JP2019047568A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンクロナスリラクタンスモータを簡単な制御方法によって高効率で制御できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】マイクロコンピュータ３１は、第１制御モードと第２制御モードとの間で制御モードを切り替えるための切替手段６０と、ｄ軸およびｑ軸に対してそれぞれ電流位相角だけ位相がずれた方向にｄ’軸およびｑ’軸をとった二相回転座標系と、三相固定座標系との間での座標変換を行うための座標変換用回転角を演算する手段５４と、電機子電流指令値をｄ’軸電流指令値として設定するとともに、制御モードが第１制御モードに設定されるときには、ｑ’軸電流指令値を零に設定し、制御モードが第２制御モードに設定されるときには、ｑ’軸電流指令値を所定の有意値に設定する二相電流指令値設定手段６０とを含む。【選択図】図８

Description

この発明は、シンクロナスリラクタンスモータを制御するモータ制御装置に関する。

シンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ：Synchronous Reluctance Motor）は、ロータに磁石を使用せずに、ロータの磁気的な突極性によって発生するリラクタンストルクを利用したモータである。電動モータの制御方式としてベクトル制御が知られているが、ＳｙｎＲＭの制御にもベクトル制御を用いることができる。ベクトル制御とは、電動モータに流れる電流を、トルクを発生する電流成分（ｑ軸電流）と、磁束を発生する電流成分（ｄ軸電流）とに分解し、それぞれの電流成分を独立に制御する方式である。これにより、電動モータの回転磁界の磁束の方向と大きさをベクトル量として制御できるようになるため、ベクトル制御とよばれる。

図２０は、ＳｙｎＲＭの構成を説明するための図解図である。
ＳｙｎＲＭ１００は、図２０に図解的に示すように、周方向に間隔をおいて配置された複数の磁気的な突極部を有するロータ１０１と、電機子巻線を有するステータ１０２とを備えている。電機子巻線は、Ｕ相のステータ巻線１１１、Ｖ相のステータ巻線１１２およびＷ相のステータ巻線１１３が星型結線されることにより構成されている。

各相のステータ巻線１１１，１１２，１１３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１０１の回転中心側から外周部へ磁束の流れやすい方向にｄ軸方向をとり、ロータ１０１の回転中心側から外周部へ磁束が流れにくい方向にｑ軸方向をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ１０１の回転角（ロータ回転角）θに従う実回転座標系である。

図２０において、Ｉ_ａは、電機子電流ベクトルである。ｉ_ｄは、Ｉ_ａのｄ軸成分（ｄ軸電流）である。ｉ_ｑは、Ｉ_ａのｑ軸成分（ｑ軸電流）である。βは、電流位相角であり、電機子電流ベクトルＩ_ａとｄ軸との位相差である。
極対数がＰ_ｎであるＳｙｎＲＭにおけるモータトルクＴは、次式(１)で表される。
Ｔ＝Ｐ_ｎ・（Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ）・ｉ_ｄ・ｉ_ｑ …(１)
式（１）において、Ｌ_ｄはｄ軸方向のインダクタンスであり、Ｌ_ｑはｑ軸方向のインダクタンスである。

ｉ_ｑ＝Ｉ_ａ・sinβ，ｉ_ｄ＝Ｉ_ａ・cosβであるので、モータトルクＴは、次式(２)で表される。
Ｔ＝（１／２）・Ｐ_ｎ・（Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ）・Ｉ_ａ ^２sin２β …(２)
インバータで駆動されるＳｙｎＲＭでは、有効利用できる電機子電流および電機子端子電圧の最大値が、式（３），（４）に示すように、インバータ容量によって制限される。

Ｉ_ａ=（ｉ_ｄ ^２＋ｉ_ｑ ^２）^１／２≦Ｉ_ａｍ …（３）
Ｖ_ａ=（Ｖ_ｄ ^２＋Ｖ_ｑ ^２）^１／２≦Ｖ_ａｍ …（４）
前記式（３）において、Ｉ_ａｍは電機子電流の上限値である。前記式（４）において、Ｖ_ａは電機子端子電圧であり、Ｖ_ｄはｄ軸電圧であり、Ｖ_ｑはｑ軸電圧であり、Ｖ_ａｍは電機子端子電圧の上限値である。Ｉ_ａｍはＳｙｎＲＭの定格電流またはインバータの最大出力電流で決まり、Ｖ_ａｍはインバータのＤＣリンク電圧に依存する。

このような制約条件を満足する電機子電流ベクトルＩ_ａ（ｉ_ｄ，ｉ_ｑ）の範囲は、図２１に示すように、電流制限円Ｐおよび電圧制限楕円Ｑ１〜Ｑ３の内側となる。電流制限円Ｐおよび電圧制限楕円Ｑ１〜Ｑ３は、それぞれ次式（５），（６）で表される。
ｉ_ｄ ^２＋ｉ_ｑ ^２＝Ｉ_ａｍ ^２ …（５）
（Ｌ_ｄ・ｉ_ｄ）^２＋（−Ｌ_ｑ・ｉ_ｑ）^２＝（Ｖ_ｏｍ／ω）^２ …（６）
Ｖ_ｏｍ＝Ｖ_ａｍ−Ｒ_ａ・Ｉ_ａｍ
式（６）において、ωはＳｙｎＲＭの電気角速度であり、Ｒ_ａは電機子抵抗である。

電圧制限楕円Ｑ１〜Ｑ３は、ＳｙｎＲＭの回転速度（回転数）が増加するほど内側に移行する。ＳｙｎＲＭの一般的なベクトル制御では、電源電圧に余裕がある低速度領域においては、電機子電流ベクトルＩ_ａ（ｉ_ｄ，ｉ_ｑ）の範囲は、電流制限円Ｐによる制限のみを受ける。この範囲の領域を「定トルク領域」といいい、定トルク領域よりも回転速度が大きい領域を「定出力領域」という場合がある。

図２１の例では、「定トルク領域」と「定出力領域」との境界では、例えば、電圧制限楕円が最も外側の楕円Ｑ１となり、電流に対する発生モータトルクが最大となる駆動点（電機子電流ベクトルＩ_ａ（ｉ_ｄ，ｉ_ｑ）の終点）は、当該電圧制限楕円Ｑ１と電流制限円Ｐとの交点であるＡ点（定格点Ａ）となる。定格点は、「定トルク領域」と「定出力領域」との境界での駆動点である。

ＳｙｎＲＭの回転速度が増加すると、電圧制限楕円Ｑ１〜Ｑ３は内側に移行する。この際、一般的なベクトル制御では、ｄ軸電流ｉ_ｄがその指令値に等しくなるようにｄ軸電流ｉ_ｄ優先で制御されるので、駆動点は、Ａ点からＢ点に向かって移動する。つまり、駆動点は、電流位相角βが小さくなる方向に移動する。
前述した一般的なベクトル制御では、ＳｙｎＲＭの回転速度が定格点Ａよりも大きくなると、電流位相角βが小さくなるので、式（２）からわかるように、トルクが低下する。

