JP2019022441A - モータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体スイッチング素子で構成されたモータ開放スイッチの保護を信頼性高く行うことのできるモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】インバータの制御をＯＦＦする制御部は、インバータの制御がＯＦＦのときに、モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーを演算するエネルギー演算部と、エネルギーをＦＥＴの安全動作領域と比較し、エネルギーが安全動作領域の領域内となったときにモータ開放スイッチのＦＥＴをＯＦＦする判定部と、を具備し、安全動作領域は、ＦＥＴのドレイン電流、ＦＥＴのドレイン−ソース電圧及びＦＥＴのオン幅との関係、及びＦＥＴの最大許容損失の温度特性に基づいて決まり、最大許容損失は、ＦＥＴのケース温度から推定された温度に基づいて算出され、ケース温度が上昇するにしたがい、低下する。【選択図】図６

Description

本発明は、モータが外力によって回転したとき、モータ回転に伴う回生電力（逆起電圧と回生電流によって求まる）エネルギー（電力）（及び温度）から、電力供給部（インバータ）に接続された半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）で成るモータ開放スイッチを保護するモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与するものであり、半導体スイッチング素子のブリッジ回路で成るインバータによって駆動制御される。

モータ制御装置を搭載した装置として電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）があり、電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与するものであり、電力供給部（インバータ）から供給される電力で制御されるモータの駆動力を、ギア等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）１００には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット１００は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、ＥＰＳ用モータ２０に供給する電流を制御する。

なお、舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転センサから操舵角を取得することも可能である。

コントロールユニット１００には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller Area Network）５０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ５０から受信することも可能である。また、コントロールユニット１００には、ＣＡＮ５０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ５１も接続可能である。

コントロールユニット１００は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

図２を参照してコントロールユニット１００を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ５０からの）車速Ｖｅｌは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部１０１に入力される。電流指令値演算部１０１は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部１０２Ａを経て電流制限部１０３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部１０２Ｂにフィードバック入力され、モータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御部１０４に入力される。ＰＩ制御部１０４で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部１０５に入力され、更にインバータ１０６を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器１０７で検出され、減算部１０２Ｂにフィードバックされる。インバータ１０６は駆動素子としてのＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。

モータ２０にはレゾルバ等の回転センサ２１が連結されており、回転センサ２１からモータ回転角度θが出力され、更にモータ速度ωがモータ速度演算部２２で演算される。

また、加算部１０２Ａには補償信号生成部１１０からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部１１０は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）１１３と慣性１１２を加算部１１４で加算し、その加算結果に更に収れん性１１１を加算部１１５で加算し、加算部１１５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

モータ２０が３相ブラシレスモータの場合、ＰＷＭ制御部１０５及びインバータ１０６の詳細は例えば図３に示すような構成となっており、ＰＷＭ制御部１０５は、電圧制御指令値Ｖｒｅｆを所定式に従って３相分のＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６を演算するデューティ演算部１０５Ａと、ＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６で駆動素子としてのＦＥＴのゲートを駆動すると共に、デッドタイムの補償をしてＯＮ／ＯＦＦするゲート駆動部１０５Ｂとで構成されている。インバータ１０６は半導体スイッチング素子としてのＦＥＴの３相ブリッジ（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６）で構成されており、ＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６でＯＮ／ＯＦＦされることによってモータ２０を駆動する。また、インバータ１０６とモータ２０との間の電力供給線には、電力供給を行い（ＯＮ）又は遮断（ＯＦＦ）するためのモータリレー２３が接続されている。

このような電動パワーステアリング装置について、システム異常検出時（例えばトルクセンサの断線、モータ制御段ＦＥＴの短絡事故等）の予期しない事態に遭遇する場合がある。この場合の対応として、電動パワーステアリング装置のアシスト制御を即座に中止し、駆動制御系とモータとの接続を遮断することが最優先に行われる。

一般に、図３に示すように、モータ２０と、モータ２０に流れる電流を制御するインバータ１０６との間には、モータ電流を供給／遮断するためのモータリレー２３が介挿されている。モータリレー２３には安価な有接点のリレーが使用され、電磁的に有接点を開放してモータ２０に流れる電流をハード的に遮断するようになっている（例えば特開２００５−１９９７４６号公報（特許文献１））。

