JP2013005669A - モータ駆動装置、およびこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 スイッチング素子の電流制限値を変更する場合、素子温度Tが時刻t1での素子温度T1から第1目標温度T01まで変化するのに必要な温度到達時間P1、および電流制限値Eが時刻t1での電流制限値E1から第1目標電流制限値E01まで変化するのに必要な電流到達時間P2が算出される(S103)。次に、温度到達時間P1と電流到達時間P2との大小を判定する。(S104)温度到達時間P1が電流到達時間P2以下の場合、スイッチング素子の電流制限値を変更する。(S105)これにより、モータ駆動装置の製造時に電流制限値マップを作成することなく、時刻t1での素子温度T1に基づいて、スイッチング素子の状態に応じた電流制限値に変更することができる。
【選択図】 図3
Description
電流制限値変更手段は、温度到達時間算出手段で算出される温度到達時間と、電流到達時間算出手段で算出される電流到達時間とを比較することによって、素子の電流制限値を変更する。
1つは温度到達時間であって、素子の温度が温度変化率に従って現在温度から目標温度まで変化するのに必要な時間である。素子の温度変化率は、素子の過去の温度から現在温度までの変化量を該当する時間で割ったものである。素子の温度変化率は、温度検出手段によって検出された素子の温度に基づいて温度変化率算出手段によって所定時間ごと算出される。また、目標温度は、素子に不具合が発生する耐熱温度より低い温度が設定される。もう1つは電流到達時間であって、素子の電流制限値が所定の電流制限値変化率に従って現在設定されている電流制限値から目標とする電流制限値まで変化するのに必要な時間である。所定の電流制限値変化率は、素子に設定される電流制限値の変化量を時間で割ったものである。
モータ駆動装置において、温度到達時間が電流到達時間以下であると判定する場合、電流制限値を変更しなければ素子の温度は目標温度を超えて過熱されることが予測される。そこで、請求項2に記載のモータ駆動装置では、温度到達時間が電流到達時間以下である場合、電流制限値変更手段が素子の電流制限値を小さくなるように変更する。これにより、素子に通電可能な電流値が下がる。したがって、素子が到達する温度が低くなり素子の温度を耐熱温度以下に保つことができる。また、電流制限値変更手段は、電流制限値を所定の電流制限値変化率に従って小さくなるように変更する。すなわち、素子の電流制限値は、所定の電流制限値変化率で小さくなる。所定の電流制限値変化率を小さく設定することにより、電流制限値の大きな変化による急峻な電流変動が抑制される。これにより、運転者のハンドル操作を補助する補助トルクの急激な変化を防止することができる。
温度到達時間が電流到達時間より大きいと判定する場合、当該判定を行った時刻では素子に対して電流制限値を小さくしなくても素子の温度は目標温度を超えない。また、素子の温度変化率が0以下である場合、素子の温度は高温側から低温側に推移している。したがって、素子の温度が目標温度を超えて耐熱温度になることはない。そこで、請求項4に記載のモータ駆動装置では、電流制限値変更手段が素子の電流制限値を大きくなるように変更する。これにより、素子に多くの電流を流すことができる。また、電流制限値変更手段は、電流制限値を所定の電流制限値変化率に従って大きくなるように変更する。すなわち、素子の電流制限値は、所定の電流制限値変化率で大きくなる。所定の電流制限値変化率を小さく設定することにより、電流制限値の大きな変化による急峻な電流変動が抑制される。これにより、運転者のハンドル操作を補助する補助トルクの急激な変化を防止することができる。
温度到達時間が電流到達時間より大きいと判定する場合、当該判定を行った時刻では素子に対して電流制限値を小さくしなくても素子の温度は目標温度を超えない。しかし、素子の温度変化率が0より大きいことから素子の温度は低温側から高温側に推移している。したがって、電流制限値変更手段は、素子がそのままの状態を維持できるように電流制限値を変更しない。
請求項7に記載のモータ駆動装置は、目標温度を複数個設定する。モータ駆動装置では、複数個設定されている目標温度のうち、最低目標温度と素子の現在温度とを比較する。このとき、素子の現在温度が最低目標温度より高い場合、複数個設定される目標温度のうち、最低目標温度の次に低い目標温度に基づいて温度到達時間を算出する。このように、モータ駆動装置は、素子の耐熱温度に対して低い目標温度から当該耐熱温度に近い高い目標温度まで段階的に設定し、温度到達時間を算出する。
素子の温度状態や素子の電気的特性は、連続的に流れる電流によって時間ごとに変化する。そこで、請求項9に記載のモータ駆動装置では、温度検出手段により検出された素子の温度から所定時間ごとに電流制限値の設定し、変更する。これにより、実際の素子の状態に即した電流制限値を設定することができる。
