JP2021023042A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期駆動制御によってモータを駆動させる際におけるモータ回転数の制御性の低下を抑制できるモータ制御装置を提供すること。【解決手段】モータ制御装置１０は、モータ１００に流れる電流であるｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑを検出する３相／２相変換部１５と、指令回転数Ｖｍｔ＊を基に、ベクトル制御の回転座標での向きが所定の向きとなる同期駆動電流ベクトルを導出する同期駆動ベクトル導出部２６と、同期駆動電流ベクトルに基づいた指令信号を生成してモータ１００に出力することによってモータ１００を駆動させる同期駆動制御を実行する制御部１４とを備える。同期駆動ベクトル導出部２６は、ｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑで表される検出電流ベクトルの向きと、同期駆動電流ベクトルの向きとのベクトル位相偏差の絶対値が所定値以下となるように、同期駆動電流ベクトルの大きさを調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、同期モータの駆動を行うモータ制御装置に関する。

ロータに永久磁石が設けられている同期モータの制御方式としては、永久磁石の磁束軸方向の成分の電流であるｄ軸成分の電流と、トルク方向の成分の電流であるｑ軸成分の電流とで表される電流ベクトルを用いて同期モータを駆動させるベクトル制御が知られている。ベクトル制御の回転座標では、ｄ軸とｑ軸とは互いに直交している。

特許文献１には、ベクトル制御によって同期モータを駆動させる制御装置が開示されている。この制御装置では、モータの始動時には、回転座標での電流ベクトルの向きを推定ｄ軸の方向に固定した状態で同期モータの回転角を変更させる同期駆動制御が実行される。なお、同期駆動制御で同期モータを駆動させる場合、電流ベクトルの大きさは、ロータを加速させるのに十分なトルクを同期モータに発生させることのできる大きさで固定される。

特開２００４−７２９０６号公報

同期駆動制御によって同期モータを駆動させている場合、同期モータの出力トルクと同期モータに加わる負荷トルクとの乖離が大きいと、回転座標上における推定ｄ軸と実ｄ軸とのずれ角である負荷角の目標である目標負荷角と、実際の負荷角との間に乖離が発生する。目標負荷角と負荷角とが乖離したままモータの駆動を継続させた場合、モータ回転数の制御性が低下してしまう。

上記課題を解決するためのモータ制御装置は、ベクトル制御の回転座標のｄ軸成分の電流とｑ軸成分の電流とで表される電流ベクトルに基づいて同期モータであるモータの駆動を行う装置である。このモータ制御装置は、前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、前記モータ回転数の指令値である指令回転数を基に、前記回転座標での向きが所定の向きとなる同期駆動電流ベクトルを導出する同期駆動ベクトル導出部と、前記同期駆動電流ベクトルに基づいた指令信号を生成して前記モータに出力することによって当該モータを駆動させる同期駆動制御を実行する制御部と、を備える。前記電流検出部によって検出された電流を電流検出値とした場合、前記同期駆動ベクトル導出部は、前記電流検出値に基づいた前記回転座標上の電流ベクトルである検出電流ベクトルの向きと、前記同期駆動電流ベクトルの向きとの偏差であるベクトル位相偏差の絶対値が所定値以下となるように、当該同期駆動電流ベクトルの大きさを調整する。

同期駆動制御によってモータを駆動させる場合、同期駆動ベクトルの大きさが大きいほど、モータの出力トルクが大きくなる。また、同期駆動制御によってモータを駆動させている場合、目標負荷角と負荷角との乖離が大きくなると、ベクトル位相偏差の絶対値が大きくなる。

上記構成では、同期駆動制御によってモータを駆動させる場合、ベクトル位相偏差の絶対値が所定値以下となるように同期駆動電流ベクトルの大きさが調整される。そして、このように大きさの調整された同期駆動電流ベクトルに基づいた指令信号が生成され、当該指令信号がモータに出力される。これにより、目標負荷角と負荷角とが乖離したままモータの駆動が継続されることが抑制される。したがって、同期駆動制御によってモータを駆動させる際におけるモータ回転数の制御性の低下を抑制できるようになる。

実施形態のモータ制御装置と、同モータ制御装置によって制御されるモータとを示す概略構成図。 ベクトル制御の回転座標において、同期駆動制御によってモータを駆動させる際における実ｄ軸と推定ｄ軸との位置関係を示す図。 モータの回転角の推移を示すタイミングチャート。 負荷角が目標負荷角よりも大きい状態を示す図。 （ａ），（ｂ）は、基準同期駆動ベクトルの大きさを補正した場合における負荷角の変化を説明する図。 負荷角が目標負荷角よりも小さい状態を示す図。 （ａ），（ｂ）は、基準同期駆動ベクトルの大きさを補正した場合における負荷角の変化を説明する図。 （ａ）〜（ｃ）は、モータを駆動させる際におけるタイミングチャート。

