JP6139394B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）方式によりモータを制御するモータ制御装置に関する。

例えば、車両の電動パワーステアリング装置においては、ハンドルの操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリング機構に与えるために、３相ブラシレスモータなどの電動式モータが設けられる。このモータの回転を制御する装置として、ＰＷＭ方式を用いたモータ制御装置が知られている。

一般に、ＰＷＭ方式のモータ制御装置は、ＰＷＭ信号により駆動されるスイッチング素子のオン・オフ動作に基づいてモータに電流を供給するインバータ回路と、モータに流れる電流（モータ電流）を検出する電流検出部と、モータ電流の検出値とモータ電流の目標値との偏差に基づいてＰＷＭ信号のデューティを演算するデューティ演算部と、当該デューティを持ったＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ信号生成部とを備えている。特許文献１〜４には、このようなＰＷＭ方式のモータ制御装置が開示されている。

特許文献１では、２つの巻線を有するモータを駆動するための２系統の駆動装置が設けられ、各系統にインバータ回路が備わっている。そして、１つのＰＷＭ信号生成部で生成されたＰＷＭ信号を、２つのインバータ回路へ分岐して出力するようにしている。

特許文献２では、２つの巻線を有するモータを駆動するための２系統の駆動装置が設けられ、各系統にインバータ回路とＰＷＭ信号生成部とが備わっている。そして、それぞれのＰＷＭ信号生成部で生成されたＰＷＭ信号を、対応するインバータ回路へ出力するようにしている。

特許文献３では、２台のモータをそれぞれ駆動する２つのインバータ回路と、これらのインバータ回路を制御する１つの制御部とが備わっている。また、制御部には、２つのＰＷＭ信号生成部が備わっている。そして、それぞれのＰＷＭ信号生成部で生成されたＰＷＭ信号を、対応するインバータ回路へ出力するようにしている。

特許文献４では、１台のモータを駆動する２つのインバータ回路と、これらのインバータ回路をそれぞれ制御する２つの制御部とが備わっている。各インバータ回路の出力側は結合され、モータに接続されている。そして、２つの制御部のそれぞれで生成されたＰＷＭ信号を、対応するインバータ回路へ出力するようにしている。

特開２０１１−１５２０２７号公報 特開２０１０−２２６８９９号公報 特開２０１２−１２０２９６号公報 特開２０１３−１１３６９５号公報

ＰＷＭ方式のモータ制御装置において、デューティ演算部を複数設けた場合は、一部のデューティ演算部が故障などで停止した場合でも、他のデューティ演算部でデューティの演算が行われるので、ＰＷＭ信号が出力され制御が継続される。しかし、複数のデューティ演算部が並行してデューティの演算を行うと、各デューティ演算部における演算処理の負荷が増大する。

本発明の課題は、複数のデューティ演算部における演算処理の負荷を低減しつつ、一部のデューティ演算部が故障などで停止した場合でも制御を継続できるモータ制御装置を提供することにある。

本発明に係るモータ制御装置は、スイッチング素子のオン・オフによりモータを駆動するインバータ回路と、スイッチング素子をオン・オフさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、ＰＷＭ信号のデューティを演算するデューティ演算部とを備えている。デューティ演算部は、複数のデューティ演算部からなる。複数のデューティ演算部は、ＰＷＭ信号の異なる１周期の期間でいずれかのデューティ演算部のみがデューティ演算を行うように、時分割で交互にデューティを演算する。そして、複数のデューティ演算部のそれぞれで演算されたデューティに基づいてＰＷＭ信号生成部が生成したＰＷＭ信号は、連続したＰＷＭ信号として出力される。

このようにすると、複数のデューティ演算部が、ＰＷＭ信号の異なる１周期の期間でいずれかのデューティ演算部のみがデューティ演算を行うように、時分割で交互にデューティを演算するので、各デューティ演算部における演算処理の負荷を低減することができる。また、故障などが原因で、一部のデューティ演算部の動作が停止した場合でも、他のデューティ演算部でデューティ演算が行われるので、ＰＷＭ信号の出力が完全に停止してしまうことが回避され、モータの制御を継続することができる。

本発明において、モータの駆動に伴って発生する、当該モータにおける所定の物理量を検出する物理量検出部と、モータの物理量に対する指令値を演算する指令値演算部とをさらに設けてもよい。この場合、各デューティ演算部は、物理量検出部で検出された物理量の値を、指令値演算部で演算された指令値と比較し、それらの偏差に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティを演算する。

本発明において、デューティ演算部は、第１デューティ演算部および第２デューティ演算部から構成され、ＰＷＭ信号生成部は、第１デューティ演算部で演算されたデューティを持つ第１ＰＷＭ信号を生成する第１ＰＷＭ信号生成部と、第２デューティ演算部で演算されたデューティを持つ第２ＰＷＭ信号を生成する第２ＰＷＭ信号生成部とから構成されていてもよい。この場合は、第２ＰＷＭ信号の休止期間に、第１ＰＷＭ信号生成部から出力される第１ＰＷＭ信号と、第１ＰＷＭ信号の休止期間に、第２ＰＷＭ信号生成部から出力される第２ＰＷＭ信号とを重畳して、連続したＰＷＭ信号として出力する重畳器を設ければよい。

