JP6593284B2 - 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。

例えば、特許文献１に記載されるように、ホール素子などの位置検出センサを用いることなくブラシレスモータを駆動する、いわゆるセンサレス駆動方式が広く知られている。

このセンサレス駆動方式では、例えば、ロータが回転したときに各ステータコイルに誘起される誘起電圧（逆起電圧）と、各ステータコイルの中点電位とを比較してモータ（ロータ）の回転位置を検出する。

特開２００２−７８３７６号公報

上述したセンサレス駆動方式において、モータ内の配線の取り回しの簡素化、モータとコントローラ間の配線数の低減などのために、各ステータコイルの中点電位として、各ステータコイルに接続されるコントローラ内の電流線に抵抗をスター結線して、中点電位を得る場合がある。

しかしながら、このようにして各ステータコイルの中点電位を得る場合、いずれかのステータコイルへの通電経路に断線異常が生じたときに正しい中点電位を得ることができなくなり、その結果、ロータの回転位置の検出もできなくなってしまう可能性がある。その場合、他のステータコイルの通電経路が正常であっても、モータを継続して駆動することができなくなってしまう。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、複数相のステータコイルへのいずれかの通電経路に断線異常が生じても、モータの回転位置を検出できるようにし、モータを継続して駆動することが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるモータ制御装置は、
金属製の筐体（４１）を有するモータ（４０）と、
負荷線（３０）を介して、モータの筐体内に設けられた複数相のステータコイルと接続され、負荷線を通じて送出される複数相のステータコイルへの駆動電流によりモータを駆動するモータコントローラ（１０）と、を備え、
複数相のステータコイルは、それぞれ、浮遊容量を介してモータの筐体（４１）と結合され、
モータコントローラは、モータの筐体の電位を接続配線（３４、３５、３６）を介して取り込み、そのモータの筐体の電位を用いて、モータの回転位置を検出する位置検出回路（１４、１１６）を備える。

上述しように、複数相のステータコイルは、それぞれ、浮遊容量を介してモータ（４０）の筐体（４１）と結合しているので、各ステータコイルの電位が変動した場合、その変動している電位がモータの筐体の電位に影響を与え、結果的に、モータの筐体の電位は、変動している各ステータコイルの電位のほぼ平均値となる。従って、モータの筐体の電位は、モータの回転位置を求めるために、ステータコイルの各電圧と比較される基準電圧として用いることも可能であるし、あるいは、モータの回転に応じて変動する変動成分を含むので、所定の基準電圧と比較して、モータの回転位置を検出することも可能である。

このようなモータの筐体の電位を用いてモータの回転位置を検出することにより、例えば１相のステータコイルの通電経路に断線異常が生じても、モータの筐体には、各ステータコイルへの印加電圧や誘起電圧による電位変動に応じた電位が生じる。そのため、いずれかのステータコイルの通電経路に断線異常が生じた場合でも、モータの筐体の電位を用いることでロータの回転位置の検出が可能となり、その検出した回転位置に基づきモータを継続して駆動することが可能となる。また、モータの筐体電位の場合、モータコントローラ（１０）は、モータ内配線を用いることなく簡単に取り込むことが可能である。

上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。

また、上述した特徴以外の、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。

第１実施形態におけるモータ制御装置の構成を概略的に示す図である。 各ステータコイルがスター結線された場合のモータの内部構成を示す図である。 各ステータコイルがデルタ結線された場合のモータの内部構成を示す図である。 インバータ回路の任意の組み合わせの高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子とが同時にオンされて、対応するモータのステータコイルに駆動電流が流れる場合の、等価回路を示す図である。 第１実施形態におけるモータ制御装置のモータコントローラの構成を示す図である。 モータの各ステータコイルへの通電経路に断線異常が生じていない場合の、モータの回転位置の検出原理を説明するためのタイミングチャートである。 モータのいずれかのステータコイルへの通電経路に断線異常が生じた場合の、モータの回転位置の検出原理を説明するためのタイミングチャートである。 第１実施形態のモータ制御装置において実行される、モータを駆動するための処理を示すフローチャートである。 図８のフローチャートにおける断線異常時制御の詳細を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるモータ制御装置のモータコントローラの構成を示す図である。 第２実施形態において、モータのいずれかのステータコイルへの通電経路に断線異常が生じた場合の、モータの回転位置の検出原理を説明するためのタイミングチャートである。 第３実施形態におけるモータ制御装置のモータコントローラの構成を示す図である。

以下、本発明に係るモータ制御装置のいくつかの実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、各実施形態の説明において、共通する構成には、同じ参照番号を付与することにより、説明を省略する場合がある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるモータ制御装置６０の構成を概略的に示す図である。なお、本実施形態では、モータ４０は、車両において、燃料タンクに貯留された燃料を汲み上げて、燃料噴射装置へ供給する燃料ポンプを駆動するために用いられる。そのため、燃料ポンプ及びモータ４０は、燃料タンク内に設置され、燃料に含浸される。このような理由から、モータコントローラ１０と、モータ４０とは別体として設けられている。