以下、モータ制御装置の一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
図１は、本実施形態のモータ制御装置１０と、モータ制御装置１０によって制御されるモータ１００と、を示している。モータ１００は、永久磁石が設けられているロータ１０１を備えている。モータ１００は、永久磁石がロータ１０１の内部に埋め込まれている埋込磁石型の同期モータである。モータ１００は、三相コイルとしてＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルを備えている。なお、モータ１００は、車載のブレーキ装置におけるブレーキ液の吐出用ポンプの動力源として用いられる。

モータ１００には、ロータ１０１の回転速度に応じた信号を検出信号としてモータ制御装置１０に出力する回転角センサ１８が設けられている。回転角センサ１８としては、たとえば、ホールセンサおよびロータリエンコーダを挙げることができる。回転角センサ１８の検出信号に基づいて導出されるロータ１０１の回転角を、回転角検出値θｓという。

モータ制御装置１０は、ｄ軸成分の電流と、ｑ軸成分の電流と、を制御するベクトル制御によってモータ１００を駆動させる。ｄ軸およびｑ軸とは、ベクトル制御の回転座標上の制御軸である。ｄ軸は、永久磁石の磁束軸の方向に延びる制御軸である。ｑ軸は、トルクの方向に延びる制御軸であって、ｄ軸とは直交している。モータ制御装置１０は、ｄ軸成分の電流指令値とｑ軸成分の電流指令値とに基づいた信号を三相コイルに入力することによってモータ１００を駆動させる。

モータ制御装置１０は、必要トルク導出部１１と、同期駆動処理部１２と、センサレス駆動処理部１３と、信号選択部１９と、制御部１４と、を備えている。さらに、モータ制御装置１０は、３相／２相変換部１５と、ロータ位置推定部１６と、回転角取得部１７と、を備えている。

モータ制御装置１０は、同期駆動制御とセンサレス駆動制御とを実行する。センサレス駆動制御は、モータ１００の回転速度であるロータ回転数をフィードバックする閉ループ駆動制御の一例である。一方、同期駆動制御は、開ループ駆動制御である。同期駆動制御では、同期駆動処理部１２が導出する電流指令値が用いられる。センサレス駆動制御では、センサレス駆動処理部１３が導出する電流指令値が用いられる。すなわち、センサレス駆動処理部１３が、閉ループ駆動処理部に対応する。

必要トルク導出部１１は、必要トルクＴＲＬｄを導出する。必要トルクＴＲＬｄは、モータ１００の負荷トルクと加速トルクとの和として算出される。必要トルクＴＲＬｄは、ロータ回転数を低下させないようにするために必要なトルクである。負荷トルクは、たとえば、モータ１００を動力源とするポンプのイナーシャおよびブレーキ液の粘度を基に導出できる。また、加速トルクは、ポンプに対するブレーキ液の吐出量の要求値を基に導出できる。

同期駆動処理部１２は、同期駆動制御によってモータ１００を駆動させる際における指示電流ベクトルである同期駆動電流ベクトルＶＡを生成するものである。電流ベクトルとは、回転座標におけるｄ軸成分の電流と、ｑ軸成分の電流とで表されるものである。

同期駆動処理部１２は、必要トルク導出部１１によって導出された必要トルクＴＲＬｄ、ロータ回転数の指令値である指令回転数Ｖｍｔ＊、回転角検出値θｓ、および、後述する回転角取得部１７が導出したロータ推定回転角θｅを基に、同期駆動電流ベクトルＶＡを導出する。同期駆動処理部１２は、同期駆動ベクトル導出部２６と、向き変更部２７と、を有している。

同期駆動ベクトル導出部２６は、回転座標での向きが所定の向きとなる同期駆動ベクトルである基準ベクトルＶＡＢを導出する。本実施形態では、所定の向きは、推定ｄ軸の方向と同じである。推定ｄ軸とは、回転座標のｄ軸と推定される軸のことである。なお、回転座標の実際のｄ軸を実ｄ軸という。また、回転座標の実際のｑ軸を実ｑ軸といい、回転座標のｑ軸と推定される軸を推定ｑ軸という。

同期駆動ベクトル導出部２６は、所定の制御サイクル毎に回転座標での推定ｄ軸の方向と推定ｑ軸の方向とを定める。すなわち、同期駆動ベクトル導出部２６は、モータ１００の起動時には、回転角検出値θｓに基づいたｄ軸である実ｄ軸の方向と推定ｄ軸の方向とが一致するように、推定ｄ軸の方向と推定ｑ軸の方向とを設定する。そして、次回の制御サイクル以降では、同期駆動ベクトル導出部２６は、指令回転数Ｖｍｔ＊を基に、推定ｄ軸の方向および推定ｑ軸の方向を可変させる。そして、同期駆動ベクトル導出部２６は、このように定めた推定ｄ軸の方向とは回転座標で向きが同じとなるように、基準ベクトルＶＡＢの向きを定める。

