JPH05137380A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明はの目的とするところは、故障や全ての
断線・未接続が判別でき異常判別や故障復旧を速やかに
行えるようにすることにある。 【構成】与えられる制御信号に対応してモータの電機子
コイル2a〜2cの通電制御をする駆動回路５と、モータの
通電電流を検出する電流検出回路９と、相別の電機子コ
イルを所定の組み合わせ別に通電すべく制御する断線検
出のための第１の制御信号を出力する断線検出回路12
と、モータ起動にあたり、断線検出回路からの第１の制
御信号を駆動回路に出力すると共に、その際のモータ通
電電流検出出力を電流検出回路から受けて異常の判別を
行い、その結果に応じて駆動回路にモータを回転駆動さ
せるための第２の制御信号を与える制御回路7aとを具備
して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体で駆動される３
相モータの断線検出に関するもので、さらにいえば、駆
動素子の開放故障、コネクタ接続忘れ等も検出できるよ
うにしたモータ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、モータを半導体スイッチング素子
で駆動制御することが一般化しており、誘導モータでは
可変速性の向上等を図ることができるようになって一層
の性能アップがなされている。

【０００３】また、通常、ブラシレスＤＣ（直流）モー
タと称されるモータがあるが、このモータは、ＤＣモー
タのブラシ・コミュテータ部を半導体素子で置換えてい
るもので、半導体スイッチング素子による駆動回路は不
可欠なものとなっている。図４に、半導体素子で駆動さ
れる３相モータの従来の構成図を示す。

【０００４】図４に示すように、モータ１は電機子コイ
ル２ａ、２ｂ、２ｃを備えたステータ（図示せず）と、
ロータ３よりなり、ロータ３は誘導モータの場合はカゴ
形ロータ、また、ブラシレスＤＣモータの場合はマグネ
ットロータとなる。

【０００５】直流電源４より供給された電力は、駆動回
路５の６個の半導体スイッチング素子６（６ａ〜６ｆ）
により交流に逆変換され、電機子コイル２に通電するこ
とで、ロータ３に回転力を与えている。半導体スイッチ
ング素子６は、本図ではトランジスタとしているが、サ
イリスタ、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等が使用さ
れることも多い。

【０００６】制御回路７は、直流をモータ１に適した所
定の交流とする駆動信号８を発生して、駆動回路５に出
力するものである。電流検出回路９は、直流電源４と駆
動回路５との間に挿入されており、駆動回路５内の半導
体スイッチング素子保護のため、所定電流値以上になる
と過電流信号を制御回路７に出力し、駆動信号８を停止
してモータ１への通電を遮断することで駆動回路５を保
護している。

【０００７】１０は外部より制御回路７に入力されるモ
ータ起動指令である。起動指令１０が制御回路７に入力
されると、制御回路７は低速回転対応の駆動信号８を駆
動回路５に出力して、これによりモータ１を低速から起
動せしめ、しかる後、所定速度対応の駆動信号８を出力
することによって、モータを適性に回転させる。

【０００８】１１はロータ３の位置情報であり、特にブ
ラシレスＤＣモータの場合はロータ位置に応じた通電制
御を電機子コイル２に対して実施する必要があるので、
重要な情報である。この位置情報１１は制御回路７に入
力される。そして、ロータ位置に応じた通電制御を電機
子コイル２に対して実施する。

【０００９】ところで、一般に半導体によるモータの駆
動回路を使用したシステムでは半導体スイッチング素子
６の一部が開放故障しているとモータ１は起動しない。
また、当然のことながら、電機子コイル２の断線、モー
タ１と駆動回路５との間のハーネス断線やコネクタ未接
続、また直流電流ハーネス断線やコネクタ未接続、他に
も駆動回路５と制御回路７間の未接続があるとモータ１
は起動しない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、モータの
駆動回路では電機子コイル２の断線、モータ１と駆動回
路５との間のハーネス断線やコネクタ未接続、また直流
電流ハーネス断線やコネクタ未接続、他にも駆動回路５
と制御回路７間の未接続があったり、半導体スイッチン
グ素子６の一部が開放故障しているとモータ１は起動し
ない。しかも、どこの不具合でモータ１が回転しないの
かがすぐには判明せず、故障復旧に時間を要すると云う
問題があった。

