CN101686035B - 多相电机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够检测在逆变器电路中的下侧的开关元件的导通故障的多相电机驱动装置。使流到U相的分流电阻的电流的检测定时从在U相的上侧的开关元件(Q1)的截止期间偏移到导通期间，从而基于在该导通期间流到U相的分流电阻的电流，判定下侧的开关元件(Q2)是否导通故障。此外，由于仅仅偏移检测定时，还不能检测下侧的开关元件(Q2)在导通期间原本需要的U相电流，所以基于流到其它的2相的分流电阻的电流而估计U相电流的电流值。

Description

多相电机驱动装置
技术领域
本发明涉及例如在车辆的电动功率转向装置中使用的多相电机驱动装置，特别涉及用于检测开关元件的故障的技术。
背景技术
在车辆的电动功率转向(steering)装置中，为了对转向机构提供与转向盘(handle)的操纵转矩对应的操纵辅助力，设置了3相无刷电机等的多相电机。驱动该多相电机的装置包括：控制单元、PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)电路以及逆变器电路。控制单元根据由转矩传感器所检测出的操纵转矩而计算应流到电机的电流的目标值，并基于该目标值和实际流过的电流值之间的偏差，计算提供给PWM电路的指令值。PWM电路生成具有与指令值对应的占空比的PWM信号，并将其提供给逆变器电路。逆变器电路按每个相具有对应于PWM信号的占空比而导通/截止的上下一对开关元件，基于这些开关元件的导通/截止动作而输出对应于占空比的各相的电压，并通过该电压来驱动电机。电机的各相电流是通过测定与开关元件串联连接的用于检测相电流的分流(shunt)电阻的两端电压来检测，该检测值成为实际流到电机的电流值。
在如上所述那样的多相电机驱动装置中，由于产生短路等故障则电机驱动不能正常地进行，因此设置了用于进行故障检测的电路。在下述的专利文献1、2中示出这样的故障检测电路。在专利文献1中，设置用于检测基于逆变器电路的各相的下侧的FET的漏极电压和栅极电压的异常判断用电压的检测电路，并比较通过该检测电路所检测出的电压的电压值和规定值，在电压值大于规定值的情况下，使输出到FET的控制信号停止。在专利文献2中，比较流到逆变器电路的各相的实际电流值和估计电流值那样的、通过实际测量或者估计而求出的两个电流值，从而检测流到各相的电流值的异常。
专利文献1：(日本)特开2004-357463号公报
专利文献2：(日本)特开2005-143153号公报
如上所述那样在各相具有上下一对开关元件的逆变器电路中，有时某一相的开关元件由于元件本身的异常而一直处于导通的状态，不能返回截止状态。此外，有时即使元件本身正常，也因为对元件提供控制信号的控制电路由于异常而持续输出导通信号，从而开关元件一直处于导通状态，不能返回截止状态。这样，以下，将开关元件一直处于导通状态的故障称为“导通故障”。
但是，在各相的下侧的开关元件分别连接用于检测电机的相电流的分流电阻的逆变器电路中，能够检测上侧的开关元件的导通故障，但不能检测下侧的开关元件的导通故障。其理由如下。为了检测下侧的开关元件的导通故障，需要在上侧的开关元件导通(下侧的开关元件截止)的期间，检测流到下侧的开关元件的电流。但是，在下侧的开关元件连接分流电阻的逆变器电路的情况下，通过在上侧的开关元件截止(下侧的开关元件导通)的期间进行采样来采样保持分流电阻的两端电压，从而检测电机的相电流。因此，由于在上侧的开关元件导通的期间不进行采样，不能检测流到下侧的开关元件的电流。
发明内容
因此，本发明的课题在于，提供一种能够检测在逆变器电路中的下侧的开关元件的导通故障的多相电机驱动装置。
本发明的多相电机驱动装置，包括：逆变器电路，对应于多个相的各个相而设置上下一对的开关元件，各个相的下侧的开关元件分别连接用于检测相电流的分流电阻，从在各个相的一对开关元件的连接点取出用于驱动多相电机的电压；以及控制部件，控制该逆变器电路的各个开关元件的导通/截止动作，多相电机驱动装置检测在上侧的开关元件的截止期间流到分流电阻的电流，在多相电机驱动装置中设置：判定部件，使流到某一相的分流电阻的电流的检测定时从在该相的上侧的开关元件的截止期间偏移到导通期间，从而基于在导通期间流到该相的分流电阻的电流，判定在该相的下侧的开关元件是否为一直处于导通状态的导通故障；以及电流值估计部件，基于流到其它相的分流电阻的电流，估计在使检测定时已偏移时的该相的电流值。
这样，通过使流到分流电阻的电流的检测定时偏移到上侧的开关元件导通的期间，从而能够检测在下侧的开关元件截止的期间流到该元件的电流。并且，在该期间下侧的开关元件产生了导通故障的情况下，上下的开关元件都导通，从而在分流电阻流过异常电流，因此通过检测该异常电流，能够判定为下侧的开关元件处于导通故障。此外，由于仅仅偏移检测定时，还不能检测上侧的开关元件在截止期间(下侧的开关元件的导通期间)原本需要的相电流，但在本发明中，通过基于流到其它相的分流电阻的电流，估计在使检测定时已偏移时的该相的电流值，从而能够解决这个问题。
