WO2005091488A1

WO2005091488A1 - 電動機制御装置

Info

Publication number: WO2005091488A1
Application number: PCT/JP2005/004667
Authority: WO
Inventors: Isao Kezobo; Masahiro Kimata; Kazumichi Tsutsumi; Chiaki Fujimoto; Kouji Fukusumi; Noriyuki Inoue
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2005-09-29
Also published as: WO2005091488A8; EP1737116A4; CN1934781A; JP4498353B2; CN100490302C; US20070176577A1; EP1737116A1; US7459879B2; JPWO2005091488A1; EP1737116B1

Description

明細書

電動機制御装置

技術分野

[0001] この発明は、電動機の制御装置に関し、特に、多相電動機の一相に電流が流れないような状態が発生しても、継続して運転を行うことができ、例えば、電動パワーステァリング装置に用いて好適な電動機の制御装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来装置の一例として、例えば特開 2002— 27779号公報 (特許文献 1と称す。 )に示されるものがある。この特許文献 1に記載のものは、その図 1に示されるように、多相モータの中性点とインバータの負極母線の間に第 2の電源を備え、モータまたはィンバータの 1相が断線する異常時においても、モータトルクを出力することができ、トルクリップルを小さくできる構成になっている。

また他の従来例として、特開平 10— 181617号公報 (特許文献 2と称す。）のよう〖こ、多相モータの中性点とインバータの負極母線の間に第 2の電源を備えることなく、モータまたはインバータの 1相が断線する異常時においても、正常時よりも駆動電流の大きさを小さくして対応し、正常時よりも小さなモータトルクを出力するものがある。更に他の従来例として、特開 2003— 26020号公報 (特許文献 3と称す。）のように、多相モータの中性点とインバータの負極母線の間に第 2の電源を備えることなぐモータまたはインバータの 1相が断線する異常時においても、通常の制御方法を継続することで、モータトルクを出力するものがある。通常の制御方法としては dq制御が最も一般的である。

[0003] 特許文献 1 :特開 2002— 27779号公報

特許文献 2 :特開平 10- 181617号公報

特許文献 3：特開 2003— 26020号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、前記特許文献 1のような装置では、電動機に電力を供給するのに通常用いる電源の他に、電動機の中性点とインバータの負極母線の間に第二の電源を設ける必要があり、費用が高、と、う問題がある。

[0005] また、多相モータの中性点とインバータの負極母線の間に第 2の電源を備えない装置においては、 3相交流モータまたはインバータの 1相が断線する異常時において次のような問題点がある。

すなわち、このような異常の場合には、どのような制御を行ってもモータトルクが必ず零になるモータ回転角度があり、トルクリップルが大きぐそして、モータトルクが零になる回転角度の近傍で、モータ回転角速度が零になり電動機の回転が停止してしまうと、外部力力を加えて回転させな、限りモータトルクが発生しな、と、う問題がある。このため、正常時のモータの動作に近づけることが難しい。

[0006] 前記特許文献 2の装置においては、 3相以上のブラシレスモータを対象にしている力モータまたはインバータの 1相が断線する異常が発生すると、 4相以上の場合はモータトルクの振動が大きくなるだけである力 3相の場合は、上記のようにモータトルクが発生不可能なモータ回転角度があるため、 3相のブラシレスモータには適さない。また、異常に対して、駆動電流を小さくして対応しているが、制御方式は変更していない。

[0007] また、特許文献 3のように、 3相交流モータまたはインバータの 1相が断線する異常時に、通常の制御方式を用いると、正常な 2相の電圧は、後述の本願図 6 (a)のように、通常時と同じく位相が 120度ずれた波形となり、本来必要な正常な 2相の端子間電圧を得るために、余分な電圧を掛けなくてはならなくなり、電源の電圧を有効に使えない。

また、電源電圧の大きさによる上限値に達し易ぐ必要な端子間電圧が得られない現象が発生し易い。

さらに、この異常発生時に、通常の dq制御を行うと、後述の本願図 7 (b)で示すようなモータトルク形状となるため、上記段落番号〔0005〕で述べた問題が改善されず、トルクリップルが大きぐモータトルクが発生しない期間が続く現象が発生し、正常時のモータの動作に近づけることが難しい。そのため、このような制御方式を備えた電動パワーステアリング装置では、運転者の感じる違和感が大き、と、う課題がある。 [0008] この発明は、上記のような従来装置の問題点に鑑みなされたもので、電動機またはインバータの 1相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であつても、この異常に適した電流を電動機に流し、モータトルクの出力を継続することができるようにした電動機の制御装置を提供することを目的とする。

また、この発明は、電動機またはインバータの 1相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、必要となる正常な 2相の端子間電圧を効率よく発生することのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

また、この発明は、電動機またはインバータの 1相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、各相の目標電流の形状を指定し、電動機が出力するモータトルクの形状を指定することのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

さらに、この発明は、電動機またはインバータの 1相に、断線などにより電流が流れな、ような異常が発生した場合であっても、電動機が発生するトルクのトルクリップルを小さくし、電動機にモータトルクが発生しない期間が続く現象を抑制することのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

さらにまた、この発明は、電動パワーステアリング装置の駆動用に用いられる 3相ブラシレスモータの制御装置として好適な電動機の制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] (1) この発明の電動機制御装置は、電動機の回転角度を算出するモータ回転角度検出手段、前記電動機の各相に流れる電流を算出する電流検出回路、電動機が発生するトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、前記電流検出回路とモータ回転角度検出手段からの、各相の検出電流とモータ回転角度に応じて多相電圧指令を決定する電流制御手段、この電流制御手段からの多相電圧指令を PWM変調してインバータへスイッチング操作を指示するスイッチング素子駆動回路、このスィッチング素子駆動回路力のスイッチング操作信号を受けて、前記電動機の各相に電圧を印加し、電流を流すインバータを備えた多相交流電動機の電動機制御装置において、前記電流制御手段は、正常時に使用する正常時電流制御手段、異常時に使用する異常時電流制御手段、電動機またはインバータの異常状態を検出する異常判定手段、および前記異常判定手段からの指令にもとづき前記正常時電流制御手段または異常時電流制御手段の!/、ずれかを選択する切り換え手段を備え、前記電動機またはインバータの 1相に異常が発生した場合に、前記切り換え手段によって異常時電流制御手段を選択し、該異常時電流制御手段が発生する異常時多相電圧指令を前記スイッチング素子駆動回路への多相電圧指令とするよう構成したものである。

[0010] (2) また、この発明の電動機制御装置は、前記（1)の電動機制御装置において、異常時電流制御手段は、

異常の発生した相以外の正常な各相の電圧指令の和が零となる平衡条件を満たすように、各相の電圧指令を発生し、これらを異常時多相電圧指令として出力するようにしたものである。

[0011] (3) また、この発明の電動機制御装置は、前記（1)の電動機制御装置において、異常時電流制御手段は、

異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度に応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、正常な各相の目標電流と、前記電流検出回路からの各相の検出電流に基いて、前記異常時多相電圧指令を発生する制御器を備え、

前記目標相電流整形手段によって、各相の目標電流を個別に指定し、電動機各相の電流を個別に制御するようにしたものである。

[0012] (4) また、この発明の電動機制御装置は、前記（1)の電動機制御装置において、異常時電流制御手段は

異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度に応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、多相目標電流をモータ回転角度に基づ!、て二相変換し、整形 d軸目標電流と整形 q 軸目標電流を発生する二相変換手段、および、前記二相変換手段からの整形 d軸目標電流と整形 q軸目標電流と、電流検出回路からの各相の検出電流、およびモータ回転角度に基いて dq制御を実行し多相電圧指令を発生する dq制御手段を備え、

前記目標相電流整形手段によって、各相の目標電流を個別に指定し、前記 dq制御手段によって、前記整形 d軸目標電流、整形 q軸目標電流を、 d軸電流、 q軸電流の目標信号とする dq制御を実行するようにしたものである。

