CN108778896B - 电动机控制系统及具备电动机控制系统的电动助力转向装置 - Google Patents

电动机控制系统及具备电动机控制系统的电动助力转向装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种为了在异常发生时也能够确保转向性能，而能够使电动机的转矩增加的电动机控制系统及电动助力转向装置。电动机控制系统的控制装置(4)具有对提供给各组绕组的供电电流进行控制的两组控制系统，在一组绕组及控制系统发生异常的情况下，将提供给异常发生组的所有相或者一部分相的绕组的供电电流设定为0，并且使提供给正常组的绕组的供电电流增加至与正常时相比永磁体的不可逆退磁率增加的不可逆电流。

Description

电动机控制系统及具备电动机控制系统的电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及具有电动机和对电动机进行控制的控制装置的电动机控制系统、以及具备该电动机控制系统的电动助力转向装置，所述电动机具备设有2组多相绕组的定子和设置有永磁体的转子，对车辆的转向机构进行驱动。
背景技术
关于上述电动机控制系统，已知例如下述专利文献1所记载的技术。在专利文献1的技术中，构成为利用2组控制系统来控制提供给设置于电动机的2组绕组的供电电流。在专利文献1的技术中构成为：在一组发生异常的情况下，将提供给异常发生组的绕组的供电电流设为0，并且对正常组的绕组进行供电，由此继续驱动电动机。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2014－14240号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1的技术中，为了在异常发生时降低异常发生组的绕组所产生的反向电压，仅构成为对于提供给正常组的绕组的供电电流，使d轴电流与正常时相比在负方向上增加，由此会导致异常发生时电动机的转矩减半。因此，异常发生时的电动机所产生的转向辅助并不充分。尤其是在低速行驶时，由于电动机的辅助转矩的降低，存在力量不足的驾驶员很难操作方向盘，难以进行退避驾驶的问题。另一方面，若与正常时相比使提供给正常组的绕组的供电电流增加，则与正常时相比永磁体的不可逆退磁率会增加，因此，存在永磁体的磁力减少，必须更换电动机2的问题。因而，通常构成为不使供电电流增加，直到不可逆退磁率增加为止。
因此，为了即使在异常发生时也能够确保转向性能，期望一种能够使电动机的转矩增加的电动机控制系统及电动助力转向装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的电动机控制系统是包括驱动车辆的转向机构的电动机、以及控制所述电动机的控制装置的电动机控制系统，所述电动机具有设置有2组多相绕组的定子和设置有永磁体的转子，所述控制装置具有对提供给各组所述绕组的供电电流进行控制的两组控制系统，在两组所述绕组及所述控制系统正常的情况下，对两组所述绕组分担地提供电流，在一组所述绕组及所述控制系统发生异常的情况下，将提供给异常发生组的所有相或者一部分相的所述绕组的供电电流设为0，并且使提供给正常组的所述绕组的供电电流增加至与正常时相比所述永磁体的不可逆退磁率增加的不可逆电流。
此外，本发明所涉及的电动助力转向装置具备上述电动机控制系统。
发明效果
根据本发明所涉及的电动机控制系统，构成为在一组发生异常的情况下，使提供给正常组的绕组的供电电流增加至与正常时相比永磁体的不可逆退磁率增加的不可逆电流，因此，即使在异常发生时，也能够使电动机的转矩增加，能够确保转向性能。由此，牺牲了永磁体的不可逆退磁率的恶化，从而能抑制异常发生时的转向性能的恶化，并能优先确保驾驶性能。
附图说明
图1是本发明实施方式1所涉及的电动机控制系统的简要结构图。
图2是本发明实施方式1所涉及的电动助力转向装置的简要结构图。
图3是本发明实施方式1所涉及的电动机的剖视图。
图4是本发明实施方式1所涉及的控制电路部的简要框图。
图5是用于说明本发明实施方式1所涉及的控制电路部的处理的流程图。
图6是本发明实施方式5所涉及的电动机控制系统的简要结构图。
图7是本发明实施方式5所涉及的电动机的剖视图。
图8是用于说明本发明实施方式5所涉及的绕组的接线的图。
图9是本发明实施方式6所涉及的电动机的剖视图。
图10是表示本发明实施方式5所涉及的退磁率的恶化率的图。
图11是表示本发明实施方式5所涉及的转矩的增加率的图。
具体实施方式
实施方式1.
