JP4919096B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを制御するモータ制御装置に関する。特に、全相のうち１相が通電不能となったときに、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給するモータ制御装置に関する。

従来、モータを制御するモータ制御装置として、例えば特許文献１に開示されている電動機制御装置がある。この電動機制御装置は、インバータと、電流制御手段とを備えている。電流制御手段は、異常判定手段と、正常時電流制御手段と、異常時電流制御手段と、切替え手段とから構成されている。インバータの１相が断線すると、異常判定手段が断線を判定する。切替え手段は、異常判定手段の判定結果に基づいて正常時電流制御手段を異常時電流制御手段と切替える。インバータは、異常時電流制御手段から出力される電圧指令に基づいて駆動される。具体的には、断線した相以外の相に所定の相電圧を供給するように制御される。これにより、１相が断線してもリプルの小さいモータトルクを継続して出力させることができる。
ＷＯ２００５／０９１４８８

ところで、１相が断線し、その後、断線した相が他の相と短絡した場合、断線した相以外の相に供給する相電圧を調整し、相電流の位相をずらすことで、同様にリプルの小さいモータトルクを継続して出力させることができる。しかし、前述した電動機制御装置は、１相が断線し、その後、断線した相が他の相と短絡するような故障状態の変化を判定できる構成を備えていない。そのため、１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が変化しても、変化した故障状態に対応した制御をすることができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、全相のうち１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が変化しても、変化した故障状態に対応した制御をすることができるモータ制御装置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及び発明の効果

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、多相モータの中性点電圧に着目することで故障状態の変化を判定することができ、この判定結果に基づいて制御状態を切替えることで、全相のうち１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が変化しても、変化した故障状態に対応して多相モータを制御できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載のモータ制御装置は、複数の相コイルを有する多相モータに接続され、前記多相モータに相電圧を供給する多相インバータと、故障が発生していないときには、全相に相電圧を供給する第１制御状態で前記多相インバータを制御し、全相のうち１相が通電不能となったときには、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給する第２制御状態で前記多相インバータを制御する制御手段と、を備えたモータ制御装置において、前記制御手段は、全相のうち１相が通電不能となったあと、前記多相モータの中性点電圧に基づいて、故障状態が、１相が断線し、その後、断線した相が他の相と短絡する故障状態へと変化することを判定するとともに、故障状態が変化したときは、変化した故障状態に対応した制御状態で前記多相インバータを制御することを特徴とする。

この構成によれば、全相のうち１相が通電不能になると、多相モータの中性点電圧が変化する。その後、故障状態が変化すると多相モータの中性点電圧がさらに変化する。従って、多相モータの中性点電圧に基づいて故障状態の変化を判定することができる。これにより、全相のうち１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が多相モータの中性点電圧に基づいて、１相が断線し、その後、断線した相が他の相と短絡する故障状態へと変化しても、変化した故障状態に対応した制御をすることができる。

請求項２に記載のモータ制御装置は、請求項１に記載のモータ制御装置において、制御手段は、全相のうち１相が通電不能となったあと、多相モータの中性点電圧が第１判定電圧範囲の範囲内のとき、第２制御状態で多相インバータを制御し、多相モータの中性点電圧が第２判定電圧範囲の範囲内のとき、第２制御状態に対して相電流の位相をずらすように、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給する第３制御状態で多相インバータを制御することを特徴とする。

この構成によれば、全相のうち１相が通電不能になると、多相モータの中性点電圧が変化し、所定電圧範囲、第１判定電圧範囲の範囲内となる。このとき、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給することで、安定したトルクを継続して発生させることができる。その後、通電不能となった相が他の相と短絡すると、多相モータの中性点電圧がさらに変化し、第１判定電圧範囲とは異なる所定電圧範囲、第２判定電圧範囲の範囲内となる。このとき、相電流の位相をずらすように、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給することで、同様に安定したトルクを継続して発生させることができる。そのため、全相のうち１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が変化しても、変化した故障状態に対応して確実に制御することができる。

請求項３に記載のモータ制御装置は、請求項２に記載のモータ制御装置において、制御手段は、全相のうち１相が通電不能となったあと、多相モータの中性点電圧が、第１判定電圧範囲及び第２判定電圧範囲の範囲外になったとき、多相インバータの制御を停止する第４制御状態になることを特徴とする。この構成によれば、全相のうち１相が通電不能となった場合、及び、通電不能となった相が他の相と短絡した場合以外の場合に、多相インバータの制御を停止させることができる。これらの場合、トルクを発生させることが困難であるか、又は、発生させたとしてもリプルが大きく不安定である。そのため、これらの場合に、多相インバータの制御を停止させることで、多相モータの無駄な動作を抑えることができる。

請求項４に記載のモータ制御装置は、請求項３に記載のモータ制御装置において、多相インバータと多相モータの間に設けられ、制御手段によって制御され多相インバータと多相モータを電気的に断続する断続手段を有し、制御手段は、第４制御状態になったとき、多相インバータと多相モータを電気的に遮断するように断続手段を制御することを特徴とする。この構成によれば、多相モータの無駄な動作を確実に抑えることができる。