[0013] (5) また、この発明の電動機制御装置は、前記（1)の電動機制御装置において、異常時電流制御手段は

モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、電流検出回路からの各相検出電流、およびモータ回転角度に基いて dq制御を実行し、各相電圧指令を発生する dq 制御手段と、

異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度に応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、多相目標電流をモータ回転角度に基づ!、て二相変換し、整形 d軸目標電流と整形 q 軸目標電流を発生する二相変換手段、および、前記整形 d軸目標電流と整形 q軸目標電流から、目標 d軸電流と目標 q軸電流を減算し、この減算値から d軸電圧指令と q 軸電圧指令を発生し、この d軸電圧指令、 q軸電圧指令と、モータ回転角度に基いて各相電圧整形信号を発生する手段を具備する電圧整形手段を備え、

前記 dq制御手段の各相電圧指令と前記電圧整形手段の各相電圧整形信号を加算して、多相電圧指令を出力するようにしたものである。

発明の効果

[0014] この発明の電動機制御装置によれば、電動機またはインバータの 1相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、この異常に適した電流を電動機に流し、モータトルクの出力を継続することができる。

[0015] また、この発明の電動機制御装置によれば、電動機またはインバータの 1相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、必要となる正常な 2相の端子間電圧を効率よく発生することができる。 [0016] また、この発明の電動機制御装置によれば、電動機またはインバータの 1相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、各相の目標電流の形状を指定し、電動機が出力するモータトルクの形状を指定することができる。

[0017] さらに、この発明の電動機制御装置によれば、電動機またはインバータの 1相に、断線などにより電流が流れないような異常が発生した場合であっても、電動機が発生するトルクのトルクリップルを小さくし、電動機にモータトルクが発生しな、期間が続く現象を抑制することができる。

[0018] さらにまた、この発明の電動機制御装置によれば、電動パワーステアリング装置の駆動用に用いられる 3相ブラシレスモータの制御装置として好適な電動機の制御装置を得ることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 実施の形態 1.

この発明の実施の形態 1を図に基いて説明する。

以下の説明ではこの発明を、 3相ブラシレスモータに適用した場合を例に説明するが、この発明は、多相交流により回転駆動する電動機に対して使用することができるものである。

図 1は、この発明の実施の形態 1による電動機制御装置の全体構成を示す概略ブロック図である。

図 1において、 10は電動機制御装置であり、この電動機制御装置 10を用いて、 U、 V、 W相の 3相の卷線を備えたブラシレスモータ（以下モータとも言う） 5を制御する。電動機制御装置 10は、モータ 5の回転角度を検出するモータ角度センサ 6からの信号を受け、モータ回転角度検出回路 21によりモータの回転角度を算出する。また、電流検出回路 22によりモータの各相に流れる電流を算出する。

電流制御手段 23は、後述するように、モータトルクの目標値に相当するモータ駆動電流指令 (以下目標 q軸電流とも言う）、モータ各相の検出電流、モータ回転角度に応じて 3相電圧指令を決定する。 FET駆動回路 24は、この 3相電圧指令を PWM変調してインバータ 25へ FET駆動を指示する。インバータ 25は FET駆動信号を受けてチヨツバ制御を実現し、電源から供給される電力により、モータの各相に電流を流す。各相に流れるこの電流によって、モータトルクが発生する。

[0020] 次に、前記電流制御手段 23について、図 2を用いて説明する。

電流制御手段 23は、図 2で示すように、正常時に使用する通常の制御方式を実行する正常時電流制御手段 31、異常時に使用する異常時電流制御手段 30、異常判定手段 32、切替え手段 33、を備えており、この 2つの制御手段を切替えることが可能である。

異常判定手段 32は、前記電流検出回路 22から供給される 3相検出電流に基づいて、いずれかの検出電流力零に留まる時間の長さが事前に定めた値に達した時に、その相は電流の流れない異常状態であると判定し、異常の有無と異常な相を知らせるべく異常判定信号を、異常時電流制御手段 30と切替え手段 33に供給する。異常時電流制御手段 30は、異常判定手段 32からの異常判定信号を受け、正常時には機能を停止し、異常な相が U、 V、 Wのどれか 1つである場合、その異常な相に対応した制御を実行する。異常な相が 2相以上ある場合は、機能を停止し出力を出さない。

切替え手段 33は、異常判定手段 32からの異常判定信号を受け、正常時の信号を検出した場合は、正常時電流制御手段 31から受けた 3相正常時電圧指令を 3相電圧指令として出力し、異常時の信号を検出した場合は、異常時電流制御手段 30から受けた 3相異常時電圧指令を 3相電圧指令として出力する。

[0021] 正常時電流制御手段 31は、例えば図 17のブロック線図 31aのように構成され、正常時にお、て通常の dq制御を実行し、滑らかなモータトルクの発生を実現する。以下、図 17に示す正常時電流制御手段 31aの dq制御について説明をしておく。二相変換手段 136は、電流検出回路で得られた U、 V、 W相の検出電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、 q軸電流 Iqと d軸電流 Idを出力する。減算器 133と減算器 134はそれぞれ、目標 q軸電流 Iqrと目標 d軸電流 Idrから、 q軸電流 Iqと d軸電流 Idを減算し、 q軸制御器 132と d軸制御器 131に供給する。

そして、 PI制御などで構成される q軸制御器 132と d軸制御器 131は、それぞれ、 q軸電圧指令と d軸電圧指令を、三相変換手段 135に供給する。

三相変換手段 135は、 q軸電圧指令と d軸電圧指令を、モータ回転角度に応じて三相変換し、 U、 V、 W相電圧指令を発生する。このようにして、 dq制御は、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と目標 d軸電流を実際の電流として実現するよう制御する。

[0022] 次に、モータやインバータの 1相に異常が生じた場合、例えば、モータの U相力インバータの U相に断線などの異常が生じて、 U相に電流が流れな、状態が発生した場合について説明する。

このような異常が発生した場合、図 2において、異常判定手段 32は、「U相が異常である」という異常判定信号を、異常時電流制御手段 30と切替え手段 33に供給するこれによつて、異常時電流制御手段 30が作動し、 3相異常時電圧指令が切替え手段 33を介して 3相電圧指令として FET駆動回路 24に供給される。異常時電流制御手段 30は、異常が生じた相を考慮した電流制御を行うベぐ図 3で示す制御方式を実行する。

以下異常時電流制御手段 30の制御動作について、図 3、図 4を用いて説明する。

[0023] 図 3は、 U相が異常の場合の異常時電流制御手段 30aの制御ブロック線図であり、この制御方式を以下「開放相想定三相個別制御」と呼ぶこととする。

図 3に示す異常時電流制御手段 30aによる制御方式は、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流を、モータ回転角度とモータ回転角速度に応じて、正常な各相に流す目標相電流に変換する。このとき、 U相に電流が流れないことを考慮して U 相目標電流は 0とし、また、 V相と W相が互いに逆符号でその絶対値が等しい (Iw* =-Iv* )という関係を満たすように (すなわち、異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和がゼロとなる平衡条件を満たすように）、 V相目標電流 Iv *と W相目標電流 Iw*を算出するものである。

[0024] 図 3において、目標相電流整形手段 50 (詳細は後述する。 )は、目標 q軸電流と、モータ回転角度と、微分手段 51でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じて、 V相目標電流を発生し、符号逆転器 52に供給する。符号逆転器 52は V相目標電流に 1を乗算して W相目標電流を算出する。減算器 44、 45、 4 6はそれぞれ、 U、 V、 W相目標電流から、電流検出回路 22で得られた U、 V、 W相の検出電流を減算し、 PI制御などで構成された U、 V、 W相制御器 41、 42、 43に供給する。そして、各相にそれぞれ備えられた U、 V、 W相制御器 41、 42、 43は、それぞれ U、 V、 W相電圧指令を FET駆動回路 24に供給し、目標相電流整形手段 50で得られた目標電流を実現すべく各相をそれぞれ個別に制御する。

