(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の回転角度を算出するモータ回転角度検出手段、前記電動機の各相に流れる電流を算出する電流検出回路、電動機が発生するトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、前記電流検出回路とモータ回転角度検出手段からの、各相の検出電流と、モータ回転角度に応じて多相電圧指令を決定する電流制御手段、この電流制御手段からの多相電圧指令をＰＷＭ変調してインバータへスイッチング操作を指示するスイッチング素子駆動回路、このスイッチング素子駆動回路からのスイッチング操作信号を受けて、前記電動機の各相に電圧を印加し、電流を流すインバータを備えた多相交流電動機の電動機制御装置において
、前記電流制御手段は、正常時に使用する正常時電流制御手段、異常時に使用する異常時電流制御手段、電動機またはインバータの異常状態を検出する異常判定手段、および前記異常判定手段からの指令にもとづき前記正常時電流制御手段または異常時電流制御手段のいずれかを選択する切替え手段を備え、前記電動機またはインバータの１相に異常が発生した場合に、前記切替え手段によって異常時電流制御手段を選択し、該異常時電流制御手段が発生する異常時多相電圧指令を前記スイッチング素子駆動回路への多相電圧指令とし
、モータトルクの出力を継続することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記異常時電流制御手段は、
異常の発生した相以外の正常な各相の電圧指令の和が零となる平衡条件を満たすように、各相の電圧指令を発生し、これらを異常時多相電圧指令として出力することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記異常時電流制御手段は、
異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度とに応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、
正常な各相の目標電流と、前記電流検出回路からの各相の検出電流に基づいて、前記異常時多相電圧指令を発生する制御器を備え、
前記目標相電流整形手段によって、各相の目標電流を個別に指定し、電動機各相の電流を個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記異常時電流制御手段は、
モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度に応じて第１の相の目標電流を発生する目標相電流整形手段と、この第１の相の目標電流と前記電流検出回路からの検出電流に基いて第１の相の電圧指令を出力する１つの制御器、および前記制御器からの第１の相の電圧指令を、正負が逆で絶対値が等しいものに変換して第２の相の電圧指令として出力する変換手段を備え、前記第１の相の電圧指令と、前記第２の相の電圧指令を多相電圧指令として出力し、３相交流電動機を制御することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記異常時電流制御手段は、
異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度に応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、
前記多相目標電流をモータ回転角度に基づいて二相変換し、整形ｄ軸目標電流と整形ｑ軸目標電流を発生する二相変換手段、および、
前記二相変換手段からの整形ｄ軸目標電流と整形ｑ軸目標電流と、電流検出回路からの各相の検出電流、およびモータ回転角度に基づいてｄｑ制御を実行し、多相電圧指令を発生するｄｑ制御手段を備え、
前記目標相電流整形手段によって、各相の目標電流を個別に指定し、前記ｄｑ制御手段によって、前記整形ｄ軸目標電流、整形ｑ軸目標電流を、ｄ軸電流、ｑ軸電流の目標信号とするｄｑ制御を実行するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記異常時電流制御手段は、
モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、電流検出回路からの各相検出電流、およびモータ回転角度に基いてｄｑ制御を実行し、各相電圧指令を発生するｄｑ制御手段と、
異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度に応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、
多相目標電流をモータ回転角度に基づいて二相変換し、整形ｄ軸目標電流と整形ｑ軸目標電流を発生する二相変換手段、および、前記整形ｄ軸目標電流と整形ｑ軸目標電流から、目標ｄ軸電流と目標ｑ軸電流を減算し、この減算値からｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令を発生し、このｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令と、モータ回転角度に基いて各相電圧整形信号を発生する手段を具備する電圧整形手段を備え、
前記ｄｑ制御手段の各相電圧指令と前記電圧整形手段の各相電圧整形信号を加算して、多相電圧指令を出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度に応じて算出し、さらに目標ｑ軸電流の方向によって補正することを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度に関する余弦の逆数に応じて算出することを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の電動機制御装置。
【請求項９】
前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度とモータ回転角速度に応じて算出することを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の電動機制御装置。
【請求項１０】
前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度と、モータ回転角速度およびモータ回転角加速度に応じて算出することを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の電動機制御装置。
【請求項１１】
電動機各相の検出電流と、モータ回転角度に基づいて電動機の発生するトルクを算出し、モータトルク信号を発生するモータトルク検出手段を備え、前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度に応じて算出し、さらにモータトルク信号によって補正することを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の電動機制御装置。
【請求項１２】
前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、多相目標電流の正負の符号が変わるモータ回転角度付近で、多相目標電流が零に設定される領域があることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の電動機制御装置。
【請求項１３】
前記異常時電流制御手段は、
モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流とモータ回転角度に応じて、振動的な信号を生成し目標ディザー電流として出力する目標ディザー電流整形手段を備え、前記目標ディザー電流を、目標相電流整形手段が出力する多相目標電流に重畳させて新たな多相目標電流とすることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれかに記載の電動機制御装置。
【請求項１４】
前記異常時電流制御手段は、
モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、電流検出回路からの各相検出電流、およびモータ回転角度に基づいてｄｑ制御を実行し、各相電圧指令を発生するｄｑ制御手段と、目標ｑ軸電流とモータ回転角度に応じて、振動的な信号を生成し各相の目標ディザー電流として出力する目標ディザー電流整形手段、および、前記目標ディザー電流を三相ディザー電圧指令に変換する目標電圧変換手段を備え、前記ｄｑ制御手段が出力する各相電圧指令と、前記目標電圧変換手段が出力する三相ディザー電圧指令を加算して、多相電圧指令として出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動機の制御装置に関し、特に、多相電動機の一相に電流が流れないような状態が発生しても、継続して運転を行うことができ、例えば、電動パワーステアリング装置に用いて好適な電動機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来装置の一例として、例えば特開２００２−２７７７９号公報（特許文献１と称す。）に示されるものがある。この特許文献１に記載のものは、その図１に示されるように、多相モータの中性点とインバータの負極母線の間に第２の電源を備え、モータまたはインバータの１相が断線する異常時においても、モータトルクを出力することができ、トルクリップルを小さくできる構成になっている。
