JP6569447B2 - 電動機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の通電を制御する電動機制御装置に関する。

従来、電動機に電力供給する電力変換器のスイッチング素子や制御回路の素子等が過剰電流による発熱によって故障することを防止するため、電動機や電力変換器の温度を検出又は推定し、その温度に応じて、電流指令値を制限する電動機制御装置が知られている。
例えば、特許文献１に開示された装置は、電動機に流れる電流に基づいて電動機の上昇温度を推定する。また、電動機への電流供給を停止している間は、電動機の放熱係数から電動機の低下温度を推定する。

特許第２８９２８９９号公報

基板上の１箇所に設置した温度検出器の検出温度に基づいて、検出温度との相関がある評価箇所の温度を推定する技術は周知である。この周知技術によると、電流供給の停止後に再起動する場合、停止期間中の検出箇所の低下温度から、停止期間中の評価箇所の低下温度を推定する方法が想定される。また、停止時の評価箇所の推定温度を記憶しておき、停止期間中の低下温度と、特許文献１の従来技術により再起動時の電流から推定した上昇温度とに基づいて、再起動時における評価箇所の温度を推定する方法が想定される。

ところが、電流供給の停止期間中に周囲の温度が変化すると、温度検出器の検出温度が影響を受け、評価箇所の低下温度を正しく推定することができなくなる。その結果、再起動時における評価箇所の推定温度を正しく推定することができなくなる。
本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、周囲温度の変化の影響を受けることなく、停止後の再起動時における評価箇所の温度を適正に推定可能な電動機制御装置を提供することにある。

電動機（８０）の通電を制御する本発明の電動機制御装置は、基板（１１）と、基板に搭載された複数のスイッチング素子（６１〜６６）、駆動回路ＩＣ（５０）、及び制御回路ＩＣ（４０）と、第１温度検出器及び第２温度検出器（１２、１４、１５、１６、１８）と、温度推定部（３０）と、を備える。
基板は、通電時の発熱をヒートシンク（２０）に放熱可能に設置されている。
複数のスイッチング素子は、電動機に電力供給する電力変換器（６０）を構成する。
駆動回路ＩＣは、複数のスイッチング素子に駆動信号を出力するプリドライバ（５１）を有する。
制御回路ＩＣは、電動機に対する出力指令に基づきプリドライバへの指令信号を演算する電流制御部（４１）を有する。

第１温度検出器及び第２温度検出器は、ヒートシンク、制御回路ＩＣ、駆動回路ＩＣ、スイッチング素子及び電動機のうち、いずれか２箇所の温度をそれぞれ検出する。
温度推定部は、電動機に流れる電流（Ｉｍ）、第１温度検出器による検出温度である第１検出温度（Ｔｓ１）、及び、第２温度検出器による検出温度である第２検出温度（Ｔｓ２）に基づいて、ヒートシンク、制御回路ＩＣ、駆動回路ＩＣ、スイッチング素子及び電動機のうちから選択した１箇所以上の「評価箇所の温度（Ｔｘ）」を推定する。

電流制御部が動作後に停止し、その後、再起動する過程において、温度推定部は、以下のように挙動する。
電流制御部の停止時に、評価箇所の推定温度（Ｔｘｏ）、第１検出温度（Ｔｓ１ｏ）及び第２検出温度（Ｔｓ２ｏ）を記憶する。
電流制御部の再起動時に、「停止時における第１検出温度と第２検出温度との温度差（ΔＴｓｏ）」と、「再起動時における第１検出温度と第２検出温度との温度差（ΔＴｓ）」との比を推定ゲイン（Ｋ）として算出する。
そして、「停止時における第１検出温度と評価箇所の推定温度との温度差（ΔＴｘｏ）」に推定ゲインを乗じて求めた温度差（ΔＴｘ）、及び、電動機に流れる電流の積算値から算出した上昇温度（ΔＴｉ）に基づいて、再起動時における評価箇所の温度を推定する。その後、温度推定部は、再起動後の評価箇所の温度の推定を継続して行う。

本発明の電動機制御装置は、２つの温度検出器を用いて２箇所の温度を検出することを特徴とする。また、「第１検出温度と第２検出温度との温度差（ΔＴｓ）」と、「第１検出温度と評価箇所の推定温度との温度差（ΔＴｘ）」とは、周囲温度に関係なく比例する点に着目する。そして、温度推定部は、第１検出温度と評価箇所の推定温度との温度差について、停止時における温度差（ΔＴｘｏ）に推定ゲインを乗じることにより、再起動時における温度差（ΔＴｘ）を推定する。

これにより、温度推定部は、周囲温度の変化の影響を受けることなく、停止後の再起動時における評価箇所の温度を適正に推定することができる。
特に、評価箇所の推定温度に基づいて電流制御部が電流指令値を制限する構成では、評価箇所の温度を正しく推定することにより、素子の故障を適切に防止し、且つ、電動機の出力を可能な限り高く維持しながら、電動機の通電を制御することができる。

本発明の２つの温度検出器は、上記に列挙した５箇所のうちどの２箇所の温度を検出するものでもよい。また、「２つの温度検出器を用いて温度推定する」ことが要旨であり、３つ以上の温度検出器を用いて３箇所以上の温度を検出可能とする構成を排除するものではない。
また、制御回路ＩＣ、駆動回路ＩＣ、又は、ＩＣパッケージに埋め込まれたスイッチング素子の温度を検出する温度検出器を設ける構成では、温度検出器は、ＩＣパッケージ内部に設けられていることが好ましい。

