JP6096080B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動制御するモータ駆動制御装置に関する。

モータ駆動制御装置として、ブラシレスモータを駆動する駆動回路、ブラシレスモータの各相のコイルと中性点との間に介装された半導体リレー、並びに、駆動回路及び半導体リレーを制御する制御回路を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる半導体リレーは、各相のコイルと駆動回路との間の通電ラインなどにおける地絡や相間短絡による意図しない閉回路の形成を遮断する遮断器として機能するため、ブラシレスモータが、例えば、電動パワーステアリング装置におけるアシストモータとして用いられた場合には、地絡や相間短絡が発生しても、これらに起因して形成される閉回路を開放して操舵力補助の継続を可能にしている。

ここで、半導体リレーが、その構造上、必然的に形成される寄生ダイオードを有するものである場合、半導体リレーのスイッチ動作を行うスイッチング部をオフにしても、寄生ダイオードの順方向に電流が流れてしまって閉回路の形成を回避できないケースがあり得るため、特許文献１には、各相において、２つの半導体リレーを寄生ダイオードの順方向が互いに逆となるように直列に接続してコイルと中性点との間に介挿したものが開示されている。

特開２００７−２９５６５８号公報

しかしながら、各相において介装される半導体リレーの数が２つとなると、各相のインピーダンスが２倍となってモータ効率を低下させてしまうとともに、部品点数の増加によりモータの製品コストに影響を与えるおそれがある。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、半導体リレーの数を増加させることなく、地絡や相間短絡による閉回路の形成を回避するモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係るモータ駆動制御装置は、３相を有するモータを駆動する駆動回路と、モータの各相のコイルと中性点との間に１つずつ介挿された半導体スイッチング素子と、駆動回路及び半導体スイッチング素子を制御する制御回路と、を備えることを前提とする。かかるモータ駆動制御装置では、３相のうち少なくとも２相のコイルと中性点との間に介挿された半導体スイッチング素子が、夫々、その等価回路において、スイッチ動作を行う１つのスイッチング部と、スイッチング部をバイパスするバイパスラインで少なくとも２つのダイオードを順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部と、を備え、駆動回路と各相のコイルとを結ぶ通電ラインのうち、１相に対する通電ラインと電源とを接続する第１電圧安定化手段を設け、この１相以外の他の２相に対する通電ラインとグランドとを接続する第２電圧安定化手段を設けている。

本発明のモータ駆動制御装置によれば、半導体リレーの数を増加させることなく、地絡や相間短絡の発生に起因した閉回路の形成を回避することができる。

電動パワーステアリングシステムの一例を示す概略図である。 モータ駆動制御装置の第１実施形態を示す説明図である。 半導体リレーの一例を示す構造断面図である。 モータ故障診断処理を示すフローチャートである。 地絡による閉回路の発生を説明する説明図である。 相間短絡による閉回路の発生を説明する説明図である。 順方向が単一のダイオード部を有する半導体リレーを１つ介挿したブラシレスモータを示す説明図である。 順方向が単一のダイオード部を有する半導体リレーを２つ介挿したブラシレスモータを示す説明図である。 モータ駆動制御装置の第２実施形態を示す説明図である。 半導体リレーの故障診断処理を示すフローチャートである。 半導体リレーの組み合わせを示す説明図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための第１実施形態について詳述する。
図１は、電動パワーステアリングシステムの一例を示す。

電動パワーステアリングシステム１０は、運転者による操舵操作が入力されるステアリングホイール１２と、ステアリングホイール１２に接続されるステアリングシャフト１４と、ステアリングシャフト１４と第１のユニバーサルジョイント１６を介して接続される中間シャフト１８と、中間シャフト１８と第２のユニバーサルジョイント２０を介して接続されるピニオンシャフト２２と、ピニオンシャフト２２と一体に回転するピニオンギア２４と、ピニオンギア２４と噛み合いピニオンギア２４の回転運動を直線運動に変換するラックギア２６と、ラックギア２６の運動を操向輪２８に伝達するタイロッド３０と、を備えている。

また、電動パワーステアリングシステム１０は、運転者の操舵操作による操舵力を補助するために、操舵補助力の動力源であるアシストモータとしてのブラシレスモータ３２と、ブラシレスモータ３２の出力を減速してステアリングシャフト１４に伝達する減速機３４と、運転者の操舵操作による操舵トルクを検出するトルクセンサ３６と、ブラシレスモータ３２を駆動制御するモータ駆動制御装置（インバータ装置）３８と、を備えている。