図２２は、一般的なベクトル制御における回転速度−トルク特性（Ｎ−Ｔ特性）を示すグラフである。図２２において横軸は、回転速度（回転数）［ｒ／ｍｉｎ］を表し、縦軸はモータトルク［Ｎ／ｍ］を表している。
ＳｙｎＲＭの回転速度がＡ点以下の領域（定トルク領域）においては、ＳｙｎＲＭの回転速度が大きくなるにしたがってモータトルクは徐々に低下する。しかし、この定トルク領域では、トルクはほぼ一定である。ＳｙｎＲＭの回転速度がＡ点を超えると、モータトルクは急激に低下する。

前述の一般的なベクトル制御に対して、出力を上げる技術として、制御モードI、制御モードIIおよび制御モードIIIを使用した最大出力制御が知られている（下記非特許文献１，２参照）。
この最大出力制御について、図２３を参照して説明する。図２３は、最大出力制御における電機子電流ベクトルの軌跡を表す模式図である。この最大出力制御では、運転領域が低速度運転領域、中速度運転領域および高速度運転領域に分類され、低速度運転領域、中速度運転領域および高速度運転領域それぞれに対して、制御モードI（Mode I）、制御モードII（Mode II）および制御モードIII（Mode III）が適用される。

制御モードＩでは、前述した一般的なベクトル制御と同様な制御が行われる。電流位相角βとして、例えば、最大電機子電流時にモータトルクが最も大きくなる電流位相角βが用いられる。図２３においては、電圧制限楕円Ｑ１〜Ｑ４のうち、最も外側の電圧制限楕円Ｑ１と電流制限円Ｐとの交点Ａが定格点である。
制御モードIIでは、電流位相角βを電流制限円に沿うように変化させる。したがって、中速度運転領域においては、ＳｙｎＲＭの回転速度が大きくなるにしたがって、駆動点は、Ａ点からＢ点（電流制限円Ｐと外側から２番目の電圧制限楕円Ｑ２との交点）に向かって移動する。

制御モードIIIでは、電流位相角βを一定にし、電圧制御楕円内でＶ_ｄ，Ｖ_ｑを変化させる。したがって、高速度運転領域においては、ＳｙｎＲＭの回転速度が大きくなるにしたがって、駆動点は、Ｂ点から原点に向かって移動する。
図２４は、最大出力制御におけるＮ−Ｔ特性を示すグラフである。
図２４において、領域Ｌ１、Ｌ２およびＬ３は、低速度運転領域（定トルク領域）、中速度運転領域および高速度運転領域を示している。また、ＭｏｄｅＩは、制御モードIに対するＮ−Ｔ特性を示し、ＭｏｄｅIIは、制御モードIIに対するＮ−Ｔ特性を示し、ＭｏｄｅIIIは、制御モードIIIに対するＮ−Ｔ特性を示している。

前述の最大出力制御では、領域Ｌ１のＮ−Ｔ特性はＭｏｄｅＩで表され、領域Ｌ２のＮ−Ｔ特性はＭｏｄｅIIで表され、領域Ｌ３のＮ−Ｔ特性はＭｏｄｅIIIで表される。したがって、前述の最大出力制御では、すべての領域で制御モードＩが適用される場合に比べて、領域Ｌ２および領域Ｌ３において高出力が得られる。また、前述の最大出力制御では、すべての領域で制御モードIIが適用される場合に比べて、領域Ｌ１および領域Ｌ３において高出力が得られる。

特開2015-23635号公報

「モータ技術 実用ハンドブック」海老原大樹編集委員長:日刊工業新聞社（２００１） 「埋込磁石同期モータの設計と制御」武田洋次・松井信行・森本茂雄・本田幸夫 共著：オーム社（２００１）

この発明の目的は、シンクロナスリラクタンスモータを簡単な制御方法によって高効率で制御できるモータ制御装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、シンクロナスリラクタンスモータ（１８）を制御するモータ制御装置（１２）であって、前記モータの回転速度と所定のモード判定用速度とに基づいて、所定の低速度領域に適した第１制御モードと、前記低速度領域よりも速度の大きい領域に適した第２制御モードとの間で制御モードを切り替えるための切替手段（６２）と、電機子電流指令値を設定する電機子電流指令値設定手段（６３）と、ｄ軸およびｑ軸に対してそれぞれ電流位相角だけ位相がずれた方向にｄ’軸およびｑ’軸をとった二相回転座標系と、三相固定座標系との間での座標変換を行うための座標変換用回転角を演算する座標変換用回転角演算手段（５４）と、前記電機子電流指令値をｄ’軸電流指令値として設定するとともに、前記切替手段によって制御モードが第１制御モードに設定されるときには、ｑ’軸電流指令値を零に設定し、前記切替手段によって制御モードが第２制御モードに設定されるときには、ｑ’軸電流指令値を所定の有意値に設定する二相電流指令値設定手段（６４，６５）と、前記モータに流れる三相電流を、前記座標変換用回転角を用いてｄ’軸電流検出値およびｑ’軸電流検出値に座標変換する第１座標変換手段（５２）と、前記ｄ’軸電流指令値と前記ｄ’軸電流検出値との偏差に基づいてｄ’軸電圧指令値を演算するとともに、前記ｑ’軸電流指令値と前記ｑ’軸電流検出値との偏差に基づいてｑ’軸電圧指令値を演算する二相電圧指令値演算手段（４４〜４７）とを含む、モータ制御装置である。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。

この構成では、シンクロナスリラクタンスモータを簡単な制御方法によって高効率で制御できるようになる。
請求項２に記載の発明は、前記切替手段は、前記モータの回転速度と前記モード判定用速度とに基づいて、定トルク領域に適した第１制御モードと、定出力領域に適した第２制御モードとの間で制御モードを切り替えるように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置である。定トルク領域とは、電機子電流ベクトルが、電流制限による制限のみを受ける速度範囲をいう。定出力領域とは、定トルク領域よりも回転速度が大きい領域をいう。

請求項３に記載の発明は、前記座標変換用回転角演算手段は、予め設定された電流位相角および前記モータの回転角に基づいて、前記座標変換用回転角を演算するように構成されている、請求項１または２に記載のモータ制御装置である。
請求項４に記載の発明は、前記座標変換用回転角演算手段は、予め設定された電流位相角をβ（＞０）とし、前記モータの回転角をθとすると、前記モータを回転させるべき方向に応じて、（θ＋β）または（θ−β）を、前記座標変換用回転角として演算するように構成されている、請求項１または２に記載のモータ制御装置である。

