JP5660090B2 - 電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、複数の巻線組を有する電動機の駆動を制御する電動機駆動装置において、巻線組または巻線組に対応するインバータ（以下、対応する巻線組とインバータ等との組み合わせの単位を「系統」という。）の一部に故障が生じた場合、故障が生じている系統である故障系統の駆動を停止し、故障が生じていない系統である正常系統を用いて電動機の駆動を継続している（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１では、電動機駆動装置の故障検出を行ってから電動機駆動装置の駆動を開始している。

特開２０１１−１４２７４４号公報

ところで、特許文献１のように、系統毎に電動機駆動装置の故障検出を行っていると、系統毎に故障検出終了のタイミングが系統毎に異なる虞がある。系統毎に故障検出終了のタイミングがずれて巻線組への通電開始のタイミングがずれると、一部の系統のみに通電されている期間においては、電動機の回転により生じる回転トルクが設定値とならない。そのため、特許文献１では、故障検出終了タイミングのずれに起因する回転トルクが設定値とならない期間が生じるのを避けるべく、全ての系統の故障検出が終了するのを待ってから巻線組への通電を開始している。

また特許文献１では、電源リレーのショート故障を系統毎に検出し、ショートしていないことが確認され次第、順次電源リレーをオンしている。そのため、電源リレーがショートしていないと判定されるタイミングが系統毎に異なる場合、電源リレーがオンされるタイミングが系統毎に異なる虞がある。

さらに、インバータに対応してコンデンサが設けられている場合がある。ここで、電源リレーがオンされるタイミングが系統毎に異なる場合、電源リレーが先にオンされた系統のコンデンサに電荷が蓄えられる。続いて他の系統の電源リレーがオンされると、先に電源リレーがオンされた系統の電荷が蓄えられているコンデンサから、低インピーダンスの経路を経由し、後に電源リレーがオンされた系統に大電流が流れてしまう。そのため、後で電源リレーがオンされた系統の電源リレーやインバータ、基板等が大電流により損傷する虞があった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大電流が通電されることによる損傷を防止する電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の電動機駆動装置は、複数の巻線組を有する電動機を駆動するものであって、インバータ部と、コンデンサと、電源リレーと、逆接保護リレーと、制御部と、を備える。インバータ部は、複数の巻線組毎に設けられ、電源に対し並列に接続される。コンデンサは、インバータ部毎に設けられる。電源リレーは、電源とインバータ部との間であって、インバータ部毎に設けられる。逆接保護リレーは、電源リレーとインバータ部との間に設けられる。電源リレーおよび逆接保護リレーは、寄生素子を有する半導体素子であり、逆接保護リレーは、当該逆接保護リレーの寄生素子が電源リレーの寄生素子と逆向きとなるように配設される。制御部は、駆動制御手段、および、故障検出手段を有する。駆動制御手段は、インバータ部、電源リレーおよび逆接保護リレーの駆動を制御する。故障検出手段は、電源リレーのショート故障を検出する。
駆動制御手段は、ショート故障が生じていない電源リレーを同時にオンする。
また、故障検出手段により一部の電源リレーにショート故障が生じていると判定された場合、駆動制御手段は、ショート故障が生じている電源リレーに対応して設けられる逆接保護リレーをオフにする。

本発明では、ショート故障が生じていない電源リレーを同時にオンしている。これにより、一部のコンデンサに先に電荷が蓄えられることがなく、電荷が蓄えられたコンデンサから低インピーダンスの経路を経由して他の系統へ大電流が通電されることがないので、大電流が通電されることによる電源リレーや電動機駆動装置を構成する電子部品が実装される基板等の損傷を防止することができる。

また、各インバータ部は、電源に対し並列に接続されるので、電源リレーを同時にオンすることにより、電源から各インバータ部に流入する突入電流を低減できる。これにより、例えばインバータ部のスイッチング素子に許容電流値の小さいものを用いることができ、装置全体を小型化することができる。

本発明の第１実施形態による電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による電動機駆動装置を示す回路図である。 本発明の第１実施形態の電源リレーショート故障検出処理を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態のインバータ故障検出処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明による電動機駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の第１実施形態による電動機駆動装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。本実施形態による電動パワーステアリング装置を図１に示す。

図１に示すように、ステアリングシステム９０は、電動パワーステアリング装置１、ステアリングホイール（ハンドル）９１、および、ステアリングシャフト９２等を備える。運転者により操舵されるステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２に接続される。ステアリングシャフト９２の先端には、ピニオンギア９６が設けられる。ピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対のタイヤ（ホイール）９８が回転可能に連結されている。これにより、運転者がステアリングホイール９１を回転させると、ステアリングシャフト９２が回転し、ステアリングシャフト９２の回転運動がピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の直線運動変位に応じた角度分、左右のタイヤ９８が転舵される。
ステアリングシャフト９２には、ステアリングホイール９１に加えられた操舵トルクＴｑを検出するトルクセンサ９４が設けられる。

