WO2003079535A1 - Estimateur de la temperature d'un moteur et commande moteur - Google Patents

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WO2003079535A1
WO2003079535A1 PCT/JP2003/003219 JP0303219W WO03079535A1 WO 2003079535 A1 WO2003079535 A1 WO 2003079535A1 JP 0303219 W JP0303219 W JP 0303219W WO 03079535 A1 WO03079535 A1 WO 03079535A1
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temperature
electric motor
motor
coil
value
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Application number
PCT/JP2003/003219
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shuji Fujita
Atsuo Sakai
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Toyoda Koki Kabushiki Kaisha
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/16Estimation of constants, e.g. the rotor time constant

Definitions

  • the present invention provides a motor temperature estimating device for estimating a motor temperature of a housing of an electric motor, a stay, a coil, and the like, and an electric motor in accordance with a coil temperature of the electric motor estimated by the temperature estimating device.
  • the present invention relates to a motor control device that limits a flowing current. Background technology
  • a temperature sensor is provided in an electric motor, and a drive current is corrected using a temperature detected by the temperature sensor, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-67335. It is known to correct a decrease in magnetic permeability due to a rise in temperature of an electric motor during a stay. Further, the publication also proposes estimating the temperature of the electric motor based on an integral value of a drive current flowing through the electric motor.
  • the present invention has been made to address the above problems, and has as its object to reduce the temperature of a motor, such as a housing of an electric motor, a stay, a coil, etc., without incorporating a temperature sensor in the electric motor. It is an object of the present invention to provide an overnight temperature estimating device capable of accurately detecting the temperature. In addition, the electric motor's Another object of the present invention is to provide a motor control device that limits the current flowing through the electric motor in accordance with the temperature of the electric motor and accurately suppresses the temperature rise of the coil of the electric motor.
  • a feature of the present invention is that current detecting means for detecting a current value flowing through a coil of an electric motor, and whether the electric motor is in a rotating state or a stopped state.
  • the temperature of the electric motor is, for example, the temperature of the housing, the temperature of the stay, or the temperature of the coil.
  • the estimation calculation means includes, for example, a square value calculation means for calculating a square value of the detected current value, and a rotation state and a stop state of the electric motor determined by the determination.
  • the temperature calculation means can calculate the temperature of the electric motor by adding the temperature rise calculated by the rise calculation means to the ambient temperature where the electric motor is arranged.
  • the current detection means detects a two-phase current value obtained by converting the three-phase current value into two phases, and the estimation calculating means calculates the two-phase current value.
  • the configuration may be such that the temperature of the electric motor is estimated and calculated based on the sum of the square values. Further, the current detection means may detect a three-phase current value, and the estimation calculation means may estimate and calculate the temperature of the electric motor using each square value of the three-phase current value.
  • the temperature of the electric motor is different from each other in the rotation state and the stop state of the electric motor determined by the determination means. The degree is estimated.
  • the temperature rise due to the current flowing through the coil when the motor is stopped (rotationally constrained) is greater than the temperature rise due to the current flowing through the coil during the rotation. Therefore, according to the present invention, it is possible to estimate the temperature of the electric motor with high accuracy by taking into account the difference in temperature rise due to the current flowing through the coil between the rotating state and the stopped state.
  • Another feature of the present invention is a motor control device including current limiting means for limiting a current flowing through the electric motor in accordance with the coil temperature estimated by the motor temperature estimation device configured as described above. There is also. According to this, the current flowing through the electric motor is limited in accordance with the coil temperature detected with high accuracy, so that the temperature rise of the coil of the electric motor is accurately suppressed.
  • the current limiting means can be configured to limit the current flowing through the electric motor to a predetermined limit value or less when the estimated coil temperature is equal to or higher than a predetermined temperature. According to this, the current flowing through the electric motor is forcibly limited to within the limit value, so that the temperature rise of the coil of the electric motor is reliably suppressed.
  • the limit value when limiting the current flowing through the electric motor to a value equal to or less than the limit value, the limit value may be gradually changed. According to this, even if the coil temperature changes suddenly, the current flowing through the electric motor gradually changes, so that a sudden change in the output of the electric motor can be avoided.
  • FIG. 1 is an overall schematic diagram of an electric power steering device for a vehicle to which a motor temperature estimation device and a motor control device according to an embodiment of the present invention are applied.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the heat prevention control unit in FIG. 1 in detail.
  • FIG. 3 is a time chart showing the ON / OFF operation of the identification switch and the overall operation flow of the motor / heating prevention control unit.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the estimated coil temperature TPco and the standby time.
  • FIG. 5A is a graph showing a change characteristic of the mass temperature initial correction coefficient K tpm with respect to the printed board temperature change amount A TPbd.
  • FIG. 5B is a graph showing a change characteristic of the coil temperature initial correction coefficient K tpc with respect to the printed circuit board temperature change amount A TPbd.
  • FIG. 6 is a flowchart of a motor temperature estimation program executed by the temperature estimation calculation unit.
  • FIG. 7 is a time chart showing temporal changes of the motor current square value Ismt, the mass current square value Isma, and the coil current square value Isco.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the estimated coil temperature TPco and the first current limit value IL1.
  • FIG. 1 schematically shows an entire electric power steering device for a vehicle to which a motor temperature estimating device and a motor control device according to the present invention are applied. Is shown.
  • the electric power steering apparatus includes an electric motor X and a brushless motor 11 composed of a three-phase synchronous permanent magnet motor.
  • the brushless motor 11 includes a stay fixed inside a housing, and forms a three-phase rotating magnetic field by flowing a three-phase current through a coil wound around the stay.
  • the rotor with the permanent magnet fixed rotates according to the three-phase current.
  • the brushless motor 11 applies an assist force to the steering of the front wheels by the turning operation of the steering handle 12.
  • a rack bar 14 that is connected to the steering handle 12 via a steering shaft 13 and a pinion gear (not shown) and that is displaced in the axial direction by the rotation of the steering handle 12 is a brushless motor.
  • the left and right front wheels are steerably connected to both ends of the rack bar 14 via tie rods and knuckle arms (both not shown).
  • a steering torque sensor 15 is attached to the lower end of the steering shaft 13.
  • steering The torque sensor 15 detects a steering torque TR acting on the steering shaft 13.
  • a rotation angle sensor 16 configured by an encoder for detecting the motor rotation angle (mechanical angle) is attached to the brushless motor 11.
  • the rotation angle sensor 16 outputs a two-phase pulse train signal having a different phase by 7TZ2 according to the rotation of the rotor of the brushless motor 11 and a zero-phase pulse train signal representing the reference rotation position.
  • the steering torque TR detected by the steering torque sensor 15 and the motor rotation angle ⁇ detected by the rotation angle sensor 16 are supplied to an electronic control circuit unit ECU (indicated by a dashed line frame). Further, the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 17 is also input to the electronic control circuit unit ECU.
  • the electronic control circuit unit ECU controls a three-phase current (assist current) flowing through the coil of the brushless motor 11, and has an assist current calculation unit 21 for inputting the vehicle speed V and the steering torque TR.
  • the assist current calculation unit 21 calculates the two-phase command currents Id * and Id * corresponding to the assist torque that increases as the steering torque TR increases and decreases as the vehicle speed V increases.
  • these two-phase command currents Id Iq * are used in a rotating coordinate system synchronized with the rotating magnetic flux generated by the permanent magnet on the rotor of the brushless motor 11, and the d axis in the same direction as the permanent magnet and In the present embodiment, the command current Id * is set to "0".
  • These two-phase command currents Id * and Iq * are supplied to a feedback control unit 23 via a current limiting unit 22 described in detail below.
  • the feedback control unit 23 is supplied with two-phase currents Id and IQ obtained by converting three-phase currents Iu, IV and Iw flowing through the coil of the brushless motor 11.
  • the three-phase currents In, IV, Iw are detected by the current sensor 24, and the conversion from the three-phase currents Iu, Iv, Iw to the two-phase currents Id, Iq is performed by the three-phase / two-phase converter 25.
  • the three-phase Z2 phase conversion unit 25 is connected to a rotation angle conversion unit 26 that converts the instantaneous rotation angle 0 m to the electric angle e.
  • the feedback control unit 23 controls the two-phase command currents Id *, I and the two-phase currents Id, Iq to control the three-phase currents Iu, Iv, Iw flowing through the coil of the brushless motor 11 in a feedback manner.
  • a difference signal Id * —Id, Iq * —Iq representing the difference between
  • the drive circuit 31 switches the battery voltage EM from the battery 32 in accordance with the PWM control signal, thereby converting the three-phase currents Iu, IV, and Iw corresponding to the PWM control signal into an electromagnetic relay. Output to the coil of brushless motor 11 through 3 3.
  • the electromagnetic relay 33 is controlled by a relay control circuit 34 described later in detail, and is normally in an ON state after the initiation switch 35 is turned on. Therefore, during the steering assist by the brushless motor 11, the PWM-controlled three-phase currents Iu, Iv, Iw usually flow through the coil of the brushless motor 11.
  • the brushless motor 11 applies an assist torque corresponding to the steering torque TR and the vehicle speed V.
  • the Z three-phase converter 27 may be constituted by a hardware circuit, but in the present embodiment is realized by executing a program of a microphone computer. In other words, these units 21 to 23 and 25 to 27 represent various functions realized by executing the program of the microcomputer in a block diagram.
  • This motor overheating prevention device has a motor overheating prevention control unit 40 arranged in an electronic control circuit unit ECU.
  • the motor heating prevention control unit 40 estimates the temperature of the housing, the stay and the coil of the brushless motor 11 and limits the current flowing to the brushless motor 11 when the coil temperature is high. is there.
  • the ambient temperature sensor 51 At the input side of the heat prevention controller 40, the ambient temperature sensor 51 and the substrate temperature The degree sensor 52, the speed converter 53, and the potentiometer 54 are connected.
  • the ambient temperature sensor 51 is mounted on the steering torque sensor 15 and detects the ambient temperature Tr (outside air temperature) where the brushless motor 11 is located.
  • the ambient temperature sensor 51 does not need to be assembled to the steering torque sensor 15 in particular, and it measures the temperature in the vicinity of the brushless motor 11 except for the portion other than the portion where the temperature rises due to the current flowing through the motor 11. As long as the temperature can be detected, any temperature may be detected.
  • the board temperature sensor 52 is mounted on a printed board on which the electronic control circuit unit ECU is arranged, and detects a printed board temperature TPbd.
  • the print substrate temperature TPbd is used for estimating the time from the stop of the operation of the brushless motor 11 to the restart of the operation of the brushless motor 11 and the temperature drop related to the ambient temperature. Therefore, if it detects the temperature of the part where the temperature rises under the influence of the current flowing through the brushless motor 11, it detects the temperature other than the printed circuit board, for example, the electronic control circuit unit.
  • a temperature sensor for detecting the temperature may be used instead of the substrate temperature sensor 52.
  • the speed converter 53 outputs a signal representing the rotation speed RV of the rotor of the brushless motor 11 by differentiating the electrical angle 0 e from the rotation angle converter 26.
  • the potentiometer 54 is connected to the battery 32 via the identification switch 35, and the battery via the switch 35 is used to detect the ON / OFF state of the ignition switch 35. Outputs voltage Ebt.
  • a current limiter 22, a relay control circuit 34 and a power supply circuit 55 are connected to the output side of the motor heating prevention controller 40.
