JP2023082656A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多相モータのロック通電時に特定の相に発熱が偏ることを防止するモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置のインバータ（電力変換器）５５は、入力された電力を変換し、三相モータ（多相モータ）６０の各相に交流電力を供給する。電流指令演算部５０は、三相モータ６０に通電される電流について、指令トルクに応じて、ｄｑ軸座標における電流振幅及び電流位相で定義される電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*を演算する。電流指令演算部５０は、三相モータ６０の回転が停止した状態で通電するロック通電において、同じ電流位相での通電を所定時間以上継続しないように、時間に応じて電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*の位相を変更する「位相調整処理」を実行する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

従来、多相モータに通電する電流を制御するモータ制御装置が知られている。

例えば特許文献１に開示された電動ブレーキ装置は、モータ通電により発生するモータトルクを摩擦パッドの押圧力による制動力に変換する。モータトルクと制動力との関係は、各部での摩擦力のため、制動力が増加するときの正効率線と、制動力が減少するときの逆効率線とで異なり、正効率線から逆効率線に推移する間はモータトルクが変化しても制動力が保持されるというヒステリシス特性を有している。

特許第６５０５８９６号公報

特許文献１の従来技術によると、正効率線により目標制動力よりも少し高い制動力を発生させてから制動力を保持しつつ電流を下げ、逆効率線で動作させて目標制動力まで下げるように制御することで、電流を低減することができる。しかし、制動力を保持する過程でロック通電が必要であり、電動ブレーキのアクチュエータが多相モータで構成されている場合、特定の相に電流が集中し、発熱が偏るという問題がある。この問題は、電動ブレーキ装置に限らず、ロック通電される可能性がある多相モータ全てに共通する。

本発明は上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、多相モータのロック通電時に特定の相に発熱が偏ることを防止するモータ制御装置を提供することにある。

本発明のモータ制御装置は、電力変換器（５５）と、電流指令演算部（５０）と、を備える。

電力変換器は、入力された電力を変換し、多相モータ（６０）の各相に交流電力を供給する。電流指令演算部は、多相モータに通電される電流について、トルク指令値に応じて、ｄｑ軸座標における電流振幅及び電流位相で定義される電流指令値を演算する。

多相モータが所定の適用除外要件を満たす場合を除き、電流指令演算部は、多相モータの回転が停止した状態で通電するロック通電において、同じ電流位相での通電を所定時間以上継続しないように、時間に応じて電流指令値の位相を変更する「位相調整処理」を実行する。

例えば電流指令演算部は、位相調整処理において、ｄｑ軸座標における等トルク曲線上、又は、等振幅円上で電流指令値の位相を変更する。

これにより本発明では、多相モータのロック通電時に特定の相に発熱が偏ることを防止することができる。好ましくは、最大効率動作点を基準とした範囲で通電位相を変化させることで、平均的に効率良く多相モータにトルクを出力させることができる。

車両の電動ブレーキ用三相モータのモータ制御装置を示す構成図。 各車輪の電動ブレーキの概略構成図。 本実施形態のモータ制御装置の構成例を示すブロック図。 ｄｑ軸座標における最大効率動作点を示す電流ベクトル図。 最大効率動作点で駆動したときのモータ位置（電気角）と三相電流との関係を示す図。 ロック通電時（停止位置３０°）における三相電流のタイムチャート。 第１実施形態による等トルク曲線上の位相調整処理を示す電流ベクトル図。 第１実施形態の位相調整処理（停止位置３０°）による位相角と三相電流との関係を示す図。 第１実施形態の位相調整処理（停止位置３０°）を行った場合のロック通電時における三相電流のタイムチャート。 停止位置についての条件Ａ～Ｄを示すモータ位置－三相電流の図。 条件Ａ（停止位置３０°）での位相変更量－三相電流絶対値の図。 条件Ｂ（停止位置４０°）での位相変更量－三相電流絶対値の図。 条件Ｃ（停止位置１７°）での位相変更量－三相電流絶対値の図。 条件Ｄ（停止位置５°）での位相変更量－三相電流絶対値の図。 条件Ａに対しトルクを２倍にした条件ＡＡでの位相変更量－三相電流絶対値の図。 位相調整処理のフローチャート。 第２実施形態による等振幅円上の位相調整処理を示す電流ベクトル図。 第２実施形態の位相調整処理による位相角と三相電流との関係を示す図。 第２実施形態の位相調整処理による位相角とトルクとの関係を示す図。 （ａ）電動ブレーキのパッドの模式図、（ｂ）パッド荷重とパッド位置との特性図。 モータトルクとパッド荷重とのヒステリシス特性を示す図。 第３実施形態の位相調整処理を説明する電流ベクトル図。 適用除外要件成否判定のフローチャート。

