JP2012016093A - ブラシレスモータ制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ回路の故障の有無を正確に判定することによってブラシレスモータを適切に制御することができるブラシレスモータ制御装置及び方法を提供する。
【解決手段】電流決定部２１は、ブラシレスモータ１に流れる電流を決定する。故障判定部２２は、インバータ回路２の故障の有無を判定する。駆動停止部２３は、故障判定部２２によりインバータ回路２に故障があると判定した場合、駆動回路３の駆動を停止する。禁止部２４は、ブラシレスモータ１に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さい場合、駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を禁止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源からの直流電流を交流電流に変換し、変換された交流電流をブラシレスモータに供給するインバータ回路のオープン故障の有無を判定することによってブラシレスモータを適切に制御するブラシレスモータ制御装置及び方法に関する。

電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）、電動油圧式パワーステアリングシステム（Ｈ−ＥＰＳ）、エンジンクーリングファン等において、３相ブラシレスＤＣモータのようなブラシレスモータと、直流電源からの電流を交流電流に変換し、変換された交流電流をブラシレスモータに供給するインバータ回路とが用いられている。このようなインバータ回路は、一対のスイッチング素子を有する少なくとも一つのスイッチング回路を有する。

ブラシレスモータを正確に制御するためには、ブラシレスモータに適切な電流が供給されているか否かを判断する必要があり、かかる判断を行うために、インバータ回路に流れる実電流を検出している。インバータ回路に流れる実電流を検出するためには、シャント抵抗が用いられるのが一般的である。この場合、ブラシレスモータに流すべき電流の指令値が演算され、電流の指令値と実電流の値との差が所定の値より大きい場合、インバータ回路に断線が発生している、すなわち、インバータ回路にオープン故障があると判断している。

また、シャント抵抗を用いて実電流を検出する代わりに、インバータ回路に使用されるスイッチング素子の両端間の電位差に基づいてインバータ回路に流れる実電流を検出することによってブラシレスモータを適切に制御するブラシレスモータ制御装置も提案されている（例えば、特許文献１）。この場合、ブラシレスモータに流すべき電流の指令値が演算され、電流の指令値と実電流の値との差が所定の値より大きい場合、インバータ回路にオープン故障があると判断している。

さらに、インバータ回路の故障（例えば、オープン故障）を検知するだけでなく、インバータ回路の異常を検知するとインバータ回路の駆動を停止することによってブラシレスモータを適切に制御するブラシレスモータ制御装置も提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００６−５０７１１号公報 実開平５−３０４４０号公報

しかしながら、電流の指令値が低い場合、実電流もそれに伴って低くなり、インバータ回路に故障（例えば、オープン故障）があるときでも電流の指令値と実電流の値との差が小さくなるので、これらの差が所定の値より大きいか否かを判断するのが困難になる。その結果、インバータ回路の故障の有無を正確に判定できなくなるおそれがある。

また、電流の指令値は、ブラシレスモータの電気角に基づいた正弦波であるので、電流の指令値が零付近になる電気角の範囲が周期的に発生し、同様に、実電流の値が零付近になる電気角の範囲が周期的に発生する。このような電流の指令値が零付近になる電気角の範囲では、インバータ回路に故障があるときでも電流の指令値と実電流の値との差がほとんどなくなるので、これらの差が所定の値より大きいか否かを判断するのが困難になる。その結果、インバータ回路の故障の有無を正確に判定できなくなるおそれがある。

本発明の目的は、インバータ回路の故障の有無を正確に判定することによってブラシレスモータを適切に制御することができるブラシレスモータ制御装置及び方法を提供する。

本発明によるブラシレスモータ制御装置は、ブラシレスモータが接続されたインバータ回路と、前記インバータ回路の駆動を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記インバータ回路の故障の有無を、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流に基づいて判定する故障判定部と、前記故障判定部により前記インバータ回路に故障があると判定した場合に所定のフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御部と、前記ブラシレスモータの電気角が、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にある場合、前記故障判定部が前記インバータ回路に故障があると判定することを禁止する禁止部と、を有することを特徴とする。

本発明による他のブラシレスモータ制御装置は、ブラシレスモータが接続されたインバータ回路と、前記インバータ回路の駆動を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記インバータ回路の故障の有無を、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流に基づいて判定する故障判定部と、前記故障判定部により前記インバータ回路に故障があると判定した場合に所定のフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御部と、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる場合、前記故障判定部が前記インバータ回路に故障があると判定することを禁止する禁止部と、を有することを特徴とする。

本発明によるブラシレスモータ制御方法は、ブラシレスモータが接続されたインバータ回路の駆動をコンピュータによって制御することによって、前記インバータ回路によって前記直流電源からの直流電流を交流電流に変換し、変換された交流電流を前記ブラシレスモータに供給するブラシレスモータ制御方法であって、前記コンピュータが、前記インバータ回路の故障の有無を、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流に基づいて判定する故障判定ステップと、前記コンピュータが、前記故障判定ステップにより前記インバータ回路に故障があると判定した場合に所定のフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御ステップと、前記ブラシレスモータの電気角が、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にある場合、又は、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる場合、前記コンピュータが、前記故障判定ステップで前記インバータ回路に故障があると判定することを禁止する禁止ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、インバータ回路の故障の有無を正確に判定することによってブラシレスモータを適切に制御することができるブラシレスモータ制御装置及び方法を提供することができる。