トルクセンサ３６は、運手者がステアリングホイール１２を回動させたとき、このステアリングホイール１２からステアリングシャフト１４を介してピニオンギア２４に伝達されるトルクを検出し、このトルクに応じたトルク信号を出力する。トルクセンサ３６は、例えば、ステアリングシャフト１４に歪ゲージを取り付けてステアリングシャフト１４の捩れ量を検出し、あるいは、ステアリングシャフト１４の途中にトーションバーなどのねじれバネ機構を介挿してバネ機構の捩れ量を検出し、この捩れ量に基づいてトルクを演算する。

減速機３４は、例えば、ねじ歯車（ウォーム）と、ステアリングシャフト１４に同心に固定されたはす歯歯車（ウォームホイール）と、を組み合わせたウォームギアを含む減速機構、又は遊星ギアを含む減速機構などで実現され、減速機３４にウォームギアを用いる場合には、ブラシレスモータ３２の出力軸３２ａをウォームへ同心に接続することで、ブラシレスモータ３２の出力は、ウォームと噛合するウォームホイールを介してステアリングシャフト１４に伝達される。

図２は、ブラシレスモータ３２及びモータ駆動制御装置３８の内部構成の一例を示す。
ブラシレスモータ３２は、３相の直流同期電動機であり、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の３相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗを、図示省略した円筒状のステータ（固定子）に備え、各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗの一端を互いに接続してスター結線を構成している。また、ステータの中央部に形成した空間に図示省略したロータ（永久磁石回転子）を回転可能に備え、前述したブラシレスモータ３２の出力軸３２ａは、ロータの回転中心において外方、すなわち、減速機３４へ向けて延設されてなる。

モータ駆動制御装置３８は、ブラシレスモータ３２を駆動する駆動回路（インバータ回路）４０と、ロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段４２と、駆動回路４０を制御する制御器（制御回路）４４と、を備えている。

駆動回路４０は、スイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂが３相ブリッジ接続された回路を有し、この回路には、図示省略の電源回路から電圧Ｖｂが供給されている。すなわち、上側スイッチング素子４０ｕａ，４０ｖａ，４０ｗａの一端が電源回路と接続され、他端が下側スイッチング素子４０ｕｂ，４０ｖｂ，４０ｗｂの一端と接続され、下側スイッチング素子４０ｕｂ，４０ｖｂ，４０ｗｂの他端は、グランドに接続されている。

駆動回路４０において、スイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂは、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はバイポーラトランジスタなど、スイッチ動作を行わせることができる半導体素子で構成され、逆並列のダイオード４０ｕｄａ，４０ｕｄｂ，４０ｖｄａ，４０ｖｄｂ，４０ｗｄａ，４０ｗｄｂを夫々含んでなる。スイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂの制御端子（ゲート端子）は、制御器４４に接続され、スイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂのオン／オフは、後述のように、制御器４４によるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）動作で制御される。

また、駆動回路４０において、グランドと下側スイッチング素子４０ｕｂ，４０ｖｂ，４０ｗｂとの間には、シャント抵抗４６ｕ，４６ｖ，４６ｗが介挿されている。シャント抵抗４６ｕ，４６ｖ，４６ｗのそれぞれの両端は、制御器４４内の電流検出回路（図示省略）に接続され、電流検出回路において、シャント抵抗４６ｕ，４６ｖ，４６ｗのそれぞれの両端における電圧に基づいてブラシレスモータ３２に流れる電流が検出される。

磁極位置検出手段４２は、レゾルバ、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子、ロータリーエンコーダなど、接触式又は非接触式を問わず、様々なセンサを用いることが可能であり、ロータの磁極位置に応じた磁極位置信号を制御器４４へ出力する。

制御器４４は、マイクロコンピュータを有し、トルクセンサ３６からのトルク信号、シャント抵抗４６ｕ，４６ｖ，４６ｗにおける電流検出値、及び磁極位置検出手段４２からの磁極位置信号に基づいて、モータ印加電圧を制御するためのモータ電圧指令値を演算し、そのモータ電圧指令値に対応したモータ電圧指令信号をＰＷＭ搬送波（三角波）で変調する。そして、制御器４４は、幅が変調された６つのＰＷＭ信号に基づいて、各スイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂの制御端子に入力されるゲート駆動信号を生成し、スイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂの制御端子に夫々出力する。

