JP2008252998A - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータを迅速に停止させることができるとともに、不要な揺れ動きを抑えたモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ１１に電力を供給して回転させる駆動状態と、モータの回転方向に対し逆向きのトルクを発生させる第１制動状態と、モータ１１内の電流の流れを断絶または第１制動状態より抑制する第２制動状態とを切換可能な回路部１１０と、回路部１１０の動作を切換制御する制御部（ＣＰＵ２０）とを備えたモータ制御装置１００である。制御部は、回転しているモータ１１を停止させる場合に、駆動状態から第１制動状態に切り換え、モータ１１が回転数閾値Ｖｔｈ以下になった際に第１制動状態から第２制動状態に切り換えることで、モータ１１を緩やかに停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関し、特に車両のアンチロックブレーキ制御や姿勢制御などに好適に用いることができるモータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

車両のアンチロック制御装置や、姿勢制御装置などの車両の動作を制御する装置においては、各車輪に適宜ブレーキ力を発生し、またはブレーキ液をマスタシリンダへ汲み上げるため、ブレーキ液のポンプが設けられている。このポンプの駆動には、モータが用いられ、制御プログラムに応じて適宜モータの駆動・停止がなされている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されているような従来の車両用制御装置においては、モータを停止する場合には、単にモータの駆動信号をＯＦＦにすることが行われていた。

ところで、駆動信号をＯＦＦにしても、モータは慣性によりしばらく回り続けてしまい、不要に作動音が継続したり、必要以上にブレーキ液をマスタシリンダへ汲み上げてしまうという問題がある。

特開平１１−１７０９９７号公報 特開２００４−１４８８６９号公報 谷腰欣司、「ＤＣモータ活用実践のノウハウ」、初版、ＣＱ出版株式会社、２０００年４月１５日、ｐ２２５−２２７

このような問題を解決するため、モータにブレーキをかける方法として、モータの両端子を短絡する方法が知られている（例えば、非特許文献１）。また、停止しているモータをロックするために同様の構成を用いた技術として、特許文献２の車両用電力制御装置が知られている。

しかし、回転しているモータの両端子を単に短絡してブレーキをかけた場合には、モータが停止した瞬間に反動が生じる。すなわち、車両に急ブレーキをかけて停止した瞬間に車両が前のめりになるように、モータが停止する瞬間にモータ自体が揺れ動くという現象が生じる。
このような揺れ動きは、車両に搭載するモータ、特に車両の動作を制御するためのモータとしては、振動や騒音を発生することになり好ましくない。また、車両に対して不要な振動や異音を発生することからも乗り心地に影響を与えるという問題がある。

そこで、本発明では、モータを迅速に停止させることができるとともに、不要なモータの揺れ動きを抑えたモータ制御装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、モータに電力を供給して回転させる駆動状態と、前記モータに流れる電流を制御して前記モータの回転方向に対し逆向きのトルクを発生させる第１制動状態と、前記モータ内の電流の流れを断絶または前記第１制動状態より抑制する第２制動状態とを切換可能な回路部と、前記回路部の動作を切換制御する制御部とを備えたモータ制御装置であって、前記制御部は、回転している前記モータを停止させる場合に、前記駆動状態から第１制動状態に切り換え、前記モータが所定回転数以下になった際に前記第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えることを特徴とする。

このようなモータ制御装置によれば、モータが所定回転になるまでは、第１制動状態の形成により迅速にモータを減速させ、所定回転数以下になった後は、第２制動状態により緩やかに減速して停止に至る。このため、迅速なモータの停止を実現しつつ、モータが停止する際のモータ自体の揺れ動きも抑制することができる。
なお、本明細書でいう「回転数」は、回転速度（例えば、単位でｒｐｍ）の意味である。

前記したモータ制御装置においては、前記制御部は、前記所定回転数を複数記憶しており、前記モータの停止制御に使用する所定回転数が切り換え可能となっているように構成するのが望ましい。
このように第１制動状態と第２制動状態の切り換え条件となる所定回転数を複数記憶しておくことで、モータが使用される装置の特性に応じて動作特性を変化させることができる。

前記したモータ制御装置においては、前記回路部は、前記モータと直列に接続された第１の電界効果トランジスタと、前記モータと並列に接続された第２の電界効果トランジスタと、前記モータと並列に、かつ前記第２の電界効果トランジスタと直列に接続され、前記第２の電界効果トランジスタと寄生ダイオードの向きが逆向きに接続された第３の電界効果トランジスタと、を備えて構成され、前記第２および第３の電界効果トランジスタの間の電圧を検出することで前記第２および第３の電界効果トランジスタの少なくとも一方の異常を診断可能な異常検出部を備えるのが望ましい。

