JP2011176912A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三相ブラシレスモータの駆動回路内の１個のスイッチング素子が開放故障した場合または同相の２つのスッチング素子が開放故障した場合において、他の正常な二相によって三相ブラシレスモータを駆動することができるモータ制御を提供する。
【解決手段】第１の正常相であるＵ相の誘起電圧Ｖ_Ｕが正の極性の所定のしきい値Ｖth1より大きい期間においては、二相駆動部４３は、第１の正常相であるＵ相のハイサイドＦＥＴ３１_ＵＨをオンさせるとともに、第２の正常相であるＶ相のローサイドＦＥＴ３１_ＶＬをオンさせる。また、第２の正常相であるＶ相の誘起電圧Ｖ_Ｖが正の極性のしきい値Ｖth1より大きい期間においては、二相駆動部４３は、第２の正常相であるＶ相のハイサイドＦＥＴ３１_ＶＨをオンさせるとともに、第１の正常相であるＵ相のローサイドＦＥＴ３１_ＵＬをオンさせる。
【選択図】図２

Description

この発明は、三相ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置に関する。三相ブラシレスモータは、たとえば、電動パワーステアリング装置における操舵補助力の発生源として利用される。

電動パワーステアリング装置に使用されているブラシレスモータの駆動回路は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのスイッチング素子を含んでいる。スイッチング素子に故障が発生すると、ステアリングホイールを操作するときにブラシレスモータが負荷となり、操舵が重くなるおそれがある。このような問題に対処するために、ブラシレスモータと駆動回路との結線にリレーが挿入されている。たとえば、三相ブラシレスモータの場合には、二相のモータ結線にそれぞれリレーを挿入し、無制御時およびスイッチング素子の故障時には、それらのリレーをオフするようにしている。

特開2008-67429号公報 特開2009-71975号公報

上記の先行技術では、モータ駆動回路内のスイッチング素子が故障した時には、リレーをオフしているため、ブラシレスモータを駆動することができない。そのため、電動パワーステアリング装置においては、操舵補助力（アシスト力）を発生させることができない。
この発明の目的は、三相ブラシレスモータの駆動回路内の１個のスイッチング素子が開放故障した場合または同相の２つのスイッチング素子が開放故障した場合において、他の正常な二相によって三相ブラシレスモータを駆動することができるモータ制御装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、三相ブラシレスモータ（１８）を制御するためのモータ制御装置であって、２個のスイッチング素子（３１_ＵＨ，３１_ＵＬ；３１_ＶＨ，３１_ＶＬ；３１_ＷＨ，３１_ＷＬ）が直列に接続された直列回路を三相の各相に対応して３組備え、かつ電源（３３）と接地（３４）間においてそれらの直列回路が並列接続されている駆動回路（３０）と、前記複数のスイッチング素子のうちの１つのスイッチング素子または同相の２つのスイッチング素子が開放故障したときに、全てのスイッチング素子をオフにさせる手段（４１，４２，Ｓ１）と、開放故障したスイッチング素子に対応する故障相以外の２つの正常相のうち少なくとも一方に対応する誘起電圧を監視する手段（４１）と、前記監視手段によって監視されている正常相の誘起電圧に対して同位相の電流がその正常相に流れるように、当該正常相に対応するスイッチング素子を制御する制御手段（４１，４３，Ｓ２〜Ｓ５）とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