以下、本発明の実施形態によるモータ制御装置を図面に基づいて説明する。本実施形態のモータ制御装置は、車両に搭載され、各車輪の電動ブレーキに用いられる三相モータの通電を制御する。第１～第３実施形態を包括して「本実施形態」という。第１～第３実施形態の構成自体は同じであり、実行する処理の具体的方法が異なる。

［電動ブレーキ及びモータ制御装置の構成］
最初に図１～図３を参照し、各実施形態に共通する構成について説明する。図１に示すように、モータ制御装置３５が搭載される車両９００は、前後方向において二列の左右対の車輪９１、９２、９３、９４を有する四輪車両である。前列左右輪９１、９２に「ＦＬ、ＦＲ」、後列左右輪９３、９４に「ＲＬ、ＲＲ」と記す。

各車輪９１、９２、９３、９４に対応して複数（この例では四つ）の電動ブレーキ８１、８２、８３、８４が設けられている。以下、連続する四つの符号を適宜、「車輪９１－９４」、「電動ブレーキ８１－８４」のように省略して記す。後述の記号「負荷トルクＴＬ１－ＴＬ４」、「モータ温度Ｔｅｍｐ１－Ｔｅｍｐ４」についても同様とする。

電動ブレーキ８１－８４のアクチュエータは、「多相モータ」としての三相モータ（図中「三相Ｍ」）６０で構成されている。具体的に三相モータ６０は、永久磁石式のブラシレスモータである。本実施形態では各電動ブレーキ８１－８４に対応する三相モータ６０の構成、作用は同様であるものとし、単一の符号「６０」を用いる。以下の明細書中、適宜、三相モータ６０を単に「モータ６０」と省略する。

モータ制御装置３５は車両用制動装置３０の一部として機能する。モータ制御装置３５は、制動力指令部３１が指令した制動力に応じて各モータ６０に通電する電流を制御することで、電動ブレーキ８１－８４が発生する制動力を制御する。図１にはモータ制御装置３５として一つのブロックを記載しているが、各モータ６０に対応して四つのブロックに分けて表してもよい。

具体的には、車両用制動装置３０を構成するＥＣＵがモータ制御装置３５として機能する。ＥＣＵは、マイコンやプリドライバ等で構成され、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。ＥＣＵは、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

モータ制御装置３５は、負荷トルクＴＬ１－ＴＬ４又はモータ温度Ｔｅｍｐ１－Ｔｅｍｐ４の少なくとも一方を取得してもよい。負荷トルクＴＬ１－ＴＬ４はインバータの消費電力から推定してもよい。モータ温度Ｔｅｍｐ１－Ｔｅｍｐ４は、例えば温度センサにより検出される。或いは、三相モータ６０への通電によるジュール熱から温度上昇を推定し、外気温に加算することでモータ温度Ｔｅｍｐ１－Ｔｅｍｐ４を算出してもよい。

負荷トルクＴＬ１－ＴＬ４及びモータ温度Ｔｅｍｐ１－Ｔｅｍｐ４は、適用除外の説明で後述される。適用除外要件の判定に使用しない場合、モータ制御装置３５は、負荷トルクＴＬ１－ＴＬ４又はモータ温度Ｔｅｍｐ１－Ｔｅｍｐ４を取得しなくてもよい。

図２に、各車輪の電動ブレーキ８１－８４の概略構成を示す。モータ制御装置３５は、「電力変換器」としてのインバータ５５、及び、電流指令演算部５０を主に含む。インバータ５５は、バッテリ１５から入力された直流電力を変換し、三相モータ６０の各相に交流電力を供給する。電流指令演算部５０は、三相モータ６０に通電される電流について、トルク指令値Ｔｒｑ^*に応じて電流指令値を演算する。

モータ６０の出力トルクは、減速機・直動機構８５を介してキャリパ８６のパッド８７を動作させる。パッド８７が移動して各車輪９１－９４のディスク８８に押し付けられることで、摩擦により制動力が発生する。また、パッド８７がディスク８８から離れることで、制動力が解除される。

図３に、本実施形態のモータ制御装置３５の構成例を示す。モータ制御装置３５は、電流指令演算部５０、回転停止判定部５２、電流フィードバック制御部５３及びインバータ５５を含む。電流指令演算部５０は、トルク指令値Ｔｒｑ^*に応じてｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*を演算し、電流フィードバック制御部５３に出力する。

電流フィードバック制御部５３は、電流センサ５７が検出した三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、及び、回転角センサ７２が検出したモータ電気角θを取得し、三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑに変換する。なお、図１には電流センサ５７及び回転角センサ７２の図示を省略する。電流フィードバック制御部５３は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑを電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*に追従させるように電圧指令値を演算し、さらにゲート駆動信号を生成してインバータ５５に出力する。

