JP4366712B2

JP4366712B2 - モータ駆動装置およびモータ駆動装置の故障検出方法

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Publication number: JP4366712B2
Application number: JP2004099744A
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Inventors: 芳道原
Original assignee: Denso Corp
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Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005287233A

Description

本発明は、モータ駆動装置およびモータ駆動装置の故障検出方法に関するものである。

４個のスイッチング素子を用いてＨブリッジ回路を構成してモータを駆動する場合には、モータ端子の一方と電源の間及びモータ端子の他方とＧＮＤ（接地線）の間にそれぞれ抵抗を接続し、モータ端子の両端電圧および電源電圧から、スイッチング素子のオン故障及びモータ端子故障を検出する方法が考案されている（特許文献１参照）。

モータを駆動するスイッチング素子がオン状態に固定されてオフ状態に戻らないオン故障を起こした場合にモータを含む閉回路が形成されて制動回路として作用することを防止するため、モータとモータ駆動回路との間にスイッチ手段としてリレー回路を介装する方法を用いた電動パワーステアリング装置が考案されているが、リレー回路は機械部品であるため開閉回数に限界があり故障もしやすいと同時に、半導体に比べて高価で大型化するという問題がある。また、大型化すると熱容量が大きくなり、現在主流となっている配線基板へのリフローはんだ付による表面実装も困難となる。

このため、スイッチング素子により構成されるブリッジ回路と、このブリッジ回路と電源間に介設されたスイッチ手段として電界効果トランジスタを用いて構成する方法を用いた電動パワーステアリング装置が考案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−６７９８５号公報特許第３３７５５０２号公報

特許文献２の例では、該電界効果トランジスタがオン状態に固着するオン故障を起こした場合、ブリッジ回路とモータを含む閉回路が形成され該閉回路が制動回路として作用しモータの回転を阻害するという問題がある。そこで、２個のスイッチング素子が直列接続して構成され、一方のスイッチング素子にはダイオードが電源に対して逆方向となるように並列接続されてモータに電流を供給し、他方のスイッチング素子にはダイオードが電源に対して順方向となるように並列接続されてモータに供給している電流を遮断するスイッチング素子を含むモータ駆動装置という構成が考えられる。

しかし、スイッチング素子を２個の電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ：Field Effect Transistorと略称することもある）を直列接続して構成した場合、寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるよう配置した電界効果トランジスタの故障は特許文献１の方法で検出できるが、寄生ダイオードが電源に対して順方向となるよう配置した電界効果トランジスタの故障は検出することが出来ないという問題がある。

上記問題を背景として、本発明の課題は、スイッチング素子を２個の電界効果トランジスタを直列接続して構成した場合に、寄生ダイオードが電源に対して順方向となるよう配置した電界効果トランジスタの故障をも検出可能なモータ駆動装置およびモータ駆動装置の故障検出方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するためのモータ駆動装置を提供するものである。即ち、寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるように配置された第１の電界効果トランジスタおよび、寄生ダイオードが電源に対して順方向となるように配置された第２の電界効果トランジスタとを直列接続して形成されたスイッチング素子を含むブリッジ回路によってモータを駆動するモータ駆動装置であって、第１の電界効果トランジスタおよび第２の電界効果トランジスタの故障を検出する故障検出手段を有することを前提とするモータ駆動装置として構成される。

上記構成によって、電源に対して逆方向となるよう配置した電界効果トランジスタの故障のみならず、寄生ダイオードが電源に対して順方向となるよう配置した電界効果トランジスタの故障をも検出することが可能となる。

より具体的には、故障検出手段は、第１および第２の電界効果トランジスタのオンおよびオフの状態を切り換える切換手段と、ブリッジ回路の直流正側電位の出力とモータとの間に接続された第１の電圧検出手段と、モータとブリッジ回路の直流負側電位の出力との間に接続された第２の電圧検出手段と、を含み、第１および第２の電界効果トランジスタのオンおよびオフの状態と第１および第２の電圧検出手段により検出された電圧とに基づいて第１および第２の電界効果トランジスタの故障を検出する構成をとる。

第１の電圧検出手段および第２の電圧検出手段はブリッジ回路を構成するスイッチング素子（すなわち、第１および第２の電界効果トランジスタが直列接続されたもの）の電圧を検出するものであるが、モータ駆動時およびモータ駆動時などのモータの状態によって、第１および第２の電界効果トランジスタは所定の状態（オンおよびオフ）となり、検出される電圧もモータの状態すなわち第１および第２の電界効果トランジスタの状態によって変化する。そこで、モータの第１および第２の電界効果トランジスタの状態毎に実際に検出される電圧と本来検出される電圧とを比較することによって、第１および第２の電界効果トランジスタの故障を検出することが可能となる。

また、本発明のモータ駆動装置における故障検出手段は、モータが非駆動時に、特定の電界効果トランジスタをオン状態あるいはオフ状態として電界効果トランジスタの短絡故障あるいは開放故障を検出する構成をとる。本構成によって、モータ駆動装置が動作中でも、モータが非駆動時であればいつでも故障を検出することが可能となり、電界効果トランジスタの故障を速やかに検出することが可能となる。