このように第２の電界効果トランジスタと第３の電界効果トランジスタの間の電圧を検出することで、これらの第２および第３の電界効果トランジスタの少なくとも一方の異常を診断することができる。なぜなら、第２の電界効果トランジスタまたは第３の電界効果トランジスタをＯＮにし、その際の電圧を検出すると、電界効果トランジスタが正常にＯＮになっているなら、モータの端子に掛かる電圧が検出できるはずだからである。また、第２および第３の電界効果トランジスタをともにＯＦＦにした場合には、それらが正常にＯＦＦになったなら、第２および第３の電界効果トランジスタの間の部分が、回路の他の部分とは隔離され、隔離されたことにより定まる電圧が検出できるはずだからである。

前記したモータ制御装置においては、前記回路部に発生する、前記モータの逆起電圧を検出する電圧検出部を有し、前記制御部は、前記電圧検出部の検出した逆起電圧に基づいて前記モータの回転数を算出し、この算出結果に基づいて前記回路部を前記第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えるように構成することができる。
このように構成することで、回転数を正確に検出でき、最適な状態でモータを停止させることができる。

前記したモータ制御装置においては、前記制御部は、前記異常検出部が検出した電圧に基づいて前記モータの回転数を算出し、この算出結果に基づいて前記回路部を前記第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えるように構成することができる。
このように構成することで、モータの停止制御のための回転数の検出と、電界効果トランジスタの異常検出のための電圧の検出を１つの検出部で行うことができる。

前記したモータ制御装置においては、前記モータの回転数を検出可能な回転数センサを有し、前記制御部は、前記回転数センサで検出された回転数に基づいて前記回路部を前記第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えるように構成することができる。
このように構成することで、回転数を正確に検出でき、最適な状態でモータを停止させることができる。

また、前記した課題を解決する本発明は、モータに電力を供給して回転させる駆動状態と、前記モータに流れる電流を制御して前記モータの回転方向に対し逆向きのトルクを発生させる第１制動状態と、前記モータ内の電流の流れを断絶または前記第１制動状態より抑制する第２制動状態とを切換可能な回路部と、前記回路部の動作を切換制御する制御部とを備えたモータ制御装置であって、前記制御部は、回転している前記モータを停止させる場合に、前記駆動状態から第１制動状態に切り換え、この切り換え時から所定時間が経過した後に、第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えることを特徴とする。

このようなモータ制御装置によれば、第１制動状態に切り換えた時から所定時間、つまり、モータがある程度減速するまで、第１制動状態の形成より迅速にモータを減速させる。そして、所定時間が経過してモータが所定回転数以下になった後は、第２制動状態により緩やかに減速して停止に至る。このため、迅速なモータの停止を実現しつつ、モータが停止する際のモータ自体の揺れ動きも抑制することができる。

前記したモータ制御装置においては、前記制御部は、前記所定時間を複数記憶しており、当該所定時間が切り換え可能となっていることが望ましい。
このように構成することで、モータの種類や、モータの使用回転数に応じて適切な切り換えタイミングを設定することができる。

前記したモータ制御装置においては、前記制御部は、時間を測定するタイマを有しており、前記タイマにより測定された時間に基づき、前記回路部を第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えるように構成することができる。
このように構成することで、適切なタイミングで第１制動状態から第２制動状態に切り換えて、最適な状態でモータを停止させることができる。

前記した課題を解決する本発明は、モータ制御方法であって、回転状態のモータを停止させる場合に、前記モータに流れる電流を制御することで前記モータの回転方向に対し逆向きのトルクを発生させ、前記モータの回転数が所定回転数以下になった際に前記逆向きのトルクを解除することを特徴とする。
このようなモータ制御方法によれば、逆向きのトルクの発生により迅速にモータを減速させつつ、回転数が所定回転数以下になった際に逆向きのトルクを解除するので、緩やかに停止し、モータ自体の揺れ動きを抑制することができる。

前記した課題を解決する本発明は、モータ制御方法であって、回転状態のモータを停止させる場合に、前記モータに流れる電流を制御することで前記モータの回転方向に対し逆向きのトルクを発生させ、前記逆向きのトルクを発生した時から所定時間経過した後に前記逆向きのトルクを解除することを特徴とする。

このように、モータに逆向きのトルクを発生したときから所定時間経過した後に逆向きのトルクを解除することによっても、モータの迅速な減速と、揺れ動きの抑制を実現することができる。

本発明によれば、モータを停止する場合において、迅速に減速させることができるとともに、モータの揺れ動きを抑制して、振動や異音の発生を抑えることができる。

次に、本発明の第１実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
参照する図面において、図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の回路図であり、図２は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の制御パターンを示す表である。