請求項５に記載の発明は、前記ｄ’軸電圧指令値の二乗とｑ’軸電圧指令値の二乗との和が電源電圧の二乗よりも大きくなったときには、前記和が前記電源電圧の二乗以下となるように、前記ｄ’軸電圧指令値に対して制限処理を行う電圧制限手段（４８）と、前記電圧制限手段による制限処理後の二相電圧指令値を、前記座標変換用回転角を用いて三相電圧指令値に座標変換する第２座標変換手段（４９）とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置である。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された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。 図２は、電動モータの構成を説明するための図解図である。 図３は、基本制御において、電流位相角βの設定値を変化させた場合の、各電流位相角βに対するＮ−Ｔ特性を示すグラフである。 図４は、駆動領域拡大制御における電機子電流ベクトルの軌跡を示す模式図である。 図５は、駆動領域拡大制御におけるＮ−Ｔ特性を示すグラフである。 図６は、実施形態に係るモータ制御における電機子電流ベクトルの軌跡を示す模式図である。 図７は、実施形態に係るモータ制御におけるＮ−Ｔ特性を示すグラフである。 図８は、実施形態に係るモータ制御を実現するためのＥＣＵの電気的構成を示す概略図である。 図９は、図８の軸電流指令値設定部の構成を示すブロック図である。 図１０は、電源電圧−定格点速度テーブルの一例を示すグラフである。 図１１は、シンクロナスリラクタンスモータの電流−トルク特性の実測値の一例を示すグラフである。 図１２の曲線Ｆ１は、制御モードが基本制御モードである場合の電流−トルク特性を模式的に示すグラフであり、図１２の曲線Ｆ２は、制御モードが駆動領域拡大制御モードである場合の電流−トルク特性の模式的に示すグラフである。 図１３は、電機子電流指令値設定部の動作の一例を示すフローチャートである。 図１４の折れ線Ｇ１は、図１２の曲線Ｆ１を折れ線に近似したグラフであり、図１４の折れ線Ｇ２は、図１２の曲線Ｆ２を折れ線に近似したグラフである。 図１５は、電機子電流指令値設定部の動作の他の例を示すフローチャートである。 図１６は、制御モード切替部の動作の変形例を示すフローチャートである。 図１７は、比較例に係るモータ制御装置の電気的構成を示す概略図である。 図１８は、基本制御における電機子電流ベクトルの軌跡を示す模式図である。 図１９は、基本制御におけるＮ−Ｔ特性を示すグラフである。 図２０は、シンクロナスリラクタンスモータの構成を説明するための図解図である。 図２１は、一般的なベクトル制御における電機子電流ベクトルの軌跡を示す模式図である。 図２２は、一般的なベクトル制御におけるＮ−Ｔ特性を示すグラフである。 図２３は、最大出力制御における電機子電流ベクトルの軌跡を表す模式図である。 図２４は、最大出力制御におけるＮ−Ｔ特性を示すグラフである。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された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、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構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。

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Ｔｈを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｈは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｈは、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、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は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端には、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。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、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。そして、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１９とを含む。減速機構１９は、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とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機構１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。

ウォームギヤ２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは同方向に回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォームギヤ２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォームギヤ２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、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、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォームギヤ２０を回転駆動することによって、電動モータ１８による操舵補助が可能となる。

電動モータ１８のロータの回転角（ロータ回転角）は、レゾルバ等の回転角センサ２５によって検出される。回転角センサ２５の出力信号は、ＥＣＵ１２に入力される。電動モータ１８は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。
図２は、電動モータ１８の構成を説明するための図解図である。図２において、前述の図２０の各部に対応する部分には図２０と同じ符号を付して示す。

電動モータ１８は、前述したようにシンクロナスリラクタンスモータであり、ロータ１０１と、電機子巻線を有するステータ１０２とを備えている。電機子巻線は、Ｕ相のステータ巻線１１１、Ｖ相のステータ巻線１１２およびＷ相のステータ巻線１１３が星型結線されることにより構成されている。
各相のステータ巻線１１１，１１２，１１３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１０１の回転中心側から外周部へ磁束の流れやすい方向にｄ軸方向をとり、ロータ１０１の回転中心側から外周部へ磁束が流れにくい方向にｑ軸方向をとった第１の二相回転座標系（ｄｑ座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ１０１の回転角（ロータ回転角）θに従う実回転座標系である。

この実施形態では、電動モータ１８の正転方向は、図２におけるロータ１０１の反時計方向に対応し、電動モータ１８の逆転方向は、図２におけるロータ１０１の時計方向に対応するものとする。また、電動モータ１８の正転方向は、左方向への操舵方向に対応し、電動モータ１８の逆転方向は、右方向への操舵方向に対応するものとする。
図２において、Ｉ_ａは、回転磁界をつくるための電流ベクトル（電機子電流ベクトル）である。βは電流位相角であり、電機子電流ベクトルＩ_ａとｄ軸との位相差である。

この実施形態（および後述する比較例）では、さらに、ｄ軸に対して電流位相角βだけ位相がずれた方向にｄ’軸をとり、ｑ軸に対して電流位相角βだけ位相がずれた方向にｑ’軸をとった二相回転座標系が第２の二相回転座標系（ｄ’ｑ’座標系）として定義される。ｄ’ｑ’座標系は、ｄｑ座標系に対して、電流位相角βだけ位相がずれた二相回転座標系である。ＵＶＷ座標系に対するｄ’ｑ’座標系の回転角γ（正転方向ではγ＝θ＋β、逆転方向ではγ＝θ−β）を用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄ’ｑ’座標系との間での座標変換が行われる。

実施形態に係るモータ制御装置としてのＥＣＵ１２について説明する前に、図１７〜図１９を参照して、本出願人が発明しているモータ制御装置２００（以下、「比較例に係るモータ制御装置２００」という場合がある）について説明する。なお、ＥＣＵ１２以外の電動パワーステアリング装置の構成は、図１の電動パワーステアリング装置１の構成と同じであるものとして、比較例に係るモータ制御装置２００について説明する。

図１７は、比較例に係るモータ制御装置２００の電気的構成を示す概略図である。
モータ制御装置２００は、マイクロコンピュータ３１と、このマイクロコンピュータ３１によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２と、電動モータ１８の各相のステータ巻線１１１，１１２，１１３に流れる電流を検出するための電流センサ３３，３４，３５とを備えている。

マイクロコンピュータ３１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、電機子電流指令値設定部４１と、ｄ’軸電流指令値設定部４２と、ｑ’軸電流指令値設定部４３と、ｄ’軸電流偏差演算部４４と、ｑ’軸電流偏差演算部４５と、ｄ’軸電流制御部４６と、ｑ’軸電流制御部４７と、電圧制限部４８と、座標変換部４９と、ＰＷＭ制御部５０と、電流検出部５１と、座標変換部５２と、回転角演算部５３と、座標変換用回転角演算部５４とを含んでいる。

回転角演算部５３は、所定の演算周期毎に、回転角センサ２５の出力信号に基いて、電動モータ１８のロータの回転角（ロータ回転角）θを演算する。座標変換用回転角演算部５４は、回転角演算部５３によって演算されたロータ回転角θに、予め設定された電流位相角β（β＞０）を加算または減算することによって、座標変換用回転角γを演算する。具体的には、座標変換用回転角演算部５４は、電機子電流指令値設定部４１によって設定される電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊が零または正のときには、γ＝（θ＋β）によってγを演算し、電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊が負のときには、γ＝（θ−β）によってγを演算する。

