(57)【要約】  【課題】  弱め界磁制御時に、出力可能トルクより過大なトルク指令値が入力された場合でも、安定に駆動可能で、限界トルクを出力することが課題である。  【解決手段】  ｄ軸およびｑ軸の電流指令値と、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値と、周波数演算値に基づき、永久磁石モータを駆動する電力変換器の出力電圧指令値を制御するモータの制御装置において、モータの出力可能なトルク最大値より過大なトルク指令値が入力された場合、制御の回転位相指令値とモータの回転位相値との偏差である位相角の制限値を所定の状態量に基づいて可変させることを特徴とするモータ制御装置。【選択図】図１
2008271755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ軸およびｑ軸の電流指令値と、ｄ軸およびｑ軸の電流検出値と、周波数演算値に基づき、永久磁石モータを駆動する電力変換器の出力電圧指令値を制御するモータの制御装置において、
モータの出力可能なトルク最大値より過大なトルク指令値が入力された場合、
制御の回転位相指令値とモータの回転位相値との偏差である位相角の制限値を所定の状態量に基づいて可変させることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記所定の状態量は前記モータに電力を供給する電源電圧，前記モータの周波数又は、前記モータの電流値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
モータの回転子の磁極方向であるｄ軸の電流指令値を設定するｄ軸電流指令設定部と、
モータへのトルク指令値を設定するトルク指令設定部と、
前記トルク指令値に基づきｄ軸と電気的に直交するｑ軸の電流指令値を演算する電流指令演算部と、
位置検出値から周波数演算値を演算する周波数演算部と、
前記モータの各相に流れる電流値と前記位置検出値からｄ軸の電流検出値およびｑ軸の電流検出値に座標変換する座標変換部と、
前記ｄ軸の電流指令値，前記ｑ軸の電流指令値，前記ｄ軸の電流検出値，前記ｑ軸の電流検出値および前記周波数演算値に基づき、前記モータに供給される第１の電圧指令値、第１の電圧位相指令値および電圧制限検出信号を演算する電圧指令演算部と、
前記ｑ軸の電流指令値，前記ｑ軸の電流検出値および前記電圧制限検出信号に基づき、第１の位相角指令値を演算する第１の位相角演算部と、
前記第１の電圧位相指令値と所定の状態量に基づき第２の位相角指令値を演算する第２の位相角演算部と、
前記第１の位相角指令値を前記第２の位相角指令値に応じて制限し、第３の位相角指令値を出力する位相角制限補正部と、
前記第１の電圧指令値，前記第１の電圧位相指令値，前記位置検出値および前記第３の位相角指令値に基づきＰＷＭパルスを出力するＰＷＭ制御部と、を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記所定の状態量は前記モータに電力を供給する電源電圧、前記モータの周波数又は、前記モータの電流値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のモータ制御装置は車両に搭載されるモータを制御するモータ制御装置であって、
前記電源電圧は車両に搭載されるバッテリであることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のモータ制御装置は、マイクロコンピュータと電子制御部品から構成されるエレクトリックコントロールモジュールによって構成され、
前記電源電圧はバッテリより、前記エレクトリックコントロールモジュール端子へ供給される電源ラインの、コントロールモジュール側の入力端子で計測する電圧であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記バッテリの電圧は前記モータ端子電圧であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
請求項３において、
前記モータは突極モータであることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項９】
請求項４において、
前記位相角制限補正部は、前記電源電圧が所定値以下のとき、前記第３の位相角指令値の補正を禁止する又は前記第３の位相角指令値を減少補正することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１０】
請求項４において、
前記第２の位相角演算部は、前記電源電圧が高い程、前記第２の位相角指令値を増加補正することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第２の位相角演算部は、前記第２の位相角指令値を線形的に補正することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記第２の位相角演算部は、前記モータのインダクタンスの前記ｄ軸の成分であるｄ軸のインダクタンスからｑ軸の成分であるｑ軸のインダクタンスを引いた差が所定値以下のとき、前記第２の位相角指令値を線形的に補正することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１３】
請求項１０において、前記第２の位相角演算部は、前記電源電圧の変化に対し所定時間遅延するように前記第２の位相角指令値を補正することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１４】
請求項４に記載のモータ制御装置は、操舵機構に操舵補助力を付与するモータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータの周波数は、操舵補助力を付与するモータの出力軸の周波数であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１５】