素子温度としてなまし温度を用いることにより、素子温度に突発的な値が検出されても算出される温度到達時間に及ぶ影響は小さくなる。これにより、不測の外乱に影響されない電流制限値を設定することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態によるモータ駆動装置を図1〜図4に基づいて説明する。
図1に示すように、「モータ駆動装置」としての電子制御装置(以下、「ECU」という)10は、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置12(以下、「EPS」という)に適用される。
本実施形態では、スイッチング素子01、502、503、504、505、506は、電界効果トランジスタの一種であるMOSFET(metal−oxide−semiconductor field−effect transistor)である。スイッチング素子501、502、503、504、505、506は、ゲート電圧により、ソース−ドレイン間がオンオフ制御される。スイッチング素子01、502、503、504、505、506は、特許請求の範囲に記載の「素子」に相当する。
インバータ回路2としてのパワーモジュール54は、上述のインバータ回路1としてのパワーモジュール53と同様の構成のため、説明を省略する。
カスタムIC61は、レギュレータ64、回転角センサ信号増幅部65および検出電圧増幅部66等を含む半導体集積回路である。
検出電圧増幅部66は、シャント抵抗509の両端電圧を検出し、当該検出した検出値を増幅して後述のマイコン67へ出力する。
マイコン67は、演算手段としてのCPU、記憶手段としてのROMおよびRAM等を有する小型のコンピュータである。マイコン67は、ROMに格納された各種プログラムに従い、CPUによって種々の処理が実行される。マイコン67は、特許請求の範囲に記載の「温度変化率算出手段」、「温度到達時間算出手段」、「電流到達時間算出手段」、および「電流制限値変更手段」に相当する。
次に、ECU10の作動を説明する。
制御部60のマイコン67が生成するパルス信号は、マイコン67からプリドライバ68、69を介してパワーモジュール53、54に出力される。このとき、マイコン67では、パワーモジュール53、54を構成するスイッチング素子501、502、503、504、505、506、第1コンデンサ51、第2コンデンサ55、チョークコイル52の耐熱温度を超えないように各素子に流れる電流の最大値(以下、「電流制限値」という)を設定する。
(A)モータ9の駆動を制御するECU10は、スイッチング素子501、502、503に流れる電流の最大値である電流制限値を変更する。ECU10が電流制限値を変更するとき、スイッチング素子501、502、503の時刻t1での素子温度T1、第1目標温度T01、および時刻t0から時刻t1までの温度の変化率である温度変化率ΔT1に基づいて温度到達時間P1を算出する。一方、ECU10は、スイッチング素子501、502、503の時刻t1での電流制限値E1、第1目標電流制限値E01、およびスイッチング素子501、502、503に設定されている第1電流制限値変化率ΔE1に基づいて電流到達時間P2を算出する。ECU10では、温度到達時間P1と電流到達時間P2とを比較し、温度到達時間P1が電流到達時間P2以下である場合、電流制限値Eを第1電流制限値変化率ΔE1に従って小さくなるように変更する。温度到達時間P1が電流到達時間P2以下である場合、電流制限値Eを変更しないとスイッチング素子501、502、503の素子温度Tは耐熱温度を超えるおそれがある。そこで、ECU10は、温度センサ70により検出される素子温度Tに基づいて電流制限値Eの変更が必要か否か、また電流制限値Eの変更が必要な場合、電流制限値を上げるのか下げるかといった判定を行う。これにより、スイッチング素子501、502、503は実際の使用状態に即した電流制限値が設定される。スイッチング素子501、502、503の温度が耐熱温度以上となることを防ぎ、スイッチング素子501、502、503の損傷を防ぐことができる。
次に、本発明の第2実施形態を図5に基づいて説明する。第2実施形態は、第1実施形態に対して、電流制限値を変更する場合に用いる素子温度が異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第2実施形態では、S201において、スイッチング素子501、502、503のなまし温度差ΔTを算出する。また、S202において、時刻t6でのなまし素子温度T6が第1目標温度T01より小さいか否かを判定する。また、S203において、素子温度Tが時刻t6でのなまし素子温度T6から第1目標温度T01まで変化するのに必要な温度到達時間P1を算出する。また、S208において、素子温度Tが時刻t6でのなまし素子温度T6から第2目標温度T02まで変化するのに必要な温度到達時間P3を算出する。また、S206、S211において、なまし温度差ΔTが0より大きいか否かを判定する。
