(57)【要約】【課題】モータの磁気回路が磁気飽和することによって生じる磁気飽和により増加するトルクリップルを抑制することができるモータ制御装置、モータ駆動方法、及び電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】突極比が１以上１．２以下のモータを２相フィードバック式のベクトル制御で駆動する構成において、モータ２０に対するトルク指令値Ｔｒｅｆに応じたｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出すると共に、モータ２０のｑ軸電流Ｉｍｑが所定値以上となる領域において、ｑ軸電流Ｉｍｑの増加に応じてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを大きくする進角制御を行う。【選択図】図３
2020150666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを２相フィードバック式のベクトル制御で駆動するモータ制御装置であって、
前記モータに対するトルク指令値及び前記モータのｑ軸電流に基づき、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する電流指令値演算部を備え、
前記電流指令値演算部は、
前記トルク指令値に応じた前記ｑ軸電流指令値を算出すると共に、前記ｑ軸電流の増加に応じて前記ｄ軸電流指令値を大きくする進角制御を行う
モータ制御装置。
【請求項２】
前記モータの突極比は、１以上１．２以下である
請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記電流指令値演算部は、
前記ｑ軸電流が所定値以上となる領域において、前記進角制御を行う
請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記電流指令値演算部は、
少なくとも前記ｑ軸電流に対応した進角値が設定された進角設定マップに基づき、前記ｑ軸電流に応じた前記進角値を求め、前記ｑ軸電流指令値をＩｑｒｅｆ、前記ｄ軸電流指令値をＩｄｒｅｆ、前記進角値をΦとしたとき、下記式を用いて前記ｄ軸電流指令値を算出する
請求項１から３の何れか一項に記載のモータ制御装置。
Ｉｄｒｅｆ＝Ｉｑｒｅｆ・ｔａｎΦ
【請求項５】
前記電流指令値演算部は、
前記進角値が０［ｄｅｇ］以上３０［ｄｅｇ］以下の範囲に設定されている
請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載のモータ制御装置を備え、
前記モータは、ハンドルのコラム軸に設けられ、前記ハンドルの操舵力を補助する
電動パワーステアリング装置。
【請求項７】
突極比が１以上１．２以下のモータを２相フィードバック式のベクトル制御で駆動するモータ制御方法であって、
前記モータに対するトルク指令値に応じたｑ軸電流指令値を算出すると共に、前記モータのｑ軸電流が所定値以上となる領域において、前記ｑ軸電流の増加に応じてｄ軸電流指令値を大きくする進角制御を行う
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、モータ制御方法、及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、車両の操舵系にモータの回転力でアシスト力（操舵補助力）を付与するものである。ＥＰＳは、インバータから供給される電力で制御されるモータの出力トルクを、減速機構を含む伝達機構により、ステアリングシャフト又はラック軸に操舵トルクとして印加することで、アシスト力を付与する。このような電動パワーステアリング装置は、アシスト力（アシストトルク）を正確に発生させるために、複数の電流検出センサ（電流検出手段）により検出したモータの電流値をフィードバックしてモータの制御を行っている。このフィードバック制御では、電流指令値と電流フィードバック値との差が小さくなるようにモータを制御してアシスト制御を実現するものであり、一般にＰＷＭ（パルス幅変調）制御におけるデュ−ティ比の調整で制御を行っている。
【０００３】
一般に、ＥＰＳ用のモータとしては、ブラシレスモータが用いられる。ブラスレスモータを効率良く駆動するためには、インバータから供給する駆動電圧の位相を調整して、モータの巻線に流れる電流と誘起電圧との位相を略一致させる制御を行う必要がある。例えば、３相ブラシレスモータをベクトル制御により駆動する際、ブラシレスモータのロータ位置を推定し、推定されたロータ位置とブラシレスモータへの供給電流との位相差を変化させて、ブラシレスモータの回転数を制御することにより、ブラシレスモータの最高回転数を増加させるモータ駆動装置が開示されている（例えば、特許文献１）。モータの巻線に流れる電流と誘起電圧との位相差は、モータの角速度が大きいほど大きくなる。このため、一般に、モータの角速度が比較的小さい低回転領域では、進角制御を行う必要性は低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５０４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＥＰＳ用のブラシレスモータの駆動方式としては、モータの巻線に正弦波状の電流を流す正弦波駆動方式を用いることが一般的である。これにより、モータの出力トルクの脈動（以下、「トルクリップル」とも称する）を抑制することができ、トルクリップルに起因する振動や騒音を抑制した快適な操舵感を得ることができる。