JP5605714B2 - モータ駆動装置、およびこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置、およびこれを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、モータとモータ駆動装置とを備える電動パワーステアリング装置が知られている。モータは、運転者のハンドル操作を補助する補助トルクを発生する。モータ駆動装置は、モータへの通電を切り換える複数の素子、および素子の温度が耐熱温度を超えないように通電可能な電流の最大値（以下、「電流制限値」という）を制御する保護機能を備えている。特許文献１には、素子の推定温度から各素子の電流制限値を算出し、最も小さい電流制限値を実際の指令電流値とすることでスイッチング素子の過熱を抑制する電動パワーステアリング装置が記載されている。

特許第３６０１９６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、モータ駆動装置に搭載される複数の素子全てに対して電流値と素子温度との関係を示す電流制限値マップを作成する必要がある。したがって、電動パワーステアリング装置の製造段階において、電流制限値マップを作成するための工数が多くなる。また、実際に使用する場合、素子の温度によって素子特性が変化するため、素子特性が変化した場合には、当該電流制限値マップでは素子の過熱を防止できない、あるいは電流制限過多となるおそれがある。

本発明は、製造時に電流制限値マップを作成するための工数を少なくし、かつ実使用時に電流制限値を変更可能なモータ駆動装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、モータを駆動するモータ駆動装置は、駆動回路、駆動回路を構成する素子、温度検出手段、温度変化率算出手段、温度到達時間算出手段、電流到達時間算出手段、および電流制限値変更手段を備える。温度検出手段は、素子の温度を検出し、素子の温度に応じた信号を出力する。温度変化率算出手段は、検出された素子の温度に基づいて素子の温度変化率を算出する。温度到達時間算出手段では、素子の現在温度、目標温度、および温度変化率算出手段により算出された温度変化率に基づいて、素子の温度が現在温度から目標温度まで変化するのに必要な温度到達時間が所定時間毎に算出される。電流到達時間算出手段では、素子に現在設定されている現在電流制限値、素子に設定される目標電流制限値、および所定の電流制限値変化率に基づいて、電流制限値が現在電流制限値から目標電流制限値まで変化するのに必要な電流到達時間が所定時間毎に算出される。電流制限値変更手段は、温度到達時間算出手段で算出される温度到達時間と、電流到達時間算出手段で算出される電流到達時間とを比較することによって、素子の電流制限値を変更する。本発明のモータ駆動装置は、電流制限値変更手段が所定時間毎に電流制限値を変更することを特徴とする。

請求項１に記載のモータ駆動装置は、素子の電流制限値を変更するとき、次の２つの時間を算出する。
１つは温度到達時間であって、素子の温度が温度変化率に従って現在温度から目標温度まで変化するのに必要な時間である。素子の温度変化率は、素子の過去の温度から現在温度までの変化量を該当する時間で割ったものである。素子の温度変化率は、温度検出手段によって検出された素子の温度に基づいて温度変化率算出手段によって所定時間ごと算出される。また、目標温度は、素子に不具合が発生する耐熱温度より低い温度が設定される。もう１つは電流到達時間であって、素子の電流制限値が所定の電流制限値変化率に従って現在設定されている電流制限値から目標とする電流制限値まで変化するのに必要な時間である。所定の電流制限値変化率は、素子に設定される電流制限値の変化量を時間で割ったものである。

素子には通電による過熱を防止するため、電流制限値が設定される。モータ駆動装置の作動初期状態では、素子の温度は低いため素子の電流制限値は当該素子において最大値となる。しかしながら、モータ駆動装置が連続的に作動する場合、連続する通電によって素子の温度は上昇し、耐熱温度近くとなる。このとき、電流制限値変更手段では、温度到達時間算出手段により算出される温度到達時間と電流到達時間算出手段により算出される電流到達時間とを比較することにより、素子の温度が耐熱温度以上とならないように電流制限値を変更する。すなわち、モータ駆動装置では、温度検出手段により検出される素子温度に基づいて電流制限値を設定することとなり、実際の素子の状態に即した電流制限値を設定することができる。これにより、素子の温度を耐熱温度以下に保つことができる。

また、請求項１に記載のモータ駆動装置は、電流制限値変化率、目標電流制限値、および素子の目標温度を設定することで状況に応じた電流制限値を設定する。したがって、モータ駆動装置の製造段階において電流制限値マップの作成を省略することができ、製造段階での工数を少なくすることができる。
また、素子の温度状態や素子の電気的特性は、連続的に流れる電流によって時間ごとに変化する。そこで、請求項１に記載のモータ駆動装置では、温度検出手段により検出された素子の温度から所定時間ごとに電流制限値の設定し、変更する。これにより、実際の素子の状態に即した電流制限値を設定することができる。