回転停止判定部５２は、回転角センサ７２が検出したモータ電気角θに基づき、モータ６０の回転が停止していることを判定して電流指令演算部５０に通知する。なお、回転の「停止」には、例えば数ｒｐｍ程度の超低回転状態を含む。また、電流指令演算部５０は、対応する電動ブレーキ８１－８４から、負荷トルクＴＬ１－ＴＬ４及びモータ温度Ｔｅｍｐ１－Ｔｅｍｐ４を取得し、後述する適用除外要件の成否を判定する。

電流指令演算部５０は、対応する三相モータ６０が適用除外要件を満たさず、且つ、回転停止判定部５２により回転停止状態であると判定されたとき、後述する「位相調整処理」を実行する。

次に図４～図６を参照し、位相調整処理を行わない場合の電流指令値の設定について説明する。図４に示すように、電流指令値は、ｄｑ軸座標における電流振幅及び電流位相で定義される。電流振幅Ｉａは式（１）で表される。電流位相は、ｄ軸を基準とする反時計回り方向の角度で定義される。ベクトル図では角度の意味を強調して「位相角φ」と表すが、「位相角」は「位相」と同じ意味である。ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑは位相角φを用いて、「Ｉｄ＝Ｉａ×ｃｏｓφ、Ｉｑ＝Ｉａ×ｓｉｎφ」と表される。

モータ６０のトルクτは、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに基づき、式（２．１）で算出される。式中の定数ｐは極対数、Ｋｅは磁石磁束、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。式（２．１）を変形してｑ軸電流Ｉｑをｄ軸電流Ｉｄの関数として表すと、等トルク曲線の式（２．２）が得られる。

等トルク曲線上で電流振幅が最小の動作点を最大効率動作点Ｐと定義する。最大効率動作点Ｐでは最も小さい電流で最大のトルクが得られる。この例での最大効率動作点Ｐの位相角φは約１０５°である。以下、数値例として示される位相角φについて「約」を省略する。なお、諸元次第では最大効率動作点Ｐの位相角φは他の値となる。また、最大効率動作点Ｐの振幅を半径とする円を等振幅円と表す。電流指令演算部５０は、トルク指令値Ｔｒｑ^*に応じたトルクをモータ６０が出力するように、最大効率動作点Ｐのｄｑ軸電流を電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*として演算する。

図５に、最大効率動作点Ｐで駆動したときのモータ位置（電気角）と三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとの関係を示す。三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、電気角θと位相角φとにより、式（３）で表される。角度θ、φの単位は［°］である。なお、縦軸の電流値は他の図との対比のために記載するものに過ぎず、数値自体に意味はない。

ここで、モータ６０の回転が停止した状態で通電することを「ロック通電」という。例えば電気角３０°の停止位置θＬでロック通電が行われると、図６に示すように、電流値は一定となる。本明細書で「最大電流」とは絶対値が最大の電流を意味する。停止位置θＬが電気角３０°の場合、Ｖ相に最大電流が流れる。したがって、ロック通電が継続すると、Ｖ相に電流が集中し、発熱が偏るおそれがある。以下、停止位置θＬの表記において「電気角」を省略し、「θＬ＝３０°」のように表す。なお、第１実施形態では、トルクが基準値（＝１）であり停止位置θＬが３０°である条件を「条件Ａ」と表す。

そこで電流指令演算部５０は、ロック通電において、同じ電流位相での通電を所定時間以上継続しないように、時間に応じて電流指令値の位相を変更する。本実施形態によるこの処理を「位相調整処理」という。また、ロック通電時における位相変更前の位相角φを「初期通電位相」といい、初期通電位相における電流絶対値が最大である相を「最大電流相」という。図５の例では、初期通電位相は１０５°であり、最大電流相はＶ相である。続いて、位相を変更する具体的な方法について実施形態毎に説明する。

（第１実施形態）
図７～図１６を参照し、第１実施形態の位相調整処理について説明する。図７に示すように、電流指令演算部５０は、最大効率動作点Ｐを基準として等トルク曲線上で電流指令値の位相を変更する。まず図７～図９を参照し、停止位置θＬが電気角３０°である条件Ａを用いて、位相調整処理の一般的な作用効果について説明する。

図８に、条件Ａ（停止位置θＬ＝３０°）でのロック通電時に第１実施形態の位相調整処理を行った場合の三相電流の変化を示す。最大効率動作点Ｐに対応する初期通電位相φ０（１０５°）から進角側に位相角φを変更すると、最大電流相（この場合、Ｖ相）の電流を下げることができる。位相角φが１２０°（すなわち位相変更量が１５°）のとき、Ｖ相電流Ｉｖの絶対値とＵ相電流Ｉｕの絶対値とが一致する。位相角φが１２０°を超えると、Ｕ相電流Ｉｕの絶対値が最大となる。

図９に、条件Ａ（停止位置θＬ＝３０°）でのロック通電時に、１０５°と１２５°との間で、位相変更量２０°にて位相角φを往復させたときの三相電流の時間変化を示す。位相調整処理を行わない図６に対し、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは増減を繰り返す。この場合、最大電流が流れる相をＶ相とＵ相とに分散させることができるため、特定相の発熱を抑制することができる。位相角φの変化方式は、図９のように一定速度で位相範囲を往復する方式に限らず、所定時間毎にステップ状に位相角φを変化させてもよい。また、各位相角φでの保持時間に差を設けてもよい。

