(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記検出された電流値による温度上昇分であって、前記判定された電動モータの停止状態において前記判定された電動モータの回転状態よりも大きくなる温度上昇分を用いた演算により、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
を備えたモータ温度推定装置。
【請求項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２乗値に、前記判定された電動モータの停止状態における遅延量が前記判定された電動モータの回転状態における遅延量に比べて小さくなるように、ローパスフィルタ処理演算を施すロー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乗値を用いて、前記判定された電動モータの停止状態における前記２乗値の影響が前記判定された電動モータの回転状態における前記２乗値の影響に比べて大きくなるように、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タ温度推定装置。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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、
前記検出された電流値による温度上昇分であって、前記判定された電動モータの停止状態において前記判定された電動モータの回転状態よりも大きくなる温度上昇分を用いた演算により、前記検出された電流値に基づいて電動モータのコイル温度を推定演算するコイル温度推定演算手段と、
前記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と、
を備えたモータ制御装置。
【請求項６】
前記請求項５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、前記推定したコイル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。
【請求項７】
前記請求項６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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータのハウジング、ステータ、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タ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。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平１０−６７３３５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、電動モータのステータ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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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、電動モータ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、電動モータ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。
【０００４】
【発明の概略】
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、電動モータのハウジング、ステータ、コイルなどのモータ温度を正確に検出することが可能なモータ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タのコイル温度に応じて電動モータに流れる電流を制限し、電動モータ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。
【０００５】
前記目的を達成するために、本発明の特徴は、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、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、前記検出された電流値による温度上昇分であって、前記判定された電動モータの停止状態において前記判定された電動モータの回転状態よりも大きくなる温度上昇分を用いた演算により、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、電動モータの温度とは、例えば、ハウジングの温度、ステータの温度またはコイルの温度である。
【０００６】
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、前記判定された電動モータの停止状態における遅延量が前記判定された電動モータの回転状態における遅延量に比べて小さくなるように、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ロー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乗値を用いて、前記判定された電動モータの停止状態における前記２乗値の影響が前記判定された電動モータの回転状態における前記２乗値の影響に比べて大きくなるように、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。
【０００７】
この場合、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。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っ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。
【０００８】
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。
【０００９】
このように構成した本発明においては、電動モータのコイルに流れる電流値による温度上昇分であって、電動モータの停止状態において電動モータの回転状態よりも大きくなる温度上昇分を用いた演算により、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、上述したステータ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。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、前記のように構成したモータ温度推定装置によっ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イル温度に応じて電動モータに流れる電流が制限されるので、電動モータのコイルの温度上昇が的確に抑制される。
【００１１】
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、前記電動モータ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、電動モータのコイルの温度上昇が確実に抑制される。
【００１２】