請求項４に記載のモータ制御装置は、操舵機構に操舵補助力を付与するモータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータの周波数は、前記操舵機構の操舵速度に、操舵機構とモータの連結ギア比を乗じたものであることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１６】
請求項４において、
前記モータの周波数は前記第１の電圧指令値，前記第１の電圧位相指令値，前記ｄ軸の電流検出値，前記ｑ軸の電流検出指令値に基づいて、推定した周波数推定値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１７】
請求項４に記載において、
前記モータの周波数は前記モータに供給される周波数指令値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１８】
請求項４において、
前記位相角制限補正部は、前記モータの周波数が所定値以下のとき、前記第３の位相角指令値を一定値に固定すること又は減少補正することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１９】
請求項４において、
前記位相角制限補正部は、前記モータの周波数が高い程、前記第３の位相角指令値を増加補正することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２０】
請求項４において、
前記モータは非突極、或いは全トルクに占めるリラクタンストルクの割合が所定値以下であり、
前記第２の位相角指令値は、π／２[rad] から、前記モータの抵抗値から前記モータのインダクタンス値と前記モータの周波数の乗算値を除算した値を減算して求めることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記第２の位相角指令値は、前記モータの温度に応じて変化させることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２２】
請求項４において、
前記モータの電流値は前記モータに与えられる電流指令値と、前記第３の位相角指令値により演算した電流値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２３】
請求項４において、
前記モータの電流値は前記モータの電流検出値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２４】
モータへのトルク指令値を設定するトルク指令設定部と、
前記トルク指令値、後述する電圧指令演算部で演算した第１の電圧指令値、および電圧検出値に基づきモータの回転子の磁極方向であるｄ軸の電流指令値およびこのｄ軸と電気的に直交するｑ軸の電流指令値を演算する電流指令演算部と、
位置検出値から周波数演算値を演算する周波数演算部と、
前記モータの各相に流れる電流値と前記位置検出値からｄ軸の電流検出値およびｑ軸の電流検出値に座標変換する座標変換部と、
前記ｄ軸の電流指令値，前記ｑ軸の電流指令値，前記ｄ軸の電流検出値，前記ｑ軸の電流検出値、および前記周波数演算値に基づき、前記モータに供給される第１の電圧指令値および第１の電圧位相指令値を演算する電圧指令演算部と、
前記第１の電圧位相指令値を所定の状態量に応じて制限し、第２の電圧位相指令値を出力する位相角制限値補正部と、
前記第１の電圧指令値，前記第２の電圧位相指令値および前記位置検出値に基づきPWMパルスを出力するＰＷＭ制御部と、を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２５】
請求項２４において、
前記所定の状態量は前記モータに電力を供給する電源電圧，前記モータの周波数又は、前記モータの電流値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２６】
モータへのトルク指令値を演算するトルク指令値演算部と、
前記トルク指令値、後述する電圧指令演算部で演算した第１の電圧指令値、および電圧検出値に基づきモータの回転子の磁極方向であるｄ軸の電流指令値およびこのｄ軸と電気的に直交するｑ軸の電流指令値を演算する電流指令値演算部と、
位置検出値から周波数演算値を演算する周波数演算部と、
前記モータの各相に流れる電流値と前記位置検出値からｄ軸の電流検出値およびｑ軸の電流検出値に座標変換する座標変換部と、
前記ｄ軸の電流指令値，前記ｑ軸の電流指令値，前記ｄ軸の電流検出値，前記ｑ軸の電流検出値、および前記周波数演算値に基づき、前記モータに供給される第１の電圧指令値および第１の電圧位相指令値を演算する電圧指令演算部と、
前記モータに供給される第１の電圧指令値を所定値以下に制限して、第２の電圧指令値として出力する供給電圧制限部と、
前記第１の電圧位相指令値を所定の位相角以下に制限する電圧位相角制限部と、
所定の状態量に応じて前記所定の位相角の値を補正する位相角制限値補正部と、
前記供給電圧の出力、前記位相角制限補正部の出力、前記位置検出値に基づきＰＷＭパルスを出力するＰＷＭ制御部と、を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２７】
請求項２６において、
前記所定の状態量は前記モータに電力を供給する電源電圧、前記モータの周波数又は、前記モータの電流値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２８】
モータの回転子の磁極方向であるｄ軸の電流指令値を設定するｄ軸電流指令設定部と、
モータへのトルク指令値を設定するトルク指令設定部と、
前記トルク指令値に基づきｄ軸と電気的に直交するｑ軸の電流指令値を演算する電流指令演算部と、
前記ｄ軸の電流指令値，前記ｑ軸の電流指令値，ｄ軸の電流検出値，ｑ軸の電流検出値，モータに供給される第１の電圧指令値，第１の電圧位相指令値、および周波数演算値により制御の回転位相指令値とモータの回転位相との偏差である軸誤差を演算する軸誤差演算部と、
後述する、第３の位相角指令値から前記軸誤差を減算する減算器と、
前記減算器の出力に基づき前記周波数推定値を演算する周波数推定部と、