また他の従来例として、特開平１０−１８１６１７号公報（特許文献２と称す。）のように、多相モータの中性点とインバータの負極母線の間に第２の電源を備えることなく、モータまたはインバータの１相が断線する異常時においても、正常時よりも駆動電流の大きさを小さくして対応し、正常時よりも小さなモータトルクを出力するものがある。
更に他の従来例として、特開２００３−２６０２０号公報（特許文献３と称す。）のように、多相モータの中性点とインバータの負極母線の間に第２の電源を備えることなく、モータまたはインバータの１相が断線する異常時においても、通常の制御方法を継続することで、モータトルクを出力するものがある。通常の制御方法としてはｄｑ制御が最も一般的である。【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７７７９号公報
【特許文献２】特開平１０−１８１６１７号公報
【特許文献３】特開２００３−２６０２０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、前記特許文献１のような装置では、電動機に電力を供給するのに通常用いる電源の他に、電動機の中性点とインバータの負極母線の間に第二の電源を設ける必要があり、費用が高いという問題がある。【０００５】
また、多相モータの中性点とインバータの負極母線の間に第２の電源を備えない装置においては、３相交流モータまたはインバータの１相が断線する異常時において次のような問題点がある。
すなわち、このような異常の場合には、どのような制御を行ってもモータトルクが必ず零になるモータ回転角度があり、トルクリップルが大きく、そして、モータトルクが零になる回転角度の近傍で、モータ回転角速度が零になり電動機の回転が停止してしまうと、外部から力を加えて回転させない限りモータトルクが発生しないという問題がある。このため、正常時のモータの動作に近づけることが難しい。【０００６】
前記特許文献２の装置においては、３相以上のブラシレスモータを対象にしているが、モータまたはインバータの１相が断線する異常が発生すると、４相以上の場合はモータトルクの振動が大きくなるだけであるが、３相の場合は、上記のようにモータトルクが発生不可能なモータ回転角度があるため、３相のブラシレスモータには適さない。また、異常に対して、駆動電流を小さくして対応しているが、制御方式は変更していない。【０００７】
また、特許文献３のように、３相交流モータまたはインバータの１相が断線する異常時に、通常の制御方式を用いると、正常な２相の電圧は、後述の本願図６（ａ）のように、通常時と同じく位相が１２０度ずれた波形となり、本来必要な正常な２相の端子間電圧を得るために、余分な電圧を掛けなくてはならなくなり、電源の電圧を有効に使えない。
また、電源電圧の大きさによる上限値に達し易く、必要な端子間電圧が得られない現象が発生し易い。
さらに、この異常発生時に、通常のｄｑ制御を行うと、後述の本願図７（ｂ）で示すようなモータトルク形状となるため、上記段落番号〔０００５〕で述べた問題が改善されず、トルクリップルが大きく、モータトルクが発生しない期間が続く現象が発生し、正常時のモータの動作に近づけることが難しい。そのため、このような制御方式を備えた電動パワーステアリング装置では、運転者の感じる違和感が大きいという課題がある。【０００８】
この発明は、上記のような従来装置の問題点に鑑みなされたもので、電動機またはインバータの１相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、この異常に適した電流を電動機に流し、モータトルクの出力を継続することができるようにした電動機の制御装置を提供することを目的とする。
また、この発明は、電動機またはインバータの１相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、必要となる正常な２相の端子間電圧を効率よく発生することのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
また、この発明は、電動機またはインバータの１相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、各相の目標電流の形状を指定し、電動機が出力するモータトルクの形状を指定することのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
さらに、この発明は、電動機またはインバータの１相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、電動機が発生するトルクのトルクリップルを小さくし、電動機にモータトルクが発生しない期間が続く現象を抑制することのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
さらにまた、この発明は、電動パワーステアリング装置の駆動用に用いられる３相ブラシレスモータの制御装置として好適な電動機の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】
【０００９】
（１）  この発明の電動機制御装置は、電動機の回転角度を算出するモータ回転角度検出手段、前記電動機の各相に流れる電流を算出する電流検出回路、電動機が発生するトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、前記電流検出回路とモータ回転角度検出手段からの、各相の検出電流とモータ回転角度に応じて多相電圧指令を決定する電流制御手段、この電流制御手段からの多相電圧指令をＰＷＭ変調してインバータへスイッチング操作を指示するスイッチング素子駆動回路、このスイッチング素子駆動回路からのスイッチング操作信号を受けて、前記電動機の各相に電圧を印加し、電流を流すインバータを備えた多相交流電動機の電動機制御装置において、
前記電流制御手段は、正常時に使用する正常時電流制御手段、異常時に使用する異常時電流制御手段、電動機またはインバータの異常状態を検出する異常判定手段、および前記異常判定手段からの指令にもとづき前記正常時電流制御手段または異常時電流制御手段のいずれかを選択する切り換え手段を備え、前記電動機またはインバータの１相に異常が発生した場合に、前記切り換え手段によって異常時電流制御手段を選択し、該異常時電流制御手段が発生する異常時多相電圧指令を前記スイッチング素子駆動回路への多相電圧指令と
し、モータトルクの出力を継続するよう構成したものである。
【００１０】
（２）  また、この発明の電動機制御装置は、前記（１）の電動機制御装置において、異常時電流制御手段は、
異常の発生した相以外の正常な各相の電圧指令の和が零となる平衡条件を満たすように、各相の電圧指令を発生し、これらを異常時多相電圧指令として出力するようにしたものである。【００１１】
（３）  また、この発明の電動機制御装置は、前記（１）の電動機制御装置において、
異常時電流制御手段は、
異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度に応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、
正常な各相の目標電流と、前記電流検出回路からの各相の検出電流に基いて、前記異常時多相電圧指令を発生する制御器を備え、
前記目標相電流整形手段によって、各相の目標電流を個別に指定し、電動機各相の電流を個別に制御するようにしたものである。【００１２】
（４）  また、この発明の電動機制御装置は、前記（１）の電動機制御装置において、
異常時電流制御手段は
異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度に応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、
多相目標電流をモータ回転角度に基づいて二相変換し、整形ｄ軸目標電流と整形ｑ軸目標電流を発生する二相変換手段、および、
前記二相変換手段からの整形ｄ軸目標電流と整形ｑ軸目標電流と、電流検出回路からの各相の検出電流、およびモータ回転角度に基いてｄｑ制御を実行し多相電圧指令を発生するｄｑ制御手段を備え、
前記目標相電流整形手段によって、各相の目標電流を個別に指定し、前記ｄｑ制御手段によって、前記整形ｄ軸目標電流、整形ｑ軸目標電流を、ｄ軸電流、ｑ軸電流の目標信号とするｄｑ制御を実行するようにしたものである。【００１３】
（５）  また、この発明の電動機制御装置は、前記（１）の電動機制御装置において、
異常時電流制御手段は
モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、電流検出回路からの各相検出電流、およびモータ回転角度に基いてｄｑ制御を実行し、各相電圧指令を発生するｄｑ制御手段と、
異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と、モータ回転角度に応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、
多相目標電流をモータ回転角度に基づいて二相変換し、整形ｄ軸目標電流と整形ｑ軸目標電流を発生する二相変換手段、および、前記整形ｄ軸目標電流と整形ｑ軸目標電流から、目標ｄ軸電流と目標ｑ軸電流を減算し、この減算値からｄ軸電圧指令とｑ軸電圧指令を発生し、このｄ軸電圧指令、ｑ軸電圧指令と、モータ回転角度に基いて各相電圧整形信号を発生する手段を具備する電圧整形手段を備え、