この例では、電流位相角βとして、最大電機子電流時にモータトルクが最も大きくなる電流位相角βが予め設定されている。より具体的には、βとして、例えば６０度が設定されている。なお、座標変換用回転角演算部５４は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｈが零または正のときには、γ＝（θ＋β）によってγを演算し、操舵トルクＴｈが負のときには、γ＝（θ−β）によってγを演算するようにしてもよい。

電流検出部５１は、所定の演算周期毎に、電流センサ３３，３４，３５の出力信号に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電流を検出する。座標変換部５２は、座標変換用回転角演算部５４によって演算される座標変換用回転角γを用いて、電流検出部５１によって検出された３相の相電流を、ｄ’ｑ’座標系（第２の二相回転座標系）における２相の電流に変換する。ｄ’ｑ’座標系における２相の電流は、ｄ’軸電流成分とｑ’軸電流成分とからなる。座標変換部５２によって得られる２相の電流のうち、ｄ’軸電流成分をｄ’軸電流検出値ｉ_ｄ’といい、ｑ’軸電流成分をｑ’軸電流検出値ｉ_ｑ’ということにする。

電機子電流指令値設定部４１、ｄ’軸電流指令値設定部４２およびｑ’軸電流指令値設定部４３は、ｄ’軸電流指令値ｉ_ｄ’^＊およびｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊を設定するための軸電流指令値設定部を構成している。
電機子電流指令値設定部（以下、単に「電流指令値設定部４１」という場合がある）は、所定の演算周期毎に、電動モータ１８によって発生させるべきモータトルクに対応した電流の指令値である電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊を設定する。具体的には、電流指令値設定部４１は、例えば、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｈに基づき公知のマップ等から算出される、電動モータ１８によって発生させるべきモータトルク値（モータトルク指令値）を、予め設定されたトルク定数Ｋ_Ｔで徐算することによって、電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊を設定する。電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊は、操舵トルクＴｈが正であれば正の値をとり、操舵トルクＴｈが負であれば負の値をとる。

ｄ’軸電流指令値設定部４２は、電流指令値設定部４１から与えられる電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊を、ｄ’ｑ’座標系におけるｄ’軸電流の目標値であるｄ’軸電流指令値ｉ_ｄ’^＊として設定する。
ｑ’軸電流指令値設定部４３は、ｄ’ｑ’座標系におけるｑ’軸電流の目標値であるｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊を設定する。ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊は、常に零に設定される。

ｄ’軸電流偏差演算部４４は、ｄ’軸電流指令値ｉ_ｄ’^＊と座標変換部５２によって得られるｄ’軸電流検出値ｉ_ｄ’との偏差（ｉ_ｄ’^＊−ｉ_ｄ’）を演算する。ｑ’軸電流偏差演算部４５は、ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊と座標変換部５２によって得られるｑ’軸電流検出値ｉ_ｑ’との偏差（ｉ_ｑ’^＊−ｉ_ｑ’）を演算する。
ｄ’軸電流制御部４６は、ｄ’軸電流偏差演算部４４によって得られた偏差（ｉ_ｄ’^＊−ｉ_ｄ’）に対して、例えば比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、ｄ’軸の電圧指令値であるｄ’軸電圧指令値Ｖ_ｄ１’^＊を演算する。ｑ’軸電流制御部４７は、ｑ’軸電流偏差演算部４５によって得られた偏差（ｉ_ｑ’^＊−ｉ_ｑ’）対して、例えば比例積分演算（ＰＩ演算）を行なうことにより、ｑ’軸の電圧指令値であるｑ’軸電圧指令値Ｖ_ｑ１’^＊を演算する。

電圧制限部４８は、Ｖ_ａ ^＊＝｛（Ｖ_ｄ１’^＊）^２＋（Ｖ_ｑ１’^＊）^２｝^１／２とすると、Ｖ_ａ ^＊が電源電圧Ｖ_Ｂよりも大きいか（Ｖ_ａ ^＊＞Ｖ_Ｂ）否かを判別する。なお、電源電圧Ｖ_Ｂは、駆動回路３２に電源を供給するための電源の電圧であり、図示しない電源電圧検出部によって検出される。Ｖ_ａ ^＊が電源電圧Ｖ_Ｂ以下である場合には、電圧制限部４８は、ｄ’軸電圧指令値Ｖ_ｄ１’^＊およびｑ’軸電圧指令値Ｖ_ｑ１’^＊を、それぞれそのまま最終的なｄ’軸電圧指令値Ｖ_ｄ２’^＊およびｑ’軸電圧指令値Ｖ_ｑ２’^＊として出力する。

Ｖ_ａ ^＊が電源電圧Ｖ_Ｂよりも大きい場合には、電圧制限部４８は、次式（７）に基づいて、Ｖ_ｄ２’^＊を演算する。つまり、ｑ’軸電圧を優先した制御とする。
Ｖ_ｄ２’^＊＝｛Ｖ_Ｂ ^２−（Ｖ_ｑ１’^＊）^２｝^１／２ …（７）
そして、電圧制限部４８は、得られたＶ_ｄ２’^＊を最終的なｄ’軸電圧指令値Ｖ_ｄ２’^＊として出力する。また、電圧制限部４８は、ｑ’軸電圧指令値Ｖ_ｑ１’^＊を、そのまま最終的なｑ’軸電圧指令値Ｖ_ｑ２’^＊として出力する。

電圧制限部４８による制限処理後のｄ’軸電圧指令値Ｖ_ｄ２’^＊およびｑ’軸電圧指令値Ｖ_ｑ２’^＊は、座標変換部４９に与えられる。座標変換部４９は、座標変換用回転角演算部５４によって演算される座標変換用回転角γを用いて、ｄ’軸電圧指令値Ｖ_ｄ２’^＊およびｑ’軸電圧指令値Ｖ_ｑ２’^＊を、三相固定座標系におけるＵ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊に変換する。

ＰＷＭ制御部５０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電圧指令値Ｖｕ^＊，Ｖｖ^＊，Ｖｗ^＊それぞれに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制御信号を生成し、駆動回路３２に供給する。
比較例に係るモータ制御装置２００によるモータ制御方式を基本制御ということにする。

図１８は、基本制御における電機子電流ベクトルの軌跡を示す模式図である。図１８においては、電圧制限楕円Ｑ１〜Ｑ４のうち、外側から２番目の電圧制限楕円Ｑ２と電流制限円Ｐとの交点Ａが定格点である。電動モータ１８の回転速度が増加すると、電圧制限楕円は内側に移行する。この際、基本制御では、電圧制限部４８の働きによって、ｑ’軸電流ｉｑ’が指令値（この例では零）と等しくなるように、ｑ’軸電流ｉｑ’優先でベクトル制御されるので、駆動点は、Ａ点からｄ’軸に沿って原点に向かって移動する。このため、電流位相角βはほぼ一定となる。これにより、図２１を用いて説明した従来の一般的なベクトル制御のように、定出力領域において電流位相角βが小さくならないため、電流位相角βが小さくなることによるトルク低下が解消される。