また、本発明のモータ駆動装置は運転者のステアリング動作に基づいて、モータを駆動してステアリング機構に操舵補助トルクを与える車両の電動パワーステアリング装置におけるモータを駆動する構成をとる。

車両の電動パワーステアリング装置では、ブリッジ回路を用いてモータを駆動する構成が一般的である。電界効果トランジスタがオン状態で固着するオン故障を生ずると、モータを含む閉回路が形成されて制動回路として作用し操舵方向とは逆向きの力を発生して、運転者に操舵違和感を与えてしまう。そこで、本発明のモータ駆動装置を該電動パワーステアリング装置に用いれば、電界効果トランジスタがオン故障を生じた場合、全ての電界効果トランジスタをオフ状態としてモータを含む閉回路の形成を防止するため、操舵方向と逆向きの力を発生して運転者に操舵違和感を与えることを防止することができる。

また、電界効果トランジスタがオフ状態で固着するオフ故障を生じた場合も、直ちにオフ故障を検出することで、運転者に故障を知らせたり故障時の処置を行なうことが可能となる。また、車両が走行中でも、モータが非駆動時であればいつでも故障を検出することが可能となり、電界効果トランジスタの故障を速やかに検出することが可能となる。さらに、どの電界効果トランジスタがオフ故障を生じたかを特定することができるので、故障箇所の特定も速やかに行なうことができ、故障に応じた対応も迅速に行なうことができる。

また、本発明は、上記課題を解決するためのモータ駆動装置の故障検出方法を提供するものである。即ち、寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるように配置された第１の電界効果トランジスタおよび、寄生ダイオードが電源に対して順方向となるように配置された第２の電界効果トランジスタとを直列接続して形成されたスイッチング素子を含むブリッジ回路によってモータを駆動するするモータ駆動装置であって、
第１および第２の電界効果トランジスタの動作状態によって発生するスイッチング素子の電圧に基づいて第１および第２の電界効果トランジスタの故障を検出することを前提とするモータ駆動装置の故障検出方法として構成される。

上記構成によっても、電源に対して逆方向となるよう配置した電界効果トランジスタの故障のみならず、寄生ダイオードが電源に対して順方向となるよう配置した電界効果トランジスタの故障をも検出することが可能となる。

より具体的には、モータが非駆動時に、特定の電界効果トランジスタをオン状態あるいはオフ状態として電界効果トランジスタの短絡故障あるいは開放故障を検出する構成をとる。本構成によって、モータ駆動装置が動作中でも、モータが非駆動時であればいつでも故障を検出することが可能となり、電界効果トランジスタの故障を速やかに検出することが可能となる。

スイッチング素子を２個の電界効果トランジスタを直列接続して構成したモータ駆動装置およびモータ駆動装置の故障検出方法を、スイッチング素子の両端の電圧を検出することにより実現した。

以下、本発明のモータ駆動装置およびモータ駆動装置の故障検出方法における実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明のモータ駆動装置１００を用いて直流モータを駆動する例を示したものである。１は周知の電機子およびブラシを含む直流モータ（以降、単にモータと略称することもある）である。２から９は電界効果トランジスタであり、２ａから９ａはそれぞれのＦＥＴに並列に接続される形で含まれる寄生ダイオードである。ＦＥＴ２と３，ＦＥＴ４と５，ＦＥＴ６と７，ＦＥＴ８と９は互いのドレイン端子同士が接続されて直列回路を構成し、１つのモータ駆動素子（スイッチング素子）として周知のＨブリッジ構成にしてモータ駆動回路を形成する。また、ＦＥＴ３，ＦＥＴ５，ＦＥＴ７，およびＦＥＴ９（本発明の第２の電界効果トランジスタ）は、各々の寄生ダイオード３ａ，５ａ，７ａ，および９ａが電源に対して逆方向となるよう配置し、ＦＥＴ２，ＦＥＴ４，ＦＥＴ６，およびＦＥＴ８（本発明の第１の電界効果トランジスタ）は、各々の寄生ダイオード２ａ，４ａ，６ａ，および８ａが電源に対して順方向となるよう配置する。

なお、モータ１は本構成のブリッジ回路により駆動可能なものであれば直流ブラシ付モータである必要はなく種類を問わない。また、図１ブリッジ回路は二相モータ用となっているが、三相モータを駆動するブリッジ回路に適用しても差し支えない。

１０は制御用マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）であり、図示しないセンサ信号等によりモータ１を駆動するために必要な電流を演算しモータ駆動信号を出力する。１１はＦＥＴ２から９を駆動するためのドライブ回路であり、マイクロコンピュータ１０からのモータ駆動信号に応じてＦＥＴ２から９へのゲート駆動信号を出力する。１４はモータ駆動回路に電源を供給するバッテリ等の直流電源であり、１５は電源ヒューズである。

