WO2014203300A1 - モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両 - Google Patents

モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両 Download PDF

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arm
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inverter circuit
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菊地　祐介
堀越　敦
学士 尾崎
義宏 青崎
剛 仙波
小岩井　久賀
茂雄 篠原
堅吏 森
昌弘 奧谷
孝明 関根
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日本精工株式会社
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    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device that drives and controls a multiphase electric motor mounted on a vehicle, an electric power steering device using the same, and a vehicle.
  • Motor control devices that drive and control electric motors for electric power steering devices mounted on vehicles, electric motors for electric brake devices, electric motors for driving electric vehicles and hybrid vehicles, etc., even when an abnormality occurs in the motor control system It is desired that the drive of the electric motor can be continued.
  • the multi-phase motor winding of the multi-phase electric motor is duplexed, and current is supplied from the individual inverter unit to the duplexed multi-phase motor winding, and the switching means of one inverter unit is used as the switching means.
  • the fault switching means in which the fault has occurred is specified, the switching means other than the fault switching means is controlled, and a normal inverter other than the fault inverter unit including the fault switching means.
  • An object of the present invention is to provide a motor control device that can be used, an electric power steering device using the motor control device, and a vehicle.
  • a motor control device that drives and controls a multiphase electric motor, and includes a polyphase arm that has an arm for each phase that drives the multiphase electric motor.
  • a redundant arm section having a redundant arm section; and a connection selection section for selecting a connection destination of each arm in the redundant arm section to the winding of the multiphase motor.
  • the motor controller connects the abnormal arm to the polyphase electric motor when the abnormal arm is detected by the abnormal arm detection unit that detects an abnormality of each phase of the multiphase inverter circuit.
  • An abnormal control unit that controls to cut off the motor current cut-off unit, and controls the connection selection unit to connect at least one arm of the redundant arm unit to the winding of the multiphase electric motor cut off by the motor current cut-off unit; It has.
  • the motor control apparatus described above is applied to a motor control apparatus including an electric motor that generates a steering assist force in a steering mechanism.
  • the on-vehicle multiphase electric motor is driven by the motor control device described above.
  • a redundant arm portion corresponding to each phase arm of the multiphase inverter circuit is provided, and when an open failure or a short failure occurs in the arm of the multiphase inverter circuit, the redundant arm portion is substituted,
  • the drive control of the electric motor can be continued without a sense of incongruity without changing the command value of the multiphase inverter circuit from the normal time.
  • the electric power steering apparatus is configured to include the motor control apparatus having the above-described effects, even if an open failure or a short-circuit failure occurs in the multiphase inverter circuit that drives the multiphase electric motor that generates the steering assist force, it is redundant.
  • the steering assist function of the electric power steering apparatus can be continued, and the reliability of the electric power steering apparatus can be improved.
  • the vehicle is configured to include the motor control device having the above-described effect, even if an open failure or a short-circuit failure occurs in the multiphase inverter circuit that drives the on-vehicle multiphase electric motor, the redundant arm portion replaces the on-vehicle multi-phase motor. Torque generation in the phase electric motor can be continued, and a vehicle that improves the reliability of the electric motor can be provided.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of an electric power steering apparatus according to the present invention. It is a circuit diagram which shows the specific structure of the motor control apparatus in 1st Embodiment. It is a schematic diagram which shows the winding structure of the three-phase electric motor in 1st Embodiment. It is a characteristic diagram which shows the relationship between steering torque and steering auxiliary current command value. It is a characteristic diagram which shows the relationship between the steering torque and steering auxiliary current command value of a prior art example. It is a characteristic diagram which shows the relationship between the steering torque of another prior art example, and a steering auxiliary current command value. It is a circuit diagram which shows the 2nd Embodiment of this invention. It is a circuit diagram which shows the modification of 2nd Embodiment. It is a circuit diagram which shows the 3rd Embodiment of this invention. It is a circuit diagram which shows the modification of the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment when the motor control device of the present invention is applied to an electric power steering device mounted on a vehicle.
  • the vehicle 1 according to the present invention includes front wheels 2FR and 2FL and rear wheels 2RR and 2RL which are left and right steered wheels.
  • the front wheels 2FR and 2FL are steered by the electric power steering device 3.
  • the electric power steering device 3 has a steering wheel 11, and a steering force applied to the steering wheel 11 from a driver is transmitted to the steering shaft 12.
  • the steering shaft 12 has an input shaft 12a and an output shaft 12b. One end of the input shaft 12a is connected to the steering wheel 11, and the other end is connected to one end of the output shaft 12b via the steering torque sensor 13.
  • the steering force transmitted to the output shaft 12b is transmitted to the lower shaft 15 via the universal joint 14, and further transmitted to the pinion shaft 17 via the universal joint 16.
  • the steering force transmitted to the pinion shaft 17 is transmitted to the tie rod 19 via the steering gear 18 to steer the front wheels 2FR and 2FL as steered wheels.
  • the steering gear 18 is configured in a rack and pinion type having a pinion 18a coupled to the pinion shaft 17 and a rack 18b meshing with the pinion 18a. Therefore, the steering gear 18 converts the rotational motion transmitted to the pinion 18a into the straight motion in the vehicle width direction by the rack 18b.
  • a steering assist mechanism 20 that transmits a steering assist force to the output shaft 12b is connected to the output shaft 12b of the steering shaft 12.
  • the steering assist mechanism 20 is a multiphase composed of, for example, a three-phase brushless motor that generates a steering assist force that is connected to the reduction gear 21 and a reduction gear 21 that is connected to the output shaft 12b. And a three-phase electric motor 22 as an electric motor.
  • the steering torque sensor 13 detects the steering torque applied to the steering wheel 11 and transmitted to the input shaft 12a.
  • the steering torque sensor 13 converts the steering torque into a torsion angle displacement of a torsion bar (not shown) interposed between the input shaft 12a and the output shaft 12b, and converts the torsion angle displacement into a resistance change or a magnetic change. It is configured to detect.
  • the three-phase electric motor 22 has a configuration in which a U-phase winding Lu, a V-phase winding Lv, and a W-phase winding Lw are star-connected.
  • the three-phase electric motor 22 includes a rotational position sensor 23a such as a Hall element that detects the rotational position of the rotor.
  • the detection value output from the rotational position sensor 23a is supplied to the rotor position detection circuit 23.
  • the rotor position detection circuit 23 detects the rotor position represented by the rotor rotation angle, and outputs the rotor position detection signal ⁇ m.
  • the three-phase electric motor 22 is rotationally controlled by the motor control device 25.
  • the motor control device 25 receives the steering torque T detected by the steering torque sensor 13 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 26 and the rotor rotation angle ⁇ m output from the rotor position detection circuit 23. Is done.
  • a direct current is input to the motor control device 25 from a battery 27 as a direct current source.
  • the specific configuration of the motor control device 25 includes a control arithmetic device 31, a motor drive circuit 32, and a motor current cutoff circuit 33.
  • the rotor rotation angle ⁇ m output from the rotor position detection circuit 23 is input to the control arithmetic unit 31, and each of the three-phase electric motors 22 output from the current detection circuit 34 is also input. Current detection values of the respective parts output from the phase windings Lu to Lw are input.
  • the control arithmetic unit 31 is output from voltage detection circuits 35u to 35w that individually detect a phase voltage between an output of a three-phase inverter circuit 42 of the motor drive circuit 32 described later and the motor current cutoff circuit 33.
  • the control arithmetic unit 31 refers to the steering assist current command value I when the motor drive circuit 32 is normal with reference to the normal steering assist current command value calculation map shown in FIG. 5 that is set in advance based on the steering torque T and the vehicle speed V. * Is calculated. Further, the control arithmetic unit 31 refers to the steering assist current command value calculation map shown in FIG. 6 preset based on the steering torque T and the vehicle speed V when the motor drive circuit 32 is abnormal, with reference to the steering assist current command value calculation map shown in FIG. The values I1 * and I2 * are calculated.
  • the target d-axis current command value Id * and the target q-axis current command value in the dq coordinate system based on the calculated steering assist current command values I1 * and I2 * and the rotor rotation angle ⁇ m.
  • Iq * is calculated, and the calculated d-axis current command value Id * and q-axis current command value Iq * are converted into dq-phase to three-phase to convert the U-phase current command value Iu * , V-phase current command value Ib *, and W-phase.
  • the current command value Iw * is calculated.
  • the control arithmetic unit 31 adds the calculated U-phase current command value Iu * , V-phase current command value Iv *, W-phase current command value Iw * and the current detection value detected by the current detection circuit 34 for each phase. Current deviations ⁇ Iu, ⁇ Iv and ⁇ Iw are calculated. Further, the control arithmetic unit 31 performs, for example, a PI control calculation or a PID control calculation on the calculated current deviations ⁇ Iu, ⁇ Ib, and ⁇ Iw to calculate a three-phase voltage command value V * for the motor drive circuit 32, and calculates the calculated three-phase and it outputs the voltage command value V * to the motor drive circuit 32.
  • the control arithmetic device 31 includes an abnormality detection unit 31a.
  • the abnormality detection unit 31a compares the phase current detection values Iu, Iv and Iw input to the control arithmetic unit 31 with the phase current command values Iu * , Iv * and Iw * calculated by itself, By referring to the detection values Vu, Vv and Vw, open failure and short-circuit failure of the field effect transistors (FETs) Q1 to Q6 as switching elements constituting the three-phase inverter circuit 42 are detected.
  • FETs field effect transistors
  • the abnormality detection unit 31 a outputs an abnormal stop signal SAS to the gate drive circuit 41 when it detects that an abnormality has occurred in two or more phases of the phase arms SAu to SAw of the three-phase inverter circuit 42.
  • the motor drive circuit 32 includes a gate drive circuit 41, a three-phase inverter circuit 42, a redundant arm unit 43, a connection selection unit 44, and a power cutoff circuit 45.
  • the gate drive circuit 41 receives the three-phase voltage command value V * output from the control arithmetic device 31 and the arm abnormality signal SAa and the abnormal stop signal SAS output from the abnormality detection unit 31a of the control arithmetic device 31. ing.
  • the gate drive circuit 41 receives six gate signals that are pulse width modulated (PWM) based on the voltage command value V * and the triangular wave carrier signal Sc.
  • the gate drive circuit 41 outputs three high-level gate signals to the motor current cut-off circuit 33 and the power cut-off circuit 45 when the abnormality detection signal SAa input from the control arithmetic unit 31 indicates normal. In response to this, one high level gate signal is output.
