JP2019062686A - モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチのオープン故障、負荷線、又は、モータ巻線の断線時に信頼性良く起動・回転継続できるモータ駆動回路を提供する。【解決手段】Ｙ型結線された３相のモータＭを駆動する駆動回路３に用いるインバータ回路７は、高電位側電源線Ｎ１と低電位側電源線Ｎ２との間の一対の上下アーム５uu、５ud，５vu、５vd，５wu、５wdが３相接続されると共に、これらの上下アーム５uu、５ud，５vu、５vd，５wu、５wdの共通接続ノードがモータＭのそれぞれの駆動ノードに接続された３つのレグ６ｕ，６ｖ，６ｗを備える。そして非常用レグ６ｅは、レグ６ｕ，６ｖ，６ｗに並列接続されると共にモータＭの中性点に共通接続ノードを接続した上下アーム５eu及び５edを備える。この非常用レグ６ｅは、インバータ回路７の各アームの故障時、負荷線４の故障時、又は、モータＭの巻線の故障時に故障したレグ（例えば６ｕ）の代わりに用いられる。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｙ型結線されたモータを駆動するモータ駆動回路に関する。

従来より、この種のモータ駆動回路に関する様々な技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。この特許文献１記載の技術によれば、モータを駆動制御するためのスイッチング素子が故障したときに制御内容を変更し負荷を継続して駆動制御している。その他の関連技術としては特許文献２〜４記載の技術が挙げられる。例えば、特許文献２記載の技術によれば、Ｙ結線モータのインバータの一部が故障した場合に電流ゲインの補正をすることで制御を継続している。また、特許文献３記載の技術によれば、Ｙ結線モータにおいて、電流切替回路により短絡故障時に回転継続できるようにしている。特許文献４記載の技術によれば、スイッチング素子の故障時に制御を変更することで負荷を継続して駆動している。

特開２０１５−０９２７９５号公報 特開２０１２−２２２８８１号公報 特開２００９−１７７９１５号公報 特開２０１５−１９２５２６号公報

特許文献１記載の技術においては、スイッチング素子の故障時に制御内容を変更することで負荷を継続制御できるようにしているが、スイッチング素子のオープン故障時、または、モータの負荷線又はモータ巻線が１相でも断線故障した場合には、モータ内の磁路が一部方向に生成できなくなり、停止状態から起動することができない。同様に、特許文献２記載の技術においても、スイッチング素子のオープン故障時に起動することができない。特許文献３記載の技術では、スイッチの短絡故障時に回転継続することはできるが、断線故障時に対応することができず、しかも起動することができない。特許文献４記載の技術においても同様に、スイッチング素子のオープン故障時の起動に対処することができない。

本発明の目的は、スイッチのオープン故障、負荷線、又は、モータ巻線が断線の何れかの故障を生じた場合において、信頼性良く起動・回転継続できるようにしたモータ駆動回路を提供することにある。

請求項１記載の発明は、Ｙ型結線された３相のモータを駆動制御するモータ駆動制御装置を対象としている。この請求項１記載の発明によれば、インバータ回路は、高電位が与えられる高電位側電源線と低電位側電源線との間に接続された一対の第１スイッチが３相接続された３つのレグをインバータ回路として備えている。これらの３つのレグは、モータのそれぞれの駆動ノードに一対の第１スイッチの共通接続ノードが接続されている。これに加えて非常用レグが一対の第２スイッチを備えて構成されている。一対の第２スイッチは、レグに並列接続されると共にモータの中性点に共通接続ノードが接続されている。この非常用レグは、レグの第１スイッチの故障時、インバータ回路からモータに接続される負荷線の故障時、レグの第１スイッチ及びモータを通じて通電される通電経路の故障時、又は、モータの巻線の故障時にレグの代わりに用いられる。

したがって、非常用レグが、Ｙ型結線モータの中性点に通電できるようになっているため、たとえレグの一対の第１スイッチのうち一方の第１スイッチが故障したとしても、非常用レグと他方の第１スイッチとを用いてモータの中性点と他の２相の駆動ノードとの間に通電できるようになる。このため、例えば、第１スイッチのオープン故障発生時において、モータの内部の磁路をモータ起動に必要な方向に生成できるようになり、故障後にたとえ停止したとしても、モータを起動開始できる。しかもその後に回転継続できるようになる。また、負荷線の故障時においても、非常用レグを用いて中性点と故障対象以外の駆動ノードに通電できるようになり、モータを起動できるようになることを期待でき、また回転継続できるようになる。モータ巻線の断線故障を生じた場合でも同様の作用効果を奏する。

