JP2008220148A - 多相回転機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多相回転機の誘起電圧と基準電圧との比較に基づき、多相回転機の電気角に関する情報を高精度に取得することが困難であること。
【解決手段】ブラシレスモータの端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗと基準電圧ｖｒｅｆとの大小関係の比較結果が、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷである。比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを論理合成した３ビット信号（合成信号ＰＳ）と、スイッチング素子の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される合成信号（期待信号）との一致に基づき、ゼロクロスタイミングの検出信号Ｑｓを反転させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電源の正極及び負極のそれぞれと多相回転機の各相とをスイッチング素子にて接続する電力変換回路を操作することで前記多相回転機を制御する多相回転機の制御装置に関する。

図１２に、従来の３相ブラシレスモータ（多相回転機）を１２０°通電方式により制御する手法を示す。詳しくは、図１２（ａ）は、端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの推移を示し、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に実線にて示される端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗと１点鎖線にて示される基準電圧ｖｒｅｆとの大小関係を比較する比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの推移を示し、図１２（ｃ）は、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを論理合成した１ビットの合成信号ＰＳの推移を示し、図１２（ｄ）は、合成信号ＰＳを波形整形した信号（検出信号Ｑｓ）の推移を示す。

図１２（ａ）に実線にて示される端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗが１点鎖線にて示される基準電圧ｖｒｅｆと一致するタイミング（ゼロクロスタイミング）において、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの出力が反転する。ただし、実際には、ブラシレスモータと接続されるインバータ（電力変換回路）のスイッチング素子の操作の切替時にも、スイッチング素子と並列接続されるダイオードに電流が流れることに起因して、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの出力が反転する。このため、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを論理合成した合成信号ＰＳの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジは、ゼロクロスタイミングと一致するもののみならず、ダイオードに電流が流れるタイミングと一致するものをも含んでいる。これに対し、波形整形後の信号である検出信号Ｑｓの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジは、全てゼロクロスタイミングと一致する。

ここで、ゼロクロスタイミングによってブラシレスモータの電気角度が一義的に定まる。このため、ゼロクロスタイミングから所定角度間隔（例えば３０度）回転するまでの所要時間の経過時（規定タイミング）にスイッチング素子の操作状態を切り替えることで、１２０°通電方式によりブラシレスモータを制御することができる。すなわち、スイッチング素子の操作についての時系列パターンは予め定まっているため、規定タイミングとなる毎に上記パターンにしたがってスイッチング素子を操作することで１２０°通電方式による制御を実現することができる。

なお、従来の多相回転機の制御装置としては、上記のものの他、例えば下記特許文献１に記載されているものがある。
特許第２６４２３５７号公報

ところで、上記検出信号Ｑｓは、１ビットの信号であるため、３相ブラシレスモータのいずれのゼロクロスタイミングであるかを識別することはできない。このため、ブラシレスモータの回転状態に異常が生じたり、端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ等にノイズが混入したりした場合には、ブラシレスモータの制御性が大きく低下するおそれがある。すなわち、例えばブラシレスモータが逆回転をした場合であっても、検出信号Ｑｓからは逆回転を検出することが困難であるため、検出信号Ｑｓの立ち上がりエッジや立ち下がりエッジからの所要時間の経過時（規定タイミング）におけるスイッチング素子の操作の切り替えが通常時と同様に継続されるおそれがある。この場合、ブラシレスモータを適切に制御することができない。

更に、ブラシレスモータの出力制御やブラシレスモータを流れる電流の制限制御等の目的から、上記規定タイミングに基づき定義されるスイッチング素子のオン操作の許可期間において、スイッチング素子のオン操作及びオフ操作を繰り返す処理を行うことが知られている。ただし、この処理時には、スイッチング素子をオン状態からオフ状態に頻繁に切り替えることに起因して、ダイオードに頻繁に電流が流れ、ひいては、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷや合成信号ＰＳが頻繁に反転する。そしてこのときには、検出信号Ｑｓをゼロクロスタイミングに同期した適切な信号として生成することが困難であるため、規定タイミングを適切に設定することが困難なものとなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、多相回転機の誘起電圧と基準電圧との比較に基づき、多相回転機の電気角に関する情報をより高精度に取得することのできる多相回転機の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、前記多相回転機の各相のそれぞれについて、その端子電圧と基準電圧との大小関係を各別に比較する比較手段と、前記スイッチング素子の現在の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される前記比較手段による比較結果と実際の比較結果とについての各相毎の比較に基づき、前記多相回転機の電気角に関する情報を取得する取得手段とを備えることを特徴とする。

いずれの相においてゼロクロスタイミングとなるかは、スイッチング操作状態に依存する。このため、スイッチング操作状態によって、ゼロクロスタイミングとなるときの各相毎の比較手段の比較結果を予め定めておくことができる。上記発明では、この点に着目し、予め定めておいた比較結果（想定される比較結果）と実際の比較結果とを各相毎に比較する。この各相毎の比較によれば、全ての相の比較結果を１ビットに合成した信号を用いる場合と比較して、より詳細な情報を用いることができるため、電気角についての高精度の情報を取得することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記取得手段は、前記想定される比較結果と実際の比較結果とについての少なくとも１相の一致に基づき前記ゼロクロスタイミングを検出する手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、想定される比較結果と実際の比較結果との少なくとも１相の一致に基づきゼロクロスタイミングを検出することで、例えば誘起電圧と基準電圧とが一致すると想定される相についての比較結果を選択的に用いること等ができる。このため、全相の比較結果を１ビットに合成した信号の変化時をゼロクロスタイミングとする場合と比較して、ゼロクロスタイミングとするための条件を厳しくすることができる。このため、ゼロクロスタイミングを高精度に検出することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明は、前記取得手段は、前記想定される比較結果と実際の比較結果とについての全相一致に基づき前記ゼロクロスタイミングを検出する手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、想定される比較結果と実際の比較結果との全相一致に基づきゼロクロスタイミングを検出することで、全相の比較結果を１ビットに合成した信号の変化時をゼロクロスタイミングとする場合と比較して、ゼロクロスタイミングとするための条件を厳しくすることができる。特に、端子電圧等にノイズが混入した場合、複数相に影響が及ぶ傾向にあるため、１相がノイズの影響で偶然に一致する場合であっても全相が一致する可能性は低い。このため、ゼロクロスタイミングを高精度に検出することができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記ゼロクロスタイミングに基づき、前記スイッチング素子の操作状態の切り替えの基準となる規定タイミングを設定する設定手段を更に備えることを特徴とする。

多相回転機の電気角についての所定周期毎にゼロクロスタイミングが生じる。このため、上記発明では、ゼロクロスタイミングに基づき規定タイミングを適切に設定することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記規定タイミングと前記ゼロクロスタイミングとが１対１に対応付けられてなることを特徴とする。

上記発明では、規定タイミングとゼロクロスタイミングとが１対１に対応している。このため、スイッチング素子の操作状態とゼロクロスタイミングとも１対１に対応することとなる。したがって、上記発明では、スイッチング素子の現在の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される比較手段の比較結果を一義的に定めることができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記電力変換回路は、前記スイッチング素子のそれぞれと並列接続される整流手段を備えるものであり、前記基準電圧は、前記多相回転機の中性点電圧及びその相当値のいずれかに設定され、前記規定タイミングによって定まる各スイッチング素子のオン操作許可期間において、前記オン操作許可期間にあるスイッチング素子のオン・オフを繰り返す操作手段を更に備えることを特徴とする。

