JP6129677B2 - 電動モータの駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータの駆動制御装置に関する。

従来、例えばインバータ回路の故障などによって、電動モータに電気ブレーキが発生するのを抑制するために、モータ駆動回路と電動モータとの間に相遮断用リレー（相リレー）を設けている。この相リレーに、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体素子を用いた半導体リレーを採用すると、製品の小型化と信頼性の向上が図れる。しかし、半導体リレーは、耐圧の制約が大きいため、相遮断するときに電動モータのインダクタンスにより発生するサージ電圧から保護する必要がある。

そこで、例えば特許文献１では、半導体リレーと並列に抵抗器を接続して保護している。半導体リレーがオフしているときに、抵抗器を介して電流を流すことで、半導体リレーに印加される電位差を小さくして耐圧を超えないようにできる。

特開２００２−２３８２８７号公報

しかしながら、特許文献１の技術で半導体リレーを大きなサージ電圧から保護するためには、抵抗器の抵抗値を低くしなければならない。抵抗値を低くすると電気ブレーキの要因である閉ループのインピーダンスを下げることになり、電気ブレーキの発生を抑制する、という相リレー本来の機能が低下したり損なわれたりする。このため、過大なサージ電圧からの保護と電気ブレーキの抑制を両立させるのは難しい。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体リレーを過大なサージ電圧から保護しつつ、電気ブレーキの発生を抑制できる電動モータの駆動制御装置を提供することにある。

本発明の電動モータの駆動制御装置は、電動モータの駆動を制御する駆動制御装置において、電動モータを駆動制御する駆動回路と、前記駆動回路と前記電動モータとの間の駆動ライン上に相毎に配置され、前記駆動回路から前記電動モータへの通電を遮断する相遮断用の半導体リレーと、前記半導体リレーを前記電動モータの相毎あるいは一括して駆動し、相遮断を行うドライバと、前記ドライバにより前記半導体リレーが相遮断された状態で、外力によって前記電動モータが回動され、前記半導体リレーの前記駆動回路側と前記電動モータ側の電位差が所定値以上になったときに前記半導体リレーをオンさせるアクティブクランプ回路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電気ブレーキに繋がる故障を検出して半導体リレーをオフした場合に、負の過大なサージ電圧が発生すると、アクティブクランプ回路によって半導体リレーをオンさせ、サージ電圧が半導体リレーに印加されるのを抑制して保護できる。従って、半導体リレーを過大なサージ電圧から保護しつつ、電気ブレーキの発生を抑制できる。

電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動モータの駆動制御装置を示す回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動モータの駆動制御装置を示す回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る電動モータの駆動制御装置を示す回路図である。 本発明の第４の実施形態に係る電動モータの駆動制御装置を示す回路図である。 本発明の第５の実施形態に係る電動モータの駆動制御装置を示す回路図である。 本発明の第６の実施形態に係る電動モータの駆動制御装置を示す回路図である。 本発明の第７の実施形態に係る電動モータの駆動制御装置を示す回路図である。 本発明の変形例について説明するための回路図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態では、電動モータの駆動制御装置の一例として、電動パワーステアリング装置について説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置、所謂ＥＰＳ（Electric Power Steering）システムは、ステアリングホイール（ハンドル）１００、操舵トルク検出センサ１１０、アシスト用モータ１２０及び制御装置１３０などを含んで構成される。ステアリングシャフト１４０を内包するステアリングコラム１５０内には、上記操舵トルク検出センサ１１０及び減速機１６０が設けられている。

そして、車両の運転者がステアリング操作を行う際に、ステアリングシャフト１４０に発生する操舵トルクを操舵トルク検出センサ１１０によって検出し、この操舵トルク信号Ｓ１と車速信号Ｓ２などに基づいて、制御装置１３０でアシスト用モータ１２０を駆動することにより、アシスト用モータ１２０から走行状態に応じたステアリングアシスト力を発生させる。これによって、ステアリングシャフト１４０の先端に設けられたピニオンギア１７０が回転すると、ラック軸１８０が進行方向左右に水平移動することで、運転者のステアリング操作が車輪（タイヤ）２００に伝達されて車両の向きを変える。

