JP3139872B2

JP3139872B2 - ブラシレスモータの異常検出装置

Info

Publication number: JP3139872B2
Application number: JP05069238A
Authority: JP
Inventors: 洋中島; 久康間瀬; 瑞穂杉山
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH06261589A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラシレスモータの異常
を検出する装置に関し、特にブラシレスモータの短絡ま
たは断線を検出し得る異常検出装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ブラシを有しない所謂ブラシ
レスモータとして種々のモータが知られており、例えば
特開平２−１７８８９号公報には、ロータの位置を検出
するホール素子の出力値に応じてコイルの励磁相を切換
えるホールモータが開示されている。同公報において
は、ホール素子からの信号パターンが所定のパターンと
異なった場合や、コイルに励磁電流が流れなかった場合
に、回転を停止し、あるいは報知することとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、上記公報に
記載の装置においては、ホール素子の不具合等を検出し
得るものの、例えばモータの巻線の短絡を検出すること
はできない。また、励磁電流が所定値以下となったか否
かでモータ不良を判定することとすると、同装置を車両
用に供する場合のように、無負荷状態からモータが拘束
される負荷状態まで、広範な負荷変動が生ずるシステム
においては、誤検出が多くなり巻線の断線等を検出する
ことが困難である。

【０００４】そこで、本発明は、負荷変動に影響される
ことなく、ブラシレスモータにおける短絡あるいは断線
を確実に検出し得る異常検出装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は少くとも三相の励磁コイルと、該励磁コイ
ルの励磁状態に応じて回転するモータ軸と、該モータ軸
の回転を検出する回転センサと、該回転センサの出力変
化に応じて相切換信号パターンを切換えて出力する相切
換制御手段とを備え、前記励磁コイルの各々の相に対し
前記相切換信号パターンの切換えに応じて二回連続して
電流を供給するブラシレスモータの異常検出装置におい
て、前記相切換信号パターンの出力毎に前記励磁コイル
の各々の相に供給される電流を検出する電流検出手段
と、該電流検出手段が二回前の相切換信号パターン時に
検出した電流と今回検出した電流との差を演算する電流
変化演算手段と、該電流変化演算手段が演算した差が第
１の所定値より大であり、且つ前記電流が第２の所定値
より大である状態を二回連続して検出したとき異常と判
定する異常判定手段とを備えたものである。

【０００６】また、本発明は、少くとも三相の励磁コイ
ルと、該励磁コイルの励磁状態に応じて回転するモータ
軸と、該モータ軸の回転を検出する回転センサと、該回
転センサの出力変化に応じて相切換信号パターンを切換
えて出力する相切換制御手段とを備え、前記励磁コイル
の各々の相に対し前記相切換信号パターンの切換えに応
じて二回連続して電流を供給するブラシレスモータの異
常検出装置において、前記相切換信号パターンの出力毎
に前記励磁コイルの各々の相に供給される電流を検出す
る電流検出手段と、該電流検出手段が二回前の相切換信
号パターン時に検出した電流と今回検出した電流との差
を演算する電流変化演算手段と、該電流変化演算手段が
演算した差が第３の所定値より大であり、且つ前記電流
が第２の所定値より小である状態を二回連続して検出し
たとき異常と判定する異常判定手段とを備えることとし
てもよい。

【０００７】

【作用】上記の構成になるブラシレスモータにおいて
は、モータ軸の回転を検出する回転センサの出力変化に
応じて、相切換制御手段により相切換信号パターンが切
換えられる。この相切換信号パターンの切換えに応じ
て、励磁コイルの各々の相に対し二回連続して電流が供
給される。そして、電流検出手段により、相切換信号パ
ターンの出力毎に励磁コイルの各々の相に供給される電
流が検出され、電流変化演算手段により、二回前の相切
換信号パターン時に検出した電流と今回検出した電流と
の差が演算される。而して、請求項１に記載の異常検出
装置においては、電流変化演算手段によって演算された
差が第１の所定値より大であり、且つ電流検出手段によ
って検出された電流が第２の所定値より大である状態が
二回連続して検出されたときには、異常判定手段にて異
常と判定され、例えば巻線の短絡に起因する異常が検出
される。

【０００８】また、請求項２に記載の異常検出装置にお
いては、電流変化演算手段によって演算された差が第３
の所定値より大であり、且つ電流検出手段によって検出
された電流が第２の所定値より小である状態が二回連続
して検出されたときには、異常判定手段にて異常と判定
され、例えば巻線の断線に起因する異常が検出される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のブラシレスモータの異常検出
装置を車両の後輪操舵装置に搭載した実施例について図
面を参照しながら説明する。図１は後輪操舵装置を搭載
した車両の構成を示すもので、前輪１３，１４は前輪操
舵機構１０によりステアリングホイール１９の回動操作
に応じて操舵される。前輪操舵機構１０には、そのラッ
クの移動量を検出する第１前輪舵角センサ１７が設けら
れると共に、ステアリングホイール１９が取り付けられ
た操舵軸に、第２前輪舵角センサ２０が設けられてお
り、これらのセンサにより前輪の操舵量が検出される。
第１前輪舵角センサ１７としては、例えばポテンショメ
ータ等のリニアセンサが用いられ、第２前輪舵角センサ
２０としては、回転時にパルスを発するロータリエンコ
ーダ等のステアリングセンサが用いられている。

