CN105305910B - 旋转电机控制设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种对具有多个线圈组(801、802)的旋转电机(80)的驱动进行控制的旋转电机控制设备(101、102、103)。该旋转电机控制设备包括多个系统中的电力转换器(601、602)、故障检测部(751、752)以及控制部(651、652、653)。电力转换器具有上臂中的开关元件以及下臂中的开关元件并且对DC电力进行转换。故障检测部检测电力转换器或线圈组的故障。控制部计算电流命令值和最大电流限制值，并且对至电力转换器的输出进行控制。控制部(651、652)停止至故障系统中的电力转换器的输出，并且控制部针对正常系统中的电力转换器增大最大电流限制值。

Description

旋转电机控制设备

技术领域

本公开内容涉及对旋转电机的驱动进行控制的控制设备。

背景技术

专利文献1：JP 2013-048524 A

通常，已知旋转电机的控制设备。该控制设备包括多个系统中的电力转换器并且对给对应的多个线圈组的通电进行控制。公知的是，当系统中的任一系统发生故障时，控制设备仅使用正常系统中的电力转换器和线圈组来驱动旋转电机。

例如，专利文献1中描述的用于多相旋转电机的控制设备在两个系统中的任一系统中的电力转换器或线圈组发生短路故障时控制电力转换器的输出。在这种情况下，专利文献1中的控制设备停止至故障系统的电力转换器的输出，并且随旋转电机的转数变大而将至正常系统的电力转换器的输出的输出限制值设定为更小。进行处理以防止由于伴随旋转电机的转动在故障系统中生成的反电动势电压而导致故障系统中的电力转换器和线圈线过度生成热。

本公开内容的发明人发现了以下内容。

当系统中的一个系统中发生短路故障时，由于伴随旋转电机的转动在故障系统中生成的反电动势电压而导致旋转电机中会生成对抗驱动的制动扭矩。从而，在仅使用正常系统驱动时，使得旋转电机输出类似于正常驱动状态下的所需扭矩，可能有必要向正常系统中的电力转换器发送比正常驱动状态下大的电流以补偿由制动扭矩引起的扭矩减小。顺便提及，正常驱动状态是两个系统都正常工作的状态。

专利文献1聚焦于防止故障系统中的热生成。

发明内容

本公开内容的目的在于提供一种旋转电机控制设备，其对具有多个线圈组的旋转电机的驱动进行控制并且包括多个系统中的电力转换器。在系统中的任一系统中的电力转换器或线圈组中发生短路故障时，该控制设备仅使用正常系统的驱动来使旋转电机输出扭矩以补偿制动扭矩。

根据本公开内容的一方面，提供了一种对具有多个线圈组的旋转电机的驱动进行控制的旋转电机控制设备。该旋转电机控制设备包括多个系统中的电力转换器、故障检测部以及控制部。电力转换器中的每个电力转换器具有上臂中的开关元件和下臂中的开关元件，并且电力转换器中的每个电力转换器将DC电力进行转换以供应至与电力转换器对应的对应线圈组。上臂中的开关元件被桥式连接至下臂中的开关元件。故障检测部检测电力转换器或线圈组的故障。控制部计算电流命令值和该电流命令值的最大电流限制值，并且对至系统中的每个系统的电力转换器中的每个电力转换器的输出进行控制，其中，电流命令值指示被发送至旋转电机中的线圈组中的每个线圈组的电流。部分系统短路故障对应于下述情况：系统的任一系统中的电力转换器中的布线或线圈组中的布线之间的任何部分处于与指示非导通状态的控制相对的导通状态。当故障检测部检测到系统的任一系统中的电力转换器或线圈组中的部分系统短路故障时，控制部停止至故障系统中的电力转换器的输出，并且针对至正常系统中的电力转换器的输出，控制部随旋转电机的转动角速度变大而增大最大电流限制值。

根据本公开内容的另一方面，提供了一种应用于车用电动转向设备并且对辅助转向扭矩的电动机的驱动进行控制的旋转电机控制设备。电动机具有多个线圈组。旋转电机控制设备包括多个系统中的电力转换器、故障检测部以及控制部。电力转换器中的每个电力转换器具有上臂中的开关元件以及下臂中的开关元件，并且电力转换器中的每个电力转换器将DC电力进行转换以供应至与电力转换器对应的对应线圈组。上臂中的开关元件被桥式连接至下臂中的开关元件。故障检测部检测电力转换器或线圈组的故障。控制部计算电流命令值和该电流命令值的最大电流限制值，并且对至系统中的每个系统的电力转换器中的每个电力转换器的输出进行控制，其中，电流命令值指示被发送至电动机中的线圈组中的每个线圈组的电流。部分系统短路故障对应于下述情况：任一系统中的电力转换器中的布线或线圈组中的布线之间的任何部分处于与指示非导通状态的控制相对的导通状态。当故障检测部检测到系统的任一系统中的电力转换器或线圈组中的部分系统短路故障时，控制部停止至故障系统中的电力转换器的输出，并且针对至正常系统中的电力转换器的输出，控制部随转向扭矩的变化量变大而增大最大电流限制值。

根据旋转电机控制设备，该旋转电机控制设备对具有多个线圈组的旋转电机的驱动进行控制，并且旋转电机控制设备具有多个系统中的电力转换器。在系统中的任一系统中的电力转换器或线圈组中发生短路故障时，该控制设备仅使用正常系统中的驱动来使旋转电机输出扭矩以补偿制动扭矩。