  • the current limiter 22 receives the motor current limit value ILm from the motor heating prevention controller 40, and calculates the two-phase command current IQ * (Id * is ⁇ 0 '') calculated by the assist current calculator 21.
  • the current flowing through the coil of the brushless motor 11 is limited to within the motor current limit ILm.
  • the current flowing through the brushless motor 11 is a three-phase current Iu, Iv, Iw, so that the three-phase current Iu, Iv, I It will be limited within the current value converted to.
  • the relay control circuit 34 controls the on / off control of the electromagnetic relay 33 provided in the current path to the brushless motor 11 1 under the control of the motor heating prevention control unit 40. is there.
  • the power supply circuit 55 is connected to the battery 32, and under the control of the motor heating prevention control unit 40, raises or lowers the voltage from the battery 32 to provide various control units and various circuits. Supply operating voltage.
  • a writable nonvolatile memory (hereinafter referred to as EEPROM 60) is also connected to the motor heating prevention control unit 40.
  • the EEPROM 60 stores various variables necessary for estimating the temperatures of the housing, the stay, and the coil when the brushless motor 11 is operated when the operation of the brushless motor 11 is completed. is there.
  • the motor heating prevention control unit 40 and the speed conversion unit 53 may be constituted by hardware circuits, but are realized by executing a micro computer program in the present embodiment. In other words, these units 40 and 53 represent various functions realized by executing the program of the microcomputer in a block diagram.
  • each unit in the following description is a block diagram showing various functions realized by executing a program of the microcomputer.
  • a voltage necessary for operation is supplied from the power supply circuit 55 to each part and each circuit, and the electromagnetic relay 33 is in an ON state and the drive circuit 3 It is assumed that three-phase currents Iu, IV, and Iw are flowing through the coil of brushless motor 11 from 1.
  • the ON / OFF operation of the induction switch 35 and the overall operation flow of the motor / heating prevention control unit 40 will be described with reference to the time chart of FIG. Keep it.
  • the identification switch 35 is turned on at time tO
  • the induction-on detection unit 41 a turns on the operation switch 35 in response to the rise in the battery voltage E bt from the potentiometer 54.
  • the battery voltage E bt from the potentiometer 54 is converted from analog to digital by an AZD converter (not shown).
  • the motor heating prevention control unit 40 An initial check process (not shown) is performed.
  • the data read / write processing unit 42 reads various data stored in the EEPROM 60 and supplies the data to the initial temperature correction calculation unit 43.
  • the initial temperature correction calculation unit 43 includes a mass estimation temperature TPma, which is a variable representing the estimated temperature of the mass portion (corresponding to the housing and the stay) of the brushless motor 11, and a coil, which is a variable representing the estimated temperature of the coil. Calculate the initial value of the estimated temperature TPco. Then, the temperature estimation calculation unit 44 uses the initial value and the motor current square value Ismt calculated by the motor current square value calculation unit 45 to calculate the mass estimated temperature TPma and the coil estimated temperature TPco for a predetermined short time. Start to estimate every time.
  • the first current limit value calculation unit 46a, the second current limit value calculation unit 46b, and the minimum value selection unit 46c use the estimated coil estimated temperature TPco at a time t2, and Control is started to limit the current flowing through.
  • the initial value calculation and the estimation calculation of the estimated mass temperature TPma and the estimated coil temperature TPco and the current limiting operation of the brushless motor 11 will be described later in detail.
  • the read / write processing unit 42 prepares for the subsequent data writing, and prepares the atmosphere temperature TPtr and the mass A large predetermined value is written in the EEPROM 60 as temporary data of the storage values TPirep, TPmaep, and TPcoep of the estimated temperature TPma and the coil estimated temperature TPco.
  • the reason for using the large predetermined value is to avoid calculating lower temperatures than the actual values as the estimated atmospheric temperature TPtr and the estimated mass temperature TPma in the future.
  • the ignition off detecting unit 41b is turned on in response to the fall of the battery voltage Ebt from the potentiometer 54. Switch 35 off operation is detected.
  • the ignition off detection unit 41b performs the off operation of the induction switch 35 on condition that the battery voltage Ebt is lower than the predetermined value and the state where the battery voltage Ebt is lower than the predetermined value continues for a predetermined time or more. Is detected.
  • the motor heating prevention control unit 40 performs various controls (IG off control) related to the OFF operation of the switch 35. Do).
  • IG-off control immediately after the data read / write processing unit 42 detects the OFF operation of the identification switch 35 (immediately after time t3), the mass estimated temperature TPma and coil
  • the estimated temperature TPco is written to the EEPROM 60 as the mass temperature storage value TPmaep and the coil temperature storage value TPcoep. This is a process for preparing for a case where data writing to the EEPROM 60 cannot be performed during power-off.
  • the power-off control unit 47 sets a standby time until power-off.
  • the standby time table stored in the control unit 47 is referred to, and the standby time corresponding to the coil estimated temperature TPco at that time is set.
  • the waiting time table stores a waiting time that increases as the estimated coil temperature TPco increases.
  • the power-off control unit 47 starts measuring the set standby time and turns off the electromagnetic relay 33 to the relay control circuit 34. Output the relay off signal Roff. As a result, the relay control circuit 34 turns off the electromagnetic relay 33, so that no current flows through the brushless motor 11 thereafter. This is to minimize the current flowing in the electronic control unit ECU.
  • the power-off control section 47 instructs the write processing section 42 to read data at a time t5.
  • the data read / write processing unit 42 writes the ambient temperature TPtr and the printed circuit board temperature TPbd at that time as the ambient temperature stored value TPtrep and the printed circuit board temperature stored value TPbdep in the EE PROM 60.
  • the difference value TPma-Tr between the estimated mass temperature TPma and the ambient temperature TPtr at that time and the difference value TPco-TPma between the estimated coil temperature TPco and the estimated mass temperature TPma at that time are stored in the mass-atmosphere temperature difference memory. Write to the EEPROM 60 as the value ATPmtep and the coil-mass temperature difference storage value AlTcmep.
  • the ambient temperature memory value TPtrep the printed circuit board temperature memory value TPbdep, the mass-atmosphere temperature difference memory value ATPmtep, and the coil-mass temperature difference memory value ATPcmep 0303219
  • the power-off control unit 47 When the writing to the EEPROM 60 is completed, the power-off control unit 47 outputs a power-off signal ⁇ to the power supply circuit 55. As a result, the power supply circuit 55 stops supplying power to all circuits. The waiting time until the power is turned off is intended to wait until the estimated mass temperature TPma and the estimated coil temperature TPco have fallen to some extent, and of course, the estimated mass temperature TPma and the coil during this standby period. The calculation for estimating the estimated temperature TPco is continued. As a result, the estimation accuracy of the estimated mass temperature TPma and estimated coil temperature TPco in the state where the ignition switch 35 is turned on is improved.
  • the initial value calculation and the estimation calculation of the mass estimated temperature TPma and the coil estimated temperature TPco are performed by the initial temperature correction calculator 43.
  • the ambient temperature TPtr and the printed circuit board temperature TPbd at that time are used, and the ambient temperature storage value TPtrep, the printed circuit board temperature stored value TPbdep, the mass-ambient temperature difference stored value ⁇ TPmtep, and the coil temperature
  • the mass temperature difference memory value ATPcmep is used.
  • the atmosphere temperature storage value TPtrep, the mass temperature storage value TPmaep, and the coil temperature storage value TPcoep are used.
  • these stored values TPtrep, TPbdep, ⁇ TPmtep, ATPcmep, TPmaep, and TPcoe are stored in the EPROM 60, and are read out at a time when the induction switch 35 is turned on. It is read out and supplied to the initial temperature correction operation unit 43.
  • the mass temperature initial correction coefficient Ktpm corresponding to the printed board temperature change amount ATPbd and Initial coil temperature correction coefficient Ktpc Calculate each.
  • These mass temperature initial correction coefficient maps and coil temperature initial correction coefficient maps show the change characteristics of the mass temperature and the coil temperature with respect to the change of the PCB temperature TPbd, respectively, as shown in Figs.5A and 5B. Both decrease with increasing printed circuit board temperature change ATPbd. Note that these maps are calculated from the relationship between the heat radiation characteristics of the printed circuit board and the heat radiation characteristics of the mass and the coil, or obtained by experiments.
  • TPma Ktpm-ATPmtep + TPtr-(1)
  • TPco Ktpc- ATPcmep + TPma
  • the initial values of the estimated mass temperature TPma and the estimated coil temperature TPco are calculated separately, and the reason why the estimated calculation of the estimated mass temperature TPma and the estimated coil temperature TPco described later are also separately performed is as follows. This is because the heat radiation and heat generation characteristics of the mass and the coil are different.
  • the mass temperature initial correction coefficient Ktpni and the coil temperature initial correction coefficient Ktpc are calculated using the printed circuit board temperature change amount ATPbd, but the two initial corrections are performed using the ambient temperature change amount ⁇ .
  • the coefficients Ktpm and Ktpc may be calculated.
  • a mass temperature initial correction coefficient map and a coil temperature initial correction coefficient map that respectively store the mass temperature initial correction coefficient Ktpm and the coil temperature initial correction coefficient Ktpc that change according to the change in the ambient temperature TPtr are prepared.
  • the initial correction coefficient Ktpc may be calculated using the mass temperature initial correction coefficient map and the coil temperature initial correction coefficient map.
  • the first special situation is when the power is turned off (Fig. 3 If data could not be written to EEPROM 60 at (just before time t5), in other words, the previous ambient temperature storage value TPtrep, the printed circuit board temperature storage value TPbdep, the mass-atmosphere temperature difference storage value ATPmtep, and the coil-to-mass temperature difference storage value ATPcmep could not be read from EE PROM60. This is because the operations of the above equations (1) and (2) cannot be performed.
  • the mass estimated temperature TPma and the coil estimated temperature TPco are the mass temperature storage value TPmaep and the coil temperature stored in the EEPROM 60 when the ignition switch 35 is off (time t3 in FIG. 3). Initialized to the value TPcoep respectively. If these mass temperature storage value TPmaep and coil temperature storage value TPcoep have not been written to EE PROM 60, use the temporary data written to EE PROM 60 at time t2 in FIG. I do.
  • the second special case is when the PCB temperature TPbd indicates an abnormal value. This is because the mass temperature initial correction coefficient Ktpm and the coil temperature initial correction coefficient Ktpc corresponding to the printed circuit board temperature change ⁇ TPbd cannot be calculated, and the calculations of the above equations (1) and (2) cannot be performed. is there. Also in this case, as in the first special case, the estimated mass temperature TPma and the estimated coil temperature TPco are initialized to the mass temperature storage value TPmae and the coil temperature storage value TPcoep, respectively.
  • a third special situation is when the ambient temperature TPtr is below a very low predetermined value (eg, below 0 degrees Celsius). This is because the ambient temperature Tr is extremely low, and the housing, stay and coil of the brushless motor 11 are also expected to have an extremely low ambient temperature TPtr. In this case, the estimated mass temperature! Both Tma and estimated coil temperature TPco are initially set to the ambient temperature THr.
  • a very low predetermined value eg, below 0 degrees Celsius
  • the fourth special situation is when a vehicle is placed under hot summer weather.
  • the ambient temperature THr is higher than the ambient temperature memory value TPtrep
  • the print substrate temperature TPbd is extremely high
  • a predetermined temperature for example, 85 degrees Celsius
  • the ambient temperature TPtr is extremely high, for example, a predetermined temperature (for example, (85 degrees Celsius) Judged based on the above conditions.