ここで、モータ駆動制御装置３８は、ブラシレスモータ３２の各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと駆動回路４０との間の通電ラインなどにおける地絡や相間短絡による意図しない閉回路を開放する半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗを更に備え、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗは、ブラシレスモータ３２における各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間に１つずつ介挿され、制御器４４により個別もしくは同時に制御される。

半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗは、夫々、その等価回路において、スイッチ動作を行う１つのスイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓと、スイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓをバイパスするバイパスラインで２つのダイオードを順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部４８ｕｄ，４８ｖｄ，４８ｗｄと、を備えているものである。

半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗは、例えば、その構造上、必然的に形成される寄生ダイオードに加え、ショットキバリアダイオード（以下、「ＳＢＤ」という）を内蔵させたＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体スイッチング素子としてもよい。このような半導体スイッチング素子は、例えば、特開平７−１５００９号公報や特開２０１０−８１５３６号公報などに開示されている公知のものである。

図３は、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗの一例として、Ｎチャネルの縦型ＭＯＳＦＥＴの構造断面図を示す。
半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗに適用されるＮチャネルの縦型ＭＯＳＦＥＴは、夫々、ドレイン領域１００、ベース領域１０２、ソース領域１０４、ドレイン領域１００に接続されたドレイン電極１０６、ソース領域１０４及びベース領域１０２に接続されたソース電極１０８、ドレイン領域１００とソース領域１０４との間に露出するベース領域１０２の表面を覆うゲート絶縁膜１１０、及びゲート絶縁膜１１０の上に配置されたゲート電極１１２を有する。

ドレイン領域１００は、第１ドレイン領域１００ａと第２ドレイン領域１００ｂとの２つで構成され、第１ドレイン領域１００ａを構成するＮ型（Ｎ⁺）のシリコン基板の上に、第２ドレイン領域１００ｂとしてＮ^-型のエピタキシャル層が形成されてなる。

ベース領域１０２は、ドレイン領域１００におけるエピタキシャル層の表面側にＰ型層を拡散させて形成され、さらに、このＰ型層の表面付近に、高濃度のＮ型（Ｎ⁺）層を二重拡散させることで、ソース領域１０４が形成されている。

ベース領域１０２はソース電極１０８との接合面の下方領域（ソース領域１０４，１０４に挟まれた領域）とそれ以外の領域において互いに別の拡散プロセスにより形成されており、それぞれの不純物濃度が異なっている。すなわち、ベース領域１０２においてソース電極１０８との接合面の下方領域はＰ型半導体の濃度を低く抑えて形成され、それ以外の領域に比べて不純物濃度が低く形成されている。また、拡散プロセスによりＮ⁺濃度領域となったソース領域１０４の表面に、Ｎ型不純物をさらにイオン注入することにより、ソース領域１０４のごく表面のＮ型不純物が高濃度となるようにしている。

ソース電極１０８は、ベース領域１０２及びソース領域１０４の露出した部分（ゲート絶縁膜１１０で覆われていない部分）、及びゲート電極１１２の上を覆うゲート絶縁膜１１０にアルミニウムなどの金属を蒸着して形成されるため、ソース電極１０８は、ベース領域１０２及びソース領域１０４の露出した部分に対して金属−半導体接合されている。

ソース領域１０４のごく表面はＮ型不純物が高濃度となっているため、ソース電極１０８とソース領域１０４との接合はオーミック接合となっているが、ベース領域１０２において接合面の下方領域はＰ型不純物濃度が低く形成されているため、ソース電極１０８とベース領域１０２との接合面における接合は、その接合面にショットキ障壁を形成するショットキ接合となっている。

したがって、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗは、ベース領域１０２と第２ドレイン領域１００ｂとのＰＮ接合により必然的に生じるＰＮ接合ダイオード、すなわち寄生ダイオード１１４が存在する一方、ソース電極１０８とベース電極１０２との接合面でショットキ接合によるＳＢＤ１１６が形成される。

