特許 7436988 多相回転機の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-14

(45)【発行日】2024-02-22

(54)【発明の名称】多相回転機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 25/22 20060101AFI20240215BHJP

   H02P 21/13 20060101ALI20240215BHJP

【ＦＩ】

H02P25/22

H02P21/13

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020130498

(22)【出願日】2020-07-31

(65)【公開番号】P2022026842

(43)【公開日】2022-02-10

【審査請求日】2023-03-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100093779

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 崇志

(72)【発明者】

【氏名】道木 慎二

(72)【発明者】

【氏名】王 シン

【審査官】柏崎 翔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１４０８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０１０９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２５／２２

Ｈ０２Ｐ ２１／１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多相巻線への通電に係る一群の構成要素の単位を系統と定義すると、二系統の多相巻線（８０Ａ、８０Ｂ）を有する多相回転機（８０）の駆動を制御する制御装置であって、
前記二系統の多相巻線に個別に通電可能な二系統の電力変換器（６０Ａ、６０Ｂ）と、
互いに独立して設けられ、電流検出器（７０Ａ、７０Ａ）により検出された多相巻線に流れる電流に基づき、前記電力変換器から多相巻線に流す電流を制御する演算を行う二系統の演算装置（４０Ａ、４０Ｂ）と、
を備え、
各系統の前記演算装置は、
自系統の多相巻線に流れる電流と自系統及び他系統の出力電圧とに基づき、他系統の電流を推定し、
推定した他系統の電流に基づいて系統間の干渉の影響を抑制する多相回転機の制御装置。

【請求項2】

各系統の前記演算装置は、オブザーバ（５７０Ａ、５７０Ｂ）により他系統の電流を推定する請求項１に記載の多相回転機の制御装置。

【請求項3】

各系統の前記演算装置は、推定した他系統の電流を用いて非干渉化制御を行う請求項１または２に記載の多相回転機の制御装置。

【請求項4】

各系統の前記演算装置は、自系統の電流と推定した他系統の電流との和と差を制御することで、自系統の多相巻線に流す電流を制御する請求項１～３のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。

【請求項5】

前記オブザーバのゲインは、前記多相回転機の回転数に応じて可変に設定される請求項２に記載の多相回転機の制御装置。

【請求項6】

各系統の前記演算装置は、少なくとも各系統の異常情報を系統間通信により双方向に通信し、他系統が正常の時にのみ他系統電流の推定演算を実施する請求項１～５のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。

【請求項7】

各系統の前記演算装置は、
電流制御演算の周期よりも長い周期で各前記演算装置に入力される信号により電流制限値を演算し、系統間通信により少なくとも一方向に前記電流制限値を送信する請求項１～６のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。

【請求項8】

各系統の前記演算装置は、
電流制御演算の周期よりも長い周期で各前記演算装置に入力される信号により、異常の有無を示す異常信号を演算し、系統間通信により少なくとも一方向に前記異常信号を送信する請求項１～７のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。

【請求項9】

車両に搭載される多相回転機の制御装置であって、
前記系統間通信は、車両ネットワークを経由して行われる請求項６～８のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。

【請求項10】

前記系統間通信は、当該制御装置の内部で行われる請求項６～８のいずれか一項に記載の多相回転機の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多相回転機の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、二系統の多相巻線に電力変換器から通電する電流を制御する制御装置が知られている。

【0003】

例えば特許文献１には、互いに磁気的に結合する二組の３相巻線組を有する３相回転機の制御装置において、二系統の電流の和と差を制御する構成が開示されている。この構成では、二系統のｄｑ軸実電流Ｉｄ、Ｉｑの和と差が電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*の和と差に対してそれぞれフィードバックされる。その偏差に基づき、モータ逆モデル及び制御器を通してｄｑ軸電圧Ｖｄ、Ｖｑの和と差が演算される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５５５６８４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の制御装置は、二系統に共通の一つの演算装置が各系統の３相電流検出値に基づいて、ｄｑ軸実電流（すなわちフィードバック電流）の加減算を行っている。一方、各系統の電力変換器に対応する二系統の演算装置が別々に設けられる構成では、他系統の電流情報を通信によって取得する必要がある。二系統の多相巻線の電流を制御する場合、演算装置間の通信負荷が高く、制御周期を短くできないため、制御性能が劣化するという問題がある。また、演算周期を短くするために演算装置間の通信を速くすると、通信による他の回路へのノイズが増えたり、通信がノイズの影響を受けやすくなったりする。

【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、二系統の演算装置を有する構成において、他系統の電流情報の取得に係る通信負荷を低減する多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】

多相巻線への通電に係る一群の構成要素の単位を「系統」と定義する。本発明による多相回転機の制御装置は、二系統の多相巻線（８０Ａ、８０Ｂ）を有する多相回転機（８０）の駆動を制御する制御装置である。この多相回転機の制御装置は、二系統の電力変換器（６０Ａ、６０Ａ）と、二系統の演算装置（４０Ａ、４０Ｂ）と、を備える。

【0008】

二系統の電力変換器は、二系統の多相巻線に個別に通電可能である。二系統の演算装置は、互いに独立して設けられ、電流検出器（７０Ａ、７０Ｂ）により検出された多相巻線に流れる電流に基づき、電力変換器から多相巻線に流す電流を制御する演算を行う。「二系統の演算装置が互いに独立して設けられる」とは、ハードウェア構成が物理的に分離していることを意味する。

