JP2009071943A - 多相交流モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】故障の有無を誤判定することがない多相交流モータ駆動装置を提供する。
【解決手段】インバータ回路３と、インバータ回路３の各相の下アームにそれぞれ設けられ、モータ４の相電流を検出する電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗと、インバータ回路３のスイッチング素子Q１〜Q６のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する制御部１およびＰＷＭ回路２とを備えた多相交流モータ駆動装置において、インバータ回路３とモータ４との間に接続されたリレーＫ１〜Ｋ３がＯＮで、かつ各相の下アームのスイッチング素子Q２、Ｑ４、Q６が全てＯＦＦの場合に、電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗで検出された電流値に基づく故障有無の判定を行なわないようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、多相交流モータをインバータ回路により駆動する多相交流モータ駆動装置に関し、特に、各相の電流値の検出結果に基づいて故障の有無を判定する多相交流モータ駆動装置に関する。

車両の電動パワーステアリング装置においては、ハンドルの操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリング機構に与えるために、３相ブラシレスモータなどの交流モータが設けられる。モータ駆動部は、指令値に応じたデューティ比を持つＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成するＰＷＭ回路と、このＰＷＭ回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比に応じてＯＮ／ＯＦＦする上下一対のスイッチング素子が各相ごとに設けられたインバータ回路とを備える。インバータ回路は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作に基づき、上記デューティ比に応じた各相の電圧を出力し、この電圧によりモータを駆動する。モータの各相の電流は、スイッチング素子と直列に接続された電流検出抵抗により検出され、この検出値がモータに実際に流れる電流の値となる。

後掲の特許文献１〜３には、インバータ回路を用いた多相交流モータ駆動装置が記載されている。特許文献１の装置では、電源とモータの間の印加電圧および抵抗値に基づいてインバータ回路に流れる推定電流値を演算し、実電流検出手段で検出された実電流値と推定電流値とを比較することにより、各相に流れる電流の値の異常を検出するようにしている。特許文献２の装置では、３相交流モータの各相の電流値の和がゼロであることを利用して、検出した各相の電流値の和がゼロではない場合に異常と判定するようにしている。特許文献３の装置では、インバータ回路の上下のスイッチング素子が共にＯＦＦとなるデッドタイム期間に、スイッチング素子に並列接続された還流ダイオードを通して流れる相電流を検出することで、サンプリング期間を長くして精度の高いモータ制御を行うようにしている。

特開２００５−１４３１５３号公報 特開平６−２５３５８５号公報 特開２００７−１８９８２５号公報

上記のようなインバータ回路を用いたモータ駆動装置においては、モータの各相の電流の和がゼロであることが知られているので、特許文献２のように各相の電流を検出してそれらの和がゼロか否かを判定することで、モータ駆動装置またはモータの故障の有無を判定することができる。

しかしながら、一方で、インバータ回路の全てのスイッチング素子がＯＦＦの状態、すなわちモータ駆動装置がモータを駆動していないときに、外力によりモータが回転すると、モータに誘起電圧が発生し、これに起因してインバータ回路に電流が流れる。この結果、電流検出抵抗が検出した各相の電流値の和がゼロにならず、故障が発生したと誤判定してしまう場合がある。これを、図９で具体的に説明する。

図９は、上記特許文献３の図１に示されたモータ駆動装置である。モータ駆動装置は、制御部１、ＰＷＭ回路２、インバータ回路３、サンプルホールド回路５ｕ〜５ｗ、直流増幅回路６ｕ〜６ｗを備えている。インバータ回路３は各相に対応して設けられた上下一対のアームを備え、各アームは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、これらに並列に接続された還流ダイオードＤ１〜Ｄ６とから構成される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートには、ＰＷＭ回路２からＰＷＭ信号が個別に与えられ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＰＷＭ信号のＯＮの区間ではＯＮ状態、ＰＷＭ信号のＯＦＦの区間ではＯＦＦ状態となる。このようなスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦ動作によって、各相の上下アームの接続点ａ、ｃ、ｅから、モータ駆動用のＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧が取り出され、３相交流モータ４に供給される。

Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗは、モータ４の相電流を検出する電流検出抵抗であり、各抵抗Ｒｕ〜Ｒｗの両端に生じる電圧（ｂ、ｄ、ｆ点の電位）は、各サンプルホールド回路５ｕ〜５ｗに入力される。サンプルホールド回路５ｕ〜５ｗは、スイッチＳｕ〜Ｓｗ、コンデンサＣｕ〜Ｃｗ、差動アンプＡｕ〜Ａｗを備えている。サンプルホールドされた電圧は、直流増幅回路６ｕ〜６ｗで増幅されて、相電流Ｉｕ〜Ｉｗとして出力される。制御部１は、トルク値、車速値、相電流検出値が入力され、指令電圧、サンプリング信号を出力する。指令電圧Ｖｕ〜ＶｗはＰＷＭ回路２へ与えられ、サンプリング信号ＳＰｕ〜ＳＰｗはサンプルホールド回路５ｕ〜５ｗへ与えられる。

図９の回路において、インバータ回路３によりモータ４が駆動されていない場合は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＯＦＦ状態にある。この状態で、モータ４に外力が加わると、この外力によってモータ４が回転し、モータ４の巻線４ｕ〜４ｗに誘起電圧が発生する。そして、この誘起電圧に起因して、図中に破線で示したような電流が、矢印の向きでインバータ回路３に流れる。この結果、電流検出抵抗Ｒｖ、Ｒｗに、本来流れるはずのない電流が流れることになり、サンプルホールド回路５ｖ、５ｗと直流増幅回路６ｖ、６ｗを介して、モータ４のＶ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗが検出される。このため、各相の電流値の和Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗがゼロにならず、制御部１は故障が発生したと判定する。しかるに、電流の和がゼロにならないのは、モータ４に外力が加わって誘起電圧が発生したためであり、モータ４や駆動回路に異常があるわけではないので、上記の判定は誤判定である。

なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が全てＯＦＦとなる場合としては、インバータ回路３が起動を開始する場合や、インバータ回路３の駆動中にＰＷＭ信号を全てＬｏｗにする場合などが挙げられる。前者は、例えば、車のイグニッションスイッチが投入されて初期診断動作が行われている間、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がＯＦＦしているような場合である。後者は、インバータ回路３の動作中にスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の印加電圧が所定値を超えたときに、素子の破壊を防ぐためにＰＷＭ信号を全てＬｏｗにした結果、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がＯＦＦとなるような場合である。

また、例えば、インバータ回路３の動作中に、モータ４に回生制動をかける場合、最大の力で制動を加えるためには、上側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５を全てＯＮにし、下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６を全てＯＦＦにするが、このように下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６だけが全てＯＦＦの場合にも、モータ４に外力が加わると、発生した誘起電圧に起因して電流検出抵抗に電流が流れるので、上述した誤判定の問題が生じる。

このように、従来の装置にあっては、インバータ回路の少なくとも下側のスイッチング素子が全てＯＦＦである状態、すなわちモータの相電流を正常に検出できない状態の下で、モータに誘起電圧が発生すると、故障ではないのに誤って故障と判定してしまうことがあった。

そこで、本発明の目的は、故障の有無を誤判定することがない多相交流モータ駆動装置を提供することにある。

本発明の前提となる多相交流モータ駆動装置は、モータを駆動するインバータ回路と、モータの相電流を検出する電流検出手段と、インバータ回路のスイッチング素子を制御する制御手段と、故障有無の判定を行なう第１の判定手段とを備えている。インバータ回路は、多相交流モータ駆動用のスイッチング素子と当該素子に並列接続された還流ダイオードとを有するアームが、モータの各相ごとに上下一対設けられ、各相の上下アームの接続点からモータ駆動用の電圧が取り出されるように構成される。電流検出手段は、インバータ回路の各相の下アームにそれぞれ設けられ、モータの相電流を検出する。制御手段は、インバータ回路の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。第１の判定手段は、電流検出手段が検出した電流値に基づいて、故障有無の判定を行なう。

本発明では、上記のような多相交流モータ駆動装置において、多相交流モータで発生した誘起電圧に起因して電流検出手段に電流が流れる可能性があるか否かを判定する第２の判定手段を設ける。そして、第２の判定手段が電流の流れる可能性があることを判定した場合で、かつ各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＦＦである場合は、第１の判定手段は故障有無の判定を行なわない。一方、第２の判定手段が電流の流れる可能性がないことを判定した場合で、かつ各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＦＦである場合は、第１の判定手段は故障有無の判定を行う。

このようにすると、各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＦＦの状態で、外力によりモータに誘起電圧が発生してインバータ回路に電流が流れ、この電流が電流検出手段で検出されても、検出した電流値に基づく故障診断が行われないので、故障が発生したと誤判定するおそれはなくなり、装置の信頼性を高めることができる。