ゲート電極１１２にプラスの電圧が印加されると、ゲート電極１１２に対向するベース領域１０２の表面に反転層が生じてＮ型のチャネルが形成され、この部分がスイッチ動作を行うスイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓに相当するので、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗは、夫々、その等価回路において、スイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓをバイパスするバイパスラインで寄生ダイオード１１４及びＳＢＤ１１６を順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部４８ｕｄ，４８ｖｄ，４８ｗｄを備えている。

半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗでは、ソース電極１０８とドレイン電極１０６との間に印加される電圧がいずれの方向であっても、スイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓと並列に接続された寄生ダイオード１１４及びＳＢＤ１１６を通るバイパスライン、すなわち、ダイオード部４８ｕｄ，４８ｖｄ，４８ｗｄには電流が流れないようになっている。

なお、駆動回路４０におけるスイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂは、本実施形態において、内蔵するダイオードの特性という点で、地絡及び相間短絡による閉回路を開放する半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗと異なる。

図３に示した前述のＮチャネルの縦型ＭＯＳＦＥＴは半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗの単なる一例にすぎず、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗは、その等価回路において、スイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓをバイパスするバイパスラインで２つのダイオードを順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部４８ｕｄ，４８ｖｄ，４８ｗｄが形成される半導体スイッチング素子であれば、いかなる形式のものであってもよい。したがって、前述のＮチャネルの縦型ＭＯＳＦＥＴのように、プレーナ型、縦型構造、及びＮ型に限らず、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８には、トレンチ型、横型構造、又はＰ型などを適宜選択することができる。

また、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗに内蔵されるダイオードとして、前述のように、ソース電極１０８とベース電極１０２との接合面でショットキ接合によるＳＢＤ１１６や、ベース領域１０２と第２ドレイン領域１００ｂとのＰＮ接合による寄生ダイオード１１４だけでなく、ソース領域１０８のＮ層を深くすることができれば、ベース領域１０２とソース領域１０４とのＰＮ接合で形成される寄生ダイオードを利用してもよい。

要するに、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗは、夫々、その等価回路において、スイッチ動作を行う１つのスイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓと、スイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓをバイパスするバイパスラインで少なくとも２つのダイオードを順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部４８ｕｄ，４８ｖｄ，４８ｗｄと、を備えていればよい。

図４は、イグニッションキーがＯＮとなったことを契機として、モータ駆動制御装置３８によるブラシレスモータ３２の駆動制御が開始される前に、制御器４４により実行されるモータ故障診断処理の内容を示す。

ステップ１００１（図では「Ｓ１００１」と略記する。以下同様。）では、先ず、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗを全てＯＮにして、各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間を導通状態とする。

ステップ１００２では、ブラシレスモータ３２やモータ駆動制御装置３８の駆動回路４０に地絡や相間短絡などが発生しているか否かを、異常種別及び発生箇所の特定も含めて公知の診断方法により診断する。

地絡や相間短絡などが発生していないと診断された場合には、ブラシレスモータ３２や駆動回路４０は、閉回路が形成されていない正常状態にあるので、モータ駆動制御装置３８による通常のブラシレスモータ３２の駆動制御を行うべく、モータ故障診断処理を終了する（Ｙｅｓ）。すなわち、制御器４４は、各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間を全て導通状態に維持するように半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗを制御しつつ、駆動回路４０の制御を開始する。

一方、地絡や相間短絡などが発生していると診断された場合には、ブラシレスモータ３２や駆動回路４０などに閉回路が形成されている異常状態であるため、異常時処理を行うべくステップ１００３へ進む（Ｎｏ）。

ステップ１００３では、地絡や相間短絡による閉回路を開放する異常時処理を行う。
具体的には、地絡や相間短絡の発生している箇所に応じて、各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間のうち全てではなく一部が非導通状態となるように半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗを制御する。

例えば、図５に示すように、駆動回路４０とＷ相のコイル３２ｗとを結ぶ通電ラインがグランドと相対的に低インピーダンスで接続される地絡を起こした場合、上側スイッチング素子４０ｕａと下側スイッチング素子４０ｖｂとをオンにする通電モードでは、中性点３２ｎ→半導体リレー４８ｖ→Ｖ相コイル３２ｖ→スイッチング素子４０ｖｂ→グランド→地絡箇所→Ｗ相コイル３２ｗ→半導体リレー４８ｗ→中性点３２ｎという閉回路（図中の網掛け太線）が形成されてしまうが、Ｗ相コイル３２ｗと中性点３２ｎとの間が非導通状態となるように半導体リレー４８ｗをオフにする制御を行うことにより、閉回路を開放することができる。