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、電動モータ出力の急変を避けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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、本発明に係るモータ温度推定装置およびモータ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。
【００１４】
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、電動モータとして、三相同期式永久磁石モータで構成したブラシレスモータ１１を備えている。このブラシレスモータ１１は、ハウジング内に固定されたステータを備え、ステータ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。
【００１５】
そして、このロータの回転により、ブラシレスモータ１１は、操舵ハンドル１２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１２に操舵軸１３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１２の回転により軸線方向に変位するラックバー１４が、ブラシレスモータ１１の回転によって軸線方向に駆動される。ラックバー１４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。
【００１６】
操舵軸１３の下端部には、操舵トルクセンサ１５が組み付けられている。操舵トルクセンサ１５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１１には、モータ回転角（機械角）θmを検出するためのエ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π／２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によって検出されたモータ回転角θm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。
【００１７】
電子制御回路ユニットECUは、ブラシレスモータ１１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を入力するアシスト電流演算部２１を有する。アシスト電流演算部２１は、操舵トルクTRの増加にしたがって増加するとともに、車速Ｖの増加にしたがって減少するアシストトルクに対応した２相指令電流Ｉd*，Ｉq*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１１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Ｉd*，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。
【００１８】
このフィードバック制御部２３には、ブラシレスモータ１１のコイルに流れる３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを変換した２相電流Ｉd，Ｉqが供給されている。３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwは電流センサ２４によって検出され、３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwから２相電流Ｉd，Ｉq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／２相変換のために、３相／２相変換部２５には、モータ回転角θmを電気角θe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、ブラシレスモータ１１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*，Ｉq*と２相電流Ｉd，Ｉqとの各差を表す差信号Ｉd*−Ｉd，Ｉq*−Ｉqを形成する。
【００１９】
これらの２相の差信号Ｉd*−Ｉd，Ｉq*−Ｉqは、２相／３相変換部２７にて３相の信号に変換されてＰＷＭ制御回路２８に供給される。なお、この２相／３相変換のために、２相／３相変換部２７には回転角変換部２６からの電気角θeが供給されている。ＰＷＭ制御回路２８は、２相／３相変換部２７からの３相信号に基づいて、差信号Ｉd*−Ｉd，Ｉq*−Ｉqに対応したパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を形成して駆動回路３１に供給する。
【００２０】
駆動回路３１は、バッテリ３２からバッテリ電圧Ebtを、前記ＰＷＭ制御信号に応じてスイッチングすることにより、同ＰＷＭ制御信号に応じた３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを電磁リレー３３を介してブラシレスモータ１１のコイルに出力する。なお、電磁リレー３３は、詳しくは後述するリレー制御回路３４によって制御されるもので、イグニッションスイッチ３５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１１による操舵アシスト中には、通常、前記ＰＷＭ制御された３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwがブラシレスモータ１１のコイルに流れる。
【００２１】
前述した各回路の動作により、ブラシレスモータ１１には、操舵トルクTRおよび車速Ｖに応じた３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwが流される。したがって、運転者の操舵ハンドル１２の回動操作に対して、操舵トルクTRおよび車速Ｖに応じたアシストトルクがブラシレスモータ１１によって付与されることになる。なお、電子制御回路ユニットECU内の前述したアシスト電流演算部２１、電流制限部２２、フィードバック制御部２３、３相／２相変換部２５、回転角変換部２６および２相／３相変換部２７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２１〜２３，２５〜２７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。
【００２２】
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、電子制御回路ユニットECU内に配置したモータ加熱防止制御部４０を有する。このモータ加熱防止制御部４０は、ブラシレスモータ１１のハウジング、ステータ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タ１１に流れる電流を制限するものである。
【００２３】
このモータ加熱防止制御部４０の入力側には、雰囲気温度センサ５１、基板温度センサ５２、速度変換部５３およびポテンショメータ５４が接続されている。雰囲気温度センサ５１は、操舵トルクセンサ１５に組み付けられて、ブラシレスモータ１１が配置されている雰囲気温度TPtr（外気温度）を検出する。なお、雰囲気温度センサ５１は、特に操舵トルクセンサ１５に組み付ける必要はなく、ブラシレスモータ１１の近傍であって同モータ１１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。
【００２４】
基板温度センサ５２は、この電子制御回路ユニット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１１の作動停止からブラシレスモータ１１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、ブラシレスモータ１１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ユニット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５２に代えて用いるようにしてもよい。
