WO2011142032A1

WO2011142032A1 - ブラシレスモータの駆動装置

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Publication number: WO2011142032A1
Application number: PCT/JP2010/058207
Authority: WO
Inventors: 藤本　千明; 政弘木全
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-11-17
Also published as: EP2571158B1; CN102893508B; EP2571158A1; US10298162B2; CN102893508A; EP2571158A4; JP5414893B2; JPWO2011142032A1; KR101393828B1; KR20120136388A; US20130026960A1

Abstract

駆動回路のスイッチング素子（５Ｈ、５Ｌ）がONする期間において、電機子巻線（９）に流れる電流を検出する電流検出手段６と、目標電流値と検出電流値とを比較し、電機子巻線に印加するための電圧指令値を演算する演算処理手段と、この電圧指令値に基づいてスイッチング素子のON、OFFを制御するＰＷＭ駆動手段（４）を備えたブラシレスモータの駆動装置であって、演算処理手段は更に、各相におけるスイッチング素子の動作状態により、電機子巻線（９）に流れる電流を検出することが出来るか否かを判定する電流検出可能判定手段を備え、電流検出可能判定手段が、電流検出できない状態と判断したときは、検出することが出来たときの検出電流値を用いて、電圧指令値を求め、モータ駆動を継続する。

Description

ブラシレスモータの駆動装置

　この発明は、ブラシレスモータの電機子巻線に流れる相電流を利用してブラシレスモータの駆動を制御するようにしたブラシレスモータの駆動装置に関するものである。

　ブラシレスモータの出力をモータの電機子巻線を流れる電機子電流に応じてフィードバック制御するモータ駆動装置においては、モータ駆動用インバータ回路に相毎に設ける電流検出用抵抗に流れる電流を、相毎の電機子電流として検出している。目標電流と検出電流との偏差に応じた相毎のデューティ比を算出し、ＰＷＭ制御により、そのインバータ回路を構成する各相のスイッチング素子をON/OFF制御する。これにより、各相の電機子巻線へ印加する相電圧が変更され、各相の電機子巻線に駆動電流が流れ、モータ出力が制御される。

　図１４は、例えば、特許文献１に示されるような、従来のブラシレスモータの駆動装置
の一例を示す回路構成図である。
従来のブラシレスモータの駆動装置は、図１４に示すように、相毎に、上段スイッチング素子５uH、５vH、5wH（以下、総称して単に５Ｈともいう。）と電機子巻線９、下段スイッチング素子５uL、５vL、5wL（以下、総称して単に５Ｌともいう。）が接続され、下段スイッチング素子５Ｌとグランドとの間に電流検出用抵抗６u、６ｖ、６ｗ（以下、総称して単に６ともいう。）を配置するように構成されている。電流検出用抵抗６に流れる電流を検出するために、ＰＷＭ制御手段である駆動制御回路４により、スイッチング素子の状態を下段のスイッチング素子５ＬがＯＮ状態となるようにした時に、モータの電機子巻線９の電機子電流は、下段のスイッチング素子５Ｌ、電流検出用抵抗６を通り、グラウンドへ流れる。この電流検出用抵抗６に通流させる状態において、電流検出用抵抗６の両端の電位差を検出することにより、電機子電流を計測することになる。
下段のスイッチング素子５ＬがＯＮ状態にあるということは、電機子巻線９へ電流を通流させ、同相の上、下段のスイッチング素子に電流を貫通させないようにするため、上段のスイッチング素子５ＨはＯＦＦ状態となる。このように電機子電流を検出するためには、上段のスイッチング素子５ＨがＯＦＦ、下段のスイッチング素子５ＬがＯＮの状態のときのみ検出が可能となる。

　逆にいえば、駆動制御回路４のＰＷＭ制御信号によりスイッチング素子５Ｈ、５ＬをON/OFF制御する場合、電流検出用抵抗６に電流が流れ込まない期間が存在する。このため、適正に電流検出できない状況がある。そのため、ＰＷＭ制御信号のデューティ比、すなわち電機子巻線９へ印加する電圧を制限する必要があり、デューティ比により電源電圧の利用率を低下して利用せねばならず、モータ性能が制限されることになる。

　そこで、特許文献１においては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相で構成されるブラシレスモータに対し、ＰＷＭ制御手段からのデューティ比の指示に基づきＵ相、Ｖ相、Ｗ相、それぞれのスイッチング素子をON/OFF制御する場合、Ｕ相が所定値未満のデューティ比でスイッチング素子をON/OFFする場合においては、Ｕ相は、電流を検出することは困難な状態となるため、Ｕ相の電流Iuは、検出されたＶ相の電流Iv並びに、Ｗ相の電流Iwより、以下の式（１）を用いて算出することが記載されている。
　Iu=－（Iv＋Iw）・・・・・（１）

　また、他の相であるＶ相、ないしＷ相も同様に、デューティ比が所定値未満のデューティ比でスイッチング素子をON/OFFする場合においては、他の相で検出された電流より算出することが記載されている。

特許第４１４０４５４号公報

　上記の従来技術においては、ある相のデューティ比が所定値未満であるとき、例えば、Ｕ相のデューディ比が所定値未満である状態において、Ｕ相電流は直接検出することができないため、他の相、つまり、Ｖ相、及びＷ相電流を検出することにより、Ｕ相電流を算出する。しかし、このとき、他の相、Ｖ相、Ｗ相は、必ず検出できるような状態でなければならない。つまり、３相中の２相は必ずデューティ比を所定値以上になるようにしなければならない。したがって、デューティ比は、電流の検出できる範囲に制限され、そのため、自由にデューティ比を制御することができないという問題があった。