ここで、図２を参照し、基準ベクトルＶＡＢの向きを定める際における推定ｄ軸および推定ｑ軸の設定処理について説明する。すなわち、推定ｄ軸の方向と実ｄ軸の方向との偏差である軸位相偏差Δθが目標負荷角αｔｒと等しくなるように、推定ｄ軸および推定ｑ軸の方向が設定される。目標負荷角αｔｒは、指令回転数Ｖｍｔ＊が高いほど大きくなるように設定される。例えば、上記の制御サイクルの時間的な長さを単位時間とした場合、指令回転数Ｖｍｔ＊でモータ１００を駆動させた際におけるロータ回転角の単位時間での変化量が、目標負荷角αｔｒとして設定される。

図１に戻り、同期駆動ベクトル導出部２６は、必要トルクＴＲＬｄを基に、基準ベクトルＶＡＢの大きさを設定する。すなわち、同期駆動ベクトル導出部２６は、必要トルクＴＲＬｄが大きいほど大きくなるように基準ベクトルＶＡＢの大きさを設定する。

本実施形態では、同期駆動ベクトル導出部２６は、上記のように導出した基準ベクトルＶＡＢの大きさを補正する補正処理を実行する。この補正処理の内容については後述する。

向き変更部２７は、上記の軸位相偏差Δθに応じ、基準ベクトルＶＡＢの向きを所定の向きから変更して同期駆動電流ベクトルＶＡを導出する。ここでいう基準ベクトルＶＡＢとは、補正処理で大きさが補正された基準ベクトルＶＡＢである。すなわち、向き変更部２７は、基準ベクトルＶＡＢの向きを軸位相偏差Δθに基づいて変更し、変更後のベクトルを同期駆動電流ベクトルＶＡとする。そのため、軸位相偏差Δθの絶対値が大きいほど、同期駆動電流ベクトルＶＡの向きと基準ベクトルＶＡＢの向きとの差分が大きくなる。

そして、同期駆動処理部１２は、同期駆動電流ベクトルＶＡの推定ｄ軸成分の電流をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊として信号選択部１９に出力する。また、同期駆動処理部１２は、同期駆動電流ベクトルＶＡの推定ｑ軸成分の電流をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として信号選択部１９に出力する。

センサレス駆動処理部１３は、指令トルク導出部３１と、指令電流導出部３２と、を有している。
指令トルク導出部３１は、モータ１００の出力トルクの指令値である指令トルクＴＲ＊を導出する。指令トルク導出部３１は、必要トルクＴＲＬｄと、指令回転数Ｖｍｔ＊と、後述するロータ位置推定部１６によって取得されたロータ回転数Ｖｍｔと、に基づいて、指令トルクＴＲ＊を導出する。すなわち、指令トルク導出部３１は、指令回転数Ｖｍｔ＊とロータ回転数Ｖｍｔとの偏差である回転数偏差を入力とするフィードバック制御によって導出したトルク補正値と、必要トルクＴＲＬｄとの和が大きいほど値が大きくなるように、指令トルクＴＲ＊を導出する。

指令電流導出部３２は、指令トルク導出部３１によって導出された指令トルクＴＲ＊に基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を導出する。たとえば、指令電流導出部３２は、指令トルクＴＲ＊に基づいた指令電流ベクトルであるセンサレス駆動ベクトルを導出する。そして、指令電流導出部３２は、センサレス駆動ベクトルの推定ｄ軸成分の電流をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊として導出する。また、指令電流導出部３２は、センサレス駆動ベクトルの推定ｑ軸成分の電流をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として導出する。

そして、センサレス駆動処理部１３は、指令電流導出部３２が導出したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を信号選択部１９に出力する。また、センサレス駆動処理部１３は、指令電流導出部３２が導出したｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を信号選択部１９に出力する。

信号選択部１９は、第１切換機５１および第２切換機５２を備えている。第１切換機５１は、同期駆動処理部１２から出力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、および、センサレス駆動処理部１３から出力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の何れか一方を選択し、選択したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を制御部１４に出力する。第２切換機５２は、同期駆動処理部１２から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、および、センサレス駆動処理部１３から出力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の何れか一方を選択し、選択したｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を制御部１４に出力する。

各切換機５１，５２は、ロータ回転数Ｖｍｔが規定回転数Ｖｍｔｈ未満であるときには、同期駆動処理部１２から出力された電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を選択し、選択した電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を制御部１４に出力する。一方で、各切換機５１，５２は、ロータ回転数Ｖｍｔが規定回転数Ｖｍｔｈ以上であるときには、センサレス駆動処理部１３から出力された電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を選択し、選択した電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を制御部１４に出力する。すなわち、規定回転数Ｖｍｔｈが、閾値である。

