モータ駆動回路の地絡検出装置
【課題】インバータ回路の下側スイッチング素子に接続されている電流検出用抵抗によって、インバータ回路とモータとの接続ラインが接地される地絡事故の検出を可能にする。
【解決手段】モータ駆動回路は、インバータ回路３の各下側スイッチング素子と接地間に接続された電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗと、を備え、電流検出用抵抗により相電流検出行う。さらに、スイッチング素子のオンオフ制御を行うＰＷＭ回路２を備え、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とを交互にオンオフすることによりモータに対して駆動電流を流す力行期間と回生電流を流す回生期間とを繰り返す。下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータ４とで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す期間において、電流検出回路により検出した電流値が、所定の電流値以上であるときに、インバータ回路３とモータ４との接続ラインが地絡事故を起こしたと判定する。
【解決手段】モータ駆動回路は、インバータ回路３の各下側スイッチング素子と接地間に接続された電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗと、を備え、電流検出用抵抗により相電流検出行う。さらに、スイッチング素子のオンオフ制御を行うＰＷＭ回路２を備え、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とを交互にオンオフすることによりモータに対して駆動電流を流す力行期間と回生電流を流す回生期間とを繰り返す。下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータ４とで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す期間において、電流検出回路により検出した電流値が、所定の電流値以上であるときに、インバータ回路３とモータ４との接続ラインが地絡事故を起こしたと判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両の電動パワーステアリング装置に用いられるブラシレーモータを駆動するためのインバータ装置において、地絡事故を検出する装置に関し、特に、モータとインバータ装置との接続ラインの地絡事故を検出するモータ駆動回路の地絡検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電動パワーステアリング装置においては、ハンドルの操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリング機構に与えるために、３相ブラシレスモータなどのモータが設けられる。ハンドルに加えられる操舵トルクはトルクセンサで検出され、この検出値に応じてモータに流すべき電流の目標値が算出され、この目標値とモータに実際に流れる電流の値との偏差に基づいて、モータ駆動部へ与えるフィードバック制御のための指令値が算出される。モータ駆動部は、上下一対のスイッチング素子が各相ごとに設けられたインバータ回路と、指令値に応じたデューティ比を持つＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してスイッチング素子のオンオフ期間をスイッチング制御するＰＷＭ回路とを備える。インバータ回路は、スイッチング素子のオンオフ動作に基づき、上記デューティ比に応じた各相の電圧を出力し、この電圧によりモータを駆動する。モータの各相の電流は、下側の各スイッチング素子と直列接続された電流検出用抵抗の両端の電圧を測定することにより検出され、この検出値がモータに実際に流れる電流の値となる。このようなＰＷＭ方式のモータ駆動装置における相電流の検出に関しては、例えば特許文献１、２に記載されている。また、この電流検出用抵抗を利用して、電流値が予め設定した過電流検出範囲を超えていれば何らかの異常が生じてモータ駆動部に過電流が流れていることを判定する。
【０００３】
特許文献１には、３相ブラシレスモータと、このモータを駆動するインバータ回路と、このインバータ回路をＰＷＭ制御するＰＷＭ回路と、モータに流れる相電流を検出するための電流検出用抵抗とを備えたモータ駆動装置において、各相の電流検出用抵抗における電圧を、ＰＷＭ回路からのＰＷＭ信号をサンプリング信号としてサンプルホールドし、このサンプルホールドした信号を相電流検出信号して出力するサンプルホールド回路を設けた構成が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、特許文献１の構成に加えて、タイミング信号を発生する回路を設け、この回路からのタイミング信号に基づき、インバータ回路のスイッチング素子がオンしたタイミングから遅れて電流検出用抵抗の両端電圧に対するサンプリングを開始し、インバータ回路のスイッチング素子がオフするタイミングより前に電流検出用抵抗の電圧に対するサンプリングを終了することが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、下側の各スイッチング素子のグラウンド接続端子を共通に接続し、この接続点とグラウンド間に過電流検出用の第１の電流検出用抵抗を接続するとともに、上側のスイッチング素子の電源接続端子を共通に接続し、この接続点と電源間に第２の電流検出用抵抗を接続した構成が示されている。
【０００６】
そして、第２の電流検出用抵抗は、インバータ回路とモータとの接続ラインが地絡事故を起こしたときにその抵抗に過大な地絡電流が流れることを検出し、それにより地絡事故を判定するために設けられる。
【特許文献１】特許第３２４５７２７号公報
【特許文献２】特許第３２４０５３５号公報
【特許文献３】特開平６−２３３４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献３に示される装置では、インバータ回路の過電流の検出と地絡事故とを検出することができるが、上側のスイッチング素子の電源接続端子と電源間に第２の電流検出用抵抗を接続する必要があるため、次のような不都合が生じていた。
【０００８】
すなわち、電流検出を行うにはオペアンプ（差動増幅回路）を使用するが、第２の電流検出用抵抗を用いて電流検出を行う場合には、オペアンプへの入力電圧が電源電圧となるために、入力電圧の変動分と入力オフセット電圧の変動分との比（通常はＤＣ変動分）を表す同相信号除去比ＣＭＲ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）が高性能なオペアンプを選ぶ必要があり、このために、高コストとなる。また、第１の電流検出用抵抗に加えて第２の電流検出用抵抗を使用することになり、さらに、電流検出用のオペアンプおよびその周辺回路構成素子も増加するために、回路構成が複雑化し、且つ抵抗による発熱量も増大することになるためインバータ回路の効率が悪くなる不都合があった。
【０００９】
この発明の目的は、上記第２の電流検出用抵抗を使用せず、インバータ回路とモータとの接続ラインが接地される地絡事故の検出が可能なモータ駆動回路の地絡検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のモータ駆動回路の地絡検出装置は、上側スイッチング素子群と下側スイッチング素子群とをブリッジ接続し、出力側をモータの各相に接続したインバータ回路と、前記インバータ回路の各下側スイッチング素子と接地間に接続された電流検出用抵抗とを備えている。インバータ回路の各下側スイッチング素子と接地間に電流検出用抵抗を接続することにより、相電流制御を行う。インバータ回路はＰＷＭ回路で構成されるスイッチング制御回路により制御される。
【００１１】
