JP2008037380A - 電動パワーステアリング用モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ電流の検出異常時、モータ電流の検出値を用いることなく交流モータの駆動を継続的に制御できる電動パワーステアリング用モータ駆動装置の提供を課題とする。
【解決手段】上記課題は、電流指令器２２２から出力された電流指令値Ｉｏとモータ電流値Ｉｓに応じて電流制御器２２３から第１モータ電圧指令値Ｖｏ１を出力する制御系に加え、速度指令器２６０から出力された速度指令値ωｏと電流指令値Ｉｏとモータ速度値ωｓに応じて速度制御器２６２から第２モータ電流指令値Ｖｏ２出力する制御系を備え、モータ電流の検出が異常の時には、第２モータ電圧指令値Ｖｏ２を用いて交流モータの駆動を制御することにより、解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のステアリング装置に操舵用の電動力を供給する電動パワーステアリング用モータ駆動装置に関し、代表的にはモータ電流検出の異常時にもモータの駆動制御を継続させるための技術に関する。

電動パワーステアリング用モータ駆動装置のモータ駆動制御の背景技術としては、例えば特許文献１，２に開示されたものが知られている。特許文献１には、モータに流す電流の目標値が所定値未満であり、検出されたモータ電流に異常がある時は、モータ電流制御を、検出されたモータ電流とモータ電流目標値に応じてモータ電流を制御するクローズドループ制御から、モータ目標電流値に応じてモータ電流を制御するオープンループ制御にする技術が開示されている。特許文献２には、電流検出回路の故障が検出した時は、直流モータを、操舵トルクの大きさに応じたフィードバック系の駆動から、オープンループ系の駆動に切換える技術が開示されている。

特開２００２−８７３０４号公報 特開２００５−８８８７７号公報

近年、電動パワーステアリング装置にはさらなる高出力化、きめ細かなモータ制御による操作性の向上が要求されている。このため、最近では、電動力を発生するモータを直流モータからブラシレスＤＣモータなどの交流モータとし、この交流モータを、ベクトル制御を用いてインバータ装置により駆動する電動パワーステアリング装置が提案され、自動車に搭載されている。ベクトル制御は、交流モータに供給されるモータ電流を検出してこれをフィードバック入力し、その検出されたモータ電流とトルク指令値から決定された電流指令値に応じて、交流モータに印加される交流電圧を制御するためのモータ電圧指令値を決定するものである。

ところが、ブラシレスＤＣモータなどの交流モータの駆動制御にベクトル制御を用いた場合、背景技術のように、制御系として完全なオープンループ系を採用することができない。このため、例えば電流センサの故障などによりモータ電流の検出に異常があった場合には、背景技術のように、制御系をオープンループ系に切り換えてモータの駆動制御を継続させることができない。

本発明は、モータ電流の検出異常時、モータ電流の検出値を用いることなく交流モータの駆動を継続的に制御できる電動パワーステアリング用モータ駆動装置を提供する。

ここに、本発明は、トルク指令値に基づくモータ電流指令値と検出されたモータ電流値に応じてモータ電圧指令値を決定する制御系に加え、トルク指令値に基づくモータ速度指令値とモータ電流指令値とに応じてモータ電圧指令値を決定する制御系を備え、モータ電流の検出が異常の時には、後者の制御系のモータ電圧指令値を用いて交流モータの駆動を制御することを特徴とする。

後者の制御系は、モータ速度を用いたモータ電圧モデル式によりモータ電圧指令値を決定する。モータ電流の検出が正常な時には、前者の制御系のモータ電圧指令値を用いて交流モータの駆動を制御する。

本発明によれば、トルク指令値に基づくモータ速度指令値とモータ電流指令値とに応じてモータ電圧指令値を決定する制御系を備えたので、モータ電流の検出異常時にはモータ電流の検出値とは関係なしにモータ電圧指令値を決定でき、そのモータ電圧指令値に応じた信号をＰＷＭ変調して出力し、交流モータに交流電圧を印加するインバータの駆動を制御できる。従って、本発明によれば、モータ電流の検出異常時、モータ電流の検出値を用いることなく交流モータの駆動を継続的に制御できる。

本発明によれば、モータ電流の検出異常時、モータ電流の検出値を用いることなく交流モータの駆動を継続的に制御できるので、モータ電流の検出異常時にも、運転者の操舵に応じて操舵用の電動力をステアリング装置に継続的に供給できる。従って、本発明によれば、ロバスト性に優れ、高性能で信頼性の高い電動パワーステアリング用モータ駆動装置を提供できる。

