CN105553210B - 无刷电机和电机控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无刷电机和电机控制设备，并且公开了一种用于电动助力转向设备(1)的无刷电机(80)，该电动助力转向设备辅助转向操作，该无刷电机(80)包括：定子(30)，该定子(30)具有分别用于多个系统的多个绕组集(801，802)；以及转子(40)，该转子(40)具有铁氧体磁体(43)。在该电机中，在高温而没有任何退磁的情况下流动的最大电流较大。因此，在高温下容易确保该电机的扭矩。特别地，当一个系统发生故障时，即使在高温下仍易于确保正常系统的扭矩。

Description

无刷电机和电机控制设备
技术领域
本公开涉及电动助力转向设备中的无刷电机和电机控制设备。
背景技术
到目前为止，在车辆转向系统中采用了由电机的驱动力来辅助转向操作的电动助力转向设备(EPS，electric power steering device)。在EPS中，已知的是(例如，PTL 1)无刷电机包括多个系统，多个系统中的每个系统具有逆变器和绕组集，从故障安全的角度由逆变器来控制绕组集的通电。在这种类型的电机中，当任一系统发生故障时，由在正常系统中的电力转换器和绕组集来继续驱动。
顺便提及，EPS的电机主要是永磁体旋转类型，并且需要通过设定转子的小永磁体来获得强大的磁通量密度。因此，在现有技术例如PTL 1中，磁通量密度高的钕磁体被用作永磁体。
已知的是在高温下钕磁体的矫顽力(coercive force)会减小。矫顽力是在将反向磁场施加于磁体时如何在不退磁的情况下承受该反向磁场的物理性质。因此，当大电流在高温下流入电机时，与矫顽力相比过大的反向磁场被施加于钕磁体，从而钕磁体被退磁(不可逆地退磁)。因此，电机的特性改变，其结果是可能没有获得期望的扭矩。
因此，在现有技术的电机中，需要执行控制以在高温下减小最大通电电流，使得转子的钕磁体不被退磁。
然而，因为电机的绕组集是通过通电来加热的，热量被辐射，因此电机的永磁体有可能变得温度高。特别是，用于EPS的电机有可能由于输出持续转向操作的辅助扭矩(例如，车库停车)而变得温度高。因此，为了防止钕磁体的退磁，减小最大通电电流的限制值的程度或频率变高，这导致不能确保足够的扭矩的风险。特别是，在如在PTL 1中的多系统的电机中，关键问题是当一个系统发生故障时甚至在高温下仍确保正常系统的扭矩。
[PTL 1]JP-2011-78230A(对应于US 2011/0074333)
发明内容
本公开的目的是提供一种在高温下容易确保扭矩的具有多个系统的绕组集的EPS无刷电机。
根据本公开的第一方面，一种用于电动助力转向设备的无刷电机，该电动助力转向设备辅助转向操作，该无刷电机包括：定子，该定子具有分别用于多个系统的多个绕组集；以及转子，该转子具有铁氧体磁体。
现有技术中用于转子的钕磁体与本公开中使用的铁氧体磁体彼此不同之处在于由于温度改变而引起的矫顽力的改变。具体地，钕磁体的矫顽力随着温度的升高而更多地减小，然而铁氧体磁体的矫顽力随着温度的升高而更多地增加。换言之，随着钕磁体温度的升高，在磁体不被退磁的范围内可施加的反向磁场的最大值变得更小，并且随着铁氧体磁体温度的升高，在磁体不被退磁的范围内可施加的反向磁场的最大值变得更大。在该示例中，施加至磁体的反向磁场与流入电机的电流的大小成比例。
因此，在上面的电机中，在高温下可以在没有任何退磁的情况下流过的最大电流与使用钕磁体的传统旋转电机相比较大。因此，在高温下容易确保电机的扭矩。特别地，当一个系统发生故障时，即使在高温下仍易于确保正常系统的扭矩。
根据本公开的第二方面，一种控制根据第一方面的无刷电机的通电的电机控制设备包括：分别用于这些系统的多个逆变器，多个逆变器中的每个逆变器与相应系统的绕组集对应，并且向相应系统的绕组集供给交流电；电流命令值计算设备，该电流命令值计算设备计算用于使绕组集通电的dq轴电流命令值；温度估计设备，该温度估计设备估计铁氧体磁体的温度；以及温升控制设备，该温升控制设备计算待与dq轴电流命令值相加的温升dq轴电流命令值，用于在估计温度低于预定值时使温升电流在绕组集中流动。
上面的电机控制设备执行控制以将铁氧体磁体的温度保持在常值或更高值以防止铁氧体磁体在低温下被退磁。
根据上面的设备，可以通过使得温升电流能够在每个绕组集中流动来利用每个绕组集中生成的热量使转子的铁氧体磁体升温，因此可以避免退磁的发生。因此，上面的无刷电机在将铁氧体磁体用于转子的情况下可以在从高温到低温的范围中确保稳定的扭矩。
附图说明
根据下面参考附图进行的详细描述，本公开的上面的和其他的目的、特征以及优点将会变得更明显。在附图中：
图1是图示了根据本公开的第一实施例的电机的电路示意图；
图2是图示了采用根据本公开的第一实施例的电机的电动助力转向设备的示意配置视图；
图3是图示了根据本公开的第一实施例的电机的电机部分的剖视图；
图4是图示了根据本公开的第一实施例的电机的控制单元的框图；
图5是图示了图4中的电流反馈计算单元的细节的框图；
图6是图示了钕磁体的矫顽力与温度之间的关系和铁氧体磁体的矫顽力与温度之间的关系的特性图；
图7是图示了在两个系统正常的状态下设置最大电流限制值的示例的曲线图；
图8是比较示例中的温升电流的dq坐标矢量图；
图9是图示了在图8所图示的示例中存在电角误差的情况的dq坐标矢量图；
