JP2011135692A - 電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】過電流を流すことなく、故障を検出できる電動機駆動装置およびこれを用いた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動機駆動装置1の制御部50は、通常のPWM制御を開始する前に、端子電圧とPIG1電圧に基づいて、MOS21〜26自体のショート故障を検出する。MOS21〜26自体のショート故障が検出されなかった場合、MOS21〜26の少なくとも1つをオン制御した後、全てのMOS21〜26をオフ制御したときの端子電圧とPIG1電圧とに基づいて、MOS21〜26を非導通状態にできないプリドライバ52のショート故障を検出する。これにより、上MOS21〜23から対をなす下MOS24〜26に向かって電流が流れる経路が形成されないため、過電流を流すことなくプリドライバ52のショート故障を検出することができ、インバータの焼損を防止することができる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
従来、複数相の巻線により電動機を駆動する電動機駆動装置が知られている。例えば特許文献1に開示される電動パワーステアリング装置には3相ブラシレスモータが用いられており、1相に異常が発生したときに、残りの2相によりモータの駆動を継続する制御が行われている。
特開2009−6963号公報
ところで、電動機が破損しないように、電動機の駆動を開始する前に、スイッチング素子やプリドライバ等の故障を検出することが一般的である。例えば、各系統のインバータにおいて、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子とのオンおよびオフの割合が1:1となるように設定してインバータを駆動した場合、インバータが正常であれば、端子電圧はインバータの直前にかかる電圧の1/2となり、故障が生じていれば、端子電圧はインバータの直前にかかる電圧の1/2以外となることを利用し、インバータの故障判定を行うことができる。
しかしながら、インバータの故障検出において、上述したような所謂PWM駆動を行う場合、いずれかのスイッチング素子を非導通とすることができない故障(以下、「ショート故障」という。)が生じている場合、高電位側スイッチング素子から低電位側スイッチング素子に向かって過電流が流れ、インバータが焼損してしまうという問題点があった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過電流を流すことなく、故障を検出できる電動機駆動装置およびこれを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
請求項1に記載の電動機駆動装置は、電動機と、インバータ部と、通電状態切替部と、電圧印加部と、パワー電圧検出部と、端子電圧検出部と、制御部と、を備えている。電動機は、複数の相に対応する巻線から構成される複数の巻線組を有する。インバータ部は、複数の巻線組ごとに設けられている。またインバータ部は、巻線の各相に対応し高電位側に配置された高電位側スイッチング素子および低電位側に配置された低電位側スイッチング素子によりスイッチング素子対をなす複数のスイッチング素子を有し、巻線へ電流を供給する。通電状態切替部は、スイッチング素子のオンおよびオフを切り替える。通電状態切替部は、例えばプリドライバである。電圧印加部は、インバータ部を介さずに巻線に電圧を印加する。パワー電圧検出部は、それぞれのインバータ部と電源との間において、パワー電圧を検出する。端子電圧検出部は、スイッチング素子と巻線との接点の電圧である端子電圧を巻線ごとに検出する。
制御部は、回転制御手段、第1の故障検出手段、および、第2の故障検出手段を有している。回転制御手段は、通電状態切替部を制御し、スイッチング素子のオンおよびオフを切り替えることにより、電動機の回転を制御する。第1の故障検出手段および第2の故障検出手段による故障検出は、回転制御手段による電動機の回転の制御を開始する前に行われる。第1の故障検出手段は、端子電圧とパワー電圧とに基づいて、スイッチング素子のショート故障を検出する。第1の故障検出手段によりスイッチング素子のショート故障が検出されなかった場合、高電位側スイッチング素子または低電位側スイッチング素子の一方のスイッチング素子の少なくとも1つをオン制御した後、全てのスイッチング素子をオフ制御したときの端子電圧とパワー電圧とに基づいて、スイッチング素子を非導通状態にできない導通状態切替部のショート故障を検出する。なお、本発明における「オン制御」とは、スイッチング素子をオンするように駆動制御することをいう。同様に「オフ制御」とは、スイッチング素子をオフするように駆動制御することをいう。
本発明では、第1の故障検出手段により、導通状態切替部によるスイッチング素子のオン制御およびオフ制御を行う前に、例えばスイッチング素子自体がオン固着しているようなショート故障を予め検出している。そのうえで、第2の故障検出手段により、導通状態切替部を介してスイッチング素子をオン制御したときに生じるショート故障を検出している。また、第2の故障検出手段は、所謂PWM制御のように、高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子のオン制御およびオフ制御を周期的に切り替えるのではなく、対をなすスイッチング素子の一方をオン制御したとき、他方をオン制御することなく全てのスイッチング素子をオフ制御としたときの端子電圧とパワー電圧とに基づいて、導通状態切替部のショート故障を検出する。これにより、高電位側スイッチング素子から低電位側スイッチング素子に向かって電流が流れる経路が形成されないため、過電流を流すことなく導通状態切替部のショート故障を検出することができる。したがって、インバータの焼損を防止することができる。なお、本発明では、インバータ部を経由せずに巻線に電圧を印加する電圧印加部を備えているので、スイッチング素子がオフの状態において、端子電圧を検出することができる。
ところで、スイッチング素子になんらかの故障が起こると、電動機内に閉回路が生じ、電動機内にて予期せぬ回生ブレーキが発生し、電動機駆動システムを破壊してしまうことがある。そこで、スイッチング素子に故障が発生した場合に、インバータ部と各巻線との間に流れる電流を遮断可能な通電遮断手段としてのモータリレーを備えている。
また、スイッチング素子に故障が生じても電動機の動作を継続し、信頼性を高めるため、複数のインバータ部を備える電動機駆動装置が検討されている。このような複数系統のインバータ部を備える電動機駆動装置において上述のモータリレーを設ける場合、系統数に応じてモータリレーが必要となり、装置が大型化してしまうという問題点があった。
そこで、請求項2に記載の電動機駆動装置では、インバータ部は複数である。また、第1の故障検出手段および第2の故障検出手段は、巻線組とインバータ部とが電気的に接続された状態において、スイッチング素子または導通状態切替部の故障を検出する。
本発明では、対をなすスイッチング素子の一方がオン制御されたとき、他方をオン制御することなく全てのスイッチング素子をオフ制御してショート故障を検出しているので、過電流が流れない。したがって、巻線組とインバータ部とが電気的に接続された状態において、ショート故障を検出することができる。これにより、モータリレーが不要となるので、装置の小型化に寄与する。また、本発明では、インバータ部が複数系統にて構成されているので、モータリレーがなく、またスイッチング素子が故障し、電動機に回生ブレーキが発生しても、故障が生じていないインバータ部において回生ブレーキ分の駆動力を補うことができる。
なお、インバータ部が複数系統によって構成されている場合、故障検出処理は、インバータ部ごとに独立して行われる。また、複数の系統において、故障検出処理を同時に実行することができる。
請求項3に記載の第2の故障検出手段は、高電位側スイッチング素子を全てオン制御した後、全てのスイッチング素子をオフ制御したときの端子電圧とパワー電圧とに基づき、高電位側スイッチング素子を非導通状態にできない導通状態切替部のショート故障を検出する。
請求項4に記載の第2の故障検出手段は、低電位側スイッチング素子を全てオン制御した後、全てのスイッチング素子をオフ制御したときの端子電圧とパワー電圧とに基づき、低電位側スイッチング素子を非導通状態にできない導通状態切替部のショート故障を検出する。
このように、高電位側スイッチング素子または低電位側スイッチング素子の全てをオン制御した後に、全てのスイッチング素子をオフ制御したときの端子電圧とパワー電圧とに基づいてショート故障を検出することにより、スイッチング素子ごとにオン制御し全てのスイッチング素子をオフ制御する場合と比較して、故障検出時間を短縮することができる。
請求項5に記載の制御部は、第3の故障検出手段をさらに有する。第3の故障検出手段は、第1の故障検出手段によりスイッチング素子のショート故障が検出されず、第2の故障検出手段によりスイッチング素子をオフすることができない導通状態切替部のショート故障が検出されなかった場合に、スイッチング素子を導通状態にできない故障であるオープン故障を検出する。第3の故障検出手段は、スイッチング素子対ごとにオープン故障検出を行うものであって、高電位側スイッチング素子がオン制御され低電位側スイッチング素子がオフ制御されている状態と、高電位側スイッチング素子がオフ制御され低電位側スイッチング素子がオン制御されている状態とを周期的に切り替えているときのパワー電圧および端子電圧の少なくとも一方に基づき、高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子の少なくとも一方を導通状態にできないオープン故障であることを検出する。
ここで、第3の故障検出手段は、第1の故障検出手段および第2の故障検出手段によりショート故障がないことを特定したうえで、オープン故障の検出を行っている。したがって、高電位側スイッチング素子がオン制御され低電位側スイッチング素子がオフ制御されている状態と、高電位側スイッチング素子がオフ制御され低電位側スイッチング素子がオン制御されている状態とを周期的に切り替えても、高電位側スイッチング素子から低電位側スイッチング素子に過電流が流れることがないので、インバータの焼損を防止することができる。
請求項6に記載の第3の故障検出手段は、スイッチング素子対ごとに高電位側スイッチング素子がオン制御され低電位側スイッチング素子がオフ制御されている状態と、高電位側スイッチング素子がオフ制御され低電位側スイッチング素子がオン制御されている状態とを周期的に切り替えているときの端子電圧が、スイッチング素子のオン制御およびオフ制御を切り替える1周期における高電位側スイッチング素子がオン制御されている時間の占める割合をパワー電圧に乗じた値と一致しない場合、高電位側スイッチング素子または低電位側スイッチング素子のうち少なくとも一方を導通状態にできないオープン故障であることを検出する。これにより適切にオープン故障を検出することができる。
請求項7に記載の第3の故障検出手段では、スイッチング素子対ごとに高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のオン制御およびオフ制御を周期的に切り替えているときの端子電圧が、全てのスイッチング素子がオフされているときに電圧印加部により印加される電圧と電源により供給される電圧との和にスイッチング素子のオン制御およびオフ制御を切り替える1周期における高電位側スイッチング素子がオン制御されている時間の占める割合を乗じた値となる場合、低電位側スイッチング素子を導通状態にできないオープン故障であることを検出する。また、請求項8に記載の第3の故障検出手段では、スイッチング素子対ごとに高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子のオン制御およびオフ制御を周期的に切り替えているときに検出される端子電圧が、全てのスイッチング素子がオフされているときに電圧印加部により印加される電圧にスイッチング素子のオン制御およびオフ制御を切り替える1周期における高電位側スイッチング素子がオン制御されている時間の占める割合を乗じた値となる場合、高電位側スイッチング素子を導通状態にできないオープン故障であることを検出する。これにより、オープン故障箇所が特定できるため、故障解析が容易になり、修理工数を低減することができる。
請求項9に記載の第2の故障検出手段は、スイッチング素子のうちの1つをオン制御した後、全てのスイッチング素子をオフ制御したとき、端子電圧とパワー電圧とに基づき、オンされたスイッチング素子を非導通状態にできない導通状態切替部のショート故障であることを検出する。これにより、導通状態切替部におけるショート故障が起こっている箇所を特定することができるので、故障解析が容易になり、修理工数を低減することができる。
請求項10に記載の制御部は、オープン故障を検出する第3の故障検出手段を有している。第3の故障検出手段は、スイッチング素子のうちの1つをオン制御したときに検出されるパワー電圧と端子電圧とに基づき、オン制御されたスイッチング素子を導通状態にできないオープン故障を検出する。
具体的には、以下のように検出することができる。
