JP2014045549A - モータ駆動回路、モータ駆動システム、電動パワーステアリングシステム、電動ブレーキシステム、車両駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化と低コスト化を図りつつ、故障した相に対応する部分を分離することができるモータ駆動回路を提供する。
【解決手段】本発明に係るモータ駆動回路は、多相モータの各相を駆動するプリドライバと、指定された動作モードに応じて内部の電気部品間の接続関係を切り替えることにより動作モードに対応する回路機能を提供する電気回路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、多相モータを駆動するモータ駆動回路に関するものである。

近年では制御の自動化が進み、電子制御装置の安全性と信頼性に対する要求が高まってきている。電子制御装置の安全性を確保するため、異常発生時に直ちにその異常を検出して動作を停止することが求められる。さらに、故障発生時に直ちに動作を停止するだけでなく、正常動作を継続することも求められるようになってきている。

下記特許文献１には、ブラシレスモータを駆動するための３相分の駆動回路のうち１相分に故障が発生した場合は、残りの２相分の駆動回路によってモータを駆動し続ける制御方式が記載されている。

特開２０１１−５１４８１号公報

上記特許文献１によれば、故障が発生してもモータを駆動し続けることができるが、各相の駆動回路は同一であるため、相間にまたがる機能が駆動回路間で重複して冗長な回路構成になる可能性がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、小型化と低コスト化を図りつつ、故障した相に対応する部分を分離することができるモータ駆動回路を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ駆動回路は、多相モータの各相を駆動するプリドライバと、指定された動作モードに応じて内部の電気部品間の接続関係を切り替えることにより動作モードに対応する回路機能を提供する電気回路と、を備える。

本発明に係るモータ駆動回路によれば、相毎に必要なプリドライバについては１相分の駆動回路内にそれぞれ設けることにより、冗長性を排除して実装効率を高めるとともに、１相分の故障が他相に及ばないように切り分けることが容易になる。また、動作モードに応じて回路機能を切り替えることができるので、開発する回路の種類を抑えて開発コストを低減することができる。

上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかになるであろう。

実施形態１に係るモータ駆動回路１００の回路ブロック図である。 実施形態１に係るモータ駆動回路１００を用いてブラシレス直流モータ４を駆動する回路例を示す図である。 電気回路１２０−１〜１２０−３をそれぞれ異なるレギュレータ１２１−１〜１２１−３として構成した回路例を示す図である。 図３の具体例を示す図である。 電気回路１２０をレギュレータ１２１として構成した回路例を示す図である。 レギュレータ１２１の動作モード、各電気部品の接続関係、およびレギュレータ１２１が提供する回路機能の対応関係を示す表である。 電気回路１２０をリセット回路１２２として構成した回路例を示す図である。 リセット回路１２２の動作モード、各電気部品の接続関係、およびリセット回路１２２が提供する回路機能の対応関係を示す表である。 電気回路１２０を差動入力回路１２３として構成した回路例を示す図である。 ホールド回路１２４の回路例を示す図である。 ホールド回路１２４の動作モード、各電気部品の接続関係、およびホールド回路１２４が提供する回路機能の対応関係を示す表である。 差動入力回路１２３の変形例を示す図である。 差動入力回路１２３の動作モード、各電気部品の接続関係、および差動入力回路１２３が提供する回路機能の対応関係を示す表である。 実施形態５に係るモータ駆動システム、およびこれを用いた電動パワーステアリングシステムの回路図である。 図１４に示す各モータ駆動回路１００のモード設定を示す表である。 実施形態６に係るモータ駆動システム、およびこれを用いた電動パワーステアリングシステムの回路図である。 予備制御機能１５０の回路例を示す図である。 レギュレータ１２１において鋸波発振器１２１４と比較器１２１５をＰＷＭ変調器１５８と兼用した回路例を示す図である。 レギュレータ１２１の動作モード、各電気部品の接続関係、およびレギュレータ１２１が提供する回路機能の対応関係を示す表である。 実施形態７におけるモータ駆動システムおよび電動パワーステアリングシステムのうち電源部以外の回路構成を示す図である。 実施形態７におけるモータ駆動システムおよび電動パワーステアリングシステムのうち電源部の回路構成を示す図である。 図２１に示す各モータ駆動回路１００のモード設定を示す表である。 モータ駆動回路１００−１が故障した場合の動作を示す図である。 モータ駆動回路１００−２が故障した場合の動作を示す図である。 モータ駆動回路１００−３が故障した場合の動作を示す図である。 実施形態８に係る電動ブレーキシステムの回路図である。 実施形態８に係る車両駆動システムの回路図である。

＜本発明の基本的な考え方＞
以下ではまず本発明の基本的な考え方について説明し、その後に具体的な実施形態について説明する。特に動作モードに応じて異なる回路機能の様々な構成例について、各実施形態において具体例とともに説明する。

本発明においては、モータ駆動回路を構成する集積回路をＮチップ構成とする（Ｎ：多相モータの相数）。相毎に必要な機能については、各相の集積回路チップＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)に内蔵させ、冗長性を排除して実装効率を高めるとともに、１相分の故障が他相に及ばないように切り分けることを図る。相をまたがって共通に必要な機能については、類似する機能群毎に集約し、類似する各機能を動作モードの設定によって切り替えることができるように構成する。