本発明において、デューティ演算部は、第１デューティ演算部および第２デューティ演算部から構成され、ＰＷＭ信号生成部は、単一のＰＷＭ信号生成部であってもよい。この場合は、第１デューティ演算部で演算されたデューティを持つ第１ＰＷＭ信号と、第２デューティ演算部で演算されたデューティを持つ第２ＰＷＭ信号とを単一のＰＷＭ信号生成部で生成し、これらの各信号を連続したＰＷＭ信号として出力すればよい。

本発明において、第１ＰＷＭ信号の休止期間に、第２ＰＷＭ信号が出力されない異常を検出する第１異常検出部と、第２ＰＷＭ信号の休止期間に、第１ＰＷＭ信号が出力されない異常を検出する第２異常検出部とをさらに設けてもよい。この場合、第１ＰＷＭ信号生成部は、第１異常検出部が異常を検出した場合に、第１ＰＷＭ信号を生成して出力する。また、第２ＰＷＭ信号生成部は、第２異常検出部が異常を検出した場合に、第２ＰＷＭ信号を生成して出力する。

本発明において、前記異常時に第１ＰＷＭ信号生成部が生成する第１ＰＷＭ信号は、直前に生成した第１ＰＷＭ信号と同じ信号であり、前記異常時に第２ＰＷＭ信号生成部が生成する第２ＰＷＭ信号は、直前に生成した第２ＰＷＭ信号と同じ信号であってもよい。

本発明において、指令値演算部は、複数のデューティ演算部に指令値を与える単一の指令値演算部から構成されていてもよい。

本発明によれば、複数のデューティ演算部における演算処理の負荷を低減しつつ、一部のデューティ演算部が故障などで停止した場合でも制御を継続することができる。

第１実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。 インバータ回路の具体的構成を示した図である。 第１実施形態の正常時の動作を示したタイムチャートである。 第１実施形態の異常時の動作を示したタイムチャートである。 第１実施形態の処理シーケンスを示したタイムチャートである。 第１実施形態の変形例を示したブロック図である。 第２実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。 第２実施形態の正常時の動作を示したタイムチャートである。 第２実施形態の異常時の動作を示したタイムチャートである。 第２実施形態の変形例を示したブロック図である。 第３実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。 第３実施形態の正常時の動作を示したタイムチャートである。 第３実施形態の異常時の動作を示したタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。図面では、同一の部分または対応する部分に、同一の符号を付してある。

まず、図１を参照して、第１実施形態に係るモータ制御装置の構成について説明する。モータ制御装置１００は、ＣＰＵ１、ＣＰＵ２、重畳器３、インバータ回路４、電流検出部５、およびクロック回路６を備えている。モータ制御装置１００により制御されるモータ７は、例えば、電動パワーステアリング装置における操舵補助用の３相ブラシレスモータである。モータ制御装置１００は、車両に備わるトルクセンサ８からのトルク信号に基づいて、モータ７を制御する。

ＣＰＵ１は、モータ７に流すべき電流の指令値を演算する電流指令値演算部１１と、ＰＷＭ信号のデューティを演算するデューティ演算部１２と、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部１３とを備えており、第１制御部を構成する。電流指令値演算部１１には、トルクセンサ８よりトルク信号が入力される。デューティ演算部１２には、電流指令値演算部１１の出力と、電流検出部５の出力とが入力される。デューティ演算部１２の出力は、ＰＷＭ信号生成部１３に与えられる。

ＣＰＵ２は、モータ７に流すべき電流の指令値を演算する電流指令値演算部２１と、ＰＷＭ信号のデューティを演算するデューティ演算部２２と、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部２３とを備えており、第２制御部を構成する。電流指令値演算部２１には、トルクセンサ８よりトルク信号が入力される。デューティ演算部２２には、電流指令値演算部２１の出力と、電流検出部５の出力とが入力される。デューティ演算部２２の出力は、ＰＷＭ信号生成部２３に与えられる。

重畳器３は、ＰＷＭ信号生成部１３から出力されるＰＷＭ信号Ａと、ＰＷＭ信号生成部２３から出力されるＰＷＭ信号Ｂとを重畳する回路で、たとえばＯＲ回路から構成されている。重畳器３からは、上記２つのＰＷＭ信号Ａ、Ｂが重畳されたＰＷＭ信号Ｃが出力される。このＰＷＭ信号Ｃは、インバータ回路４に与えられる。

インバータ回路４は、図２に示すような公知の３相ブリッジ回路から構成される。各相の上アームａ１、ａ３、ａ５には、それぞれスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５が備わっており、各相の下アームａ２、ａ４、ａ６には、それぞれスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６が備わっている。これらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）からなり、重畳器３から出力されるＰＷＭ信号Ｃ（ＰＷＭ１〜ＰＷＭ６）が、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲートに与えられる。各相の上アームａ１、ａ３、ａ５と下アームａ２、ａ４、ａ６の各接続点は、モータ７に接続されている。

電流検出部５は、インバータ回路４を通って流れるモータ７の各相の電流を検出するための電流検出抵抗（図示省略）や、この電流検出抵抗の両端の電圧を増幅する増幅器（図示省略）などから構成される。電流検出部５の出力は、デューティ演算部１２、２２に与えられる。

