JP5595436B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ブラシレスモータ等のモータ制御装置に関するもので、特にモータに給電される電源電流を制限するモータ制御装置に関するものである。

モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置においては、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助力を付勢するようになっている。
このような電動パワーステアリング装置のモータとして、ブラシレスモータ等の多相モータが使用される。
ブラシレスモータの出力要求の増大に伴い、ブラシレスモータへの過大な電流供給があった場合、給電経路上での発熱や、スイッチング素子の破壊などの問題を引き起こす可能性がある。
さらに、車両においては、電力が外部より過大に与えられず、一定の電力のみを供給される。そのため、過大な電力を消費するモータ駆動システムにおいては、その電力の大部分を消費することになり、定電圧を供給するバッテリでは、その電力消費はつまり過大な電流を消費することになり、電源系のラインに過電流が生じるため、過大な負荷がかかることとなる。
また、過大な電力消費は、電圧の低下を引き起こし、同一電源から供給される他のシステムにおいて、電力が供給できないことになりかねない。 これを防ぐため、消費電流を制限する必要がある。

電源電流過大によって、電源電流通電部の発熱が問題となる場合は、電源電流の制限が必要となってくる。そのために、電源電流を検出する電源電流検出器を具備し、その検出電流に基づいて電源電流を制限する制御が行われる。しかしながら電源電流検出器を具備することは、その分のコストアップが不可避になってしまい、また搭載する電源電流検出器の精度や、シャント抵抗器をつけた場合などには、電源電流検出器自身の損失も課題となってくる。

このような課題を解決するため、電源電圧、モータ回転速度、電動パワーステアリング装置の入出力エネルギー収支から、所定電源電流に相当する操舵補助指令制限値を算出し、算出した操舵補助指令制限値により操舵補助指令値を制限することで、所定電源電流以上の電源電流を引き出さないようにした電動パワーステアリング装置が知られている（特許文献１参照）。
また、電源電圧及びモータ回転角速度に基づき、電源電流最大値に対応するモータ電流値を演算し、モータ電流指令値を演算された電源電流最大値以下に制限することで、電源電流が過電流にならないようにしたモータ制御装置が知られている（特許文献２参照）。

特開平２００８−４９９１０号公報 特開平２００９−７８７１１号公報

しかしながら、特許文献１の操舵補助指令制限値を求める計算は、操舵補助指令制限値についての２次式を解くことになるため、計算処理時間が大幅にかかる。この処理負荷の問題解決のために、二次式を解くためにルックアップテーブルを用いているが、この対策でも計算処理時間がかかってしまう。また、この操舵補助指令制限値の算出の際に用いる計算式では、モータ抵抗やトルク定数といったモータ固有のパラメータを多く含んでおり、その中には温度依存のパラメータも含まれている。とくに抵抗値などは温度によって大きく値が変わるため、環境温度が変わるような状況では、制限値の精度が悪化してしまう。

また、操舵補助指令制限値での制限とは、モータ電流指令値によって制限をかけているということであり、モータ電流指令制限値を決めてから、モータ電流が制限されるまでの遅れが存在するため、モータ電流制御の応答性や、モータ電流制御時にモータ電流指令値を参照する周期によっては、モータ電流制限が必要な時に、モータ電流の制限が遅れ、所定電源電流より大きな電源電流が流れてしまう場合が生じる可能性がある。
特許文献２も電源電流最大値に対応するモータ電流制限値を演算し、モータ電流指令値に制限をかけていることから、特許文献１と同様に、モータ電流が制限されるまでの遅れが存在し、モータ電流制御の応答性や、モータ電流制御時にモータ電流指令値を参照する周期によっては、モータ電流制限が必要な時に、モータ電流の制限が遅れてしまう可能性がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電源電流検出器を具備する必要もなく安価で、しかも制御装置の演算負荷を軽減し、モータ電流制御の応答性も早く、モータに給電される電源電流を制限するモータ制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明のモータ制御装置は、モータの回転位置を検出して、そのモータ回転位置よりモータ回転速度を演算する回転速度演算手段と、モータに通電される電流を検出するモータ電流検出手段と、モータに与える電流指令値とモータ電流検出手段で検出したモータ電流とに基づいてモータを駆動するためのモータ電圧指令値を算出するモータ電圧指令値演算手段とを備えたモータ制御装置において、モータに供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、電源電圧検出手段で検出した電源電圧と、回転速度演算手段で演算されたモータ回転速度から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相モータ電圧指令値を制限する相電圧指令制限値を算出するモータ電圧指令制限値算出手段と、相電圧指令制限値によって、モータ電圧指令値を制限するモータ電圧指令値制限手段とを備え、モータ電圧指令制限値算出手段は、モータ回転速度と電源電圧によりモータの消費電力を加味し、この消費電力のピーク付近を抑制するようにモータ電圧指令値として許容できる最大値が定まるマップをあらかじめ備え、このマップから電圧指令制限値を算出するようにしたものである。

