JP6663724B2

JP6663724B2 - 電動モータ装置

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Publication number: JP6663724B2
Application number: JP2016006821A
Authority: JP
Inventors: 唯増田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2036-01-18
Also published as: JP2017130989A; WO2017126389A1

Description

この発明は、車両を駆動する電動モータ装置に関する。

走行用の駆動源としてモータを適用した車両が実用化されている。前記モータのトルク変動を抑制する技術として、以下の技術が提案されている。
１．トルク変動と逆位相のトルク指令値を入力するトルク変動の低減法（特許文献１）。
２．トルク変動補償電流をｑ軸電流に重畳するトルク変動の低減法（特許文献２）。
３．モデルと実機との誤差に基づくトルク変動補償方法（特許文献３）。

特開２０１４−１５０６０４号公報特開２００７−２６７４６６号公報特開２０００−２１７２０９号公報

特許文献１〜３のような電動モータ及びこの電動モータで駆動される車両において、電動モータのトルク変動が車両の振動となり、乗り心地を悪化させる場合がある。
一般に、電動モータとして、大トルク・高出力化を可能とする永久磁石同期モータが、車両を駆動する用途において好適と考えられている。このような永久磁石同期モータにおいて、コギングトルクが大きくなりやすい問題があり、コギングトルクの小さいモータはトルク密度を小さくせざるを得ない場合が多い。

例えば、磁極のスキューまたは非同心形状によりコギングトルクを低減する場合、一般に複雑な形状となると同時にトルクに寄与する有効磁束率を低下させる。この場合に、トルクを維持するためには、コスト増、モータのサイズの大型化、重量増加、といった問題が発生する可能性がある。
また、多極化によりトルク変動を低減する場合、多極化することによってモータ角速度あたりの電気角速度が増加し、最高回転数の低下および高速回転時の効率低下が問題となる可能がある。また、例えば誘導モータ等のトルク変動の小さいモータは、ＢＬＤＣモータ等と比較してトルク密度が小さく、サイズ増、重量増、等から車両への搭載性を損なう可能性がある。

コギングトルクは出力トルクの大きさによらず発生するため、出力トルクが小さい程トルク変動の比率が大きくなり、車両の乗員に感じさせるフィーリング（以下、単に「車両のフィーリング」と称す）を悪化させる問題がある。特に、ゆっくり車両を発進させるような場合、トルク変動の比率が大きく、低速で振動を感じやすいため、特にフィーリングが悪化する可能性がある。

例えば、特許文献１のような、トルク変動を相殺するトルクを発生する電流波形を重畳することで、トルク変動を抑制する手法において、コギングトルクは寸法公差および圧入時に作用する応力等の個体差によって解析値より大きく変動する。この場合、全てのモータで相殺波形を調整する必要があるため、製造コストが増加する可能性がある。
特許文献２〜３のような、トルク変動成分をオブザーバ等により抽出し、相殺する制御を行う場合、複雑な演算を行うため演算器の負荷が増加し、演算器のグレードアップ等の製造コストが増加する可能性がある。

この発明の目的は、コギングトルクの影響を低減させて車両のフィーリングの向上を図ることができ、また製造コストの低減を図ることができる電動モータ装置を提供することである。

この発明の電動モータ装置は、電動モータ６と、与えられたトルク指令値に基づいて前記電動モータ６を制御する制御装置１と、前記トルク指令値を前記制御装置１に入力する駆動力操作手段１０とを車両に備える電動モータ装置において、
前記制御装置１は、
前記駆動力操作手段１０から入力されるトルク指令値に基づいて、前記電動モータ６の電流を制御する電流制御機能部１７と、
前記駆動力操作手段１０から入力されるトルク指令値に基づいて、前記電動モータ６における角加速度を制御する加速度制御機能部１８と、
前記電流制御機能部１７と前記加速度制御機能部１８とのいずれを前記電動モータ６の制御に用いるかを切り替える制御切替機能部１３と、を有し、
この制御切替機能部１３は、前記電動モータ６における角速度の絶対値が定められた値を下回るとき、前記加速度制御機能部１８を前記電動モータ６の制御に用い、前記電動モータ６における角速度の絶対値が前記定められた値以上のとき、前記電流制御機能部１７を前記電動モータ６の制御に用いることを特徴とする。
前記定められた値は、設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な値を求めて定められる。