電動パワーステアリング装置１は、電動機駆動装置２、運転者によるステアリングホイール９１の操舵を補助するトルクを出力する電動機としてのモータ１０、および、ギア８９等を備える。モータ１０は、ギア８９を正逆回転させる三相ブラシレスモータである。ギア８９は、モータ１０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝達する。これにより、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール９１の操舵方向および操舵トルクＴｑに応じた補助トルクをステアリングシャフト９２に伝達する。

モータ１０は、いずれも図示しないステータ、ロータ、および、シャフトを有する。ロータは、シャフトとともに回転する部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有する。ステータは、ロータを内部に収容しており、ロータはステータ内部で回転可能に支持される。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部にＵ１コイル１１、Ｖ１コイル１２、Ｗ１コイル１３、Ｕ２コイル１４、Ｖ２コイル１５、および、Ｗ２コイル１６が巻回される（図２参照）。Ｕ１コイル１１、Ｖ１コイル１２およびＷ１コイル１３は、例えばΔ結線されて第１巻線組１７を構成する。また、Ｕ２コイル１４、Ｖ２コイル１５およびＷ２コイル１６は、例えばΔ結線されて第２巻線組１８を構成する。第１巻線組１７および第２巻線組１８は、電源としてのバッテリ５０に対して並列に設けられる。なお、第１巻線組１７および第２巻線組１８が「巻線組」に対応する。

図２に示すように、電動機駆動装置２は、インバータ部としての第１インバータ部２０および第２インバータ部３０、電源リレーとしての第１電源リレー４１および第２電源リレー４６、および、逆接保護リレーとしての第１逆接保護リレー４２および第２逆接保護リレー４７、および、制御部６０等を備える。

第１インバータ部２０、第１電源リレー４１および第１逆接保護リレー４２は、モータ１０の第１巻線組１７と対応して設けられる。また、第２インバータ部３０、第２電源リレー４６および第２逆接保護リレー４７は、モータ１０の第２巻線組１８と対応して設けられる。本実施形態では、対応する巻線組とインバータ部等との組み合わせを「系統」ということとし、対応する第１巻線組１７と、第１インバータ部２０と、第１電源リレー４１および第１逆接保護リレー４２との組み合わせを第１系統１００とし、対応する第２巻線組１８と、第２インバータ部３０と、第２電源リレー４６および第２逆接保護リレー４７との組み合わせを第２系統２００とする。

第１インバータ部２０は、三相インバータであり、第１巻線組１７のＵ１コイル１１、Ｖ１コイル１２およびＷ１コイル１３への通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子２１〜２６がブリッジ接続されている。
第２インバータ部３０は、三相インバータであり、第２巻線組１８のＵ２コイル１４、Ｖ２コイル１５およびＷ２コイル１６への通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子３１〜３６がブリッジ接続されている。

本実施形態では、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６には、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）が用いられる。以下、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６をＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６という。また適宜、「Ｕ１上ＭＯＳ２１」といった具合に、対応する相、系統、配置を併せて記載する。

第１インバータ部２０のＭＯＳ２１は、ドレインが後述する第１ＰＩＧ線５０１に接続され、ソースがＭＯＳ２４のドレインに接続される。ＭＯＳ２４のソースは、シャント抵抗２７を介して接地される。ＭＯＳ２１のソースとＭＯＳ２４のドレインとの接続点は、Ｕ１コイル１１の一端に接続される。
ＭＯＳ２２は、ドレインが第１ＰＩＧ線５０１に接続され、ソースがＭＯＳ２５のドレインに接続される。ＭＯＳ２５のソースは、シャント抵抗２８を介して接地される。ＭＯＳ２２のソースとＭＯＳ２５のドレインとの接続点は、Ｖ１コイル１２の一端に接続される。
ＭＯＳ２３は、ドレインが第１ＰＩＧ線５０１に接続され、ソースがＭＯＳ２６のドレインに接続される。ＭＯＳ２６のソースは、シャント抵抗２９を介して接地される。ＭＯＳ２３のソースとＭＯＳ２６のドレインとの接続点は、Ｗ１コイル１３の一端に接続される。

第２インバータ部３０のＭＯＳ３１は、ドレインが後述する第２ＰＩＧ線５０２に接続され、ソースがＭＯＳ３４のドレインに接続される。ＭＯＳ３４のソースは、シャント抵抗３７を介して接地される。ＭＯＳ３１のソースとＭＯＳ３４のドレインとの接続点は、Ｕ２コイル１４の一端に接続される。
ＭＯＳ３２は、ドレインが第２ＰＩＧ線５０２に接続され、ソースがＭＯＳ３５のドレインに接続される。ＭＯＳ３５のソースは、シャント抵抗３８を介して接地される。ＭＯＳ３２のソースとＭＯＳ３５のドレインとの接続点は、Ｖ２コイル１５の一端に接続される。
ＭＯＳ３３は、ドレインが第２ＰＩＧ線５０２に接続され、ソースがＭＯＳ３６のドレインに接続される。ＭＯＳ３６のソースは、シャント抵抗３９を介して接地される。ＭＯＳ３３のソースとＭＯＳ３６のドレインとの接続点は、Ｗ２コイル１６の一端に接続される。

