JP2017139906A - モータ制御装置及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ制御装置において、簡単な構成で、スイッチング素子の制御のための負電圧を供給する回路の監視を可能にする。【解決手段】モータ制御装置４は、インバータ４０と、ドライバ４２と、負電圧回路４３と、分圧回路４４と、検出部４５とを備える。インバータ４０は、上アームスイッチング素子Ｔ１及び下アームスイッチング素子Ｔ２を含み、それらの間のノードＰｕの電圧を相電圧としてモータに供給する。ドライバ４２は、上アームスイッチング素子Ｔ１に、第１電圧又は第２電圧を印加することで、上アームスイッチング素子Ｔ１のオン／オフを制御する。負電圧回路４３は、ノードＰｕの電圧より低い電圧を、第２電圧としてドライバ４２へ供給する。分圧回路４４は、負電圧回路４３と負電源９との電圧を分圧する。検出部４５は、分圧回路４４で分圧された電圧に基づく信号を出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、モータを駆動するモータ制御装置及びそれを用いたパワーステアリング装置に関する。

パワーステアリング装置では、モータの回転を、ステアリングシャフトに伝達することで、操舵補助がなされる。このようなモータの制御には、インバータとそのドライバが用いられる。インバータは、直流電源の正負極間に直列に接続された上アーム及び下アームの組を、複数組、並列に接続したブリッジ回路を含む。インバータの上アームと下アームの中点はモータの各相コイルに接続される。上アームと下アームは、それぞれスイッチング素子で構成される。ドライバは、制御信号に従って、これらのスイッチング素子のオン／オフを制御する。スイッチング素子のオン／オフ動作により、モータの各相コイルに相電圧が供給され、モータが回転する。

従来、モータの相電圧を監視するために、上アームと下アームの中点に、電圧を検出する電圧センサを設ける回路構成がある（例えば、特開２０１４−１３５８６６号公報（下記特許文献１）参照）。

特開２０１４−１３５８６６号公報

ドライバは、インバータのスイッチング素子に対して、所定の第１電圧と、第１電圧より低い第２電圧を選択的に供給することで、スイッチング素子のオン／オフを制御する。ここで、低い方の第２電圧は、例えば、接地電源より低い負電圧を基にすることができる。これにより、第２電圧を低くできるので、例えば、スイッチング特性を向上させたり、ノーマリオン型のトランジスタをスイッチング素子として用いたりすることが可能になる。

このように、スイッチング素子の制御のために負電圧を用いる場合、負電圧を供給する回路を監視することが好ましい。しかし、相電圧を検出する電圧センサに加えて、負電圧を供給する回路を監視するためのセンサをさらに追加すると、モータ制御装置の構成が複雑になる。

そこで、本願は、簡単な構成で、スイッチング素子の制御のための負電圧を供給する回路の監視を可能にするモータ制御装置及びそれを用いたパワーステアリング装置を開示する。

本開示に係るモータ制御装置は、インバータと、ドライバと、負電圧回路と、分圧回路と、検出部とを備える。前記インバータは、直流電源の正負極間に直列接続される上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を含み、前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の間のノードの電圧を相電圧としてモータに供給する。前記ドライバは、前記上アームスイッチング素子に、制御信号に応じて、第１電圧又は前記第１電圧より低い第２電圧を印加することで、前記上アームスイッチング素子のオン／オフを制御する。負電圧回路は、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の間のノードと、接地電圧より低い負電圧を供給する負電源との間に接続され、前記ノードの電圧を基準として前記ノードの電圧より低い電圧を、前記第２電圧として前記ドライバへ供給する。前記分圧回路は、前記負電圧回路と前記負電源との間に配置され、前記負電圧回路と前記負電源との間の電圧を分圧する。前記検出部は、前記分圧回路で分圧された電圧に基づく信号を出力する。

本開示によれば、簡単な構成で、スイッチング素子の制御のための負電圧を供給する回路の監視が可能になる。

図１は、パワーステアリング装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、モータ制御装置の構成例を示すブロック図である。 図３は、トランジスタを用いた負電圧回路の構成例を示す図である。 図４は、オペアンプを用いた負電圧回路の構成例を示す図である。 図５は、レベルシフト回路の構成例を示す図である。 図６は、制御部の構成例を示すブロック図である。 図７Ａは、正常動作時のモータ制御装置の状態の一例を示す図である。 図７Ｂは、正常動作時のモータ制御装置の状態の他の例を示す図である。 図７Ｃは、異常動作時のモータ制御装置の状態の一例を示す図である。 図７Ｄは、異常動作時のモータ制御装置の状態の他の例を示す図である。

実施の形態に係るモータ制御装置は、インバータと、ドライバと、負電圧回路と、分圧回路と、検出部とを備える。前記インバータは、直流電源の正負極間に直列接続される上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を含み、前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の間のノードの電圧を相電圧としてモータに供給する。前記ドライバは、前記上アームスイッチング素子に、制御信号に応じて、第１電圧又は前記第１電圧より低い第２電圧を印加することで、前記上アームスイッチング素子のオン／オフを制御する。前記負電圧回路は、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の間のノードと、接地電圧より低い負電圧を供給する負電源との間に接続され、前記ノードの電圧を基準として前記ノードの電圧より低い電圧を、前記第２電圧として前記ドライバへ供給する。分圧回路は、前記負電圧回路と前記負電源との間に配置され、前記負電圧回路と前記負電源との電圧を分圧する。検出部は、前記分圧回路で分圧された電圧に基づく信号を出力する（第１の構成）。

第１の構成によれば、負電圧回路により、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の間のノードの電圧を基準として前記ノードの電圧より低い電圧が、ドライバに供給される。ドライバに供給される電圧は、上アームスイッチング素子に印加する第１電圧と第２電圧のうち低い方の第２電圧に用いられる。分圧回路は、負電圧回路と前記負電源との電圧を分圧することで、負電圧回路により供給される電圧と負電極の電圧との間の電圧を生成する。分圧された電圧は、前記ノードの電圧に応じて変化する。検出部は、分圧された電圧に基づく信号を出力する。そのため、検出部から出力される信号は、前記ノードの電圧に応じた値となる。前記ノードの電圧は、モータの相電圧である。そのため、検出部により出力される信号は、モータの相電圧の情報を含む。また、検出部で出力される信号は、負電圧回路及び負電源の影響も受ける。例えば、負電源又は負電圧回路が故障すると検出部で出力される信号も変化する。このように、検出部の出力信号は、モータに供給される相電圧の情報に加え、負電源及び負電圧回路の情報も含む。検出部の出力信号により、モータの相電圧の監視に加えて、負電圧回路及び負電源の監視が可能になる。この場合、相電圧を検出するための回路に加えて、別途負電圧回路及び負電源の状態を検出するための回路を設ける必要はない。そのため、簡単な構成で、スイッチング素子の制御のための負電圧を供給する回路の監視が可能になる。