この構成によると、制御切替機能部１３は、電動モータ６における角速度の絶対値が定められた値を下回るか否かを判定する。前記角速度の絶対値が定められた値以上のとき、電流制御機能部１７により、駆動力操作手段１０から入力されるトルク指令値に基づいて、電動モータ６の電流を制御する。電流制御機能部１７は、例えば、電動モータ６のモデルを基に電動モータ６の印加電圧を決定するフィードフォワード制御、または、フィードバック制御等を適用し得る。

前記角速度の絶対値が定められた値を下回るとき、加速度制御機能部１８により、入力されるトルク指令値に基づいて、電動モータ６の角加速度を制御する。この場合において、加速度制御機能部１８は、例えば、モータ角度を推定する機能による推定結果に基づいて導出される角加速度をフィードバック制御する制御系を構成しても良い。車両のフィーリングが悪化し易い低速、低トルク領域等において、限定的に電動モータ６の角加速度を制御することで、コギングトルクの影響を低減することができる。これによりモータ設計の緩和を図ることによる性能向上を図れるうえ、コスト低減を図ることが可能となる。

前記制御切替機能部１３は、前記電動モータ６における角速度の絶対値が定められた値を下回り、且つ、前記駆動力操作手段１０から入力されるトルク指令値の絶対値が定められた値を下回るとき、前記加速度制御機能部１８を前記電動モータ６の制御に用いるものとしても良い。
前記各定められた値は、それぞれ設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な値を求めて定められる。

この構成によると、電動モータ６における角速度の絶対値が定められた値を下回る条件であっても、入力されるトルク指令値の絶対値が定められた値以上の条件では、トルク変動の比率が小さく、車両のフィーリングに影響を与えない場合が考えられる。そこで、角速度の絶対値が定められた値を下回り、且つ、トルク指令値の絶対値が定められた値を下回る条件に限定して、電動モータ６の角加速度を制御する。このように限定的に電動モータ６の角加速度を制御することで、コギングトルクの影響をより効果的に低減することができる。

前記制御切替機能部１３は、前記車両の重量によって作用する分を含む前記電動モータ６の回転軸周りの等価慣性モーメントと、前記駆動力操作手段１０から入力されるトルク指令値とに基づいて、前記電動モータ６における角加速度の指令値を生成するモータ加速度指令部２０を有するものとしても良い。この場合、モータ加速度指令部２０は、入力されたトルク指令値を慣性モーメントで除して角加速度の指令値を求めることができる。

前記加速度制御機能部１８は、前記角加速度を制御中の前記電動モータ６の電流値について、前記電流制御機能部１７を適用した場合の電流値を中心値（すなわち零と仮定）として正負に定められた値を加えた可変の電流範囲に制限する電流範囲制限手段１８ｂを有する。
前記定められた値は、それぞれ設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な値を求めて定められる。

この構成によると、電流範囲制限手段１８ｂは、電流制御機能部１７を適用した場合の電流値を中心値として正負に定められた値を加えた可変の電流範囲に制限することで、制御切替前後におけるモータ出力がある程度一貫性を持つことができて好適と考えられる。また角加速度を制御する操作量が過剰な値とならないようにすることができる。したがって、車両が不所望に急加速することを抑制することができる。
トルク変動を抑制する手法として、例えば上記の電流範囲の制限なくモータ角加速度または角速度を直接制御すると、例えば、車両が段差等に接しているような場合、所定のモータ角加速度または角速度を維持するために極めて大きなトルクが発生し、車両が急加速してしまう可能性があるからである。