クロック回路６は、ＣＰＵ１とＣＰＵ２の動作を同期させるためのクロック信号を生成し、これを各ＣＰＵへ出力する。クロック信号は一定の周期を持ったパルス信号である。

以上の構成において、モータ７に流れる電流は、本発明における「物理量」の一例であり、電流検出部５は、本発明における「物理量検出部」の一例である。電流指令値演算部１１、２１は、本発明における「指令値演算部」の一例である。デューティ演算部１２は、本発明における「第１デューティ演算部」の一例であり、デューティ演算部２２は、本発明における「第２デューティ演算部」の一例である。ＰＷＭ信号生成部１３は、本発明における「第１ＰＷＭ信号生成部」の一例であり、ＰＷＭ信号生成部２３は、本発明における「第２ＰＷＭ信号生成部」の一例である。ＰＷＭ信号Ａは、本発明における「第１ＰＷＭ信号」の一例であり、ＰＷＭ信号Ｂは、本発明における「第２ＰＷＭ信号」の一例である。

次に、上述したモータ制御装置１００の動作について説明する。トルクセンサ８は、車両のハンドルの操舵により発生するトルクの値を検出し、検出されたトルク値をトルク信号としてモータ制御装置１００へ出力する。モータ制御装置１００において、ＣＰＵ１の電流指令値演算部１１は、トルクセンサ８から与えられるトルク値に基づいて、モータ７に流すべき電流の指令値を演算する。また、ＣＰＵ２の電流指令値演算部２１も、トルクセンサ８から与えられるトルク値に基づいて、モータ７に流すべき電流の指令値を演算する。

ＣＰＵ１のデューティ演算部１２は、所定の期間において、電流指令値演算部１１から与えられる電流指令値と、電流検出部５から与えられる各相のモータ電流の検出値とに基づいて、ＰＷＭ信号のデューティを演算する。詳しくは、デューティ演算部１２は、モータ電流の検出値を電流指令値と比較して、両者の偏差を算出する。そして、当該偏差がゼロとなるように、すなわちモータ電流の値が電流指令値と等しくなるように、デューティの演算を行う。

ＣＰＵ２のデューティ演算部２２は、上記所定の期間と異なる期間において、電流指令値演算部２１から与えられる電流指令値と、電流検出部５から与えられる各相のモータ電流の検出値とに基づき、ＣＰＵ１のデューティ演算部１２と同様にして、ＰＷＭ信号のデューティを演算する。したがって、デューティ演算部１２、２２は、相互に時分割でデューティ演算を行う。

ＣＰＵ１のデューティ演算部１２で演算されたデューティは、ＰＷＭ信号生成部１３へ出力される。ＰＷＭ信号生成部１３は、デューティ演算部１２から出力されるデューティとキャリア信号（たとえば三角波）とに基づき、公知の方法に従って、当該デューティを持ったＰＷＭ信号Ａを生成し出力する。

ＣＰＵ２のデューティ演算部２２で演算されたデューティは、ＰＷＭ信号生成部２３へ出力される。ＰＷＭ信号生成部２３も、デューティ演算部２２から出力されるデューティとキャリア信号（たとえば三角波）とに基づき、公知の方法に従って、当該デューティを持ったＰＷＭ信号Ｂを生成し出力する。

ＰＷＭ信号生成部１３で生成されたＰＷＭ信号Ａと、ＰＷＭ信号生成部２３で生成されたＰＷＭ信号Ｂとは、時分割で重畳器３に入力される。重畳器３は、時分割で入力されたこれらのＰＷＭ信号Ａ、Ｂを重畳し、重畳されたＰＷＭ信号Ｃを、インバータ回路４へ出力する。すなわち、図２のように、インバータ回路４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートに、ＰＷＭ信号Ｃ（ＰＷＭ１〜ＰＷＭ６）を与える。

インバータ回路４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、重畳器３から与えられるＰＷＭ信号Ｃによりオン・オフ動作を行う。これによって、電源Ｖｄ（図２）からインバータ回路４を通ってモータ７へ電流が流れ、モータ７が回転する。そして、ＰＷＭ信号Ｃのデューティと位相に応じたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン・オフのパターンに従って、モータ７に流れる電流の大きさや方向が制御される。

図３は、モータ制御装置１００の正常時の動作を示したタイムチャートである。図３（ａ）はＣＰＵ１のＰＷＭ信号生成部１３から出力されるＰＷＭ信号Ａ、図３（ｂ）はＣＰＵ２のＰＷＭ信号生成部２３から出力されるＰＷＭ信号Ｂ、図３（ｃ）は重畳器３から出力されるＰＷＭ信号Ｃを示している。各波形中の数値は、ＰＷＭ信号のデューティ（単位：％）を表している（図４、図８、図９、図１２、図１３についても同様）。但し、デューティの数値は例示であって、これらに限るものでないことは言うまでもない。また、Ｔ１〜Ｔ３は、それぞれＰＷＭ信号の１周期の期間を表している（図１２のＴａ〜Ｔｅも同様）。なお、図３のＰＷＭ信号は、ある１相の上アームのスイッチング素子に対するＰＷＭ信号を表している。他のスイッチング素子に対するＰＷＭ信号も、デューティが異なるだけで、図３と同様のパターンとなる。