操作手段による処理がなされるときには、スイッチング素子がオン状態からオフ状態へと切り替えられる相の電圧は、正極電位側又は負極電位側に急激に変化する。詳しくは、整流手段による電圧降下程度、正極電位よりも高いか負極電位よりも低くなる。この際、スイッチング素子がオフ状態とされている相の電圧も、正極電位側又は負極電位側に変化する。このため、基準電圧としての中性点電圧やその相当値は、正極電位よりも高いか負極電位よりも低くなるおそれがある。

そして、基準電圧として中性点電圧等を用いる場合には、スイッチング素子がオフ状態とされている相、すなわち、誘起電圧と端子電圧とが一致し得る相においては、操作手段による処理にかかわらず、ゼロクロスタイミングとなるまで、比較手段の比較結果が変化しないこととなる。ただし、操作手段による処理がなされているときには、少なくともその処理のなされる相においては比較手段の比較結果は頻繁に変化するため、比較手段による比較結果のうちいずれか１つの相の比較結果が変化することに基づきゼロクロスタイミングを検出することはできない。

この点、上記発明では、想定される比較結果と実際の比較結果との相毎の比較に基づきゼロクロスタイミングを検出するために、誘起電圧と端子電圧とが一致し得る相における比較手段の比較結果をも用いることができる。このため、操作手段による処理がなされているときであれ、ゼロクロスタイミングを高精度に把握することができる。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記取得手段は、前記スイッチング素子の現在の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される前記比較手段の比較結果と実際の比較結果とが少なくとも１つの相において不一致であることに基づき、前記多相回転機の回転状態に異常がある旨判断する異常判断手段を備えることを特徴とする。

多相回転機の回転状態が正常であるときには、想定される比較結果と実際の比較結果とが全相において一致すると考えられる。上記発明では、この点に着目し、想定される比較結果と実際の比較結果とが少なくとも１つの相において不一致であることに基づき、回転機の回転状態に異常がある旨を高精度に判断することができる。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記異常判断手段は、前記スイッチング素子の操作状態の時系列パターンから想定される前記比較手段の比較結果の時系列パターンを時間に対して反転させたものと実際の時系列パターンとの一致に基づき、前記多相回転機が逆回転する異常がある旨判断する手段を備えることを特徴とする。

スイッチング素子の操作状態から、比較手段の比較結果が定まる。このため、スイッチング素子の操作状態の時系列パターンによって、比較手段の比較結果の時系列パターンを定めることができる。このため、比較結果の時系列パターンを逆にしたものと実際の時系列パターンとが一致する場合には、多相回転機が逆回転していると判断することができる。

請求項９記載の発明は、請求項７又は８記載の発明において、前記多相回転機の回転状態に異常がある旨判断されるとき、前記多相回転機の回転を強制的に停止させる停止手段と、前記停止手段による停止処理の後、前記多相回転機を再起動する起動手段とを更に備えることを特徴とする。

上記発明では、多相回転機の回転状態に異常がある旨判断されるとき、多相回転機の回転を強制的に停止させる処理を行い、その後再起動処理を行う。このため、多相回転機が自然に停止するまで待機した後再起動処理を行う場合と比較して、多相回転機を迅速に正常状態に復帰させることができる。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記停止手段は、前記多相回転機の全相を前記正極又は負極のいずれかと導通させることで前記多相回転機の回転を強制的に停止させることを特徴とする。

多相回転機の全相を正極又は負極のいずれか一方と導通状態とする場合、多相回転機の全相が短絡されることとなる。この場合、多相回転機の回転に伴う誘起電圧により多相回転機に電流が流れることとなり、この電流は電流経路内の抵抗等の影響で減衰していく。換言すれば、回転エネルギが減衰していく。上記発明では、この点に着目し、多相回転機の全相を電源の正極又は負極のいずれかと導通させることで多相回転機の回転エネルギを迅速に低減させることができる。

請求項１１記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記操作手段による処理がなされる期間において、前記スイッチング素子のうちのオン状態に固定されているスイッチング素子の接続される相についての前記比較手段の比較結果の反転の有無に基づき、前記多相回転機の相ラインの断線の有無を検出する断線検出手段を更に備えることを特徴とする。

上述したように、上記操作手段による処理によってスイッチング素子がオン状態からオフ状態へと切り替えられる相の電圧は、整流手段の電圧降下程度、正極電位よりも高いか負極電位よりも低くなる。このため、基準電圧も正極電位よりも高いか負極電位よりも低くなる。ただし、多相回転機が断線している場合には、基準電圧が正極電位よりも高くなったり負極電位よりも低くなったりすることはないと考えられる。このため、オン状態に固定されている相、すなわち、端子電圧が正極電位又は負極電位に固定されている相の比較手段の比較結果は、多相回転機の断線の有無に応じて相違すると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、多相回転機の断線を検出することができる。

請求項１２記載の発明は、前記多相回転機の誘起電圧の検出値に基づき、前記多相回転機の回転状態の異常の有無を判断する異常判断手段と、前記異常がある旨判断されるとき、前記多相回転機の全相を前記正極又は負極のいずれれかと導通させることで前記多相回転機の回転を強制的に停止させる停止手段と、前記停止手段による停止処理の後、前記多相回転機を再起動する起動手段とを備えることを特徴とする。

多相回転機の全相を正極又は負極のいずれか一方と導通状態とする場合、多相回転機の全相が短絡されることとなる。この場合、多相回転機の回転に伴う誘起電圧により多相回転機に電流が流れることとなり、この電流は電流経路内の抵抗等の影響で減衰していく。換言すれば、回転エネルギが減衰していく。

上記発明では、この点に着目し、多相回転機の回転状態に異常がある旨判断されるとき、多相回転機の全相を前記正極又は負極のいずれかと導通させることで多相回転機の回転エネルギを迅速に低減させることができる。そして、その後再起動処理を行うことで、多相回転機が自然に停止するまで待機した後再起動処理を行う場合と比較して、多相回転機を迅速に正常状態に復帰させることができる。

なお、異常判断手段は、誘起電圧が基準電圧となるゼロクロスタイミングに基づき上記判断を行うことが望ましい。

請求項１３記載の発明は、スイッチング素子及びこれに並列接続される整流手段を備える電力変換回路について、該電力変換回路に接続される多相回転機の相ラインの断線を検出する多相回転機の断線検出装置において、前記多相回転機の各相のそれぞれについて、その端子電圧と、多相回転機の中性点電圧及びその相当値のいずれかからなる基準電圧との大小関係を各別に比較する比較手段と、前記多相回転機の相のうちの単一の相が前記電力変換回路の一対の入力端子のいずれか一方と導通状態とされて且つ前記単一の相以外の少なくとも１相が前記一対の入力端子のいずれか他方と導通状態とされる状況下、前記いずれか一方の入力端子と前記多相回転機とを導通状態とするスイッチング素子をオフ状態とする際の前記少なくとも１つの相に対応する前記比較手段の比較結果の反転の有無に基づき、前記断線の有無を検出する断線検出手段とを備えることを特徴とする。

多相回転機の相のうちの単一の相が電力変換回路の一対の入力端子のいずれか一方と導通状態とされて且つ単一の相以外の少なくとも１相が前記一対の入力端子のいずれか他方と導通状態とされる状況下、いずれか一方の入力端子と前記多相回転機とを導通状態とするスイッチング素子をオフ状態とすると、単一の相には、整流手段を介して電流が流れ続ける。このため、単一の相の電圧は、電源の正極電位よりも高い値に上昇するか、電源の負極電位よりも低い値に低下する。このため、上記基準電圧も、電源の正極電位よりも高い値に上昇するか、電源の負極電位よりも低い値に低下する。