[0025] 目標相電流整形手段 50は、例えば図 4で示すような構成である。

単位目標相電流発生手段 71は、目標 q軸電流と、モータ回転角度と、微分手段 51 でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じて単位目標相電流 (以下可変ゲインとも言う）を決定する。乗算手段 72は、目標 q軸電流と単位目標相電流を乗算し V相目標電流を算出する。この単位目標相電流は、目標 q軸電流の大きさが 1のときの、 V相目標電流を意味している。

単位目標相電流発生手段 71において、目標 q軸電流と、モータ回転角度と、モータ回転角速度に対する単位目標相電流の関係は、例えば、図 5で示す関係である。図 5で示す単位目標相電流の生成方式をトルク方向対応駆動方式と呼ぶことにする

[0026] この方式は、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流の方向によって、モータ回転角度と単位目標相電流の関係を切り替えており、目標 q軸電流が正のときは図 5 (a)の関係、目標 q軸電流が負のときは図 5 (b)の関係を用いて、単位目標相電流を算出する。横軸のモータ回転角度はモータの電気角のスケールである。

このような目標相電流を実現するように電流制御すると、目標 q軸電流の方向に応じて、モータトルクは図 5 (c)、（d)のような形状になる。 3相電流の通常の形状としては正弦波や矩形波があるが、図 5 (a) (b)に示した形状は、これらとは全く異なるものである。

なお、この単位目標相電流の算出において、モータ回転角速度を使用してないが、モータ回転角速度を使用した例については後述の実施の形態 4で説明する。

[0027] また、図 5で示した単位目標相電流は、目標 q軸電流の方向によって、単位目標相電流を切り替えたが、目標 q軸電流の代わりに、モータトルク検出信号を用いても良い。

ここで、モータトルク検出信号を算出する手段を説明する。電流検出回路 22で得られた U、 V、 W相の検出電流を、図示しない 2相変換手段で 2相変換することで、 d軸電流、 q軸電流を算出し、 q軸電流にトルク定数を乗算することで得られる。

モータトルク検出信号で目標 q軸電流を代用できる理由は、目標 q軸電流がモータトルクの目標値に相当するので、モータトルクを検出して得られるモータトルク検出信号は目標 q軸電流と相関関係があるからである。

図 3は U相に異常が生じた場合の開放相想定三相個別制御の制御ブロック線図を示しているが、 V、 W相に異常が発生した場合も、同様な開放相想定三相個別制御力異常時電流制御手段 30aに備わっており、異常が生じた相によって切り替えることがでさる。

[0028] このようにモータやインバータの 1相に異常が生じた場合、正常時電流制御手段の代わりに異常時電流制御手段によって電流制御を «I続することで、モータからモータトルクの出力を継続させることができる。

また、この発明の実施の形態 1の制御装置によれば、以下のような効果がある。

[0029] U相断線異常時には、 V相と W相の各電流が互いに逆符号でその絶対値が等しいという関係 (Iv=— Iw)で電流が流れることを考慮し、 V相と W相が互いに逆符号でその絶対値が等しいという関係を満たすように V相、 W相目標電流を生成するので、 V 相、 W相の目標電流と検出電流の差にも同様な関係がある。 V相制御器と W相制御器は普通は同じ制御器を用いるので、その出力である V相電圧指令と W相電圧指令においても同様な関係で出力することができる。このため、必要最低限の電圧で V相、 W相間の電位差を供給でき、効率的である。

これに対して、従来の dq制御を用いると、 V相電圧指令と W相電圧指令において互いに逆符号でその絶対値が等しいという関係を満たさないため、 V相、 W相間の電位差を供給する際に余分な電圧を V相端子、 W相端子に印加する必要がある。

例えば、従来の dq制御において、 VW端子間電圧を IV得るために、 V相電圧を 2V 、 W相電圧を IVにする状況がありえる力この発明の開放相想定三相個別制御においては、 V相電圧を 0. ゝ^^相電圧をー。. 5Vにする。

[0030] 図 6は、同じ大きさの VW端子間電圧を正弦波駆動で発生するのに必要な V、 W相の電圧を、従来の dq制御と、この発明の実施の形態 1の開放相想定三相個別制御について比較している。

図 6 (a)に示す従来の dq制御の最大電圧は、図 6 (b)に示す開放相想定三相個別制御の最大電圧に比べて 15%大きい。このように、 dq制御の電圧は、開放相想定三相個別制御より、余分に電圧が大きいため、電源電圧の大きさによる上限値に達し易く、必要な端子間電圧が得られない現象が発生し易い。

一方、この発明の開放相想定三相個別制御は、余分に電圧を発生しないため、 dq 制御より、電圧が電源電圧の大きさによる上限値に達し難ぐ必要な端子間電圧を効率よく発生できる。

[0031] また、発明が解決しょうとする課題の欄でも述べた力 1線断線異常時には、図 7で示すように、どのような制御を行ってもモータトルクが必ず零になるモータ回転角度があるので、トルクリップルが大きぐそして、モータトルクが零になるこの回転角度の近傍で、モータ回転角速度が零になり電動機の回転が停止してしまうと、外部から力を加えて回転させない限りモータトルクが発生しないという問題がある。このため、正常時のモータの動作に近づけることが難し、。

すなわち、従来の dq制御を用いると、各相の目標電流の形状を明示的に指定する手段が無い。

これに対し、この発明の実施の形態 1の開放相想定三相個別制御を使用すれば、目標相電流整形手段 50によって、単位目標相電流の形状を工夫し調整することによつて、各相の目標電流の形状、モータトルクの形状を指定できるので、前述のモータトルクが零に陥る問題を解決できるなど、正常時のモータの動作に近づけることができる。

[0032] すなわち、単位目標相電流発生手段 71において、図 5で示すトルク方向対応駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータの回転の加速度を大きくし、モータトルクが零になるモータ回転角度に停止せずに回転させることができるので、上記のモータトルクが発生しない期間が続く現象を防止できる。図 8に、電流形状が分力り易いように、 V 相目標電流のみを示した。

以下で、更に詳述する。モータトルクはモータの回転に加速度を与えることができることを念頭において考えると、モータトルクが正方向でモータ回転角速度も正方向の場合、図 5 (c)において右に向力つてモータ回転角度が進み、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさが大きくなり、回転が正方向に加速される。一方、モータトルクが正方向でモータ回転角速度が負方向の場合、すなわち、モータトルクがモータ回転を減速させる方向の場合、図 5 (c)において左に向かってモータ回転角度が進み、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モ一タトルクの大きさが小さくなり、回転が負方向に加速される。モータトルクが負方向でモータ回転角速度も負方向の場合、図 5 (d)において左に向かってモータ回転角度が進み、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさが大きくなり、回転が負方向に加速される。一方、モータトルクが負方向でモータ回転角速度が正方向の場合、すなわち、モータトルクがモータ回転を減速させる方向の場合、図 5 (d)において右に向力つてモータ回転角度が進み、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさが小さくなり、回転が正方向に加速される。

このようにして、モータトルクが零になるモータ回転角度に停止せずに回転できるので、上記のモータトルクが発生しない期間が続く現象を防止できる。

なお、図 3の開放相想定三相個別制御において、異常が生じている U相にも制御器を設けている力 U相には電流が流れないため制御する必要がないので、 U相制御器や U相目標電流は無くても、開放相想定三相個別制御は同様な効果が得られる。

また、図 3の開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段 30aにおいて、目標相電流整形手段 50が V相目標電流を算出するとしたが、目標相電流整形手段 50a が V相目標電流の代わりに W相目標電流を算出し、 W相目標電流に 1を乗算することにより V相目標電流を発生してもよい。 U相断線時には、 V相と W相は、互いに逆符号でその絶対値が等しい (Iw=-Iv)という関係であり、どちらを基準にしても問題はなぐ図 3の開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段 30aと等しい V相、 W相電圧指令を算出でき、等価な制御が可能であり、 U相の異常時において、図 3 の開放相想定三相個別制御と同じ効果が得られる。

また、目標相電流整形手段 50は、 V相目標電流を算出する際に、この実施の形態 1 で示したようにモータ回転角速度を用いなくても良い。

さらに、この実施の形態 1においては、主に、 3相モータの場合で述べている力 4相以上のモータに対しても各相個別に目標相電流を指定し、個別に制御器を設けることにより、同様に本発明が適用可能である。 4相モータの場合は、 1相に異常が生じた時に、モータトルクが零になるモータ回転角度は存在しないものの、トルクリップルが大きくなるので、目標相電流整形手段により、相電流の形状を指定することで、 3相モータの場合と同様にトルクリップルを小さくできる。

[0034] 実施の形態 2.