前記周波数推定値に基づいて位置推定値を推定する位置推定部と、
前記モータの各相に流れる電流値と前記位置推定値から前記ｄ軸の電流検出値および前記ｑ軸の電流検出値に座標変換する座標変換部と、
前記ｄ軸の電流指令値，前記ｑ軸の電流指令値，前記ｄ軸の電流検出値，前記ｑ軸の電流検出値、および前記周波数演算値に基づき、前記モータに供給される第１の電圧指令値，前記第１の電圧位相指令値および電圧制限検出信号を演算する電圧指令演算部と、
前記ｑ軸の電流指令値，前記ｑ軸の電流検出値および前記電圧制限検出信号に基づき、第１の位相角指令値を演算する第１の位相角演算部と、
前記第１の電圧位相指令値と所定の状態量に基づき第２の位相角指令値を演算する第２の位相角演算部と、
前記第１の位相角指令値を前記第２の位相角指令値に応じて制限し、前記第３の位相角指令値を出力する位相角制限補正部と、
前記第１の電圧指令値，前記第１の電圧位相指令値および前記位置推定値に基づきPWMパルスを出力するＰＷＭ信号発生部と、を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２９】
請求項２８において、
前記所定の状態量は前記モータに電力を供給する電源電圧、前記モータの周波数又は、前記モータの電流値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３０】
請求項１に記載のモータ制御装置を有する電動パワーステアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石モータの弱め界磁制御装置及びそれを用いた電動パワーステアリングに関する。
【背景技術】
【０００２】
弱め界磁領域の位相制御に関する従来の技術としては、特開２００５−１１０３５４号公報記載の電圧位相角に基づき速度制御部に垂下指令を与え、電流指令値を抑制することにより電圧位相を制御する方法がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１０３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２００５−１１０３５４号記載の方法では、電源電圧の変動や、周波数の変動、およびインダクタンスの変動を考慮していないため、モータの出力可能なトルク最大値（限界トルク）を出力することができない。
【０００５】
本発明の目的は、弱め界磁領域において、限界トルクより過大なトルク指令値が入力された場合でも、脱調せずに安定に駆動し、かつ電源電圧，周波数、およびインダクタンスが変動した場合でも、限界トルクを出力できる「永久磁石モータの弱め界磁制御装置」を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、限界トルクより過大なトルク指令値が入力された場合、制御の回転位相指令値とモータの回転位相値との偏差である位相角指令値の制限値、或いは電圧位相制限値を所定の状態量に基づいて可変させることにより、限界トルクを出力することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、弱め界磁制御時に、限界トルクより過大なトルク指令値が入力された場合でも、制御系が破綻することなく、最大限のトルクを出力することができるモータ制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１に本発明の第１の実施例の構成を示す。
【００１０】
図１において、１は、電力変換器２に電力を供給するバッテリなどの直流電源、２は三相のＰＷＭパルスＰuvw*に従いモータ３に三相交流電力を供給する電力変換器、３はモータ、４はエンコーダやレゾルバや磁極位置センサなどの位置検出器、５は３相交流電流を検出する電流検出器、６は直流電源１の電源電圧Ｖdcを検出する電圧検出器、
７は位置検出器４で検出した位置検出値θdから周波数演算値ω1を演算する周波数演算部、
８は電流検出器５で検出した電流検出値Ｉu，Ｉv，Ｉwと、位置検出値θdからｄ軸の電流検出値Ｉdcとｑ軸の電流検出値Ｉqcに変換する座標変換部、
９は、トルク指令値τ*を設定するトルク指令設定部、
１０は、トルク指令値τ*からｑ軸の電流指令値Ｉq*を演算する電流指令演算部、
１１は、ｄ軸電流指令設定部１３で設定したｄ軸の電流指令値Ｉd*，ｑ軸の電流指令値Ｉq*，ｄ軸の電流検出値Ｉdc，ｑ軸の電流検出値Ｉqc、および周波数演算値ω1 からモータ定数に基づき第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ* 、および弱め界磁制御フラグＶ1*lmt_flgを演算する電圧指令演算部、
１２は、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ* ，位相角制限補正部１６の出力である第３の位相角指令値Δθc***、および位置検出値θd から、ＰＷＭパルス
Ｐuvw*を出力するＰＷＭ制御部、
１３は、ｄ軸の電流指令値Ｉd*を０に設定するｄ軸電流指令設定部、
１４は、ｑ軸の電流指令値Ｉq*，ｑ軸の電流検出値Ｉqc、および弱め界磁制御フラグ
Ｖ1*lmt_flgから第１の位相角指令値Δθc*を演算する第１の位相角演算部、
１５は、第１の電圧位相指令値δ* と電圧検出器６により検出した電源電圧Ｖdcから第２の位相角指令値Δθc**を演算する第２の位相角演算部、
１６は、第１の位相角指令値Δθc*を第２の位相角指令値Δθc** により制限し、第３の位相角指令値Δθc***を出力する位相角制限補正部である。
【００１１】
第２の位相角演算部１５に関して、詳細な構成を図２に示す。
【００１２】
図２において、１５１は電源電圧Ｖdcを入力して限界トルクを出力する電圧位相制限値δvmax*を出力するテーブル、
１５２は、電圧位相制限値δvmax*から第１の電圧位相指令値δ*を減算して、第２の位相角指令値Δθc**を出力する減算器である。
【００１３】
本実施例の弱め界磁制御の動作について、説明する。
【００１４】