参照附图，对实施方式1所涉及的电动机控制系统1进行说明。图1是本实施方式所涉及的电动机控制系统1的简要结构图。电动机控制系统1具有驱动车辆的转向机构的电动机2、以及控制电动机2的控制装置18。即，电动机控制系统1驱动控制电动机2，并对方向盘进行转向操作。
如图2所示，电动机控制系统1被安装入电动助力转向装置60。对电动助力转向装置60进行说明。驾驶员所操作的方向盘61与转向轴62相连接。转向轴62上安装有检测驾驶员的转向力的转矩传感器63。转向轴62通过中间轴64连接至齿条轴65内的小齿轮66。连接至齿条轴65的连杆69a、69b与转向轮即前轮67a、67b的转向节臂68a、68b相连接，齿条轴65的动作经由连杆69a、69b和转向节臂68a、68b传递至前轮67a、67b，由此对前轮67a、67b进行转向。齿条轴65上经由齿轮连接有电动机2，电动机2的旋转驱动力成为驱动齿条轴65的驱动力。
由此构成的电动助力转向装置60中，若驾驶员对方向盘61进行转向，则从转矩传感器63向控制装置18发送与转向相对应的转矩信号。控制装置18根据转矩信号和车速等车辆信号来计算出所需的辅助转矩，对电动机2的供电电流进行控制，以使电动机2输出辅助转矩。
如图1及图3所示，电动机2具有设置有2组多相绕组(本例中为三相绕组)的定子20、以及设置有永磁体22的转子23。电动机2设置为各组的三相绕组分别采用三角形接线的无刷电动机。电动机2上搭载有用于检测转子的旋转位置的旋转传感器9a、9b。关于旋转传感器9a、9b，为了确保冗余系统而搭载有2组传感器，各个传感器的输出信号输入至控制电路部4的输入电路12。2组传感器可以汇总于一个封装从而实际安装一个，也可以分别作为两个封装来进行安装。另外，电动机2可以采用三相绕组设为星形接线的无刷电动机，或者也可以是两极两对的带刷电动机。
图3中示出了以与电动机2的轴向正交的平面截断后得到的剖视图。通过对将多个(本例中为48个)切槽21配置成圆周形后得到的薄钢板进行层叠，从而构成定子20。在该定子20的径向内侧，呈同心圆状地配置有转子23。在转子23的外周部，在周向上按照N极、S极的顺序配置有永磁体22(本例中为8极)。另外，不设为表面磁体结构，而设为将永磁体22埋入转子23的内部的埋入磁体结构。
转子23的中心部设置有输出轴24，输出轴24的前方配置有与方向盘的转向装置连接的齿轮。因此，利用输出轴24的旋转驱动力来发挥辅助方向盘操作的辅助力。控制装置18控制电动机2的输出，以得到所希望的辅助力。
定子20的各个切槽21上配置有多个(例如4个)绕组。对从各个切槽21延伸出的绕组进行卷绕，在图3的左半部分局部地示出了该状态。第一组绕组和第二组绕组分别配置于彼此相邻的切槽21。例如被插入规定的切槽21的第一组的U相(U1)绕组在延伸至切槽21的外部之后，再次被插入越过5个切槽后的第6个切槽21。按照如下顺序规则地进行插入，即：将第二组的U相(U2)绕组插入第一组的U相(U1)相邻的切槽21，将第一组的V相(V1)绕组插入其相邻的切槽21，将第二组的V相(V2)绕组插入其相邻的切槽21，将第一组的W相(W1)绕组插入其相邻的切槽21，将第二组的W相(W2)绕组插入其相邻的切槽21。由此，两组绕组以彼此交替的方式卷绕在周向上，且形成为具有预先设定的相位差(本例中为7.5度)的分布绕组。
各组的绕组进行连接，以使得各相的绕组的终端成为三角形接线。在各组分别具有3个绕组的终端，且该绕组的终端分别独立地连接至对应组的逆变器3a、3b(本例中为电动机继电器用开关元件34)。另外，构成为2组绕组分散地设置在1个定子的周向上，但是对于1个转子，可以串联地将设置有第一组绕组的定子和设置有第二组绕组的定子配置成2组，即所谓的串联式电动机。然而，若设为串联式，则与单一式相比，电动机2在轴向上变长，有时会导致搭载性变差。
控制装置18具有控制提供给各组绕组的供电电流的2组控制系统。控制装置18具有对各组的三相绕组提供交流电的2组逆变器3a、3b、以及控制各组的逆变器3a、3b的控制电路部4。第一组逆变器3a将由直流电源6(本例中为车载电池)提供的直流电转换成交流电，并提供给第一组的绕组U1、V1、W1。第二组逆变器3b将由直流电源6提供的直流电转换成交流电，并提供给第二组的绕组U2、V2、W2。经由点火开关7从直流电源6对控制电路部4的电源电路13进行供电。
第一组逆变器3a中，与三相各相的绕组相对应地设置有3组下述串联电路(腿)，该串联电路通过将连接至直流电源6的正极端子的正极侧开关元件31(上臂)和连接至直流电源6的负极端子的负极侧开关元件32(下臂)串联连接而得到。即，第一组逆变器3a具有3个正极侧开关元件31U、31V、31W和3个负极侧开关元件32U、32V、32W总计6个功率转换用的开关元件。各个开关元件反向并联有续流二极管。而且，各相的正极开关元件31及负极侧开关元件32的连接节点连接至与第一组三相绕组U1、V1、W1中的对应相的绕组。连接各相的开关元件的连接节点和绕组的电线上分别设置有作为继电器电路的电动机继电器用开关元件34U、34V、34W。各相的串联电路(腿)上分别设置有电流检测用的分流电阻33U、33V、33W。分流电阻33U、33V、33W的两端电位差被输入至控制电路部4。从直流电源6到第一组逆变器3a的电源线上设置有第一组电源继电器用开关元件5a。开关元件31U、31V、31W、32U、32V、32W、34U、34V、34W、5a分别根据由控制电路部4的第一驱动电路11a输出的控制信号来进行导通截止。
以与第一组逆变器3a同样的方式来构成第二组逆变器3b。即，第二组逆变器3b设置有6个功率转换用的开关元件31U、31V、31W、32U、32V、32W，电动机继电器用开关元件34U、34V、34W，分流电阻33U、33V、33W，第二组电源继电器用开关元件5b。开关元件31U、31V、31W、32U、32V、32W、34U、34V、34W、5b分别根据由控制电路部4的第二驱动电路11b输出的控制信号来进行导通截止。
