(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二組の３相巻線組（８０１、８０２）を有する３相回転機（８０）の駆動を制御する制御装置（１０）であって、
前記二組の巻線組に対応して設けられ、複数のスイッチング素子（６１１〜６１６、６２１〜６２６）の動作により、振幅が互いに同一であり、ｎを整数とすると、互いの位相差が（３０±６０×ｎ）［ｄｅｇ］である交流電流を前記二組の巻線組に出力する二つの電力変換器（６０１、６０２）と、
前記３相回転機に通電される電流指令値の相電流１次成分に対し５倍の周波数を有する相電流５次成分、又は、７倍の周波数を有する相電流７次成分の少なくともいずれか一方を、相電流１次成分に重畳させる高調波成分として生成する高調波成分生成部（２０）と、
前記相電流１次成分に前記高調波成分が重畳された電流指令値に基づいて、二つの前記電力変換器に対する電圧指令値を演算する二つの制御器（３３１、３３２）と、
前記スイッチング素子の素子推定温度（Ｈ＿ｅｓｔ）を算出する素子温度推定部（４０）と、
を備え、
前記高調波成分生成部が前記相電流１次成分のピークを低減させるように生成した前記相電流５次成分の振幅及び前記相電流７次成分の振幅の組み合わせを基本振幅とすると、
前記高調波成分生成部は、
所定のパラメータに応じて、当該基本振幅から、前記相電流１次成分のピーク低減量である相電流ピーク低減量を減少させ、且つ、前記高調波成分の振幅の絶対値を低下させる高調波振幅低下処理を実行し、
前記素子温度推定部は、前記相電流ピーク低減量に応じて、前記スイッチング素子の素子推定温度を算出する３相回転機の制御装置。
【請求項２】
前記素子温度推定部は、
前記３相回転機の通電に係る電流についての電流二乗値、又はその積算値の時間平均を入力としゲイン及び時定数を用いて演算した一次遅れ応答を温度変化量（ΔＨ）として出力する一次遅れ演算器（４３）と、
前記相電流ピーク低減量に応じて、前記一次遅れ演算器のゲイン及び時定数である応答定数を決定する応答定数決定部（４２）と、
一つ以上の温度センサ（７５）により検出された前記スイッチング素子の素子検出温度（Ｈ＿ｓｎｓ）に前記温度変化量を加算し、前記スイッチング素子の素子推定温度（Ｈ＿ｅｓｔ）として出力する加算器（４４）と、
を有する請求項１に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項３】
前記応答定数決定部は、前記相電流ピーク低減量が小さいほど、前記ゲインを大きくし、前記時定数を小さくする請求項２に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項４】
前記素子温度推定部は、
前記３相回転機に通電されており、且つ、前記３相回転機の回転が停止している零回転状態であることを判定する零回転判定部（４１）をさらに有し、
前記零回転判定部により前記３相回転機が前記零回転状態であると判定されたとき、前記応答定数決定部は、前記相電流ピーク低減量に応じて前記応答定数を決定する請求項２または３に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項５】
前記素子温度推定部が算出した前記素子推定温度に基づいて電流指令値を制限する電流制限部（３２）をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項６】
前記高調波成分生成部は、前記素子温度推定部が算出した前記素子推定温度を前記高調波振幅低下処理のパラメータとして用いる請求項１〜５のいずれか一項に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項７】
前記高調波成分生成部は、
前記相電流１次成分のピーク低減と、前記高調波成分の重畳に伴って前記３相回転機に発生するトルクリップルの低減とのトレードオフに関連するパラメータを、前記高調波振幅低下処理のパラメータとして用いる請求項１〜６のいずれか一項に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項８】
前記高調波成分生成部は、前記スイッチング素子の素子温度（Ｈ）が所定の温度閾値（Ｈｔｈ）以下、又は、前記３相回転機に通電される電流が所定の電流閾値（Ｉｔｈ）以下であるとき、前記高調波振幅低下処理を実行する請求項１〜７のいずれか一項に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項９】
前記高調波成分生成部は、前記３相回転機のモータトルク（Ｔｍ）が所定のトルク閾値（Ｔｍｔｈ）以上であるとき、前記高調波振幅低下処理を実行する請求項１〜７のいずれか一項に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記高調波成分生成部は、前記３相回転機の回転数（Ｎ）が所定の回転数閾値（Ｎｔｈ）以上であるとき、前記高調波振幅低下処理を実行する請求項１〜７のいずれか一項に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項１１】
前記高調波成分生成部は、
前記相電流５次成分及び前記相電流７次成分を複合した高調波成分を生成し、
前記相電流５次成分の振幅が１２．５％、前記相電流７次成分の振幅が５．３％であり前記相電流ピーク低減量が最大となる振幅の組み合わせである最大低減量振幅を、前記基本振幅として設定する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記高調波成分生成部は、前記高調波振幅低下処理において、
前記相電流５次成分の各振幅に対し前記相電流ピーク低減量を最大とするように前記相電流７次成分の振幅を組み合わせた最適振幅ラインに沿って、前記基本振幅から前記相電流５次成分及び前記相電流７次成分の振幅の絶対値を低下させる請求項１１に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項１３】
前記高調波成分生成部は、前記高調波振幅低下処理において、
前記３相回転機の回転数（Ｎ）が所定の回転数閾値（Ｎｔｈ）未満の場合、
前記相電流５次成分の振幅をｘ［％］、前記相電流７次成分の振幅をｙ［％］とすると、以下の３つの連立不等式
８．１≦ｘ≦１２．５
ｙ≦５．３
（０．５４ｘ−３．８）≦ｙ≦（１．００ｘ−５．０）
を満たす範囲の振幅の組み合わせにより前記高調波成分を生成することを特徴とする請求項１２に記載の３相回転機の制御装置。
【請求項１４】
運転者の操舵を補助するアシストトルクを発生する３相回転機（８０）と、
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の３相回転機の制御装置（１０）と、
前記３相回転機が出力したアシストトルクをステアリングシャフト（９２）に伝達する伝達装置（９４）と、
を含む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、３相回転機の制御装置、及び、電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３相巻線組を有する３相回転機の駆動制御装置において、電圧又は電流の基本波成分（すなわち、相電流１次成分）に高調波成分を重畳する技術が知られている。例えば特許文献１には、二組の３相巻線組を備える多重巻線モータの駆動装置において、基本波成分に５次、７次等の高調波成分を重畳して電圧指令を演算する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２１１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の駆動制御装置は、基本波成分に対する高調波成分の振幅及び位相の最適値に関して、モータ出力の向上に着目し、高調波成分の振幅及び位相に応じて基本波成分が１００％から増加する割合を評価している。
しかし、例えば電動パワーステアリング装置に適用される３相回転機の制御装置では、搭載スペースが制約され、放熱性の要求が高い。特に３相回転機の零回転時又は低回転時には、電力変換器の特定の相のスイッチング素子に電流が集中するため、発熱の低減がより重要となる。したがって、相電流１次成分に高調波成分を重畳させて相電流ピークを低減することが有効である。
【０００５】