  • the estimated mass temperature TPma is initially set to the higher one of the ambient temperature TPtr and the stored mass temperature TPmaep.
  • the coil estimated temperature TPco is the higher of the ambient temperature Tr and the coil temperature stored value TPcoep. 9 Initially set to either value.
  • the temperature estimation calculation unit 44 sequentially updates the initially set mass estimated temperature TPma and the coil estimated temperature TPco while sequentially updating the housing of the brushless module 11.
  • the rotation speed RV is the rotation speed of the brushless motor 11 calculated by the speed converter 53.
  • the motor current square value Ismt is equal to the sum Id 2 + Iq 2 of the square values of the two-phase currents Id and Iq flowing through the brushless motor 11 calculated by the motor current square value calculator 45.
  • the motor current square value Ismt is proportional to the amount of heat generated by the current flowing through the coil of the brushless motor 11.
  • the estimation calculation processing of the mass estimation temperature TPma and the coil estimation temperature TPco by the temperature estimation calculation unit 44 is shown as a motor temperature estimation program in the flowchart of FIG.
  • This motor temperature estimation program consists of steps S10 to S38,
  • step S12 After starting the execution of the program in step S10, it is determined in step S12 whether the rotation flag RVF is "0". In the rotation flag RVF, "1" indicates the rotation state of the brushless motor 11, and “0" indicates the stop state of the brushless motor 11. If the rotation flag RVF is "0", it is determined as "Yes” in step S12, and the process proceeds to step S14. In step S14, it is determined whether the rotation speed RV is equal to or higher than a small predetermined speed RV2 (for example, 0.3 radian Z seconds).
  • a small predetermined speed RV2 for example, 0.3 radian Z seconds
  • step S14 If the rotation speed RV is equal to or higher than the small predetermined speed RV2, "Yes” is determined in step S14, the rotation flag RVF is changed to "1" in step S16, and the process proceeds to step S18. If the rotation speed RV is less than the small predetermined speed RV2, "No” is determined in step S14, and the process proceeds to step S26.
  • step S18 the parameters used in the arithmetic processing described later are set as rotation parameters related to the rotation of the brushless motor 11. These parameters are the current mass delay number Nima, the current mass temperature correction coefficient Kima, the current coil delay number Nico, and the current coil temperature correction coefficient Kico.
  • step S20 it is determined whether or not the rotation speed RV is equal to or lower than a predetermined speed RV1 (for example, 0.1 radian / second) lower than the predetermined speed RV2.
  • a predetermined speed RV1 for example, 0.1 radian / second
  • the reason why the predetermined speed RV1 is set to be smaller than the predetermined speed RV2 is to avoid hunting by providing a hysteresis to the detection of the rotation state and the stop state of the brushless motor 11.
  • step S20 If the rotation speed RV is equal to or lower than the predetermined speed RVI, "Yes” is determined in step S20, the rotation flag RVF is changed to "0" in step S22, and the process proceeds to step S24. If the rotation speed RV is higher than the predetermined speed RV1, "No” is determined in step S20, and the process proceeds to step S26.
  • step S24 the various parameters are set as stop parameters for stopping the brushless motor 11.
  • the current mass delay number Nima and the current coil delay number Nico are used to delay the value change in the estimation calculation of the mass estimation temperature TPma and the coil estimation temperature TPco, that is, a parameter for smoothing the value change.
  • the current mass delay number Nima and the current coil delay number Nico indicate that the delay amount increases as the value increases, the value is set to a smaller value when the brushless motor 11 is stopped than when it is rotating.
  • the current mass temperature correction coefficient K ima and the current coil temperature correction coefficient Ki co are the effects of the mass current square value I sma and the coil current square value I sco on the estimated mass temperature TPma and estimated coil temperature TPco. It is a paramete showing the size of the night. Since the current mass temperature correction coefficient Kima and the current coil temperature correction coefficient Ki co indicate that the degree of influence increases as the values increase, the brushless motor 11 is set to a larger value when stopped than when the brushless motor 11 is rotating. Is determined.
  • the squared current I sma for the mass and the squared current I sco for the coil correspond to the heat value that causes the temperature of the mass and the coil to rise. This is the value after low-pass fill processing.
  • the control circuit 40 for preventing overheating at step S26 uses the motor current square value Ismt and the number of times of current mass delay Nima to determine the low-pass of the following equation (3) in step S26. By executing the filter processing operation, The flow squared value Isma is calculated.
  • I sma (n) I sma (nl) + ⁇ I smt—I sma (n-1) ⁇ / N ima (3)
  • I sma (n) is the mass current 2
  • the current calculated value (current value) of the squared value I sma indicates the current calculated value (current value)
  • I sma (n-1) indicates the previous calculated value (the value 80 ms earlier) of the squared current value I sma for the mass (Fig. 7 See).
  • step S28 the calculation of the following equation (4) using the calculated current square value I sma (n) for the mass and the current mass temperature correction coefficient Kima is performed, whereby the mass temperature increase amount is calculated. TPM is calculated.
  • step S30 the estimated mass temperature TPma is calculated by executing the calculation of the following equation (5) using the calculated mass temperature increment ATPma and the ambient temperature TPtr.
  • TPma TPtr + ATPma
  • step S 32 a mouth-to-pass fill calculation process of the following equation (6) using the motor current square value I smt and the current coil delay number Nico is executed. As a result, the coil current square value I sc 0 is calculated.
  • I sco (n) I sco (n-1) + ⁇ I smt ⁇ I sco (n-1) ⁇ / N ico (6)
  • I sco (n) is Indicates the current calculation value (current value) of the coil current square value I sco
  • I sco (n-1) indicates the previous calculation value (80 ms before) of the coil current square value I sco (See Figure 7).
  • the coil temperature is increased by executing the calculation of the following equation (7) using the calculated coil current square value I sco (n) and the current coil temperature correction coefficient Ki co. The minute ⁇ TPco is calculated.
  • step S36 the coil estimated temperature TPco is calculated by executing the calculation of the following equation (8) using the calculated coil temperature increment ATPco and the estimated mass temperature TPma. Then, in step S38, the execution of the motor temperature estimation program ends.
  • TPco TPma + ATPco (8)
  • the brushless motor 11 has different operation modes in the rotating state and the stopped state, that is, the brushless motor 11 1
  • the temperature of the mass and the coil of the brushless motor 11 is estimated in consideration of the difference in temperature rise due to the current flowing through the coil between the rotating state and the stopped state of the brushless motor.
  • the temperature of the mass portion and the coil of the brushless motor 11 can be detected with high accuracy by a simple configuration without incorporating a temperature sensor in the brushless motor 11.
  • the coil temperature is estimated by dividing the mass and the coil with different heat radiation and heat generation characteristics into different values and calculating them using different parameters, so that the coil temperature can be calculated with high accuracy. Is detected.
  • the coil estimated temperature TPco calculated by the temperature estimation calculation section 44 is supplied to the first current limit value calculation section 46a and the second current limit value calculation section 46b.
  • the first current limit value calculator 46a calculates the first current limit value IL1 corresponding to the coil estimated temperature TPco by referring to the current limit value table.
  • This current limit value table is provided in the first current limit value calculation unit 46a, and as shown in FIG. 8, the first current limit value IL1 that decreases as the coil estimated temperature TPco increases as shown in FIG. It is remembered.
  • the second current limit value calculation unit 46b complements the first current limit value IL1 calculated by the first current limit value calculation unit 46a, and is used when the coil estimated temperature TPco becomes extremely high. Calculate the second current limit value IL2 for forcibly limiting the current.
  • the second current limit value calculation unit 46b sets the target current limit value ILtg to a small predetermined value, and calculates the following equation (9) (low-pass filter Is repeatedly executed at predetermined short intervals.
  • IL2 (n) IL2 (n ⁇ l) + K f l-(ILig- IL2 (n-D) "'(9)
  • IL2 (n) indicates the current calculation value (current value) of the second current limit value IL2
  • IL2 (n-1) indicates the previous calculation value of the second current limit value IL2 ( 80 milliseconds ago).
  • the coefficient K fl is a constant less than a predetermined “1”.
  • the first current limit value IL1 and the second current limit value IL2 calculated in this way are supplied to the minimum value selection section 46c.
  • the minimum value selector 46c determines the smaller one of the first current limit value IL1 and the second current limit value IL2 as the motor current limit value ILm.
  • the determined motor current limit value ILm is supplied to the current limiter 22.
  • the current limiting unit 22 limits the three-phase currents I u, I v, and I w flowing through the brushless motor 11 according to the motor current limit value ILm as described above.
  • the current limit of the brushless motor 11 based on the first current limit value IL1 may cause the coil temperature to rise.
  • the temperature rise of the coil of the brushless motor 11 can be favorably suppressed.
  • the second current limit value IL2 when the coil estimated temperature TPco is equal to or higher than a predetermined temperature, the current flowing through the brushless motor 11 is forcibly limited to a predetermined limit value or lower. Therefore, the temperature rise of the coil of the brushless motor 11 is reliably suppressed. Also, when the current flowing through the brushless motor 11 is limited to a value below the limit value, the limit value gradually changes. Therefore, a sudden change in the output of the brushless motor 11 can be avoided.
  • the temperature of the coil may be estimated for each phase using the three-phase currents I u, IV, and I w actually flowing in the brushless motor 11.
  • the motor heating prevention control unit 40 inputs the three-phase currents Iu, IV, Iw of the brushless motor 11 detected by the current sensor 24.
  • the motor heat prevention control unit 4 0, the current square value I u 2, IV 2, I w 2 for each phase in place of the motor evening current square value I smt of the above-described type condition 03 03219 calculates, by applying respectively the applied operation processing on the motor current square value I smt above embodiment the respective current square value I u 2, IV 2, I w 2, each phase of Estimate the coil temperature. Then, the highest coil temperature among these coil temperatures for each phase may be selected to limit the current flowing through the brushless motor 11.
  • the mass estimated temperature TPma is calculated.
  • the estimated mass temperature TPma may be used for the correction control of the decrease in the magnetic permeability of the brushless motor 11 over a period of time due to the temperature rise.
  • the three-phase current of the brushless motor 11 may be increased as the estimated mass temperature TPma increases.
  • the current sensor 24 detects the three-phase current values Iu, Iv, and Iw, respectively.
  • the two-phase current value may be detected by the current sensor 24, and the remaining one-phase current value may be calculated using the detected two-phase current value.
  • two-phase current values Iu and Iv are detected by the current sensor 24, and the remaining one-phase current value Iw is calculated as one (Iu + It is calculated by the operation of I v).
  • the present invention is applied to an electric motor for applying an assist torque to the turning operation of the steering wheel 12 of the vehicle.
  • the present invention is applied to various electric motors mounted on a vehicle, such as an electric motor that applies a steering torque to wheels in a steer-by-wire steering device. Further, the present invention is also applied to an electric motor mounted on various devices other than the vehicle.

