(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回転機の電圧指令値に基づいて直流電圧を交流電圧に変換し、上記交流回転機に交流電圧を印加する電力変換器と、
上記電力変換器の直流側の電流を取得する直流電流取得手段と、
上記直流電流取得手段から得た直流電流に基づいて交流回転機電圧制限値を算出する電圧制限値演算手段と、を備え、
上記電力変換器は、上記交流回転機電圧制限値に応じて上記交流回転機に交流電圧を印加する交流回転機の制御装置であって、
上記電圧制限値演算手段は、上記取得された直流電流に基づく値を増幅する増幅器を具備し、
上記増幅器の出力に基づいて上記交流回転機電圧制限値を算出することを特徴とする交流回転機の制御装置。
【請求項２】
上記電圧制限値演算手段は、直流電流制限値と上記直流電流との偏差演算器と、上記偏差演算器の出力を増幅する偏差増幅器と、を具備し、上記偏差増幅器の出力に基づいて上記交流回転機電圧制限値を算出することを特徴とする請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項３】
上記電圧制限値演算手段は、上記交流回転機の回転速度と上記偏差増幅器の出力に基づいて上記交流回転機電圧制限値を算出することを特徴とする請求項２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項４】
上記電圧制限値演算手段は、上記交流回転機の回転二軸上の電流と上記偏差増幅器の出力とに基づいて上記交流回転機電圧制限値を算出することを特徴とする請求項２に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項５】
上記偏差増幅器は、上記偏差演算器の出力を積分する積分要素を含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項６】
上記電圧制限値演算手段は、上記電圧指令値に基づいて該電圧指令値と上記交流回転機電圧制限値の関係について判定を行う判定手段を具備し、該判定手段が上記電圧指令値は上記交流回転機電圧制限値によって制限されるであろうと判定した場合に、上記偏差演算器の出力に基づいて演算した上記交流回転機電圧制限値を出力すること特徴とする請求項５に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項７】
上記電圧制限値演算手段は、上記偏差演算器の出力に基づいて上記電圧指令値と上記交流回転機電圧制限値との関係について判定を行う判定手段を具備し、該判定手段が上記電圧指令値は上記交流回転機電圧制限値によって制限されるであろうと判定した場合に、上記偏差演算器の出力に基づいて演算した上記交流回転機電圧制限値を出力すること特徴とする請求項５に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項８】
上記偏差増幅器の利得は、上記直流電圧に基づいて算出することを特徴とする請求項２〜７の何れか一項に記載の交流回転機の制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の交流回転機の制御装置を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流回転機を駆動する直流電源が供給する直流電流を所望の値以下に制限する交流回転機の制御装置、及びその制御装置を備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器を用いて交流回転機に交流電圧を印加する場合、直流電流過大によって給電経路上の発熱や、チョークコイルやリレー、パワー素子などの部品の破壊などの問題を引き起こす可能性がある。また、上記構成において直流電流をバッテリから供給する場合、バッテリ仕様を超えた直流電流を出力することによってバッテリの早期劣化に繋がる。以上から、直流電流を制限することが交流回転機制御装置の課題となっている。
【０００３】
例えば特開２０１０−３５３９６号公報（特許文献１）に記載された交流回転機の制御装置では、バッテリの入出力電流、及び出力電流である直流電流を検出して、設定値の範囲を越える場合には、ＰＩ制御によりトルク指令補正値を演算し、トルク指令値を補正することによってバッテリの設定値範囲内に制限している。
【０００４】
また、例えば特開２００８−１７９２４７号公報（特許文献２）に記載された交流回転機の制御装置では、直流電流値が制限値を超過しないようなモータ電流指令値を設定するフィードフォワード制御に加え、検出した直流電流が電流制限値を超えている場合、モータ電流指令値を例えば１０％制限するフィードバック制御を追加し、より安定した直流電流制限を行っている。
【０００５】
さらに、例えば特開２００８−４９９１０号公報（特許文献３）に記載された交流回転機の制御装置では、電源電圧とモータ回転速度に基づいて複数のルックアップテーブルより直流電流値が制限値を超過しないような操舵補助指令制限値を算出し、操舵補助指令値を制限することによって直流電流値を制限値内に制限している。
【０００６】
また、例えば特開２０１１−１２５１３４号公報（特許文献４）に記載された交流回転機の制御装置では、モータ回転速度に基づいて電源電圧と環境温度からなる複数種のルックアップテーブルより直流電流値が制限値を超過しないようなモータ電圧指令制限値を算出し、モータ電圧指令値を制限することによって直流電流値を制限値内に制限している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−３５３９６号公報
