏れた磁気を拾って生じたノイズによるトルクリップルや、磁気センサの最小ビットで生じるリミットサイクル振動によるトルクリップルなどである。

【0031】

モータ制御システム５は、上述のように補償値が加算されたｑ軸電流値から、インバータに流れる実ｑ軸電流値ＩＱＲを減算し、ｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒを算出する。すなわち、本実施形態のモータ制御システム５は、このｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒを用いてＰＩ制御等を行ってモータの出力等を制御する、フィードバック制御を行う。

【0032】

なお、上記説明では補償値αｓｉｎ６（θ＋β）が電流制限後の目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに加算されるが、補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、電流制限前の目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに加算されてその後に電流制限が行われてもよく、あるいは、補償値αｓｉｎ６（θ＋β）は、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔと実ｑ軸電流値ＩＱＲとの電流偏差ＩＱ_ｅｒｒに加算されてもよい。

【0033】

以上の通り、第一実施形態のモータ制御システム５は、電流制御器の応答性をあらかじめ補償する制御を行う。つまり、モータ制御システム５は、フィードバック制御を利用するとともにフィードフォワード制御を組み込んで、トルクリップル補償および進角補償を行う。また、進角補償は、目標電流値におけるトルクリップルの次数成分の逆位相成分および角速度成分が用いられて算出されたパラメータに基づいて行われる。本実施形態では、電流制御器の逆特性をゲインと位相とに分けた関係式に基づいて、トルクリップル（の振幅）を調整するゲインが算出されるとともに、進角の調整を行う位相が算出され、それらの値を用いた補償値が導出される。

【0034】

この補償値が用いられることにより、モータ１で発生するトルクリップルに対して、振幅の点から補償するトルクリップル補償および位相の点から補償する進角補償が行われる。これにより、モータ制御システム５におけるハイパスフィルタ演算に伴う量子化ノイズおよびセンサノイズに対する感度の低減が可能となり、その結果、トルクリップルが低減されるとともに、作動音の悪化も防止される。さらに、上記補償値が用いられることにより、モータ制御のロバスト性も向上する。

【0035】

上述の電流値の逆位相成分が用いられたトルクリップル補償の方法として、補償値がモータ電流指令値に加算される方法と補償値がモータ印加電圧指令値に加算される方法とが知られるが、本実施形態では補償値がモータの電流指令値に加算される。これにより、モータの特性変動にかかわらず、安定したトルク変動補正が行われる。

【0036】

本実施形態におけるトルクリップル補償に関して、シミュレーションにて得られた結果を図６に示す。図６は、モータの回転速度に対してトルクの２４次の成分（電気角の６次の成分）の変動を示したグラフである。本シミュレーションにおいては、回転速度の範囲が０［ｍｉｎ^－１］から３０００［ｍｉｎ^－１］であり、デッドタイムのＯＮ／ＯＦＦの２通りおよびトルク変動補正のＯＮ／ＯＦＦの２通りが互いに組み合わされた計４つの組み合わせにおける、トルクリップルの結果が求められた。図６から分かる通り、デッドタイム補償およびトルク変動補正が共にＯＮとなった場合、モータトルクの変動（即ちトルクリップル）は小さくなることが分かる。したがって、上記のトルクリップル補償によりトルクリップルの低減が実現し、低作動音が実現することがわかる。

【0037】

図１および図２に示すモータ制御システム５は、上述したように、ｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒを用いてＰＩ制御等を行ってモータの出力等を制御する。即ち、ｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒが求められた後、モータ制御システム５は、ｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒに基づいてモータ印加電圧指令値を演算する電圧制御を行う。電圧制御は、電圧制御演算部５３３によって行われる。本実施形態では、電圧制御としてＰＩ制御が用いられる。なお、電圧制御としては、ＰＩ制御に限られず、ＰＩＤ制御など他の制御方法が採用されてもよい。電圧制御演算部５３３は、ｑ軸電流の電流偏差ＩＱ_ｅｒｒに基づいてｑ軸ＰＩ制御部５３３１でｑ軸電圧指令値ＶＱ１を算出する。即ち電圧制御演算部５３３は、電流偏差ＩＱ_ｅｒｒを入力値としたＰＩ制御でｑ軸電圧指令値ＶＱ１を出力する。具体的には、ｑ軸電圧指令値ＶＱ１は、実角速度値ωと、Ｐ制御成分値Ｋｐ（ω）と、Ｉ制御成分値ＫＩとに基づいて電圧方程式により下記式（４）で表される。



ＶＱ１＝Ｋｐ（ω）（１＋ＫＩ／ｓ） ・・・（４）

【0038】

実角速度値ωは、微分算出部５３３３によってモータ電気角θが時間微分されて算出される。また、Ｐ制御成分値Ｋｐは実角速度値ωの関数であり、ｑ軸ＰＩ制御部５３３１では実角速度値ωによる適応制御でｑ軸電圧指令値ＶＱ１が算出される。 図７は、Ｐ制御成分値Ｋｐ（ω）の具体例を表すグラフである。 図７の横軸は実角速度値ωを示し、縦軸はＰ制御成分値Ｋｐ（ω）の値を示す。