この発明によれば、モータの出力要求の増大に伴い、モータ駆動時にモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、電源電流検出器を具備することなく安価に、かつ制御装置を構成するマイクロコンピュータの処理負荷を小さくし、モータ電圧指令値を制限して、モータへの過大な電源電流の給電を抑えることができる。
また、モータ電流指令値ではなく、モータ電圧指令値によって制限しているため、急に制限が必要となった場合にも、電流指令値での制限時よりモータ電流制御の応答性が良く、モータへの過大な電源電流の給電を抑えることができる。さらには、モータ電圧飽和状態になることを防げるため、システムの安定性も向上する。
電動パワーステアリング装置においては、モータ給電電流制限により、モータの出力要求の増大による発熱問題に効果がある。また、制御装置を構成するマイクロコンピュータの処理負荷の軽減、モータ電圧を制限することによるシステム安定性確保によって、振動問題に対しても低減・抑制効果がある。
特に、電動パワーステアリング装置においては、その消費電流が過大になることにより、急激にアシスト力が低下することになり、ステアリングフィーリング上、違和感を感じ、急に操舵することができない感覚となる。本願により、これを防ぐことができる。

この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態１における電圧制限マップを説明する図である。 モータの消費電力とトルク特性の関係を説明する図である。 この発明の実施の形態１におけるモータ電圧指令値を制限する方法を説明する図である。 この発明の実施の形態２におけるモータ制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態２における電圧制限マップを説明する図である。 この発明の実施の形態３におけるモータ制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態３におけるモータ電圧指令値を制限する方法を説明する図である。 この発明の実施の形態４におけるモータ制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態５における電圧制限マップの例を説明する図である。 この発明の実施の形態６におけるモータ電圧指令値を制限する方法を説明する図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を図１〜図４に基づいて説明する。図１は発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の構成図、図２はこの発明の実施の形態１における電圧制限マップを説明する図、図３はモータの消費電力とトルク特性の関係を説明する図、図４は発明の実施の形態１におけるモータ電圧指令値を制限する方法を説明する図である。

図１において、駆動源である３相ＤＣブラシレスモータなどのモータ１と、直流電源である車載バッテリなどで構成されて、モータ１に電力を供給する電源２と、モータ１と電源２との電力供給経路の途中に設けられてモータ１に供給する駆動電力を生成する駆動回路としてのＰＷＭ（パルス幅変調）インバータ３と、モータ制御信号の出力に応じてＰＷＭインバータ３の作動を制御するマイクロコントローラなどの制御装置（ＥＣＵ）４で構成されている。

ＰＷＭインバータ３は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位（アーム）として各相に対応する３つのアームを並列接続してなる周知のもので、制御装置４から出力するモータ制御信号はＰＷＭインバータ３のスイッチング素子のｄｕｔｙ比を規定するものとなっている。
制御装置４には、モータ１のロータの磁極位置を検出するための位置センサ５と、モータ１に通電される各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するための電流検出回路６と、電源２とＰＷＭインバータ３間の電圧を検出する電源電圧検出回路７とが接続されている。

