(57)【要約】  正常組の３相巻線の供給電流を増加させる場合に、供給電流の増加を管理し、モータへの影響を管理することができる電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置を提供する。異常発生組の３相巻線（１、２）への供給電流を０にすると共に、正常組の３相巻線（１、２）への供給電流を、予め設定された増加上限電流値を上限として、正常時よりも増加させる電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置（５０）。
2017158680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２組の３相巻線を設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有し、車両の操舵機構を駆動するモータと、
各組の前記３相巻線に交流電力を供給する２組のインバータと、
前記２組のインバータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、一方の組の前記３相巻線の制御系統に異常が発生した場合に、異常発生組の前記３相巻線への供給電流を０にすると共に、正常組の前記３相巻線への供給電流を、予め設定された増加上限電流値を上限として、正常時よりも増加させる電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項２】
前記増加上限電流値が、各組の前記３相巻線の定格電流値に設定されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項３】
前記増加上限電流値は、前記モータの最大使用温度において、前記永久磁石の減磁率が、予め定められた許容減磁率以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項４】
前記増加上限電流値は、前記モータの最大使用温度において、各組の前記３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項５】
前記増加上限電流値は、前記モータの最大使用温度において、前記永久磁石の減磁率が、予め定められた許容減磁率以下になり、且つ各組の前記３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されている請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項６】
前記増加上限電流値は、電流に巻線の巻き数を乗算したアンペアターン値を基準に設定されている請求項１から５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項７】
前記永久磁石は、正常組の前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた条件に基づいて設定されている請求項１から６のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項８】
前記永久磁石の保磁力は、前記モータの最大使用温度において、正常組の前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下になるように設定されている請求項１から７のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項９】
前記永久磁石の動作点パーミアンスは、前記モータの最大使用温度において、正常組の前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下になるように設定されている請求項１から８のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項１０】
前記３相巻線の冷却機構は、前記モータの最大使用温度において、正常組の前記３相巻線への供給電流を前記増加上限電流値まで増加させた場合に、各組の前記３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になるように設定されている請求項１から９のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項１１】
各組の前記３相巻線は、集中巻きとされており、第１組の前記３相巻線と第２組の前記３相巻線とは、前記ステータの異なるティースに巻回されており、同一の前記ティースに巻回されていない請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【請求項１２】
各組の前記３相巻線は、分布巻きとされており、各相の巻線は、複数のスロットを跨いで巻回されており、各相について、第１組の前記３相巻線が跨いでいるスロットと、第２組の前記３相巻線が跨いでいるスロットと、が重なっている請求項１から１０のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような３相２重化モータ装置に関連して、例えば、下記の特許文献１に記載された技術が既に知られている。一方の組の所定の相のスイッチング素子に故障が発生すると、異常発生組の巻線が発生するトルクに、故障相に対応する所定の電気角においてトルク低下が生じる。