JP4683491B2 - モータ保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ保護装置に関し、特に、モータの過熱防止機能によって、例えば、電動パワーステアリングに用いられるモータを保護するモータ保護装置に関する。

ステアリングシャフトを回動させて車両を操舵する際、該ステアリングシャフトに電動モータで回動補助力を付与して操舵を楽にさせる電動パワーステアリングシステムが知られる。

特開２００５−３２４７９６号公報には、上記電動モータの過熱を防止するため、モータの巻線温度を推定し、その推定温度に基づいてモータの温度保護制御を行う電動パワーステアリング装置の制御装置が記載されている。

一般に、モータの巻線温度を推定する場合、ジュールの法則に従い、巻線を流れる電流値と巻線の抵抗値を利用する。すなわち、電流値をＩ、抵抗値をＲ、通電時間をｔとした場合、発熱量Ｑは、Ｑ＝Ｉ×Ｉ×Ｒ×ｔ…（式１）で推定できる。

この式１により発熱量は推定されるが、さらに温度を推定するためには、放熱量も考慮しなければならない。次式２は、放熱量補正項としての定数ａを含む熱量推定式である。累積値Ｔは温度を代表する。

累積値Ｔ＝Σ（Ｋ×Ｉ×Ｉ−ａ）…（式２）。この式２は、パワーステアリングが動作して電動モータに通電されたときの発熱量を通電時間分積算して温度を推定する式であり、放熱量として定数ａを減算している。式２おける定数ａは、温度を高めに見積もって温度保護を確実にするため、巻線の最高温度から通電を停止した時に常温に戻るまでの時間より長い時間で累積値がゼロに戻るようごく小さい値を設定する。定数ａが大きすぎると、累積値Ｔが小さくなる傾向が大となり、巻線温度を低く見積もり易くなるためである。定数ａにより、通電が長時間行われない場合、累積値Ｔはゼロに復帰する。なお、式２において、係数Ｋは積算係数であり、計算値を実測値に近づけるように予め実験によって求める数値である。
特開２００５−３２４７９６号公報

上記式２を使用すれば、温度センサを使用することなく電動モータの温度を推定でき、この推定温度が予め設定した温度以上になれば、電動モータへの電流供給を停止することによって電動モータの保護が図られる。

上記式２は整備された一般道路を専ら走行する車両には適しているが、オフロードを走行する不整地走行車両（ＡＴＶ）等には必ずしも適さない。オフロード走行では転舵の角度と頻度が多く、電動モータの通電頻度が多くなるので、累積値Ｔが過大になり、実際には発熱保護の必要がない低い温度で電動モータへの電流供給が停止してステアリングシャフトに対する補助力が付与されなくなる可能性がある。

累積値Ｔが過剰となって実際の温度と相関しなくなるのは、次の理由による。放熱量を考慮した補正用の定数ａは極めて小さい固定値であるが、実際の放熱量は電動モータの温度と周囲温度との差によって変動する。長時間の動作では、該温度差が大きくなるので放熱量が多くなって電動モータの実際の温度は比較的上昇しにくい。したがって、定数ａが極めて小さい固定値である式２によれば、発熱量の累積値は増大傾向となり、累積値Ｔと実際温度との相関がとれなくなるものと考えられる。

本発明の目的は、頻繁に作動する走行条件下で使用されることがあるパワーステアリング装置等において、精度良く電動モータの温度を推定してモータの過熱防止を図ることができるモータ保護装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、モータと、前記モータに供給する電流を制御するモータドライバと、前記モータに供給される電流に基づいて前記モータの温度を推定する温度推定手段と、推定された前記モータの温度に応じてモータ供給電流の上限値を制限する過熱保護手段とを有するモータ保護装置において、前記制限されたモータ供給電流の上限値を大きい値に補正する電流値補正手段を具備し、前記加熱保護手段による電流上限値の制限が行われている場合、前記温度推定手段が、前記補正されたモータ供給電流の上限値を用いて前記モータの温度を推定する点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記加熱保護手段が、前記温度推定手段で推定されたモータの温度が予定値まで増大したときに、前記モータ温度に応じた電流制限割合で前記モータ供給電流の上限値を制限するように構成され、前記電流値補正手段が、前記電流制限割合によって前記上限値を大きい値に補正する点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記電流値補正手段が、前記電流制限割合が小さくなるに従い前記上限値が大きくなるように補正する点に第３の特徴があり、前記電流制限割合が、予め設定したゼロ近傍の値に低減されたときに前記電流制限割合を１．０にリセットされる点に第４の特徴がある。

