JP2014100969A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に係わり、冷却性能を向上するために好適な交流モータの構造とその制御装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus, and more particularly to a structure of an AC motor suitable for improving cooling performance and a control apparatus thereof.
近年、電気を利用して駆動力を提供する電気駆動装置が注目されている。電気駆動装置の動力発生源としてのモータには、例えば、三相交流電圧を印加して駆動するインダクションモータがある。インダクションモータを用いる場合、複数相の巻線へ位相の異なる巻線電流を供給するため、所定電圧の位相がずれた交流出力を作り出す必要がある。したがって、そのための電気部品が必要となってくる。ここで、電気部品には、交流を生成するためのスイッチング機能を実現するインバータ及びスイッチング制御を司るコントローラユニットが含まれる。また、電気駆動装置用モータにおいては、小型軽量化や配線損失の低減を狙い、モータ本体の軸方向に電気部品を搭載した機電一体型モータが提案されている（例えば、特許文献１）。 2. Description of the Related Art In recent years, electric drive devices that provide driving force using electricity have attracted attention. An example of a motor as a power generation source of an electric drive device is an induction motor that is driven by applying a three-phase AC voltage. In the case of using an induction motor, it is necessary to create an AC output with a predetermined voltage out of phase in order to supply winding currents having different phases to a plurality of phases. Therefore, an electrical component for that purpose is required. Here, the electrical component includes an inverter that realizes a switching function for generating alternating current and a controller unit that performs switching control. In addition, as a motor for an electric drive device, an electromechanical integrated motor in which electric parts are mounted in the axial direction of the motor body has been proposed with the aim of reducing the size and weight and reducing wiring loss (for example, Patent Document 1).
機電一体型モータでは、一般的に、電気部品は金属製又は樹脂製のケースに封入されてモータハウジングの回転軸方向における端部に固定される。インバータのスイッチング素子はモータを駆動する際においてそのスイッチング時及び導通時に電力損失を発生して発熱する。機電一体型モータにおいては、小型化のため高密度に部品を実装することから、放熱を十分にできなくなる可能性があり、インバータを構成するスイッチング素子の冷却は特に重要な課題となっている。 In the electromechanically integrated motor, generally, an electrical component is enclosed in a metal or resin case and fixed to an end portion of the motor housing in the rotation axis direction. The inverter switching element generates heat by generating a power loss when the motor is driven and when it is switched on and off. In an electro-mechanical motor, components are mounted at a high density for miniaturization, so there is a possibility that heat cannot be sufficiently dissipated, and cooling of the switching elements constituting the inverter is a particularly important issue.
一方、冷却ファンを設けたモータとして、モータのロータに小径部を形成し、この小径部内に非磁性導電材よりなるカップ状補助ロータを配置し、このカップ状補助ロータをモータの回転軸上に回転自在に取り付け、カップ状補助ロータに冷却ファンを一体に設けたモータが知られている（例えば、特許文献２）。 On the other hand, as a motor provided with a cooling fan, a small-diameter portion is formed in the rotor of the motor, a cup-shaped auxiliary rotor made of a nonmagnetic conductive material is disposed in the small-diameter portion, and this cup-shaped auxiliary rotor is placed on the rotation shaft of the motor. A motor that is rotatably mounted and has a cooling fan integrated with a cup-shaped auxiliary rotor is known (for example, Patent Document 2).
このモータでは、ステータで発生される磁束によりカップ状補助ロータに渦電流が発生するように構成されており、カップ状補助ロータがステータで発生する回転磁界によって回転駆動される。カップ状補助ロータの回転はモータの回転軸の回転、すなわちロータの回転とは無関係であり、回転軸に負荷が掛けられて回転軸の回転数が低下しても、カップ状補助ロータの回転数は低下することなく定速回転する。これにより、カップ状補助ロータに設けられた冷却ファンにより、回転軸の回転数に関係なく常時一定の送風量が得られ、冷却効果の低下を防止できる。 In this motor, an eddy current is generated in the cup-shaped auxiliary rotor by magnetic flux generated in the stator, and the cup-shaped auxiliary rotor is rotationally driven by a rotating magnetic field generated in the stator. The rotation of the cup-shaped auxiliary rotor is independent of the rotation of the rotation shaft of the motor, that is, the rotation of the rotor. Even if the rotation speed of the rotation shaft decreases due to a load applied to the rotation shaft, the rotation speed of the cup-shaped auxiliary rotor Rotates at a constant speed without lowering. Thereby, the cooling fan provided in the cup-shaped auxiliary rotor can always obtain a constant air flow rate regardless of the number of rotations of the rotating shaft, thereby preventing the cooling effect from being lowered.