在本发明中，作为故障判定的步骤，考虑几个步骤。例如，考虑以下方法：对各相依次进行基于检测定时的偏移的有无导通故障的判定，若对全部相结束有无导通故障的判定，则接下来，不使检测定时偏移，而分别检测在上侧的开关元件的截止期间流到各相的分流电阻的相电流，并基于检测出的相电流而判定有无其它故障。
这样，在使检测定时偏移并按各相进行了有无导通故障的判定之后，进行不使检测定时偏移的、基于通常的相电流检测的故障判定，所以不仅能诊断在各相的下侧的开关元件的导通故障，还能诊断上侧的开关元件的导通故障或相电流检测电路的故障等的其它故障。其结果，能够进行精度更高的故障判定。
此外，作为其它步骤，还考虑以下方法：在对某一相进行了基于检测定时的偏移的有无导通故障的判定之后，对下一个相进行同样的判定之前，不使检测定时偏移，而分别检测在上侧的开关元件的截止期间流到各相的分流电阻的相电流，并基于检测出的相电流而判定有无其它故障。
这样，与上述相同地，不仅能诊断在各相的下侧的开关元件的导通故障，还能诊断其它故障，所以能够进行精度更高的故障判定。此外，根据相电流检测电路的响应性，存在在对某一相使检测定时偏移并进行了导通故障判定之后，难以立即对该相将检测定时返回，对下一个相使检测定时偏移并转移到导通故障判定的情况，但是通过在从某一相的导通故障判定转移到下一个相的导通故障判定之前加入进行基于通常的相电流检测的故障判定的步骤，从而即使在相电流检测电路的响应性存在问题的情况下也能够进行顺利的故障判定。
在本发明中，可以将对一个相的有无导通故障的判定重复规定次数。这样，能够提高导通故障的判定精度。
此外，在本发明中，也可以代替基于流到其它相的分流电阻的电流来估计在使检测定时偏移时的该相的电流值的电流值估计部件，使用基于在该相的上侧的开关元件的截止期间流到分流电阻的电流来计算电流值的电流值计算部件。
此时，在上侧的开关元件的导通期间和截止期间的两个期间进行采样即可。这样，能够将使检测定时偏移时的该相的电流值作为实际测量值来获得而不是作为估计值。
根据本发明，能够提供通过使流到分流电阻的电流的检测定时偏移，从而能够检测逆变器电路中的下侧的开关元件的导通故障的多相电机驱动装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的多相电机驱动装置的电结构的图。
图2是表示了指令电压的信号波形的图。
图3是说明逆变器电路和电机之间的通电模式的图。
图4是说明逆变器电路和电机之间的通电模式的图。
图5是说明逆变器电路和电机之间的通电模式的图。
图6(a)～(i)是用于说明U相电流的检测方法的时序图。
图7(a)～(i)是用于说明本发明的导通故障的检测方法的时序图。
图8是表示了本发明的故障判定步骤的概略的流程图。
图9是表示了图8的步骤S1的详细步骤的流程图。
图10是表示了图8的步骤S2的详细步骤的流程图。
图11是表示了图8的步骤S3的详细步骤的流程图。
图12是表示了图8的步骤S4的详细步骤的流程图。
图13是表示了本发明的其他实施方式的故障判定步骤的概略的流程图。
图14(a)～(i)是用于说明本发明的其他实施方式的导通故障的检测方法的时序图。
标号说明
1控制单元
2PWM电路
3逆变器电路
4电机
5u、5v、5w采样保持电路(相电流检测电路)
6u、6v、6w直流放大电路
Q1～Q6开关元件
D1～D6二极管
Ru、Rv、Rw分流电阻
E电池
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式的多相电机驱动装置的电结构的图。1是包括CPU和存储器的控制单元；2是基于来自控制单元1的电压指令信号而输出具有规定的占空比的PWM信号的公知的PWM电路；3是基于来自PWM电路2的PWM信号而输出用于驱动电机的3相电压(U相电压、V相电压、W相电压)的逆变器电路；4是通过从逆变器电路3输出的3相电压而被驱动的电机；4u、4v、4w是电机4的绕线；5u、5v、5w是在规定区间范围中对用于检测相电流的电压进行采样，并对其进行采样保持的采样保持电路；以及6u、6v、6w是用于将采样保持电路5u、5v、5w的输出进行放大的直流放大电路。多相电机驱动装置由控制单元1、PWM电路2、逆变器电路3、采样保持电路5u、5v、5w以及直流放大电路6u、6v、6w构成。此外，控制单元1是本发明的判定部件、电流值估计部件、电流值计算部件的一实施方式，控制单元1和PWM电路2是本发明的控制部件的一实施方式。