Description

明 細 書 モータ温度推定装置およびモータ制御装置 技 術 分 野
本発明は、 電動モ一夕のハウジング、 ステ一夕、 コイルなどのモータ温度を推 定するモータ温度推定装置、 および同温度推定装置によって推定された電動モー 夕のコイル温度に応じて電動モータに流れる電流を制限するモータ制御装置に関 する。 背 景 技 術
従来から、 例えば特開平 1 0— 6 7 3 3 5号公報に示されているように、 電動 モータ内に温度センサを設け、 同温度センサにより検出された温度を用いて駆動 電流を補正して、 電動モータのステ一夕における温度上昇に伴う透磁率の低下を 補正するようにすることは知られている。 また、 前記公報には, 電動モータの温 度を、 電動モータに流れる駆動電流の積分値に基づいて推定することも提案され ている。
上記のように電動モータ内に温度センサを組み込むことは、 温度センサが必要 なこと、 同温度センサと電動モータの制御回路とを接続する接続線が必要なこと からして、 電動モ,一夕を利用する装置への搭載性およびコストの面で好ましくな い。 また、 上記公報には、 電動モータの温度を、 電動モー夕に流れる駆動電流の 積分値に基づいて電動モータの温度を推定することは提案されているものの、 具 体的な内容は開示されていない。 発 明 の 開 示
本発明は、 上記問題に対処するためになされたもので、 その目的は、 電動モー タ内に温度センサを組み込むことなく、 電動モ一夕のハウジング、 ステ一夕、 コ ィルなどのモータ温度を正確に検出することが可能なモ一夕温度推定装置を提供 することにある。 また、 この温度推定装置によって推定された電動モー夕のコィ ル温度に応じて電動モー夕に流れる電流を制限し、 電動モ一夕のコイルの温度上 昇を的確に抑制するモータ制御装置を提供することにもある。
前記目的を達成するために、 本発明の特徴は、 電動モ一夕のコイルに流れる電 流値を検出する電流検出手段と、 電動モータが回転状態および停止状態のいずれ かの状態にあるかを判定する判定手段と、 前記判定された電動モータの回転状態 と停止状態とにおいてそれぞれ異なる演算態様で、 前記検出された電流値に基づ いて電動モータの温度を推定演算する推定演算手段とを備えたことにある。 この 場合、 電動モ一夕の温度とは、 例えば、 ハウジングの温度、 ステ一夕の温度また はコイルの温度である。
そして、 前記推定演算手段を、 例えば、 前記検出された電流値の 2乗値を計算 する 2乗値計算手段と、 前記計算した 2乗値に、 前記判定による電動モータの回 転状態と停止状態とで異なるローパスフィルタ処理演算を施す口一パスフィルタ 処理手段と、 前記ローパスフィルタ処理した 2乗値に基づいて、 前記コイルに流 れる電流値による温度上昇分を計算する温度上昇分計算手段と、 前記計算した温 度上昇分を用いて電動モータの温度を計算する温度計算手段とで構成するとよい。 より具体的には、 ローパスフィルタは、 電流の 2乗値 (発熱量に相当するパラ メータ) の変化を遅延する (言いかえれば、 滑らかにする) ものである。 そして、 電動モー夕が停止状態にある場合には、 電動モータが回転状態にある場合に比べ て、 電流の 2乗値の変化を急にする、 すなわち遅延を少なくするとよい。 また、 温度計算手段は、 電動モータの配置された雰囲気温度に、 上昇分計算手段によつ て計算した温度上昇分を加算して、 電動モータの温度を計算できる。
このようなモータ温度推定装置を 3相モータに適用する場合、 前記電流検出手 段が 3相電流値を 2相に変換した 2相電流値を検出し、 前記推定演算手段が 2相 電流値の各 2乗値の和に基づいて電動モータの温度を推定演算するように構成で きる。 また、 前記電流検出手段が 3相電流値を検出し、 前記推定演算手段が 3相 電流値の各 2乗値を用いて電動モータの温度を推定演算するように構成すること もできる。
このように構成した本発明においては、 判定手段によって判定された電動モ一 夕の回転状態と停止状態とにおいてそれぞれ異なる演算態様で、 電動モータの温 度が推定される。 一方、 電動モータにおいては、 停止状態 (回転拘束状態) 時に コイルを流れる電流による温度上昇は、 回転状態時にコイルを流れる電流による 温度上昇よりも大きい。 したがって、 本発明によれば、 このような回転状態時と 停止状態時とにコイルをそれぞれ流れる電流による温度上昇の違いが考慮され、 電動モータの温度の推定が高精度で行われるようになる。 その結果、 電動モータ に温度センサを組み込まなくても、 電動モータの温度を用いた各種制御、 例えば コイル電流の制限、 上述したステ一夕における温度上昇に伴う透磁率の低下の補 正などが、 簡単な構成によって可能になる。
また、 本発明の他の特徴は、 前記のように構成したモー夕温度推定装置によつ て推定したコイル温度に応じて前記電動モータに流れる電流を制限する電流制限 手段を備えたモータ制御装置にもある。 これによれば、 高精度で検出されたコィ ル温度に応じて電動モー夕に流れる電流が制限されるので、 電動モー夕のコイル の温度上昇が的確に抑制される。
また、 この場合、 前記電流制限手段は、 前記推定したコイル温度が所定温度以 上のとき、 前記電動モー夕に流れる電流を所定の制限値以下に制限するように構 成できる。 これによれば、 電動モータに流れる電流が強制的に制限値以内に制限 されるので、 電動モー夕のコイルの温度上昇が確実に抑制される。
さらに、 この電動モータに流れる電流を制限値以下に制限する際には、 同制限 値を徐々に変化させるようにするとよい。 これによれば、 コイル温度が急変して も、 電動モータに流れる電流は徐々に変化するので、 電動モ一夕出力の急変を避 けることができる。 図 面 の 簡 単 な 説 明
図 1は、 本発明の一実施形態に係るモー夕温度推定装置およびモ一夕制御装置 を適用した車両の電動パワーステアリング装置の全体概略図である。
図 2は、 図 1のモ一夕加熱防止制御部を詳細に示す機能ブロック図である。 図 3は、 イダニッシヨンスィッチのオン ·オフ操作とモー夕加熱防止制御部の 全体の動作の流れを示すタイムチャートである。
図 4は、 コイル推定温度 TPcoと待機時間との関係を示すグラフである。 図 5 Aは、 プリント基板温度変化量 A TPbd に対するマス温度初期補正係数 K t pmの変化特性を示すグラフである。
図 5 Bは、 プリント基板温度変化量 A TPbd に対するコイル温度初期補正係数 K tpcの変化特性を示すグラフである。
図 6は、 温度推定演算部にて実行されるモー夕温度推定プログラムのフローチ ャ一卜である。
図 7は、 モータ電流 2乗値 I smt、 マス用電流 2乗値 I smaおよびコイル用電流 2乗値 Iscoの時間変化を示すタイムチヤ一トである。
図 8は、 コイル推定温度 TPco と第 1電流制限値. IL1 との関係を示すグラフで める。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の一実施形態を図面を用いて説明すると、 図 1は、 本発明に係る モ一夕温度推定装置およびモー夕制御装置の適用された車両の電動パワーステア リング装置の全体を概略的に示している。
はじめに、 この電動パワーステアリング装置について簡単に説明しておく。 こ の電動パワーステアリング装置は、 電動モー夕とし X、 三相同期式永久磁石モー 夕で構成したブラシレスモータ 1 1を備えている。 このブラシレスモータ 1 1は、 ハウジング内に固定されたステ一夕を備え、 ステ一夕に巻かれたコイルに 3相電 流を流すことにより 3相回転磁界を形成し、 この 3相回転磁界内を永久磁石を固 着したロータが 3相電流に応じて回転するものである。
そして、 この口一夕の回転により、 ブラシレスモータ 1 1は、 操舵ハンドル 1 2の回動操作による前輪の操舵に対してアシスト力を付与する。 具体的には、 操 舵ハンドル 1 2に操舵軸 1 3およびピニオンギヤ (図示しない) を介して接続さ れて、 操舵ハンドル 1 2の回転により軸線方向に変位するラックバー 1 4が、 ブ ラシレスモ一夕 1 1の回転によって軸線方向に駆動される。 ラックバ一1 4の両 端には、 タイロッドおよびナックルアーム (共に図示しない) を介して、 左右前 輪が操舵可能に連結されている。
操舵軸 1 3の下端部には、 操舵トルクセンサ 1 5が組み付けられている。 操舵 トルクセンサ 1 5は、 操舵軸 13に作用する操舵トルク TR を検出する。 また、 ブラシレスモータ 1 1には、 モータ回転角 (機械角) を検出するためのェン コーダにより構成された回転角センサ 16が組み付けられている。 回転角センサ 16は、 ブラシレスモータ 11の回転子の回転に応じて 7TZ2ずつ位相の異なる 2相パルス列信号と基準回転位置を表す零相パルス列信号を出力する。 操舵トル クセンサ 15によって検出された操舵トルク TRおよび回転角センサ 16によつ て検出されたモー夕回転角 θπι は、 電子制御回路ユニット ECU (図示一点鎖線 枠) に供給される。 また、 この電子制御回路ユニット ECUには、 車速センサ 17 によって検出された車速 Vも入力されている。
電子制御回路ユニット ECUは、 ブラシレスモー夕 1 1のコイルに流す 3相電流 (アシスト電流) を制御するもので、 車速 Vおよび操舵トルク TR を入力するァ シスト電流演算部 21を有する。 アシスト電流演算部 21は、 操舵トルク TRの 増加にしたがつて増加するとともに、 車速 Vの増加にしたがつて減少するアシス トトルクに対応した 2相指令電流 I d*, Id*を計算する。 なお、 これらの 2相指 令電流 Id Iq*は、 ブラシレスモータ 1 1の回転子上の永久磁石が作り出す回 転磁束と同期した回転座標系において、 永久磁石と同一方向の d軸及びこれに直 交した Q軸にそれぞれ対応するもので、 本実施形態では、 指令電流 Id*は 「0」 に設定される。 これらの 2相指令電流 I d*, Iq*は、 詳しくは後述する電流制限 部 22を介してフィードバック制御部 23に供給される。
このフィードバック制御部 23には、 ブラシレスモータ 1 1のコイルに流れる 3相電流 Iu, I V, Iwを変換した 2相電流 I d, I Qが供給されている。 3相電 流 In, I V, Iw は電流センサ 24によって検出され、 3相電流 Iu, I v, Iw から 2相電流 I d, I qへの変換は 3相 / 2相変換部 25によって行われる。 こ の 3相 Z2相変換のために、 3相 Z2相変換部 25には、 モ一夕回転角 0m を電 気角 e に変換する回転角変換部 26が接続されている。 フィードバック制御部 23は、 ブラシレスモ一夕 1 1のコイルに流れる 3相電流 Iu, Iv, Iw をフィ ードバック制御するために, 2相指令電流 Id*, I と 2相電流 I d, I q との 各差を表す差信号 Id*— Id, I q*— I qを形成する。
これらの 2相の差信号 I — I d, Iq*— IcH¾、 2相 Z 3相変換部 27にて 3相の信号に変換されて P WM制御回路 2 8に供給される。 なお、 この 2相 / 3 相変換のために、 2相 Z 3相変換部 2 7には回転角変換部 2 6からの電気角 9 e が供給されている。 P WM制御回路 2 8は、 2相 Z 3相変換部 2 7からの 3相信 号に基づいて、 差信号 I d*— I d, I q* - I q に対応しだパルス幅変調 (P W M) 制御信号を形成して駆動回路 3 1に供給する。
