(57)【要約】【課題】多系統モータ巻線を有する多相モータに対して、多相コイルの各相間の伝熱現象に加えて、制御基板とコイル間の伝熱現象も考慮して、より精度の高いコイル温度の推定を可能とすると共に、いずれかの系統に異常が発生した場合もコイル温度の推定が可能な電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】制御基板の基板温度を検出する温度センサと、多相モータの各相のモータ電流から各相のコイル発熱量及び制御基板の基板発熱量を求め、コイル発熱量、基板発熱量及び基板温度から、各相のコイル間の温度差で生じる各相間の伝熱現象及びコイルと制御基板間の伝熱現象に基づいて、各相のコイル温度を推定するコイル温度推定部とを備え、コイル温度推定部は、いずれかの系統に異常が発生した場合、正常な系統において求められるコイル発熱量及び基板発熱量を補正した値並びに基板温度からコイル温度を推定し、伝熱現象は微分方程式で表わされる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多系統モータ巻線を有する多相モータを制御する制御基板を備える電動パワーステアリング装置において、
前記制御基板の基板温度を検出する温度センサと、
前記多相モータの各相のモータ電流から前記各相のコイル発熱量及び前記制御基板の基板発熱量を求め、前記コイル発熱量、前記基板発熱量及び前記基板温度から、前記各相のコイル間の温度差で生じる前記各相間の伝熱現象及び前記コイルと前記制御基板間の伝熱現象に基づいて、前記各相のコイル温度を推定するコイル温度推定部とを備え、
前記コイル温度推定部は、いずれかの系統に異常が発生した場合、正常な系統において求められる前記コイル発熱量及び前記基板発熱量を補正した補正コイル発熱量及び補正基板発熱量並びに前記基板温度から、前記コイル温度を推定し、
前記伝熱現象は微分方程式で表わされることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記コイル温度推定部が、
前記補正コイル発熱量及び前記補正基板発熱量を、前記コイル発熱量及び前記基板発熱量に対するゲイン乗算に基づいて求める請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記コイル温度推定部が、
前記各相の前記モータ電流から前記コイル発熱量及び前記補正コイル発熱量を求めるコイル発熱量演算部と、
前記モータ電流から前記基板発熱量及び前記補正基板発熱量を求める基板発熱量演算部と、
前記コイル発熱量及び前記基板発熱量又は前記補正コイル発熱量及び前記補正基板発熱量並びに前記基板温度より、前記微分方程式に基づいて前記コイル温度を求めるコイル温度演算部とを具備する請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記コイル発熱量演算部が、
前記コイル発熱量を求めるために用いる前記各相のコイル抵抗を、対応する相の前記コイル温度に応じて変更し、
前記基板発熱量演算部が、
前記基板発熱量を求めるために用いる基板抵抗を、前記基板温度に応じて変更する請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記微分方程式が、前記コイル温度と前記基板温度との差分情報を含む請求項１乃至４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多系統モータ巻線を有する多相モータのコイル温度を推定する機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、特に各相のコイル間の温度差で生じる各相間の伝熱現象及びコイルと制御基板間の伝熱現象を考慮してコイル温度を推定し、いずれかの系統に異常が発生した場合もコイル温度の推定が可能な電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の操舵系にモータの回転力で操舵補助力（アシストトルク）を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）は、モータの駆動力を、減速機構を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力として付与し、アシスト制御するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っている。【０００３】
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構を構成する減速ギア（ウォームギア）３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２にはトーションバーが介挿されており、トーションバーの捩れ角によりハンドル１の操舵角θを検出する舵角センサ１４、操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト制御指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する。【０００４】
なお、舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転角センサから操舵角を取得することも可能である。【０００５】
コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ（Controller  Area  Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。【０００６】
コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。【０００７】
図２を参照してコントロールユニット３０を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ４０からの）車速Ｖｅｌは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流Ｉｍとの偏差Ｉ（＝Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更にインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０のモータ電流Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。インバータ３７は、半導体スイッチング素子としてのＦＥＴのブリッジ回路で構成されている。【０００８】
モータ２０にはレゾルバ等の回転角センサ２１が連結されており、回転角センサ２１から回転角θが検出されて出力される。【０００９】
また、加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。【００１０】
モータ２０が３相ブラシレスモータの場合、ＰＷＭ制御部３６及びインバータ３７の詳細は例えば図３に示すような構成となっており、ＰＷＭ制御部３６は、電圧制御指令値Ｖｒｅｆを所定式に従って３相分のＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６を演算するデューティ演算部３６Ａと、ＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６で駆動素子としてのＦＥＴのゲートを駆動すると共に、デッドタイムの補償をしてＯＮ／ＯＦＦするゲート駆動部３６Ｂとで構成されている。インバータ３７は半導体スイッチング素子としてのＦＥＴの３相ブリッジ（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６）で構成されており、ＰＷＭデューティ値Ｄ１〜Ｄ６でＯＮ／ＯＦＦされることによってモータ２０を駆動する。また、インバータ３７とモータ２０との間の電力供給線には、電力供給を行い（ＯＮ）又は遮断（ＯＦＦ）するためのモータリレー３９が各相に接続されている。【００１１】
このような電動パワーステアリング装置では、操舵状況によってモータに大きな電流が流れることがあり（例えば、据え切り状態でハンドルの端当てロック状態が長時間保持された場合等）、モータ内のコイルは、例えば１８０℃以上の高温になると、コイルの破損等の問題が発生する。よって、車両の安全面からコイルの過熱への対策を講じる必要があり、そのためにはコイルの温度（コイル温度）を推定又は測定する必要がある。しかし、コイル温度を直接測定するのは難しいので、コイル温度を推定する方法が提案されている。【００１２】