【特許文献２】特開２００８−１７９２４７号公報
【特許文献３】特開２００８−４９９１０号公報
【特許文献４】特開２０１１−１２５１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２に記載された交流回転機の制御装置では、直流電流検出値にモータ電流指令値を制限することにより直流電流を制限している。ある直流電流値に制限するためのモータ電流指令値はモータ速度に関して反比例の関係があるため、モータ速度が変化すると、直流電流値に制限するためのモータ電流指令値が急変する場合がある。この場合、モータ変速時の応答性を一定に保つことができず、モータ電流値がハンチングする要因となってしまう問題があった。
上記特許文献１及び３におけるトルク指令値及び操舵補助指令値は、特許文献２におけるモータ電流指令値に相当していることは言うまでもなく、この問題は特許文献１及び３についても当てはまる。
【０００９】
また、上記特許文献１及び２に記載された交流回転機の制御装置では、直流電流を制限するためのモータ電流指令値を算出するためにフィードバック制御を採用しているが、前述の通り、ある直流電流値に制限するためのモータ電流指令値はモータ速度に対して反比例の関係であり、複雑な理論式で表現されるため、直流電流を無駄なく制限するための制御設計が難しく、電源が供給する電力を最大限利用することができない問題があった。
【００１０】
また、上記特許文献３及び４に記載された交流回転機の制御装置では、直流電流を制限する際の複雑な演算を回避するために、予め演算して定めておいたルックアップテーブルを参照する。よって、直流電流制限はテーブル値補間により誤差が生じてしまう。さらには、ルックアップテーブルが多数必要となるため記憶容量が増大しコストアップに繋がる問題があった。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、交流回転機の回転速度変化による交流回転機電圧制限値の急変を防止し、ハンチングを抑制した全モータ速度域について安定した直流電流制御を行う交流回転機の制御装置、及びその制御装置を備えた電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る交流回転機の制御装置は、交流回転機の電圧指令値に基づいて直流電圧を交流電圧に変換し、上記交流回転機に交流電圧を印加する電力変換器と、上記電力変換器の直流側の電流を取得する直流電流取得手段と、上記直流電流取得手段から得た直流電流に基づいて交流回転機電圧制限値を算出する電圧制限値演算手段と、を備え、上記電力変換器は、上記交流回転機電圧制限値に応じて上記交流回転機に交流電圧を印加する交流回転機の制御装置であって、
上記電圧制限値演算手段は、上記取得された直流電流に基づく値を増幅する増幅器を具備し、上記増幅器の出力に基づいて上記交流回転機電圧制限値を算出するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る交流回転機の制御装置によれば、交流回転機の回転速度に関して線形な関係を持つ交流回転機電圧を制限することにより直流電流を制限するようにしたので、交流回転機の回転速度変化による制限値の急変を防止し、ハンチングを抑制した全モータ速度域について安定した直流電流制御を行うことができる従来にない顕著な効果を奏する。
【００１４】
上述した、またその他のこの発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るフィードバック制御系の制御ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る交流回転機の制御装置の全体構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリングの制御装置の全体構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る電圧制限値演算手段の内部構成及びその周辺の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る交流回転機の制御装置の全体構成図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る交流回転機の制御装置おいて、直流電流と交流回転機電圧の関係をプロットした図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る交流回転機の制御装置おいて、交流回転機の回転速度に対する交流回転機電圧制限値をプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明に係る交流回転機の制御装置、及びその制御装置を備えた電動パワーステアリング装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の全体構成を示す図である。図１において、交流回転機１に交流電圧を印加する電力変換器２は、交流回転機１を駆動するための三相電圧指令値の電圧振幅を電圧制限値演算手段３により算出した交流回転機電圧制限値を上限として制限した後、制限された三相電圧指令値に基づいて交流回転機１を駆動する。
【００１８】
電力変換器２は、三相電圧指令値の電圧振幅を電圧制限値演算手段３により算出した交流回転機電圧制限値に基づいて制限する交流回転機電圧指令制限器４と、交流回転機電圧指令制限器４によって制限された三相電圧指令値に基づいて直流電源５による直流電圧を交流電圧に変換し、交流回転機１に交流電圧を印加する駆動回路６から構成される。