図１９は、基本制御におけるＮ−Ｔ特性を示すグラフである。
図１９において、基本制御と記されている曲線は基本制御におけるＮ−Ｔ特性を示し、従来制御と記されている曲線は従来の一般的なベクトル制御におけるＮ−Ｔ特性を示している。図１９から、基本制御では、従来の一般的なベクトル制御に比べて高出力が得られることがわかる。また、基本制御では、電流位相角βを変化させなくてもよいので、従来の最大出力制御に比べて制御方法が簡単となる。

以下、本実施形態のモータ制御の考え方について説明する。
前述の基本制御では、電流位相角βは固定されている。基本制御において、電流位相角βの設定値を変えると、Ｎ−Ｔ特性が変化する。
図３は、基本制御において、電流位相角βの設定値を変化させた場合の、各電流位相角βに対するＮ−Ｔ特性を示すグラフである。

図３において、β＝βａ、β＝βｂ、β＝βｃ、β＝βｄおよびβ＝βｅで示される曲線は、それぞれ、基本制御において電流位相角βの設定値がβａ、βｂ、βｃ、βｄおよびβｅである場合のＮ−Ｔ特性を示している。βａ、βｂ、βｃ、βｄおよびβｅの間には、βａ＜βｂ＜βｃ＜βｄ＜βｅの関係がある。βａは、この例では、６０度である。
図３から、回転速度（回転数）に応じて、出力が最大となる電流位相角βが異なることがわかる。特に、定出力領域においては、電流位相角βが大きいほど、トルクが大きくなる領域が存在している。したがって、電動モータ１８が出し得る最大出力の特性は、図３の各電流位相角βに対するＮ−Ｔ特性のうち、各回転速度での出力最大値（トルク最大値）を繋いだ特性となる。基本制御のＮ−Ｔ特性と電動モータ１８が出し得る最大出力の特性とを比較すると、基本制御のＮ−Ｔ特性（例えば図３にβ＝βａで示す曲線に相当する）では、定出力領域において、電動モータ１８が出し得る最大出力の特性に比べてトルク不足部分が存在する。

そこで、本出願人は、このようなトルク不足を補う制御法（以下、「駆動領域拡大制御」という）を発明した。駆動領域拡大制御は、基本制御で零に設定しているｑ’軸電流指令値ｉｑ’^＊を、電動モータ１８に適した零以外の有意値ｍに設定することによって、トルク不足を補う制御である。
図４は、駆動領域拡大制御における電機子電流ベクトルの軌跡を示す模式図である。駆動領域拡大制御では、ｑ’軸電流ｉｑ’がｍ（ｍ＞０）となるようにベクトル制御が行われる。図４においては、電圧制限楕円Ｑ１〜Ｑ４のうち、外側から３番目の電圧制限楕円Ｑ３と電流制限円Ｐとの交点Ａが定格点である。電動モータ１８の回転速度が増加すると、電圧制限楕円は内側に移行する。この際、基本制御と同様に、ｑ’軸電流ｉｑ’が指令値（この例ではｍ）と等しくなるように、ｑ’軸電流ｉｑ’優先でベクトル制御すると、駆動点は、Ａ点から、ｑ’軸上のｉ_ｑ’＝ｍの点Ｂに向かって移動する。

図５は、駆動領域拡大制御におけるＮ−Ｔ特性を示すグラフである。図５において、ｉｑ’＝ｍで示される曲線は、駆動領域拡大制御におけるＮ−Ｔ特性を示している。図５において、β＝βａ、β＝βｂ、β＝βｃ、β＝βｄおよびβ＝βｅで示される曲線は、それぞれ、基本制御において、電流位相角βの設定値がβａ、βｂ、βｃ、βｄおよびβｅである場合のＮ−Ｔ特性を示している。

図５から、駆動領域拡大制御を適用した場合には、定出力領域において、前述の最大出力の特性に対するトルク不足が補われていることがわかる。しかしながら、β＝βａで示される基本制御のＮ−Ｔ特性に比べて、定トルク領域において、トルクが低下していることがわかる。
そこで、この実施形態に係るモータ制御では、定トルク領域においては、前述の基本制御によって電動モータ１８を制御し、定出力領域においては前述の駆動領域拡大制御によって電動モータ１８を制御する。より具体的には、定トルク領域においては、ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊を零に設定し、定出力領域においては、ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊をｍ（ｍ＞０）に設定する。

図６は、実施形態に係るモータ制御における電機子電流ベクトルの軌跡を示す模式図である。図６においては、電圧制限楕円Ｑ１〜Ｑ４のうち、外側から２番目の電圧制限楕円Ｑ２と電流制限円Ｐとの交点Ａが定格点である。電動モータ１８の回転速度が定格点Ａでの回転速度以下である場合には、ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊は零に設定される。電動モータ１８の回転速度が定格点Ａでの回転速度よりも大きくなると、ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊はｍに設定される。これにより、駆動点は、点ＡからＢ点に移動する。

電動モータ１８の回転速度が定格点Ａでの回転速度よりも大きくなると、電圧制限楕円は内側に移行する。この際、実施形態に係るモータ制御では、ｑ’軸電流ｉｑ’が指令値（この例ではｍ）と等しくなるように、ｑ’軸電流ｉｑ’優先でベクトル制御される。これにより、駆動点は、Ｂ点から、ｑ’軸上のｉ_ｑ’＝ｍの点Ｃに向かって移動する。これにより、電流位相角βは、β１、β２、β３というように、徐々に大きくなるように変化する。つまり、Ｎ−Ｔ特性が電動モータ１８の出し得る最大出力の特性に近い特性となるように、電流位相角βが自動的に変化する。

図７は、実施形態に係るモータ制御におけるＮ−Ｔ特性を示すグラフである。図７において、ｉｑ’＝０ ｏｒ ｍで示される曲線は、実施形態に係るモータ制御におけるＮ−Ｔ特性を示している。ｉｑ’＝０ ｏｒ ｍで示される曲線は、ｉｑ’＝０で示される定トルク領域の曲線と、ｉｑ’＝ｍで示される定出力領域の曲線とからなる。図７において、β＝βａ、β＝βｂ、β＝βｃ、β＝βｄおよびβ＝βｅで示される曲線は、それぞれ、基本制御において、電流位相角βの設定値がβａ、βｂ、βｃ、βｄおよびβｅである場合のＮ−Ｔ特性を示している。

図７から、実施形態に係るモータ制御を適用した場合には、定出力領域において、前述の最大出力の特性に対するトルク不足が補われることがわかる。また、定トルク領域において、基本制御に比べてトルクが低下しないことがわかる。つまり、実施形態に係るモータ制御では、シンクロナスリラクタンスモータを簡単な制御方法によって高効率で制御できるようになる。