しかし、近年では小型化や信頼性の向上、更にコストの低減化を図るべく、有接点の電磁的なモータリレーに代えて無接点の半導体スイッチング素子（アナログスイッチ）、例えばＦＥＴで成るモータ開放スイッチに置換されている。しかし、システム異常によりアシスト継続不可能になると、インバータを停止してもモータは回転している場合、そのモータ回転中にモータ開放スイッチをＯＦＦすると、モータの回生電流がモータ開放スイッチの安全動作領域を逸脱してしまい、モータ開放スイッチが破損したり、破壊されることがある。

特開２００５−１９９７４６号公報 特開２０１３−１８３４６２号公報 特許第５１２００４１号公報

モータリレーに半導体スイッチング素子を使用した装置として、例えば特開２０１３−１８３４６２号公報（特許文献２）に開示されたものがある。特許文献２の装置では、電力変換器（インバータ）の故障が検出されるとインバータの駆動を停止し、第１電源リレーをＯＦＦし、第２電源リレーをＯＮする。そして、インバータの駆動が停止した状態で、モータが外力によって回転して回生電圧が発生すると、回生電圧はインバータからＯＮ状態の第２電源リレー及び第１電源リレーの寄生ダイオードを通って電源（バッテリ）に回生される。

電動パワーステアリング装置では、モータ回転に伴う逆起電圧の発生やモータ回生電流によるモータリレーをＯＦＦしたときのスイッチング損失による半導体素子の安全動作領域の逸脱による素子破壊に特に注意する必要があり、素子破壊対策はできるだけハード部品を追加することなく安価に、かつ確実に行うことが強く望まれる。

また、特許第５１２００４１号公報（特許文献３）では、全ての相開放手段（モータリレー）が開作動し、かつ特定の１相についてのみ電圧が印加されている場合に、その特定相以外の相において電圧の印加に基づく端子電圧が検出される場合には、上記特定相に設けられた相開放手段に短絡故障が発生したと判定している。従って、特許文献３の装置は相開放手段自体の故障を検出するものであり、積極的に半導体スイッチング素子のデバイス保護を図るものではない。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、新たなデバイス部品を追加することなく、半導体スイッチング素子で小型に構成されたモータ開放スイッチの保護を信頼性高く、しかも温度にも関連させて行うことができるモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、トルクセンサからの操舵トルクで演算された電流指令値に基づいてインバータによってｎ相のモータを駆動制御し、前記インバータと前記モータとの間にｎ個のＦＥＴで成るモータ開放スイッチが接続されているモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記トルクセンサを含むセンサ類及び前記インバータの異常の有無を検出し、前記異常を検出していないときに前記インバータの制御をＯＮにし、前記異常を検出したとき若しくはアシストＯＦＦ指令により前記インバータの制御をＯＦＦする制御部と、前記モータのモータ回転数を検出するモータ回転数検出部と、を具備し、前記制御部は、前記インバータの制御がＯＦＦされたときに、前記モータ回転数に基づいて、モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーを演算するエネルギー演算部と、前記インバータの制御がＯＦＦされたときに、前記エネルギーを前記ＦＥＴの安全動作領域と比較し、前記エネルギーが前記安全動作領域の領域内となったときに前記モータ開放スイッチのＦＥＴをＯＦＦする判定部と、を具備し、前記安全動作領域は、前記ＦＥＴのドレイン電流、前記ＦＥＴのドレイン−ソース電圧及び前記ＦＥＴのオン幅との関係、及び前記ＦＥＴの最大許容損失の温度特性に基づいて決まり、前記最大許容損失は、前記ＦＥＴのケース温度から推定された温度に基づいて算出され、前記ケース温度が上昇するにしたがい、低下することにより達成される。

本発明の上記目的は、前記ＦＥＴの温度若しくはその周辺の温度を検出する温度センサが更に設けられ、前記制御部に、前記温度センサで検出された検出温度を加味して前記データテーブルにより前記安全動作領域を演算する安全動作領域演算部が設けられていることにより、或いは前記データテーブルがＥＥＰＲＯＭに格納されていることにより、より効果的に達成される。