ここで、規定回転数Ｖｍｔｈについて説明する。規定回転数Ｖｍｔｈは、モータ１００のロータ１０１が低速で回転しているか否かの判断基準として設定されている。具体的には、ベクトル制御によってモータ１００を駆動させる場合、回転座標の実ｑ軸の方向に誘起電圧が発生する。そして、後述する回転角取得部１７では、こうした誘起電圧を利用してロータ推定回転角θｅが取得される。ロータ回転数Ｖｍｔが低いと、誘起電圧の大きさのばらつきが大きく、ロータ推定回転角θｅの推定精度が低い。そこで、ロータ推定回転角θｅの推定精度を許容範囲に収めることができるようなロータ回転数Ｖｍｔの下限、又は当該下限よりも僅かに高い速度が規定回転数Ｖｍｔｈとして設定されている。

制御部１４は、第１切換機５１から入力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と第２切換機５２から入力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とに基づいて、モータ１００を駆動する制御信号を生成する。制御部１４は、指令電圧導出部４１と、２相／３相変換部４２と、インバータ４３と、を有している。

指令電圧導出部４１には、信号選択部１９からｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が入力される。さらに、指令電圧導出部４１には、後述するように３相／２相変換部１５から出力されるｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑが入力される。モータ１００への給電によって回転座標上で発生した電流ベクトルのうち、推定ｄ軸成分の電流がｄ軸電流値Ｉｄであり、推定ｑ軸成分の電流がｑ軸電流値Ｉｑである。

指令電圧導出部４１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、ｄ軸電流値Ｉｄと、に基づいたフィードバック制御によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出する。さらに、指令電圧導出部４１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、ｑ軸電流値Ｉｑと、に基づいたフィードバック制御によって、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

２相／３相変換部４２は、ロータ１０１の回転角に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を、Ｕ相電圧指令値ＶＵ＊と、Ｖ相電圧指令値ＶＶ＊と、Ｗ相電圧指令値ＶＷ＊と、に変換する。２相／３相変換部４２には、後述する回転角取得部１７によって取得されるロータ推定回転角θｅがロータ１０１の回転角として入力される。Ｕ相電圧指令値ＶＵ＊は、Ｕ相のコイルに印加する電圧の指令値である。Ｖ相電圧指令値ＶＶ＊は、Ｖ相のコイルに印加する電圧の指令値である。Ｗ相電圧指令値ＶＷ＊は、Ｗ相のコイルに印加する電圧の指令値である。

インバータ４３は、バッテリから供給される電力によって動作する複数のスイッチング素子を有している。インバータ４３は、２相／３相変換部４２から入力されたＵ相電圧指令値ＶＵ＊と、スイッチング素子のオン／オフ動作によってＵ相信号を生成する。また、インバータ４３は、２相／３相変換部４２から入力されたＶ相電圧指令値ＶＶ＊と、スイッチング素子のオン／オフ動作によってＶ相信号を生成する。また、インバータ４３は、２相／３相変換部４２から入力されたＷ相電圧指令値ＶＷ＊と、スイッチング素子のオン／オフ動作によってＷ相信号を生成する。Ｕ相信号は、モータ１００のＵ相コイルに入力される。Ｖ相信号は、モータ１００のＶ相コイルに入力される。Ｗ相信号は、モータ１００のＷ相コイルに入力される。

本実施形態では、ロータ回転数Ｖｍｔが規定回転数Ｖｍｔｈ未満である場合、制御部１４は、同期駆動処理部１２から出力された電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊、すなわち同期駆動電流ベクトルＶＡに基づいた指令信号を生成し、当該指令信号をモータ１００に出力することによってモータ１００を駆動させる。このようなモータ制御が、同期駆動制御である。一方、ロータ回転数Ｖｍｔが規定回転数Ｖｍｔｈ以上である場合、制御部１４は、センサレス駆動処理部１３から出力された電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいた指令信号を生成し、当該指令信号をモータ１００に出力することによってモータ１００を駆動させる。このようなモータ制御が、センサレス駆動制御である。

３相／２相変換部１５は、モータ１００に流される三相電流を変換して二相電流値を算出する。３相／２相変換部１５には、モータ１００のＵ相のコイルに流される電流であるＵ相電流ＩＵが入力される。３相／２相変換部１５には、モータ１００のＶ相のコイルに流される電流であるＶ相電流ＩＶが入力される。３相／２相変換部１５には、モータ１００のＷ相のコイルに流される電流であるＷ相電流ＩＷが入力される。そして、３相／２相変換部１５は、後述する回転角取得部１７によって取得されたロータ推定回転角θｅに基づいて、Ｕ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶおよびＷ相電流ＩＷを、推定ｄ軸成分の電流であるｄ軸電流値Ｉｄおよび推定ｑ軸成分の電流であるｑ軸電流値Ｉｑに変換する。