電圧指令演算部１１は、ｄ軸の電流指令値Ｉd*とｄ軸の電流検出値Ｉdcの偏差、およびｑ軸の電流指令値Ｉq*とｑ軸の電流検出値Ｉqcの偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）して第２のｄ軸の電流指令値Ｉd**、および第２のｑ軸の電流指令値Ｉq**を作成する電流制御部と、第２のｄ軸の電流指令値Ｉd**，第２のｑ軸の電流指令値Ｉq**，周波数演算値ω1 、およびモータ定数設定値により、（数１）に従い、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ* を演算するベクトル制御演算部と、第１の電圧指令値Ｖ1*により（数２）に従い弱め界磁制御フラグＶ1*lmt_flg を算出する弱め界磁制御フラグ作成部に大別される。
【００１５】
【数１】
2008271755.tif 000003
【００１６】
【数２】
2008271755.tif 000004
但し、
Ｖd*：ｄ軸の電圧指令値
Ｖq*：ｑ軸の電圧指令値
Ｒ* ：モータの抵抗設定値
Ｌd*：ｄ軸のインダクタンス設定値
Ｌq*：ｑ軸のインダクタンス設定値
Ｋe*：誘起電圧定数設定値
Ｖ1max*：電圧指令制限値
【００１７】
なお、電圧指令制限値Ｖ1max*は、モータの出力電圧、或いは第１の電圧指令値Ｖ1* が飽和する値である。
【００１８】
また、弱め界磁制御フラグＶ1*lmt_flg が０の場合は、電流制御部にて、比例積分演算を行う。しかし、弱め界磁制御フラグＶ1*lmt_flg が１の場合には、電流制御部の比例積分演算（ＰＩ演算）を停止する。
【００１９】
第１の位相角演算部１４では、（数３）のように、弱め界磁制御フラグＶ1*lmt_flg が０の場合、第１の位相角指令値Δθc*は０を出力し、弱め界磁制御フラグＶ1*lmt_flg が１の場合、ｑ軸の電流指令値Ｉq*とｑ軸の電流検出値Ｉqcの偏差に基づいて比例積分演算を行い、第１の位相角指令値Δθc*を演算する。
【００２０】
【数３】
2008271755.tif 000005
但し、
Ｋp ：比例ゲイン
Ｋi ：積分ゲイン
【００２１】
第２の位相角演算部１５では、電源電圧Ｖdcに応じて図２のテーブル１５１により、限界トルクを出力する電圧位相δvmaxを電圧位相制限値δvmax* として、出力する。モータ速度一定時における、電源電圧変動時の限界トルクとその時の電圧位相δvmaxの特性を図３に示す。限界トルクは、電源電圧Ｖdcに応じて変化し、限界トルク時の電圧位相δvmaxも、電源電圧Ｖdcに応じて変化する。減算器１５２は、（数４）に従い、電圧位相制限値δvmax*から第１の電圧位相指令値δ*を減算し、第２の位相角指令値Δθc** を出力する。
【００２２】
【数４】
2008271755.tif 000006
【００２３】
位相角制限補正部１６では、第１の位相角指令値Δθc* を、第２の位相角指令値
Δθc**により制限し、第３の位相角指令値Δθc***を出力する。
【００２４】
ＰＷＭ制御部１２では、第１の電圧位相指令値δ* と第３の位相角指令値Δθc***より、（数５）に従い第２の電圧位相指令値δ**を作成し、（数６）より演算した３相の電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に比例するＰＷＭパルスＰuvw*を出力する。
【００２５】
【数５】
2008271755.tif 000007
【００２６】
【数６】
2008271755.tif 000008
【００２７】
なお、（数７）のように、３相の電圧指令値は、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ*、および位置検出値θd により、固定座標系の電圧指令値Ｖα*，Ｖβ* を求め、第３の位相角指令値Δθc***により位相を進めた後に、３相の電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を作成してもよい。
【００２８】
【数７】
2008271755.tif 000009
【００２９】
電圧位相制限値δvmax* の決定方法を説明するため、電圧変動時の限界トルクとその時の電圧位相δvmaxの特性を図３に示す。図３より、限界トルクは、電源電圧Ｖdcに応じて変化し、限界トルクを出力する電圧位相δvmaxも、電源電圧Ｖdcに応じて変化する。
【００３０】
このため、トルク指令値τ* が限界トルクより過大な場合には、（数４），（数５）に従い、第２の電圧位相指令値δ**は電圧位相制限値δvmax* に固定され、限界トルクを出力することができる。なお、トルク指令値τ* が限界トルク以下の場合は、第２の電圧位相指令値δ**は、電圧位相制限値δvmax* よりも小さな電圧位相で制御されるため、トルク指令値τ*どおりのトルクを出力することができる。
【００３１】
本発明の効果について図４と図５を用いて説明する。
【００３２】
図３のＡ点において、トルク指令値τ*をランプ状に、限界トルクより過大なτ*を与えた場合の、τ* 、および出力トルクτを図４（ａ）に示し、その時の第１の位相角指令値
Δθc*，第２の位相角指令値Δθc**、および第３の位相角指令値Δθc*** を図４（ｂ）に示す。図４（ａ）では、トルク指令値τ* が限界トルクを超えても、安定に駆動できる。この時、図４（ｂ）に示すように、第１の位相角指令値Δθc*（破線）を第２の位相角指令値Δθc**（点線）により制限しているため、第３の位相角指令値Δθc***（実線）は安定に制御できる。
【００３３】
図５に、ｄ軸のインダクタンスＬd とｑ軸のインダクタンスＬq の比が１.２ （突極性のあるモータ）の場合の限界トルクを出力する電圧位相δvmaxと電源電圧Ｖdcの特性を示す。図５より、突極性のあるモータの場合、電源電圧Ｖdcが増加すると、限界トルクを出力する電圧位相δvmaxがほぼ線形的に増加する。このため、電圧位相制限値δvmax* は、電源電圧Ｖdcが高い程、増加させるように設定すればよい。
【００３４】
なお、電源電圧を測定する電圧検出器６の測定箇所について、図１では、電源端を測定するように記載したが、マイクロコンピュータと電子制御部品から構成されるエレクトリックコントロールモジュール端子の電圧や、モータの端子電圧を測定しても同様の効果が得られる。
【００３５】