図３において、ＣＰＵ１のデューティ演算部１２は、期間Ｔ１、Ｔ３でデューティ演算を行う。その結果、図３（ａ）のように、期間Ｔ１、Ｔ３では、デューティ演算部１２で演算されたデューティを持ったＰＷＭ信号Ａが、ＰＷＭ信号生成部１３で生成され出力される。一方、ＣＰＵ２のデューティ演算部２２は、期間Ｔ２でデューティ演算を行う。その結果、図３（ｂ）のように、期間Ｔ２では、デューティ演算部２２で演算されたデューティを持ったＰＷＭ信号Ｂが、ＰＷＭ信号生成部２３で生成され出力される。

すなわち、ＰＷＭ信号Ａは、ＰＷＭ信号Ｂの休止期間Ｔ１、Ｔ３に出力され、ＰＷＭ信号Ｂは、ＰＷＭ信号Ａの休止期間Ｔ２に出力される。そして、このように時分割で出力されたＰＷＭ信号ＡとＰＷＭ信号Ｂは、重畳器３で重畳され、図３（ｃ）のような連続したＰＷＭ信号Ｃとなって、重畳器３から出力される。

図４は、ＣＰＵ２が故障した場合のモータ制御装置１００の動作を示したタイムチャートである。ＣＰＵ２が故障すると、ＣＰＵ２は動作を停止するので、デューティ演算部２２は、デューティ演算を実行しなくなる。このため、図４（ｂ）のように、期間Ｔ２でＰＷＭ信号Ｂが出力されなくなる。一方、ＣＰＵ１は正常に動作しているので、デューティ演算部１２は、デューティ演算を実行している。このため、図４（ａ）のように、期間Ｔ１、Ｔ３でＰＷＭ信号Ａが出力される。したがって、重畳器３は、図４（ｃ）のように、期間Ｔ２ではＰＷＭ信号Ｃを出力しないが、期間Ｔ１、Ｔ３ではＰＷＭ信号Ｃを出力する。

ＣＰＵを１つだけ設けた場合は、当該ＣＰＵが故障すると、デューティ演算が全く実行されず、ＰＷＭ信号の出力が完全に停止する。しかるに、本実施形態では、ＣＰＵ２が故障しても、ＣＰＵ１が正常に動作しておれば、デューティ演算部１２でデューティ演算が行われるので、ＰＷＭ信号の出力が完全に停止することはない。したがって、ＰＷＭ信号の出力期間が正常時の半分になるものの、一方のＰＷＭ信号生成部１３からＰＷＭ信号Ａが出力されることで、モータ７に対する制御を継続することができる。なお、ＰＷＭ信号の出力期間が半減することで、モータ７に流れる電流が減少するので、電流検出部５によるフィードバック制御が働き、モータ電流は増加する方向へ制御される。このため、ＣＰＵ２の故障時にも、モータ７には一定以上の電流を流すことが可能となる。

以上においては、ＣＰＵ２が故障した場合について述べたが、ＣＰＵ１が故障した場合も、上記の同様の原理が適用される。この場合は、ＣＰＵ２のデューティ演算部２２によるデューティ演算が行われて、ＰＷＭ信号生成部２３からＰＷＭ信号Ｂが出力されることで、モータ７に対する制御を継続することができる。

このように、本実施形態では、ＣＰＵ１のデューティ演算部１２と、ＣＰＵ２のデューティ演算部２２とが、ＰＷＭ信号の異なる１周期の期間でいずれかのデューティ演算部のみがデューティ演算を行うように、時分割で交互にデューティを演算するので、各デューティ演算部１２、２２における演算処理の負荷を低減することができる。また、故障などが原因で、デューティ演算部１２、２２の一方の動作が停止した場合や、ＰＷＭ信号生成部１３、２３の一方の動作が停止した場合でも、他方でデューティの演算およびＰＷＭ信号の生成が行われるので、ＰＷＭ信号の出力が完全に停止してしまうことが回避され、制御を継続することができる。

図５（ａ）、（ｂ）は、ＣＰＵ１とＣＰＵ２の処理シーケンスの例を示したタイムチャートである。ＣＰＵ１およびＣＰＵ２共、電流指令値演算部１１、２１による電流指令値演算、およびデューティ演算部１２、２２によるデューティ演算を実行した後は、ＰＷＭ信号生成部１３、２３がＰＷＭ信号Ａ、Ｂを出力する間、故障診断等の処理のために十分な時間を確保することができる。これに対して、ＣＰＵが１つだけの場合は、図５（ｃ）のように、各区間で電流指令値とデューティの演算を行わねばならないので、故障診断等の処理を行う時間（斜線部）が短くならざるを得ない。

図６は、第１実施形態（図１）の変形例であるモータ制御装置１０１を示している。図１では、２つの電流指令値演算部１１、２１がそれぞれＣＰＵ１、２に設けられていたが、図６では、１つの電流指令値演算部３１がＣＰＵ３０に設けられている。また、デューティ演算部１２とＰＷＭ信号生成部１３はＣＰＵ１０に設けられ、デューティ演算部２２とＰＷＭ信号生成部２３はＣＰＵ２０に設けられている。そして、電流指令値演算部３１は、デューティ演算部１２とデューティ演算部２２に、共通に指令値を与えるように構成されている。その他の構成、および基本的な動作については、図１のモータ制御装置１００と同じであるので、重複部分の説明は省略する。