【００１１】また、ブラシレスＤＣモータの場合は、半
導体スイッチング素子６の１個が開放故障または駆動信
号が入力しない等でオフしたままであっても、モータ１
は起動するが、正常トルクが得られないモータとなって
しまう。しかしこの場合は、ロータ３が回転することか
ら、異常動作であることそのものが発見できなかった。

【００１２】そこで、この発明の目的とするところは、
半導体スイッチング素子の故障や全ての断線・未接続が
判別できるようにして異常判別や故障復旧を速やかに行
えるようにしたモータ制御装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、与えられ
る制御信号に対応してモータの電機子コイルの通電制御
をする駆動回路と、モータの通電電流を検出する電流検
出回路と、相別の電機子コイルを所定の組み合わせ別に
通電すべく制御する断線検出のための第１の制御信号を
出力する断線検出回路と、モータ起動にあたり、断線検
出回路からの第１の制御信号を駆動回路に出力すると共
に、その際のモータ通電電流検出出力を電流検出回路か
ら受けて異常の判別をする機能およびその判別結果に応
じて駆動回路にモータを回転駆動させるための第２の制
御信号を与える機能とを有する制御回路とを具備して構
成する。

【００１４】

【作用】このような構成において、制御回路はモータ起
動にあたり、断線検出回路からの第１の制御信号を駆動
回路に出力すると共に、その際のモータ通電電流検出出
力を電流検出回路から受けて異常の判別を行い、その結
果に応じて駆動回路にモータを回転駆動させるための第
２の制御信号を与える。断線検出回路は相別の電機子コ
イルを所定の組み合わせ別に通電すべく制御する断線検
出のための第１の制御信号を出力しており、これを受け
た駆動回路は相別の電機子コイルを所定の組み合わせ別
に通電すべく制御する。このとき電機子コイルの通電は
ロータを回転駆動するような励磁状態とならないので、
通電経路が正常な場合は過電流が生じる。制御回路は相
別の電機子コイルを所定の組み合わせ別に通電制御して
それぞれ過電流が検出されれば正常とし、過電流が検出
されない組み合わせがあったときは異常と判定する。そ
して、制御回路は正常と判定した場合は、駆動回路にモ
ータを回転駆動させるための第２の制御信号を与える。
従って、この時点ではじめて駆動回路はこの第２の制御
信号に従ってモータを回転駆動制御する。

【００１５】第１の制御信号による通電の結果、異常と
判断したときは制御回路はモータの回転駆動を行わな
い。そして、異常の場合、どの組み合わせの通電時に異
常があったかを知ることで、どの通電経路に異常がある
かを知ることができ、どの部分で故障や未接続があるか
を判断できて、故障復旧や保守管理を迅速に行うことが
できる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。図１は本発明によるモータ制御システ
ムの全体構成を示す回路図である。なお、図中図４で説
明した従来の構成と同一部分には、同一符号を付して説
明する。

【００１７】図において１はモータであり、このモータ
１は電機子コイル２ａ、２ｂ、２ｃを備えたステータ
（図示せず）と、ロータ３よりなり、ロータ３は誘導モ
ータの場合はカゴ形ロータ、また、ブラシレスＤＣモー
タの場合はマグネットロータとなる。

【００１８】４は直流電源、５は駆動回路、６は半導体
スイッチング素子である。直流電源４はモータ駆動用の
電源であり、駆動回路５はこの直流電源４より供給され
る直流電力を交流に逆変換して電機子コイル２に与えて
ロータ３に回転力を与えるものである。駆動回路５は図
の構成の場合、６個の半導体スイッチング素子６（６ａ
〜６ｆ）を用いて構成してある。これらの半導体スイッ
チング素子６ａ〜６ｆ、はこの例の場合、トランジスタ
であり、半導体スイッチング素子６ａと６ｄ、６ｂと６
ｅ、６ｃと６ｆを対として、それぞれの対は直列に接続
してある。