逆变器电路3连接在电池E的正极和负极(地)之间，其将电池E的直流电压变换为交流电压。该逆变器电路3是公知电路，其包括对应于U相、V相、W相的每个相而设置的上下一对的开关元件Q1～Q6，对这些开关元件Q1～Q6分别并联连接用于回流的二极管D1～D6。开关元件Q1～Q6由MOS型FET(场效应晶体管)构成，但也可以代替而使用IGBT(绝缘栅型双极晶体管)等元件。对各个开关元件Q1～Q6的栅极，分别从PWM电路2提供6种(U相上、U相下、V相上、V相下、W相上、W相下)PWM信号。在PWM信号的导通(High)的区间，开关元件Q1～Q6成为导通(导通状态)，在PWM信号的截止(Low)的区间，开关元件Q1～Q6成为截止(截止状态)。
通过这样的开关元件Q1～Q6的导通/截止动作，从各相的一对开关元件的连接点a、c、e取出用于驱动多相电机的U相电压、V相电压、W相电压，并提供给电机4。即，从开关元件Q1、Q2的连接点a取出U相电压，并提供给电机4的U相绕线4u。从开关元件Q3、Q4的连接点c取出V相电压，并提供给电机4的V相绕线4v。从开关元件Q5、Q6的连接点e取出W相电压，并提供给电机4的W相绕线4w。电机4例如由3相无刷电机构成。
对逆变器电路3中的各相的下侧的开关元件Q2、Q4、Q6，分别连接用于检测电机4的相电流的分流电阻Ru、Rv、Rw。在分流电阻Ru的两端产生的电压(b点电位)输入到采样保持电路5u。在分流电阻Rv的两端产生的电压(d点电位)输入到采样保持电路5v。在分流电阻Rw的两端产生的电压(f点电位)输入到采样保持电路5w。
采样保持电路5u、5v、5w分别包括开关Su、Sv、Sw、电容器Cu、Cv、Cw以及差动放大器Au、Av、Aw。若通过来自控制单元1的采样信号SPu、SPv、SPw而开关Su、Sv、Sw在规定的定时导通，则分流电阻Ru、Rv、Rw的两端电压被采样保持电路5u、5v、5w取入，并被电容器Cu、Cv、Cw充电。之后，若开关Su、Sv、Sw截止，则在电容器Cu、Cv、Cw中保持被充电的电压。这样被采样保持的电压通过直流放大电路6u、6v、6w放大之后，作为相电流检测信号Iu、Iv、Iw而输出。这些相电流检测信号Iu、Iv、Iw表示流到电机4的各相的实际电流值，其作为相电流检测值而提供给控制单元1。
在控制单元1中，基于由转矩传感器(省略图示)所检测的转矩值和由车速传感器(省略图示)所检测的车速值，计算应流到电机4的各相的电流，即用于得到需要的操纵辅助力的电机电流的目标值，并比较该目标值和相电流检测值Iu、Iv、Iw，求出它们的偏差。然后，基于得到的偏差，计算提供给PWM电路2的各相的指令电压Vu、Vv、Vw。该指令电压是进行反馈控制使得对电机4的各相绕线4u、4v、4w流过目标值的电流的参数。PWM电路2基于指令电压而生成具有规定的占空比的前述的6种PWM信号，并将它们分别提供到逆变器电路3的开关元件Q1～Q6，使得与指令电压Vu、Vv、Vw对应的U相电压、V相电压、W相电压被提供给电机4。
图2是表示了从控制单元1提供给PWM电路2的指令电压Vu、Vv、Vw的信号波形的图。其中，将PWM信号的占空比成为50％时的指令电压值设为0V。因此，在指令电压值取正(+)值的情况下，PWM信号的占空比超过50％，在指令电压值取负(-)值的情况下，PWM信号的占空比小于50％。
例如，若考虑在图2的定时t的U相指令电压Vu和V相指令电压Vv(为了简化说明而省略了W相指令电压Vw)，则在定时t的U相指令电压Vu成为正(+)值，V相指令电压Vv成为负(-)值。因此，在从逆变器电路3的a点、c点分别输出与各个指令电压Vu、Vv相同的电压的情况下，图1的a点的电位(U相电压)成为正(+)、c点的电位(V相电压)成为负(-)，所以电流从U相流到V相。此时，提供给U相上的开关元件Q1的PWM信号的占空比成为超过50％的值。例如，若设为占空比＝70％，则元件Q1导通的期间和截止的期间的比率成为7∶3。另一方面，提供给V相上的开关元件Q3的PWM信号的占空比成为小于50％的值。例如，若设为占空比＝30％，则元件Q3导通的期间和截止的期间的比率成为3∶7。
根据开关元件Q1～Q6的导通/截止的方式，逆变器电路3和电机4之间的通电状态有如图3～图5那样的三个模式。各个图是提取了图1的一部分的电路，这里表示没有发生故障的正常状态下的电流路径。
图3是表示模式A，用实线和虚线表示开关元件Q1～Q4的导通/截止状态(在图4、图5中也相同)。用实线描画的开关元件Q1、Q4处于导通状态，用虚线描画的开关元件Q2、Q3处于截止状态。模式A是，在一个相(U相)的上侧的开关元件(Q1)导通、下侧的开关元件(Q2)截止，其他相(V相)的上侧的开关元件(Q3)截止、下侧的开关元件(Q4)导通的模式。另外，在图3中为了简化而省略了W相，但对于U相和W相、以及V相和W相也成立与U相和V相相同的关系。对于后述的其他模式也相同。在图3中，由于U相上的开关元件Q1导通、V相下的开关元件Q4导通，所以基于电源E的直流电压，如粗箭头所示那样，按照开关元件Q1→电机4的U相绕线4u→V相绕线4v→开关元件Q4→分流电阻Rv的路径流过相电流I。