本発明によるブラシレスモータ制御装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。 駆動回路の停止を禁止する電流の値を説明するための図である。 図１に示すブラシレスモータ制御装置の動作のフローチャートである。 本発明によるブラシレスモータ制御装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。 オープン故障発生前後の駆動信号及びスイッチング素子の両端間の電位差の波形並びにスイッチング素子の両端間の電位差の一部拡大部分を示す図である。 図４に示すブラシレスモータ制御装置の動作のフローチャートである。 本発明によるブラシレスモータ制御装置の第３の実施の形態の構成を示す図である。 駆動回路の停止を禁止する電気角の範囲を説明するための図である。 図７に示すブラシレスモータ制御装置の動作のフローチャートである。 本発明によるブラシレスモータ制御装置の第４の実施の形態の構成を示す図である。 図１０に示すブラシレスモータ制御装置の動作のフローチャートである。

以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を付加した形態で実施することも可能である。

図１は、本発明によるブラシレスモータ制御装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。図１に示すブラシレスモータ制御装置は、ＥＰＳに適用され、ブラシレスモータ１に接続されたインバータ回路２と、駆動回路３と、制御部又はコンピュータとしてのマイコン４とを有する。

本実施の形態では、ブラシレスモータ１として３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）ＤＣブラシレスモータを使用するが、その他の相数を有するＤＣブラシレスモータを使用することもできる。

インバータ回路２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相にそれぞれ対応する三つのスイッチング回路１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗを有する。スイッチング回路１１Ｕは、一方の側が直流電源Ｂに接続されたスイッチング素子１２Ｕ及び一方の側がスイッチング素子１２Ｕの他方の側に接続されるとともに他方の側が接地点ＧＮＤに接続されたスイッチング素子１３Ｕを有する。

同様に、スイッチング回路１１Ｖは、一方の側が直流電源Ｂに接続されたスイッチング素子１２Ｖ及び一方の側がスイッチング素子１２Ｖの他方の側に接続されるとともに他方の側が接地点ＧＮＤに接続されたスイッチング素子１３Ｖを有する。

同様に、スイッチング回路１１Ｗは、一方の側が直流電源Ｂに接続されたスイッチング素子１２Ｗ及び一方の側がスイッチング素子１２Ｗの他方の側に接続されるとともに他方の側が接地点ＧＮＤに接続されたスイッチング素子１３Ｗを有する。

スイッチング回路１１Ｕは、スイッチング素子１３Ｕの他方の側と接地点ＧＮＤとの間に挿入されたシャント抵抗１４Ｕと、シャント抵抗１４Ｕの一方の側及び他方の側にそれぞれ接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有する増幅器１５Ｕとを更に有する。

同様に、スイッチング回路１１Ｖは、スイッチング素子１３Ｖの他方の側と接地点ＧＮＤとの間に挿入されたシャント抵抗１４Ｖと、シャント抵抗１４Ｖの一方の側及び他方の側にそれぞれ接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有する増幅器１５Ｖとを更に有する。

同様に、スイッチング回路１１Ｗは、スイッチング素子１３Ｗの他方の側と接地点ＧＮＤとの間に挿入されたシャント抵抗１４Ｗと、シャント抵抗１４Ｗの一方の側及び他方の側にそれぞれ接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有する増幅器１５Ｗとを更に有する。

スイッチング素子１２Ｕの他方の側とスイッチング素子１３Ｕの一方の側との間の接続点にブラシレスモータ１が接続されている。同様に、スイッチング素子１２Ｖの他方の側とスイッチング素子１３Ｖの一方の側との間の接続点にブラシレスモータ１が接続される。同様に、スイッチング素子１２Ｗの他方の側とスイッチング素子１３Ｗの一方の側との間の接続点にブラシレスモータ１が接続されている。

本実施の形態では、スイッチング素子１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ，１３Ｕ，１３Ｖ，１３ＷとしてＦＥＴを用いるが、駆動信号によりオンオフ制御が可能な半導体素子（例えば、トランジスタ）であればいずれを使用してもよい。

駆動回路３は、スイッチング素子１２Ｕがオンのときにスイッチング素子１３Ｕをオフにし、スイッチング素子１２Ｕがオフのときにスイッチング素子１３Ｕをオンにするオンオフ動作を繰り返すようにスイッチング素子１２Ｕ，１３Ｕを駆動する。これによって、スイッチング回路１１Ｕは、直流電源Ｂからの直流電流を交流電流に変換し、変換された交流電流をＵ相の電流としてブラシレスモータ１に供給する。

同様に、駆動回路３は、スイッチング素子１２Ｖがオンのときにスイッチング素子１３Ｖをオフにし、スイッチング素子１２Ｖがオフのときにスイッチング素子１３Ｖをオンにするオンオフ動作を繰り返すようにスイッチング素子１２Ｖ，１３Ｖを駆動する。これによって、スイッチング回路１１Ｖは、直流電源Ｂからの直流電流を交流電流に変換し、変換された交流電流をＶ相の電流としてブラシレスモータ１に供給する。