前記電流範囲制限手段１８ｂは、前記トルク指令値および前記電動モータ６における角加速度の指令値の少なくともいずれかの値に基づいて、このいずれかの値が大きくなる程前記電流範囲が広くなるよう制限値を変更する機能を有するものとしても良い。この場合、過大なトルクが発生するリスクを抑えつつ加速度制御の性能を向上することができる。
前記電流範囲制限手段１８ｂでは、前記電流範囲について、少なくとも前記電動モータ６における最大のコギングトルクを相殺し得る電流値を上回る電流範囲に定められるものとしても良い。この場合、電動モータ６における最大のコギングトルクを確実に抑制することができ、車両のフィーリングの向上をより確実に図ることができる。

この発明の車両駆動装置は、いずれかに記載の電動モータ装置を備え、この電動モータ装置が減速機を有し、１モータオンボード形式、２モータオンボード形式、またはインホイールモータ駆動形式のいずれかの形式により電気自動車の駆動輪を駆動することを特徴とする。

この発明の電動モータ装置は、電動モータと、与えられたトルク指令値に基づいて前記電動モータを制御する制御装置と、前記トルク指令値を前記制御装置に入力する駆動力操作手段とを車両に備える電動モータ装置において、前記制御装置は、前記駆動力操作手段から入力されるトルク指令値に基づいて、前記電動モータの電流を制御する電流制御機能部と、前記駆動力操作手段から入力されるトルク指令値に基づいて、前記電動モータにおける角加速度を制御する加速度制御機能部と、前記電流制御機能部と前記加速度制御機能部とのいずれを前記電動モータの制御に用いるかを切り替える制御切替機能部と、を有する。この制御切替機能部は、前記電動モータにおける角速度の絶対値が定められた値を下回るとき、前記加速度制御機能部を前記電動モータの制御に用い、前記電動モータにおける角速度の絶対値が前記定められた値以上のとき、前記電流制御機能部を前記電動モータの制御に用い、前記加速度制御機能部は、前記角加速度を制御中の前記電動モータの電流値について、前記電流制御機能部を適用した場合の電流値を中心値として正負に定められた値を加えた可変の電流範囲に制限する電流範囲制限手段を有するため、コギングトルクの影響を低減させて車両のフィーリングの向上を図ることができ、また製造コストの低減を図ることができる。

この発明の実施形態に係る電動モータ装置を概略示す断面図である。同電動モータ装置の制御系のブロック図である。同電動モータ装置のモータ制御機能部および制御切替機能部の構成例を示すブロック図である。同電動モータ装置の制御例を示すフローチャートである。この発明の他の実施形態に係る電動モータ装置の車両への搭載例を示す図である。

この発明の実施形態に係る電動モータ装置を図１ないし図４と共に説明する。この電動モータ装置は車両を駆動する装置であり、車両として、例えば、左右の後輪二輪を独立に駆動する後輪駆動式の電気自動車が適用される。図１に示すように、この実施形態の電動モータ装置は、電動モータ６と、制御装置１と、トルク伝達手段３とを備える。トルク伝達手段３は、減速機７と車輪用軸受４とを有する。電動モータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、これらの一部または全体が車輪内に配置されるインホイールモータ駆動装置ＩＷＭを構成する。

電動モータ６のトルクは、減速機７および車輪用軸受４を介して駆動輪である車輪２に伝達される。車輪用軸受４のハブ輪４ａのフランジ部には、ブレーキを構成するブレーキロータ５が構成され、同ブレーキロータ５は車輪２と一体に回転する。電動モータ６は、特に、リラクタンストルクとマグネットトルクを併用して高出力化が可能となる埋込磁石式（ＩＰＭ）の同期モータを適用するのが好適である。この電動モータ６は、ハウジング８に固定したステータ６ｂと、回転出力軸９に取り付けたロータ６ａとの間にラジアルギャップを設けたモータである。