図７は、第２実施形態に係るモータ制御装置２００の構成を示している。第１実施形態（図１）では、ＣＰＵ１、２にそれぞれＰＷＭ信号生成部１３、２３が備わっていたが、第２実施形態のモータ制御装置２００では、ＣＰＵ１、２にＰＷＭ信号生成部１３、２３が備わっていない。そして、第１実施形態の重畳器３に代えて、単一のＰＷＭ信号生成部９が設けられている。その他の構成については、図１のモータ制御装置１００と同じである。

ＣＰＵ１のデューティ演算部１２と、ＣＰＵ２のデューティ演算部２２は、第１実施形態と同様に、時分割で交互にデューティ演算を行う。デューティ演算部１２は、演算したデューティをＰＷＭ信号生成部９へ出力し、デューティ演算部２２は、演算したデューティをＰＷＭ信号生成部９へ出力する。ＰＷＭ信号生成部９は、デューティ演算部１２、２２から時分割で与えられるデューティに基づいて、当該デューティを持ったＰＷＭ信号を生成し、インバータ回路４へ出力する。

図８は、モータ制御装置２００の正常時の動作を示したタイムチャートである。図８（ａ）はＣＰＵ１のデューティ演算部１２から出力されるデューティＡ、図８（ｂ）はＣＰＵ２のデューティ演算部２２から出力されるデューティＢ、図８（ｃ）はＰＷＭ信号生成部９から出力されるＰＷＭ信号を示している。デューティＡ、Ｂは、いずれもデジタルの数値データである。

デューティ演算部１２は、図８（ａ）のように期間Ｔ１、Ｔ３でデューティ演算を行い、演算したデューティＡをＰＷＭ信号生成部９へ出力する。また、デューティ演算部２２は、図８（ｂ）のように期間Ｔ２でデューティ演算を行い、演算したデューティＢをＰＷＭ信号生成部９へ出力する。ＰＷＭ信号生成部９は、各期間において、デューティ演算部１２、２２から受け取ったデューティに基づいてＰＷＭ信号を生成する。その結果、図８（ｃ）のように、ＰＷＭ信号生成部９から連続したＰＷＭ信号が出力される。

図９は、ＣＰＵ２が故障した場合のモータ制御装置２００の動作を示したタイムチャートである。ＣＰＵ２が故障すると、ＣＰＵ２は動作を停止するので、デューティ演算部２２は、デューティ演算を実行しなくなる。このため、図９（ｂ）のように、期間Ｔ２でデューティＢが出力されなくなる。一方、ＣＰＵ１は正常に動作しているので、デューティ演算部１２は、デューティ演算を実行している。このため、図９（ａ）のように、期間Ｔ１、Ｔ３でデューティＡが出力される。したがって、ＰＷＭ信号生成部９は、図９（ｃ）のように、期間Ｔ２ではＰＷＭ信号を出力しないが、期間Ｔ１、Ｔ３ではＰＷＭ信号を出力する。

このように、第２実施形態においても、ＣＰＵ２が故障した場合、ＣＰＵ１が正常に動作しておれば、デューティ演算部１２でデューティ演算が行われるので、ＰＷＭ信号生成部９の出力が完全に停止することはない。したがって、モータ７に対する制御を継続することができる。また、ＰＷＭ信号の出力期間が半減しても、第１実施形態と同様に、モータ７の電流が増加するようにフィードバック制御が働くため、モータ７に一定以上の電流を流すことができる。

以上においては、ＣＰＵ２が故障した場合について述べたが、ＣＰＵ１が故障した場合も、上記の同様の原理が適用される。この場合は、ＣＰＵ２のデューティ演算部２２でデューティ演算が行われることで、ＰＷＭ信号生成部９からＰＷＭ信号が出力されるので、モータ７に対する制御を継続することができる。

図１０は、第２実施形態（図７）の変形例であるモータ制御装置２０１を示している。図７では、２つの電流指令値演算部１１、２１がそれぞれＣＰＵ１、２に設けられていたが、図１０では、１つの電流指令値演算部３１がＣＰＵ３０に設けられている。また、デューティ演算部１２はＣＰＵ１０に設けられ、デューティ演算部２２はＣＰＵ２０に設けられている。そして、電流指令値演算部３１は、デューティ演算部１２とデューティ演算部２２に、共通に指令値を与えるように構成されている。その他の構成、および基本的な動作については、図７のモータ制御装置２００と同じであるので、重複部分の説明は省略する。

図１１は、第３実施形態に係るモータ制御装置３００の構成を示している。このモータ制御装置３００においては、第１実施形態（図１）に係るモータ制御装置１００の構成に、異常検出部１６、２６が追加されている。異常検出部１６は、ＣＰＵ１に備わっており、ＰＷＭ信号Ａの休止期間に、ＰＷＭ信号生成部２３からＰＷＭ信号Ｂが出力されない異常を検出する。異常検出部１６から出力される異常検出信号は、ＰＷＭ信号生成部１３へ与えられる。異常検出部２６は、ＣＰＵ２に備わっており、ＰＷＭ信号Ｂの休止期間に、ＰＷＭ信号生成部１３からＰＷＭ信号Ａが出力されない異常を検出する。異常検出部２６から出力される異常検出信号は、ＰＷＭ信号生成部２３へ与えられる。異常検出部１６は、本発明における「第１異常検出部」の一例であり、異常検出部２６は、本発明における「第２異常検出部」の一例である。