また、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの比である突極比が小さいモータを用いることで、回転角変動を抑制することができ、トルクリップルを抑制することができる。一方、ＥＰＳ用のモータは、体積と重量の低減、すなわち小型化が要求されるため、例えば、ハンドルの切り始め等の高負荷領域において、モータの磁気回路が磁気飽和に至ることを前提とした運転状況が想定される。この場合、ピーク電流において鎖交磁束波形に歪みが生じ、トルクリップルが増加するという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、モータの磁気回路が磁気飽和することによって生じるトルクリップルを抑制することができるモータ制御装置、モータ駆動方法、及び電動パワーステアリング装置を提供すること、を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係るモータ制御装置は、モータを２相フィードバック式のベクトル制御で駆動するモータ制御装置であって、前記モータに対するトルク指令値及び前記モータのｑ軸電流に基づき、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を算出する電流指令値演算部を備え、前記電流指令値演算部は、前記トルク指令値に応じた前記ｑ軸電流指令値を算出すると共に、前記ｑ軸電流の増加に応じて前記ｄ軸電流指令値を大きくする進角制御を行う。
【０００８】
上記構成によれば、モータの磁気回路が磁気飽和することによって生じるトルクリップルを抑制することができる。
【０００９】
モータ制御装置の望ましい態様として、前記モータの突極比は、１以上１．２以下であることが好ましい。
【００１０】
これにより、モータの駆動範囲の全域に亘り、トルクリップルを抑制した運用が可能となる。
【００１１】
モータ制御装置の望ましい態様として、前記電流指令値演算部は、前記ｑ軸電流が所定値以上となる領域において、前記進角制御を行うことが好ましい。
【００１２】
これにより、ｑ軸電流がモータの磁気回路に磁気飽和が生じ始める所定値以上となる領域においてｄ軸電流を付加する進角制御を行うことで、モータの磁気回路の磁気飽和に伴うトルクリップルを抑制することができる。
【００１３】
モータ制御装置の望ましい態様として、前記電流指令値演算部は、少なくとも前記ｑ軸電流に対応した進角値が設定された進角設定マップに基づき、前記ｑ軸電流に応じた前記進角値を求め、前記ｑ軸電流指令値をＩｑｒｅｆ、前記ｄ軸電流指令値をＩｄｒｅｆ、前記進角値をΦとしたとき、下記式を用いて前記ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出することが好ましい。
【００１４】
Ｉｄｒｅｆ＝Ｉｑｒｅｆ・ｔａｎΦ
【００１５】
これにより、少ない演算量でｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出することができる。
【００１６】
モータ制御装置の望ましい態様として、前記電流指令値演算部は、前記進角値が０［ｄｅｇ］以上３０［ｄｅｇ］以下の範囲に設定されていることが好ましい。
【００１７】
これにより、負荷トルクの低下を抑制しつつ、モータの磁気回路の磁気飽和に伴うトルクリップルを抑制することができる。
【００１８】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、上記モータ制御装置を備え、前記モータは、ハンドルのコラム軸に設けられ、前記ハンドルの操舵力を補助する。
【００１９】
上記構成によれば、ハンドルに伝わるトルクムラを小さくすることができ、ハンドル操作の正確性を高めることができる。また、トルクリップルに起因する振動や騒音を抑制した快適な操舵感を得ることができる。また、電動パワーステアリング装置に搭載するモータの小型化が可能となる。
【００２０】
上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係るモータ制御方法は、突極比が１以上１．２以下のモータを２相フィードバック式のベクトル制御で駆動するモータ制御方法であって、前記モータに対するトルク指令値に応じたｑ軸電流指令値を算出すると共に、前記モータのｑ軸電流が所定値以上となる領域において、前記ｑ軸電流の増加に応じてｄ軸電流指令値を大きくする進角制御を行う。
【００２１】
これにより、モータの磁気回路が磁気飽和することによって生じるトルクリップルを抑制することができ、モータの駆動範囲の全域に亘り、トルクリップルを抑制した運用が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、モータの磁気回路が磁気飽和することによって生じるトルクリップルを抑制することができるモータ制御装置、モータ駆動方法、及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。
【図２】図２は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。
【図３】図３は、実施形態に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、電流指令値演算部におけるトルク指令値−ｑ軸電流指令値変換マップの一例を示す図である。
【図５】図５は、電流指令値演算部における進角設定マップの一例を示す図である。
【図６】図６は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値に対応した鎖交磁束波形を示す図である。
【図７】図７は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値に対応したトルクリップル波形を示す図である。
