JP6287756B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置のブラシレスモータを制御するモータ制御装置に関する。

従来、車両用のステアリングシステムには、モータの駆動力によりステアリング操作のアシストを行う電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が採用されている。ＥＰＳでは、フェールセーフの観点から、インバータ及び当該インバータに通電を制御される巻線組を複数系統有するブラシレスモータが知られている（例えば、特許文献１）。このようなモータでは、いずれかの系統が故障したとき、正常系統の電力変換器及び巻線組によって駆動を継続させることが行われている。

特開２０１１−７８２３０号公報

ところで、ＥＰＳのモータは、主に永久磁石回転型であり、回転子を構成する小型の永久磁石によって強力な磁束密度を得る必要がある。このため、特許文献１等の従来技術では、磁束密度が高いネオジム磁石を永久磁石として用いている。

ネオジム磁石は、高温時に保磁力が低下することが知られている。保磁力とは、逆磁界が磁石に加えられた際にどの程度の逆磁界まで減磁することなく耐え得るかの物性値である。よって、高温時にモータへ大きな電流を流すと、保磁力に対して過大な逆磁界がネオジム磁石に印加され、ネオジム磁石が減磁（不可逆減磁）してしまう。これにより、モータの特性が変化し、所望のトルクが得られなくなる恐れがある。
よって、従来技術のモータでは、回転子のネオジム磁石が減磁しないように、高温時に通電可能な最大電流を低減させる制御が必要になる。

しかしながら、モータの巻線組が通電により発熱し、その熱が輻射されるため、回転子の永久磁石は高温になり易い。特に、ＥＰＳに用いられるモータは、車庫入れ等の継続するハンドル操作のアシストトルクを出力することによって高温になり易い。よって、ネオジム磁石の減磁を防ぐため、通電可能な最大電流の制限値を低減させる程度や頻度が高くなり、十分なトルクを確保できない恐れがある。特に、特許文献１のような複数系統のモータでは、一系統に故障が発生したときには、高温時であっても正常系統のトルクを確保することが重要な課題である。

本発明は、上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、複数系統の巻線組を有し、高温時にトルクを確保し易いＥＰＳ用ブラシレスモータの制御装置を提供することにある。

本発明のモータ制御装置は、操舵をアシストする電動パワーステアリング装置に用いられ、複数系統の巻線組を有する固定子と、フェライト磁石を有する回転子とを備えるブラシレスモータの通電を制御する。

従来技術で回転子に用いられるネオジム磁石と本発明で用いるフェライト磁石とでは、温度変化による保磁力の変化が異なる。具体的には、ネオジム磁石の保磁力は、高温になるほど低下する一方、フェライト磁石の保磁力は高温になるほど上昇する。すなわち、磁石が減磁しない範囲で印加可能な逆磁界の最大値は、ネオジム磁石では高温になる程小さくなり、フェライト磁石では高温になる程大きくなる。ここで、磁石に印加される逆磁界は、モータに流れる電流の大きさに比例する。

本発明の制御対象であるブラシレスモータは、ネオジム磁石を用いた従来の回転電気に比べて、高温時に減磁することなく流すことのできる最大電流が大きい。よって、高温時にモータのトルクを確保し易い。特に、一系統に故障が発生したとき、高温時であっても正常系統のトルクを確保することが容易である。

本発明のモータ制御装置は、低温時にフェライト磁石が減磁することを防止するために、フェライト磁石の温度を一定以上に保つための制御を行う。
具体的には、本発明のモータ制御装置は、巻線組に通電するためのｄｑ軸電流指令値を演算する電流指令値演算手段と、フェライト磁石の温度を推定する温度推定手段と、推定温度が所定値より低いとき、巻線組に昇温用電流を流すためにｄｑ軸電流指令値に加算される昇温用ｄｑ軸電流指令値を演算する昇温制御手段とを備える。
昇温制御手段は、全系統の昇温用電流のｑ軸和が０となるように、昇温用ｄｑ軸電流指令値を設定する。

上記構成によれば、各巻線組に昇温用電流が流れることにより、各巻線組に発生する熱を利用して、回転子のフェライト磁石を温めることができ、これにより減磁の発生を回避することができる。したがって、本発明のブラシレスモータは、回転子にフェライト磁石を用いつつ、高温から低温まで安定したトルクの確保を行うことができる。

本発明の第１実施形態によるモータを示す回路模式図である。 本発明の第１実施形態によるモータを適用した電動パワーステアリング装置を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態によるモータのモータ部分を示す断面図である。 本発明の第１実施形態によるモータの制御ユニットを示すブロック図である。 図４の電流フィードバック演算部の詳細を示すブロック図である。 ネオジム磁石及びフェライト磁石について、温度と保持力との関係を示す特性図である。 二系統正常時における最大電流制限値の設定例を示すグラフである。 比較例の昇温用電流のｄｑ座標ベクトル図である。 図８に示す例の電気角誤差がある場合を示すｄｑ座標ベクトル図である。 本発明の第１実施形態による昇温制御のフローチャートを示す図である。 ｄ軸電流差指令の絶対値の設定例を示すグラフである。 本発明の第１実施形態による昇温用電流の例のｄｑ座標ベクトル図である。 図１２に示す例の電気角誤差がある場合を示すｄｑ座標ベクトル図である。 本発明の第１実施形態による昇温用電流の他の例のｄｑ座標ベクトル図である。 図１４に示す例の電気角誤差がある場合を示すｄｑ座標ベクトル図である。 本発明の第２実施形態によるモータの制御ユニットを示すブロック図である。 一系統故障時の正常系統における最大電流制限値の設定例を示すグラフである。 ネオジム磁石又はフェライト磁石を用いたモータについて、一系統故障時のモータ回転数と逆起電圧との関係を示すグラフである。