請求項５に記載のモータ制御装置は、請求項２〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、第１判定電圧範囲は、相電圧及び多相モータの相誘起電圧に基づいて求められ、第２判定電圧範囲は、相電圧に基づいて求められることを特徴とする。この構成によれば、全相のうち１相が通電不能となった場合、多相モータの中性点電圧は、等価回路の回路方程式に基づいて相電圧と多相モータの相誘起電圧によって求めることができる。そのため、各構成要素の特性のばらつき等を考慮することにより、相電圧及び多相モータの相誘起電圧に基づいて第１判定電圧範囲を求めることができる。また、通電不能となった相が他の相と短絡した場合、多相モータの中性点電圧は、等価回路の回路方程式に基づいて相電圧によって求めることができる。そのため、各構成要素の特性のばらつき等を考慮することにより、相電圧に基づいて第２判定電圧範囲を求めることができる。

請求項６に記載のモータ制御装置は、請求項５に記載のモータ制御装置において、第１判定電圧範囲及び第２判定電圧範囲を求めるための相電圧は、検出結果又は指令値であり、第１判定電圧範囲を求めるための多相モータの相誘起電圧は、多相モータの誘起電圧定数及び多相モータの回転数の検出結果に基づいて求められることを特徴とする。この構成によれば、第１判定電圧範囲及び第２判定電圧範囲を確実に求めることができる。

請求項７に記載のモータ制御装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、多相モータの相数に対応した複数のインピーダンス素子を星型結線して構成され、各インピーダンス素子の開放端が各相にそれぞれ接続される中性点電圧検出手段を有し、多相モータの中性点電圧は、中性点電圧検出手段の中性点電圧であること特徴とする。この構成によれば、多相インバータと多相モータとの間の任意の位置において、多相モータの中性点電圧を確実に検出することができる。

請求項８に記載のモータ制御装置は、請求項７に記載のモータ制御装置において、中性点電圧検出手段は、各インピーダンス素子のインピーダンスが、多相モータの各相のインピーダンスより大きいことを特徴とする。この構成によれば、中性点電圧検出手段に流れる電流を抑えることができる。そのため、中性点電圧検出手段による損失を抑えることができる。

請求項９に記載のモータ制御装置は、請求項５〜８のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、多相モータの中性点電圧、第１判定電圧範囲及び第２判定電圧範囲は、一定範囲内の時定数でフィルタリング処理がなされていることを特徴とする。この構成によれば、一定範囲内の時定数でフィルタリング処理することにより、概ね同一時点の多相モータの中性点電圧、第１判定電圧範囲及び第２判定電圧範囲に基づいて判定することができる。そのため、より正確に故障状態の変化を判定することができる。なお、同一時定数でフィルタリング処理がなされているとより好ましい。

請求項１０に記載のモータ制御装置は、請求項１〜９のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、多相モータは、車両に搭載され、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生することを特徴とする。この構成によれば、全相のうち１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が変化しても、変化した故障状態に対応した制御をすることで、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを継続して発生させることができる。

なお、第１〜第４制御状態は制御状態を、第１及び第２判定電圧範囲は判定電圧範囲をそれぞれ区別するために便宜的に導入したものである。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照してモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図１に示すモータ制御装置１は、３相交流モータＭ１（多相モータ）を制御するための装置である。３相交流モータＭ１は、例えば、車両に搭載され、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生するモータである。３相交流モータＭ１は、Ｙ結線されたＵ相コイルＬ１０、Ｖ相コイルＬ１１及びＷ相コイルＬ１２を備えている。各相コイルＬ１０〜Ｌ１２のインピーダンスは概ね同一値に設定されている。また、３相交流モータＭ１には、回転角センサＳ１が設けられている。モータ制御装置１は、３相インバータ回路１０（多相インバータ）と、リレー１１、１２（断続手段）と、駆動回路１３と、相電圧検出回路１４と、中性点電圧検出回路（中性点電圧検出手段）１５と、中性点電圧フィルタ回路１６と、マイクロコンピュータ１７（制御手段）とから構成されている。