【図８】図８は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値とトルクリップルとの関係を示す図である。
【図９】図９は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値と負荷トルクに対するリップル比との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値と負荷トルクの平均値との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値と負荷トルクの平均値との比率を示す図である。
【図１２】図１２は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときの鎖交磁束波形を示す図である。
【図１３】図１３は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときのトルクリップル波形を示す図である。
【図１４】図１４は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときのトルクリップル値を示す図である。
【図１５】図１５は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときの負荷トルクの平均値を示す図である。
【図１６】図１６は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときの負荷トルクに対するトルクリップルの比率を示す図である。
【図１７】図１７は、実施形態に係る進角制御の概念図である。
【図１８】図１８は、図１７に示す進角制御の概念を電流指令値演算部における進角設定マップに適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２５】
（実施形態）
図１は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。車両用操向装置の１つである電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」とも称する）は、操舵者から与えられる力が伝達する順に、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２、減速機構３、ユニバーサルジョイント４ａ，４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、トーションバーを有するコラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θｈを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速機構３を介してコラム軸２に連結されている。ＥＰＳを制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ１２で検出された車速Ｖｓとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施してモータ２０に供給する電流を制御する。
【００２６】
コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller  Area  Network）４０等の車載ネットワークが接続されている。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。
【００２７】
コントロールユニット３０は、主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成される。図２は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニットのハードウェア構成を示す模式図である。
【００２８】
コントロールユニット３０を構成する制御用コンピュータ１１００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１００１、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１００２、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）１００３、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  ROM）１００４、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１００５、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器１００６、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）コントローラ１００７等を備え、これらがバスに接続されている。
【００２９】
ＣＰＵ１００１は、ＥＰＳの制御用コンピュータプログラム（以下、制御プログラムという）を実行して、ＥＰＳを制御する処理装置である。
【００３０】
ＲＯＭ１００２は、ＥＰＳを制御するための制御プログラムを格納する。また、ＲＡＭ１００３は、制御プログラムを動作させるためのワークメモリとして使用される。ＥＥＰＲＯＭ１００４には、制御プログラムが入出力する制御データ等が格納されている。制御データは、コントロールユニット３０に電源が投入された後にＲＡＭ１００３に展開された制御用コンピュータプログラム上で使用され、所定のタイミングでＥＥＰＲＯＭ１００４に上書きされる。