一方、相電流１次成分に重畳させる高調波成分の振幅が大きいと、トルクリップルや、それに伴う騒音、振動が発生しやすくなる。また、制御部の演算負荷も増大する。要するに、高調波成分の重畳に関し、相電流ピーク低減による発熱、損失低減の課題と、トルクリップル低減や演算負荷低減等の課題との間には、トレードオフの関係が存在する。したがって、３相回転機の運転状態等に応じて、相電流ピークの低減を優先する方が良い場合と、それ以外の場合とを判別し、適切な処理を実行することが求められる。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、相電流ピーク低減効果とその背反事象との比較考量に基づき、３相回転機の性能を状況に応じて有効に発揮させる３相回転機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、二組の３相巻線組（８０１、８０２）を有する３相回転機（８０）の駆動を制御する制御装置であって、二つの電力変換器（６０１、６０２）と、高調波成分生成部（２０）と、二つの制御器（３３１、３３２）と、素子温度推定部（４０）と、を備える。
二つの電力変換器は、二組の巻線組に対応して設けられ、複数のスイッチング素子（６１１〜６１６、６２１〜６２６）の動作により、振幅が互いに同一であり、ｎを整数とすると、互いの位相差が（３０±６０×ｎ）［ｄｅｇ］である交流電流を二組の巻線組に出力する。
【０００８】
高調波成分生成部は、３相回転機に通電される電流指令値の相電流１次成分に対し５倍の周波数を有する相電流５次成分、又は、７倍の周波数を有する相電流７次成分の少なくともいずれか一方を、相電流１次成分に重畳させる「高調波成分」として生成する。
二つの制御器は、相電流１次成分に高調波成分が重畳された電流指令値に基づいて、二つの電力変換器に対する電圧指令値を演算する。素子温度推定部は、スイッチング素子の素子推定温度（Ｈ＿ｅｓｔ）を算出する。
【０００９】
ここで、「高調波成分生成部が相電流１次成分のピークを低減させるように生成した相電流５次成分の振幅及び相電流７次成分の振幅の組み合わせ」を基本振幅とする。
高調波成分生成部は、所定のパラメータに応じて、当該基本振幅から、相電流１次成分のピーク低減量である相電流ピーク低減量を減少させ、且つ、高調波成分の振幅の絶対値を低下させる「高調波振幅低下処理」を実行する。素子温度推定部は、相電流ピーク低減量に応じて、スイッチング素子の素子推定温度を算出する。
【００１０】
つまり、高調波成分生成部は、相電流ピークの低減を優先する場合、基本振幅の高調波成分振幅を維持することにより、特に３相回転機の零回転時又は低回転時にスイッチング素子や巻線組の発熱を低減することができる。一方、高調波成分の重畳による損失低減効果が小さい場合や、相電流ピーク低減よりも背反事象の回避が重要と考えられる場合、高調波成分生成部は、高調波振幅の絶対値を低下させる。
このように、所定のパラメータに応じて高調波成分生成部が高調波振幅低下処理を実行することにより、３相回転機の性能を状況に応じて有効に発揮させることができる。
【００１１】
好ましくは、高調波成分生成部は、相電流１次成分のピーク低減と、高調波成分の重畳に伴って３相回転機に発生するトルクリップルの低減とのトレードオフに関連するパラメータを高調波振幅低下処理のパラメータとして用いる。
例えば、電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータを駆動する制御装置では、運転者の操舵フィーリングや商品性に影響を及ぼすトルクリップルの低減が特に重要である。したがって、相電流１次成分のピーク低減とトルクリップル低減との優先度を適切に判断するためのパラメータに基づいて高調波振幅低下処理を実行することが好ましい。
【００１２】
高調波振幅低下処理は、例えば下記のパラメータが以下の条件であるとき実行される。
（１）スイッチング素子の素子温度（Ｈ）が所定の温度閾値（Ｈｔｈ）以下、又は、３相回転機に通電される電流が所定の電流閾値（Ｉｔｈ）以下であるとき
（２）３相回転機のモータトルク（Ｔｍ）が所定のトルク閾値（Ｔｍｔｈ）以上であるとき
（３）３相回転機の回転数（Ｎ）が所定の回転数閾値（Ｎｔｈ）以上であるとき
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】各実施形態による３相回転機の制御装置が適用される電動パワーステアリング装置の概略構成図。
【図２】３相回転機の制御装置の全体構成図。
【図３】制御部の制御ブロック図。
【図４】素子温度推定部の制御ブロック図。
【図５】第１実施形態により５次、７次複合高調波を重畳させる場合に相電流ピーク低減量が最大となる最適振幅ラインを示す特性図。
【図６】最適振幅ラインにおける５次高調波振幅と相電流ピーク低減量との関係を示す特性図。
【図７】最大低減量振幅の５次、７次高調波成分を生成する６次ｄｑ軸電流波形図。
【図８】最大低減量振幅の５次、７次高調波成分を重畳させたときの相電流波形図。
【図９】５次、７次高調波振幅設定処理のフローチャート。
【図１０】（ａ）回転数、（ｂ）素子温度、電流、（ｃ）モータトルクをパラメータとする高調波振幅低下処理を説明する特性図。
【図１１】５次、７次複合高調波成分の高調波振幅低下処理を示す特性図。
【図１２】５次、７次高調波振幅による推定温度過渡特性の変化を示す特性図。
【図１３】第２、第３実施形態により（ａ）５次高調波のみ、（ｂ）７次高調波のみを重畳させる場合の高調波振幅と相電流ピーク低減量との関係を示す特性図。
【図１４】５次高調波のみ、７次高調波のみの高調波成分の高調波振幅低下処理を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、３相回転機の制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態は制御装置の構成自体は実質的に同一であり、各実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の「３相回転機の制御装置」であるＥＣＵは、車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストトルクを発生するモータ（すなわち、３相回転機）の通電を制御する。
【００１５】
［電動パワーステアリング装置の構成］
図１に、電動パワーステアリング装置９０を含むステアリングシステム１００の全体構成を示す。なお、図１に示す電動パワーステアリング装置９０はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。
ステアリングシステム１００は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、及び、電動パワーステアリング装置９０等を含む。
【００１６】
ハンドル９１にはステアリングシャフト９２が接続されている。ステアリングシャフト９２の先端に設けられたピニオンギア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が設けられる。運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によりラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。
【００１７】
電動パワーステアリング装置９０は、操舵トルクセンサ９３、ＥＣＵ１０、モータ８０、及び、「伝達装置」としての減速ギア９４等を含む。
操舵トルクセンサ９３は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、運転者の操舵トルクＴｓを検出する。ＥＣＵ１０は、操舵トルクＴｓに基づいて、モータ８０が所望のアシストトルクを発生するようにモータ８０の駆動を制御する。モータ８０が出力したアシストトルクは、減速ギア９４を介してステアリングシャフト９２に伝達される。
【００１８】
［制御装置の構成］
続いて、本実施形態の制御装置の構成について、図２〜図４を参照する。
図２に、本実施形態の全体構成を示す。「３相回転機」としてのモータ８０は、二組の３相巻線組８０１、８０２を有する３相ブラシレスモータである。第２巻線組８０２の各相コイル８２１、８２２、８２３は、第１巻線組８０１の各相コイル８１１、８１２、８１３に対し、電気角３０ｄｅｇの位置関係に配置されている。巻線組８０１、８０２の構成は、例えば特許第５６７２２７８号公報の図３に参照される。
回転角センサ８５は、モータ８０の電気角θを検出し、制御部６５に出力する。