また、上記構成では、負電圧回路と負電源との間の分圧回路で分圧された電圧が、検出部で検出される。この分圧された電圧のとり得る範囲は、負電圧回路が供給する電圧の採り得る範囲、すなわち、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との間のノードの電圧のとり得る範囲より小さくなる。そのため、分圧回路により、検出部の信号によって識別可能な前記ノードの電圧及び負電圧回路の供給する電圧の範囲を大きくすることができる。

前記モータ制御装置は、前記検出部で出力された信号に基づいて、前記負電圧回路又は前記負電源の異常を検出する異常検出部をさらに備えてもよい（第２の構成）。これにより、前記負電圧回路又は前記負電源によって供給される負電圧の異常を検出することができる。

前記モータ制御装置は、前記検出部で出力された信号を用いて、前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号を生成して前記ドライバへ出力する制御部をさらに備えてもよい（第３の構成）。これにより、モータの相電圧に基づくモータの駆動制御が可能になる。例えば、制御部が、検出部で出力された信号から得られるモータの各相の相電圧に基づいて、制御信号を生成することにより、回転角センサレス制御を実行することができる。又は、検出部で出力された信号を基に、モータの異常を検出し、異常検出時にモータを停止するフェールセーフ制御が可能になる。

前記負電圧回路は、互いに並列に接続されたコンデンサとツェナーダイオードを含んでもよい（第４の構成）。これにより、上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の間のノードの電圧からツェナー電圧分だけ低い電圧を第２電圧として供給することができる。

前記上アームスイッチング素子は、ノーマリオン型トランジスタとすることができる（第５の構成）。この構成において、ノーマリオンの上アームスイッチング素子をオフにするための第２電圧を供給する回路を監視することができる。そのため、回路異常により負電圧を用いた第２電圧が適切に印加されず、ノーマリオンの上アームスイッチング素子がオフにならないといった不具合を効果的に回避することができる。

前記検出部は、前記分圧回路で分圧された電圧のレベルをシフトするレベルシフト回路を備えてもよい（第６の構成）。これにより、検出部は、出力値をより適切な値にすることができる。

前記分圧回路は、前記負電圧回路と前記負電源との間に直列に接続された複数の抵抗を含んでもよい（第７の構成）。これにより、複数の抵抗のうちいずれかが短絡しても、負電圧回路に過大な電流が流れるのを抑えることができる。

車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置も、本発明の実施形態の一つである。このパワーステアリング装置は、上記第１〜７のいずれかの構成のモータ制御装置と、前記モータ制御装置により制御され、前記ステアリング機構に前記操舵補助力を与える前記モータとを備える構成とすることができる。

＜実施形態＞
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。説明の便宜上、各図において、構成を簡略化又は模式化して示したり、一部の構成を省略して示したりする場合がある。

（パワーステアリング装置の構成例）
図１は、パワーステアリング装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すパワーステアリング装置は、運転者のステアリングホイール１０の操作に基づき転舵輪３を転舵させる操舵機構１、及び運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構２を備えている。

操舵機構１は、ステアリングホイール１０の回転軸となるステアリングシャフト１１、及びその下端部にラックアンドピニオン機構１２を介して連結されたラックシャフト１３を備えている。ラックシャフト１３の両端には、タイロッド１４が連結される。タイロッド１４には、転舵輪３が連結される。操舵機構１では、運転者のステアリングホイール１０の操作に伴いステアリングシャフト１１が回転すると、その回転運動がラックアンドピニオン機構１２を介してラックシャフト１３の軸方向の往復直線運動に変換される。このラックシャフト１３の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド１４を介して転舵輪３に伝達される。これにより、転舵輪３の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。

アシスト機構２は、ステアリングシャフト１１にアシストトルクを付与するモータ２０を備えている。モータ２０は、三相ブラシレスモータである。モータ２０の回転がギア機構２１を介してステアリングシャフト１１に伝達されることでステアリングシャフト１１にモータトルクが付与され、ステアリング操作が補助される。

このパワーステアリング装置には、ステアリングホイール１０の操作量や車両の状態量を検出する各種センサが設けられている。例えばステアリングシャフト１１には、運転者のステアリング操作に際してステアリングシャフト１１に付与されるトルク（操舵トルク）τを検出するトルクセンサ（トルク検出部）５が設けられている。モータ２０には、その回転角（電気角）θｍａを検出する回転角センサ６が設けられている。車両には、その車速（走行速度）Ｖを検出する車速センサ７が設けられている。これらセンサ５〜７の出力はモータ制御装置４に取り込まれている。モータ制御装置４は各センサ５〜７の出力に基づいてモータ２０の駆動を制御する。

（モータ制御装置の構成例）
図２は、モータ制御装置４の構成例を示すブロック図である。モータ制御装置４は、インバータ４０、制御部４１、ドライバ４２、負電圧回路４３、分圧回路４４、及び検出部４５を備える。

［インバータ］
インバータ４０は、モータ２０に三相交流電圧を供給する駆動回路である。インバータ４０は、直流電源５１の正負極間に接続される上アームスイッチング素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５及び下アームスイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６を含む。上アームスイッチング素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５は、直流電源５１の正極側すなわち電源端子に接続される。下アームスイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６は、直流電源５１の負極側すなわち接地端子（グランド）に接続される。

上アームスイッチング素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５及び下アームスイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相それぞれに対応するブリッジ回路を構成する。上アームスイッチング素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５は、ハイサイドトランジスタ、下アームスイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６は、ローサイドトランジスタと称することができる。

上アームスイッチング素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５の各々は、下アームスイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６の各々と直列に接続される。すなわち、互いに直列に接続されるスイッチング素子対（上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子）が、直流電源５１の正負極間に、相数だけ並列に接続される。上アームスイッチング素子Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５と下アームスイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６との間のノード（中点又は接続点と称することもできる）Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力端子として、モータ２０の各相コイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに接続される。

一対のスイッチング素子Ｔ１及びＴ２において、上アームスイッチング素子Ｔ１のドレインは、直流電源５１の正極に接続され、ゲートはドライバ４２に接続され、ソースは、下アームスイッチング素子Ｔ２のドレイン及びモータ２０のコイル２０ｕに接続される。下アームスイッチング素子Ｔ２のゲートは、ドライバ（図示せず）に接続され、ソースは、グランドに接続される。他のスイッチング素子対（Ｔ３とＴ４、Ｔ５とＴ６）も同様に接続される。

ドライバ４２は、制御部４１からの制御信号ａ１〜ａ６に応じて、インバータ４０のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のゲートに、第１電圧又は第２電圧を印加する。第１電圧は、第２電圧より高い。スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のゲートの電圧が、第１電圧と第２電圧の間で切り替わると、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のオン／オフが切り替わる。なお、図２では、スイッチング素子Ｔ２〜Ｔ６のドライバを省略している。

本実施形態では、第１電圧が接地電圧より高い正電圧であり、第２電圧が接地電圧より低い負電圧とする。図２に示す例では、第１電圧は、接地電圧より高い電圧を供給する正電源８の電圧に応じた電圧である。第２電圧は、接地電圧より低い電圧を供給する負電源９と負電圧回路４３の間のノードＰｍの電圧に応じた電圧である。