特許文献１の技術では、故障発生組のトルク低下を補うため、正常組の巻線が発生するトルクを、トルク低下が生じる所定の電気角で増加させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７８２２１（段落[００４７]〜[００４９]）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、正常組の巻線への供給電流を正常時よりも増加させると、正常組の巻線の温度が上昇して巻線の耐久性が悪化したり、ロータの永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界が増加して永久磁石が減磁したりするおそれがある。特に、異常発生組の巻線の全ての相の供給電流を０にする場合は、トルク低下を補うため、正常組の巻線への供給電力を大幅に増加させる必要があり、巻線の温度上昇、磁石の減磁のおそれが大きくなる。しかしながら、特許文献１の技術では、これらの巻線の温度上昇、磁石の減磁の問題に対する技術は開示されていない。【０００５】
そこで、一方の組の異常発生時に、正常組の３相巻線の供給電流を正常時よりも増加させる場合に、供給電流の増加による巻線の温度上昇、磁石の減磁等のモータへの影響を管理することができる電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置は、２組の３相巻線を設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有し、車両の操舵機構を駆動するモータと、各組の前記３相巻線に交流電力を供給する２組のインバータと、前記２組のインバータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、一方の組の前記３相巻線の制御系統に異常が発生した場合に、異常発生組の前記３相巻線への供給電流を０にすると共に、正常組の前記３相巻線への供給電流を、予め設定された増加上限電流値を上限として、正常時よりも増加させるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置によれば、異常発生組の３相巻線への供給電流を０にしたことによるモータのトルク低下を、正常組の３相巻線への供給電流を正常時よりも増加させることにより補うことができる。この際、正常組の供給電流の増加は、予め設定された増加上限電流値により上限制限されるので、電流増加による巻線の発熱量の増加、永久磁石の減磁への影響を、予め想定した範囲に管理することができ、その想定範囲で、モータの冷却性能を予め設計し、永久磁石の保磁力等を予め設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る３相２重化モータ装置の巻線配置、結線図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る３相２重化モータ装置の組毎の巻線配置、結線図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るモータの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るステータの断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るモータの部分断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る３相２重化モータ装置の概略構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る制御装置の概略ブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る３相２重化モータ装置の巻線配置、結線図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る３相２重化モータ装置の組毎の巻線配置、結線図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る３相２重化モータ装置の２組分のＵ相の巻線配置、結線図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る３相２重化モータ装置の組毎のＵ相の巻線配置、結線図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る３相２重化モータ装置の６スロットピッチの２組分のＵ相の巻線配置、結線図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る３相２重化モータ装置の６スロットピッチの組毎のＵ相の巻線配置、結線図である。
【図１５】本発明の実施の形態２に係るモータの断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係るステータの断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る３相２重化モータ装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置４９用の３相２重化モータ装置５０（以下、単に、３相２重化モータ装置５０と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る３相２重化モータ装置５０の巻線配置、結線図であり、図２は、組毎の巻線配置、結線図であり、図３は、モータ５１の断面図であり、図４はステータ５２の断面図であり、図５は、モータ５１の部分断面図であり、図６は、３相２重化モータ装置５０の回路図であり、図７は、電動パワーステアリング装置４９の概略構成図であり、図８は、制御装置５３の概略ブロック図である。
