特開 2023-128493 モータ制御装置及びモータ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023128493

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】モータ制御装置及びモータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/22 20160101AFI20230907BHJP

【ＦＩ】

H02P21/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022032866

(22)【出願日】2022-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】510123839

【氏名又は名称】ニデックモビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100155712

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 尚

(72)【発明者】

【氏名】山中 智哉

(72)【発明者】

【氏名】松川 二郎

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE41

5H505EE49

5H505EE55

5H505GG04

5H505HA09

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ17

5H505JJ24

5H505JJ28

5H505KK06

5H505LL01

5H505LL22

(57)【要約】

【課題】モータの出力トルクに対するモータの回転速度の影響を抑制することが可能なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置は、目標トルク決定部と、Ｉｄ決定部（５２２）と、Ｉｑ決定部（５２４）と、制御部と、を備えている。Ｉｄ決定部（５２２）は、モータの回転速度（ω）と、目標トルク（Ｔ_ｒ１）と、モータの回転速度（ω）及び目標トルク（Ｔ_ｒ１）に対してｄ軸電流指令値（Ｉ_ｄ１）を予め対応付けた情報とに基づいて、ｄ軸電流指令値（Ｉ_ｄ１）を決定する。Ｉｑ決定部（５２４）は、ｄ軸電流指令値（Ｉ_ｄ１）、目標トルク（Ｔ_ｒ１）、及び所定の関係式に基づいて、ｑ軸電流指令値（Ｉ_ｑ１）を決定する。制御部は、ｄ軸電流指令値（Ｉ_ｄ１）及びｑ軸電流指令値（Ｉ_ｑ１）に基づいて、モータの駆動を制御する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの目標とするトルクである目標トルクを決定する目標トルク決定部と、
前記モータの回転速度と、前記目標トルク決定部により決定された目標トルクと、前記モータの回転速度及び前記目標トルクに対して前記モータのｄ軸の電流指令値であるｄ軸電流指令値を予め対応付けた情報とに基づいて、前記モータの前記ｄ軸電流指令値を決定する第１決定部と、
前記第１決定部により決定されたｄ軸電流指令値、前記目標トルク決定部により決定された前記目標トルク、及び所定の関係式に基づいて、前記モータのｑ軸の電流指令値であるｑ軸電流指令値を決定する第２決定部と、
前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値に基づいて、前記モータの駆動を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。

【請求項2】

前記モータに流れるｄ軸の電流値であるｄ軸電流値、及び前記モータに流れるｑ軸の電流値であるｑ軸電流値に基づいて、前記モータのｄ軸のインダクタンス値及びｑ軸のインダクタンス値を決定する第３決定部を更に備え、
前記第２決定部は、前記ｄ軸のインダクタンス値、及び前記ｑ軸のインダクタンス値に基づいて、前記ｑ軸電流指令値を決定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記回転速度に応じて、同じ振幅の電流で最大の前記トルクが出力されるように制御する最大トルク制御と、負方向の前記ｄ軸電流指令値を前記最大トルク制御よりも大きくする弱め界磁制御とを切り替えて、前記モータの駆動を制御し、
前記情報における前記ｄ軸電流指令値は、前記ｄ軸電流指令値をＩ_ｄ１、逆起電力係数をＫ_ｅ、前記ｄ軸のインダクタンス値をＬ_ｄ、前記ｑ軸のインダクタンス値をＬ_ｑ、前記前記モータに流れるｑ軸の電流値をＩ_ｑ、前記モータの制限電圧値をＶｍ、前記回転速度の値をωとした場合、
前記最大トルク制御時には、以下の式（１）を用いることにより求められ、
前記弱め界磁制御時には、以下の式（２）を用いることにより求められることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

【数1】

【数2】

【請求項4】

前記第２決定部は、
前記ｑ軸電流指令値をＩ_ｑ、前記目標トルクの値をＴ_ｒ１、前記モータの永久磁石のＮ極及びＳ極からなる磁極対の数をＰ_ｎ、逆起電力係数をＫ_ｅ、前記ｄ軸のインダクタンス値をＬ_ｄ、前記ｑ軸のインダクタンス値をＬ_ｑ、前記ｄ軸電流指令値をＩ_ｄ１とすると、以下の式（３）を用いることにより、前記ｑ軸電流指令値を決定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

【数3】

【請求項5】

前記ｑ軸電流指令値が所定の範囲内でない場合、前記ｑ軸電流指令値を前記所定の範囲内の値とすることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

前記制御部には、車両のステアリングホイールの操作に伴って生じる操舵トルクの値、及び、前記車両の速度である車速値が入力され、
前記目標トルク決定部は、入力された前記操舵トルクの値、及び前記車速値に基づいて、前記目標トルクを決定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