また、本発明は、前記温度推定手段が、供給電流によるモータの発熱量と放熱量との差を時系列で積算する発熱量累積手段を具備し、かつ前記放熱量が、前記発熱量累算手段で算出された発熱量累積値と周囲温度との差の関数である点に第５の特徴がある。

さらに、本発明は、前記発熱量が前記モータ供給電流値と予定の発熱係数との乗算値で計算され、前記放熱量が発熱量累積値と周囲温度との差と予定の放熱係数との乗算値で計算されるとともに、前記発熱係数および放熱係数は、前記発熱量累積値が、予め測定した前記モータの実測温度より高くなるように設定されている点に第６の特徴がある。

また、さらに、本発明は、電動パワーステアリング装置用モータの過熱防止に利用される点に第７の特徴がある。

モータに供給される電流に基づいてモータの温度が推定され、モータの温度が上昇したときに電流が制限されると、その結果、制限された電流値に従ってモータ温度は低く推定される。したがって、あるところで、電流値と推定温度とが平衡してしまう。そこで第１の特徴では、モータ温度の推定に際しては、制限された電流値を高めに補正して、電流が制限されても推定温度はその制限された電流値に応じて低く見積もられることがないようにした。これにより、電流が下がりきらない平衡状態で電流制限が行われるという自体が回避される。

第２、第３の特徴によれば、モータの電流を制限するために電流制限割合を使用することとし、温度推定のための電流値はこの電流制限割合の関数として決定される。したがって、この電流制限割合が１．０以下になって電流制限が行われているときに温度推定のための電流値の補正が自動的に行われる。

第４の特徴によれば、電流値がゼロの関数となることを防止するとともに、電流が十分に小さくなっているにもかかわらず、推定温度が上昇するという不具合を回避できる。

第５の特徴によれば、放熱量を固定値とせず、発熱量と周囲温度との差によって求めるようにしたので、モータが頻繁に始動・停止される状況でモータの温度をより正確に推定できる。

第６の特徴によれば、モータの実測温度よりも推定温度が高くなるように設定した発熱係数および放熱係数を用いるので、モータの推定温度は高めに計算される。したがって、モータの負荷が大きくなっても、モータの過熱以前にモータへの供給電流が制限される。

第７の特徴によれば、頻繁にパワーステアリングが動作する走行状態においてパワーステアリング装置用のモータの温度をより正確に推定して、過熱から保護することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング用制御装置を組み込んだ鞍乗り型車両の左側面図である。鞍乗り型車両（以下、単に「車両」という）１は、小型軽量に構成された車体の前後に、比較的大径の低圧バルーンタイヤである左右の前輪２および３を備え、主に不整地での走行性能を高めたＡＴＶ(All Terrain Vehicle)である。

車体フレーム４の中央部には、原動機としてのエンジン５が搭載される。エンジン５は水冷短気筒エンジンであり、出力軸を車両１の前後方向に沿わせてレイアウトされる。エンジン５の下部から前方に導出されたプロペラシャフト８ｆが、車体フレーム４の前部下側で前減速機構１１を介して前輪２に動力伝達可能に接続される。同様に、プロペラシャフト８ｒが、車体フレーム４の後部下側で後減速機構１２を介して後輪３に動力伝達可能に接続される。

エンジン５において、クランクケース６上に立設されるシリンダ部７の後部にはスロットルボディ１７が接続され、スロットルボディ１７の後部にはエアクリーナ１８が接続される。排気管１９がシリンダ部７に接続され、排気管１９の先端部は車体後部のサイレンサ２１に接続される。

車両１の車体上部の車幅方向中央前部には燃料タンク２２が設けられ、その後方にはシート２３が配置される。シート２３の後部下方にはバッテリ９４が配置されている。燃料タンク２２の前部はステアリングシャフト２５を上下に延在可能なように凹部が形成されており、ステアリングシャフト２５の上端部にはバー型のステアリングハンドル（以下、単に「ハンドル」という）２４が固定されている。ステアリングシャフト２５の下部前方にはエンジン冷却用のラジエータ２６が配設され、ラジエータ２６の前方にはラジエータファン２９が設けられる。

