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CN111727556B - 电动机控制装置以及电动机控制方法 - Google Patents

电动机控制装置以及电动机控制方法 Download PDF

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CN111727556B
CN111727556B CN201880089313.5A CN201880089313A CN111727556B CN 111727556 B CN111727556 B CN 111727556B CN 201880089313 A CN201880089313 A CN 201880089313A CN 111727556 B CN111727556 B CN 111727556B
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Abstract

电动机控制装置通过基于dq旋转坐标的向量控制来驱动作为电动促动器的驱动源而设置的电动机，在从外部在与所述电动机的旋转方向相同的方向上对电动机施加转矩时，设定d轴电流指令值，使得削弱电动机的磁场磁通量。在电动机的转速超过了规定的上限转速时，电动机控制装置计算d轴电流指令值的校正量，并通过该校正量而校正d轴电流指令值，以使电动机的转速收敛于上限转速。

Description

电动机控制装置以及电动机控制方法
技术领域
本发明涉及电动机控制装置以及电动机控制方法。
背景技术
在驱动作为电动促动器的驱动源而设置的电动机时，有对车辆装置的设定动作要求高响应性的情况，其中所述电动促动器例如改变由压缩比可变机构设定的活塞的上止点位置等车辆装置的设定状态。在该情况下，已知为了使电动机转速相比通常情况上升，而进行磁通量削弱控制，所谓的磁通量削弱控制是指通过电流流动，以使电枢线圈中产生用于削弱电动机的磁场磁通量的磁通量(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－184057号公报
发明内容
发明要解决的课题
另外，对于电动机转速，从各种观点出发考虑设定规定的上限转速。例如，为了保证车载系统故障时的失效保险(fail safe)措施的有效性，对电动机转速设定上限转速。在该例子的情况下，基于失效保险措施所需要的时间即安全措施时间、和车载系统中的可动部背离目标位置的背离量的允许值即允许背离量，而设定上限转速。
但是，在车载系统的特性上，若在从可动部在与电动机的旋转方向相同的方向上对电动机施加转矩的情况下，进行磁通量削弱控制，则存在电动机的转速急速上升并超过规定的上限转速而产生背离的风险。
本发明是鉴于上述问题点而作出的，其目的在于，提供抑制在电动机的磁通量削弱控制中电动机转速超过规定的上限转速而产生背离的电动机控制装置以及电动机控制方法。
用于解决课题的手段
因此，根据本发明的一个方式，提供一种电动机控制装置，包括控制器，该控制器通过基于dq旋转坐标的向量控制来驱动作为电动促动器的驱动源而设置的电动机，在从外部在与电动机的旋转方向相同的方向上对电动机施加转矩时，设定d轴电流指令值，使得削弱电动机的磁场磁通量，在电动机的转速超过了规定的上限转速时，控制器校正d轴电流指令值，以使电动机的转速收敛于规定的上限转速。
此外，根据本发明的另一方式，提供一种电动机控制方法，通过基于dq旋转坐标的向量控制来驱动作为电动促动器的驱动源而设置的电动机，在从外部在与电动机的旋转方向相同的方向上对电动机施加转矩时，设定d轴电流指令值，使得削弱电动机的磁场磁通量，在电动机的转速超过了规定的上限转速时，校正d轴电流指令值，以使电动机的转速收敛于规定的上限转速。
发明的效果
根据本发明的电动机控制装置以及电动机控制方法，能够抑制在电动机的磁通量削弱控制中电动机转速超过规定的上限转速而产生背离。
附图说明
图1是表示应用了电动机控制装置的车辆用内燃机的一个例子的结构图。
图2是表示电动机控制装置以及电动促动器的一个例子的电路图。
图3是表示第1实施方式的目标电流设定部的各种处理的说明图。
图4是表示磁通量削弱设定图(map)的一个例子的表格。
图5是表示d轴电流指令值设定处理的一个例子的流程图。
图6是表示第1实施方式的d轴电流指令值校正处理的流程图。
图7(a)～图7(d)是表示磁通量削弱控制的作用的时间图。
图8是表示第2实施方式的目标电流设定部的各种处理的说明图。
图9是表示第2实施方式的d轴电流指令值校正处理的流程图。
图10(a)～图10(b)是表示d轴电流指令值的校正量的设定的时间图。
图11是表示d轴电流指令值校正处理的另一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照添加的附图，详细叙述用于实施本发明的实施方式。
[第1实施方式]
图1表示应用了电动机控制装置的车辆用内燃机的一个例子。
内燃机10具有：汽缸体11、在汽缸体11的汽缸内径11A中可往复运动地嵌插的活塞12、形成有进气口13A以及排气口13B的汽缸盖13。
活塞12经由包含下连杆15A以及上连杆15B的连杆(Connecting rod)15而与曲轴14连结。并且，在活塞12的顶面12A和汽缸盖13的下表面之间形成有燃烧室S。
在汽缸盖13设置有对进气口13A的面对燃烧室S的开口端进行开闭的进气阀16A、以及对排气口13B的面对燃烧室S的开口端进行开闭的排气阀16B。此外，在汽缸盖13中，在面对燃烧室S的位置上安装有喷射燃料的燃料喷射阀17、引燃燃料和空气的混合气体的火花塞18。