電動パワーステアリング装置では、運転者の操舵をアシストするための動力発生源としてモータを用いる。電動パワーステアリング装置では、車両の旋回動作のためにステアリングホイールを左または右に一杯に切った状態（以下、「当て止め」という）や、或いは車両の直進状態におけるステアリングホイールの回転位置と当て止め状態におけるステアリングホイールの回転位置との中間でステアリングホイールの回転位置を維持する状態のように、回転軸及びロータの回転を停止した状態で、アシスト力を発生する必要がある。 In the electric power steering apparatus, a motor is used as a power generation source for assisting the driver's steering. In the electric power steering device, the steering wheel is turned to the left or right for the turning operation of the vehicle (hereinafter referred to as “stopping”), or the rotation position and the stopper of the steering wheel when the vehicle is traveling straight. It is necessary to generate the assist force in a state where the rotation of the rotating shaft and the rotor is stopped as in the state where the rotational position of the steering wheel is maintained in the middle of the rotational position of the steering wheel in the state.
電動パワーステアリング装置では、モータが回転を停止した状態でアシスト力を発生するために、トルクを出力し続ける運転が必要になる。このような運転では、電流が流れ続けて発熱するため、冷却ファンの回転を停止すると冷却能力が低下し、温度上昇を招いてしまう可能性がある。 In the electric power steering apparatus, in order to generate the assist force in a state where the motor stops rotating, it is necessary to perform an operation that continuously outputs torque. In such an operation, current continues to flow and heat is generated. Therefore, if the cooling fan stops rotating, the cooling capacity may be reduced, leading to an increase in temperature.
特許文献２に開示された従来技術では、回転軸を回転させている場合に冷却ファンを定速回転することについての配慮はあるものの、回転軸を回転させる必要のない状態で冷却ファンを回転させることについては配慮がない。
In the prior art disclosed in
本発明の目的は、モータの回転軸が停止した運転状態で、モータに設けた冷却ファンの冷却性能を確保或いは高めることができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electric power steering device capable of ensuring or enhancing the cooling performance of a cooling fan provided in a motor in an operating state in which the rotation shaft of the motor is stopped.
上記目的を達成するために、本発明の電動パワーステアリング装置は、交流モータの回転軸に対して回転自在な冷却ファンを設け、ステータコイルに駆動電流を流すことによって発生する回転磁界によって冷却ファンを直接的に或いは間接的に回転駆動できるようにする。そして、交流モータの回転軸が停止している場合も、ステータコイルに駆動電流を流して回転磁界を発生させ、冷却ファンを回転駆動する。 In order to achieve the above object, an electric power steering apparatus according to the present invention is provided with a cooling fan that is rotatable with respect to a rotating shaft of an AC motor, and the cooling fan is driven by a rotating magnetic field generated by passing a drive current through a stator coil. It can be rotated directly or indirectly. Even when the rotating shaft of the AC motor is stopped, a driving current is supplied to the stator coil to generate a rotating magnetic field, and the cooling fan is driven to rotate.
本発明によれば、交流モータの回転軸が回転を停止している状態で、冷却ファンを十分な速度で回転させることができ、電動パワーステアリング装置の冷却能力の低下を防止することができる。 According to the present invention, the cooling fan can be rotated at a sufficient speed in a state where the rotation shaft of the AC motor has stopped rotating, and a decrease in the cooling capacity of the electric power steering device can be prevented.
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、モータ１０３，インバータ１０４及びＥＣＵ１０５の構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the