図１乃至図６を用いて、本発明が適用された電動パワーステアリング装置用モータ駆動装置の実施例を説明する。

尚、本実施例において説明するモータ駆動装置の構成は、電動ブレーキ装置など他の電動車載補機に用いられるモータ駆動装置や、家電用品或いは産業機器に用いられるモータ駆動装置に適用しても構わない。特にモータ電流の検出異常時にも交流モータ駆動の継続的な制御が必要であるモータ駆動装置への適用が好ましい。

また、本実施例では、モータ駆動装置に搭載されるモータとして、永久磁石式交流同期モータ（ブラシレスＤＣモータ）を用いた場合を例に挙げて説明するが、交流誘導モータなど他の交流モータを用いても構わない。

まず、図６を用いて、本実施例のモータ駆動装置を適用した電動パワーステアリング装置の構成を説明する。

電動パワーステアリング装置は、ステアリング装置にモータ駆動装置を付加し、運転者が操作するステアリングＳＴからマニュアルステアリングギアＳＴＧに伝達される回転駆動力をモータ１００の回転駆動力で補い、ステアリングＳＴに対する運転者の操作量を軽減（アシスト）するように構成されている。運転者の回転操作によってステアリングＳＴが回転すると、その回転駆動力はロッドＲＯを介してマニュアルステアリングギアＳＴＧに減速して伝達される。また、モータ１００が駆動されると、その駆動力はマニュアルステアリングギアＳＴＧに減速して伝達される。この減速して伝達された回転駆動力は左右のタイロッドＴＲ１，ＴＲ２に伝達されて左右の車輪ＷＨ１，ＷＨ２に伝達される。これにより、左右の車輪ＷＨ１，ＷＨ２が舵取される。

モータ駆動装置は、操舵用の回転駆動力を発生するモータ１００と、モータ１００の駆動を制御するインバータ装置（モータ制御装置）２００とを備えている。モータ１００はバッテリＢＡを駆動電源とするものであり、マニュアルステアリングギアＳＴＧの近傍に取り付けられて、その出力軸がギアＧＥを介してマニュアルステアリングギアＳＴＧに機械的に接続されている。インバータ装置２００は、バッテリＢＡから供給された直流電力を３相交流電力に変換してモータ１００に供給し、モータ１００の駆動を制御する。これにより、モータ１００は操舵用の回転駆動力をマニュアルステアリングギアＳＴＧにギヤＧＥを介して供給する。

ギヤＧＥは、ウォーム及びホイールからなる又は遊星ギヤからなる減速機構、或いは油圧機構を用いたトルク伝達機構などによって構成されている。ロッドＲＯには、ステアリングＳＴに与えられた回転駆動力（トルク）を検出するためのトルクセンサＴＳが取り付けられている。トルクセンサＴＳの出力信号は、モータ１００から出力されるトルクを制御するために、インバータ装置２００に出力される。

尚、本実施例では、ラック＆ピニオンギアの近傍にモータ１００を取り付けたラック型電動パワーステアリング装置を例に挙げて説明する。電動パワーステアリング装置としては、ステアリングの近傍にモータを取り付けたコラム型電動パワーステアリング装置などもある。本実施例のモータ駆動装置はそのコラム型電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。

次に、図１乃至図５を用いて、本実施例のモータ駆動装置の構成及び動作を詳細に説明する。

モータ１００は、図１に示すように、３相の電機子巻線１０２Ｕ〜１０２Ｗがステータコアに巻かれて構成されたステータと、このステータの内周側に空隙を介して回転可能に配置されたロータ１０１と、ロータ１０１の磁極位置を検出するためのセンサ素子部を構成する回転位置検出器１０３とを備えている。電機子巻線１０２Ｕ〜１０２Ｗはスター結線により構成されている。ロータ１０１は、複数の磁極の極性（径方向の着磁方向）が周方向に交互になるように、磁極を構成する複数の永久磁石がロータコアの外周表面に所定の間隔をもって固着されて構成されている。

インバータ装置２００は、バッテリＢＡから供給された直流電力を３相交流電力に変換するための電力系主回路を構成するインバータ回路（パワーモジュール部）２１０と、インバータ回路２１０のスイッチング動作を制御するための制御系回路を構成する制御モジュール部２２０とを備えている。制御モジュール部２２０は、ドライバ回路２２７，電流検出回路２２８，回転位置検出回路２２９，操作量指令器１１０及び制御器２２１などの回路を備えている。

