JP5811363B2 - 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の駆動を制御する回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、電源からインバータ部に流れる電源電流を制限しつつ回転電機の駆動を制御する回転電機制御装置が知られている。例えば特許文献１に記載された回転電機制御装置では、電源電流を制限することにより、給電経路上の発熱やインバータ部のスイッチング素子の破壊を抑制している。また、特許文献１の回転電機制御装置は、車両の電動パワーステアリングシステムの回転電機の制御装置として適用され、当該回転電機が過大な電流を消費することによる車両他システムへの影響を抑制している。

特開２０１１−１２５１３４号公報

特許文献１の回転電機制御装置では、電源電流を制限するにあたり、モータ電圧制限指令値を算出している。当該モータ電圧制限指令値は、回転電機のトルク定数およびモータ抵抗を用いて算出される。ところで、トルク定数やモータ抵抗は、回転電機の個体差や環境温度等によりばらつきがある。よって、モータ電圧制限指令値に誤差が生じるおそれがある。モータ電圧制限指令値に誤差が生じると、電源電流の過剰な制限によって回転電機に出力不足が生じたり、電源電流の制限不足によって過大な電源電流が流れたりするおそれがある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源電流を安定して制限しつつ回転電機の駆動を制御可能な回転電機制御装置を提供することにある。

本発明は、電源からの電力により駆動する回転電機を制御する回転電機制御装置であって、インバータ部と電源電圧検出手段とモータ電流検出手段と制御部とを備えている。
インバータ部は、電源からの電力を変換し回転電機に供給する。電源電圧検出手段は、電源からインバータ部に印加される電圧である電源電圧を検出する。モータ電流検出手段は、インバータ部から回転電機に流れる電流であるモータ電流を検出する。制御部は、インバータ部の作動を制御することにより回転電機の駆動を制御する。

そして、本発明では、制御部は、電圧指令値算出手段、インバータ電力推定手段、電源電流推定手段、目標電源電流決定手段、制限ゲイン決定手段、制限後電圧指令値算出手段および電流制限手段を有している。電圧指令値算出手段は、回転電機を駆動するためにインバータ部から回転電機に流すべき電流の指令値である電流指令値、および、モータ電流検出手段により検出したモータ電流に基づき、回転電機を駆動するためにインバータ部から回転電機に印加すべき電圧の指令値である電圧指令値を算出する。インバータ電力推定手段は、モータ電流検出手段により検出したモータ電流に基づき、インバータ部から回転電機に供給される電力であるインバータ電力を推定する。

電源電流推定手段は、インバータ電力推定手段により推定したインバータ電力、および、電源電圧検出手段により検出した電源電圧に基づき、電源からインバータ部に流れる電流である電源電流を推定する。目標電源電流決定手段は、電源電流の目標値である目標電源電流を決定する。制限ゲイン決定手段は、制限ゲインを決定する。詳細には、制限ゲイン決定手段は、電源電流推定手段により推定した電源電流、目標電源電流決定手段により決定した目標電源電流、および、前回決定された制限ゲインに基づき、今回の制限ゲインを決定する。

制限後電圧指令値算出手段は、電圧指令値算出手段により算出した電圧指令値、および、制限ゲイン決定手段により決定した制限ゲインに基づき、制限後の電圧指令値である制限後電圧指令値を算出する。電流制限手段は、制限後電圧指令値算出手段により算出した制限後電圧指令値に対応する指令値をインバータ部に出力することにより電源電流を制限可能である。これにより、給電経路上の発熱やインバータ部の破壊を抑制することができる。

このように、本発明では、電源電流を制限するための制限ゲインを決定するにあたりトルク定数やモータ抵抗等、回転電機毎あるいは環境温度等によりばらつきのある値を必要とせず、電源電圧やモータ電流の検出値、および、制御部で推定、決定または算出した値に基づき制限ゲインを決定する。これにより、回転電機の個体差および環境温度等の制限ゲインへの影響を無くすことができる。その結果、電源電流の過剰な制限によって回転電機に出力不足が生じる、または、電源電流の制限不足によって過大な電源電流が流れるといった問題を解決することができる。したがって、本発明では、電源電流を安定して制限しつつ回転電機の駆動を制御することができる。

本発明の第１実施形態による回転電機制御装置を示す模式図。 本発明の第１実施形態による回転電機制御装置を適用した電動パワーステアリング装置を示す概略図。 本発明の第２実施形態による回転電機制御装置を示す模式図。 本発明の第２実施形態による回転電機制御装置が目標電源電流を決定するときに用いるマップを示す図。