すなわち、スイッチング制御回路は、電源から前記インバータ回路の上側スイッチング素子とモータと下側スイッチング素子とに電流を流すことによりモータに対する力行を行う第１の力行期間と、下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す第１の回生期間と、電源から前記インバータ回路の上側スイッチング素子とモータと下側スイッチング素子とに電流を流すことによりモータに対する力行を行う第２の力行期間と、上側スイッチング素子群とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す第２の回生期間と、を繰り返し、各期間をスイッチング制御する。
【００１２】
相電流を増やそうとするときには、１サイクル当たりの力行期間が長くなり回生期間が短くなる。相電流を減らそうとするときには、反対に、１サイクル当たりの力行期間が短くなり回生期間が長くなる。
【００１３】
電流検出用抵抗は、その両端が電流検出回路に接続され、スイッチング制御時に前記電流検出用抵抗を流れる電流値を、その抵抗両端に生じる電圧により検出する。この電流検出回路はオペアンプ（差動増幅回路）で構成することができる。
この発明においては、前記電流検出回路により前記第１の回生期間で検出した電流値が、所定の電流値以上であるときに、前記インバータ回路とモータとの接続ラインが地絡事故を起こしたと判定する。
【００１４】
スイッチング制御回路においては、上述のように第１の力行期間において電源からモータに力行電流を流し、その直後の第１の回生期間において、下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータとで閉回路を構成し、この閉回路内に回生電流（誘導電流）を流す。そこで、もし、インバータ回路とモータとの接続ラインが地絡事故を起こすと、第１の力行期間において、電源から上側のスイッチング素子を介して地絡電流が流れる。このときの地絡電流は大電流であるため、インバータ回路から地絡事故点までのインダクタンス分布（寄生インダクタンス）に相当の電流エネルギーが蓄積される。次の瞬間の第１の回生期間では、この蓄積された電流エネルギーが、上記閉回路を構成している下側のスイッチング素子と同素子に接続されている電流検出用抵抗とグラウンドを介して流れることになる。この発明では、この挙動を利用して、第１の回生期間に検出した電流値が所定の電流値以上であるときに、地絡事故を起こしたと判定する。
【００１５】
このように、この発明は、第１の期間にインバータ回路から地絡事故点までのインダクタンス分布（寄生インダクタンス）に蓄積された電流エネルギーを第１の回生期間に電流検出用抵抗を使用して検出するために、特許文献３に示されるような地絡事故検出用の第２の電流検出用抵抗を設けなくてもよい。このため、回路構成が複雑化することなく、且つ効率を低下させることなく地絡事故の検出ができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、インバータ回路の効率を低下させることなく、簡易な回路構成で地絡事故の検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、この発明が適用される電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【００１８】
この電動パワーステアリング装置は、操舵のためのハンドル１００と、ハンドル１００に一端が固定されているステアリングシャフト１０１と、ステアリングシャフト１０１の他端に連結されたラックピニオン機構１０２と、前記ステアリングシャフト１０１途中に設けられ、ハンドル１００の操作によりステアリングシャフト１０１に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ１０３と、３相ブラシレスモータ（以下、モータ）１０４の回転駆動力を操舵アシスト力（操舵補助力）としてステアリングシャフト１０１に対し与えるウォームホイール機構１０５とを備えている。
【００１９】
車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０６には、前記トルクセンサ１０３、モータ１０４、及び車速センサ１０７が接続され、ＥＣＵ１０６は、トルクセンサ１０３、車速センサ１０７の検出信号に基づいてモータ１０４の駆動電流を制御する。このＥＣＵ１０６は、モータ駆動部Ｐを含み、モータ１０４の駆動電圧を形成するモータ駆動電圧形成機能とを備えている。
【００２０】
なお、ステアリンクギアボックス１０２にはタイロッド１０８が連結され、その両端には車輪（図示しない）に連結するためのタイロッドエンド１０９、１１０が設けられている。
【００２１】
以上の構成で、ＥＣＵ１０６は、ハンドル１００により操舵されたときのトルクセンサ１０３から得られる操舵トルクの検出信号、及び車速センサ１０７から得られる車速の検出信号に基づいて、予め設定されているテーブルを参照して、該検出信号に対応したモータ駆動電圧をモータ１０４に印加する。より詳細には、上記テーブルを参照してモータ１０４に流すべき相電流を目標値を算出し、この目標値とモータ１０４に実際に流れる電流との偏差に基づいてインバータ回路を駆動するＰＷＭ信号（モータ駆動電圧）を生成する。
【００２２】
これにより、モータ１０４によりステアリングシャフト１０１に対して操舵アシスト力が与えられることになる。
なお、本実施形態では、操舵トルクと車速に基づいてモータ駆動電圧をモータ１０４に印加するようにしているが、操舵トルクは車速に相関するために、簡易的に、操舵トルクだけに基づいてモータ駆動電圧を形成するようにしても良い。
【００２３】
図２は、モータ駆動回路の構成図である。
【００２４】
１はＣＰＵやメモリから構成される制御部、２は制御部１からの電圧指令信号に基づいて所定のデューティ比を持ったＰＷＭ信号を出力し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御する公知のＰＷＭ回路（スイッチング制御回路）、３はＰＷＭ回路２からのＰＷＭ信号に基づいてモータ駆動用の３相電圧（Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧）を出力するインバータ回路、４はインバータ回路３の出力側に接続され、同インバータ回路３から出力される３相電圧により駆動されるモータ（３相ブラシレスモータ）、４ｕ、４ｖ、４ｗはモータ４の巻線、５ｕ、５ｖ、５ｗは相電流検出用の電圧を所定区間にわたってサンプリングし、サンプルホールドするサンプルホールド回路、６ｕ、６ｖ、６ｗはサンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗの出力を増幅する直流増幅回路である。制御部１、ＰＷＭ回路２、インバータ回路３およびサンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗによって、モータ駆動回路Ｐが構成される。
【００２５】
インバータ回路３は、バッテリＥの正極と負極（グラウンド）との間に接続されており、バッテリＥの直流電圧を交流電圧に変換する。このインバータ回路３は公知の回路であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応して設けられた上下一対のアームを備え、各アームは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、これらのスイッチング素子とそれぞれ並列に接続された還流用のダイオードＤ１〜Ｄ６とを備えている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）から構成されるが、これに代えてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラモードトランジスタ）などの素子を用いてもよい。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のそれぞれのゲートには、ＰＷＭ回路２から６種類（Ｕ相上、Ｕ相下、Ｖ相上、Ｖ相下、Ｗ相上、Ｗ相下）のＰＷＭ信号が個別に与えられる。ＰＷＭ信号のオン（Ｈｉｇｈ）の区間では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はオン（導通状態）となり、ＰＷＭ信号のオフ（Ｌｏｗ）の区間では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はオフ（遮断状態）となる。