图10是图示了根据本公开的第一实施例的温升控制的流程图；
图11是图示了设置d轴电流差命令的绝对值的示例的曲线图；
图12是根据本公开的第一实施例的温升电流的示例的dq坐标矢量图；
图13是图示了在图12所图示的示例中存在电角误差的情况的dq坐标矢量图；
图14是根据本公开的第一实施例的温升电流的另一示例的dq坐标矢量图；
图15是图示了在图14所图示的示例中存在电角误差的情况的dq坐标矢量图；
图16是图示了根据本公开的第二实施例的电机的控制单元的框图；
图17是图示了在一个系统发生故障时在正常系统中设置最大电流限制值的示例的曲线图；以及
图18是图示了在使用钕磁体或铁氧体磁体的电机中在一个系统发生故障时电机转速与反向电压之间的关系的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述采用根据本公开的实施例的无刷电机的用于车辆的电动助力转向设备(EPS)。
(第一实施例)
(转向系统)
图2图示了具有电动助力转向设备1的转向系统90的总体配置。用于检测转向扭矩的扭矩传感器94被安装在连接至转向装置91的转向轴92上。小齿轮96被设置在转向轴92的前端，并且小齿轮96与齿条轴97啮合。一对轮子98通过拉杆与齿条轴97的两端可旋转地耦接。转向轴92的旋转运动通过小齿轮96转化成齿条轴97的线性运动，以及以与齿条轴97的线性运动位移对应的角度将该对轮子98进行转向。
电动助力转向设备1包括驱动装置2和减速齿轮89，驱动装置2使旋转轴旋转，减速齿轮89使旋转轴的旋转减速并且将所减速的旋转传输至转向轴92。
驱动装置2包括生成转向辅助扭矩的电机80和驱动电机80的控制单元10。根据该实施例的电机80由三相AC无刷电机形成，并且使减速齿轮89前后旋转。
控制单元10包括作为“电机控制装置”的控制单元65以及逆变器601、逆变器602，该逆变器601、逆变器602根据来自控制单元65的命令来控制对电机80的电力供给。控制单元10还设置有对电机80的旋转角度进行检测的旋转角度传感器85。旋转角度传感器85包括例如设置在电机80侧的作为磁力生成装置的磁体，以及设置在控制单元10侧的磁力检测元件。旋转角度传感器85对电机80的转子的旋转角度进行检测，并且将所检测的旋转角度转化成电角θ。
控制单元65基于来自扭矩传感器94的扭矩信号和来自旋转角度传感器85的旋转角度信号来执行对逆变器601和逆变器602的开关操作，并且控制电机80的通电。通过上面的操作，电动助力转向设备1中的驱动装置2生成用于辅助转向装置91的转向的转向辅助扭矩，并且将转向辅助扭矩传输至转向轴92。
(驱动装置2的电气配置)
将要参考图1来描述驱动装置2的电气配置。
电机80具有两个系统的绕组集801和绕组集802。第一绕组集801包括U相、V相及W相的三相绕组811至813，并且第二绕组集802包括U相、V相及W相的三相绕组821至823。逆变器601与第一绕组集801对应地设置，并且逆变器602与第二绕组集802对应地设置。逆变器601和逆变器602被适当称为“第一逆变器601”和“第二逆变器602”。
在下文中，逆变器和与该逆变器对应的绕组集的组合的单元被称为“系统”。在该实施例中，第一逆变器601与第一绕组集801的组合被称为“第一系统”，以及第二逆变器602与第二绕组集802的组合被称为“第二系统”。多个系统中的相应系统的电气特征是彼此相当的。在每个系统中的部件和物理量的符号中，“1”被附加至第一系统中的符号的末尾，而“2”被附加至第二系统中的符号的末尾。
控制单元10除了包括上述的控制单元65、逆变器601、逆变器602以及旋转角度传感器85之外，还包括功率继电器121、功率继电器122、电容器13、电流传感器701、电流传感器702以及温度传感器73。
功率继电器121和功率继电器122可以针对系统中的每个系统阻止从电池11至逆变器601和逆变器602的电力供给。
电容器13与电池11并联地连接，电容器13存储电荷，辅助对逆变器601和逆变器602的电力供给，以及抑制噪声成分例如浪涌电流。
第一逆变器601包括连接在桥接电路中的六个开关元件611至616，并且对第一绕组集801的相应的绕组811至813的通电进行切换。在该实施例中，开关元件611至开关元件616均由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)形成。在下文中，开关元件611至开关元件616被称为“MOS 611至MOS 616”。
处于较高电势侧的上臂的MOS 611的漏极至MOS 613的漏极被连接至电池11的正极侧。上臂的MOS 611的源极至MOS 613的源极被连接至处于较低电势侧的下臂的MOS 614的漏极至MOS 616的漏极。下臂的MOS 614的源极至MOS 616的源极被连接至电池11的负极侧。上臂的MOS 611至MOS 613与下臂的MOS 614至MOS 616之间的连接点被分别连接至绕组811至绕组813的一端。
电流传感器701和电流传感器702针对每个相对由逆变器601和逆变器602供给至绕组集801和绕组集802的相电流进行检测。在图1的示例中，检测三相电流，但是在另一示例中，可以检测两相电流，以及可以通过基尔霍夫定律来计算另一相电流。