前記ｄｑ制御手段の各相電圧指令と前記電圧整形手段の各相電圧整形信号を加算して、多相電圧指令を出力するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の電動機制御装置によれば、電動機またはインバータの１相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、この異常に適した電流を電動機に流し、モータトルクの出力を継続することができる。【００１５】
また、この発明の電動機制御装置によれば、電動機またはインバータの１相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、必要となる正常な２相の端子間電圧を効率よく発生することができる。【００１６】
また、この発明の電動機制御装置によれば、電動機またはインバータの１相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、各相の目標電流の形状を指定し、電動機が出力するモータトルクの形状を指定することができる。【００１７】
さらに、この発明の電動機制御装置によれば、電動機またはインバータの１相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、電動機が発生するトルクのトルクリップルを小さくし、電動機にモータトルクが発生しない期間が続く現象を抑制することができる。【００１８】
さらにまた、この発明の電動機制御装置によれば、電動パワーステアリング装置の駆動用に用いられる３相ブラシレスモータの制御装置として好適な電動機の制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図に基いて説明する。
以下の説明ではこの発明を、３相ブラシレスモータに適用した場合を例に説明するが、この発明は、多相交流により回転駆動する電動機に対して使用することができるものである。
図１は、この発明の実施の形態１による電動機制御装置の全体構成を示す概略ブロック図である。
図１において、１０は電動機制御装置であり、この電動機制御装置１０を用いて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相の巻線を備えたブラシレスモータ（以下モータとも言う）５を制御する。
電動機制御装置１０は、モータ５の回転角度を検出するモータ角度センサ６からの信号を受け、モータ回転角度検出回路２１によりモータの回転角度を算出する。また、電流検出回路２２によりモータの各相に流れる電流を算出する。
電流制御手段２３は、後述するように、モータトルクの目標値に相当するモータ駆動電流指令（以下目標ｑ軸電流とも言う）、モータ各相の検出電流、モータ回転角度に応じて３相電圧指令を決定する。ＦＥＴ駆動回路２４は、この３相電圧指令をＰＷＭ変調してインバータ２５へＦＥＴ駆動を指示する。インバータ２５はＦＥＴ駆動信号を受けてチョッパ制御を実現し、電源から供給される電力により、モータの各相に電流を流す。各相に流れるこの電流によって、モータトルクが発生する。【００２０】
次に、前記電流制御手段２３について、図２を用いて説明する。
電流制御手段２３は、図２で示すように、正常時に使用する通常の制御方式を実行する正常時電流制御手段３１、異常時に使用する異常時電流制御手段３０、異常判定手段３２、切替え手段３３、を備えており、この２つの制御手段を切替えることが可能である。
異常判定手段３２は、前記電流検出回路２２から供給される３相検出電流に基づいて、いずれかの検出電流が、零に留まる時間の長さが事前に定めた値に達した時に、その相は電流の流れない異常状態であると判定し、異常の有無と異常な相を知らせるべく異常判定信号を、異常時電流制御手段３０と切替え手段３３に供給する。
異常時電流制御手段３０は、異常判定手段３２からの異常判定信号を受け、正常時には機能を停止し、異常な相がＵ、Ｖ、Ｗのどれか１つである場合、その異常な相に対応した制御を実行する。異常な相が２相以上ある場合は、機能を停止し出力を出さない。
切替え手段３３は、異常判定手段３２からの異常判定信号を受け、正常時の信号を検出した場合は、正常時電流制御手段３１から受けた３相正常時電圧指令を３相電圧指令として出力し、異常時の信号を検出した場合は、異常時電流制御手段３０から受けた３相異常時電圧指令を３相電圧指令として出力する。【００２１】
正常時電流制御手段３１は、例えば図１７のブロック線図３１aのように構成され、正常時において通常のｄｑ制御を実行し、滑らかなモータトルクの発生を実現する。
以下、図１７に示す正常時電流制御手段３１ａのｄｑ制御について説明をしておく。
二相変換手段１３６は、電流検出回路で得られたＵ、Ｖ、Ｗ相の検出電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄを出力する。減算器１３３と減算器１３４はそれぞれ、目標ｑ軸電流Ｉｑｒと目標ｄ軸電流Ｉｄｒから、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄを減算し、ｑ軸制御器１３２とｄ軸制御器１３１に供給する。
そして、ＰＩ制御などで構成されるｑ軸制御器１３２とｄ軸制御器１３１は、それぞれ、ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令を、三相変換手段１３５に供給する。
三相変換手段１３５は、ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令を、モータ回転角度に応じて三相変換し、Ｕ、Ｖ、Ｗ相電圧指令を発生する。このようにして、ｄｑ制御は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流と目標ｄ軸電流を実際の電流として実現するよう制御する。【００２２】
次に、モータやインバータの１相に異常が生じた場合、例えば、モータのＵ相かインバータのＵ相に断線などの異常が生じて、Ｕ相に電流が流れない状態が発生した場合について説明する。
このような異常が発生した場合、図２において、異常判定手段３２は、「Ｕ相が異常である」という異常判定信号を、異常時電流制御手段３０と切替え手段３３に供給する。
これによって、異常時電流制御手段３０が作動し、３相異常時電圧指令が切替え手段３３を介して３相電圧指令としてＦＥＴ駆動回路２４に供給される。異常時電流制御手段３０は、異常が生じた相を考慮した電流制御を行うべく、図３で示す制御方式を実行する。
以下異常時電流制御手段３０の制御動作について、図３、図４を用いて説明する。【００２３】
図３は、Ｕ相が異常の場合の異常時電流制御手段３０ａの制御ブロック線図であり、この制御方式を以下「開放相想定三相個別制御」と呼ぶこととする。
図３に示す異常時電流制御手段３０ａによる制御方式は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流を、モータ回転角度とモータ回転角速度に応じて、正常な各相に流す目標相電流に変換する。このとき、Ｕ相に電流が流れないことを考慮してＵ相目標電流は０とし、また、Ｖ相とＷ相が互いに逆符号でその絶対値が等しい（Ｉｗ＊＝−Ｉｖ＊）という関係を満たすように（すなわち、異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和がゼロとなる平衡条件を満たすように）、Ｖ相目標電流Ｉｖ＊とＷ相目標電流Ｉｗ＊を算出するものである。【００２４】
図３において、目標相電流整形手段５０（詳細は後述する。）は、目標ｑ軸電流と、モータ回転角度と、微分手段５１でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じて、Ｖ相目標電流を発生し、符号逆転器５２に供給する。符号逆転器５２はＶ相目標電流に−１を乗算してＷ相目標電流を算出する。減算器４４、４５、４６はそれぞれ、Ｕ、Ｖ、Ｗ相目標電流から、電流検出回路２２で得られたＵ、Ｖ、Ｗ相の検出電流を減算し、ＰI制御などで構成されたＵ、Ｖ、Ｗ相制御器４１、４２、４３に供給する。そして、各相にそれぞれ備えられたＵ、Ｖ、Ｗ相制御器４１、４２、４３は、それぞれＵ、Ｖ、Ｗ相電圧指令をＦＥＴ駆動回路２４に供給し、目標相電流整形手段５０で得られた目標電流を実現すべく各相をそれぞれ個別に制御する。【００２５】
目標相電流整形手段５０は、例えば図４で示すような構成である。
単位目標相電流発生手段７１は、目標ｑ軸電流と、モータ回転角度と、微分手段５１でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じて単位目標相電流（以下可変ゲインとも言う）を決定する。乗算手段７２は、目標ｑ軸電流と単位目標相電流を乗算しＶ相目標電流を算出する。この単位目標相電流は、目標ｑ軸電流の大きさが１のときの、Ｖ相目標電流を意味している。
単位目標相電流発生手段７１において、目標ｑ軸電流と、モータ回転角度と、モータ回転角速度に対する単位目標相電流の関係は、例えば、図５で示す関係である。
図５で示す単位目標相電流の生成方式をトルク方向対応駆動方式と呼ぶことにする。【００２６】