【請求項7】

モータの目標とするトルクである目標トルクを決定する目標トルク決定ステップと、
前記モータの回転速度と、前記目標トルク決定ステップにて決定された目標トルクと、前記モータの回転速度及び前記目標トルクに対して前記モータのｄ軸の電流指令値であるｄ軸電流指令値を予め対応付けた情報とに基づいて、前記モータの前記ｄ軸電流指令値を決定するｄ軸電流指令値決定ステップと、
前記ｄ軸電流指令値決定ステップにて決定されたｄ軸電流指令値、前記目標トルク決定ステップにて決定された前記目標トルク、及び所定の関係式に基づいて、前記モータのｑ軸の電流指令値であるｑ軸電流指令値を決定するｑ軸電流指令値決定ステップと、
前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値に基づいて、前記モータの駆動を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とするモータ制御方法。

【請求項8】

前記モータに流れるｄ軸の電流値、及びｑ軸の電流値に基づいて、前記モータのｄ軸のインダクタンス値であるｄ軸インダクタンス値、及びｑ軸のインダクタンス値であるｑ軸インダクタンス値を決定するインダクタンス値決定ステップを更に含み、
前記ｑ軸電流指令値決定ステップでは、前記インダクタンス値決定ステップにて決定した前記ｄ軸インダクタンス値、及び前記ｑ軸インダクタンス値に基づいて、前記ｑ軸電流指令値を決定することを特徴とする請求項７に記載のモータ制御方法。

【請求項9】

前記ｑ軸電流指令値決定ステップでは、前記ｑ軸電流指令値が所定の範囲内でない場合、前記ｑ軸電流指令値を前記所定の範囲内の値とすることを特徴とする請求項８に記載のモータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ駆動を制御するモータ制御装置、及びモータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、同期モータの制御においては、高精度化、高効率化、及び高出力化といった要求がある。特許文献１の同期モータでは、トルク指令に対して、予め設定されたデータテーブルを用いて、トルク効率が最大となるｄ軸電流指令を算出する。そして、トルク指令とｄ軸電流指令とから同期モータのトルク式を用いて、ｑ軸電流指令を算出し直すことで、出力トルクを高精度で制御し、同期モータを高効率で制御することを可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－０８８２３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、車両などに搭載されたバッテリを用いてモータを駆動する場合、バッテリに定められた定格電流または定格電圧により、モータの回転速度によっては所望のトルクが出力できないことがある。これは、モータの回転時に発生する誘導起電力の作用によって、ステータコイルに印加された電圧が低減し、ステータコイルに流れる電流がｑ軸電流指令値よりも小さくなることによる。

【0005】

このため、特許文献１のように、トルク指令のみによってｄ軸電流指令値を決定する場合、モータの出力として要求されるトルク指令に対して出力トルクが低下してしまうことで、モータの回転速度によっては所望のトルクが出力できない場合があるという課題がある。

【0006】

本発明は、モータの出力トルクに対するモータの回転速度の影響を抑制することが可能なモータ制御装置、及びモータ制御方法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】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るモータ制御装置は、モータの目標とするトルクである目標トルクを決定する目標トルク決定部と、前記モータの回転速度と、前記目標トルク決定部により決定された目標トルクと、前記モータの回転速度及び前記目標トルクに対して前記モータのｄ軸の電流指令値であるｄ軸電流指令値を対応付けた情報とに基づいて、前記モータの前記ｄ軸電流指令値を決定する第１決定部と、前記第１決定部により決定されたｄ軸電流指令値、前記目標トルク決定部により決定された前記目標トルク、及び所定の関係式に基づいて、前記モータのｑ軸の電流指令値であるｑ軸電流指令値を決定する第２決定部と、前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値に基づいて、前記モータの駆動を制御する制御部と、を備える。

【0008】

本発明の一態様に係るモータ制御方法では、モータの目標とするトルクである目標トルクを決定する目標トルク決定ステップと、前記モータの回転速度と、前記目標トルク決定ステップにて決定された目標トルクと、前記モータの回転速度及び前記目標トルクに対して前記モータのｄ軸の電流指令値であるｄ軸電流指令値を予め対応付けた情報とに基づいて、前記モータの前記ｄ軸電流指令値を決定するｄ軸電流指令値決定ステップと、前記ｄ軸電流指令値決定ステップにて決定されたｄ軸電流指令値、前記目標トルク決定ステップにて決定された前記目標トルク、及び所定の関係式に基づいて、前記モータのｑ軸の電流指令値であるｑ軸電流指令値を決定するｑ軸電流指令値決定ステップと、前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値に基づいて、前記モータの駆動を制御する制御ステップと、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、モータの出力トルクに対するモータの回転速度の影響を抑制することが可能なモータ制御装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係るＥＣＵを備えた電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す図である。