［第１の実施形態］
次に、本発明の第１の実施形態に係る電動パワーステアリング制御装置の回路構成について図２により説明する。図２において、図１に示したＥＰＳシステムにおけるアシスト用モータは、制御装置としてのコントロールユニットによって制御される。図１のアシスト用モータ１２０を電動モータＭに、制御装置１３０をコントロールユニット３００にそれぞれ対応させ、コントロールユニット３００内のマイクロコンピュータ（マイコン）６に操舵トルク信号Ｓ１及び車速信号Ｓ２などを供給する（図示せず）。そして、マイクロコンピュータ６により、インバータ用ドライバ回路２とインバータ回路１を経由して電動モータＭを駆動し、走行状態に応じたステアリングアシスト力を発生させる。

コントロールユニット３００は、更に、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ、電源リレー４（力行遮断リレー４ａ、回生遮断リレー４ｂ）、電源ＩＣ５、力行遮断リレー４ａ及び回生遮断リレー４ｂ用のドライバ（ディスクリート）７ａ，７ｂ、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ用のドライバ（ディスクリート）８Ｕ，８Ｖ，８Ｗ、昇圧回路９及びアクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗなどを含んで構成されている。

電源ＩＣ５は、バッテリーなどの電源から供給される電源電圧に基づいて、マイクロコンピュータ６に動作電源を供給する。昇圧回路９にもバッテリーから電源電圧が供給され、この電源電圧を昇圧して昇圧電圧を生成する。
ドライバ７ａは、マイクロコンピュータ６による制御に基づいて、昇圧回路９で昇圧された電圧レベルの制御信号を力行遮断リレー（半導体リレー）４ａに供給してオン／オフ制御する。同様に、ドライバ７ｂは、マイクロコンピュータ６による制御に基づいて、昇圧回路９で昇圧された電圧レベルの制御信号を回生遮断リレー（半導体リレー）４ｂに供給してオン／オフ制御する。
電源リレー４（力行遮断リレー４ａと回生遮断リレー４ｂ）は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴで構成されている。これらＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間とソース・ドレイン間とが直列接続され、バッテリーＢＡからインバータ回路１に電源ライン１５を介して動作電源を供給するようになっている。これらＭＯＳＦＥＴにおいて、ソース・ドレイン間に順方向に接続されているダイオードＤ１０，Ｄ１１は寄生ダイオードである。

インバータ回路１は、駆動ライン１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗを介して電動モータＭのＵ相，Ｖ相及びＷ相をそれぞれ相毎に駆動する３組の半導体素子を備えた３相ブリッジ回路構成である。本例では、各半導体素子がＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＵＬ，１ＶＨ，１ＶＬ，１ＷＨ，１ＷＬで構成されている。
ＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＵＬは、電源ライン１５と接地点間にドレイン・ソース間が直列接続され、共通接続点に上記駆動ライン１４Ｕの一端が接続される。ＭＯＳＦＥＴ１ＶＨ，１ＶＬは、電源ライン１５と接地点間にドレイン・ソース間が直列接続され、共通接続点に上記駆動ライン１４Ｖの一端が接続される。また、ＭＯＳＦＥＴ１ＷＨ，１ＷＬは、電源ライン１５と接地点間にドレイン・ソース間が直列接続され、共通接続点に上記駆動ライン１４Ｗの一端が接続されている。
尚、各ＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＵＬ，１ＶＨ，１ＶＬ，１ＷＨ，１ＷＬにおいて、ソース・ドレイン間に順方向に接続されているダイオードＤ１〜Ｄ６は寄生ダイオードである。

インバータ用ドライバ回路２は、インバータ回路１における上流側駆動素子（上アーム）であるＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＶＨ，１ＷＨにそれぞれ対応するＨ側ドライバ２ＵＨ，２ＶＨ，２ＷＨと、下流側駆動素子（下アーム）であるＭＯＳＦＥＴ１ＵＬ，１ＶＬ，１ＷＬにそれぞれ対応するＬ側ドライバ２ＵＬ，２ＶＬ，２ＷＬを備えている。これらＨ側ドライバ２ＵＨ，２ＶＨ，２ＷＨとＬ側ドライバ２ＵＬ，２ＶＬ，２ＷＬには、昇圧回路９で昇圧された電源電圧が供給される。各Ｈ側ドライバ２ＵＨ，２ＶＨ，２ＷＨの出力端にはそれぞれ、ＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＶＨ，１ＷＨのゲートが接続されて選択的にオン／オフ制御され、各Ｌ側ドライバ２ＵＬ，２ＶＬ，２ＷＬの出力端にはそれぞれ、ＭＯＳＦＥＴ１ＵＬ，１ＶＬ，１ＷＬのゲートが接続されて選択的にオン／オフ制御される。