請求項11に記載の第3の故障検出手段は、高電位側スイッチング素子のうちの1つをオン制御したときに検出される端子電圧とパワー電圧とが一致しない場合、オン制御された高電位側スイッチング素子を導通状態にできないオープン故障を検出する。また請求項11に記載の第3の故障検出手段は、低電位側スイッチング素子のうちの1つをオン制御したときに検出される端子電圧が0である場合、オン制御された低電位側スイッチング素子を導通状態にできないオープン故障を検出する。これにより、オープン故障箇所を容易に特定することができるので、故障解析が容易になり、修理工数を低減することができる。
ところで、例えば電動機を電動パワーステアリングシステムに用いた場合、ユーザによりステアリング操作が行われると、電動機が回転することにより、逆起電圧が発生し、電圧が変動してしまう場合がある。
そこで、請求項14に記載の制御部は、電動機の回転が停止しているか否かを判断する停止判断手段を有している。また、第1の故障検出手段、第2の故障検出手段、または第3の故障検出手段は、電動機の回転が停止していると判断された場合、スイッチング素子または導通状態切替部の故障を検出する。これにより、正確な故障判定を行うことができる。
請求項15に記載の発明は、上述の電動機駆動装置を用いた電動パワーステアリング装置である。電動パワーステアリング装置において、電動機の回転を開始する前に過電流を流すことなくスイッチング素子および導通状態切替部の故障を検出することができ、安全性の向上に寄与する。
本発明の第1実施形態による電動パワーステアリング装置を説明する模式図である。 本発明の第1実施形態による電動機駆動装置の回路構成を説明する回路図である。 本発明の第1実施形態による故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による第2の故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による第2の故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による第3の故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による第3の故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第1実施形態による第3の故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第2実施形態による故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第2実施形態による故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第2実施形態による故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第2実施形態による故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第2実施形態による故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第2実施形態による故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第2実施形態による故障検出処理を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に本発明を適用した実施形態を図1から図15に示す。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態おける電動パワーステアリング装置を備えたステアリングシステムの全体構成を示す図である。
ステアリングシステム90に備えられる電動パワーステアリング装置100のステアリングホイール91に接続されたステアリングシャフト92には、ステアリングセンサ94およびトルクセンサ95が設けられている。ステアリングセンサ94は、ステアリングシャフト92の回転角を検出する。トルクセンサ95は、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出する。ステアリングシャフト92の先端は、ギア96を介してラック軸97に連結されている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対のタイヤ(ホイール)98がそれぞれ連結されている。ステアリングシャフト92の回転運動は、ギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の直線運動変位に応じた角度分、左右のタイヤ98が転舵される。
電動パワーステアリング装置100は、補助操舵トルクを発生する電動機としてのモータ10およびモータ10の駆動に係る電動機駆動装置1、モータ10の回転角度を検出する図示しない回転角センサ、及び、モータ10の回転を減速してステアリングシャフト92に伝達するギア89を備える。モータ10は、ギア89を正逆回転させる三相ブラシレスモータである。電動パワーステアリング装置100は、ステアリングホイール91の操舵方向および操舵トルクに応じた操舵補助トルクをステアリングシャフト92に伝達する。
モータ10は、いずれも図示しないステータ、ロータ、及び、シャフトを有している。ロータは、シャフトとともに回転する円板状の部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ステータは、ロータを内部に収容するとともに、回転可能に支持している。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部に図1に示すU1コイル11、V1コイル12、W1コイル13、U2コイル14、V2コイル15、及び、W2コイル16が巻回されている。U1コイル11、V1コイル12、及び、W1コイル13は、Δ結線されて第1巻線組18を構成している。また、U2コイル14、V2コイル15、及び、W2コイル16は、Δ結線されて第2巻線組19を構成している。なお、本実施形態では、巻線組18、19はそれぞれΔ結線されているが、Y結線されていてもよい。コイル11〜16が特許請求の範囲における「巻線」に対応し、第1巻線組18及び第2巻線組19が、特許請求の範囲における「巻線組」に対応している。また、モータ10には、ロータの回転位置θを検出する回転角センサが設けられている。本形態においては、回転角センサはレゾルバである。なお、回転角センサを用いなくても、各相電圧、電流などからロータ角度を推定することは可能である。
電動機駆動装置1の回路構成を図2に基づいて説明する。モータ10を駆動する電動機駆動装置1は、インバータ部としての第1インバータ部20および第2インバータ部30、制御部50、通電状態切替部としてのプリドライバ52、第1電圧印加部65、第2電圧印加部66、パワー電圧検出部70、および、端子電圧検出部80等を備えている。
第1インバータ部20は、3相インバータであり、第1巻線組18のU1コイル11、V1コイル12、W1コイル13のそれぞれへの通電を切り替えるべく、6つのスイッチング素子21〜26がブリッジ接続されている。スイッチング素子21〜26は、本形態においては、電界効果トランジスタの一種であるMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。以下、スイッチング素子21〜26を、MOS21〜26という。
3つのMOS21〜23は、ドレインが電源側に接続されている。また、MOS21〜23のソースが、それぞれMOS24〜26のドレインに接続されている。MOS24〜26のソースは、グランド側に接続されている。
対になっているMOS21とMOS24とのU1接続点27は、U1コイル11の一端に接続している。また対になっているMOS22とMOS25とのV1接続点28は、V1コイル12の一端に接続している。さらにまた、対になっているMOS23とMOS26とのW1接続点29は、W1コイル13の一端に接続している。
第2インバータ部30は、第1インバータ部20と同様、3相インバータであり、第2巻線組19のU2コイル14、V2コイル15、W2コイル16のそれぞれへの通電を切り替えるべく、6つのスイッチング素子31〜36がブリッジ接続されている。スイッチング素子31〜36は、本形態においては、電界効果トランジスタの一種であるMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。以下、スイッチング素子31〜36を、MOS31〜36という。
3つのMOS31〜33は、ドレインが電源側に接続されている。また、MOS31〜33のソースが、それぞれMOS34〜36のドレインに接続されている。MOS34〜36のソースは、グランド側に接続されている。
対になっているMOS31とMOS34とのU2接続点37は、U2コイル14の一端に接続している。また対になっているMOS32とMOS35とのV2接続点38は、V2コイル15の一端に接続している。さらにまた、対になっているMOS33とMOS36とのW2接続点39は、W2コイル16の一端に接続している。
なお、電源側に接続されているMOS21〜23、31〜33が「高電位側スイッチング素子」(以下、「上MOS」という。)に対応し、グランド側に接続されているMOS24〜26、34〜36が「低電位側スイッチング素子」(以下、「下MOS」という。)に対応している。また必要に応じて、「U1上MOS21」といった具合に、対応する巻線を併せて記載する。
MOS21、24がU1スイッチング素子対41を構成し、MOS22、25がV1スイッチング素子対42を構成し、MOS23、26がW1スイッチング素子対43を構成する。また、MOS31、34がU2スイッチング素子対44を構成し、MOS32、35がV2スイッチング素子対45を構成し、MOS33、36がW1スイッチング素子対46を構成する。スイッチング素子対41〜46が、特許請求の範囲における「スイッチング素子対」に対応している。
電流検出部48は、シャント抵抗によって構成され、各スイッチング素子対41〜46とグランドとの間に設けられている。本実施形態では、電流検出部48によって検出された検出値は、制御部50を構成する図示しないレジスタに記憶される。6つの電流検出部48による検出値の取得は、同時に行われる。このとき、回転角センサによるモータ10の回転位置θも同時に取得される。
コンデンサ49は、アルミ電解コンデンサであり、電荷を蓄えることにより、MOS21〜26、31〜36への電力供給を補助する。また、コンデンサ49は、サージ電流などのノイズ成分を除去する。
インバータ部20、30には、電源としてのバッテリ55から電力が供給される。バッテリ55とインバータ部20、30との間には、ラジオノイズコイル56および電源平滑用コイル57が配置されている。ラジオノイズコイル56および電源平滑用コイル57によりフィルタ回路が構成され、インバータ部20、30の駆動によるノイズを、同一のバッテリ55から電力が供給される他の電子部品へノイズの伝達が抑制される。
バッテリ55には、イグニッションスイッチ58が接続している。イグニッションスイッチ58がオンされることにより、制御部50による故障検出処理および回転制御処理等が行われる。また、イグニッションスイッチ58には、イグニッション電圧検出部59が接続され、イグニッションラインの電圧を検出する。
バッテリ55およびフィルタ回路と、第1インバータ部20との間には、第1電源リレー61が配置されている。また、バッテリ55およびフィルタ回路と、第2インバータ部との間には、第2電源リレー62が配置されている。電源リレー61、62は、インバータ部20、30およびプリドライバ52等に異常が発生した場合、速やかにバッテリ55からインバータ部20、30への電力供給を遮断するためのものである。
第1電圧印加部65は、第1インバータ部20を経由せず、第1巻線組18に電圧を印加するための構成である。また第2電圧印加部66は、第2インバータ部30を経由せず、第2巻線組19に電圧を印加するための構成である。本実施形態では、第1電圧印加部65および第2電圧印加部66は、プルアップ抵抗によって構成されている。プルアップ抵抗は、後述する端子電圧検出部81〜86を構成する2つの分圧抵抗の和と等しい。
パワー電圧検出部70は、第1PIG電圧検出部71および第2PIG電圧検出部72によって構成されている。第1PIG電圧検出部71は、第1電源リレー61のバッテリ55の反対側に設けられ、第1電源リレー61の後におけるリレー後電源電圧(以下、「PIG1電圧」という。)を検出する。同様に、第2PIG電圧検出部72は、第2電源リレー62のバッテリ55と反対側に設けられ、第2電源リレー62のバッテリ55と反対側に設けられ、第2電源リレー62の後におけるリレー後電源電圧(以下、「PIG2電圧」)を検出する。なお、本実施形態では、「PIG1電圧」および「PIG2電圧」が「パワー電圧」に対応している。
PIG電圧検出部71、72は、大きさの等しい2つの分圧抵抗から構成される。そして制御部50は、2つの分圧抵抗の中点における電圧値を取得し、AD変換によってリレー後電圧を算出する。