第２の判定手段により電流の流れる可能性を判定するにあたっては、いくつかの方法が考えられる。例えば、インバータ回路と多相交流モータとの間に接続されている開閉スイッチがＯＮの場合に、電流検出手段に電流が流れる可能性があると判定することができる。

また、多相交流モータの回転速度を検出する回転速度検出手段が所定値以上の回転速度を検出した場合に、電流検出手段に電流が流れる可能性があると判定するようにしてもよい。

あるいは、多相交流モータの端子電圧を検出する端子電圧検出手段が所定値以上の端子電圧を検出した場合に、電流検出手段に電流が流れる可能性があると判定するようにしてもよい。

第１の判定手段による故障判定方法として、典型的には、電流検出手段で検出した各相の電流値の和がゼロであるか否かに基づいて、故障の有無を判定する方法が挙げられる。この場合は、各相の電流値の和がゼロであれば故障が発生していないと判定し、各相の電流値の和がゼロでなければ故障が発生したと判定する。

本発明は、電流検出手段で検出した各相の電流値を、あらかじめ設定されたオフセット電流値で補正するようにした多相交流モータ駆動装置においても有用である。この場合は、電流検出手段に流れる各相のオフセット電流の電流値を記憶する記憶手段が設けられる。そして、電流の流れる可能性があることが判定された場合で、かつ各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＦＦである場合は、記憶手段にオフセット電流値を記憶せず、電流の流れる可能性がないことが判定された場合で、かつ各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＦＦである場合は、記憶手段にオフセット電流値を記憶する。

このようにすると、モータの誘起電圧による誤ったオフセット電流値が記憶手段に記憶されることがなく、検出電流のオフセット補正を正確に行うことができるので、故障有無の誤判定を回避することが可能となる。

本発明によれば、モータの誘起電圧によりインバータ回路に電流が流れた場合でも、故障が発生したと誤判定するおそれがなく、装置の信頼性を高めることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る多相交流モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。図１では、図９と同一部分に同一符号を付してある。１はＣＰＵやメモリから構成される制御部、２は制御部１からの指令電圧Ｖｕ〜Ｖｗに基づいて所定のデューティ比を持ったＰＷＭ信号を出力する公知のＰＷＭ回路、３はＰＷＭ回路２からのＰＷＭ信号に基づいてモータ駆動用の３相電圧（Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧）を出力するインバータ回路である。４はインバータ回路３から出力される３相電圧により駆動される３相交流モータ（以下、単に「モータ」という）、４ｕ、４ｖ、４ｗはモータ４の各相の巻線、５ｕ、５ｖ、５ｗは相電流検出用の電圧を所定区間にわたってサンプリングし、サンプルホールドするサンプルホールド回路、６ｕ、６ｖ、６ｗはサンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗの出力を増幅する直流増幅回路である。Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、インバータ回路３とモータ４との間に接続されたリレーである。リレーに代えて、大電流開閉用のスイッチを用いてもよい。制御部１、ＰＷＭ回路２、インバータ回路３、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗ、直流増幅回路６ｕ、６ｖ、６ｗ、およびリレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３によって、モータ駆動装置が構成される。

インバータ回路３は、バッテリＥの正極と負極（グランド）との間に接続されており、バッテリＥの直流電圧を交流電圧に変換する。このインバータ回路３は公知の回路であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応して設けられた上下一対のアームを備え、各アームは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、これらのスイッチング素子とそれぞれ並列に接続された還流ダイオードＤ１〜Ｄ６とを備えている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）から構成されるが、これに代えてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラモードトランジスタ）などの素子を用いてもよい。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のそれぞれのゲートには、ＰＷＭ回路２から６種類（Ｕ相上、Ｕ相下、Ｖ相上、Ｖ相下、Ｗ相上、Ｗ相下）のＰＷＭ信号が個別に与えられる。ＰＷＭ信号のＯＮ（Ｈｉｇｈ）の区間では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＯＮ（導通状態）となり、ＰＷＭ信号のＯＦＦ（Ｌｏｗ）の区間では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＯＦＦ（遮断状態）となる。

このようなスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦ動作によって、インバータ回路３における各相の上下アームの接続点ａ、ｃ、ｅから、モータ駆動用のＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧が取り出され、モータ４に供給される。すなわち、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点ａからは、Ｕ相電圧が取り出され、リレーＫ１を介してモータ４のＵ相巻線４ｕに与えられる。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点ｃからは、Ｖ相電圧が取り出され、リレーＫ２を介してモータ４のＶ相巻線４ｖに与えられる。スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の接続点ｅからは、Ｗ相電圧が取り出され、リレーＫ３を介してモータ４のＷ相巻線４ｗに与えられる。モータ４は例えば３相ブラシレスモータからなる。

