JP7482014B2

JP7482014B2 - モータ駆動制御装置

Info

Publication number: JP7482014B2
Application number: JP2020207353A
Authority: JP
Inventors: 郁弥飯島; 知延小関
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2024-05-13
Anticipated expiration: 2040-12-15
Also published as: JP2022094457A

Description

本発明は、モータ駆動制御装置に関する。

モータ駆動制御装置には、インバータとモータの中性点との間の各相通電線に設置された半導体リレー（モータリレー）がインバータ駆動用半導体リレーの短絡故障時に遮断されて、電気ブレーキの発生を抑制するものが知られている（例えば特許文献１参照）。このモータリレーには、そのゲート－ドレイン間においてアクティブクランプ回路が設けられ、これにより、モータの非駆動制御時に外力によって逆起電圧が発生しても、モータリレーのドレイン－ソース間電圧が固有の耐圧を超えないようにしている。

特開２０１５－３３２７３号公報

ところで、種々の要因により、三相の通電線に設置されるモータリレーを１つのリレーパッケージにパッケージ化して、このリレーパッケージをインバータ等が形成される回路基板に実装することができる。このようなリレーパッケージのうちモータコイルと電気的に接続される外部端子は、溶接等の接合に伴う熱的影響等を考慮して、回路基板を介さずに（回路基板から離間して）モータコイルに接合されることが想定される。

しかし、モータリレーが中性点とモータコイルとの間の各相通電線に設置される場合には、リレーパッケージのうちモータコイルと接続される外部端子は、内蔵するモータリレーのドレイン端子に内部接続されることになる。したがって、モータリレーのドレイン端子はリレーパッケージの外部端子を介してパターン（導体）として回路基板上に現れないため、モータリレーのゲート－ドレイン間に設けられるアクティブクランプ回路の構成素子を回路基板上に実装することは困難となる。

一方、特許文献１に記載されるように、モータリレーがインバータとモータコイルとの間の各相通電線に設置される場合には、モータリレーのドレイン端子はリレーパッケージの外部端子を介してパターンとして回路基板上に現れる。このため、アクティブクランプ回路の構成素子を回路基板上に実装することは比較的容易である。しかし、アクティブクランプ回路の構成素子として、各モータリレーについてツェナーダイオード及びダイオードを１つずつ必要とするため、回路基板の実装面積を抑制する観点からはアクティブクランプ回路の構成素子を削減することが望ましい。

そこで、本発明は以上のような問題点に鑑み、モータリレーを保護するアクティブクランプ回路の構成素子を簡易な構成で回路基板上に実装可能な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では、中性点を有する電動モータの複数相のコイルに通電するインバータと、複数相のコイルと中性点との間の各相の第１通電線又はインバータと複数相のコイルとの間の各相の第２通電線のいずれか一方に配置され、外部からの制御によりインバータから中性点への通電を遮断する半導体リレーと、半導体リレーが第１通電線に配置された場合には半導体リレーの中性点側の第１通電線とグランドとの電位差が所定電圧まで上昇したときに、あるいは、半導体リレーが第２通電線に配置された場合には半導体リレーのコイル側の第２通電線とグランドとの電位差が所定電圧まで上昇したときに、電位差を所定電圧に保持するアクティブクランプ回路と、を備える。

本発明のモータ駆動制御装置によれば、モータリレーを保護するアクティブクランプ回路の構成素子を簡易な構成でインバータ基板に実装することができる。

電動パワーステアリングの構成例を示す概略図である。第１実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例を示す回路図である。同モータ駆動制御装置のインバータの一例を示す回路図である。同モータ駆動制御装置のモータリレーのパッケージ化を示す説明図である。同モータ駆動制御装置の電圧波形の一例を示すタイムチャートである。第２実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例を示す回路図である。第３実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例を示す回路図である。従来のモータ駆動制御装置の電圧波形の一例を示すタイムチャートである。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係るモータ駆動制御装置の適用例としての電動パワーステアリングを示す。車両１に搭載される電動パワーステアリング２は、車両１の運転者がステアリング操作を行って、ステアリングホイール３による操舵トルクで一対の操向輪４を転舵させる際に、その操舵トルクをアシストする。

ステアリングホイール３の操作によって発生する操舵トルクは、ステアリングシャフト５とこれに自在継手等を介して連結されたピニオンシャフト６とを経由して、ピニオンシャフト６の先端部に設けられたピニオンギア７に伝達される。伝達された操舵トルクによるピニオンギア７の回転運動は、ピニオンギア７と噛合するラックギア８によって車幅方向の直線運動に変換される。この直線運動によってラックギア８に接続された一対のタイロッド９が作動し、一対のタイロッド９にそれぞれ接続された操向輪４が転舵する。電動パワーステアリング２は、ステアリングホイール３からタイロッド９への操舵トルクの伝達経路に対して、操舵トルクをアシストするアシストトルクを加えるように構成される。

図示の例では、電動パワーステアリング２は、アシストトルクを発生するモータ１０と、モータ１０の駆動を制御するモータ駆動制御装置であるＥＣＵ１１と、を備える。また、電動パワーステアリング２は、モータ１０の出力を減速してラックギア８に伝達する減速機１２を備える。さらに、電動パワーステアリング２は、操舵トルクを計測するためのトルクセンサ１３、モータ１０の回転角度を計測するための回転角センサ１４及び車速を計測するための車速センサ１５を備える。トルクセンサ１３としては、例えば、磁歪式、ひずみゲージ式、圧電式等、種々の検出方式を採用し得る。また、回転角センサ１４としては、例えば、ホール素子、レゾルバ、ロータリーエンコーダ等、種々の検出方式を採用し得る。

ＥＣＵ１１は、車載バッテリ１６から電源が供給され、トルクセンサ１３の出力信号であるトルク信号ＳＴと、回転角センサ１４の出力信号である回転角信号Ｓθと、車速センサ１５の出力信号である車速信号ＳＶと、を入力する。また、ＥＣＵ１１は、その内部に、モータ１０に流れる電流を計測するための電流センサ１７を有している。

ＥＣＵ１１は、トルク信号ＳＴ、車速信号ＳＶ、回転角信号Ｓθ、及び、電流センサ１７の出力信号に基づいて、車両１の運転状態に応じたアシストトルクを発生させるようにモータ１０の駆動を制御する。モータ１０の発生トルクは減速機１２を介してラックギア８へ伝達され、これにより、車両１の運転状態に応じて操舵トルクがアシストされる。

図２は、モータ１０及びＥＣＵ１１における要部の一例を示す。

モータ１０は、Ｕ相コイル１０Ｕ、Ｖ相コイル１０Ｖ及びＷ相コイル１０Ｗをステータコイルとして、これらが図示省略のステータに巻き回されて中性点Ｎで接続されるＹ結線を有する３相ブラシレスモータである。また、モータ１０は、永久磁石回転子として図示省略のロータを備え、このロータの回転軸は、ロータの磁力とステータコイルの発生する磁力との相互作用によってロータが回転するように、ステータ等に軸支されている。ロータの軸出力は、モータ１０の発生トルクとして減速機１２に伝達される。

