(57)【要約】駆動制御装置の一態様は、モータの駆動を制御する駆動制御装置において、それぞれが上記モータに電力を供給する少なくとも２つのインバータと、上記２つのインバータの両方を動作させて上記モータを駆動する第１駆動制御と、上記２つのインバータの片方を動作させて上記モータを駆動する第２駆動制御とを選択的に実行する制御部と、を備え、上記制御部が、上記第２駆動制御における上記片方のインバータの動作として、第１の温度状態では第１の動作方式を用い、上記第１の温度状態に較べ、上記片方のインバータから他のインバータへ放熱が少ない第２の温度状態では、上記第１の動作方式よりも発熱が低い第２の動作方式を用いる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動を制御する駆動制御装置において、
それぞれが前記モータに電力を供給する少なくとも２つのインバータと、
前記２つのインバータの両方を動作させて前記モータを駆動する第１駆動制御と、前記２つのインバータのうち片方のインバータを動作させて前記モータを駆動する第２駆動制御とを選択的に実行する制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記第２駆動制御における前記片方のインバータの動作として、
第１の温度状態では第１の動作方式を用い、
前記第１の温度状態に較べ、前記片方のインバータから他のインバータへの放熱が少ない第２の温度状態では、前記第１の動作方式よりも発熱が低い第２の動作方式を用いる駆動制御装置。
【請求項２】
前記第１の温度状態よりも前記２つのインバータの温度差が小さい前記第２の温度状態では前記第２の動作方式を用いる請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項３】
前記片方のインバータの温度が所定の温度を超え、かつ、前記第１の温度状態よりも前記２つのインバータの温度差が小さい前記第２の温度状態では前記第２の動作方式を用いる請求項１または２に記載の駆動制御装置。
【請求項４】
前記片方のインバータの温度が所定の温度を超え、かつ、前記第１の温度状態よりも当該片方のインバータの温度上昇が高い前記第２の温度状態では前記第２の動作方式を用いる請求項１に記載の駆動制御装置。
【請求項５】
前記制御部が、
前記第２の温度状態に較べ、前記片方のインバータから他のインバータへの放熱が更に少ない第３の温度状態では、前記モータへの供給電力を制限する請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動制御装置。
【請求項６】
前記インバータは、各インバータにそれぞれスイッチ素子を備え、当該スイッチ素子のオンオフ動作によって前記モータに電力を供給し、
前記第２の動作方式は、前記第１の動作方式よりも前記スイッチ素子のオンオフの頻度が少ない請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動制御装置。
【請求項７】
前記インバータが、設定されたキャリア周波数で前記スイッチ素子をオンオフ動作させ、
前記第２の動作方式は、前記第１の動作方式よりもキャリア周波数が低い請求項６に記載の駆動制御装置。
【請求項８】
前記モータが、３以上のｎ相の巻線を有し、
前記第１の動作方式では、前記ｎ相のそれぞれについて並行でオンオフ動作を行い、
前記第２の動作方式では、前記ｎ相のうちオンオフ動作が停止している相が、どの時点においても１つ以上存在する請求項６または７に記載の駆動制御装置。
【請求項９】
前記制御部が、
前記第１の動作方式では、前記スイッチ素子のオンオフ動作で正弦波の電力波形を形成し、
前記第２の動作方式では、前記スイッチ素子のオンオフ動作で矩形波もしくは台形波を形成する請求項６から８のいずれか１項に記載の駆動制御装置。
【請求項１０】
前記インバータが、前記スイッチ素子として、電源から前記モータへと電流が流れる電流路の接続・非接続を切替える電源側スイッチ素子と、前記モータからグランドへと電流が流れる電流路の接続・非接続を切替えるグランド側スイッチ素子とを備え、
前記第１の動作方式では、前記電源側スイッチ素子と前記グランド側スイッチ素子との双方が並行してオンオフ動作し、
前記第２の動作方式では、前記電源側スイッチ素子と前記グランド側スイッチ素子とのうち一方が他方よりオンオフ頻度が低い請求項５から９のいずれか１項に記載の駆動制御装置。
【請求項１１】
前記２つのインバータが共通に放熱するヒートシンクを更に備えた請求項１から１０のいずれか１項に記載の駆動制御装置。
【請求項１２】
前記２つのインバータそれぞれの温度を検出する２つの温度センサを更に備えた請求項１から１１のいずれか１項に記載の駆動制御装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の駆動制御装置と、
前記駆動制御装置によって駆動が制御されるモータと、
を備える駆動装置。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の駆動制御装置と、
前記駆動制御装置によって駆動が制御されるモータと、
前記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、