請求項２に記載の発明によると、温度到達時間が電流到達時間以下である場合、電流制限値変更手段は素子の電流制限値を小さくする。また、請求項３に記載の発明によると、温度到達時間が電流到達時間以下である場合、電流制限値変更手段は素子の電流制限値を電流制限値変化率に従って小さくする。
モータ駆動装置において、温度到達時間が電流到達時間以下であると判定する場合、電流制限値を変更しなければ素子の温度は目標温度を超えて過熱されることが予測される。そこで、請求項２に記載のモータ駆動装置では、温度到達時間が電流到達時間以下である場合、電流制限値変更手段が素子の電流制限値を小さくなるように変更する。これにより、素子に通電可能な電流値が下がる。したがって、素子が到達する温度が低くなり素子の温度を耐熱温度以下に保つことができる。また、電流制限値変更手段は、電流制限値を所定の電流制限値変化率に従って小さくなるように変更する。すなわち、素子の電流制限値は、所定の電流制限値変化率で小さくなる。所定の電流制限値変化率を小さく設定することにより、電流制限値の大きな変化による急峻な電流変動が抑制される。これにより、運転者のハンドル操作を補助する補助トルクの急激な変化を防止することができる。

請求項４に記載の発明によると、温度到達時間が電流到達時間より大きく、かつ、温度変化率が０以下であるとき、電流制限値変更手段は電流制限値を大きくする。また、請求項５に記載の発明によると、電流制限値変更手段は電流制限値を電流制限値変化率に従って大きくする。
温度到達時間が電流到達時間より大きいと判定する場合、当該判定を行った時刻では素子に対して電流制限値を小さくしなくても素子の温度は目標温度を超えない。また、素子の温度変化率が０以下である場合、素子の温度は高温側から低温側に推移している。したがって、素子の温度が目標温度を超えて耐熱温度になることはない。そこで、請求項４に記載のモータ駆動装置では、電流制限値変更手段が素子の電流制限値を大きくなるように変更する。これにより、素子に多くの電流を流すことができる。また、電流制限値変更手段は、電流制限値を所定の電流制限値変化率に従って大きくなるように変更する。すなわち、素子の電流制限値は、所定の電流制限値変化率で大きくなる。所定の電流制限値変化率を小さく設定することにより、電流制限値の大きな変化による急峻な電流変動が抑制される。これにより、運転者のハンドル操作を補助する補助トルクの急激な変化を防止することができる。

請求項６に記載の発明によると、温度到達時間が電流到達時間より大きく、かつ、温度変化率が０より大きい場合、電流制限値変更手段は電流制限値を変化しない。
温度到達時間が電流到達時間より大きいと判定する場合、当該判定を行った時刻では素子に対して電流制限値を小さくしなくても素子の温度は目標温度を超えない。しかし、素子の温度変化率が０より大きいことから素子の温度は低温側から高温側に推移している。したがって、電流制限値変更手段は、素子がそのままの状態を維持できるように電流制限値を変更しない。

請求項８に記載の発明によると、目標温度は複数個設定される。また、請求項８に記載の発明によると、目標温度が高いほど電流制限値変化率は大きく設定される。
請求項８に記載のモータ駆動装置は、目標温度を複数個設定する。モータ駆動装置では、複数個設定されている目標温度のうち、最低目標温度と素子の現在温度とを比較する。このとき、素子の現在温度が最低目標温度より高い場合、複数個設定される目標温度のうち、最低目標温度の次に低い目標温度に基づいて温度到達時間を算出する。このように、モータ駆動装置は、素子の耐熱温度に対して低い目標温度から当該耐熱温度に近い高い目標温度まで段階的に設定し、温度到達時間を算出する。

また、素子の耐熱温度に近い目標温度に対して温度到達時間を算出する場合、素子の現在温度は素子の耐熱温度に近い温度となっている。したがって、素子の耐熱温度を超えないようにするため、素子の電流制限値を早く下げることで素子に流れる電流値を小さくする必要がある。そこで、請求項９に記載のモータ駆動装置では、目標温度が高い値になるほど電流制限値変化率を大きい値に設定する。これにより、素子の現在温度が耐熱温度に近い場合、早く素子の電流制限値を小さくすることができる。したがって、素子が到達する温度が下げられ、素子の温度を耐熱温度以下に保つことができる。

請求項１０に記載の発明によると、モータ駆動装置は、素子温度としてなまし温度を用いて温度到達時間を算出する。
素子温度としてなまし温度を用いることにより、素子温度に突発的な値が検出されても算出される温度到達時間に及ぶ影響は小さくなる。これにより、不測の外乱に影響されない電流制限値を設定することができる。

請求項１１に記載の発明によると、電動パワーステアリング装置は、請求項１から１０のいずれか一項に記載のモータ駆動装置、当該モータ駆動装置によって駆動され、運転者のハンドル操作を補助する補助トルクを発生するモータ、およびモータの駆動回転力をステアリングシャフトに伝達する動力伝達手段を備える。

本発明の第１実施形態におけるモータ駆動装置を備える電動パワーステアリングシステムの全体構成を示す構成図である。 本発明の第１実施形態におけるモータ駆動装置の電気的構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態におけるモータ駆動装置の作動を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態におけるモータ駆動装置のスイッチング素子の温度およびスイッチング素子に設定される電流制限値と時間との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態におけるモータ駆動装置の作動を説明するフローチャートである。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるモータ駆動装置を図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示すように、「モータ駆動装置」としての電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という）１０は、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置１２（以下、「ＥＰＳ」という）に適用される。