３相インバータ回路１０は、駆動回路１３を介してマイクロコンピュータ１７によって制御され、モータ駆動電源（図略）の電圧を所定の相電圧に変換して３相交流モータＭ１に供給する回路である。３相インバータ回路１０は、ＭＯＳＦＥＴ１００〜１０５と、抵抗１０６〜１０８とから構成されている。ＭＯＳＦＥＴ１００、１０３、ＭＯＳＦＥＴ１０１、１０４及びＭＯＳＦＥＴ１０２、１０５はそれぞれ直列接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１０３〜１０５のソースには、抵抗１０６〜１０８の一端がそれぞれ接続されている。抵抗１０６〜１０８の接続されたＭＯＳＦＥＴ１００、１０３、ＭＯＳＦＥＴ１０１、１０４及びＭＯＳＦＥＴ１０２、１０５は並列接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１００〜１０２のドレインはモータ駆動電源の正極端に、抵抗１０６〜１０８の他端はモータ駆動電源の負極端にそれぞれ接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１００〜１０５のゲートは駆動回路１３にそれぞれ接続されている。抵抗１０６〜１０８の一端はマイクロコンピュータ１７にそれぞれ接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１００、１０３、ＭＯＳＦＥＴ１０１、１０４及びＭＯＳＦＥＴ１０２、１０５の直列接続点には、Ｕ相出力端、Ｖ相出力端及びＷ相出力端が形成されている。Ｕ相出力端は、リレー１１を介して３相交流モータＭ１のＵ相端に接続されている。Ｖ相出力端は、３相交流モータＭ１のＶ相端に接続されている。Ｗ相出力端は、リレー１２を介して３相交流モータＭ１のＷ相端に接続されている。

リレー１１、１２は、マイクロコンピュータ１７によって制御され、３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１を電気的に接続又は遮断する素子である。具体的には、半導体リレー又は機械リレーである。リレー１１は、３相インバータ回路１０のＵ相出力端と３相交流モータＭ１のＵ相端の間に配設されている。リレー１２は、３相インバータ回路１０のＷ相出力端と３相交流モータＭ１のＷ相端の間に配設されている。

駆動回路１３は、マイクロコンピュータ１７の出力するＰＷＭ信号に基づいてＭＯＳＦＥＴ１００〜１０５をオン、オフする回路である。駆動回路１３の入力端はマイクロコンピュータ１７に接続されている。また、出力端はＭＯＳＦＥＴ１００〜１０５のゲートにそれぞれ接続されている。

相電圧検出回路１４は、各相電圧を検出し、フィルタリング処理をして出力する回路である。相電圧検出回路１４は、Ｕ相電圧フィルタ回路１４０と、Ｖ相電圧フィルタ回路１４１と、Ｗ相電圧フィルタ回路１４２とから構成されている。Ｕ相電圧フィルタ回路１４０は、Ｕ相電圧を検出し、フィルタリング処理をして出力する回路である。Ｕ相電圧フィルタ回路１４０は、抵抗１４０ａ、１４０ｂと、コンデンサ１４０ｃとから構成されている。抵抗１４０ａ、１４０ｂは直列接続されている。抵抗１４０ｂには、コンデンサ１４０ｃが並列接続されている。直列接続された抵抗１４０ａ、１４０ｂの一端はリレー１１と３相交流モータＭ１のＵ相端の間に、他端は回路駆動電源（図略）の負極端にそれぞれ接続されている。また、抵抗１４０ａ、１４０ｂの直列接続点はマイクロコンピュータ１７に接続されている。Ｖ相電圧フィルタ回路１４１及びＷ相電圧フィルタ回路１４２も同様の構成である。Ｖ相電圧フィルタ回路１４１は、３相インバータ１０のＶ相出力端と３相交流モータＭ１のＶ相端の間に接続されている。Ｗ相電圧フィルタ回路１４２は、リレー１２と３相交流モータＭ１のＷ相端の間に接続されている。Ｕ相電圧フィルタ回路１４０、Ｖ相電圧フィルタ回路１４１及びＷ相電圧フィルタ回路１４２の時定数は概ね同一値に設定されている。

中性点電圧検出回路１５は、３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１との間の所定箇所において、３相交流モータＭ１の中性点電圧を検出する回路である。中性点電圧検出回路１５は、３相交流モータＭ１の相数に対応した３つの抵抗１５０〜１５２によって構成されている。抵抗１５０〜１５２の抵抗値は、互いに等しく、３相交流モータＭ１の各相コイルＬ１０〜Ｌ１２のインピーダンスより大きい値に設定されている。抵抗１５０〜１５２はＹ結線されている。Ｙ結線された抵抗１５０〜１５２の開放端は、３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１の間の各相にそれぞれ接続されている。具体的には、３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１の間であって、Ｕ相電圧フィルタ回路１４０、Ｖ相電圧フィルタ回路１４１及びＷ相電圧フィルタ回路１４２の接続点にそれぞれ接続されている。

中性点電圧フィルタ回路１６は、中性点電圧検出回路１５の出力電圧、具体的には、Ｙ結線された抵抗１５０〜１５２の中性点電圧をフィルタリング処理して出力する回路である。中性点電圧フィルタ回路１６は、抵抗１６０、１６１と、コンデンサ１６２とから構成されている。抵抗１６０、１６１は、直列接続されている。抵抗１６１には、コンデンサ１６２が並列接続されている。直列接続された抵抗１６０、１６１の一端は回路駆動電源の正極端に、他端は回路駆動電源の負極端にそれぞれ接続されている。また、抵抗１６０、１６１の直列接続点はマイクロコンピュータ１７に接続されている。中性点電圧フィルタ回路１６の時定数は、Ｕ相電圧フィルタ回路１４０、Ｖ相電圧フィルタ回路１４１及びＷ相電圧フィルタ回路１４２の時定数と概ね同一値に設定されている。中性点電圧フィルタ回路１６、Ｕ相電圧フィルタ回路１４０、Ｖ相電圧フィルタ回路１４１及びＷ相電圧フィルタ回路１４２の時定数は、一定範囲内の概ね同一値に設定されている。