第１実施形態の電動機制御装置が適用されるシステムの概略構成図。 温度検出器が（ａ）基板上、（ｂ）ＩＣパッケージ内部に設置される構成を示す模式図。 第１実施形態の電動機制御装置の全体的な制御ブロック図。 評価箇所の推定温度と電流制限値との関係を示すマップ。 電流指令値の制限マップ。 図３の温度推定部のブロック図。 第１実施形態による評価箇所の温度推定を説明するタイムチャート。 第２実施形態の電動機制御装置の特徴構成を示すブロック図。 比較例の温度推定部のブロック図。 比較例による評価箇所の温度推定を説明するタイムチャート。

以下、実施形態の電動機制御装置を図面に基づいて説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態を包括して「本実施形態」という。
（第１実施形態）
本実施形態の電動機制御装置について、図１〜図７を参照して説明する。最初に、電動機制御装置が適用される電動機駆動システムの全体構成について図１を参照する。本実施形態では、三相交流電動機の通電を制御する電動機制御装置について例示する。この三相交流電動機は、例えば車両の電動パワーステアリング装置において、運転者の操舵を補助する操舵アシストモータとして使用される。

本実施形態の電動機制御装置１０は、基本的に、基板１１に搭載された電子部品により構成されている。つまり、図１に図示されたもののうち、バッテリＢＴ、電動機８０及びヒートシンク２０は電動機制御装置１０に含まれない。典型的には、電動機制御装置１０はＥＣＵとして実現される。なお、電動機８０の回転角を検出する回転角センサの図示を省略する。

電動機制御装置１０は、制御回路ＩＣ４０、駆動回路ＩＣ５０、「電力変換器」としてのインバータ６０を構成する複数のスイッチング素子６１〜６６、及び、複数の温度検出器１２、１４、１５、１６、１８等を備える。なお、電源入力部に一般に設けられる電源リレー、コイル、コンデンサ等の図示を省略する。
また、本実施形態の電動機制御装置１０は、温度推定部３０を備える。温度推定部３０は、例えば制御回路ＩＣ４０に含まれてもよく、又は、制御回路ＩＣ４０とは別のＩＣ内に構成されてもよい。

制御回路ＩＣ４０及び駆動回路ＩＣ５０は、ＩＣパッケージの形態で基板１１に搭載されている。制御回路ＩＣ４０は、電動機８０に対するトルク指令に基づいて通電に係る指令信号を演算する電流制御部４１を有する。制御回路ＩＣ４０は、典型的にはマイコンで構成される。
駆動回路ＩＣ５０は、電流制御部４１が演算した指令信号に基づいてインバータ６０の複数のスイッチング素子６１〜６６に駆動信号を出力するプリドライバ５１を有する。駆動回路ＩＣ５０は、例えば、カスタム化されたＡＳＩＣの形態で用いられる。

インバータ６０は、基板１１に搭載された６個のスイッチング素子６１〜６６がブリッジ接続されている。スイッチング素子６１、６２、６３は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の高電位側スイッチング素子であり、スイッチング素子６４、６５、６６は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の低電位側スイッチング素子である。本実施形態では、スイッチング素子６１〜６６として、ＭＯＳＦＥＴが用いられる。なお、他の実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ以外の電界効果トランジスタやＩＧＢＴ等を用いてもよい。

インバータ６０は、プリドライバ５１からの駆動信号に従って各相のスイッチング素子６１〜６６が動作することにより、バッテリＢＴの直流電力を交流電力に変換し、各相巻線８１、８２、８３に相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを供給する。これにより、電動機８０は、トルク指令に応じたトルクを出力するように駆動される。

本実施形態では、各相の低電位側スイッチング素子６４、６５、６６とグランドとの間に相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出するシャント抵抗７１、７２、７３が設けられている。各シャント抵抗７１、７２、７３をまとめて電流検出器７０と記す。電流検出器７０は、インバータ６０から巻線８１、８２、８３への電流経路に設けられてもよい。
また、固定座標系の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、及び回転座標系のｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑを含み、電動機８０に流れる電流を広く包括して「電動機電流Ｉｍ」という。

インバータ６０のスイッチング動作による電動機８０への通電に伴って、特にスイッチング素子６１〜６６や基板１１上のパワー電流経路が発熱する。発生した熱は基板１１を伝わり、制御回路ＩＣ４０や駆動回路ＩＣ５０の温度も上昇する。発熱が過大となると、スイッチング素子６１〜６６をはじめとする電子素子が故障するおそれがある。
そこで、基板１１は、通電時の発熱をアルミニウム筐体等のヒートシンク２０に放熱可能に設置されている。例えば、基板１１のグランド経路がヒートシンク２０に接触するように取り付けられている。

また、基板１１の各部には、複数の温度検出器１２、１４、１５、１６、１８が設けられている。温度検出器１２、１４、１５、１６、１８は、典型的にはサーミスタである。
図１には、温度検出器が５箇所に示されている。しかし、温度検出器は、常に５箇所に設けられる必要はなく、少なくとも、このうち２箇所以上に設けられればよい。５箇所の温度検出器１２、１４、１５、１６、１８の役割及び設置形態について順に説明する。
温度検出器１２は、ヒートシンク２０の温度Ｔｈｓを検出する。図１の例では、ヒートシンク２０に接触する基板１１上のグランド経路部分に温度検出器１２が設置される。