図１は、ステアリングシステム１の全体構成を示す。ハンドル４に接続されたステアリングシャフト２には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ５が設置されている。ステアリングシャフト２の先端にはピニオンギア３が設けられており、ピニオンギア３はラック軸６に噛み合っている。ラック軸６の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪７が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト２の回転運動は、ピニオンギア３によってラック軸６の直線運動に変換され、ラック軸６の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪７が操舵される。

ステアリングシステム１は、操舵アシストトルクを発生するモータ９、モータ９の駆動を制御するＥＣＵ１０、およびモータ９の正逆回転を減速してステアリングシャフト２に伝達する「動力伝達手段」としての減速ギア８を備える。電動パワーステアリング装置１２は、ハンドル４の操舵を補助するための操舵アシストトルクを発生し、ステアリングシャフト２に伝達する。

ＥＣＵ１０は、パワー部５０と制御部６０とからなる。図２に、ＥＣＵ１０の回路構成を示す。ＥＣＵ１０は、ハンドル４の回転角に応じてハンドル４の操舵を補助するための操舵アシストトルクを発生するようにモータ９の駆動を制御する。

ＥＣＵ１０のパワー部５０は、第１コンデンサ５１、チョークコイル５２、インバータ回路１としてのパワーモジュール５３、第２コンデンサ５５、およびインバータ回路２としてのパワーモジュール５４、等を有している。

パワー部５０には、ＥＣＵ１０の外部に設けられる電源２０から電力が供給される。第１コンデンサ５１およびチョークコイル５２は、フィルタ回路を構成し、電源２０を共有する他の装置からＥＣＵ１０に伝わるノイズを低減するとともに、ＥＣＵ１０から電源２０を共有する他の装置へ伝わるノイズを低減する。また、チョークコイル５２は、電源２０とパワーモジュール５３およびパワーモジュール５４との間に直列接続され、電圧変動を減衰する。第１コンデンサ５１およびチョークコイル５２は、特許請求の範囲に記載の「素子」に相当する。

パワーモジュール５３は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６、電源リレー５０７、５０８、および、シャント抵抗５０９等を樹脂等の封止体により覆うことで一体に形成した半導体モジュールである。
本実施形態では、スイッチング素子０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６は、ゲート電圧により、ソース−ドレイン間がオンオフ制御される。スイッチング素子０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６は、特許請求の範囲に記載の「素子」に相当する。

スイッチング素子５０１、５０２、５０３は、ドレインが電源２０側に接続され、ソースがスイッチング素子５０１、５０２、５０３のそれぞれに対応するスイッチング素子５０４、５０５、５０６のドレインに接続されている。スイッチング素子５０４、５０５、５０６のソースは、グランド側に接続されている。スイッチング素子５０１、５０２、５０３と対応するスイッチング素子５０４、５０５、５０６との接続点は、それぞれ個別のリレー５１０を介してモータ９に電気的に接続されている。

電源リレー５０７、５０８は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６と同様、ＭＯＳＦＥＴにより構成されている。電源リレー５０７、５０８は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６とチョークコイル５２との間に設けられ、異常時にスイッチング素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６を経由してモータ９側に流れる電流を遮断可能である。

シャント抵抗５０９は、スイッチング素子５０４、５０５、５０６とグランドとの間に電気的に接続されている。シャント抵抗５０９に印加される電圧または電流を検出することにより、モータ９に流れる電流を検出可能である。
インバータ回路２としてのパワーモジュール５４は、上述のインバータ回路１としてのパワーモジュール５３と同様の構成のため、説明を省略する。

第２コンデンサ５５は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電源２０側の配線とグランドとに接続されている。つまり、第２コンデンサ５５は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６と並列接続されている。第２コンデンサ５５は、電荷を蓄えることでスイッチング素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６への電力供給を補助し、また、電流の切り替えにより生じるリップル電流を吸収する。第２コンデンサ５５は、特許請求の範囲に記載の「素子」に相当する。

制御部６０は、カスタムＩＣ６１、回転角センサ６２、制御ＩＣ６３、温度センサ７０等を有している。
カスタムＩＣ６１は、レギュレータ６４、回転角センサ信号増幅部６５および検出電圧増幅部６６等を含む半導体集積回路である。

レギュレータ６４は、電源２０からの電力を安定化する安定化回路である。レギュレータ６４は、各部へ供給される電力の安定化を行う。例えば後述するマイコン６７は、このレギュレータ６４により、安定した所定の電圧（例えば５Ｖ）で動作する。

回転角センサ信号増幅部６５には、回転角センサ６２からの信号が入力される。回転角センサ６２は、モータ９に設けられ、周囲の磁界の変化を検出し、当該検出値をモータ９の回転角度に関する信号として回転角センサ信号増幅部６５に伝送する。回転角センサ信号増幅部６５は、回転角センサ６２から伝送されたモータ９の回転角度に関する信号を増幅して、後述のマイコン６７へ出力する。
検出電圧増幅部６６は、シャント抵抗５０９の両端電圧を検出し、当該検出した検出値を増幅して後述のマイコン６７へ出力する。