この方式は、モータトルクの目標値に相当する目標ｑ軸電流の方向によって、モータ回転角度と単位目標相電流の関係を切り替えており、目標ｑ軸電流が正のときは図５（ａ）の関係、目標ｑ軸電流が負のときは図５（ｂ）の関係を用いて、単位目標相電流を算出する。横軸のモータ回転角度はモータの電気角のスケールである。
このような目標相電流を実現するように電流制御すると、目標ｑ軸電流の方向に応じて、モータトルクは図５（ｃ）、（ｄ）のような形状になる。３相電流の通常の形状としては正弦波や矩形波があるが、図５（ａ）（ｂ）に示した形状は、これらとは全く異なるものである。
なお、この単位目標相電流の算出において、モータ回転角速度を使用してないが、モータ回転角速度を使用した例については後述の実施の形態４で説明する。【００２７】
また、図５で示した単位目標相電流は、目標ｑ軸電流の方向によって、単位目標相電流を切り替えたが、目標ｑ軸電流の代わりに、モータトルク検出信号を用いても良い。
ここで、モータトルク検出信号を算出する手段を説明する。電流検出回路２２で得られたＵ、Ｖ、Ｗ相の検出電流を、図示しない２相変換手段で２相変換することで、ｄ軸電流、ｑ軸電流を算出し、ｑ軸電流にトルク定数を乗算することで得られる。
モータトルク検出信号で目標ｑ軸電流を代用できる理由は、目標ｑ軸電流がモータトルクの目標値に相当するので、モータトルクを検出して得られるモータトルク検出信号は目標ｑ軸電流と相関関係があるからである。
図３はＵ相に異常が生じた場合の開放相想定三相個別制御の制御ブロック線図を示しているが、Ｖ、Ｗ相に異常が発生した場合も、同様な開放相想定三相個別制御が、異常時電流制御手段３０ａに備わっており、異常が生じた相によって切り替えることができる。【００２８】
このようにモータやインバータの１相に異常が生じた場合、正常時電流制御手段の代わりに異常時電流制御手段によって電流制御を継続することで、モータからモータトルクの出力を継続させることができる。
また、この発明の実施の形態１の制御装置によれば、以下のような効果がある。【００２９】
Ｕ相断線異常時には、Ｖ相とＷ相の各電流が互いに逆符号でその絶対値が等しいという関係（Ｉｖ＝−Ｉｗ）で電流が流れることを考慮し、Ｖ相とＷ相が互いに逆符号でその絶対値が等しいという関係を満たすようにＶ相、Ｗ相目標電流を生成するので、Ｖ相、Ｗ相の目標電流と検出電流の差にも同様な関係がある。Ｖ相制御器とＷ相制御器は普通は同じ制御器を用いるので、その出力であるＶ相電圧指令とＷ相電圧指令においても同様な関係で出力することができる。このため、必要最低限の電圧でＶ相、Ｗ相間の電位差を供給でき、効率的である。
これに対して、従来のｄｑ制御を用いると、Ｖ相電圧指令とＷ相電圧指令において互いに逆符号でその絶対値が等しいという関係を満たさないため、Ｖ相、Ｗ相間の電位差を供給する際に余分な電圧をＶ相端子、Ｗ相端子に印加する必要がある。
例えば、従来のｄｑ制御において、ＶＷ端子間電圧を１Ｖ得るために、Ｖ相電圧を２Ｖ、Ｗ相電圧を１Ｖにする状況がありえるが、この発明の開放相想定三相個別制御においては、Ｖ相電圧を０．５Ｖ、Ｗ相電圧を−０．５Ｖにする。【００３０】
図６は、同じ大きさのＶＷ端子間電圧を正弦波駆動で発生するのに必要なＶ、Ｗ相の電圧を、従来のｄｑ制御と、この発明の実施の形態１の開放相想定三相個別制御について比較している。
図６（ａ）に示す従来のｄｑ制御の最大電圧は、図６（ｂ）に示す開放相想定三相個別制御の最大電圧に比べて１５％大きい。このように、ｄｑ制御の電圧は、開放相想定三相個別制御より、余分に電圧が大きいため、電源電圧の大きさによる上限値に達し易く、必要な端子間電圧が得られない現象が発生し易い。
一方、この発明の開放相想定三相個別制御は、余分に電圧を発生しないため、ｄｑ制御より、電圧が電源電圧の大きさによる上限値に達し難く、必要な端子間電圧を効率よく発生できる。【００３１】
また、発明が解決しようとする課題の欄でも述べたが、１線断線異常時には、図７で示すように、どのような制御を行ってもモータトルクが必ず零になるモータ回転角度があるので、トルクリップルが大きく、そして、モータトルクが零になるこの回転角度の近傍で、モータ回転角速度が零になり電動機の回転が停止してしまうと、外部から力を加えて回転させない限りモータトルクが発生しないという問題がある。このため、正常時のモータの動作に近づけることが難しい。
すなわち、従来のｄｑ制御を用いると、各相の目標電流の形状を明示的に指定する手段が無い。
これに対し、この発明の実施の形態１の開放相想定三相個別制御を使用すれば、目標相電流整形手段５０によって、単位目標相電流の形状を工夫し調整することによって、各相の目標電流の形状、モータトルクの形状を指定できるので、前述のモータトルクが零に陥る問題を解決できるなど、正常時のモータの動作に近づけることができる。【００３２】
すなわち、単位目標相電流発生手段７１において、図５で示すトルク方向対応駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータの回転の加速度を大きくし、モータトルクが零になるモータ回転角度に停止せずに回転させることができるので、上記のモータトルクが発生しない期間が続く現象を防止できる。図８に、電流形状が分かり易いように、Ｖ相目標電流のみを示した。
以下で、更に詳述する。
モータトルクはモータの回転に加速度を与えることができることを念頭において考えると、モータトルクが正方向でモータ回転角速度も正方向の場合、図５（ｃ）において右に向かってモータ回転角度が進み、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさが大きくなり、回転が正方向に加速される。
一方、モータトルクが正方向でモータ回転角速度が負方向の場合、すなわち、モータトルクがモータ回転を減速させる方向の場合、図５（ｃ）において左に向かってモータ回転角度が進み、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさが小さくなり、回転が負方向に加速される。モータトルクが負方向でモータ回転角速度も負方向の場合、図５（ｄ）において左に向かってモータ回転角度が進み、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさが大きくなり、回転が負方向に加速される。一方、モータトルクが負方向でモータ回転角速度が正方向の場合、すなわち、モータトルクがモータ回転を減速させる方向の場合、図５（ｄ）において右に向かってモータ回転角度が進み、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさが小さくなり、回転が正方向に加速される。
このようにして、モータトルクが零になるモータ回転角度に停止せずに回転できるので、上記のモータトルクが発生しない期間が続く現象を防止できる。【００３３】
なお、図３の開放相想定三相個別制御において、異常が生じているＵ相にも制御器を設けているが、Ｕ相には電流が流れないため制御する必要がないので、Ｕ相制御器やＵ相目標電流は無くても、開放相想定三相個別制御は同様な効果が得られる。
また、図３の開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段３０ａにおいて、目標相電流整形手段５０がＶ相目標電流を算出するとしたが、目標相電流整形手段５０ａがＶ相目標電流の代わりにＷ相目標電流を算出し、Ｗ相目標電流に−１を乗算することによりＶ相目標電流を発生してもよい。Ｕ相断線時には、Ｖ相とＷ相は、互いに逆符号でその絶対値が等しい（Ｉｗ＝−Ｉｖ）という関係であり、どちらを基準にしても問題はなく、図３の開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段３０ａと等しいＶ相、Ｗ相電圧指令を算出でき、等価な制御が可能であり、Ｕ相の異常時において、図３の開放相想定三相個別制御と同じ効果が得られる。
また、目標相電流整形手段５０は、Ｖ相目標電流を算出する際に、この実施の形態１で示したようにモータ回転角速度を用いなくても良い。
さらに、この実施の形態１においては、主に、３相モータの場合で述べているが、４相以上のモータに対しても各相個別に目標相電流を指定し、個別に制御器を設けることにより、同様に本発明が適用可能である。４相モータの場合は、１相に異常が生じた時に、モータトルクが零になるモータ回転角度は存在しないものの、トルクリップルが大きくなるので、目標相電流整形手段により、相電流の形状を指定することで、３相モータの場合と同様にトルクリップルを小さくできる。【００３４】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２による異常時電流制御手段３０ｄの制御ブロック線図である。
実施の形態１の図３の開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段３０ａにおいては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相制御器４１、４２、４３を用いたが、図９に示すようにＵ相、Ｗ相制御器が無くてもよい。
一般にブラシレスモータは三相巻線が偏り無く構成されているため、Ｕ相断線時には、Ｖ相とＷ相は、互いに逆符号でその絶対値が等しい（Ｉｗ＝−Ｉｖ）という関係があり、Ｖ相、Ｗ相制御器を同じものであるとしても問題はない。従って、制御器は１つでもよいということになる。