【００３１】
ＲＯＭ１００２、ＲＡＭ１００３、及びＥＥＰＲＯＭ１００４等は情報を格納する記憶装置であって、ＣＰＵ１００１が直接アクセスできる記憶装置（一次記憶装置）である。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器１００６は、操舵トルクＴｓ、モータ２０の電流検出値Ｉｍ、及び操舵角θｈの信号等を入力し、ディジタル信号に変換する。
【００３３】
インターフェース１００５は、ＣＡＮ４０に接続されている。インターフェース１００５は、車速センサ１２からの車速Ｖの信号（車速パルス）を受け付けるためのものである。
【００３４】
ＰＷＭコントローラ１００７は、モータ２０に対する電流指令値に基づいてＵＶＷ各相のＰＷＭ制御信号を出力する。
【００３５】
図３は、実施形態に係るモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態において、モータ制御装置１００を構成する各構成部は、ＥＰＳを制御するコントロールユニット３０によって実現する。
【００３６】
本実施形態において、モータ２０は、ｕ相、ｖ相、ｗ相の各相コイルに１２０°ずつ位相が異なる３相の交流電流を供給することにより回転する３相ブラシレスモータである。図３では、モータ２０のロータの座標軸であるトルクを制御するｑ軸と、磁界の強さを制御するｄ軸とを独立に設定し、各軸が９０°の関係にあることから、そのベクトルで各軸に相当する電流（ｄ軸電流及びｑ軸電流）を制御するベクトル制御方式の制御系の一例として、２相フィードバック式のベクトル制御系を示している。
【００３７】
また、本実施形態において、モータ２０は、例えば、円筒状のロータの表面にリング状に磁石を貼り合わせたＳＰＭ（Surface  Permanent  Magnet）モータが例示されるが、これに限定されない。また、モータ２０のｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの比である突極比は、１に近い値であることが望ましく、例えば、１以上１．２以下であることが好ましい。モータ２０は、例えば、クローポール型モータ（claw-polemotor）であっても良い。
【００３８】
モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ２１が連結されており、モータ２０の電気角θｅが検出されてモータ制御装置１００に入力されている。なお、回転センサ２１は、レゾルバに限らず、例えば、ロータリーエンコーダ等の他のセンサから構成してもよい。
【００３９】
モータ制御装置１００は、電流指令値演算部３１と、減算部３２と、ＰＩ制御部３３と、２相／３相変換部３４と、ＰＷＭ制御部３５と、インバータ３６と、３相／２相変換部３７と、角速度演算部３８と、を備えている。
【００４０】
インバータ３６は、ＰＷＭ制御部３５からの３相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のＰＷＭ信号に基づきモータ２０をＰＷＭ駆動する。電流検出部３６Ａは、モータ２０の各相コイルに流れるｕ相電流Ｉｍｕ、ｖ相電流Ｉｍｖ、ｗ相電流Ｉｍｗを検出する構成部である。
【００４１】
角速度演算部３８は、回転センサ２１から出力されるモータ２０の電気角θｅからモータ２０の角速度ωを演算する構成部である。
【００４２】
３相／２相変換部３７は、電流検出部３６Ａによって検出された３相のｕ相電流Ｉｍｕ、ｖ相電流Ｉｍｖ、ｗ相電流Ｉｍｗを、２相のｄ軸電流Ｉｍｄ及びｑ軸電流Ｉｍｑに変換する構成部である。３相／２相変換部３７は、例えば、下記（１）式、（２）式に示すＣｌａｒｋｅ（クラーク）変換式を用いて、互いに直交する２相の静止座標系の電流値Ｉα，Ｉβを算出し、下記（３）式、（４）式に示すＰａｒｋ（パーク）変換式を用いて、回転座標系のｄ軸電流Ｉｍｄ及びｑ軸電流Ｉｍｑを算出する。
【００４３】
Ｉα＝Ｉｍｕ・・・（１）
【００４４】
Ｉβ＝（Ｉｍｕ＋２Ｉｍｖ）／√３・・・（２）
【００４５】
Ｉｍｄ＝Ｉα・ｃｏｓθｅ＋Ｉβ・ｓｉｎθｅ・・・（３）
【００４６】
Ｉｍｑ＝−Ｉα・ｓｉｎθｅ＋Ｉβ・ｃｏｓθｅ・・・（４）
【００４７】
電流指令値演算部３１には、トルクセンサ１０により検出される操舵トルクＴｓ及び車速センサ１２により検出される車速Ｖｓに基づき、アシストマップ等を用いて演算されたトルク指令値Ｔｒｅｆが入力される。電流指令値演算部３１は、トルク指令値Ｔｒｅｆ、モータ２０の角速度ω、ｑ軸電流Ｉｍｑに基づき、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを演算する。ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆの演算手法については後述する。
【００４８】
減算部３２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとｄ軸電流Ｉｍｄとのｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する（減算部３２ｄ）。また、減算部３２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆとｑ軸電流Ｉｍｑとのｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する（減算部３２ｑ）。
【００４９】