このように第１実施形態では、時間に応じて電流指令値の位相を変更することで、特定の相に電流が集中し、発熱が偏ることを防止することができる。また、最大効率動作点Ｐを基準とした範囲で通電位相を変化させることで、平均的に効率良くモータ６０にトルクを出力させることができる。ただし、等トルク曲線上の位相調整処理では、最大効率動作点Ｐから離れるほど電流振幅Ｉａが大きくなる。そのため、最大電流相以外の相の電流増加との兼ね合いで調整が必要となる場合がある。

そこで、電流振幅Ｉａと位相角φとの関係を検討する。式（２．１）においてｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを電流振幅Ｉａと位相角φで表すと、電流振幅Ｉａについての二次方程式である式（４）が得られる。

式（４）を「Ｉａ＞０」の範囲でＩａについて解くと、Ｌｄ≠Ｌｑ且つｃｏｓφ≠０のとき、式（５）が得られる。また、Ｌｄ＝Ｌｑ又はｃｏｓφ＝０のとき、式（６）が得られる。

式（５）、（６）より、ある出力トルクτに対して電流振幅Ｉａが最小となる位相角φが位相変更前の初期通電位相φ０となり、一意に定まる。また、通電位相を変更した際にトルクτを一定に保つために電流振幅Ｉａをどれだけ大きくする必要があるかについても式（５）、（６）から求められる。位相角φに応じて必要となる電流振幅をＩａ（φ）と表すと、式（３）の第１行は式（７）のように表現される。

基本的に、初期通電位相φ０の動作点における最大電流相の電流絶対値が下がる方向が適切な位相変更方向であり、トルクτと停止位置θＬとから一意に定めることができる。この情報をマップ化しておくと演算負荷が低減できる。同様に、位相変更量に対応した各相の電流値も定まり、最大電流相以外の相の電流絶対値が過度に大きくならないように位相変更範囲の限界値（すなわち、後述する「調整限界位相」）を求めることもできる。

本実施形態では、基本的に最大効率動作点Ｐに対応する位相角（１０５°）を初期通電位相φ０として考えるが、初期通電位相φ０が１０５°以外の場合でも、同じ計算方法を採用可能である。その場合、電流指令演算部５０は初期通電位相φ０の情報を取得して計算に用いる。

以上の理論に基づき、電流指令演算部５０は、次のように位相調整処理を行う。電流指令演算部５０は、初期通電位相φ０、モータ停止位置θＬ、及びモータ６０の出力トルクτのうち少なくとも一つを用いて、最大電流相の電流絶対値が減少する方向を位相調整処理の位相変更方向として判定する。

また電流指令演算部５０は、初期通電位相φ０から調整限界位相φＬＩＭまでの位相変更範囲内で位相調整処理を実行する。好ましくは、電流指令演算部５０は、最大電流相の位相変更前の電流絶対値に対し、最大電流相以外の相の位相変更後の電流絶対値が同等以下となる範囲に調整限界位相φＬＩＭを設定する。ただし、これとは別の基準で調整限界位相φＬＩＭが設定されてもよい。

以下の例示範囲内で、実質的に「最大電流相以外の相」は初期通電位相φ０における電流絶対値が二番目に大きい相に相当するため、便宜上「次点相」と記載する。位相を変更し過ぎると、次点相の電流絶対値が著しく増加したり、最大電流相の電流低減効果が低下したりする場合がある。そこで、位相変更範囲は、次点相の電流絶対値が最大電流相の位相変更前の電流絶対値を超えないように設定される。なお、諸元によっては、初期通電位相φ０における電流絶対値が三番目の相が、位相変更中に、電流絶対値が二番目の相を追い越して「最大電流相以外の相」になる可能性もある。

ここで、最大電流相について初期通電位相φ０での電流絶対値を｜Ｉｍａｘ０｜とし、調整限界位相φＬＩＭでの電流絶対値を｜ＩｍａｘＬＩＭ｜とする。初期通電位相φ０から調整限界位相φＬＩＭまでの位相変更による電流絶対値低減率ρは次式で定義される。
ρ＝（｜Ｉｍａｘ０｜－｜ＩｍａｘＬＩＭ｜）／｜Ｉｍａｘ０｜

電流指令演算部５０は、初期通電位相φ０、モータ停止位置θＬ、及びモータ６０の出力トルクτのうち少なくとも一つを用いて、最大電流相について電流絶対値低減率ρを算出する。そして、電流絶対値低減率ρが所定の低減率閾値ρｔｈ（例えば２％）より小さいとき、つまり、位相変更によって得られる電流低減効果が最小限の期待レベルに達しないと判断されるとき、位相変更が行われないようにする。その場合、位相調整処理のロジックを維持したまま位相変更量をゼロに設定してもよいし、位相調整処理のロジック自体をオフしてもよい。