モータ４０は、回転磁界を発生するため複数相のステータコイルを含むステータ部と、その回転磁界により回転するロータ部とを有し、これらステータ部とロータ部とが、金属製筐体４１の内部に収容されている。このモータ４０として、例えばブラシレスモータを採用することができる。さらに、ブラシレスモータとして、例えば、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）などの３相の永久磁石同期モータを用いることができる。ただし、モータ４０は、３相以外の多相のステータコイルを備えたものであっても良い。

また、モータ４０は、図２に示すように、３相のステータコイルがスター結線されたものであっても良いし、図３に示すように、３相のステータコイルがデルタ結線されたものであっても良い。スター結線、デルタ結線に係わらず、各相のステータコイルは、それぞれ、浮遊容量を介してモータの金属製筐体４１と結合している。このため、各相のステータコイルの電位が変動した場合、その変動した電位がモータの金属製筐体４１の電位に影響を与える。その結果、モータの金属製筐体４１は、変動している各相のステータコイルの電位のほぼ平均値に相当する電位となる。

モータ４０は、負荷線３０を介して、モータコントローラ１０のインバータ回路１３と接続される。負荷線３０は、シールド線であって、ハーネス部と、図示しないコネクタ部とからなる。コネクタ部はハーネス部の両端にそれぞれ設けられている。そして、それぞれのコネクタ部をモータコントローラ１０及びモータ４０に接続することで、モータコントローラ１０とモータ４０とが負荷線３０を介して電気的に接続される。

より具体的には、負荷線３０のハーネス部は、その内部に芯線として、Ｕ相電流線３１、Ｖ相電流線３２、及びＷ相電流線３３を有している。これらのＵ相電流線３１、Ｖ相電流線３２、及びＷ相電流線３３が、それぞれ、モータ４０のステータ部の各相のステータコイル（Ｕ相ステータコイル、Ｖ相ステータコイル、Ｗ相ステータコイル）に接続される。そして、負荷線３０には、それらＵ相電流線３１、Ｖ相電流線３２、及びＷ相電流線３３の周囲を覆うように、絶縁材料を介して、導電性被膜３４が設けられている。この導電性被膜３４の外周には、さらに、絶縁性被膜が形成されている。

負荷線３０の導電性被膜３４は、一方のコネクタ部がモータ４０に接続されたときに、接続線３５を介して、モータ４０の金属製の筐体に電気的に接続される。また、他方のコネクタ部がモータコントローラ１０に接続されたとき、接続線３６を介して、モータコントローラ１０の燃料ポンプモータグランド（ＦＰＧ）端子に電気的に接続される。なお、モータコントローラ１０も金属製の筐体を有するが、負荷線３０の導電性被膜３４に接続された接続線３６は、そのモータコントローラ１０の金属製筐体に電気的に導通することなく、ＦＰＧ端子を介して、直接、モータコントローラ１０内の回路部のグランド線２２に接続される。

モータコントローラ１０において、図１及び図５に示すように、ＦＰＧ端子とグランド線２２との間には、ＡＣ結合手段としてのコンデンサ１６が挿入されている。これにより、モータ４０の筐体４１の電位変動が生じたときに、その電位変動に基づいて変化するコモンモード電流（交流成分）が、コンデンサ１６を通過して、グランド線２２に流れ込む。グランド線２２は、アース線４を介して車両のボデーにボデーアースされている。また、モータコントローラ１０の金属製の筐体は、アース線４とは別個のアース線３により、車両のボデーにボデーアースされている。

また、図５に示すように、コンデンサ１６と並列に、ＦＰＧ端子とグランド線２２との間に、抵抗１７とツェナーダイオード１８とが接続されている。従って、コンデンサ１６だけでは、電流の直流成分を流さないため、モータ４０の金属製筐体４１が所定電位に帯電する虞があるが、ツェナーダイオード１８により、所定電圧以上の電位に帯電することを防止することができる。

さらに、上述したように、本実施形態では、負荷線３０の導電性被膜３４を利用して、モータ４０の金属製筐体４１をモータコントローラ１０のグランド線２２に接続するよう構成されている。このように、負荷線３０には、芯線としてのＵ相電流線３１、Ｖ相電流線３２、及びＷ相電流線３３に加えて、モータ４０の金属製筐体４１をグランド線２２に接続する接続配線の一部として利用される導電性被膜３４も設けられている。そのため、負荷線３０に負荷がかかった場合など、芯線と導電性被膜３４とが短絡する可能性も考慮する必要がある。この点に関して、本実施形態では、抵抗１７がコンデンサ１６と並列に設けられている。このため、万一、Ｕ相電流線３１、Ｖ相電流線３２、及びＷ相電流線３３のいずれかと導電性被膜３４とが短絡したとしても、導電性被膜３４からグランド線１２２へと過大な電流が流れることを防止することができる。