制御ＩＣ６３は、マイコン６７、プリドライバ６８、６９等を含む半導体集積回路である。
マイコン６７は、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭおよびＲＡＭ等を有する小型のコンピュータである。マイコン６７は、ＲＯＭに格納された各種プログラムに従い、ＣＰＵによって種々の処理が実行される。マイコン６７は、特許請求の範囲に記載の「温度変化率算出手段」、「温度到達時間算出手段」、「電流到達時間算出手段」、および「電流制限値変更手段」に相当する。

マイコン６７には、回転角センサ信号増幅部６５からモータ９の回転角度に関する信号、検出電圧増幅部６６からシャント抵抗５０９の両端電圧、トルクセンサ５から第２コネクタ４３を経由して操舵トルク信号、「温度検出手段」としての温度センサ７０からＥＣＵ１０内の温度に関する信号、およびＣＡＮから車速情報等が入力される。マイコン６７は、これらの信号が入力されると、モータ９の回転角度に基づきプリドライバ６８を介してパワーモジュール５３を制御する。マイコン６７によるパワーモジュール５３の制御フローは後述する。

また、マイコン６７は、検出電圧増幅部６６から入力されるシャント抵抗５０９の両端電圧に基づき、モータ９へ供給する電流を正弦波に近づけるようパワーモジュール５３を制御する。なお、マイコン６７は、プリドライバ６８によりパワーモジュール５３を制御するのと同様、プリドライバ６９によりパワーモジュール５４を制御する。

マイコン６７は、回転角センサ６２、トルクセンサ５、シャント抵抗５０９、ＣＡＮからの車速情報等に基づき、車速に応じてステアリング４の操舵をアシストするように、プリドライバ６８およびプリドライバ６９を介してＰＷＭ制御により作出されたパルス信号を生成する。このパルス信号は、パワーモジュール５３およびパワーモジュール５４により構成される２系統のインバータ回路に出力され、パワーモジュール５３およびパワーモジュール５４のスイッチング素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６のオンオフの切り替え動作を制御する。これにより、モータ９には、位相の異なる正弦波電流が流れ、回転磁界が生じる。この回転磁界を受けてモータ９は回転力を発生し、運転者のステアリング４による操舵がアシストされる。

（作用）
次に、ＥＣＵ１０の作動を説明する。
制御部６０のマイコン６７が生成するパルス信号は、マイコン６７からプリドライバ６８、６９を介してパワーモジュール５３、５４に出力される。このとき、マイコン６７では、パワーモジュール５３、５４を構成するスイッチング素子５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６、第１コンデンサ５１、第２コンデンサ５５、チョークコイル５２の耐熱温度を超えないように各素子に流れる電流の最大値（以下、「電流制限値」という）を設定する。

ここでは、一例としてパワーモジュール５３を構成するスイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値を設定するフローを以下に説明する。なお、ＥＣＵ１０では、他にスイッチング素子５０４、５０５、５０６、第１コンデンサ５１、第２コンデンサ５５、チョークコイル５２に対しても同様の処理を行う。

最初のステップ（以下、「ステップ」を省略し、単に記号Ｓで示す）１０１において、電流制限を開始する時刻ｔ１での素子温度Ｔ１および時刻ｔ１より１秒前の時刻ｔ０での素子温度Ｔ０との温度差ΔＴを算出する。マイコン６７には、温度センサ７０で検出されるＥＣＵ１０内の温度Ｔｅに応じた信号が入力される。マイコン６７は、事前に温度Ｔｅとスイッチング素子温度５０１、５０２、５０３の温度との相関マップを有しており、温度Ｔｅからスイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔを算出する。Ｓ１０１では、時刻ｔ１での素子温度Ｔ１および時刻ｔ０での素子温度Ｔ０との差である温度差ΔＴを算出する。第１実施形態では、マイコン６７はスイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔを毎秒ごと算出する。したがって、素子温度Ｔの時間変化率である温度変化率ΔＴ１は、温度差ΔＴと同じである。

次にＳ１０２において、時刻ｔ１での素子温度Ｔ１が第１目標温度Ｔ０１より小さいか否かを判定する。第１目標温度Ｔ０１は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３に任意に設定されている目標温度である。なお、第１目標温度Ｔ０１は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の耐熱温度より低い温度である。素子温度Ｔ１が第１目標温度Ｔ０１より小さいと判定する場合、Ｓ１０３に移行する。素子温度Ｔ１が第１目標温度Ｔ０１以上であると判定する場合、Ｓ１０８に移行する。

次にＳ１０３において、マイコン６７は温度到達時間Ｐ１および電流到達時間Ｐ２を算出する。温度到達時間Ｐ１は、時刻ｔ１での素子温度Ｔ１から第１目標温度Ｔ０１まで素子温度Ｔが変化するのに必要な時間である。温度到達時間Ｐ１は、図４に示すように時刻ｔ１での素子温度Ｔ１から前述の温度変化率ΔＴ１の変化率で素子温度Ｔが変化する場合、第１目標温度Ｔ０１に到達するまでに要する時間である。図４に示すように、時刻ｔ１における素子温度Ｔ１と時刻ｔ０における素子温度Ｔ０とを結ぶ直線の傾きが温度変化率ΔＴ１となる。すなわち、温度変化率ΔＴ１は、所定の時間ｄに対する温度の増加分ｃの割合である。（図４参照）時刻ｔ１の素子温度Ｔ１の点を通り、温度変化率ΔＴ１の傾きの直線が第１目標温度Ｔ０１と交わる時刻を時刻ｔ２とする。温度到達時間Ｐ１は時刻ｔ２と時刻ｔ１との間の時間になる。

