JP6040963B2 - 回転機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転機の駆動を制御する制御装置に関する。

従来、複数系統の電力変換器を有し、対応する複数組の巻線組への通電を制御する回転機の制御装置において、いずれかの系統が故障したとき、正常系統の電力変換器及び巻線組のみで回転機を駆動する制御装置が知られている。
例えば特許文献１に開示された多相回転機の制御装置は、二系統のいずれか一方で電力変換器又は巻線組のショート故障が発生したとき、故障系統の電力変換器への出力を停止し、且つ、正常系統の電力変換器への出力について、回転機の回転数が高いほど出力制限値を小さくする。これは、回転機の回転に伴って故障系統に発生する逆起電圧により、故障系統の電力変換器及び巻線が過剰に発熱することを防止するための処理である。

特開２０１３−０４８５２４号公報

一方の系統でショート故障が発生したとき、回転機の回転に伴って故障系統に発生する逆起電圧により、回転機には駆動に逆らうブレーキトルクが発生する。そのため、正常系統のみでの駆動時において、二系統とも正常である通常駆動時と同等の要求トルクを回転機に出力させるためには、ブレーキトルクによるトルク低下を補うように、正常系統の電力変換器に通常駆動時よりも大きな電流を流す必要がある。
特許文献１の技術では、故障系統における発熱の防止に注目している反面、正常系統のみでの駆動において、ブレーキトルクを補うトルクを回転機に出力させることについては何ら言及されていない。

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、複数組の巻線組を有する回転機の駆動を制御する、複数系統の電力変換器を備えた制御装置において、いずれかの系統の電力変換器又は巻線組でショート故障が発生したとき、正常系統のみの駆動で、ブレーキトルクを補うトルクを回転機に出力させる制御装置を提供することである。

本発明は、複数組の巻線組を有する回転機の駆動を制御する制御装置であって、複数系統の電力変換器と、故障検出手段と、制御部とを備える。
複数系統の電力変換器は、ブリッジ接続された上下アームのスイッチング素子によって構成され、直流電力を変換して対応する巻線組に電力を供給する。例えば、回転機が多相交流回転機の場合にはインバータが電力変換器に相当し、回転機が直流回転機の場合にはＨブリッジ回路が電力変換器に相当する。
故障検出手段は、電力変換器又は巻線組の故障を検出する。
制御部は、回転機の巻線組へ通電する電流についての電流指令値、及び、当該電流指令値に対する最大電流制限値を演算し、電力変換器への出力を系統毎に制御する。また、制御部は、当該制御装置を構成する電子素子の温度を推定する温度推定手段を有する。

ここで、いずれかの系統の電力変換器又は巻線組において、いずれかの配線間が非導通を意図する制御に反して導通状態となっている故障を「一部系統ショート故障」という。例えば、電力変換器のスイッチング素子にオフ信号が入力されているにもかかわらず両電極（ドレイン−ソース、又は、コレクタ−エミッタ）間がオン状態であるときや、巻線組の巻線が天絡又は地絡しているときが「ショート故障」に該当する。
また、いずれかの系統の電力変換器又は巻線組において、いずれかの配線間が導通を意図する制御に反して非導通状態となっている故障を「一部系統オープン故障」という。

一部系統ショート故障であることが故障検出手段によって検出されたとき、制御部は、故障した系統の電力変換器への出力を停止する。そして、正常系統の電力変換器への出力について、回転機の回転角速度がゼロのとき、一系統あたりの最大電流制限値を、全ての系統の電力変換器及び巻線組が正常である「通常駆動時」における一系統あたりの最大電流制限値以下に設定する。また、回転機の回転角速度に応じて、回転機の回転角速度が大きいほど最大電流制限値を増加させるように最大電流制限値の第１仮値を算出する。さらに、最大電流制限値の第１仮値と、温度推定手段によって推定された素子温度に応じて算出される最大電流制限値の第２仮値との小さい方の値を最大電流制限値の確定値として出力する。
一部系統オープン故障であることが故障検出手段によって検出されたとき、制御部は、故障した系統の電力変換器への出力を停止する。そして、正常系統の電力変換器への出力について、一系統あたりの最大電流制限値を、「通常駆動時」における一系統あたりの最大電流制限値以下に設定する。

本発明では、正常系統の電力変換器への出力について、回転機の回転角速度が大きいほど最大電流制限値を増加させることで、故障系統に発生する逆起電圧によって生じるブレーキトルクを補うトルクを回転機に出力させることができる。
ここで、「ブレーキトルクを補う」とは、低下分を全て補って要求トルクどおりのトルクを出力する場合に限らず、トルク低下を可及的に抑制し、要求トルクに近いトルクを出力可能とする場合を含む。
なお、回転機の「回転角速度」は、比例定数を乗じた「回転数」に置き換えてもよい。また、本発明で特定する回転角速度と最大電流制限値との特性は、あくまで当該制御装置の実用領域における関係について特定するものである。したがって、実用領域を超えた超高回転領域まで最大電流制限値を理論的に増加させ続けることを意味しない。

また多相回転機では、回転機の停止中、又は停止に近い低回転時には、特定相のスイッチング素子のオン時間が長くなり、過電流によって集中的に発熱するおそれがあるのに対し、回転機の回転中には、各相のスイッチング素子交互にオンオフし、各相に電流が平均的に流れる。つまり、回転中は停止中に比べ特定相に発熱が集中しないため、発熱防止に有利である。そこで、回転機の回転中にのみ最大電流制限値を増加させることで、正常系統での発熱を効果的に防止しつつ、ブレーキトルクを補うトルクを回転機に出力させることができる。