また、例えば、図６に示すように、駆動回路４０とＶ相のコイル３２ｖとを結ぶ通電ラインと、駆動回路４０とＷ相のコイル３２ｗとを結ぶ通電ラインと、が相間短絡を起こした場合、中性点３２ｎ→半導体リレー４８ｖ→Ｖ相コイル３２ｖ→相間短絡箇所→Ｗ相コイル３２ｗ→半導体リレー４８ｗ→中性点３２ｎという閉回路（図中の網掛け太線）が形成されてしまうが、Ｖ相コイル３２ｖと中性点３２ｎとの間、又はＷ相コイル３２ｗと中性点３２ｎとの間のいずれか一方が非導通状態となるように、半導体リレー４８ｖと半導体リレー４８ｗのいずれか一方をオフにする制御を行うことで閉回路を開放することができる。

半導体リレー４８ｖ及び半導体リレー４８ｗが、図７に示すように、順方向を単一方向にのみ、例えば、中性点３２ｎにのみ向けているダイオード部４８ｖｄ及びダイオード部４８ｗｄを有している場合、図５のような地絡、又は図６のような相間短絡が発生すると、半導体リレー４８ｗのスイッチング部４８ｗｓをオフにしたとしても、ダイオード部４８ｗｄを介して閉回路が形成されたまま開放されないこともあり得る。しかし、本実施形態における半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗは全て、スイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓをバイパスするバイパスラインで少なくとも２つのダイオードを順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部４８ｕｄ，４８ｖｄ，４８ｗｄを備えているものである。このため、ダイオード部４８ｕｄ，４８ｖｄ，４８ｗｄを電流が通過することができないので、半導体リレー４８ｗのスイッチング部４８ｗｓをオフにすれば、Ｗ相コイル３２ｗと中性点３２ｎとの間が非導通状態となるので、閉回路の形成を確実に回避することが可能である。

前述のように、各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間のうち全てではなく一部が非導通状態となるように半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗを制御するのは、地絡や相間短絡などの異常が発生しても、異常が発生していない相を用いて、ブラシレスモータ３２の駆動制御を継続することで、電動パワーステアリングシステム１０による操舵力の補助を不完全ながらも続行すべきとのニーズがあるからである。ブラシレスモータ３２の用途によっては、ブラシレスモータ３２の停止を優先して、すべての半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗをオフにするよう制御してもよい。

このようなモータ駆動制御装置３８によれば、スイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓをバイパスするバイパスラインで少なくとも２つのダイオードを順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部４８ｕｄ，４８ｖｄ，４８ｗｄを備えている半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗを、ブラシレスモータ３２における各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間に１つずつ介挿している。

このため、閉回路の形成を確実に回避するために、図８に示すように、各相において、コイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間に、半導体リレー２００ｕと半導体リレー２００ｕ´、半導体リレー２００ｖと半導体リレー２００ｖ´、及び半導体リレー２００ｗと半導体リレー２００ｗ´を夫々介挿して、各相における２つの半導体リレーを、寄生ダイオード２００ｕｄと寄生ダイオード２００ｕｄ´、寄生ダイオード２００ｖｄと寄生ダイオード２００ｖｄ´、及び寄生ダイオード２００ｗｄと寄生ダイオード２００ｗｄ´のそれぞれについて互いの順方向が逆となるように直列に接続する必要がなく、半導体リレーの数を増加させることがない。

したがって、閉回路の形成を確実に回避するために、各相のインピーダンス増大によるモータ効率の低下を招くことがなく、また、部品点数の増加ひいては製品コストの上昇を抑えることもできる。

次に、本発明を実施するための第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付すことでその説明を省略又は簡潔にする。
図９は、ブラシレスモータ３２及びモータ駆動制御装置３８の内部構成の一例を示す。

本実施形態のモータ駆動制御装置３８は、第１実施形態と比べて、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗが故障しているか否かを診断するために用いられる電圧安定化手段５０を更に備えている点で異なる。