控制电路部4如图4所示，包括：通过控制第一组逆变器3a来控制提供给第一组的绕组U1、V1、W1的电流的第一电动机电流控制部40a；通过控制第二组逆变器3b来控制提供给第二组的绕组U2、V2、W2的电流的第二电动机电流控制部40b；检测第一组控制系统的异常的第一异常检测部41a；以及检测第二组控制系统的异常的第二异常检测部41b。
控制电路部4的各控制部40a、40b、41a、41b等的各功能由控制电路部4所具备的处理电路来实现。本实施方式中，如图1所示，作为处理电路，控制装置4包括CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)等运算处理装置10(计算机)、与运算处理装置10进行数据交换的存储装置17、向运算处理装置10输入外部的信号的输入电路12、以及从运算处理装置10向外部输出信号的输出电路等。作为存储装置17，包括构成为能从运算处理装置10读取以及写入数据的RAM(Random Access Memory：随机存取储存器)、构成为能从运算处理装置10读取数据的ROM(Read Only Memory：只读储存器)等。输入电路12连接有各种传感器、开关，并具备向运算处理装置10输入这些传感器、开关的输出信号的A/D转换器等。输出电路连接有对开关元件进行导通截止驱动的驱动电路11、通知装置驱动电路16等电负载，并具备从运算处理装置10向这些电负载输出控制信号的驱动电路等。在本实施方式中，输入电路12连接有作为电流传感器的分流电阻33、旋转传感器9a、9b、直流电源和绕组端子的电压传感器、检测方向盘的转向转矩的转矩传感器63以及检测车辆的行驶速度的车速传感器等各种传感器8。驱动电路11与各开关元件相连接。
并且，控制装置4所具备的各控制部40a、40b、41a、41b等的各个功能是通过运算处理装置10执行储存于ROM等存储装置17的软件(程序)，并与存储装置17、输出电路12及输出电路等控制电路部4以外的硬件协作来实现的。
本实施方式中，控制电路部4成为使第一组控制系统与第二组控制系统相互独立的处理电路结构。作为实现第一组控制系统所涉及的第一电动机电流控制部40a及第一异常检测部41a的功能的处理电路，控制电路部4包括第一运算处理装置10a(本例中为CPU1)、第一运算处理装置10a专用的第一存储装置17a、以及第一运算处理装置10a专用的第一驱动电路11a。作为实现第二组控制系统所涉及的第二电动机电流控制部40b及第二异常检测部41b的功能的处理电路，控制电路部4包括第二运算处理装置10b(本例中为CPU2)、第二运算处理装置10b专用的第二存储装置17b、以及第二运算处理装置10b专用的第二驱动电路11b。第一运算处理装置10a和第二运算处理装置10b构成为通过通信线14来连接，并能够相互传递信息。输入电路12构成为第一运算处理装置10a和第二运算处理装置10b通用。控制电路部4具有驱动通知装置15的通用的通知装置驱动电路16。
第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b根据基于转矩传感器63的输出信号而检测出的转向转矩和车速，来计算电动机2输出的辅助转矩。而且，第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b分别根据对辅助转矩乘以各组的分担比(正常时为1/2)后得到的分担辅助转矩，来计算各组绕组的电流指令。第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b分别通过采用了矢量控制法的电流反馈控制来对各组的开关元件进行导通截止控制。
具体而言，第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b分别基于分担辅助转矩，计算出用dq轴的旋转坐标系来表示的dq轴的电流指令。本实施方式中，基于计算使相对于同一电流所产生的转矩为最大的dq轴的电流指令的最大转矩电流控制方法，来计算dq轴的电流指令。dq轴的旋转坐标系是两轴旋转坐标系，将设置于转子的永磁体的N极的朝向(磁极位置)设定为d轴，将比d轴前进电气角90°(π/2)的方向设定为q轴，该两轴旋转坐标系由上述d轴和q轴构成，且与转子的电气角的旋转同步地进行旋转。
第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b在dq轴(两相)的旋转坐标系中，基于电流指令与实际电流的偏差，利用比例积分控制等计算出dq轴的电压指令，并对dq轴的电压指令进行固定坐标变换及两相三相变换，来计算出三相电压指令。而且，通过比较三相电压指令和载波，来进行使矩形脉冲波信号的占空比变化的PWM(Pulse WidthModulation：脉宽调制)控制，该矩形脉冲波信号用于使各相的开关元件导通或截止。
第一异常检测部41a及第二异常检测部41b分别根据电流检测值等传感器信息来检测各组逆变器3a、3b及绕组等控制系统的异常。第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b在检测出异常的情况下，对于异常发生组，将发生异常的相或所有相的电动机继电器用开关元件34截止，切断对发生异常的相或所有相的绕组提供的电流，并且防止伴随着电动机2的旋转而产生的反电动势被施加至逆变器3a、3b。在将异常发生组的所有相的电动机继电器用开关元件34U、34V、34W截止的情况下，无需考虑异常发生组的绕组上所产生的反电动势。