一方、回転機の停止中、すなわち回転機の回転角速度がゼロのときには、一系統あたりの最大電流制限値を、「通常駆動時」における一系統あたりの最大電流制限値以下に設定する。ここで「回転機の回転角速度がゼロ」とは、厳密な０［ｄｅｇ／ｓ］に限らず、実質的に０［ｄｅｇ／ｓ］と同等の範囲を含む。これにより、回転機の停止中に、正常系統の特定相での過剰な発熱による素子の破損等を防止することができる。

さらに、例えば、車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵トルクをアシストするモータの駆動を制御する制御装置では、制御部は、回転機の回転角速度に代えて、「操舵トルクの所定時間内の変化量」が大きいほど最大電流制限値を増加させるようにしてもよい。
ここで、「操舵トルクの所定時間内の変化量」は、操舵トルクの絶対値の微分値に相当する。つまり、ハンドルの回転方向によって操舵トルクの正負を定義した場合、いずれの方向に急操舵した場合でも最大電流制限値を増加させることを意味する。

加えて、車両の電動パワーステアリング装置に適用される回転機の制御装置において、正常時に上位の車両制御装置から、ギア比可変制御、自動運転、自動駐車、レーンキープアシスト、緊急回避等の「協調制御信号」を指令される制御装置を想定する。このような協調制御は、電動パワーステアリング装置が正常に動作しない状況では要求を実行することができない場合がある。
そこで、本発明の回転機の制御装置は、故障検出手段が電力変換器または巻線組の故障を検出したとき、上位の車両制御装置から指令される協調制御信号の要求を実行不能な場合、協調制御信号の受信を拒否することが好ましい。

本発明の各実施形態によるＥＰＳモータ制御装置により制御される二系統インバータの回路模式図。 本発明の各実施形態によるＥＰＳモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の概略構成図。 本発明の第１実施形態によるＥＰＳモータ制御装置のブロック図。 モータ回転角速度と最大電流制限値との関係を示す特性図。 本発明の第１実施形態による最大電流制限値設定のフローチャート。 本発明の第２実施形態によるＥＰＳモータ制御装置のブロック図。 図６の最大電流制限部の詳細ブロック図。 （ａ）モータ回転角速度、（ｂ）素子温度と最大電流制限値係数との関係を示す特性図。 本発明の第３実施形態によるＥＰＳモータ制御装置のブロック図。 本発明の第４実施形態によるＥＰＳモータ制御装置において、車両制御装置からの協調制御信号の受信拒否を説明するブロック図。 従来技術による回転数と出力制限値との関係を示す特性図である。

以下、本発明による回転機の制御装置を車両の電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。なお、第２実施形態の特徴を含む形態が「特許請求の範囲に記載の発明を実施するための形態」に相当する。
初めに、各実施形態に共通の構成について、図１、図２を参照して説明する。

［共通の構成］
図２は、電動パワーステアリング装置１を備えたステアリングシステム９０の全体構成を示す。ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ９４が設置されている。ステアリングシャフト９２の先端にはピニオンギア９６が設けられており、ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪９８が操舵される。

電動パワーステアリング装置１は、回転軸を回転させるアクチュエータ２、及び、回転軸の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝達する減速ギア８９を含む。
アクチュエータ２は、操舵アシストトルクを発生する「回転機」としてのＥＰＳモータ８０と、モータ８０を駆動する「回転機の制御装置」としてのＥＰＳモータ制御装置１０（第４実施形態以外では「モータ制御装置」という。）とから構成される。本実施形態のモータ８０は３相交流ブラシレスモータであり、減速ギア８９を正逆回転させる。
モータ制御装置１０は、制御部６５、及び、制御部６５の指令に従ってモータ８０への電力供給を制御する「電力変換器」としてのインバータ６０１、６０２を含む。

回転角センサ８５は、例えば、モータ８０側に設けられる磁気発生手段である磁石と、モータ制御装置１０側に設けられる磁気検出素子とによって構成され、モータ８０のロータ回転角θを検出する。
制御部６５は、トルク指令ｔｒｑ^*、回転角センサ８５からの回転角信号、フィードバック電流等に基づいて、インバータ６０１、６０２のスイッチングを操作し、モータ８０の通電を制御する。これにより、電動パワーステアリング装置１のアクチュエータ２は、ハンドル９１の操舵を補助するための操舵アシストトルクを発生し、ステアリングシャフト９２に伝達する。

詳しくは、図１に示すように、モータ８０は、２組の巻線組８０１、８０２を有する。第１巻線組８０１は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相巻線８１１〜８１３から構成されており、第２巻線組８０２は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３相巻線８２１〜８２３から構成されている。インバータ６０１は、第１巻線組８０１に対応して設けられており、インバータ６０２は、第２巻線組８０２に対応して設けられている。以下、インバータ、及び、そのインバータと対応する３相巻線組の組合せの単位を「系統」という。複数系統における各系統の電気的特性は同等であるものとする。また、系統毎の構成要素、物理量の符号について、第１系統の符号には末尾に「１」を付し、第２系統の符号には末尾に「２」を付す。