インバータ回路３における各相の下アームには、モータ４の相電流を検出するための電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが設けられている。電流検出抵抗Ｒｕはスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と直列に接続され、この抵抗Ｒｕの両端に生じる電圧（ｂ点の電位）はサンプルホールド回路５ｕに入力される。電流検出抵抗Ｒｖはスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４と直列に接続され、この抵抗Ｒｖの両端に生じる電圧（ｄ点の電位）はサンプルホールド回路５ｖに入力される。電流検出抵抗Ｒｗはスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６と直列に接続され、この抵抗Ｒｗの両端に生じる電圧（ｆ点の電位）はサンプルホールド回路５ｗに入力される。

サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗは、それぞれ、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗと、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗと、差動アンプＡｕ、Ａｖ、Ａｗとを備えている。インバータ回路３の電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れ、抵抗の両端に検出すべき電圧が発生しているときに、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗは制御部１からのサンプリング信号ＳＰｕ、ＳＰｖ、ＳＰｗによってＯＮとなり、検出すべき電圧は、スイッチＳｕ、Ｓｖ、ＳｗのＯＮによって、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗに充電される形でサンプリングされる。その後、電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れなくなり、サンプリングされた電圧を保持する必要が生じると、スイッチＳｕ、Ｓｖ、ＳｗはＯＦＦとなり、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗに充電された電圧が保持される。このようにしてサンプルホールドされた電圧は、直流増幅回路６ｕ、６ｖ、６ｗで増幅されて、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとして出力される。これらの相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、モータ４の各相に流れる実際の電流の値を表しており、相電流検出値として制御部１に与えられる。

制御部１では、トルクセンサ（図示省略）で検出されたトルク値と、車速センサ（図示省略）で検出された車速値とに基づいて、モータ４の各相に流すべき電流、すなわち必要な操舵補助力を得るためのモータ電流の目標値を算出し、当該目標値と相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（検出値）とを比較して、それらの偏差を求める。そして、得られた偏差に基づいて、ＰＷＭ回路２に与える各相の指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを演算する。この指令電圧は、モータ４の各相巻線４ｕ、４ｖ、４ｗに目標値の電流が流れるようにフィードバック制御を行うためのパラメータである。ＰＷＭ回路２は、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じたＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧がモータ４へ供給されるように、指令電圧に基づいて所定のデューティ比を持った前述の６種類のＰＷＭ信号を生成し、それらをインバータ回路３のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へそれぞれ供給する。また、制御部１からは、各リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３のＯＮ／ＯＦＦを制御するためのリレー制御信号が出力される。

以上の構成において、電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗは、本発明における電流検出手段の一実施形態を構成し、制御部１は本発明における第１の判定手段、第２の判定手段の一実施形態を構成し、制御部１およびＰＷＭ回路２は本発明における制御手段の一実施形態を構成する。また、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３は、本発明における開閉スイッチの一実施形態を構成する。

次に、図１の回路における故障診断の手順を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１では、電流検出抵抗Ｒｕに流れるＵ相電流Ｉｕを、ｂ点の電位に基づいてサンプルホールド回路５ｕおよび直流増幅回路６ｕにより検出する。ステップＳ２では、電流検出抵抗Ｒｖに流れるＶ相電流Ｉｖを、ｄ点の電位に基づいてサンプルホールド回路５ｖおよび直流増幅回路６ｖにより検出する。ステップＳ３では、電流検出抵抗Ｒｗに流れるＷ相電流Ｉｗを、ｆ点の電位に基づいてサンプルホールド回路５ｗおよび直流増幅回路６ｗにより検出する。

続いて、ステップＳ４で、インバータ回路３における全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態であるか否かを判定する。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦ状態は、制御部１からＰＷＭ回路２へどのような指令電圧を与えているかを、制御部１自身がチェックすることにより判別することができる。ステップＳ４での判定の結果、全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態でない場合は（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ５ａを実行することなく、ステップＳ６〜Ｓ８の故障診断処理に移る。