上記構成では、複数のスイッチング素子のうちの１つのスイッチング素子または同相の２つのスイッチング素子が開放故障したときに、全てのスイッチング素子がオフにされる。これにより、三相ブラシレスモータの駆動が停止される。この後、開放故障したスイッチング素子に対応する故障相以外の２つの正常相のうち少なくとも一方に対応する誘起電圧が監視される。そして、監視されている正常相の誘起電圧に対して同位相の電流がその正常相に流れるように、当該正常相に対応するスイッチング素子が制御される。これにより、当該正常相に対して、誘起電圧と同等以上の駆動電圧を与えることができるから、三相ブラシレスモータを駆動することができる。したがって、三相ブラシレスモータが電動パワーステアリング装置に使用されている場合には、スイッチング素子が開放故障した場合においても、操舵補助を行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、２つの正常相のうち少なくとも一方の正常相の誘起電圧が正極性の所定のしきい値（Ｖth1）より大きくなったときに、当該正常相のハイサイドスイッチング素子をオンさせるとともに、他方の正常相（Ｖ相）のローサイドスイッチング素子をオンさせる手段（４３）を含む請求項１に記載のモータ制御装置である。

この構成では、２つの正常相（たとえば、Ｕ相，Ｖ相）のうち少なくとも一方の正常相（Ｕ相）の誘起電圧（Ｖ_Ｕ）が正極性のしきい値（Ｖth1）より大きくなったときに、当該正常相のハイサイドスイッチング素子（３１_ＵＨ）がオンされるとともに、他方の正常相（Ｖ相）のローサイドスイッチング素子（３１_ＶＬ）がオンされる。この場合には、正常相であるＵ相の界磁コイル（１８Ｕ）に、電源（３３）から、この相に発生している誘起電圧と同位相の電流が流れるので、ブラシレスモータ（１８）が駆動される。

請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、２つの正常相のうち少なくとも一方の正常相の誘起電圧が負極性の所定のしきい値（Ｖth2）より小さくなったときに、当該正常相のローサイドスイッチング素子をオンさせるとともに、他方の正常相のハイサイドスイッチング素子をオンさせる手段を含む請求項１に記載のモータ制御装置である。
この構成では、２つの正常相（たとえば、Ｕ相，Ｖ相）のうち少なくとも一方の正常相（Ｕ相）の誘起電圧（Ｖ_Ｕ）が負極性のしきい値（Ｖth2）より小さくなったときに、当該正常相のローサイドスイッチング素子（３１_ＵＬ）がオンされるとともに、他方の正常相（Ｖ相）のハイサイドスイッチング素子（３１_ＶＨ）がオンされる。この場合には、正常相であるＵ相の界磁コイル（１８Ｕ）に、電源（３３）から、この相に発生している誘起電圧と同位相の電流が流れるので、ブラシレスモータ（１８）が駆動される。

請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、２つの正常相のうち少なくとも一方の正常相の誘起電圧が正極性の所定のしきい値（Ｖth1）より大きくなったときに、当該正常相のハイサイドスイッチング素子をオンさせるとともに、他方の正常相のローサイドスイッチング素子をオンさせる第１手段（４３）と、２つの正常相のうち少なくとも一方の正常相の誘起電圧が負極性の所定のしきい値（Ｖth2）より小さくなったときに、当該正常相のローサイドスイッチング素子をオンさせるとともに、他方の正常相のハイサイドスイッチング素子をオンさせる第２手段（４３）とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。

この構成では、請求項２に記載の発明による作用効果と、請求項３に記載の発明による作用効果の両方を奏する。
請求項５に記載の発明は、前記制御手段によってスイッチング素子がオンされる時間が、一定である請求項２〜４のいずれかに記載のモータ制御装置である。この構成では、制御手段によってスイッチング素子がオンされたときには、オンされてから一定時間が経過したときに、当該スイッチング素子がオフされる。

請求項６に記載の発明は、前記制御手段によってスイッチング素子がオンされる時間は、前記誘起電圧が正極性の所定の第１のしきい値（Ｖth1）より大きくなってから正極性の所定の第２のしきい値以下となるまでの期間である請求項２に記載のモータ制御装置である。この構成では、誘起電圧が正極性の第１のしきい値より大きくなってから正極性の所定の第２のしきい値以下となるまでの期間、スイッチング素子がオンされる。なお、前記第１のしきい値と、前記第２のしきい値とは同じ値であってもよい。