曲轴14具有多个轴颈部14A和曲柄销部14B，在汽缸体11的主轴承(未图示)上，轴颈部14A被支撑为旋转自如。曲柄销部14B相对于轴颈部14A偏心，下连杆15A被能够转动地与曲柄销部14B连结。上连杆15B的下端侧通过连结销15C能够转动地连结到下连杆15A的一端，上连杆15B的上端侧通过活塞销12B能够转动地连结到活塞12。
此外，内燃机10具有通过变更燃烧室S的容积而使压缩比可变的可变压缩比(VCR：Variable Compression Ratio)机构20。VCR机构20例如通过如日本特开2002－276446号公报中公开的多杆(link)机构，使燃烧室S的容积变更，从而使内燃机10的压缩比可变。
VCR机构20具有控制连杆21、控制轴22以及电动促动器23。控制连杆21的上端侧通过连结销21A能够转动地连结到下连杆15A的另一端，控制连杆21的下端侧经由控制轴22能够转动地连结到汽缸体11的下部。具体来说，控制轴22被汽缸体11支撑为能够转动，并且具有相对于其旋转中心偏心的偏心凸轮部22A，控制连杆21的下端部能够转动地嵌合于该偏心凸轮部22A。
电动促动器23内置后述的电动机作为驱动源，电动机的旋转输出被减速器23A减速后被传递到输出轴23B。通过形成于输出轴23B的齿轮(例如，蜗杆(worm gear))23C与形成于控制轴22的齿轮(例如，蜗轮(worm wheel))22B的啮合，被传递到输出轴23B的旋转输出进一步被传递到控制轴22。输出轴23B的旋转角度(实际的角度)β例如通过在输出轴23B上安装了转子(rotor)的旋转变压器等旋转角度传感器23D来检测，旋转角度传感器23D输出与实际的角度β对应的实际角度信号。
在这样的VCR机构20中，通过使电动促动器23的输出轴23B正转或者反转，控制轴22的转动角度被控制。并且，若控制轴22转动，则相对于控制轴22的转动中心偏心的偏心凸轮部22A的中心位置变化。由此，控制连杆21的下端的摆动支撑位置变化，因此活塞12的活塞上止点(TDC)的高低位置变化，从而使燃烧室S的容积增加和减少，内燃机10的压缩比被变更至低压缩比或者高压缩比的其中一个。因此，内燃机10的压缩比根据输出轴23B的旋转角度而变化。
内燃机10的燃烧控制通过ECU(Engine Control Unit，发动机控制单元)30而电子控制燃料喷射阀17的喷射量及喷射时期、以及火花塞的点火时期等来进行。ECU30被构成为内置微型计算机，为了检测内燃机10的运行状态，输入用于检测内燃机10的转速Ne的转速传感器31的输出信号、以及检测内燃机10的负载Q的负载传感器32的输出信号等各种信号。这里，作为内燃机10的负载Q，例如能够使用进气负压、进气流量、增压压力、加速踏板开度、节气阀开度等与内燃机10所产生的转矩紧密关联的状态量。
此外，ECU30例如参照被设定了适合于内燃机10的转速以及负载的压缩比的图(map)等，计算与内燃机10的转速Ne以及负载Q相应的目标压缩比。进一步，ECU30计算与目标压缩比相应的输出轴23B的旋转角度(目标角度)βt。然后，ECU30对例如通过CAN(Controller Area Network，控制器区域网络)等而能够通信地连接的VCR控制器40，输出与目标角度βt对应的信号(目标角度信号)。
VCR控制器40基于从ECU30输出的目标角度信号、从旋转角度传感器23D输出的实际角度信号、以及来自后述的电动促动器23的各种输出信号，控制电动促动器23的电动机。该VCR控制器40构成电动机控制装置。通过VCR控制器40，控制输出轴23B的正反旋转驱动。
图2表示电动促动器以及VCR控制器的内部结构的一个例子。电动促动器23如前述那样内置电动机100。电动机100为3相无刷电动机，在圆筒状的定子(省略图示)的中央部所形成的空间中，具备以能够在轴线中心旋转的方式配置的转子(永久磁铁转子)100R。在定子上分别卷绕U相线圈100u、V相线圈100v以及W相线圈100w的3相线圈，进而形成星型结线。在电动机100的附近配置有检测转子100R的旋转所引起的磁场变化的磁场检测传感器MS，该磁场检测传感器MS是例如霍尔元件或者霍尔IC(Integrated Circuit，集成电路)等。磁场检测传感器MS输出与转子100R的旋转角度θ相应的磁场检测信号。
此外，电动促动器23内置逆变器200，该逆变器200将车载电池B的直流电力转换为交流电力并向电动机100的3相线圈提供。在逆变器200中，在车载电池B的正极侧的母线和车载电池B的负极侧的母线之间，并联连接有三个对于一个相位由两个开关元件构成的上下臂。在U相臂中，开关元件201a、201b被串联连接，在V相臂中，开关元件201c、201d被串联连接，在W相臂中，开关元件201e、201f被串联连接。然后，各相中的上下臂的两个开关元件之间与电动机100的对应相中的线圈连接，而构成3相桥接电路。开关元件201a～201f例如由FET(Field Effect Transistor，场效应晶体管)或者IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)等、与二极管反向并联连接的电力控制用的半导体元件构成。开关元件201a～201f的各控制端子(例如栅极端子)与VCR控制器40的输出端口连接。
逆变器200在各相臂中具备用于检测相电流Iu、Iv、Iw的电流检测部件(U相电流检测部202u、V相电流检测部202v以及W相电流检测部202w)。电流检测部件分别是被构成为例如能够通过运算放大器等而检测出分流电阻的两端电位差的电流传感器，并将分流电阻中的两端电位差Viu、Viv、Viw作为与相电流Iu、Iv、Iw相应的电流检测信号而输出。