図１２は、モータ制御装置３００の正常時の動作を示したタイムチャートである。図１２（ａ）は、ＣＰＵ１の動作シーケンスとＰＷＭ信号生成部１３から出力されるＰＷＭ信号Ａを示している。図１２（ｂ）は、ＣＰＵ２の動作シーケンスとＰＷＭ信号生成部２３から出力されるＰＷＭ信号Ｂを示している。図１２（ｃ）は、重畳器３から出力されるＰＷＭ信号Ｃを示している。

図１２（ａ）のように、ＣＰＵ１では、ＰＷＭ信号Ｂが出力されている期間Ｔａにおいて、電流指令値演算部１１による電流指令値演算、およびデューティ演算部１２によるデューティ演算が行われるとともに、異常検出部１６によるＰＷＭ信号Ｂの有無のチェックが行われる。この期間Ｔａでは、ＰＷＭ信号Ａは休止している。異常検出部１６でのチェックの結果、ＰＷＭ信号Ｂが正常に出力されておれば、次の期間Ｔｂで、ＰＷＭ信号生成部１３からＰＷＭ信号Ａが出力される。この間、ＣＰＵ１は各種の処理を実行する。期間Ｔｃ以降も、上記と同様の動作が行われる。

図１２（ｂ）のように、ＣＰＵ２では、期間Ｔａにおいて、各種の処理が実行されるとともに、ＰＷＭ信号生成部２３からＰＷＭ信号Ｂが出力される。次の期間Ｔｂでは、ＰＷＭ信号Ｂが休止する。また、ＣＰＵ２では、電流指令値演算部２１による電流指令値演算、およびデューティ演算部２２によるデューティ演算が行われるとともに、異常検出部２６によるＰＷＭ信号Ａの有無のチェックが行われる。チェックの結果、ＰＷＭ信号Ａが正常に出力されておれば（判定ＯＫ）、次の期間Ｔｃで、ＰＷＭ信号生成部２３からＰＷＭ信号Ｂが出力される。この間、ＣＰＵ２は各種の処理を実行する。期間Ｔｄ以降も、上記と同様の動作が行われる。

したがって、第１実施形態の場合と同様に、ＰＷＭ信号Ａは、ＰＷＭ信号Ｂの休止期間Ｔｂ、Ｔｄに出力され、ＰＷＭ信号Ｂは、ＰＷＭ信号Ａの休止期間Ｔａ、Ｔｃ、Ｔｅに出力される。そして、このように時分割で出力されたＰＷＭ信号ＡとＰＷＭ信号Ｂは、重畳器３で重畳され、図１２（ｃ）のような連続したＰＷＭ信号Ｃとなって、重畳器３から出力される。

図１３は、ＣＰＵ２が故障した場合のモータ制御装置３００の動作を示したタイムチャートである。図１３（ｂ）のように、期間ＴｂでＣＰＵ２が故障すると、それ以降ＣＰＵ２は動作を停止するので、デューティ演算部２２は、デューティ演算を実行しなくなる。このため、期間ＴｃでＰＷＭ信号生成部２３からＰＷＭ信号Ｂが出力されなくなる。

一方、ＣＰＵ１は、正常に動作しており、図１３（ａ）のように、電流指令値の演算、デューティの演算、およびＰＷＭ信号Ｂのチェックを実行する。そして、期間Ｔｃで、異常検出部１６により、ＰＷＭ信号生成部２３からＰＷＭ信号Ｂが出力されていないことが検出される（判定ＮＧ）。このとき、異常検出部１６は、異常検出信号をＰＷＭ信号生成部１３へ出力する。すると、ＰＷＭ信号生成部１３は、次の期間Ｔｄとその次の期間Ｔｅで、破線で囲んだような同じＰＷＭ信号Ａを続けて出力する。

詳しくは、まず期間Ｔｄにおいて、ＰＷＭ信号生成部１３は、正常時と同様に、期間Ｔｃで演算されたデューティを持ったＰＷＭ信号Ａを出力する。このときのデューティは、たとえばＰＷＭ信号生成部１３の内部レジスタに保持されている。その後、期間Ｔｅにおいて、ＰＷＭ信号生成部１３は、内部レジスタに保持されているデューティを読み出し、期間Ｔｄで出力したＰＷＭ信号Ａと同じデューティを持ったＰＷＭ信号Ａを再度出力する。その結果、期間Ｔｅでは、ＰＷＭ信号生成部２３からＰＷＭ信号Ｂが出力されなくても、ＰＷＭ信号生成部１３からＰＷＭ信号Ａが出力されるので、重畳器３からの出力が途絶えることはない。すなわち、重畳器３は、図１３（ｃ）のように、期間Ｔｄから期間Ｔｅにわたって、連続したＰＷＭ信号Ｃを出力する。以降も同様に、ＰＷＭ信号Ｂが出力されない異常状態が続く限り、ＰＷＭ信号生成部１３は、ＰＷＭ信号Ｂの出力されない異常期間に、直前に生成したＰＷＭ信号Ａと同じＰＷＭ信号Ａを出力する。