インバータ１０４とＥＣＵ１０５とは、モータハウジング４５の後端壁（回転シャフト１０の軸方向において出力軸が設けられる側とは反対側の端面に設けられる壁）に、モータロータと同軸に設置される。すなわち、モータ１０３の本体とインバータ１０４とＥＣＵ１０５とが、回転シャフト１０の軸方向に沿って、この順番に並んで配置されている。冷却ファン５５によって発生される冷却風（風、或いは空気の流れ）は、モータ１０３の本体（特に電機子コイルが設けられるモータステータ４０）と電気部品（特にインバータ１０４）の両方、あるいはその片方の放熱を助け、冷却する。尚、以下の説明では、回転シャフト１０の軸方向を単に回転軸方向と言う場合もある。
図１に示すように、モータ１０３は、ステータ４０と、モータロータ３０と、回転シャフト１０と、モータ軸受２０より構成される。尚、本実施例の他、以下で説明するその他の実施例において、モータ１０３は、誘導モータである。固定されたステータ４０の電機子コイルに交流電圧を加えると、回転磁界が発生する。この回転磁界によりモータロータ３０に誘導電流が発生する。その誘導電流と回転磁界の相互作用によってモータロータ３０が回転する。ステータ４０の回転磁界に対してモータロータ３０には回転遅れが発生し、すべりが生じる。このすべりは、誘導モータ１０３の回転速度と出力トルクとに大きな影響がある。
As shown in FIG. 1, the
ステータ４０は、モータハウジング４５の径方向内側（内周側）に配置される。モータロータ３０は、ステータ４０の径方向内側（内周側）に配置される。回転シャフト１０は、モータロータ３０の径方向内側（内周側）に配置され、モータロータ３０に固定され、モータロータ３０と連動して回転する。
The
冷却ファン５５は、ファン羽根６０と、ファンロータ５０と、ファン軸受７０とにより構成される。ファンロータ５０は、ファン軸受７０を介して回転シャフト１０の周りに設けられる。
The
ファン軸受７０は、回転シャフト１０に設けられる。ファンロータ５０はファン軸受７０により回転シャフト１０に対して回転自由に設置されるが、回転シャフト１０の軸方向については固定されている。ファンロータ５０はファン軸受７０に配置され、ファン羽根６０はファンロータ５０のインバータ１０４向きの表面に付けられる。
The fan bearing 70 is provided on the rotating
このモータ１０３においては、ステータ４０の電機子コイルに交流電圧を加えると、回転磁界が発生する。この回転磁界の一部は、図１の矢印３０１が示すように、ステータ４０の回転軸方向における端部から漏洩する。ファンロータ５０はかご型の金属非磁性材料など誘導電流が生じるもので構成する。ステータ４０の端部から漏洩する回転磁界とファンロータ５０の誘導電流の相互作用によって、ファンロータ５０が回転する。
In this
また、ファンロータ５０は、永久磁石５２と鉄心５１より構成されるものであっても良い。図２はこの構成のファンロータ５０の断面図である。永久磁石５２が鉄心５１内に収納される。ステータ４０の端部から漏洩する回転磁界とファンロータ５０の永久磁石５２との間の吸引力によって、ファンロータ５０が回転する。
Further, the
また、ファンロータ５０は突極構造を持ち、突極構造により生じるリラクタンストルクより回転力を得られるものであっても良い。図３は空隙５５と鉄心５１とにより構成される突極構造のファンロータ５０の断面図である。ステータ４０の端部から漏洩する回転磁界による極と突極構造の突極との吸引力によって、ファンロータ５０が回転する構造になっている。
Further, the
以上の構造により、冷却ファン５５の回転数は、モータロータ３０及び回転シャフト１０の回転数に関係なく、ステータ４０の回転磁界の回転数によって決定される。
With the above structure, the rotation speed of the cooling
モータ１０３の回転シャフト１０に負荷がかかり、その回転数が低下する場合、冷却ファン５５の回転数はステータ４０の回転磁界の回転数によって決定されるため、冷却ファン５５の回転数低減の幅は回転シャフト１０より小さく、冷却ファン５５は一定回転数で回転し続け、冷却効果の低下を防止できる。
When a load is applied to the
本実施例では、モータ１０３を電動パワーステアリング装置への適用に配慮している。電動パワーステアリング装置では、車両の旋回動作のためにステアリングホイールを左または右に一杯に切った状態（以下、「当て止め状態」という）が生じる。この当て止め状態では、モータロータ３０の回転を停止している間もトルクを出し続ける必要があり、ステータ４０の電機子コイルに電流が流れ続けて発熱する。本実施例では、電機子コイルに通電することにより発生するステータ４０の回転磁界によって冷却ファン５５を回転駆動する。冷却ファン５５の回転数はステータ４０の回転磁界の回転数によって決定される。このため、当て止め状態においても、冷却ファン５５による冷却を継続することができる。
In this embodiment, consideration is given to application of the
電動パワーステアリング装置では、当て止め状態の他にも、車両の直進状態におけるステアリングホイールの回転位置と当て止め状態におけるステアリングホイールの回転位置との中間でステアリングホイールの回転位置を維持する場合がある。この場合も、モータロータ３０の回転を停止した状態でトルクを出し続ける運転が必要になる。このような場合においても、本実施例によれば、冷却ファン５５の回転を継続して冷却を継続することができる。
In the electric power steering device, there is a case where the rotational position of the steering wheel is maintained between the rotational position of the steering wheel when the vehicle is traveling straight and the rotational position of the steering wheel when the vehicle is in the stationary state, in addition to the stopped state. Also in this case, it is necessary to perform an operation that continuously outputs torque while the rotation of the
尚、本実施例では、図１に符号３０１で示すように、ステータ４０の回転軸方向における端部から漏洩する漏洩回転磁界により、ファンロータ５０に回転方向或いはその逆方向に磁気的な吸引力或いは反発力（斥力）を発生させ、ファンロータ５０の回転力を得るものであり、ステータ４０で発生する回転磁界を直接利用している。
In this embodiment, as indicated by
