JP7317250B2 - 回転電機の制御装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本願は、回転電機の制御装置及び電動パワーステアリング装置に関するものである。

永久磁石式の同期回転電機では、永久磁石の鎖交磁束により、ロータの回転角速度に比例した誘起電圧が発生する。高速回転時、最大印加電圧と誘起電圧との差が減少すると、巻線に所望のｑ軸電流を通電できなくなり、出力トルクが低下する。そこで、一般的に、高速回転時は、ｄ軸電流を負方向に増加させて、永久磁石の鎖交磁束を弱める磁束を巻線に発生させ、誘起電圧を低減する弱め磁束制御が行われる。

弱め磁束制御の方法には、各種の方法がある。特許文献１では、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との偏差に基づいて、比例制御又は積分制御を行うことにより、ｄ軸電流を増減させ、弱め磁束制御を行うように構成されている。

特許第３５５９２５８号

弱め磁束制御において、最適なｄ軸及びｑ軸の電流指令値を、フィードフォワード的に設定するためには、誘起電圧の発生に係るインダクタンス、及びロータの鎖交磁束の精度の良い情報が必要である。しかし、インダクタンス、及びロータの鎖交磁束の精度の良い情報が取得できない場合は、最適なｄ軸及びｑ軸の電流指令値をフィードフォワード的に設定できない。あるいは、インダクタンス、及びロータの鎖交磁束が、経時変化又は温度特性により変動する場合には、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値の設定精度が悪化する。

一方、特許文献１の技術では、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値とのｑ軸電流偏差に基づいて、比例制御又は積分制御により、ｄ軸電流指令値を増減させているので、インダクタンス、及びロータの鎖交磁束の情報を用いずに、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値が算出されている。しかし、回転角速度の増加により誘起電圧が増加しており、ｑ軸電流が誘起電圧による電圧制限楕円に制限され、低下している場合は、ｑ軸電流偏差が増加するので、ｄ軸電流を負方向に増加させ、ある程度良好な弱め磁束が行われると考えられる。一方、回転角速度の減少により誘起電圧が減少しており、ｑ軸電流が電圧制限楕円により制限されなくなり、ｑ軸電流偏差がなくなる場合は、ｑ軸電流偏差が０になるので、ｄ軸電流の負方向の増加量を減少させることができず、適切な弱め磁束が行われない。また、この状態では、ｑ軸電流のノイズ成分などにより、ｄ軸電流指令値が予期しない方向に変化する可能性がある。

そこで、本願は、インダクタンス及びロータの鎖交磁束の情報を用いずに、回転角速度の増減にかかわらず、ｄ軸電流の負方向の増加量を適切に増減して、適切に弱め磁束を行うことができる回転電機の制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本願に係る回転電機の制御装置は、複数相の巻線を設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有する回転電機を、電力変換器を介して制御する回転電機の制御装置であって、
前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
電流検出値を、前記ロータの回転角度に基づいて、ロータの磁極位置の方向に定めたｄ軸及び前記ｄ軸より電気角で９０度進んだ方向に定めたｑ軸からなるｄｑ軸の回転座標系上のｄ軸の電流検出値及びｑ軸の電流検出値に変換する電流座標変換部と、
ｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値を算出する電流指令値算出部と、
前記ｄ軸の電流検出値が前記ｄ軸の電流指令値に近づき、前記ｑ軸の電流検出値が前記ｑ軸の電流指令値に近づくように、ｄ軸の電圧指令値及びｑ軸の電圧指令値を変化させ、前記ｄ軸の電圧指令値及び前記ｑ軸の電圧指令値を、前記回転角度に基づいて複数相の電圧指令値に変換する電圧指令値算出部と、
前記複数相の電圧指令値に基づいて、前記電力変換器が有する複数のスイッチング素子をオンオフするスイッチング制御部と、を備え、
前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸の電流指令値が正値である場合は、前記ｑ軸の電流指令値から正値のｑ軸オフセット値を減算したオフセットｑ軸電流指令値と前記ｑ軸の電流検出値との偏差に基づいて、前記ｄ軸の電流指令値を変化させるものである。

本願に係る電動パワーステアリング装置は、
回転電機の制御装置と、
前記電力変換器と、
前記回転電機と、
前記回転電機の駆動力を車両の操舵装置に伝達する駆動力伝達機構と、を備えたものである。

本願に係る回転電機の制御装置及び電動パワーステアリング装置によれば、ｑ軸電流が誘起電圧による電圧制限楕円により上限制限されている場合に、電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値よりもｑ軸オフセット値だけ低下した直線との交点に移動するように、ｄ軸の電流指令値の負方向の増加量が増減される。この時、ｑ軸の電流検出値は、ｑ軸の電流指令値をｑ軸オフセット値だけ下回るので、ｑ軸の電圧指令値を上限制限値に張り付かせることができ、電圧指令値の電圧利用率を最大に保てる。ｑ軸の電流検出値のノイズ成分の振幅よりもｑ軸オフセット値が大きい場合は、ノイズ成分が生じても、ｑ軸の電圧指令値を上限制限値に張り付かせることができ、回転電機の異音及び騒音を低減することができる。よって、ｑ軸の電流指令値からｑ軸オフセット値を減算したオフセットｑ軸電流指令値とｑ軸の電流検出値との偏差に基づいて、ｄ軸の電流指令値を変化させることにより、インダクタンス及びロータの鎖交磁束の情報を用いずに、回転角速度により変化する電圧制限楕円に自動的に追従させ、ｄ軸電流及びｑ軸電流を、電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値よりもｑ軸オフセット値だけ低下した直線との交点に向かって変化させ、適切に弱め磁束を行うことができる。

実施の形態１に係る回転電機、電力変換器、及び制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る制御装置の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る弱め磁束制御を説明する図である。 比較例に係る弱め磁束制御を説明する図である。 比較例に係る弱め磁束制御を説明する図である。 実施の形態１に係るｄ軸電流指令値変化部のブロック図である。 実施の形態１に係るＩｑｏ＞０の場合の制御挙動を説明する図である。 実施の形態１に係るＩｑｏ＞０の場合の制御挙動を説明する図である。 実施の形態１に係るＩｑｏ＞０の場合の制御挙動を説明する図である。 実施の形態１に係るＩｑｏ＜０の場合の制御挙動を説明する図である。 実施の形態１に係るＩｑｏ＜０の場合の制御挙動を説明する図である。 実施の形態１に係る制御挙動を説明するタイムチャートである。 実施の形態１に係る比例ゲインの設定を説明するためのブロック図である。 実施の形態１に係るｑ軸電流オフセット偏差からｑ軸の電流検出値までの開ループの伝達関数のボード線図である。 比較例に係るｑ軸電流オフセット偏差からｑ軸の電流検出値までの開ループの伝達関数のボード線図である。 実施の形態２に係るｑ軸オフセット値を設定するオフセット値設定データを説明する図である。 実施の形態３に係るｄ軸電流指令値変化部のブロック図である。 実施の形態４に係る電流指令値算出部のブロック図である。 実施の形態４に係るｑ軸電流指令値変化部のブロック図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る回転電機の制御装置１０（以下、単に制御装置１０と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る回転電機１、電力変換器４、及び制御装置１０の概略構成図である。本実施の形態では、回転電機１が、電動パワーステアリング装置１００の駆動力源となっており、回転電機１、電力変換器４、及び制御装置１０が、電動パワーステアリング装置１００を構成している。

１－１．回転電機１
回転電機１は、ステータと、ステータの径方向内側に配置されたロータと、を備えている。ステータには、複数相の巻線（本例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗ）が設けられている。ロータには、永久磁石が設けられており、回転電機１は、永久磁石式の同期回転電機とされている。ロータの外周面に永久磁石が設けられた表面磁石型とされている。なお、ロータの内部に永久磁石が設けられた埋込磁石型とされてもよい。３相の巻線は、スター結線されてもよいし、デルタ結線されてもよい。

ロータには、ロータの回転角度を検出するための回転センサ２が備えられている。回転センサ２には、レゾルバ、エンコーダ、ＭＲセンサ等が用いられる。回転センサ２の出力信号は、制御装置１０に入力される。なお、後述するように、回転センサ２が備えられず、電流情報に基づいて角度が推定されるセンサレスの構成とされてもよい。