  • the gate drive circuit 41 stops supplying gate signals to the gates of the field effect transistors Q1 and Q2 of the U-phase arm SAu of the three-phase inverter circuit 42 when the abnormality detection signal SAa indicates a U-phase arm abnormality.
  • a low level gate signal is output to the switch unit SWu of the motor current cut-off circuit 33 to cut off the motor current.
  • the gate signal supplied to the field effect transistors Q1 and Q2 of the U-phase arm SAu of the three-phase inverter circuit 42 is connected in series to the redundant arm 43 as a switching element of the redundant arm 43. Supply is started to the gates of the field effect transistors Q11 and Q12.
  • the gate drive circuit 41 supplies a high-level gate signal to the gates of the field effect transistors Q41 and Q42 connected in series constituting the selection switch unit SLu to the connection selection unit 44.
  • the gate drive circuit 41 uses the field effect transistors Q3 and Q4 (or W-phase arm) of the V-phase arm SAv of the three-phase inverter circuit 42. The supply of the gate signal to the gates of the SAw field effect transistors Q5 and Q6) is stopped. At the same time, the gate drive circuit 41 outputs a low level gate signal to the switch unit SWv (or SWw) of the motor current cut-off circuit 33 to cut off the motor current.
  • the gate drive circuit supplies the redundant arm portion 43 to the field effect transistors Q3 and Q4 of the V phase arm SAv of the three phase inverter circuit 42 (or the field effect transistors Q5 and Q6 of the W phase arm SAw).
  • the gate signal is supplied to the gates of the field effect transistors Q11 and Q12 connected in series as the switching elements of the redundant arm portion 43.
  • the gate drive circuit 41 supplies a high-level gate signal to the gates of the field effect transistors Q41 and Q42 connected in series constituting the selection switch unit SLv (or SLw) to the connection selection unit 44. To do.
  • the gate drive circuit 41 receives an abnormal stop signal SAS indicating that an abnormality has occurred in two or more phases of the phase arms SAu to SAw of the three-phase inverter circuit 42 from the abnormality detection unit 31a of the control arithmetic unit 31.
  • a low-level gate signal is output to the two field effect transistors QC1 and QC2 constituting the power cut-off circuit 45 to cut off the current supply from the battery 27 to the three-phase inverter circuit 42.
  • a battery 27 is connected to the three-phase inverter circuit 42 via a power cutoff circuit 45 and a noise filter 46.
  • the three-phase inverter circuit 42 includes field effect transistors (FETs) Q1 to Q6 as six switching elements, and a U-phase arm SAu, a V-phase arm SAv, and a W-phase arm in which two field-effect transistors are connected in series. It has a configuration in which SAw is connected in parallel.
  • the gate signals output from the gate drive circuit 41 are input to the gates of the field effect transistors Q1 to Q6, so that the U-phase currents Iu and V-phase are supplied from between the field effect transistors of the phase arms SAu, SAv and SAw.
  • the current Iv and the W-phase current Iw are output to the three-phase motor windings Lu, Lv and Lw of the three-phase electric motor 22 via the motor current cutoff circuit 33.
  • the voltage across the shunt resistors Ru, Rv, and Rw inserted between the lower arm of each phase arm SAu, SAv, and SAw of the three-phase inverter circuit 42 and the ground is input to the current detection circuit 34.
  • the detection circuit 34 detects motor currents Iu, Iv, and Iw.
  • the motor current cutoff circuit 33 includes a U-phase switch unit SWu, a V-phase switch unit SWv, and a W-phase switch unit SWw.
  • the U-phase switch unit SWu is inserted between the U-phase output terminal tu of the three-phase inverter circuit 42 and the motor winding Lu, and the V-phase switch unit SWv is connected to the V-phase output terminal tv of the three-phase inverter circuit 42 and the motor winding.
  • the W-phase switch SWw is interposed between the line Lv and the W-phase output terminal tw of the three-phase inverter circuit 42 and the motor winding Lw.
  • each of the switch units SWu to SWw has two electric fields in which sources are connected so that, for example, the anodes are connected to each other so that the directions of the parasitic diodes D21 and D22 are opposite to each other. It is composed of effect transistors (FETs) Q21 and Q22.
  • the gate signal described above is supplied from the gate drive circuit 41 to the gates of the field effect transistors Q21 and Q22.
  • the power cutoff circuit 45 has a series circuit configuration in which two field effect transistors (FETs) QC1 and QC2 are connected to each other, the parasitic diodes DC1 and DC2 are in opposite directions, and the anodes are connected to each other.
  • the drain of the field effect transistor QC1 is connected to the output side of the noise filter 46, and the drain of the field effect transistor QC2 is connected to the drains of the field effect transistors Q1, Q3, and Q5 of the three-phase inverter circuit 42 via the resistor RC.
  • the redundant arm portion 43 is connected to the drain of the field effect transistor Q31.
  • the redundant arm 43 has the same configuration as that of each phase arm SAu to SAw of the three-phase inverter circuit 42 and is connected in parallel to the three-phase inverter circuit 42, and field effect transistors Q31 and Q32 are connected in series. It has a connected configuration.
  • a shunt resistor RR is inserted between the field effect transistor Q32 serving as the lower arm and the negative electrode side line Ln connected to the negative electrode side of the battery 27, and the motor current Ir detected by the shunt resistor RR is a current detection circuit. 34.
  • the connection point of the redundant arm 43 with the field effect transistors Q31 and Q32 is connected to the output terminal tr, and the output terminal tr is connected to the connection selector 44.
  • a smoothing electrolytic capacitor CA is interposed between a connection point between the resistor RC of the power shutoff circuit 45 and the field effect transistor Q31 of the redundant arm portion 43 and the negative side line Lm.
  • the switch portion SLw has one end connected to the output terminal tr of the redundant arm portion 43 and the other end connected to a connection point between the motor winding Lw of the three-phase electric motor 22 and the motor current cutoff circuit 33.
  • each of the switch units SLu to SLw is configured such that, for example, the anodes are connected to each other so that the directions of the parasitic diodes D31 and D32 are opposite to each other, as shown in FIG.
  • two field effect transistors (FETs) Q31 and Q32 having sources connected to each other.
  • the gate signal described above is supplied from the gate drive circuit 41 to the gates of the field effect transistors Q31 and Q32.
  • the steering torque T is “0” and the vehicle speed V is “0” in the steering assist control process executed by the control arithmetic unit 31.
  • the steering assist current command value It * is calculated with reference to the steering assist current command value calculation map of FIG.
  • the control arithmetic unit 31 then calculates the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq based on the calculated steering assist current command value It * and the rotor rotation angle ⁇ m input from the rotor position detection circuit 23.
  • control arithmetic unit 31 subtracts the respective phase current detection values Iu, Iv and Iw detected by the current detection circuit 34 from the respective phase current command values Iu * , Iv * and Iw * to thereby obtain current deviations ⁇ Iu, ⁇ Iv and ⁇ Iw.
  • target voltage command values Vu * , Vv *, and Vw * are calculated by performing PI control processing or PID control processing on the calculated current deviations ⁇ Iu, ⁇ Iv, and ⁇ Iw.
  • the control arithmetic unit 31 outputs the calculated target voltage command values Vu * , Vv *, and Vw * to the gate drive circuit 41 of the motor drive circuit 32 as the target voltage command value V * .
  • the control arithmetic unit 31 outputs an abnormality detection signal SAa and an abnormality stop signal SAS indicating normality to the gate drive circuit 41.
  • the gate drive circuit 41 outputs three high-level gate signals to the motor current cutoff circuit 33. Therefore, the field effect transistors Q21 and Q22 constituting the switch units SWu to SWw of the motor current cutoff circuit 33 are turned on, and the output terminals tu, tv, and tw of the inverter circuit 42 and the three-phase electric motor 22 are three-phased.
  • the motor windings Lu, Lv, and Lw are in a conductive state, and the energization control for the three-phase electric motor 22 is possible.
  • a high-level gate signal is output from the gate drive circuit 41 to the power shut-off circuit 45. Therefore, the field effect transistors QC1 and QC2 of the power cutoff circuit 45 are turned on, and the direct current from the battery 27 is supplied to the inverter circuit 42 via the noise filter 46.
  • the gate drive circuit 41 performs pulse width modulation based on the voltage command value V * input from the control arithmetic unit 31 to form a gate signal, and the formed gate signal is used as each field effect transistor Q1 of the inverter circuit 42. To the gate of Q6. At this time, the supply of gate signals to the gates of the field effect transistors Q31 and Q32 of the redundant arm 43 is stopped.
  • the steering torque Ts is “0”, so the steering assist current command value It * is also “0” and the electric motor 22 is stopped.
  • the control arithmetic unit 31 calculates a target steering assist current command value It * having a large value with reference to the characteristic curve L1 shown by the solid line in FIG. 4, and a large voltage command value V * corresponding thereto is gated. It is supplied to the drive circuit 41.
  • a gate signal having a duty ratio corresponding to a large voltage command value V * is output from the gate drive circuit 41 to the inverter circuit 42.
  • the inverter circuit 42 outputs a U-phase current Iu, a V-phase current Iv, and a W-phase current Iw having a phase difference of 120 degrees corresponding to the target steering assist current command value It *. It is supplied to the three-phase motor windings Lu, Lv and Lw of the three-phase electric motor 22 through the field effect transistors Q21 and Q22 of the switch units SWu, SWv and SWw corresponding to the phases.
  • the electric motor 22 is rotationally driven to generate a large steering assist force corresponding to the target steering assist current value It * corresponding to the steering torque Ts, and this steering assist force is output via the reduction gear 21 to the output shaft 12b. Is transmitted to. For this reason, the steering wheel 11 can be steered with a light steering force. Thereafter, when the vehicle speed Vs increases, the control arithmetic unit 31 selects, for example, the characteristic curve L2 shown by the dotted line in the steering assist current command value calculation map of FIG.
  • the target steering assist current command value It * calculated by the control arithmetic unit 31 is lower than that at the time of stationary, and the steering assist force is appropriately reduced by the electric motor 22 according to the steering torque Ts and the vehicle speed Vs. Is generated.
  • the gate drive circuit 41 can identify the abnormal phase arm SAi when the input abnormality detection signal SAa represents an arm abnormality other than normal.