第１実施形態におけるモータ駆動回路を概略的に示す電気的構成図 処理内容を概略的に示すフローチャート 故障箇所の特定方法の説明図（その１） Ｕ相上アームがオープン故障したときの電気的構成図 Ｕ相の負荷線がオープン故障したときの電気的構成図 故障箇所の特定方法の説明図（その２） センサ付きモータの駆動時においてＵ相上アームがオープン故障したときの起動時の位置決め方法の説明図 センサ付きモータの駆動時においてＵ相上アームがオープン故障したときの通電パターンの説明図 センサ付きモータの駆動時においてＵ相の負荷線がオープン故障したときの起動時の位置決め方法の説明図 センサ付きモータの駆動時においてＵ相の負荷線がオープン故障したときの通電パターンの説明図 センサレスモータの駆動時においてＵ相上アームがオープン故障したときの起動時の位置決め方法の説明図 センサレスモータの駆動時においてＵ相の負荷線がオープン故障したときの起動時の位置決め方法の説明図 センサレスモータの駆動時においてＵ相の負荷線がオープン故障したときに故障診断後に惰性回転が維持されているときの位置決め方法の説明図 第２実施形態における処理内容の一部を概略的に示すフローチャート 第３実施形態におけるモータ駆動回路を概略的に示す電気的構成図 第４実施形態におけるモータ駆動回路を概略的に示す電気的構成図

以下、モータ駆動回路の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、各実施形態で説明した構成と同一又は類似機能を備えた構成について同一符号又は類似符号を付し、第２実施形態以降では必要に応じて説明を省略する。

（第１実施形態）
図１から図１３は第１実施形態の説明図を示す。図１は、モータ駆動システム１の電気的構成を概略的に示すブロック図である。このモータ駆動システム１は、例えば車載用フューエルポンプのアクチュエータの駆動用に設けられる。このモータ駆動システム１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭによるメモリを備えるマイクロコンピュータ（何れも図示せず）を主として構成されるＥＣＵ２と、モータ駆動回路３と、を備える。モータ駆動回路３の外部には車両内ネットワークを通じてＥＣＵ２が接続されている。

モータ駆動回路３は、車載バッテリ（図示せず）から高電位側電源線Ｎ１及び低電位側電源線Ｎ２を通じて直流電圧＋Ｂの供給を受けて動作し、負荷線４を通じてＹ型結線されたブラシレス３相直流モータ（以下、モータと略す）Ｍに交流電圧を出力する。したがって高電位側電源線Ｎ１には例えば電源電圧＋Ｂが与えられ、低電位側電源線Ｎ２には例えばグランド電位が与えられる。モータＭは、電機子及び電機子に対して回転する回転子を備える。またモータＭは、回転子の位置を検出するためのホール素子などの半導体磁気センサを備えたセンサ付きモータであっても良いし、当該ホール素子を備えていないセンサレス構成であっても良い。

モータ駆動回路３は、例えばＵ、Ｖ、Ｗの３相アームを構成する６個のＮチャネル型のスイッチング素子としてＭＯＳトランジスタ５uu、５ud、５vu、５vd、５wu、５wdを備える。これらのトランジスタ５uu、５ud、５vu、５vd、５wu、５wdは第１スイッチとして３相接続して構成され、以下では、上アーム５uu，５vu，５wu、下アーム５ud，５vd，５wdと称し、必要に応じて、これらの一部又は全部を総称してアーム５と称して説明を行う。

Ｕ相〜Ｗ相の各相の各上アーム５uu、５vu、５wu及び下アーム５ud、５vd、５wdは、それぞれ一対の第１スイッチとして各相のレグ６ｕ、６ｖ、６ｗを構成する。３相インバータ回路７は、高電位側電源線Ｎ１と低電位側電源線Ｎ２との間にレグ６ｕ、６ｖ、６ｗを接続して構成される。

上アーム５uuと下アーム５udとの間の共通接続ノードＮｕは、モータＭのＵ相の駆動ノードとなり、上アーム５vuと下アーム５vdとの間の共通接続ノードＮｖは、モータＭのＶ相の駆動ノードとなり、上アーム５wuと下アーム５Wdとの間の共通接続ノードＮｕは、モータＭのＷ相の駆動ノードとなるように接続されている。

またモータ駆動回路３は、２個のＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ５eu、５edを非常用に備える。これらのトランジスタ５eu、５edによるモータＭの駆動相をＥ（Emergency）相と称する。これらのトランジスタ５eu、５edは第２スイッチとして用いられるものであり、以下では、それぞれ上アーム５eu、下アーム５edと称して説明する。このＥ相の上アーム５eu及び下アーム５edは、一対の第２スイッチとしてレグ６ｅを構成する。このレグ６ｅは、高電位側電源線Ｎ１と低電位側電源線Ｎ２との間においてレグ６ｕ、６ｖ、６ｗに並列接続されている。上アーム５euと下アーム５edとの間の共通接続ノードＮｅは、モータＭの中性点に接続されている。

これらの上アーム５eu及び下アーム５edのインピーダンスは、半導体スイッチとしての特性上、インバータ回路７の各アーム５のインピーダンス特性より高く設定されていることが望ましい。これは非常用レグ６ｅの共通接続ノードＮｅが、モータＭの中性点に接続されているためである。すなわち、非常時にこの非常用レグ６ｅを使用すると、各相の駆動ノードと中性点との間に電圧が印加されることになるが、この電圧印加対象となるモータＭの巻線インピーダンスが通常動作時におけるモータＭの巻線インピーダンスに比較して低下することから、仮に同一電圧が印加されると電流振幅が通常時に比較して上昇してしまうためである。