以下、本発明によるブラシレスモータを車両の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（ステアリングシステム）
図２は、電動パワーステアリング装置１を備えたステアリングシステム９０の全体構成を示す。ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ９４が設置されている。ステアリングシャフト９２の先端にはピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪９８が操舵される。

電動パワーステアリング装置１は、回転軸を回転させる駆動装置２、及び、回転軸の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝達する減速ギア８９を含む。
駆動装置２は、操舵アシストトルクを発生するモータ８０と、モータ８０を駆動する制御ユニット１０とから構成される。本実施形態のモータ８０は３相交流ブラシレスモータであり、減速ギア８９を正逆回転させる。

制御ユニット１０は、「モータ制御装置」としての制御部６５、及び、制御部６５の指令に従ってモータ８０への電力供給を制御するインバータ６０１、６０２を含む。また、モータ８０の回転角を検出する回転角センサ８５が設けられている。回転角センサ８５は、例えば、モータ８０側に設けられる磁気発生手段である磁石と、制御ユニット１０側に設けられる磁気検出素子とによって構成され、モータ８０の回転子の回転角を検出し、電気角θに変換する。

制御部６５は、トルクセンサ９４からのトルク信号、及び、回転角センサ８５からの回転角信号等に基づいて、インバータ６０１、６０２のスイッチングを操作し、モータ８０の通電を制御する。これにより、電動パワーステアリング装置１の駆動装置２は、ハンドル９１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９２に伝達する。

（駆動装置２の電気的構成）
図１を参照して駆動装置２の電気的構成を説明する。
モータ８０は、２系統の巻線組８０１、８０２を有する。第１巻線組８０１は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相巻線８１１〜８１３から構成されており、第２巻線組８０２は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相巻線８２１〜８２３から構成されている。インバータ６０１は、第１巻線組８０１に対応して設けられており、インバータ６０２は、第２巻線組８０２に対応して設けられている。インバータ６０１、６０２を、適宜、第１インバータ６０１、第２インバータ６０２と称する。

以下、インバータ、及び、そのインバータと対応する巻線組の組合せの単位を「系統」という。本実施形態では、第１インバータ６０１及び第１巻線組８０１の組み合わせを第１系統とし、第２インバータ６０２及び第２巻線組８０２の組み合わせを第２系統とする。また、複数系統における各系統の電気的特性は同等であるものとする。なお、系統毎の構成要素、物理量の符号について、第１系統の符号には末尾に「１」を付し、第２系統の符号には末尾に「２」を付す。

制御ユニット１０は、上述した制御部６５、インバータ６０１、６０２、及び回転角センサ８５の他、電源リレー１２１、１２２、コンデンサ１３、電流センサ７０１、７０２、及び、温度センサ７３等を備えている。

電源リレー１２１、１２２は、バッテリ１１からインバータ６０１、６０２への電力供給を系統毎に遮断可能である。
コンデンサ１３は、バッテリ１１と並列に接続されて電荷を蓄え、インバータ６０１、６０２への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。

第１インバータ６０１は、ブリッジ接続された６つのスイッチング素子６１１〜６１６から構成されており、第１巻線組８０１の各巻線８１１〜８１３への通電を切り替える。本実施形態のスイッチング素子６１１〜６１６は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）である。以下、スイッチング素子６１１〜６１６をＭＯＳ６１１〜６１６という。

高電位側である上アームのＭＯＳ６１１〜６１３は、ドレインがバッテリ１１の正極側に接続されている。また、上アームのＭＯＳ６１１〜６１３のソースは、低電位側である下アームのＭＯＳ６１４〜６１６のドレインに接続されている。下アームのＭＯＳ６１４〜６１６のソースは、バッテリ１１の負極側に接続されている。上アームのＭＯＳ６１１〜６１３と下アームのＭＯＳ６１４〜６１６との接続点は、それぞれ、巻線８１１〜８１３の一端に接続されている。

電流センサ７０１、７０２は、インバータ６０１、６０２が巻線組８０１、８０２に供給する相電流を相毎に検出する。図１の例では３相の電流をそれぞれ検出しているが、他の例では、２相の電流を検出し、キルヒホッフの法則を用いて他の１相の電流を算出してもよい。

第２インバータ６０２についても、スイッチング素子（ＭＯＳ）６２１〜６２６、及び、電流センサ７０２の構成は、第１インバータ６０１と同様である。
制御部６５は、マイコン６７、及び、駆動回路（プリドライバ）６８等から構成される。マイコン６７は、トルク信号及び回転角信号等の入力信号に基づき、制御に係る各演算値を制御演算する。駆動回路６８は、ＭＯＳ６１１〜６１６、６２１〜６２６のゲートに接続され、マイコン６７の制御に基づいてスイッチング出力する。

温度センサ７３は、例えば制御部６５を構成する基板に実装されたサーミスタであり、その周囲温度を検出する。温度センサ７３が検出した検出温度Ｔｓは、制御部６５に入力され、その後の制御に用いられる。

（モータ８０の構成）
図３を参照してモータ８０の構成について簡単に説明する。図３に示すように、モータ８０は、永久磁石回転型であり、回転子４０、固定子５０、ケーシング５７、及び、シャフト４７等を備えている。
回転子４０は、回転子コア４１と、複数の突極４２及び複数の磁石極４３を有している。回転子コア４１及び突極４２は、軟磁性材料からなり、回転子コア４１の中心には回転軸となるシャフト４７が固定されている。磁石極４３は、永久磁石からなり、各突極４２間に設けられている。磁石極４３は、全て同じ極性が外側に位置するように設けられており、突極４２は、磁石極４３の外側の極性とは反対の極性に磁化されている。
本実施形態では、磁石極４３を構成する永久磁石がフェライト磁石であることを特徴とする。以下では、磁石極４３をフェライト磁石４３と称する。