或者，第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b可以将发生异常的组的电源继电器用开关元件5a、5b截止。或者，第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b可以将发生异常的组的电流指示设定为0，也可以将发生异常的组的逆变器3a、3b的上下臂的开关元件打开。第一异常检测部41a及第二异常检测部41b在检测出异常的情况下，经由通知装置驱动电路16，例如向灯等通知装置15供电来使其点亮，从而通知一组发生了异常的情况。另外，电源继电器用开关元件5a、5b可以分别包含在逆变器3a、3b内。
第一运算处理装置10a及第二运算处理装置10b分别利用经由通信线14而彼此进行的信息收发，来掌握彼此的动作状态。例如，第一运算处理装置10a(第一异常检测部41a)检测第一控制系统的异常，并向第二运算处理装置10b(第二电动机电流控制部40b)传递将规定的开关元件截止的情况。第一运算处理装置10a及第二运算处理装置10b在无法从对方接收或向对方发送基于规定格式的定期的通信信号的情况下，分别判定为对方的运算处理装置发生了异常，判定为对方的控制系统的电流供给停止。第一运算处理装置10a及第二运算处理装置10b在检测出自己或对方的运算处理装置的异常的情况下，利用通知装置15来通知发生了异常的情况。
接着，对于异常检测处理，根据图5的流程图来进行说明。由于第一运算处理装置10a及第二运算处理装置10b进行相同的处理，因此，以第一运算处理装置10a的处理为代表来进行说明。
若接通点火开关7，则对第一运算处理装置10a供电，第一运算处理装置10a开始各控制部的处理。首先，第一运算处理装置10a在步骤S1中，对RAM存储器、ROM存储器、输入输出端口等进行初始化。接着，第一电动机电流控制部40a获得在步骤S2中经由输入电路12而输入的各种信息，并存储于RAM存储器。这些信息中还包含有对方的第二运算处理装置10b的通信数据。
第一异常检测部41a在步骤S3中，检查对方的第二组控制系统是否检测出异常。第二组控制系统有无异常能够通过解读与第二运算处理装置10b的通信数据来进行判别。第一异常检测部41a在第二组控制系统未发生异常的情况下(否)，前进至步骤S4，并检查自己所属的第一组控制系统是否检测出异常。第一电动机电流控制部40a在未检测出第一组控制系统的异常的情况下(否)，前进至步骤S5，并运算第一组控制系统及第二组控制系统未发生异常的通常的控制量1。
另一方面，第一异常检测部41a在步骤S3中，在对方的第二组控制系统发生异常的情况下(是)，前进至步骤S6，并与步骤S4同样地检查自己所属的第一组控制系统是否检测出异常。第一电动机电流控制部40a在第一组控制系统发生了异常的情况下(是)，前进至步骤S11，并进行自己异常时的处理。第一电动机电流控制部40a在第一组控制系统没有异常的情况下(否)，前进至步骤S7，运算对方异常、自己正常的条件下的控制量2，并前进至步骤S8。
第一电动机电流控制部40a在步骤S4或步骤S6中，在判断为第一组控制系统发生了异常的情况下，前进至步骤S11，并输出控制信号以停止第一驱动电路11a的输出。另外，可以基于已发生的异常内容来分类为多个等级。例如，在电动机2的绕组或逆变器3a的开关元件的接地短路或电源短路的情况下，输出控制信号以使包含电源继电器用开关元件5a在内的所有开关元件截止。另外，在逆变器3a的上下臂的开关元件中的任一个或者电动机继电器用开关元件34中的任一个发生开路故障的情况下，仅对发生异常的相使开关元件的驱动停止，其它相能够如通常那样输出控制指令。因此，步骤S11中，构成为除了全面停止状态的异常时处理以外，能够继续处理一部分控制。另外，在上述两相驱动的情况下，由于也需要控制量的运算处理，因此，有时在步骤S5、S7中进行处理更为有效。
接着，第一异常检测部41a在步骤S12中，使用通信线14来发送第一组控制系统的异常状态的数据。该数据中包含有异常电平、例如所有开关元件为截止状态的情况，并进行发送。另外，在仅某相截止的状态下，能够包含此时的控制量与正常时相比的比例等来进行发送，但是上述的异常内容的通信也能够通过步骤S9及步骤S10来进行处理。由此，甚至能够掌握对方发生异常的内容。因此，能够基于对方的异常来校正自己的控制量并输出。
接着，对步骤S5中未发生第一组控制系统及第二组控制系统的异常的通常时的控制量的运算方法进行说明。第一电动机电流控制部40a在步骤S5中，根据转向转矩及车速计算出电动机2所要求的电流值，并将电动机2的要求电流值的1/2设定为第一组绕组的电流指令。本实施方式中，第一电动机电流控制部40a计算出第一组绕组的电流指令，该第一组绕组的电流指令用于输出基于转向转矩及车速计算出的辅助转矩的1/2。
另一方面，在步骤S7中，由于对方的第二组控制系统发生异常，因此，考虑到第二组的异常，需要计算出第一组绕组的电流指令来作为控制量2。例如，在第二组所有相的电流供给被停止的情况下，第一电动机电流控制部40a将电动机2的要求电流值设定为第一组绕组的电流指令。在第二组的一相的电流供给被停止的情况下，第一电动机电流控制部40a将电动机2的要求电流值的2/3设定为第一组绕组的电流指令。本实施方式中，第一电动机电流控制部40a在第二组的所有相的电流供给被停止的情况下，计算出用于输出辅助转矩的第一组绕组的电流指令。第一电动机电流控制部40a在第二组的一相的电流供给被停止的情况下，计算出用于输出辅助转矩的2/3的第一组绕组的电流指令。
接着，第一电动机电流控制部40a在步骤S8中，根据第一组绕组的电流指令，利用电流反馈控制及PWM控制，输出对第一组的各开关元件进行导通截止控制的控制指令。第一异常检测部41a在步骤S9中，判定第一组控制系统有无异常。具体而言，第一异常检测部41a用各分流电阻33来检测对各开关元件进行导通截止时流过的电流，通过判定电流值是否正常，来判定异常部位。另外，第一异常检测部41a检测电动机2的绕组端子电压，通过判定是否与开关元件的导通截止相对应地出现规定电压，来判定异常部位。在即使经过规定时间实际电流也不接近电流指令的情况下，由于存在漏电的可能，因此，第一异常检测部41a也能够判断为异常。