図１に示すように、モータ制御装置１００は、回路部１１０に、モータ１１と、ＣＰＵ２０が接続されて構成されている。モータ１１は、１２Ｖの電源１０とグラウンド１９との間に接続されて、モータ制御装置１００により制御される。モータ１１のグラウンド１９側には、第１の電界効果トランジスタＦＥＴ１（以下、単に「ＦＥＴ１」とする）が直列に接続されている。また、モータ１１には、第２の電界効果トランジスタＦＥＴ２（以下、単に「ＦＥＴ２」とする）と第３の電界効果トランジスタＦＥＴ３（以下、単に「ＦＥＴ３」とする）が並列に接続されている。ＦＥＴ３とＦＥＴ２は、直列に接続され、この順に、電源１０側からグラウンド１９側へ並んで配置されている。ＦＥＴ２とＦＥＴ３の整流方向（寄生ダイオードＤ２，Ｄ３の向き）は、互いに逆向きであり、ＦＥＴ３は、電源１０の方向、ＦＥＴ２は、グラウンド１９の方向を向いている。
なお、ＦＥＴ１の寄生ダイオードＤ１の整流方向は、ＦＥＴ１をモータ１１の駆動電流のＯＮ・ＯＦＦの切り換えに用いるため、電源１０側に向いている。

ＦＥＴ３は、後述するように、モータ１１の停止時にモータ１１に制動力をかけるべく、電流を環流するためのスイッチである。
ＦＥＴ２は、電源１０を逆接続した場合に、短絡を防ぐために設けられているものである。

ＦＥＴ１，ＦＥＴ２およびＦＥＴ３は、ＣＰＵ２０により、ゲート制御回路２１を介してゲート電圧が負荷され、スイッチとして機能するようになっている。

ＣＰＵ２０には、ＦＥＴ２とＦＥＴ３の間の診断用電圧Ｖｃが分圧回路３２を介して入力されている。診断用電圧ＶｃをＣＰＵ２０に繋ぐ配線３０は、プルダウン抵抗３１を介してグラウンド１９に接続されている。また、電源電圧Ｖｂが分圧回路３２を介してＣＰＵ２０に入力されている。なお、配線３０は、電圧検出部または異常検出部の一例である。

ＣＰＵ２０には、図示しない記憶装置が接続され、ＣＰＵ２０は、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで、ゲート制御回路２１を介してＦＥＴ１，ＦＥＴ２およびＦＥＴ３を制御する制御部として機能する。また、ＣＰＵ２０は、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することで、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２，ＦＥＴ３を診断動作させ、そのときの診断用電圧Ｖｃを検出して異常を検知する異常検出部として機能する。
記憶装置には、診断用電圧Ｖｃとモータ回転数ＶＭの関係を示したテーブルまたは関数を記憶してある。また、記憶装置には、モータブレーキ制御からモータＯＦＦ制御へ切り換える所定回転数としての回転数閾値Ｖｔｈを記憶している。回転数閾値Ｖｔｈは、複数の値を記憶しておいてもよい。例えば、接続されるモータ１１の大きさや特性に応じて利用者が設定値を選択して変更可能なように構成しておくとよい。

図２を参照して、ＣＰＵ２０による制御パターンを説明すると、ＣＰＵ２０は、モータ１１を通常回転制御（駆動状態）、モータブレーキ制御（第１制動状態）、モータＯＦＦ制御（第２制動状態）、の３つのパターンで制御する。

通常回転制御では、ＦＥＴ２をＯＮにし、ＦＥＴ３をＯＦＦにし、ＦＥＴ１を、必要なモータ駆動力に応じてＰＷＭ制御する。これにより、電源１０からモータ１１、ＦＥＴ１を電気が流れてモータ１１が駆動される。

モータブレーキ制御では、ＦＥＴ１をＯＦＦにし、ＦＥＴ２をＯＮにし、ＦＥＴ３を短時間のみＯＦＦとするようなＰＷＭ制御とする。これにより、回転しているモータ１１の両端子は短絡され、ＦＥＴ２，ＦＥＴ３を通過して電流が環流する。そして、モータ１１には大きな制動力がかかる。

モータＯＦＦ制御では、ＦＥＴ１をＯＦＦにし、ＦＥＴ２をＯＮにし、ＦＥＴ３をＯＦＦにする。ＦＥＴ１をＯＦＦにすることで、モータ１１への電力供給が断たれ、また、ＦＥＴ３をＯＦＦにすることで、モータ１１の短絡もなされないので、回転しているモータ１１は、慣性により回るが、機械的抵抗により自然に停止する。

以上のような３つのパターンの制御を利用して、本実施形態のモータ制御装置１００は、次のような停止制御をする。図３は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置によるモータの停止制御を説明するタイムチャートであり、図４は、モータ停止制御を説明するフローチャートである。