インバータ回路２１０は、制御モジュール部２２０から出力されたゲート駆動信号（デッドタイム信号を含む）を受けてスイッチング動作する６個のスイッチング素子である電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」と記述する）２１１Ａ〜２１１Ｆによって構成されている。バッテリＢＡの正極側（ハイサイド）に接続されたＦＥＴ２１１Ａ〜２１１Ｃと、バッテリＢＡの負極側（ローサイド）に接続されたＦＥＴ２１１Ｄ〜２１１Ｆは同相のもの同士、電気的に直列に接続され、アームと呼ばれる直列回路を構成している。これにより、バッテリＢＡの正負極間には３相分のアームが電気的に並列に接続され、ブリッジ回路が構成される。各アームの中点には、対応する相の電機子巻線１０２Ｕ〜１０２Ｗが電気的に接続されている。

インバータ回路２１０がスイッチング動作すると、バッテリＢＡから供給された直流のバッテリ電圧Ｅｄは３相交流のモータ印加電圧Ｖｓ（Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗ）に変換される。変換されたモータ印加電圧Ｖｓ（Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗ）は、対応する電機子巻線１０２Ｕ〜１０２Ｗに印加される。これにより、電機子巻線１０２Ｕ〜１０２Ｗに電流が流れて回転磁界が発生し、その回転磁界とロータ１０１の永久磁石が発生する磁束との磁気的作用によってロータ１０１が回転する。これにより、モータ１００からトルク（回転駆動力）τｍが出力される。

制御モジュール部２２０には、インバータ回路２１０のスイッチング動作を制御するために、ロータ１０１の回転位置（磁極位置）を検出するためのセンサの出力信号（検出信号）、及び３相の電機子巻線１０２Ｕ〜１０２Ｗに供給されるモータ電流を検出するためのセンサの出力信号（検出信号）が、トルクセンサＴＳの出力信号（検出信号）と共に入力されている。

ロータ１０１の回転位置（磁極位置）は、レゾルバ，エンコーダ，ホールＩＣ，ホール素子及び磁気抵抗素子などから構成された回転位置検出器１０３（センサ素子部）と、回転位置検出器１０３の出力に基づく出力信号を出力する回転位置検出回路２２９（センサ回路部）とを備えた回転位置検出手段（回転位置センサ）によって検出される。回転位置検出回路２２９の出力信号は入力情報として制御器２２１に出力される。制御器２２１はその信号からロータ磁極位置を検出する。

尚、制御器２１において検出されたロータ磁極位置は制御上、角度位置Ｐｓとして扱われる。ここで、角度には機械角と電気角があり、角度位置Ｐｓに用いられる角度は電気角である。ちなみに機械角はロータ１０１の１回転を３６０度、電気角はロータ１０１の磁極（極対）の角度を３６０度とするものであり、両方の角度間には電気角３６０度＝機械角３６０度／極対数の関係がある。

電機子巻線１０２Ｕ〜１０２Ｗに流れるモータ電流は、ＦＥＴ２１１Ｄ〜２１１ＦとバッテリＢＡの負極側との間に直列に接続されたシャント抵抗２１２Ａ〜２１２Ｃ（センサ素子部）と、差動増幅器及びフィルタ回路などから構成された電流検出回路２２８（センサ回路部）とを備えた電流検出手段（電流センサ）によって検出される。具体的に電流検出手段は、シャント抵抗２１２Ａ〜２１２Ｃの端子間の電位差を差動増幅器により求めてその電位差に基づくパルス状の電圧信号を増幅し、この増幅信号を出力信号として制御器２２１に出力する。フィルタ回路は、ＦＥＴ２１１Ｄ〜２１１Ｆのスイッチング動作によるノイズの影響を受け難くするために、例えば差動増幅器の入力側に設けられ、差動増幅器の入力に含まれるノイズ成分を除去する。制御器２２１は、入力情報として電流検出回路２２８の出力信号を入力し、その信号からモータ電流検出値ＩＵｓ，ＩＶｓ，ＩＷｓを検出する。

モータ１００から出力されるトルクは、トルクセンサＴＳの出力信号に基づいて操作量指令器１１０が演算する。操作量指令器１１０は、トルクセンサＴＳの出力信号に基づく操舵状態量（操舵角や操舵トルクなど）に車両状態量（車両速度や路面状態など）を加味してトルク指令値τ０を演算し、そのトルク指令値τ０を入力情報として制御器２２１に出力する。

