ホーム > 特許ランキング > 株式会社ジェイテクト
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-06
(45)【発行日】2022-04-14
(54)【発明の名称】モータ制御装置
(51)【国際特許分類】
H02P 25/22 20060101AFI20220407BHJP
H02P 25/092 20160101ALI20220407BHJP
H02P 21/06 20160101ALI20220407BHJP
【ＦＩ】
H02P25/22
H02P25/092
H02P21/06
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018063982
(22)【出願日】2018-03-29
(65)【公開番号】P2019176657
(43)【公開日】2019-10-10
【審査請求日】2021-02-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】110002310
【氏名又は名称】特許業務法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】奥村 繁一
(72)【発明者】
【氏名】須増 寛
【審査官】池田 貴俊
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－１３８４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１４９９０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３１２８０９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２５／２２
Ｈ０２Ｐ ２５／０９２
Ｈ０２Ｐ ２１／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
突極性を有するロータを共有する複数系統のステータコイルを備えるモータを制御するためのモータ制御装置であって、前記複数系統のステータコイルへの通電をそれぞれ制御する複数の制御部を含み、
各制御部が、対応する自系統のステータコイル以外の他系統のステータコイルが生成する磁束による干渉成分を除去するように自系統のステータコイルへの通電を制御する系統間非干渉制御を実行し、
各制御部は、
対応する自系統のステータコイルへの通電のための基本駆動値を生成する基本駆動値生成手段と、
前記系統間非干渉制御のための系統間非干渉制御量を演算する系統間非干渉制御量演算手段と、
前記基本駆動値を前記系統間非干渉制御量で補正して駆動値を生成する補正手段と、を含み、
前記補正手段が生成する駆動値を用いて、対応する自系統へのステータコイルへの通電を制御し、
前記基本駆動値生成手段は、基本ｄ軸電圧指令値および基本ｑ軸電圧指令値を生成するものであり、
前記系統間非干渉制御量演算手段は、前記ロータの突極差と、他系統のｄ軸電流の総和と、前記ロータの回転角速度との積により、自系統の基本ｑ軸電圧指令値を補正するための系統間非干渉制御量を求める、モータ制御装置。
【請求項2】
各制御部は、自系統のｄ軸およびｑ軸の間の非干渉制御のための軸間非干渉制御量を演算する軸間非干渉制御量演算手段をさらに含み、前記補正手段は、前記基本ｄ軸電圧指令値および前記基本ｑ軸電圧指令値を前記軸間非干渉制御量および前記系統間非干渉制御量で補正してｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を生成する、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
突極性を有するロータを共有する複数系統のステータコイルを備えるモータを制御するためのモータ制御装置であって、
前記複数系統のステータコイルへの通電をそれぞれ制御する複数の制御部を含み、
各制御部が、対応する自系統のステータコイル以外の他系統のステータコイルが生成する磁束による干渉成分を除去するように自系統のステータコイルへの通電を制御する系統間非干渉制御を実行し、
前記モータがＮ系統（Ｎは２以上の自然数）の前記ステータコイルを備えており、
第ｋ系統（ｋ＝１，２，…，Ｎ）に対応した前記制御部は、
第ｋ系統のステータコイルへの通電のための第ｋ系統基本ｄ軸電圧指令値および第ｋ系統基本ｑ軸電圧指令値を生成する第ｋ系統基本駆動値生成手段と、
第ｋ系統に対応して、下記式（Ａ）のｄ軸非干渉制御量ｖ0dkおよび下記式（Ｂ）のｑ軸非干渉制御量ｖ0qkを演算する第ｋ系統非干渉制御量演算手段と、
前記第ｋ系統基本ｄ軸電圧指令値および前記第ｋ系統基本ｑ軸電圧指令値を前記ｄ軸非干渉制御量ｖ0dkおよびｑ軸非干渉制御量ｖ0qkでそれぞれ補正して、第ｋ系統ｄ軸電圧指令値および第ｋ系統ｑ軸電圧指令値を生成する第ｋ系統補正手段と、を含み、
前記第ｋ系統補正手段が生成する第ｋ系統ｄ軸電圧指令値および第ｋ系統ｑ軸電圧指令値を用いて、前記第ｋ系統のステータコイルへの通電を制御する、モータ制御装置。
【数1】
【請求項4】
前記モータが、シンクロナスリラクタンスモータである、請求項１～３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、突極性を有するロータを共有する複数系統のステータコイルを備えるモータを制御するためのモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ブラシレスモータは、ロータと、回転磁界を形成するステータとを含む。電動モータの制御のために適用されるｄｑ座標系は、ロータの回転軸線まわりに回転する回転座標系である。ｄ軸は、ロータの界磁の磁束方向に沿う座標軸であり、ｑ軸はｄ軸に対して電気角で９０度位相のずれた座標軸である。ロータに永久磁石を備えないリラクタンスモータの場合には、磁束の通り易い突極方向にｄ軸が定義され、磁束の通り難い方向（電気角で９０度位相のずれた方向）にｑ軸が定義される。
【0003】
一般的なモータの電圧方程式は、下記式（１）および式（２）で与えられる。ｖｄはｄ軸電圧、ｖqはｑ軸電圧、ｉdはｄ軸電流、ｉqはｑ軸電流、Ｒaはステータコイルの電気抵抗、ｖ0dはｄ軸誘起電圧、ｖ0qはｑ軸誘起電圧をそれぞれ表す。ｄ軸およびｑ軸の誘起電圧ｖ0d，ｖ0qは、それぞれ、下記式（３）および式（４）で表される。ωは、ロータの角速度、Ｌdはｄ軸インダクタンス、Ｌqはｑ軸インダクタンス、Ψaはロータの界磁による電機子鎖交磁束を表す。ロータに永久磁石が備えられないリラクタンスモータの場合には、Ψa＝０であるので、ｑ軸誘起電圧ｖ0qは下記式（４ａ）のとおりとなる。
【0004】
【数1】
【0005】
ｄ軸誘起電圧ｖ0dはｑ軸電流値ｉqに依存し、ｑ軸誘起電圧ｖ0qはｄ軸電流値ｉdに依存するので、軸間の干渉が生じ、これにより、制御精度（とくに追従性）の向上が妨げられる。そこで、たとえば、特許文献１に示されているような非干渉制御が実行される。
非干渉制御は、ｄ軸誘起電圧およびｑ軸誘起電圧による干渉項をフィードフォワード的に除去する補償制御である。具体的には、下記式（５）および式（６）で示すとおりであり、ｄ軸およびｑ軸の基本駆動電圧指令値ｖd′，ｖq′を、各式第２項の非干渉制御量で補正することによって、ｄ軸およびｑ軸のための駆動電圧指令値ｖd，ｖqが求められる。これらの駆動電圧指令値ｖd，ｖqを用いてステータコイルへの通電制御が行われる。リラクタンスモータにおいては、Ψa＝０であるので、ｑ軸駆動電圧指令値ｖqは、下記式（６ａ）で与えられることになる。
非干渉制御は、ｄ軸誘起電圧およびｑ軸誘起電圧による干渉項をフィードフォワード的に除去する補償制御である。具体的には、下記式（５）および式（６）で示すとおりであり、ｄ軸およびｑ軸の基本駆動電圧指令値ｖd′，ｖq′を、各式第２項の非干渉制御量で補正することによって、ｄ軸およびｑ軸のための駆動電圧指令値ｖd，ｖqが求められる。これらの駆動電圧指令値ｖd，ｖqを用いてステータコイルへの通電制御が行われる。リラクタンスモータにおいては、Ψa＝０であるので、ｑ軸駆動電圧指令値ｖqは、下記式（６ａ）で与えられることになる。
【0006】
【数2】
