多相モータ駆動装置
【課題】インバータ回路における下側のスイッチング素子のオン故障を検出することが可能な多相モータ駆動装置を提供する。
【解決手段】Ｕ相のシャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、Ｕ相における上側のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間からオン期間へシフトさせて、このオン期間にＵ相のシャント抵抗に流れる電流に基づき、下側のスイッチング素子Ｑ２がオン故障か否かを判定する。また、単に検出タイミングをシフトさせただけでは、下側のスイッチング素子Ｑ２のオン期間において本来必要なＵ相電流を検出できなくなるため、他の２相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて、Ｕ相電流の電流値を推定する。
【解決手段】Ｕ相のシャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、Ｕ相における上側のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間からオン期間へシフトさせて、このオン期間にＵ相のシャント抵抗に流れる電流に基づき、下側のスイッチング素子Ｑ２がオン故障か否かを判定する。また、単に検出タイミングをシフトさせただけでは、下側のスイッチング素子Ｑ２のオン期間において本来必要なＵ相電流を検出できなくなるため、他の２相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて、Ｕ相電流の電流値を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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多相モータ駆動装置に関し、特に、スイッチング素子の故障を検出する技術に関する。
【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多相モータが設けられる。この多相モータを駆動する装置は、制御部と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路と、インバータ回路とを備える。制御部は、トルクセンサで検出された操舵トルクに応じてモータに流すべき電流の目標値を算出し、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、ＰＷＭ回路へ与える指令値を算出する。ＰＷＭ回路は、指令値に応じたデューティ比を持つＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路へ与える。インバータ回路は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じてオン・オフする上下一対のスイッチング素子を各相ごとに有しており、これらのスイッチング素子のオン・オフ動作に基づき、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、スイッチング素子と直列に接続された相電流検出用のシャント抵抗の両端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。
【０００３】
上記のような多相モータ駆動装置において、短絡等の故障が生じるとモータ駆動が正常に行えなくなることから、故障検出を行うための回路が設けられる。下記の特許文献１、２には、このような故障検出回路が示されている。特許文献１では、インバータ回路の各相の下側のＦＥＴのドレイン電圧とゲート電圧とに基づく異常判断用電圧を検出する検出回路を設け、この検出回路で検出された電圧の電圧値と所定値とを比較し、電圧値が所定値よりも大きい場合に、ＦＥＴに出力されている制御信号を停止させるようにしている。特許文献２では、インバータ回路の各相に流れる実電流値と推定電流値のような、実測あるいは推定によって求めた２つの電流値を比較することにより、各相に流れる電流値の異常を検出するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５７４６３号公報
【特許文献２】特開２００５−１４３１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような上下一対のスイッチング素子を各相に有するインバータ回路において、ある相のスイッチング素子が、素子自体の異常によりオンした状態のままとなり、オフ状態に戻らなくなることがある。また、素子自体は正常であっても、素子に制御信号を与える制御回路が異常でオン信号を出力し続けることにより、スイッチング素子がオン状態のままとなり、オフ状態に戻らなくなることがある。このようにスイッチング素子がオン状態のままとなる故障を、以下では「オン故障」と呼ぶことにする。
【０００６】
ところで、各相の下側のスイッチング素子にそれぞれモータの相電流を検出するためのシャント抵抗が接続されたインバータ回路においては、上側のスイッチング素子のオン故障は検出できるが、下側のスイッチング素子のオン故障は検出できない。その理由は、以下のとおりである。下側のスイッチング素子のオン故障を検出するには、上側のスイッチング素子がオン（下側のスイッチング素子がオフ）となる期間において、下側のスイッチング素子に流れる電流を検出する必要がある。しかし、下側のスイッチング素子にシャント抵抗が接続されたインバータ回路の場合、上側のスイッチング素子がオフ（下側のスイッチング素子がオン）となる期間でサンプリングを行って、シャント抵抗の両端電圧をサンプルホールドすることで、モータの相電流を検出する。そのため、上側のスイッチング素子がオンとなる期間では、サンプリングが行われず、下側のスイッチング素子に流れる電流を検出できないからである。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、インバータ回路における下側のスイッチング素子のオン故障を検出することが可能な多相モータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る多相モータ駆動装置は、複数の相のそれぞれに対応して上下一対のスイッチング素子が設けられ、各相の下側のスイッチング素子にそれぞれ相電流検出用のシャント抵抗が接続され、各相における一対のスイッチング素子の接続点から多相モータ駆動用の電圧が取り出されるように構成されたインバータ回路と、このインバータ回路の各スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御手段とを備え、上側のスイッチング素子のオフ期間にシャント抵抗に流れる電流を検出する多相モータ駆動装置であって、ある相のシャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間からオン期間へシフトさせて、オン期間にその相のシャント抵抗に流れる電流に基づき、当該相における下側のスイッチング素子がオン状態のままとなるオン故障か否かを判定する判定手段と、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定する電流値推定手段とを設けたものである。
【０００９】