【0039】

Ｐ制御成分値Ｋｐ（ω）は、実角速度値ωが例えば１００Ｈｚ以下の低周波領域ではＫｐ１という低い値となり、実角速度値ωの増加に伴ってＰ制御成分値Ｋｐ（ω）も増加し、例えば２００Ｈｚ以上の高周波領域ではＫｐ２という高い値に達する。Ｐ制御成分値Ｋｐ（ω）が図７に示すような関数であることにより、実角速度値ωの低周波領域において電流制御の応答性が低減され、高周波領域では応答性が向上する。従って、電圧制御演算部５３３における適応制御によって低次成分のノイズが低減される。低次成分のノイズは、例えばモータの回転に起因したトルクリップルなどのノイズである。

【0040】

上述したトルクリップル補償演算部５３１による高次成分のトルクリップル（ノイズ）の補償と、電圧制御演算部５３３の適応制御による低次成分のノイズの補償とが分担されて実行されるため、モータ制御システム５は、低次のノイズと高次のノイズとを同時に低減させることができる。

【0041】

つまり、電圧制御演算部５３３は、トルクリップル補償演算部５３１が補償するノイズの周波数とは異なる周波数のノイズを適応制御によって補償し、トルクリップル補償演算部５３１が補償するノイズの周波数よりも低い周波数のノイズを適応制御によって補償する。

【0042】

電圧制御演算部５３３は、上記式（４）で算出したｑ軸電圧指令値ＶＱ１に、非干渉処理部５３３２から出力される非干渉要素ＣＯＲ_Ｑを加算して、ｑ軸電圧指令値ＶＱ２を算出する。非干渉要素ＣＯＲ_Ｑは、例えば、ｄ軸電流（電圧）とｑ軸電流（電圧）とが互いに干渉することを避けるために加えられる電流要素である。

【0043】

さらに、モータ制御システム５は、ｑ軸電圧指令値ＶＱ２に対して２軸／３相変換を行う。２軸／３相変換は、モータ電気角θに基づき、２軸／３相変換演算部５３５によって行われる。２軸３相変換演算部５３５は、ｑ軸電圧指令値ＶＱ２に基づいて、対応するｑ軸電圧とｄ軸電圧を算出し、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相における３相の電圧指令値に変換する。

【0044】

その後、モータ制御システム５は、２軸／３相変換演算部５３５から出力された各相の電圧指令値に基づいて、デッドタイム補償を行う。デッドタイム補償は、デッドタイム補償演算部５３６によって行われる。まず、デッドタイム補償演算部５３６は中点変調部５３６３で、電圧の基本波のｎ倍である高次高調波（例えば、３次の高調波）を重畳する中点変調による演算を行う。ｎは正の整数である。中点変調が行われることにより、電圧の波形は、正弦波状の波形から台形状の波形に近づく。これにより、インバータ５２における有効電圧率が向上する。

【0045】

次に、デッドタイム補償演算部５３６は、デッドタイムの補償を行う。中点変調部５３６３までは、上述した電流偏差ＩＱ_ｅｒｒに対する処理が行われ、電流偏差ＩＱ_ｅｒｒを減少させる電圧成分が算出される。これに対し、目標ＩＱ２軸／３相変換部５３６２には目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔが入力され、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに相当する電圧指令値に対して２軸／３相変換が行われる。即ち、目標ＩＱ２軸／３相変換部５３６２は、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに対応するｑ軸電圧とｄ軸電圧を算出し、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相における３相の電圧指令値に変換する。

【0046】

２軸／３相変換演算部５３５における２軸／３相変換と同様に、目標ＩＱ２軸／３相変換部５３６２における２軸／３相変換でもモータ電気角が演算に用いられる。但し、本実施形態のモータ制御システム５では、目標ＩＱ２軸／３相変換部５３６２に入力されるモータ電気角として、センサで検出されたモータ電気角θが位相補償されたモータ電気角θ２が用いられる。この位相補償は補正位相補償部５３６１で行われ、この位相補償により、モータの回転に伴う電圧の位相ずれが補償される。

【0047】

最後に、モータ制御システムは、デッドタイム補償演算部５３６から出力された電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ制御を行う。ＰＷＭ制御の指令値は、ＰＷＭ制御演算部５３７によって演算される。ＰＷＭ制御演算部５３７は、演算した指令値に基づいてインバータ５２の電圧を制御する。このＰＷＭ制御により、上述した電流指令値に相当する電流がモータ１へ流れる。なお、上述したとおり、インバータ５２内を流れる実ｑ軸電流値ＩＱＲは、フィードバックされる。

【0048】

なお、本システムにおいて、上述した２軸／３相変換、デッドタイム補償、ＰＷＭ制御などの各処理としては、上述した例に限らず公知の技術が適用されてもよい。また、本システムでは、必要に応じて、これらの補償および制御は行われなくてもよい。



＜第二実施形態＞

【0049】

次に、トルクリップル補償演算部の出力が『電圧値』である本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態のモータ制御システムは、３相ブラシレスモータの制御システムである。なお、以下では、第一実施形態と同様の内容については記載を省略することがあるが、同様の手法を採用してもよく、異なる手法を採用してもよい。なお、本実施形態において、第一実施形態と同様に、トルクリップル補償演算部５３１と位相補償部５３１１の機能は同等である。