また、位相角制限補正部１６に関して、電源電圧Ｖdcが所定値以下に低下した場合、例えばオルタネータの発電力が不足するなどの原因により、電源電圧Ｖdcがインバータの最低駆動補償電圧近傍に達してしまった状態で、モータ３を流れる１次電流が上昇した場合、直流電源１からモータ３までの電圧降下が増加し、モータ供給電圧を低下させてしまう。その結果、インバータの最低駆動補償電圧を下まわり、システムが停止してしまう場合が生じる。
【００３６】
このような場合、第３の位相角指令値Δθc***に関して、０に設定、或いは最低駆動補償電圧時の値を保持し、１次電流Ｉ１の流入を制限させる。これにより、システムの停止を未然に防ぐことができる。
【００３７】
ここで、電源電圧Ｖdcの所定値とは、
ａ．電圧検出点がＥＣＵ端子電圧、もしくはバッテリ端の電圧の場合、
インバータ駆動補償電圧とモータに供給する電源ラインで発生する電圧降下の最大値との和
ｂ．電圧検出点がモータ端子電圧の場合
インバータ駆動補償電圧
と設定する。尚、インバータ駆動補償電圧は通常、プリドライバ回路のチャージポンプに必要な最低電圧など、ドライバの設計内容や部品の選定内容で決まるので、それに応じて設定する。
【００３８】
また、電源電圧Ｖdcが低下した場合に、１次電流Ｉ1 が増加することが知られている。このため、第２の位相角演算部１７に関して、図２のかわりに図６を用いて、電源電圧
Ｖdcが低下した場合でも、１次電流の上限設定値Ｉ1maxを超えないように制御するようにすることもできる。図６のテーブル１５１′では、ｄ軸電流検出値Ｉdcとｑ軸電流検出値Ｉqcを用いて１次電流検出値Ｉ1 を作成し、テーブル内であらかじめ設定している１次電流の上限設定値Ｉ1maxと比較を行う。１次電流Ｉ1 が１次電流の上限設定値Ｉ1maxよりも小さい場合は、限界トルクを出力する電圧位相δvmaxの値を電圧位相制限値δvmax* として出力するが、１次電流Ｉ1 が１次電流の上限設定値Ｉ1maxを超えた場合には、δvmaxの値を制限して、δvmax*として出力する。
【００３９】
また、第２の位相角演算部１５に関して、テーブル１５１は、線形的に電圧位相制限値δvmax* を補正してもよい。特に、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの偏差が所定値以下の突極比の小さなモータの場合は、線形的に電圧位相制限値δvmax* を補正することができる。
【００４０】
なお、電源電圧Ｖdcに関して、電源電圧検出値がノイズ混入による誤検出や、電源の変動に対する電圧変動を原因として、本制御によるトルク変動を発生させないように、フィルタを挿入しても良い。
【実施例２】
【００４１】
図７に第２の実施例の全体構成を示す。実施例１と同じ１から５，７から１４と１６のブロックについては説明を省く。第１の実施例の第２の位相角演算部１５は、電源電圧
Ｖdcに基づいて第２の位相角指令値Δθc**を演算していたが、本実施例の第２の位相角演算部１７は、周波数演算値ω1 に基づいて、第２の位相角指令値Δθc** を演算する。
【００４２】
次に、図８をもちいて、第２の位相角演算部１７の詳細構成と動作を説明する。
【００４３】
図８では、周波数演算値ω1 に応じて、テーブル１７１により、限界トルクを出力する電圧位相δvmaxを電圧位相制限値δvmax* に設定する。減算器１５２は、（数４）に従い、電圧位相制限値δvmax*から第１の電圧位相指令値δ*を減算し、第２の位相角指令値
Δθc**を出力する。
【００４４】
電圧位相制限値δvmax*の決定方法を説明するため、周波数演算値ω1変動時の、限界トルクとその時の電圧位相δvmaxの特性を図９に示す。トルク指令値τ* が限界トルクより過大な場合には、（数４），（数５）に従い、第２の電圧位相指令値δ**は電圧位相制限値δvmax*に固定され、限界トルクを出力することができる。なお、トルク指令値τ*が限界トルク以下の場合は、第２の電圧位相指令値δ**は、電圧位相制限値δvmax* よりも小さな電圧位相で制御されるため、トルク指令値τ* どおりのトルクを出力することができる。
【００４５】
本実施例の効果について図１０の限界トルクを出力する電圧位相δvmaxと周波数の特性を用いて説明する。図１０より、周波数演算値ω1 が高いほど、限界トルクを出力する電圧位相δvmaxが増加することがわかった。このため、電圧位相制限値δvmax* は、周波数演算値ω1 が高い程、増加させるように設定すればよい。
【００４６】
また、たとえば、ｄ軸のインダクタンスＬd とｑ軸のインダクタンスＬq の比が０.８から１.２ のリラクタンストルクが小さく、突極性を無視できるモータの場合について、第２の位相角演算部１７内のテーブル１７１のかわりに、以下の数式により電圧位相制限値δvmax*を導出することもできる。
【００４７】
モータの電圧方程式は、（数８）により表される。
【００４８】
【数８】
2008271755.tif 000010
但し、
Ｖd ：ｄ軸のモータ電圧
Ｖq ：ｑ軸のモータ電圧
ωr ：モータの回転周波数
Ｒ  ：モータの抵抗
Ｌ  ：モータのインダクタンス
Ｉd ：ｄ軸のモータ電流
Ｉq ：ｑ軸モータ電流
Ｋe ：誘起電圧定数
【００４９】
なお、突極性が無視できるモータの場合、ｄ軸のインダクタンスＬd とｑ軸のインダクタンスＬq が等しくなるため、モータのインダクタンスＬを使用した。
【００５０】
また、モータが出力可能な最大電圧をＶ1*lmt とすると、（数９）で表すことができる。
【００５１】
【数９】
2008271755.tif 000011
また、出力トルクτは、以下の（数１０）で表すことができる。
【００５２】
【数１０】
2008271755.tif 000012
但し、
Ｐm ：モータの極対数
さらに、出力電圧位相δv に関して、（数１１）が成立する。
【００５３】
【数１１】
2008271755.tif 000013
【００５４】