固定子５０は、回転子４０に対して径方向外側に配置された円筒状の固定子コア５１と、固定子コア５１に巻回された上述の巻線組８０１、８０２とを有する。固定子コア５１は、先端が回転子４０に対向する複数のティース５２と、ティース５２同士を径方向外側で磁気的に接続するヨーク部５３とを有している。なお、図３では、煩雑になるのを避けるため、巻線組８０１、８０２の図示を省略している。

ケーシング５７は、回転子４０及び固定子５０を内側に収容している。
シャフト４７は、回転子４０の回転軸心に沿って延びるように回転子コア４１を挿通しており、回転子４０と一体に回転可能である。シャフト４７の一端側は、減速ギア８９に接続され、他端側には、回転角センサ８５を構成する磁石が設けられている。

（制御部６５の構成）
次に、制御部６５の構成を図４及び図５に基づいて説明する。
図４に２点鎖線で示すように、制御部６５は、電流指令値演算部１５、最大電流制限部１６、電流フィードバック演算部３００、２相３相変換部３８１、３８２、３相２相変換部３９１、３９２、温度推定部７４、及び、昇温制御部７５等を有している。

制御部６５は、第１系統及び第２系統の各々に対応する構成を含んでいる。各系統に対応する構成要素、物理量の符号について、第１系統の符号には末尾に「１」を付し、第２系統の符号には末尾に「２」を付す。以下、第１系統及び第２系統に対応する構成要素については、代表として第１系統に対応する構成を中心に説明する。

電流指令値演算部１５は、トルクセンサ９４による操舵トルクＴｑ^*等の入力信号に基づいて、巻線組８０１に供給すべき電流のｄ軸成分であるｄ軸電流指令値Ｉｄ^*とｑ軸成分であるｑ軸電流指令値Iｑ^*を生成する。なお、ｄ軸は、回転子４０が発生する磁束の向きに平行な方向であり、ｑ軸はｄ軸に直交する方向である。

最大電流制限部１６は、電流指令値の最大値を制限する。電流指令値演算部１５が演算したｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*が最大電流制限値Ｉｌｉｍを超える場合、最大電流制限部１６は、最大電流制限値Ｉｌｉｍに補正したｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^**、Ｉｑ^**を出力する。一方、電流指令値演算部１５が演算したｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*が最大電流制限値Ｉｌｉｍ以下の場合には、最大電流制限部１６は、電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*をそのまま電流指令値Ｉｄ^**、Ｉｑ^**として出力する。最大電流制限値Ｉｌｉｍの設定方法については後述する。

図４に示す電流フィードバック演算部３００について、ここではブロックへの入出力のみを簡単に説明する。電流フィードバック演算部３００には、最大電流制限部１６からの電流指令値Ｉｄ^**、Ｉｑ^**が入力される。また、各系統の３相２相変換部３９１、３９２によって変換された電流検出値Ｉｄ１、Ｉｑ１、Ｉｄ２、Ｉｑ２が入力される。そして、各系統の２相３相変換部３８１、３８２に電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｑ１、Ｖｄ２、Ｖｑ２を出力する。

３相２相変換部３９１は、回転角センサ８５からフィードバックされた電気角θに基づき、電流センサ７０１が検出した３相の相電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１を、ｄ軸電流検出値Ｉｄ１及びｑ軸電流検出値Ｉｑ１に変換する。
２相３相変換部３８１は、回転角センサ８５からフィードバックされた電気角θに基づき、２相の電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｑ１をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に変換して第１インバータ６０１に出力する。

第１インバータ６０１は、例えばＰＷＭ制御により、３相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に対応するデューティ信号に基づいて、各相ＭＯＳのスイッチングを操作する。これにより、指令された３相交流電圧がモータ８０に印加され、モータ８０は、所望のアシストトルクを生成する。

第２系統に対応する３相２相変換部３９２、及び、２相３相変換部３８２の構成は、第１系統に対応する３相２相変換部３９１、及び、２相３相変換部３８１と同様である。

温度推定部７４は、温度センサ７３から入力された検出温度Ｔｓに基づいて、フェライト磁石４３の温度を推定し、推定温度Ｔｅを昇温制御部７５及び最大電流制限部１６にそれぞれ出力する。なお、温度推定部７４は、フェライト磁石の推定温度Ｔｅを算出するために、温度センサ７３ではなく、電流センサ７０１、７０２による電流検出値を利用してもよいし、両者を併用してもよい。

昇温制御部７５は、入力されたフェライト磁石４３の推定温度Ｔｅに基づいて、フェライト磁石４３の温度を上昇させるための「昇温制御」を行う。昇温制御に関する説明は後述する。

図５は、電流フィードバック制御に係る構成を示すブロック図である。図５に破線ブロックで示す部分は、図４の電流フィードバック演算部３００に対応する。
本実施形態の電流フィードバック演算部３００は、「２系統の電流の和と差」を制御する。この「２系統の電流の和と差」の制御についての詳細な説明は、特開２０１３−２３００１９号公報等に開示されているため、以下では基本的制御に関する概略を説明する。

電流指令値加減算部２０は、電流指令値演算部１５が出力した電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*を、２系統の電流指令値の和であるＩｄ和^**、Ｉｑ和^**、及び、２系統の電流指令値の差であるＩｄ差^**、Ｉｑ差^**に変換する。
フィードバック電流加減算部２７は、３相２相変換部３９１、３９２が出力した電流検出値Ｉｄ１、Ｉｄ２、Ｉｑ１、Ｉｑ２を、Ｉｄ和、Ｉｄ差、Ｉｑ和、Ｉｑ差に変換する。