【0050】

図８は、第二実施形態のモータ制御システムの概略図であり、図９は、第二実施形態の制御演算部の概略図である。図８に示すように、モータ制御システム５は、モータ回転角度センサ５１と、インバータ５２と、制御演算部５３と、を備える。図９に示すように、制御演算部５３は、トルクリップル補償演算部５３１、電流制限演算部５３２、電圧制御演算部５３３、２軸／３相変換部５３５、デッドタイム補償演算部５３６、およびＰＷＭ制御演算部５３７を有する。モータ制御システム５は、インバータ５２の電流値をフィードバックするフィードバック制御を行う。また、図示していないが、本モータ制御システム５は、弱め界磁制御など既知の演算処理を加えて行ってもよい。本モータ制御システム５は、弱め界磁制御を行うことにより、モータ１のトルク変動を抑えることができる。

【0051】

モータ制御システム５には、外部から目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔが入力される。外部からは、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔの増減によってモータ出力の増減が指示される。本モータ制御システム５は、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに対して電流制限処理を行う。そして、本モータ制御システムは、電流制限を行った後のｑ軸電流に対して、フィードバックされた実ｑ軸電流値ＩＱＲを減算するフィードバック制御を行う。

【0052】

さらに、本モータ制御システム５は、フィードバック制御により得られた電流偏差ＩＱ_ｅｒｒに対して電圧制御を行う。電圧制御演算部５３３は、電流偏差ＩＱ_ｅｒｒに基づいて電圧指令値ＶＱ１を算出し、電圧指令値ＶＱ１にさらにｄ軸およびｑ軸の対外の干渉を抑える非干渉要素ＣＯＲ_Ｑを加算する。電圧制御演算部５３３による電圧指令値ＶＱ１の算出は上記式（４）によって行われ、電圧制御演算部５３３による電圧制御は実角速度値ωに基づいた上記適応制御を伴う。この適応制御により、低次成分のトルクリップルに代表される低次のノイズが低減される。

【0053】

また、本モータ制御システム５は、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔおよび角速度ωに基づいて、トルクリップルを抑制するための補正電圧値（トルクリップル補償値）を、トルクリップル補償演算部５３１において、算出する。そして、第一実施形態とは異なり、第二実施形態では、モータ制御システム５は、電圧制御演算部５３３の出力ＶＱ２に、上述の電圧補正値を加算する。これにより、モータ制御システム５は、インバータ５２に対する電圧指令値に、トルクリップルを抑制するための補償値を加え、モータ１における高次成分のトルクリップルを抑制することができる。

【0054】

ここで、第一実施形態と第二実施形態との差異は、トルクリップル補償演算部５３１からの出力が電流値から電圧値となった点、および、これに付随して制御フローにおける加算点が変更された点にある。これにより、トルク変動補償による出力がモータの電気的特性のみで決められるため、トルク変動の調整が容易であるという利点がある。また、トルクリップルの補償値が電圧値に加算されることにより、電流値に加算される場合に較べて演算処理が速いことも利点である。

【0055】

なお、第二実施形態における２軸／３相変換、デッドタイム補償、およびＰＷＭ制御は、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、第二実施形態においては、これらの補償及び制御は、既知の技術が適用されてもよい。また、第二実施形態においては、必要に応じて、これらの補償および制御は行われなくてもよい。



＜他の実施形態＞



次に、他の実施形態について説明する。他の実施形態にて記述された内容は、第一実施形態および第二実施形態のいずれの場合であっても適用可能である。

【0056】

ここで、上述の実施形態により制御され得るモータの概略について説明を行う。図１０は、本実施形態に係る第１のモータの平面図であり、図１１は、本実施形態に係る第２のモータの平面図である。図１０および図１１に示すモータ１は、ステータ２と、ロータ３と、を有する。図１０および図１１に示す通り、モータ１は、インナーロータ構造を採用する。なお、モータ１として、インナーロータ以外に、アウターロータ構造が採用されてもよい。図１０に示す第１のモータ１はＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータであり、図１１に示す第２のモータ１はＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータである。

【0057】

ステータ２は、軸方向に延びる円筒形状の外形を有する。ステータ２は、ロータ３の径方向外側に、ロータ３に対して所定の隙間を設けて配置される。ステータ２は、ステータコア２１と、インシュレータ２２と、コイル２３と、を有する。ステータコア２１は、軸方向に延びる筒形状の部材である。ステータコア２１は、複数枚の磁性鋼板が軸方向に積層されて形成される。ステータコア２１は、コアバック２１ａと、ティース（図示略）と、を有する。コアバック２１ａは、円環形状の部分である。ティースは、コアバック２１ａの内周面から径方向内側に延びる。ティースは、複数が周方向に所定間隔で並べて設けられる。また、隣り合うティース間の空隙はスロットと称される。図１０および図１１に示すモータ１では、スロットは例えば１２個設けられる。すなわち、図１０および図１１に示すモータ１では、スロット数Ｓは１２である。