マイクロコンピュータ１７は、外部から入力される指令に基づいてＭＯＳＦＥＴ１００〜１０５をオン、オフするためのＰＷＭ信号を出力する素子である。マイクロコンピュータ１７は、故障が発生していないときには、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に３相交流電圧を供給する第１制御状態で３相インバータ回路１０を制御する。一方、３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１の間で、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうち１相が通電不能になると、通電不能となった相以外の各相に所定の相電圧を供給する第２制御状態で３相インバータ回路１０を制御する。その後、中性点電圧検出回路１５の出力に基づいて故障状態の変化を判定し、変化した故障状態に対応した制御状態で３相インバータ回路１０を制御する。マイクロコンピュータ１７のＰＷＭ信号出力端は駆動回路１３の入力端に接続されている。マイクロコンピュータ１７のアナログ入力端は３相インバータ回路１０を構成する抵抗１０６〜１０８の一端にそれぞれ接続されている。また、Ｕ相フィルタ回路１４０、Ｖ相フィルタ回路１４１及びＷ相フィルタ回路１４２を構成する抵抗１４０ａ、１４０ｂ、抵抗１４１ａ、１４１ｂ及び抵抗１４２ａ、１４２ｂの直列接続点にそれぞれ接続されている。さらに、中性点電圧フィルタ回路１６を構成する抵抗１６０、１６１の直列接続点に接続されている。

次に、図２及び図３を参照して故障状態の変化の検出原理について説明する。ここで、図２は、Ｕ相が通電不能となった状態における中性点電圧検出回路と３相交流モータの等価回路図である。図３は、通電不能となったＵ相がＶ相と短絡した状態における中性点電圧検出回路と３相交流モータの等価回路図である。なお、３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１の間のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧をＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗとする。また、中性点電圧検出回路１５を構成する抵抗１５０〜１５２の抵抗値をＲ、抵抗１５０〜１５２に流れ込む相電流をＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、中性点電圧検出回路１５の出力電圧である抵抗１５０〜１５２の中性点電圧をＶｎ’とする。さらに、３相交流モータＭ１のＵ相コイルＬ１０、Ｖ相コイルＬ１１及びＷ相コイルＬ１２のインピーダンスをＺ、各相の誘起電圧をＥｕ、Ｅｖ、Ｅｗ、各相に流れ込む相電流をｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、中性点電圧をＶｎとする。

図２に示すように、全相のうちＵ相が通電不能となった場合、より具体的には、中性点電圧検出回路１５のＵ相接続点より３相インバータ回路１０側でＵ相が通電不能となった場合、中性点電圧検出回路１５において数１〜数３に示す回路方程式が成立する。

また、３相交流モータＭ１において数４〜数６に示す回路方程式が成立する。

これら数１〜数６に基づいて数７を導出することができる。

数７は、全相のうちＵ相が通電不能となった場合、中性点電圧検出回路１５の出力電圧が、通電不能となった相以外のＶ相及びＷ相の電圧と、３相交流モータＭ１のＵ相の誘起電圧とによって定まる所定電圧になることを示すものである。

一方、図３に示すように、通電不能となったＵ相が、通電不能となった相以外のＶ相と短絡した場合、より具体的には、通電不能箇所より３相交流モータＭ１側でＶ相と短絡した場合、中性点電圧検出回路１５において数８〜数１１が成立する。

また、３相交流モータＭ１において数１２〜数１５が成立する。

これら数８〜数１５に基づいて数１６を導出することができる。

数１６は、通電不能となったＵ相が、通電不能となった相以外のＶ相と短絡した場合、中性点電圧検出回路１５の出力電圧が、通電不能となった相以外のＶ相及びＷ相の電圧によって定まる所定電圧になることを示すものである。

そのため、中性点電圧検出回路１５の出力電圧に基づいて、全相のうち１相が通電不能となったあと、通電不能となった相が、通電不能となった相以外の相と短絡したことを判定することができる。なお、回路特性のばらつきがあるため、対応する故障状態になったとしても、中性点電圧検出回路１５の出力電圧が、数７及び数１６によって定まる電圧値に一致しない場合も起りうる。そのため、実際には、中性点電圧検出回路１５の出力電圧が、数７及び数１６によって定まる電圧値に基づいて設定された所定の電圧範囲内にあるか否かによって判定することとなる。

次に、図２〜図５を参照して故障状態の変化に対応した制御方法について説明する。ここで、図４は、Ｕ相が通電不能となった状態における３相交流モータの相電流と出力トルクを示すグラフである。図５は、通電不能となったＵ相がＶ相と短絡した状態における３相交流モータの相電流と出力トルクを示すグラフである。