同様に、駆動回路３は、スイッチング素子１２Ｗがオンのときにスイッチング素子１３Ｗをオフにし、スイッチング素子１２Ｗがオフのときにスイッチング素子１３Ｗをオンにするオンオフ動作を繰り返すようにスイッチング素子１２Ｗ，１３Ｗを駆動する。これによって、スイッチング回路１１Ｗは、直流電源Ｂからの直流電流を交流電流に変換し、変換された交流電流をＷ相の電流としてブラシレスモータ１に供給する。

なお、Ｕ相の電流の位相がＶ相の電流の位相と１２０°異なり、Ｖ相の電流の位相がＷ相の電流の位相と１２０°異なるように、Ｕ相の電流、Ｖ相の電流及びＷ相の電流がブラシレスモータ１にそれぞれ供給される。

マイコン４は、演算処理を行うための制御プログラム、演算に必要なデータをＲＯＭ（図示せず）から読み出して各種演算処理を行い、マイコン４による演算処理結果等をＲＡＭ（図示せず）に一時的に記憶する。このために、マイコン４は、電流検出部２１と、故障判定部２２と、駆動停止部２３と、禁止部２４とを有する。

電流検出部２１は、インバータ回路２に流れるＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれの電流を、シャント抵抗１４Ｕ，１４Ｖ及び１４Ｗのそれぞれの両端間の電位差に基づいて検出する。このために、電流検出部２１は、増幅器１５Ｕ，１５Ｖ及び１５Ｗによってそれぞれ増幅されたシャント抵抗１４Ｕ，１４Ｖ及び１４Ｗのそれぞれの両端間の電位差が入力され、これらの電位差がそれぞれＡ／Ｄ変換された後に電圧値を電流値に変換することによって、インバータ回路２に流れる実電流すなわちブラシレスモータ１に実際に流れるＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれの電流を検出する。

また、電流検出部２１は、スイッチング素子１２Ｕの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｕの駆動デューティを設定し、これらの駆動デューティに基づいて、ブラシレスモータ１に流すべきＵ相の電流の指令値を演算する。

同様に、電流検出部２１は、スイッチング素子１２Ｖの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｖの駆動デューティを設定し、これらの駆動デューティに基づいて、ブラシレスモータ１に流すべきＶ相の電流の指令値を演算する。

同様に、電流検出部２１は、スイッチング素子１２Ｗの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｗの駆動デューティを設定し、これらの駆動デューティに基づいて、ブラシレスモータ１に流すべきＷ相の電流の指令値を演算する。

そして、電流検出部２１は、演算された電流の指令値に対応するＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれの電流を生成するために、ＰＷＭ搬送波の駆動信号を駆動回路３に入力する。なお、駆動デューティの設定は、例えば、駆動デューティと各種制御量（例えば、操舵トルク及び車）との関係を示すマップを用いることによって行われ、このようなマップは、ＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

故障判定部２２は、スイッチング回路１１Ｕ，１１Ｖ及び１１Ｗのそれぞれのオープン故障の有無を判定するために、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、検出された電流の値と、電流の指令値との差を求め、これらの差に基づいてインバータ回路２のオープン故障の有無を判定する。

スイッチング回路１１Ｕにオープン故障がある場合、シャント抵抗１４Ｕの両端間の電位差が零になるので、検出されたＵ相の電流の値と、演算されたＵ相の電流の指令値との差が、所定の値より大きくなる。

同様に、スイッチング回路１１Ｖにオープン故障がある場合、シャント抵抗１４Ｖの両端間の電位差が零になるので、検出されたＶ相の電流の値と、演算されたＶ相の電流の指令値との差が、所定の値より大きくなる。

同様に、スイッチング回路１１Ｗにオープン故障がある場合、シャント抵抗１４Ｗの両端間の電位差が零になるので、検出されたＷ相の電流の値と、演算されたＷ相の電流の指令値との差が、所定の値より大きくなる。

したがって、故障判定部２２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、検出された電流の値と、演算された電流の指令値との差が所定の値より大きい場合、インバータ回路２の対応するスイッチング回路にオープン故障があると判定する。なお、ここで用いられる所定の値は、実験データ等を用いて予め設定された値であり、ＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

駆動停止部２３は、故障判定部２２によりインバータ回路２にオープン故障があると判定した場合、駆動回路３の駆動を停止するために、駆動信号の出力を停止するよう電流決定部２１に信号を入力する。

禁止部２４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、インバータ回路２に流れる電流の値の絶対値に基づいて、駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を禁止するか否か判断する。

図２は、駆動回路の停止を禁止する電流の値を説明するための図である。図２において、電流の値を縦軸にプロットし、電気角を横軸にプロットしている。交流波形αで示すように、電流決定部２１によって演算された電流の指令値が所定の値ａより高い場合、すなわち、交流波形αの振幅Ａ１が所定の値ａより大きい場合、電流決定部２１によって決定された電流の値もそれに伴って大きくなる。

したがって、インバータ回路２にオープン故障があるときには、演算された電流の指令値と、検出された電流の値との差が大きくなるので、これらの差が所定の値ａより大きいか否かを判断するのが容易になり、インバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定できる。

それに対し、交流波形βで示すように、演算された電流の指令値が所定の値ａより低い場合、すなわち、交流波形βの振幅Ａ２が所定の値ａより大きい場合、検出された電流の値もそれに伴って低くなる。