ステップＳ６では、ステップＳ１〜Ｓ３で検出したＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗに基づいて、各相の電流値の和Ｉ＝Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗを演算する。続くステップＳ７では、ステップＳ６で求めたＩの絶対値｜Ｉ｜と、所定値αとを比較する。理論上、モータの各相の電流の和はゼロであるから、αの値は理想的にはα＝０であるが、実際にはわずかに誤差分を含んだ値となる。ステップＳ７での判定の結果、｜Ｉ｜＞αでなければ（ステップＳ７：ＮＯ）、装置は正常に動作していると判断して、ステップＳ８を実行することなく、処理を終了する。一方、ステップＳ７での判定の結果、｜Ｉ｜＞αであれば、ステップＳ８へ進んで、装置に故障が発生したと判定する。そして、制御部１は、モータ駆動装置の動作を停止させる処理を行う。

また、ステップＳ４での判定の結果、全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態となっている場合は（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５ａに進んで、全てのリレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＦＦ状態であるか否かを判定する。リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３のＯＮ／ＯＦＦ状態は、制御部１からどのようなリレー制御信号が出力されているかを、制御部１自身がチェックすることにより判別することができる。ステップＳ５ａでの判定の結果、全てのリレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＦＦ状態であれば（ステップＳ５ａ：ＹＥＳ）、上述したステップＳ６〜Ｓ８の故障診断処理を行う。

一方、ステップＳ５ａでの判定の結果、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３が全てＯＦＦでなければ（ステップＳ５ａ：ＮＯ）、ステップＳ６〜Ｓ８の故障診断処理を実行することなく、処理を終了する。この点が第１実施形態の特徴であって、このようにすることにより、故障有無の誤判定を回避することができる。

すなわち、下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６が全てＯＦＦである状態下では、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＦＦであれば、外力に起因してモータ４に誘起電圧が発生しても、当該電圧に基づいて電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れる可能性はないが、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＮであれば、外力に起因してモータ４に誘起電圧が発生した場合、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３を介して、誘起電圧に基づく電流が電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに流れる可能性がある。したがって、後者の場合に故障診断処理を行うと、図９で説明したように、各相の電流値の和Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗがゼロにならず、故障と誤判定するおそれがある。しかるに、上記のように、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＮの場合に、故障診断処理を禁止するようにすれば、たとえ電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れても、電流値に基づく故障診断がされないので、故障が発生したと誤判定するおそれはなくなり、装置の信頼性を高めることができる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る多相交流モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。図３では、図１と同一部分に同一符号を付してある。この第２実施形態においては、モータ４の回転位置（回転角度）を検出する回転位置センサ７が設けられている。回転位置センサ７は、レゾルバやホール素子などからなる。回転位置センサ７で検出されたモータ回転位置の情報は、制御部１に入力され、制御部１は、回転位置に基づいてモータ４の回転速度を算出する。制御部１と回転位置センサ７とは、本発明における回転速度検出手段の一実施形態を構成する。なお、図３では図１のリレーＫ１〜Ｋ３が設けられていないが、リレーＫ１〜Ｋ３を付加してもよい。図３の回路は、上述した点を除いて、図１と基本的に同じであるので、各部についての詳細な説明は省略する。

次に、図３の回路における故障診断の手順を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。図４では、図２と同一の処理を行うステップに同一の符号を付してある。

ステップＳ１〜Ｓ４については、図２と全く同じである。すなわち、ステップＳ１で、電流検出抵抗Ｒｕに流れるＵ相電流Ｉｕを検出し、ステップＳ２で、電流検出抵抗Ｒｖに流れるＶ相電流Ｉｖを検出し、ステップＳ３で、電流検出抵抗Ｒｗに流れるＷ相電流Ｉｗを検出する。

続いて、ステップＳ４へ進み、インバータ回路３における全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態であるか否かを判定する。判定の結果、全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態でない場合は（ステップＳ４：ＮＯ）、前述したステップＳ６〜Ｓ８の故障診断処理に移る。一方、全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態である場合は（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５ｂに進む。

ステップＳ５ｂでは、回転位置センサ７が検出した回転位置に基づいて制御部１が算出したモータ４の回転速度を、所定値βと比較する。そして、モータ４の回転速度が所定値βよりも小さい場合は（ステップＳ５ｂ：ＹＥＳ）、ステップＳ６〜Ｓ８の故障診断処理を行う。

一方、ステップＳ５ｂでの判定の結果、モータ４の回転速度が所定値β以上である場合は（ステップＳ５ｂ：ＮＯ）、ステップＳ６〜Ｓ８の故障診断処理を実行することなく、処理を終了する。この点が第２実施形態の特徴であって、このようにすることにより、故障有無の誤判定を回避することができる。