［ドライバ］
ドライバ４２は、制御信号ａ１に従って、上アームスイッチング素子Ｔ１のゲートに、第１電圧を印加するか、第２電圧を印加するかを切り替える。具体的には、ドライバ４２は、スイッチング素子Ｔｂ１、Ｔｂ２を含む。スイッチング素子Ｔｂ１は、正電源８と上アームスイッチング素子Ｔ１のゲートとの間に設けられる。スイッチング素子Ｔｂ２は、ノードＰｍと上アームスイッチング素子Ｔ１のゲートとの間に設けられる。図２に示す例では、スイッチング素子Ｔｂ１のソースが正電源８に接続され、ゲートは、制御信号ａ１の入力端子に接続され、ドレインは、スイッチング素子Ｔｂ２のドレインに接続される。スイッチング素子Ｔｂ２のソースは、ノードＰｍに接続され、ゲートは、制御信号ａ１の入力端子に接続される。スイッチング素子Ｔｂ１は、ｐチャネル型であり、スイッチング素子Ｔｂ２は、ｎチャネル型である。この構成において、ドライバ４２に入力される制御信号ａ１に応じて、スイッチング素子Ｔｂ１及びスイッチング素子Ｔｂ２のオン／オフが相補的に切り替わる。

他の上アームスイッチング素子Ｔ３，Ｔ５のゲートにも、図２に示すドライバ４２と同様のドライバが接続される。また、下アームスイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６に接続されるドライバは、図２に示すドライバ４２と同じ構成でなくてもよい。下アームスイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６のドライバは、例えば、図２に示すドライバ４２のスイッチング素子Ｔｂ２のソースが負電源９に接続された構成とすることができる。直列接続された一対の上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子（例えば、Ｔ１とＴ２）は、それぞれに接続されたドライバによって相補にオン／オフされる。

なお、ドライバ４２の回路構成は、図２に示す例に限られない。例えば、ドライバ４２は、入力された制御信号ａ１のレベル（ＨｉｇｈかＬｏｗか）に応じて、スイッチング素子Ｔｂ１及びスイッチング素子Ｔｂ２のゲートに出力する信号を決定する論理回路を備えてもよい。例えば、上アームスイッチング素子Ｔ１の制御信号ａ１及び下アームスイッチング素子Ｔ２の制御信号ａ２が同時にＨｉｇｈにならないように信号処理する論理回路を設けることができる。これにより、上アームスイッチング素子Ｔ１及び下アームスイッチング素子Ｔ２が同時にオンにならないように制御することができる。

［負電圧回路］
負電圧回路４３は、上アームスイッチング素子Ｔ１及び下アームスイッチング素子Ｔ２の間のノードＰｕと、負電源９との間に接続される。図２に示す例では、負電圧回路４３は、ノードＰｕと負電源９の間において互いに並列に接続されたツェナーダイオードＤ１及びコンデンサＣ１で構成される。ツェナーダイオードＤ１は、ノードＰｕから負電源９へ逆方向電流Ｉｚ（ツェナー電流）が流れるように配置される。

負電圧回路４３と負電源９との間のノードＰｍは、ドライバ４２のスイッチング素子Ｔｂ２を介して、上アームスイッチング素子Ｔ１のゲートに接続される。負電圧回路４３は、ノードＰｕの電圧Ｖｓ（すなわち、上アームスイッチング素子Ｔ１のソース電圧＝モータ２０のＵ相の相電圧）より一定量だけ低い電圧をノードＰｍに出力する。この例では、ノードＰｍの電圧Ｖｐｍは、ノードＰｕの電圧ＶｓよりツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧Ｖｚの分だけ低い電圧となる（Ｖｐｍ＝Ｖｓ−Ｖｚ）。ノードＰｍの電圧Ｖｐｍは、上アームスイッチング素子Ｔ１に印加する第２電圧として用いられる。すなわち、負電圧回路４３は、ノードＰｕの電圧Ｖｓを基準として電圧Ｖｓより低い電圧を、ドライバ４２が上アームスイッチング素子Ｔ１に印加する第２電圧として供給する。

このように、負電圧回路４２は、ノードＰｍの電圧を、ノードＰｕの電圧に対して一定の電位差を有する電圧に保つ。本例では、負電圧回路４３は、ノードＰｕと負電源９との間のノードＰｍに、ノードＰｕを基準とする負電圧を発生させる。ノードＰｍの負電圧は、ドライバ４２に供給される。ドライバ４２は、供給された負電圧を、第２電圧として、上アームスイッチング素子Ｔ１に印加する。ノードＰｍは、負電圧（第２電圧）供給ノードと称することもできる。

負電源９の電源電圧は負電圧であり、例えば、接地電圧を基準とした電圧とすることができる。負電源９は、例えば、チャージポンプ、又は降圧型チョッパ回路等を含む構成とすることができる。これに対して、正電源８の電源電圧は、例えば、ノードＰｕの電圧Ｖｓを基準とした電圧とすることができる。具体例として、正電源８は、直流電源５１の電源電圧Ｖｂａｔｔｅｒｙに対して所定量昇圧した電圧とすることができる。正電源８は、例えば、ブートストラップコンデンサによる昇圧回路、チャージポンプ、チョッパ方式の昇圧回路、又はトランスを用いた昇圧回路等を含む構成とすることができる。

なお、負電圧回路４３の構成は、図２に示す例に限られない。ノードＰｕの電圧より一定量低い電圧をノードＰｍに発生させる定電圧回路を負電圧回路４３とすることができる。すなわち、ノードＰｕに対して、任意の電圧をドロップさせる回路を負電圧回路４３とすることができる。例えば、上記のツェナーダイオードを用いた定電圧回路に代えて、トランジスタ又はオペアンプを用いた定電圧回路を、負電圧回路４３とすることができる。また、上アームスイッチング素子Ｔ１に供給される第２電圧は、ノードＰｍの電圧と同じでなくてもよい。ノードＰｍの電圧に応じた電圧を第２電圧とすることができる。

図３は、トランジスタを用いた負電圧回路４３ａの構成例を示す図である。負電圧回路４３ａは、ノードＰｕとノードＰｍの間に接続されるトランジスタＴｎにより構成される。この例では、トランジスタＴｎのコレクタがノードＰｕに、エミッタがノードＰｍに接続される。トランジスタＴｎのベースには、バイアス電圧Ｖｂｅが印加される。ノードＰｕに対して、バイアス電圧分Ｖｂｅ低い電圧（−Ｖｂｅ）がノードＰｍに供給される。

図４は、オペアンプを用いた負電圧回路４３ｂの構成例を示す図である。負電圧回路４３ｂは、ノードＰｕとグランド（バイアス電圧）間の分圧を、非反転増幅回路で増幅して出力する構成である。具体的には、負電圧回路４３ｂは、ノードＰｕとグランド間に直列に接続された２つの抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２と、これら抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２の間の分圧を増幅する非反転増幅回路を備える。