図２に示すように、全相のうちＵ相が通電不能となった場合、図４に示すように、通電不能となった相以外のＶ相及びＷ相に所定の相電圧を供給することで、リプルの少ない安定したトルクを継続して出力することができる。

一方、図３に示すように、通電不能となったＵ相が、通電不能となった相以外のＶ相と短絡した場合、図５に示すように、相電流の位相をずらすように、通電不能となった相以外のＶ相及びＷ相に所定の相電圧を供給することで、同様に安定したトルクを継続して出力することができる。

次に、図１〜図５を参照してモータ制御装置の動作について説明する。図１において、断線や短絡等の故障が発生していないときには、マイクロコンピュータ１７は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に３相交流電圧を供給する第１制御状態で３相インバータ回路１０を制御する。具体的には、外部から入力される電流指令、抵抗１０６〜１０８によって検出された各相電流、及び、回転角センサＳ１によって検出された回転角に基づいて各相電圧指令を算出する。そして、算出した各相電圧指令を対応するＰＷＭ信号に変換して出力する。これにより、３相交流モータがトルクを発生し、ステアリングホイールの操舵が補助される。

一方、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうち１相が通電不能となると、マイクロコンピュータは、公知の検出方法（例えば、特開平８−１６３８８９号公報）で通電不能となった相を検出する。そして、前述したように、通電不能となった相以外の各相に所定の相電圧を供給する第２制御状態で３相インバータ回路１０を制御する。これにより、１相が通電不能であるにも係わらず、３相交流モータがリプルの少ない安定したトルクを継続して発生し、ステアリングホイールの操舵が引き続き補助される。

その後、マイクロコンピュータは、相電圧検出回路１４を介して各相電圧を検出する。また、回転角センサＳ１の検出結果から３相交流モータＭ１の回転数を算出する。さらに、予め設定されている３相交流モータＭ１の誘起電圧定数と算出した回転数から相誘起電圧を算出する。そして、前述した数７に基づいて、検出した各相電圧及び算出した相誘起電圧から第１判定電圧範囲を算出する。また、前述した数１６に基づいて、検出した相電圧から第２判定電圧範囲を算出する。

その後、マイクロコンピュータ１７は、検出した中性点電圧検出回路１５の出力電圧を第１判定電圧範囲及び第２判定電圧範囲と比較する。中性点電圧検出回路１５の出力電圧が第１判定電圧範囲の範囲内にある場合には、マイクロコンピュータ１７は、１相が通電不能となった状態が継続していると判断し、第２制御状態を維持する。中性点電圧検出回路１５の出力電圧が第２判定電圧範囲の範囲内にある場合には、マイクロコンピュータ１７は、通電不能となった相が他の相と短絡したと判断し、前述したように、第２制御状態に対して相電流の位相をずらすように、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給する第３制御状態に移行する。これにより、通電不能となった相が他の相と短絡しているにも係わらず、３相交流モータがリプルの少ない安定したトルクを継続して発生し、ステアリングホイールの操舵が引き続き補助される。

これに対し、中性点電圧検出回路１５の出力電圧が第１判定電圧範囲及び第２判定電圧範囲の範囲外にある場合には、マイクロコンピュータ１７は、継続してトルクを出力することが困難であると判断し、３相インバータ回路１０の制御を停止するとともに、リレー１１、１２をオフして３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１を電気的に遮断する第４制御状態に移行する。

最後に、具体的効果について説明する。第１実施形態によれば、全相のうち１相が通電不能になると、中性点電圧検出回路１５の出力電圧が変化する。その後、故障状態が変化すると中性点電圧検出回路１５の出力電圧がさらに変化する。従って、中性点電圧検出回路１５の出力電圧、つまり、３相交流モータＭ１の中性点電圧に基づいて故障状態の変化を判定することができる。これにより、全相のうち１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が変化しても、変化した故障状態に対応した制御をすることで、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを継続して発生させることができる。

また、第１実施形態によれば、全相のうち１相が通電不能になると、中性点電圧検出回路１５の出力電圧が変化し、所定電圧範囲、第１判定電圧範囲の範囲内となる。このとき、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給することで、安定したトルクを継続して発生させることができる。その後、通電不能となった相が他の相と短絡すると、中性点電圧検出回路１５の出力電圧がさらに変化し、第１判定電圧範囲とは異なる所定電圧範囲、第２判定電圧範囲の範囲内となる。このとき、相電流の位相をずらすように、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給することで、同様に安定したトルクを継続して発生させることができる。そのため、全相のうち１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が変化しても、変化した故障状態に対応して確実に制御することができる。

また、第１実施形態によれば、全相のうち１相が通電不能となった場合、及び、通電不能となった相が他の相と短絡した場合以外の場合に、３相インバータ１０の制御を停止させることができる。これらの場合、トルクを発生させることが困難であるか、又は、発生させたとしてもリプルが大きく不安定である。そのため、これらの場合に、３相インバータ１０の制御を停止させることで、３相交流モータＭ１の無駄な動作を抑えることができる。