温度検出器１４は、制御回路ＩＣ４０の温度Ｔｃｏｎを検出する。温度検出器１５は、駆動回路ＩＣ５０の温度Ｔｄｒを検出する。ここで、駆動回路ＩＣ５０を代表として図２（ａ）に示すように、温度検出器１５は、駆動回路ＩＣ５０のリード部５９付近における基板１１上に設置されてもよい。また、図２（ｂ）に示すように、ＩＣパッケージ内部に設けると、基板１１に曲げ応力が作用したとき等に温度検出器１５が脱落することを防止することができる。したがって、温度検出器１４及び温度検出器１５は、ＩＣパッケージ内部に設けられる方が好ましい。

温度検出器１６は、スイッチング素子６１〜６６の温度Ｔｓｗを検出する。各相上下アームのスイッチング発熱が同等と仮定すると、例えば温度検出器１６は、いずれか代表のスイッチング素子の近辺に設置される。例えば複数のスイッチング素子６１〜６６がモジュール化されＩＣパッケージに埋め込まれている形態では、制御回路ＩＣ４０や駆動回路ＩＣ５０と同様に、温度検出器１６はＩＣパッケージ内部に設けられることが好ましい。また、スイッチング素子の内部に感温ダイオードを有する形態では、感温ダイオードを温度検出器として使用してもよい。
温度検出器１８は、電動機８０の温度Ｔｍを検出する。図１の例では、各相巻線８１、８２、８３に接続される基板１１上の電流経路の近辺に温度検出器１８が設置される。

温度推定部３０は、２つの温度検出器の検出温度に基づいて、ヒートシンク２０、制御回路ＩＣ４０、駆動回路ＩＣ５０、スイッチング素子６１〜６６、及び電動機８０のうちから選択した１箇所以上の「評価箇所」の温度Ｔｘを推定する。評価箇所の温度Ｔｘは、通電時における発熱部からの距離や放熱特性の違い、また、通電停止からの経過時間等によって異なる。図１では、１箇所の評価箇所として、電動機８０の温度を推定する場合を例示する。

以下、温度推定に用いられる２つの温度検出器を「第１温度検出器」及び「第２温度検出器」という。また、第１温度検出器の検出温度を「第１検出温度Ｔｓ１」、第２温度検出器の検出温度を「第２検出温度Ｔｓ２」と記す。ここで、低い方の温度を第１検出温度Ｔｓ１とする方が基本的に好ましい。図１では、ヒートシンク２０の温度Ｔｈｓを第１検出温度Ｔｓ１として例示する。

図１に実線で示すように、例えば、第１温度検出器１２が検出したヒートシンク２０の温度Ｔｈｓが第１検出温度Ｔｓ１として温度推定部３０に入力される。また、第２温度検出器１６が検出したスイッチング素子６１〜６６の温度Ｔｓｗが第２検出温度Ｔｓ２として温度推定部３０に入力される。他の例では、二点鎖線で示すように、温度検出器１４、１５、１８が検出した制御回路ＩＣ４０、駆動回路ＩＣ５０又は電動機８０の温度Ｔｃｏｎ、Ｔｄｒ、Ｔｍが第１検出温度Ｔｓ１又は第２検出温度Ｔｓ２として温度推定部３０に入力されてもよい。

なお、３つ以上の温度検出器を備える構成では、そのうち２つの温度検出器の組合せにより以下の温度推定を１つの処理として実施する。例えば、複数の組合せパターンにより複数の推定温度を算出してもよい。また、随時、最適な組合せパターンを選択して温度推定を実施してもよい。さらに、本実施形態の温度推定に用いられる２つの温度検出器以外の温度検出器を、他の用途に使用してもよい。

温度推定部３０内の上昇温度推定部３１は、電動機電流Ｉｍの積算値に基づき、評価箇所における通電に伴う上昇温度ΔＴｉを推定する。この上昇温度ΔＴｉの推定は、ジュール熱の式（１）を基本とするものである。ここで、Ｑはジュール熱［Ｊ］、Ｒは抵抗［Ω］、Ｉｍは電流［Ａ］、ｔは時間［ｓ］を表す。
Ｑ＝Ｒ×Ｉｍ²×ｔ ・・・（１）
温度推定部３０は、これらの情報に基づいて、評価箇所である電動機８０の温度を推定し、推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔを電流制御部４１に出力する。

次に図３を参照し、電動機制御装置１０の全体的な制御構成について説明する。
電流制御部４１は、電流指令値演算部４２、電流制限値演算部４３、電流指令値制限部４５、減算器４６、制御器４７等を有する。なお、周知のベクトル制御に関する座標変換の構成については図示及び説明を省略する。例えば「電流指令値Ｉ^*」と記載した値は、技術常識により、ベクトル制御では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ^*及びｑ軸電流指令値Ｉｑ^*を意味すると解釈される。
電流指令値演算部４２は、「電動機８０に対する出力指令」であるトルク指令ｔｒｑ^*に基づいて電流指令値Ｉ^*を演算する。