第一异常检测部41a预先存储异常状态，在步骤S10中，经由通信线14对第二运算处理装置10b通知异常状态。若还有其它需要的信息，则包含在该处理中进行发送，能够提高效率。例如，还能够收发输入电路12的信息、控制量信息，来检查彼此的控制量运算的准确性。
接着，在步骤S13中，进行待机直到经过规定时间、例如5毫秒为止，在经过了规定时间的情况下(是)，返回步骤S2并再次以相同的顺序进行处理。对于第二运算处理装置10b也同样地执行上述那样的第一运算处理装置10a的处理动作，形成双重冗余系统(doubleredundant system)。
因此，在未发生异常的通常状态下，各运算处理装置10a、10b管理每1/2的电动机2的要求电流值，进行电动机2的控制。在一方发生了异常的情况下，正常的运算处理装置也能够管理发生了异常的控制系统的电动机2的要求电流值，来进行电动机2的控制。另外，不仅是自己的控制系统，对于对方的控制系统的异常也能够附加通知的功能，从而能够在异常发生时对驾驶员确实地进行通知，还能够通知是哪一侧的控制系统发生了异常。该异常通知例如基于步骤S9或步骤S11的异常时的输出，通过在步骤S10或步骤S12中进行来实现。
而且，对于电动机2的驱动，第一系统和第二系统如图3所示，成为以电气角错开30度的方式配置而成的结构，第一系统和第二系统必须按照该结构使控制指令的输出错开地输出。由此，可得到能够利用30度相位差控制来降低噪声、振动的效果。
本实施方式中，电动机电流控制部40a、40b构成为在双方组的绕组及控制系统为正常的情况下，对两组的绕组分担地提供电流，在一组绕组及控制系统发生了异常的情况下，将提供给异常发生组的所有相或一部分相的绕组的供电电流设为0，并且在异常发生时，使提供给正常组的绕组的供电电流增加至与正常时相比永磁体的不可逆退磁率增加的不可逆电流。
根据该结构，与正常时相比发生不可逆退磁的磁体的体积变大，与正常时相比发生不可逆退磁的范围所能够输出的转矩降低，但发生不可逆退磁的范围限于磁导系数较小的区域、例如气隙较大且磁体厚度较小的磁体的周向两端附近。由此，未发生不可逆退磁的大部分范围中，与增加供电电流的量相对应的能够输出的转矩会增加。其结果是，在电动机2整体中，能够输出的转矩增加，因此，通过与正常时相比使供电电流增加至不可逆电流，从而能够使转矩增加。本实施方式中，电动机电流控制部40a、40b构成为使供电电流增加至永磁体的不可逆退磁率与正常时相比至少增加10％以上(例如，与正常时相比永磁体的交链磁通降低10％以上)的不可逆电流。
图10中示出了在后述的实施方式5的10极12切槽的表面磁体型电动机中，使异常发生时提供给正常组的绕组的供电电流与正常时相比增加的情况下的退磁率。图10的横轴示出了异常时的电流相对于正常时的电流的增加率(异常时的电流/正常时的电流×100％)。图10的纵轴示出了异常时的不可逆退磁率相对于正常时的不可逆退磁率的恶化率(异常时的退磁率/正常时的退磁率×100％)。正常时的退磁率一般位于0.几％至几％的范围内。例如，在正常时的退磁率为1％的情况下，当退磁率的恶化率为1000％时，异常时的不可逆退磁率成为10％，当退磁率的恶化率为5000％时，异常时的不可逆退磁率成为50％。随着电流的增加率的增加，异常时的退磁率会增加，当电流的增加率在300％以上的情况下，退磁率的恶化率几乎成为恒定。
图11示出了图10的情况下的转矩增加率。图11的横轴与图10的横轴相同，示出了异常时的电流相对于正常时的电流的增加率。图11的纵轴示出了异常发生时的电动机2的转矩相对于电流的增加率为100％的情况下异常发生时的电动机2的转矩的增加率(异常发生时转矩/电流的增加率为100％的情况下异常发生时转矩×100％)。虽然随着电流的增加率的增加，图10的退磁率的恶化率会恶化，但永磁体中未发生不可逆退磁的部分所产生的转矩会增加。因此，例如在电流的增加率为200％的情况下，由于转矩的增加率超过140％，因而能够输出正常时的转矩的70％。若能够产生正常时的转矩的70％，则能够覆盖驾驶员所进行的大部分转向。
与本实施方式不同，在异常发生时不使正常组的供电电流增加、或者在异常发生时限制正常组的供电电流的增加，以使得不可逆退磁率不恶化，在此情况下，虽然能够避免不可逆退磁率的恶化，但在异常发生时电动机2的转矩将降低，转向性能变差。即，本实施方式中，牺牲了不可逆退磁率的恶化，来抑制异常发生时的转向性能的恶化，并优先确保驾驶性能。
本实施方式中，电动机电流控制部40a、40b构成为使供电电流增加至由于供电电流的增加而使得发生不可逆退磁的磁体的体积过度增加，从而电动机2的转矩不会下降的不可逆电流。具体而言，电动机电流控制部40a、40b构成为利用预先设定的上限不可逆电流，对异常发生时增加的提供给正常组的绕组的供电电流进行上限限制。上限不可逆电流预先设定为：利用发生不可逆退磁的磁体体积随着供电电流的增加而增加的特性、与电动机2的转矩随着供电电流的增加而增加的特性的平衡，对于供电电流的增加，电动机2的转矩成为最大的供电电流。
然而，异常发生时，若与正常时相比使正常组的绕组的供电电流增加，则与正常时相比正常组的绕组及开关元件的发热量也增加。本实施方式中，与该异常发生时的情况相对应地，设计电动机2的冷却性能，能够抑制异常发生时绕组及开关元件的温度上升，因此，能够继续使供电电流增加至不可逆电流。
另外，本实施方式中，如上所述形成为分布绕组，在将提供给异常发生组的绕组的供电电流设为0的情况下，与集中绕组相比，能够减小定子的磁动势高次谐波，因此，能够降低电动机2的振幅、噪声。由此，在异常发生时，能够减小因振动、噪声突然变大而给驾驶员带来的不安感，并且能够减小转向感觉的变化。特别地，若永磁体发生不可逆退磁，则转子的磁动势高次谐波变大，振动、噪声容易变大，然而即使转矩变大，也能够抑制振动、噪声的增加。另一方面，由于驾驶员较难注意到异常，因此，如上所述可以利用通知装置15向驾驶员通知异常。
实施方式2.
