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JP7449471B2 - モータ制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、リラクタンストルクを利用してロータを回転させるモータ（以下、「リラクタンストルク利用モータ」という場合がある。）を制御するモータ制御装置に関する。リラクタンストルク利用モータには、リラクタンストルクのみを利用してロータを回転させるリラクタンスモータの他、リラクタンストルクと磁石トルクとを利用してロータを回転させるモータも含まれる。
リラクタンストルクのみを利用して、ロータを回転させるリラクタンスモータが知られている。リラクタンスモータには、ステータおよびロータが突極部を有するスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ：Switched Reluctance Motor）と、ステータがブラシレスモータと同様の構造のシンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ：Synchronous Reluctance Motor）とがある。
シンクロナスリラクタンスモータは、ステータおよびロータのうち、ロータのみに突極部を有している。シンクロナスリラクタンスモータでは、ロータの突極部により、磁束の流れやすい突極部の方向（以下、「ｄ軸方向」という。）と磁束が流れにくい非突極部の方向（以下、「ｑ軸方向」という。）とがある。このため、ｄ軸方向のインダクタンス（以下、「ｄ軸インダクタンスＬｄ」という。）とｑ軸方向のインダクタンス（以下、「ｑ軸インダクタンスＬｑ」という。）の差（Ｌｄ－Ｌｑ）によりリラクタンストルクが発生し、このリラクタンストルクによってロータが回転する。
特許文献１には、シンクロナスリラクタンスモータを制御する方法として、最大トルクテーブルを用いた最大トルク／電流制御と、高出力テーブルを用いた最大出力／速度制御とを、回転速度に応じて切り替える制御方法が開示されている。
最大トルクテーブルには、電機子電流指令値毎に、電機子電流指令値とその電機子電流指令値においてモータトルクが最大となる電流位相角指令値との組合せに対して、モータから発生するモータトルクが記憶されている。高出力テーブルには、モータの回転速度毎に、モータトルクが最大となる電機子電流指令値および電流位相角指令値の組み合わせが記憶されている。
モータの回転速度が所定回転速度以下の低速回転領域にある場合（例えば定トルク領域にある場合）には、最大トルク／電流制御が行われる。具体的には、最大トルクテーブルに基づいて、モータトルク指令値に応じたモータトルクをモータから発生させるためのするため電機子電流指令値および電流位相角指令値が求められ、得られた電機子電流指令値および電流位相角指令値に基づいてモータが制御される。
一方、モータの回転速度が所定回転速度よりも大きい高速回転領域にある場合（例えば定出力領域にある場合）には、最大出力／速度制御が行われる。具体的には、高出力テーブルに基づいて、現在の回転速度においてモータトルクが最大となる電機子電流指令値および電流位相角指令値が求められ、得られた電機子電流指令値および電流位相角指令値に基づいてモータが制御される。
国際公開第２０１９／０１７２３１号
長谷川 勝（中部大学）、道木 慎二（名古屋大学）、佐竹 明善（オークマ）、王 道洪（岐阜大学）、「永久磁石電動機・リラクタンスモータの駆動回路技術とドライブ制御技術 －６．リラクタンスモータ制御技術－ 」、平成１６年電気学会産業応用部門大会論文集、Ｉ－１１９～Ｉ－１２４（２００４）
特許文献１に記載の制御方法では、最大出力／速度制御が行われる高速回転領域においては、最大トルクを出力することはできるが、モータトルク指令値に応じたモータトルクを出力することができない。
この発明の目的は、最大トルクを出力することが可能でかつ全ての回転速度領域でモータトルク指令値に応じたモータトルクを出力することが可能となるモータ制御装置を提供することである。
請求項１に記載の発明は、リラクタンストルク利用モータを制御する制御装置であって、前記モータに発生させるべきモータトルクの指令値であるモータトルク指令値を設定する第１設定部と、前記モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、前記回転速度および前記モータトルク指令値に基づき、電機子電流指令値および電流位相角指令値を設定する第２設定部と、前記電機子電流指令値および前記電流位相角指令値に基づき、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を設定する電流ベクトル設定部と、前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に基づき、前記モータを駆動する駆動部とを備え、前記第２設定部は、ｄ軸電流を横軸に取り、ｑ軸電流を縦軸に取ったｄ－ｑ座標系において、前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値により設定される電機子電流ベクトルが、最大トルク／電流制御における電機子電流ベクトル軌跡と前記縦軸とに囲まれた領域に含まれるように、前記電機子電流指令値および前記電流位相角指令値を設定する、モータ制御装置である。
この構成では、最大トルクを出力することが可能でかつ全ての回転速度領域でモータトルク指令値に応じたモータトルクを出力することが可能となる。
請求項２に記載の発明は、電機子電流指令値と、その電機子電流指令値においてモータトルクが最大となる電流位相角指令値との組合せに対して、前記モータから発生するモータトルクを記憶した第１テーブルと、前記モータの回転速度毎に、電圧制限楕円上の複数の動作点に対する電機子電流指令値、電流位相角指令値およびモータトルクを関連付けて記憶した第２テーブルとを含み、前記第２設定部は、前記モータトルク指令値および前記第１テーブルに基づき、第１候補の電機子電流指令値および電流位相角指令値を求めるとともに、前記回転速度、前記モータトルク指令値および前記第２テーブルに基づき、第２候補の電機子電流指令値および電流位相角指令値を求め、前記第１候補の電流位相角指令値が前記第２候補の電流位相角指令値以上である場合には、前記第１候補の電機子電流指令値および電流位相角指令値を指令値として設定し、前記第１候補の電流位相角指令値が前記第２候補の電流位相角指令値未満である場合には、前記第２候補の電機子電流指令値および電流位相角指令値を指令値として設定するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置である。
請求項３に記載の発明は、前記モータのある回転速度に対応する前記電圧制限楕円上の複数の動作点は、当該回転速度においてモータトルクが最大となる動作点を含む、請求項２に記載のモータ制御装置である。
請求項４に記載の発明は、電機子電流指令値と、その電機子電流指令値においてモータトルクが最大となる電流位相角指令値との組合せに対して、前記モータから発生するモータトルクを記憶した第１テーブルと、前記モータの回転速度毎に、当該回転速度においてモータトルクが最大となる第１動作点と、前記モータの端子間電圧が低下した場合に前記第１動作点から動作点が移動する方向に設定される複数の第２動作点と、からなる複数の第３動作点に対する電機子電流指令値、電流位相角指令値およびモータトルクを関連付けて記憶した第３テーブルとを含み、前記第２設定部は、前記回転速度が所定値以下であるときには、前記モータトルク指令値および前記第１テーブルに基づいて、電機子電流指令値および電流位相角指令値を設定し、前記回転速度が所定値よりも大きいときには、前記回転速度、前記モータトルク指令値および前記第３テーブルに基づき、電機子電流指令値および電流位相角指令値を設定するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置である。