【図2】図１のＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。

【図3】図２の制御部の電気的構成を示すブロック図である。

【図4】ＥＣＵによるモータの制御方法を示す図である。

【図5】図３のｄｑ軸目標電流決定部の電気的構成を示すブロック図である。

【図6】モータの回転速度及び目標トルクとｄ軸電流指令値との対応関係を示すマップ情報を示すグラフである。

【図7】モータの回転速度に応じたモータの制御の切替えを示すグラフである。

【図8】ｑ軸電流値毎のｄ軸電流値とｄ軸インダクタンス値との対応関係を示すグラフである。

【図9】ｄ軸電流毎のｑ軸電流値とｑ軸インダクタンス値との対応関係を示すグラフである。

【図10】ｑ軸電流指令値のリミット処理に関するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置ついて、図１～図１０を参照して説明する。本実施形態では、本発明のモータ制御装置を、電動パワーステアリングシステム１００のＥＣＵ（Electronic Control Unit）１に適用した場合について説明する。

【0012】

図１は、ＥＣＵ１を備えた電動パワーステアリングシステム１００の概略構成を示す図である。図１に示すように、電動パワーステアリングシステム１００は、ＥＣＵ１と、操舵機構２と、アシスト機構３と、電源５０と、トルクセンサ６０と、車速センサ７０とを備えている。

【0013】

操舵機構２は、ステアリングホイール１１と、ステアリングシャフト１２と、ラックシャフト１３と、ラックアンドピニオン機構１４とを有している。操舵機構２は、運転者のステアリングホイール１１の操作に基づいて、ラックシャフト１３の両端にタイロッド１５を介して連結された左右の車輪１６を転舵させるための機構である。

【0014】

ステアリングシャフト１２は、ステアリングホイール１１に固定され、ステアリングホイール１１の回転軸となる。ステアリングシャフト１２は、コラムシャフト１２ａと、インターミディエイトシャフト１２ｂと、ピニオンシャフト１２ｃとを有している。

【0015】

コラムシャフト１２ａは、ステアリングホイール１１と連結されている。インターミディエイトシャフト１２ｂは、コラムシャフト１２ａの下端部に連結されている。ピニオンシャフト１２ｃは、インターミディエイトシャフト１２ｂの下端部に連結されている。

【0016】

ラックシャフト１３は、ステアリングシャフト１２の下端部に、ラックアンドピニオン機構１４を介して連結されている。運転者のステアリングホイール１１の操作に伴って、ステアリングシャフト１２が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構１４を介して、ラックシャフト１３の軸方向の往復直線運動に変換される。

【0017】

ラックシャフト１３の往復直線運動は、ラックシャフト１３の両端に連結されたタイロッド１５を介して、車輪１６に伝達される。これにより、車輪１６の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

【0018】

アシスト機構３は、運転者のステアリングホイール１１の操作を補助するための機構であり、モータ３０を有している。モータ３０は、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の内部永久磁石（ＩＰＭ：Internal Permanent Magnet）同期モータである。内部永久磁石同期モータは、３相のステータコイルと、永久磁石が埋め込まれた回転子とを有して構成される。モータ３０の回転軸３１は、減速機構３２を介してコラムシャフト１２ａに連結されている。モータ３０は、ＥＣＵ１と一体化されて構成される。なお、ＥＣＵ１は、モータ３０と別体として設けられていてもよい。

【0019】

アシスト機構３では、モータ３０の回転軸３１の回転力が、減速機構３２によりコラムシャフト１２ａに伝達され、インターミディエイトシャフト１２ｂ及びピニオンシャフト１２ｃを介して、ラックシャフト１３を軸方向に往復直線運動させる力に変換される。このラックシャフト１３に付与される軸方向の力が、アシスト力となって車輪１６の転舵角を変化させる。

【0020】

モータ３０には、ＥＣＵ１が接続されている。ＥＣＵ１には、トルクセンサ６０、及び車速センサ７０が接続されている。トルクセンサ６０は、コラムシャフト１２ａに設けられている。トルクセンサ６０は、運転者のステアリングホイール１１の操作に基づいて、ステアリングシャフト１２に生じる操舵トルクＴ_ｒを検出し、検出した操舵トルクＴ_ｒをＥＣＵ１へ出力する。

【0021】

車速センサ７０は、車両の走行速度である車速ｖを検出し、検出した車速ｖをＥＣＵ１へ出力する。ＥＣＵ１は、トルクセンサ６０、車速センサ７０、及び角速度センサ８０（図２参照）等からの検出結果に基づいて、後述するように、ベクトル制御によりモータ３０に供給される電流を制御することで、モータ３０の出力トルクＴ_ｒ２を制御する。

【0022】

電動パワーステアリングシステム１００は、ＥＣＵ１によりモータ３０の駆動を制御することで、モータ３０を回転させて得られた力を、減速機構３２を介してステアリングシャフト１２に加えることを可能とするシステムである。電動パワーステアリングシステム１００により、運転者の操舵をアシストすることができ、車輪１６にかかる外力に起因するステアリングホイール１１の振動を抑制することもできる。

【0023】

［ＥＣＵ１の電気的構成］
次に、ＥＣＵ１の電気的構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、ＥＣＵ１の電気的構成を示すブロック図である。図３は、制御部５の電気的構成を示すブロック図である。