【００２５】
また速度変換部５３は、回転角変換部２６からの電気角θeを微分することにより、ブラシレスモータ１１のロータの回転速度RVを表す信号を出力する。ポテンショメータ５４は、イグニッションスイッチ３５を介してバッテリ３２に接続されており、イグニッションスイッチ３５のオン・オフの検出のために同スイッチ３５を介したバッテリ電圧Ｅbtを出力する。
【００２６】
また、モータ加熱防止制御部４０の出力側には、電流制限部２２、リレー制御回路３４および電源回路５５が接続されている。電流制限部２２は、モータ加熱防止制御部４０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２１にて計算した２相指令電流Iq*（Id*は「０」である）をモータ電流制限値ILm以内に制限することにより、ブラシレスモータ１１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１１に流れる電流は３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwであるので、この３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉw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。
【００２７】
リレー制御回路３４は、ブラシレスモータ１１への電流路に設けた電磁リレー３３をモータ加熱防止制御部４０の制御のもとにオン・オフ制御するものである。電源回路５５は、バッテリ３２に接続されていて、モータ加熱防止制御部４０の制御のもとに、バッテリ３２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。
【００２８】
さらに、モータ加熱防止制御部４０には、書込み可能の不揮発性メモリ（以下、ＥＥＰＲＯＭ６０という）も接続されている。ＥＥＰＲＯＭ６０は、ブラシレスモータ１１の作動時におけるハウジング、ステータ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１１の作動終了時に記憶しておくためのものである。なお、前記モータ加熱防止制御部４０および速度変換部５３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４０，５３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。
【００２９】
次に、モータ加熱防止制御部４０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５５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３３はオン状態にあって駆動回路３１からブラシレスモータ１１のコイルには３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwが流れているものとする。
【００３０】
モータ加熱防止動作について具体的に説明する前に、イグニッションスイッチ３５のオン・オフ操作とモータ加熱防止制御部４０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。イグニッションスイッチ３５が時刻t0にてオン操作されると、イグニッションオン検出部４１ａがポテンショメータ５４からのバッテリ電圧Ｅbtの上昇に応じてイグニッションスイッチ３５のオン操作を検出する。なお、ポテンショメータ５４からのバッテリ電圧Ｅbtは、図示しないＡ／Ｄ変換器によりアナログ・ディジタル変換される。このイグニッションスイッチ３５のオン操作の検出に応答して、モータ加熱防止制御部４０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t1にて、データ読み出し・書き込み処理部４２は、ＥＥＰＲＯＭ６０内に記憶されている各種データを読み出して、初期温度補正演算部４３に供給する。
【００３１】
初期温度補正演算部４３は、ブラシレスモータ１１のマス部（ハウジングおよびステータに相当）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４６ａ、第２電流制限値演算部４６ｂおよび最小値選択部４６ｃ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ータ１１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１１の電流制限動作については詳しく後述する。
【００３２】
このブラシレスモータ１１の制御開始直後（時刻t2の直後）には、データ読み出し・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TPtrep,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。
【００３３】
前記ブラシレスモータ１１の制御中、イグニッションスイッチ３５が時刻t3にてオフ操作されると、イグニッションオフ検出部４１ｂがポテンショメータ５４からのバッテリ電圧Ｅbtの下降に応じてイグニッションスイッチ３５のオフ操作を検出する。この場合、イグニッションオフ検出部４１ｂ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、イグニッションスイッチ３５のオフ操作を検出する。
【００３４】
このイグニッションスイッチ３５のオフ操作の検出に応答して、モータ加熱防止制御部４０は、同スイッチ３５のオフ操作に関連した種々の制御（ＩＧオフ制御）を行う。このイグニッションオフ制御（ＩＧオフ制御）として、データ読み出し・書き込み処理部４２は、イグニッションスイッチ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ＥＥＰＲＯＭ６０に書き込む。これは、パワーオフ時におけるＥＥＰＲＯＭ６０へのデータ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。
【００３５】
また、前記イグニッションスイッチ３５のオフ操作検出に応答して、パワーオフ制御部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ーブルが参照されて、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。この待機時間テーブルは、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。
【００３６】
このようなＩＧ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３４に電磁リレー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１１には電流が流れなくなる。これは、電子制御回路ユニットECU内に流れる電流をできるだけ小さくするためである。
【００３７】