図４は本実施例のモータ１０３を搭載する電動パワーステアリング装置１の構成を示す模式図である。本実施例の電動パワーステアリング装置１は、ラックに二つのピニオンが噛合う構成である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the electric
ステアリングホイール１１３側のラックアンドピニオンの構成において、ステアリングコラム１１２の下端部にピニオン軸１１４を介してピニオン１０９が取り付けられる。ピニオン１０９はラック１０８に噛み合わせてある。この構成により、ステアリングホイール１１３が回転された場合、この回転がステアリングコラム１１２を介してピニオン１０９に伝達され、ピニオン１０９とラック１０８との噛み合いによりラック１０８の直線運動に変換される。そして、水平に延在するラック１０８の両端部は、それぞれタイロッド１０２を介してナックルアーム１０１及び操舵輪１１５に接続しており、ラック１０８が直線運動することで左右の操舵輪１１５が転舵する。
In the rack and pinion configuration on the
モータ１０３側のラック・ピニオン構成において、モータの回転シャフト１０と連結するウォーム（図示せず）はウォームホイール１０６に噛み合わせる。ウォームホイール１０６はピニオン１０７と連結され、ピニオン１０７はラック１０８に噛み合わせてある。この構成より操舵アシスト用モータ１０３の回転は、ウォームとウォームホイール１０６とからなるウォーム減速機構により減速され、ラック１０８の直線運動に変換されることになり、ドライバの操舵をアシストする。
In the rack and pinion configuration on the
トルクセンサ１１１は、ステアリングコラム１１２を２軸に分割し、ステアリングコラム１１２の下端部１１２ａと上端部１１２ｂとを連結するトーションバーにより構成される。すなわち、この操舵トルクセンサ１１１は、上記トーションバーの捩じれ量から操舵トルクを検出し、この操舵トルクの数値と操舵方向とを、コントロールユニット（ＥＣＵ）１０５に供給する。
The
電動パワーステアリング装置１は図２の構成をすべて備えるものであっても良いが、例えば、ナックルアーム１０１，タイロッド１０２及び操舵輪１１５の全て、或いはこれらのいずれかを含まない構成であっても良い。或いは、その他の部品のいずれか一つ或いは複数を含まない構成であっても良い。しかし、システムを組むためには、トルクセンサ１１１，ピニオン１０９，ラック１０８，モータ１０３，インバータ１０４，ＥＣＵ１０５，ウォーム（図示せず），ウォームホイール１０６及びピニオン１０７をセットにした構成とすることが好ましい。
The electric
モータ１０３，インバータ１０４及びＥＣＵ１０５は電動パワーステアリング装置１でアシストトルク（アシスト力）を発生する駆動装置として機能している。
The
さらに、アシスト力を発生するモータ１０３，インバータ１０４及びＥＣＵ１０５の取り付け位置や、ラックアンドピニオンの構成は図２以外の構成であってもよい。
Furthermore, the mounting position of the
電動パワーステアリング装置１に関する記述は、後で説明する実施例２にも適用される。
The description regarding the electric
次に、図５を用いて、電動パワーステアリング装置１の制御システムを説明する。図５はＥＣＵ１０５を用いて構成される制御システムのブロック図である。
Next, the control system of the electric
制御システムには、前述のトルクセンサ１１１の他、車両走行速度を検出する車速センサ２０２と、操舵角と操舵方向とを検出する操舵角センサ２０１と、ステータ４０の近傍に設けられてモータ温度を検出する温度センサ２０３と、インバータ１０４の近傍に設けられて電気部品の温度を検出する温度センサ２１３とが設けられている。各センサで検出された車両走行速度と操舵方向と操舵角度とモータ温度と電気部品温度とは、ＥＣＵ１０５に供給される。
また、温度センサ２０３，２１３が設置されない場合、温度センサ２０３，２１３の代わりに、実測データや熱解析により事前に作成した熱モデルをＥＥＰＲＯＭ２０７に記憶させ、モータに流される電流より、モータ温度と電気部品温度を推定する。
In addition to the
When the
本実施例では、温度センサ２０３，２１３又は熱モデルを用いた温度推定手段でモータ１０やインバータ１０４を含む電気部品の温度を検出或いは推定し、その検出値又は推定値を用いてＥＣＵ１０５で各部位の冷却状態を判定し、さらに冷却が必要か否かを判定する。
In the present embodiment, the temperature of the electrical components including the
ＥＣＵ１０５は、内部バス２０８により相互に接続されたＣＰＵ２０４，ＲＯＭ２０５，ＲＡＭ２０６及びＥＥＰＲＯＭ２０７を備える。アシスト制御及び以下詳述するモータのあて止め制御プログラムはＲＯＭ２０５に記憶され、これらの制御動作に用いる制御マップ，各種の補正値等の定数値はＥＥＰＲＯＭ２０７に記憶されている。
The
トルクセンサ１１１による操舵トルクの検出値、操舵角センサ２０１による操舵角の検出値、車速センサ２０２による車速の検出値及び温度センサ２０３，２１３による温度の検出値は、入力インターフェイス２０９を介してＣＰＵ２０４に取り込まれる。そして、ＣＰＵ２０４は、操舵トルクセンサ１１１で検出された操舵トルク値と車速センサ２０２で検出された車速とに基づいて、モータのアシストトルクの指令値を算出する。さらに、ＣＰＵ２０４は、この指令値を用いて、インバータを制御するＰＷＭ(Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、インバータ１０４へ出力する。インバータ１０４は、このＰＷＭ信号を用いて、トランジスタをオン/オフ制御することで、電源ラインから受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータへ出力し、モータを駆動する。インバータ１０４はインダクションモータの駆動用に用いられるものを使用すればよいので、ここでは詳述しない。
The detected value of the steering torque by the
また、図２に示す電動パワーステアリング装置１において、ステアリングホイール１１３をいっぱい切ると、モータ１０３は回転停止の状態になるが、モータ１０３に電流を流し続け、モータ１０３はトルク出力状態を保持する。即ち、モータ１０３はあて止め状態になる。その時、ＥＣＵ１０５は上述したように冷却ファン５５を駆動して冷却制御を行う。
In addition, in the electric
図３の制御システムに関する記述は、後で説明する実施例２にも適用される。 The description regarding the control system of FIG. 3 is applied also to Example 2 described later.