１２は、モータ１に流れる電流を検出する周知のシャント抵抗を含む電流検出回路である。検出された電流値信号１２ａはマイクロコンピュータ１０に送られる。

１３ａはモータ１の端子電圧を検出するためのプルアップ抵抗（本発明の第１の電圧検出手段）、１３ｂはモータ１の端子電圧を検出するためプルダウン抵抗（本発明の第２の電圧検出手段）である。プルアップ抵抗１３ａは電源〜モータ１間の電圧１ａすなわちＦＥＴ２，ＦＥＴ３，ＦＥＴ６，およびＦＥＴ７の状態を監視する。また、プルダウン抵抗１３ｂはモータ１〜接地（グランド）間の電圧１ｂすなわちＦＥＴ４，ＦＥＴ５，ＦＥＴ８，およびＦＥＴ９の状態を監視する。検出された電圧値信号１ａ，１ｂはマイクロコンピュータ１０に送られる。これらの値はマイクロコンピュータ１０で周知のアナログ／ディジタル変換されてモータ１を駆動するための演算に用いられる。なお、プルアップ抵抗１３ａおよびプルダウン抵抗１３ｂは、モータ１の内部抵抗値に比べて十分大きな抵抗値をもつものである。

次に、モータ駆動回路の駆動方法を説明する。８つの電界効果トランジスタのうち、寄生ダイオードが電源に対して順方向となっているＦＥＴ２，ＦＥＴ４，ＦＥＴ６，およびＦＥＴ８は通常時には常にオン状態とし、対をなすＦＥＴ３，ＦＥＴ５，ＦＥＴ７，およびＦＥＴ９に常時電流が流れるようにしておく。そして、ＦＥＴ３，ＦＥＴ５，ＦＥＴ７，およびＦＥＴ９は、ドライブ回路１１からの例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）によるデューティー駆動信号によってゲート端子が制御されてオン状態およびオフ状態が切り替えられ、そのデューティー比に応じた電圧をモータ１に印加し、モータ１に流れる電流を制御することでモータ１を正反転駆動する。

なお、ＦＥＴ等のスイッチング素子をＨブリッジ型に構成してモータを駆動させるための回路構成および動作自体は通常のものであり、周知であるので詳細の説明については割愛する。

以下、各ＦＥＴの故障検出方法について図面を用いて説明する。なお、モータ１非駆動時の故障検出は、モータ駆動装置１００が起動状態になった直後に実行されるマイクロコンピュータ１０に記憶された制御プログラムの初期設定処理において実施するとともに、通常制御中においてもモータ１非駆動時に通常の制御に影響のない状況下で実施する。各ＦＥＴのうちいずれか１個の故障を検出した場合、全てのＦＥＴをオフ状態としてモータ１の駆動を停止する。

（ＦＥＴ３の故障検出方法）
図２を用いて、本発明におけるＦＥＴ３の故障検出方法について説明する。図２は、ＦＥＴ２，３を駆動した場合にプルアップ抵抗１３ａで検出される端子電圧１ａの電圧波形である。モータ１が非駆動時（区間Ｔ１，Ｔ２）は、ＦＥＴ２，３が正常な場合には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ａはバッテリ電圧（以下、＋Ｂという）をプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂで分圧された電圧Ｖａとなる。一方、区間Ｔ１の状態でＦＥＴ３がオン状態のまま変化しない状態（以下、オン故障という）となった場合には、電流はＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａ〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ａは＋ＢからＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａの順方向電圧降下分Ｖｄ２を差し引いた値となり、ＦＥＴ３のオン故障の検出が可能となる。また、区間Ｔ２の状態でＦＥＴ３がオン故障となった場合には、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ａは＋Ｂにほぼ等しくなり、ＦＥＴ３のオン故障の検出が可能となる。区間Ｔ４（モータ１駆動時）も区間Ｔ２と同様である。

また、モータ１が駆動時（区間Ｔ３）は、ＦＥＴ２，３が正常な場合には、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ａは＋ＢからＦＥＴ２，３のオン時電圧降下分Ｖｆ１を差し引いた電圧に等しくなるが、ＦＥＴ３がオフ状態のまま変化しない状態（以下、オフ故障という）となった場合には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ａはＧＮＤ（０Ｖ）にほぼ等しくなり、ＦＥＴ３のオフ故障の検出が可能となる。

モータ１が非駆動時にＦＥＴ２，３のみをオン状態とし、他のＦＥＴを全てオフ状態とすると（区間Ｔ５）、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ａは＋Ｂにほぼ等しくなるが、ＦＥＴ３のオフ故障時には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ａはプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂで分圧された電圧Ｖａとなり、ＦＥＴ３のオフ故障の検出が可能となる。