以下、本発明による回転電機制御装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）

本発明の第１実施形態による回転電機制御装置を図１に示す。回転電機制御装置１は、回転電機としてのモータ１０を駆動制御するものである。回転電機制御装置１は、モータ１０とともに、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に採用される。

図２は、電動パワーステアリング装置９９を備えたステアリングシステム９０の全体構成を示すものである。電動パワーステアリング装置９９には、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２にトルクセンサ９４が設けられている。トルクセンサ９４は、運転者からハンドル９１を経由してステアリングシャフト９２に入力される操舵トルクを検出する。

ステアリングシャフト９２の先端にはピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が回転可能に連結されている。
これにより、運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転し、ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪９８が操舵される。

電動パワーステアリング装置９９は、操舵アシストトルクを発生するモータ１０、当該モータ１０を駆動制御する回転電機制御装置１、モータ１０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える減速ギア９３等を備える。モータ１０は、減速ギア９３を正逆回転させる。電動パワーステアリング装置９９は、上述のトルクセンサ９４、および、車速を検出する車速センサ９５を含む。
この構成により、電動パワーステアリング装置９９は、ハンドル９１の操舵を補助するための操舵アシストトルクをモータ１０から発生し、ステアリングシャフト９２に伝達する。

モータ１０は、三相ブラシレスモータであり、電源としてのバッテリ２の電力により駆動する。モータ１０は、図示しないロータおよびステータを有している。ロータは、円板状の部材であり、その表面または内部に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ロータは、ステータの内側に収容されるとともに、回転可能に支持されている。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部に図１に示す巻線としてのコイル１１、コイル１２およびコイル１３が巻回されている。コイル１１、コイル１２およびコイル１３は、それぞれ、モータ１０のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応している。また、モータ１０には、ロータの回転位置θを検出する位置センサ１４が設けられている。

回転電機制御装置１は、図１に示すように、インバータ部２０、電源電圧検出手段としての電圧センサ３、モータ電流検出手段としての電流センサ４、５、６、および、制御部３０等を備えている。
インバータ部２０は、３相インバータであり、６つのスイッチング素子２１を有している。本実施形態では、スイッチング素子２１は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。２つのスイッチング素子２１は、１つのスイッチング素子対（アーム）を構成している。３つのスイッチング素子対は、それぞれ、モータ１０のコイル１１、コイル１２およびコイル１３に接続されている。また、３つのスイッチング素子対には、バッテリ２が接続されている。インバータ部２０は、後述する制御部３０によりスイッチング素子２１の作動が制御され、バッテリ２からの電力を変換しモータ１０に供給する。

電圧センサ３は、バッテリ２とインバータ部２０との間に設けられ、バッテリ２からインバータ部２０に印加される電圧である電源電圧Ｖｉｎを検出可能である。
電流センサ４、５、６は、本実施形態では、例えばシャント抵抗であり、それぞれ、スイッチング素子対とコイル１１との間、スイッチング素子対とコイル１２との間、スイッチング素子対とコイル１３との間に設けられている。インバータ部２０からモータ１０に電流が流れるとき、電流センサ４、５、６には、それぞれ、コイル１１に流れる電流であるＵ相電流Ｉｕ、コイル１２に流れる電流であるＶ相電流Ｉｖ、コイル１３に流れる電流であるＷ相電流Ｉｗが流れる。これにより、電流センサ４、５、６は、それぞれ、モータ電流としてのＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを検出可能である。

制御部３０は、回転電機制御装置１全体の制御を司るものであって、図示しないマイクロコンピュータ、レジスタ、駆動回路等で構成される。
制御部３０は、物理的な構成部位としてＡ／Ｄ変換器７、８、９を有し、ソフトウェア的な構成部位として回転角速度算出部３１、３相／２相座標変換部３２、減算器４１、４２、ＰＩ制御部４３、４４、制限後電圧指令値算出部４５、２相／３相座標変換部４６、ＰＷＭ制御器４７、制限ゲイン決定部５０を有している。

Ａ／Ｄ変換器７、８、９には、それぞれ、電流センサ４、５、６からの出力値、すなわち、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗのアナログ値が入力される。Ａ／Ｄ変換器７、８、９は、それぞれ、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗのアナログ値をデジタル値に変換し出力する。
回転角速度算出部３１は、位置センサ１４により検出した回転位置θに基づき、モータ１０の回転角速度ωを算出する。