図３に示すように、モータ１１を通常回転制御しているとき（ｔ０〜ｔ１）には、ＦＥＴ１をＰＷＭ制御し、ＦＥＴ２をＯＮとし、ＦＥＴ３をＯＦＦとしている。そのため、デューティ比に応じた出力でモータ１１は回転し、例えばモータ回転数ＶＭはＶ１となる。
モータ１１を停止しようとするとき（ｔ１）、通常回転制御からモータブレーキ制御へと切り換える（Ｓ１０１）。すなわち、ＦＥＴ１をＯＦＦにし、ＦＥＴ２とＦＥＴ３をＯＮにする。これにより、モータ１１に生じた逆起電圧により、モータ１１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３の経路（電流の向きは、モータ１１の回転方向によるので、この限りでない）で電流が還流し、この還流する電流によりモータ１１に働く力が、モータ１１の制動力として働く。そのため、図３の時刻ｔ１〜ｔ２のように、モータ回転数ＶＭは迅速に減速していく。

この減速中に、制御部（ＣＰＵ２０）は、短時間のみＦＥＴ３をＯＦＦとして診断用電圧Ｖｃおよび電源電圧Ｖｂを取得し（Ｓ１０２）、この診断用電圧Ｖｃと電源電圧Ｖｂとの電位差Ｖｄに基づき、モータ回転数ＶＭを計算する（Ｓ１０３）。電位差Ｖｄは、モータ１１の逆起電圧を反映している。一方、逆起電圧はモータ回転数ＶＭと相関関係を有しているので、予めテーブルまたは関数として記憶してあった、モータ回転数ＶＭと、電位差Ｖｄとの関係を示すテーブルを参照して、電位差Ｖｄからモータ回転数ＶＭを計算することができる。

そして、制御部は、予め記憶していた回転数閾値Ｖｔｈを読み出して取得する（Ｓ１０４）。
制御部は、モータ回転数ＶＭと回転数閾値Ｖｔｈとを比較して、モータ回転数ＶＭが回転数閾値Ｖｔｈより大きかった（モータ回転数ＶＭが回転数閾値Ｖｔｈ以下ではない）なら（Ｓ１０５，Ｎｏ）、迅速な減速を続けるために、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５までの処理を繰り返す。

一方、制御部は、モータ回転数ＶＭと回転数閾値Ｖｔｈとを比較して、モータ回転数ＶＭが回転数閾値Ｖｔｈ以下だったなら（Ｓ１０５，Ｙｅｓ）、モータブレーキ制御からモータＯＦＦ制御に切り換える（Ｓ１０６，ｔ２）。すなわち、ＦＥＴ１をＯＦＦにし、ＦＥＴ２をＯＮにし、ＦＥＴ３をＯＦＦにする。
これにより、モータ１１への電力供給が断たれるだけでなく、モータ１１の両端の電気的接続も断たれ、モータ１１には、電流が流れない。したがって、モータ１１の逆起電圧による制動力も働かず、モータ１１は、機械的抵抗によって自然に停止へと至る（ｔ２〜ｔ３）。

このように、本実施形態のモータ制御装置１００によれば、時刻ｔ１〜ｔ２の間に、モータ１１の両端子を短絡させることによって、大きな制動力を発生し、迅速にモータ１１を減速することができる。この効果を、従来と比較すると、従来の場合、図３に示した破線のように時刻ｔ１から、なだらかにモータ回転数ＶＭが低下して、時刻ｔ４まで掛かってモータ１１が停止する。
本実施形態では、この時刻ｔ１〜ｔ２の間に、モータ１１を迅速に減速した後、時刻ｔ２〜ｔ３では、モータＯＦＦ制御に切り換えて緩やかに停止する。そのため、モータ１１が迅速に停止する上、モータ１１が停止する時に、モータ１１に揺れ動きが生じにくいという効果がある。そのため、モータ１１が車両用の姿勢制御装置などに用いられた場合には、車両に不要な振動や異音を与えることがなく、車両の姿勢および居住性を良好にすることができる。

次に、本実施形態のモータ制御装置１００において、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３の異常を検出する方法を説明する。
図５は、第１実施形態における異常診断の動作を説明するタイムチャートであり、図６は、第１実施形態における異常診断の場合の電流の流れを説明する図であり、図７は、異常診断処理のフローチャートである。
なお、図５において、診断用電圧Ｖｃは、実線は異常が無かった場合、破線は、異常があった場合を示す。

図５に示すように、異常診断をする場合、例えば時刻ｔ０〜ｔ１のように、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３をすべてＯＦＦにすると、配線３０には、１２Ｖの電源１０からの電圧が届かないので、診断用電圧Ｖｃは０Ｖを示す。一方、ＦＥＴ２またはＦＥＴ３がＯＮ固着していた場合には、これらのどちらかから診断用電圧Ｖｃの配線３０に電源電圧が回ってくるので、診断用電圧Ｖｃは、１２Ｖを示す。