【００１０】後輪１５，１６には後輪操舵機構１１が接
続されており、モータ１２の回転に応じて操舵される。
モータ１２の端部には、モータ１２の回転角度を検出す
る磁極センサ１８が設けられている。また、後輪操舵軸
たるラック軸２５に後輪舵角センサ２１が設けられてお
り、これにより後輪１５，１６の実際の舵角が検出され
る。この後輪舵角センサ２１は後輪操舵機構１１に内蔵
することとしてもよい。更に、車両の速度を検出する２
系統の第１車速センサ２２、第２車速センサ２３、及び
車両のヨーレートを測定するヨーレートセンサ２４が設
けられている。上記モータ１２は電子制御装置９からの
信号によって制御されるように構成されている。即ち、
電子制御装置９には、第１前輪舵角センサ１７、第２前
輪舵角センサ２０、磁極センサ１８、後輪舵角センサ２
１、第１車速センサ２２、第２車速センサ２３、ヨーレ
ートセンサ２４の各センサ出力が供給され、これらの出
力に応じてモータ１２の回転量が設定され、モータ１２
に制御信号が供給される。

【００１１】本実施例の後輪舵角センサ２１は図２に示
すように後輪操舵機構１１内に内蔵されている。後輪操
舵機構１１のハウジング３８にはカバー３６が固定され
ており、このカバー３６上に、磁極センサ１８、モータ
１２のモータハウジング４０及び後輪舵角センサ２１が
一体に設けられている。図２の後輪操舵機構１１の背面
からみた部分断面図である図３に明らかなように、ラッ
ク軸２５が車両の進行方向に対して直角に設けられてお
り、ラック軸２５の両端部はボールジョイント５３を介
して後輪のナックルアームに接続されている。ラック軸
２５の両端部はブーツ２８によって保護されている。ハ
ウジング３８の図示右端にはチューブ３９が嵌着されて
いる。異なる長さのラック軸２５を設ける場合には、チ
ューブ３９を交換することにより、ハウジング３８を変
更することなく対応することができる。ラック軸２５に
はラック２６が形成されており、このラック２６は、車
両の前後方向に延びるピニオン２７と噛合する。そし
て、ラックガイド３１がラック２６方向に付勢された状
態で、ラックガイドカバー３２がハウジング３８に固定
され、これによりラック２６がピニオン２７側に押圧さ
れている。尚、ピニオン２７は図４に示すようにギヤ２
９に焼きばめ（圧入）により固定され、ピン３７により
相対回転が阻止される。

【００１２】図４に示すように、後輪舵角センサ２１は
ポテンショメータを内蔵し、ギヤ２９の面と平行に設け
られている。軸５４には、レバー３３を介してピン３４
が設けられ、このピン３４は、ギヤ２９に形成された孔
３５に嵌合されている。これにより、ギヤ２９が回転す
ると軸５４も回転し、この軸５４の回転角度が後輪舵角
センサ２１によって検出される。一方、軸５４の回転角
度即ちギヤ２９の回転量はラック軸２５の横移動量に比
例する。而して、後輪舵角センサ２１により後輪の舵角
量が検出されることとなる。

【００１３】図３に示すように、モータ１２のモータ軸
４１の先端にピニオン３０が設けられており、このピニ
オン３０にギヤ２９が噛合し、ハイポイドギヤを構成し
ている。このハイポイドギヤは、モータ１２のモータ軸
４１の回転をギヤ２９の回転として伝えるが、ラック軸
２５（図４）側からギヤ２９に回転力が加えられたとき
には、モータ１２のモータ軸４１が回転しないように逆
効率零になるように設定されている。また、ピニオン３
０とギヤ２９は、減速比を大きくとるようにＨＲＨ（ハ
イレシオハイポイド）ギヤを構成している。ギヤ比は、
モータ１２の極数や、操舵角の分解能等により定められ
るため車両によって異なるが、本実施例では６７対１に
設定されている。

【００１４】図５に示すように、モータ１２のモータ軸
４１はモータハウジング４０内に回動可能に支持されて
いる。モータ軸４１の回りには４極の磁石４２が固定さ
れている。また、モータハウジング４０には、磁石４２
に対向してコア４３が固定されており、コア４３にはモ
ータ巻線４４が巻回されている。図５のＡ−Ａ断面を示
す図６に明らかなように、コア４３には中心方向に延出
する１２本の突起４３ａが形成されており、モータ巻線
４４はこの突起４３ａに巻回される。モータ巻線４４の
結線は、磁極センサ１８側からモータ巻線４４を見た図
７に示すように、巻線４４ａと４４ｄ，４４ｂと４４
ｅ，４４ｃと４４ｆの一端はそれぞれ端子Ｕ，Ｖ，Ｗに
接続されている。巻線４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，巻線４
４ｄ，４４ｅ，４４ｆの他端は電気的に接続されてい
る。モータ巻線４４はそれぞれの系統ごとにターミナル
４５を介してワイヤーハーネス４６に接続されている。

【００１５】モータハウジング４０の一端は開口端とな
っており、ここに磁極センサ１８が取付けられる。磁極
センサ１８の基板４９は、ホルダ４７（図９に示す）に
よって、モータハウジング４０の開口端に固定され、こ
の開口端にカバー４８が設けられる。一方、モータ１２
のモータ軸４１の端部にはロータ５２が固定されてお
り、このロータ５２には磁石５１が設けられている。磁
石５１は、図８に示すように、４極の円板状に形成され
ている。基板４９には、図９に示すように、３個のホー
ルＩＣ５０が、それぞれ６０度ずつずれて配置されてい
る。これら３個のホールＩＣ５０の出力は、後述の電子
制御装置９において、磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ
として使用される。