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１３－１３３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
リラクタンスモータは、永久磁石を備えない構造であるため、リラクタンストルクのみがロータから出力される。そのため、同じ体格の永久磁石モータと比較すると、出力トルクが小さい。
そこで、本件発明者は、複数系統のステータコイルを有するリラクタンスモータの構造について研究している。たとえば、２系統のステータコイルを備えることによって、２個のモータを直結した場合と同等のトルクを出力できる。
そこで、本件発明者は、複数系統のステータコイルを有するリラクタンスモータの構造について研究している。たとえば、２系統のステータコイルを備えることによって、２個のモータを直結した場合と同等のトルクを出力できる。
【0009】
さらに、本件発明者は、複数系統の同相ステータコイルを集合配置することにより、或る他の系統のステータコイルがロータに与えた磁束を他の系統のステータコイルに鎖交させ、それにより、トルク出力の増加を図ることを検討している。この場合、或る系統のステータコイルがロータに与える磁束は、他の系統のステータコイルにとっては、あたかもロータに永久磁石が備えられているような効果を生む。すなわち、各系統は、リラクタンストルクに加えて、他の系統のステータコイルがロータに与える磁束を利用した擬似的なマグネットトルクをロータに与えることができる。それにより、出力トルクの増加を図ることができる。
【0010】
ところが、このような構造のリラクタンスモータでは、複数系統のステータコイルがロータを共有しているために、系統間の干渉が生じる。この系統間干渉のために、制御性（とくに追従性）が損なわれる。
このような課題は、リラクタンスモータの場合だけでなく、リラクタンストルクを利用するモータにおける共通の課題である。すなわち、複数系統のステータコイルにより突極性のロータを共有する構造のモータには、同様の課題がある。
このような課題は、リラクタンスモータの場合だけでなく、リラクタンストルクを利用するモータにおける共通の課題である。すなわち、複数系統のステータコイルにより突極性のロータを共有する構造のモータには、同様の課題がある。
【0011】
特許文献１は、軸間の非干渉制御を開示しているが、複数系統のステータコイルを備えるモータについての開示がなく、むろん複数系統のステータコイルによってロータを共有する場合の系統間干渉の問題についても全く触れられていない。
そこで、この発明の一つの目的は、複数系統のステータコイルが突極性のロータを共有する構造のモータの制御性を向上することができるモータ制御装置を提供することである。
そこで、この発明の一つの目的は、複数系統のステータコイルが突極性のロータを共有する構造のモータの制御性を向上することができるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
この発明の一実施形態は、突極性を有するロータ（３０）を共有する複数系統のステータコイル（Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２）を備えるモータ（Ｍ）を制御するためのモータ制御装置（１２）であって、前記複数系統のステータコイルへの通電をそれぞれ制御する複数の制御部（６１，６２）を含み、各制御部が、対応する自系統のステータコイル以外の他系統のステータコイルが生成する磁束による干渉成分を除去するように自系統のステータコイルへの通電を制御する系統間非干渉制御を実行する、モータ制御装置を提供する。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。
【0013】
この発明の一実施形態では、各制御部が、対応する自系統のステータコイルへの通電のための基本駆動値を生成する基本駆動値生成手段（７１ｄ，７１ｑ，７２ｄ，７２ｑ，９１ｄ，９１ｑ，９２ｄ，９２ｑ）と、前記系統間非干渉制御のための系統間非干渉制御量を演算する系統間非干渉制御量演算手段（１７１，１７２，２１１，２１２）と、前記基本駆動値を前記系統間非干渉制御量で補正して駆動値を生成する補正手段（１８１，１８２，１９１，１９２）と、を含み、前記補正手段が生成する駆動値を用いて、対応する自系統へのステータコイルへの通電を制御する。
【0014】
この構成により、系統間干渉成分を予め除去した駆動値を用いて各系統のステータコイルへの通電が制御されるフィードフォワード的な補償制御によって、系統間干渉を回避できる。それにより、制御性を向上できる。
この発明の一実施形態では、前記系統間非干渉制御量演算手段は、他系統のステータコイルが前記ロータに与える磁束と、前記ロータの回転角速度とを用いて、前記系統間非干渉制御量を演算する。
この発明の一実施形態では、前記系統間非干渉制御量演算手段は、他系統のステータコイルが前記ロータに与える磁束と、前記ロータの回転角速度とを用いて、前記系統間非干渉制御量を演算する。
【0015】
この構成により、系統間非干渉制御量を適切に求めることができるので、系統間干渉を確実に回避でき、それに応じて制御性を向上できる。
この発明の一実施形態では、前記基本駆動値生成手段は、基本ｄ軸電圧指令値および基本ｑ軸電圧指令値を生成するものであり、前記系統間非干渉制御量演算手段は、前記ロータの突極差と、他系統のｄ軸電流の総和と、前記ロータの回転角速度との積により、自系統の基本ｑ軸電圧指令値を補正するための系統間非干渉制御量を求める。
この発明の一実施形態では、前記基本駆動値生成手段は、基本ｄ軸電圧指令値および基本ｑ軸電圧指令値を生成するものであり、前記系統間非干渉制御量演算手段は、前記ロータの突極差と、他系統のｄ軸電流の総和と、前記ロータの回転角速度との積により、自系統の基本ｑ軸電圧指令値を補正するための系統間非干渉制御量を求める。
【0016】
この構成により、系統間非干渉制御量を一層適切に求めることができるので、系統間干渉を一層確実に回避でき、それに応じて制御性を向上できる。
この発明の一実施形態では、前記基本駆動値生成手段は、基本ｄ軸電圧指令値および基本ｑ軸電圧指令値を生成するものであり、各制御部は、自系統のｄ軸およびｑ軸の間の非干渉制御のための軸間非干渉制御量を演算する軸間非干渉制御量演算手段（２０１，２０２）をさらに含み、前記補正手段は、前記基本ｄ軸電圧指令値および前記基本ｑ軸電圧指令値を前記軸間非干渉制御量および前記系統間非干渉制御量で補正してｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を生成する。
この発明の一実施形態では、前記基本駆動値生成手段は、基本ｄ軸電圧指令値および基本ｑ軸電圧指令値を生成するものであり、各制御部は、自系統のｄ軸およびｑ軸の間の非干渉制御のための軸間非干渉制御量を演算する軸間非干渉制御量演算手段（２０１，２０２）をさらに含み、前記補正手段は、前記基本ｄ軸電圧指令値および前記基本ｑ軸電圧指令値を前記軸間非干渉制御量および前記系統間非干渉制御量で補正してｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を生成する。
【0017】
この構成によれば、系統間干渉のみならず、軸間干渉をも回避できる。それにより、制御性をさらに向上できる。
この発明の一実施形態では、前記モータがＮ系統（Ｎは２以上の自然数）の前記ステータコイルを備えており、第ｋ系統（ｋ＝１，２，…，Ｎ）に対応した前記制御部は、第ｋ系統のステータコイルへの通電のための第ｋ系統基本ｄ軸電圧指令値および第ｋ系統基本ｑ軸電圧指令値を生成する第ｋ系統基本駆動値生成手段（７１ｄ，７１ｑ，７２ｄ，７２ｑ，９１ｄ，９１ｑ，９２ｄ，９２ｑ）と、第ｋ系統に対応して、下記式（Ａ）のｄ軸非干渉制御量ｖ0dkおよび下記式（Ｂ）のｑ軸非干渉制御量ｖ0qkを演算する第ｋ系統非干渉制御量演算手段（１７１，１７２）と、前記第ｋ系統基本ｄ軸電圧指令値および前記第ｋ系統基本ｑ軸電圧指令値を前記ｄ軸非干渉制御量ｖ0dkおよびｑ軸非干渉制御量ｖ0qkでそれぞれ補正して、第ｋ系統ｄ軸電圧指令値および第ｋ系統ｑ軸電圧指令値を生成する第ｋ系統補正手段（１８１，１８２，１９１，１９２）と、を含み、前記第ｋ系統補正手段が生成する第ｋ系統ｄ軸電圧指令値および第ｋ系統ｑ軸電圧指令値を用いて、前記第ｋ系統のステータコイルへの通電を制御する。