請求項７に記載の発明は、前記制御手段によってスイッチング素子がオンされる時間は、前記誘起電圧が負極性の所定の第１のしきい値（Ｖth2）より小さくなってから負極性の所定の第２のしきい値以上となるまでの期間である請求項３に記載のモータ制御装置である。この構成では、誘起電圧が負極性の第１のしきい値より小さくなってから負極性の所定の第２のしきい値以上となるまでの期間、スイッチング素子がオンされる。なお、前記第１のしきい値と、前記第２のしきい値とは同じ値であってもよい。

請求項８に記載の発明は、前記第１手段によってスイッチング素子がオンされる時間は、前記誘起電圧が正極性の所定の第１のしきい値（Ｖth1）より大きくなってから正極性の所定の第２のしきい値以下となるまでの期間であり、前記第２手段によってスイッチング素子がオンされる時間は、前記誘起電圧が負極性の所定の第１のしきい値（Ｖth2）より小さくなってから負極性の所定の第２のしきい値以上となるまでの期間である請求項４に記載のモータ制御装置である。この構成では、第１手段では、誘起電圧が正極性の第１のしきい値より大きくなってから正極性の所定の第２のしきい値以下となるまでの期間、スイッチング素子がオンされる。一方、第２手段では、誘起電圧が負極性の第１のしきい値より小さくなってから負極性の所定の第２のしきい値以上となるまでの期間、スイッチング素子がオンされる。

なお、前記正極性の第１のしきい値と、前記正極性の第２のしきい値とは同じ値であってもよい。また、前記負極性の第１のしきい値と、前記負極性の第２のしきい値とは同じ値であってもよい。

この発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された、電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 モータ制御装置としてのＥＣＵの電気的構成を示す概略図である。 故障が発生したときのモータ制御部の動作を示すフローチャートである。 Ｗ相に対応する一対のＦＥＴのいずれか一方または両方が開放故障した場合の二相駆動部の動作例を説明するための説明図である。 Ｗ相に対応する一対のＦＥＴのいずれか一方が開放故障した場合の二相駆動部の他の動作例を説明するための説明図である。 Ｗ相に対応する一対のＦＥＴのいずれか一方が開放故障した場合の二相駆動部のさらに他の動作例を説明するための説明図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された、電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、直線状に延びている。また、ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール２が回転されると、入力軸８および出力軸９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。

ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基いて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクは、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。また、ＥＣＵ１２には、車速センサ２３によって検出される車速が入力される。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状にのびている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１３の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。電動モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスモータからなる。減速機構１９は、ウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギア機構からなる。減速機構１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。

ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは同方向に回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォーム軸２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１８は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルク、車速センサ２３によって検出される車速等に基いて、電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、操舵トルクと目標アシスト量との関係を車速ごとに記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力が目標アシスト量に近づくように制御する。

この実施形態では、電動モータ１８は、位置センサレス駆動されている。つまり、レゾルバ等のロータの回転角（位置）を検出するための位置センサを用いることなく、駆動される。ロータの回転角は、この実施形態では、電動モータ１８の誘起電圧に基いて演算される。
図２は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２の電気的構成を示す概略図である。電動モータ１８は、Ｕ相界磁コイル１８Ｕ、Ｖ相界磁コイル１８Ｖ、Ｗ相界磁コイル１８Ｗを有するステータと、これらの界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗからの反発磁界を受ける永久磁石が固定されたロータとを備えている。