図 9は、この発明の実施の形態 2による異常時電流制御手段 30dの制御ブロック線図である。

実施の形態 1の図 3の開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段 30aにおいては、 U相、 V相、 W相制御器 41、 42、 43を用いた力図 9に示すように U相、 W 相制御器が無くてもよい。

一般にブラシレスモータは三相卷線が偏り無く構成されているため、 U相断線時には、 V相と W相は、互いに逆符号でその絶対値が等しい (Iw=-Iv)という関係があり、 V相、 W相制御器を同じものであるとしても問題はない。従って、制御器は 1つでもよいということになる。

図 9の構成においては、 V相制御器 42から出力される V相電圧指令に、乗算器 52a により 1を乗算したものを W相電圧指令として算出する。 U相電圧指令は零として出力する。このように、図 3の開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段 30aと等しい U相、 V相、 W相電圧指令を算出できる。

図 9の構成なら、実施の形態 1の開放相想定三相個別制御と等価な制御が可能であり、 U相の異常時において、図 3の開放相想定三相個別制御と同じ効果を得ることができる。

[0035] 実施の形態 3.

図 10は、この発明の実施の形態 3による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。

実施の形態 1における単位目標相電流発生手段 71にお、ては、モータ回転角度に対する単位目標相電流の関係に図 5で示す関係を適用し、トルク方向対応駆動方式を用いた力例えば、図 10で示す関係を用いても良い。図 10で示す単位目標相電流の生成方式を逆正弦波駆動方式と呼ぶことにする。

この方式は、図 10 (a)で示すように、モータ回転角度に関する余弦の逆数を単位目標相電流として算出する。ただし、単位目標相電流が無限大にならないよう上限値を設けて飽和させている。横軸のモータ回転角度はモータの電気角のスケールであるこのような目標相電流を実現するように電流制御すると、モータトルクは図 10 (b)のような台形状になる。

この方式において生成される単位目標相電流は、モータ回転角度のみに依存しているが、通常利用される正弦波や矩形波とは異なり、 1周期の波形が、上下変動を 3回するなどの特徴がある。正弦波や矩形波は、 1周期に上下変動を 1回する。

[0036] 図 10 (b)のモータトルク波形と、図 7 (b)で示す正弦波駆動を用いた通常の dq制御時のモータトルク波形は、平均の大きさを等しくしてあり、この図でトルクの変動幅を比較すると、図 10 (b)の方が、 50%近く小さいことがわかる。

このように、単位目標相電流発生手段 71において、図 10で示す逆正弦波駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルク形状を図 10 (b)のように台形状にすることができ、図 7 (b)で示す正弦波駆動を用いた通常の dq制御時のモ一タトルクに比較して、トルクリップルの振幅を小さくできる。

[0037] 実施の形態 4.

図 11は、この発明の実施の形態 4による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。

実施の形態 1における単位目標相電流発生手段 71にお、ては、モータ回転角度と単位目標相電流の関係は図 5で示す関係を適用し、トルク方向対応駆動方式を用いたが、例えば、図 11で示す関係を用いても良い。図 11で示す単位目標相電流の生成方式を回転方向対応駆動方式と呼ぶことにする。この実施の形態 4による方式は、モータ回転方向によって、モータ回転角度と単位目標相電流の関係を切り替えており、モータ回転角速度が正のときは図 11 (a)の関係、モータ回転角速度が負のときは図 11 (b)の関係を用いて、単位目標相電流を算出する。横軸のモータ回転角度はモータの電気角のスケールである。

このような目標相電流を実現するように電流制御すると、モータ回転方向に応じて、モータトルクは図 11 (c)、（d)のような形状になる。

[0038] 実施の形態 1でも述べたように、モータやインバータの 1相に異常が生じた場合、図 7に示すように、どのような制御手段を用いてもある特定のモータ回転角度にお！、て必ずモータトルクが零になるので、モータトルクが零になるこの回転角度の近傍で、モータ回転角速度が零になりモータの回転が停止してしまうと、外部から力を加えて回転させない限りモータトルクが発生しな、と、う問題が発生することがある。

このような場合に、単位目標相電流発生手段 71において、図 11で示す回転方向対応駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルクとモータ回転角速度の方向が一致している場合、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転を加速できるので、上記のモータトルクが発生しない期間が続く現象を防止することができる。

[0039] 実施の形態 5.

図 12は、この発明の実施の形態 5による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。この図 12で示す単位目標相電流の生成方式を加速度回転方向対応駆動方式と呼ぶことにする。

この実施の形態 5においては、単位目標相電流を生成する際に、モータ回転角度とモータ回転角速度の他に、モータ回転角加速度を使用する。モータ回転角加速度は、微分手段 51により得られるモータ回転角速度を、さらに、同様な微分手段によつて近似的に微分することで得ることができる。

この方式は、図 11で示した回転方向対応駆動方式と同様に、モータ回転方向によつて、モータ回転角度と単位目標相電流の関係を切り替える。さらに、モータ回転角加速度に応じて単位目標相電流の大きさを変更する。モータ回転角速度が正のときは図 12 (a)の関係で、モータ回転角速度が負のときは図 12 (b)の関係を用いて、単位目標相電流を算出する。図 12 (a)のように、モータ回転角速度が正のときに、モータ回転角加速度が小さい時は、単位目標相電流の大きさを大きくし、図 12 (b)のように、モータ回転角速度が負のときに、モータ回転角加速度が大きい時は、単位目標相電流の大きさを大きくする。横軸のモータ回転角度はモータの電気角のスケールである。このような目標相電流を実現するように電流制御すると、モータ回転方向とモータ回転角加速度に応じて、モータトルクは図 12 (c)、（d)のような形状になる。

[0040] この実施の形態 5によっても、実施の形態 4と同様に、単位目標相電流発生手段 7 1にお、て、図 12で示す加速度回転方向対応駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルクとモータ回転角速度の方向が一致している場合、モ一タトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転を加速でき、さらに、加速度の大きさが小さい時には、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転をさらに加速できる。従って、モータトルクが発生しない期間が続く現象を防止できる。

[0041] 実施の形態 6.

図 13は、この発明の実施の形態 6による異常時電流制御手段 30bの制御ブロック線図である。

実施の形態 1においては、異常時電流制御手段として図 3の開放相想定三相個別制御を用いたが、 dq座標上での制御系を用いても同様な制御が可能であるので、その一つの形態を以下で述べる。異常時電流制御手段は、実施の形態 1において用いた図 3の開放相想定三相個別制御の代わりに、図 13に示す制御方式を実行する。この図 13に示す制御方式を「開放相想定 dq制御」と呼ぶこととする。

この実施の形態 6では図 13のような例を示すが、 dq座標上での制御系を用いた異常時電流制御手段は、制御ブロックの線形性などに基づく変形により他の形態も存在する。

図 13に示す制御方式は、 dq軸目標電流整形手段 80において、目標 q軸電流、モータ回転角度、モータ回転角速度に応じて、整形目標 q軸電流 Iqrと、整形目標 d軸電流 Idrを発生する。このとき、 Iqrと Idrは異常な相を考慮した目標信号となっており、通常の dq制御系を用いて追従することが可能である。以下、図 13に示す開放相想定 dq制御の異常時電流制御手段 30bにつ、て更に詳述する。