このため、この非常時における各相組合せスイッチング動作における振幅変動の影響を極力防ぐため、上アーム５eu又は下アーム５edがオンしたときのインピーダンス、すなわちオン抵抗を、インバータ回路７の各アーム５のインピーダンスよりも高く設定して構成することが望ましい。これにより、通常動作時と同一電圧をモータＭに印加したとしても、各相のスイッチング素子の組合せオン・オフ動作において電流振幅を同一範囲に一律揃えることができ、故障時においてもモータＭを信頼性良く動作させることができる。

上アーム５uu、５vu、５wu、５eu及び下アーム５ud、５vd、５wd、５edのドレインソース間の電流経路には、例えば１個のシャント抵抗８が接続されている。このシャント抵抗８は、例えばインバータ回路７から低電位側電源線Ｎ２の側に向けて接続されている。

またモータ駆動回路３は、モータＭを主体的に駆動する駆動回路９、所定ノードの電圧を検出して取得する検出部１０、及び記憶部１１を備える。検出部１０は、前述の所定ノードとして、例えば、高電位側電源線Ｎ１、レグ６ｕ、６ｖ、６ｗ、６ｅの各アームの共通接続ノードＮｕ、Ｎｖ、Ｎｗ、Ｎｅ、シャント抵抗８の端子ノードＮｓの電圧を検出する。

記憶部１１は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリによる。この記憶部１１は非遷移的実体的記録媒体として用いられる。検出部１０は、シャント抵抗８の端子電圧値に応じてモータＭに通電される電流値を検出可能になっている。駆動回路９は、ＣＰＵや制御ロジックなどの制御主体により構成され、記憶部１１に記憶されたプログラムに基づいてインバータ回路７の各アーム６、非常用レグ６ｅの上下アーム５eu及び５edをオン・オフ駆動可能になっている。この駆動回路９は、故障時制御切替部、故障時制御部、及び故障特定部として機能する。

上記構成の作用、動作について図２以降の図面を参照しながら説明する。
図２は、駆動回路９により行われる処理内容をフローチャートにより概略的に示している。図２のＳ１において、駆動回路９はまず通常モードにおいて通常制御を行う。このとき駆動回路９は、ＥＣＵ２から与えられる指令信号を受け付けると、検出部１０により検出された電圧に応じてインバータ回路７の各アーム５にオン・オフ制御信号を出力することで当該インバータ回路７を駆動する。

モータ駆動回路３は、Ｓ２において通常制御から逸脱していない限り、Ｓ１において通常通りモータＭを制御するが、何らかの影響により通常制御から逸脱したときには、Ｓ２において逸脱したと判断する。この逸脱判定条件は、例えば、脱調、モータ駆動回路３の保護のための緊急停止、モータＭの回転子の手止などの外乱、を判定するための条件であり、この逸脱条件を満たしたときにはＳ２にて逸脱と判定し、故障判定処理を実行する。そして駆動回路９は、図２のＳ３において故障を生じたことを検出したときには、通常モードから故障箇所特定モードに移行し、図２のＳ４〜Ｓ８に示す処理を行うことで故障箇所の特定処理、故障時回転子の位置決め処理、及び、故障時制御処理を実行する。

駆動回路９は、例えば検出部１０の検出値が所定の正常範囲を１回逸脱したときにＳ２にて逸脱と判定するが、モータＭの駆動時に故障を生じると、これら検出部１０の検出値が所定の正常範囲を逸脱する期間が所定時間以上に大きくなったり、逸脱回数が所定回数以上に多くなる。そこで、駆動回路９は、これらの条件を総合した所定の故障条件を満たしたときにＳ３において故障を生じたと判定する。
駆動回路９は、故障を生じたと判定するとモータＭの駆動制御を停止し、Ｓ４において故障箇所を判定する。モータＭの惰性回転が継続している最中に故障箇所の特定処理を行っても良いし、惰性回転が停止してから故障箇所の特定処理を行っても良い。

＜故障箇所の特定方法＞
図３は故障箇所の特定方法の説明図である。この故障箇所の特定方法は、インバータ回路７の上下アーム５、又は、負荷線４の断線故障を判別するための方法である。このときの故障箇所を特定するための通電パターンは、工場出荷時などに記憶部１１に予め記憶されている定められたパターンである。