図１１に、周波数をパラメータ（３０００min-1，４０００min-1，５０００min-1 ）とした場合のトルクと電圧位相の特性を示す。図１１より、限界トルクを出力する電圧位相δvmaxを電圧位相制限値δvmax* に設定した。この時、周波数の大きさにより、電圧位相制限値δvmax* が変化する。また、出力トルクは、周波数の大きさに関わらず、電圧位相δv に関して上に凸の特性を示す。このため、出力トルクτを電圧位相δv に関して微分して０になる電圧位相（＝限界トルクを出力する電圧位相δvmax）を求めれば、出力トルクτが最大となる。そこで、トルクを電圧位相δv で微分すると、(数１１)より(数１２)式に変換することができる。
【００５５】
【数１２】
2008271755.tif 000014
（数８）と（数９）を（数１０）に代入し、（数１２）より（数１３）を導出した。
【００５６】
【数１３】
2008271755.tif 000015
但し、Ｖq／Ｖdをｘとおいた。
【００５７】
（数１３）より、ｘに関して解くと（数１４）となる。
【００５８】
【数１４】
2008271755.tif 000016
【００５９】
よって、限界トルクを出力する電圧位相δvmaxは、（数１１）に代入して、（数１５）となる。なお、モータの回転周波数ωr のかわりに、周波数演算値ω1 を使用してもよい。
【００６０】
【数１５】
2008271755.tif 000017
【００６１】
このため、たとえば、ｄ軸のインダクタンスＬd とｑ軸のインダクタンスＬq の比が
０.８から１.２のリラクタンストルクが小さく、突極性を無視できるモータの場合は、テーブル１７１の代わりに、（数１５）を用いて、電圧位相制限値δvmax* に設定しても同様の効果が得られる。
【００６２】
また、（数１５）より、電圧位相制限値δvmax* は、モータの抵抗Ｒの大きさにより変動するため、モータの温度を測定し、モータの抵抗Ｒを補正してもよい。
【００６３】
また、位相角制限補正部１６に関して、モータの周波数演算値ω1 が、要求トルクがモータの限界トルク以下となるような条件の場合、モータの効率を考慮して、第３の位相角指令値Δθc***を０に固定するように制御しても良い。
【００６４】
また、モータの周波数演算値ω1 が、要求トルクがモータの限界トルク以上の条件でも、モータの出力効率を考慮して、良好なトルク効率が得られる位相補正値となるよう第３の位相角指令値Δθc***の補正量を減少してもよい。
【００６５】
なお、操舵補助力を付与するモータの出力軸の周波数を検出した周波数の値や、操舵機構の操舵速度を検出して、操舵機構とモータの連結ギア比を乗じた周波数の値を、周波数演算部７で、演算する周波数演算値ω1 のかわりに使用しても同様の効果が得られる。また、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ* ，ｄ軸の電流検出値Ｉdc，ｑ軸の電流検出値Ｉqcに基づいて推定した周波数推定値ω1cを周波数演算値ω1 のかわりに使用しても同様の効果が得られる。或いは、上位系から与えられる周波数指令値を第２の位相角演算部１７へ入力しても同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００６６】
図１２に第３の実施例の全体構成を示す。実施例１と同じ１から５，７から１４、および１６のブロックについては説明を省く。第１の実施例の第２の位相角演算部１５は、直流電源１の電圧を検出する電圧検出器６の電圧検出値Ｖdcに基づいて第２の位相角指令値Δθc** を演算していたが、本実施例の第２の位相角演算部１８は、ｄ軸の電流検出値
Ｉdcとｑ軸の電流検出値Ｉqcに基づいて、第２の位相角指令値Δθc**を演算する。
【００６７】
第２の位相角演算部１８の詳細ブロック図を図１３に示す。テーブル１８１は、ｄ軸の電流検出値Ｉdcとｑ軸の電流検出値Ｉqcに基づいて、電圧位相制限値δvmax* を求める。減算器１５２は、（数４）に基づいて、電圧位相制限値δvmax* から第１の電圧位相指令値δ*を減算し、第２の位相角指令値Δθc**を出力する。
【００６８】
本実施例の効果について図１４を用いて説明する。図１４は、モータ電流とモータのインダクタンス値の特性を示した図である。図１４のように、モータ電流が増加するにつれ、ｑ軸のインダクタンス値が低下することが知られている。ｄ軸のインダクタンスとｑ軸のインダクタンスが変化すると、（数１６）に従い、出力電圧が変化する。
【００６９】
【数１６】
2008271755.tif 000018
但し、
Ｌd＾ ：モータ電流により変化したｄ軸のインダクタンスの推定値
Ｌq＾ ：モータ電流により変化したｑ軸のインダクタンスの推定値
【００７０】
（数１６）より、出力電圧が変化すれば、限界トルクを出力する電圧位相δvmaxも変化するので、テーブル３０１は、ｄ軸の電流検出値Ｉdcとｑ軸の電流検出値Ｉqcを入力して、インダクタンス値を推定し、推定したインダクタンス値により、電圧位相制限値
δvmax*を補正すればよい。
【００７１】
なお、本実施例の構成でも、トルク指令値τ* が限界トルクより過大な場合には、（数４），（数５）に従い、第２の電圧位相指令値δ**は電圧位相制限値δvmax* に固定され、限界トルクを出力することができる。なお、トルク指令値τ* が限界トルク以下の場合は、第２の電圧位相指令値δ**は、電圧位相制限値δvmax* よりも小さな電圧位相で制御されるため、トルク指令値τ*どおりのトルクを出力することができる。
【００７２】
また、テーブル１８１に関して、ｄ軸の電流検出値Ｉdcとｑ軸の電流検出値Ｉqcの代わりに、ｄ軸の電流指令値Ｉd*，ｑ軸の電流指令値Ｉq*，第３の位相角指令値Δθc***を用いて補正しても同様の効果が得られる。
【００７３】
なお、実施例１，実施例２，実施例３のいずれかを組み合わせて使用することもできる。
【実施例４】
【００７４】
図１５に第４の実施例の全体構成を示す。実施例１と同じ１から９のブロックについては説明を省く。
【００７５】
１９は、トルク指令値τ* ，第１の電圧指令値Ｖ1*、および電源電圧Ｖdcから、ｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*を演算する電流指令演算部、
２０は、ｄ軸電流指令値Ｉd*，ｑ軸電流指令値Ｉq*，ｄ軸電流検出値Ｉdc，ｑ軸電流検出値Ｉqc、および周波数演算値ω1 からモータ定数に基づき、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ*を演算する電圧指令演算部、