附图说明

根据以下参照附图进行的详细描述，本公开内容的以上及其他目的、特征和优势将变得更明显。在附图中：

图1是示意性地示出了每个实施方式中的由EPS电动机控制设备控制的两个系统的逆变器的电路的图；

图2是示意性地示出了每个实施方式中的EPS电动机控制设备应用于其的电动转向设备的图；

图3是示出了第一实施方式中的EPS电动机控制设备的框图；

图4A是示出了电动机转动角速度与最大电流限制值之间的关系的特性图；

图4B是示出了电动机转动角速度与最大电流限制值之间的关系的特性图；

图4C是示出了电动机转动角速度与最大电流限制值之间的关系的特性图；

图5是第一实施方式中的最大电流限制值的配置的流程图；

图6是第二实施方式中的EPS电动机控制设备的框图；

图7是图6中的最大电流限制部的详细框图；

图8A是示出了电动机转动角速度与最大电流限制值系数之间的关系的特性图；

图8B是示出了元件温度与最大电流限制值系数之间的关系的特性图；

图9是第三实施方式中的EPS电动机控制设备的框图；

图10是示出了在第四实施方式中的EPS电动机控制设备中拒绝从车用控制设备接收协调控制信号的框图；以及

图11是示出了现有技术中的转数与输出限制值之间的关系的特性图。

具体实施方式

将参照附图说明本公开内容的实施方式。在本实施方式中，作为示例，本公开内容中的旋转电机的控制设备被应用于车辆的电动转向(EPS)设备。

将参照图1和图2来对每个实施方式共有的配置进行说明。

(共有配置)

图2示出了包括电动转向设备1的转向系统90的整体配置。转向轴92连接至转向轮91。转向轴92具有用于检测转向扭矩的扭矩传感器94。转向轴92包括位于转向轴92前端的小齿轮96。小齿轮96与齿条轴97啮合。在齿条轴97的两端处，一对车轮98通过拉杆(tierod)等与齿条轴97可转动地连接。转向轴92的转动运动通过小齿轮96被改变成齿条轴97的线性运动，使得这对车轮98被转向取决于齿条轴97的线性运动的位移的角度。

电动转向设备1包括致动器2和减速齿轮89。致动器2使转动轴转动。减速齿轮89减小转动轴的转动速度并且将其传送至转向轴92。

致动器2包括EPS电动机80和EPS电动机控制设备10。EPS电动机80对应于生成转向辅助扭矩的旋转电机。EPS电动机80也可以称为电动机。EPS电动机控制设备10对应于驱动EPS电动机80的旋转电机控制设备。除第四实施方式以外，EPS电动机控制设备10可以称为电动机控制设备。本实施方式中的电动机80对应于三相交流(AC)无刷电动机。电动机80使减速齿轮89在前向方向和后向方向上转动。

电动机控制设备10包括控制部65以及逆变器601和602。逆变器601和602对应于根据来自控制部65的命令来控制至电动机80的电力供应的电力转换器。

转动角传感器85例如包括磁体，该磁体对应于设置在电动机80一侧的磁力生成部和设置在电动机控制设备10一侧的磁力检测元件。转动角传感器85检测电动机80的转子转动角θ。

控制部65基于扭矩命令trq*、来自转动角传感器85的转动角信号、反馈电流等来控制逆变器601和602的开关，使得控制部65控制电动机80的通电。因此，电动转向设备1中的致动器2生成用于支持转向轮转向的转向辅助扭矩并且将该转向辅助扭矩传送至转向轴92。

如图1描述的更详细的，电动机80包括两对线圈组801和802。第一线圈组801包括U相、V相和W相的三相线圈线811至813。第二线圈组802包括U相、V相和W相的三相线圈线821至823。对应于第一线圈组801设置了逆变器601。对应于第二线圈组802设置了逆变器602。在下文中，将逆变器与对应于该逆变器的三相线圈组的组合单元称为系统。顺便提及，在多个系统中，系统中的每个系统中的电学特性彼此相同。对于每个系统中的配置元件和物理量的符号，第一系统中的符号包括“1”，第二系统中的符号包括“2”。

电动机控制设备10包括电源继电器521和522、电容53、逆变器601和602、电流传感器701和702、控制部65等。

电源继电器521和522使得能够切断从电池51至每个系统中的逆变器601和602的电力供应。

电容器53并联连接至电池51并且存储电荷。电容器53可以支持至逆变器601和602的电力供应，并且抑制噪声分量诸如浪涌电流。

在第一系统逆变器601中，为了改变对第一线圈组801中的线圈线811至813中的每个线圈线的通电，将六个开关元件611至616桥式连接。本实施方式中的开关元件611至616是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。在下文中，可以将开关元件611至616称为MOS611至616。

上臂中的MOS 611至613的漏极连接至电池51的正电极侧，其中，上臂中的MOS 611至613的漏极对应于高电势侧。上臂中的MOS 611至613的源极连接至下臂中的MOS 614至616的漏极，其中，下臂中的MOS614至616的漏极对应于低电势侧。下臂中的MOS 614至616的源极连接至电池51的负电极侧。上臂中的MOS 611与下臂中的MOS 614之间的连接点连接至线圈线811的一端，上臂中的MOS 612与下臂中的MOS615之间的连接点连接至线圈线812的一端，以及上臂中的MOS 613与下臂中的MOS 616之间的连接点连接至线圈线813的一端。

电流传感器701对从逆变器601通电到线圈组801的相电流进行检测。尽管图1中电流传感器701对三个相中的每个电流进行检测，但是在另一示例中电流传感器可以检测两个相中的电流并且使用基尔霍夫定理来计算另一相中的电流。

通过第一系统逆变器601中的电源线与接地线之间的预定分压来检测输入电压Vr1。

对于第二系统逆变器602，开关元件(MOS)621至626和电流传感器702的配置以及用于检测输入电压Vr2的配置类似于第一系统逆变器601的配置。

控制部65包括微计算机67、驱动电路68等。驱动电路68对应于预驱动器。微计算机67基于扭矩信号、转动角信号等输入信号来对每个用于控制的计算值进行控制计算。驱动电路68连接至MOS 611至616以及MOS 621至626的栅极，并且基于微计算机67的控制进行切换输出。

当两个系统中的一个系统发生故障时，本实施方式中的控制部65停止至故障系统中的逆变器的输出，并且对至正常系统中的逆变器的输出执行控制。将说明对至正常系统中的逆变器的输出的控制。

(控制部的配置)