電流制限値演算部４３は、温度推定部３０が推定した評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔに基づいて、電流指令値Ｉ^*に対する電流制限値Ｉ_LIMを演算する。例えば図４に示すような推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔと電流制限値Ｉ_LIMとの関係を規定したマップが用いられる。
図４のマップでは、推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔが低温側温度αから高温側温度βまでの範囲において、推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔが高いほど、電流制限値Ｉ_LIMを低く設定する。推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔが温度α以下のとき、低温用の電流制限値Ｉ_{LIM_}Ｌを設定する。また、推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔが温度β以上のとき、高温用の電流制限値Ｉ_{LIM_}Ｈを設定する。高温用の電流制限値Ｉ_{LIM_}Ｈは、例えば、低温用の電流制限値Ｉ_{LIM_}Ｌに対し３０％程度に設定されている。

このマップによると、評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔが温度α以下のとき、素子の耐熱性に影響を及ぼさないと判断し、電流指令値Ｉ^*をなるべく制限しないで電動機８０の出力を向上させる。一方、評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔが温度αを超えたとき、素子の耐熱性に影響を及ぼす可能性があると判断し、電流指令値Ｉ^*を低く制限して素子の故障を防止する。ただし、電流制限値Ｉ_LIMをゼロ付近まで低下させると、実質的に電動機８０の駆動が停止することになる。本実施形態では、たとえ低出力でも電動機８０の駆動を継続することを優先し、評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔが温度β以上のとき、必要最小限の電流制限値Ｉ_{LIM_}Ｈを設定する。

電流指令値制限部４５は、電流制限値Ｉ_LIMにより電流指令値Ｉ^*を制限し、制限後の電流指令値Ｉ^**を出力する。つまり、図５のマップにおいて電流指令値Ｉ^*が正のとき、電流指令値Ｉ^*が電流制限値＋Ｉ_LIM以下の範囲では、「Ｉ^**＝Ｉ^*」とする。また、電流指令値Ｉ^*が電流制限値＋Ｉ_LIMを超える範囲では、「Ｉ^**＝＋Ｉ_LIM」とする。
さらに、例えば電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータとして用いられる電動機８０の場合、操舵方向に対応する電動機８０の回転方向に応じて、正負両方向の電流が対等に供給される。この場合、負領域の電流制限マップは、原点に対し正領域のマップと点対称に規定される。

減算器４６は、電流検出器７０が検出した電動機電流Ｉｍと制限後電流指令値Ｉ^**との電流偏差ΔＩを算出する。制御器４７は、電流偏差ΔＩをゼロに収束させるように、ＰＩ制御演算等により、典型的には電圧指令等の指令信号を演算する。こうして電流制御部４１が演算した指令信号は、プリドライバ５１に出力される。

続いて、図６を参照し、温度推定部３０の詳細な構成について説明する。本実施形態の温度推定部３０は、特に、電流制御部４１が動作後に停止し、その後、再起動する過程における温度推定に特徴を有する。「電流制御部４１の動作中」とは、具体的にはマイコンの動作中に相当する。また、電流制御部４１の動作が停止するとは、電動機８０への電流供給が停止することを意味する。したがって、上記過程は、電動機８０への電流供給を一旦停止した後、再び電流供給を開始する過程、と言い換えられる。温度推定部３０の最終出力値である「Ｔｘ＿ｅｓｔ」は、再起動時における評価箇所の推定温度を表す。

本実施形態の温度推定部３０は、電流制御部４１の停止期間中に周囲温度が変化したときでも、その影響を受けることなく、再起動時における評価箇所の温度を適正に推定することを目的とするものである。その目的を達成するための構成として、温度推定部３０は、上昇温度推定部３１、停止時温度記憶部３２、減算器３３、３４、３５、ゲイン演算部３６、乗算器３７、加算器３８等を含む。

上述の通り、温度推定部３０は、第１検出温度Ｔｓ１及び第２検出温度Ｔｓ２、並びに電動機電流Ｉｍを繰り返し取得する。そして、上昇温度推定部３１は、電動機電流Ｉｍの積算値に基づき、評価箇所における通電に伴う上昇温度ΔＴｉを推定する。電流制御部４１の動作中、電動機電流Ｉｍの変化に伴い、上昇温度ΔＴｉに基づいて推定される評価箇所の推定温度Ｔｘは繰り返し更新される。

電流制御部４１が動作を停止した時、停止時温度記憶部３２は、停止時における第１検出温度Ｔｓ１ｏ及び第２検出温度Ｔｓ２ｏ、並びに、評価箇所の推定温度Ｔｘｏを記憶する。減算器３３は、停止時における第１検出温度Ｔｓ１ｏと第２検出温度Ｔｓ２ｏとの温度差ΔＴｓｏを算出する。減算器３４は、停止時における第１検出温度Ｔｓ１ｏと評価箇所の推定温度Ｔｘｏとの温度差ΔＴｘｏを算出する。
減算器３５は、経時変化する第１検出温度Ｔｓ１及び第２検出温度Ｔｓ２の温度差ΔＴｓを算出する。特にこの温度推定では、電流制御部４１が再起動した時に取得された温度差ΔＴｓを算出する点に技術的意義がある。

ゲイン演算部３６は、第１検出温度Ｔｓ１と第２検出温度Ｔｓ２との停止時における温度差ΔＴｓｏ、及び再起動時における温度差ΔＴｓの比を推定ゲインＫとして算出する。推定ゲインＫは、式（２）で表される。
Ｋ＝ΔＴｓ／ΔＴｓｏ＝（Ｔｓ２−Ｔｓ１）／（Ｔｓ２ｏ−Ｔｓ１ｏ）・・・（２）
停止期間中には温度差ΔＴｓは次第に収束するため、Ｋは、１未満の値となる。