次に、上記条件Ａ（停止位置θＬ＝３０°）に加え、停止位置θＬが異なる条件Ｂ～Ｄの場合を含め、位相調整処理において位相変更方向及び位相変更範囲を決定する具体例について説明する。図１０に示すように、条件Ｂは電気角４０°、条件Ｃは電気角１７°、条件Ｄは電気角５°が停止位置θＬとなる。条件Ａ～Ｄにて最大電流相はいずれもＶ相である。条件Ａ～Ｃでは次点相はＵ相であり、条件Ｄでは次点相はＷ相である。モータ６０のトルクτは［Ｎｍ］次元の基準値である。基準値のトルクを「τ＝１」と表す。

図１１は、条件Ａについて図８を書き直した図である。横軸は初期通電位相φ０からの位相変更量を表し、縦軸は三相電流の絶対値を表す。これにより、位相変更に伴う最大電流相（Ｖ相）及び次点相（Ｕ相）の電流絶対値の変化が把握しやすくなる。次点相の電流絶対値が最大電流相の位相変更前の電流絶対値に到達する点を限界点Ｚと表す。図１１～図１５では、限界点Ｚの位相が調整限界位相θＬＩＭに設定される例を示す。その場合、位相変更量が最大に確保される。

ただし調整限界位相φＬＩＭは、次点相の電流絶対値が最大電流相の位相変更前の電流絶対値に到達する前の位相に設定されてもよい。例えば、次点相の電流絶対値と最大電流相の電流絶対値とが一致する交差位相φＸが調整限界位相θＬＩＭに設定されてもよい。これにより、総損失量がより少ない範囲での制御が可能となる。

条件Ａでは、初期通電位相φ０から位相角φが進角する方向にＶ相電流Ｉｖの絶対値が減少するため、進角方向が位相変更方向として判定される。また、Ｕ相電流Ｉｕの絶対値がＶ相の位相変更前の電流絶対値に到達する位相角１２５°が調整限界位相φＬＩＭに設定される。位相変更範囲は、初期通電位相φ０である位相角１０５°から調整限界位相φＬＩＭである位相角１２５°までの２０°の範囲に設定される。最大電流相であるＶ相の電流絶対値低減率ρは約１２％と算出される。以下の条件Ａ～Ｄ、ＡＡの説明で低減率閾値ρｔｈを２％と仮定すると、約１２％の電流絶対値低減率ρは低減率閾値ρｔｈ以上であるため、位相変更が行われる。なお、交差位相φＸは位相角１２０°である。

図１２に示す条件Ｂ（停止位置θＬ＝４０°）では、条件Ａと同じく位相変更方向は進角方向である。また、初期通電位相φ０においてＶ相電流Ｉｖの絶対値とＵ相電流Ｉｕの絶対値との差が比較的小さい。Ｕ相電流Ｉｕの絶対値がＶ相の位相変更前の電流絶対値に到達する位相角１１３°が調整限界位相φＬＩＭに設定される。位相変更範囲は、位相角１０５°から位相角１１３°までの８°の範囲に設定される。Ｖ相の電流絶対値低減率ρは約７％と算出され、位相変更が行われる。条件Ｂでは条件Ａに比べて小刻みな位相変更が繰り返されることとなる。なお、交差位相φＸは位相角１１０°である。

図１３に示す条件Ｃ（停止位置θＬ＝１７°）では最終的に位相変更は行われないが、処理のロジックにおいて位相変更方向及び位相変更範囲が仮に決定されるものとして説明する。仮に判定される位相変更方向は進角方向である。Ｕ相電流Ｉｕの絶対値がＶ相の位相変更前の電流絶対値に到達する位相角１３３°が調整限界位相φＬＩＭに設定される。位相変更範囲は、位相角１０５°か位相角１３３°までの２８°の範囲に仮設定される。なお、交差位相φＸは調整限界位相φＬＩＭとほぼ重なるため省略する。

このとき、Ｖ相の電流絶対値低減率ρは約０．４％と算出される。つまり、条件Ｃでは、初期通電位相φ０から調整限界位相φＬＩＭまで位相変更しても、Ｖ相の電流絶対値はほぼ一定であり、電流低減効果がほとんど得られない。電流絶対値低減率ρが低減率閾値ρｔｈより小さいため、電流指令演算部５０は位相変更が行われないようにする。

条件Ｃのように、最大電流相（Ｖ相）の電流絶対値がピークとなる電気角１５°に近い停止位置θＬ等では、位相変更による電流低減効果がほとんど無いにもかかわらず、次点相（Ｕ相）の電流絶対値の増加が大きい場合がある。例えば電流指令演算部５０は、電流絶対値低減率ρが低減率閾値ρｔｈより小さくなる停止位置θＬの領域をマップで記憶し、その領域の停止位置θＬでは位相変更を禁止するか、位相変更量をゼロに設定するようにしてもよい。また、電流低減効果を評価する指標は上記式による電流絶対値低減率ρに限らず、例えば他相の電流絶対値等を含む式で算出されてもよい。