車体フレーム４の前部には、車体前部を覆う車体カバー３１、前輪２の上方を覆うフロントフェンダ３２、並びにフロントプロテクタ３３およびフロントキャリア３４が取り付けられる。車体フレーム４の後部には、後輪３の上方を覆うリアフェンダ３５およびリアキャリア３６が取り付けられる。

図２に併せて図３を参照しつつ電動パワーステアリング装置を説明する。図３は電動パワーステアリング装置を示す図２の要部拡大側面図である。ステアリングシャフト２５の上部および下端部は、車体フレーム４に接合された上部支持ブラケット５４および下部支持ブラケット５５でそれぞれ支持される。電動パワーステアリング装置８０は、ステアリングシャフト２５の中間部に設けられたアクチュエータユニット８１と、アクチュエータユニット８１に一体化されたパワーアシストモータ８２を駆動制御するＥＣＵとしてのコントロールユニット９３とからなる。パワーアシストモータ８２はアクチュエータユニット８１内に設けられるトルク検出手段としてのトルクセンサ９１の検出値に基づいて駆動制御される。

ステアリングシャフト２５の下端部はアクチュエータユニット８１の入力軸８３に同軸で連結されるとともに、これらと同軸をなす出力軸８４が、軸受５５ａを介して下部支持ブラケット５５に支持される。入力軸８３および出力軸８４は、アクチュエータユニット８１のハウジング８５内において、トルクセンサ９１の一部であるトーションバー９２を介して互いに接続されている。

前輪２には、接地抵抗が作用しているので、ハンドル２４を右または左回りに操作すると、ハンドル２４に機械的に連結される入力軸８３と、前輪２に機械的に連結される出力軸８４との間に、相対回転力が生じる。その結果、トーションバー９２が捩れるので、この捩れ量に基づいてハンドル２４の操舵トルクを検出できる。操舵トルクの検出値はコントロールユニット９３に入力され、この検出値に応じてパワーアシストモータ８２が駆動制御される。

これにより、ハンドル２４を回動操作する際にステアリングシャフト２５（出力軸８４）を含むステアリング機構には、ハンドル２４からの操作力に加えて、パワーアシストモータ８２からの回動補助力が付与されるのでハンドル２４の操作量が相対的に軽減される。

図４は、出力軸８４の周辺拡大断面図である。図４において、左右一対のタイロッド７５は、車両１の車体幅方向に延び、それぞれ左右の前輪２に連結される。これらタイロッド７５の端部（前輪２が連結される側と反対側の端部）は車体幅方向中央部でピットマンアーム８４ａに連結される。ピットマンアーム８４ａは出力軸８４にスプライン嵌合される。

ピットマンアーム８４ａは、下部支持ブラケット５５の直ぐ下方に位置しており、このピットマンアーム８４ａと軸受５５ａとでステアリングシャフト２５つまりハンドル２４の右または左周りの最大転舵位置を規定するハンドルストッパを構成している。すなわち、軸受５５ａに下側にはストッパ本体５５ｂが突設されるとともに、ピットマンアーム８４ａの左右前面には当接部８４ｂがそれぞれ形成されており、ハンドル２４が転舵角度０度の状態つまり車両直進状態から右または左回りに所定角度θ１回動したときに、当接部８４ｂがストッパ本体５５ｂの側部に当接し、それ以上のハンドル操作が規制された最大転舵状態となる。ストッパ本体５５ｂの側部に最大転舵検出手段としての最大転舵スイッチ１０がそれぞれ設けられる。

図５は、電動パワーステアリング用制御装置の要部機能を示すブロック図である。コントロールユニット９３は、最大転舵スイッチ１０から入力される最大転舵検出信号並びにパワーアシストモータ８２へ供給される電圧および電流の値に基づいてステアリングシャフト２５の転舵角度を検出するとともに、検出された転舵角度に基づいてステアリングシャフト２５への操舵補助力を制御する。