本発明に係るモータ制御装置によれば、モータ回転数が高い（モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギー（回生電力）が安全動作領域以上）場合には、モータ開放スイッチＯＮを継続して回生電流を電源に戻す制御を行い、回転中のモータにブレーキ力を与え、このブレーキ力によりモータ回転数が徐々に低下し安全領域（モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギー（回生電力）が安全動作領域未満）に入った以降に、モータ開放スイッチをＯＦＦするようにしている。このため、新たなデバイス部品を付加することなく、また、新たな保護回路を付加することなく安価な構成で、半導体スイッチング素子で成るモータ開放スイッチを確実に保護することができる。

また、半導体スイッチング素子の安全動作領域の演算に、保護対象となるモータ開放スイッチの温度若しくはその周辺温度を加味した場合には、モータ開放スイッチの温度特性に合致したＯＮ／ＯＦＦ制御の保護を実現することができる。

本発明に係るモータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置によれば、モータとインバータとの間に介挿されたモータ開放スイッチの半導体スイッチング素子の保護を確実かつ容易に図ることができ、操舵の安全性及び信頼性を一層向上することができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成例を示すブロック図である。 電動パワーステアリング装置のモータ制御部の構成例を示す線図である。 本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。 データテーブルの特性例を示す特性図である。 本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。 ＦＥＴのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓとドレイン電流Ｉｄの特性例を示す特性図である。 ＦＥＴの許容損失Ｐｄの温度特性の例を示す特性図である。 本発明の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。 本発明の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。 本発明の動作例を示すタイムチャートである。

本発明では、モータ開放スイッチ（モータリレー）の小型化、信頼性の向上、コストの低減化のために、モータ開放スイッチを半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）で構成する。そして、センサやインバータ等の異常発生によってアシスト継続不可能となったとき（モータ回転中にイグニションキーをＯＦＦとした場合も含む）に、外力によるモータの回転時に発生するモータ回生電力（逆起電圧と回生電流から算出される）によってモータ開放スイッチのデバイス破壊を保護するために、モータ回転数からデータテーブル等に基づいて、モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーを演算すると共に、モータ開放スイッチの温度若しくは周辺の温度に基づいてモータ開放スイッチの安全動作領域を演算し、モータ回転数が高い（モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーが安全動作領域以上）場合には、モータ開放スイッチのＯＮを継続として、回生電流を電源に戻す制御を行う。回生電流の電源への戻し制御によって回転中のモータにブレーキ力を与え、モータ回転数が徐々に低下し、安全動作領域（モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーが安全動作領域未満）に入った以降に、モータ開放スイッチをＯＦＦする。その後、アシスト制御停止に必要な処理を行う。

このようにモータ回転数（及び温度情報）をモニターしながら、逆起電圧と回生電流から算出される回生電力により生じるＦＥＴ遮断時のスイッチング損失が安全動作領域内に入るモータ回転数になった時点で、モータ開放スイッチの半導体スイッチング素子をＯＦＦするようにしているので、半導体スイッチング素子ＯＦＦ時のスイッチング損失による安全動作領域逸脱による破損や破壊もなく、半導体スイッチング素子を確実に保護することができ、信頼性の高いモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供できる。

なお、緊急のアシストＯＦＦ時にはモータはフリーランとなる。また、アシストＯＦＦの要因には、インバータの異常、イグニションキーのＯＦＦ、ソフト・ハードの異常検出、センサ類の異常等がある。

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図４は本発明の構成例（第１実施形態）を図２に対応させて示しており、本発明では制御部１２０に、エネルギー演算部１２１、判定部１２２、データテーブル１２３、電流制御部１２４、状態検出部１２５を設けている。データテーブル１２３はモータ回転数ｒｐｍに対応したエネルギーＷ、つまりモータ回転数ｒｐｍに対するモータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーＷを予め求めてテーブル化しており、例えば図５に示すような特性を有している。従って、モータ回転数ｒｐｍを検出することによって、モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーＷを演算することができる。図５では、例えばモータ回転数ｒｐｍがω１のとき、エネルギーＷはＷ１と演算される。

なお、データテーブル１２３として、ＥＥＰＲＯＭなどのメモリに格納するようにしても良い。

また、トルクセンサ等のセンサ類の異常（故障を含む）を検出するセンサ異常検出部１３１と、インバータ１０６の異常（故障を含む）を検出するインバータ異常検出部１３５と、センサ異常検出部１３１及びインバータ異常検出部１３５などに基づいて異常その他の状態を検出し、必要な処理を行う状態検出部１２５とが設けられている。状態検出部１２５はアシストＯＦＦ指令を入力し、アシストＯＦＦ動作の全てを対象にして検出しており、例えばモータ回転中にイグニションキーがＯＦＦされたような状態も検出する。