図１４に示す条件Ｄ（停止位置θＬ＝５°）では、初期通電位相φ０から位相角φが遅角する方向にＶ相電流Ｉｖの絶対値が減少するため、条件Ａ～Ｃとは逆に、遅角方向が位相変更方向として判定される。また、次点相であるＷ相電流Ｉｗの絶対値がＶ相の位相変更前の電流絶対値に到達する位相角８３°が調整限界位相φＬＩＭに設定される。位相変更範囲は、位相角１０５°か位相角８３°までの２２°の範囲に仮設定される。最大電流相であるＶ相の電流絶対値低減率ρは約６％と算出され、位相変更が行われる。なお、交差位相φＸは位相角８５°である。

さらに図１５に、条件Ａに対しトルクτを２倍にした条件ＡＡでの位相変更量と三相電流絶対値との関係を示す。条件ＡＡでは条件Ａに対し三相電流絶対値が２倍弱程度に大きくなる。初期通電位相φ０、すなわち最大効率動作点Ｐに対応する位相角φは１１３°である。位相変更方向は条件Ａと同じく進角方向である。Ｕ相電流Ｉｕの絶対値がＶ相の位相変更前の電流絶対値に到達する位相角１２４°が調整限界位相φＬＩＭに設定される。位相変更範囲は、位相角１１３°から位相角１２４°までの１１°の範囲に設定される。最大電流相であるＶ相の電流絶対値低減率ρは約８％と算出され、位相変更が行われる。なお、交差位相φＸは条件Ａと同じ位相角１２０°である。

図１６のフローチャートを参照し、位相調整処理のフローを説明する。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを意味する。Ｓ２０では、モータ６０が後述の適用除外要件を満たすか判断される。適用除外要件の具体例については図２３を参照する。Ｓ２０でＹＥＳの場合、Ｓ２５で電流指令演算部５０は、位相調整処理を実行せず、演算した電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*を継続して出力する。

Ｓ２０でＮＯの場合、Ｓ３１で電流指令演算部５０は、初期通電位相φ０、モータ停止位置θＬ、モータ６０の出力トルクτのうち必要な情報を取得する。電流指令演算部５０は、これらのうち少なくとも一つを用いて、Ｓ３２で位相変更方向を判定し、Ｓ３３で調整限界位相θＬＩＭまでの位相変更範囲を設定する。Ｓ３４で電流指令演算部５０は、最大電流相について位相変更による電流絶対値低減率ρを算出する。

Ｓ３５では電流絶対値低減率ρが低減率閾値ρｔｈ以上であるか判断される。Ｓ３５でＹＥＳの場合、Ｓ３６で電流指令演算部５０は、位相調整処理を実行開始する。電流絶対値低減率ρが低減率閾値ρｔｈより小さく、Ｓ３５でＮＯの場合、Ｓ３７で電流指令演算部５０は、例えば位相変更量をゼロに設定し、位相変更が行われないようにする。或いはＳ３６でＮＯの場合、破線矢印で示すように、適用除外要件の成立時に準じてＳ２５に移行してもよい。

（第２実施形態）
図１７～図１９を参照し、第２実施形態の位相調整処理について説明する。図１７に示すように、電流指令演算部５０は、最大効率動作点Ｐを基準として等振幅円上で電流指令値の位相を変更する。位相調整処理の考え方は基本的に第１実施形態の等トルク曲線上での位相変更と同様である。上記の式において電流振幅Ｉａは位相角φによって変化しない定数として扱われる。

図１８に、条件Ａ（停止位置θＬ＝３０°、トルクτ＝１）でのロック通電時に第２実施形態の位相調整処理を行った場合の三相電流の変化を示す。最大効率動作点Ｐに対応する初期通電位相φ０（１０５°）から最大電流相（Ｖ相）の電流絶対値が減少する進角方向が位相変更方向として判定される。

また、次点相であるＵ相電流Ｉｕの絶対値がＶ相の位相変更前の電流絶対値に到達する位相角１３５°が調整限界位相φＬＩＭに設定される。位相変更範囲は、初期通電位相φ０である１０５°から調整限界位相φＬＩＭである１３５°までの位相角３０°の範囲に設定される。最大電流相であるＶ相の電流絶対値低減率ρは約１８％と算出され、位相変更が行われる。なお、交差位相φＸは位相角１２０°である。

第２実施形態でも第１実施形態と同様に、特定の相に電流が集中し、発熱が偏ることを防止することができる。また、平均的に効率良くモータ６０にトルクを出力させることができる。ただし、等振幅円上での位相調整処理では、電流振幅は変化しないが、最大効率動作点Ｐから位相角φが離れるほどトルクは低下する。図１９に、最大効率動作点Ｐでのトルクを１としたときのトルク比の変化を示す。