端子電圧検出部80は、U1端子電圧検出部81、V1端子電圧検出部82、W1端子電圧検出部83、U2端子電圧検出部84、V2端子電圧検出部85、および、W2端子電圧検出部84によって構成される。U1端子電圧検出部81は、U1スイッチング素子対41とU1コイル11との接続点27に接続される。V1端子電圧検出部82は、V1スイッチング素子対41とV1コイル12との接続点28に接続される。W1端子電圧検出部83は、W1スイッチング素子対43とW1コイル13との接続点29に接続される。また、U2端子電圧検出部84は、U2スイッチング素子対44とU2コイル14との接続点37に接続される。V2端子電圧検出部85は、V2スイッチング素子対45とV2コイル15との接続点38に接続される。W2端子電圧検出部86は、W2スイッチング素子対46とW2コイル16との接続点29に接続される。
端子電圧検出部81〜86は、大きさの等しい2つの分圧抵抗により構成される。そして制御部50は、図示しないローパスフィルタを経由して2つの分圧抵抗の中点における電圧値を取得し、AD変換によってそれぞれの巻線端子における端子電圧を算出する。以下、U1端子電圧検出部81により検出される端子電圧をU1端子電圧といい、V1端子電圧検出部82により検出される端子電圧をV1端子電圧といい、W1端子電圧検出部83により検出される端子電圧をW1端子電圧という。また、U2端子電圧検出部84により検出される端子電圧をU2端子電圧といい、V2端子電圧検出部85により検出される端子電圧をV2端子電圧といい、W2端子電圧検出部86により検出される端子電圧をW2端子電圧という。
なお、U1端子電圧、V1端子電圧、W1端子電圧、U2端子電圧、V2端子電圧、および、W2端子電圧が、「端子電圧」に対応し、それぞれの端子電圧は、0からPIG1電圧またはPIG2電圧の間の値を取り得る。
第1インバータ部20において、全てのMOS21〜26が非導通状態となっている場合、U1端子電圧、V1端子電圧、W1端子電圧は、いずれもPIG1電圧の50%となる。また、第2インバータ部30において、全てのMOS31〜36が非導通状態となっている場合、U2端子電圧、V2端子電圧、W2端子電圧は、いずれもPIG2電圧の50%となる。
制御部50は、電動機駆動装置1全体の制御を司るものであり、一般的なマイクロコンピュータによって構成される。なお、制御部50からの制御線は、煩雑になることを避けるため省略した。制御部50では、電流検出部48により検出された検出値および回転角センサによって検出されたロータの回転位置θに基づき、プリドライバ52を介してMOS21〜26、31〜36のオンおよびオフを制御することにより、コイル11〜16に通電される電流を制御している。これにより、モータ10の回転を制御している。本実施形態におけるプリドライバ52は、チャージポンプ式回路によって構成されている。また、制御部50は、第1インバータ部20、第2インバータ部30、および、プリドライバ52の故障を検出する故障検出処理を行う。
ここで、制御部50における故障検出処理を、図3〜図8に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、第1インバータ部20における故障検出処理と、第2インバータ部30における故障検出処理とは、同様の処理が行われるため、ここでは第1インバータ部20における故障検出処理について説明する。なお、第1インバータ部20における故障検出処理と、第2インバータ部30における故障検出処理とは、同時に並行して行うことができる。
まず、図3に示す故障検出処理のメインフローについて説明する。図3に示す故障検出処理は、イグニッションスイッチ58がオンされたときに行われる処理である。
最初のステップS11(以下、「ステップ」を省略し、単に記号「S」で示す。)では、第1電源リレー61が正常か否かを判断する。第1電源リレー61が正常でないと判断された場合(S11:NO)、S12以下の処理を行わない。第1電源リレー61が正常であると判断された場合(S11:YES)、S12へ移行する。
S12では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S12:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S12:NO)、S13へ移行する。
S13では、U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧を取得する。
S14では、U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。すなわち、ここでの判断処理は、端子電圧が、全てのMOS21〜26が非導通状態であるときに第1電圧印加部65により印加される電圧と一致しているか否かを判断している。なお、本実施形態では、全てのMOS21〜26が非導通状態である場合に第1電圧印加部65により印加される電圧がPIG1電圧の50%となるように、第1電圧印加部65のプルアップ抵抗の抵抗値とそれぞれの端子電圧検出部を構成する抵抗の抵抗値の和とが一致するように構成している。これにより、閾値をPIG1電圧の中心に設定することができるので、上MOS21〜24および下MOS24〜26のいずれが故障していたとしても、適切に故障判定を行うことができる。なお、後述するプリドライバ52のショート故障判定処理においても同様のことがいえる。U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S14:YES)、S16に移行する。U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しないと判断された場合(S14:NO)、S15へ移行する。
S15では、MOS21〜26の少なくとも1つにおいてショート故障が生じていると特定する。端子電圧が、PIG1電圧の50%の出力を上回り、PIG1電圧を略一致する場合、上MOS21〜23の少なくとも1つのショート故障であると特定できる。端子電圧がPIG1電圧の50%の出力を下回り、略0になる場合、下MOS24〜26の少なくとも1つがショート故障であると特定できる。
なお、本実施形態では、S14において、PIG1電圧に1/2を乗じた値を中心とする所定範囲に含まれている場合、「端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。また、上述の通り、上MOSがショート故障している場合、端子電圧はPIG1電圧と略一致し、下MOSがショート故障している場合、端子電圧が0と略一致するので、S14におけるPIG1電圧の50%出力の中心とする所定範囲は、0から電源電圧の間で、測定誤差等を考慮して、任意に設定することができる。
U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S14:YES)に移行するS16では、全てのMOS21〜26自体においてオン固着等によるショート故障が生じていないと特定し、ショート故障判定処理を行う。続くS17では、オープン故障判定処理を行う。S16で行われるショート故障判定処理およびS17で行われるオープン故障判定処理は、後述する。
S16で行われるショート故障判定処理およびS17で行われるオープン故障判定処理にて異常がなかった場合に移行するS18では、通常のPWM制御によるモータ10の駆動制御を開始する。
ここで、S16におけるショート故障判定処理を図4および図5に基づいて説明する。なお、プリドライバ52において、上MOS21〜23のオンおよびオフの切り替えに係る箇所のショート故障を検出するための処理を図4に示し、下MOS21〜24のオンおよびオフの切り替えに係る箇所のショート故障を検出するための処理を図5に示した。
図4に示す最初のS101では、プリドライバ52を介し第1インバータ部20における全ての上MOS21〜23を同時にオンとするように駆動制御する。以下、MOS21〜26に対し、オンまたはオフとするように駆動制御を行うことを「オン制御する」または「オフ制御する」という。全ての上MOS21〜23がオン制御されたとき、第1インバータ部20における全ての下MOS24〜26はオフのままとなっている。このとき、下MOS24〜26自体はショート故障していないことが特定されているので、上MOS21〜23をオン制御しても、過電流が流れることはない。
S102では、S101においてオン制御した上MOS21〜23をオフ制御する。
S103では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S103:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S103:NO)、S104へ移行する。
S104では、U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、PIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれている場合、「端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S104:YES)、S108へ移行する。U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しないと判断された場合(S104:NO)、S105へ移行する。なお、S104における判断処理は、U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1と略一致するか否かを判断し、U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧と略一致しない場合S108へ移行し、略一致する場合S105へ移行するように構成してもよい。
S105では、異常カウンタをインクリメントし、S106へ移行する。
S106では、異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S106:NO)、S103へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S106:YES)、S107へ移行する。
S107では、上MOS21〜23を非導通状態にできないショート故障がプリドライバ52において生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S104:YES)に移行するS108では、全ての上MOS21〜23は非導通状態となっているため、プリドライバ52において、上MOS21〜23のオンおよびオフの切り替えを行う箇所にショート故障が生じていないことを特定する。そして、異常カウンタをリセットし、図5に示すS111へ移行する。
図5に示すS111では、プリドライバ52を介し第1インバータ部20における全ての下MOS24〜26を同時にオン制御する。このとき、第1インバータ部20における全ての上MOS21〜23はオフのままとなっている。なお、本実施形態では、プリドライバ52における上MOS21〜23のオンおよびオフを切り替える箇所がショート故障していないことが特定されているので、下MOS21〜23をオンしても、上MOSから下MOSへ過電流が流れることはない。
S112では、S111においてオン制御した下MOS24〜26をオフ制御する。
S113では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S113:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S113:NO)、S114へ移行する。
S114では、U1端子電圧、V1端子電圧、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、PIG電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれる場合、「端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。U1端子電圧、V1端子電圧、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S114:YES)、S118へ移行する。U1端子電圧、V1端子電圧、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しないと判断された場合(S114:NO)、S115へ移行する。なお、S114における判断処理は、U1端子電圧、V1端子電圧、W1端子電圧が略0であるか否かを判断し、U1端子電圧、V1端子電圧、W1端子電圧が略0ではない場合にS108へ移行し、略0である場合にS115へ移行するように構成してもよい。
S115では、異常カウンタをインクリメントし、S116へ移行する。
S116では、異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S116:NO)、S113へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S116:YES)、S117へ移行する。
S117では、下MOS24〜26を非導通状態にできないショート故障がプリドライバ52において生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
U1端子電圧、V1端子電圧、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S114:YES)に移行するS118では、全ての下MOS24〜26は非導通状態となっているため、プリドライバ52において、下MOS24〜26を非導通状態にできないショート故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットする。そして、ショート故障判定処理を終了する。