また、制御装置４は、マイクロコントローラに内蔵され、電流検出回路６で検出した相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをディジタル値に変換するためのＡ／Ｄ変換器８と、このＡ／Ｄ変換器８で変換された相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの３相交流座標からｄ−ｑ座標のｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑに変換する３相／２相座標変換器９と、位置センサ５からのモータ回転位置よりモータ回転速度を演算する回転速度演算器１０を備えている。

さらに、制御装置４には、モータ１を駆動するための制御信号の指令値として、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が入力され、これらのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、３相／２相座標変換器９からの出力であるｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑと共に、それぞれ対応する減算器１１ａ、１１ｂに入力される。
これら減算器１１ａ、１１ｂにおいて演算されたｄ軸電流偏差△Ｉｄ及びｑ軸電流偏差△Ｉｑは、それぞれ対応するＰＩ制御部１２ａ、１２ｂに入力される。そしてＰＩ制御部１２ａ、１２ｂにおいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に実電流であるｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑを追従させるためのフィードバック制御が行われる。

具体的には、ＰＩ制御部１２ａ、１２ｂは、入力されたｄ軸電流偏差△Ｉｄ及びｑ軸電流偏差△Ｉｑに所定のＰＩゲインを乗ずることにより、モータ１を駆動するためのｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算するモータ電圧指令値演算手段として機能する。
一方、モータ１に給電される電源電流を制限するためのモータ電圧指令制限値を算出するモータ電圧指令制限値算出器１３は、電源電圧検出回路７で検出した電源電圧と、回転速度演算器１０で演算されたモータ回転速度と、３相／２相座標変換器９からの出力であるモータ電流のｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑを入力して、モータ電圧指令値の制限値Ｖlimitを算出する。このモータ電圧指令制限値Ｖlimitは後述するようにマップ処理によって決定するが、演算で求めても良い。

モータ電圧指令値制限器１４は、ＰＩ制御部１２ａ、１２ｂから入力されたモータ電圧指令値（ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊）を、モータ電圧指令制限値算出器１３からのモータ電圧指令制限値Ｖlimit以下に制限するものである。
モータ電圧指令値制限器１４によって制限されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊のモータ電圧指令値は、位置センサ５からの回転角と共に２相／３相座標変換器１５に入力され、この２相／３相座標変換器１５において三相の電圧指令値に変換される。

２相／３相座標変換器１５からの各相電圧指令値はＰＷＭ制御器１６に入力され、ＰＷＭ制御器１６は各相電圧指令値に応じたモータ制御信号を生成し、このモータ制御信号によりＰＷＭインバータ３を駆動してモータ１への駆動電力の供給を制御する構成となっている。
制御装置４の構成のうち、Ａ／Ｄ変換器８以外の構成は、マイクロコントローラにソフトウェアとして実現されるものである。

次に、この発明の実施の形態１におけるモータ制御の流れを基に説明する。
モータ１の各相電流であるＵ相電流ＩｕとＶ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗは、電流検出回路６で検出されて所定の電流に変換され、マイクロコントローラの制御装置４に入力される。制御装置４に入力された各相電流は、Ａ／Ｄ変換器８で離散化されて、ソフトウェアの処理に引き渡される。

次に、マイクロコントローラの制御装置４に実装されたプログラムの動作について説明する。本プログラムは、所定の一定周期で呼び出されるものとする。また、モータのｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、別途与えられているものとする。
まず、位置センサ５よりモータ位置を検出されたモータ角度を所定時間毎に、モータ回転速度演算器１０にて、前回に検出されたモータ角度との差分演算を実施することにより、モータ回転速度を算出する。