駆動回路９は、図３の期間Ｔ１に示すように、Ｅ相下アーム５edをオンした状態を保持しつつ、Ｕ相上アーム５uu、Ｖ相上アーム５vu、Ｗ相上アーム５wu、を順に１つづつオンし、シャント抵抗８に流れる電流を検出する。次いで、駆動回路９は、図３の期間Ｔ２に示すように、Ｅ相上アーム５euをオンした状態を保持しつつ、Ｕ相下アーム５ud、Ｖ相下アーム５vd、Ｗ相下アーム５wd、を順に１つずつオンし、シャント抵抗８に流れる電流を検出する。このとき、アーム５のオープン故障を生じていると、当該オープン故障箇所に対応したアーム５をオンしたとしても当該故障対象アーム５には電流が流れない。

例えば図４のバツ印に示すように、Ｕ相上アーム５uuがオープン故障したときには、たとえＵ相上アーム５uuをオンしたとしてもシャント抵抗８には電流が流れない。このため、図３の期間Ｔ１中の破線に示すように、Ｕ相上アーム５uuをオンしたときのシャント抵抗８に流れる電流が概ね０となる。このため、駆動回路９は、シャント抵抗８に電流が流れなかったＵ相上アーム５euがオープン故障していると判別できる。その他の期間Ｔ１及び期間Ｔ２中の通電パターンではシャント抵抗８に電流が所定値以上流れているため、Ｕ相上アーム５uu以外の他のアーム５は故障していないと判断できる。

このため駆動回路９は、検出部１０の検出結果に応じてＵ相上アーム５uuがオープン故障したことを判別でき、これにより故障箇所を特定できる。このようなときには、図２のＳ５においてオープン故障時の位置決め処理を実行し、その後、図２のＳ６においてオープン故障時の制御処理を実行する。これらの図２のＳ５及びＳ６の制御処理は後述する。

また例えば図５のバツ印に示すように、Ｕ相の負荷線４の駆動ノードがオープン故障した場合、前述と同様の通電パターンで各アーム５、５eu、５edをオン・オフしたときには、図６の破線に示すように、期間Ｔ１にてＵ相上アーム５uu、期間Ｔ２にてＵ相下アーム５udをそれぞれオンしたときだけシャント抵抗８に流れる電流が概ね０となり、その他の通電パターンでは、シャント抵抗８に電流が流れる。

このため駆動回路９は、検出部１０の検出結果に応じてＵ相の負荷線４の駆動ノードがオープン故障したことを判別できる。このようなときには、図２のＳ７において負荷線断線故障時の位置決め処理を実行し、その後、図２のＳ８において負荷線断線故障時の制御処理を実行する。これらの図２のＳ７及びＳ８の制御処理は後述する。
＜回転子の位置決め処理、起動方法、及び故障時の制御処理＞

前述したように、モータＭは、例えばホール素子を用いて回転子の位置を検出可能なセンサ付きモータと、誘起電圧を検出して回転子の位置を推定するセンサレスモータと、がある。回転子の位置決め方法、起動方法、及び故障時における制御処理は、前述の故障の種類と、モータＭの種類すなわちセンサ付き／センサレスによって異なる。したがって、モータ駆動回路３が、駆動対象負荷とするモータＭの種類に応じて、位置決め処理方法、並びに起動方法、故障時における制御処理をプログラムとして記憶部１１に予め実装しておくことが望ましい。

以下では、前述した場合分けをして、図２のＳ５及びＳ７の故障時における回転子の位置決め処理と、その後の図２のＳ６及びＳ８の故障時における制御処理を説明する。

＜センサによりモータＭの回転子を位置決め可能な場合＞
＜＜Ｕ相上アーム５uuがオープン故障している場合＞＞
モータＭが、例えばホール素子などの半導体磁気センサを用いて回転子の位置を検出可能である場合について説明する。モータＭが惰性回転している場合には、回転子の位置はこのセンサを用いて検出できるためその説明を省略する。モータＭの回転が停止している場合、例えば、前述したようにＵ相上アーム５uuがオープン故障した場合には、駆動回路９は、起動時において図７に示すように、他の故障していない１相又は２相のＶ相上アーム５vu及び／又はＷ相上アーム５wuをオン切替制御すると共に、Ｅ相下アーム５edをオン継続制御すると良い。

このとき駆動回路９は、例えばＥ相下アーム５edを継続的にオン制御しつつＶ相上アーム５vu→Ｖ相Ｗ相上アーム５vu及び５wu→Ｗ相上アーム５wu→Ｖ相Ｗ相上アーム５vu及び５wu→Ｖ相上アーム５vu→…をオンに順次切り替える。これにより、たとえモータＭが回転停止していたとしても、回転子は徐々に回転開始することになり、回転子の回転に応じてホール素子、例えばＵ相センサが反応する。これにより回転子の位置を検出できる。位置決め完了タイミング参照。なお前述においては、故障したＵ相のレグ６ｕを用いることなく、他の２相、すなわちＶ相のレグ６ｖ、Ｗ相のレグ６ｗを用いて位置決めする形態を示したが、回転子の位置を特定できるようであれば何れの相に通電しても良い。