[0042] dq軸目標電流整形手段 80は、目標相電流整形手段 50において、目標 q軸電流 Iq

*と、モータ回転角度と、微分手段 51でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じて V相目標電流を発生し、符号逆転器 52に供給する。

符号逆転器 52は、 V相目標電流に- 1を乗算して W相目標電流を算出する。

二相変換手段 A55は、 U、 V、 W相目標電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、整形目標 q軸電流 Iqrと整形目標 d軸電流 Idrを出力する。

二相変換手段 B86は、電流検出回路 22で得られた U、 V、 W相の検出電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、 q軸電流 Iqと d軸電流 Idを出力する。減算器 83と減算器 84はそれぞれ、整形目標 q軸電流 Iqrと整形目標 d軸電流 Idrから、 q軸電流 I qと d軸電流 Idを減算し、 q軸制御器 82と d軸制御器 81に供給する。

そして、 PI制御などで構成される q軸制御器 82と d軸制御器 81は、それぞれ、 q軸電圧指令と d軸電圧指令を発生し、三相変換手段 85に供給する。

三相変換手段 85は、 q軸電圧指令と d軸電圧指令を、モータ回転角度に応じて三相変換し、 U、 V、 W相電圧指令を発生し FET駆動回路 24に供給する。

[0043] この開放相想定 dq制御にぉ、て、異常な相を考慮した U、 V、 W相目標電流を生成するところまでは実施の形態 1と同じである。開放相想定 dq制御は、この U、 V、 W 相目標電流を、異常な相を考慮した整形 q軸目標電流 Iqr、整形 d軸目標電流 Mlに変換する。この目標電流なら、 1相異常状態でも dq座標系での制御が実現できる。目標相電流整形手段 50は、実施の形態 1で説明したものと同じであるので、詳細な説明は省略するが、例えば図 4で示すような構成である。単位目標相電流発生手段 71は、目標 q軸電流と、モータ回転角度と、微分手段 51でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じて単位目標相電流 (以下可変ゲインとも言う）を決定する。乗算手段 72は、目標 q軸電流と単位目標相電流を乗算し V相目標電流を算出する。この単位目標相電流は、目標 q軸電流の大きさが 1のときの、 V 相目標電流を意味している。

単位目標相電流発生手段 71における単位目標相電流の生成方式は、前述の実施の形態で示した、図 5のトルク方向対応駆動方式、図 10の逆正弦波駆動方式、図 11の回転方向対応駆動方式、図 12の加速度回転方向対応駆動方式などが同様に使用できる。

また、整形目標 q軸電流 Iqrは、目の異常を考慮したモータトルクの目標値に相当するので、その形状は、トルク方向対応駆動方式の場合は図 5 (c)、（d)、逆正弦波駆動方式の場合は図 10 (b)、回転方向対応駆動方式の場合は図 11 (c)、（d)、加速度回転方向対応駆動方式の場合は図 12 (c)、（d)と同じようになる。

また、図 13においては、は U相に異常が生じた場合の開放相想定 dq制御の制御ブロック線図を示している力 V、 W相に異常が発生した場合も、同様な開放相想定 dq制御力異常時電流制御手段に備わっており、異常が生じた相によって切り替えることがでさる。

[0044] このように、開放相想定 dq制御は、断線した 1相を除いた正常な 2相で実現できるモータトルクを考慮し、目標値を生成し、 dq制御系に指令することによって、 1相断線状態に適した制御が実現でき、前述の実施の形態 1と同様の効果を奏するものである。

すなわち、モータやインバータの 1相に異常が生じた場合、正常時電流制御手段の代わりに異常時電流制御手段によって電流制御を継続することで、モータからモ一タトルクの出力を継続させることができる。

また、開放相想定 dq制御も、開放相想定三相個別制御と同様に、余分に電圧を発生しないため、通常の dq制御より、電圧が電源電圧の大きさによる上限値に達し難く、必要な端子間電圧を効率よく発生できる。

また、開放相想定 dq制御も、開放相想定三相個別制御と同様に、図 5、図 10、図 11 、図 12のように、単位目標相電流を調整することでモータトルク形状の調整が可能なので、モータトルクが発生しない期間が続く現象を抑えることができるとか、トルクリツプルの振幅を小さくできるなど、正常時のモータの動作に近づけることができる。

[0045] 実施の形態 7.

図 14は、この発明の実施の形態 7による異常時電流制御手段 30cの制御ブロック線図である。実施の形態 1においては、異常時電流制御手段として図 3の開放相想定三相個別制御を用いたが、 dq座標上での制御系を用いても同様な制御が可能であり、その一つの形態を実施の形態 6で述べた。これらの実施の形態では、 1相が異常であることを考慮して UVW相または dq軸の目標電流を生成することに特徴があった力この実施の形態 7では、 dq制御などの通常の制御手段の出力する電圧指令を、変形することにより、 1相が異常であることを考慮した電圧指令を発生させることができる形態を述べ。。

異常時電流制御手段は、実施の形態 1にお!、て用いた図 3の開放相想定三相個別制御の代わりに、図 14に示す制御方式を実行する。この図 14に示す制御方式を「開放相想定電圧整形 dq制御」と呼ぶこととする。また、図 14は U相が異常の場合の制御ブロック線図である。この実施の形態 7では図 14のような例を示す力電圧指令の生成部分における変形手段を用いた異常時電流制御手段は、制御ブロックの線形性などに基づく変形により他の形態も存在する。

[0046] 図 14において、異常時電流制御手段 30c (開放相想定電圧整形 dq制御）は、電圧整形手段 101において、目標 q軸電流、モータ回転角度、モータ回転角速度に応じて、 U相、 V相、 W相電圧整形信号 Vus、 Vvs、 Vwsを発生する。

また、 dq制御手段 100は、目標 q軸電流 Iq *、モータ回転角度、電流検出回路 22 で得られた U、 V、 W相の検出電流を受け、通常の dq制御を実行し、 U相、 V相、 W 相通常電圧指令 Vur、 Vvr、 Vwrを出力する。

そして、カロ算器 102、 103、 104において、 U相、 V相、 W相電圧整形信号 Vus、 Vvs 、 Vwsを、通常の dq制御 100より出力される U相、 V相、 W相通常電圧指令 Vur、 Vv r、 Vwrに、それぞれ加算し、 U相、 V相、 W相電圧指令 Vu *、 Vv*、 Vw*を発生し、 FET駆動回路 24に供給する。

[0047] dq制御 100について更に詳述する。

二相変換手段 B86は、電流検出回路 22で得られた U、 V、 W相の検出電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、 q軸電流 Iqと d軸電流 Idを出力する。

減算器 83と減算器 84はそれぞれ、目標 q軸電流 Iq *と目標 d軸電流 Id * (通常は零である）から、 q軸電流 Iqと d軸電流 Idを減算し、 q軸制御器 82と d軸制御器 81に供給する。そして、 PI制御など線形要素で構成される q軸制御器 82と d軸制御器 81は、それぞれ、 q軸電圧指令と d軸電圧指令を、三相変換手段 B85に供給する。

三相変換手段 B85は、 q軸電圧指令と d軸電圧指令を、モータ回転角度に応じて三相変換し、 U、 V、 W相電圧指令 Vur、 Vvr、 Vwrを発生する。

[0048] 次に、電圧整形手段 101について詳述する。

電圧整形手段 101は、目標相電流整形手段 50において、目標 q軸電流 Iq *と、モータ回転角度と、微分手段 51でモータ回転角度を近似的に微分して得たモータ回転角速度に応じて V相目標電流を発生し、符号逆転器 52に供給する。符号逆転器 52は V相目標電流に 1を乗算して W相目標電流を算出する。二相変換手段 A55 は、 U、 V、 W相目標電流を、モータ回転角度に応じて二相変換し、整形目標 q軸電流 Iqrと整形目標 d軸電流 Idrを出力する。