例えば、特許第５２１１６１８号公報（特許文献１）では、多相コイル間の伝熱現象及びモータ回転速度の関係と、放熱係数及びモータ回転速度の関係とを考慮して温度推定モデルを構築し、コイル温度を推定している。具体的には、モータ回転速度の変化により、多相モータの任意相コイルと外気環境、任意相と他相の間の伝熱係数を同定し、基板温度や各相電流（又は電流指令値）を用いてモータの各相コイル又はマグネットの温度を推定している。また、特許第４４８３２９８号公報（特許文献２）では、モータの発熱はモータコイルに通電する電流の２乗値の積算値に比例するということと、モータコイルの放熱（冷却）の影響を受けるモータコイルの温度変化は実用上の適用温度範囲（−４０〜１８０℃）において一次遅れ関数の関係にあることを利用して、モータコイルの温度を推定している。具体的には、モータコイルに通電する電流値を自乗積算して平均化した後に、１次遅れ関数を２度通過させることにより、モータコイルの温度推定を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第５２１１６１８号公報
【特許文献２】特許第４４８３２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１では、各相コイル間の熱伝達を考慮し、入力データとしてＥＣＵの温度を使用しているが、各相コイルとＥＣＵ間の熱伝達は考慮していないので、ＥＣＵからの影響で推定温度に誤差が生じる可能性がある。特許文献２は、ＥＣＵからの影響については特に考慮していないので、特許文献１の装置以上にＥＣＵからの影響で推定温度に誤差が生じる可能性がある。【００１５】
また、近年、モータ故障（異常を含む）が発生しても、モータ動作を継続できるように、多系統モータ巻線を有するモータが使用されるケースが増加している。例えば２系統のモータ巻線を有するモータは、ステータのコイルが２系統（Ｕ１〜Ｗ１相とＵ２〜Ｗ２相）に分けられ、１系統が失陥しても残りの１系統でロータを回転させることができ、アシスト制御の継続が可能となる。このようなケースにおいて、アシスト制御と同様、コイル温度の推定も継続可能であることが望ましい。【００１６】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、多系統モータ巻線を有する多相モータに対して、多相コイルの各相間の伝熱現象に加えて、制御基板とコイル間の伝熱現象も考慮して、より精度の高いコイル温度の推定を可能とすると共に、いずれかの系統に異常が発生した場合もコイル温度の推定が可能な電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、多系統モータ巻線を有する多相モータを制御する制御基板を備える電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記制御基板の基板温度を検出する温度センサと、前記多相モータの各相のモータ電流から前記各相のコイル発熱量及び前記制御基板の基板発熱量を求め、前記コイル発熱量、前記基板発熱量及び前記基板温度から、前記各相のコイル間の温度差で生じる前記各相間の伝熱現象及び前記コイルと前記制御基板間の伝熱現象に基づいて、前記各相のコイル温度を推定するコイル温度推定部とを備え、前記コイル温度推定部は、いずれかの系統に異常が発生した場合、正常な系統において求められる前記コイル発熱量及び前記基板発熱量を補正した補正コイル発熱量及び補正基板発熱量並びに前記基板温度から、前記コイル温度を推定し、前記伝熱現象は微分方程式で表わされることにより達成される。【００１８】
本発明の上記目的は、前記コイル温度推定部が、前記補正コイル発熱量及び前記補正基板発熱量を、前記コイル発熱量及び前記基板発熱量に対するゲイン乗算に基づいて求めることにより、或いは、前記コイル温度推定部が、前記各相の前記モータ電流から前記コイル発熱量及び前記補正コイル発熱量を求めるコイル発熱量演算部と、前記モータ電流から前記基板発熱量及び前記補正基板発熱量を求める基板発熱量演算部と、前記コイル発熱量及び前記基板発熱量又は前記補正コイル発熱量及び前記補正基板発熱量並びに前記基板温度より、前記微分方程式に基づいて前記コイル温度を求めるコイル温度演算部とを具備することにより、或いは、前記コイル発熱量演算部が、前記コイル発熱量を求めるために用いる前記各相のコイル抵抗を、対応する相の前記コイル温度に応じて変更し、前記基板発熱量演算部が、前記基板発熱量を求めるために用いる基板抵抗を、前記基板温度に応じて変更することにより、或いは、前記微分方程式が、前記コイル温度と前記基板温度との差分情報を含むことにより、より効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、各相のコイル間の温度差で生じる各相間の伝熱現象に加え、コイルと制御基板間の伝熱現象を考慮した関係式を用いて各相のコイル温度を推定しているので、より精度の高い温度推定を行うことができる。また、いずれかの系統に異常が発生した場合、正常な系統の発熱量を補正してコイル温度を推定しているので、簡易的で精度が良い温度推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成例を示すブロック図である。
【図３】電動パワーステアリング装置のモータ制御部の構成例を示す線図である。
【図４】本発明を適用できるモータの構造例を示す一方の断面図である。
【図５】本発明を適用できるモータの巻線構造例を示す模式図である。
【図６】本発明の構成例を示すブロック図である。
【図７】中心軸を含む仮想平面でモータの構成を切って模式的に示す断面図である。
【図８】パワー回路基板の底面図である。
【図９】電流制御部の構成例を示すブロック図である。
【図１０】モータ駆動部及びモータ電流遮断回路の構成例を示すブロック図である。
【図１１】コイル温度推定部の構成例を示すブロック図である。
【図１２】コイル温度演算部の構成例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の動作例の一部を示すフローチャートである。
【図１４】電圧指令値算出の動作例を示すフローチャートである。
【図１５】コイル温度推定の動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明では、多相モータでの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルの温度（コイル温度）の推定を、各相間の伝熱現象（熱伝導、熱輻射、熱対流等）と、各コイルとコントロールユニット（ＥＣＵ）の基板（制御基板）間の伝熱現象に基づいて行っている。多相モータでは、各相のコイルに通電される電流（モータ電流）のバラツキ等により、各コイルでの発熱量に違いが生じ、それにより各コイル間で温度差が生じる。この温度差によって各相間並びに各コイル及び外気環境の間に伝熱現象が発生するが、制御基板と各コイルの間にも温度差が生じており、通常、制御基板とモータは近接しているので、制御基板と各コイル及び外気環境との間にも伝熱現象が発生する。本発明では、この伝熱現象を微分方程式で表わし、微分方程式にコイル温度と制御基板の温度（基板温度）との差分情報を含ませることにより、モータ電流及び基板温度を用いてコイル温度を推定する。また、モータ系統に異常（故障を含む）が発生してもモータ動作を継続できるように多系統モータ巻線を有するモータを使用し、いずれかの系統に異常が発生した場合、正常な系統のモータ電流から求められる発熱量を、例えばゲイン乗算を用いて補正し、補正後の発熱量に基づいてコイル温度を推定している。これにより、正常時及び異常時のいずれにおいても、簡易的で精度が良い温度推定を行うことができる。
【００２２】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２３】
本実施形態では２系統のモータ巻線を有する３相モータを使用する。先ず、そのモータの例を、図４及び図５に示して説明する。なお、本モータは電動モータであるが、以下では単に「モータ」として説明する。
【００２４】
３相モータ２００は、図４に示すように、内周面に内方に突出形成されてスロットＳＬを形成する磁極となるティースＴを有するステータ１２Ｓと、このステータ１２Ｓの内周側にティースＴと対向して回転自在に配置された永久磁石ＰＭを表面に配置した８極の表面磁石型のロータ１２Ｒとを有するＳＰＭ（Surface  Permanent  Magnet）モータの構成を有する。ここで、ステータ１２ＳのティースＴの数を相数×２ｎ（ｎは２以上の整数）で、例えばｎ＝２に設定して、８極、１２スロットの構成としている。なお、極数及びスロット数は８極及び１２スロットに限定されない。