コントロールユニット９３は、ステアリングシャフト２５の相対転舵角度（任意位置からの転舵角度）を算出する転舵角度算出部９３ｄと、最大転舵検出信号に基づいてステアリングシャフト２５の転舵基準位置（車体に対する転舵基準状態）を推定する基準位置推定部９３ｅとを有する。

目標ベース電流演算部９３ｆは、トルクセンサ９１による検出トルクと、前記相対転舵角度および転舵基準位置から知り得るステアリングシャフト２５の絶対転舵角度（転舵基準位置からの相対転舵角度）とに基づき、操舵補助力の基本となるモータ電流値である目標ベース電流値を算出する。目標ベース電流値の決定には車速をパラメータに加えるのが望ましい。

目標電流演算部９３ｇは目標ベース電流値にイナーシャ補正やダンパ補正を加えて目標電流値を決定する。イナーシャ補正はトルクの変化量をパラメータとして目標電流値を補正する。モータイナーシャを考慮し、転舵開始時にハンドル２４を介して運転者が感じる重さを改善し、操舵フィーリングを向上させることができる。ダンパ補正はパワーアシストモータ８２の回転数をパラメータとして目標電流値を補正する。補正値は回転数の増大に伴って目標電流値を小さくする方向に設定される。ハンドル２４の手応えを適正化して操舵フィーリングを向上させることができる。

パワーアシストモータ８２に供給される電流を検出する電流センサ９３ａが設けられ、検出電流値は目標電流制限部９３ｂおよび電流フィードバック制御部９３ｃに入力される。

パワーアシストモータ８２の目標電流値は過熱保護のために目標電流制限部９３ｂで目標電流上限値に制限される。目標電流制限部９３ｂはパワーアシストモータ８２に供給される電流に基づき、後述の算出式でパワーアシストモータ８２の温度を算出し、その温度に応じて目標電流上限値を決定する。

バッテリ９４からの電流はモータ出力部９３ｈつまりモータドライバを介してパワーアシストモータ８２に供給される。モータ出力部９３ｈはＦＥＴブリッジ回路であり、入力されるオンデューティ指示値に応答してパワーアシストモータ８２へ供給する電流値を変化させる。電流フィードバック制御部９３ｃは、電流センサ９３ａによる検出電流値を目標電流値に収斂させるようにデューティ指示値を決定し、モータ出力部９３ｈに入力する。

このように、パワーアシストモータ８２は、トルクセンサ９１からの操舵トルク検出信号だけでなく、ステアリングシャフト２５の絶対操舵角度も加味して駆動制御されるので、例えば、車両直進位置からハンドル２４を切る時と、車両直進位置にハンドル２４を戻す時とで操舵補助力を変化させることができる等、きめ細かな制御が可能となる。また、パワーアシストモータ８２に供給される電流の上限値はパワーアシストモータ８２の推定温度によって決定され、推定温度が予定の過熱保護温度以上になったときに操舵補助力を低減もしくはゼロにしてパワーアシストモータ８２を過熱から保護する。

前記目標電流制限部９３ｂで実行されるパワーアシストモータ８２の温度推定手法を従来技術との対比で説明する。

パワーアシストモータ８２の温度は、発熱量と放熱量との差の累積値に基づいて推定される。「背景技術」の項で式２に関して説明したように、従来は放熱量を定数ａとして設定しており、通電中か否かにかかわらず一定量が放熱されるとしていた。そして、定数ａは極めて小さい値であったので、通電が連続するような走行状態では、温度に対応する累積値Ｔはほとんど減少せずに上昇し続ける傾向となる。したがって、目標電流値は短時間で制限され、操舵補助力が発生しなくなることがあった。

しかし、実際は、例えば、ハンドル２４の戻し操作が頻繁なオフロード走行では、発熱と放熱との繰り返しにより温度がほぼ平衡する。図６は、オフロード走行条件で式２に基づいて計算された累積値Ｔと、パワーアシストモータ８２のブラシ部での実測温度ＴＢとを示す図である。この図のように、累積値Ｔは上昇し続けているが、実測温度ＴＢは１４０°Ｃ程度で平衡している。累積値Ｔが上昇し続けると、実測温度ＴＢが平衡しているにもかかわらず、累積値Ｔで代表される温度は目標電流値の制限温度を超えるようになり、目標電流値の上限が制限されて操舵補助力の付与が停止される。