図８は、実施形態に係るモータ制御を実現するためのＥＣＵ１２（図１参照）の電気的構成を示す概略図である。図８において、前述の図１７の各部に対応する部分には、図１７と同じ符号を付して示す。
ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｈに応じて電動モータ１８を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータ３１と、このマイクロコンピュータ３１によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２と、電動モータ１８の各相のステータ巻線１１１，１１２，１１３に流れる電流を検出するための電流センサ３３，３４，３５とを備えている。

マイクロコンピュータ３１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、軸電流指令値設定部６０と、ｄ’軸電流偏差演算部４４と、ｑ’軸電流偏差演算部４５と、ｄ’軸電流制御部４６と、ｑ’軸電流制御部４７と、電圧制限部４８と、座標変換部４９と、ＰＷＭ制御部５０と、電流検出部５１と、座標変換部５２と、回転角演算部５３と、座標変換用回転角演算部５４と、回転速度演算部５５とを含んでいる。

このＥＣＵ１２では、軸電流指令値設定部６０が、図１７の３つの電流設定部４１，４２，４３からなる軸電流指令値設定部と異なっている点と、回転速度演算部５５が設けられている点において、図１７のモータ制御装置２００と異なっている。その他の各部４４〜５４は、図１７の対応する各部４４〜５４と同様なのでその説明を省略する。
回転速度演算部５５は、回転角演算部５３によって演算される回転角に基づいて電動モータ１８の回転速度（回転数）Ｎ［ｒ／ｍｉｎ］を演算する。

図９は、軸電流指令値設定部６０の構成を示すブロック図である。
軸電流指令値設定部６０は、定格点速度設定部６１と、制御モード切替部６２と、電機子電流指令値設定部６３と、ｄ’軸電流指令値設定部６４と、ｑ’軸電流指令値設定部６５とを含んでいる。
定格点速度設定部６１は、所定の演算周期毎に、図示しない電源電圧検出部によって検出された駆動回路３２の電源（図示略）の電圧Ｖ_Ｂと、電源電圧−定格点速度テーブルとに基づいて、定格点速度Ｎ_Ａ［ｒ／ｍｉｎ］を設定する。定格点速度Ｎ_Ａは、定格点での回転速度（回転数）である。定格点速度Ｎ_Ａは、モード判定用速度の一例である。電源電圧−定格点速度テーブルは、図１０に示すように、電源電圧Ｖ_Ｂに対する定格点速度Ｎ_Ａの関係が予め記憶されたテーブルであり、例えば不揮発性メモリに格納される。図１０に示すように、定格点速度Ｎ_Ａは、電源電圧Ｖ_Ｂが大きくなるほど大きな値に設定される。

制御モード切替部６２は、回転速度演算部５５によって演算された回転速度Ｎと、定格点速度設定部６１によって設定された定格点速度Ｎ_Ａとに基づいて、基本制御モードと駆動領域拡大制御モードとの間で、制御モードを切り替える。基本制御モードは、前述の基本制御によって電動モータ１８が制御されるモードであり、駆動領域拡大制御モードは、前述の駆動領域拡大制御によって電動モータ１８が制御されるモードである。

この実施形態では、制御モード切替部６２は、回転速度演算部５５によって演算された回転速度Ｎが定格点速度Ｎ_Ａ以下であれば、速度領域が定トルク領域であると判定し、制御モードを基本制御モードに設定する。一方、回転速度Ｎが定格点速度Ｎ_Ａよりも大きければ、制御モード切替部６２は、速度領域が定出力領域であると判定し、制御モードを駆動領域拡大制御モードに設定する。制御モード切替部６２は、所定の演算周期毎に、制御モードの判定を行う。

電機子電流指令値設定部６３は、所定の演算周期毎に、トルクセンサ１１によって検出された操舵トルクＴｈに基づき公知のマップ等から算出されるモータトルク指令値Ｔｍと、制御モード切替部６２によって設定される制御モードとに基づいて、電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊を設定する。電機子電流指令値設定部６３の動作の詳細については、後述する。
ｄ’軸電流指令値設定部６４は、電機子電流指令値設定部６３によって設定された電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊を、そのままｄ’軸電流指令値ｉ_ｄ’^＊として設定する。

ｑ’軸電流指令値設定部６５は、制御モード切替部６２によって設定される制御モードと、電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊の符号とに基づいて、ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊を設定する。具体的には、制御モード切替部６２によって設定される制御モードが基本制御モードである場合には、ｑ’軸電流指令値設定部６５は、ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊を零に設定する。制御モード切替部６２によって設定される制御モードが駆動領域拡大制御モードである場合には、ｑ’軸電流指令値設定部６５は、ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊を所定値ｍ（ｍ＞０）に設定する。

電機子電流指令値設定部６３の動作例について詳しく説明する。
ＳｙｎＲＭの制御において電流位相角βを変えると電流とトルクの関係（一般的にトルク定数で示される）が変化する。図１１は、ＳｙｎＲＭの電流−トルク特性の実測値の一例を示すグラフである。ただし、図１１では、トルクが小さい低トルク領域での特性は省略されている。図１１においてβ＝βａ、β＝βｂ、β＝βｃ、β＝βｄおよびβ＝βｅで示される曲線は、それぞれ、基本制御において、電流位相角βの設定値がβａ、βｂ、βｃ、βｄおよびβｅである場合の電流−トルク特性を示している。βａ、βｂ、βｃ、βｄおよびβｅの間には、βａ＜βｂ＜βｃ＜βｄ＜βｅの関係がある。図１１の各曲線の傾きがトルク定数である。

ＳｙｎＲＭの電流−トルク特性は、トルクが小さい低トルク領域では非線形であるが、それ以外の領域ではほぼ線形となる特徴を有している。
図１２の曲線Ｆ１は、制御モードが基本制御モードである場合の電流−トルク特性を模式的に示すグラフである。曲線Ｆ１は、電流位相角βが６０度である場合の特性を示している。

また、図１２の曲線Ｆ２は、制御モードが駆動領域拡大制御モードである場合の電流−トルク特性を模式的に示すグラフである。図１２の曲線Ｆ２に示すように、駆動領域拡大制御モードである場合には、低トルク領域以外の領域において、電流位相角βの変化にかかわらず、トルク定数がほぼ一定となることが判明した。
曲線Ｆ１のトルクに対する電流の関係が、モータトルクに対する電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊の関係を表す第１のトルク−電流テーブルとして、不揮発性メモリに記憶されている。また、曲線Ｆ２のトルクに対する電流の関係が、モータトルクに対する電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊の関係を表す第２のトルク−電流テーブルとして不揮発性メモリに記憶されている。