ＥＣＵ１２は、電動モータ１８の駆動電力を生成する駆動回路３０と、駆動回路３０を制御するための制御部４０とを備えている。制御部４０は、ＣＰＵとこのＣＰＵの動作プログラム等を記憶したメモリとを含むマイクロコンピュータで構成されている。
駆動回路３０は、三相ブリッジインバータ回路である。この駆動回路３０では、電動モータ１８のＵ相に対応した一対のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）３１_ＵＨ，３１_ＵＬの直列回路と、Ｖ相に対応した一対のＦＥＴ３１_ＶＨ，３１_ＶＬの直列回路と、Ｗ相に対応した一対のＦＥＴ３１_ＷＨ，３１_ＷＬの直列回路とが、直流電源３３と接地３４との間に並列に接続されている。また、各ＦＥＴ３１_ＵＨ〜３１_ＷＬには、それぞれ回生ダイオード３２_ＵＨ〜３２_ＷＬが、接地３４側から直流電源３３側に順方向電流が流れるような向きで、並列に接続されている。

以下において、各相の一対のＦＥＴのうち、電源３３側のものを「ハイサイドＦＥＴ」といい、接地３４側のものを「ローサイドＦＥＴ」という場合がある。また、６つのＦＥＴ３１_ＵＨ〜３１_ＷＬを総称する場合には、「ＦＥＴ３１」ということにする。同様に、６つの回生ダイオード３２_ＵＨ〜３２_ＷＬを総称する場合には、「回生ダイオード３２」ということにする。

電動モータ１８のＵ相界磁コイル１８Ｕは、Ｕ相に対応した一対のＦＥＴ３１_ＵＨ，３１_ＵＬの間の接続点に接続されている。電動モータ１８のＶ相界磁コイル１８Ｖは、Ｖ相に対応した一対のＦＥＴ３１_ＶＨ，３１_ＶＬの間の接続点に接続されている。電動モータ１８のＷ相界磁コイル１８Ｗは、Ｗ相に対応した一対のＦＥＴ３１_ＷＨ，３１_ＷＬの間の接続点に接続されている。各相の界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗと駆動回路３０とを接続するための各接続線には、各相の相電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗを検出するための電流センサ５１_Ｕ，５１_Ｖ，５１_Ｗが設けられている。

制御部４０は、メモリに格納された所定の動作プログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、故障判定部４１と、正弦波駆動部４２と、二相駆動部４３とが含まれる。
正弦波駆動部４２は、ＦＥＴ３１に故障が発生していない通常時において、各ＦＥＴ３１を制御することにより、電動モータ１８を正弦波駆動するものである。正弦波駆動部４２には、電動モータ１８の各相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗが与えられる。また、正弦波駆動部４２には、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクと、車速センサ２３によって検出される車速と、電流センサ５１_Ｕ，５１_Ｖ，５１_Ｗによって検出される各相の相電流Ｉ_Ｕ，Ｉ_Ｖ，Ｉ_Ｗが入力される。正弦波駆動部４２は、たとえば、１８０°通電方式によって電動モータ１８を正弦波駆動するものであり、各相の誘起電圧（逆起電力）を演算し、それに基いてロータの回転角を演算する。また、正弦波駆動部４２は、たとえば、操舵トルクと目標アシスト量（電流目標値）との関係を車速毎に記憶したマップと、トルクセンサ１１によって検出された操舵トルクと、車速センサ２３によって検出された車速とに基づいて、目標アシスト量を決定する。そして、正弦波駆動部４２は、目標アシスト量と、相毎に検出される相電流と、誘起電圧から演算されたロータの回転角とに基いて、電動モータ１８の発生するアシスト力（トルク）が目標アシスト量に近づくように、各ＦＥＴ３１をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。

故障判定部４１は、電動モータ１８の異常が検出されたときに、電動モータ１８を停止させるための制御、ＦＥＴ３１に開放故障が発生しているか否かの判定、ＦＥＴ３１に開放故障が発生している場合に開放故障が発生しているＦＥＴ３１の特定等を行う。
二相駆動部４３は、故障判定部４１によって、ＦＥＴ３１に開放故障が発生していると判定され、その開放故障が発生しているＦＥＴ３１が特定された場合に、正常な２相で電動モータ１８を駆動させるものである。より具体的には、６つのＦＥＴ３１のうちの１つのＦＥＴ３１または同相の２つのＦＥＴ３１が開放故障した場合において、故障判定部４１によって開放故障が発生しているＦＥＴ３１が特定されたときに、二相駆動部４３は、正常な２相で電動モータ１８を駆動させる。

