CN101595633A - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种可以迅速且正确地确定短路故障位置的电动机控制装置。具备：电流控制单元，根据扭矩电流指令、电动机的各相中流过的电流，决定各相电压指令；开关元件驱动电路，根据各相电压指令，向逆变器指示开关操作；逆变器，接收开关操作信号，驱动电动机；电流检测器，与逆变器的各相的开关元件分别串联配置；以及短路位置确定单元，存储表示使逆变器的开关元件成为ON的规定组合的测试模式，根据测试模式与作为该测试模式的响应而由电流检测器检测出的各相的电流检测值，确定短路故障位置。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及电动机控制装置，例如涉及用于确定系统内的短路故障位置的电动机控制装置。
背景技术
作为以往的电动机控制装置，有如下装置：在逆变器的直流部中设置电流检测器，根据使逆变器的开关元件成为ON的诊断模式(pattern)、和直流部的电流检测值，确定短路故障位置(例如参照专利文献1)。
另外，作为其他以往的电动机控制装置，有如下装置：在电机(motor)与逆变器之间的布线中设置电流检测器，根据向开关元件的ON信号与电流检测器的检测值，确定短路故障的开关元件(例如参照专利文献2)。
专利文献1：日本特许3108964号公报
专利文献2：日本特开平06-22446号公报
但是，在上述专利文献1那样的例子中，由于在直流部中进行电流检测，所以无法掌握各相的电流，所以无法详细得知电流路径，故障位置的确定精度恶化。例如，在开关元件发生了短路故障时、或者电机与逆变器之间的布线产生了接地短路(short circuit to ground)或电源短路(short circuit to power)时，在由于某种外力、故障前的电机自身的旋转惯性力持续，而使电机旋转的情况下，通过与电机的旋转相伴的反电动势经由短路位置而流过不期待的电流，由于该电流而有可能错误地确定。
在专利文献2那样的例子中，由于在电机与逆变器之间的布线中检测电流，所以例如在确定短路故障的开关元件的情况下，也仅能检测经由电机绕组的电流，所以由于绕组电感的影响而电流响应中需要较长的时间，其结果，在短路位置确定中需要较长的时间。另外，有由于该电流而发生不期望的电机扭矩这样的问题。另外，由于与专利文献1同样地未考虑电机发生反电动势的情况，所以在开关元件发生了短路故障时、或者电机与逆变器之间的布线产生了接地短路或电源短路时，有可能将由于电机的反电动势引起的电流错误地判定为短路电流。
发明内容
本发明是鉴于上述那样的以往例子中的问题点而完成的，其目的在于提供一种电动机控制装置，在系统中发生了短路故障的情况下，可以迅速且正确地确定短路故障位置。
本发明的电动机控制装置具备：电流控制单元，根据与电动机发生的扭矩的目标值相当的扭矩电流指令、上述电动机的各相中流过的电流，决定各相电压指令；开关元件驱动电路，根据来自上述电流控制单元的各相电压指令，向逆变器指示开关操作；逆变器，接收来自上述开关元件驱动电路的开关操作信号，使用各相中具备的开关元件，向上述电动机的各相施加电压，从而使电流流过上述电动机的各相而驱动上述电动机；电流检测器，与上述逆变器的各相的开关元件分别串联配置；以及短路位置确定单元，存储表示使上述逆变器的开关元件成为ON的规定组合的测试模式，根据该测试模式与作为该测试模式的响应而由上述电流检测器检测的各相的电流检测值，确定短路故障位置。
根据本发明，由于在各相中分别将电流检测器与开关元件串联地配置，所以可以详细地掌握电流路径，并且可以根据不经由电机绕组的响应快速的电流来判定，所以可以在短时间内正确地确定短路故障位置。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的电动机控制装置的整体结构的框图。
图2是示出图1的短路位置确定单元28的动作内容的流程图。
图3是示出本发明的实施方式1～3的测试模式的图。
图4是示出本发明的实施方式1～3的测试模式的图。
图5是示出图2中的上侧开关测试的内容的流程图。
图6是示出图2中的下侧开关测试的内容的流程图。