を備える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、駆動制御装置、駆動装置およびパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ駆動において冗長設計としてインバータを複数備える構成が知られている。この時、一方のインバータが故障した場合、他方のインバータで駆動を継続させることができる。これにより、例えばパワーステアリング装置のモータ駆動であれば、インバータの故障時にもパワーアシストが継続可能となる。また、インバータの出力が一定の電流値を超えた場合に、素子の発熱によるインバータの過熱を抑えるために過熱保護制御を行う構造が知られている。  【０００３】
例えば、特許文献１には、インバータを２つ備える２系統の構成において、系統温度に応じて各系統に出力を分配することで過熱を抑制する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５２６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方のインバータが故障して１系統のみで駆動する場合、通常駆動時の２倍の電流を出力する必要があるため、インバータの熱が片側に集中しやすい。そのため、１系統が故障した際には出力制限による過熱保護制御が考えられる。  【０００６】
しかし、電流の出力が制限されると、モータの出力が低下するので、例えばパワーステアリング装置のモータ駆動であれば、ドライバーへの操舵力の負荷が高くなり、ドライビング性能の悪化を招く。そこで、本発明は、１系統のみの駆動時に、インバータの過熱を抑えながらもモータの出力低下を抑制することを本発明の目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る駆動制御装置の一態様は、モータの駆動を制御する駆動制御装置において、それぞれが上記モータに電力を供給する少なくとも２つのインバータと、上記２つのインバータの両方を動作させて上記モータを駆動する第１駆動制御と、上記２つのインバータの片方を動作させて上記モータを駆動する第２駆動制御とを選択的に実行する制御部と、を備え、上記制御部が、上記第２駆動制御における上記片方のインバータの動作として、第１の温度状態では第１の動作方式を用い、上記第１の温度状態に較べ、上記片方のインバータから他のインバータへ放熱が少ない第２の温度状態では、上記第１の動作方式よりも発熱が低い第２の動作方式を用いる。  また、本発明に係る駆動装置の一態様は、上記駆動制御装置と、上記駆動制御装置によって駆動が制御されるモータと、を備える。  【０００８】
また、本発明に係るパワーステアリング装置の一態様は、上記駆動制御装置と、上記駆動制御装置によって駆動が制御されるモータと、上記モータによって駆動されるパワーステアリング機構とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、１系統のみの駆動時に、インバータの過熱を抑えながらもモータの出力低下を抑制することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニットの分解斜視図である。
【図２】図２は、モータ駆動ユニットの１系統分のブロック構成を模式的に示す図である。
【図３】図３は、インバータ１００がモータ２００に供給する電圧波形の一例を示す図である。
【図４】図４は、２系統で駆動する場合の熱分布を模式的に示す図である。
【図５】図５は、図５は、１系統で駆動する場合の熱分布を模式的に示す図である。
【図６】図６は、本実施形態における駆動制御を示すフローチャートである。
【図７】図７は、１系統の駆動で放熱の余地が減少した場合の熱分布を模式的に示す図である。
【図８】図８は、温度条件の第１の具体例における制御変更を示す図である。
【図９】図９は、測定温度の上昇率の例を示す図である。
【図１０】図１０は、「発熱が低い駆動方式」の第１の具体例を示す図である。
【図１１】図１１は、「発熱が低い駆動方式」の第２の具体例を示す図である。
【図１２】図１２は、「発熱が低い駆動方式」の第３の具体例を示す図である。
【図１３】図１３は、「発熱が低い駆動方式」の第４の具体例を示す図である。
【図１４】図１４は、「発熱が低い駆動方式」の第５の具体例を示す図である。
【図１５】図１５は、本実施形態によるパワーステアリング装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の駆動制御装置、駆動装置およびパワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。  
【００１２】
本明細書において、電源からの電力を、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線（「コイル」と表記する場合がある。）を有する三相モータに供給する駆動制御装置を例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのｎ相（ｎは４以上の整数）の巻線を有するｎ相モータに供給する駆動制御装置も本開示の範疇である。
（モータ駆動ユニット１０００の構造）
図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニット１０００の分解斜視図である。  モータ駆動ユニット１０００は、モータ２００と、ヒートシンク１００１と、パワー基板１００２と、制御基板１００３と、カバー１００４とを備える。  モータ２００は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルを、互いに独立に２系統備える。  ヒートシンク１００１は、モータ２００のベアリングホルダと一体に形成される。  
【００１３】