モータ制御装置１０は、電源リレー５２１、５２２、コンデンサ５３、インバータ６０１、６０２、電流センサ７０１、７０２、及び制御部６５等を備えている。
電源リレー５２１、５２２は、バッテリ５１からインバータ６０１、６０２への電力供給を系統毎に遮断可能である。
コンデンサ５３は、バッテリ５１と並列に接続され、電荷を蓄え、インバータ６０１、６０２への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。

第１系統インバータ６０１は、第１巻線組８０１の各巻線８１１〜８１３への通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子６１１〜６１６がブリッジ接続されている。本実施形態のスイッチング素子６１１〜６１６は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）である。以下、スイッチング素子６１１〜６１６をＭＯＳ６１１〜６１６という。

高電位側である上アームのＭＯＳ６１１〜６１３は、ドレインがバッテリ５１の正極側に接続されている。また、上アームのＭＯＳ６１１〜６１３のソースは、低電位側である下アームのＭＯＳ６１４〜６１６のドレインに接続されている。下アームのＭＯＳ６１４〜６１６のソースは、バッテリ５１の負極側に接続されている。上アームのＭＯＳ６１１〜６１３と下アームのＭＯＳ６１４〜６１６との接続点は、それぞれ、巻線８１１〜８１３の一端に接続されている。

電流センサ７０１は、インバータ６０１から巻線組８０１に通電される相電流を検出する。図１の例では３相の電流をそれぞれ検出しているが、他の例では、２相の電流を検出し、キルヒホッフの法則を用いて他の１相の電流を算出してもよい。
また、第１系統インバータ６０１の電源ラインとグランドラインとの間の所定分圧によって、入力電圧Ｖｒ１が検出される。
第２系統インバータ６０２についても、スイッチング素子（ＭＯＳ）６２１〜６２６、電流センサ７０２の構成、及び、入力電圧Ｖｒ２を検出する構成は、第１系統インバータ６０１と同様である。

制御部６５は、マイコン６７、駆動回路（プリドライバ）６８等で構成される。マイコン６７は、トルク信号、回転角信号等の入力信号に基づき、制御に係る各演算値を制御演算する。駆動回路は、ＭＯＳ６１１〜６１６、６２１〜６２６のゲートに接続され、マイコン６７の制御に基づいてスイッチング出力する。
特に本実施形態の制御部６５は、二系統のうちいずれか一系統が故障したとき、故障系統のインバータへの出力を停止し、且つ、正常系統のインバータへの出力について、特徴的な制御を実行する。その特徴的な制御について、以下に詳しく説明する。

［制御部の構成］
以下、二系統のインバータ６０１、６０２又は巻線組８０１、８０２のうち、いずれか一系統が故障したとき、正常系統のみの駆動でモータ８０の出力トルクを維持するための制御部６５の構成、及び、制御部６５が実行する処理について、実施形態毎に説明する。各実施形態の説明では、モータ制御装置１０及び制御部６５の符号について、実施形態毎に「１０１〜１０３」及び「６５１〜６５３」の符号を付す。また、各実施形態で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態のＥＰＳモータ制御装置について、図３〜図５を参照して説明する。
図３の制御ブロック図において、モータ制御装置１０１のうち二点鎖線で囲んだ部分が制御部６５１に該当する。つまり、インバータ６０１、６０２、電流センサ７０１、７０２、及び、故障検出手段７５１、７５２は、本発明で定義する「制御部」には含まれない。ただし、それは概念上の区別に過ぎず、現実の基板における電子素子が分離して配置されているということを意味するものではない。

全ての系統のインバータ及び巻線組が正常であるとき、つまり、二系統ならば第１系統と第２系統とのインバータ及び巻線組が共に正常であるときを「通常駆動時」という。
まず、通常駆動時について、代表として第１系統の構成を説明する。制御部６５１は、周知の電流ベクトル制御を用いた電流フィードバック制御によりモータ８０の通電を制御するものであり、第１系統について、電流指令値演算部１５１、最大電流制限部２０１、３相２相変換部２５１、制御器３０１及び２相３相変換部３５１を有している。

電流指令値演算部１５１は、入力されたトルク指令ｔｒｑ^*に基づき、数式又はマップ等を用いてｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*を演算する。
最大電流制限部２０１は、素子の過熱保護等の観点から、電流指令値の最大値を制限する。電流指令値演算部１５１が演算したｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*が制限値を超える場合、最大電流制限部２０１は、制限値に補正したｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^**、Ｉｑ１^**を出力する。一方、電流指令値演算部１５１が演算したｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*が制限値以下の場合には、最大電流制限部２０１は、電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*をそのまま電流指令値Ｉｄ１^**、Ｉｑ１^**として出力する。
最大電流制限値Ｉｌｉｍは、ｄｑ軸電流ベクトルの大きさ（＝√（Ｉｄ²＋Ｉｑ²））に対して設定されてもよく、ｄ軸電流及びｑ軸電流のそれぞれに対して設定されてもよい。Ｉｌｉｍ１、Ｉｌｉｍ２は、それぞれ、第１系統及び第２系統についての最大電流制限値を示す。

３相２相変換部２５１は、回転角センサ８５からフィードバックされた回転角θに基づき、電流センサ７０１が検出した３相の相電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１をｄｑ軸電流検出値Ｉｄ１、Ｉｑ１にｄｑ変換する。
制御器３０１は、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１^**、Ｉｑ１^**とｄｑ軸電流検出値Ｉｄ１、Ｉｑ１との電流偏差が入力され、この電流偏差を０にするように、ＰＩ（比例積分）制御演算等によって電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｑ１を演算する。

