特許 7552406 モータ制御方法及びモータ制御装置

(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】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】モータ制御方法及びモータ制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/05 20060101AFI20240910BHJP

【ＦＩ】

H02P21/05

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021018533

(22)【出願日】2021-02-08

(65)【公開番号】P2022121269

(43)【公開日】2022-08-19

【審査請求日】2023-12-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大野 翔

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１０９７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１００２６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／０４２２３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２６７４６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２１／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータ巻線を有するロータと、ステータ巻線を有するステータと、を備える巻線界磁型同期モータを制御するモータ制御方法であって、
前記巻線界磁型同期モータが出力するトルクを指令するトルク指令値を演算し、
前記ロータの回転状態を表す回転情報を取得し、
前記トルク指令値と前記回転情報に基づいて、前記ロータ巻線に流す電流を指令するロータ電流指令値と、前記ステータ巻線に流す電流を指令するステータ電流指令値と、を算出し、
前記ロータ電流指令値と前記ステータ電流指令値に基づいて、前記巻線界磁型同期モータ内に生じる磁束を推定し、
前記トルク指令値と前記回転情報に基づいて、トルクリプルを補償するトルクリプル補償値を演算し、
前記ロータ電流指令値を維持しつつ、前記トルクリプル補償値と前記磁束とに基づいて、前記ステータ電流指令値を補正する、
モータ制御方法。

【請求項2】

請求項１に記載のモータ制御方法であって、
前記トルクリプルの次数ごとに振幅及び位相を演算し、
前記トルクリプル補償値の演算及び前記ステータ電流指令値の補正は、次数ごとに演算された前記振幅及び前記位相に基づいて、１または複数の次数について行う、
モータ制御方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載のモータ制御方法であって、
前記ステータ電流指令値は、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値であり、
前記ステータ電流指令値の補正は、前記ｑ軸電流指令値に対して行う、
モータ制御方法。

【請求項4】

請求項１または２に記載のモータ制御方法であって、
前記ステータ電流指令値は、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値であり、
前記ステータ電流指令値の補正は、前記ｄ軸電流指令値と前記ｑ軸電流指令値の両方に対して行う、
モータ制御方法。

【請求項5】

請求項３または４に記載のモータ制御方法であって、
前記磁束として、前記ｄ軸電流指令値を用いて、リラクタンストルクと等価なリラクタンストルク等価磁束を推定し、
前記磁束として、前記ロータ電流指令値を用いて、前記ロータに発生する界磁磁束を推定し、
前記ステータ電流指令値の補正は、前記リラクタンストルク等価磁束及び前記界磁磁束を用いて行う、
モータ制御方法。

【請求項6】

請求項５に記載のモータ制御方法であって、
前記リラクタンストルク等価磁束は、前記ｄ軸電流指令値または前記ｑ軸電流指令値に、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差を乗じることによって推定する、
モータ制御方法。

【請求項7】

請求項６に記載のモータ制御方法であって、
ｄ軸電流応答を模擬した第１伝達特性に基づいて調整された前記ｄ軸電流指令値を用いて前記リラクタンストルク等価磁束を推定する、
モータ制御方法。

【請求項8】

請求項５～７のいずれか１項に記載のモータ制御方法であって、
前記界磁磁束は、前記ロータ電流指令値に、前記ロータと前記ステータの相互インダクタンスを乗じることによって推定する、
モータ制御方法。

【請求項9】

請求項８に記載のモータ制御方法であって、
前記ロータ巻線に流れる電流の応答を模擬した第２伝達特性に基づいて調整された前記ロータ電流指令値を用いて前記界磁磁束を推定する、
モータ制御方法。

【請求項10】

請求項９に記載のモータ制御方法であって、
前記第２伝達特性は、電圧の印可から電流が流れるまでの伝達特性をモデル化した規範応答モデルと、前記規範応答モデルの出力をフィードバックするフィードバックモデルと、前記電圧の飽和特性を模擬する飽和モデルと、によって形成される、
モータ制御方法。

【請求項11】

ロータ巻線を有するロータと、ステータ巻線を有するステータと、を有する巻線界磁型同期モータを制御するモータ制御装置であって、
前記巻線界磁型同期モータが出力するトルクを指令するトルク指令値を演算し、
前記ロータの回転状態を表す回転情報を取得し、
前記トルク指令値と前記回転情報に基づいて、前記ロータ巻線に流す電流を指令するロータ電流指令値と、前記ステータ巻線に流す電流を指令するステータ電流指令値と、を算出し、
前記ロータ電流指令値と前記ステータ電流指令値に基づいて、前記巻線界磁型同期モータ内に生じる磁束を推定し、
前記トルク指令値と前記回転情報に基づいて、トルクリプルを補償するトルクリプル補償値を演算し、
前記ロータ電流指令値を維持しつつ、前記トルクリプル補償値と前記磁束とに基づいて、前記ステータ電流指令値を補正する、
モータ制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、巻線界磁型電動モータの制御方法及び制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、同期モータの制御に関し、回転状態の変動に伴って発生するトルクリプルを抑制する技術が記載されている。具体的には、特許文献１のモータ制御では、モータの回転状態に基づいてトルクリプル補償値が算出される。そして、このトルクリプル補償値がトルク指令値にフィードバックされることによって、トルクリプルを抑制したモータ制御が実現される。

【0003】

また、特許文献２には、巻線界磁型同期モータの制御に関し、トルクリプルを最小にする制御マップを含む複数の制御マップを予め用意し、状況に応じて制御マップを切り替える制御が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許５９４９９２９号

【文献】特開２００８－１０９７５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献２の巻線界磁型同期モータの制御では、トルクリプルを最小にする制御マップが選択されないときには、トルクリプルが抑えられない。このため、状況に応じて適切に巻線界磁型同期モータのトルクリプルを抑制するためには、特許文献１のようにトルクリプル補償値を算出し、これを巻線界磁型同期モータの制御に用いることが望ましい。

【0006】

一方、巻線界磁型同期モータの制御に特許文献１の制御を適用しようとすると、トルク指令値の変化に応じて、ステータ巻線に流す電流だけでなく、ロータ巻線に流す電流も変化させることになる。しかし、巻線界磁型同期モータでは、ロータ巻線のインダクタンスはステータ巻線のインダクタンスよりも大きい。このため、ロータ巻線に流す電流は、ステータ巻線に流す電流と同等の応答速度で制御することができない。この応答遅れがある結果、巻線界磁型同期モータの制御に特許文献１の制御を単純に適用しても、正確にトルクリプルが補償されないという問題がある。

【0007】

本発明は、巻線界磁型同期モータで発生するトルクリプルを、正確に抑制可能なモータ制御方法及びモータ制御装置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】

【0008】

本発明のある態様は、ロータ巻線を有するロータと、ステータ巻線を有するステータと、を備える巻線界磁型同期モータを制御するモータ制御方法である。このモータ制御方法では、巻線界磁型同期モータが出力するトルクを指令するトルク指令値が演算され、ロータの回転状態を表す回転情報が取得される。そして、トルク指令値と回転情報に基づいて、ロータ巻線に流す電流を指令するロータ電流指令値と、ステータ巻線に流す電流を指令するステータ電流指令値と、が算出される。また、ロータ電流指令値とステータ電流指令値に基づいて、巻線界磁型同期モータ内に生じる磁束が推定される。一方、トルク指令値と回転情報に基づいて、トルクリプルを補償するトルクリプル補償値が演算される。そして、ロータ電流指令値が維持されつつ、トルクリプル補償値と磁束とに基づいて、ステータ電流指令値が補正される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、巻線界磁型同期モータで発生するトルクリプルを、正確に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、電動車両の概略構成を示す説明図である。

【図2】図２は、アクセル開度－トルクテーブルの例である。

【図3】図３は、電動車両１００で実行するモータ制御方法の作用を示すフローチャートである。

【図4】図４は、トルクリプル抑制処理部の構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、磁束推定部の構成を示すブロック図である。

【図6】図６は、トルクリプル補償値演算部の構成を示すブロック図である。

【図7】図７は、電流制御部の構成を示すブロック図である。

【図8】図８は、ｑ軸電流制御部の構成を示すブロック図である。

【図9】図９は、ｄ軸電流制御部の構成を示すブロック図である。

【図10】図１０は、ｆ軸電流制御部の構成を示すブロック図である。

【図11】図１１は、比較例に係るトルクリプル抑制処理の結果を示すグラフである。

【図12】図１２は、本実施形態に係るトルクリプル抑制処理の結果を示すグラフである。

【図13】図１３は、第２実施形態に係るトルクリプル抑制処理部の構成を示すブロック図である。

【図14】図１４は、第２実施形態に係る磁束推定部の構成を示すブロック図である。

【図15】図１５は、第３実施形態に係る磁束推定部の構成を示すブロック図である。

【図16】図１６は、第４実施形態に係るトルクリプル抑制処理部の構成を示すブロック図である。

【図17】図１７は、第４実施形態に係るトルクリプル補償値演算部の構成を示すブロック図である。

【図18】図１８は、第４実施形態に係るトルクリプル抑制処理の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

【0012】

［第１実施形態］
図１は、電動車両１００の概略構成を示す説明図である。電動車両１００は、電気自動車またはハイブリッド車両等の自動車である。なお、電動車両１００は、本実施形態に係るモータ制御方法によって巻線界磁型同期モータが制御されるシステムの一例である。したがって、電動車両１００以外の車両、及び、その他鉄道等のシステムにおいても本実施形態に係るモータ制御方法は好適である。