在第二逆变器602中，开关元件(MOS)621至开关元件626和电流传感器702的配置与在第一逆变器601中的配置相同。
控制单元65包括微计算机67和驱动电路(预驱动器)68。微计算机67基于输入信号例如扭矩信号和旋转角度信号来控制并且计算与控制关联的相应的计算值。驱动电路68连接至MOS 611-616的栅极和MOS 621-626的栅极，以及基于微计算机67的控制来将信号切换地输出至这些栅极。
温度传感器73由安装在设定例如控制单元65的基底上的热敏电阻形成，并且检测周围温度。由温度传感器73所检测的检测温度Ts被输入至控制单元65，并且用于随后的控制。
(电机80的配置)
将要参考图3简要地描述电机80的配置。如在图3中所示，电机80是永磁体旋转类型，并且包括转子40、定子50、壳57以及轴47。
转子40具有转子芯41、多个凸极42以及多个磁极43。转子芯41和凸极42由软磁性材料制成，并且用作旋转轴的轴47被固定至转子芯41的中心。磁极43均由永磁体制成，并且设置在相应的凸极42之间。所有的磁极43被设置成具有向外定位的相同极性，并且凸极42以与磁极43的外部的极性相反的极性磁化。
该实施例的特征在于设定磁极43的永磁体是铁氧体磁体。在下文中，磁极43被称为“铁氧体磁体43”。
定子50包括沿径向设置在转子40的外部的圆柱形定子芯51，并且上述绕组集801和绕组集802绕定子芯51缠绕。定子芯51包括多个齿53和磁轭部52，多个齿53的前端朝向转子40，磁轭部52沿径向将相应的齿53磁连接至彼此外部。在图3中，为了防止复杂化，图中省略了对绕组集801和绕组集802。
壳57将转子40和定子50容纳在内部。
轴47穿过转子芯41以便沿转子40的旋转轴中心延伸，并且与转子40可旋转地集成。轴47的一端侧连接至减速齿轮89，并且轴47的另一端侧设置有配置了旋转角度传感器85的磁体。
(控制单元65的配置)
接着，将参考图4和图5来描述控制单元65的配置。
如由在图4中的双点链式线所指示的，控制单元65包括电流命令值计算单元15、最大电流限制单元16、电流反馈计算单元300、两相/三相转换单元381、两相/三相转换单元382、三相/两相转换单元391、三相/两相转换单元392、温度估计单元74以及温升控制单元75。
控制单元65包括与第一系统和第二系统中的每个系统对应的配置。在与相应系统对应的部件和物理量的符号中，“1”被附加至第一系统中的符号的末尾，以及“2”被附加至第二系统中的符号的末尾。在下文中，在与第一系统和第二系统对应的部件中，将对与第一系统对应的配置作为代表进行主要描述。
电流命令值计算单元15基于输入信号例如来自扭矩传感器94的转向扭矩Tq*在供给至绕组集801的电流中生成作为d轴分量的d轴电流命令值Id*以及作为q轴分量的q轴电流命令值Iq*。d轴是与由转子40生成的磁通量的方向平行的方向，而q轴是与d轴正交的方向。
最大电流限制单元16限制电流命令值的最大值。当由电流命令值计算单元15计算的d轴电流命令值Id*和q轴电流命令值Iq*超过最大电流限制值Ilim时，最大电流限制单元16输出校正到最大电流限制值Ilim的d轴电流命令值Id**和q轴电流命令值Iq**。另一方面，当由电流命令值计算单元15计算的d轴电流命令值Id*和q轴电流命令值Iq*等于或小于最大电流限制值Ilim时，最大电流限制单元16按原样输出电流命令值Id*和电流命令值Iq*作为电流命令值Id**和电流命令值Iq**。稍后将描述设置最大电流限制值Ilim的方法。
在图4中图示的电流反馈计算单元300中，将仅简要描述对框的输入和输出。来自最大电流限制单元16的电流命令值Id**和电流命令值Iq**被输入至电流反馈计算单元300。由相应系统中的三相/两相转换单元391和三相/两相转换单元392转换的电流检测值Id1、Iq1、Id2以及Iq2被输入至电流反馈计算单元300。电压命令值Vd1、Vq1、Vd2以及Vq2被输出至相应系统中的两相/三相转换单元381和两相/三相转换单元382。
三相/两相转换单元391基于从旋转角度传感器85反馈回的电角θ将由电流传感器701检测的三个相的相电流检测值Iu1、Iv1以及Iw1转换成d轴电流检测值Id1和q轴电流检测值Iq1。
两相/三相转换单元381基于从旋转角度传感器85反馈回的电角θ来将两相的电压命令值Vd1和Vq1转换成U相、V相及W相的三相电压命令值Vu1、Vv1及Vw1，并且将所转换的命令值输出至第一逆变器601。
逆变器601在例如PWM控制下基于与三相电压命令值Vu1、Vv1及Vw1对应的占空信号(duty signal)来执行对相应相的MOS的开关操作。结果，在将命令的三相AC电压施加至电机80的情况下，电机80生成期望的辅助扭矩。
与第二系统的三相/两相转换单元392和两相/三相转换单元382对应的配置和与第一系统的三相/两相转换单元391和两相/三相转换单元381对应的配置是相同的。
温度估计单元74基于从温度传感器73输入的检测温度Ts来估计铁氧体磁体43的温度，并且将估计温度Te输出至温升控制单元75和最大电流限制单元16。为了计算铁氧体磁体43的估计温度Te，温度估计单元74可以使用不是来自温度传感器73而是来自电流传感器701和电流传感器702的电流检测值，或者可以使用温度传感器73的电流检测值和电流传感器701和电流传感器702的电流检测值二者。