図３は、故障が発生したときのモータ制御部４０の動作を示すフローチャートである。
故障判定部４１は、電動モータ１８が正弦波駆動部４２によって正弦波駆動されている場合に、電動モータ１８に動作不良（故障）が発生したことを検出すると、正弦波駆動部４２にモータ停止指令に与える（ステップＳ１）。正弦波駆動部４２は、故障判定部４１からのモータ停止指令を受信すると、正弦波駆動を中止して、全てのＦＥＴ３１をオフにさせる。これにより、電動モータ１８が停止する。

この後、故障判定部４１は、相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗに基いて、開放故障が発生している可能性があるか否かを判別する（ステップＳ２）。具体的には、故障判定部４１は、相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗのいずれかが、所定のグランドレベルＶＧ（たとえば０．５［Ｖ］）より大きくかつ所定の電源レベルＶＢ（たとえば５．０［Ｖ］）より低ければ、開放故障が発生している可能性があると判別する。この判別が妥当な理由について、説明する。ハイサイドＦＥＴ３１_ＵＨ，３１_ＶＨ，３１_ＷＨのいずれかに短絡故障が生じている場合には、各相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗは所定の電源レベルＶＢ以上となり、ローサイドＦＥＴ３１_ＵＬ，３１_ＶＬ，３１_ＷＬのいずれかに短絡故障が生じている場合には、各相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗは所定のグランドレベルＶＧ以下となる。したがって、各相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗが、所定のグランドレベルＶＧより大きくかつ所定の電源レベルＶＢより低い場合には、いずれのＦＥＴ３１にも短絡故障が生じていないので、開放故障が発生している可能性があると判別できる。なお、この判別は、全ての相電圧を調べる必要はなく、いずれか一相の相電圧を調べることにより行うことができる。

開放故障が発生している可能性がないと判別された場合には（ステップＳ２:ＮＯ）、故障判定部４１は、後述する二相駆動制御以外の処理（以下、「他の処理」という）を行なう（ステップＳ６）。この「他の処理」には、何ら処理を行なわないことも含まれる。開放故障が発生している可能性があると判別された場合には（ステップＳ２:ＹＥＳ）、故障判定部４１は、故障箇所の特定処理を行なう（ステップＳ３）。具体的には、故障判定部４１は、各ＦＥＴ３１を個別にオンしていく。ハイサイドＦＥＴ３１_ＵＨ，３１_ＶＨ，３１_ＷＨを個別にオンした場合に、各相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗが所定の電源レベルＶＢ以上に変化した場合には、当該ＦＥＴは正常であり、ローサイドＦＥＴ３１_ＵＬ，３１_ＶＬ，３１_ＷＬを個別にオンした場合に、各相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗが所定のグラウンドレベルＶＧ以下に変化した場合には、当該ＦＥＴは正常である。したがって、故障判定部４１は、各ＦＥＴ３１を個別にオンしたときに、各相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗに変化がない場合には、当該ＦＥＴが開放故障していると判定する。なお、この判定は、全ての相電圧を調べる必要はなく、いずれか一相の相電圧を調べることにより行うことができる。