【0024】

ＥＣＵ１は、図２に示すように、制御部５と、インバータ回路２０と、遮断回路４０とを備えている。

【0025】

図２に示すように、ＥＣＵ１には、トルクセンサ６０、車速センサ７０、角速度センサ８０、及びメモリ９０が電気的に接続されている。制御部５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）からなり、トルクセンサ６０、車速センサ７０、及び角速度センサ８０等の検出結果に基づいて、インバータ回路２０を及び遮断回路４０を制御する。

【0026】

インバータ回路２０は、インバータ駆動部２１と、ブリッジ回路２２とを有している。インバータ駆動部２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号により、ブリッジ回路２２の駆動を制御する。

【0027】

ブリッジ回路２２は、モータ３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応したＵ相回路Ｃｕ、Ｖ相回路Ｃｖ、Ｗ相回路Ｃｗを並列に接続して構成されている。ブリッジ回路２２は、電源ラインＬｈを経由して電源５０の正極側に接続され、グランドラインＬｌを経由して電源５０の負極側に接地されている。電源５０は、電源ラインＬｈを介して、インバータ回路２０に直流電源を供給する。電源５０は、例えば、二次電池（バッテリー）である。

【0028】

Ｕ相回路Ｃｕは、第１半導体スイッチング素子Ｑｕｈ及び第２半導体スイッチング素子Ｑｕｌが直列に接続されている。Ｖ相回路Ｃｖは、第３半導体スイッチング素子Ｑｖｈ及び第４半導体スイッチング素子Ｑｖｌが直列に接続されている。Ｗ相回路Ｃｗは、第５半導体スイッチング素子Ｑｗｈ及び第６半導体スイッチング素子Ｑｗｌが直列に接続されている。第１～第６の半導体スイッチング素子Ｑｕｈ、Ｑｖｈ、Ｑｗｈ、Ｑｕｌ、Ｑｖｌ、Ｑｗｌは、ＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）である。

【0029】

インバータ駆動部２１は、ブリッジ回路２２のＵ相回路Ｃｕ、Ｖ相回路Ｃｖ、及びＷ相回路Ｃｗに、ＰＷＭ信号を出力することにより、第１～第６半導体スイッチング素子Ｑｕｈ、Ｑｖｈ、Ｑｗｈ、Ｑｕｌ、Ｑｖｌ、Ｑｗｌのオン及びオフを制御する。

【0030】

インバータ駆動部２１の高電位側には、第１半導体スイッチング素子Ｑｕｈ、第３半導体スイッチング素子Ｑｖｈ、及び第５半導体スイッチング素子Ｑｗｈが接続されている。インバータ駆動部２１の低電位側には、第２半導体スイッチング素子Ｑｕｌ、第４半導体スイッチング素子Ｑｖｌ、及び第６半導体スイッチング素子Ｑｗｌが接続されている。なお、高電位側に設けられた半導体スイッチング素子を上流の半導体スイッチング素子、低電位側に設けられた半導体スイッチング素子を下流の半導体スイッチング素子ともいう。

【0031】

第１半導体スイッチング素子Ｑｕｈ、第３半導体スイッチング素子Ｑｖｈ、及び第５半導体スイッチング素子Ｑｗｈの各々のドレインＤは、電源ラインＬｈ側に接続されている。電源ラインＬｈと電源５０との間には、コンデンサＣと、リレーＲｙが設けられている。リレーＲｙは、電源５０からインバータ回路２０への給電経路を開閉するリレーである。

【0032】

第１半導体スイッチング素子ＱｕｈのソースＳは、第２半導体スイッチング素子ＱｕｌのドレインＤに接続されている。第３半導体スイッチング素子ＱｖｈのソースＳは、第４半導体スイッチング素子ＱｖｌのドレインＤに接続されている。第５半導体スイッチング素子ＱｗｈのソースＳは、第６半導体スイッチング素子ＱｗｌのドレインＤに接続されている。また、第２半導体スイッチング素子Ｑｕｌ、第４半導体スイッチング素子Ｑｖｌ、及び第６半導体スイッチング素子Ｑｗｌの各々のソースＳは、グランドラインＬｌ側に接続されている。

【0033】

第２半導体スイッチング素子ＱｕｌのソースＳとグランドとの間には、モータ３０のＵ相に流れる電流値Ｉｕを検出する第１電流検出器Ｒｕが設けられている。第４半導体スイッチング素子Ｑｖｌとグランドとの間には、モータ３０のＶ相に流れる電流値Ｉｖを検出する第２電流検出器Ｒｖが設けられている。第６半導体スイッチング素子Ｑｗｌとグランドとの間には、モータ３０のＷ相に流れる電流値Ｉｗを検出する第３電流検出器Ｒｗが設けられている。

【0034】

第１電流検出器Ｒｕにより検出されたＵ相の電流値Ｉｕ、第２電流検出器Ｒｖにより検出されたＶ相の電流値Ｉｖ、及び第３電流検出器Ｒｗにより検出されたＷ相の電流値Ｉｗを、インバータ駆動部２１へ出力する。