２相３相変換部３５１は、回転角センサ８５からフィードバックされた回転角θに基づき、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｑ１を３相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に逆ｄｑ変換してインバータ６０１に出力する。
インバータ６０１は、例えばＰＷＭ制御により、３相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１に対応するデューティ信号に基づいて、各相ＭＯＳのスイッチングを操作する。これにより、指令された３相交流電圧がモータ８０に印加され、モータ８０は、所望のアシストトルクを生成する。
第２系統について、電流指令値演算部１５２、最大電流制限部２０２、３相２相変換部２５２、制御器３０２及び２相３相変換部３５２の構成は、第１系統と同様である。

次に、二系統のうちいずれか一方のインバータ又は巻線組が故障した場合を想定する。
以下では、「第１系統が故障し、第２系統が正常である」場合を仮定する。そのため、図３において、故障系統でのみ用いられる構成は第１系統側に記載し、正常系統でのみ用いられる構成は第２系統側に記載し、その他の図示を省略する。ただし、故障検出手段７５１、７５２については第１系統の故障検出手段７５１を実線で示し、第２系統の故障検出手段７５２を破線で示す。これらの構成は、実際には両方の系統に同様に設けられる。

この故障には、ショート故障及びオープン故障が含まれる。
本明細書では、インバータ６０１又は巻線組８０１において、いずれかの配線間が非導通を意図する制御に反して導通状態となっている状態を「ショート故障」と定義する。また、全系統のうちいずれか一部の系統がショート故障している状態を「一部系統ショート故障」という。なお、全ての系統が故障し正常系統が存在しないという状況は、本発明の想定範囲外である。

インバータ６０１のショート故障とは、各相上下アームのＭＯＳ６１１〜６１６のいずれかで、駆動回路６８からゲートにオフ信号が入力されているにもかわらず、ドレイン−ソース間が導通状態となる故障等をいう。
また、巻線組８０１のショート故障とは、いずれかの相の巻線と電源ラインとが天絡、或いは、いずれかの相の巻線とグランドラインとが地絡する故障をいう。

一方、インバータ６０１又は巻線組８０１において、いずれかの配線間が導通を意図する制御に反して非導通状態となっている状態を「オープン故障」と定義し、全系統のうちいずれか一部の系統がオープン故障している状態を「一部系統オープン故障」という。
インバータ６０１のオープン故障とは、各相上下アームのＭＯＳ６１１〜６１６のいずれかで、駆動回路６８からゲートにオン信号が入力されているにもかわらず、ドレイン−ソース間が非導通状態となる故障等をいう。
また、巻線組８０１のオープン故障とは、いずれかの相の巻線、又は巻線と端子との接続部が断線（非接続）状態となる故障をいう。

故障検出手段７５１は、電流センサ７０１が検出した相電流検出値Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、及びインバータ６０１の入力電圧Ｖｒ１等に基づいて、インバータ６０１又は巻線組８０１の故障を検出する。
故障検出手段７５１は、第１系統の故障を検出すると、インバータ６０１への出力を停止する。その停止の方法としては、図中に破線で示すように、電流指令値演算部１５１が指令する電流指令値Ｉｄ１^*、Ｉｑ１^*、又は、最大電流制限部２０１が設定する最大電流制限値を０としてもよい。また、駆動回路５８からＭＯＳ６１１〜６１６への駆動信号を全てオフしてもよい。或いは、再通電の可能性が無ければ、回路上でインバータ６０１の電源ラインに設けられる電源リレー５２１を遮断してもよい。

そして、制御部６５１は、正常な第２系統のみでモータ８０の駆動を継続する。このように正常系統を動作させることで、一系統が故障したとき、操舵トルクのアシスト機能が完全に喪失することを防止することができる。
ところで、特許文献１（特開２０１３−４８５２４号公報）に詳しく説明されているとおり、ショート故障のため故障系統のインバータ６０１への出力を停止したとき、正常系統のインバータ６０２がモータ８０を駆動することによって、或いは、運転者がステアリングシャフト９２を操舵し負荷側からモータ８０が回転されることによって、故障系統のインバータ６０１には逆起電圧が発生する。この逆起電圧により、モータ８０には、駆動に逆らうブレーキトルクが発生する。また、ブレーキトルクは、モータ回転数が高いほど大きくなる。一方、オープン故障の場合にはブレーキトルクは発生しない。

ショート故障の場合にブレーキトルクが発生することで、モータ８０の最大トルクは低下する。そこで、最大トルクを低下させない、或いは、低下を極力抑制するために、正常系統のインバータ６０１に対し通常駆動時よりも大きな電流を流すことが求められる。
そのため、本実施形態の制御部６５１は、正常系統である第２系統の最大電流制限部２０２がモータ回転角速度ωを取得し、モータ回転角速度ωが大きいほど最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させることを特徴とする。
モータ回転角速度ω［ｄｅｇ／ｓ］は、回転角センサ８５が検出した回転角θを微分器８６が時間微分することで算出される。モータ回転角速度ωは、比例定数を乗じることで回転数Ｎに換算されるものであり、本明細書では回転数と同じ意味で用いる。