ＰＩ制御部３３は、減算部３２からのｄ軸電流偏差ΔＩｄ及びｑ軸電流偏差ΔＩｑについてＰＩ制御演算を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを算出する。
【００５０】
２相／３相変換部３４は、ＰＩ制御部３３から出力された２相のｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを、３相のｕ相電圧指令値Ｖｕｒｅｆ、ｖ相電圧指令値Ｖｖｒｅｆ、ｗ相電圧指令値Ｖｗｒｅｆに変換する構成部である。２相／３相変換部３４は、例えば、下記（５）式、（６）式に示す逆Ｐａｒｋ（パーク）変換式を用いて、静止座標系の電圧指令値Ｖα，Ｖβを算出する。
【００５１】
Ｖα＝Ｖｄｒｅｆ・ｃｏｓθｅ−Ｖｑｒｅｆ・ｓｉｎθｅ・・・（５）
【００５２】
Ｖβ＝Ｖｄｒｅｆ・ｓｉｎθｅ＋Ｖｑｒｅｆ・ｃｏｓθｅ・・・（６）
【００５３】
そして、２相／３相変換部３４は、静止座標系の電圧指令値Ｖα，Ｖβに対し、空間ベクトル変換を行い、ｕ相電圧指令値Ｖｕｒｅｆ、ｖ相電圧指令値Ｖｖｒｅｆ、ｗ相電圧指令値Ｖｗｒｅｆを算出する。空間ベクトル変換の詳細な説明については省略する。
【００５４】
ＰＷＭ制御部３５は、２相／３相変換部３４から出力されたｕ相電圧指令値Ｖｕｒｅｆ、ｖ相電圧指令値Ｖｖｒｅｆ、ｗ相電圧指令値Ｖｗｒｅｆに基づき、インバータ３６に出力するｕ相、ｖ相、ｗ相の各ＰＷＭ信号のデューティ比を演算する。
【００５５】
以下、電流指令値演算部３１におけるｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆの演算手法について説明する。電流指令値演算部３１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出する際、モータ２０の角速度ω及びｑ軸電流Ｉｍｑに応じた制御を行う。図４は、電流指令値演算部におけるトルク指令値−ｑ軸電流指令値変換マップの一例を示す図である。図５は、電流指令値演算部における進角設定マップの一例を示す図である。進角設定マップは、モータ２０のｑ軸電流Ｉｍｑと角速度ωとの関係から、図５に示す各領域に対応する進角値Φが設定されている。
【００５６】
電流指令値演算部３１は、図４に示すトルク指令値−ｑ軸電流指令値変換マップを用いて、トルク指令値Ｔｒｅｆに対応するｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを求める。また、電流指令値演算部３１は、図５に示す進角設定マップを用いて、モータ２０の角速度ω及びｑ軸電流Ｉｍｑに対応する進角値Φを求め、下記（７）式に示す演算式を用いて、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出する。
【００５７】
Ｉｄｒｅｆ＝Ｉｑｒｅｆ・ｔａｎΦ・・・（７）
【００５８】
図５において、進角値Φ１，Φ２，Φ３，Φ４の大小関係は、下記（８）式で示される。
【００５９】
Φ４＞Φ３＞Φ２＞Φ１＞０・・・（８）
【００６０】
モータ２０の回転数が高くなると、印加電圧に誘起電圧が近づき、それらの差分電圧値に依存するｑ軸電流が印加できなくなってくる。この場合、モータ２０の各相コイルに流れる電流（以下、「モータ電流」ともいう）も低下することになる。ＥＰＳにおいて同様なことが発生した場合、同回転数域でのアシスト力（アシストトルク）上限が低くなってしまう。よって、必要なアシスト力に見合った差分電圧値を確保する必要がある。
【００６１】
ところでＥＰＳにおいて印加電圧はバッテリ電圧に依存するため調整が困難である。誘起電圧は負のｄ軸電流を印加することで下げることができる。これを一般に弱め界磁と呼ぶ。弱め界磁を実施した場合、ｑ軸電流が増やせるため高速域でのトルクを増加でき、より高い回転数の出力が可能となる。
【００６２】
図５に示すように、電流指令値演算部３１は、角速度ω１以上の領域において、進角値Φに応じたｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出して出力する。これにより、モータ電流に進角値Φに応じたｄ軸電流が付加される。以下、モータ電流に進角値Φに応じたｄ軸電流を付加する制御を「進角制御」ともいう。
【００６３】
ＥＰＳでは、運転者のハンドル操作に応じてモータ２０の角速度ωが変化する。
【００６４】
図５及び（８）式に示すように、角速度ω１以上の領域において、モータ２０の角速度ωに応じてモータ電流進角値Φを段階的に設定することで、より高速域でのアシスト力を提供できる。
【００６５】
なお、図５及び（８）式では、角速度ω１以上の領域において、モータ２０の角速度ωに応じて進角値Φを段階的に設定する例を示したが、角速度ω１以上の領域において、モータ２０の角速度ωに応じて進角値Φを連続的に変化させる構成であっても良い。換言すれば、角速度ω１以上の領域において、モータ２０の角速度ωが大きいほど進角値Φを大きくする態様であっても良い。また、角速度ω１の値は、モータ２０の特性に合わせた所定値とすれば良い。
【００６６】
一方、図５に示す例では、角速度ω１未満の領域、すなわちモータの角速度ωが比較的小さい低回転領域では、進角値Φ＝０としている。換言すれば、角速度ω１未満の領域では、進角制御を行っていない。モータ２０の角速度ωが比較的小さい低回転領域では、モータ２０の各相コイルのインダクタンス成分による影響が小さくなり、モータ電流の位相遅れが小さくなる。このため、一般に、モータ２０の角速度ωが比較的小さい低回転領域では、モータ電流の位相遅れを補償するための進角制御を行う必要性は低い。
【００６７】