【0009】

各系統の演算装置は、自系統の多相巻線に流れる電流と自系統及び他系統の出力電圧とに基づき、他系統の電流を推定し、推定した他系統の電流に基づいて系統間の干渉の影響を抑制する。「系統間の干渉の影響を抑制する」とは、直接的に非干渉化制御量を算出する制御に限らず、干渉の影響を抑制する方向に作用する制御全般を含むことを意味する。

【0010】

本発明では、他系統の実電流を系統間通信により取得するのでなく自系統の演算装置により推定することで、他系統の電流情報の取得に係る通信負荷を低減することができる。また、自系統の電流情報だけを使うため、二系統の同一要因による故障率を下げる効果もある。

【0011】

好ましくは、各系統の演算装置は、オブザーバ（５７０Ａ、５７０Ｂ）により他系統の電流を推定する。オブザーバにより収束計算を行うことで制御が安定化する。また、好ましくは、各系統の演算装置は、推定した他系統の電流を用いて非干渉化制御を行う。より好ましくは、各系統の演算装置は、自系統の電流と推定した他系統の電流との和と差を制御することで、自系統の多相巻線に流す電流を制御する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】各実施形態による多相回転機の制御装置（ＥＣＵ）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】二系統機電一体モータの軸方向断面図。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図。

【図4】二系統多相同軸モータの構成を示す模式図。

【図5】モータ駆動システムの全体構成図。

【図6】二系統の演算装置（マイコン）の制御ブロック図。

【図7】第１実施形態による電圧指令演算部のブロック図。

【図8】（ａ）Ａ系統、（ｂ）Ｂ系統のオブザーバのブロック図。

【図9】回転数に応じたオブザーバのゲイン特性を示す（ａ）一例、（ｂ）別の例の図。

【図10】他系統電流推定の実施又は不実施を切り替える（ａ）一例、（ｂ）別の例のフローチャート。

【図11】系統間通信周期と電流制御演算周期との関係を示すタイムチャート。

【図12】第２実施形態による電圧指令演算部のブロック図。

【図13】第３実施形態による電圧指令演算部のブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の多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。各実施形態において「多相回転機の制御装置」としての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（すなわち多相回転機）の通電を制御する。複数の実施形態で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、以下の第１～第３実施形態を包括して「本実施形態」という。最初に図１～図６を参照し、各実施形態に共通する事項について説明する。

【0014】

［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９９の全体構成を示す。なお、図１には、ＥＣＵ１０がモータ８０の軸方向の一方側に一体に構成されている「機電一体式」のモータ８００が図示されるが、ＥＣＵ１０とモータ８０とがハーネスで接続された「機電別体式」にも、本実施形態は同様に適用可能である。また、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、本実施形態は同様に適用可能である。

【0015】

ステアリングシステム９９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。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。

【0016】

電動パワーステアリング装置９０は、操舵トルクセンサ９３Ａ、９３Ｂ、ＥＣＵ１０、モータ８０及び減速ギア９４等を含む。操舵トルクセンサ９３Ａ、９３Ｂは、ステアリングシャフト９２の途中に冗長的に設けられ、運転者の操舵トルクＴｓＡ、ＴｓＢを検出する。ＥＣＵ１０は、操舵トルクＴｓＡ、ＴｓＢ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。

【0017】

モータ８０の軸方向の一方側にＥＣＵ１０が一体に構成された機電一体式モータ８００の構成について、図２、図３を参照して説明する。図２に示す形態では、ＥＣＵ１０は、モータ８０の出力側とは反対側において、シャフト８７の軸Ａｘに対して同軸に配置されている。なお、他の実施形態では、ＥＣＵ１０は、モータ８０の出力側において、モータ８０と一体に構成されてもよい。モータ８０は、３相ブラシレスモータであって、ステータ８４０、ロータ８６０、及びそれらを収容するハウジング８３０を備えている。

【0018】

ステータ８４０は、ハウジング８３０に固定されているステータコア８４４と、ステータコア８４４の各スロット８４８に巻回された二組の３相巻線８０Ａ、８０Ｂとを有している。以下、３相巻線８０Ａ、８０Ｂへの通電に係る一群の構成要素の単位を「系統」と定義する。本実施形態は、二系統の３相巻線８０Ａ、８０Ｂを有するモータ８０の駆動を制御する制御装置である。Ａ系統の３相巻線８０Ａからは、リード線８５１、８５３、８５５が延び出している。Ｂ系統の３相巻線８０Ｂからは、リード線８５２、８５４、８５６が延び出している。

【0019】

ロータ８６０は、リア軸受８３５及びフロント軸受８３６により支持されているシャフト８７と、シャフト８７が嵌入されたロータコア８６４とを有している。ロータ８６０はステータ８４０の内側に設けられており、ステータ８４０に対して相対回転可能である。本実施形態のモータ８０は、複数の磁石８６５がロータコア８６４の外周部に埋め込まれた埋込磁石型の同期回転機（いわゆるＩＰＭＳＭ）である。シャフト８７の一端には、回転角検出用の永久磁石８８が設けられている。