ロータ位置推定部１６は、実ｄ軸の方向と推定ｄ軸の方向との軸位相偏差Δθを導出する。ロータ位置推定部１６には、３相／２相変換部１５が算出したｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑが入力される。さらに、ロータ位置推定部１６には、指令電圧導出部４１が導出したｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊が入力される。

ロータ位置推定部１６は、たとえば、拡張誘起電圧方式によって軸位相偏差Δθを導出する。この場合、ロータ位置推定部１６は、ｄ軸電流値Ｉｄおよびｑ軸電流値Ｉｑと、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、に基づいて、軸位相偏差Δθを導出する。

さらに、ロータ位置推定部１６は、ロータ回転数Ｖｍｔを取得する。ロータ回転数Ｖｍｔは、モータ１００の回転速度である。ロータ位置推定部１６は、たとえば、軸位相偏差Δθを目標値「０」とすべく比例積分制御することによってロータ回転数Ｖｍｔを求める。

回転角取得部１７は、ロータ推定回転角θｅを取得する。回転角取得部１７は、たとえば、ロータ位置推定部１６が導出するロータ回転数Ｖｍｔを積分することによって、ロータ推定回転角θｅを求める。

次に、図３〜図７を参照し、同期駆動ベクトル導出部２６が実行する上記補正処理について説明する。なお、回転座標上において、３相／２相変換部１５で検出されたｄ軸電流値Ｉｄとｑ軸電流値Ｉｑとによって表される電流ベクトルを、「検出電流ベクトルＶＡＳ」という。

図３〜図５には、同期駆動制御によってモータ１００を駆動させている場合において、検出電流ベクトルＶＡＳの向きから同期駆動電流ベクトルＶＡの向きを引いた値であるベクトル位相偏差ΔＶＡａが正の値である場合の一例が図示されている。ベクトル位相偏差ΔＶＡａが正の値となるような事象は、モータ１００に加わる実際の負荷が、想定されている負荷よりも大きいときに生じうる。この場合、モータ１００の出力トルクを増大補正することにより、当該事象を解消することができる。

回転角センサ１８としてホールセンサが採用されている場合、回転角検出値θｓは、図３に実線で示すように所定の検出サイクル毎に更新される。また、ロータ推定回転角θｅは図３に一点鎖線で示すように推移し、目標回転角θｔｒは図３に破線で示すように推移する。目標回転角θｔｒは、ロータ推定回転角θｅから目標負荷角αｔｒを引いた値である。この場合、図３に示すように、目標負荷角αｔｒから実際の負荷角αを引いた値である負荷角偏差Δαは負の値となる。

この例のように負荷角偏差Δαが負の値となる場合、図４に示すように、検出電流ベクトルＶＡＳの向きは、同期駆動電流ベクトルＶＡの向きよりも進角側となる。なお、図４において破線で示す半円は、同期駆動電流ベクトルＶＡの終点を通過する定電流円である。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、補正処理では、負荷角偏差Δαの絶対値が所定値以下となるように、基準ベクトルＶＡＢの大きさが補正される。本実施形態では、所定値として、「０」が設定されている。図５（ａ）に示す例では、負荷角偏差Δαが負の値であるため、基準ベクトルＶＡＢの大きさは増大補正される。この際の増大補正量Ｘａは、負荷角偏差Δαの絶対値が大きいほど大きくなる。なお、図５における二点鎖線は、等トルク線Ｔ１，Ｔ２である。等トルク線Ｔ２で示されるトルクは、等トルク線Ｔ１で示されるトルクよりも小さい。等トルク線Ｔ１は負荷増大前の必要トルクＴＲＬｄを示しており、等トルク線Ｔ２は負荷増大後の必要トルクＴＲＬｄを示している。

基準ベクトルＶＡＢの大きさが増大補正されると、検出電流ベクトルＶＡＳの大きさも大きくなるため、モータ１００の出力トルクが増大される。すると、ロータ回転数Ｖｍｔが増大されるため、実際の負荷角αが小さくなる。そして、図５（ｂ）に示すように、実際の負荷角αが目標負荷角αｔｒまで減少される。

図６および図７には、同期駆動制御によってモータ１００を駆動させている場合において、ベクトル位相偏差ΔＶＡａが負の値である場合の一例が図示されている。ベクトル位相偏差ΔＶＡａが負の値となるような事象は、モータ１００に加わる実際の負荷が、想定されている負荷よりも小さいときに生じうる。この場合、モータ１００の出力トルクを減少補正することにより、当該事象を解消することができる。