温升控制单元75基于铁氧体磁体43的输入估计温度Te来执行用于增加铁氧体磁体43的温度的“温升控制”。稍后将描述温升控制的说明。
图5是图示了电流反馈控制的配置的框图。在图5中由虚线框表示的部分与图4中的电流反馈计算单元300对应。
根据该实施例的电流反馈计算单元300控制“两个系统中的电流的和与差”。在JP-A-2013-230019中公开了对“两个系统中的电流的和与差”的控制的详细描述，因此，下面将描述基本控制的概要。
电流命令值加/减单元20将由电流命令值计算单元15输出的电流命令值Id*与Iq*转换成作为两个系统中的电流命令值的和的Id sum**和Iq sum**以及作为两个系统中的电流命令值的差的Id difference**和Iq difference**。
反馈电流加/减单元27将由三相/两相转换单元391和三相/两相转换单元392输出的电流检测值Id1、Id2、Iq1及Iq2转换成Id sum、Id difference、Iq sum及Iq difference。
偏差计算单元23、24、25和26分别计算Id sum、Id difference、Iq sum及Iqdifference的电流命令值与电流检测值之间的偏差。基于这些偏差E(Id sum)、E(Iddifference)、E(Iq sum)及E(Iq difference)通过控制器33、34、35及36和电机逆模型30来计算作为电压命令值的和/差的Vd sum、Vd difference、Vq sum及Vq difference。系统电压计算单元37将Vd sum、Vd difference、Vq sum及Vq difference转换成第一系统和第二系统中的电压命令值Vd1、Vq1、Vd2及Vq2。
通过上面的配置，电流反馈计算单元300可以基于电流的“和”与“差”来控制两个系统的逆变器601和逆变器602。电机80根据待输入至两个系统的绕组集801和绕组集802的电流的和来生成扭矩。
在本说明书中，将其中两个系统中的逆变器601和602和绕组集801和802都正常的状态称为“两个系统正常的状态”，而将其中任一个系统中的逆变器或绕组集出故障的状态称为“一个系统故障的状态”。当一个系统中发生故障时，正常系统继续输出扭矩。
根据该实施例的控制单元65在两个系统正常的状态下执行下述特征控制。
(电流限制)
在两个系统正常的状态下，最大电流限制单元16执行电流限制，用于防止铁氧体磁体43的退磁。
图6是图示了在用于转子中的永磁体的铁氧体磁体与钕磁体中的每个磁体的温度与磁场(矫顽力)H之间的关系的特性图。图6中所图示的磁场H对应于在没有任何退磁的情况下可施加的反向磁场的最大值。如在图6中所示，磁场H随着铁氧体磁体的温度的降低而变小，并且随着钕磁体的温度的升高而变小。
施加至铁氧体磁体43的反向磁场随着流入电机80的绕组集801和绕组集802的电流变大而变得更大。如上所述，在铁氧体磁体43中没有任何退磁的情况下可施加的反向磁场的最大值随着温度的降低而变得更小。在这种情况下，最大电流限制单元16基于铁氧体磁体43的从温度估计单元74输入的估计温度Te将最大电流限制值设置成随着估计温度Te的减小而减小，以使得铁氧体磁体43不被退磁(参考图7)。
图7中所示的曲线图是示例，并且不限于直线，而是可以逐步地改变每个预定的温度。
(温升控制)
在该实施例中，在两个系统正常的状态下，通过借助于相电流在绕组集801和绕组集802中流动时生成的热量来执行对转子40的铁氧体磁体43加温的温升控制，来避免退磁的发生。
现在，作为比较示例，将描述使用仅具有一个系统的绕组集和逆变器的电机的情况下在温升控制中的问题。
在比较示例中，当对用于转子的磁体执行温升控制时，允许图8中所示的温升电流Ih在绕组集中流动。温升电流Ih仅具有d轴分量。因此，因为在电机中由于不是原始驱动电流的温升电流而没有生成扭矩，所以防止了电机执行非预期的操作。
然而，在比较示例中，如在图9中所图示，当转子的电角θ中存在电角误差Δθ时，温升电流Ih不仅具有d轴分量Id而且具有q轴分量Iq。在这种情况下，在电机中生成非预期的扭矩。特别地，在电机应用于EPS的情况下，可能违背驾驶员的意图进行转向。
根据该实施例的温升控制要解决比较示例中的上述问题。
首先，将参考图10中所图示的流程图来描述根据该实施例的温升控制单元75的操作。在下文中，符号“S”表示描述流程图的步骤。
在S1中，温升控制单元75确定两个系统中的逆变器601、602以及绕组集801、802中的每个是否正常的。例如，温升控制单元75确定由电流传感器701所检测的相电流检测值Iu、Iv及Iw是否落入从预定下限值至预定上限值的正常范围，从而能够确定逆变器601或第一绕组集801是否有故障。如果确定出两个系统都是正常的(在S1中的“是”)，则温升控制单元75进行至S2。如果确定两个系统中的任一个有故障(在S1中“否”)，则不执行随后的步骤。
在S2中，温升控制单元75确定铁氧体磁体43的从温度估计单元74输入的估计温度Te是否小于第一预定温度Tt1。如果确定出估计温度Te小于第一预定温度Tt1(在S2中的“是”)，则温升控制单元75进行至S3，并且开始温升控制。另一方面，如果确定出估计温度Te等于或大于第一预定温度Tt1(在S2中的“否”)，则温升控制单元75再次返回至S1。