「制御装置」としてのＥＣＵ１０は、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。
【００１９】
「第１電力変換器」としての第１インバータ６０１、及び、「第２電力変換器」としての第２インバータ６０２は、二組の巻線組８０１、８０２に対応して設けられ、振幅が互いに同一であり、ｎを整数とすると、互いの位相差が（３０±６０×ｎ）ｄｅｇである交流電流を二組の巻線組８０１、８０２に出力する。
以下、巻線組と当該巻線組に対応するインバータとを含む単位を「系統」という。構成要素符号の３桁目の数字「１」、「２」、及び、電流、電圧等の物理量を表す記号の末尾数字「１」、「２」は、第１系統又は第２系統の構成要素及び物理量であることを示す。二系統の物理量を包括して表す場合、末尾数字「１」、「２」を付さないで記す。
【００２０】
インバータ６０１、６０２は、それぞれ、例えばＭＯＳＦＥＴ等の６つのスイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６が、高電位ラインＬｐと低電位ラインＬｇとの間にブリッジ接続されている。インバータ６０１、６０２は、制御部６５の駆動回路６８からの駆動信号によりスイッチング動作し、バッテリ５１の直流電力を変換して、二組の巻線組８０１、８０２に供給する。
インバータ６０１、６０２の入力部には、各系統の電源リレー５２１、５２２及び平滑コンデンサ５３が設けられている。また、分圧Ｖｒ１、Ｖｒ２を検出することにより入力電圧を検出可能である。
【００２１】
電流センサ７０１、７０２は、電流検出素子７１１、７１２、７１３、７２１、７２２、７２３により各系統の相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２を検出し、制御部６５にフィードバックする。
制御部６５は、マイコン６７、駆動回路（又はプリドライバ）６８等で構成され、操舵トルクセンサ９３が検出した操舵トルクＴｓ、並びに、相電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２、及び電気角θのフィードバック情報等に基づいてモータ８０の通電を制御する。
【００２２】
また、ＥＣＵ１０は、スイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６の通電による発熱を監視し、過熱保護のための電流制限の要否等を判断するため、サーミスタ等の温度センサ７５を設けている。本実施形態の温度センサ７５は、同一基板に搭載されたインバータ６０１、６０２に対して一つ設けられており、直接的には基板からの放熱を受容するヒートシンクの温度を検出する。
【００２３】
ただし、本来、温度を検出したい対象は、スイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６自体の温度であり、特にそのうちの最高温度である。しかし、全てのスイッチング素子に対して温度センサを設けることはスペース的、コスト的に現実的でないため、本実施形態では、仕方なく一つの温度センサ７５で共通の基板又はヒートシンクの温度を検出しているに過ぎない。
【００２４】
そこで本明細書では本来の技術思想に基づき、温度センサ７５が検出する温度を「素子検出温度Ｈ＿ｓｎｓ」と記す。ここで、「素子検出温度」の「素子」は、パワー電流の通電により発熱するスイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６を意味する。また、"Temperature" の頭文字「Ｔ」はトルクの頭文字と重なるため、本明細書では、温度を示す記号として「Ｈ」を用いることとする。
なお、中回転又は高回転時に各相のスイッチング素子の温度が平均化される状況では、検出温度Ｈ＿ｓｎｓは、複数のスイッチング素子の平均温度を反映するとも考えられる。
【００２５】
また、温度センサ７５で検出される素子検出温度Ｈ＿ｓｎｓは、スイッチング素子の温度に対して誤差を有しているため、正確なスイッチング素子の温度は、各種情報に基づく推定により求めることが必要となる。そのため、本実施形態のＥＣＵ１０は、制御部６５に、後述する素子温度推定部を有している。
この素子温度推定部の構成を前提とすると、温度センサ７５による検出温度Ｈ＿ｓｎｓは、あくまで「インバータ温度」であると解し、スイッチング素子の温度は、インバータ温度をベースとした素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔによってのみ規定されると考えてもよい。
【００２６】
次に制御部６５の構成について、図３、図４を参照して説明する。制御部６５は、二組の３相巻線組８０１、８０２に流れる実電流を、ベクトル制御により系統毎に電流指令値に対してフィードバックするものである。
図中、制御部６５の第１系統の制御ブロックには「第１」、第２系統の制御ブロックには「第２」を付して記す。ただし、二系統の各制御ブロックの機能は基本的に同じであるため、明細書中では「第１」、「第２」を適宜省略し、一括して説明する。
【００２７】
制御部６５は、電流フィードバック制御及びベクトル制御の一般的構成として、電流指令値演算部３１、電流制限部３２、制御器３３１、３３２、２相３相変換部３４１、３４２、３相２相変換部３５１、３５２、及びトルク算出部３６１、３６２を有する。また、特有の構成として、高調波成分生成部２０及び素子温度推定部４０を有する。
電流指令値演算部３１は、操舵トルクＴｓに基づいて、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*を演算する。電流制限部３２は、素子温度推定部４０が算出した素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔが所定値を超えたとき、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*を制限することにより、スイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６や巻線組８０１、８０２を過熱から保護する。
【００２８】
ここで、素子温度推定部４０の構成について図４を参照する。素子温度推定部４０は、零回転判定部４１、応答定数決定部４２、一次遅れ演算器４３及び加算器４４を有する。
図３に示すように、素子温度推定部４０には、モータ８０の回転数Ｎ、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、及び、後述のｄｑ軸重畳電流指令値Ｉｄ＿ｓｕｐ１、Ｉｑ＿ｓｕｐ１、Ｉｄ＿ｓｕｐ２、Ｉｑ＿ｓｕｐ２が入力される。また、入力された電流値に基づき、適宜、二乗和等の値が算出される。
【００２９】
零回転判定部４１は、モータ８０に通電されており、且つ、モータ８０の回転が停止している状態、すなわち、モータ８０の回転数Ｎが実質的に０であり、且つ、ｄｑ軸電流二乗和が実質的に０でないとき、「零回転状態」であると判定する。
零回転状態では、特定の相に電流が集中し、その相のスイッチング素子が過剰に発熱するおそれがあるため、特に正確な温度推定が求められる。一方、モータ８０が正常に回転している状態では各相の発熱は平均化するため、過剰発熱防止のニーズは比較的低い。
【００３０】
本実施形態では、原則として、零回転判定部４１によりモータ８０が零回転状態であると判定されたとき、応答定数決定部４２が以下のように応答定数を決定する。ここで「応答定数」とは、スイッチング素子の温度上昇特性におけるゲインＫ及び時定数τをいう。なお、他の実施形態では、モータ８０が零回転状態であるときに限らず、応答定数決定部４２が応答定数を決定してもよい。
【００３１】
応答定数決定部４２は、ゲイン決定部４２１及び時定数決定部４２２を含み、一次遅れ演算器４３のゲインＫ及び時定数τである応答定数を決定する。ゲインＫを大きくすることと時定数τを小さくすることとは、いずれも素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔを高くする方向に働き、ゲインＫを小さくすることと時定数τを大きくすることとは、いずれも素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔを低くする方向に働く。
本実施形態の応答定数決定部４２は、入力されたｄｑ軸重畳電流指令値Ｉｄ＿ｓｕｐ１、Ｉｑ＿ｓｕｐ１、Ｉｄ＿ｓｕｐ２、Ｉｑ＿ｓｕｐ２によって得られる相電流ピーク低減量に応じて、応答定数を決定することを特徴とする。