【0058】

ロータ３は、軸方向に延びる円筒形状の外形を有する。ロータ３は、ステータ２の径方向内側に、ステータ２に対して所定の隙間を設けて配置される。ロータ３は、シャフト３１と、ロータコア４０と、マグネット３２を有する。ロータ３は、上下方向（図１０および図１１の紙面に垂直な方向）に延びるシャフト３１を中心に回転する。ロータコア４０は、軸方向に延びる円筒形状の部材である。ロータコア４０の径方向中心部に位置する孔部４１ｄに、シャフト３１が挿入される。ロータコア４０は、複数枚の磁性鋼板が軸方向に積層されて構成される。マグネット３２は、図１０に示す第１のモータ１ではロータコア４０の内部に配置され、図１１に示す第２のモータ１ではロータコア４０の表面に取り付けられる。マグネット３２は、複数が周方向に所定の間隔で並べて配置される。図１０および図１１に示すモータ１では、マグネット３２は例えば８個設けられる。すなわち、図１０および図１１に示すモータ１では、ポール数Ｐは８である。

【0059】

上述したポール数Ｐとスロット数Ｓによって、モータの磁気特性は異なる。ここで、作動音の発生要因として、主にラジアル力やトルクリップルなどが挙げられる。ポール数Ｐが８、スロット数Ｓが１２である８Ｐ１２Ｓのモータの場合、ロータとステータとの間において生じる電磁力の径方向の成分であるラジアル力は互いに相殺されるため、トルクリップルが主な作動音の原因となる。つまり、上述のモータ制御システムによりトルクリップルのみが補償されることで、８Ｐ１２Ｓのモータは作動音が効率的に低減される。したがって、本発明のモータ制御システムは、８Ｐ１２Ｓのモータにおいて特に有用である。

【0060】

ラジアル力の相殺は特にＳＰＭモータで効果的であるため本発明のモータ制御システムはＳＰＭモータにおいて特に有用である。より詳細に述べると、ＳＰＭモータにおいて、リラクタンストルクは生じず、マグネットトルクのみが寄与する。そのため、本発明が採用されることによりマグネットトルクのみ補償されることで振動低減が実現される。逆に、ラジアル力の相殺は、ＳＰＭモータおよび８Ｐ１２Ｓのモータで限定的に生じる作用では無く、ＩＰＭモータ、あるいは例えば１０Ｐ１２Ｓモータでも生じる作用であるため、本発明のモータ制御システムは、ＩＰＭモータでも有用であり、あるいは例えば１０Ｐ１２Ｓモータでも有用である。

【0061】

次に、電動パワーステアリング装置の概略について説明を行う。図１２に示す通り、本実施形態において、コラムタイプの電動パワーステアリング装置について例示する。電動パワーステアリング装置９は、自動車の車輪の操舵機構に搭載される。電動パワーステアリング装置９は、モータ１の動力により操舵力を直接的に軽減するコラム式のパワーステアリング装置である。電動パワーステアリング装置９は、モータ１と、操舵軸９１４と、車軸９１３と、を備える。

【0062】

操舵軸９１４は、ステアリング９１１からの入力を、車輪９１２を有する車軸９１３に伝える。モータ１の動力は、ギヤなどを備えたカップリング９１５を介して操舵軸９１４に伝えられる。コラム式の電動パワーステアリング装置９に採用されるモータ１は、エンジンルーム（図示せず）の内部に設けられる。なお、図１２に示す電動パワーステアリング装置９は、一例としてコラム式であるが、本発明のパワーステアリング装置はラック式であってもよい。

【0063】

ここで、電動パワーステアリング装置９のように低トルクリップルと低作動音が求められるアプリケーションでは、上述したモータ制御システム５によってモータ１が制御されることでその両立が図れるという効果がある。その理由として、電流制御の応答性を超えた周波数のトルクリップルに対し、ノイズを増幅するハイパスフィルタが用いられずに電流制御器の応答性が補償され、トルクリップル補償の効果が創出されるためである。そのため、本発明はパワーステアリング装置において特に有用である。 また、パワーステアリング装置におけるトルクリップルの補償としては、高次成分のトルクリップルと低次成分のトルクリップルとの双方の補償が求められる。高次成分のトルクリップルは、ステアリング９１１の角度が保持された保舵時に上記リミットサイクル振動などで生じるトルクリップルである。一方、低次成分のトルクリップルは、ステアリング９１１が操作された操作時に、モータの回転などに起因して生じるトルクリップルである。 本実施形態の電動パワーステアリング装置９では、保舵時には応答性が不要であるので応答性の低下によって高次成分のトルクリップルが補償され、ステアリング操作時には応答性の上昇によって低次成分のトルクリップルが補償される。このように、操舵状態に応じた応答性により、パワーステアリング装置において特に好ましい効果が得られる。

【0064】

本発明はパワーステアリング装置以外のアプリケーションについても有用である。例えばトラクションモータ（走行用モータ）、コンプレッサ用のモータ、オイルポンプ用のモータなどといった作動音の低減が求められるモータについて本発明は有用である。 以下、トラクションモータを備えたモータユニットについて説明する。