図４（ａ）〜（ｃ）に、モータ回転角速度ωに対する最大電流制限値Ｉｌｉｍの増加特性の例を示す。縦軸に示す「Ｉｍａｘ」は、二系統正常時における定格電流であり、定格電流の２分の１を「Ｉｍａｘ／２」と示す。この、「Ｉｍａｘ／２」は、「通常駆動時における一系統あたりの最大電流制限値」に相当する。
図４（ａ）〜（ｃ）では、いずれも、モータ８０の停止時（モータ回転角速度ω＝０）の最大電流制限値Ｉｌｉｍは、定格電流の２分の１（Ｉｍａｘ／２）に設定されている。そして、モータ８０の回転中は、モータ回転角速度ωが０から大きくなるほど、最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させている。つまり、右上がりの特性線が描かれている。

なお、図４（ａ）〜（ｃ）の横軸のモータ回転角速度ωの上限は、適用される電動パワーステアリング装置１において現実に使用が想定される最大角速度である。つまり、図４（ａ）〜（ｃ）は、あくまで実用領域でのモータ回転角速度ωと最大電流制限値Ｉｌｉｍとの関係を規定する図であり、現実に使用されない高回転領域までを考慮していない。

図４（ａ）に示す特性パターンは、モータ回転角速度ωがゼロ付近では最大電流制限値Ｉｌｉｍの増加率が大きく、モータ回転角速度ωの増加に伴って最大電流制限値Ｉｌｉｍの増加率が徐々に小さくなり、やがて最大電流制限値Ｉｌｉｍが飽和傾向となるパターンである。この特性パターンは、操舵速度とブレーキトルクとの実測値をプロットした曲線になぞらえたものであり、「ブレーキトルク（負）とアシスト増加量（正）との和が０となるように制御する」という思想に基づく。
図４（ｂ）に示す特性パターンは、簡易的に、モータ回転角速度ωに対して最大電流制限値Ｉｌｉｍを線形増加させるものである。
図４（ｃ）に示す特性パターンは、モータ回転角速度ωの増加に伴って増加率を徐々に大きくするものであり、実車試験による適合を考慮したパターンである。

ところで、第１系統にオープン故障が検出された場合には、逆起電圧によるブレーキトルクが故障系統に発生しないため、正常系統の最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させる必要はなく、「通常駆動時の一系統あたりの最大電流制限値」、すなわち「Ｉｍａｘ／２」以下に設定すればよい。例えば図４（ａ）〜（ｃ）に破線で示すように、モータ回転角速度ωによらず最大電流制限値Ｉｌｉｍを「Ｉｍａｘ／２」で一定とすればよい。これにより、正常系統一系統あたりに流れる最大電流は、故障系統での故障発生前と同等となる。

続いて、最大電流制限値設定ルーチンについて、図５のフローチャートを参照して説明する。以下のフローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを意味する。ここでは、図３のブロック図に準じ、「第２系統は正常であり、第１系統は故障の可能性がある」という前提で、第２系統の最大電流制限値Ｉｌｉｍを設定するフローを説明する。

Ｓ１では、他方の系統（第１系統）のインバータ６０１又は巻線組８０１が故障しているか否か判断する。他方の系統（第１系統）のインバータ６０１及び巻線組８０１が共に正常である場合（Ｓ１：ＮＯ）、Ｓ２で、二系統合計の定格電流Ｉｍａｘを最大電流制限値Ｉｌｉｍとする。他方の系統（第１系統）のインバータ６０１又は巻線組８０１が故障している場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、Ｓ３で、ショート故障であるかオープン故障であるか判定する。

ショート故障の場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、図４の特性図に基づき、モータ回転角速度ωに応じて最大電流制限値Ｉｌｉｍを設定する。
オープン故障の場合（Ｓ３：ＮＯ）、一系統駆動時の最大電流制限値Ｉｌｉｍを最大電流制限値Ｉｌｉｍとして設定する。この「一系統駆動時の最大電流制限値Ｉｌｉｍ」は、図４に破線で示すように、定格電流Ｉｍａｘの２分の１（Ｉｍａｘ／２）に設定してもよい。或いは、システムの出力、放熱性、安全率等を考慮し、定格電流Ｉｍａｘの２分の１（Ｉｍａｘ／２）から定格電流Ｉｍａｘまでの範囲で設定してもよい。

（効果）
第１実施形態のモータ制御装置１０１の効果について説明する。
（１）本実施形態では、二系統のうちいずれか一系統のインバータ６０１又は巻線組８０１がショート故障し、正常系統のみでモータ８０の駆動を継続する場合、モータ回転角速度ωが大きいほど、正常系統の最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させる。
モータ８０の回転中には各相のＭＯＳが交互にオンオフし、ｓｉｎ波形の電流が各相に平均的に流れる。抵抗をＲ、電流をＩとすると、発熱Ｐは、「Ｐ＝ＲＩ²」であることから、ｓｉｎ波形の電流の２乗の積算値は、最大電流（＝ｓｉｎ波形の振幅）の２乗の積算値に対してさらに小さくなる。つまり、回転中は停止中に比べ特定相に発熱が集中しないため、発熱防止に有利である。そこで、モータ回転中にのみ最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させることで、正常系統での発熱を効果的に防止しつつ、故障系統に発生する逆起電圧によって生じるブレーキトルクを補うトルクをモータ８０に出力させることができる。