また、第１実施形態によれば、３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１を電気的に接続又は遮断するリレー１１、１２を備えている。マイクロコンピュータ１７は、第４制御状態のとき、リレー１１、１２をオフして３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１を電気的に遮断する。そのため、３相交流モータＭ１の無駄な動作を確実に抑えることができる。

また、第１実施形態によれば、全相のうち１相が通電不能となった場合、中性点電圧検出回路１５の出力電圧は、等価回路の回路方程式に基づいて、数７に示すように相電圧と３相交流モータＭ１の相誘起電圧によって求めることができる。そのため、各構成要素の特性のばらつき等を考慮することにより、相電圧及び３相交流モータＭ１の相誘起電圧に基づいて第１判定電圧範囲を求めることができる。また、通電不能となった相が他の相と短絡した場合、中性点電圧検出回路１５の出力電圧は、等価回路の回路方程式に基づいて、数１６に示すように相電圧によって求めることができる。そのため、各構成要素の特性のばらつき等を考慮することにより、相電圧に基づいて第２判定電圧範囲を求めることができる。

また、第１実施形態によれば、検出した各相電圧及び算出した相誘起電圧から第１判定電圧範囲を算出している。また、検出した相電圧から第２判定電圧範囲を算出している。そのため、第１判定電圧範囲及び第２判定電圧範囲を確実に求めることができる。

また、第１実施形態によれば、３相交流モータＭ１の相数に対応した３つの抵抗１５０〜１５２によって構成される中性点電圧検出回路１５を備えている。抵抗１５０〜１５２はＹ結線されている。Ｙ結線された抵抗１５０〜１５２の開放端は、３相インバータ回路１０と３相交流モータＭ１の間の各相にそれぞれ接続されている。３相インバータ１０と３相交流モータＭ１との間の任意の位置において、３相交流モータＭ１の中性点電圧を確実に検出することができる。

さらに、第１実施形態によれば、中性点電圧検出回路１５の抵抗１５０〜１５２の抵抗値は、３相交流モータＭ１の各相コイルＬ１０〜Ｌ１２のインピーダンスより大きい値に設定されている。そのため、中性点電圧検出回路１５に流れる電流を抑えることができる。従って、中性点電圧検出回路１５による損失を抑えることができる。

加えて、第１実施形態によれば、Ｕ相電圧フィルタ回路１４０、Ｖ相電圧フィルタ回路１４１、Ｗ相電圧フィルタ回路１４２及び 中性点電圧フィルタ回路１６を備えている。これらのフィルタ回路の時定数は概ね同一値に設定されている。そのため、制御に影響がない範囲で概ね同一時点の第１判定電圧範囲、第２判定電圧範囲及び中性点電圧検出回路１５の出力電圧に基づいて判定することができる。従って、正確に故障状態の変化を判定することができる。

なお、第１実施形態では、各相電圧の検出結果に基づいて第１判定電圧範囲及び第２電圧判定範囲を算出している例を挙げているが、これに限られるものではない。各相電圧指令値を用いてもよい。

また、第１実施形態では、Ｕ相電圧フィルタ回路１４０、Ｖ相電圧フィルタ回路１４１、Ｗ相電圧フィルタ回路１４２及び 中性点電圧フィルタ回路１６を備え、ハードウェア的にフィルタリング処理がなされている例を挙げているが、これに限られるものではない。マイクロコンピュータ１７によって、ソフト的にフィルタリング処理がなされていてもよい。

さらに、第１実施形態では、３相交流モータＭ１のＵ相コイルＬ１０、Ｖ相コイルＬ１１及びＷ相コイルＬ１２がＹ結線されている例を挙げているが、これに限られるものではない。Ｕ相コイルＬ１０、Ｖ相コイルＬ１１及びＷ相コイルＬ１２がΔ結線されていてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のモータ制御装置について説明する。第２実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置が中性点電圧検出回路の出力電圧に基づいて故障状態の変化を判定していたのに対して、３相交流モータの中性点電圧に基づいて故障状態の変化を判定するようにしたものである。

まず、図６を参照してモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図６は、第２実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図６に示すモータ制御装置２は、３相交流モータＭ２（多相モータ）を制御するための装置である。３相交流モータＭ２は、Ｙ結線されたＵ相コイルＬ２０、Ｖ相コイルＬ２１及びＷ相コイルＬ２２を備えている。また、３相交流モータＭ２には、回転角センサＳ２が設けられている。３相交流モータＭ２、各相コイルＬ２０〜Ｌ２２及び回転角センサＳ２は、第１実施形態における３相交流モータＭ１、各相コイルＬ１０〜Ｌ１２及び回転角センサＳ１と同一構成である。モータ制御装置２は、３相インバータ回路２０（多相インバータ）と、リレー２１、２２（断続手段）と、駆動回路２３と、相電圧検出回路２４と、中性点電圧フィルタ回路２５と、マイクロコンピュータ１６（制御手段）とから構成されている。３相インバータ回路２０、リレー２１、２２、駆動回路２３及び相電圧検出回路２４は、第１実施形態における３相インバータ回路１０、リレー１１、１２、駆動回路１３及び相電圧検出回路１４と同一構成である。