そして、時刻ｔ１〜ｔ２のように、ＦＥＴ１をＯＦＦ、ＦＥＴ２をＯＮ、ＦＥＴ３をＯＦＦにした場合には、配線３０には、図６（ａ）に示すように、電源１０、モータ１１、ＦＥＴ２、配線３０、プルダウン抵抗３１、グラウンド１９の経路で電流が流れる。プルダウン抵抗３１の抵抗値は、モータ１１の抵抗値よりも遙かに大きいので、配線３０には、ほぼ１２Ｖの電圧が掛かる。ところが、ＦＥＴ２がＯＦＦ固着していた場合には、この経路で電流が流れないので、配線３０に電圧が掛からず、診断用電圧Ｖｃは０Ｖとなる。

時刻ｔ３〜ｔ４のように、ＦＥＴ１をＯＦＦ、ＦＥＴ２をＯＦＦ、ＦＥＴ３をＯＮにすると、配線３０には、図６（ｂ）に示すように、電源１０、ＦＥＴ３、配線３０、プルダウン抵抗３１、グラウンド１９の経路で電流が流れ、配線３０には、ほぼ１２Ｖの電圧が掛かる。ところが、ＦＥＴ３がＯＦＦ固着していた場合には、この経路で電流が流れないので、配線３０に電圧が掛からず、診断用電圧Ｖｃは０Ｖとなる。

次に、ＦＥＴ１を診断する場合、時刻ｔ５〜ｔ６のように、ＦＥＴ１をＰＷＭ制御し、ＦＥＴ２をＯＮ、ＦＥＴ３をＯＦＦにする。このとき、ＦＥＴ１が正常であれば、診断用電圧Ｖｃは、ＦＥＴ１の電圧変化とは逆相で変動する。電流がモータ１１、ＦＥＴ１を通ってグラウンド１９へ流れるときは、モータ１１で電圧降下が生じるので診断用電圧Ｖｃは０Ｖとなり、ＦＥＴ１がＯＦＦになっている瞬間は、診断用電圧Ｖｃがほぼ１２Ｖとなるからである。
ＦＥＴ１がＯＮ固着している場合、ＦＥＴ１へ電流が流れ続けるので、診断用電圧Ｖｃは、０Ｖの状態が続く。
逆に、ＦＥＴ１がＯＦＦ固着している場合、図６（ａ）の状態が続くので、診断用電圧Ｖｃは、１２Ｖの状態が続く。

このように、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２およびＦＥＴ３のＯＮ固着およびＯＦＦ固着を診断するため、異常診断部は、例えば図７に示すフローにより、診断を行う。図７において、Ｖｃｔｈは、診断用電圧Ｖｃが１２Ｖか０Ｖかを診断するための閾値である。診断用閾値Ｖｃｔｈは、０Ｖと１２Ｖの間の値であれば、任意に選択することができるが、例えば、３Ｖなどの一定値を用いることができる。

まず、異常診断部（ＣＰＵ２０）は、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３をすべてＯＦＦにする（Ｓ２０１）。そして、診断用電圧Ｖｃと診断用閾値Ｖｃｔｈとを比較し、診断用電圧Ｖｃが診断用閾値Ｖｃｔｈより小さくなければ（Ｓ２０２，Ｎｏ）、ＦＥＴ２またはＦＥＴ３のＯＮ固着であると判断する（Ｓ２０３）。

次に、異常診断部は、ＦＥＴ１とＦＥＴ３をＯＦＦにし、ＦＥＴ２をＯＮにする（Ｓ２０４）。そして、診断用電圧Ｖｃと診断用閾値Ｖｃｔｈとを比較し、診断用電圧Ｖｃが診断用閾値Ｖｃｔｈより大きくなければ（Ｓ２０５，Ｎｏ）、ＦＥＴ２のＯＦＦ固着、またはＦＥＴ１のＯＮ固着であると判断する（Ｓ２０６）。

そして、異常診断部は、ＦＥＴ１とＦＥＴ２をＯＦＦにし、ＦＥＴ３をＯＮにする（Ｓ２０７）。そして、診断用電圧Ｖｃと診断用閾値Ｖｃｔｈとを比較し、診断用電圧Ｖｃが診断用閾値Ｖｃｔｈより大きくなければ（Ｓ２０８，Ｎｏ）、ＦＥＴ３のＯＦＦ固着であると判断する（Ｓ２０９）。

以上の処理により、これまでの異常診断で正常であると判断された場合には（Ｓ２１０，Ｙｅｓ）、ステップＳ２１１からの処理で、ＦＥＴ１の診断を行う。一方、いずれかが異常である判断された場合には（Ｓ２１０，Ｎｏ）、フェールセーフ制御へと進む（Ｓ２２０）。