モータコントローラ１０は、図１及び図５に示すように、主として、異常検出部１２を備えた制御部１１、インバータ回路１３、位置検出回路１４、及び切替回路としての切替スイッチ１５を有する。インバータ回路１３は、図５に示すように、モータ４０のＵ相ステータコイル、Ｖ相ステータコイル、Ｗ相ステータコイルに対応して、それぞれ車載バッテリ１とグランド（ボデーアース）との間で直列接続された３対のスイッチング素子を有している。なお、車載バッテリ１のマイナス端子は、アース線２を介してボデーアースされている。そして、それぞれ対となるスイッチング素子の接続点が、Ｕ相端子、Ｖ相端子、及びＷ相端子を介して、負荷線３０のＵ相電流線３１、Ｖ相電流線３２、及びＷ相電流線３３に接続され、ひいてはモータ４０の各相のステータコイルに接続されている。

モータコントローラ１０の制御部１１は、インバータ回路１３の各スイッチング素子に対して操作信号を出力する。具体的には、制御部１１は、３対のスイッチング素子の内、所定の組み合わせの高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子とを同時にオンさせつつ、そのオンさせる高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子の組み合わせを切り替えるように操作信号を出力する。その結果、所定の組合せの順序で、車載バッテリ１からモータ４０の各相のステータコイルに駆動電流が通電され、モータ４０の回転子を回転させるための回転磁界が発生される。

このように、インバータ回路１３の各スイッチング素子が操作信号に従ってスイッチングされると、順番にモータ４０の各相のステータコイルに電流が通電される。この電流の通電により、各相のステータコイルにおける電位が変動する。このような電位変動が生じると、図４に示すように、モータ４０のステータコイルと金属製筐体４１との間の浮遊容量を介して、電流がモータ４０の金属製筐体４１に漏洩して、コモンモード電流となる。なお、図４は、インバータ回路１３の任意の組み合わせの高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子とが同時にオンされて、対応するモータ４０のステータコイルに駆動電流が流れる場合の、等価回路を示している。

モータ４０の金属製筐体４１に漏洩したコモンモード電流は、金属製筐体４１から、接続線３５、負荷線３０の導電性被膜３４，及び接続線３６を介して、モータコントローラ１０のグランド線２２に流れ込む。従って、インバータ回路１３における各スイッチング素子のスイッチング動作によって生じた駆動電流に基づくコモンモード電流の導通経路は、インバータ回路１３→負荷線３０の芯線→モータ４０→モータ４０の金属製筐体４１→負荷線３０の導電性被膜３４→インバータ回路１３というループを描くことになる。つまり、図４の等価回路に示すように、インバータ回路１３を電源とみなした場合、コモンモード電流は、負荷線３０の芯線によるインピーダンスＺ１、モータ４０のステータコイルによるインピーダンスＺ２、浮遊容量によるインピーダンスＺ３、負荷線３０の導電性被膜３４によるインピーダンスＺ４、及びコンデンサ１６などによるインピーダンスＺ５を持つ閉回路を還流する。

この際、コモンモード電流は、モータコントローラ１０の筐体に漏洩することなく、直接、モータコントローラ１０のインバータ回路１３に還流される。この結果、コモンモード電流は、図４に示すように、モータコントローラ１０のインバータ回路１３とモータ４０（金属製筐体４１含む）との間を還流するだけとなる。このため、モータ４０とモータコントローラ１０とを別体とした場合において、コモンモード電流が流れる経路のループ面積を極力小さくすることができ、コモンモード電流によるノイズを効果的に低減することが可能となる。従って、図４に示すように、車両にラジオ放送やテレビ放送などを受信するためのアンテナが設けられている場合であっても、ラジオノイズの発生源となることを抑制することができる。

なお、上述したように、モータコントローラ１０の筐体は、グランド線２２に接続されるアース線４とは独立して、アース線３により、車両のボデーにボデーアースされている。このように、モータコントローラ１０とその筐体とのボデーアースを別経路で行っているので、コモンモード電流がモータコントローラ１０の筐体を流れることをより確実に防止することができる。

また、上述したように、本実施形態では、モータ４０の金属製筐体４１を、モータコントローラ１０のグランド線２２に接続するための接続配線として、負荷線３０の導電性被膜３４を利用している。このため、接続配線専用の配線を別途設ける必要が無い。さらに、モータ４０内の実際の中点電位を取り出すための配線も不要であるため、モータコントローラ１０は、簡単な構成で、モータの筐体電位を簡単に取り込むことが可能である。

次に、本実施形態の特徴的な構成である、位置検出回路１４、切替スイッチ１５などについて説明する。

本実施形態のモータコントローラ１０の位置検出回路１４は、モータ４０の各相のステータコイルにおいて、駆動電流が流れていない空きコイルに誘起される誘起電圧からモータ４０（ロータ部）の回転位置を検出するように構成されている。そのため、図５に示すように、インバータ回路１３とＵ相端子とを接続する電流線から分岐する分岐線２５、インバータ回路１３とＶ相端子とを接続する電流線から分岐する分岐線２６、及びインバータ回路１３とＷ相端子とを接続する電流線から分岐する分岐線２７が、位置検出回路１４に接続されている。これらの分岐線２５〜２７によって、位置検出回路１４は、各相のステータコイルの誘起電圧を取り込むことができる。