２１は、第１の電圧位相指令値δ* ，電源電圧Ｖdcから、第２の電圧位相指令値δ**を演算する位相角制限補正部、
２２は、第１の電圧指令値Ｖ1*，第２の電圧位相指令値δ**、および位置検出値θd から、ＰＷＭパルスＰuvw*を出力するＰＷＭ制御部である。
【００７６】
電流指令演算部１９では、ｑ軸の電流指令値はトルク指令値τ* に基づきｑ軸の電流指令値Ｉq*を演算する。ｄ軸の電流指令値Ｉd*は、通常制御時０を出力するが、弱め界磁制御時、第１の電圧指令値Ｖ1*が電圧指令制限値Ｖ1max* に一致するように演算する。
【００７７】
電圧指令演算部２０では、ｄ軸の電流指令値Ｉd*とｄ軸の電流検出値Ｉdcの偏差、およびｑ軸の電流指令値Ｉq*とｑ軸の電流検出値Ｉqcの偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）して第２のｄ軸の電流指令値Ｉd**、および第２のｑ軸の電流指令値Ｉq**を作成する電流制御部と、第２のｄ軸の電流指令値Ｉd**，第２のｑ軸の電流指令値Ｉq**，周波数演算値ω1 、およびモータ定数設定値により、（数１）に従い、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ*を演算するベクトル制御演算部に大別される。
【００７８】
位相角制限補正部２１の詳細ブロック図を図１６に示す。
【００７９】
位相角制限補正部２１は、実施例１の図２に示すテーブル１５１と、第１の電圧位相指令値δ*，電圧位相制限値δvmax*から、第２の電圧位相指令値δ**を出力する電圧位相角制限部２１１で構成される。
【００８０】
電圧位相角制限部２１１は、第１の電圧位相指令値δ*を、電圧位相制限値δvmax*で制限し、第２の電圧位相指令値δ**を出力する。
【００８１】
ＰＷＭ制御部２２は、第１の電圧指令値Ｖ1*と、第２の電圧位相指令値δ**と位置検出値θd に基づき、（数６）に従い、３相の電圧指令Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を演算し、ＰＷＭパルスＰuvw*を出力する。
【００８２】
なお、本実施例では電源電圧Ｖdcを考慮した構成としたが、Ｖdc，周波数演算値ω1、およびｄ軸の電流検出値Ｉdcとｑ軸の電流検出値Ｉqcのいずれか一つ以上を考慮した構成をとることも可能である。
【００８３】
本実施例の構成でも、トルク指令値τ*が限界トルクより過大な場合には、（数４），（数５）に従い、第２の電圧位相指令値δ**は電圧位相制限値δvmax* に固定され、限界トルクを出力することができる。なお、トルク指令値τ* が限界トルク以下の場合は、第２の電圧位相指令値δ**は、電圧位相制限値δvmax* よりも小さな電圧位相で制御されるため、トルク指令値τ*どおりのトルクを出力することができる。
【００８４】
このため、実施例１から実施例３と同様の効果を得ることができる。
【実施例５】
【００８５】
図１７に第５の実施例の全体構成を示す。実施例４と同じ１から９，２０から２２のブロックについては説明を省き、異なるブロックについて、説明を行う。
【００８６】
供給電圧制限部２３では、モータに供給する電源電圧Ｖdcに基づき、第１の電圧指令値Ｖ1*の制限を行い第２の電圧指令値Ｖ1**を出力する。
【００８７】
実施例４の電流指令演算部１９では、第１の電圧指令値Ｖ1*を入力していたが、本実施例の電流指令演算部２４では、電源電圧Ｖdcに基づき制限を行った第２の電圧指令値
Ｖ1**を入力する。これにより、過渡状態におけるオーバーシュートが抑制されるため、電源電圧Ｖdcが急変する場合でも、電圧指令制限値Ｖ1max*を大きな値に設定することが可能となる。
【００８８】
なお、本実施例では電源電圧Ｖdcを考慮した構成としたが、Ｖdc，周波数演算値ω1、およびｄ軸の電流検出値Ｉdcとｑ軸の電流検出値Ｉqcのいずれか一つ以上を考慮した構成をとることも可能である。
【００８９】
本実施例の構成でも、トルク指令値τ*が限界トルクより過大な場合には、（数４），（数５）に従い、第２の電圧位相指令値δ**は電圧位相制限値δvmax*に固定され、限界トルクを出力することができる。なお、トルク指令値τ*が限界トルク以下の場合は、第２の電圧位相指令値δ**は、電圧位相制限値δvmax*よりも小さな電圧位相で制御されるため、トルク指令値τ*どおりのトルクを出力することができる。
【００９０】
このため、実施例１から実施例３と同様の効果を得ることができる。
【実施例６】
【００９１】
図１８に第６の実施例の全体構成を示す。実施例１と同じ１から３，５，６，８から
１１、および１３から１６のブロックについては説明を省く。
【００９２】
２５は、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ* ，ｄ軸電流検出値Ｉdc，ｑ軸電流検出値Ｉqc、および周波数推定部２７の出力である周波数推定値ω1cからモータの回転位相値と制御の回転位相指令値の偏差である軸誤差Δθc を演算する軸誤差演算部、
２６は、第３の位相角指令値Δθc***から軸誤差Δθcを減算する減算器、
２７は、減算器２６の出力から、周波数推定値ω1cを推定する周波数推定部、
２８は、周波数推定値ω1cから積分演算により、位置推定値θdcを推定する位置推定部、
２９は、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ* 、および位置推定値θdcからＰＷＭパルスを出力するＰＷＭ制御部である。
【００９３】
軸誤差演算部２５は、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ* ，ｄ軸の電流検出値Ｉdc，ｑ軸の電流検出値Ｉqc，周波数推定部２６の出力である周波数推定値ω1cに基づき、制御の回転位相指令値とモータの回転位相との偏差である軸誤差Δθc を（数
１７）に従い演算する。
【００９４】
【数１７】
2008271755.tif 000019
【００９５】