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にてデータ読み出し・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およびプリント基板温度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ＥＥＰＲＯＭ６０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−TPtr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−雰囲気温度差記憶値ΔTPmtepおよびコイル−マス温度差記憶値ΔTPcmepとしてＥＥＰＲＯＭ６０に書き込む。
【００３８】
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−雰囲気温度差記憶値ΔTPmtepおよびコイル−マス温度差記憶値ΔTPcmepとしてＥＥＰＲＯＭ６０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５５にパワーオフ信号Ｐoffを出力する。これにより、電源回路５５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、イグニッションスイッチ３５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。
【００３９】
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１１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およびプリント基板温度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−雰囲気温度差記憶値ΔTPmtepおよびコイル−マス温度差記憶値ΔTPcmep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，ΔTPmtep，ΔTPcmep，TPmaep，TPcoepは、前述のように、ＥＥＰＲＯＭ６０に記憶されて、イグニッションスイッチ３５のオン操作時にデータ読み出し・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。
【００４０】
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、イグニッションスイッチ３５をオフしたときから同スイッチ３５を再びオンしたときまでのプリント基板温度変化量ΔTPbd（＝TPbdep−TPbd）を計算する。
【００４１】
次に、この初期温度補正演算部４３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ΔTPbd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イル温度の変化特性をそれぞれ示すもので、図５(Ａ)(Ｂ)に示すように、共にプリント基板温度変化量ΔTPbd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。
【００４２】
そして、マス−雰囲気温度差記憶値ΔTPmtep、コイル−マス温度差記憶値ΔTPcmep、マス温度初期補正係数Ｋtpm、コイル温度初期補正係数Ｋtpcおよび雰囲気温度TPtrを用いた下記数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。
【００４３】
【数１】
TPma＝Ｋtpm・ΔTPmtep＋TPtr
【００４４】
【数２】
TPco＝Ｋtpc・ΔTPcmep＋TPma
【００４５】
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。
【００４６】
また、本実施形態では、プリント基板温度変化量ΔTPbdを用いて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を計算するようにしたが、雰囲気温度変化量ΔTPtr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、ＥＥＰＲＯＭ６０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ΔTPtr（＝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イ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。
【００４７】
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ＥＥＰＲＯＭ６０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−雰囲気温度差記憶値ΔTPmtepおよびコイル−マス温度差記憶値ΔTPcmepをＥＥＰＲＯＭ６０から読み出すことができなかった場合である。これは、上記数１および数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、イグニッションスイッチ３５のオフ時（図３の時刻t3）にＥＥＰＲＯＭ６０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ＥＥＰＲＯＭ６０に書き込まれていない場合には、図３の時刻t2にてＥＥＰＲＯＭ６０に書き込んだ仮データを利用する。
【００４８】
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ΔTPbd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、上記数１および数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。
【００４９】
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TPtrが極めて低く、ブラシレスモータ１１のハウジング、ステータおよびコイルも、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TPmaおよびコイル推定温度TPcoは、共に雰囲気温度TPtrに初期設定される。
【００５０】
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TPtrが雰囲気温度記憶値TPtrepよりも高い、プリント基板温度TPbdが極めて高い所定温度（例えば、摂氏８５度）以上、雰囲気温度TPtrが極めて高い所定温度（例えば、摂氏８５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TPtrおよびコイル温度記憶値TPcoepのうちのいずれか高い方の値に初期設定される。
【００５１】
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およびコイル推定温度TPcoを順次更新しながら、ブラシレスモータ１１のハウジング（またはステータ）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およびモータ電流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１１の回転速度である。モータ電流２乗値Ismtは、モータ電流２乗値演算部４５にて計算されるブラシレスモータ１１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、ブラシレスモータ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。
【００５２】