駆動回路 3 1は、 バッテリ 3 2からバッテリ電圧 EMを、 前記 P WM制御信号 に応じてスィツチングすることにより、 同 P WM制御信号に応じた 3相電流 I u, I V, I w を電磁リレ一3 3を介してブラシレスモー夕 1 1のコイルに出力する。 なお、 電磁リレー 3 3は、 詳しくは後述するリレー制御回路 3 4によって制御さ れるもので、 イダニッシヨンスィッチ 3 5の投入後には通常オン状態にある。 し たがって、 ブラシレスモータ 1 1による操舵アシスト中には、 通常、 前記 P WM 制御された 3相電流 I u, I v, I wがブラシレスモ一夕 1 1のコイルに流れる。 前述した各回路の動作により、 ブラシレスモータ 1 1には、 操舵トルク TRお よび車速 Vに応じた 3相電流 I u, I v, I wが流される。 したがって、 運転者の 操舵ハンドル 1 2の回動操作に対して、 操舵トルク TRおよび車速 Vに応じたァ シストトルクがブラシレスモータ 1 1によって付与されることになる。 なお、 電 子制御回路ュニット ECU内の前述したアシスト電流演算部 2 1、 電流制限部 2 2、 フィードバック制御部 2 3、 3相 Z 2相変換部 2 5、 回転角変換部 2 6および 2 相 Z 3相変換部 2 7は、 ハード回路で構成してもよいが、 本実施形態ではマイク 口コンピュータのプログラムの実行により実現される。 言い換えれば、 これらの 各部 2 1〜2 3 , 2 5〜2 7は、 マイクロコンピュータのプログラムの実行によ つて実現される各種機能をブロック図により表している。
次に、 上記車両の電動パワーステアリング装置に適用されて本発明に直接関係 するモータ加熱防止装置について説明する。 このモータ加熱防止装置は、 電子制 御回路ュニット ECU内に配置したモータ加熱防止制御部 4 0を有する。 このモー 夕加熱防止制御部 4 0は、 ブラシレスモー夕 1 1のハウジング、 ステ一夕および コイルの温度を推定して、 コイルの温度が高いときにはブラシレスモー夕 1 1に 流れる電流を制限するものである。
このモ一夕加熱防止制御部 4 0の入力側には、 雰囲気温度センサ 5 1、 基板温 度センサ 5 2、 速度変換部 5 3およびポテンショメ一夕 5 4が接続されている。 雰囲気温度センサ 5 1は、 操舵トルクセンサ 1 5に組み付けられて、 ブラシレス モ一夕 1 1が配置されている雰囲気温度 T r (外気温度) を検出する。 なお、 雰囲気温度センサ 5 1は、 特に操舵トルクセンサ 1 5に組み付ける必要はなく、 ブラシレスモータ 1 1の近傍であって同モータ 1 1に流れる電流の影響を受けて 温度上昇する部位以外の温度を検出可能であれば、 いずれの箇所の温度を検出す るものでもよい。
基板温度センサ 5 2は、 この電子制御回路ュニット ECUが配置されているプリ ント基板に組み付けられて、 プリント基板温度 TPbd を検出する。 なお、 このプ リント基板温度 TPbd は、 ブラシレスモータ 1 1の作動停止からブラシレスモ一 夕 1 1の作動再開までの時間および雰囲気温度に関係した温度降下の推定に用い られるものである。 したがって、 ブラシレスモー夕 1 1に流す電流の影響を受け て温度上昇する部位の温度を検出するものであれば、 プリント基板以外の温度を 検出するもの、 例えば電子制御回路ュニット ECUを構成する素子の温度を検出す る温度センサを、 基板温度センサ 5 2に代えて用いるようにしてもよい。
また速度変換部 5 3は、 回転角変換部 2 6からの電気角 0 e を微分することに より、 ブラシレスモータ 1 1のロータの回転速度 RV を表す信号を出力する。 ポ テンショメ一夕 5 4は、 イダニッシヨンスィツチ 3 5を介してバッテリ 3 2に接 続されており、 イダ二ッションスィツチ 3 5のオン'オフの検出のために同スィ ツチ 3 5を介したバッテリ電圧 E btを出力する。
また、 モー夕加熱防止制御部 4 0の出力側には、 電流制限部 2 2、 リレー制御 回路 3 4および電源回路 5 5が接続されている。 電流制限部 2 2は、 モータ加熱 防止制御部 4 0からのモータ電流制限値 ILmを入力して、 アシスト電流演算部 2 1にて計算した 2相指令電流 IQ* (Id*は 「0」 である) をモ一夕電流制限値 ILm 以内に制限することにより、 ブラシレスモー夕 1 1のコイルに流れる電流をモー タ電流制限値 ILm以内に制限する。 ただし、 実際には、 ブラシレスモータ 1 1に 流れる電流は 3相電流 I u, I v, I wであるので、 この 3相電流 I u, I v, I はモータ電流制限値 ILmを 3相電流に換算した電流値以内に制限されることにな る。 P T/JP03/03219 リレー制御回路 3 4は、 ブラシレスモータ 1 1への電流路に設けた電磁リレ一 3 3をモー夕加熱防止制御部 4 0の制御のもとにオン ·オフ制御するものである。 電源回路 5 5は、 バッテリ 3 2に接続されていて、 モータ加熱防止制御部 4 0の 制御のもとに、 バッテリ 3 2からの電圧を昇圧または降圧して各種制御部および 各種回路のための作動電圧を供給する。
さらに、 モー夕加熱防止制御部 4 0には、 書込み可能の不揮発性メモリ (以下、 E E P R OM 6 0という) も接続されている。 E E P R O M 6 0は、 ブラシレス モータ 1 1の作動時におけるハウジング、 ステ一夕およびコイルの温度を推定す るために必要な各種変数を、 ブラシレスモータ 1 1の作動終了時に記憶しておく ためのものである。 なお、 前記モー夕加熱防止制御部 4 0および速度変換部 5 3 は、 ハード回路で構成してもよいが、 本実施形態ではマイクロコンピュ一夕のプ ログラムの実行により実現される。 言い換えれば、 これらの各部 4 0 , 5 3は、 マイクロコンピュータのプログラムの実行によって実現される各種機能をブロッ ク図により表している。
次に、 モー夕加熱防止制御部 4 0について図 2の機能ブロック図を用いて詳し く説明する。 なお、 この場合も、 以下の説明における各部は、 マイクロコンピュ 一夕のプログラムの実行によって実現される各種機能をブロック図により表した ものである。 また、 以下の説明においては、 特に明記しない限り、 電源回路 5 5 から各部および各回路には作動に必要な電圧が供給されているとともに、 電磁リ レー 3 3はオン状態にあって駆動回路 3 1からブラシレスモー夕 1 1のコイルに は 3相電流 I u, I V, I wが流れているものとする。
モー夕加熱防止動作について具体的に説明する前に、 イダ二ッションスィッチ 3 5のオン .オフ操作とモー夕加熱防止制御部 4 0の全体の動作の流れを図 3の タイムチャートを用いて説明しておく。 イダニッシヨンスィッチ 3 5が時刻 tO にてオン操作されると、 イダ二ッションオン検出部 4 1 aがポテンショメータ 5 4からのバッテリ電圧 E bt の上昇に応じてイダニッシヨンスィッチ 3 5のオン 操作を検出する。 なお、 ポテンショメータ 5 4からのバッテリ電圧 E b t は、 図 示しない AZD変換器によりアナログ ·ディジタル変換される。 このイダニッシ ヨンスィッチ 3 5のオン操作の検出に応答して、 モータ加熱防止制御部 4 0は、 図示しないイニシャルチェック処理を行う。 このイニシャルチェック中の所定の 時刻 tl にて、 デ一夕読み出し ·書き込み処理部 42は、 EEPROM60内に 記憶されている各種デ一夕を読み出して、 初期温度補正演算部 43に供給する。 初期温度補正演算部 43は、 ブラシレスモータ 1 1のマス部 (ハウジングおよ びステ一夕に相当) の推定温度を表す変数であるマス推定温度 TPma と、 コイル の推定温度を表す変数であるコイル推定温度 TPco の初期値を計算する。 そして、 温度推定演算部 44が、 これらの初期値およびモータ電流 2乗値演算部 45にて 計算されたモータ電流 2乗値 Ismtを用いてマス推定温度 TPmaおよびコイル推定 温度 TPco を所定の短時間ごとに推定し始める。 第 1電流制限値演算部 46 a、 第 2電流制限値演算部 46 bおよび最小値選択部 46 cは、 時刻 t2 にて、 前記 推定されたコイル推定温度 TPco を用いてブラシレスモ一夕 1 1に流れる電流を 制限するため制御を開始する。 なお、 これらのマス推定温度 TPmaおよびコイル 推定温度 TPco の初期値演算および推定演算と、 ブラシレスモータ 1 1の電流制 限動作については詳しく後述する。
このブラシレスモータ 1 1の制御開始直後 (時刻 t2 の直後) には、 デ一夕読 み出し ·書き込み処理部 42は、 以降のデータ書き込みが不能であったことに備 えて、 雰囲気温度 TPtr、 マス推定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPcoの各記 憶値 TPirep,TPmaep,TPcoep の仮データとして、 予め決められた大きな所定値を EEPROM60に書き込んでおく。 大きな所定値を採用する理由は、 今後推定 される雰囲気温度 TPtrおよびマス推定温度 TPmaとして実際よりも低い温度が計 算されることを避けるためである。
前記ブラシレスモータ 1 1の制御中、 イダニッシヨンスィッチ 35が時刻 t3 にてオフ操作されると、 イダニッシヨンオフ検出部 41 bがポテンショメータ 5 4からのバッテリ電圧 Ebt の下降に応じてィグニッションスィツチ 35のオフ 操作を検出する。 この場合、 イダニッシヨンオフ検出部 41 bは、 バッテリ電圧 Ebt が所定値未満であること、 同所定値未満である状態が所定時間以上継続し たことを条件に、 イダ二ッションスィツチ 35のオフ操作を検出する。
このイダニッシヨンスィッチ 35のオフ操作の検出に応答して、 モー夕加熱防 止制御部 40は、 同スィツチ 3 5のオフ操作に関連した種々の制御 ( I Gオフ制 御) を行う。 このイダニッシヨンオフ制御 (I Gオフ制御) として、 データ読み 出し '書き込み処理部 42は、 イダニッシヨンスィッチ 35のオフ操作検出直後 (時刻 t3 の直後) に、 そのときのマス推定温度 TPma およびコイル推定温度 TPco を、 マス温度記憶値 TPmaepおよびコイル温度記憶値 TPcoep として EE P ROM60に書き込む。 これは、 パワーオフ時における EEPROM60へのデ 一夕書き込みが不能になった場合に備えるための処理である。
また、 前記イダニッシヨンスィッチ 35のオフ操作検出に応答して、 パワーォ フ制御部 47は、 パワーオフまでの待機時間を設定する。 この待機時間の設定に おいては、 同制御部 47に記憶されている待機時間テ一ブルが参照されて、 その ときのコイル推定温度 TPco に対応した待機時間が設定される。 この待機時間テ 一ブルは、 図 4に示すように、 コイル推定温度 TPco の増加に従って増加する待 機時間を記憶している。
このような I Gオフ制御処理の実行を終了した時点 t4 にて、 パワーオフ制御 部 47は、 前記設定した待機時間の計測を開始するとともに、 リレー制御回路 3 4に電磁リレ一 33をオフするためのリレーオフ信号 Roff を出力する。 これに より、 リレー制御回路 34は電磁リレー 33をオフするので、 以降、 ブラシレス モータ 1 1には電流が流れなくなる。 これは、 電子制御回路ュニット ECU内に流 れる電流をできるだけ小さくするためである。