本実施形態では、停止期間中、「第１検出温度Ｔｓ１と第２検出温度Ｔｓ２との温度差ΔＴｓ」と、「第１検出温度Ｔｓ１と評価箇所の推定温度Ｔｘとの温度差ΔＴｘ」とは、周囲温度に関係なく比例すると考える。そこで、乗算器３７では、「停止時における第１検出温度Ｔｓ１ｏと評価箇所の推定温度Ｔｘｏとの温度差ΔＴｘｏ」に推定ゲインＫを乗じ、「再起動時における第１検出温度Ｔｓ１と非通電状態での評価箇所の推定温度との温度差ΔＴｘ」を算出する。温度差ΔＴｘは、式（３）で表される。
ΔＴｘ＝Ｋ×ΔＴｘｏ＝Ｋ×（Ｔｘｏ−Ｔｓ１ｏ） ・・・（３）

ただし、再起動時には評価箇所の近傍に電流が流れ始めるため、通電に伴う上昇温度ΔＴｉを加味する必要がある。加算器３８では、基準温度である第１検出温度Ｔｓ１に、温度差ΔＴｘ、及び上昇温度ΔＴｉを加算して、再起動時における評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔを算出する。第１実施形態の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔは、式（４）で表される。
Ｔｘ＿ｅｓｔ＝Ｔｓ１＋ΔＴｘ＋ΔＴｉ ・・・（４）
こうして温度推定部３０は、再起動時における評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔを算出した後、さらに再起動後の評価箇所の温度Ｔｘの推定を継続して行う。

次に、第１実施形態の作用効果について、比較例と対比しつつ説明する。
まず、比較例の構成及び作用について、図９、図１０を参照して説明する。この比較例は、１つの温度検出器を用いて評価箇所の温度を推定するものである。比較例の図において、Ｉｍ、ΔＴｉ、Ｔｘｏ、Ｔｘ＿ｅｓｔの各記号は、第１実施形態の記号を援用する。また、１つの温度検出器の検出温度を「Ｔｓ」、停止時における検出温度を「Ｔｓｏ」と記す。比較例に特有の低下温度を、「Ｔｓ」又は「Ｔｘ」に続く「＿ｄｎ」で表す。

図９に示すように、比較例の温度推定部９０は、上昇温度推定部３１、停止時温度記憶部９２、減算器９５、乗算器９７、加減算器９８等を含む。第１実施形態と同一の符号を付した上昇温度推定部３１は、実質的に同一の構成であるため、説明を省略する。
電流制御部４１が動作を停止した時、停止時温度記憶部９２は、停止時における検出温度Ｔｓｏ、及び、評価箇所の推定温度Ｔｘｏを記憶する。評価箇所の推定温度Ｔｘｏは、動作中の電動機電流Ｉｍの積算値に基づく上昇温度ΔＴｉから推定された温度である。

図１０に示すように、停止時における評価箇所の推定温度Ｔｘｏは、検出温度Ｔｓｏよりも高い。電流供給が停止された後、温度検出器の検出箇所及び評価箇所における真の温度は、それぞれ、実線及び二点鎖線のように変化する。周囲温度が変化しない状況では、検出箇所及び評価箇所における真の温度は、自然冷却により次第に低下する。

比較例では、動作停止から同一時間経過後における検出箇所及び評価箇所での低下温度が比例すると考える。そして、例えば「再起動Ａ」時における検出温度の低下温度Ｔｓ＿ｄｎ_Aと、評価箇所の推定温度の低下温度Ｔｘ＿ｄｎ_Aとの関係に着目する。
なお、下付の添え字「Ａ」は、「再起動Ａ」時の値であることを示し、後述する「再起動Ｂ」時の値と区別するためのものである。文中の式の説明では、基本的に下付の添え字Ａ、Ｂを含まない記号を用いて記載する。

図９に戻り、再起動時に減算器９５は、停止時における検出温度Ｔｓｏから再起動時の検出温度Ｔｓを減じ、検出温度の低下温度Ｔｓ＿ｄｎを算出する。乗算器９７は、検出温度の低下温度Ｔｓ＿ｄｎに所定の比例定数Ｋｃを乗じて、評価箇所の推定温度の低下温度Ｔｘ＿ｄｎを算出する。比例定数Ｋｃは、実験値等から予め設定されている。評価箇所の推定温度の低下温度Ｔｘ＿ｄｎは、式（５）で表される。
Ｔｘ＿ｄｎ＝Ｋｃ×Ｔｓ＿ｄｎ＝Ｋｃ×（Ｔｓｏ−Ｔｓ） ・・・（５）

加減算器９８では、停止時における評価箇所の推定温度Ｔｘｏから評価箇所の推定温度の低下温度Ｔｘ＿ｄｎを減じ、さらに再起動時の通電による上昇温度ΔＴｉを加算して、再起動時における評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔを算出する。すなわち、比較例の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔは、式（６）で表される。
Ｔｘ＿ｅｓｔ＝Ｔｘｏ−Ｔｘ＿ｄｎ＋ΔＴｉ ・・・（６）
図１０では「上昇温度ΔＴｉ≒０」とみなす。再起動Ａ時には、比較例の算出方法でも評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔ_Aをほぼ正しく推定することができる。