このように、シャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、上側のスイッチング素子がオンとなる期間へシフトさせることにより、下側のスイッチング素子がオフとなる期間において当該素子に流れる電流を検出することができる。そして、この期間において下側のスイッチング素子にオン故障が発生した場合は、上下のスイッチング素子が共にオンとなってシャント抵抗に異常電流が流れるので、この異常電流を検出することで、下側のスイッチング素子がオン故障であると判定することができる。また、単に検出タイミングをシフトさせただけでは、上側のスイッチング素子のオフ期間（下側のスイッチング素子のオン期間）において本来必要な相電流の検出ができなくなるが、本発明では、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定することにより、この問題を解決することができる。
【００１０】
本発明において、故障判定の手順としてはいくつかのものが考えられる。例えば、検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を各相について順次行い、全ての相についてオン故障有無の判定が終了すると、続いて、検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて他の故障の有無を判定する方法が考えられる。
【００１１】
これによると、検出タイミングをシフトさせて各相ごとにオン故障有無の判定を行った後に、検出タイミングをシフトさせない通常の相電流検出に基づく故障判定が行われるので、各相における下側のスイッチング素子のオン故障だけでなく、上側のスイッチング素子のオン故障や相電流検出回路の故障などの他の故障も診断することができる。この結果、より精度の高い故障判定を行うことができる。
【００１２】
また、他の手順として、ある相について検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を行った後、次の相について同様の判定を行う前に、検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて他の故障の有無を判定する方法が考えられる。
【００１３】
これによると、上記と同様に、各相における下側のスイッチング素子のオン故障だけでなく、他の故障も診断できるので、より精度の高い故障判定を行うことができる。また、相電流検出回路の応答性によっては、ある相について検出タイミングをシフトさせてオン故障判定を行った後、直ちに、その相について検出タイミングを元に戻し、次の相について検出タイミングをシフトさせてオン故障判定へ移行することが困難な場合があるが、ある相のオン故障判定から次の相のオン故障判定へ移る前に、通常の相電流検出に基づく故障判定を行うステップを介在させることで、相電流検出回路の応答性に問題がある場合でも円滑な故障判定を行うことができる。
【００１４】
本発明では、１つの相についてのオン故障有無の判定を所定回数繰り返すようにしてもよい。これにより、オン故障の判定精度を高めることができる。
【００１５】
また、本発明では、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定する電流値推定手段に代えて、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間においてシャント抵抗に流れる電流に基づき電流値を算出する電流値算出手段を用いてもよい。
【００１６】
この場合は、上側のスイッチング素子のオン期間とオフ期間の両方においてサンプリングを実施すればよい。これにより、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、推定値ではなく実測値として得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シャント抵抗に流れる電流の検出タイミングをシフトさせることによって、インバータ回路における下側のスイッチング素子のオン故障を検出することが可能な多相モータ駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る多相モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。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信号を出力する公知のＰＷＭ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から出力される３相電圧により駆動されるモータ、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、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗおよび直流増幅回路６ｕ、６ｖ、６ｗによって、多相モータ駆動装置が構成される。また、制御部１は、本発明における判定手段、電流値推定手段、電流値算出手段の一実施形態であり、制御部１およびＰＷＭ回路２は、本発明における制御手段の一実施形態である。
【００１９】
インバータ回路３は、バッテリＥの正極と負極（グランド）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スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備えており、これらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、それぞれ還流用のダイオードＤ１〜Ｄ６が並列に接続されている。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。
【００２０】
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、各相における一対のスイッチング素子の接続点ａ、ｃ、ｅから、多相モータ駆動用の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。モータ４は、例えば３相ブラシレスモータからなる。
【００２１】
インバータ回路３における各相の下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６には、それぞれ、モータ４の相電流を検出するためのシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが接続されている。シャント抵抗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。シャント抵抗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。シャント抵抗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。
【００２２】