图4表示模式B。模式B是在一个相(U相)的上侧的开关元件(Q1)截止、下侧的开关元件(Q2)导通，在其他相(V相)也是上侧的开关元件(Q3)截止、下侧的开关元件(Q4)导通的模式。在图4中，由于U相下的开关元件Q2导通、V相下的开关元件Q4导通，所以基于在电机4的绕线4u、4v中蓄积的电能，如粗箭头所示那样，按照U相绕线4u→V相绕线4v→开关元件Q4→分流电阻Rv→分流电阻Ru→开关元件Q2的路径流过相电流I。
图5表示模式C。模式C是在一个相(U相)的上侧的开关元件(Q1)导通、下侧的开关元件(Q2)截止，在其他相(V相)也是上侧的开关元件(Q3)导通、下侧的开关元件(Q4)截止的模式。在图5中，由于U相上的开关元件Q1导通、V相上的开关元件Q3导通，所以基于在电机4的绕线4u、4v中蓄积的电能，如粗箭头所示那样，按照U相绕线4u→V相绕线4v→开关元件Q3→开关元件Q1的路径流过相电流I。在该模式C的情况下，相电流I不流过分流电阻Ru、Rv。
接着，说明图1的多相电机驱动装置中的相电流的检测。另外，以下举出检测U相电流的情况为例子，但也可以通过同样的原理来检测其他相的电流。在图3～图5中说明的各个模式中，对用于检测U相电流的分流电阻Ru流过相电流的是模式B(图4)的情况。在模式B中，a点的电位为+，c点的电位为-，从U相对V相流过相电流I。此时，如上所述那样，对U相上的开关元件Q1提供的PWM信号的占空比超过50％、对U相下的开关元件Q2提供的PWM信号的占空比小于50％。
图6是用于说明U相电流的检测方法的时序图，是表示在图2的定时t(严格地说是t附近的微小区间)的各个信号的波形的图。在图6中，(a)～(d)分别表示从PWM电路2对U相上、U相下、V相上、V相下的各个开关元件Q1～Q4提供的PWM信号。(e)表示通过流过分流电阻Ru的电流而在该电阻Ru的两端产生的电压。(f)表示通过流过分流电阻Rv的电流而在该电阻Rv的两端产生的电压。(g)表示对应于各个区间的图3～图5的模式。(h)表示为了检测U相电流而从控制单元1输出的采样信号SPu。(i)表示为了检测V相电流而从控制单元1输出的采样信号SPv。此外，T表示PWM信号的一个周期，t1～t4表示各个定时。
如图6所示那样，在检测U相电流的情况下，在U相上的开关元件Q1截止(U相下的开关元件Q2导通)的期间(t2～t4、t8～t10)，通过采样信号SPu而检测分流电阻Ru的电压(t3、t9)。但是，由于在这个方法中，不进行用于检测U相下的开关元件Q2的导通故障所需的、U相上的开关元件Q1的导通期间(t4～t8、t10～t14)中的采样，所以不能检测U相下的开关元件Q2的导通故障。
图7是用于说明在本发明的导通故障的检测方法的时序图。图7的各个标号与图6的各个标号相对应。在图7中，如虚线所示那样在U相上的开关元件Q1的截止期间(t2～t4、t8～t10)不产生如(h)所示的U相电流检测采样信号SPu，而在如实线那样在导通期间(t4～t8、t10～t14)产生(t6、t12)。即，使流到U相的分流电阻Ru的电流的检测定时从U相上的开关元件Q1的截止期间偏移到导通期间。
若在U相下的开关元件Q2产生导通故障，则该开关元件Q2与来自PWM电路2的信号无关地如图7(b)那样一直处于导通状态。然后，在U相上的开关元件Q1导通的期间，上下的开关元件Q1、Q2都成为导通状态，从而通过两个元件而对分流电阻Ru流过异常电流(大电流)，所以如图7(e)的交叉影线所示那样，在分流电阻Ru的两端产生大电压。因此，如图7(h)所示那样，在U相上的开关元件Q1的导通期间中的t6、t12的定时进行采样，则能够检测出该大电压，所以由此能够判定U相下的开关元件Q2为导通故障。
另一方面，在U相下的开关元件Q2没有产生导通故障的情况下，在U相上的开关元件Q1的导通期间，开关元件Q2处于截止状态而不流过电流，所以即使在t6、t12的定时进行了采样，也不能检测出分流电阻Ru的电压。因此，能够判定为U相下的开关元件Q2不是导通故障。
通过对各个相依次进行以上叙述那样的处理，即将流到分流电阻的电流的检测定时从上侧的开关元件的截止期间偏移到导通期间来进行采样的处理，从而即使不添加用于判定导通故障的特殊电路，也能够利用已经存在的分流电阻来判定在各相中的下侧的开关元件有无导通故障。
图8是表示了本发明的故障判定步骤的概略的流程图，图9～图12是表示了图8的各个步骤的细节的流程图。通过控制单元1所具有的CPU来执行各个流程图的步骤。