　この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、電機子電流の検出
ができる状態に関係なく、モータを駆動することができ、デューティ比を制限する必要がなく、従って自由にモータの電機子巻線へ電圧を印加することができ、モータの出力を向上させることができるブラシレスモータの駆動装置を提供することを目的とする。

　この発明に係るブラシレスモータの駆動装置は、電源側に配置された第一の（上側の）スイッチング素子と接地側に配置された第二の（下側の）スイッチング素子とからなる互いに直列接続されたスイッチング素子対を含むアームが並列に複数接続された、ブラシレスモータの駆動回路と、前記駆動回路のスイッチング素子がONする期間において、ブラシレスモータの電機子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ブラシレスモータを駆動するための目標電流値と前記電流検出手段により検出された検出電流値とを比較し、その偏差に基づいて前記ブラシレスモータの電機子巻線に印加するための電圧指令値を演算する演算処理手段と、この演算処理手段からの電圧指令値に基づいて駆動信号を発生し、前記駆動回路のスイッチング素子のON、OFFを制御するＰＷＭ駆動手段とを備えたブラシレスモータの駆動装置であって、前記演算処理手段は更に、前記駆動回路の各相における前記スイッチング素子の動作状態により、ブラシレスモータの各相の電機子巻線に流れる電流を検出することが出来るか否かを判定する電流検出可能判定手段を備えており、前記演算処理手段は、前記電流検出可能判定手段が、電流検出できない状態と判断したときは、検出することが出来たときの検出電流値を用いて、前記目標電流値と比較することにより、前記電圧指令値を求め、モータ駆動を継続するようにしたものである。

　この発明のブラシレスモータの駆動装置によれば、電機子電流の検出ができる状態に関係なく、モータを駆動することができ、デューティ比を制限する必要をなくして、電源電圧の利用率を高め、モータの出力を向上させることができるブラシレスモータの駆動装置を得ることができる。

　上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態１に係るブラシレスモータの駆動装置の構成を示す概略構成図である。この発明の実施の形態１における電流検出手段の動作を説明するためのタイムチャートを示すものである。この発明の実施の形態１における上段ＦＥＴの駆動を示すものである。この発明の実施の形態１における下段ＦＥＴの駆動を示すものである。この発明の実施の形態１における座標変換手段の詳細制御ブロック図を示すものである。この発明の実施の形態１における電流検出の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置の異常時の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１におけるモータ特性と電流検出可能な範囲を示す図である。この発明の実施の形態２における座標変換手段の詳細の制御ブロック図を示すものである。この発明の実施の形態２における電流検出の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２におけるモータ角度と電流検出可能範囲を示す図である。この発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置の異常時の処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２におけるモータ駆動装置の異常時の処理の他の例を示すフローチャートである。従来装置の一例を示す概略構成図である。

実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１のブラシレスモータの駆動装置について図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１におけるブラシレスモータの駆動装置の概略構成図である。図１において、ブラシレスモータは、電機子巻線９を有する３相同期式永久磁石モータで構成され、モータの磁極位置を検出する、例えばレゾルバで構成される位置センサ１０を備えており、位置センサ１０により、モータの磁極位置情報を後述する制御部（コントローラ）へ出力するよう成されている。

　ブラシレスモータを駆動する駆動回路は、周知のように、電源８側に配置された第一のスイッチング素子であるＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）５H（５uH、５vH、５wH）と、接地側に配置された第二のスイッチング素子であるＦＥＴ５L（５uL、５vL、５wL）とが互いに対となるように直列に接続されて構成され、各対をなすFET５H、５Lの接続点が、モータの電機子巻線９の各相にそれぞれ接続されている。そして、PWM駆動手段４からの駆動信号に応じて各ＦＥＴ５H、５Lの導通、非導通が制御され、モータ電機子巻線９への印加電圧を制御してモータを駆動する。

　下段のＦＥＴ５（５uL、５vL、５wL）とグランドとの間には、電流検出手段である電流検出用抵抗６（６u、６v、６w）が接続されている。電流検出の具体的な動作については後述する。

　モータの制御部である演算処理手段は、マイクロコンピュータで構成されており、モータの回転位置を検出する位置センサ１０からの信号を入力し、モータ位置θを算出する。
また、ブラシレスモータの各相に流れる電流を検出する電流検出手段６から、電機子巻線９のＵ、Ｖ、Ｗ各相に流れる電流が入力される。
以下、演算処理手段の各部について、説明する。

　電流検出手段６からの電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、座標変換手段１００に入力され、座標変換手段１００は、モータ位置θとＵ、Ｖ、Ｗ相検出電流とから、ｄｑ変換することで、ｑ軸、ｄ軸２軸の検出電流Ｉｑ、Ｉｄを求める。
また、モータの目標電流指令演算手段１は、モータ駆動のための指示電流である、目標ｑ軸電流ＴＩｑ、目標ｄ軸電流ＴＩｄを算出し、出力する。
目標電流指令演算手段１からの目標ｑ軸電流ＴＩｑと、実際に検出したｑ軸電流Ｉｑとの偏差を、目標電圧演算手段である比例積分演算手段２でＰＩ制御演算し、q軸の指令電圧Ｖｑを求める。また同様に、目標ｄ軸電流ＴＩｄと、検出ｄ軸電流Ｉｄとの偏差をＰＩ制御演算し、ｄ軸指令電圧Ｖｄを求める。

