JP2021118584A - モータ制御装置、電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過剰な電流制限を回避しながら電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度の上昇を抑制する。【解決手段】モータ制御装置は、電源１４と電動モータ２０との間に直列に接続されて、電源１４から出力される電源電流を電動モータ２０に流す駆動電流に変換する駆動素子Ｑ１〜Ｑ６と、電動モータ２０のモータ回転速度Ｎｒを検出する回転速度検出部５２、６１と、インバータ５０に印加されるインバータ印加電圧を検出するインバータ印加電圧検出部５４と、電源１４から駆動素子Ｑ１〜Ｑ６までの電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度を検出する温度検出部５３と、部品温度に応じて電源１４が出力する電源電流の上限値を設定する電源電流上限値設定部４２と、少なくともモータ回転速度、インバータ印加電圧および上限値に応じて、電動モータに流す駆動電流を制限する駆動電流制限部４３を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、電動モータを制御するモータ制御装置、並びにこのモータ制御装置により制御されるモータを備える電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置に関する。

電動モータに大きな電流が流れ続けると、電源から電力を供給する電源ライン又はその近傍に配置された部品及び配線の温度が上昇してそれらが焼損するおそれがある。また、部品の取り付けに用いられている半田が溶融して部品が落下するおそれがある。
下記特許文献１には、相電流の関数の時間平均の最大値に応じて制限値を漸減又は漸増させ、電流指令値を制限値で制限する技術が記載されている。
下記特許文献２には、モータ電流供給のための部品毎に、電流値と過熱保護係数との対応関係を特定する過熱保護特性を記憶しておき、部品を流れる電流に応じた過熱保護係数で電流上限値を漸減又は漸増させる技術が記載されている。

特開２００２−２３８２９３号公報 特開２０１４−０９３８３２号公報

電源ライン又はその近傍に配置された部品及び配線の温度は、電源ラインを流れる電源電流の大きさに影響され、電源電流の大きさは、電源から駆動素子に印加される印加電圧や電動モータのモータ回転速度に応じて変動する。このため、上記特許文献１のように相電流に応じて設定した制限値で電流指令値を制限すると、不要に電動モータの出力が制限されることがある。
また上記特許文献２の技術は、実際の部品の温度に関わらず、部品を流れる電流に応じて電流上限値を漸減又は漸増させることにより部品の発熱量を抑制する。部品温度が周囲温度に依存することを考慮すると、部品温度を許容温度以下に抑えるには電流上限値にマージンを持たせる必要があり、不要に電動モータの出力が制限されることがある。

このため、例えば、車両の電動パワーステアリング装置の電動モータの制御に用いると不要にアシストトルクが制限される。この結果、操向ハンドルをラックエンドまで操舵できなくなり、交差点を曲がりにくくなったり正確に駐車できなくなる等の操舵性能に問題をもたらすおそれがあった。
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、精度の高い電流上限値により過剰な電流制限を回避しながら電源ライン又はその近傍に配置された部品及び配線の温度の上昇を抑制することを目的とする。

本発明の一態様によれば、電動モータを制御するモータ制御装置が与えられる。モータ制御装置は、電源と電動モータとの間に直列に接続されて、電源から出力される電源電流を電動モータに流す駆動電流に変換する駆動素子と、電動モータのモータ回転速度を検出する回転速度検出部と、駆動素子に印加される電圧をインバータ印加電圧として検出するインバータ印加電圧検出部と、電源から駆動素子までの電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度を検出する温度検出部と、部品温度に応じて電源が出力する電源電流の上限値を設定する電源電流上限値設定部と、少なくともモータ回転速度、インバータ印加電圧および上限値に応じて、電動モータに流す駆動電流を制限する駆動電流制限部と、を備える。

本発明の他の一形態によれば、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御される電動モータと、を備える電動アクチュエータ製品が与えられる。
本発明の更なる他の一形態によれば、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御される電動モータと、を備え、電動モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置が与えられる。

本発明によれば、精度の高い電流上限値により過剰な電流制限を回避しながら電源ライン又はその近傍に配置された部品及び配線の温度の上昇を抑制できる。

実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。 図１のコントローラの機能構成の一例を示すブロック図である。 電源ライン又はその近傍に配置された部品の説明図である。 電源電流の上限値設定テーブルの一例を示す図である。 モータ回転速度に対するｑ軸電流制限値の特性の説明図である。 駆動電流制限部の機能構成の一例を示すブロック図である。 回転数入力処理部の機能構成の一例を示すブロック図である。 ｑ軸電流制限部の一例を示すブロック図である。 実施形態のモータ制御方法の一例のフローチャートである。 シミュレーションに使用した上限値設定テーブルを示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は部品温度が６０［℃］である場合のシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は部品温度が９０［℃］である場合のシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は部品温度が１２０［℃］である場合のシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は部品温度を変化させた場合のシミュレーション結果を示す図である。

本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（構成）
以下の説明では、本発明の実施形態のモータ制御装置が、電動パワーステアリング装置において操舵補助力を発生する多相モータを駆動する場合を説明する。しかし、本発明の実施形態のモータ制御装置はこれに限定されるものではなく、多相モータを駆動する様々なモータ制御装置に適用することができる。