(ア)上述の実施形態では、インバータ回路1のスイッチング素子を対象として電流制限値を決定した。しかしながら、電流制限値を設ける対象はこれに限定されない。パワー部において、インバータ回路2のスイッチング素子、第1コンデンサ、第2コンデンサ、チョークコイルを対象として電流制限値を設けてもよい。
4 ・・・ハンドル、
8 ・・・減速ギア(動力伝達手段)、
9 ・・・モータ、
10 ・・・ECU(モータ駆動装置)、
50 ・・・パワー部(駆動回路)、
501、502、503、504、505、506・・・スイッチング素子(素子)、
51 ・・・第1コンデンサ(素子)、
52 ・・・チョークコイル(素子)、
55 ・・・第2コンデンサ(素子)、
67 ・・・マイコン(温度変化率算出手段、温度到達時間算出手段、電流到達時間算出手段、電流制限値変更手段)、
70 ・・・温度センサ(温度検出手段)、
E、E1、E4・・・電流制限値、
P1、P3 ・・・温度到達時間、
P2、P4 ・・・電流到達時間、
T01 ・・・第1目標温度(目標温度)、
T02 ・・・第2目標温度(目標温度)、
ΔE ・・・電流制限値変化率、
ΔE1 ・・・第1電流制限値変化率(電流制限値変化率)、
ΔE2 ・・・第2電流制限値変化率(電流制限値変化率)、
ΔT ・・・温度差、なまし温度差、
ΔT1 ・・・温度変化率。
Claims (11)
- モータを駆動する駆動回路を備えるモータ駆動装置であって、
前記駆動回路を構成する素子と、
前記素子の温度を検出し、前記素子の温度に応じた信号を出力する温度検出手段と、
前記温度検出手段が出力する信号が入力され、前記素子の温度に基づいて前記素子の温度変化率を算出する温度変化率算出手段と、
前記素子の現在温度、前記素子の目標温度、および前記温度変化率に基づいて、前記素子の温度が前記現在温度から前記目標温度まで変化するのに必要な温度到達時間を算出する温度到達時間算出手段と、
前記素子に現在設定されている現在電流制限値、前記素子に設定される目標電流制限値、および所定の電流制限値変化率に基づいて、電流制限値が前記現在電流制限値から前記目標電流制限値まで変化するのに必要な電流到達時間を算出する電流到達時間算出手段と、
前記温度到達時間と前記電流到達時間とを比較することによって前記素子の電流制限値を変更可能な電流制限値変更手段と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 - 前記温度到達時間が前記電流到達時間以下である場合、前記電流制限値変更手段は前記電流制限値を小さくすることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
- 前記電流制限値変更手段は、前記電流制限値を前記電流制限値変化率に従って小さくすることを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動装置。
- 前記温度到達時間が前記電流到達時間より大きく、かつ、前記温度変化率が0以下であるとき、前記電流制限値変更手段は前記電流制限値を大きくすることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
- 前記電流制限値変更手段は、前記電流制限値を前記電流制限値変化率に従って大きくすることを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動装置。
- 前記温度到達時間が前記電流到達時間より大きく、かつ、前記温度変化率が0より大きい場合、前記電流制限値変更手段は前記電流制限値を変更しないことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
- 前記目標温度は複数個設定されることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
- 前記目標温度が高いほど前記電流制限値変化率は大きく設定されることを特徴とする請求項7に記載のモータ駆動装置。
- 前記電流制限値変更手段は、所定時間毎に前記電流制限値を変更することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
- 前記素子温度は、なまし温度であることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、
前記モータ駆動装置によって駆動され、運転者のハンドル操作を補助する補助トルクを発生するモータと、
前記モータの駆動回転力をステアリングシャフトに伝達する動力伝達手段と、
を備えた電動パワーステアリング装置。
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