そこで、計算値で実際のパワーアシストモータ８２の温度を代表できるように、式２を修正することを検討した。まず、図７に通電時および通電停止後のパワーアシストモータ８２の温度変化を示す。図７において、線ＴＢはパワーアシストモータ８２の実測温度ＴＢでありブラシでの測定結果を示す。線Ｔは式２による累積値Ｔ、線ＴＳは式２を修正した後述の式による累積値ＴＳによる温度シミュレーション結果をそれぞれ示す。線ＴＢで示すように、実測温度ＴＢは、通電によって約２００°Ｃまで急勾配で上昇し、その後少し上昇程度が鈍くなり、平衡状態に入る気配を示す。そして、２００秒の通電時間を経過した時に通電を停止すると、急激に放熱して温度低下する。しかし、温度低下の程度はすぐに鈍くなり、温度は始動時の温度に対する漸近線に沿って低下する。

一方、式２による累積値Ｔに基づく温度シミュレーション結果では、通電開始から直線的に温度上昇し、通電を停止すると直線的に温度下降する。実測温度ＴＢはパワーアシストモータ８２の温度と周囲温度との差に応じて放熱速度が変化しているのに対して、累積値Ｔに基づくシミュレーション結果ではパワーアシストモータ８２の温度と周囲温度との差に拘わらず、計算毎に定数ａが減算されていくだけなので、直線的な温度下降になると考えられる。

そこで、パワーアシストモータ８２の温度と周囲温度との差を考慮した推定式を設定した。この推定式の設定に際しては、累積値ＴＳに基づく温度シミュレーション結果で、各時間毎のシミュレーション温度が実測温度ＴＢを上回るように、つまり図７の線ＴＳになるように発熱係数および放熱係数を設定した。推定式は次の通りである。

累積値ＴＳ＝Σ（（発熱係数Ｋup×電流Ｉ×Ｉ）−（放熱係数Ｋdn×（前回積算温度Ｔd−周囲温度Ｔm）））＋初期温度Ｔ０…（式３）。初期温度Ｔ０および周囲温度Ｔmはデフォルト値であり、いずれも予想されるモータ周囲温度の最大値より高く設定するのがよい。

図１は、目標電流制限部９３ｂの要部機能を示すブロック図である。電流センサ９３ａで検出された電流値Ｉは乗算部１００で二乗される。電流値Ｉの二乗された値は発熱係数Ｋupおよび放熱係数Ｋdnとともに発熱量算出部１０１に入力される。発熱量算出部１０１には、周囲温度Ｔmも入力され、次式４に従って発熱量Ｑが算出される。発熱量Ｑ＝Ｋup×Ｉ×Ｉ−Ｋdn×（Ｔd−Ｔm）…（式４）。発熱量Ｑは加算部１０２で累算され、累積値バッファ１０３に入力される。発熱量Ｑの累積値ΣＱは積算温度Ｔdとして発熱量算出部１０１にフィードバックされる。積算温度Ｔdは加算部１０４に入力され、初期温度Ｔ０と加算して累積値ＴＳが出力される。

この累積値ＴＳに従って、パワーアシストモータ８２に供給される目標電流値が決定される。まず、累積値ＴＳはレシオマップ１０５に入力され、電流レシオつまり電流制限割合が決定される。レシオマップ１０５に設定されたレシオは累積値ＴＳが予定値までは「１．０」であり、この予定値を超えた領域では「０」である。乗算部１０６では、目標ベース電流値Ｉｂにレシオが乗算される。レシオが「１．０」以下では電流値が制限される。乗算部１０６から出力される目標電流値つまり目標電流上限値が制限された電流値はイナーシャ・ダンパ補正部１０７でさらに補正されて出力される。

一方、累積値ＴＳは、電流上限マップ１０８にも入力される。電流上限マップ１０８には、累積値ＴＳに応じた目標電流値が記憶されている。累積値ＴＳが大きくなる程、電流値は小さくなるように設定される。電流値の変化の割合は累積値ＴＳが小さい領域と累積値ＴＳが大きい領域とで異なっており、累積値ＴＳが大きい領域では、累積値ＴＳの増大割合に対して電流値の低下割合が小さくなっている。