  • an abnormality detection signal SAa indicating a U-phase arm abnormality is input to the gate drive circuit 41 from the abnormality detection unit 31a. Therefore, in the gate drive circuit 41, the output of the gate signal to the gate of the U-phase arm SAu is stopped, and the gates of the field effect transistors Q21 and Q22 of the U-phase switch unit SWu of the motor current cut-off circuit 33 are low-level gates. A signal is output. Therefore, U-phase switch unit SWu is controlled to be in an off state.
  • the U-phase switch unit SWu is composed of two field effect transistors Q21 and Q22 connected so that the directions of the parasitic diodes D21 and D22 are opposite to each other, bi-directionally passing through the U-phase switch unit SWu. Is reliably interrupted.
  • the gate drive circuit 41 supplies the gates of the field effect transistors Q31 and Q32 of the redundant arm 43 to the gates of the field effect transistors Q1 and Q2 of the U-phase arm SAu of the three-phase inverter circuit 42 so far. Start supplying the gate signal. At the same time, the gate drive circuit 41 supplies a high-level gate signal to the gates of the field effect transistors Q41 and Q42 constituting the U-phase switch unit SLu of the connection selection unit 44. For this reason, the redundant arm 43 is controlled in place of the abnormal U-phase arm SAu, and the motor current Ir output from the output terminal tr of the redundant arm 43 is selected as the motor current Iu. It is supplied to the motor winding Lu of the three-phase electric motor 22 through the U-phase switch unit SLu of the unit 44.
  • the U-phase current Iu is supplied from the redundant arm 43 instead of the U-phase arm SAu of the three-phase inverter circuit 42, and before the abnormality occurs in the U-phase arm SAu with respect to the three-phase electric motor 22.
  • the motor current supply equivalent to can be continued.
  • the target current command value calculation map for calculating the target current command value It * in the control arithmetic unit 31 can be used as it is, and it is not necessary to facilitate the separate target current command value calculation map for an abnormal time.
  • the configuration of the redundant arm portion 43 is same as the one-phase arm configuration of the three-phase inverter circuit 42, it is possible to perform motor current control that is completely different from the normal time, giving the driver a sense of incongruity. You can avoid that.
  • a short-circuit failure or an open failure occurs in the V-phase arm SAv (or W-phase arm SAw) of the multiphase inverter circuit 42, this is detected by the abnormality detection unit 31a, and the abnormality detection signal SAa is detected as the V-phase arm SAv.
  • the gate drive circuit 41 supplies the gate signal supplied to the gates of the field effect transistors Q3 and Q4 (or Q5 and Q6) of the V-phase arm SAv (or W-phase arm SAw) to the field effect of the redundant arm unit 43. Supply to transistors Q31 and 32U.
  • the gate drive circuit 41 controls to turn off the V-phase switch unit SWv (or W-phase switch unit SWw) of the motor current cutoff circuit 33, and the V-phase switch unit SLv (or W-phase switch unit SLw) of the connection selection unit 44. ) Is turned on.
  • the driving of the phase arm SAi in which the abnormality has occurred is stopped and the motor winding of the three-phase electric motor 22 is stopped.
  • the current path with Li is interrupted. Since the phase arm that has stopped driving is replaced by the redundant arm 43, the control mode does not change before and after the occurrence of the abnormality, the motor current control does not change, and the electromagnetic brake of the motor is generated when the abnormality occurs. Therefore, the steering assistance can be continued without causing the driver to feel uncomfortable.
  • it is not necessary to change the current command value calculation map between the normal time and the other time, and the motor output characteristic equivalent to that in the normal time can be ensured.
  • the above-described conventional example requires a configuration for outputting two motor winding terminals from the electric motor, which complicates the internal connection of the motor and increases the number of components necessary for the connection process.
  • the ECU that constitutes the control arithmetic device also has a complicated motor interface unit, an increased number of components, and an increased size.
  • the three-phase electric motor does not require any special work, and the configuration of the interface unit of the ECU can also maintain the conventional configuration.
  • the motor specifications do not require special specifications, there is no restriction on the coil arrangement and other magnetic circuit configurations, and it is possible to adopt an optimal magnetic circuit design, which is free from the effects of torque ripple and electromagnetic vibration.
  • the gate drive circuit 41 stops driving the respective phase arms SAu to SAw of the three-phase inverter circuit 42 and each of the motor current cutoff circuits 33.
  • the phase switch units SWu to SWw are turned off.
  • the gate drive circuit 41 stops driving the redundant arm unit 43 and turns off the phase switch units SLu to SLw of the connection selection unit 44.
  • the gate drive circuit 41 controls the power cutoff circuit 45 to the power cutoff state by setting the gate signals for the field effect transistors QC1 and QC2 of the power cutoff circuit 45 to a low level.
  • the field effect transistors QC1 and QC2 are connected so that the direction of the parasitic diode is reversed, so that bidirectional current can be cut off reliably.
  • the redundant arm unit 43 cannot deal with the same, so that the power cutoff circuit 45 is the same as described above. To shut off the power supplied to the three-phase inverter circuit 42.
  • the target steering assist current command is indicated by a characteristic line L11 shown by a solid line as a target steering assist current command value calculation map as shown in FIG.
  • the target steering assist current command value It * is divided and supplied in half for each motor drive circuit, as indicated by the characteristic line L12 shown by the dotted line.
  • the control becomes complicated and the same motor current control as in the normal state cannot be performed.
  • a motor current cut-off circuit is provided between the duplicated motor drive circuit and the three-phase electric motor, and the motor drive circuit in which an abnormality has occurred is disconnected when an abnormality occurs in one of the motor drive circuits.
  • the target steering assist current command value can be calculated through the same characteristic line in the normal time and in the abnormal time, but the maximum drive current in the abnormal time is limited. Therefore, the same motor current control as in the normal state cannot be performed.
  • the power cut-off circuit is duplicated in the first embodiment described above. That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 7, except that the power shutoff circuit 45 interposed between the battery 27, the three-phase inverter circuit 42, and the redundant arm portion 43 is duplicated. Has the same configuration as that of the first embodiment described above. In FIG. 7, the voltage detection circuits 35u to 35w are not shown.
  • the power cutoff circuit 45 includes a first switch unit SP1 including the field effect transistors QC1 and QC2 in the first embodiment and a second switch unit SP2 including the field effect transistors QC11 and QC12. It has the structure connected in parallel. A gate signal is supplied from the gate drive circuit 41 to the gates of the field effect transistors QC1, QC2 and QC11, QC12 of the switch units SP1 and SP2.
  • the power shut-off circuit 45 includes two switch units SP1 and SP2.
  • one switch unit, for example, SP1 is used as a main circuit to supply power to the three-phase inverter circuit 42 and the redundant arm unit 43.
  • power can be supplied to and cut off from the three-phase inverter circuit 42 and the redundant arm unit 43 using the remaining switch unit SP2 as a backup circuit. Therefore, it is possible to prevent the motor drive circuit 32 from continuing the stop state due to an open failure of the power shutoff circuit 45.
  • the case where the two switch parts SP1 and SP2 of the power shut-off circuit 45 are configured by two field effect transistors QC1 and QC2 connected in series has been described. It is not limited. That is, for the switch part SP2 on the backup side, as shown in FIG. 8, the field effect transistor QC1 for protection against reverse connection to the battery 27 may be omitted. In FIG. 8, the voltage detection circuits 35u to 35w are not shown. In the case of FIG. 8, the number of field effect transistors for duplicating the power cutoff circuit 45 can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced accordingly.
  • the control arithmetic device is duplicated. That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 9, two control arithmetic devices 31A and 31B are provided, and the steering torque T and the vehicle speed Vs are input to these control arithmetic devices 31A and 31B, respectively. Further, the rotor position signal ⁇ m detected by the rotor position detection circuit 23, the current detection value detected by the current detection circuit 34, and the voltage detection value detected by the voltage detection circuits 35u to 35w are input to the control arithmetic devices 31A and 31B. ing. In FIG. 9, the voltage detection circuits 35u to 35w are not shown.
  • control arithmetic devices 31A and 31B mutually monitor the arithmetic results.
  • the control arithmetic device 31A is used as the main
  • the control arithmetic device 31B is used as the sub
  • the control arithmetic device 31A is controlled when an abnormality occurs.
  • the fail-safe function can be exhibited.
  • a more reliable motor control device, electric power steering device, and vehicle can be provided by duplicating the control arithmetic device.
  • the power shut-off circuit 45 is composed of two switch units SP1 and SP2 arranged in parallel, and one is connected during normal operation and the other is connected when an abnormality occurs.
  • the present invention is not limited to this. That is, two switch units SP1 and SP2 may be connected at all times, and the switch unit SP1 or SP2 in which an abnormality has occurred may be shut off when an abnormality occurs in any one of them.
  • the redundant arm 43 has been described as having an arm configuration for one phase of the inverter circuit 42.
  • the present invention is not limited to this. Redundant arms with less than the number of phases may be provided. In this case, if the number of phase arms that cause an abnormality in the inverter circuit 42 is equal to or less than the number of redundant arms, it can be replaced and the reliability can be further improved.
  • a voltage detection circuit 35b is provided on the output side, and abnormality diagnosis of the redundant arm unit 43 can be performed.
  • the electric fields that are the upper and lower arms of the redundant arm portion 43 While maintaining the effect transistors Q31 and Q32 in the off state and turning off the phase switch units SLu to SLw of the connection selection unit 44, the output voltage Vb of the redundant arm unit 43 detected by the voltage detection circuit is diagnosed. .
  • the U-arm which becomes the upper arm of the three-phase inverter circuit 42 in a state where the assist current is set to zero during normal operation, for example, during straight-ahead steering.
  • the phase field effect transistor Q1 may be in the on state (or all the on states including the field effect transistors Q3 and Q5).
  • the field effect transistors Q2, Q4, and Q6 that are the lower arms are turned off, and the field effect transistors Q31 and Q32 that are the upper and lower arms of the redundant arm portion 43 are turned off.
  • the U-phase switch unit SWu for one phase (for example, U-phase) of the motor current cutoff circuit 33 and the U-phase switch unit SLu of the connection selection unit 44 are both turned on to output the output voltage of the redundant arm unit 43. Confirm that Vb goes high. Next, it is confirmed that the output voltage Vb of the redundant arm unit 43 becomes low level by turning off the motor current cutoff circuit 33 (SWu).
  • the motor current cut-off circuit 33 (SWu) turns off the connection selection unit 44 in the on state, thereby confirming that the output voltage Vb of the redundant arm unit 43 is at a low level.