【００１９】
回転位置検出器７は、交流回転機１の回転位置を取得し、回転速度演算器８に出力する。回転速度演算器８は、上記回転位置に基づいて回転速度を演算し、電圧制限値演算手段３に出力する。直流電流取得手段９は、直流電源５が電力変換器２に供給する直流電流を取得し、電圧制限値演算手段３に出力する。
【００２０】
尚、実施の形態１では交流回転機１の回転速度を回転位置に基づいて回転速度演算器８から算出しているが、回転速度を検出する回転速度検出器を設け、これにより交流回転機１の回転速度を取得するようにしてもよく、交流回転機１の回転速度を取得する手段については問わない。
【００２１】
また、直流電流取得手段９として直流電源５が電力変換器２に供給する直流電流を電流検出器によって取得するようにしているが、直流電源５の直流電圧と、駆動回路２が交流回転機１に印加する交流電圧と、駆動回路が交流回転機１に供給する交流電流に基づいた演算によって直流電流を取得するようにしてもよく、直流電源５が電力変換器２に供給する直流電流を取得する手段については問わない。
【００２２】
次に、電圧制限値演算手段３の内部構成について説明する。電圧制限値演算手段３は、偏差演算器１０、利得演算器１１、偏差増幅器１２、補正器１３、及び切替器１４を備えており、偏差演算器１０は、直流電流制限値から直流電流取得手段９が取得した上記直流電流を減算し、直流電流偏差として出力する。利得演算器１１は、直流電源５と駆動回路６の間より検出される直流電圧に基づき利得を演算し、出力する。偏差増幅器１２は、積分器１５と乗算器１６とを備え、積分器１５によって上記直流電流偏差を時間積分した値を乗算器１６によって上記利得と乗算し、その値を直流電流偏差積分値として出力する。補正器１３は、交流回転機１の回転速度に基づいて上記直流電流偏差積分値を補正し、切替器１４に出力する。
【００２３】
また、電圧制限値演算手段３は判定手段である判定器１７を具備しており、三相電圧指令値に基づいて三相電圧指令値の電圧振幅が電圧制限値演算手段３から出力される交流回転機電圧制限値によって制限されるか否かを判定する。そして、制限されるであろうと判定した場合は制御継続指示を、また、制限されないであろうと判定した場合は制御停止指示を積分器１５および切替器１４に出力する。制御継続指示が出力される場合、積分器１５は上記に示した通り直流電流偏差を時間積分し、切替器１４は補正器１３の出力を選択して交流回転機電圧制限値として出力する。一方、制御停止指示が出力される場合、積分器１５は直流電流偏差の時間積分を停止し、切替器１４は補正器１３の出力とは異なる直流電流を制限しないような交流回転機電圧、例えば交流回転機１が出力し得る交流回転機最大電圧を選択して交流回転機電圧制限値として出力する。このように電圧制限値演算手段３は、三相電圧指令値、直流電流、直流電流制限値、直流電圧、交流回転機１の回転速度に基づいて交流回転機電圧制限値を算出し、交流回転機電圧指令制限器４に出力する。
【００２４】
このような構成によって、電圧制限値演算手段３は直流電流を所定の直流電流制限値に制限するための交流回転機１の回転速度に関して線形性を持つ交流回転機電圧制限値を算出している。
【００２５】
以下に、電圧制限値演算手段３の上記構成にて直流電流を直流電流制限値に制限するための交流回転機電圧制限値を算出する手法を説明する。なお、実施の形態１では交流回転機１の力行時における直流電流の制限を考え、直流電流制限値を正の値として扱う。
【００２６】
一般に、制御装置のエネルギー方程式、交流回転機１の回路方程式より、ある直流電流Ｉｄｃにおける交流回転機電圧Ｖは、式（１）に示すような交流回転機１の回転速度の絶対値ωに関して線形な近似式で表すことができる。
【００２７】
【数１】
0005414816.tif 000002
【００２８】
但し、式（１）におけるＶｄｃは直流電圧を表す。また、φ、Ｒはそれぞれ交流回転機１の誘起電圧定数、交流回転機１の電機子抵抗であり、交流回転機１の定数である。ｋは交流回転機１の電機子抵抗、直流電流、直流電圧の値によって２分の１から１近傍で変動する無次元係数である。
式（１）を変形すると式（２）となり、この値をｘとする。
【００２９】
【数２】
0005414816.tif 000003
【００３０】
式（２）に基づき構築した直流電流が直流電流制限値に追従するようなフィードバック制御系の制御ブロック図を図２に示す。
式（２）よりｘは直流電流Ｉｄｃに関して線形であるので、図２に示すように直流電流制限値Ｉｄｃｌｉｍを制御目標値とし、ｘを制御操作量としたフィードバック制御系において、制御対象は１／ＲＶｄｃに相当する簡単なモデルで表すことができる。よって積分器１５として図２に示すような制御器を採用することにより、一次遅れ系の簡単かつ理論的で精度の高い制御系を構築することが可能となる。ここで、制御系の任意の交差周波数をｆｃとしたとき、図２に示す系の一巡伝達関数Ｇは式（３）で表すことができ、積分器１５の利得ＫＩは式（４）に示すように定まる。
【００３１】
【数３】
0005414816.tif 000004
【００３２】
【数４】
0005414816.tif 000005
【００３３】
式（２）より、上記制御器出力である直流電流偏差積分値ｘに対し、式（５）に示す演算処理、つまり、直流電流偏差積分値ｘを平方根演算し、無次元係数ｋ、誘起電圧定数φ、交流回転機１の回転速度の絶対値ωより算出した補正項を加算することで、直流電流が直流電流制限値に追従するような交流回転機電圧Ｖを算出することができる。
【００３４】
【数５】
0005414816.tif 000006
【００３５】