制御部３０は、回転角速度算出部３１により算出したモータ１０の回転角速度ω、トルクセンサ９４により検出した操舵トルク、および、車速センサ９５により検出した車速に基づき、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊およびｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出する。
３相／２相座標変換部３２は、Ａ／Ｄ変換器７、８、９によりデジタル値に変換されたＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを、位置センサ１４により検出した回転位置θに基づき、３相交流座標からｄ−ｑ座標のｑ軸電流検出値Ｉｑおよびｄ軸電流検出値Ｉｄに変換する。

減算器４１は、入力されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑとの差分であるｑ軸電流偏差ΔＩｑをＰＩ制御部４３に出力する。減算器４２は、入力されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流検出値Ｉｄとの差分であるｄ軸電流偏差ΔＩｄをＰＩ制御部４４に出力する。

ＰＩ制御部４３は、減算器４１から入力されたｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づき、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に、実電流であるｑ軸電流検出値Ｉｑを追従させるためのフィードバック制御を行う。具体的には、ＰＩ制御部４３は、ｑ軸電流偏差ΔＩｑに所定のＰＩゲインを乗ずることにより、モータ１０を駆動するためにインバータ部２０からモータ１０に印加すべきｑ軸電圧の指令値であるｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出し、制限後電圧指令値算出部４５に出力する。

ＰＩ制御部４４は、減算器４２から入力されたｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づき、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に、実電流であるｄ軸電流検出値Ｉｄを追従させるためのフィードバック制御を行う。具体的には、ＰＩ制御部４４は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに所定のＰＩゲインを乗ずることにより、モータ１０を駆動するためにインバータ部２０からモータ１０に印加すべきｄ軸電圧の指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を算出し、制限後電圧指令値算出部４５に出力する。
ここで、減算器４１、４２、ＰＩ制御部４３、４４は、特許請求の範囲における「電圧指令値算出手段」に対応している。

制限後電圧指令値算出部４５は、ＰＩ制御部４３から入力されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、および、後述する制限ゲインＧｌｉｍｉｔに基づき、制限後のｑ軸電圧指令値である制限後ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊を算出し、２相／３相座標変換部４６に出力する。具体的には、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊に制限ゲインＧｌｉｍｉｔを乗ずることにより制限後ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊を算出する。すなわち、Ｖｑ＊＊は、下記式（１）により算出される。
Ｖｑ＊＊＝Ｖｑ＊×Ｇｌｉｍｉｔ ・・・式（１）

また、制限後電圧指令値算出部４５は、ＰＩ制御部４４から入力されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、および、制限ゲインＧｌｉｍｉｔに基づき、制限後のｄ軸電圧指令値である制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊を算出し、２相／３相座標変換部４６に出力する。具体的には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊に制限ゲインＧｌｉｍｉｔを乗ずることにより制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊を算出する。すなわち、Ｖｄ＊＊は、下記式（２）により算出される。
Ｖｄ＊＊＝Ｖｄ＊×Ｇｌｉｍｉｔ ・・・式（２）
ここで、制限後電圧指令値算出部４５は、特許請求の範囲における「制限後電圧指令値算出手段」に対応している。

２相／３相座標変換部４６は、制限後電圧指令値算出部４５から入力された制限後ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊および制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊を、位置センサ１４により検出した回転位置θに基づき、３相の電圧指令値であるＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換し、ＰＷＭ制御器４７に出力する。

ＰＷＭ制御器４７は、２相／３相座標変換部４６から入力されたＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊に基づき、各相のスイッチング素子２１のオン期間のデューティ比に対応するＵ相デューティ指令値Ｄｕ、Ｖ相デューティ指令値Ｄｖ、Ｗ相デューティ指令値Ｄｗを算出し、インバータ部２０に出力する。
ここで、ＰＷＭ制御器４７は、特許請求の範囲における「デューティ指令値算出手段」として機能する。

インバータ部２０は、ＰＷＭ制御器４７から入力されたＵ相デューティ指令値Ｄｕ、Ｖ相デューティ指令値Ｄｖ、Ｗ相デューティ指令値Ｄｗに基づき、各相のスイッチング素子２１をオンオフ制御することにより、Ｕ相デューティ指令値Ｄｕ、Ｖ相デューティ指令値Ｄｖ、Ｗ相デューティ指令値Ｄｗに対応する電圧をコイル１１、コイル１２、コイル１３に印加する。これにより、バッテリ２からインバータ部２０を経由してモータ１０に電流（モータ電流）が流れる。その結果、モータ１０が回転し、モータ１０から操舵アシストトルクが出力される。
このように、ＰＷＭ制御器４７は、インバータ部２０を経由してモータ１０をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