【００１０】
３相２重化モータ装置５０は、２組の３相巻線１、２を設けたステータ５２と永久磁石１２を設けたロータ１１とを有するモータ５１と、各組の３相巻線１、２に交流電力を供給する２組のインバータ１５、１７と、２組のインバータ１５、１７を制御する制御装置５３と、を備えている。モータ５１は、車両の操舵機構を駆動する。
【００１１】
図７に示すように、３相２重化モータ装置５０は、電動パワーステアリング装置４９に組み込まれている。運転者が操作するハンドル１９にはステアリングシャフト２０が連結されている。ステアリングシャフト２０には運転者の操舵力を検知するトルクセンサ２１が取り付けられている。ステアリングシャフト２０は、インターミディエートシャフト２２を通して、ラック軸２３内のピニオンギア２４に連結されている。操向輪である前輪２５ａ、２５ｂのナックルアーム２６ａ、２６ｂにはラック軸２３に連結されたタイロッド２７ａ、２７ｂが接続されている。ラック軸２３の動きがタイロッド２７ａ、２７ｂと、ナックルアーム２６ａ、２６ｂを経て前輪２５ａ、２５ｂに伝わることにより、前輪２５ａ、２５ｂが操向される。ラック軸２３にはギアを介してモータ５１が連結されており、モータ５１の回転駆動力がラック軸２３を動かす駆動力となっている。
【００１２】
このように構成された電動パワーステアリング装置４９では、運転者がハンドル１９を操舵すると、トルクセンサ２１から操舵に応じたトルク信号が制御装置５３に送られる。制御装置５３は、トルク信号と車速等の車両信号から必要なアシストトルクを算出し、モータ５１がアシストトルクを出力するように、モータ５１の供給電流を制御する。
【００１３】
図１及び図２に示すように、第１組及び第２組の３相巻線１、２は、それぞれ、集中巻きとされており、デルタ結線されている。第１組の３相巻線１は、第１組のインバータ１５に接続される、各相の接続端子ＴＵ１、ＴＶ１、ＴＷ１を備えている。第２組の３相巻線２は、第２組のインバータ１７に接続される、各相の接続端子ＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２を備えている。第１組の３相巻線１と第２組の３相巻線２とは、ステータ５２の異なるティース１０に巻回されており、同一のティース１０に巻回されていない。第１組の３相巻線１と第２組の３相巻線２とは、周方向に隣り合うティース１０にそれぞれ巻回されている。図１、図２の各ティース１０の下側の数字は、ティース番号を示している。
【００１４】
図３に示すように、モータ５１は、１０極１２スロット（ティース）の構成となっている。ステータ５２は、電磁鋼板を積層して形成されたステータ鉄心９を備えている。ステータ鉄心９にはティース１０が１２個設けられている。各ティース１０には、絶縁材を介して２組の３相巻線１、２が巻回されている。ステータ鉄心９の内側には、ロータ１１が設けられている。ロータ１１の外周部には永久磁石１２が１０個設けられている。なお、表面磁石構造でなく、ロータ１１の内部に永久磁石１２が埋め込まれた埋込磁石構造とされてもよい。図中の[１]は、第１組の巻線の配置を示しており、[２]は、第２組の巻線の配置を示している。図４には、ステータ５２のみを示している。ステータ鉄心９の内側に記載した数字は、ティース番号を示している。図５には、１つのティース１０、及び１つの永久磁石１２の部分のみを示している。
【００１５】
図６に示すように、第１組のインバータ１５は、直流電源５４（本例では、車載バッテリー）から供給された直流電力を交流電力に変換して第１組の３相巻線１に供給する。第２組のインバータ１７は、直流電源５４から供給された直流電力を交流電力に変換して第２組の３相巻線２に供給する。第１組のインバータ１５は、直流電源５４の正極端子に接続される正極側のスイッチング素子６１（上アーム）と、直流電源５４の負極端子に接続される負極側のスイッチング素子６２（下アーム）と、が直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。すなわち、第１組のインバータ１５は、合計６つの電力変換用のスイッチング素子６１、６２を備えている。各スイッチング素子には、フリーホイールダイオードが逆並列接続されている。スイッチング素子６１、６２には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等が用いられる。
【００１６】
各相の正極側のスイッチング素子６１及び負極側のスイッチング素子６２の接続ノードが、それぞれ、対応する相の第１組の３相巻線１の接続端子ＴＵ１、ＴＶ１、ＴＷ１に接続されている。各相の直列回路（レッグ）には、それぞれ、電流検出用のシャント抵抗６３が設けられている。各シャント抵抗６３の両端電位差が、制御装置５３に入力される。第１組のインバータ１５のスイッチング素子６１、６２は、それぞれ、制御装置５３の第１の駆動回路１４から出力される制御信号によってオンオフされる。
【００１７】
第２組のインバータ１７は、第１組のインバータ１５と同様に構成されている。すなわち、第２組のインバータ１７は、６つの電力変換用のスイッチング素子６１、６２と、３つのシャント抵抗６３と、を設けている。各相の正極側のスイッチング素子６１及び負極側のスイッチング素子６２の接続ノードが、それぞれ、対応する相の第２組の３相巻線１の接続端子ＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２に接続されている。第２組のインバータ１７のスイッチング素子６１、６２は、それぞれ、制御装置５３の第２の駆動回路１６から出力される制御信号によってオンオフされる。