パワー基板１００２には、モータ２００が備えた２系統のコイルそれぞれに電力を供給する２系統のインバータ１００が搭載される。各インバータ１００の熱は、共通のヒートシンク１００１に放熱される。  制御基板１００３には、２系統のインバータ１００それぞれを制御する２系統の駆動制御回路３００が搭載される。  
【００１４】
カバー１００４は、パワー基板１００２および制御基板１００３を覆ってヒートシンク１００１およびモータ２００に固定される。これより、モータ駆動ユニット１０００はいわゆる機電一体型モータとして組み立てられる。  
【００１５】
本明細書では、構成要素としてモータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００を説明する。モータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００は、本発明の駆動装置の一例に相当する。ただし、モータ駆動ユニット１０００は、構成要素としてモータ２００を備えない、モータ２００を駆動するための装置であってもよい。モータ２００を備えないモータ駆動ユニット１０００は、本発明の駆動制御装置の一例に相当する。  図２は、モータ駆動ユニット１０００の１系統分のブロック構成を模式的に示す図である。  
【００１６】
モータ駆動ユニット１０００は、インバータ１００、制御回路３１０、駆動回路３２０を１系統毎に備える。制御回路３１０と駆動回路３２０は上述した駆動制御回路３００に含まれる。  
【００１７】
モータ２００は例えば三相交流モータであり、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイル２１０，２２０，２３０を１系統毎に備える。コイルの巻き方は、例えば集中巻きまたは分布巻きである。本実施形態では、モータ２００の各相のコイル２１０，２２０，２３０は中性点２４０で互いに接続され、中性点２４０も１系統毎に独立に形成される。そして、各コイル２１０，２２０，２３０の、中性点２４０に接続されない一端から駆動のために電圧や電流が供給される。本明細書において、部品（構成要素）同士の「接続」とは、特に断らない限り電気的な接続を意味する。  
【００１８】
なお、本発明にいうモータは、互いに接続された中性点２４０を有してもよいし、コイルを１系統のみ有してコイルの両端それぞれに各１系統のインバータが接続されてもよい。  
【００１９】
モータ駆動ユニット１０００は、インバータ１００によって、電源５０１からの電力をモータ２００に供給する電力に変換することが可能である。例えば、インバータ１００は、直流電力を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換することが可能である。  
【００２０】
電源５０１としては、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源５０１は、ＡＣ−ＤＣコンバータまたはＤＣ―ＤＣコンバータであってもよいし、バッテリー（蓄電池）であってもよい。また、モータ駆動ユニット１０００は、内部に電源を備えてもよい。  
【００２１】
電源５０１とインバータ１００との間には、電源分離スイッチ５０２が備えられる。電源分離スイッチ５０２は、電源５０１とインバータ１００との接続・非接続を切替えることができる。  
【００２２】
インバータ１００とモータ２００との間には、相分離スイッチ６１０が備えられる。相分離スイッチ６１０は、インバータ１００とモータ２００との接続・非接続を切替えることができる。  
【００２３】
電源分離スイッチ５０２および相分離スイッチ６１０は、２系統のインバータ１００などのうち１系統に異常が生じた場合に、当該１系統をモータ２００および電源５０１から電気的に切り離す。  
【００２４】
電源端子には、電源分離スイッチ５０２を介してコンデンサ５０３が接続される。コンデンサ５０３は、インバータ１００に電力を供給する電源５０１に対し、インバータ１００と並列に接続される。コンデンサ５０３は、いわゆる平滑コンデンサであり、環流電流を吸収することで電圧リプルを抑制する。コンデンサ５０３は、例えば電解コンデンサであり、容量および使用する個数は設計仕様などによって適宜決定される。  
【００２５】
モータ駆動ユニット１０００には温度センサの一種であるサーミスタ６００が備えられ、インバータ１００の温度が１系統毎に測定されて制御回路３１０に入力される。なお、各系統の制御回路３１０には、自己の系統からの測定値だけでなく、相手の系統からの測定値も入力される。  
【００２６】
インバータ１００は、モータ２００のコイル(巻線) ２１０，２２０，２３０ に接続されたスイッチ素子１０１〜１０６を備え、スイッチ素子１０１〜１０６のオンオフ動作によってモータ２００に電力を供給する。より具体的には、インバータ１００は、スイッチ素子として、電源５０１からモータ２００へと電流が流れる電流路の接続・非接続を切替えるハイサイドスイッチ素子１０１，１０３，１０５と、モータ２００からグランドへと電流が流れる電流路の接続・非接続を切替えるローサイドスイッチ素子１０２，１０４，１０６とを備える。  
【００２７】
インバータ１００に備えられた各スイッチ素子１０１〜１０６は、駆動回路３２０によってオンオフ動作され、そのオンオフ動作の結果、モータ２００に電力が供給されて出力が生じる。オンオフ動作の制御は、制御回路３２０によるＰＷＭ制御で実行される。即ち、制御回路３２０は各スイッチ素子１０１〜１０６のオンオフ動作を制御してモータ２００の出力を制御する。
（インバータ１００の駆動制御）