  • blocking circuit of each phase is performed by performing the said operation
  • the present invention is not limited to this. Absent. That is, when an electric motor having four or more phases is applied, an inverter circuit 42 having a phase arm corresponding to the number of phases may be applied. Accordingly, the number of phases of the redundant arm unit 43 can be set to a number of phases less than that of the inverter circuit 42.
  • the motor control device according to the present invention is applied to an electric power steering device.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can be applied as a motor control device that controls an electric motor such as a brake device, a power window device, and a steer-by-wire system.
  • SYMBOLS 1 ... Vehicle, 3 ... Electric power steering device, 11 ... Steering wheel, 12 ... Steering shaft, 13 ... Steering torque sensor, 18 ... Steering gear, 20 ... Steering assist mechanism, 22 ... Three-phase electric motor, 25 ... Motor control device , 26 ... Vehicle speed sensor, 27 ... Battery, 31 ... Control arithmetic unit, 32 ... Motor drive circuit, 33 ... Motor current cut-off circuit, 34 ... Current detection circuit, 35u to 35w ... Voltage detection unit, 41 ... Gate drive circuit, 42 ... Three-phase inverter circuit, 43 ... Redundant arm part, 44 ... Connection selection part, 45 ... Power supply cutoff circuit, 46 ... Noise filter

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Abstract

　多相電動モータを駆動する多相インバータ回路にオープン故障やショート故障が生じた場合でも電動モータの駆動制御を継続することが可能とする。モータ制御装置は、多相電動モータを駆動する相毎のアームを有する多相インバータ回路と前記多相電動モータとの間に介挿された相毎に電流遮断が可能なモータ電流遮断部と、前記多相インバータ回路の相数より少ない相数のアームを有する冗長アーム部と、該冗長アーム部における各アームの前記多相モータの巻線への接続先を選択する接続選択部と、前記多相インバータ回路の各相の異常を検出する異常アーム検出部と、異常アームを検出したときに、当該異常アームと前記多相電動モータとを接続するモータ電流遮断部を遮断制御し、且つ前記接続選択部を、前記冗長アーム部の少なくとも１つのアームを前記モータ電流遮断部で遮断した前記多相電動モータの巻線に接続する異常制御部とを備えている。

Description

モータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両
　本発明は、車両に搭載された多相電動モータを駆動制御するモータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両に関する。
　車両に搭載する電動パワーステアリング装置の電動モータや、電動ブレーキ装置の電動モータ、電気自動車やハイブリッド車の走行用電動モータ等を駆動制御するモータ制御装置は、モータ制御系に異常が発生した場合でも電動モータの駆動を継続できることが望まれている。
　上記要望に応えるために、多相電動モータの多相モータ巻線を例えば二重化し、二重化した多相モータ巻線に対して個別のインバータ部から電流を供給し、一方のインバータ部のスイッチング手段に導通不可となるオフ故障すなわちオープン故障が生じた場合に、故障が生じた故障スイッチング手段を特定し、故障スイッチング手段を除くスイッチング手段を制御するとともに、故障スイッチング手段を含む故障インバータ部以外の正常インバータ部を制御する故障時制御手段を有する多相回転機の制御装置およびこれを用いた電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第４９９８８３６号公報
　ところで、前述した特許文献１に記載された従来例にあっては、二重化したインバータ部の一方に、スイッチング手段のオフ故障が発生した場合に、オフ故障した故障スイッチング手段を除くスイッチング手段を制御するとともに、故障スイッチング手段を含む故障インバータ部を制御することによるトルクの低下分を正常なインバータ部におけるｑ軸電流指令値を補正することにより、トルクの低下を抑制しながら多相回転機の駆動制御を継続するようにしている。
　しかしながら、上記従来例では、インバータ部のスイッチング手段にオフ故障が生じた場合には、十分なトルクを発生することができるが、インバータ部のスイッチング手段にてオン故障（ショート故障）が発生した場合には、モータに電磁ブレーキが発生する。異常となったスイッチング手段を除いて正常なスイッチング手段の指令値を補正してモータ駆動してもブレーキトルクによって出力トルクが減少する。すると、運転者の操舵に対するステアリングアシストが低下するため、大きな操舵違和感を与える可能性がある。また、ブレーキトルクを打ち消すために大きな電流をインバータやモータに流す必要があるため、モータ及びインバータの過熱を招きショート故障発生時のアシスト継続時間が短くなるという未解決の課題がある。
　そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、モータ駆動回路にオープン故障やショート故障が生じた場合でも電動モータの駆動制御を違和感なく継続することが可能なモータ制御装置、これを使用した電動パワーステアリング装置及び車両を提供することを目的としている。
　上記目的を解決するために、本発明に係るモータ制御装置の一態様は、多相電動モータを駆動制御するモータ制御装置であって、多相電動モータを駆動する相毎のアームを有する多相インバータ回路と、この多相インバータ回路と多相電動モータとの間に介挿された相毎に電流遮断が可能なモータ電流遮断部と、多相インバータ回路の相数より少ない相数のアームを有する冗長アーム部と、この冗長アーム部における各アームの前記多相モータの巻線への接続先を選択する接続選択部とを備えている。また、モータ制御装置は、多相インバータ回路の各相の異常を検出する異常アーム検出部と、この異常アーム検出部で異常アームを検出したときに、当該異常アームと多相電動モータとを接続するモータ電流遮断部を遮断制御し、且つ接続選択部を、冗長アーム部の少なくとも１つのアームをモータ電流遮断部で遮断した多相電動モータの巻線に接続するように制御する異常制御部とを備えている。
　また、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、上述のモータ制御装置をステアリング機構に操舵補助力を発生させる電動モータを含むモータ制御装置に適用している。
　さらに、本発明に係る車両の一態様は、上述のモータ制御装置で車載多相電動モータを駆動するようにしている。
　本発明によれば、多相インバータ回路の各相アームに対応する冗長アーム部を設け、多相インバータ回路のアームにオープン故障やショート故障が発生したときに、冗長アーム部で代替することで、多相インバータ回路の指令値を正常時から変更することなく、電動モータの駆動制御を違和感なく継続することができる。
　また、上記効果を有するモータ制御装置を含んで電動パワーステアリング装置を構成するので、操舵補助力を発生する多相電動モータを駆動する多相インバータ回路にオープン故障やショート故障が発生しても冗長アーム部で代替することにより電動パワーステアリング装置の操舵補助機能の継続が可能となり、電動パワーステアリング装置の信頼性を向上させることができる。
　さらに、上記効果を有するモータ制御装置を含んで車両を構成するので、車載多相電動モータを駆動する多相インバータ回路にオープン故障やショート故障が発生した場合でも冗長アーム部で代替して車載多相電動モータでのトルク発生を継続することができ、電動モータの信頼性を向上させる車両を提供することができる。
本発明に係る電動パワーステアリング装置の第１の実施形態を示すシステム構成図である。 第１の実施形態におけるモータ制御装置の具体的構成を示す回路図である。 第１の実施形態における３相電動モータの巻線構造を示す模式図である。 操舵トルクと操舵補助電流指令値との関係を示す特性線図である。 従来例の操舵トルクと操舵補助電流指令値との関係を示す特性線図である。 他の従来例の操舵トルクと操舵補助電流指令値との関係を示す特性線図である。 本発明の第２の実施形態を示す回路図である。 第２の実施形態の変形例を示す回路図である。 本発明の第３の実施形態を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す回路図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明のモータ制御装置を、車両に搭載した電動パワーステアリング装置に適用した場合の第１の実施形態を示す全体構成図である。
　本発明に係る車両１は、左右の転舵輪となる前輪２ＦＲ及び２ＦＬと後輪２ＲＲ及び２ＲＬを備えている。前輪２ＦＲ及び２ＦＬは、電動パワーステアリング装置３によって転舵される。
　電動パワーステアリング装置３は、ステアリングホイール１１を有し、このステアリングホイール１１に運転者から作用される操舵力がステアリングシャフト１２に伝達される。このステアリングシャフト１２は、入力軸１２ａと出力軸１２ｂとを有する。入力軸１２ａの一端はステアリングホイール１１に連結され、他端は操舵トルクセンサ１３を介して出力軸１２ｂの一端に連結されている。