【0013】

図１に示すように、電動車両１００は、巻線界磁型同期モータ１０、バッテリ１１、インバータ１２、及び、コントローラ１３を備える。

【0014】

巻線界磁型同期モータ１０は、周知のように、ロータが永久磁石の代わりに巻線を備える電動機である。すなわち、巻線界磁型同期モータ１０は、ロータ巻線を有するロータと、ステータ巻線を有するステータと、を備える（いずれも図示しない）。また、巻線界磁型同期モータ１０は三相交流モータである。このため、ステータ巻線は、Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相を有する。そして、これらの各相に流す電流を制御することにより、ロータの回転速度及び出力するトルクが制御される。さらに、巻線界磁型同期モータ１０では、ロータ巻線に流れる電流を制御することにより、ロータの磁束が変更可能である。ロータ巻線は界磁巻線と称されることがある。また、ステータ巻線は電気子巻線と称されることがある。以下、巻線界磁型同期モータ１０を、単にモータ１０という。また、以下では、ステータ巻線に流れる電流をステータ電流という。各相に流れる三相交流電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wはステータ電流である。また、三相交流電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wは、座標変換により、いわゆるｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qに変換可能である。このため、ｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qもステータ電流である。さらに、以下では、ロータ巻線に流れる電流をロータ電流という。ロータ電流は、いわゆる界磁電流あるいはｆ軸電流ｉ_fである。

【0015】

なお、本実施形態においては、モータ１０は電動車両１００の駆動源である。したがって、モータ１０は、減速機１４及びドライブシャフト１５を介して駆動輪１６に接続する。これにより、モータ１０が発生するトルクは駆動輪に伝達され、電動車両１００に駆動力を発生させる。また、電動車両１００の走行時にモータ１０が駆動輪１６に連れ回されて回転するときには、回生駆動力を発生させる回生制御をすることで、モータ１０は電動車両１００の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。

【0016】

バッテリ１１は、リチウムイオンバッテリ等の直流電源である。本実施形態においては、バッテリ１１は直流電圧Ｖ_dcを出力する。バッテリ１１は、モータ１０に電力を供給する。また、モータ１０を回生制御するときには、バッテリ１１は、回生電力を充電する。

【0017】

インバータ１２は、ステータ電流を制御するためのステータ用駆動信号に基づいて、バッテリ１１の直流電圧Ｖ_dcを三相交流電圧（Ｖ_u，Ｖ_v，Ｖ_w）に変換し、ステータ巻線に印加する。これにより、ステータ巻線には、ステータ用駆動信号に応じて、所望の三相交流電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wが流れる。より具体的には、インバータ１２は、ステータ電流の制御用に、各相につき、２対のスイッチング素子を有する。そして、インバータ１２は、ステータ用駆動信号に応じてこれらのスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることにより、バッテリ１１から供給される直流電圧Ｖ_dcを交流に変換する。この結果、モータ１０のＵＶＷ各相に印加される電圧はそれぞれＶ_u，Ｖ_v，Ｖ_wである。

【0018】

また、インバータ１２は、ロータ電流を制御するためのロータ用駆動信号に基づいて、バッテリ１１からロータ巻線に所望のロータ電流を流す。より具体的には、インバータ１２は、ロータ電流の制御用に、ロータ巻線の両端にそれぞれ２対（計４個）のスイッチング素子を接続する。そして、インバータ１２は、ロータ用駆動信号に応じてこれらのスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすることにより、ロータ電流を制御する。この結果、ロータ巻線に印加される電圧はＶｆである。なお、ロータ電流の方向が所定の一方向のみであるときには、２対のスイッチング素子のうち、対角に位置する２つのスイッチング素子をダイオードに置き換えてもよい。

【0019】

なお、インバータ１２が備える各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）等のパワー半導体素子である。

【0020】

コントローラ１３は、モータ１０及び電動車両１００の各部を統括的に制御する１または複数のコンピュータで構成される。したがって、コントローラ１３は、例えば、中央演算装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）等から構成される。コントローラ１３は、各部の制御を予め定められた所定の制御周期で定期的に実行するようにプログラムされている。本実施形態においては、コントローラ１３は、モータ１０を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、インバータ１２に入力する。これにより、コントローラ１３は、モータ１０を駆動する。すなわち、コントローラ１３は、少なくとも巻線界磁型同期モータであるモータ１０を制御するモータ制御装置である。

【0021】

コントローラ１３は、電動車両１００の各部から、必要に応じて動作状態等に係る情報（以下、車両情報という）を取得することができる。車両情報は車両変数とも称される。本実施形態においては、コントローラ１３は、車両情報として、アクセルの操作量を表すアクセル開度Ａｐｏ、バッテリ１１の直流電圧Ｖｄｃ、三相交流電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_w、及び、ロータ電流（ｆ軸電流ｉ_f）を取得する。また、コントローラ１３は、モータ１０の回転状態を表す情報を取得する。モータ１０の回転状態を表す情報とは、例えば、電気角θ_re［ｒａｄ］、電気角速度ω_re［ｒａｄ／ｓ］、及び、機械角速度ω_rm［ｒａｄ／ｓ］である。モータ１０の機械角速度ω_rmは、モータ１０の回転数を表す。

【0022】

アクセル開度Ａｐｏは、アクセル開度センサ（図示しない）によって検出できる。バッテリ１１の直流電圧Ｖ_dcは、直流電源ラインに備え付けられた電圧センサ（図示しない）、または、バッテリコントローラ（図示しない）によって検出される。三相交流電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_w、及び、ロータ電流（ｆ軸電流ｉ_f）は、電流センサ１７によって検出される。モータ１０の電気角θ_reは、レゾルバやエンコーダ等からなる回転センサ１９によって検出される。モータ１０の電気角速度ω_reは、電気角θ_reの時間変化率である。モータ１０の機械角速度ω_rmは、電気角速度ω_reをモータ１０の極対数で除することにより算出できる。このため、モータ１０の電気角θ_reの取得は、実質的に電気角速度ω_re及び機械角速度ω_rmの取得を兼ねる。なお、本実施形態においては、コントローラ１３は、これらの各種車両情報をセンサ等から直接に取得するが、電動車両１００がこれらを取得する他のコントローラ等を備えるときには、そのコントローラ等との通信により、これらの車両情報の一部または全部を取得することができる。

【0023】

コントローラ１３は、モータ１０の制御において、トルク指令値演算部２１、電流指令値演算部２２、トルクリプル抑制処理部２３、及び、電流制御処理部２４として機能する。

【0024】

トルク指令値演算部２１は、アクセル開度Ａｐｏ及び車速に基づき、モータ１０が出力すべきトルクを指令するトルク指令値Ｔ_m ^*を演算する。本実施形態では、トルク指令値演算部２１は、アクセル開度Ａｐｏ及び車速と、トルクと、の関係を表すアクセル開度－トルクテーブルを有する。図２は、アクセル開度－トルクテーブルの例である。また、電動車両１００の車速は、例えば、モータ１０の機械角速度ω_rmに駆動輪１６の動半径を乗じ、ファイナルギヤのギヤ比で除することによって算出することができる。したがって、トルク指令値演算部２１は、車両情報として取得するアクセル開度Ａｐｏ及び機械角速度ω_rmと、アクセル開度－トルクテーブルを用いて、トルク指令値Ｔ_m ^*を求める。

【0025】

電流指令値演算部２２は、トルク指令値Ｔ_m ^*と、モータ１０の機械角速度ω_rmと、バッテリ１１の直流電圧Ｖ_dcと、を用いて電流指令値ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*を演算する（図４参照）。「ｉ_q1 ^*」は、トルク指令値Ｔ_m ^*に応じて、ステータ巻線に流すべきｑ軸電流を指令するｑ軸電流指令値である。「ｉ_d1 ^*」は、トルク指令値Ｔ_m ^*に応じて、ステータ巻線に流すべきｄ軸電流を指令するｄ軸電流指令値である。「ｉ_f1 ^*」は、トルク指令値Ｔ_m ^*に応じて、ロータ巻線に流すべきｆ軸電流ｉ_fを指令するｆ軸電流指令値である。電流指令値演算部２２が演算するこれらの電流指令値ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*は、後述するトルクリプル補正処理前の電流指令値であるという意味で、第１の電流指令値である。なお、本実施形態においては、電流指令値演算部２２は、例えば、トルク指令値Ｔ_m ^*、機械角速度ω_rm、及び、バッテリ１１の直流電圧Ｖ_dcと、電流指令値ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*と、の関係を予め定めるマップデータ（図示しない）を保有する。このため、電流指令値演算部２２は、このマップデータを参照することにより、トルク指令値Ｔ_m ^*、機械角速度ω_rm、及び、バッテリ１１の直流電圧Ｖ_dcに対応する電流指令値ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*を得る。

【0026】

トルクリプル抑制処理部２３は、トルクリプルを抑制するための処理（以下、トルクリプル抑制処理）を施す。トルクリプルとは、モータ１０の構成その他の要因により、モータ１０が出力するトルクに重畳される周期的または振動的な変動をいう。トルクリプルの抑制とは、トルクリプルを除去または低減することをいう。本実施形態においては、トルクリプル抑制処理部２３は、電流指令値演算部２２が演算した電流指令値ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*のうち、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*をトルク指令値Ｔ_m ^*に応じて補正し、補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*を演算する。すなわち、トルクリプル抑制処理部２３は、トルク指令値Ｔ_m ^*と電流指令値ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*の入力を受け、補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*と、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*及びｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*と、を出力する。トルクリプル抑制処理部２３が出力する電流指令値の一部または全部は、トルクリプル補正処理後の電流指令値という意味で、第２の電流指令値である。本実施形態では、上記の通り、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*だけが第２の電流指令値（補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*）となり、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*及びｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*は、第１の電流指令値のまま出力される。トルクリプル抑制処理については、詳細を後述する。

【0027】

電流制御処理部２４は、検出等された三相交流電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_w及びロータ電流（ｆ軸電流ｉ_f）等の車両情報と、トルクリプル抑制処理が施された電流指令値（ｉ_q2 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*）と、に基づいて、モータ１０を駆動するＰＷＭ信号を生成する。電流制御処理部２４は、このＰＷＭ信号をインバータ１２に出力することで、モータ１０にトルク指令値Ｔ_m ^*に応じたトルクを出力させつつ、かつ、トルクリプルを抑制する。なお、電流制御処理部２４が実行する処理は、いわゆる電流制御処理である。電流制御処理については、詳細を後述する。

【0028】

図３は、電動車両１００で実行するモータ制御方法の作用を示すフローチャートである。図３に示すように、コントローラ１３は、ステップＳ１０１において、入力処理を実行する。入力処理は、モータ１０の制御に必要な車両情報を、取得または演算する処理である。本実施形態では、入力処理において、アクセル開度Ａｐｏ等の車両情報が取得される他、トルク指令値Ｔ_m ^*が演算される。