中性点電圧フィルタ回路２５は、３相交流モータＭ２の中性点電圧、具体的には、Ｙ結線された各相コイルＬ２０〜Ｌ２２の中性点電圧をフィルタリング処理して出力する回路である。中性点電圧フィルタ回路２５は、抵抗２５０、２５１と、コンデンサ２５２とから構成されている。抵抗２５０、２５１は、直列接続されている。抵抗２５１には、コンデンサ２５２が並列接続されている。直列接続された抵抗２５０、２５１の一端は回路駆動電源の正極端に、他端は回路駆動電源の負極端にそれぞれ接続されている。また、抵抗２５０、２５１の直列接続点は３相交流モータＭ２の中性点及びマイクロコンピュータ２６に接続されている。中性点電圧フィルタ回路２５の時定数は、Ｕ相電圧フィルタ回路２４０、Ｖ相電圧フィルタ回路２４１及びＷ相電圧フィルタ回路２４２の時定数と概ね同一値に設定されている。

マイクロコンピュータ２６は、外部から入力される指令に基づいて３相インバータ回路２０を制御するためのＰＷＭ信号を出力する素子である。マイクロコンピュータ２６は、故障が発生していないときには、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に３相交流電圧を供給する第１制御状態で３相インバータ回路２０を制御する。一方、３相インバータ回路２０と３相交流モータＭ２の間で、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうち１相が通電不能になると、通電不能となった相以外の各相に所定の相電圧を供給する第２制御状態で３相インバータ回路２０を制御する。その後、３相交流モータＭ２の中性点電圧に基づいて故障状態の変化を判定し、変化した故障状態に対応した制御状態で３相インバータ回路２０を制御する。マイクロコンピュータ２６のＰＷＭ信号出力端は駆動回路２３に接続されている。マイクロコンピュータ２６のアナログ入力端は３相インバータ回路１０、相電圧検出回路２４及び中性点電圧フィルタ回路２５に接続されている。

次に、図７及び図８を参照して１相が通電不能となったあとの故障状態の変化の検出原理について説明する。ここで、図７は、Ｕ相が通電不能となった状態における３相交流モータの等価回路図である。図８は、通電不能となったＵ相がＶ相と短絡した状態における３相交流モータの等価回路図である。なお、３相インバータ回路２０と３相交流モータＭ２の間のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧をＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗとする。また、３相交流モータＭ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のインピーダンスをＺ、各相の誘起電圧をＥｕ、Ｅｖ、Ｅｗ、各相に流れ込む相電流をｉｕ、ｉｖ、ｉｗ、中性点電圧をＶｎとする。

図７に示すように、全相のうちＵ相が通電不能となった場合、３相交流モータＭ２において数１７〜数２０に示す回路方程式が成立する。

これら数１７〜数２０に基づいて数２１を導出することができる。

数２１は、前述した数７と同一式であり、全相のうちＵ相が通電不能となった場合、３相交流モータＭ２の中性点電圧が、通電不能となった相以外のＶ相及びＷ相の電圧と、３相交流モータＭ２のＵ相の誘起電圧とによって定まる所定電圧になることを示すものである。

一方、図８に示すように、通電不能となったＵ相が、通電不能となった相以外のＶ相と短絡した場合、３相交流モータＭ２において数２２〜数２５が成立する。

これら数２２〜数２５に基づいて数２６を導出することができる。

数２６は、前述した数１６と同一式であり、通電不能となったＵ相が、通電不能となった相以外のＶ相と短絡した場合、３相交流モータＭ２の中性点電圧が、通電不能となった相以外のＶ相及びＷ相の電圧によって定まる所定電圧になることを示すものである。

そのため、３相交流モータＭ２の中性点電圧に基づいて、全相のうち１相が通電不能となったあと、通電不能となった相が、通電不能となった相以外の相と短絡したことを判定することができる。なお、各相特性のばらつきがあるため、対応する故障状態になったとしても、３相交流モータＭ２の中性点電圧が、数２１及び数２６によって定まる電圧値に一致しない場合も起りうる。そのため、実際には、３相交流モータＭ２の中性点電圧が、数２１及び数２６によって定まる電圧値に基づいて設定された所定の電圧範囲内にあるか否かによって判定することとなる。

動作については、３相交流モータＭ２の中性点電圧に基づいて故障状態の変化を判定することを除いて、第１実施形態のモータ制御装置１の動作と同一であるため説明を省略する。

最後に、具体的効果について説明する。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、全相のうち１相が通電不能となったあと、さらに故障状態が変化しても、変化した故障状態に対応した制御をすることで、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを継続して発生させることができる。