【００１８】
制御装置５３は、図８に示すように、第１組のインバータ１５を制御することにより、第１組の３相巻線１に供給する電流を制御する第１のモータ電流制御部５５ａと、第２組のインバータ１７を制御することにより、第２組の３相巻線２に供給する電流を制御する第２のモータ電流制御部５５ｂと、第１組の制御系統の異常を検出する第１の異常検出部５６ａと、第２組の制御系統の異常を検出する第２の異常検出部５６ｂと、を備えている。
【００１９】
制御装置５３の各制御部５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂ等の各機能は、制御装置５３が備えた処理回路により実現される。本実施の形態では、制御装置５３は、図６に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の演算処理装置１３（コンピュータ）、演算処理装置１３とデータのやり取りする記憶装置７１、演算処理装置１３に外部の信号を入力する入力回路７２、及び演算処理装置１３から外部に信号を出力する出力回路等を備えている。記憶装置７１として、演算処理装置１３からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random  Access  Memory）や、演算処理装置１３からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read  Only  Memory）等が備えられている。入力回路７２は、各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置１３に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路は、スイッチング素子をオンオフ駆動する第１及び第２の駆動回路１４、１６等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置１３から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。本実施の形態では、入力回路７２には、電流センサとしてのシャント抵抗６３、ロータ１１の回転角を検出する回転センサ７３、電源電圧を検出する電圧センサ７４、並びに、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ２１、車両の走行速度を検出する車速センサ７５等が接続されている。第１及び第２の駆動回路１４、１６には、各スイッチング素子６１、６２が接続されている。
【００２０】
そして、制御装置５３が備える各制御部５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂ等の各機能は、演算処理装置１３が、ＲＯＭ等の記憶装置７１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置７１、入力回路７２、及び出力回路等の制御装置５３の他のハードウェアと協働することにより実現される。
【００２１】
第１及び第２のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、トルクセンサ２１の出力信号に基づいて検出した操舵トルク及び車速に基づいて、モータ５１に要求するアシストトルクを算出する。そして、第１及び第２のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、それぞれ、アシストトルクに各組の分担比（正常時は５０％）を乗算した各組の分担アシストトルクに基づいて、各組の３相巻線の電流指令を算出する。第１及び第２のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、それぞれ、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御により各組のスイッチング素子６１、６２をオンオフ制御する。
【００２２】
詳細には、第１及び第２のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、それぞれ、各組の分担アシストトルクに基づいて、ｄｑ軸の回転座標系で表したｄｑ軸の電流指令を算出する。本実施の形態では、同一電流に対して発生トルクを最大にするようなｄｑ軸の電流指令を算出する最大トルク電流制御方法に従って、ｄｑ軸の電流指令が算出される。ｄｑ軸の回転座標系は、ロータ１１に設けられた永久磁石１２のＮ極の向き（磁極位置）に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定めたｑ軸からなる、ロータ１１の電気角での回転に同期して回転する２軸の回転座標系である。
【００２３】
第１及び第２のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、ｄｑ軸（２相）の回転座標系において、電流指令と実電流との偏差に基づき、比例積分制御等によりｄｑ軸の電圧指令を算出し、ｄｑ軸の電圧指令に対して、固定座標変換及び２相３相変換を行って３相電圧指令を算出する。そして、３相電圧指令と搬送波との比較により、各相のスイッチング素子６１、６２をオン又はオフさせる矩形パルス波信号のデューティ比を変化させるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う。
【００２４】