駆動回路９は、図２のＳ５において回転子の位置を検出完了した後には図２のＳ６において故障時における制御処理を実行する。図８に通電パターンを示すように、駆動回路９は、この故障時制御処理において故障しているＵ相のレグ６ｕに代えてＥ相のレグ６ｅを用いて通電制御する。このときの制御処理を図８のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２に示しているように、Ｕ相のレグ６ｕに代えてＥ相のレグ６ｅを用いて通電制御すると良い。すると駆動回路９は、断線故障した相の代わりに、新たに実装したレグ６ｅを使用することで断線した相の磁界を疑似的に生成できるようになり起動でき、図８のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２に示した対応アーム５、５eu、５edのオン制御処理を繰り返し行うことで、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２の通電パターンを繰り返してモータＭの故障時の制御処理を継続できる。
Ｕ相上アーム５uu以外の他のアーム（例えば、Ｕ〜Ｗ相下アーム５ud、５vd、５wd、Ｖ〜Ｗ相上アーム５vu、５wu）が故障した場合についても同様であるためその説明を省略する。また、各レグ６ｕ、６ｖ、６ｗの各アーム５及びモータＭを通じて通電される通電経路が、例えば断線によりオープン故障した場合にも、前述した症状と同一の症状が現れる。この通電経路は、各アーム５とモータＭの各相駆動ノードＮu、Ｎv、Ｎwとの間の通電経路、各アーム５と低電位側電源線Ｎ２との間の通電経路、の何れを対象と考えても良い。このため、アーム５がオープン故障した場合と同様の位置決め処理、故障時の制御処理を行うことで、モータＭを起動、回転継続できるようになる。

＜＜Ｕ相の負荷線４がオープン故障している場合＞＞
また、Ｕ相の負荷線４がオープン故障している場合の起動方法を説明する。負荷線４の故障相がＵ相である場合には、図９に示すように、駆動回路９は、起動時においてＥ相下アーム５edを継続的にオン制御すると共に、他の故障していない１相又は２相のＶ相上アーム５vu及び／又はＷ相上アーム５wuをオン切替制御すると良い。

このとき駆動回路９は、例えばＥ相下アーム５edをオン継続制御しつつＶ相上アーム５vu→Ｖ相Ｗ相上アーム５vu及び５wu→Ｗ相上アーム５wu→Ｖ相Ｗ相上アーム５vu及び５wu、Ｖ相上アーム５vu→…をオンに順次切り替える。これにより、回転子は徐々に回転開始することになり、回転子の回転に応じて例えばＵ相〜Ｗ相センサのうち何れか一つ以上のホール素子が反応する。位置決め完了タイミング参照。これにより回転子の位置を検出できる。特に、故障した相以外のレグによる通電、この場合、Ｗ相レグ６ｗ及びＶ相レグ６ｖを用いて通電開始できるようにすると良い。なお回転子の位置を特定できるようであれば何れの相に通電しても良い。

駆動回路９は、図２のＳ７において回転子の位置を検出完了した後には図２のＳ８において故障時の制御処理を実行する。故障時の制御処理を実行開始すると、図１０に通電パターンを示すように、駆動回路９は、故障しているＵ相のレグ６ｕに代えてＥ相のレグ６ｅを用いて通電制御する。すなわち例えば、図１０のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２に示すようにＵ相のレグ６ｕに代えてＥ相のレグ６ｅを用いて通電制御すると良い。前述したように、Ｗ相レグ６ｗ及びＶ相レグ６ｖを用いて通電開始できるように回転子を位置決めしていれば、図１０のＮｏ．１に示した所謂ＷＶ通電のタイミングから起動することができ、その後、継続制御できる。すると駆動回路９は、断線故障した相の代わりに、新たに実装したレグ６ｅを使用することで断線した相の磁界を疑似的に生成して起動でき、図１０のＮｏ．１〜Ｎｏ．１２に示した対応アーム５、５eu、５edのオン制御処理を繰り返し行うことで、当該Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２の通電パターンを繰り返してモータＭの故障時の制御処理を継続できる。

なお、負荷線４のオープン故障、モータＭの巻線の断線故障については、前述の判別処理を行うことで同様の症状が現れる。このため、モータＭの巻線が断線した場合においても、前述と同様の方法で判別処理することで負荷線４のオープン故障と同等の症状を検出できると共に、起動方法及び故障時の制御方法についても、負荷線４のオープン故障時と同様の方法を適用できる。

＜モータＭがセンサレス構成の場合＞
＜＜Ｕ相上アーム５uuがオープン故障している場合＞＞
モータＭがセンサレス構成であり、モータＭの回転が停止している場合、電機子の巻線に誘起電圧が発生しておらず回転子の位置を検知できない。このとき、駆動回路９は、いわゆる強制転流することでモータＭの巻線に誘起電圧を発生させることができる。

Ｕ相上アーム５uuがオープン故障したと判別した場合には、駆動回路９は、図１１に示すように、起動時において他の故障していない１相又は２相のＶ相上アーム５vu及び／又はＷ相上アーム５wuをオン切替制御すると共に、Ｅ相下アーム５edをオン継続制御し、回転子がモータＭの巻線に誘起電圧を発生させた後に、非常用レグ６ｅを含む全アーム５、５eu、５edをオフ制御する。