ベクトル位相偏差ΔＶＡａが負の値となる場合、図６に示すように、検出電流ベクトルＶＡＳの向きは、同期駆動電流ベクトルＶＡの向きよりも遅角側となる。その結果、負荷角偏差Δαが正の値となる。そして、補正処理では、図７（ａ），（ｂ）に示すように、負荷角偏差Δαの絶対値が所定値以下となるように、基準ベクトルＶＡＢの大きさが補正される。図７（ａ）に示す例では、負荷角偏差Δαが正の値であるため、基準ベクトルＶＡＢの大きさは減少補正される。この際の減少補正量Ｘｄは、負荷角偏差Δαの絶対値が大きいほど大きくなる。なお、図７における二点鎖線は、等トルク線Ｔ１１，Ｔ１２である。等トルク線Ｔ１１で示されるトルクは、等トルク線Ｔ１２で示されるトルクよりも大きい。等トルク線Ｔ１１は負荷増大前の必要トルクＴＲＬｄを示しており、等トルク線Ｔ１２は負荷増大後の必要トルクＴＲＬｄを示している。

基準ベクトルＶＡＢの大きさが減少補正されると、検出電流ベクトルＶＡＳの大きさも小さくなるため、モータ１００の出力トルクが減少される。すると、実際の負荷角αが大きくなる。そして、図７（ｂ）に示すように、実際の負荷角αが目標負荷角αｔｒまで増大される。

次に、図８を参照し、本実施形態の作用および効果について説明する。
図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、モータ１００の起動時では、ロータ回転数Ｖｍｔが規定回転数Ｖｍｔｈ未満であるため、同期駆動制御によってモータ１００の駆動が制御される。同期駆動制御では、同期駆動処理部１２によって導出された同期駆動電流ベクトルＶＡに基づいた指令信号が生成されてモータ１００に入力される。これにより、ロータ１０１の回転を開始させることができる。

本実施形態において、同期駆動処理部１２では、基準ベクトルＶＡＢが導出される。基準ベクトルＶＡＢの向きは、回転座標の推定ｄ軸の方向と同じである。また、基準ベクトルＶＡＢの大きさは、必要トルクＴＲＬｄに応じた大きさである。

ここで、必要トルク導出部１１によって導出された必要トルクＴＲＬｄと実際の必要トルクＴＲＬｄとの間に乖離が生じている場合、同期駆動電流ベクトルＶＡの向きと検出電流ベクトルＶＡＳの向きとの偏差であるベクトル位相偏差ΔＶＡａが「０」とは異なる値となる。

本実施形態では、補正処理を実行することによって、ベクトル位相偏差ΔＶＡａが「０」となるように基準ベクトルＶＡＢの大きさが補正される。このように大きさの補正された基準ベクトルＶＡＢを基に同期駆動電流ベクトルＶＡが生成され、当該同期駆動電流ベクトルＶＡを用いて同期駆動制御が実行される。これにより、同期駆動制御の実行時において、実際の負荷角αと目標負荷角αｔｒとの乖離を抑制でき、ひいてはロータ回転数Ｖｍｔの制御性を向上させることができる。

なお、実際の負荷角αが目標負荷角αｔｒよりも小さい場合とは、実際の必要トルクに対してモータ１００の出力トルクが大きすぎることを意味する。そのため、こうした場合では、基準ベクトルＶＡＢの大きさが減少補正される。このように基準ベクトルＶＡＢの大きさを小さくすると、モータ１００に流される電流を小さくできる。その結果、同期駆動制御の実行時におけるモータ１００の消費電力量を減少させることができる。

基準ベクトルＶＡＢの向きである所定の向きが推定ｄ軸の方向とは異なる場合を考える。この場合、補正処理によって基準ベクトルＶＡＢの大きさを補正するに際し、基準ベクトルＶＡＢにおける推定ｄ軸成分の電流および推定ｑ軸成分の電流の双方を補正することになる。

これに対し、本実施形態では、所定の向きが推定ｄ軸の方向と同じである。そのため、補正処理によって基準ベクトルＶＡＢの大きさを補正するに際し、基準ベクトルＶＡＢにおける推定ｄ軸成分の電流を補正するだけでよい。その結果、補正処理の実行に伴う演算負荷の増大を抑制できる。

また、本実施形態では、補正処理によって基準ベクトルＶＡＢの大きさが補正されると、向き変更部２７によって、基準ベクトルＶＡＢの向きを変更して同期駆動電流ベクトルＶＡが導出される。具体的には、基準ベクトルＶＡＢの向きと同期駆動電流ベクトルＶＡの向きとのベクトル位相偏差ΔＶＡａが、推定ｄ軸の方向と実ｄ軸の方向との軸位相偏差Δθに応じた値となるように、同期駆動電流ベクトルＶＡが導出される。その結果、同期駆動制御によってモータ１００を駆動させる場合であっても、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として「０」とは異なる値が設定される。