電圧安定化手段５０は、第１電圧安定化手段としてのプルアップ抵抗５０ａ、及び第２電圧安定化手段としてのプルダウン抵抗５０ｂ，５０ｃで構成される。プルアップ抵抗５０ａは、駆動回路４０と各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗとを結ぶ３つの通電ラインのうち、Ｕ相コイル３２ｕに対する通電ラインと電圧Ｖｂを供給する電源回路（図示省略）とを接続し、プルダウン抵抗５０ｂ，５０ｃは、夫々、Ｖ相コイル３２ｖに対する通電ラインとグランドとの間、及びＷ相コイル３２ｗに対する通電ラインとグランドとの間を接続する。なお、プルアップ抵抗５０ａは、Ｕ相コイル３２ｕに対する通電ラインと電圧Ｖｂを供給する電源回路とを接続するものに限定されず、Ｖ相コイル３２ｖあるいはＷ相コイル３２ｗに対する通電ラインと電圧Ｖｂを供給する電源回路とを接続するものであってもよく、この場合、プルダウン抵抗５０ｂ，５０ｃは、プルアップ抵抗５０ａが接続された通電ライン以外の通電ラインに接続される。

また、制御器４４は、Ｕ相コイル３２ｕと駆動回路４０とを結ぶ通電ライン、Ｖ相コイル３２ｖと駆動回路４０とを結ぶ通電ライン、及びＷ相コイル３２ｗと駆動回路４０とを結ぶ通電ラインに接続され、制御器４４内の電圧検出回路（図示省略）によりブラシレスモータ３２の各相の端子電圧を検出できるように構成されている。

図１０は、イグニッションキーがＯＮとなったことを契機として、モータ駆動制御装置３８によるブラシレスモータ３２の駆動制御が開始される前に、制御器４４により実行される半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗの故障診断処理を示す。なお、本故障診断処理による半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗの故障有無を診断することにより、前述の第１実施形態におけるモータ故障診断処理の実行可否を早期に判断すべく、本故障診断処理をモータ故障診断処理の前に実行してもよい。

ステップ２００１では、駆動回路４０のスイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂを全てオフ（ＯＦＦ）にする。
図８に示すように、各相において、半導体リレー２００ｕと半導体リレー２００ｕ´との間、半導体リレー２００ｖと半導体リレー２００ｖ´との間、及び半導体リレー２００ｗと半導体リレー２００ｗ´との間を、夫々、内蔵する寄生ダイオードの順方向が互いに逆となるように直列に接続してコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間にそれぞれ介挿した場合、各相の２つの半導体リレーの故障を診断するためには、駆動回路４０のスイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂを制御して各相に流れる電流の方向を切り換える必要があった。しかし、本実施形態のモータ駆動制御装置３８では、後述のように、駆動回路４０を用いずに半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗの故障診断を行うことができるため、駆動回路４０のスイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂを全てオフ（ＯＦＦ）にしている。

ステップ２００２では、Ｕ相の半導体リレー４８ｕをオン（ＯＮ）にするとともに、Ｖ相の半導体リレー４８ｖ、及びＷ相の半導体リレー４８ｗをオフ（ＯＦＦ）にする。
ステップ２００３では、Ｖ相及びＷ相の端子電圧が正常であるか否かを判定する。

半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗが正常である場合には、Ｕ相のコイル３２ｕと中性点３２ｎとの間が導通状態であるが、Ｖ相コイル３２ｖと中性点３２ｎとの間、及びＷ相コイル３２ｗと中性点３２ｎとの間が非導通状態であるので、検出されるＶ相及びＷ相の端子電圧は０レベルとなる。このため、Ｖ相及びＷ相の端子電圧が０レベルとなっているか否か、より詳しくは、Ｖ相及びＷ相の端子電圧が、（０＋α）未満となっているか否かを判定する。ここで、αは、例えば、Ｖ相コイル３２ｖと駆動回路４０とを結ぶ通電ラインや、Ｗ相コイル３２ｗと駆動回路とを結ぶ通電ラインに、プルダウン抵抗５０ｂ，５０ｃにより軽減されるものの、わずかに重畳するノイズの影響など、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗの故障に関連しない端子電圧の上昇を、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗの故障によるものとする誤診断を回避するための誤差である。

Ｖ相及びＷ相の端子電圧が（０＋α）未満である場合、Ｖ相及びＷ相の半導体リレー４８ｖ，４８ｗは短絡故障を起こしていないと認められるので、引き続き、Ｕ相の半導体リレー４８ｕの故障診断を行うべく、ステップ２００４へ進む（Ｙｅｓ）。