ただし、多相回転機が断線している場合には、いずれか一方の入力端子と前記多相回転機とを導通状態とするスイッチング素子をオフ状態としても、単一の相の電圧は、電源の正極電位と負極電位との間の値にとどまる。このため、少なくとも１つの相、すなわち、端子電圧が正極電位又は負極電位に固定される相における比較手段の比較結果は、多相回転機の断線の有無に応じて相違することとなる。上記発明では、この点に着目し、断線を検出することができる。

請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の発明において、前記多相回転機の誘起電圧が前記基準電圧と一致するゼロクロスタイミングに基づき、前記スイッチング素子の操作状態の切り替えの基準となる規定タイミングを設定する設定手段と、前記多相回転機の相電流が閾値以上となるとき、前記規定タイミングによって定まる各スイッチング素子のオン操作許可期間において、前記オン操作許可期間にあるスイッチング素子のオン・オフを繰り返す操作手段とを更に備え、前記断線検出手段は、前記操作手段による処理がなされるときに前記検出を行うことを特徴とする。

上記発明では、相電流が閾値未満のときには、規定タイミングに基づきオン・オフ操作が切り替えられる。そしてこの場合には、基準電圧は正極電位及び負極電位間に留まると考えられる。一方、操作手段による操作がなされるときには、多相回転機の相のうちの単一の相が電力変換回路の一対の入力端子のいずれか一方と導通状態とされて且つ単一の相以外の少なくとも１相が前記一対の入力端子のいずれか他方と導通状態とされる状況下、いずれか一方の入力端子と前記多相回転機とを導通状態とするスイッチング素子をオフ状態とする現象が生じ得る。このため、上記請求項１３記載の発明を適切に適用することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる多相回転機の制御装置を車載ブラシレスモータの制御装置に適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるブラシレスモータの制御システムの全体構成を示す。

図示されるブラシレスモータ１０は、３相モータであり、自動２輪車に搭載される内燃機関のフューエルポンプのアクチュエータである。ブラシレスモータ１０の３つの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）には、インバータ１２が接続されている。このインバータ１２は、３相インバータであり、バッテリ１４側の電圧をブラシレスモータ１０の３つの相に適宜印加する。詳しくは、インバータ１２は、３つの相のそれぞれとバッテリ１４の正極側又は負極側とを導通させるべく、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２（Ｕ相アーム）とスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４（Ｖ相アーム）とスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６（Ｗ相アーム）との並列接続体を備えて構成されている。そして、スイッチング素子ＳＷ１及びスイッチング素子ＳＷ２を直列接続する接続点がブラシレスモータ１０のＵ相と接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ３及びスイッチング素子ＳＷ４を直列接続する接続点がブラシレスモータ１０のＶ相と接続されている。更に、スイッチング素子ＳＷ５及びスイッチング素子ＳＷ６を直列接続する接続点がブラシレスモータ１０のＷ相と接続されている。そして、これらスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６にはそれぞれ、フライホイールダイオードＤ１〜Ｄ６が並列接続されている。

なお、本実施形態では、上側アームのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３，ＳＷ５は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタにて構成され、下側アームのスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４，ＳＷ６は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタにて構成されている。そして、上記フライホイールダイオードＤ１〜Ｄ６は、上記ＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードとして構成されている。

制御装置２０は、インバータ１２を操作することで、ブラシレスモータ１０の出力を制御する。詳しくは、制御装置２０は、ドライバ２２と、電流検出部２４と、スイッチング制御部２６とを備えている。ここで、電流検出部２４は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を流れる電流をそれぞれ検出し、スイッチング制御部２６に出力する部分である。詳しくは、本実施形態では、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を流れる電流を、これらのオン抵抗に基づき検出する。すなわち、電流検出部２４は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のそれぞれについて、これを流れる電流を検出するための検出用トランジスタを備える。そして、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６及び対応する検出用トランジスタについて、これらのソース同士及びゲート同士を短絡させることで、カレントミラー回路を構成する。これにより、検出用トランジスタの出力電流に基づきスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を流れる電流を検出することができる。なお、実際には、電流検出部２４は、インバータ１２の近傍に形成されることが望ましい。ちなみに、カレントミラー回路を構成することで電流を検出する手法としては、例えば特開平１０−２５６５４１号公報に記載されている。

スイッチング制御部２６は、ドライバ２２を介してスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオン・オフ操作する。ここでは、基本的には、１２０°通電方式にてスイッチング制御を行う。詳しくは、ブラシレスモータ１０の各相の端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗについての抵抗体ＲＵ，ＲＶ，ＲＷによる分圧値である仮想中性点電圧（基準電圧ｖｒｅｆ）が、ブラシレスモータ１０の各相の端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗと一致するタイミングに基づき、誘起電圧が基準電圧ｖｒｅｆと一致するタイミング（ゼロクロスタイミング）を検出する。そして、ゼロクロスタイミングから所定の電気角度(例えば「３０°」)遅角したタイミング（規定タイミング）においてスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作を切り替える。ただし、電流検出部２４によって検出される電流が電流制限値を越える際には、ブラシレスモータ１０を流れる電流（通電量）を制限すべく、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６がオン操作される期間を「１２０°」の期間とする代わりに、この期間内においてＰＷＭ制御を行う。

なお、スイッチング制御部２６は、論理回路にて構成してもよく、また中央処理装置及びプログラムを記憶する記憶装置によって構成してもよい。

図２に、１２０°通電制御時におけるスイッチング制御部２６によるスイッチング制御態様を示す。詳しくは、図２（ａ）に、実線にて端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの推移を示し、１点鎖線にて基準電圧ｖｒｅｆを示す（本実施形態では、基準電圧ｖｒｅｆとして仮想中性点電圧を用いるため、基準電圧ｖｒｅｆは実際には変動するが、ここでは便宜上、一定値としている）。図２（ｂ）に、端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗと基準電圧ｖｒｅｆとのそれぞれの大小関係の比較結果（比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ）の推移を示し、図２（ｃ）に、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの論理合成信号ＰＳの推移を示す。図２（ｄ）に、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの論理合成信号（期待信号）の推移を示す。図２（ｅ）は、立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジがゼロクロスタイミングに同期した信号であるゼロクロスタイミングの検出信号Ｑｓの推移を示す。図２（ｆ）に、各種カウンタの推移を示し、図２（ｇ）に、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作信号の推移を示す。なお、図２（ｇ）に示す操作信号は、上側アームのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３，ＳＷ５の操作信号Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋と、下側アームのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６の操作信号Ｕ−、Ｖ−、Ｗ−とを示している。そして、上側アームのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３，ＳＷ５は、Ｐチャネルトランジスタであるため、これらの操作信号Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋が論理「Ｌ」となる期間がオン状態となる期間となる。

上記合成信号ＰＳは、３ビットの信号であり、比較信号ＰＵ、ＰＶ，ＰＷのそれぞれの論理値がそれぞれ最上位ビット、中間ビット、及び最下位ビットの論理値と一致している。すなわち、比較信号ＰＵが論理「Ｈ」であるときには最上位ビットが「１」となり、比較信号ＰＵが論理「Ｌ」であるときには最上位ビットが「０」となる。このため、例えば比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷがそれぞれ「Ｈ」、「Ｌ」、「Ｈ」であるときには、合成信号ＰＳは、２進数表記で「１０１」、１０進数表記で「５」となる。ちなみに、図２では、合成信号ＰＳ及び期待信号ともに、１０進数表記にて記している。