減算器 112と減算器 113はそれぞれ、整形目標 q軸電流 Iqrと、整形目標 d軸電流 I drから、目標 q軸電流 Iq *と、目標 d軸電流 Id * (通常は零である）を減算し、 q軸制御器 111と d軸制御器 110に供給する。そして、 PI制御など線形要素で構成される q 軸制御器 111と d軸制御器 110は、それぞれ、 q軸電圧指令と d軸電圧指令を、三相変換手段 114に供給する。

三相変換手段 114は、 q軸電圧指令と d軸電圧指令を、モータ回転角度に応じて三相変換し、 U相、 V相、 W相電圧整形信号 Vus、 Vvs、 Vwsを発生する。

図 14は U相に異常が生じた場合の開放相想定電圧整形 dq制御の制御ブロック線図を示しているが、 V、 W相に異常が発生した場合も、同様な開放相想定電圧整形 d q制御が、異常時電流制御手段に備わっており、異常が生じた相によって切り替えることができる。

[0049] 次に、この実施の形態 7の効果を述べるために、図 14に示す開放相想定電圧整形 dq制御が、実施の形態 6で述べた開放相想定 dq制御と等価であることを説明する。図 14の d軸制御器 81、 110、 q軸制御器 82、 111は、その入出力関係において重ね合わせの原理が成り立つ線形要素である。

また、三相変換手段 A114、三相変換手段 B85も、モータ回転角度を要素内の時変パラメータとみなすと、 dq軸信号から 3相信号までの入出力関係は、重ね合わせの原理が成り立ち、線形要素と言える。従って、これらの要素の出力において加算 ·減算をしても、入力において加算 ·減算をしても等価であることを考慮すると、加算器 102 、 103、 104における三相変換手段 A114、三相変換手段 B85の出力の加算を、 d 軸制御器 81、 110、 q軸制御器 82、 111の入力における加算に置き換えて、 d軸制御器、 q軸制御器、三相変換手段を共通にすることができる。この操作によって、図 1 4に示す開放相想定電圧整形 dq制御が、図 13に示す開放相想定 dq制御と等価であることが理解できる。

[0050] 以上のように、図 14のように構成された開放相想定電圧整形 dq制御の異常時電流制御手段 30cは、図 13のように構成された開放相想定 dq制御の異常時電流制御手段 30bと等価なものであり、従って、実施の形態 6と同じ効果が得られるものである。

[0051] 実施の形態 8.

図 15、図 16はこの発明の実施の形態 8を示すもので、上記実施の形態で示したこの発明の電動機制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した一例を示すものである。なお、電動パワーステアリング装置が 3相ブラシレスモータを備えている場合を例に説明するが、この発明は、多相交流により回転駆動する電動機を動力とする他の装置に対しても使用することができるものである。

図 15はこの発明の実施の形態 8による電動パワーステアリング装置の概略構成図である。図 15において、図示しない運転者力ステアリングホイール 1に加えられた操舵力は、ステアリングシャフト 2を通り、ラック'ピユオンギヤ 12を介して、ラックに伝達され、車輪 3、 4を転舵させる。 U、 V、 W相の 3相の卷線を備えたブラシレスモータ 5 (以下モータとも言う）は、モータ減速ギア 7を介してステアリングシャフト 2と連結している。モータから発生するモータトルク（以下補助力とも言う）は、モータ減速ギア 7を介してステアリングシャフト 2に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵力を軽減する。

トルクセンサ 8は、運転者がステアリングホイール 1を操舵することによりステアリングシャフト 2に加わった操舵力を検出する。コントローラユニット 9は、トルクセンサ 8で検出した操舵力に応じて、モータ 5が付与する補助力の方向と大きさを決定し、この補助力を発生させるベく電源 11からモータに流れる電流を制御する。なお、 6は、モータの回転角度を検出するモータ角度センサである。

[0052] 図 16は、コントローラユニット 9の構成を示すブロック図である。

図 16において、コントローラユニット 9は、モータトルクの目標値に相当するモータ駆動電流指令 (以下目標 q軸電流とも言う）を算出するマップ 20と、電動機制御装置 10 で構成される。電動機制御装置 10は、モータの回転角度を検出するモータ角度センサ 6からの信号を受け、モータ回転角度検出回路 21によりモータの回転角度を算出する。

また、電流検出回路 22により、モータの各相に流れる電流を算出する。

出力すべきモータトルクをあら力じめ記憶して、るマップ 20は、トルクセンサ 8で検出した操舵力に応じたモータトルクの方向と大きさを決定し、モータ駆動電流指令を算出する。電流制御手段 23は、モータ駆動電流指令、各相の検出電流、モータ回転角度に応じて 3相電圧指令を決定する。 FET駆動回路 24は、この 3相電圧指令を PWM変調してインバータ 25へ FET駆動を指示する。インバータ 25は FET駆動信号を受けてチヨツバ制御を実現し、電源から供給される電力により、モータ 5の各相に電流を流す。

各相に流れるこの電流によって、モータによる補助力が発生する。

この電動機制御装置 10は、例えば、実施の形態 1で示したものであり、異常時電流制御手段 30aにおいて、開放相想定三相個別制御を実行し、単位目標相電流発生手段 71において、図 5のトルク方向対応駆動方式を実行する。

[0053] ここで、電動パワーステアリング装置における 1相断線異常時の問題点について説明する。

実施の形態 1においても述べた力図 7で示すように、 1相断線異常時は、どのような制御を行ってもモータトルクが必ず零になるモータ回転角度があるので、トルクリツプルが大きぐ正常時のモータの動作に近づけることが難しいという問題がある。このため、補助力が振動的であるので、運転者が感じる違和感が大きい。そして、このモ一タトルクが零になる回転角度の近傍で、モータ回転角速度が零になり電動機の回転が停止してしまうと、外部力力を加えて回転させない限りモータトルクが発生しないという問題がある。このとき、運転者が操舵力を大きくして、モータを回転させるまで、モータによる補助力が発生しないので、運転者が感じる違和感が大きい。

[0054] 一方、上記のように構成された電動パワーステアリング装置によれば、モータやインバータの 1相に異常が生じた場合、電流制御手段 23において、正常時電流制御手段の代わりに異常時電流制御手段によって電流制御を継続することで、モータからモータトルクの出力を継続させることができ、運転者の感じる違和感を小さくすることができる。

また、異常時電流制御手段において、図 3の開放相想定三相個別制御を使用することによって、モータやインバータの 1相に電流が流れない異常状態に適した電流制御ができる。

すなわち、実施の形態 1において述べたように、例えば U相断線異常時には、必要最低限の電圧で V相 W相間の電位差を供給でき、効率的である。

また、開放相想定三相個別制御を使用すれば、単位目標相電流の形状を工夫し調整することによって、各相の目標電流の形状、モータトルクの形状を指定できるので、前述したモータトルクが零に陥る問題を解決できるなど、正常時のモータの動作に近づけることができ、運転者の感じる違和感を小さくできる。すなわち、

単位目標相電流発生手段 71におヽて、図 5で示すトルク方向対応駆動方式を用いて単位目標相電流を生成することにより、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータの回転の加速度を大きくし、モータトルクが零になるモータ回転角度に停止せずに回転させることができるので、モータによる補助力が停止する現象を防止でき、運転者の感じる違和感を小さくできる。

[0055] なお、以上述べたこの実施の形態 8における電動機制御装置 10は、実施の形態 1 で示したものであつたが、代わりに、実施の形態 3の電動機制御装置を用いて、単位目標相電流発生手段 71にお、て、図 10で示す逆正弦波駆動方式を用いても良、これによつて、モータトルク形状を、図 10 (b)のように台形状にすることができ、図 7 ( b)で示す正弦波駆動を用いた通常の dq制御時のモータトルクに比較して、トルクリツプルの振幅を小さくできる。

[0056] また、実施の形態 1の電動機制御装置を用いる代わりに、実施の形態 4の電動機制御装置を用いて、単位目標相電流発生手段 71において、図 11で示す回転方向対応駆動方式を用いても良い。

これによつて、モータトルクとモータ回転角速度の方向が一致している場合、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転を加速できるので、モータによる補助力が停止する現象を防止でき、運転者の感じる違和感を小さくできる。