接着，VCR控制器40具备微型计算机，该微型计算机包含：CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)、MPU(Micro Processing Unit，微处理单元)等微处理器；ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等存储器设备；以及输入输出接口。
对VCR控制器40输入从电流检测部件输出的电流检测信号、从磁场检测传感器MS输出的磁场检测信号、从ECU30输出的目标角度信号、以及从旋转角度传感器23D输出的实际角度信号。并且，VCR控制器40构成为基于这些信号，将对逆变器200中的开关元件201a～201f的导通(on)/截止(off)状态的切换进行控制的控制信号向开关元件201a～201f的各控制端子输出。通过VCR控制器40向开关元件201a～201f的各控制端子输出控制信号，使电动促动器23的输出轴23B旋转。由此，改变活塞12的上止点位置，将内燃机10的压缩比向低压缩比化的方向或者高压缩比化的方向的其中一个方向改变。
作为大致区分地示出VCR控制器40所具有的功能的功能块，VCR控制器40具有以下的结构。即，VCR控制器40具有相电流检测部41、转子旋转角度计算部42、电动机转速计算部43、3相－2轴转换部44、目标电流设定部45、向量控制部46、2轴－3相转换部47、以及控制信号生成部48。
相电流检测部41基于通过省略图示的A/D(Analog to Digital，模数转换)转换器转换各相电流检测部202u、202v、202w的电流检测信号而得到的A/D转换值，检测各相的相电流作为相电流检测值Iu、Iv、Iw。
转子旋转角度计算部42基于从磁场检测传感器MS输出的磁场检测信号，计算电动机100的转子100R的旋转角度θ。电动机转速计算部43根据由转子旋转角度计算部42算出的转子100R的旋转角度θ的时间变化而计算电动机100的实际的转速Nm。另外，在实际的转速Nm为负值的情况下，设为电动机100向高压缩比化的方向旋转，另一方面，在实际的转速Nm为正值的情况下，设为电动机100向低压缩比化的方向旋转。
3相－2轴转换部44根据此时的转子100R的旋转角度θ，将相电流检测部41检测到的相电流检测值Iu、Iv、Iw转换为dq坐标下的d轴电流检测值Id以及q轴电流检测值Iq。dq坐标是，将与电动机100的永久磁铁转子即转子100R同步旋转的磁场方向设为d轴，并且将与该d轴正交的转矩生成方向设为q轴的旋转坐标。
目标电流设定部45根据目标角度信号求出输出轴23B的目标角度βt，并且根据实际角度信号求出输出轴23B的实际的角度β。然后，目标电流设定部45基于多个参数，设定d轴电流指令值Id＊以及q轴电流指令值Iq＊。用于设定的参数是，目标角度βt以及实际的角度β、由电动机转速计算部43算出的电动机100的实际的转速Nm、以及由3相－2轴转换部44进行转换而得到的q轴电流检测值Iq。对于在目标电流设定部45中设定d轴电流指令值Id＊以及q轴电流指令值Iq＊的各种处理的详情在之后叙述。
向量控制部46基于多个参数，计算dq坐标下的d轴电压的指令值(d轴电压指令值)Vd以及q轴电压的指令值(q轴电压指令值)Vq。用于该计算的参数是，d轴电流指令值Id＊以及q轴电流指令值Iq＊、由电动机转速计算部43算出的电动机100的实际的转速Nm、以及在3相－2轴转换部44中得到的d轴电流检测值Id以及q轴电流检测值Iq。总之，向量控制部46计算d轴电压指令值Vd以及q轴电压指令值Vq，以使在考虑电动机100的实际的转速Nm的同时，通过比例积分控制等电流反馈控制而将d轴电流检测值Id接近d轴电流指令值Id＊，且将q轴电流检测值Iq接近q轴电流指令值Iq＊。
2轴－3相转换部47基于此时的转子100R的旋转角度θ，将由向量控制部46计算出的d轴电压指令值Vd以及q轴电压指令值Vq转换为U相电压指令值Vu、V相电压指令值Vv以及W相电压指令值Vw的3相电压指令值。
在控制信号生成部48中，基于3相电压指令值Vu、Vv、Vw而生成向开关元件201a～201f输出的控制信号。例如，控制信号生成部48基于3相电压指令值Vu、Vv、Vw与三角波载波的比较，决定驱动开关元件201a～201f的PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)脉冲的上升定时以及下降定时。由此，控制信号生成部48生成作为控制信号的PWM脉冲。然后，控制信号生成部48将生成的PWM脉冲输出到逆变器200的开关元件201a～201f的各控制端子。
图3表示用于在第1实施方式的VCR控制器的目标电流设定部中计算d轴电流指令值以及q轴电流指令值的各种处理的内容的一个例子。
在目标电流设定部45中，通过进行加减法处理301以及q轴电流指令值设定处理302，计算q轴电流指令值Iq＊。在加减法处理301中，计算电动促动器23的输出轴23B的目标角度βt与实际的角度β的角度偏差D。这里，在角度偏差D为负值的情况下，设为意味着为了使实际的角度β接近目标角度βt，需要使电动机100向高压缩比化的方向旋转。另一方面，在角度偏差D为正值的情况下，设为意味着为了使实际的角度β接近目标角度βt，需要使电动机100向低压缩比化的方向旋转。
在q轴电流指令值设定处理302中，通过基于角度偏差D的反馈控制(例如比例积分控制)而计算q轴电流指令值Iq＊，以使实际的角度β接近目标角度βt。
此外，在目标电流设定部45中，为了进行使电流流过3相线圈100u、100v、100w的磁通量削弱控制，进行将d轴电流指令值Id＊设定为负值的d轴电流指令值设定处理，以便有意识地削弱电动机100的磁场磁通量。目标电流设定部45将d轴电流指令值Id＊设定为负值这一情况是在VCR控制器40通过VCR机构20而将活塞12的上止点位置至少向低压缩比化的方向改变时。在将活塞12的上止点位置向低压缩比化的方向改变时，因内燃机10的燃烧压力而在与电动机100的旋转方向相同的方向上施加转矩。因此，与若削弱电动机100的磁场磁通量，则将活塞12的上止点位置向高压缩比化的方向改变的情况相比，电动机100的转速变得容易上升，能够提高VCR机构20的响应性。