そして、 パワーオフ制御部 47が前記設定した待機時間の計測を終了すると、 時刻 t5 にてデ一夕読み出し '書き込み処理部 42にデータの書き込みを指示す る。 データ読み出し ·書き込み処理部 42は、 そのときの雰囲気温度 TPtr およ びプリン卜基板温度 TPbdを雰囲気温度記憶値 TPtrepおよびプリント基板温度記 憶値 TPbdep として EE PROM 60に書き込む。 また、 そのときのマス推定温 度 TPmaと雰囲気温度 TPtr との差分値 TPma— T rおよびそのときのコイル推定 温度 TPcoとマス推定温度 TPmaとの差分値 TPco— TPmaを、 マス一雰囲気温度差 記憶値 ATPmtep およびコイル一マス温度差記憶値 AlTcmep として EEPROM 60に書き込む。
そして、 雰囲気温度記憶値 TPtrep、 プリント基板温度記憶値 TPbdep、 マス一 雰囲気温度差記憶値 ATPmtep およびコイル一マス温度差記憶値 ATPcmep として 0303219
EEPROM6 0に書き込みが終了した時点で、 パワーオフ制御部 47は、 電源 回路 5 5にパワーオフ信号 ΡοΠ を出力する。 これにより、 電源回路 5 5は、 全 ての回路に対する電力の供給を停止する。 このようにパワーオフまでの待機時間 を設けたのは、 マス推定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPcoがある程度下がる のを待つことを目的とするもので、 もちろんこの待機中にもマス推定温度 TPma およびコイル推定温度 TPco の推定演算は続行される。 これにより、 次に、 イダ ニッシヨンスィッチ 3 5がオン操作された状態におけるマス推定温度 TPmaおよ びコイル推定温度 TPcoの推定精度が良好になる。
次に、 マス推定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPcoの初期値演算および推定 演算と、 ブラシレスモータ 1 1の電流制限動作について詳しく説明する。 マス推 定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPcoの初期値演算および推定演算は、 初期温 度補正演算部 43にて行われる。 この初期値演算においては、 そのときの雰囲気 温度 TPtrおよびプリン卜基板温度 TPbdが利用されるとともに、 雰囲気温度記憶 値 TPtrep、 プリント基板温度記憶値 TPbdep、 マス一雰囲気温度差記憶値 Δ TPmtep およびコイル一マス温度差記憶値 ATPcmep が利用される。 また、 特殊な 状況下における初期値演算においては、 雰囲気温度記憶値 TPtrep、 マス温度記 憶値 TPmaep およびコイル温度記憶値 TPcoep が利用される。 これらの記憶値 TPtrep, TPbdep, Δ TPmtep, ATPcmep, TPmaep, TPcoe は、 前述のように、 E EPROM6 0に記憶されて、 イダ二ッションスィツチ 3 5のオン操作時にデ一 夕読み出し .書き込み処理部 42によって読み出されて初期温度補正演算部 43 に供給されるものである。
まず、 通常すなわち下記特殊な状況下以外の場合について説明する。 この場合、 初期温度補正演算部 43は、 最初に、 プリント基板温度記憶値 TPbdep からプリ ント基板温度 TPbd を減算して、 イダニッシヨンスィッチ 3 5をオフしたときか ら同スィッチ 3 5を再びオンしたときまでのプリント基板温度変化量 ATPbd (= TPbdep— TPbd) を計算する。
次に、 この初期温度補正演算部 4 3に設けたマス温度初期補正係数マップおよ びコイル温度初期補正係数マップを参照して、 プリント基板温度変化量 ATPbd に対応したマス温度初期補正係数 Ktpmおよびコイル温度初期補正係数 Ktpc を それぞれ計算する。 これらのマス温度初期補正係数マップおよびコイル温度初期 補正係数マップは、 プリント基板温度 TPbd の変化に対するマス温度およびコィ ル温度の変化特性をそれぞれ示すもので、 図 5 Aおよび図 5 Bに示すように、 共 にプリント基板温度変化量 ATPbd の増加に従って減少するものである。 なお、 これらのマップは、 プリント基板の放熱特性と、 マス部およびコイルの放熱特性 との関係から計算され、 または実験により得られる。
そして、 マス一雰囲気温度差記憶値 ATPmtep、 コイル—マス温度差記憶値△ TPcmep, マス温度初期補正係数 K tpm、 コイル温度初期補正係数 Ktpc および雰 囲気温度 TP tr を用いた下記式(1), (2)の演算を順に実行して、 マス推定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPcoの初期値をそれぞれ計算する。
TPma=Ktpm-ATPmtep + TPtr --(1)
TPco = Ktpc- ATPcmep + TPma ·'·(2)
このようにマス推定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPcoの初期値の演算をそ れぞれ分けて行い、 また後述するマス推定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPco の推定演算においてもそれぞれ分けて行う理由は、 マス部とコイルの放熱および 発熱の特性が異なるからである。
また、 本実施形態では、 プリント基板温度変化量 ATPbd を用いてマス温度初 期補正係数 Ktpniおよびコイル温度初期補正係数 Ktpc を計算するようにしたが、 雰囲気温度変化量 ΔΤΡίΓ を用いて前記両初期補正係数 Ktpm, Ktpc を計算する ようにしてもよい。 この場合、 雰囲気温度 TPtr の変化に応じて変化するマス温 度初期補正係数 Ktpmおよびコイル温度初期補正係数 Ktpc をそれぞれ記憶した マス温度初期補正係数マップおよびコイル温度初期補正係数マップを用意する。 そして、 EE PROM 6 0に記憶されている雰囲気温度記憶値 TPtrep から雰囲 気温度 TPtr を減算して、 この減算値 ΔΤ Γ (=TPtrep-TPtr) に対応したマス 温度初期補正係数 Ktpmおよびコイル温度初期補正係数 Ktpc を、 マス温度初期 補正係数マップおよびコィル温度初期補正係数マップを用いて計算するようにす ればよい。
次に、 特殊な状況下における、 マス推定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPco の初期値の演算について説明する。 第 1の特殊な状況は、 パワーオフ時 (図 3の 時刻 t5 直前) に EEPROM6 0にデータが書き込めなかった場合、 言いかえ れば前回の雰囲気温度記憶値 TPtrep、 プリント基板温度記憶値 TPbdep、 マス一 雰囲気温度差記憶値 ATPmtep およびコイル一マス温度差記憶値 ATPcmep を EE PROM6 0から読み出すことができなかった場合である。 これは、 上記式(1) および式(2)の演算が不能であるからである。 この場合、 マス推定温度 TPmaお よびコイル推定温度 TPco は、 ィグニッシヨンスィッチ 3 5のオフ時 (図 3の時 刻 t3) に E E P ROM 6 0に書き込んだマス温度記憶値 TPmaepおよびコイル温 度記憶値 TPcoep にそれぞれ初期設定される。 また、 これらのマス温度記憶値 TPmaepおよびコイル温度記憶値 TPcoepも EE PROM 6 0に書き込まれていな い場合には、 図 3の時刻 t2 にて EE PROM 6 0に書き込んだ仮デ一タを利用 する。
第 2の特殊な状況は、 プリント基板温度 TPbd が異常値を示している場合であ る。 これは、 プリント基板温度変化量 Δ TPbd に対応したマス温度初期補正係数 Ktpmおよびコイル温度初期補正係数 Ktpc の計算が不能で、 上記式(1)および 式(2)の演算が不能であるからである。 この場合も、 前記第 1の特殊な場合と同 様に、 マス推定温度 TPma およびコイル推定温度 TPco は、 マス温度記憶値 TPmae およびコイル温度記憶値 TPcoepにそれぞれ初期設定される。
第 3の特殊な状況は、 雰囲気温度 TPtr が極めて低い所定値以下 (例えば、 摂 氏 0度以下) の場合である。 これは、 雰囲気温度 T r が極めて低く、 ブラシレ スモータ 1 1のハウジング、 ステ一夕およびコイルも、 極めて低い雰囲気温度 TPtrであることが予想されるからである。 この場合、 マス推定温度! Tmaおよび コイル推定温度 TPcoは、 共に雰囲気温度 THrに初期設定される。
第 4の特殊な状況は、 夏の炎天下に車両が置かれた場合である。 この状況は、 雰囲気温度 THr が雰囲気温度記憶値 TPtrep よりも高い、 プリン卜基板温度 TPbdが極めて高い所定温度 (例えば、 摂氏 8 5度) 以上、 雰囲気温度 TPtrが極 めて高い所定温度 (例えば、 摂氏 8 5度) 以上などの条件により判定される。 そ して、 この場合、 マス推定温度 TPmaは、 雰囲気温度 TPtrおよびマス温度記憶値 TPmaep のうちでいずれか高い方の値に初期設定される。 また、 コイル推定温度 TPcoは、 雰囲気温度 T rおよびコイル温度記憶値 TPcoepのうちのいずれか高 9 い方の値に初期設定される。
温度推定演算部 44は、 これらの初期設定されたマス推定温度 TPma およびコ ィル推定温度 TPco を順次更新しながら、 ブラシレスモ一夕 1 1のハウジング
(またはステ一夕) およびコイルの時間経過に従って変化する温度を計算する。 この温度の計算においては、 回転速度 RVおよびモ一夕電流 2乗値 Ismt が利用 される。 回転速度 RVは、 速度変換部 53にて計算されたブラシレスモータ 1 1 の回転速度である。 モータ電流 2乗値 Ismt は、 モー夕電流 2乗値演算部 45に て計算されるブラシレスモー夕 1 1に流れる 2相電流 Id, Iq の 2乗値の和 Id2 + Iq2に等しい。 なお、 このモータ電流 2乗値 Ismtは、 ブラシレスモー夕 11の コイルに流れる電流による発熱量に比例するものである。
この温度推定演算部 44によるマス推定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPco の推定演算処理を図 6のフローチヤ一トにモー夕温度推定プログラムとして示す。 このモータ温度推定プログラムは、 ステップ S 10〜S 38からなり、 短時間
(例えば、 80ミリ秒) ごとに繰り返し実行される。 ステップ S 10によるプロ グラムの実行開始後、 ステップ S 12にて回転フラグ RVFが "0" であるか判 定される。 この回転フラグ RVFは、 " 1 " によってブラシレスモータ 1 1の回 転状態を表し、 "0" によってブラシレスモータ 11の停止状態を表す。 いま、 回転フラグ RVFが "0" であれば、 ステップ S 12にて「Ye s」と判定して、 ステップ S 14に進む。 ステップ S 14においては、 回転速度 RVが小さな所定 速度 RV2 (例えば、 0. 3ラジアン Z秒) 以上であるかを判定する。 回転速度 RVが小さな所定速度 RV2 以上であれば、 ステップ S 14にて「Ye s」と判定 し、 ステップ S 16にて回転フラグ RVFを " 1" に変更してステップ S 18に 進む。 回転速度 RVが小さな所定速度 RV 2未満であれば、 ステップ S 14にて 「No」と判定し、 ステップ S 26に進む。
ステップ S 18においては、 後述する演算処理にて利用するパラメータをブラ シレスモータ 11の回転時に関する回転用パラメータに設定する。 これらのパラ メータとしては、 電流マス遅延回数 Nima、 電流マス温度補正係数 Kima、 電流コ ィル遅延回数 Nicoおよび電流コイル温度補正係数 Kicoである。