制御器２２１は、モータ電流検出値ＩＵｓ，ＩＶｓ，ＩＷｓ、トルク指令値τ０及び角度位置Ｐｓに基づいて、モータ印加電圧Ｖｓ（Ｖｓｕ，Ｖｓｖ，Ｖｓｗ）を制御するためのモータ電圧指令値を演算し、そのモータ電圧指令値に対応したモータ電圧指令信号（正弦波を基本波とするＰＷＭ変調波）Ｗｖ（Ｗｖｕ，Ｗｖｖ，Ｗｖｗ）をＰＷＭ搬送波（三角波）でＰＷＭ変調してドライバ回路２２７に出力する。ドライバ回路２２７には、幅が変調された３アーム分（６つ）のドライブ信号ＰＷＭ（矩形波状のパルス信号）が入力される。

ドライバ回路２２７は、入力されたドライブ信号ＰＷＭに基づいて、各スイッチング素子のゲートに入力されるゲート駆動信号を生成し、各スイッチング素子のゲートに出力する。

制御器２２１はマイコンによって構成されており、機能的に電流指令器２２２，電流制御器２２３，波形制御手段２２４，電流変換器２２５，ＰＷＭ変調器２２６，速度指令器２６０，速度変換器２６１，速度制御器２６２，出力電圧指令選択器２６３及び電流異常検出器２６４を備えている。制御器２２１には、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が設けられている。

電流指令器２２２は、モータ１００のトルク定数などに基づいて予め設定した電流指令マップ（トルク指令値τｏに対する電流指令値の関係を示すテーブル）を備えている。そこで、電流指令器２２２は、その電流指令マップを参照して、ベクトル制御を行うために必要な電流指令値Ｉｏ（トルク電流指令（ｑ軸電流指令）及び励磁電流指令（ｄ軸電流指令））を、入力されたトルク指令値τｏに基づいて演算する。電流指令値Ｉｏは電流制御器２２３及び速度制御器２６２に出力される。

電流変換器２２５はモータ電流検出値ＩＵｓ，ＩＶｓ，ＩＷｓ及び角度位置Ｐｓを入力し、それらに基づいてモータ電流値Ｉｓ（トルク電流値Ｉｑ（ｑ軸電流値）と励磁電流値Ｉｄ（ｄ軸電流値））を演算する。すなわちモータ電流検出値ＩＵｓ，ＩＶｓ，ＩＷｓを角度位置Ｐｓに基づいて２相３相変換する。モータ電流値Ｉｓは電流制御器２２３に出力される。

ここで、電流変換器２２５に入力されるモータ電流検出値ＩＵｓ，ＩＶｓ，ＩＷｓは次のように検出される。ＦＥＴ２１１Ａ〜２１１Ｃがオフ（ＦＥＴ２１１Ｄ〜２１１Ｆがオン）になると、各相のモータ電流がＦＥＴ２１１Ｄ〜２１１Ｆ（ＦＥＴ内のダイオードを含む）とシャント抵抗２１２Ａ〜２１２Ｃを流れ、シャント抵抗２１２Ａ〜２１２Ｃの両端に電位が生じる。シャント抵抗２１２Ａ〜２１２Ｃの両端の電位は電流検出回路２２８の差動増幅器に入力され、その差分（電位差）が求められる。その電位差は増幅されてシャント電圧波形信号として電流検出回路２２８から制御器２２１に出力される。シャント電圧波形信号は、制御器２２１のＡ／Ｄ変換器によってアナログ信号からデジタル信号に変換されると共に、信号レベルが変換される。これにより、制御器２２１においてモータ電流が検出され、モータ電流検出値ＩＵｓ，ＩＶｓ，ＩＷｓとして電流変換器２２５に出力される。

電流制御器２２３はモータ電流値Ｉｓ及び電流指令値Ｉｏを入力し、モータ電流値Ｉｓが電流指令値Ｉｏに一致するように、それらの比較結果（差分）に基づいて第１出力電圧指令値Ｖｏ１（第１トルク電圧値Ｖｑ１（第１ｑ軸電圧値）と第１励磁電圧値Ｖｄ１（第１ｄ軸電圧値））を演算する。第１出力電圧指令値Ｖｏ１は出力電圧指令選択器２６３に出力される。

電流指令器２２２，電流制御器２２３及び電流変換器２２５は制御器２２１内において電流制御系（第１制御系）を構成している。本実施例では、モータ電流検出正常時、電流制御系を用いてモータ１００の駆動を制御している。