（２）一方、モータ８０の停止中、すなわち回転角速度ωが０のときには、正常系統の最大電流制限値Ｉｌｉｍを、「通常駆動時における一系統あたりの最大電流制限値」である定格電流Ｉｍａｘの２分の１（Ｉｍａｘ／２）以下に設定する。
モータ８０の停止中、又は停止に近い低回転時には、特定相のＭＯＳのオン時間が長くなり、過電流によって集中的に発熱するおそれがあるため、最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させないことで、過剰な発熱による素子の破損等を防止することができる。

（３）故障系統がオープン故障した場合には故障系統において逆起電圧によるブレーキトルクが発生しないため、正常系統による駆動力を増加させる必要がない。したがって、モータ回転角速度ωに関係なく、正常系統一系統あたりの最大電流制限値Ｉｌｉｍを通常駆動時の値と同等に設定することで、制御を単純にすることができる。

（従来技術との対比）
ところで、特許文献１の従来技術では、故障系統における過剰な発熱を防止することを目的として、回転数が高いほど正常系統の出力制限値（本実施形態の最大電流制限値に相当）Ｉｌｉｍを減少させている。つまり、本発明が正常系統のみで要求トルクを出力することに注目しているのに対し、特許文献１の従来技術は、故障系統での逆起電圧による発熱に注目している点が異なる。ただし、本発明では高回転領域で最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させるのに対し、特許文献１の従来技術では出力制限値を減少させており、一見すると効果が相反するように思われるかもしれない。

図１１に、特許文献１の図５（ｂ）に相当する回転数Ｎと出力制限値Ｉｌｉｍとの折れ線形の特性図を示す。図１１によると、回転数Ｎが０から電流推定値Ｉｂｃに対応する境界回転数Ｎｃまでの領域では出力制限値Ｉｌｉｍが一定であり、境界回転数Ｎｃを超えると出力制限値Ｉｌｉｍが漸減する。この特性は、回転数Ｎが境界回転数Ｎｃより低い領域では、回転数Ｎの違いによる発熱に対する影響が比較的小さいことを意味する。つまり、折れ点である境界回転数Ｎｃの値は、使用する素子及び巻線の耐熱特性や制御装置の放熱性の良否によって大きく変化し得る。

そのため、モータ８０の実用領域が境界回転数Ｎｃよりも低回転側に収まる場合、境界回転数Ｎｃ以上の領域で出力制限値を小さくするという制御は、現実的に意味のないものとなる。このように、本発明は、モータ８０の実用領域が、故障系統の発熱に余り影響しない回転数領域に収まることを前提として、実用領域の回転数（モータ回転角速度）範囲において、モータ回転角速度ωが大きいほど最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させることを要旨とするものである。要するに、本発明の実施形態のモータ駆動装置１０１は、正常系統のみでの駆動において、故障系統の発熱に影響を与えることなく、ブレーキトルクを補うトルクをモータ８０に出力させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図６〜図８を参照して説明する。
図６に示すように、第２実施形態のモータ制御装置１０２の制御部６５２は、上記第１実施形態に対し、さらに、正常系統の素子温度Ｔｄを推定する温度推定部４０を備える。温度推定部４０で推定された素子温度Ｔｄは、第２系統の最大電流制限部２０に入力される。なお、図６では、第１系統の温度推定部の図示を省略する。
また、図６に示す温度推定部４０は、相電流Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２から素子温度Ｔｄを推定するものであるが、基板に設置した温度センサの検出値に基づいて、素子温度Ｔｄを推定するようにしてもよい。さらに、故障系統である第１系統の素子温度も推定するようにしてもよい。

回転角センサ８５で検出された電気角θを微分器８６で時間微分して算出されたモータ回転角速度ω、及び、温度推定部４０で推定された素子温度Ｔｄは、第２系統の最大電流制限部２０２に入力される。
図７に示すように、最大電流制限部２０２は、第１電流制限算出部２１、第２電流制限算出部２２、及び、最小選択部２３を有している。第１電流制限算出部２１にはモータ回転角速度ωが入力され、第２電流制限算出部２２には素子温度Ｔｄが入力される。また、第１電流制限算出部２１及び第２電流制限算出部２２には、最大電流制限値の基準値Ｉｌｉｍ＿ｒｅｆが入力される。基準値Ｉｌｉｍ＿ｒｅｆは、例えば定格電流Ｉｍａｘの２分の１（Ｉｍａｘ／２）程度に設定されている。

第１電流制限算出部２１は、図８（ａ）に示すマップを用いて、モータ回転角速度ωに対応する電流係数αを求める。このマップでは、モータ回転角速度ωが０から大きくなるにつれ、電流係数αが１から漸増する。そして、下式のように、最大電流制限値の基準値Ｉｌｉｍ＿ｒｅｆに電流係数αを乗じ、「第１仮値」として角速度電流制限値Ｉｌｉｍ＿ωを算出する。
Ｉｌｉｍ＿ω＝Ｉｌｉｍ＿ｒｅｆ×α

第２電流制限算出部２２は、図８（ｂ）に示すマップを用いて、素子温度Ｔｄに対応する電流係数βを求める。このマップでは、素子温度Ｔｄが高温になるにつれ、電流係数βが減少する。電流係数βは、例えば温度Ｔｘより低温側では１を上回り、温度Ｔｘより高温側では１を下回るように設定される。そして、下式のように、最大電流制限値の基準値Ｉｌｉｍ＿ｒｅｆに電流係数βを乗じ、「第２仮値」として素子温度電流制限値Ｉｌｉｍ＿Ｔｄを算出する。
Ｉｌｉｍ＿Ｔｄ＝Ｉｌｉｍ＿ｒｅｆ×β