【００１９】すなわち、半導体スイッチング素子６ａの
エミッタと半導体スイッチング素子６ｄのコレクタ、半
導体スイッチング素子６ｂのエミッタと半導体スイッチ
ング素子６ｅのコレクタ、半導体スイッチング素子６ｃ
のエミッタと半導体スイッチング素子６ｆのコレクタを
それぞれ接続して、直列回路となし、半導体スイッチン
グ素子６ａ，６ｂ，６ｃのコレクタを直流電源４の母線
の正極側に接続し、半導体スイッチング素子６ｄ，６
ｅ，６ｆのエミッタを直流電源４の母線の負極側に接続
してある（３相ブリッジ接続）。そして、各半導体スイ
ッチング素子６ａ〜６ｆにはそれぞれコレクタ‐エミッ
タ間にサージ吸収用のダイオードＤａ〜Ｄｆを逆並列接
続してある。

【００２０】電機子コイル２ａ，２ｂ，２ｃは互いに一
端側を接続して３相結線としてあり、また、電機子コイ
ル２ａは他端側を半導体スイッチング素子６ａのコレク
タ側に、そして、電機子コイル２ｂは他端側を半導体ス
イッチング素子６ｂのコレクタ側に、そして、電機子コ
イル２ｃは他端側を半導体スイッチング素子６ｃのコレ
クタ側にそれぞれ接続してある。

【００２１】この構成により、直流電源４より供給され
た直流電力は、駆動回路５の６個の半導体スイッチング
素子６（６ａ〜６ｆ）の通電タイミング制御により交流
に逆変換され、相制御されて電機子コイル２に通電さ
れ、ロータ３に回転力を与えている。半導体スイッチン
グ素子６は、本図ではトランジスタとしているが、サイ
リスタ、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等を使用して
も良い。

【００２２】９は直流電源４の母線に直列接続されて、
電流値を検出する電流検出回路であって、過電流を検出
して過電流信号を発生するものであり、１０は外部より
制御回路７ａに入力されるモータ起動指令である。

【００２３】制御回路７ａは駆動回路５を制御するもの
で、モータ起動指令１０を受けると動作し、モータ起動
のための制御に入る前に、断線検出回路１２に対し、断
線検出指令１３を与え、過電流検出信号により回路の異
常を確認した後に、異常なしの場合、モータの起動制御
を開始して電流検出回路９の検出電流値とロータ３の位
置情報１１を参照しながら駆動回路５の半導体スイッチ
ング素子６ａ〜６ｆを制御し、モータの回転制御をする
ものである。また、制御回路７ａは異常あり（故障あ
り）の場合にはモータ１の起動を中止する。

【００２４】断線検出回路１２は本発明の中心的存在で
あり、故障診断装置であって、モータ起動に先駆けて制
御回路７ａより発生される断線検出指令１３を受けて、
駆動回路５に断線検出信号１４を出力し、半導体スイッ
チ素子６ａ〜６ｆ及び電機子コイル２に対する異常チェ
ックを行うものである。

【００２５】この異常チェックは後述するパターンで電
機子コイル２ａ〜２ｃの各相通電試験を実施するもの
で、電機子コイルが３相の場合、６種のパターンを用意
してあり、制御回路７ａから断線検出指令１３を受ける
たびに、６種のパターンのうちの、一つのパターンによ
る断線検出信号１４を出力し、通電試験を行う。６種の
パターンの実行順序は予め設定しておく。

【００２６】また、断線検出信号１４の出力停止は制御
回路７ａによって行われる。断線検出信号１４は電機子
コイルの２相ずつの組み合わせで正逆それぞれの方向で
の通電試験を行う信号であり、通電された相では経路に
異常がない限り、無制御の直流電流が流れるので、過電
流状態になることを利用して、過電流検出により実施す
る。

【００２７】従って、制御回路７ａには初期時におい
て、断線検出指令１３および断線検出信号１４の停止制
御を交互に上記パターン数に対応する回数だけ繰り返
し、異常が無いとき（すなわち、その都度、過電流が検
出されたとき）、モータ１の起動制御を開始し、また、
異常があった時はモータ１の起動制御を中止すると云っ
た機能を持たせる。