本実施例における動作を以下説明する。図４に示す電動パワーステアリング装置１において、最もステアリングホイール１１３を転舵した状態でステアリングホイール１１３にさらに回転力を与えると、終端のストッパーで動作を抑制されるが、ステアリングホイール１１３からの入力が継続しているのでモータはアシスト力を出し続ける状態となる。すなわち、モータ１０３は回転停止の状態であるが、モータ１０３には電流が流れ続け、モータ１０３はトルク出力状態を保持するあて止め状態になる。
The operation in this embodiment will be described below. In the electric
図６はあて止め時のモータロータ３０の回転速度、冷却ファン５５の回転速度、モータロータ３０のスリップ率、モータトルク、モータ駆動電圧を示す模式図である。モード１においては、あて止め開始位置で、ストッパーよりモータロータ３０は回転停止状態になり、モータ１０３はあて止め状態になる。ステータ４０の回転磁界はスリップ率を保ったままで回転するため、モータトルクは変わっていない。冷却ファン５５はモータロータ３０に対して独立した状態で回転するので、ステータ４０の回転磁界により回転し続ける。よって、冷却ファン５５は一定の冷却能力を維持する。モード２においては、さらに冷却効果を上げるため第一の冷却制御を行った場合を示す。冷却ファンの冷却能力をさらに引き上げるため駆動電圧の周波数を上げる。結果として、冷却ファン５５の回転速度が上がるが、モータロータ３０のスリップ率が上がるためモータトルクが下がる。モード３においては、さらにモータ１０３の出力トルクを維持するため第二の冷却制御を行った場合を示す。駆動電圧の周波数が上がりモータロータ３０のスリップ率が上がることによりモータトルクが下がる分を補てんするため、駆動電圧を上げる制御を行う。結果として、冷却ファン５５の回転速度は上がり、モータトルクの低下を防止して一定のモータトルクを出力することができるようになる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the rotation speed of the
図７を用いて、冷却制御の内容について詳述する。図７はＥＣＵ１０５が実行する冷却制御の内容を示すフローチャートである。まず、ＣＰＵ２０４は操舵角センサ２０１の出力Ａを取り込み（ステップ１：Ｓ１）、予め設定されたあて止め操舵角の基準値Ａ０と比較する（ステップ２：Ｓ２）。操舵角センサ２０１の出力Ａがこの基準値Ａ０以上である場合（ステップ２の判定結果がＹの場合）には、あて止め状態であると判定され、ステップ３に進んであて止め時の冷却制御を実行する。操舵角センサ２０１の出力Ａが基準値Ａ０より小さい場合（ステップ２の判定結果がＮの場合）には、この冷却制御を終了（Ｓ８）して通常アシスト制御を行う。
The contents of the cooling control will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing the contents of the cooling control executed by the
ステップ３（Ｓ３）において、ＥＣＵ１０５は、モータ駆動に適したあて止め時冷却制御における駆動周波数の基準値Ｆ０と駆動電圧の基準値Ｖ０を算出する。
In step 3 (S3), the
ステップ４（Ｓ４）において、温度センサを設置する場合には、ＥＣＵ１０５は温度サンサ２０３，２１３の検出値を取り込み、平均値を算出する。温度センサ２０３，２１３を設置しない場合には、ＥＣＵ１０５は熱モデルにより推定されるモータ温度と電子部品温度との平均値を算出する。温度センサ２０３により検出されるモータ１０の温度又は温度センサ２１３により検出される電気部品温度のうち、高い方の温度を優先して後の制御で使用しても良い。或いは、モータ１０の温度と電気部品温度とにそれぞれ重み付けを行って、後の制御で使用しても良い。
In step 4 (S4), when installing the temperature sensor, the
ステップ５（Ｓ５）において、ＥＣＵ１０５は、図８に示す予め設定された温度と駆動周波数ゲインのマップから平均温度に対応するゲインＧｆを取り込み、ステップ３で算出されたあて止め時の駆動電圧周波数の基準値Ｆ０との積によって、あて止め時冷却制御の駆動電圧周波数Ｆを算出する。尚，図８に示す様に冷却ファン５５の脱調を防止するために，ゲインGfはある温度から高温側では一定値に維持する。
In step 5 (S5), the
モータ１０の温度又は電気部品温度温度のいずれか一方を選択して制御する場合には、駆動周波数ゲインのマップは、モータ１０の温度用のものと、電気部品温度用のものとを用意しても良い。
When selecting and controlling either the temperature of the