　そして、出力軸１２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント１４を介してロアシャフト１５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント１６を介してピニオンシャフト１７に伝達される。このピニオンシャフト１７に伝達された操舵力はステアリングギヤ１８を介してタイロッド１９に伝達され、転舵輪としての前輪２ＦＲ及び２ＦＬを転舵させる。ここで、ステアリングギヤ１８は、ピニオンシャフト１７に連結されたピニオン１８ａとこのピニオン１８ａに噛合するラック１８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成されている。したがって、ステアリングギヤ１８は、ピニオン１８ａに伝達された回転運動をラック１８ｂで車幅方向の直進運動に変換している。
　ステアリングシャフト１２の出力軸１２ｂには、操舵補助力を出力軸１２ｂに伝達する操舵補助機構２０が連結されている。この操舵補助機構２０は、出力軸１２ｂに連結した例えばウォームギヤ機構で構成される減速ギヤ２１と、この減速ギヤ２１に連結された操舵補助力を発生する例えば３相ブラシレスモータで構成される多相電動モータとしての３相電動モータ２２とを備えている。
　操舵トルクセンサ１３は、ステアリングホイール１１に付与されて入力軸１２ａに伝達された操舵トルクを検出する。この操舵トルクセンサ１３は、例えば、操舵トルクを入力軸１２ａ及び出力軸１２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を抵抗変化や磁気変化に変換して検出する構成とされている。
　また、３相電動モータ２２は、図３に示すように、Ｕ相巻線Ｌｕ、Ｖ相巻線Ｌｖ及びＷ相巻線Ｌｗがスター結線された構成を有する。各相巻線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗのそれぞれは、複数例えば３つの巻線Ｌ１～Ｌ３が並列に接続されて巻装されている。このため、１つ又は２つの巻線Ｌｉ（ｉ＝１～３）に断線が発生した場合でも励磁電流を通電することができ、３相電動モータ２２で駆動トルクを発生することができる。したがって、３相電動モータ２２の信頼性を向上させることができる。
　さらに、３相電動モータ２２は、図２に示すように、ロータの回転位置を検出するホール素子などの回転位置センサ２３ａを備えている。この回転位置センサ２３ａから出力される検出値がロータ位置検出回路２３に供給され、このロータ位置検出回路２３によってロータ回転角で表されるロータ位置を検出し、ロータ位置検出信号θｍを出力する。
　そして、３相電動モータ２２は、モータ制御装置２５によって回転駆動制御される。
　このモータ制御装置２５には、操舵トルクセンサ１３で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ２６で検出された車速Ｖｓが入力されるとともに、ロータ位置検出回路２３から出力されるロータ回転角θｍが入力される。
　また、モータ制御装置２５には、直流電流源としてのバッテリー２７から直流電流が入力されている。
　モータ制御装置２５の具体的構成は、図２に示すように、制御演算装置３１、モータ駆動回路３２及びモータ電流遮断回路３３を備えている。
　制御演算装置３１には、図２では図示を省略しているが、図１に示す操舵トルクセンサ１３で検出した操舵トルクＴ及び車速センサ２６で検出した車速Ｖが入力されている。また、制御演算装置３１には、図２に示すように、ロータ位置検出回路２３から出力されるロータ回転角θｍとが入力され、さらに電流検出回路３４から出力される３相電動モータ２２の各相巻線Ｌｕ～Ｌｗから出力される各部の電流検出値が入力されている。さらに、制御演算装置３１には、後述するモータ駆動回路３２の３相インバータ回路４２の出力とモータ電流遮断回路３３との間の相電圧を個別に検出する電圧検出回路３５ｕ～３５ｗから出力される後述する３相インバータ回路の出力電圧が入力されている。
　制御演算装置３１では、モータ駆動回路３２の正常時には操舵トルクＴ及び車速Ｖをもとに予め設定された図５に示す正常時操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉ＊を算出する。また、制御演算装置３１では、モータ駆動回路３２の異常時には操舵トルクＴ及び車速Ｖをもとに予め設定された図６に示す異常時操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉ１＊及びＩ２＊を算出する。
　また、制御演算装置３１では、算出した操舵補助電流指令値Ｉ１＊及びＩ２＊とロータ回転角θｍとに基づいてｄ－ｑ座標系の目標ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及び目標ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出し、算出したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をｄｑ相－３相変換してＵ相電流指令値Ｉｕ＊、Ｖ相電流指令値Ｉｂ＊及びＷ相電流指令値Ｉｗ＊を算出する。
　そして、制御演算装置３１は、算出したＵ相電流指令値Ｉｕ＊、Ｖ相電流指令値Ｉｖ＊及びＷ相電流指令値Ｉｗ＊と電流検出回路３４で検出した電流検出値の相毎の加算値との電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗを算出する。さらに、制御演算装置３１は、算出した電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｂ及びΔＩｗについて例えばＰＩ制御演算又はＰＩＤ制御演算を行ってモータ駆動回路３２に対する３相の電圧指令値Ｖ＊を算出し、算出した３相の電圧指令値Ｖ＊をモータ駆動回路３２に出力する。
　また、制御演算装置３１は、異常検出部３１ａを備えている。この異常検出部３１ａは、制御演算装置３１に入力される相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗと自身が算出した各相電流指令値Ｉｕ＊、Ｉｖ＊及びＩｗ＊とを比較するとともに、相電圧検出値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを参照することにより、３相インバータ回路４２を構成するスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１～Ｑ６のオープン故障及びショート故障を検出する。
　この異常検出部３１ａでは、３相インバータ回路４２を構成する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のオープン故障又はショート故障を検出したときに、異常が発生した相アームＳＡｊ（ｊ＝ｕ、ｖ及びｗ）の電界効果トランジスタＱｋ（ｋ＝１、３、５）及びＱｋ＋１のゲートへのゲート信号の供給を停止させるアーム異常検出信号ＳＡａをゲート駆動回路４１に出力する。また、異常検出部３１ａでは、３相インバータ回路４２の相アームＳＡｕ～ＳＡｗの２相以上に異常が発生したことを検出したときに、異常停止信号ＳＡＳをゲート駆動回路４１に出力する。
　モータ駆動回路３２は、ゲート駆動回路４１、３相インバータ回路４２、冗長アーム部４３、接続選択部４４及び電源遮断回路４５を備えている。
　ゲート駆動回路４１には、制御演算装置３１から出力される３相の電圧指令値Ｖ＊と、制御演算装置３１の異常検出部３１ａから出力されるアーム異常信号ＳＡａ及び異常停止信号ＳＡＳが入力されている。
　ゲート駆動回路４１は、制御演算装置３１から電圧指令値Ｖ＊が入力されると、この電圧指令値Ｖ＊と三角波のキャリア信号Ｓｃとをもとにパルス幅変調（ＰＷＭ）した６つのゲート信号を形成する。
　また、ゲート駆動回路４１は、制御演算装置３１から入力される異常検出信号ＳＡａが正常を表すときには、モータ電流遮断回路３３に対してハイレベルの３つのゲート信号を出力するとともに、電源遮断回路４５に対してハイレベルの１つのゲート信号を出力する。
　さらに、ゲート駆動回路４１は、異常検出信号ＳＡａがＵ相アーム異常を表すときには、３相インバータ回路４２のＵ相アームＳＡｕの電界効果トランジスタＱ１及びＱ２のゲートへのゲート信号の供給を停止するとともに、モータ電流遮断回路３３のスイッチ部ＳＷｕに対してローレベルゲート信号を出力し、モータ電流を遮断する。これと同時に、冗長アーム部４３に対して３相インバータ回路４２のＵ相アームＳＡｕの電界効果トランジスタＱ１及びＱ２に供給していたゲート信号を冗長アーム部４３のスイッチング素子としての直列に接続された電界効果トランジスタＱ１１及びＱ１２のゲートに供給開始する。これと同時に、ゲート駆動回路４１は、接続選択部４４に対して選択スイッチ部ＳＬｕを構成する直列に接続された電界効果トランジスタＱ４１，Ｑ４２のゲートに対してハイレベルのゲート信号を供給する。
　さらに、ゲート駆動回路４１は、異常検出信号ＳＡａがＶ相アーム異常（又はＷ相アーム異常）を表すときには、３相インバータ回路４２のＶ相アームＳＡｖの電界効果トランジスタＱ３及びＱ４（又はＷ相アームＳＡｗの電界効果トランジスタＱ５及びＱ６）のゲートへのゲート信号の供給を停止する。これと同時に、ゲート駆動回路４１は、モータ電流遮断回路３３のスイッチ部ＳＷｖ（又はＳＷｗ）に対してローレベルゲート信号を出力し、モータ電流を遮断する。さらに、ゲート駆動回路は、冗長アーム部４３に対して３相インバータ回路４２のＶ相アームＳＡｖの電界効果トランジスタＱ３及びＱ４（又はＷ相アームＳＡｗの電界効果トランジスタＱ５及びＱ６）に供給していたゲート信号を冗長アーム部４３のスイッチング素子としての直列に接続された電界効果トランジスタＱ１１及びＱ１２のゲートに供給開始する。これと同時にゲート駆動回路４１は、接続選択部４４に対して選択スイッチ部ＳＬｖ（又はＳＬｗ）を構成する直列に接続された電界効果トランジスタＱ４１及びＱ４２のゲートに対してハイレベルのゲート信号を供給する。
　さらに、ゲート駆動回路４１は、制御演算装置３１の異常検出部３１ａから３相インバータ回路４２の相アームＳＡｕ～ＳＡｗの２相以上に異常が発生したことを表す異常停止信号ＳＡＳが入力されたときに、電源遮断回路４５を構成する２つの電界効果トランジスタＱＣ１及びＱＣ２に対してローレベルのゲート信号を出力してバッテリー２７から３相インバータ回路４２への電流供給を遮断する。
　３相インバータ回路４２には、電源遮断回路４５及びノイズフィルタ４６を介してバッテリー２７が接続されている。
　３相インバータ回路４２は、６個のスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１～Ｑ６を有し、２つの電界効果トランジスタを直列に接続したＵ相アームＳＡｕ、Ｖ相アームＳＡｖ及びＷ相アームＳＡｗを並列に接続した構成を有する。そして、各電界効果トランジスタＱ１～Ｑ６のゲートにゲート駆動回路４１から出力されるゲート信号が入力されることにより、各相アームＳＡｕ、ＳＡｖ及びＳＡｗの電界効果トランジスタ間からＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ及びＷ相電流Ｉｗがモータ電流遮断回路３３を介して３相電動モータ２２の３相モータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗに出力する。
　また、３相インバータ回路４２の各相アームＳＡｕ、ＳＡｖ及びＳＡｗの下アームと接地との間に介挿されたシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ及びＲｗの両端電圧が電流検出回路３４に入力され、これら電流検出回路３４でモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗが検出される。