１－２．電力変換器４
電力変換器４としてインバータが用いられている。なお、電力変換器４として、インバータ以外の電力変換器、例えば、マトリックスコンバータが用いられてもよい。

インバータ４は、直流電源３の正極側に接続される正極側のスイッチング素子ＳＰと直流電源３の負極側に接続される負極側のスイッチング素子ＳＮとが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相に対応して３セット設けている。そして、各相の直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の巻線に接続されている。

具体的には、Ｕ相の直列回路では、Ｕ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｕとＵ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｕとが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点がＵ相の巻線Ｃｕに接続されている。Ｖ相の直列回路では、Ｖ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｖとＶ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｖとが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点がＶ相の巻線Ｃｖに接続されている。Ｗ相の直列回路では、Ｗの正極側のスイッチング素子ＳＰｗとＷ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｗとが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点がＷ相の巻線Ｃｗに接続されている。平滑コンデンサ５が、直流電源３の正極側と負極側との間に接続されている。

スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置１０に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置１０から出力されたスイッチング信号ＧＰｕ～ＧＮｗによりオン又はオフされる。

直流電源３は、インバータ４に直流電圧Ｖｄｃを出力する。本実施の形態では、直流電圧Ｖｄｃは、１２Ｖとされている。直流電源３として、バッテリー、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等、直流電圧Ｖｄｃを出力する機器であれば、どのような機器であってもよい。直流電源３には、直流電圧Ｖｄｃを検出する電圧センサが設けられ、電圧センサの出力信号が制御装置１０に入力されてもよい。制御装置１０は、検出した直流電圧Ｖｄｃを用いて、制御を行ってもよい。

各相の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ６が設けられている。電流センサ６は、シャント抵抗又はホール素子等の電流センサとされる。電流センサ６の出力信号は、制御装置１０に入力される。

本実施の形態では、電流センサ６は、各相の２つのスイッチング素子の直列回路に備えられている。Ｕ相の抵抗Ｒｕ、Ｖ相の抵抗Ｒｖ、及びＷ相の抵抗Ｒｗは、各相の負極側のスイッチング素子ＳＮの負極側に直列接続されている。３相の抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗは、アンプ２１、２２、２３により各相の抵抗の両端電位差が検出され、両端電位差が制御装置１０に入力される。

なお、電流センサ６は、各相の２つのスイッチング素子の直列回路と各相のコイルとを接続する電線上に備えられてもよい。或いは、電流センサは、インバータ４と直流電源３と接続する電線上に設けられ、公知の「母線１シャント方式」により、各相の巻線の電流が検出されてもよい。

１－３．電動パワーステアリング装置１００
電動パワーステアリング装置１００は、回転電機の制御装置１０と、インバータ４と、回転電機１と、回転電機１の駆動力を車両の操舵装置１０２に伝達する駆動力伝達機構１０１と、を備えている。

回転電機１のロータの回転軸は、駆動力伝達機構１０１を介して車輪１０３の操舵装置１０２に連結される。例えば、電動パワーステアリング装置１００は、運転者が左右に回転するハンドル１０４と、ハンドル１０４に連結されて、ハンドル１０４による操舵トルクを車輪１０３の操舵装置１０２に伝達するシャフト１０５と、シャフト１０５に取り付けられ、ハンドル１０４による操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ１０６と、回転電機１の回転軸をシャフト１０５に連結するウォームギヤ機構等の駆動力伝達機構１０１と、を備えている。トルクセンサ１０６の出力信号は、制御装置１０（入力回路９２）に入力される。

１－４．制御装置１０
制御装置１０は、インバータ４を介して回転電機１を制御する。図２に示すように、制御装置１０は、回転検出部３１、電流検出部３２、電流座標変換部３３、電流指令値算出部３４、電圧指令値算出部３５、及びスイッチング制御部３６等を備えている。制御装置１０の各機能は、制御装置１０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１０は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、回転センサ２、電流センサ６、トルクセンサ１０６等の各種のセンサ、スイッチが接続され、これらセンサ、スイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置１０が備える各制御部３１～３６等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１～３６等が用いる内分率、制御ゲイン等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１０の各機能について詳細に説明する。

１－４－１．基本制御
＜回転検出部３１＞
回転検出部３１は、電気角でのロータの磁極位置θ（ロータの回転角度θ）及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、回転センサ２の出力信号に基づいて、ロータの磁極位置θ（回転角度θ）及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、磁極位置は、ロータに設けられた永久磁石のＮ極の向きに設定される。回転角速度ωは、回転角度θを微分して算出される。なお、回転検出部３１は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度（磁極位置）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。

＜電流検出部３２＞
電流検出部３２は、電流センサ６の出力信号に基づいて、３相の巻線に流れる電流Ｉｕｓ、Ｉｖｓ、Ｉｗｓを検出する。電流検出部３２は、電流センサ６の出力信号に基づいて、Ｕ相の巻線に流れる電流Ｉｕｓを検出し、Ｖ相の巻線に流れる電流Ｉｖｓを検出し、Ｗ相の巻線に流れる電流Ｉｗｓを検出する。なお、電流センサ６が２相の巻線電流を検出するように構成され、残りの１相の巻線電流が、２相の巻線電流の検出値に基づいて算出されてもよい。例えば、電流センサ６が、Ｖ相及びＷ相の巻線電流Ｉｖｓ、Ｉｗｓを検出し、Ｕ相の巻線電流Ｉｕｓが、Ｉｕｓ＝－Ｉｖｓ－Ｉｗｓにより算出されてもよい。

＜電流座標変換部３３＞
電流座標変換部３３は、３相巻線の電流検出値Ｉｕｓ、Ｉｖｓ、Ｉｗｓを、回転角度θに基づいてｄ軸の電流検出値Ｉｄｓ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｓに変換する。本実施の形態では、電流座標変換部３３は、３相巻線の電流検出値Ｉｕｓ、Ｉｖｓ、Ｉｗｓを、次式に示すように、回転角度θに基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄ軸及びｑ軸の電流検出値Ｉｄｓ、Ｉｑｓに変換する。

なお、ｄ軸は、磁石の磁極（Ｎ極）の方向に定められ、ｑ軸は、ｄ軸より電気角で９０度進んだ方向に定められる。

＜電圧指令値算出部３５＞
電圧指令値算出部３５は、電流制御部３５１、ｑ軸電圧制限部３５２、及び電圧座標変換部３５３を備えている。電流制御部３５１は、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｓがｄ軸の電流指令値Ｉｄｏに近づき、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓがｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに近づくように、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏ及びｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを変化させる。電流指令値算出部３４によるｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏの算出については後述する。例えば、電圧指令値算出部３５は、次式に示すように、比例積分制御を行う。

ここで、Ｋｄ、Ｋｑは、比例ゲインであり、Ｔｄ、Ｔｑは、積分時間であり、ｓは、ラプラス演算子である。

なお、ｄ軸電流とｑ軸電流の非干渉化のためのフィードフォワード制御が行われてもよい。すなわち、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏに、「－ω×Ｌｑ×Ｉｑｏ」が加算され、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏに、「ω×（Ｌｄ×Ｉｄｏ＋ψ）」が加算されてもよい。Ｌｑは、ｑ軸のインダクタンスであり、Ｌｄは、ｄ軸のインダクタンスであり、ψは、磁石の起磁力が巻線に鎖交する鎖交磁束である。

ｑ軸電圧制限部３５２は、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏが、直流電圧Ｖｄｃに応じた最大印加電圧Ｖｄｃ／Ｋｍの範囲を超えないように、直流電圧Ｖｄｃ及びｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏに基づいて、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを制限する。例えば、ｑ軸電圧制限部３５２は、次式に示すように、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏが、最大印加電圧Ｖｄｃ／Ｋｍ及びｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏに基づいて算出された上限制限値ＶｑｌｍｔＨ及び下限制限値ＶｑｌｍｔＬを超えないように、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏに対して上限制限及び下限制限を行い、上限制限及び下限制限後の値を、最終的なｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏとして算出する。