更に、制御部１２０内の電流制御部１２４で制御されるインバータ１０６とモータ２０との間の電力供給線（Ｕ相，Ｖ相、Ｗ相）に、半導体スイッチング素子としてのＦＥＴで成るモータ開放スイッチ１４０（１４０Ｕ，１４０Ｖ，１４０Ｗ）が介挿され、モータ開放スイッチ１４０は制御部１２０で制御されるモータ開放スイッチ制御部１３３でＯＮ／ＯＦＦされる。回転センサ２１からの回転角度θに基づいてモータ回転数ｒｐｍを検出するモータ回転数検出部１３２が設けられている。

このような構成において、その動作例（第１実施形態）を図６のフローチャートを参照して説明する。

制御動作がスタートすると、先ずモータ開放スイッチ１４０（１４０Ｕ，１４０Ｖ，１４０Ｗ）が、制御部１２０を介してモータ開放スイッチ制御部１３３によりＯＮされる（ステップＳ１）。状態検出部１２５は、センサ異常検出部１３１やインバータ異常検出部１３５において異常（故障を含む）が検出されているか否かを判定し（ステップＳ２）、異常が検出されていない場合には、制御部１２０内の電流制御部１２４によりインバータ１０６の制御をＯＮにし（ステップＳ３）、以降は次回制御の繰り返しとなる。

また、上記ステップＳ２で異常が検出された場合には、アシスト制御の継続が不可能と判断し、制御部１２０によりインバータ１０６の制御をＯＦＦにする（ステップＳ４）。インバータ１０６の制御をＯＦＦする場合として、何らかのシステム異常、例えばトルクセンサの断線、インバータ１０６の上下アームの短絡事故等があり、アシスト制御継続不可能又はアシスト制御中断と判断された場合である。

インバータ１０６の制御がＯＦＦにされると、モータ回転数検出部１３２は外力で回転されるモータ２０のモータ回転数ｒｐｍを検出し（ステップＳ１０）、制御部１２０に入力する。制御部１２０内のエネルギー演算部１２１はモータ回転数ｒｐｍに基づいて、モータ逆起電圧Ｅ及び回生電流のエネルギーＷをデータテーブル１２３を用いて演算する（ステップＳ１２）。なお、モータ逆起電圧Ｅは下記数１に従って求められ、回生電流の計測と共に予め実測してテーブル化してある。
（数１）
Ｅ＝ｋ・単位時間当たりモータ回転数
ただし、ｋは、モータ２０の磁束密度やロータ径等によって定まるモータ定数である。

演算されたエネルギーＷは判定部１２２に入力され、判定部１２２はエネルギーＷがモータ開放スイッチ１４を構成するＦＥＴの安全動作領域を逸脱しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。エネルギーＷが安全動作領域を逸脱していない場合、つまりモータ回転数ｒｐｍが高い場合は回生電力がＦＥＴ破壊を起こす危険領域であり、また、回生電流によるスイッチング損失が安全動作領域以上であり、モータ開放スイッチ１４０のＯＮ動作を継続する。これにより回生電流を電源に戻す制御が行われ、回転中のモータにブレーキ力を与える。

ブレーキ力によってモータ回転数ｒｐｍが徐々に低下し、モータ開放スイッチ１４０の安全遮断領域、つまりエネルギーＷが、回生電流によるスイッチング損失が安全動作領域の領域内に入った以降に、モータ開放スイッチ１４０をＯＦＦする（ステップＳ１５）。これにより、モータ開放スイッチ１４０を構成するＦＥＴが破壊されることはなく、モータ開放スイッチ１４０のＯＦＦの後にアシスト制御停止に必要な処理を実行する。

なお、判定部１２２が判定する耐電圧データや安全動作領域等の数値は、耐電圧データや安全動作領域等と比較してモータ開放スイッチをＯＦＦするモータ回転数は、使用するモータの種類やＦＥＴ、配線抵抗などで大きく変動するので、実機での計測等によって導き出す。