シャント抵抗２７〜２９、３７〜３９は、各相に通電される電流の検出に用いられる。制御部６０では、シャント抵抗２７〜２９の両端電圧に基づき、Ｕ１コイル１１、Ｖ１コイル１２およびＷ１コイル１３に通電される電流を検出し、シャント抵抗３７〜３９の両端電圧に基づき、Ｕ２コイル１４、Ｖ２コイル１５およびＷ２コイル１６に通電される電流を検出する。

第１電源リレー４１は、バッテリ５０と第１インバータ部２０との間に設けられる。第１電源リレー４１は、ＭＯＳ２１等と同様のＭＯＳＦＥＴであり、ドレインがバッテリ５０側、ソースが第１インバータ部２０側となるように接続される。
第１逆接保護リレー４２は、第１電源リレー４１と第１インバータ部２０との間に設けられる。第１逆接保護リレー４２は、ＭＯＳ２１等と同様のＭＯＳＦＥＴであり、ソースが第１電源リレー４１側、ドレインが第１インバータ部２０側となるように接続される。また、第１逆接保護リレー４２は、その寄生ダイオードが第１電源リレー４１の寄生ダイオードと逆向きとなるように配設される。これにより、双方向の電流を遮断可能であるので、電力供給源となりうるバッテリ５０や第１コンデンサ４４の極性が反対向きに接続された場合に電動機駆動装置２を構成する電子回路を保護することができる。
また、第１系統１００にて故障が生じた場合、第１電源リレー４１および第１逆接保護リレー４２は、制御部６０によりオフされて開状態となるように制御され、バッテリ５０から第１インバータ部２０側への電力の供給を遮断する。

第２電源リレー４６は、バッテリ５０と第２インバータ部３０との間に設けられる。第２電源リレー４６は、ＭＯＳ２１等と同様のＭＯＳＦＥＴであり、ドレインがバッテリ５０側、ソースが第２インバータ部３０側となるように接続される。
第２逆接保護リレー４７は、第２電源リレー４６と第２インバータ部３０との間に設けられる。第２逆接保護リレー４７は、ＭＯＳ２１等と同様のＭＯＳＦＥＴであり、ソースが第２電源リレー４６側、ドレインが第２インバータ部３０側となるように接続される。また、第２逆接保護リレー４７は、その寄生ダイオードが第２電源リレー４６の寄生ダイオードと逆向きとなるように配設される。これにより、双方向の電流を遮断可能であるので、電力供給源となりうるバッテリ５０や第２コンデンサ４９の極性が逆向きに接続された場合に電動機駆動装置２を構成する電子回路を保護することができる。
また、第２系統２００にて故障が生じた場合、第２電源リレー４６および第２逆接保護リレー４７は、制御部６０によりオフされて開状態となるように制御され、バッテリ５０から第２インバータ部３０側への電力の供給を遮断する。
なお本実施形態では、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６、電源リレー４１、４６および逆接保護リレー４２、４７は、いずれもオンされると閉（導通）状態となり、オフされると開（遮断）状態となる。

第１コンデンサ４４は、第１インバータ部２０と並列に接続される。本実施形態の第１コンデンサ４４は、電解コンデンサであり、電荷を蓄えることにより、第１インバータ部２０への電力供給を補助するとともに、サージ電流などのノイズ成分を除去する。
同様に、第２コンデンサ４９は、第２インバータ部３０と並列に接続される。本実施形態の第２コンデンサ４９は、電解コンデンサであり、電荷を蓄えることにより、第２インバータ部３０への電力供給を補助するとともに、サージ電流などのノイズ成分を除去する。なお、第１コンデンサ４４および第２コンデンサ４９が「コンデンサ」に対応する。

バッテリ５０は、直流電源であって、本実施形態では電源電圧は１２Ｖである。バッテリ５０は、第３コンデンサ５１とともにフィルタ回路を構成するチョークコイル５２を介して第１電源リレー４１および第２電源リレー４６と接続する。
また、バッテリ５０は、第１電源リレー４１および第２電源リレー４６と並列に設けられるイグニッションスイッチ５５を介して制御部６０と接続する。
以下、第１電源リレー４１が設けられるラインを「第１ＰＩＧ線５０１」といい、第２電源リレー４６が設けられるラインを「第２ＰＩＧ線５０２」といい、イグニッションスイッチ５５が設けられるラインを「ＩＧ線５０５」という。

制御部６０は、通常のコンピュータとして構成されており、内部にはＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、および、これらの構成を接続するバスライン等を備える。制御部６０は、プリドライバ６１を介し、第１インバータ部２０の駆動を制御することにより、第１巻線組１７への通電を制御し、第２インバータ部３０の駆動を制御することにより、第２巻線組１８への通電を制御する。また、制御部６０は、プリドライバ６１を介し、電源リレー４１、４６、逆接保護リレー４２、４７の駆動を制御する。なお、プリドライバ６１からの制御線は、煩雑になることを避けるため、省略した。