実施形態の電動パワーステアリング装置の構成例を図１に示す。操向ハンドル１のコラム軸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を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ（電動モータ）２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。

パワーステアリング装置を制御するコントローラ（ＥＣＵ:Electronic Control Unit）３０には、直流電源であるバッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１からイグニションキー信号が入力され、コントローラ３０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Ｖｈとに基づいて、アシストマップ等を用いてアシスト指令の操舵補助指令値の演算を行い、演算された操舵補助指令値に基づいてモータ２０に供給する電流Ｉを制御する。

このような構成の電動パワーステアリング装置において、操向ハンドル１から伝達された運転手のハンドル操作による操舵トルクＴｈをトルクセンサ１０で検出し、検出された操舵トルクＴｈや車速Ｖｈに基づいて算出される操舵補助指令値によってモータ２０は駆動制御され、この駆動が運転手のハンドル操作の補助力（操舵補助力）として操舵系に付与され、運転手は軽い力でハンドル操作を行うことができる。つまり、ハンドル操作によって出力された操舵トルクＴｈと車速Ｖｈから操舵補助指令値を算出し、この操舵補助指令値に基づきモータ２０をどのように制御するかによって、ハンドル操作におけるフィーリングの善し悪しが決まり、電動パワーステアリング装置の性能が大きく左右される。

コントローラ３０は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。
以下に説明するコントローラ３０の機能は、例えばプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

なお、コントローラ３０を、以下に説明する機能を実現するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、コントローラ３０は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントローラ３０はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。

図２を参照して、実施形態のコントローラ３０の機能構成の一例を説明する。コントローラ３０は、操舵補助指令値演算部４０と、電流指令値演算部４１と、電源電流上限値設定部４２と、駆動電流制限部４３と、減算器４４及び４５と、比例積分（ＰＩ：Proportional-Integral）制御部４６と、デューティ（Duty）演算部４７と、空間ベクトル変調部４８と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４９と、インバータ（ＩＮＶ）５０と、３相／２相変換部５１と、回転数演算部５２を備え、モータ２０をベクトル制御で駆動する。

操舵補助指令値演算部４０は、操舵トルクＴｈや車速Ｖｈに基づいてモータ２０に供給する電流の制御目標値（アシスト指令）である操舵補助指令値Ｉｒｅｆを決定する。
電流指令値演算部４１は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆとモータ２０のモータ回転速度Ｎｒに基づいて、モータ２０に供給する電流の目標値である電流指令値をロータ回転座標系のｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０として算出する。電流指令値演算部４１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を駆動電流制限部４３へ出力し、ｄ軸電流指令値Ｉｄ０を駆動電流制限部４３と減算器４５へ出力する。

電源電流上限値設定部４２は、バッテリ１４からインバータ５０までの電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度Ｔｐに応じて、バッテリ１４が出力する電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを設定する。
図３を参照して、電源ライン又はその近傍に配置された部品の一例を説明する。インバータ５０は、バッテリ１４に接続されて直流電力が供給される正極側の電源ラインＬｐｐと接地線である負極側の電源ラインＬｐｎとの間に接続されるブリッジを備える。

ブリッジは、上アームの駆動素子（スイッチング素子）Ｑ１、Ｑ３及びＱ５と、下アームの駆動素子（スイッチング素子）Ｑ２、Ｑ４及びＱ６を備える。
バッテリ１４から駆動素子Ｑ１〜Ｑ６までの電源ラインＬｐｐ及びＬｐｎ又はその近傍には様々な部品が配置されている。例えば、電源ラインＬｐｐには電源電流を遮断するためのリレーＲとチョークコイルＬが接続されている。電源ラインの近傍とは、電源電流が流れることによる発熱及び熱伝導により、温度上昇が見込まれる範囲である。インバータ５０の入力端子に接続されている電解コンデンサＣ及びその配線は、電源ライン近傍の部品の一例である。以下、電源ライン又はその近傍に配置された部品を「ＥＣＵ部品」と表記する。

温度検出部５３は、ＥＣＵ部品のいずれかの部品温度Ｔｐを検出し、検出信号をコントローラ３０へ出力する。ＥＣＵ部品のうち温度上昇又は度上昇速度が著しい部品温度を検出するように温度検出部５３を配置して良い。
また、インバータ印加電圧検出部５４は、インバータ５０に印加される電圧（インバータ印加電圧）Ｖｒを検出し、検出信号をコントローラ３０へ出力する。

図２を参照する。駆動電流制限部４３は、モータ２０のモータ回転速度Ｎｒと、インバータ印加電圧Ｖｒと、ｄ軸電流指令値Ｉｄ０と、操舵補助指令値Ｉｒｅｆに基づいて、バッテリ１４が出力する電源電流が上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ以下になるように、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を制限する。
駆動電流制限部４３はｑ軸電流指令値Ｉｑ０を制限して得られた制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１を、減算器４４へ出力する。
電源電流上限値設定部４２及び駆動電流制限部４３の詳細は後述する。