次に、半導体スイッチング素子の温度若しくはその周辺の温度を考慮した第２実施形態について説明する。

一般に、動作中のＦＥＴの安全動作領域（ＡＯＳ：Area Of Safety operation）は、図７に示すようなドレイン電流Ｉｄとドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓの関係と、図８に示すような最大許容損失Ｐｄの温度特性によって決まる。しかし、実際に使用される動作条件（ＦＥＴケース温度Ｔｃ、動作周波数ｆ、オン幅ｔなど）で変化する。特に最大許容損失Ｐｄは、ケース温度が上がると低下するため、正確な安全動作領域を求めるには温度情報は重要であり、パワー基板上の温度検出素子による温度を知ることができれば、ＦＥＴのケース温度Ｔｃが推定できるので、温度に対応した最大許容電力Ｐｄを算出することができる。

よって、本第２実施形態ではモータ回転数による（回生電力）判断だけでなく、（パワー基板上の）半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）の温度若しくはその周辺の温度情報を判断条件に加味することにより、正確な安全動作領域が判断され、モータ単体の回転数による判定よりも、より安全に半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）をスイッチＯＦＦすることができる。

本第２実施形態では、図４に対応させて示される図９に示すように、モータ開放スイッチ１４０（１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗ）の温度若しくはその周辺温度を検出するための温度検出部の温度センサとしてサーミスタ１４１が配設されており、電気的に検出された温度情報Ｔｐは制御部１２０に入力される。サーミスタ１４１の配設は、モータ開放スイッチ１４０（１４０Ｕ、１４０Ｖ、１４０Ｗ）が装着されているパワー基板上であっても良い。制御部１２０に設けられている安全動作領域演算部１２６は、サーミスタ１４１からの温度情報Ｔｐに基づいて安全動作領域を演算する。演算された安全動作領域は判定部１２２に入力される。

このような構成において、その動作例は図１０のフローチャートに示され、本実施形態２では、インバータ１０６の制御がＯＦＦにされると（ステップＳ４）、モータ回転数検出部１３２は外力で回転されるモータ２０のモータ回転数ｒｐｍを検出し（ステップＳ１０）、サーミスタ１４１によりモータ開放スイッチ１４０の温度（若しくはその周辺温度）Ｔｐを検出し（ステップＳ１１）、制御部１２０に入力する。制御部１２０内のエネルギー演算部１２１はモータ回転数ｒｐｍに基づいて、モータ逆起電圧Ｅ及び回生電流のエネルギーＷを、データテーブル１２３を用いて演算し（ステップＳ１２）、安全動作領域演算部１２６は温度Ｔｐに基づいてモータ開放スイッチ１４０の安全動作領域を演算する（ステップＳ１３）。

なお、モータ逆起電圧Ｅは前記数１に従って求められ、実施形態１と同様に、回生電流の計測と共に予め実測してテーブル化してある。また、モータ回転数ｒｐｍの検出、温度Ｔｐの検出、エネルギーＷの演算、安全動作領域の演算の順序は適宜変更可能である。

演算された安全動作領域は判定部１２２に入力され、判定部１２２は演算されたエネルギーＷがＦＥＴの安全動作領域を逸脱しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。演算されたエネルギーＷが、演算された安全動作領域を逸脱していない場合、つまりモータ回転数ｒｐｍが高い場合は回生電力がＦＥＴ破壊を起こす危険領域であり、また、回生電流によるスイッチング損失が安全動作領域以上であり、モータ開放スイッチ１４０のＯＮ動作を継続する。これにより回生電流を電源に戻す制御が行われ、回転中のモータにブレーキ力を与える。

ブレーキ力によってモータ回転数ｒｐｍが徐々に低下し、モータ開放スイッチ１４０の安全遮断領域、つまりエネルギーＷが、回生電流によるスイッチング損失が安全動作領域の領域内に入った以降に、モータ開放スイッチ１４０をＯＦＦする（ステップＳ１５）。これにより、モータ開放スイッチ１４０を構成するＦＥＴが破壊されることはなく、モータ開放スイッチ１４０のＯＦＦの後にアシスト制御停止に必要な処理を実行する。

図１１は、（Ａ）モータ回転数（ｒｐｍ）、（Ｂ）インバータ１０６のＦＥＴ駆動ＰＷＭ信号（３相）（単位Ｖ）、（Ｃ）モータ開放スイッチ１４０のＯＮ／ＯＦＦ状態（３相）（ロジック）、（Ｄ）モータ電流（３相）（単位Ａ）の関係を示しており、Ｕ相上側のＦＥＴアームが故障若しくは異常となった場合を示している。