偏差算出部２３、２４、２５、２６は、それぞれ、Ｉｄ和、Ｉｄ差、Ｉｑ和、Ｉｑ差について、電流指令値と電流検出値との偏差を算出する。この偏差Ｅ（Ｉｄ和）、Ｅ（Ｉｄ差）、Ｅ（Ｉｑ和）、Ｅ（Ｉｑ差）に基づき、制御器３３、３４、３５、３６及びモータ逆モデル３０を通して電圧指令値の和／差であるＶｄ和、Ｖｄ差、Ｖｑ和、Ｖｑ差が演算される。系統電圧算出部３７は、Ｖｄ和、Ｖｄ差、Ｖｑ和、Ｖｑ差を、第１系統及び第２系統の電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｑ１、Ｖｑ２に変換する。

以上の構成により、電流フィードバック演算部３００は、２系統のインバータ６０１、６０２を電流の「和」と「差」に基づいて制御することができる。モータ８０は、２系統の巻線組８０１、８０２へ入力される電流の和に従ってトルクを発生する。

ここで、二系統のインバータ６０１、６０２及び巻線組８０１、８０２が共に正常であるときを二系統正常時といい、いずれか一方の系統のインバータ又は巻線組が故障したときを一系統故障時という。一系統に故障が発生したときには、正常系統がトルクの出力を継続する。
本実施形態の制御部６５は、二系統正常時において、以下に説明する特徴的な制御を行う。

（電流制限）
二系統正常時、最大電流制限部１６は、フェライト磁石４３の減磁を防止するための電流制限を行う。
図６は、回転子に永久磁石に利用されるフェライト磁石及びネオジム磁石について、温度と磁場（保磁力）Ｈとの関係を示す特性図である。図６に示される磁場Ｈは、減磁せずに印加可能な逆磁界の最大値に相当する。図６に示すように、磁場Ｈは、フェライト磁石では低温になるほど小さくなり、ネオジム磁石では高温になるほど小さくなる。

モータ８０の巻線組８０１、８０２に大きな電流が流れるほど、フェライト磁石４３に印加される逆磁界は大きくなる。上述したように、フェライト磁石４３が減磁せずに印加可能な逆磁界の最大値は、低温になるほど小さくなる。そこで、最大電流制限部１６は、温度推定部７４から入力されるフェライト磁石４３の推定温度Ｔｅに基づいて、フェライト磁石４３が減磁しないように、推定温度Ｔｅが低くなるほど最大電流制限値Ｉｌｉｍを小さく設定する（図７参照）。
なお、図７に示すグラフは一例であり、直線状に限られず、例えば一定温度毎に段階状に変化するものであってもよい。

（昇温制御）
また、本実施形態では、二系統正常時、巻線組８０１、８０２に相電流が流れる際に発生する熱を利用して、回転子４０のフェライト磁石４３を温める昇温制御を行うことにより、減磁の発生を回避する。

ここで、比較例として、一系統の巻線組およびインバータのみを有するモータを用い、その昇温制御における問題点について説明する。
比較例では、回転子に用いる磁石の昇温制御を行う際、図８に示すような昇温用電流Ｉｈを巻線組に流す。昇温用電流Ｉｈはｄ軸成分のみを有する。よって、本来の駆動電流でない昇温用の電流によってモータにトルクが発生しないため、モータが不本意な動作を行うことが防止される。

しかしながら、比較例では、回転子の電気角θに関して電気角誤差Δθがある場合、図９に示すように、昇温用電流Ｉｈが、ｄ軸成分Ｉｄだけでなく、ｑ軸成分Ｉｑを有する。この場合、モータには不本意なトルクが発生してしまう。特に、ＥＰＳに適用されるモータの場合、運転者の意図に反してハンドルが動く可能性がある。

本実施形態の昇温制御は、上述した比較例の問題を解決するものである。
まず、図１０に示すフローチャートを参照して、本実施形態の昇温制御部７５の動作を説明する。以下、フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを意味する。

Ｓ１において、昇温制御部７５は、二系統のインバータ６０１、６０２及び巻線組８０１、８０２について、いずれも正常であるか否かを判断する。例えば、電流センサ７０１が検出した相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが所定の下限値から上限値以下までの正常範囲にあるか否かを判断することにより、第１インバータ６０１又は第１巻線組８０１の故障を判断可能である。二系統とも正常であると判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、Ｓ２に進む。二系統のいずれかが故障していると判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、以降のステップは行われない。

Ｓ２において、昇温制御部７５は、温度推定部７４から入力されたフェライト磁石４３の推定温度Ｔｅが、第１所定温度Ｔｔ１よりも小さいか否かを判断する。推定温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｔ１よりも小さいと判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、Ｓ３に進み、昇温制御を開始する。一方、推定温度Ｔｅが第１所定温度Ｔｔ１以上であると判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）、再びＳ１に戻る。

Ｓ３において、昇温制御部７５は、昇温用電流指令値を出力する。
昇温制御部７５は、昇温用電流指令値の一例として、ｄ軸電流和指令ＩｄＨ和^*及びｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*を演算し、電流フィードバック演算部３００に出力する（図４参照）。ここで、ｄ軸電流和指令ＩｄＨ和^*＝０であり、ｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*≠０である。このとき、ｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*の絶対値は、フェライト磁石４３の推定温度Ｔｅが低いほど、減磁を防ぐために小さな値に設定されてもよい（図１１参照）。

ｄ軸電流和指令ＩｄＨ和^*及びｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*は、電流フィードバック演算部３００の電流指令値加減算部２０に入力される（図５参照）。
操舵アシスト中である場合、電流指令値加減算部２０は、入力されたｄ軸電流和指令ＩｄＨ和^*を２系統のｄ軸電流指令値の和に加えたものをＩｄ和^**として出力すると共に、入力されたｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*を２系統のｄ電流指令値の差に加えたものをＩｄ差^**として出力する。これにより、モータ８０の駆動用電流に昇温用電流が加えられた電流が巻線組８０１、８０２に流れる。