【００２５】
そして、ステータ１２ＳのスロットＳＬに、図５に示す２系統で、その各々の同相の磁極がロータ磁石に対し同位相となる多相モータ巻線となる第１の３相モータ巻線Ｌ１と第２の３相モータ巻線Ｌ２とが巻装されている。第１の３相モータ巻線Ｌ１は、Ｕ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１及びＷ相コイルＷ１の一端が互いに接続されてスター結線とされ、各相コイルＵ１、Ｖ１及びＷ１の他端が電動パワーステアリング装置のＥＣＵに接続され、個別にモータ駆動電流Ｉ１ｕ、Ｉ１ｖ及びＩ１ｗが供給されている。
【００２６】
各相コイルＵ１、Ｖ１及びＷ１には、それぞれ２つのコイル部Ｕ１ａ，Ｕ１ｂ、Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ及びＷ１ａ，Ｗ１ｂが形成されている。これらコイル部Ｕ１ａ，Ｖ１ａ及びＷ１ａは、位置が正三角形を形作るティースＴ１０、Ｔ２及びＴ６に集中巻きで巻装されている。また、コイル部Ｕ１ｂ，Ｖ１ｂ及びＷ１ｂはティースＴ１０、Ｔ２及びＴ６とは時計方向にそれぞれ９０°移動した位置にあるティースＴ１、Ｔ５及びＴ９に集中巻きで巻装されている。
【００２７】
また、第２の３相モータ巻線Ｌ２は、Ｕ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２及びＷ相コイルＷ２の一端が互いに接続されてスター結線とされ、各相コイルＵ２、Ｖ２及びＷ２の他端が電動パワーステアリング装置のＥＣＵに接続され、個別にモータ駆動電流Ｉ２ｕ、Ｉ２ｖ及びＩ２ｗが供給されている。
【００２８】
各相コイルＵ２、Ｖ２及びＷ２には、それぞれ２つのコイル部Ｕ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ及びＷ２ａ，Ｗ２ｂが形成されている。これらコイル部Ｕ２ａ，Ｖ２ａ及びＷ２ａは、位置が正三角形を形作るティースＴ４、Ｔ８及びＴ１２に集中巻きで巻装されている。また、コイル部Ｕ２ｂ，Ｖ２ｂ及びＷ２ｂはティースＴ４、Ｔ８及びＴ１２とは、時計方向にそれぞれ９０°移動した位置にあるティースＴ７、Ｔ１１及びＴ３に集中巻きで巻装されている。
【００２９】
そして、各相コイルＵ１〜Ｗ１のコイル部Ｕ１ａ，Ｕ１ｂ、Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ及びＷ１ａ，Ｗ１ｂ並びに各相コイルＵ２〜Ｗ２のコイル部Ｕ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ及びＷ２ａ，Ｗ２ｂは、各ティースＴを挟むスロットＳＬに通電電流の方向が同一方向となるように巻装されている。
【００３０】
このように第１の３相モータ巻線Ｌ１の各相コイルＵ１〜Ｗ１のコイル部Ｕ１ａ，Ｕ１ｂ、Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ及びＷ１ａ，Ｗ１ｂと、第２の３相モータ巻線Ｌ２の各相コイルＵ２〜Ｗ２のコイル部Ｕ２ａ，Ｕ２ｂ、Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ及びＷ２ａ，Ｗ２ｂとが、互いに異なる１２本のティースに巻装されている。
【００３１】
このような２系統巻線を有する３相モータに対して、個別のインバータから電流を供給し、一方のインバータのスイッチング手段に導通不可となるＯＦＦ故障（オープン故障）又はＯＮ故障（ショート故障）が生じた場合に、故障が生じたスイッチング手段を特定し、故障スイッチング手段を除くスイッチング手段を制御し、故障スイッチング手段を含む故障インバータ以外の正常インバータを制御すると共に、コイル温度の推定を継続する本発明の実施形態の構成例を図６に示して説明する。なお、以下では、３相モータ巻線Ｌ１の系統を「系統１」とし、３相モータ巻線Ｌ２の系統を「系統２」とする。
【００３２】
本実施形態においてコイル温度推定の対象となるのは、図７での丸で示された部分のコイルである。図７は、中心軸Ｚｒを含む仮想平面で３相モータ２００の構成を切って模式的に示した断面図である。３相モータ２００は、回転角センサ（レゾルバ）２１、ハウジング２２、軸受２３及び２４、ロータ５０並びにステータ６０を備えている。レゾルバ２１は、レゾルバロータ２１ａ及びレゾルバステータ２１ｂを備え、端子台２５によって支持される。ハウジング２２は、筒状ハウジング２２ａ及びフロントブラケット２２ｂを含み、筒状ハウジング２２ａには、フロントブラケット２２ｂとは反対側の端部に、この端部を閉塞するように底部２２ｃが形成される。軸受２３は、筒状ハウジング２２ａの内側に配置されたロータ５０の一部であるシャフト５１の一端を回転可能に支持し、軸受２４は、シャフト５１の他端を回転可能に支持し、これにより、シャフト５１は中心軸Ｚｒを中心に回転する。ロータ５０は、シャフト５１、ロータヨーク５２及びマグネット５３を含む。ステータ６０は、筒状のステータコア６１及びコイル（励磁コイル）６３を含み、ステータコア６１に励磁コイル６３が巻きつけられる。ステータコア６１は複数の分割コア６２を含み、分割コア６２のティース（図示せず）の外周にインシュレータ（励磁コイル６３と分割コア６２とを絶縁するための部材）６４を介して励磁コイル６３が集中巻きされる。そして、上述のように、励磁コイル６３中の丸で示された部分のコイルの温度が推定される。
【００３３】
図６において、温度センサ１０５は制御基板の温度を検出し、基板温度ＴＥとして出力する。温度センサ１０５としては、基板温度ＴＥを検出し搭載できるものであれば良く、例えばサーミスタを使用する。ＥＣＵ３０は、互いに所定の間隔を保って平行に配設されるパワー回路基板及び制御回路基板を制御基板として備えている。図８は、パワー回路基板３０Ａの底面側を示しており、温度センサ（サーミスタ）１０５は、パワー回路基板３０Ａの上面側に実装されるＦＥＴの３相ブリッジ（ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６）の温度を基板温度ＴＥとして検出する。パワー回路基板３０Ａの底面側には、リレー回路７１、ノイズ対策用のコイル７２並びに電源平滑用の電解コンデンサ７３ａ及び７３ｂが配設されており、さらに、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６の下面に対向する位置にそれぞれパワー回路基板３０Ａを貫通するスルーホール７４が形成され、これらスルーホール７４に熱伝導部材としての円板状の銅コイン７５がそれぞれ圧入されている。サーミスタ１０５は絶縁性の熱伝導グリース（図示せず）を介してＦＥＴ１〜ＦＥＴ６に接触する銅コイン７５の下面に連結されるので、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６との間の熱抵抗を小さくして、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６の発熱温度を低熱抵抗でサーミスタ１０５に伝熱することができ、複数のＦＥＴ１〜ＦＥＴ６からサーミスタ１０５までの熱抵抗のバラツキが小さくなり、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６の温度を正確に測定することができる。
【００３４】
本実施形態は、系統別の電流指令値Ｉ１＊及びＩ２＊を算出する電流指令値演算部１３０を備え、電流指令値Ｉ１＊及びＩ２＊に基づいて３相モータ２００を駆動制御するために、電流指令値Ｉ１＊及びＩ２＊の最大電流をそれぞれ制限する電流制限部１５０Ａ及び１５０Ｂ、電圧指令値を算出する電流制御部１６０Ａ及び１６０Ｂ、電圧指令値を入力するモータ駆動部１７０Ａ及び１７０Ｂ、モータ駆動部１７０Ａ及び１７０Ｂの出力側と３相モータ２００の第１のモータ巻線Ｌ１及び第２のモータ巻線Ｌ２との間に介挿されたモータ電流遮断回路１８０Ａ及び１８０Ｂを系統毎に備えている。さらに、モータ電流遮断回路１８０Ａ及び１８０Ｂに連結した異常検出回路１８１Ａ及び１８１Ｂを備え、異常検出回路１８１Ａ及び１８１Ｂからの出力と電流制御部１６０Ａ及び１６０Ｂからの出力に基づいて異常を検出する異常検出部１４０を備えている。また、コイル温度を推定するために、温度センサ１０５及びコイル温度推定部１１０を備え、推定されるコイル温度に基づいてコイルの過熱を検出する過熱処理部１２０も備えている。