ＥＣＵ１１は、電源回路１０１、昇圧回路１０２、インバータ１０３、インバータ駆動回路１０４、第１電源リレー１０５、第２電源リレー１０６、ノイズフィルタ回路１０７、モータリレー１０８～１１０、第１ドライバ１１１、第２ドライバ１１２、第３ドライバ１１３、ゲート－ソース間抵抗１１４、ゲート過電圧保護素子１１５、マイクロコンピュータ１１６、及び、アクティブクランプ回路１１７を備える。

電源回路１０１は、イグニッションスイッチＩＧＮを介して車載バッテリ１６に接続され、イグニッションスイッチＩＧＮがオン状態であるときに、車載バッテリ１６の出力電圧をＥＣＵ１１の各部で必要となる動作電圧に調整（降圧）して供給する。

昇圧回路１０２は、正極側電源線１１８を介して車載バッテリ１６の正極に接続され、車載バッテリ１６の出力電圧を、第１～第３ドライバ１１１～１１３、インバータ駆動回路１０４等で必要となる動作電圧に昇圧して供給する。

インバータ１０３は、正極側電源線１１８と車両１のボディアース（以下、単に「グランド」という）を介して車載バッテリ１６の負極に接続された負極側電源線１１９との間に設けられる。このインバータ１０３は、車載バッテリ１６の直流出力を交流に変換して、Ｕ相コイル１０Ｕ、Ｖ相コイル１０Ｖ及びＷ相コイル１０Ｗへ供給する。インバータ駆動回路１０４は、インバータ１０３に備えられた後述のスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する回路であり、駆動信号の生成の際に、昇圧回路１０２で出力された昇圧電圧を用いている。ここで、インバータ１０３及びインバータ駆動回路１０４について、これらの内部構成を示した図３を参照して詳しく説明する。

図３に示すように、インバータ１０３では、正極側電源線１１８に接続された正極側母線１０３Ｐと負極側電源線１１９に接続された負極側母線１０３Ｎとの間に、Ｕ相アーム、Ｖ相アーム及びＷ相アームが並列に接続される。Ｕ相アームは上段スイッチング素子１０３_ＵＨと下段スイッチング素子１０３_ＵＬとが直列接続されて構成される。Ｖ相アームは上段スイッチング素子１０３_ＶＨと下段スイッチング素子１０３_ＶＬとが直列接続されて構成される。Ｗ相アームは上段スイッチング素子１０３_ＷＨと下段スイッチング素子１０３_ＷＬとが直列接続されて構成される。そして、インバータ１０３の各相アームにおける２つのスイッチング素子間は、モータ１０の対応する位相のコイルに接続されて、３相ブリッジ回路が構成されている。具体的には、Ｕ相アームの２つのスイッチング素子１０３_ＵＨ，１０３_ＵＬ間はＵ相コイル１０Ｕの端部に接続され、Ｖ相アームの２つのスイッチング素子１０３_ＶＨ，１０３_ＶＬ間はＶ相コイル１０Ｖの端部に接続され、Ｗ相アームの２つのスイッチング素子１０３_ＷＨ，１０３_ＷＬ間はＷ相コイル１０Ｗの端部に接続される。

スイッチング素子１０３_ＵＨ，１０３_ＵＬ，１０３_ＶＨ，１０３_ＶＬ，１０３_ＷＨ，１０３_ＷＬは（以下「１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬ」と略記する）、外部から制御可能な制御端子を有する半導体素子であり、逆起電力を車載バッテリ１６へ還流させるために逆並列のダイオードＤを有している。スイッチング素子１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Metal Field Effect Transistor）又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等があげられる。以下、スイッチング素子１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬはＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるものとし、ダイオードＤは、ＭＯＳＦＥＴの製造過程でドレイン－ソース間に形成される寄生ダイオードであるものとして説明する。

また、図３に示すように、インバータ駆動回路１０４は、スイッチング素子１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬのそれぞれについて駆動信号を生成する複数のドライバで構成される。すなわち、インバータ駆動回路１０４は、スイッチング素子１０３_ＵＨの駆動信号を生成するＵ相上段ドライバ１０４_ＵＨ、スイッチング素子１０３_ＵＬの駆動信号を生成するＵ相下段ドライバ１０４_ＵＬ、スイッチング素子１０３_ＶＨの駆動信号を生成するＶ相上段ドライバ１０４_ＶＨ、スイッチング素子１０３_ＶＬの駆動信号を生成するＶ相下段ドライバ１０４_ＶＬ、スイッチング素子１０３_ＷＨの駆動信号を生成するＷ相上段ドライバ１０４_ＷＨ、及び、スイッチング素子１０３_ＷＬの駆動信号を生成するＷ相下段ドライバ１０４_ＷＬで構成される。各ドライバは、マイクロコンピュータ１１６から出力された制御信号に基づいて、スイッチング素子１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬをオン駆動またはオフ駆動させる駆動信号を生成する。この駆動信号には、スイッチング素子１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬをターンオンさせることができるように、昇圧回路１０２から出力された昇圧電圧が用いられる。

再び図２を参照すると、第１電源リレー１０５及び第２電源リレー１０６は正極側電源線１１８に配置される。第１電源リレー１０５及び第２電源リレー１０６は、外部から制御可能な制御端子を有する半導体素子であり、第１電源リレー１０５はダイオードＤ１を有し、第２電源リレー１０６はダイオードＤ２を有している。以下、第１電源リレー１０５及び第２電源リレー１０６はＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、ダイオードＤ１，Ｄ２は寄生ダイオードであるものとする。

第１電源リレー１０５は、モータ駆動制御の停止や電動パワーステアリングの異常時等に、車載バッテリ１６からインバータ１０３への出力電圧の供給を遮断するものである。第１電源リレー１０５は、そのダイオードＤ１が逆起電力を車載バッテリ１６へ還流させるための逆並列の還流ダイオードとして機能するように、ダイオードＤ１の順方向を電流がインバータ１０３から車載バッテリ１６へ流れる方向にして配置される。

第２電源リレー１０６は、車載バッテリ１６が逆接続されたときの短絡電流を遮断するものである。具体的には、第２電源リレー１０６は、逆接続時に、車載バッテリ１６の正極と負極とを、グランド、スイッチング素子１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬのダイオードＤ、及び、第１電源リレー１０５のダイオードＤ１を介して導通する閉回路を遮断するものである。このため、第２電源リレー１０６は、そのダイオードＤ２がインバータ１０３から車載バッテリ１６へ戻る電流を遮断するように、ダイオードＤ２の順方向を電流が車載バッテリ１６からインバータ１０３へ流れる方向にして配置される。

ノイズフィルタ回路１０７は、第１電源リレー１０５及び第２電源リレー１０６のいずれよりもインバータ１０３側の正極側電源線１１８に配置されて、正極側電源線１１８における伝導性ノイズを除去するものである。ノイズフィルタ回路１０７は、例えば、コイルの両端に、グランドと接続されたコンデンサが接続されたπ型ＬＣ回路等として構成される。