制御部６０は、Ｕ１コイル１１の一端と接続される分圧抵抗７１を介してＵ１端子電圧ＭＶＵ１を取得し、Ｖ１コイル１２の一端と接続される分圧抵抗７２を介してＶ１端子電圧ＭＶＶ１を取得し、Ｗ１コイル１３の一端と接続される分圧抵抗７３を介してＷ１端子電圧ＭＶＷ１を取得する。また、Ｖ１コイル１２の一端には、第１ＰＩＧ線５０１と接続される第１プルアップ抵抗４０が設けられる。第１プルアップ抵抗４０の抵抗値は、分圧抵抗７１の２つの抵抗値の和と等しい。同様に、第１プルアップ抵抗４０の抵抗値は、分圧抵抗７２の２つの抵抗値の和と等しく、分圧抵抗７３の２つの抵抗値の和とも等しい。

また、制御部６０は、Ｕ２コイル１４の一端と接続される分圧抵抗７４を介してＵ２端子電圧ＭＶＵ２を取得し、Ｖ２コイル１５の一端と接続される分圧抵抗７５を介してＶ２端子電圧ＭＶＶ２を取得し、Ｗ２コイル１６の一端と接続される分圧抵抗７６を介してＷ２端子電圧ＭＶＷ２を取得する。また、Ｖ２コイル１５の一端には、第２ＰＩＧ線５０２と接続される第２プルアップ抵抗４５が設けられる。第２プルアップ抵抗４５の抵抗値は、分圧抵抗７４の２つの抵抗値の和と等しい。同様に、第２プルアップ抵抗４５の抵抗値は、分圧抵抗７５の２つの抵抗値の和と等しく、分圧抵抗７６の２つの抵抗値の和と等しい。

さらに、制御部６０は、第１ＰＩＧ線５０１に設けられる分圧抵抗７７を介して第１ＰＩＧ線５０１の第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１を取得し、第２ＰＩＧ線５０２に設けられる分圧抵抗７８を介して第２ＰＩＧ線５０２の第２リレー後電圧ＶＰＩＧ２を取得し、ＩＧ線５０５に設けられる分圧抵抗７９を介してＩＧ線５０５のＩＧ電圧ＶＩＧを取得する。
制御部６０では、端子電圧ＭＶＵ１、ＭＶＶ１、ＭＶＷ１、ＭＶＵ２、ＭＶＶ２、ＭＶＷ２、リレー後電圧ＶＰＩＧ１、ＶＰＩＧ２、および、ＩＧ電圧ＶＩＧに基づき、電動パワーステアリング装置１の故障を検出する。

ここで、本実施形態における初期故障診断処理を図３および図４に基づいて説明する。初期故障診断処理は、イグニッションスイッチ５５がオンされたとき、電動パワーステアリング装置１の始動に先立って制御部６０にて行われる処理である。通常、イグニッションスイッチ５５がオンされたとき、全てのＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６、電源リレー４１、４６および逆接保護リレー４２、４７は、オフ（開）状態に制御されている。なお、初期故障診断処理は、系統毎に並行して行われる。すなわち、第１系統１００についての初期故障診断処理と第２系統２００についての初期故障診断処理とは、並行して行われる。第１系統１００についての初期故障診断処理と、第２系統２００についての初期故障診断処理とは、同様であるので、ここでは第１系統１００についての初期故障診断処理について説明し、第２系統２００については説明を省略する。また、本実施形態においては、逆接保護リレー４２、４７には故障は生じていないものとする。

最初に、図３に示す電源リレーショート故障検出処理が実行される。最初のステップＳ１０１（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、電源リレー４１および逆接保護リレー４２をオフにする。
Ｓ１０２では、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１を取得する。

Ｓ１０３では、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１が０Ｖか否かを判断する。なお、ここでいう「０Ｖである（同等である）」とは、厳密に０Ｖである必要はなく、センサ誤差等を考慮し、０Ｖを含む所定範囲内であればよい。以下、故障検出に係る全ての閾値について同様である。第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１が０Ｖでないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０６へ移行する。第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１が０Ｖであると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。

Ｓ１０４では、故障カウンタをリセットする。
Ｓ１０５では、電源リレーショートフラグをリセットする。

第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１が０Ｖでないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）に移行するＳ１０６では、故障カウンタをインクリメントする。
Ｓ１０７では、故障カウンタが所定値Ｎ１以上であるか否かを判断する。故障カウンタが所定値Ｎ１未満であると判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、Ｓ１０２へ戻る。故障カウンタが所定値Ｎ１以上であると判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、Ｓ１０８へ移行する。

Ｓ１０８では、第１電源リレー４１にショート故障が生じていると判定し、第１電源リレーショートフラグをセットする。
Ｓ１０５またはＳ１０８に続いて移行するＳ１０９では、第１電源リレーショート故障検出完了フラグをセットし、本処理を終了する。

第１電源リレー４１がショート故障していない場合、第１電源リレー４１がオフ、すなわち開状態に制御されていれば、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１は０Ｖとなる。一方、第１電源リレー４１がショート故障している場合、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１は、ＩＧ電圧ＶＩＧと同等の値となる。このように、本実施形態では、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１の検出値に基づき、第１電源リレー４１の故障（より詳細には第１電源リレー４１のショート故障）を検出している。