【0020】

ハウジング８３０は、リアフレームエンド８３７を含む有底筒状のケース８３４と、ケース８３４の一端に設けられているフロントフレームエンド８３８とを有している。ケース８３４及びフロントフレームエンド８３８は、ボルト等により互いに締結されている。各３相巻線８０Ａ、８０Ｂのリード線８５１、８５２等は、リアフレームエンド８３７のリード線挿通孔８３９を挿通してＥＣＵ１０側に延び、基板２３０に接続されている。

【0021】

ＥＣＵ１０は、カバー２１と、カバー２１に固定されているヒートシンク２２と、ヒートシンク２２に固定されている基板２３０と、基板２３０に実装されている各種の電子部品とを備えている。カバー２１は、外部の衝撃から電子部品を保護したり、ＥＣＵ１０内への埃や水等の浸入を防止したりする。カバー２１は、外部からの給電ケーブルや信号ケーブルが外部接続用コネクタ部２１４と、カバー部２１３とを有している。外部接続用コネクタ部２１４の給電用端子２１５、２１６は、図示しない経路を経由して基板２３０に接続されている。

【0022】

基板２３０は、例えばプリント基板であり、リアフレームエンド８３７と対向する位置に設けられ、ヒートシンク２２に固定されている。基板２３０には、二系統分の各電子部品が系統毎に独立して設けられている。本実施形態では基板２３０は一枚であるが、他の実施形態では、二枚以上の基板を備えるようにしてもよい。基板２３０の二つの主面のうち、リアフレームエンド８３７に対向している面をモータ面２３７とし、その反対側の面、すなわちヒートシンク２２に対向している面をカバー面２３８とする。

【0023】

モータ面２３７には、複数のスイッチング素子２４Ａ、２４Ｂ、回転角センサ２５Ａ、２５Ｂ、カスタムＩＣ２６Ａ、２６Ｂ等が実装されている。本実施形態では複数のスイッチング素子２４Ａ、２４Ｂは各系統について６個であり、モータ駆動回路の３相上下アームを構成する。冗長的に設けられる回転角センサ２５Ａ、２５Ｂは、シャフト８７の先端に設けられた永久磁石８８と対向するように配置される。カスタムＩＣ２６Ａ、２６Ｂ及びマイコン４０Ａ、４０Ｂは、ＥＣＵ１０の制御回路を有する。

【0024】

カバー面２３８には、マイコン４０Ａ、４０Ｂ、コンデンサ２８Ａ、２８Ｂ、及び、インダクタ２７Ａ、２７Ｂ等が実装されている。特に、Ａ系統マイコン４０Ａ及びＢ系統マイコン４０Ｂは、同一の基板２３０の同一側の面であるカバー面２３８に、所定間隔を空けて配置されている。コンデンサ２８Ａ、２８Ｂは、電源から入力された電力を平滑化し、また、スイッチング素子２４Ａ、２４Ｂのスイッチング動作等に起因するノイズの流出を防止する。インダクタ２７Ａ、２７Ｂは、コンデンサ２８Ａ、２８Ｂと共にフィルタ回路を構成する。

【0025】

図４に示すように、ＥＣＵ１０の制御対象であるモータ８０は、二系統の３相巻線８０Ａ、８０Ｂが同軸に設けられた二重巻線ブラシレスモータである。３相巻線８０Ａ、８０Ｂは、電気的特性が同等であり、共通のステータ８４０に互いに電気角３０［ｄｅｇ］、一般化すれば、（３０±６０×ｎ）［ｄｅｇ］（ｎは整数）ずらして配置されている。

【0026】

二系統の３相巻線８０Ａ、８０Ｂは互いに磁気的に結合しており、系統間の相互インダクタンスが発生する。そのため、他系統の３相巻線に流れる電流により自系統の３相巻線に発生する電圧を非干渉化する「非干渉化制御」のニーズが発生する。本明細書における「非干渉化」は、同じ系統内のｄｑ間干渉に対する非干渉化ではなく、系統間干渉に対する非干渉化を意味する。

【0027】

［ＥＣＵ及びマイコンの構成］
図５を参照し、モータ駆動システムの全体構成について説明する。ＥＣＵ１０は、「二系統の演算装置」としてのＡ系統マイコン４０Ａ及びＢ系統マイコン４０Ｂ、並びに、「二系統の電力変換器」としてのＡ系統インバータ６０Ａ及びＢ系統インバータ６０Ｂ等を備えている。電流、電圧、電気角等の物理量を表す記号において、末尾文字「Ａ」はＡ系統の物理量を示し、末尾文字「Ｂ」はＢ系統の物理量を示す。

【0028】

図５のシステム例では、各系統のインバータ６０Ａ、６０Ｂは、系統毎に設けられた二つのバッテリ１１Ａ、１１Ｂに接続される。なお、二系統に共通の一つのバッテリが設けられてもよい。各インバータ６０Ａ、６０Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ等の６つのスイッチング素子が電源ラインとグランドラインとの間にブリッジ接続されている。各インバータ６０Ａ、６０Ｂの入力部には、平滑コンデンサ１６Ａ、１６Ｂが設けられている。