在S3中，温升控制单元75输出温升电流命令值。
作为温升电流命令值的示例，温升控制单元75计算d轴电流和命令IdH sum*和d轴电流差命令IdH difference*，并且将这些计算的命令输出至电流反馈计算单元300(参考图4)。在该示例中，满足d轴电流和命令IdH sum*＝0以及d轴电流差命令IdH difference*≠0。在这种情况下，随着铁氧体磁体43的估计温度Te变低，为了防止退磁，可以将d轴电流差命令IdH difference*的绝对值设置成较小的值(参考图11)。
d轴电流和命令IdH sum*与d轴电流差命令IdH difference*被输入至电流反馈计算单元300的电流命令值加/减单元20(参考图5)。
在转向辅助期间，电流命令值加/减单元20输出通过把输入d轴电流和命令IdHsum*与两个系统中的d轴电流命令值的和相加获得的值作为Id sum**，并且还输出通过把输入d轴电流差命令IdH difference*与两个系统中的d轴电流命令值的差相加获得的值作为Id difference**。结果，温升电流与电机80的驱动电流相加的电流流入绕组集801和绕组集802。
在转向辅助期间可以不执行温升控制。在这种情况下，电流命令值加/减单元20输出了输入d轴电流和命令IdH sum*作为Id sum**，并且输出了输入d轴电流差命令IdHdifference*作为Id difference**。
如由图4中的圆括号所指示的，作为温升电流命令值的另一示例，温升控制单元75可以计算q轴电流和命令IqH sum*和q轴电流差命令IqH difference*，并且将这些计算的值输出至电流反馈计算单元300。在这种情况下，满足q轴电流和命令IqH sum*＝0以及q轴电流差命令IqH difference*≠0。其他描述与对d轴电流和命令IdH sum*以及d轴电流差命令IdH difference*的描述相同。
在S4中，在温升控制开始之后，温升控制单元75确定铁氧体磁体43的从温度估计单元74输入的估计温度Te是否高于第二预定温度Tt2。设定第一预定温度Tt1小于第二预定温度Tt2。
如果温升控制单元75确定出估计温度Te大于第二预定温度Tt2(在S4中的“是”)，则温升控制单元75结束温升控制(S5)。另一方面，如果温升控制单元75确定出估计温度Te等于或小于第二预定温度Tt2(在S4中是“否”)，则温升控制单元75在继续温升控制的同时重复S4。
在控制单元10控制电机80的同时，重复地执行温升控制单元75的上面的操作。
随后，将参考图12至图15来描述在温升控制下在绕组集801和绕组集802中流动的电流。
在该实施例中，因为两个系统的绕组集801和绕组集802缠绕在定子芯51上，所以根据输入至绕组集801和绕组集802的输入电流的总和来控制电机80的旋转。图12至图15图示出了在第一系统的绕组集801中流动的电流的dq轴坐标矢量、在第二系统的第二绕组集802中流动的电流的dq轴坐标矢量以及两个系统的绕组集801和绕组集802中流动的电流的根据左边的和的dq轴坐标矢量。
在下文中，为了简化对根据该实施例的温升控制的特征的描述，仅给出根据来自温升控制单元75的温升电流命令值进行流动的温升电流的描述。
首先，将参考图12和图13来描述其中温升电流命令值是d轴电流和命令IdH sum*(＝0)和d轴电流差命令IdH difference*(≠0)的示例。
计算d轴电流和命令IdH sum*和d轴电流差命令IdH difference*，以将在第一系统中流动的温升电流IdH1、IqH1以及在第二系统中流动的温升电流IdH2、IqH2设置为IdH1＝a、IqH1＝0、IdH2＝-a以及IqH2＝0(a≠0)。在图12中图示出的温升电流Ih1和温升电流Ih2根据温升电流命令值在相应系统的绕组集801与绕组集802中流动。
如在图12中所图示，彼此正负相反的温升d轴电流IdH1和温升d轴电流IdH2在相应系统的绕组集801和绕组集802中流动。通过该操作，绕组集801和绕组集802生成热量。两个系统中的温升d轴电流的和是IdH1+IdH2＝0。
另一方面，温升q轴电流IqH1和温升q轴电流IqH2不在相应系统的绕组集801和绕组集802中流动，并且两个系统中的温升q轴电流的和是IqH1+IqH2＝0。因此，在电机80中不生成扭矩。
在图12的示例中，在转子40的旋转位置处存在电角误差Δθ的情况在图13中图示。在这种情况下，如图13所示，具有d分量和q分量的温升电流Ih1和温升电流Ih2流动。换言之，即使在计算温升电流命令值以便将相应系统的温升q轴电流IqH1和温升q轴电流IqH2设置成0的情况下，也会满足IqH1≠0和IqH2≠0。
然而，最初进行控制以使得两个系统中的温升d轴电流和温升q轴电流变成0。因此，即使在存在电角误差Δθ的情况下，两个系统中的温升q轴电流的和也是IqH1+IqH2＝0，并且电机80中没有生成扭矩。
然后，将参考图14和图15来描述其中温升电流命令值是q轴电流和命令IqH sum*(＝0)和q轴电流差命令IqH difference*(≠0)的示例。
在该示例中，通过仅更换上面的示例中的dq轴来进行相同的描述。换言之，如在图14中所示，其中温升q轴电流和是0并且温升d轴电流和是0的温升电流Ih1和温升电流Ih2在相应系统的绕组集801和绕组集802中流动。如在图15中所示，即使在存在电角误差Δθ的情况下，温升q轴电流和也是0，并且电机80中没有生成扭矩。