ここで、Ｋｍは、電圧利用率に対応する係数であり、次式に示すように、３次高調波重畳などの変調の有無に応じて設定される。

この構成によれば、最大印加電圧Ｖｄｃ／Ｋｍに対応する電圧制限円に沿って、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏを優先的に変化させ、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを従属的に変化させることができる。よって、後述するように、弱め磁束制御においてｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを優先的に変化させる構成に対応させて、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏを優先的に変化させ、ｄ軸電流Ｉｄを優先的に変化させることができる。

ｑ軸電圧制限部３５２は、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏの制限処理に用いるｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏにローパスフィルタ処理を行ってもよい。ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏが振動し、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏが振動する。上記のように、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏにローパスフィルタ処理を行った値を用いることにより、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏの振動が抑制され、回転電機の振動及び騒音を低減することができる。

電圧座標変換部３５３は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを、回転角度θに基づいて３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに変換する。本実施の形態では、電圧座標変換部３５３は、ｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを、次式に示すように、回転角度θに基づいて固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに変換する。

なお、電圧座標変換部３５３は、電圧利用率を向上するために、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに対して、２相変調、３次高調波重畳等の公知の変調を加えてもよい。

＜スイッチング制御部３６＞
スイッチング制御部３６は、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに基づいて、インバータ４が有する複数のスイッチング素子をオンオフする。スイッチング制御部３６は、公知のキャリア比較ＰＷＭ又は空間ベクトルＰＷＭを用いる。

キャリア比較ＰＷＭが用いられる場合は、スイッチング制御部３６は、キャリア波と３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏのそれぞれとを比較し、比較結果に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフする。キャリア波は、ＰＷＭ周期Ｔｃで０を中心に直流電圧の半分値Ｖｄｃ／２の振幅で振動する三角波とされている。スイッチング制御部３６は、各相について、キャリア波が電圧指令値を下回った場合は、正極側のスイッチング素子のスイッチング信号ＧＰをオンして、正極側のスイッチング素子をオンし、キャリア波ＣＡが電圧指令値を上回った場合は、正極側のスイッチング素子のスイッチング信号ＧＰをオフして、正極側のスイッチング素子をオフする。一方、スイッチング制御部３６は、各相について、キャリア波が電圧指令値を下回った場合は、負極側のスイッチング素子のスイッチング信号ＧＮをオフして、負極側のスイッチング素子をオフして、負極側のスイッチング素子をオフし、キャリア波ＣＡが電圧指令値を上回った場合は、負極側のスイッチング素子のスイッチング信号ＧＮをオンして、負極側のスイッチング素子をオンする。なお、各相について、正極側のスイッチング素子のオン期間と負極側のスイッチング素子のオン期間との間には、正極側及び負極側のスイッチング素子の双方をオフにする短絡防止期間（デッドタイム）が設けられてもよい。

空間ベクトルＰＷＭが用いられる場合は、スイッチング制御部３６は、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏから電圧指令ベクトルを生成し、電圧指令ベクトルに基づいて、ＰＷＭ周期における７つの基本電圧ベクトルの出力時間配分を決定し、７つの基本電圧ベクトルの出力時間配分に基づいて、ＰＷＭ周期において各スイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。

１－４－２．電流指令値算出部３４
電流指令値算出部３４は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ、及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを算出する。本実施の形態では、電流指令値算出部３４は、基本電流指令値算出部３４１、ｄ軸電流指令値変化部３４２、ｄ軸電流指令値制限部３４３、及びｑ軸電流指令値制限部３４４を備えている。

１－４－２－１．基本電流指令値算出部３４１
基本電流指令値算出部３４１は、ｄ軸の基本電流指令値Ｉｄｏｂ及びｑ軸の基本電流指令値Ｉｑｏｂを算出する。本実施の形態では、基本電流指令値算出部３４１は、トルクセンサ１０６の出力信号に基づいて、運転者の操舵トルクＴｓを検出する。そして、基本電流指令値算出部３４１は、次式に示すように、操舵トルクＴｓに基づいてｑ軸の基本電流指令値Ｉｑｏｂを設定し、ｄ軸の基本電流指令値Ｉｄｏｂを０に設定する。すなわち、Ｉｄ＝０制御が行われる。Ｉｄ＝０制御では、ｄ軸の基本電流指令値Ｉｄｏｂが０に設定される。Ｉｄ＝０制御は、本実施の形態の表面磁石型の回転電機に好適である。表面磁石型の回転電機では、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとがほぼ等しくなり、ｑ軸電流Ｉｑに比例してトルクが変化する。

ここで、Ｋａは、定数であるが、操舵トルクＴｓ及び車両の走行速度等に応じて変化されてもよい。また、ｑ軸の基本電流指令値Ｉｑｏｂは、操舵状況に応じた公知の補償制御に基づいて設定されてもよい。

埋込磁石型の回転電機の場合は、Ｉｄ＝０制御の代わりに、最大トルク電流制御などの他の制御方法によりｄ軸及びｑ軸の基本電流指令値Ｉｄｏｂ、Ｉｑｏｂが設定されてもよい。最大トルク電流制御では、同一電流に対して発生トルクを最大にするようなｄ軸及びｑ軸の基本電流指令値Ｉｄｏｂ、Ｉｑｏｂが算出される。

１－４－２－２．弱め磁束制御
＜インダクタンス及び鎖交磁束の情報を用いない弱め磁束制御の課題＞
回転電機の電圧方程式は、式（１）のようになる。

ここで、Ｖｄは、ｄ軸の印加電圧であり、Ｖｑは、ｑ軸の印加電圧であり、Ｉｄは、ｄ軸の電流であり、Ｉｑは、ｑ軸の電流であり、ｓはラプラス演算子であり、Ｒは巻線抵抗であり、ψはロータ磁石による鎖交磁束であり、Ｌｄはｄ軸インダクタンスであり、Ｌｑはｑ軸インダクタンスである。

式（７）の回転角速度ωが乗算される項は、次式に示すように、巻線に生じる誘起電圧の項であり、ｄ軸の誘起電圧Ｖｄｉ及びｑ軸の誘起電圧Ｖｑｉは、回転角速度ωが増加するに従って増加する。

誘起電圧Ｖｉは、次式に示すようになり、誘起電圧Ｖｉが、印加可能な最大印加電圧Ｖｄｃ／Ｋｍに近づくと、通電可能な巻線電流量が減少するため、回転電機のトルクが減少する。

そこで、式（９）からわかるように、ｄ軸電流Ｉｄを負方向に増加させることにより、ロータの鎖交磁束ψを打ち消す磁束を発生させて、誘起電圧Ｖｉを減少させ、巻線電流量を増加させる弱め磁束制御が、一般的に行われる。

また、次式に示すように、巻線電流は、流すことができる巻線電流の最大電流値Ｉｍａｘにより上限制限される。式（１０）で表される電流制限円の範囲内に、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを制御する必要がある。

また、次式に示すように、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑは、誘起電圧Ｖｉが、印加可能な最大印加電圧Ｖｄｃ／Ｋｍに一致する電圧制限楕円の範囲内になるように制限される。

図４に示すように、弱め磁束制御の領域のある回転角速度ωで、所望のトルクを得るｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑは、電圧制限楕円とｑ軸の電流指令値Ｉｑｏとの交点になる。電流制限円によりｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが制限される場合は、電圧制限楕円と電流制限円との交点になる。

しかし、従来のように、このような最適なｄ軸及びｑ軸の電流指令値を、フィードフォワード的に設定するためには、電圧制限楕円に係るｄ軸及びｑ軸インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及びロータの鎖交磁束ψの精度の良い情報が必要である。しかし、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及びロータの鎖交磁束ψの精度の良い情報が取得できない場合は、最適なｄ軸及びｑ軸の電流指令値をフィードフォワード的に設定できない。あるいは、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及びロータの鎖交磁束ψが、経時変化又は温度特性により変動する場合には、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値の設定精度が悪化する。