相毎に必要な機能とは、多相モータの各相のプリドライバ、プリドライバのためのチャージポンプ、各相の電流検出回路、電圧検出回路などがある。プリドライバとは、多相モータの各相に対応する駆動電流を供給する各相の駆動回路を駆動する回路である。Ｎ相のモータを駆動する場合はＮチップの集積回路を用いることにより、相毎に必要な回路要素は相毎に設けられることになるので、不要または過剰な冗長性を排除することができる。

相をまたがって共通に必要な機能とは、電源回路、入力回路、出力回路などである。電源回路については、出力電圧の違い、スイッチングレギュレータ／リニアレギュレータの違いなどがあるが、これらは類似する機能であるため、動作モードに応じてこれら機能を切り替えることができるように構成する。同様に入力回路については、利得、入力電圧レンジ、サンプルホールド／ピークホールドの違いなどに応じて機能を切り替えることができるように構成する。出力回路については、利得、電圧駆動／電流駆動の違いなどに応じて機能を切り替えることができるように構成する。これらの回路要素については、類似する機能を集約した１つの電気回路としてあらかじめ構成しておき、動作モードを切り替えることによって機能を切り替えることができるように構成する。これにより、個々の回路機能毎に回路要素を実装する必要がなくなり、開発コストを抑えることができる。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係るモータ駆動回路１００の回路ブロック図である。モータ駆動回路１００はＩＣチップとして構成されており、プリドライバ１１０と電気回路１２０を備える。電気回路１２０は、モータ駆動回路１００の外部から入力されるモード設定信号により、動作モードＡ／Ｂ／Ｃのいずれかを指定され、指定された動作モードに対応する回路機能を提供する。

モード設定信号は、モータ駆動回路１００のモード入力ピンに印加する電圧によって構成することができる。例えば、（ピン１、ピン２）の入力レベルが（Ｌ、Ｌ）であればモードＡ、（Ｌ、Ｈ）であればモードＢ、（Ｈ、Ｌ）であればモードＣに設定する。その他、シリアル通信等によりモータ駆動回路１００内部に動作モードの値を書き込む方法などが考えられる。モータ駆動回路１００のモード入力ピンに印加する電圧により動作モードを設定する場合は、モード入力ピンをプルアップ／プルダウンすることにより動作モードを設定でき、シリアル通信等の機能故障の影響を考えなくても済むので、動作の確実性の観点から望ましい。

図２は、本実施形態１に係るモータ駆動回路１００を用いてブラシレス直流モータ４を駆動する回路例を示す図である。モータ駆動回路１００−１〜１００−３は、それぞれ図１に示すモータ駆動回路１００であるが、電気回路１２０の動作モードがそれぞれ異なる。以下では各回路部を区別するため、各相に対応する添字を適宜付与する。

モータ駆動回路１００−１〜１００−３がそれぞれ備えるプリドライバ１１０−１〜１１０−３は、それぞれＭＯＳＦＥＴ２−１〜２−３と３−１〜３−３を駆動してモータ４のＵ、Ｖ、Ｗ相に駆動電流を供給する。電気回路１２０−１〜１２０−３は、モード設定信号によりそれぞれ動作モードＡ／Ｂ／Ｃに設定され、それぞれ回路機能Ａ／Ｂ／Ｃを提供する。モータ駆動回路１００−１〜１００−３は、各相のプリドライバ１１０−１〜１１０−３と回路機能Ａ／Ｂ／Ｃの機能を総合することにより、ブラシレス直流モータ４を駆動する回路として必要な機能を提供することができるように構成されている。

＜実施の形態２＞
図３は、電気回路１２０−１〜１２０−３をそれぞれ異なるレギュレータ１２１−１〜１２１−３として構成した回路例を示す図である。レギュレータ１２１の種類としては、例えばスイッチングレギュレータとリニアレギュレータの違い、出力電圧の違いなどが考えられる。モータ駆動システムにおいては複数種類のレギュレータが必要になる場合があるので、図３に示すように類似する回路機能としてそれぞれ異なるレギュレータ１２１を各モータ駆動回路１００内に実装し、動作モードの切り替えによってそれぞれのレギュレータ機能を提供することができる。

図４は、図３の具体例を示す図である。各レギュレータは、例えば図４に示すように、レギュレータＡ（１２１−１）は５Ｖスイッチングレギュレータ、レギュレータＢ（１２１−２）は３．３Ｖリニアレギュレータ、レギュレータＣ（１２１−３）はセンサ電源用レギュレータとして構成することができる。なお記載の便宜上、モード設定信号は適宜省略する。