ステップ６（Ｓ６）において、ＥＣＵ１０５は、図９に示す予め設定された駆動電圧周波数と駆動電圧のゲインマップから周波数に対応するゲインＧｖを取り込み、ステップ３で算出されたあて止め時の駆動電圧の基準値Ｖ０との積によって、あて止め時冷却制御の駆動電圧Ｖを算出する。このように、あて止め時における冷却ファン５５の駆動電圧周波数と駆動電圧が決定する。
In step 6 (S6), the
ステップ７（Ｓ７）において、ＥＣＵ１０５は、あて止め時冷却制御の周波数Ｆと電圧Ｖを持つ駆動信号を生成してインバータ１０４へ出力し、モータ１０３を駆動する。従って、ステータ４０の回転磁界は周波数Ｆで回転する。ファンロータ５０は、ステータ４０の漏洩回転磁界により回転力を得て、回転する。これにより、あて止め時に温度が高い場合、冷却ファンの回転数は高くなり、冷却能力は高くなる。
In step 7 (S7), the
あて止め状態よりも小さい操舵角度範囲でステアリングホイール１１３を止めてその操舵角度範囲を維持する場合に、あて止め時と同様に駆動周波数Ｆを高くして冷却ファンの回転数を高くする制御を実行しても良い。この場合、複数の操舵角度位置での駆動周波数の基準値Ｆ０’を設けておき、基準値Ｆ０’と温度に応じたゲインＧとの積によって駆動周波数Ｆを算出するとよい。この制御状態に入るために、ステアリングホイール１１３の操舵角度が所定時間を超えて一定の角度に維持されているか否かを検出するようにすると良い。
When the
また、この場合にアシスト力が変化しないように、モータトルクを制御すると良い。駆動周波数Ｆを高くするとモータ１０３が発生するトルクは小さくなる。回転角度位置を維持するためにトルクを維持、或いは高める必要がある場合には、駆動電圧を大きくして駆動電圧値を高める制御をするとよい。このために、モータ１０３の回転角度位置が一定になるように駆動電圧値をフィードバック制御してもよい。
In this case, the motor torque may be controlled so that the assist force does not change. When the drive frequency F is increased, the torque generated by the
図４の冷却制御に関する記述は、後で説明する実施例２にも適用される。 The description related to the cooling control in FIG. 4 is also applied to a second embodiment described later.
上記の実施例においては、電動パワーステアリング装置について説明したが、モータの駆動と冷却ファンの駆動とに同様の機能が要求される装置、例えば、昇降用搬送機械などに、上記モータと制御システムとを適用してもよい。 In the above embodiment, the electric power steering apparatus has been described. However, the motor and the control system are installed in an apparatus that requires the same function for driving the motor and the cooling fan, for example, a lifting transport machine. May be applied.
第２の実施例のモータ１０３の基本的な構成は第１の実施例とほぼ同一である。以下、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。
The basic configuration of the
図１０は、冷却ファン５５、モータ１０３、インバータ１０４及びＥＣＵ１０５の構造を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the cooling
ステータ４０が発生する回転磁界によって、モータロータ３０に渦電流が誘起される。モータロータ３０に渦電流が流れると、渦電流による磁場が発生する。ここで、モータロータ３０に生じる磁場の一部は、モータロータ３０の回転軸方向の端部から漏洩する。そして、ファンロータ５０はこのモータロータ３０の回転軸方向の端部からの漏洩磁場を利用して、冷却ファン５５を回転させる。
An eddy current is induced in the
従って、第２の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。 Therefore, in the second embodiment, substantially the same operational effects as in the first embodiment can be obtained.