故障判定部４１は、故障箇所の特定処理によって開放故障が発生しているＦＥＴ３１を特定できなかった場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、二相駆動制御以外の処理（「他の処理」）を行なう（ステップＳ６）。一方、故障箇所の特定処理によって開放故障が発生しているＦＥＴ３１を特定できた場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、故障判定部４１は二相駆動部４３に二相駆動制御を開始させる（ステップＳ５）。ただし、開放故障が発生しているＦＥＴ３１が１つだけである場合または開放故障が発生しているＦＥＴ３１が同相の２つのＦＥＴ３１だけである場合において、開放故障が発生しているＦＥＴ３１を特定できた場合にのみ、ステップＳ５に移行して二相駆動制御が開始される。３相のうちの２相以上においてＦＥＴが開放故障している場合には、開放故障が発生しているそれらのＦＥＴ３１を特定できた場合であっても、ステップＳ５に移行せずに、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ５においては、具体的には、故障判定部４１は、二相駆動部４３に、開放故障が発生しているＦＥＴ３１に対応する相を通知する。これにより、二相駆動部４３は、二相駆動制御を開始する。以下において、開放故障が発生しているＦＥＴ３１に対応する相を「故障相」といい、それ以外の相を「正常相」という場合がある。
以下、二相駆動部４３による二相駆動制御について説明する。まず、二相駆動制御の考え方について説明する。駆動回路３０内の全てのＦＥＴ３１がオフとなっている場合において、運転者によってスアリングホイール２が回転されると、電動モータ１８のロータが回転する。電動モータ１８のロータが回転すると、ステータの界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗに誘起電圧が発生する。各相の誘起電圧は、位相が１２０°ずつずれた正弦波形となる。

操舵によって界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗに発生する誘起電圧に対して同等以上の駆動電圧を与えることができれば、電動モータ１８を駆動することができ、アシストが可能となる。駆動回路３０から電動モータ１８に向かって流れる電流の極性を正とすると、電動モータ１８が発電機として動作するときの電圧と電流の位相関係は逆位相となり、アシスト時にはそれらの位相関係は同位相となる。したがって、電流がほとんど流れていない状態において、界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗに発生している誘起電圧と同位相の電流を瞬時でも当該界磁コイルに流すことができれば、アシストが可能となる。

そこで、二相駆動部４３は、２つの正常相の界磁コイルに、誘起電圧と同位相の電流が流れるように、駆動回路３０を制御することにより、電動モータ１８にアシスト力を発生させる。図４を参照して、より具体的に説明する。
図４は、Ｗ相に対応する一対のＦＥＴ３１_ＷＨ，３１_ＷＬのいずれか一方または両方が開放故障した場合の二相駆動部４３の動作例を説明するための説明図である。図４において、Ｖ_Ｕは、一方の正常相（第１の正常相）であるＵ相の誘起電圧を示し、Ｖ_Ｖは他方の正常相（第２の正常相）であるＶ相の誘起電圧を示している。また、Ｓ_Ｕは、第１の正常相であるＵ相に対応するＦＥＴ３１_ＵＨ，３１_ＵＬに対する制御信号を示し、Ｓ_Ｖは、第２の正常相であるＶ相に対応するＦＥＴ３１_ＶＨ，３１_ＶＬに対する制御信号を示している。

Ｕ相に対応する制御信号Ｓ_ＵがＨレベルであるときには、Ｕ相に対応するハイサイドＦＥＴ３１_ＵＨがオンされ、当該制御信号Ｓ_ＵがＬレベルであるときには、Ｕ相に対応するローサイドＦＥＴ３１_ＵＬがオンされる。同様に、Ｖ相に対応する制御信号Ｓ_ＶがＨレベルであるときには、Ｖ相に対応するハイサイドＦＥＴ３１_ＶＨがオンされ、当該制御信号Ｓ_ＶがＬレベルであるときには、Ｖ相に対応するローサイドＦＥＴ３１_ＶＬがオンされる。