なお、昇温制御は操舵アシスト中でなくともよい。この場合、電流指令値加減算部２０は、入力されたｄ軸電流和指令ＩｄＨ和^*をＩｄ和^**として出力すると共に、入力されたｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*をＩｄ差^**として出力する。

また、図４中に括弧で示すように、昇温制御部７５は、昇温用電流指令値の他の例として、ｑ軸電流和指令ＩｑＨ和^*及びｑ軸電流差指令ＩｑＨ差^*を演算し、電流フィードバック演算部３００に出力してもよい。ここで、ｑ軸電流和指令ＩｑＨ和^*＝０、ｑ軸電流差指令ＩｑＨ差^*≠０である。その他の説明は、ｄ軸電流和指令ＩｄＨ和^*及びｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*と同様である。

昇温制御を開始した後、Ｓ４において、昇温制御部７５は、温度推定部７４から入力されたフェライト磁石４３の推定温度Ｔｅが、第２所定温度Ｔｔ２よりも高いか否かを判断する。なお、第１所定温度Ｔｔ１＜第２所定温度Ｔｔ２である。

昇温制御部７５は、推定温度Ｔｅが第２所定温度Ｔｔ２よりも大きいと判断した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、昇温制御を終了する。一方、推定温度Ｔｅが第２所定温度Ｔｔ２以下であると判断した場合（Ｓ４：ＮＯ）、昇温制御を継続しながらＳ４を繰り返す。
上述の昇温制御部７５の動作は、制御ユニット１０がモータ８０を制御する間、繰り返し行われる。

次に、昇温制御によって巻線組８０１、８０２に流れる電流について、図１２〜図１５を参照して説明する。
なお、本実施形態では、固定子コア５１に２系統の巻線組８０１、８０２が巻かれているため、これらの巻線組８０１、８０２への入力電流の和によってモータ８０の回転が制御される。そこで、図１２〜図１５では、左から順に、第１系統の巻線組８０１に流れる電流、第２系統の巻線組８０２に流れる電流、二系統の巻線組８０１、８０２に流れる電流の和についてのｄｑ軸座標ベクトル図を示している。
また、以下では、本実施形態による昇温制御の特徴を単純化して説明するため、昇温制御部７５からの昇温用電流指令値によって流れる昇温用電流のみについて説明する。

まず、昇温用電流指令値がｄ軸電流和指令ＩｄＨ和^*（＝０）及びｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*（≠０）である例について、図１２及び図１３を参照して説明する。
ｄ軸電流和指令ＩｄＨ和^*及びｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*は、第１系統に流れる昇温用電流ＩｄＨ１、ＩｑＨ１及び第２系統に流れる昇温用電流ＩｄＨ２、ＩｑＨ２について、ＩｄＨ１＝ａ、ＩｑＨ１＝０、ＩｄＨ２＝−ａ、ＩｑＨ２＝０（ａ≠０）とすることを目的として演算されている。この昇温用電流指令値により、各系統の巻線組８０１、８０２には、図１２に示すような昇温用電流Ｉｈ１、Ｉｈ２が流れる。

図１２に示すように、各系統の巻線組８０１、８０２には、互いに正負が逆の昇温用ｄ軸電流ＩｄＨ１、ＩｄＨ２が流れる。これにより、巻線組８０１、８０２は発熱する。なお、２系統の昇温用ｄ軸電流の和はＩｄＨ１＋ＩｄＨ２＝０である。
一方、各系統の巻線組８０１、８０２には、昇温用ｑ軸電流ＩｑＨ１、ＩｑＨ２は流れず、２系統の昇温用ｑ軸電流の和はＩｑＨ１＋ＩｑＨ２＝０である。このため、モータ８０にトルクは発生しない。

図１２の例について、回転子４０の回転位置に電気角誤差Δθがある場合を図１３に示す。この場合、図１３に示すように、ｄ成分及びｑ成分を有する昇温用電流Ｉｈ１、Ｉｈ２が流れる。すなわち、昇温用電流指令値が各系統の昇温用ｑ軸電流ＩｑＨ１、ＩｑＨ２を０にするつもりで演算されていても、ＩｑＨ１、ＩｑＨ２≠０になる。

しかし、元々、２系統の昇温用ｄｑ軸電流の和は０になるように制御されている。このため、電気角誤差Δθがある場合であっても、２系統の昇温用ｑ軸電流の和はＩｑＨ１＋ＩｑＨ２＝０であり、モータ８０にトルクは発生しない。

次に、昇温用電流指令値がｑ軸電流和指令ＩｑＨ和^*（＝０）及びｑ軸電流差指令ＩｑＨ差^*（≠０）である例について、図１４及び図１５を参照して説明する。
この例においても、上記例とｄｑ軸を入れ替えるのみで、同様の説明が適用される。すなわち、図１４に示すように、各系統の巻線組８０１、８０２には、昇温用ｑ軸電流和及び昇温用ｄ軸電流和がそれぞれ０である昇温用電流Ｉｈ１、Ｉｈ２が流れる。また、電気角誤差Δθがある場合であっても、図１５に示すように、昇温用ｑ軸電流和は０であり、モータ８０にトルクは発生しない。

仮に電気角誤差Δθを考慮する必要がなければ、２系統の昇温用ｑ軸電流の和を０にすることのみを考慮して、昇温用電流指令値を演算すれば、モータ８０にトルクを発生させずに昇温制御することができる。
上述の実施形態では、より好ましい態様として、２系統の昇温用ｄ軸電流の和及び昇温用ｑ軸電流の和をそれぞれ０に制御している。これにより、電気角誤差Δθがある場合でも昇温用ｑ軸電流の和は必ず０になるため、モータ８０にトルクを発生させずに昇温制御することができる。