【0029】

各インバータ６０Ａ、６０Ｂは、自系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂからの駆動信号ＤｒＡ、ＤｒＢによりスイッチング動作し、バッテリ１１Ａ、１１Ｂの直流電力を変換して３相巻線８０Ａ、８０Ｂに供給する。こうしてインバータ６０Ａ、６０Ｂは、二系統の３相巻線８０Ａ、８０Ｂに個別に通電可能である。

【0030】

電流検出器７０Ａ、７０Ｂは、各系統の３相巻線８０Ａ、８０Ｂに流れる３相電流ｉｕｖｗＡ、ｉｕｖｗＢを検出し、マイコン４０Ａ、４０Ｂに出力する。回転角センサ２５Ａ、２５Ｂは、モータ８０の電気角θＡ、θＢを冗長的に検出し、マイコン４０Ａ、４０Ｂに出力する。ここで、電気角θＡ、θＢは３０［ｄｅｇ］の位相差を有している。また、操舵トルクセンサ９３Ａ、９３Ｂが検出した操舵トルクＴｓＡ、ＴｓＢがマイコン４０Ａ、４０Ｂに入力される。

【0031】

二つのマイコン４０Ａ、４０Ｂはハードウェア構成が物理的に分離し、互いに独立して設けられている。つまり、一つのマイコン内に設けられた複数のコアが協働して機能する構成ではない。各マイコン４０Ａ、４０Ｂは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。マイコン４０Ａ、４０Ｂは、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。

【0032】

各マイコン４０Ａ、４０Ｂには操舵トルクＴｓＡ、ＴｓＢが入力される。Ａ系統マイコン４０Ａは、Ａ系統の３相巻線８０Ａに流れる電流ｉｕｖｗＡのフィードバック制御により、第１インバータ６０Ａから３相巻線８０Ａに流す電流を制御する演算を行う。Ｂ系統マイコン４０Ｂは、Ｂ系統の３相巻線８０Ｂに流れる電流ｉｕｖｗＢのフィードバック制御により、第２インバータ６０Ｂから３相巻線８０Ｂに流す電流を制御する演算を行う。つまり、各マイコン４０Ａ、４０Ｂは、電流検出器７０Ａ、７０Ｂにより検出された３相巻線８０Ａ、８０Ｂに流れる電流ｉｕｖｗＡ、ｉｕｖｗＢに基づき、インバータ６０Ａ、６０Ｂから３相巻線８０Ａ、８０Ｂに流す電流を制御する演算を行う。

【0033】

Ａ系統マイコン４０Ａ及びＢ系統マイコン４０Ｂは、電流指令値、電流制限値、異常の有無を示す異常情報等の情報を、系統間通信により少なくとも一方向に、好ましくは双方向に通信する。マイコン４０Ａ、４０Ｂ間の系統間通信は、ＣＡＮ等の車両ネットワークを経由して行われてもよく、ＥＣＵ１０内でシリアル通信やＣＡＮ通信により行われてもよい。特に本実施形態では、通信周期が比較的長い車両ネットワークによる通信が用いられることを想定する。

【0034】

次に図６を参照する。Ａ系統マイコン４０Ａの構成要素には符号の末尾に「Ａ」を付し、Ｂ系統マイコン４０Ｂの構成要素には符号の末尾に「Ｂ」を付す。Ａ系統マイコン４０Ａは、トルク指令演算部４１Ａ、電流指令値演算部４２Ａ、電流制限値演算部４３Ａ、フェイルセーフ部４４Ａ、電圧指令値演算部５０Ａ、ｄｑ／３相変換部４６Ａ、３相／ｄｑ変換部４７Ａ、及び回転数演算部４８Ａを含む。Ｂ系統マイコン４０Ｂは、トルク指令演算部４１Ｂ、電流指令値演算部４２Ｂ、電流制限値演算部４３Ｂ、フェイルセーフ部４４Ｂ、電圧指令値演算部５０Ｂ、ｄｑ／３相変換部４６Ｂ、３相／ｄｑ変換部４７Ｂ、及び回転数演算部４８Ｂを含む。なお、図６中、インバータを「ＩＮＶ」と記す。

【0035】

Ａ系統マイコン４０Ａ及びＢ系統マイコン４０Ｂの構成は実質的に同一であるため、一方の説明で足りる部分に関しては、代表としてＡ系統マイコン４０Ａの構成要素の符号を用いて記す。Ｂ系統マイコン４０Ｂについては、符号及び記号の末尾の「Ａ」を「Ｂ」に置き換えて同様に解釈する。トルク指令演算部４１Ａは、操舵トルクＴｓＡに基づき、トルク指令ｔｒｑＡ^*を演算する。

【0036】

以下、ｄｑ軸の電流、電圧ベクトルについてｄ軸成分とｑ軸成分とを個々に記載するのでなく、式（１．１）～（１．６）のようにベクトル表示する。ｉＡ^*、ｉＢ^*は、それぞれＡ系統、Ｂ系統の電流指令値である。ｉＡ、ｉＢは、それぞれＡ系統、Ｂ系統の３相巻線８０Ａ、８０Ｂに流れる電流である。ｖＡ、ｖＢは、それぞれＡ系統、Ｂ系統の電圧指令値（言い換えれば「出力電圧」）である。電流については指令値に「^*」を付して実電流と区別する。電圧については電圧指令値一種類であるため「^*」を省略する。図及び式中では電流「ｉ」、電圧「ｖ」をイタリック体で示し、明細書中では通常書体で記す。