減算器４４及び４５は、モータ２０からフィードバックされたモータ電流ｉｑ、ｉｄを制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０からそれぞれ減じることにより、ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄを算出する。ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄは、ＰＩ制御部４６に入力される。

ＰＩ制御部４６は、ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄを各々０とするような電圧指令値ｖｑ、ｖｄを算出する。
デューティ演算部４７は、電圧指令値ｖｑ、ｖｄに基づいて、インバータ５０のＰＷＭ制御におけるｑ軸デューティ指令値及びｄ軸デューティ指令値を演算する。空間ベクトル変調部４８は、ｄｑ軸空間のｑ軸デューティ指令値及びｄ軸デューティ指令値を、三相デューティ指令値に変換してＰＷＭ制御部４９に出力する。

ＰＷＭ制御部４９は、三相デューティ指令値に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を、インバータ５０の駆動素子Ｑ１〜Ｑ６をそれぞれ駆動するゲート信号として生成する。
インバータ５０は、ＰＷＭ制御部４９で生成されたゲート信号によって駆動され、モータ２０にはｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄが０になるような電流が供給される。
回転角度検出回路６１は、モータ２０のモータ角度（回転角）θを検出し、回転数演算部５２は、モータ角度θの変化に基づいてモータ２０の回転角速度ω及び回転速度Ｎｒを算出する。

続いて、電源電流上限値設定部４２の詳細を説明する。電源電流上限値設定部４２は、温度検出部５３が検出したＥＣＵ部品の部品温度Ｔｐに応じて、許容可能な電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを設定する。
例えば、電源電流上限値設定部４２は、部品温度Ｔｐと、部品温度Ｔｐにおいて許容可能な上限値Ｉｂ＿ｌｉｍとを対応付ける上限値設定テーブルを備えてよい。

図４に上限値設定テーブルの一例を示す。この例では、部品温度ＴｐがＴｐ１以下の範囲では上限値Ｉｂ＿ｌｉｍは最大値Ｉｂ１を維持し、部品温度ＴｐがＴｐ１よりも高いＴｐ２以上の範囲では、上限値Ｉｂ＿ｌｉｍは最小値Ｉｂ２を維持する。
Ｔｐ１以上Ｔｐ２以下の範囲では、部品温度Ｔｐが上昇するのに伴い上限値Ｉｂ＿ｌｉｍが減少する。図４の例では、上限値Ｉｂ＿ｌｉｍは部品温度Ｔｐの変化に対して非線形に変化するが、線形に変化してもよい。また、上限値Ｉｂ＿ｌｉｍはステップ上に変化してもよい。

例えば上限値設定テーブルは、実験によりＥＣＵ部品に流れる電源電流とそのときのＥＣＵ部品の部品温度Ｔｐの温度上昇データを採取し、採取した温度上昇データに基づいて各部品温度Ｔｐにおいて許容可能な電源電流を適宜決定することにより作成してよい。
電源電流上限値設定部４２は、温度検出部５３が検出した部品温度Ｔｐに対応付けられた上限値を上限値設定テーブルから読み出して、電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する。

また例えば、電源電流上限値設定部４２は、ＥＣＵ部品の既知の熱容量と部品温度Ｔｐとに基づいてＥＣＵ部品に発生している熱量を概算し、熱量変化からＥＣＵ部品の消費電力を推定して、ＥＣＵ部品の消費電力が許容範囲に収まるように電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを算出してもよい。
また例えば、電源電流上限値設定部４２は、複数のＥＣＵ部品の部品温度と各部品温度に対応付けられた上限値設定テーブルから複数の上限値を読み出し、複数の上限値の最小値を電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定してもよい。

続いて、駆動電流制限部４３の詳細を説明する。上述の通り駆動電流制限部４３は、バッテリ１４が出力する電源電流が上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ以下になるように、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を制限する。
具体的には、駆動電流制限部４３は、モータ回転速度Ｎｒと、インバータ印加電圧Ｖｒと、ｄ軸電流指令値Ｉｄ０と、上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに基づいてｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを演算し、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０をｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ以下に制限する。

以下、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を制限するｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍの演算方法の一例を説明する。
モータ２０および駆動回路の入力エネルギー、出力エネルギー、損失エネルギーの関係は次式（１）により与えられる。

上式（１）において、Ｉｂはバッテリ１４が出力する電源電流を表し、Ｒｒは電圧が印加される部分の抵抗値（例えばモータ抵抗やインバータ内部抵抗など）を表し、Ｉｄ及びＩｑはｄ軸電流及びｑ軸電流を表し、Ｋｔはモータ２０のトルク定数を表し、Ｐｌｏｓｓは鉄損や摩擦などに起因する損失電力を表す。
上式（１）の電源電流Ｉｂに上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを代入してｑ軸電流について上式（１）を解くことにより、次式（２）に示すｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍの演算式を得る。

いま、モータ２０の回転角速度ωを回転速度Ｎを用いて表すと、演算式（２）の演算式は次式（３）の演算式に変形できる。

一方で、ｑ軸電流は操舵補助指令値Ｉｒｅｆの最大値Ｉｒｅｆ＿ｍａｘを超えることができないため、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍは次式（４）の制限も受ける。