なお、上述の昇温用電流指令値の例は組み合わされてもよい。すなわち、昇温制御部７５は、ｄ軸電流和指令ＩｄＨ和^*、ｄ軸電流差指令ＩｄＨ差^*、ｑ軸電流和指令ＩｑＨ和^*、ｑ軸電流差指令ＩｑＨ差^*をそれぞれ出力してもよい。

（効果）
（１）本実施形態のモータ８０は、操舵をアシストする電動パワーステアリング装置１に適用されるものであって、複数系統の巻線組８０１、８０２を有する固定子５０と、フェライト磁石４３を含んで構成された回転子４０と、巻線組８０１、８０２に対応して設けられ、対応する巻線組に交流電流を出力する複数系統のインバータ６０１、６０２とを備えている。

上述したように、温度変化に対するフェライト磁石４３の磁場Ｈの変化は、ネオジム磁石のものとは逆である。すなわち、フェライト磁石４３の磁場Ｈは低温になるほど小さくなり、高温になるほど大きくなる（図６参照）。例えば図６に示すグラフでは、約６０度以上の範囲で、フェライト磁石の方がネオジム磁石よりも磁場Ｈが大きくなっている。
このため、本実施形態のモータ８０では、ネオジム磁石を用いた従来の回転電気に比べて、高温時に減磁しないで流すことのできる最大電流が大きい。よって、高温時にモータ８０のトルクを確保し易い。特に、一系統故障時、高温時であっても正常系統のトルクを確保することが容易になる。
また、フェライト磁石は酸化鉄を主原料にしており、希土類を主原料とするネオジム磁石に比べて安価であるため、本実施形態のモータ８０は従来に比べてコストを低減できる。

（２）本実施形態のモータ８０の通電を制御する制御部６５は、巻線組８０１、８０２に通電するためのｄｑ軸電流指令値を演算する電流指令値演算部１５と、フェライト磁石４３の温度を推定する温度推定部７４と、推定温度Ｔｅが所定値Ｔｔ１より低いとき、巻線組８０１、８０２に昇温用電流を流すためにｄｑ軸電流指令値に加算される昇温用ｄｑ軸電流指令値を演算する昇温制御部７５とを備えている。
これにより、昇温用電流の通電によって巻線組８０１、８０２を発熱させ、この熱により回転子４０のフェライト磁石４３を温めることができる。よって、フェライト磁石４３に減磁が発生することを回避できる。

（３）本実施形態の昇温制御部７５は、全系統の昇温用電流のｑ軸和が０になるように、昇温用ｄｑ軸電流指令値を設定する。これにより、モータ８０にトルクを発生させずに昇温制御することができる
また、本実施形態の昇温制御部７５は、全系統の昇温用電流のｄ軸和及びｑ軸和がそれぞれ０になるように、昇温用ｄｑ軸電流指令値を設定する。これにより、電気角誤差Δθがある場合でも、モータ８０にトルクを発生させずに昇温制御することができる。

（４）また、本実施形態の制御部６５は、ｄｑ軸電流指令値を制限する最大電流制限部１６をさらに備え、最大電流制限部１６は、温度推定部７４によって推定された推定温度Ｔｅが低いほど、ｄｑ軸電流指令値の最大電流制限値Ｉｌｉｍを低下させる。
これにより、低温状態で過大電流が流れることによりフェライト磁石４３が減磁することを防止することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について、図１６及び図１７を参照して説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態の制御部６６は、電流指令値演算部１５１、１５２、最大電流制限部１６１、１６２、３相２相変換部３９１、３９２、制御器３０１、３０２、２相３相変換部３８１、３８２、故障検出部７１１、７１２、温度推定部７４、及び、昇温制御部７６等を有している。

制御部６６は、第１実施形態と同様、第１系統及び第２系統の各々に対応する構成を含んでいる。各系統に対応する構成要素、物理量の符号について、第１系統の符号には末尾に「１」を付し、第２系統の符号には末尾に「２」を付す。

電流指令値演算部１５１は、トルクセンサ９４による操舵トルクＴｑ^*等の入力信号に基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*、ｑ軸電流指令値Ｉｑ１^*を演算する。
最大電流制限部１６１は、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*を最大電流制限値Ｉｌｉｍ１以下に制限し、電流指令値Ｉｄ１^**、Ｉｑ１^**を出力する。

制御器３０１は、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^**、Ｉｑ１^**とｄｑ軸電流検出値Ｉｄ１、Ｉｑ１との電流偏差が入力され、この電流偏差を０にするように、ＰＩ（比例積分）制御演算等によって電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｑ１を演算する。

故障検出部７１１は、電流センサ７０１が検出した相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが所定の下限値から上限値以下までの正常範囲にあるか否かを判断することにより、第１インバータ６０１又は第１巻線組８０１の故障を検出する。

第２系統に対応する電流指令値演算部１５２、最大電流制限部１６２、制御器３０２、故障検出部７１２の構成は、第１系統に対応する電流指令値演算部１５１、最大電流制限部１６１、制御器３０１、故障検出部７１１の構成と同様である。
以上の構成により、第２実施形態の制御部６６は、２系統の電流をそれぞれフィードバック制御している。

（一系統故障時の制御）
第２実施形態の制御部６６は、一系統故障時において、以下に説明する特徴的な制御を行う。以下では、「第１系統が故障し、第２系統が正常である」場合を仮定する。

まず、故障検出部７１１が、電流センサ７０１が検出した相電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、及びインバータ６０１の入力電圧Ｖｒ１等に基づいて、インバータ６０１又は巻線組８０１の故障を検出する。
故障検出部７１１は、第１系統の故障を検出すると、インバータ６０１への出力を停止する。その停止の方法としては、電流指令値演算部１５１が指令する電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*、又は、最大電流制限部１６１が設定する最大電流制限値を０としてもよい。また、駆動回路６８からＭＯＳ６１１〜６１６への駆動信号を全てオフしてもよい。或いは、再通電の可能性が無ければ、回路上でインバータ６０１の電源ラインに設けられる電源リレー１２１を遮断してもよい。