モータリレー１０８～１１０はステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗと中性点Ｎとの間の第１通電線Ｌ１に配置される。具体的には、Ｕ相コイル１０Ｕと中性点Ｎとの間の第１通電線Ｌ１にＵ相モータリレー１０８が配置され、Ｖ相コイル１０Ｖと中性点Ｎとの間の第１通電線Ｌ１にＶ相モータリレー１０９が配置され、Ｗ相コイル１０Ｗと中性点Ｎとの間の第１通電線Ｌ１にＷ相モータリレー１１０が配置される。モータリレー１０８～１１０は、外部から制御可能な制御端子を有する半導体素子であり、それぞれダイオードＤ３を有している。モータリレー１０８～１１０は、インバータ１０３のスイッチング素子１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬに短絡故障が発生したときに、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗに流れる短絡電流により発生する電気ブレーキを抑制すべく、相電流を遮断するものである。以下、モータリレー１０８～１１０は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、ダイオードＤ３は寄生ダイオードであるものとする。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるモータリレー１０８～１１０は、そのダイオードＤ３が同相のコイルから中性点Ｎを介して他の位相のコイルへ流れる電流を遮断するように、ソース端子が中性点Ｎに接続され、ドレイン端子が同相のコイルに接続されて、配置される。

第１ドライバ１１１は、第１電源リレー１０５の制御端子へ駆動信号を出力し、第２ドライバ１１２は、第２電源リレー１０６の制御端子へ駆動信号を出力する。第３ドライバ１１３は、信号線１２０と、これから各モータリレーに向けて分岐する、Ｕ相信号線１２０Ｕ、Ｖ相信号線１２０Ｖ、Ｗ相信号線１２０Ｗとを介して、モータリレー１０８～１１０の制御端子へ駆動信号を出力する。各ドライバはそれぞれ、マイクロコンピュータ１１６から出力された制御信号に基づいて、昇圧回路１０２から出力された昇圧電圧を用いつつ、第１電源リレー１０５、第２電源リレー１０６、モータリレー１０８～１１０の駆動信号を生成する。

ゲート－ソース間抵抗１１４は、３つのモータリレー１０８～１１０に共通して１つ設けられ、信号線１２０と中性点Ｎとを接続して設けられる。また、ゲート過電圧保護素子１１５は、カソードが信号線１２０に接続され、アノードが中性点Ｎに接続されたツェナーダイオードとして設けられる。

マイクロコンピュータ１１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算手段、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶手段、Ｉ／Ｏポート等の入出力インターフェースが内部バスで通信可能に接続されて構成されている。

マイクロコンピュータ１１６は、トルク信号ＳＴから操舵トルクを計測し、車速信号ＳＶから車速を計測し、これらの計測値に基づいてアシストトルクの目標値（目標トルク）を算出する。また、マイクロコンピュータ１１６は、回転角信号Ｓθからモータ１０の回転角度を計測するとともに電流センサ１７の出力信号である電流信号Ｓｉからモータ１０に流れる電流を計測して、これらの計測値からモータ１０の発生トルクに寄与する電流成分（ｑ軸電流）を算出する。そして、マイクロコンピュータ１１６は、モータ１０の発生トルクに寄与する電流成分が目標トルクに相当する電流（目標電流）に近づくように電流フィードバック制御を行う。例えば、マイクロコンピュータ１１６は、ＰＩＤ制御等によって、目標電流とｑ軸電流との偏差に基づいて、三角波等のキャリア信号と比較するための指令信号の電圧値を算出する。そして、マイクロコンピュータ１１６は、電圧値を算出した指令信号とキャリア信号とを比較してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、このＰＷＭ信号を制御信号として、インバータ駆動回路１０４を構成する各ドライバへ出力する。

また、マイクロコンピュータ１１６は、インバータ駆動回路１０４、第１ドライバ１１１、第２ドライバ１１２及び第３ドライバ１１３へ制御信号を出力する。マイクロコンピュータ１１６は、モータ１０の駆動制御を行っているときには、第１電源リレー１０５、第２電源リレー１０６、モータリレー１０８～１１０をオン状態にする制御信号を、第１ドライバ１１１、第２ドライバ１１２、第３ドライバ１１３へ出力する。この状態で、マイクロコンピュータ１１６は、目標電流とｑ軸電流との偏差に応じた制御信号をインバータ駆動回路１０４へ出力する。一方、マイクロコンピュータ１１６は、モータ１０の駆動制御を停止しているときには、第１電源リレー１０５、第２電源リレー１０６、モータリレー１０８～１１０をオフ状態にする制御信号を、第１ドライバ１１１、第２ドライバ１１２、第３ドライバ１１３へ出力する。

アクティブクランプ回路１１７は、モータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧が、モータ１０に発生する逆起電圧によって各リレー固有のドレイン－ソース間耐圧を超えないようにして、モータリレー１０８～１１０を保護するものである。モータ１０に発生する逆起電圧としては、以下のようなものが想定される。例えば、車載バッテリ１６の取り外し時や第１電源リレー１０５及び第２電源リレー１０６のオフ状態で、整備中にタイヤを手で動かしたとき等、モータ１０が外力により回されたときに発生する逆起電圧が想定される。あるいは、例えば、凹凸路の走行中にＥＣＵ１１の回路系の異常検出に応じてモータリレー１０８～１１０をオフ操作したとき等、モータ１０を高回転速度で駆動中にモータリレー１０８～１１０をオフ操作したときに発生する逆起電圧が想定される。

アクティブクランプ回路１１７は、信号線１２０とグランドとを接続するグランド線１２１に設けられる。具体的には、グランド線１２１において、信号線１２０からグランドへ電流が流れる方向を順方向とするツェナーダイオード１２２が配置されている。また、グランド線１２１において、グランドから信号線１２０へ電流が流れる方向を順方向とするダイオード１２３が配置されている。このダイオード１２３は、第３ドライバ１１３から信号線１２０を介してモータリレー１０８～１１０に駆動信号が出力されたときに、グランド線１２１を介して信号線１２０からグランドへ電流が流れないようにしている。

ところで、アクティブクランプ回路１１７に代えて、モータリレー１０８～１１０のゲート－ドレイン間に別のアクティブクランプ回路を形成することも回路図上では可能である。しかし、図４に示すように、モータリレー１０８～１１０を１つのリレーパッケージ１２４にパッケージ化して、このリレーパッケージ１２４をＥＣＵ１１のインバータ１０３等が形成されるＰＣＢ（Printed Circuit Board）等の回路基板１２５上に実装したときに、上記別のアクティブクランプ回路を形成することが困難となる場合がある。