これまでの異常診断で正常であった場合、ＦＥＴ１をＰＷＭ制御し、ＦＥＴ２をＯＮ、ＦＥＴ３をＯＦＦにする（Ｓ２１１）。そして、診断用電圧Ｖｃに、ＦＥＴ１の変動に応じた変動があるかどうかを判断し、変動があった場合には（Ｓ２１２，Ｙｅｓ）、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３のすべてが正常であると判断する（Ｓ２１３）。
一方、変動が無かった場合には（Ｓ２１２，Ｎｏ）、診断用電圧Ｖｃと診断用閾値Ｖｃｔｈとを比較し、診断用電圧Ｖｃが診断用閾値Ｖｃｔｈより大きければ（Ｓ２１４，Ｙｅｓ）、ＦＥＴ１のＯＦＦ固着であると判断し（Ｓ２１５）、大きくなければ（Ｓ２１４，Ｎｏ）、ＦＥＴ１のＯＮ固着、またはＦＥＴ２のＯＦＦ固着であると判断する（Ｓ２１６）。そして、ＦＥＴ１のＯＮ固着、ＯＦＦ固着、またはＦＥＴ２のＯＦＦ固着のいずれの場合にも、フェールセーフ制御へと進む（Ｓ２２０）。

このようにして、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３のそれぞれのＯＮ固着、ＯＦＦ固着について判断することができる。
次に、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３に異常があった場合のフェールセーフ制御を説明する。フェールセーフ制御は、図８の表を参照しながら説明する。

図８に示すように、ＦＥＴ１がＯＮ固着していた場合、ＰＷＭ制御はできなくなるものの、モータ１１は回転を継続するので、ＯＮ固着のまま、１００％デューティ（Ｄｕｔｙ）制御をする。ＦＥＴ１がＯＦＦ固着していた場合、モータ１１の駆動が出来なくなるので、モータ制御を停止する。

ＦＥＴ２がＯＮ固着していた場合は、モータ１１のＯＮ、ＯＦＦ自体には影響しないので、通常通りの制御ができるのであるが、上述したように、ＦＥＴ２とＦＥＴ３のいずれがＯＮ固着であるか、本実施形態では判断できないので、ＦＥＴ３がＯＮ固着した場合と同様にモータ制御を停止する。
ＦＥＴ２がＯＦＦ固着していた場合、ＰＷＭ制御ができなくなるので、１００％デューティ制御をする。

ＦＥＴ３がＯＮ固着した場合、モータ制御ができなくなるので、モータ制御を停止する。
ＦＥＴ３がＯＦＦ固着した場合、ＰＷＭ制御に影響はないので、通常のＰＷＭ制御を継続する。

このように、本実施形態のモータ制御装置１００では、モータ１１の停止を迅速かつ、揺れ動き無く行うことができるだけでなく、診断用電圧Ｖｃに基づいて、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３の故障を診断し、さらに、故障状態に応じて、可能な限りモータ１１の制御を維持することができる。また、モータ１１の正しい制御ができなくなる場合には、モータ１１の制御を停止して、モータ１１が使われる装置、例えば、アンチロックブレーキ装置や、車両の姿勢制御装置などの２次的な故障を防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態においては、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様の部分については、同じ符号を付して適宜説明を省略する。参照する図面において、図９は、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置の回路図であり、図１０は、第２実施形態における異常診断の動作を説明するタイムチャートであり、図１１は、第２実施形態における異常診断の場合の電流の流れを説明する図である。

図９に示すように、第２実施形態に係るモータ制御装置２００は、第１実施形態のモータ制御装置１００に対し、回路部２１０の構成が異なっている。
回路部２１０は、電源１０から、ＦＥＴ１、モータ１１、グラウンド１９が直列に接続されている。ＦＥＴ２は、モータ１１と並列に接続され、ＦＥＴ３は、モータ１１と並列に接続されるとともに、ＦＥＴ２とは直列に接続されている。ＦＥＴ２とＦＥＴ３は、電源１０側からグラウンド１９側に向かってこの順に並んで配置されている。ＦＥＴ２とＦＥＴ３の寄生ダイオードＤ２，Ｄ３の向きは互いに逆向きであり、寄生ダイオードＤ２は、整流方向がグラウンド１９側を向いており、寄生ダイオードＤ３は、整流方向が電源１０側を向いている。なお、ＦＥＴ１の寄生ダイオードＤ１は、整流方向が電源１０側を向いている。

ＦＥＴ２とＦＥＴ３の間には、配線４０が接続され、配線４０により診断用電圧Ｖｃが分圧回路３２を介してＣＰＵ２０へと入力されている。配線４０には、プルアップ抵抗４１を介して１２Ｖの電源１０′が接続されている。