そして、制御部６６は、正常な第２系統のみでモータ８０の駆動を継続する。このように正常系統を動作させることで、一系統が故障したとき、操舵アシスト機能が完全に喪失することを防止することができる。

ところで、特開２０１３−４８５２４号公報に詳しく説明されているとおり、ショート故障のため故障系統のインバータ６０１への出力を停止したとき、正常系統のインバータ６０２がモータ８０を駆動することによって、或いは、運転者がステアリングシャフト９２を操舵し負荷側からモータ８０が回転されることによって、故障系統のインバータ６０１には逆起電圧が発生する。この逆起電圧により、モータ８０には、駆動に逆らうブレーキトルクが発生する。
なお、ショート故障とは、故障系統のいずれかの配線間が非導通を意図する制御に反して導通状態となっている状態をいう。

ショート故障の場合にブレーキトルクが発生することで、モータ８０の最大トルクは低下する。そこで、ブレーキトルクを補うために、正常系統のインバータ６０２に対し通常駆動時よりも大きな電流を流すことが求められる。
そこで、第２実施形態の制御部６６は、ショート故障が検出された場合、ブレーキトルクを補償するように正常系統を制御する。その詳細については、特開２０１３−４８５２４号公報等に開示されているため、ここでは説明を省略する。

ここで、フェライト磁石は温度が上昇すると、磁束密度が低下することが知られている。この現象によるトルク低下の影響は、正常系統のみでモータ８０の駆動を継続するときに特に大きい。
よって、第２実施形態では、ブレーキトルクを補償するように正常系統を制御する際、フェライト磁石４３の温度上昇による磁束密度の低下に着目した制御を行う。すなわち、制御部６６は、フェライト磁石４３の温度上昇に基づいて、磁束密度が低下する分、正常系統に通電する電流を増加させることにより、モータ８０のブレーキトルクをより効果的に補う。

例えば、故障検出部７１１が第１系統のショート故障を検出したとき、第２系統の最大電流制限部１６２は、温度推定部７４から入力されたフェライト磁石４３の推定温度Ｔｅに基づき、最大電流制限値Ｉｌｉｍ２の設定を変更する。このとき、最大電流制限値Ｉｌｉｍ２は、図１７に示すように、フェライト磁石４３の推定温度Ｔｅが高いほど大きくなるように設定される。これにより、フェライト磁石４３の温度が上昇するほど正常系統のインバータ６０２に流れる電流値が増大する。

なお、図１７の縦軸に示す「Ｉｌｉｍ２」は、一系統故障時における正常系統の最大電流制限値に相当し、第２系統が故障したときの第１系統の最大電流制限値Ｉｌｉｍ１も同様に設定される。また、図１７に示すグラフは一例であり、直線状に限られず、例えば一定温度毎に段階状に変化するものであってもよい。

（電流制限）
第２実施形態においても、第１実施形態と同様、二系統正常時、最大電流制限部１６１、１６２は、温度推定部７４から入力されるフェライト磁石４３の推定温度Ｔｅに基づいて、フェライト磁石４３が減磁しないように最大電流制限値Ｉｌｉｍ１、Ｉｌｉｍ２を設定する。最大電流制限値Ｉｌｉｍ１、Ｉｌｉｍ２の設定方法は、第１実施形態の最大電流制限値Ｉｌｉｍの設定方法と同様である。

（昇温制御）
また、第２実施形態においても、第１実施形態と同様、二系統正常時、第２実施形態の昇温制御部７６は、第１実施形態の昇温制御部７５と同様、入力されたフェライト磁石４３の推定温度Ｔｅに基づいて、フェライト磁石４３の温度を上昇させるための「昇温制御」を行う。昇温制御部７６の動作等は第１実施形態と同様である。

昇温制御部７６は、昇温用電流指令値として、昇温用ｄ軸電流指令値ＩｄＨ１^*を電流指令値演算部１５１に出力し、昇温用ｄ軸電流指令値ＩｄＨ２^*を電流指令値演算部１５２に出力する。ここで、昇温用ｄ軸電流指令値ＩｄＨ１^*、ＩｄＨ２^*は、正負が逆、かつ、互いの和が０になる値である。

電流指令値演算部１５１は、入力された昇温用ｄ軸電流指令値ＩｄＨ１^*を、演算した指令値に加算したものをｄ軸電流指令値Ｉｄ１^*として出力する。電流指令値演算部１５２は、入力された昇温用ｄ軸電流指令値ＩｄＨ２^*を演算した指令値に加算したものをｄ軸電流指令値Ｉｄ２^*として出力する。
これにより、巻線組８０１、８０２には、図１２に示す例と同様の昇温用電流Ｉｈ１、Ｉｈ２が流れる。よって、第１実施形態と同様、電気角誤差Δθがある場合でも昇温用ｑ軸電流の和は必ず０になるため、モータ８０にトルクを発生させずに昇温制御することができる。

なお、昇温制御部７６が、昇温用電流指令値として、昇温用ｑ軸電流指令値ＩｑＨ１^*、ＩｑＨ２^*を出力する場合には、ｄｑ軸を入れ替えて同様の説明が適用される。また、昇温用ｄ軸電流指令値ＩｄＨ１^*、ＩｄＨ２^*、昇温用ｑ軸電流指令値ＩｑＨ１^*、ＩｑＨ２^*を組み合わせてもよい。