なお、本実施形態におけるショート故障判定処理では、まず上MOS21〜23のショート故障を特定し(図4)、その後下MOS24〜26のショート故障を特定したが(図5)、先に下MOS24〜26のショート故障を特定し(図5)、その後上MOS21〜24のショート故障を特定するように構成してもよい。すなわち、図5中のS111〜S118の処理を行った後に、図4中のS101〜S108の処理を行うように構成してもよい。
次に、S17におけるオープン故障判定処理を図6〜図8に基づいて説明する。なお、U1スイッチング素子対41を導通状態にできないオープン故障を検出するための処理を図6に示し、V1スイッチング素子対42を導通状態にできないオープン故障を検出するための処理を図7に示し、W1スイッチング素子対43を導通状態にできないオープン故障を検出するための処理を図8に示した。
図6中のS201では、U1スイッチング素子対41において、50%PWM駆動を行う。すなわち、1周期におけるU1上MOS21がオン制御されている期間が50%となるように、U1上MOS21をオン制御しU1下MOS24をオフ制御する状態と、U1上MOS21をオフ制御しU1下MOS24をオフ制御する状態とを、周期的に繰り返す。このとき、MOS21、24およびプリドライバ52において、ショート故障は生じていないことが特定されているので、PWM駆動を行ってもU1上MOS21からU1下MOS24へ過電流が流れることはない。
S202では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S202:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S202:YES)、S203へ移行する。
S203では、U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、PIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれる場合、「U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S203:YES)、S211へ移行する。U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しないと判断された場合(S203:NO)、S204へ移行する。
S204では、U1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致するか否かを判断する。U1端子電圧がPIG1電圧と一致しないと判断された場合(S204:NO)、S208へ移行する。U1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致すると判断された場合(S204:YES)、S205へ移行する。
S205では、第1異常カウンタをインクリメントする。
S206では、第1異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。第1異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S206:NO)、S202へ戻る。第1異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S206:YES)、S207へ移行する。
S207では、U1下MOS24を導通状態にできないオープン故障であると特定するとともに、U1スイッチング素子対41におけるPWM駆動を停止し、故障検出処理を終了する。
U1端子電圧がPIG1電圧と一致しないと判断された場合(S204:NO)に移行するS208では、第2異常カウンタをインクリメントする。
S209では、第2異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。第2異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S209:NO)、S202へ戻る。第2異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S209:YES)、S210へ移行する。
S210では、U1上MOS21を導通状態にできないオープン故障であると特定するとともに、U1スイッチング素子対41におけるPWM駆動を停止し、故障検出処理を終了する。
U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S203:YES)に移行するS211では、U1スイッチング素子対41においてオープン故障が生じていないことを特定する。また、第1異常カウンタおよび第2異常カウンタをリセットし、U1スイッチング素子対41におけるPWM駆動を停止し、図7に示すS221へ移行する。
図7に示すS221では、V1スイッチング素子対42において、50%PWM駆動を行う。すなわち、1周期におけるV1上MOS22をオン制御している期間が50%となるように、V1上MOS22をオン制御しV1下MOS25をオフ制御する状態と、V1上MOS22をオフ制御しV1下MOS25をオン制御する状態と、を周期的に繰り返す。このとき、MOS22、25およびプリドライバ52において、ショート故障は生じていないことが特定されているので、PWM駆動を行ってもV1上MOS22からV1下MOS25へ過電流が流れることはない。
S222では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S222:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S222:YES)、S223へ移行する。
S223では、V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、PIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれる場合、「V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S223:YES)、S231へ移行する。U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しないと判断された場合(S223:NO)、S224へ移行する。
S224では、V1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致するか否かを判断する。V1端子電圧がPIG1電圧と一致しないと判断された場合(S224:NO)、S228へ移行する。V1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致すると判断された場合(S224:YES)、S225へ移行する。
S225では、第1異常カウンタをインクリメントする。
S226では、第1異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。第1異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S226:NO)、S222へ戻る。第1異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S226:YES)、S227へ移行する。
S227では、V1下MOS25を導通状態にできないオープン故障であると特定するとともに、V1スイッチング素子対42におけるPWM駆動を停止し、故障検出処理を終了する。
V1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致しないと判断された場合(S224:NO)に移行するS228では、第2異常カウンタをインクリメントする。
S229では、第2異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。第2異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S229:NO)、S222へ戻る。第2異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S229:YES)、S230へ移行する。
S230では、V1上MOS22を導通状態にできないオープン故障であると特定するとともに、V1スイッチング素子対42におけるPWM駆動を停止し、故障検出処理を終了する。
V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S223:YES)に移行するS231では、V1スイッチング素子対42においてオープン故障が生じていないことを特定する。また、第1異常カウンタおよび第2異常カウンタをリセットし、V1スイッチング素子対42におけるPWM駆動を停止し、図8に示すS241へ移行する。
図8に示すS241では、W1スイッチング素子対43において、50%PWM駆動を行う。すなわち、1周期におけるW1上MOS23をオン制御している期間が50%となるように、W1上MOS23をオン制御しW1下MOS26をオフ制御する状態と、W1上MOS23をオフ制御しV1下MOS25をオン制御する状態と、を周期的に繰り返す。このとき、MOS23、26およびプリドライバ52において、ショート故障は生じていないことが特定されているので、PWM駆動を行ってもW1上MOS23からW1下MOS26へ過電流が流れることはない。
S242では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S242:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S242:YES)、S243へ移行する。
S243では、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、PIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれる場合、「W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S243:YES)、S251へ移行する。U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しないと判断された場合(S243:NO)、S244へ移行する。
S244では、W1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致するか否かを判断する。W1端子電圧がPIG1電圧と一致しないと判断された場合(S244:NO)、S248へ移行する。W1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致すると判断された場合(S244:YES)、S245へ移行する。
S245では、第1異常カウンタをインクリメントする。
S246では、第1異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。第1異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S246:NO)、S242へ戻る。第1異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S246:YES)、S247へ移行する。
S247では、W1下MOS26を導通状態にできないオープン故障であると特定するとともに、W1スイッチング素子対43におけるPWM駆動を停止し、故障検出処理を終了する。
W1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致しないと判断された場合(S244:NO)に移行するS248では、第2異常カウンタをインクリメントする。
S249では、第2異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。第2異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S249:NO)、S242へ戻る。第2異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S249:YES)、S250へ移行する。
S250では、W1上MOS23を導通状態にできないオープン故障であると特定するとともに、W1スイッチング素子対43におけるPWM駆動を停止し、故障検出処理を終了する。
W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S243:YES)に移行するS251では、W1スイッチング素子対43においてオープン故障が生じていないことを特定する。また、第1異常カウンタおよび第2異常カウンタをリセットし、W1スイッチング素子対43におけるPWM駆動を停止する。そして、オープン故障判定処理を終了する。なお、ここまでの故障検出処理により、MOS21〜26およびプリドライバ52において、ショート故障およびオープン故障が検出されなかったとき、上述の通り、図3に示すS18に移行し、通常のPWM制御によるモータ10の駆動制御を開始する。