すなわち、下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６が全てＯＦＦである状態下では、モータ４の回転速度が所定値未満であれば、外力に起因してモータ４に誘起電圧が発生する可能性はなく、したがって電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れる可能性はないが、モータ４の回転速度が所定値以上になると、モータ４に誘起電圧が発生して電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れる可能性がある。したがって、後者の場合に故障診断処理を行うと、図９で説明したように、各相の電流値の和Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗがゼロにならず、故障と誤判定するおそれがある。しかるに、上記のように、モータ４の回転速度が所定値以上の場合に、故障診断処理を禁止するようにすれば、たとえ電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れても、電流値に基づく故障診断がされないので、故障が発生したと誤判定するおそれはなくなり、装置の信頼性を高めることができる。

図５は、本発明の第３実施形態に係る多相交流モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。図５では、図１と同一部分に同一符号を付してある。この第３実施形態においては、モータ４の各相の端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が制御部１に入力される。制御部１は、内蔵している電圧検出回路８によりモータ端子電圧Ｖ１〜Ｖ３を検出する。なお、電圧検出回路８は制御部１の外部に設けられていてもよい。電圧検出回路８は、本発明における端子電圧検出手段の一実施形態を構成する。なお、図５では、図１のリレーＫ１〜Ｋ３や、図３の回転位置センサ７が設けられていないが、これらを付加してもよい。図５の回路は、上述した点を除いて、図１および図３と基本的に同じであるので、各部についての詳細な説明は省略する。

次に、図５の回路における故障診断の手順を、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図６では、図２と同一の処理を行うステップに同一の符号を付してある。

ステップＳ１〜Ｓ４については、図２と全く同じである。すなわち、ステップＳ１で、電流検出抵抗Ｒｕに流れるＵ相電流Ｉｕを検出し、ステップＳ２で、電流検出抵抗Ｒｖに流れるＶ相電流Ｉｖを検出し、ステップＳ３で、電流検出抵抗Ｒｗに流れるＷ相電流Ｉｗを検出する。

続いて、ステップＳ４へ進み、インバータ回路３における全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態であるか否かを判定する。判定の結果、全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態でない場合は（ステップＳ４：ＮＯ）、前述したステップＳ６〜Ｓ８の故障診断処理に移る。一方、全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態である場合は（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５ｃに進む。

ステップＳ５ｃでは、電圧検出回路８が検出したモータ４の端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を、所定値γと比較する。そして、全ての端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が所定値γを超えてなければ（ステップＳ５ｃ：ＹＥＳ）、ステップＳ６〜Ｓ８の故障診断処理を行う。

一方、ステップＳ５ｃでの判定の結果、端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のいずれか（または全て）が所定値γ以上であれば（ステップＳ５ｃ：ＮＯ）、ステップＳ６〜Ｓ８の故障診断処理を実行することなく、処理を終了する。この点が第３実施形態の特徴であって、このようにすることにより、故障有無の誤判定を回避することができる。

すなわち、下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６が全てＯＦＦである状態下では、モータ４の端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が全て所定値未満であれば、外力に起因してモータ４に誘起電圧が発生している可能性はなく、したがって電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れる可能性はないが、モータ４の端子電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のいずれか（または全て）が所定値以上であれば、モータ４に誘起電圧が発生していて、電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れる可能性がある。したがって、後者の場合に故障診断処理を行うと、図９で説明したように、各相の電流値の和Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗがゼロにならず、故障と誤判定するおそれがある。しかるに、上記のように、モータ４の端子電圧が所定値以上の場合に、故障診断処理を禁止するようにすれば、たとえ電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れても、電流値に基づく故障診断がされないので、故障が発生したと誤判定するおそれはなくなり、装置の信頼性を高めることができる。

図７は、本発明の第４実施形態に係る多相交流モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。図７では、図１と同一部分に同一符号を付してある。この第４実施形態においては、制御部１に備わるメモリ９に、後述する電流オフセット値が記憶されている。メモリ９は、本発明における記憶手段の一実施形態を構成し、制御部１は、本発明における判定手段の一実施形態を構成する。なお、図７では、図３の回転位置センサ７が設けられていないが、これを付加してもよい。図７の回路は、上述した点を除いて、図１と基本的に同じであるので、各部についての詳細な説明は省略する。

次に、図７の回路におけるオフセット処理の手順を、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。図８では、図２と同一の処理を行うステップに同一の符号を付してある。