尚、本実施例では、ステータ４０で発生する回転磁界によりモータロータ３０に渦電流を流し、この渦電流によって生じる磁場（回転磁場）によって、ファンロータ５０の回転力を発生させている。本実施例は、ステータ４０で発生する回転磁界を間接的に利用した形態と言える。
In this embodiment, an eddy current is caused to flow through the
上記の実施例においては、ファンロータ５０は永久磁石を有するものを代表的に説明したが、ファンロータ５０は永久磁石を用いるものに限られるものではない。例えば、界磁巻線など、誘導電流が発生られるものでも良い。また、ファンロータ５０を突極構造として、突極構造により生じるリラクタンストルクにより回転力が得られるものにしても良い。
In the above embodiment, the
また、上記の実施例においては、電動パワーステアリング装置について説明したが、モータの駆動と冷却ファンの駆動とに同様の機能が要求される装置、例えば、昇降用搬送機械などに、上記モータと制御システムとを適用してもよい。 In the above embodiment, the electric power steering device has been described. However, the motor and the control are used in a device that requires the same function for driving the motor and the cooling fan, for example, a lifting machine. System may be applied.
実施例１と実施例２とを組み合わせ、ファンロータ５０がモータステータ４０に発生する回転磁界とこの回転磁界によってモータロータに誘起される回転磁場の両方によって、ファンロータ５０を回転駆動するようにしても良い。
The first and second embodiments may be combined so that the
最後に、本発明に係る具体的な態様について、補足説明する。 Finally, a supplementary description will be given of specific aspects according to the present invention.
本発明に係る電動パワーステアリング装置用駆動装置のモータは、外郭を形成するモータハウジングと、モータハウジングの径方向内側に配置されるステータと、ステータの径方向内側に配置されるロータと、ロータの径方向内側に配置される回転シャフトと、回転シャフトに配置される冷却風を発生させる冷却ファンを有する交流モータであって、冷却ファンは、ロータと異なる回転数で回転できる様に、回転シャフトに回転自由に支持される。
冷却ファンは、ステータが発生する回転磁界により回転力を得て、回転する。
また、冷却ファンは、ロータからの磁力により回転力を得て、回転する。
モータハウジングの軸方向の外側にモータに印加する交流電圧を発生させる電気部品を有し、その電気部品は、直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータのスイッチング制御を司るコントローラユニットとを備え、冷却ファンは、交流モータと電気部品の両方、あるいはその片方を冷却する。
さらに、冷却が必要か否かを判定する冷却状態判定手段を有し、冷却状態判定手段が冷却が必要と判定したときに、モータを駆動する交流電力の駆動周波数をより高い周波数に変更する。
その冷却制御手段は、モータと前記電気部品の温度、あるいは、その片方の温度に応じて、モータを駆動する交流電力の駆動周波数を調整する。
冷却ファンは、ファンロータを備え、ファンロータは永久磁石を有し、永久磁石の発生する界磁により回転力を得る。
また、冷却ファンはファンロータを備え、ファンロータは突極構造であり、突極構造により生じるリラクタンストルクにより回転力を得る。
A motor of a drive device for an electric power steering device according to the present invention includes a motor housing that forms an outer shell, a stator that is disposed radially inward of the motor housing, a rotor that is disposed radially inward of the stator, An AC motor having a rotating shaft arranged radially inside and a cooling fan that generates cooling air arranged on the rotating shaft, the cooling fan being mounted on the rotating shaft so as to be able to rotate at a different rotational speed than the rotor. Rotation is supported freely.
The cooling fan obtains a rotational force by a rotating magnetic field generated by the stator and rotates.
Further, the cooling fan rotates by obtaining a rotational force by the magnetic force from the rotor.
An electric component for generating an AC voltage to be applied to the motor is provided outside the motor housing in the axial direction, and the electric component includes an inverter that converts DC power into AC power and a controller unit that controls switching of the inverter. The cooling fan cools both the AC motor and the electrical component, or one of them.
Furthermore, it has cooling state determination means for determining whether or not cooling is necessary, and when the cooling state determination means determines that cooling is necessary, the drive frequency of the AC power for driving the motor is changed to a higher frequency.
The cooling control means adjusts the driving frequency of AC power for driving the motor in accordance with the temperature of the motor and the electrical component or the temperature of one of them.
The cooling fan includes a fan rotor, the fan rotor has a permanent magnet, and obtains a rotational force by a field generated by the permanent magnet.
Further, the cooling fan includes a fan rotor, and the fan rotor has a salient pole structure, and a rotational force is obtained by reluctance torque generated by the salient pole structure.