图7是示出图1的短路位置确定单元28的动作内容的流程图，且是代替图2的流程图。
图8是说明在本发明的实施方式2中反电动势发生时的课题的电路图。
图9是说明在本发明的实施方式2中正向旋转中的反电动势发生时的电流波形的图，(a)是U相上侧开关元件的短路故障时的说明图，(b)是V上侧开关元件的短路故障时的说明图，(c)是W相上侧开关元件的短路故障时的说明图。
图10是说明在本发明的实施方式2中负向旋转中的反电动势发生时的电流波形的图，(a)是U相上侧开关元件的短路故障时的说明图，(b)是V上侧开关元件的短路故障时的说明图，(c)是W相上侧开关元件的短路故障时的说明图。
图11是示出本发明的实施方式2中的下侧开关测试的内容的流程图。
图12是示出本发明的实施方式2中的U相下侧开关测试的内容的流程图。
图13是示出本发明的实施方式3中的短路位置确定单元的动作内容的流程图。
图14是示出本发明的实施方式3的测试模式的图。
图15是本发明的实施方式4的电动助力转向装置(electric powersteering apparatus)的概略结构图。
具体实施方式
在本说明书中，以将电动机应用于三相无刷电机的情况为例子进行说明，但本发明不限于此，而也可以使用于利用多相交流进行旋转驱动的电动机。
实施方式1
图1是示出本发明的实施方式1的电动机控制装置的整体结构的框图。电动机控制装置1对作为具备U、V、W相这三相绕组的电动机的无刷电机(以下还称为电机)2进行控制。该电动机控制装置1接收来自对电机2的旋转角度进行检测的电机角度传感器3的信号，利用电机旋转角度检测电路21计算出电机2的旋转角度。另外，该电动机控制装置1利用电流检测器CT1、CT2、CT3，对电机2的各相中流过的电流进行检测。
电动机控制装置1具备：根据与电机扭矩的目标值相当的扭矩电流指令(以下还称为q轴电流指令)、电机各相的检测电流、电机旋转角度决定三相电压指令的电流控制单元23；对来自电流控制单元23的三相电压指令进行PWM调制而向逆变器25指示开关操作的开关元件驱动电路24；从开关元件驱动电路24接收开关操作信号而实现由FET构成的开关元件UP、UN、VP、VN、WP、WN的斩波器控制，利用从电池4供给的电力，使电流流过电机2的各相的逆变器25。另外，电流控制单元23可以根据扭矩电流指令与电机各相的检测电流来决定三相电压指令，而并不一定需要电机旋转角度。
利用从逆变器25向电机2的各相中流过的电流，电机2发生电机扭矩。而且，电流检测器CT1、CT2、CT3与各相的开关元件分别串联地配置。在本实施方式1中，在下侧开关元件UN、VN、WN的接地侧串联地配置。另外，针对各开关元件UP、UN、VP、VN、WP、WN，分别并联地配置有二极管DUP、DUN、DVP、DVN、DWP、DWN。其是以保护开关元件为目的而一般地配置的。
另外，电动机控制装置1具备：对三相平均的电机平均电压进行检测的电机端子电压检测单元26；根据各相的检测电流、电机旋转角度、利用电机端子电压检测单元26检测出的三相平均的电机平均电压VM，判定逆变器25或电机2是否正常的异常检测单元27。该异常检测结构例如也可以使用日本特开2003-348900号公报或日本特许第3556678号公报所示的方法等。
而且，电动机控制装置1具备短路位置确定单元28，该短路位置确定单元28存储表示使逆变器25的开关元件成为ON的规定组合的测试模式，在异常检测单元27中判定为异常的情况下动作，如后所述，根据电机平均电压、上述测试模式与作为其响应而流过的各相的检测电流，确定发生短路故障的开关元件。如果由短路位置确定单元28确定了短路故障位置，则采用仅对发生了故障的相停止驱动等措施，防止开关元件的烧损，并使用正常的相作为非常时运转而继续运转。
接下来，对短路位置确定单元28进行说明。在异常检测单元27中，判定为在逆变器25或电机2中发生了某种异常的情况下，短路位置确定单元28开始图2所示那样的动作。首先，使所有作为开关元件的FET成为OFF(步骤S10)。