また、モータ１が非駆動時にＦＥＴ３のみをオン状態とし、他のＦＥＴを全てオフ状態とすると（区間Ｔ６）、正常時には端子電圧１aは、電流はＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａ〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ａは＋ＢからＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａの順方向電圧降下分Ｖｄ２を差し引いた電圧となるが、ＦＥＴ３のオフ故障時には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ａはプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂで分圧された電圧Ｖａとなり、ＦＥＴ３のオフ故障の検出が可能となる。

（ＦＥＴ２の故障検出方法）
図３を用いて、本発明におけるＦＥＴ２の故障検出方法について説明する。図３は、ＦＥＴ２，３を駆動した場合にプルアップ抵抗１３ａで検出される端子電圧１ａの電圧波形である。モータ１が非駆動時（区間Ｔ１，Ｔ２）は、ＦＥＴ２，３が正常な場合には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ａはバッテリ電圧（以下、＋Ｂという）をプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂで分圧された電圧Ｖａとなる。このとき、ＦＥＴ２がオン故障あるいはオフ故障した場合も、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１aは正常時と同様の値となり故障を検出できない。区間Ｔ４（モータ１駆動時）も区間Ｔ２と同様である。

また、モータ１が駆動時（区間Ｔ３）は、ＦＥＴ２，３が正常な場合には、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ａは＋ＢからＦＥＴ２，３のＯＮ時電圧降下分Ｖｆ１を差し引いた電圧に等しくなる。ＦＥＴ２のオン故障時にも、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ａは正常時と同じ値となる。また、ＦＥＴ２がオフ故障時には、電流はＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａ〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１aは＋ＢからＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａの順方向電圧降下分Ｖｄ２を引いた電圧となり正常時との区別が困難なため故障を検出できない。

そこで、モータ１が非駆動時にＦＥＴ２，３のみをオン状態とし他のＦＥＴをオフ状態すると（区間Ｔ５）、ＦＥＴ２が正常時には、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１aはほぼ＋Ｂに等しくなるが、ＦＥＴ２がオフ故障時には、電流はＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａ〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１aは＋ＢからＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａの順方向電圧降下分Ｖｄ２を差し引いた電圧となり、ＦＥＴ２のオフ故障の検出が可能となる。

また、モータ１が非駆動時にＦＥＴ３のみをＯＮすると（区間Ｔ６）、ＦＥＴ２が正常時には、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１aは＋ＢからＦＥＴ２の寄生ダイオード２ａの順方向電圧降下分Ｖｄ２を差し引いた電圧となるが、ＦＥＴ２がオン故障時には、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるがＦＥＴ２は短絡状態と同じため、端子電圧１aはほぼ＋Ｂに等しい電圧となり、ＦＥＴ２のオン故障の検出が可能となる。

上述の方法と同様にして、ＦＥＴ６，７の故障検出を行なうことが可能である。ＦＥＴ６の故障検出はＦＥＴ２の方法に準じ、ＦＥＴ７の故障検出はＦＥＴ３の方法に準ずるものであるため、詳細な説明は割愛する。

（ＦＥＴ９の故障検出方法）
図４を用いて、本発明におけるＦＥＴ９の故障検出方法について説明する。図４は、ＦＥＴ８，９を駆動した場合にプルダウン抵抗１３ｂで検出される端子電圧１ｂの電圧波形である。モータ１が非駆動時（区間Ｔ１，Ｔ２）は、ＦＥＴ８，９が正常な場合には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ｂはバッテリ電圧（以下、＋Ｂという）をプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂで分圧された電圧Ｖｂとなる。一方、区間Ｔ１の状態でＦＥＴ９がオン状態のまま変化しない状態（以下、オン故障という）となった場合には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜ＦＥＴ８の寄生ダイオード８ａ〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ｂはＦＥＴ８の寄生ダイオード８ａの順方向電圧降下分Ｖｄ８に等しくなり、ＦＥＴ９のオン故障の検出が可能となる。また、区間Ｔ２の状態でＦＥＴ９がオン故障となった場合には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ｂはＧＮＤ（０Ｖ）にほぼ等しくなり、ＦＥＴ９のオン故障の検出が可能となる。区間Ｔ４（モータ１駆動時）も区間Ｔ２と同様である。

また、モータ１が駆動時（区間Ｔ３）は、ＦＥＴ８，９が正常な場合には、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ｂはプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂで分圧された電圧ＶｂからＦＥＴ８，９のＯＮ時電圧降下分を差し引いた電圧Ｖｆ２に等しくなるが、ＦＥＴ９がオフ状態のまま変化しない状態（以下、オフ故障いう）となった場合には、電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ｂはほぼ＋Ｂに等しい電圧となり、ＦＥＴ９のオフ故障の検出が可能となる。

モータ１が非駆動時にＦＥＴ８，９のみをオン状態とし、他のＦＥＴを全てオフと状態すると（区間Ｔ５）、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ｂはＧＮＤにほぼ等しくなるが、ＦＥＴ９のオフ故障時には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ｂはプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂで分圧された電圧Ｖｂとなり、ＦＥＴ９のオフ故障の検出が可能となる。