假设两个系统中的一个系统的逆变器601和602或者线圈组801和802发生故障。在这种情况下，对用于仅使用正常系统的驱动来维持电动机80的输出扭矩的控制部65的配置进行说明。还对由控制部65进行的处理进行说明。在下文中，在各个实施方式中将电动机控制设备10称为电动机控制设备101至103。在各个实施方式中将控制部65称为控制部651至653。也就是说，例如，在第一实施方式中，将电动机控制设备10称为电动机控制设备101，将控制部65称为控制部651。对每个实施方式中类似的配置给定相同符号，并且将省略对其的说明。

(第一实施方式)

将参照图3至图5来对第一实施方式中的EPS电动机控制设备进行说明。

在图3中的控制框图中，电动机控制设备101中由两条点划线围绕的部分对应于控制部651。逆变器601和602、电流传感器701和702以及故障检测部751和752未包括在本公开内容限定的控制部中。然而，应当注意，该说明仅为概念上的区分，并且未提及实际基板中的电子元件的布置。

当所有系统中的逆变器和线圈组均正常工作没有任何故障时，也就是说，当存在两个系统并且第一系统和第二系统中的逆变器和线圈组均正常工作时，将这种情况称为“正常驱动状态”。

将对在正常驱动状态时代表所有系统的第一系统的配置进行说明。控制部651通过用已知电流矢量控制进行的电流反馈控制来控制电动机80的通电。第一系统包括电流命令值计算部151、最大电流限制部201以及三相到两相转换器251、控制装置301以及两相到三相转换器351。

电流命令值计算部151基于输入至电流命令值计算部151的扭矩命令trq*使用表达式、映射等来计算dq轴电流命令值Id1*、Iq1*。

最大电流限制部201根据诸如保护元件不经受过量热等观点来限制电流命令值的最大值。当由电流命令值计算部151计算的dq轴电流命令值Id1*和Iq1*超过限制值时，最大电流限制部201输出被校正成限制值的dq轴电流命令值Id1**和Iq1**。当由电流命令值计算部151计算的dq轴电流命令值Id1*和Iq1*等于或小于限制值时，最大电流限制部201直接将电流命令值Id1*和Iq1*作为电流命令值Id1**和Iq1**输出。

可以将最大电流限制值Ilim设定为dq轴电流矢量的幅值 或者可以将其设定为d轴电流和q轴电流中的每个电流。顺便提及，最大电流限制值Ilim1是针对第一系统的最大电流限制值。最大电流限制值Ilim2是针对第二系统的最大电流限制值。

三相到两相转换器251进行dq转换。三相到两相转换器251基于从转动角传感器85反馈回的转动角θ，将电流传感器701检测到的三个相中的相电流检测值Iu1、Iv1和Iw1转换成dq轴电流检测值Id1和Iq1。

控制装置301接收dq轴电流命令值Id1**和Iq1**与dq轴电流检测值Id1和Iq1之间的电流偏差。为了使该电流偏差为零，控制装置301通过比例积分(PI)控制计算等来计算电压命令值Vd1和Vq1。

两相到三相转换器351基于从转动角传感器85反馈回的转动角θ来进行从dq轴电压命令值Vd1和Vq1到三相电压值Vu1、Vv1和Vw1的反向dq转换。

逆变器601例如使用脉冲宽度调制(PWM)控制、基于与三相电压命令值Vu1、Vv1和Vw1对应的占空比信号来操作每个相中的MOS的开关。因此，所命令的三相AC电压被施加至电动机80，并且电动机80生成辅助扭矩。

对于第二系统，电流命令值计算部152、最大电流限制部202、三相到两相转换器252、控制装置302以及两相到三相转换器352的配置类似于第一系统中的配置。

在下文中，假设两个系统中的逆变器或线圈组中的一个逆变器或线圈组发生故障。

在这种情况下，假设第一系统发生故障而仅第二系统正常操作。从而，在图3中，仅在第一系统中示出仅在故障系统中使用的配置，并且仅在第二系统中示出仅在正常系统中使用的配置。顺便提及，第一系统中的故障检测部751用实线示出，第二系统中的故障检测部752用虚线示出。应当注意，这些配置以类似方式设置给两个系统。

本实施方式中假设的故障包括短路故障和开路故障。

短路故障定义为下述情况：逆变器601中的布线或线圈组801中的布线之间的任何部分都导通，与意图达到非导通状态的控制相对。此外，将所有系统中的部分系统具有短路故障的情况称为部分系统短路故障。顺便提及，本公开内容中未考虑所有系统都发生故障而不存在正常系统的另一情况。

当逆变器601中发生短路故障时，每个相中上臂和下臂中的MOS 611至616中任一MOS的漏极与源极之间的部分处于导通状态，而不管是否接收到从驱动电路68至栅极的断开信号。

当线圈组801中发生短路故障时，任一相中的线圈线以及电源线均处于非接地故障(sky fault)或者任一相中的线圈线和接地线均处于接地故障。

开路故障定义为下述情况：在逆变器601或线圈组801中，布线之间的任何部分都处于与意图达到导通状态的控制相对的非导通状态。将所有系统中的部分系统具有开路故障的情况称为部分系统开路故障。

当逆变器601中发生开路故障时，每个相中上臂和下臂中的MOS 611至616中任一MOS的漏极与源极之间的部分处于非导通状态，而不管是否接收到从驱动电路68至栅极的接通信号。

当线圈组801中发生开路故障时，任一相中的线圈线或者线圈线与端子之间的连接部分断开(处于非连接状态)。

故障检测部751基于由电流传感器701检测到的相电流检测值Iu1、Iv1和Iw1以及逆变器601的输入电压Vr1来检测逆变器601或线圈组801的故障。

当故障检测部751检测到第一系统的故障时，故障检测部751停止至逆变器601的输出。作为停止输出的方式，如图3中虚线所示的那样，可以将由电流命令值计算部151命令的电流命令值Id1*、Iq1*设定为零，或者可以将由最大电流限制部201设定的最大电流限制值设定为零。可以将从驱动电路68到MOS 611至616的所有驱动信号变成断开。当不存在重通电的可能性时，可以将设置给位于电路上的逆变器601的电源线路的电源继电器521切断。