相リレー（第１半導体リレー）３Ｕ，３Ｖ，３Ｗはそれぞれ、インバータ回路１と電動モータＭとの間、すなわち駆動ライン１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ上に設けられている。これら相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗには、半導体素子、本例ではＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いており、インバータ回路１から電動モータＭへの通電を遮断する。また、各相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗに対応し、相毎にドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗが設けられている。相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴは、ドレインがインバータ回路１側に接続され、ソースが電動モータＭ側に接続され、ゲートがドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗに接続されている。これらＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間には、寄生ダイオードＤ７〜Ｄ９が形成されており、寄生ダイオードＤ７〜Ｄ９の向きが電動モータＭ側からインバータ回路１側に向かって順方向になっている。ドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗには昇圧回路９から昇圧された電源電圧が供給され、マイクロコンピュータ６の制御に基づき、制御ライン（第１制御ライン）１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗをそれぞれ介して各ＭＯＳＦＥＴのゲートに制御信号を供給し、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを個別に駆動（オン／オフ制御）する。

各ドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗの出力端（制御ライン１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ）と、インバータ回路１と相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗとの間の駆動ライン１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗとの間にはそれぞれ、アクティブクランプ回路（第１アクティブクランプ回路）１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗが相毎に接続されている。すなわち、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴにおけるゲートとドレイン間が、それぞれアクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗで接続されている。換言すれば、アクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗによって、ドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗ側とインバータ回路１側がそれぞれ接続されている。アクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗはそれぞれ、２つのツェナーダイオードＺＤ１とＺＤ２、ＺＤ３とＺＤ４、ＺＤ５とＺＤ６のアノードが共通接続されたバックトゥーバック構成になっている。

上記のような構成において、イグニッションスイッチＩＧがオンすると、電源ＩＣ５からマイクロコンピュータ６に動作電源が供給されるともに、昇圧回路９に電源電圧が供給される。昇圧回路９により昇圧された電源電圧は、インバータ用ドライバ回路２のＨ側ドライバ２ＵＨ，２ＶＨ，２ＷＨ、Ｌ側ドライバ２ＵＬ，２ＶＬ，２ＷＬ、及びドライバ７ａ，７ｂ，８Ｕ，８Ｖ，８Ｗにそれぞれ供給される。

マイクロコンピュータ６はドライバ７ａ，７ｂを制御し、力行遮断リレー４ａ及び回生遮断リレー４ｂを構成する各ＭＯＳＦＥＴのゲートに制御信号を供給してオン／オフ制御する。また、このマイクロコンピュータ６からインバータ用ドライバ回路２に、例えばパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を出力する。インバータ用ドライバ回路２中の各Ｈ側ドライバ２ＵＨ，２ＶＨ，２ＷＨとＬ側ドライバ２ＵＬ，２ＶＬ，２ＷＬはそれぞれ、上記ＰＷＭ信号に基づいて、インバータ回路１中の各ＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＶＨ，１ＷＨ，１ＵＬ，１ＶＬ，１ＷＬのゲートにそれぞれ上記ＰＷＭ信号に基づく駆動信号を供給して選択的にオン／オフ制御する。

更に、マイクロコンピュータ６はドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗを制御し、これらのドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗから上記相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴのゲートにそれぞれ制御信号を供給してオン／オフ制御する。
そして、電動モータＭの駆動時には、力行遮断リレー４ａ及び回生遮断リレー４ｂを構成する各ＭＯＳＦＥＴをオン状態、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴをオン状態にする。また、インバータ回路１の各ＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＶＨ，１ＷＨ，１ＵＬ，１ＶＬ，１ＷＬを選択的にオン／オフ制御することで、電動モータＭを駆動ライン１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗを介して３相駆動する。この際、必要に応じてＰＷＭ信号のデューティを可変し、電動モータＭの出力トルクを制御することでアシスト力を変化させる。

一方、マイクロコンピュータ６で電気ブレーキに繋がる故障を検出した場合、例えばインバータ回路１のＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＵＬ，１ＶＨ，１ＶＬ，１ＷＨ，１ＷＬの少なくとも１つのショート故障の場合には、力行遮断リレー４ａ及び回生遮断リレー４ｂを構成する各ＭＯＳＦＥＴをオフ状態にして電源の供給を遮断するとともに、ドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗにより、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴをオフ状態にしてインバータ回路１から電動モータＭへの電流の流出入を遮断する。これによって、電動モータＭを強制的に停止させるとともに、電動モータＭが回転したときの誘起電圧によって生成される電流路（閉ループ）を遮断して電気ブレーキの発生を抑制する。