したがって、インバータ回路２にオープン故障があるときでも、演算された電流の指令値と、検出された電流の値との差が小さくなり、これらの差が所定の値より大きいか否かを判断するのが困難になり、インバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定できなくなるおそれがある。

インバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定できるようにするために、禁止部２４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、ブラシレスモータ１に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さい場合、駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を禁止するよう駆動停止部２３に信号を出力する。なお、ここで用いられる所定の値は、実験データ等を用いて予め設定された値であり、ＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

図３は、図１に示すブラシレスモータ制御装置の動作のフローチャートである。本ルーチンは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて駆動信号（ＰＷＭ搬送波）の山及び谷のタイミングで開始する。先ず、電流検出部２１は、インバータ回路２に流れる電流を検出し（ステップＳ１）、電流の指令値を演算する（ステップＳ２）。

次に、故障判定部２２は、検出した電流と電流の指令値との差を演算し（ステップＳ３）、検出した電流と電流の指令値との差が所定の値より大きいか否か判定する（ステップＳ４）。

検出した電流と電流の指令値との差が所定の値より大きくない場合、故障判定部２２は、インバータ回路２にオープン故障が生じていないと判定し、本ルーチンを終了する。

それに対し、検出した電流と電流の指令値との差が所定の値より大きい場合、禁止部２４は、インバータ回路２に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さいか否か判断する（ステップＳ５）。

インバータ回路２に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さい場合、禁止部２４は、駆動停止部２３による駆動回路２の駆動の停止を禁止するよう駆動停止部２３に信号を出力し、本ルーチンを終了する。

それに対し、インバータ回路２に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくない場合、故障判定部２２は、インバータ回路２にオープン故障が生じたと判定し（ステップＳ６）、駆動停止部２３は、駆動回路３の駆動を停止するために、駆動信号の出力を停止するよう電流決定部２１に信号を入力し（ステップＳ７）、警告ランプ（図示せず）を点灯し、本ルーチンを終了する。

本実施の形態によれば、禁止部２４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、インバータ回路２に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さい場合、インバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定できない状態であると判断し、駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を禁止する。

このようにインバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定することができる状態でのみ駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を許可することによって、インバータ回路２のオープン故障の誤判定を回避することができ、その結果、ブラシレスモータを適切に制御することができる。

図４は、本発明によるブラシレスモータ制御装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。図４に示すブラシレスモータ制御装置は、図１に示すブラシレスモータ制御装置において、シャント抵抗１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ及び増幅器１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの代わりに増幅器１６Ｕ，１７Ｕ，１６Ｖ，１７Ｖ，１６Ｗ，１７Ｗを有する。

増幅器１６Ｕは、スイッチング素子１２Ｕの一方の側及び他方の側にそれぞれ接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有し、増幅器１７Ｕは、スイッチング素子１３Ｕの一方の側及び他方の側にそれぞれ接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有する。

同様に、増幅器１６Ｖは、スイッチング素子１２Ｖの一方の側及び他方の側にそれぞれ接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有し、増幅器１７Ｖは、スイッチング素子１３Ｖの一方の側及び他方の側にそれぞれ接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有する。

同様に、増幅器１６Ｗは、スイッチング素子１２Ｗの一方の側及び他方の側にそれぞれ接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有し、増幅器１７Ｗは、スイッチング素子１３Ｗの一方の側及び他方の側にそれぞれ接続された反転入力端子及び非反転入力端子を有する。

本実施の形態では、電流決定部２１’は、スイッチング素子１２Ｕの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｕの駆動デューティに基づいてブラシレスモータ１に流すべきＵ相の電流の指令値を演算し、ステアリングホイールにかかる操舵トルクτを検出し、Ｕ相の電流の指令値及び操舵トルクτに基づいて、ブラシレスモータ１に流れるＵ相の電流を決定する。

同様に、電流決定部２１’は、スイッチング素子１２Ｖの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｖの駆動デューティに基づいてブラシレスモータ１に流すべきＶ相の電流の指令値を演算し、ステアリングホイールにかかる操舵トルクτを検出し、Ｖ相の電流の指令値及び操舵トルクτに基づいて、ブラシレスモータ１に流れるＶ相の電流を決定する。

同様に、電流決定部２１’は、スイッチング素子１２Ｗの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｗの駆動デューティに基づいてブラシレスモータ１に流すべきＷ相の電流の指令値を演算し、ステアリングホイールにかかる操舵トルクτを検出し、Ｗ相の電流の指令値及び操舵トルクτに基づいて、ブラシレスモータ１に流れるＷ相の電流を決定する。

そして、電流決定部２１’は、決定されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれの電流を生成するために、駆動回路３に駆動信号（例えば、ＰＷＭ搬送波）を入力する。

この場合、ブラシレスモータ１に流れるＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流をそれぞれ決定するために、例えば、駆動デューティ、操舵トルクτ及び電流の指令値の関係を示すマップを用いることができ、このようなマップは、ＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

また、電流決定部２１’は、増幅器１６Ｕ及び増幅器１７Ｕの出力に基づいて、スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及びスイッチング素子１３Ｕの両端間の電位差をそれぞれ検出し、故障判定部２２’は、スイッチング素子１２Ｕの一方の側と他方の側との間の電位差とスイッチング素子１３Ｕの一方の側と他方の側との間の電位差のうちの少なくとも一方又はこれらの電位差の差に基づいて、スイッチング回路１１Ｕのオープン故障の有無を判定する。