相反，在VCR控制器40通过VCR机构20将活塞12的上止点位置向高压缩比化的方向改变时，因内燃机10的燃烧压力而在与电动机100的旋转方向相反的方向上施加转矩。这时，若VCR控制器40进行磁通量削弱控制，则尽管因磁场磁通量的减少而导致电动机100的产生转矩降低，但由于内燃机10的燃烧压力而进一步向与电动机100的旋转方向相反的方向施加转矩。因此，存在VCR机构20的响应性反而会降低的风险。因此，在VCR控制器40通过VCR机构20将活塞12的上止点位置向高压缩比化的方向改变时，目标电流设定部45将d轴电流指令值Id＊设定为零，以使不实施磁通量削弱控制。
作为d轴电流指令值设定处理，目标电流设定部45进一步进行乘法处理303、d轴电流指令值临时决定处理304、以及d轴电流指令值校正处理305。
在乘法处理303中，通过对电动机100的实际的转速Nm乘以在ROM等中预先保存的规定的增益G，如后述那样，计算成为设定削弱磁通量Idasm时的参数的电动机100的目标转速Nt。规定的增益G是比1大一些的值，因此，目标转速Nt的绝对值成为比电动机100的实际的转速Nm的绝对值稍大的值。
在d轴电流指令值临时决定处理304中，基于各种参数，进行d轴电流指令值Id＊的临时决定。在临时决定中所使用的参数是，输出轴23B的目标角度βt与实际的角度β的角度偏差D、电动机100的实际的转速Nm、电动机100的目标转速Nt、q轴电流检测值Iq、以及在ROM等中预先设定的电动机100的允许电流值Imax。例如，d轴电流指令值临时决定处理304使用将削弱磁通量Idasm与各种参数进行关联而设定的磁通量削弱设定图等，来临时决定d轴电流指令值Id＊。d轴电流指令值临时决定处理304的处理内容的详情在之后叙述。
在d轴电流指令值校正处理305中，基于电动机100的实际的转速Nm、在ROM等中预先设定的电动机100的上限转速Nmax，校正d轴电流指令值临时决定处理304中被临时决定了的d轴电流指令值Id＊。由此，在d轴电流指令值校正处理305中，最终的d轴电流指令值Id＊被设定。对于d轴电流指令值校正处理305的处理内容的详情在之后叙述。
另外，VCR控制器40的各部分的功能作为通过微型计算机而实现的功能来说明，所述微型计算机通过读入在ROM等存储器设备中预先存储的程序而动作。但是，并不排除VCR控制器40的各部分的功能通过硬件的结构而部分或者整体地实现的情况。
图4表示在d轴电流指令值临时决定处理304中为设定削弱磁通量Idasm而使用的磁通量削弱设定图的一个例子。如图4所示，磁通量削弱设定图被构成为如下的三维图：将输出轴23B的目标旋转角度与实际的角度的角度偏差、以及电动机100的目标转速这两个参数设为方格图的轴，并在各方格点中保存有削弱磁通量Idasm。该磁通量削弱设定图被预先存储在ROM等中。基于仿真(simulation)或实验等结果，取得磁通量削弱设定图中的削弱磁通量Idasm和角度偏差的关系、以及磁通量削弱设定图中的削弱磁通量Idasm和目标转速的关系。
在磁通量削弱设定图中，目标转速为负值的情况意味着使电动机100向高压缩比化的方向旋转，另一方面，目标转速为正值的情况意味着使电动机100向低压缩比化的方向旋转。此外，在磁通量削弱设定图中，角度偏差为负值的情况意味着需要使电动机100向高压缩比化的方向旋转。另一方面，角度偏差为正值的情况意味着需要使电动机100向低压缩比化的方向旋转。
在磁通量削弱设定图中，在电动机100的目标转速以及角度偏差中的至少一方为负值的情况下，削弱磁通量Idasm被保存为零。在电动机100的目标转速以及角度偏差中的至少一方为负值的情况下，由于内燃机10的燃烧压力，而从外部在与电动机100的旋转方向相反的方向上对电动机100施加转矩。这时，若VCR控制器40进行磁通量削弱控制，则存在反而使VCR机构20的响应性降低的风险。因此，在磁通量削弱设定图中，VCR控制器40进行磁通量削弱控制的范围即使变宽，也是电动机100的目标转速以及角度偏差中的任一个成为正值的范围(以下，称为“低压缩比化范围”)。
此外，在磁通量削弱设定图中，在低压缩比化范围中的、目标转速小于电动机100的规定转速N0(例如作为额定转速的2000rpm)的范围中，削弱磁通量Idasm被保存为零。这包含在电动机100启动时不进行磁通量削弱控制的情况。设想在通过电动机100的启动而使控制轴22的旋转开始时，由于VCR机构20的机构特性等而需要比较大的启动时转矩。另一方面，在进行了磁通量削弱控制的情况下，电动机100的磁场磁通量被削弱，从而使产生转矩也减少。因此，若在电动机100的启动时进行磁通量削弱控制，则与未进行磁通量削弱控制的情况相比，VCR机构20的启动响应性会降低。因此，在磁通量削弱设定图中，设定削弱磁通量Idasm，以使在电动机100启动时等目标转速小于规定转速N0的范围中不进行磁场削弱控制。
进而，在磁通量削弱设定图中，在低压缩比化范围中的、输出轴23B的目标角度与实际的角度的角度偏差小于零附近的规定偏差D0(例如10deg)的范围中，削弱磁通量Idasm被保存为零。这是为了在实际的角度达到目标角度而使电动机100的旋转停止时，抑制由于与磁通量削弱控制相伴的电动机100的转速的上升，而增大电动机轴和减速器之间所发生的冲击力。此外，也有抑制发生实际的角度β超过目标角度βt的过冲(overshoot)的意义。
因此，VCR控制器40将低压缩比化范围中的以下的范围设为用于进行磁通量削弱控制的磁通量削弱控制实施范围。即，磁通量削弱控制实施范围是，目标转速成为电动机100的规定转速N0(例如2000rpm)以上，并且输出轴23B的目标角度和实际的角度的角度偏差成为零附近的规定偏差D0(例如10deg)以上的范围。