ここで、オープン故障が生じていたときの端子電圧について説明する。ここではU1スイッチング素子対41を例に説明するが、他のスイッチング素子対においても同様である。
全てのMOS21〜26が非導通状態のときに第1電圧印加部65により印加されるU1端子電圧をVoff、PIG1電圧をVPIG、PWM駆動においてU1上MOS21がオンされている時間をTon、U1下MOS24がオンされている時間をToffとすると、U1上MOS21がオープン故障している場合のU1端子電圧Vu1は、以下の式(1)で表される。
u1=Voff×Ton/(Ton+Toff) …(1)
また、U1下MOS24がオープン故障している場合のU1端子電圧Vu1は、以下の式(2)で表される。
u1=(Voff+VPIG)×Ton/(Ton+Toff) …(2)
なお、第1電圧印加部65がプルアップ抵抗によって構成されている場合、全てのMOS21〜26が非導通状態であるときに第1電圧印加部65によって印加されるU1端子電圧Voffは、第1電圧印加部65を構成するプルアップ抵抗の抵抗値をRp、U1端子電圧検出部81を構成する抵抗値の和をRtとすると、以下の式(3)で表される。
off=VPIG×Rt/(Rt+Rp) …(3)
本実施形態では、プルアップ抵抗値RpとU1端子電圧検出部を構成する抵抗値の和Rtとが等しいので、全てのMOS21〜26が非導通状態のときに第1電圧印加部65により印加される電圧Voffは、以下の式(4)で表される。
off=0.5×VPIG …(4)
本実施形態では、オープン故障検出処理において、50%PWM駆動しているので、U1上MOS21がオープン故障している場合のU1端子電圧Vu1を表す式(1)は、以下の式(5)のように変形できる。
u1=VPIG×0.5×0.5
=VPIG×0.25 …(5)
また、U1下MOS24がオープン故障している場合のU1端子電圧Vu1を表す式(2)は、以下の式(6)のように変形できる。
u1=(0.5×VPIG+VPIG)×0.5
=0.75×VPIG …(6)
したがって、図6に示すように、本実施形態では、式(6)に基づき、U1端子電圧Vu1がPIG1電圧VPIGの75%と一致する場合、U1下MOS24のオフ故障であると特定する(S204:YES、S207)。
なお、S204における判断処理は、式(5)に基づき、U1端子電圧Vu1がPIG1電圧VPIGの25%と一致するか否かを判断し、U1端子電圧Vu1がPIG1電圧VPIGの25%と一致すると判断された場合、U1上MOS21がオープン故障していると特定し、U1端子電圧Vu1が25%と一致しないと判断された場合、U1下MOS24がオープン故障していると特定するように構成してもよい。
なお、本実施形態におけるオープン故障判定処理では、U1スイッチング素子対41のオープン故障を特定し(図6)、V1スイッチング素子対42のオープン故障を特定し(図7)、W1スイッチング素子対43のオープン故障を特定したが(図8)、どの相からオープン故障特定を行ってもよい。
以下、電動機駆動装置1の効果(1)〜(5)について述べる。なおここでは主に第1インバータ部20について言及するが、第2インバータ部30においても同様の故障検出処理が行われるため、同様の効果を奏する。
(1)電動機駆動装置1では、通常のPWM制御を開始する前に、端子電圧とPIG1電圧に基づいて、MOS21〜26自体のオン固着等によるショート故障を検出する。また、MOS21〜26自体のショート故障が検出されなかった場合、上MOS21〜23を全てオン制御した後、全てのMOS21〜26をオフ制御したときの端子電圧とPIG1電圧とに基づき、MOS21〜23を非導通状態に出来ないプリドライバ52のショート故障を検出する。
本実施形態では、PWM制御のように上MOS21〜23と下MOS24〜26のオン制御およびオフ制御を周期的に切り替えるのではなく、上MOS21〜23をオン制御した後、全てのMOS21〜26をオフ制御したときの端子電圧とPIG1電圧とに基づいてプリドライバ52のショート故障を検出している(図3中のS15)。また、下MOS24〜26をオン制御した後、全てのMOS21〜26をオフ制御したときの端子電圧とPIG1電圧とに基づいてプリドライバ52のショート故障を検出している(S104〜S107、S114〜S117)。これにより、上MOS21〜23から対をなす下MOS24〜26に向かって電流が流れる経路が形成されないため、過電流を流すことなくプリドライバ52のショート故障を検出することができる。したがって、インバータの焼損を防止することができる。なお、本実施形態では、インバータ部20、30を経由せずに巻線組18、19に電圧を印加することができる電圧印加部65、66を備えているので、MOS21〜26がオフの状態であっても、端子電圧を検出することができるので、上記の故障検出処理を行うことができる。また、全ての上MOS21〜23または全ての下MOS24〜26を同時にオン制御しているので、MOS21〜26ごとにオン制御した後に全てのMOS21〜26をオフ制御していく場合と比較して、故障検出時間を短縮することができる。
(2)電動機駆動装置1は、第1インバータ部20および第2インバータ部30を備えている。また、制御部50におけるMOS21〜26およびプリドライバ52の故障を検出する故障検出処理は、第1インバータ部20と第1巻線組18とが電気的に接続された状態において行われる。また、MOS31〜36およびプリドライバ52の故障を検出する故障検出処理は、第2インバータ部と第2巻線組19とが電気的に接続された状態において行われる。
本実施形態では、第1インバータ部20において、上MOS21〜23をオン制御した後、全てのMOS21〜26をオフ制御してプリドライバ52のショート故障を検出することにより、過電流が流れないので、第1巻線組18と第1インバータ部20とが電気的に接続された状態において、ショート故障を検出することができる。これにより、モータリレーが不要となるので、装置の小型化に寄与する。また、インバータ部が複数系統にて構成されているので、モータリレーがなく、またMOS21〜26、31〜36が故障し、回生ブレーキが発生しても、故障が生じていない系統において、回生ブレーキ分の駆動力を補うことができる。
なお、本実施形態では、また、故障検出処理は、第1インバータ部20と第2インバータ部30とで、独立して行われる。また、それぞれの系統において、故障検出処理を同時に実行することができる。
(3)また、MOS21〜26のショート故障が検出されず、MOS21〜26をオフすることができないプリドライバ52のショート故障が検出されなかった場合、MOS21〜26を導通状態にできない故障であるオープン故障を検出する。オープン故障検出処理は、スイッチング素子対41〜43ごとに行う。スイッチング素子対41〜43においては、同様のオープン故障検出処理を行っているので、ここではスイッチング素子対41においてオープン故障検出を行ったときの効果について言及する。スイッチング素子対42、43においても同様の効果を奏する。
スイッチング素子対41において、上MOS21がオン制御され下MOS24がオフ制御されている状態と、上MOS21がオフ制御され下MOS24がオン制御されている状態とを周期的に切り替えている50%PWM駆動を行っているとき、PIG1電圧に上MOS21がオン制御している割合、すなわち50%、を乗じた値とU1端子電圧とが一致しない場合(S203:NO)、上MOS21または下MOS24のうち少なくとも一方を導通状態にできないオープン故障であることを検出する。オープン故障検出処理は、MOS21〜26およびプリドライバ52にショート故障がないことを特定したうえで行っている。したがって、PWM駆動を行っても、上MOS21〜23から対をなす下MOS24〜26に過電流が流れることがないので、焼損を防止することができる。
また、スイッチング素子対41において50%PWM駆動を行っているときのU1端子電圧とPIG1電圧の75%とが一致する場合(S204:YES)、下MOS24のオープン故障を特定する(S207)。また、U1端子電圧とPIG1電圧の75%とが一致しない場合(S204:NO)、U1上MOS21のオープン故障を特定する。これにより、オープン故障箇所が特定できるため、故障解析が容易になり、修理工数を低減することができる。
なお、図6に示す例では、U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しない場合(S203:NO)であって、U1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致する場合(S204:YES)、U1下MOS24がオープン故障していると特定し(S207)、U1端子電圧がPIG1電圧の75%と一致しない場合(S204:NO)、U1上MOS21がオープン故障していると特定した(S210)。これに代えて、U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しない場合(S203:NO)であって、U1端子電圧の25%と一致しない場合、U1上MOS21のオープン故障であると特定し、U1端子電圧の25%と一致しない場合、U1下MOS24のオープン故障であると特定してもよい。このように構成しても、オープン故障箇所が特定できるため、故障解析が容易になり、修理工数を低減することができる。
(4)また、本実施形態では、モータ10の回転が停止していると判断された場合(S12:YES、S103:YES、S113:YES、S202:YES、S222:YES、S244:YES)、MOS21〜26およびプリドライバ52の故障検出処理を行っている。例えば、ステアリングホイール91がユーザによって操作されることによりモータ10が回転し、逆起電圧の発生により端子電圧が変動する虞があるが、本実施形態では、モータ10の回転が停止しているときの端子電圧およびPIG1電圧に基づいて故障判定を行っているので、正確な故障判定を行うことができる。
(5)本実施形態の電動機駆動装置1は、電動パワーステアリング装置100に用いられている。電動パワーステアリング装置1は、車両の3大機能(走る、曲がる、止まる)のうち、「曲がる」を司る装置であり、その故障が重大事故に繋がりかねないシステムである。そのため、本実施形態は、通常のPWM制御を開始する前に、過電流を流すことなくMOS21〜26およびプリドライバ52の故障を検出することができるので、安全性の向上に寄与する。
本実施形態における制御部50が「回転制御手段」、「第1の故障検出手段」、「第2の故障検出手段」、「第3の故障検出手段」、および「停止判断手段」を構成する。また、図3中のS18が「回転制御手段」の機能としての処理に相当し、S13〜S15が「第1の故障検出手段」の機能としての処理に相当する。図4中のS104〜S107、および図5中のS114〜S117が「第2の故障検出手段」の機能としての処理に相当する。図6中のS203〜S210、図7中のS223〜S230、および図8中のS243〜S250が「第3の故障検出手段」の機能としての処理に相当する。また、図3中のS12、図4中のS103、図5中のS113、図6中のS202、図7中のS242、および、図8中のS262が「停止判断手段」の機能としての処理に相当する。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態おける電動パワーステアリング装置100および電動機駆動装置1の回路構成等は第1実施形態と同様であるので説明を省略し、ここでは故障検出処理についてのみ説明する。なお、第1実施形態と同様、第1インバータ部20における故障検出処理と、第2インバータ部30における故障検出処理とは、同様の処理が行われるため、ここでは第1インバータ部20における故障検出処理について説明する。なお、第1インバータ部20における故障検出処理と、第2インバータ部30における故障検出処理とは、同時に並行して行うことができる。
まず、図9に示す故障検出処理のメインフローについて説明する。図9に示す故障検出処理は、イグニッションスイッチ58がオンされたときに行われる処理である。
S51では、第1電源リレー61が正常か否かを判断する。第1電源リレー61が正常でないと判断された場合(S51:NO)、S52以下の処理を行わない。第1電源リレー61が正常であると判断された場合(S51:YES)、S52へ移行する。
S52では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S52:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S52:NO)、S53へ移行する。
S53では、U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧を取得する。
S54では、U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。この判断処理は、上記第1実施形態のS14と同様である。U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S54:YES)、S56に示すショート故障判定処理を行う。U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しないと判断された場合(S54:NO)、S55へ移行する。