Ｖ相又はＷ相の端子電圧が（０＋α）以上である場合、Ｕ相の半導体リレー４８ｕに短絡故障が発生しているか否かを診断することはできないが、少なくとも、端子電圧が（０＋α）となったＶ相又はＷ相の半導体リレー４８ｖ，４８ｗは、スイッチ動作をオフにするようにとの制御器４４の制御指令に反してオンとなり、短絡故障が発生していると認められるので、ステップ２００６に進み（Ｎｏ）、Ｖ相又はＷ相の半導体リレー４８ｖ，４８ｗの故障発生を確定する。

ステップ２００４では、Ｕ相の半導体リレー４８ｕをオフ（ＯＦＦ）にするとともに、Ｖ相の半導体リレー４８ｖ、及びＷ相の半導体リレー４８ｗをオン（ＯＮ）にする。
ステップ２００５では、Ｕ相の端子電圧が正常であるか否かを判定する。

半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗが正常である場合には、Ｖ相コイル３２ｖと中性点３２ｎとの間、及びＷ相コイル３２ｗと中性点３２ｎとの間が導通状態であるが、Ｕ相のコイル３２ｕと中性点３２ｎとの間が非導通状態であるので、検出されるＵ相の端子電圧はＶｂレベルとなる。このため、Ｕ相の端子電圧がＶｂレベルとなっているか否か、より詳しくは、Ｕ相の端子電圧が（Ｖｂ−β）以上となっているか否かを判定する。ここで、βは、前述のαと同様の理由で設けられた誤差である。

Ｕ相の端子電圧が（Ｖｂ−β）以上である場合、Ｕ相の半導体リレー４８ｕは短絡故障を起こしていないと認められるので、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗは全て短絡故障を起こしていないものと診断して、本故障診断を終了する（Ｙｅｓ）。

Ｕ相の端子電圧が（Ｖｂ−β）未満である場合、Ｕ相の半導体リレー４８ｕは、スイッチ動作をオフにするようにとの制御器４４の制御指令に反してオンとなり、短絡故障が発生していると認められるので、ステップ２００７に進み（Ｎｏ）、Ｕ相の半導体リレー４８ｕの故障発生を確定する。

このような第２実施形態のモータ駆動制御装置３８によれば、第１実施形態で説明されるように、順方向が逆向きのダイオードを内蔵する半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗを、夫々、各相のコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間に１つずつ介挿するとともに、各相の通電ラインにプルアップ抵抗５０ａとプルダウン抵抗５０ｂ，５０ｃを接続している。

このため、第２実施形態のモータ駆動制御装置３８では、図８に示すように、各相において、半導体リレー２００ｕと半導体リレー２００ｕ´との間、半導体リレー２００ｖと半導体リレー２００ｖ´との間、及び半導体リレー２００ｗと半導体リレー２００ｗ´との間を、夫々、内蔵する寄生ダイオードの順方向が互いに逆となるように直列に接続してコイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗと中性点３２ｎとの間にそれぞれ介挿した場合のように、各相の２つの半導体リレーの故障を個別に診断するために、駆動回路４０のスイッチング素子４０ｕａ，４０ｕｂ，４０ｖａ，４０ｖｂ，４０ｗａ，４０ｗｂを制御して各相に流れる電流の方向を切り換える必要がない。

したがって、本実施形態のモータ駆動制御装置３８では、駆動回路４０を用いることなく、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗの故障診断を簡易に行うことができる。
前述の第１実施形態及び第２実施形態において、半導体リレー４８ｕ，４８ｖ，４８ｗはいずれも、その等価回路で、スイッチング部４８ｕｓ，４８ｖｓ，４８ｗｓをバイパスするバイパスラインで少なくとも２つのダイオードを順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部４８ｕｄ，４８ｖｄ，４８ｗｄを有していた。しかし、図１１に示すように、例えば、駆動回路４０からＶ相コイル３２ｖを通る通電ラインが絶縁されている場合には、Ｗ相の半導体リレー４８ｗ´を、その等価回路で、スイッチング部４８ｗｓ´をバイパスするバイパスラインに順方向が単一のダイオード特性を有するダイオード部４８ｗｄ´を備えたものにしてもよい。