【0037】

【数1】

【0038】

電流指令値演算部４２Ａは、自系統のトルク指令ｔｒｑＡ^*の他、自系統及び他系統の各種情報が入力され、それらの情報に基づき電流指令値ｉＡ^*を演算する。各種情報の一つとして、電流制限値演算部４３Ａは、例えばインバータ６０Ａの温度や３相巻線８０Ａの温度等に基づき、電流指令値の上限である電流制限値ｉ^*＿ｌｉｍＡを演算する。電流制限値ｉ^*＿ｌｉｍＡは、電流指令値に代わる情報として使用される場合がある。

【0039】

また、各種情報の一つとして、フェイルセーフ部４４Ａは、異常の有無を示す異常信号ｄｉａｇＡを生成する。本実施形態において「異常」とは、非干渉化制御のための電流情報が正常に取得できなくなる程度の異常を意味する。その意味での異常が生じ得る制御状態をフェイルセーフ部４４Ａは判別する。また、系統間通信において通信途絶等の異常が発生する場合もある。そのような通信異常時にも、異常を検出した系統のフェイルセーフ部４４Ａは異常信号ｄｉａｇＡを生成する。

【0040】

Ａ系統のトルク指令ｔｒｑＡ^*、電流制限値ｉ^*＿ｌｉｍＡ、異常信号ｄｉａｇＡは自系統の電流指令値演算部４２Ａに入力されると共に、系統間通信により、他系統であるＢ系統の電流指令値演算部４２Ｂに送信される。同様に、Ｂ系統のトルク指令ｔｒｑＢ^*、電流制限値ｉ^*＿ｌｉｍＢ、異常信号ｄｉａｇＢは自系統の電流指令値演算部４２Ｂに入力されると共に、系統間通信により、他系統であるＡ系統の電流指令値演算部４２Ａに送信される。

【0041】

これにより電流指令値演算部４２Ａは、入力される信号に基づいて電流指令値ｉＡ^*を演算し、自系統の電圧指令値演算部５０Ａに出力する。また、系統間通信により、Ａ系統の電流指令値ｉＡ^*がＢ系統の電圧指令値演算部５０Ｂに送信される。なお、図１１を参照して後述するように、双方向の通信に限らず、一方のマスター系統から他方のスレーブ系統への一方向にのみ電流指令値が送信され、スレーブ系統で電流指令値が更新されてもよい。

【0042】

電圧指令値演算部５０Ａは、電流指令値ｉＡ^*に実電流ｉＡを追従させる電流フィードバック（図中「電流ＦＢ」）制御によりｄｑ軸電圧指令値ｖＡを演算する。また、電圧指令値演算部５０Ａは、他系統の３相巻線に流れる電流により自系統の３相巻線に発生する電圧を非干渉化する「非干渉化制御」を行う。非干渉化制御については後述する。

【0043】

ｄｑ／３相変換部４６Ａは、ｄｑ軸電圧指令値ｖＡを３相電圧指令値ｖｕｖｗＡに座標変換する。３相電圧指令値ｖｕｖｗＡに基づいて生成される駆動信号ＤｒＡによりインバータ６０Ａが駆動される。３相／ｄｑ変換部４７Ａは、３相電流ｉｕｖｗＡをｄｑ軸電流ｉＡに座標変換して電圧指令値演算部５０Ａにフィードバックする。回転数演算部４８Ａは、電気角θＡを時間微分した角速度に比例する回転数ωＡを演算し、電圧指令値演算部５０Ａに出力する。

【0044】

ところで、特許文献１（特許第５５５６８４５号公報）に開示された二重巻線モータの制御装置は、二系統に共通の一つの演算装置により、各系統の電流の和と差を制御する。また、特許第６４９７１０６号公報に開示された二重巻線モータの制御装置も、二系統に共通の一つの演算装置により非干渉化制御を行う。そのため、系統毎の二つの演算装置間での電流情報の通信に係る通信負荷を考慮する必要はない。それに対し本実施形態のように二系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂ間で情報を通信する構成では、他系統の電流情報の取得に係る通信負荷が高くなるという課題が発生する。

【0045】

そこで、本実施形態のＥＣＵ１０は、二系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂを有する構成において、他系統の電流情報の取得に係る通信負荷を低減することを目的とする。そのための電圧指令値演算部５０Ａ、５０Ｂの具体的な構成について実施形態毎に説明する。各実施形態の電圧指令値演算部の符号は、「５０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。

【0046】

（第１実施形態）
図７に、第１実施形態におけるＡ系統電圧指令値演算部５０１Ａの構成を示す。Ａ系統及びＢ系統の構成は基本的に同等であるため、Ｂ系統の電圧指令値演算部の図示を省略する。Ｂ系統の電圧指令値演算部では、Ａ系統電圧指令値演算部５０１Ａにおけるブロックの符号や電流等の記号の末尾「Ａ」が「Ｂ」に置き換えられる。