ここで、インバータ回路１のＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＵＬ，１ＶＨ，１ＶＬ，１ＷＨ，１ＷＬのうち、上アーム側（ＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＶＨ，１ＷＨ）のいずれか１つが故障した場合には、故障した相の相リレー（３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ）をオフにして、残りの正常な各相を利用して電動モータＭを駆動制御するフェイルセーフ制御を実施することができる。
これにより、電気ブレーキに繋がる故障が発生しても、電気ブレーキの発生を抑制しつつ、電動モータＭの駆動が継続され、アシスト力を発生させることができる。
尚、故障した相が遮断され、正常な２相で電動モータが駆動制御されることになるので、全相が正常である場合と比べて、アシスト力の低下や、ステアリング性能の低下が生じる惧れがあるが、電動モータＭが停止してアシスト力がなくなる場合に比べて、運転性が向上できる。
また、本実施形態では３相駆動であるが、異常時に使用される相を追加した電動モータ構成とし、正常な相と該追加された相を用いて電動モータを駆動制御して、正常時と同様のアシスト力を発生させることも可能である。

＜相遮断時の保護動作＞
次に、マイクロコンピュータ６で電気ブレーキに繋がる故障を検出し、電動モータＭの駆動状態から相遮断を行う場合の動作について詳しく説明する。通電状態で相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴをオフすると、電動モータＭのインダクタンスから発生した逆起電力により、負の大きなサージ電圧が発生する。ここで、相リレー３Ｕを構成するＭＯＳＦＥＴのソースに負のサージ電圧、例えば−４０〔Ｖ〕が印加されたと仮定して説明する。
アクティブクランプ回路１０Ｕを備えない場合には、ＭＯＳＦＥＴがゲート容量を有するため、ゲート電位Ｖｇが、ソースに印加されたサージ電圧によって、０（Ｖ）からソース電位Ｖｓ（＝−４０Ｖ）と同じ電位まで変化する。このため、相リレー３Ｕを構成するＭＯＳＦＥＴはオフしつづけ、ドレインとソース間の電位差が−４０〔Ｖ〕となり、ＭＯＳＦＥＴの耐圧を越えて故障する惧れがある。
一方、本実施形態では、アクティブクランプ回路１０Ｕを設けたことにより、ゲート電位Ｖｇがソース電位Ｖｓ（＝−４０Ｖ）と同じ電位までは変化せず、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧−Ｖｚでクランプされる。これによって、ゲートとソースの間の電位差が４０−Ｖｚ〔Ｖ〕となり、相リレー３Ｕを構成するＭＯＳＦＥＴがオンする。
尚、ツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧Ｖｚは、ＭＯＳＦＥＴの耐圧よりも小さい電圧であり、ＭＯＳＦＥＴがオンする電圧レベルに設定することが好ましい。

従って、負の過大なサージ電圧がＭＯＳＦＥＴの耐圧を超えて印加される前に、相リレー３Ｕをオンさせて電位差を小さくし、ＭＯＳＦＥＴの破壊などの故障を抑制できる。サージ電圧が低い場合には、相リレー３Ｕを構成するＭＯＳＦＥＴはオフ状態を維持するので、電気ブレーキの発生を抑制できる。
相リレー３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴに負の大きなサージ電圧が印加された場合も同様であり、対応する相リレー３Ｖまたは３Ｗをオンさせることで電位差を解消でき、ＭＯＳＦＥＴの破壊などの故障を抑制できる。
尚、電動モータＭから相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗに正のサージ電圧が印加された場合には、寄生ダイオードＤ７〜Ｄ９を介してＭＯＳＦＥＴのソースからドレイン側に電流が流れる。よって、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成するＭＯＳＦＥＴには大きな電位差は印加されない。

＜外力による電動モータの起電力からの保護動作＞
相遮断状態で、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴがオフ状態のときに、ステアリング操作や縁石への乗り上げなどによる外力が印加されて電動モータＭが回動され、発電モードになった場合にもサージ電圧と同様な保護を行うことができる。すなわち、外力が大きく（電動モータＭが高速回転）、電動モータＭから負の大きな起電力が発生すると、アクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗにより、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成するＭＯＳＦＥＴがオンして保護動作を行う。
一方、外力が小さく（電動モータが低速回転）、起電力が低い場合は、アクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗは作動せず、ＭＯＳＦＥＴはオフ状態を維持するので、電気ブレーキを抑制できる。