一方、特許文献１の技術では、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値とのｑ軸電流偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒに基づいて、比例制御又は積分制御により、ｄ軸電流指令値を増減させている。特許文献１の技術では、積分制御を行えば、図５に示すように、ｑ軸電流偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒが０になるまで、電圧制限楕円に沿って、ｄ軸電流指令値Ｉｄｏを、電圧制限楕円とｑ軸の電流指令値Ｉｑｏとの交点まで変化できるとも考えられる。しかし、これは、回転角速度ωの増加により電圧制限楕円が狭まった、又は目標トルクの増加によりｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが増加したことなどにより、ｄ軸電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｏが、電圧制限楕円の外側にあり、ｄ軸電流及びｑ軸電流が、電圧制限楕円により制限されている状態では、うまく働くと考えられる。一方、図６に示すように、回転角速度ωの減少により電圧制限楕円が広がった、又は目標トルクの減少によりｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが減少したことなどにより、ｄ軸電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸電流指令値Ｉｄｏが、電圧制限楕円の内側にある場合は、ｄ軸電流及びｑ軸電流は、電圧制限楕円により制限されないので、ｑ軸電流偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒは０のままになり、ｄ軸電流及びｑ軸電流は、電圧制限楕円とｑ軸の電流指令値Ｉｑｏとの交点に向かって変化せずに、ｑ軸電流のノイズ成分、誤差成分により予期しない方向に変化する。

このように、ｑ軸電流偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒに基づいた積分制御を行って、ｄ軸電流指令値Ｉｄｏを変化させるだけでは、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ及び鎖交磁束ψの情報を用いていないので、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値が、電圧制限楕円の外側にあるか内側にあるかを判定できず、回転角速度ωの増減及び目標トルクの増減などの運転状態の変化に対して、トルクを最大にするような弱め磁束制御の最適なｄ軸及びｑ軸の電流指令値を設定することができない。

そこで、弱め磁束制御において、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及びロータの鎖交磁束ψの情報を用いずに、回転角速度ω及び目標トルクの増減にかかわらず、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを、電圧制限楕円とｑ軸の電流指令値Ｉｑｏとの交点付近に制御し、適切に弱め磁束を行い、トルクを増加させることができる制御装置が求められる。

＜ｄ軸電流指令値変化部３４２＞
図７にｄ軸電流指令値変化部３４２のブロック図を示す。ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが正値である場合は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏから正値のｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを減算したオフセットｑ軸電流指令値Ｉｑｏｆｆｏと、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓとの偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆ（以下、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆと称す）に基づいて、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを変化させる。

図７におけるＩｑо、Ｉｑｓ、ΔＩｑоｆｆの加減算の順序は一例を挙げたものであって、加減算の順序を問わず、Ｉｑо＞０の場合においては、ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆ＝Ｉｑо－Ｉｑｓ―ΔＩｑоｆｆが成り立ち、後述するＩｑо＜０の場合においては、ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆ＝Ｉｑо－Ｉｑｓ＋ΔＩｑоｆｆが成り立つものは、本発明の範囲内であることはいうまでもない。

この構成によれば、ｑ軸電流が電圧制限楕円により上限制限されている場合に、電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ低下した直線との交点に移動するように、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏの負方向の増加量が増減される。電流制限円によりｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが制限される場合は、電圧制限楕円と、電流制限円よりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ低下した円の交点に移動する。この時、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓは、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏをｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ下回るので、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨに張り付かせることができ、電圧利用率を最大値に保てる。また、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓのノイズ成分の振幅よりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆが大きい場合は、ノイズ成分が生じても、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを上限制限値ＶｑｌｍｔＨに張り付かせることができ、回転電機の異音及び騒音を低減することができる。

例えば、図８に示すように、電圧指令値の電圧飽和状態で、回転角速度ωが増加すると、誘起電圧が増加し、ｑ軸電流が減少するので、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを維持しようと、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが負方向に増加され、回転角速度ωの増加により狭まった電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ低下した直線との交点に移動する。一方、図９に示すように、電圧指令値の電圧飽和状態で、回転角速度ωが減少すると、誘起電圧が減少し、ｑ軸電流が増加するので、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを維持しようと、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが正方向に増加され、回転角速度ωの低下により広がった電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ低下した直線との交点に移動する。よって、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及びロータの鎖交磁束ψの情報を用いずに、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを設けたフィードバック制御を行うだけで、回転角速度ωにより変化する電圧制限楕円に自動的に追従させ、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを、電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ低下した直線との交点に制御し、適切に弱め磁束を行い、トルクを増加させることができる。

一方、図１０に示すように、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏからｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ減算した値が、電圧制限楕円よりも内側にある場合は、ｑ軸電流がｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに追従するので、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを生じさせようと、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが正方向に増加され、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏの負方向の増加量が０になり、弱め磁束制御が行われない。

ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが正値である場合は、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓがオフセットｑ軸電流指令値Ｉｑｏｆｆｏを下回った場合（ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆ＞０）は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを減少させ、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓがオフセットｑ軸電流指令値Ｉｑｏｆｆｏを上回った場合（ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆ＜０）は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを増加させる。

ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆに基づいて、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏを算出し、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏをｄ軸の基本電流指令値Ｉｄｏｂに加算して、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを算出する。例えば、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆに基づいて、比例積分制御を行って、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏを算出する。

ここで、Ｋｐｉｄは、正値に設定されたｄ軸電流指令値算出用の比例ゲインであり、Ｔｉｉｄは、ｄ軸電流指令値算出用の積分時間であり、ｓは、ラプラス演算子である。ｄ軸電流指令値算出用の比例ゲインＫｐｉｄ及び積分時間Ｔｉｉｄの設定方法については後述する。なお、比例積分制御の代わりに、積分制御、比例制御、又は比例積分微分制御などの任意のフィードバック制御が用いられてもよい。

＜ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏ＜０の場合＞
一方、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが負値である場合は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに正値のｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを加算したオフセットｑ軸電流指令値Ｉｑｏｆｆｏとｑ軸の電流検出値Ｉｑｓとの偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆ（ｑ軸電流オフセット偏差）に基づいて、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを変化させる。

この構成によれば、ｑ軸電流が電圧制限楕円により下限制限されている場合に、電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ増加した直線との交点に移動するように、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏの負方向の増加量が増減される。電流制限円によりｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが制限される場合は、電圧制限楕円と、電流制限円よりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ増加した円の交点に移動する。この時、ｑ軸電流は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏをｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ上回るので、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを電圧制限円による下限制限値ＶｑｌｍｔＬに張り付かせることができ、電圧利用率を最大値に保てる。また、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓのノイズ成分の振幅よりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆが大きい場合は、ノイズ成分が生じても、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを下限制限値ＶｑｌｍｔＬに張り付かせることができ、回転電機の異音及び騒音を低減することができる。

例えば、図１１に示すように、電圧指令値の電圧飽和状態で、回転角速度ωが増加すると、誘起電圧が増加し、負のｑ軸電流が増加するので、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを維持しようと、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが負方向に増加され、回転角速度ωの増加により狭まった電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ増加した直線との交点に移動する。一方、図１２に示すように、電圧指令値の電圧飽和状態で、回転角速度ωが減少すると、誘起電圧が減少し、負のｑ軸電流が減少するので、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを維持しようと、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが正方向に増加され、回転角速度ωの減少により広がった電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ増加した直線との交点に移動する。よって、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及びロータの鎖交磁束ψの情報を用いずに、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを設けたフィードバック制御を行うだけで、回転角速度ωにより変化する電圧制限楕円に自動的に追従させ、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを、電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ増加した直線との交点に制御し、適切に弱め磁束を行い、負のトルクの絶対値を増加させることができる。

ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが負値である場合は、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓがオフセットｑ軸電流指令値Ｉｑｏｆｆｏを上回った場合（ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆ＜０）は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを減少させ、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓがオフセットｑ軸電流指令値Ｉｑｏｆｆｏを下回った場合（ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆ＞０）は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを増加させる。

ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが負値である場合は、次式に示すように、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆに基づいて、比例積分制御を行って、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏを算出する。

＜ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏの上下限制限＞
次式に示すように、ｄ軸電流指令値制限部３４３は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを、上限制限値ＩｄｌｍｔＨにより上限制限し、下限制限値ＩｄｌｍｔＬにより下限制限する。上限制限値ＩｄｌｍｔＨは、ｄ軸の基本電流指令値Ｉｄｏｂに設定される。下限制限値ＩｄｌｍｔＬは、ロータの永久磁石の不可逆減磁の発生を防止するための負の制限値に設定される。