この発明の一実施形態では、前記モータがＮ系統（Ｎは２以上の自然数）の前記ステータコイルを備えており、第ｋ系統（ｋ＝１，２，…，Ｎ）に対応した前記制御部は、第ｋ系統のステータコイルへの通電のための第ｋ系統基本ｄ軸電圧指令値および第ｋ系統基本ｑ軸電圧指令値を生成する第ｋ系統基本駆動値生成手段（７１ｄ，７１ｑ，７２ｄ，７２ｑ，９１ｄ，９１ｑ，９２ｄ，９２ｑ）と、第ｋ系統に対応して、下記式（Ａ）のｄ軸非干渉制御量ｖ0dkおよび下記式（Ｂ）のｑ軸非干渉制御量ｖ0qkを演算する第ｋ系統非干渉制御量演算手段（１７１，１７２）と、前記第ｋ系統基本ｄ軸電圧指令値および前記第ｋ系統基本ｑ軸電圧指令値を前記ｄ軸非干渉制御量ｖ0dkおよびｑ軸非干渉制御量ｖ0qkでそれぞれ補正して、第ｋ系統ｄ軸電圧指令値および第ｋ系統ｑ軸電圧指令値を生成する第ｋ系統補正手段（１８１，１８２，１９１，１９２）と、を含み、前記第ｋ系統補正手段が生成する第ｋ系統ｄ軸電圧指令値および第ｋ系統ｑ軸電圧指令値を用いて、前記第ｋ系統のステータコイルへの通電を制御する。
【0018】
【数3】
【0019】
この構成により、軸間干渉および系統間干渉を回避して、制御性を向上できる。
この発明の一実施形態では、前記モータが、シンクロナスリラクタンスモータである。
シンクロナスリラクタンスモータは、ロータに永久磁石を含まないので、出力トルクは、リラクタンスのみに依存する。この発明の一実施形態のモータ制御装置の制御対象であるシンクロナスリラクタンスモータは、複数系統のステータによってロータが共有されているため、各系統は、他の系統がロータに与える磁束を利用した擬似的なマグネットトルクをロータに与えることができる。それにより、出力トルクの増加を図ることができる。そして、この発明の一実施形態では、系統間干渉を回避することができるので、シンクロナスリラクタンスモータの出力トルクが大きく、かつその制御性に優れたシステムを構築できる。
この発明の一実施形態では、前記モータが、シンクロナスリラクタンスモータである。
シンクロナスリラクタンスモータは、ロータに永久磁石を含まないので、出力トルクは、リラクタンスのみに依存する。この発明の一実施形態のモータ制御装置の制御対象であるシンクロナスリラクタンスモータは、複数系統のステータによってロータが共有されているため、各系統は、他の系統がロータに与える磁束を利用した擬似的なマグネットトルクをロータに与えることができる。それにより、出力トルクの増加を図ることができる。そして、この発明の一実施形態では、系統間干渉を回避することができるので、シンクロナスリラクタンスモータの出力トルクが大きく、かつその制御性に優れたシステムを構築できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】この発明の一実施形態に係るシンクロナスリラクタンスモータを適用可能な電動パワーステアリング装置の概略構成を示す。
【図2】シンクロナスリラクタンスモータの構造例を示す。
【図3A】２系統のステータコイルの配置例を示す。
【図3B】２系統のステータコイルの他の配置例を示す。
【図3C】２系統のステータコイルのさらに他の配置例を示す。
【図3D】２系統のステータコイルのさらに他の配置例を示す。
【図4】シンクロナスリラクタンスモータの一つの系統のモデルを示す。
【図5】シンクロナスリラクタンスモータを駆動するためのモータ制御装置の電気的構成を示す。
【図6】非干渉制御量演算部の構成例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るシンクロナスリラクタンスモータを適用可能な電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵車輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助する操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
図１は、この発明の一実施形態に係るシンクロナスリラクタンスモータを適用可能な電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵車輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助する操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
【0022】
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクは、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１２に入力される。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクは、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１２に入力される。
【0023】
転舵機構４は、ピニオン軸１３と、ラック軸１４とを備えたラックアンドピニオン機構を含む。ラック軸１４の両端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵車輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３の先端には、ラック軸１４に噛合するピニオン１６が連結されている。ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。
【0024】
ステアリングホイール２が操作されて回転されると、その回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵車輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助力（アシストトルク）を発生するための電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを増幅して転舵機構４に伝達するための減速機構とを含む。減速機構は、たとえば、ウォームギヤ機構１９を含む。ウォームギヤ機構１９は、電動モータ１８によって回転されるウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含む。ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６に結合されている。
操舵補助機構５は、操舵補助力（アシストトルク）を発生するための電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを増幅して転舵機構４に伝達するための減速機構とを含む。減速機構は、たとえば、ウォームギヤ機構１９を含む。ウォームギヤ機構１９は、電動モータ１８によって回転されるウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含む。ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６に結合されている。
【0025】
ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１が検出する操舵トルクに応じて電動モータ１８を駆動する。電動モータ１８が発生するトルクがウォームギヤ２０に伝達され、さらに減速されてウォームホイール２１を介してステアリングシャフト６に伝達される。それにより、ステアリングシャフト６にアシストトルクが与えられる。
図２は、電動モータ１８として適用することができるシンクロナスリラクタンスモータの構造例を説明するための図である。
図２は、電動モータ１８として適用することができるシンクロナスリラクタンスモータの構造例を説明するための図である。
【0026】