[0057] さらに、実施の形態 1の電動機制御装置を用いる代わりに、実施の形態 5の電動機制御装置を用いて、単位目標相電流発生手段 71において、図 12で示す加速度回転方向対応駆動方式を用いても良、。

この場合も、モータトルクとモータ回転角速度の方向が一致している場合、モータトルクが零になるモータ回転角度に到達する直前に、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転を加速でき、さらに、加速度の大きさが小さい時には、モータトルクの大きさを大きくし、モータの回転をさらに加速できる。従って、モータによる補助力が停止する現象を防止でき、運転者の感じる違和感を小さくできる。

[0058] なおまた、実施の形態 1の電動機制御装置を用いる代わりに、実施の形態 2の電動機制御装置を用いて、異常時電流制御手段において、開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段 30dを実行してもよヽし、実施の形態 6の電動機制御装置を用いて、異常時電流制御手段において、開放相想定 dq制御の異常時電流制御手段 3 Obを実行してもよい。

さらには、実施の形態 1の電動機制御装置を用いる代わりに、実施の形態 7の電動機制御装置を用いて、異常時電流制御手段において、開放相想定電圧整形 dq制御の異常時電流制御手段 30cを実行してもよヽ。

いずれの場合においても、図 3に示す開放相想定三相個別制御の異常時電流制御手段 30aと、同様の効果が得られるものである。

[0059] 実施の形態 9.

前述した、実施の形態 1一 5においては、実際のモータ回転角度と、検出したモータ回転角度の間に誤差がないものについて説明したが、実際のモータ回転角度と検出したモータ回転角度に誤差が存在する場合は、図 18に示すように、モータトルクが零になるモータ回転角度の近傍で、要求するモータトルクの方向と逆向きのモータトルクが発生する可能性がある。

図 18は、検出角度が実際の角度よりも小さい値であるという誤差が存在する場合であり、この誤差を含んだ検出角度に応じて電流を流すと、真のモータ回転角度に対して、意図しない電流になる。逆向きのモータトルクが発生する理由は、モータトルクが零になるモータ回転角度の近傍で、モータ回転角度誤差のために誤って、そのモータ回転角度 (真値)で本来流すべき電流方向と逆向きの電流を流すことになるためである。

この逆向きのモータトルクの影響で、要求する方向のモータトルクが発生できない期間が続く現象が発生し易くなる。

この発明の実施の形態 9は、このような問題を解決するものである。

[0060] 図 19は、この発明の実施の形態 9による、単位目標相電流と、モータ回転角度 (検出値)との関係を示す波形の一例である。図 19 (a)は、目標 q軸電流が正の場合、図 19 (b)は、目標 q軸電流が負の場合をそれぞれ示している。

すなわち、この実施の形態 9においては、単位目標相電流を、モータトルクが零になるモータ回転検出角度の近傍、たとえば、実施の形態 1で説明した図 5で示す方式において単位目標相電流の値を零とするモータ回転検出角度の近傍で、目標 q軸電流の方向に応じて、単位目標相電流の値を零とする領域をある幅を持って設定するものである。

[0061] この実施の形態 9によると、実際のモータ回転角度と検出したモータ回転角度に誤差が存在する場合においても、モータトルクが零になるモータ回転角度の近傍で、要求するモータトルクの方向と逆向きのモータトルクが発生することなぐ要求する方向のモータトルクが発生できない期間が続く現象を防止することができる。なお、この実施の形態 9では、実施の形態 1で説明した図 5で示す単位目標相電流に零の領域を付加している力上記実施の形態 3— 5の何れの形態に対しても、同様な手段を適用でき、同様な効果を得ることができるものである。

[0062] 実施の形態 10.

図 20は、この発明の実施の形態 10による異常時電流制御手段 30eの制御ブロック線図である。

この実施の形態 10の異常時電流制御手段 30eは、例えば、実施の形態 1で説明した図 3で示す異常時電流制御手段 30aに、目標ディザ一電流整形手段 200を加えたものであって、目標電流整形手段 50の出力する V相目標電流に、目標ディザ一電流整形手段 200の出力する V相目標ディザ一電流を、加算器 201で加算し、この加算された出力信号を新たに V相目標電流とするようにしたものである。

目標ディザ一電流整形手段 200は、目標 q軸電流とモータ回転角度に応じて、振動的な信号を生成し、 V相目標ディザ一電流として出力する。 V相目標ディザ一電流は、例えば、正弦波、三角波、矩形波などを使用し、その振幅を目標 q軸電流に比例させ、位相をモータ回転角度に依存させたものである。

この実施の形態 10の異常時電流制御手段によると、 V相目標ディザ一電流により、モータトルクに微小振動を重畳することができる。そのため、モータ回転角速度に微小振動が生じ、モータ回転を停止し難くできるので、モータトルクが零になる期間が続く現象を防ぐことができる。

[0063] なお、他の V相目標ディザ一電流の形状として次のような例も挙げられる。

振幅が目標 q軸電流に比例し、位相が時間依存の正弦波状の信号と、図 10 (a)で示した逆正弦波状の信号を掛け合わした信号を、 V相目標ディザ一電流として使用する。

この V相目標ディザ一電流によると、振幅が q軸目標電流に比例し位相が時間依存の正弦波に近い形状のモータトルク振動をモータトルクに重畳することができる。つまり、重畳して発生させたいモータトルク振動（目標ディザ一トルク）に比例する信号と、図 10 (a)で示した逆正弦波状の信号を掛け合わした信号を、 V相目標ディザ一電流として使用すると、希望したモータトルク振動（目標ディザ一トルク）に近、形状のモータトルク振動をモータトルクに重畳することができる。

[0064] なお、この実施の形態 10の上記説明では、目標ディザ一電流整形手段 200を、実施の形態 1で説明した図 3で示す異常時電流制御手段 30aに付加したものについて説明したが、実施の形態 2から実施の形態 7で示した異常時電流制御手段においても、同様に、目標相電流整形手段 50の出力信号に目標ディザ一電流整形手段 200 の出力信号を加算することにより、同様な効果を得ることができる。

[0065] 実施の形態 11.

図 21は、この発明の実施の形態 11による異常時電流制御手段 30fの制御ブロック線図である。

この実施の形態 11の異常時電流制御手段 30fは、 dq制御手段 100と、目標ディザ一電流整形手段 200、目標電圧変換手段 210、加算器 220、 221、 222力らなり、目標ディザ一電流整形手段 200が出力する V相目標ディザ一電流を、目標電圧変換手段 210で三相ディザ一電圧指令に変換し、 dq制御手段 100が出力する三相電圧指令と、目標電圧変換手段 210が出力する三相ディザ一電圧指令を加算器 220、 2 21、 222で加算した出力信号を、新たに異常時三相電圧指令とすることを特徴とする。

目標ディザ一電流整形手段 200は、目標 q軸電流とモータ回転角度に応じて、振動的な信号を生成し、 V相目標ディザ一電流として出力する。

目標電圧変換手段 210は、 V相目標ディザ一電流を、例えば、 1相異常時のモータ回路方程式の逆モデルにより、三相の電圧値に変換する。

[0066] この実施の形態 11の異常時電流制御手段によると、モータトルクに微小振動を重畳することができる。そのため、モータ回転角速度に微小振動が生じ、モータ回転が停止し難くできるので、モータトルクが零になる期間が続く現象を防ぐことができる。なお、目標ディザ一電流整形手段 200は、上記実施の形態 10で説明した目標ディザ一電流整形手段と同様なものが使用でき、同様なモータトルク振動を重畳することができる。

[0067] なお、上述した各実施の形態 1一 11において、モータの結線方法は、スター結線、デルタ結線のどちらでも同様な効果が得られるものである。

図面の簡単な説明

[0068] [図 1]この発明の実施の形態 1による電動機制御装置の全体構成を示す概略ブロック図である。

[図 2]この発明の実施の形態 1における電流制御手段の構成を示すブロック図である [図 3]この発明の実施の形態 1における異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。