【００１６】即ち、モータ軸４１が回転すると、図１０
に「磁石５１回転状態」として示すように、ホールＩＣ
（図示ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）に対して相対的に磁石５１が
回転し、磁極センサ１８の三つの出力である磁極センサ
信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが図示のようにハイレベル（Ｈ）
とローレベル（Ｌ）間で変化する。図１０はモータ１２
が時計回り（ＣＷ）に回転している状態を示す。モータ
１２が反時計回り（ＣＣＷ）に回転するときには図示右
から左へ向かう方向に磁極センサ１８の磁極センサ信号
ＨＡ，ＨＢ，ＨＣが切り換わる。而して、この磁極セン
サ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの切り換わりに同期してモータ
巻線４４の巻線電流を切換えればモータ１２が回転す
る。尚、図１０に示したモータ１２の回転時の巻線電流
の方向については後述する。

【００１７】図１１は電子制御装置９の構成を示すもの
で、電子制御装置９には車載のバッテリ５９が接続され
ている。即ち、バッテリ５９が、ヒューズ及び電源端子
ＰＩＧＡを介してモータドライバ５に接続されると共
に、ヒューズ、イグニッションスイッチＩＧＳＷ及び電
源端子ＩＧＡを介してモータドライバ５及び定電圧レギ
ュレータ５５に接続されている。この定電圧レギュレー
タ５５から定電圧Ｖｃｃ１が出力される。

【００１８】電子制御装置９は、制御手段であるマイク
ロプロセッサ１を有し、このマイクロプロセッサ１は定
電圧Ｖｃｃ１により作動する。前述の第１前輪舵角セン
サ１７、第２前輪舵角センサ２０、第１車速センサ２
２、第２車速センサ２３、ヨーレートセンサ２４、磁極
センサ１８及び後輪舵角センサ２１の出力が、インター
フェース５７を介してマイクロプロセッサ１に入力され
る。ここでは、第１前輪舵角センサ１７の出力をθｆ
１、第２前輪舵角センサ２０の出力をθｆ２、第１車速
センサ２２の出力をＶ１、第２車速センサ２３の出力を
Ｖ２、ヨーレートセンサ２４の出力をγ、磁極センサ１
８の三つの出力信号をＨＡ，ＨＢ，ＨＣ、そして後輪舵
角センサ２１の出力をθｒとしている。尚、電子制御装
置９に接続されるモータは、前述の機構では１２で表し
たが、図１１以後の回路図においてはモータをＭで表わ
す。モータＭの各相の端子Ｕ，Ｖ，Ｗは電子制御装置９
のモータドライバ５に接続されている。モータドライバ
５に対しては電源端子ＰＩＧＡ及びＩＧＡから電力が供
給される。そして、モータドライバ５には、マイクロプ
ロセッサ１から出力された信号である相切換信号群Ｌ１
（Ｌ１は相切換信号ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，Ｌ
Ａ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１からなる信号群）及びパル
ス幅変調（Pulse Width Modulation）信号ＰＷＭ１が入
力される。

【００１９】モータドライバ５は図１２に示すように構
成されており、上述の相切換信号群Ｌ１及びパルス幅変
調信号ＰＷＭ１により制御される。ハイサイド側を制御
するための相切換信号ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１は
異常電流制限回路８８を介してゲート駆動回路Ｇ１１に
入力される。通常は、これらの入力信号が異常電流制限
回路８８を介してそのまま出力側から出力される。ゲー
ト駆動回路Ｇ１１はパワーＭＯＳＦＥＴのトランジスタ
ＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１をオン−オフ駆動する回
路である。また、ゲート駆動回路Ｇ１１は昇圧も行な
い、トランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１のゲー
トに昇圧した電圧を与えると共に、昇圧電圧を昇圧電圧
値ＲＶ１として出力する。トランジスタＴＡ１１，ＴＢ
１１，ＴＣ１１は、電源端子ＰＩＧＡからパターンヒュ
ーズＰＨ、チョークコイルＴＣ及び抵抗Ｒｓを介して得
られる高電圧が、それぞれモータＭの三相の各端子Ｕ，
Ｖ，Ｗに供給されるように接続されている。尚、トラン
ジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１，ＴＡ２１，ＴＢ
２１，ＴＣ２１のゲートとソース間には、ツェナーダイ
オードが挿入されており、パワーＭＯＳＦＥＴの保護に
供されている。即ち、電源電圧が何らかの原因で２０Ｖ
を越えると、パワーＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間電
圧が２０Ｖを越え、パワーＭＯＳＦＥＴが破壊されるの
で、これを防ぐためにツェナーダイオードが配設されて
いる。

【００２０】一方、ローサイド側を制御するための相切
換信号ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１は、パルス幅変調
信号合成回路８９及び異常電流制限回路８８を介してゲ
ート駆動回路Ｇ２１に接続されている。パルス幅変調信
号合成回路８９は相切換信号ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ
２１をそれぞれパルス幅変調信号ＰＷＭ１と合成する回
路である。ゲート駆動回路Ｇ２１はＭＯＳＦＥＴのトラ
ンジスタＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１をオン−オフ駆
動する回路であり、これらのトランジスタＴＡ２１，Ｔ
Ｂ２１，ＴＣ２１は、モータＭの三相の各端子Ｕ，Ｖ，
Ｗとバッテリ５９のグランド間が接続されるように配置
されている。トランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１
１，ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１の各々には保護用の
ダイオードＤ３乃至Ｄ８が接続されている。トランジス
タＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１に供給される電圧は、
同時に電圧ＰＩＧＭ１として出力される。