第１組の３相巻線１に供給される供給電流と第２組の３相巻線２に供給される供給電流との間には電気角３０度の位相差がある。そのため、永久磁石１２の起磁力の高調波５次、７次、ステータ５２の起磁力の高調波５次、７次、及び駆動電流の高調波５次、７次によって生じる電気角６次のトルクリップルを、第１組と第２組とで相殺させて低減させることができる。
【００２５】
第１及び第２の異常検出部５６ａ、５６ｂは、それぞれ、電流検出値等のセンサ情報から各組のインバータ１５、１７及び３相巻線１、２等の制御系統の異常を検出する。例えば、異常検出部５６ａ、５６ｂは、各スイッチング素子６１、６２をオンオフしたときに流れる電流を各シャント抵抗６３で検出し、電流値が正常であるか否かを判定することにより、異常個所を判定する。
【００２６】
異常発生組のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、異常を検出した場合に、異常発生組の３相巻線への供給電流を０にする。異常発生組のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、異常が発生した組のインバータ１５、１７の全ての上下アームのスイッチング素子６１、６２を開放させる。
【００２７】
正常組のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、異常を検出した場合に、正常組の３相巻線への供給電流を、予め設定された増加上限電流値を上限として、正常時よりも増加させるように構成されている。
【００２８】
この構成によれば、異常発生組の３相巻線への供給電流を０にしたことによるモータ５１のトルク低下を、正常組の３相巻線への供給電流を正常時よりも増加させることにより補うことができる。この際、正常組の供給電流の増加は、予め設定された増加上限電流値により上限制限されるので、電流増加による巻線の発熱量の増加、永久磁石の減磁への影響を、予め想定した範囲に管理することができ、その想定範囲で、モータ５１の冷却性能を予め設計し、永久磁石の保磁力等を予め設計することができる。
【００２９】
増加上限電流値は、電動パワーステアリング装置４９が搭載される車両の設計により適宜設定される。異常発生時でも正常時と同じトルクが必要な場合は、増加上限電流値は、正常時の各組の最大供給電流値の２倍に設定される。異常発生時に実用上問題のないレベルのトルク（例えば、正常時の７０％）が必要な場合は、増加上限電流値は、正常時の各組の最大供給電流値の１．４倍に設定される。本実施の形態では、増加上限電流値は、少なくとも、正常時の各組の最大供給電流値の１．２倍以上に設定されているものとする。
【００３０】
正常組のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、異常が発生した場合は、モータ５１に要求されている要求電流値に、予め設定された異常時分担比（例えば、１００％、又は７０％）を、正常組の３相巻線の電流指令に設定する。ここで、正常時の各組の最大供給電流値に、異常時分担比の２倍値を乗算した値が、増加上限電流値に相当する。
【００３１】
本実施の形態では、正常組のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、異常が発生した場合は、操舵トルク及び車速に基づいて算出したモータ５１に要求されているアシストトルクに、予め設定された異常発生時分担比（例えば、１００％、又は７０％）を乗算した正常組の分担アシストトルクを算出する。そして、正常組のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、上記した正常時と同様に、正常組の分担アシストトルクに基づいて、正常組の３相巻線の電流指令を算出する。正常組のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、上記した正常時と同様に、正常組の３相巻線の電流指令に基づいて、電流フィードバック制御及びＰＷＭ制御を行って、正常組の各スイッチング素子６１、６２をオンオフ制御する制御指令を出力する。本実施の形態では、正常組のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、異常発生時も、最大トルク電流制御を実行するように構成されている。
【００３２】
正常組の巻線の供給電流を増加させると、正常組の巻線のアンペアターン値（電流×巻き数）が増加し、ロータ１１の永久磁石１２を減磁させる方向に作用する磁界が増加する。アンペアターン値を増加させていくと、通常の設計では永久磁石１２が減磁してモータ５１の性能が低下してしまう。更に、正常組の巻線の供給電流を増加させると、正常組の巻線の発熱量も増加し、通常の設計では巻線の温度が許容温度に達するまでの駆動継続時間が短くなり、操舵が制限される。
【００３３】
これを回避するために、増加上限電流値が、各組の３相巻線の定格電流値に設定されている。すなわち、正常組の３相巻線の供給電流を増加上流制限値まで増加させても、永久磁石１２の減磁率を許容減磁率以下に維持でき、且つ巻線の温度を許容温度以下に継続的に維持できるように、モータ５１が設計されている。よって、増加上限電流値を、各組の３相巻線の定格電流値に設定できるように、モータ５１が設計されている。
【００３４】
本実施の形態では、増加上限電流値は、モータ５１の最大使用温度において、永久磁石１２の減磁率が、予め定められた許容減磁率以下になり、且つ各組の３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されている。ここで、最大使用温度は、仕様上許容されているモータ５１の最大環境温度である。