　比例積分演算手段２で演算された、q軸の指令電圧Ｖｑとｄ軸の指令電圧Ｖｄは、３相変換演算手段３に入力され、３相変換演算手段３は、ｄ、ｑ軸の指令電圧を３相変換、つまり、ｄｑ逆変換を行うことにより、モータのＵ、Ｖ、Ｗ３相の電機子巻線に印加すべき電圧指令値Ｖu、Ｖv、Ｖwに変換する。
　この電圧指令値Ｖu、Ｖv、Ｖwは、駆動回路の制御手段であるＰＷＭ駆動手段４に入力され、ＰＷＭ駆動手段４はこれら３相電圧指令値をデューティ比に置き換え、パルス幅変調して、ＦＥＴ駆動回路へ駆動を指示する。ＦＥＴ駆動回路は、ＰＷＭ駆動手段４からの駆動信号を受けてチョッパ制御を実現する。これによりブラシレスモータの電機子巻線９の各相に電流が流れ、ブラシレスモータはトルクを発生し回転する。

　次に、電流検出手段６u、６v、６wでの電流検出の具体的な動作について、図２を参照して説明する。図２において、（１）はパルス幅変調（PWM）における、キャリアを示すタイマであり、この最小の状態を０％、最大の状態を１００％として、デューティ比（２）を示している。
キャリア（１）がデューティ比（２）より上回るとき、信号（３）は、上段に配置されるFET５HをONするようにし、信号（４）は、下段に配置されるFET５LをOFFする。逆に、キャリア（１）がデューティ比（２）より下回るとき、信号（３）は、上段に配置されるFET５HをOFFし、信号（４）は、下段に配置されるFET５LをONする。
このように、ONとOFFとの時間比率を制御することで、電機子巻線９に印加する電圧を制御する。

　図３に示すように、電流検出においては、上述した信号（３）、（４）により、上段側ＦＥＴがＯＮ、下段側ＦＥＴがＯＦＦとなるときをＯＦＦ状態とし、電機子巻線９を流れる電流は電流検出手段６を通過しないことになり、電流検出を行うことが出来ないことになる。逆に、図４に示すように、上段側ＦＥＴがＯＦＦ、下段側ＦＥＴＯＮとなるときをＯＮ状態とすることにより、電機子巻線９を流れる電流は、電流検出手段６を通過することになり、電流検出することができることになる。したがって、電流検出回路において、上記ＯＮ状態のときに電流を検出する必要がある。

　図４の電流検出手段６において、電流検出値のみを取り出すためのサンプルホールドの指示信号は、ＯＮ状態、つまり、図２のｔ１の時間内にサンプルホールドする必要がある。サンプルホールドする時間ｔ２は、そのサンプルホールドする手段により定まっているため、電流検出するためには、ｔ１≧ｔ２　となる必要がある。
　即ち、電流検出可能かどうかの判定は、ＯＮ状態期間ｔ１がｔ２より大きいとき、電流検出可能と判定し、ＯＮ状態期間ｔ１がｔ２より小さいとき電流検出不可と判定することができる。

　ＯＮ状態期間ｔ１は、下段側ＦＥＴ５ＬのＯＮ時間を示し、さらに、ＰＷＭのキャリア周期Ｔが固定であるとすると、デューティ比よりｔ１を定めることができる。このため、電流検出可能なデューティ比は、ｔ２／Ｔ以上のときを示し、デューティ比がｔ２／Ｔ以上のときを電流検出可能状態であるといえる。逆に、ｔ２／Ｔ未満であるときは、電流検出不可能状態として判断することができる。さらに、デューティ比は、各相の指令電圧（電圧指令値）より求められることから、各相の指示するデューティ比、もしくは、各相の指令電圧より、各相が電流検出できるかどうかを判定することが出来る。

　また、上述においては、指示するデューティ比、もしくは、指令電圧により電流検出可能かどうかを判定したが、電機子巻線上の電圧は、上下段のＦＥＴ５Ｈ、５Ｌにより電源電圧と、接地電圧とに変動している。この電圧変動を検出し、電機子巻線上の電圧が接地側の状態にある時間を計測し、ｔ２以上の時間であるかどうかを判定することで、電流検出可能を判定してもよい。また、電機子巻線上の電圧が接地側の状態にある時間と電源側の状態にある時間を計測し、その比率を求めることで実際のデューティ比を算出して、電流検出可能かどうかを判定してもよい。
　また、電機子巻線上の電圧と電源電圧をそれぞれ検出し、その比率を求めることでデューティ比を算出することができる。このディーティ比から電流検出可能かどうかを判定してもよい。

　次に、この発明の主要部である座標変換手段１００の詳細について、図５を基に説明する。図５において、電流検出切替え処理部１０５では、上述により、各相が電流検出可能かどうかを判定する処理に加え、各相により検出された電流を切替える指示信号を出力する。Ｕ相電流入力処理部１０１では、Ｕ相が電流検出可能であるとき、入力された検出電流ＡＤｕをそのままＩｕとして出力する。
Ｕ相が電流検出不可能と判断されたときには、以下の式（２）として出力する。
　Ｉｕ=－（ＡＤｖ＋ＡＤｗ）・・・・・（２）　　　