また、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１が０Ｖでない状態が所定値Ｎ１回に亘って検出された場合、第１電源リレー４１がショート故障していると判定している。これにより、例えばセンサ誤差や外乱の影響等で第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１が一時的に０Ｖとなったときに、第１電源リレー４１がショート故障していると誤判定するのを防止することができる。

なお、ここで説明した第１電源リレー４１のショート故障は、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１に基づいて検出するが、第２電源リレー４６のショート故障は、第２リレー後電圧ＶＰＩＧ２に基づき、同様の処理により検出する。

図３に示す電源リレーショート故障検出処理に続いて実行されるインバータ故障検出処理を図４に基づいて説明する。インバータ故障検出処理も系統毎に並行して行われる。
図４中のＳ２０１では、全系統のショート故障検出完了フラグがセットされているか否かを判断する。全系統のショート故障検出完了フラグがセットされていない場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、この判断ステップを繰り返す。全系統のショート故障検出完了フラグがセットされていると判断された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行する。

Ｓ２０２では、当該系統の電源リレーショートフラグがセットされているか否かを判断する。当該系統の電源リレーショートフラグがセットされていないと判断された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行する。当該系統の電源リレーショートフラグがセットされていると判断された場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、Ｓ２０３へ移行する。
Ｓ２０３では、当該系統の電源リレーである第１電源リレー４１がショート故障している旨のダイアグ情報を記憶し、本処理を終了する。このとき、第１逆接保護リレー４２はオフされた状態が維持され、オンされることはない。

当該系統の電源リレーショートフラグがセットされていないと判断された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）に移行するＳ２０４では、第１電源リレー４１および第１逆接保護リレー４２をオンにする。
Ｓ２０５では、端子電圧ＭＶＵ１、ＭＶＶ１、ＭＶＷ１を取得する。

Ｓ２０６では、各端子電圧ＭＶＵ１、ＭＶＶ１、ＭＶＷ１が０Ｖまたは第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１と同等であるか否かを判断する。各端子電圧ＭＶＵ１、ＭＶＶ１、ＭＶＷ１が０Ｖまたは第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１と同等であると判断された場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０９へ移行する。各端子電圧ＭＶＵ１、ＭＶＶ１、ＭＶＷ１が０Ｖではなく、かつ、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１と同等ではないと判断された場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、Ｓ２０７へ移行する。なお、Ｓ２０６にて否定判断される場合のＵ１端子電圧ＭＶＵ１は、０＜ＭＶＵ１＜ＶＰＩＧ１であり、Ｖ１端子電圧ＭＶＶ１およびＷ１端子電圧ＭＶＷ１についても同様である。
Ｓ２０７では、故障カウンタをリセットする。
Ｓ２０８では、第１系統故障フラグをリセットし、本処理を終了する。

各端子電圧ＭＶＵ１、ＭＶＶ１、ＭＶＷ１が０Ｖまたは第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１と同等であると判断された場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）に移行するＳ２０９では、故障カウンタをインクリメントする。
Ｓ２１０では、故障カウンタが所定値Ｎ２以上であるか否かを判断する。故障カウンタが所定値Ｎ２未満であると判断された場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、Ｓ２０５へ戻る。故障カウンタが所定値Ｎ２以上であると判断された場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、Ｓ２１１へ移行する。
Ｓ２１１では、第１インバータ部２０または第１巻線組１７に故障が生じていると判定し、第１系統故障フラグをセットし、本処理を終了する。

第１系統１００のＵ相に着目すると、Ｕ１コイル１１がグランド側に短絡している場合、または、Ｕ１下ＭＯＳ２４がショート故障している場合、Ｕ１端子電圧ＭＶＵ１は０Ｖとなる。また、Ｕ１コイル１１が第１ＰＩＧ線５０１側に短絡している場合、または、Ｕ１上ＭＯＳ２１がショート故障している場合、Ｕ１端子電圧ＭＶＵ１は第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１と同等の値となる。このように、本実施形態では、端子電圧ＭＶＵ１、ＭＶＶ１、ＭＶＷ１、および、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１の検出値に基づき、第１インバータ部２０および第１巻線組１７の故障（より詳細には第１インバータ部２０および第１巻線組１７の各相のショート故障）を検出している。

また、各端子電圧ＭＶＵ１、ＭＶＶ１、ＭＶＷ１が０Ｖまたは第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１と等しい状態が所定値Ｎ２回に亘って検出された場合、第１インバータ部２０または第１巻線組１７に故障が生じていると判定している。これにより、例えばセンサ誤差や外乱等の影響で各端子電圧ＭＶＵ１、ＭＶＶ１、ＭＶＷ１が一時的に０Ｖまたは第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１となったときに、第１インバータ部２０または第１巻線組１７に故障が生じていると誤判定するのを防止することができる。

なお、ここで説明した第１インバータ部２０および第１巻線組１７の故障は、Ｕ１端子電圧ＭＶＵ１、Ｖ１端子電圧ＭＶＶ１、Ｗ１端子電圧ＭＶＷ１および第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１に基づいて検出する。第２インバータ部３０および第２巻線組１８の故障は、Ｕ２端子電圧ＭＶＵ２、Ｖ２端子電圧ＭＶＶ２、Ｗ２相端子電圧ＭＶＷ２、および、第２リレー後電圧ＶＰＩＧ２に基づき、同様の処理により検出する。