【0065】

以下の説明において特に断りのない限り、モータ１０２のモータ軸Ｊ２に平行な方向を単に「軸方向」と呼び、モータ軸Ｊ２を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、モータ軸Ｊ２を中心とする周方向、すなわち、モータ軸Ｊ２の軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。ただし、上記の「平行な方向」は、略平行な方向も含む。 図１３は、トラクションモータを備えたモータユニット１００の概念図であり、図１４は、モータユニット１００の側面模式図である。

【0066】

モータユニット１００は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等、モータを動力源とする車両に搭載され、動力源として使用される。 本実施形態のモータユニット１００は、モータ（メインモータ）１０２と、ギヤ部１０３と、ハウジング１０６と、モータ制御システム５と、を備える。

【0067】

図１３に示すように、モータ１０２は、水平方向に延びるモータ軸Ｊ２を中心として回転するロータ１２０と、ロータ１２０の径方向外側に位置するステータ１３０と、を備える。ハウジング１０６の内部には、モータ１０２およびギヤ部１０３を収容する収容空間１８０が設けられる。収容空間１８０は、モータ１０２を収容するモータ室１８１と、ギヤ部１０３を収容するギヤ室１８２と、に区画される。

【0068】

モータ１０２は、ハウジング１０６のモータ室１８１に収容される。モータ１０２は、ロータ１２０と、ロータ１２０の径方向外側に位置するステータ１３０と、を備える。モータ１０２は、ステータ１３０と、ステータ１３０の内側に回転自在に配置されるロータ１２０と、を備えるインナーロータ型モータである。

【0069】

ロータ１２０は、図示が省略されたバッテリからモータ制御システム５を介してステータ１３０に電力が供給されることで回転する。ロータ１２０は、シャフト（モータシャフト）１２１と、ロータコア１２４と、ロータマグネット（図示略）と、を有する。ロータ１２０（すなわち、シャフト１２１、ロータコア１２４およびロータマグネット）は、水平方向に延びるモータ軸Ｊ２を中心として回転する。ロータ１２０のトルクは、ギヤ部１０３に伝達される。 シャフト１２１は、水平方向かつ車両の幅方向に延びるモータ軸Ｊ２を中心として延びる。シャフト１２１は、モータ軸Ｊ２を中心として回転する。

【0070】

シャフト１２１は、ハウジング１０６のモータ室１８１とギヤ室１８２とを跨いで延びる。シャフト１２１の一方の端部は、ギヤ室１８２側に突出する。ギヤ室１８２に突出するシャフト１２１の端部には、第１のギヤ１４１が固定される。

【0071】

ロータコア１２４は、珪素鋼板（磁性鋼板）が積層されて構成される。ロータコア１２４は、軸方向に沿って延びる円柱体である。ロータコア１２４には、複数のロータマグネットが固定される。

【0072】

ステータ１３０は、ロータ１２０を径方向外側から囲む。図１３において、ステータ１３０は、ステータコア１３２と、コイル１３１とを有する。ステータ１３０は、ハウジング１０６に保持される。ステータコア１３２は、図示を省略するが、円環状のヨークの内周面から径方向内方に複数の磁極歯を有する。磁極歯の間には、コイル線（図示略）が掛けまわされてコイル３１が構成される。

【0073】

ギヤ部１０３は、ハウジング１０６のギヤ室１８２に収容される。ギヤ部１０３は、モータ軸Ｊ２の軸方向一方側においてシャフト１２１に接続される。ギヤ部１０３は、減速装置１０４と差動装置１０５とを有する。モータ１０２から出力されるトルクは、減速装置１０４を介して差動装置１０５に伝達される。

【0074】

減速装置１０４は、モータ１０２のロータ１２０に接続される。減速装置１０４は、モータ１０２の回転速度を減じて、モータ１０２から出力されるトルクを減速比に応じて増大させる機能を有する。減速装置１０４は、モータ１０２から出力されるトルクを差動装置１０５へ伝達する。

【0075】

減速装置１０４は、第１のギヤ（中間ドライブギヤ）１４１と、第２のギヤ（中間ギヤ）１４２と、第３のギヤ（ファイルナルドライブギヤ）１４３と、中間シャフト１４５と、を有する。モータ１０２から出力されるトルクは、モータ１０２のシャフト１２１、第１のギヤ１４１、第２のギヤ１４２、中間シャフト１４５および第３のギヤ１４３を介して差動装置１０５のリングギヤ（ギヤ）１５１へ伝達される。

【0076】

差動装置１０５は減速装置１０４を介しモータ１０２に接続される。差動装置１０５はモータ１０２から出力されるトルクを車両の車輪に伝達するための装置である。差動装置１０５は、車両の旋回時に、左右の車輪の速度差を吸収しつつ、左右両輪の車軸１５５に同トルクを伝える機能を有する。

【0077】

モータ制御システム５は、モータ１０２と電気的に接続される。モータ制御システム５はインバータでモータ１０２に電力を供給する。モータ制御システム５は、モータ２に供給される電流を制御する。モータ制御システム５によってトルクリップルが補償されることでモー
タ１０２の作動音が低減される。