次に、Ａ／Ｄ変換器８でデジタル変換されたＵ相電流ＩｕとＶ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗ、および位置センサ５で検出されたモータ位置（角度）は３相／２相座標変換器９に入力され、この３相／２相座標変換器９により、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの３相交流座標からｄ軸とｑ軸の２軸からなる座標へ変換され、検出されたｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑとなる。
検出されたｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑはそれぞれ減算器１１ａ及び１１ｂに入力され、減算器１１ａ及び１１ｂにおいて、ｄ軸電流Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との偏差、およびｑ軸電流Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との偏差をそれぞれ求め、その偏差からｄ軸、ｑ軸それぞれのＰＩ制御器１２ａ、１２ｂによりｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊が算出される。

ここでモータ電圧指令制限値算出部１３にて、電源電圧検出回路７で検出された電源２とＰＷＭインバータ３の間の電源電圧と、回転速度演算器１０で算出されたモータ回転速度から、モータ電圧指令値として許容できる最大値を算出する。モータ電圧指令制限値算出部１３は、例えば図２に示すように、あらかじめ制御対象のモータにおいて、モータ回転速度と電源電圧に対して、モータ電圧指令制限値を決めておき、マップにしておくことで、モータ電圧指令値として最大許容値であるモータ電圧指令制限値Ｖlimitを決める。
モータ電圧指令制限値算出部１３は、上記のようにマップを用いて、モータ電圧指令制限値の算出を行っているが、これは、マップによって演算負荷が減り処理が早くなるメリットがあるためである。しかし、マップ処理ではなく、演算によってモータ電圧指令制限値を求める場合も可能で、その場合、演算負荷に注意が必要ではあるが、従来法の電流制限を行う方法に比べ、モータ電圧での制限となるため、応答性は従来法より改善される。

ここで簡単に、演算によってモータ電圧指令制限値を求める場合について説明する。
下記の電力の釣り合いの式からモータ電圧指令制限値を求める。
Ｐin ＝ Ｐout ＋ Ｐloss
Ｖin×Ｉin＝Ｋｔ×Ｉｑ×ω ＋ Ｒ×Ｉｍ^２
Ｖin ＝（Ｋ×Ｉｑ×ω ＋ Ｒ×Ｉｍ^２）／Ｉin
ＩinにＩmaxを代入することでＶmaxが求まる。このＶmaxをモータ電圧指令制限値
Ｖlimitとする。
ここで、Ｐin ：電源（バッテリ）からの入力電力
Ｐout ：モータへの出力電力
Ｐloss ：モータの損失
Ｖin ：電源電圧（バッテリ電圧）
Ｉin ：電源（バッテリ）からの入力電流
Ｋｔ ：トルク定数
Ｉｑ ：ｑ軸検出電流
Ｉｍ モータ電流 sqrt（Ｉｑ^２＋Ｉｄ^２）
ω ：モータ回転角速度
Ｒ ：モータ抵抗

ブラシレスモータ１の消費電力は、図３に示すように、横軸をモータ回転速度とすると、山型のような曲線の特性で表される。図３において消費電力を示す曲線がピークを迎えているポイントは速度―トルク曲線と比較するとわかるように、モータの定格回転数付近となる。定格回転数付近において消費電力が一番大きく、それ以降はモータ電圧に飽和が起き、回転速度が上がるに従って、トルク出力が低下していくため、消費電力も落ちていく。

ブラシレスモータ１の消費電力が図３のようになるということから、消費電力のピーク付近で、モータ電圧指令値を制限することで、消費電力を制限することが可能となる。つまり、効率が低下している消費電力ピーク時は、電源２からの給電電力が大きくなっているため、モータ電圧指令値を制限することで、電源２からの過大な給電電力状態になることを防ぐことができる。
高トルク出力時程、消費電力が大きくなるため、最大トルク出力時の消費電力がピークとなる点を基にモータ電圧指令値に対する制限を設定しておけば、トルク出力が、どの状態においても電源からの過大な給電電力状態になることがなくなる。