一方、ＥＰＳ用のモータ２０は、例えば、ハンドル１の切り始め等の低角速度領域において、モータ２０の各相コイルに比較的大きな電流が流れることが想定される。特に、ＥＰＳ用のモータ２０は小型化が要求されるため、ピーク電流においてモータ２０の磁気回路が磁気飽和して鎖交磁束波形に歪みが生じ、トルクリップルが増加する可能性がある。
【００６８】
図６は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値に対応した鎖交磁束波形を示す図である。図６に示す例では、モータ２０の電気角を横軸に示し、鎖交磁束値を縦軸に示している。なお、図６では、一例としてｕ相電流Ｉｍｕの波高値Ｉｍｕ（ｐｅａｋ）が０［Ａ］、１０［Ａ］、２０［Ａ］、２５［Ａ］、３０［Ａ］である場合のｕ相鎖交磁束波形を示している。
【００６９】
図７は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値に対応したトルクリップル波形を示す図である。図７に示す例では、モータ２０の電気角を横軸に示し、トルクリップルのスケール値を縦軸に示している。なお、図７では、一例としてｕ相電流Ｉｍｕの波高値Ｉｍｕ（ｐｅａｋ）が０［Ａ］、１０［Ａ］、２０［Ａ］、２５［Ａ］、３０［Ａ］である場合のトルクリップル波形を示している。
【００７０】
図８は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値とトルクリップルとの関係を示す図である。図８に示す例では、一例としてｕ相電流Ｉｍｕの波高値Ｉｍｕ（ｐｅａｋ）を横軸に示し、トルクリップルを縦軸に示している。
【００７１】
図９は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値と負荷トルクに対するリップル比との関係を示す図である。図９に示す例では、一例としてｕ相電流Ｉｍｕの波高値Ｉｍｕ（ｐｅａｋ）を横軸に示し、負荷トルクに対するリップル比を縦軸に示している。
【００７２】
図１０は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値と負荷トルクの平均値との関係を示す図である。図１０に示す例では、一例としてｕ相電流Ｉｍｕの波高値Ｉｍｕ（ｐｅａｋ）を横軸に示し、負荷トルクの平均値Ｔ（ａｖｅ）を縦軸に示している。なお、図１０では、モータ２０の磁気回路の磁気飽和により鎖交磁束波形に歪みが生じない場合の理想値を破線で示している。
【００７３】
図１１は、モータの各相コイルに流れる相電流の波高値と負荷トルクの平均値との比率を示す図である。図１１に示す例では、一例としてｕ相電流Ｉｍｕの波高値Ｉｍｕ（ｐｅａｋ）を横軸に示し、ｕ相電流Ｉｍｕの波高値Ｉｍｕ（ｐｅａｋ）と負荷トルクの平均値Ｔ（ａｖｅ）との比率を縦軸に示している。なお、図１１では、ｕ相電流Ｉｍｕの波高値Ｉｍｕ（ｐｅａｋ）が１０［Ａ］であるときの負荷トルクの平均値Ｔ（ａｖｅ）との比率を１００［％］とした値を例示している。
【００７４】
図６に示すように、相電流の波高値が０［Ａ］、１０［Ａ］では、鎖交磁束波形が略正弦波状となっているのに対し、相電流の波高値が２０［Ａ］、２５［Ａ］、３０［Ａ］では、モータ２０の磁気回路の磁気飽和により鎖交磁束波形に歪みが生じている。この鎖交磁束波形の歪みは、相電流のピークにおいて特に顕著に現れる。このため、図７から図９に示すように、相電流の波高値が２０［Ａ］、２５［Ａ］、３０［Ａ］と大きくなるにつれて、トルクリップルが大きくなっている。このトルクリップルが大きくなる領域、すなわち、モータ２０の磁気回路に磁気飽和が生じる領域は、図１０及び図１１に示すように、負荷トルクが理想値から低下する高負荷領域と一致し、相電流の波高値が２０［Ａ］、２５［Ａ］、３０［Ａ］と大きくなるにつれて、理想値に対する負荷トルクの低下が大きくなっている。
【００７５】
ここで、上述した進角制御、すなわち、モータ電流にｄ軸電流を付加する制御は、一般に弱め界磁制御とも呼ばれる。この弱め界磁制御は、誘起電圧を抑制し、その結果として鎖交磁束を減少させる。本発明者は、モータ２０の角速度ωが比較的小さく、且つモータ電流が大きい磁気飽和領域において進角制御を行うことで、高負荷領域におけるトルクリップルを抑制できることを知見した。
【００７６】
図１２は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときの鎖交磁束波形を示す図である。図１２に示す例では、モータ２０の電気角を横軸に示し、鎖交磁束値を縦軸に示している。なお、図１２では、進角値をモータ２０の電気角で０［ｄｅｇ］、１０［ｄｅｇ］、１５［ｄｅｇ］、２０［ｄｅｇ］、２５［ｄｅｇ］、３０［ｄｅｇ］、３５［ｄｅｇ］、４０［ｄｅｇ］とした場合のｕ相鎖交磁束波形を示している。
【００７７】
図１３は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときのトルクリップル波形を示す図である。図１３に示す例では、モータ２０の電気角を横軸に示し、トルクリップルのスケール値を縦軸に示している。なお、図１３では、進角値をモータ２０の電気角で０［ｄｅｇ］、１０［ｄｅｇ］、１５［ｄｅｇ］、２０［ｄｅｇ］、２５［ｄｅｇ］、３０［ｄｅｇ］、３５［ｄｅｇ］、４０［ｄｅｇ］とした場合のトルクリップル波形を示している。
【００７８】
図１４は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときのトルクリップル値を示す図である。図１４に示す例では、トルクリップル値を縦軸に示している。なお、図１４では、進角値をモータ２０の電気角で０［ｄｅｇ］、１０［ｄｅｇ］、１５［ｄｅｇ］、２０［ｄｅｇ］、２５［ｄｅｇ］、３０［ｄｅｇ］、３５［ｄｅｇ］、４０［ｄｅｇ］とした場合のトルクリップル値を示している。