図５は、電気回路１２０をレギュレータ１２１として構成した回路例を示す図である。レギュレータ１２１の出力電圧は、リニアレギュレータとして構成されている場合は実線経路で、スイッチングレギュレータとして構成されている場合は破線経路で、ＦＢ端子から分圧抵抗１２１１へフィードバックされる。分圧抵抗１２１１は、フィードバックされた電圧をモード設定に応じた分圧比で分圧する。演算部１２１３は、分圧抵抗１２１１の出力を基準電圧Ｖｒｅｆ１２１２と比較する。比較器１２１５は、演算部１２１３による比較結果と鋸波発振器１２１４の出力を比較し、その結果をドライバ１２１６に出力する。ドライバ１２１６は、比較器１２１５の出力に応じてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１２１７を駆動する。ＭＯＳＦＥＴ１２１７は、入力電圧Ｖｉｎとドライバ１２１６の動作に応じて出力電圧Ｖｏを出力する。

図６は、レギュレータ１２１の動作モード、各電気部品の接続関係、およびレギュレータ１２１が提供する回路機能の対応関係を示す表である。レギュレータの種類は、出力電圧とスイッチング動作の有無によって分類することができる。そこで動作モードに応じてこれらを切り替えることにより、単一の電気回路１２０によってそれぞれ異なるレギュレータ機能を提供することができる。

具体的には、分圧抵抗１２１１の分圧比、および鋸波発振器１２１４の発振ＯＮ／ＯＦＦを動作モードに応じて切り替えることにより、図６に示すように動作モード毎に異なるレギュレータ機能を提供することができる。

レギュレータ１２１は、電気回路１２０の本来の目的であるＵＶＷ相毎の回路故障の分離を図るだけでなく、汎用性のある集積回路を実現する点においても好適である。コントロールユニットはその機能により様々な性能のマイコンを搭載する必要があるが、搭載されるマイコンによって消費電力が大きく異なる。例えば、ハイエンドのコントロールユニットはその機能に見合った高性能のマイコンを搭載するため、モード切替機能を有するレギュレータ１２１をスイッチングレギュレータとして動作させる。この場合、ダイオード、コイル、コンデンサ等の外付け部品が必要となるが、レギュレータ１２１から大電流を供給することができるので、高性能のマイコンを動作させるために十分な電源を供給することができる。一方でローエンドのコントロールユニットは、搭載するマイコンの消費電力も小さいため、レギュレータ１２１をリニアレギュレータとして動作させても発熱が問題とならない上、ダイオード、コイル、コンデンサ等の外付け部品が不要となり、コストを低減することができる。

＜実施の形態３＞
図７は、電気回路１２０をリセット回路１２２として構成した回路例を示す図である。ここでは電源電圧の低下とプロセッサの動作停止を監視し、これらの異常を検出するとリセット信号を出力するリセット回路の例を示す。

電源電圧はＶｓｅｎｓｅ端子から入力される。分圧抵抗１２２１は、電源電圧を動作モードに応じた分圧比で分圧する。分圧抵抗１２２１の出力は、スイッチ１２２２を介してコンデンサ１２２３に入力されるとともに、比較器１２２５に入力される。比較器１２２５は、分圧抵抗１２２１の出力を基準電圧Ｖｒｅｆ１２２４と比較し、その結果をＭＯＳＦＥＴ１２２６に出力する。ＭＯＳＦＥＴ１２２６は、プルアップ抵抗によってプルアップされた電圧と比較器１２２５の出力に応じて駆動され、ＮＭＩ（Ｎｏｎ Ｍａｓｋａｂｌｅ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）信号を出力する。比較器１２２５の出力は、ＯＲゲート１２２９にも出力される。

プロセッサからの生存通知信号ＰＲＵＮは、ウォッチドッグタイマ１２２８に入力される。ウォッチドッグタイマ１２２８は、所定周期で生存通知信号ＰＲＵＮを監視し、これを検出しなかった場合はＯＲゲート１２２９を経由してＭＯＳＦＥＴ１２２７にその旨の信号を出力する。ＭＯＳＦＥＴ１２２７は、プルアップ抵抗によってプルアップされた電圧とＯＲゲート１２２９の出力に応じて駆動され、リセット信号ＲＥＳを出力する。すなわちリセット信号ＲＥＳは、電源電圧とプロセッサのいずれかが異常動作をした場合に出力されることになる。

リセット回路１２２は、異常動作を検出したときにリセット信号ＲＥＳを出力する回路として用いることができるが、その他にも、電源ＯＮ時に各回路部を初期化するためのパワーオンリセット回路として用いることもできる。パワーオンリセット回路は、電源がＯＮされた後の所定時間継続してリセット信号ＲＥＳとＮＭＩ信号を出力し続ける回路であるから、これら信号を出力し続ける時間を切り替えることができるようにリセット回路１２２を構成することにより、通常のリセット回路機能とパワーオンリセット回路機能を切り替えることができる。

図８は、リセット回路１２２の動作モード、各電気部品の接続関係、およびリセット回路１２２が提供する回路機能の対応関係を示す表である。リセット回路１２２の種類は、検出閾値と信号を出力し続けるか否かによって分類することができる。そこで動作モードに応じてこれらを切り替えることにより、単一の電気回路１２０によってそれぞれ異なるリセット回路機能を提供することができる。