【００３５】
３相モータ２００は、ロータの回転角を検出するホール素子等の回転角センサ２１を備えており、回転角センサ２１からの検出値がモータ回転角検出回路１０１に入力され、モータ回転角検出回路１０１でモータ回転角（電気角）θｅが検出され、モータ回転角θｅはモータ角速度演算部１０２に入力され、モータ角速度演算部１０２でモータ角速度ωｅが算出される。また、モータ駆動部１７０Ａ及び１７０Ｂには、直流電源としてのバッテリ１０３からノイズフィルタ１０４を経て直流電流が供給されている。
【００３６】
電流指令値演算部１３０は、図２に示される電流指令値演算部３１と同様に、操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて電流指令値を演算する。本実施形態では系統１及び系統２が均等に３相モータ２００を駆動するとして、駆動するために必要な電流指令値を２等分し、系統別の電流指令値Ｉ１＊及びＩ２＊として出力する。なお、図２に示される構成例と同様に、補償信号生成部３４を追加し、補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭを電流指令値に加算するようにしても良い。
【００３７】
電流制限部１５０Ａ及び１５０Ｂは、図２に示される電流制限部３３と同様に、電流指令値Ｉ１＊及びＩ２＊の最大電流をそれぞれ制限し、電流指令値Ｉ１ｍ＊及びＩ２ｍ＊を出力する。
【００３８】
電流制御部１６０Ａは、電流指令値Ｉ１ｍ＊、モータ駆動部１７０Ａからフィードバックされる３相のモータ電流（Ｕ相モータ電流ｉ１ｕ、Ｖ相モータ電流ｉ１ｖ、Ｗ相モータ電流ｉ１ｗ）、モータ回転角θｅ及びモータ角速度ωｅに基づいて、モータ駆動部１７０Ａに対する３相の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖ１ｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ１ｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖ１ｗ＊）を算出する。
【００３９】
電流制御部１６０Ａの構成例を図９に示す。電流制御部１６０Ａは、ｄｑ軸電流指令値算出部１６１Ａ、２相／３相変換部１６２Ａ、ＰＩ制御部１６３Ａ、１６４Ａ、１６５Ａ及び減算部１６６Ａ、１６７Ａ、１６８Ａを備えている。ｄｑ軸電流指令値算出部１６１Ａは、電流指令値Ｉ１ｍ＊及びモータ角速度ωｅに基づいて、ｄｑ回転座標系の電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊を算出する。例えば特許第５２８２３７６号公報に記載されているｄ−ｑ軸電流指令値算出部で実行されている方法等でｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊を算出する。算出に当たり、モータの機械角に対するモータ角速度が必要な場合は、電気角に対するモータ角速度ωｅに基づいて算出する。２相／３相変換部１６２Ａは、モータ回転角θｅを用いて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊からなる２相の電流指令値を、空間ベクトル変調（空間ベクトル変換）により、ＵＶＷ固定座標系の３相の電流指令値（Ｕ相電流指令値Ｉ１ｕ＊、Ｖ相電流指令値Ｉ１ｖ＊、Ｗ相電流指令値Ｉ１ｗ＊）に変換する。３相の電流指令値は異常検出部１４０に入力されると共に、減算部１６６Ａ、１６７Ａ及び１６８Ａにそれぞれ加算入力される。減算部１６６Ａ、１６７Ａ及び１６８Ａには、モータ駆動部１７０Ａからフィードバックされる３相のモータ電流（Ｕ相モータ電流ｉ１ｕ、Ｖ相モータ電流ｉ１ｖ、Ｗ相モータ電流ｉ１ｗ）が減算入力されており、３相の電流指令値と３相のモータ電流の偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗがそれぞれ求められ、各偏差はＰＩ制御部１６３Ａ、１６４Ａ及び１６５Ａにそれぞれ入力される。ＰＩ制御部１６３Ａ、１６４Ａ及び１６５Ａは、図２に示されるＰＩ制御部３５と同様に、偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗに基づいて、３相の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖ１ｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ１ｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖ１ｗ＊）をそれぞれ求める。
【００４０】
電流制御部１６０Ｂは、電流制御部１６０Ａと同様の構成及び動作により、電流指令値Ｉ２ｍ＊、モータ駆動部１７０Ｂからフィードバックされる３相のモータ電流（Ｕ相モータ電流ｉ２ｕ、Ｖ相モータ電流ｉ２ｖ、Ｗ相モータ電流ｉ２ｗ）、モータ回転角θｅ及びモータ角速度ωｅに基づいて、モータ駆動部１７０Ｂに対する３相の電圧指令値（Ｕ相電圧指令値Ｖ２ｕ＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ２ｖ＊、Ｗ相電圧指令値Ｖ２ｗ＊）を算出する。電流制御部１６０Ｂ内で算出される３相の電流指令値（Ｕ相電流指令値Ｉ２ｕ＊、Ｖ相電流指令値Ｉ２ｖ＊、Ｗ相電流指令値Ｉ２ｗ＊）も異常検出部１４０に入力される。
【００４１】
異常検出部１４０には、Ｕ相電流指令値Ｉ１ｕ＊、Ｖ相電流指令値Ｉ１ｖ＊及びＷ相電流指令値Ｉ１ｗ＊並びにＵ相電流指令値Ｉ２ｕ＊、Ｖ相電流指令値Ｉ２ｖ＊及びＷ相電流指令値Ｉ２ｗ＊に加えて、モータ電流遮断回路１８０Ａ及び１８０Ｂと３相モータ２００の第１モータ巻線Ｌ１及び第２モータ巻線Ｌ２との間に設けられた異常検出回路１８１Ａ及び１８１Ｂで検出されるモータ電流検出値Ｉ１ｕｄ、Ｉ１ｖｄ、Ｉ１ｗｄ及びＩ２ｕｄ、Ｉ２ｖｄ、Ｉ２ｗｄが入力される。ここで、モータ駆動部１７０Ａ及びモータ電流遮断回路１８０Ａの構成例を図１０（Ａ）に、モータ駆動部１７０Ｂ及びモータ電流遮断回路１８０Ｂの構成例を図１０（Ｂ）に示す。モータ駆動部１７０Ａ及び１７０Ｂのそれぞれは、電流制御部１６０Ａから出力される３相の電圧指令値Ｖ１ｕ＊、Ｖ１ｖ＊及びＶ１ｗ＊と電流制御部１６０Ｂから出力される３相の電圧指令値Ｖ２ｕ＊、Ｖ２ｖ＊及びＶ２ｗ＊とが入力されてゲート信号を形成すると共に、異常時に電流制御部を兼ねるゲート駆動回路１７３Ａ及び１７３Ｂと、これらゲート駆動回路１７３Ａ及び１７３Ｂから出力されるゲート信号が入力されるインバータ１７２Ａ及び１７２Ｂと、電流検出回路１７１Ａ及び１７１Ｂを備えている。異常検出部１４０は、インバータ１７２Ａ及び１７２Ｂを構成するスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１〜Ｑ６のオープン故障（ＯＦＦ故障）及びショート故障（ＯＮ故障）の検出を、入力されるモータ電流検出値Ｉ１ｕｄ〜Ｉ１ｗｄ及びＩ２ｕｄ〜Ｉ２ｗｄと３相の電流指令値Ｉ１ｕ＊〜Ｉ１ｗ＊及びＩ２ｕ＊〜Ｉ２ｗ＊とをそれぞれ比較することにより行う。そして、インバータ１７２Ａ及び１７２Ｂを構成するＦＥＴのオープン故障又はショート故障による異常を検出したときに、異常を検出したモータ駆動部１７０Ａ又は１７０Ｂのゲート駆動回路１７３Ａ又は１７３Ｂに対して異常系統遮断指令ＳＡａ又はＳＡｂを出力し、コイル温度推定部１１０に対して異常検出信号ＡＤを出力する。異常検出信号ＡＤにより異常を検出した系統がわかるように、例えば、系統１が異常の場合はＡＤの値を「１」に、系統２が異常の場合はＡＤの値を「２」に、両系統が異常の場合はＡＤの値を「３」にする。
【００４２】
モータ駆動部１７０Ａ及び１７０Ｂ内のゲート駆動回路１７３Ａ及び１７３Ｂのそれぞれは、電流制御部１６０Ａ及び１６０Ｂから３相の電圧指令値が入力されると、これら電圧指令値と三角波のキャリア信号とを基に６つのＰＷＭ信号（ゲート信号）を形成し、これらＰＷＭ信号をインバータ１７２Ａ及び１７２Ｂに出力する。
【００４３】
また、ゲート駆動回路１７３Ａは、異常検出部１４０から異常系統遮断指令ＳＡａが入力されていない正常であるときには、モータ電流遮断回路１８０Ａに対してハイレベルの３つのゲート信号を出力すると共に、電源遮断回路１７４Ａに対してハイレベルの２つのゲート信号を出力し、異常系統遮断指令ＳＡａが入力された異常であるときには、モータ電流遮断回路１８０Ａに対してローレベルの３つのゲート信号を同時に出力し、モータ電流を遮断すると共に、電源遮断回路１７４Ａに対してローレベルの２つのゲート信号を同時に出力し、バッテリ電力を遮断する。