請求項５に記載の発明は、前記ｄ－ｑ座標系において、前記ｄ－ｑ座標系の原点または当該原点の近い所定の点を収束点として、前記回転速度毎に、当該回転速度における前記第１動作点と前記収束点とを結ぶ直線上に、前記複数の第３動作点が設定される、請求項４に記載のモータ制御装置である。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、電動モータの構成を説明するための図解図である。 図３は、図１のＥＣＵの電気的構成を示す概略図である。 図４は、検出操舵トルクＴｈに対するモータトルク指令値Ｔｓ ＊の設定例を示すグラフである。 図５は、複数の電機子電流Ｉａ毎に取得した電流位相角βに対するモータトルクＴの特性データの一例を示すグラフである。 図６は、指令値／最大トルクテーブル内の正転用テーブルの内容例を示す模式図である。 図７Ａはトルク指令値テーブルの内容例を示す模式図であり、図７Ｂは電流指令値テーブルの内容例を示す模式図であり、図７Ｃは電流位相角指令値テーブルの内容例を示す模式図である。 図８は、トルク指令値テーブル、電流指令値テーブルおよび電流位相角指令値テーブルの作成方法を説明するためのグラフである。 図９は、電流指令値設定部の動作を説明するためのフローチャートである。 図１０は、第２実施形態における、トルク指令値テーブル、電流指令値テーブルおよび電流位相角指令値テーブルの作成方法を説明するためのグラフである。 図１１は、第２実施形態における電流指令値設定部の動作を説明するためのフローチャートである。
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
［１］第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
ステアリングシャフト６の周囲には、トルクセンサ１１が設けられている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴｈを検出する。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｈは、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。
転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。
ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。
ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機１９とを含む。電動モータ１８は、この実施形態では、シンクロナスリラクタンスモータからなる。減速機１９は、ウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機１９はギヤハウジング２２内に収容されている。
ウォームギヤ２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６に一体回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォームギヤ２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォームギヤ２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラックアンドピニオン機構により、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォームギヤ２０を回転駆動することによって、電動モータ１８による操舵補助が可能となっている。
電動モータ１８のロータの回転角（以下、「ロータ回転角」という。）は、レゾルバ等の回転角センサ２５によって検出される。回転角センサ２５の出力信号は、ＥＣＵ１２に入力される。電動モータ１８は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。
図２は、電動モータ１８の構成を説明するための図解図である。
電動モータ１８は、前述したようにシンクロナスリラクタンスモータであり、図２に図解的に示すように、周方向に間隔をおいて配置された複数の突極部を有するロータ１００と、電機子巻線を有するステータ１０５とを備えている。電機子巻線は、Ｕ相のステータコイル１０１、Ｖ相のステータコイル１０２およびＷ相のステータコイル１０３が星型結線されることにより構成されている。
各相のステータコイル１０１，１０２，１０３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１００の回転中心側から外周部へ磁束の流れやすい突極部の方向にｄ軸方向をとり、ロータ１００の回転中心側から外周部へ磁束が流れにくい非突極部の方向にｑ軸方向をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系は、ロータ１００の回転角（ロータ回転角）θに従う実回転座標系である。
ロータ回転角（電気角）θは、この実施形態では、Ｕ軸から、隣接する２つの突極部（ｄ軸）のうちの基準となる一方の突極部（ｄ軸）までの反時計回りの回転角として定義される。基準となる前記一方の突極部の方向を＋ｄ軸方向といい、それに隣接する他方の突極部の方向を－ｄ軸方向ということにする。＋ｄ軸に対して電気角で＋９０度回転した軸を＋ｑ軸といい、＋ｄ軸に対して電気角で－９０度回転した軸を－ｑ軸ということにする。ロータ１００（突極部）に生じる磁極（Ｎ極およびＳ極）は、ｄｑ座標系における電流ベクトルＩａの方向によって決定される。この実施形態では、電動モータ１８の正転方向は、図２におけるロータ１００の反時計方向（ＣＣＷ）に対応し、電動モータ１８の逆転方向は、図２におけるロータ１００の時計方向（ＣＷ）に対応するものとする。
ロータ回転角θを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換が行われる（例えば、特開２００９－１３７３２３号公報の式（１），（２）参照）。
この明細書では、電機子巻線に流れる電流を、「電機子電流」または「モータ電流」ということにする。ｄｑ座標系における電流ベクトルＩａは、電機子巻線に流れる電流のベクトル（電機子電流ベクトル）である。βは電流位相角であり、電機子電流ベクトルＩａとｄ軸との位相差である。ｉｄはｄ軸電流であり、ｉｄ＝Ｉａ・cosβで表される。ｉｑは、ｑ軸電流であり、ｉｑ＝Ｉａ・sinβで表される。
図３は、図１のＥＣＵ１２の電気的構成を示す概略図である。
ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータ３１と、このマイクロコンピュータ３１によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２と、電動モータ１８に流れるＵ相電流、Ｖ相電流およびＷ相電流を検出するための電流センサ３３，３４，３５とを備えている。
マイクロコンピュータ３１は、ＣＰＵおよびメモリを備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。メモリは、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ４０などを含む。複数の機能処理部には、トルク指令値設定部４１と、電流指令値設定部４２と、電流ベクトル演算部（電流ベクトル設定部）４３と、ｄ軸電流偏差演算部４４と、ｑ軸電流偏差演算部４５と、ｄ軸ＰＩ（比例積分）制御部４６と、ｑ軸ＰＩ（比例積分）制御部４７と、電圧制限部４８と、二相／三相座標変換部４９と、ＰＷＭ制御部５０と、電流検出部５１と、三相／二相座標変換部５２と、回転角演算部５３と、回転速度演算部５４とが含まれる。
回転角演算部５３は、回転角センサ２５の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータの回転角（ロータ回転角θ）を演算する。回転角演算部５３によって演算されたロータ回転角θは、回転速度演算部５４および座標変換部４９，５２に与えられる。