制御系について説明する。
図２に示すように、電動モータ装置は、電動モータ６と、この電動モータ６のトルクを制御する制御装置１とを有する。この電動モータ装置を搭載した車両に、トルク指令値を入力する駆動力操作手段１０と、電源装置１１とが設けられている。駆動力操作手段１０は、例えば、車両である四輪自動車におけるアクセルペダルであり、このアクセルペダルの操作量に応じて変化するセンサ１０ａの出力に基づき前記トルク指令値を制御装置１に入力する。

電源装置１１は、車両におけるバッテリに該当する。電源装置１１は、電動モータ６を駆動する高電圧電源装置１１ａと、制御装置１およびセンサ等を動作させる低電圧電源装置１１ｂとを有する。高電圧電源装置１１ａは例えば３００ボルト程度のバッテリ、低電圧電源装置１１ｂは前記バッテリの電圧を低下させるＤＣ−ＤＣコンバータまたは１２ボルトのバッテリを用いることが可能である。高電圧電源装置１１ａは、制御装置１におけるモータドライバ１２に接続され、電動モータ６に定められた高電圧の電力を供給する。低電圧電源装置１１ｂは、制御装置１等に定められた低電圧の電力を供給する。

制御装置１は、制御切替機能部１３、モータ制御機能部１４、モータドライバ１２、電流推定機能部１５、および角度推定機能部１６を有する。
モータ制御機能部１４は、電流制御機能部１７と、加速度制御機能部１８とを有する。制御切替機能部１３は、電流制御機能部１７と加速度制御機能部１８とのいずれかを電動モータ６の制御に用いるかを切り替える。換言すれば、制御切替機能部１３は、後述するように制御機能部毎の指令値を生成して適宜切り替える。

電流制御機能部１７は、駆動力操作手段１０から入力されるトルク指令値に基づいて、電動モータ６の電流を制御する。この電流制御機能部１７は、例えば、モータ電流およびモータ角速度の少なくともいずれか一方の推定値に基づいて、電動モータ６の印加電圧を決定するフィードバック制御が適用される。具体的には、前記トルク指令値から電流の指令値を生成し、この電流の指令値に対して推定電流を追従制御する電流制御系を構成する。

加速度制御機能部１８は、駆動力操作手段１０から入力されるトルク指令値に基づいて、電動モータ６における角加速度を制御する。加速度制御機能部１８は、例えば、角度推定機能部１６による推定結果に基づいて導出される角加速度をフィードバック制御する制御系を構成する。この場合において、電流制御機能部１７を適用する場合と比較して、角加速度を制御する操作量が過剰な値とならないように、加速度制御機能部１８により印加される電流値に制限を設ける。なお角度推定機能部１６で推定されるモータ角度の微分、または物理方程式等に基づく状態推定オブザーバ等によりモータ角速度が求められ、このモータ角速度を微分等することで前記角加速度が導出される。

加速度制御機能部１８は、電流範囲を制限する電流範囲制限手段１８ｂを含む。この電流範囲制限手段１８ｂは、角加速度を制御中の電動モータ６の電流値について、電流制御機能部１７を適用した場合の電流値を中心値Ｍａ（図３（ｂ））として正負に定められた値（所定のバイアス）δａ（図３（ｂ））とを加えた可変の電流範囲に制限する。また図２に示すように、電流範囲制限手段１８ｂは、前記電流範囲について、少なくとも電動モータ６における最大のコギングトルクを相殺し得る電流値を上回る電流範囲に定められる。さらに電流範囲制限手段１８ｂは、加速度指令値ないし電流指令値が大きくなる程前記電流範囲が広くなるよう制限値を変更する機能を有するものとしても良い。