【００２１】この電圧ＰＩＧＭ１と、ゲート駆動回路Ｇ
１１の昇圧電圧値ＲＶ１との差が２Ｖ程度に下がると、
ＭＯＳＦＥＴのトランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ
１１，ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１のオン抵抗が増
え、異常発熱をおこす場合がある。従って、電圧ＰＩＧ
Ｍ１と昇圧電圧値ＲＶ１との差が所定値以下となった場
合には全トランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１１，
ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１をオフさせるようにする
とよい。尚、トランジスタＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２
１のソースには大電流が流れるので、マイクロプロセッ
サ等の弱電回路部のグランドは、これらのグランドとは
別系統の配線とすることが望ましい。

【００２２】抵抗Ｒｓの両端には電流検出回路８６が接
続されており、抵抗Ｒｓに流れる電流値が検出される。
電流検出回路８６は、抵抗Ｒｓに流れる電流値が１８Ａ
以上のとき過電流と判定し、出力信号ＭＯＣ１として過
電流信号を出力すると共に、パルス幅変調信号合成回路
８９に過電流信号を与え、ローサイド側で制限をかけ
る。また、電流検出回路８６は抵抗Ｒｓに流れる電流値
が２５Ａ以上のとき異常電流と判定し、出力信号ＭＳ１
として異常電流信号を出力する。異常電流が発生した場
合には、異常電流制限回路８８に異常電流信号を与え、
ハイサイド及びローサイド側で制限をかける。この場
合、全てのトランジスタＴＡ１１，ＴＢ１１，ＴＣ１
１，ＴＡ２１，ＴＢ２１，ＴＣ２１を異常電流検出時か
ら一定時間オフさせてやればよい。この一定時間は、予
想される最大電流に対してＦＥＴの安全動作領域内とな
るように設定するとよい。電流検出回路８６にて検出さ
れた電流値はピークホールド回路１０１に与えられ、ピ
ークホールド回路１０１から電流値のピーク値がピーク
信号ＭＩ１として出力される。このピークホールド回路
１０１はリセット信号ＤＲ１が切り替わるタイミングで
リセットされる。

【００２３】次に、図１０を参照してモータＭの回転動
作について説明する。磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ
の状態に応じて、相切換信号のパターンを表１のように
設定することによりモータＭが回転する。時計方向の回
転（ＣＷ）は右切り、反時計方向の回転（ＣＣＷ）は左
切りに設定してある。先ず、表１における右回転の順１
のように、磁極センサ信号が（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）＝
（Ｈ，Ｌ，Ｈ）の場合には、相切換信号は（ＬＡ１１，
ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１）
＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）として出力される。この
状態は図１０の図示Ａの範囲の状態に対応し、三つのホ
ールＩＣに対する磁石５１の相対的回転位置関係から明
らかなように、磁極センサ信号ＨＡ及びＨＣがハイレベ
ル（Ｈ）となっている。巻線電流の方向はＵ相からＶ相
となり、モータＭの回転に伴い磁石５１は図示時計方向
に回転する。磁石５１が３０度程回転すると、磁極セン
サ信号ＨＡがハイレベルからローレベルに切り換わる。
これに応じ、相切換信号が（ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ
１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１）＝（Ｌ，Ｌ，
Ｈ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）に切換えられ、モータＭは更に３０度
回転し、磁極センサ信号ＨＢがハイレベルとなる。この
ようにして、図１０の左方の状態から右方の状態に進
み、モータＭが連続して回転することとなる。而して、
モータＭに対し時計方向の回転（ＣＷ）又は反時計方向
の回転（ＣＣＷ）を与えるには、表１の上段又は下段の
順に従って相切換信号のパターンを切換えればよい。

【表１】

【００２４】マイクロプロセッサ１は、図１３に示すよ
うに、目標舵角演算部６０、モータサーボ制御部６１、
短絡・断線異常判定及び相切換制御部６２、磁極センサ
異常判定部６３、オープン制御部６４及びスイッチＳＷ
１を有する。目標舵角演算部６０はヨーレート値γ、車
速Ｖ及びステアリング角θｓから目標舵角値ＡＧＬＡを
求める。図１３には示していないが、車速Ｖは第１及び
第２車速センサ２２，２３の出力値Ｖ１，Ｖ２に基づい
て演算される。このとき、二つの車速値の平均を車速Ｖ
としてもよいし、二つの車速値の内最大値を車速Ｖとし
てもよい。このように車速を２系統で検出することによ
り、車速センサの異常を検出することができる。また、
図１３には示していないが、前輪舵角θｓは第１及び第
２前輪舵角センサ１７，２０の出力値θｆ１，θｆ２に
基づいて演算される。この場合において、通常は第１前
輪舵角センサ１７としてポテンショメータが用いられる
が、ポテンショメータは精度が荒い。一方、第２前輪舵
角センサ２０としてロータリエンコーダを用いると、舵
角量を精度よく検出できるものの、初期舵角量を検出す
ることができない。そこで、第１前輪舵角センサ１７で
第２前輪舵角センサ２０の出力の絶対値を求めることと
し、絶対値を求めた後は第２前輪舵角センサ２０の出力
をステアリング角θｓとしている。