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。制御部１からのサンプリング信号ＳＰｕ、ＳＰｖ、ＳＰｗによって、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗが所定のタイミングでオンになると、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの両端の電圧がサンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗに取り込まれ、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗに充電される。その後、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗがオフになると、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、相電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとして出力される。これらの相電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、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。
【００２３】
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、当該目標値と相電流検出値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。
【００２４】
図２は、制御部１からＰＷＭ回路２へ与えられる指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの信号波形を示した図である。ここでは、ＰＷＭ信号のデューティ比が５０％となるときの指令電圧値を０ボルトとしてある。したがって、指令電圧値が＋の値をとる場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を超え、指令電圧値が−の値をとる場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を下回る。
【００２５】
例えば、図２のタイミングｔにおけるＵ相指令電圧ＶｕとＶ相指令電圧Ｖｖについて考えると（説明を簡単にするためＷ相指令電圧Ｖｗについては省略）、タイミングｔでのＵ相指令電圧Ｖｕは＋の値、Ｖ相指令電圧Ｖｖは−の値となっている。したがって、各指令電圧Ｖｕ、Ｖｖと同じ電圧がインバータ回路３のａ点、ｃ点からそれぞれ出力される場合、図１のａ点の電位（Ｕ相電圧）は＋、ｃ点の電位（Ｖ相電圧）は−となるから、Ｕ相からＶ相へ電流が流れる。このとき、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１に与えられるＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を超える値となる。例えばデューティ比＝７０％とすると、素子Ｑ１がオンしている期間とオフしている期間との比率は７：３となる。一方、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３に与えられるＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を下回る値となる。例えばデューティ比＝３０％とすると、素子Ｑ３がオンしている期間とオフしている期間との比率は３：７となる。
【００２６】
インバータ回路３とモータ４間の通電状態には、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン・オフの態様に応じて、図３〜図５のような３つのパターンがある。各図は図１の一部を抽出した回路であって、ここでは故障の発生していない正常状態での電流経路が示されている。
【００２７】
図３は、パターンＡを示しており、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（図４、図５においても同様）。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。パターンＡは、１つの相（Ｕ相）における上側のスイッチング素子（Ｑ１）がオン、下側のスイッチング素子（Ｑ２）がオフであり、他の相（Ｖ相）における上側のスイッチング素子（Ｑ３）がオフ、下側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、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→シャント抵抗Ｒｖの経路で相電流Ｉが流れる。
【００２８】
図４は、パターンＢを示している。パターンＢは、１つの相（Ｕ相）における上側のスイッチング素子（Ｑ１）がオフ、下側のスイッチング素子（Ｑ２）がオンであり、他の相（Ｖ相）においても上側のスイッチング素子（Ｑ３）がオフ、下側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→シャント抵抗Ｒｖ→シャント抵抗Ｒｕ→スイッチング素子Ｑ２の経路で相電流Ｉが流れる。
【００２９】
図５は、パターンＣを示している。パターンＣは、１つの相（Ｕ相）における上側のスイッチング素子（Ｑ１）がオン、下側のスイッチング素子（Ｑ２）がオフであり、他の相（Ｖ相）においても上側のスイッチング素子（Ｑ３）がオン、下側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の経路で相電流Ｉが流れる。このパターンＣの場合は、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖに相電流Ｉは流れない。
【００３０】
次に、図１の多相モータ駆動装置における相電流の検出について説明する。なお、以下では、Ｕ相電流を検出する場合を例に挙げるが、他の相の電流も同様の原理に従って検出することができる。図３〜図５で説明した各パターンのうち、Ｕ相電流検出用のシャント抵抗Ｒｕに相電流が流れるのは、パターンＢ（図４）の場合である。パターンＢにおいては、ａ点の電位が＋、ｃ点の電位が−であって、Ｕ相からＶ相に相電流Ｉが流れる。このとき、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１に与えられるＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を超え、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２に与えられるＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を下回ることについては、前述のとおりである。
【００３１】
図６は、Ｕ相電流の検出方法を説明するためのタイムチャートであって、図２のタイミングｔ（厳密にはｔ近傍の微小区間）における各信号の波形を表したものである。図６において、（ａ）〜（ｄ）は、それぞれＵ相上、Ｕ相下、Ｖ相上、Ｖ相下の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４にＰＷＭ回路２から与えられるＰＷＭ信号を示している。（ｅ）はシャント抵抗Ｒｕに流れる電流によって当該抵抗Ｒｕの両端に生じる電圧を示している。（ｆ）はシャント抵抗Ｒｖに流れる電流によって当該抵抗Ｒｖの両端に生じる電圧を示している。（ｇ）は各区間に該当する図３〜図５のパターンを示している。（ｈ）はＵ相電流を検出するために制御部１から出力されるサンプリング信号ＳＰｕを示している。（ｉ）はＶ相電流を検出するために制御部１から出力されるサンプリング信号ＳＰｖを示している。また、ＴはＰＷＭ信号の１周期を表しており、ｔ１〜ｔ１４は各タイミングを表している。