　また、モータ電流遮断回路３３は、Ｕ相スイッチ部ＳＷｕ、Ｖ相スイッチ部ＳＷｖ及びＷ相スイッチ部ＳＷｗを有する。Ｕ相スイッチ部ＳＷｕは３相インバータ回路４２のＵ相出力端子ｔｕとモータ巻線Ｌｕとの間に介挿され、Ｖ相スイッチ部ＳＷｖは３相インバータ回路４２のＶ相出力端子ｔｖとモータ巻線Ｌｖとの間に介挿され、Ｗ相スイッチ部ＳＷｗは３相インバータ回路４２のＷ相出力端子ｔｗとモータ巻線Ｌｗとの間に介挿されている。
　各スイッチ部ＳＷｕ～ＳＷｗのそれぞれは、図２に示すように、寄生ダイオードＤ２１及びＤ２２の向きが互いに逆方向となるように例えばアノード同士が互いに接続されるようにソース同士を接続した２つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ２１及びＱ２２で構成されている。各電界効果トランジスタＱ２１及びＱ２２のゲートにはゲート駆動回路４１から前述したゲート信号が供給される。
　また、電源遮断回路４５は、２つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ＱＣ１及びＱＣ２がソース同士を接続して寄生ダイオードＤＣ１及びＤＣ２が逆向きでアノード同士が互いに接続される直列回路構成を有する。そして、電界効果トランジスタＱＣ１のドレインがノイズフィルタ４６の出力側に接続され、電界効果トランジスタＱＣ２のドレインが抵抗ＲＣを介して３相インバータ回路４２の各電界効果トランジスタＱ１，Ｑ３及びＱ５のドレインと、冗長アーム部４３の電界効果トランジスタＱ３１のドレインとに接続されている。
　冗長アーム部４３は、３相インバータ回路４２の各相アームＳＡｕ～ＳＡｗの１相分と同一の構成を有して３相インバータ回路４２と並列に接続され、電界効果トランジスタＱ３１及びＱ３２が直列に接続された構成を有する。そして、下アームとなる電界効果トランジスタＱ３２とバッテリー２７の負極側に接続された負極側ラインＬｎとの間シャント抵抗ＲＲが介挿され、このシャント抵抗ＲＲで検出されるモータ電流Ｉｒが電流検出回路３４に供給されている。
　また、冗長アーム部４３の電界効果トランジスタＱ３１及びＱ３２との接続点が出力端子ｔｒに接続され、この出力端子ｔｒが接続選択部４４に接続されている。
　さらに、電源遮断回路４５の抵抗ＲＣと冗長アーム部４３の電界効果トランジスタＱ３１との接続点と負側ラインＬｍとの間に平滑用の電解コンデンサＣＡが介挿されている。
　接続選択部４４は、図２に示すように、一端が冗長アーム部４３の出力端子ｔｒ及び電動モータ２２のモータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗ間に介挿された３つのスイッチ部ＳＬｕ、ＳＬｖ及びＳＬｗを有する。
　スイッチ部ＳＬｕは一端が冗長アーム部４３の出力端子ｔｒに接続され、他端が３相電動モータ２２のモータ巻線Ｌｕとモータ電流遮断回路３３との接続点に接続されている。
　スイッチ部ＳＬｖは、一端が冗長アーム部４３の出力端子ｔｒに接続され、他端が３相電動モータ２２のモータ巻線Ｌｖとモータ電流遮断回路３３との接続点に接続されている。
　スイッチ部ＳＬｗは、一端が冗長アーム部４３の出力端子ｔｒに接続され、他端が３相電動モータ２２のモータ巻線Ｌｗとモータ電流遮断回路３３との接続点に接続されている。
　各スイッチ部ＳＬｕ～ＳＬｗのそれぞれは、モータ電流遮断回路３３と同様に、図２に示すように、寄生ダイオードＤ３１及びＤ３２の向きが互いに逆方向となるように例えばアノード同士が互いに接続されるようにソース同士を接続した２つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ３１及びＱ３２で構成されている。各電界効果トランジスタＱ３１及びＱ３２のゲートにはゲート駆動回路４１から前述したゲート信号が供給される。
　次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
　図示しないイグニッションスイッチがオフ状態であって車両が停止していると共に、操舵補助制御処理も停止している作動停止状態であるときには、モータ制御装置２５の制御演算装置３１が非作動状態となっている。このため、制御演算装置３１で実行される操舵補助制御処理及び異常監視処理は停止されている。したがって、電動モータ２２は作動を停止しており、操舵補助機構２０からのステアリングシャフト１２の出力軸１２ｂへの操舵補助力の出力を停止している。
　この作動停止状態からイグニッションスイッチをオン状態とすると、制御演算装置３１が作動状態となり、操舵補助制御処理及び異常監視処理を開始する。このとき、モータ駆動回路３２の３相インバータ回路４２における各電界効果トランジスタＱ１～Ｑ６にオープン故障及びショート故障が発生していない正常状態であるものとする。
　この場合には、ステアリングホイール１を操舵していない非操舵状態では、制御演算装置３１で実行する操舵補助制御処理で操舵トルクＴが“０”であり、車速Ｖも“０”であるので、図４の操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉｔ＊を算出する。
　そして、制御演算装置３１は、算出された操舵補助電流指令値Ｉｔ＊とロータ位置検出回路２３から入力されるロータ回転角θｍとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出し、算出したｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊をｄｑ二相－三相変換処理してＵ相電流指令値Ｉｕ＊、Ｖ相電流指令値Ｉｖ＊及びＷ相電流指令値Ｉｗ＊を算出する。
　さらに、制御演算装置３１は、各相電流指令値Ｉｕ＊、Ｉｖ＊及びＩｗ＊から電流検出回路３４で検出した各相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを減算して電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗを算出し、算出した電流偏差ΔＩｕ、ΔＩｖ及びΔＩｗについてＰＩ制御処理又はＰＩＤ制御処理を行って目標電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊及びＶｗ＊を算出する。
　そして、制御演算装置３１は、算出した目標電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊及びＶｗ＊を目標電圧指令値Ｖ＊としてモータ駆動回路３２のゲート駆動回路４１に出力する。
　また、制御演算装置３１は、インバータ回路４２が正常であるので、正常を表す異常検出信号ＳＡａ及び異常停止信号ＳＡＳをゲート駆動回路４１に出力する。
　このため、ゲート駆動回路４１では、モータ電流遮断回路３３に対してハイレベルの３つのゲート信号を出力する。このため、モータ電流遮断回路３３のスイッチ部ＳＷｕ～ＳＷｗを構成する電界効果トランジスタＱ２１及びＱ２２がオン状態となって、インバータ回路４２の出力端子ｔｕ、ｔｖ及びｔｗと３相電動モータ２２の３相モータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗとの間が導通状態となって、３相電動モータ２２に対する通電制御が可能な状態となる。
　これと同時に、ゲート駆動回路４１から電源遮断回路４５に対してハイレベルのゲート信号を出力する。このため、電源遮断回路４５の電界効果トランジスタＱＣ１及びＱＣ２がオン状態となってバッテリー２７からの直流電流がノイズフィルタ４６を介してインバータ回路４２に供給される。
　さらに、ゲート駆動回路４１では、３相インバータ回路４２が正常であるので、接続選択部４４のスイッチ部ＳＬｕ、ＳＬｖ及びＳＬｗにローレベルのゲート信号を出力する。このため、接続選択部４４の各スイッチ部ＳＬｕ～ＳＬｗの電解効果トランジスタＱ３１及びＱ３２がオフ状態となって、冗長アーム部４３と３相電動モータ２２のモータ巻線Ｌｕ～Ｌｗとの間の電流経路が遮断されている。
　さらに、ゲート駆動回路４１では、制御演算装置３１から入力される電圧指令値Ｖ＊に基づいてパルス幅変調を行ってゲート信号を形成し、形成したゲート信号をインバータ回路４２の各電界効果トランジスタＱ１～Ｑ６のゲートに供給する。このとき、冗長アーム部４３の各電界効果トランジスタＱ３１及びＱ３２のゲートへのゲート信号の供給は停止されている。
　したがって、車両が停止状態で、ステアリングホイール１を操舵していない状態では、操舵トルクＴｓが“０”であるので、操舵補助電流指令値Ｉｔ＊も“０”となって電動モータ２２は停止状態を維持する。しかしながら、車両の停止状態または車両の走行開始状態でステアリングホイール１を操舵して所謂据え切りを行うと、操舵トルクＴｓが大きくなる。
　このため、制御演算装置３１で、図４の実線図示の特性曲線Ｌ１を参照して、大きな値の目標操舵補助電流指令値Ｉｔ＊が算出され、これに応じた大きな電圧指令値Ｖ＊がゲート駆動回路４１に供給される。したがって、ゲート駆動回路４１から大きな電圧指令値Ｖ＊に応じたデューティ比のゲート信号がインバータ回路４２に出力される。このインバータ回路４２から目標操舵補助電流指令値Ｉｔ＊に応じた１２０度の位相差を有するＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗが出力され、これらがモータ電流遮断回路３３の各相に対応するスイッチ部ＳＷｕ、ＳＷｖ及びＳＷｗの電界効果トランジスタＱ２１及びＱ２２を通って３相電動モータ２２の３相モータ巻線Ｌｕ、Ｌｖ及びＬｗに供給される。
　これにより、電動モータ２２が回転駆動されて、操舵トルクＴｓに応じた目標操舵補助電流値Ｉｔ＊に対応する大きな操舵補助力を発生し、この操舵補助力が減速ギヤ２１を介して出力軸１２ｂに伝達される。このため、ステアリングホイール１１を軽い操舵力で操舵することができる。
　その後、車速Ｖｓが増加すると、制御演算装置３１で、図４の操舵補助電流指令値算出マップで例えば点線図示の特性曲線Ｌ２が選択される。このため、制御演算装置３１で算出される目標操舵補助電流指令値Ｉｔ＊が据え切り時に比較して低下して電動モータ２２で操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに応じて適度に減少させた操舵補助力を発生する。
　このように、インバータ回路４２が正常で、３相電動モータ２２に供給されるモータ電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗが正常である場合には、操舵トルクＴｓ及び車速Ｖｓに最適なモータ電流が３相電動モータ２２に供給される。
　この３相インバータ回路４２の正常状態から、３相電動モータ２２の各相コイルＬｕ～Ｌｗに電流を供給している状態で、インバータ回路４２の例えば下アーム側の電界効果トランジスタＱ２、Ｑ４及びＱ６の何れか１つにショート故障が発生すると、ショート故障を生じた相アームＳＡｉ（ｉ＝ｕ，ｖ，ｗ）からモータ電流遮断回路３３に出力されるモータ電流Ｉｉが流れなくなる。このため、電圧検出部３５ｉで検出される相検出電圧Ｖｉが接地電位近くまで低下し、ショート故障の発生による異常と判断することができる。
　同様に、３相インバータ回路４２の上アームを構成する電界効果トランジスタＱ１、Ｑ３及びＱ５の何れか１つにオープン故障が発生した場合も同様に検出することができる。