速度指令器２６０は、モータ１００のトルクに対するモータ１００の速度動作点の関係に基づいて予め設定した速度指令マップ（トルク指令値τｏに対する速度指令値の関係を示すテーブル）を備えている。そこで、速度指令器２６０は、その速度指令マップを参照して、正常なモータ電流検出値が得なれない時に、モータ１００の駆動を制御するために必要な速度指令値ωｏを、入力されたトルク指令値τｏに基づいて演算する。速度指令値ωｏは速度制御器２６２に出力される。

速度変換器２６１は角度位置Ｐｓを入力し、その変化量に基づいてモータ速度値ωｓを演算している。モータ速度値ωｓは速度制御器２６２に出力される。

速度制御器２６２は、第２出力電圧指令値Ｖｏ２（第２トルク電圧値Ｖｑ２（第２ｑ軸電圧値）と第２励磁電圧値Ｖｄ２（第２ｄ軸電圧値））を算出するための電圧モデル式を備えており、その電圧モデル式を用いて第２出力電圧指令値Ｖｏ２を演算している。そこで、速度制御器２６２は、速度指令値ωｏ，モータ速度値ωｓ及び電流指令値Ｉｏを入力し、モータ速度値ωｓが速度指令値ωｏに一致するように、速度指令値ωｏとモータ速度値ωｓとの比較結果（差分）及び電流指令値Ｉｏに基づいて電圧モデル式から第２出力電圧指令値Ｖｏ２を演算する。第２出力電圧指令値Ｖｏ２は出力電圧指令選択器２６３に出力される。

尚、速度制御器２６２の具体的な構成は図２を用いて後述する。

速度指令器２６０，速度制御器２６２及び速度変換器２６１は制御器２２１内において速度制御系（第２制御系）を構成している。本実施例では、モータ電流検出異常時、制御系を前述の電流制御系から速度制御系に切り換え、その速度制御系を用いてモータ１００の駆動を制御している。このように、本実施例では、モータ電流の検出値に用いることなくモータ１００の駆動を制御できるので、モータ電流検出異常が生じても、モータ１００の駆動制御を継続できる。

電流異常検出器２６４は、電流検出回路２２８の出力信号（シャント電圧波形信号或いはモータ電流検出値ＩＵｓ，ＩＶｓ，ＩＷｓ）に基づいて、電流検出回路２２８或いはシャント抵抗２１２Ａ〜２１２Ｃなどの故障によるモータ電流の検出異常を検出する。この異常検出では、例えばモータ電流検出値ＩＵｓ，ＩＶｓ，ＩＷｓが予め設定した範囲外の値になった場合に異常と判定する。異常検出の結果、モータ電流検出が異常である場合には、電流異常検出器２６４はモータ電流検出異常信号を、モータ電流検出が正常である場合には、電流異常検出器２６４はモータ電流検出正常信号を、駆動モード（制御系）を切り換えるための信号として出力電圧指令選択器２６３に出力する。

出力電圧指令選択器２６３は、第１出力電圧指令値Ｖｏ１，第２出力電圧指令値Ｖｏ２及び電流異常検出器２６４の出力信号を入力し、電流異常検出器２６４の出力信号に基づいて第１出力電圧指令値Ｖｏ１及び第２出力電圧指令値Ｖｏ２のいずれか一方の電圧指令値を波形制御手段２２４に出力する。ここで、出力電圧指令選択器２６３は、電流異常検出器２６４からモータ電流検出正常信号が出力された場合には第１出力電圧指令値Ｖｏ１を、モータ電流検出異常信号が出力された場合には第２出力電圧指令値Ｖｏ２を波形制御手段２２４に出力する。

波形制御手段２２４は、第１出力電圧指令値Ｖｏ１及び第２出力電圧指令値Ｖｏ２のいずれか一方，角度位置Ｐｓを入力し、それらに基づいて３相のモータ電圧指令値を演算する。すなわち第１出力電圧指令値Ｖｏ１及び第２出力電圧指令値Ｖｏ２のいずれか一方を角度位置Ｐｓに基づいて２相３相変換する。３相のモータ電圧指令値はモータ電圧指令信号（正弦波を基本波とするＰＷＭ変調波）Ｗｖ（Ｗｖｕ，Ｗｖｖ，Ｗｖｗ）としてＰＷＭ変調器２２６に出力される。

ＰＷＭ変調器２２６は、三角波発生器から出力されたＰＷＭ搬送波及びモータ電圧指令信号Ｗｖを入力し、モータ電圧指令信号ＷｖとＰＷＭ搬送波Ｗｃとを比較して、各相上下アームのスイッチング素子を駆動するためのドライブ信号ＰＷＭをドライバ回路２２７に出力する。