よって、過大なサージ電圧に対しては相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成するＭＯＳＦＥＴを保護し、ＭＯＳＦＥＴが破壊される虞がない小さなサージ電圧に対しては電気ブレーキの発生を抑制する、という効果を高いレベルで両立できる。
尚、電動モータＭから相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗに正の起電力が印加された場合には、寄生ダイオードＤ７〜Ｄ９を介してＭＯＳＦＥＴのソースからドレイン側に電流が流れる。よって、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成するＭＯＳＦＥＴには大きな電位差は印加されない。

＜可制御範囲の拡大効果＞
上述したように、印加されるサージ電圧が大きくても相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを保護することができるので、電気ブレーキに繋がる故障を検出したときに、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗをオフするタイミングを早めることができ、電気ブレーキを効果的に抑制することが可能となる。
相リレーをオフするタイミングを早くすることは、サージ電圧が発生している状態、すなわち、過大な電流が発生している状態であっても、少なくとも故障した相の相リレーをオフできることであり、可制御範囲を拡大できる。
＜コストの抑制効果＞
アクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗには、それぞれバックトゥーバックのツェナーダイオードを３組設けるだけで良いので、部品点数の増加によるコストの上昇を抑制できる。

＜フェールセーフ制御の実施効果＞
インバータ回路１のＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＵＬ，１ＶＨ，１ＶＬ，１ＷＨ，１ＷＬのうち、上アーム側のＭＯＳＦＥＴ（１ＵＨ，１ＶＨ，１ＷＨ）のいずれか１つが故障した場合、故障した相の相リレー（３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ）をオフにして、残りの正常な各相を利用して電動モータＭを駆動制御するフェイルセーフ制御を実施することができる。
これにより、電気ブレーキに繋がる故障が発生しても、電気ブレーキの発生を抑制しつつ、電動モータＭの駆動が継続され、アシスト力を発生させることができる。
尚、故障した相が遮断されるため、正常である２相で電動モータが駆動制御されることになるので、全相が正常である場合と比べて、アイスト力の低下や、ステアリング性能の低下が生じる惧れがあるが、電動モータＭが停止してアシスト力がなくなる場合に比べて、運転性が向上できる。
また、本実施形態では３相駆動であるが、異常時に使用される相を追加した電動モータ構成とし、正常な相と該追加された相を用いてモータを駆動制御して、正常時と同様のアシスト力を発生させることも可能である。
更に、本実施形態では各相毎にドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗを設けたが、各相のドライバ機能を一体化したパッケージ素子として構成し、各相毎に相リレーを制御する構成としても良い。

上記のような構成によれば、電気ブレーキに繋がる故障を検出し、相リレー（半導体リレー）をオフする場合に、相リレーのオフに伴って電動モータのインダクタンスにより発生するサージ電圧が、半導体素子の耐圧を超えて印加されるのを抑制できる。
また、相遮断状態で、車輪側からの反力やステアリング操作による外力によって、電動モータが回動されて過大な起電力が発生した場合は、相リレーをオンにして耐圧オーバーによる破壊などを抑制することができ、起電力が小さい場合には相リレーのオフ状態を維持することで電気ブレーキの発生を抑制することができる。
従って、半導体リレーを過大なサージ電圧から保護しつつ、電気ブレーキの発生を抑制できる。

［第２の実施形態］
上述した第１の実施形態では相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗにそれぞれ対応するドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗを設けたのに対し、図３に示す第２の実施形態は、１個のドライバ（ディスクリート）８により、制御ライン１６を介して相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを一括して制御するものである。

前述したように、アクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを設けたことによって、相電流の大小に拘わらず相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗをオフ（相遮断）できる。よって、各相の相電流を遮断するタイミングを考慮する必要がなく、１個のドライバ８で相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを同時にオフさせることが可能となる。
他の基本的な回路構成は図２と同様であるので、図３において図２と同一構成部に同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
本第２の実施形態では、ドライバ８を各相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗで共用することで、回路の簡略化が図れ、制御装置３００の低コスト化にも寄与できる。

［第３の実施形態］
上述した第２の実施形態では、ドライバ８により相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを一括制御したのに対し、図４に示す第３の実施形態では、ドライバ７ａにより力行遮断リレー４ａと相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを制御している。
力行遮断リレー４ａと相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗは、電動モータＭの駆動時と電気ブレーキ抑制時には基本的に同様なオン／オフ動作を行う。また、アクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを設けたことによって、相電流の大小に拘わらず相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗをオフできる。よって、ドライバ７ａにより力行遮断リレー４ａと相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを同時に制御することが可能となる。