一方、電流到達時間Ｐ２は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３に設定されている時刻ｔ１での電流制限値Ｅ１から第１目標電流制限値Ｅ０１まで電流制限値Ｅが変化するのに必要な時間である。電流到達時間Ｐ２は、時刻ｔ１での電流制限値Ｅ１から事前に設定されている第１電流制限値変化率ΔＥ１の変化率で電流値が変化する場合、第１目標電流制限値Ｅ０１に到達するまでに要する時間である。第１電流制限値変化率ΔＥ１は、所定の時間ｂに対する電流制限値の減少分ａの割合である。（図４参照）第１電流制限値変化率ΔＥ１は、電流制限値が設定されるグループ単位それぞれに任意で設定される。例えば、今回の例では、スイッチング素子５０１、５０２、５０３を１つのグループ単位として設定される。第１電流制限値変化率ΔＥ１は、同じスイッチング素子全てに対して同じ値として事前に設定されている基準電流制限値変化率より小さい値である。基準電流制限値変化率は、例えば、電流変動により運転者のハンドル操作を補助する補助トルクが急激に変化しない電流制限値変化率とすることができる。時刻ｔ１の電流制限値Ｅ１の点を通り、第１電流制限値変化率ΔＥ１の傾きの直線が第１目標電流制限値Ｅ０１と交わる時刻を時刻ｔ３とする。電流到達時間Ｐ２は時刻ｔ３と時刻ｔ１との間の時間になる。

次にＳ１０４では、温度到達時間Ｐ１と電流到達時間Ｐ２との大小を判定する。温度到達時間Ｐ１が電流到達時間Ｐ２以下の場合、Ｓ１０５に移行する。温度到達時間Ｐ１が電流到達時間Ｐ２より大きい場合、Ｓ１０６に移行する。例えば、図４の場合、Ｓ１０５に移行する。

次にＳ１０５において、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値を変更する。具体的には、時刻ｔ１の１秒後の時刻ｔ４での電流制限値Ｅ４は、電流制限値Ｅ１より第１電流制限値変化率ΔＥ１小さく設定される。したがって、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の時刻ｔ４での電流制限値Ｅは、電流制限値Ｅ１−ΔＥ１となる。すなわち、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値Ｅは、太い破線で示されるように変更される。これにより、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔも図４の太い破線で示すように低下する。

一方、Ｓ１０４において温度到達時間Ｐ１が電流到達時間Ｐ２より大きいと判定される場合、Ｓ１０６において、温度差ΔＴが０より大きいか否かを判定する。すなわち、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔが上昇しているか、もしくは下降しているかを判定する。温度差ΔＴが０より大きいと判定する場合、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値Ｅは変更されることなく、本フローを終了する。温度差ΔＴが０以下であると判定する場合、すなわち、素子温度Ｔが下降していると判定する場合、Ｓ１０７に移行する。

次にＳ１０７において、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値を変更する。具体的には、時刻ｔ１の１秒後の時刻ｔ４での電流制限値Ｅ４は、電流制限値Ｅ１より第１電流制限値変化率ΔＥ１大きく設定される。スイッチング素子５０１、５０２、５０３の時刻ｔ４での電流制限値Ｅは、電流制限値Ｅ１＋ΔＥ１となる。

また、Ｓ１０２において素子温度Ｔ１が第１目標温度Ｔ０１以上であると判定する場合、マイコン６７は温度到達時間Ｐ３および電流到達時間Ｐ４を算出する。温度到達時間Ｐ３は、時刻ｔ１での素子温度Ｔ１から第２目標温度Ｔ０２まで素子温度Ｔが変化するのに必要な時間である。温度到達時間Ｐ３は、時刻ｔ１での素子温度Ｔ１から前述の温度変化率ΔＴ１の変化率で素子温度Ｔが変化する場合、第２目標温度Ｔ０２に到達するまでの時間である。このとき、第２目標温度Ｔ０２は、第１目標温度Ｔ０１より高く設定されている。したがって、温度到達時間Ｐ３は電流到達時間Ｐ１より長くなる。一方、電流到達時間Ｐ４は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３に設定されている時刻ｔ１での電流制限値Ｅ１から第２目標電流制限値Ｅ０２まで制限電流値Ｅが変化するのに必要な時間である。電流到達時間Ｐ４は、時刻ｔ１での電流制限値Ｅ１から事前に設定されている第２電流制限値変化率ΔＥ２の変化率で電流値が変化する場合、第２目標電流制限値Ｅ０２に到達するまでの時間である。このとき、第２電流制限値変化率ΔＥ２は、第１電流制限値変化率ΔＥ１より高く設定されている。したがって、電流到達時間Ｐ４は電流到達時間Ｐ３より短くなる。