【００２６】
このようなスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフ動作によって、インバータ回路３における各相の上下アームの接続点ａ、ｃ、ｅから、モータ駆動用のＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧が取り出され、モータ４に供給される。すなわち、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点ａからは、Ｕ相電圧が取り出され、モータ４のＵ相巻線４ｕに与えられる。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点ｃからは、Ｖ相電圧が取り出され、モータ４のＶ相巻線４ｖに与えられる。スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の接続点ｅからは、Ｗ相電圧が取り出され、モータ４のＷ相巻線４ｗに与えられる。
【００２７】
インバータ回路３における各相の下アームには、正常動作時（定常状態時）においてモータ４の相電流を検出するための電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが設けられている。電流検出用抵抗Ｒｕはスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と直列に接続され、この抵抗Ｒｕの両端に生じる電圧（ｂ点の電位）はサンプルホールド回路５ｕに入力される。電流検出用抵抗Ｒｖはスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４と直列に接続され、この抵抗Ｒｖの両端に生じる電圧（ｄ点の電位）はサンプルホールド回路５ｖに入力される。電流検出用抵抗Ｒｗはスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６と直列に接続され、この抵抗Ｒｗの両端に生じる電圧（ｆ点の電位）はサンプルホールド回路５ｗに入力される。
【００２８】
サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗは、それぞれ、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗと、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗと、差動アンプＡｕ、Ａｖ、Ａｗとを備えている。インバータ回路３の電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れ、抵抗の両端に検出すべき電圧が発生しているときに、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗは制御部１からのサンプリング信号ＳＰｕ、ＳＰｖ、ＳＰｗによってオンとなり、検出すべき電圧は、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗのオンによって、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗに充電される形でサンプリングされる。その後、電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れなくなり、サンプリングされた電圧を保持する必要が生じると、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗはオフとなり、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗに充電された電圧が保持される。このようにしてサンプルホールドされた電圧は、直流増幅回路６ｕ、６ｖ、６ｗで増幅されて電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとして出力される。これらの電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、正常動作時においてモータ４の各相に流れる実際の電流の値を表しており、相電流検出値として制御部１に与えられる。
【００２９】
制御部１では、トルクセンサ（図示省略）で検出されたトルク値と、車速センサ（図示省略）で検出された車速値とに基づいて、モータ４の各相に流すべき電流、すなわち必要な操舵補助力を得るためのモータ電流の目標値を算出し、当該目標値と電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとを比較して、それらの偏差を求める。そして、得られた偏差に基づいて、ＰＷＭ回路２に与える各相の指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを演算する。この指令電圧は、モータ４の各相巻線４ｕ、４ｖ、４ｗに目標値の電流が流れるようにフィードバック制御を行うためのパラメータである。ＰＷＭ回路２は、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じたＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧がモータ４へ供給されるように、指令電圧に基づいて所定のデューティ比を持った前述の６種類のＰＷＭ信号を生成し、それらをインバータ回路３のス
イッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へそれぞれ供給する。
【００３０】
インバータ回路３は、通常は、オン時（第１の力行期間）において、バッテリＥから上アームのスイッチング素子→モータ４→下アームのスイッチング素子の経路で電流を流し、その直後のオフ時（第１の回生期間）に下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流（誘導電流）を流す。これらの第１の力行期間と第１の回生期間を形成するパルス信号は、ＰＷＭ回路２においてＰＷＭ信号として出力される。
【００３１】
図３は、上アームのスイッチング素子Ｑ１と下アームのスイッチング素子Ｑ４がオンして、バッテリＥからモータ４に電流が流れる第１の力行期間を示している。この第１の力行期間の挙動をパターンＡと称する。
図３では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフ状態を実線と破線で表している。実線で描かれているスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４はオン状態にあり、破線で描かれているスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３はオフ状態にある。後述の図４、図５においても同様である。このパターンＡは、１つの相（Ｕ相）における上アームのスイッチング素子（Ｑ１）がオン、下アームのスイッチング素子（Ｑ２）がオフであり、他の相（Ｖ相）における上アームのスイッチング素子（Ｑ３）がオフ、下アームのスイッチング素子（Ｑ４）がオンとなるパターンである。なお、図３では簡単のためにＷ相を省略してあるが、Ｕ相とＷ相、およびＶ相とＷ相についても、Ｕ相とＶ相と同様の関係が成立する。後述する他のパターンについても同様である。図３では、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１がオンで、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４がオンとなるので、電源Ｅの直流電圧に基づき、太矢印で示すように、バッテリＥ→スイッチング素子Ｑ１→モータ４のＵ相巻線４ｕ→Ｖ相巻線４ｖ→スイッチング素子Ｑ４→相電流検出抵抗Ｒｖの経路で相電流Ｉが流れる。