他の基本的な回路構成は図２及び図３と同様であるので、図４において図２及び図３と同一構成部に同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
このような構成によれば、ドライバ７ａを力行遮断リレー４ａと相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗで共用できるので、第２の実施形態よりも更に回路の簡略化が図れ、制御装置３００の低コスト化が図れる。

［第４の実施形態］
図５に示す第４の実施形態は、第３の実施形態におけるアクティブクランプ回路をバリスタ１０Ｕ’，１０Ｖ’，１０Ｗ’で構成したものである。バリスタ１０Ｕ’，１０Ｖ’，１０Ｗ’は、両端の電圧が増大すると急速に抵抗が減少するため、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ６を用いた場合と同様に、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成するＭＯＳＦＥＴを過大なサージ電圧から保護しつつ、印加電圧が低い場合には電気ブレーキの発生を抑制できる。

他の基本的な回路構成は図４と同様であるので、図５において図４と同一構成部に同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
このような構成であっても、第３の実施形態と実質的に同様な作用効果が得られる。尚、第１及び第２の実施形態におけるアクティブクランプ回路に、ツェナーダイオードに代えてバリスタを用いても良いのはもちろんである。

［第５の実施形態］
図６に示す第５の実施形態は、上述した第３の実施形態において、回生遮断リレー４ｂにアクティブクランプ回路１２を設けたものである。アクティブクランプ回路１２は、ドライバ７ｂの制御ライン（第２制御ライン）とインバータ回路１の電源ライン１５との間、すなわち、回生遮断リレー４ｂを構成するＭＯＳＦＥＴのゲートとドレイン間に接続している。
上記のような構成において、相遮断時に電動モータＭから例えば相リレー３Ｕに正の過大なサージ電圧、あるいは正の大きな起電力が印加されると、寄生ダイオードＤ７，Ｄ１を介して電源ライン１５の電位が上昇する。そして、電源ライン１５（回生遮断リレー４ｂを構成するＭＯＳＦＥＴのドレイン側）の電位が、アクティブクランプ回路１２におけるツェナーダイオードＺＤ８の降伏電圧よりも高くなると、ドライバ７ｂの制御ラインの電位が上昇して回生遮断リレー４ｂを構成するＭＯＳＦＥＴがオンする。

これによって、力行遮断リレー４ａを構成するＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードＤ１０を介してバッテリーＢＡにサージ電圧あるいは起電力を導き、回生遮断リレー４ｂを構成するＭＯＳＦＥＴを保護することができる。
相リレー３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴに正の過大なサージ電圧、あるいは正の大きな起電力が印加された場合も同様である。
他の基本的な回路構成は第３の実施形態と同様であるので、図６において図４と同一構成部に同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
このような構成によれば、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成するＭＯＳＦＥＴを保護するだけでなく、正の過大なサージ電圧、あるいは正の大きな起電力が印加された場合に回生遮断リレー４ｂを保護できる。

［第６の実施形態］
図７に示す第６の実施形態は、上述した第５の実施形態における相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗと回生遮断リレー４ｂに加えて、インバータ回路１の下流側ＭＯＳＦＥＴ（下流側駆動素子）１ＵＬ，１ＶＬ，１ＷＬにアクティブクランプ回路１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗを設けたものである。
すなわち、Ｌ側ドライバ２ＵＬの出力端（第３制御ライン）とＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＵＬの共通接続点（下流側駆動素子の上流側ライン）、Ｌ側ドライバ２ＶＬの出力端（第３制御ライン）とＭＯＳＦＥＴ１ＶＨ，１ＶＬの共通接続点、及びＬ側ドライバ２ＷＬの出力端（第３制御ライン）とＭＯＳＦＥＴ１ＷＨ，１ＷＬの共通接続点にそれぞれ、アクティブクランプ回路１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗを相毎に接続している。換言すれば、インバータ回路１の各接地側ＭＯＳＦＥＴ１ＵＬ，１ＶＬ，１ＷＬにおけるドレインとゲート間に、アクティブクランプ回路１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗを接続している。