次にＳ１０９では、温度到達時間Ｐ３と電流到達時間Ｐ４との大小を判定する。温度到達時間Ｐ３が電流到達時間Ｐ４以下の場合、Ｓ１１０に移行する。温度到達時間Ｐ３が電流到達時間Ｐ４より大きい場合、Ｓ１１１に移行する。

次にＳ１１０において、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値を変更する。具体的には、時刻ｔ１の１秒後の時刻ｔ４での電流制限値Ｅ４は、電流制限値Ｅ１より第２電流制限値変化率ΔＥ２小さく設定される。したがって、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の時刻ｔ４での電流制限値Ｅは、電流制限値Ｅ１−ΔＥ２となる。

一方、Ｓ１０９において温度到達時間Ｐ３が電流到達時間Ｐ４より大きいと判定される場合、Ｓ１１１において、温度差ΔＴが０より大きいか否かを判定する。すなわち、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔが上昇しているか、もしくは下降しているかを判定する。温度差ΔＴが０より大きいと判定する場合、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値Ｅは変更されることなく、本フローを終了する。温度差ΔＴが０以下であると判定する場合、すなわち、素子温度Ｔが下降していると判定する場合、Ｓ１１２に移行する。

次にＳ１１２において、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値を変更する。具体的には、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の時刻ｔ１の１秒後の時刻ｔ４での電流制限値Ｅ４は、電流制限値Ｅ１より第２電流制限値変化率ΔＥ２大きく設定される。したがって、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の時刻ｔ４での電流制限値Ｅは、電流制限値Ｅ１＋ΔＥ２となる。

制御部６０のマイコン６７は、上述したフローに沿ってスイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値Ｅを毎秒ごと決定する。マイコン６７は、決定した電流制限値Ｅ以下の電流をスイッチング素子５０１、５０２、５０３に流すようにパワー部５０を制御する。制御されたパワー部５０は、モータ９に電流制限値Ｅ以下の電流を供給する。モータ９は、減速ギア８を介してステアリングシャフト２に駆動力を出力し、運転者のハンドル４による操舵をアシストする。

（効果）
（Ａ）モータ９の駆動を制御するＥＣＵ１０は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３に流れる電流の最大値である電流制限値を変更する。ＥＣＵ１０が電流制限値を変更するとき、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の時刻ｔ１での素子温度Ｔ１、第１目標温度Ｔ０１、および時刻ｔ０から時刻ｔ１までの温度の変化率である温度変化率ΔＴ１に基づいて温度到達時間Ｐ１を算出する。一方、ＥＣＵ１０は、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の時刻ｔ１での電流制限値Ｅ１、第１目標電流制限値Ｅ０１、およびスイッチング素子５０１、５０２、５０３に設定されている第１電流制限値変化率ΔＥ１に基づいて電流到達時間Ｐ２を算出する。ＥＣＵ１０では、温度到達時間Ｐ１と電流到達時間Ｐ２とを比較し、温度到達時間Ｐ１が電流到達時間Ｐ２以下である場合、電流制限値Ｅを第１電流制限値変化率ΔＥ１に従って小さくなるように変更する。温度到達時間Ｐ１が電流到達時間Ｐ２以下である場合、電流制限値Ｅを変更しないとスイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔは耐熱温度を超えるおそれがある。そこで、ＥＣＵ１０は、温度センサ７０により検出される素子温度Ｔに基づいて電流制限値Ｅの変更が必要か否か、また電流制限値Ｅの変更が必要な場合、電流制限値を上げるのか下げるかといった判定を行う。これにより、スイッチング素子５０１、５０２、５０３は実際の使用状態に即した電流制限値が設定される。スイッチング素子５０１、５０２、５０３の温度が耐熱温度以上となることを防ぎ、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の損傷を防ぐことができる。

（Ｂ）従来、モータ駆動装置の製造段階において、通電による素子の破壊を防ぐため、１つの素子に対して電流制限値マップを作成していた。したがって、モータ駆動装置に使用する複数の素子に対して全て電流制限値マップを作成する必要があり、製造段階での工数が多くなっていた。しかしながら、第１実施形態のＥＣＵ１０ではスイッチング素子５０１、５０２、５０３の実際の使用状態を考慮して電流制限値Ｅを変更する。これにより、製造段階で電流制限値マップを作成する必要がなくなり、工数を低減することができる。

（Ｃ）ＥＣＵ１０では、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値Ｅを変更するとき、事前に設定されている第１電流制限値変化率ΔＥ１、または第２電流制限値変化率ΔＥ２に従って変更する。第１電流制限値変化率ΔＥ１および第２電流制限値変化率ΔＥ２は、基準電流制限値変化率より小さい値が設定されている。これにより、スイッチング素子５０１、５０２、５０３を流れる電流値は急激に変動することはない。したがって、モータ駆動装置での電流制限値の変更によってハンドル操作の補助トルクが急激に変化するなど車両の運転性に支障を及ぼす原因の発生を防止することができる。