例えば、リレーパッケージ１２４のうちモータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗと電気的に接続される外部端子１２６が、溶接等の接合による熱的影響の低減や基板面積増大の抑制等を考慮して、回路基板１２５を介さずに（回路基板１２５から離間して）モータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗに接合される場合が考えられる。この場合、リレーパッケージ１２４のうち回路基板１２５と接続される外部端子１２６は、内蔵するモータリレー１０８～１１０のソース端子ｓ及びゲート端子ｇに内部接続されることになる。このため、モータリレー１０８～１１０のソース端子ｓ及びゲート端子ｇは外部端子１２６を介して回路基板１２５上にパターン（導体）として現れる。一方、リレーパッケージ１２４のうちモータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗと接続される外部端子１２６は、内蔵するモータリレー１０８～１１０のドレイン端子ｄに内部接続されることになる。したがって、モータリレー１０８～１１０のドレイン端子ｄは外部端子１２６を介して回路基板１２５上にパターンとして現れないため、モータリレー１０８～１１０のゲート－ドレイン間に設けられる上記別のアクティブクランプ回路の構成素子を回路基板１２５上に実装することは困難となる。このように回路基板１２５上にモータリレー１０８～１１０のドレイン端子ｄがパターンとして現れない場合でもアクティブクランプ回路１１７の構成素子を回路基板１２５上に実装できるようにするため、上記のように、アクティブクランプ回路１１７をグランド線１２１に設けている。ここで、アクティブクランプ回路１１７による作用を理解しやすくするために、先ず図８を参照して、従来のＥＣＵ、すなわち、アクティブクランプ回路１１７を備えていないと仮定したＥＣＵ１１の動作について説明する。

図８は、アクティブクランプ回路１１７を備えていないと仮定したＥＣＵ１１において、モータ１０の非駆動制御時に外力によりモータ１０（ロータ）が一定の回転速度で回転したときの各部電圧波形の一例を示している。なお、第１実施形態において、グランド電位（例えば零ボルト）より高い正の逆起電圧が発生しているコイルでは中性点Ｎへ流れる電流を発生させることができ、グランド電位より低い負の逆起電圧が発生しているコイルではインバータ１０３へ流れる電流を発生させることができるものとする。また、以下において、モータ１０の非駆動制御時には、上記で説明したように、スイッチング素子１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬ、第１電源リレー１０５、第２電源リレー１０６及びモータリレー１０８～１１０は、いずれもオフ状態となっており、ＥＣＵ１１の各部がグランド電位に相当する電位となっているものとする。

図８（ａ）は、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ、及び、中性点電位ＶＮの波形を示す。ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗでは、モータ１０の回転により、互いに電気角１２０°の位相差を有する略正弦波状の逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが発生する。正の逆起電圧が発生しているコイルはこれと同相のモータリレーのダイオードＤ３により中性点Ｎと導通しないが、負の逆起電圧が発生しているコイルはこれと同相のモータリレーのダイオードＤ３を介して中性点Ｎと導通する。このため、中性点Ｎの電位である中性点電位ＶＮは、モータリレー１０８～１１０のダイオードＤ３によって、概ね、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗで発生する負の逆起電圧のうち最も小さい値に相当する電位となる。換言すれば、中性点電位ＶＮは、図８（ａ）に示すように、概ね、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗに発生する逆起電圧のうち負方向のピークに沿って変動する。

図８（ｂ）は、インバータ入力電圧Ｖｉｎの波形を示す。負の逆起電圧が発生しているコイルにはダイオードＤ３を介して中性点Ｎから電流が流れる可能性があるが、中性点Ｎには電流の供給源がない。このため、負の逆起電圧が発生しているコイルからノイズフィルタ回路１０７へ、インバータ１０３における同相の上段スイッチング素子のダイオードＤを介して流れる電流は発生しない。したがって、インバータ入力電圧Ｖｉｎは、ノイズフィルタ回路１０７のコンデンサの充電によって上昇せず、グランド電位に相当する電位となっている。

図８（ｃ）は、モータリレー１０８～１１０のゲート電位Ｖｇ及びゲート－ソース間電圧Ｖｇｓの波形を示す。上記のように中性点Ｎには電流の供給源がなく、ゲート－ソース間抵抗１１４における電圧降下が発生しないため、モータリレー１０８～１１０のゲート電位Ｖｇと中性点電位ＶＮとは略同一となる。モータリレー１０８～１１０のソース電位は中性点電位ＶＮに相当するので、ゲート－ソース間電圧Ｖｇｓは略零となって、モータリレー１０８～１１０はオフ状態のままとなる。

図８（ｄ）は、Ｕ相モータリレー１０８のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ、Ｖ相モータリレー１０９のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｖ、Ｗ相モータリレー１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｗの波形を示す。

モータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗは、ソース電位に相当する中性点電位ＶＮとドレイン電位に相当する逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとの電位差である。
Ｖｄｓｕ＝Ｖｕ－ＶＮ
Ｖｄｓｖ＝Ｖｖ－ＶＮ
Ｖｄｓｗ＝Ｖｗ－ＶＮ

中性点電位ＶＮは、上記のように、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗで発生する負の逆起電圧のうち最も小さい値に相当する電位となる。このため、特に、逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが正方向のピーク又はその近傍となっているコイルと同相のモータリレーでは、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗが過大となって、モータリレー１０８～１１０に固有のドレイン－ソース間耐圧Ｖｌｉｍを超えるおそれがある。そこで，ＥＣＵ１１は、アクティブクランプ回路１１７によって、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗがドレイン－ソース間耐圧Ｖｌｉｍを超えないようにしている。次に、図５を参照して、アクティブクランプ回路１１７を備えているＥＣＵ１１の動作について説明する。

図５は、アクティブクランプ回路１１７を備えたＥＣＵ１１において、モータ１０の非駆動制御時にモータ１０（ロータ）が外力により一定の回転速度で回転したときの各部電圧波形の一例を示している。

図５（ａ）は、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ、及び、中性点電位ＶＮの波形を示す。ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗでは、モータ１０の回転により、基本的には、互いに電気角１２０°の位相差を有する略正弦波状の逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが発生する。しかし、逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの負方向のピークがクランプされている点で図８（ａ）と異なる。これは、以下で説明するアクティブクランプ回路１１７の作用によるものである。

中性点電位ＶＮひいてはアクティブクランプ回路１１７におけるツェナーダイオード１２２のアノード電位は、図８（ａ）に関して説明したように、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗに発生している負の逆起電圧のうち最も小さい値に相当する電位となる。しかし、モータ１０の回転によりツェナーダイオード１２２のアノード電位がさらに低下してツェナーダイオード１２２の逆方向電圧が降伏電圧以上となった場合には、ツェナーダイオード１２２が降伏してアノード電位が第１電位Ｖ１に保持される。これにより、後述するように、モータリレー１０８～１１０のゲート電位Ｖｇも第１電位Ｖ１に相当する電位に保持される（図５（ｃ）参照）。第１電位Ｖ１は、グランド電位に対して降伏電圧に相当する電位差だけ低い負の電位である。ツェナーダイオード１２２が降伏すると、中性点Ｎは降伏後のツェナーダイオード１２２及びゲート－ソース間抵抗１１４を介してグランドと導通する。このため、負の逆起電圧が発生しているコイルには、これと同相のモータコイルのダイオードＤ３を介して、グランドを電流の供給源とする中性点Ｎから電流が流れる。すると、中性点電位ＶＮは、図５（ａ）に示すように、ゲート－ソース間抵抗１１４における電圧降下によって、第１電位Ｖ１より低い第２電位Ｖ２まで低下し、電流が流入するコイルの逆起電圧は、第２電位Ｖ２より低い電位には低下しないようになる。このように、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗに発生する逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの負方向のピークは、ツェナーダイオード１２２の降伏電圧とゲート－ソース間抵抗１１４における電圧降下分とをグランド電位から減算した第２電位Ｖ２でクランプされる。