以上のような構成の回路部２１０を有するモータ制御装置２００によっても、第１実施形態と同様にモータ停止制御をすることができる。このモータ停止制御の場合の処理および作用効果は第１実施形態と同様であるので省略する。

モータ制御装置２００の場合のＦＥＴ１〜ＦＥＴ３の異常診断を説明すると、図１０に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１のように、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３がすべてＯＦＦの場合、配線４０に電流が流れず電圧降下が無いので、診断用電圧Ｖｃは１２Ｖを示す。

時刻ｔ１〜ｔ２のように、ＦＥＴ１とＦＥＴ３がＯＦＦ、ＦＥＴ２がＯＮの場合、図１１（ａ）に示すように、電源１０′、プルアップ抵抗４１、ＦＥＴ２、モータ１１、グラウンド１９の経路で電流が流れ、モータ１１よりもプルアップ抵抗４１の抵抗値が遙かに大きいので、診断用電圧Ｖｃは、ほぼ０Ｖとなる。

時刻ｔ３〜ｔ４のように、ＦＥＴ１とＦＥＴ２がＯＦＦ、ＦＥＴ３がＯＮの場合、図１１（ｂ）に示すように、電源１０′、プルアップ抵抗４１、ＦＥＴ３、グラウンド１９の経路で電流が流れ、診断用電圧Ｖｃは、０Ｖとなる。

ＦＥＴ１の故障を診断する場合、時刻ｔ５〜ｔ６のように、ＦＥＴ１をＰＷＭ制御、ＦＥＴ２をＯＮ、ＦＥＴ３をＯＦＦにした場合、ＦＥＴ１がＯＮになっている瞬間には、ＦＥＴ１に接続された電源１０から１２Ｖの電圧が配線４０に掛かり、ＦＥＴ１がＯＦＦになっている瞬間には、図１１（ａ）の場合と同様になって、診断用電圧Ｖｃは０Ｖとなる。また、ＦＥＴ１がＯＮ固着していた場合には、診断用電圧Ｖｃは１２Ｖとなり続け、ＦＥＴ１がＯＦＦ固着していた場合には、診断用電圧Ｖｃは、０Ｖとなり続ける。

このように、第２実施形態のモータ制御装置２００においても、ＦＥＴ１〜ＦＥＴ３のＯＮ固着、ＯＦＦ固着の故障を診断することができる。そして、第１実施形態と同様にして、フェールセーフ制御を行うことも可能である。

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されることなく、以下のように、適宜変形して実施することができる。

前記した実施形態においては、モータＯＦＦ制御において、モータ１１への電流の流れを完全に断ったが、必ずしも完全に断つ必要はなく、例えば、モータブレーキ制御の場合と同様にモータ１１に電気を還流させつつ、抵抗を還流回路に配置して、電気の流れをモータブレーキ制御の場合よりも抑制するように構成してもよい。

また、前記実施形態においては、モータブレーキ制御において、モータ１１の両端子を短絡させたが、このような方法ではなく、電源１０からの電源供給をプラスマイナス逆にして、外部からの電力で積極的にブレーキを掛けてもよい。

前記した実施形態においては、診断用電圧Ｖｃに基づいて（つまり、電圧検出部または異常検出部が検出した逆起電圧に基づいて）モータ回転数ＶＭを計算していたが、モータ１１に、別途、回転速度を検出する回転数センサを設け、この回転数センサが検出した回転数に基づいて制御部がモータ停止制御を行ってもよい。

さらに、前記した実施形態においては、制御部は、モータ回転数ＶＭが、所定回転数である回転数閾値Ｖｔｈ以下になった際にモータブレーキ制御からモータＯＦＦ制御に切り換えたが、必ずしもモータ回転数ＶＭに基づいて制御しなくてもよく、モータブレーキ制御を開始してから所定時間を経過した後に、モータブレーキ制御からモータＯＦＦ制御に切り換えるように構成してもよい。このようにしても、モータ回転数ＶＭを基準に制御を切り換えた場合と同様に、迅速なモータ１１の減速と、モータ１１の揺れ動きの防止を実現することができる。このような制御方式は、簡易であり、モータ１１を駆動しているときの回転数Ｖ１が一定の場合に、特に有効である。

また、このようにモータブレーキ制御を開始してから所定時間を経過した後に、モータブレーキ制御からモータＯＦＦ制御に切り換える場合、制御部は、所定時間を複数記憶しておき、状況に応じて複数の所定時間の中から適切な値を選択して用いると、モータ１１の回転数が変動する場合にも対応できる。つまり、所定時間が切り換え可能となっていることが望ましい。

また、モータブレーキ制御を開始してから所定時間を経過した後に、モータブレーキ制御からモータＯＦＦ制御に切り換える場合、時間を測定するタイマを設けておき、タイマにより測定された時間に基づき、切り換え動作を行うことで、より正確な制御をすることが可能となる。