接下来，在步骤S11中，将由电机端子电压检测单元26检测的电机平均电压VM与规定的阈值进行比较。其结果，在与规定的阈值相比电动机平均电压VM小的时间持续了规定时间以上的情况下，由于存在逆变器25的下侧的开关元件(UN、VN、WN)中的某一个发生短路故障的疑问，所以实施图3所示的上侧开关测试(步骤S12)。
在步骤S11中，在与规定的阈值相比电机平均电压VM大的时间持续了规定时间以上的情况下，由于存在上侧的开关元件(UP、VP、WP)中的某一个发生短路故障的疑问，所以实施图4所示的下侧开关测试(步骤S13)。
在进行这些开关测试的结果，在可以确定短路故障位置的情况下，执行异常时对应控制(步骤S14以及S15)。此处，异常时对应控制是指，例如采用仅对发生了故障的相停止驱动等措施，防止开关元件的烧损，使用正常的相作为非常时运转而继续运转。在无法确定短路故障位置的情况下，停止控制。
此处，作为表示使逆变器25的开关元件成为ON的规定组合的开关测试的测试模式，上述短路位置确定单元28存储使逆变器25的各相的上侧或下侧中的某一个开关元件成为ON，并且使其他开关元件成为OFF，而确定短路故障的测试模式。
图3示出面向下侧开关元件的短路故障的测试模式，作为模式UP，仅使开关元件UP成为ON，使其他开关元件成为OFF，而确定短路故障，同样地，作为模式VP，仅使开关元件VP成为ON，使其他开关元件成为OFF，而确定短路故障，作为模式WP，仅使开关元件WP成为ON，使其他开关元件成为OFF，而确定短路故障。
另外，图4示出面向上侧开关元件的短路故障的测试模式，作为模式UN，仅使开关元件UN成为ON，使其他开关元件成为OFF，而确定短路故障，同样地，作为模式VN，仅使开关元件VN成为ON，使其他开关元件成为OFF，而确定短路故障，作为模式WN，仅使开关元件WN成为ON，使其他开关元件成为OFF，而确定短路故障。
接下来，参照图5对上述步骤S12中的上侧开关测试进行说明。在以下说明中，对于各相的电流的符号，在图1中将电流从下向上流过各电流检测器的情况设为正。首先，使开关元件UP临时成为ON(步骤S21)，利用电流检测器CT1对U相电流进行检测(步骤S22)，立即使开关元件UP成为OFF(步骤S23)。将该U相电流检测值存储为IU。另外，也可以将该测试执行多次，而将电流检测值的平均值或最大值设为IU。
在步骤S24中，判定IU的符号是否为负、且大小是否大于表示过电流的规定值。在满足该条件的情况下，判断为U相下侧开关元件UN发生了短路故障(步骤S25)。另外，也可以在步骤S22中，不仅是U相电流，而且还检测V相、W相电流，分别存储为IV、IW，将步骤S24的判定条件设为IU的符号为负、且大小大于表示过电流的规定值、并且IV与IW的大小都小于表示正常值的规定值。
对于V相、W相也进行同样的处理。对于V相在步骤S26～步骤S30中示出。使开关元件VP临时成为ON，利用电流检测器CT2对V相电流进行检测，立即使开关元件VP成为OFF，将该V相电流检测值设为IV并存储。另外，也可以将该测试执行多次，而将电流检测值的平均值或最大值设为IV。
在步骤S29中，判定IV的符号是否为负、且大小是否大于表示过电流的规定值。在满足该条件的情况下，判断为开关元件VN发生了短路故障(步骤S30)。另外，也可以在步骤S27中，不仅是V相电流，而且还检测U相、W相电流，分别存储为IU、IW，将步骤S29的判定条件设为IV的符号为负、且大小大于表示过电流的规定值、并且IU与IW的大小都小于表示正常值的规定值。
对于W相在步骤S31～步骤S35中示出。使开关元件WP临时成为ON，利用电流检测器CT3对W相电流进行检测，立即使开关元件WP成为OFF，将该W相电流检测值设为IW并存储。另外，也可以将该测试执行多次，而将电流检测值的平均值或最大值设为IW。
在步骤S34中，判定IW的符号是否为负、且大小是否大于表示过电流的规定值。在满足该条件的情况下，判断为开关元件WN发生了短路故障(步骤S35)。另外，也可以在步骤S32中，不仅是W相电流，而且还检测U相、V相电流，分别存储为IU、IV，将步骤S34的判定条件设为IW的符号为负、且大小大于表示过电流的规定值、并且IU与IV的大小都小于表示正常值的规定值。