【００３５】
許容減磁率は、実用上許容できる減磁率とされており、例えば、５％以下の任意の値（例えば３％）に定められる。減磁率は、不可逆減磁率であり、例えば、正常時を基準にした永久磁石１２の鎖交磁束の減少率とされる。許容温度は、想定している装置（車両）の使用期間において、巻線の被膜の絶縁性が十分なマージンを持って確保できる最大巻線温度に定められる。また、３相巻線の温度が、継続的に許容温度以下になることが求められる。
【００３６】
減磁率に余裕がある場合は、増加上限電流値は、モータ５１の最大使用温度において、各組の３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に設定される。
【００３７】
巻線の温度に余裕がある場合は、増加上限電流値は、モータ５１の最大使用温度において、永久磁石１２の減磁率が、予め定められた許容減磁率以下になる供給電流の範囲の最大値に設定される。
【００３８】
本実施の形態では、増加上限電流値は、電流に巻線の巻き数を乗算したアンペアターン値を基準に設定されている。すなわち、増加上限電流値は、増加上限アンペアターン値として設定されており、正常組のモータ電流制御部５５ａ、５５ｂは、正常組の３相巻線への供給アンペアターン値を、増加上限アンペアターン値を上限として、正常時よりも増加させるように構成されている。アンペアターン値で管理すると、永久磁石１２の減磁率を管理し易くなる。
【００３９】
車両側の基本性能の設計仕様により異常発生時の最大アシストトルクが指定され、この異常発生時の最大アシストトルクから異常発生時分担比及び増加上限電流値が定まる場合がある。この場合には、指定された増加上限電流値を達成するように、永久磁石１２及び３相巻線の冷却機構を設計する必要がある。
【００４０】
永久磁石１２は、正常組の３相巻線への供給電流を増加上限電流値まで増加させた条件に基づいて設定（設計）されている。具体的には、永久磁石１２の保磁力は、モータ５１の最大使用温度において、正常組の３相巻線への供給電流を増加上限電流値まで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下になるように設定（設計）されている。また、永久磁石１２の動作点パーミアンスは、モータ５１の最大使用温度において、正常組の３相巻線への供給電流を増加上限電流値まで増加させた場合に、減磁率が予め定められた許容減磁率以下になるように設定（設計）されている。永久磁石１２の保磁力は、永久磁石１２の材質、コーティング等を変化させることにより、高めることができる。永久磁石１２の動作点パーミアンスは、図５に示した、永久磁石１２の周方向幅Ｗ、永久磁石１２の厚みｔ、エアギャップＬを変化させることにより、所望の値に設定することができる。
【００４１】
３相巻線の冷却機構は、モータ５１の最大使用温度において、正常組の３相巻線への供給電流を増加上限電流値まで増加させた場合に、各組の３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になるように設定（設計）されている。例えば、放熱用ヒートシンク、巻線から放熱用ヒートシンクまでの伝熱機構等が設計変更される。また、巻線の被膜の耐熱性を向上させることにより、許容温度を増加させてもよい。また、増加上限電流値に合わせて、各組のスイッチング素子６１、６２の冷却機構が設計される。
【００４２】
従って、一方の組の異常発生時においても、正常組の３相巻線への供給電流を増加させることにより、正常時に近いモータ５１の性能を確保しつつ、ロータ１１の永久磁石１２の減磁によるモータ５１の基本性能の低下を防止し、且つモータ５１の巻線の発熱により駆動継続時間が短くなることを防止することができる。このため、より安全性、信頼性が向上した電動パワーステアリング装置４９とすることができる。
【００４３】
なお、本実施例では１０極１２スロット構成のモータ５１で説明したが、極数及びスロット数の組み合わせはこれに限定されるものではない。
【００４４】
実施の形態２．
実施の形態２に係る３相２重化モータ装置５０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る３相２重化モータ装置５０の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、３相巻線１、２の巻線方法が異なる。
【００４５】
図９は、本実施の形態に係る３相２重化モータ装置５０の巻線配置、結線図であり、図１０は、組毎の巻線配置、結線図であり、図１１は、２組分のＵ相の巻線配置、結線図であり、図１２は、組毎のＵ相の巻線配置、結線図であり、図１３は、スロット番号１から８部分の２組分のＵ相の巻線配置、結線図であり、図１４は、スロット番号１から８部分の組毎のＵ相の巻線配置、結線図であり、図１５は、モータ５１の断面図であり、図１６は、ステータ５２の断面図であり、図１７は、３相２重化モータ装置５０の回路図である。
【００４６】
図９及び図８に示すように、第１組及び第２組の３相巻線１、２は、それぞれ、分布巻きとされており、スター結線されている。第１組の３相巻線１は、各相の巻線を結線する中性点３１、第１組のインバータ１５に接続される、各相の接続端子ＴＵ１、ＴＶ１、ＴＷ１を備えている。第２組の３相巻線２は、各相の巻線を結線する中性点３２、第２組のインバータ１７に接続される、各相の接続端子ＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２を備えている。図９から図１４の巻線の下側の数字は、スロット番号を示している。