制御切替機能部１３は、モータ電流指令部１９と、モータ加速度指令部２０と、切替操作部２１と、制御機能部選択手段２２とを有する。モータ電流指令部１９は、例えば、入力されたトルク指令値から電動モータ６の目標電流つまり電流の指令値を決定する。モータ電流指令部１９は、例えば、トルク指令値等の駆動力指令と、現在のモータ角速度とに基づいて、定められた電流振幅および位相ないしｄ軸電流およびｑ軸電流を所定のテーブル等により導出する機能としても良い。前記現在のモータ角速度は、例えば、角度推定機能部１６で推定されるモータ角度の微分、または物理運動方程式等に基づく状態推定オブザーバ等から求められる。

モータ加速度指令部２０は、例えば、トルク指令値等の駆動力指令と、慣性モーメントとに基づいて、この電動モータ６の角加速度の指令値を生成する。前記慣性モーメントとしては、例えば、この車両における重量等を電動モータ６の回転出力軸９（図１）周りの運動系に変換した等価慣性モーメントを適用し得る。

図２に示すように、切替操作部２１は、モータ角速度およびトルク指令値等に基づいて、加速度制御機能部１８と電流制御機能部１７のいずれを電動モータ６の制御に用いるか制御機能部選択手段２２に信号を入力することで決定する。切替操作部２１は、例えば、推定されるモータ角速度の絶対値が定められた値を下回り、且つ、入力されるトルク指令値の絶対値が定められた値を下回るとき、加速度制御機能部１８を電動モータ６の制御に用いるように制御機能部選択手段２２に信号を入力する。例えば、トルク変動を体感し易い車両の発進直後等の低速で、且つ、平均トルクに対してトルク変動の比率が大きい低トルク領域において、加速度制御機能部１８を適用すると好適と考えられる。

モータドライバ１２は、モータ制御機能部１４から与えられる制御信号に基づいて、高電圧電源装置１１ａの直流電力を電動モータ６の駆動に用いる交流電力に変換する。このモータドライバ１２は、例えば、ＩＧＢＴまたはＦＥＴ等のスイッチ素子を含むハーフブリッジ回路等を用いてＰＷＭ制御を行うと、簡潔な構成となり好適である。モータドライバ１２は、前記スイッチ素子に加えて、これらスイッチ素子を高速で駆動するためのプリドライバを設けても良い。

電流推定機能部１５は、例えば、モータドライバ１２から電動モータ６までの送電経路に電流センサを設けた構成である。この電流センサにより、電動モータ６の三相の励磁コイル（モータコイル２９(図３)）に流す電流をそれぞれ求め得る。なお三相電流を測定するうえで、例えば、三相のうちいずれか二相のみ電流を計測し、残り一相は三相電流の総和は零となる特性を用いて求めても良い。前記電流センサは、例えば、電流による磁界を検出する磁界検出式、またはシャント抵抗、ＩＧＢＴ等の両端の電圧を測定する電圧測定式を用いることが可能である。

角度推定機能部１６は、例えば、レゾルバまたはエンコーダ等のロータ６ａ（図１）の角度を直接検出する角度センサを含む。但し、この構成に限定されるものではない。

図３は、この電動モータ装置のモータ制御機能部１４（図２）および制御切替機能部１３（図２）の構成例を示すブロック図である。図２も適宜参照しつつ説明する。図３（ａ）は、電流制御機能部１７を適用する場合を示す。図２および図３（ａ）に示すように、切替操作部２１，制御機能部選択手段２２により、電流制御機能部１７とモータドライバ１２とが電気的に接続される。

制御装置１におけるトルク・電流指令変換部２３は、駆動力操作手段１０から与えられたトルク指令値を電流の指令値に変換する。このトルク・電流指令変換部２３は、図２のモータ電流指令部１９および電流制御機能部１７の一部により構成される。図３（ａ）に示すように、トルク・電流指令変換部２３からの電流指令値は、電流制御コントローラ２４に入力される。同電流制御コントローラ２４では、モータ電流およびモータ角速度の少なくともいずれか一方の推定値に基づいて、電動モータ６の印加電圧が決定され、さらに交流電力に変換される。