位置検出回路１４は、分岐線２５から枝分かれする配線に一端が接続された抵抗Ｒ_Ｕ２、分岐線２６から枝分かれする配線に一端が接続された抵抗Ｒ_Ｖ２、及び、分岐線２７から枝分かれする配線に一端が接続された抵抗Ｒ_Ｗ２を有している。これらの抵抗Ｒ_Ｕ２、Ｒ_Ｖ２、Ｒ_Ｗ２は同じ抵抗値を有しており、それぞれの抵抗Ｒ_Ｕ２、Ｒ_Ｖ２、Ｒ_Ｗ２の他端は、共通の配線に接続されている。すなわち、これらの抵抗Ｒ_Ｕ２、Ｒ_Ｖ２、Ｒ_Ｗ２はスター結線されている。そのため、各抵抗Ｒ_Ｕ２、Ｒ_Ｖ２、Ｒ_Ｗ２の他端が接続される共通配線には、各ステータコイルの中点電位に相当する電圧が生じる。この共通配線は、切替スイッチ２８を介して、各相の比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗの一方の入力端子に接続されている。従って、各相の比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗの一方の入力端子には、基準電圧として、各相のステータコイルの中点電位に相当する電圧が入力される。

一方、Ｕ相の比較器ＣＰ_Ｕの他方の入力端子には、分岐線２５が抵抗Ｒ_Ｕ１を介して接続されている。同様に、Ｖ相の比較器ＣＰ_Ｖの他方の入力端子には、分岐線２６が抵抗Ｒ_Ｖ１を介して接続され、Ｗ相の比較器ＣＰ_Ｗの他方の入力端子には、分岐線２７が抵抗Ｒ_Ｗ１を介して接続されている。このため、各相の比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗでは、各相のステータコイルの誘起電圧と中点電位に相当する電圧との比較が行われ、いわゆるゼロクロス点が生じたとき、判定結果が反転するようになっている。

信号生成部２９は、各比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗからの比較結果を入力し、それらの比較結果に基づいて、モータ４０のロータ部が通電相を切り替えるべき回転位置に達するごとに立ち上り、もしくは立ち下がる位置検出信号（ゼロクロス信号）を生成する。生成されたゼロクロス信号は制御部１１に与えられる。

上述した切替スイッチ２８は、異常検出部１２からの切替信号に従って、各相の比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗの一方の入力端子に入力される基準電圧を、各相のステータコイルの中点電位に相当する電圧から、モータ４０の筐体電位へと切り替えるものである。各相のステータコイルへのいずれの通電経路にも断線異常が発生していない場合、異常検出部１２は、各相のステータコイルの中点電位に相当する電圧が基準電圧として各相の比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗに与えられるように切替スイッチ２８を初期状態に設定する。しかし、異常検出部１２は、各相のステータコイルへの通電経路のいずれかに断線異常が発生したことを検出すると、モータ４０の筐体電位が基準電圧として各相の比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗに与えられるように切替信号により切替スイッチ２８を切り替える。

また、異常検出部１２は、各相のステータコイルへの通電経路のいずれかに断線異常が発生したことを検出すると、切替スイッチ２８への切替信号の出力と同時に、切替スイッチ１５にも切替信号を出力する。

切替スイッチ１５は、導電性被膜３４、ＦＰＧ端子などを介して、モータコントローラ１０内に取り込まれるモータ４０の筐体電位の接続先を、モータコントローラ１０の回路部のグランド線２２とするか、上述した切替スイッチ２８とするかを切り替えるものである。各相のステータコイルへのいずれの通電経路にも断線異常が発生していない場合、切替スイッチ１５は、初期状態として、モータ４０の筐体電位の接続先を、モータコントローラ１０の回路部のグランド線２２とするように設定されている。これにより、上述した通り、コモンモード電流によるノイズの抑制を図ることができる。

図６のタイミングチャートには、各相のステータコイルへのいずれの通電経路にも断線異常が発生していない場合の、モータ４０（ロータ部）の回転位置の検出原理が示されている。この場合、図６に示されるように、位置検出回路１４において、各相の比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗでは、空きコイルとなっている各相のステータコイルの誘起電圧と中点電位に相当する電圧との比較が行われて、比較結果に応じたレベルの信号が出力される。これら各相の比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗの比較結果に基づいて、信号生成部２９が位置検出信号（ゼロクロス信号）を生成することにより、位置検出が行われる。

この際、図６に示されるように、モータ４０の筐体電位は、モータコントローラ１０のグランド線２２に接続されているので、モータ４０の筐体電位の変動が抑制されている。

ここで、いずれかのステータコイルへの通電経路に断線異常が生じると、分岐線２５〜２７に抵抗Ｒ_Ｕ２、Ｒ_Ｖ２、Ｒ_Ｗ２をスター結線することによって生成した中点電位に相当する電圧が、本来の中点電位からずれてしまう可能性がある。各比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗに基準電圧として入力される電圧が、本来の中点電位からずれてしまうと、信号生成部２９は、モータ４０の実際の回転位置に応じた回転検出信号を生成することができなくなり、その結果、他のステータコイルの通電経路が正常であっても、モータ４０を継続して駆動することができなくなってしまう。