図９の構成においては、Ｖ相制御器４２から出力されるＶ相電圧指令に、乗算器５２ａにより−１を乗算したものをＷ相電圧指令として算出する。Ｕ相電圧指令は零として出力する。このように、図３の開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段３０ａと等しいＵ相、Ｖ相、Ｗ相電圧指令を算出できる。
図９の構成なら、実施の形態１の開放相想定三相個別制御と等価な制御が可能であり、Ｕ相の異常時において、図３の開放相想定三相個別制御と同じ効果を得ることができる。【００３５】
実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。
実施の形態１における単位目標相電流発生手段７１においては、モータ回転角度に対する単位目標相電流の関係に図５で示す関係を適用し、トルク方向対応駆動方式を用いたが、例えば、図１０で示す関係を用いても良い。図１０で示す単位目標相電流の生成方式を逆正弦波駆動方式と呼ぶことにする。
この方式は、図１０（ａ）で示すように、モータ回転角度に関する余弦の逆数を単位目標相電流として算出する。ただし、単位目標相電流が無限大にならないよう上限値を設けて飽和させている。横軸のモータ回転角度はモータの電気角のスケールである。
このような目標相電流を実現するように電流制御すると、モータトルクは図１０（ｂ）のような台形状になる。
この方式において生成される単位目標相電流は、モータ回転角度のみに依存しているが、通常利用される正弦波や矩形波とは異なり、１周期の波形が、上下変動を３回するなどの特徴がある。正弦波や矩形波は、１周期に上下変動を１回する。【００３６】
図１０（ｂ）のモータトルク波形と、図７（ｂ）で示す正弦波駆動を用いた通常のｄｑ制御時のモータトルク波形は、平均の大きさを等しくしてあり、この図でトルクの変動幅を比較すると、図１０（ｂ）の方が、５０％近く小さいことがわかる。
このように、単位目標相電流発生手段７１において、図１０で示す逆正弦波駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルク形状を図１０（ｂ）のように台形状にすることができ、図７（ｂ）で示す正弦波駆動を用いた通常のｄｑ制御時のモータトルクに比較して、トルクリップルの振幅を小さくできる。【００３７】
実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。
実施の形態１における単位目標相電流発生手段７１においては、モータ回転角度と単位目標相電流の関係は図５で示す関係を適用し、トルク方向対応駆動方式を用いたが、例えば、図１１で示す関係を用いても良い。図１１で示す単位目標相電流の生成方式を回転方向対応駆動方式と呼ぶことにする。
この実施の形態４による方式は、モータ回転方向によって、モータ回転角度と単位目標相電流の関係を切り替えており、モータ回転角速度が正のときは図１１（ａ）の関係、モータ回転角速度が負のときは図１１（ｂ）の関係を用いて、単位目標相電流を算出する。横軸のモータ回転角度はモータの電気角のスケールである。
このような目標相電流を実現するように電流制御すると、モータ回転方向に応じて、モータトルクは図１１（ｃ）、（ｄ）のような形状になる。【００３８】
実施の形態１でも述べたように、モータやインバータの１相に異常が生じた場合、図７に示すように、どのような制御手段を用いてもある特定のモータ回転角度において必ずモータトルクが零になるので、モータトルクが零になるこの回転角度の近傍で、モータ回転角速度が零になりモータの回転が停止してしまうと、外部から力を加えて回転させない限りモータトルクが発生しないという問題が発生することがある。
このような場合に、単位目標相電流発生手段７１において、図１１で示す回転方向対応駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルクとモータ回転角速度の方向が一致している場合、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転を加速できるので、上記のモータトルクが発生しない期間が続く現象を防止することができる。【００３９】
実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。この図１２で示す単位目標相電流の生成方式を加速度回転方向対応駆動方式と呼ぶことにする。
この実施の形態５においては、単位目標相電流を生成する際に、モータ回転角度とモータ回転角速度の他に、モータ回転角加速度を使用する。モータ回転角加速度は、微分手段５１により得られるモータ回転角速度を、さらに、同様な微分手段によって近似的に微分することで得ることができる。
この方式は、図１１で示した回転方向対応駆動方式と同様に、モータ回転方向によって、モータ回転角度と単位目標相電流の関係を切り替える。さらに、モータ回転角加速度に応じて単位目標相電流の大きさを変更する。モータ回転角速度が正のときは図１２（ａ）の関係で、モータ回転角速度が負のときは図１２（ｂ）の関係を用いて、単位目標相電流を算出する。図１２（ａ）のように、モータ回転角速度が正のときに、モータ回転角加速度が小さい時は、単位目標相電流の大きさを大きくし、図１２（ｂ）のように、モータ回転角速度が負のときに、モータ回転角加速度が大きい時は、単位目標相電流の大きさを大きくする。横軸のモータ回転角度はモータの電気角のスケールである。このような目標相電流を実現するように電流制御すると、モータ回転方向とモータ回転角加速度に応じて、モータトルクは図１２（ｃ）、（ｄ）のような形状になる。【００４０】
この実施の形態５によっても、実施の形態４と同様に、単位目標相電流発生手段７１において、図１２で示す加速度回転方向対応駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルクとモータ回転角速度の方向が一致している場合、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転を加速でき、さらに、加速度の大きさが小さい時には、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転をさらに加速できる。従って、モータトルクが発生しない期間が続く現象を防止できる。【００４１】
実施の形態６．
図１３は、この発明の実施の形態６による異常時電流制御手段３０ｂの制御ブロック線図である。
実施の形態１においては、異常時電流制御手段として図３の開放相想定三相個別制御を用いたが、ｄｑ座標上での制御系を用いても同様な制御が可能であるので、その一つの形態を以下で述べる。異常時電流制御手段は、実施の形態１において用いた図３の開放相想定三相個別制御の代わりに、図１３に示す制御方式を実行する。この図１３に示す制御方式を「開放相想定ｄｑ制御」と呼ぶこととする。
この実施の形態６では図１３のような例を示すが、ｄｑ座標上での制御系を用いた異常時電流制御手段は、制御ブロックの線形性などに基づく変形により他の形態も存在する。
図１３に示す制御方式は、ｄｑ軸目標電流整形手段８０において、目標ｑ軸電流、モータ回転角度、モータ回転角速度に応じて、整形目標ｑ軸電流Ｉｑｒと、整形目標ｄ軸電流Ｉｄｒを発生する。このとき、ＩｑｒとＩｄｒは異常な相を考慮した目標信号となっており、通常のｄｑ制御系を用いて追従することが可能である。
以下、図１３に示す開放相想定ｄｑ制御の異常時電流制御手段３０ｂについて更に詳述する。【００４２】
ｄｑ軸目標電流整形手段８０は、目標相電流整形手段５０において、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊と、モータ回転角度と、微分手段５１でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じてＶ相目標電流を発生し、符号逆転器５２に供給する。
符号逆転器５２は、Ｖ相目標電流に−１を乗算してＷ相目標電流を算出する。
二相変換手段Ａ５５は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相目標電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、整形目標ｑ軸電流Ｉｑｒと整形目標ｄ軸電流Ｉｄｒを出力する。
二相変換手段Ｂ８６は、電流検出回路２２で得られたＵ、Ｖ、Ｗ相の検出電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄを出力する。減算器８３と減算器８４はそれぞれ、整形目標ｑ軸電流Ｉｑｒと整形目標ｄ軸電流Ｉｄｒから、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄを減算し、ｑ軸制御器８２とｄ軸制御器８１に供給する。
そして、ＰＩ制御などで構成されるｑ軸制御器８２とｄ軸制御器８１は、それぞれ、ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令を発生し、三相変換手段８５に供給する。
三相変換手段８５は、ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令を、モータ回転角度に応じて三相変換し、Ｕ、Ｖ、Ｗ相電圧指令を発生しＦＥＴ駆動回路２４に供給する。【００４３】
この開放相想定ｄｑ制御において、異常な相を考慮したＵ、Ｖ、Ｗ相目標電流を生成するところまでは実施の形態１と同じである。開放相想定ｄｑ制御は、このＵ、Ｖ、Ｗ相目標電流を、異常な相を考慮した整形ｑ軸目標電流Ｉｑｒ、整形ｄ軸目標電流Ｉｄｒに変換する。この目標電流なら、１相異常状態でもｄｑ座標系での制御が実現できる。