如果不需要考虑电角误差Δθ，当仅考虑将两个系统中的温升q轴电流的和设置成0来计算温升电流命令值时，则可以在在电机80中不生成扭矩的情况下执行温升控制。
在上面的实施例中，作为更优选的模式，将两个系统中的温升d轴电流的和与温升q轴电流的和控制为0。通过该控制，即使在存在电角误差Δθ的情况下，因为温升q轴电流的和总是变成0，所以也可以在电机80中不生成扭矩的情况下执行温升控制。
可以将上面的温升电流命令值的示例组合在一起。换言之，温升控制单元75可以输出d轴电流和命令IdH sum*、d轴电流差命令IdH difference*、q轴电流和命令IqH sum*以及q轴电流差命令IqH difference*。
(优点)
(1)根据该实施例的电机80应用于辅助转向的电动助力转向设备1，并且电机80包括：具有多个系统中的绕组集801和绕组集802的定子50；具有铁氧体磁体43的转子40；以及多个系统中的逆变器601和逆变器602，逆变器601和逆变器602与绕组801和绕组802对应地布置，并且向对应的绕组集输出AC电流。
如上所述，铁氧体磁体43的磁场H随着温度的改变而改变与钕磁体的磁场H随着温度的改变而改变是相反的。换言之，铁氧体磁体43的磁场H随着温度的降低而变小，并且随着温度的升高而增大(参考图6)。例如，在图6所图示的曲线图中，在大约60度或更高的范围内，铁氧体磁体的磁场H比钕磁体的磁场H更大。
因此，在根据该实施例的电机80中，在高温而没有任何退磁的情况下能够流过的最大电流与使用钕磁体的传统旋转电机相比而言是较大的。因此，在高温下可以容易地确保电机80的扭矩。特别地，在一个系统发生故障的状态下，甚至在高温下仍易于确保正常系统的扭矩。
铁氧体磁体包含铁氧化物作为主要原料，因此铁氧体磁体与将稀土元素作为主要原料包含的钕磁体相比是便宜的。结果，根据该实施例的电机80与现有技术相比可以减少费用。
(2)根据该实施例的用于控制电机80的通电的控制单元65，包括：电流命令值计算单元15、温度估计单元74以及温升控制单元75，电流命令值计算单元15计算用于使绕组集801和绕组集802通电的dq轴电流命令值，温度估计单元74用于估计铁氧体磁体43的温度，以及温升控制单元75用于计算待与dq轴电流命令值相加的温升dq轴电流命令值，用于在估计温度Te低于预定温度Tt1时使得温升电流能够在绕组集801和绕组集802中流动。
在上面的配置下，通过温升电流使绕组集801和绕组集802通电以生成热量，以及所生成的热量使得转子40的铁氧体磁体43能够升温。因此，可以避免在铁氧体磁体43中发生退磁。
(3)根据该实施例的温升控制单元75设置温升dq轴电流命令值，使得所有系统中的q轴的温升电流的和变成0。通过上面设置，可以在电机80中不生成扭矩的情况下执行温升控制。
根据该实施例的温升控制单元75设置温升dq轴电流命令值，使得所有系统中的d轴的温升电流的和与q轴的温升电流的和变成0。通过上面的设置，即使在存在电角误差Δθ的情况下，也可以在电机80中不生成扭矩的情况下执行温升控制。
(4)根据该实施例的控制单元65，还包括：限制dq轴电流命令值的最大电流限制单元16，以及最大电流限制单元16随着由温度估计单元74所估计的估计温度Te变低而更多地减小dq轴电流命令值的最大电流限制值Ilim。
通过上面配置，铁氧体磁体43通过使得过量电流能够在低温状态下流动而防止被退磁。
(第二实施例)
将参考图16和图17来描述本公开的第二实施例。在第二实施例中，与第一实施例中的部件基本上相同的部件用类似的附图标记来表示，并且将省略其重复的描述。
根据第二实施例的控制单元66，包括：电流命令值计算单元151、152，最大电流限制单元161、162，三相/两相转换单元391、392，控制器301、302，两相/三相转换单元381、382，故障检测单元711、712，温度估计单元74以及温升控制单元76。
控制单元66包括与如第一实施例中的第一系统和第二系统中的每个系统对应的配置。在与相应系统对应的部件和物理量的符号中，“1”被附加至第一系统中的符号的末尾，以及“2”被附加至第二系统中的符号的末尾。
电流命令值计算单元151基于输入信号例如来自扭矩传感器94的转向扭矩Tq*来计算d轴电流命令值Id1*和q轴电流命令值Iq1*。
最大电流限制单元161将d轴电流命令值Id1*和q轴电流命令值Iq1*限制到最大电流限制值Ilim1或更低，并且输出电流命令值Id1**和电流命令值Iq1**。
控制器301接收d轴电流命令值Id1**、q轴电流命令值Iq1**与d轴电流检测值Id1、q轴电流检测值Iq1之间的电流偏差，并且通过PI(比例积分)控制计算来计算电压命令值Vd1和电压命令值Vq1使得电流偏差变成0。
故障检测单元711确定由电流传感器701所检测的相电流检测值Iu、Iv及Iw是否落入从预定下限值至预定上限值的正常范围，从而检测第一逆变器601或第一绕组集801中的故障。
第二系统中的电流命令值计算单元152、最大电流限制单元162、控制器302以及故障检测单元712的配置与第一系统中的电流命令值计算单元151、最大电流限制单元161、控制器301以及故障检测单元711的配置相同。
