JP5211618B2

JP5211618B2 - モータ温度推定装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP5211618B2
Application number: JP2007257420A
Authority: JP
Inventors: 練兵李; 徹坂口; ゴーウッティクンランシーリリット
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: JP2009089531A

Description

本発明は、多相モータの温度を推定するモータ温度推定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し、特にモータ各相の温度差で生じる各相間の熱伝導現象を考慮し、より正確にモータ温度を推定できるようにした温度推定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。

車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト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補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助力）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、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−ティ比の調整で行っている。

ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図６に示して説明すると、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、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、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。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３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニッションキー１１を経てイグニッション信号が入力され、コントロールユニット（ＥＣＵ）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Ｖとに基づいてアシスト指令の操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに基づいてモータ２０に供給する電流を制御する。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）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７のようになる。

図７を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出されて入力される操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２からの車速Ｖは、操舵補助指令値演算部３１に入力されて操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１が演算される。演算された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１は操舵系の安定性を高めるための位相補償部３２で位相補償され、位相補償された操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２が加算部３３に入力される。また、操舵トルクＴｈは応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償部３５に入力され、微分補償された操舵トルクＴＡｈは加算部３３に入力され、加算部３３は操舵補助指令値Ｉｒｅｆ２と操舵トルクＴＡｈを加算し、その加算結果である電流指令値Ｉｒｅｆ３を減算部３４に入力する。
モータ２０が３相モータの場合、減算部３４は、電流指令値Ｉｒｅｆ３（３相）とフィードバックされているモータ電流ｉ（３相）との偏差Ｉｒｅｆ４（＝Ｉｒｅｆ３−ｉ）を求め、３相の偏差Ｉｒｅｆ４はＰＩ制御部３６でＰＩ制御され、更にＰＷＭ制御部３７に入力されてデューティを演算され、インバータ３８を介してモータ２０をＰＷＭ駆動する。モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出手段（図示せず）で検出され、減算部３４に入力されてフィードバックされる。

モータ２０が３相モータであるので、ＰＷＭ制御部３７及びインバータ３８の詳細は例えば図８に示すような構成となっており、ＰＷＭ制御部３７は、ＰＩ制御部３６からの電圧指令値Ｅ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３７１と、ＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６で駆動素子としてのＦＥＴ１〜ＦＥＴ６の各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３７２とで構成されており、インバータ３８はバッテリ電圧ＶＲが供給されるＦＥＴ１〜ＦＥＴ６の３相ブリッジで構成されており、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。

このような電動パワーステアリング装置では、モータに大きな電流（通常３０Ａ〜６０Ａ、場合によっては１００Ａ）が流れるので、車両の安全面からモータ等の過熱に対する保護対策を講じる必要があり、モータ温度を推定若しくは検出して過熱保護する過熱保護手段をＥＣＵ内に設けている。

従来は、特公平６−５１４７４号公報や特許第２５２８１１９号公報に示されているように、モータ電流検出値を基に、その電流値から所定時間における平均値を求めて電流制限をしたり、平均電流が所定値以上の場合に所定時間毎に電流を制限するような処置で、モータを過熱から保護している。

従来のかかる方法は、モータ電流から発熱量を推定算出してモータ電流を制限しているが、絶対温度を加味していないため、車両の置かれている外気温によって推定温度が実際の温度とズレてしまい、モータやＥＣＵのモータ駆動回路の保護が十分に出来ない場合があった。また、高温時を想定して過熱保護の温度（スレッショルド）を設定すると、常温や低温時に早く保護機能が働いてしまい、据え切りなどに大電流が出力できる時間が少なくなってしまっていた。

また、上記従来の方法ではコントロールユニット（ＥＣＵ）の放熱器の温度だけを測定してモータ電流を制限したり、モータ温度を推定してモータ電流を制限したりしていた。しかし、ＥＣＵの放熱器の熱時定数とモータの熱時定数が異なるため、例えばＥＣＵの放熱器だけ測定してモータ電流を制限して過熱保護を行うと、モータの温度が低下しないうちにモータ電流の制限を解除してしまい、モータを破損してしまう可能性が考えられる。