ここで、モータ１００として、ｄ軸方向のリラクタンスと、ｑ軸方向のリラクタンスとが異なるモータを採用した場合を考える。この場合、指令電圧導出部４１で実行されるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流値Ｉｄとに基づいたフィードバック制御のゲインであるｄ軸用ゲインは、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流値Ｉｑとに基づいたフィードバック制御のゲインであるｑ軸用ゲインとは相違することとなる。これは、ｄ軸用ゲインとしてｄ軸方向のリラクタンスに応じた値が設定され、ｑ軸用ゲインとしてｑ軸方向のリラクタンスに応じた値が設定されるためである。そのため、比較例のように同期駆動電流ベクトルの向きを推定ｄ軸の方向とした場合、推定ｄ軸の方向が実ｄ軸の方向と大きく乖離していると、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の導出精度が低下してしまう。

この点、本実施形態では、上記のように導出された同期駆動電流ベクトルＶＡが用いられる。同期駆動電流ベクトルＶＡの向きは、推定ｄ軸の方向と一致するとは限らない。すなわち、同期駆動電流ベクトルＶＡの推定ｑ軸成分の電流は「０」になるとは限らない。その結果、比較例の場合とは異なり、推定ｄ軸の方向が実ｄ軸の方向と大きく乖離していても、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊の導出精度の低下を抑制できる。

同期駆動制御によってモータ１００を駆動させている場合、タイミングｔ１１でロータ回転数Ｖｍｔが規定回転数Ｖｍｔｈに達する。すると、モータ制御が、同期駆動制御からセンサレス駆動制御に切り替えられる。センサレス駆動制御では、センサレス駆動処理部１３によって導出された電流指令値Ｉｄ＊，Ｉｑ＊に基づいた指令信号が生成されてモータ１００に入力される。

ここで、同期駆動制御によってモータ１００が駆動される場合、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として「０」が設定される比較例について考える。図８（ｂ）における破線は比較例の場合のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の推移を示し、図８（ｃ）における破線は比較例の場合のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の推移を示している。比較例の場合、同期駆動制御中にあっては、モータ１００の出力トルクがほぼ「０」となる。そして、モータ制御が同期駆動制御からセンサレス駆動制御に切り替わり、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として「０」とは異なる値が設定されるようになると、出力トルクが急激に増大される。すなわち、モータ制御が切り替わるタイミングｔ１１前後で出力トルクの段差が発生してしまう。

これに対し、本実施形態では、上述したように、同期駆動制御が実行されている場合であっても、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として「０」とは異なる値が設定される。図８（ｂ）における実線は本実施形態でのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の推移を示し、図８（ｃ）における実線は本実施形態でのｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の推移を示している。この場合では、同期駆動制御中であってもモータ１００の出力トルクを比較例の場合よりも大きくできる。その結果、モータ制御が同期駆動制御からセンサレス駆動制御に切り替わった場合に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が大幅に変わることはない。その結果、出力トルクの急激な増大を抑制できる。

なお、図８に示した例では、モータ制御が同期駆動制御からセンサレス駆動制御に切り替わっている。しかし、モータ１００の駆動中においてロータ回転数Ｖｍｔが規定回転数Ｖｍｔｈ以上にならない場合もある。この場合、モータ１００の駆動中にあっては、同期駆動制御が実行され続けることになる。

上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・基準ベクトルＶＡＢの向きを所定の向きから変更することによって同期駆動電流ベクトルＶＡを導出する処理を実行しなくてもよい。この場合、同期駆動ベクトル導出部２６で導出された基準ベクトルＶＡＢが、同期駆動電流ベクトルＶＡとなる。

・所定の向きは、推定ｄ軸の方向とは異なる向きであってもよい。この場合、所定の向きは、予め設定された向きであってもよいし、何らかのパラメータに応じて可変させるようにしてもよい。所定の向きを可変させる場合、所定の向きを、推定ｄ軸の方向と実ｄ軸の方向との軸位相偏差Δθに応じた向きとするようにしてもよい。

・基準ベクトルＶＡＢの大きさを、予め設定された規定値で固定してもよい。
・以下に説明するように基準ベクトルＶＡＢの大きさを設定するようにしてもよい。モータ１００の駆動を開始させるに際し、最初の制御サイクルで基準ベクトルＶＡＢを導出する場合、基準ベクトルＶＡＢの大きさが必要トルクＴＲＬｄに応じた大きさに設定される。こうした基準ベクトルＶＡＢの大きさは、補正処理の実行を通じて補正される。補正処理の実行前の基準ベクトルＶＡＢを補正前基準ベクトルとし、補正処理の実行後の基準ベクトルＶＡＢを補正後基準ベクトルとする。そして、次回以降の制御サイクルでは、補正前基準ベクトルの大きさを、前回の制御サイクルで導出された補正後基準ベクトルの大きさと等しくするようにしてもよい。

・基準ベクトルＶＡＢの大きさを補正する補正処理では、実際の負荷角αと目標負荷角αｔｒとの偏差である負荷角偏差Δαの絶対値が所定値以下となるように、基準ベクトルＶＡＢの大きさを補正している。上記実施形態では、所定値として「０」が設定されている。しかし、補正処理の実行を通じて負荷角偏差Δαを「０」に近づけることができるのであれば、所定値として、「０」とは異なる値を設定するようにしてもよい。