つまり、対象とするブラシレスモータ駆動システムを、モータ使用条件も含め、あらかじめ定めておけば、図３に示すような消費電力の特性は、システム固有に決まるため、入力を、モータ回転速度と電源電圧、出力をモータ電圧指令制限値として作成した図２に示すようなマップは、モータ回転速度に応じて、モータの出力を制限するため、ブラシレスモータへの過大な電流供給が起こらないようにモータ電圧指令値を制限するマップになる。

次にモータ電圧指令値制限器１４において、ＰＩ制御器１２ａ、１２ｂにより算出された目標ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に対して、モータ電圧指令制限値算出部１３より算出されたモータ電圧指令制限値Ｖlimitと比較し、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊がモータ電圧指令制限値Ｖlimitを越えている場合には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をモータ電圧指令制限値Ｖlimitへと制限する。

制限方法の一例として、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧の合成電圧から制限する方法を説明する。合成電圧での制限方法として図４に示すように、電圧位相を固定にして制限を行った時の説明をするが、制限方法はこれに限ることはない。電圧位相を固定する方法では、電圧指令の位相を固定し、振幅だけを制限電圧まで減少させる。モータ電圧指令制限値をＶlimitとして、制限前のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、制限後のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊の関係は次式に示すようになる。

式（１）はモータ電圧の絶対値を求める式であり、式（２）によってｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊、数（３）によってｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊は表される。

この時、式（１）〜（３）の演算が発生するが、従来法のような二次方程式を解く程の処理負荷は発生しない。求めた制限後のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊を用いてモータ制御を行う。
このようにモータ電圧指令値を制限することによって、急にブラシレスモータへの過大な電流供給が必要な状況になったとしても、モータ回転速度に応じて、モータの出力を制限するため、ブラシレスモータへの過大な電流供給が起こらない。

以上のようにして、モータ電圧指令値制限器１４において所定値以下に制限されたモータ電圧指令値は、２相／３相座標変換器１５によってｄ−ｑ軸座標からＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧の３相電圧へと座標変換され、ＰＷＭ制御器１６に入力される。ＰＷＭ制御器１６は、モータ電圧指令値をモータ制御信号として、ＰＷＭインバータ３のスイッチング素子のｄｕｔｙ比を制御し、ＰＷＭインバータ３は、それに応じて電源２からモータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に電力を供給し、モータ１は回転駆動される。

以上の説明では、モータ電圧指令値制限器１４の動作の一例として、ｄ軸電圧、ｑ軸電圧の合成電圧から制限する方法を説明したが、モータ電圧指令制限値算出器１３によりq
軸電圧指令値を制限するq軸電圧指令制限値、およびd軸電圧指令値を制限するd軸電圧指令制限値を算出し、モータ電圧指令値制限器１４において、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をq軸電圧指令制限値に制限、およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊をｄ軸電圧指令制限値に制限することと同じである。

また、ｄ−ｑ軸座標においては、ｄ軸電圧が励磁成分、ｑ軸電圧が負荷トルクに対応する成分であることから、回転数重視とする場合は、ｄ軸電圧指令制限値を０とし、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊のみを制限する方法が有効である。この場合、モータ電圧指令制限値算出器１３はモータ電圧指令値のq軸電圧指令値を制限するq軸電圧指令制限値を算出する。
一方、回転数重視とは逆にトルク重視としたい場合には、q軸電圧指令制限値を０とし、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊のみを制限する方法が有効となってくる。この場合、モータ電圧指令制限値算出器１３はモータ電圧指令値のｄ軸電圧指令値を制限するｄ軸電圧指令制限値を算出する。

以上のように実施の形態１の発明によれば、モータ電圧指令値のｄ軸電圧指令値およびq軸電圧指令値の両方、または目的に応じてｄ軸またはq軸電圧指令値のどちらか一方のモータ電圧指令値を制限することで、ブラシレスモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、ブラシレスモータへの過大な電流供給を防ぐため、速やかにモータ電流を制限することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を図５〜図６に基づいて説明する。図５は発明の実施の形態２におけるモータ制御装置の構成図、図６はこの発明の実施の形態２における電圧制限マップを説明する図である。
図５において、モータ電圧指令制限値算出器１３への入力として、モータ制御装置の設置周辺の環境温度を検出する環境温度検出器１７からの環境温度を追加したもので、その他の構成は実施の形態１の図１に示す構成と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。