式（１）から理解されるように、直流電流と交流回転機電圧値は単調増加の関係性を持つので、三相電圧指令値の電圧振幅を上記交流回転機電圧Ｖ以下に制限することで、直流電流は直流電流制限値以下に制限される。
【００３６】
ここで、上記補正項は積分器１５の応答性を向上させるための補正的なものであるので、無次元係数ｋはその取りうる値を加味し、例えば式（６）に示すような一定の値とすることでも十分な効果を期待できる。この場合、補正項は交流回転機１の回転速度によってのみ変動することとなる。但し、直流電流偏差積分値ｘを平方根演算することから、無次元係数ｋは直流電流が直流電流制限値と一致する場合の直流電流偏差積分値ｘが負とならないような値に設定する必要がある。また、無次元係数ｋは式（１）における交流回転機１の電機子抵抗、直流電流、直流電圧の値に応じて理論的に定める方がさらなる応答性向上へと繋がることは言うまでもない。
【００３７】
【数６】
0005414816.tif 000007
【００３８】
このように、偏差演算器１０からの出力である直流電流偏差を偏差増幅器１２によって増幅し、交流回転機１の回転速度に関して線形な近似式（１）を満足するように交流回転機電圧制限値を算出するフィードバック制御を構築することで、交流回転機１の回転速度変化による制限値の急変を防止し、ハンチングを抑制した全モータ速度域について安定した直流電流制御を行うことが可能となる。
【００３９】
さらに、上記のように偏差増幅器１２を、直流電流偏差を時間積分する積分器１５と利得と乗算する乗算器１６によって構成することで、一次遅れ系の簡単かつ精度の高い制御系を理論的に構築することが可能となる。このとき、系の交差周波数を任意に選択することが可能であり、任意の周波数に対し制御の安定性を確保することが可能である。
【００４０】
また、乗算器１６において乗算する利得を利得演算器１１によって出力される任意の交差周波数および直流電源５と駆動回路６の間より検出される直流電圧に基づくものとすることで、フィードバック制御は物理方程式に基づいた理論的で応答性が高いものとなり、かつ、直流電圧の変動にも対応したロバスト性の高いものとなる。ここで、図１に示すように、乗算器１６を積分器１５の演算処理後に配置することによって、直流電圧が変動した場合に積分器１５によって時間積分された過去の値に対しても直流電圧の変動が適用され、直流電圧に対するロバスト性、応答性がさらに向上する。
【００４１】
さらに、偏差増幅器１２より出力される直流電流偏差積分値に対し、式（５）に基づいて補正器１３によって平方根演算を行い、交流回転機１の回転速度より算出した補正項を加算することによって、交流回転機１の回転速度が変動した場合の応答性がさらに向上することが分かる。
【００４２】
これら電圧制限値演算手段３における処理は、簡単な線形近似式（１）に基づいたものであり、単純な演算によって構成されるため、演算負荷を軽減することが可能となり、ルックアップテーブルも不要である。
【００４３】
このように、実施の形態１に係る交流回転機の制御装置によれば、直流電流を制限するときに生ずる応答性、制限精度、複雑な演算、記憶容量といった従来の交流回転機の制御装置における課題を解決することが可能となる。そして、応答性、制限精度の高い制御によって直流電流が過剰に制限されることがなく、直流電圧源の供給する電力を最大限利用することができる。
【００４４】
ところで、交流回転機電圧指令制限器４において、三相電圧指令値が電圧制限値演算手段３によって出力される交流回転機電圧制限値によって制限されない場合、直流電流は直流電流制限値に追従することがないため、偏差演算器１０から出力される直流電流偏差も零に収束しない。また、制限されない間は三相電圧指令値の電圧振幅が交流回転機電圧制限値を下回るので、式（１）から直流電流値は直流電流制限値より小さい値となる。よって、偏差演算器１０は零より大きい直流電流偏差の出力を継続し、偏差増幅器１２における直流電流偏差積分値は増幅してしまう。その結果、次に直流電流制限が必要となる時、直流電流を直流電流制限値に収束されるために必要な交流回転機電圧制限値を出力するには、偏差増幅器１２において蓄積された直流電流偏差積分値を減少させなければいけない。つまり、所定の直流電流偏差積分値に減少させる分、直流電流制限に応答遅れが発生してしまう。
【００４５】
これに対し、実施の形態１においては、電圧制限値演算手段３は、三相電圧指令値が交流回転機電圧制限値によって制限されない場合に直流電流偏差の時間積分を停止するための判定器１７を備える。
この判定器１７は、三相電圧指令値の電圧振幅と補正器１３の出力を比較し、補正器１３の出力の方が小さい場合は、交流回転機電圧指令制限器４において三相電圧指令値が電圧制限値演算手段３によって出力される交流回転機電圧制限値によって制限されるであろうと判定し、制御継続指示を出力する。反対に、三相電圧指令値の電圧振幅よりも補正器１３の出力の方が大きい場合は、交流回転機電圧指令制限器４において三相電圧指令値が電圧制限値演算手段３によって出力される交流回転機電圧制限値によって制限されないであろうと判定し、制御停止指示を出力する。
【００４６】
判定器１７が制御継続指示を出力する場合、積分器１５は偏差演算器１０から出力される直流電流偏差の時間積分を継続し、切替器１４はこれに基づく値を交流回転機電圧制限値として出力する。この場合、交流回転機電圧指令制限器４において三相電圧指令値が交流回転機電圧制限値に制限され、その結果、直流電流が直流電流制限値に制限されることとなる。
【００４７】