回転速度演算部５４は、回転角演算部５３によって演算されるロータ回転角θを時間微分することにより、電動モータ１８の回転速度ω［ｒｐｍ］を演算する。
電流検出部５１は、電流センサ３３，３４，３５の出力信号に基づいて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷ（以下、総称するときには「三相検出電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷ」という。）を検出する。
トルク指令値設定部４１は、電動モータ１８によって発生させるべきモータトルクの指令値であるモータトルク指令値（以下、「トルク指令値Ｔｓ ＊」という。）を設定する。具体的には、トルク指令値設定部４１は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルク（検出操舵トルクＴｈ）に基づいて、トルク指令値Ｔｓ ＊を設定する。検出操舵トルクＴｈに対するトルク指令値Ｔｓ ＊の設定例は、図４に示されている。検出操舵トルクＴｈは、例えば左方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、右方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。電動モータ１８の左方向への操舵を補助するためのモータトルクの方向は、電動モータ１８の正転方向に対応し、右方向への操舵を補助するためのモータトルクの方向は、電動モータ１８の逆転方向に対応するものとする。トルク指令値Ｔｓ ＊は、電動モータ１８から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ１８から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。
トルク指令値Ｔｓ ＊は、検出操舵トルクＴｈの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクＴｈの負の値に対しては負の値をとる。検出操舵トルクＴｈが零のときには、トルク指令値Ｔｓ ＊は零とされる。そして、検出操舵トルクＴｈの絶対値が大きくなるほど、トルク指令値Ｔｓ ＊の絶対値は大きな値とされる。これにより、検出操舵トルクＴｈの絶対値が大きくなるほど、操舵補助力を大きくすることができる。
トルク指令値設定部４１は、例えば、図４に示されるような操舵トルクＴｈとトルク指令値Ｔｓ ＊との関係を記憶したマップまたはそれらの関係を表す演算式を用いて、操舵トルクＴｈに応じたトルク指令値Ｔｓ ＊を設定する。トルク指令値設定部４１によって設定されたトルク指令値Ｔｓ ＊は、電流指令値設定部４２および電流ベクトル演算部４３に与えられる。
不揮発性メモリ４０には、指令値／最大トルクテーブル６０と、速度／指令値テーブル７０とが記憶されている。指令値／最大トルクテーブル６０は、本発明の「第１テーブル」の一例であり、第１実施形態における速度／指令値テーブル７０は、本発明の「第２テーブル」の一例である。これらのテーブル６０，７０の詳細については、後述する。
電流指令値設定部４２は、トルク指令値Ｔｓ ＊と、ロータ回転速度ωと、指令値／最大トルクテーブル６０または速度／指令値テーブル７０とに基づいて、電機子電流指令値Ｉａ ＊（Ｉａ ＊＞０）および電流位相角指令値β＊（β＊＞０）を設定する。電流指令値設定部４２の詳細については、後述する。
電流ベクトル演算部４３は、電流指令値設定部４２によって設定された電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊と、トルク指令値Ｔｓ ＊の符号とに基づいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ ＊およびｑ軸電流指令値ｉｑ ＊を演算する。具体的には、電流ベクトル演算部４３は、次式(1)に基づいて、ｄ軸電流指令値ｉｄ ＊を演算する。
ｉｄ ＊＝Ｉａ ＊・cosβ＊ …(1)
また、電流ベクトル演算部４３は、次式（2a）または（2b）に基づいてｑ軸電流指令値ｉｑ ＊を演算する。
Ｔｓ ＊≧０である場合 ｉｑ ＊＝Ｉａ ＊・sinβ＊ …(2a)
Ｔｓ ＊＜０である場合 ｉｑ ＊＝Ｉａ ＊・sin（－β＊） …(2b)
ｄ軸電流指令値ｉｄ ＊およびｑ軸電流指令値ｉｑ ＊を総称して、「二相指示電流ｉｄ ＊，ｉｑ ＊」という場合がある。
電流検出部５１によって検出された三相検出電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷは、三相／二相座標変換部５２に与えられる。三相／二相座標変換部５２は、回転角演算部５３によって演算されたロータ回転角θを用いて、三相検出電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷを、ｄｑ座標上でのｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑ（以下、総称するときには「二相検出電流ｉｄ，ｉｑ」という。）に変換する。三相／二相座標変換部５２によって得られたｄ軸電流ｉｄは、ｄ軸電流偏差演算部４４に与えられる。三相／二相座標変換部５２によって得られたｑ軸電流ｉｑは、ｑ軸電流偏差演算部４５に与えられる。
ｄ軸電流偏差演算部４４は、ｄ軸電流指令値ｉｄ ＊に対するｄ軸電流ｉｄの偏差Δｉｄ（＝ｉｄ ＊－ｉｄ）を演算する。ｄ軸ＰＩ制御部４６は、ｄ軸電流偏差演算部４４によって演算された電流偏差Δｉｄに対してＰＩ（比例積分）演算を行うことにより、ｄ軸指示電圧ｖｄ’＊を演算する。このｄ軸指示電圧ｖｄ’＊は、電圧制限部４８に与えられる。
ｑ軸電流偏差演算部４５は、ｑ軸電流指令値ｉｑ ＊に対するｑ軸電流ｉｑの偏差Δｉｑ（＝ｉｑ ＊－ｉｑ）を演算する。ｑ軸ＰＩ制御部４７は、ｑ軸電流偏差演算部４５によって演算された電流偏差Δｉｑに対してＰＩ（比例積分）演算を行うことにより、ｑ軸指示電圧ｖｑ’＊を演算する。このｑ軸指示電圧ｖｑ’＊は、電圧制限部４８に与えられる。
電圧制限部４８は、電動モータ１８に発生する誘起電圧が電源電圧よりも高くなって、電動モータ１８に電流が流せなくなる状態（電圧飽和状態）となるのを回避するために設けられている。電圧制限部４８は、例えば、ｄ軸指示電圧ｖｄ’＊を予め設定されたｄ軸電圧指令最大値以下に制限するとともに、ｑ軸指示電圧ｖｑ’＊を予め設定されたｑ軸電圧指令最大値以下に制限する。電圧制限部４８による制限処理後のｄ軸指示電圧ｖｄ ＊およびｑ軸指示電圧ｖｑ ＊は、二相／三相座標変換部４９に与えられる。
二相／三相座標変換部４９は、回転角演算部５３によって演算されたロータ回転角θを用いて、ｄ軸指示電圧ｖｄ ＊およびｑ軸指示電圧ｖｑ ＊を、Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の指示電圧ｖＵ ＊，ｖＶ ＊，ｖＷ ＊に変換する。Ｕ相，Ｖ相およびＷ相の指示電圧ｖＵ ＊，ｖＶ ＊，ｖＷ ＊を総称するときには「三相指示電圧ｖＵ ＊，ｖＶ ＊，ｖＷ ＊」という。
ＰＷＭ制御部５０は、Ｕ相指示電圧ｖＵ ＊、Ｖ相指示電圧ｖＶ ＊およびＷ相指示電圧ｖＷ ＊にそれぞれ対応するデューティ比のＵ相ＰＷＭ制御信号、Ｖ相ＰＷＭ制御信号およびＷ相ＰＷＭ制御信号を生成し、駆動回路３２に供給する。
駆動回路３２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ制御部５０から与えられるＰＷＭ制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧ｖＵ ＊，ｖＶ ＊，ｖＷ ＊に相当する電圧が電動モータ１８の各相のステータコイルに印加されることになる。
電流偏差演算部４４，４５およびＰＩ制御部４６，４７は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ１８に流れるモータ電流（電機子電流）が、電流ベクトル演算部４３によって演算される二相指示電流ｉｄ ＊，ｉｑ ＊に近づくように制御される。