【００４７】
本実施の形態のモータ５１は、８極４８スロットの構成になっている（図１５参照）。１スロットピッチは、電気角３０度に相当する。各相の巻線は、複数のスロット４２を跨いで巻回されている。各相について、第１組の３相巻線１が跨いでいるスロット４２と、第２組の３相巻線２が跨いでいるスロット４２と、が重なっている。
【００４８】
図１１、図１２には、第１組のＵ相巻線３９と第２組のＵ相巻線４０のみ抜き出して図示している。図示のように、各相の巻線は６スロットピッチ、すなわち電気角１８０度ピッチで巻回されており、全節巻となっている。すなわち、各相の巻線は、所定のスロット４２に配置された後、５つのスロット４２を跨いだ、６つ目のスロット４２に配置される。図１３、図１４には、第１組のＵ相巻線３９及び第２組のＵ相巻線４０について、永久磁石１２の１極分（スロット番号１から８）の単位巻線のみ抜き出して図示している。図示のように、第１組のＵ相巻線３９と第２組のＵ相巻線４０とは、互いに１スロットずらして配置されている。そのため、第１組のＵ相巻線３９と第２組のＵ相巻線４０とは、６スロットピッチ中、５スロットで互いに重なって配置されている。
【００４９】
図１５に示すように、電磁鋼板を積層して形成されたステータ鉄心９にはスロット４２が４８個設けられている。各スロット４２には、絶縁材を介して２組の３相巻線１、２が配置されている。ステータ鉄心９の内側には、ロータ１１が設けられている。ロータ１１の外周部には永久磁石１２が８個設けられている。図１６には、ステータ５２のみを図示している。ステータ鉄心９の内側に記載した数字は、スロット番号を示している。
【００５０】
図１７に示すように、実施の形態１と同様に、第１組の３相巻線１の接続端子ＴＵ１、ＴＶ１、ＴＷ１は、第１組のインバータ１５に接続されている。第２組の３相巻線２の接続端子ＴＵ２、ＴＶ２、ＴＷ２は、第２組のインバータ１７に接続されている。第１組の３相巻線１に供給される供給電流と第２組の３相巻線２に供給される供給電流との間には電気角３０度の位相差がある。そのため、永久磁石１２の起磁力の高調波５次、７次、ステータ５２の起磁力の高調波５次、７次、及び駆動電流の高調波５次、７次によって生じる電気角６次のトルクリップルを、第１組と第２組とで相殺させて低減させることができる。
【００５１】
第１組及び第２組のインバータ１５、１７、及び制御装置５３の構成は、上記の実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５２】
ただし、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、上記したように、第１組の３相巻線１と第２組の３相巻線２が、６スロットピッチ中、５スロットで互いに重なって配置されている。そのため、例えば、第２組の３相巻線２の供給電流が０になり、第１組の３相巻線１の供給電流が正常時よりも増加されても、重なった５スロットの部分では巻線の起磁力の合計は正常時よりも増加しない。そのため、永久磁石１２に作用する磁界も正常時と同等以下となり、永久磁石１２の減磁を回避することができる。よって、本実施の形態では、ロータ１１の永久磁石１２の減磁による性能低下の問題は発生し難い。
【００５３】
そこで、本実施の形態では、増加上限電流値は、モータ５１の最大使用温度において、各組の３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になる供給電流の範囲の最大値に予め設定されている。また、３相巻線の冷却機構は、モータ５１の最大使用温度において、正常組の３相巻線への供給電流を増加上限電流値まで増加させた場合に、各組の３相巻線の温度が、予め定められた許容温度以下になるように設定（設計）されている。例えば、放熱用ヒートシンク、巻線から放熱用ヒートシンクまでの伝熱機構等が設計変更される。また、巻線の被膜の耐熱性を向上させることにより、許容温度を増加させてもよい。また、増加上限電流値に合わせて、各組のスイッチング素子６１、６２の冷却機構が設計される。その結果、増加上限電流値が、各組の３相巻線の定格電流値に設定されている。
【００５４】
なお、本実施の形態では８極４８スロット構成のモータ５１で説明したが、極数及びスロット数の組み合わせはこれに限定されるものではない。
【００５５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、電動パワーステアリング装置用の３相２重化モータ装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  第１組の３相巻線、２  第２組の３相巻線、１０  ティース、１１  ロータ、１２  永久磁石、１３  演算処理装置、１４  第１の駆動回路、１５  第１組のインバータ、１６  第２の駆動回路、１７  第２組のインバータ、２１  トルクセンサ、４２  スロット、４９  電動パワーステアリング装置、５０  ３相２重化モータ装置、５１  モータ、５２  ステータ、５３  制御装置、５５ａ  第１のモータ電流制御部、５５ｂ  第２のモータ電流制御部、５６ａ  第１の異常検出部、５６ｂ  第２の異常検出部、６１、６２  スイッチング素子、６３  シャント抵抗、７１  記憶装置、７２  入力回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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