一方、 回転フラグ RVFが "1" であれば、 ステップ S 12にて「No」と判定 0303219 して、 ステップ S 20に進む。 ステップ S 20においては、 回転速度 RVが前記 所定速度 RV2 よりも小さな所定速度 RV1 (例えば、 0. 1ラジアン /秒) 以 下であるかを判定する。 なお、 所定速度 RV1 を所定速度 RV2 よりも小さく設 定した理由は、 ブラシレスモータ 1 1の回転状態と停止状態との検出にヒステリ シスをもたせてハンチングを避けるためである。 回転速度 RVが所定速度 R VI 以下であれば、 ステップ S 20にて「Ye s」と判定し、 ステップ S 22にて回転 フラグ RVFを "0" に変更してステップ S 24に進む。 回転速度 RVが所定速 度 RV1 よりも大きければ、 ステップ S 20にて「No」と判定し、 ステップ S 2 6に進む。
ステップ S 24においては、 前記各種パラメ一タをブラシレスモータ 1 1の停 止時に関する停止用パラメ一夕に設定する。
このように、 ブラシレスモータ 1 1の回転時と停止時とで、 各種パラメ一夕は 異なる値に設定される。 具体的には、 電流マス遅延回数 Nima および電流コイル 遅延回数 Ni coは、 マス推定温度 TPmaおよびコイル推定温度 TPcoの推定演算に おける値の変化を遅らす、 すなわち値の変化を滑らかにするためのパラメ一夕で ある。 そして、 電流マス遅延回数 Nima および電流コイル遅延回数 Nico は値が 大きくなるに従って遅延量が大きいことを表すので、 ブラシレスモータ 1 1の停 止時には回転時に比べて小さな値に設定される。 また、 電流マス温度補正係数 K i maおよび電流コイル温度補正係数 Ki coは、 マス推定温度 TPmaおよびコイル推 定温度 TPcoに対するマス用電流 2乗値 I smaおよびコイル用電流 2乗値 I scoの 影響の大きさを表すパラメ一夕である。 そして、 電流マス温度補正係数 Kima お よび電流コイル温度補正係数 Ki co は値が大きくなるに従つて影響度が大きいこ とを表すので、 ブラシレスモー夕 11の停止時には回転時に比べて大きな値に設 定される。 なお、 マス用電流 2乗値 I sma およびコイル用電流 2乗値 I sco は、 マス部およびコイルの温度上昇の原因となる発熱量に対応するもので、 モ一夕電 流 2乗値 Ismtをローパスフィル夕処理した値である。
前記ステップ S 12〜S 24の処理後、 モ一夕加熱防止制御部 40においては、 ステップ S26にて、 モータ電流 2乗値 Ismt および電流マス遅延回数 N ima を 用いた下記式(3)のローパスフィルタ処理演算を実行することにより、 マス用電 流 2乗値 I smaが計算される。
I sma(n) = I sma(n-l) + { I smt— I sma (n-1) }/N ima …(3) なお、 前記式(3)において、 I sma (n)はマス用電流 2乗値 I sma の今回演算値 (現在の値) を示し、 I sma (n-1)はマス用電流 2乗値 I sma の前回演算値 (8 0 ミリ秒前の値) を示す (図 7参照) 。 次に、 ステップ S 2 8にて、 前記計算した マス用電流 2乗値 I sma (n)および電流マス温度補正係数 Kima を用いた下記式 ( 4 )の演算の実行により、 マス温度増加分△ TPMが計算される。
ATPma= a - Kima- I sma(n) ··· (4)
なお、 前記式(4)において、 aは予め決められた比例定数である。 次に、 ステ ップ S 3 0にて、 前記計算したマス温度増加分 ATPmaおよび雰囲気温度 TPtrを 用いた下記式(5)の演算の実行により、 マス推定温度 TPmaが計算される。
TPma=TPtr+ATPma ·'·(5)
前記ステップ S 2 6〜S 3 0の処理後、 ステップ S3 2にて、 モータ電流 2乗 値 I smt および電流コイル遅延回数 Nico を用いた下記式(6)の口一パスフィル 夕処理演算を実行することにより、 コイル用電流 2乗値 I s c 0が計算される。
I sco (n) = I sco (n-1) + { I smt- I sco (n-1) }/N ico ··· ( 6 ) なお、 前記式(6)において、 I sco (n)はコイル用電流 2乗値 I sco の今回演算 値 (現在の値) を示し、 I sco(n- 1)はコイル用電流 2乗値 I sco の前回演算値 (8 0ミリ秒前の値) を示す (図 7参照) 。 次に、 ステップ S 3 4にて、 前記計 算したコイル用電流 2乗値 I sco (n)および電流コイル温度補正係数 Ki co を用い た下記式( 7 )の演算の実行により、 コィル温度増加分 Δ TPcoが計算される。
ATPco=b -Kico- I sco(n) ·'·(7)
なお、 前記式(7)において、 bは予め決められた比例定数である。 次に、 ステ ップ S 3 6にて、 前記計算したコイル温度増加分 ATPco およびマス推定温度 TPmaを用いた下記式(8)の演算の実行により、 コイル推定温度 TPcoが計算され る。 そして、 ステップ S 3 8にて、 モータ温度推定プログラムの実行を終了する。
TPco=TPma+ATPco ··· (8)
このような説明からも理解できるように、 ブラシレスモー夕 1 1の回転状態と 停止状態とにおいてそれぞれ異なる演算態様で、 すなわちブラシレスモ一夕 1 1 の回転状態時と停止状態時とでコィルを流れる電流による温度上昇の違いが考慮 されて、 ブラシレスモー夕 1 1のマス部およびコイルの温度が推定される。 その 結果、 ブラシレスモ一夕 1 1に温度センサを組み込まなくても、 簡単な構成によ つてブラシレスモータ 1 1のマス部およびコイルの温度が高精度で検出される。 また、 コイルの温度の推定にあっては、 放熱および発熱特性の異なるマス部とコ ィルとに分け、 異なるパラメ一夕を用いて演算するようにしたので、 コイルの温 度が高精度で検出される。
この温度推定演算部 4 4にて計算されたコイル推定温度 TPco は、 第 1電流制 限値演算部 4 6 aおよび第 2電流制限値演算部 4 6 bに供給される。 第 1電流制 限値演算部 4 6 aは、 電流制限値テーブルを参照することにより、 コイル推定温 度 TPcoに対応した第 1電流制限値 IL1 を計算する。 この電流制限値テーブルは 第 1電流制限値演算部 4 6 aに設けられていて、 同テーブルには、 図 8に示すよ うに、 コイル推定温度 TPcoの増加に従って減少する第 1電流制限値 IL1 が記憶, されている。
第 2電流制限値演算部 4 6 bは、 第 1電流制限値演算部 4 6 aにて計算された 第 1電流制限値 IL1 を補うもので、 コイル推定温度 TPcoが極めて高くなつた場 合に強制的に電流を制限するための第 2電流制限値 IL2を計算する。 第 2電流制 限値演算部 4 6 bは、 コイル推定温度 TPco が極めて高い所定温度以上になると、 目標電流制限値 ILtg を小さな所定値に設定して、 下記式(9 )の演算 (ローパス フィルタ処理演算) を所定の短時間ごとに繰り返し実行する。
IL2 (n) = IL2 (n~l) + K f l - (ILig- IL2 (n-D) "' ( 9 )
なお、 前記式(9 )において、 IL2 (n)は第 2電流制限値 IL2の今回演算値 (現在 の値) を示し、 IL2 (n- 1)は第 2電流制限値 IL2 の前回演算値 (8 0ミリ秒前の 値) を示す。 また、 係数 K f l は、 予め決めた 「1」 未満の定数である。 この式 ( 9 )の演算の実行により、 コイル推定温度 TPco が前記所定温度以上になった時 点で、 第 2電流制限値 IL2は、 目標電流制限値 IUgまで徐々に減少していく。 一方、 コイル推定温度 TPco が予め決めた所定温度以下になれば、 目標電流制 限値 ILtg を予め決めた所定電流値 (例えば、 6 O A) に設定した後、 前述した 式(9 )の演算を繰り返し実行する。 これにより、 前記強制的な電流制限が解除さ れて、 第 2電流制限値 IL2 は、 前記所定電流値に設定した目標電流制限値 ILtg まで徐々に上昇する。
このようにして計算された第 1電流制限値 IL1および第 2電流制限値 IL2は、 最小値選択部 4 6 cに供給される。 最小値選択部 4 6 cは、 前記第 1電流制限値 IL1および第 2電流制限値 IL2のうちで、 小さい方の電流制限値をモータ電流制 限値 ILmとして決定する。 この決定されたモータ電流制限値 ILmは、 電流制限部 2 2に供給される。 電流制限部 2 2は、 上述のようにブラシレスモー夕 1 1に流 れる 3相電流 I u, I v, I wをモータ電流制限値 ILmに応じて制限する。
したがって、 ブラシレスモータ 1 1のコイルの温度が上昇すると、 同モータ 1 1に流される電流が制限されるので、 コイルの温度が上昇しなくなる。 これによ り、 コイルに施されている被覆などが解けて絶縁が破壊されることがなくなる。 また、 第 1電流制限値 IL1に加えて第 2電流制限値 IL2が考慮されるので、 第 1 電流制限値 IL1によるブラシレスモー夕 1 1の電流制限では、 コイルの温度が上 昇するような場合でも、 ブラシレスモータ 1 1のコイルの温度上昇を良好に抑え ることができる。
この第 2電流制限値 IL2においては、 コイル推定温度 TPcoが所定温度以上の とき、 ブラシレスモータ 1 1に流れる電流が強制的に所定の制限値以下に制限さ れる。 したがって、 ブラシレスモ一夕 1 1のコイルの温度上昇が確実に抑制され る。 また、 このブラシレスモ一夕 1 1に流れる電流を制限値以下に制限する際に は、 同制限値は徐々に変化する。 したがって、 ブラシレスモータ 1 1の出力の急 変を避けることができる。
なお、 上記実施形態においては、 2相電流 I d, I q を用いてモー夕電流 2乗 値 I smt (= I d2+ I q2) を計算し、 モ一夕電流 2乗値 I smt を用いてブラシレス モータ 1 1のコイル全体の温度を推定するようにした。 しかし、 これに代えて、 ブラシレスモ一夕 1 1に実際に流れる 3相電流 I u, I V, I w を用いて、 各相ご とにコイルの温度を推定するようにしてもよい。 この場合、 モー夕加熱防止制御 部 4 0は、 電流センサ 2 4によって検出されたブラシレスモー夕 1 1の 3相電流 I u, I V, I w を入力する。 そして、 モータ加熱防止制御部 4 0は、 上記実施形 態のモー夕電流 2乗値 I smt に代えて各相ごとの電流 2乗値 I u2, I V2, I w2を 03 03219 計算し、 上記実施形態のモータ電流 2乗値 I smt に適用した演算処理を前記各電 流 2乗値 I u2, I V2, I w2に対してそれぞれ適用して、 各相のコイルの温度を推 定するようにする。 そして、 これらの各相ごとのコイル温度のうちで最高のコィ ル温度を選択して、 ブラシレスモータ 1 1に流れる電流を制限するようにすれば よい。
また、 上記実施形態では、 ブラシレスモータ 1 1のコイル推定温度 TPco を計 算する過程で、 マス部 (ハウジング、 ステ一夕など) のマス推定温度 TPma を利 用するだけで、 このマス推定温度 TPma に関する利用については説明しなかった。 しかし、 このマス推定温度 TPma を、 ブラシレスモータ 1 1における温度上昇に 伴うステ一夕の透磁率の低下の補正制御に用いるようにしてもよい。 この場合、 マス推定温度 TPma の上昇に従って、 ブラシレスモータ 1 1の 3相電流を増加さ せるようにすればよい。