また、モータ１が非駆動時にＦＥＴ９のみをオン状態とし、他のＦＥＴを全てオフ状態とすると（区間Ｔ６）、正常時には電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜ＦＥＴ８の寄生ダイオード８ａ〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ｂはＦＥＴ８の寄生ダイオード８ａの順方向電圧降下分Ｖｄ８に等しくなるが、ＦＥＴ９がオフ故障時には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ｂはプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂで分圧した電圧Ｖｂとなり、故障検出が可能となる。

（ＦＥＴ８の故障検出方法）
図５を用いて、本発明におけるＦＥＴ８の故障検出方法について説明する。図５は、ＦＥＴ８，９を駆動した場合にプルダウン抵抗１３ｂで検出される端子電圧１ｂの電圧波形である。モータ１が非駆動時（区間Ｔ１，Ｔ２）の場合は、ＦＥＴ８，９が正常な場合には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜プルダウン抵抗１３ｂの経路で流れるため、端子電圧１ｂはバッテリ電圧（以下、＋Ｂという）をプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂで分圧した電圧Ｖｂとなる。このとき、ＦＥＴ８がオン故障あるいはオフ故障した場合、端子電圧１ｂは正常時と同様の値となり故障を検出できない。区間Ｔ４（モータ１駆動時）も区間Ｔ２と同様である。

また、モータ１が駆動時（区間Ｔ３）の場合は、ＦＥＴ８の正常時およびオン故障時とも電流はＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、ＦＥＴ８のオン故障時の端子電圧１ｂは正常時と同じ値となる。また、ＦＥＴ８のオフ故障時の端子電圧１ｂはＦＥＴ８の寄生ダイオード８ａの順方向電圧降下分Ｖｄ８となり正常時との区別が困難なため故障を検出できない。

そこで、モータ１が非駆動時にＦＥＴ８，９のみをオン状態とすると（区間Ｔ５）、ＦＥＴ８が正常時には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ｂはＧＮＤ（０Ｖ）にほぼ等しくなるが、ＦＥＴ８がオフ故障時には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜ＦＥＴ８の寄生ダイオード８ａ〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ｂはＦＥＴ８の寄生ダイオード８ａの順方向電圧降下分Ｖｄ８に等しくなり、ＦＥＴ８のオフ故障の検出が可能となる。

また、モータ１が非駆動時にＦＥＴ９のみをオン状態とすると（区間Ｔ６）、ＦＥＴ８が正常時には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜ＦＥＴ８の寄生ダイオード８ａ〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ｂはＦＥＴ８の寄生ダイオード８ａの順方向電圧降下分Ｖｄ８に等しくなるが、ＦＥＴ８がオン故障時には、電流はプルアップ抵抗１３ａ〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路で流れるため、端子電圧１ｂはＧＮＤに等しい電圧となるため、ＦＥＴ８のオン故障の検出が可能となる。

上述の方法と同様にして、ＦＥＴ４，５の故障検出を行なうことが可能である。ＦＥＴ４の故障検出はＦＥＴ８の方法に準じ、ＦＥＴ５の故障検出はＦＥＴ９の方法に準ずるものであるため、詳細な説明は割愛する。

（車両の電動パワーステアリング装置への応用例）
以下、本発明のモータ駆動装置を車両の電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳ：Electronic Power Steeringと称することもある）に応用した一実施例について、図面を用いて説明する。なお、本発明のモータ駆動装置の適用範囲を車両の電動パワーステアリング装置に限定するものではない。

図６は電動パワーステアリング装置１０１の概略構成図である。操舵ハンドル１１０が操舵軸１１２ａに接続されて、この操舵軸１１２ａの下端は運転者の操舵ハンドル１１０の動きを検出するトルクセンサ１１１に接続されており、ピニオンシャフト１１２ｂの上端がトルクセンサ１１１に接続されている。また、ピニオンシャフト１１２ｂの下端には、ピニオン（図示せず）が設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１１６内においてラックバー１１８に噛合されている。更に、ラックバー１１８の両端には、それぞれタイロッド１２０の一端が接続されると共に各タイロッド１２０の他端にはナックルアーム１２２を介して操舵輪１２４が接続されている。また、ピニオンシャフト１１２ｂには三相ブラシレスモータであるモータ１１５が歯車（図示せず）を介して取り付けられている。なお、モータ１１５はラックバー１１８に同軸的に取り付ける方法を採ってもよい。

操舵軸１１２ａとピニオンシャフト１１２ｂとの間にはトルクセンサ１１１が設けられ、トルクセンサ１１１は図示しない周知のトーションバーおよびその軸線方向に離間して設置された一対のレゾルバを備えている。トーションバーにトルクが印加され、その両端の角度差をレゾルバが検知すると、レゾルバで計測された角度差とトーションバーのばね定数とからトーションバーに印加されたトルクが検出される。検出されたトルクの情報は操舵制御部１３０に送られる。