その点、本実施形態においては、異常検出部１２は、各相のステータコイルへの通電経路のいずれかに断線異常が発生したことを検出すると、切替信号により、モータ４０の筐体電位の接続先を切替スイッチ２８とするように切替スイッチ１５を切り替える。さらに、異常検出部１２は、モータ４０の筐体電位が基準電圧として各相の比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗに与えられるように切替スイッチ２８を切り替える。これにより、切替スイッチ１５、２８を介して、モータの筐体電位が、基準電圧として、各比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗの一方の入力端子に供給される。

図７のタイミングチャートには、基準電圧として、モータ４０の筐体電位を用いた場合の、モータ４０の回転位置の検出原理が示されている。なお、図７には、Ｕ相の高電位側の通電経路に断線異常が発生した場合（例えば、高電位側スイッチング素子のオープン故障など）の各部の波形が示されている。この場合、モータ４０の筐体電位の接続先は、切替スイッチ１５、２８によりグランド線２２から位置検出回路１４に切り替えられる。このため、筐体電位の変動自体は大きくなっている。しかしながら、モータ４０の筐体４１には、通電経路が断線しても、各相のステータコイルの電位のほぼ平均値に相当する電位が現れる。従って、この筐体電位を各層のステータコイルの電位と比較する基準電圧として用いることにより、断線異常が発生していない場合と同等の位置検出信号を得ることができる。

制御部１１は、位置検出回路１４から入力された位置検出信号の立ち上り、及び立ち下がりのタイミングで通電相が切り替えられるように、操作信号を生成して出力する。この操作信号は、ＰＷＭ信号であり、ＰＷＭ信号のデューティ比により、モータ４０に通電される駆動電流の大きさを制御することが可能である。例えば、駆動電流が大きくなるとモータトルクが高くなるので、モータ４０の回転数は増加する。逆に、駆動電流が小さくなると、モータ４０の回転数は減少する。このように、ＰＷＭ信号のデューティ比により、モータ４０の回転数を制御することができる。

図１に示すように、モータコントローラ１０は、例えば車内ＬＡＮを介して上位ＥＣＵ５０と接続されている。このため、モータコントローラ１０は、ＣＡＮ（登録商標）プロトロルやＬＩＮプロトコルなどの通信プロトコルに従って相互に通信を行うことが可能である。上位ＥＣＵ５０は、モータ４０の制御に関する目標値を決定し、通信により、その目標値をモータコントローラ１０に与える。

例えば、上位ＥＣＵ５０は、車両のエンジンの運転状態、運転負荷などに基づき、燃料ポンプから燃料噴射装置に供給すべき燃料の燃料圧を算出し、その燃料圧を達成するためのモータ４０の目標回転数を定める。そして、上位ＥＣＵ５０は、算出した目標回転数をモータコントローラ１０に与える。すると、モータコントローラ１０の制御部１１は、モータ４０の回転数を目標回転数に一致させるための操作信号を生成し、インバータ回路１３に出力する。このようにして、モータ４０の回転数が目標回転数に一致するように、回転制御が行われる。

次に、制御部１１の異常検出部１２について説明する。異常検出部１２は、モータの駆動制御の開始前や、所定時間毎に、各相のステータコイルへの通電経路に断線異常が生じていないかを検出する。例えば、異常検出部１２は、断線異常を検出するため、全ての通電パターンで各相のステータコイルへ電流が通電されるように、同時にオンする高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子とを、順番に切り替えていく。

その際、高電位側スイッチング素子を介して流れる電流の大きさを測定するために、図５に示されるように、車載バッテリ１とインバータ回路１３とを接続する電源線１９に高電位側シャント抵抗２０が設けられている。この高電位側シャント抵抗２０の下流側の一端が、接続線２１を介して、制御部１１に接続されている。このため、制御部１１の異常検出部１２は、通電パターンごとに、高電位側シャント抵抗２０の端子電圧に基づいて、高電位側の通電経路に電流が流れているか否かを検出することができる。また、低電位側スイッチング素子を介して流れる電流の大きさを測定するために、インバータ回路１３とＧＮＤ端子とを接続するグランド線２２に低電位側シャント抵抗２３が設けられている。この低電位側シャント抵抗２３の上流側の一端が、接続線２４を介して、制御部１１に接続されている。このため、制御部１１の異常検出部１２は、通電パターンごとに、低電位側シャント抵抗２３の端子電圧に基づいて、低電位側の通電経路に電流が流れているか否かを検出することができる。

なお、シャント抵抗２０、２３及び接続線２１、２４は、高電位側と低電位側とのどちらか一方だけに設けても良い。また、シャント抵抗２０、２３を設けずに、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子のオン抵抗に応じた電位に基づいて、通電経路に電流が流れているか否かを検出することも可能である。

例えば、Ｕ相ステータコイル→Ｖ相ステータコイル、及びＵ相ステータコイル→Ｗ相ステータコイルへの通電パターンにおいて通電経路に電流が流れていないことが検出されたとする。しかし、それ以外の通電パターン（Ｖ相→Ｕ相、Ｖ相→Ｗ相、Ｗ相→Ｕ相、Ｗ相→Ｖ相）では通電経路に電流が流れていることが検出されたとする。この場合、異常検出部１２は、Ｕ相の高電位側の通電経路に断線異常が発生したことを検出する。