【００２８】次に上記構成の本システムの作用を説明す
る。起動指令１０が与えられると制御回路７ａは最初に
断線検出指令１３を与え、断線検出回路１２は駆動回路
５に断線検出信号１４を出力し、半導体スイッチ素子６
ａ〜６ｆ及び電機子コイル２に対する異常チェックを行
う。その結果、異常がないときは制御回路７ａはモータ
１の起動制御を開始し、異常があるときはモータ１の起
動制御を中止する。

【００２９】ここで、断線検出回路１２による断線検出
信号１４は上述の例では６種類の記号パターンがあり、
これによって、電機子コイルの各相対応の経路の電気的
異常をチェックする。

【００３０】すなわち、断線検出信号１４は６種類の記
号パターンがあり、各半導体スイッチ素子６ａ〜６ｆ及
び電機子コイル２ａ〜２ｃに対する通電状態は図３に示
すようになっている。

【００３１】図３では電機子コイル２ａ、２ｂ、２ｃを
相記号のＵ、Ｖ、Ｗで表わし、半導体スイッチング素子
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆを対応相及び電源
極性に合わせ、それぞれＵ⁺ 、Ｖ⁺ 、Ｗ⁺ 、Ｕ^- 、
Ｖ^- 、Ｗ^- と表すことにより、それぞれ相関係が明確に
なるようにしている。

【００３２】パターンＰＳ１はＵ‐Ｖ相を導通させてＵ
相→Ｖ相方向に通電させる信号パターンであり、パター
ンＰＳ２はＵ‐Ｗ相を導通させてＵ相→Ｗ相方向に通電
させる信号パターンであり、パターンＰＳ３はＶ‐Ｗ相
を導通させてＶ相→Ｗ相方向に通電させる信号パターン
であり、パターンＰＳ４はＶ‐Ｕ相を導通させてＶ相→
Ｕ相方向に通電させる信号パターンであり、パターンＰ
Ｓ５はＷ‐Ｕ相を導通させてＷ相→Ｕ相方向に通電させ
る信号パターンであり、パターンＰＳ６はＷ‐Ｖ相を導
通させてＷ相→Ｖ相方向に通電させる信号パターンであ
る。

【００３３】上記各パターンＰＳ１〜ＰＳ６のうち、１
パターンを通電し続けると、各接続、部品が正常の時は
モータ１は回転せず通電電流が過大となって、電流検出
回路９が働き、電流検出回路９から過電流信号が発生
し、これを監視している制御回路７ａは断線検出信号１
４を停止すべく制御する。各パターンＰＳ１〜ＰＳ６す
べてについて過電流が検出できれば、全ての接続及び半
導体スイッチング素子６ａ〜６ｆの正常が確認できる。
図２に第１パターンＰＳ１による通電の場合に動作して
いる部分のみを抜き出した部分構成図を示す。第１パタ
ーンＰＳ１では、半導体スイッチング素子６ａ
（Ｕ⁺ ）、６ｅ（Ｖ^- ）をオンさせ、電機子コイル２ａ
（Ｕ）、２ｂ（Ｖ）の順に電流を流す。

【００３４】図２における２０〜３１は、各部品間を結
ぶハーネスと部品間とのコネクタである。また、１５
ａ，１５ｅはベースドライブ回路であり、それぞれ半導
体スイッチング素子６ａ，６ｅのベースに与えられる信
号を制御する回路であって、制御回路７ａから半導体ス
イッチング素子６ａ，６ｅに出力するベース制御のため
の駆動信号８および断線検出回路１２から半導体スイッ
チング素子６ａ，６ｅに出力される断線検出信号１４の
通過を制御するものである。