【0029】

ステップＳ１０２においては、コントローラ１３は、トルク指令値Ｔ_m ^*と、モータ１０の機械角速度ω_rmと、バッテリ１１の直流電圧Ｖ_dcと、を用いて電流指令値ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*を演算する。そして、ステップＳ１０３においては、コントローラ１３は、トルクリプル抑制処理を実行する。本実施形態では、コントローラ１３は、ステップＳ１０２で算出したｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*を、補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*に補正する。その後、ステップＳ１０４において、コントローラ１３は、トルクリプル抑制処理が施された電流指令値（ｉ_q2 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*）を用いてＰＷＭ信号を生成し、これをインバータ１２に入力する。その結果、モータ１０は、モータ１０にトルク指令値Ｔ_m ^*に応じたトルクを出力しつつ、かつ、トルクリプルが抑制される。

【0030】

以下、トルクリプル抑制処理、電流制御処理、及び、本実施形態に係るモータ制御方法によるトルクリプル抑制の作用について詳細に説明する。

【0031】

＜トルクリプル抑制処理＞
図４は、トルクリプル抑制処理部２３を示すブロック図である。図４に示すように、トルクリプル抑制処理部２３は、（１）磁束推定部３１、（２）乗算部３２、（３）トルクリプル補償値演算部３３、（４）ｑ軸補正電流演算部３４、及び、（５）加算部３５を備える。

【0032】

（１）磁束推定部３１
磁束推定部３１は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*とｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*に基づいて、モータ１０内に生じる磁束φ＾を演算する。具体的には、磁束推定部３１は以下のように磁束φ＾を演算する。

【0033】

巻線界磁型であるモータ１０が出力するトルクＴを表すトルク方程式は、ｄ軸電流ｉ_d、ｑ軸電流ｉ_q、及びｆ軸電流ｉ_fを用いて、下記の式（１）によって表される。式（１）において、「Ｐ_n」はモータ１０の極対数であり、「Ｍ_f」は、ステータとロータの間の相互インダクタンスである。また、「Ｌｄ」はｄ軸インダクタンスであり、「Ｌｑ」はｑ軸インダクタンスである。

【0034】

【数1】

【0035】

式（１）において第１項及び第２項がともにｑ軸電流ｉ_qに比例することから分かる通り、モータ１０の出力するトルクＴ_mにおいては、特にｑ軸電流ｉ_qが支配的である。そして、第１項（Ｐ_nＭ_fｉ_fｉ_q）のうち、相互インダクタンスＭ_fとｆ軸電流ｉ_fの積（Ｍ_fｉ_f）の部分は、ロータ巻線によって発生する界磁磁束の推定値（以下、界磁磁束φ_f＾という）を表す。また、第２項（Ｐ_n（Ｌ_d－Ｌ_q）ｉ_dｉ_q）は、いわゆるリラクタンストルクを表す。このため、第２項のうち、ｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qとの差Ｌ_d－Ｌ_qと、ｄ軸電流ｉ_dと、の積（（Ｌ_d－Ｌ_q）ｉ_d）の部分は、リラクタンストルクと等価な磁束の推定値（以下、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾という）を表す。そして、界磁磁束φ_f＾とリラクタンストルク等価磁束φ_r＾の総計が、モータ１０内に生じる磁束φ＾である。このため、本実施形態においては、磁束推定部３１は、界磁磁束φ_f＾とリラクタンストルク等価磁束φ_r＾をそれぞれ算出し、これらを加算することによってモータ１０内に生じる磁束φ＾を算出する。

【0036】

図５は、磁束推定部３１の構成を示すブロック図である。図５に示すように、磁束推定部３１は、界磁磁束推定部３６と、リラクタンストルク等価磁束推定部３７と、加算部３８と、を備える。

【0037】

界磁磁束推定部３６は、ｆ軸電流指令値ｉ_f ^*に基づいて、界磁磁束φ_f＾を算出する。本実施形態では、界磁磁束推定部３６は、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*に相互インダクタンスＭ_fを乗じる乗算部３９からなる。界磁磁束推定部３６は、相互インダクタンスＭ_fとして、ある代表点における相互インダクタンスの値を使用することができる。但し、実験またはシミュレーション等によって予め定めるマップデータを保有しているときには、界磁磁束推定部３６は、そのマップデータを参照することにより、モータ１０の動作状態等に応じて動的に相互インダクタンスＭ_fを決定することができる。

【0038】

リラクタンストルク等価磁束推定部３７は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*に基づいて、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾を算出する。本実施形態においては、リラクタンストルク等価磁束推定部３７は、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*に、ｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qの差（Ｌ_d－Ｌ_q）を乗じる乗算部４０からなる。リラクタンストルク等価磁束推定部３７は、ｄ軸インダクタンスＬ_d及びｑ軸インダクタンスＬ_qとして、ある代表点における値を使用することができる。但し、実験またはシミュレーション等によって予め定めるマップデータを保有しているときには、リラクタンストルク等価磁束推定部３７は、そのマップデータを参照することにより、モータ１０の動作状態等に応じて動的にｄ軸インダクタンスＬ_d及びｑ軸インダクタンスＬ_qを決定することができる。また、ｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qとの差Ｌ_d－Ｌ_qと、ｑ軸電流ｉ_qと、の積（（Ｌ_d－Ｌ_q）ｉ_q）をリラクタンストルク等価磁束φ_r＾と定義することもできる。この場合、リラクタンストルク等価磁束推定部３７は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*の代わりに、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に対して、上記のインダクタンスの差（Ｌ_d－Ｌ_q）を乗じることにより、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾を算出する。

【0039】

加算部３８は、界磁磁束推定部３６が推定した界磁磁束φ_f＾と、リラクタンストルク等価磁束推定部３７が推定したリラクタンストルク等価磁束φ_r＾と、を加算する。これにより、モータ１０内で生じる磁束φ＾が算出される。

【0040】

（２）乗算部３２
乗算部３２（図４参照）は、上記のように磁束推定部３１が推定した磁束φ＾に極対数Ｐ_nを乗じる。乗算部３２の出力は、ｑ軸補正電流演算部３４に入力される。

【0041】

（３）トルクリプル補償値演算部３３
トルクリプル補償値演算部３３（図４参照）は、モータ１０の電気角θ_re及び電気角速度ω_reと、トルク指令値Ｔ_m ^*と、に基づいて、トルクリプル補償値を演算する。トルクリプル補償値とは、第１の電流指令値（ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*）のいずれかまたは全部に対して演算することにより、第１の電流指令値（ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*）に基づいてモータ１０を駆動するときに生じるトルクリプルを抑制するため補償値である。

【0042】

また、トルクリプルは、電気角θ_reに関して高調波として現れる。モータ１０の具体的な構成にも依るが、トルクリプルは例えば６の整数倍次（６次、１２次、１８次、…）の高調波として表れる。トルクリプル補償値演算部３３は、これら各次数のトルクリプルについてそれぞれトルクリプル補償値を演算することができる。本実施形態においては、簡単のため、ｎ次（例えばｎ＝６）のトルクリプルに対するトルクリプル補償値（以下、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnという）算出する。具体的には、トルクリプル補償値演算部３３は、以下のようにｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnを演算する。

【0043】

図６は、トルクリプル補償値演算部３３の構成を示すブロック図である。図６に示すように、トルクリプル補償値演算部３３は、振幅算出部４１、位相算出部４２、位相補正値算出部４３、及び、補償値演算部４４を備える。

【0044】

振幅算出部４１は、トルク指令値Ｔ_m ^*に基づき、各次数のトルクリプルについて各々の振幅を算出する。具体的には、振幅算出部４１は、トルク指令値Ｔ_m ^*と、各次数のトルクリプルの振幅と、を対応付けるマップデータを有する。このため、振幅算出部４１は、このマップデータを参照することにより、トルク指令値Ｔ_m ^*に応じたトルクリプルの振幅を得る。本実施形態においては、振幅算出部４１は、トルク指令値Ｔ_m ^*を用いてｎ次トルクリプルの振幅Ｋ_nを算出する。なお、トルクリプルの振幅を定める上記のマップデータは、設計値によって、もしくは、実験またはシミュレーション等によって、予め定めることもできる。算出されたトルクリプルの振幅は、補償値演算部４４に入力される。

【0045】

位相算出部４２は、トルク指令値Ｔ_m ^*に基づき、各次数のトルクリプルについて各々の位相を算出する。具体的には、位相算出部４２は、トルク指令値Ｔ_m ^*と、各次数のトルクリプルの位相と、を対応付けるマップデータを有する。このため、位相算出部４２は、このマップデータを参照することにより、トルク指令値Ｔ_m ^*に応じたトルクリプルの位相を得る。本実施形態においては、位相算出部４２は、トルク指令値Ｔ_m ^*を用いてｎ次トルクリプルの位相θ_nを算出する。なお、トルクリプルの位相を定める上記のマップデータは、設計値によって、もしくは、実験またはシミュレーション等によって、予め定められる。算出されたトルクリプルの位相は、補償値演算部４４に入力される。

【0046】

位相補正値算出部４３は、位相補正値を算出する。位相補正値は、制御の遅れ時間を考慮した位相の補正量を表す。ｎ次トルクリプルの位相補正値θｎ′は、電気角θ_re、電気角速度ω_re、及び制御遅れ時間ｔ_nを用いて、下記の式（２）によって算出することができる。他の次数のトルクリプルに対する位相補正値も同様である。位相補正値算出部４３が算出する位相補正値は、補償値演算部４４に入力される。

【0047】

【数2】

【0048】

補償値演算部４４は、トルクリプルの振幅、位相、及び、位相補正値を用いて、トルクリプル補償値を演算する。本実施形態では、補償値演算部４４は、ｎ次トルクリプルの振幅Ｋ_n、位相θ_n、及び、位相補正値θ_n′を用いて、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnを演算する。ｎ次トルクリプル補償値Ｔｃｎは、下記の式（３）によって算出することができる。他の次数のトルクリプル補償値も同様である。