かかる種々の問題を解決するものとして、例えば特許第３６０１９６７号公報（特許文献１）に過熱保護手段を具備した電動パワーステアリング装置が提案されている。この特許文献１に開示されている過熱保護手段は、ＥＣＵ内の温度センサによる過熱保護と、ＥＣＵ温度に基づいてモータのブラシ、磁性体（マグネット）それぞれの温度を推定し、それぞれに対する過熱保護とを行っている。また、特開２００６−１１５５５３号公報（特許文献２）に示されるモータ温度推定装置では、回路基板上の温度センサから得た基板温度と電流からモータ温度を推定している。即ち、回路基板温度とモータ雰囲気温度の差分からオフセット温度を求め、モータ発熱量と自然放熱量をオフセット値に加えることによりモータ温度を推定している。

更に、特開２００６−４２４６６号公報（特許文献３）では、３相モータにおいて、例えばＵ相の電流からＵ相の発熱量を求め、各巻線（コイル）の温度差を基に巻線間の移動熱量を求め、更に外気温度からモータに与えられる熱量を求め、これらの総量からＵ相の巻線温度を求めている。そして、他相のＶＷ相についても同様の処理を行っている。また、特開２００３−２８４３７５号公報（特許文献４）に示されるモータ温度推定装置では、モータ電流の２乗をローパスフィルタ処理し、この結果に基づいてマス部（ハウジングやステータ）、コイル部の温度増加分を計算し、ローパスフィルタの処理はモータの回転数に基づく停止状態、回転状態で異なるようにしている。
特許第３６０１９６７号公報特開２００６−１１５５５３号公報特開２００６−４２４６６号公報特開２００３−２８４３７５号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示の装置では、いずれも多相モータの各相コイルの温度差とモータ回転速度の影響を全く考慮していないため、温度推定の精度の点で問題がある。また、特許文献３の装置では、多相モータの環境温度が外付けの温度センサで検出されているため、断線等の問題があると共に、モータの各相コイルの放熱係数にモータ回転速度を考慮していない。モータが回転するときの熱伝導状態は変化するにも拘わらず、放熱係数が一定の温度推定モデルで温度推定しているため、温度推定に誤差を生じる問題がある。

更に、特許文献４に記載の装置ではモータ回転速度は考慮されているが、多相モータの各相コイルの相間温度差が考慮されておらず、停止と回転という２つの状態だけを分けているので、温度推定モデルでモータ回転速度が伝熱係数にアナログ的な影響を表示できない問題がある。また、温度推定モデルが常に一定であり、モータ温度が変化しても温度推定モデルの修正を考慮していないため、常に精度良く温度推定できない問題がある。

多相モータのパラメータ（抵抗、インダクタンス等）の修正やモータ過熱保護のため、或いは電動パワーステアリング装置を効率的にかつ信頼性高く過熱保護するため、モータコイル温度若しくはモータマグネット温度をより正確に推定する必要がある。電動パワーステアリング装置に使用するモータは運転者等の安全、操舵感に影響するため、その過熱保護は極めて重要である。

本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、多相モータの各相コイルの温度差及びモータ回転速度を考慮し、多相モータの温度を原理的に正確に推定できるモータ温度推定装置を提供することにある。また、上記モータ温度推定装置を搭載し、効率的に過熱保護を実行する信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することも、本発明の目的である。

本発明はモータ温度推定装置に関し、本発明の上記目的は、多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータの各相コイルの温度差で生じる任意相間の熱伝導現象と前記制御基板の熱伝導現象に基づいて各相温度推定モデルを構成すると共に、各相コイルの温度上昇値、各相コイルの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記各相温度推定モデルの入力となっており、前記各相温度推定モデルの各温度推定値によって前記各相温度推定モデルの抵抗及びインダクタンスを補正し、前記回転速度に基づいて前記各相温度推定モデルの係数を修正するようになっており、前記多相モータの各相コイル温度を推定することにより、或いは多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータのマグネット及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて温度推定モデルを構成すると共に、前記マグネットの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記温度推定モデルの入力となっており、前記温度推定モデルの温度推定値によって前記温度推定モデルの抵抗及びインダクタンス、前記多相モータのトルク定数及び逆起電圧定数を補正し、前記回転速度に基づいて前記温度推定モデルの係数を修正するようになっており、前記多相モータのマグネット温度を推定することにより達成される。