一方、「再起動Ｂ」は、検出箇所及び評価箇所の温度がいずれも周囲温度Ｔ＿ｅｎｖと同等の温度にまで低下した後、周囲温度Ｔ＿ｅｎｖの上昇に伴って再び上昇したときに再起動する場合である。このとき、検出温度Ｔｓ_Bと評価箇所の真の温度Ｔｘ_Bとは、ほぼ同一温度となっている。
この状況では、検出温度の低下温度Ｔｓ＿ｄｎ_Bは、周囲温度の上昇ΔＴ＿ｅｎｖ分、小さめの値となる。そのため、再起動時Ａと同じ式（５）による評価箇所の推定温度の低下温度Ｔｘ＿ｄｎ_Bは、過小に算出され、真の値と一致しない。したがって、式（６）により算出される推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔ_Bも誤った値となる。

よって、比較例による推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔ_Bに基づいて電流制限値Ｉ_LIMを演算すると、評価箇所の真の温度Ｔｘ_Bが反映されない状態で、電動機８０の通電が制御されることとなる。図１０の再起動Ｂ時には、評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔ_Bが実際よりも高く推定される結果、電流指令値Ｉ^*を過剰に制限し、電動機８０の出力性能を無意味に低下させることとなる。逆に、停止期間中に周囲温度Ｔ＿ｅｎｖが低下した場合の再起動時には、評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔ_Bが実際よりも低く推定される結果、電流指令値Ｉ^*が十分に制限されず、素子が耐熱限界を超えて故障に至るおそれがある。

要するに、比較例の温度推定部９０による再起動時の温度推定は、停止期間中に周囲温度Ｔ＿ｅｎｖが安定していることを前提として成立するものであり、周囲温度Ｔ＿ｅｎｖが変化したときには正しい推定ができなくなる。
これに対し、第１実施形態の温度推定部３０による温度推定は、停止期間中に周囲温度Ｔ＿ｅｎｖが変化したときでも、再起動時における評価箇所の温度Ｔｘを正しく推定することを可能とするものである。

続いて、第１実施形態の温度推定について図７を参照して説明する。比較例では、１つの温度検出器を用い、停止時における評価箇所の温度Ｔｘｏからの低下温度に基づいて、再起動時における評価箇所の温度Ｔｘを推定する。それに対し、第１実施形態は、２つの温度検出器を用い、第１検出温度Ｔｓ１を基準とする温度差に基づいて、再起動時における評価箇所の温度Ｔｘを推定する。

図７に、比較例の図１０と同様の状況での「再起動Ａ」時、及び「再起動Ｂ」時における温度推定の具体例を示す。
停止時において、評価箇所の推定温度Ｔｘｏが最も高く、第２検出温度Ｔｓ２ｏが中間であり、第１検出温度Ｔｓ２ｏが最も低い。図６の減算器３３、３４により、停止時における「第１検出温度Ｔｓ１ｏと第２検出温度Ｔｓ２ｏとの温度差ΔＴｓｏ」、及び、「第１検出温度Ｔｓ１ｏと評価箇所の推定温度Ｔｘｏとの温度差ΔＴｘｏ」が算出される。
電流供給が停止された後、第１、第２温度検出器の検出箇所及び評価箇所における真の温度は、それぞれ、実線、破線、及び二点鎖線のように次第に低下する。

「再起動Ａ」時には、式（２）により「停止時における第１検出温度Ｔｓ１ｏと第２検出温度Ｔｓ２ｏとの温度差ΔＴｓｏ」と、「再起動Ａ時における第１検出温度Ｔｓ１_Aと第２検出温度Ｔｓ２_Aとの温度差ΔＴｓ_A」との比を推定ゲインＫ_Aとして算出する。
また、式（３）により、「停止時における第１検出温度Ｔｓ１ｏと評価箇所の推定温度Ｔｘｏとの温度差ΔＴｘｏ」に推定ゲインＫ_Aを乗じて、「再起動Ａ時における第１検出温度Ｔｓ１と非通電状態での評価箇所の推定温度との温度差ΔＴｘ_A」を算出する。

図１０と同様に、図８でも「上昇温度ΔＴｉ≒０」とみなす。そして、式（４）により、再起動Ａ時における第１検出温度Ｔｓ１_Aに温度差ΔＴｘ_Aを加算することにより、再起動Ａ時における評価箇所の温度Ｔｘ＿ｅｓｔ_Aを正しく推定することができる。
再起動Ｂ時には、第１検出温度Ｔｓ１_Bと第２検出温度Ｔｓ２_Bと評価箇所の真の温度Ｔｘ_Bとは、ほぼ同一温度となっている。第１検出温度Ｔｓ１_Bと第２検出温度Ｔｓ２_Bとの温度差ΔＴｓ_Bが０であるため、式（２）により算出される推定ゲインＫ_Bは０となる。式（３）により推定ゲインＫ_Bを乗じて算出される温度差ΔＴｘ_Bも０となる。

したがって、式（４）により算出される再起動Ｂ時における評価箇所の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔ_Bは、再起動Ｂ時における第１検出温度Ｔｓ１_Bと等しくなる。よって、第１実施形態では、周囲温度Ｔ＿ｅｎｖの変化の影響を受けることなく、再起動Ｂ時における評価箇所の温度Ｔｘ＿ｅｓｔ_Bを正しく推定することができる。
よって、第１実施形態の推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔ_Bに基づいて電流制限値Ｉ_LIMを演算することにより、素子の故障を適切に防止し、且つ、電動機８０の出力を可能な限り高く維持しながら、電動機８０の通電を制御することができる。