シンクロナスリラクタンスモータＭは、この実施形態では、三相のモータである。シンクロナスリラクタンスモータＭは、ロータ３０と、ロータ３０を取り囲むように配置されたステータ４０とを含む。ロータ３０は、回転軸線２５まわりに回転可能に設けられている。図２は、回転軸線２５に直交する切断面における断面構造を示している。ただし、図面を簡素化して構造を明瞭に表すために、断面を表すハッチングは省略している。
【0027】
ロータ３０は、ロータコア３１と、ロータ軸３３とを含む。ロータ軸３３は、回転軸線２５に沿って延びるようにロータコア３１の中心部を貫通し、かつロータコア３１に固定されている。ロータコア３１は、中心部に孔３２を有する円形の電磁鋼板が複数枚積層されることによって構成されている。
この実施形態では、ロータ３０は、４極（２極対）を有する。ロータコア３１には、外周側からロータ軸３３に向かって複数層をなすように配置されたフラックスバリア３４が形成されて、フラックスバリア群３５を形成している。ロータコア３１には、周方向に間隔を空けて極数分のフラックスバリア群３５が設けられている。フラックスバリア３４は、この例では、空気層を形成するスリットである。フラックスバリア３４は、回転軸線２５に直交する断面において、ロータ軸３３に向かって凸の弧状に形成されている。
この実施形態では、ロータ３０は、４極（２極対）を有する。ロータコア３１には、外周側からロータ軸３３に向かって複数層をなすように配置されたフラックスバリア３４が形成されて、フラックスバリア群３５を形成している。ロータコア３１には、周方向に間隔を空けて極数分のフラックスバリア群３５が設けられている。フラックスバリア３４は、この例では、空気層を形成するスリットである。フラックスバリア３４は、回転軸線２５に直交する断面において、ロータ軸３３に向かって凸の弧状に形成されている。
【0028】
回転軸線２５から見て、隣接するフラックスバリア群３５の間を通る径方向（ロータコア３１の径方向）には磁束が流れやすいので、この径方向に沿って、二相回転座標系のｄ軸が定義される。また、回転軸線２５から見て、フラックスバリア群３５を構成するフラックスバリア３４の中央を通る径方向（ロータコア３１の径方向）には磁束が通りにくいので、この径方向に沿って、二相回転座標系のｑ軸が定義される。
【0029】
ステータ４０は、回転軸線２５まわりに円筒形状をなす内周面４１を有している。この実施形態では、ステータ４０は、回転軸線２５に直交する断面において、円環形状を有している。以下の説明において、単に「周方向」というときには、円筒形状の内周面４１の周方向をいうものとする。また、単に「径方向」というときには、円筒形状の内周面４１の半径方向をいうものとする。さらに、単に「軸方向」というときには、回転軸線２５に平行な方向をいうものとする。
【0030】
ステータ４０は、ステータコア４２と、複数のステータコイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２とを含む。ステータコア４２は、この実施形態では、円環状の電磁鋼板が回転軸線２５に沿う方向に複数枚積層されて構成されており、全体として筒状のステータコア４２が形成されている。ステータコア４２は、周方向に沿って等間隔に配置された複数のティース部４３と、これらのティース部４３の径方向外側の基端部が結合されたヨーク部４４とを含む。ヨーク部４４は、回転軸線２５に直交する切断面が円環状に形成されている。各ティース部４３は、ヨーク部４４から回転軸線２５に向かって径方向に突出し、かつ軸方向に延びた突条である。換言すれば、複数のティース部４３は、回転軸線２５まわりに放射状に配置され、かつ回転軸線２５に平行に延びている。複数のティース部４３の先端面が、円筒形状の内周面４１を形成している。この内周面４１は、連続した円筒面ではなく、ティース部４３の間に回転軸線２５に平行に延びたスリット４５を有していて、周方向には不連続な円筒形状を形成している。
【0031】
周方向に隣り合うティース部４３の間には、ステータコイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が配置されるスロット４６が形成されている。周方向に一つおきのティース部４３の周方向両側に位置する一対のスロット４６に同相のステータコイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が配置される。ステータコイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の配置は、集中巻および分布巻のいずれであってもよいが、図２には分布巻の例を示す。
【0032】
ステータコイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２に電流が流れることにより、ティース部４３の先端に磁極が発生する。このように、ティース部４３およびその両側の一対のスロット４６に配置される同相のステータコイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２によって、一つの磁極が形成される。そこで、以下の説明では、一つの磁極を形成する一対の同相ステータコイルを便宜的に一つのステータコイルと扱い、また、一対の同相ステータコイルが配置される一対のスロット４６を便宜的に一つのスロットと扱って、ステータコイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の配置を説明する。
【0033】
複数のステータコイルＵ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２は、この実施形態では、２系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１；Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２を含む。第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１は、Ｕ相ステータコイルＵ１と、Ｖ相ステータコイルＶ１と、Ｗ相ステータコイルＷ１とを含む。第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２も同様に、Ｕ相ステータコイルＵ２と、Ｖ相ステータコイルＶ２と、Ｗ相ステータコイルＷ２とを含む。
【0034】
図２では、第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１と第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２とを異なるパターンのハッチングで表してある。ただし、これらのハッチングは、ステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１；Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の断面構造を表すものではなく、それらの配置を明瞭に表すために付したものである。ステータコイル配置を表す他の図面においても同様である。
【0035】
図３Ａ～図３Ｄは、複数のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１；Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の配置例を説明するための図である。ステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１；Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の数は、次式に従って定められる。
ステータコイル数＝ロータ極数×相数×系統数 ……（７）
この実施形態では、ロータ極数が４、相数が３、系統数が２であるので、ステータ４０は、２４個のステータコイルを備えている。
ステータコイル数＝ロータ極数×相数×系統数 ……（７）
この実施形態では、ロータ極数が４、相数が３、系統数が２であるので、ステータ４０は、２４個のステータコイルを備えている。
【0036】