【００２５】図１４はモータサーボ制御部６１の制御ブ
ロック図を示すもので、微分部９０において目標舵角値
ＡＧＬＡが微分されて微分値ＳＡＧＬＡが求められ、微
分ゲイン設定部９１にて目標舵角値の微分値ＳＡＧＬＡ
の絶対値に基づき微分ゲインＹＴＤＩＦＧＡＩＮが求め
られる。微分値ＳＡＧＬＡの絶対値が４（ｄｅｇ／ｓｅ
ｃ）以下の場合には微分ゲインは０に、微分値ＳＡＧＬ
Ａの絶対値が１２（ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の場合には微
分ゲインは４に設定され、微分値ＳＡＧＬＡの絶対値が
４乃至１２（ｄｅｇ／ｓｅｃ）の場合には微分ゲインは
０乃至４の値になる。

【００２６】一方、モータＭの回転角度θｍが磁極セン
サ１８の出力に基づいて演算される。図１４には示して
いないが、モータＭの回転角度θｍは磁極センサ１８の
出力値ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ及び後輪舵角センサ２１の出力
値θｒに基づいて求められる。通常は、後輪舵角センサ
２１としてポテンショメータが用いられるが、ポテンシ
ョメータは精度が荒く、磁極センサ１８は舵角量を精度
よく検出できるが、初期舵角量を検出することができな
い。そこで、後輪舵角センサ２１で磁極センサ１８の絶
対値を求め、絶対値を求めた後は磁極センサ１８の出力
変化からモータＭの回転角度θｍを求めることとしてい
る。回転角度θｍはバッファ１００を介して実舵角値Ｒ
ＡＧＬとして減算部９２に供給される。

【００２７】減算部９２においては目標舵角値ＡＧＬＡ
から実舵角値ＲＡＧＬが減算され、舵角偏差ΔＡＧＬが
求められる。この舵角偏差ΔＡＧＬは偏差舵角不感帯付
与部９３を介して処理される。偏差舵角不感帯付与部９
３は、舵角偏差ΔＡＧＬの絶対値が所定値Ｅ２ＰＭＡＸ
以下の場合に舵角偏差値ＥＴＨ２を０として処理するも
のであり、舵角偏差ΔＡＧＬの値が小さいときには制御
を停止させるものである。得られた舵角偏差値ＥＴＨ２
は比例部９６及び微分部９４に送られる。比例部９６で
は舵角偏差値ＥＴＨ２を所定の比例ゲインだけ積算し、
比例項ＰＡＧＬＡを得る。また、微分部９４では舵角偏
差値ＥＴＨ２を微分し、舵角偏差微分値ＳＥＴＨ２を得
る。この舵角偏差微分値ＳＥＴＨ２と前述の微分ゲイン
ＹＴＤＩＦＧＡＩＮとが積算部９５にて積算され、微分
項ＤＡＧＬＡが得られる。そして、比例項ＰＡＧＬＡと
微分項ＤＡＧＬＡが加算部９７にて加算され、舵角値Ｈ
ＰＩＤが得られる。

【００２８】舵角値ＨＰＩＤは偏差舵角リミッタ９８に
より舵角制限がかけられる。偏差舵角リミッタ９８は、
舵角値ＨＰＩＤに比例して制御量ＡＮＧを設定すると共
に、制御量ＡＮＧが１．５ｄｅｇ以上または−１．５ｄ
ｅｇ以下にならないように設定するものである。制御量
ＡＮＧはパルス幅変調変換部９９にてパルス幅変調信号
に変換され、モータドライバ５に供給される。モータド
ライバ５はパルス幅変調信号に応じてモータＭを回転さ
せるもので、これによりモータＭがサーボ制御される。
また、舵角偏差はＰＤ制御される。この内、微分項の微
分ゲインは目標舵角値の微分値に応じて変更される。微
分ゲインは目標舵角値の微分値が小さいときには０とな
り、この場合の制御は比例項のみによって行なわれる。
尚、上記ＰＤ制御に積分項を追加することとしてもよ
い。また、モータＭの回転角度θｍは電源電圧の変動に
よっても変化するので、バッテリ電圧を測定し、バッテ
リ電圧に応じて制御量ＡＮＧを補正するようにしてもよ
い。

【００２９】図１５に示すように、マイクロプロセッサ
１の割込み端子と通常入力端子が磁極センサ信号ＨＡ，
ＨＢ，ＨＣの入力用に供されている。磁極センサ信号Ｈ
Ａ，ＨＢはイクスクルーシブＯＲ回路ＥＸＯＲ１に入力
し、磁極センサ信号ＨＣとイクスクルーシブＯＲ回路Ｅ
ＸＯＲ１の出力信号はイクスクルーシブＯＲ回路ＥＸＯ
Ｒ２に入力するように接続されている。而して、磁極セ
ンサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの内の何れか一つに変化があ
ると、イクスクルーシブＯＲ回路ＥＸＯＲ２の出力が変
化する。