　さらには、３相インバータ回路４２の上アームを構成する電界効果トランジスタＱ１、Ｑ３及びＱ５の何れか１つにショート故障が発生した場合には、該当する電圧検出部３５ｉの電圧が高い状態を維持することからこの検出電圧から上アームのショート故障を判別することができる。
　このように、モータ駆動回路３２のインバータ回路４２の何れかの相アームＳＡｉにショート故障やオープン故障が発生すると、異常検出部３１ａから出力される異常検出信号ＳＡａは故障が発生した相アームＳＡｉに応じて設定される。このため、ゲート駆動回路４１では、入力される異常検出信号ＳＡａが正常以外のアーム異常を表すことによって、異常となった相アームＳＡｉを識別することができる。
　したがって、例えばＵ相アームＳＡｕに異常が発生した場合には、異常検出部３１ａからＵ相アーム異常を表す異常検出信号ＳＡａがゲート駆動回路４１に入力される。このため、ゲート駆動回路４１では、Ｕ相アームＳＡｕのゲートに対するゲート信号の出力を停止するとともに、モータ電流遮断回路３３のＵ相スイッチ部ＳＷｕの電界効果トランジスタＱ２１及びＱ２２のゲートにローレベルのゲート信号が出力される。
　したがって、Ｕ相スイッチ部ＳＷｕがオフ状態に制御される。このとき、Ｕ相スイッチ部ＳＷｕが寄生ダイオードＤ２１及びＤ２２の方向が逆方向となるように接続された２つの電界効果トランジスタＱ２１及びＱ２２で構成されているので、Ｕ相スイッチ部ＳＷｕを通る双方向の電流が確実に遮断される。
　遮断後に、ゲート駆動回路４１では、冗長アーム部４３の電界効果トランジスタＱ３１及びＱ３２のゲートに対して、今まで３相インバータ回路４２のＵ相アームＳＡｕの電界効果トランジスタＱ１及びＱ２のゲートに供給していたゲート信号を供給開始する。これと同時にゲート駆動回路４１では、接続選択部４４のＵ相スイッチ部ＳＬｕを構成する電界効果トランジスタＱ４１及びＱ４２のゲートにハイレベルのゲート信号を供給する。
　このため、冗長アーム部４３が異常となったＵ相アームＳＡｕの代わりに駆動制御されることになり、この冗長アーム部４３の出力端子ｔｒから出力されるモータ電流Ｉｒがモータ電流Ｉｕとして接続選択部４４のＵ相スイッチ部ＳＬｕを通じて３相電動モータ２２のモータ巻線Ｌｕに供給される。
　この結果、３相インバータ回路４２のＵ相アームＳＡｕに代えて冗長アーム部４３からＵ相電流Ｉｕを供給することになり、３相電動モータ２２に対してＵ相アームＳＡｕに異常が発生する前と同等のモータ電流供給を継続することができる。
　この際、制御演算装置３１で目標電流指令値Ｉｔ＊を算出する目標電流指令値算出マップはそのまま使用することができ、異常時用に別途目標電流指令値算出マップを容易する必要がない。しかも、冗長アーム部４３の構成を３相インバータ回路４２の１相分のアーム構成と同一構成としておくことにより、正常時と全く変わらないモータ電流制御を行うことができ、運転者に違和感を与えることを回避することができる。
　同様に、多相インバータ回路４２のＶ相アームＳＡｖ（又はＷ相アームＳＡｗ）にショート故障又はオープン故障が発生した場合には、これが異常検出部３１ａで検出されて、異常検出信号ＳＡａがＶ相アーム異常（又はＷ相アーム異常）を表すことになり、ゲート駆動回路４１で異常が発生したアームを識別することができる。
　このため、ゲート駆動回路４１は、Ｖ相アームＳＡｖ（又はＷ相アームＳＡｗ）の電界効果トランジスタＱ３及びＱ４（又はＱ５及びＱ６）のゲートに供給しているゲート信号を冗長アーム部４３の電界効果トランジスタＱ３１及び３２Ｕに供給する。これと同時にゲート駆動回路４１は、モータ電流遮断回路３３のＶ相スイッチ部ＳＷｖ（又はＷ相スイッチ部ＳＷｗ）をオフ制御し、接続選択部４４のＶ相スイッチ部ＳＬｖ（又はＷ相スイッチ部ＳＬｗ）をオン制御する。
　これによって、上記と同様に、３相インバータ回路４２の異常となったアームの駆動を停止させるとともに、３相電動モータ２２への電流路を遮断し、これらに代えて冗長アーム部４３からＶ相電流Ｉｖ（又はＷ相電流Ｉｗ）を３相電動モータ２２のモータ巻線Ｌｖ（又はＬｗ）に供給する。このため、３相電動モータ２２に正常時と全く同様のモータ電流を供給して、３相電動モータ２２の駆動を継続して、必要な操舵補助力を発生させることができる。
　このように、上記実施形態によると、３相インバータ回路４２の相アームＳＡｉに異常が発生した場合に、異常が発生した相アームＳＡｉの駆動を停止するとともに、３相電動モータ２２のモータ巻線Ｌｉとの電流路を遮断する。そして、駆動を停止した相アームを冗長アーム部４３で代替するので、異常発生の前後で制御態様が異なることがなく、モータ電流制御も変化しないとともに、異常発生時にモータの電磁ブレーキが発生することなく操舵補助を継続することができるので、運転者に違和感を与えることがない。
　しかも、電流指令値算出マップも正常時とそれ以外とで変更する必要もなく、正常時と同等のモータ出力特性を確保することができる。このため、３相電動モータ２２及び３相インバータ回路４２の異常過熱を招くことがなく、フェール発生後の振動及び騒音レベルも正常時運転状態と同一レベルを確保することができる。
　また、異常発生時のインバータ回路４２から冗長アーム部４３への切替移行時のトルク差を最小限とすることが可能となることから、運転者の操舵違和感を最小限に軽減することができる。
　さらに、前述した従来例では、電動モータから２系統のモータ巻線ターミナルを出力する構成が必要であり、モータ内部結線の複雑化、結線処理に必要な構成部品が増えサイズアップとなる。このため、従来例では、制御演算装置を構成するＥＣＵも同様にモータインタフェース部の複雑化、構成部品の増加、サイズアップとなる。しかしながら、本実施形態では、３相電動モータに細工を必要とせず、ＥＣＵもインタフェース部の構成は従来通りの構成を維持することができる。
　しかも、モータ仕様は特殊な仕様を必要としないので、コイルの配置やその他の磁気回路構成への制約がなく、最適な磁気回路設計を採用することが可能となり、トルクリップルや電磁振動の影響を最小限に抑え、良好なモータ特性を得ることができ、同様に良好な操舵性能を得ることができる。
　また、前述した従来例のように、複数系統のインバータ回路を設ける必要がないので、相互間の同期制御を行う必要もなく、またスイッチングによるノイズの伝導、放射ノイズ対策についても、通常の回路構成に対して大きな変更を伴うことなく対処可能となる。
　しかしながら、冗長アーム部４３を使用した異常制御状態で、さらに３相インバータ回路４２の相アームに新たな異常が発生した場合に、これに対応する冗長アーム部４３が存在しない。このため、ゲート駆動回路４１は、異常検出部３１ａから異常停止信号ＳＡＳが入力されると、３相インバータ回路４２の各相アームＳＡｕ～ＳＡｗの駆動を停止するとともに、モータ電流遮断回路３３の各相スイッチ部ＳＷｕ～ＳＷｗをオフ状態とする。さらに、ゲート駆動回路４１は、冗長アーム部４３の駆動を停止するともに、接続選択部４４の各相スイッチ部ＳＬｕ～ＳＬｗをオフ状態とする。これと同時に、ゲート駆動回路４１で、電源遮断回路４５の電界効果トランジスタＱＣ１及びＱＣ２に対するゲート信号をローレベルとして電源遮断回路４５を電源遮断状態に制御する。この電源遮断回路４５でも電界効果トランジスタＱＣ１及びＱＣ２が寄生ダイオードの向きが逆方向となるように接続されているので、双方向の電流を確実に遮断することができる。
　同様に、３相インバータ回路４２の各相アームＳＡｕ～ＳＡｗを構成する２つの電界効果トランジスタにショート故障が発生した場合には、冗長アーム部４３では対処できないので、上記と同様に電源遮断回路４５によって３相インバータ回路４２への供給する電源を遮断する。
　ちなみに、前述した従来例のようにモータ駆動回路を２重化した場合に、正常時には、目標操舵補助電流指令値算出マップとして図５に示すように実線図示の特性線Ｌ１１で目標操舵補助電流指令値Ｉｔ＊を算出してから点線図示の特性線Ｌ１２で示すように目標操舵補助電流指令値Ｉｔ＊を個々のモータ駆動回路用に半分に分割して供給する。しかしながら、一方のモータ駆動回路に異常が発生した場合には、異常用の目標操舵補助電流指令値算出マップを用意して異常時の目標操舵補助電流指令値を算出する必要があるケースもあり、制御が煩雑となるとともに、正常時と全く同じモータ電流制御を行うことはできない。
　さらには、二重化したモータ駆動回路と３相電動モータとの間にモータ電流遮断回路を設けて、一方のモータ駆動回路に異常が発生したときに異常が発生したモータ駆動回路を切り離すように構成した場合には、図６に示すように、正常時と異常時とで同一特性線を通って目標操舵補助電流指令値を算出することができるが、異常時の最大駆動電流が制限されることになり、正常時と全く同じモータ電流制御を行うことはできない。
　次に、本発明の第２の実施形態について図７を伴って説明する。
　この第２の実施形態は、上述した第１の実施形態において、電源遮断回路を二重化したものである。
　すなわち、第２の実施形態においては、図７に示すように、バッテリー２７と３相インバータ回路４２及び冗長アーム部４３との間に介挿した電源遮断回路４５が二重化されていることを除いては前述した第１の実施形態と同様の構成を有する。なお、図７において、電圧検出回路３５ｕ～３５ｗは図示を省略している。
　電源遮断回路４５は、前述した第１の実施形態における電界効果トランジスタＱＣ１及びＱＣ２を備えた第１のスイッチ部ＳＰ１と、同様に電界効果トランジスタＱＣ１１及びＱＣ１２を備えた第２のスイッチ部ＳＰ２とが並列に接続された構成を有する。そして、各スイッチ部ＳＰ１及びＳＰ２の電界効果トランジスタＱＣ１，ＱＣ２及びＱＣ１１，ＱＣ１２のゲートにはゲート駆動回路４１からゲート信号が供給される。
　ここで、ノイズフィルタ４６及び抵抗ＲＣについては、スイッチ部ＳＰ１及びＳＰ２に対して共通化されており、この分部品点数が減少されている。
　この第２の実施形態によると、電源遮断回路４５が２つのスイッチ部ＳＰ１及びＳＰ２で構成されている。このため、通常は一方のスイッチ部例えばＳＰ１をメイン回路として使用して３相インバータ回路４２及び冗長アーム部４３への電源を供給する。そして、スイッチ部ＳＰ１にオープン故障が発生したときに、残りのスイッチ部ＳＰ２をパックアップ回路として使用して３相インバータ回路４２及び冗長アーム部４３へ電力の供給及び遮断を行うことができる。したがって、電源遮断回路４５のオープン故障によってモータ駆動回路３２が停止状態を継続することを防止できる。
　なお、上記第２の実施形態においては、電源遮断回路４５の２つのスイッチ部ＳＰ１及びＳＰ２をともに直列に接続された２つの電界効果トランジスタＱＣ１及びＱＣ２で構成する場合にいて説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、バックアップ側となるスイッチ部ＳＰ２については、図８に示すように、バッテリー２７に対する逆接保護のための電界効果トランジスタＱＣ１を省略するようにしてもよい。なお、図８においても、電圧検出回路３５ｕ～３５ｗは図示を省略している。
　この図８の場合には、電源遮断回路４５の二重化のための電界効果トランジスタの数を低減することができ、この分製造コストを低減することができる。
　次に、本発明の第３の実施形態について図９を伴って説明する。
　この第３の実施形態では、制御演算装置を２重化したものである。