在图8中，在步骤S1中，进行通过使流到U相的分流电阻Ru的电流的检测定时偏移，从而检测U相下的开关元件Q2的导通故障的处理。若这个处理结束，则转移到步骤S2，接着进行通过使流到V相的分流电阻Rv的电流的检测定时偏移，从而检测V相下的开关元件Q4的导通故障的处理。若这个处理结束，则转移到步骤S3，接着进行通过使流到W相的分流电阻Rw的电流的检测定时偏移，从而检测W相下的开关元件Q6的导通故障的处理。
这样，若对全部相结束基于检测定时的偏移(图7)的导通故障的检测，则转移到步骤S4，本次进行不偏移检测定时(图6)，而对各个U相、V相、W相，在上侧的开关元件Q1、Q3、Q5的截止期间，分别检测流到各相的分流电阻Ru、Rv、Rw的相电流，并基于该相电流来检测各相的故障或相电流检测电路的故障的处理。
图9是表示了图8的步骤S1的详细步骤的流程图。在步骤S11中，进行移动U相的采样点的处理。即，将流到U相的分流电阻Ru的电流(U相电流)的检测定时从U相上的开关元件Q1的截止期间偏移到导通期间(图7(h))。接着，进至步骤S12，测定流到V相的分流电阻Rv的电流(V相电流)的电流值。此时的电流检测是在V相上的开关元件Q3的截止期间进行。即，V相电流的检测定时不偏移(图7(i))。接着，进至步骤S13，测定流到W相的分流电阻Rw的电流(W相电流)的电流值。此时的电流检测是在W相上的开关元件Q5的截止期间进行。即，W相电流的检测定时也不偏移。
接着，转移到步骤S14，根据通过步骤S12和S13所得到的V相电流和W相电流的电流值而估计U相电流的电流值。众所周知，在将U相电流值设为Iu、V相电流值设为Iv、W相电流值设为Iw时，Iu+Iv+Iw＝0，所以使用这个关系式可估计U相电流值Iu。本来，U相电流是在U相上的开关元件Q1的截止期间(U相下的开关元件Q2的导通期间)被检测的电流，但由于移动U相的采样点而不能进行此检测，所以通过如上所述那样估计电流值，得到电机4的控制所需的U相电流的电流值。
接着，在步骤S15中，基于在步骤S11中移动的采样点中检测出的分流电阻Ru的两端电压，判定U相下的开关元件Q2有无导通故障。如上所述那样，若开关元件Q2出现了导通故障，则在分流电阻Ru的两端产生大电压，若没有导通故障，则在分流电阻Ru的两端不产生电压，所以能够由此来判定有无导通故障。
接着，在步骤S16中，基于在步骤S12中得到的V相电流值，判定在V相是否产生了故障。进而，在步骤S17中，基于在步骤S13中得到的W相电流值，判定在W相是否产生了故障。这些故障判定以与以往相同的方法来进行。
在步骤S18中，若在步骤S15中的判定结果为U相下的开关元件Q2出现了导通故障(步骤S18：是)，则转移到步骤S22而进行异常时处理。具体地说，进行停止从逆变器电路3对电机4的电流供给，从而停止电机4的处理。此外，根据需要输出警报。另一方面，若开关元件Q2没有导通故障(步骤S18：否)，则转移到步骤S19。
在步骤S19中，若在步骤S16中的判定结果为V相产生了故障(步骤S19：是)，则转移到步骤S22而进行上述的异常时处理。另一方面，若V相没有产生故障(步骤S19：否)，则转移到步骤S20。
在步骤S20中，若在步骤S17中的判定结果为W相产生了故障(步骤S20：是)，则转移到步骤S22而进行上述的异常时处理。另一方面，若W相没有产生故障(步骤S20：否)，则转移到步骤S21。
在步骤S21中，判定是否已将步骤S11～S20的处理重复规定次数，若没有重复规定次数(步骤S21：否)，则返回到步骤S11，反复执行步骤S11～S20直到达到规定次数为止。然后，若步骤S11～S20的处理重复规定次数(步骤S21：是)，则对U相的导通故障检测处理结束。此时，在步骤S11偏移到开关元件Q1的导通期间的采样点返回到原来的位置(开关元件Q1的截止期间)。
图10是表示了图8的步骤S2的详细的步骤的流程图。在步骤S31中，进行移动V相的采样点的处理。即，将流到V相的分流电阻Rv的电流(V相电流)的检测定时从V相上的开关元件Q3的截止期间偏移到导通期间。接着，进至步骤S32，测定流到U相的分流电阻Ru的电流(U相电流)的电流值。此时的电流检测是在U相上的开关元件Q1的截止期间进行。即，U相电流的检测定时不偏移。接着，进至步骤S33，测定流到W相的分流电阻Rw的电流(W相电流)的电流值。此时的电流检测是在W相上的开关元件Q5的截止期间进行。即，W相电流的检测定时也不偏移。
接着，转移到步骤S34，根据通过步骤S32和S33所得到的U相电流和W相电流的电流值，利用前述的Iu+Iv+Iw＝0的关系来估计V相电流的电流值。本来，V相电流是在V相上的开关元件Q3的截止期间(V相下的开关元件Q4的导通期间)被检测的电流，但由于移动V相的采样点而不能进行此检测，所以通过如上所述那样估计电流值，得到电机4的控制所需的V相电流的电流值。
接着，在步骤S35中，基于在步骤S31中移动的采样点中检测出的分流电阻Rv的两端电压，判定V相下的开关元件Q4有无导通故障。与U相的情况相同地，若开关元件Q4导通故障，则在分流电阻Rv的两端产生大电压，若没有导通故障，则在分流电阻Rv的两端不产生电压，所以能够由此来判定有无导通故障。