図５Ａは、スイッチング素子１２Ｕ及び１３Ｕ付近のオープン故障発生前後の駆動信号及びスイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及び１３Ｕの両端間の電位差の波形並びにスイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及び１３Ｕの両端間の電位差の一部拡大部分を示す図である。スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及び１３Ｕの両端間の電位差の差が所定の値より小さい場合にオープン故障が発生した場合を、図５Ａを用いて説明する。

図５Ａにおいて、電流決定部２１’から出力される駆動信号は、ＰＷＭ搬送波ｘとして示され、０Ｖとスイッチング素子１２Ｕのオン電圧との間で切り替わるスイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差は、波形ｙ１として表され、０Ｖとスイッチング素子１３Ｕのオン電圧との間で切り替わるスイッチング素子１３Ｕの両端間の電位差は、波形ｚ１として表される。

スイッチング素子１２Ｕ及び１３Ｕ付近のオープン故障発生前では、部分Ｘ１の一部拡大部分に示すように、スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及び１３Ｕの両端間の電位差の差ｄ１は、所定の値ｔ１より大きくなる。

それに対し、スイッチング素子１２Ｕ及び１３Ｕ付近のオープン故障発生後では、部分Ｘ２の一部拡大部分に示すように、スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及びスイッチング素子１３Ｕの両端間の電位差の差ｄ２は、所定の値ｔ１より小さくなる。

図５Ｂは、スイッチング素子１３Ｕ付近のオープン故障発生前後の駆動信号及びスイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及び１３Ｕの両端間の電位差の波形並びにスイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及び１３Ｕの両端間の電位差の一部拡大部分を示す図である。スイッチング素子１３Ｕの両端間の電位差が所定の値より小さい場合にオープン故障が発生した場合を、図５Ｂを用いて説明する。

図５Ｂにおいて、電流決定部２１’から出力される駆動信号は、ＰＷＭ搬送波ｘとして示され、０Ｖとスイッチング素子１２Ｕのオン電圧との間で切り替わるスイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差は、波形ｙ２として表され、０Ｖとスイッチング素子１３Ｕのオン電圧との間で切り替わるスイッチング素子１３Ｕの両端間の電位差は、波形ｚ２として表される。

スイッチング素子１３Ｕ付近のオープン故障発生前では、部分Ｙ１の一部拡大部分に示すように、スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差ｄ３及び１３Ｕの両端間の電位差ｄ４は、所定の値ｔ２より大きくなる。

それに対し、スイッチング素子１３Ｕ付近のオープン故障発生後では、部分Ｙ２の一部拡大部分に示すように、スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差ｄ３は、所定の値ｔ２より大きいままであるが、スイッチング素子１３Ｕの両端間の電位差の差は、ほぼ零になり、所定の値ｔ２より小さくなる。

図５Ｃは、スイッチング素子１２Ｕ及び１３Ｕ付近のオープン故障発生前後の駆動信号及びスイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及び１３Ｕの両端間の電位差の波形並びにスイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及び１３Ｕの両端間の電位差の一部拡大部分を示す図である。スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及び１３Ｕの両端間の電位差の両方が所定の値より小さい場合にオープン故障が発生した場合を、図５Ｃを用いて説明する。

図５Ｃにおいて、電流決定部２１’から出力される駆動信号は、ＰＷＭ搬送波ｘとして示され、０Ｖとスイッチング素子１２Ｕのオン電圧との間で切り替わるスイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差は、波形ｙ３として表され、０Ｖとスイッチング素子１３Ｕのオン電圧との間で切り替わるスイッチング素子１３Ｕの両端間の電位差は、波形ｚ３として表される。

スイッチング素子１２Ｕ及び１３Ｕ付近のオープン故障発生前では、部分Ｚ１の一部拡大部分に示すように、スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差ｄ３及び１３Ｕの両端間の電位差ｄ４は、所定の値ｔ２より大きくなる。

それに対し、スイッチング素子１２Ｕ及び１３Ｕ付近のオープン故障発生後では、部分Ｚ２の一部拡大部分に示すように、スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差及びスイッチング素子１３Ｕの両端間の電位差の差は、ほぼ零になり、所定の値ｔ２より小さくなる。

図５Ａ〜５Ｃを用いて説明したように、スイッチング回路１１Ｕにオープン故障がある場合、スイッチング素子１２Ｕの両端間の電位差又はスイッチング素子１３Ｕの両端間の電位差が零になるので、スイッチング素子１２Ｕの一方の側と他方の側との間の電位差とスイッチング素子１３Ｕの一方の側と他方の側との間の電位差のうちの少なくとも一方又はこれらの電位差の差が所定の値以下になる。

したがって、故障判定部２２’は、スイッチング素子１２Ｕの一方の側と他方の側との間の電位差とスイッチング素子１３Ｕの一方の側と他方の側との間の電位差のうちの少なくとも一方又はこれらの電位差の差が所定の値以下である場合、スイッチング回路１１Ｕにオープン故障があると判定する。なお、ここで用いられる所定の値は、実験データ等を用いて予め設定された値であり、ＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