【００３０】上述のように磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，
ＨＣの内の何れか一つに変化があると、図１３の磁極セ
ンサ異常判定部６３において、図１６に示す磁極センサ
信号エッジ割り込みルーチンが実行される。ここでは、
割り込みがある度に、磁極センサ信号の状態が判別さ
れ、今回値として記憶されると共に、これまで記憶され
ていた今回値が前回値として更新される。即ち、ステッ
プ２０１にて、これまで記憶されていた磁極センサ信号
が前回値として更新される。次に、ステップ２０２に
て、磁極センサ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣの入力端子の状態
が読み込まれ、今回値として記憶される。次に、ステッ
プ２０３にて、表２に示すマップから前回予測値が読み
だされる。後述するように、磁極センサ１８は磁極セン
サ信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣのうち何れか一つが順に変化す
るよう構成されている。従って、前回値と今回値に対し
て、ＨＡ，ＨＢ，ＨＣのうちの何れか一つの極性が変化
したものになるはずである。

【表２】

【００３１】表２のマップの前回予測値には今回値に対
してありうる状態の全てが記憶されている。具体的に
は、今回値が（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）＝（Ｌ，Ｌ，Ｈ）で
あったとき、前回予測値は（Ｈ，Ｌ，Ｈ）または（Ｌ，
Ｈ，Ｈ）となる。図１６のステップ２０４ではこの前回
予測値と実際の前回値とが比較される。磁極センサ１８
が正常に機能しておれば、前回予測値と前回値は一致す
るはずである。従って、前回予測値と前回値が一致して
おれば、ステップ２０５にて磁極センサ異常フラグＦａ
ｂｎがクリア（０）され、図１７及び図１８に示す短絡
・断線異常判定及び相切換制御ルーチンが実行される。
前回予測値と前回値が一致していなければ、ステップ２
０７にて磁極センサ異常フラグＦａｂｎがセット（１）
され、この磁極センサ信号エッジ割り込みルーチンが終
了し、以後の処理においては、磁極センサ１８に異常有
と判定される。

【００３２】短絡・断線異常判定及び相切換制御部６２
における短絡・断線異常判定は図１７に示すように処理
される。先ずステップ３０１にてモータＭに供給される
電流Ｉ_(n)が読み込まれた後、短絡判定が行なわれる。
即ち、ステップ３０２にて前々回（二回前）の電流Ｉ
_(n-2)と今回の電流Ｉ_(n)の差の絶対値｜Ｉ_(n-2)−Ｉ
_(n)｜が所定値αより大であり、且つ今回の電流Ｉ_(n)
が所定値λ以上であるという第１の条件を充足している
か否かが判定される。この第１の条件が充足されている
場合にはステップ３０３に進み、前回も短絡フラグＦｓ
がセット（１）されていたか否かが判定される。二回連
続して短絡フラグＦｓがセットされたのであれば、ステ
ップ３０４において短絡異常フラグＦｓａｂがセット
（１）され、今回が初めてであればステップ３０５にて
短絡フラグＦｓがセットされる。即ち、モータＭの巻線
が短絡し、あるいはモータＭを駆動する回路中に短絡が
生ずると、短絡異常フラグＦｓａｂがセットされること
になる。

【００３３】一方、ステップ３０２にて上記第１の条件
が充足されていないと判定された場合には、ステップ３
０６にて短絡フラグＦｓがクリア（０）され、ステップ
３０７以降の断線判定ルーチンに進む。ステップ３０７
においては、今回の電流Ｉ_(n)が所定値λより小で実質
的に電流が流れていない場合に、前々回の電流Ｉ_(n-2)
と今回の電流Ｉ_(n)との差が所定値βより大であるか否
かが判定され、この第２の条件が充足されている場合に
はステップ３０８に進み、前回も断線フラグＦｃがセッ
ト（１）されていたか否かが判定される。二回連続して
断線フラグＦｃがセットされたのであれば、ステップ３
０９において断線異常フラグＦｃａｂがセット（１）さ
れ、今回が初めてであればステップ３１０にて断線フラ
グＦｃがセットされる。即ち、モータＭの巻線が断線
し、あるいはモータＭを駆動する回路中に断線が生ずる
と、断線異常フラグＦｃａｂがセットされることにな
る。そして、ステップ３０７の条件が充足されていない
と判定された場合には、ステップ３１１にて断線フラグ
Ｆｃがクリア（０）される。而して、短絡フラグＦｓ及
び断線フラグＦｃがクリアされておれば、以下に説明す
る図１８のルーチンに従って相切換信号パターンが設定
される。

【００３４】図１３の短絡・断線異常判定及び相切換制
御部６２における相切換制御は、図１８に示すように処
理される。先ず、ステップ２１１において、前述の短絡
異常フラグＦｓａｂ及び断線異常フラグＦｃａｂが０か
否かが判定され、何れかがセットされておれば（１であ
れば）、ステップ２１２以下の処理は行なわれない。即
ち、短絡・断線異常判定の結果、短絡あるいは断線が検
出されたときには相切換信号ＬＡ１１乃至ＬＣ２１の全
てがローレベル（Ｌ）にセットされる。短絡異常フラグ
Ｆｓａｂ及び断線異常フラグＦｃａｂの何れのフラグも
セットされていない場合には、ステップ２１２乃至２１
４にて、時計方向の回転をすべきであれば方向フラグＤ
Ｉに値ＣＷがセットされ、反時計方向の回転をすべきで
あれば方向フラグＤＩに値ＣＣＷがセットされる。回転
方向は前述の舵角値ＨＰＩＤが正か負かで判断可能であ
り、ＨＰＩＤ＞０であれば方向フラグＤＩ＝ＣＣＷとさ
れ、ＨＰＩＤ＜０であれば方向フラグＤＩ＝ＣＷとされ
る。