図２（ｆ）に実線にて示されるのは、互いに隣接するゼロクロスタイミングの間隔を計時する計測カウンタの値を示している。図示されるように、計測カウンタは、ゼロクロスタイミングとなる度に初期化され、新たに計時動作を再開する。ここで、互いに隣接するゼロクロスタイミングの間隔は、回転速度と相関を有する。このため、初期化される直前の計測カウンタの値（計測カウンタの最大値）は、回転速度と相関を有するパラメータとなる。

一方、図２（ｆ）に１点鎖線にて示されるのは、ゼロクロスタイミングから規定タイミングとなるまでの所要時間をカウントすることで規定タイミングを設定する規定タイミング設定カウンタの値を示している。規定タイミング設定カウンタは、ゼロクロスタイミングにおいて、計測カウンタの初期化前の値を初期値として、これをデクリメントしていくことでゼロとなるタイミングを規定タイミングとして設定するものである。この際、例えばゼロクロスタイミング及び規定タイミング間の間隔が「３０°」である場合には、デクリメントのスピードを、計測カウンタのインクリメントのスピードの２倍とする。互いに隣接するゼロクロスタイミングの間隔が「６０°」であることに鑑みれば、こうした設定により、規定タイミング設定カウンタが「０」となるタイミングを、ゼロクロスタイミングから「３０°」遅角したタイミングとすることができると考えられる。

また、図２（ｆ）に２点鎖線にて示されるのは、端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗと基準電圧ｖｒｅｆとの大小比較に基づくゼロクロスタイミングの検出を禁止（無効化）する期間（マスキング期間）を定めるマスキング期間カウンタの値を示す。このカウンタは、ダイオードＤ１〜Ｄ６を電流が流れる期間において端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗが基準電圧ｖｒｅｆと一致することでゼロクロスタイミングであると誤判断することを回避するためのものである。このカウンタも、ゼロクロスタイミングにおいて、計測カウンタの初期化前の値を初期値として、これをデクリメントしていき、ゼロとなる前の期間をマスキング期間として設定する。ここで例えば、マスキング期間をゼロクロスタイミングから「４５°」の期間とするなら、デクリメントのスピードを、計測カウンタのインクリメントのスピードの「３／２」倍とすればよい。

上記マスキング期間カウンタがゼロとなることで比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷや合成信号ＰＳが有効とされ、この期間において合成信号ＰＳが期待信号と一致することで検出信号Ｑｓが反転する。そして、検出信号Ｑｓの反転するゼロクロスタイミングから規定タイミング設定カウンタのデクリメントが開始され、その値がゼロとなることでスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作が切り替えられる。

図示されるように、各スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６をオン状態に切り替える規定タイミングとゼロクロスタイミングとは１対１に対応している。このため、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作状態に応じて、各相の端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗの挙動は一義的に定まっている。このため、上記期待信号を一義的に定めることができる。

以下、図３及び図４を用いて、本実施形態にかかる１２０°通電制御の処理手順について更に説明する。図３は、上記３つのカウンタのカウンタ値の設定処理についての手順を示す。この処理は、制御装置２０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、マスキング期間カウンタが「０」であるか否かを判断する。そしてゼロであると判断されると、ステップＳ１２において、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの合成信号ＰＳが変化したか否かを判断する。そして、ステップＳ１２において合成信号ＰＳが変化したと判断されるときには、ステップＳ１４において、合成信号ＰＳと期待信号とが一致するか否かを判断する。この処理は、端子電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと基準電圧ｖｒｅｆとの大小関係の変化が、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作状態から想定される変化と一致するか否かを判断するものである。そして、合成信号ＰＳと期待信号とが一致すると判断されるときには、反転許可フラグがオンとなっているか否かを判断する。ここで、反転許可フラグは、マスキング期間カウンタがゼロとなってから上記検出信号Ｑｓを未だ反転していないときにオンとなるフラグである。このため、マスキング期間カウンタがゼロとなってから合成信号ＰＳと期待信号とが初めて一致するときには、反転許可フラグがオンとなっている。

そして、反転許可フラグがオンとなっているときには、ステップＳ１８において検出信号Ｑｓを反転させる。そして、ステップＳ２０において反転許可フラグをオフとする。続くステップＳ２２では、規定タイミング設定カウンタ及びマスキング期間カウンタの値を計測カウンタの値とする。そして、ステップＳ２４においては、計測カウンタを初期化する。

一方、ステップＳ１０において否定判断されるときには、ステップＳ２６において、計測カウンタをインクリメントする。続くステップＳ２８おいては、規定タイミング設定カウンタがゼロであるか否かを判断する。そして、規定タイミング設定カウンタがゼロであるときには、ステップＳ３０において上記反転許可カウンタをオンとする。一方、規定タイミング設定カウンタがゼロでないときには、ステップＳ３２において規定タイミング設定カウンタをデクリメントする。

そして、上記ステップＳ３０、Ｓ３２の処理が完了するときには、ステップＳ３４において、マスキング期間カウンタがゼロであるか否かを判断する。そして、マスキング期間カウンタがゼロでないときには、ステップＳ３６において、マスキング期間カウンタをデクリメントする。

なお、ステップＳ３４において肯定判断されるときや、ステップＳ１２〜Ｓ１６において否定判断されるとき、ステップＳ３６の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。

図４に、上記規定タイミング設定カウンタに基づく１２０°通電制御時のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作の切り替え処理の手順を示す。この処理は、制御装置２０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ４０において、規定タイミング設定カウンタがゼロとなったか否かを判断する。この処理は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作の切り替えのタイミングであるか否かを判断するものである。そして、規定タイミング設定カウンタがゼロとなったと判断されるときには、ステップＳ４２において、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作パターン（スイッチングパターン）に基づき、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作を切り替える。すなわち、先の図２に示したように、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作パターンは、電気角度で「６０°」毎に変化するものであるものの、「３６０°」周期の周期性を有している。このため、現在のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作状態から次回の操作状態が一義的に定まっている。このため、この一義的な関係に基づき、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作を切り替える。

続くステップＳ４４においては、期待信号を更新する。すなわち、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作状態が変化することで、その操作状態が維持される期間においてゼロクロスタイミングが一度生じると考えられる。そして、このゼロクロスタイミングにおける比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの値は、操作状態から一義的に定まる。このため、今回の操作状態に応じた値へと期待信号を更新する。具体的には、前回の期待信号が「１」である場合には今回の期待信号を「５」とし、前回の期待信号が「５」である場合には今回の期待信号を「４」とし、前回の期待信号が「４」である場合には今回の期待信号を「６」とし、前回の期待信号が「６」である場合には今回の期待信号を「２」とし、前回の期待信号が「２」である場合には今回の期待信号を「３」とし、前回の期待信号が「３」である場合には今回の期待信号を「１」とする。

なお、上記ステップＳ４０において否定判断されるときや、ステップＳ４４の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。

上記処理によれば、１２０°通電制御を適切に行うことができる。

図５に、上述したＰＷＭ制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置２０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ５０において、先の図１に示した電流検出部２４により、ブラシレスモータ１０の各相を流れる電流のうちの最大値が閾値を超えるか否かを判断する。この閾値は、例えばスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に許容される電流の最大値に基づき設定すればよい。そして、閾値を超えると判断されるときには、ステップＳ５２において、インバータ１２の下側アームのスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６について、上記規定タイミングによって定まるオン期間（オン許可期間）内でオン・オフを繰り返すＰＷＭ処理を行う。なお、上記ステップＳ５０において否定判断されるときや、ステップＳ５２の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。

上記ＰＷＭ制御がなされるときには、端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗが頻繁に変化する。しかし、先の図３に示した処理によれば、この場合であっても、ゼロクロスタイミングを高精度に検出することができる。図６に、ＰＷＭ制御時のスイッチング制御態様を示す。なお、図６（ａ）〜図６（ｅ）は、先の図２（ａ）〜図２（ｅ）と対応している。