S55では、MOS21〜26の少なくとも1つにおいてショート故障が生じていると特定する。端子電圧が、PIG1電圧の50%の出力を上回り、PIG1電圧を略一致する場合、上MOS21〜23の少なくとも1つがショート故障していると特定できる。端子電圧がPIG1電圧の50%の出力を下回り、略0になる場合、下MOS24〜26の少なくとも1つがショート故障していると特定できる。
なお、本実施形態では、S54において、PIG1電圧に1/2を乗じた値を中心とする所定範囲に含まれている場合、「端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。また、上述の通り、上MOSがショート故障している場合、端子電圧はPIG1電圧と略一致し、下MOSがショート故障している場合、端子電圧が0と略一致するので、S14におけるPIG1電圧の50%出力の中心とする所定範囲は、0から電源電圧の間で、測定誤差等を考慮して、任意に設定することができる。
U1端子電圧、V1端子電圧、および、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S54:YES)に移行するS16では、故障判定処理を行う。S16で行われる故障判定処理は、後述する。
S56にて行われる故障判定処理にて異常がなかった場合に移行するS19では、通常のPWM制御によるモータ10の駆動制御を開始する。
ここで、S56における故障判定処理を図10〜図15に基づいて説明する。なお、U1上MOS21に係る故障を検出するための処理を図10に示し、V1上MOS22に係る故障を検出するための処理を図11に示し、W1上MOS23に係る故障を検出するための処理を図12に示した。また、U1下MOS24に係る故障を検出するための処理を図13に示し、V1下MOS25に係る故障を検出するための処理を図14に示し、W1下MOS26に係る故障を検出するための処理を図15に示した。
図10に示す最初のS501では、プリドライバ52を介しU1上MOS21をオン制御する。このとき、第1インバータ部20におけるU1上MOS21以外の全てのMOS22〜26はオフのままとなっている。なお、U1下MOS24がショート故障していないことが特定されているので、U1上MOS21をオン制御したとしても、U1上MOS21からU1下MOS24へ過電流が流れることはない。
S502では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S502:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S502:NO)、S503へ移行する。
S503では、U1端子電圧がPIG1電圧と一致するか否かを判断する。U1端子電圧がPIG1電圧を一致すると判断された場合(S503:YES)、S507へ移行する。U1端子電圧がPIG1電圧と一致しないと判断された場合(S503:NO)、S504へ移行する。
S504では、異常カウンタをインクリメントする。
S505では、異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S505:NO)、S502へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S505:YES)、S506へ移行する。
S506では、U1上MOS21を導通状態にできないオープン故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
U1端子電圧がPIG1電圧と一致すると判断された場合(S503:YES)に移行するS507では、U1上MOS21およびプリドライバ52において、U1上MOS21を導通状態にできないオープン故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットする。
S508では、S501にてオン制御されたU1上MOS21をオフ制御する。すなわち、全てのMOS21〜26をオフとする。
S509では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S509:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S509:NO)、S510へ移行する。
S510では、U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、U1端子電圧がPIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれている場合、「U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する場合(S510:YES)、S514へ移行する。U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しない場合(S510:NO)、S511へ移行する。
S511では、異常カウンタをインクリメントする。
S512では、異常カウンタが所定回数N以上か否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S512:NO)、S509へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S512:YES)、S513へ移行する。
S513では、プリドライバ52において、U1上MOS21を非導通状態にできないショート故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S510:YES)に移行するS514では、プリドライバ52において、U1上MOS21を非導通状態にできないショート故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットし、図11に示すS521へ移行する。
図11中のS521では、プリドライバ52を介しV1上MOS22をオン制御する。このとき、第1インバータ部20におけるV1上MOS22以外の全てのMOS21、23〜26はオフのままとなっている。なお、V1下MOS25がショート故障していないことが特定されているので、V1上MOS22をオン制御したとしても、V1上MOS22からV1下MOS25へ過電流が流れることはない。
S522では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S522:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S522:NO)、S523へ移行する。
S523では、V1端子電圧がPIG1電圧と一致するか否かを判断する。V1端子電圧がPIG1電圧を一致すると判断された場合(S523:YES)、S527へ移行する。V1端子電圧がPIG1電圧と一致しないと判断された場合(S523:NO)、S524へ移行する。
S524では、異常カウンタをインクリメントする。
S525では、異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S525:NO)、S522へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S525:YES)、S526へ移行する。
S526では、V1上MOS22を導通状態にできないオープン故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
V1端子電圧がPIG1電圧と一致すると判断された場合(S523:YES)に移行するS527では、V1上MOS22およびプリドライバ52において、V1上MOS22を導通状態にできないオープン故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットする。
S528では、S521にてオン制御されたV1上MOS22をオフ制御する。すなわち、全てのMOS21〜26をオフとする。
S529では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S529:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S529:NO)、S530へ移行する。
S530では、V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、V1端子電圧がPIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれている場合、「V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する場合(S530:YES)、S534へ移行する。V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しない場合(S530:NO)、S531へ移行する。
S531では、異常カウンタをインクリメントする。
S532では、異常カウンタが所定回数N以上か否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S532:NO)、S529へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S532:YES)、S533へ移行する。
S533では、プリドライバ52において、V1上MOS22を非導通状態にできないショート故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S530:YES)に移行するS534では、プリドライバ52において、V1上MOS22を非導通状態にできないショート故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットし、図12に示すS541へ移行する。
図12中のS541では、プリドライバ52を介しW1上MOS23をオン制御する。このとき、第1インバータ部20におけるW1上MOS23以外の全てのMOS21、22、24〜26はオフのままとなっている。なお、W1下MOS26がショート故障していないことが特定されているので、W1上MOS23をオン制御したとしても、W1上MOS23からW1下MOS26へ過電流が流れることはない。
S542では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S542:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S542:NO)、S543へ移行する。
S543では、W1端子電圧がPIG1電圧と一致するか否かを判断する。W1端子電圧がPIG1電圧を一致すると判断された場合(S543:YES)、S547へ移行する。W1端子電圧がPIG1電圧と一致しないと判断された場合(S543:NO)、S544へ移行する。
S544では、異常カウンタをインクリメントする。
S545では、異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S545:NO)、S542へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S545:YES)、S546へ移行する。
S546では、W1上MOS23を導通状態にできないオープン故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
W1端子電圧がPIG1電圧と一致すると判断された場合(S543:YES)に移行するS547では、W1上MOS23およびプリドライバ52において、W1上MOS23を導通状態にできないオープン故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットする。
S548では、S541にてオン制御されたW1上MOS23をオフ制御する。すなわち、全てのMOS21〜26をオフとする。
S549では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S549:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S549:NO)、S550へ移行する。
S550では、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、W1端子電圧がPIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれている場合、「W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する場合(S550:YES)、S554へ移行する。W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しない場合(S550:NO)、S551へ移行する。
S551では、異常カウンタをインクリメントする。
S552では、異常カウンタが所定回数N以上か否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S552:NO)、S549へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S552:YES)、S553へ移行する。