操舵制御部１３０は周知のＣＰＵ１３１，ＲＡＭ１３２，ＲＯＭ１３３，入出力インターフェースであるＩ／Ｏ１３４およびこれらの構成を接続するバスライン１３５が備えられている。ＣＰＵ１３１は、ＲＯＭ１３３およびＲＡＭ１３２に記憶されたプログラムおよびデータにより制御を行なう。ＲＯＭ１３３は、プログラム格納領域１３３ａとデータ記憶領域１３３ｂとを有している。プログラム格納領域１３３ａにはＥＰＳ制御プログラム１３３ｐが格納される。データ記憶領域１３３ｂにはＥＰＳ制御プログラム１３３ｐの動作に必要なデータが格納されている。

操舵制御部１３０においてＣＰＵ１３１がＲＯＭ１３３に格納されたＥＰＳ制御プログラム１３３ｐを実行することにより、トルクセンサ１１１で検出されたトルクに対応してモータ１１５で発生させるべき駆動トルクを算出し、モータドライバ１１４を介してモータ１１５に、算出した駆動トルクを発生させるための電圧を印加する。このとき、レゾルバ１０９によってモータ１１５の回転角度を検出し、電流センサ１０８（１０８，１０８ｖ，１０８ｗ）によりモータ１１５に流れる電流を検出することにより、駆動トルクに対応した回転を行なっているかを調べ、その結果に応じてモータ１１５に印加する電圧を求める。

図７にモータドライバ１１４（即ち、本発明のモータ駆動装置）の詳細を示す。モータ１１５は周知の三相ブラシレスモータであるが、本発明のモータ駆動装置を適用可能であれば特に種類を問わない。４２から５３はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、４２ａから５３ａはそれぞれのＦＥＴに並列に接続される形で含まれる寄生ダイオードである。ＦＥＴ４２と４３，ＦＥＴ４４と４５，ＦＥＴ４６と４７，ＦＥＴ４８と４９，ＦＥＴ５０と５１，およびＦＥＴ５２と５３をそれぞれ組合せて１つのモータ駆動素子（スイッチング素子）として周知の三相ブリッジ構成にしてモータドライバ１１４を形成する。

また、ＦＥＴ４３，ＦＥＴ４５，ＦＥＴ４７，ＦＥＴ４９，ＦＥＴ５１，およびＦＥＴ５３（本発明の第２の電界効果トランジスタ）は、各々の寄生ダイオード４３ａ，４５ａ，４７ａ，４９ａ，５１ａ，および５３ａが電源に対して逆方向となるよう配置され、モータ１１５に電流を供給する役割を果たす。一方、ＦＥＴ４２，ＦＥＴ４４，ＦＥＴ４６，ＦＥＴ４８，ＦＥＴ５０，およびＦＥＴ５２（本発明の第１の電界効果トランジスタ）は、各々の寄生ダイオード４２ａ，４４ａ，４６ａ，４８ａ，５０ａ，および５２ａが電源に対して順方向となるよう配置され、モータ１１５に供給している電流を遮断する役割を果たす。

１１４ａはＦＥＴ４２から５３を駆動するためのドライブ回路であり、ＣＰＵ１３１からのモータ駆動信号に応じてＦＥＴ４２から５３へのゲート駆動信号を出力する。５９はモータ駆動回路に電源を供給するバッテリ等の直流電源であり、６０は電源ヒューズである。

１０８（１０８ｕ，１０８ｖ，１０８ｗ）は、モータ１１５の各相に流れる電流を検出する周知のシャント抵抗を含む電流検出回路である。検出された電流値信号はＣＰＵ１３１に送られる。この値はＣＰＵ１３１で周知のアナログ／ディジタル変換されて制御演算に用いられる。

次に、モータ駆動回路の駆動方法を説明する。１２個の電界効果トランジスタのうち、寄生ダイオードが電源に対して順方向となっているＦＥＴ４２，ＦＥＴ４４，ＦＥＴ４６，ＦＥＴ４８，ＦＥＴ５０，およびＦＥＴ５２は通常時には常にオン状態とし、対をなすＦＥＴ４３，ＦＥＴ４５，ＦＥＴ４７，ＦＥＴ４９，ＦＥＴ５１，およびＦＥＴ５３に常時電流が流れるようにしておく。そして、ＦＥＴ４３，ＦＥＴ４５，ＦＥＴ４７，ＦＥＴ４９，ＦＥＴ５１，およびＦＥＴ５３は、ドライブ回路１１４ａからの例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）によるデューティー駆動信号によってオン状態およびオフ状態が切り替えられ、そのデューティー比に応じた電圧をモータ１１５に印加し、モータ１１５に流れる電流を制御する。

なお、ＦＥＴ等のスイッチング素子を三相ブリッジ型に構成してモータを駆動させるための回路構成および動作自体は通常のものであり、周知であるので詳細の説明については割愛する。