通过上面的配置，根据第二实施例的控制单元66使两个系统的相应电流受反馈控制。
(一个系统发生故障的状态下的控制)
根据第二实施例的控制单元66在一个系统发生故障的状态下执行下述特征控制。在下文中，假定“第一系统处于故障，并且第二系统正常”的情况。
首先，故障检测单元711基于由电流传感器701检测的相电流检测值Iu1、Iv1和Iw1以及逆变器601的输入电压Vu1来检测逆变器601或者第一绕组集801的故障。
当检测到第一系统中的故障时，故障检测单元711停止至逆变器601的输出。作为停止输出的方法，可以将由电流命令值计算单元151命令的电流命令值Id1*和电流命令值Iq1*或者由最大电流限制单元161设置的最大电流限制值设置成0。可以关断从驱动电路68到MOS 611-616的所有驱动信号。可替选地，如果没有再通电的可能性，则可以在电路上阻止在逆变器601的电力线上设置的功率继电器121。
控制单元66仅在正常的第二系统中继续驱动电机80。通过对上述正常系统的操作，当一个系统有故障时，可以防止完全失去转向辅助功能。
顺便提及，如在JP-A-2013-48524中所详细公开的，当输出至故障系统中的逆变器601的输出由于短路故障而停止时，正常系统中的逆变器602驱动电机80，或者驾驶员使转向轴92转向以使电机80从负载侧旋转，因此在故障系统的逆变器601中生成反向电压。反向电压使得在电机80中生成与驱动相反的制动扭矩。
短路故障意味着这样的状态：使故障系统中的任何线都导通，与旨在使线不导通的控制相反。
当在短路故障的情况下生成制动扭矩时，减少了电机80的最大扭矩。在这种情况下，为了补偿制动扭矩，需要使比在正常驱动状态下的电流更大的电流在正常系统的逆变器602中流动。
因此，当检测到短路故障时，根据第二实施例的控制单元66控制正常的系统以便补偿制动扭矩。在JP-A-2013-48524中公开了细节，因此将省略该细节的描述。
已知的是，在铁氧体磁体中磁通量密度随着温度增加更多地减小。当仅由正常系统继续驱动电机80时，该现象对扭矩上的减小的影响特别大。
因此，在第二实施例中，在控制正常系统以便补偿制动扭矩时，关注由于铁氧体磁体43的温升引起的磁通量密度减小来执行控制。换言之，控制单元66基于铁氧体磁体43的温升将在正常系统中流动的电流增加至磁通量密度减少的程度，从而有效地补偿了电机80的制动扭矩。
例如，当故障检测单元711检测到第一系统的短路故障时，第二系统的最大电流限制单元162基于铁氧体磁体43的从温度估计单元74输入的估计温度Te来改变最大电流限制值Ilim2的设置。在这种情况下，如图17所示，最大电流限制值Ilim2被设置成随着铁氧体磁体43的估计温度Te的升高而增大。通过上面的设置，在正常系统的逆变器602中流动的电流值随着铁氧体磁体43的温度更多地升高而更多地增加。
由图17中的纵坐标轴所指示的“Ilim2”对应于在一个系统发生故障状态下的正常系统的最大电流限制值，以及用相同的方式来设置在第二系统处于故障时第一系统的最大电流限制值Ilim1。图17中所图示的曲线图是示例，并且不限于直线，而是可以逐步地改变每个预定温度。
(电流限制)
在第二实施例中，和在第一实施例中一样，在两个系统正常的状态下，最大电流限制单元161和最大电流限制单元162基于铁氧体磁体43的从温度估计单元74输入的估计温度Te来设置最大电流限制值Ilim1和最大电流限制值Ilim2使得铁氧体磁体43不被退磁。设置最大电流限制值Ilim1和最大电流限制值Ilim2的方法与在第一实施例中设置最大电流限制值Ilim的方法一样。
(温升控制)
与第一实施例类似，在第二实施例中，在两个系统正常的状态下，根据第二实施例的温升控制单元76与根据第一实施例的温升控制单元75一样基于铁氧体磁体43的输入的估计温度Te来执行用于增加铁氧体磁体43的温度的“温升控制”。温升控制单元76的操作与在第一实施例中的操作一样。
温升控制单元76向电流命令值计算单元151输出温升d轴电流命令值IdH1*作为温升电流命令值，并且向电流命令值计算单元152输出温升d轴电流命令值IdH2*。在该示例中，温升d轴电流命令值IdH1*和温升d轴电流命令值IdH2*是彼此正负相反的值，并且它们的和是0。
电流命令值计算单元151将通过把输入的温升d轴电流命令值IdH1*与所计算的命令值相加而获得的值作为d轴电流命令值Id1*输出。电流命令值计算单元152将通过把输入的温升d轴电流命令值IdH2*与所计算的命令值相加而获得的值作为d轴电流命令值Id2*输出。
通过上面的配置，与图12所图示的示例中的温升电流相同的温升电流Ih1和Ih2在绕组集801和绕组集802中流动。因此，如在第一实施例中那样，即使在存在电角误差Δθ的情况下，因为温升q轴电流的和总是变成0，所以也可以在电机80中不生成扭矩的情况下执行温升控制。
当温升控制单元76将温升q轴电流命令值IqH1*和IqH2*作为温升电流命令值输出时，在替换dq轴的情况下使用相同的描述。可以将温升d轴电流命令值IdH1*、IdH2*以及温升q轴电流命令值IqH1*、IqH2*组合在一起。
(优点)