また、例えば、Ｕ相ステータコイルを含むすべての通電パターンにおいて通電経路に電流が流れていないことが検出された場合、異常検出部１２は、Ｕ相の電流線３１に断線異常が発生したことを検出する。

なお、上述した断線異常の検出手法は単なる例示にすぎず、いずれかの通電経路の断線異常を検出するために、他の公知の断線検出手法を適用しても良い。

次に、制御部１１及び異常検出部１２によって実行される制御処理について、図８及び図９のフローチャートを参照して説明する。なお、図８のフローチャートに示す処理は、車両のＩＧスイッチがオンされると開始される。

処理が開始されると、まずステップＳ１００において、断線異常の検出処理が行われる。続くステップＳ１１０では、ステップＳ１００の検出処理において、いずれかのステータコイルの通電経路において断線異常が検出されたか否かを判定する。この判定処理において、断線異常が検出されなかったと判定すると、ステップＳ１２０の処理に進む。一方、断線異常を検出したと判定すると、ステップＳ１３０の処理に進む。

ステップＳ１２０では、制御部１１は公知のセンサレスモータ制御を実行する。すなわち、停止しているモータを強制起動し、モータの回転数が空きコイルの誘起電圧を検出可能な回転数まで上昇すると、誘起電圧に基づくセンサレス駆動に移行する。この際、異常検出部１２は、切替スイッチ１５、２８を図５に示す初期状態に保持している。このため、空きコイルの誘起電圧は、各ステータコイルの中点電位に相当する電圧と比較され、また、モータ４０の筐体電位はモータコントローラ１０のグランド線２２に接続される。

一方、ステップＳ１３０では、制御部１１は断線異常時制御を実行する。この断線異常時制御を、図９のフローチャートを参照して説明する。

まずステップＳ２００において、断線箇所の特定が行われる。続くステップＳ２１０では、切替スイッチ１５、２８に切替信号を出力して、各比較器ＣＰ_Ｕ、ＣＰ_Ｖ、ＣＰ_Ｗの一方の入力端子に入力される基準電圧を、モータ４０の筐体電位に切り替える。そして、ステップＳ２２０において、ステップＳ２００で特定した断線箇所に基づき、断線箇所を除く通電パターンにて、モータの駆動制御を継続して実行する。例えば、上述したように、Ｕ相の高電位側に断線異常が発生した場合には、このＵ相の高電位側を除く通電パターン（Ｖ相→Ｕ相、Ｖ相→Ｗ相、Ｗ相→Ｕ相、Ｗ相→Ｖ相）にてモータの駆動制御が行われる。また、Ｕ相の電流線などが断線し、Ｕ相の高電位側及び低電位側ともに電流が通電できない場合には、断線箇所を除く通電パターンは、Ｖ相→Ｗ相、Ｗ相→Ｖ相となる。

なお、各相のステータコイルのいずれかの通電経路において断線異常が発生した場合、燃料ポンプを駆動するモータを正常駆動することができない状態となるため、この状態を車両の走行を司る制御装置（例えばエンジンＥＣＵ、トランスミッションＥＣＵ等）へ伝達し、当該制御装置が、いわゆるリンプホーム制御を行うようにしても良い。

また、各相のステータコイルのいずれかの通電経路に断線異常が発生した場合には、モータ４０の回転数、電流値、電圧値などに上限値を設定するようにしても良い。断線異常の発生時に、モータ４０の出力性能を抑制することで、モータ４０の駆動の安定的な継続に寄与することができるためである。

以上、説明したように、本実施形態によるモータ制御装置６０によれば、ステータコイルのいずれかの通電経路に断線異常が発生した場合に、モータ４０の筐体の電位を用いてモータの回転位置を検出する。いずれかのステータコイルの通電経路に断線異常が生じても、モータ４０の筐体４１には、各ステータコイルへの印加電圧や誘起電圧による電位変動に応じた電位が生じる。そのため、いずれかのステータコイルの通電経路に断線異常が生じた場合でも、モータ４０の筐体４１の電位を用いることでロータ部の回転位置の検出が可能となり、その検出した回転位置に基づきモータ４０を継続して駆動することが可能となる。また、モータ４０の筐体電位の場合、モータコントローラ１０は、モータ内配線を用いることなく簡単に取り込むことが可能である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態におけるモータ制御装置について説明する。図１０は、第２実施形態におけるモータ制御装置のモータコントローラ１１０の構成を示す図である。

図１０に示すように、第２実施形態では、２つの位置検出回路１１４、１１６が設けられている。位置検出回路１１４は、第２の位置検出回路として、第１実施形態の位置検出回路１４と同様に、各相のステータコイルの誘起電圧と、各相のステータコイルの電圧から生成される中点電位に相当する電圧との比較結果から、位置検出信号を出力するものである。一方、位置検出回路１１６は、第１の位置検出回路として、モータ４０の筐体４１の電位を、所定の基準電位と比較した比較結果から、回転位置信号を出力するものである。そのため、位置検出回路１１６は、基準電圧を生成するための直列接続された抵抗Ｒ_１、Ｒ_２と、基準電圧と筐体電位とを比較する比較器ＣＰ、及び比較器ＣＰでの比較結果から位置検出信号を生成する信号生成部１１７を備えている。