より具体的には、第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１は、４個のＵ相ステータコイルＵ１と、４個のＶ相ステータコイルＶ１と、４個のＷ相ステータコイルＷ１とを含み、これらは、周方向に等間隔で配置されている。第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２は、４個のＵ相ステータコイルＵ２と、４個のＶ相ステータコイルＶ２と、４個のＷ相ステータコイルＷ２とを含み、これらは、周方向に等間隔で配置されている。
【0037】
第１系統の１個のＵ相ステータコイルＵ１と、第２系統の１個のＵ相ステータコイルＵ２とが、集合配置されており、第１Ｕ相ステータコイル群ＵＧ１を形成している。同様に、第１系統の１個のＶ相ステータコイルＶ１と、第２系統の１個のＶ相ステータコイルＶ２とが、集合配置されており、第１Ｖ相ステータコイル群ＶＧ１を形成している。さらに同様に、第１系統の１個のＷ相ステータコイルＷ１と、第２系統の１個のＷ相ステータコイルＷ２とが、集合配置されており、第１Ｗ相ステータコイル群ＷＧ１を形成している。そして、第１Ｕ相ステータコイル群ＵＧ１、第１Ｖ相ステータコイル群ＶＧ１および第１Ｗ相ステータコイル群ＷＧ１が、この順序で、ロータ３０の機械角で９０度の範囲において、周方向に並んで配列されている。
【0038】
同様の配置パターンが周方向に沿って循環的に繰り返されている。すなわち、第１系統の各１個のＵ相ステータコイルＵ１と、第２系統の各１個のＵ相ステータコイルＵ２とが集合配置されて、第２、第３および第４Ｕ相ステータコイル群ＵＧ２，ＵＧ３，ＵＧ４が形成されている。同様に、第１系統の各１個のＶ相ステータコイルＶ１と、第２系統の各１個のＶ相ステータコイルＶ２とが集合配置されて、第２、第３および第４Ｖ相ステータコイル群ＶＧ２，ＶＧ３，ＶＧ４が形成されている。さらに同様に、第１系統の各１個のＷ相ステータコイルＷ１と、第２系統の各１個のＷ相ステータコイルＷ２とが集合配置されて、第２、第３および第４Ｗ相ステータコイル群ＷＧ２，ＷＧ３，ＷＧ４が形成されている。そして、Ｕ相ステータコイル群ＵＧ１，ＵＧ２，ＵＧ３，ＵＧ４、Ｖ相ステータコイル群ＶＧ１，ＶＧ２，ＶＧ３，ＶＧ４およびＷ相ステータコイル群ＷＧ１，ＷＧ２，ＷＧ３，ＷＧ４が、周方向に沿って相順に循環配列されている。
【0039】
「集合配置」とは、周方向に関して集合または集中して配置されていることを意味し、より具体的には、周方向に関して他の相のステータコイルが介在されることなく配置されていることを意味する。より機能的に言えば、「集合配置」とは、一つのステータコイル群に属する一つのステータコイルが、当該ステータコイル群に属する他のステータコイルがロータに与える磁束と鎖交するような接近配置をいう。
【0040】
極数分（この実施形態では４個）のＵ相ステータコイル群ＵＧ１～ＵＧ４は、周方向に等間隔で配置されている。同様に、極数分のＶ相ステータコイル群ＶＧ１～ＶＧ４およびＷ相ステータコイル群ＷＧ１～ＷＧ４は、それぞれ、周方向に等間隔で配置されている。
図３Ａおよび図３Ｂの配置例では、第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１と第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２とが周方向に交互に、すなわち、一定の系統順に並んでいる。それにより、ロータ３０に対する系統間の位置関係が均一になっており、各系統による均一な駆動が可能な配置となっている。
図３Ａおよび図３Ｂの配置例では、第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１と第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２とが周方向に交互に、すなわち、一定の系統順に並んでいる。それにより、ロータ３０に対する系統間の位置関係が均一になっており、各系統による均一な駆動が可能な配置となっている。
【0041】
図３Ａの配置例では、第１系統および第２系統の同相のステータコイルＵ１，Ｕ２；Ｖ１，Ｖ２；Ｗ１，Ｗ２が、周方向に隣り合う別のスロットに配置されている。図３Ｂの配置例では、第１系統および第２系統の同相のステータコイルＵ１，Ｕ２；Ｖ１，Ｖ２；Ｗ１，Ｗ２が、周方向に並べられて、同じスロットに収容されている。前述の図２におけるステータコイルＵ１，Ｕ２；Ｖ１，Ｖ２；Ｗ１，Ｗ２の配置は、図３Ｂの配置例に相当する。
【0042】
図３Ｃおよび図３Ｄの配置例においても、第１系統および第２系統の同相のステータコイルＵ１，Ｕ２；Ｖ１，Ｖ２；Ｗ１，Ｗ２が同じスロットに収容されている。ただし、これらの同相のステータコイルＵ１，Ｕ２；Ｖ１，Ｖ２；Ｗ１，Ｗ２は、径方向に並べられている。すなわち、各スロットにおいて、第１および第２系統の同相のステータコイルＵ１，Ｕ２；Ｖ１，Ｖ２；Ｗ１，Ｗ２の一方が内側に、それらの他方が外側に配置されている。これにより、複数系統のステータコイルを周方向に関して同じ位置に配置して、他の系統のステータコイルがロータ３０に与える磁束を共有しやすい配置となっている。
【0043】
図３Ｃの配置例では、各スロットにおいて、第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１が径方向内側に配置され、第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２が径方向外側に配置されている。むろん、第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１を径方向外側に配置し、第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２を径方向内側に配置してもよい。このように系統順を固定することにより、ロータ３０から各系統のステータコイルまでの距離に応じて、各系統を適切に制御しやすい。
【0044】
図３Ｄの配置例では、周方向に隣り合うスロットにおいて、第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１と第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２との径方向の並び順が反転されている。すなわち、第１系統順の配置と、第２系統順の配置とが周方向に交互に現れる。それにより、周方向の配列に注目すると、第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１と第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２とが交互に、すなわち、一定の系統順で並んでいる。
【0045】
図３Ａおよび図３Ｂの配置例を比較すると、図３Ｂの配置例の方が、同相のステータコイルＵ１，Ｕ２；Ｖ１，Ｖ２；Ｗ１，Ｗ２が周方向に接近している。さらに、図３Ｃおよび図３Ｄの配置例では、同相のステータコイルＵ１，Ｕ２；Ｖ１，Ｖ２；Ｗ１，Ｗ２が周方向に関して同じ位置にある。各同相ステータコイル群ＵＧ１～ＵＧ４，ＶＧ１～ＶＧ４，ＷＧ１～ＷＧ４において、同相ステータコイル同士が周方向に接近しているほど、ロータ３０に与えられた磁束を共有しやすい。そのため、図３Ａの配置よりも図３Ｂの配置の方が、また、図３Ｂの配置よりも図３Ｃおよび図３Ｄの配置の方が出力トルクを増大するうえで有利である。磁束の共有による出力トルク増大の原理については、後述する。
【0046】
さらに、図３Ｃおよび図３Ｄの配置例を比較すると、図３Ｄの配置の方が、ロータ３０から第１系統のステータコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１および第２系統のステータコイルＵ２，Ｖ２，Ｗ２までの距離が均等である。そのため、図３Ｄの配置の方が、第１および第２系統間で駆動力を均等にできる。
図４は、シンクロナスリラクタンスモータＭの一つの系統（たとえば第１系統）のモデルを示す。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータコイルの方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸を取った三相固定座標系（ＵＶＷ座標系）が定義される。一方、ロータ３０の回転中心から外周部に向かって磁束の流れやすい突極方向にｄ軸をとり、ロータ３０の回転中心から外周部に向かって磁束の流れ難い方向にｑ軸を沿った二相回転座標系（ｄｑ座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ３０の回転角（ロータ回転角）θに従う回転座標系である。