【００４４】
同様に、ゲート駆動回路１７３Ｂは、異常検出部１４０から異常系統遮断指令ＳＡｂが入力されていない正常であるときには、モータ電流遮断回路１８０Ｂに対してハイレベルの３つのゲート信号を出力すると共に、電源遮断回路１７４Ｂに対してハイレベルの２つのゲート信号を出力し、異常系統遮断指令ＳＡｂが入力された異常であるときには、モータ電流遮断回路１８０Ｂに対してローレベルの３つのゲート信号を同時に出力し、モータ電流を遮断すると共に、電源遮断回路１７４Ｂに対してローレベルの２つのゲート信号を同時に出力し、バッテリ電力を遮断する。
【００４５】
インバータ１７２Ａ及び１７２Ｂのそれぞれには、ノイズフィルタ１０４並びに電源遮断回路１７４Ａ及び１７４Ｂを介してバッテリ１０３のバッテリ電流が入力され、入力側に平滑用の電解コンデンサＣＡ及びＣＢが接続されている。
【００４６】
インバータ１７２Ａ及び１７２Ｂは、６個のスイッチング素子としてのＦＥＴＱ１〜Ｑ６（図３におけるＦＥＴ１〜ＦＥＴ６に相当）を有し、２つのＦＥＴを直列に接続した３つのスイッチングアーム（インバータ１７２ＡではＳＡｕ、ＳＡｖ及びＳＡｗ、インバータ１７２ＢではＳＢｕ、ＳＢｖ及びＳＢｗ）を並列に接続した構成を有する。そして、各ＦＥＴ  Ｑ１〜Ｑ６のゲートにゲート駆動回路１７３Ａ及び１７３Ｂから出力されるＰＷＭ信号が入力されることにより、各スイッチングアームのＦＥＴ間からモータ駆動電流であるＵ相電流Ｉ１ｕ，Ｉ２ｕ、Ｖ相電流Ｉ１ｖ，Ｉ２ｖ及びＷ相電流Ｉ１ｗ，Ｉ２ｗがモータ電流遮断回路１８０Ａ及び１８０Ｂを介して３相モータ２００の第１巻線Ｌ１及び第２巻線Ｌ２に入力される。
【００４７】
モータ駆動部１７０Ａ及び１７０Ｂ内の電流検出回路１７１Ａ及び１７１Ｂには、図１０には図示されていないが、インバータ１７２Ａ及び１７２Ｂの各スイッチングアームと接地との間に介挿されたシャント抵抗の両端電圧が入力され、３相のモータ電流ｉ１ｕ、ｉ１ｖ、ｉ１ｗ及びｉ２ｕ、ｉ２ｖ、ｉ２ｗが検出される。
【００４８】
モータ電流遮断回路１８０Ａは、３つの電流遮断用のＦＥＴ  ＱＡ１、ＱＡ２及びＱＡ３を有し、モータ電流遮断回路１８０Ｂは、３つの電流遮断用のＦＥＴ  ＱＢ１、ＱＢ２及びＱＢ３を有する。そして、モータ電流遮断回路１８０Ａ及び１８０ＢのＦＥＴ  ＱＡ１〜ＱＡ３及びＱＢ１〜ＱＢ３がそれぞれの寄生ダイオードのカソードをインバータ１７２Ａ及び１７２Ｂ側として、各々が同一向きに接続されている。
【００４９】
また、電源遮断回路１７４Ａ及び１７４Ｂのそれぞれは、２つのＦＥＴ  ＱＣ１、ＱＣ２及びＱＤ１、ＱＤ２がドレイン同士を接続して寄生ダイオードが逆向きとなる直列回路構成を有する。そして、ＦＥＴ  ＱＣ１及びＱＤ１のソースが互いに接続されてノイズフィルタ１０４の出力側に接続され、ＦＥＴ  ＱＣ２及びＱＤ２のソースがインバータ１７２Ａ及び１７２Ｂの各ＦＥＴ  Ｑ１、Ｑ２及びＱ３のソースに接続されている。
【００５０】
コイル温度推定部１１０は、温度センサ１０５からの基板温度ＴＥに加え、いずれの系統にも異常がなく正常な場合は、モータ駆動部１７０Ａ又はモータ駆動部１７０Ｂからの３相のモータ電流に基づいて、いずれかの系統に異常が発生した場合は、正常な系統の３相のモータ電流に基づいて、各相のコイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷを推定する。異常が発生した系統は、異常検出部１４０からの異常検出信号ＡＤより判断する。本実施形態では、正常時には、モータ駆動部１７０Ａからの３相のモータ電流に基づいてコイル温度を推定するものとする。
【００５１】
コイル温度推定部１１０の構成例を図１１に示す。コイル温度推定部１１０は、切換部１１１、コイル発熱量演算部１１２、１１３及び１１４、基板発熱量演算部１１５、コイル温度演算部１１６並びにメモリ１１７、１１８及び１１９を備える。
【００５２】
切換部１１１は、モータ駆動部１７０Ａからの３相のモータ電流及びモータ駆動部１７０Ｂからの３相のモータ電流を入力し、コイル温度推定に使用するモータ電流を選定する。正常時には、モータ駆動部１７０Ａからの３相のモータ電流（Ｕ相モータ電流ｉ１ｕ、Ｖ相モータ電流ｉ１ｖ、Ｗ相モータ電流ｉ１ｗ）を選定し、Ｕ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗとして出力する。異常時には、異常検出信号ＡＤより異常が発生した系統を判断し、正常な系統のモータ駆動部からの３相のモータ電流をＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗとして出力する。
【００５３】
コイル発熱量演算部１１２、１１３及び１１４は、各相のコイルの発熱量（コイル発熱量）ＱＵ、ＱＶ及びＱＷをそれぞれ算出する。コイル発熱量の算出方法は正常時と異常時とでは異なり、正常か異常かは、異常検出部１４０から出力される異常検出信号ＡＤの入力の有無により判断する。
【００５４】
先ず、正常時でのコイル発熱量の算出について説明する。
【００５５】
発熱量は抵抗に発生する電力の式から求めることができるが、各相のコイルの抵抗（コイル抵抗）は各相のコイル温度に依存して変化する。よって、コイル抵抗をコイル温度の関数として扱い、下記数１〜数３より発熱量ＱＵ、ＱＶ及びＱＷを算出する。
【００５６】
【数１】
2018088433.tif 000003
【００５７】
【数２】
2018088433.tif 000004
【００５８】
【数３】
2018088433.tif 000005
ここで、ＲＵ（ＴＵ）、ＲＶ（ＴＶ）及びＲＷ（ＴＷ）はそれぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイル抵抗で、両系統（系統１、系統２）の和として換算されたものである。ＴＵ、ＴＶ及びＴＷはそれぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相のコイル温度である。また、モータ電流ｉｕ、ｉｖ及びｉｗは時間ｔの関数として表現されている。
【００５９】
さらに、コイル温度がＴのときのコイル抵抗ＲＵ（Ｔ）、ＲＶ（Ｔ）及びＲＷ（Ｔ）は、基準温度Ｔｂでのコイル抵抗をそれぞれＲＵ０、ＲＶ０、ＲＷ０とすると、下記数４〜数６より算出することができる。
【００６０】
【数４】
2018088433.tif 000006
【００６１】
【数５】
2018088433.tif 000007
【００６２】
【数６】
2018088433.tif 000008
ここで、αＵ、αＶ及びαＷはそれぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相の温度係数であり、例えばコイルが銅の場合、４．４×１０−３［１／℃］となるが、実験等により微調整しても良い。
【００６３】
数１〜数３に数４〜数６をそれぞれ代入すると、発熱量ＱＵ、ＱＶ及びＱＷは下記数７〜数９より算出することができる。
【００６４】
【数７】
2018088433.tif 000009
【００６５】
【数８】
2018088433.tif 000010
【００６６】
【数９】
2018088433.tif 000011
正常時、コイル発熱量演算部１１２、１１３及び１１４は、それぞれ上記数７〜数９を用いて、発熱量ＱＵ、ＱＶ及びＱＷを算出する。
【００６７】
次に、いずれかの系統に異常が発生した異常時でのコイル発熱量（補正コイル発熱量）の算出について説明する。
【００６８】
いずれかの系統に異常が発生した場合、通電するのは正常な系統のみになるので、正常な状態での発熱量に対して、下記数１０〜数１２のように、ゲインβ（０＜β＜１）を乗算した発熱量を使用する。
【００６９】
【数１０】
2018088433.tif 000012
【００７０】
【数１１】
2018088433.tif 000013
【００７１】
【数１２】
2018088433.tif 000014
モータ電流ｉｕ、ｉｖ及びｉｗは正常に通電している系統のモータ電流であり、ゲインβは予め実験により求める。例えば、正常時において、一方の系統には通電せず、もう一方の系統にのみ通電し、通電しているコイル温度の検出値と推定値が最も近くなるような値をゲインβに設定する。実験をせずに、簡易的にβ＝０．５としても良い。
【００７２】
数１０〜数１２に数４〜数６をそれぞれ代入すると、発熱量ＱＵ、ＱＶ及びＱＷは下記数１３〜数１５より算出することができる。