【００３５】次に、ステップ２１５にて、下記の表３の
マップに基づき相切換信号パターンがセットされる。相
切換信号は６ビット信号であり、各ビットはハイレベル
「Ｈ」又はローレベル「Ｌ」を取り、下記の表４のよう
に定められている。ステップ２１５では、今まで出力し
ていた相切換信号パターンと方向フラグＤＩの状態に基
づき次回の相切換信号パターンが設定される。例えば、
現状値が（ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，
ＬＢ２１，ＬＣ２１）＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）で
あって、ＤＩ＝ＣＷ（時計方向の回転）であれば、次回
値として（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ）が設定される。設
定された相切換信号パターンはマイクロプロセッサ１に
おいては相切換信号群Ｌ１として演算される。尚、方向
フラグ設定時に舵角値ＨＰＩＤがゼロとなった場合に
は、相切換はストップモードとされ、（ＬＡ１１，ＬＢ
１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２１）＝
（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ）とされる。

【表３】

【表４】

【００３６】図１３のオープン制御部６４においては、
図１９に示すように処理される。先ず、ステップ２２０
において、前述の磁極センサフラグＦａｂｎが１か否か
が判定され０となっていれば以下の処理は行なわれな
い。即ち、磁極センサ１８が正常であるときにはオープ
ン制御ルーチンは実行されない。図１３の磁極センサ異
常判定部６３の判定結果に応じスイッチＳＷ１が切換え
られ、正常時には短絡・断線異常判定及び相切換制御部
６２が機能し上述の相切換制御ルーチンが実行され、異
常時にはオープン制御部６４側に切換られオープン制御
ルーチンが実行される。このオープン制御ルーチンにお
いては、オープン制御実行中フラグＦｏｐ及びタイマＴ
が使用される。タイマＴに所定時間がセットされると、
その後タイマＴは次第にデクリメントされ、所定時間後
に０となる。オープン制御実行中フラグＦｏｐは初期状
態で０とされている。

【００３７】ステップ２２１では、オープン制御実行中
フラグＦｏｐの状態が判定され、オープン制御実行中フ
ラグＦｏｐが０であると、次にステップ２２２にて、タ
イマＴが所定時間（例えば１秒）にセットされる。そし
て、タイマＴが０以下になるまでの間、ステップ２２４
にて、相切換信号パターンにモータブレーキパターンが
セットされる。モータブレーキパターンは、（ＬＡ１
１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２
１）＝（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈ）、（ＬＡ１２，ＬＢ
１２，ＬＣ１２，ＬＡ２２，ＬＢ２２，ＬＣ２２）＝
（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｈ）に設定される。所定時間を
経過すると、ステップ２２５にて、オープン制御実行中
フラグＦｏｐがセット（１）される。この状態でタイマ
Ｔは０以下であるので、ステップ２２７にて表５に示す
マップから次回の相切換信号パターンがセットされる。
次に、ステップ２２８にてタイマＴが再びセットされ
る。ステップ２２６ではタイマＴが０以下のときのみス
テップ２２７を実行させるので、ステップ２２７はタイ
マＴに設定された所定時間毎に実行される。

【００３８】ステップ２２７において、次回値は現状の
相切換信号パターン及び後輪舵角センサ２１の出力する
後輪舵角値θｒと所定値Ａ１との比較結果に応じて設定
される。Ａ１は零に近い値（例えば０．５度）に設定し
てある。例えば、現状の相切換信号パターンが（ＬＡ１
１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，ＬＣ２
１）＝（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌ）であり、後輪舵角値
θｒが−１度であった場合には、次回の相切換信号パタ
ーンは（Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｈ）となる。表５のマッ
プは、後輪舵角値が負の場合は右回転するように、後輪
舵角値が正の場合は左回転するように、設定されてい
る。いずれの場合にも後輪舵角の絶対値が零に近づくよ
うに作用する。後輪舵角の絶対値が所定値Ａ１以下とな
ると、相切換信号パターンは（Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，Ｌ，
Ｌ）となり、モータ１２は停止する。よって、オープン
制御ルーチンでは、後輪舵角が零になり中立復帰するよ
うに相切換信号パターンが制御される。

【表５】尚、本実施例においては、ブラシレスモータの回転セン
サとして、磁極センサ１８を使用しているが、発光ダイ
オードを利用した光パルス式のセンサ等のエンコーダを
用いることとしてもよい。

【００３９】以上説明したように、本実施例において
は、短絡・断線異常判定及び相切換制御部６２を有して
おり、ここで、相切換信号パターンの出力毎に励磁コイ
ルの各々の相に供給される電流の検出値に応じ、二回前
の相切換信号パターン時に検出した電流と今回検出した
電流との差が所定値αより大であり、且つ今回の電流が
所定値λより大である状態が、二回連続して検出された
ときには短絡異常と判定される。また、上記の差が所定
値βより大であり、上記の電流が所定値λより小である
状態が二回連続して検出されたときには断線異常と判定
される。而して、例えばモータ１２（Ｍ）の巻線の短絡
や断線のみならず、モータ１２（Ｍ）を駆動する回路中
に短絡あるいは断線が生じた場合には、確実にこれらの
異常を検出することができる。よって、その後のモータ
１２（Ｍ）の停止処理を確実に行なうことができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明においては、二回前の相切換信号パターン時に検出
した電流と今回検出した電流との差が第１の所定値より
大であり、且つ電流検出手段が検出した電流が第２の所
定値より大である状態が二回連続して検出されたときに
は、異常と判定されるように構成されているので、ブラ
シレスモータの巻線の短絡等を確実に検出することがで
きる。