【００３２】
一次遅れ演算器４３には、推定する相に合わせた相電流の二乗値（Ｉｕ2、Ｉｖ2、Ｉｗ2）、又はその積算値の時間平均値（例えばΣＩｕ2/Δt）が入力される。一次遅れ演算器４３は、入力された相電流二乗値に対し、「Ｋ／（τｓ＋１）」の伝達関数による一次遅れ応答を演算する。
通電による消費電力Ｗは、電流Ｉ、抵抗Ｒに基づき、「Ｗ＝Ｉ2×Ｒ」で表される。この消費電力Ｗは、スイッチング素子やヒートシンクの熱抵抗、熱容量に応じて、伝達される量及び速度が異なる。そこで、熱伝達量及び伝達速度をゲインＫ及び時定数τに反映させ、一次遅れ応答を演算することで、通電開始からｔ秒後における素子の温度変化量を過渡的に推定可能である。こうして一次遅れ演算器４３は、相電流二乗値、又はその積算値の時間平均値を入力として、相毎に温度変化量ΔＨを出力する。
【００３３】
加算器４４は、一次遅れ演算器４３が出力した温度変化量ΔＨを、温度センサ７５が検出した素子推定温度Ｈ＿ｓｎｓに加算し、素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔとして出力する。素子推定温度Ｈ＿ｓｎｓは、過渡温度上昇における初期温度として扱われる。なお、素子温度推定部４０の出力特性のオフセット誤差が予めわかっている場合等には、さらにオフセット温度を加算した素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔを出力してもよい。
【００３４】
こうして算出された素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔは、スイッチング素子の温度を精度良く反映する温度情報として電流制限部３２に通知され、電流制限の要否判断に用いられる。
また、図３、図４に破線で示すように、素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔは、高調波成分生成部２０に通知され、後述の高調波振幅低下処理のパラメータとして用いられてもよい。
【００３５】
図３に戻り、電流指令値演算部３１で演算され、場合により電流制限部３２で制限されたｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*は、第１系統及び第２系統のｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*、Ｉｄ２*、Ｉｑ２*として分配される。ここで、第１系統インバータ６０１と第２系統インバータ６０２との電気的特性は同等であるから、原則として各系統に２分の１ずつの電流指令値が指令される。このｄｑ軸電流指令値を三相に座標変換した電流が相電流１次成分（又は基本波成分）に相当する。
【００３６】
各系統のｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*、Ｉｄ２*、Ｉｑ２*には、高調波成分生成部２０で演算されたｄｑ軸６次成分のピーク低減電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｄ１、Ｉｑ＿ｒｅｄ１、Ｉｄ＿ｒｅｄ２、Ｉｑ＿ｒｅｄ２が加算される。
「ピーク低減電流指令値」とは、相電流１次成分に重畳されることにより相電流ピーク値を低減するように高調波成分生成部２０によって生成された高調波成分である。相電流ピーク値を低減することにより、発熱や損失を低減することができる。特に特定相に電流が集中するモータ８０の零回転時及び低回転時に、インバータ６０１、６０２のスイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６や巻線組８０１、８０２の発熱を低減し、故障を防止する効果が期待できる。
【００３７】
高調波成分生成部２０は、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*及び電気角θに基づき、基本的には相電流ピーク値を最も低減するように、相電流１次成分の振幅に対する高調波成分の振幅を設定する。ただし、高調波成分の重畳による背反事象が存在する場合、相電流ピーク低減効果と背反事象との比較考量に基づき、高調波成分の重畳を抑制又は中止する。「高調波成分の重畳を抑制する」とは高調波成分の振幅の絶対値を低下させることを意味し、「高調波成分の重畳を中止する」とは高調波成分の振幅を０とすることを意味する。
【００３８】
その判断情報となるパラメータとして、高調波成分生成部２０は、モータトルクＴｍ、素子検出温度Ｈ＿ｓｎｓ又は素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔ、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、回転数Ｎ等を取得する。回転数Ｎは、電気角θを時間微分して得られた電気角速度ωに比例定数を乗じて換算されるため、回転数Ｎに代えて電気角速度ωを取得してもよい。取得したパラメータに基づく高調波成分生成部２０の制御については後述する。
【００３９】
本実施形態では、高調波成分として、相電流１次成分に対し５倍の周波数を有する相電流５次成分、又は、７倍の周波数を有する相電流７次成分の少なくともいずれか一方が重畳される。本明細書中、「相電流５次成分」及び「相電流７次成分」を、適宜「５次高調波」及び「７次高調波」という。後述の高調波成分の具体例の説明では、相電流５次成分及び相電流７次成分を複合した高調波成分を重畳させる形態を第１実施形態とし、相電流５次成分のみ、又は相電流７次成分のみを重畳させる形態を第２、第３実施形態とする。
ここで、本実施形態の高調波成分生成部２０は、ｄｑ軸座標の（６ｎ）次のｄｑ軸電流により、相電流の（６ｎ−１）次、（６ｎ＋１）次の高調波成分を演算する。典型的には「ｎ＝１」に相当する６次のｄｑ軸電流により、相電流の５次、７次成分を演算する。６次のｄｑ軸電流は、相電流１次成分の６倍の周波数を有する。
【００４０】
続いて、ｄｑ軸電流指令値にピーク低減電流指令値を加算した値を「重畳電流指令値」という。ｄｑ軸重畳電流指令値Ｉｄ＿ｓｕｐ１、Ｉｑ＿ｓｕｐ１、Ｉｄ＿ｓｕｐ２、Ｉｑ＿ｓｕｐ２は、式（１．１）〜（１．４）で定義される。
Ｉｄ＿ｓｕｐ１＝Ｉｄ１*＋Ｉｄ＿ｒｅｄ１・・・（１．１）
Ｉｑ＿ｓｕｐ１＝Ｉｑ１*＋Ｉｑ＿ｒｅｄ１・・・（１．２）
Ｉｄ＿ｓｕｐ２＝Ｉｄ２*＋Ｉｄ＿ｒｅｄ２・・・（１．３）
Ｉｑ＿ｓｕｐ２＝Ｉｑ２*＋Ｉｑ＿ｒｅｄ２・・・（１．４）
【００４１】
制御器３３１、３３２には、ｄｑ軸重畳電流指令値Ｉｄ＿ｓｕｐ１、Ｉｑ＿ｓｕｐ１、Ｉｄ＿ｓｕｐ２、Ｉｑ＿ｓｕｐ２と、３相２相変換部３５１、３５２からフィードバックされた実電流Ｉｄ１、Ｉｑ１、Ｉｄ２、Ｉｑ２との偏差が入力される。制御器３３１、３３２は、電流偏差をそれぞれ０に収束させるように、比例積分制御演算によって電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｑ１、Ｖｄ２、Ｖｑ２を演算する。電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｑ１、Ｖｄ２、Ｖｑ２は、例えばＰＷＭ信号に変換されてインバータ６０１、６０２に出力される。
このように、制御器３３１、３３２は、相電流１次成分に高調波成分が重畳された重畳電流指令値Ｉｄ＿ｓｕｐ１、Ｉｑ＿ｓｕｐ１、Ｉｄ＿ｓｕｐ２、Ｉｑ＿ｓｕｐ２に基づいて、インバータ６０１、６０２に対する電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｑ１、Ｖｄ２、Ｖｑ２を演算する。
【００４２】
２相３相変換部３４１、３４２は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ１、Ｖｑ１、Ｖｄ２、Ｖｑ２を３相電圧指令値Ｖｕ１、Ｖｖ１、Ｖｗ１、Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２に座標変換する。
３相２相変換部３５１、３５２は、電流検出素子７１１、７１２、７１３、７２１、７２２、７２３により検出された実電流Ｉｕ１、Ｉｖ１、Ｉｗ１、Ｉｕ２、Ｉｖ２、Ｉｗ２をｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１、Ｉｄ２、Ｉｑ２に座標変換してフィードバックする。
上記の座標変換演算において、第１系統では電気角として「θ」を用い、第２系統では位相が３０ｄｅｇずれた「θ−３０」を用いて演算する。
【００４３】