　Ｖ相電流入力処理部１０２でも同様であり、Ｖ相が電流検出可能であるとき、入力された検出電流ＡＤｖをそのままＩｖとして出力する。
Ｖ相が電流検出不可能と判断されたときには、以下の式（３）として出力する。
　Ｉｖ=－（ＡＤｕ＋ＡＤｗ）・・・・・・（３）　　　

　Ｗ相電流入力処理部１０３でも同様であり、Ｖ相が電流検出可能であるとき、入力された検出電流ＡＤｗをそのままＩｗとして出力する。Ｗ相が電流検出不可能と判断されたときには、以下の式（４）として出力する。
　Ｉｗ=－（ＡＤｕ＋ＡＤｖ）・・・・・（４）　

　電流検出切替え処理部１０５において、電流検出可能である相が１相のみ、または全相が検出できない場合、各相の電流は、演算されたときの相電流を出力する。

　以上のようにして各相から得られた相電流Iu、Iv、Iwから以下の式（５）を演算し、Id、Iqで示されるｄ、q軸検出電流を出力する。

　以上の処理をフローチャートにして示したものが図６である。
ステップS1において、U相のデューティ比Duがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ２へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ３へ進む。

　ステップＳ２では、Ｖ相のデューティ比Dvがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ４へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ５へ進む。

　ステップＳ３では、Ｖ相のデューティ比Dvがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ６へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ１３へ進む。

　ステップＳ４では、Ｗ相のデューティ比Dwがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ７へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ８へ進む。

　ステップＳ５では、Ｗ相のデューティ比Dwがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ９へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ１０へ進む。

　ステップＳ６では、Ｗ相のデューティ比Dwがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ１１へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ１２へ進む。

　ステップＳ７では、３相とも検出することができ、電流検出手段より検出された信号ADu、Adv、ADwをそのまま利用する。

　ステップＳ８では、Ｗ相が検出できないことから、式（４）により、Ｗ相の電流を演算し、その他のＵ、Ｖ相は、電流検出手段より検出された信号ADu、ADvをそのまま利用する。

　ステップＳ９では、Ｖ相が検出できないことから、式（３）により、Ｖ相の電流を演算し、その他のＵ，Ｗ相は、電流検出手段より検出された信号ADu、ADwをそのまま利用する。

　ステップＳ１０では、２相検出できないことになり、つまり、１相しか相検出できないことから、各相の検出電流は前回値を利用する。

　ステップＳ１１では、Ｕ相が検出できないことから、式（２）により、Ｕ相の電流を演算し、その他のＶ，Ｗ相は、電流検出手段より検出された信号ADv、ADwをそのまま利用する。

　ステップＳ１２では、２相検出できないことになり、つまり、１相しか検出できないことから、各相の検出電流は前回値を利用する。

　ステップＳ１３では、２相以上検出できないことになり、つまり、２相、もしくは全相検出できないことから、各相の検出電流は前回値を利用する。

　ステップＳ１５では、電流検出できる状態としてFlg=0とする。

　ステップＳ１６では、電流検出不可となる状態が存在しているとしてFlg=１とする。

　ステップＳ１７では、３相の検出電流から、式（５）を演算する。

　以上のように、実施の形態１のブラシレスモータの駆動装置は、電源側に配置された第一の（上側の）スイッチング素子と接地側に配置された第二の（下側の）スイッチング素子とからなる互いに直列接続されたスイッチング素子対を含むアームが並列に複数接続された、ブラシレスモータの駆動回路と、この駆動回路のスイッチング素子がONする期間において、ブラシレスモータの電機子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、ブラシレスモータを駆動するための目標電流値と電流検出手段により検出された検出電流値とを比較し、その偏差に基づいてブラシレスモータの電機子巻線に印加するための電圧指令値を演算する演算処理手段と、この演算処理手段からの電圧指令値に基づいて駆動信号を発生し、駆動回路のスイッチング素子のON、OFFを制御するＰＷＭ駆動手段とを備えたブラシレスモータの駆動装置であって、演算処理手段は更に、駆動回路の各相におけるスイッチング素子の動作状態により、ブラシレスモータの各相の電機子巻線に流れる電流を検出することが出来るか否かを判定する電流検出可能判定手段を備えており、演算処理手段は、電流検出可能判定手段が、電流検出できない状態と判断したときは、検出することが出来たときの検出電流値を用いて、目標電流値と比較することにより、電圧指令値を求め、モータ駆動を継続するようにしたので、各相のデューティ比を電流検出できる範囲に制限する必要が無く、デューティ比を最大限利用することができる。

　また、ブラシレスモータは、ｎ相により構成される電機子巻線を持ち、演算処理手段は、電流検出可能判定手段により検出できる相が、（ｎ－２）以下である状態と判断された時に、全ての相電流を検出することが可能であった時の相電流検出値を用い、この相電流検出値を目標電流値と比較することにより、電圧指令値を求め、モータ駆動を継続するようにしたので、例え、１相しか検出できず、各相を推定出来なくなったとしても、電流検出できない状態に関係なく、モータ駆動することが出来、デューティ比を制限する必要もなくなる。