図３は、ドライバ回路２２７に出力される各相上アームのドライブ信号ＰＷＭ（ＰＷＭパルス信号ＵｇＨ，ＵｇＬ，ＶｇＨ，ＶｇＬ，ＷｇＨ，ＷｇＬ）例であり、各相のモータ電圧指令信号Ｗｖ（Ｗｖｕ，Ｗｖｖ，Ｗｖｗ）とＰＷＭ搬送波Ｗｃとの比較により、パルス幅が変調されたパルス信号が出力されている。

以上説明したように、本実施例では、モータ電流検出が正常な場合には、トルク指令値τｏに基づいて算出された電流指令値Ｉｏに、検出されたモータ電流値Ｉｓが一致するように第１出力電圧指令値Ｖｏ１を出力し、第１出力電圧指令値Ｖｏ１に基づいてモータ電圧指令信号を発生させ、モータ電圧指令信号をＰＷＭ変調して出力し、モータ電流検出が異常な場合には、トルク指令値τｏに基づいて算出された速度指令値ωｏに、検出されたモータ速度値ωｓが一致するように第２出力電圧指令値Ｖｏ２を出力し、第２出力電圧指令値Ｖｏ２に基づいてモータ電圧指令信号を発生させ、モータ電圧指令信号をＰＷＭ変調して出力するようにしたので、すなわちモータ電流検出異常の有無に応じて、電流制御系と速度制御系とを切り換えてモータ１００の駆動を制御するようにしたので、モータ電流の検出異常時にはモータ電流の検出値とは関係なしにモータ電圧指令値を決定でき、そのモータ電圧指令値に応じた信号をＰＷＭ変調して出力し、モータ１００に交流電圧を印加するインバータの駆動を制御できる。

これにより、本実施例によれば、モータ電流の検出異常時、モータ電流の検出値を用いることなくモータ１００の駆動を継続的に制御でき、モータ電流の検出異常時にも、運転者の操舵に応じてモータ１００は操舵用の駆動力をマニュアルステアリングギアＳＴＧにギヤＧＥを介して継続的に供給できる。換言すれば、モータ１００の駆動制御が停止に至り、ステアリング装置に対してモータ１００からの操舵用駆動力の供給が停止し、ステアリング装置から運転者に対して要求されるステアリング操作量が急激に増加する（ステアリングホイールの操作感覚が重くなる）という状態を回避できる。従って、本実施例によれば、ロバスト性に優れ、高性能で信頼性の高い電動パワーステアリング用モータ駆動装置を提供できる。

次に、図２を用いて、速度制御器２６２の構成を説明する。

前述したように、速度制御器２６２は、電流指令値Ｉｏ，速度指令値ωｏ及びモータ速度値ωｓを入力し、速度指令値ωｏにモータ速度値ωｓが一致するように第２出力電圧指令値Ｖｏ２を出力するものであり、減算器２６６，トルク制御器（ＡＳＲ）２６７，トルク電流指令値（ｑ軸電流指令値）制限器２６８，励磁電流指令値（ｄ軸電流指令値）制限器２６９及び第２出力電圧指令値演算器２６５を備えている。

入力された速度指令値ωｏ及びモータ速度値ωｓは減算器２６６により減算される。これにより、速度指令値ωｏからモータ速度値ωｓが減算され、この減算から得られた速度偏差が増幅器２６７に出力される。トルク制御器（ＡＳＲ）２６７は、入力された速度偏差に基づいてトルク電流指令値Ｉｑｓを演算し、トルク電流指令値制限器２６８に出力する。

トルク電流指令値制限器２６８は、速度偏差に基づくトルク電流指令値Ｉｑｓ及びトルク電流指令値Ｉｑを入力し、トルク電流指令値Ｉｑに基づいてトルク電流指令値Ｉｑｓを制限したトルク電流制限指令値Ｉｑ′を演算する。また、励磁電流指令値制限器２６９では励磁電流指令値Ｉｄを入力し、予め決定した制限値に基づいて励磁電流指令値Ｉｄを制限した励磁電流制限指令値Ｉｄ′を演算する。それらの演算により得られたトルク電流制限指令値Ｉｑ′及び励磁電流制限指令値Ｉｄ′は第２出力電圧指令値演算器２６５に出力される。ここで、トルク電流指令値Ｉｑ及び励磁電流指令値Ｉｄをそれぞれ制限するのは、速度制御系による速度制御によりモータ１００の駆動制御が遅れた場合、トルク指令値τｏよりもモータ１００の実トルクが過大になるのを防止するためである。