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のフローチャートにモータ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Ｓ１０〜Ｓ３８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Ｓ１０によるプログラムの実行開始後、ステップＳ１２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１１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Ｓ１２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４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／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Ｓ１４にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１６にて回転フラグＲＶＦを“１”に変更してステップＳ１８に進む。回転速度ＲＶが小さな所定速度ＲＶ2未満であれば、ステップＳ１４にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ２６に進む。
【００５３】
ステップＳ１８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、電流コイル遅延回数Ｎicoおよび電流コイル温度補正係数Ｋicoである。
【００５４】
一方、回転フラグＲＶＦが“１”であれば、ステップＳ１２にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０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１１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ＲＶ1以下であれば、ステップＳ２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ２２にて回転フラグＲＶＦを“０”に変更してステップＳ２４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Ｓ２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ２６に進む。
【００５５】
ステップＳ２４においては、前記各種パラメータをブラシレスモータ１１の停止時に関する停止用パラメータに設定する。
【００５６】
このように、ブラシレスモータ１１の回転時と停止時とで、各種パラメータ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Ｎico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ータである。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１１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Ｋimaおよび電流コイル温度補正係数Ｋico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Ｉsmaおよびコイル用電流２乗値Ｉscoの影響の大きさを表すパラメータである。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Ｋicoは値が大きくなるに従って影響度が大きいことを表すので、ブラシレスモータ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Ｉsmaおよびコイル用電流２乗値Ｉsco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、モータ電流２乗値Ismtをローパスフィルタ処理した値である。
【００５７】
前記ステップＳ１２〜Ｓ２４の処理後、モータ加熱防止制御部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Ｎimaを用いた下記数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Ｉsmaが計算される。
【００５８】
【数３】
Ｉsma(n)＝Ｉsma(n-1)＋{Ｉsmt−Ｉsma(n-1)}／Ｎima
【００５９】
なお、前記数３において、Ｉsma(n)はマス用電流２乗値Ｉsmaの今回演算値（現在の値）を示し、Ｉsma(n-1)はマス用電流２乗値Ｉsmaの前回演算値（８０ミリ秒前の値）を示す（図７参照）。次に、ステップＳ２８にて、前記計算したマス用電流２乗値Ｉsma(n)および電流マス温度補正係数Ｋimaを用いた下記数４の演算の実行により、マス温度増加分ΔTPmaが計算される。
【００６０】
【数４】
ΔTPma＝ａ・Ｋima・Ｉsma(n)
【００６１】
なお、前記数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Ｓ３０にて、前記計算したマス温度増加分ΔTPmaおよび雰囲気温度TPtrを用いた下記数５の演算の実行により、マス推定温度TPmaが計算される。
【００６２】
【数５】
TPma＝TPtr＋ΔTPma
【００６３】
前記ステップＳ２６〜Ｓ３０の処理後、ステップS３２にて、モータ電流２乗値Ｉsmtおよび電流コイル遅延回数Ｎicoを用いた下記数６のローパスフィルタ処理演算を実行することにより、コイル用電流２乗値Ｉscoが計算される。
【００６４】
【数６】
Ｉsco(n)＝Ｉsco(n-1)＋{Ｉsmt−Ｉsco(n-1)}／Ｎico
【００６５】
なお、前記数６において、Ｉsco(n)はコイル用電流２乗値Ｉscoの今回演算値（現在の値）を示し、Ｉsco(n-1)はコイル用電流２乗値Ｉscoの前回演算値（８０ミリ秒前の値）を示す（図７参照）。次に、ステップＳ３４にて、前記計算したコイル用電流２乗値Ｉsco(n)および電流コイル温度補正係数Ｋicoを用いた下記数７の演算の実行により、コイル温度増加分ΔTPcoが計算される。
【００６６】
【数７】
ΔTPco＝ｂ・Ｋico・Ｉsco(n)
【００６７】
なお、前記数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Ｓ３６にて、前記計算したコイル温度増加分ΔTPcoおよびマス推定温度TPmaを用いた下記数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Ｓ３８にて、モータ温度推定プログラムの実行を終了する。
【００６８】
【数８】
TPco＝TPma＋ΔTPco
【００６９】
このような説明からも理解できるように、ブラシレスモータ１１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ータ１１の回転状態時と停止状態時とでコイルを流れる電流による温度上昇の違いが考慮されて、ブラシレスモータ１１のマス部およびコイルの温度が推定される。その結果、ブラシレスモータ１１に温度センサを組み込まなくても、簡単な構成によってブラシレスモータ１１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イルとに分け、異なるパラメータ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。
【００７０】
この温度推定演算部４４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４６ａおよび第２電流制限値演算部４６ｂに供給される。第１電流制限値演算部４６ａ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４６ａ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。