【００４１】また、請求項２に記載の発明においては、
電流変化演算手段が演算した差が第３の所定値より大で
あり、且つ電流検出手段が検出した電流が第２の所定値
より小である状態が二回連続して検出されたときには、
異常と判定されるように構成されているので、ブラシレ
スモータの巻線の断線等を確実に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。

【図２】本発明の一実施例に使用する後輪操舵機構の正
面図である。

【図３】図２の後輪操舵機構の部分断面図である。

【図４】図２の後輪操舵機構の断面図である。

【図５】本発明の一実施例に使用するモータの断面図で
ある。

【図６】本発明の一実施例に使用するモータの断面図で
ある。

【図７】図５，６のモータの巻線説明図である。

【図８】本発明の一実施例に使用する磁石の正面図であ
る。

【図９】本発明の一実施例に使用する磁極センサの基板
の正面図である。

【図１０】本発明の一実施例に係るブラシレスモータの
作動説明図である。

【図１１】本発明の一実施例に使用する電子制御装置の
回路構成図である。

【図１２】図１１の電子制御装置のドライバの回路構成
図である。

【図１３】図１１の電子制御装置のマイクロプロセッサ
の機能ブロック図である。

【図１４】図１３のマイクロプロセッサのモータサーボ
制御部の機能ブロック図である。

【図１５】図１１の電子制御装置の磁極センサ入力回路
の回路構成図である。

【図１６】本発明の一実施例における磁極センサ信号エ
ッジ割り込みの処理を示すフローーチャートである。

【図１７】本発明の一実施例における短絡・断線異常判
定のフローチャートである。

【図１８】本発明の一実施例における相切換制御のフロ
ーチャートである。

【図１９】本発明の一実施例におけるオープン制御のフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１マイクロプロセッサ５モータ
ドライバ９電子制御装置１２モータ
（ブラシレスモータ）１７，２０第１，第２前輪舵角センサ１８磁極センサ（回転センサ）２１後輪舵
角センサ２２，２３第１，第２車速センサ５５定電圧
レギュレータ５７インターフェース５９バッテ
リ６０目標舵角演算部６１モータ
サーボ制御部６２短絡・断線異常判定及び相切換制御部６３磁極センサ異常判定部６４オープン制御部８６電流検
出回路８８異常電流制限回路８９パルス
幅変調信号合成回路９０，９４微分部９１微分ゲ
イン設定部９２減算部９３偏差舵
角不感帯付与部９５積算部９６比例部９７加算部９８偏差舵
角リミッタ９９パルス幅変調変換部１００バッ
ファ１０１ピークホールド回路ＡＧＬＡ目標舵角値ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ磁極センサ信号Ｌ１相切換信号群ＬＡ１１，ＬＢ１１，ＬＣ１１，ＬＡ２１，ＬＢ２１，
ＬＣ２１相切換信号Ｍモータ（ブラシレスモータ）ＰＷＭ１パルス幅変調信号Ｕ，Ｖ，Ｗ
端子Ｖ車速 γ ヨーレー
ト値 θｓステアリング角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山瑞穂愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開平５−111145（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/00 - 7/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少くとも三相の励磁コイルと、該励磁コ
イルの励磁状態に応じて回転するモータ軸と、該モータ
軸の回転を検出する回転センサと、該回転センサの出力
変化に応じて相切換信号パターンを切換えて出力する相
切換制御手段とを備え、前記励磁コイルの各々の相に対
し前記相切換信号パターンの切換えに応じて二回連続し
て電流を供給するブラシレスモータの異常検出装置にお
いて、前記相切換信号パターンの出力毎に前記励磁コイ
ルの各々の相に供給される電流を検出する電流検出手段
と、該電流検出手段が二回前の相切換信号パターン時に
検出した電流と今回検出した電流との差を演算する電流
変化演算手段と、該電流変化演算手段が演算した差が第
１の所定値より大であり、且つ前記電流が第２の所定値
より大である状態を二回連続して検出したとき異常と判
定する異常判定手段とを備えたことを特徴とするブラシ
レスモータの異常検出装置。
【請求項２】少くとも三相の励磁コイルと、該励磁コ
イルの励磁状態に応じて回転するモータ軸と、該モータ
軸の回転を検出する回転センサと、該回転センサの出力
変化に応じて相切換信号パターンを切換えて出力する相
切換制御手段とを備え、前記励磁コイルの各々の相に対
し前記相切換信号パターンの切換えに応じて二回連続し
て電流を供給するブラシレスモータの異常検出装置にお
いて、前記相切換信号パターンの出力毎に前記励磁コイ
ルの各々の相に供給される電流を検出する電流検出手段
と、該電流検出手段が二回前の相切換信号パターン時に
検出した電流と今回検出した電流との差を演算する電流
変化演算手段と、該電流変化演算手段が演算した差が第
３の所定値より大であり、且つ前記電流が第２の所定値
より小である状態を二回連続して検出したとき異常と判
定する異常判定手段とを備えたことを特徴とするブラシ
レスモータの異常検出装置。