【００３５】これらベースドライブ回路１５ａ，１５ｅ
は制御回路７ａに内蔵されるものであるが、断線検出回
路１２との関係を明確にするために、ここでは便宜的に
制御回路７ａの外に表わしてある。ベースドライブ回路
１５ａ，１５ｅは電流検出回路９が過電流信号を発生す
ると、制御回路７ａ及び断線検出回路１２の駆動回路５
への信号を遮断する。点線１６はコントローラ基板を表
わしており、制御回路７ａ、断線検出回路１２のほか、
電流検出回路１２もこのコントローラ基板上にある。

【００３６】断線検出回路１２から断線検出信号１４
が、ベースドライブ回路１５、コネクタ２０〜２３を介
して半導体スイッチング素子６ａ、６ｅに与えられる
と、これら半導体スイッチング素子６ａ、６ｅはそれぞ
れオンする。

【００３７】半導体スイッチング素子６ａ、６ｅがオン
すると、通電電流は下記のように流れる。すなわち、直
流電源４→コネクタ２４→半導体スイッチング素子６ａ
→コネクタ２５、２６→電機子コイル２ａ、２ｂ→コネ
クタ２７、２８→半導体スイッチング素子６ｅ→コネク
タ２９、３０→電流検出回路９→コネクタ３１→直流電
源４の経路である。

【００３８】この経路中の各部品、回路が正常で、しか
も、各接続部が正規に接続されていれば、直流電源４か
ら供給される直流の通電電流が急激に立上ることにな
り、従って過電流状態となり、電流検出回路９から過電
流信号が出力されて制御回路７ａはベースドライブ回路
１５ａ，１５ｅにより断線検出信号１４を遮断する。

【００３９】過電流となるまでの所要時間は、電機子コ
イル２等の電流ループ内のインダクタンスと抵抗値によ
って異なるが、長くても１万分の１秒（０．１ｍsec)程
度である。従って、６パターンの場合、このようなチェ
ックを６パターンそれぞれで行っても所用時間は１秒に
満たない。そして、上記した電流ループ内で一ケ所でも
断線していると過電流信号が発生しないので、即時不具
合が明確になる。

【００４０】断線検出信号パターンは、図３に示す如く
ＰＳ１〜ＰＳ６までの６通りあるので、パターンの種別
と電流検出回路９の過電流信号により故障解析を行わせ
るようにすれば、個々の不具合も判別できる。例えば、
全パターンとも過電流が発生しない時は、直流電源４、
電流検出回路９の不具合またはコネクタ２４、２９、３
０、３１の未接続が疑われる。

【００４１】また、断線検出パターンＰＳ１、ＰＳ２に
過電流が発生しない場合は、半導体スイッチング素子６
ａの開放及び対応ベースドライブ回路の故障、コネクタ
２０、２１の未接続が考えられる。

【００４２】そして、このようにどのパターンでの通電
時に過電流が発生しなかったかにより、対応する疑わし
い異常箇所を識別して図示しないモニタ装置等に表示さ
せることで、故障や異常の有無や、チェック・ポイント
を知らせることができ、保守管理に極めて有用となる。

【００４３】断線検出回路１２の全出力は１秒以内に終
了するので、全パターンで過電流が発生した場合、すな
わち，断線なしと判断されると、制御回路７ａは通常の
駆動信号８を駆動回路５に出力し、モータ１は正常に起
動・回転する。

【００４４】また、制御回路７ａにマイクロコンピュー
タが搭載している場合は、以上の述べた断線検出回路１
２の働きおよび故障診断機能やモニタ出力機能は、ソフ
トウェアで実現することも可能であり、この場合、断線
検出回路１２を不要とすることもできる。

【００４５】このように本装置は、ロータに回転力を与
える３相結線された電機子コイルを備えたステータを有
するモータの電機子コイルに対し、通電する６個の半導
体スイッチング素子を３相ブリッジ接続して形成した駆
動回路と、モータの通電電流を検出する電流検出回路
と、相別の電機子コイルを所定の組み合わせ別に通電す
べく制御する断線検出のための第１の制御信号を出力す
る断線検出回路と、モータ起動にあたり、断線検出回路
からの第１の制御信号を駆動回路に出力すると共に、そ
の際のモータ通電電流検出出力を電流検出回路から受け
て異常の判別を行い、その結果に応じて駆動回路にモー
タを回転駆動させるための第２の制御信号を与える制御
回路とより構成したものであり、制御回路はロータに継
続的に回転力を得るべく駆動回路に第２の制御信号を与
えるが、それに先立ち、モータ駆動開始時に断線検出回
路からの第１の制御信号を駆動回路に出力し、その際の
モータ通電電流検出出力を電流検出回路から受けて異常
の判別を行い、その結果に応じて駆動回路にモータを回
転駆動させるための第２の制御信号を与えると云うもの
である。