図３は、インバータ１００がモータ２００に供給する電圧波形の一例を示す図である。  図３の横軸は電気角を示し、縦軸は電圧値を示す。  
【００２８】
インバータ１００は、ＰＷＭ制御によって駆動されることにより、電源５０１からの直流電圧を、図３に示すような曲線的な波形の交流電圧に変換する。このような波形の交流電圧がモータ２００に供給されることにより、モータ２００はトルクリップルの少ない滑らかな回転出力を生じる。  
【００２９】
上述したように、モータ駆動ユニット１０００は２系統の駆動制御回路３００（制御回路３１０および駆動回路３２０）とインバータ１００を備えるので、１系統に異常が生じた場合であっても、正常な１系統でモータ２００の駆動を継続することができる。このように１系統でモータ２００が駆動されると、その１系統のインバータ１００に熱が偏ることになる。  図４は、２系統で駆動する場合の熱分布を模式的に示す図であり、図５は、１系統で駆動する場合の熱分布を模式的に示す図である。  
【００３０】
パワー基板１００２はヒートシンク１００１と接触し、インバータ１００の熱はヒートシンク１００１へと放熱される。２系統のインバータ１００の双方が駆動する場合、サーミスタ６００で測定される各インバータ１００の温度は、図に斜線で示されているようにほぼ同等であり、温度差は小さい。  
【００３１】
２系統のインバータ１００のうち、一方のインバータ１００＿ＮＧに異常が生じると、当該一方のインバータ１００＿ＮＧは駆動が停止され、正常なもう一方のインバータ１００＿ＯＫのみが駆動してモータ２００に電力を供給する。この結果、図に斜線で示されているように、正常なインバータ１００＿ＯＫに熱が偏る。但し、このような熱の偏りは、２系統での駆動時から生じている場合もある。  また、例えばパワーステアリング装置などの様に、モータ２００の出力維持が求められる装置の場合は、正常なインバータ１００＿ＯＫで２系統分の電力供給を担うことになり、インバータ１００＿ＯＫの発熱も増加する。その結果、サーミスタ６００で測定されるインバータ１００＿ＯＫの温度は、２系統のインバータ１００の双方が駆動する場合の温度よりも高温となる。  
【００３２】
インバータ１００の温度が高くなりすぎると故障の原因となるので、一般に、高温時のインバータ１００の制御として過熱保護制御が知られており、電流が制限されることによってインバータ１００の発熱が抑制される。しかし、電流の制限によってモータ２００への供給電力も制限されることになり、モータ２００の出力維持が失われる虞がある。  そこで、本実施形態では、インバータ１００の過熱を抑えながらもモータ２００の出力低下を抑制するため、以下説明するような駆動制御が実行される。  図６は、本実施形態における駆動制御を示すフローチャートである。  
【００３３】
この駆動制御では、先ずステップＳ１０１で、２系統のいずれかに異常が発生したか否かが判定される。異常発生の判定方法としては、従来周知の任意の判定方法が採用される。また、異常の判定対象としては、インバータ１００であってもよく、駆動回路３２０であってもよく、制御回路３１０であってもよい。  
【００３４】
２系統のいずれにも異常が生じていない(双方とも正常である)場合には(ステップＳ１０１；ＮＯ）、２系統の双方が用いられる通常の駆動が継続される。そして、２系統のいずれかに異常が発生した場合は(ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、ステップＳ１０２に進み、異常が発生した系統について、制御回路３１０、駆動回路３２０およびインバータ１００が停止される。そして、正常な１系統で駆動が継続される。  
【００３５】
つまり、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０２では、２つのインバータ１００の両方を動作させてモータ２００を駆動する第１駆動制御と、２つのインバータ１００のうち片方のインバータ１００を動作させてモータ２００を駆動する第２駆動制御とを選択的に実行する。  
【００３６】
２系統双方による駆動から切り替わった場合の１系統の駆動は、例えば図３に示す電圧波形による駆動であり、１系統で２系統分の電力供給が行われる。この結果、モータ２００の出力も維持される。また、正常な１系統のみでモータ２００が駆動されると、当該１系統での発熱は、２系統双方による駆動時における１系統分の発熱よりも高く、図５に示したように、正常なインバータ１００＿ＯＫに熱が偏る。その偏った熱は、ヒートシンク１００１に放熱されるが、異常なインバータ１００＿ＮＧが停止している場合には、正常なインバータ１００＿ＯＫ側から異常なインバータ１００＿ＮＧ側へと放熱される作用が生じる。つまり、停止しているインバータ１００＿ＮＧ側が追加の放熱部として機能する。  
【００３７】
１系統による高発熱のモータ２００駆動が行われると、その後、制御変更が必要な温度条件に達したか判定される（ステップＳ１０３）。ここで、制御変更が必要な温度条件とは、停止しているインバータ１００＿ＮＧ側への放熱が少なくなる温度条件である。具体的な条件については後述する。  
【００３８】
制御変更が必要な温度条件に達しない（ステップＳ１０３；ＮＯ）間は、高い発熱を生じる１系統の駆動が継続され、制御変更が必要な温度条件に達すると（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、ステップＳ１０４に進み、発熱が低い駆動方式に変更される。つまり、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０４では、第１の温度状態では第１の動作（駆動）方式を用い、第１の温度状態に較べ、片方のインバータから他のインバータへの放熱が少ない第２の温度状態では、第１の動作（駆動）方式よりも発熱が低い第２の動作（駆動）方式を用いる。  