（第３実施形態）
まず図２０、図２１を参照し、第３実施形態の前提として、図２のＸＸａ部に示す電動ブレーキ８１－８４のパッド８７の特性について補足する。図２０（ａ）に示すように、パッド８７はバネのような特性を持ち、直動機構８５による押し込み力Ｆｄと、ひずみ量に応じた反力Ｆｒとが互いに反対方向に作用する。図２０（ｂ）に示すように、ひずみ量（すなわちパッド位置）Ｘとパッド荷重Ｆとはほぼ比例する。したがって、モータ６０の位相変化によりパッド位置がΔＸ変化すれば、パッド荷重はΔＦ変化する。

図２１に示すように、モータトルクとパッド荷重との関係は、パッド８７の摩擦力によるヒステリシス特性を有している。正効率線により発生したパッド荷重は、モータトルクが低下しても逆効率線まで保持される。ここで、パッド８７及びディスク８８は「負荷」に相当し、パッド荷重は「モータのトルクに応じて負荷に作用する力」に相当する。

一般化して記すと、モータ制御装置３５は、モータ６０のトルクに応じて負荷に作用する力が変化するシステムに適用される。モータ６０のトルクと負荷に作用する力との関係は、モータ６０のトルク増加時に負荷に作用する力の変化特性と、モータ６０のトルク減少時に負荷に作用する力の変化特性とが異なるヒステリシス特性を有している。この前提の下、電流指令演算部５０は、位相調整処理において、ヒステリシス領域内で電流指令値の位相を変更する。

続いて図２２を参照し、第３実施形態の位相調整処理について説明する。ヒステリシス特性がある場合、元（すなわち高トルク側）の等トルク曲線と、ヒステリシス分のトルクを減じた低トルク側の等トルク曲線との間の領域でパッド荷重を保持することが可能である。また、元の等トルク曲線上の最大効率動作点Ｐを通る等振幅円上では電流振幅を増加させずに電流位相を変更することができる。

そこで、低トルク側の等トルク曲線と等振幅円との遅角側の交点をＱＬ、進角側の交点をＱＨとし、各交点ＱＬ、ＱＨに対応する位相角をφＬ、φＨとする。電流指令演算部５０は、例えば低トルク側の等トルク曲線と等振幅円との間の領域をマップで記憶して、この領域内の任意の動作点を選択してもよい。また電流指令演算部５０は、低トルク側の等トルク曲線上の位相角φＬ～φＨの範囲で位相角φを変更してもよい。第３実施形態でも同様に、特定の相に電流が集中し、発熱が偏ることを防止することができる。また、平均的に効率良くモータ６０にトルクを出力させることができる。

（適用除外）
上記の各実施形態において、電流指令演算部５０は位相調整処理を常に実行するとは限らず、ロック通電しても特定の相の発熱が問題にならないような状況では位相調整処理を実行しなくてもよい。そこで、モータ６０が所定の適用除外要件を満たす場合、電流指令演算部５０は位相調整処理を実行せず、演算した電流指令値を継続して出力する。

図２３のフローチャートを参照し、適用除外要件の成否判定の例について説明する。この例では３項目の要件についてＳ２１～Ｓ２３で順に成否を判断する。Ｓ２１～Ｓ２３のうち少なくともいずれか一つでＹＥＳと判断されたとき、Ｓ２４で適用除外要件を満たすと判定される。

図１、図３を参照して上述したように、モータ制御装置３５は、各モータ６０の負荷トルクＴＬ１－ＴＬ４又はモータ温度Ｔｅｍｐ１－Ｔｅｍｐ４を取得する。Ｓ２１では、モータ６０の負荷トルクＴＬ１－ＴＬ４が所定のトルク閾値未満であるか判断される。低負荷の領域ではロック通電時に流れる電流が小さいため、発熱は問題とならない。

Ｓ２２では、モータ６０の負荷トルクＴＬ１－ＴＬ４の変動が所定のトルク変動閾値より大きいか判断される。Ｓ２２でＹＥＳの場合、モータ６０が回転するため、そもそもロック通電状態にならない。Ｓ２３では、モータ６０の温度Ｔｅｍｐ１－Ｔｅｍｐ４が所定の温度閾値未満であるか判断される。たとえロック通電が行われても、許容上限温度に対して十分に余裕がある状況では、位相調整処理を行う必要はない。

このように、そもそもロック通電にならない場合や、ロック通電しても特定の相の発熱が問題とならない場合、電流指令演算部５０は位相調整処理を実行しない。これにより、最大効率動作点Ｐから離れた動作点において、第１実施形態により電流振幅が増加することや第２実施形態によりトルクが低下することを回避し、常に最大効率でモータ６０を動作させることができる。