駆動電流制限部４３は、演算式（２）又は（３）により算出されるｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍが上式（４）を満たす場合には、演算式（２）又は（３）によりｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを算出する。
演算式（２）又は（３）により算出されるｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍが上式（４）を満たさない場合には、次式（５）によりｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを算出する。

図５を参照して、モータ回転速度に対するｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍの特性の概要を説明する。
モータ回転速度Ｎが比較的低い範囲（０≦Ｎ＜Ｎ１）では、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍは操舵補助指令値Ｉｒｅｆの最大値Ｉｒｅｆ＿ｍａｘと等しい。この範囲では、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍはｑ軸電流の制限に寄与しない。
モータ回転速度Ｎが比較的高い範囲（Ｎ１≦Ｎ）では、モータ回転速度Ｎが高くなるのに従いｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍは漸減する。ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍがｑ軸電流指令値Ｉｑ０よりも小さくなると、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０はｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍへ制限される。

図６を参照する。駆動電流制限部４３は、回転数入力処理部７０と、制限値演算部７１と、レートリミッタ７２と、平滑化部７３と、ｑ軸電流制限部７４を備える。
回転数入力処理部７０は、回転数演算部５２から入力されるモータ２０の回転速度Ｎｒを処理することにより、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍの演算に使用する回転速度信号Ｎを生成する。
具体的には回転数入力処理部７０は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆの符号とモータ回転速度の符号とを比較し、モータ電流の向きとモータの回転方向の向きとが等しいか否かを判定する。

モータ電流の向きとモータの回転方向の向きとが異なる場合には、操向ハンドル１が切り戻し操舵状態である。この場合にはモータ電流の向きと逆起電力の向きによりモータ２０は回生状態となる。このためバッテリ１４から流れる電流が小さくなるかモータ２０が発電状態となるため、電源電流を制限する必要は無い。

したがって回転数入力処理部７０は、操舵補助指令値Ｉｒｅｆの符号とモータ回転速度の符号とが異なる場合には、回転速度信号Ｎとして回転速度０を出力する。上記のとおりモータ回転速度が０の場合には、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍがｑ軸電流の制限に寄与しない。回転数入力処理部７０は、モータ電流の向きとモータの回転方向の向きが異なる場合、回転速度信号Ｎを０に設定してｑ軸電流の制限を解除する。

図７を参照する。回転数入力処理部７０は、符号判定部（ｓｇｎ）９０及び９１と、操舵状態判定部９２と、絶対値算出部（ａｂｓ）９３と、選択器９４を備える。
符号判定部９０及び９１は、回転数演算部５２が算出したモータ２０の回転速度Ｎｒと、操舵補助指令値Ｉｒｅｆの符号を判定する。符号判定部９０及び９１は、回転速度Ｎｒ及び操舵補助指令値Ｉｒｅｆの符号を操舵状態判定部９２へ出力する。

操舵状態判定部９２は、回転速度Ｎｒ及び操舵補助指令値Ｉｒｅｆの符号が等しいか否かに応じて、操向ハンドル１が切り増し操舵状態であるか切り戻し操舵状態であるかを判定する。具体的には、回転速度Ｎｒ及び操舵補助指令値Ｉｒｅｆの符号が等しい場合に、操舵状態判定部９２は、操向ハンドル１が切り増し操舵状態であると判定する。回転速度Ｎｒ及び操舵補助指令値Ｉｒｅｆの符号が異なる場合に、操舵状態判定部９２は、操向ハンドル１が切り戻し操舵状態であると判定する。

操向ハンドル１が切り増し操舵状態である場合に、操舵状態判定部９２は選択信号「１」を選択器９４に出力する。操向ハンドル１が切り戻し操舵状態である場合に、操舵状態判定部９２は選択信号「０」を選択器９４に出力する。
絶対値算出部９３は、回転速度Ｎｒの絶対値｜Ｎｒ｜を算出する。操舵状態判定部９２は選択信号「１」を出力する場合、選択器９４は絶対値｜Ｎｒ｜を選択して回転速度信号Ｎとして出力する。操舵状態判定部９２は選択信号「０」を出力する場合、選択器９４は回転速度０を選択して回転速度信号Ｎとして出力する。

図６を参照する。制限値演算部７１は、演算式（２）及び（５）によりｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを算出する。
制限値演算部７１は、係数乗算器７５、７６及び７７と、項演算部７８及び７９と、加算器８０及び８１と、平方根演算部８２及び８３と、リミッタ８４と、乗算器８５と、減算器８６と、制限値選択部８７を備える。

係数乗算器７５は、回転数入力処理部７０が出力した回転速度信号Ｎに係数（２π／６０）を乗算して回転角速度ωを算出して、係数乗算器７６及び項演算部７８に出力する。
係数乗算器７６は、回転角速度ωと係数「−Ｋｔ」の積（−Ｋｔ・ω）を算出して加算器８１へ出力する。
項演算部７８は、演算式（２）に含まれる項（Ｋｔ・ω）^２を算出して加算器８０へ出力する。