在磁通量削弱设定图的磁通量削弱控制实施范围中，随着角度偏差变大，输出轴23B的目标角度与实际的角度的背离也变大。因此，为了使电动机100的转速上升以便将实际的角度迅速接近目标角度，削弱磁通量Idasm的绝对值随着角度偏差变大而增加。
此外，在磁通量削弱设定图的磁通量削弱控制范围中，随着电动机100的目标转速变大，削弱磁通量Idasm的绝对值也增加。这是因为，若不随着目标转速变大而使削弱磁通量Idasm的绝对值增加，进而使磁场磁通量减少，则电动机100的转速不上升。
另外，在上述的乘法处理303中，对电动机100的实际的转速Nm乘以比1大一些的规定的增益G而计算出目标转速Nt的绝对值，来作为比实际的转速Nm的绝对值稍大的值的理由如以下所述。即，为了使基于磁通量削弱控制的实际的转速Nm的上升变得迅速且顺畅，并且防止在比较低的转速下开始磁通量削弱控制。
图5表示d轴电流指令值设定处理的处理内容的一个例子，所述d轴电流指令值设定处理的处理内容以通过车辆的点火开关的接通(on)操作而对VCR控制器开始了电源供给为契机，在VCR控制器的目标电流设定部中被反复执行。
在步骤S1(在图中简单记为“S1”。以下相同。)中，目标电流设定部45判定目标转速Nt以及角度偏差D是否分别为磁通量削弱设定图中的低压缩比化范围的目标转速以及角度偏差。在目标电流设定部45判定为目标转速Nt以及角度偏差D为正值的情况下(是)，判定为目标转速Nt以及角度偏差D包含在低压缩比化范围中，将处理推进至步骤S2。另一方面，在目标电流设定部45判定为目标转速Nt以及角度偏差D为零以下的情况下(否)，判定为目标转速Nt以及角度偏差D不包含在低压缩比化范围中，为了不实施磁通量削弱控制，将处理推进至步骤S8。
在步骤S2中，目标电流设定部45判定角度偏差D是否为磁通量削弱设定图中的规定偏差D0以上，在判定为角度偏差D为规定偏差D0以上的情况下(是)，将处理推进至步骤S3。另一方面，在目标电流设定部45判定为角度偏差D小于规定偏差D0的情况下(否)，由于角度偏差D不包含在磁通量削弱控制实施范围中，因此为了不实施磁通量削弱控制，将处理推进至步骤S8。
在步骤S3中，目标电流设定部45判定目标转速Nt是否为磁通量削弱设定图中的规定转速N0以上。在目标电流设定部45判定为目标转速Nt为规定转速N0以上的情况下(是)，由于目标转速Nt包含在磁通量削弱控制实施范围中，因此为了实施磁通量削弱控制，将处理推进至步骤S4。另一方面，在目标电流设定部45判定为目标转速Nt小于规定转速N0的情况下(否)，由于目标转速Nt不包含在磁通量削弱控制实施范围中，因此为了不实施磁通量削弱控制，将处理推进至步骤S8。
在步骤S4中，目标电流设定部45参照磁通量削弱设定图，设定与角度偏差D以及目标转速Nt对应的削弱磁通量Idasm。另外，在目标电流角度偏差D以及目标转速Nt未与磁通量削弱图的方格图的轴上的角度偏差以及目标转速对应的情况下，能够通过公知的内插方法而计算出削弱磁通量Idasm。
在步骤S5中，目标电流设定部45判定在步骤S4中设定的削弱磁通量Idasm的绝对值|Idasm|是否为d轴电流指令值Id＊的上限值Idmax＊的绝对值|Idmax＊|以下。这里，上限值Idmax＊是基于由电动机100的通电系统中的耐热极限确定的固有的允许电流Imax、由3相－2轴转换部44算出的q轴电流检测值Iq，而计算出的值。具体地说，通过以下的关系式计算。
Idmax＊＝－(Imax2－Iq2)1/2
在步骤S5中，在目标电流设定部45判定为削弱磁通量Idasm的绝对值|Idasm|为上限值Idmax＊的绝对值|Idmax＊|以下的情况下(是)，将处理推进至步骤S6。然后，在步骤S6中，目标电流设定部45将在步骤S4中设定的削弱磁通量Idasm临时决定为d轴电流指令值Id＊(Id＊＝Idasm)，并将处理推进至步骤S9。
另一方面，在步骤S5中，在目标电流设定部45判定为绝对值|Idasm|超过绝对值|Idmax＊|的情况下(否)，为了实现电动机100的通电系统中的耐热保护，将处理推进至步骤S7。然后，在步骤S7中，目标电流设定部45将d轴电流指令值Id＊的上限值Idmax＊临时决定为d轴电流指令值Id＊(Id＊＝Idmax＊)，并将处理推进至步骤S9。
在步骤S8中，目标电流设定部45将d轴电流指令值Id＊设定为零(Id＊＝0)，以便不实施磁通量削弱控制，并将处理推进至步骤S9。步骤S1到S8为止的处理对应于d轴电流指令值临时决定处理304。另外，在d轴电流指令值Id＊为零的情况下，由于实际的转速Nm超过上限转速Nmax的可能性较低，因此也可以在执行步骤S8后省略步骤S9，结束d轴电流指令值设定处理。
在步骤S9中，目标电流设定部45进行d轴电流指令值校正处理305。即，目标电流设定部45进行对在步骤S6～S8中的任一个步骤中临时决定的d轴电流指令值Id＊的校正。在通过d轴电流指令值校正处理305而校正了临时决定的d轴电流指令值Id＊的情况下，将该校正值设定为在向量控制部46中使用的最终的d轴电流指令值Id＊。另一方面，在未校正临时决定的d轴电流指令值Id＊的情况下，将临时决定的d轴电流指令值Id＊设定为在向量控制部46中使用的最终的d轴电流指令值Id＊。目标电流设定部45在执行步骤S9后，结束d轴电流指令值设定处理。