また、故障判定部２２’は、スイッチング回路１１Ｕのオープン故障の判定と同様にして、スイッチング回路１１Ｖ及び１１Ｗのオープン故障の有無を判定することができる。

図６は、図４に示すブラシレスモータ制御装置の動作のフローチャートである。本ルーチンは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて駆動信号（ＰＷＭ搬送波）の山及び谷のタイミングで開始し、先ず、電流決定部２１は、操舵トルクを検出し（ステップＳ１）、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２の後、電流決定部２１は、操舵トルク及び電流の指令値に基づいて、ブラシレスモータ１に流れる電流を予測する（ステップＳ１２）。その後、電流決定部２１は、一対のスイッチング素子の電位差をそれぞれ演算し（ステップＳ１３）、故障判定部２２は、少なくとも一方のスイッチング素子の電位差又はこれらの電位差の差が所定の値より大きいか否か判定する（ステップＳ１４）。

少なくとも一方のスイッチング素子の電位差又はこれらの電位差の差が所定の値より大きい場合、故障判定部２２は、インバータ回路２にオープン故障が生じていないと判定し、本ルーチンを終了する。それに対し、少なくとも一方のスイッチング素子の電位差又はこれらの電位差の差が所定の値より大きくない場合、ステップＳ５に進む。

本実施の形態によれば、禁止部２４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、少なくとも一方のスイッチング素子の電位差又はこれらの電位差の差が所定の値より小さい場合、インバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定できない状態であると判断し、駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を禁止する。

このようにインバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定することができる状態でのみ駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を許可することによって、インバータ回路２のオープン故障の誤判定を回避することができ、その結果、ブラシレスモータを適切に制御することができる。

図７は、本発明によるブラシレスモータ制御装置の第３の実施の形態の構成を示す図である。図７に示すブラシレスモータ制御装置は、図１に示すブラシレスモータ制御装置において、電流決定部２１の代わりに電気角決定部２５を有する。

電気角決定部２５は、スイッチング素子１２Ｕの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｕの駆動デューティを設定し、これらの駆動デューティに基づいて、ブラシレスモータ１に流すべきＵ相の電流の指令値を演算し、指令値に基づいて、ブラシレスモータの電気角を決定する。

同様に、電気角決定部２５は、スイッチング素子１２Ｖの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｖの駆動デューティを設定し、これらの駆動デューティに基づいて、ブラシレスモータに流すべきＶ相の電流の指令値を演算し、指令値に基づいて、ブラシレスモータの電気角を決定する。

同様に、電気角決定部２５は、スイッチング素子１２Ｗの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｗの駆動デューティを設定し、これらの駆動デューティに基づいて、ブラシレスモータに流すべきＷ相の電流の指令値を演算し、指令値に基づいて、ブラシレスモータの電気角を決定する。

この場合、電気角を決定するために、例えば、指令値の正弦波の振幅と指令値の瞬時の値との関係を表すマップを用いることができ、このようなマップは、ＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

また、電気角決定部２５は、インバータ回路２に流れるＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれの電流を、シャント抵抗１４Ｕ，１４Ｖ及び１４Ｗのそれぞれの両端間の電位差に基づいて決定する。

このために、電気角決定部２５は、増幅器１５Ｕ，１５Ｖ及び１５Ｗによってそれぞれ増幅されたシャント抵抗１４Ｕ，１４Ｖ及び１４Ｗのそれぞれの両端間の電位差が入力され、これらの電位差がそれぞれＡ／Ｄ変換された後に電圧値を電流値に変換することによって、インバータ回路２に流れる実電流すなわちブラシレスモータ１に実際に流れるＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれの電流を検出する。

そして、電気角決定部２５は、決定されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれの電流を生成するために、駆動回路３に駆動信号（例えば、ＰＷＭ搬送波）を入力する。

禁止部２４’は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、ブラシレスモータ１の電気角に基づいて、駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を禁止するか否か判断する。

電流決定部２１によって演算された電流の指令値は、ブラシレスモータ１の電気角に基づいた正弦波であるので、電流の指令値が零付近になる電気角の範囲が周期的に発生し、同様に、ブラシレスモータ１に実際に流れるＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれの電流の値が零付近になる電気角の範囲が周期的に発生する。

図８は、駆動回路の停止を禁止する電気角の範囲を説明するための図である。図８において、電流の値を縦軸にプロットし、電気角を横軸にプロットしている。交流波形γで示すように、電流の指令値が零付近になる電気角の範囲１８０°×ｎ±Δでは、インバータ回路２にオープン故障があるときでも電流の指令値とブラシレスモータ１に実際に流れる電流の値との差がほとんどなくなるので、これらの差が所定の値より大きいか否かを判断するのが困難になる。その結果、インバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定できなくなるおそれがある。なお、ｎを零以上の整数とし、Δを、例えば５°とする。

したがって、禁止部２４’は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、ブラシレスモータ１の電気角が所定の範囲内にある場合、駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を禁止するよう駆動停止部２３に信号を出力する。なお、ここで用いられる所定の範囲は、実験データ等を用いて予め設定された範囲であり、ＲＯＭ（図示せず）に格納されている。