【0049】

【数3】

【0050】

上記のように、トルクリプル補償値演算部３３が算出した各次数のトルクリプル補償値は、ｑ軸補正電流演算部３４に入力される。本実施形態においては、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnがｑ軸補正電流演算部３４に入力される。

【0051】

（４）ｑ軸補正電流演算部３４
ｑ軸補正電流演算部３４（図４参照）は、各次数のトルクリプル補償値に基づいて、ｑ軸補正電流を演算する。ｑ軸補正電流は、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に対する演算に使用することで、モータ１０に流すｑ軸電流ｉ_qを補正するｑ軸用の電流補正値である。本実施形態では、ｑ軸補正電流演算部３４は、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に加算して使用し、ｎ次トルクリプルを補償するｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*を演算する。より具体的には、ｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*は、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cn、極対数Ｐ_n、及び、磁束φ＾を用いて、下記の式（４）によって算出される。他の次数のトルクリプルを補償するときに使用するｑ軸補正電流も同様に演算される。また、算出されたｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*は、加算部３５に入力される。

【0052】

【数4】

【0053】

（５）加算部３５
加算部３５（図４参照）は、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*にｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*を加算することにより、補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*を出力する。なお、ｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*が、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に対して、減算等、加算以外の方法で使用されるべき値であるときには、加算部３５は、減算部その他の適切な演算部に置き換えられる。

【0054】

以上のように、本実施形態のトルクリプル抑制処理部２３は、電流指令値ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*のうち、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*については、これをトルクリプル補償値Ｔ_cnに基づいて補正する。そして、補正後のｑ軸電流指令値である補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*が電流制御処理部２４に出力される。一方、本実施形態のトルクリプル抑制処理部２３は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*及びｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*を維持する。このため、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*及びｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*はそのまま電流制御処理部２４に出力される。

【0055】

＜電流制御処理＞
図７は、電流制御処理部２４の構成を示すブロック図である。図７に示すように、（ａ）座標変換部５１、（ｂ）電流制御部５２、（ｃ）非干渉制御部５３、（ｄ）電圧指令値演算部５４、（ｅ）先読補償部５５、（ｆ）座標変換部５６、及び、（ｇ）ＰＷＭ変換部５７を備える。

【0056】

（ａ）座標変換部５１
座標変換部５１には、検出等された電気角θ_reと三相交流電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wが入力される。座標変換部５１は、これらを用いて、三相交流電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wを、３相交流座標系（ＵＶＷ座標系）から直交２軸直流座標系（ｄｑ軸座標系）に変換する演算を行う。すなわち、座標変換部５１は、３相／ｄｑ交流座標変換器である。具体的には、座標変換部５１は、下記の式（５）によって座標変換を行う。なお、本実施形態では、三相交流電流ｉ_u，ｉ_v，ｉ_wのうち、Ｕ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vを取得し、Ｗ相電流ｉ_wは演算により求める。ｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qは、電流制御部５２に入力される。

【0057】

【数5】

【0058】

（ｂ）電流制御部５２
電流制御部５２は、実際のｑ軸電流ｉ_q、ｄ軸電流ｉ_d、及び、ｆ軸電流ｉ_fを、トルクリプル抑制処理部２３から入力される電流指令値ｉ_q2 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*に、定常偏差なく所望の応答性で追従させる。このために、電流制御部５２は、ｑ軸電流制御部６１、ｄ軸電流制御部６２、及び、ｆ軸電流制御部６３を備える。

【0059】

ｑ軸電流制御部６１は、実際のｑ軸電流ｉ_qと、補正後のｑ軸電流指令値である補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*と、を入力とし、ｑ軸電流規範応答ｉ_{q_ref}と、第１のｑ軸電圧指令値Ｖ_{q_dsh}と、を出力する。ｑ軸電流規範応答ｉ_{q_ref}は、非干渉制御部５３に入力される。また、第１のｑ軸電圧指令値Ｖ_{q_dsh}は、電圧指令値演算部５４に入力される。

【0060】

図８は、ｑ軸電流制御部６１の構成を示すブロック図である。図８に示すように、ｑ軸電流制御部６１は、伝達特性７１に応じて、補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*からｑ軸電流規範応答ｉ_{q_ref}を演算する。ｑ軸電流ｉ_qの応答遅れは、非干渉制御部５３による非干渉制御の結果、１次遅れとみなせる。このため、伝達特性７１は、補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*に対する実際のｑ軸電流ｉ_qの応答遅れを模擬した１次遅れの伝達特性である。図８における「τ_q」はｑ軸電流規範応答の時定数である。また、「ｓ」はラプラス演算子であり、これは図９等においても同様である。

【0061】

また、ｑ軸電流制御部６１は、減算部７２によって、補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*から実際のｑ軸電流ｉ_qを減算する。補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*とｑ軸電流ｉ_qの差Δｉ_q（図示しない）は、乗算部７３に入力され、比例ゲインＫ_pqが乗じられる。また、差Δｉ_qは、乗算部７４に入力されることによって積分ゲインＫ_iqが乗じられ、さらに積分器７５によって積分される。そして、ｑ軸電流制御部６１は、加算部７６によってこれらの演算結果を加算することにより、第１のｑ軸電圧指令値Ｖ_{q_dsh}を演算する。

【0062】

比例ゲインＫ_pq及び積分ゲインＫ_iqは、それぞれ下記の式（６）及び式（７）にしたがって設定される。これにより、補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*からｑ軸電流ｉ_qまでの伝達特性は、下記の式（８）に示す規範応答に一致する。これは、前述の伝達特性７１に等しい。なお、「Ｌ_q′」はｑ軸動的インダクタンスであり、「Ｒ_a」はステータ巻線の抵抗である。

【0063】

【数6】

【0064】

ｄ軸電流制御部６２（図７参照）は、実際のｄ軸電流ｉ_dと、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*と、を入力とし、ｄ軸電流規範応答ｉ_{d_ref}、ｄ軸電流規範応答ｉ_{d_ref}の微分値ｓ・ｉ_{d_ref}、及び、第１のｄ軸電圧指令値Ｖ_{d_dsh}を出力する。ｄ軸電流規範応答ｉ_{d_ref}とその微分値ｓ・ｉ_{d_ref}は、非干渉制御部５３に入力される。また、第１のｄ軸電圧指令値Ｖ_{d_dsh}は、電圧指令値演算部５４に入力される。

【0065】

図９は、ｄ軸電流制御部６２の構成を示すブロック図である。図９に示すように、ｄ軸電流制御部６２は、伝達特性８１に応じて、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*からｄ軸電流規範応答ｉ_{d_ref}を演算する。ｄ軸電流ｉ_dの応答遅れは、非干渉制御部５３による非干渉制御の結果、１次遅れとみなせる。このため、伝達特性８１は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*に対する実際のｄ軸電流ｉ_dの応答遅れを模擬した１次遅れの伝達特性である。図９等における「τ_d」はｄ軸電流規範応答の時定数である。

【0066】

また、ｄ軸電流制御部６２は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を演算部８２に入力する。演算部８２は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*からｄ軸電流規範応答ｉ_{d_ref}の微分値ｓ・ｉ_{d_ref}を算出する。

【0067】

さらに、ｄ軸電流制御部６２は、減算部８３によって、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*から実際のｄ軸電流ｉ_dを減算する。ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*とｄ軸電流ｉ_dの差Δｉ_d（図示しない）は、乗算部８４に入力され、比例ゲインＫ_pdが乗じられる。また、差Δｉ_dは、乗算部８５に入力されることによって積分ゲインＫ_idが乗じられ、さらに積分器８６によって積分される。そして、ｄ軸電流制御部６２は、加算部８７によってこれらの演算結果を加算することにより、第１のｄ軸電圧指令値Ｖ_{d_dsh}を演算する。

【0068】

比例ゲインＫ_pd及び積分ゲインＫ_idは、それぞれ下記の式（９）及び式（１０）にしたがって設定される。これにより、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*からｄ軸電流ｉ_dまでの伝達特性は、下記の式（１１）に示す規範応答に一致する。これは、前述の伝達特性８１に等しい。なお、「Ｌ_d′」はｄ軸動的インダクタンスである。

【0069】

【数7】

【0070】

ｆ軸電流制御部６３（図７参照）は、実際のｆ軸電流ｉ_fと、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*と、を入力とし、ｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}、ｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}の微分値ｓ・ｉ_{f_ref}、及び、第１のｆ軸電圧指令値Ｖ_{f_dsh}を出力する。ｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}とその微分値ｓ・ｉ_{f_ref}は、非干渉制御部５３に入力される。また、第１のｆ軸電圧指令値Ｖ_{f_dsh}は、電圧指令値演算部５４に入力される。ｆ軸電流制御部６３がこれらの各パラメータを演算する方法は、ｄ軸電流制御部６２と同様である。

【0071】

図１０は、ｆ軸電流制御部６３の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、ｆ軸電流制御部６３は、伝達特性９１に応じて、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*からｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}を演算する。ｆ軸電流ｉ_fの応答遅れは、非干渉制御部５３による非干渉制御の結果、１次遅れとみなせる。このため、伝達特性９１は、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*に対する実際のｆ軸電流ｉ_fの応答遅れを模擬した１次遅れの伝達特性である。図１０等における「τ_f」はｆ軸電流規範応答の時定数である。

【0072】

また、ｆ軸電流制御部６３は、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*を演算部９２に入力する。演算部９２は、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*からｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}の微分値ｓ・ｉ_{f_ref}を算出する。

【0073】

さらに、ｆ軸電流制御部６３は、減算部９３によって、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*から実際のｆ軸電流ｉ_fを減算する。ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*とｆ軸電流ｉ_fの差Δｉ_f（図示しない）は、乗算部９４に入力され、比例ゲインＫ_pfが乗じられる。また、差Δｉ_fは、乗算部９５に入力されることによって積分ゲインＫ_ifが乗じられ、さらに積分器９６によって積分される。そして、ｆ軸電流制御部６３は、加算部９７によってこれらの演算結果を加算することにより、第１のｆ軸電圧指令値Ｖ_{f_dsh}を演算する。