这里，对通过d轴电流指令值校正处理305，校正在步骤S6～S8中的任一个步骤中临时决定的d轴电流指令值Id＊的必要性进行说明。在VCR机构20故障时(例如电动促动器23故障时)，为了保证VCR控制器40中的失效保险措施的有效性，对电动机100设定比规定转速N0更高的上限转速Nmax。例如，相对于规定转速N0为2000rpm，上限转速Nmax被设定为3000rpm。电动机100的上限转速Nmax基于失效保险措施所需要的时间即安全措施时间、活塞12的上止点位置的目标位置和实际的位置(即输出轴23B的目标角度βt和实际的角度β)的允许背离量而设定。如上述那样，在将活塞12的上止点位置向低压缩比化的方向改变时，由于内燃机10的燃烧压力，从外部在与电动机100的旋转方向相同的方向上对电动机100施加转矩。这时，认为若VCR控制器40进行磁场削弱控制而削弱电动机100的磁场磁通量，则电动机100的转速Nm急速上升而超过规定的上限转速Nmax，在VCR机构20故障时无法进行有效的失效保险措施。因此，在因磁场削弱控制而使电动机100的实际的转速Nm超过了上限转速Nmax时，目标电流设定部45进行以下内容的d轴电流指令值校正处理305。即，目标电流设定45校正临时决定的d轴电流指令值Id＊而设定最终的d轴电流指令值Id＊，以使电动机100的实际的转速Nm收敛于上限转速Nmax。
图6表示在d轴电流指令值设定处理的步骤S9中进行的d轴电流指令值校正处理的一个例子。
在步骤S11中，目标电流设定部45判定由电动机转速计算部43计算出的实际的转速Nm是否超过了在ROM等中预先设定的上限转速Nmax。换言之，目标电流设定部45判定从实际的转速Nm减去了上限转速Nmax后得到的速度偏差ΔN(＝Nm－Nmax)是否大于零。然后，在目标电流设定部45判定为速度偏差ΔN大于零的情况下(是)，为了使实际的转速Nm收敛于上限转速Nmax，将处理推进至步骤S12。另一方面，在目标电流设定部45判定为速度偏差ΔN为零以下的情况下(否)，由于不需要校正临时决定的d轴电流指令值Id＊，因此结束d轴电流指令值校正处理305。
在步骤S12中，目标电流设定部45基于在步骤S11计算出的速度偏差ΔN，计算临时决定的d轴电流指令值Id＊的校正量ΔId，使得实际的转速Nm收敛于上限转速Nmax。临时决定的d轴电流指令值Id＊的校正量ΔId能够通过适当采用各种反馈控制而计算出。
临时决定的d轴电流指令值Id＊的校正量ΔId例如能够通过基于速度偏差ΔN的比例积分控制(PI控制)，按照下式而计算出。
校正量ΔId＝ΔN＊比例增益+ΔN的积分值＊积分增益
此外，临时决定的d轴电流指令值Id＊的校正量ΔId例如能够通过基于速度偏差ΔN的比例积分微分控制(PID控制)，按照下式而计算出。
校正量ΔId＝ΔN＊比例增益+ΔN的积分值＊积分增益+ΔN的微分值＊微分增益
在步骤S13中，目标电流设定部45对临时决定的d轴电流指令值Id＊加上校正量ΔId，计算出最终的d轴电流指令值Id＊来作为下式的左边。
Id＊＝Id＊+ΔId
在步骤S14中，目标电流设定部45判定在步骤S13中算出的d轴电流指令值Id＊是否小于零。然后，在目标电流设定部45判定为d轴电流指令值Id＊小于零的情况下(是)，结束d轴电流指令值校正处理305。另一方面，在目标电流设定部45判定为d轴电流指令值Id＊为零以上的情况下(否)，由于不进行磁通量削弱控制，因此将处理推进至步骤S15。然后，在步骤S15中，目标电流设定部45将最终的d轴电流指令值Id＊设定为零(Id＊＝0)，结束d轴电流指令值校正处理305。
接着，参照图7(a)～图7(d)，说明VCR控制器的磁通量削弱控制的作用。图7(a)示意性地表示电动机的实际的转速的时间变化，图7(b)示意性地表示电动机从外部接受的转矩的时间变化，图7(c)示意性地表示d轴电流指令值的时间变化以及图7(d)示意性地表示q轴电流指令值的时间变化。
考虑VCR控制器40通过VCR机构20将活塞12的上止点位置向低压缩比化的方向改变的情况。如图7(d)所示，目标电流设定部45基于输出轴23B的实际的角度β与向低压缩比化的方向改变时的目标角度βt的角度偏差D，计算q轴电流指令值Iq＊。由此，如图7(a)所示，电动机100的实际的转速Nm成为正值。这时，如图7(b)所示，对于电动机100，由于内燃机10的燃烧压力，从外部在与旋转方向相同的方向上施加转矩。如图7(a)以及图7(c)所示，目标电流设定部45在电动机100的实际的转速Nm(严格地说，对实际的转速Nm乘以了增益G后得到的目标转速Nt)成为规定转速N0之前不进行磁通量削弱控制。即，目标电流设定部45将d轴电流指令值Id＊设定为零。
如图7(a)所示，若目标转速Nt(实际的转速Nm)达到规定转速N0，则如图7(c)所示，目标电流设定部45为了开始进行磁通量削弱控制，基于削弱磁通量Idasm而将d轴电流指令值Id＊设定为负值。由此，若电动机100的实际的转速Nm上升，则目标转速Nt上升，削弱磁通量Idasm的绝对值|Idasm|也增大，因此d轴电流指令值Id＊的值减少从而实际的转速Nm进一步上升。若实际的转速Nm超过上限转速Nmax，则目标电流设定部45校正d轴电流指令值Id＊，使得实际的转速Nm收敛于上限转速Nmax。如图7(a)以及图7(c)所示，对削弱磁通量Idasm加上与速度偏差ΔN(＝Nm－Nmax)相应的校正量ΔId来进行d轴电流指令值Id＊的校正。由此，如图7(a)所示，实际的转速Nm收敛于上限转速Nmax。
根据第1实施方式的VCR控制器40，即使在从外部在与电动机100的旋转方向相同的方向上对电动机100施加转矩时进行磁通量削弱控制，也能够抑制实际的转速Nm超过上限转速Nmax而产生背离的情况。由于为了保证在VCR机构20故障时VCR控制器40的失效保险措施的有效性而设定上限转速Nmax，因此能够在VCR机构20故障时进行有效的失效保险措施。
[第2实施方式]
图8表示在第2实施方式的VCR控制器的目标电流设定部中用于计算d轴电流指令值以及q轴电流指令值的各种处理的内容。以下，对与第1实施方式相同的结构要素赋予相同标号来省略或者简化说明。