トルク算出部３６１、３６２は、ｄｑ軸電流Ｉｄ１、Ｉｑ１、Ｉｄ２、Ｉｑ２、及び、モータ８０の回路定数に基づき、式（２．１）、（２．２）により各系統のモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２を算出する。なお、二系統の回路定数は同一とする。
Ｔｍ１＝ｐｍ×｛Ｉｑ１×φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ１×Ｉｑ１｝・・・（２．１）
Ｔｍ２＝ｐｍ×｛Ｉｑ２×φ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ２×Ｉｑ２｝・・・（２．２）
ただし、
ｐｍ：電動機の極対数
φ：永久磁石の電機子鎖交磁束
Ｌｄ、Ｌｑ：ｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス
【００４４】
二系統のモータトルクＴｍ１、Ｔｍ２が加算された合計トルクＴｍは高調波成分生成部２０に取得される。図中、モータトルクＴｍ１、Ｔｍ２、Ｔｍに関する信号入出力を破線で示す。
なお、他の実施形態では、モータ８０の出力トルクを直接トルクセンサで検出し、高調波成分生成部２０に通知するようにしてもよい。
【００４５】
次に、上記構成により、相電流１次成分に高調波成分が重畳された相電流が二組の３相巻線組８０１、８０２に通電されるモータ８０のトルクリップルについて説明する。
まず、一系統の構成でのモータトルクＴｍは、３相の基本波電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ及び磁束φｕ、φｖ、φｗを用いて式（３．１）のように表される。
【数１】
0006662081.tif 000002
【００４６】
また、一系統で５次、７次の高調波成分を含む場合のモータトルクＴｍは、１次、５次、７次の電流振幅をＩ1、Ｉ5、Ｉ7、１次、５次、７次の磁束振幅をφ1、φ5、φ7とすると、電気角θの０次、６次、１２次の項について、式（３．２）のように表される。
例えば特許第５６７２２７８号公報では、６次項までを記載し、１２次以上の項を省略しているが、本明細書では１２次項まで考慮する点を特徴とする。
【数２】
0006662081.tif 000003
【００４７】
そして、二組の巻線組８０１、８０２が電気角３０ｄｅｇずれた位置関係に設けられた本実施形態の構成では、二系統のインバータ６０１、６０２が出力する交流電流の振幅は、互いに同一であり、互いの位相差が３０ｄｅｇである。したがって、第１系統のモータトルクＴｍ１と第２系統のモータトルクＴｍ２との合計トルクＴｍは、式（３．３）のように表される。
【数３】
0006662081.tif 000004
【００４８】
式（３．３）において、Ｔｍ１及びＴｍ２に含まれる全ての６次項は符号が逆であり、合計すると０になる。すなわち、二系統の合計トルクＴｍでは６次のトルクリップルを相殺することができる。
一方、Ｔｍ１及びＴｍ２に含まれる１２次項は同符号であり、式（３．３）の最終行に残る。つまり、相電流５次成分による「Ｉ5φ7ｃｏｓ（１２θ）」項と、相電流７次成分による「Ｉ7φ5ｃｏｓ（１２θ）」項とがトルクリップル増加の要因となる。
【００４９】
このように、相電流１次成分に５次、７次高調波成分を重畳させることにより、相電流ピーク値を低減できることの背反事象の一つとして、トルクリップルの増加という問題が生じる。電動パワーステアリング装置９０では、運転者に対し騒音やハンドル９１の振動をもたらし、操舵フィーリングや商品性に影響を及ぼすことになる。また、制御部６５は、高調波成分を重畳させる演算を実行することにより演算負荷が増大する。
要するに、高調波成分の重畳に関し、相電流ピーク低減による発熱、損失低減の課題と、トルクリップルの低減や演算負荷の低減等の課題との間には、トレードオフの関係が存在する。したがって、３相回転機の運転状態等に応じて、相電流ピークの低減を優先する方が良い場合とそれ以外の場合とを判別し、適切な処理を実行することが求められる。
【００５０】
そこで、本実施形態の高調波成分生成部２０は、所定のパラメータに応じて、相電流ピーク低減量を減少させ、且つ、高調波成分の振幅の絶対値を低下させる「高調波振幅低下処理」を実行することを特徴とする。
続いて、相電流１次成分に重畳させる高調波成分の構成が異なる第１〜第３実施形態毎に高調波振幅低下処理の詳細について説明する。
【００５１】
（第１実施形態）
第１実施形態では、ＥＣＵ１０の制御部６５は、相電流５次成分及び相電流７次成分を複合した高調波成分を相電流１次成分に重畳させる。５次高調波及び７次高調波の通電による相電流ピークの低減について、図５〜図８を参照して説明する。
まず、相電流１次成分の振幅を１００％とし、相電流１次成分に重畳させたとき相電流ピークを最も低減する５次、７次高調波の振幅比率についての解析結果を、図５、図６に示す。
【００５２】
５次、７次高調波を重畳させた相電流のピークが、例えば、相電流１次成分のピークの９５％であるとき、「相電流ピーク低減量が５％である」という。
図５の特性線は、各５次高調波振幅に対して、相電流ピーク低減量が最も大きくなる７次高調波振幅の最適組み合わせを示している。この特性線を「最適振幅ライン」という。
図６の特性線は、最適振幅ラインにおける５次高調波振幅と相電流ピーク低減量との関係を示している。
【００５３】
最適振幅ラインは、５次高調波振幅をｘ（８．１≦ｘ≦１６．１）［％］、７次高調波振幅をｙ（２．０≦ｘ≦１０．０）［％］とすると、例えば式（４．１）、（４．２）による折れ線で近似される。
ｙ＝０．７５ｘ−  ４．１    （８．１≦ｘ≦１２．５）  ・・・（４．１）
ｙ＝１．３１ｘ−１１．１  （１２．５≦ｘ≦１６．１）  ・・・（４．２）
上記式は、傾きについて小数点３桁目を四捨五入して小数点２桁で表し、切片について小数点２桁目を四捨五入して小数点１桁で表現しているが、丸め桁数は適宜変更可能である。したがって、同一の技術思想の下に丸め桁数のみを変更した数式は、本明細書に開示した数式と実質的に同一の式であるとみなす。以下の数式についても同様に考える。
【００５４】
最適振幅ライン上で５次高調波振幅が１２．５％、７次高調波振幅が５．３％のとき、相電流ピーク低減量は最大７．２％となる。この振幅の組み合わせを「最大低減量振幅」という。高調波振幅低下処理では、最大低減量振幅を「基本振幅」として扱う。
また、図６に示すように、相電流ピーク低減量が６％を超える５次高調波振幅の範囲は８．１〜１６．１％である。図５に示すように、この範囲の５次高調波振幅に対応する７次高調波振幅は、２．０〜１０．０％となる。
【００５５】
なお、図１３（ａ）に示すように、５次高調波成分のみを相電流１次成分に重畳させる場合の最大相電流ピーク低減量は４．９％である。これに対し、６％というピーク低減量は、４．９％に対しプラス約１％の値に相当する。つまり、最適振幅ライン上で５次高調波振幅が８．１〜１６．１％、７次高調波振幅が２．０〜１０．０％の５次、７次複合成分を相電流１次成分に重畳させることにより、５次高調波のみを重畳させる場合に比べ、相電流ピーク低減量を１％以上増加させることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、相電流５次、７次成分は、６次正弦波のｄ軸電流及び６次正弦波のｑ軸電流で構成されたピーク低減電流指令値を座標変換して生成される。図７に、最大低減量振幅を生成する６次正弦波のｄ軸電流及び６次正弦波のｑ軸電流の波形を示す。６次正弦波のｄ軸電流の振幅を２１．８％、６次正弦波のｑ軸電流の振幅を８．８％に設定したとき、５次成分の振幅は、座標変換演算式（５．１）により１２．５％となり、７次成分の振幅は、式（５．２）により５．３％となる。
（２１．８＋８．８）／２×√（２／３）＝１２．５  ・・・（５．１）
（２１．８−８．８）／２×√（２／３）＝  ５．３  ・・・（５．２）
【００５７】
図８に、基本振幅の５次、７次複合高調波成分が重畳されたピーク低減量７．２％の相電流波形を示す。モータ８０の零回転時及び低回転時には、相電流ピーク値による発熱への影響が大きい。そこで、式（６）を用いて、ピーク電流の二乗値に基づいて損失を算出すると、ピーク低減量が７．２％のときの損失低減効果は１３．９％となる。
｛１−（１−０．０７２）2｝×１００＝１３．９  ・・・（６）