【００７９】
図１５は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときの負荷トルクの平均値を示す図である。図１５に示す例では、負荷トルクの平均値を縦軸に示している。なお、図１５では、進角値をモータ２０の電気角で０［ｄｅｇ］、１０［ｄｅｇ］、１５［ｄｅｇ］、２０［ｄｅｇ］、２５［ｄｅｇ］、３０［ｄｅｇ］、３５［ｄｅｇ］、４０［ｄｅｇ］とした場合の負荷トルクの平均値を示している。
【００８０】
図１６は、磁気飽和領域において進角値を変化させたときの負荷トルクに対するトルクリップルの比率を示す図である。図１６に示す例では、負荷トルクに対するトルクリップルの比率を縦軸に示している。なお、図１６では、進角値をモータ２０の電気角で０［ｄｅｇ］、１０［ｄｅｇ］、１５［ｄｅｇ］、２０［ｄｅｇ］、２５［ｄｅｇ］、３０［ｄｅｇ］、３５［ｄｅｇ］、４０［ｄｅｇ］とした場合の負荷トルクに対するトルクリップルの比率を示している。
【００８１】
図１７は、実施形態に係る進角制御の概念図である。図１７に示す例では、負荷トルクを横軸に示し、電流値を縦軸に示している。図１７では、磁気飽和領域においてモータ２０の角速度ωを一定値とした場合のｄ軸電流Ｉｍｄ及びｑ軸電流Ｉｍｑの負荷トルクに対する変化を示している。なお、図１７に示す例では、実施形態に係る進角制御を行わない場合のｄ軸電流Ｉｍｄを破線で示している。
【００８２】
図１２に示すように、進角値が０［ｄｅｇ］、１０［ｄｅｇ］、１５［ｄｅｇ］、２０［ｄｅｇ］、２５［ｄｅｇ］、３０［ｄｅｇ］、３５［ｄｅｇ］、４０［ｄｅｇ］と大きくなるにつれて、鎖交磁束のピークが小さくなっている。また、図１３及び図１４に示すように、進角値が２５［ｄｅｇ］のときにトルクリップルが最も小さくなっている。つまり、図１２に示す例において、進角値が２５［ｄｅｇ］のときに鎖交磁束波形が最も正弦波状に近くなっていることを示している。
【００８３】
また、上述したように、モータ２０の磁気回路に磁気飽和が生じる領域では、モータ電流が大きくなるにつれてトルクリップルが大きくなる。このため、本実施形態では、図１７に示すように、高負荷領域（図中において負荷トルクがＴ以上となる領域）では、負荷トルクの上昇に応じた進角制御を行う。すなわち、負荷トルクの上昇に応じて、ｄ軸電流Ｉｍｄが大きくなるように制御する。
【００８４】
一方、図１２に示すように、進角値が０［ｄｅｇ］、１０［ｄｅｇ］、１５［ｄｅｇ］、２０［ｄｅｇ］、２５［ｄｅｇ］、３０［ｄｅｇ］、３５［ｄｅｇ］、４０［ｄｅｇ］と大きくなり、鎖交磁束のピークが小さくなるにつれて、図１５に示すように、負荷トルクは小さくなっている。本実施形態では、上述したように、モータ２０として、突極比が１に近いＳＰＭモータを用いることで、進角制御によるリラクタンストルクの影響を受け難く、進角値が大きくなるに従い鎖交磁束のピークが小さくなることによって負荷トルクが低下する。このため、負荷トルクの低下と、図１６に示す負荷トルクに対するトルクリップルの比率とのバランスを考慮して、進角値を設定することが望ましい。
【００８５】
以下、実施形態に係る進角制御の具体例について説明する。図１８は、図１７に示す進角制御の概念を電流指令値演算部における進角設定マップに適用した例を示す図である。
【００８６】
図１８において、進角値Φ５，Φ６の大小関係は、下記（９）式で示される。
【００８７】
Φ６＞Φ５＞０・・・（９）
【００８８】
図１８及び（９）式に示すように、本実施形態では、ｑ軸電流ＩｍｑがＩｍｑ１以上となる領域において、ｑ軸電流Ｉｍｑに応じて鎖交磁束波形を補償する進角値Φを段階的に設定する。ここで、モータ２０の磁気回路に磁気飽和が生じ始めるｑ軸電流Ｉｍｑ１を設定することで、モータ２０の磁気回路の磁気飽和に伴うトルクリップルを抑制することができる。
【００８９】
なお、図１８及び（９）式では、ｑ軸電流ＩｍｑがＩｍｑ１以上Ｉｍｑ２未満の領域において進角値Φ＝Φ５、ｑ軸電流ＩｍｑがＩｍｑ２以上の領域において進角値Φ＝Φ６とした例を示したが、ｑ軸電流ＩｍｑがＩｍｑ１以上の領域において、ｑ軸電流Ｉｍｑに応じて進角値Φを連続的に変化させる構成であっても良い。換言すれば、ｑ軸電流ＩｍｑがＩｍｑ１以上の領域において、ｑ軸電流Ｉｍｑが大きいほど進角値Φを大きくする態様であっても良い。また、ｑ軸電流Ｉｍｑ１，Ｉｍｑ２の値は、モータ２０の特性に合わせた所定値とすれば良い。
【００９０】
また、進角値Φ５，Φ６の値は、例えば、図１４から図１６に示す１５［ｄｅｇ］以上３０［ｄｅｇ］以下の範囲に設定することが望ましい。進角値Φを連続的に変化させる構成では、例えば、ｑ軸電流Ｉｍｑが大きいほど進角値Φを０［ｄｅｇ］以上３０［ｄｅｇ］以下の範囲で連続的に変化させることが望ましい。
【００９１】
以上説明したように、実施形態に係るモータ制御装置１００は、モータ２０を２相フィードバック式のベクトル制御で駆動する。モータ制御装置１００は、モータ２０に対するトルク指令値Ｔｒｅｆ及びモータ２０のｑ軸電流Ｉｍｑに基づき、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出する電流指令値演算部３１を備える。電流指令値演算部３１は、トルク指令値Ｔｒｅｆに応じたｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出すると共に、モータ２０のｑ軸電流Ｉｍｑの増加に応じてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを大きくする進角制御を行う。
【００９２】
上記構成により、モータ２０の磁気回路が磁気飽和することによって生じるトルクリップルを抑制することができる。