項演算部７９は、演算式（２）に含まれる項（−４・Ｒｒ・（Ｒｒ・Ｉｄ０^２−Ｖｒ・Ｉｂ＿ｌｉｍ＋Ｐｌｏｓｓ））を算出して加算器８０へ出力する。ここで、Ｉｄにはｄ軸電流指令値Ｉｄ０が代入されている。
加算器８０は、項演算部７８及び７９の演算結果を加算する。平方根演算部８２は加算器８０の加算結果の平方根

を算出して、加算器８１に出力する。
加算器８１は、係数乗算器７６の乗算結果と平方根演算部８２の演算結果を加算する。係数乗算器７７は、加算器８１の加算結果に係数（１／（２・Ｒｒ））を乗算して、演算式（２）の右辺の項

を得る。リミッタ８４は、係数乗算器７７の乗算結果の上限値を制限してｑ軸電流制限値候補Ｉｑ＿ｌｉｍ１を算出し、制限値選択部８７へ出力する。
一方で、乗算器８５はｄ軸電流指令値Ｉｄ０の二乗値Ｉｄ０^２を算出し、減算器８６は、二乗値Ｉｄ０^２を操舵補助指令値Ｉｒｅｆの最大値Ｉｒｅｆ＿ｍａｘの二乗値Ｉｒｅｆ＿ｍａｘ^２から減算する。平方根演算部８３は、減算器８６の減算結果の平方根を演算して、演算式（５）の右辺の項

を算出し、ｑ軸電流制限値候補Ｉｑ＿ｌｉｍ２として制限値選択部８７へ出力する。
制限値選択部８７は、ｑ軸電流制限値候補Ｉｑ＿ｌｉｍ１及びＩｑ＿ｌｉｍ２のうちいずれか小さい値を選択して、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ３としてレートリミッタ７２に出力する。

レートリミッタ７２は、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ３の過渡的な変動を緩和する。
操向ハンドル１の操舵状態が切り増し操舵状態と切り戻し操舵状態との間で切り替わると、回転数入力処理部７０が回転速度信号Ｎを切り替えるために、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ３の値が急激に変化する。この結果、ｑ軸電流制限値の出力値の急激な変化が発生したりチャタリングが発生するおそれがある。
レートリミッタ７２は、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ３の過渡的な変動を緩和して得られるｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４を生成して、平滑化部７３へ出力する。

例えばレートリミッタ７２は、今回の制御周期で入力したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ３から前回の制御周期で出力したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４を減算して得られる差分が、正値の立ち上がり閾値ＲＩＳＥ＿ＲＡＴＥよりも大きい場合には、前回の制御周期で出力したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４と立ち上がり閾値ＲＩＳＥ＿ＲＡＴＥとの和を、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４として出力する。

またレートリミッタ７２は、今回の制御周期で入力したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ３から前回の制御周期で出力したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４を減算して得られる差分が、負値の立ち下がり閾値ＦＡＬＬ＿ＲＡＴＥよりも小さい場合には、前回の制御周期で出力したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４と立ち下がり閾値ＦＡＬＬ＿ＲＡＴＥとの和を、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４として出力する。
今回の制御周期で入力したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ３から前回の制御周期で出力したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４を減算して得られる差分が、立ち下がり閾値ＦＡＬＬ＿ＲＡＴＥ以上立ち上がり閾値ＲＩＳＥ＿ＲＡＴＥ以下の場合には、入力したｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ３をそのままｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４として出力する。

平滑化部７３は、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４を平滑化することにより、回転速度信号Ｎの切り替え時のｑ軸電流制限値の出力値の急激な変化を緩和し、チャタリングを除去する。
例えば、平滑化部７３は、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４の時間加重平均値を算出するフィルタであってよい。平滑化部７３は、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ４を平滑化して得られた最終的なｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを、ｑ軸電流制限部７４へ出力する。

ｑ軸電流制限部７４は、電流指令値演算部４１から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ０を、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ以下の値に制限する。ｑ軸電流制限部７４は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を制限して得られる制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１を出力する。
図８を参照する。ｑ軸電流制限部７４は、符号反転器１００と、比較器１０１及び１０２と、選択器１０３及び１０４を備える。
比較器１０１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０と正値のｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍとを比較する。ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が正値のｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ以上の場合、比較器１０１は、選択信号「１」を選択器１０３に出力する。ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が正値のｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ未満の場合、比較器１０１は、選択信号「０」を選択器１０３に出力する。

符号反転器１００は、ｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍの符号を反転して負値のｑ軸電流制限値（−Ｉｑ＿ｌｉｍ）を出力する。比較器１０２は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０と負値のｑ軸電流制限値（−Ｉｑ＿ｌｉｍ）とを比較する。ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が負値のｑ軸電流制限値（−Ｉｑ＿ｌｉｍ）以下の場合、比較器１０２は、選択信号「１」を選択器１０４に出力する。ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が負値のｑ軸電流制限値（−Ｉｑ＿ｌｉｍ）より大きいの場合、比較器１０２は、選択信号「０」を選択器１０４に出力する。