目標相電流整形手段５０は、実施の形態１で説明したものと同じであるので、詳細な説明は省略するが、例えば図４で示すような構成である。単位目標相電流発生手段７１は、目標ｑ軸電流と、モータ回転角度と、微分手段５１でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じて単位目標相電流（以下可変ゲインとも言う）を決定する。乗算手段７２は、目標ｑ軸電流と単位目標相電流を乗算しＶ相目標電流を算出する。この単位目標相電流は、目標ｑ軸電流の大きさが１のときの、Ｖ相目標電流を意味している。
単位目標相電流発生手段７１における単位目標相電流の生成方式は、前述の実施の形態で示した、図５のトルク方向対応駆動方式、図１０の逆正弦波駆動方式、図１１の回転方向対応駆動方式、図１２の加速度回転方向対応駆動方式などが同様に使用できる。
また、整形目標ｑ軸電流Ｉｑｒは、1相の異常を考慮したモータトルクの目標値に相当するので、その形状は、トルク方向対応駆動方式の場合は図５（ｃ）、（ｄ）、逆正弦波駆動方式の場合は図１０（ｂ）、回転方向対応駆動方式の場合は図１１（ｃ）、（ｄ）、加速度回転方向対応駆動方式の場合は図１２（ｃ）、（ｄ）と同じようになる。
また、図１３においては、はＵ相に異常が生じた場合の開放相想定ｄｑ制御の制御ブロック線図を示しているが、Ｖ、Ｗ相に異常が発生した場合も、同様な開放相想定ｄｑ制御が、異常時電流制御手段に備わっており、異常が生じた相によって切り替えることができる。【００４４】
このように、開放相想定ｄｑ制御は、断線した１相を除いた正常な２相で実現できるモータトルクを考慮し、目標値を生成し、ｄｑ制御系に指令することによって、１相断線状態に適した制御が実現でき、前述の実施の形態１と同様の効果を奏するものである。
すなわち、モータやインバータの１相に異常が生じた場合、正常時電流制御手段の代わりに異常時電流制御手段によって電流制御を継続することで、モータからモータトルクの出力を継続させることができる。
また、開放相想定ｄｑ制御も、開放相想定三相個別制御と同様に、余分に電圧を発生しないため、通常のｄｑ制御より、電圧が電源電圧の大きさによる上限値に達し難く、必要な端子間電圧を効率よく発生できる。
また、開放相想定ｄｑ制御も、開放相想定三相個別制御と同様に、図５、図１０、図１１、図１２のように、単位目標相電流を調整することでモータトルク形状の調整が可能なので、モータトルクが発生しない期間が続く現象を抑えることができるとか、トルクリップルの振幅を小さくできるなど、正常時のモータの動作に近づけることができる。【００４５】
実施の形態７．
図１４は、この発明の実施の形態７による異常時電流制御手段３０ｃの制御ブロック線図である。
実施の形態１においては、異常時電流制御手段として図３の開放相想定三相個別制御を用いたが、ｄｑ座標上での制御系を用いても同様な制御が可能であり、その一つの形態を実施の形態６で述べた。これらの実施の形態では、１相が異常であることを考慮してＵＶＷ相またはｄｑ軸の目標電流を生成することに特徴があったが、この実施の形態７では、ｄｑ制御などの通常の制御手段の出力する電圧指令を、変形することにより、１相が異常であることを考慮した電圧指令を発生させることができる形態を述べる。
異常時電流制御手段は、実施の形態１において用いた図３の開放相想定三相個別制御の代わりに、図１４に示す制御方式を実行する。この図１４に示す制御方式を「開放相想定電圧整形ｄｑ制御」と呼ぶこととする。また、図１４はＵ相が異常の場合の制御ブロック線図である。この実施の形態７では図１４のような例を示すが、電圧指令の生成部分における変形手段を用いた異常時電流制御手段は、制御ブロックの線形性などに基づく変形により他の形態も存在する。【００４６】
図１４において、異常時電流制御手段３０ｃ（開放相想定電圧整形ｄｑ制御）は、電圧整形手段１０１において、目標ｑ軸電流、モータ回転角度、モータ回転角速度に応じて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電圧整形信号Ｖｕｓ、Ｖｖｓ、Ｖｗｓを発生する。
また、ｄｑ制御手段１００は、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊、モータ回転角度、電流検出回路２２で得られたＵ、Ｖ、Ｗ相の検出電流を受け、通常のｄｑ制御を実行し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相通常電圧指令Ｖｕr、Ｖｖｒ、Ｖｗｒを出力する。
そして、加算器１０２、１０３、１０４において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電圧整形信号Ｖｕｓ、Ｖｖｓ、Ｖｗｓを、通常のｄｑ制御１００より出力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相通常電圧指令Ｖｕｒ、Ｖｖｒ、Ｖｗｒに、それぞれ加算し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電圧指令Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を発生し、ＦＥＴ駆動回路２４に供給する。【００４７】
ｄｑ制御１００について更に詳述する。
二相変換手段Ｂ８６は、電流検出回路２２で得られたＵ、Ｖ、Ｗ相の検出電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄを出力する。
減算器８３と減算器８４はそれぞれ、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊と目標ｄ軸電流Ｉｄ＊（通常は零である）から、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄを減算し、ｑ軸制御器８２とｄ軸制御器８１に供給する。そして、ＰＩ制御など線形要素で構成されるｑ軸制御器８２とｄ軸制御器８１は、それぞれ、ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令を、三相変換手段Ｂ８５に供給する。
三相変換手段Ｂ８５は、ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令を、モータ回転角度に応じて三相変換し、Ｕ、Ｖ、Ｗ相電圧指令Ｖｕｒ、Ｖｖｒ、Ｖｗｒを発生する。【００４８】
次に、電圧整形手段１０１について詳述する。
電圧整形手段１０１は、目標相電流整形手段５０において、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊と、モータ回転角度と、微分手段５１でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じてＶ相目標電流を発生し、符号逆転器５２に供給する。符号逆転器５２はＶ相目標電流に−１を乗算してＷ相目標電流を算出する。二相変換手段Ａ５５は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相目標電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、整形目標ｑ軸電流Ｉｑｒと整形目標ｄ軸電流Ｉｄｒを出力する。
減算器１１２と減算器１１３はそれぞれ、整形目標ｑ軸電流Ｉｑｒと、整形目標ｄ軸電流Ｉｄｒから、目標ｑ軸電流Ｉｑ＊と、目標ｄ軸電流Ｉｄ＊（通常は零である）を減算し、ｑ軸制御器１１１とｄ軸制御器１１０に供給する。そして、ＰＩ制御など線形要素で構成されるｑ軸制御器１１１とｄ軸制御器１１０は、それぞれ、ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令を、三相変換手段１１４に供給する。
三相変換手段１１４は、ｑ軸電圧指令とｄ軸電圧指令を、モータ回転角度に応じて三相変換し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相電圧整形信号Ｖｕｓ、Ｖｖｓ、Ｖｗｓを発生する。
図１４はＵ相に異常が生じた場合の開放相想定電圧整形ｄｑ制御の制御ブロック線図を示しているが、Ｖ、Ｗ相に異常が発生した場合も、同様な開放相想定電圧整形ｄｑ制御が、異常時電流制御手段に備わっており、異常が生じた相によって切り替えることができる。【００４９】
次に、この実施の形態７の効果を述べるために、図１４に示す開放相想定電圧整形ｄｑ制御が、実施の形態６で述べた開放相想定ｄｑ制御と等価であることを説明する。
図１４のｄ軸制御器８１、１１０、ｑ軸制御器８２、１１１は、その入出力関係において重ね合わせの原理が成り立つ線形要素である。
また、三相変換手段Ａ１１４、三相変換手段Ｂ８５も、モータ回転角度を要素内の時変パラメータとみなすと、ｄｑ軸信号から３相信号までの入出力関係は、重ね合わせの原理が成り立ち、線形要素と言える。従って、これらの要素の出力において加算・減算をしても、入力において加算・減算をしても等価であることを考慮すると、加算器１０２、１０３、１０４における三相変換手段Ａ１１４、三相変換手段Ｂ８５の出力の加算を、ｄ軸制御器８１、１１０、ｑ軸制御器８２、１１１の入力における加算に置き換えて、ｄ軸制御器、ｑ軸制御器、三相変換手段を共通にすることができる。この操作によって、図１４に示す開放相想定電圧整形ｄｑ制御が、図１３に示す開放相想定ｄｑ制御と等価であることが理解できる。【００５０】