【００３９】
後で具体的な駆動方式について詳述するように、ステップＳ１０４で実行される発熱が低い駆動方式は、モータ２００の出力を維持する一方でトルクリップルの発生などについては妥協して発熱を抑制する駆動方式である。このような発熱が低い駆動方式に移行した後は、過熱保護が必要な温度条件に達したか判定される（ステップＳ１０５）。過熱保護が必要な温度条件とは、例えば過熱保護開始の閾値温度を超える温度などである。  
【００４０】
過熱保護が必要な温度条件に達しない（ステップＳ１０５；ＮＯ）間は、上述した発熱が低い駆動方式が継続され、過熱保護が必要な温度条件に達すると（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、ステップＳ１０６に進み、過熱保護によって電流が制限されることによってインバータ１００の発熱が抑制される。上述したように、過熱保護では発熱が抑制されると共に、モータ２００の出力も抑制される。つまり、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０６では、上述した第２の温度状態に較べ、片方のインバータから他のインバータへの放熱が更に少ない第３の温度状態では、モータ２００への供給電力を制限する。  このように、本実施形態の駆動制御では、過熱保護に至る前に低発熱の駆動方式が用いられてモータ２００の出力ができるだけ維持される。  以下、上述した「制御変更が必要な温度条件」の具体例について説明する。  
【００４１】
第１の具体例では、第１の温度状態よりも２つのインバータの温度差が小さい第２の温度状態では第２の動作方式が用いられる。即ち、２つの系統それぞれについてサーミスタ６００で測定された温度の差が所定の閾値を下回った場合に、低発熱の駆動方式が用いられる。  
【００４２】
図５に示されるように、駆動中のインバータ１００＿ＯＫに熱が偏っている場合には、２つのサーミスタ６００による測定値の差（即ち温度差）が大きい。そして、そのような温度差により、停止中のインバータ１００＿ＮＧが放熱部として機能するので、駆動中のインバータ１００＿ＯＫは放熱に余裕があり、高い発熱の駆動方式を継続することができる。しかし、駆動中のインバータ１００＿ＯＫによる高い発熱が続くと、環境温度などによっては放熱の余地が減少する虞がある。  図７は、１系統の駆動で放熱の余地が減少した場合の熱分布を模式的に示す図である。  
【００４３】
駆動中のインバータ１００＿ＯＫによる高い発熱が続くと、例えば環境温度が高い場合などは、ヒートシンク１００１の温度も上昇するとともに停止中のインバータ１００＿ＮＧの温度も上昇する。その結果、２つのサーミスタ６００による測定値の差（即ち温度差）が低下し、停止中のインバータ１００＿ＮＧによる放熱部としての機能も低下する。従って、放熱の余地が全体として失われ、駆動中のインバータ１００＿ＯＫが更に高温化する虞がある。  このような温度状態（温度条件）に達した場合には、駆動中のインバータ１００＿ＯＫにおける駆動方式が、低発熱の駆動方式に変更される。
（温度条件の具体例）
図８は、温度条件の第１の具体例における制御変更を示す図である。  図８の横軸は時間経過を示し、縦軸は温度差を示す。  
【００４４】
高い発熱の駆動がある程度の高温環境などで継続されると、２つの系統における温度差が時間経過と共に減少する。そして、温度差が閾値ＴＶ１を下回ると、低発熱の駆動方式に変更されて駆動が継続される。駆動方式が変更されて発熱が減ることで温度差も下げ止まり、放熱の余地が生まれるので、出力の維持が図られる。  
【００４５】
なお、温度差のみによる判断では、駆動中のインバータ１００＿ＯＫの発熱が小さくて２つのインバータ１００＿ＯＫ，１００＿ＮＧが双方とも低温である場合と放熱の余地が少ない場合との区別が困難である。従って、第１の具体例では、望ましくは、駆動中の片方のインバータの温度が所定の温度を超え、かつ、第１の温度状態よりも２つのインバータの温度差が小さい第２の温度状態では第２の動作方式が用いられる。即ち、駆動中の系統におけるサーミスタ６００の測定温度が所定の閾値を超え、かつ、２つの系統それぞれについてサーミスタ６００で測定された温度の差が所定の閾値を下回った場合に、低発熱の駆動方式が用いられることが望ましい。  
【００４６】
「制御変更が必要な温度条件」の第２の具体例では、駆動中の片方のインバータの温度が所定の温度を超え、かつ、第１の温度状態よりも当該片方のインバータの温度上昇が高い第２の温度状態では第２の動作方式が用いられる。即ち、駆動中の系統について、サーミスタ６００の測定温度が所定の閾値を超えるとともに測定温度の上昇率も所定の閾値を超える場合に、低発熱の駆動方式が用いられる。この第２の具体例によれば、駆動側の温度のみで温度状態が決められるので、相手側の系統の測定値を得るための配線などが不要となりコストダウンが見込まれる。  図９は、測定温度の上昇率の例を示す図である。  図９の横軸は時間経過を示し、縦軸は、駆動側の系統のサーミスタ６００による測定温度を示す。  
【００４７】
図９のグラフには、温度上昇率が大きい例を表したラインＬ１と、温度上昇率が小さい例を表したラインＬ２が示されている。温度上昇率が大きいと、同じ温度上昇が短時間で生じる。このため、仮に高い発熱の駆動方式を継続するならば、過熱保護の閾値温度ＴＶ２に到達して電流制限が掛かる虞がある。従って、過熱保護に至る前に、低発熱の駆動方式に変更することが望ましい。  