第２出力電圧指令値演算器２６５は予めモータ電圧モデル式を備えており、このモータ電圧モデル式を用いて、入力されたモータ速度値ωｓ，トルク電流制限指令値Ｉｑ′及び励磁電流制限指令値Ｉｄ′に基づく第２出力電圧指令値Ｖｏ２を出力する。第２トルク電圧値Ｖｑ２（第２ｑ軸電圧値）と第２励磁電圧値Ｖｄ２（第２ｄ軸電圧値）のそれぞれを求めるモータ電圧モデル式は次の通りである。

Ｖｄ２＝ｒ×Ｉｄ′−ωｓ×Ｌｑ×Ｉｑ′ （式１）
Ｖｑ２＝ωｓ×Ｌｄ×Ｉｄ′＋ｒ×Ｉｑ′＋Ｋｅ×ωｓ （式２）
ここで、ｒはモータ１００の電機子巻線の抵抗、Ｌｄはモータ１００の電機子巻線のｄ軸インダクタンス、Ｌｑはモータ１００の電機子巻線のｑ軸インダクタンス、Ｋｅは発電定数をそれぞれ示す。それらの値は設定値（一定値）であり、モータ１００の設計時に予め設定されたものである。

以上のように、本実施例では、式１，式２のそれぞれに対して、入力されたモータ速度値ωｓ，トルク電流制限指令値Ｉｑ′及び励磁電流制限指令値Ｉｄ′を代入し、第２トルク電圧値Ｖｑ２（第２ｑ軸電圧値）と第２励磁電圧値Ｖｄ２（第２ｄ軸電圧値）のそれぞれを演算している。

尚、本実施例では、第２出力電圧指令値Ｖｏ２を電圧モデル式を用いて演算する場合を例に挙げたが、トルク電流制限指令値Ｉｑ′と第２トルク電圧値Ｖｑ２との関係、励磁電流制限指令値Ｉｄ′と第２励磁電圧値Ｖｄ２との関係とを示すマップ（テーブル）を用いて演算するようにしてもよい。

次に、図４，図５を用いて、電動パワーステアリング用モータ駆動装置に搭載される実際のインバータ装置２００の構成を説明する。

インバータ装置２００は、図４に示すように、ケース２４０及びシールドカバー２５０から構成された筐体内に、パワーモジュール２１０と、制御モジュール２２０と、導体モジュール２３０を収納したものである。ケース２４０及びシールドカバー２５０はアルミニウム製である。

パワーモジュール２１０は、実際に、メタル基板上に絶縁物を介して配線パターンが形成され、その上に、図１を用いて説明したＦＥＴなどの半導体スイッチング素子ＳＳＷが取り付けられることにより構成されている。パワーモジュール２１０には、複数のリードフレーム２１０ＬＦの一端が半田付けにより固定されている。リードフレーム２１０ＬＦはパワーモジュール２１０と制御モジュール２２０とを電気的に接続するために用いられるものである。

制御モジュール２２０は、実際に、制御器２２１やドライバ回路２２７などを構成する電子部品などがＰＣＢ基板の上に取り付けられることにより構成されている。図示の状態では、基板の下側の面に、制御器２２１やドライバ回路２２７などを構成する電子部品などが取り付けられている。制御モジュール２２０には信号コネクタ２２０Ｃが取り付けられている。

導体モジュール２３０は、バッテリＢＡとパワーモジュール２１０の半導体スイッチング素子ＳＳＷのコレクタ端子とを接続する電力線となるバスバー２３０Ｂを樹脂のモールドにより一体成形したものである。図５に示すように、太い実線部分がそのバスバーを示す。導体モジュール２３０には、モータ１００にモータ電流を供給する端子であるモータコネクタ２３０ＳＣ、及びバッテリＢＡから電力が供給される電源コネクタ２３０ＰＣも同時に一体成形されている。また、導体モジュール２３０にはパーツ２３０Ｐが予め取り付けられている。パーツ２３０Ｐは、図５に示すように、コモンフィルタＣＦ，ノーマルフィルタＮＦ，コンデンサＣ１，Ｃ２，リレーＲＹ１であり、バスバー２３０Ｂに接続されている。