また、本発明はモータ温度推定装置に関し、本発明の上記目的は、多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサと、前記温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータの各相コイルの温度差で生じる任意相間の熱伝導現象及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて前記各相コイル温度を推定する各相温度推定モデルとを設け、各相コイルの温度上昇値、各相コイルの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記各相温度推定モデルの入力となっており、前記各相コイル温度によって前記各相温度推定モデルの抵抗及びインダクタンスを補正すると共に、前記回転速度に基づいて前記各相温度推定モデルの係数を修正して前記各相コイル温度を出力することにより、或いは多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサと、前記温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータのマグネット及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて前記多相モータのマグネット温度を推定する温度推定モデルとを設け、前記マグネットの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記温度推定モデルの入力となっており、前記マグネット温度によって前記温度推定モデルの抵抗及びインダクタンス、前記多相モータのトルク定数及び逆起電圧定数を補正すると共に、前記回転速度に基づいて前記温度推定モデルの係数を修正して前記マグネット温度を出力することにより達成される。

更に、本発明は電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータの各相コイルの温度差で生じる任意相間の熱伝導現象と前記制御基板の熱伝導現象に基づいて各相温度推定モデルを構成すると共に、各相コイルの温度上昇値、各相コイルの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記各相温度推定モデルの入力となっており、前記各相温度推定モデルの各温度推定値によって前記各相温度推定モデルの抵抗及びインダクタンスを補正し、前記回転速度に基づいて前記各相温度推定モデルの係数を修正するようになっており、前記多相モータの各相コイル温度を推定するモータ温度推定装置を搭載し、或いは多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータのマグネット及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて温度推定モデルを構成すると共に、前記マグネットの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記温度推定モデルの入力となっており、前記温度推定モデルの温度推定値によって前記温度推定モデルの抵抗及びインダクタンス、前記多相モータのトルク定数及び逆起電圧定数を補正し、前記回転速度に基づいて前記温度推定モデルの係数を修正するようになっており、前記多相モータのマグネット温度を推定するモータ温度推定装置を搭載し、前記モータ温度推定装置の温度推定値によって過熱保護機能及び出力制限機能を実行することにより達成される。

本発明のモータ温度推定装置によれば、多相モータの各相コイルの間の伝熱現象及びモータ回転速度の関係と、放熱係数及びモータ回転速度の関係とを考慮して温度推定モデルを構築しているので、より精度良くモータ温度（コイル、マグネット）を推定することができる。

また、精度の良い温度推定装置を電動パワーステアリング装置に搭載することにより、より効率的で信頼性の高い過熱保護と出力制限を実行することができる。

多相モータでは、各相コイルの通電電流が同一でないとき、発熱パワー（ＦＥＴ、シャント抵抗、ハーネス等）も同一ではないために各相間に温度差が生じ、この温度差により任意２相の間、任意相コイルと外気環境やマグネットとの間に、熱伝導、熱輻射及び熱対流などの伝熱現象が発生する。そして、多相モータの各種伝熱方式はモータ回転速度の影響を受けているため、モータ回転速度を要因に入れないと正確な温度推定はできないことになる。

そのため、本発明に係るモータ温度推定装置は、モータ回転速度の変化により、多相モータの任意相コイルと外気環境、任意相と他相の間の伝熱係数を同定し、モータコントロールユニット（ＥＣＵ）の基板に装着した温度センサで基板温度を検出し、各相電流(又は電流指令値)の平方値と各相電流（又は電流指令値）平方値の和と、ＥＣＵ基板温度上昇値と、各相の推定温度とをモータ回転速度及び推定温度に応じてパラメータ（抵抗、インダクタンス等）を修正する温度推定装置に入力し、モータの各相コイル又はマグネットの温度を正確に推定する。

このように、本発明では、多相コイルの間の伝熱現象及びモータ回転速度の関係と、放熱係数及びモータ回転速度の関係とを考慮して温度推定モデルを構築しているので、より精度良くモータ温度（コイル、マグネット）を推定することができる。