【0074】

比例ゲインＫ_pf及び積分ゲインＫ_ifは、それぞれ下記の式（１２）及び式（１３）にしたがって設定される。これにより、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*からｆ軸電流ｉ_fまでの伝達特性は、下記の式（１４）に示す規範応答に一致する。これは、前述の伝達特性９１に等しい。なお、「Ｌ_f′」はｆ軸動的インダクタンスであり、「Ｒ_f」はロータ巻線の抵抗である。

【0075】

【数8】

【0076】

（ｃ）非干渉制御部５３
非干渉制御部５３（図７参照）は、電気角速度ω_reと電流制御部５２からの各入力を用いて、ｄｑｆ各軸間の干渉電圧を相殺するために必要な非干渉電圧Ｖ_{d_dcpl}，Ｖ_{q_dcpl}，Ｖ_{f_dcpl}を算出する。電流制御部５２から非干渉制御部５３への入力は、前述の通り、ｄ軸電流規範応答ｉ_{d_ref}とその微分値ｓ・ｉ_{d_ref}、ｑ軸電流規範応答ｉ_{q_ref}、及び、ｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}とその微分値ｓ・ｉ_{f_ref}である。非干渉電圧Ｖ_{d_dcpl}，Ｖ_{q_dcpl}，Ｖ_{f_dcpl}は、電圧指令値演算部５４に入力される。

【0077】

モータ１０の電圧方程式は、下記の式（１５）に示す通りである。「Ｖｄ」「Ｖｑ」「Ｖｆ」は、それぞれｄ軸電圧、ｑ軸電圧、及び、ｆ軸電圧である。また、「Ｌ_f」はｆ軸インダクタンスであり、「Ｍ_f′」はステータ及びロータ間の動的相互インダクタンスである。

【0078】

【数9】

【0079】

そして、非干渉制御部５３が理想的に機能すれば、上記式（１５）の電圧方程式は、下記の式（１６）に示すように対角化される。

【0080】

【数10】

【0081】

このため、ｄｑｆ各軸の電圧から電流までの伝達特性は、下記の式（１７）、式（１８）、及び、式（１９）に示すように、一次遅れとなる。

【0082】

【数11】

【0083】

（ｄ）電圧指令値演算部５４
電圧指令値演算部５４（図７参照）は、加算部５４ｑによって、第１のｑ軸電圧指令値Ｖ_{q_dsh}とｑ軸用の非干渉電圧Ｖ_{q_dcpl}を加算することにより、第２のｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*を演算する。同様に、電圧指令値演算部５４は、加算部５４ｄによって、第１のｄ軸電圧指令値Ｖ_{d_dsh}とｄ軸用の非干渉電圧Ｖ_{d_dcpl}を加算することにより、第２のｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*を演算する。また、電圧指令値演算部５４は、加算部５４ｆによって、第１のｆ軸電圧指令値Ｖ_{f_dsh}とｆ軸用の非干渉電圧Ｖ_{f_dcpl}を加算することにより、第２のｆ軸電圧指令値Ｖ_f ^*を演算する。第２のｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*及び第２のｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*は、ｑ軸及びｄ軸の最終的な電圧指令値として、座標変換部５６に入力される。また、第２のｆ軸電圧指令値Ｖ_f ^*は、ｆ軸の最終的な電圧指令値として、ＰＷＭ変換部５７に入力される。

【0084】

（ｅ）先読補償部５５
先読補償部５５（図７参照）は、検出等された電気角θ_reと電気角速度ω_reを用いて、先読み補償された電気角（以下、先読補償後電気角という）θ_re′を算出する。具体的には、先読補償部５５は、電気角速度ω_reと本実施形態の制御系が持つむだ時間Ｔ_w（図示しない）との乗算値Ｔ_wω_reを、電気角θ_reに加算することにより、先読補償後電気角をθ_re′を算出する。先読補償後電気角をθ_re′は、座標変換部５６に入力される。

【0085】

（ｆ）座標変換部５６
座標変換部５６（図７参照）は、電気角速度ω_reで回転する２軸直流座標系（ｄｑ軸座標系）から三相交流座標系（ＵＶＷ軸座標系）への変換を行う。具体的には、座標変換部５６は、第２のｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*と、第２のｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*と、先読補償後電気角をθ_re′と、を用いて、下記の式（２０）による座標変換処理を行う。これにより、座標変換部５６は、ＵＶＷ各相の電圧指令値（以下、三相電圧指令値という）Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*を算出する。三相電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*は、ＰＷＭ変換部５７に出力される。

【0086】

【数12】

【0087】

（ｇ）ＰＷＭ変換部５７
ＰＷＭ変換部５７（図７参照）は、ステータ用のＰＷＭ変換器（以下、ステータＰＷＭ変換器という）５７ａと、ロータ用のＰＷＭ変換器（以下、ロータＰＷＭ変換器という）５７ｂと、を備える。

【0088】

ステータＰＷＭ変換器５７ａは、三相電圧指令値Ｖ_u ^*，Ｖ_v ^*，Ｖ_w ^*に基づいて、インバータ１２のステータ用スイッチング素子を制御するＰＷＭデューティ駆動信号Ｄ_uu ^*，Ｄ_ul ^*，Ｄ_vu ^*，Ｄ_vl ^*，Ｄ_wu ^*，Ｄ_wl ^*を生成する。また、ロータＰＷＭ変換部５７ｂは、ｆ軸電圧指令値Ｖ_f ^*に基づいて、インバータ１２のロータ用スイッチング素子を制御するＰＷＭデューティ駆動信号Ｄ_fu ^*，Ｄ_fl ^*を生成する。インバータ１２にこれらのＰＷＭデューティ駆動信号が入力されることにより、モータ１０のステータ巻線には補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*及びｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*で指定されるｑ軸電流ｉ_q及びｄ軸電流ｉ_dが流れる。同時に、ロータ巻線にはｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*で指定されるｆ軸電流ｉ_fが流れる。その結果、トルク指令値Ｔ_m ^*で指定されたトルクを出力するように、モータ１０が駆動される。

【0089】

＜トルクリプル抑制の作用＞
以上のように、本実施形態のコントローラ１３が実行するモータ制御方法によれば、巻線界磁型であるモータ１０を、トルクリプルを抑制して駆動することができる。

【0090】

図１１は、比較例に係るトルクリプル抑制処理の結果を示すグラフである。この比較例では、トルクリプル補償値Ｔ_cnをトルク指令値Ｔ_m ^*にフィードバックすることで、モータ１０のトルクリプルを抑制する例である。図１１（Ａ）は、比較例の制御によってモータ１０が出力するトルクの時間変化を表すグラフである。図１１（Ｂ）～（Ｃ）は比較例の制御におけるｆ軸電流ｉ_f、ｑ軸電流ｉ_q、及びｄ軸電流ｉ_dの時間変化を示すグラフである。

【0091】

なお、図１１における細実線はトルクリプル抑制処理を行わないときのトルク及び各軸電流の変化を表している。図１１（Ａ）において細実線で示すように、モータ１０の制御において、何らトルクリプル抑制処理を行わないときには、所定のトルクリプルが発生する。また、図１１（Ｂ）～（Ｄ）の細実線から分かる通り、図１１（Ａ）～（Ｄ）の横軸の時間スケールは、トルクリプル抑制処理を行わないときに、各軸の電流がほぼ一定とみなせるスケールである。

【0092】

図１１（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に太実線で示すように、比較例のトルクリプル抑制処理では、トルク指令値Ｔ_m ^*にトルクリプル補償値Ｔ_cnをフィードバックするので、このフィードバックの作用がｑ軸電流ｉ_qとｄ軸電流ｉ_dだけでなく、ｆ軸電流ｉ_fにも及ぶ。但し、モータ１０は巻線界磁型同期モータであって、ロータ巻線は小さい電流で大きな磁束を発生させるために、ロータ巻線のインダクタンス（ｆ軸インダクタンスＬ_f）は、ステータ巻線のインダクタンス（ｄ軸インダクタンスＬ_d及びｑ軸インダクタンスＬ_q）よりも大きい。したがって、ｆ軸電流ｉ_fの変動は、ｑ軸電流ｉ_q及びｄ軸電流ｉ_dの変動よりも遅れる。

【0093】

その結果、図１１（Ａ）に太実線で示すように、比較例のトルクリプル抑制処理では、トルクリプルが減少するものの、ｆ軸電流ｉ_fに応答遅れがあることによってトルクリプルは抑制しきれない。

【0094】

これに対して、本実施形態のトルクリプル抑制処理では、トルクリプル補償値Ｔ_cnをトルク指令値Ｔ_m ^*にフィードバックするのではなく、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*の補正に使用する。すなわち、本実施形態のトルクリプル抑制処理は、トルクリプル抑制処理の作用を、ｑ軸電流ｉ_qにだけ及ぼし、応答遅れが避けられないｆ軸電流ｉ_fにはトルクリプル抑制処理の作用を及ぼさない。このため、本実施形態のモータ制御方法によれば、比較例よりも適切にモータ１０のトルクリプルを抑制することができる。

【0095】

図１２は、本実施形態に係るトルクリプル抑制処理の結果を示すグラフである。図１２（Ａ）は、本実施形態のトルクリプル抑制処理によってモータ１０が出力するトルクの時間変化を表すグラフである。図１２（Ｂ）～（Ｃ）は本実施形態のトルクリプル抑制処理におけるｆ軸電流ｉ_f、ｑ軸電流ｉ_q、及びｄ軸電流ｉ_dの時間変化を示すグラフである。細実線でトルクリプル抑制処理を行わないときの各時間変化を表していること、及び、これら各グラフの横軸（時間軸）のスケールは図１１と同様である。

【0096】

図１２（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に太実線で示すように、本実施形態のトルクリプル抑制処理では、当該処理の作用が、実質的に応答遅れのないｑ軸電流ｉ_qにだけ及ぶ。そして、この時間スケールにおいてはｄ軸電流ｉ_d及びｆ軸電流ｉ_fは一定である。このため、トルクリプル抑制処理において、ｑ軸電流ｉ_q及びｄ軸電流ｉ_dに対する相対的なｆ軸電流ｉ_fの応答遅れを考慮する必要がない。その結果、図１２（Ａ）に示すように、本実施形態のトルクリプル抑制処理によれば、比較例のトルクリプル抑制処理を行うときよりも（図１１（Ａ）参照）、モータ１０のトルクリプルがより正確に抑制される。