上記のような構成において、相遮断時に電動モータＭから例えば相リレー３Ｕに正の過大なサージ電圧、あるいは正の過大な起電力が印加されると、寄生ダイオードＤ７を介してインバータ回路１と相リレーとの間の駆動ライン１４Ｕの電位が上昇する。そして、アクティブクランプ回路１１ＵにおけるツェナーダイオードＺＤ１０の降伏電圧よりも高くなると、ＭＯＳＦＥＴ１ＵＬの制御ラインの電位が上昇してオンする。これによって、過大なサージ電圧あるいは過大な起電力を接地点に導き、ＭＯＳＦＥＴ１ＵＬを保護することができる。

また、ＭＯＳＦＥＴ１ＵＨの寄生ダイオードＤ１と電源ライン１５を介して回生遮断リレー４ｂを構成するＭＯＳＦＥＴのドレイン電位が上昇する。この電位がアクティブクランプ回路１２におけるツェナーダイオードＺＤ８の降伏電圧を超えると、回生遮断リレー４ｂの制御ラインの電位が上昇してオンし、力行遮断リレー４ａを構成するＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードＤ１０を介して電源にサージ電圧を導いて保護することができる。
相リレー３Ｖ，３Ｗを構成する各ＭＯＳＦＥＴに正の過大なサージ電圧あるいは過大な起電力が印加された場合も同様であり、対応するＭＯＳＦＥＴ１ＶＬまたは１ＷＬをオンさせることで電位差を小さくしてこれらのＭＯＳＦＥＴ１ＶＬまたは１ＷＬを保護できる。
他の基本的な回路構成は図６と同様であるので、図７において図６と同一構成部に同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。

このような構成によれば、インバータ回路１が停止している状態で、ＭＯＳＦＥＴ１ＵＬ，１ＶＬ，１ＷＬ（下流側駆動素子）をオンさせて接地点に逃がすことができる。従って、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成するＭＯＳＦＥＴを過大なサージ電圧から保護するとともに、回生遮断リレー４ｂとインバータ回路１を構成するＭＯＳＦＥＴに高電圧が印加されるのを抑制できる。
尚、本第６の実施形態においては、アクティブクランプ回路１２は必須ではなく、回生遮断リレー４ｂの耐圧が低い場合や高い保護効果が必要なときに設ければ良い。

［第７の実施形態］
図８に示す第７の実施形態は、上述した第３の実施形態において、力行遮断リレー４ａにアクティブクランプ回路１３を設けたものである。アクティブクランプ回路１３は、ドライバ７ａの制御ラインと電源ラインとの間、すなわち、力行遮断リレー４ａを構成するＭＯＳＦＥＴのゲートとドレイン間に接続している。
上記のような構成において、相遮断時に電動モータＭから例えば相リレー３Ｕに負の過大なサージ電圧が印加されると、アクティブクランプ回路１０Ｕにより相リレー３ＵのＭＯＳＦＥＴがオンする。この際、アクティブクランプ回路１０Ｕを介して制御ライン１６の電位が低下し、力行遮断リレー４ａを構成するＭＯＳＦＥＴのゲート電位が低下する。このＭＯＳＦＥＴのゲート電位の低下によって、アクティブクランプ回路１３の両端の電位差が大きくなる。そして、ツェナーダイオードＺＤ１６の降伏電圧を超えると、力行遮断リレー４ａの制御ラインの電位が上昇してオンし、力行遮断リレー４ａを構成するＭＯＳＦＥＴを保護することができる。

他の基本的な回路構成は図６と同様であるので、図８において図６と同一構成部に同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
このような構成によれば、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを構成するＭＯＳＦＥＴを過大なサージ電圧から保護するとともに、負の過大なサージ電圧に対して保護動作を行った場合に、力行遮断リレー４ａも保護できる。相遮断時に電動モータＭの起電力により負電圧が印加されて保護動作を行った場合も同様である。

［変形例］
上述した第１乃至第７の実施形態においては、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３ＷをＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴとし、アクティブクランプ回路１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗをそれぞれ、相リレー３Ｕ，３Ｖ，３Ｗのドライバ８Ｕ，８Ｖ，８Ｗ側とインバータ回路１側に接続した。しかし、この構成に限らず、図９に示すように相リレー３をＰチャンネル型ＭＯＳＦＥＴとし、アクティブクランプ回路１０を、相リレー３の電動モータＭ側とドライバ８側とを接続するように構成しても各実施形態と同様の効果を奏する。