【0035】

第１半導体スイッチング素子Ｑｕｈと第２半導体スイッチング素子Ｑｕｌとの接続点ｊ１は、遮断回路４０を介して、モータ３０のＵ相に接続されている。第３半導体スイッチング素子Ｑｖｈと第４半導体スイッチング素子Ｑｖｌとの接続点ｊ２は、遮断回路４０を介して、モータ３０のＶ相に接続されている。第５半導体スイッチング素子Ｑｗｈと第６半導体スイッチング素子Ｑｗｌとの接続点ｊ３は、遮断回路４０を介して、モータ３０のＷ相に接続されている。

【0036】

遮断回路４０は、インバータ回路２０とモータ３０との間の通電を遮断するための回路である。遮断回路４０は、遮断回路駆動部４１を有している。遮断回路駆動部４１は、制御部５からの制御信号及び角速度センサ８０による検出結果に基づいて、第１遮断用半導体スイッチング素子Ｚｕ、第２遮断用半導体スイッチング素子Ｚｖ、及び第３遮断用半導体スイッチング素子Ｚｗのオン及びオフを制御する。

【0037】

第１遮断用半導体スイッチング素子Ｚｕ、第２遮断用半導体スイッチング素子Ｚｖ、及び第３遮断用半導体スイッチング素子Ｚｗの各ソースは、それぞれ接続点ｊ１、ｊ２、ｊ３に接続されている。第１遮断用半導体スイッチング素子Ｚｕ、第２遮断用半導体スイッチング素子Ｚｖ、及び第３遮断用半導体スイッチング素子Ｚｗの各ドレインは、それぞれモータ３０のＵ相、Ｖ相、及びＷ相に接続される。

【0038】

遮断回路駆動部４１は、インバータ回路２０の各相とモータ３０の各相との間を、通電又は遮断する。なお、第１遮断用半導体スイッチング素子Ｚｕ、第２遮断用半導体スイッチング素子Ｚｖ、及び第３遮断用半導体スイッチング素子Ｚｗのように、３つの遮断用半導体スイッチング素子を設けることに限らず、２つであってもよい。この場合、２つの遮断用半導体スイッチング素子をオンにすることで、モータ３０を通電状態にすることが可能である。

【0039】

角速度センサ８０は、モータ３０の回転軸３１の回転角度θを検出する。角速度センサ８０は、例えば、ＭＲセンサ等の磁気センサである。角速度センサ８０は、検出した回転軸３１の回転角度θの時間的変化を算出することに基づいて、回転軸３１の回転速度ωを検出する。回転角度θおよび回転速度ωは、種々の公知の方法により検出可能である。角速度センサ８０は、検出した回転角度θ及び回転速度ωを、ＥＣＵ１の制御部５へ出力する。

【0040】

メモリ９０には、各種制御プログラムや、各種データが記憶されている。ＥＣＵ１の制御部５は、入力された操舵トルクＴ_ｒ、車速ｖ、回転速度ω、及び回転角度θ等に基づいて、インバータ駆動部２１を介してブリッジ回路２２を制御することにより、モータ３０の駆動を制御する。

【0041】

［ＥＣＵによるモータの制御方法］
次に、ＥＣＵ１によるモータ３０の制御方法ついて、図３～図１０も参照して詳しく説明する。制御部５は、図３に示すように、目標トルク決定部５１と、ｄｑ軸目標電流決定部５２と、検出電流変換部５３と、電流制御部５４と、電圧変換部５５とを有している。

【0042】

図４に示すように、ＥＣＵ１は、目標トルク決定ステップ（Ｓ１）と、ｄ軸電流指令値決定ステップ（Ｓ２）と、インダクタンス値決定ステップ（Ｓ３）と、ｑ軸電流指令値ステップ（Ｓ４）と、制御ステップ（Ｓ５）とを、順に行う。

【0043】

Ｓ１において、目標トルク決定部５１は、車速センサ７０から出力される車速ｖと、トルクセンサ６０から出力される操舵トルクＴ_ｒに基づいて、モータ３０に発生させる目標トルクＴ_ｒ１を決定する。具体的には、目標トルク決定部５１は、例えば、車速ｖが高い時には、車速ｖが低い時よりも、目標トルクＴ_ｒ１が小さくなるように、目標トルクＴ_ｒ１を決める。

【0044】

また、検出電流変換部５３は、角速度センサ８０から出力される回転角度θに基づいて、インバータ駆動部２１から出力される３相の電流値を、ｄｑ座標系の２相に変換する。即ち、検出電流変換部５３は、Ｕ相の電流値Ｉｕ、Ｖ相の電流値Ｉｖ、及びＷ相の電流値Ｉｗを、ｄ軸の電流値であるｄ軸電流値Ｉ_ｄ、及びｑ軸の電流値であるｑ軸電流値Ｉ_ｑに変換する。検出電流変換部５３により変換されたｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑは、ｄｑ軸目標電流決定部５２及び電流制御部５４へ出力される。