接下来，参照图4对上述步骤S13中的下侧开关测试进行说明。首先，使开关元件UN临时成为ON(步骤S41)，利用电流检测器CT1对U相电流进行检测(步骤S42)，立即使开关元件UN成为OFF(步骤S43)。将该U相电流检测值设为IU并存储。另外，也可以将该测试执行多次，而将电流检测值的平均值或最大值设为IU。
在步骤S44中，判定IU的符号是否为负、且大小是否大于表示过电流的规定值。在满足该条件的情况下，判断为U相上侧开关元件UP发生了短路故障(步骤S45)。另外，也可以在步骤S42中，不仅是U相电流，而且还检测V相、W相电流，分别存储为IV、IW，将步骤S44的判定条件设为IU的符号为负、且大小大于表示过电流的规定值、并且IV与IW的大小都小于表示正常值的规定值。
接下来，对于V相、W相也进行同样的处理。对于V相在步骤S46～步骤S50中示出。使开关元件VN临时成为ON，利用电流检测器CT2对V相电流进行检测，立即使开关元件VN成为OFF，将该V相电流检测值设为IV并存储。另外，也可以将该测试执行多次，而将电流检测值的平均值或最大值设为IV。
在步骤S49中，判定IV的符号是否为负、且大小是否大于表示过电流的规定值。在满足该条件的情况下，判断为开关元件VP发生了短路故障(步骤S50)。另外，也可以在步骤S47中，不仅是V相电流，而且还检测U相、W相电流，分别存储为IU、IW，将步骤S49的判定条件设为IV的符号为负、且大小大于表示过电流的规定值、并且IU与IW的大小都小于表示正常值的规定值。
对于W相在步骤S51～步骤S55中示出。使开关元件WN临时成为ON，利用电流检测器CT3对W相电流进行检测，立即使开关元件WN成为OFF，将该W相电流检测值设为IW并存储。另外，也可以将该测试执行多次，而将电流检测值的平均值或最大值设为IW。
在步骤S54中，判定IW的符号是否为负、且大小是否大于表示过电流的规定值。在满足该条件的情况下，判断为开关元件WP发生了短路故障(步骤S55)。另外，也可以在步骤S52中，不仅是W相电流，而且还检测U相、V相电流，分别存储为IU、IV，将步骤S54的判定条件设为IW的符号为负、且大小大于表示过电流的规定值、并且IU与IV的大小都小于表示正常值的规定值。
在上述开关测试中，需要考虑电流的响应时间来决定使各开关元件从ON到OFF的时间。例如，假设现在V相的下侧开关元件VN发生了短路故障。此时，在使开关元件VP成为ON时，形成从电源4的正极经由开关元件VP与VN、电流检测器CT2返回电源负极的闭合回路。该闭合回路的阻抗由于仅为开关元件的ON电阻、电流检测器、布线的微小的阻抗，所以流过的电流非常大，并且响应延迟也极小。利用使开关元件成为ON的V相的电流检测器CT2检测这样的电流值。
另一方面，在同样地V相的下侧开关元件VN发生了短路故障时，即使使U相上侧的开关元件UP成为ON，在U相的电流检测器CT1中也不流过电流。其原因为，不存在包括电流检测器CT1的闭合回路。另外，在V相的上侧开关元件VP发生了短路故障的情况下，在使U相下侧开关元件UN成为ON时，形成从电源4的正极经由开关元件VP、电机2的绕组、开关元件UN、电流检测器CT1返回电源负极的闭合回路，但经由电机2的绕组的电流由于绕组电感而需要较长的响应时间。其原因为，一般，电机绕组与逆变器电路内的阻抗相比，电感分量非常大，在电流的响应中，与不包括电机绕组的逆变器内的闭合回路相比，需要非常长的时间。如果将在开关测试中成为ON的时间设定得充分短，则不会响应这样的电流。
因此，将在开关测试中使开关元件成为ON的时间设定成为了响应逆变器电路内的非常小的阻抗的短路路径而充分的非常短的时间即可。另外，通过这样地设定，可以避免在电机绕组中流过多余的电流。
另外，上述短路位置确定单元28也可以代替图2而按照图7所示那样的流程图。首先，使所有开关元件成为OFF(步骤S10)。接下来，实施图5所示的上侧开关测试(步骤S12)，之后，实施图6所示的下侧开关测试(步骤S13)。步骤S12与步骤S13的顺序也可以相反。但是，与图7相比，在图2所示的方法中，可以限定所执行的模式，所以可以缩短在短路位置确定中所需的时间。