電流係数α、βを算出するマップは、図８（ａ）、図８（ｂ）のように直線状のマップに限らず、適宜、折れ線形や曲線状のマップを採用してもよい。
最小選択部２３は、角速度電流制限値Ｉｌｉｍ＿ωと、素子温度電流制限値Ｉｌｉｍ＿Ｔｄとの小さい方の値を最大電流制限値の確定値Ｉｌｉｍ＿ｆｉｘとして出力する。これにより、素子温度Ｔｄに応じて最大電流制限値Ｉｌｉｍを適正に設定することができる。
したがって、第２実施形態は、第１実施形態の作用効果に加え、正常系統の素子の過熱を好適に防止することができる。さらに、故障系統の素子温度も推定し、最大電流制限値Ｉｌｉｍの設定に反映させるようにすれば、特許文献１の発明の課題である「故障系統の素子の発熱防止」を両立した制御が可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について、図９を参照して説明する。第３実施形態のモータ制御装置１０３の制御部６５３は、上記第１実施形態に対し、回転角速度ωに代えて、トルクセンサ９４が検出した操舵トルクＴｓの絶対値の微分値（ｄ｜Ｔｓ｜／ｄｔ）、すなわち「所定時間内の変化量」に基づいて、最大電流制限値Ｉｌｉｍを算出することを特徴とする。

図９において、制御部６５３は、トルクセンサ９４から操舵トルクＴｓを取得する。操舵トルクＴｓは、一方の回転方向を正、その反対方向を負として定義されている。微分器４５は、操舵トルクの絶対値｜Ｔｓ｜を時間微分し、微分値（ｄ｜Ｔｓ｜／ｄｔ）を正常系統の最大電流制限部２０２に出力する。
最大電流制限部２０２は、操舵トルクＴｓの絶対値の微分値（ｄ｜Ｔｓ｜／ｄｔ）が大きいほど最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させる。この増加特性は、モータ回転角速度ωに対する最大電流制限値Ｉｌｉｍの増加特性（図４）と同様の各パターンを取り得る。

第３実施形態によると、第１系統のインバータ６０１でショート故障が発生した状況で運転者がハンドルを急操舵したとき、第２系統の最大電流制限値Ｉｌｉｍを増加させるため、第２系統（正常系統）の駆動のみで、第１系統（故障系統）に発生する逆起電圧によって生じるブレーキトルクを補うトルクをモータ８０に出力させることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について、図１０を参照して説明する。上記第１〜第３実施形態が制御部６５１〜６５３の内部の構成に特徴を有することに対し、第４実施形態は、モータ制御装置１０１〜１０３の制御部６５１〜６５３と、上位の車両制御装置５５との通信に関する構成に特徴を有する。したがって、第４実施形態は、上記第１〜第３実施形態のいずれと組み合わせることも可能である。

第４実施形態が適用される車両では、正常時に、上位の車両制御装置５５からＥＰＳモータ制御装置１０１〜１０３の制御部６５１〜６５３に対し、「協調制御」を指令する。
この協調制御は、電動パワーステアリング装置１と、車両に搭載された他の制御装置との協働により車両に所望の動作を実現させるものである。具体的には、ギア比可変制御、自動運転、自動駐車、レーンキープアシスト、緊急回避等が協調制御に該当する。車両制御装置５５は、ＥＰＳモータ制御装置１０１〜１０３、エンジン制御装置５６、ブレーキ制御装置５７等に協調制御信号を送信し、「走る」、「曲がる」、「止まる」の動作を統括的に制御する。

しかし、このような協調制御は、電動パワーステアリング装置１が正常に動作しない状況では、協調制御の要求を実行することができない場合がある。
そこで第４実施形態では、故障検出手段７５１、７５２によって、いずれかの系統のインバータ６０１、６０２又は巻線組８０１、８０２のショート故障又はオープン故障が検出されたとき、制御部６５１〜６５３は、車両制御装置５５から指令される協調制御信号の要求を実行不能な場合、協調制御信号の受信を拒否する。

これにより、いずれかの系統のインバータ６０１、６０２又は巻線組８０１、８０２が故障した状況で協調制御を行うことにより、車両が意図に反した動作をすることを防止することができる。
さらに制御部６５１〜６５３は、車両制御装置５５に対して、故障の通知、又は、受信拒否の通知を送信する。通知を受けた車両制御装置５５は、異常時処置として、エンジン制御装置５６やブレーキ制御装置５７への協調制御信号を変更したり中止したりする。

（その他の実施形態）
（ア）本発明の回転機の制御装置は、上記実施形態で示したように、「電力変換器」として複数系統のインバータを用いて３相交流モータの駆動を制御する制御装置に限らず、「電力変換器」として複数系統のＨブリッジ回路を用いて直流モータ（ブラシ付モータ）の駆動を制御する制御装置に適用してもよい。
また、３相に限らず、４相以上の多相交流モータに適用してもよい。