控制部651仅使用处于正常驱动状态的第二系统来保持对电动机80的驱动。当一个系统发生故障时，通过操作正常系统，可以防止转向扭矩的辅助作用完全丧失。

假设由于短路故障导致至故障系统中的逆变器601的输出被停止。在这种情况下，当正常系统中的逆变器602驱动电动机80时，或者当驱动器使转向轴92转向并且电动机80从负载侧转动时，故障系统中的逆变器601中可能出现反电动势电压。由于该反电动势电压，电动机80中可能出现与驱动相对的制动扭矩。制动扭矩可以随电动机转数变大而增大。相反，在开路故障的情况中，电动机80中不出现制动扭矩。

由于短路故障时出现制动扭矩，电动机80的最大扭矩会减小。发明人试图向正常系统中的逆变器601发送大于正常驱动状态下的电流量的电流，以使得不会使最大扭矩减小或者使得尽可能地防止最大扭矩减小。

在本实施方式中，作为正常系统的第二系统中的最大电流限制部202获得电动机转动角速度ω。控制部651使最大电流限制值Ilim随电动机转动角速度ω增大而变大。

微分器86将转动角θ对时间进行微分，并且计算电动机转动角速度ω(度/秒)。转动角传感器85检测转动角θ。可以通过乘以比例因数将电动机转动角速度ω转换成转数N。电动机转动角速度ω与转数N具有一致的含义。

图4A至图4C示出了最大电流限制值Ilim相对于电动机转动角速度ω的增大特性的示例。竖直轴中所示的符号“Imax”对应于在两个系统均正常工作时的额定电流。将额定电流的一半示出为“Imax/2”。符号“Imax/2”对应于正常驱动状态下每个系统的最大电流限制值。

在图4A至图4C中，在每种情况下，将电动机80停止(电动机转动角速度ω＝0)时的最大电流限制值Ilim设定为额定电流的一半(Imax/2)。当电动机80处于转动中时，最大电流限制值Ilim随电动机转动角速度ω从零增大而增大。因此，图4A至图4C中示出了右方向上的特性线。

顺便提及，图4A至图4C中水平轴上电动机转动角速度ω的上限示出了假定在实际使用情形中在电动转向装置1中使用的最大角速度。也就是说，图4A至图4C对应于对实际使用区域中的电动机转动角速度ω与最大电流限制值Ilim之间的关系进行限定的图。应当注意，图4A至图4C不考虑实际上不使用的高速区域。

图4A中的特性图形在电动机转动角速度ω接近零的点处最大电流限制值Ilim增大率较大。随电动机角速度ω的增大，最大电流限制值Ilim的增大率逐渐减小。最大电流限制值Ilim最终趋向于饱和状态。通过绘制转向速度与制动扭矩之间的测量值并且通过生成曲线来获得图4A中的特性图形。特性图形基于下述概念：进行控制使得制动扭矩(负)与辅助的增加量(正)的总和等于零。

图4B中的特性图形是最大电流限制值Ilim相对于电动机转动角速度ω仅线性地增大。

图4C中的特性图形是最大电流限制值Ilim的增大率随电动转动角速度ω的增大而逐渐地增大。图4C中的特性图形将对真实车辆测试的调试考虑在内。

当第一系统中检测到开路故障时，因为故障系统中不出现由于反电动势电压导致的制动扭矩，所以没有必要增大正常系统中的最大电流限制值Ilim。因此，可以将正常系统中的最大电流限制值Ilim设定为在正常驱动状态时每个系统的最大电流限制值，即Imax/2。例如，如图4A至图4C中虚线描述的那样，可以将最大电流限制值Ilim设定为Imax/2，而不管电动机转动角速度ω。因此，发送至一个正常系统的最大电流等于故障系统中发生故障之前的最大电流。

将参照图5中的流程图来对最大电流限制值的配置例程进行说明。注意，本申请中的流程图或流程图中的处理包括下述步骤(也称为部分)，所述步骤的每个步骤例如表示为S1。此外，可以将每个步骤分解成若干子步骤，并且可以将若干步骤合并为单个步骤。

在图5中的流程图中，根据图3中的框图，假设第二系统正常工作，而第一系统有发生故障的可能性。在这种情况下，将对第二系统中设定最大电流限制值Ilim的流程进行说明。

在S1中，确定另一系统(在这种情况下，第一系统)中的逆变器601或线圈组801是否发生故障。当确定另一系统(第一系统)中的逆变器601和线圈组801二者都正常工作(S1：是)时，在S2中将额定电流Imax设定为最大电流限制值Ilim。当确定另一系统(第一系统)中的逆变器601或线圈组801处于故障(S1：否)时，在S3中确定故障对应于短路故障还是开路故障。

当确定发生短路故障(S3：是)时，基于特性图根据电动机转动角速度ω来设定最大电流限制值Ilim。

当确定发生开路故障(S3：否)时，将最大电流限制值Ilim设定为单个系统驱动时的最大电流限制值Ilim。单个系统驱动时的最大电流限制值Ilim可以等于在图4A至图4C中虚线所描述的额定电流Imax的一半(Imax/2)。替选地，通过将系统的输出、热辐射、安全因数等考虑在内，可以将单个系统驱动时的最大电流限制值Ilim设定为从额定电流Imax的一半(Imax/2)到额定电流Imax的范围。

将对第一实施方式的效果进行说明。

(1)在本实施方式中，当两个系统中任一系统中的逆变器601或线圈组801发生短路故障并且电动机80仅用正常系统维持驱动时，正常系统中的最大电流限制值Ilim随电动机转动角速度ω变大而增大。

当电动机80在转动时，每个相中的MOS被交替接通和断开，并且具有正弦波形的电流被平均地发送至每个相。当用R表示电阻并且用I表示电流时，用以下公式表示生成的热P：P＝R*I^2。因此，进一步将具有正弦波形的电流的平方的积分值减小到最大电流(对应于正弦波形的幅值)的平方的积分值。因为与停止情况相比在转动时生成热并不集中在特定相，所以可以抑制热生成。通过仅在电动机转动期间增大最大电流限制值Ilim，可以有效地防止正常系统中的热生成并且可以使电动机80输出扭矩，该扭矩对由故障系统中生成的反电动势电压而生成的制动扭矩进行补偿。