对实施方式2所涉及的电动机控制系统1进行说明。对于与上述实施方式1相同的构成部分省略说明。本实施方式所涉及的电动机控制系统1的基本结构与实施方式1相同，但在以下这点上不同，即：将电动机2的冷却性能考虑在内来使正常组的绕组的供电电流增加。
对于异常发生时正常组的绕组的发热量的增加，本实施方式所涉及的电动机2的冷却性能并不足够。因此，若继续使供电电流增加至不可逆电流，则可能导致正常组的绕组的温度过度上升，超过允许温度。因而，电动机电流控制部40a、40b构成为在发生异常的情况下，在使提供给正常组的绕组的供电电流增加至不可逆电流之后，逐渐使其减小。
根据该结构，通过继续使供电电流增加至不可逆电流，能够使正常组的绕组温度不会过度上升。例如，电动机电流控制部40a、40b构成为在异常发生时，利用上限电流对根据辅助转矩而设定的正常组的绕组的供电电流(电流指令)进行上限限制。上限电流的初始值例如设定为上述的上限不可逆电流等不可逆电流。而且，电动机电流控制部40a、40b在使正常组的绕组的供电电流增加至预先设定的不可逆电流的电流范围(例如为不可逆电流的最小值以上)的期间超过了预先设定的判定期间的情况下，以预先设定的斜率使上限电流逐渐减小至预先设定的最终值。根据该结构，能够利用判定期间来限制使正常组的供电电流增加的期间，能够使正常组的绕组温度不会过度上升。由于在经过判定期间之后强制性地使正常组的供电电流逐渐减小，因此能够防止转向性能的急剧恶化。
电动机电流控制部40a、40b构成为在使提供给正常组的绕组的供电电流逐渐减少之后，再次允许其增加至不可逆电流。根据该结构，在正常组的绕组温度降低之后，再次利用驾驶员的方向盘操作来增加辅助转矩的情况下，能够使正常组的供电电流增加，能够确保转向性能。例如，电动机电流控制部40a、40b在使上限电流减小至最终值之后，使上限电流恢复至上限不可逆电流等的初始值，允许提供给正常组的绕组的供电电流增加至不可逆电流。
实施方式3.
对实施方式3所涉及的电动机控制系统1进行说明。对于与上述实施方式1相同的构成部分省略说明。本实施方式所涉及的电动机控制系统1的基本结构与实施方式1相同，但在以下这点上不同，即：将电动机2的冷却性能考虑在内来使正常组的绕组的供电电流增加。
与实施方式2同样地，对于异常发生时正常组的绕组的发热量的增加，本实施方式所涉及的电动机2的冷却性能并不足够。本实施方式中，电动机电流控制部40a、40b构成为在使提供给正常组的绕组的供电电流逐渐减少之后，禁止其再次增加至不可逆电流。根据该结构，由于禁止使其再次增加至不可逆电流，因此，无需在正常组的绕组的供电电流增加之后，再次减少供电电流，能够基于一半的辅助转矩来执行持续的辅助。
例如，电动机电流控制部40a、40b与上述实施方式2同样地，构成为在异常发生时，利用上限电流对根据辅助转矩而设定的正常组的绕组的供电电流(电流指令)进行上限限制。上限电流的初始值例如设定为上述上限不可逆电流等不可逆电流。而且，电动机电流控制部40a、40b在使正常组的绕组的供电电流增加至预先设定的不可逆电流的电流范围(例如为不可逆电流的最小值以上)的期间超过了预先设定的判定期间的情况下，以预先设定的斜率使上限电流逐渐减小至预先设定的最终值。而且，电动机电流控制部40a、40b在使上限电流减少至最终值之后，将上限电流设定为正常时的最大电流。尤其是在由于电动机2的冷却性能非常不足等原因而将最终值设定得比正常时的最大电流要低很多的情况下，正常组的供电电流在增加后降低得比正常时的供电电流要低，导致转向性能暂时恶化。根据上述结构，能够确保一次使供电电流增加至不可逆电流的回避操作，并且能够使回避操作后的暂时的转向性能的恶化仅为一次。
实施方式4.
对实施方式4所涉及的电动机控制系统1进行说明。对于与上述实施方式1相同的构成部分省略说明。本实施方式所涉及的电动机控制系统1的基本结构与实施方式1相同，但电动机控制系统1停止之后的处理不同。
本实施方式中，电动机电流控制部40a、40b构成为在发生异常的情况下，一旦电动机控制系统1停止之后，不会再次启动电动机控制系统1。异常发生时，若使正常组的绕组的供电电流增加至不可逆电流，则由于不可逆退磁会使永磁体的磁力降低。至少到车辆安全地停车在能进行车辆检查、维护的场所等，使点火开关7截止，且电动机控制系统1停止为止，利用电动机控制系统1进行转向辅助，在此之后，由于系统发生异常，永磁体的磁力降低，因此，不利用电动机2进行转向辅助。
实施方式5.