以上においては、ＣＰＵ２が故障した場合について述べたが、ＣＰＵ１が故障した場合も、上記の同様の原理が適用される。この場合は、ＣＰＵ２の異常検出部２６により、ＰＷＭ信号生成部１３からＰＷＭ信号Ａが出力されていないことが検出され、ＰＷＭ信号生成部２３から同じＰＷＭ信号Ｂが続けて出力される。

このように、第３実施形態のモータ制御装置３００においては、ＣＰＵ１、２の一方が故障により停止しても、他方のＣＰＵがＰＷＭ信号Ａ（またはＢ）の不出力を検出し、当該不出力期間に、代替的にＰＷＭ信号Ｂ（またはＡ）を出力するようにしている。したがって、それ以降は、重畳器３から出力されるＰＷＭ信号Ｃに途切れが発生することはない。このため、モータ７の制御を継続できることは勿論、連続したＰＷＭ信号Ｃによってモータ７に十分な電流を流すことができる。これにより、モータ７の回転数の低下が抑制され、一定以上の操舵補助力を確保することができる。

なお、第３実施形態のモータ制御装置３００の変形例として、図６の場合と同様に、２つの電流指令値演算部１１、２１に代えて、１つの電流指令値演算部３１を設けてもよい。

また、第３実施形態のモータ制御装置３００において、ＰＷＭ信号生成部１３、２３、および重畳器３を省略し、替わりに、第２実施形態のモータ制御装置２００（図７）のように、単一のＰＷＭ信号生成部９を設けてもよい。この場合は、異常検出部１６は、デューティ演算部２２からデューティが出力されない異常を検出し、異常検出部２６は、デューティ演算部１２からデューティが出力されない異常を検出する。そして、異常検出部１６が異常を検出した場合は、デューティ演算部１２から直前のデューティと同じデューティが出力される。また、異常検出部２６が異常を検出した場合は、デューティ演算部２２から直前のデューティと同じデューティが出力される。

本発明では、以上述べた実施形態以外にも、以下のような種々の実施形態を採用することができる。

前記の各実施形態では、２つのデューティ演算部１２、２２が設けられているが、デューティ演算部を３つ以上設けてもよい。この場合、１つの電流指令値演算部から、各デューティ演算部へ電流指令値を与えるようにしてもよい。また、前記の各実施形態では、１つのＣＰＵに１つのデューティ演算部が設けられているが、１つのＣＰＵに複数のデューティ演算部を設けてもよい。

図１１においては、異常検出部１６、２６の出力が、それぞれＰＷＭ信号生成部１３、２３に入力されているが、異常検出部１６、２６の出力を、それぞれデューティ演算部１２、２２に入力してもよい。この場合、デューティ演算部１２、２２は、異常検出部１６、２６から異常検出信号が入力されると、直前に演算したデューティと同じデューティをＰＷＭ信号生成部１３、２３に出力する。これを受けて、ＰＷＭ信号生成部１３、２３は、同じＰＷＭ信号を続けて出力する。

図１３においては、期間Ｔｅで出力されるＰＷＭ信号Ａが、直前（期間Ｔｄ）のＰＷＭ信号Ａと同じであったが、本発明はこれに限定されない。たとえば、期間Ｔｅで出力されるＰＷＭ信号Ａが、期間Ｔｂで出力されたＰＷＭ信号Ａと同じものであってもよい。あるいは、期間Ｔｅで出力されるＰＷＭ信号Ａは、あらかじめ決められたデューティ（たとえば５０％）を持つＰＷＭ信号であってもよい。

前記の各実施形態では、物理量検出部として、モータ７の電流を検出する電流検出部５を設け、指令値演算部として、モータ７の電流に対する電流指令値を演算する電流指令値演算部１１、２１、３１を設けたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、物理量検出部として、モータ７の回転速度を検出する回転速度検出部を設け、指令値演算部として、モータ７の回転速度に対する回転速度指令値演算部を設けてもよい。すなわち、物理量検出部は、モータ７の駆動に伴って発生する、モータ７における電流や回転速度などの物理量を検出するものであればよく、指令値演算部は、これらの物理量に対する指令値を演算するものであればよい。

前記の各実施形態では、トルクセンサ８から与えられるトルク値に基づいて、モータ７を制御する例を挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、車速センサから与えられる速度値に基づいて、モータ７を制御する場合にも、本発明を適用することができる。

前記の各実施形態では、電流検出部５で検出された電流の値と、電流指令値演算部１１、２１、３１で演算された電流指令値との偏差に基づいて、デューティ演算部１２、２２がＰＷＭ信号のデューティを演算するフィードバック制御方式を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。たとえば、インバータ回路４から電流検出部５を経てデューティ演算部１２、２２へ至るフィードバック経路を省略してもよい。また、フィードバック制御方式に代えて、フィードフォワード制御方式を採用してもよい。この場合は、モータ７に流れる電流の変動要因となる外乱（電源電圧の変動など）を事前に検知し、その結果に基づいてデューティ演算部１２、２２がデューティを演算する。さらに、本発明は、フィードバック制御方式とフィードフォワード制御方式とを併用した場合にも、適用することが可能である。