目標電流選択部１０９は、電流限界マップ１０８から読み出される電流値と、イナーシャ・ダンパ補正部１０７から出力される電流値とを比較する。そして、小さい方の電流値を、パワーアシストモータ８２の目標電流値として採用し、電流フィードバック制御部９３ｃに入力する。

次に、パワーアシストモータ８２の温度推定方法の変形例を説明する。上述の実施形態では、周囲温度Ｔmを固定値とした。しかし、熱がこもりやすい空間つまりヒートマスが大きい空間を想定した場合、周囲温度Ｔmを固定値とすると不都合である。そこで、この変形例では、周囲温度Ｔmを式５で求めることとした。

周囲温度Ｔm＝Σ（（発熱係数Ｋup２×電流Ｉ×電流Ｉ）−（放熱係数Ｋdn２×（前回周囲温度Ｔm−周囲温度Ｔm０）））＋初期温度Ｔ０…（式５）。この式５は係数が異なるもの、式３と同様に構成されている。

また、ヒートマスが小さい場合、つまりパワーアシストモータ８２の周囲が比較的開放的な空間である場合は、周囲温度Ｔmは式６で近似的に計算することができる。周囲温度Ｔm＝Σ（（発熱係数Ｋup２×電流Ｉ×電流Ｉ−ａ）…（式６）。式６は、放熱量を定数ａとした簡単な式としている。

周囲温度Ｔmの算出式として式５および式６のいずれを使うかは、パワーアシストモータ８２を取り囲む空間の状況（広いか狭いか、または発熱部品が周囲に多いか少ないか等）に応じて決定すればよい。

上述の実施形態よれば、温度センサを用いることなく、パワーアシストモータの温度を推定して過熱防止を図ることができる。すなわち、レシオマップ１０５から読み出されたレシオに基づいて目標ベース電流値を補正する上記方式では、累積値ＴＳに応じて電流が制限される。しかし、電流が制限されると累算値ＴＳが減少するので、レシオマップ１０５に従ってレシオが上がり電流制限が緩和され、電流が増大する。そうすると、再び累算値ＴＳが増大し、レシオが下がって電流が低減されるので、レシオが上がる。こうして、レシオが１．０から低減された後、ある電流値付近で制限電流が平衡状態となり、その電流値以下に電流を制限できない。

そこで、次の対策を講じる。図８は、第２実施形態に係る目標電流制限部の要部機能ブロック図であり、図１と同符号は同一または同等部分である。非制限電流算出部２１０は、現在のモータ電流Ｉを現在のレシオＲｃで割ることにより、電流レシオで目標電流を制限しなかった場合の電流を算出する。発熱量算出部２０１は前記式４中の「Ｉ」を「Ｉ／Ｒｃ」で置き換えた算出式を備えており、発熱係数Ｋｕｐ、放熱係数Ｋｄｎ、周囲温度Ｔｍ、電流値Ｉ／Ｒｃ、および積算値バッファ１０３からフィードバックされる積算温度Ｔｄを入力されて発熱量Ｑを算出し、加算部１０２に出力する。積算値バッファ１０３の出力つまり積算温度Ｔdは加算部１０４に入力され、初期温度Ｔ０と加算して累積値ＴＳが出力される。こうして、制限しなかった場合の電流Ｉ／Ｒｃをもとに計算された累積値ＴＳは、レシオが低下しても減少することなく増大を続ける。したがって、これに対応してレシオは低下して目標電流は制限される。

レシオ判断部２１１は、現在のレシオが所定値（ゼロまたは予定の下限レシオ）以下に低下しているか否かを判断する。現在のレシオが所定値以下に低下していない場合は、現在のレシオＲｃを非制限電流算出部２１０に入力する。現在のレシオが所定値に低下している場合は、レシオ再設定部２１２を付勢する。レシオ再設定部２１２は、レシオＲｃとして「１．０」を非制限電流算出部２１０に入力する。このレシオの再設定つまりリセットにより、レシオＲｃ＝０で電流Ｉを割り算する不具合が防止されるとともに、電流が十分に制限されている状態での累積値ＴＳの増加を防止することができる。