　ところで、電流検出が不可能となるような状況は、ｄ、ｑ軸の目標電圧の増加に伴い、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の指令電圧が大きくなる必要がある。つまり、モータの電機子巻線の電圧上昇が生じる状況とは、モータが回転し、その回転数に応じ逆起電力が発生し、各相の誘起電圧が大きくなることになる。従って、モータ駆動装置の故障により、電流検出できない状況となることを回避するためには、モータの回転状態を検出すればよいことになる。
　つまり、電流検出ができない状況となるときにおいて、モータ回転数が所定値以下であるとき、モータ駆動を停止するようにする。これにより、モータ駆動装置に異常があったことを検知し、モータ駆動を停止することができる。

　図６の処理に基づき、ＰＷＭ駆動手段４において、上述の内容を処理し、それをフローチャートにして示したものが図７である。
図７において、図６における処理により得た電流検出不可状態フラグＦｌｇをチェックし、電流検出可能状態であれば、ステップＳ３４へ進み、電流検出不可能状態であれば、ステップＳ３２へ進む。
ステップＳ３２では、モータ回転数が所定値α以上であるかどうかを判定し、所定値以上であれば、ステップＳ３４へ進み、所定値α未満であるときは、ステップＳ３３へ進む。
ステップＳ３３では、異常と判定し、ＰＷＭ制御を停止するように指示する。
ステップＳ３４では、指示された各相電圧をＰＷＭ制御できるようにデューティに変換する。
ステップＳ３５では、モータ駆動回路のＦＥＴをＯＮ、ないしＯＦＦするために、ＰＷＭ制御に基づいたＯＮ/ＯＦＦ指示、もしくは、ＰＷＭ制御を停止するように、全てのＦＥＴをＯＦＦするように制御信号が出力される。

　通常、モータは、図８に示すような特性Ｍとなることが知られている。
したがって、より異常の検出精度を上げるためには、モータ回転数とq軸電流によって決定される閾値ＴＨを予め求めておき、検出されたモータ角度から求めたモータ回転数と検出されたq軸電流とにより、閾値ＴＨよりも大きいＡとなる領域であるか、もしくは閾値ＴＨよりも小さいＢとなる領域かを判定し、Ｂの領域でかつ、電流検出できない状況となったときには、モータ駆動を停止する。
　図７において示せば、ステップＳ３２でモータ回転数が所定値未満かどうかを判定したが、これを図８に示すように、ｑ軸電流とモータ回転数により示される領域がＡかＢかを判定し、Ａであれば、ステップＳ３４へ、Ｂであれば、ステップＳ３３へ進むようにすればよいことになる。

　以上のようにこの発明の実施の形態１のブラシレスモータの駆動装置によれば、所定のモータ角度のとき、または、所定のモータ回転数以下にあって、電流検出可能判定手段が電機子巻線の相電流を検出できないと判定した時、あるいはまた、予め定められたモータ特性の範囲内であって、電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定された時に、ＰＷＭ駆動手段が、全てのスイッチング素子をOFFし、モータ駆動を停止するようにしたので、電流検出ができない状態においても、モータ駆動装置の異常を検出することができ、モータ駆動を停止することが出来る。

実施の形態２．
　図９はこの発明の実施の形態２における、座標変換手段１００の別方式を示すものである。図９において、ＵＶＷ相座標変換処理部１１１では、全相電流検出可能であるときを想定し、各相から得られた相電流ＡＤｕ、ＡＤｖ、ＡＤｗから以下の式（６）を演算し、Id、Iqで示されるｄ、q軸検出電流を出力する。

　Ｕ相が検出できないことを想定し、ＶＷ相座標変換処理部１１４において、残りの２相から得られた相電流ＡＤｖ、ＡＤｗから、以下の式（７）を演算し、Id、Iqで示されるｄ、q軸検出電流を出力する。

　Ｖ相が検出できないことを想定し、ＵＷ相座標変換処理部１１３において、残りの２相から得られた相電流ＡＤｕ、ＡＤｗから、以下の式（８）を演算し、Id、Iqで示されるｄ、q軸検出電流を出力する。

　Ｗ相が検出できないことを想定し、ＵＶ相座標変換処理部１１２において、残りの２相から得られた相電流ＡＤｕ、ＡＤｖから、以下の式（９）を演算し、Id、Iqで示されるｄ、q軸検出電流を出力する。

　ｄ、q軸電流切り替え処理部１１０において、３相検出できる場合において、ＵＶＷ相座標変換処理部１１１により得られたｄ、ｑ軸電流Id、Iqを選択する。
Ｕ相のみ検出できない場合において、ＶＷ相座標変換処理部１１４により得られたｄ、ｑ軸電流Id、Iqを選択する。
Ｖ相のみ検出できない場合において、ＵＷ相座標変換処理部１１３により得られたｄ、ｑ軸電流Id,Iqを選択する。
Ｗ相のみ検出できない場合において、ＶＷ相座標変換処理部１１２により得られたｄ、ｑ軸電流Id、Iqを選択する。２相、ないし全相検出できない場合、Id、Iqは、座標変換されず、前回値を利用する。

　以上の処理をフローチャートにして示したものが図１０である。
ステップS１２１において、Ｕ相のデューティ比Duがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ１２２へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ１２３へ進む。

　ステップＳ１２２では、Ｖ相のデューティ比Dvがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ１２４へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ１２５へ進む。

　ステップＳ１２３では、Ｖ相のデューティ比Dvがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ１２６へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ１３７へ進む。