回転角速度ωが基底回転角速度以下である場合など、弱め磁束制御を実行する必要がない領域では、Ｉｄｏ＝Ｉｄｏｂに強制的に設定されてもよい。

＜ｑ軸電流指令値制限部３４４＞
ｑ軸電流指令値制限部３４４は、３相の巻線に供給される電流が、３相の巻線に供給できる最大電流値Ｉｍａｘの範囲を超えないように、最大電流値Ｉｍａｘ及びｄ軸の電流指令値Ｉｄｏに基づいて、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを制限する。例えば、ｑ軸電流指令値制限部３４４は、次式に示すように、ｑ軸の基本電流指令値Ｉｑｏｂが、最大電流値Ｉｍａｘ及びｄ軸の電流指令値Ｉｄｏに基づいて算出された上限制限値ＩｑｌｍｔＨ及び下限制限値ＩｑｌｍｔＬを超えないように、ｑ軸の基本電流指令値Ｉｑｏｂに対して上限制限及び下限制限を行い、上限制限及び下限制限後の値を、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏとして算出する。この制限処理は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏ、Ｉｄｏを、最大電流値Ｉｍａｘの電流制限円の範囲内に制限する処理である。

この構成によれば、ｑ軸の基本電流指令値Ｉｑｏｂが最大電流値Ｉｍａｘに対応する電流制限円に制限される場合に、最大電流値Ｉｍａｘに対応する電流制限円に沿って、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを優先的に変化させ、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを従属的に変化させることができる。よって、弱め磁束制御においてｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを優先的に変化させ、弱め磁束量の適正化を行うことができる。

＜制御挙動＞
図１３のタイムチャートを参照して、制御挙動を説明する。ｑ軸の基本電流指令値Ｉｑｏｂが最大電流値Ｉｍａｘよりも小さい正の一定値の状態で、時刻ｔ０３まで回転角速度ωが次第に増加し、時刻ｔ０３以降、回転角速度ωが次第に減少している。

時刻ｔ０１までは、回転角速度ωが低いため電圧制限楕円が広く、ｑ軸及びｄ軸の電流指令値Ｉｑｏ、Ｉｄｏは、電圧制限楕円の内側にあり、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓは、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに追従している。そのため、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆは、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆの負値になり、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏは０まで増加され、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏは０に設定され、弱め磁束制御は行われていない。

一方、時刻ｔ０１以前において、回転角速度ωが次第に増加するに従って、誘起電圧が次第に増加し、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓをｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに維持するために、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏが電流フィードバック制御により次第に増加している。

時刻ｔ０１で、回転角速度ωの増加により、誘起電圧が増加し、電圧制限楕円が狭まり、ｑ軸及びｄ軸の電流指令値Ｉｑｏ、Ｉｄｏが、電圧制限楕円に一致し、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏは、電圧制限円に到達している。そして、時刻ｔ０１から時刻ｔ０２の間で、ｑ軸及びｄ軸の電流指令値Ｉｑｏ、Ｉｄｏが電圧制限楕円の外側になり、電圧制限楕円に制限されてｑ軸の電流検出値Ｉｑｓが、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏから次第に低下している。しかし、指令値に対するｑ軸電流の低下量が、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを上回っておらず、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆは負値のままであり、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏは０まで増加されたままである。

時刻ｔ０２以降、図１３に破線で示すように、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏが０のままであると、指令値に対するｑ軸電流の低下量が、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを上回り、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆが正値になるので、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆを０に保つために、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏは、０から次第に減少していき、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏは０から次第に減少していく。この時、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓは、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏをｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ下回るので、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏが電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨに張り付いており、電圧利用率を最大値に保てている。このように、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを負方向に増加させることにより、弱め磁束制御により、図１３に破線で示したΔＩｄｏ＝０の場合よりも、ｑ軸電流を増加させることができ、トルクを増加させることができている。したがって、回転角速度ωが増加する場合に、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及びロータの鎖交磁束ψの情報を用いずに、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを設けたフィードバック制御を行うだけで、次第に狭まる電圧制限楕円に自動的に追従させ、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを、電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ低下した直線との交点に制御し、適切に弱め磁束を行い、トルクを増加させることができる。

時刻ｔ０３以降、回転角速度ωが次第に減少され、誘起電圧が次第に増加し、電圧制限楕円が次第に広がる。図１３に一点鎖線で示すように、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏが時刻ｔ０３の値のままであると、指令値に対するｑ軸電流の低下量が、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを下回り、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆが負値になるので、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆを０に保つために、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏは、次第に増加していき、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏは次第に増加していく。この時、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓは、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏをｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ下回るので、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏが電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨに張り付いており、電圧利用率を最大値に保てている。このように、回転角速度ωが減少する場合も、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、及びロータの鎖交磁束ψの情報を用いずに、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを設けたフィードバック制御を行うだけで、次第に広がる電圧制限楕円に自動的に追従させ、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを、電圧制限楕円と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ低下した直線との交点に制御し、適切に弱め磁束を行い、トルクを増加させることができる。

時刻ｔ０４で、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏは０まで増加され、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏは０に設定され、弱め磁束制御が終了する。そして、時刻ｔ０４から時刻ｔ０５の間で、回転角速度ωの増加に従って、誘起電圧が次第に減少し、電圧制限楕円が次第に広がり、指令値に対するｑ軸電流の低下量が次第に減少していく。そして、時刻ｔ０５で、ｑ軸及びｄ軸の電流指令値Ｉｑｏ、Ｉｄｏが、電圧制限楕円に一致し、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏは、電圧制限円に到達している。時刻ｔ０５以降、ｑ軸及びｄ軸の電流指令値Ｉｑｏ、Ｉｄｏが電圧制限楕円の内側になり、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓは、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに追従し、誘起電圧の低下とともに、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏが低下していく。

＜ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆの設定＞
上述したように、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓが、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ下回る又は上回るように、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが優先的に変化されるので、ｑ軸電流のフィードバック制御により、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨ又は下限制限値ＶｑｌｍｔＬに張り付かせることができ、電圧利用率を最大値に保てる。一方、トルクは、ｑ軸の電流に比例し、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓが、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ下回る又は上回るので、トルクの絶対値が、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ低下する。トルクの絶対値の低下を小さくするために、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを小さくしたい。しかし、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓ又はｑ軸の電流指令値Ｉｑｏの変動又はノイズ成分により、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓがｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを上回る又は下回ると、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨ又は下限制限値ＶｑｌｍｔＬに常に張り付かせることができなくなり、電圧利用率を常に最大値に保てなくなる。よって、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆは、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓ又はｑ軸の電流指令値Ｉｑｏの変動又はノイズ成分よりも大きく設定されることが望ましい。

ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏの絶対値が小さい場合に、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを大きくすると、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓの正負が、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏの正負と異なり、トルクの正負が反転する。これを防止するために、次式に示すように、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏの絶対値よりも小さい値に設定する。

式（２６）を用いて後述するように、制御周期当たりのｄ軸の電流検出値の変化量ΔＩｄｓにより生じる、制御周期当たりのｑ軸の電流検出値の変化量ΔＩｑｓの応答は、次式のようになる。よって、ｑ軸の電流検出値の変化量ΔＩｑｓが、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆよりも小さくなれば、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨ又は下限制限値ＶｑｌｍｔＬに常に張り付かせることができる。

ここで、制御周期は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを演算する制御周期である。回転角速度ωは、回転電機の最大回転角速度ωｍａｘが想定されればよい。微分インダクタンス項Ｌｑ×ｓは、動作条件により常に変化することと、式全体への影響が微小であることから無視する。また、ｄ軸の電流指令値を変化させる応答に対して、電流フィードバック制御の応答が十分に速いので、ｄ軸の電流検出値の変化量ΔＩｄｓを、制御周期当たりのｄ軸の電流指令値の変化量ΔＩｄｏｄＴに置き換えることができる。これらから、式（１９）を次式に変更することができる。

制御周期当たりのｄ軸の電流指令値の変化量ΔＩｄｏｄＴは、予め把握できる。よって、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、式（２０）を満たすように、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを設定すればよい。

また、次式に示すように、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓに重畳するノイズ成分の振幅ΔＩｑｎｓよりも大きい値に設定することが望ましい。ｑ軸電流にノイズ成分が重畳しても、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨ又は下限制限値ＶｑｌｍｔＬに常に張り付かせることができる。

ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓのノイズ成分により、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆが変動し、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏも変動する。特に、比例制御の項の変動が大きくなり、比例ゲインＫｐｉｄによる増幅を考慮する必要がある。ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏの変動により、電流制限円を介して、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが比例的に変動する。

よって、次式に示すように、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓに重畳するノイズ成分の振幅ΔＩｑｎｓに、ｄ軸電流指令値算出用の比例ゲインＫｐｉｄを乗算した値よりも大きい値に設定することが望ましい。

ｑ軸電流のノイズの影響を低減するため、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆの算出に用いられるｑ軸の電流検出値Ｉｑｓに対して、ノイズ成分を低減するローパスフィルタ処理が行われてもよい。ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏの算出処理の応答性が悪化しないように設定されればよい。

以上から、例えば、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、式（２０）、式（２１）及び式（２２）のいずれか１つ以上を満たすように設定されたｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを、式（１９）のように、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏの絶対値により上限制限すればよい。

＜ｄ軸電流指令値算出用の比例ゲインＫｐｉｄの設定＞
式（１３）及び式（１５）の比例ゲインＫｐｉｄは、正値に設定されればよいが、以下で、応答性を考慮した好適な設定方法について説明する。ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｄ軸電流指令値算出用の比例ゲインＫｐｉｄを、回転角速度ωに反比例させて変化させる。本実施の形態では、次式に示すように、目標応答角周波数ωｉｄｏを回転角速度ωで除算した値が、比例ゲインＫｐｉｄに設定される。目標応答角周波数ωｉｄｏは、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆに応じてｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを変化させ、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆの絶対値を減少させるフィードバック制御系の目標応答角周波数である。

目標応答角周波数ωｉｄｏは、Ｒ／Ｌｑよりも大きい値に設定されるとよい。このように設定すれば、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆが収束する時間（時定数）が、回路の時定数Ｌｑ／Ｒよりも短くなる。これにより、弱め磁束制御の領域において、回転角速度及び要求トルクの変化に対して、比較的速く、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを変化させ、出力トルクを変化させることができる。本実施の形態のように、回転電機が、電動パワーステアリング装置１００のアシスト用駆動力源として用いられる場合は、例えば、目標応答角周波数ωｉｄｏは、２５０［ｒａｄ／ｓ］から１２００［ｒａｄ／ｓ］の間の値に設定されると、良好な操舵感になる場合がある。

式（１３）及び式（１５）の積分時間Ｔｉｉｄは、例えば、回路の時定数Ｌｑ／Ｒに設定されるとよい。なお、積分ゲインは、Ｋｐｉｄ／Ｔｉｉｄになる。よって、式（２３）から、積分ゲインも、回転角速度ωに反比例させて変化される。例えば、積分ゲインは、目標応答角周波数ωｉｄｏに巻線の抵抗値Ｒを乗算した値を、回転角速度ω及びインダクタンスＬｑで除算した値に設定される。

式（７）の電圧方程式からｑ軸電圧Ｖｑの式を取り出し、ＶｑをＶｑｏに置き換え、Ｉｄ、ＩｑをＩｄｓ、Ｉｑｓに置き換えると、次式となる。

式（２４）を、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓについて解くと、次式を得る。

弱め磁束制御の実行時は、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏが、電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨ又は下限制限値ＶｑｌｍｔＬに一致している状態になるので、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏの操作によるｑ軸の電流検出値Ｉｑｓの制御を考えず、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｓの操作によるｑ軸の電流検出値Ｉｑｓの制御を考える。よって、式（２５）のＶｑｏ及びωψの項を無視すると、式（２５）は、次式のようになる。

式（２６）から、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｓからｑ軸の電流検出値Ｉｑｓまでの伝達関数Ｇｐ（ｓ）は、次式のようになる。

よって、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｓの操作によるｑ軸の電流検出値Ｉｑｓの変化量は、回転角速度ωに比例して増大することがわかる。

この伝達関数Ｇｐ（ｓ）を用いると、制御系は、図１４のブロック図のように表せられる。ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆからｄ軸の電流指令値Ｉｄｏまでの伝達関数Ｇｃ（ｓ）は、式（１３）、式（２３）より、次式のようになる。ただし、積分時間Ｔｉｉｄを、Ｌｑ／Ｒに設定している。

ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏからｄ軸の電流検出値Ｉｄｓまでの伝達関数Ｇｄ（ｓ）は、次式で表せられる。ここで、ωｉｄｓは、ｄ軸の電流フィードバック制御の目標応答角周波数である。

ｄ軸の電流フィードバック制御の目標応答角周波数ωｉｄｓは、ｄ軸の電流指令値の目標応答角周波数ωｉｄｏよりも十分に高く設定されることが望ましい。ωｉｄｓは、式（２）のｄ軸の比例ゲインＫｄを用いて、Ｋｄ／Ｌｄになる。よって、ｄ軸の比例ゲインＫｄは、ωｉｄｏ×Ｌｄよりも、大きい値に設定されればよい。例えば、好ましくは、ｄ軸の比例ゲインＫｄは、３×ωｉｄｏ×Ｌｄよりも大きい値に設定されればよく、更に好ましくは、ｄ軸の比例ゲインＫｄは、５×ωｉｄｏ×Ｌｄよりも大きい値に設定されればよい。ｄ軸の比例ゲインＫｄをこのように設定することで、Ｇｄ（ｓ）≒１とみなすことができる。

以上から、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆからｑ軸の電流検出値Ｉｑｓまでの開ループの伝達関数Ｇｏｐ（ｓ）は、次式で表せられる。ここで、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとがほぼ等しく、Ｇｄ（ｓ）≒１であるとして、整理している。

式（３１）は、単純な積分特性であり、回転角速度ωに依存しない。ボード線図を描くと、図１５のようになり、ゲインの傾きが－２０ｄＢ／ｄｅｃの一定値であり、角周波数＝ωｉｄｏで、０ｄＢになる。

よって、次式に示すように、ｑ軸の基本電流指令値Ｉｑｏｂの変化に対するｑ軸の電流検出値Ｉｑｓの変化の閉ループの伝達関数Ｇｆｂ（ｓ）は、目標応答角周波数ωｉｄｏの逆数の時定数を有する一次遅れとなる。よって、弱め磁束制御において、式（２３）に示すようにｄ軸電流指令値算出用の比例ゲインＫｐｉｄを、回転角速度ωに反比例させて変化させることにより、ｑ軸の基本電流指令値Ｉｑｏｂの変化に対するｑ軸の電流検出値Ｉｑｓの変化の応答を、回転角速度ωにより変動しない、目標応答角周波数ωｉｄｏの逆数の時定数を有する一次遅れとすることができる。よって、目標応答角周波数ωｉｄｏの設定により、所望のトルクの応答性を得ることができる。これにより、電動パワーステアリング装置１００の操舵感が向上する。

式（２３）とは異なり、ｄ軸電流指令値算出用の比例ゲインＫｐｉｄを、回転角速度ωに応じて変化させることなく、固定値に設定する場合について説明する。この場合、式（３１）において、Ｇｐ（ｓ）に存在するωの項を、比例ゲインＫｐｉｄによりＧｃ（ｓ）に存在する１／ωの項で相殺しなくなるので、次式に示すように、開ループの伝達関数Ｇｏｐ（ｓ）は、ωに比例した特性になる。

ここで、Ｋは定数である。ω＝ωｍｄで、式（３１）と同じ特性を得ようとすると、Ｋ＝１／ωｍｄに設定される。図１６に、ω＝０．５×ωｍｄ、ω＝１×ωｍｄ、ω＝２×ωｍｄの場合のボード線図を示すように、回転角速度ωがωｍｄから変動すると、応答が、ω／ωｍｄ倍だけ変動する。ω＝１×ωｍｄの場合は、開ループの伝達関数Ｇｏｐ（ｓ）の応答が、ωｉｄｏになるので、所望の応答が得られるが、ω＝２×ωｍｄの場合は、Ｇｏｐ（ｓ）の応答が２倍になり、応答性が良くなる利点があるが、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓに含まれるノイズ成分のフィードバック量が２倍になり、回転電機の異音が増加する可能性がある。一方、ω＝０．５×ωｍｄの場合は、Ｇｏｐ（ｓ）の応答が０．５倍になり、ｑ軸電流の応答性が悪化し、トルクの応答性が悪化する。よって、回転角速度ωに応じて、トルクの応答性が変動し、電動パワーステアリング装置１００の操舵感が悪化する可能性がある。