圆 4]この発明の実施の形態 1における目標相電流整形手段の構成の一例を示すブロック図である。

[図 5]この発明の実施の形態 1における単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。

圆 6]従来の dq制御とこの発明の実施の形態 1における制御方式の相電圧比較図である。

[図 7]正弦波駆動を用いた通常の dq制御における、 1線断線異常時の相電流とモータトルクの波形図である。

圆 8]この発明の実施の形態 1における単位目標相電流の形状の一例を示す図である。

[図 9]この発明の実施の形態 2による異常時電流手段の制御ブロック線図である。

[図 10]この発明の実施の形態 3による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。

[図 11]この発明の実施の形態 4による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。

[図 12]この発明の実施の形態 5による、単位目標相電流とモータトルク波形の一例を示す図である。

[図 13]この発明の実施の形態 6による異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。

[図 14]この発明の実施の形態 7による異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。

[図 15]この発明の実施の形態 8による電動パワーステアリング装置の概略構成図である。

[図 16]この発明の実施の形態 8におけるコントローラユニットの構成を示すブロック図である。

[図 17]この発明に用いられる正常時電流制御手段の一例を示す制御ブロック線図である。

圆 18]モータ回転角度の検出誤差による逆方向トルクの発生を説明するための説明図である。

[図 19]この発明の実施の形態 9による、単位目標相電流と、モータ回転角度 (検出値 )との関係を示す波形の一例を示す図である。

[図 20]この発明の実施の形態 10による異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。

[図 21]この発明の実施の形態 11による異常時電流制御手段の制御ブロック線図である。

符号の説明

5:モータ 10:電動機制御装置 21:モータ回転角度検出回路

22:電流検出回路 23:電流制御手段 24:FET駆動回路

25:インバータ 30:異常電流制御手段 31:正常時制御手段

32:異常判定手段 33:切替え手段。

Claims

請求の範囲

[1] 電動機の回転角度を算出するモータ回転角度検出手段、前記電動機の各相に流れる電流を算出する電流検出回路、電動機が発生するトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、前記電流検出回路とモータ回転角度検出手段からの、各相の検出電流と、モータ回転角度に応じて多相電圧指令を決定する電流制御手段、この電流制御手段からの多相電圧指令を PWM変調してインバータへスイッチング操作を指示するスイッチング素子駆動回路、このスイッチング素子駆動回路力のスイッチング操作信号を受けて、前記電動機の各相に電圧を印加し、電流を流すインバータを備えた多相交流電動機の電動機制御装置において、

前記電流制御手段は、正常時に使用する正常時電流制御手段、異常時に使用する異常時電流制御手段、電動機またはインバータの異常状態を検出する異常判定手段、および前記異常判定手段からの指令にもとづき前記正常時電流制御手段または異常時電流制御手段の!/、ずれかを選択する切替え手段を備え、前記電動機またはインバータの 1相に異常が発生した場合に、前記切替え手段によって異常時電流制御手段を選択し、該異常時電流制御手段が発生する異常時多相電圧指令を前記スイッチング素子駆動回路への多相電圧指令とすることを特徴とする電動機制御装置。

[2] 前記異常時電流制御手段は、

異常の発生した相以外の正常な各相の電圧指令の和が零となる平衡条件を満たすように、各相の電圧指令を発生し、これらを異常時多相電圧指令として出力することを特徴とする請求項 1に記載の電動機制御装置。

[3] 前記異常時電流制御手段は、

異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度とに応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、正常な各相の目標電流と、前記電流検出回路からの各相の検出電流に基づいて、前記異常時多相電圧指令を発生する制御器を備え、

前記目標相電流整形手段によって、各相の目標電流を個別に指定し、電動機各相の電流を個別に制御することを特徴とする請求項 1に記載の電動機制御装置。

[4] 前記異常時電流制御手段は、

モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度に応じて第 1の相の目標電流を発生する目標相電流整形手段と、この第 1の相の目標電流と前記電流検出回路からの検出電流に基いて第 1の相の電圧指令を出力する 1つの制御器、および前記制御器からの第 1の相の電圧指令を、正負が逆で絶対値が等しいものに変換して第 2の相の電圧指令として出力する変換手段を備え、前記第 1の相の電圧指令と、前記第 2の相の電圧指令を多相電圧指令として出力し、 3相交流電動機を制御することを特徴とする請求項 1に記載の電動機制御装置。

[5] 前記異常時電流制御手段は、

異常の発生した相以外の正常な各相の目標電流の和が零となる平衡条件を満たすように、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度に応じて各相の目標電流を算出し多相目標電流として出力する目標相電流整形手段と、前記多相目標電流をモータ回転角度に基づ、て二相変換し、整形 d軸目標電流と整形 q軸目標電流を発生する二相変換手段、および、

前記二相変換手段からの整形 d軸目標電流と整形 q軸目標電流と、電流検出回路からの各相の検出電流、およびモータ回転角度に基づいて dq制御を実行し、多相電圧指令を発生する dq制御手段を備え、

前記目標相電流整形手段によって、各相の目標電流を個別に指定し、前記 dq制御手段によって、前記整形 d軸目標電流、整形 q軸目標電流を、 d軸電流、 q軸電流の目標信号とする dq制御を実行するようにしたことを特徴とする請求項 1に記載の電動機制御装置。

[6] 前記異常時電流制御手段は、

前記 dq制御手段の各相電圧指令と前記電圧整形手段の各相電圧整形信号を加算して、多相電圧指令を出力するようにしたことを特徴とする請求項 1に記載の電動機制御装置。

[7] 前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度に応じて算出し、さらに目標 q軸電流の方向によって補正することを特徴とする請求項 3—請求項 6の、ずれかに記載の電動機制御装置。

[8] 前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度に関する余弦の逆数に応じて算出することを特徴とする請求項 3—請求項 6のいずれかに記載の電動機制御装置。

[9] 前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度とモータ回転角速度に応じて算出することを特徴とする請求項 3—請求項 6のいずれかに記載の電動機制御装置。

[10] 前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度と、モータ回転角速度およびモータ回転角加速度に応じて算出することを特徴とする請求項 3 一請求項 6のゝずれかに記載の電動機制御装置。

[11] 電動機各相の検出電流と、モータ回転角度に基づいて電動機の発生するトルクを算出し、モータトルク信号を発生するモータトルク検出手段を備え、前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、モータ回転角度に応じて算出し、さらにモータトルク信号によって補正することを特徴とする請求項 3—請求項 6のいずれかに記載の電動機制御装置。

[12] 前記異常時電流制御手段の目標相電流整形手段によって生成される多相目標電流は、多相目標電流の正負の符号が変わるモータ回転角度付近で、多相目標電流が零に設定される領域があることを特徴とする請求項 3—請求項 6のいずれかに記載の電動機制御装置。

[13] 前記異常時電流制御手段は、

モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流とモータ回転角度に応じて、振動的な信号を生成し目標ディザ一電流として出力する目標ディザ一電流整形手段を備え、前記目標ディザ一電流を、目標相電流整形手段が出力する多相目標電流に重畳させて新たな多相目標電流とすることを特徴とする請求項 3—請求項 6の、ずれかに記載の電動機制御装置。

[14] 前記異常時電流制御手段は、

モータトルクの目標値に相当する目標 q軸電流と、電流検出回路からの各相検出電流、およびモータ回転角度に基づいて dq制御を実行し、各相電圧指令を発生する d q制御手段と、目標 q軸電流とモータ回転角度に応じて、振動的な信号を生成し各相の目標ディザ一電流として出力する目標ディザ一電流整形手段、および、前記目標ディザ一電流を三相ディザ一電圧指令に変換する目標電圧変換手段を備え、前記 d q制御手段が出力する各相電圧指令と、前記目標電圧変換手段が出力する三相ディザー電圧指令を加算して、多相電圧指令として出力するようにしたことを特徴とする請求項 1に記載の電動機制御装置。