接着，在步骤S36中，基于通过步骤S32得到的U相电流值，判定在U相是否发生故障。进而，在步骤S37中，基于通过步骤S33得到的W相电流值，判定在W相是否发生故障。这些故障判定通过与以往相同的方法进行。
在步骤S38中，若在步骤S35的判定结果为V相下的开关元件Q4发生了导通故障(S38：是)，则转移到步骤S42而进行与上述的步骤S22相同的异常时处理。另一方面，若开关元件Q4没有导通故障(步骤S38：否)，则转移到步骤S39。
在步骤S39中，若在步骤S36中的判定结果为U相产生了故障(步骤S39：是)，则转移到步骤S42而进行上述的异常时处理。另一方面，若U相没有产生故障(步骤S39：否)，则转移到步骤S40。
在步骤S40中，若在步骤S37中的判定结果为W相产生了故障(步骤S40：是)，则转移到步骤S42而进行上述的异常时处理。另一方面，若W相没有产生故障(步骤S40：否)，则转移到步骤S41。
在步骤S41中，判定是否将步骤S31～S40的处理重复规定次数，若没有重复规定次数(步骤S41：否)，则返回到步骤S31，反复执行步骤S31～S40直到达到规定次数为止。然后，若步骤S31～S40的处理重复规定次数(步骤S41：是)，则对V相的导通故障检测处理结束。此时，在步骤S31偏移到开关元件Q3的导通期间的采样点返回到原来的位置(开关元件Q3的截止期间)。
图11是表示了图8的步骤S3的详细步骤的流程图。在步骤S51中，进行移动W相的采样点的处理。即，将流到W相的分流电阻Rw的电流(W相电流)的检测定时从W相上的开关元件Q5的截止期间偏移到导通期间。接着，进至步骤S52，测定流到U相的分流电阻Ru的电流(U相电流)的电流值。此时的电流检测是在U相上的开关元件Q1的截止期间进行。即，U相电流的检测定时不偏移。接着，进至步骤S53，测定流到V相的分流电阻Rv的电流(V相电流)的电流值。此时的电流检测是在V相上的开关元件Q3的截止期间进行。即，V相电流的检测定时也不偏移。
接着，转移到步骤S54，根据通过步骤S52和S53所得到的U相电流和V相电流的电流值，利用前述的Iu+Iv+Iw＝0的关系来估计W相电流的电流值。本来，W相电流是在W相上的开关元件Q5的截止期间(W相下的开关元件Q6的导通期间)检测出的电流，但通过移动W相的采样点而不能进行此检测，所以通过如上所述那样估计电流值，得到电机4的控制所需的W相电流的电流值。
接着，在步骤S55中，基于在步骤S51中移动的采样点中检测出的分流电阻Rw的两端电压，判定W相下的开关元件Q6有无导通故障。与U相、V相的情况相同地，若开关元件Q6导通故障，则在分流电阻Rw的两端产生大电压，若没有导通故障，则在分流电阻Rw的两端不产生电压，所以能够由此来判定有无导通故障。
接着，在步骤S56中，基于通过步骤S52得到的U相电流值，判定在U相是否发生故障。进而，在步骤S57中，基于通过步骤S53得到的V相电流值，判定在V相是否发生故障。这些故障判定通过与以往相同的方法进行。
在步骤S58中，在步骤S55的判定结果若为W相下的开关元件Q6导通故障(S58：是)，则转移到步骤S62而进行与上述的步骤S22相同的异常时处理。另一方面，若开关元件Q6没有导通故障(步骤S58：否)，则转移到步骤S59。
在步骤S59中，在步骤S56中的判定结果若为U相产生了故障(步骤S59：是)，则转移到步骤S62而进行上述的异常时处理。另一方面，若U相没有产生故障(步骤S59：否)，则转移到步骤S60。
在步骤S60中，在步骤S57中的判定结果若为V相产生了故障(步骤S60：是)，则转移到步骤S62而进行上述的异常时处理。另一方面，若V相没有产生故障(步骤S60：否)，则转移到步骤S61。
在步骤S61中，判定是否已将步骤S51～S60的处理重复规定次数，若没有重复规定次数(步骤S61：否)，则返回到步骤S51，反复执行步骤S51～S60直到达到规定次数为止。然后，若步骤S51～S60的处理重复规定次数(步骤S61：是)，则对W相的导通故障检测处理结束。此时，在步骤S51偏移到开关元件Q5的导通期间的采样点返回到原来的位置(开关元件Q5的截止期间)。
图12是表示了图8的步骤S4的详细步骤的流程图。在步骤S71中，将U相、V相、W相的采样点(相电流检测定时)设定为通常的位置。即，对U相，将采样点设定为U相上的开关元件Q1的截止期间(图6(h))；对V相，将采样点设定为V相上的开关元件Q3的截止期间(图6(i))；对W相，将采样点设定为W相上的开关元件Q5的截止期间(省略图示)。
接着，在步骤S72中，在步骤S71设定的U相的采样点进行采样，并测定流过U相的分流电阻Ru的U相电流的电流值。在接着的步骤S73中，在步骤S71设定的V相的采样点进行采样，并测定流过V相的分流电阻Rv的V相电流的电流值。在接着的步骤S74中，在步骤S71设定的W相的采样点进行采样，并测定流过W相的分流电阻Rw的W相电流的电流值。