この電流制御コントローラ２４は、図２のモータ制御機能部１４の一部およびモータドライバ１２により構成される。電流制御コントローラ２４において、モータ角速度の推定値を用いる場合、主に、この電動モータ６におけるモータ磁気回路２５から得られる推定トルクと、慣性項２６から得られる電動モータ６の回転軸周りの慣性モーメントとから、モータ角速度の推定値が算出される。

図３（ｂ）は、加速度制御機能部１８（図２）を適用する場合を示す。図２および図３（ｂ）に示すように、切替操作部２１，制御機能部選択手段２２により、加速度制御機能部１８とモータドライバ１２とが電気的に接続される。
制御装置１におけるトルク・加速度指令変換部２７は、駆動力操作手段１０から与えられたトルク指令値を加速度の指令値に変換する。このトルク・加速度指令変換部２７は、図２のモータ加速度指令部２０により構成される。

図３（ｂ）に示すように、トルク・加速度指令変換部２７からの加速度の指令値は、加速度制御機能部１８における加速度制御コントローラ１８ａに入力される。同加速度制御コントローラ１８ａでは、入力された加速度指令値に対して、角加速度演算部２８で演算されたモータ角加速度を追従するフィードバック制御を行う。加速度制御コントローラ１８ａから出力された電流値は、電流範囲制限手段１８ｂであるリミッタにより可変の電流範囲に制限される。加速度制御系において過度なモータトルクが発生することを防止するためである。加速度制御機能部１８からの電流指令値は、電流制御コントローラ２４に入力される。以下、図３（ａ）と同様の制御が実行される。

図４は、この電動モータ装置の制御例を示すフローチャートである。
図２，図３も適宜参照しつつ説明する。例えば、車両の主電源をオンにする条件で本処理が開始し、制御装置１（図２）は、トルク指令値を取得する（ステップＳ１）。次に制御装置１は、電動モータ角度θ、角速度ω、角加速度αを推定する（ステップＳ２）。次に、切替操作部２１は、推定される角速度ωの絶対値｜ω｜が定められた値（所定値）を下回るか否かを判定する（ステップＳ３）。「否」との判定で（ステップＳ３：ｎｏ）、ステップＳ１０に移行して電流制御機能部１７（図２）による制御が実行される。同ステップＳ１０ではトルク・電流指令変換部２３（図３）が電流指令値を生成し、電流制御コントローラ２４（図３）による電流制御が行われる（ステップＳ８）。その後本処理を終了する。

ステップＳ３において、絶対値｜ω｜が所定値を下回るとの判定で（ステップＳ３：ｙｅｓ）、切替操作部２１（図２）は、トルク指令値τ_ｒの絶対値｜τ_ｒ｜が定められた値（所定値）を下回るか否かを判定する（ステップＳ４）。「否」との判定で（ステップＳ４：ｎｏ）、ステップＳ１０に移行する。

絶対値｜τ_ｒ｜が所定値を下回るとの判定で（ステップＳ４：ｙｅｓ）、加速度制御機能部１８（図２）による制御が実行される。すなわちモータ加速度指令部２０（図２）は電動モータ６の角加速度の指令値（加速度指令値）を生成する（ステップＳ５）。このステップＳ５の加速度指令値について、例えば、［角加速度］＝［トルク］÷［慣性モーメント］の運動方程式に基づいて定めることができる。前記慣性モーメントについて、例えば、電動モータ慣性および車両の等価慣性を含む、回転出力軸９（図１）周りの等価慣性モーメントを適用し得る。

次に、加速度制御機能部１８（図２）は、加速度制御演算し電流指令値を生成する（ステップＳ６）。生成された電流指令値が制限値を超過していると電流範囲制限手段１８ｂ（図２）で判定されると（ステップＳ７：ｙｅｓ）、ステップＳ９に移行する。ステップＳ９では、電流範囲制限手段１８ｂ（図２）により電流指令値が制限される。