(2)在电动机80停止时，也就是说，在转动角速度ω等于零时，正常系统中的最大电流限制值Ilim等于或小于额定电流Imax的一半(Imax/2)。额定电流Imax对应于正常驱动状态下的每个系统的最大电流限制值。

在电动机80停止期间或者在电动机80接近停止的低速转动期间，与高速转动情况下相比，特定相中的MOS的接通时段会变得更长。由于过量电流导致特定相中的MOS会集中地生成热。通过不增大最大电流限制值Ilim，可以防止由于过度生成热而导致元件损坏等。

(3)当故障系统中发生开路故障时，因为由于反电动势电压导致故障系统中不出现制动扭矩，所以没有必要通过正常系统增大驱动力。因此，不管电动机转动角速度ω，将正常系统的每个系统中的最大电流限制值Ilim设定成正常驱动状态下的值，使得可以简化控制。

在专利文献1的现有技术中，为了防止故障系统过度的热生成，使正常系统中的输出限制值(对应于最大电流限制值)Ilim随转数变大而减小。本公开内容考虑到仅通过正常系统来输出所需扭矩。专利文献1中的现有技术关注在故障系统中由于反电动势电压而导致的热生成。在本实施方式中，在高速转动区域处最大电流限制值Ilim增大。在专利文献1的现有技术中，输出限制值减小，并且因此，看起来本实施方式的效果与需求相反。

图11示出了与专利文献1中图5(b)对应的特性图用于示出转数N和输出限制值Ilim的折线。如图11中所描述的那样，在转数N从零到边界转数Nc的区域中，输出限制值Ilim恒定，其中边界转数Nc对应于电流估计值Ibc。当转数N超过边界转数Nc时，输出限制值Ilim逐渐地减小。该特性表示在转数N小于边界转数Nc的区域中转数N的差异对热生成的影响相对较小。对应于折点的边界转数Nc的值可以根据元件和线圈线的热阻特性以及控制设备的热辐射性能而较大地改变。

当电动机80的实际使用区域包括在边界转数Nc的低速转动侧中时，在等于或大于边界转数Nc的区域中使输出限制值减小的控制在实际中几乎不具有重要性。在本实施方式中，假设电动机80的实际使用区域包括在下述转数区域中，所述转数区域中故障系统中的热生成不具有足够影响。在这种情况下，最大电流控制值Ilim随电动机转动角速度ω变大而在实际使用区域中使转数(电动机转动角速度)增大。本实施方式中的电动机控制设备101在仅使用正常系统驱动时使得能够将补偿制动扭矩的扭矩输出至电动机80，而不会影响故障系统中的热生成。

(第二实施方式)

将参照图6至图8B对本公开内容的第二实施方式进行说明。

如图6中描述的那样，与第一实施方式相比，第二实施方式中的电动机控制设备102中的控制部652还包括温度估计部40。温度估计部40对正常系统中的元件温度Td进行估计。由温度估计部40估计的元件温度Td被输入至第二系统中的最大电流限制部20。顺便提及，在图6中，将省略对第一系统中的温度估计部的示出。

图6中描述的温度估计部40根据相电流Iu2、Iv2和Iw2对元件温度Td进行估计。温度估计部40可以基于给基板设置的温度传感器的检测值来估计元件温度Td。还可以对作为故障系统的第一系统的元件温度进行估计。

第二系统中的最大电流限制部202接收电动机转动角速度ω和元件温度Td。转动角传感器85检测电角度θ。微分器86通过将电角度θ对时间进行微分来计算电动机转动角速度ω。温度估计部40对元件温度Td进行估计。

如图7中所示，最大电流限制部202包括第一电流限制计算部21、第二电流限制计算部22以及最小选择部23。第一电流限制计算部21接收电动机转动角速度ω。第二电流限制计算部22接收元件温度Td。第一电流限制计算部21和第二电流限制计算部22接收参考值Ilim_ref，参考值Ilim_ref是最大电流限制值的参考值。将参考值Ilim_ref设定成例如额定电流Imax的约一半(Imax/2)。

第一电流限制计算部21使用图8A中所示的映射图来计算对应于电动机转动角速度ω的电流系数α。在映射图中，电流系数α随电动机转动角速度ω从零变大而从一逐渐地增大。如以下表达式中所描述的那样，将最大电流限制值的参考值Ilim_ref与电流系数α相乘，从而计算出作为第一暂态值的角速度电流限制值Ilim_ω。

用以下表达式来表示角速度电流限制值Ilim_ω：

Ilim_ω＝Ilim_ref×α

第二电流限制计算部22使用图8B中所示的映射图来计算对应于元件温度Td的电流系数β。在映射图中，电流系数β随元件温度Td变高而减小。电流系数β被设定成例如在低于温度Tx的温度处超过一并且在高于温度Tx的温度处低于一。如以下表达式中描述的那样，将最大电流限制值的参考值Ilim_ref与电流系数β相乘，从而计算出作为第二暂态值的元件温度电流限制值Ilim_Td。

用以下表达式来表示元件温度电流限制值Ilim_Td：Ilim_Td＝Ilim_ref×β。

计算电流系数α和β的图映射并不限于如图8A和图8B中描述的线性形状，并且可以是具有折线形状或曲线形状的映射图。

最小选择部23从角速度电流限制值Ilim_ω和元件温度电流限制值Ilim_Td中选择较小值作为最大电流限制值的固定值Ilim_fix。最小选择部23输出最大电流限制值的固定值Ilim_fix。因此，可以根据元件温度Td适当地设定最大电流限制值Ilim。

因此，除第一实施方式中的效果以外，第二实施方式具有额外的效果。第二实施方式可以适当地防止正常系统中元件过量热。此外，当还可以估计故障系统中的元件温度并且可以将故障系统中的元件温度反映在对最大电流限制值Ilim的设定上时，可以防止故障系统中的元件生成热。