以下、指令値／最大トルクテーブル６０と、速度／指令値テーブル７０と、電流指令値設定部４２とについて詳しく説明する。
まず、指令値／最大トルクテーブル６０について説明する。指令値／最大トルクテーブル６０は、正転（ＣＣＷ）用の電機子電流・電流位相角設定テーブル（以下、「正転用テーブル６１」という。）と、逆転（ＣＷ）用の電機子電流・電流位相角設定テーブル（以下、「逆転用テーブル６２」という。）とを含む。
電動モータ１８を高効率で駆動するためには、電機子電流に対するモータトルクの比が大きくなるように電動モータ１８を制御すればよい。
極対数がＰｎであるシンクロナスリラクタンスモータにおけるモータトルクＴｓは、次式(3)で表される。
Ｔｓ＝Ｐｎ・（Ｌｄ－Ｌｑ）・ｉｄ・ｉｑ …(3)
Ｌｄはｄ軸インダクタンス［Ｈ］であり、Ｌｑはｑ軸インダクタンス［Ｈ］である。また、ｉｄはｄ軸電流［Ａ］であり、ｉｑはｑ軸電流［Ａ］である。
電機子電流の大きさをＩａとし、電流位相角をβとすると、ｉｑ＝Ｉａ・sinβ，ｉｄ＝Ｉａ・cosβとなるので、モータトルクＴｓは、次式(4)で表される。なお、電流位相角βは、電機子電流ベクトルとｄ軸との位相差である。
Ｔｓ＝（１／２）・Ｐｎ・（Ｌｄ－Ｌｑ）・Ｉａ ２sin２β …(4)
したがって、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑが変動しなければ、電流位相角βが４５度のときにモータトルクＴｓは最大となる。しかしながら、シンクロナスリラクタンスモータでは、ｄ軸インダクタンスＬｄおよびｑ軸インダクタンスＬｑがロータコアおよびステータコアの磁気飽和の影響を受けて変動するため、モータトルクＴｓは電流位相角βが４５度のときに必ずしも最大にならない。
図５は、あるシンクロナスリラクタンスモータにおいて、複数の電機子電流Ｉａ毎に取得した、電流位相角βに対するモータトルクＴｓの特性データを示すグラフである。図５の特性データは、前記非特許文献１に掲載のデータを転用したものである。ただし、図５では、横軸に電流位相角βをとり、縦軸にモータトルクＴｓをとり、各電機子電流Ｉａの電流位相角βに対するモータトルクＴｓの特性を、それぞれ曲線で表している。
図５に示すように、電機子電流Ｉａの大きさによって、モータトルクＴｓが最大となる電流位相角βは異なる。図５の例では、電機子電流Ｉａが大きくなるにつれて、モータトルクＴｓが最大となる電流位相角βは大きくなっている。電動モータ１８を高効率で駆動するためには、電機子電流指令値Ｉａ ＊に対してモータトルクＴｓが最大となる電流位相角βを、電流位相角βとして設定することが好ましい。
図６は、指令値／最大トルクテーブル６０内の正転用テーブル６１の内容例を示す模式図である。
正転用テーブル６１には、電機子電流指令値Ｉａ ＊毎に、電動モータ１８が正転方向に回転されるときの、当該電機子電流指令値Ｉａ ＊と、当該電機子電流指令値Ｉａ ＊においてモータトルクＴｓが最大となる電流位相角指令値β＊との組合せに対して、電動モータ１８から発生するモータトルクＴｓ［Ｎｍ］が記憶されている。
この例では、正転用テーブル６１には、Ｋ個分の電機子電流指令値Ｉａ ＊に対するデータが記憶されている。Ｋ個の電機子電流指令値Ｉａ ＊は、Ｉａ１ ＊＜Ｉａ２ ＊＜…＜Ｉａ（Ｋ－１） ＊＜ＩａＫ ＊の関係を有する。モータトルクＴｓは、電機子電流指令値Ｉａ ＊が大きくなるほど、大きくなる。
このような正転用テーブル６１は、例えば次のようにして作成される。図３に示すようなモータ制御回路の電流ベクトル演算部４３に、所定の電機子電流指令値Ｉａ ＊および所定の電流位相角指令値β＊を与えるとともに、正転方向を表す符号を与えると、当該電機子電流指令値Ｉａ ＊、当該電流位相角指令値β＊および当該符号に応じた二相指示電流ｉｄ ＊，ｉｑ ＊に基づいて、電動モータ１８が正転駆動される。電動モータ１８が正転駆動されている状態で、電動モータ１８から発生しているモータトルクＴｓ（例えば、所定時間内のモータトルクの平均値）を取得する。これにより、前記所定の電機子電流指令値Ｉａ ＊と前記所定の電流位相角指令値β＊との組合せに対するモータトルクＴｓが得られる。なお、モータトルクＴｓは、図示しない測定装置を用いて測定される。
このような実験を、複数の電流位相角指令値β＊毎に行うことにより、前記所定の電機子電流指令値Ｉａ ＊と複数の電流位相角指令値β＊との各組合せに対するモータトルクＴｓのデータを取得する。このようにして取得されたデータに基づいて、前記所定の電機子電流指令値Ｉａ ＊に対してモータトルクＴｓが最大となる電流位相角指令値β＊を特定する。
以上のような実験を、複数の電機子電流指令値Ｉａ ＊毎に行うことにより、複数の電機子電流指令値Ｉａ ＊毎に、その電機子電流指令値Ｉａ ＊とそれに対してモータトルクＴｓが最大となる電流位相角指令値β＊との組合せに対するモータトルクＴｓのデータを取得する。これにより、正転用テーブル６１を作成するためのデータが得られる。
図示しないが、逆転用テーブル６２には、電機子電流指令値Ｉａ ＊毎に、電動モータ１８が逆転方向に回転されるときの、当該電機子電流指令値Ｉａ ＊と、当該電機子電流指令値Ｉａ ＊においてモータトルクＴｓが最大となる電流位相角指令値β＊との組合せに対して、電動モータ１８から発生するモータトルクＴｓ［Ｎｍ］が記憶されている。
逆転用テーブル６２は、正転用テーブル６１を作成するために行った実験と同様な実験を行うことによって作成される。ただし、逆転用テーブル６２を作成する場合には、正転用テーブル６１を作成する場合とは異なり、実験時には、電流ベクトル演算部４３に逆転方向を表す符号が与えられる。これにより、実験時には、電動モータ１８が逆転方向に回転駆動される。
正転用テーブル６１または逆転用テーブル６２に基づいて、トルク指令値Ｔｓ ＊に応じた電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を求め、得られた電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊に基づいて電動モータ１８を制御する方法を「最大トルク／電流制御」ということにする。
次に、速度／指令値テーブル７０について説明する。速度／指令値テーブル７０は、図３および図７Ａ～図７Ｃに示すように、トルク指令値テーブル７１と、電流指令値テーブル７２と、電流位相角指令値テーブル７３とを含む。
トルク指令値テーブル７１には、図７Ａに示すように、電動モータ１８の回転速度ω１～ωＮ毎に、複数のモータトルクＴｓｎ１～ＴｓｎＭが記憶される。Ｎは、回転速度のデータ数を示し、Ｍは、１種類の回転速度に対して設定されるモータトルクＴｓのデータ数を示している。トルク指令値テーブル７１の左端列の１～Ｎは、回転速度のインデックス番号ｎ（以下、「速度番号」という。）である。トルク指令値テーブル７１の最上行の１～Ｍは、モータトルクのインデックス番号ｍ（以下、「トルク番号」という。）である。
電流指令値テーブル７２には、図７Ｂに示すように、１～Ｎの速度番号毎に、１～Ｍのトルク番号に対応した複数の電機子電流指令値Ｉａｎ１ ＊～ＩａｎＭ ＊が記憶される。
電流位相角指令値テーブル７３には、図７Ｃに示すように、１～Ｎの速度番号毎に、１～Ｍのトルク番号に対応した複数の電流位相角指令値βｎ１ ＊～βｎＭ ＊が記憶される。
以下、図８を参照して、これらのテーブル７１～７３の作成方法について説明する。
図８には、ｄ軸電流を横軸に取り、ｑ軸電流を縦軸に取ったｄ－ｑ座標系が示されている。図８において、曲線Ａは、最大トルク／電流制御における電機子電流ベクトルの軌跡を示している。この曲線Ａは、例えば、次のようにして作成することができる。図６の指令値／最大トルクテーブル６０に示されるように、電機子電流Ｉａ毎にモータトルクが最大となる電流位相角βが予め求められているものとする。