以上のように、図１４のように構成された開放相想定電圧整形ｄｑ制御の異常時電流制御手段３０ｃは、図１３のように構成された開放相想定ｄｑ制御の異常時電流制御手段３０ｂと等価なものであり、従って、実施の形態６と同じ効果が得られるものである。【００５１】
実施の形態８．
図１５、図１６はこの発明の実施の形態８を示すもので、上記実施の形態で示したこの発明の電動機制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した一例を示すものである。なお、電動パワーステアリング装置が３相ブラシレスモータを備えている場合を例に説明するが、この発明は、多相交流により回転駆動する電動機を動力とする他の装置に対しても使用することができるものである。
図１５はこの発明の実施の形態８による電動パワーステアリング装置の概略構成図である。図１５において、図示しない運転者からステアリングホイール１に加えられた操舵力は、ステアリングシャフト２を通り、ラック・ピニオンギヤ１２を介して、ラックに伝達され、車輪３、４を転舵させる。Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相の巻線を備えたブラシレスモータ５（以下モータとも言う）は、モータ減速ギア７を介してステアリングシャフト２と連結している。モータから発生するモータトルク（以下補助力とも言う）は、モータ減速ギア７を介してステアリングシャフト２に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵力を軽減する。
トルクセンサ８は、運転者がステアリングホイール１を操舵することによりステアリングシャフト２に加わった操舵力を検出する。コントローラユニット９は、トルクセンサ８で検出した操舵力に応じて、モータ５が付与する補助力の方向と大きさを決定し、この補助力を発生させるべく電源１１からモータに流れる電流を制御する。なお、６は、モータの回転角度を検出するモータ角度センサである。【００５２】
図１６は、コントローラユニット９の構成を示すブロック図である。
図１６において、コントローラユニット９は、モータトルクの目標値に相当するモータ駆動電流指令（以下目標ｑ軸電流とも言う）を算出するマップ２０と、電動機制御装置１０で構成される。電動機制御装置１０は、モータの回転角度を検出するモータ角度センサ６からの信号を受け、モータ回転角度検出回路２１によりモータの回転角度を算出する。
また、電流検出回路２２により、モータの各相に流れる電流を算出する。
出力すべきモータトルクをあらかじめ記憶しているマップ２０は、トルクセンサ８で検出した操舵力に応じたモータトルクの方向と大きさを決定し、モータ駆動電流指令を算出する。電流制御手段２３は、モータ駆動電流指令、各相の検出電流、モータ回転角度に応じて３相電圧指令を決定する。ＦＥＴ駆動回路２４は、この３相電圧指令をＰＷＭ変調してインバータ２５へＦＥＴ駆動を指示する。インバータ２５はＦＥＴ駆動信号を受けてチョッパ制御を実現し、電源から供給される電力により、モータ５の各相に電流を流す。
各相に流れるこの電流によって、モータによる補助力が発生する。
この電動機制御装置１０は、例えば、実施の形態１で示したものであり、異常時電流制御手段３０ａにおいて、開放相想定三相個別制御を実行し、単位目標相電流発生手段７１において、図５のトルク方向対応駆動方式を実行する。【００５３】
ここで、電動パワーステアリング装置における１相断線異常時の問題点について説明する。
実施の形態１においても述べたが、図７で示すように、１相断線異常時は、どのような制御を行ってもモータトルクが必ず零になるモータ回転角度があるので、トルクリップルが大きく、正常時のモータの動作に近づけることが難しいという問題がある。このため、補助力が振動的であるので、運転者が感じる違和感が大きい。そして、このモータトルクが零になる回転角度の近傍で、モータ回転角速度が零になり電動機の回転が停止してしまうと、外部から力を加えて回転させない限りモータトルクが発生しないという問題がある。このとき、運転者が操舵力を大きくして、モータを回転させるまで、モータによる補助力が発生しないので、運転者が感じる違和感が大きい。【００５４】
一方、上記のように構成された電動パワーステアリング装置によれば、モータやインバータの１相に異常が生じた場合、電流制御手段２３において、正常時電流制御手段の代わりに異常時電流制御手段によって電流制御を継続することで、モータからモータトルクの出力を継続させることができ、運転者の感じる違和感を小さくすることができる。
また、異常時電流制御手段において、図３の開放相想定三相個別制御を使用することによって、モータやインバータの１相に電流が流れない異常状態に適した電流制御ができる。
すなわち、実施の形態１において述べたように、例えばＵ相断線異常時には、必要最低限の電圧でＶ相Ｗ相間の電位差を供給でき、効率的である。
また、開放相想定三相個別制御を使用すれば、単位目標相電流の形状を工夫し調整することによって、各相の目標電流の形状、モータトルクの形状を指定できるので、前述したモータトルクが零に陥る問題を解決できるなど、正常時のモータの動作に近づけることができ、運転者の感じる違和感を小さくできる。すなわち、
単位目標相電流発生手段７１において、図５で示すトルク方向対応駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータの回転の加速度を大きくし、モータトルクが零になるモータ回転角度に停止せずに回転させることができるので、モータによる補助力が停止する現象を防止でき、運転者の感じる違和感を小さくできる。【００５５】
なお、以上述べたこの実施の形態８における電動機制御装置１０は、実施の形態１で示したものであったが、代わりに、実施の形態３の電動機制御装置を用いて、単位目標相電流発生手段７１において、図１０で示す逆正弦波駆動方式を用いても良い。
これによって、モータトルク形状を、図１０（ｂ）のように台形状にすることができ、図７（ｂ）で示す正弦波駆動を用いた通常のｄｑ制御時のモータトルクに比較して、トルクリップルの振幅を小さくできる。【００５６】
また、実施の形態１の電動機制御装置を用いる代わりに、実施の形態４の電動機制御装置を用いて、単位目標相電流発生手段７１において、図１１で示す回転方向対応駆動方式を用いても良い。
これによって、モータトルクとモータ回転角速度の方向が一致している場合、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転を加速できるので、モータによる補助力が停止する現象を防止でき、運転者の感じる違和感を小さくできる。【００５７】
さらに、実施の形態１の電動機制御装置を用いる代わりに、実施の形態５の電動機制御装置を用いて、単位目標相電流発生手段７１において、図１２で示す加速度回転方向対応駆動方式を用いても良い。
この場合も、モータトルクとモータ回転角速度の方向が一致している場合、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転を加速でき、さらに、加速度の大きさが小さい時には、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転をさらに加速できる。従って、モータによる補助力が停止する現象を防止でき、運転者の感じる違和感を小さくできる。【００５８】
なおまた、実施の形態１の電動機制御装置を用いる代わりに、実施の形態２の電動機制御装置を用いて、異常時電流制御手段において、開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段３０ｄを実行してもよいし、実施の形態６の電動機制御装置を用いて、異常時電流制御手段において、開放相想定ｄｑ制御の異常時電流制御手段３０ｂを実行してもよい。
さらには、実施の形態１の電動機制御装置を用いる代わりに、実施の形態７の電動機制御装置を用いて、異常時電流制御手段において、開放相想定電圧整形ｄｑ制御の異常時電流制御手段３０ｃを実行してもよい。
いずれの場合においても、図３に示す開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段３０aと、同様の効果が得られるものである。【００５９】
実施の形態９．
前述した、実施の形態１〜５においては、実際のモータ回転角度と、検出したモータ回転角度の間に誤差がないものについて説明したが、実際のモータ回転角度と検出したモータ回転角度に誤差が存在する場合は、図１８に示すように、モータトルクが零になるモータ回転角度の近傍で、要求するモータトルクの方向と逆向きのモータトルクが発生する可能性がある。
図１８は、検出角度が実際の角度よりも小さい値であるという誤差が存在する場合であり、この誤差を含んだ検出角度に応じて電流を流すと、真のモータ回転角度に対して、意図しない電流になる。逆向きのモータトルクが発生する理由は、モータトルクが零になるモータ回転角度の近傍で、モータ回転角度誤差のために誤って、そのモータ回転角度(真値)で本来流すべき電流方向と逆向きの電流を流すことになるためである。
この逆向きのモータトルクの影響で、要求する方向のモータトルクが発生できない期間が続く現象が発生し易くなる。
この発明の実施の形態９は、このような問題を解決するものである。【００６０】
図１９は、この発明の実施の形態９による、単位目標相電流と、モータ回転角度（検出値）との関係を示す波形の一例である。図１９（ａ）は、目標ｑ軸電流が正の場合、図１９（ｂ）は、目標ｑ軸電流が負の場合をそれぞれ示している。