(1)如上所述，根据第二实施例的控制单元66，还包括：故障检测单元711和故障检测单元712，故障检测单元711和故障检测单元712用于针对逆变器601、602和绕组集801、802检测生成制动扭矩的短路故障。当故障检测单元711和故障检测单元712检测到逆变器601、602或者绕组集801、802的短路故障时，控制单元66停止故障系统中的逆变器的输出，并且控制正常系统中的逆变器的输出以便补偿制动扭矩。
在该示例中，铁氧体磁体与用于EPS的传统电机的钕磁体相比磁力较小，并且源于故障系统的反电动势相对较低。例如，图18是示出了在钕磁体用作具有某一配置的无刷电机的永磁体情况下和铁氧体磁体用作永磁体的情况下电机转速与反向电压之间的关系的曲线图。如在图18中所图示，与使用钕磁体的情况相比，当使用铁氧体磁体时，随着电机转速的升高反电动势变小。
因此，在第二实施例中，因为与现有技术相比在故障系统中生成的制动扭矩较小，所以易于通过正常系统的输出来补偿制动扭矩。
(2)根据第二实施例的控制单元66，还包括：对每个系统的绕组集中的dq轴电流命令值进行限制的最大电流限制单元161和最大电流限制单元162。
当故障检测单元711和故障检测单元712检测到在任一系统中的逆变器601、602或者绕组集801、802的故障时，最大电流限制单元161或最大电流限制单元162随着由温度估计单元74估计的估计温度Te的升高而针对正常系统中的绕组集的dq轴电流命令值更多地增加最大电流限制值Ilim1或最大电流限制值Ilim2。
通过上面的操作，根据铁氧体磁体43的估计温度Te的上升来抑制最大扭矩的减小，以及可以适当地补偿制动扭矩。
(3)此外，在第二实施例中，在两个系统正常的状态下，如在第一实施例中那样获得产生于电流限制控制和温升控制的优点。
(其他实施例)
(a)根据本公开的无刷电机不限于三相，而可以是四相或更多相的多相AC电机。逆变器和与逆变器对应的绕组集的组合不限于两个系统，而可以是三个或更多个系统。
(b)控制单元10的特定配置不限于上面实施例的配置。例如，开关元件可以是不同于MOSFET或IGBT的场效应晶体管。
(c)电机80的特定配置不限于上面实施例的配置。例如，电机80的配置可以是各种表面永磁体(SPM)或各种内部永磁体(IPM)。
要注意的是，本申请的流程图的处理或本申请的流程图包括部分(也称为步骤)，部分中的每个部分被表示为例如S1。此外，每个部分可以划分成几个子部分，同时几个部分可以组合成单个部分。此外，这样配置的部分中的每个部分还可以被称为设备、模块或步骤。
尽管已经参考本公开中的实施例描述了本公开，但是要理解的是，本公开不限于这些实施例和结构。本公开意为涵盖各种修改和等同布置。此外，除了所述各种组合和配置之外，包括更多、更少或仅单个元件的其他组合和配置也在本公开的精神和范围内。

Claims (5)

1.一种控制用于电动助力转向设备(1)的无刷电机(80)的通电的电机控制设备(65，66)，所述电动助力转向设备(1)辅助转向操作，所述无刷电机包括：定子(30)，所述定子(30)具有分别用于多个系统的多个绕组集(801，802)；以及转子(40)，所述转子(40)具有铁氧体磁体(43)，所述电机控制设备包括：
分别用于所述系统的多个逆变器(601，602)，所述多个逆变器(601，602)中的每个逆变器与相应系统的绕组集对应，并且向所述相应系统的所述绕组集供给交流电；
电流命令值计算设备(15，151，152)，所述电流命令值计算设备(15，151，152)计算用于使所述绕组集通电的dq轴电流命令值；
温度估计设备(74)，所述温度估计设备(74)估计所述铁氧体磁体的温度；以及
温升控制设备(75，76)，所述温升控制设备(75，76)计算待与所述dq轴电流命令值相加的温升dq轴电流命令值，用于在估计温度低于预定值时使温升电流在所述绕组集中流动，
其中，所述温升控制设备设置所述温升dq轴电流命令值，以使得所有系统中q轴的所述温升电流的和变成零。
2.根据权利要求1所述的电机控制设备，其中，
所述温升控制设备设置所述温升dq轴电流命令值，以使得所有系统中d轴的所述温升电流的和变成零并且所有系统中q轴的所述温升电流的和变成零。
3.根据权利要求1或2所述的电机控制设备，还包括：
最大电流限制设备(16，161，162)，所述最大电流限制设备(16，161，162)控制所述dq轴电流命令值，其中，
当由所述温度估计设备所估计的温度降低时，所述最大电流限制设备减小所述dq轴电流命令值的最大电流限制值。
4.根据权利要求1所述的电机控制设备，还包括：
故障检测设备(711，712)，所述故障检测设备(711，712)检测所述逆变器和所述绕组集中之一的故障，其中，
当由所述故障检测设备检测到所述系统中的一个系统中的逆变器和对应的绕组集中之一的故障时，所述电机控制设备停止来自故障系统的所述逆变器的输出，并且控制来自正常系统的逆变器的输出以补偿在所述故障系统中生成的制动扭矩。
5.根据权利要求4所述的电机控制设备，还包括：
最大电流限制设备(161，162)，所述最大电流限制设备(161，162)控制相应系统中的所述绕组集中的每个绕组集的所述dq轴电流命令值，其中，
当由所述故障检测设备检测到所述系统中的一个系统的所述绕组集和所述逆变器中之一的故障时，所述最大电流限制设备在由所述温度估计设备所估计的温度增加时增加所述正常系统中的所述dq轴电流命令值的最大电流限制值。
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