接着，在步骤S75中，基于通过步骤S72得到的U相电流值，判定在U相是否产生了故障。此外，在步骤S76中，基于通过步骤S73得到的V相电流值，判定在V相是否产生了故障。此外，在步骤S77中，基于通过步骤S74得到的W相电流值，判定在W相是否产生了故障。这些故障判定都通过与以往相同的方法进行。
接着，在步骤S78中，判定在相电流检测电路中是否产生了故障。这里所称的相电流检测电路是指采样保持电路5u、5v、5w。在正常状态下，U相、V相、W相的各相电流值之和会成为零，所以在步骤S78中，利用在步骤S72～S74中测量的U相电流值Iu、V相电流值Iv、W相电流值Iw，判定Iu+Iv+Iw＝0是否成立。在这个关系不成立的情况下，即各相电流值之和不是零的情况下，在相电流检测功能中存在异常，采样保持电路5u、5v、5w中的任意个(或者全部)出现了故障。
在步骤S79中，若在步骤S75中的判定结果为U相产生了故障(步骤S79：是)，则转移到步骤S84而进行与上述的步骤S22相同的异常时处理，若U相没有产生故障(步骤S79：否)，则转移到步骤S80。
在步骤S80中，若在步骤S76中的判定结果为V相产生了故障(步骤S80：是)，则转移到步骤S84而进行异常时处理，若V相没有产生故障(步骤S80：否)，则转移到步骤S81。
在步骤S81中，若在步骤S77中的判定结果为W相产生了故障(步骤S81：是)，则转移到步骤S84而进行异常时处理，若W相没有产生故障(步骤S81：否)，则转移到步骤S82。
在步骤S82中，若在步骤S78中的判定结果为在相电流检测电路中产生了故障(步骤S82：是)，则转移到步骤S84而进行异常时处理，若在相电流检测电路中没有产生故障(步骤S82：否)，则转移到步骤S83。
在步骤S83中，判定是否将步骤S71～S82的处理重复了规定次数，若没有重复规定次数(步骤S83：否)，则返回到步骤S71，反复执行步骤S71～S82直到达到规定次数为止。然后，若步骤S71～S82的处理重复规定次数(步骤S83：是)，则故障检测处理结束。
这样，在上述的实施方式中，对U相、V相、W相依次进行基于检测定时的偏移的有无导通故障的判定(图8的步骤S1～S3)，若对全部相结束有无导通故障的判定，则接着，不偏移检测定时，在上侧的开关元件的截止期间分别检测流到各相的分流电阻的相电流，并基于检测出的相电流，判定U相、V相、W相有无故障和相电流检测电路有无故障(图8的步骤S4)。因此，不仅能判定在各相的下侧的开关元件Q2、Q4、Q6的导通故障，还能够判定上侧的开关元件Q1、Q3、Q5的导通故障或采样保持电路5u、5v、5w的故障等的其它故障。其结果，能够进行精度更高的故障判定。
图13是表示了本发明的其他实施方式的故障判定步骤的概略的流程图。本步骤是通过控制单元1所包括的CPU执行。在图13中，在步骤S101中，进行通过使流到U相的分流电阻Ru的电流的检测定时偏移，从而检测U相下的开关元件Q2的导通故障的处理。该处理与图8的步骤S1的处理相同。若这个处理结束，则转移到步骤S102，不偏移检测定时，对U相、V相、W相，在上侧的开关元件Q1、Q3、Q5的截止期间分别检测流到各相的分流电阻Ru、Rv、Rw的相电流，并基于该相电流来进行用于检测各相的故障和相电流检测电路的故障的处理。该处理与图8的步骤S4的处理相同。
接着，转移到步骤S103，进行通过使流到V相的分流电阻Rv的电流的检测定时偏移，从而检测V相下的开关元件Q4的导通故障的处理。该处理与图8的步骤S2的处理相同。若这个处理结束，则转移到步骤S104，进行与步骤S102相同的处理，即基于各相的相电流的故障检测处理。
接着，转移到步骤S105，进行通过使流到W相的分流电阻Rw的电流的检测定时偏移，从而检测W相下的开关元件Q6的导通故障的处理。该处理与图8的步骤S3的处理相同。若这个处理结束，则转移到步骤S106，进行与步骤S102相同的基于各相的相电流的故障检测处理，若这个处理结束，则结束一系列的处理。
在图13中，步骤S101、S103、S105的详细步骤分别与图9、图10、图11相同，所以在这里省略说明。此外，步骤S102、S104、S106的详细步骤与图12相同，所以在这里省略说明。
这样，在图13的实施方式中，在对某一相进行了基于检测定时的偏移的有无导通故障的判定之后，对下一个相进行同样的判定之前，不偏移检测定时，在上侧的开关元件Q1、Q3、Q5的截止期间分别检测流到各相的分流电阻Ru、Rv、Rw的相电流，并基于检测出的相电流来判定U相、V相、W相有无故障和相电流检测电路有无故障。因此，与图8的情况相同地，不仅能诊断在各相的下侧的开关元件Q2、Q4、Q6的导通故障，还能诊断其他故障，所以能够进行精度更高的故障判定。