図５（ｃ）は、モータリレー１０８～１１０のゲート電位Ｖｇ及びゲート－ソース間電圧Ｖｇｓの波形を示す。図５（ａ）に関して説明したように、降伏後のツェナーダイオード１２２のアノード電位はグランド電位よりも低い負の第１電位Ｖ１に保持される。このとき、中性点電位ＶＮは、ゲート－ソース間抵抗１１４における電圧降下によって、第１電位Ｖ１より低い第２電位Ｖ２まで低下する。ツェナーダイオード１２２のアノード電位はモータリレー１０８～１１０のゲート電位Ｖｇに相当するので、モータリレー１０８～１１０のゲート電位Ｖｇは第１電位Ｖ１に相当する電位に保持される。また、中性点電位ＶＮはモータリレー１０８～１１０のソース電位に相当するので、モータリレー１０８～１１０のゲート－ソース間電圧Ｖｇｓは、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２との電位差（Ｖ１－Ｖ２）に相当する。このときのゲート－ソース間電圧Ｖｇｓがゲートしきい値電圧を超えるようにゲート－ソース間抵抗１１４の抵抗値が設定されていれば、モータリレー１０８～１１０はオン状態となる。

図５（ｂ）は、インバータ入力電圧Ｖｉｎの波形を示す。正の逆起電圧が発生しているコイルと同相のモータリレーがオン状態となることで、中性点Ｎには当該コイルと同相の下段スイッチング素子のダイオードＤを介してグランドから電流が流入する。中性点Ｎから負の逆起電圧が発生しているコイルへは、当該コイルと同相のモータリレーを介して電流が流れ、この電流は、当該コイルと同相の上段スイッチング素子のダイオードＤを介してノイズフィルタ回路１０７へ流れる。これによりノイズフィルタ回路１０７のコンデンサが充電されて、インバータ入力電圧Ｖｉｎはグランド電位よりも大きい値となる。

図５（ｄ）は、Ｕ相モータリレー１０８のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ、Ｖ相モータリレー１０９のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｖ、Ｗ相モータリレー１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｗの波形を示す。モータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗは、上記のように、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗで発生する負の逆起電圧のうち最も小さい値に相当する電位である中性点電位ＶＮとステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗで発生する逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗとの電位差である。しかし、上記のように、ステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗに発生する逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの負方向のピークがクランプされるので（図５（ａ）参照）、中性点電位ＶＮは、従来のＥＣＵの中性点電位ＶＮ（図８（ａ）参照）と比較して高い電位となる。このため、モータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗの最大値は、アクティブクランプ回路１１７がない場合（図８（ｄ）参照）と比較すると、顕著に小さくなる。したがって、逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの負方向のピークのクランプ量を一定以上にすることで、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗがドレイン－ソース間耐圧Ｖｌｉｍを超えないようにすることができる。

図５に関する説明から明らかなように、モータ１０の非駆動制御時に外力によりモータ１０が回転して逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが発生しても、アクティブクランプ回路１１７によって、モータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗが低減される。これにより、モータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗが各リレー固有のドレイン－ソース間耐圧Ｖｌｉｍを超過しにくくなるので、モータリレー１０８～１１０の故障が抑制される。

また、アクティブクランプ回路１１７の作用によりモータリレー１０８～１１０がオン状態となることで、各相コイルから中性点Ｎを介した電流の流通が可能となる。すなわち、中性点Ｎには正の逆起電圧が発生しているコイルから電流が流入し、この電流は、グランドから、インバータ１０３の下段スイッチング素子のうち当該コイルと同相のもののダイオードＤを介して供給される。また、中性点Ｎから負の逆起電圧が発生しているコイルへ電流が流れ、この電流は、インバータ１０３の上段スイッチング素子のうち当該コイルと同相のもののダイオードＤを介して、ノイズフィルタ回路１０７へ流れてコンデンサを充電する。したがって、モータ１０の非駆動制御時にモータ１０が外力により回転した場合には、モータ１０に電気ブレーキが発生してモータ１０の回転速度ひいては逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが速やかに低下する。これにより、モータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗが固有のドレイン－ソース間耐圧Ｖｌｉｍを超過しにくくなるので、モータリレー１０８～１１０の故障が抑制される。

このように、ＥＣＵ１１によれば、アクティブクランプ回路１１７によるモータリレー１０８～１１０の故障を抑制できることに加え、モータリレー１０８～１１０のパッケージ化等によって、回路基板１２５上にモータリレー１０８～１１０のドレイン端子がパターンとして現れない場合でも、アクティブクランプ回路１１７の構成素子を回路基板１２５上に実装することが容易となる。

〔第２実施形態〕
次に、図６を参照して、第２実施形態に係るモータ駆動制御装置について説明する。本実施形態に係るモータ駆動制御装置であるＥＣＵ１１ａは、ＥＣＵ１１と同様に、電動パワーステアリング２に適用され、アシストトルクを発生するモータ１０の駆動を制御するものである。

なお、本実施形態では、主に第１実施形態と異なる部分について説明し、その他の部分については矛盾が生じない限りにおいて第１実施形態に関する説明が適用される。したがって、第１実施形態と類似の構成には同一の符号を付して、その説明を省略ないし簡潔にする。以下の実施形態において同様である。

ＥＣＵ１１ａでは、モータリレー１０８～１１０がステータコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗとインバータ１０３との間の第２通電線Ｌ２に配置される。すなわち、Ｕ相モータリレー１０８はＵ相コイル１０Ｕとインバータ１０３との間の第２通電線Ｌ２に配置され、Ｖ相モータリレー１０９はＶ相コイル１０Ｖとインバータ１０３との間の第２通電線Ｌ２に配置され、Ｗ相モータリレー１１０はＷ相コイル１０Ｗとインバータ１０３との間の第２通電線Ｌ２に配置される。言い換えれば、モータリレー１０８～１１０のいずれにおいても、ソース端子が同相のコイルと接続され、ドレイン端子がインバータ１０３と接続される。

第３ドライバ１１３からモータリレー１０８～１１０へ駆動信号を出力する信号線はモータリレーごとに設けられる。すなわち、Ｕ相モータリレー１０８にはＵ相信号線１２０Ｕを介して制御信号が出力され、Ｖ相モータリレー１０９にはＶ相信号線１２０Ｖを介して駆動信号が出力され、Ｗ相モータリレー１１０にはＷ相信号線１２０Ｗを介して駆動信号が出力される。