図１３は、電機子電流指令値設定部６３の動作の一例を示すフローチャートである。図１３の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
電機子電流指令値設定部（以下において、単に「電流指令値設定部６３」という場合がある）は、制御モード切替部６２によって制御モードが基本制御モードに設定されているか否かを判別する(ステップＳ１)。制御モードが基本制御モードに設定されている場合には(ステップＳ１：ＹＥＳ)、電流指令値設定部６３は、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、電流指令値設定部６３は、第１のトルク−電流テーブルを用いて、モータトルク指令値Ｔｍに対応する電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊を求めて、電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊として設定する。

一方、制御モードが駆動領域拡大制御モードに設定されている場合には(ステップＳ１：ＮＯ)、電流指令値設定部６３は、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、電流指令値設定部６３は、第２のトルク−電流テーブルを用いて、モータトルク指令値Ｔｍに対応する電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊を求めて、電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊として設定する。
以下、図１４および図１５を参照して、電流指令値設定部６３の他の動作例について詳しく説明する。

図１４の折れ線Ｇ１は、図１２の曲線Ｆ１を第１の直線部分Ｇ１１と、第２の直線部分Ｇ１２とからなる折れ線に近似したグラフである。同様に、図１４の折れ線Ｇ２は、図１２の曲線Ｆ２を第１の直線部分Ｇ２１と、第２の直線部分Ｇ２２とからなる折れ線に近似したグラフである。
直線部分Ｇ１１の勾配を第１トルク定数Ｋ_Ｔ１１とし、直線部分Ｇ１２の勾配を第２トルク定数Ｋ_Ｔ１２とし、直線部分Ｇ２１の勾配を第３トルク定数Ｋ_Ｔ２１とし、直線部分Ｇ２２の勾配を第４トルク定数Ｋ_Ｔ２２とする。直線部分Ｇ１１と直線部分Ｇ１２との交点に対応するトルクをＴｍ１とする。直線部分Ｇ１２の延長線と、縦軸との交点に対応するトルクを−Ｔｍ２とする。直線部分Ｇ２１と直線部分Ｇ２２との交点に対応するトルクをＴｍ３とする。直線部分Ｇ２２の延長線と、縦軸との交点に対応するトルクを−Ｔｍ４とする。第１〜第４トルク定数Ｋ_Ｔ１１〜Ｋ_Ｔ２２、Ｔｍ１、Ｔｍ２、Ｔｍ３およびＴｍ４が不揮発性メモリに記憶されているものとする。

図１５は、電機子電流指令値設定部６３の動作の他の例を示すフローチャートである。図１５の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
電流指令値設定部６３は、制御モード切替部６２によって制御モードが基本制御モードに設定されているか否かを判別する(ステップＳ１１)。制御モードが基本制御モードに設定されている場合には(ステップＳ１１：ＹＥＳ)、電流指令値設定部６３は、モータトルク値ＴｍがＴｍ１以下であるか否かを判別する(ステップＳ１２)。Ｔｍ≦Ｔｍ１であれば(ステップＳ１２：ＹＥＳ)、電流指令値設定部６３は、モータトルク指令値Ｔｍを第１トルク定数Ｋ_Ｔ１１で徐算した値Ｔｍ／Ｋ_Ｔ１１を電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊として設定する(ステップＳ１３)。

一方、Ｔｍ＞Ｔｍ１であると判別された場合には(ステップＳ１２：ＮＯ)、電流指令値設定部６３は、（Ｔｍ＋Ｔｍ２）を第２トルク定数Ｋ_Ｔ１２で徐算した値（Ｔｍ＋Ｔｍ２）／Ｋ_Ｔ１２を電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊として設定する(ステップＳ１４)。
前記ステップＳ１１において、制御モードが領域拡大制御モードに設定されている場合には(ステップＳ１１：ＮＯ)、電流指令値設定部６３は、モータトルク指令値ＴｍがＴｍ３以下であるか否かを判別する(ステップＳ１５)。Ｔｍ≦Ｔｍ３であれば(ステップＳ１５：ＹＥＳ)、電流指令値設定部６３は、モータトルク指令値Ｔｍを第３トルク定数Ｋ_Ｔ２１で徐算した値Ｔｍ／Ｋ_Ｔ２１を電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊として設定する(ステップＳ１６)。

一方、Ｔｍ＞Ｔｍ３であると判別された場合には(ステップＳ１５：ＮＯ)、電流指令値設定部６３は、（Ｔｍ＋Ｔｍ４）を第４トルク定数Ｋ_Ｔ２２で徐算した値（Ｔｍ＋Ｔｍ４）／Ｋ_Ｔ２２を電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊として設定する(ステップＳ１７)。
なお、図１２の曲線Ｆ１を１本の第１直線に近似し、図１２の曲線Ｆ２を１本の第２直線に近似し、第１直線の勾配を第５トルク定数Ｋ_Ｔ５として不揮発性メモリに記憶するとともに、第２直線の勾配を第６トルク定数Ｋ_Ｔ６として不揮発性メモリに記憶するようにしてもよい。

この場合には、電機子電流指令値設定部６３は、次のようにして、電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊を設定する。すなわち、制御モード切替部６２によって制御モードが基本制御モードに設定されているときには、電流指令値設定部６３は、モータトルク指令値Ｔｍを第５トルク定数Ｋ_Ｔ５で徐算した値Ｔｍ／Ｋ_Ｔ５を電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊として設定する。一方、制御モードが領域拡大制御モードに設定されているときには、電流指令値設定部６３は、モータトルク指令値Ｔｍを第６トルク定数Ｋ_Ｔ６で徐算した値Ｔｍ／Ｋ_Ｔ６を電機子電流指令値Ｉ_ａ ^＊として設定する。

この実施形態では、電動モータ１８の回転速度が例えば定格点速度よりも大きい定出力領域においては、前述の駆動領域拡大制御によって電動モータ１８が制御される。これにより、定出力領域において、従来の最大出力制御に比べて簡単な方法で、高出力が得られるようになる。また、これにより、前述の基本制御に比べて、定出力領域において、高出力が得られるようになる。

また、この実施形態では、電動モータ１８の回転速度が例えば定格点速度以下の定トルク領域においては、前述の基本制御によって電動モータ１８が制御される。これにより、定トルク領域において、前述の駆動領域拡大制御を適用する場合に比べて、高出力が得られるようになる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。前述の実施形態では、制御モード切替部６２は、回転速度Ｎが定格点速度Ｎ_Ａ以下であれば制御モードを基本制御モードに設定し、回転速度Ｎが定格点速度Ｎ_Ａよりも大きければ制御モードを領域拡大制御モードに設定している。しかし、制御モード切替部６２は、次のような動作によって、制御モードを切り替えてもよい。

図１６は、制御モード切替部６２の動作の変形例を示すフローチャートである。
電源がオンされると(ステップＳ２１：ＹＥＳ)、制御モード切替部６２は、初期設定を行う(ステップＳ２２：ＹＥＳ)。初期設定では、制御モード切替部６２は、まず、回転速度演算部５５によって演算されている電動モータ１８の回転速度Ｎおよび定格点速度設定部６１によって設定されている定格点速度Ｎ_Ａを取得する。そして、制御モード切替部６２は、回転速度Ｎが定格点速度Ｎ_Ａ以下であれば制御モードを基本制御モードに設定し、回転速度Ｎが定格点速度Ｎ_Ａよりも大きければ制御モードを領域拡大制御モードに設定する。