図４は、シンクロナスリラクタンスモータＭの一つの系統（たとえば第１系統）のモデルを示す。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータコイルの方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸を取った三相固定座標系（ＵＶＷ座標系）が定義される。一方、ロータ３０の回転中心から外周部に向かって磁束の流れやすい突極方向にｄ軸をとり、ロータ３０の回転中心から外周部に向かって磁束の流れ難い方向にｑ軸を沿った二相回転座標系（ｄｑ座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ３０の回転角（ロータ回転角）θに従う回転座標系である。
【0047】
この実施形態では、ロータ３０の正転方向は、図４における反時計回り方向に対応し、ロータ３０の逆転方向は図４における時計回り方向に対応するものとする。たとえば、ロータ３０の正転方向はステアリングホイール２の左操舵方向に対応し、ロータ３０の逆転方向はステアリングホイール２の右操舵方向に対応する。
ステータコイルが形成する回転磁界を表す電流ベクトルｉaは、ｄ軸に対して電流位相角βをなしている。この実施形態では、ベクトル制御方式によって、電流位相角βが４５度となるようにステータコイルへの通電が制御される。なお、電流位相角βは、４５度～９０度の範囲で任意の角度に設定することができる。
ステータコイルが形成する回転磁界を表す電流ベクトルｉaは、ｄ軸に対して電流位相角βをなしている。この実施形態では、ベクトル制御方式によって、電流位相角βが４５度となるようにステータコイルへの通電が制御される。なお、電流位相角βは、４５度～９０度の範囲で任意の角度に設定することができる。
【0048】
図５は、シンクロナスリラクタンスモータＭを駆動するためのモータ制御装置を構成するＥＣＵ１２の電気的構成を説明するためのブロック図である。ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータ５０と、第１系統駆動回路５１と、第２系統駆動回路５２と、第１系統電流センサ５３と、第２系統電流センサ５４とを含む。第１系統駆動回路５１および第２系統駆動回路５２は、典型的にはインバータ回路である。第１系統電流センサ５３は、第１系統のＵＶＷ各相の電流を検出する３つの電流センサを含む。同様に、第２系統電流センサ５４は、第２系統のＵＶＷ各相の電流を検出する３つの電流センサを含む。各電流センサは、シャント抵抗を含んでいてもよい。シンクロナスリラクタンスモータＭには、ロータ３０の回転位置を検出する位置センサ５５が附属している。位置センサ５５は、レゾルバであってもよい。
【0049】
マイクロコンピュータ５０は、図示は省略するが、プロセッサと、メモリとを含む。メモリには、プロセッサによって実行されるプログラムと、各種のデータとが格納される。プロセッサがメモリに格納されたプログラムを実行することにより、マイクロコンピュータ５０は、指令値生成部６０と、第１系統制御部６１と、第２系統制御部６２との機能を実現する。第１系統制御部６１と第２系統制御部６２とは、個別のプロセッサおよびメモリを備えていてもよい。
【0050】
指令値生成部６０は、トルクセンサ１１（図１参照）によって検出される操舵トルクに応じて、シンクロナスリラクタンスモータＭから出力すべきトルク（アシストトルク）に対応した電流指令値ｉa
*を生成する。指令値生成部６０は、操舵トルクおよび車速情報に応じたアシストトルクを表す電流指令値ｉa
*を生成してもよい。車速情報は、電動パワーステアリング装置１（図１参照）が搭載される車両の速さを表す情報である。
【0051】
第１系統制御部６１は、第１系統のステータコイルに第１系統駆動回路５１から供給される電流を制御する。第２系統制御部６２は、第２系統のステータコイルに第２系統駆動回路５２から供給される電流を制御する。
各系統制御部６１，６２は、ｄ軸指令値算出部７１ｄ，７２ｄ、ｑ軸指令値算出部７１ｑ，７２ｑ、ｄ軸電流偏差演算部８１ｄ，８２ｄ、ｑ軸電流偏差演算部８１ｑ，８２ｑ、ｄ軸電流制御部９１ｄ，９２ｄ、ｑ軸電流制御部９１ｑ，９２ｑ、二相／三相座標変換部１０１，１０２、ＰＷＭ（パルス幅変調）変換部１１１，１１２、非干渉制御部１２１，１２２、電流演算部１３１，１３２、三相／二相座標変換部１４１，１４２、位置演算部１５１，１５２、および速度演算部１６１，１６２を含む。
各系統制御部６１，６２は、ｄ軸指令値算出部７１ｄ，７２ｄ、ｑ軸指令値算出部７１ｑ，７２ｑ、ｄ軸電流偏差演算部８１ｄ，８２ｄ、ｑ軸電流偏差演算部８１ｑ，８２ｑ、ｄ軸電流制御部９１ｄ，９２ｄ、ｑ軸電流制御部９１ｑ，９２ｑ、二相／三相座標変換部１０１，１０２、ＰＷＭ（パルス幅変調）変換部１１１，１１２、非干渉制御部１２１，１２２、電流演算部１３１，１３２、三相／二相座標変換部１４１，１４２、位置演算部１５１，１５２、および速度演算部１６１，１６２を含む。
【0052】
ｄ軸指令値算出部７１ｄ，７２ｄは、電流指令値ｉa
*に基づき、第１および第２系統のためのｄ軸電流目標値ｉd1
*，ｉd2
*を生成する。ｑ軸指令値算出部７１ｑ，７２ｑは、電流指令値ｉa
*に基づき、第１および第２系統のためのｑ軸電流目標値ｉq1
*，ｉq2
*をそれぞれ生成する。ｄ軸電流偏差演算部８１ｄ，８２ｄは、ｄ軸電流目標値ｉd1
*，ｉd2
*と自系統のステータコイルに実際に流れているｄ軸電流値ｉd1，ｉd2との偏差であるｄ軸電流偏差Δｉd1（＝ｉd1
*－ｉd1），Δｉd2（＝ｉd2
*－ｉd2）を演算する。同様に、ｑ軸電流偏差演算部８１ｑ，８２ｑは、ｑ軸電流目標値ｉq1
*，ｉq2
*と自系統のステータコイルに実際に流れているｑ軸電流値ｉq1，ｉq2との偏差であるｑ軸電流偏差Δｉq1（＝ｉq1
*－ｉq1），Δｉq2（＝ｉq2
*－ｉq2）を演算する。ｄ軸電流制御部９１ｄ，９２ｄは、ｄ軸電流偏差Δｉd1，Δｉd2に対して、たとえば比例積分演算（ＰＩ演算）を行うことにより、第１系統および第２系統のための基本ｄ軸電圧指令値ｖd1′，ｖd2′をそれぞれ生成する。同様に、ｑ軸電流制御部９１ｑ，９２ｑは、ｑ軸電流偏差Δｉq1，Δｉq2に対して、たとえば比例積分演算を行うことにより、第１系統および第２系統のための基本ｑ軸電圧指令値ｖq1′，ｖq2′をそれぞれ生成する。
【0053】
このように、ｄ軸指令値算出部７１ｄ，７２ｄ、ｑ軸指令値算出部７１ｑ，７２ｑ、ｄ軸電流偏差演算部８１ｄ，８２ｄ、ｑ軸電流偏差演算部８１ｑ，８２ｑ、ｄ軸電流制御部９１ｄ，９２ｄ、およびｑ軸電流制御部９１ｑ，９２ｑなどにより、第１系統および第２系統のための基本ｄ軸電圧指令値ｖd1′，ｖd2′および基本ｑ軸電圧指令値ｖq1′，ｖq2′を生成する基本駆動値生成手段が構成されている。
【0054】
非干渉制御部１２１，１２２は、非干渉制御量演算部１７１，１７２と、ｄ軸指令値補正部１８１，１８２と、ｑ軸指令値補正部１９１，１９２とを含む。非干渉制御量演算部１７１，１７２は、ｄ軸非干渉制御量ｖ0d1，ｖ0d2およびｑ軸非干渉制御量ｖ0q1，ｖ0dq2を演算する。ｄ軸指令値補正部１８１，１８２は、基本ｄ軸電圧指令値ｖd1′，ｖd2′をｄ軸非干渉制御量ｖ0d1，ｖ0d2でそれぞれ補正して、ｄ軸電圧指令値ｖd1，ｖd2を生成する。同様に、ｑ軸指令値補正部１９１，１９２は、基本ｑ軸電圧指令値ｖq1′，ｖq2′をｑ軸非干渉制御量ｖ0q1，ｖ0dq2でそれぞれ補正して、ｑ軸電圧指令値ｖq1，ｖq2を生成する。このように、ｄ軸指令値補正部１８１，１８２およびｑ軸指令値補正部１９１，１９２は、第１系統および第２系統のための補正手段を構成している。
【0055】