S553では、プリドライバ52において、W1上MOS23を非導通状態にできないショート故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S550:YES)に移行するS554では、プリドライバ52において、W1上MOS23を非導通状態にできないショート故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットし、図13に示すS561へ移行する。
図13中のS561では、プリドライバ52を介しU1下MOS24をオン制御する。このとき、第1インバータ部20におけるU1下MOS24以外の全てのMOS21〜23、25、26はオフのままとなっている。なお、U1上MOS21がショート故障していないことが特定されているので、U1下MOS24をオン制御したとしても、U1上MOS21からU1下MOS24へ過電流が流れることはない。
S562では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S562:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S562:NO)、S563へ移行する。
S563では、U1端子電圧が0か否かを判断する。U1端子電圧が0であると判断された場合(S563:YES)、S567へ移行する。U1端子電圧が0でないと判断された場合(S563:NO)、S564へ移行する。
S564では、異常カウンタをインクリメントする。
S565では、異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S565:NO)、S562へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S565:YES)、S566へ移行する。
S566では、U1下MOS24を導通状態にできないオープン故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
U1端子電圧が0であると判断された場合(S563:YES)に移行するS567では、U1下MOS24およびプリドライバ52において、U1下MOS24を導通状態にできないオープン故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットする。
S568では、S561にてオン制御されたU1下MOS24をオフ制御する。すなわち、全てのMOS21〜26をオフとする。
S569では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S569:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S569:NO)、S570へ移行する。
S570では、U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、U1端子電圧がPIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれている場合、「U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する場合(S570:YES)、S574へ移行する。U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しない場合(S570:NO)、S571へ移行する。
S571では、異常カウンタをインクリメントする。
S572では、異常カウンタが所定回数N以上か否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S572:NO)、S569へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S572:YES)、S573へ移行する。
S573では、プリドライバ52において、U1下MOS24を非導通状態にできないショート故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
U1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S570:YES)に移行するS574では、プリドライバ52において、U1下MOS24を非導通状態にできないショート故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットし、図14に示すS581へ移行する。
図14中のS581では、プリドライバ52を介しV1下MOS25をオン制御する。このとき、第1インバータ部20におけるV1下MOS25以外の全てのMOS21〜23、23、26はオフのままとなっている。なお、V1上MOS22がショート故障していないことが特定されているので、V1下MOS25をオン制御したとしても、V1上MOS22からV1下MOS25へ過電流が流れることはない。
S582では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S582:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S582:NO)、S583へ移行する。
S583では、V1端子電圧が0か否かを判断する。V1端子電圧が0であると判断された場合(S583:YES)、S587へ移行する。V1端子電圧が0でないと判断された場合(S583:NO)、S584へ移行する。
S584では、異常カウンタをインクリメントする。
S585では、異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S585:NO)、S582へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S585:YES)、S586へ移行する。
S586では、V1下MOS25を導通状態にできないオープン故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
V1端子電圧が0であると判断された場合(S583:YES)に移行するS587では、V1下MOS25およびプリドライバ52において、V1下MOS25を導通状態にできないオープン故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットする。
S588では、S581にてオン制御されたV1下MOS25をオフ制御する。すなわち、全てのMOS21〜26をオフとする。
S589では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S589:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S589:NO)、S590へ移行する。
S590では、V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、V1端子電圧がPIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれている場合、「V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する場合(S590:YES)、S594へ移行する。V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しない場合(S590:NO)、S591へ移行する。
S591では、異常カウンタをインクリメントする。
S592では、異常カウンタが所定回数N以上か否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S592:NO)、S589へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S592:YES)、S593へ移行する。
S593では、プリドライバ52において、V1下MOS25を非導通状態にできないショート故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
V1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S590:YES)に移行するS594では、プリドライバ52において、V1下MOS25を非導通状態にできないショート故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットし、図15に示すS601へ移行する。
図15中のS601では、プリドライバ52を介しW1下MOS26をオン制御する。このとき、第1インバータ部20におけるW1下MOS26以外の全てのMOS21〜25はオフのままとなっている。なお、W1上MOS23がショート故障していないことが特定されているので、W1下MOS26をオン制御したとしても、W1上MOS23からV下MOS26へ過電流が流れることはない。
S602では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S602:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S602:NO)、S603へ移行する。
S603では、W1端子電圧が0か否かを判断する。W1端子電圧が0であると判断された場合(S603:YES)、S607へ移行する。W1端子電圧が0でないと判断された場合(S603:NO)、S604へ移行する。
S604では、異常カウンタをインクリメントする。
S605では、異常カウンタが所定回数N以上であるか否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S605:NO)、S602へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S605:YES)、S606へ移行する。
S606では、W1下MOS26を導通状態にできないオープン故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
W1端子電圧が0であると判断された場合(S603:YES)に移行するS607では、W1下MOS26およびプリドライバ52において、W1下MOS26を導通状態にできないオープン故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットする。
S608では、S601にてオン制御されたW1下MOS26をオフ制御する。すなわち、全てのMOS21〜26をオフとする。
S609では、回転角センサから取得される回転位置θに基づき、モータ10が回転中か否かを判断する。モータ10が回転中であると判断された場合(S609:YES)、この判断処理を繰り返す。モータ10が回転中でないと判断された場合(S609:NO)、S610へ移行する。
S610では、W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致するか否かを判断する。ここでは、W1端子電圧がPIG1電圧の50%の出力値を中心とする所定範囲に含まれている場合、「W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する」と判断する。所定範囲は、測定誤差等を考慮し、0から電源電圧の間で任意に設定することができる。W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致する場合(S610:YES)、S614へ移行する。W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致しない場合(S610:NO)、S611へ移行する。
S611では、異常カウンタをインクリメントする。
S612では、異常カウンタが所定回数N以上か否かを判断する。異常カウンタが所定回数N以上でないと判断された場合(S612:NO)、S609へ戻る。異常カウンタが所定回数N以上であると判断された場合(S612:YES)、S613へ移行する。
S613では、プリドライバ52において、W1下MOS26を非導通状態にできないショート故障が生じていることを特定し、故障検出処理を終了する。
W1端子電圧がPIG1電圧の50%と一致すると判断された場合(S610:YES)に移行するS614では、プリドライバ52において、W1下MOS26を非導通状態にできないショート故障が生じていないことを特定する。また、異常カウンタをリセットする。そして、故障判定処理を終了する。なお、ここまでの故障検出処理により、MOS21〜26およびプリドライバ52において、ショート故障およびオープン故障が検出されなかったとき、上述の通り、図9に示すS57へ移行し、通常のPWM制御によるモータ10の駆動制御を開始する。
なお、本実施形態における故障判定処理では、U1上MOS21、V1上MOS22、W1上MOS23、U1下MOS24、V1下MOS25、W1下MOS26の順に故障検出を行ったが、いずれのMOSから故障検出を行ってもよい。
以下、電動機駆動装置1の効果について述べる。なお、上記第1実施形態の効果(2)、(4)、(5)については、本実施形態においても同様であるため、省略する。