モータ４０の筐体電位は、モータ４０の回転に応じて変動する変動成分を含むので、直列抵抗Ｒ_１、Ｒ_２によって生成された基準電圧との比較結果から、ロータの回転位置を示す回転位置信号を生成することができる。

本実施形態では、切替スイッチ１１５は、モータ４０の筐体電位の接続先を、モータコントローラ１１０内のグランド線２２から、位置検出回路１１６に切り替えるものとなっている。また、位置検出回路１１４内に切替スイッチは設けられておらず、代わりに、制御部１１に取り込む位置検出信号を、位置検出回路１１４の位置検出信号から、位置検出回路１１６の位置検出信号に切り替える切替スイッチ１１８が設けられている。切替スイッチ１１５、１１８は、いずれも、異常検出部１１２が各相のステータコイルのいずれかの通電経路に断線異常の発生を検出したとき、異常検出部１１２からの切替信号によって切り替えられる。

上述した第２実施形態のモータ制御装置によっても、第１実施形態のモータ制御装置と同様に、いずれかのステータコイルの通電経路に断線異常が生じた場合でも、モータ４０の筐体４１の電位を用いることでロータ部の回転位置の検出が可能となり、その検出した回転位置に基づきモータ４０を継続して駆動することが可能となる。

図１１は、位置検出回路１１６によるモータ４０の回転位置の検出原理を示したタイミングチャートである。なお、図１１にも、Ｕ相の高電位側の通電経路に断線異常が発生した場合（例えば、高電位側スイッチング素子のオープン故障など）の各部の波形が示されている。

この場合、モータ４０の筐体電位の接続先は、切替スイッチ１１５によりグランド線２２から位置検出回路１１６に切り替えられる。このため、モータ４０の筐体電位の変動は大きくなっている。この変動するモータ４０の筐体電位が、比較器ＣＰにおいて所定の基準電圧と比較される。すると、図１１に示すように、各ステータコイルの誘起電圧と基準電圧とを比較した場合のゼロクロス点と同様のタイミングでゼロクロス点が発生し、第１実施形態と同様の位置検出信号を生成することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態におけるモータ制御装置について説明する。図１２は、第３実施形態におけるモータ制御装置のモータコントローラ２１０の構成を示す図である。

図１２に示すように、第３実施形態では、第１実施形態と同様に１つの位置検出回路２１４しか設けられていない。しかしながら、３つの切替スイッチ２１５、２２８、２３０を設けることにより、第２実施形態と同様に、いずれかのステータコイルの通電経路に断線異常が生じた場合、位置検出回路２１４が、モータ４０の筐体４１の電位と所定の基準電位との比較結果から回転位置信号を出力できるように構成されている。以下、この点について詳しく説明する。

まず、切替スイッチ２１５は、モータ４０の筐体電位の接続先を、モータコントローラ２１０のグランド線２２から切替スイッチ２３０に切り替え可能となっている。切替スイッチ２３０は、Ｕ相比較器ＣＰ_Ｕの他方の入力端子に入力される測定電圧を、分岐線２５によるＵ相ステータコイルの電圧からモータ４０の筐体電位に切り替え可能となっている。さらに、切替スイッチ２２８は、Ｕ相比較器ＣＰ_Ｕの一方の入力端子に入力される基準電圧を、各ステータコイルの中点電位に相当する電圧から直列抵抗Ｒ_１、Ｒ_２により生成される所定の基準電圧に切り替え可能となっている。

異常検出部２１２は、各相のステータコイルのいずれかの通電経路に断線異常が発生したことを検出すると、それぞれの切替スイッチ２１５、２２８、２３０に切替信号を出力する。すると、位置検出回路２１４では、Ｕ相比較器ＣＰ_Ｕに関して、Ｕ相のステータコイル電圧と中点電位に相当する電圧とを比較していた状態から、モータ４０の筐体電位と所定の基準電位とを比較する状態に切り替わる。この切り替わり後の状態において、信号生成部２２９は、比較器ＣＰ_Ｕの比較結果だけに基づいて、位置検出信号を生成する。

このような構成により、１つの位置検出回路２１４しか設けていないにも係わらず、第２実施形態と同様に、いずれかのステータコイルの通電経路に断線異常が生じた場合には、モータ４０の筐体電位と所定の基準電圧との比較結果に基づく位置検出信号を生成することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

例えば、上述した各実施形態では、切替スイッチ１５、１１５、２１５を備え、モータ４０の筐体電位の接続先を、モータコントローラ１０、１１０、２１０のグランド線２２と、位置検出回路１４、１１６、２１４とのいずれかに切り替え可能とした。しかしながら、切替スイッチ１５、１１５、２１５及びコンデンサ１６、抵抗１７、ツェナーダイオード１８を省略し、モータ４０の筐体電位は、常に、位置検出回路１４、１１６、２１４に接続されるものとしても良い。