【0045】

続いて、ｄｑ軸目標電流決定部５２は、目標トルク決定部５１により決定された目標トルクＴ_ｒ１、角速度センサ８０から出力される回転速度ω、検出電流変換部５３から出力されるｄ軸電流値Ｉ_ｄ、及びｑ軸電流値Ｉ_ｑに基づいて、ｄ軸の電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１を決定する（Ｓ２）。その後、ｄｑ軸目標電流決定部５２は、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１を決定する（Ｓ４）。ｄｑ軸目標電流決定部５２により決定されたｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１及びｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１は、電流制御部５４へ出力される。ｄｑ軸目標電流決定部５２によるｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１及びｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１の具体的な決定方法については後述する。

【0046】

次に、電流制御部５４は、入力されたｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑと、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１及びｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１との偏差を算出する。そして、電流制御部５４は、算出した偏差が０に近付くように、ＰＩ（比例積分）制御を行うことによって、ｄｑ座標系の２相の電圧指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ１及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ１を算出して電圧変換部５５へ出力する。

【0047】

電圧変換部５５は、角速度センサ８０から出力される回転角度θに基づいて、２相のｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ１及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ１を、モータ３０の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電圧指令値に変換する。即ち、電圧変換部５５は、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ１及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ１を、Ｕ相の電圧指令値Ｖｕ_１、Ｖ相の電圧指令値Ｖｖ_１、Ｗ相の電圧指令値Ｖｗ１に変換し、変換した各相の電圧指令値Ｖｕ_１、Ｖｖ_１、Ｖｗ_１を、インバータ駆動部２１に出力する。

【0048】

ここで、図３のｄｑ軸目標電流決定部５２について、図５を参照して説明する。図５に示すように、ｄｑ軸目標電流決定部は、ＡＢＳ（Absolute）２１と、Ｉｄ決定部５２２と、インダクタンス決定部５２３と、Ｉｑ決定部５２４と、Ｉｑリミット決定部５２５、Ｉｑ制限部５２６とを有している。

【0049】

ＡＢＳ５２１には、角速度センサ８０により検出されたモータ３０の回転速度ωが入力される。ＡＢＳ５２１は、入力された回転速度ωの絶対値｜ω｜を、Ｉｄ決定部５２２に出力する。Ｉｄ決定部５２２には、モータ３０の回転速度ωの絶対値｜ω｜と、目標トルク決定部５１により決定された目標トルクＴ_ｒ１が入力される。

【0050】

Ｉｄ決定部５２２は、Ｓ２において、回転速度ω及び目標トルクＴ_ｒ１と、予め設定された回転速度ω及び目標トルクＴ_ｒ１とｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１との対応関係を示す情報（以下、マップ情報）に基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１を決定する第１決定部である。

【0051】

ここで、図６は、回転速度ω及び目標トルクＴ_ｒ１とｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１との対応関係を示すマップ情報をグラフで例示したものである。当該マップ情報は、予めメモリ９０に保存されている。Ｉｄ決定部５２２は、具体的には、入力された目標トルクＴ_ｒ１の値に最も近い目標トルクに対して設定された対応関係のうち、入力された回転速度ωに対応したｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１を求める。

【0052】

なお、本実施形態においては、上述したように、回転速度ωの絶対値｜ω｜をパラメータとする。これにより、モータ３０の回転方向が逆方向であっても、正方向と同一の対応関係を用いてｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１を決定することが可能となり、メモリ９０においてマップ情報が占める容量を抑制することが可能となる。

【0053】

本実施形態では、モータ３０の回転速度ωが大きくなると誘導起電力の影響が大きくなることを考慮して、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１として負の電流を加えることで、誘導起電力の影響を抑え、モータ３０の出力トルクＴ_ｒ２に対するモータ３０の回転速度ωの影響を抑制する。

【0054】

ここで、回転速度ω及び目標トルクＴ_ｒ１とｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１との対応関係について、図７を参照して詳しく説明する。図７は、モータ３０の回転速度ωに応じたモータ３０の制御の切替えを示すグラフである。図７に示すように、本実施形態では、ＥＣＵ１の制御部５は、モータ３０の回転速度ωに応じて、ＭＴＰＡ（Maximum Torque Per Ampere）制御（最大トルク／電流制御）と、ＦＷ（Flux Weakening）制御（弱め界磁制御）とを切り替える。ＭＴＰＡ制御は、モータ３０に同じ振幅の電流で最大の出力トルクＴ_ｒ２が得られるようにする制御である。ＭＴＰＡ制御は、最大トルク制御とも称する。ＦＷ制御は、負方向のｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１をＭＴＰＡ制御よりも強める、即ち大きくする制御である。

【0055】

具体的には、ＥＣＵ１は、モータ３０の回転速度ωが、基底回転速度ω_０以下である場合、ＭＴＰＡ制御を行う。また、ＥＣＵ１は、モータ３０の回転速度ωが基底回転速度ω_０よりも大きく、ＭＴＰＡ制御時の出力限界回転速度ω_１以下である場合、目標トルクＴ_ｒ１に応じて、ＭＴＰＡ制御とＦＷ制御とを切り替える。