第2实施方式的VCR控制器40具有目标电流设定部45A，该目标电流设定部45A在d轴电流指令值设定处理的步骤S9中，取代d轴电流指令值校正处理305而执行d轴电流指令值校正处理305A。在d轴电流指令值校正处理305A中，除了电动机100的实际的转速Nm以及上限转速Nmax之外，还基于内燃机10的转矩T以及输出轴23B的实际的角度β，而校正在d轴电流指令值临时决定处理304中临时决定了的d轴电流指令值Id＊。通过这样的校正，目标电流设定部45A设定最终的d轴电流指令值Id＊。
图9表示在d轴电流指令值设定处理的步骤S9中进行的d轴电流指令值校正处理的另一例。d轴电流指令值校正处理305A在步骤S12和步骤S13之间执行步骤S121以及步骤S122的处理这一点上，与第1实施方式的d轴电流指令值校正处理305(参照图6)不同。
目标电流设定部45A若在步骤S12中，基于速度偏差ΔN而计算出临时决定的d轴电流指令值Id＊的校正量ΔId，则在步骤S121中，判定校正量ΔId是否大于最靠近的前次值。然后，目标电流设定部45A在判定为校正量ΔId大于前次值的情况下(是)，将处理推进至步骤S13，通过在步骤S12中算出的校正量ΔId而校正临时决定的d轴电流指令值Id＊。另一方面，在步骤S121中，目标电流设定部45A在判定为校正量ΔId为前次值以下的情况下(否)，将处理推进至步骤S122。
在步骤S122中，目标电流设定部45A判定是否可以允许校正量ΔId的减少，在允许校正量ΔId的减少的情况下，使在步骤S12中算出的校正量ΔId减少。目标电流设定部45A判定可以允许校正量ΔId的减少这一情况是在从外部在与旋转方向相同的方向上难以对电动机100施加转矩的状态时。
作为从外部在与旋转方向相同的方向上难以对电动机100施加转矩的状态，考虑以下的第1～第3状态。作为第1状态，考虑从外部在与旋转方向相同的方向上对电动机100施加的转矩T小于规定转矩T0的情况。作为第2状态，考虑在连接活塞12和控制轴22的连杆机构的特性上，输出轴23B的实际的角度β被包含于在输出轴23B旋转的方向上从外部难以接受负载的规定的角度范围Rβ中的情况。作为第3状态，考虑同时引起第1以及第2状态的情况。
因此，在步骤S122中，目标电流设定部45A在对应于上述的第1状态以及第2状态的至少一方时，判定为可以允许校正量ΔId的减少，将校正量ΔId设为零。然后，在步骤S13中，目标电流设定部45A停止临时决定的d轴电流指令值Id＊的校正，将最终的d轴电流指令值Id＊设定为削弱磁通量Idasm的值(图10(a)的时刻t1)。
另一方面，在步骤S122中，在不对应于上述的第1状态以及第2状态的两方的情况下，目标电流设定部45A判定为不允许校正量ΔId的减少。然后，在步骤S13中，目标电流设定部45A通过在步骤S12中算出的校正量ΔId而校正临时决定的d轴电流指令值Id＊，由此设定最终的d轴电流指令值Id＊。
或者，在步骤S122中，在对应于上述的第1状态以及第2状态的至少一方时，目标电流设定部45A判定为可以允许校正量ΔId的减少。然后，目标电流设定部45A不是将校正量ΔId一次设为零，而是每当在步骤S122中对应于上述的第1状态以及第2状态的至少一方时使校正量ΔId逐渐地减少。例如，在对应于第1状态的情况下，目标电流设定部45A也可以根据从外部在与旋转方向相同的方向上对电动机100施加的转矩T，使校正量ΔId逐渐地减少。由此，在步骤S13中，临时决定的d轴电流指令值Id＊的校正被缓和，目标电流设定部45A使最终的d轴电流指令值Id＊向削弱磁通量Idasm逐渐地减少而设定(图10(b)的时刻t1至t2)。
根据第2实施方式的VCR控制器40，在从外部在与旋转方向相同的方向上难以对电动机100施加转矩的状态下，不在所需要之上较大地计算校正量ΔId，能够抑制电动机100的实际的转速Nm过多地降低。
这里，说明第2实施方式的变形例。在第2实施方式的d轴电流指令值校正处理305A中，目标电流设定部45A在步骤S122中判定可否减少校正量ΔId，在允许校正量ΔId的减少的情况下，使在步骤S12中算出的校正量ΔId减少。取代它或者除此之外，目标电流设定部45A能够判定可否增大校正量ΔId，在允许校正量ΔId的增大的情况下，使在步骤S12中算出的校正量ΔId增大。
具体地说，如图11所示，目标电流设定部45A在步骤S121中判定为校正量ΔId大于前次值的情况下(是)，将处理推进至步骤S123。在步骤S123中，目标电流设定部45A判定是否可以允许校正量ΔId的增大，在允许校正量ΔId的增大的情况下，使步骤S12中算出的校正量ΔId增大。目标电流设定部45A判定为可以允许校正量ΔId的增大这一情况是在因内燃机10的燃烧压力而从外部在与旋转方向相同的方向上容易对电动机100施加转矩的状态时。
作为从外部在与旋转方向相同的方向上容易对电动机100施加转矩的状态，考虑以下的第4～第6状态。作为第4状态，考虑从外部在与旋转方向相同的方向上对电动机100施加的转矩T为规定转矩T0以上的情况。作为第5状态，考虑输出轴23B的实际的角度β被包含在前述的角度范围Rβ之外的情况。作为第6状态，考虑同时发生第4以及第5状态的情况。
因此，在步骤S123中，在对应于上述的第4状态以及第5状态的至少一方时，目标电流设定部45A判定为可以允许校正量ΔId的增大，使校正量ΔId增大。然后，在步骤S13中，目标电流设定部45A通过增大后的校正量ΔId而校正临时决定的d轴电流指令值Id＊，由此设定最终的d轴电流指令值Id＊。或者，目标电流设定部45A每当在步骤S123中对应于上述的第3状态以及第4状态的至少一方时，使校正量ΔId逐渐地增大。例如，在对应于第3状态的情况下，目标电流设定部45A也可以根据从外部在与旋转方向相同的方向上对电动机100施加的转矩T，使校正量ΔId逐渐地增大。由此，在步骤S13中，目标电流设定部45A使最终的d轴电流指令值Id＊向零逐渐地增大而设定。