また、前述の第１実施形態及び第２実施形態において、モータ駆動制御装置３８は、３相のブラシレスモータ３２を駆動制御していたが、Ｎ相（Ｎ≧２）を有するあらゆるブラシレスモータにも適用可能である。この場合、半導体リレーによる閉回路の開放や、半導体リレーの故障診断を行うために、Ｎ相のうち少なくとも（Ｎ−１）相のコイルと中性点との間に介挿された半導体リレーは、その等価回路において、スイッチング部をバイパスするバイパスラインで少なくとも２つのダイオードを順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部を備えている必要がある。

さらに、前述の第１実施形態及び第２実施形態において、ブラシレスモータ３２は、磁極位置検出手段からの磁極位置信号に基づいて駆動されるものに限定されず、センサレス駆動で動作するものであってもよい。

前述の第１〜３実施形態における電動パワーステアリングシステム１０は、ブラシレスモータ３２が操舵補助力を伝達する部分がステアリングシャフト１４であるコラムアシスト方式であるが、操舵補助力を伝達する部分をステアリングシャフト１４に限定するものではなく、いわゆるピニオンアシスト方式やラックアシスト方式の電動パワーステアリングシステムであってもよい。

また、前述の第１〜３実施形態のように、アシストモータの回転で直接に操舵力を補助する電動パワーステアリングシステム１０に限らず、アシストモータの動力により発生させた油圧で操舵力を補助する、いわゆる電動油圧式パワーステアリングシステムであってもよい。

以上、本発明者にとってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることはいうまでもない。

１０…電動パワーステアリングシステム、３２…ブラシレスモータ、３２ｎ…中性点、３２ｕ…Ｕ相コイル、３２ｖ…Ｖ相コイル、３２ｗ…Ｗ相コイル、３８…モータ駆動制御装置、４０…駆動回路、４０ｕａ…Ｕ相上側スイッチング素子、４０ｕｂ…Ｕ相下側スイッチング素子、４０ｖａ…Ｖ相上側スイッチング素子、４０ｖｂ…Ｖ相下側スイッチング素子、４０ｗａ…Ｗ相上側スイッチング素子、４０ｗｂ…Ｗ相下側スイッチング素子、４４…制御、４８ｕ…Ｕ相半導体リレー、４８ｖ…Ｖ相半導体リレー、４８ｗ，４８ｗ´…Ｗ相半導体リレー、４８ｕｓ…Ｕ相半導体リレーのスイッチング部、４８ｖｓ…Ｖ相半導体リレーのスイッチング部、４８ｗｓ，４８ｗｓ´…Ｗ相半導体リレーのスイッチング部、４８ｕｄ…Ｕ相半導体リレーのダイオード部、４８ｖｄ…Ｖ相半導体リレーのスイッチング部、４８ｗｄ，４８ｗｄ´…Ｗ相半導体リレーのダイオード部、５０…電圧安定化手段、５０ａ…プルアップ抵抗、５０ｂ，５０ｃ…プルダウン抵抗、１１４…寄生ダイオード、１１６…ショットキバリアダイオード（ＳＢＤ）

Claims (2)

1. ３相を有するモータを駆動する駆動回路と、
   前記モータの各相のコイルと中性点との間に１つずつ介挿された半導体スイッチング素子と、
   前記駆動回路及び前記半導体スイッチング素子を制御する制御回路と、
   を備えたモータ駆動制御装置であって、
   ３相のうち少なくとも２相のコイルと中性点との間に介挿された半導体スイッチング素子は、夫々、その等価回路において、スイッチ動作を行う１つのスイッチング部と、前記スイッチング部をバイパスするバイパスラインで少なくとも２つのダイオードを順方向が逆向きとなるように直列接続したダイオード部と、を備え、
   前記駆動回路と前記各相のコイルとを結ぶ通電ラインのうち、１相に対する通電ラインと電源とを接続する第１電圧安定化手段を設け、前記１相以外の他の２相に対する通電ラインとグランドとを接続する第２電圧安定化手段を設けたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記駆動回路の動作を停止させた状態で、前記１相のコイルと中性点との間に介挿された半導体スイッチング素子をオンにし、前記他の２相のコイルと中性点との間に介挿された半導体スイッチング素子をオフにした場合に、前記他の２相に対する通電ラインに生じる電圧に基づいて、前記他の２相の半導体スイッチング素子の故障を診断することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。