駆動回路９が、Ｅ相下アーム５edをオン継続制御している期間Ｔ３には、Ｕ相上アーム５uuがオープン状態となるため、Ｕ相の駆動ノードＮｕの電位も中性点電位も共にグランド電位になる。このため、この期間Ｔ３中には回転子の位置を検出することが困難となるが、全アーム５、５eu、５edをオフ制御する期間Ｔ４では、回転子が惰性回転しているため、検出部１０がＵ相の駆動ノードＮｕの検出電圧を検出することでＵ相誘起電圧が変化していることを検出できる。

そこで駆動回路９は、この期間Ｔ４において検出部１０によりノードＮｅの中性点電位ＶneとＵ相の駆動ノードＮｕの電位Ｖneとを検出し、中性点電位ＶneとＵ相の駆動ノード電位Ｖnuとが一致するタイミングを検出する。図１１には中性点電位ＶneとＵ相の駆動ノード電位Ｖnuとを合わせて示しているが、これらの電位Ｖne、Ｖnuが交差するタイミングを検出することで回転子の位置を特定する位置決めタイミングにできる。

したがって、駆動回路９が、Ｅ相下アーム５edをオンしながら、Ｖ相上アーム５vu及びＷ相上アーム５wuをオン・オフすることで回転子を回転させながら、全アーム５、５eu、５edをオフしたときに惰性回転しながら変化する各ノードＮu、Ｎeの電位Ｖnu、Ｖneを検出することで回転子の位置を把握し、当該各ノード電位Ｖnu、Ｖneが交差したタイミングを位置決めタイミングとして用いることができる。図１１の位置決め完了タイミング参照。このような場合においても、故障したＵ相のレグ６ｕを用いることなく、他の２相、すなわちＶ相のレグ６ｖ、Ｗ相のレグ６ｗを用いて位置決めすることが望ましいが、回転子の位置を特定できるようであれば何れの相に通電しても良い。

駆動回路９は、図２のＳ５において回転子の位置決めを完了した後には図２のＳ６において故障時の制御処理に移行する。故障時の制御処理に移行すると、図８にこの制御例を示すように、駆動回路９は、故障しているＵ相のレグ６ｕに代えてＥ相のレグ６ｅを用いて通電制御する。この図８の処理内容は前述と同様であるためその説明を省略する。

＜＜Ｕ相の負荷線４がオープン故障している場合＞＞
同様に、モータＭがセンサレス構成であり、モータＭの回転が停止している場合、電機子の巻線に誘起電圧が発生しておらず回転子の位置を検知できない。このとき駆動回路９は、所謂強制転流することでモータＭの巻線に誘起電圧を発生させることもできるが、故障した相の誘起電圧を確認できないため、回転子の位置を特定することは原理的に不可能である。この場合、駆動回路９は、図１２に示すように、起動時において他の故障していない１相又は２相のＶ相上アーム５vu及び／又はＷ相上アーム５wuをオン切替制御すると共に、Ｅ相下アーム５edをオン継続制御し、この制御処理を一定時間だけ実施した後に位置予測した状態で通常制御に移行させると良い。これにより、回転子の位置を推定して回転起動できることが期待できる。

例えば、図１３に示すように、Ｕ相の負荷線４がタイミングｔ１において断線故障して通常駆動を停止したときに、タイミングｔ２において故障診断完了した後にも回転子が惰性回転を維持できているのであれば、故障相以外の相の誘起電圧を検出できるため、回転子の位置を特定できる。例えば、Ｕ相の負荷線４がオープン故障しているときには、検出部１０は、Ｕ相の駆動ノードの電位Ｖnuを検出不可となっていても、Ｖ相及びＷ相の誘起電圧を駆動ノードの電位Ｖnv、Ｖnwにより検出可能できるため、タイミングｔ３において誘起電圧を用いて回転子の位置を特定できる。これにより、モータＭの回転を継続できる。

＜本実施形態の概念的なまとめ＞
要するに、本実施形態によれば、非常用のレグ６ｅが、インバータ回路７のＵ相〜Ｗ相の各レグ６ｕ〜６ｗに並列接続されていると共に、モータＭの中性点に共通接続ノードが接続されている。このレグ６ｅは、Ｕ〜Ｗ相の各レグ６ｕ〜６ｗを構成する各アーム５のそれぞれのオープン故障時、また、負荷線４の断線故障時、または、モータＭの巻線の断線故障時において、故障したレグ（例えば６ｕ）の代わりに用いられている。これにより断線故障した相の代わりに、新たに実装した回路を使用することで断線した相の磁界を疑似的に生成できるようになる。このため、上述の故障を生じた場合においても、モータＭを起動することができ、さらに、回転継続できるようになる。