次に、制限ゲイン決定部５０による制限ゲインＧｌｉｍｉｔの決定の仕方について説明する。
制限ゲイン決定部５０は、以下の一連のステップ１〜４を経ることにより制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。なお、制限ゲイン決定部５０は、一連のステップ１〜４を所定の周期で繰り返し実行し、都度、制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。

（ステップ１）
制限ゲイン決定部５０は、電流センサ４、５、６により検出したＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ（Ａ／Ｄ変換器７、８、９によりデジタル値に変換したＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）に基づき、インバータ部２０からモータ１０に供給される電力であるインバータ電力Ｐｉｎｖを推定する。より具体的には、制限ゲイン決定部５０は、電圧センサ３により検出した電源電圧Ｖｉｎ、ＰＷＭ制御器４７により算出したＵ相デューティ指令値Ｄｕ、Ｖ相デューティ指令値Ｄｖ、Ｗ相デューティ指令値Ｄｗ、および、Ａ／Ｄ変換器７、８、９によりデジタル値に変換したＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗに基づき、インバータ電力Ｐｉｎｖを推定する。制限ゲイン決定部５０は、下記式（３）によりインバータ電力Ｐｉｎｖを推定（算出）する。
Ｐｉｎｖ＝Ｖｉｎ×（Ｄｕ／１００）×Ｉｕ＋Ｖｉｎ×（Ｄｖ／１００）×Ｉｖ＋Ｖｉｎ×（Ｄｗ／１００）×Ｉｗ ・・・式（３）
ここで、制限ゲイン決定部５０は、特許請求の範囲における「インバータ電力推定手段」として機能する。

（ステップ２）
制限ゲイン決定部５０は、ステップ１で推定したインバータ電力Ｐｉｎｖ、および、電圧センサ３により検出した電源電圧Ｖｉｎに基づき、バッテリ２からインバータ部２０に流れる電流である電源電流Ｉｉｎを推定する。制限ゲイン決定部５０は、下記式（４）により電源電流Ｉｉｎを推定（算出）する。
Ｉｉｎ＝Ｐｉｎｖ／Ｖｉｎ ・・・式（４）
ここで、制限ゲイン決定部５０は、特許請求の範囲における「電源電流推定手段」として機能する。

（ステップ３）
制限ゲイン決定部５０は、電源電流Ｉｉｎの目標値である目標電源電流Ｉｉｎ＊を決定する。本実施形態では、制限ゲイン決定部５０は、目標電源電流Ｉｉｎ＊を任意の所定値（Ａ）に決定（設定）する。ここで、制限ゲイン決定部５０は、特許請求の範囲における「目標電源電流決定手段」として機能する。

（ステップ４）
制限ゲイン決定部５０は、ステップ２で推定した電源電流Ｉｉｎ、および、ステップ３で決定した目標電源電流Ｉｉｎ＊に基づき、制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。より具体的には、制限ゲイン決定部５０は、前回のステップ４で決定した制限ゲインＧｌｉｍｉｔ（ｎ−１）、電源電流Ｉｉｎ、および、目標電源電流Ｉｉｎ＊に基づき、制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。制限ゲイン決定部５０は、下記式（５）により制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定（算出）する。
Ｇｌｉｍｉｔ（ｎ）＝Ｇｌｉｍｉｔ（ｎ−１）×Ｉｉｎ＊／Ｉｉｎ ・・・式（５）
式（５）において、Ｇｌｉｍｉｔ（ｎ）は今回値、Ｇｌｉｍｉｔ（ｎ−１）は前回値を表す。ここで、制限ゲイン決定部５０は、特許請求の範囲における「制限ゲイン決定手段」として機能する。また、Ｇｌｉｍｉｔ（ｎ）は、最大で１となる様にガード処置を行う。

以上が、制限ゲイン決定部５０による制限ゲインＧｌｉｍｉｔの決定の仕方である。制限ゲイン決定部５０は、ステップ１〜４を実行することにより制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定すると、決定した制限ゲインＧｌｉｍｉｔを制限後電圧指令値算出部４５に出力する。
制限後電圧指令値算出部４５は、上述のように、入力されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊および制限ゲインＧｌｉｍｉｔに基づき、制限後ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊および制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊を算出し、２相／３相座標変換部４６に出力する。