（効果）
（１）上述したように、第２実施形態の制御部６６は、インバータ６０１、６０２又は巻線組８０１、８０２について、ブレーキトルクが発生するショート故障を検出する故障検出部７１１、７１２をさらに備えている。故障検出部７１１、７１２によって、いずれかの系統のインバータ６０１、６０２又は巻線組８０１、８０２のショート故障が検出されたとき、制御部６６は、故障系統のインバータの出力を停止し、かつ、ブレーキトルクを補償するように正常系統のインバータの出力を制御する。

ここで、フェライト磁石は、従来のＥＰＳのモータに使用されているネオジム磁石に比べて磁力が小さく、故障系統に由来する逆起電力が相対的に弱い。例えば、図１８は、ある構成のブラシレスモータの永久磁石としてネオジウム磁石を用いた場合と、フェライト磁石を用いた場合とについて、モータ回転数と逆起電圧との関係を示すグラフである。図１８に示すように、フェライト磁石を用いた場合は、ネオジウム磁石を用いた場合に比べて、モータ回転数が大きいほど、逆起電力が弱くなる。
したがって、第２実施形態では、従来技術に比べて故障系統に発生するブレーキトルクが小さくなるため、正常系統の出力によってブレーキトルクを補償することが容易である。

（２）また、第２実施形態の制御部６６は、巻線組の系統毎にｄｑ軸電流指令値を制限する最大電流制限部１６１、１６２をさらに備えている。
故障検出部７１１、７１２によっていずれか一方の系統のインバータ６０１、６０２又は巻線組８０１、８０２の故障が検出されたとき、最大電流制限部１６１又は１６２は、正常系統の巻線組のｄｑ軸電流指令値について、温度推定部７４によって推定された推定温度Ｔｅが高いほど、最大電流制限値Ｉｌｉｍ１又はＩｌｉｍ２を上昇させる。
これにより、フェライト磁石４３の推定温度Ｔｅの上昇に応じて最大トルクが減少することを抑制し、ブレーキトルクをより好適に補うことができる。
（３）その他、第２実施形態では、二系統正常時、第１実施形態と同様、電流制限制御及び昇温制御を行うことによる効果を得られる。

［他の実施形態］
（ア）ブラシレスモータは、３相に限らず、４相以上の多相交流モータであってもよい。また、インバータと、当該インバータに対応する巻線組の組み合わせは、二系統に限らず三系統以上でもよい。

（イ）制御ユニット１０の具体的な構成は、上記実施形態の構成に限らない。例えばスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ以外の電界効果トランジスタやＩＧＢＴ等であってもよい。
（ウ）モータ８０の具体的な構成は、上記実施形態の構成に限らない。例えば、各種の表面磁石形（ＳＰＭ）でもよいし、各種の磁石埋込形（ＩＰＭ）でもよい。

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、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。また、本発明は、各実施形態を組み合わせて構成されるものも含む。

１・・・電動パワーステアリング装置
２・・・モータ（ブラシレスモータ）
３０・・・固定子
４０・・・回転子
４３・・・フェライト磁石
６５、６６・・・制御部（モータ制御装置）
６０１、６０２・・・インバータ
８０１、８０２・・・巻線組

Claims (7)

1. 操舵をアシストする電動パワーステアリング装置（１）に用いられ、複数系統の巻線組（８０１、８０２）を有する固定子（３０）と、フェライト磁石（４３）を有する回転子（４０）とを備えるブラシレスモータ（８０）の通電を制御するモータ制御装置（６５、６６）であって、
   各系統の前記巻線組に対応して設けられ、対応する前記巻線組に交流電流を供給する複数系統のインバータ（６０１、６０２）と、
   前記巻線組に通電するためのｄｑ軸電流指令値を演算する電流指令値演算手段（１５、１５１、１５２）と、
   前記フェライト磁石の温度を推定する温度推定手段（７４）と、
   推定温度が所定値より低いとき、前記巻線組に昇温用電流を流すために前記ｄｑ軸電流指令値に加算される昇温用ｄｑ軸電流指令値を演算する昇温制御手段（７５、７６）と、
   を備え、
   前記昇温制御手段は、全系統の前記昇温用電流のｑ軸和が０となるように、前記昇温用ｄｑ軸電流指令値を設定することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記昇温制御手段は、全系統の前記昇温用電流のｄ軸和およびｑ軸和がそれぞれ０となるように、前記昇温用ｄｑ軸電流指令値を設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記複数系統は二系統であり、
   前記昇温制御手段は、二系統の前記昇温用ｄｑ軸電流指令値のｑ軸電流指令値を、正負が逆で、絶対値が互いに等しい値に設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記複数系統は二系統であり、
   前記昇温制御手段は、二系統の前記昇温用ｄｑ軸電流指令値のｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を、それぞれ、正負が逆で、絶対値が互いに等しい値に設定することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記ｄｑ軸電流指令値を制限する最大電流制限手段（１６、１６１、１６２）をさらに備え、
   前記最大電流制限手段は、前記温度推定手段によって推定された温度が低いほど、前記ｄｑ軸電流指令値の最大電流制限値を減少させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 前記インバータ又は前記巻線組の故障を検出する故障検出手段（７１１、７１２）をさらに備え、
   前記故障検出手段によっていずれかの系統の前記インバータまたは対応する前記巻線組の故障が検出されたとき、故障系統の前記インバータの出力を停止し、かつ、故障系統に発生するブレーキトルクを補償するように正常系統の前記インバータの出力を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
7. 前記巻線組の系統毎に前記ｄｑ軸電流指令値を制限する最大電流制限手段（１６１、１６２）をさらに備え、
   前記故障検出手段によっていずれかの系統の前記巻線組または前記インバータの故障が検出されたとき、
   前記最大電流制限手段は、前記温度推定手段によって推定された温度が高いほど、正常系統の前記ｄｑ軸電流指令値についての最大電流制限値を増加させることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。

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