ｉｄ＝Ｉａ・cosβ，ｉｑ＝Ｉａ・sinβに基づき、電機子電流Ｉａ毎に、モータトルクが最大となる電流位相角βに対するｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を求める。次に、電機子電流Ｉａ毎に、モータトルクが最大となる電流位相角βに対するｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値に対応する電機子電流ベクトルの終点（以下、「動作点」という。）をｄ－ｑ座標上にプロットする。そして、これらの点を通る曲線を描くと曲線Ａが得られる。
図８において、曲線Ｂ１～Ｂ８は、回転速度が所定範囲（この例では、１６００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下の範囲）において回転速度が所定値（この例では２００ｒｐｍ）ずつ異なる８種類の回転速度において、電流位相角を変化させた場合の電機子電流ベクトルの軌跡を示している。各曲線の右端（下端）は、電流位相角が４５度である場合の動作点を示している。各曲線の左端（上端）は、モータトルクが最大となる動作点を示している。
曲線Ｂ１は１６００ｒｐｍに対応する電機子電流ベクトルの軌跡であり、曲線Ｂ８は３０００ｒｐｍに対応する電機子電流ベクトルの軌跡であり、回転速度が大きくなるほど、電流位相角が４５度である場合の電機子電流ベクトルの大きさが小さくなる。直線Ｃは、電流位相角が４５度である場合の各曲線Ｂ１～Ｂ８上の動作点を通る直線である。
例えば、曲線Ｂ１は、次のようにして描くことができる。
図３に示すようなモータ制御回路の電流ベクトル演算部４３に、電機子電流指令値Ｉａ ＊の最大値および所定の電流位相角指令値β＊を与えて、電動モータ１８を駆動する。次に、回転速度が所定の回転速度（曲線Ｂ１を作成する場合は１６００ｒｐｍ）となるように、負荷を調整する。そして、電流位相角指令値β＊を４５度から徐々に大きくしていき、複数の電流位相角指令値β＊に対するモータトルクＴｓならび電機子電流Ｉａを測定する。また、モータトルクが最大となる電流位相角指令値β＊を求めるとともに、そのときのモータトルクＴｓならび電機子電流Ｉａを測定する。
モータトルクＴｓは、図示しない測定装置を用いて測定される。電機子電流Ｉａは、図３の座標変換部５２から出力されるｄ軸電流指令値ｉｄおよびｑ軸電流指令値ｉｑから算出できる。
このようにして、電流位相角指令値β＊が４５度からモータトルクが最大となる電流位相角指令値β＊までの間に、それらの電流位相角指令値β＊を含みかつ電流位相角指令値β＊が異なるＭ個の電流位相角指令値β＊に対するモータトルクＴｓならび電機子電流Ｉａを求める。そして、Ｍ個の電流位相角指令値β＊に対応する動作点をｄ－ｑ座標上にプロットし、これらを通る曲線を描くことにより、曲線Ｂ１が得られる。他の曲線Ｂ２～Ｂ８についても、同様な方法で描くことができる。図８において、曲線Ｂ１～Ｂ８において、破線８１内にプロットされた動作点が、モータトルクが最大となる動作点である。
１６００ｒｐｍが速度番号１であるとすると、トルク指令値テーブル７１における速度番号１に対応する行に、１６００ｒｐｍの回転速度に対して求められたＭ個分のモータトルクＴｓを、例えば電流位相角指令値β＊が小さいものから順に、モータトルクＴｓ１１～Ｔｓ１Ｍとして記憶する。また、電流指令値テーブル７２における速度番号１に対応する行に、１６００ｒｐｍの回転速度に対して求められたＭ個分の電機子電流Ｉａを、電流位相角指令値β＊が小さいものから順に、電機子電流指令値Ｉａ１１ ＊～Ｉａ１Ｍ ＊として記憶する。また、電流位相角指令値テーブル７３における速度番号１に対応する行に、１６００ｒｐｍの回転速度に対して求められたＭ個分の電流位相角指令値β＊を、電流位相角指令値β＊が小さいものから順に、電流位相角指令値β１１ ＊～β１Ｍ ＊として記憶する。
他の速度番号２～Ｎそれぞれに対するＭ個分のモータトルクＴｎ１～ＴｎＭ、電機子電流指令値Ｉａｎ１ ＊～ＩａｎＭ ＊および電流位相角指令値βｎ１ ＊～βｎＭ ＊も同様にして求められて、トルク指令値テーブル７１、電流指令値テーブル７２および電流位相角指令値テーブル７３に記憶される。
速度／指令値テーブル７０に基づいて、トルク指令値Ｔｓ ＊および回転速度ωに応じた電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を求め、得られた電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊に基づいて電動モータ１８を制御する方法を「トルク／速度制御」ということにする。
次に、電流指令値設定部４２の動作について詳しく説明する。
図９は、電流指令値設定部４２の動作を説明するためのフローチャートである。図９の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。以下の説明において、回転速度演算部５４によって演算された最新の回転速度ωを、「現回転速度ω」ということにする。
電流指令値設定部４２は、指令値／最大トルクテーブル６０に基づき、第１候補の電機子電流指令値Ｉａｃａｎ１ ＊および電流位相角指令値βｃａｎ１ ＊を求める（ステップＳ１）。
具体的には、電流指令値設定部４２は、まず、正転用テーブル６１および逆転用テーブル６２のうち、トルク指令値Ｔｓ ＊の符号に応じた回転方向のテーブル６１，６２を選択する。そして、電流指令値設定部４２は、選択したテーブル６１，６２に基づいて、トルク指令値Ｔｓ ＊に応じた電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を求め、第１候補の電機子電流指令値Ｉａｃａｎ１ ＊および電流位相角指令値βｃａｎ１ ＊としてメモリに記憶する。
より具体的には、電流指令値設定部４２は、選択したテーブル６１，６２内の複数のモータトルクＴｓのうちから、トルク指令値Ｔｓ ＊と同じ大きさのモータトルクＴｓを検索する。電流指令値設定部４２は、トルク指令値Ｔｓ ＊と同じ大きさのモータトルクＴｓを検索できた場合には、そのテーブル６１，６２から、そのモータトルクＴｓに対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を読み出して、第１候補の電機子電流指令値Ｉａｃａｎ１ ＊および電流位相角指令値βｃａｎ１ ＊としてメモリに記憶する。
一方、トルク指令値Ｔｓ ＊と同じ大きさのモータトルクＴｓを検索できなかった場合には、電流指令値設定部４２は、次のような処理を行う。電流指令値設定部４２は、選択したテーブル６１，６２内の複数のモータトルクＴｓのうちから、トルク指令値Ｔｓ ＊よりも小さくかつトルク指令値Ｔｓ ＊に最も近いモータトルクＴｓ（以下、「第１モータトルクＴｓＬ」という。）に対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を読み出す。
また、電流指令値設定部４２は、前記テーブル６１，６２内の複数のモータトルクＴｓのうちから、トルク指令値Ｔｓ ＊よりも大きくかつトルク指令値Ｔｓ ＊に最も近いモータトルクＴｓ（以下、「第２モータトルクＴｓＨ」という。）に対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を読み出す。そして、電流指令値設定部４２は、読み出した２組の電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を線形補間することにより、トルク指令値Ｔｓ ＊に対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を演算する。
具体的には、第１モータトルクＴｓＬに対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を、それぞれ、ＩａＬ ＊およびβＬ ＊とし、第２モータトルクＴｓＨに対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を、それぞれ、ＩａＨ ＊およびβＨ ＊とする。また、ＴｓＨ－ＴｓＬ＝ΔＴｓとし、ＩａＨ ＊－ＩａＬ ＊＝ΔＩａ ＊とし、βＨ ＊２－βＬ ＊＝Δβ＊とする。