对实施方式5所涉及的电动机控制系统1进行说明。对于与上述实施方式1相同的构成部分省略说明。本实施方式所涉及的电动机控制系统1的基本结构与实施方式1相同，但控制电路部4由1个CPU构成这一点及绕组方式是不同的。
本实施方式中，图6中示出了电动机控制系统1的简要结构图，如图6所示，成为综合了第一组控制系统和第二组控制系统后的处理电路结构。控制电路部4具有1个运算处理装置10(CPU)和运算处理装置10用的存储装置17，来作为实现第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b、第一异常检测部41a及第二异常检测部41b的功能的处理电路。第一电动机电流控制部40a及第二电动机电流控制部40b构成为在运算处理装置10内能够彼此传递信息的结构。控制电路部4具有第一电动机电流控制部40a用的第一驱动电路11a、以及第二电动机电流控制部40b用的第二驱动电路11b。输入电路12构成为第一运算处理装置10a和第二运算处理装置10b通用。控制电路部4具有驱动通知装置15的通用的通知装置驱动电路16。
另外，即使在利用1个运算处理装置10构成的情况下，也能够独立地设置第一组控制系统的软件和第二组控制系统的软件的结构，其控制指令值等运算值也存储于存储装置17的不同区域，由此能够形成冗余系统。另外，通过将运算处理装置10的输出端口以作为第一驱动电路11a用和第二驱动电路11b用的方式分割成不同的端口，由此即使在一个端口发生异常的情况下，也能够利用另一个端口继续对第一驱动电路11a或第二驱动电路11b进行输出。而且，通过将运算处理装置10单一化、集中化，与实施方式1相比能够缩小控制电路部4的规模，另外，通过节省通信线14，能够防止因噪声等而引起的通信错误的发生，能够强化可靠性。
图7中示出了以与本实施方式所涉及的电动机2的轴向正交的平面截断后得到的剖视图。通过对将多个(本例中为12个)切槽21(齿)配置成圆周状后得到的薄钢板进行层叠，从而构成定子20。在该定子20的径向内侧，呈同心圆状地配置有转子23。在转子23的外周部，在周向上按照N极、S极的顺序配置有永磁体22(本例中为10极)。
定子20的各个齿上卷绕有1个相的绕组。第一组绕组和第二组绕组分别卷绕于彼此相邻的齿。具体而言，第一组的U相(U1)的绕组在被卷绕于规定的齿之后，卷绕于第6个齿。按照如下顺序规则地进行卷绕，即：将第二组的U相(U2)绕组卷绕于第一组的U相(U1)相邻的齿，将第一组的V相(V1)绕组卷绕于相邻的齿，将第二组的V相(V2)绕组卷绕于相邻的齿，将第一组的W相(W1)绕组卷绕于相邻的齿，将第二组的W相(W2)绕组卷绕于相邻的齿。如上所述，两组绕组以相互交替的方式卷绕在周向上，且形成为具有预先设定的相位差(本例中为30度)的集中绕组。
如图8所示，各组绕组连接成各相的绕组的终端进行星形接线。在各组分别具有3个绕组的终端，且该绕组的终端分别独立地连接至对应组的逆变器3a、3b(本例中为电动机继电器用开关元件34)。另外，2组的绕组设置为分散在1个定子的周向上，但是对于1个转子，可以串联地将设置有第一组绕组的定子和设置有第二组绕组的定子配置成2组，即所谓的串联式电动机。
另外，在将提供给异常发生组的绕组的供电电流设为0的情况下，由于在集中绕组中第一组绕组和第二组绕组卷绕于彼此不同的齿，因此，异常组和正常组的磁耦合、即互感变小，因提供给正常组的供电电流而产生的提供给异常组的电动势变小，因此，具有施加至异常组的过负载电压变小的优点。因此，能够在保持提供给异常组的过负载电压变小的情况下增大转矩。本实施方式中，对10极12切槽的集中绕组进行了说明，但是并不限于10极12切槽，也可以为其它极数和切槽数。
实施方式6.
对实施方式6所涉及的电动机控制系统1进行说明。对于与上述实施方式1相同的构成部分省略说明。本实施方式所涉及的电动机控制系统1的基本结构与实施方式1相同，但卷绕方式不同。
图9中示出了以与本实施方式所涉及的电动机2的轴向正交的平面截断后得到的剖视图。与实施方式5相同，构成为10极12切槽的集中绕组。然而，与实施方式5不同，形成为两组绕组在周向上分成2部分被卷绕而成的集中绕组。第一组绕组被卷绕于图9中左侧的6个齿，第二组绕组被卷绕于图9中右侧的6个齿。
通过如上述那样配置各组绕组，由此无需实施方式1所示的30度的相位差控制、以及组间的绕组的干扰对策。其结果是，第一电动机电流控制部40a与第二电动机电流控制部40b之间无需取得严格的同步。另外，在周向上将定子20整体一分为二，且分别分配给各组绕组，但也可以在周向上将定子20整体一分为四，且分别分配给各组绕组。而且，也可以是三角形接线。
实施方式7.
对实施方式7所涉及的电动机控制系统1进行说明。对于与上述实施方式1相同的构成部分省略说明。本实施方式所涉及的电动机控制系统1的基本结构与实施方式1相同，但异常发生时的通电相位的设定方法不同。
本实施方式中，电动机电流控制部40a、40b构成为在发生异常的情况下，在使提供给正常组的绕组的供电电流增加至不可逆电流时，将通电相位设定为转矩成为最大的相位。即，异常发生时也执行最大转矩电流控制。在正常时和异常发生时，对各组绕组的通电状态是不同的，但是通过都设定为成为最大转矩的电流相位，由此，即使在异常发生时，也能够最大限度地提高电动机2的辅助转矩。
实施方式8.