ステップＳ１〜Ｓ４については、図２と全く同じである。すなわち、ステップＳ１で、電流検出抵抗Ｒｕに流れるＵ相電流Ｉｕを検出し、ステップＳ２で、電流検出抵抗Ｒｖに流れるＶ相電流Ｉｖを検出し、ステップＳ３で、電流検出抵抗Ｒｗに流れるＷ相電流Ｉｗを検出する。

続いて、ステップＳ４へ進み、インバータ回路３における全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態であるか否かを判定する。判定の結果、全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態でない場合は（ステップＳ４：ＮＯ）、以後の処理を実行せずに終了する。

また、ステップＳ４での判定の結果、全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態となっている場合は（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５ａに進んで、全てのリレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＦＦ状態であるか否かを判定する。リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３のＯＮ／ＯＦＦ状態は、前述のように、制御部１からどのようなリレー制御信号が出力されているかを、制御部１自身がチェックすることにより判別することができる。ステップＳ５ａでの判定の結果、全てのリレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＦＦ状態であれば（ステップＳ５ａ：ＹＥＳ）、ステップＳ９〜Ｓ１１で、オフセット電流値を記憶するオフセット処理を行う。

ここで、オフセット電流について説明しておく。全ての下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６がＯＦＦ状態で（ステップＳ４：ＹＥＳ）、全てのリレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＦＦ状態であれば（ステップＳ５ａ：ＹＥＳ）、本来、電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流は流れないはずである。しかし、実際にはアナログ回路の特性上、このような状況下でも、電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに微少な電流が流れる場合がある。この電流をオフセット電流という。オフセット電流は、モータ４の通常動作時において、電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗでの検出電流値に誤差を生じさせる要因となる。そこで、上記のような電流が流れないはずの状況下で、オフセット電流を測定して記憶しておき、モータ動作時に電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗで検出された電流値を、オフセット電流値により補正することで、正確な相電流を求めることができる。このようなオフセット補正については、例えば特開２００５−１３０５７８号公報に記載されている。

ステップＳ９では、ステップＳ１で検出されたＵ相電流Ｉｕの値を、Ｕ相オフセット電流値として、メモリ９に記憶する。ステップＳ１０では、ステップＳ２で検出されたＶ相電流Ｉｖの値を、Ｖ相オフセット電流値として、メモリ９に記憶する。ステップＳ１１では、ステップＳ３で検出されたＷ相電流Ｉｗの値を、Ｗ相オフセット電流値として、メモリ９に記憶する。ステップＳ９〜Ｓ１１の処理により、それまでメモリ９に記憶されていた各相のオフセット電流値が更新される。

一方、ステップＳ５ａでの判定の結果、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３が全てＯＦＦでなければ（ステップＳ５ａ：ＮＯ）、ステップＳ９〜Ｓ１１のオフセット処理を実行することなく、処理を終了する。この点が第４実施形態の特徴であって、このようにすることにより、検出電流のオフセット補正を正確に行って、故障有無の誤判定を回避することができる。

すなわち、下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６が全てＯＦＦである状態下では、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＦＦであれば、外力に起因してモータ４に誘起電圧が発生しても、当該電圧に基づいて電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れる可能性はないが、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＮであれば、外力に起因してモータ４に誘起電圧が発生した場合、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３を介して、電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れる可能性がある。しかし、このとき流れる電流は、モータ４の誘起電圧に基づくものであって、本来のオフセット電流ではないので、この場合にオフセット電流の記憶処理を行うと、誤った電流値をオフセット電流値としてメモリ９に記憶することになり、検出電流のオフセット補正が正確に行われなくなる。この結果、検出電流に基づく故障有無の判定に誤りが生じる場合がある。しかるに、上記のように、リレーＫ１、Ｋ２、Ｋ３がＯＮの場合に、オフセット電流の記憶処理を禁止するようにすれば、誤ったオフセット電流値がメモリ９に記憶されることはなく、オフセット補正を正確に行うことができるので、故障有無の誤判定を回避できる。

なお、図８においては、図２のステップＳ６〜Ｓ８をステップＳ９〜Ｓ１１に置き換えた例を挙げたが、図４や図６のステップＳ６〜Ｓ８をステップＳ９〜Ｓ１１に置き換えてもよい。また、図８では、故障診断処理を省いてあるが、故障診断はステップＳ９〜Ｓ１１を実行した後に、オフセット補正された相電流に基いて行えばよい。

以上述べた実施形態では、モータ４としてブラシレスモータを例に挙げたが、本発明は誘導電動機や同期電動機のような複数の相を有する交流モータを駆動するためのモータ駆動装置全般に適用することができる。