【００４８】
一方、温度上昇率が小さいと、同じ温度上昇が生じるのに長時間を要し、その間にヒートシンク１００１や停止中のインバータ１００＿ＮＧへと放熱も進む。このため、高い発熱の駆動方式を継続しても過熱保護の閾値温度ＴＶ２には到達せずに温度の上昇が頭打ちとなることが期待される。  このように、温度上昇率によって放熱の状況が判定可能であり、駆動方式の適切な変更も可能となる。
（駆動方式の具体例）
以下、上述した「発熱が低い駆動方式」の具体例について説明する。  
【００４９】
２系統のインバータ１００は、各インバータ１００にそれぞれスイッチ素子１０１〜１０６を備え、当該スイッチ素子１０１〜１０６のオンオフ動作によってモータ２００に電力を供給する。発熱が低い第２の動作（駆動）方式は、第１の動作（駆動）方式よりもスイッチ素子１０１〜１０６のオンオフの頻度が少ない。スイッチ素子１０１〜１０６は、オンオフ動作（スイッチング）に伴って発熱を生じるので、スイッチ素子１０１〜１０６におけるオンオフ動作の頻度が減ることでインバータ１００の発熱が低減される。また、以下説明するように、オンオフ動作の頻度が減ってもモータ２００の出力を維持することができる。  図１０は、「発熱が低い駆動方式」の第１の具体例を示す図である。  
【００５０】
第１の動作（駆動）方式で、ｎ相（例えば３相）のそれぞれについて並行でオンオフ動作を行うのに対し、図１０に示す第２の動作（駆動）方式では、ｎ相のうちオンオフ動作が停止している相が、どの時点においても１つ以上存在する。  
【００５１】
図３に示す電圧波形を生じる駆動方式を３相変調方式と称し、図１０に示す駆動方式を２相変調方式と称する。即ち、図１０に示す駆動方式では、電気角の０°から９０°まではＶ相が電圧０に維持され、Ｖ相のスイッチ素子は電圧０を示すオンオフ状態に固定される。従って、電気角の０°から９０°まではＶ相のスイッチ素子についてはＰＷＭ制御のオンオフ動作が停止する。  また、電気角の９０°から２１０°まではＷ相が電圧０に維持され、Ｗ相のスイッチ素子についてはＰＷＭ制御のオンオフ動作が停止する。  更に、電気角の２１０°から３３０°まではＵ相が電圧０に維持され、Ｕ相のスイッチ素子についてはＰＷＭ制御のオンオフ動作が停止する。  更にまた、電気角の３３０°から３６０°（０°）まではＶ相が電圧０に維持され、Ｖ相のスイッチ素子についてはＰＷＭ制御のオンオフ動作が停止する。  
【００５２】
このように、図１０に示す駆動方式では、モータ２００の３相のうち、一時には２相のみでオンオフ動作が実行され、常にいずれか１相はオンオフ動作が停止される。この結果、図３に示す３相変調方式に対して２相変調方式ではスイッチ素子のオンオフ動作が約３分の１低減され、スイッチングに伴う発熱も低減される。  
【００５３】
一方で、モータ２００の出力は、図１０に示す電圧波形によって供給される電力によって決まるが、供給電力は図３に示す電圧波形による供給電力とほぼ同等である。従って、モータ２００の出力は、３相変調方式から２相変調方式になってもほぼ維持されることになる。  図１１は、「発熱が低い駆動方式」の第２の具体例を示す図である。  
【００５４】
図１１に示す例では、インバータ１００が、設定されたキャリア周波数でスイッチ素子１０１〜１０６をオンオフ動作し、第２の動作（駆動）方式は、第１の動作（駆動）方式よりもキャリア周波数が低い。図１１の左方には、第１の動作方式におけるキャリア周波数の例が示され、図１１の右方には、第２の動作方式におけるキャリア周波数の例が示される。  
【００５５】
即ち、駆動回路３２０は制御回路３１０により、ＰＷＭ制御におけるキャリア周波数として例えば２０ｋＨｚが設定され、２系統での駆動時や、１系統による高い発熱の駆動方式では、設定された２０ｋＨｚで駆動回路３２０がインバータ１００のスイッチ素子１０１〜１０６をオンオフ動作させる。  
【００５６】
これに対して低発熱の駆動方式では、駆動回路３２０は制御回路３１０により、キャリア周波数として例えば１６ｋＨｚが設定され、駆動回路３２０がインバータ１００のスイッチ素子１０１〜１０６を１６ｋＨｚでオンオフ動作させる。  
【００５７】
このようにキャリア周波数が低周波数に変更されることでスイッチ素子１０１〜１０６のオンオフ動作の頻度が容易に低減され、インバータ１００の発熱も抑制される。なお、キャリア周波数は、インバータ１００による電力波形とは独立に変更可能である。従って、高い発熱の駆動方式と低発熱の駆動方式との双方で、例えば図３に示す電圧波形が用いられてもよい。つまり、図１１に示す第２の具体例では、高い発熱の駆動方式と低発熱の駆動方式とで電圧波形が変更されなくてもインバータ１００の発熱が抑制される。  
【００５８】
図１１に示す第２の具体例は、図１０に示す第１の具体例と組み合わせで採用されてもよい。即ち、高い発熱の駆動方式では、例えば、図３に示す電圧波形と２０ｋＨｚのキャリア周波数が用いられ、低発熱の駆動方式では、図１０に示す電圧波形と１６ｋＨｚのキャリア周波数が用いられる。  同様に、図１１に示す第２の具体例は、後述する他の具体例と組み合わせで採用されてもよい。  図１２は、「発熱が低い駆動方式」の第３の具体例を示す図である。  
【００５９】
図１２に示す例では、高い発熱の第１の動作（駆動）方式では、スイッチ素子のオンオフ動作で正弦波の電力波形を形成し、低発熱の第２の動作（駆動）方式では、スイッチ素子のオンオフ動作で台形波を形成する。図１２の左方には、第１の動作方式における電力波形である正弦波が示され、図１２の右方には、第２の動作方式における電力波形である台形波が示される。  