如上所述，根据本实施方式1，利用短路故障确定单元28，存储表示使逆变器25的开关元件成为ON的组合的测试模式，根据该测试模式与作为其响应而在电流检测器CT1～CT3中流过的各相的电流检测值来确定短路故障位置，所以在电机2的绕组中几乎不流过电流，而可以确定短路故障位置，可以不输出未期望的电机扭矩。另外，可以缩短在短路位置的确定中所需的时间。而且，并非在与电源4连接的直流部中检测电流，而在各相中分别检测，详细地掌握电流路径，而确定短路故障位置，所以可以实现正确的确定。
另外，特别地，由于针对各相分别将电流检测器CT1～CT3与开关元件串联地配置，所以可以详细地掌握电流路径，并且可以根据不经由电机绕组的响应快的电流来判断，所以可以在短时间内正确地确定短路故障位置。
而且，短路故障确定单元28根据电机端子电压检测单元26检测的电机端子的电压检测值，选定所执行的测试模式，从而可以将所执行的测试模式的数量抑制成最低限，所以可以缩短确定中所需的时间。
另一方面，在专利文献1那样的例子中，在与电源连接的直流部中仅配置有一个电流检测器，而无法详细地掌握电流路径。因此，例如，如后说明(请参照图6)，有时由于与电机旋转相伴的反电动势而发生电流，根据该电流，有可能出现错误的判定。例如，虽然与图6不同，但设为U相下侧开关元件UN发生了短路故障。此时，在使V相上侧开关元件VP成为ON时，形成经由电源4、开关元件VP、电机2的绕组、开关元件UN、电流检测器CT1而返回电源4的闭合回路，由于与电机旋转相伴的反电动势的影响而流过大的电流。在该情况下，根据本发明，仅在与成为ON的开关元件VN的相不同的U相的电流检测器CT1中检测出电流，而在判定中使用的V相的电流检测器CT2中不会检测出电流，所以不会出现误判定。在专利文献1的方法中，无法实现该区别，而错误地判定为开关元件VP发生了短路故障。
另外，在专利文献2那样的例子中，由于在电机与逆变器之间的布线中检测电流，所以即使在确定短路故障的开关元件的情况下，仅能检测出经由电机绕组的电流，所以由于绕组电感而在电流响应中需要较长的时间。因此，在专利文献2那样的例子中，无法避免短路故障位置的确定中所需的时间较长，并且，由于该电流而发生未期望的电机扭矩这样的问题。
实施方式2
接下来，在对本发明的实施方式2进行说明之前，说明与电机的旋转相伴的课题。在确定短路故障位置时，电机未必停止了旋转，有时电机旋转而发生反电动势。例如，有在开始确定短路位置紧接之前的旋转由于惯性力而持续的情况、由于来自电机外部的外力而旋转的情况等。在这样的状况下，由于电机旋转而在电机绕组中发生反电动势，在经由短路故障位置而形成的闭合回路中发生电流。有可能根据该电流而错误地确定短路故障位置。
例如，在使用图8来具体地说明时，图8示出V相上侧开关元件VP发生了短路故障的情况。在使其他开关元件全部成为OFF的情况下，经由短路故障位置(开关元件VP)、电机2的绕组、W相上侧二极管DWP，而形成用图中实线表示的闭合回路。因此，在电机2旋转的情况下，由于反电动势，而在该闭合回路中发生电流。
如果在这样的状况下，实施图6所示那样的下侧开关测试，则在使开关元件WN成为ON时，在用图中虚线表示的路径中形成闭合回路，此前一直在实线的路径中流过的电流流入虚线的路径中。此时，由于在该路径上存在W相电流检测器CT3，所以在图6的步骤S52中，将由于该反电动势引起的电流存储为IW，有可能在步骤S54中出现错误的判定。
另外，在图8中，虽然仅示出了经由W相而流过的电流，但在U相中也可发生同样的电流。在V相上侧开关元件VP发生了短路故障的情况下，针对由于反电动势而在电机绕组中发生的电流，图9(b)示出相对电机旋转角度描绘的波形。用负值表示的电流是从电机侧向逆变器侧返回的电流，该电流由于如图8的虚线路径所示，通过电流检测器，所以成为误判定的要因。在图9(a)、(c)中，分别图示出在U相、W相上侧开关元件发生了短路故障的情况下，由于反电动势而发生的电流波形。图9(a)～(c)是电机由于反电动势而在正方向上旋转时的波形，但对于在负方向上旋转的情况，在图10(a)～(c)中对应地示出。
另外，在下侧开关元件的短路故障的情况下，也由于反电动势而发生电流，但在图1的结构的情况下，在正常的相的电流检测器中仅在正方向上(即从下向上的方向流过电流检测器)流过，所以在实施方式1的结构中，也不会出现误判定。因此，在本实施方式2中，对避免上侧开关元件发生了短路故障时的误判定的方法进行说明。