この後、制御モード切替部６２は、ステップＳ２３以降の処理を所定の演算周期毎に繰り返し実行する。すなわち、制御モード切替部６２は、回転速度演算部５５によって演算されている電動モータ１８の回転速度Ｎおよび定格点速度設定部６１によって設定されている定格点速度Ｎ_Ａを取得する(ステップＳ２３)。そして、電動モータ１８の回転速度の絶対値が増加しているか否かを判別する(ステップＳ２４)。この判別は、今回取得した電動モータ１８の回転速度と前回取得した電動モータ１８の回転速度とを比較することにより行うことができる。

電動モータ１８の回転速度の絶対値が増加している場合には(ステップＳ２４：ＹＥＳ)、制御モード切替部６２は、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、定格点速度Ｎ_Ａに所定値α（α＞０）を加算した値を（Ｎ_Ａ＋α）とすると、制御モード切替部６２は、回転速度（絶対値）Ｎが（Ｎ_Ａ＋α）よりも大きいか否かを判別する。Ｎ＞（Ｎ_Ａ＋α）であれば(ステップＳ２５：ＹＥＳ)、制御モード切替部６２は、制御モードを駆動領域拡大制御モードに設定する(ステップＳ２６)。これにより、制御モードが基本制御モードであった場合には、制御モードが駆動領域拡大制御モードに切り替えられる。そして、制御モード切替部６２は、ステップＳ２３に戻る。

一方、前記ステップＳ２５において、Ｎ≦（Ｎ_Ａ＋α）であると判別された場合には(ステップＳ２５：ＮＯ)、制御モード切替部６２は、ステップＳ２３に戻る。この場合には、制御モードは切替られない。
前記ステップＳ２４において、電動モータ１８の回転速度が低下している場合には(ステップＳ２４：ＮＯ)、制御モード切替部６２は、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、定格点速度Ｎ_Ａから所定値α（α＞０）を減算した値を（Ｎ_Ａ−α）とすると、制御モード切替部６２は、回転速度（絶対値）Ｎが（Ｎ_Ａ−α）よりも小さいか否かを判別する。Ｎ＜（Ｎ_Ａ−α）であれば(ステップＳ２７：ＹＥＳ)、制御モード切替部６２は、制御モードを基本制御モードに設定する(ステップＳ２８)。これにより、制御モードが駆動領域拡大制御モードであった場合には、制御モードが基本制御モードに切り替えられる。そして、制御モード切替部６２は、ステップＳ２３に戻る。

一方、前記ステップＳ２７において、Ｎ≧（Ｎ_Ａ−α）であると判別された場合には(ステップＳ２７：ＮＯ)、制御モード切替部６２は、ステップＳ２３に戻る。この場合には、制御モードは切替られない。
制御モード切替部６２が、図１６に示すような動作を行う場合には、定格点速度Ｎ_Ａ付近で、ｑ’軸電流指令値ｉ_ｑ’^＊が０とｍの間で頻繁に切り替えられるのを防止できる。

また、前述の実施形態では、正転方向および逆転方向の双方向に回転可能な電動モータ１８について説明したが、この発明は、一方向にのみ回転駆動する電動モータにも適用することができる。
また、前述においては、電動パワーステアリング装置用の電動モータの制御装置に、この発明を適用した場合の実施形態について説明した。しかし、この発明は電動パワーステアリング装置用の電動モータの制御装置以外のモータ制御装置に適用することができる。

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。

１２…ＥＣＵ、１８…電動モータ、２５…回転角センサ、３１…マイクロコンピュータ、４４…ｄ’軸電流偏差演算部、４５…ｑ’軸電流偏差演算部、４６…ｄ’軸電流制御部、４７…ｑ’軸電流制御部４７、４８…電圧制限部、４９…座標変換部、５２…座標変換部、５３…回転角演算部、５４…座標変換用回転角演算部、５５…回転速度演算部、６０…軸電流指令値設定部、６１…定格点速度設定部、６２…制御モード切替部、６３…電機子電流指令値設定部、６４…ｄ’軸電流指令値設定部、６５…ｑ’軸電流指令値設定部

Claims (5)

1. シンクロナスリラクタンスモータを制御するモータ制御装置であって、
   前記モータの回転速度と所定のモード判定用速度とに基づいて、所定の低速度領域に適した第１制御モードと、前記低速度領域よりも速度の大きい領域に適した第２制御モードとの間で制御モードを切り替えるための切替手段と、
   電機子電流指令値を設定する電機子電流指令値設定手段と、
   ｄ軸およびｑ軸に対してそれぞれ電流位相角だけ位相がずれた方向にｄ’軸およびｑ’軸をとった二相回転座標系と、三相固定座標系との間での座標変換を行うための座標変換用回転角を演算する座標変換用回転角演算手段と、
   前記電機子電流指令値をｄ’軸電流指令値として設定するとともに、前記切替手段によって制御モードが第１制御モードに設定されるときには、ｑ’軸電流指令値を零に設定し、前記切替手段によって制御モードが第２制御モードに設定されるときには、ｑ’軸電流指令値を所定の有意値に設定する二相電流指令値設定手段と、
   前記モータに流れる三相電流を、前記座標変換用回転角を用いてｄ’軸電流検出値およびｑ’軸電流検出値に座標変換する第１座標変換手段と、
   前記ｄ’軸電流指令値と前記ｄ’軸電流検出値との偏差に基づいてｄ’軸電圧指令値を演算するとともに、前記ｑ’軸電流指令値と前記ｑ’軸電流検出値との偏差に基づいてｑ’軸電圧指令値を演算する二相電圧指令値演算手段とを含む、モータ制御装置。
2. 前記切替手段は、前記モータの回転速度と前記モード判定用速度とに基づいて、定トルク領域に適した第１制御モードと、定出力領域に適した第２制御モードとの間で制御モードを切り替えるように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記座標変換用回転角演算手段は、予め設定された電流位相角および前記モータの回転角に基づいて、前記座標変換用回転角を演算するように構成されている、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記座標変換用回転角演算手段は、予め設定された電流位相角をβ（＞０）とし、前記モータの回転角をθとすると、前記モータを回転させるべき方向に応じて、（θ＋β）または（θ−β）を、前記座標変換用回転角として演算するように構成されている、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
5. 前記ｄ’軸電圧指令値の二乗とｑ’軸電圧指令値の二乗との和が電源電圧の二乗よりも大きくなったときには、前記和が前記電源電圧の二乗以下となるように、前記ｄ’軸電圧指令値に対して制限処理を行う電圧制限手段と、
   前記電圧制限手段による制限処理後の二相電圧指令値を、前記座標変換用回転角を用いて三相電圧指令値に座標変換する第２座標変換手段とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

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