図９は、図７に示すブラシレスモータ制御装置の動作のフローチャートである。本ルーチンは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて駆動信号（ＰＷＭ搬送波）の山及び谷のタイミングで開始する。

図９に示すフローチャートでは、ステップＳ４でブラシレスモータ１に流れる電流と電流の指令値との差が所定の値より大きくないと判定された場合、禁止部２４は、ブラシレスモータ１の電気角が、インバータ回路２の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にあるか否か判断する（ステップＳ２１）。ブラシレスモータ１の電気角が、インバータ回路２の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にある場合、禁止部２４は、駆動停止部２３による駆動回路２の駆動の停止を禁止するよう駆動停止部２３に信号を出力し、本ルーチンを終了する。それに対し、ブラシレスモータ１の電気角が、インバータ回路２の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にない場合、ステップＳ６に進む。

本実施の形態によれば、禁止部２４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、ブラシレスモータ１の電気角が、インバータ回路２の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にある場合、インバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定できない状態であると判断し、駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を禁止する。

このようにインバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定することができる状態でのみ駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を許可することによって、インバータ回路２のオープン故障の誤判定を回避することができ、その結果、ブラシレスモータを適切に制御することができる。

図１０は、本発明によるブラシレスモータ制御装置の第４の実施の形態の構成を示す図である。図１０に示すブラシレスモータ制御装置は、図４に示すブラシレスモータ制御装置において、電流決定部２１の代わりに図３に示す電気角決定部２５’を有する。

電気角決定部２５’は、スイッチング素子１２Ｕの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｕの駆動デューティを設定し、これらの駆動デューティに基づいて、ブラシレスモータ１に流すべきＵ相の電流の指令値を演算し、指令値に基づいて、ブラシレスモータの電気角を決定する。

同様に、電気角決定部２５’は、スイッチング素子１２Ｖの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｖの駆動デューティを設定し、これらの駆動デューティに基づいて、ブラシレスモータに流すべきＶ相の電流の指令値を演算し、指令値に基づいて、ブラシレスモータの電気角を決定する。

同様に、電気角決定部２５’は、スイッチング素子１２Ｗの駆動デューティ及びスイッチング素子１３Ｗの駆動デューティを設定し、これらの駆動デューティに基づいて、ブラシレスモータに流すべきＷ相の電流の指令値を演算し、指令値に基づいて、ブラシレスモータの電気角を決定する。

また、電気角決定部２５’は、ステアリングホイールにかかる操舵トルクτを検出し、Ｕ相の電流の指令値及び操舵トルクτに基づいて、ブラシレスモータに流れるＵ相の電流を決定する。

同様に、電気角決定部２５’は、ステアリングホイールにかかる操舵トルクτを検出し、Ｖ相の電流の指令値及び操舵トルクτに基づいて、ブラシレスモータ１に流れるＶ相の電流を決定する。

同様に、電気角決定部２５’は、ステアリングホイールにかかる操舵トルクτを検出し、Ｗ相の電流の指令値及び操舵トルクτに基づいて、ブラシレスモータ１に流れるＷ相の電流を決定する。

図１１は、図１０に示すブラシレスモータ制御装置の動作のフローチャートである。本ルーチンは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて駆動信号（ＰＷＭ搬送波）の山及び谷のタイミングで開始する。

図１１に示すフローチャートでは、ステップＳ１４で少なくとも一方のスイッチング素子の電位差又はこれらの電位差の差が所定の値より大きくないと判定された場合、禁止部２４は、ブラシレスモータ１の電気角が所定の範囲内にあるか否か判断する（ステップＳ２１）。ブラシレスモータ１の電気角が所定の範囲内にある場合、禁止部２４は、駆動停止部２３による駆動回路２の駆動の停止を禁止するよう駆動停止部２３に信号を出力し、本ルーチンを終了する。それに対し、ブラシレスモータ１の電気角が所定の範囲内にない場合、ステップＳ６に進む。

本実施の形態によれば、禁止部２４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについて、ブラシレスモータ１の電気角が、インバータ回路２の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にある場合、インバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定できない状態であると判断し、駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を禁止する。

このようにインバータ回路２のオープン故障の有無を正確に判定することができる状態でのみ駆動停止部２３による駆動回路３の駆動の停止を許可することによって、インバータ回路２のオープン故障の誤判定を回避することができ、その結果、ブラシレスモータを適切に制御することができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記第１〜第４の実施の形態において、ブラシレスモータ制御装置をＥＰＳに適用する場合について説明したが、Ｈ−ＥＰＳ、エンジンクーリングファン等に適用することもできる。

また、上記第１〜第４の実施の形態において、三つのスイッチング回路を有するインバータ回路について説明したが、スイッチング回路の個数は、ブラシレスモータの相数に応じて変化する。

また、上記第１〜第４の実施の形態において、故障判定部がオープン故障を判定する場合について説明したが、所定のフェールセーフ制御を行うために故障判定部がオープン故障以外の故障を判定してもよい。

また、上記第１〜第４の実施の形態において、禁止部が故障判定部の判定を禁止する場合について説明したが、インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にあるか否か、又は、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなるか否かに関係なく故障判定を行うために、禁止部を省略することもできる。

また、上記第３及び第４の実施の形態において、ブラシレスモータの電気角を電流の指令値に基づいて決定する電気角決定部を用いる場合について説明したが、ブラシレスモータの電気角を検出する電気角検出部（例えば、回転角センサ）を用いることもできる。