ステップＳ７の電流指令値の制限値について、例えば、仮に加速度制御を実行せずステップＳ１０による処理が適用された場合における電流指令値を概ね中心値として、上下に所定のバイアスを設けた制限値とすると、電流制御と加速度制御の制御切替前後におけるモータ出力がある程度一貫性を持つことができて好適と考えられる。
また、前記所定のバイアスについて、少なくとも電動モータ６（図２）における最大のコギングトルクを十分に上回る値とすると好適と考えられる。加えて、加速度指令値ないし電流指令値が大きくなる程大きなバイアスを持つ可変値とすると、過大なトルクが発生するリスクを抑えつつ加速度制御性能を向上できるため好適と考えられる。

ステップＳ９の処理後ステップＳ８に移行する。このステップＳ８において用いられる電流制御目標値について、以下の平滑処理を適用しても良い。すなわち加速度制御が適用されてステップＳ６ないしステップＳ９で導出された値と、加速度制御が適用されずに電流制御が適用されてステップＳ１０で導出された値と、が切り替わる際に、切り替わり後の所定時間において、電流指令値が緩やかに切り替わる平滑処理を適用しても良い。この平滑処理を適用することで、制御切替に伴うトルク変動の発生によるフィーリング悪化を防止できることがすぐれた点となり、制御切替の迅速性が損なわれることが欠点となり、設計要件に基づいて適宜定めることができる。

以上説明した電動モータ装置によれば、角速度ωの絶対値｜ω｜が所定値以上のとき、またはトルク指令値τ_ｒの絶対値｜τ_ｒ｜が所定値以上のとき、電流制御機能部１７により、トルク指令値に基づいて、電動モータ６の電流を制御する。
角速度ωの絶対値｜ω｜が所定値を下回り、且つ、トルク指令値τ_ｒの絶対値｜τ_ｒ｜が所定値を下回るとき、加速度制御機能部１８により、トルク指令値に基づいて、電動モータ６の角加速度を制御する。車両のフィーリングが悪化し易い低速、低トルク領域等において、限定的に電動モータ６の角加速度を制御することで、コギングトルクの影響を低減することができる。これによりモータ設計の緩和を図ることによる性能向上を図れるうえ、コスト低減を図ることが可能となる。

電流範囲制限手段１８ｂは、電流制御機能部１７を適用した場合の電流値を中心値として正負に定められた値を加えた可変の電流範囲に制限することで、制御切替前後におけるモータ出力がある程度一貫性を持つことができて好適と考えられる。また角加速度を制御する操作量が過剰な値とならないようにすることができる。したがって、車両が不所望に急加速することを抑制することができる。

他の実施形態について説明する。
図５（ａ）に示すように、車両として、車体３０に設けた２個の電動モータ６，６で左右の後輪二輪３１，３１を独立して駆動する２モータオンボード形式としても良い。
図５（ｂ）に示すように、車体３０に設けた１個の電動モータ６で左右の後輪二輪３１，３１を駆動する１モータオンボード形式としても良い。
図示しないが、車両として、１モータオンボード形式、２モータオンボード形式、またはインホイールモータ駆動形式において、左右の前輪二輪を駆動する前輪駆動式の電気自動車を適用しても良い。前記各形式において、前後左右の車輪を駆動する四輪駆動式の電気自動車を適用しても良い。

インホイールモータ駆動装置ＩＷＭにおいては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、２軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであっても良い。

電動モータ６は、ロータコアの外周面に永久磁石を設けたいわゆるＳＰＭモータを適用しても良い。その他電動モータ６に誘導モータを適用しても良い。
切替操作部２１は、入力されるトルク指令値にかかわらず、推定されるモータ角速度の絶対値が定められた値を下回るとき、加速度制御機能部１８を電動モータ６の制御に用いても良い。つまり図４のステップＳ４を省略しても良い。