図では、Ｕ相の下側アームのスイッチング素子ＳＷ２のオン操作許可期間（１２０°通電制御時におけるオン状態の期間）において、ＰＷＭ制御を行っているときを示している。図示されるように、スイッチング素子ＳＷ２をオン状態からオフ状態へ切り替える度に、Ｕ相の端子電圧ｖｕがバッテリ１４の正極電圧ＶＢよりも上昇する。これは、ブラシレスモータ１０のインダクタンス成分により、スイッチング素子ＳＷ２がオン状態からオフ状態へと切り替わる際、オン状態であったときにＵ相に流れていた電流を流し続けようとする電圧が生じるためである。この際、Ｕ相のスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の双方ともオフ状態となっているため、ダイオードＤ１を介してＵ相に電流が流れることとなる。このため、Ｕ相の端子電圧ｖｕは、バッテリ１４の正極電圧ＶＢよりもダイオードＤ１の電圧降下量程度高くなる。

このとき、Ｗ相のスイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６は双方ともオフ状態であるため、Ｗ相はハイインピーダンス状態となる。このときのＷ相の端子電圧ｖｗは、スイッチング素子ＳＷ３がオン状態とされることでバッテリ１４の正極電圧ＶＢと等しくなっているＶ相の端子電圧ｖｖと、Ｕ相の端子電圧ｖｕとによって引き上げられるため、バッテリ１４の正極電圧ＶＢよりも高くなる。このため、スイッチング素子ＳＷ２がオフ状態に切り替えられる度に、仮想中性点によって設定されている基準電圧ｖｒｅｆもバッテリ１４の正極電圧ＶＢよりも高くなる。そして、基準電圧ｖｒｅｆは、スイッチング素子ＳＷ２がオフ状態に切り替えられる際のＵ相の端子電圧ｖｕよりは低いが、そのときのＷ相の端子電圧ｖｗよりも高くなる。このため、Ｗ相の端子電圧ｖｗは、Ｗ相の誘起電圧が基準電圧ｖｒｅｆ以上となるまで基準電圧ｖｒｅｆよりも低いままとなる。

これにより、比較信号ＰＷは、ゼロクロスタイミングとなることで初めて論理「Ｈ」となる。したがって、先の図３に示したように、合成信号ＰＳが期待信号と初めて一致するときに検出信号Ｑｓを反転させることで、検出信号Ｑｓの反転タイミングとゼロクロスタイミングとを１対１に対応付けることができる。ちなみに、スイッチング素子ＳＷ２がオフ状態に切り替えられる際のＷ相の端子電圧ｖｗが、基準電圧ｖｒｅｆよりも高い値と低い値とを交互に取る現象も生じ得るが、この場合であっても、合成信号ＰＳと期待信号とが初めて一致するタイミングをゼロクロスタイミングとすることはできる。これは、この場合には、図中、合成信号「４」の代わりに「５」となるのみであるためである。

これに対し、先の図１２に示したように、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷから１ビットの合成信号を生成する場合には、ＰＷＭ制御時においては、合成信号が頻繁に反転することから、ゼロクロスタイミングを検出することができない。

なお、実際には、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作の切り替えに伴うリンギングノイズのために、ゼロクロスタイミングとなる以前に比較信号ＰＷが瞬間的に論理「Ｈ」となることがある。ただし、この場合、比較信号ＰＵの論理値も図６に示したものとは異なることとなる傾向にあるため、３ビットの合成信号ＰＳと期待信号とがゼロクロスタイミングの前において一致する可能性は低く抑えられる。

ただし、リンギングノイズの影響によるゼロクロスタイミングの誤判断をより確実に回避するためには、合成信号ＰＳの値のうち継続時間が所定以下である値は期待信号との比較対象としないことが望ましい。この処理は、例えば高速のサンプリング周期で合成信号ＰＳをサンプリングし、隣接するサンプリング周期で２度以上同一の値を有しない値は、ノイズの影響として除去することで実現することができる。また、仮想中性点によって生成される基準電圧ｖｒｅｆをわずかにオフセット補正する処理を行うことによっても、上記誤判断をより確実に回避することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の現在の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの合成信号（期待信号）と実際の合成信号ＰＳとについての各相毎の比較に基づき、ブラシレスモータ１０の電気角に関する情報を取得した。これにより、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの１ビットの合成信号を用いる場合と比較して、より詳細な情報を用いることができるため、電気角についての高精度の情報を取得することができる。

（２）想定される比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの値と実際の値とについての全相一致に基づき、換言すれば、３ビットの合成信号ＰＳと期待信号との全ビットの一致に基づき、ゼロクロスタイミングを検出した。これにより、全相の比較結果を１ビットに合成した信号の変化時をゼロクロスタイミングとする場合と比較して、ゼロクロスタイミングとするための条件を厳しくすることができる。このため、ゼロクロスタイミングを高精度に検出することができる。

（３）ゼロクロスタイミングに基づき、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作状態の切り替えの基準となる規定タイミングを設定した。これにより、規定タイミングを適切に設定することができる。

（４）規定タイミングとゼロクロスタイミングとを１対１に対応付けた。これにより、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作状態もゼロクロスタイミングと１対１に対応することとなる。したがって、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の現在の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷ（期待信号）を一義的に定めることができる。

（５）ブラシレスモータ１０の仮想中性点電圧によって基準電圧ｖｒｅｆを設定し、ブラシレスモータ１０を流れる電流が過度に大きいとき、規定タイミングによって定まる各スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４，ＳＷ６のオン操作許可期間において、オン操作及びオフ操作を切り替えるＰＷＭ制御を行った。この場合、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの１ビットの論理合成信号によっては、ゼロクロスタイミングを検出することはできない。これに対し、本実施形態によれば、互いに３ビット信号である期待信号と合成信号ＰＳとの比較に基づき、ゼロクロスタイミングを高精度に把握することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

バッテリ１４及びインバータ１２の接続状態が不十分であるとき等においては、車両の振動がバッテリ１４に伝わることなどにより、バッテリ１４とインバータ１２とが瞬間的に導通状態から遮断状態となり再度導通状態に復帰する現象が生じるおそれがある。この際、ブラシレスモータ１０への電力供給が一時的に中断されると、ブラシレスモータ１０の回転速度が低下する。この際、フューエルポンプにより燃料タンク側から上流側へと吐出された燃料が逆流することで、ブラシレスモータ１０に逆回転側の力が及ぼされ、ひいては逆回転が生じることがある。こうした状況下にあっては、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を通常時と同様に操作したのでは、ブラシレスモータ１０が正回転及び逆回転を繰り返す発振現象が生じる等、ブラシレスモータ１０を適切な回転状態に制御することが困難となる。

ここで、ブラシレスモータ１０が逆回転していることは、３ビットからなる上記合成信号ＰＳに基づき適切に判断することができる。すなわち、図７に示すように、ブラシレスモータ１０が正回転している場合には、合成信号ＰＳの時系列データは、期待信号の時系列データと一致するはずである。これに対し、ブラシレスモータ１０が逆回転している場合には、合成信号ＰＳの時系列データは、期待信号の時系列データを時間反転させたデータと一致するはずである。このため、合成信号ＰＳに基づき、ブラシレスモータ１０の逆回転を判断することができる。

ここで、ブラシレスモータ１０の回転状態が異常となることでスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の全てをオフし、ブラシレスモータ１０が停止するまで待機し、停止後に再起動する技術がある。ただし、この場合には、ブラシレスモータ１０を正常な状態に復帰させるまでに長時間を要することとなる。