【００７１】
第２電流制限値演算部４６ｂは、第１電流制限値演算部４６ａ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が極めて高くなっ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４６ｂ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、下記数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。
【００７２】
【数９】
IL2(n)＝IL2(n-1)＋Ｋfl・(ILtg−IL2(n-1))
【００７３】
なお、前記数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（８０ミリ秒前の値）を示す。また、係数Ｋflは、予め決めた「１」未満の定数である。この数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ILtgまで徐々に減少していく。
【００７４】
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、６０Ａ）に設定した後、前述した数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。
【００７５】
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４６ｃに供給される。最小値選択部４６ｃ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２２に供給される。電流制限部２２は、上述のようにブラシレスモータ１１に流れる３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwをモータ電流制限値ILmに応じて制限する。
【００７６】
したがって、ブラシレスモータ１１のコイルの温度が上昇すると、同モータ１１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タ１１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１１のコイルの温度上昇を良好に抑えることができる。
【００７７】
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１１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、ブラシレスモータ１１のコイルの温度上昇が確実に抑制される。また、このブラシレスモータ１１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１１の出力の急変を避けることができる。
【００７８】
なお、上記実施形態においては、２相電流Ｉd，Ｉqを用いてモータ電流２乗値Ｉsmt（＝Ｉd2＋Ｉq2）を計算し、モータ電流２乗値Ｉsmtを用いてブラシレスモータ１１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、ブラシレスモータ１１に実際に流れる３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉw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、モータ加熱防止制御部４０は、電流センサ２４によって検出されたブラシレスモータ１１の３相電流Ｉu，Ｉv，Ｉwを入力する。そして、モータ加熱防止制御部４０は、上記実施形態のモータ電流２乗値Ｉsmtに代えて各相ごとの電流２乗値Ｉu2，Ｉv2，Ｉw2を計算し、上記実施形態のモータ電流２乗値Ｉsmtに適用した演算処理を前記各電流２乗値Ｉu2，Ｉv2，Ｉw2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イル温度を選択して、ブラシレスモータ１１に流れる電流を制限するようにすればよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、ブラシレスモータ１１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、ステータなど）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１１における温度上昇に伴うステータ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１１の３相電流を増加させるようにすればよい。
【００８０】
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１１に適用した例について説明したが、この発明は、ブラシレスモータ１１以外の各種モータにも適用できるものである。
【００８１】
また、上記実施形態においては、車両の操舵ハンドル１２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ータに本発明を適用した。しかし、本発明は、ステヤ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ータなど、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。
【００８２】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係るモータ温度推定装置およびモータ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】  図１のモータ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】  イグニッションスイッチのオン・オフ操作とモータ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】  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ΔTPbdに対するマス温度初期補正係数Ｋtpmの変化特性を示すグラフであり、(Ｂ)はプリント基板温度変化量ΔTPbdに対するコイル温度初期補正係数Ｋtpcの変化特性を示すグラフである。
【図６】  温度推定演算部にて実行されるモータ温度推定プログラムのフローチャートである。
【図７】  モータ電流２乗値Ｉsmt、マス用電流２乗値Isma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ャートである。
【図８】  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ある。
【符号の説明】
１１…ブラシレスモータ、１２…操舵ハンドル、１５…操舵トルクセンサ、２２…電流制限部、１６…回転角センサ、２４…電流センサ、３２…バッテリ、３５…イグニッションスイッチ、４０…モータ加熱防止制御部、４３…初期温度補正演算部、４４…温度推定演算部、４５…モータ電流２乗値演算部、４６ａ，４６ｂ…電流制限値演算部、５１…雰囲気温度センサ、５２…基板温度センサ、５３…速度変換部、６０…ＥＥＰＲＯＭ。
【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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