第１実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。 Ｕ相が通電不能となった状態における中性点電圧検出回路と３相交流モータの等価回路図である。 通電不能となったＵ相がＶ相と短絡した状態における中性点電圧検出回路と３相交流モータの等価回路図である。 Ｕ相が通電不能となった状態における３相交流モータ相電流との出力トルクを示すグラフである。 通電不能となったＵ相がＶ相と短絡した状態における３相交流モータの相電流と出力トルクを示すグラフである。 第２実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。 Ｕ相が通電不能となった状態における３相交流モータの等価回路図である。 通電不能となったＵ相がＶ相と短絡した状態における３相交流モータの等価回路図である。

符号の説明

１、２・・・モータ制御装置、１０、２０・・・３相インバータ回路（多相インバータ）、１００〜１０５、・・・ＭＯＳＦＥＴ、１０６〜１０８・・・抵抗、１１、１２、２１、２２・・・リレー（断続手段）、１３、２３・・・駆動回路、１４、２４・・・相電圧検出回路、１４０、２４０・・・Ｕ相電圧フィルタ回路、１４０ａ、１４０ｂ・・・抵抗、１４０ｃ・・・コンデンサ、１４１、２４１・・・Ｖ相電圧フィルタ回路、１４１ａ、１４１ｂ・・・抵抗、１４１ｃ・・・コンデンサ、１４２、２４２・・・Ｗ相電圧フィルタ回路、１４２ａ、１４２ｂ・・・抵抗、１４２ｃ・・・コンデンサ、１５・・・中性点電圧検出回路（中性点電圧検出手段）、１５０〜１５２・・・抵抗、１６、２５・・・中性点電圧フィルタ回路、１６０、１６１・・・抵抗、１６２・・・コンデンサ、１７、２６・・・マイクロコンピュータ（制御手段）、Ｍ１。Ｍ２・・・３相交流モータ（多相モータ）、Ｌ１０〜Ｌ１２、Ｌ２０〜Ｌ２２・・・相コイル、Ｓ１、Ｓ２・・・回転角センサ

Claims (10)

1. 複数の相コイルを有する多相モータに接続され、前記多相モータに相電圧を供給する多相インバータと、
   故障が発生していないときには、全相に相電圧を供給する第１制御状態で前記多相インバータを制御し、全相のうち１相が通電不能となったときには、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給する第２制御状態で前記多相インバータを制御する制御手段と、
   を備えたモータ制御装置において、
   前記制御手段は、全相のうち１相が通電不能となったあと、前記多相モータの中性点電圧に基づいて、故障状態が、１相が断線し、その後、断線した相が他の相と短絡する故障状態へと変化することを判定するとともに、故障状態が変化したときは、変化した故障状態に対応した制御状態で前記多相インバータを制御することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御手段は、全相のうち１相が通電不能となったあと、前記多相モータの中性点電圧が第１判定電圧範囲の範囲内のとき、前記第２制御状態で前記多相インバータを制御し、前記多相モータの中性点電圧が第２判定電圧範囲の範囲内のとき、前記第２制御状態に対して相電流の位相をずらすように、通電不能となった相以外の各相に相電圧を供給する第３制御状態で前記多相インバータを制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御手段は、全相のうち１相が通電不能となったあと、前記多相モータの中性点電圧が前記第１判定電圧範囲及び前記第２判定電圧範囲の範囲外になったとき、前記多相インバータの制御を停止する第４制御状態になることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記多相インバータと前記多相モータの間に設けられ、前記制御手段によって制御され前記多相インバータと前記多相モータを電気的に断続する断続手段を有し、
   前記制御手段は、前記第４制御状態になったとき、前記多相インバータと前記多相モータを電気的に遮断するように前記断続手段を制御することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記第１判定電圧範囲は、相電圧及び前記多相モータの相誘起電圧に基づいて求められ、
   前記第２判定電圧範囲は、相電圧に基づいて求められることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記第１判定電圧範囲及び前記第２判定電圧範囲を求めるための相電圧は、検出結果又は指令値であり、
   前記第１判定電圧範囲を求めるための前記多相モータの相誘起電圧は、前記多相モータの誘起電圧定数及び前記多相モータの回転数の検出結果に基づいて求められることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記多相モータの相数に対応した複数のインピーダンス素子を星型結線して構成され、各前記インピーダンス素子の開放端が各相にそれぞれ接続される中性点電圧検出手段を有し、
   前記多相モータの中性点電圧は、前記中性点電圧検出手段の中性点電圧であること特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 前記中性点電圧検出手段は、各前記インピーダンス素子のインピーダンスが、前記多相モータの各相のインピーダンスより大きいことを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 多相モータの中性点電圧、第１判定電圧範囲及び第２判定電圧範囲は、一定範囲内の時定数でフィルタリング処理がなされていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
10. 前記多相モータは、車両に搭載され、ステアリングホイールの操舵を補助するためのトルクを発生することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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