モータ電圧指令制限値算出器１３は、電源電圧検出回路７で検出された電源２とＰＷＭインバータ３の間の電源電圧と、回転速度演算器１０で算出されたモータ回転速度と、環境温度検出器１７で検出された環境温度とから、図６に示すような、入力をモータ回転速度、電源電圧、環境温度とし、出力をモータ電圧指令制限値となるマップを用いて、モータ電圧指令値として最大許容値であるモータ電圧指令制限値Ｖlimitを決める。
モータ電圧指令制限値算出部１３は、上記のように図６に示すマップを用いて、モータ電圧指令制限値の算出を行っているため、演算負荷が減り処理が早くなるメリットがある。

次にモータ電圧指令値制限器１４において、ＰＩ制御器１２ａ、１２ｂにより算出された目標ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に対して、モータ電圧指令制限値算出部１３より算出されたモータ電圧指令制限値Ｖlimitと比較し、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊がモータ電圧指令制限値Ｖlimitを越えている場合には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をモータ電圧指令制限値Ｖlimitへと制限することは、実施の形態１と同じである。
またモータ電圧指令値制限器１４において所定値以下に制限されたモータ電圧指令値は、２相／３相座標変換器１５によってｄ−ｑ軸座標から３相電圧へと座標変換され、ＰＷＭ制御器１６によりＰＷＭインバータ３を制御して、モータ１を回転駆動する。

以上のように実施の形態２の発明によれば、モータ電圧指令値を制限するモータ電圧指令制限値Ｖlimitを、モータ回転速度、電源電圧および環境温度とから決めているから、環境温度が変わるような状況においてもモータ電圧指令制限値の精度が悪化することはない。したがってこのモータ電圧指令制限値によりモータ電圧指令値を制限することで、ブラシレスモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、ブラシレスモータへの過大な電流供給を防ぐため、速やかにモータ電流を制限することができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を図７〜図８に基づいて説明する。図７は発明の実施の形態３におけるモータ制御装置の構成図、図８はこの発明の実施の形態３におけるモータ電圧指令値を制限する方法を説明する図である。
図７において、ＰＩ制御器１２ａ、１２ｂにより算出された目標ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を２相／３相座標変換器１５でｄ−ｑ軸座標から３相電圧へと座標変換し、変換後の各相電圧をモータ電圧指令値制限器１４で制限をかけるようにしたもので、その他の構成は実施の形態１の図１に示す構成と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。

実施の形態３の発明は、モータ電圧指令値を制限する場合、実施の形態１、２の発明のように、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を用いて制限する方法に代えて、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊のように３相電圧自体に制限をかけるようにしたものである。各相電圧に制限をかける場合には、モータ制御装置が使用可能となる電源電圧の範囲に制限を設ける意味になり、この電圧制限によってモータ電流を抑えることができる。

図７において、ＰＩ制御器１１ａ、１１ｂより出力されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、２相／３相座標変換器１５でｄ−ｑ軸座標から３相電圧へと座標変換してＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊とする。そして、モータ電圧指令値制限器１４において、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊に対して、モータ電圧指令制限値算出部１３より算出されたモータ電圧指令制限値Ｖlimitと比較し、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊がモータ電圧指令制限値Ｖlimitを越えている場合には、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊をモータ電圧指令制限値Ｖlimitへと制限する。