２．実施の形態２
実施の形態２に係る制御装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機１、電力変換器４、及び制御装置１０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆの設定方法が実施の形態１と異なる。

実施の形態１の図１３に示したように、時刻ｔ０２から時刻ｔ０３までの回転角速度ωが増加している場合では、破線で示すように、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏが０のままである場合のｑ軸の電流検出値Ｉｄｓは、制限なく低下していき、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆが制限なく増加する。よって、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆに基づいて算出されるｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏの応答性は、回転角速度ωの増量にかかわらず、比例ゲインＫｐｉｄの設定値に応じた応答性になり、特に問題ない。

一方、時刻ｔ０３から時刻ｔ０４までの回転角速度ωが減少している場合では、一点鎖線で示すように、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏが時刻ｔ０３の値のままである場合のｑ軸の電流検出値Ｉｄｓは、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏまでしか増加せず、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆの絶対値がｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆで上限制限される。よって、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆに基づいて算出されるｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏの応答性は、回転角速度ωの減少量が大きい場合は、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆの絶対値がｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆにより上限制限されるので、比例ゲインＫｐｉｄの設定値に応じた応答性よりも低下する。また、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓの変化に対する、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏの応答周波数は、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏの応答周波数よりも低いので、回転角速度ωの減少による誘起電圧の低下及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｓの増加に対して、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏの増加が遅れ、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓが上昇し易い。一方、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏの応答周波数を上げ過ぎると、制御系の安定性が悪化するため限界がある。すなわち、回転角速度ωが減少している場合は、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを小さい値に設定し過ぎると、回転角速度ωの減少量が大きい場合に、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏの応答性が悪化する。ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏの応答性が低下すると、ｑ軸電流の応答性が悪化し、トルクの応答性が悪化する。

そこで、本実施の形態では、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、回転角速度ωが減少している場合は、回転角速度ωが増加している場合よりも、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを大きい値に設定する。

この構成によれば、回転角速度ωが減少している場合に、ｑ軸電流オフセット偏差ΔＩｑ＿ｅｒｒｏｆｆの絶対値の上限制限値になるｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを増加させ、回転角速度ωの減少量が大きい場合に、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏの応答性が悪化することを抑制でき、ｑ軸電流の応答性及びトルクの応答性が悪化することを防止できる。

本実施の形態では、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、単位時間当たりの回転角速度の変化量Δωとｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆとの関係が予め設定されたオフセット値設定データを参照し、現在の回転角速度の変化量Δωに対応するｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆを算出する。次式に示すように、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、現在の回転角速度ω（ｔ）から単位時間Δｔ前の回転角速度ω（ｔ－Δｔ）を減算して、単位時間当たりの回転角速度の変化量Δωを算出する。例えば、単位時間Δｔは、回転角速度ωの演算周期の自然整数倍に設定される。単位時間当たりの回転角速度の変化量Δωは、回転角加速度に相当する。

オフセット値設定データは、例えば、図１７に示すように設定される。図１７に示す例では、回転角速度の変化量Δωが、閾値ωｔｈよりも大きい場合は、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆは、低設定値ΔＩｑｏｆｆＬに設定され、回転角速度の変化量Δωが、閾値ωｔｈよりも小さい場合は、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆは、低設定値ΔＩｑｏｆｆＬよりも大きい高設定値ΔＩｑｏｆｆＨに設定される。閾値ωｔｈは、０又は負値に設定される。高設定値ΔＩｑｏｆｆＨ及び低設定値ΔＩｑｏｆｆＬが一定値に設定されるので、回転角速度の変化量Δωが閾値ωｔｈの上側又は下側で増減しても、ｑ軸電流が変動することを抑制し、トルクが変動することを抑制できる。

回転角速度ωは、回転角度θの微分演算により算出されるため、変動し易い。そのため、一定速にかかわらず、回転角速度の変化量Δωは０付近で変動し易い。閾値ωｔｈを負値に設定すると、回転角速度の変化量Δωが０付近で変動しても、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆが、低設定値ΔＩｑｏｆｆＬに設定されたままに維持でき、ｄ軸及びｑ軸電流が変動することを抑制できる。なお、ローパスフィルタ処理が行われた回転角速度ωが用いられてもよい。

３．実施の形態３
実施の形態３に係る制御装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機１、電力変換器４、及び制御装置１０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、ｄ軸電流指令値変化部３４２の構成が実施の形態１と一部異なる。図１８に、本実施の形態に係るｄ軸電流指令値変化部３４２のブロック図を示す。

まず、制御設計の考え方を説明する。式（７）の電圧方程式からｑ軸電圧Ｖｑの式を取り出し、現在の状態を次式にしめす。

弱め磁束制御の実行状態では、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが正値である場合は、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏが電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨにより上限制限されるので、ｄ軸電流がΔＩｄだけ操作され、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏが電圧制限円による上限制限値ＶｑｌｍｔＨに到達した状態を次式に示す。

式（３６）から式（３５）を減算して、変形すると、ＶｑとＶｑｌｍｔＨとの偏差を０にするためのｄ軸電流の操作量ΔＩｄｆｆｏは、次式になる。ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが負値である場合は、下限制限値ＶｑｌｍｔＬを用いて同様に導出される。

よって、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを、ｑ軸電圧指令値の上限制限値ＶｑｌｍｔＨ又は下限制限値ＶｑｌｍｔＬに一致させるためには、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを、式（３７）により算出したフィードフォワード補正量ΔＩｄｆｆｏにより補正すればよい。偏差に乗算される比例ゲインは、回転角速度ωに反比例して変化される。よって、本実施の形態では、ｄ軸電流指令値変化部３４２は、ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏと、ｑ軸の電圧指令値の上限制限値ＶｑｌｍｔＨ又は下限制限値ＶｑｌｍｔＬとの偏差に基づいて、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを補正する。この補正は、弱め磁束制御の実行領域に置いて実行される。フィードフォワード補正量ΔＩｄｆｆｏに対してノイズ成分を低減するためのローパスフィルタ処理が行われてもよい。

ｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを、上限制限値ＶｑｌｍｔＨ又は下限制限値ＶｑｌｍｔＬに変化させるために、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏをフィードフォワード的に変化させ、応答性を向上させることができる。

ｄ軸電流指令値変化部３４２は、次式に示すように、ｄ軸の基本電流指令値Ｉｄｏｂに、ｄ軸電流指令値変化量ΔＩｄｏ及びフィードフォワード補正量ΔＩｄｆｆｏを加算して、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを算出する。

ｄ軸電流指令値制限部３４３は、式（３８）により算出されたｄ軸の電流指令値Ｉｄｏに対して、実施の形態１と同様に、上限制限値ＩｄｌｍｔＨ及び下限制限値ＩｄｌｍｔＬにより上限制限及び下限制限する。

４．実施の形態４
実施の形態４に係る制御装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機１、電力変換器４、及び制御装置１０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、電流指令値算出部３４がｑ軸電流指令値変化部３４５を備えている点が実施の形態１と異なる。図１９に本実施の形態に係る電流指令値算出部３４のブロック図を示し、図２０にｑ軸電流指令値変化部３４５のブロック図を示す。

ｑ軸電流指令値変化部３４５は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏからｑ軸の電流検出値Ｉｑｓを減算したｑ軸電流偏差に基づいてｑ軸電流指令補正値ΔＩｑｏを算出し、補正前のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏｂｆにｑ軸電流指令補正値ΔＩｑｏを加算してｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを算出する。ｑ軸電流偏差を算出するｑ軸の電流指令値Ｉｑｏには、電流フィードバック制御に用いられる補正後の最終的なｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが用いられるが、前回の演算周期で算出された値が用いられる。補正前のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏｂｆには、式（１７）に示した電流制限円による制限後のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが用いられる。

ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓが、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりもｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆだけ減少又は増加されるので、出力トルクの絶対値が、ｑ軸オフセット値ΔＩｑｏｆｆに相当するトルク分だけ低下する。そこで、上記のように、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓが、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏよりも減少又は増加した分だけ、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを増加又は減少させるので、出力トルクの絶対値が低下しないようにできる。ｑ軸電流偏差に基づいてｑ軸電流指令補正値ΔＩｑｏを算出するので、条件判定を行うことなく、ｑ軸電流が電圧制限楕円に制限されている状態を自動的に検出し、補正することができる。

ｑ軸電流指令値変化部３４５は、ｑ軸電流偏差にローパスフィルタ処理を行った値を、ｑ軸電流指令補正値ΔＩｑｏとして算出する。例えば、ローパスフィルタ処理として、一次遅れフィルタ処理が用いられる。ローパスフィルタ処理として、移動平均処理などの他の処理が用いられてもよい。なお、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｓが振動要素であることから、ｑ軸電流偏差にローパスフィルタ処理を行う代わりに、ローパスフィルタ処理が行われたｑ軸の電流検出値Ｉｑｓを用いて、ｑ軸電流偏差が算出されてもよい。

＜転用例＞
回転電機１は、電動パワーステアリング装置１００以外の各種の装置の駆動力源とされてもよい。例えば、回転電機１は、車輪の駆動力源とされてもよい。

ステータに３相以外の複数相（例えば、２相、４相）の巻線が設けられてもよい。

ステータに複数組（例えば２組）の３相の巻線が設けられ、各組の３相の巻線に対応して電力変換器及び制御装置の各部が設けられてもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 回転電機、４ 電力変換器、１０ 回転電機の制御装置、３１ 回転検出部、３２ 電流検出部、３３ 電流座標変換部、３４ 電流指令値算出部、３５ 電圧指令値算出部、３６ スイッチング制御部、１００ 電動パワーステアリング装置、１０１ 駆動力伝達機構、Ｉｄｏ ｄ軸の電流指令値、Ｉｄｏｂ ｄ軸の基本電流指令値、Ｉｄｓ ｄ軸の電流検出値、Ｉｍａｘ 最大電流値、Ｉｑｏ ｑ軸の電流指令値、Ｉｑｏｂ ｑ軸の基本電流指令値、Ｉｑｏｆｆｏ オフセットｑ軸電流指令値、Ｉｑｓ ｑ軸の電流検出値、Ｖｄｃ 直流電圧、Ｖｄｏ ｄ軸の電圧指令値、Ｖｑｏ ｑ軸の電圧指令値、ΔＩｄｏ ｄ軸電流指令値変化量、ωｉｄｏ 目標応答角周波数

Claims (17)

1. 複数相の巻線を設けたステータと磁石を設けたロータとを有する回転電機を、電力変換器を介して制御する回転電機の制御装置であって、
   前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
   電流検出値を、前記ロータの回転角度に基づいて、前記ロータの磁極位置の方向に定めたｄ軸及び前記ｄ軸より電気角で９０度進んだ方向に定めたｑ軸からなるｄｑ軸の回転座標系上のｄ軸の電流検出値及びｑ軸の電流検出値に変換する電流座標変換部と、
   ｄ軸の電流指令値及びｑ軸の電流指令値を算出する電流指令値算出部と、
   前記ｄ軸の電流検出値が前記ｄ軸の電流指令値に近づき、前記ｑ軸の電流検出値が前記ｑ軸の電流指令値に近づくように、ｄ軸の電圧指令値及びｑ軸の電圧指令値を変化させ、前記ｄ軸の電圧指令値及び前記ｑ軸の電圧指令値を、前記回転角度に基づいて複数相の電圧指令値に変換する電圧指令値算出部と、
   前記複数相の電圧指令値に基づいて、前記電力変換器が有する複数のスイッチング素子をオンオフするスイッチング制御部と、を備え、
   前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸の電流指令値が正値である場合は、前記ｑ軸の電流指令値から正値のｑ軸オフセット値を減算したオフセットｑ軸電流指令値と前記ｑ軸の電流検出値との偏差に基づいて、前記ｄ軸の電流指令値を変化させる回転電機の制御装置。
2. 前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸の電流指令値が正値である場合は、前記ｑ軸の電流検出値が前記オフセットｑ軸電流指令値を下回った場合は、前記ｄ軸の電流指令値を減少させ、前記ｑ軸の電流検出値が前記オフセットｑ軸電流指令値を上回った場合は、前記ｄ軸の電流指令値を増加させる請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記電流指令値算出部は、前記複数相の巻線に供給される電流が、前記複数相の巻線に供給できる最大電流値の範囲を超えないように、前記最大電流値及び前記ｄ軸の電流指令値に基づいて、前記ｑ軸の電流指令値を制限する請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記電圧指令値算出部は、前記巻線に印加する電圧指令値が、前記電力変換器に供給される直流電圧に応じた最大印加電圧の範囲を超えないように、前記直流電圧及び前記ｄ軸の電圧指令値に基づいて、前記ｑ軸の電圧指令値を制限する請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記電圧指令値算出部は、前記ｑ軸の電圧指令値の制限処理に用いる前記ｄ軸の電圧指令値にローパスフィルタ処理を行う請求項４に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸の電流指令値が負値である場合は、前記ｑ軸の電流指令値に正値の前記ｑ軸オフセット値を加算したオフセットｑ軸電流指令値と、前記ｑ軸の電流検出値との偏差に基づいて、前記ｄ軸の電流指令値を変化させる請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸の電流指令値が負値である場合は、前記ｑ軸の電流検出値が前記オフセットｑ軸電流指令値を上回った場合は、前記ｄ軸の電流指令値を減少させ、前記ｑ軸の電流検出値が前記オフセットｑ軸電流指令値を下回った場合は、前記ｄ軸の電流指令値を増加させる請求項６に記載の回転電機の制御装置。
8. 前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸オフセット値を、前記ｑ軸の電流指令値の絶対値よりも小さい値に設定する請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
9. 前記電流指令値算出部は、前記ロータの回転角速度が減少している場合は、前記ロータの回転角速度が増加している場合よりも、前記ｑ軸オフセット値を大きい値に設定する請求項１から８のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
10. 前記電流指令値算出部は、前記回転電機の電気角での最大の回転角速度をωｍａｘとし、前記回転電機のインダクタンスをＬとし、巻線抵抗をＲとし、制御周期当たりの前記ｄ軸の電流検出値の変化量をΔＩｄｏｄＴとし、前記ｑ軸オフセット値をΔＩｑｏｆｆとすると、
    ΔＩｑｏｆｆ＞ωｍａｘ・Ｌ／Ｒ・ΔＩｄｏｄＴ
    を満たすように、前記ｑ軸オフセット値を設定する請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
11. 前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸オフセット値を、前記ｑ軸の電流検出値に重畳するノイズ成分の振幅よりも大きい値に設定する請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
12. 前記電流指令値算出部は、前記オフセットｑ軸電流指令値と前記ｑ軸の電流検出値との偏差に比例ゲインを乗算して、前記ｄ軸の電流指令値を算出し、
    前記ｑ軸オフセット値を、前記ｑ軸の電流検出値に重畳するノイズ成分の振幅に、前記比例ゲインを乗算した値よりも大きい値に設定する請求項１から１１のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
13. 前記電流指令値算出部は、前記ｄ軸の電流指令値の算出に用いる前記ｑ軸の電流検出値にローパスフィルタ処理を行う請求項１から１２のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
14. 前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸の電圧指令値と前記ｑ軸の電圧指令値の制限値との偏差に基づいて、前記ｄ軸の電流指令値を補正する請求項１から１３のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
15. 前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸の電流指令値から前記ｑ軸の電流検出値を減算した偏差に基づいて補正値を算出し、補正前のｑ軸の電流指令値に前記補正値を加算して前記ｑ軸の電流指令値を算出する請求項１から１４のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
16. 前記電流指令値算出部は、前記ｑ軸の電流指令値から前記ｑ軸の電流検出値を減算した前記偏差にローパスフィルタ処理を行った値を、前記補正値として算出する請求項１５に記載の回転電機の制御装置。
17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置と、
    前記電力変換器と、
    前記回転電機と、
    前記回転電機の駆動力を車両の操舵装置に伝達する駆動力伝達機構と、を備えた電動パワーステアリング装置。

Images