【００３２】
図４は、図３の状態から第１の回生期間に遷移し、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオフして、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオンしたときの状態を示している。この第２の期間の挙動をパターンＢと称する。
このパターンＢは、１つの相（Ｕ相）における上アームのスイッチング素子（Ｑ１）がオフ、下アームのスイッチング素子（Ｑ２）がオンであり、他の相（Ｖ相）においても上アームのスイッチング素子（Ｑ３）がオフ、下アームのスイッチング素子（Ｑ４）がオンとなるパターンである。図４では、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２がオンで、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４がオンとなるので、モータ４の巻線４ｕ、４ｖに蓄えられた電気エネルギーに基づき、太矢印で示すように、Ｕ相巻線４ｕ→Ｖ相巻線４ｖ→スイッチング素子Ｑ４→相電流検出抵抗Ｒｖ→相電流検出抵抗Ｒｕ→スイッチング素子Ｑ２→Ｕ相巻線４ｕの経路で相電流Ｉが流れる。この相電流Ｉは、巻線４ｕ、４ｖに蓄えられた電気エネルギーに基づく回生電流（誘導電流）である。
【００３３】
図４のパターンＢからは、再びモータ４への力行期間となる。この期間は第２の力行期間である。第２の力行期間では、図３に示す上下スイッチング素子とは異なる上下スイッチング素子をオンすることによりモータ４に対して電流が供給される。
【００３４】
第２の力行期間を終えると、続いて、第２の回生期間に遷移する。図５は、上記第２の力行期間から第２の回生期間に遷移し、上アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３がオンしたときの状態を示している。この第２の力行期間の挙動をパターンＣと称する。
【００３５】
このパターンＣは、１つの相（Ｕ相）における上アームのスイッチング素子（Ｑ１）がオン、下アームのスイッチング素子（Ｑ２）がオフであり、他の相（Ｖ相）においても上アームのスイッチング素子（Ｑ３）がオン、下アームのスイッチング素子（Ｑ４）がオフとなるパターンである。図５では、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１がオンで、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３がオンとなるので、モータ４の巻線４ｕ、４ｖに蓄えられた電気エネルギーに基づき、太矢印で示すように、Ｕ相巻線４ｕ→Ｖ相巻線４ｖ→スイッチング素子Ｑ３→スイッチング素子Ｑ１→Ｕ相巻線４ｕの経路で相電流Ｉが流れる。この相電流Ｉは、巻線４ｕ、４ｖに蓄えられた電気エネルギーに基づく回生電流（誘導電流）である。
【００３６】
上記第１の力行期間（パターンＡ）→第１の回生期間（パターンＢ）→第２の力行期間（パターンＡ）→第２の回生期間（パターンＣ）などのように、いずれかの状態を他の状態に遷移させることにより、モータ４の電流制御を行う。
【００３７】
上記パターンＡ〜Ｃのデューティ比の制御により、電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ に流れる相電流が検出され、その検出値が目標値になるように制御されることでモータ４の回転角の制御が行われる。
【００３８】
また、インバータ回路３の故障などによりインバータ回路内に過電流が流れたときには、この電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖに流れる電流値を検出して過電流状態を検出する。このとき、図示しない保護回路を差動させてインバータ回路を保護する。
【００３９】
インバータ回路３のスイッチング制御においては、モータの各巻線に対して各巻線に交互に上記のパターンＡ〜Ｃが実行されるため、例えば、巻線４ｖ、４ｗに対しては、図６、図７のようなスイッチング制御が行われる。このうち、図６は、パターンＡを示しており、図７はパターンＢを示している。これを繰り返しながら、モータ制御と過電流検出を行っていく。
【００４０】
次に、地絡事故が生じたときの動作を説明する。
【００４１】
今、巻線４ｖ、４ｗに対して制御を行っているときにその電流経路中に地絡事故が生じたときを考える。この場合の地絡事故は、インバータ回路３の出力点であるｅ点とモータ４の巻線４ｖとの接続ライン中のｘ点が地絡する事故である。この地絡事故が発生すると、パターンＡの動作を行うときに、図８のようにｘ点で地絡となり、バッテリＥ、スイッチング素子Ｑ５を介して、グラウンドに地絡電流Ｉｏが流れる。しかし、ｅ点とｘ点の間にはインダクタンス成分（寄生インダクタンス）Ｌが存在するために、このインダクタンス成分Ｌに地絡電流エネルギーが蓄積される。すると、次の瞬間のパターンＢになると、図９に示すように、上記地絡電流エネルギーが、スイッチング素子Ｑ６、電流検出用抵抗Ｒｗ、グラウンド間（接地間）の閉回路を介して、放出され、電流Ｉｏ′が流れる。そして、直前の地絡電流Ｉｏが相当に大きいために、この時の電流Ｉｏ′は、上記過電流として検出される電流値を大きく超える。そこで、本実施形態のモータ駆動装置では、電流検出用抵抗Ｒｗに流れる電流が過電流として検出される電流値を大きく超える電流であると、インバータ回路３の出力点であるｅ点とモータ４の巻線４ｗとの接続ライン中に地絡事故が発生したと判断する。
【００４２】
他の相（Ｕ相、Ｗ相）の接続ラインが地絡を起こした場合も同様な動作により地絡検出が可能である。
【００４３】
このように、地絡事故が発生したときは、パターンＡのときに寄生インダクタンスに大きなエネルギーが蓄積されるため、これを利用して、次の瞬間のパターンＢのときに地絡事故を検出する。このため、正常動作時に電流検出を行うために使用される、又はインバータ回路内の過電流を検出するために使用される電流検出使用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを使用して該地絡事故を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明が適用される電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図
【図２】モータ駆動回路の構成図
【図３】パターンＡのときの電流経路を示す図
【図４】パターンＢのときの電流経路を示す図
【図５】パターンＣのときの電流経路を示す図
【図６】巻線４ｖ、４ｗに対するパターンＡのときの電流経路を示す図
【図７】巻線４ｖ、４ｗに対するパターンＢのときの電流経路を示す図
【図８】巻線４ｖ、４ｗに対するパターンＡのときの地絡事故発生時の電流経路を示す図
【図９】巻線４ｖ、４ｗに対するパターンＢのときの地絡事故発生時の電流経路を示す図