また、相リレー３をＰチャンネル型ＭＯＳＦＥＴとし、アクティブクランプ回路１０を、相リレー３の電動モータＭ側とドライバ８側とを接続するとともに、第１の実施形態と同様に、相リレー３毎にドライバ８を設けても良い。このような構成では、インバータ回路１のＭＯＳＦＥＴ１ＵＨ，１ＵＬ，１ＶＨ，１ＶＬ，１ＷＨ，１ＷＬのうち、下アーム側（１ＵＬ，１ＶＬ，１ＷＬ）のいずれか１つが故障した場合、故障した相の相リレー（３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ）をオフにして、残りの正常な各相を利用して電動モータＭを駆動制御するフェイルセーフ制御を実施することができる。これにより、電気ブレーキに繋がる故障が発生しても、電気ブレーキの発生を抑制しつつ、電動モータＭの駆動が継続され、アシスト力を発生させることができる。

尚、各実施形態では、アクティブクランプ回路を、ツェナーダイオードのバックトゥーバック接続及びバリスタを例に取って説明したが、これらに限定されるものではなく、電位差が大きいときにオン／オフできる回路や素子であれば他の構成でも良い。
また、半導体リレーを構成する半導体素子として、ＭＯＳＦＥＴを例に取って説明したが、相リレー、インバータ回路及び電源リレーに他の半導体素子、例えばバイポーラトランジスタやＩＧＢＴなどを用いた制御装置にも適用可能である。
更に、各実施形態では、電動パーステアリング装置を例に取って説明したが、電動パーステアリング装置に限定されるものではなく、様々な電動モータの駆動制御装置に適用可能であり、例えばシートベルト用電動モータ装置、ブレーキなどの車両用電動モータ装置などにも適用できる。

ここで、上記各実施形態から把握し得る技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
電動モータの駆動制御装置は、その一つの態様において、前記電動モータが３相駆動の場合に、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の前記第１半導体リレーを一括駆動するドライバを更に備える。
上記構成によると、ドライバをＵ相、Ｖ相及びＷ相で共用して回路の簡略化が図れ、制御装置の低コスト化にも寄与できる。

電動モータの駆動制御装置の好ましい態様では、前記駆動回路に電源を供給する電源ライン上に配置され、前記駆動回路への電源の供給／遮断を制御する第３半導体リレーと、前記第１半導体リレーを駆動する駆動ラインと前記電源の電位差が所定値以上になったときに前記第３半導体リレーをオンさせる第４アクティブクランプ回路と、前記第１半導体リレー及び前記第３半導体リレーを一括駆動するドライバとを更に備える。
上記構成によると、第１及び第３半導体リレーを駆動するドライバを第１半導体リレーと第３半導体リレーで共用して回路の簡略化が図れ、制御装置の低コスト化にも寄与できる。

Ｍ…電動モータ、１…インバータ回路、２…インバータ用ドライバ回路、３，３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ…相リレー、４…電源リレー、４ａ…力行遮断リレー、４ｂ…回生遮断リレー、７ａ，７ｂ，８，８Ｕ，８Ｖ，８Ｗ…ドライバ、１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ，１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ，１２，１３…アクティブクランプ回路、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ…駆動ライン、１５…電源ライン、１６，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ…制御ライン、１００…ステアリングホイール、２００…車輪、３００…コントロールユニット

Claims (3)

1. 電動モータの駆動を制御する駆動制御装置において、
   電動モータを駆動制御する駆動回路と、
   前記駆動回路と前記電動モータとの間の駆動ライン上に相毎に配置され、前記駆動回路から前記電動モータへの通電を遮断する相遮断用の第１半導体リレーと、
   前記第１半導体リレーを前記電動モータの相毎あるいは一括して駆動し、相遮断を行う第１ドライバと、
   前記第１ドライバにより前記第１半導体リレーが相遮断された状態で、外力によって前記電動モータが回動され、前記第１半導体リレーの前記駆動回路側と前記電動モータ側の電位差が所定値以上になったときに前記第１半導体リレーをオンさせる第１アクティブクランプ回路と、
   を備えることを特徴とする電動モータの駆動制御装置。
2. 前記駆動回路に電源を供給する電源ライン上に配置され、前記駆動回路への電源の供給／遮断を制御する第２半導体リレーと、前記第２半導体リレーの前記駆動回路側と前記電源側の電位差が所定値以上になったときに前記第２半導体リレーをオンさせる第２アクティブクランプ回路とを更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の電動モータの駆動制御装置。
3. 前記駆動回路における下流側駆動素子の上流側ライン部と接地点間の電位差が所定値以上になったときに、前記下流側駆動素子をオンさせる第３アクティブクランプ回路を更に備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動モータの駆動制御装置。