一方で、判定器１７が制御停止指示を出力する場合、積分器１５は上記に示した不要な積分の増幅を回避するため偏差演算器１０から出力される直流電流偏差の時間積分を停止する。また、時間積分を停止することによって、電圧制限値演算手段３から出力される交流回転機電圧制限値は制御理論から外れたものとなり、誤った制限を行ってしまう恐れがあるので、切替器１４は三相電圧指令値の電圧振幅が制限されないような大きな値を持つ交流回転機電圧、例えば交流回転機１が出力し得る交流回転機最大電圧を交流回転機電圧制限値として出力する。この場合、交流回転機電圧指令制限器４において三相電圧指令値が交流回転機電圧制限値によって制限されることはなく、積分器１５を備えた偏差増幅器１２においても不要な積分増幅は発生しない。
【００４８】
このように、実施の形態１に係る交流回転機の制御装置では、判定器１７によって直流電流が制限されるか否かを判定し、その判定に基づき積分器１５の動作を停止し、切替器１４において出力である交流回転機電圧制限値を切り替えることによって、直流電流が制限されない場合の偏差増幅器１２の不要な積分増幅を回避することが可能となり、偏差増幅器１２の応答性、つまりは直流電流を直流電流制限値以下に制限するための応答性が向上する。
【００４９】
尚、判定器１７が制御停止指示を出力し、積分器１５が偏差演算器１０から出力される直流電流偏差の時間積分を停止する場合、例えば補正器１３の出力が三相電圧指令値の電圧振幅と一致するように積分器１５を動作させてもよい。この場合、三相電圧指令値が交流回転機電圧制限値によって制限されない時の偏差増幅器１２の不要な積分増幅を最小限とすることができ、偏差増幅器１２の応答性、つまりは直流電流を直流電流制限値に制限するための応答性がさらに向上する。
【００５０】
また、実施の形態１では交流回転機１の力行時における直流電流の制限の手法について説明したが、回生時も同様に交流回転機１の回転速度に関して線形となる交流回転機電圧を制限することによって、応答性、制限精度、複雑な演算、記憶容量に優れた直流電流制限を行うことが可能である。
【００５１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る交流回転機の制御装置について説明する。上記実施の形態１では、電圧制限値演算手段３における判定器１７が三相電圧指令値と補正器１３の出力との比較により、三相電圧指令値が交流電圧制限値に制限されるであろうと判定するものである。これに対し、実施の形態２では、偏差演算器の出力に基づいて三相電圧指令値が交流回転機電圧制限値に制限されるか否かを判定する判定器を備えた交流回転機の制御装置について説明する。
【００５２】
図３は、実施の形態２に係る交流回転機の制御装置の全体構成を示す図で、上記実施の形態１と同一符号は、同一またはこれに相当する部分を示し、その説明を省略する。
図３において、判定器１７ａは、三相電圧指令値に基づいて三相電圧指令値の電圧振幅が電圧制限値演算手段３ａから出力される交流回転機電圧制限値によって制限されるか否かを判定し、制限されるであろうと判定した場合は制御継続指示を、また、制限されないであろうと判定した場合は制御停止指示を積分器１５および切替器１４に出力する。
【００５３】
交流回転機電圧指令制限器４において三相電圧指令値が交流回転機電圧制限値によって制限される場合、閉ループ系において交流回転機電圧制限値の電圧が交流回転機１に印加されることによって、電圧制限値演算手段３ａは、偏差演算器１０の出力する直流電流偏差値を零にするように動作している。反対に、交流回転機電圧指令制限器４において三相電圧指令値が交流回転機電圧制限値によって制限されない場合、電圧制限値演算手段３ａが出力する交流回転機電圧制限値の電圧が交流回転機１に印加されないため、偏差演算器１０が出力する直流電流偏差値は零に収束しない。
【００５４】
また、式（１）より理解されるように、直流電流と交流回転機電圧は単調増加の関係にあり、制限されない場合は三相電圧指令値の電圧振幅が交流回転機電圧制限値よりも小さい値となることを示すので、直流電流は直流電流制限値より小さい値となる。即ち、交流回転機電圧指令制限器４において三相電圧指令値が交流回転機電圧制限値によって制限されない場合は偏差演算器１０の出力する直流電流偏差値は正の値を持つ。
【００５５】
上記より、偏差演算器１０が出力する直流電流偏差値により三相電圧指令値が交流電圧制限値に制限されるであろうと判定することが可能であることが判る。よって、実施の形態２では、電圧制限値演算手段３ａにおける判定器１７ａが、三相電圧指令値の代わりに偏差演算器１０が出力する直流電流偏差値に基づいて三相電圧指令値が交流回転機電圧制限値に制限されるか否かを判定する。
【００５６】
このように、実施の形態２に係る交流回転機の制御装置では、判定器１７ａによって直流電流が制限されるか否かを判定し、その判定に基づき積分器１５の動作を停止し、切替器１４において出力である交流回転機電圧制限値を切り替えることにより、実施の形態１と同等の効果を持つ直流電流の制限が可能となる。
【００５７】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置について説明する。上記実施の形態１あるいは実施の形態２では交流回転機の制御装置について説明したが、該交流回転機の制御装置によって操舵トルクを補助するトルクを発生させるようにして電動パワーステアリング装置を構成するようにしてもよい。
【００５８】
一般に、電動パワーステアリング装置が備える交流回転機はその用途から回転速度が著しく変動することが知られている。このことから、交流回転機の回転速度変化による制限値の急変を防止し、ハンチングを抑制した全モータ速度域について安定した直流電流の制御はより効果的となる。