但是，若采样保持电路5u、5v、5w的时间常数大(响应性差)，则会残留上一次的采样值的影响而不能得到正确的电流检测值，所以根据采样保持电路的响应性，也存在如图8的实施方式那样，在对某一相将检测定时偏移而进行了导通故障判定之后，难以立即对该相将检测定时返回，对下一个相使检测定时偏移而转移到导通故障判定的情况。但是，如图13所示那样，通过在从某一相的导通故障判定转移到下一个相的导通故障判定之前加入进行基于通常的相电流检测的故障判定的步骤(S102、S104)，从而即使在采样保持电路的响应性存在问题的情况下也能够进行顺利的故障判定。
图14是用于说明本发明的其他实施方式的导通故障的检测方法的时序图。图14的各个标号与图6和图7的各个标号相对应。
在之前的实施方式(图7)中，基于流到其他相的分流电阻的电流来估计在使检测定时偏移时的该相的电流值，但在图14的实施方式中，基于在该相的上侧的开关元件的截止期间流到分流电阻的电流来计算在使检测定时偏移时的该相的电流值。
例如对U相来看，在图14的情况下，在U相上的开关元件Q1的导通期间和截止期间的两个期间输出U相电流检测采样信号SPu，检测流到分流电阻Ru的电流(图14(h))。在t6和t12的定时，检测出基于异常电流的导通故障，在t3和t9的定时，检测出本来的相电流。这样，能够作为实际测量值来得到在使检测定时偏移时的U相的电流值，而不是估计值。对于其他相也是相同的。
在本发明中，除了以上叙述的方式之外还可以采用各种实施方式。例如，在图9～图11的步骤中，将对一个相的有无导通故障的判定重复了规定次数(步骤S21、S41、S61)，由此能够提高导通故障的判定精度，但有无导通故障的判定也可以对一个相仅执行一次而无需重复。同样在图12的步骤中，将基于相电流检测的故障判定重复了规定次数(步骤S83)，但也可以仅执行一次而无需重复。
此外，在上述实施方式中，作为电机4举出无刷电机为例子，但本发明能够适用于用于驱动感应电动机或同步电动机等具有多个相的电机的所有多相电机驱动装置中。
此外，在上述实施方式中，举出将本发明适应于车辆的电动功率转向装置的例子，但本发明还能够适用于除此之外的装置。

Claims (5)

1.一种多相电机驱动装置，包括：
逆变器电路，对应于多个相的各个相而设置上下一对的开关元件，各个相的下侧的开关元件分别连接用于检测相电流的分流电阻，从各个相的一对开关元件的连接点取出用于驱动多相电机的电压；以及
控制部件，控制所述逆变器电路的各个开关元件的导通/截止动作，
所述多相电机驱动装置检测在上侧的开关元件的截止期间流到分流电阻的电流，其特征在于，
在所述多相电机驱动装置中设置：
判定部件，使流到某一相的分流电阻的电流的检测定时从在该相的上侧的开关元件的截止期间偏移到导通期间，从而基于在所述导通期间流到该相的分流电阻的电流，判定在该相的下侧的开关元件是否为一直处于导通状态的导通故障；以及
电流值估计部件，基于流到其它相的分流电阻的电流，估计在使所述检测定时已偏移时的该相的电流值。
2.如权利要求1所述的多相电机驱动装置，其特征在于，
所述判定部件对各相依次进行基于所述检测定时的偏移的有无导通故障的判定，
若对全部相结束有无导通故障的判定，则接下来，不使所述检测定时偏移，而分别检测在上侧的开关元件的截止期间流到各相的分流电阻的相电流，并基于检测出的相电流而判定有无其它故障。
3.如权利要求1所述的多相电机驱动装置，其特征在于，
所述判定部件在对某一相进行了基于所述检测定时的偏移的有无导通故障的判定之后，对下一个相进行同样的判定之前，不使所述检测定时偏移，而分别检测在上侧的开关元件的截止期间流到各相的分流电阻的相电流，并基于检测出的相电流而判定有无其它故障。
4.如权利要求2或3所述的多相电机驱动装置，其特征在于，
所述判定部件将对一个相的有无导通故障的判定重复规定次数。
5.一种多相电机驱动装置，包括：
逆变器电路，对应于多个相的各个相而设置上下一对的开关元件，各个相的下侧的开关元件连接用于检测相电流的分流电阻，从各个相的开关元件的连接点取出用于驱动多相电机的电压；以及
控制部件，控制所述逆变器电路的各个开关元件的导通/截止动作，
所述多相电机驱动装置检测在上侧的开关元件的截止期间流到分流电阻的电流，其特征在于，
在所述多相电机驱动装置中设置：
判定部件，使流到某一相的分流电阻的电流的检测定时从在该相的上侧的开关元件的截止期间偏移到导通期间，从而基于在所述导通期间流到该相的分流电阻的电流，判定在该相的下侧的开关元件是否为一直处于导通状态的导通故障；以及
电流值计算部件，基于在该相的上侧的开关元件的截止期间流到分流电阻的电流，计算在使所述检测定时已偏移时的该相的电流值。
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