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車両の電動パワーステアリング装置に用いられるブラシレーモータを駆動するためのインバータ装置において、地絡事故を検出する装置に関し、特に、モータとインバータ装置との接続ラインの地絡事故を検出するモータ駆動回路の地絡検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電動パワーステアリング装置においては、ハンドルの操舵トルクに応じた操舵補助力をステアリング機構に与えるために、３相ブラシレスモータなどのモータが設けられる。ハンドルに加えられる操舵トルクはトルクセンサで検出され、この検出値に応じてモータに流すべき電流の目標値が算出され、この目標値とモータに実際に流れる電流の値との偏差に基づいて、モータ駆動部へ与えるフィードバック制御のための指令値が算出される。モータ駆動部は、上下一対のスイッチング素子が各相ごとに設けられたインバータ回路と、指令値に応じたデューティ比を持つＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してスイッチング素子のオンオフ期間をスイッチング制御するＰＷＭ回路とを備える。インバータ回路は、スイッチング素子のオンオフ動作に基づき、上記デューティ比に応じた各相の電圧を出力し、この電圧によりモータを駆動する。モータの各相の電流は、下側の各スイッチング素子と直列接続された電流検出用抵抗の両端の電圧を測定することにより検出され、この検出値がモータに実際に流れる電流の値となる。このようなＰＷＭ方式のモータ駆動装置における相電流の検出に関しては、例えば特許文献１、２に記載されている。また、この電流検出用抵抗を利用して、電流値が予め設定した過電流検出範囲を超えていれば何らかの異常が生じてモータ駆動部に過電流が流れていることを判定する。
【０００３】
特許文献１には、３相ブラシレスモータと、このモータを駆動するインバータ回路と、このインバータ回路をＰＷＭ制御するＰＷＭ回路と、モータに流れる相電流を検出するための電流検出用抵抗とを備えたモータ駆動装置において、各相の電流検出用抵抗における電圧を、ＰＷＭ回路からのＰＷＭ信号をサンプリング信号としてサンプルホールドし、このサンプルホールドした信号を相電流検出信号して出力するサンプルホールド回路を設けた構成が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、特許文献１の構成に加えて、タイミング信号を発生する回路を設け、この回路からのタイミング信号に基づき、インバータ回路のスイッチング素子がオンしたタイミングから遅れて電流検出用抵抗の両端電圧に対するサンプリングを開始し、インバータ回路のスイッチング素子がオフするタイミングより前に電流検出用抵抗の電圧に対するサンプリングを終了することが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、下側の各スイッチング素子のグラウンド接続端子を共通に接続し、この接続点とグラウンド間に過電流検出用の第１の電流検出用抵抗を接続するとともに、上側のスイッチング素子の電源接続端子を共通に接続し、この接続点と電源間に第２の電流検出用抵抗を接続した構成が示されている。
【０００６】
そして、第２の電流検出用抵抗は、インバータ回路とモータとの接続ラインが地絡事故を起こしたときにその抵抗に過大な地絡電流が流れることを検出し、それにより地絡事故を判定するために設けられる。
【特許文献１】特許第３２４５７２７号公報
【特許文献２】特許第３２４０５３５号公報
【特許文献３】特開平６−２３３４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献３に示される装置では、インバータ回路の過電流の検出と地絡事故とを検出することができるが、上側のスイッチング素子の電源接続端子と電源間に第２の電流検出用抵抗を接続する必要があるため、次のような不都合が生じていた。
【０００８】
すなわち、電流検出を行うにはオペアンプ（差動増幅回路）を使用するが、第２の電流検出用抵抗を用いて電流検出を行う場合には、オペアンプへの入力電圧が電源電圧となるために、入力電圧の変動分と入力オフセット電圧の変動分との比（通常はＤＣ変動分）を表す同相信号除去比ＣＭＲ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）が高性能なオペアンプを選ぶ必要があり、このために、高コストとなる。また、第１の電流検出用抵抗に加えて第２の電流検出用抵抗を使用することになり、さらに、電流検出用のオペアンプおよびその周辺回路構成素子も増加するために、回路構成が複雑化し、且つ抵抗による発熱量も増大することになるためインバータ回路の効率が悪くなる不都合があった。
【０００９】
この発明の目的は、上記第２の電流検出用抵抗を使用せず、インバータ回路とモータとの接続ラインが接地される地絡事故の検出が可能なモータ駆動回路の地絡検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のモータ駆動回路の地絡検出装置は、上側スイッチング素子群と下側スイッチング素子群とをブリッジ接続し、出力側をモータの各相に接続したインバータ回路と、前記インバータ回路の各下側スイッチング素子と接地間に接続された電流検出用抵抗とを備えている。インバータ回路の各下側スイッチング素子と接地間に電流検出用抵抗を接続することにより、相電流制御を行う。インバータ回路はＰＷＭ回路で構成されるスイッチング制御回路により制御される。
【００１１】
すなわち、スイッチング制御回路は、電源から前記インバータ回路の上側スイッチング素子とモータと下側スイッチング素子とに電流を流すことによりモータに対する力行を行う第１の力行期間と、下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す第１の回生期間と、電源から前記インバータ回路の上側スイッチング素子とモータと下側スイッチング素子とに電流を流すことによりモータに対する力行を行う第２の力行期間と、上側スイッチング素子群とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す第２の回生期間と、を繰り返し、各期間をスイッチング制御する。
【００１２】
相電流を増やそうとするときには、１サイクル当たりの力行期間が長くなり回生期間が短くなる。相電流を減らそうとするときには、反対に、１サイクル当たりの力行期間が短くなり回生期間が長くなる。
【００１３】
電流検出用抵抗は、その両端が電流検出回路に接続され、スイッチング制御時に前記電流検出用抵抗を流れる電流値を、その抵抗両端に生じる電圧により検出する。この電流検出回路はオペアンプ（差動増幅回路）で構成することができる。
この発明においては、前記電流検出回路により前記第１の回生期間で検出した電流値が、所定の電流値以上であるときに、前記インバータ回路とモータとの接続ラインが地絡事故を起こしたと判定する。
【００１４】
スイッチング制御回路においては、上述のように第１の力行期間において電源からモータに力行電流を流し、その直後の第１の回生期間において、下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータとで閉回路を構成し、この閉回路内に回生電流（誘導電流）を流す。そこで、もし、インバータ回路とモータとの接続ラインが地絡事故を起こすと、第１の力行期間において、電源から上側のスイッチング素子を介して地絡電流が流れる。このときの地絡電流は大電流であるため、インバータ回路から地絡事故点までのインダクタンス分布（寄生インダクタンス）に相当の電流エネルギーが蓄積される。次の瞬間の第１の回生期間では、この蓄積された電流エネルギーが、上記閉回路を構成している下側のスイッチング素子と同素子に接続されている電流検出用抵抗とグラウンドを介して流れることになる。この発明では、この挙動を利用して、第１の回生期間に検出した電流値が所定の電流値以上であるときに、地絡事故を起こしたと判定する。
【００１５】
このように、この発明は、第１の期間にインバータ回路から地絡事故点までのインダクタンス分布（寄生インダクタンス）に蓄積された電流エネルギーを第１の回生期間に電流検出用抵抗を使用して検出するために、特許文献３に示されるような地絡事故検出用の第２の電流検出用抵抗を設けなくてもよい。このため、回路構成が複雑化することなく、且つ効率を低下させることなく地絡事故の検出ができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、インバータ回路の効率を低下させることなく、簡易な回路構成で地絡事故の検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、この発明が適用される電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。