非反転増幅回路は、オペアンプＯｐ１を含む。オペアンプＯｐ１の非反転入力端子は、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２の間のノードＰｂ１に接続され、反転入力端子は、オペアンプＯｐ１の出力端子Ｐｂ２に抵抗Ｒｂ３を介して接続される。これにより、負帰還をなす。オペアンプＯｐ１の出力端子Ｐｂ２は、ノードＰｍに接続される。反転入力端子と抵抗Ｒｂｄとの間のノードＰｂ３とグランドとの間には、抵抗Ｒｂ４が接続される。一例として、抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２の分圧比を３：１とし、抵抗Ｒｂ３、Ｒｂ４の分圧比を１：１とすることができる。

［分圧回路］
負電圧回路４３と負電源９との間には、分圧回路４４が接続される。分圧回路４４は、負電圧回路４３と負電源９との間の電圧を分圧する。図２に示す例では、分圧回路４４は、ノードＰｍと負電源９との間に接続され、ノードＰｍと負電源９との間の電圧を分圧する。分圧回路４４は、負電圧回路４３と負電源９との間に直列に接続された２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２で構成される。２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２の間のノードＰｎには、負電源９の電源電圧とノードＰｍの電圧との間の値の電圧が発生する。このように、分圧回路４４は、負電源９と負電圧回路４３との間のノードＰｎに、負電源９の電源電圧とノードＰｍの電圧との間の値の電圧を発生させる。

分圧回路４４は、ツェナー電流Ｉｚを制限する機能も有する。図２に示す例では、ツェナー電流Ｉｚは、Ｉｚ＝（Ｖｓ−Ｖｚ）／（ｒ１＋ｒ２）に制限される。ここで、ｒ１、ｒ２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２それぞれの抵抗値であり、Ｖｚは、ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧である。これにより、ツェナーダイオードＤ１に過大な電流が流れ、ツェナーダイオードＤ１が故障するのを防ぐことができる。また、複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２を直列接続することで、複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２の一つがショート故障に至ったとしても、他の抵抗によりツェナー電流Ｉｚの抑制機能が維持される。そのため、ツェナーダイオードＤ１に過大な電流が流れるのを防ぎ、もって故障を防ぐことができる。

なお、分圧回路４４の構成は、図２に示す例に限られない。例えば、分圧回路４４は、直列に接続された３つ以上の抵抗を含んでもよいし、直列に接続された複数の抵抗に対して並列に接続された抵抗を含んでもよい。

［検出部］
検出部４５は、分圧回路４４で分圧された電圧に基づく信号を出力する。図２に示す例では、検出部４５は、分圧回路４４の複数の抵抗Ｒ１，Ｒ２の間のノードＰｎに接続された線によって、分圧された電圧を取り出す。検出部４５は、分圧された電圧のレベルをシフトするレベルシフト回路４７を備える。レベルシフト回路４７は、ノードＰｎに接続される。また、レベルシフト回路４７は、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）４６を介して制御部４１にも接続される。レベルシフト回路４７は、レベルシフトされた電圧を、ＡＤＣ４６に出力する。ＡＤＣ４６は、制御部４１を構成するマイコンに含まれる構成であってもよい。レベルシフト回路４７は、ノードＰｎの電圧を、ＡＤＣ４６が対応範囲な範囲のレベルに変換する。

レベルシフト回路４７の構成は特に限定されない。例えば、レベルシフト回路４７は、入力端子、出力端子、参照電圧を入力する参照電圧端子、及び、グランドに接続される接地端子を含む構成とすることができる。この場合、レベルシフト回路４７は、入力端子から入力された電圧をシフトした電圧を出力端子から出力する。このとき出力される電圧は、参照電圧と接地電圧との間の電圧であって、入力信号に対して一定の電圧値を加算若しくは減算した値となる。

図５は、レベルシフト回路４７の構成例を示す図である。図５に示す例では、レベルシフト回路４７は、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔ、参照電圧端子Ｔｖｃｃ及び接地端子Ｔｇｎｄを含む。レベルシフト回路４７は、入力端子Ｔｉｎと参照電圧端子Ｔｖｃｃ間の分圧を、非反転増幅回路で増幅して出力する構成である。この例では、入力端子ＴｉｎとノードＰｎの間には、オペアンプＯｐ３が挿入される。オペアンプＯｐ３は、バッファとして機能する。

レベルシフト回路４７は、入力端子Ｔｉｎと参照電圧端子Ｔｖｃｃとの間に直列に接続された２つの抵抗Ｒ４、Ｒ５と、これら抵抗Ｒ４、Ｒ５の間のノードと出力端子Ｔｏｕｔとの間に接続されたオペアンプＯｐ２と有する。オペアンプＯｐ２は、抵抗Ｒ４、Ｒ５の間の電圧信号を増幅する非反転増幅回路を構成する。

オペアンプＯｐ２の非反転入力端子は、抵抗Ｒ４、Ｒ５の間のノードに接続され、反転入力端子は、オペアンプＯｐ２の出力端子に抵抗Ｒ７を介して接続される。これにより、負帰還をなす。オペアンプＯｐ２の出力端子は、レベルシフト回路４７の出力端子Ｔｏｕｔに接続される。オペアンプＯｐ２の反転入力端子と抵抗Ｒｂ７の間のノードと、接地端子Ｔｇｎｄとの間には、抵抗Ｒ６が接続される。

検出部４５が検出するノードＰｎの電圧は、ノードＰｍの電圧に応じて変化する。図２に示す例では、ノードＰｎの電圧Ｖｐｎは、Ｖｐｎ＝（Ｖｓ−Ｖｚ）×ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）＋（負電源電圧）×ｒ１／（ｒ１＋ｒ２）である。すなわち、レベルシフト回路４７に入力される電圧は、ノードＰｕの電位に比例して変化する。そのため、検出部４５の出力値は、ノードＰｕの電圧、すなわちＵ相の相電圧を反映した値となる。これにより、相電圧監視が可能となる。

また、ノードＰｎの電圧は、抵抗Ｒ１又はＲ２の故障によって変化する。そのため、検出部４５の出力値により、分圧回路４４の異常検出も可能になる。さらに、コンデンサＣ１又はツェナーダイオードＤ１の故障によってもノードＰｎの電圧は変化する。そのため、検出部４５の出力値により、負電圧回路４３の異常検出も可能になる。また、負電源９の電圧の変化によっても、ノードＰｎの電圧は変化する。そのため、検出部４５の出力値により、負電源９の異常検出も可能になる。

このように、検出部４５の出力値により、分圧回路４４、負電圧回路４３、及び負電源９の異常検出、並びに、相電圧の監視が可能になる。分圧回路４４及び検出部４５は、相電圧検出機能及び負電圧検出機能を兼ねる。そのため、相電圧検出回路に加えて、別途、負電圧検出回路を設ける必要はない。すなわち、簡単な回路構成で、相電圧監視及び負電圧監視が可能になる。