【００７３】
【数１３】
2018088433.tif 000015
【００７４】
【数１４】
2018088433.tif 000016
【００７５】
【数１５】
2018088433.tif 000017
異常時、コイル発熱量演算部１１２、１１３及び１１４は、それぞれ上記数１３〜数１５を用いて、発熱量ＱＵ、ＱＶ及びＱＷを算出する。
【００７６】
基板発熱量演算部１１５も抵抗に発生する電力の式から制御基板の発熱量（基板発熱量）ＱＥを算出するが、算出に必要な電流の大きさはモータ電流ｉｕ、ｉｖ及びｉｗより求める。制御基板の発熱等価抵抗（基板抵抗）は、コイル抵抗と同様に温度（制御基板の場合は基板温度ＴＥ）に依存して変化する。また、イグニションがオンの状態においては、コイルに通電していなくても、制御基板には半導体スイッチング素子の微弱な発熱、マイコンやその他の半導体の動作による発熱等、待機電力相当の発熱があるので、発熱量算出ではその分を加味する必要がある。以上より、正常時の制御基板の発熱量ＱＥは下記数１６より算出される。
【００７７】
【数１６】
2018088433.tif 000018
ここで、ＲＥ（ＴＥ）は基板抵抗であり、ＱＥ０は待機電力相当の発熱量である。
【００７８】
異常時の制御基板の発熱量（補正基板発熱量）ＱＥは、正常な状態での発熱量へのゲイン乗算に基づいて、下記数１７より算出される。
【００７９】
【数１７】
2018088433.tif 000019
基板温度がＴのときの基板抵抗ＲＥ（Ｔ）は、基準温度Ｔｂでの基板抵抗をＲＥ０、制御基板の温度係数をαＥとすると、下記数１８より算出されるので、数１８を数１６及び数１７に代入すると、正常時及び異常時の発熱量ＱＥはそれぞれ下記数１９及び数２０より算出することができる。
【００８０】
【数１８】
2018088433.tif 000020
【００８１】
【数１９】
2018088433.tif 000021
【００８２】
【数２０】
2018088433.tif 000022
基板発熱量演算部１１５は、上記数１９及び数２０を用いて、発熱量ＱＥを算出する。
【００８３】
コイル温度演算部１１６は、熱伝導の微分方程式を基にして、各相のコイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷを算出する。
【００８４】
Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のコイルの熱伝導の微分方程式は、それぞれ下記数２１、数２２及び数２３となる。
【００８５】
【数２１】
2018088433.tif 000023
【００８６】
【数２２】
2018088433.tif 000024
【００８７】
【数２３】
2018088433.tif 000025
ここで、ＣＬはコイルの熱容量、ＫＬはコイルの放熱係数、ＫＬＬはコイル間の伝熱係数、ＫＬＥはコイルと制御基板間の伝熱係数、Ｔ０は外気温である。上記数２１〜数２３での右辺第５項の差分情報が各相と制御基板間の熱伝導を表わしている。
【００８８】
制御基板の熱伝導の微分方程式は、下記数２４となる。
【００８９】
【数２４】
2018088433.tif 000026
ここで、ＣＥは制御基板の熱容量、ＫＥは制御基板の放熱係数である。上記数２４での右辺第３項から第５項の差分情報が各相と制御基板間の熱伝導を表わしている。
【００９０】
上記数２１〜数２４を整理し、更に下記数２５のように置くと、下記数２６〜数２９が得られる。
【００９１】
【数２５】
2018088433.tif 000027
【００９２】
【数２６】
2018088433.tif 000028
【００９３】
【数２７】
2018088433.tif 000029
【００９４】
【数２８】
2018088433.tif 000030
【００９５】
【数２９】
2018088433.tif 000031
上記式２９を変形し、外気温Ｔ０について解くと、下記数３０になる。
【００９６】
【数３０】
2018088433.tif 000032
よって、基板温度ＴＥ、コイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷ並びに基板発熱量ＱＥより、数３０を用いて外気温Ｔ０を求め、その外気温Ｔ０と、コイル発熱量ＱＵ、ＱＶ及びＱＷ、コイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷ並びに基板温度ＴＥより、数２６〜数２８を用いてコイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷの微分値を求め、それらを積分することにより新たなコイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷを求めることができる。
【００９７】
コイル温度演算部１１６は、上記数２６〜数２８及び数３０に基づいて、各相のコイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷを算出する。コイル温度演算部１１６の構成例を図１２に示す。コイル温度演算部１１６は、微分方程式演算部３５１、外気温演算部３５２、積分部３５３、３５４及び３５５、メモリ３５６並びに加算部３５７及び３５８を備える。微分方程式演算部３５１は、コイル発熱量ＱＵ、ＱＶ及びＱＷ、基板温度ＴＥ、前回推定されたコイル温度ＴＵ’、ＴＶ’及びＴＷ’並びに外気温演算部３５２で算出される外気温Ｔ０より、数２６〜数２８を用いて、コイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷの微分値ＤＴＵ、ＤＴＶ及びＤＴＷを算出する。数２６〜数２８中のＣＬ、τ、τＬＬ、τＬＥ及びτＬは予め設定されている。微分値ＤＴＵ、ＤＴＶ及びＤＴＷは、それぞれ積分部３５３、３５４及び３５５にて積分され、コイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷが算出される。積分部３５３、３５４及び３５５での積分は、例えば各コイル温度の初期値に微分値をそれぞれ累算していくことにより行われる。コイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷは出力されると共に、加算部３５７及び３５８で加算され、加算結果はメモリ３５６に保持される。外気温演算部３５２は、メモリ３５６に保持された加算結果（ＴＵ＋ＴＶ＋ＴＷ）と共に、基板発熱量ＱＥ及び基板温度ＴＥを入力し、数３０を用いて、外気温Ｔ０を算出する。数３０中のＣＥ、τ’、τＬＥ’及びτＥ’は予め設定されている。
【００９８】
コイル温度演算部１１６で算出されるコイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷは過熱処理部１２０に入力されると共に、次回のコイル発熱量演算及びコイル温度演算に使用するために、それぞれメモリ１１７、１１８及び１１９に保持される。
【００９９】
過熱処理部１２０は、例えば特許第４３５６２９５号公報に記載されている異常判定部２５及びモータ電流制限部２３の処理を実行する。即ち、異常判定部２５での処理のように、コイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷが予め設定されている３相モータ２００の許容限界温度を超えているか判定し、超えている場合は３相モータ２００が過熱状態にあると判定する。そして、過熱状態と判定したら、モータ電流制限部２３での処理のように、電流指令値を時間経過と共に徐々に減少させ、モータ電流を時間経過と共に徐々に減少させるか、或いは電流指令値をゼロとしてモータ電流を遮断する。更に、同公報に記載されている温度検出回路３１及び温度検出部２６を搭載し、温度検出回路３１の異常を判定するようにしても良い。
【０１００】
このような構成において、その動作例について説明する。
【０１０１】
動作が開始すると、モータ回転角検出回路１０１は３相モータ２００のモータ回転角θｅを検出し、モータ角速度演算部１０２、電流制御部１６０Ａ及び１６０Ｂに出力する。
【０１０２】
モータ角速度演算部１０２は、モータ回転角θｅからモータ角速度ωｅを算出し、電流制御部１６０Ａ及び１６０Ｂに出力する。
【０１０３】
電流指令値演算部１３０から過熱処理部１２０までの動作例については、図１３〜１５のフローチャートを参照して説明する。
【０１０４】