以下に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の温度推定装置１００を電動パワーステアリング装置に搭載した構成例を、図７に対応させて示している。本例では、３相（Ａ，Ｂ，Ｃ相）交流モータ２０を例として説明する。コントロールユニット（ＥＣＵ）基板温度を検出する温度センサ２０１がＥＣＵの制御基板に装着されており、温度センサ２０１で検出された基板温度は所定サンプリングで温度推定装置１００に入力される。また、モータ２０の各相モータ電流値ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃも電流検出手段（図示せず）で検出されて温度推定装置１００に入力される。更に、別途演算若しくは検出されたモータ回転速度ωも温度推定装置１００に入力されている。なお、各相モータ電流値ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃに代えて、電流指令値（３相）Ｉｒｅｆ３を温度推定装置１００に入力しても良い。

温度推定装置１００で推定されたモータコイル温度Ｔ_Ｎ（Ｎ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）又はモータマグネット温度Ｔ_Ｍは過熱保護手段２００及び出力制限手段２０２に入力され、モータコイル温度Ｔ_Ｎ又はモータマグネット温度Ｔ_Ｍがスレッショルドを超過したときに、過熱保護手段２００は公知の手法で電流指令値（操舵補助指令値）や最大電流値等の制限を行って、モータ２０若しくは電動パワーステアリング装置の過熱保護及び出力制限を実行するようになっている。例えば低温時はモータトルクが大きくなり、機構部にダメージを与えることがあるため、モータ出力を制限する。

最初に、３相モータ２０の各相コイル温度を推定する例（第１実施形態）を説明する。ただし、推定の前提として、ＥＣＵ、コイル及びマグネットの初期温度が同一であり、推定終了条件もＥＣＵ、コイル及びマグネットの最終温度は同一であるとする。

先ずＥＣＵの制御基板の温度は下記数１で表される。

ただし、ΔＴ_ＥはＥＣＵの温度上昇値、Ｔ_ＥＯはＥＣＵの初期温度、Ｃ_ＥはＥＣＵの熱容量、Ｒ_ＥはＥＣＵ発熱等価抵抗、ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃは３相のモータ電流値、Ｋ_Ｅは放熱係数、Ｔ_ＣはＥＣＵとモータの環境温度である。また、Ｑ_ＥはＥＣＵ部分の発熱パワー（ＦＥＴ、ダイオード、シャント抵抗、リレー、ハーネス等）に相当しており、

と表示され、簡易的には

と表示される。

ＥＣＵの熱容量Ｃ_Ｅ、ＥＣＵ発熱等価抵抗Ｒ_Ｅ、放熱係数Ｋ_Ｅは既知であり、ＥＣＵの温度上昇値ΔＴ_Ｅ、ＥＣＵの初期温度Ｔ_ＥＯは温度センサ２０１の検出温度から得ることができ、ＥＣＵ部分の発熱パワーＱ_Ｅもモータ電流値ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃと発熱等価抵抗Ｒ_Ｅより求めることができる。よって、上記数１から、ＥＣＵとモータの環境温度Ｔ_Ｃを求めることができる。

また、３相コイルＡ，Ｂ，Ｃの熱方程式は、それぞれ下記数２で表される。

ただし、ΔＴ_Ａ，ΔＴ_Ｂ，ΔＴ_Ｃはそれぞれ３相コイルＡ，Ｂ，Ｃの温度上昇値、Ｔ _ＡＯ，Ｔ_ＢＯ，Ｔ_ＣＯはそれぞれ３相コイルＡ，Ｂ，Ｃの初期温度、Ｃ_Ｌはコイルの熱容量、Ｋ_Ｌはモータの回転速度ωの関数とする外気温度への伝熱係数、Ｋ_Ｘはモータの回転速度ωの関数とする各相の伝熱係数である。また、Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂ，Ｑ_Ｃはそれぞれ各相の発熱パワーを示しており、Ａ相抵抗をＲ_Ａ、Ｂ相抵抗をＲ_Ｂ、Ｃ相抵抗をＲ_Ｃとして、それぞれ