以下、各ＦＥＴの故障検出方法について図面を用いて説明する。なお、モータ１１５非駆動時の故障検出は、イグニションＳＷをオン状態にした直後に実行されるＲＯＭ１３３あるいはＲＡＭ１３２に記憶されたＥＰＳ制御プログラム１３３ｐの初期設定処理において実施するとともに、通常制御中においてもモータ１１５非駆動時に通常の制御に影響のない状況下で実施する。例えば、車速センサ１１７で検出される車両の速度が所定値を上回り、トルクセンサ１１１で検出される操舵トルクが所定値を下回り、かつ、レゾルバ１０９で検出されるモータ１１５の回転角度および電流センサ１０８検出されるモータ１１５に流れる電流からモータ１１５が停止状態であると判定される場合に実施可能である。

また、所定の操作によって整備モードあるいは検査モードなどの通常の制御を行なわない特殊な状態に移行して故障検出処理を実施してもよい。各ＦＥＴのうちいずれか１個の故障を検出した場合、全てのＦＥＴをオフ状態としてモータ１１５の駆動を停止するとともに、図示しないウォーニングランプ等の表示あるいは音声ガイダンスにより運転者に警告する。

１４０ｕ，１４０ｖ，１４０ｗはモータ１１５のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の端子電圧（電源〜モータ１間の電圧）を検出するためのプルアップ抵抗（本発明の第１の電圧検出手段）、１４１ｕ，１４１ｖ，１４１ｗも同様にモータ１１５のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の端子電圧（モータ１〜接地（ＧＮＤ）間の電圧）を検出するためのプルダウン抵抗（本発明の第２の電圧検出手段）である。

プルアップ抵抗１４０ｕはＦＥＴ４２，ＦＥＴ４３の状態を監視する。プルアップ抵抗１４０ｖはＦＥＴ４６，ＦＥＴ４７の状態を監視する。プルアップ抵抗１４０ｗはＦＥＴ５０，ＦＥＴ５１の状態を監視する。また、プルダウン抵抗１４１ｕはＦＥＴ４４，ＦＥＴ４５の状態を監視する。プルダウン抵抗１４１ｖはＦＥＴ４８，ＦＥＴ４９の状態を監視する。プルダウン抵抗１４１ｗはＦＥＴ５２，ＦＥＴ５３の状態を監視する。各抵抗で検出された電圧値信号はＣＰＵ１３１に送られる。なお、プルアップ抵抗１４０ｕ，１４０ｖ，１４０ｗおよびプルダウン抵抗１４１ｕ，１４１ｖ，１４１ｗは、モータ１１５の内部抵抗値に比べて十分大きな抵抗値をもつものである。

図７の構成では、以下の経路およびプルアップ抵抗，プルダウン抵抗の組み合わせによって、図５を用いて説明したＦＥＴ２〜ＦＥＴ３〜モータ１〜ＦＥＴ８〜ＦＥＴ９の経路およびプルアップ抵抗１３ａ，プルダウン抵抗１３ｂの組み合わせにおける故障検出方法にならって以下のようにそれぞれのＦＥＴのオン故障あるいはオフ故障を検出することが可能である。
（１）ＦＥＴ４２〜ＦＥＴ４３〜モータ１１５〜ＦＥＴ４８〜ＦＥＴ４９の経路とプルアップ抵抗１４０ｕ，プルダウン抵抗１４１ｖ
（２）ＦＥＴ４２〜ＦＥＴ４３〜モータ１１５〜ＦＥＴ５２〜ＦＥＴ５３の経路とプルアップ抵抗１４０ｕ，プルダウン抵抗１４１ｗ
（３）ＦＥＴ４６〜ＦＥＴ４７〜モータ１１５〜ＦＥＴ４４〜ＦＥＴ４５の経路とプルアップ抵抗１４０ｖ，プルダウン抵抗１４１ｕ
（４）ＦＥＴ４６〜ＦＥＴ４７〜モータ１１５〜ＦＥＴ５２〜ＦＥＴ５３の経路とプルアップ抵抗１４０ｖ，プルダウン抵抗１４１ｗ
（５）ＦＥＴ５０〜ＦＥＴ５１〜モータ１１５〜ＦＥＴ４４〜ＦＥＴ４５の経路とプルアップ抵抗１４０ｗ，プルダウン抵抗１４１ｕ
（６）ＦＥＴ５０〜ＦＥＴ５１〜モータ１１５〜ＦＥＴ４８〜ＦＥＴ４９の経路とプルアップ抵抗１４０ｗ，プルダウン抵抗１４１ｖ

上記実施の形態では、スイッチング素子として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いていたが、トランジスタおよび該トランジスタに並列接続されるダイオードという構成を用いてもよい。例えば、図１のＦＥＴ２，ＦＥＴ３（電界効果トランジスタ）の代わりにＮＰＮトランジスタを用いる構成である。また、トランジスタの代わりにサイリスタを用いる構成を採ってもよい。