【００１８】
この電動パワーステアリング装置は、操舵のためのハンドル１００と、ハンドル１００に一端が固定されているステアリングシャフト１０１と、ステアリングシャフト１０１の他端に連結されたラックピニオン機構１０２と、前記ステアリングシャフト１０１途中に設けられ、ハンドル１００の操作によりステアリングシャフト１０１に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ１０３と、３相ブラシレスモータ（以下、モータ）１０４の回転駆動力を操舵アシスト力（操舵補助力）としてステアリングシャフト１０１に対し与えるウォームホイール機構１０５とを備えている。
【００１９】
車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０６には、前記トルクセンサ１０３、モータ１０４、及び車速センサ１０７が接続され、ＥＣＵ１０６は、トルクセンサ１０３、車速センサ１０７の検出信号に基づいてモータ１０４の駆動電流を制御する。このＥＣＵ１０６は、モータ駆動部Ｐを含み、モータ１０４の駆動電圧を形成するモータ駆動電圧形成機能とを備えている。
【００２０】
なお、ステアリンクギアボックス１０２にはタイロッド１０８が連結され、その両端には車輪（図示しない）に連結するためのタイロッドエンド１０９、１１０が設けられている。
【００２１】
以上の構成で、ＥＣＵ１０６は、ハンドル１００により操舵されたときのトルクセンサ１０３から得られる操舵トルクの検出信号、及び車速センサ１０７から得られる車速の検出信号に基づいて、予め設定されているテーブルを参照して、該検出信号に対応したモータ駆動電圧をモータ１０４に印加する。より詳細には、上記テーブルを参照してモータ１０４に流すべき相電流を目標値を算出し、この目標値とモータ１０４に実際に流れる電流との偏差に基づいてインバータ回路を駆動するＰＷＭ信号（モータ駆動電圧）を生成する。
【００２２】
これにより、モータ１０４によりステアリングシャフト１０１に対して操舵アシスト力が与えられることになる。
なお、本実施形態では、操舵トルクと車速に基づいてモータ駆動電圧をモータ１０４に印加するようにしているが、操舵トルクは車速に相関するために、簡易的に、操舵トルクだけに基づいてモータ駆動電圧を形成するようにしても良い。
【００２３】
図２は、モータ駆動回路の構成図である。
【００２４】
１はＣＰＵやメモリから構成される制御部、２は制御部１からの電圧指令信号に基づいて所定のデューティ比を持ったＰＷＭ信号を出力し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御する公知のＰＷＭ回路（スイッチング制御回路）、３はＰＷＭ回路２からのＰＷＭ信号に基づいてモータ駆動用の３相電圧（Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧）を出力するインバータ回路、４はインバータ回路３の出力側に接続され、同インバータ回路３から出力される３相電圧により駆動されるモータ（３相ブラシレスモータ）、４ｕ、４ｖ、４ｗはモータ４の巻線、５ｕ、５ｖ、５ｗは相電流検出用の電圧を所定区間にわたってサンプリングし、サンプルホールドするサンプルホールド回路、６ｕ、６ｖ、６ｗはサンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗの出力を増幅する直流増幅回路である。制御部１、ＰＷＭ回路２、インバータ回路３およびサンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗによって、モータ駆動回路Ｐが構成される。
【００２５】
インバータ回路３は、バッテリＥの正極と負極（グラウンド）との間に接続されており、バッテリＥの直流電圧を交流電圧に変換する。このインバータ回路３は公知の回路であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応して設けられた上下一対のアームを備え、各アームは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、これらのスイッチング素子とそれぞれ並列に接続された還流用のダイオードＤ１〜Ｄ６とを備えている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）から構成されるが、これに代えてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラモードトランジスタ）などの素子を用いてもよい。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のそれぞれのゲートには、ＰＷＭ回路２から６種類（Ｕ相上、Ｕ相下、Ｖ相上、Ｖ相下、Ｗ相上、Ｗ相下）のＰＷＭ信号が個別に与えられる。ＰＷＭ信号のオン（Ｈｉｇｈ）の区間では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はオン（導通状態）となり、ＰＷＭ信号のオフ（Ｌｏｗ）の区間では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６はオフ（遮断状態）となる。
【００２６】
このようなスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフ動作によって、インバータ回路３における各相の上下アームの接続点ａ、ｃ、ｅから、モータ駆動用のＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧が取り出され、モータ４に供給される。すなわち、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の接続点ａからは、Ｕ相電圧が取り出され、モータ４のＵ相巻線４ｕに与えられる。スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の接続点ｃからは、Ｖ相電圧が取り出され、モータ４のＶ相巻線４ｖに与えられる。スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の接続点ｅからは、Ｗ相電圧が取り出され、モータ４のＷ相巻線４ｗに与えられる。
【００２７】
インバータ回路３における各相の下アームには、正常動作時（定常状態時）においてモータ４の相電流を検出するための電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが設けられている。電流検出用抵抗Ｒｕはスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と直列に接続され、この抵抗Ｒｕの両端に生じる電圧（ｂ点の電位）はサンプルホールド回路５ｕに入力される。電流検出用抵抗Ｒｖはスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４と直列に接続され、この抵抗Ｒｖの両端に生じる電圧（ｄ点の電位）はサンプルホールド回路５ｖに入力される。電流検出用抵抗Ｒｗはスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６と直列に接続され、この抵抗Ｒｗの両端に生じる電圧（ｆ点の電位）はサンプルホールド回路５ｗに入力される。
【００２８】
サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗは、それぞれ、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗと、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗと、差動アンプＡｕ、Ａｖ、Ａｗとを備えている。インバータ回路３の電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れ、抵抗の両端に検出すべき電圧が発生しているときに、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗは制御部１からのサンプリング信号ＳＰｕ、ＳＰｖ、ＳＰｗによってオンとなり、検出すべき電圧は、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗのオンによって、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗに充電される形でサンプリングされる。その後、電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに電流が流れなくなり、サンプリングされた電圧を保持する必要が生じると、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗはオフとなり、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗに充電された電圧が保持される。このようにしてサンプルホールドされた電圧は、直流増幅回路６ｕ、６ｖ、６ｗで増幅されて電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとして出力される。これらの電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、正常動作時においてモータ４の各相に流れる実際の電流の値を表しており、相電流検出値として制御部１に与えられる。
【００２９】
制御部１では、トルクセンサ（図示省略）で検出されたトルク値と、車速センサ（図示省略）で検出された車速値とに基づいて、モータ４の各相に流すべき電流、すなわち必要な操舵補助力を得るためのモータ電流の目標値を算出し、当該目標値と電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとを比較して、それらの偏差を求める。そして、得られた偏差に基づいて、ＰＷＭ回路２に与える各相の指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを演算する。この指令電圧は、モータ４の各相巻線４ｕ、４ｖ、４ｗに目標値の電流が流れるようにフィードバック制御を行うためのパラメータである。ＰＷＭ回路２は、指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じたＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧がモータ４へ供給されるように、指令電圧に基づいて所定のデューティ比を持った前述の６種類のＰＷＭ信号を生成し、それらをインバータ回路３のス
イッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へそれぞれ供給する。
【００３０】
インバータ回路３は、通常は、オン時（第１の力行期間）において、バッテリＥから上アームのスイッチング素子→モータ４→下アームのスイッチング素子の経路で電流を流し、その直後のオフ時（第１の回生期間）に下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流（誘導電流）を流す。これらの第１の力行期間と第１の回生期間を形成するパルス信号は、ＰＷＭ回路２においてＰＷＭ信号として出力される。
【００３１】
図３は、上アームのスイッチング素子Ｑ１と下アームのスイッチング素子Ｑ４がオンして、バッテリＥからモータ４に電流が流れる第１の力行期間を示している。この第１の力行期間の挙動をパターンＡと称する。
図３では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフ状態を実線と破線で表している。実線で描かれているスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４はオン状態にあり、破線で描かれているスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３はオフ状態にある。後述の図４、図５においても同様である。このパターンＡは、１つの相（Ｕ相）における上アームのスイッチング素子（Ｑ１）がオン、下アームのスイッチング素子（Ｑ２）がオフであり、他の相（Ｖ相）における上アームのスイッチング素子（Ｑ３）がオフ、下アームのスイッチング素子（Ｑ４）がオンとなるパターンである。なお、図３では簡単のためにＷ相を省略してあるが、Ｕ相とＷ相、およびＶ相とＷ相についても、Ｕ相とＶ相と同様の関係が成立する。後述する他のパターンについても同様である。図３では、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１がオンで、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４がオンとなるので、電源Ｅの直流電圧に基づき、太矢印で示すように、バッテリＥ→スイッチング素子Ｑ１→モータ４のＵ相巻線４ｕ→Ｖ相巻線４ｖ→スイッチング素子Ｑ４→相電流検出抵抗Ｒｖの経路で相電流Ｉが流れる。
【００３２】
図４は、図３の状態から第１の回生期間に遷移し、上アームのスイッチング素子Ｑ１がオフして、下アームのスイッチング素子Ｑ２がオンしたときの状態を示している。この第２の期間の挙動をパターンＢと称する。
このパターンＢは、１つの相（Ｕ相）における上アームのスイッチング素子（Ｑ１）がオフ、下アームのスイッチング素子（Ｑ２）がオンであり、他の相（Ｖ相）においても上アームのスイッチング素子（Ｑ３）がオフ、下アームのスイッチング素子（Ｑ４）がオンとなるパターンである。図４では、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２がオンで、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４がオンとなるので、モータ４の巻線４ｕ、４ｖに蓄えられた電気エネルギーに基づき、太矢印で示すように、Ｕ相巻線４ｕ→Ｖ相巻線４ｖ→スイッチング素子Ｑ４→相電流検出抵抗Ｒｖ→相電流検出抵抗Ｒｕ→スイッチング素子Ｑ２→Ｕ相巻線４ｕの経路で相電流Ｉが流れる。この相電流Ｉは、巻線４ｕ、４ｖに蓄えられた電気エネルギーに基づく回生電流（誘導電流）である。
【００３３】
図４のパターンＢからは、再びモータ４への力行期間となる。この期間は第２の力行期間である。第２の力行期間では、図３に示す上下スイッチング素子とは異なる上下スイッチング素子をオンすることによりモータ４に対して電流が供給される。
【００３４】
第２の力行期間を終えると、続いて、第２の回生期間に遷移する。図５は、上記第２の力行期間から第２の回生期間に遷移し、上アームのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３がオンしたときの状態を示している。この第２の力行期間の挙動をパターンＣと称する。
【００３５】
このパターンＣは、１つの相（Ｕ相）における上アームのスイッチング素子（Ｑ１）がオン、下アームのスイッチング素子（Ｑ２）がオフであり、他の相（Ｖ相）においても上アームのスイッチング素子（Ｑ３）がオン、下アームのスイッチング素子（Ｑ４）がオフとなるパターンである。図５では、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１がオンで、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３がオンとなるので、モータ４の巻線４ｕ、４ｖに蓄えられた電気エネルギーに基づき、太矢印で示すように、Ｕ相巻線４ｕ→Ｖ相巻線４ｖ→スイッチング素子Ｑ３→スイッチング素子Ｑ１→Ｕ相巻線４ｕの経路で相電流Ｉが流れる。この相電流Ｉは、巻線４ｕ、４ｖに蓄えられた電気エネルギーに基づく回生電流（誘導電流）である。