と表示される。

上記数１より環境温度Ｔ_Ｃを求め、環境温度Ｔ_Ｃを上記数２に代入し、“ｓ”をラプラス演算子としてラプラス変換すると、下記数３が得られる。

そして、τ_Ｌ＝Ｃ_Ｌ／Ｋ_Ｌ、τ_Ｅ＝Ｃ_Ｅ／Ｋ_Ｅ、η＝Ｋ_Ｘ／Ｋ_ＬをそれぞれモータコイルとＥＣＵの熱時定数とすると、下記数４が成立する。

上記数４より、例えばＡ相のモータコイル温度Ｔ_Ａを推定する温度推定モデルの構成は図２に示すようになる。即ち、Ａ相のモータ電流値ｉ_Ａの平方値は、コイルの放熱係数Ｋ_Ｌ及びＡ相抵抗Ｒ_Ａの係数ブロック１０１を経て減算部１０３に加算入力され、３相のモータ電流値ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃの各平方値の和は、ＥＣＵ発熱等価抵抗Ｒ_Ｅ及び放熱係数Ｋ_Ｅの係数ブロック１０２を経て減算部１０３に減算入力される。減算部１０３で求められる差分は、熱時定数τ_Ｌの１次遅れ関数部１１１を経て加算部１２０に加算され、加算部１２０には温度ブロック１１０からＡ相初期温度Ｔ_Ａ０が加算されている。

なお、ここでは３相のモータ電流値ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃの各平方値の和を係数ブロック１０２に入力し、Ａ相のモータ電流値ｉ_Ａの平方値を係数ブロック１０１に入力しているが、相関関係のある電流指令値（Ｉｒｅｆ３）を用いることも可能である。

また、Ｂ相及びＣ相の温度上昇値ΔＴ_Ｂ及びΔＴ_Ｃが加減算部１０４で加算されると共に、Ａ相の温度上昇値ΔＴ_Ａの２倍が加減算部１０４に減算入力され、加減算部１０４の加減算結果がη（＝Ｋ_Ｘ／Ｋ_Ｌ）をゲインとする熱時定数τ_Ｌの１次遅れ関数部１１３を経て加算部１２１に加算される。ＥＣＵ温度上昇値ΔＴ_Ｅは、熱時定数τ_Ｌ及τ_Ｅの１次の位相遅れ進み関数部１１２を経て加算部１２１に入力され、加算部１２１における加算結果が加算部１２０で加算され、加算部１２０の加算値がＡ相コイルの推定温度Ｔ_Ａとして出力される。つまり、１次遅れ関数部１１１の出力と加算部１２１の加算値との和がＡ相の温度上昇値ΔＴ_Ａであり、下記数５のように温度上昇値ΔＴ_ＡにＡ相初期温度Ｔ_Ａ０を加算することによって、Ａ相のモータ温度Ｔ_Ａを求めることができる。
（数５）
Ｔ_Ａ＝ΔＴ_Ａ＋Ｔ_Ａ０

なお、コイル放熱係数Ｋ_Ｌ、熱時定数τ_Ｌ、比例値ηはモータ回転速度ωの関数として、モータ回転速度ωにより変化する。また、Ａ相抵抗Ｒ_ＡはＡ相推定温度Ｔ_Ａによって修正し、ＥＣＵ等価抵抗Ｒ_ＥはＥＣＵ温度Ｔ_Ｅによって修正する。

図２はＡ相コイルの推定温度Ｔ_Ａを出力する温度推定モデルの例を示しているが、Ｂ相コイルの推定温度Ｔ_Ｂ及びＣ相コイルの推定温度Ｔ_Ｃについても、同様な構成によって温度推定モデルを構成でき、Ａ〜Ｃ相の温度推定モデルを併合することによってモータコイル温度Ｔ_Ｎ（Ｎ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）を出力する温度推定装置１００を形成する。

なお、以上で説明した各係数はモータ回転速度ωを変化しながら測定した電流、温度等のデータで同定される値である。例えばモータ回転速度ωを３００ｒｐｍずつ上げながら、係数を同定する。温度推定するとき、実回転速度により、例えば図３に示されるような放熱係数Ｋ_Ｌを補間で求めることができる。

また、モータの各相抵抗Ｒ_Ｎ（Ｎ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）、各相インダクタンスＬ_Ｎ（Ｎ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）などのパラメータは温度により変化するので、下記数６及び数７でそれぞれ温度Ｔにおける補正を行う。なお、本例では標準室温を２０℃としているが、標準室温の設定は任意である。
（数６）
Ｒ_Ｎ＝Ｒ_ｒ（１＋Ｒ_Ｒ１×（Ｔ−Ｔ_２０））
ただし、Ｒｒは定格抵抗、Ｒ_Ｒ１は抵抗の温度係数、Ｔ_２０は標準室温２０℃である。