モードＡでは、スイッチ１２２２がＯＮとなり、分圧抵抗１２２１とコンデンサ１２２３により定まる時定数に応じて、電源ＯＮ後一定時間、ＮＭＩ信号とリセット信号ＲＥＳが継続して出力され、これによりパワーオンリセット回路機能を提供する。モードＢとＣでは、Ｖｓｅｎｓｅ端子をそれぞれ５Ｖ系電源と３．３Ｖ系電源に接続し、分圧抵抗１２２１の分圧比をこれに応じて設定することにより、電源電圧が所定電圧を下回った場合にＮＭＩ信号とリセット信号ＲＥＳを出力する、電圧低下時リセット回路としての機能を提供することができる。

各ＮＭＩ信号と各リセット信号ＲＥＳはそれぞれ同様の役割を有するので、ワイヤードＯＲ接続により、いずれかがＯＮになればリセット動作が実施されるように構成することができる。実際の回路においては、モータ駆動回路１００−１〜１００−３それぞれが備えるリセット回路１２２〜１２２−３のＮＭＩ信号同士とリセット信号ＲＥＳ同士を互いにワイヤードＯＲ接続すればよい。このとき、ウォッチドッグタイマ１２２８−１〜１２２８−３の出力も互いに並列接続されることになるので、ウォッチドッグタイマ１２２８を冗長構成とし、または各ウォッチドッグタイマ１２２８がそれぞれ異なる周期で監視対象の動作を監視することができる。

さらには、図８に示すモードＢにおいてスイッチ１２２２をＯＮにすることにより、モードＡとＢにおいてパワーオンリセット機能と５Ｖ系電圧低下リセット機能を兼用させ、かつ両者のＮＭＩ信号とリセット信号ＲＥＳを互いにワイヤードＯＲ接続することにより冗長化することができる。

＜実施の形態４＞
図９は、電気回路１２０を差動入力回路１２３として構成した回路例を示す図である。ここでは、モータ制御のために必要な差動入力信号として、モータの磁極位置を検出するためのレゾルバ信号と、モータへ供給する全電流を検出するためのシャント抵抗の両端電位差信号とを差動検出する例を説明する。

レゾルバ信号については、レゾルバを励磁する信号に同期してサンプルホールドすることが望ましい。一方で、全電流を計測するためのシャント抵抗の両端電位差信号については、ピークホールドすることが望ましい。そこで差動入力回路１２３は、動作モードに応じてサンプルホールド機能とピークホールド機能を切り替えることができるように構成されている。

差動入力回路１２３に入力された差動入力信号は、差動アンプ１２３１で増幅されてホールド回路１２４に入力される。差動アンプ１２３１の増幅率は抵抗ＲｉとＲｆにより決定される。ホールド回路１２４は、動作モード設定に応じてサンプルホールド回路またはピークホールド回路として動作する。ホールド回路１２４は、サンプルホールド回路として動作するときはサンプルトリガ信号に応じて差動入力信号をサンプリングし、ピークホールド回路として動作するときはリセット信号が入力されるまで差動入力信号の最大値をホールドする。

図１０は、ホールド回路１２４の回路例を示す図である。差動アンプ１２３１が増幅した差動入力信号は、スイッチ１２４１を経由して、またはダイオード１２４３とスイッチ１２４２を経由しコンデンサ１２４４に入力され、さらにコンデンサ１２４４と並列接続されたボルテージフォロア１２４６に入力される。ボルテージフォロア１２４６は受け取った信号を出力する。

図１１は、ホールド回路１２４の動作モード、各電気部品の接続関係、およびホールド回路１２４が提供する回路機能の対応関係を示す表である。サンプルホールド回路として動作する場合はサンプルトリガ信号のＯＮ／ＯＦＦに応じて差動入力信号を受け取り、ピークホールド回路として動作する場合はリセット信号が入力されたときにコンデンサ１２４４を放電させるように回路を構成すればよい。

モードＡとＢは共通であり、ホールド回路１２４はサンプルホールド回路として動作する。これらの動作モードにおいては、サンプルトリガ信号がＯＮのときスイッチ１２４１がＯＮとなり、サンプルトリガ信号がＯＦＦのときスイッチ１２４１がＯＦＦとなる。スイッチ１２４２と１２４５は常にＯＦＦとなる。モードＣのとき、ホールド回路１２４はピークホールド回路として動作する。この動作モードにおいては、リセット信号がＯＮのときはスイッチ１２４２がＯＦＦ、スイッチ１２４５がＯＮとなり、リセット信号がＯＦＦのときはスイッチ１２４２がＯＮ、スイッチ１２４５がＯＦＦとなる。スイッチ１２４１は常にＯＦＦとなる。

図１２は、差動入力回路１２３の変形例を示す図である。図１２に示す差動入力回路１２３は、モードＣのとき差動アンプ１２４１の出力をループさせて電圧レベルをシフトすることにより、モータへ供給する全電流を検出する回路として好適な構成を実現したものである。