ゲート－ソース間抵抗１１４及びゲート過電圧保護素子１１５はモータリレーごとに設けられる。すなわち、ゲート－ソース間抵抗１１４及びゲート過電圧保護素子１１５は、モータリレー１０８～１１０のそれぞれのゲート端子とソース端子との間を並列に接続して設けられる。

アクティブクランプ回路１１７ａは、ＥＣＵ１１ａのグランドから延びるグランド線１２１と、これから分岐点Ｎａで分岐して信号線１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗに接続される分岐グランド線１２１Ｕ，１２１Ｖ，１２１Ｗと、に設けられる。具体的には、信号線１２０Ｕに接続されるＵ相分岐グランド線１２１Ｕ、信号線１２０Ｖに接続されるＶ相分岐グランド線１２１Ｖ、信号線１２０Ｗに接続されるＷ相分岐グランド線１２１Ｗのそれぞれにツェナーダイオード１２２が配置される。これらのツェナーダイオード１２２は、モータリレー１０８～１１０から分岐点Ｎａへ電流が流れる方向を順方向とする。また、グランド線１２１には、グランドから分岐点Ｎａへ電流が流れる方向を順方向とするダイオード１２３が配置される。

次に、モータ１０の非駆動制御時に外力によりモータ１０（ロータ）が一定の回転速度で回転したときのＥＣＵ１１ａの動作について説明する。なお、第２実施形態において、グランド電位より高い正の逆起電圧が発生しているコイルではインバータ１０３へ流れる電流を発生させることができ、グランド電位より低い負の逆起電圧が発生しているコイルでは中性点Ｎへ流れる電流を発生させることができるものとする。

負の逆起電圧が発生しているコイルに電流供給源がある場合には、負の逆起電圧が発生しているコイルから中性点Ｎを介して正の逆起電圧が発生しているコイルへ電流が流れる。この電流は、正の逆起電圧が発生しているコイルと同相のモータリレーのダイオードＤ３及びインバータ１０３において当該コイルと同相の上段スイッチング素子のダイオードＤを介してノイズフィルタ回路１０７へ流れる。しかし、アクティブクランプ回路１１７ａにおいて、負の逆起電圧が発生しているコイルと同相のツェナーダイオード１２２に降伏が発生していない場合には、負の逆起電圧が発生しているコイルはグランドを電流供給源とすることができない。このため、負の逆起電圧が発生しているコイルからノイズフィルタ回路１０７へ流れる電流は発生しない。

モータ１０の回転によりいずれかのコイルに発生している負の逆起電圧がさらに低下して、当該コイルと同相のツェナーダイオード１２２の逆方向電圧が降伏電圧以上となった場合には、ツェナーダイオード１２２が降伏してアノード電位が第１電位Ｖ１に保持される。第１電位Ｖ１は、グランド電位に対して降伏電圧に相当する電位差だけ低い電位である。ツェナーダイオード１２２が降伏すると、負の逆起電圧が発生しているコイルと同相のモータリレーのソース端子は、降伏後のツェナーダイオード１２２及びゲート－ソース間抵抗１１４を介してグランドと導通し、グランドからソース端子へ電流が流れる。このとき、負の逆起電圧が発生しているコイルと同相のモータリレーのソース電位は、ゲート－ソース間抵抗１１４における電圧降下によって、第１電位Ｖ１から負の第２電位Ｖ２まで低下する。これにより、負の逆起電圧が発生しているコイルと同相のモータリレーのソース電位は第２電位Ｖ２でクランプされる。したがって、負の逆起電圧が発生しているコイルと同相のモータリレーのドレイン－ソース間電圧は、ツェナーダイオード１２２によってクランプされない場合と比較して低減される。これにより、モータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗが各リレー固有のドレイン－ソース間耐圧Ｖｌｉｍを超過しにくくなるので、モータリレー１０８～１１０の故障が抑制される。

また、負の逆起電圧が発生しているコイルと同相のモータリレーでは、ゲート電位が第１電位Ｖ１に相当し、ソース電位が第２電位Ｖ２に相当するので、当該モータリレーのゲート－ソース間電圧は、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２との電位差（Ｖ１－Ｖ２）に相当する。このときのゲート－ソース間電圧がゲートしきい値電圧を超えるようにゲート－ソース間抵抗１１４の抵抗値が設定されていれば、当該モータリレーはオン状態となる。負の逆起電圧が発生しているコイルと同相のモータリレーがオン状態となることで、当該コイルには、グランドを電流供給源として、インバータ１０３のうち当該コイルと同相の下段スイッチング素子のダイオードＤ、及び、当該コイルと同相のモータリレーを介して電流が流入する。この電流は、中性点Ｎを経由して正の逆起電圧が発生しているコイルへ流入した後、当該コイルと同相のモータリレーのダイオードＤ３及びインバータ１０３のうち当該コイルと同相の上段スイッチング素子のダイオードＤを介して、ノイズフィルタ回路１０７へ流れてコンデンサを充電する。したがって、モータ１０の非駆動制御時にモータ１０が外力により回転した場合には、モータ１０に電気ブレーキが発生してモータ１０の回転速度ひいては逆起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが速やかに低下する。これにより、モータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓｕ，Ｖｄｓｖ，Ｖｄｓｗが固有のドレイン－ソース間耐圧Ｖｌｉｍを超過しにくくなるので、モータリレー１０８～１１０の故障が抑制される。

このようなＥＣＵ１１ａによれば、アクティブクランプ回路１１７によってモータリレー１０８～１１０の故障を抑制できることに加え、アクティブクランプ回路１１７のダイオード１２３を１つにすることができる。このため、モータリレー１０８～１１０のゲート－ドレイン間にアクティブクランプ回路を設ける場合と比較して、アクティブクランプ回路１１７の構成素子数が削減され、基板面積の低減を図ることが可能となる。

なお、信号線１２０Ｕ，１２０Ｖ，１２０Ｗは、ＥＣＵ１１のように、信号線１２０を介して第３ドライバ１１３と接続されてもよい。この場合、アクティブクランプ回路１１７ａは、ＥＣＵ１１のように、信号線１２０に接続されるグランド線１２１にツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３を配置して設けられる。ただし、ゲート－ソース間抵抗１１４及びゲート過電圧保護素子１１５はモータリレー１０８～１１０のそれぞれに設けられる。

〔第３実施形態〕
次に、図７を参照して、第３実施形態に係るモータ駆動制御装置について説明する。本実施形態に係るモータ駆動制御装置であるＥＣＵ１１ｂは、ＥＣＵ１１と同様に、電動パワーステアリング２に適用され、アシストトルクを発生するモータ１０の駆動を制御するものである。

ＥＣＵ１１ｂは、アクティブクランプ回路１１７の故障を診断するアクティブクランプ回路診断機能を備えている点でＥＣＵ１１と異なる。アクティブクランプ回路診断機能は、マイクロコンピュータ１１６に加え、定電圧出力回路１２７、中性点電位モニタ線１２８及びカソード電位モニタ線１２９によって具現化される。