電流指令値演算部１３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌを入力し、アシストマップを用いて電流指令値を算出し、２等分して、電流指令値Ｉ１＊及びＩ２＊としてそれぞれ電流制限部１５０Ａ及び１５０Ｂに出力する（ステップＳ１０）。
【０１０５】
電流制限部１５０Ａは、電流指令値Ｉ１＊を入力したら、電流指令値Ｉ１＊が所定の値を超えていた場合、所定の値を電流指令値Ｉ１ｍ＊として出力し、超えていない場合は電流指令値Ｉ１＊を電流指令値Ｉ１ｍ＊として出力する（ステップＳ２０）。同様にして、電流制限部１５０Ｂは、電流指令値Ｉ２＊を入力したら、電流指令値Ｉ２ｍ＊を求め、出力する（ステップＳ３０）。
【０１０６】
電流制御部１６０Ａは、電流指令値Ｉ１ｍ＊、３相のモータ電流、モータ回転角θｅ及びモータ角速度ωｅに基づいて、３相の電圧指令値を算出する（ステップＳ４０）。
【０１０７】
電流指令値Ｉ１ｍ＊及びモータ角速度ωｅはｄｑ軸電流指令値算出部１６１Ａに入力され、モータ回転角θｅは２相／３相変換部１６２Ａに入力され、３相のモータ電流ｉ１ｕ、ｉ１ｖ及びｉ１ｗはそれぞれ減算部１６６Ａ、１６７Ａ及び１６８Ａに減算入力される。ｄｑ軸電流指令値算出部１６１Ａは、電流指令値Ｉ１ｍ＊及びモータ角速度ωｅに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊を算出し（ステップＳ２１０）、２相／３相変換部１６２Ａに出力する。２相／３相変換部１６２Ａは、モータ回転角θｅを用いて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊をＵ相電流指令値Ｉ１ｕ＊、Ｖ相電流指令値Ｉ１ｖ＊及びＷ相電流指令値Ｉ１ｗ＊に変換する（ステップＳ２２０）。Ｕ相電流指令値Ｉ１ｕ＊、Ｖ相電流指令値Ｉ１ｖ＊及びＷ相電流指令値Ｉ１ｗ＊は異常検出部１４０に出力されると共に、減算部１６６Ａ、１６７Ａ及び１６８Ａにそれぞれ加算入力される。減算部１６６ＡではＵ相電流指令値Ｉ１ｕ＊とモータ電流ｉ１ｕの偏差ΔＩｕが算出され、減算部１６７ＡではＶ相電流指令値Ｉ１ｖ＊とモータ電流ｉ１ｖの偏差ΔＩｖが算出され、減算部１６８ＡではＷ相電流指令値Ｉ１ｗ＊とモータ電流ｉ１ｗの偏差ΔＩｗが算出される（ステップＳ２３０）。ＰＩ制御部１６３Ａは偏差ΔＩｕを入力し、ＰＩ制御演算を行ってＵ相電圧指令値Ｖ１ｕ＊を算出し、ＰＩ制御部１６４Ａは偏差ΔＩｖを入力し、ＰＩ制御演算を行ってＶ相電圧指令値Ｖ１ｖ＊を算出し、ＰＩ制御部１６５Ａは偏差ΔＩｗを入力し、ＰＩ制御演算を行ってＷ相電圧指令値Ｖ１ｗ＊を算出する（ステップＳ２４０）。３相の電圧指令値Ｖ１ｕ＊、Ｖ１ｖ＊及びＶ１ｗ＊はモータ駆動部１７０Ａに出力される。
【０１０８】
電流制御部１６０Ｂも、電流制御部１６０Ａと同様の動作により、電流指令値Ｉ２ｍ＊、３相のモータ電流ｉ２ｕ、ｉ２ｖ及びｉ２ｗ、モータ回転角θｅ並びにモータ角速度ωｅに基づいて、３相の電流指令値Ｉ２ｕ＊、Ｉ２ｖ＊及びＩ２ｗ＊並びに３相の電圧指令値Ｖ２ｕ＊、Ｖ２ｖ＊及びＶ２ｗ＊を算出し（ステップＳ５０）、３相の電流指令値Ｉ２ｕ＊、Ｉ２ｖ＊及びＩ２ｗ＊は異常検出部１４０に、３相の電圧指令値Ｖ２ｕ＊、Ｖ２ｖ＊及びＶ２ｗ＊はモータ駆動部１７０Ｂにそれぞれ出力される。
【０１０９】
３相の電流指令値Ｉ１ｕ＊、Ｉ１ｖ＊及びＩ１ｗ＊並びにＩ２ｕ＊、Ｉ２ｖ＊及びＩ２ｗ＊を入力した異常検出部１４０は、異常検出回路１８１Ａ及び１８１Ｂで検出されたモータ電流検出値Ｉ１ｕｄ、Ｉ１ｖｄ及びＩ１ｗｄ並びにＩ２ｕｄ、Ｉ２ｖｄ及びＩ２ｗｄも入力し、インバータ１７２Ａ及び１７２Ｂを構成するＦＥＴのオープン故障又はショート故障を検出する。３相の電流指令値Ｉ１ｕ＊、Ｉ１ｖ＊及びＩ１ｗ＊とモータ電流検出値Ｉ１ｕｄ、Ｉ１ｖｄ及びＩ１ｗｄを比較して異常を検出したら（ステップＳ６０）、異常系統遮断指令ＳＡａをモータ駆動回路１７０Ａに出力する（ステップＳ７０）。３相の電流指令値Ｉ２ｕ＊、Ｉ２ｖ＊及びＩ２ｗ＊とモータ電流検出値Ｉ２ｕｄ、Ｉ２ｖｄ及びＩ２ｗｄを比較して異常を検出したら（ステップＳ８０）、異常系統遮断指令ＳＡｂをモータ駆動回路１７０Ｂに出力する（ステップＳ９０）。そして、異常系統遮断指令ＳＡａ又は／及びＳＡｂを出力していたら（ステップＳ１００）、即ち、インバータ１７２Ａと１７２Ｂのいずれか又は両方での異常を検出していたら、コイル温度推定部１１０に対して異常検出信号ＡＤを出力する（ステップＳ１１０）。この際、異常を検出したのがインバータ１７２Ａのみの場合は異常検出信号ＡＤの値を「１」に、インバータ１７２Ｂのみの場合は「２」に、両方の場合は「３」にする。
【０１１０】
コイル温度推定部１１０は、温度センサ１０５で検出される基板温度ＴＥ、３相のモータ電流、及び異常検出信号ＡＤに基づいて、各相のコイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷを推定する（ステップＳ１２０）。
【０１１１】
コイル温度推定部１１０内の切換部１１１は、異常検出信号ＡＤを入力していない場合（ステップＳ３１０）、モータ駆動部１７０Ａからの３相のモータ電流（Ｕ相モータ電流ｉ１ｕ、Ｖ相モータ電流ｉ１ｖ、Ｗ相モータ電流ｉ１ｗ）をそれぞれＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗとして出力する（ステップＳ３２０）。異常検出信号ＡＤを入力した場合（ステップＳ３１０）、異常検出信号ＡＤの値を確認し（ステップＳ３３０）、異常検出信号ＡＤの値が「１」の場合、系統１に異常が発生したと判断し、モータ駆動部１７０Ｂからの３相のモータ電流（Ｕ相モータ電流ｉ２ｕ、Ｖ相モータ電流ｉ２ｖ、Ｗ相モータ電流ｉ２ｗ）をそれぞれＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗとして出力する（ステップＳ３４０）。異常検出信号ＡＤの値が「２」の場合、系統２に異常が発生したと判断し、モータ駆動部１７０Ａからの３相のモータ電流をそれぞれＵ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗとして出力する（ステップＳ３５０）。異常検出信号ＡＤの値が「３」の場合、系統１及び系統２双方に異常が発生したと判断し、警告を発し（ステップＳ３６０）、モータ電流は出力しない。
【０１１２】
Ｕ相モータ電流ｉｕ、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びＷ相モータ電流ｉｗはそれぞれコイル発熱量演算部１１２、１１３及び１１４に入力されると共に、基板発熱量演算部１１５に入力される。また、温度センサ１０５は制御基板の温度を検出し（ステップＳ３７０）、基板温度ＴＥを基板発熱量演算部１１５及びコイル温度演算部１１６に出力する。
【０１１３】
コイル発熱量演算部１１２は、Ｕ相モータ電流ｉｕ及びメモリ１１７に保持されている前回推定されたコイル温度ＴＵ’を用いて、異常検出信号ＡＤを入力していない場合は数７により、入力していた場合は数１３により、Ｕ相のコイル発熱量ＱＵを算出する（ステップＳ３８０）。同様に、コイル発熱量演算部１１３は、Ｖ相モータ電流ｉｖ及びメモリ１１８に保持されているコイル温度ＴＶ’を用いて、異常検出信号ＡＤを入力していない場合は数８により、入力していた場合は数１４により、Ｖ相のコイル発熱量ＱＶを算出し（ステップＳ３９０）、コイル発熱量演算部１１４は、Ｗ相モータ電流ｉｗ及びメモリ１１９に保持されているコイル温度ＴＷ’を用いて、異常検出信号ＡＤを入力していない場合は数９により、入力していた場合は数１５により、Ｗ相のコイル発熱量ＱＷを算出する（ステップＳ４００）。なお、基準温度Ｔｂ、基準温度Ｔｂでのコイル抵抗ＲＵ０、ＲＶ０及びＲＷ０並びに温度係数αＵ、αＶ及びαＷは、予め設定されている。
【０１１４】
基板発熱量演算部１１５は、入力したモータ電流ｉｕ、ｉｖ及びｉｗ並びに基板温度ＴＥを用いて、異常検出信号ＡＤを入力していない場合は数１９により、入力していた場合は数２０により、基板発熱量ＱＥを算出する（ステップＳ４１０）。基準温度Ｔｂ、基準温度Ｔｂでの基板抵抗ＲＥ０、温度係数αＥ及び発熱量ＱＥ０は、予め設定されている。
【０１１５】
発熱量ＱＵ、ＱＶ、ＱＷ及びＱＥは、基板温度ＴＥ並びにメモリ１１７、１１８及び１１９に保持されているコイル温度ＴＵ’、ＴＶ’及びＴＷ’と共にコイル温度演算部１１６に入力される。
【０１１６】