　ステップＳ１２４では、Ｗ相のデューティ比Dwがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ１２７へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ１２９へ進む。

　ステップＳ１２５では、Ｗ相のデューティ比Dwがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ１３１へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ１３３へ進む。

　ステップＳ１２６では、Ｗ相のデューティ比Dwがｔ２／Ｔと比べ、電流検出可能なかどうかを判定する。検出可能であるとき、ステップＳ１３４へ進む。検出できないと判断されたとき、ステップＳ１３６へ進む。

　ステップＳ１２７では、３相とも検出することができ、電流検出手段より検出された信号ADu、ADv、ADwをそのまま利用する。

　ステップＳ１２８では、式（６）を演算する。

　ステップＳ１２９では、Ｗ相が検出できないことから、Ｕ、Ｖ相は、電流検出手段より検出された信号ADu、ADvをそのまま利用する。

　ステップＳ１３０では、式（９）を演算する。

　ステップＳ１３１では、Ｖ相が検出できないことから、その他のＵ、Ｗ相は、電流検出手段より検出された信号ADu、ADwをそのまま利用する。

　ステップＳ１３２では、式（８）を演算する。

　ステップＳ１３３では、２相検出できないことになり、つまり、１相しか検出できないことから、ｄ、ｑ軸の検出電流は前回値を利用する。

　ステップＳ１３４では、Ｕ相が検出できないことから、その他のＶ、Ｗ相は、電流検出手段より検出された信号ADv、ADwをそのまま利用する。

　ステップＳ１３５では、式（７）を演算する。

　ステップＳ１３６では、２相検出できないことになり、つまり、１相しか検出できないことから、ｄ、ｑ軸の検出電流は前回値を利用する。

　ステップＳ１３７では、２相以上検出できないことになり、つまり、２相、もしくは全相検出できないことから、ｄ、ｑ軸の検出電流は前回値を利用する。

　ステップＳ１４１では、全相電流検出可能状態であることから、Ｆｌｇ＝０とする。

　ステップＳ１４２では、Ｗ相が電流検出できない状態であることから、Ｆｌｇ＝３とする。

　ステップＳ１４３では、Ｖ相が電流検出できない状態であることから、Ｆｌｇ＝２とする。

　ステップＳ１４４では、２相以上電流検出できない状態であることから、Ｆｌｇ＝４とする。

　ステップＳ１４５では、Ｕ相が電流検出できない状態であることから、Ｆｌｇ＝１とする。

　ステップＳ１４６では、２相以上電流検出できない状態であることから、Ｆｌｇ＝４とする。

　ステップＳ１４７では、２相以上電流検出できない状態であることから、Ｆｌｇ＝４とする。

　以上のように、この発明の実施の形態２によれば、ブラシレスモータはU、V、W３相により構成される電機子巻線を備えており、演算処理手段は、電流検出手段によって検出された検出電流を、磁束方向の電流を示すd軸電流と、トルク方向の電流を示すq軸電流とから成る２軸の電流に変換する第１の座標変換手段と、２軸の目標電流値と、第1の座標変換手段により求められた２軸の検出電流値とから、２軸の目標電圧を求める目標電圧演算手段と、目標電圧演算手段で求めた２軸の目標電圧を３相の電圧指令値に変換する３相変換手段（第２の座標変換手段）とを備え、電流検出可能判定手段により、各相の電機子巻線に流れる電流を３相とも検出できると判断されたときは、U、V、W相の検出電流から第１の座標変換手段によって２軸の電流に変換し、電流検出可能判定手段により、１相が検出できないと判定されたときは、検出できない相を他の検出できる２相より求め、U、V、W相の検出電流から第１の座標変換手段によって２軸の電流に変換し、電流検出可能判定手段により、２相以上検出できないと判定されたときは、前回の第１の座標変換手段により求められたｄ軸、並びにｑ軸電流を、電圧指令値の演算に利用するようにしているので、１相しか検出できず、各相電流を推定出来なくなったとしても、各相電流の検出値を演算し、２軸の電流に変換することができるため、各相のデューティ比を電流検出できる範囲に制限する必要が無く、デューティ比を最大限利用することができる。
また、座標変換も兼ねて演算できることから、演算処理手段の処理負荷を軽減することができる。

　ところで、電機子巻線に印加される電圧、言わばデューティ比の振幅が大きくなると、一様に電流検出ができなくなるわけではなく、各相の電機子巻線に応じて作用するため、モータ角度により電流検出できなくなる領域は異なる。それは、図１１に示すように、領域Ａにあるように、デューティ比の振幅が小さいとき、各相全て電流検出可能である。
デューティ比の振幅が大きくなると、領域ＢからＤにて示す領域において１相分が検出できない状況となる。このとき、領域Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ電流検出できない相が異なることを示す。
さらに、デューティ比の振幅が大きくなると、領域Ｅにて示す２相検出できなくなる。

　従って、図１１に示す電流検出ができない状態とそのときのモータ角度との関係を確認することにより、モータ駆動装置の異常を検出することができる。
　ＰＷＭ駆動手段４において、上述の内容を処理し、それをフローチャートにして示したものが図１２である。

　図１２において、ステップＳ１５０では、各相の指示電圧よりDutyに変換する。

　ステップＳ１５１では、図１０における処理により得た電流検出不可状態存在フラグＦｌｇをチェックし、Ｆｌｇが０であればステップＳ１５２へ、１であればステップＳ１５３へ、２であればステップＳ１５４へ、３であればステップＳ１５５へ、４であればステップＳ１５６へ進む。