また、上述した各実施形態では、本発明によるモータ制御装置が燃料ポンプを駆動するモータ４０を制御するために用いられる例について説明したが、本発明によるモータ制御装置は他の用途に用いられるモータの制御に適用されても良い。例えば、エアコン装置における電動圧縮機のモータを制御するために用いても良いし、ディーゼルエンジンにおいて排ガス浄化のために尿素水を使用する場合に、その尿素水を組み上げるポンプを駆動するモータを制御するために用いても良い。さらには、エンジンルームに配されるファンを駆動するモータを制御するために用いても良い。つまり、モータ４０が厳しい環境条件に置かれ、モータコントローラ１０をモータ４０と一体化することが困難であって、モータコントローラ１０とモータ４０とを別体とする場合には、本発明のモータ制御装置を用いることが好適である。

１…車載バッテリ、４…アース線、１０…モータコントローラ、１１…制御部、１２…異常検出部、１３…インバータ回路、１４…位置検出回路、１５…切替スイッチ、１６…コンデンサ、２２…グランド線、３０…負荷線、３１…Ｕ相電流線、３２…Ｖ相電流線、３３…Ｗ相電流線、３４…導電性被膜、４０…モータ、４１…金属製筐体、６０…モータ制御装置

Claims (12)

1. 金属製の筐体（４１）を有するモータ（４０）と、
   負荷線（３０）を介して、前記モータの筐体内に設けられた複数相のステータコイルと接続され、前記負荷線を通じて送出される前記複数相のステータコイルへの駆動電流により前記モータを駆動するモータコントローラ（１０）と、を備え、
   前記複数相のステータコイルは、それぞれ、浮遊容量を介して前記モータの筐体（４１）と結合され、
   前記モータコントローラは、前記モータの筐体の電位を接続配線（３４、３５、３６）を介して取り込み、前記モータの筐体の電位を用いて、前記モータの回転位置を検出する位置検出回路（１４、１１６）を備えるモータ制御装置。
2. 前記位置検出回路（１４）は、前記負荷線を介して、前記複数相のステータコイルの各々の電圧を取り込むとともに、前記モータの筐体の電位を、前記複数相のステータコイルの各々の電圧と比較される基準電位として用いた比較結果から、前記モータの回転位置を検出する請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記モータコントローラは、
   前記複数相のステータコイルへの通電経路の各々に関して、断線異常が発生したことを検出する異常検出回路と、
   前記異常検出回路によっていずれかの通電経路に断線異常が発生したことが検出されたとき、前記位置検出回路における基準電位を、前記複数相のステータコイルの各々の電圧から生成される中点電位から前記モータの筐体の電位に切り替える切替回路（１５、２８）と、を備える請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記切替回路による切り替え前は、前記モータの筐体に漏洩したコモンモード電流によるノイズを低減すべく、前記接続配線を介して取り込まれた前記モータの筐体の電位は、前記モータコントローラのＧＮＤ電位を持つ配線（２２）に接続される請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記位置検出回路（１１６）は、前記モータの筐体の電位を、所定の基準電位と比較した比較結果から、前記モータの回転位置を検出する請求項１に記載のモータ制御装置。
6. 前記モータの筐体の電位を、所定の基準電位と比較した比較結果から、前記モータの回転位置を検出する第１の位置検出回路（１１６）に加えて、前記複数相のステータコイルの各々の電圧と、それら電圧から生成される中点電位との比較結果から、前記モータの回転位置を検出する第２の位置検出回路（１１４）が設けられ、
   前記モータコントローラは、
   前記複数相のステータコイルへの通電経路の各々に関して、断線異常が発生したことを検出する異常検出回路（１１２）と、
   前記異常検出回路によっていずれかの通電経路に断線異常が発生したことが検出されたとき、前記モータの回転位置を検出する回路を、前記第２の位置検出回路から前記第１の位置検出回路に切り替える切替回路（１１５、１１８）と、を備える請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記切替回路は、さらに、前記異常検出回路によっていずれかの通電経路に断線異常が発生したことが検出されたとき、前記接続配線を介して取り込まれる前記モータの筐体の電位の接続先を、前記第１の位置検出回路に切り替えるものであり、
   前記切替回路による切り替え前は、前記モータの筐体に漏洩したコモンモード電流によるノイズを低減すべく、前記モータの筐体の電位は、前記モータコントローラのＧＮＤ電位を持つ配線（２２）に接続される請求項６に記載のモータ制御装置。
8. 前記接続配線は、前記負荷線と共通のケーブル内に挿通されたものであり、さらに、
   前記接続配線は、交流成分を通過させ、かつ直流成分を遮断するＡＣ結合手段（１６）を介して前記モータコントローラのＧＮＤ電位を持つ配線に接続される請求項４又は７に記載のモータ制御装置。
9. 前記ＡＣ結合手段と並列に接続した抵抗（１７）を備える請求項８に記載のモータ制御装置。
10. 前記ＡＣ結合手段と並列に接続したツェナーダイオード（１８）を備える請求項８又は９に記載のモータ制御装置。
11. 前記接続配線は、前記負荷線のシールド線である請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載のモータ制御装置は、車両において、燃料タンク内の燃料を汲み上げて、エンジンの燃料噴射装置に供給する燃料ポンプを駆動するモータに適用されるモータ制御装置。

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