差動アンプ１２４１の出力は、スイッチ１２４４とＭＯＳＦＥＴ１２４６によるループ回路によってループするように構成されている。このループ回路はモードＣのときのみＯＮになるようにすればよい。同様にホールド回路１２４は、モードＣのときのみループ回路の出力を採用するようにすればよい。

図１３は、差動入力回路１２３の動作モード、各電気部品の接続関係、および差動入力回路１２３が提供する回路機能の対応関係を示す表である。モードＡとＢにおいてはスイッチ１２４２と１２４３をＯＮ、スイッチ１２４４をＯＦＦ、スイッチ１２４５の接続先を図１２の端子ａとする。モードＣにおいてはスイッチ１２４２と１２４３をＯＦＦ、スイッチ１２４４をＯＮ、スイッチ１２４５の接続先を図１２の端子ｂとする。

図１２〜図１３に示す構成によれば、モードＣのときにはＩＮ＋→Ｒｉ→スイッチ１２４４→ＭＯＳＦＥＴ１２４６→ＲＬ→グランドの順に電流経路が形成される。ＩＮ＋とＩＮ−間の電位差をＶｉとすると、差動アンプ１２４１のフィードバック動作により、差動アンプ１２４１の入力端子間の電位差が０、すなわちＲｉによる電圧降下がＶｉとなるだけの電流が流れるようにＭＯＳＦＥＴ１２４６が制御される。

したがって、この電流経路には、
Ｒｉ・Ｉ ＝ Ｖｉ
つまり、
Ｉ＝Ｖｉ／Ｒｉ
なる電流Ｉが流れる。したがって抵抗ＲＬには、
ＲＬ・Ｉ ＝Ｖｉ・ＲＬ／Ｒｉ
なる電位差Ｖｉに比例した電圧が出力される。

以上のように、図１２に示す差動入力回路１２３は、モードＣの全電流検出動作時においては、電源電圧近傍のシャント抵抗の両端電位差をグランド電位基準の電圧にレベルシフトすることができる。これにより、シャント抵抗の両端電位差、すなわちモータに供給する全電流を検出し易くすることができる。

＜実施の形態５＞
図１４は、本発明の実施形態５に係るモータ駆動システム、およびこれを用いた電動パワーステアリングシステムの回路図である。モータ４は、モータ駆動回路１００−１〜１００−３によって駆動され、操舵機構１８の動作を補助する動力を提供する。

制御機能２００は、ステアリングホィール２０の軸に取り付けられ、運転者がステアリングホィール２０を操舵するトルクを計測するトルクセンサ２１からのトルク入力、差動入力回路１２３−１と１２３−２からの磁極位置を示すレゾルバ信号、差動入力回路１２３−３からの電流検出信号に基づいてＵＶＷ各相の駆動信号を出力する。プリドライバ１１０−１〜１１０−３は、その駆動信号にしたがってＭＯＳＦＥＴ２−１〜２−３と３−１〜３−３による三相インバータを介してモータ４を駆動する。モータ４は、減速機構１９を介して操舵機構１８を制御する。

なおＭＯＳＦＥＴ２−１〜２−３と３−１〜３−３からモータ４に電流を供給する経路、ＭＯＳＦＥＴ２−１〜２−３と３−１〜３−３に電源を供給する経路にはリレースイッチ接点が直列に挿入されていることが多いが、図１４では記載の簡単のため省略している。

図１５は、図１４に示す各モータ駆動回路１００のモード設定を示す表である。比較のため一般的な回路仕様を併記した。モータ駆動回路１００は、相毎に必要な機能としてプリドライバ１１０を備える他、各相にまたがって共通に必要な機能として、レギュレータ１２１、リセット回路１２２（図示せず）、差動入力回路１２３、ＳＥＰＰ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｅｎｄｅｄ Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）出力回路１２５などを備える。

レギュレータ１２１については、実施形態２で説明したように、モータ駆動回路１００−１においてはモードＡに設定されて５Ｖスイッチングレギュレータ１２１−１として動作し、モータ駆動回路１００−２においてはモードＢに設定されて３．３Ｖリニアレギュレータ１２１−２として動作し、モータ駆動回路１００−３においてはモードＣに設定されてセンサ電源用レギュレータ１２１−３として動作する。

リセット回路１２２については、実施形態３で説明したように、モータ駆動回路１００−１においてはモードＡに設定されてパワーオンリセット回路１２２−１として動作し、モータ駆動回路１００−２においてはモードＢに設定されて５Ｖ系電圧低下リセット回路１２２−２として動作し、モータ駆動回路１００−３においてはモードＣに設定されて３．３Ｖ系電圧低下リセット回路１２２−３として動作する。

ウォッチドッグタイマ１２２８−１〜１２２８−３は並列接続され、冗長構成あるいは異なる周期において監視を実施する。プリドライバ１１０−１〜１１０−３、ドライバ、チャージポンプ、電流検出回路は各相について同一の機能を有し、各モータ駆動回路１００内で相毎に独立して動作する。