前記実施形態においては、異常検出部としての配線３０，４０を電圧検出部として利用したが、異常検出部とは別途のモータ逆起電圧のみの電圧検出部を設けて、この電圧検出部が検出した電圧に基づいてモータ回転数ＶＭを計算することも可能である。

本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の回路図である。 本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の制御パターンを示す表である。 本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置によるモータの停止制御を説明するタイムチャートである。 モータ停止制御を説明するフローチャートである。 第１実施形態における異常診断の動作を説明するタイムチャートである。 第１実施形態における異常診断の場合の電流の流れを説明する図である。 異常診断処理のフローチャートである。 フェールセーフ制御を説明する表である。 本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置の回路図である。 第２実施形態における異常診断の動作を説明するタイムチャートである。 第２実施形態における異常診断の場合の電流の流れを説明する図である。

符号の説明

１０ 電源
１１ モータ
１９ グラウンド
２１ ゲート制御回路
３０ 配線
３１ プルダウン抵抗
４０ 配線
４１ プルアップ抵抗
１００ モータ制御装置
１１０ 回路部
２００ モータ制御装置
２１０ 回路部
Ｄ１ 寄生ダイオード
Ｄ２ 寄生ダイオード
Ｄ３ 寄生ダイオード
ＦＥＴ１ 第１の電界効果トランジスタ
ＦＥＴ２ 第２の電界効果トランジスタ
ＦＥＴ３ 第３の電界効果トランジスタ

Claims (11)

1. モータに電力を供給して回転させる駆動状態と、前記モータに流れる電流を制御して前記モータの回転方向に対し逆向きのトルクを発生させる第１制動状態と、前記モータ内の電流の流れを断絶または前記第１制動状態より抑制する第２制動状態とを切換可能な回路部と、
   前記回路部の動作を切換制御する制御部とを備えたモータ制御装置であって、
   前記制御部は、回転している前記モータを停止させる場合に、
   前記駆動状態から第１制動状態に切り換え、前記モータが所定回転数以下になった際に前記第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御部は、前記所定回転数を複数記憶しており、前記モータの停止制御に使用する所定回転数が切り換え可能となっていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記回路部は、前記モータと直列に接続された第１の電界効果トランジスタと、前記モータと並列に接続された第２の電界効果トランジスタと、前記モータと並列に、かつ前記第２の電界効果トランジスタと直列に接続され、前記第２の電界効果トランジスタと寄生ダイオードの向きが逆向きに接続された第３の電界効果トランジスタと、を備えて構成され、
   前記第２および第３の電界効果トランジスタの間の電圧を検出することで前記第２および第３の電界効果トランジスタの少なくとも一方の異常を診断可能な異常検出部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記回路部に発生する、前記モータの逆起電圧を検出する電圧検出部を有し、
   前記制御部は、前記電圧検出部の検出した逆起電圧に基づいて前記モータの回転数を算出し、この算出結果に基づいて前記回路部を前記第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記制御部は、前記異常検出部が検出した電圧に基づいて前記モータの回転数を算出し、この算出結果に基づいて前記回路部を前記第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えることを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
6. 前記モータの回転数を検出可能な回転数センサを有し、
   前記制御部は、前記回転数センサで検出された回転数に基づいて前記回路部を前記第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. モータに電力を供給して回転させる駆動状態と、前記モータに流れる電流を制御して前記モータの回転方向に対し逆向きのトルクを発生させる第１制動状態と、前記モータ内の電流の流れを断絶または前記第１制動状態より抑制する第２制動状態とを切換可能な回路部と、
   前記回路部の動作を切換制御する制御部とを備えたモータ制御装置であって、
   前記制御部は、回転している前記モータを停止させる場合に、
   前記駆動状態から第１制動状態に切り換え、この切り換え時から所定時間が経過した後に、第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えることを特徴とするモータ制御装置。
8. 前記制御部は、前記所定時間を複数記憶しており、当該所定時間が切り換え可能となっていることを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 前記制御部は、時間を測定するタイマを有しており、前記タイマにより測定された時間に基づき、前記回路部を第１制動状態から前記第２制動状態に切り換えることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のモータ制御装置。
10. モータ制御方法であって、
    回転状態のモータを停止させる場合に、
    前記モータに流れる電流を制御することで前記モータの回転方向に対し逆向きのトルクを発生させ、
    前記モータの回転数が所定回転数以下になった際に前記逆向きのトルクを解除することを特徴とするモータ制御方法。
11. モータ制御方法であって、
    回転状態のモータを停止させる場合に、
    前記モータに流れる電流を制御することで前記モータの回転方向に対し逆向きのトルクを発生させ、
    前記逆向きのトルクを発生した時から所定時間経過した後に前記逆向きのトルクを解除することを特徴とするモータ制御方法。

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