また、上記実施の形態では、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の寄生ダイオードのアノード側同士を接続する構成であるが、ＦＥＴの寄生ダイオードのカソード側同士を接続する構成を採ってもよい。例えば、図１のＦＥＴ２（電流を遮断する役割）およびＦＥＴ３（電流を供給する役割）では、ＦＥＴ３をよりバッテリ４に近い側に配置しＦＥＴ２をよりモータ１に近い側に配置する構成である（回路図上でＦＥＴ２とＦＥＴ３の位置を入れ替える）。他のＦＥＴの組についても同様である。

また、本実施例では、プルアップ抵抗はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相毎に該当する相の電圧を検出するための１４０ｕ，１４０ｖ，１４０ｗを接続する構成であるが、モータ１１５の内部抵抗値に比べて十分大きな抵抗値を持っているため、例えば１４０ｕの1個のみを接続して、その両端の電圧値により該当するＦＥＴの故障を検出する方法を採ってもよい。この構成では、抵抗の個数を削減できコストも低減できる。同様に、プルダウン抵抗も例えば１４１ｕの1個のみを接続して、その両端の電圧値により該当するＦＥＴの故障を検出する方法を採ってもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明のモータ駆動装置の全体構成を示す図。ＦＥＴ３の故障検出処理を説明するための図。ＦＥＴ２の故障検出処理を説明するための図。ＦＥＴ９の故障検出処理を説明するための図。ＦＥＴ８の故障検出処理を説明するための図。電動パワーステアリング装置の全体構成を示す図。電動パワーステアリング装置におけるモータドライバの詳細を示す図。

符号の説明

１モータ
２，４，６，８電界効果トランジスタ（第２の電界効果トランジスタ）
３，５，７，９電界効果トランジスタ（第１の電界効果トランジスタ）
１０ＣＰＵ
１２電流検出回路
１３ａプルアップ抵抗（第１の電圧検出手段）
１３ｂプルダウン抵抗（第２の電圧検出手段）
４２，４４，４６，４８，５０，５２電界効果トランジスタ（第２の電界効果トランジスタ）
４３，４５，４７，４９，５１，５３電界効果トランジスタ（第１の電界効果トランジスタ）
１０１電動パワーステアリング装置
１０８電流検出回路
１１４ａドライブ回路
１１５モータ
１４０ｕ，１４０ｖ，１４０ｗプルアップ抵抗（第１の電圧検出手段）
１４１ｕ，１４１ｖ，１４１ｗプルダウン抵抗（第２の電圧検出手段）

Claims

寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるように配置された第１の電界効果トランジスタおよび、寄生ダイオードが電源に対して順方向となるように配置された第２の電界効果トランジスタとを直列接続して形成されたスイッチング素子を含むブリッジ回路によってモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記第１の電界効果トランジスタおよび前記第２の電界効果トランジスタの故障を検出する故障検出手段を有し、
前記故障検出手段は、
前記第１および第２の電界効果トランジスタのオンおよびオフの状態を切り換える切換手段と、
前記ブリッジ回路の直流正側電位の出力と前記モータとの間に接続された第１の電圧検出手段と、
前記モータと前記ブリッジ回路の直流負側電位の出力との間に接続された第２の電圧検出手段と、
を含み、前記第１および第２の電界効果トランジスタのオンおよびオフの状態と前記第１および第２の電圧検出手段により検出された電圧とに基づいて前記第１および前記第２の電界効果トランジスタの故障を検出することを特徴とするモータ駆動装置。
前記故障検出手段は、前記モータが非駆動時に、特定の前記電界効果トランジスタをオン状態あるいはオフ状態として前記電界効果トランジスタの短絡故障あるいは開放故障を検出するものである請求項１に記載のモータ駆動装置。
寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるように配置された第１の電界効果トランジスタおよび、寄生ダイオードが電源に対して順方向となるように配置された第２の電界効果トランジスタとを直列接続して形成されたスイッチング素子を含むブリッジ回路によってモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記第１の電界効果トランジスタおよび前記第２の電界効果トランジスタの故障を検出する故障検出手段を有し、
前記故障検出手段は、前記モータが非駆動時に、特定の前記電界効果トランジスタをオン状態あるいはオフ状態として前記電界効果トランジスタの短絡故障あるいは開放故障を検出することを特徴とするモータ駆動装置。
運転者のステアリング動作に基づいて、モータを駆動してステアリング機構に操舵補助トルクを与える車両の電動パワーステアリング装置におけるモータを駆動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
寄生ダイオードが電源に対して逆方向となるように配置された第１の電界効果トランジスタおよび、寄生ダイオードが電源に対して順方向となるように配置された第２の電界効果トランジスタとを直列接続して形成されたスイッチング素子を含むブリッジ回路によってモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記第１および第２の電界効果トランジスタの動作状態によって発生する前記スイッチング素子の電圧に基づいて前記第１および前記第２の電界効果トランジスタの故障を検出する方法であって、
前記モータが非駆動時に、特定の前記電界効果トランジスタをオン状態あるいはオフ状態として前記電界効果トランジスタの短絡故障あるいは開放故障を検出することを特徴とするモータ駆動装置の故障検出方法。