JP2022135613A - モータ制御装置、および、それを備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に、電動パワーステアリング装置90を含むステアリングシステム99の全体構成を示す。なお、図1の電動パワーステアリング装置90はコラムアシスト式であるが、本実施形態のモータ制御装置15は、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。なお、図1では、第1実施形態のモータ制御装置の符号「15」を用いる。ECU10はモータ制御装置15およびインバータ70を含む。例えばECU10はモータ80と一体に構成されている。
次に図2、図3を参照し、二系統モータ駆動システムの構成例について説明する。このモータ駆動システムにおけるモータ80は、図3に示すように、二組の3相巻線組801、802を有する二重巻線モータである。3相巻線組801、802は電気的特性が同等であり、共通のステータに互いに例えば電気角30[deg]ずらして配置されている。これに応じて、振幅が等しく位相が30[deg]ずれた相電流が巻線組801、802に通電される。
3相ブラシレスモータのベクトル制御により弱め界磁制御を行う各実施形態のモータ制御装置の詳細な構成について、順に説明する。最初に弱め界磁制御の技術的意義について説明する。モータ回転数が高回転の条件においては、ロータ磁石磁束と回転数とに比例して発生する逆起電力がインバータ出力電力より大きくなり、モータ巻線に電流を発生させることが困難となる。この現象に対する対策として、磁石磁束を弱めるように負のd軸電流を発生させることで、高回転条件においても電流の発生が可能となる。
図4を参照し、第1実施形態のモータ制御装置15の構成について説明する。モータ制御装置15は、ベクトル制御、電流フィードバック制御および弱め界磁制御の構成を備える。まず周知の構成として、モータ制御装置15は、トルク指令/電流指令変換器21、d軸電流最終値演算器22、3相/2相変換部24、d軸電流偏差算出器25、q軸電流偏差算出器26、d軸電流制御器27、q軸電流制御器28、2相/3相変換部29を備える。
Vamp=√(Vd*2+Vq*2) ・・・(1)
Vamp**=Vamp* ・・・(2.1)
Vamp**=Vamp*_lim ・・・(2.2)
V(t)=Vamp×sin(2πf)t ・・・(3)
V1(t)=AsinNt ・・・(4.1)
V2(t)=2Asin(N/2)t ・・・(4.2)
V3(t)=Asin2Nt ・・・(4.3)
V4(t)=2AsinNt ・・・(4.4)
(d/dt)V(0)=Vamp×2πf×cos(2πf)t
=Vamp×2πf ・・・(5)
電圧<1>:(d/dt)V1(0)=AN ・・・(6.1)
電圧<2>:(d/dt)V2(0)=AN ・・・(6.2)
電圧<3>:(d/dt)V3(0)=2AN ・・・(6.3)
電圧<4>:(d/dt)V4(0)=2AN ・・・(6.4)
G=Vamp×2πf=Vamp×ω ・・・(7)
次に図8、図9を参照し、第2実施形態について説明する。図8に示すように、第2実施形態では、モータ駆動システムにモータ80の温度Tmを検出する温度検出器87が設けられている。温度検出器87は直接温度を検出するものに限らず、通電により発生するジュール熱を相電流検出値から算出し、ジュール熱による温度上昇を初期温度に加算してモータ温度Tmを推定するものを含む。このように電流等の検出値に基づいて推定されたモータ温度Tmも「温度検出器が検出したモータの温度」と解釈する。
次に10を参照し、第3実施形態について説明する。第3実施形態の制御対象のモータ80は突極性を有するモータである。突極性を有するモータは主にIPMモータであるため、図10には「IPMモータ80」と記す。ただし例外的に、径外側の面が凸曲面状の永久磁石がロータ表面に設けられたインセット型SPMモータは、突極性を有するモータに含まれる。突極性を有するモータは、式(8)の第2項においてd軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとが異なるため、モータトルクにリラクタンストルクが含まれる。式(8)中のpは極対数、φは逆起電力定数である。
trq=p×φ×Iq+p×(Ld-Lq)×Id×Iq ・・・(8)
(a)本発明におけるモータ制御量として、電圧指令の電圧振幅とモータの回転数との積に限らず、それと比例する量や正の相関を有する量が用いられてもよい。正弦波電圧の形状が反映される値であれば、モータ制御量として用いることができる。
21・・・トルク指令/電流指令変換器、
22・・・d軸電流最終値演算器、
27・・・d軸電流制御器、
28・・・q軸電流制御器、
40・・・弱め界磁制御器、
42・・・電圧振幅指令制限器、
60(601、602)・・・直流電源、
70(701、702)・・・インバータ、
80・・・モータ、
90・・・電動パワーステアリング装置。
Claims (10)
- 直流電源(60)の電力をインバータ(70)で3相交流電力に変換しブラシレス式のモータ(80)に供給するモータ駆動システムに適用され、前記インバータに出力する正弦波状の電圧指令をベクトル制御により演算するモータ制御装置であって、
入力されたトルク指令をd軸電流指令値およびq軸電流指令値に変換するトルク指令/電流指令変換器(21)と、
弱め界磁制御におけるd軸電流指令補正値を前記直流電源の電圧および前記電圧指令の電圧振幅に応じて決定する弱め界磁制御器(40)と、
前記d軸電流指令値と前記d軸電流指令補正値とを用いて演算したd軸電流指令最終値を出力するd軸電流最終値演算器(22)と、
前記d軸電流指令最終値およびq軸電流指令値のフィードバック制御を行う電流制御器(27、28)と、
を備え、
前記弱め界磁制御器は、前記直流電源の電圧に基づいて決定された電圧振幅指令を制限する電圧振幅指令制限器(42)を有し、
前記電圧振幅指令制限器は、前記電圧指令の正弦波中心電圧を負から正にクロスするときの時間変化率と相関するモータ状態量が所定の制限開始値以上のとき、前記電圧振幅指令を電圧振幅指令制限値に制限するモータ制御装置。 - 前記電圧振幅指令制限器は、前記モータ状態量が前記制限開始値以上のとき、前記電圧振幅指令制限値を一定値に設定する請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記電圧振幅指令制限器は、前記モータ状態量が前記制限開始値以上のとき、前記モータ状態量が大きいほど前記電圧振幅指令制限値を小さく設定する請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記電圧振幅指令制限器は、前記制限開始値を可変に設定する請求項1~3のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記電圧振幅指令制限器は、前記電圧指令の電圧振幅と前記モータの回転数との積を前記モータ状態量として算出する請求項1~4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記電圧振幅指令制限器は、前記モータ状態量に加え、温度検出器(87)が検出した前記モータの温度に応じて前記電圧振幅指令制限値を決定する請求項1~5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記モータは突極性を有するモータであり、
前記d軸電流指令最終値に応じてq軸電流指令値を補正するq軸電流指令補正器(23)をさらに有する請求項1~6のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 前記モータは複数の巻線組(801、802)を有する多重巻線モータであり、複数の前記巻線組に対応して複数の前記インバータ(701、702)が設けられたモータ駆動システムに適用され、
複数の前記インバータに対応する複数の前記電流制御器および複数の前記弱め界磁制御器を備え、複数の前記弱め界磁制御器は、それぞれ前記電圧振幅指令制限器を有する請求項1~7のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 複数の前記電圧振幅指令制限器における前記電圧振幅指令制限値は、同じ値に設定されている請求項8に記載のモータ制御装置。
- 操舵アシストトルクを出力する前記モータと、
前記モータの駆動を制御する請求項1~9のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
を備える電動パワーステアリング装置。
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