另一方面，在步骤S123中，在与上述的第4状态以及第5状态都不对应时，目标电流设定部45A判定为不允许校正量ΔId的增大。然后，在步骤S13中，目标电流设定部45A通过在步骤S12中算出的校正量ΔId而校正临时决定的d轴电流指令值Id＊，由此设定最终的d轴电流指令值Id＊。
根据这样的第2实施方式的变形例，在从外部在与旋转方向相同的方向上容易对电动机100施加转矩的状态下，能够使实际的转速更提前地收敛于上限转速。
在上述的第1以及第2实施方式中，在电动机100的实际的转速Nm超过了上限转速Nmax时，为了使实际的转速Nm收敛于上限转速Nmax，校正了临时决定的d轴电流指令值Id＊。替代地，也可以为，目标电流设定部45、45A在目标转速Nt成为上限转速Nmax或者成为小于它的附近值时，不在乘法处理303中对实际的转速Nm乘以增益G。由此，在d轴电流指令值临时决定处理304中，使得削弱磁通量Idasm的绝对值|Idasm|不增大，能够抑制电动机100的实际的转速Nm的上升。
或者，目标电流设定部45、45A也可以在q轴电流指令值设定处理302中设定q轴电流指令值Iq＊，使得电动机100的实际的转速Nm不超过上限转速Nmax。通过除了基于角度偏差D之外还基于速度偏差ΔN进行反馈控制，设定q轴电流指令值Iq＊。
在上述的第1以及第2实施方式中，说明了应用电动机100作为VCR机构20中的电动促动器23的驱动源的例子，但是不限于此，能够作为内燃机10中的各种电动促动器的驱动源而应用。例如，能够作为将内燃机10中的进排气阀的开闭定时或升程量设为可变的可变阀机构的电动促动器的驱动源而应用。因此，本发明的电动机控制装置不限于VCR控制器40，也能够应用于控制用作内燃机10中的各种电动促动器的驱动源的电动机的装置。此外，上限转速Nmax也能够按照电动机100的应用对象而变化。
在上述的第1以及第2实施方式中，在d轴电流指令值临时决定处理304中，通过参照磁通量削弱设定图来临时决定d轴电流指令值Id＊，但是不限于此，也可以通过其它各种方法临时决定d轴电流指令值Id＊。
标号说明
10…内燃机，12…活塞，20…VCR机构，23…电动促动器，23B…输出轴，40…VCR控制器，45，45A…目标电流设定部，100…电动机，Id＊…d轴电流指令值，Nm…电动机的实际的转速，Nmax…上限转速，ΔN…速度偏差，ΔId…d轴电流指令值的校正量，β…输出轴的实际的角度，T…内燃机的产生转矩，305、305A…d轴电流指令值校正处理

Claims (8)

1.一种电动机控制装置，包括控制器，所述控制器通过基于dq旋转坐标的向量控制来驱动作为电动促动器的驱动源而设置的电动机，在从外部在与所述电动机的旋转方向相同的方向上对所述电动机施加转矩时，设定d轴电流指令值，使得削弱所述电动机的磁场磁通量，
在所述电动机的转速超过了规定的上限转速时，所述控制器校正所述d轴电流指令值，以使所述电动机的转速收敛于所述规定的上限转速，
所述电动促动器在调整内燃机的压缩比的可变压缩比机构中，被构成为改变所述内燃机的活塞的上止点位置。
2.一种电动机控制装置，包括控制器，所述控制器通过基于dq旋转坐标的向量控制来驱动作为电动促动器的驱动源而设置的电动机，在从外部在与所述电动机的旋转方向相同的方向上对所述电动机施加转矩时，设定d轴电流指令值，使得削弱所述电动机的磁场磁通量，
在所述电动机的转速超过了规定的上限转速时，所述控制器校正所述d轴电流指令值，以使所述电动机的转速收敛于所述规定的上限转速，
即使在所述电动机的转速超过所述规定的上限转速的情况下，所述控制器也根据从外部在与所述电动机的旋转方向相同的方向上对所述电动机施加的转矩的状态，停止所述d轴电流指令值的校正。
3.如权利要求1或2所述的电动机控制装置，
在所述电动机的转速超过了规定转速时，所述控制器基于所述电动机的转速与所述规定的上限转速的偏差，校正所述d轴电流指令值。
4.如权利要求3所述的电动机控制装置，
所述控制器校正所述d轴电流指令值，以使随着所述偏差变大而所述d轴电流指令值接近于零。
5.如权利要求1或2所述的电动机控制装置，
在所述电动促动器发生了故障的情况下，基于所述电动促动器能够执行失效保险措施的时间而设定所述规定的上限转速。
6.如权利要求2所述的电动机控制装置，
所述转矩的状态由所述转矩的大小和所述电动促动器的动作位置的至少一方而决定。
7.一种电动机控制方法，
通过基于dq旋转坐标的向量控制来驱动作为电动促动器的驱动源而设置的电动机，在从外部在与所述电动机的旋转方向相同的方向上对所述电动机施加转矩时，设定d轴电流指令值，使得削弱所述电动机的磁场磁通量，
在所述电动机的转速超过了规定的上限转速时，校正所述d轴电流指令值，以使所述电动机的转速收敛于所述规定的上限转速，
控制所述电动促动器，使得在调整内燃机的压缩比的可变压缩比机构中，改变所述内燃机的活塞的上止点位置。
8.一种电动机控制方法，
通过基于dq旋转坐标的向量控制来驱动作为电动促动器的驱动源而设置的电动机，在从外部在与所述电动机的旋转方向相同的方向上对所述电动机施加转矩时，设定d轴电流指令值，使得削弱所述电动机的磁场磁通量，
在所述电动机的转速超过了规定的上限转速时，校正所述d轴电流指令值，以使所述电动机的转速收敛于所述规定的上限转速，
即使在所述电动机的转速超过所述规定的上限转速的情况下，也根据从外部在与所述电动机的旋转方向相同的方向上对所述电动机施加的转矩的状态，停止所述d轴电流指令值的校正。
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