また、 上記実施形態においては、 電流センサ 2 4によって 3相電流値 I u, I v, I w をそれぞれ検出するようにした。 しかし、 これに代えて、 電流センサ 2 4に より 2相電流値のみを検出して、 残りの 1相の電流値を前記検出した 2相電流値 を用いて計算するようにしてもよい。 例えば、 3相電流値 I u, I v, I w のうち の 2相電流値 I u, I v を電流センサ 2 4によって検出し、 残りの 1相の電流値 I wを、 一(I u+ I v)の演算により計算する。
また、 上記実施形態においては、 本発明をブラシレスモータ 1 1に適用した例 について説明したが、 この発明は、 ブラシレスモ一夕 1 1以外の各種モー夕にも 適用できるものである。
また、 上記実施形態においては、 車両の操舵ハンドル 1 2の回動操作に対して アシストトルクを付与するための電動モ一夕に本発明を適用した。 しかし、 本発 明は、 ステャバイワイヤ方式の操舵装置における車輪に操舵トルクを与える電動 モ一夕など、 車両に搭載された各種電動モータに適用されるものである。 また、 本発明は、 車両以外の各種装置に搭載された電動モータにも適用される。
さらに、 本発明は上記実施形態および変形例に限定されることなく、 本発明の 範囲内において種々の変形例を採用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 電動モ一夕のコイルに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
前記電動モー夕が回転状態および停止状態のいずれかの状態にあるかを判定す る判定手段と、
前記判定された電動モータの回転状態と停止状態とにおいてそれぞれ異なる演 算態様で、 前記検出された電流値に基づいて電動モータの温度を推定演算する推 定演算手段と
を備えたモー夕温度推定装置。
2 . 前記請求項 1に記載したモータ温度推定装置において、
前記推定演算手段を、
前記検出された電流値の 2乗値を計算する 2乗値計算手段と、
前記計算した電流値の 2乗値に、 前記判定による電動モータの回転状態と停止 状態とで異なるローパスフィル夕処理演算を施す口—パスフィルタ処理手段と、 前記ローパスフィルタ処理した電流値の 2乗値に基づいて、 前記コイルに流れ る電流値による温度上昇分を計算する温度上昇分計算手段と、
前記計算した温度上昇分を用いて電動モータの温度を計算する温度計算手段と で構成したモー夕温度推定装置。
3 . 前記請求項 2に記載したモータ温度推定装置において、
前記ローパスフィルタ処理手段は、 前記計算した電流値の 2乗値の変化を滑ら かにするものであり、 電動モー夕が停止状態にある場合には電動モ一夕が回転状 態にある場合に比べて前記計算した電流値の 2乗値の変化を急にするようにした モータ温度推定装置。
4 . 前記請求項 2または 3に記載したモータ温度推定装置において、
前記温度上昇分計算手段は、 前記口一パスフィルタ処理した電流値の 2乗値の 増加に従って増加する前記温度上昇分を計算するものであり、 電動モータが停止 状態にある場合には電動モー夕が回転状態にある場合に比べて前記温度上昇分の 上昇率を大きくするようにしたモータ温度推定装置。
5 . 前記請求項 1に記載したモータ温度推定装置において、 前記電動モータは 3相モータで構成されており、
前記電流検出手段は、 3相電流値を 2相に変換した 2相電流値を検出し、 前記推定演算手段は、 前記 2相電流値の各 2乗値の和に基づいて電動モ一夕の 温度を推定演算するものであるモ一夕温度推定装置。
6 . 前記請求項 1に記載したモータ温度推定装置において、
前記電動モータは 3相モータで構成されており、
前記電流検出手段は、 3相電流値を検出し、
前記推定演算手段は、 前記 3相電流値の各 2乗値を用いて電動モ一夕の温度を 推定演算するものであるモータ温度推定装置。
7 . 前記請求項 1に記載したモータ温度推定装置において、
前記電動モータは 3相モータで構成されており、
前記電流検出手段は、 2相電流値を検出するとともに、 もう 1相の電流値を前 記検出した 2相電流値から計算し、
前記推定演算手段は、 前記 3相電流値の各 2乗値を用いて電動モータの温度を 推定演算するものであるモータ温度推定装置。
8 . 電動モータの雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と、
電動モー夕のコイルに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
前記検出された電流値の 2乗値を計算する 2乗値計算手段と、
前記電動モータが回転状態および停止状態のいずれかの状態にあるかを判定す る判定手段と、
前記判定された電動モータの回転状態と停止状態とにおいてそれぞれ異なる演 算態様で、 前記計算した電流値の 2乗値に基づいて、 前記コイルに流れる電流値 による電動モ一夕のマス部の温度上昇分を計算するマス温度上昇分計算手段と、 前記検出した雰囲気温度に前記計算したマス部の温度上昇分を加算して電動モ 一夕のマス部の温度を計算するマス温度計算手段と
を備えたモータ温度推定装置。
9 . 前記請求項 8に記載したモー夕温度推定装置において、
前記マス温度上昇分計算手段は、
前記計算した電流値の 2乗値に、 前記判定による電動モ一夕の回転状態と停止 状態とで異なるローパスフィルタ処理演算を施す第 1ローパスフィル夕処理手段 を含み、 前記ローパスフィルタ処理した電流値の 2乗値に基づいて、 前記コイル に流れる電流値による電動モ一夕のマス部の温度上昇分を計算するようにしたモ 一夕温度推定装置。
1 0 . 前記請求項 9に記載したモ一夕温度推定装置において、
前記第 1口一パスフィル夕処理手段は、 前記計算した電流値の 2乗値の変化を 滑らかにするものであり、 電動モータが停止状態にある場合には電動モータが回 転状態にある場合に比べて前記計算した電流値の 2乗値の変化を急にするように したモータ温度推定装置。
1 1 . 前記請求項 9または 1 0に記載したモータ温度推定装置において、
前記マス温度上昇分計算手段は、 前記第 1口一パスフィル夕処理手段によって 口一パスフィルタ処理した電流値の 2乗値の増加に従って増加する前記マス部の 温度上昇分を計算するものであり、 電動モータが停止状態にある場合には電動モ —夕が回転状態にある場合に比べて前記マス部の温度上昇分の上昇率を大きくす るようにしたモータ温度推定装置。
1 2 . 前記請求項 8ないし 1 1のうちのいずれ一つに記載したモータ温度推定装 置において、 さらに、
前記判定された電動モータの回転状態と停止状態とにおいてそれぞれ異なる演 算態様で、 前記計算した電流値の 2乗値に基づいて、 前記コイルに流れる電流値 による電動モータのコィルの温度上昇分を計算するコィル温度上昇分計算手段と、 前記計算したマス部の温度に前記計算したコイルの温度上昇分を加算して電動 モータのコイルの温度を計算するコィル温度計算手段と
を備えたモ一タ温度推定装置。
1 3 . 前記請求項 1 2に記載したモータ温度推定装置において、
前記コイル温度上昇分計算手段は、
前記計算した電流値の 2乗値に、 前記判定による電動モータの回転状態と停止 状態とで異なる口一パスフィル夕処理演算を施す第 2口一パスフィルタ処理手段 を含み、 前記口一パスフィルタ処理した電流値の 2乗値に基づいて、 前記コイル に流れる電流値による電動モータのコイルの温度上昇分を計算するようにしたモ 一夕温度推定装置。
1 4 . 前記請求項 1 3に記載したモータ温度推定装置において、
前記第 2口一パスフィルタ処理手段は、 前記計算した電流値の 2乗値の変化を 滑らかにするものであり、 電動モ一夕が停止状態にある場合には電動モ一夕が回 転状態にある場合に比べて前記計算した電流値の 2乗値の変化を急にするように したモ一夕温度推定装置。
1 5 . 前記請求項 1 3または 1 4に記載したモータ温度推定装置において、 前記コイル温度上昇分計算手段は、 前記第 2口一パスフィル夕処理手段によつ て口一パスフィル夕処理した電流値の 2乗値の増加に従つて増加する前記コィル の温度上昇分を計算するものであり、 電動モ一夕が停止状態にある場合には電動 モータが回転状態にある場合に比べて前記コイルの温度上昇分の上昇率を大きく するようにしたモ一タ温度推定装置。
1 6 . 前記電動モータは車両の操舵装置内に組み込まれている前記請求項 1ない し 1 5のうちのいずれか一つに記載したモータ温度推定装置。
1 7 . 電動モータのコイルに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
前記電動モータが回転状態および停止状態のいずれかの状態にあるかを判定す る判定手段と、
前記判定された電動モータの回転状態と停止状態とにおいてそれぞれ異なる演 算態様で、 前記検出された電流値に基づいて電動モータのコイルの温度を推定演 算するコィル温度推定演算手段と、
前記推定演算したコイルの温度に応じて前記電動モータに流れる電流を制限す る電流制限手段と
を備えたモ一夕制御装置。
1 8 . 電動モ一夕の雰囲気温度を検出する雰囲気温度検出手段と、
電動モータのコイルに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
前記検出された電流値の 2乗値を計算する 2乗値計算手段と、
前記電動モータが回転状態および停止状態のいずれかの状態にあるかを判定す る判定手段と、
前記判定された電動モータの回転状態と停止状態とにおいてそれぞれ異なる演 算態様で、 前記計算した電流値の 2乗値に基づいて、 前記コイルに流れる電流値 による電動モー夕のマス部の温度上昇分を計算するマス温度上昇分計算手段と、 前記検出した雰囲気温度に前記計算したマス部の温度上昇分を加算して電動モ 一夕のマス部の温度を推定演算するマス温度推定手段と
前記判定された電動モー夕の回転状態と停止状態とにおいてそれぞれ異なる演 算態様で、 前記計算した電流値の 2乗値に基づいて、 前記コイルに流れる電流値 による電動モータのコイルの温度上昇分を計算するコイル温度上昇分計算手段と、 前記推定演算したマス部の温度に前記計算したコイルの温度上昇分を加算して 電動モータのコィルの温度を推定演算するコィル温度推定手段と、
前記推定演算したコイルの温度に応じて前記電動モータに流れる電流を制限す る電流制限手段と
を備えたモー夕制御装置。
1 9 . 前記請求項 1 7または 1 8に記載したモータ制御装置において、
前記電流制限手段は、 前記推定演算したコイルの温度が所定温度以上のとき、 前記電動モータに流れる電流を所定の制限値以下に制限するものであるモータ制 御装置。
2 0 . 前記請求項 1 9に記載したモータ制御装置において、
前記電流制限手段が、 前記電動モータに流れる電流を所定の制限値以下に制限 する際には、 同制限値を徐々に変化させるようにしたモータ制御装置。
2 1 . 前記請求項 1 7または 1 8に記載したモータ制御装置において、
前記電流制限手段は、 前記推定演算したコイルの温度が上昇するに従って減少 するに制限値以下に制限するものであるモータ制御装置。
2 2 . 前記電動モータは車両の操舵装置内に組み込まれている前記請求項 1 7な いし 2 1のうちのいずれか一つに記載したモー夕制御装置。
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