電流制御機能部１７は、モータ電流およびモータ角速度の少なくともいずれか一方の推定値、および、この推定値と目標値との偏差を基に、電動モータ６の印加電圧を決定するフィードバック制御を適用しても良い。
電流制御機能部１７は、フィードバック制御に代えて、例えば、電動モータ６のモデルを基に、電動モータ６の印加電圧を決定するフィードフォワード制御を適用しても良い。
電流制御機能部１７は、前記フィードフォワード制御と前記いずれかのフィードバック制御とを併用しても良い。その他電流制御機能部１７は、ファジィ制御等の経験則手法等を用いても良い。

モータドライバ１２は、ＰＷＭ制御に代えてＰＡＭ制御を適用しても良い。このＰＡＭ制御を適用した場合、モータドライバ１２に可変電圧機能が別途設けられる。
電流推定機能部１５は、例えば、電動モータ６内部のバスバー等に電流センサを設けた構成にしても良い。その他、電流推定機能部１５は、例えば、高電圧電源装置１１ａからモータドライバ１２までの送電経路に電流センサを設け、角度推定機能部１６で推定されるモータ角度および印加電圧のいずれか一方または両方を用いてモータ電流を推定しても良い。
角度推定機能部１６は、例えば、モータ端子の電圧または電流からセンサレスで推定する手法を用いても良い。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…制御装置
６…電動モータ
１０…駆動力操作手段
１３…制御切替機能部
１７…電流制御機能部
１８…加速度制御機能部
１８ｂ…電流範囲制限手段
２０…モータ加速度指令部

Claims

電動モータと、与えられたトルク指令値に基づいて前記電動モータを制御する制御装置と、前記トルク指令値を前記制御装置に入力する駆動力操作手段とを車両に備える電動モータ装置において、
前記制御装置は、
前記駆動力操作手段から入力されるトルク指令値に基づいて、前記電動モータの電流を制御する電流制御機能部と、
前記駆動力操作手段から入力されるトルク指令値に基づいて、前記電動モータにおける角加速度を制御する加速度制御機能部と、
前記電流制御機能部と前記加速度制御機能部とのいずれを前記電動モータの制御に用いるかを切り替える制御切替機能部と、を有し、
この制御切替機能部は、前記電動モータにおける角速度の絶対値が定められた値を下回るとき、前記加速度制御機能部を前記電動モータの制御に用い、前記電動モータにおける角速度の絶対値が前記定められた値以上のとき、前記電流制御機能部を前記電動モータの制御に用い、前記加速度制御機能部は、前記角加速度を制御中の前記電動モータの電流値について、前記電流制御機能部を適用した場合の電流値を中心値として正負に定められた値を加えた可変の電流範囲に制限する電流範囲制限手段を有することを特徴とする電動モータ装置。
請求項１に記載の電動モータ装置において、前記制御切替機能部は、前記電動モータにおける角速度の絶対値が定められた値を下回り、且つ、前記駆動力操作手段から入力されるトルク指令値の絶対値が定められた値を下回るとき、前記加速度制御機能部を前記電動モータの制御に用いる電動モータ装置。
請求項１または請求項２に記載の電動モータ装置において、前記制御切替機能部は、前記車両の重量によって作用する前記電動モータの回転軸周りの慣性モーメントと、前記駆動力操作手段から入力されるトルク指令値とに基づいて、前記電動モータにおける角加速度の指令値を生成するモータ加速度指令部を有する電動モータ装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動モータ装置において、前記電流範囲制限手段は、前記トルク指令値および前記電動モータにおける角加速度の指令値の少なくともいずれかの値に基づいて、このいずれかの値が大きくなる程前記電流範囲が広くなるよう制限値を変更する機能を有する電動モータ装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電動モータ装置において、前記電流範囲制限手段では、前記電流範囲について、少なくとも前記電動モータにおける最大のコギングトルクを相殺し得る電流値を上回る電流範囲に定められる電動モータ装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の電動モータ装置を備え、この電動モータ装置は減速機を有し、１モータオンボード形式、２モータオンボード形式、またはインホイールモータ駆動形式のいずれかの形式により電気自動車の駆動輪を駆動する車両駆動装置。