電流制限状態を長時間続けた場合、過剰に累積値ＴＳが増加してしまい、ハンドル操作を止めた後累積値が減少するのに時間がかかりすぎて電流制限状態から通常状態に復帰するのが遅れるという不具合が起こり得る。レシオＲｃを「１」にリセットすることにより、適当な時間で電流制限状態から通常状態への復帰が可能になる。

なお、非制限電流算出部２１０は、現在のモータ電流を現在のレシオで割り算して発熱量算出のための電流値を計算するようにしたが、この非制限電流値算出部は、現実の電流値をレシオを用いて高めに補正するように構成されていればよい。

上述の実施形態は、本発明をパワーステアリング装置に適用した例を示したが、本発明のモータ保護装置は、パワーステアリング装置用のモータ保護に限らず、発熱量と放熱量との差を累積してモータ温度を推定する手段を備え、その推定温度に基づいてモータの過熱保護をするシステムに広く適用することができる。

また、本発明によれば、モータの過熱保護だけでなく、モータドライバのオンデューティ指示値でモータ供給電流を決定している場合においては、電流の上限値を制限することによってモータドライバの過熱保護も果たすことができる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング用制御装置内の目標電流制限部の要部機能を示すブロック図である。 本発明の電動パワーステアリング用制御装置を組み込んだ鞍乗り型車両の左側面図である。 図２の要部拡大側面図である。 図３におけるＡ−Ａ断面図である。 電動パワーステアリング用制御装置の要部機能を示すブロック図である。 オフロード走行条件でのモータ温度シミュレーション結果である累積値Ｔとパワーアシストモータのブラシ部での実測温度ＴＢとを示す図である。 通電時および通電停止後のパワーアシストモータの温度変化を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る目標電流制限部の要部機能を示すブロック図である。

符号の説明

１…鞍乗り型車両、 １０…最大操舵スイッチ、 ２５…ステアリングシャフト、 ８０…電動パワーステアリング装置、 ８２…パワーアシストモータ、 ９１…トルクセンサ、 ９２…トーションバー、 ９３…コントロールユニット、 ９３ａ…電流センサ、 ９３ｂ…目標電流制限部、 １０１、２０１…発熱量算出部、 １０５…レシオマップ、 １０８…電流上限マップ、 ２１０…非制限電流算出部、 ２１２…レシオ再設定部

Claims (7)