【0056】

ＭＴＰＡ制御時には、以下に示す式（１）に基づき、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１を求める。式（１）において、Ｋ_ｅは逆起電力係数、Ｌ_ｑはｑ軸のインダクタンス値、Ｌ_ｄはｄ軸のインダクタンス値を示す。

【数1】

【0057】

一方、ＥＣＵ１は、モータ３０の回転速度ωが、出力限界回転速度ω_１よりも大きい場合にＦＷ制御を行う。ＦＷ制御時には、以下に示す式（２）に基づき、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１を求める。式（２）において、Ｖｍは、モータ３０の規格により定められた制限電圧値を示す。

【数2】

【0058】

このようにして、上記した式（１）及び式（２）に基づいて、モータ３０の回転速度ω毎にＩ_ｄを求めることにより、図６のグラフを作成することができる。

【0059】

図５に戻り、インダクタンス決定部５２３には、検出電流変換部５３から、ｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑが入力される。Ｓ３において、インダクタンス決定部５２３は、入力されたｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑと、予め定められたｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑとｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄとの対応関係とに基づいて、ｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄを決定する。更に、インダクタンス決定部５２３は、入力されたｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑと、予め定められたｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑとｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑとの対応関係とに基づいて、ｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑを決定する。インダクタンス決定部５２３は、第３決定部である。

【0060】

図８は、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ毎のｄ軸電流値Ｉ_ｄとｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄとの対応関係を示すグラフである。ｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑとｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄとの対応関係において、各電流値が高いほど、ｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄが小さくなる。図９は、ｄ軸電流値Ｉ_ｄ毎のｑ軸電流値Ｉ_ｑとｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑとの対応関係を示すグラフである。ｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑとｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑとの対応関係において、各電流値が高いほど、ｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑが小さくなる。

【0061】

Ｉｑ決定部５２４には、目標トルクＴ_ｒ１、及びＩｄ決定部５２２により決定されたｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１が入力される。また、インダクタンス決定部５２３には、インダクタンス決定部５２３により決定されたｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄ、及びｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑが入力される。

【0062】

Ｓ４において、Ｉｑ決定部５２４は、目標トルクＴ_ｒ１、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１、ｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄ、及びｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑを、以下の式（３）に代入することにより、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１を決定する第２決定部である。式（３）において、Ｐｎは、モータ３０の永久磁石のＮ極及びＳ極からなる磁極対の数を示す。Ｋ_ｅは、逆起電力係数を示す。

【0063】

【数3】

【0064】

Ｉｑリミット決定部５２５は、以下の式（４）を用いることにより、Ｉｑリミットを決定する。ここで、Ｉ_{ｑ＿ｌｉｍ}は、ｑ軸電流値Ｉ_ｑのリミット値である（図１０参照）。Ｉ_{ｄｑ＿ｌｉｍ}は、予め規格で設定されたモータ３０に流すことが許容される最大電流値である。ｄ軸電流値Ｉ_ｄは、Ｉｄ決定部５２２により決定されたｄ軸電流指令値である。

【0065】

【数4】

【0066】

Ｉｑ制限部５２６は、Ｉｑ決定部５２４により決定されたｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１の値が、所定の範囲内か否かを判定する。「所定の範囲」とは、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１が、－Ｉ_{ｑ＿ｌｉｍ}以上であり、Ｉ_{ｑ＿ｌｉｍ}以下となる範囲である。Ｉ_{ｑ＿ｌｉｍ}は、予め定められた値である。Ｉｑ制限部は５２６は、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１が所定の範囲内でないと判定した場合、ｑ軸電流指令値を、所定の範囲の値であるリミット値Ｉ_{ｑ＿ｌｉｍ}とする。

【0067】

一方、Ｉｑ制限部５２６は、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１が所定の範囲内であると判定した場合、ｑ軸電流指令値をＳ４にて決定されたＩ_ｑ１とする。Ｉｑ制限部５２６は、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１またはリミット値Ｉ_{ｑ＿ｌｉｍ}を、電流制御部５４へ出力する。

【0068】

図３に戻り、電流制御部５４には、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１及びｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１が入力される。制御部５の電流制御部５４は、図４において、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１及びｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１に基づいて、以下に示すように、インバータ駆動部２１を介して、モータ３０の駆動を制御する（Ｓ５：制御ステップ）。

【0069】

電流制御部５４には、検出電流変換部５３により変換されたｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑが入力される。電流制御部５４は、ｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑと、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１及びｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１との偏差を算出して、算出した偏差が０に近付くように、ＰＩ（比例積分）制御を行う。そして、電流制御部５４は、ｄｑ座標系の２相の電圧指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ１及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ１を算出し、電圧変換部５５へ出力する。