比較器１０１が選択信号「１」を出力する場合（すなわちｑ軸電流指令値Ｉｑ０が正値のｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ以上の場合）、選択器１０３はｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを選択して選択器１０４に出力する。
比較器１０１が選択信号「０」を出力する場合（すなわちｑ軸電流指令値Ｉｑ０が正値のｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍ未満の場合）、選択器１０３はｑ軸電流指令値Ｉｑ０を選択して選択器１０４に出力する。

比較器１０２が選択信号「１」を出力する場合（すなわちｑ軸電流指令値Ｉｑ０が負値のｑ軸電流制限値（−Ｉｑ＿ｌｉｍ）以下の場合）、選択器１０４は負値のｑ軸電流制限値（−Ｉｑ＿ｌｉｍ）を選択して制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１として出力する。
比較器１０２が選択信号「０」を出力する場合（すなわちｑ軸電流指令値Ｉｑ０が負値のｑ軸電流制限値（−Ｉｑ＿ｌｉｍ）より大きいの場合）、選択器１０４は選択器１０３の出力を選択して制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１として出力する。以上により、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１は、正値のｑ軸電流制限値（Ｉｑ＿ｌｉｍ）以下及び負値のｑ軸電流制限値（−Ｉｑ＿ｌｉｍ）以上の値に制限される。

なお、バッテリ１４は特許請求の範囲に記載される電源の一例である。コントローラ３０、温度検出部５３、インバータ印加電圧検出部５４、及び回転角度検出回路６１は、特許請求の範囲に記載されるモータ制御装置の一例である。回転角度検出回路６１及び回転数演算部５２は、特許請求の範囲に記載される回転速度検出部の一例である。

（変形例）
上記の実施形態では、演算式（２）又は（３）の抵抗Ｒｒ及びトルク定数Ｋｔを固定の定数としてｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを演算したが、本発明はこれに限定されるものではない。
制限値演算部７１は、モータ２０の温度情報を取得し、モータ２０の温度情報に応じて抵抗Ｒｒ及びトルク定数Ｋｔを変化させてもよい。すなわち制限値演算部７１は、モータ２０の温度情報に応じてｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを演算してもよい。
また、インバータ５０の温度情報を取得し、インバータ５０の温度情報に応じて抵抗Ｒｒを変化させてもよい。すなわち制限値演算部７１は、インバータ５０の温度情報に応じてｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを演算してもよい。

（動作）
図９を参照して、実施形態のモータ制御方法の一例を説明する。
ステップＳ１において回転角度検出回路６１と回転数演算部５２は、モータ２０の回転速度Ｎｒを検出する。
ステップＳ２においてインバータ印加電圧検出部５４は、インバータ５０への印加電圧であるインバータ印加電圧Ｖｒを検出する。

ステップＳ３において温度検出部５３は、ＥＣＵ部品のいずれかの部品温度Ｔｐを検出する。
ステップＳ４において電源電流上限値設定部４２は、ＥＣＵ部品の部品温度Ｔｐに応じて、バッテリ１４が出力する電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを設定する。
ステップＳ５において電流指令値演算部４１は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０及びｄ軸電流指令値Ｉｄ０を算出する。

ステップＳ６において制限値演算部７１、レートリミッタ７２及び平滑化部７３は、モータ２０のモータ回転速度Ｎｒと、インバータ印加電圧Ｖｒと、ｄ軸電流指令値Ｉｄ０と、操舵補助指令値Ｉｒｅｆに基づいて、バッテリ１４が出力する電源電流が上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ以下になるようにｑ軸電流指令値Ｉｑ０を制限するためのｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍを演算する。

ステップＳ７においてｑ軸電流制限部７４は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０をｑ軸電流制限値Ｉｑ＿ｌｉｍで制限することにより、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１を演算する。
ステップＳ８においてコントローラ３０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ０と制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１に基づいてモータ２０を駆動する。

（シミュレーション結果）
以下、本実施形態のモータ制御装置の動作のシミュレーション結果を記載する。図１０に、シミュレーションに使用した電源電流の上限値設定テーブルの一例を示す。この上限値設定テーブルでは、部品温度Ｔｐが６０［℃］以下の範囲では上限値Ｉｂ＿ｌｉｍは最大値Ｉｂ１［Ａ］を維持する、部品温度Ｔｐが１２０［℃］以上の範囲では、上限値Ｉｂ＿ｌｉｍは最小値Ｉｂ１＊５／７［Ａ］を維持する。６０［℃］以上１２０［℃］以下の範囲では、部品温度Ｔｐが上昇するのに伴い上限値Ｉｂ＿ｌｉｍが線形的に減少して、部品温度Ｔｐが９０［℃］のときの上限値Ｉｂ＿ｌｉｍはＩｂ１＊３／７［Ａ］である。

図１１の（ａ）〜（ｄ）、図１２の（ａ）〜（ｄ）及び図１３の（ａ）〜（ｄ）は、異なる部品温度Ｔｐにおいてモータ回転速度を変化させた場合の制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１と電源電流のシミュレーション結果を示す。
図１１の（ａ）、図１２の（ａ）及び図１３の（ａ）は、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１の変化を示し、図１１の（ｂ）、図１２の（ｂ）及び図１３の（ｂ）は、電源電流の変化を示す。