【００６０】
電力波形が滑らかな曲線である正弦波では、ＰＷＭ制御によるスイッチ素子のオンオフ動作が絶えず行われることで波形が形成されるが、台形波の場合には、振幅が一定の区間でオンオフ動作が停止可能となる。従って、台形波では、一部区間でオンオフ動作が停止されることにより、インバータの発熱が抑制される。  図１３は、「発熱が低い駆動方式」の第４の具体例を示す図である。  
【００６１】
図１３に示す例では、高い発熱の第１の動作（駆動）方式では、スイッチ素子のオンオフ動作で正弦波の電力波形を形成し、低発熱の第２の動作（駆動）方式では、スイッチ素子のオンオフ動作で矩形波を形成する。図１３の左方には、第１の動作方式における電力波形である正弦波が示され、図１３の右方には、第２の動作方式における電力波形である矩形波が示される。  
【００６２】
電力波形が滑らかな曲線である正弦波では、ＰＷＭ制御によるスイッチ素子のオンオフ動作が絶えず行われることで波形が形成されるが、矩形波の場合には振幅が一定であるので、極性が逆転する箇所を除くと、任意の区間でオンオフ動作が停止可能となる。従って、矩形波では、任意の区間でオンオフ動作が停止されることにより、インバータの発熱が抑制される。  図１４は、「発熱が低い駆動方式」の第５の具体例を示す図である。  
【００６３】
図１４に示す例では、第１の動作（駆動）方式で、ハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子との双方が並行してオンオフ動作し、第２の動作（駆動）方式では、ハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子とのうち一方が他方よりオンオフ頻度が低い。より詳細には、図１４には、ハイサイドスイッチ素子におけるオンオフ動作としてベタオン動作（即ち一部区間でオン状態に固定された動作）が用いられ、ローサイドスイッチ素子でＰＷＭ制御のオンオフ動作が用いられる例が示される。  
【００６４】
高い発熱の駆動方式ではローサイドスイッチ素子と並行でＰＷＭ制御のオンオフ動作を行っていたハイサイドスイッチ素子が、低発熱の駆動方式ではベタオン動作によって殆どオンオフ動作を停止する。従って、低発熱の駆動方式では、全体としてスイッチ素子のオンオフ動作がほぼ半減することになり、インバータ１００の発熱が抑制される。  
【００６５】
なお、ハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子との一方のみのＰＷＭ制御であっても、電力波形としては任意の電力波形が形成可能である。従って、図１４に示す第５の具体例は、上述した第３，第４の具体例との組み合わせが可能である。  
【００６６】
また、ハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子との一方のみのＰＷＭ制御であっても、キャリア周波数としては任意の周波数が採用可能である。従って、図１４に示す第５の具体例は、上述した第２の具体例と組み合わされてもよい。  更には、図１４に示す第５の具体例は、上述した第１，第３，第４の具体例と組み合わされた上に、上述した第２の具体例とも組み合わされてもよい。
（パワーステアリング装置の実施形態）
【００６７】
自動車等の車両は一般的に、パワーステアリング装置を備えている。パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。  
【００６８】
上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００は、パワーステアリング装置に好適に利用される。図１５は、本実施形態によるパワーステアリング装置２０００の構成を模式的に示す図である。  電動パワーステアリング装置２０００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構５４０を備える。  
【００６９】
ステアリング系５２０は、例えば、ステアリングハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２（「ステアリングコラム」とも称される。）、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、および回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）を備える。  
【００７０】
また、ステアリング系５２０は、例えば、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪（例えば左右の前輪）５２９Ａ、５２９Ｂを備える。  
【００７１】
ステアリングハンドル５２１は、ステアリングシャフト５２２と自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂとを介して回転軸５２４に連結される。回転軸５２４にはラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６が連結される。ラックアンドピニオン機構５２５は、回転軸５２４に設けられたピニオン５３１と、ラック軸５２６に設けられたラック５３２とを有する。ラック軸５２６の右端には、ボールジョイント５５２Ａ、タイロッド５２７Ａおよびナックル５２８Ａをこの順番で介して右の操舵車輪５２９Ａが連結される。右側と同様に、ラック軸５２６の左端には、ボールジョイント５５２Ｂ、タイロッド５２７Ｂおよびナックル５２８Ｂをこの順番で介して左の操舵車輪５２９Ｂが連結される。ここで、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。  