定電圧出力回路１２７は、例えば電源回路１０１等の定電圧電源から出力された定電圧を、マイクロコンピュータ１１６からの指令信号に応じてツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３のカソードに印可する回路である。定電圧出力回路１２７から出力される定電圧は、ツェナーダイオード１２２，１１５の降伏電圧よりも低い電圧（＞０）である。

定電圧出力回路１２７は、図示の例では、ＮＰＮトランジスタ１３０及びＰＮＰトランジスタ１３１を用いて構成されている。具体的には、ＮＰＮトランジスタ１３０において、ベース端子はマイクロコンピュータ１１６の出力ポートに接続され、エミッタ端子はグランドに接続され、コレクタ端子は抵抗１３２を介してＰＮＰトランジスタ１３１のベース端子に接続される。ＰＮＰトランジスタ１３１において、エミッタ端子は定電圧電源１３３に接続され、コレクタ端子はツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３のカソード同士を接続するグランド線１２１に接続される。

中性点電位モニタ線１２８は中性点Ｎとマイクロコンピュータ１１６とを接続して中性点電位ＶＮに関する信号をマイクロコンピュータ１１６に伝達する信号線である。また、カソード電位モニタ線１２９は、ツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３のカソード同士を接続するグランド線１２１の電位であるカソード電位に関する信号をマイクロコンピュータ１１６へ伝達する信号線である。

マイクロコンピュータ１１６は、中性点電位モニタ線１２８及びカソード電位モニタ線１２９を介して入力ポートに入力した信号（これらのＡ／Ｄ変換値等）に基づいて中性点電位ＶＮ及びカソード電位を計測する。そして、マイクロコンピュータ１１６は、計測した電位に基づいて、アクティブクランプ回路１１７に故障が発生しているか否かを診断する。

ここで、アクティブクランプ回路１１７に発生する故障の態様について説明する。アクティブクランプ回路１１７に発生する故障としては、ツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３のそれぞれにおける短絡故障及び断線故障が想定される。

アクティブクランプ回路１１７のツェナーダイオード１２２に短絡故障が発生している場合には、グランドを電流供給源として、グランド線１２１、中性点Ｎ、ダイオードＤ３を介して、モータ１０の回転により負の逆起電圧が発生しているコイルへ電流が流入する。このため、ゲート－ソース間抵抗１１４における電圧降下によってモータリレー１０８～１１０のゲート－ソース間電圧がゲートしきい値電圧を超えると、モータリレー１０８～１１０は強制的にオン状態となってしまう。

アクティブクランプ回路１１７のダイオード１２３に短絡故障が発生している場合には第３ドライバ１１３から駆動信号を出力しても、グランドに吸収されてしまい、モータリレー１０８～１１０をオン状態とすることができなくなる。

アクティブクランプ回路１１７のツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３の少なくとも一方に断線故障が発生している場合には、アクティブクランプ回路１１７が機能しなくなる。このため、モータ１０の回転によりモータリレー１０８～１１０のドレイン－ソース間電圧がモータリレー固有のドレイン－ソース間耐圧Ｖｌｉｍを超えて、モータリレー１０８～１１０に故障が発生する可能性がある。

ＥＣＵ１１ｂは、上記のように構成されたアクティブクランプ回路診断機能を用いて、アクティブクランプ回路１１７のツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３のそれぞれに想定される短絡故障及び断線故障について以下のようにして診断を行う。かかる診断は、モータ１０の駆動制御を停止している際に行われる。

マイクロコンピュータ１１６は、ツェナーダイオード１２２に短絡故障が発生しているか否かを診断するために、以下の回路設定を行う。すなわち、マイクロコンピュータ１１６は、第１電源リレー１０５、第２電源リレー１０６、インバータ１０３のスイッチング素子１０３_ＵＨ～１０３_ＷＬ及びモータリレー１０８～１１０をオフ状態にする制御信号を、第１ドライバ１１１、第２ドライバ１１２、第３ドライバ１１３及びインバータ駆動回路１０４へ出力する。また、マイクロコンピュータ１１６は、定電圧出力回路１２７のＮＰＮトランジスタ１３０へこれをオン状態とする制御信号を出力する。このような回路設定の下、定電圧出力回路１２７の定電圧出力によりツェナーダイオード１２２，１１５の降伏電圧よりも低い電圧（＞０）がアクティブクランプ回路１１７におけるツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３のカソードに印可される。マイクロコンピュータ１１６は、カソード電位モニタ線１２９を介して入力した信号から取得したカソード電位が、グランド電位にツェナーダイオード１２２，１１５の降伏電圧を加算した電位よりも低い電位（＞０）であることを条件に診断を行う。

ツェナーダイオード１２２が正常である場合には、ツェナーダイオード１２２に降伏が発生しないので、定電圧出力回路１２７から中性点Ｎには電流が流入しない。このため、ツェナーダイオード１２２のアノード電位、及び、中性点電位ＶＮはいずれもグランド電位に相当する電位となり、モータリレー１０８～１１０のゲート－ソース間電圧は略零となるので、モータリレー１０８～１１０はオフ状態となる。一方、ツェナーダイオード１２２に短絡故障が発生している場合には、定電圧出力回路１２７からツェナーダイオード１２２及びゲート－ソース間抵抗１１４を介して中性点Ｎに電流が流入する。この電流は、さらにモータリレー１０８～１１０のダイオードＤ３及びインバータ１０３の上段スイッチング素子１０３_ＵＨ，１０３_ＶＨ，１０３_ＷＨのダイオードＤを介してノイズフィルタ回路１０７へ流れてコンデンサを充電する。このため、ツェナーダイオード１２２のアノード電位は第１電位Ｖ１に保持され、中性点電位ＶＮはゲート－ソース間抵抗１１４における電圧降下によって第１電位Ｖ１よりも低い第２電位Ｖ２となる。これにより、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２の電位差（Ｖ１－Ｖ２）であるモータリレー１０８～１１０のゲート－ソース間電圧がゲートしきい値電圧を超えると、モータリレー１０８～１１０は第３ドライバ１１３から出力された駆動信号にかかわらずオン状態のままとなる。したがって、ツェナーダイオード１２２が正常のときの中性点電位ＶＮ（グランド電位相当）とツェナーダイオード１２２に短絡故障が発生しているときの中性点電位ＶＮ（第２電位Ｖ２相当）とを画する所定値を設定することで、中性点電位ＶＮが所定値以上である場合にはツェナーダイオード１２２に短絡故障が発生していると診断できる。