２相／３相座標変換部４６は、入力された制限後ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊および制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊をＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊に変換し、ＰＷＭ制御器４７に出力する。
ＰＷＭ制御器４７は、入力されたＵ相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ＊に基づき、Ｕ相デューティ指令値Ｄｕ、Ｖ相デューティ指令値Ｄｖ、Ｗ相デューティ指令値Ｄｗを算出し、インバータ部２０に出力する。

インバータ部２０は、入力されたＵ相デューティ指令値Ｄｕ、Ｖ相デューティ指令値Ｄｖ、Ｗ相デューティ指令値Ｄｗに基づき、Ｕ相デューティ指令値Ｄｕ、Ｖ相デューティ指令値Ｄｖ、Ｗ相デューティ指令値Ｄｗに対応する電圧をコイル１１、コイル１２、コイル１３に印加する。これにより、バッテリ２からインバータ部２０を経由してモータ１０に電流（モータ電流）が流れる。このときバッテリ２からインバータ部２０に流れる電源電流Ｉｉｎは、制限ゲインＧｌｉｍｉｔ（制限後ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊および制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊）に基づき、制限されている。これにより、給電経路上の発熱やインバータ部２０のスイッチング素子２１の破壊を抑制することができる。ここで、２相／３相座標変換部４６およびＰＷＭ制御器４７は、特許請求の範囲における「電流制限手段」として機能する。

以上説明したように、本実施形態では、電源電流Ｉｉｎを制限するための制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定するにあたりトルク定数（Ｋｔ）やモータ抵抗（Ｒ）等、モータ１０毎あるいは環境温度等によりばらつきのある値を必要とせず、電源電圧Ｖｉｎやモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出値、および、制御部３０で推定、決定または算出した値に基づき制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。これにより、モータ１０の個体差および環境温度等の制限ゲインＧｌｉｍｉｔへの影響を無くすことができる。その結果、電源電流Ｉｉｎの過剰な制限によってモータ１０に出力不足が生じる、または、電源電流Ｉｉｎの制限不足によって過大な電源電流Ｉｉｎが流れるといった問題を解決することができる。したがって、本実施形態では、電源電流Ｉｉｎを安定して制限しつつモータ１０の駆動を制御することができる。

また、本実施形態では、モータ１０は、複数の相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応するコイル１１、コイル１２、コイル１３を有している。インバータ部２０は、コイル１１、コイル１２、コイル１３に対応するスイッチング素子２１を有している。制御部３０は、「デューティ指令値算出手段」として機能することにより、各相のスイッチング素子２１のオン期間のデューティ比に対応するデューティ指令値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを算出する。そして、制御部３０は、「インバータ電力推定手段」として機能することにより、電圧センサ３により検出した電源電圧Ｖｉｎ、算出した各相のデューティ指令値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗ、および、電流センサ４、５、６により検出したモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、インバータ電力Ｐｉｎｖを推定する。これは、インバータ電力Ｐｉｎｖの推定の仕方の一例を示すものである。

また、本実施形態では、制御部３０は、「制限後電圧指令値算出手段」として機能することにより、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊のそれぞれについて制限後ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊および制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊を算出する。これにより、電源電流Ｉｉｎのうちｑ軸成分およびｄ軸成分の両方を制限することができる。

また、本実施形態では、制御部３０は、「インバータ電力推定手段」、「電源電流推定手段」、「目標電源電流決定手段」、「制限ゲイン決定手段」、「制限後電圧指令値算出手段」、「電流制限手段」としての処理を所定の周期で繰り返し実行することにより、バッテリ２からインバータ部２０に流れる電源電流Ｉｉｎを所定の周期で制限する。電動パワーステアリング装置９９では、運転者のハンドル９１の操作によってはモータ１０に大電流が急激に流れる場合がある。本実施形態による回転電機制御装置１では、比較的短い周期で制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定し電源電流Ｉｉｎを制限するため、インバータ部２０に流れる電源電流Ｉｉｎを制限しつつ電動パワーステアリング装置９９のモータ１０の駆動を制御するのに好適である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による回転電機制御装置を図３に示す。第２実施形態は、物理的な構成は第１実施形態と同様であるものの、制限ゲインＧｌｉｍｉｔの決定の仕方等が第１実施形態と異なる。