在本实施方式2中，将利用实施方式1中的图6所示的短路位置确定单元28进行的下侧开关测试置换成图11所示的带角度条件的下侧开关测试，将对电机旋转角度进行微分运算而计算出的电机旋转角速度追加到判定条件中。
接下来，对图11所示的带角度条件的下侧开关测试进行说明。首先，在步骤S60中，短路位置确定单元28使用来自电机旋转角度检测单元21的电机旋转角速度ω来进行判别。在电机旋转角速度的大小小于规定的阈值ωh的时间超过规定时间的情况下，立即转移到开关测试(向步骤S63)。在电机旋转角速度的符号为正、且大小大于规定值的情况下，转移到步骤S61所示的角度条件判别。在电机旋转角速度的符号为负、且大小大于规定值的情况下，转移到步骤S62所示的角度条件判别。
在步骤S61中，判别电机旋转角度θ是否存在于规定的角度范围Θua内，在存在的情况下，转移到开关测试(向步骤S63)，在不存在的情况下，返回步骤S60。步骤S61中的规定的角度范围Θua是指，不可能在U相的电流检测器CT1中流过负方向的电流的角度范围，从图9可知设为Θua＝0～180度的范围即可。
在步骤S62中，也执行与步骤S61同样的处理。但是，角度范围Θub是不同的，通过与正旋转时同样的思路，从图10可知设定成Θub＝180～360度的范围即可。
接下来，是步骤S63～步骤S67，但这些是与实施方式1中图6示出的步骤S41～步骤S45相同的处理。
以上的步骤S60～步骤S67是与U相相关的部分，图12是仅抽出该部分而示出的流程图。步骤S68～步骤S75是与V相相关的部分，步骤S76～步骤S83是与W相相关的部分，但这些和与U相相关的步骤S60～步骤S65相同，所以省略其说明。但是，角度条件步骤S69、步骤S70、步骤S77、步骤S78中的角度范围不同。在步骤S69中，是Θva＝120～300度，在步骤S70中，是Θvb＝0～120、300～360度，在步骤S77中，是Θwa＝0～60、240～360度，在步骤S78中，是Θwb＝60～240度。
根据本实施方式2，在基于测试模式与电流检测值确定短路故障位置之前，附加了基于电机旋转角度与电机旋转角速度的条件，所以即使在电机的旋转中，也不会由于由反电动势引起的电流的影响而出现误判定，可以正确地确定短路故障位置。另外，由于无需等待电机旋转成为低速，所以可以缩短确定中所需的时间。
另外，在以上说明中，将电机旋转角度与电机旋转角速度设为判定条件，但即使是仅通过基于电机旋转角速度的条件，如果等待旋转成为低速，则也可以避免由于反电动势的影响而引起的误判定，所以可以实现正确的判定。另外，仅通过基于电机旋转角度的条件也可以实现正确的确定。其原因为，图9与图10所示的不流过由于反电动势产生的电流的角度范围不依赖于电机旋转角速度，所以仅通过基于电机旋转角度的条件，也可以避免由于反电动势的影响而引起的误判定。
另外，在以上说明中，叙述了开关元件的短路故障的确定，但对于电机线的接地短路、电源短路也是大致同样的现象，所以对于这些故障也可以通过同样的实施方式进行确定。
另外，通过根据电机旋转角度、电机旋转角速度进行条件判定，可以消除根据由于电机的反电动势引起的电流而成为误判定的可能性，可以提高故障位置确定的正确性。因此，不仅在电机静止时，而且在旋转中，也可以在短时间内正确地确定故障位置。
实施方式3
在以上实施方式中，叙述了针对开关元件的短路故障、或电机线的接地短路、电源短路确定短路位置的手段，而在本实施方式3中，叙述U、V、W相中的两相间的短路故障。
对于两相间的短路故障，为了确定短路故障位置，将短路位置确定单元28进行的按照图13所示流程图的动作插入上述实施方式1或2中示出的例如图2或图7所示的流程图中的步骤S14的前级即可。图13中示出的短路位置确定单元28的动作成为与图5或图6相似的动作，但成为ON的开关元件的组合、判定中使用的检测电流值等各处理的内容不同。
在具体说明时，针对UV间的短路的疑问，使开关元件UP与VN同时成为ON，使用V相电流检测器CT2对其响应进行检测，并根据有无过电流，来判定UV间短路(步骤S91～步骤S95)。在UV间发生了短路故障时，如果使开关元件UP与VN同时成为ON，则从电源4以UP、短路故障位置、VP、CT2、电源这样的形式形成闭合回路，而在CT2中流过过电流，由此可以理解步骤S91～S95的步骤。