なお、図２では図示を省略しているが、ノードＰｖ及びノードＰｗにも、ノードＰｕと同様に、負電圧回路４３、分圧回路４４及び検出部４５が接続される。

［スイッチング素子］
インバータ４０のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６は、例えば、電界効果トランジスタ（Field-Effect Transistor(FET)）又はバイポーラトランジスタとすることができる。ＦＥＴの例として、Metal-Oxide-Semiconductor（ＭＯＳＦＥＴ）を用いることができる。ＭＯＳＦＥＴは、例えば、ＳｉＣ、又はＧａＮ等を含むものとすることができる。バイポーラトランジスタの例として、Insulated Gate Bipolar Transistor（ＩＧＢＴ）を用いることができる。

スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６は、ノーマリオン型トランジスタ又はノーマリオフ型トランジスタのいずれであってもよい。ノーマリオン型トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈは０より低く、ゲート電圧とソース電圧が同電位の場合にオン状態となる。ノーマリオフ型トランジスタの閾値電圧Ｖｔｈは０より高く、ゲート電圧とソース電圧が同電位の場合にオフ状態になる。

例えば、ＧａＮを用いたＭＯＳＦＥＴの場合、通常は、ノーマリオン型素子が得られ、従来のＳｉを用いたＭＯＳＦＥＴよりも高速スイッチング動作を実現できる。ノーマリオン型トランジスタをオフ状態にするためには、ゲートに接地電位（０Ｖ）よりも低い負電圧を供給する。ここで、負電圧の供給系統が故障すると、ノーマリオン型トランジスタをオフ状態にできなくなる事態が生じ得る。

そのため、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をノーマリオン型トランジスタとした場合は、本実施形態のように、相電圧監視回路に負電圧監視の機能を持たせる構成とすることが好ましい。これにより、簡単な構成で負電圧の供給系統の異常検出が可能になる。例えば、負電圧の供給系統の異常検出時には、モータ制御装置の動作を停止するといった、フェールセーフ制御が可能になる。その結果、安全性がより向上する。例えば、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６には、ノーマリオン型のＧａＮトランジスタを用いることができる。この場合、優れたスイッチング特性が得られるとともに、安全性をより向上させることができる。

［制御部］
上記のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６が、スイッチングされることにより、直流電源５１（電源電圧Ｖｂａｔｔｅｒｙ）から供給される直流電圧が三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電圧に変換される。この変換された三相交流電圧が、ノードＰｕ，Ｐｖ，Ｐｗを介してモータ２０の各相コイル２０ｕ〜２０ｗに供給されることによりモータ２０が回転する。

具体的には、制御部４１が、制御信号として、ＰＷＭ駆動信号をドライバ４２に出力することにより、インバータ４０をＰＷＭ（パルス幅変調）駆動する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対応するスイッチング素子対（Ｔ１とＴ２，Ｔ３とＴ４，Ｔ５とＴ６）のそれぞれのオン／オフ（導通状態）が、各相に対応する一対のＰＷＭ駆動信号（ａ１とａ２，ａ３とａ４，ａ５とａ６）によって制御される。各相における一対のＰＷＭ駆動信号は、互いに反転関係にある。これにより、各相のノードＰｕ，Ｐｖ，Ｐｗに得られる電圧が、それぞれ、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、及びＷ相電圧としてモータ２０に印加される。これにより、Ｕ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流がモータ２０に供給される。

ノードＰｕ，Ｐｖ，Ｐｗとモータ２０との間の給電線には、各相電流値Ｉｕ〜Ｉｗを検出する電流センサ４８ｕ〜４８ｗがそれぞれ設けられている。電流センサ４８ｕ〜４８ｗの出力は制御部４１に取り込まれる。また、制御部４１は、トルクセンサ５からの操舵トルクτ、車速センサ７からの車速Ｖ、及び回転角センサ６からの回転角θｍａを、それぞれ取り込む。さらに、検出部４５からの出力も制御部４１に取り込まれる。検出部４５からの出力は、各相の相電圧の情報を含む。

制御部４１は、これらの、相電流値Ｉｕ〜Ｉｗ、操舵トルクτ、車速Ｖ、モータの回転角θｍａを受け取り、これらに基づいて、制御信号を生成する。例えば、制御部４１は、操舵トルクτ、車速Ｖ、回転角θｍａ、および相電流値Ｉｕ〜Ｉｗに基づき、モータ２０の各相の電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成する。制御部４１は、電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づき、制御信号として、ＰＷＭ駆動信号ａ１，ａ３，ａ６及びそれらの否定信号ａ２，ａ４，ａ６を生成する。

［制御部の構成例］
図６は、制御部４１の構成例を示すブロック図である。図６に示す例では、制御部４１は、目標アシストトルクに対応する電流指令値を演算する電流指令値演算部５０、及び電流指令値に対応するＰＷＭ駆動信号ａ１〜ａ６を生成する制御信号生成部６０を有している。

電流指令値演算部５０は、車速Ｖ及び操舵トルクτに基づいてｄ／ｑ座標系におけるｑ軸上の電流指令値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を演算する。具体的には、例えば操舵トルクτの絶対値が大きくなるほど、また車速Ｖが遅くなるほどｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の絶対値をより大きい値に設定する。なお制御部４１では、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が「０」に固定されている。

制御信号生成部６０には各相電流値Ｉｕ〜Ｉｗ及びモータ回転角（電気角）θｍも入力される。なおモータ回転角θｍは、回転角選択部７３によって、回転角センサ６の検出モータ回転角θｍａ、及び回転角推定部７１で演算される推定モータ回転角（電気角）θｍｂのいずれか一方に設定される。制御信号生成部６０は、それらの入力情報に基づいてｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行することによりＰＷＭ駆動信号ａ１〜ａ６を生成する。

詳しくは、各相電流値Ｉｕ〜Ｉｗ及びモータ回転角θｍはｄ／ｑ変換部６１に入力されている。ｄ／ｑ変換部６１は、モータ回転角θｍに基づいて各相電流値Ｉｕ〜Ｉｗをｄ／ｑ座標上に写像することにより、ｄ／ｑ座標系におけるモータ２０の実電流値であるｄ軸電流値Ｉｄ及びｑ軸電流値Ｉｑを演算する。そしてｄ軸電流値Ｉｄとｄ軸電流指令値Ｉｄ＊との偏差ΔＩｄが演算され、その値がＦ／Ｂ（フィードバック）制御部６２に入力される。またｑ軸電流値Ｉｑとｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との偏差ΔＩｑも演算され、その値がＦ／Ｂ制御部６２に入力される。

Ｆ／Ｂ制御部６２は、ｄ軸電流値Ｉｄをｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に追従させるべく、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づく電流フィードバック制御を行うことにより、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊を演算する。またＦ／Ｂ制御部６２は、ｑ軸電流値Ｉｑをｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に追従させるべく、ｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づく電流フィードバック制御を行うことにより、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊も演算する。Ｆ／Ｂ制御部６２は、演算したｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊をｄ／ｑ逆変換部６３に出力する。

ｄ／ｑ逆変換部６３にはモータ回転角θｍも入力される。ｄ／ｑ逆変換部６３は、モータ回転角θｍに基づいてｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を三相の交流座標系上に写像することにより、三相の交流座標系における各相電圧指令値Ｖｕ＊〜Ｖｗ＊を演算する。ｄ／ｑ逆変換部６３は、演算した各相電圧指令値Ｖｕ＊〜Ｖｗ＊をＰＷＭ変換部６４に出力する。