したがって、モータ８０の零回転時及び低回転時には、最大低減量振幅の５次、７次複合高調波成分を重畳させて相電流ピーク値を低減することにより、相電流１次成分のみの正弦波駆動に比べ、電気角１周期の損失を１３．９％低減することができる。また、特定の相に電流が集中することによるスイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６や巻線組８０１、８０２の発熱を低減することができる。
【００５８】
ところで、上述の通り、相電流１次成分に５次、７次高調波成分を重畳させることにより、相電流ピーク値を低減できることの背反事象の一つとして、トルクリップルの増加という問題が生じる。このようなトルクリップルの増加は、５次、７次高調波成分の振幅が大きいほど大きくなる。そのため、例えばモータ８０の中回転又は高回転時のように高調波成分の重畳による損失低減効果が小さい場合や、相電流ピーク低減よりも背反事象の回避が重要と考えられる場合、高調波成分の重畳を抑制又は中止することがむしろ好ましいと考えられる。
【００５９】
そこで、高調波成分生成部２０は、所定のパラメータに応じた「高調波振幅低下処理」を実行することにより、相電流ピーク低減量を減少させ、且つ、高調波成分の振幅を低下させる。なお、本明細書では、５次高調波成分の振幅を正の値で定義し、５次高調波成分とは１８０ｄｅｇずれた位相で重畳される７次高調波成分の振幅を負の値で定義する。そこで、７次高調波の場合を含め、「振幅を低下させる」とは、振幅の絶対値を低下させること、すなわち、振幅を０に近づける方向に変更することを意味する。
【００６０】
以下の説明では、相電流１次成分に高調波成分を重畳させることによる相電流ピーク低減効果の背反事象として、主にトルクリップルの増加に着目して説明する。
この場合、高調波成分生成部２０は、「相電流１次成分のピーク低減と、高調波成分の重畳に伴ってモータ８０に発生するトルクリップルの低減とのトレードオフに関連するパラメータ」に応じて、高調波振幅低下処理を実行する。そのパラメータとしては、スイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６の素子温度Ｈ、モータ８０に通電される電流Ｉ、モータトルクＴｍ、回転数Ｎ等が用いられる。
【００６１】
次に、高調波成分生成部２０が実行する高調波振幅低下処理について、図９〜図１１を参照して説明する。図９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。
図９のＳ１では、５次、７次高調波の基本振幅を設定する。相電流ピーク低減量を最大に確保するため、基本振幅は、原則として、５次高調波振幅１２．５％、７次高調波振幅５．３％の最大低減量振幅に設定される。ただし、制御誤差等により基本振幅が最大低減量振幅よりも高振幅側にずれることを防ぐためにマージンを考慮し、最大低減量振幅よりも低振幅側の振幅（例えば、５次高調波振幅１２．０％、７次高調波振幅５．０％）を基本振幅としてもよい。
【００６２】
Ｓ２で、高調波成分生成部２０は、回転数Ｎを回転数閾値Ｎｔｈと比較する。回転数Ｎが回転数閾値Ｎｔｈ以上であり、Ｓ２でＹＥＳの場合、Ｓ３に移行する。
Ｓ３では、５次高調波振幅及び７次高調波振幅をいずれも０％とし、相電流１次成分への高調波成分の重畳を中止する。すなわち、回転数Ｎのパラメータに関しては、高調波成分の振幅を基本振幅か０％かの二値で場合分けする。この処理を、図１０（ａ）に示す。
【００６３】
モータ８０の零回転時及び低回転時には、相電流ピーク値によるスイッチング素子の発熱への影響が大きいため、相電流１次成分に高調波成分を重畳させて相電流ピーク値を低減することが有効である。一方、モータ８０の中回転又は高回転時には、ピーク値よりも実効値の方が発熱に影響する。電流実効値の二乗値に基づいて損失を評価すると、高調波成分を重畳させても、相電流１次成分のみの正弦波駆動に比べて損失は低減しない。
よって、モータ８０の零回転時及び低回転時には高調波成分を重畳させて相電流ピーク値を下げ、中回転又は高回転時には高調波成分を重畳させないようにする。
【００６４】
Ｓ２でＮＯ、すなわち、回転数Ｎが閾値Ｎｔｈ未満の零回転時又は低回転時には、高調波成分生成部２０は、次にＳ４〜Ｓ６で、素子温度Ｈ、モータトルクＴｍ、電流Ｉの順に各パラメータの値を各閾値と比較し、高調波振幅を低下させるか否か判断する。素子温度Ｈは、素子検出温度Ｈ＿ｓｎｓ又は素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔのいずれを用いてもよい。
素子温度Ｈが温度閾値Ｈｔｈ以下の場合、Ｓ４でＹＥＳと判断される。
モータトルクＴｍがトルク閾値Ｔｍｔｈ以上の場合、Ｓ５でＹＥＳと判断される。
電流Ｉが電流閾値Ｉｔｈ以下の場合、Ｓ６でＹＥＳと判断される。
Ｓ４〜Ｓ６のいずれかでＹＥＳの場合、Ｓ７に移行する。
【００６５】
Ｓ７では、素子温度Ｈ、モータトルクＴｍ、電流Ｉの値に応じて、５次高調波振幅及び７次高調波振幅を基本振幅から低下させる。
図１０（ｂ）に示すように、素子温度Ｈと電流Ｉとは同様の特性を示し、素子温度Ｈが温度閾値Ｈｔｈに対して低いほど、又は、電流Ｉが電流閾値Ｉｔｈに対して低いほど、高調波成分の振幅の絶対値を低下させる。素子温度Ｈ又は電流Ｉが低いほど、熱性能を伸ばすために発熱を低減する必要性が低くなる。そこで、発熱低減が不要となった分、高調波成分の振幅を低下させることで、トルクリップルを低減することができる。
なお、電流Ｉと素子温度Ｈとは基本的に正の相関を有すると考えられるが、インバータ６０１、６０２の放熱性が高ければ、電流Ｉが高くても熱的には問題とならない。そのため、フローチャートにおける電流Ｉの判定順序を後にしている。
【００６６】
また、図１０（ｃ）に示すように、モータトルクＴｍがトルク閾値Ｔｍｔｈに対して高いほど、高調波振幅を基本振幅から０％に漸近させる。モータトルクＴｍが比較的大きいとき、トルクリップルにより運転者の操舵フィーリングに及ぼす影響が大きくなる。そこで、高調波成分の振幅を低下させ、トルクリップルの低減を優先することが好ましい。
【００６７】
以上のように、図１０（ｂ）、（ｃ）の例では、素子温度Ｈ、モータトルクＴｍ及び電流Ｉのパラメータに関して、高調波振幅を基本振幅から０％の間で連続的に変更している。この場合の可変特性は、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すような直線状の特性に限らず、曲線状としてもよいし、多段階ステップ状としてもよい。また、図１０（ａ）の回転数Ｎと同様に二値特性としてもよい。
逆に、Ｓ３での回転数Ｎに基づく高調波振幅低下処理において、二値特性でなく、連続的又は多段階の可変特性を採用してもよい。
【００６８】
一方、Ｓ４〜Ｓ６で全てＮＯの場合は、素子温度Ｈ及び電流Ｉが比較的高く、且つモータトルクＴｍが比較的低い状態である。したがって、インバータ６０１、６０２の発熱を低減する必要性が高い反面、トルクリップルは比較的問題とならない。この場合、相電流ピーク値を低減し、発熱や損失の低減を優先することが好ましい。そこで、そのままルーチンを終了することにより、Ｓ１で設定された基本振幅の高調波成分が相電流１次成分に重畳される。
【００６９】
続いて図１１を参照し、高調波振幅を基本振幅から０％に漸近させる好ましい制御構成について説明する。図１１に、５次高調波振幅が１２．５％、７次高調波振幅が５．３％である基本振幅を丸印で示す。この点が高調波振幅低下処理における起点の意味を持つ。
高調波振幅低下処理は、トルクリップルの低減等を目的として、高調波振幅の絶対値を低下させ０％に漸近させるものである。したがって、基本振幅から高調波振幅を増加させる点線矢印Ｕｐの処理は、当然に排除される。また、回転数Ｎが回転数閾値Ｎｔｈ以上であり、相電流ピークの低減を全く必要としない場合、すなわち図９のＳ３の場合等には、長破線矢印Ｄｎ＿ｄｉｒのように、丸印の基本振幅から、四角印の振幅０％点に直接移行すればよい。
【００７０】
一方、図９のＳ７で各パラメータの値に応じて高調波振幅を低下させる場合、相電流ピーク低減量をできるだけ大きく確保しつつ高調波振幅を低下させ、トルクリップル低減の効果と相電流ピーク低減効果とを最も効率良く両立させることが好ましい。そこで、太実線矢印Ｄｎ＿ｏｐｔのように、最適振幅ラインに沿って、５次、７次高調波成分の振幅をそれぞれ低下させることが好ましい。７次高調波振幅が０％となる５次高調波振幅５％以下の範囲では、５次高調波振幅のみを低下させればよい。
【００７１】
さらに、相電流ピーク低減効果との両立を図る好ましい制御構成について説明する。図１１において一点鎖線及び二点鎖線で囲まれた多角形の領域は、相電流ピーク低減量が５％を超える５次、７次高調波複合成分の振幅範囲を直線近似で表したものである。