＜結合系における作動音の低減＞

【0078】

例えば図１２に示すような電動パワーステアリング装置９にモータ１が組み込まれている場合には、モータ１と他の要素との結合による共振などが原因で音振動（ノイズ）が生じ、上述したトルクリップルの低減だけでは低作動音の実現が不十分となる虞がある。 以下では、このような音振動（ノイズ）を低減させる実施形態について説明する。 図１５は、第三実施形態のモータ制御システムの概略図であり、図１６は、第三実施形態の制御演算部の概略図である。

【0079】

この第三実施形態のモータ制御システム５は、第一実施形態におけるトルクリップル補償演算部５３１に替えて音振動補償演算部５３８を備える。なお、ここでは説明の簡便のため、トルクリップル補償演算部５３１に替えて音振動補償演算部５３８を備える例で説明するが、モータ制御システム５はトルクリップル補償演算部５３１と音振動補償演算部５３８との双方を備えてもよい。

【0080】

図１６に示すように音振動補償演算部５３８は、ルックアップテーブルを記憶した記憶部５３８２と、ルックアップテーブルを参照して補償値を得る参照部５３８１とを備える。記憶部５３８２に記憶されたルックアップテーブルは、目標ｑ軸電流値Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔとモータの回転速度（角速度）ωとを用いて参照値を求める２次元ルックアップテーブルである。 音振動補償演算部５３８によって求められる補償値γは、以下の式（５）によって得られる。



γ＝Ａｓｉｎ（Ｂθ＋Ｃ）



Ａ＝Ｌｏｏｋｕｐｔａｂｌｅ＿Ａ（Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ，ω） ・・・（５）



Ｃ＝Ｌｏｏｋｕｐｔａｂｌｅ＿Ｃ（Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔ，ω）

【0081】

つまり、記憶部５３８２に記憶されたルックアップテーブルでは、参照値としてゲインＡと位相Ｃが得られる。また、モータ電気角θに対する次数Ｂは、ルックアップテーブルに対して付与された固定値であり、ｋ次および１／ｋ次（ｋは整数）のうちから選択された次数である。ルックアップテーブルは、言い換えるならば、次数Ｂにおける補償値γが記録された記録表である。なお、補償値γの記録方式としては、ルックアップテーブル以外に、補償値γの近似式による記録方式が用いられてもよい。

【0082】

ルックアップテーブルとしては、次数Ｂが異なる複数のルックアップテーブルが記憶されてもよい。その場合、音振動補償演算部５３８では、各ルックアップテーブルから得られるゲインＡおよび位相Ｃから上記式（５）で各補償値γを算出し、それらの補償値γを互いに加算した値を補償値として出力することになる。つまり、音振動補償演算部５３８は、モータの回転におけるｋ次成分および１／ｋ次成分の少なくとも一方を補償する。 図１７は、記憶部５３８２に記憶されたルックアップテーブルを示す図である。 記憶部５３８２には、ゲインＡが参照値として得られる第１テーブルＴ１と、位相Ｃが参照値として得られる第２テーブルＴ２が記憶されている。

【0083】

各ルックアップテーブルＴ１，Ｔ２では、モータ回転速度ωの変化が行変化に対応し、目標電流値の変化が列変化に対応する。即ち、モータ回転速度ωが高い程下方側の行が参照され、目標電流値が大きい程右方側の列が参照される。図１７に示す例ではｍ行ｎ列のルックアップテーブルが示されているが、一般的に、モータ回転速度ωや目標電流値は行の間や列の間に相当する値を有する。このため参照値は、各ルックアップテーブルＴ１，Ｔ２に記載の値に基づいて例えば線形補間などによって求められる。

【0084】

図１６に示す参照部５３８１は、ルックアップテーブルの参照で得たゲインＡと位相Ｃをγ＝Ａｓｉｎ（Ｂθ＋Ｃ）に代入して補償値γを算出する。この補償値γは、第一実施形態と同様に、電流制限演算部５３２から出力された補正前の目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに重畳（加算）される。このような補償値γの加算により、第三実施形態のモータ制御システム５では結合系における共振などに起因した音振動（ノイズ）が低減される。

【0085】

このような音振動（ノイズ）も、上述した磁気センサに起因したトルクリップルと同様に高次成分のノイズであり、目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔに対する補償値γの加算によって効果的に低減される。そして、第三実施形態のモータ制御システム５でも、電圧制御演算部５３３でモータ回転速度（実角速度値）ωに基づいた適応制御によって低次成分のノイズが低減される。これにより、第三実施形態でも、高次のノイズと低次のノイズとの双方が低減されることになる。以下、共振などに起因した音振動（ノイズ）を低減させる補償値γを調整してルックアップテーブルとして記録する手順について説明する。図１８は、補償値γを調整して記録する手順を示す図である。

【0086】

先ず、ステップＳ１０１では、モータと、当該モータに結合されて当該モータによって駆動される駆動体とを含んだ結合系として、モータとステアリング機構の少なくとも一部とが結合された結合系についてノイズが測定される。 図１９は、図１８のステップＳ１０１におけるノイズ測定の状況を模式的に示す図である。

【0087】

ここでは、モータ１と操舵軸９１４とがカップリング９１５によって結合された結合系が防音室６内に設置された状況が示されており、この防音室６内で結合系が駆動されてノイズが測定される。