【0097】

以上のように、本実施形態に係るモータ制御方法は、ロータ巻線を有するロータと、ステータ巻線を有するステータと、を備える巻線界磁型同期モータであるモータ１０を制御するモータ制御方法である。そして、このモータ制御方法では、モータ１０が出力するトルクを指令するトルク指令値Ｔ_m ^*が演算され、電気角θ_re、電気角速度ω_re、機械角速度ω_rm等のロータの回転状態を表す回転情報が取得される。そして、トルク指令値Ｔ_m ^*と電気角θ_re等の回転情報に基づいて、ロータ巻線に流す電流を指令するロータ電流指令値であるｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*及びｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*と、ステータ巻線に流す電流を指令するステータ電流指令値であるｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*とが算出される。また、ロータ電流指令値であるｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*及びｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*とステータ電流指令値であるｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*とに基づいて、モータ１０内に生じる磁束φ＾が推定される。一方、トルク指令値Ｔ_m ^*と電気角θ_re等の回転情報に基づいて、トルクリプルを補償するトルクリプル補償値Ｔ_cnが演算される。そして、ロータ電流指令値であるｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*を維持しつつ、トルクリプル補償値Ｔ_cnと磁束φ＾とに基づいて、ステータ電流指令値の１つであるｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*が補正される。

【0098】

このように、本実施形態に係るモータ制御方法は、応答遅れが避けられないロータ電流指令値（ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*）を維持し、所望の応答性が得られるステータ電流指令値（ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*）を補正して、モータ１０のトルクリプルを補正する。このため、本実施形態に係るモータ制御方法によれば、巻線界磁型同期モータであるモータ１０で発生するトルクリプルを、比較例等と比較して、より良く正確に抑制できる。

【0099】

本実施形態では簡単のためにｎ次トルクリプルだけを抑制しているが、本実施形態に係るモータ制御方法では、トルクリプルの次数ごとに振幅及び位相が演算される。そして、トルクリプル補償値の演算及びステータ電流指令値の補正は、次数ごとに演算された振幅及び位相に基づいて、１または複数の次数について行われる。このように、１または複数の次数のトルクリプルを抑制することによって、巻線界磁型同期モータであるモータ１０で発生するトルクリプルを、さらに好適に抑制できる。また、トルクリプルの次数ごとに、適切な補償をすることができる。

【0100】

本実施形態に係るモータ制御方法では、ステータ電流指令値は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1*とｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*であり、ステータ電流指令値の補正は、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に対して行われる。式（１）から分かる通り、モータ１０が出力するトルクＴ_mにおいては、ｑ軸電流ｉ_qが支配的である。このため、ステータ電流指令値の補正は、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に対して行うことで、特に良好にトルクリプルを抑制しやすい。

【0101】

本実施形態に係るモータ制御方法では、モータ１０内に生じる磁束として、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を用いて、リラクタンストルクと等価な磁束であるリラクタンストルク等価磁束φ_r＾を推定する。また、モータ１０内に生じる磁束として、ロータ電流指令値であるｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*を用いて、ロータに発生する磁束である界磁磁束φ_f＾を推定する。そして、ステータ電流指令値（ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*）の補正は、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾及び界磁磁束φ_f＾を用いて行われる。このように、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾と界磁磁束φ_f＾を算出することで、モータ１０内に生じる磁束φ＾を正確に推定することができる。このため、トルクリプル補償値（Ｔ_cn等）がより正確になる。その結果、トルクリプルがより良く正確に抑制される。

【0102】

また、本実施形態に係るモータ制御方法では、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*またはｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に、ｄ軸インダクタンスＬ_dとｑ軸インダクタンスＬ_qの差（Ｌ_d－Ｌ_q）を乗じることによって推定される。この推定方法によれば、簡単かつ正確にリラクタンストルク等価磁束φ_r＾が推定される。その結果、モータ１０のトルクリプルは、より容易にかつ正確に抑制される。

【0103】

また、本実施形態に係るモータ制御方法では、界磁磁束φ_f＾は、ロータ電流指令値（ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*）に、ロータとステータの相互インダクタンスＭ_fを乗じることによって推定される。この推定方法によれば、簡単かつ正確に界磁磁束φ_f＾が推定される。その結果、モータ１０のトルクリプルは、より容易にかつ正確に抑制される。

【0104】

［第２実施形態］
上記第１実施形態においては、トルク指令値Ｔ_m ^*が概ね一定とみなせる時間的範囲におけるトルクリプル抑制処理ついて説明しているが、トルク指令値Ｔ_m ^*は電動車両１００の走行状態等に応じて変化する。そして、トルク指令値Ｔ_m ^*が変化するときには、ｄ軸電流ｉ_d及びｑ軸電流ｉ_qも含めて、モータ１０に流れる電流に応答遅れが発生する。このため、トルク指令値Ｔ_m ^*が変化するときには、この応答遅れを考慮して、より正確なトルクリプル補償値を算出することが好ましい。本第２実施形態においては、トルク指令値Ｔ_m ^*が変化するときに生じる各電流の応答遅れを考慮して、より正確なトルクリプル補償値を算出する例を説明する。なお、第２実施形態においては、トルクリプル抑制処理部２３の構成が第１実施形態と異なる。それ以外の構成は第１実施形態と同様である。

【0105】

図１３は、第２実施形態に係るトルクリプル抑制処理部２３の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、第２実施形態のトルクリプル抑制処理部２３は、磁束推定部２０１、トルク推定部２０２、トルクリプル補償値演算部２０３、及び、第２電流指令値演算部２０４を備える。

【0106】

磁束推定部２０１は、第１実施形態と同様に構成される。すなわち、磁束推定部２０１は、第１実施形態と同様に、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*とｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*に基づいて、界磁磁束φ_f＾とリラクタンストルク等価磁束φ_r＾を算出する。そして、これらを加算することにより、モータ１０内に生じる磁束φ＾が演算される。但し、第２実施形態においては、磁束推定部２０１によって推定された磁束φ＾は、トルク推定部２０２と第２電流指令値演算部２０４に入力される。また、磁束推定部２０１は、界磁磁束推定部３６とリラクタンストルク等価磁束推定部３７の構成が第１実施形態の磁束推定部３１と異なる。

【0107】

図１４は、第２実施形態に係る磁束推定部２０１の構成を示すブロック図である。図１４に示すように、第２実施形態の界磁磁束推定部２０５は、相互インダクタンスＭ_fを乗じる乗算部３９の前段に、演算部２０６を備える。演算部２０６は、ロータ巻線に流れる電流の応答を模擬した伝達特性に基づいて、ロータ電流指令値であるｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*を補正する。なお、トルクリプル補償値を用いたステータ電流指令値の「補正」と区別するため、演算部２０６の演算による補正を、以下では「調整」という。すなわち、このため、界磁磁束推定部２０５は、演算部２０６によって調整されたｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*を用いて界磁磁束φ_f＾を推定する。

【0108】

演算部２０６が模擬する伝達特性は、ｆ軸電流応答遅れを模擬した１次遅れの伝達特性に対して、ｑ軸電流応答の進みを補償した伝達特性である。界磁磁束推定部２０５は、演算部２０６によってｆ軸電流応答の遅れに対するｑ軸電流応答の進みを補正することにより、第１実施形態の界磁磁束推定部３６よりもさらに正確に界磁磁束φ_f＾を推定することができる。

【0109】

また、第２実施形態のリラクタンストルク等価磁束推定部２０７は、インダクタンスの差（Ｌｄ－Ｌｑ）を乗じる乗算部４０の前段に、演算部２０８を備える。演算部２０８は、ｄ軸電流応答を模擬した伝達特性に基づいて、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を補正する。なお、トルクリプル補償値を用いたステータ電流指令値の「補正」と区別するため、演算部２０８の演算による補正を、以下では「調整」という。すなわち、リラクタンストルク等価磁束推定部２０７は、演算部２０８によって調整されたｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を用いてリラクタンストルク等価磁束φ_r＾を推定する。

【0110】

演算部２０８が模擬する伝達特性は、ｄ軸電流応答遅れを模擬した１次遅れの伝達特性に対して、ｑ軸電流応答の進みを補償した伝達特性である。リラクタンストルク等価磁束推定部２０７は、演算部２０８によってｄ軸電流応答の遅れに対するｑ軸電流応答の進みを補正することにより、第１実施形態のリラクタンストルク等価磁束推定部３７よりもさらに正確にリラクタンストルク等価磁束φ_r＾を推定することができる。

【0111】

なお、以下では、演算部２０６，２０８の各伝達特性を区別するために、リラクタンストルク等価磁束推定部２０７の演算部２０８が模擬する伝達特性を第１伝達特性といい、界磁磁束推定部２０５の演算部２０６が模擬する伝達特性を第２伝達特性という場合がある。

【0112】

トルク推定部２０２（図１３参照）は、下記の式（２１）にしたがってトルク推定値Ｔ_m＾を演算する。トルク推定値Ｔ_m＾は、補正前のｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*と、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*及びｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*と、によってモータ１０を制御するときに、モータ１０が出力するトルクＴ_mの推定値である。トルク推定値Ｔ_m＾は、トルクリプル補償値演算部２０３と第２電流指令値演算部２０４に入力される。

【0113】

【数13】

【0114】

トルクリプル補償値演算部２０３は、トルク指令値Ｔ_m ^*の代わりに、トルク推定値Ｔ_m＾を入力とする他は、第１実施形態のトルクリプル補償値演算部３３と同様である。すなわち、トルクリプル補償値演算部２０３は、モータ１０の電気角θ_re及び電気角速度ω_reと、トルク推定値Ｔ_m＾と、に基づいて、トルクリプル補償値を演算する。ここでは、トルクリプル補償値演算部２０３は、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnを演算する。ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnは、第２電流指令値演算部２０４に入力される。