第２実施形態では、制限ゲイン決定部５０は、以下の一連のステップ１〜４を経ることにより制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。なお、本実施形態においても、制限ゲイン決定部５０は、一連のステップ１〜４を所定の周期で繰り返し実行し、都度、制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。

（ステップ１）
制限ゲイン決定部５０は、電流センサ４、５、６により検出したＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ（Ａ／Ｄ変換器７、８、９によりデジタル値に変換したＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗ）に基づき、インバータ部２０からモータ１０に供給される電力であるインバータ電力Ｐｉｎｖを推定する。より具体的には、制限ゲイン決定部５０は、ＰＩ制御部４３およびＰＩ制御部４４により算出されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ならびに、３相／２相座標変換部３２によりＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗから変換されたｑ軸電流検出値Ｉｑおよびｄ軸電流検出値Ｉｄに基づき、インバータ電力Ｐｉｎｖを推定する。制限ゲイン決定部５０は、下記式（６）によりインバータ電力Ｐｉｎｖを推定（算出）する。
Ｐｉｎｖ＝Ｖｑ＊×Ｉｑ＋Ｖｄ＊×Ｉｄ ・・・式（６）
ここで、制限ゲイン決定部５０は、特許請求の範囲における「インバータ電力推定手段」として機能する。

（ステップ２）
制限ゲイン決定部５０は、ステップ１で推定したインバータ電力Ｐｉｎｖ、および、電圧センサ３により検出した電源電圧Ｖｉｎに基づき、バッテリ２からインバータ部２０に流れる電流である電源電流Ｉｉｎを推定する。制限ゲイン決定部５０は、下記式（７）により電源電流Ｉｉｎを推定（算出）する。
Ｉｉｎ＝Ｐｉｎｖ／Ｖｉｎ ・・・式（７）
ここで、制限ゲイン決定部５０は、特許請求の範囲における「電源電流推定手段」として機能する。

（ステップ３）
制限ゲイン決定部５０は、電源電流Ｉｉｎの目標値である目標電源電流Ｉｉｎ＊を決定する。本実施形態では、制限ゲイン決定部５０は、例えば図４に示すマップＭに基づき目標電源電流Ｉｉｎ＊を決定する。ここで、マップＭは電源電圧Ｖｉｎと目標電源電流Ｉｉｎ＊との対応を示すものであり、電源電圧Ｖｉｎ（Ｖ）が大きくなるほど目標電源電流Ｉｉｎ＊（Ａ）も大きな値が決定（設定）される。ここで、制限ゲイン決定部５０は、特許請求の範囲における「目標電源電流決定手段」として機能する。

（ステップ４）
制限ゲイン決定部５０は、ステップ２で推定した電源電流Ｉｉｎ、および、ステップ３で決定した目標電源電流Ｉｉｎ＊に基づき、制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。より具体的には、制限ゲイン決定部５０は、前回のステップ４で決定した制限ゲインＧｌｉｍｉｔ（ｎ−１）、電源電流Ｉｉｎ、および、目標電源電流Ｉｉｎ＊に基づき算出した値を、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を通過させることにより制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。制限ゲイン決定部５０は、下記式（８）により制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定（算出）する。
Ｇｌｉｍｉｔ（ｎ）＝ＬＰＦ（Ｇｌｉｍｉｔ（ｎ−１）×Ｉｉｎ＊／Ｉｉｎ） ・・・式（８）
また、Ｇｌｉｍｉｔ（ｎ）は、最大で１となる様にガード処置を行う。ここで、制限ゲイン決定部５０は、特許請求の範囲における「制限ゲイン決定手段」として機能する。

以上が、第２実施形態の制限ゲイン決定部５０による制限ゲインＧｌｉｍｉｔの決定の仕方である。制限ゲイン決定部５０は、ステップ１〜４を実行することにより制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定すると、決定した制限ゲインＧｌｉｍｉｔを制限後電圧指令値算出部４５に出力する。

制限後電圧指令値算出部４５は、入力されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊および制限ゲインＧｌｉｍｉｔに基づき、制限後ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊および制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊を算出し、２相／３相座標変換部４６に出力する。ここで、本実施形態では、制限後電圧指令値算出部４５は、下記式（９）、式（１０）によりＶｑ＊＊およびＶｄ＊＊を算出する。
Ｖｑ＊＊＝Ｖｑ＊ ・・・式（９）
Ｖｄ＊＊＝Ｖｄ＊×Ｇｌｉｍｉｔ ・・・式（１０）