【００３６】
上記第１の力行期間（パターンＡ）→第１の回生期間（パターンＢ）→第２の力行期間（パターンＡ）→第２の回生期間（パターンＣ）などのように、いずれかの状態を他の状態に遷移させることにより、モータ４の電流制御を行う。
【００３７】
上記パターンＡ〜Ｃのデューティ比の制御により、電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ に流れる相電流が検出され、その検出値が目標値になるように制御されることでモータ４の回転角の制御が行われる。
【００３８】
また、インバータ回路３の故障などによりインバータ回路内に過電流が流れたときには、この電流検出用抵抗Ｒｕ、Ｒｖに流れる電流値を検出して過電流状態を検出する。このとき、図示しない保護回路を差動させてインバータ回路を保護する。
【００３９】
インバータ回路３のスイッチング制御においては、モータの各巻線に対して各巻線に交互に上記のパターンＡ〜Ｃが実行されるため、例えば、巻線４ｖ、４ｗに対しては、図６、図７のようなスイッチング制御が行われる。このうち、図６は、パターンＡを示しており、図７はパターンＢを示している。これを繰り返しながら、モータ制御と過電流検出を行っていく。
【００４０】
次に、地絡事故が生じたときの動作を説明する。
【００４１】
今、巻線４ｖ、４ｗに対して制御を行っているときにその電流経路中に地絡事故が生じたときを考える。この場合の地絡事故は、インバータ回路３の出力点であるｅ点とモータ４の巻線４ｖとの接続ライン中のｘ点が地絡する事故である。この地絡事故が発生すると、パターンＡの動作を行うときに、図８のようにｘ点で地絡となり、バッテリＥ、スイッチング素子Ｑ５を介して、グラウンドに地絡電流Ｉｏが流れる。しかし、ｅ点とｘ点の間にはインダクタンス成分（寄生インダクタンス）Ｌが存在するために、このインダクタンス成分Ｌに地絡電流エネルギーが蓄積される。すると、次の瞬間のパターンＢになると、図９に示すように、上記地絡電流エネルギーが、スイッチング素子Ｑ６、電流検出用抵抗Ｒｗ、グラウンド間（接地間）の閉回路を介して、放出され、電流Ｉｏ′が流れる。そして、直前の地絡電流Ｉｏが相当に大きいために、この時の電流Ｉｏ′は、上記過電流として検出される電流値を大きく超える。そこで、本実施形態のモータ駆動装置では、電流検出用抵抗Ｒｗに流れる電流が過電流として検出される電流値を大きく超える電流であると、インバータ回路３の出力点であるｅ点とモータ４の巻線４ｗとの接続ライン中に地絡事故が発生したと判断する。
【００４２】
他の相（Ｕ相、Ｗ相）の接続ラインが地絡を起こした場合も同様な動作により地絡検出が可能である。
【００４３】
このように、地絡事故が発生したときは、パターンＡのときに寄生インダクタンスに大きなエネルギーが蓄積されるため、これを利用して、次の瞬間のパターンＢのときに地絡事故を検出する。このため、正常動作時に電流検出を行うために使用される、又はインバータ回路内の過電流を検出するために使用される電流検出使用抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを使用して該地絡事故を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明が適用される電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図
【図２】モータ駆動回路の構成図
【図３】パターンＡのときの電流経路を示す図
【図４】パターンＢのときの電流経路を示す図
【図５】パターンＣのときの電流経路を示す図
【図６】巻線４ｖ、４ｗに対するパターンＡのときの電流経路を示す図
【図７】巻線４ｖ、４ｗに対するパターンＢのときの電流経路を示す図
【図８】巻線４ｖ、４ｗに対するパターンＡのときの地絡事故発生時の電流経路を示す図
【図９】巻線４ｖ、４ｗに対するパターンＢのときの地絡事故発生時の電流経路を示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側スイッチング素子群と下側スイッチング素子群とをブリッジ接続し、出力側をモータの各相に接続したインバータ回路と、
前記インバータ回路の各下側スイッチング素子と接地間に接続された電流検出用抵抗と、
電源から前記インバータ回路の上側スイッチング素子とモータと下側スイッチング素子とに電流を流すことによりモータに対する力行を行う第１の力行期間と、下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す第１の回生期間と、電源から前記インバータ回路の上側スイッチング素子とモータと下側スイッチング素子とに電流を流すことによりモータに対する力行を行う第２の力行期間と、上側スイッチング素子群とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す第２の回生期間と、を繰り返し、各期間をスイッチング制御するスイッチング制御回路と、
前記スイッチング制御時に前記電流検出用抵抗を流れる電流値を検出する電流検出回路と、を備えるモータ駆動回路の地絡検出装置において、
前記電流検出回路により前記第１の回生期間で検出した電流値が、所定の電流値以上であるときに、前記インバータ回路とモータとの接続ラインが地絡事故を起こしたと判定することを特徴とするモータ駆動回路の地絡検出装置。
【請求項２】
前記スイッチング制御回路は、前記電流検出回路により正常動作時のときの前記第１の力行期間、前記第１の回生期間、又は前記第２の力行期間で検出した電流値に基づいて、前記スイッチング制御を行う、請求項１記載のモータ駆動回路の地絡検出装置。
【請求項１】
上側スイッチング素子群と下側スイッチング素子群とをブリッジ接続し、出力側をモータの各相に接続したインバータ回路と、
前記インバータ回路の各下側スイッチング素子と接地間に接続された電流検出用抵抗と、
電源から前記インバータ回路の上側スイッチング素子とモータと下側スイッチング素子とに電流を流すことによりモータに対する力行を行う第１の力行期間と、下側スイッチング素子群と電流検出用抵抗とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す第１の回生期間と、電源から前記インバータ回路の上側スイッチング素子とモータと下側スイッチング素子とに電流を流すことによりモータに対する力行を行う第２の力行期間と、上側スイッチング素子群とモータとで閉回路を構成し、この回路に回生電流を流す第２の回生期間と、を繰り返し、各期間をスイッチング制御するスイッチング制御回路と、
前記スイッチング制御時に前記電流検出用抵抗を流れる電流値を検出する電流検出回路と、を備えるモータ駆動回路の地絡検出装置において、
前記電流検出回路により前記第１の回生期間で検出した電流値が、所定の電流値以上であるときに、前記インバータ回路とモータとの接続ラインが地絡事故を起こしたと判定することを特徴とするモータ駆動回路の地絡検出装置。
【請求項２】
前記スイッチング制御回路は、前記電流検出回路により正常動作時のときの前記第１の力行期間、前記第１の回生期間、又は前記第２の力行期間で検出した電流値に基づいて、前記スイッチング制御を行う、請求項１記載のモータ駆動回路の地絡検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２４４１３３（Ｐ２００７−２４４１３３Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６４６７５（Ｐ２００６−６４６７５）
【出願日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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