　ステップＳ１５２では、モータ角度から領域Ａにあるかどうかを判定する。領域Ａであれば、ステップＳ１５８へ、そうでなければ、ステップＳ１５７へ進む。

　ステップＳ１５３では、モータ角度から領域Ｂにあるかどうかを判定する。領域Ｂであれば、ステップＳ１５８へ、そうでなければ、Ｓ１５７へ進む。

　ステップＳ１５４では、モータ角度から領域Ｃにあるかどうかを判定する。領域Ｃであれば、ステップＳ１５８へ、そうでなければ、ステップＳ１５７へ進む。

　ステップＳ１５５では、モータ角度から領域Ｄにあるかどうかを判定する。領域Ｄであれば、ステップＳ１５８へ、そうでなければ、ステップＳ１５７へ進む。

　ステップＳ１５６では、モータ角度から領域Ｅにあるかどうかを判定する。領域Ｅであれば、ステップＳ１５８へ、そうでなければ、ステップＳ１５７へ進む。

　ステップＳ１５７では、ステップＳ１５０で求めたデューティ比を制限し、t2／Ｔ以上となるように設定する。そのデューティにおいて、電流検出可能な領域へ強制的に切替えることができることになる。つまり、上記実施の形態１で示した下段側のＦＥＴのＯＮ時間を延ばすようにＰＷＭ駆動信号を変更することで電流を検出することが可能となる。
したがって、電流を検出することが出来るようになり、電流を検出することで異常を判定することができる。また、実施の形態1に示した方法のように、モータ駆動を停止する必要はなく、電機子巻線へ印加する電圧は低下するものの、モータ駆動を継続することができる。また、デューティ比を制限する場合において、各相だけで実施してもよく、全相同時にデューティ比を制限することにより、全相の電流を検出することも出来る

　ステップＳ１５８では、デューティ比をＰＷＭ駆動信号としてＦＥＴ駆動回路に出力し、ＦＥＴ駆動回路をＯＮ／ＯＦＦ駆動する。

　実施の形態１で述べたように、電流検出できないときには、モータは回転している。
このため、モータ角度は変化していることになり、図１１に示す領域は、常に変わることになる。つまり、電流検出できない状態は長時間継続することはなく、電流検出可能状態と電流検出できない状態とがモータ回転数に合わせて移り変わる。
したがって、モータ角度により判定しなくても、電流検出できない状態が継続する時間を計測し、所定値、例えば、モータ回転数に応じた時間を設定し、電流検出できない状態がその時間以上を継続したときに、異常であると判断することができる。

　図１２で示したフローチャートにおいて、異常を判定するステップＳ１５２～Ｓ１５６を、各状態が継続する時間が所定時間継続することに置き換えたフローチャートを図１３に示す。この図１３に示すように、異常を判定するステップステップS１６１～Ｓ１６４のステップに置き換えても、同様の作用効果を得ることができる。

　以上のように、この発明の実施の形態２によれば、電流検出可能判定手段において、所定時間電流検出できない状態が継続するとき、ＰＷＭ駆動手段が、検出できない相電流が検出できるように、当該相の第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにしたので、前回の検出電流によりモータ駆動を継続している状態において、モータ駆動装置の異常を検出できない状態を防ぐことができる。

　また、電流検出可能判定手段において、第２の所定時間電流検出できない状態が継続するとき、ＰＷＭ駆動手段が、全ての相の第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにしたので、モータ駆動装置が故障しても、故障を検出できない状態を防ぐとともに、全ての出力を下げ、滑らかにモータ駆動することができる。

　また、ブラシレスモータの磁極位置の角度を検出する手段を備え、モータ角度が所定の角度のときに、電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定されたとき、図１３のステップＳ１６１～Ｓ１６４に示す判定と同様に考え、ステップＳ１５７にて示すようにデューティ比を制限し、第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにすることでも、同様な効果を得ることができる。

　さらに、角度検出によりモータ回転数を演算する手段を備え、所定のモータ回転数以下にあって、電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定された時、ＰＷＭ駆動手段が、全ての第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにしても、同様に、モータ駆動装置の異常を検出できない状態を防ぐことができると共に、全ての出力を下げ、滑らかにモータ駆動することができる。

　更に又、予め定められたモータ特性の範囲内であって、電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定された時、ＰＷＭ駆動手段が、全ての第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにすることによって、同様の効果を得ることができる。

　この発明は、車両に搭載される、例えば電動パワーステアリング装置に用いて好適なブラシレスモータの駆動装置である。

　１　目標電流指令演算手段、２　目標電圧演算手段（ＰＩ制御演算手段）
　３　３相変換演算手段、４　ＰＷＭ駆動手段、
　５Ｈ（５uH、５vH、５wH）　第１のスイッチング素子（ＦＥＴ）、
　５Ｌ（５uL、５vL、５wL）　第２のスイッチング素子（ＦＥＴ）、
　６（６u、６v、６w）　電流検出手段、９　ブラシレスモータの電機子巻線
　１０　位置センサ、１００　座標変換手段