そこで本実施形態では、ブラシレスモータ１０が逆回転していることを検出すると、ブラシレスモータ１０の回転を強制的に停止させる処理を行い、その後、再起動処理を行う。以下、これについて詳述する。図８に、本実施形態にかかるブラシレスモータ１０の再起動にかかる処理の手順を示す。この処理は、制御装置２０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ６０において、マスキング期間カウンタがゼロであるか否かを判断する。そして、マスキング期間カウンタがゼロであると判断されるときには、ステップＳ６２において、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの合成信号ＰＳが変化したか否かを判断する。この処理は、ゼロクロスタイミングであるか否かを判断するものである。そして、合成信号ＰＳが変化したと判断されると、ステップＳ６４において、今回の合成信号が前々回の期待信号と一致するか否かを判断する。この処理は、ブラシレスモータ１０が逆回転している状態にあるか否かを判断するものである。すなわち、先の図７に示したように、ブラシレスモータ１０が逆回転している場合には、合成信号ＰＳの時系列データが反転するために、今回の合成信号ＰＳは、前々回の期待信号と一致すると考えられる。そして、今回の合成信号ＰＳが前々回の期待信号と一致する場合には、ステップＳ６６において、ブラシレスモータ１０が逆回転していると判断する。

続くステップＳ６８においては、ブラシレスモータ１０の回転を強制的に停止させる処理を行う。具体的には、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３，ＳＷ５又はスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４，ＳＷ６を全てオン状態とすることで、ブラシレスモータ１０の全相を短絡させる。これにより、ブラシレスモータ１０の回転に伴い生じる誘起電圧のみによってブラシレスモータ１０に電流が流れ、この電流は、電流の流通経路の抵抗等によって速やかに減衰する。これにより、ブラシレスモータ１０の回転エネルギは、電気エネルギに変換された後、減衰されることとなる。このため、ブラシレスモータ１０を迅速に停止させることができる。

そして、ブラシレスモータ１０の回転速度が略ゼロとなるときには（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、ステップＳ７２において、再起動処理を行う。ちなみに、ブラシレスモータ１０の回転速度は、隣接するゼロクロスタイミング間の間隔に基づき算出される。これは、計測カウンタの最大値を用いることで行うことができる。

なお、ステップＳ６０〜Ｓ６４において否定判断されるときや、ステップＳ７２の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の現在の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される合成信号ＰＳと期待信号との不一致に基づき、ブラシレスモータ１０の回転状態に異常がある旨判断した。このように、３ビットの合成信号ＰＳと３ビットの期待信号とを用いることで、異常の有無を適切に判断することができる。

（７）スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作状態の時系列パターンから想定される合成信号ＰＳの時系列パターンを時間に対して反転させたものと実際の時系列パターンとの一致に基づき、ブラシレスモータ１０が逆回転する異常がある旨判断した。これにより、ブラシレスモータ１０が逆回転している旨適切に判断することができる。

（８）ブラシレスモータ１０が逆回転していると判断されるとき、ブラシレスモータ１０を強制的に停止させる処理を行い、その後、ブラシレスモータ１０を再起動した。これにより、ブラシレスモータ１０を迅速に正常状態に復帰させることができる。

（９）ブラシレスモータ１０の全相を正極又は負極のいずれかと導通させることでブラシレスモータ１０を強制的に停止させた。これにより、ブラシレスモータ１０の回転エネルギを迅速に低減させることができる。

(第３の実施形態)
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

ブラシレスモータ１０のいずれかの相ラインが断線すると、インバータ１２によりブラシレスモータ１０の断線のしていない相に電圧が印加されるものの、電流の流れが妨げられ、ブラシレスモータ１０に過度の負荷が加わるおそれがある。これに対し、例えば特開平２−２９０１９１号公報に見られるように、シャント抵抗を用いて相電流が流れるか否かを判断し、これにより断線の有無を検出することも提案されている。ただし、この場合、シャント抵抗の電圧降下量をセンシングする部材等が必要となり、制御装置２０の回路規模が増大するおそれがある。

そこで本実施形態では、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの挙動を利用して断線の有無を検出する。これら比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷは、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の操作に用いるべく制御装置２０に取り込まれるものであるため、これらを用いて断線検出をすることで、回路規模の増大を回避することができる。以下ではまず、比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷを用いた断線検出の原理について説明する。

先の図６には、ＰＷＭ制御時の比較信号ＰＵ，ＰＶ，ＰＷの推移を示した。ここでは、ＰＷＭ制御の対象となるスイッチング素子がオン状態からオフ状態へと切り替えられる際に、基準電圧ｖｒｅｆがバッテリ１４の正極電圧ＶＢを超えるために、スイッチング素子がオン状態で固定される相の比較信号が論理反転した。しかし、ブラシレスモータ１０が断線している場合には、図９に示すように、比較信号が論理反転しない。ここで、図９（ａ）、図９（ｂ）は、先の図６（ａ）、図６（ｂ）に対応し、ブラシレスモータ１０のＷ相の相ラインが、抵抗体ＲＷとの接続点よりもブラシレスモータ１０側で断線した場合を示している。

図示されるように、この場合、Ｗ相の端子電圧ｖｗはバッテリ１４の負極電圧程度まで低下する。これは、図９に示す例では、Ｗ相はハイインピーダンス状態にあるのであるが、スイッチング素子ＳＷ６のゲート及びドレイン間の寄生容量等の影響でＷ相の電位がバッテリ１４の負極電位側へと低下するためである。この場合、スイッチング素子ＳＷ２をオフ状態からオン状態へと切り替える際、ダイオードＤ１を介して電流が流れることでＵ相の端子電圧ｖｕはバッテリ１４の正極電圧ＶＢよりも上昇するものの、基準電圧ｖｒｅｆはバッテリ１４の正極電圧ＶＢよりも低くなる。これは、断線によりＷ相の端子電圧ｖｗが低下しているためである。

このため、スイッチング素子ＳＷ２の状態にかかわらず、基準電圧ｖｒｅｆは、バッテリ１４の正極電圧ＶＢ側に固定されているＶ相の端子電圧ｖｕよりも低いままである。これにより、図９（ｂ）に示すように、Ｖ相の比較信号ＰＶは、常時「Ｈ」となり、先の図６（ｂ）に示した現象とは相違する。したがって、これら現象の相違に基づきブラシレスモータ１０の断線の有無を検出することができる。

なお、図９では上側アーム及び下側アームの双方のスイッチング素子がオフされる相（ハイインピーダンス状態とされる相）が断線している場合を例示したが、ＰＷＭ制御の対象となる相(図９では、Ｕ相)が断線している場合であっても、同様に比較信号ＰＶを用いて断線検出をすることができる。これは、この場合、Ｕ相の端子電圧ｖｕがバッテリ１４の負極電圧側に張り付くため、基準電圧ｖｒｅｆがバッテリ１４の正極電圧ＶＢを超えることがないためである。

図１０に、本実施形態にかかる断線検出処理の手順を示す。この処理は、制御装置２０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ８０において、先の図５のステップＳ５２の処理であるＰＷＭ制御がなされているか否かを判断する。そして、ＰＷＭ制御時であると判断されるときには、ステップＳ８２において、上側アームのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５のうちオン操作許可期間にあるものに対応する相を特定する。この処理によって、先の図９の例では、Ｖ相が特定される。続くステップＳ８４においては、特定される相のオン許可期間内か否かを判断する。この処理は、断線検出に用いるのに適切な相の端子電圧が変化しない期間を特定するためのものである。