（イ）本発明における「複数系統の電力変換器（インバータ、Ｈブリッジ回路）」は、二系統に限らず三系統以上でもよい。複数系統のうち一系統以上が故障し、且つ、一系統以上の正常系統により駆動を継続する場合、正常系統の最大電流制限値Ｉｌｉｍについて上記実施形態と同様の構成を適用することができる。例えば、Ｎ系統のうちＭ（＜Ｎ）系統が故障したとき、（Ｎ−Ｍ）系統の正常系統について、一系統あたりの最大電流制限値Ｉｌｉｍは、図４に準じ、定格電流のＮ分の１（Ｉｍａｘ／Ｎ）を基点として、モータ回転角速度ωに応じて増加する特性線で表される。

（ウ）制御装置１０の具体的な構成は、上記実施形態の構成に限らない。例えばスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ以外の電界効果トランジスタやＩＧＢＴ等であってもよい。ＩＧＢＴ等のトランジスタの場合、ベースにオフ信号が入力されているにもかかわらず、コレクタ−エミッタ間がオン状態であるときが「ショート故障」に該当する。
（エ）例えば二系統の巻線組に流す３相電流は、同位相に限らず、位相をずらすような構成としてもよい。

（オ）モータ回転角速度ωに応じて最大電流制限値Ｉｌｉｍを決定する第１実施形態、並びに、モータ回転角速度ω及び素子温度Ｔｄに応じて最大電流制限値Ｉｌｉｍを決定する第２実施形態については、ＥＰＳモータ制御装置として適用されるものに限らず、電動パワーステアリング装置以外の車載装置や、車載装置以外の各種装置におけるモータ又は発電機の制御装置として適用されてもよい。

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。

１ ・・・電動パワーステアリング装置、
１０１〜１０３ ・・・ＥＰＳモータ制御装置（回転機の制御装置）、
６０１、６０２ ・・・インバータ（電力変換器）、
６１１〜６１６、６２１〜６２６ ・・・スイッチング素子、
６５１〜６５３ ・・・制御部、
７５１、７５２ ・・・故障検出手段、
８０ ・・・モータ（回転機）、
８０１、８０２ ・・・巻線組、
Ｉｌｉｍ ・・・最大電流制限値。

Claims (3)

1. 複数組の巻線組（８０１、８０２）を有する回転機（８０）の駆動を制御する制御装置（１０２）であって、
   ブリッジ接続された上下アームのスイッチング素子（６１１〜６１６、６２１〜６２６）によって構成され、直流電力を変換して対応する前記巻線組に供給する複数系統の電力変換器（６０１、６０２）と、
   前記電力変換器又は前記巻線組の故障を検出する故障検出手段（７５１、７５２）と、
   前記回転機の前記巻線組へ通電する電流についての電流指令値、及び、当該電流指令値に対する最大電流制限値を演算し、前記電力変換器への出力を系統毎に制御する制御部（６５２）と、
   を備え、
   前記制御部は、当該制御装置を構成する電子素子の温度を推定する温度推定手段（４０）を有し、
   いずれかの系統の前記電力変換器又は前記巻線組において、いずれかの配線間が非導通を意図する制御に反して導通状態となっている一部系統ショート故障であることが前記故障検出手段によって検出されたとき、
   前記制御部は、
   故障した系統の前記電力変換器への出力を停止し、且つ、正常系統の前記電力変換器への出力について、
   前記回転機の回転角速度がゼロのとき、一系統あたりの前記最大電流制限値を、全ての系統の前記電力変換器及び前記巻線組が正常である通常駆動時における一系統あたりの前記最大電流制限値以下に設定し、
   前記回転機の回転角速度に応じて、前記回転機の回転角速度が大きいほど前記最大電流制限値を増加させるように前記最大電流制限値の第１仮値を算出し、
   さらに、前記最大電流制限値の第１仮値と、前記温度推定手段によって推定された素子温度に応じて算出される前記最大電流制限値の第２仮値との小さい方の値を前記最大電流制限値の確定値として出力し、
   いずれかの系統の前記電力変換器又は前記巻線組において、いずれかの配線間が導通を意図する制御に反して非導通状態となっている一部系統オープン故障であることが前記故障検出手段によって検出されたとき、
   前記制御部は、
   故障した系統の前記電力変換器への出力を停止し、且つ、正常系統の前記電力変換器への出力について、一系統あたりの前記最大電流制限値を、前記通常駆動時における一系統あたりの前記最大電流制限値以下に設定することを特徴とする回転機の制御装置。
2. 車両の電動パワーステアリング装置（１）に適用され、操舵トルクをアシストするモータの駆動を制御する請求項１に記載の回転機の制御装置（１０３）であって、
   前記故障検出手段によって前記一部系統ショート故障であることが検出されたとき、
   前記制御部（６５３）は、正常系統の前記電力変換器への出力について、
   前記回転機の回転角速度に代えて、前記操舵トルクの所定時間内の変化量に応じて、前記操舵トルクの所定時間内の変化量が大きいほど前記最大電流制限値を増加させるように前記最大電流制限値を算出することを特徴とする回転機の制御装置。
3. 車両の電動パワーステアリング装置（１）に適用され、操舵トルクをアシストするモータの駆動を制御し、さらに、前記電動パワーステアリング装置と車両に搭載された他の制御装置との協働により車両に所望の動作を実現させる協調制御の指令を上位の車両制御装置（５５）から受ける請求項１または２に記載の回転機の制御装置であって、
   前記故障検出手段によって、いずれかの系統の前記電力変換器又は前記巻線組の故障が検出されたとき、
   前記制御部は、前記車両制御装置から指令される協調制御信号の要求を実行不能な場合、前記協調制御信号の受信を拒否することを特徴とする回転機の制御装置。

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