即ち、時点ｔ１〜ｔ２では図１１（Ｂ）に示すようにＦＥＴ駆動ＰＷＭ信号が供給され、図１１（Ｃ）に示すようにモータ開放スイッチ１４０がＯＮとされ、図１１（Ｄ）に示すように通常にモータ駆動が実施されている。そして、時点ｔ２に状態検出部１２５が異常を検出すると、図１１（Ｂ）に示すようにＦＥＴ駆動ＰＷＭ信号の供給が停止（インバータ１０６の停止）され、時点ｔ２以降、図１１（Ａ）に示すようにモータ回転数ｒｐｍがランプダウンする。この時点（ｔ２〜ｔ４）ではモータ２０は回転しており、回生電流が電源に流れ込むために、図１１（Ｄ）に示すようにモータ電流が変動する。そして、モータ回転数ｒｐｍが制御目標値（例えば８００ｒｐｍ）に達すると（時点ｔ３）、モータ開放スイッチ制御部１３３によってモータ開放スイッチ１４０がＯＦＦされる（図１１（Ｃ））。これにより、モータ電流は図１１（Ｄ）に示すように０となる。その後の時点ｔ４では、モータ回転数ｒｐｍも０となる（図１１（Ａ））。

なお、上述の第１及び第２実施形態では、回転センサ（レゾルバ）に基づいてモータ回転数を検出しているが、モータ端子電圧、シャント抵抗による電流検出によってもモータ回転数を推定することができる。

また、上述の第２実施形態では温度センサとしてサーミスタを例に挙げているが、測温抵抗体、熱電対、トランジスタの温度特性を利用したＩＣ化温度センサ、水晶のＹカットを利用した水晶温度計等を利用することも可能である。

１ ハンドル
２ コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０ トルクセンサ
１２ 車速センサ
１４ 舵角センサ
２０ モータ
２１ 回転センサ
１００ コントロールユニット（ＥＣＵ）
１０１ 電流指令値演算部
１０４ ＰＩ制御部
１０５ ＰＷＭ制御部
１０６ インバータ
１１０ 補償信号生成部
１２０ 制御部
１２１ エネルギー演算部
１２２ 判定部
１２３ データテーブル
１２５ 状態検出部
１３１ センサ異常検出部
１３２ モータ速度検出部
１３３ モータ開放スイッチ制御部
１４０ モータ開放スイッチ
１４１ サーミスタ

Claims (4)

1. トルクセンサからの操舵トルクで演算された電流指令値に基づいてインバータによってｎ相のモータを駆動制御し、前記インバータと前記モータとの間にｎ個のＦＥＴで成るモータ開放スイッチが接続されているモータ制御装置において、
   前記トルクセンサを含むセンサ類及び前記インバータの異常の有無を検出し、前記異常を検出していないときに前記インバータの制御をＯＮにし、前記異常を検出したとき若しくはアシストＯＦＦ指令により前記インバータの制御をＯＦＦする制御部と、
   前記モータのモータ回転数を検出するモータ回転数検出部と、
   を具備し、
   前記制御部は、
   前記インバータの制御がＯＦＦされたときに、前記モータ回転数に基づいて、モータ逆起電圧及び回生電流のエネルギーを演算するエネルギー演算部と、
   前記インバータの制御がＯＦＦされたときに、前記エネルギーを前記ＦＥＴの安全動作領域と比較し、前記エネルギーが前記安全動作領域の領域内となったときに前記モータ開放スイッチのＦＥＴをＯＦＦする判定部と、
   を具備し、
   前記安全動作領域は、前記ＦＥＴのドレイン電流、前記ＦＥＴのドレイン−ソース電圧及び前記ＦＥＴのオン幅との関係、及び前記ＦＥＴの最大許容損失の温度特性に基づいて決まり、
   前記最大許容損失は、前記ＦＥＴのケース温度から推定された温度に基づいて算出され、
   前記ケース温度が上昇するにしたがい、低下することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記ＦＥＴの温度若しくはその周辺の温度を検出する温度センサが更に設けられ、
   前記制御部に、前記温度センサで検出された検出温度を加味して前記データテーブルにより前記安全動作領域を演算する安全動作領域演算部が設けられている請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記データテーブルがＥＥＰＲＯＭに格納されている請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置を搭載したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
   

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