＜実施の形態６＞
図１６は、本発明の実施形態６に係るモータ駆動システム、およびこれを用いた電動パワーステアリングシステムの回路図である。記載の便宜上、モータ駆動システムに係る部分のみ図示した。操舵補助機構については実施形態５と同様である。本実施形態６に係るモータ駆動システムは、実施形態５で説明した構成に加えて予備制御機能を備える。なお予備制御機能を備えたモータ駆動システムについては、本願発明者らによりすでに出願されている（ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／０６３７２５）。

本実施形態６において、セレクタ１１３は、メイン制御機能２０１の出力と予備制御機能１５０の出力を、メイン制御診断機能３０２と予備制御診断機能３０１それぞれの診断結果に基づいて切り替える。メイン制御診断機能３０２の出力と予備制御診断機能３０１の出力は、Ｈレベルであれば正常を示し、Ｌレベルであれば異常を示す。これら診断結果のうちいずれかが正常（Ｈレベル）であるときドライバ２と３にバッテリ電圧ＶＢが供給され、モータ４を駆動するリレースイッチがＯＮとなってモータ４が駆動される。

各部を実装する方法の１例として、例えばメイン制御機能２０１はメインマイコンに内蔵し、メイン制御診断機能３０２と予備制御診断機能３０１はサブマイコンに内蔵し、予備制御機能１５０と各部に電源を供給するレギュレータ１２１をモータ駆動回路１００に内蔵する。これにより、予備制御機能１５０とレギュレータ１２１は、モータ駆動回路１００−１〜１００−３それぞれに搭載される。

図１７は、予備制御機能１５０の回路例を示す図である。係数器１５１〜１５４と加算器１５５−１〜１５５−３は、レゾルバ（図示せず）が出力する磁極位置θの正弦（ｓｉｎθ）と余弦（ｃｏｓθ）それぞれに比例する信号を座標変換してＵＶＷ成分に変換する。演算機能１５６−１〜１５６−３は、各成分をデジタイザ１５９によりデジタル化（３値化）する。ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調器１５８は、トルク入力τに比例したデューティのＰＷＭτを出力する。乗算器１５７はＰＷＭτとデジタイザ１５９の出力を乗算し、ＵＶＷ各相のＰＷＭ信号を得る。

図１７中、加算器１５５−１に入力される１．０の係数は信号線を直結することによって実現でき、０．０の係数は信号線を接続しないことによって実現できるため、破線で示している。係数器１５１〜１５４は、抵抗器によって実現することができる。

図１８は、レギュレータ１２１において鋸波発振器１２１４と比較器１２１５をＰＷＭ変調器１５８と兼用した回路例を示す図である。レギュレータ１２１がスイッチングレギュレータとして動作するときは鋸波発振器１２１４と比較器１２１５が必要であるが、リニアレギュレータとして動作するときは不要であるため、動作モードに応じて鋸波発振器１２１４と比較器１２１５を使用するか否かを切り替えることにより、これら回路部をＰＷＭ変調器１５８と共用することができる。

図１９は、レギュレータ１２１の動作モード、各電気部品の接続関係、およびレギュレータ１２１が提供する回路機能の対応関係を示す表である。モードＢとＣのとき、スイッチ１２１８と１２１９それぞれの接続先を図１９のように切り替えることにより、鋸波発振器１２１４と比較器１２１５をＰＷＭ変調器１５８と共用することができる。

＜実施の形態７＞
本発明の実施形態７では、実施形態６で説明したモータ駆動システムおよび電動パワーステアリングシステムの構成に加えて、レギュレータ１２１を冗長化した構成について説明する。

図２０は、本実施形態７におけるモータ駆動システムおよび電動パワーステアリングシステムのうち電源部以外の回路構成を示す図である。図１４で説明した回路構成に加えて予備制御機能１５０が相毎に搭載されている。

図２１は、本実施形態７におけるモータ駆動システムおよび電動パワーステアリングシステムのうち電源部の回路構成を示す図である。本実施形態７において、各モータ駆動回路１００は、それぞれ２つのレギュレータ１２１および１２１’を備える。これにより各モータ駆動回路１００において、レギュレータ機能が冗長化されている。

図２２は、図２１に示す各モータ駆動回路１００のモード設定を示す表である。比較のため一般的な回路仕様を併記した。図２２に示すように、レギュレータ１２１はモードＡのときは５Ｖスイッチングレギュレータ１２１−１として動作し、モードＢとＣのときは５Ｖリニアレギュレータ１２１−２および１２１−３として動作する。スイッチング動作をしないモードＢとＣのときは、ＰＷＭ変調器１５８−２と１５８−３はトルク信号τをＰＷＭτに変換するために使用される。

同様にして、レギュレータ１２１’はモードＡとＢのときは３．３Ｖリニアレギュレータ１２１’−１および１２１’−２として動作し、モードＣのときはセンサ電源１２１’−３として動作する。５Ｖスイッチングレギュレータ１２１−１、５Ｖリニアレギュレータ１２１−２および１２１−３は、図２１に示すように外部でダイオードによりＯＲ接続されており、５Ｖスイッチングレギュレータ１２１−１が故障したときには５Ｖリニアレギュレータ１２１−２と１２１−３がその機能を代替する。３．３Ｖリニアレギュレータ１２１’−１と１２１’−２も外部でダイオードによりＯＲ接続されており、３．３Ｖリニアレギュレータ１２１’−１と１２１’−２のいずれかが故障した場合には他方が機能を代替する。