1. モータ（８２）と、前記モータ（８２）に供給する電流を制御するモータドライバ（９３ｈ）と、前記モータ（８２）に供給される電流値（Ｉ）に基づいて前記モータ（８２）の温度を推定する温度推定手段（２０１）と、推定された前記モータ（８２）の温度に応じてモータ供給電流の上限値を制限する過熱保護手段とを有するモータ保護装置において、
   前記加熱保護手段が、前記温度推定手段（２０１）で推定されたモータ（８２）の温度が予定値を超える領域で、前記モータ温度に応じて前記モータ供給電流の上限値を制限する電流制限割合（Ｒｃ）を決定する電流制限割合設定手段（１０５）を含んでおり、
   前記温度推定手段（２０１）に供給されるモータ供給電流値（Ｉ）を前記電流制限割合（Ｒｃ）によって制限されたモータ供給電流以上に補正する電流値補正手段（２１０）と、
   前記電流制限割合（Ｒｃ）がゼロまたは予定の下限値以下であった場合に、前記電流値補正手段（２１０）に入力する前記電流制限割合（Ｒｃ）を１．０にリセットする電流制限割合再設定手段（２１２）とを具備し、
   前記電流値補正手段（２１０）が、現在のモータ電流値（Ｉ）を現在の電流制限割合（Ｒｃ）で除算することにより、前記電流制限割合で目標電流を制限しなかった場合の電流を算出し、前記モータ電流値（Ｉ）を（モータ電流値Ｉ／電流制限割合Ｒｃ）で置き換えて前記推定モータ温度（ＴＳ）を算出し、加算部（１０２）に出力するように構成され、
   前記温度推定手段が、供給電流によるモータ（８２）の発熱量と放熱量との差を時系列で積算する発熱量累積手段を含んでおり、かつ前記放熱量が、前記発熱量累算手段で算出された発熱量累積値（Ｔｄ）と周囲温度（Ｔｍ）との差の関数であり、
   前記発熱量が前記補正されたモータ供給電流値（Ｉ）と予定の発熱係数（Ｋｕｐ）との乗算値で計算され、前記放熱量が発熱量累積値（Ｔｄ）と周囲温度（Ｔｍ）との差と予定の放熱係数（Ｋｄｎ）との乗算値で計算されるとともに、
   前記発熱係数（Ｋｕｐ）および放熱係数（Ｋｄｎ）は、前記発熱量累積値（Ｔｄ）が、予め測定した前記モータ（８２）の実測温度より高くなるように設定され、
   推定モータ温度（ＴＳ）を、推定モータ温度ＴＳ＝Σ（（発熱係数Ｋｕｐ×補正された供給電流Ｉ／Ｒｃ×Ｉ／Ｒｃ）−（放熱係数Ｋｄｎ×（前回積算温度Ｔｄ−周囲温度Ｔｍ））＋初期温度Ｔ０として算出することを特徴とするモータ保護装置。
2. 前記推定モータ温度（ＴＳ）によって目標電流値および前記電流制限割合（Ｒｃ）が決定され、前記推定モータ温度（ＴＳ）が予定値に上昇するまでは前記電流制限割合（Ｒｃ）が１．０であり、該予定値を越えた領域では前記電流制限割合（Ｒｃ）は前記推定モータ温度（ＴＳ）に応じて１．０から０まで漸減し、目標ベース電流値（Ｉｂ）に前記電流制限割合（Ｒｃ）を乗算することで、前記電流制限割合（Ｒｃ）が１．０未満の時に電流値を制限するとともに、前記電流制限割合（Ｒｃ）によって制限された電流値はイナーシャ・ダンパ補正部（１０７）でさらに補正されることを特徴とする請求項１記載のモータ保護装置。
3. 前記推定モータ温度（ＴＳ）が大きくなるに従って前記目標電流値が小さくなるように設定された電流上限マップ（１０８）を備え、該目標電流値の変化の割合は前記推定モータ温度（ＴＳ）が小さい領域と大きい領域とでは、推定モータ温度（ＴＳ）が大きい領域では、推定モータ温度（ＴＳ）が小さい領域と比べて推定モータ温度（ＴＳ）の増大割合に対して目標電流値の低下割合が小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項２記載のモータ保護装置。
4. 前記モータ（８２）の目標電流値は、電流上限マップ（１０８）から読み出される電流値と、イナーシャ・ダンパ制御部（１０７）から出力される電流値とを比較する目標電流選択部（１０９）を備え、
   前記目標電流選択部（１０９）は、前記比較される電流値のうち小さい方を採用して、電流フィードバック制御部（９３ｃ）を介して前記モータ（８２）に入力することを特徴とする請求項３記載のモータ保護装置。
5. 前記周囲温度（Ｔｍ）は、モータ周囲のヒートマスが大きい場合に、周囲温度（Ｔｍ）を、周囲温度Ｔｍ＝Σ（（発熱係数Ｋｕｐ２×補正された供給電流Ｉ／Ｒｃ×Ｉ／Ｒｃ）−（放熱係数Ｋｄｎ２×（前回周囲温度Ｔｍ−周囲温度ＴＭ０））＋初期温度Ｔ０として算出し、
   モータの周囲のヒートマスが小さい場合に、周囲温度（Ｔｍ）を、周囲温度Ｔｍ＝Σ（発熱係数Ｋｕｐ２×補正された供給電流Ｉ／Ｒｃ×Ｉ／Ｒｃ−定数ａ）として算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のモータ保護装置。
6. 前記モータ（８２）が、ステアリングシャフト（２５）に作用するトルクに応じた操舵補助力を該ステアリングシャフト（２５）に付与するパワーステアリング装置用モータであり、
   前記モータドライバ（９３ｈ）が、前記トルクの大きさに応じてモータ供給電流を変化させて前記操舵補助力を制御するように構成されており、
   前記パワーステアリング装置が不整地走行車両用であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載のモータ保護装置。
7. 前記モータ（８２）が、ステアリングシャフト（２５）の後方下部でエンジンの前方に設けられ、
   少なくとも前記モータドライバ（９３ｈ）を内蔵するモータコントローラ（９３）が、前記ステアリングシャフト（２５）の前方上部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のモータ保護装置。

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