このように、本実施形態では、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をそのまま制限後ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊＊とし、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊に制限ゲインＧｌｉｍｉｔを乗じたものを制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊とする。すなわち、ｄ軸電圧についてのみ制限後の電圧指令値（制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊）を算出する。これにより、電源電流Ｉｉｎのうちｄ軸成分のみが制限される。

以上説明したように、本実施形態では、電源電流Ｉｉｎを制限するための制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定するにあたりトルク定数（Ｋｔ）やモータ抵抗（Ｒ）等、モータ１０毎あるいは環境温度等によりばらつきのある値を必要とせず、電源電圧Ｖｉｎやモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出値、および、制御部３０で推定、決定または算出した値に基づき制限ゲインＧｌｉｍｉｔを決定する。これにより、モータ１０の個体差および環境温度等の制限ゲインＧｌｉｍｉｔへの影響を無くすことができる。したがって、本実施形態では、第１実施形態と同様、電源電流Ｉｉｎを安定して制限しつつモータ１０の駆動を制御することができる。

また、本実施形態では、制御部３０は、「インバータ電力推定手段」として機能することにより、算出したｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊およびｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ならびに、電流センサ４、５、６により検出したモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（ｑ軸電流検出値Ｉｑおよびｄ軸電流検出値Ｉｄ）に基づき、インバータ電力Ｐｉｎｖを推定する。これは、インバータ電力Ｐｉｎｖの推定の仕方の一例を示すものである。

また、本実施形態では、制御部３０は、「目標電源電流決定手段」として機能することにより、電源電圧Ｖｉｎと目標電源電流Ｉｉｎ＊との対応を示すマップＭに基づき、目標電源電流Ｉｉｎ＊を決定する。本実施形態では、マップＭに基づき、電源電圧Ｖｉｎ（Ｖ）が大きくなるほど目標電源電流Ｉｉｎ＊（Ａ）も大きな値が決定（設定）される。これにより、電源電圧Ｖｉｎが大きいときほど電源電流Ｉｉｎの制限を緩くするというように、電源電圧Ｖｉｎに応じて電源電流Ｉｉｎの制限の程度を変更することができる。

また、本実施形態では、制御部３０は、「制限ゲイン決定手段」として機能するとき、入力信号の所定の帯域を制限するフィルタであるローパスフィルタを通過した値を制限ゲインＧｌｉｍｉｔとして決定する。これにより、電源電流Ｉｉｎを制限する際のハンチングを抑制することができる。

また、本実施形態では、制御部３０は、「制限後電圧指令値算出手段」として機能することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊について制限後ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊＊を算出する。これにより、電源電流Ｉｉｎのうちｄ軸成分のみが制限される。よって、本実施形態は、モータ１０の回転に寄与するｄ軸電流を制限するため、モータ１０のトルクを重視する場合に好適である。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、阻害要因がない限り、上述の実施形態の一部の構成同士を組み合わせてもよい。例えば第１実施形態において、マップに基づき目標電源電流を決定したり、フィルタを通過した値を制限ゲインとして決定したりといった具合である。

また、本発明の他の実施形態では、マップに限らず、計算式に基づき目標電源電流を決定することとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ｑ軸電圧指令値についてのみ制限後の電圧指令値（制限後ｑ軸電流指令値）を算出することとしてもよい。この場合、電源電流のうちｑ軸成分のみが制限される。よって、この実施形態は、回転電機のトルクに寄与するｑ軸電流を制限するため、回転電機の回転を重視する場合に好適である。

また、本発明の他の実施形態では、回転電機は、３相以外の多相回転電機であってもよい。
本発明による回転電機制御装置は、電動パワーステアリング装置の回転電機に限らず、他の装置等に用いられる回転電機の制御装置として適用することができる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・回転電機制御装置
２ ・・・バッテリ（電源）
３ ・・・電圧センサ（電源電圧検出手段）
４、５、６ ・・・電流センサ（モータ電流検出手段）
１０ ・・・モータ（回転電機）
２０ ・・・インバータ部
３０ ・・・制御部
４１、４２ ・・・減算器（電圧指令値算出手段）
４３、４４ ・・・ＰＩ制御部（電圧指令値算出手段）
４５ ・・・制限後電圧指令値算出部（制限後電圧指令値算出手段）
４６ ・・・２相／３相座標変換部（電流制限手段）
４７ ・・・ＰＷＭ制御器（電流制限手段）
５０ ・・・制限ゲイン決定部（インバータ電力推定手段、電源電流推定手段、目標電源電流決定手段、制限ゲイン決定手段）