１…電動パワーステアリング装置、１０３…モータ、１０４…インバータ、１０５…コントロールユニット、１０…回転シャフト、３０…モータロータ、４０…モータステータ、５０…ファンロータ、７０…ファン軸受、１１１…トルクセンサ、２０１…操舵角センサ、２０２…車速センサ、２０３…温度センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記モータは、羽根を有して回転シャフトに回転自在に設けられたファンロータを備え、
前記ファンロータは、前記モータステータに発生する回転磁界又は前記回転磁界によって前記モータロータに誘起される回転磁場の少なくともいずれか一方で回転駆動されるように構成され、
前記制御装置は、前記モータロータが回転を停止した状態で前記駆動電圧を出力するように前記インバータを制御し、
前記モータロータの停止中に前記ファンロータを回転駆動することを特徴とする電動パワーステアリング装置用駆動装置。 A motor that supplies alternating current power to the motor stator to generate a rotating magnetic field and rotationally drives the motor rotor with the rotating magnetic field, an inverter that generates a driving voltage for generating the rotating magnetic field in the motor stator, and the driving voltage in the inverter A drive device for an electric power steering apparatus that generates an assist torque for steering.
The motor includes a fan rotor that has blades and is rotatably provided on a rotary shaft.
The fan rotor is configured to be rotationally driven by at least one of a rotating magnetic field generated in the motor stator or a rotating magnetic field induced in the motor rotor by the rotating magnetic field,
The control device controls the inverter to output the drive voltage in a state where the motor rotor stops rotating,
A drive device for an electric power steering device, wherein the fan rotor is rotationally driven while the motor rotor is stopped.
前記モータロータが回転を停止した状態で前記ファンロータを回転駆動する場合に、前記駆動電圧の駆動周波数を増加させることを特徴とする電動パワーステアリング装置用駆動装置。 The drive device for an electric power steering device according to claim 1,
The drive device for an electric power steering apparatus, wherein the drive frequency of the drive voltage is increased when the fan rotor is rotationally driven in a state where the rotation of the motor rotor is stopped.
前記モータロータが回転を停止した状態で前記ファンロータを回転駆動する場合で、かつ前記駆動電圧の駆動周波数を増加させる場合に、前記駆動電圧を電圧値を高めることを特徴とする電動パワーステアリング装置用駆動装置。 The drive device for an electric power steering device according to claim 2,
When the fan rotor is rotationally driven in a state where the motor rotor stops rotating, and when the drive frequency of the drive voltage is increased, the voltage value of the drive voltage is increased. Drive device.
前記モータの本体と前記インバータと前記制御装置とが、前記回転シャフトの軸方向に沿って並んで配置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置用駆動装置。 The drive device for an electric power steering device according to claim 1,
The drive unit for an electric power steering device, wherein the motor main body, the inverter, and the control device are arranged side by side along the axial direction of the rotary shaft.
冷却の要否を判定する冷却状態判定手段を有し、
前記冷却状態判定手段が冷却が必要と判定した場合に、前記モータを駆動する交流電力の駆動周波数をより高い周波数に変更する冷却制御を実行することを特徴とする電動パワーステアリング装置用駆動装置。 The drive device for an electric power steering device according to claim 1,
Having a cooling state determination means for determining whether cooling is necessary,
When the cooling state determination means determines that cooling is necessary, cooling control for changing the drive frequency of the AC power for driving the motor to a higher frequency is executed.
前記モータの本体と前記インバータと前記制御装置とが、前記回転シャフトの軸方向に沿って並んで配置されており、
前記冷却状態判定手段は、前記モータの温度を検出する温度センサと前記インバータを含む電気部品の温度を検出する温度センサの少なくともいずれか一方の温度センサを備え、
前記モータの温度と前記インバータを含む電気部品の温度の少なくともいずれか一方の温度に応じて、前記駆動周波数を調整することを特徴とする電動パワーステアリング装置用駆動装置。 The drive device for an electric power steering device according to claim 5,
The main body of the motor, the inverter, and the control device are arranged side by side along the axial direction of the rotating shaft,
The cooling state determination means includes at least one of a temperature sensor that detects a temperature of the motor and a temperature sensor that detects a temperature of an electric component including the inverter,
The drive device for an electric power steering apparatus, wherein the drive frequency is adjusted according to at least one of a temperature of the motor and a temperature of an electric component including the inverter.
前記モータステータに発生する回転磁界により前記モータロータに渦電流を生じさせることにより、前記ファンロータが回転駆動されることを特徴とする電動パワーステアリング装置用駆動装置。 The drive device for an electric power steering device according to claim 1,
The drive device for an electric power steering apparatus, wherein the fan rotor is rotationally driven by generating an eddy current in the motor rotor by a rotating magnetic field generated in the motor stator.
前記ファンロータは永久磁石を有し、永久磁石の発生する界磁により回転力を得ることを特徴とする電動パワーステアリング装置用駆動装置。 The drive device for an electric power steering device according to claim 1,
The fan rotor has a permanent magnet, and a rotational force is obtained by a field generated by the permanent magnet.
前記ファンロータは突極構造であり、前記突極構造により生じるリラクタンストルクにより回転力を得ることを特徴とする電動パワーステアリング装置用駆動装置。 The drive device for an electric power steering device according to claim 1,
The fan rotor has a salient pole structure, and a rotational force is obtained by a reluctance torque generated by the salient pole structure.
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