制限方法の一例として、図８に示すように、モータ電圧指令制限値算出部１３は、モータ回転速度と電源電圧からモータ電圧指令制限値Ｖlimitとして、Ｕ相電圧指令制限値Ｖｕ＊＊、Ｖ相電圧指令制限値Ｖｖ＊＊、Ｗ相電圧指令制限値Ｖｗ＊＊を出力する。モータ電圧指令値制限器１４において、制限前のＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊は、制限後のＵ相電圧指令値Ｖｕ＊＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊＊とされ、ＰＷＭ制御器１６に出力される。
モータ電圧指令値制限器１４において所定値以下に制限された各相のモータ電圧指令値は、ＰＷＭ制御器１６によりＰＷＭインバータ３を制御して、モータ１を回転駆動する。

以上のように実施の形態３の発明によれば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のモータ電圧指令値を制限することで、ブラシレスモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、ブラシレスモータへの過大な電流供給を防ぐため、速やかにモータ電流を制限することができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４におけるモータ制御装置を図９に基づいて説明する。図９は発明の実施の形態４におけるモータ制御装置の構成図である。
図９に示す構成は、実施の形態３の図７に示す構成において、モータ電圧指令制限値算出器１３への入力として、モータ制御装置の設置周辺の環境温度を検出する環境温度検出器１７からの環境温度を追加したもので、その他の構成は図７と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。

モータ電圧指令制限値算出器１３は、電源電圧検出回路７で検出された電源２とＰＷＭインバータ３の間の電源電圧と、回転速度演算器１０で算出されたモータ回転速度と、環境温度検出器１７で検出された環境温度とから、図６に示すような、入力をモータ回転速度、電源電圧および環境温度とし、出力をモータ電圧指令制限値となるマップを用いて、モータ電圧指令値として最大許容値であるモータ電圧指令制限値Ｖlimitを決める。

モータ電圧指令値制限器１４において、２相／３相座標変換器１５でｄ−ｑ軸座標から３相電圧へと座標変換されたＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊に対して、モータ電圧指令制限値算出部１３より算出されたモータ電圧指令制限値Ｖlimitと比較し、実施の形態３と同様に、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊がモータ電圧指令制限値Ｖlimitを越えている場合には、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊をモータ電圧指令制限値Ｖlimitへと制限する。

モータ電圧指令値の制限方法は、図８に示すものと同じであり、モータ電圧指令値制限器１４において所定値以下に制限された各相のモータ電圧指令値はＰＷＭ制御器１６に入力され、ＰＷＭ制御器１６によりＰＷＭインバータ３を制御して、モータ１を回転駆動する。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５におけるモータ制御装置を図１０に基づいて説明する。実施の形態５におけるモータ制御装置の構成図は、図１、図５、図７、図９に示したものと同じである。図１０は発明の実施の形態５におけるモータ回転速度による電圧制限マップを説明する図で、モータ電圧指令制限値算出器１３から出力されるモータ電圧指令制限値を示すものである。
モータ電圧指令制限値算出器１３において、モータ電圧指令値の最大許容値である電圧指令制限値を決めるマップは、上記した実施の形態１〜４の発明では、モータ回転速度と電源電圧および環境温度によって、図２や図６に示すように数種類用意することにより、使用環境の変化（電源電圧の変化、消費電力の考慮、環境温度の変化）に対しても、任意に制限値を設定できるようにした。

しかしながら、制限値を設定する曲線は図３のように消費電力が大きいところに重点的に行う方法だけとは限らずに、例えば図１０に示すように、モータ回転速度に対して制限曲線パターン１の制限値を一定にする方法（制限曲線パターン１）や、モータ回転速度の高速域では制限を緩める方法（制限曲線パターン２）や、モータ回転速度の増加に従って制限を緩める方法（制限曲線パターン３）など、さまざまなマップを目的に合わせて任意に設定することができる。 なお、これらの制限曲線パターン１、２、３はモータ回転速度と電源電圧の要素によって決められ、電源電圧によって上記制限曲線パターン１、２、３のマップをそれぞれ数種類用意しておく。例えば制限曲線パターン１においては、電源電圧によって矢印のようにモータ電圧指令制限値Ｖlimitが変わるパターンを複数用意し、電源電圧が大であればモータ電圧指令制限値Ｖlimitも大になるようなパターンにしておく。
そしてモータ電圧指令値制限器１４において、これら制限曲線パターン１、２、３によるモータ電圧指令制限値Ｖlimitによって、モータ電圧指令値を制限する。