図１１の（ｃ）、図１２の（ｃ）及び図１３の（ｃ）は、シミュレーション条件として設定したモータ回転速度の変化を示し、図１１の（ｄ）、図１２の（ｄ）及び図１３の（ｄ）は、シミュレーション条件として設定した部品温度Ｔｐを示す。
その他のシミュレーション条件として、インバータ印加電圧Ｖｒを１２［Ｖ］に設定し、操舵補助指令値Ｉｒｅｆを操舵補助指令値Ｉｒｅｆの最大値Ｉｒｅｆ＿ｍａｘ［Ａ］に設定した。

図１１の（ａ）〜（ｄ）は、部品温度Ｔｐが６０［℃］である場合のシミュレーション結果を示す。図１０に示すように部品温度Ｔｐが６０［℃］である場合に電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍはＩｂ１［Ａ］に設定される。モータ回転速度を０［ｒｐｍ］から５０００［ｒｐｍ］まで増加させた条件下で、上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ＝Ｉｂ１［Ａ］に基づいて制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１が適切に制限され、電源電流がＩｂ１［Ａ］以下に抑えられていることが確認できる。

図１２の（ａ）〜（ｄ）は、部品温度Ｔｐが９０［℃］である場合のシミュレーション結果を示す。図１０に示すように部品温度Ｔｐが９０［℃］である場合に電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍはＩｂ１＊５／７［Ａ］に設定される。モータ回転速度を０［ｒｐｍ］から５０００［ｒｐｍ］まで増加させた条件下で、上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ＝Ｉｂ１＊５／７［Ａ］に基づいて制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１が適切に制限され、電源電流がＩｂ１＊５／７［Ａ］以下に抑えられていることが確認できる。

図１３の（ａ）〜（ｄ）は、部品温度Ｔｐが１２０［℃］である場合のシミュレーション結果を示す。図１０に示すように部品温度Ｔｐが１２０［℃］である場合に電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍはＩｂ１＊３／７［Ａ］に設定される。モータ回転速度を０［ｒｐｍ］から５０００［ｒｐｍ］まで増加させた条件下で、上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ＝Ｉｂ１＊３／７［Ａ］に基づいて制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１が適切に制限され、電源電流がＩｂ１＊３／７［Ａ］以下に抑えられていることが確認できる。

図１４の（ａ）〜（ｄ）は、インバータ印加電圧Ｖｒが１２［Ｖ］で操舵補助指令値Ｉｒｅｆが操舵補助指令値Ｉｒｅｆの最大値Ｉｒｅｆ＿ｍａｘ［Ａ］であるシミュレーション条件下において、６０［℃］〜１２０［℃］の範囲において部品温度Ｔｐを台形波状に繰り返し変化させた場合のシミュレーション結果を示す。図１４の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１のシミュレーション結果、電源電流のシミュレーション結果、モータ回転速度のシミュレーション条件、部品温度のシミュレーション条件を示す。
モータ回転速度を０［ｒｐｍ］から５０００［ｒｐｍ］まで増加させた条件下で、部品温度Ｔｐに応じた上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに基づいて制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑ１が適切に制限され、電源電流がＩｂ１［Ａ］〜Ｉｂ１＊３／７［Ａ］の範囲に動的に抑えられていることが確認できる。

（実施形態の効果）
（１）モータ２０を制御するモータ制御装置は、電源であるバッテリ１４とモータ２０との間に直列に接続されて、バッテリ１４から出力される電源電流をモータ２０に流す駆動電流に変換する駆動素子Ｑ１〜Ｑ６と、モータ２０のモータ回転速度を検出する回転角度検出回路６１及び回転数演算部５２と、インバータ５０への印加電圧であるインバータ印加電圧Ｖｒを検出するインバータ印加電圧検出部５４と、バッテリ１４から駆動素子Ｑ１〜Ｑ６までの電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度Ｔｐを検出する温度検出部５３と、部品温度Ｔｐに応じてバッテリ１４が出力する電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを設定する電源電流上限値設定部４２と、少なくともモータ回転速度、インバータ印加電圧Ｖｒおよび上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに応じて、モータ２０に流す駆動電流を制限する駆動電流制限部４３と、を備える。

このように、電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度Ｔｐに応じて許容できる電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを設定し、電源電流が上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ以下に制限されるようにモータ２０の駆動電流を制御することにより、精度の高い上限値により過剰な電流制限を回避しながら電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度Ｔｐの上昇を抑制できる。
また例えば、電源電流上限値設定部４２は、複数のＥＣＵ部品の部品温度と各部品温度に対応付けられた上限値設定テーブルから複数の上限値を読み出し、複数の上限値の最小値を電源電流の上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定してもよい。このようにすることで、各部品の温度特性に応じて効果的に温度上昇を抑制できる。
例えば電動モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置の場合、操向ハンドル１をラックエンドまで操舵できるように制御しつつ、部品温度Ｔｐの上昇を抑制できる。