また、以上述べた実施形態では、本発明を車両の電動パワーステアリング装置に適用した例を挙げたが、本発明は扉開閉用モータなどを駆動する装置にも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る多相交流モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。 第１実施形態における故障診断の手順を示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る多相交流モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。 第２実施形態における故障診断の手順を示したフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る多相交流モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。 第３実施形態における故障診断の手順を示したフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る多相交流モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。 第４実施形態におけるオフセット処理の手順を示したフローチャートである。 従来の多相交流モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。

符号の説明

１ 制御部
２ ＰＷＭ回路
３ インバータ回路
４ モータ
５ｕ、５ｖ、５ｗ サンプルホールド回路
６ｕ、６ｖ、６ｗ 直流増幅回路
７ 回転位置センサ
８ 電圧検出回路
９ メモリ
Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６ 還流ダイオード
Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ 電流検出抵抗
Ｋ１〜K３ リレー

Claims (6)

1. 多相交流モータ駆動用のスイッチング素子と当該素子に並列接続された還流ダイオードとを有するアームが、モータの各相ごとに上下一対設けられ、各相の上下アームの接続点からモータ駆動用の電圧が取り出されるように構成されたインバータ回路と、
   前記インバータ回路の各相の下アームにそれぞれ設けられ、モータの相電流を検出する電流検出手段と、
   前記インバータ回路の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する制御手段と、
   前記電流検出手段が検出した電流値に基づいて、故障有無の判定を行なう第１の判定手段と、
   を備えた多相交流モータ駆動装置において、
   前記多相交流モータで発生した誘起電圧に起因して前記電流検出手段に電流が流れる可能性があるか否かを判定する第２の判定手段を備え、
   前記第２の判定手段が電流の流れる可能性があることを判定した場合で、かつ各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＦＦである場合に、前記第１の判定手段は故障有無の判定を行なわず、
   前記第２の判定手段が電流の流れる可能性がないことを判定した場合で、かつ各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＦＦである場合に、前記第１の判定手段は故障有無の判定を行うことを特徴とする多相交流モータ駆動装置。
2. 請求項１に記載の多相交流モータ駆動装置において、
   前記第２の判定手段は、
   前記インバータ回路と多相交流モータとの間に接続された開閉スイッチを備え、
   前記開閉スイッチがＯＮの場合に、前記電流検出手段に電流が流れる可能性があると判定することを特徴とする多相交流モータ駆動装置。
3. 請求項１に記載の多相交流モータ駆動装置において、
   前記第２の判定手段は、
   前記多相交流モータの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
   前記回転速度検出手段が所定値以上の回転速度を検出した場合に、前記電流検出手段に電流が流れる可能性があると判定することを特徴とする多相交流モータ駆動装置。
4. 請求項１に記載の多相交流モータ駆動装置において、
   前記第２の判定手段は、
   前記多相交流モータの端子電圧を検出する端子電圧検出手段を備え、
   前記端子電圧検出手段が所定値以上の端子電圧を検出した場合に、前記電流検出手段に電流が流れる可能性があると判定することを特徴とする多相交流モータ駆動装置。
5. 請求項１に記載の多相交流モータ駆動装置において、
   前記第１の判定手段は、前記電流検出手段で検出した各相の電流値の和がゼロであるか否かに基づいて、故障有無の判定を行なうことを特徴とする多相交流モータ駆動装置。
6. 多相交流モータ駆動用のスイッチング素子と当該素子に並列接続された還流ダイオードとを有するアームが、モータの各相ごとに上下一対設けられ、各相の上下アームの接続点からモータ駆動用の電圧が取り出されるように構成されたインバータ回路と、
   前記インバータ回路の各相の下アームにそれぞれ設けられ、モータの相電流を検出する電流検出手段と、
   前記インバータ回路の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する制御手段と、
   前記電流検出手段に流れる各相のオフセット電流の電流値を記憶する記憶手段と、
   を備えた多相交流モータ駆動装置において、
   前記多相交流モータで発生した誘起電圧に起因して前記電流検出手段に電流が流れる可能性があるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記判定手段が電流の流れる可能性があることを判定した場合で、かつ各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＦＦである場合に、前記記憶手段にオフセット電流値を記憶せず、
   前記判定手段が電流の流れる可能性がないことを判定した場合で、かつ各相の下アームのスイッチング素子が全てＯＦＦである場合に、前記記憶手段にオフセット電流値を記憶することを特徴とする多相交流モータ駆動装置。

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