第１の正常相であるＵ相の誘起電圧Ｖ_Ｕが正の極性の所定のしきい値Ｖth1より大きい期間（ｔ３〜ｔ４，ｔ１１〜ｔ１２）においては、二相駆動部４３は、第１の正常相であるＵ相のハイサイドＦＥＴ３１_ＵＨをオンさせるとともに、第２の正常相であるＶ相のローサイドＦＥＴ３１_ＶＬをオンさせる。また、第２の正常相であるＶ相の誘起電圧Ｖ_Ｖが正の極性のしきい値Ｖth1より大きい期間（ｔ５〜ｔ６，ｔ１３〜ｔ１４）においては、二相駆動部４３は、第２の正常相であるＶ相のハイサイドＦＥＴ３１_ＶＨをオンさせるとともに、第１の正常相であるＵ相のローサイドＦＥＴ３１_ＵＬをオンさせる。これにより、各正常相の誘起電圧が正の極性のしきい値Ｖth1より大きい期間において、その相の誘起電圧以上の駆動電圧がその相の界磁コイルに与えられるので、電動モータ１８を駆動させることができる。この結果、電動モータ１８による操舵のアシストが可能となる。なお、ＦＥＴ３１をオンしてからオフさせるまでの期間は、図４に破線で示しているように、予め定めた一定期間（パルス幅一定）であってもよい。

操舵によって回転されるロータの回転速度が高いほど、誘起電圧は高くなるとともに、その周波数が高くなる。しかし、上記のように、ＦＥＴ３１をオンする期間を誘起電圧がしきい値を超えている期間とした場合や、ＦＥＴ３１をオンする期間を一定時間にした場合には、ＦＥＴ３１のオンする周期も、それに応じて短くなるから、結局、電動モータ１８に印加される電圧が高くなる。よって、ロータの回転速度が高くなると、アシスト時間（アシスト合計時間）が自動的に増加することになる。

この代わりに、パルス幅を誘起電圧レベル（回転速度）に応じて変化させてもよい。つまり、誘起電圧レベル（回転速度）が高くなるほど、パルス幅を大きくする。また、誘起電圧レベル（回転速度）に応じてパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行ってＦＥＴ３１をオンオフし、そのデューティ比を変化させてもよい。つまり、誘起電圧レベル（回転速度）が高くなるほど、デューティ比を大きくする。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、各正常相の誘起電圧が正の極性の所定のしきい値Ｖth1より大きい期間において、その相の誘起電圧以上の電圧がその相の界磁コイルに与えられるように、正常相に対応するＦＥＴ３１を制御している。しかし、このような制御に代えて、各磁極に対各正常相の誘起電圧が負の極性の所定のしきい値より小さい期間において、その相の誘起電圧以上の電圧がその相の界磁コイルに与えられるように、正常相に対応するＦＥＴ３１を制御してもよい。

具体的には、図５に示すように、故障相がたとえばＷ相である場合において、第１の正常相であるＵ相の誘起電圧Ｖ_Ｕが負の極性の所定のしきい値Ｖth2より小さい期間（ｔ７〜ｔ８，ｔ１５〜ｔ１６）においては、二相駆動部４３は、第１の正常相であるＵ相のローサイドＦＥＴ３１_ＵＬをオンさせるとともに、第２の正常相であるＶ相のハイサイドＦＥＴ３１_ＶＨをオンさせる。また、第２の正常相であるＶ相の誘起電圧Ｖ_Ｖが負の極性のしきい値Ｖth2より小さい期間（ｔ１〜ｔ２，ｔ９〜ｔ１０）においては、二相駆動部４３は、第２の正常相であるＶ相のローサイドＦＥＴ３１_ＶＬをオンさせるとともに、第１の正常相であるＵ相のハイサイドＦＥＴ３１_ＵＨをオンさせる。なお、ＦＥＴ３１をオンしてからオフさせるまでの期間は、図５に破線で示しているように、予め定めた一定期間（パルス幅一定）であってもよい。また、前述したように、パルス幅制御（ＰＷＭ）によってＦＥＴをオン／オフさせてもよい。