二相／三相座標変換部１０１，１０２は、ｄ軸電圧指令値ｖd1，ｖd2およびｑ軸電圧指令値ｖq1，ｖq2を座標変換して、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値ｖU1，ｖV1，ｖW1；ｖU2，ｖV2，ｖW2（図５中には、それぞれｖUVW1，ｖUVW2と表記）を生成する。ＰＷＭ変換部１１１，１１２は、電圧指令値ｖU1，ｖV1，ｖW1；ｖU2，ｖV2，ｖW2にそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成する。各系統の駆動回路５１，５２を構成する各相のスイッチング素子５６，５７（たとえばＭＯＳＦＥＴ）は、これらのＰＷＭ制御信号に応じてオン／オフされる。それにより、各系統の各相のステータコイルが電圧指令値ｖU1，ｖV1，ｖW1；ｖU2，ｖV2，ｖW2に応じて通電される。
【0056】
電流演算部１３１，１３２は、ＵＶＷ各相の電流センサ５３，５４からの検出信号に基づいて各相に実際に流れている電流値ｉU1，ｉV1，ｉW1；ｉU2，ｉV2，ｉW2（図５中には、それぞれｉUVW1，ｉUVW2と表記）を演算する。三相／二相座標変換部１４１，１４２は、これらの三相の電流値ｉU1，ｉV1，ｉW1；ｉU2，ｉV2，ｉW2を座標変換して、ｄ軸電流値ｉd1，ｉd2およびｑ軸電流値ｉq1，ｉq2を生成し、それらをｄ軸電流偏差演算部８１ｄ，８２ｄおよびｑ軸電流偏差演算部８１ｑ，８２ｑにそれぞれ供給する。
【0057】
第１系統のｄ軸電流値ｉd1は、第２系統の非干渉制御量演算部１７２にも供給される。また、第２系統のｄ軸電流値ｉd2は、第１系統の非干渉制御量演算部１７１にも供給される。
位置演算部１５１，１５２は、所定の演算周期毎に、位置センサ５５の出力信号に基づいて、ロータ３０の回転角（ロータ回転角）θを演算する。ロータ回転角θは、二相／三相座標変換部１０１，１０２および三相／二相座標変換部１４１，１４２での座標変換のために用いられる。より詳細には、ロータ回転角θに対して、電流指令値ｉa *に応じて、電流位相角βを加算または減算することによって、座標変換回転角γ（γ＝θ＋βまたはγ＝θ－β）が求められる。二相／三相座標変換部１０１，１０２および三相／二相座標変換部１４１，１４２は、座標変換回転角γを用いて、二相回転座標系と三相固定座標系との間の座標変換を行う。
位置演算部１５１，１５２は、所定の演算周期毎に、位置センサ５５の出力信号に基づいて、ロータ３０の回転角（ロータ回転角）θを演算する。ロータ回転角θは、二相／三相座標変換部１０１，１０２および三相／二相座標変換部１４１，１４２での座標変換のために用いられる。より詳細には、ロータ回転角θに対して、電流指令値ｉa *に応じて、電流位相角βを加算または減算することによって、座標変換回転角γ（γ＝θ＋βまたはγ＝θ－β）が求められる。二相／三相座標変換部１０１，１０２および三相／二相座標変換部１４１，１４２は、座標変換回転角γを用いて、二相回転座標系と三相固定座標系との間の座標変換を行う。
【0058】
速度演算部１６１，１６２は、位置演算部１５１，１５２によって求められたロータ回転角θを時間微分することにより、ロータ３０の回転角速度ω（電気角速度）を求める。この回転角速度ωは、非干渉制御量演算部１７１，１７２での演算に用いられる。
図６は、非干渉制御量演算部１７１，１７２の構成例を説明するためのブロック図である。非干渉制御量演算部１７１，１７２は、軸間非干渉制御量演算部２０１，２０２と、系統間非干渉制御量演算部２１１，２１２とを含む。軸間非干渉制御量演算部２０１，２０２は、自系統のｄ軸およびｑ軸の間の干渉を補償するための非干渉制御量を演算する。系統間非干渉制御量演算部２１１，２１２は、自系統および他系統の間、すなわち、この実施形態では、第１系統と第２系統との間の干渉を補償するための非干渉制御量を演算する。
図６は、非干渉制御量演算部１７１，１７２の構成例を説明するためのブロック図である。非干渉制御量演算部１７１，１７２は、軸間非干渉制御量演算部２０１，２０２と、系統間非干渉制御量演算部２１１，２１２とを含む。軸間非干渉制御量演算部２０１，２０２は、自系統のｄ軸およびｑ軸の間の干渉を補償するための非干渉制御量を演算する。系統間非干渉制御量演算部２１１，２１２は、自系統および他系統の間、すなわち、この実施形態では、第１系統と第２系統との間の干渉を補償するための非干渉制御量を演算する。
【0059】
より具体的には、第１系統の軸間非干渉制御量演算部２０１は、前記式（５）の第２項に相当するｄ軸非干渉制御量－ωＬqｉq1と、前記式（６ａ）の第２項に相当するｑ軸非干渉制御量＋ωＬdｉd1とを求める。第１系統の系統間非干渉制御量演算部２１１は、＋ω（Ｌd－Ｌq）ｉd2で表される系統間非干渉制御量を演算する。ただし、Ｌdは、ｄ軸インダクタンス、Ｌqは、ｑ軸インダクタンスである。
【0060】
第２系統のステータコイルがロータ３０に与える磁束は、突極差（Ｌd－Ｌq）および第２系統ｄ軸電流値ｉd2との積（Ｌd－Ｌq）ｉd2で表される。この磁束による誘起電圧は、回転角速度ωを乗じて、＋ω（Ｌd－Ｌq）ｉd2として求めることができる。この値が、系統間非干渉制御量である。
前述の式（３）および式（４）からわかるとおり、ロータ３０に生じる磁束Ψaによる誘起電圧は、ｑ軸電圧に対して影響し、ｄ軸電圧には影響しない。したがって、系統間非干渉制御量＋ω（Ｌd－Ｌq）ｉd2により基本ｑ軸電圧指令値ｖq1′を補正すればよい。
前述の式（３）および式（４）からわかるとおり、ロータ３０に生じる磁束Ψaによる誘起電圧は、ｑ軸電圧に対して影響し、ｄ軸電圧には影響しない。したがって、系統間非干渉制御量＋ω（Ｌd－Ｌq）ｉd2により基本ｑ軸電圧指令値ｖq1′を補正すればよい。
【0061】
そこで、第１系統の非干渉制御量演算部１７１は、下記式（７）によりｄ軸非干渉制御量ｖd01を求め、下記式（８）によりｑ軸非干渉制御量ｖq01を求める。ｑ軸非干渉制御量ｖq01は、軸間非干渉制御量＋ωＬdｉd1と、系統間非干渉制御量＋ω（Ｌd－Ｌq）ｉd2との和となっている。
同様に、第２系統の軸間非干渉制御量演算部２０２は、前記式（５）の第２項に相当するｄ軸非干渉制御量－ωＬqｉq2と、前記式（６ａ）の第２項に相当するｑ軸非干渉制御量＋ωＬdｉd2とを求める。第２系統の系統間非干渉制御量演算部２１２は、＋ω（Ｌd－Ｌq）ｉd1で表される系統間非干渉制御量を演算する。そして、第２系統の非干渉制御量演算部１７２は、下記式（９）によりｄ軸非干渉制御量ｖd02を求め、下記式（１０）によりｑ軸非干渉制御量ｖq02を求める。ｑ軸非干渉制御量ｖq02は、軸間非干渉制御量＋ωＬdｉd2と、系統間非干渉制御量＋ω（Ｌd－Ｌq）ｉd1との和となっている。
同様に、第２系統の軸間非干渉制御量演算部２０２は、前記式（５）の第２項に相当するｄ軸非干渉制御量－ωＬqｉq2と、前記式（６ａ）の第２項に相当するｑ軸非干渉制御量＋ωＬdｉd2とを求める。第２系統の系統間非干渉制御量演算部２１２は、＋ω（Ｌd－Ｌq）ｉd1で表される系統間非干渉制御量を演算する。そして、第２系統の非干渉制御量演算部１７２は、下記式（９）によりｄ軸非干渉制御量ｖd02を求め、下記式（１０）によりｑ軸非干渉制御量ｖq02を求める。ｑ軸非干渉制御量ｖq02は、軸間非干渉制御量＋ωＬdｉd2と、系統間非干渉制御量＋ω（Ｌd－Ｌq）ｉd1との和となっている。
【0062】
【数4】
【0063】
ｄ軸指令値補正部１８１，１８２は、下記式（１１）および式（１３）のとおり、基本ｄ軸電圧指令値ｖd1′，ｖd2′に対して軸間非干渉制御量についての補正を行い、第１系統のｄ軸電圧指令値ｖd1および第２系統のｄ軸電圧指令値ｖd2をそれぞれ生成する。一方、ｑ軸指令値補正部１９１，１９２は、下記式（１２）および式（１４）のとおり、基本ｑ軸電圧指令値ｖq1′，ｖq2′に対して、軸間非干渉制御量（各式第２項）についての補正および系統間非干渉制御量（各式第３項）についての補正を行い、第１系統のｑ軸電圧指令値ｖq1および第２系統のｑ軸電圧指令値ｖq2をそれぞれ生成する。軸間非干渉制御量および系統間非干渉制御量の補正は、順不同で順次行ってもよく、それらを加算して合成非干渉制御量ｖ0q1，ｖ0q2を求め、その干渉制御量ｖ0q1，ｖ0q2で基本ｑ軸電圧指令値ｖq1′，ｖq2′をそれぞれ補正してもよい。
【0064】
【数5】
【0065】
次に、シンクロナスリラクタンスモータＭが発生するトルクについて説明する。