【0088】

このような測定は、図１２に示すようなコラム式のパワーステアリング機構について好適に用いられる。なお、ラック式のパワーステアリング機構の場合には、コラム式のパワーステアリング機構に対する測定結果に基づいて補償値γを求めることができる。 図２０は、図１８のステップＳ１０１におけるノイズ測定で得られたノイズデータの例を示すグラフである。

【0089】

図２０のグラフの横軸は、ノイズを周波数成分に分解した各周波数を示し、縦軸はモータの回転数を示す。また、ノイズ（の成分）の大きさは、グラフ中の点の濃さで表され、点の色が黒い程ノイズが大きい。

【0090】

グラフ中には、ノイズの高い点が斜線状に連なった領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が示される。これらの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、ノイズの周波数がモータの回転数に比例した領域であり、１つの領域が、モータの回転の次数成分における１つの次数に対応する。

【0091】

また、グラフ中には、ノイズの高い点が特定のモータ回転数付近に帯状に集中した領域Ｒ４も示される。この領域Ｒ４は、モータとステアリング機構とを結合したカップリングにおける共振帯域に相当する。

【0092】

このようなノイズデータが図１８のステップＳ１０１で得られると、次に、ステップＳ１０２では、上述した次数Ｂが特定される。即ち、モータの回転における次数成分のうち、ノイズの補償に寄与する成分の次数Ｂが特定される。ノイズの補償に寄与する成分とは、例えばノイズに多く含まれている成分である。

【0093】

次数特定の手法としては、ここでは２種類の手法を説明する。第１の手法では、モータの回転における各次数成分が互いに比較され、ノイズの大きい成分の次数Ｂが特定される。つまり、図２０に示す各次数成分の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が互いに比較され、ノイズが大きい領域の次数が特定される。

【0094】

第２の手法では、モータの回転数の帯域のうちノイズの大きい帯域が着目され、当該帯域中で、ノイズの大きい成分の次数Ｂが特定される。つまり、図２０に示す帯状の領域Ｒ４が着目され、その帯状の領域Ｒ４内でノイズが大きい次数成分の次数が特定される。

【0095】

図２０に示すノイズデータの場合、上記２種類の手法のいずれか用いられた場合でも、図２０に示す領域Ｒ１に対応した次数である２４次（電気角での次数）が特定されることになる。この特定された２４次という次数は、図１０、図１１に例示されたモータ１におけるポール数（８）とスロット数（１２）との公倍数（特にここでは最小公倍数）に相当する。

【0096】

ステップＳ１０２で次数Ｂが特定されると、次に、ステップＳ１０３で、ゲインと位相の調整が行われる。即ち、特定された次数Ｂ（例えば電気角で２４次の場合、機械角では６次）の成分を補償値としてモータ１の駆動が制御され、当該次数Ｂの成分値が調整されてノイズが低減される。より具体的には、図１５および図１６に示す音振動補償演算部５３８の出力値として、任意に調整されるゲインＡおよび位相Ｃに基づいた補償値γ＝Ａｓｉｎ（Ｂθ＋Ｃ）が用いられる。ここで、補償値γの算出には機械角の次数成分Ｂの値が用いられる。そして、制御演算部５３による制御の下でモータ１が、ノイズの大きい特定の回転数で駆動され、ノイズのレベルがモニタされながら、ノイズレベルが低下する値にゲインＡおよび位相Ｃが調整される。即ち、次数Ｂの成分値としてゲインおよび位相が調整される。 図２１は、モニタされるノイズレベルを例示した図である。 図２１の横軸はノイズの周波数を示し、縦軸はノイズのレベルを示す。

【0097】

図２１に例示されたノイズ波形は、図２０中の領域Ｒ４内における一定回転数のノイズ波形に相当し、図２０中では点の濃度で表されたノイズレベルが、図２１では縦軸方向の高さで表される。図２１のノイズ波形中に生じている各ピークが、各次数成分に相当し、図２１中の右端に近くに示された破線の位置が上記の特定次数Ｂ（例えば電気角で２４次）に相当する。特定次数ＢにおけるゲインＡおよび位相Ｃが適宜に調整されると、次数Ｂ（例えば電気角で２４次）のピークだけでなく、図２１に例示されたノイズ波形が全体として低減される。

【0098】

つまり、特定次数ＢにおけるゲインＡおよび位相Ｃが適宜に調整されることで、モータとステアリング機構とを結合したカップリングにおける共振帯域に相当する領域Ｒ４全体のノイズが低減（補償）される。

【0099】

図１８のステップＳ１０３では、そのようにノイズを低減するゲインＡおよび位相Ｃの調整が、複数のモータ回転数それぞれで実行されて、一連のゲインＡおよび一連の位相Ｃが得られる。そして、ステップＳ１０４では、その一連のゲインＡおよび一連の位相Ｃが、図１７５に示すルックアップテーブルＴ１，Ｔ２の１列分として記録される。即ち、次数Ｂの成分値がテーブルマップとして記録される。