また、図４を用いて説明した制御と、図５を用いて説明した制御との両方の制御を行なうようにしてもよい。図６は、このような制御を行なう場合の、二相駆動部４３の動作例を示している。図６において、Ｖ_Ｕは、一方の正常相（第１の正常相）であるＵ相の誘起電圧を示し、Ｖ_Ｖは他方の正常相（第２の正常相）であるＶ相の誘起電圧を示し、Ｓ_Ｕは、第１の正常相であるＵ相に対応するＦＥＴ３１_ＵＨ，３１_ＵＬに対する制御信号を示し、Ｓ_Ｖは、第２の正常相であるＶ相に対応するＦＥＴ３１_ＶＨ，３１_ＶＬに対する制御信号を示している。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
また、この発明は、電動パワーステアリング装置以外の用途に使用されている三相ブラシレスモータに対しても、適用することが可能である。

１８…電動モータ、３０…駆動回路、３１ …ＦＥＴ、３３…電源、３４…接地、４０…制御部

Claims (8)

1. 三相ブラシレスモータを制御するためのモータ制御装置であって、
   ２個のスイッチング素子が直列に接続された直列回路を三相の各相に対応して３組備え、かつ電源と接地間においてそれらの直列回路が並列接続されている駆動回路と、
   前記複数のスイッチング素子のうちの１つのスイッチング素子または同相の２つのスイッチング素子が開放故障したときに、全てのスイッチング素子をオフにさせる手段と、
   開放故障したスイッチング素子に対応する故障相以外の２つの正常相のうち少なくとも一方に対応する誘起電圧を監視する監視手段と、
   前記監視手段によって監視されている正常相の誘起電圧に対して同位相の電流がその正常相に流れるように、当該正常相に対応するスイッチング素子を制御する制御手段とを含む、モータ制御装置。
2. 前記制御手段は、２つの正常相のうち少なくとも一方の正常相の誘起電圧が正極性の所定のしきい値より大きくなったときに、当該正常相のハイサイドスイッチング素子をオンさせるとともに、他方の正常相のローサイドスイッチング素子をオンさせる手段を含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御手段は、２つの正常相のうち少なくとも一方の正常相の誘起電圧が負極性の所定のしきい値より小さくなったときに、当該正常相のローサイドスイッチング素子をオンさせるとともに、他方の正常相のハイサイドスイッチング素子をオンさせる手段を含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記制御手段は、
   ２つの正常相のうち少なくとも一方の正常相の誘起電圧が正極性の所定のしきい値より大きくなったときに、当該正常相のハイサイドスイッチング素子をオンさせるとともに、他方の正常相のローサイドスイッチング素子をオンさせる第１手段と、
   ２つの正常相のうち少なくとも一方の正常相の誘起電圧が負極性の所定のしきい値より小さくなったときに、当該正常相のローサイドスイッチング素子をオンさせるとともに、他方の正常相のハイサイドスイッチング素子をオンさせる第２手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記制御手段によってスイッチング素子がオンされる時間が、一定である請求項２〜４のいずれかに記載のモータ制御装置。
6. 前記制御手段によってスイッチング素子がオンされる時間は、前記誘起電圧が正極性の所定の第１のしきい値より大きくなってから正極性の所定の第２のしきい値以下となるまでの期間である請求項２に記載のモータ制御装置。
7. 前記制御手段によってスイッチング素子がオンされる時間は、前記誘起電圧が負極性の所定の第１のしきい値より小さくなってから負極性の所定の第２のしきい値以上となるまでの期間である請求項３に記載のモータ制御装置。
8. 前記第１手段によってスイッチング素子がオンされる時間は、前記誘起電圧が正極性の所定の第１のしきい値より大きくなってから正極性の所定の第２のしきい値以下となるまでの期間であり、
   前記第２手段によってスイッチング素子がオンされる時間は、前記誘起電圧が負極性の所定の第１のしきい値より小さくなってから負極性の所定の第２のしきい値以上となるまでの期間である請求項４に記載のモータ制御装置である。

Images