ＰＷＭ変換部６４は、各相電圧指令値Ｖｕ＊〜Ｖｗ＊をＰＷＭ変換することによりＰＷＭ駆動信号ａ１〜ａ６を生成する。そして図２に示すように、制御部４１は、これらＰＷＭ駆動信号ａ１〜ａ６をインバータ４０の各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のゲート端子に接続されたドライバに出力する。これによりＰＷＭ駆動信号ａ１〜ａ６に応じた駆動電力がモータ２０に供給され、モータトルクをステアリングシャフト１１に付与するアシスト制御が実行される。

制御部４１は、回転角センサ６に何らかの異常が生じた場合、検出部４５の出力に基づく相電圧の情報を利用してモータ２０の駆動制御を継続する、いわゆる回転角センサレス制御を実行することができる。次に回転角センサレス制御について詳述する。

図６に示すように、制御部４１は、各相のノードＰｕ，Ｐｖ，Ｐｗに接続された検出部４５の検出信号Ｓｕ〜Ｓｗに基づいてモータ２０の各相端子電圧（より正確には、その検出値）Ｖｕ〜Ｖｗを演算する端子電圧値演算部７０を有している。端子電圧値演算部７０は、演算した各相端子電圧Ｖｕ〜Ｖｗを回転角推定部７１に出力する。

回転角推定部７１には操舵トルクτ及び各相電流値Ｉｕ〜Ｉｗも入力されている。回転角推定部７１は、それらの入力情報に基づいてモータ回転角の推定値θｍｂを演算し、演算した推定モータ回転角θｍｂを回転角選択部７３に出力する。

回転角推定部７１は、例えば、各相に対応する検出部の検出信号Ｓｕ〜Ｓｗから得られる各相端子電圧検出値に基づいてモータ２０の誘起電圧値を演算して、誘起電圧値に基づいてモータ２０の角速度の推定値を演算し、推定モータ角速度に基づいてモータ２０の回転角を推定することができる。この構成において、回転角推定部７１は、誘起電圧値の絶対値が所定の閾値よりも大きい場合は、上記推定モータ角速度に基づいてモータの回転角を推定し、誘起電圧値の絶対値が前記所定の閾値以下である場合は、操舵トルクに基づいてモータの回転角を推定することもできる。

また、制御部４１は、回転角センサ６の検出モータ回転角θｍａに基づいて回転角センサ６の異常を検出する異常判定部７２を有している。異常判定部７２は、回転角センサ６の異常を検出すると、その旨を示す異常検出信号Ｓｅを回転角選択部７３に出力する。

回転角選択部７３には、回転角センサ６の検出モータ回転角θｍａも入力される。回転角選択部７３は、回転角センサ６が正常な場合、回転角センサ６の検出モータ回転角θｍａをモータ回転角θｍとして制御信号生成部６０に出力する。また回転角選択部７３は、異常判定部７２から出力される異常検出信号Ｓｅを受信した場合、推定モータ回転角θｍｂをモータ回転角θｍとして制御信号生成部６０に出力する。このように制御部４１では、回転角センサ６が正常な場合には、回転角センサ６を用いてモータ２０の駆動制御が実行され、回転角センサ６に何らかの異常が生じた場合には、回転角センサ６を用いずにモータ２０の駆動制御が継続される。

上記例では、制御部４１は、検出部４５の検出信号Ｓｕ〜Ｓｗから得られる各相端子電圧検出値を用いて、モータの回転角を推定し、推定した回転角に基づいて制御信号を生成する構成である。検出信号Ｓｕ〜Ｓｗを用いた制御信号の生成処理は、この例に限られない。

制御部４１の処理及び構成は、上記例に限られない。例えば、制御部４１の制御信号生成部６０は、上記構成に代えて、操舵トルクτおよび車速Ｖに基づきモータ２０に流すべき電流の目標値Ｉｔを決定し、その目標値Ｉｔとモータ２０のロータの回転位置（回転角θｍ）に基づきモータの回路方程式に従って電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を求める構成とすることができる。このモータ回路方程式に使用されるパラメータは、電流検出値Ｉｍに基づき修正されてもよい。電流検出値Ｉｍは、例えば、図２に示すインバータ４０に設けられた電流検出用抵抗の両端の電圧に基づき検出することができる。電流検出用抵抗は、下アームスイッチング素子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６とグランド（直流電源の負極）との間に挿入することができる。

［異常検出部］
図６に示す例では、制御部４１は、検出部４５から出力された検出信号Ｓｕ〜Ｓｗに基づいて、負電圧の異常を検出する異常検出部７４をさらに備えることができる。異常検出部７４は、例えば、検出信号Ｓｕ〜Ｓｗ又は検出信号Ｓｕ〜Ｓｗから得られる各相端子電圧検出値が、所定の範囲にない場合、負電圧を供給する回路が異常であると判断することができる。また、異常検出部７４は、検出信号Ｓｕ〜Ｓｗ又はそれらに基づく値が、所定の範囲にない場合、その値に応じて，負電圧回路４３、分圧回路４４又は負電源９のいずれで異常が発生しているかを判断することもできる。異常検出部７４は、各相の検出部４５で出力された信号に基づいて、各相における負電圧を供給する回路の異常の有無をそれぞれ判断することができる。

一例として、異常検出部７４は、上アームスイッチング素子Ｔ１がオンの時に、ノードＰｕの電圧が正しくＨｉｇｈ電圧（電源電圧Ｖｂａｔｔｅｒｙ）となっているか、及び／又は、下アームスイッチング素子Ｔ２がオンの時に、ノードＰｕが正しくＬｏｗ電圧（ＧＮＤ電位）となっているかを判断することができる。これにより、上アームスイッチング素子Ｔ１及び下アームスイッチング素子Ｔ２が正常に動作しているか否かを確認することができる。この場合、異常検出部７４は、例えば、制御部４１から出力される制御信号ａ１、ａ２を用いて、上アームスイッチング素子Ｔ１及び下アームスイッチング素子Ｔ２のオンの時期を把握することができる。

また、異常検出部７４は、制御信号生成部６０の信号をさらに用いて，異常判断を実行することもできる。図６に示す例では、異常検出部７４には、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊及びｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊が入力される。異常検出部７４は、これらの値を基に、モータ２０が駆動しているか否かを判断することができる。例えば、異常検出部７４は、モータ２０が駆動を開始した直後に、各相端子電圧検出値の異常判断を実行することができる。これにより、モータ始動時に、負電圧を供給する回路の故障の有無を判断することができる。

異常検出部７４は、異常を検出した場合、制御信号生成部６０に、異常を示す信号を出力する。制御信号生成部６０は、異常を示す信号を受けた場合、例えば、ＰＷＭ駆動信号ａ１〜ａ６の生成を中断する。これにより、モータ２０が停止する。このように、異常検出時には、モータ２０を停止させるフェールセーフ制御が実行される。