また、ＳＥＰＰ出力１２５をモードＢの時にはセンサ電源１２５−２として動作させ、外部でダイオードによりセンサ電源１２１’−３の出力とＯＲ接続することにより、故障時には他方が機能を代替することができる。

ＳＥＰＰ出力１２５をレゾルバ励磁信号出力として使用するモードＡとＣのときは、モード設定により電流駆動とするのが望ましく、センサ電源として動作させるモードＢのときは、モード設定により電圧駆動とするのが望ましい。

図２３は、モータ駆動回路１００−１が故障した場合の動作を示す図である。モータ駆動回路１００−１に内蔵されている５Ｖスイッチングレギュレータ１２１−１が故障した場合は、５Ｖリニアレギュレータ１２１−２と１２１−３が機能を代替して動作を継続する。３．３Ｖリニアレギュレータ１２１’−１が故障した場合は、３．３Ｖリニアレギュレータ１２１’−２が機能を代替して動作を継続する。パワーオンリセット１２２−１が故障した場合は、５Ｖ系電圧低下リセット１２２−２が機能を代替して動作を継続する。ＷＤＴ１２２８−１が故障した場合はＷＤＴ１２２８−２と１２２８−３が機能を代替して動作を継続する。プリドライバＵ（１１０−１）、リレードライバＵ、プリドライバＵ用チャージポンプ、プリドライバＵ入力セレクタ１１３−１、予備制御機能Ｕ（１５０−１）が故障した場合は３相駆動を停止して、ＶＷ相の２相駆動により動作を継続する。スイッチングレギュレータ用ＰＷＭ変調器１５８−１が故障した場合は、５Ｖスイッチングレギュレータ１２１−１が故障した場合と同様に、５Ｖリニアレギュレータ１２１−２と１２１−３が機能を代替して動作を継続する。レゾルバＳｉｎ信号１２３−１が故障した場合はモータ起電力により磁極位置を推定して制御することで動作を継続する。レゾルバ励磁信号＋（１２５−１）が故障した場合は、レゾルバ励磁信号−（１２５−３）のみでレゾルバを励磁して動作を継続する。ただしこのとき、励磁信号振幅は正常時の１／２となる。

図２４は、モータ駆動回路１００−２が故障した場合の動作を示す図である。図２５は、モータ駆動回路１００−３が故障した場合の動作を示す図である。概ね図２３と同様の考え方により故障時の動作を継続することができる。５Ｖリニアレギュレータ１２１−２または１２１−３が故障した場合は、５Ｖスイッチングレギュレータ１２１−１で動作継続する。ＳＥＰＰ出力１２５はセンサ電源１２５−２の機能を担っており、この機能が故障した場合はセンサ電源１２１’−３が機能を代替して動作を継続する。３.３Ｖ系電圧低下リセット１２２−３または全電流検出機能１２３−３が故障した場合は、これらの機能を喪失した状態で動作を継続する。

以上の実施形態５〜７で説明したように、本発明に係るモータ駆動システムおよび電動パワーステアリングシステムによれば、モータ駆動回路１００−１〜１００−３のいずれかが故障しても、システム動作を継続することができる。

＜実施の形態８＞
以上の実施形態５〜７では、モータ駆動システムを用いた電動パワーステアリングシステムについて説明したが、本発明は故障発生時に動作を継続することが要求されるブラシレスモータ駆動回路全般について適用することができる。例えば、電動ブレーキシステムや車両駆動システムにおいて適用することが考えられる。

図２６は、本発明の実施形態８に係る電動ブレーキシステムの回路図である。図２６に示す電動ブレーキシステムは、実施形態５〜７で説明したモータ駆動システムを備え、これによりモータ４を駆動してブレーキ機構２２を動作させ、電動ブレーキ機能を提供することができる。

図２７は、本発明の実施形態８に係る車両駆動システムの回路図である。図２７に示す車両駆動システムは、実施形態５〜７で説明したモータ駆動システムを備え、これによりモータ４を駆動して回転機構２３を動作させ、車両の車輪を回転させることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることもできる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。

上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

１００：モータ駆動回路、１１０：プリドライバ、１２０：電気回路、１２１：レギュレータ、１２２：リセット回路、１２３：差動入力回路、１２４：ホールド回路、１２５：ＳＥＰＰ回路出力、１５０：予備制御機能。

Claims (14)