電流指令値設定部４２は、次式(5)および(6)に基づいて、トルク指令値Ｔｓ ＊に対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を演算し、第１候補の電機子電流指令値Ｉａｃａｎ１ ＊および電流位相角指令値βｃａｎ１ ＊としてメモリに記憶する。
Ｉａ ＊＝（ΔＩａ ＊／ΔＴｓ）・（Ｔｓ ＊－ＴｓＬ）＋ＩａＬ ＊ …(5)
β＊＝（Δβ＊／ΔＴｓ）・（Ｔｓ ＊－ＴｓＬ）＋βＬ ＊ …(6)
次に、電流指令値設定部４２は、速度／指令値テーブル７０に基づき、第２候補の電機子電流指令値Ｉａｃａｎ２ ＊および電流位相角指令値βｃａｎ２ ＊を求める（ステップＳ２）。
具体的には、電流指令値設定部４２は、トルク指令値テーブル７１から現回転速度ωに最も近い速度番号ｎを第１速度番号ｎ１として取得する。そして、トルク指令値テーブル７１内の第１速度番号ｎ１に対応する複数のモータトルクＴｓのうちから、トルク指令値Ｔｓ ＊と同じ大きさのモータトルクＴｓを検索する。トルク指令値Ｔｓ ＊と同じ大きさのモータトルクＴｓを検索できた場合には、電流指令値設定部４２は、当該モータトルクＴｓのトルク番号ｍを第１トルク番号ｍ１として取得する。
そして、電流指令値テーブル７２および電流位相角指令値テーブル７３から、第１速度番号ｎ１および第１トルク番号ｍ１に対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を読み出して、第２候補の電機子電流指令値Ｉａｃａｎ２ ＊および電流位相角指令値βｃａｎ２ ＊としてメモリに記憶する。
一方、トルク指令値Ｔｓ ＊と同じ大きさのモータトルクＴｓを検索できなかった場合には、電流指令値設定部４２は、次のような処理を行う。電流指令値設定部４２は、トルク指令値テーブル７１の第１速度番号ｎ１に対応する複数のモータトルクＴｓのうちから、トルク指令値Ｔｓ ＊よりも小さくかつトルク指令値Ｔｓ ＊に最も近いモータトルクＴｓ（以下、「第１モータトルクＴｓＬ」という。）に対応するトルク番号ｍを第１トルク番号ｍ１として取得する。そして、電流指令値テーブル７２および電流位相角指令値テーブル７３から、第１速度番号ｎ１および第１トルク番号ｍ１に対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を、第１モータトルクＴｓＬに対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊としてメモリに記憶する。
また、電流指令値設定部４２は、トルク指令値テーブル７１の第１速度番号ｎ１に対応する複数のモータトルクＴｓのうちから、トルク指令値ｓ ＊よりも大きくかつトルク指令値Ｔｓ ＊に最も近いモータトルクＴｓ（以下、「第２モータトルクＴｓＨ」という。）に対応するトルク番号ｍを第２トルク番号ｍ２として取得する。そして、電流指令値テーブル７２および電流位相角指令値テーブル７３から、第１速度番号ｎ１および第２トルク番号ｍ２に対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を読み出して、第２モータトルクＴｓＨに対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊としてメモリに記憶する。
そして、電流指令値設定部４２は、読み出した２組の電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を線形補間することにより、トルク指令値Ｔｓ ＊および現回転速度ωに対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を演算する。
具体的には、第１モータトルクＴｓＬに対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を、それぞれ、ＩａＬ ＊およびβＬ ＊とし、第２モータトルクＴｓＨに対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を、それぞれ、ＩａＨ ＊およびβＨ ＊とする。また、ＴｓＨ－ＴｓＬ＝ΔＴｓとし、ＩａＨ ＊－ＩａＬ ＊＝ΔＩａ ＊とし、βＨ ＊－βＬ ＊＝Δβ＊とする。
電流指令値設定部４２は、前記式(5)および(6)に基づいて、トルク指令値Ｔｓ ＊および現回転速度ωに対応する電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を演算し、第２候補の電機子電流指令値Ｉａｃａｎ２ ＊および電流位相角指令値βｃａｎ２ ＊としてメモリに記憶する。
次に、電流指令値設定部４２は、第１候補の電流位相角指令値βｃａｎ１ ＊が、第２候補の電流位相角指令値βｃａｎ２ ＊以上か否かを判別する（ステップＳ３）。βｃａｎ１ ＊≧βｃａｎ２ ＊であれば（ステップＳ３：ＹＥＳ）、電流指令値設定部４２は、第１候補の電機子電流指令値Ｉａｃａｎ１ ＊および電流位相角指令値βｃａｎ１ ＊を、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊として設定する（ステップＳ４）。これにより、最大トルク／電流制御が実行される。そして、今演算周期での処理を終了する。
ステップＳ３において、βｃａｎ１ ＊＜βｃａｎ２ ＊であると判別された場合には（ステップＳ３：ＮＯ）、電流指令値設定部４２は、第２候補の電機子電流指令値Ｉａｃａｎ２ ＊および電流位相角指令値βｃａｎ２ ＊を、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊として設定するステップＳ５）。これにより、トルク／速度制御が実行される。そして、今演算周期での処理を終了する。
βｃａｎ１ ＊≧βｃａｎ２ ＊である場合には第１候補が選択され、βｃａｎ１ ＊＜βｃａｎ２ ＊である場合には第２候補が選択される理由について説明する。
図８の曲線Ｂ１～Ｂ８は、トルク／速度制御における電機子電流ベクトルの軌跡を表している。曲線Ｂ１～Ｂ８は、電機子電流指令値Ｉａ ＊として最大値を与えた場合の、回転速度毎の電機子電流ベクトルの軌跡である。したがって、曲線Ｂ１～Ｂ８は、それぞれ、電圧制限楕円の一部分を構成している。電圧制限楕円は、任意の入力電圧（モータ端子間電圧）および回転速度において、制御可能な電機子電流ベクトルの範囲を、電機子電流ベクトルの軌跡として表したものである。電圧制限楕円は、電動モータ１８の回転速度が増加するほど小さくなる。
図８の曲線Ａは、最大トルク／電流制御における電機子電流ベクトルの軌跡であり、任意のトルクを電動モータ１８から出力させるのに電機子電流が最も小さくなる電機子電流ベクトルの軌跡である。
任意のトルクを電動モータ１８から出力させたいとき、トルク／速度制御の動作点が、曲線Ａ上または曲線Ａよりも右側にある場合には、最大トルク／電流制御の動作点が、そのトルクを出力するために最も効率の良い点となる。例えば、現回転速度が１６００［ｒｐｍ］であるとすると、トルク／速度制御の動作点が、曲線Ａと曲線Ｂ１の交点上または当該交点よりも右側にある場合には、最大トルク／電流制御の動作点が、そのトルクを出力するために最も効率の良い点となる。したがって、このような場合には、最大トルク／電流制御によって電動モータ１８を制御することが好ましい。そこで、βｃａｎ１ ＊≧βｃａｎ２ ＊である場合には、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊として第１候補が設定される。
一方、トルク／速度制御の動作点が、曲線Ａよりも左側にある場合には、最大トルク／電流制御では目標トルクを出力することができない。例えば、現回転速度が１６００［ｒｐｍ］であるとすると、トルク／速度制御の動作点が、曲線Ａと曲線Ｂ１の交点よりも左側にある場合には、最大トルク／電流制御では目標トルクを出力することができない。したがって、このような場合には、トルク／速度制御によって電動モータ１８を制御することが好ましい。そこで、βｃａｎ１ ＊＜βｃａｎ２ ＊である場合には、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊として第２候補が設定される。