（Ｄ）一方、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔが小さい場合、すなわち、時刻ｔ１での素子温度Ｔ１の方が時刻ｔ０での素子温度ｔ０より小さい場合、第１実施形態のＥＣＵ１０では、電流制限値Ｅを大きくして通電可能な電流値を大きくする。これにより、スイッチング素子５０１、５０２、５０３には電流を多く流すことができる。

（Ｅ）第１実施形態のＥＣＵ１０では、目標温度を２つ設定する。スイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔが比較的低い第１目標温度Ｔ０１より高い場合、ＥＣＵ１０では比較的高い第２目標温度Ｔ０２に対して温度到達時間Ｐ３を算出する。このとき、ＥＣＵ１０では、第１電流制限値変化率ΔＥ１より変化率が大きい第２電流制限値変化率ΔＥ２に対して電流到達時間Ｐ４を算出する。スイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔが比較的低い第１目標温度Ｔ０１より高い場合、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度Ｔは、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の耐熱温度に近い状態にあるため、早急に電流制限値を下げることで素子温度Ｔが耐熱温度を超えないようにする必要がある。ＥＣＵ１０は、比較的高い第２目標温度Ｔ０２に対して比較的大きい第２電流制限値変化率ΔＥ２を設定し、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値Ｅを変更する。これにより、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の温度を耐熱温度以下に保つことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図５に基づいて説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対して、電流制限値を変更する場合に用いる素子温度が異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態では、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値Ｅを変更する場合、素子温度としてなまし素子温度を用いる。具体的には、電流制限を開始する時刻ｔ６でのなまし素子温度Ｔ６は、時刻ｔ６から遡って１０個の素子温度Ｔのデータを平均することにより算出される。また、時刻ｔ６の１秒前である時刻ｔ５でのなまし温度Ｔ５は、時刻ｔ０から遡って１０個の素子温度のデータを平均することにより算出される。

図５には、素子温度としてなまし素子温度を用いた場合のスイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値Ｅを決定するフローを示す。
第２実施形態では、Ｓ２０１において、スイッチング素子５０１、５０２、５０３のなまし温度差ΔＴを算出する。また、Ｓ２０２において、時刻ｔ６でのなまし素子温度Ｔ６が第１目標温度Ｔ０１より小さいか否かを判定する。また、Ｓ２０３において、素子温度Ｔが時刻ｔ６でのなまし素子温度Ｔ６から第１目標温度Ｔ０１まで変化するのに必要な温度到達時間Ｐ１を算出する。また、Ｓ２０８において、素子温度Ｔが時刻ｔ６でのなまし素子温度Ｔ６から第２目標温度Ｔ０２まで変化するのに必要な温度到達時間Ｐ３を算出する。また、Ｓ２０６、Ｓ２１１において、なまし温度差ΔＴが０より大きいか否かを判定する。

第２実施形態では、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の素子温度として、一定時間内の素子温度を平均化するなまし温度を用いている。なまし温度を用いることにより、素子温度に突発的な値が検出されてもこれに影響されることなく、スイッチング素子５０１、５０２、５０３の電流制限値Ｅを変更することができる。これにより、第１実施形態の効果（Ａ）〜（Ｅ）に加えて、外乱に影響されない電流制限値Ｅを設定することができる。

（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、インバータ回路１のスイッチング素子を対象として電流制限値を決定した。しかしながら、電流制限値を設ける対象はこれに限定されない。パワー部において、インバータ回路２のスイッチング素子、第１コンデンサ、第２コンデンサ、チョークコイルを対象として電流制限値を設けてもよい。

（イ）上述の実施形態では、温度センサが検出するＥＣＵ内の温度からスイッチング素子の温度を推定した。しかしながら、スイッチング素子の温度を検出する方法はこれに限定されない。スイッチング素子に直接温度センサを取り付けて、スイッチング素子の温度を検出してもよい。これにより、スイッチング素子の正確な温度を知ることができる。したがって、スイッチング素子に設定される電流制限値をより実際の状態に即した値とすることができる。

（ウ）上述の実施形態では、スイッチング素子の目標温度を２つとした。しかしながら、スイッチング素子の目標温度はこれに限定されない。１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。スイッチング素子の目標温度を３つ以上にすると、スイッチング素子の耐熱温度近くまでの温度上昇を防止することができる。

（エ）上述の実施形態では、スイッチング素子の電流制限値の変化幅を電流制限値変化率に従うとした。しかしながら、スイッチング素子の電流制限値の変化幅はこれに限定されない。スイッチング素子の耐熱温度近くでの電流制限値の変化幅は電流制限値変化率より大きくしてもよい。これにより、スイッチング素子の耐熱温度近くまでの温度上昇を防止することができる。また、スイッチング素子の耐熱温度近くでの電流制限値の変化幅は電流制限値変化率より小さくしてもよい。これにより、電流制限値の変化によるハンドル操作の補助トルクの変動幅が小さくすることができる。