コモンフィルタＣＦ及びノーマルフィルタＮＦは、ラジオノイズを防止するために設置されたものである。リレーＲＹは、モータ１００の異常時や制御モジュール２２０の異常時などにおいて、モータ１００への通電を遮断するフェールセーフのために用いられるものである。コンデンサＣ１，Ｃ２は、パワーモジュール２１０に供給される直流電力を平滑するために用いられる。

パーツ２３０Ｐの端子とバスバー２３０ＢはＴＩＧ溶接（アーク溶接）により接続されている。図９の二重丸部分はその溶接部分を示しており、コモンフィルタＣＦの４個の端子，ノーマルフィルタＮＦの２個の端子，セラミックコンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれ２個の端子，リレーＲＹの３個の端子が、それぞれ、バスバー２３０Ｂの端子に溶接により接続されている。

また、図５に示すように、パワーモジュール２１０からモータ１００にモータ電流を供給する配線にもバスバーを用いている。そのバスバーとパワーモジュール２１０はワイヤのボンディングにより接続されている。

パワーモジュール２１０の半導体スイッチング素子ＳＳＷをオンオフ制御する制御信号は制御モジュール２２０からパワーモジュール２１０にリードフレーム２１０ＬＦを介して出力されている。また、パワーモジュール２１０のモータ電流を検出するためのセンサ素子であるモータ電流検出抵抗（シャント抵抗）ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３の出力信号もパワーモジュール２１０から制御モジュール２２０にリードフレーム２１０ＬＦを介して出力されている。リードフレーム２１０ＬＦは半田付けにより両モジュールに接続されている。

以上のように構成されたインバータ装置２００はその製造時、次の手順によって組み立てられる。まず、ケース２４０の中にパワーモジュール２１０及び導体モジュール２３０をそれぞれネジ止めする。次に、パワーモジュール２１０及び導体モジュール２３０の上の位置に、制御モジュール２２０を同じくネジ止めする。次に、パワーモジュール２１０の端子に一端が半田付けされたリードフレーム２１０ＬＦの他端を制御モジュール２２０の端子に半田付けする。最後に、シールドカバー２５０をケース２４０をネジ止めすることにより、インバータ装置２００が完成する。

本発明の実施例である電動パワーステアリング用モータ駆動装置の全体構成を示すブロック図。 図１の速度制御器の構成を示すブロック図。 モータ電圧指令信号（ＰＷＭ変調波）をＰＷＭ搬送波によってＰＷＭ変調することにより得られる各アームのＰＷＭパルス信号を示す信号波形図。 図１のモータ駆動装置に搭載される実際のインバータ装置の全体構成を示す分解斜視図。 図４のインバータ装置の回路構成を示す回路図。 図１のモータ駆動装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す平面図。

符号の説明

１００…モータ、１０３…回転位置検出器、２００…インバータ装置、212A〜212C…シャント抵抗、２２１…制御器、２２３…電流制御器、２２４…波形制御手段、２２６…
ＰＷＭ変調器、２２８…電流検出回路、２６２…速度制御器、２６３…出力電圧指令選択器、２６４…電流異常検出器。

Claims (3)

1. 交流電力により駆動されて操舵用の電動力を発生するモータと、
   該モータに前記交流電力を供給するインバータと、
   前記モータに流れるモータ電流を検出するための電流検出手段と、
   前記モータのロータ回転位置を検出するための回転位置検出手段と、
   トルク指令値に関する情報，前記電流検出手段の出力情報及び前記回転位置検出手段の出力情報を含む複数の情報を入力し、前記モータに印加される交流電圧を制御するためのモータ電圧指令値を決定して、そのモータ電圧指令値に応じた信号をＰＷＭ変調して出力する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記トルク指令値に基づくモータ電流指令値と前記検出されたモータ電流値に応じて、前記モータに印加される交流電圧を制御するための第１モータ電圧指令値を決定する第１制御系と、前記トルク指令値に基づくモータ速度指令値と前記モータ電流指令値とに応じて、前記モータに印加される交流電圧を制御するための第２モータ電圧指令値を決定する第２制御系とを備え、前記モータ電流の検出が異常の時には、前記第２モータ電圧指令値に応じた信号をＰＷＭ変調して出力する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング用モータ駆動装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動装置において、
   前記第２制御系は、モータ速度を用いたモータ電圧モデル式により前記第２モータ電圧指令値を決定する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング用モータ駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動装置において、
   前記制御手段は、前記モータ電流の検出が正常な時には、前記第１モータ電圧指令値に応じた信号をＰＷＭ変調して出力する
   ことを特徴とする電動パワーステアリング用モータ駆動装置。
   

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