また、駆動回路９は、各アーム５の何れが故障したか、負荷線４が故障したか、その故障箇所を判別し、故障時の制御方法を切り替えている。このため、アーム５の故障箇所に応じて、故障していないアーム５を用いて起動、回転継続できるようになる。例えば、レグ６ｕの上アーム５uuがオープン故障したときには、この故障したレグ６ｕを用いることなく、レグ６ｖ，６ｗ，非常用レグ６ｅを用いて、信頼性良く起動して回転継続できるようになる。また、モータＭが動作中であるときには、非常用レグ６ｅを用いて回転制御を継続しているため、信頼性良く回転継続できる。

非常用レグ６ｅの上下アーム５eu，５edは、インバータ回路７の各アーム５のインピーダンスよりも高いインピーダンスを備えているため、異常を生じていないレグ（例えば６ｖ〜６ｗ）と非常用レグ６ｅとを用いて通常動作時と同一電圧をモータＭに印加したとしても電流振幅を各相間で同一範囲に一律揃えることができ信頼性良く動作させることができる。

（第２実施形態）
図１４は第２実施形態の追加説明図を示している。図１４は図２のＳ１及びＳ２に代わる処理内容を概略的に示している。第１実施形態では図２のＳ２において通常制御から逸脱した際に故障判定し、このとき故障ありと判定されたことを条件としてＳ３にて故障箇所を特定するようにしたが、これに限定されるものではなく、図１４に示すように、Ｓ１０においてモータＭの回転が停止した後、Ｓ１１にて起動失敗したと判定したことを条件としてＳ１２において故障と断定して図２のＳ４において故障箇所を特定し、故障箇所に応じて処理内容を図２のＳ５〜Ｓ６又はＳ７〜Ｓ８に分別するようにしても良い。このＳ１１の起動失敗の判定条件としては、位置決め処理にてセンサ信号を入力できず回転信号を判定できない、また誘起電圧が上昇しないなどの要因で当該誘起電圧を検知できずに回転切替処理が不能である、などの要因を挙げることができ、このような要因でモータＭを再起動できないときにＳ１１にてＹＥＳと判定し、Ｓ１２において故障と断定することになる。この起動失敗の判断処理は前述に限られず、前述の判定条件を複数の所定回数以上繰り返したときに故障と断定するようにしても良い。
本実施形態によれば、モータ停止した後、起動失敗したことを条件として故障箇所を特定しているため、起動失敗したことを情報として取得した上で故障箇所を特定することができる。

（第３実施形態）
図１５は第３実施形態の追加説明図を示している。図１５は、図１のモータ駆動回路３に代わるモータ駆動回路１０３の電気的構成を概略的に示している。
図１５に示すように、各上アーム５uu，５vu，５wuとＵ〜Ｗ相の駆動ノードＮｕ，Ｎｖ，Ｎｗとの間にヒューズパターンＨuu，Ｈvu，Ｈwuがそれぞれ設けられている。また、各下アーム５ud，５vd，５wdとＵ〜Ｗ相の駆動ノードＮｕ，Ｎｖ，Ｎｗとの間にヒューズパターンＨud，Ｈvd，Ｈwdがそれぞれ設けられている。これらのヒューズパターンＨuu，Ｈvu，Ｈwu，Ｈud，Ｈvd，Ｈwdは、それぞれ所定値以上の電流が通電されると切断するように構成され、この切断後には上下アーム５とＵ〜Ｗ相の駆動ノードＮｕ，Ｎｖ，Ｎｗとのそれぞれの間に流れる電流を遮断できる。ヒューズパターンＨuu，Ｈvu，Ｈwu，Ｈud，Ｈvd，Ｈwdの何れか一部又は全部を、以下では必要に応じてヒューズパターンＨと略して示す。

したがって、上下アーム５の何れかがたとえショート故障を生じたとしても、故障したアーム５に対応して設けられたヒューズパターンＨが切断されることになり、ショート故障を生じた場合に、当該故障したアーム５のオープン故障に切替えることができる。このため、第１実施形態にて説明した各アーム５のオープン故障の判別方法を用いることで当該アーム５のオープン故障を認識できるようになり、ヒューズパターンＨの切断状態を確認することでショート故障である旨を判別できる。

すなわち、インバータ回路７の各アーム５とモータＭの巻線の駆動ノードＮｕ、Ｎｖ、Ｎwとの間にヒューズパターンＨが介在して構成されているため、各アーム５の何れかがショート故障を生じたとしても当該対応したアーム５のオープン故障の状態に切り替えることができる。しかも、ヒューズパターンＨの状態を確認すればショート故障である旨を判別できる。