【００５９】
交流回転機の回転二軸上の第１軸を交流回転機の回転子磁束と同位相方向とし、回転二軸上の第２軸を回転二軸上の第１軸と直交する方向とする。一般的な電動パワーステアリング装置では、限られた電力で交流回転機を高速動作させる必要があるため、回転子磁束を減少させるような第１軸上の電流を印加する手段を備えている。従って、ある直流電流に制限するための交流回転機電圧を算出するためには第１軸上の電流を加味しなければならない。しかし、この場合も上記実施の形態１あるいは実施の形態２と同様に、ある直流電流における交流回転機電圧は交流回転機の回転速度に関する線形近似式で表すことができる。
【００６０】
そこで、実施の形態３では第１軸上の電流の変動を加味した交流回転機の回転速度に関して線形性を持つ交流回転機電圧制限値によって直流電流を制限する電動パワーステアリング装置について説明する。
【００６１】
図４は、この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置の全体構成を示す図で、上記実施の形態１と同一符号は、同一またはこれに相当する部分を示し、その説明を省略する。
図４において、運転手は、ハンドル２０を左右に回転させて前輪２１の操舵を行う。トルク検出手段２２は、ステアリング系の操舵トルクを検出してトルク検出値を電流指令演算手段２３に出力する。電流指令演算手段２３は、ステアリング系の操舵トルクを補助するトルクを交流回転機１が発生するように、上記トルク検出値に基づいて第１軸上の電流指令値及び第２軸上の電流指令値を算出し、出力する。
【００６２】
三相電流検出器２４は、電力変換器２が交流回転機１に印加する三相電流を検出し、三相電流検出値として出力する。座標変換器２５は、上記三相電流検出値を第１軸上の電流検出値、第２軸上の電流検出値に変換し、出力する。電圧指令演算手段２６は、上記第1軸上の電流指令値と上記第２軸上の電流指令値、及び上記第１軸上の電流検出値、上記第２軸上の電流検出値に基づいて、交流回転機１に印加される第１軸上の電流及び第２軸上の電流がそれぞれ第１軸上の電流指令値、第２軸上の電流指令値に追従するような三相電圧指令を出力する。ギア２７は、交流回転機１の回転によるトルクをハンドル２０及び前輪２１に伝達し、運転者の操舵を補助する。
【００６３】
このような構成によって、電動パワーステアリング装置は、直流電源５が供給する直流電流を所定の直流電流制限値に制限しつつ、運転者の操舵補助を行う。運転者の操舵方向及び操舵速度は時々刻々と変化するので、交流回転機１の回転速度は著しく変動することとなり、直流電流を制限するための交流回転機電圧制限値を算出する電圧制限値演算手段３ｂには、交流回転機１の回転速度変化に対するロバスト性が要求される。
【００６４】
次に、電圧制限値演算手段３ｂの内部構成について説明する。図５は、実施の形態３に係る電圧制限値演算手段３ｂの内部構成及びその周辺の構成を示す図である。補正器１３ｂは、交流回転機１の回転速度及び座標変換器２５が出力する第１軸上の電流検出値に基づき偏差増幅器１２が出力する直流電流偏差積分値を補正し、切替器１４に出力する。
【００６５】
このような構成によって、電圧制限値演算手段３ｂは、直流電流を所定の直流電流制限値に制限するための第１軸上の電流を加味した交流回転機電圧制限値を算出している。
【００６６】
尚、補正器１３ｂは、第１軸上の電流検出値の代わりに電流指令演算手段２３が出力する第１軸上の電流指令値と置き換えて直流電流偏差積分値の補正を行うよう構成してもよい。この場合、第１軸上の電流検出値が第１軸上の電流指令値と一致するように電圧指令演算手段２６が動作しているため、第１軸上の電流検出値に基づく電圧制限値演算手段と同等の効果を得ることができる。
【００６７】
以下に、電圧制限値演算手段３ｂの第１軸上の電流を加味した直流電流を直流電流制限値に制限するための交流回転機電圧制限値を算出する手法について説明する。なお、実施の形態３では交流回転機１の力行時における直流電流の制限を考え、直流電流制限値を正の値として扱う。
【００６８】
一般に、制御装置のエネルギー方程式、交流回転機１の回路方程式より、ある直流電流Ｉｄｃにおける交流回転機電圧Ｖは、式（１）の第１項に第１軸上の電流ｉｄに関する項を追加した式（７）に示すような交流回転機１の回転速度の絶対値ωに関して線形な近似式で表すことができる。
【００６９】
【数７】
0005414816.tif 000008
【００７０】
但し、Ｌは交流回転機１の電機子インダクタンスであり、交流回転機１の定数である。ｋｂは交流回転機１の電機子抵抗、電機子インダクタンス、直流電流、直流電圧、第１軸上の電流の値によって２分の１から１近傍で変動する無次元係数である。
式（７）を変形すると式（８）となり、右辺は式（２）におけるｘと一致する。
【００７１】
【数８】
0005414816.tif 000009
【００７２】
よって、上記実施の形態１と同様に出力をｘとするような積分器１５によりフィードバック制御系を構築することによって、一次遅れ系の簡単かつ理論的で精度の高い制御系を構築することが可能となる。ここで、制御系の一巡伝達関数は上記実施の形態１と同様に式（３）で表すことができるため、積分器１５の利得ＫＩも同様に制御系の任意の交差周波数をｆｃに対し式（４）のように定まる。
【００７３】
式（８）より、上記制御器出力である直流電流偏差積分値ｘに対し、式（９）に示す演算処理、つまり、直流電流偏差積分値ｘを平方根演算し、無次元係数ｋｂ、誘起電圧定数φ、交流回転機１の回転速度の絶対値ω、第１軸上の電流検出値ｉｄ、電機子インダクタンスＬより算出した補正項を加算することで、第１軸上の電流を加味した直流電流が直流電流制限値に追従するような交流回転機電圧Ｖを算出することができる。