Claims (8)

1. 電源（２）からの電力により駆動する回転電機（１０）を制御する回転電機制御装置（１）であって、
   前記電源からの電力を変換し前記回転電機に供給するインバータ部（２０）と、
   前記電源から前記インバータ部に印加される電圧である電源電圧を検出する電源電圧検出手段（３）と、
   前記インバータ部から前記回転電機に流れる電流であるモータ電流を検出するモータ電流検出手段（４、５、６）と、
   前記インバータ部の作動を制御することにより前記回転電機の駆動を制御する制御部（３０）と、を備え、
   前記制御部は、
   前記回転電機を駆動するために前記インバータ部から前記回転電機に流すべき電流の指令値である電流指令値、および、前記モータ電流検出手段により検出した前記モータ電流に基づき、前記回転電機を駆動するために前記インバータ部から前記回転電機に印加すべき電圧の指令値である電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段（４１、４２、４３、４４）、
   前記モータ電流検出手段により検出した前記モータ電流に基づき、前記インバータ部から前記回転電機に供給される電力であるインバータ電力を推定するインバータ電力推定手段（５０）、
   前記インバータ電力推定手段により推定した前記インバータ電力、および、前記電源電圧検出手段により検出した前記電源電圧に基づき、前記電源から前記インバータ部に流れる電流である電源電流を推定する電源電流推定手段（５０）、
   前記電源電流の目標値である目標電源電流を決定する目標電源電流決定手段（５０）、
   制限ゲインを決定する制限ゲイン決定手段（５０）、
   前記電圧指令値算出手段により算出した前記電圧指令値、および、前記制限ゲイン決定手段により決定した前記制限ゲインに基づき、制限後の前記電圧指令値である制限後電圧指令値を算出する制限後電圧指令値算出手段（４５）、および、
   前記制限後電圧指令値算出手段により算出した前記制限後電圧指令値に対応する指令値を前記インバータ部に出力することにより前記電源電流を制限可能な電流制限手段（４６、４７）を有し、
   前記制限ゲイン決定手段は、前記電源電流推定手段により推定した前記電源電流、前記目標電源電流決定手段により決定した前記目標電源電流、および、前回決定された制限ゲインに基づき、今回の制限ゲインを決定することを特徴とする回転電機制御装置。
2. 前記回転電機は、複数の相に対応する巻線（１１、１２、１３）を有し、
   前記インバータ部は、前記巻線の各相に対応するスイッチング素子（２１）を有し、
   前記制御部は、各相の前記スイッチング素子のオン期間のデューティ比に対応するデューティ指令値を算出するデューティ指令値算出手段（４７）を有し、
   前記インバータ電力推定手段は、前記電源電圧検出手段により検出した前記電源電圧、前記デューティ指令値算出手段により算出した各相の前記デューティ指令値、および、前記モータ電流検出手段により検出した前記モータ電流に基づき、前記インバータ電力を推定することを特徴とする請求項１に記載の回転電機制御装置。
3. 前記インバータ電力推定手段は、前記電圧指令値算出手段により算出した前記電圧指令値、および、前記モータ電流検出手段により検出した前記モータ電流に基づき、前記インバータ電力を推定することを特徴とする請求項１に記載の回転電機制御装置。
4. 前記目標電源電流決定手段は、前記電源電圧と前記目標電源電流との対応を示すマップに基づき、前記目標電源電流を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
5. 前記制限ゲイン決定手段は、入力信号の所定の帯域を制限するフィルタを通過した値を前記制限ゲインとして決定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
6. 前記制限後電圧指令値算出手段は、前記電圧指令値のｑ軸電圧指令値およびｄ軸電圧指令値の少なくとも一方について前記制限後電圧指令値を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
7. 前記制御部は、前記インバータ電力推定手段、前記電源電流推定手段、前記目標電源電流決定手段、前記制限ゲイン決定手段、前記制限後電圧指令値算出手段、前記電流制限手段としての処理を所定の周期で繰り返し実行することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転電機制御装置と、
   運転者の操舵を補助するためのアシストトルクを発生する前記回転電機と、
   を備える電動パワーステアリング装置（９９）。

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