なお、異常検出部７４の構成は、図６に示す例に限られない。例えば、異常検出部７４は、端子電圧値演算部７０で演算された各相端子電圧Ｖｕ〜Ｖｗを用いて異常判断しているが、検出信号Ｓｕ〜Ｓｗを用いて異常判断してもよい。また、異常検出部７４は、制御信号生成部６０からの信号Ｖｄ＊、Ｖｑ＊を用いなくても異常判断をすることができる。

［動作例］
次に、モータ制御装置４の正常時及び異常時の動作例を説明する。図７Ａ〜図７Ｄは、図２の一部の構成を示す図である。図７Ａ〜図７Ｄには、各動作時のスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２，Ｔｂ１，Ｔｂ２の導通状態と、ノードＰｕ，Ｐｍ，Ｐｎの電圧及びレベルシフト回路４７から出力される電圧が示される。これらの電圧の値は、接地電圧を０Ｖとした場合の値である。

図７Ａ〜図７Ｄに示す例は、次の条件下における動作例である。正電源８の電源電圧が１７Ｖ、直流電源の電源電圧Ｖｂａｔｔｅｒｙが１２Ｖ、負電源９の電源電圧が−５Ｖ、ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧Ｖｚが５Ｖである。レベルシフト回路４７による電圧のシフト量は、＋５Ｖである。分圧回路４４の抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の比ｒ１：ｒ２は２：１である。上下アームスイッチング素子Ｔ１，Ｔ２は、ノーマリオン型トランジスタである。なお、上記条件は、一例であり、モータ制御装置４の条件は、これに限定されない。

図７Ａは、正常動作時において、上アームスイッチング素子Ｔ１がオン、下アームスイッチング素子Ｔ２がオフの時の状態を示す。この場合、制御部４１は、上アームスイッチング素子Ｔ１を駆動するドライバ４２にハイレベル（Ｈ）の制御信号ａ１を出力し、下アームスイッチング素子Ｔ２を駆動するドライバ（図示せず）にローレベル（Ｌ）の制御信号ａ２を出力する。ドライバ４２のスイッチング素子Ｔｂ１はオン、Ｔｂ２はオフとなり、上アームスイッチング素子Ｔ１のゲートには、正電源の電源電圧（１７Ｖ）が印加される。上アームスイッチング素子Ｔ１はオンとなる。制御信号ａ２＝Ｌにより、下アームスイッチング素子Ｔ２は、オフとなる。そのため、ノードＰｕの電圧は、直流電源の電源電圧Ｖｂａｔｔｅｒｙ＝１２Ｖとなる。上スイッチング素子Ｔ１のゲート−ソース間容量に蓄電される電位Ｖｇｓは、Ｖｇｓ＝−５Ｖとなる。ノードＰｍの電圧は、ノードＰｕの電圧１２Ｖよりツェナー電圧Ｖｚ＝５Ｖ分低く、７Ｖとなる。ノードＰｍと負電源との電位差は、７−（−５）＝１２Ｖとなる。この電位差が、抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧され、ノードＰｎの電圧は−１Ｖとなる。レベルシフト回路４７からの出力は、−１＋５＝４Ｖとなる。

図７Ｂは、正常動作時において、上アームスイッチング素子Ｔ１がオフ、下アームスイッチング素子Ｔ２がオンの時の状態を示す。この場合、制御部４１は、上アームスイッチング素子Ｔ１を駆動するドライバ４２にローレベル（Ｌ）の制御信号ａ１を出力し、下アームスイッチング素子Ｔ２を駆動するドライバ（図示せず）にハイレベル（Ｈ）の制御信号ａ２を出力する。ドライバ４２のスイッチング素子Ｔｂ１はオフ、Ｔｂ２はオンとなり、上アームスイッチング素子Ｔ１のゲートには、負電圧（−５Ｖ）が印加される。上アームスイッチング素子Ｔ１はオフとなる。制御信号ａ２＝Ｈにより、下アームスイッチング素子Ｔ２は、オンとなる。そのため、ノードＰｕの電圧は、１２Ｖから接地電圧＝０Ｖとなる。この時、上アームスイッチング素子Ｔ１のゲート−ソース間の容量に蓄えられた電荷（Ｖｇｓ＝―５Ｖ）はそのままでゲート電位が７Ｖから−５Ｖへシフトする。ノードＰｍの電圧は、ノードＰｕの電圧０Ｖよりツェナー電圧Ｖｚ＝５Ｖ分低く、−５Ｖとなる。ノードＰｍと負電源の電圧はいずれも−５Ｖであり、ノードＰｎの電圧も−５Ｖとなる。レベルシフト回路４７からの出力は、−５＋５＝０Ｖとなる。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、正常動作時において、検出部４５から出力される電圧は、Ｔ１＝オン、Ｔ２＝オフの時が４Ｖであり、Ｔ１＝オフ、Ｔ２＝オンの時に０Ｖとなる。一方、ノードＰｕの電圧Ｖｓは、Ｔ１＝オン、Ｔ２＝オフの時が１２Ｖであり、Ｔ１＝オフ、Ｔ２＝オンの時に０Ｖとなる。ノードＰｎの電圧は、Ｔ１＝オン、Ｔ２＝オフの時が−１Ｖであり、Ｔ１＝オフ、Ｔ２＝オンの時に−５Ｖとなる。このように、レベルシフト回路４７に入力される電圧は、ノードＰｕの電圧Ｖｓに比例して変化する。そのため、正常動作時の検出部４５の出力電圧は、ノードＰｕの電圧Ｖｓを反映した値となる。

また、分圧回路４４により、正常動作時に検出部４５の出力電圧が変化する範囲（上記例では、０〜４Ｖ）は、ノードＰｕの電圧Ｖｓの範囲（上記例では、０〜１２Ｖ）に比べて小さくなる。そのため、制御部４１では、ＡＤＣ４６における識別可能な電圧の範囲よりも、広い範囲のノードＰｕの電圧Ｖｓを検出することができる。上記例では、例えば、ＡＤＣ４６で識別可能な電圧の範囲が０〜５Ｖの場合であっても、制御部４１では、ノードＰｕの電圧として、Ｖｓ＝１２Ｖ、Ｖｓ＝０の双方を識別することができる。このように、ノードＰｕに接続された負電圧回路４３と負電源９との間に、分圧回路４４を設け、分圧された電圧を検出する構成とすることで、識別可能な相電圧の範囲を広くすることができる。

本例では、負電圧回路４３に、ツェナーダイオードＤ１と並列に接続されるコンデンサＣ１が設けられる。このコンデンサＣ１により、上アームスイッチング素子Ｔ１の切り替わりの遅延を抑えることができる。一例として、図７Ａ及び図７Ｂに示す例において、コンデンサＣ１がない場合の動作を説明する。この場合、ドライバ４２のスイッチング素子Ｔｂ１オフの後、Ｔｂ２がオンとなると、上スイッチング素子Ｔ１のゲート（１７Ｖ）の電荷はソース（１２Ｖ）に流れ込む。これにより、ゲートの電位は、ソースに対してツェナーダイオードＤ１の順方向電圧程度（例えば、０．６Ｖ）高い１２.６Ｖまで下がる。このとき、上アームスイッチング素子Ｔ１はオンのままである。その後、抵抗Ｒ１，Ｒ２経由でゲートの電荷が抜かれて、ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧が生成される。これにより、上アームスイッチング素子Ｔ１がオフになる。ここで、ゲートの電荷が抜かれる速度は、上アームスイッチング素子Ｔ１の入力容量と抵抗Ｒ１＋Ｒ２の時定数に依存する。そのため、上アームスイッチング素子Ｔ１がオフになるのがこれらの時定数に応じて遅くなる。