例えば電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータは、定常回転用に使用される電動機に比べ、大きなトルクを急激に出力する必要がある。また、電動機制御装置１０が設置される場所は、一般にスペースの制約が厳しく、放熱に不利な環境である。しかも、高い信頼性が要求されるため、素子の故障を適切に防止することと、電動機８０の出力を可能な限り高く維持することとの両立が特に重要となる。したがって、本実施形態の電動機制御装置１０により、周囲温度Ｔ＿ｅｎｖの変化の影響を受けることなく、再起動時における評価箇所の温度Ｔｘを正しく推定する効果が有効に発揮される。

また、上述の通り、温度が最も低く安定しているヒートシンク２０の温度Ｔｈｓを検出する温度検出器１２を第１温度検出器として用いることが好ましい。これにより、推定の基準となる第１検出温度Ｔｓ１を比較的安定させることができる。
さらに、制御回路ＩＣ４０、駆動回路ＩＣ５０、又は、ＩＣパッケージに埋め込まれたスイッチング素子６１〜６６の温度を検出する温度検出器１４、１５、１６を設ける構成を想定する。この構成では、温度検出器１４、１５、１６は、基板１１上のＩＣのリード付近に設けられるよりも、ＩＣパッケージ内部に設けられていることが好ましい。これにより、基板１１に曲げ応力が作用したとき等に温度検出器１４、１５、１６が脱落することを防止することができる。したがって、信頼性が向上する。

（第２実施形態）
第２実施形態の電動機制御装置について、図１及び図８を参照して説明する。第２実施形態は、複数の評価箇所の温度を推定するものである。
温度推定部３０は、３箇所の評価箇所（１）、（２）、（３）の温度を推定する温度推定部３０１、３０２、３０３を含む。電流制御部４１は、図３の電流制限値演算部４３と電流指令値制限部４５との間に、さらにＭＩＮ選択部４４を含む。

各温度推定部３０１、３０２、３０３は、第１検出温度Ｔｓ１、第２検出温度Ｔｓ２、及び電動機電流Ｉｍを共通に取得する。また、各温度推定部３０１、３０２、３０３は、停止時における第１検出温度Ｔｓ１ｏ及び第２検出温度Ｔｓ２ｏを共通に記憶しており、且つ、停止時における各評価箇所の温度Ｔｘｏ１、Ｔｘｏ２、Ｔｘｏ３を個別に記憶している。各温度推定部３０１、３０２、３０３は、これらの情報に基づき、電流制御部４１の再起動時における各評価箇所（１）、（２）、（３）の温度Ｔｘ＿ｅｓｔ１、Ｔｘ＿ｅｓｔ２、Ｔｘ＿ｅｓｔ３を、第１実施形態と同様の演算により推定する。

電流制御部４１の電流制限値演算部４３は、温度推定部３０１、３０２、３０３に対応する電流制限値演算部４３１、４３２、４３３を含む。各電流制限値演算部４３１、４３２、４３３は、マップ等により、推定温度Ｔｘ＿ｅｓｔ１、Ｔｘ＿ｅｓｔ２、Ｔｘ＿ｅｓｔ３に対応する電流制限値Ｉ_LIM１、Ｉ_LIM２、Ｉ_LIM３を設定し、ＭＩＮ選択部４４に出力する。このとき、評価箇所毎に異なるマップを用いてもよい。
ＭＩＮ選択部４４は、電流制限値Ｉ_LIM１、Ｉ_LIM２、Ｉ_LIM３のうち最小値Ｉ_LIM＿ＭＩＮを選択し、電流制限値演算部４５に出力する。電流制限値演算部４５は、電流制限値の最小値Ｉ_LIM＿ＭＩＮにより、電流指令値Ｉ^*を制限する。

このように第２実施形態では、複数の評価箇所の推定温度に基づいて電流指令値Ｉ^*を制限するため、電動機駆動システムの各部分の温度情報を、くまなく、通電に伴う発熱の抑制に反映させることができる。また、フェイルセーフを優先する観点から、電流制限値の最小値Ｉ_LIM＿ＭＩＮにより電流指令値Ｉ^*を制限するため、発熱による素子の故障をより適切に防止することができる。

（その他の実施形態）
（ア）図１では、ヒートシンク２０の温度Ｔｈｓを検出する温度検出器１２は、ヒートシンク２０に接触する基板１１上のグランド経路部分に設置される。また、電動機８０の温度Ｔｍを検出する温度検出器１８は、各相巻線８１、８２、８３に接続される基板１１上の電流経路の近辺に設置される。このような構成に限らず、基板１１から離れた箇所に温度検出器１２、１８を配置し、信号線等を介して、検出温度Ｔｈｓ、Ｔｍを温度推定部３０に伝送するようにしてもよい。

（イ）図１には、「電力変換器」としてのインバータにより三相交流電動機を駆動するシステムが示されている。この他、本発明の電動機制御装置は、四相以上の交流電動機を駆動するシステムに適用されてもよい。また、「電力変換器」としてＨブリッジ回路を用いて直流電動機を駆動するシステムに適用されてもよい。