(第三实施方式)

将参照图9对第三实施方式进行说明。第三实施方式中的电动机控制设备103中的控制部653基于由扭矩传感器94检测到的转向扭矩Ts的绝对值的微分值(d|Ts|/dt)而非基于转动角速度ω来计算最大电流限制值Ilim。控制部653基于转向扭矩Ts的绝对值的微分值(d|Ts|/dt)来计算最大电流限制值Ilim。转向扭矩Ts的绝对值的微分值(d|Ts|/dt)对应于在预定时段内的变化量。

如图9中所描述的那样，控制部653从扭矩传感器94获得转向扭矩Ts。对于转向扭矩Ts，将第一转动方向定义为正转动，并且将与第一转动方向相反的第二转动方向定义为负转动。微分器45对转向扭矩的绝对值|Ts|进行时间微分，并且将微分值(d|Ts|/dt)输出至正常系统中的最大电流限制部202。

最大电流限制部202随转向扭矩Ts的绝对值的微分值(d|Ts|/dt)变大而增大最大电流限制值Ilim。增大特性可以具有类似于最大电流限制值Ilim相对于电动机转动角速度ω的增大特性(如图4A至图4C中描述的)的图形。

根据第三实施方式，当第一系统中的逆变器601发生短路故障并且驱动器用转向轮进行突然转向时，为了增大第二系统中的最大限制值Ilim，可以仅使用第二系统(正常系统)的驱动来使电动机80输出用于补偿制动扭矩的扭矩。顺便提及，通过第一系统(故障系统)中生成的反电动势电压来生成制动扭矩。

(第四实施方式)

将参照图10对第四实施方式进行说明。第一实施方式至第三实施方式具有在控制部651至653内部的特征。第四实施方式具有在电动机控制设备101至103中的控制部651至653中的特征，并且具有有关与对应于较高等级的车用控制设备55通信的配置。应当注意，可以将第四实施方式与第一实施方式、第二实施方式以及第三实施方式中的任何实施方式进行组合。

在第四实施方式应用于其的车辆中，在正常状态时，对应于轻等级的车用控制设备55命令对EPS电动机控制设备101至103中的控制部651至653的协调控制。

由于该协调控制，电动转向设备1和安装到车辆的另一控制设备被协调，使得车辆实现预定操作。具体地，协调控制对应于齿轮齿数比可变控制、自动驾驶、自动泊车、车道保持辅助、紧急避让等。车用控制设备55向EPS电动机控制设备101至103、引擎控制设备56、制动控制设备57等传送协调信号。因此，车用控制设备55整体地控制诸如驾驶、转弯和停止的操作。

在电动转向设备1未正常工作的情况下，协调控制可以不进行协调控制的请求。

在第四实施方式中，当故障检测部751和752检测到任一系统中的逆变器601和602或线圈组801和802中的短路故障或开路故障时，此外，当对协调控制的信号的请求不能被执行时，控制部651至653拒绝接收协调控制的信号(也称为协调控制信号)。车用控制设备55将该协调控制信号传送至控制部651至653。

因此，当任一系统中的逆变器601和602或线圈组801和802发生故障时，进行协调控制。可以防止车辆与协调控制的信号的意图相对的动作。

此外，控制部651至653向车用控制设备55传送故障的通知或拒绝接收协调控制信号的通知。作为紧急处理，接收到通知的车用控制设备55可以改变或停止至引擎控制设备56、制动控制设备57等的协调控制信号。

(其他实施方式)

本公开内容中的旋转电机控制设备并不限于使用多个系统的逆变器来控制三相AC电动机的控制设备。顺便提及，多个相的逆变器对应于电力转换器。旋转电机控制设备可以应用于使用多个系统的H桥电路来控制对DC电动机(有刷电动机)的驱动的控制设备。H桥电路对应于电力转换器。

应当注意，相的数量不限于三个，并且本公开内容可以应用于具有四个或更多个相的多相AC电动机。

多个系统的电力转换器(对应于逆变器或H桥电路)并不限于两个系统。多个系统的电力转换器(对应于逆变器或H桥电路)可以是三个系统或更多个系统。假设多个系统中的一个或更多个系统发生故障并且使用一个或更多个正常系统来保持驱动。在这种情况下，可能的是，可以通过类似于本实施方式的配置来获得正常系统中的最大电流限制值Ilim。例如，假设存在N个系统以及N个系统中的M(<N)个系统发生故障。顺便提及，N和M是自然数。在这种情况下，在(N-M)个正常系统中，可以用随电动机转动角速度ω而增大的特性线来表示每个系统中的最大电流限制值Ilim。最大电流限制值Ilim具有根据图4A至图4C的额定电流的第N部分(Imax/N)的基点。

应当注意，旋转电机控制设备10的具体配置并不限于本实施方式的配置。例如，开关元件可以是除MOSFET、IGBT等以外的场效应晶体管。当开关元件对应于晶体管诸如IGBT时，短路故障对应于下述情况：即使在基极接收断开信号时集电极与发射极之间的部分仍处于接通状态。

例如，发送至两个系统的线圈组的三相电流并不限于同步相。可以对三相电流进行移相。

第一实施方式(其中，根据电动机转动角速度ω来确定最大电流限制值Ilim)或第二实施方式(其中，根据电动机转动角速度ω和元件温度Td来确定最大电流限制值Ilim)的应用并不限于EPS电动机控制设备，，。第一实施方式或第二实施方式可以应用于除电动转向设备以外的其他车用控制设备，或者应用于除车用控制设备以外的每个装置中的电动机或发电机的控制设备。

总的来说，本公开内容的一方面涉及一种对具有多个线圈组的旋转电机的驱动进行控制的控制设备。该控制设备包括多个系统中的电力转换器、故障检测部以及控制部。

多个系统中的电力转换器包括被桥式连接的上臂和下臂中的开关元件。多个系统中的电力转换器转换DC电力并且向对应线圈组供应电力。例如，当旋转电机是多相AC旋转电机时，逆变器对应于电力转换器。当旋转电机是DC旋转电机时，H桥电路对应于电力转换器。