・負荷角偏差Δαは、検出電流ベクトルＶＡＳの向きと同期駆動電流ベクトルＶＡの向きとのベクトル位相偏差ΔＶＡａと同じとなる。そこで、補正処理では、実際の負荷角αを導出し、当該実際の負荷角αと目標負荷角αｔｒとの負荷角偏差Δαを導出し、当該負荷角偏差Δαに基づいて基準ベクトルＶＡＢの大きさを補正するようにしてもよい。この場合であっても、基準ベクトルＶＡＢの大きさが、ベクトル位相偏差ΔＶＡａによって調整されることになる。

・上記実施形態におけるモータ制御装置１０は、同期駆動処理部１２を有するモータ制御装置の一例である。モータ制御装置が備える各機能部の構成の変更は適宜可能である。
たとえば、上記実施形態のモータ制御装置１０は、センサレス駆動制御を実行するためのセンサレス駆動処理部１３を備えている。センサレス駆動制御は、位置センサを用いることなく指令値を導出してモータ１００の制御を行う閉ループ制御の一例である。モータ制御装置は、閉ループ制御として位置センサによる検出値、すなわち回転角検出値θｓを用いた制御を実行するための機能部を備えていてもよい。

・モータ制御装置１０は、コンピュータプログラムに従って動作する１つ以上のプロセッサ、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェアなどの１つ以上の専用のハードウェア回路又はこれらの組み合わせを含む回路として構成し得る。専用のハードウェアとしては、例えば、特定用途向け集積回路であるＡＳＩＣを挙げることができる。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭおよびＲＯＭなどのメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリ、すなわち記憶媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

・上記実施形態におけるモータ１００は、ロータ１０１の内部に永久磁石が埋め込まれている埋込磁石型である。モータとしては、ロータの表面に永久磁石が取り付けられている表面磁石型を採用することもできる。

・モータ制御装置１０が適用されるモータは、車載のブレーキ装置とは別のアクチュエータの動力源であってもよい。

１０…モータ制御装置、１３…閉ループ駆動処理部の一例であるセンサレス駆動処理部、１４…制御部、１５…電流検出部に相当する３相／２相変換部、２６…同期駆動ベクトル導出部、２７…向き変更部、１００…モータ。

Claims (4)

1. ベクトル制御の回転座標のｄ軸成分の電流とｑ軸成分の電流とで表される電流ベクトルに基づいて同期モータであるモータの駆動を行うモータ制御装置であって、
   前記モータに流れる電流を検出する電流検出部と、
   モータ回転数の指令値である指令回転数を基に、前記回転座標での向きが所定の向きとなる同期駆動電流ベクトルを導出する同期駆動ベクトル導出部と、
   前記同期駆動電流ベクトルに基づいた指令信号を生成して前記モータに出力することによって当該モータを駆動させる同期駆動制御を実行する制御部と、を備え、
   前記電流検出部によって検出された電流を電流検出値とした場合、前記同期駆動ベクトル導出部は、前記電流検出値に基づいた前記回転座標上の電流ベクトルである検出電流ベクトルの向きと、前記同期駆動電流ベクトルの向きとの偏差であるベクトル位相偏差の絶対値が所定値以下となるように、当該同期駆動電流ベクトルの大きさを調整する
   モータ制御装置。
2. 前記回転座標のｄ軸と推定される軸を推定ｄ軸とした場合、前記所定の向きは、前記推定ｄ軸の方向と同じである
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記モータに設けられているセンサからの検出信号に基づいた前記モータの回転角を回転角検出値とし、当該回転角検出値に基づいた前記回転座標のｄ軸を実ｄ軸とした場合、
   前記推定ｄ軸の方向と前記実ｄ軸の方向との偏差である軸位相偏差に応じ、前記同期駆動ベクトル導出部によって導出された前記同期駆動ベクトルの向きを前記所定の向きから変更する向き変更部と、を備え、
   前記制御部は、前記同期駆動制御では、前記向き変更部によって前記回転座標での向きが変更された前記同期駆動電流ベクトルに基づいた指令信号を生成して前記モータに出力する
   請求項２に記載のモータ制御装置。
4. モータ回転数と前記指令回転数との偏差である回転数偏差を基に、電流の指令値を導出する閉ループ駆動処理部を備え、
   前記制御部は、
   モータ回転数が閾値未満であるときには、前記同期駆動制御を実行し、
   モータ回転数が前記閾値以上であるときには、前記閉ループ駆動処理部によって導出された電流の指令値に基づいた指令信号を生成して前記モータに出力することによって当該モータを駆動させる閉ループ駆動制御を実行する
   請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載のモータ制御装置。