（オ）上述の実施形態では、第１電流制限値変化率および第２電流制限値変化率は、基準電流制限値変化率より小さい値とした。しかしながら、第１電流制限値変化率、第２電流制限値変化率、および基準電流制限値変化率の大小関係はこれに限定されない。基準電流制限値変化率は、第１電流制限値変化率より大きく、第２電流制限値変化率より小さくてもよいし、基準電流制限値変化率は第１電流制限値変化率と同じ大きさであってもよい。また、基準電流制限値変化率は、第２電流制限値変化率と同じ大きさであってもよい。

（カ）上述の実施形態では、温度センサのサンプリング間隔を１秒とした。しかしながら、温度センサのサンプリング間隔はこれに限定されない。例えば、５秒間隔でもよく、また、０．５秒間隔でもよい。

（キ）上述の実施形態では、電流制限を開始する時刻の１秒前の時刻における温度および電流制限値を用いてスイッチング素子の電流制限値を設けた。しかしながら、電流制限を開始する時刻の前の時刻はこれに限定されない。５秒前でもよく、０．５秒前でもよい。

（ク）上述の第２実施形態では、なまし素子温度は当該時刻から遡った１０個のデータの平均値とした。しかしながら、なまし素子温度の算出方法はこれに限定されない。１０個のデータに対してフィルタ処理を施した数値であってもよい。

（ケ）上述の第２実施形態では、なまし素子温度は当該時刻から遡った１０個のデータの平均値とした。しかしながら、なまし素子温度を算出するために必要なデータの個数はこれに限定されない。２〜９個であってもよいし、１１個以上であってもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

２ ・・・ステアリングシャフト、
４ ・・・ハンドル、
８ ・・・減速ギア（動力伝達手段）、
９ ・・・モータ、
１０ ・・・ＥＣＵ（モータ駆動装置）、
５０ ・・・パワー部（駆動回路）、
５０１、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６・・・スイッチング素子（素子）、
５１ ・・・第１コンデンサ（素子）、
５２ ・・・チョークコイル（素子）、
５５ ・・・第２コンデンサ（素子）、
６７ ・・・マイコン（温度変化率算出手段、温度到達時間算出手段、電流到達時間算出手段、電流制限値変更手段）、
７０ ・・・温度センサ（温度検出手段）、
Ｅ、Ｅ１、Ｅ４・・・電流制限値、
Ｐ１、Ｐ３ ・・・温度到達時間、
Ｐ２、Ｐ４ ・・・電流到達時間、
Ｔ０１ ・・・第１目標温度（目標温度）、
Ｔ０２ ・・・第２目標温度（目標温度）、
ΔＥ ・・・電流制限値変化率、
ΔＥ１ ・・・第１電流制限値変化率（電流制限値変化率）、
ΔＥ２ ・・・第２電流制限値変化率（電流制限値変化率）、
ΔＴ ・・・温度差、なまし温度差、
ΔＴ１ ・・・温度変化率。

Claims (11)

1. モータを駆動する駆動回路を備えるモータ駆動装置であって、
   前記駆動回路を構成する素子と、
   前記素子の温度を検出し、前記素子の温度に応じた信号を出力する温度検出手段と、
   前記温度検出手段が出力する信号が入力され、前記素子の温度に基づいて前記素子の温度変化率を算出する温度変化率算出手段と、
   前記素子の現在温度、前記素子の目標温度、および前記温度変化率に基づいて、前記素子の温度が前記現在温度から前記目標温度まで変化するのに必要な温度到達時間を所定時間毎に算出する温度到達時間算出手段と、
   前記素子に現在設定されている現在電流制限値、前記素子に設定される目標電流制限値、および所定の電流制限値変化率に基づいて、電流制限値が前記現在電流制限値から前記目標電流制限値まで変化するのに必要な電流到達時間を所定時間毎に算出する電流到達時間算出手段と、
   前記温度到達時間と前記電流到達時間とを比較することによって前記素子の電流制限値を変更可能な電流制限値変更手段と、
   を備え、
   前記電流制限値変更手段は、所定時間毎に前記電流制限値を変更することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記温度到達時間が前記電流到達時間以下である場合、前記電流制限値変更手段は前記電流制限値を小さくすることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記電流制限値変更手段は、前記電流制限値を前記電流制限値変化率に従って小さくすることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記温度到達時間が前記電流到達時間より大きく、かつ、前記温度変化率が０以下であるとき、前記電流制限値変更手段は前記電流制限値を大きくすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記電流制限値変更手段は、前記電流制限値を前記電流制限値変化率に従って大きくすることを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
6. 前記温度到達時間が前記電流到達時間より大きく、かつ、前記温度変化率が０より大きい場合、前記電流制限値変更手段は前記電流制限値を変更しないことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記電流制限値変化率は、基準電流制限値変化率より小さい値が設定されることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記目標温度は複数個設定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
9. 前記目標温度が高いほど前記電流制限値変化率は大きく設定されることを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動装置。
10. 前記素子の温度は、なまし温度であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、
    前記モータ駆動装置によって駆動され、運転者のハンドル操作を補助する補助トルクを発生する前記モータと、
    前記モータの駆動回転力をステアリングシャフトに伝達する動力伝達手段と、
    を備えた電動パワーステアリング装置。

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