図１３（ａ）に示すように、５次高調波成分のみを重畳させる場合の最大ピーク低減量は４．９％である。したがって、５次、７次高調波の複合成分を重畳させることで得られる５％を超えるピーク低減量は、５次高調波成分のみを重畳させる場合に比べ、優位性を有する。そこで、相電流ピーク低減量が５％を超える範囲を「優位振幅範囲」という。
【００７２】
優位振幅範囲は、最適振幅ライン上の５次高調波成分の各振幅に対する７次高調波振幅について、ピーク低減量１％分の幅を持たせた範囲ということもできる。
詳しくは、５次高調波振幅が８．１％、１２．５％、１６．１％のとき、相電流ピーク低減量が５％を超える７次高調波振幅の上限値及び下限値は表１に示される。
【００７３】
【表１】
0006662081.tif 000005
【００７４】
優位振幅範囲は、５次高調波振幅をｘ［％］、７次高調波振幅をｙ［％］とすると、式（７．１）〜（７．５）の５つの式が表す直線で囲まれた範囲として近似される。
ｘ＝  ８．１  ・・・（７．１）
ｘ＝１６．１  ・・・（７．２）
ｙ＝０．５４ｘ−  ３．８    （８．１≦ｘ≦１２．５）  ・・・（７．３）
ｙ＝１．１４ｘ−１１．３  （１２．５≦ｘ≦１６．１）  ・・・（７．４）
ｙ＝１．００ｘ−  ５．０    （８．１≦ｘ≦１６．１）  ・・・（７．５）
【００７５】
優位振幅範囲のうち、５次高調波振幅が１２．５％以下、且つ７次高調波振幅が５．３％以下の範囲を一点鎖線で示し、それ以外の範囲を二点鎖線で示す。一点鎖線の範囲が高調波振幅低下処理で使用可能な優位振幅範囲である。この範囲は、式（８．１）〜（８．３）からなる連立不等式を満たすｘ、ｙの組み合わせ範囲として規定される。なお、最適振幅ライン上にある５次高調波振幅が８．１％、７次高調波振幅が２．０％の点を菱形印で示す。
８．１≦ｘ≦１２．５ｘ  ・・・（８．１）
ｙ≦５．３  ・・・（８．２）
（０．５４ｘ−３．８）≦ｙ≦（１．００ｘ−５．０）  ・・・（８．３）
【００７６】
したがって、トルクリップルの低減と相電流ピークの低減との両立が求められる場合、上記範囲で基本振幅から高調波振幅を低下させることが有効である。また、厳密に最適振幅ラインに沿って高調波振幅を低下させようとすると演算が複雑になる可能性があるが、上記範囲内で演算しやすい振幅値を選択することにより演算を簡略化することができる。
こうして、高調波振幅低下処理の各パラメータの値に応じて、トルクリップル低減効果と相電流ピーク低減効果との最適な配分が考慮され、相電流１次成分に重畳される高調波振幅が最終的に決定される。
【００７７】
以上のように高調波振幅が決定すると、図２に示すように、高調波成分生成部２０は、その高調波振幅に対応するｄｑ軸６次成分のピーク低減電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｄ１、Ｉｑ＿ｒｅｄ１、Ｉｄ＿ｒｅｄ２、Ｉｑ＿ｒｅｄ２を出力する。高調波振幅が０％に設定されると、ピーク低減電流指令値は実質的に０となる。そして、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ１*、Ｉｑ１*、Ｉｄ２*、Ｉｑ２*にピーク低減電流指令値Ｉｄ＿ｒｅｄ１、Ｉｑ＿ｒｅｄ１、Ｉｄ＿ｒｅｄ２、Ｉｑ＿ｒｅｄ２が加算され、ｄｑ軸重畳電流指令値Ｉｄ＿ｓｕｐ１、Ｉｑ＿ｓｕｐ１、Ｉｄ＿ｓｕｐ２、Ｉｑ＿ｓｕｐ２が算出される。
【００７８】
次に、高調波振幅低下処理の結果が反映される素子温度推定部４０による素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔの算出について、図１２を参照して説明する。
図４を参照して上述した通り、素子温度推定部４０の応答定数決定部４２には、高調波成分の振幅に基づいて算出されたｄｑ軸重畳電流指令値Ｉｄ＿ｓｕｐ１、Ｉｑ＿ｓｕｐ１、Ｉｄ＿ｓｕｐ２、Ｉｑ＿ｓｕｐ２が入力される。したがって、応答定数決定部４２は、相電流ピーク低減量及び高調波振幅の情報を取得することができる。
【００７９】
そして、応答定数決定部４２は、相電流ピーク低減量が小さいほど、ゲインＫを大きくし、時定数τを小さくする。逆に、相電流ピーク低減量が大きいほど、ゲインＫを小さくし、時定数τを大きくする。つまり、高調波振幅低下処理により相電流ピーク低減量を減少させるほど発熱抑制効果が得られなくなるため、同じ通電時間に対し、温度変化量ΔＨを大きく、素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔを高く見積もる。
【００８０】
こうして精度良く算出された素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔは、図３、図４に示すように、電流制限部３２に通知される。電流制限部３２は、素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔが所定値を超えたとき、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄ*、Ｉｑ*を制限することにより、スイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６や巻線組８０１、８０２を過熱から保護する。
また、素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔは、高調波成分生成部２０に通知され、高調波振幅低下処理のパラメータとして用いられてもよい。この場合、素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔに基づいて図９のＳ４の処理が行われる。
【００８１】
（効果）
本実施形態のＥＣＵ１０の作用効果について説明する。
（１）ＥＣＵ１０は、高調波成分生成部２０が生成した５次、７次の高調波成分を相電流１次成分に対し重畳させることにより相電流ピーク値を低減し、発熱や損失を低減することができる。しかし、高調波成分を重畳させると、相電流ピーク低減効果の背反事象として、例えばトルクリップルの増加という問題が生じる。ここで、本実施形態は、上述のインバータ６０１、６０２及び巻線組８０１、８０２の構成により、６次のトルクリップルは相殺することができるものの、１２次のトルクリップルを相殺することはできない。
このように、高調波成分の重畳に関し、相電流ピーク低減による発熱、損失低減の課題と、トルクリップル低減等の課題との間には、トレードオフの関係が存在する。
【００８２】
そこで高調波成分生成部２０は、相電流ピークを低減させるように生成した高調波成分の基本振幅から、所定のパラメータに応じて、相電流ピーク低減量を減少させ、且つ、高調波成分の振幅の絶対値を低下させる「高調波振幅低下処理」を実行する。これにより、モータ８０の運転状態等に応じて、相電流ピークの低減を優先する方が良い場合と、それ以外の場合とを判別し、適切な処理を実行することができる。
つまり、本実施形態のＥＣＵ１０は、相電流ピーク低減効果とその背反事象との比較考量に基づき、モータ８０の性能を状況に応じて有効に発揮させることができる。
【００８３】
（２）高調波成分生成部２０は、「相電流１次成分のピーク低減と、高調波成分の重畳に伴ってモータ８０に発生するトルクリップルの低減とのトレードオフに関連するパラメータ」を、高調波振幅低下処理のパラメータとして用いる。例えば、スイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６の素子温度Ｈ、モータ８０に通電される電流Ｉ、モータトルクＴｍ、回転数Ｎ等が高調波振幅低下処理のパラメータとなり得る。これにより、モータ性能の重要な因子であるトルクリップル低減を主眼とした好ましい制御を実行することができる。
【００８４】
（３）ＥＣＵ１０は、通電時間に応じた素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔを算出する素子温度推定部４０を備える。素子温度推定部４０の応答定数決定部４２は、相電流ピーク低減量に応じて、一次遅れ演算器４３のゲインＫ及び時定数τである応答定数を決定する。具体的には、応答定数決定部４２は、相電流ピーク低減量が小さいほど、ゲインＫを大きくし、時定数τを小さくする。これにより、素子温度推定部４０は、相電流ピーク低減量の情報を反映して、より精度良く素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔを算出することができる。