ステップＳ８４においてオン操作許可期間内であると判断されると、ステップＳ８６において、上記ステップＳ８２にて特定される相の比較信号の論理値が「Ｌ」であるか否かを判断する。この処理は、断線の有無を判断するものである。そして、ステップＳ８６において肯定判断されるときには、ステップＳ８８において、論理値が「Ｌ」になったことを示すＬ検出フラグをオンとする。この処理は、制御装置２０内のレジスタ値を変更する処理として行うことができる。

上記ステップＳ８８の処理が完了するときや、ステップＳ８６において否定判断されるときには、ステップＳ８４に戻る。これに対し、ステップＳ８４において否定判断されるときには、ステップＳ９０に移行する。ステップＳ９０においては、Ｌ検出フラグがオン状態であるか否かを判断する。この処理は、断線の有無を判断するためのものである。すなわち、上記ステップＳ８２において特定される相のオン許可期間においてその比較信号が論理「Ｌ」とならないなら、先の図９(ｂ)に示した現象が生じていると考えられるため、この場合には、断線が生じていると判断できる。このため、ステップＳ９０において否定判断されるときには、ステップＳ９２において断線を検出した旨を制御装置から外部に通知する。そして、ステップＳ９２の処理が完了するときや、ステップＳ８０，Ｓ９０において否定判断されるときには、ステップＳ９４においてＬ検出フラグをオフとする。

なお、ステップＳ９４の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１０）ブラシレスモータ１０の単一の相がバッテリ１４の負極端子と導通状態とされて且つそれ以外の１相がバッテリ１４の正極端子と導通状態とされる状況下、負極端子とブラシレスモータ１０とを導通状態とするスイッチング素子をオフ状態とする際の上記それ以外の１相の比較信号の反転の有無に基づき、ブラシレスモータ１０の断線の有無を検出した。これにより、ブラシレスモータ１０の断線を検出することができる。

（１１）１２０°通電制御時には、基準電圧ｖｒｅｆがバッテリ１４の正極電圧を越えることがないため、このときには比較信号に基づく断線検出ができないことに鑑み、ＰＷＭ制御時において断線検出を行った。これにより、断線検出を適切に行うことができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１１に、本実施形態にかかるブラシレスモータ１０の制御システムの全体構成を示す。なお、図１１において、先の図１に示した部材と対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。

図示されるブラシレスモータ１０ａは、２相モータである。本実施形態では、２相モータにおいて、先の第３の実施形態に示した要領にて断線の有無を検出すべく、インバータ１２ａにおいて、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の直列接続体とスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の直列接続体とに並列に、ダイオードＤ５，Ｄ６の直列接続体を接続する。そして、これらダイオードＤ５及びＤ６の接続点を、ブラシレスモータ１０ａの中性点と接続する。これにより、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の接続点に接続される相をＵ相とし、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の接続点に接続される相をＶ相とし、ダイオードＤ５，Ｄ６の接続点に接続されるラインをＷ相として、先の第３の実施形態の要領で断線検出をすることができる。

すなわち、端子電圧ｖｕと基準電圧ｖｒｅｆとの比較器Ｃｕによる比較信号ＰＵと、端子電圧ｖｖと基準電圧ｖｒｅｆとの比較器Ｃｖによる比較信号ＰＶと、端子電圧ｖｗと基準電圧ｖｒｅｆとの比較器Ｃｗによる比較信号ＰＷとに基づき、先の図１０に示した処理と同様の処理によって、断線検出を行うことができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記実施形態では、計測カウンタのインクリメントスピードに対する規定タイミング設定カウンタのデクリメントスピードを調節することで、規定タイミングを設定したが、これに限らない。例えば双方のカウントスピードを同一としつつ、計測カウンタの初期化前の値（最大値）に応じて、規定タイミング設定カウンタの初期値を設定するようにしてもよい。ここで、例えば規定タイミングをゼロクロスタイミングから「３０°」遅角したタイミングとする場合、規定タイミング設定カウンタの初期値を計測カウンタ最大値の「１／２」とすればよい。

・上記実施形態では、計測カウンタのインクリメントスピードに対するマスキング期間カウンタのデクリメントスピードを調節することで、マスキング期間を設定したが、これに限らない。例えば双方のカウントスピードを同一としつつ、計測カウンタの初期化前の値（最大値）に応じて、マスキング期間カウンタの初期値を設定するようにしてもよい。ここで、例えばマスキング期間をゼロクロスタイミングから「４５°」の角度領域とする場合、マスキング期間カウンタの初期値を計測カウンタ最大値の「３／４」とすればよい。

・上記第１の実施形態では、合成信号ＰＳと期待信号との全てのビットの一致に基づき、ゼロクロスタイミングを検出したが、これに限らない。例えばＰＷＭ制御時において、誘起電圧と基準電圧ｖｒｅｆとがゼロクロスする相と対応するビット同士の一致に基づきゼロクロスタイミングを検出してもよい。

・上記第２の実施形態では、ブラシレスモータ１０を強制的に停止させるべく、ブラシレスモータ１０の全相を短絡させる処理を行ったが、これに代えて、現在の回転を停止させるトルクを生成するようにスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のスイッチング制御を行ってもよい。

・上記第２の実施形態においては、合成信号ＰＳが前々回の期待信号と一致することを条件に逆回転であると判断したが、この条件に加えて更に、次の合成信号ＰＳが前々回の期待信号の前の期待信号と一致したときに逆回転と判断してもよい。

・ブラシレスモータ１０の回転状態の異常としては、上記逆回転に限らない。要は、合成信号ＰＳが期待信号と一致しない場合には、回転状態に異常があると判断すればよい。

・上記各実施形態では、ブラシレスモータ１０の相電流が閾値を超えるときにＰＷＭ制御を行ったがこれに限らない。例えば、電流が閾値を超える間のみ、オン許可期間にある下側アームのスイッチング素子を強制的にオフとしてもよい。これによっても、オン許可期間内にあるスイッチング素子のオン・オフを繰り返す操作手段を構成することができる。

また、操作手段としては、下側アームのスイッチング素子を操作対象とするものに限らず、上側アームのスイッチング素子を操作対象としてもよい。ただし、この場合、先の第３、第４の実施形態においては、下側アームのスイッチング素子がオン状態で固定されている相の比較信号の反転の有無に基づき断線の有無を検出する。

・基準電圧ｖｒｅｆとしては、端子電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗに基づき生成される仮想の中性点電圧（仮想中性点電圧）に限らず、ブラシレスモータ１０の中性点電圧であってもよい。この場合であっても、上記第１の実施形態に準じた効果を得ることができる。また、基準電圧ｖｒｅｆをバッテリ１４の電圧の「１／２」としても、３ビットの合成信号と３ビットの期待信号とを用いることで、回転状態の異常を高精度に判断したり、１２０°通電制御時のゼロクロスタイミングの検出精度を向上させたりすることはできる。また、ブラシレスモータ１０の相ラインのうち抵抗体ＲＵ，ＲＶ，ＲＷとの接続点よりもインバータ１２側の相ラインが断線する場合等には、基準電圧ｖｒｅｆとして中性点電圧を用いても、先の第３の実施形態と同様の現象を利用して断線を検出することができる。

・アーム上側のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５を、ＮチャネルＭＯＳトランジスタにて構成してもよい。