なお、図３の電源リレーショート故障検出処理において、Ｓ１０３にて否定判断される回数が系統毎に異なる場合、図４に示すインバータ故障検出処理を開始するタイミングが異なることになる。
第１電源リレー４１および第２電源リレー４６にはショート故障が生じていないという前提とし、図３に示す電源リレーショート故障検出処理が、第２系統２００よりも第１系統１００にて先に終了した場合について説明する。

第１系統１００についての電源リレーショート故障検出処理が終わったとき、第２系統２００の故障検出処理の終了を待たずに第１電源リレー４１および逆接保護リレー４２をオンした場合、バッテリ５０から第１ＰＩＧ線５０１を経由して第１コンデンサ４４に電力が供給され、第１コンデンサ４４が充電される。ここで、第１コンデンサ４４が無充電状態である場合、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１（すなわち略電源電圧）が電位差となり、バッテリ５０からのワイヤハーネス等の配線抵抗やインダクタンス、および、フィルタ回路を構成するチョークコイル５２の抵抗やインダクタンスにより決定される電流値の突入電流が第１コンデンサ４４に流入する。第１コンデンサ４４に電荷が溜まり、第１リレー後電圧ＶＰＩＧ１との電位差が小さくなると、突入電流は小さくなる。

ここで、第１コンデンサ４４に電荷が溜まり、例えば略満充電状態となったとき、第２系統２００の電源リレーショート故障検出処理が終了し、第２電源リレー４６および第２逆接保護リレー４７がオンされるとする。
上述の通り、第１電源リレー４１が先にオンされる第１系統１００の第１コンデンサ４４には、バッテリ５０からのワイヤハーネス等の配線やチョークコイル５２の抵抗やインダクタンスのある経路を経由して電荷が流入する。一方、第２電源リレー４６が後でオンされる第２系統２００の第２コンデンサ４９には、抵抗が非常に小さく、インダクタンスのほとんどない経路を経由し、第１コンデンサ４４から電荷が流入する。そのため、第２コンデンサ４９への突入電流は、第１コンデンサ４４への突入電流よりも非常に大きくなる。本実施形態のように、電源リレー４１、４６および逆接保護リレー４２、４７にＭＯＦＥＴのような半導体素子を用いている場合、過大な突入電流が通電されると、許容電流値を超えて破損したり、電源リレー４１、４６等が実装される基板が発熱したり、発熱に伴って焼損したりする虞がある。第２電源リレー４６および第２逆接保護リレー４７が先にオンされる場合も同様である。

そこで本実施形態では、図４中のＳ２０１にて、全系統のショート故障検出完了フラグがセットされているか否かを判断し、全系統のショート故障検出完了フラグがセットされるまでこの判断処理を繰り返し、全系統のショート故障検出完了フラグがセットされるまで、電源リレー４１、４６をオンしないようにしている。そして、全系統のショート故障検出完了フラグがセットされるのを待った後に電源リレー４１、４６および逆接保護リレー４２、４７をオンしているので、電源リレー４１、４６および逆接保護リレー４２、４７がオンされるタイミングは略同時となる。そのため、一方のコンデンサ４４、４９が先に充電されることがないので、コンデンサ４４、４９の一方から他方へ、低インピーダンスの経路を経由して、大電流が通電されることがない。

また、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０が並列に設けられているので、第１電源リレー４１、第１逆接保護リレー４２、第２電源リレー４６、および、第２逆接保護リレー４７を略同時にオンする場合、一方の第１電源リレー４１または第２電源リレー４６を先にオンした場合よりも、バッテリ５０から第１インバータ部２０および第２インバータ部３０へ流入する突入電流を低減することができる。

これにより、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６、電源リレー４１、４６、および、逆接保護リレー４２、４７に通電される突入電流を低減することができるの、ソース−ドレイン間の許容電流値が大きい半導体素子（例えば、チップ面積が大きく高価なもの）を用いる必要がない。

なお、第１電源リレー４１、第１逆接保護リレー４２、第２電源リレー４６、および、第２逆接保護リレー４７を略同時にオンする場合、第１インバータ部２０および第２インバータ部３０部分が並列等価回路となるため、抵抗が小さくなる。抵抗が小さくなると、第１コンデンサ４４および第２コンデンサ４９に流入する突入電流は大きくなるが、本実施形態では、バッテリ５０からの配線抵抗およびチョークコイル５２の抵抗がインバータ部２０、３０の抵抗の３〜５倍程度であるので、電源リレー４１、４６等を同時にオンすることによるコンデンサ４４、４９に流入する突入電流への影響は、あまり大きくない。