つまり、第１実施形態では、図８のｄ－ｑ座標系において、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊により設定される電流ベクトルが、最大トルク／電流制御における電流ベクトル軌跡（曲線Ａ）とｑ軸とに囲まれた領域に含まれるように、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊が設定される。これにより、最大トルクを出力することが可能でかつ全ての回転速度領域でモータトルク指令値に応じたモータトルクを出力することが可能となる。
［２］第２実施形態
前述の第１実施形態では、速度／指令値テーブル７０は、モータ端子間電圧が所定の基準電圧である場合を想定して作成されている。モータ端子間電圧が低下した場合には、電圧制限楕円が縮小する。これにより、図８の曲線Ｂ１～Ｂ８で表される特性が変化するので、第１実施形態の速度／指令値テーブル７０の内容は、モータ端子間電圧が低下した場合の特性に適合しなくなる。
このため、モータ端子間電圧が低下した場合には、第１実施形態におけるトルク／速度制御では、トルク指令値が出力可能な範囲内であっても、出力できない領域が生じてしまうという問題がある。この理由は、第１実施形態の速度／指令値テーブル７０では、モータ端子間電圧が低下した場合、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊として、出力不可能なモータトルクに対応した指令値が設定されるため、予期しない電機子電流が電動モータ１８に流れてしまうからである。
第２実施形態の目的は、最大出力が可能でかつ全ての回転速度領域においてトルク制御が可能となるとともに、第１実施形態の上記問題を解消できるモータ制御を実現することにある。
第２実施形態では、速度／指令値テーブル７０の作成方法が第２実施形態と異なっている。つまり、トルク指令値テーブル７１、電流指令値テーブル７２および電流位相角指令値テーブル７３の作成方法が第１実施形態と異なっている。また、第２実施形態では、電流指令値設定部４２の動作が異なっている。それ以外は、第１実施形態と同様である。
まず、図１０を参照して、速度／指令値テーブル７０の作成方法について説明する。図１０には、ｄ軸電流を横軸に取り、ｑ軸電流を縦軸に取ったｄ－ｑ座標系が示されている。
まず、図１０に示すように、最大トルク／電流制御における電機子電流ベクトルの軌跡を表す曲線Ａをｄ－ｑ座標に描画する。曲線Ａは、第１実施形態と同様な方法で描画することができる。
次に、回転速度が所定範囲（この例では１６００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下の範囲）において回転速度が所定値（この例では２００ｒｐｍ）ずつ異なる８種類の回転速度毎に、モータトルクが最大となるときの動作点（以下、「最大出力点」という。）を求めて、ｄ－ｑ座標上にプロットする。図１０の破線の閉曲線９１内にプロットされた動作点が、対応する回転速度における最大出力点であり、図８の破線の閉曲線８１内にプロットされた動作点に対応している。これらの動作点は、第１実施形態で説明した曲線Ｂ１～Ｂ８の作成方法と同様な方法によって、求めることができる。
次に、ｄ－ｑ座標系の原点または当該原点の近い所定の点を収束点Ｖとして設定する。この実施形態では、曲線Ａにおけるｄ－ｑ座標系の原点に近い所定点が、収束点Ｖとして設定される。そして、回転速度毎の最大出力点と収束点Ｖとをそれぞれ直線で結ぶ。これにより、８種類の回転速度毎に、直線Ｄ１～Ｄ８が得られる。直線Ｄ１は１６００ｒｐｍに対応する直線であり、曲線Ｄ８は３０００ｒｐｍに対応する直線であり、回転速度が大きくなるほど、ｄ軸からの回転角度（電流位相角β）が大きくなっている。
次に、直線Ｄ１～Ｄ８毎に、直線上に、最大出力点を含むＭ個分の動作点を設定する。この実施形態では、各直線Ｄ１～Ｄ８上において、隣り合う２つの動作点が等しくなるように、Ｍ個の動作点が設定される。Ｍ個の動作点は、最大出力点（第１動作点）と、電動モータ１８の端子間電圧が低下した場合に、最大出力点から動作点が移動する方向に設定された複数の動作点（第２動作点）と、からなる複数の動作点（第３動作点）である。
次に、設定された各動作点に対応するｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、電機子電流Ｉａおよび電流位相角βを求める。ある動作点の電機子電流Ｉａは、その動作点のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑから求められる。
次に、動作点毎に、電機子電流Ｉａおよび電流位相角βを、図３に示すようなモータ制御回路の電流ベクトル演算部４３に電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊として与え、モータトルクＴｓを測定する。このようにして、直線Ｄ１～Ｄ８毎に、Ｍ個の動作点に対するモータトルクＴｓ、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を得ることができる。
例えば、１６００ｒｐｍが速度番号１であるとすると、トルク指令値テーブル７１（図７Ａ参照）における速度番号１に対応する行に、直線Ｄ１上のＭ個の動作点に対するモータトルクＴｓを、例えば、電機子電流指令値Ｉａが小さいものから順に、モータトルクＴｓ１１～Ｔｓ１Ｍとして記憶する。
また、電流指令値テーブル７２（図７Ｂ参照）における速度番号１に対応する行に、直線Ｄ１上のＭ個の動作点に対する電機子電流Ｉａを、電機子電流指令値Ｉａが小さいものから順に、電機子電流指令値Ｉａ１１ ＊～Ｉａ１Ｍ ＊として記憶する。また、電流位相角指令値テーブル７３における速度番号１に対応する行に、直線Ｄ１上のＭ個の動作点に対する電流位相角指令値β＊を、電機子電流指令値Ｉａが小さいものから順に、電流位相角指令値β１１ ＊～β１Ｍ ＊として記憶する。
他の速度番号２～Ｎそれぞれに対するＭ個分のモータトルクＴｎ１～ＴｎＭ、電機子電流指令値Ｉａｎ１ ＊～ＩａｎＭ ＊および電流位相角指令値βｎ１ ＊～βｎＭ ＊も同様にして、トルク指令値テーブル７１、電流指令値テーブル７２および電流位相角指令値テーブル７３に記憶される。第２実施形態の速度／指令値テーブル７０は、本発明の「第３テーブル」の一例である。
次に、電流指令値設定部４２の動作について詳しく説明する。
図１１は、電流指令値設定部４２の動作を説明するためのフローチャートである。図１１の処理は、所定の演算周期毎に繰り返し実行される。
電流指令値設定部４２は、現回転速度ωが所定回転速度ωｔｈ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。所定回転速度ωｔｈは、所定の低速回転領域と所定の高速回転領域との境界点付近の回転速度に設定される。所定の低速回転領域は、電動モータ１８の速度－トルク特性において、トルクがほぼ一定となる定トルク領域であってもよい。その場合には、所定の高速回転領域は、定トルク領域よりも回転速度が大きい定出力領域となる。
現回転速度ωが所定回転速度ωｔｈ以下であれば（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、電流指令値設定部４２Ａは、指令値／最大トルクテーブル６０を用いて、トルク指令値Ｔｓ ＊に応じた電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を設定する（ステップＳ１２：ＹＥＳ）。指令値／最大トルクテーブル６０を用いて、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を求める方法は、第１実施形態で説明した方法と同様である。そして、今演算周期での処理を終了する。