すなわち、この実施の形態９においては、単位目標相電流を、モータトルクが零になるモータ回転検出角度の近傍、たとえば、実施の形態１で説明した図５で示す方式において単位目標相電流の値を零とするモータ回転検出角度の近傍で、目標ｑ軸電流の方向に応じて、単位目標相電流の値を零とする領域をある幅を持って設定するものである。【００６１】
この実施の形態９によると、実際のモータ回転角度と検出したモータ回転角度に誤差が存在する場合においても、モータトルクが零になるモータ回転角度の近傍で、要求するモータトルクの方向と逆向きのモータトルクが発生することなく、要求する方向のモータトルクが発生できない期間が続く現象を防止することができる。
なお、この実施の形態９では、実施の形態１で説明した図５で示す単位目標相電流に零の領域を付加しているが、上記実施の形態３〜５の何れの形態に対しても、同様な手段を適用でき、同様な効果を得ることができるものである。【００６２】
実施の形態１０．
図２０は、この発明の実施の形態１０による異常時電流制御手段３０eの制御ブロック線図である。
この実施の形態１０の異常時電流制御手段３０eは、例えば、実施の形態１で説明した図３で示す異常時電流制御手段３０aに、目標ディザー電流整形手段２００を加えたものであって、目標電流整形手段５０の出力するＶ相目標電流に、目標ディザー電流整形手段２００の出力するＶ相目標ディザー電流を、加算器２０１で加算し、この加算された出力信号を新たにＶ相目標電流とするようにしたものである。  
目標ディザー電流整形手段２００は、目標ｑ軸電流とモータ回転角度に応じて、振動的な信号を生成し、Ｖ相目標ディザー電流として出力する。V相目標ディザー電流は、例えば、正弦波、三角波、矩形波などを使用し、その振幅を目標ｑ軸電流に比例させ、位相をモータ回転角度に依存させたものである。
この実施の形態１０の異常時電流制御手段によると、Ｖ相目標ディザー電流により、モータトルクに微小振動を重畳することができる。そのため、モータ回転角速度に微小振動が生じ、モータ回転を停止し難くできるので、モータトルクが零になる期間が続く現象を防ぐことができる。【００６３】
なお、他のＶ相目標ディザー電流の形状として次のような例も挙げられる。
振幅が目標ｑ軸電流に比例し、位相が時間依存の正弦波状の信号と、図１０（ａ）で示した逆正弦波状の信号を掛け合わした信号を、Ｖ相目標ディザー電流として使用する。
このＶ相目標ディザー電流によると、振幅がｑ軸目標電流に比例し位相が時間依存の正弦波に近い形状のモータトルク振動をモータトルクに重畳することができる。
つまり、重畳して発生させたいモータトルク振動（目標ディザートルク）に比例する信号と、図１０（ａ）で示した逆正弦波状の信号を掛け合わした信号を、V相目標ディザー電流として使用すると、希望したモータトルク振動（目標ディザートルク）に近い形状のモータトルク振動をモータトルクに重畳することができる。【００６４】
なお、この実施の形態１０の上記説明では、目標ディザー電流整形手段２００を、実施の形態１で説明した図３で示す異常時電流制御手段３０aに付加したものについて説明したが、実施の形態２から実施の形態７で示した異常時電流制御手段においても、同様に、目標相電流整形手段５０の出力信号に目標ディザー電流整形手段２００の出力信号を加算することにより、同様な効果を得ることができる。【００６５】
実施の形態１１．
図２１は、この発明の実施の形態１１による異常時電流制御手段３０ｆの制御ブロック線図である。
この実施の形態１１の異常時電流制御手段３０ｆは、ｄｑ制御手段１００と、目標ディザー電流整形手段２００、目標電圧変換手段２１０、加算器２２０、２２１、２２２からなり、目標ディザー電流整形手段２００が出力するＶ相目標ディザー電流を、目標電圧変換手段２１０で三相ディザー電圧指令に変換し、ｄｑ制御手段１００が出力する三相電圧指令と、目標電圧変換手段２１０が出力する三相ディザー電圧指令を加算器２２０、２２１、２２２で加算した出力信号を、新たに異常時三相電圧指令とすることを特徴とする。
目標ディザー電流整形手段２００は、目標ｑ軸電流とモータ回転角度に応じて、振動的な信号を生成し、Ｖ相目標ディザー電流として出力する。
目標電圧変換手段２１０は、Ｖ相目標ディザー電流を、例えば、１相異常時のモータ回路方程式の逆モデルにより、三相の電圧値に変換する。【００６６】
この実施の形態１１の異常時電流制御手段によると、モータトルクに微小振動を重畳することができる。そのため、モータ回転角速度に微小振動が生じ、モータ回転が停止し難くできるので、モータトルクが零になる期間が続く現象を防ぐことができる。
なお、目標ディザー電流整形手段２００は、上記実施の形態１０で説明した目標ディザー電流整形手段と同様なものが使用でき、同様なモータトルク振動を重畳することができる。【００６７】
なお、上述した各実施の形態１〜１１において、モータの結線方法は、スター結線、デルタ結線のどちらでも同様な効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】この発明の実施の形態１による電動機制御装置の全体構成を示す概略ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１における電流制御手段の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１における異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。
【図４】この発明の実施の形態１における目標相電流整形手段の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１における単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。
【図６】従来のｄｑ制御とこの発明の実施の形態１における制御方式の相電圧比較図である。
【図７】正弦波駆動を用いた通常のｄｑ制御における、１線断線異常時の相電流とモータトルクの波形図である。
【図８】この発明の実施の形態１における単位目標相電流の形状の一例を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２による異常時電流手段の制御ブロック線図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態６による異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。
【図１４】この発明の実施の形態７による異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。
【図１５】この発明の実施の形態８による電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態８におけるコントローラユニットの構成を示すブロック図である。
【図１７】この発明に用いられる正常時電流制御手段の一例を示す制御ブロック線図である。
【図１８】モータ回転角度の検出誤差による逆方向トルクの発生を説明するための説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態９による、単位目標相電流と、モータ回転角度（検出値）との関係を示す波形の一例を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態１０による異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。
【図２１】この発明の実施の形態１１による異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。
【符号の説明】
【００６９】
５：モータ  １０：電動機制御装置  ２１：モータ回転角度検出回路  
２２：電流検出回路  ２３：電流制御手段  ２４：ＦＥＴ駆動回路
２５：インバータ  ３０：異常電流制御手段  ３１：正常時制御手段
３２：異常判定手段  ３３：切替え手段。
【図１】
0004498353.tif 000002
【図２】
0004498353.tif 000003
【図３】
0004498353.tif 000004
【図４】
0004498353.tif 000005
【図５】
0004498353.tif 000006
【図６】
0004498353.tif 000007
【図７】
0004498353.tif 000008
【図８】
0004498353.tif 000009
【図９】
0004498353.tif 000010
【図１０】
0004498353.tif 000011
【図１１】
0004498353.tif 000012
【図１２】
0004498353.tif 000013
【図１３】
0004498353.tif 000014
【図１４】
0004498353.tif 000015
【図１５】
0004498353.tif 000016
【図１６】
0004498353.tif 000017
【図１７】
0004498353.tif 000018
【図１８】
0004498353.tif 000019
【図１９】
0004498353.tif 000020
【図２０】
0004498353.tif 000021
【図２１】
0004498353.tif 000022