また、第１電源リレー４１がショート故障していると、第１コンデンサ４４は、ショート故障している第１電源リレー４１およびオフ状態の第１逆接保護リレー４２の寄生ダイオードを経由し、第１逆接保護リレー４２の寄生ダイオードの電圧降下分だけ電圧降下した電圧で充電される。ここで、本実施形態では、第１電源リレー４１がショート故障している場合（図４中のＳ２０２：ＮＯ）、逆接保護リレー４２がオンされることはなく、オフの状態が維持される。このとき、第２電源リレー４６および第２逆接保護リレー４７がオンされたとしても、第１逆接保護リレー４２の寄生ダイオードの効果により、充電された第１コンデンサ４４から第２系統２００側（より詳細には第２コンデンサ４９）へ突入電流が流れることはない。

また、第２電源リレー４６がショート故障していなければ、第２電源リレー４６および第２逆接保護リレー４７をオンして第２インバータ部３０および第２巻線組１８の故障検出を行い、故障がなければ第２系統２００のみを用いてモータ１０を駆動し、電動パワーステアリング装置１によりステアリングホイール９１の操舵をアシストする。
第２電源リレー４６がショート故障しており、第１電源リレー４１がショート故障していない場合も同様である。

以上詳述したように、複数の巻線組１７、１８を有するモータ１０を駆動する電動機駆動装置２は、インバータ部２０、３０と、コンデンサ４４、４９と、電源リレー４１、４６と、制御部６０と、を備える。インバータ部２０、３０は、複数の巻線組１７、１８毎に対応して設けられ、バッテリ５０に対し並列に接続される。コンデンサ４４、４９は、インバータ部２０、３０毎に設けられる。電源リレー４１、４６は、バッテリ５０とインバータ部２０、３０との間であって、インバータ部２０、３０毎に設けられる。制御部６０は、駆動制御手段、および、故障検出手段を有する。駆動制御手段は、インバータ部２０、３０および電源リレー４１、４６の駆動を制御する。また、故障検出手段では、電源リレー４１、４６のショート故障を検出する（図３中のＳ１０８）。また、駆動制御手段は、ショート故障が生じていない電源リレー４１、４６を同時にオンする（図４中のＳ２０４）。

本実施形態では、ショート故障が生じていない電源リレー４１、４６を同時にオンしている。これにより、一部のコンデンサ４４、４９に先に電荷が蓄えられることがなく、電荷が蓄えられたコンデンサ４４、４９から低インピーダンスの経路を経由して他の系統へ大電流が通電されることがないので、大電流が通電されることによる電源リレー４１、４６および逆接保護リレー４２、４７や電動機駆動装置２を構成する電子部品が実装される制御基板等の損傷を防止することができる。

また、各インバータ部２０、３０は、バッテリ５０に対し並列に接続されるので、電源リレー４１、４６から各インバータ部２０、３０に流入する突入電流を低減できる。
これにより、ＭＯＳ２１〜２６、３１〜３６、電源リレー４１、４６、逆接保護リレー４２、４７に、チップ面積が小さく安価である許容電流値の小さいものを用いることができるので、コストを低減できるとともに、装置全体、特にインバータ部２０、３０等が実装される制御基板を小型化することができる。

また本実施形態の電動機駆動装置２は、電源リレー４１、４６とインバータ部２０、３０との間に設けられ、制御部６０にて駆動が制御される逆接保護リレー４２、４７をさらに備える。本実施形態では、電源リレー４１、４６および逆接保護リレー４２、４７は、寄生ダイオードを有する半導体素子である。また、逆接保護リレー４２、４７は、当該逆接保護リレー４２、４７の寄生ダイオードが電源リレー４１、４６の寄生ダイオードと逆向きとなるように配設される。

電源リレー４１、４６および逆接保護リレー４２、４７に半導体素子を用いているので、機械接点式のリレーを用いる場合よりも小型化することができる。
また、第１電源リレー４１および第１逆接保護リレー４２の寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように配設されており、双方向の電流を遮断可能であるので、電力供給源であるバッテリ５０および第１コンデンサ４４の極性が誤って逆向きに接続されたとしても、電動機駆動装置２を構成する電子回路を保護することができる。同様に、第２電源リレー４６および第２逆接保護リレー４７の寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように配設されており、双方向の電流を遮断可能であるので、電力供給源であるバッテリ５０および第２コンデンサ４９の極性が誤って逆向きに接続されたとしても、電動機駆動装置２を構成する電子回路を保護することができる。

さらに、一部の電源リレー４１、４６にショート故障が生じていると判定された場合、ショート故障が生じている電源リレー４１、４６に対応して設けられる逆接保護リレー４２、４７をオフにする。
第１電源リレー４１がショート故障しているとき、第１逆接保護リレー４２はオフ状態が継続されオンされることがないので、第１コンデンサ４４が充電された状態で第２電源リレー４６および第２逆接保護リレー４７がオンされたとしても、第１逆接保護リレー４２の寄生ダイオードの効果により、第１コンデンサ４４から第２系統２００側へ大電流が通電されるのを防止することができる。同様に、第２電源リレー４６がショート故障しているとき、第２逆接保護リレー４７はオフ状態が継続されオンされることがないので、第２コンデンサ４９が充電された状態で第１電源リレー４１および第１逆接保護リレー４２がオンされたとしても、第２逆接保護リレー４７の寄生ダイオードの効果により、第２コンデンサ４９から第１系統１００側へ大電流が通電されるのを防止することができる。