　すなわち、第３の実施形態においては、図９に示すように、２つの制御演算装置３１Ａ及び３１Ｂが設けられ、これら制御演算装置３１Ａ及び３１Ｂにそれぞれ操舵トルクＴ及び車速Ｖｓが入力される。さらに、制御演算装置３１Ａ及び３１Ｂには、ロータ位置検出回路２３で検出したロータ位置信号θｍ、電流検出回路３４で検出した電流検出値及び電圧検出回路３５ｕ～３５ｗで検出した電圧検出値が入力されている。なお、図９において、電圧検出回路３５ｕ～３５ｗは図示を省略している。
　そして、制御演算装置３１Ａ及び３１Ｂは演算結果を相互監視し、一方例えば制御演算装置３１Ａをメインとして使用し、制御演算装置３１Ｂをサブとして使用し、制御演算装置３１Ａに異常が発生した場合に制御演算装置３１Ｂで代替することにより、フェールセーフ機能を発揮することができる。
　このように、第３の実施形態によると、制御演算装置を二重化することにより、より信頼性の高いモータ制御装置、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することができる。
　なお、上記第２および第３の実施形態においては、電源遮断回路４５を並列に配置した２つのスイッチ部ＳＰ１およびＳＰ２で構成し、通常時は一方を接続し、異常発生時に他方を接続する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、常時２つのスイッチ部ＳＰ１およびＳＰ２を接続しておき、何れかに異常が発生したときに異常が発生したスイッチ部ＳＰ１又はＳＰ２を遮断するようにしてもよい。
　また、上記第１～第３の実施形態においては、冗長アーム部４３をインバータ回路４２の１相分のアーム構成とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、インバータ回路４２の相数未満の冗長アームを設けるようにしてもよい。この場合には、インバータ回路４２の異常となる相アーム数が冗長アームの数以下であれば、代替可能であり、より信頼性を向上させることができる。
　また、上記第１～第３の実施形態においては、インバータ回路４２についてのみ異常検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１０に示すように、冗長アーム部４３についても出力側に電圧検出回路３５ｂを設けて、冗長アーム部４３の異常診断を行うことができる。
　この場合には、ステアリングホイール１が中立状態あり、且つ操舵トルクセンサ１３で検出される操舵トルクＴが“０”である状態を所定時間継続したときに、冗長アーム部４３の上下アームである電界効果トランジスタＱ３１及びＱ３２をオフ状態に維持するともに、接続選択部４４の各相スイッチ部ＳＬｕ～ＳＬｗをオフ状態とした状態で、電圧検出回路で検出する冗長アーム部４３の出力電圧Ｖｂを診断する。このとき、出力電圧Ｖｂがハイレベルであれば、上アームとなる電界効果トランジスタＱ３１のショート故障と判断し、出力電圧Ｖｂがローレベルであれば、下アームとなる電界効果トランジスタＱ３２のショート故障と判断する。
　次に、上アームとなる電界効果トランジスタＱ３１状態をオンとし、下アームとなる電界効果トランジスタＱ３２をオフ状態としたときに、冗長アーム部４３の出力電圧Ｖｂがハイレベルにならないときには上アームである電界効果トランジスタＱ３１のオープン故障であると判断する。
　さらに、下アームである電界効果トランジスタＱ３２をオン状態とし、上アームである電界効果トランジスタＱ３１をオフ状態とした状態で、出力電圧Ｖｂがローレベルにならないときには下アームを構成する電界効果トランジスタＱ３２のオープン故障であると判断する。
　また、モータ電流遮断回路３３及び接続選択部４４の異常診断については、通常運転時に、例えば直進操舵時などのアシスト電流が零に設定される状態で、３相インバータ回路４２の上アームとなるＵ相電界効果トランジスタＱ１をオン状態（又は電界効果トランジスタＱ３及びＱ５を含む全てオン状態）としてもよい。
　逆に下アームとなる電界効果トランジスタＱ２、Ｑ４及びＱ６をオフ状態とし、さらに冗長アーム部４３の上下アームとなる電界効果トランジスタＱ３１及びＱ３２をオフ状態とした状態とする。この状態で、先ず、モータ電流遮断回路３３の１相分（例えばＵ相）のＵ相スイッチ部ＳＷｕ及び接続選択部４４のＵ相スイッチ部ＳＬｕを共にオン状態として、冗長アーム部４３の出力電圧Ｖｂがハイレベルとなることを確認する。次いで、モータ電流遮断回路３３（ＳＷｕ）をオフすることで冗長アーム部４３の出力電圧Ｖｂがローレベルになることを確認する。さらに、モータ電流遮断回路３３（ＳＷｕ）はオン状態で接続選択部４４をオフすることで、冗長アーム部４３の出力電圧Ｖｂがローレベルになることを確認する。そして、上記動作をＶ相スイッチ部ＳＷｖ及びＷ相スイッチ部ＳＷｗについて順番に行うことで、各相の遮断回路の異常検出を行う。
　この時、オン、オフするモータ電流遮断回路３３と接続選択部４４は同相同士でなくてもよい。
　また、上記第１～第３の実施形態においては、３相電動モータ２２を適用して、これを駆動するインバータ回路４２も３相に構成する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、４相以上の電動モータを適用する場合には、その相数に応じた相アームを有するインバータ回路４２を適用すればよい。これに応じて冗長アーム部４３の相数もインバータ回路４２の相数未満の相数に設定することができる。
　また、上記第１～第３の実施形態おいては、本発明に係るモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、車両に搭載する電動ブレーキ装置、パワーウィンドウ装置、ステアバイワイヤシステム等の電動モータを制御するモータ制御装置として適用することができる。
　１…車両、３…電動パワーステアリング装置、１１…ステアリングホイール、１２…ステアリングシャフト、１３…操舵トルクセンサ、１８…ステアリングギヤ、２０…操舵補助機構、２２…３相電動モータ、２５…モータ制御装置、２６…車速センサ、２７…バッテリー、３１…制御演算装置、３２…モータ駆動回路、３３…モータ電流遮断回路、３４…電流検出回路、３５ｕ～３５ｗ…電圧検出部、４１…ゲート駆動回路、４２…３相インバータ回路、４３…冗長アーム部、４４…接続選択部、４５…電源遮断回路、４６…ノイズフィルタ

Claims (16)

  1. 　多相電動モータを駆動制御するモータ制御装置であって、
    　前記多相電動モータを駆動する相毎のアームを有する多相インバータ回路と、
    　該多相インバータ回路と前記多相電動モータとの間に介挿された相毎に電流遮断が可能なモータ電流遮断部と、
    　該多相インバータ回路の相数より少ない相数のアームを有する冗長アーム部と、
    　該冗長アーム部における各アームの前記多相モータの巻線への接続先を選択する接続選択部と、
    　前記多相インバータ回路の各相の異常を検出する異常アーム検出部と、
    　該異常アーム検出部で異常アームを検出したときに、当該異常アームと前記多相電動モータとを接続するモータ電流遮断部を遮断制御し、且つ前記接続選択部を、前記冗長アーム部の少なくとも１つのアームを前記モータ電流遮断部で遮断した前記多相電動モータの巻線に接続するように制御する異常制御部と
    　を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
  2. 　前記異常検出部は、前記多相インバータ回路の各アーム及び冗長アーム部に流れる電流を個別に検出する電流検出部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　前記異常検出部は、前記多相インバータ回路の前記多相電動モータへの出力電圧を個別に検出する第１の電圧検出部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
  4. 　前記異常検出部は、前記冗長アーム部の各アームの出力電圧を個別に検出する第２の電圧検出部を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載のモータ制御装置。
  5. 　前記モータ遮断部は、前記多相インバータ回路の出力と前記多相モータの巻線との間に個別に介挿されスイッチ部を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のモータ制御装置。
  6. 　前記スイッチ部は、寄生ダイオードが互いに逆方向となるように直列接続された２つの電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のモータ制御装置。
  7. 　前記多相インバータ回路は、二重系を構成する電源遮断回路を介して直流電源に接続さていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のモータ制御装置。
  8. 　前記二重系を構成する電源遮断回路は、並列に接続された２系統のスイッチ部で構成され、各スイッチ部は寄生ダイオードが互いに逆方向となるように直列接続された２つの電界効果トランジスタで構成されていることを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
  9. 　前記２系統のスイッチ部のうちパックアップ回路側のスイッチ部は、バッテリー逆接保護のための電界効果トランジスタを省略した構成とされていることを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。
  10. 　前記二重系を構成する電源遮断回路は、前記電源回路に接続するノイズフィルタ及び前記多相インバータ回路に接続するコンデンサを共通化して接続したことを特徴とする請求項７から９の何れか１項に記載のモータ制御装置。
  11. 　前記冗長アーム部の各アームを構成する直列接続された電界効果トランジスタとして前記多相インバータ回路の各アームの許容電流値の１００％以下となる電界効果トランジスタを適用したことを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載のモータ制御装置。
  12. 　前記冗長アーム部を構成するスイッチング素子の動作診断及び前記接続選択部の動作診断を前記多相インバータ回路の正常状態で行うようにしたことを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載のモータ制御装置。
  13. 　前記多相電動モータの固定子巻線は、相毎に複数の巻線部を並列接続して構成されていることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載のモータ制御装置。
  14. 　前記多相インバータ回路を制御する制御演算部を複数備えた冗長制御系を構成し、個々の制御演算部で相互監視を行い何れか一方の制御演算部が故障した場合に、正常な制御演算部で前記多相インバータ回路の駆動制御を継続するようにしたことを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載のモータ制御装置。
  15. 　ステアリング機構に操舵補助力を発生させる電動モータを含むモータ制御装置を前記請求項１から１４の何れか１項に記載のモータ制御装置で構成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  16. 　車載多相電動モータを請求項１から１４の何れか１項のモータ制御装置で駆動するようにしたことを特徴とする車両。
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