マイクロコンピュータ１１６は、ダイオード１２３に短絡故障が発生しているか否かを診断するために、以下の回路設定を行う。すなわち、マイクロコンピュータ１１６は、第１電源リレー１０５、第２電源リレー１０６、インバータ１０３の上段スイッチング素子１０３_ＵＨ，１０３_ＶＨ，１０３_ＷＨ及びモータリレー１０８～１１０をオン状態とする制御信号を、第１ドライバ１１１、第２ドライバ１１２、第３ドライバ１１３及びインバータ駆動回路１０４へ出力する。このような回路設定の下、ダイオード１２３が正常である場合には、中性点Ｎから抵抗１１４及びツェナーダイオード１２２，１１５を介してグランドへと至る電流経路がダイオード１２３によって遮断される。このため、中性点電位ＶＮは車載バッテリ１６の出力電圧に相当する値となる。一方、ダイオード１２３に短絡故障が発生している場合には、中性点Ｎから抵抗１１４及びツェナーダイオード１２２，１１５を介してグランドへ電流が流れ、中性点電位ＶＮは車載バッテリ１６の出力電圧から有意に低下する。したがって、ダイオード１２３が正常のときの中性点電位ＶＮとダイオード１２３に短絡故障が発生しているときの中性点電位ＶＮとを画する所定値を設定することで、中性点電位ＶＮが所定値未満である場合にはダイオード１２３に短絡故障が発生していると診断できる。

マイクロコンピュータ１１６は、ツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３の少なくとも一方に断線故障が発生しているか否かを、モータリレー１０８～１１０の故障診断により間接的に診断する。具体的には、マイクロコンピュータ１１６は、第１電源リレー１０５、第２電源リレー１０６及びインバータ１０３の上段スイッチング素子１０３_ＵＨ，１０３_ＶＨ，１０３_ＷＨをオン状態にする制御信号を、第１ドライバ１１１、第２ドライバ１１２及びインバータ駆動回路１０４へ出力する。このような回路設定の下、マイクロコンピュータ１１６がモータリレー１０８～１１０をオン状態にする制御信号を第３ドライバ１１３へ出力したときに、中性点電位ＶＮが車載バッテリ１６の出力電圧よりも有意に低い場合には、モータリレー１０８～１１０にオフ固着が発生していると診断できる。一方、マイクロコンピュータ１１６がモータリレー１０８～１１０をオフ状態にする制御信号を第３ドライバ１１３へ出力したときに、中性点電位ＶＮがグランド電位よりも有意に高い場合には、モータリレー１０８～１１０にオン固着が発生していると診断できる。ところで、オン固着又はオフ固着といったモータリレー１０８～１１０の故障は、アクティブクランプ回路１１７が機能していないことに起因して発生した可能性がある。このため、マイクロコンピュータ１１６は、モータリレー１０８～１１０に故障が発生していると診断した場合には、ツェナーダイオード１２２及びダイオード１２３の少なくとも一方に断線故障が発生している可能性があると診断できる。

このようなＥＣＵ１１ｂによれば、ＥＣＵ１１と同様の効果を奏することに加え、モータ１０の駆動制御を停止しているときにアクティブクランプ回路１１７の故障を診断することができる。したがって、ＥＣＵ１１ｂによれば、アクティブクランプ回路１１７が故障していると診断した場合には、モータ１０の駆動制御を停止あるいは制限して、モータ１０やＥＣＵ１１ｂの２次故障を未然に回避することが可能となる。

なお、電動パワーステアリング２は冗長化して構成されてもよい。冗長化した電動パワーステアリング２では、モータ１０が、Ｕ相コイル１０Ｕ、Ｖ相コイル１０Ｖ及びＷ相コイル１０Ｗを１つの巻線組として、電気的に独立した複数の巻線組を備え、ＥＣＵ１１，１１ａ，１１ｂのいずれかを巻線組ごとに備えることができる。トルクセンサ１３、回転角センサ１４及び車速センサ１５や車載バッテリ１６も各ＥＣＵで備えることができる。要するに、冗長化した電動パワーステアリング２は、モータ１０の１つの巻線組について備えられるＥＣＵやこれに付随するセンサ類等を１つの系統として、複数の系統を有している。このように冗長化した電動パワーステアリング２では、一つの系統が故障しても他の系統でモータ１０の駆動制御を継続することが可能となり、電動パワーステアリング２の信頼性を向上させることができる。電動パワーステアリング２の冗長化によりＥＣＵ１１，１１ａ，１１ｂの基板面積が増大するが、特にＥＣＵ１１ａでは、アクティブクランプ回路１１７の構成素子を削減することができるので、基板面積の増大を抑制できるという点で有効となる。

ＥＣＵ１１ｂでは、アクティブクランプ回路診断機能をＥＣＵ１１の構成に追加したが、ＥＣＵ１１ａの構成にアクティブクランプ回路診断機能を追加することができる。この場合、定電圧出力回路１２７から出力された電圧は分岐点Ｎａ（図６参照）に印可される。

第１～第３実施形態では、モータ駆動制御装置として、電動パワーステアリング２においてアシストトルクを発生するモータ１０を駆動制御するＥＣＵ１１，１１ａ，１１ｂを例示したが、これらに限らない。例えば、内燃機関における圧縮比を可変にする圧縮比可変機構や吸排気バルブの開閉タイミングを可変にする可変バルブタイミング機構等に用いられるモータ１０を駆動制御するモータ駆動制御装置であっても、モータリレーを有するものであれば、あらゆるものが適用対象となる。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、上記で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合せて使用することができる。また、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１０…モータ、１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ…ステータコイル、１１，１１ａ，１１ｂ…ＥＣＵ、１０３…インバータ、１０８，１０９，１１０…モータリレー、１１６…マイクロコンピュータ、１１７，１１７ａ…アクティブクランプ回路、１２１…グランド線、１２１Ｕ，１２１Ｖ，１２１Ｗ…分岐グランド線、１２２…ツェナーダイオード、１２３…ダイオード、１２７…定電圧出力回路、１２８…中性点電位モニタ線、１２９…カソード電位モニタ線、Ｌ１…第１通電線、Ｌ２…第２通電線、Ｎ…中性点、Ｖ２…第２電位

Claims

中性点を有する電動モータの複数相のコイルに通電するインバータと、
前記複数相のコイルと前記中性点との間の各相の第１通電線又は前記インバータと前記複数相のコイルとの間の各相の第２通電線のいずれか一方に配置され、外部からの制御により前記インバータから前記中性点への通電を遮断する半導体リレーと、
前記半導体リレーが前記第１通電線に配置された場合には前記半導体リレーの前記中性点側の前記第１通電線とグランドとの電位差が所定電圧まで上昇したときに、あるいは、前記半導体リレーが前記第２通電線に配置された場合には前記半導体リレーの前記コイル側の前記第２通電線と前記グランドとの電位差が所定電圧まで上昇したときに、前記電位差を前記所定電圧に保持するアクティブクランプ回路と、
を備えた、モータ駆動制御装置。
前記半導体リレーが前記第１通電線に配置された場合には前記半導体リレーの前記中性点側の前記第１通電線と前記半導体リレーの制御端子とが抵抗を介して接続される一方、前記半導体リレーが前記第２通電線に配置された場合には前記半導体リレーの前記コイル側の前記第２通電線と前記半導体リレーの制御端子とが抵抗を介して接続され、
前記アクティブクランプ回路は、前記制御端子と前記グランドとを接続するグランド線に配置される、請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
前記アクティブクランプ回路を診断する診断機能をさらに備えた、請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動制御装置。