【0047】

第１実施形態の電圧指令値演算部５０１Ａは、ｄｑ／和差変換部５１Ａ、ｄｑ／和差変換部５２Ａ、電流制御器５３Ａ、和差／ｄｑ変換部５４Ａ、及び、オブザーバ（状態推定器）５７０Ａを有し、電流制御器５３Ａにおいて二系統の電流の和と差が制御される。ここで、二系統の電流の和と差、及び、電圧の和と差を示すベクトルの記号を式（２．１）～（２．６）で定義する。和は「Ｓ」、差は「Ｄ」の文字を記号の末尾に付す。

【0048】

【数2】

【0049】

ｄｑ／和差変換部５１Ａは、Ａ系統電流指令値ｉＡ^*及びＢ系統電流指令値ｉＢ^*を電流指令値の和ｉＳ^*と差ｉＤ^*に変換する。ｄｑ／和差変換部５２Ａは、Ａ系統の実電流ｉＡ、及び、オブザーバ５７０Ａが推定演算したＢ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡを、電流の和ｉＳと差ｉＤに変換する。

【0050】

電流制御器５３Ａは、電流指令値の和ｉＳ^*と電流の和ｉＳとの偏差、及び、電流指令値の差ｉＤ^*と電流の差ｉＤとの偏差が入力され、これらの偏差を０に近づけるように、電圧指令値の和ｕＳと差ｕＤを演算する。和差／ｄｑ変換部５４Ａは、電圧指令値の和ｕＳと差ｕＤをＡ系統電圧指令値ｖＡに変換して出力する。

【0051】

電流制御器５３Ａが出力した電圧指令値の和ｕＳと差ｕＤは、オブザーバ５７０Ａの二重巻線モータの数式モデル５７Ａに入力される。また、オブザーバ５７０ＡにはＡ系統電流ｉＡが入力される。オブザーバ５７０Ａは、これらの入力に基づき、Ｂ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡ、すなわちＡ系統からみて他系統の電流を推定する。オブザーバ５７０Ａの詳細な構成については後述する。

【0052】

このように、Ａ系統マイコン４０Ａは、自系統の３相巻線８０Ａに流れる電流ｉＡと、自系統及び他系統の出力電圧とに基づき、他系統であるＢ系統の電流ｉＢを推定する。そしてマイコン４０Ａは、推定した他系統の電流ｉＢ＿ｅｓｔＡに基づいて系統間の干渉の影響を抑制する。典型的に本実施形態のマイコン４０Ａは、推定した他系統の電流ｉＢ＿ｅｓｔＡを用いて非干渉化制御を行う。

【0053】

次に他系統電流推定の理論について説明する。一般に二重巻線モータの電圧方程式は式（３．１）～（３．４）で表される。式中のＲは３相巻線８０Ａ、８０Ｂの抵抗、Ｌｄ、Ｌｑはｄｑ軸自己インダクタンス、Ｍｄ、Ｍｑはｄｑ軸相互インダクタンス、ωは回転数、φは逆起電圧定数、ｓはラプラス演算子である。相互インダクタンスＭｄ、Ｍｑを含む項は、他系統の３相巻線に流れる電流により自系統の３相巻線に発生する干渉項である。

【0054】

【数3】

【0055】

式（３．１）～（３．４）を、式（４）の状態方程式を用いて状態空間表現する。状態ベクトルｘは、式（５．１）により、各系統のｄ軸及びｑ軸電流（ｉｄＡ、ｉｑＡ、ｉｄＢ、ｉｑＢ）を要素とする。入力ベクトルｕは、式（５．２）により、二系統のｄ軸及びｑ軸電圧指令値の和と差（ｖｄＳ、ｖｑＳ、ｖｄＤ、ｖｑＤ）を要素とする。

【0056】

【数4】

【0057】

Ａ行列及びＢ行列は、式（６．１）、（６．２）により４行４列の正方行列で表される。さらにＡ行列は、各２行２列のＡ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２行列にブロック分割して表され、Ｂ行列は、各２行２列のＢ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２行列にブロック分割して表される。

【0058】

【数5】

【0059】

【数6】

【0060】

オブザーバ５７０Ａは、Ｂ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡについての微分方程式（７）の解を求めることによりＢ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡを演算する。式中、微分値を（ｄ／ｄｔ）の記号で示す。

【0061】

【数7】

【0062】

式（７）の第１項（一点鎖線下線部）は、二重巻線モータの数式モデル５７ＡにおいてＡ系統電流ｉＡ、Ｂ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡ、及び、電圧指令値の和と差ｕＳ、ｕＤを用いて状態方程式（４）により演算される。

【0063】

式（７）の第２項（二重線下線部）は、Ａ系統電流推定値の誤差をフィードバックする項である。電流推定値ｉＡ＿ｅｓｔＡの微分値と実電流ｉＡの微分値との偏差に対して収束演算することで推定値を真値に近づけるためのものである。この収束演算が「５７０Ａ」のブロックを「オブザーバ（状態推定器）」と呼ぶ所以である。

【0064】

ここで、電流推定値ｉＡ＿ｅｓｔＡの微分値を、Ａ系統電流ｉＡ、Ｂ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡ、及び、電圧指令値の和と差ｕＳ、ｕＤを用いて表すと、式（７）は式（８）に書き換えられる。式（８）の第２項における二点鎖線下線部が電流推定値ｉＡ＿ｅｓｔＡの微分値に相当する。