（２）モータ制御装置は、駆動電流を制御するためのｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を演算する電流指令値演算部４１を更に備えてもよい。駆動電流制限部４３は、少なくともモータ回転速度、インバータ印加電圧、上限値およびｄ軸電流指令値に応じてｑ軸電流指令値を制限してよい。
このように、電源電流が上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ以下に制限されるようにｑ軸電流指令値を制御することにより、過剰な電流制限を回避しながら電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度Ｔｐの上昇を抑制できる。

（３）駆動電流制限部４３は、インバータ印加電圧と電源電流に基づく入力電力と、モータの回転角速度、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値に基づく出力電力と、損失電力との間に成立する関係に従って、ｑ軸電流指令値を制限して電源電流を上限値以下に制限するためのｑ軸電流制限値を演算する制限値演算部７１と、ｑ軸電流指令値をｑ軸電流制限値以下に制限するｑ軸電流制限部７４と、を備えてもよい。
このように演算されたｑ軸電流制限値でｑ軸電流指令値を制限することにより、電源電流を正確に上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ以下に制限できる。

（４）駆動電流制限部４３は、さらにモータ２０の温度情報に応じて駆動電流を制限してもよい。これにより、モータ２０の温度によるトルク定数や抵抗値の変化を考慮することができ、より正確に電源電流を制限できる。
駆動電流制限部４３は、さらにインバータ５０の温度情報を取得し、インバータ５０の温度情報に応じて抵抗Ｒｒを変化させてもよい。

（５）駆動電流制限部４３は、駆動電流の向きとモータの回転方向に応じて、駆動電流の制限を解除する。これにより、モータ２０が回生状態となる場合（例えば操向ハンドル１が切り戻し操舵状態である場合等）に不要な電流制限を解除することができる。

１…操向ハンドル、２…コラム軸、３…減速ギア、４Ａ、４Ｂ…ユニバーサルジョイント、５…ピニオンラック機構、６…タイロッド、１０…トルクセンサ、１１…イグニションキー、１２…車速センサ、１４…バッテリ、２０…モータ、３０…コントローラ、４０…操舵補助指令値演算部、４１…電流指令値演算部、４２…電源電流上限値設定部、４３…駆動電流制限部、４４、４５、８６…減算器、４６…比例積分制御部、４７…デューティ演算部、４８…空間ベクトル変調部、４９…ＰＷＭ制御部、５０…インバータ、５２…回転数演算部、５３…温度検出部、５４…インバータ印加電圧検出部、６１…回転角度検出回路、７０…回転数入力処理部、７１…制限値演算部、７２…レートリミッタ、７３…平滑化部、７４…ｑ軸電流制限部、７５、７６、７７…係数乗算器、７８、７９…項演算部、８０、８１…加算器、８２、８３…平方根演算部、８４…リミッタ、８５…乗算器、８７…制限値選択部、９０、９１…符号判定部、９２…操舵状態判定部、９３…絶対値算出部、９４、１０３、１０４…選択器、１００…符号反転器、１０１、１０２…比較器

Claims (7)

1. 電動モータを制御するモータ制御装置であって、
   電源と前記電動モータとの間に直列に接続されて、前記電源から出力される電源電流を前記電動モータに流す駆動電流に変換する駆動素子と、
   前記電動モータのモータ回転速度を検出する回転速度検出部と、
   前記駆動素子に印加される電圧をインバータ印加電圧として検出するインバータ印加電圧検出部と、
   前記電源から前記駆動素子までの電源ライン又はその近傍に配置された部品の部品温度を検出する温度検出部と、
   前記部品温度に応じて前記電源が出力する電源電流の上限値を設定する電源電流上限値設定部と、
   少なくとも前記モータ回転速度、前記インバータ印加電圧および前記上限値に応じて、前記電動モータに流す駆動電流を制限する駆動電流制限部と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記駆動電流を制御するためのｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を演算する電流指令値演算部を更に備え、
   前記駆動電流制限部は、少なくとも前記モータ回転速度、前記インバータ印加電圧、前記上限値および前記ｄ軸電流指令値に応じて前記ｑ軸電流指令値を制限する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記駆動電流制限部は、
   前記インバータ印加電圧と前記電源電流に基づく入力電力と、前記電動モータの回転角速度、前記ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値に基づく出力電力と、損失電力との間に成立する関係に従って、前記ｑ軸電流指令値を制限して前記電源電流を前記上限値以下に制限するためのｑ軸電流制限値を演算する制限値演算部と、
   前記ｑ軸電流指令値を前記ｑ軸電流制限値以下に制限するｑ軸電流制限部と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記駆動電流制限部は、さらに少なくとも前記電動モータの温度情報及び前記駆動素子の温度情報に応じて前記駆動電流を制限することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記駆動電流制限部は、前記駆動電流の向きと前記電動モータの回転方向に応じて、前記駆動電流の制限を解除することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置によって制御される電動モータと、
   を備えることを特徴とする電動アクチュエータ製品。
7. 請求項１〜５の何れか一項に記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置によって制御される電動モータと、
   を備え、前記電動モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する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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