これに対して、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、コンデンサＣ１がある場合は、ドライバ４２のスイッチング素子Ｔｂ１オフの後、Ｔｂ２がオンとなると、コンデンサＣ１にチャージされた電荷がスイッチング素子Ｔｂ２により放電されて上アームスイッチング素子Ｔ１のゲートの電位が下がる。これにより、ゲートの電位は、１７ＶからノードＰｍの電圧の７Ｖに下がり、上アームスイッチング素子Ｔ１がオフになる。上アームスイッチング素子Ｔ１がオフになった後、ソース電位が下がる。この時、コンデンサＣ１の電荷に変動がないことにより、ツェナーダイオードＤ１のアノードの電位は、−５Ｖ付近まで下がることができる。ここで、抵抗Ｒ１，Ｒ２は、ツェナー電流を規定する機能を有し、ツェナーダイオードＤ１の安定動作に寄与するが、上アームスイッチング素子のオフ動作遅延にはほとんど影響しない。このように、コンデンサＣ１により、上アームスイッチング素子の応答性をよくすることができる。

図７Ｃは、負電圧回路４３の異常時の状態を示す。図７Ｃに示す例では、ツェナーダイオードＤ１がショート故障した状態で、上アームスイッチング素子Ｔ１がオン、下アームスイッチング素子Ｔ２がオフとなっている。この場合、ノードＰｍの電圧は、ノードＰｕの電圧Ｖｓ＝１２Ｖと同じになる。そのため、ノードＰｎの電圧は、約０．６６Ｖとなり、レベルシフト回路４７から出力される電圧は、５．６６Ｖとなる。この値は、正常時の検出値の範囲から外れた値となる。そのため、制御部４１では、正常時の検出値の範囲を予め記録しておき、検出部４５で検出された電圧の値がこの範囲にあるか否かにより、負電圧回路４３の異常を判断することができる。

図７Ｄは、負電源９の異常時の状態を示す。図７Ｄに示す例では、負電源９の電源電圧が０Ｖの状態で、上アームスイッチング素子Ｔ１がオン、下アームスイッチング素子Ｔ２がオフとなっている。この場合、ノードＰｍの電圧は、ノードＰｕの電圧Ｖｓ＝１２Ｖよりツェナー電圧Ｖｚ＝５ｖ分低い７Ｖとなる。そのため、分圧されたノードＰｎの電圧は、約２．３３Ｖとなり、レベルシフト回路４７から出力される電圧は、７．３３Ｖとなる。この値は、正常時の検出値の範囲から外れた値となる。そのため、制御部４１では、検出部４５で検出された電圧の値が正常時の検出値の範囲にあるか否かにより、負電源９の異常を判断することができる。

図７Ａ〜図７Ｄに示すように、正常動作時は、検出部４５から出力される電圧は、相電圧の出力端子であるノードＰｕの電圧Ｖｓを反映したものとなる。そのため、相電圧監視が可能になる。また、負電圧回路４３のツェナーダイオードＤ１が故障した場合、検出部４５から出力される電圧が変化する。コンデンサＣ１の故障時も検出部４５から出力される電圧が変化する。そのため、負電圧回路４３の異常検出が可能になる。さらに、負電源９が故障した場合、検出部４５から出力される電圧が変化する。そのため、負電源９の異常検出が可能になる。なお、上記動作例には含まれないが、分圧回路４４の抵抗Ｒ１，Ｒ２の一方が故障した場合も、検出部４５から出力される電圧は変化する。そのため、分圧回路４４の異常検出も可能になる。また、上記例のように、故障した場所によって、検出部４５から出力される電圧が変化する。そのため、異常検出時には、検出部４５から出力される電圧の値によって、故障した場所を判断することができる。

＜他の変形例＞
本発明のモータ制御装置の対象とするモータは、上記例の３相ブラシレスモータに限定されない。本発明は、例えば、３相以外の相数のブラシレスモータや、ブラシ付きモータ等、他の種類の電動モータを駆動するためのモータ制御装置にも適用可能である。

本発明は、上述したコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に限らず、ピニオンアシスト型、又は、ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置等他のタイプの電動パワーステアリング装置にも適用できる。また、本発明は、電動パワーステアリング装置以外のモータ制御装置にも適用できる。

１ 操舵機構、４ モータ制御装置、正電源８、負電源９、２０ モータ、４０ インバータ、４１ 制御部、４２ ドライバ、４３ 負電圧回路、４４ 分圧回路、４５ 検出部、５１ 直流電源、Ｃ１ コンデンサ、Ｄ１ ツェナーダイオード、Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５ 上アームスイッチング素子、Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６ 下アームスイッチング素子

Claims (8)

1. 直流電源の正負極間に直列接続される上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子を含み、前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子の間のノードの電圧を相電圧としてモータに供給するインバータと、
   前記上アームスイッチング素子に、制御信号に応じて、第１電圧又は前記第１電圧より低い第２電圧を印加することで、前記上アームスイッチング素子のオン／オフを制御するドライバと、
   上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子の間のノードと、接地電圧より低い負電圧を供給する負電源との間に接続され、前記ノードの電圧を基準として前記ノードの電圧より低い電圧を、前記第２電圧として前記ドライバへ供給する負電圧回路と、
   前記負電圧回路と前記負電源との間に配置され、前記負電圧回路と前記負電源との間の電圧を分圧する分圧回路と、
   前記分圧回路で分圧された電圧に基づく信号を出力する検出部とを備える、モータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置であって、
   前記検出部で出力された信号に基づいて、前記負電圧回路又は前記負電源の異常を検出する異常検出部をさらに備えた、モータ制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のモータ制御装置であって、
   前記検出部で出力された信号を用いて、前記上アームスイッチング素子及び前記下アームスイッチング素子のオン／オフを制御する制御信号を生成して前記ドライバへ出力する制御部をさらに備えた、モータ制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   前記負電圧回路は、互いに並列に接続されたコンデンサとツェナーダイオードを含む、モータ制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   前記上アームスイッチング素子は、ノーマリオン型トランジスタである、モータ制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   前記検出部は、前記分圧回路で分圧された電圧のレベルをシフトするレベルシフト回路を備える、モータ制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ制御装置であって、
   前記分圧回路は、前記負電圧回路と前記負電源との間に直列に接続された複数の抵抗を含む、モータ制御装置。
8. 車両のステアリング機構に操舵補助力を与えるパワーステアリング装置であって、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置により制御され、前記ステアリング機構に前記操舵補助力を与える前記モータとを備える、パワーステアリング装置。

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