【0065】

【数8】

【0066】

図８（ａ）に、Ｂ系統電流の推定演算を実現するオブザーバ５７０Ａの構成を示す。二重巻線モータの数式モデル５７Ａの内部には式（３．１）～（３．４）のモータ定数Ｒ、Ｌ、Ｍが記憶されている。二重巻線モータの数式モデル５７Ａは、Ａ系統電流ｉＡ及び電圧指令値の和と差ｕＳ、ｕＤが入力され、推定演算したＢ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡを出力する。微分器５８は、Ａ系統電流ｉＡと電流推定値ｉＡ＿ｅｓｔＡの偏差の微分値を算出する。ゲイン乗算器５９Ａは、微分器５８の出力にゲインＧを乗算して、二重巻線モータの数式モデル５７Ａにフィードバックする。

【0067】

参考までに図８（ｂ）にＢ系統のオブザーバ５７０Ｂの構成を示す。Ｂ系統オブザーバ５７０Ｂは、Ａ系統オブザーバ５７０Ａと同様に、二重巻線モータの数式モデル５７Ｂ、微分器５８Ｂ、ゲイン乗算器５９ＢによりＡ系統の推定演算値ｉＡ＿ｅｓｔＢを推定する。このように第１実施形態のマイコン４０Ａ、４０Ｂは、オブザーバ５７０Ａ、５７０Ｂを用いて非干渉化制御と電流制御とを同時に行う。

【0068】

図９を参照し、オブザーバ５７０ＡのゲインＧについて補足する。オブザーバ５７０ＡのゲインＧは、式（９．１）の対角行列で示されるように定数ａあるいは単位行列で規定されてもよい。或いは式（９．２）で示されるように、オブザーバ５７０ＡのゲインＧは、モータ８０の回転数ωに応じて可変に設定されてもよい。ｋは比例係数である。

【0069】

【数9】

【0070】

式（９．２）の特性の場合、回転数ωとゲインＧとの関係は図９（ａ）に示される。また、図９（ｂ）に示すように、回転数ωが０付近の領域に不感帯を設けたり、回転数ωの絶対値が所定値以上の領域でゲインＧの絶対値の上限を設けたりしてもよい。

【0071】

次に図１０のフローチャートを参照し、他系統電流推定の実施又は不実施の切り替えについて説明する。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６を参照して上述した通り、各系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂは、各系統の異常情報を系統間通信により双方向に通信する。

【0072】

図１０（ａ）のＳ１１でマイコン４０Ａ、４０Ｂは、他系統が異常、又は異常検出中であるか判断する。Ｓ１１でＹＥＳの場合、Ｓ１３でマイコン４０Ａ、４０Ｂは、他系統電流の推定を中止する。Ａ系統マイコン４０ＡはＢ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡ＝０とし、Ｂ系統マイコン４０ＢはＡ系統電流推定値ｉＡ＿ｅｓｔＢ＝０とする。Ｓ１１でＮＯの場合、Ｓ１４でマイコン４０Ａ、４０Ｂは、推定演算を実施する。つまり、各系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂは、他系統が正常の時にのみ他系統電流の推定演算を実施する。なお、推定を中止したあとで推定演算を再開する場合は、前回値を初期値に推定演算してもよく、０を初期値に推定演算してもよい。

【0073】

図１０（ｂ）に示す例では、Ｓ１２でマイコン４０Ａ、４０Ｂは、他系統が停止中、すなわち電流が流れない状態であるか判断する。Ｓ１２でＹＥＳの場合のＳ１３、及び、Ｓ１２でＮＯの場合のＳ１４の処理は、図１０（ａ）と同様である。なお、異常が検出された系統を停止させる構成では、Ｓ１２の判断ステップはＳ１１と実質的に同じである。このように、各系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂは、他系統が正常の時にのみ他系統電流の推定演算を実施することで、無意味な推定や故障伝播を招く推定を回避し、演算効率や信頼性を向上させることができる。

【0074】

次に図１１のタイムチャートを参照し、各系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂによる系統間通信周期と電流制御演算周期との関係について説明する。「長い周期」である通信周期は、「短い周期」である電流制御演算周期の５倍の周期として図示されている。つまり、系統間通信が１回実施される間に各系統の電流制御演算が例えば５回実施される。ただし、具体的な周期の比率はこれに限らない。

【0075】

各系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂは、電流制御演算の周期よりも長い周期で各マイコン４０Ａ、４０Ｂに入力される信号により電流制限値Ｉ^*＿ｌｉｍＡ、Ｉ^*＿ｌｉｍＢを演算し、系統間通信により少なくとも一方向に電流制限値を送信する。また、各系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂは、電流制御演算の周期よりも長い周期で各マイコン４０Ａ、４０Ｂに入力される信号により、異常の有無を示す異常信号ｄｉａｇ１、ｄｉａｇ２を演算し、系統間通信により少なくとも一方向に異常信号を送信する。

【0076】

本実施形態では、他系統の電流を系統間通信で取得せずに自系統で推定することで通信負荷を低減する一方で、他系統の電流制限値や異常信号は系統間通信で取得せざるをえない。そこで、電流制限値や異常信号の演算及び通信を電流制御演算の周期よりも長い周期で行うことで、通信負荷を低減することができる。