【００９３】
上記のように構成されたモータ制御装置１００は、突極比が１以上１．２以下のモータ２０を制御対象とすることで、モータ２０の駆動範囲の全域に亘り、トルクリップルを抑制した運用が可能となる。
【００９４】
また、ｑ軸電流Ｉｍｑがモータ２０の磁気回路に磁気飽和が生じ始める所定値（図１８に示す例では、Ｉｍｑ１）以上となる領域においてｄ軸電流Ｉｍｄを付加する進角制御を行うことで、モータ２０の磁気回路の磁気飽和に伴うトルクリップルを抑制することができる。
【００９５】
また、電流指令値演算部３１において、少なくともｑ軸電流Ｉｍｑに対応した進角値Φが設定された進角設定マップに基づき、ｑ軸電流Ｉｍｑに応じた進角値Φを求め、下記式を用いてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出する。
【００９６】
Ｉｄｒｅｆ＝Ｉｑｒｅｆ・ｔａｎΦ
【００９７】
これにより、少ない演算量でｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを算出することができる。
【００９８】
また、実施形態に係る電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、上述したモータ制御装置を適用することで、ハンドル１に伝わるトルクムラを小さくすることができ、ハンドル操作の正確性を高めることができる。また、トルクリップルに起因する振動や騒音を抑制した快適な操舵感を得ることができる。また、ＥＰＳに搭載するモータ２０の小型化が可能となる。
【００９９】
また、実施形態に係るモータ制御方法は、突極比が１以上１．２以下のモータ２０を２相フィードバック式のベクトル制御で駆動する構成において、モータ２０に対するトルク指令値Ｔｒｅｆに応じたｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出すると共に、モータ２０のｑ軸電流Ｉｍｑが所定値（図１８に示す例では、Ｉｍｑ１）以上となる領域において、ｑ軸電流Ｉｍｑの増加に応じてｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを大きくする進角制御を行う。
【０１００】
これにより、モータ２０の磁気回路が磁気飽和することによって生じるトルクリップルを抑制することができ、モータ２０の駆動範囲の全域に亘り、トルクリップルを抑制した運用が可能となる。
【０１０１】
なお、上述で使用した図は、本開示に関して定性的な説明を行うための概念図であり、これらに限定されるものではない。また、上述の実施形態は本開示の好適な実施の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。また、ハンドルと、モータ又は反力モータの間に任意のバネ定数を有する機構であれば、トーションバーに限定しなくても良い。
【符号の説明】
【０１０２】
１  ハンドル
２  コラム軸
２Ａ  トーションバー
３  減速機構
４ａ、４ｂ  ユニバーサルジョイント
５  ピニオンラック機構
６ａ，６ｂ  タイロッド
７ａ，７ｂ  ハブユニット
８Ｌ，８Ｒ  操向車輪
１０  トルクセンサ
１１  イグニションキー
１２  車速センサ
１３  バッテリ
１４  舵角センサ
２０  モータ
２１  回転センサ
３０  コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１  電流指令値演算部
３２，３２ｄ，３２ｑ  減算部
３３  ＰＩ制御部
３４  ２相／３相変換部
３５  ＰＷＭ制御部
３６  インバータ
３６Ａ  電流検出部
３７  ３相／２相変換部
３８  角速度演算部
１００  モータ制御装置
１００１  ＣＰＵ
１００２  ＲＯＭ
１００３  ＲＡＭ
１００４  ＥＥＰＲＯＭ
１００５  インターフェース
１００６  Ａ／Ｄ変換器
１００７  ＰＷＭコントローラ
１１００  制御用コンピュータ（ＭＣＵ）
Ｉｄｒｅｆ  ｄ軸電流指令値
Ｉｑｒｅｆ  ｑ軸電流指令値
Ｉｍｄ  ｄ軸電流
Ｉｍｑ，Ｉｍｑ１，Ｉｍｑ２  ｑ軸電流
Ｉｍｕ  ｕ相電流
Ｉｍｖ  ｖ相電流
Ｉｍｗ  ｗ相電流
Ｖｄｒｅｆ  ｄ軸電圧指令値
Ｖｑｒｅｆ  ｑ軸電圧指令値
Ｖｕｒｅｆ  ｕ相電圧指令値
Ｖｖｒｅｆ  ｖ相電圧指令値
Ｖｗｒｅｆ  ｗ相電圧指令値
ΔＩｄ  ｄ軸電流偏差
ΔＩｑ  ｑ軸電流偏差
θｅ  電気角（モータ）
ω，ω１  角速度（モータ）
Φ，Φ１，Φ２，Φ３，Φ４，Φ５，Φ６  進角値
【図１】
2020150666.tif 000003
【図２】
2020150666.tif 000004
【図３】
2020150666.tif 000005
【図４】
2020150666.tif 000006
【図５】
2020150666.tif 000007
【図６】
2020150666.tif 000008
【図７】
2020150666.tif 000009
【図８】
2020150666.tif 000010
【図９】
2020150666.tif 000011
【図１０】
2020150666.tif 000012
【図１１】
2020150666.tif 000013
【図１２】
2020150666.tif 000014
【図１３】
2020150666.tif 000015
【図１４】
2020150666.tif 000016
【図１５】
2020150666.tif 000017
【図１６】
2020150666.tif 000018
【図１７】
2020150666.tif 000019
【図１８】
2020150666.tif 000020