【0100】

ステップＳ１０３では、更に、複数の目標ｑ軸電流Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔそれぞれについて、上述した手順が繰り返され、ステップＳ１０４では、図１７に示すルックアップテーブルＴ１，Ｔ２の各列にゲインＡと位相Ｃが記録される。

【0101】

ステップＳ１０４でゲインＡと位相ＣがルックアップテーブルＴ１，Ｔ２に記録されると、ステップＳ１０５で、そのルックアップテーブルＴ１，Ｔ２が、モータ制御システム５内の音振動補償演算部５３８の記憶部５３８２に記録（格納）される。モータ制御システム５は、例えばマイクロコンピュータによって実現され、ルックアップテーブルＴ１，Ｔ２は、マイクロコンピュータの記憶素子に記録（格納）される。

【0102】

このように記録（格納）されたルックアップテーブルＴ１，Ｔ２が音振動補償演算部５３８で用いられて上記式（５）で補償値γが算出されることにより、モータと他の要素とが結合した結合系で生じるノイズの低減が実現される。

【0103】

上述したように、ルックアップテーブルＴ１，Ｔ２としては、次数Ｂが異なる複数種類のルックアップテーブルが記憶されてもよい。その場合の補償値γは、例えば、上述したように各ルックアップテーブルの参照値から算出される各補償値が加算された補償値であってもよい。あるいは補償値γは、例えば、図１８のステップＳ１０２で説明した手法で次数Ｂが特定され、その特定次数ＢのルックアップテーブルＴ１，Ｔ２が用いられて算出された補償値γであってもよい。この次数Ｂの特定に用いられるノイズデータは、例えばステアリングが駆動中の車室内で測定されたノイズのデータである。 図２２および図２３は、補償値γによる補償の作用を示すグラフである。

【0104】

図２２および図２３の横軸はモータの回転数を示し、図２２の縦軸は、トルクリップルを示し、図２３の縦軸は、ノイズを示す。また、図２２および図２３には、補償無しの状態が点線で示され、補償有りの状態が実線で示されている。

【0105】

図２２に示すように、トルクリップルは補償値γによる補償の結果、モータ回転数の全域に渡って減少する。但し、約９００回転／分付近のピークはあまり低下しない。一方、ノイズは、図２３に示すように、モータ回転数の全域に渡って大幅に減少する。従って、補償値γによる補償は、結合系のノイズ低減に特に作用することが分かる。

【0106】

このような作用は、位相Ｃによる進角制御が、モータのトルクリップルの低減に適した制御条件よりも、ノイズの低減に適した制御条件で実行された結果と考えられる。言い換えると、補償値γによる補償は、モータのトルクリップルを使って結合系の共振などを打ち消す。 図２４は、第四実施形態のモータ制御システムの概略図であり、図２５は、第四実施形態の制御演算部の概略図である。 この第四実施形態のモータ制御システム５は、第二実施形態におけるトルクリップル補償演算部５３１に替えて音振動補償演算部５３８を備える。

【0107】

図２５に示すように音振動補償演算部５３８は、ルックアップテーブルを記憶した記憶部５３８２と、ルックアップテーブルを参照して補償値を得る参照部５３８１とを備える。音振動補償演算部５３８は、目標ｑ軸電流値Ｉｑ_ｔａｒｇｅｔとモータの回転速度ωとを用いてゲインＡと位相Ｃを求め、補償値γ＝Ａｓｉｎ（Ｂθ＋Ｃ）を算出する。但し、第四実施形態の音振動補償演算部５３８で算出される補償値γは、ｑ軸電圧指令値ＶＱ４に加算される補償値である。

【0108】

第四実施形態の記憶部５３８２
に記憶されるルックアップテーブルも、図１８のフローチャートで示される手順と同様の手順によって作成されて記録される。そして、モータ１と他の要素とが結合した結合系によって生じる音振動（ノイズ）が、補償値γによる補償により、第三実施形態と同様に低減される。

【0109】

第四実施形態のモータ制御システム５でも、電圧制御演算部５３３でモータ回転速度（実角速度値）ωに基づいた適応制御によって低次成分のノイズが低減される。これにより、第四実施形態でも、高次のノイズと低次のノイズとの双方が低減されることになる。

【0110】

結合系の例として、上記では、モータ１とステアリング機構の要素とが結合した結合系が示されているが、補償値γによるノイズ補償の対象としては、例えば図１３および図１４に示す、トラクションモータを備えたモータユニットなども考えられる。

【0111】

以上に、本発明の実施形態および変形例を説明したが、実施形態および変形例における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

【産業上の利用可能性】

【0112】

本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫およびパワーステアリング装置などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。

【符号の説明】

【0113】

１・・モータ、２・・ステータ、３・・ロータ、５・・モータ制御システム、３１・・シャフト３１、３２・・マグネット、４０・・ロータコア、５１・・モータ回転角度センサ、５２・・インバータ、５３・・制御演算部、５３１・・トルクリップル補償演算部、５３２・・電流制限演算部、５３３・・電圧制御演算部、５３５・・２軸／３相変換部、５３６・・デッドタイム補償演算部、５３７・・ＰＷＭ制御演算部、５３８・・音振動補償演算部、９・・電動パワーステアリング装置、１００・・モータユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】