前記の各実施形態では、３相モータの制御装置について述べたが、本発明は、３相モータに限らず、４相以上の多相モータの制御装置にも適用することができる。この場合は、インバータ回路４において、上下一対のアームが相数分だけ設けられる。

図２においては、インバータ回路４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としてＦＥＴを例に挙げたが、ＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラモードトランジスタ）のような他のスイッチング素子を使用してもよい。

前記の各実施形態では、モータ７としてブラシレスモータを例に挙げたが、本発明は、これ以外のモータを制御する場合にも適用することができる。

前記の各実施形態では、車両の電動パワーステアリング装置に用いられるモータ制御装置を例に挙げたが、本発明はこれ以外の装置に用いられるモータ制御装置にも適用することができる。

３ 重畳器
４ インバータ回路
５ 電流検出部（物理量検出部）
７ モータ
９ ＰＷＭ信号生成部
１１、２１、３１ 電流指令値演算部（指令値演算部）
１２ デューティ演算部（第１デューティ演算部）
２２ デューティ演算部（第２デューティ演算部）
１３ ＰＷＭ信号生成部（第１ＰＷＭ信号生成部）
２３ ＰＷＭ信号生成部（第２ＰＷＭ信号生成部）
１６ 異常検出部（第１異常検出部）
２６ 異常検出部（第２異常検出部）
１００、１０１、２００、２０１、３００ モータ制御装置

Claims (7)

1. スイッチング素子のオン・オフによりモータを駆動するインバータ回路と、
   前記スイッチング素子をオン・オフさせるためのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
   前記ＰＷＭ信号のデューティを演算するデューティ演算部と、を備えたモータ制御装置において、
   前記デューティ演算部は、複数のデューティ演算部からなり、
   前記複数のデューティ演算部は、ＰＷＭ信号の異なる１周期の期間でいずれかのデューティ演算部のみがデューティ演算を行うように、時分割で交互にデューティを演算し、
   前記複数のデューティ演算部のそれぞれで演算されたデューティに基づいて前記ＰＷＭ信号生成部が生成したＰＷＭ信号を、連続したＰＷＭ信号として出力する、ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記モータの駆動に伴って発生する、当該モータにおける所定の物理量を検出する物理量検出部と、
   前記モータの物理量に対する指令値を演算する指令値演算部と、をさらに備え、
   前記各デューティ演算部は、前記物理量検出部で検出された物理量の値を、前記指令値演算部で演算された指令値と比較し、それらの偏差に基づいて、前記ＰＷＭ信号のデューティを演算する、ことを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記デューティ演算部は、第１デューティ演算部および第２デューティ演算部からなり、
   前記ＰＷＭ信号生成部は、前記第１デューティ演算部で演算されたデューティを持つ第１ＰＷＭ信号を生成する第１ＰＷＭ信号生成部と、前記第２デューティ演算部で演算されたデューティを持つ第２ＰＷＭ信号を生成する第２ＰＷＭ信号生成部とからなり、
   前記第２ＰＷＭ信号の休止期間に、前記第１ＰＷＭ信号生成部から出力される第１ＰＷＭ信号と、前記第１ＰＷＭ信号の休止期間に、前記第２ＰＷＭ信号生成部から出力される第２ＰＷＭ信号とを重畳して、連続したＰＷＭ信号として出力する重畳器を設けた、ことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記デューティ演算部は、第１デューティ演算部および第２デューティ演算部からなり、
   前記ＰＷＭ信号生成部は、単一のＰＷＭ信号生成部であって、前記第１デューティ演算部で演算されたデューティを持つ第１ＰＷＭ信号と、前記第２デューティ演算部で演算されたデューティを持つ第２ＰＷＭ信号とを生成し、これらの各信号を連続したＰＷＭ信号として出力する、ことを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項３に記載のモータ制御装置において、
   前記第１ＰＷＭ信号の休止期間に、前記第２ＰＷＭ信号が出力されない異常を検出する第１異常検出部と、
   前記第２ＰＷＭ信号の休止期間に、前記第１ＰＷＭ信号が出力されない異常を検出する第２異常検出部と、をさらに備え、
   前記第１ＰＷＭ信号生成部は、前記第１異常検出部が前記異常を検出した場合に、前記第１ＰＷＭ信号を生成して出力し、
   前記第２ＰＷＭ信号生成部は、前記第２異常検出部が前記異常を検出した場合に、前記第２ＰＷＭ信号を生成して出力する、ことを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項５に記載のモータ制御装置において、
   前記異常時に前記第１ＰＷＭ信号生成部が生成する第１ＰＷＭ信号は、直前に生成した第１ＰＷＭ信号と同じ信号であり、
   前記異常時に前記第２ＰＷＭ信号生成部が生成する第２ＰＷＭ信号は、直前に生成した第２ＰＷＭ信号と同じ信号である、ことを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記指令値演算部は、前記複数のデューティ演算部に指令値を与える単一の指令値演算部からなる、ことを特徴とするモータ制御装置。

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