ＰＷＭ制御部２９は、第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ* ，モータの位置推定値θdcに基づき、３相の電圧指令Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*を演算し、ＰＷＭパルスＰuvw*を出力する。
【００９６】
なお、本実施例では電源電圧Ｖdcを考慮した構成としたが、Ｖdc，周波数推定値ω1c、およびｄ軸の電流検出値Ｉdcとｑ軸の電流検出値Ｉqcのいずれか一つ以上を考慮した構成をとることも可能である。
【００９７】
本実施例の構成でも、トルク指令値τ* が限界トルクより過大な場合には、（数４），（数５）に従い、第２の電圧位相指令値δ**は電圧位相制限値δvmax* に固定され、限界トルクを出力することができる。なお、トルク指令値τ* が限界トルク以下の場合は、第２の電圧位相指令値δ**は、電圧位相制限値δvmax* よりも小さな電圧位相で制御されるため、トルク指令値τ*どおりのトルクを出力することができる。
【００９８】
なお、実施例１から実施例５で、位置検出器を使用した位置検出値θd 、および周波数演算値ω1 のかわりに、位置検出器を省略して、モータの位置推定値θdc、および第１の電圧指令値Ｖ1*，第１の電圧位相指令値δ* ，ｄ軸の電流検出値Ｉdc，ｑ軸の電流検出値Ｉqc，周波数推定値ω1cに基づいて軸誤差Δθc を演算し、軸誤差が０となるように推定した周波数推定値ω1cを用いても同様の効果が得られる。
【００９９】
また、実施例１から実施例６で、電流検出器５を省略して、通常、電源線の断線検出のために設置されている直流電源１と電力変換器２の間にある直流シャント抵抗を用いて３相のモータ電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwを検出しても同様の効果が得られる。
【０１００】
また、本発明を使用した電動パワーステアリング装置や車載機器は、弱め界磁制御時に限界トルクまで出力可能なため、従来に比べモータの体格を小さくすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】第１の実施例の全体構成図。
【図２】第２の位相角演算部１５の詳細ブロック図。
【図３】限界トルクとその時の電圧位相。
【図４】トルク指令が過大の場合（図３のＡ点の場合）。
【図５】限界トルクを出力する電圧位相−直流電圧の特性。
【図６】第２の位相角演算部１５の詳細ブロック図２。
【図７】第２の実施例の全体構成図。
【図８】第２の位相角演算部１７の詳細ブロック図。
【図９】限界トルクとその時の電圧位相（周波数可変）。
【図１０】限界トルクを出力する電圧位相―周波数の特性。
【図１１】周波数をパラメータとした場合のトルク−電圧位相特性。
【図１２】第３の実施例の全体構成図。
【図１３】第２の位相角演算部１８の詳細ブロック図。
【図１４】モータ電流−モータのインダクタンス値の特性。
【図１５】第４の実施例の全体構成図。
【図１６】位相角制限補正部２１の詳細ブロック図。
【図１７】第５の実施例の全体構成図。
【図１８】第６の実施例の全体構成図。
【符号の説明】
【０１０２】
Ｐuvw*  ＰＷＭパルス
Ｖdc  電源電圧
θd   位置検出値
ω1   周波数演算値
Ｉu，Ｉv，Ｉw   電流検出値
Ｉdc  ｄ軸の電流検出値
Ｉqc  ｑ軸の電流検出値
τ*   トルク指令値
Ｉq*  ｑ軸の電流指令値
Ｖ1*  第１の電圧指令値
δ*   第１の電圧位相指令値
Ｖ1*_lmt_flg  弱め界磁制御フラグ
Ｉd*  ｄ軸の電流指令値
Δθc*  第１の位相角指令値
Δθc**   第２の位相角指令値
Δθc***  第３の位相角指令値
δvmax*   電圧位相制限値
Ｖd*  ｄ軸の電圧指令値
Ｖq*  ｑ軸の電圧指令値
Ｒ*   モータの抵抗設定値
Ｌd*  ｄ軸のインダクタンス設定値
Ｌq*  ｑ軸のインダクタンス設定値
Ｋe*  誘起電圧定数設定値
Ｖ1max*   電圧指令制限値
Ｋq   比例ゲイン
Ｋi   積分ゲイン
δvmax  限界トルクを出力する電圧位相
δ**  第２の電圧位相指令値
Ｖu*  Ｕ相電圧指令値
Ｖv*  Ｖ相電圧指令値
Ｖw*  Ｗ相電圧指令値
Ｖα*   固定座標系の電圧指令値のα軸成分
Ｖβ*   固定座標系の電圧指令値のβ軸成分
Ｌd   ｄ軸のインダクタンス
Ｌq   ｑ軸のインダクタンス
τ  出力トルク
Ｖd   モータ電圧のｄ軸成分
Ｖq   モータ電圧のｑ軸成分
ωr   モータの回転周波数
Ｒ  モータの抵抗
Ｉd   ｄ軸のモータ電流
Ｉq   ｑ軸のモータ電流
Ｋe   モータの誘起電圧定数
Ｖ1*lmt   モータの出力可能な最大電圧
Ｐm   モータの極対数
Ｌ  モータのインダクタンス（非突極の場合）
δv   電圧位相
Ｌd＾   モータ電流により変化したｄ軸のインダクタンス
Ｌq＾   モータ電流により変化したｑ軸のインダクタンス
Ｖ1**   第２の電圧指令値
ω1c  周波数推定値
θdc  位置推定値
【図１】
2008271755.tif 000020
【図２】
2008271755.tif 000021
【図３】
2008271755.tif 000022
【図４】
2008271755.tif 000023
【図５】
2008271755.tif 000024
【図６】
2008271755.tif 000025
【図７】
2008271755.tif 000026
【図８】
2008271755.tif 000027
【図９】
2008271755.tif 000028
【図１０】
2008271755.tif 000029
【図１１】
2008271755.tif 000030
【図１２】
2008271755.tif 000031
【図１３】
2008271755.tif 000032
【図１４】
2008271755.tif 000033
【図１５】
2008271755.tif 000034
【図１６】
2008271755.tif 000035
【図１７】
2008271755.tif 000036
【図１８】
2008271755.tif 000037