可以理解，对于VW间、WU间也与UV间同样地，可以分别通过步骤S96～步骤S100、步骤S101～步骤S105所示的步骤来确定相间短路位置。
另外，为了避免由于由反电动势引起的电流影响而错误地判定短路故障位置，与实施方式2中示出的方法同样地，附加使用了电机旋转角度与电机旋转角速度的条件即可。可以通过将图11的步骤S60～步骤S62所示的步骤分别插入图13的步骤S91、步骤S96、步骤101之前来实现。但是，对于角度条件步骤S61、步骤S62的角度范围，需要设定成适合于相间短路的值。与图9以及图10所示同样地，对于相间短路，也考虑可由于反电动势发生的电流而进行设定即可。
本实施方式3中的短路位置确定单元28存储图14所示的测试模式，而作为使开关元件成为ON的多个组合、即测试模式。在实施方式1中，该测试模式用于针对开关元件的短路故障或电机线的接地短路/电源短路确定短路位置，是如图3以及图4所示的测试模式那样使开关元件逐个成为ON的模式，但在本实施方式3中的用于确定相间短路位置的开关测试中，如图14所示，以1个上侧开关元件、和不同相的1个下侧开关元件的组合同时成为ON。
即，实施方式1中的测试模式涉及如图11所示以下侧开关元件的短路故障或电机线的接地短路为对象的短路位置的确定，对应于图5的步骤S21、步骤S26、步骤S31，并且涉及如图12所示以上侧开关元件的短路故障或电机线的电源短路为对象的短路位置的确定，对应于图6的步骤S41、步骤S46、步骤S51。与其相对，在本实施方式3中，短路位置确定单元28存储的测试模式涉及如图14所示以两相间的短路故障为对象的短路位置的确定，对应于图13的步骤S91、步骤S96、步骤S101。
根据本实施方式3，不仅可以确定发生短路故障的开关元件、或电机线的接地短路、电源短路位置，而且还可以确定两相间的短路故障位置，而不会输出未期望的电机扭矩，并且，可以缩短在短路位置的确定中所需的时间。另外，并非在与电源连接的直流部中检测电流，而在各相中分别检测，详细地掌握电流路径，而确定短路故障位置，所以可以实现正确的确定。另外，由于根据电机旋转角度、电机旋转角速度附加了条件，所以即使在电机的旋转中，也不会由于由反电动势引起的电流的影响而出现误判定，可以正确地确定短路故障位置。而且，由于无需等待电机旋转成为低速，所以可以缩短在确定中所需的时间。
另外，在以上实施方式中，叙述了在各相中实施电流检测的情况，但在仅对与电源连接的直流部的电流进行检测的情况下，作为避免由反电动势引起的误判定的策略而说明的图11所示那样的附加了基于电机旋转角度与电机旋转角速度的条件的方法也有效。其原因为，虽然由于不在各相中检测电流而使正确性变差，但可以仅针对不会由于反电动势发生电流的电机旋转角度与电机旋转角速度，实施短路位置确定。因此，即使在仅对与电源连接的直流部的电流进行检测的情况下，也不会由于由反电动势引起的电流影响而出现误判定，可以正确地确定短路故障位置，并且无需等待电机旋转速度变低，所以可以缩短在确定中所需的时间。
实施方式4
图15是示出本发明的实施方式4的图，是示出将上述实施方式中示出的电动机控制装置应用于汽车的电动助力转向装置中的一个例子的图。
在图15中，从未图示的驾驶员向方向盘101施加的操舵力通过转向轴102，经由齿条与小齿轮传动装置(rack and pinion gear)112，传达至齿条，而使车轮103、104转弯。具备U、V、W相这三相绕组的无刷电机2(以下还称为电机)经由电机减速齿轮107与转向轴102连结。从电机中发生的电机扭矩(以下还称为辅助力)经由电机减速齿轮107传达至转向轴102，而减轻在操舵时驾驶员施加的操舵力。
扭矩传感器108对通过驾驶员操舵方向盘101而施加给转向轴102的操舵力进行检测。控制部件109根据由扭矩传感器108检测的操舵力，决定电机2赋予的辅助力的方向与大小，而对从电源11向电机流过的电流进行控制，以发生该辅助力。另外，3是对电机的旋转角度进行检测的电机角度传感器。