・ブラシレスモータ１０と接続される電源としては、バッテリ１４に限らず、発電機であってもよい。

・ブラシレスモータ１０としては、車載燃料ポンプのアクチュエータに限らず、車載冷却ファンのアクチュエータであってもよい。

・多相回転機としては、３相のブラシレスモータに限らず、複数相の電動機であればよい。更に、電動機に限らず、発電機であってもよい。なお、第３の実施形態において回転機の相の数をＮ（＞３）に変更しても、ＰＷＭ制御時において、下側アームの単一の相のスイッチング素子のみがオン許可期間にある場合には、上記第３の実施形態の要領で断線検出をすることができる。すなわち、上記単一の相のスイッチング素子をオン状態からオフ状態へと移行させると、基準電圧ｖｒｅｆは、ダイオードの閾値電圧Ｖｆを用いると「（Ｎ−１）・ＶＢ／Ｎ＋Ｖｆ」程度となり、相数Ｎが過度に大きくならない限り、バッテリ１４の正極電圧ＶＢよりも低いままとなる。これに対し、断線がない場合には、上記単一の相のスイッチング素子をオン状態からオフ状態へと移行させると、基準電圧ｖｒｅｆは、バッテリ１４の正極電圧ＶＢよりも高くなる。このため、上側アームのスイッチング素子のうちのオン状態で固定されるものに対応する相の比較信号の論理反転の有無に基づき断線検出をすることができる。

第１の実施形態にかかるブラシレスモータの制御システムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかる１２０°通電制御態様を示すタイムチャート。 同実施形態にかかるスイッチング素子の操作の処理手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるスイッチング素子の操作の切り替え処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるＰＷＭ制御の処理手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるＰＷＭ制御態様を示すタイムチャート。 ブラシレスモータの逆回転の態様を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかるブラシレスモータの再起動処理の手順を示す流れ図。 第３の実施形態にかかる断線検出の原理を説明するためのタイムチャート。 同実施形態にかかる断線検出処理の手順を示す流れ図。 第４の実施形態にかかるブラシレスモータの制御システムの全体構成を示す図。 従来の１２０°通電制御態様を示すタイムチャート。

符号の説明

１０…ブラシレスモータ、１２…インバータ（電力変換回路の一実施形態）、１４…バッテリ（電源の一実施形態）、２０…制御装置、ＳＷ１〜ＳＷ６…スイッチング素子。

Claims (14)

1. 多相回転機の誘起電圧が基準電圧となるゼロクロスタイミングに基づき前記多相回転機を制御すべく、電源の正極及び負極のそれぞれと前記多相回転機とをスイッチング素子にて接続する電力変換回路を操作する多相回転機の制御装置において、
   前記多相回転機の各相のそれぞれについて、その端子電圧と基準電圧との大小関係を各別に比較する比較手段と、
   前記スイッチング素子の現在の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される前記比較手段による比較結果と実際の比較結果とについての各相毎の比較に基づき、前記多相回転機の電気角に関する情報を取得する取得手段とを備えることを特徴とする多相回転機の制御装置。
2. 前記取得手段は、前記想定される比較結果と実際の比較結果とについての少なくとも１相の一致に基づき前記ゼロクロスタイミングを検出する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の多相回転機の制御装置。
3. 前記取得手段は、前記想定される比較結果と実際の比較結果とについての全相一致に基づき前記ゼロクロスタイミングを検出する手段を備えることを特徴とする請求項２記載の多相回転機の制御装置。
4. 前記ゼロクロスタイミングに基づき、前記スイッチング素子の操作状態の切り替えの基準となる規定タイミングを設定する設定手段を更に備えることを特徴とする請求項２又は３記載の多相回転機の制御装置。
5. 前記規定タイミングと前記ゼロクロスタイミングとが１対１に対応付けられてなることを特徴とする請求項４記載の多相回転機の制御装置。
6. 前記電力変換回路は、前記スイッチング素子のそれぞれと並列接続される整流手段を備えるものであり、
   前記基準電圧は、前記多相回転機の中性点電圧及びその相当値のいずれかに設定され、
   前記規定タイミングによって定まる各スイッチング素子のオン操作許可期間において、前記オン操作許可期間にあるスイッチング素子のオン・オフを繰り返す操作手段を更に備えることを特徴とする請求項５記載の多相回転機の制御装置。
7. 前記取得手段は、前記スイッチング素子の現在の操作状態においてゼロクロスタイミングとなるときに想定される前記比較手段の比較結果と実際の比較結果とが少なくとも１つの相において不一致であることに基づき、前記多相回転機の回転状態に異常がある旨判断する異常判断手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の多相回転機の制御装置。
8. 前記異常判断手段は、前記スイッチング素子の操作状態の時系列パターンから想定される前記比較手段の比較結果の時系列パターンを時間に対して反転させたものと実際の時系列パターンとの一致に基づき、前記多相回転機が逆回転する異常がある旨判断する手段を備えることを特徴とする請求項７記載の多相回転機の制御装置。
9. 前記多相回転機の回転状態に異常がある旨判断されるとき、前記多相回転機の回転を強制的に停止させる停止手段と、
   前記停止手段による停止処理の後、前記多相回転機を再起動する起動手段とを更に備えることを特徴とする請求項７又は８記載の多相回転機の制御装置。
10. 前記停止手段は、前記多相回転機の全相を前記正極又は負極のいずれかと導通させることで前記多相回転機の回転を強制的に停止させることを特徴とする請求項９記載の多相回転機の制御装置。
11. 前記操作手段による処理がなされる期間において、前記スイッチング素子のうちのオン状態に固定されているスイッチング素子の接続される相についての前記比較手段の比較結果の反転の有無に基づき、前記多相回転機の相ラインの断線の有無を検出する断線検出手段を更に備えることを特徴とする請求項６記載の多相回転機の制御装置。
12. 電源の正極及び負極のそれぞれと多相回転機の各相とをスイッチング素子にて接続する電力変換回路を操作することで前記多相回転機を制御する多相回転機の制御装置において、
    前記多相回転機の誘起電圧の検出値に基づき、前記多相回転機の回転状態の異常の有無を判断する異常判断手段と、
    前記異常がある旨判断されるとき、前記多相回転機の全相を前記正極又は負極のいずれかと導通させることで前記多相回転機の回転を強制的に停止させる停止手段と、
    前記停止手段による停止処理の後、前記多相回転機を再起動する起動手段とを備えることを特徴とする多相回転機の制御装置。
13. スイッチング素子及びこれに並列接続される整流手段を備える電力変換回路について、該電力変換回路に接続される多相回転機の相ラインの断線を検出する多相回転機の断線検出装置において、
    前記多相回転機の各相のそれぞれについて、その端子電圧と、多相回転機の中性点電圧及びその相当値のいずれかからなる基準電圧との大小関係を各別に比較する比較手段と、
    前記多相回転機の相のうちの単一の相が前記電力変換回路の一対の入力端子のいずれか一方と導通状態とされて且つ前記単一の相以外の少なくとも１相が前記一対の入力端子のいずれか他方と導通状態とされる状況下、前記いずれか一方の入力端子と前記多相回転機とを導通状態とするスイッチング素子をオフ状態とする際の前記少なくとも１つの相に対応する前記比較手段の比較結果の反転の有無に基づき、前記断線の有無を検出する断線検出手段とを備えることを特徴とする多相回転機の断線検出装置。
14. 前記多相回転機の誘起電圧が前記基準電圧と一致するゼロクロスタイミングに基づき、前記スイッチング素子の操作状態の切り替えの基準となる規定タイミングを設定する設定手段と、
    前記多相回転機の相電流が閾値以上となるとき、前記規定タイミングによって定まる各スイッチング素子のオン操作許可期間において、前記オン操作許可期間にあるスイッチング素子のオン・オフを繰り返す操作手段とを更に備え、
    前記断線検出手段は、前記操作手段による処理がなされるときに前記検出を行うことを特徴とする請求項１３記載の断線検出装置。

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