【００７４】
【数９】
0005414816.tif 000010
【００７５】
式（７)から直流電流と交流回転機電圧値は単調増加の関係性を持つので、三相電圧指令値の電圧振幅を上記交流回転機電圧Ｖ以下に制限することで、直流電流は直流電流制限値以下に制限される。
【００７６】
ここで、上記補正項は積分器の応答性を向上させるための補正的なものであるので、無次元係数ｋｂはその取りうる値を加味し、例えば式（１０）に示すような一定の値とすることでも十分な効果を期待できる。この場合、補正項は交流回転機１の回転速度と第１軸上の電流検出値によってのみ変動することとなる。但し、直流電流偏差積分値ｘを平方根演算することから、無次元係数ｋｂは直流電流が直流電流制限値と一致する場合の直流電流偏差積分値ｘが負とならないような値に設定する必要がある。また、無次元係数ｋｂは式（７）における交流回転機１の電機子抵抗、直流電流、直流電圧、第１軸上の電流、電機子インダクタンスの値に応じて理論的に定める方がさらなる応答性向上へと繋がることは言うまでもない。
【００７７】
【数１０】
0005414816.tif 000011
【００７８】
このように、偏差増幅器１２より出力される直流電流偏差積分値に対し、式（９）に基づいて補正器１５ｂによって平方根演算を行い、交流回転機１の回転速度及び第１軸上の電流検出値より算出した補正項を加算することによって、第１軸上の電流を加味した交流回転機電圧制限値を算出することができ、第１軸上の電流が変動した場合のロバスト性が向上することが分かる。
【００７９】
また、第１軸上の電流を加味した場合であっても、電圧制限値演算手段３ｂにおける処理は交流回転機１の回転速度に関して線形な近似式（７）に基づいているため、交流回転機１の回転速度変化による制限値の急変を防止し、ハンチングを抑制した全モータ速度域について安定した交流回転機速度変動の著しい電動パワーステアリング装置に適した直流電流制御となることが分かる。さらに、近似式（７）は単純な演算によって構成されるため、演算負荷を軽減することが可能となり、ルックアップテーブルも不要である。
【００８０】
このように、実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置によれば、直流電流を制限するときに生ずる応答性、制限精度、複雑な演算、記憶容量といった従来の課題を解決した電動パワーステアリング装置を得ることが可能となる。そして、応答性、制限精度の高い制御によって直流電流が過剰に制限されることがなく、直流電圧源の供給する電力を最大限利用することができる。
【００８１】
尚、実施の形態３では偏差増幅器１２の応答性を向上するため、上記実施の形態１と同一またはこれに相当する判定器１７を備えているが、判定器１７は、これに限らず上記実施の形態２における判定器１７ａと同一のものまたはこれに相当するものとしてもよい。この場合、判定器１７ａに基づく電圧制限値演算手段３ａと同等の効果を得ることができる。
【００８２】
また、実施の形態３では交流回転機１の力行時における直流電流の制限の手法について説明したが、回生時も同様に交流回転機１の回転速度に関して線形となる交流回転機電圧を制限することによって、応答性、制限精度、複雑な演算、記憶容量に優れた直流電流制限を行うことが可能である。
【００８３】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る交流回転機の制御装置について説明する。上記実施の形態１乃至３では、直流電流を制限するため交流回転機１の回転速度に関する線形近似式に基づいて、より高精度な交流回転機電圧制限値を算出する交流回転機の制御装置、及びその制御装置を備えた電動パワーステアリング装置について説明した。
【００８４】
しかし、交流回転機１に対し供給される直流電圧及び第１軸上の電流が一定であり、ある一定の直流電流以下にのみ制限すればよい場合は、交流回転機の制御装置をより簡単な構成とすることができ、演算の簡易化による応答性の向上及び記憶容量の減少が可能となる。そこで、実施の形態４では直流電流のみに基づき、直流電流を制限するための交流回転機電圧制限値を算出する交流回転機の制御装置について説明する。
【００８５】
図６は、実施の形態４に係る交流回転機の制御装置の全体構成を示す図であり、実施の形態１と同一符号は、同一またはこれに相当する部分を示し、その説明を省略する。
図６において、電圧制限値演算手段３ｃは、直流電流のみに基づいて直流電流を所定の直流電流制限値に制限するための交流回転機電圧制限値を算出する。
【００８６】
以下に、電圧制限値演算手段３ｃの直流電流のみに基づいて直流電流を直流電流制限値に制限するための交流回転機電圧制限値を算出する手法を説明する。なお、実施の形態４では交流回転機１の力行時における直流電流の制限を考える。
【００８７】
図７は直流電流と交流回転機電圧の関係をプロットしたものである。図７において、実線は電圧指令演算手段３ｃが出力する交流回転機電圧制限値をプロットしたもので、破線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は制御装置のエネルギー方程式、交流回転機１の回路方程式に基づく式（１）を直流電圧一定の下、次の条件についてプロットしたものである。
（ａ）交流回転機回転速度の絶対値ω＝０。
（ｂ）交流回転機回転速度の絶対値ω＝ω０。
但し、ω０は任意の交流回転機回転速度の絶対値を表す。
（ｃ）交流回転機回転速度の絶対値ω＝２×ω０。