ステップＳ１１において、現回転速度ωが所定回転速度ωｔｈよりも大きいと判別された場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、電流指令値設定部４２は、速度／指令値テーブル７０を用いて、トルク指令値Ｔｓ ＊および現回転速度ωに応じた電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を設定する（ステップＳ１３：ＹＥＳ）。速度／指令値テーブル７０を用いて、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊を求める方法は、第１実施形態で説明した方法と同様である。そして、今演算周期での処理を終了する。
第２実施形態においても、ｄ－ｑ座標系において、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値により設定される電流ベクトルが、最大トルク／電流制御における電流ベクトル軌跡とｑ軸とに囲まれた領域に含まれるように、電機子電流指令値Ｉａ ＊および電流位相角指令値β＊が設定される。これにより、最大トルクを出力することが可能でかつ全ての回転速度領域でモータトルク指令値に応じたモータトルクを出力することが可能となる。
また、第２実施形態では、モータ端子間電圧の低下によって動作点が変化する方向に、複数の動作点を設定し、それらの各動作点に対応する電機子電流、電流位相角およびモータトルクを、速度／指令値テーブル７０のテーブル値として設定している。これにより、モータ端子間電圧が低下した場合においても、トルク指令値が出力可能な範囲内であれば、モータトルクを出力することが可能となる。
つまり、第２実施形態では、モータ端子間電圧が低下した場合においても、トルク指令値が出力可能なモータトルクの範囲内にある場合には、当該トルク指令値に応じたモータトルクを出力できるようになる。言い換えれば、第２実施形態では、モータ端子間電圧が低下したとしても、トルク指令値通りにモータトルクを出力できる領域が、第１実施形態に比べて広くなる。これにより、前述した第１実施形態の問題を解消できる。
以上、この発明の第１および第２実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。前述の第１および第２実施形態では、マイクロコンピュータ３１は、電圧制限部４８を備えているが、電圧制限部４８を備えていなくてもよい。
また、前述の第１および第２実施形態では、正転方向および逆転方向の双方向に回転可能なシンクロナスリラクタンスモータについて説明したが、この発明は、一方向にのみ回転駆動する電動シンクロナスリラクタンスモータにも適用することができる。
また、前述の第１および第２実施形態では、電動モータ１８はシンクロナスリラクタンスモータであるが、電動モータ１８は、リラクタンストルクを利用してロータを回転させるモータであれば、シンクロナスリラクタンスモータ以外のモータ（スイッチトリラクタンスモータ、ＩＰＭモータ等）であってもよい。
また、前述の第１および第２実施形態においては、電動パワーステアリング装置用の電動モータの制御装置に、この発明を適用した場合について説明した。しかし、この発明は、トルク指令値に基づいて制御されるモータの制御装置であれば、電動パワーステアリング装置用の電動モータの制御装置以外のモータ制御装置に適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
１２…ＥＣＵ、１８…電動モータ、２５…回転角センサ、３１…マイクロコンピュータ、４０…不揮発性メモリ、４１…トルク指令値設定部、４２…電流指令値設定部、４３…電流ベクトル演算部、５３…回転角演算部、５４…回転速度演算部、６０…指令値／最大トルクテーブル、６１…正転用テーブル、６２…逆転用テーブル、７０…速度／指令値テーブル、７１…トルク指令値テーブル、７２…電流指令値テーブル、７３…電流位相角指令値テーブル

Claims (5)

  1. リラクタンストルク利用モータを制御する制御装置であって、
    前記モータに発生させるべきモータトルクの指令値であるモータトルク指令値を設定する第１設定部と、
    前記モータの回転速度を検出する回転速度検出部と、
    前記回転速度および前記モータトルク指令値に基づき、電機子電流指令値および電流位相角指令値を設定する第２設定部と、
    前記電機子電流指令値および前記電流位相角指令値に基づき、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を設定する電流ベクトル設定部と、
    前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に基づき、前記モータを駆動する駆動部とを備え、
    前記第２設定部は、ｄ軸電流を横軸に取り、ｑ軸電流を縦軸に取ったｄ－ｑ座標系において、前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値により設定される電機子電流ベクトルが、最大トルク／電流制御における電機子電流ベクトル軌跡と前記縦軸とに囲まれた領域に含まれるように、前記電機子電流指令値および前記電流位相角指令値を設定する、モータ制御装置。
  2. 電機子電流指令値と、その電機子電流指令値においてモータトルクが最大となる電流位相角指令値との組合せに対して、前記モータから発生するモータトルクを記憶した第１テーブルと、
    前記モータの回転速度毎に、電圧制限楕円上の複数の動作点に対する電機子電流指令値、電流位相角指令値およびモータトルクを関連付けて記憶した第２テーブルとを含み、
    前記第２設定部は、
    前記モータトルク指令値および前記第１テーブルに基づき、第１候補の電機子電流指令値および電流位相角指令値を求めるとともに、前記回転速度、前記モータトルク指令値および前記第２テーブルに基づき、第２候補の電機子電流指令値および電流位相角指令値を求め、
    前記第１候補の電流位相角指令値が前記第２候補の電流位相角指令値以上である場合には、前記第１候補の電機子電流指令値および電流位相角指令値を指令値として設定し、前記第１候補の電流位相角指令値が前記第２候補の電流位相角指令値未満である場合には、前記第２候補の電機子電流指令値および電流位相角指令値を指令値として設定するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 前記モータのある回転速度に対応する前記電圧制限楕円上の複数の動作点は、当該回転速度においてモータトルクが最大となる動作点を含む、請求項２に記載のモータ制御装置。
  4. 電機子電流指令値と、その電機子電流指令値においてモータトルクが最大となる電流位相角指令値との組合せに対して、前記モータから発生するモータトルクを記憶した第１テーブルと、
    前記モータの回転速度毎に、当該回転速度においてモータトルクが最大となる第１動作点と、前記モータの端子間電圧が低下した場合に前記第１動作点から動作点が移動する方向に設定される複数の第２動作点と、からなる複数の第３動作点に対する電機子電流指令値、電流位相角指令値およびモータトルクを関連付けて記憶した第３テーブルとを含み、
    前記第２設定部は、
    前記回転速度が所定値以下であるときには、前記モータトルク指令値および前記第１テーブルに基づいて、電機子電流指令値および電流位相角指令値を設定し、
    前記回転速度が所定値よりも大きいときには、前記回転速度、前記モータトルク指令値および前記第３テーブルに基づき、電機子電流指令値および電流位相角指令値を設定する
    ように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置。
  5. 前記ｄ－ｑ座標系において、前記ｄ－ｑ座標系の原点または当該原点の近い所定の点を収束点として、前記回転速度毎に、当該回転速度における前記第１動作点と前記収束点とを結ぶ直線上に、前記複数の第３動作点が設定される、請求項４に記載のモータ制御装置。
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