本実施形態では、通常のPWM制御を開始する前に、端子電圧とPIG1電圧に基づいて、MOS21〜26自体のオン固着等によるショート故障を検出する。また、MOS21〜26自体のショート故障が検出されなかった場合、MOS21〜26のうちの1つをオン制御した後、全てのMOS21〜26をオフ制御したときの端子電圧とPIG1電圧とに基づいてオン制御されたMOS21〜26を非導通状態にできないプリドライバ52のショート故障を検出している(図10中のS510、図11中のS530、S12中のS550、図13中のS570、図14中のS590、図15中のS610)。これにより、上MOS21〜23から対をなす下MOS24〜26に向かって電流が流れる経路が形成されないため、過電流を流すことなくプリドライバ52のショート故障を検出することができる。したがって、インバータの焼損を防止することができる。なお、第1実施形態と同様、インバータ部20、30を経由せずに巻線組18、19に電圧を印加することができる電圧印加部65、66を備えているので、MOS21〜26がオフの状態であっても、端子電圧を検出することができるので、上記の故障検出処理を行うことができる。また、プリドライバにおける故障箇所を特定することができるので、故障解析が容易になり、修理工数を低減することができる。
また、MOS21〜26のうちの1つをオン制御したときに検出される端子電圧とPIG1電圧とに基づいてオンされたスイッチング素子を導通状態にできないオープン故障を検出する。上MOS21〜23のうちの1つをオン制御したときに検出される端子電圧とPIG1電圧とが一致しない場合(図10中のS503、図11中のS523、図12中のS543)、オン制御されたMOS21〜23を導通状態にできないオープン故障を検出する。また、下MOS24〜26のうちの1つをオン制御したときに検出される端子電圧が0である場合(図13中のS563、図14中のS583、図15中のS603)、オンされたMOS24〜26を導通状態にできないオープン故障を検出する。これにより、オープン故障箇所を容易に特定することができるので、故障解析が容易になり、修理工数を低減することができる。
本実施形態における制御部50が「回転制御手段」、「第1の故障検出手段」、「第2の故障検出手段」、「第3の故障検出手段」、および「停止判断手段」を構成する。また、図9中のS57が「回転制御手段」の機能としての処理に相当し、S53〜S55が「第1の故障検出手段」の機能としての処理に相当する。図10中のS510〜S513、図11中のS530〜S533、図12中のS550〜S553、図13中のS570〜573、図14中のS590〜S593、および図15中のS610〜613が「第2の故障検出手段」の機能としての処理に相当する。図10中のS503〜S506、図11中のS523〜S526、図12中のS543〜S546、図13中のS563〜S564、図14中のS583〜S586、および図15中のS503〜S606が「第3の故障検出手段」の機能としての処理に相当する。また、図9中のS52、図10中のS502、S509、図11中のS522、S529、図11中のS542、S549、図12中のS542、S549、図13中のS562、S569、図14中のS582、S589、および図15中のS602、S609が「停止判断手段」の機能としての処理に相当する。
(他の実施形態)
上記実施形態では、モータが回転していないと判断された後に、端子電圧とPIG電圧との比較を行っていた。他の実施形態では、モータが回転しているか否かの判断は省略してもよい。これにより、故障検出処理を簡素化することができる。
また、上記実施形態では、オープン故障の検出を行っていたが、オープン故障が生じていても過電流が流れることがないので、オープン故障検出を省略し、ショート故障のみを検出するように構成してもよい。これにより、故障検出処理を簡素化することができる。
さらにまた、上記実施形態では、インバータ部は2つであったが、1つであってもよく、3つ以上であってもよい。
上記実施形態では、電圧印加部は、プルアップ抵抗により構成されていた。他の実施形態では、インバータ部を経由せずに巻線組に電圧を供給できればよく、例えば、ダイオード、レギュレータ、コンパレータ等によって構成されていてもよい。
また、上記実施形態では、電動機駆動装置を電動パワーステアリング装置に用いた。他の実施形態では、電動機駆動装置はEPSに限らず、例えばハイブリッド用主機モータ、パワーウインド等、EPS以外のものに用いることができる。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
1:電動機駆動装置、10:モータ(電動機)、11〜16:コイル(巻線)、18、19:巻線組、20:第1インバータ部、21〜26:MOS(スイッチング素子)、27〜29:接続点、30:第2インバータ部、31〜36:MOS(スイッチング素子)、37〜39:接続点、41〜46:スイッチング素子対、48:シャント抵抗、50:制御部(回転制御手段、第1の故障検出手段、第2の故障検出手段、第3の故障検出手段、停止判断手段)、52:プリドライバ(通電状態切替部)、55:バッテリ(電源)、56:ラジオノイズコイル、57:電源平滑用コンデンサ、58:イグニッションスイッチ、59:イグニッション電圧検出部、61、62:電源リレー、65、66:電圧印加部、70:PIG電圧検出部(パワー電圧検出部)、80:端子電圧検出部、90:ステアリングシステム、91:ステアリングホイール、92:ステアリングシャフト、94:ステアリングセンサ、95:トルクセンサ、96:ギア、97:ラック軸、98:タイヤ、100:電動パワーステアリングシステム

Claims (14)

  1. 複数の相に対応する巻線から構成される複数の巻線組を有する電動機と、
    前記複数の巻線組ごとに設けられ、前記巻線の各相に対応し高電位側に配置された高電位側スイッチング素子および低電位側に配置された低電位側スイッチング素子によりスイッチング素子対をなす複数のスイッチング素子を有し、前記巻線へ電流を供給するインバータ部と、
    前記スイッチング素子のオンおよびオフを切り替える通電状態切替部と、
    前記インバータ部を経由せずに前記巻線に電圧を印加する電圧印加部と、
    それぞれの前記インバータ部と電源との間におけるパワー電圧を検出するパワー電圧検出部と、
    前記スイッチング素子と前記巻線との接点の電圧である端子電圧を前記巻線ごとに検出する端子電圧検出部と、
    前記通電状態切替部を制御して前記スイッチング素子のオンおよびオフを切り替えることにより前記電動機の回転を制御する回転制御手段、前記回転制御手段による前記電動機の回転の制御を開始する前に、前記端子電圧と前記パワー電圧とに基づいて前記スイッチング素子のショート故障を検出する第1の故障検出手段、および、前記回転制御手段による前記電動機の回転の制御を開始する前であって、前記第1の故障検出手段により前記スイッチング素子の故障が検出されなかったとき、前記高電位側スイッチング素子または前記低電位側スイッチング素子の一方のスイッチング素子の少なくとも1つをオン制御した後、全ての前記スイッチング素子をオフ制御したときの前記端子電圧と前記パワー電圧とに基づいて前記スイッチング素子を非導通状態にできない前記導通状態切替部のショート故障を検出する第2の故障検出手段を有する制御部と、
    を備えることを特徴とする電動機駆動装置。
  2. 前記インバータ部は、複数であり、
    前記第1の故障検出手段および前記第2の故障検出手段は、前記巻線組と前記インバータ部とが電気的に接続された状態において前記スイッチング素子または前記導通状態切替部の故障を検出することを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動装置。
  3. 前記第2の故障検出手段は、前記高電位側スイッチング素子を全てオン制御した後、全ての前記スイッチング素子をオフ制御したときの前記パワー電圧と前記端子電圧とに基づき、前記高電位側スイッチング素子を非導通状態にできない前記導通状態切替部のショート故障を検出することを特徴とする請求項1または2に記載の電動機駆動装置。
  4. 前記第2の故障検出手段は、前記低電位側スイッチング素子を全てオン制御した後、全ての前記スイッチング素子をオフ制御したときの前記パワー電圧と前記端子電圧とに基づき、前記低電位側スイッチング素子を非導通状態にできない前記導通状態切替部のショート故障を検出することを特徴とする請求項1または2に記載の電動機駆動装置。
  5. 前記制御部は、前記第1の故障検出手段により前記スイッチング素子のショート故障が検出されず、前記第2の故障検出手段により前記スイッチング素子をオフすることができない前記導通状態切替部のショート故障が検出されなかった場合、前記スイッチング素子対ごとに前記高電位側スイッチング素子がオン制御され前記低電位側スイッチング素子がオフ制御されている状態と、前記高電位側スイッチング素子がオフ制御され前記低電位側スイッチング素子がオン制御されている状態とを周期的に切り替えているときの前記パワー電圧および前記端子電圧の少なくとも一方に基づき、前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子の少なくとも一方を導通状態にできないオープン故障を検出する第3の故障検出手段を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。
  6. 前記第3の故障検出手段は、前記スイッチング素子対ごとに前記高電位側スイッチング素子がオン制御され前記低電位側スイッチング素子がオフ制御されている状態と、前記高電位側スイッチング素子がオフ制御され前記低電位側スイッチング素子がオン制御されている状態とを周期的に切り替えているときの前記端子電圧が、前記スイッチング素子のオン制御およびオフ制御を切り替える1周期における前記高電位側スイッチング素子がオン制御されている時間の占める割合を前記パワー電圧に乗じた値と一致しない場合、前記高電位側スイッチング素子または前記低電位側スイッチング素子のうち少なくとも一方を導通状態にできないオープン故障であることを検出することを特徴とする請求項5に記載の電動機駆動装置。
  7. 前記第3の故障検出手段は、前記スイッチング素子対ごとに前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のオン制御およびオフ制御を周期的に切り替えているときの端子電圧が、全ての前記スイッチング素子がオフされているときに前記電圧印加部により印加される電圧と前記電源により供給される電圧との和に前記スイッチング素子のオン制御およびオフ制御を切り替える1周期における前記高電位側スイッチング素子がオン制御されている時間の占める割合を乗じた値となる場合、前記低電位側スイッチング素子を導通状態にできないオープン故障であることを検出することを特徴とする請求項5または6に記載の電動機駆動装置。
  8. 前記第3の故障検出手段は、前記スイッチング素子対ごとに前記高電位側スイッチング素子および前記低電位側スイッチング素子のオン制御およびオフ制御を周期的に切り替えているときの前記端子電圧が、全ての前記スイッチング素子がオフされているときに前記電圧印加部により印加される電圧に前記スイッチング素子のオン制御およびオフ制御を切り替える1周期における前記高電位側スイッチング素子がオン制御されている時間の占める割合を乗じた値となる場合、前記高電位側スイッチング素子を導通状態にできないオープン故障であることを検出することを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。
  9. 前記第2の故障検出手段は、前記スイッチング素子のうちの1つをオン制御した後、全ての前記スイッチング素子をオフ制御としたときの前記端子電圧と前記パワー電圧とに基づき、オン制御された前記スイッチング素子を非導通状態にできない前記導通状態切替部のショート故障であることを検出することを特徴とする請求項1または2に記載の電動機駆動装置。
  10. 前記制御部は、前記スイッチング素子のうちの1つをオン制御したときに検出される前記パワー電圧と前記端子電圧とに基づき、オン制御された前記スイッチング素子を導通状態にすることができないオープン故障を検出する第3の故障検出手段を備えることを特徴とする請求項9に記載の電動機駆動装置。
  11. 前記第3の故障検出手段は、前記高電位側スイッチング素子のうち1つをオン制御したときに検出される前記パワー電圧と前記端子電圧とが一致しないとき、オン制御された前記高電位側スイッチング素子を導通状態にすることができないオープン故障であることを検出することを特徴とする請求項12に記載の電動機駆動装置。
  12. 前記第3の故障検出手段は、前記低電位側スイッチング素子のうち1つをオン制御したときに検出される前記端子電圧が0であるとき、オン制御された前記低電位側スイッチング素子を導通状態にすることができないオープン故障であることを検出することを特徴とする請求項10に記載の電動機駆動装置。
  13. 前記制御部は、
    前記電動機の回転が停止しているか否かを判断する停止判断手段を有し、
    前記停止判断手段により電動機の回転が停止していると判断された場合、前記スイッチング素子または前記導通状態切替部の故障を検出することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の電動機駆動装置。
  14. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の電動機駆動装置を用いた電動パワーステアリング装置。
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