【0115】

第２電流指令値演算部２０４は、下記の式（２２）にしたがって、補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*を演算する。トルクリプル補償値演算部２０３が他の次数のトルクリプル補償値を演算するときも同様である。

【0116】

【数14】

【0117】

以上のように、第２実施形態のトルクリプル抑制処理部２３は、トルク推定値Ｔ_m＾を算出し、これを用いてｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*をより正確に補正する。このため、トルク指令値Ｔ_m ^*が変化するシーンにおいても、トルクリプルを正確に抑制することができる。このように、上記のトルク推定値Ｔ_m＾を用いることでｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*がより正確に補正されるのは、トルク推定値Ｔ_m＾が応答遅れを考慮して算出された磁束φ＾に基づいて算出されるからである。

【0118】

より具体的には、第２実施形態のモータ制御方法では、ｄ軸電流応答を模擬した演算部２０８の第１伝達特性に基づいて調整されたｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を用いて、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾が推定される。このため、トルク指令値Ｔ_m ^*が変化するシーンにおいてもリラクタンストルク等価磁束φ_r＾が正確に推定される。そして、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*は、トルク推定値Ｔ_m＾を介して、この正確なリラクタンストルク等価磁束φ_r＾に基づいて補正される。したがって、第２実施形態に係るモータ制御方法によれば、トルク指令値Ｔ_m ^*が変化するシーンにおいても、モータ１０のトルクリプルが正確に抑制される。

【0119】

また、第２実施形態のモータ制御方法では、ロータ巻線に流れる電流（ｆ軸電流ｉ_f）の応答を模擬した演算部２０６の第２伝達特性に基づいて調整されたロータ電流指令値（ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*）を用いて、界磁磁束φ_f＾が推定される。このため、トルク指令値Ｔ_m ^*が変化するシーンにおいても界磁磁束φ_f＾が正確に推定される。そして、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*は、トルク推定値Ｔ_m＾を介して、この正確な界磁磁束φ_f＾に基づいて補正される。したがって、第２実施形態に係るモータ制御方法によれば、トルク指令値Ｔ_m ^*が変化するシーンにおいても、モータ１０のトルクリプルが正確に抑制される。

【0120】

［第３実施形態］
上記の通り、第２実施形態においては、トルク指令値Ｔ_m ^*が変化するシーンにおいて正確にトルクリプルを抑制する。しかし、トルク指令値Ｔ_m ^*が急峻に変化するときにはｆ軸電流ｉ_fが急峻に立ち上がることになる。このため、こうした急峻な変化の過程においては、界磁電圧（ｆ軸電圧Ｖ_f）が、過渡的に、バッテリ１１の直流電圧Ｖ_dcによって制限されることがある。このとき、実際に発生するトルクＴ_mの応答遅れは非線形な特性となるので、トルクリプル抑制処理においてもこの非線形な応答遅れの特性を考慮することが好ましい。したがって、本第３実施形態では、トルク指令値Ｔ_m ^*が急峻に変化することによって発生する非線形なトルク応答遅れを考慮したトルクリプル抑制処理について説明する。なお、第３実施形態においては、磁束推定部の構成が第１実施形態及び第２実施形態と異なる。それ以外の構成は、第１実施形態または第２実施形態と同様である。

【0121】

図１５は、第３実施形態に係る磁束推定部３０１の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、第３実施形態における磁束推定部３０１は、界磁磁束推定部３０２と、リラクタンストルク等価磁束推定部３０３と、を備える。

【0122】

界磁磁束推定部３０２は、第１実施形態等と同様の乗算部３９の他に、乗算部３１１、加算部３１２、リミット処理部３１３、演算部３１４、及び、演算部３１５を備える。界磁磁束推定部３０２は、これらにより、電流フィードバック系を構成する。

【0123】

乗算部３１１は、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*にゲインＧ_afを乗算する。これにより、乗算部３１１は、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*を電圧指令値の次元に変換する。ゲインＧ_afは、下記の式（２３）にしたがって設定される。これは、ｆ軸電圧Ｖ_fが飽和しない範囲でトルク指令値Ｔ_m ^*が変動するときに、ｆ軸電流応答を１次遅れの伝達特性に一致させるためである。ゲインＧ_afを乗じたｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*は、加算部３１２に入力される。

【0124】

【数15】

【0125】

加算部３１２は、乗算部３１１の出力と、演算部３１５の出力と、を加算する。乗算部３１１の出力は、前述のようにｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*にゲインＧ_afを乗じることによって算出された電圧指令値である。また、演算部３１５の出力は、後述するように、ｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}にゲインＧ_bfを乗算して、電圧指令値に変換したものである。したがって、加算部３１２は、実質的に、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*に対してｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}をフィードバックする。以下、加算部３１２の出力をｆ軸電圧指令値Ｖ_fc（図示しない）という。ｆ軸電圧指令値Ｖ_fcは、リミット処理部３１３に入力される。

【0126】

リミット処理部３１３は、加算部３１２から入力されるｆ軸電圧指令値Ｖ_fcの上限値及び／または下限値を制限するリミット処理を実行する。これにより、リミット処理部３１３は、ｆ軸電圧Ｖ_fの飽和特性を模擬する飽和モデルによって構成される。ｆ軸電圧Ｖ_fの飽和特性とは、トルク指令値Ｔ_m ^*が急峻に変化するときに、ｆ軸電圧Ｖ_fの上限及び／または下限がバッテリ１１の直流電圧Ｖ_dcによって制限され、実質的にｆ軸電圧Ｖ_fが飽和した状態になる非線形な電圧の変化特性をいう。リミット処理部３１３は、リミット処理後のｆ軸電圧指令値Ｖ_{fc_lim}を、演算部３１４に出力する。

【0127】

演算部３１４は、ｆ軸電圧Ｖ_fからｆ軸電流ｉ_fまでの伝達特性をモデル化した規範応答モデル（以下、ｆ軸モデルという）によって、リミット処理後のｆ軸電圧指令値Ｖｆ_{c_lim}からｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}を演算する。また、ｆ軸モデルは、ｑ軸電流応答の進みを補償する。このため、ｆ軸モデルは、図１５に示す通り、（τ_qｓ＋１）／（Ｌ_f′ｓ＋Ｒ_f）で表される。演算部３１４が出力するｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}は、乗算部３９で相互インダクタンスＭ_fが乗じられることにより、界磁磁束φ_f＾として出力される。

【0128】

演算部３１５は、演算部３１４が出力するｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}を取得し、これにゲインＧ_bfを乗じて、加算部３１２に出力する。すなわち、演算部３１５は、演算部３１４が出力するｆ軸電流規範応答ｉ_{f_ref}を電圧指令値に変換してフィードバックする。ゲインＧ_bfは、下記の式（２４）にしたがって設定される。これは、ｆ軸電圧Ｖ_fが飽和しない範囲でトルク指令値Ｔ_m ^*が変動するとき、ｆ軸電流応答を１次遅れの伝達特性に一致させるためである。なお、演算部３１５が実行するフィードバックの演算モデル（以下、フィードバックモデルという）は、図１５に示す通り、Ｇ_bf／（τ_qｓ＋１）で表される。これは、演算部３１４がｑ軸電流応答の進みを補償することに対応する。

【0129】

【数16】

【0130】

リラクタンストルク等価磁束推定部３０３は、原則として第２実施形態のリラクタンストルク等価磁束推定部２０７（図１４参照）と同様に構成される。但し、本実施形態においては、ｄ軸電流応答とｑ軸電流応答は実質的に等しく、その結果、ｄ軸電流応答の時定数τ_dとｑ軸電流応答の時定数τ_qが等しいとする。この場合、第２実施形態にリラクタンストルク等価磁束推定部２０７が含む演算部２０８が表す伝達特性は「１」であるため、実質的に第１実施形態のリラクタンストルク等価磁束推定部３７と同様の簡素化した構成となっている。すなわち、リラクタンストルク等価磁束推定部３０３は、乗算部４０によって、ｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌ_d－Ｌ_q）をｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*に乗じることにより、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾を推定する。

【0131】

以上のように、第３実施形態は、第２実施形態の界磁磁束推定部２０５に導入した伝達特性（第２伝達特性）を、演算部３１４の規範応答モデル（ｆ軸モデル）と、この規範応答モデルの出力をフィードバックする演算部３１５のフィードバックモデルと、リミット処理部３１３の飽和モデルと、によって形成するように拡張したものである。

【0132】

このように、第３実施形態では、界磁磁束推定部３０２に、ｆ軸電圧Ｖ_fの飽和を模擬するリミット処理部３１３の飽和モデルを導入したことにより、トルク指令値Ｔ_m ^*が急峻に変化し、非線形なトルク応答遅れが生じるときでも、この非線形なトルク応答遅れに対応した界磁磁束φ_f＾が演算される。その結果、第３実施形態のモータ制御方法によれば、トルク指令値Ｔ_m ^*が急峻に変化するときにも、正確にトルクリプルを抑制することができる。また、界磁磁束推定部３０２にはフィードバックモデルを含む電流フィードバック系が設けられているので、ｆ軸電圧Ｖ_fが飽和しない範囲で緩慢にトルク指令値Ｔ_m ^*が変化するときには、第２実施形態と同様に機能する。

【0133】

［第４実施形態］
上記第１～第３実施形態においては、ステータ電流の１つであるｑ軸電流ｉ_qを用いてトルクリプルを抑制しているが、他のステータ電流であるｄ軸電流ｉ_dもトルクリプルの抑制に利用できる。本第４実施形態では、ｑ軸電流ｉ_qとｄ軸電流ｉ_dの両方を用いてモータ１０のトルクリプルを抑制する例を説明する。なお、本第４実施形態においては、トルクリプル抑制処理部の構成が第１～第３実施形態と異なる。それ以外の構成は第１～第３実施形態と同様である。また、ｑ軸電流ｉ_qを用いる代わりに、ｄ軸電流ｉ_dを用いてトルクリプルを抑制することもできるが、これは第１～第３実施形態と同様であるから、説明を省略する。