Claims

　電源側に配置された第一の（上側の）スイッチング素子と接地側に配置された第二の（下側の）スイッチング素子とからなる互いに直列接続されたスイッチング素子対を含むアームが並列に複数接続された、ブラシレスモータの駆動回路と、前記駆動回路のスイッチング素子がONする期間において、ブラシレスモータの電機子巻線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記ブラシレスモータを駆動するための目標電流値と前記電流検出手段により検出された検出電流値とを比較し、その偏差に基づいて前記ブラシレスモータの電機子巻線に印加するための電圧指令値を演算する演算処理手段と、この演算処理手段からの電圧指令値に基づいて駆動信号を発生し、前記駆動回路のスイッチング素子のON、OFFを制御するＰＷＭ駆動手段とを備えたブラシレスモータの駆動装置であって、前記演算処理手段は更に、前記駆動回路の各相における前記スイッチング素子の動作状態により、ブラシレスモータの各相の電機子巻線に流れる電流を検出することが出来るか否かを判定する電流検出可能判定手段を備えており、前記演算処理手段は、前記電流検出可能判定手段が、電流検出できない状態と判断したときは、前回検出することが出来たときの検出電流値を用いて、前記目標電流値と比較することにより、前記電圧指令値を求め、モータ駆動を継続するようにしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
　前記ブラシレスモータは、ｎ相により構成される電機子巻線を持ち、前記演算処理手段は、前記電流検出可能判定手段により検出できる相が、（ｎ－２）以下である状態と判断されたときに、全ての相電流を検出することが可能であったときの相電流検出値を用い、この相電流検出値を前記目標電流値と比較することにより、前記電圧指令値を求め、モータ駆動を継続するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　前記ブラシレスモータはU、V、W３相により構成される電機子巻線を備えており、前記演算処理手段は、前記電流検出手段によって検出された検出電流を、磁束方向の電流を示すd軸電流と、トルク方向の電流を示すq軸電流とから成る２軸の電流に変換する第１の座標変換手段と、２軸の目標電流値と、前記第1の座標変換手段により求められた２軸の検出電流値とから、２軸の目標電圧を求める目標電圧演算手段と、前記目標電圧演算手段で求めた前記２軸の目標電圧を３相の電圧指令値に変換する３相変換手段（第２の座標変換手段）と、を備え、前記電流検出可能判定手段により、各相の電機子巻線に流れる電流を３相とも検出できると判断されたときは、U、V、W相の検出電流から前記第１の座標変換手段によって前記２軸の電流に変換し、前記電流検出可能判定手段により、１相が検出できないと判定されたときは、検出できない相を他の検出できる２相より求め、U、V、W相の検出電流から前記第１の座標変換手段によって前記２軸の電流に変換し、前記電流検出可能判定手段により、２相以上検出できないと判定されたときは、前回の第１の座標変換手段により求められたｄ軸、並びにｑ軸電流を、前記電圧指令値の演算に利用することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　前記演算処理手段は、前記電流検出可能判定手段により、各相の電機子巻線に流れる電流を３相とも検出できると判断されたときは、U、V、W相の検出電流から前記第１の座標変換手段によって前記２軸の電流に変換し、
前記電流検出可能判定手段により、U相が検出できないと判定されたときは、Ｖ、Ｗ相の検出電流から前記２軸の電流に変換し、
前記電流検出可能判定手段により、V相が検出できないと判定されたときは、Ｕ、Ｗ相の検出電流から前記２軸の電流に変換し、
前記電流検出可能判定手段により、Ｗ相が検出できないと判定されたときは、Ｕ、Ｖ相の電流検出から前記２軸の電流に変換し、
前記電流検出可能判定手段により、２相以上検出できないと判定されたときは、前回の座標変換により求められたｄ軸、並びにｑ軸電流を利用することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　前記電流検出可能判定手段において、所定時間電流検出できない状態が継続するとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、検出できない相電流が検出できるように、当該相の前記第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　前記電流検出可能判定手段において、第２の所定時間電流検出できない状態が継続するとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、全ての相の前記第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　ブラシレスモータの磁極位置の角度を検出する手段を備え、モータ角度が所定の角度のときに、前記電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定されたとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、検出できない相電流が検出できるように、当該相の前記第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　ブラシレスモータの磁極位置の角度を検出する手段を備え、モータ角度が所定の角度のときに、前記電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定されたとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、全ての前記第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　角度検出によりモータ回転数を演算する手段を備え、所定のモータ回転数以下にあって、前記電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定されたとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、全ての前記第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　予め定められたモータ特性の範囲内であって、前記電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定されたとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、全ての前記第２のスイッチング素子のONする期間を延長する駆動信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　前記電流検出可能判定手段において、第２の所定時間電流検出できない状態が継続するとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、全ての前記スイッチング素子をOFFし、モータ駆動を停止するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　ブラシレスモータの磁極位置の角度を検出する手段を備え、モータ角度が所定の角度のときに、前記電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定されたとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、全ての前記スイッチング素子をOFFし、モータ駆動を停止するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　角度検出によりモータ回転数を演算する手段を備え、所定のモータ回転数以下にあって、前記電流検出可能判定手段により相電流検出できないと判定されたとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、全ての前記スイッチング素子をOFFし、モータ駆動を停止するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。
　予め定められたモータ特性の範囲内であって、前記電流検出可能判定手段により相電流が検出できないと判定されたとき、前記ＰＷＭ駆動手段は、全ての前記スイッチング素子をOFFし、モータ駆動を停止するようにしたことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のブラシレスモータの駆動装置。