（ウ）電動機及び電動機制御装置の物理的配置として、いわゆる機電一体式や合体式のように隣接配置されている構成の方が、評価箇所として電動機を選択したとき、基板での検出温度と電動機の推定温度との相関が高い傾向にあると考えられる。ただし、電動機及び電動機制御装置がケーブルで接続された機電別体式であっても、基板での検出温度と電動機の推定温度との間にある程度の相関があれば、上記実施形態により電動機の温度を推定することが有効である。

（エ）第２温度検出器は、第１温度検出器の検出箇所よりも熱容量が小さく、且つ、評価箇所となり得るその他の温度推定部位よりも熱容量が大きな部位の温度を検出することが望ましい。例えば、熱容量が最も大きいヒートシンク２０の温度を第１温度検出器が検出し、次に熱容量が大きい電動機８０の温度を第２温度検出器が検出するとよい。他の温度推定部位より熱容量が大きければ冷めるのが遅いため、上記実施形態による温度推定において他の部位を評価箇所としたとき、評価箇所の温度を低く推定することがない。

（オ）電流制御部は、評価箇所の推定温度に応じて電流制限値を可変に設定する構成に限らない。電動機システムの性質によっては、評価箇所の推定温度が所定値を超えたとき、システムの動作を停止したり、冷却ファン等による強制冷却を実行したりしてもよい。
（カ）上昇温度の推定のための電流値は、電流検出器による検出値に限らず、推定値を用いてもよい。例えば、電動機の回転数及びトルクから算出したインバータ電力とインバータ入力電圧とに基づいて、インバータに流れる電流を推定することができる。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１０・・・電動機制御装置、
１１・・・基板、
１２、１４、１５、１６、１８・・・（第１、第２）温度検出器、
２０・・・ヒートシンク、
３０・・・温度推定部、
４０・・・制御回路ＩＣ、 ４１・・・電流制御部、
５０・・・駆動回路ＩＣ、 ５１・・・プリドライバ、
６０・・・インバータ（電力変換器）、 ６１〜６６・・・スイッチング素子、
８０・・・電動機。

Claims (6)

1. 電動機（８０）の通電を制御する電動機制御装置であって、
   通電時の発熱をヒートシンク（２０）に放熱可能に設置された基板（１１）と、
   前記基板に搭載され、前記電動機に電力供給する電力変換器（６０）を構成する複数のスイッチング素子（６１〜６６）と、
   前記基板に搭載され、前記複数のスイッチング素子に駆動信号を出力するプリドライバ（５１）を有する駆動回路ＩＣ（５０）と、
   前記基板に搭載され、前記電動機に対する出力指令に基づき前記プリドライバへの指令信号を演算する電流制御部（４１）を有する制御回路ＩＣ（４０）と、
   前記ヒートシンク、前記制御回路ＩＣ、前記駆動回路ＩＣ、前記スイッチング素子及び前記電動機のうち、いずれか２箇所の温度をそれぞれ検出する第１温度検出器及び第２温度検出器（１２、１４、１５、１６、１８）と、
   前記電動機に流れる電流（Ｉｍ）、前記第１温度検出器による検出温度である第１検出温度（Ｔｓ１）、及び、前記第２温度検出器による検出温度である第２検出温度（Ｔｓ２）に基づいて、前記ヒートシンク、前記制御回路ＩＣ、前記駆動回路ＩＣ、前記スイッチング素子及び前記電動機のうちから選択した１箇所以上の評価箇所の温度（Ｔｘ）を推定する温度推定部（３０）と、
   を備え、
   前記電流制御部が動作後に停止し、その後、再起動する過程において、
   前記温度推定部は、
   前記電流制御部の停止時に、前記評価箇所の推定温度（Ｔｘｏ）、第１検出温度（Ｔｓ１ｏ）及び第２検出温度（Ｔｓ２ｏ）を記憶し、
   前記電流制御部の再起動時に、
   前記停止時における前記第１検出温度と前記第２検出温度との温度差（ΔＴｓｏ）と、当該再起動時における前記第１検出温度と前記第２検出温度との温度差（ΔＴｓ）との比を推定ゲイン（Ｋ）として算出し、
   前記停止時における前記第１検出温度と前記評価箇所の推定温度との温度差（ΔＴｘｏ）に前記推定ゲインを乗じて求めた温度差（ΔＴｘ）、及び、前記電動機に流れる電流の積算値から算出した上昇温度（ΔＴｉ）に基づいて、当該再起動時における前記評価箇所の温度を推定する電動機制御装置。
2. 前記第１温度検出器又は前記第２温度検出器の少なくとも一方は、前記制御回路ＩＣ、前記駆動回路ＩＣ、又は、ＩＣパッケージに埋め込まれた前記スイッチング素子の温度を検出するものであり、当該温度検出器は、ＩＣパッケージ内部に設けられている請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記第１温度検出器（１２）は、前記ヒートシンクの温度を検出する請求項１または２に記載の電動機制御装置。
4. 前記ヒートシンクの温度を検出する温度検出器は、前記ヒートシンクに当接する前記基板上に設けられている請求項３に記載の電動機制御装置。
5. 前記電流制御部は、前記評価箇所の推定温度が所定の温度範囲において、前記評価箇所の推定温度が高いほど、電流指令値に対する電流制限値を低く設定する請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
6. 前記温度推定部は、複数の前記評価箇所の温度を推定し、
   前記電流制御部は、複数の推定温度毎に設定された複数の電流制限値の最小値を用いて電流指令値を制限する請求項５に記載の電動機制御装置。

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