コイル温度演算部１１６内の外気温演算部３５２は、基板発熱量ＱＥ及び基板温度ＴＥと共に、メモリ３５６に保持されている加算結果（ＴＵ＋ＴＶ＋ＴＷ）を入力し、数３０より外気温Ｔ０を算出し（ステップＳ４２０）、微分方程式演算部３５１に出力する。微分方程式演算部３５１は、コイル発熱量ＱＵ、ＱＶ及びＱＷ、基板温度ＴＥ、外気温Ｔ０並びにコイル温度ＴＵ’、ＴＶ’及びＴＷ’を用いて、数２６〜数２８よりコイル温度の微分値ＤＴＵ、ＤＴＶ及びＤＴＷを算出する（ステップＳ４３０）。積分部３５３、３５４及び３５５はそれぞれ微分値ＤＴＵ、ＤＴＶ及びＤＴＷを入力し、積分して、コイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷを算出する（ステップＳ４４０）。コイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷは出力されると共に、加算部３５７及び３５８で加算され、加算結果（ＴＵ＋ＴＶ＋ＴＷ）は、次回の外気温演算のために、メモリ３５６に保持される（ステップＳ４５０）。
【０１１７】
コイル温度演算部１１６から出力されたコイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷは過熱処理部１２０に入力されると共に、メモリ１１７、１１８及び１１９にそれぞれ保持される（ステップＳ４６０）。
【０１１８】
過熱処理部１２０は、コイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷより過熱状態にあるか判定し（ステップＳ１３０）、過熱状態と判定した場合、過熱保護処理を行う（ステップＳ１４０）。
【０１１９】
モータ駆動部１７０Ａでは、３相の電圧指令値Ｖ１ｕ＊、Ｖ１ｖ＊及びＶ１ｗ＊がゲート駆動回路１７３Ａに入力され、異常検出部１４０が異常系統遮断指令ＳＡａを出力していたら、異常系統遮断指令ＳＡａもゲート駆動回路１７３Ａに入力される。ゲート駆動回路１７３Ａは、３相の電圧指令値が入力されたら、３相の電圧指令値と三角波のキャリア信号とを基に６つのＰＷＭ信号を形成し、ＰＷＭ信号をインバータ１７２Ａに出力する。そして、異常系統遮断指令ＳＡａが入力されていないときには、ゲート駆動回路１７３Ａはモータ電流遮断回路１８０Ａ及び電源遮断回路１７４Ａに対してハイレベルのゲート信号を出力する。これにより、モータ電流遮断回路１８０ＡのＦＥＴ  ＱＡ１、ＱＡ２及びＱＡ３がオン状態となり、インバータ１７２Ａと３相モータ２００の第１巻線Ｌ１との間が導通状態となり、さらに、電源遮断回路１７４ＡのＦＥＴ  ＱＣ１及びＱＣ２がオン状態となり、バッテリ１０４からの直流電流がノイズフィルタ１０４を介してインバータ１７２Ａに供給される。よって、ゲート駆動回路１７３Ａから出力されたＰＷＭ信号がインバータ１７２ＡのＦＥＴ  Ｑ１〜Ｑ６のゲートに入力され、各スイッチングアームＳＡｕ、ＳＡｖ及びＳＡｗのＦＥＴ間からＵ相電流Ｉ１ｕ、Ｖ相電流Ｉ１ｖ及びＷ相電流Ｉ１ｗが３相モータ２００の第１巻線Ｌ１に入力される。異常系統遮断指令ＳＡａが入力されているときには、ゲート駆動回路１７３Ａはモータ電流遮断回路１８０Ａ及び電源遮断回路１７４Ａに対してローレベルのゲート信号を出力する。これにより、モータ電流遮断回路１８０ＡのＦＥＴ  ＱＡ１、ＱＡ２及びＱＡ３がオフ状態となり、３相モータ２００の第１巻線Ｌ１に対する通電が遮断され、さらに、電源遮断回路１７４ＡのＦＥＴ  ＱＣ１及びＱＣ２がオフ状態となり、バッテリ１０３からのインバータ１７２Ａへの直流電流供給が遮断される。
【０１２０】
モータ駆動部１７０Ｂにおいても、モータ駆動部１７０Ａと同様の動作により、３相モータ２００の第２巻線Ｌ２に入力される各相電流が制御される。
【０１２１】
なお、系統１での動作と系統２での動作は、順番が入れ替わっても、並行して実行されても良い。また、２相／３相変換部では３相の電流指令値を個別に算出しているが、１相の電流指令値を他の２相の電流指令値の合計値を基に算出しても良い。これにより、演算量を削減することができる。また、異常が発生した際、モータ電流の遮断によるアシストトルクの急な変化を抑制するために、電流指令値演算部１３０で演算する電流指令値を調整しても良い。
【０１２２】
上述の実施形態では、コイル温度演算部１１６はコイル温度ＴＵ、ＴＶ及びＴＷの加算結果をメモリ３５６に保持しているが、外気温演算部３５２が外気温Ｔ０を算出する際に、メモリ１１７、１１８及び１１９にそれぞれ保持されているコイル温度ＴＵ’、ＴＶ’及びＴＷ’を加算した結果を使用するようにしても良い。更に、コイル温度演算部１１６は、微分方程式を基にしてコイル温度を算出しているが、一般的に用いられ、ＥＣＵに実装可能な差分方程式に変換してから算出することも可能である。或いは、伝達関数に変換してから算出することも可能である。また、３相モータを対象としているが、本発明は３相以外の相数のモータに対しても適用可能である。系統数も２系統に限られず、３系統以上のモータに対しても適用可能である。３系統以上の場合、異常発生時の発熱量算出で使用するゲインβは、正常である系統の数により調整することになる。
【０１２３】
電流制御部はｄｑ回転座標系からＵＶＷ固定座標系への２相／３相変換を電流指令値に対して行っているが、電圧指令値に対して行っても良い。この場合、モータ駆動部からフィードバックされる３相のモータ電流及び異常検出回路で検出される３相のモータ電流検出値をｄｑ回転座標系の２相の電流に変換する３相／２相変換部が必要となり、異常検出部は２相の電流指令値と２相のモータ電流検出値とを比較することにより異常の検出を行うことになる。また、検出する故障としてモータ駆動回路のインバータの故障を対象としているが、モータ巻線が故障した場合も本発明は適用可能である。さらに、コイルの結線方法はスター結線であるが、デルタ結線でも良い。
【符号の説明】
【０１２４】
１                    ハンドル
２                    コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０                  トルクセンサ
１２                  車速センサ
１３、１０３          バッテリ
１４                  舵角センサ
２０                  モータ
２１                  回転角センサ
３０                  コントロールユニット（ＥＣＵ）
３１、１３０          電流指令値演算部
３３、１５０Ａ、１５０Ｂ    電流制限部
３５、１６３Ａ、１６４Ａ、１６５Ａ    ＰＩ制御部
３６                  ＰＷＭ制御部
３７、１７２Ａ、１７２Ｂ    インバータ
１０１                モータ回転角検出回路
１０２                モータ角速度演算部
１０４                ノイズフィルタ
１０５                温度センサ
１１０                コイル温度推定部
１１１                切換部
１１２、１１３、１１４    コイル発熱量演算部
１１５                基板発熱量演算部
１１６                コイル温度演算部
１２０                過熱処理部
１４０                異常検出部
１６０Ａ、１６０Ｂ    電流制御部
１６１Ａ              ｄｑ軸電流指令値算出部
１６２Ａ              ２相／３相変換部
１７０Ａ，１７０Ｂ    モータ駆動部
１７１Ａ，１７１Ｂ    電流検出回路
１７３Ａ，１７３Ｂ    ゲート駆動回路
１７４Ａ，１７４Ｂ    電源遮断回路
１８０Ａ，１８０Ｂ    モータ電流遮断回路
１８１Ａ，１８１Ｂ    異常検出回路
２００                ３相モータ（２系統巻線モータ）
３５１                微分方程式演算部
３５２                外気温演算部
【図１】
2018088433.tif 000033
【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】
2018088433.tif 000045
【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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2018088433.tif 000049
2018088433.tif 000050
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