故障检测部检测电力转换器或线圈组的故障。

控制部针对被发送至旋转电机中的线圈组的电流计算电流命令值并且计算该电流命令值的最大电流限制值。控制部控制至每个系统的电力转换器的输出。

将下述情况称为部分系统短路故障，所述情况为：系统中的任一系统中的电力转换器中的布线或线圈组中的布线之间的任何部分处于与意图达到非导通状态的控制相对的导通状态。例如，部分系统短路对应于下述情况：即使在电力转换器中的开关元件接收断开信号时，电极之间(例如，在漏极与源极之间或者在集电极与发射极之间)的部分仍处于接通状态或者线圈组中的线圈线处于非接地故障或处于接地故障。

当故障检测部检测到部分系统短路时，控制部停止至故障系统中的电力转换器的输出。对于至正常系统中的电力转换器的输出，最大电流限制值随旋转电机中的转动角速度变大而增大。通过增大最大电流限制值，可以输出旋转电机中的扭矩。该扭矩补偿由于故障系统中生成的反电动势电压而生成的制动扭矩。

顺便提及，补偿制动扭矩包括：通过补偿所有减小量来输出与所需扭矩相等的扭矩的情况，以及此外，通过尽可能地抑制扭矩减小来输出与所需扭矩基本相等的扭矩的情况。

顺便提及，可以用通过将转动角速度与比例因数相乘而获得的转数来替代旋转电机中的转动角速度。本公开内容中指定的转动角速度与最大电流限制值之间的特性仅指定在控制设备的实际使用区域中的关系。因此，上述特性并不表示最大电流限制值理论上保持增大到超出实际使用区域的超出的高速转动区域。超出的高速转动区域对应于超出实际使用区域的转动区域。

在多相旋转电机的情况下，在旋转电机停止或者处于接近停止的低速转动时，特定相中的开关元件的接通时段可能经过较长时间并且特定相中的开关元件可能由于过量电流而导致集中地生成过量热。在旋转电机转动时，各相中的开关元件交替地接通和断开，使得各相中的电流被平均地发送。因此，与停止时相比，转动时热生成集中在特定相，从而可以防止热生成。最大电流限制值仅在旋转电机转动时增大。可以有效地防止正常系统中的热生成，并且可以向旋转电机输出用于补偿制动扭矩的扭矩。

当旋转电机停止时，也就是说，当旋转电机的转动角速度等于零时，可以将每个系统的最大电流限制值设定为在正常驱动状态时每个系统的最大电流限制值或更小。顺便提及，正常驱动状态对应于下述情况：所有系统中的电力转换器和线圈组均正常工作。旋转电机的转动角速度等于零的情况并不限于严格为零(度/秒)，而是包括大致等于零(度/秒)的范围。因此，可以防止在旋转电机停止时由于正常系统中的特定相中过度的热生成而导致元件损坏等。

控制部可以包括对配置控制设备的电子元件的温度进行估计的温度估计部。控制部可以根据转动角速度和由温度估计部估计的元件温度来改变最大电流限制值。

此外，例如，在控制设备应用于车用电动转向设备并且对辅助转向扭矩的电动机的驱动进行控制的情况下，控制部可以随转向扭矩(而非随旋转电机的转动角速度)在预定时间内变化的变大而增大最大电流限制值。

顺便提及，转向扭矩在预定时间内的变化对应于转向扭矩的绝对值的微分值。假设通过转向轮的转动方向来定义转向扭矩的正方向和负方向。在这种情况下，即使在转向轮在任何方向上被突然转向时，最大电流限制值仍可以增大。

此外，在应用于车用电动转向设备的旋转电机的控制设备中，控制设备可以在正常状态时从较高等级的车用控制设备接收协调控制信号，诸如齿轮齿数比可变控制、自动泊车、车道保持辅助以及紧急避让。在电动转向设备未正常工作的情况下可以不对协调控制进行请求。

当故障检测部检测到电力转换器或线圈组的故障时并且当旋转电机控制设备不能对从较高等级的车用控制设备指示的协调控制信号进行请求时，旋转电机控制设备可以拒绝接收协调控制信号。

顺便提及，EPS电动机控制设备101至103对应于旋转电机控制设备。逆变器601和602对应于电力转换器。电动机80对应于旋转电机。

实际的使用区域例如可以是0到5000rmp之间的区域。到每个系统的每个电力转换器的输出可以对应于例如电流值和电功率。

注意，本申请中的流程图或流程图中的处理包括下述步骤(也称为部分)所述步骤中的每个步骤例如表示为S1。此外，可以将每个步骤分解成若干子步骤，并且可以将若干子步骤合并为单个步骤。

尽管参照其实施方式描述了旋转电机控制设备，要理解的是，旋转电机控制设备并不限于这些实施方式和构造。旋转电机控制设备意在包括各种修改和等同布置。此外，尽管描述了各种组合和配置，但包括更多元件或更少元件或仅单个元件的其他组合和配置也在本公开内容的精神和范围内。

Claims (9)

1.一种对具有多个线圈组(801、802)的旋转电机(80)的驱动进行控制的旋转电机控制设备(101、102、103)，所述旋转电机控制设备包括：

多个系统中的电力转换器(601、602)，其中，所述电力转换器中的每个电力转换器具有上臂中的开关元件(611至616)以及下臂中的开关元件(621至626)，并且将DC电力进行转换以供应至与所述电力转换器中的每个电力转换器对应的对应线圈组，所述上臂中的开关元件被桥式连接至所述下臂中的开关元件；

故障检测部(751、752)，所述故障检测部检测电力转换器或线圈组的故障；以及

控制部(651、652、653)，所述控制部计算电流命令值和所述电流命令值的最大电流限制值，并且对至所述系统中每个系统的所述电力转换器中的每个电力转换器的输出进行控制，其中，所述电流命令值指示被发送至所述旋转电机中的所述线圈组中的每个线圈组的电流，