本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、モータ１０と、電動機駆動装置２と、を備える。本実施形態のモータ１０は、第１系統１００および第２系統２００により駆動される。また、第１系統１００または第２系統２００に故障が生じた場合、故障が生じた系統の電源リレー４１、４６および逆接保護リレー４２、４７をオフするとともに、故障が生じていない系統への電力供給を継続することにより、モータ１０の駆動を継続する。これにより、一方の系統が故障した場合でも、故障していない他方の系統を用いてモータ１０の駆動を継続できるので、電動パワーステアリング装置１によるステアリングホイール９１の操舵のアシストを継続することができる。

本実施形態では、制御部６０が「駆動制御手段」および「故障検出手段」を構成する。また、図４中のＳ２０４が「駆動制御手段」の機能としての処理に相当し、図３中有のＳ１０８が「故障検出手段」の機能としての処理に相当する。

（他の実施形態）
上記実施形態では、電動機および電動機駆動装置は２系統であったが、他の実施形態では、３系統以上であってもよい。
なお、例えば、通常は第１系統および第２系統を用い、第３系統はバックアップ用である場合、第１系統および第２系統の電源リレーを同時にオンし、第３系統の電源リレーはオンしない、といった具合に、通常用いない系統の電源リレーはオフ状態を維持し、電動機の駆動に用いられる系統の電源リレーのみを同時にオンするようにしてもよい。
換言すると、例えばイグニッションスイッチがオンされてからオフされるまでの間など、一部の系統の電源リレーを先にオンし当該系統のコンデンサが充電された状態で、後から他の系統の電源リレーをオンしなければよく、オンすべき電源リレーのみ同時にオンすればよいということである。

上記実施形態では、逆接保護リレーは故障していないものとしたが、他の実施形態では、例えば制御部にて電源リレーおよび逆接保護リレーの間の電圧を取得し、当該電圧に基づいて逆接保護リレーの故障を検出するように構成してもよい。この逆接保護リレーの故障検出処理は、電源リレーショート故障検出処理とインバータ故障検出処理との間に実行されることが好ましい。
また、電源リレーのショート故障を検出した後、オンすべき電源リレーが同時にオンされるように構成されていれば、ショート故障の検出方法や制御方法等は、どのような処理としてもよい。

上記実施形態では、インバータ部のスイッチング素子、モータリレー、電源リレー、および、逆接保護リレーにＭＯＳＦＥＴを用いていた。他の実施形態では、スイッチング素子およびモータリレーに他の半導体素子や機械接点式リレー等を用いてもよく、電源リレーおよび逆接保護リレーに他の半導体素子を用いてもよい。また、インバータ部のスイッチング素子、モータリレー、電源リレー、および、逆接保護リレーに、それぞれ異なる種類の半導体素子やリレーを用いてもよい。これに伴い、半導体素子に寄生する寄生素子は、寄生ダイオードに限らず、寄生サイリスタ等でもよい。
また、上記実施形態では、コンデンサは各系統に３つずつ設けられていたが、他の実施形態は、各系統に設けられるコンデンサの数はいくつであってもよい。

上記実施形態では、電動機駆動装置は、電動パワーステアリング装置に適用されていたが、他の実施形態では、電動パワーステアリング装置以外に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・電動パワーステアリング装置
２・・・電動機駆動装置
１０・・・モータ（電動機）
２０・・・第１インバータ部（インバータ部）
３０・・・第２インバータ部（インバータ部）
４１・・・第１電源リレー（電源リレー）
４４・・・第１コンデンサ（コンデンサ）
４６・・・第２電源リレー（電源リレー）
４９・・・第２コンデンサ（コンデンサ）
６０・・・制御部

Claims (2)

1. 複数の巻線組（１７、１８）を有する電動機（１０）を駆動する電動機駆動装置（２）であって、
   前記巻線組毎に設けられ、電源に対し並列に接続されるインバータ部（２０、３０）と、
   前記インバータ部毎に設けられるコンデンサ（４４、４９）と、
   前記電源と前記インバータ部との間であって、前記インバータ部毎に設けられる電源リレー（４１、４６）と、
   前記電源リレーと前記インバータ部との間に設けられる逆接保護リレー（４２、４７）と、
   前記インバータ部、前記電源リレーおよび前記逆接保護リレーの駆動を制御する駆動制御手段、および、前記電源リレーのショート故障を検出する故障検出手段（Ｓ１０８）を有する制御部（６０）と、
   を備え、
   前記電源リレーおよび前記逆接保護リレーは、寄生素子を有する半導体素子であり、
   前記逆接保護リレーは、当該逆接保護リレーの前記寄生素子が前記電源リレーの前記寄生素子と逆向きとなるように配設され、
   前記駆動制御手段は、ショート故障が生じていない前記電源リレーを同時にオンし、
   前記故障検出手段により一部の前記電源リレーにショート故障が生じていると判定された場合、前記駆動制御手段は、ショート故障が生じている前記電源リレーに対応して設けられる前記逆接保護リレーをオフにすることを特徴とする電動機駆動装置。
2. 前記電動機と、
   請求項１に記載の電動機駆動装置と、
   を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置（１）。

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