【0077】

また、電流指令値の演算において、例えばＡ系統マイコン４０Ａはマスターとして動作し、Ｂ系統マイコン４０Ｂはスレーブとして動作する。図１１に示す構成例では、マスターが電流指令値を演算し、スレーブに通信する。マスターから電流指令値を受信したスレーブは、電流指令値を更新する。マスター及びスレーブによる電流制御演算は、系統間通信での電流指令値の通信周期よりも短い周期で行われる。なお、その他の構成例として、マスターから電流指令値を受信したスレーブが電流指令補正係数を算出し、マスターの電流指令値に電流指令補正係数を乗じてスレーブの電流指令値を演算してもよい。

【0078】

（第１実施形態の効果）
（１）以下の第２、第３実施形態を含む本実施形態のＥＣＵ１０は、他系統の実電流を系統間通信により取得するのでなく自系統の演算装置により推定することで、他系統の電流情報の取得に係る通信負荷を低減することができる。また、自系統の電流情報だけを使うため、二系統の同一要因による故障率を下げる効果もある。

【0079】

（２）各系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂは、オブザーバ５７０Ａ、５７０Ｂにより他系統の電流を推定する。オブザーバ５７０Ａ、５７０Ｂにより収束計算を行うことで制御が安定化する。

【0080】

（３）各系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂは、自系統の電流と推定した他系統の電流との和と差を制御することで、自系統の３相巻線８０Ａ、８０Ｂに流す電流を制御する。特許文献１に記載されているように、二系統構成において電流の和と差の制御を行うことで、高周波成分によるトルクリップルを抑制し、熱特性を改善することができる。

【0081】

（第２実施形態）
図１２に、第２実施形態における電圧指令値演算部５０２Ａの構成を示す。電圧指令値演算部５０２Ａは、電流制御器５５Ａにおいて二系統の電流の和と差ではなく各系統の電流を個別に制御する。つまり、電流制御器５５Ａは、Ａ系統電流指令値ｉＡ^*とＡ系統電流ｉＡとの偏差、及び、Ｂ系統電流指令値ｉＢ^*とＢ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡとの偏差が入力され、これらの偏差を０に近づけるように、Ａ系統電圧指令値ｖＡ及びＢ系統電圧指令値ｖＢを演算する。ここで、Ｂ系統電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡは、オブザーバ５７０Ａが推定演算した値である。

【0082】

電流制御器５５Ａが出力した二系統の電圧指令値ｖＡ、ｖＢは、ｄｑ／和差変換部５６Ａで電圧指令値の和ｕＳと差ｕＤに変換され、オブザーバ５７０Ａの二重巻線モータの数式モデル５７Ａに入力される。オブザーバ５７０Ａの構成は第１実施形態と同様である。このような構成でも、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0083】

（第３実施形態）
図１３に、第３実施形態における電圧指令値演算部５０３Ａの構成を示す。第３実施形態は、第１実施形態に対しオブザーバの機能が無い。すなわち、二重巻線モータの数式モデル５７Ａにおいて、Ａ系統電流ｉＡの微分値と電流推定値ｉＡ＿ｅｓｔＡの微分値との偏差に対する収束演算は実施されない。

【0084】

第３実施形態では、他系統の電流推定値ｉＢ＿ｅｓｔＡの演算がフィードフォワード的に実施され、推定値が実際の値と乖離していてもそのまま用いられる。その点を除いては、上記実施形態と同様の効果が得られる。

【0085】

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態では、マイコン４０Ａ、４０Ｂは、推定した他系統の電流を用いて非干渉化演算を行う。周知技術の非干渉化演算は、例えば特許第６４９７１０６号公報の図６に示されるように、モータモデルに基づくブロック線図において他系統の情報を含むＭｓ項やＭω項が自系統に入力される演算である。ただし本発明の演算装置は、ブロック線図上で直接的に非干渉化制御量を算出する制御に限らず、少なくとも干渉の影響を抑制する方向に作用する制御を行うものであればよい。

【0086】

（ｂ）本実施形態では、二系統のマイコン４０Ａ、４０Ｂが個別に設けられ、互いに情報を通信する構成が前提となる。ただし、二つのマイコン以外に監視用等の他の演算装置が別に設けられてもよい。また、トルクセンサや回転角センサは冗長的に設けられる構成に限らず、二系統共通に一つ設けられてもよい。

【0087】

（ｃ）多相回転機の相の数は、３相に限らず４相以上であってもよい。３相以外の回転機において、上記実施形態の「３相巻線」は「多相巻線」に一般化される。本発明の多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、他の用途の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。

【0088】

（ｄ）系統間通信の通信規格として、ＣＡＮ、シリアル通信（ＵＡＲＴ）の他、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙ、イーサネット（登録商標）等が用いられてもよい。

【0089】

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、そ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】

【0090】

１０ ・・・ＥＣＵ（制御装置）、
４０Ａ、４０Ｂ・・・マイコン（演算装置）、
６０Ａ、６０Ｂ・・・インバータ（電力変換器）、
８０ ・・・モータ（多相回転機）、
８０Ａ、８０Ｂ・・・３相巻線（多相巻線）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】