（数７）
Ｌ_Ｎ＝Ｌ_ｒ（１＋Ｒ_Ｌ１×（Ｔ−Ｔ_２０））
ただし、Ｌｒは定格インダクタンス、Ｒ_Ｌ１はインダクタンスの温度係数である。

上述のようにして推定出力される各相推定温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂ、Ｔ_Ｃは過熱保護手段２００及び出力制限手段２０２に入力され、過熱保護手段２００及び出力制限手段２０２は各相推定温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂ、Ｔ_Ｃがスレッショルドを超過したときに、過熱保護のために操舵補助指令値Ｉｒｅｆ１又はＩｒｅｆ３を制限したり、モータ出力を制限する。

次に、多相モータ２０のマグネット温度Ｔ_Ｍを推定する実施形態（第２実施形態）を説明する。マグネット温度Ｔ_Ｍもコイル温度Ｔ_Ｎと同様な展開であり、マグネットは１つであるので、単一の温度推定モデルでモータ温度推定装置１００を構成することができる。

図４はマグネット温度Ｔ_Ｍを推定する温度推定装置１００の構成例を示しており、３相電流値ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃの各平方値の加算値は、コイル抵抗Ｒ_Ｌ及びモータ回転速度ωを関数とする外気環境への放熱係数Ｋ_Ｍの係数ブロック１３０を経て減算部１３２に加算入力され、３相電流値ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃの各平方値の和は、ＥＣＵ発熱等価抵抗Ｒ_Ｅ及び放熱係数Ｋ_Ｅの係数ブロック１３１を経て減算部１３２に減算入力される。減算部１３２で求められる差分は、熱時定数τ_Ｍ（＝マグネットの熱容量Ｃ_Ｍ／放熱係数Ｋ_Ｍ）の１次遅れ関数部１３４を経て加算部１３６に加算され、加算部１３６には温度ブロック１３３からマグネット初期温度Ｔ_Ｍ０が加算されている。

また、ＥＣＵ温度上昇値ΔＴ_Ｅは、熱時定数τ_Ｅ及τ_Ｍの１次の位相遅れ進み関数部１３５を経て加算部１３６に入力され、加算部１３６の加算値がマグネット推定温度Ｔ_Ｍとして出力される。コイル抵抗Ｒ_Ｌはマグネット推定温度Ｔ_Ｍによって修正し、ＥＣＵ発熱等価抵抗Ｒ_ＥはＥＣＵ温度Ｔ_Ｅによって修正する。

なお、モータの温度上昇により逆起電圧係数の変化があるので、推定したモータマグネット推定温度Ｔ_Ｍで逆起電圧係数Ｋ_ｅを下記数８に従って修正する。
（数８）
Ｋ_ｅ（Ｔ）＝Ｋ_ｅ（Ｔ_２０）（１＋Ｒ_ｋｅｔ×（Ｔ_Ｍ−Ｔ_２０））
ただし、Ｋ_ｅ（Ｔ）は現在温度下の逆起電圧係数、Ｋ_ｅ（Ｔ_２０）は標準室温２０℃ 下の逆起電圧係数、Ｒ_ｋｅｔは逆起電圧係数の温度係数である。

トルク係数Ｋ_ｔ（Ｔ）も同様に修正できる。即ち、下記数９によって修正する。
（数９）
Ｋ_ｔ（Ｔ）＝Ｋ_ｔ（Ｔ_２０）（１＋Ｒ_ｋｅｔ×（Ｔ_Ｍ−Ｔ_２０））

図４に示す温度推定装置の係数ブロック１３０及び１３１は共に３相電流値ｉ_Ａ，ｉ_Ｂ，ｉ_Ｃの各平方値を入力しており、係数ブロック１３０及び１３１、減算部１３２を１つに纏めて、図５に示す構成とすることができる。係数ブロック１３７の合成抵抗係数Ｒ１_Ｌ、合成放熱係数Ｋ１_Ｍはモータマグネット推定温度Ｔ_Ｍ又はＥＣＵ温度Ｔ_Ｅによって修正され、係数ブロック１３７の出力値が１次遅れ関数部１３４に入力されている。