（第４実施形態）
図１６は第４実施形態の追加説明図を示している。第１実施形態の図１においては、上アーム５eu及び下アーム５edのインピーダンスを各アーム５よりも高くする形態を示したが、この代わりに、図１６のモータ駆動回路２０３に示すように、上アーム５euと駆動ノードＮｅとの間に電流制限抵抗Ｒｕを直列接続すると共に、下アーム５edと駆動ノードＮｅとの間に電流制限抵抗Ｒｄを直列接続しても良い。すると、インバータ回路７の各アーム５と非常用レグ６ｅの上下アーム５eu及び５edとを同一のオン抵抗のものを適用することもできる。このとき、第１実施形態に説明したように上アーム５eu及び下アーム５edのオン抵抗を高くした効果と同等の効果を得られるようになる。また各相アーム５及び５eu、５edのインピーダンスを互いに調整するため、上アーム５eu及び下アーム５edのインピーダンスを各アーム５よりも高く構成しつつ電流制限抵抗Ｒｕ、Ｒｄを接続しても良い。

（他の実施形態）
本発明は前述実施形態に係る技術に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
「第１スイッチ、第２スイッチ」としてＮチャネル型のＭＯＳトランジスタを例示したが、必要に応じてＩＧＢＴを用いても良いし、バイポーラトランジスタを用いても良い。シャント抵抗８を用いて１シャント方式で電流を検出する形態を示したが、３シャント方式で各相毎にシャント抵抗８を接続して相毎に電流を検出する形態を適用しても良い。駆動回路９の機能はＥＣＵ２が備えていても良いし、ＥＣＵ２及びモータ駆動回路３又は１０３が協働して行うようにしても良い。

前述実施形態の構成、処理内容を組み合わせて構成することもできる。また、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、本発明の一つの態様として前述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。前述実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も実施形態と見做すことが可能である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において、考え得るあらゆる態様も実施形態と見做すことが可能である。

また本発明は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本発明は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。

図面中、３，１０３，２０３はモータ駆動回路、４は負荷線、５uu，５vu，５wuは上アーム（第１スイッチ）、５ud，５vd，５wdは下アーム（第１スイッチ）、６ｕ，６ｖ，６ｗはレグ、７はインバータ回路、９は駆動回路（故障時制御切替部、故障時制御部、故障特定部）、Ｍはモータ、Ｎ１は高電位側電源線、Ｎ２は低電位側電源線、Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗはノード（各相の駆動ノード、一対のアームの共通接続ノード）、Ｎｅはノード（非常時の駆動ノード、非常用レグの各アームの共通接続ノード）を示す。

Claims (5)

1. Ｙ型結線された３相のモータ（Ｍ）を駆動するモータ駆動回路（３，１０３，２０３）であって、
   高電位が与えられる高電位側電源線（Ｎ１）と前記高電位よりも低い低電位が与えられる低電位側電源線（Ｎ２）との間に接続された一対の第１スイッチ（５uu、５ud，５vu、５vd，５wu、５wd）が３相接続され、前記モータのそれぞれの駆動ノードに前記一対の第１スイッチの共通接続ノードが接続された３つのレグ（６ｕ，６ｖ，６ｗ）を備えるインバータ回路（７）と、
   前記高電位側電源線と前記低電位側電源線との間において前記レグに並列接続されると共に前記モータの中性点に共通接続ノードが接続される一対の第２スイッチ（５eu，５ed）を備え、前記レグの第１スイッチの故障時、前記レグの第１スイッチ及び前記モータを通じて通電される通電経路の故障時、前記インバータ回路から前記モータに接続される負荷線（４）の故障時、又は、前記モータの巻線の故障時に前記レグの代わりに用いられる非常用レグ（６ｅ）と、
   を備えるモータ駆動回路。
2. 前記インバータ回路の第１スイッチの何れが故障したか、前記負荷線が故障したかを特定する故障特定部（Ｓ４）と、
   前記故障特定部により特定された故障箇所に応じて制御方法を切り替える故障時制御切替部（Ｓ５〜Ｓ６、Ｓ７〜Ｓ８）と、
   を備える請求項１記載のモータ駆動回路。
3. 前記インバータ回路の第１スイッチ、又は、前記負荷線の何れが故障箇所であるかを特定する故障特定部（Ｓ４）と、
   前記故障特定部により故障箇所を特定した後、前記非常用レグを用いて前記モータを起動する、又は、前記モータが動作中であるときには前記非常用レグを用いて制御を継続する故障時制御部（Ｓ５〜Ｓ６、Ｓ７〜Ｓ８）と、
   をさらに備える請求項１または２記載のモータ駆動回路。
4. 前記非常用レグの第２スイッチ（５eu、５ed）は、前記インバータ回路の第１スイッチのインピーダンスよりも高いインピーダンス特性を備えたスイッチであるか、又は／及び、当該第２スイッチに電流制限抵抗（Ｒｕ、Ｒｄ）を直列接続して構成される請求項１から３の何れか一項に記載のモータ駆動回路。
5. 前記インバータ回路の第１スイッチと前記モータの駆動ノードとの間にそれぞれ介在して構成されたヒューズパターン（Ｈuu、Ｈvu、Ｈwu、Ｈud、Ｈvd、Ｈwd）をさらに備える請求項１から４の何れか一項に記載のモータ駆動回路。

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