（その他の実施形態）
（ａ）位相調整処理における電流位相の変更範囲は上記実施形態で示したものに限らない。例えば等トルク曲線と等振幅円とを折衷した調整曲線を定義し、その調整曲線に沿って電流位相を変更してもよい。

（ｂ）モータの相の数は三相に限らず、四相以上の多相モータであってもよい。

（ｃ）本発明のモータ制御装置は、電動ブレーキ用のモータに限らず、ロック通電により特定の相に発熱が偏る可能性があるどのような多相モータに適用されてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

本開示に記載のモータ制御装置及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載のモータ制御装置及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載のモータ制御装置及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

「前記電流指令演算部は、前記ロック通電時における初期通電位相、モータ停止位置、及び、前記モータの出力トルクのうち少なくとも一つを用いて、前記初期通電位相における電流絶対値が最大である最大電流相について前記初期通電位相から前記調整限界位相までの位相変更による電流絶対値低減率を算出し、前記電流絶対値低減率が所定の低減率閾値より小さいとき、位相変更が行われないようにする請求項５に記載のモータ制御装置。」の発明は、記載要件が許容される場合、請求項５または６を引用してもよい。

「前記適用除外要件として、・・・のうち少なくともいずれか一つの要件が満たされたとき、前記電流指令値演部は、前記位相調整処理を実行せず、演算した電流指令値を継続して出力する請求項１～３、８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。」の発明は、記載要件が許容される場合、請求項１から直前請求項までのいずれか一項を引用してもよい。

３５・・・モータ制御装置、
５０・・・電流指令演算部、
５５・・・インバータ（電力変換器）、
６０・・・モータ、三相モータ（多相モータ）。

Claims (9)

1. 入力された電力を変換し、多相モータ（６０）の各相に交流電力を供給する電力変換器（５５）と、
   前記多相モータに通電される電流について、トルク指令値に応じて、ｄｑ軸座標における電流振幅及び電流位相で定義される電流指令値を演算する電流指令演算部（５０）と、
   を備え、
   前記多相モータが所定の適用除外要件を満たす場合を除き、
   前記電流指令演算部は、前記多相モータの回転が停止した状態で通電するロック通電において、同じ電流位相での通電を所定時間以上継続しないように、時間に応じて電流指令値の位相を変更する位相調整処理を実行するモータ制御装置。
2. 前記電流指令演算部は、前記位相調整処理において、ｄｑ軸座標における等トルク曲線上で電流指令値の位相を変更する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記電流指令演算部は、前記位相調整処理において、ｄｑ軸座標における等振幅円上で電流指令値の位相を変更する請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記電流指令演算部は、前記ロック通電時における初期通電位相、モータ停止位置、及び、前記多相モータの出力トルクのうち少なくとも一つを用いて、前記初期通電位相における電流絶対値が最大である最大電流相の電流絶対値が減少する方向を、前記位相調整処理の位相変更方向として判定する、請求項１～３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記電流指令演算部は、前記ロック通電時における初期通電位相から調整限界位相までの位相変更範囲内で前記位相調整処理を実行する、請求項１～３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 前記電流指令演算部は、前記ロック通電時における初期通電位相、モータ停止位置、及び、前記多相モータの出力トルクのうち少なくとも一つを用いて、前記初期通電位相における電流絶対値が最大である最大電流相の位相変更前の電流絶対値に対し、前記最大電流相以外の相の位相変更後の電流絶対値が同等以下となる範囲に前記調整限界位相を設定する請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記電流指令演算部は、前記ロック通電時における初期通電位相、モータ停止位置、及び、前記多相モータの出力トルクのうち少なくとも一つを用いて、前記初期通電位相における電流絶対値が最大である最大電流相について前記初期通電位相から前記調整限界位相までの位相変更による電流絶対値低減率を算出し、前記電流絶対値低減率が所定の低減率閾値より小さいとき、位相変更が行われないようにする請求項５に記載のモータ制御装置。
8. 前記多相モータのトルクに応じて負荷に作用する力が変化するシステムに適用され、
   前記多相モータのトルクと負荷に作用する力との関係は、前記多相モータのトルク増加時に負荷に作用する力の変化特性と、前記多相モータのトルク減少時に負荷に作用する力の変化特性とが異なるヒステリシス特性を有しており、
   前記電流指令演算部は、前記位相調整処理において、ヒステリシス領域内で電流指令値の位相を変更する請求項１に記載のモータ制御装置。
9. 前記適用除外要件として、
   前記多相モータの負荷トルクが所定のトルク閾値未満である、
   前記多相モータの負荷トルクの変動が所定のトルク変動閾値より大きい、
   前記多相モータの温度が所定の温度閾値未満である、
   のうち少なくともいずれか一つの要件が満たされたとき、
   前記電流指令値演部は、前記位相調整処理を実行せず、演算した電流指令値を継続して出力する請求項１～３、８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

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