对实施方式8所涉及的电动机控制系统1进行说明。本实施方式中，对各组绕组采用在表面形成有树脂层的绕组。根据该结构，能够抑制在使提供给正常组的绕组的供电电流增加至不可逆电流的情况下的绕组的温度上升。
另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。
工业上的实用性
本发明能适用于具有电动机和对电动机进行控制的控制装置的电动机控制系统、以及具有该电动机控制系统的电动助力转向装置，所述电动机具备设置有2组多相绕组的定子和设置有永磁体的转子，对车辆的转向机构进行驱动。
标号说明
1电动机控制系统，2电动机，3a、3b逆变器，4控制装置，10a第一运算处理装置，10b第二运算处理装置，20定子，22永磁体，23转子，31、32开关元件，34继电器电路。

Claims (18)

1.一种电动机控制系统，
该电动机控制系统包括驱动车辆的转向机构的电动机、以及控制所述电动机的控制装置，其特征在于，
所述电动机具有设置有2组多相绕组的定子和设置有永磁体的转子，
所述控制装置具有对提供给各组的所述绕组的供电电流进行控制的两组控制系统，在两组所述绕组及所述控制系统正常的情况下，对两组所述绕组分担地提供电流，在一组所述绕组及所述控制系统发生异常的情况下，将提供给异常发生组的所有相或者一部分相的所述绕组的供电电流设为0，并且使提供给正常组的所述绕组的供电电流增加至与正常时相比所述永磁体的不可逆退磁率增加的不可逆电流，并在增加至所述不可逆电流之后，使其逐渐减小。
2.如权利要求1所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述控制装置在使提供给正常组的所述绕组的供电电流逐渐减小之后，允许使其再次增加至所述不可逆电流。
3.如权利要求1所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述控制装置在使提供给正常组的所述绕组的供电电流逐渐减小之后，禁止使其再次增加至所述不可逆电流。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述控制装置在发生了异常的情况下，将异常发生组的所述控制系统所具有的逆变器的所有相或一部分相的开关元件截止，将提供给异常发生组的所有或一部分的所述绕组的电流指令值设为0，或者将连接至异常发生组的各相的所述绕组的连接线上所设置的继电器电路截止。
5.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述电动机的2组所述绕组以彼此交替的方式卷绕在周向上，并形成为具有预先设定的相位差的分布绕组或集中绕组。
6.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述电动机的2组所述绕组形成为在周向上一分为二地进行卷绕而成的分布绕组或集中绕组。
7.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述控制装置在发生了异常的情况下，对一组发生了异常的情况进行通知。
8.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述控制装置具有对提供给第一组的所述绕组的供电电流进行控制的第一运算处理装置，以及对提供给第二组的所述绕组的供电电流进行控制的第二运算处理装置，所述第一运算处理装置及所述第二运算处理装置分别在检测出自己或者对方的运算处理装置的异常的情况下，对发生了异常的情况进行通知。
9.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制系统，其特征在于，
第一组的所述绕组的所述控制系统和第二组的所述绕组的所述控制系统构成为相互独立的控制系统。
10.一种电动助力转向装置，其特征在于，
具有如权利要求1至9中任一项所述的电动机控制系统。
11.一种电动机控制系统，
该电动机控制系统包括驱动车辆的转向机构的电动机、以及控制所述电动机的控制装置，其特征在于，
所述电动机具有设置有2组多相绕组的定子和设置有永磁体的转子，
所述控制装置具有对提供给各组的所述绕组的供电电流进行控制的两组控制系统，在两组所述绕组及所述控制系统正常的情况下，对两组所述绕组分担地提供电流，在一组所述绕组及所述控制系统发生异常的情况下，将提供给异常发生组的所有相或者一部分相的所述绕组的供电电流设为0，并且使提供给正常组的所述绕组的供电电流增加至与正常时相比所述永磁体的不可逆退磁率增加的不可逆电流，
在发生了异常的情况下，在一旦停止了所述电动机控制系统之后，不再次进行所述电动机控制系统的再启动。
12.如权利要求11所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述控制装置在发生了异常的情况下，将异常发生组的所述控制系统所具有的逆变器的所有相或一部分相的开关元件截止，将提供给异常发生组的所有或一部分的所述绕组的电流指令值设为0，或者将连接至异常发生组的各相的所述绕组的连接线上所设置的继电器电路截止。
13.如权利要求11或12所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述电动机的2组所述绕组以彼此交替的方式卷绕在周向上，并形成为具有预先设定的相位差的分布绕组或集中绕组。
14.如权利要求11或12所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述电动机的2组所述绕组形成为在周向上一分为二地进行卷绕而成的分布绕组或集中绕组。
15.如权利要求11或12所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述控制装置在发生了异常的情况下，对一组发生了异常的情况进行通知。
16.如权利要求11或12所述的电动机控制系统，其特征在于，
所述控制装置具有对提供给第一组的所述绕组的供电电流进行控制的第一运算处理装置，以及对提供给第二组的所述绕组的供电电流进行控制的第二运算处理装置，所述第一运算处理装置及所述第二运算处理装置分别在检测出自己或者对方的运算处理装置的异常的情况下，对发生了异常的情况进行通知。
17.如权利要求11或12所述的电动机控制系统，其特征在于，
第一组的所述绕组的所述控制系统和第二组的所述绕组的所述控制系统构成为相互独立的控制系统。
18.一种电动助力转向装置，其特征在于，
具有如权利要求11至17中任一项所述的电动机控制系统。
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