また、図８は交流回転機１の回転速度の絶対値に対する交流回転機電圧制限値をプロットしたものである。
【００８８】
ここで図７が示すように、交流回転機電圧制限値を直流電流Ｉｄｃに関する一次式とし、式（１１）によって表すこととする。
【００８９】
【数１１】
0005414816.tif 000012
【００９０】
但し、式（１１）におけるｇは負の値を持つ電圧勾配、ｈは正の値を持つ電圧補正値である。
【００９１】
電圧制限値演算手段３ｃは、式（１１）に基づき、直流電流取得手段９から出力される直流電流Ｉｄｃに電圧勾配ｇを乗算し、電圧補正値ｈを加算したものを交流回転機電圧制限値として出力する。ここで、電圧勾配ｇ、電圧補正値ｈは、次の二つの条件を満たすように予め定めておく定数である。
【００９２】
一つ目の条件は、交流回転機１の回転速度が零であり、かつ所望の直流電流制限値である点を式（１１）を表す直線が通過することである。電圧勾配ｇは負の値であるため、上記点を通過するように交流回転機電圧制限値を定めることによって、全ての回転速度において直流電流が直流電流制限値内に収まることとなる。
【００９３】
もう一つの条件は、交流回転機の制御装置に対する要求に応じて電圧勾配ｇを定めることである。電圧勾配ｇを大きい値に設定すると、直流電流を高精度に直流電流制限値に制限することが可能となるが、交流回転機１の回転速度が急変した場合の直流電流の直流電流制限値に対するオーバーシュートが大きくなる。一方で、電圧勾配ｇを小さい値に設定すると、交流回転機１の回転速度が急変した場合の直流電流の直流電流制限値に対するオーバーシュートを抑制することができるが、高速回転時に直流電流を不要に制限してしまうこととなる。このことを踏まえ、交流回転機の制御装置の用途に適した電気勾配ｇを定めるとよい。
【００９４】
上記二つの条件によって、直線の傾きと通過点が明らかとなるので、式（１１）における電圧勾配ｇ、電圧補正値ｈを一意に定めることが可能となる。また、式（１１）における変数は直流電流Ｉｄｃのみとなり、所望の直流電流制限値に制限するための交流回転機電圧制限値は直流電流に電圧勾配ｇを乗算し、電圧補正値ｈを加算することによって算出することが可能であることが分かる。
【００９５】
さらに、式（１１）で表される交流回転機電圧制限値は交流回転機１の回転速度に関しても線形な関係を持つ。図７における破線が示すように、直流電圧が一定である場合、直流電流に対する交流回転機電圧は交流回転機１の回転速度の絶対値が増加するにつれて、回転速度の絶対値の増分に比例して増加する。従って、図７における実線が示すように、交流回転機電圧制限値は直流電流のみに基づき算出し、直流電流に関して線形であるものとすることによって、交流回転機電圧制限値は図８が示すように交流回転機１の回転速度に関して線形に変化するものとなる。
【００９６】
このように、交流回転機１に対し供給される直流電圧及び第１軸上の電流が一定であり、ある一定の直流電流以下にのみ制限すればよい場合、直流電流のみに基づき、簡単な演算によって交流回転機電圧制限値を算出する電圧制限値演算手段３ｃを構成することによって、ルックアップテーブルを使用することなく演算負荷を軽減することが可能となり、上記実施の形態１乃至実施の形態３と比較しても直流電流制限の応答性、ルックアップテーブルを記憶するための記憶容量の点でさらに優れたものとなる。
【００９７】
また、交流回転機１の回転速度に関して線形な関係を持つ交流回転機電圧を制限することにより直流電流を制限するので、電圧制限値演算手段３ｃは交流回転機１の回転速度変化による制限値の急変を防止し、ハンチングを抑制した全モータ速度域について安定した直流電流制御を行うことができる。
【００９８】
以上、この発明の実施の形態１乃至実施の形態４について説明したが、これらの実施の形態により発明が限定されるものではなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１  交流回転機                            ２  電力変換器
３、３ａ、３ｂ、３ｃ  電圧制限値演算手段  ４  交流回転機電圧指令制限器
５  直流電源                              ６  駆動回路
７  回転位置検出器                        ８  回転速度演算器
９  直流電流取得手段                      １０  偏差演算器
１１  利得演算器                          １２  偏差増幅器
１３、１３ｂ  補正器                      １４  切替器
１５  積分器                              １６  乗算器
１７、１７ａ  判定器                      ２０  ハンドル
２１  前輪                                ２２  トルク検出手段
２３  電流指令演算手段                    ２４  三相電流検出器
２５  座標変換器                          ２６  電圧指令演算手段
２７  ギア
【図１】
0005414816.tif 000013
【図２】
0005414816.tif 000014
【図３】
0005414816.tif 000015
【図４】
0005414816.tif 000016
【図５】
0005414816.tif 000017
【図６】
0005414816.tif 000018
【図７】
0005414816.tif 000019
【図８】
0005414816.tif 000020