【0070】

電圧変換部５５は、角速度センサ８０から出力される回転角度θに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ１及びｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ１を、Ｕ相の電圧指令値Ｖｕ_１、Ｖ相の電圧指令値Ｖｖ_１、Ｗ相の電圧指令値Ｖｗ_１に変換し、変換した各相の電圧指令値Ｖｕ_１、Ｖｖ_１、Ｖｗ_１を、インバータ駆動部２１に出力する。インバータ駆動部２１は、図２に示すように、制御部５からの各電圧指令値Ｖｕ_１、Ｖｖ_１、Ｖｗ_１に基づいて、ブリッジ回路２２を介して、モータ３０の駆動を制御する。

【0071】

このようにして、ＥＣＵ１により、図７に示すように、モータ３０の回転速度ωに応じて、ＭＴＰＡ制御とＦＷ制御とを切り替えながらモータ３０の駆動を制御することによって、モータ３０の限界回転速度をω_１からω_２に上昇させ、モータ３０の回転速度ωの変化に伴う出力トルクＴ_ｒ２の低下を抑制することを可能としている。

【0072】

〔実施形態の効果〕
以上説明したように、本実施形態のＥＣＵ１では、目標トルクＴ_ｒ１に加えてモータ３０の回転速度ωを取得することによって、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１を決定する（Ｓ２：ｄ軸電流指令値決定ステップ）。そして、目標トルクＴ_ｒ１、及びＳ２にて決定したｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ１に基づいて、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１を決定する（Ｓ４：ｑ軸電流決定ステップ）。これにより、モータ３０の回転に伴って発生する誘導起電力の影響によって、目標トルクＴ_ｒ１に対して出力トルクＴ_ｒ２が低下することを抑制できる。従って、出力トルクＴ_ｒ２に対するモータ３０の回転速度ωの影響を抑制することができる。

【0073】

また、ＥＣＵ１は、モータ３０に流れるｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑに基づいて、モータ３０のｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄ、及びｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑを決定する（Ｓ３：インダクタンス値決定ステップ）。そして、Ｉｑ決定部５２４は、ｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄ及びｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑを用いることで、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１を決定する（Ｓ４）。これにより、モータ３０に実際に流れるｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑを用いることで、ｄ軸インダクタンス値Ｌ_ｄ及びｑ軸インダクタンス値Ｌ_ｑを正確に算出できる。

【0074】

また、Ｉｑ制限部５２６により、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１が所定の範囲内でない場合、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１をリミット値Ｉ_ｑ＿limとする。これにより、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ１が、電源５０の規格値よりも高い電流指令値となることによって、結果として、ｄ軸及びｑ軸に所望の電流が流れないという現象が発生することを防止できる。

【0075】

本実施形態では、モータ３０は、内部永久磁石同期モータであるので、マグネットトルクとリラクタンストルクとの２種類の利用することにより、弱め界磁制御を容易に行うことができる。

【0076】

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、モータ３０とステアリングシャフト１２との間に配置されるものとしたが、これに限定されない。例えば、モータ３０とラックアンドピニオン機構１４との間に減速機構３２を配置し、減速機構３２を介して、モータ３０の力をラックアンドピニオン機構１４に伝達させることで、操舵アシストを行ってもよい。

【0077】

また、上記実施形態では、目標トルク決定部５１は、車速ｖ及び操舵トルクＴ_ｒに基づいて、目標トルクＴ_ｒ１を決定するものとしたが、これに限定されない。例えば、目標トルク決定部５１は、目標操舵角及び操舵角を用いて、目標トルクＴ_ｒ１を決定してもよい。

【0078】

また、上記実施形態では、式（１）及び式（２）に基づいて、図６のグラフを作成するものとしたが、これに限らず、予め実際にモータ３０を駆動させる実験を行った結果に基づいて、図６のグラフを作成してもよい。

【0079】

また、上記実施形態では、本発明のモータ制御装置を、電動パワーステアリングシステム１００のＥＣＵ１に適用した場合について説明したが、これに限らず、ステアリングホイール１１と車輪１６との間の動力伝達が分離されたステアバイワイヤシステムや自動運転システムにおけるモータ制御装置として、適用することもできる。

【0080】

また、上記実施形態では、モータ３０として、内部永久磁石同期モータを用いるものとしたが、これに限らず、例えばシンクロナスリラクタンスモータを用いてもよい。

【0081】

本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0082】

１ ＥＣＵ
５ 制御部
２０ インバータ回路
２１ インバータ駆動部
２２ ブリッジ回路
３０ モータ
５０ 電源
５１ 目標トルク決定部
５２ ｄｑ軸目標電流決定部
５２２ Ｉｄ決定部
５２３ インダクタンス決定部
５２４ Ｉｑ決定部
５２６ Ｉｑ制限部
６０ トルクセンサ
７０ 車速センサ
８０ 角速度センサ
１００ 電動パワーステアリングシステム
Ｔ_ｒ 操舵トルク
Ｔ_ｒ１ 目標トルク
Ｔ_ｒ２ 出力トルク
ω 回転速度
ｖ 車速

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】