【００７２】
ステアリング系５２０によれば、運転者がステアリングハンドル５２１を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構５２５を介して左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。  
【００７３】
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、機電一体型モータ５４３、減速機構５４４を備える。補助トルク機構５４０は、ステアリングハンドル５２１から左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに至るステアリング系５２０に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。  機電一体型モータ５４３としては、例えば図１に示されたモータ駆動ユニット１０００が好適に用いられる。  
【００７４】
図１５に示された各要素のうち、操舵トルクセンサ５４１および機電一体型モータ５４３を除いた要素で構成された機構は、モータ２００によって駆動されるパワーステアリング機構の一例に相当する。  
【００７５】
操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングハンドル５２１によって付与されたステアリング系５２０の操舵トルクを検出する。操舵トルクセンサ５４１からの検出信号（以下、「トルク信号」と表記する。）は、機電一体型モータ５４３に入力され、機電一体型モータ５４３内の制御回路で補助トルクが算出され、その補助トルクを示した駆動信号が生成される。機電一体型モータ５４３は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構５４４を介してステアリング系５２０の回転軸５２４に伝達される。減速機構５４４は、例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸５２４からラックアンドピニオン機構５２５に伝達される。  
【００７６】
パワーステアリング装置２０００は、補助トルクがステアリング系５２０に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類される。図１５には、コラムアシスト型のパワーステアリング装置２０００が示されている。ただし、パワーステアリング装置２０００は、ラックアシスト型、ピニオンアシスト型等にも適用される。  
【００７７】
パワーステアリング装置２０００によれば、運転者の操舵トルクに機電一体型モータ５４３の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸５２６によって左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。特に、機電一体型モータ５４３に、上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００が利用されることにより、２系統の一方に異常が生じた場合であっても発熱が抑制されてアシストトルクが維持される。  
【００７８】
なお、ここでは、本発明の駆動制御装置、駆動装置における使用方法の一例としてパワーステアリング装置が挙げられるが、本発明の駆動制御装置、駆動装置の使用方法は上記に限定されず、ポンプ、コンプレッサなど広範囲に使用可能である。  
【００７９】
上述した実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８０】
１００    ：インバータ１０１，１０３，１０５    ：ハイサイドスイッチ素子１０２，１０４，１０６    ：ローサイドスイッチ素子２００    ：モータ２１０，２２０，２３０    ：コイル３１０    ：制御回路３２０    ：駆動回路５０１    ：電源５０３    ：コンデンサ６００    ：サーミスタ１０００    ：モータ駆動ユニット１００１    ：ヒートシンク１００２    ：パワー基板１００３    ：制御基板２０００    ：パワーステアリング装置
【図１】
2020066184.tif 000003
【図２】
2020066184.tif 000004
【図３】
2020066184.tif 000005
【図４】
2020066184.tif 000006
【図５】
2020066184.tif 000007
【図６】
2020066184.tif 000008
【図７】
2020066184.tif 000009
【図８】
2020066184.tif 000010
【図９】
2020066184.tif 000011
【図１０】
2020066184.tif 000012
【図１１】
2020066184.tif 000013
【図１２】
2020066184.tif 000014
【図１３】
2020066184.tif 000015
【図１４】
2020066184.tif 000016
【図１５】
2020066184.tif 000017
【国際調査報告】
2020066184.tif 000018
2020066184.tif 000019
2020066184.tif 000020
2020066184.tif 000021