【００４６】断線検出回路は相別の電機子コイルを所定
の組み合わせ別に通電すべく制御する断線検出のための
第１の制御信号を出力しており、これを受けた駆動回路
は相別の電機子コイルを所定の組み合わせ別に通電すべ
く制御する。このとき電機子コイルの通電はロータを回
転駆動するような励磁状態とならないので、通電経路が
正常な場合は過電流が生じる。制御回路は相別の電機子
コイルを所定の組み合わせ別に通電制御してそれぞれ過
電流が検出されれば正常とし、過電流が検出されない組
み合わせがあったときは異常と判定する。そして、制御
回路は正常と判定した場合は、駆動回路にモータを回転
駆動させるための第２の制御信号を与えてロータを回転
駆動させ、異常と判定した場合は回転駆動を中止する。

【００４７】このように、モータ駆動時に電機子コイル
に通電させて電機子コイルの電流の流れ具合を監視し、
過電流状態が生じればその通電路が正常であることを利
用して、状態判定し、各電機子コイルの通電経路および
制御経路をチェックしてから起動させるようにしたの
で、異常のあるまま運転することを防止でき、また、異
常が発生した場合、どこに原因があるかを認識できる。

【００４８】特に、本装置では上記構成によって、モー
タの起動時に６個の半導体スイッチング素子と３個の電
機子コイル（３相の場合）及びすべての接続配線に一時
的に電流を与えることにより、半導体スイッチング素子
の故障や全ての断線・未接続がモータの起動時１秒以内
の時間で判明できる。従って、速やかに不具合場所の修
理、交換ができるようになる。

【００４９】尚、本発明は上記し、且つ、図面に示す実
施例に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内
で適宜変形して実施し得るものであり、前記故障診断
（特に具体的故障箇所の判定）とその結果のモニタ表示
機能は制御回路に持たせるようにしても良いし、別の故
障診断モニタ装置を設けて、どのパターンでどの様な通
電状況になったかを制御回路から情報として受けて故障
診断し、表示させたり、具体的な対策を表示させたりす
るようにしても良い。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば故障
や全ての断線・未接続が判別できるようになり、異常判
別や故障復旧を速やかに行えるようにしたモータ制御装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るモータシステムの全体構
成図。

【図２】本発明の作用を説明するためのＵ−Ｖ相通電時
の部分構成図。

【図３】断線検出信号の種別と、各半導体スイッチ素子
及び電機子コイルに対する通電状態の関係を説明するた
めの図。

【図４】従来のモータ制御システムの構成を示す全体構
成図。

【符号の説明】

１…モータ、２ａ〜２ｃ…電機子コイル、３…ロータ、
４…電源、５…駆動回路、６，６ａ〜６ｆ…半導体スイ
ッチング素子、７ａ…制御回路、９…電流検出回路、１
２…断線検出回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 与えられる制御信号に対応してモータの
   電機子コイルの通電制御をする駆動回路と、 モータの通電電流を検出する電流検出回路と、 相別の電機子コイルを所定の組み合わせ別に通電すべく
   制御する断線検出のための第１の制御信号を出力する断
   線検出回路と、 モータ起動にあたり、断線検出回路からの第１の制御信
   号を駆動回路に出力すると共に、その際のモータ通電電
   流検出出力を電流検出回路から受けて異常の判別をする
   機能およびその判別結果に応じて駆動回路にモータを回
   転駆動させるための第２の制御信号を与える機能とを有
   する制御回路とを具備して構成することを特徴とするモ
   ータ制御装置。