控制部件9由计算出与电机扭矩的目标值相当的扭矩电流指令(以下还称为q轴电流指令)的映射图(map)(未图示)、与电动机控制装置1构成。预先存储有应输出的电机扭矩的映射图(map)决定与由扭矩传感器108检测的操舵力对应的电机扭矩的方向与大小，计算出扭矩电流指令。使电机2的各相中流过电流。电动机控制装置1对电机中流过的电流进行控制，以实现扭矩电流指令。由于该电流，通过电机而发生辅助力。本电动机控制装置1例如是实施方式1～3中的任一个中示出的装置。
在电动助力转向装置中，如果在行驶中发生了异常的情况下停止控制，则驾驶员感觉到的不适感较大，所以要求尽可能继续控制。不论出现何种异常，为了尽可能继续良好的控制，优选确定发生故障的位置。进一步说，为了在发生异常之后尽快转移到对应于异常状态的控制，优选在短时间内确定故障位置。另外，在电动助力转向装置中，优选在驾驶员的操舵中、即电机在旋转的状况中，也确定故障位置。
根据本实施方式4的电动助力转向装置，可以在非常短的时间内正确地确定短路故障位置，所以可以尽快且无错误地转移到对应于异常状态的控制，可以减小驾驶员感到的不适感。
另外，在确定故障位置时，由于不会发生未期望的电机扭矩，所以可以减小驾驶员感到的不适感。

Claims (7)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，具备：
电流控制单元，根据与电动机发生的扭矩的目标值相当的扭矩电流指令、上述电动机的各相中流过的电流，决定各相电压指令；
开关元件驱动电路，根据来自上述电流控制单元的各相电压指令，向逆变器指示开关操作；
逆变器，接收来自上述开关元件驱动电路的开关操作信号，使用各相中具备的开关元件，向上述电动机的各相施加电压，从而使电流流过上述电动机的各相而驱动上述电动机；
电流检测器，与上述逆变器的各相的开关元件分别串联配置；以及
短路位置确定单元，存储表示使上述逆变器的开关元件成为ON的规定组合的测试模式，根据该测试模式与作为该测试模式的响应而由上述电流检测器检测出的各相的电流检测值，确定短路故障位置。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
还具备对上述电动机的旋转角度进行检测并输出旋转角度检测值的电机旋转角度检测单元，
上述短路位置确定单元除了基于上述测试模式与上述电流检测值确定短路故障位置以外，还加上基于上述旋转角度检测值与对该旋转角度检测值进行微分而得到的旋转角速度这两者或它们中的某一个的判定条件。
3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述短路位置确定单元在基于上述测试模式与由上述电流检测器检测出的各相的电流检测值确定短路故障位置之前，实施基于上述旋转角度检测值与上述旋转角速度这两者或它们中的某一个的判定。
4.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
作为上述测试模式，上述短路位置确定单元存储使上述逆变器的各相的上侧或下侧中的某一个开关元件成为ON、并且使其他开关元件成为OFF而确定短路故障的测试模式。
5.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
作为上述测试模式，上述短路位置确定单元存储使处于上述逆变器的两相之间的上侧与下侧的两个开关元件同时成为ON、并且使其他开关元件成为OFF而确定相间短路故障的测试模式。
6.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
还具备对上述电动机的端子电压进行检测的端子电压检测单元，
上述短路位置确定单元根据上述端子电压检测单元的检测值与规定的阈值的比较结果，选择上述逆变器的上侧或下侧的开关元件中某一个的测试模式，而确定短路故障位置。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述电动机是经由电机减速齿轮与转向轴连结的电动助力转向装置中的电动机。
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