上述では温度推定装置を電動パワーステアリング装置に搭載した例を示しているので、温度センサはＥＣＵ基板温度を検出しているが、モータコントローラ（コントロールユニット）基板温度を検出できれば良い。また、モータは３相の例を挙げ、Ａ，Ｂ，Ｃ相のコイル温度を推定する場合を説明しているが、他の相数のモータにも全く同様に適用することができる。

本発明に係る温度推定装置を電動パワーステアリング装置に搭載した構成例を示すブロック図である。Ａ相コイルの温度Ｔ_Ａを推定する温度推定モデル（第１実施形態）の構成例を示すブロック図である。放熱係数Ｋ_Ｌのモータ回転速度ωに対する特性例を示す図である。マグネット温度Ｔ_Ｍを推定する温度推定装置（第２実施形態）の構成例を示すブロック図である。マグネット温度Ｔ_Ｍを推定する温度推定装置（第２実施形態）の他の構成例を示すブロック図である。従来のステアリング装置の構成例を示す図である。従来のステアリング装置のコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。モータ駆動部の構成例を示す結線図である。

符号の説明

１ハンドル
２コラム軸
１０トルクセンサ
１２車速センサ
２０モータ（Ｍ）
３０コントロールユニット
３１操舵補助指令値演算部
３２位相補償部
３６ＰＩ制御部
３７ＰＷＭ制御部
３８インバータ
１００温度推定装置
１０１，１０２係数ブロック
１１０温度ブロック
１１１、１１３１次遅れ関数部
１１２、１３５１次の位相遅れ進み関数部
１３０、１３１、１３７係数ブロック
１３４１次遅れ関数部
２００過熱保護手段
２０１温度センサ
２０２出力制限手段

Claims

多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータの各相コイルの温度差で生じる任意相間の熱伝導現象と前記制御基板の熱伝導現象に基づいて各相温度推定モデルを構成すると共に、
各相コイルの温度上昇値、各相コイルの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記各相温度推定モデルの入力となっており、
前記各相温度推定モデルの各温度推定値によって前記各相温度推定モデルの抵抗及びインダクタンスを補正し、
前記回転速度に基づいて前記各相温度推定モデルの係数を修正するようになっており、
前記多相モータの各相コイル温度を推定することを特徴とするモータ温度推定装置。
多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータのマグネット及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて温度推定モデルを構成すると共に、
前記マグネットの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記温度推定モデルの入力となっており、
前記温度推定モデルの温度推定値によって前記温度推定モデルの抵抗及びインダクタンス、前記多相モータのトルク定数及び逆起電圧定数を補正し、
前記回転速度に基づいて前記温度推定モデルの係数を修正するようになっており、
前記多相モータのマグネット温度を推定することを特徴とするモータ温度推定装置。
多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータの各相コイルの温度差で生じる任意相間の熱伝導現象及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて前記各相コイル温度を推定する各相温度推定モデルとを具備し、
各相コイルの温度上昇値、各相コイルの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記各相温度推定モデルの入力となっており、
前記各相コイル温度によって前記各相温度推定モデルの抵抗及びインダクタンスを補正すると共に、前記回転速度に基づいて前記各相温度推定モデルの係数を修正して前記各相コイル温度を出力することを特徴とするモータ温度推定装置。
多相モータを制御する制御基板の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサからの検出温度、前記多相モータの回転速度、及び前記多相モータの各相モータ電流値若しくは電流指令値を入力し、前記多相モータのマグネット及び前記制御基板の熱伝導現象に基づいて前記多相モータのマグネット温度を推定する温度推定モデルとを具備し、
前記マグネットの初期温度、及び前記制御基板の温度上昇値は、前記温度推定モデルの入力となっており、
前記マグネット温度によって前記温度推定モデルの抵抗及びインダクタンス、前記多相モータのトルク定数及び逆起電圧定数を補正すると共に、前記回転速度に基づいて前記温度推定モデルの係数を修正して前記マグネット温度を出力することを特徴とするモータ温度推定装置。
請求項１乃至４に記載のいずれかのモータ温度推定装置を搭載し、前記モータ温度推定装置の温度推定値によって過熱保護機能及び出力制限機能を実行するようになっていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。