【0134】

図１６は、第４実施形態に係るトルクリプル抑制処理部４０１の構成を示すブロック図である。図１６に示すように、第４実施形態のトルクリプル抑制処理部４０１は、電流指令値演算部２２から入力される各軸の電流指令値ｉ_q1 ^*，ｉ_d1 ^*，ｉ_f1 ^*のうち、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*とｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を補正し、それぞれ補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*及び補正ｄ軸電流指令値ｉ_d2 ^*として出力する。したがって、第４実施形態では、電流制御処理部２４は、補正後の補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*及び補正ｄ軸電流指令値ｉ_d2 ^*と、補正しないｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*と、を用いて、第１～第３実施形態と同様の電流制御処理を実行する。

【0135】

また、図１６に示すように、第４実施形態のトルクリプル抑制処理部４０１は、トルクリプル補償値演算部４０２を備える。

【0136】

トルクリプル補償値演算部４０２は、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnの他、これとは異なる次数のトルクリプル補償値であるｍ次トルクリプル補償値Ｔ_cmをそれぞれ演算する。ここでは、ｍ＞ｎであるとする。本実施形態では、一例として、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnはｑ軸電流ｉ_qの補正に使用し、ｍ次トルクリプル補償値Ｔ_cmはｄ軸電流ｉ_dの補正に使用する。このため、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnはｑ軸補正電流演算部４０５に入力され、ｍ次トルクリプル補償値Ｔ_cmはｄ軸補正電流演算部４０９に入力される。

【0137】

＜トルクリプル補償値演算部＞
図１７は、第４実施形態に係るトルクリプル補償値演算部４０２の構成を示すブロック図である。図１７に示すように、トルクリプル補償値演算部４０２は、振幅算出部４１１、位相算出部４１２、位相補正値算出部４１３、及び、補償値演算部４１４を備える。

【0138】

振幅算出部４１１は、第１実施形態の振幅算出部４１と同様に、トルク指令値Ｔ_m ^*に基づき、各次数のトルクリプルについて各々の振幅を算出する。但し、本実施形態では、振幅算出部４１１は、ｎ次トルクリプルの振幅Ｋ_nとｍ次トルクリプルの振幅Ｋ_mをそれぞれ算出し、これらを補償値演算部４１４に入力する。

【0139】

位相算出部４１２は、第１実施形態の位相算出部４２と同様に、各次数のトルクリプルについて各々の位相を算出する。但し、本実施形態では、位相算出部４１２は、ｎ次トルクリプルの位相θｎとｍ次トルクリプルの位相θｍをそれぞれ算出し、これらを補償値演算部４１４に入力する。

【0140】

位相補正値算出部４１３は、第１実施形態の位相補正値算出部４３と同様に、位相補正値を算出する。但し、本実施形態では、位相補正値算出部４１３は、ｎ次トルクリプルの位相補正値θｎ′とｍ次トルクリプルの位相補正値θｍ′をそれぞれ算出し、これらを補償値演算部４１４に入力する。

【0141】

補償値演算部４１４は、ｎ次補償値演算部４１５とｍ次補償値演算部４１６を含む。ｎ次補償値演算部４１５は、第１実施形態の補償値演算部４４と同様に、ｎ次トルクリプルの振幅Ｋ_n、位相θ_n、及び、位相補正値θ_n′を用いて、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnを演算する。ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnはｑ軸補正電流演算部４０５に入力される（図１６参照）。ｍ次補償値演算部４１６は、第１実施形態の補償値演算部４４と同様に、ｍ次トルクリプルの振幅Ｋ_m、位相θ_m、及び、位相補正値θ_m′を用いて、ｍ次トルクリプル補償値Ｔ_cmを演算する。ｍ次トルクリプル補償値Ｔ_cmはｄ軸補正電流演算部４０９に入力される（図１６参照）。

【0142】

＜ｑ軸電流を補正する構成＞
上記のトルクリプル補償値演算部４０２の他、トルクリプル抑制処理部４０１は、ｑ軸電流ｉ_qの補正のために、界磁磁束推定部４０３、乗算部４０４、ｑ軸補正電流演算部４０５、加算部４０６を備える（図１６参照）。

【0143】

界磁磁束推定部４０３は、ｆ軸電流指令値ｉ_f1 ^*に基づいて界磁磁束φ_f＾を演算する。推定された界磁磁束φ_f＾は乗算部４０４に入力される。本実施形態においては、界磁磁束推定部４０３は、第１実施形態と同様に乗算部３９によって形成される。但し、界磁磁束推定部４０３は、第２実施形態または第３実施形態のように構成されてもよい。

【0144】

乗算部４０４は、界磁磁束φ_f＾にモータ１０の極対数Ｐ_nを乗算し、その結果をｑ軸補正電流演算部４０５に入力する。

【0145】

ｑ軸補正電流演算部４０５は、ｎ次トルクリプル補償値Ｔ_cnと、乗算部４０４の出力であるＰ_n・φ_f＾と、を用いて、下記の式（２５）にしたがってｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*を演算する。すなわち、第１実施形態では全体の磁束φ＾に基づいてｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*を算出するのに対し、本実施形態では界磁磁束φ_f＾に基づいてｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*を算出する。ｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*は、加算部４０６に入力される。

【0146】

【数17】

【0147】

加算部４０６は、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に上記のｑ軸補正電流ｉ_qcn ^*を加算することにより、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*を補正ｑ軸電流指令値ｉ_q2 ^*に補正する。

【0148】

＜ｄ軸電流を補正する構成＞
また、トルクリプル抑制処理部４０１は、ｄ軸電流ｉ_dの補正のために、リラクタンストルク等価磁束推定部４０７、乗算部４０８、ｄ軸補正電流演算部４０９、及び、加算部４１０を備える（図１６参照）。

【0149】

リラクタンストルク等価磁束推定部４０７は、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に基づいて、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾を算出する。本実施形態では、第１実施形態と同様に乗算部４０によって形成される。但し、リラクタンストルク等価磁束推定部４０７は、第２実施形態または第３実施形態のように構成されてもよい。リラクタンストルク等価磁束推定部４０７によって推定されたリラクタンストルク等価磁束φｒ＾は、乗算部４０８に入力される。

【0150】

なお、第１～第３実施形態においては、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾をｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*に基づいて算出しているが、本実施形態では、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*に基づいてリラクタンストルク等価磁束φ_r＾を算出する。したがって、本実施形態におけるリラクタンストルク等価磁束φ_r＾は、式（１）の第２項における（Ｌ_d－Ｌ_q）ｉ_qの部分に相当する。

【0151】

乗算部４０８は、リラクタンストルク等価磁束φ_r＾にモータ１０の極対数Ｐ_nを乗算し、その結果をｄ軸補正電流演算部４０９に入力する。

【0152】

ｄ軸補正電流演算部４０９は、ｍ次トルクリプル補償値Ｔ_cmと、乗算部４０８の出力であるＰ_n・φ_r＾と、を用いて、下記の式（２６）にしたがって、ｍ次トルクリプルを補償するｄ軸補正電流ｉ_dcm ^*を演算する。ｄ軸補正電流ｉ_dcm ^*は、加算部４１０に入力される。

【0153】

加算部４１０は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*に上記のｄ軸補正電流ｉ_dcm ^*を加算することにより、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*を補正ｄ軸電流指令値ｉ_d2 ^*に補正する。

【0154】

以上のように、第４実施形態では、ステータ電流指令値は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*とｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*であり、ステータ電流指令値の補正は、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*とｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*の両方に対して行う。この場合も、第１～第３実施形態と同様に、ｆ軸電流応答の遅れがあっても、正確にトルクリプルを抑制することができる。

【0155】

図１８は、第４実施形態に係るトルクリプル抑制処理の結果を示すグラフである。図１８（Ａ）は、本実施形態のトルクリプル抑制処理によってモータ１０が出力するトルクの時間変化を表すグラフである。図１８（Ｂ）～（Ｃ）は本実施形態のトルクリプル抑制処理におけるｆ軸電流ｉ_f、ｑ軸電流ｉ_q、及びｄ軸電流ｉ_dの時間変化を示すグラフである。細実線でトルクリプル抑制処理を行わないときの各時間変化を表していること、及び、これら各グラフの横軸（時間軸）のスケールは図１１及び図１２と同様である。

【0156】

図１８（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に太実線で示すように、本実施形態のトルクリプル抑制処理では、当該処理の作用が、実質的に応答遅れのないｑ軸電流ｉ_q及びｄ軸電流ｉ_dだけ及び、ｆ軸電流ｉ_fは一定である。このため、ｑ軸電流ｉ_q及びｄ軸電流ｉ_dに対する相対的なｆ軸電流ｉ_fの応答遅れを考慮する必要がない。その結果、図１８（Ａ）に示すように、本実施形態のトルクリプル抑制処理によれば、第１～第３実施形態と同様に、比較例のトルクリプル抑制処理を行うときよりも（図１１（Ａ）参照）、モータ１０のトルクリプルがより正確に抑制される。

【0157】

なお、上記第４実施形態においては、ｎ次トルクリプルをｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*の補正によって抑制するが、ｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*の補正で抑制する次数のトルクリプルを除き、ｎ次とその他の次数のトルクリプルをｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*の補正によって抑制することができる。同様に、上記第４実施形態においては、ｍ次トルクリプルをｄ軸電流指令値ｉｄ１＊の補正によって抑制するが、ｑ軸電流指令値ｉ_q1 ^*の補正で抑制する次数のトルクリプルを除き、ｍ次とその他の次数のトルクリプルをｄ軸電流指令値ｉ_d1 ^*の補正によって抑制することができる。

【0158】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態及び各変形例で説明した構成は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0159】

１０ ：巻線界磁型同期モータ
１１ ：バッテリ
１２ ：インバータ
１３ ：コントローラ
２１ ：トルク指令値演算部
２２ ：電流指令値演算部
２３ ：トルクリプル抑制処理部
２４ ：電流制御処理部
３１ ：磁束推定部
３３ ：トルクリプル補償値演算部
３４ ：ｑ軸補正電流演算部
３６ ：界磁磁束推定部
３７ ：リラクタンス等価磁束推定部
４１ ：振幅算出部
４２ ：位相算出部
４３ ：位相補正値算出部
４４ ：補償値演算部

【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】