永久磁石モータの基本トルク式は、下記式（１５）で表される。式中、Ｔｒはトルク、Ｐnはロータの極対数である。右辺第１項はリラクタンストルクを表し、右辺第２項はマグネットトルクを表す。
シンクロナスリラクタンスモータＭは、永久磁石を持たないので、右辺第２項は零となる。すなわち、シンクロナスリラクタンスモータＭの基本トルク式は、下記式（１６）で表される。
永久磁石モータの基本トルク式は、下記式（１５）で表される。式中、Ｔｒはトルク、Ｐnはロータの極対数である。右辺第１項はリラクタンストルクを表し、右辺第２項はマグネットトルクを表す。
シンクロナスリラクタンスモータＭは、永久磁石を持たないので、右辺第２項は零となる。すなわち、シンクロナスリラクタンスモータＭの基本トルク式は、下記式（１６）で表される。
【0066】
【数6】
【0067】
したがって、第１系統および第２系統を個別に駆動する場合にそれぞれ発生するトルクＴ1，Ｔ2は、下記式（１７）および（１８）のとおりである。
【0068】
【数7】
【0069】
第１系統および第２系統が互いに影響を与えないとすれば、第１系統および第２系統を同時に駆動したときのトルクＴは、下記式（１９）のとおりである。２つの系統を同じ電流ｄ軸電流値ｉd（＝ｉd1＝ｉd2）および同じｑ軸電流値ｉq（＝ｉq1＝ｉq2）で駆動するとすれば、下記式（２０）のとおりとなる。
【0070】
【数8】
【0071】
しかし、この実施形態では、前述のとおり、第１系統および第２系統の同相ステータコイルＵ１，Ｕ２；Ｖ１，Ｖ２；Ｗ１，Ｗ２が集合配置されており、互いに接近しているので、互いに他の系統のステータコイルがロータ３０に与える磁束の影響を受ける。そのため、第１系統が発生するトルクＴ1および第２系統が発生するトルクＴ2は、次の式（２１）および式（２２）で表される。
【0072】
【数9】
【0073】
式（２１）の第２項は、第２系統がロータ３０に与える磁束（Ｌd－Ｌq）ｉd2との鎖交によって生じるトルクであり、いわば、擬似的なマグネットトルクを表す項である。同様に、式（２２）の第２項は、第１系統がロータ３０に与える磁束（Ｌd－Ｌq）ｉd1との鎖交によって生じるトルクであり、いわば、擬似的なマグネットトルクを表す項である。
したがって、第１系統および第２系統を同時に駆動することによって得られるトルクＴは、次式（２３）のとおりであり、２つの系統を同じ入力で駆動する場合には、ｉd1＝ｉd2＝ｉd、ｉq1＝ｉq2＝ｉqと置くことにより、次式（２４）が得られる。
したがって、第１系統および第２系統を同時に駆動することによって得られるトルクＴは、次式（２３）のとおりであり、２つの系統を同じ入力で駆動する場合には、ｉd1＝ｉd2＝ｉd、ｉq1＝ｉq2＝ｉqと置くことにより、次式（２４）が得られる。
【0074】
【数10】
【0075】
すなわち、理論上、式（２０）の場合の２倍のトルクが得られる。
以上のように、この実施形態の構成によれば、集合配置された複数系統のステータコイルによってロータ３０を共有することにより、シンクロナスリラクタンスモータＭの出力トルクの増加を図ることができる。一方、複数系統のステータコイルによってロータ３０を共有していることにより生じる系統間の干渉が補償される。そのため、出力トルクが大きく、かつ制御性（とくに追従性）に優れたシステムを実現することができる。
以上のように、この実施形態の構成によれば、集合配置された複数系統のステータコイルによってロータ３０を共有することにより、シンクロナスリラクタンスモータＭの出力トルクの増加を図ることができる。一方、複数系統のステータコイルによってロータ３０を共有していることにより生じる系統間の干渉が補償される。そのため、出力トルクが大きく、かつ制御性（とくに追従性）に優れたシステムを実現することができる。
【0076】
ステータコイルの系統数を３以上とし、対応する数の制御系を設けることにより、３系統以上のシステムを構成することもできる。
たとえば、３系統のステータコイルおよび対応する制御系を設ける場合には、第１～第３系統のｄ軸非干渉制御量ｖ0d1，ｖ0d2，ｖ0d3およびｑ軸非干渉制御量ｖ0q1，ｖ0q2，ｖ0q3は、下記式（２５）～（３０）の通りである。ただし、ｉd1，ｉd2，ｉd3は、第１～第３系統のｄ軸電流値であり、ｉq1，ｉq2，ｉq3は、第１～第３系統のｑ軸電流値である。軸間非干渉制御量は、式（２５）～式（３０）の各第１項である。系統間非干渉制御量は、式（２６）、式（２８）および式（３０）の各第２項である。したがって、第１～第３系統のｄ軸電圧指令値ｖd1，ｖd2，ｖd3およびｑ軸電圧指令値ｖq1，ｖq2，ｖq3は、対応する基本ｄ軸電圧指令値ｖd1′，ｖd2′，ｖd3′およびｑ軸電圧指令値ｖq1′，ｖq2′，ｖq3′を用いて、下記式（３１）～（３６）で与えられる。
たとえば、３系統のステータコイルおよび対応する制御系を設ける場合には、第１～第３系統のｄ軸非干渉制御量ｖ0d1，ｖ0d2，ｖ0d3およびｑ軸非干渉制御量ｖ0q1，ｖ0q2，ｖ0q3は、下記式（２５）～（３０）の通りである。ただし、ｉd1，ｉd2，ｉd3は、第１～第３系統のｄ軸電流値であり、ｉq1，ｉq2，ｉq3は、第１～第３系統のｑ軸電流値である。軸間非干渉制御量は、式（２５）～式（３０）の各第１項である。系統間非干渉制御量は、式（２６）、式（２８）および式（３０）の各第２項である。したがって、第１～第３系統のｄ軸電圧指令値ｖd1，ｖd2，ｖd3およびｑ軸電圧指令値ｖq1，ｖq2，ｖq3は、対応する基本ｄ軸電圧指令値ｖd1′，ｖd2′，ｖd3′およびｑ軸電圧指令値ｖq1′，ｖq2′，ｖq3′を用いて、下記式（３１）～（３６）で与えられる。
【0077】
【数11】
【0078】
一般に、Ｎ系統（Ｎは２以上の自然数）のステータコイルを設け、それらを前述の各例に倣ってＮ系統の同相のステータコイルが集合するように配置した場合に、第ｋ系統（ｋはＮ以下の自然数）のｄ軸非干渉制御量ｖ0dkおよびｑ軸非干渉制御量ｖ0qkは、下記式（３７）および式（３８）の通りである。軸間非干渉制御量は、式（３７）および式（３８）の各第１項である。ただし、ｉdkは、第ｋ系統のｄ軸電流値であり、ｉqkは、第ｋ系統のｑ軸電流値である。系統間非干渉制御量は、式（３８）の第２項である。したがって、ｄ軸電圧指令値ｖdkおよびｑ軸電圧指令値ｖqkは、対応する基本ｄ軸電圧指令値ｖdk′および基本ｑ軸電圧指令値ｖdk′を用いて、下記式（３９）および式（４０）で与えられる。
【0079】
【数12】
【0080】
以上、この発明のいくつかの実施形態について説明してきたが、この発明は、さらに他の形態で実施することができる。たとえば、前述の実施形態では、ロータ３０の極数が４の例について説明したが、ロータ３０の極数はこれらに限られない。また、前述の実施形態では、３相のシンクロナスリラクタンスモータについて説明したが、３相以外の相数のシンクロナスリラクタンスモータにもこの発明を適用できる。さらに、シンクロナスリラクタンスモータに限らず、リラクタンストルクを利用する他の形態のモータにもこの発明を適用することができる。具体的には、埋込構造永久磁石同期モータ(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)に複数系統のステータコイルを備える場合にも、この発明を適用して、系統間の干渉を回避することができる。
【0081】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【0082】
１２…ＥＣＵ、１８，Ｍ…電動モータ（シンクロナスリラクタンスモータ）、３０…ロータ、４０…ステータ、Ｕ１，Ｕ２…Ｕ相ステータコイル、Ｖ１，Ｖ２…Ｖ相ステータコイル、Ｗ１，Ｗ２…Ｗ相ステータコイル、５０…マイクロコンピュータ、６１…第１系統制御部、６２…第２系統制御部、７１ｄ，７２ｄ…ｄ軸指令値算出部、７１ｑ，７２ｑ…ｑ軸指令値算出部、９１ｄ，９２ｄ…ｄ軸電流制御部、９１ｑ，９２ｑ…ｑ軸電流制御部、１２１，１２２…非干渉制御部、１７１，１７２…非干渉制御量演算部、１８１，１８２…ｄ軸指令値補正部、１９１，１９２…ｑ軸指令値補正部、２０１，２０２…軸間非干渉制御量演算部、２１１，２１２…系統間非干渉制御量演算部
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5】
【図6】