其中：

部分系统短路故障对应于下述情况：所述系统的任一系统中的电力转换器中的布线或线圈组中的布线之间的任何部分处于与指示非导通状态的控制相对的导通状态；以及

当所述故障检测部检测到所述系统的任一系统中的电力转换器或线圈组中的部分系统短路故障时，

所述控制部(651、652)停止至故障系统中的电力转换器的输出，

所述控制部随所述旋转电机的转动角速度变大而增大所述最大电流限制值，以及

所述控制部对至正常系统中的电力转换器的输出进行控制。

2.根据权利要求1所述的旋转电机控制设备，其中：

当所述故障检测部检测到所述部分系统短路故障时，

当所述旋转电机的转动角速度等于零时，所述控制部将每个系统的所述最大电流限制值设定为正常驱动状态下每个系统的最大电流限制值或更小，

所述正常驱动状态对应于所述系统中的全部系统中的所述电力转换器和所述线圈组均正常工作的情况。

3.根据权利要求1所述的旋转电机控制设备，其中：

所述控制部(652)包括温度估计部(402)，所述温度估计部对所述旋转电机控制设备中的电子元件的温度进行估计；以及

当所述故障检测部检测到所述部分系统短路故障时，

所述控制部根据由所述温度估计部估计的所述电子元件的温度来改变所述最大电流限制值并且对至所述正常系统中的所述电力转换器的输出进行控制。

4.根据权利要求3所述的旋转电机控制设备，其中：

所述控制部根据所述旋转电机的转动角速度来计算所述最大电流限制值的第一暂态值；

所述控制部根据所述电子元件的温度来计算所述最大电流限制值的第二暂态值；

所述控制部选择所述第一暂态值和所述第二暂态值中的较小值；以及

所述控制部将所选择的较小值作为所述最大电流限制值的固定值输出。

5.根据权利要求1所述的旋转电机控制设备，其中：

部分系统开路故障对应于下述情况：所述系统的任一系统中的电力转换器中的布线或线圈组中的布线之间的任何部分处于与指示导通状态的控制相对的非导通状态；

当所述故障检测部检测到所述系统的任一系统中电力转换器或线圈组中的部分系统开路故障时，

所述控制部停止至所述故障系统中的电力转换器的输出，

所述控制部将每个系统的所述最大电流限制值设定为在正常驱动状态下每个系统的最大电流限制值或更小，以及

所述控制部对至所述正常系统中的电力转换器的输出进行控制；以及

所述正常驱动状态对应于所述系统中的全部系统中的电力转换器和线圈组均正常工作的情况。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转电机控制设备，其中：

所述旋转电机控制设备被应用于车用电动转向设备(1)；

所述旋转电机控制设备对辅助转向扭矩的电动机的驱动进行控制；

所述旋转电机控制设备从较高等级的车用控制设备接收协调控制命令，其中，所述协调控制命令通过关于所述电动转向设备和设置给车辆的另一控制设备的协调来实现车辆中的预定操作；以及

当所述故障检测部检测到所述系统的任一系统中的电力转换器或线圈组的故障时，

当车用电动转向设备不能对从所述车用控制设备接收的所述协调控制命令进行请求时，所述控制部拒绝接收所述协调控制命令。

7.一种应用于车用电动转向设备(1)并且对辅助转向扭矩的电动机(80)的驱动进行控制的旋转电机控制设备(103)，其中，所述电动机具有多个线圈组(801、802)，所述旋转电机控制设备包括：

多个系统中的电力转换器(601、602)，其中，所述电力转换器中的每个电力转换器具有上臂中的开关元件(611至616)以及下臂中的开关元件(621至626)，并且将DC电力进行转换以供应至与所述电力转换器中的每个电力转换器对应的对应线圈组，所述上臂中的开关元件被桥式连接至所述下臂中的开关元件；

故障检测部(751、752)，所述故障检测部检测电力转换器或线圈组的故障；以及

控制部(651、652、653)，所述控制部计算电流命令值和所述电流命令值的最大电流限制值，并且对至所述系统中每个系统的所述电力转换器中的每个电力转换器的输出进行控制，其中，所述电流命令值指示被发送至所述电动机中的所述线圈组中的每个线圈组的电流，

其中：

部分系统短路故障对应于下述情况：所述系统的任一系统中的电力转换器中的布线或线圈组中的布线之间的任何部分都处于与指示非导通状态的控制相对的导通状态；以及

当所述故障检测部检测到所述系统的任一系统中的电力转换器或线圈组中的部分系统短路故障时，

所述控制部(651、652)停止至故障系统中的电力转换器的输出，

所述控制部随所述转向扭矩的变化量变大而增大所述最大电流限制值，以及

所述控制部对至正常系统中的电力转换器的输出进行控制。

8.根据权利要求7所述的旋转电机控制设备，其中：

部分系统开路故障对应于下述情况：所述系统的任一系统中的电力转换器中的布线或线圈组中的布线之间的任何部分都处于与指示导通状态的控制相对的非导通状态；

当所述故障检测部检测到所述系统的任一系统中的电力转换器或线圈组中的部分系统开路故障时，

所述控制部停止至所述故障系统中的电力转换器的输出，

所述控制部将每个系统的所述最大电流限制值设定为正常驱动状态下每个系统的最大电流限制值或更小，以及

所述控制部对至所述正常系统中的电力转换器的输出进行控制；以及

所述正常驱动状态对应于所述系统中的全部系统中的电力转换器和线圈组均正常工作的情况。

9.根据权利要求7或8所述的旋转电机控制设备，其中:

所述旋转电机控制设备被应用于车用电动转向设备(1)；

所述旋转电机控制设备对辅助转向扭矩的电动机的驱动进行控制；

所述旋转电机控制设备从较高等级的车用控制设备接收协调控制命令，其中，所述协调控制命令通过关于所述电动转向设备和设置给车辆的另一控制设备的协调来实现所述车辆中的预定操作；以及

当所述故障检测部检测到所述系统的任一系统中的电力转换器或线圈组的故障时，

当车用电动转向设备不能对从所述车用控制设备接收的所述协调控制命令进行请求时，所述控制部拒绝接收所述协调控制命令。