【００８５】
（４）電流制限部３２は、素子温度推定部４０により精度良く算出された素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔを取得し、この素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔに基づいて電流制限を適切に実行することができる。推定誤差を考慮して過剰な電流制限を行う必要がないため、モータ８０の性能を有効に発揮させることができる。
（５）高調波成分生成部２０は、素子温度推定部４０により精度良く算出された素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔを高調波振幅低下処理のパラメータとして取得し、さらに高調波振幅低下処理を適切に実行することができる。
【００８６】
（６）素子温度推定部４０は、「モータ８０に通電されており、且つ、モータ８０の回転が停止している」零回転状態であることを判定する零回転判定部４１をさらに有する。零回転判定部４１によりモータ８０が零回転状態であると判定されたとき、応答定数決定部４２は、相電流ピーク低減量に応じて応答定数を決定する。
正確な素子推定温度Ｈ＿ｅｓｔに基づく電流制限の要否判断や高調波振幅低下処理の適切な実行は、特定の相に電流が通電する零回転状態でこそ重要な意味を持つ。そこで、相電流ピーク低減量に応じた応答定数の決定処理を零回転時に限定することにより、素子温度推定部４０の演算負荷を効率的に低減することができる。
【００８７】
（７）高調波成分生成部２０は、５次高調波振幅１２．５％、７次高調波振幅５．３％の最大低減量振幅を高調波振幅低下処理の基本振幅として設定する。これにより、相電流ピークの低減を優先する場合、最大７．２％のピーク低減量を確保することができる。
また、高調波成分生成部２０は、高調波振幅低下処理において、基本振幅から最適振幅ラインに沿って５次、７次高調波振幅の絶対値を低下させる。これにより、各パラメータの値に応じて高調波振幅を低下させる場合、相電流ピーク低減量をできるだけ大きく確保しつつ高調波振幅を低下させ、トルクリップル低減の効果と相電流ピーク低減効果とを最も効率良く両立させることができる。
さらに、優位振幅範囲で高調波振幅を低下させることにより、５次高調波のみを重畳させる場合に対する相電流ピーク低減効果の優位性を担保することができる。
【００８８】
（８）運転者の操舵を補助する電動パワーステアリング装置９０では、搭載スペースの制約等により小型のＥＣＵ１０で大電流を通電させる必要があるため、特に零回転時や低回転時には、相電流ピークの低減により、発熱や損失を低減するニーズが大きい。一方、トルクリップルによる騒音や振動が運転者の操舵フィーリングや商品性に及ぼす影響も大きく、トルクリップル低減のニーズも大きい。また、スイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６の温度を精度良く推定し、適確な電流制限を行うことも重要である。よって、本実施形態による上記効果が特に有効に発揮される。
【００８９】
（第２、第３実施形態）
第２、第３実施形態について、図１３、図１４を参照して説明する。第２実施形態では相電流５次成分のみ、第３実施形態では相電流７次成分のみの高調波成分を相電流１次成分に重畳させる。
図１３（ａ）に示すように、第２実施形態では、５次高調波振幅が約５％のとき、相電流ピーク低減量が最大４．９％となる。また、図１１（ｂ）に示すように、第３実施形態では、７次高調波振幅が約−３％のとき、相電流ピーク低減量が最大２．７％となる。
５次高調波振幅の「５％」、及び７次高調波振幅の「−３％」という値は、それぞれ、第２実施形態及び第３実施形態の高調波振幅低下処理における基本振幅となる。
【００９０】
また図１４に丸印で示すように、これらの値は、最適振幅ラインにおいて７次高調波振幅が０％のときの５次高調波振幅、及び、５次高調波振幅が０％のときの７次高調波振幅に相当する。高調波成分生成部２０は、高調波振幅低下処理において各パラメータの値に応じて高調波振幅の絶対値を低下させる場合、太実線矢印Ｄｎ＿５、Ｄｎ＿７で示すように、基本振幅から四角印の振幅０％点に向かって高調波振幅の絶対値を低下させる。
これにより、第２、第３実施形態は、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００９１】
（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態の高調波成分生成部２０によるピーク低減電流指令値の演算では、ｄｑ軸電流指令値に６次成分を重畳しており、この構成は、特許第５６７２２７８号公報の第３実施形態（図１２）に対応する。この構成に限らず、同公報の第１、第２、第４実施形態（図５、図１１、図１３）に対応するように、５次、７次高調波をｄｑ変換する構成、ｄｑ軸電流指令値の和と差によりフィードバック制御する構成等を採用してもよい。
【００９２】
（ｂ）上記実施形態では、相電流１次成分に高調波成分を重畳させることによる相電流ピーク低減効果の背反事象として、主にトルクリップルの増加に着目し、それに関連するパラメータに応じて、高調波振幅低下処理を実行している。その他、相電流ピーク低減効果の背反事象として、例えば演算負荷の増大に着目してもよい。すなわち、制御部６５で同時に実行される他の制御演算が少ない場合は高調波成分を重畳させる演算を行い、他の制御演算が多い場合は高調波成分を重畳させる演算を行わないようにしてもよい。
【００９３】
（ｃ）上記実施形態の素子温度推定部４０では、零回転判定部４１により零回転状態であると判定されたとき、応答定数決定部４２は、相電流ピーク低減量に応じて応答定数を決定する。他の実施形態の素子温度推定部は、零回転判定部４１を設けず、通常のモータ回転状態においても、応答定数決定部４２が相電流ピーク低減量に応じて応答定数を決定するようにしてもよい。
【００９４】
（ｄ）図１に例示する構成では、同一基板に搭載されたインバータ６０１、６０２に対して一つの温度センサ７５を設けている。これに対し、スペース等の条件が許されるならば、二系統の複数のスイッチング素子６１１〜６１６、６２１〜６２６に対し個別に１２個の温度センサを設け、現在の素子温度を直接検出して電流制限を行ってもよい。その場合、ＥＣＵ１０は素子温度推定部４０を備えなくてもよい。
【００９５】
（ｅ）高調波振幅低下処理において、上記実施形態で例示した回転数Ｎ、素子温度Ｈ、モータトルクＴｍ、電流Ｉの各パラメータに加え、またはそれらに代えて、モータ８０の運転状態等に関するその他のパラメータを用いて判断してもよい。
（ｆ）その他、３相回転機の制御装置の具体的な構成は、上記実施形態の図２、図３に例示した構成に限らない。例えばインバータの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。
【００９６】
（ｇ）本発明の３相回転機の制御装置は、電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータの制御装置に限らず、他の３相モータまたは発電機用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。
【符号の説明】
【００９７】
１０  ・・・ＥＣＵ（制御装置）、
２０  ・・・高調波成分生成部、
３３１、３３２・・・制御器、
４０  ・・・素子温度推定部、
６０１、６０２・・・インバータ（電力変換器）、
６５  ・・・制御部、
８０  ・・・モータ（３相回転機）、
８０１、８０２・・・巻線組。
【図１】
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【図２】
0006662081.tif 000007
【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】
0006662081.tif 000012
【図８】
0006662081.tif 000013
【図９】
0006662081.tif 000014
【図１０】
0006662081.tif 000015
【図１１】
0006662081.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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