1. モータを駆動するモータ駆動回路であって、
   ３相以上の多相モータのうち１相に対応する駆動電流を前記多相モータへ供給するドライバ回路を駆動する第２ドライバ回路と、
   複数の電気部品を有し、前記モータ駆動回路の外部から指定された動作モードに応じて前記電気部品間の接続関係を切り替えることにより、前記動作モードに対応する回路機能を提供する電気回路と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記電気回路は、
   分圧比を切り替えることができる分圧抵抗、前記電気部品間の接続を切り替える電気スイッチ、前記電気回路の外部から入力される信号を受け取る信号入力部、および発振信号を出力する発振回路のうち少なくともいずれかを備え、
   前記分圧比、前記電気スイッチの接続先、前記信号入力部が前記信号を受け取るか否か、および前記発振回路の出力を使用するか否かのうち少なくともいずれかを、前記動作モードに応じて切り替えることにより、前記動作モードに対応する回路機能を提供する
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
3. 前記電気回路は、
   前記発振回路、前記分圧抵抗、前記分圧抵抗によって分圧された電圧と所定の参照電圧を比較する演算器、前記演算器による比較結果と前記発振回路の出力を比較する比較回路、および前記比較回路の出力に応じてＯＮ／ＯＦＦするスイッチング素子を備え、
   前記発振回路の出力を使用するか否かを前記動作モードに応じて切り替えることにより、前記動作モードに応じた前記回路機能として、スイッチングレギュレータ機能またはリニアレギュレータ機能のいずれかを提供する
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
4. 前記電気回路は、
   前記分圧比を前記動作モードに応じて切り替えることにより、前記動作モードに応じた前記回路機能として、それぞれ異なる出力電圧を提供する
   ことを特徴とする請求項３記載のモータ駆動回路。
5. 前記電気回路は、
   前記分圧抵抗、前記分圧抵抗によって分圧された電圧により充電されるコンデンサ、前記分圧抵抗と前記コンデンサの間の接続をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ、前記分圧抵抗によって分圧された電圧と所定の参照電圧を比較する比較回路、および前記比較回路の出力に応じてＯＮ／ＯＦＦしてリセット信号を出力するスイッチング素子を備え、
   前記スイッチのＯＮ／ＯＦＦを前記動作モードに応じて切り替えることにより、前記動作モードに応じた前記回路機能として、前記スイッチング素子が前記リセット信号を出力し続ける時間がそれぞれ異なる複数種類のリセット回路機能を提供する
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
6. 前記電気回路は、
   前記分圧比を前記動作モードに応じて切り替えることにより、前記動作モードに応じた前記回路機能として、前記リセット信号を出力する契機となる検出閾値がそれぞれ異なる複数種類のリセット回路機能を提供する
   ことを特徴とする請求項５記載のモータ駆動回路。
7. 前記電気回路は、
   所定周期で信号入力の有無をチェックするウォッチドッグタイマ、前記比較回路の出力と前記ウォッチドッグタイマの出力をＯＲ接続するＯＲ回路、および前記ＯＲ回路の出力に応じてＯＮ／ＯＦＦする第２スイッチング素子を備え、
   前記第１スイッチング素子が第１リセット信号を出力し、前記第２スイッチング素子が第２リセット信号を出力する
   ことを特徴とする請求項５記載のモータ駆動回路。
8. 前記電気回路は、
   差動増幅回路および前記差動増幅回路の出力をホールドするホールド回路を備え、
   前記ホールド回路は、
   サンプルトリガ信号に応じてＯＮ／ＯＦＦする第１スイッチ、リセット信号に応じてＯＮ／ＯＦＦし前記第１スイッチと並列接続された第２スイッチ、前記第１スイッチまたは前記第２スイッチの出力によって充電されるコンデンサ、および前記コンデンサと並列接続された第３スイッチを備え、
   前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、および前記第３スイッチそれぞれのＯＮ／ＯＦＦを前記動作モードに応じて切り替えることにより、前記動作モードに応じた前記回路機能として、サンプルホールド機能またはピークホールド機能のいずれかを提供する
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
9. 前記差動増幅回路は、
   差動入力を増幅する増幅回路の出力をフィードバックするループ回路、および前記ループ回路を動作させるか否かを前記動作モードに応じて切り替える第４スイッチを備え、
   前記電気回路は、
   前記第４スイッチのＯＮ／ＯＦＦを前記動作モードに応じて切り替えることにより、前記動作モードに応じた前記回路機能として、前記ループ回路によるレベルシフト機能を動作させる
   ことを特徴とする請求項８記載のモータ駆動回路。
10. 請求項１記載のモータ駆動回路を、前記多相モータの相数と同数以上備え、各前記モータ駆動回路は前記多相モータの各相に対応する駆動電流を前記多相モータへ供給する
    ことを特徴とするモータ駆動システム。
11. 各前記モータ駆動回路が備える前記電気回路が提供する回路機能のうち少なくともいずれかは、他の前記モータ駆動回路が備える前記電気回路が提供する回路機能とは異なるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１０記載のモータ駆動システム。
12. 請求項１０記載のモータ駆動システムと、
    前記モータ駆動システムによって駆動され、操舵装置の動作を支援するモータと、
    を備えることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
13. 請求項１０記載のモータ駆動システムと、
    前記モータ駆動システムによって駆動され、電動ブレーキを作動させるモータと、
    を備えることを特徴とする電動ブレーキシステム。
14. 請求項１０記載のモータ駆動システムと、
    前記モータ駆動システムによって駆動され、車両が備える車輪を回転させるモータと、
    を備えることを特徴とする車両駆動システム。

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