さらに、駆動回路の駆動の停止を禁止するか否かの判断を、一対のスイッチング素子の駆動デューティに基づいて行うことができ、一対のスイッチング素子の駆動デューティが所定の値である場合（例えば、一対のスイッチング素子の駆動デューティがいずれも５０％である場合）に駆動回路の駆動の停止を禁止するようにしてもよい。

１ ブラシレスモータ
２ インバータ回路
３ 駆動回路
４ マイコン
１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ スイッチング回路
１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ，１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ スイッチング素子
１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ シャント抵抗
１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ 増幅器
２１ 電流検出部
２１’ 電流決定部
２２，２２’ 故障判定部
２３ 駆動停止部
２４ 禁止部
２５ 電気角決定部
Ｂ 直流電源
ＧＮＤ 接地点

Claims (10)

1. ブラシレスモータが接続されたインバータ回路と、
   前記インバータ回路の駆動を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記インバータ回路の故障の有無を、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流に基づいて判定する故障判定部と、
   前記故障判定部により前記インバータ回路に故障があると判定した場合に所定のフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御部と、
   前記ブラシレスモータの電気角が、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にある場合、前記故障判定部が前記インバータ回路に故障があると判定することを禁止する禁止部と、
   を有することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
2. 前記ブラシレスモータの電気角は、前記ブラシレスモータに流すべき電流の指令値に基づいて前記ブラシレスモータの電気角を決定する電気角決定部によって決定される請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置。
3. 前記ブラシレスモータの電気角は、前記ブラシレスモータの電気角を検出する電気角検出部によって検出される請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置。
4. ブラシレスモータが接続されたインバータ回路と、
   前記インバータ回路の駆動を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記インバータ回路の故障の有無を、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流に基づいて判定する故障判定部と、
   前記故障判定部により前記インバータ回路に故障があると判定した場合に所定のフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御部と、
   前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる場合、前記故障判定部が前記インバータ回路に故障があると判定することを禁止する禁止部と、
   を有することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
5. 前記インバータ回路は、少なくとも一つのスイッチング回路を有し、
   前記少なくとも一つのスイッチング回路は、一方の側が直流電源に接続された第１のスイッチング素子と、一方の側が前記第１のスイッチング素子の他方の側に接続された第２のスイッチング素子と、を有し、前記第１のスイッチング素子の他方の側と前記第２のスイッチング素子の一方の側との間の接続点にブラシレスモータが接続され、
   前記制御部は、前記インバータ回路によって前記直流電源からの直流電流を交流電流に変換し、変換された交流電流を前記ブラシレスモータに供給するために、前記第１のスイッチング素子がオンのときに前記第２のスイッチング素子をオフにし、前記第１のスイッチング素子がオフのときに前記第２のスイッチング素子をオンにするオンオフ動作を繰り返すように前記第１のスイッチング素子及び前記第２のスイッチング素子を駆動する請求項１又は４に記載のブラシレスモータ制御装置。
6. 前記少なくとも一つのスイッチング回路は、前記第２のスイッチング素子の他方の側に接続されたシャント抵抗を更に有し、
   前記インバータ回路の通電経路に流れる電流は、前記シャント抵抗の両端間の電位差に基づいて電流を検出する電流検出部によって検出される請求項１，４又は５に記載のブラシレスモータ制御装置。
7. 前記故障判定部は、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値と、前記第１のスイッチング素子の駆動デューティ及び前記第２のスイッチング素子の駆動デューティに基づいて演算された電流の指令値との差が所定の値より大きい場合、前記インバータ回路にオープン故障があると判定する請求項６に記載のブラシレスモータ制御装置。
8. 前記インバータ回路の通電経路に流れる電流は、前記ブラシレスモータに流すべき電流の指令値及びステアリングホイールにかかる操舵トルクに基づいて電流を決定する電流決定部によって決定される請求項１，４又は５に記載のブラシレスモータ制御装置。
9. 前記故障判定部は、前記第１のスイッチング素子の一方の側と他方の側との間の電位差と前記第２のスイッチング素子の一方の側と他方の側との間の電位差のうちの少なくとも一方又はこれらの電位差の差が所定の値以下である場合、前記インバータ回路にオープン故障があると判定する請求項８に記載のブラシレスモータ制御装置。
10. ブラシレスモータが接続されたインバータ回路の駆動をコンピュータによって制御することによって、前記インバータ回路によって前記直流電源からの直流電流を交流電流に変換し、変換された交流電流を前記ブラシレスモータに供給するブラシレスモータ制御方法であって、
    前記コンピュータが、前記インバータ回路の故障の有無を、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流に基づいて判定する故障判定ステップと、
    前記コンピュータが、前記故障判定ステップにより前記インバータ回路に故障があると判定した場合に所定のフェールセーフ制御を行うフェールセーフ制御ステップと、
    前記ブラシレスモータの電気角が、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる所定の範囲内にある場合、又は、前記インバータ回路の通電経路に流れる電流の値の絶対値が所定の値より小さくなる場合、前記コンピュータが、前記故障判定ステップで前記インバータ回路に故障があると判定することを禁止する禁止ステップと、
    を有することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。

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