実施の形態６．
実施の形態３、４のモータ制御装置においては、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊のように各相電圧自体に制限をかけていたが、３相電圧に変換後にモータ電圧指令値制限器１４において各相のＤｕｔｙ値を制限するようにしてもよい。
即ち、電圧指令制限値算出手段１３は、モータ回転速度と電源電圧によって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相モータ電圧へのＰＷＭの指令Ｄｕｔｙ値を制限するＤｕｔｙ指令制限値を算出する。そして、モータ電圧指令値制限器１４において、ＰＷＭの指令Ｄｕｔｙ値をＤｕｔｙ指令制限値によって制限する。
この場合、制限方法の一例として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相モータ電圧を制限する場合は、図８に示すようにモータ電圧指令制限値Ｖlimitは六角形で表わされていたが、各相モータ電圧へのＰＷＭの指令Ｄｕｔｙ値を制限するモータ電圧指令制限値Ｖlimitは図１１に示すように円形で表わされる。

以上のように、この発明によれば、制御の目的に合わせて、マップの作成方法、モータ電圧の制限方法を切り替え、モータ電圧指令値を制限することで、ブラシレスモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、ブラシレスモータへの過大な電流供給を防ぐため、モータ電流を制限することができる。

なお以上の説明において、位置センサ５でモータ１の回転位置を検出し、そのモータ回転位置より回転速度演算器１０でモータ回転速度を演算していたが、位置センサ５に代えてモータ１の回転角θを検出する回転角センサとし、回転速度演算器１０に代えて回転角θを微分して回転角速度を演算する回転角速度演算器を設けてもよい。
要するに、モータ１の回転位置を検出する位置センサ５も回転角θを検出する回転角センサも広義としては回転位置を検出するものであり、また回転速度を演算する回転速度演算器１０も回転角速度を演算する回転角速度演算器も広義としては回転速度を演算しているもので、これらは実質的に同じである。

１：モータ ２：電源
３：ＰＷＭインバータ ４：制御装置（マイクロコントローラ）
５：位置センサ ６：電流検出回路
７：電源電圧検出回路 ８：Ａ／Ｄ変換器
９：３相／２相座標変換器 １０：回転速度演算器
１１ａ、１１ｂ：減算器 １２ａ、１２ｂ：ＰＩ制御部
１３：モータ電圧指令制限値算出器 １４：モータ電圧指令値制限器
１５：２相／３相座標変換器 １６：ＰＷＭ制御器
１７：環境温度検出器。

Claims (2)

1. モータの回転位置を検出して、そのモータ回転位置よりモータ回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記モータに通電される電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータに与える電流指令値と前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流とに基づいて前記モータを駆動するためのモータ電圧指令値を算出するモータ電圧指令値演算手段とを備え、バッテリなど一定電力を供給する車両の電動パワーステアリング装置におけるモータ制御装置において、
   前記モータに供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段と、前記電源電圧検出手段で検出した電源電圧と、前記回転速度演算手段で演算されたモータ回転速度から、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相モータ電圧指令値を制限する相電圧指令制限値を算出するモータ電圧指
   令制限値算出手段と、前記相電圧指令制限値によって、前記モータ電圧指令値を制限するモータ電圧指令値制限手段とを備え、
   前記モータ電圧指令制限値算出手段は、前記モータ回転速度と前記電源電圧によりモータの消費電力を加味し、この消費電力のピーク付近を抑制するように前記モータ電圧指令値として許容できる最大値が定まるマップをあらかじめ備え、このマップから電圧指令制限値を算出することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータ電圧指令制限値算出手段は、装置周辺の環境温度を検出する環境温度検出器からの温度情報を入力し、この温度に応じて前記電圧指令制限値を可変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。

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