【００３２】
図６のように、Ｕ相電流を検出する場合は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１がオフ（Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２がオン）となる期間（ｔ２〜ｔ４、ｔ８〜ｔ１０）において、サンプリング信号ＳＰｕによりシャント抵抗Ｒｕの電圧を検出する（ｔ３、ｔ９）。しかし、この方法では、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障を検出するために必要な、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオン期間（ｔ４〜ｔ８、ｔ１０〜ｔ１４）におけるサンプリングが行われないので、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障を検出することができない。
【００３３】
図７は、本発明におけるオン故障の検出方法を説明するためのタイムチャートである。図７の各符号は、図６の各符号に対応している。図７においては、（ｈ）に示すＵ相電流検出サンプリング信号ＳＰｕを、破線のようにＵ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間（ｔ２〜ｔ４、ｔ８〜ｔ１０）では発生させずに、実線のようにオン期間（ｔ４〜ｔ８、ｔ１０〜ｔ１４）において発生させている（ｔ６、ｔ１２）。すなわち、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流の検出タイミングを、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間からオン期間へシフトさせている。
【００３４】
Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２にオン故障が発生すると、このスイッチング素子Ｑ２は、ＰＷＭ回路２からの信号に関係なく、図７（ｂ）のようにオン状態のままとなる。そして、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１がオンとなる期間では、上下のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が共にオン状態となって、両素子を通じてシャント抵抗Ｒｕに異常電流（大電流）が流れるため、図７（ｅ）のクロスハッチングで示すように、シャント抵抗Ｒｕの両端に大きな電圧が発生する。そこで、図７（ｈ）のように、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオン期間におけるｔ６、ｔ１２のタイミングでサンプリングを行えば、この大きな電圧が検出されるので、これによってＵ相下のスイッチング素子Ｑ２がオン故障であると判定することができる。
【００３５】
一方、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２にオン故障が発生していない場合は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオン期間に、スイッチング素子Ｑ２はオフ状態にあって電流が流れないため、ｔ６、ｔ１２のタイミングでサンプリングを行ってもシャント抵抗Ｒｕの電圧は検出されない。これによって、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２がオン故障ではないと判定することができる。
【００３６】
以上述べたような処理、すなわち、シャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、上側のスイッチング素子のオフ期間からオン期間へシフトさせてサンプリングを行う処理を、各相について順番に行うことによって、オン故障判定のための特別な回路を付加しなくても、既存のシャント抵抗を利用して、各相における下側のスイッチング素子のオン故障の有無を判定することができる。
【００３７】
図８は、本発明による故障判定手順の概略を示したフローチャート、図９〜図１２は、図８の各ステップの詳細を示したフローチャートである。各フローチャートの手順は、制御部１に備わるＣＰＵにより実行される。
【００３８】
図８において、ステップＳ１では、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障を検出する処理を行う。それが終わると、ステップＳ２に移り、次はＶ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４のオン故障を検出する処理を行う。それが終わると、ステップＳ３に移り、次はＷ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６のオン故障を検出する処理を行う。
【００３９】
このようにして、全ての相について検出タイミングのシフト（図７）に基づくオン故障の検出が終了すると、ステップＳ４に移り、今度は検出タイミングをシフトさせずに（図６）、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれにつき、上側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のオフ期間において、各相のシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに流れる相電流をそれぞれ検出し、この相電流に基づいて各相の故障や相電流検出回路の故障を検出する処理を行う。
【００４０】
図９は、図８のステップＳ１の詳細な手順を示したフローチャートである。ステップＳ１１では、Ｕ相のサンプリング点を移動させる処理を行う。すなわち、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流（Ｕ相電流）の検出タイミングを、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間からオン期間へシフトさせる（図７（ｈ））。次に、ステップＳ１２へ進んで、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流（Ｖ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間に行われる。すなわち、Ｖ相電流の検出タイミングはシフトしない（図７（ｉ））。次に、ステップＳ１３へ進んで、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流（Ｗ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間に行われる。すなわち、Ｗ相電流の検出タイミングもシフトしない。
【００４１】
続いてステップＳ１４へ移り、ステップＳ１２およびＳ１３で得られたＶ相電流とＷ相電流の電流値から、Ｕ相電流の電流値を推定する。周知のように、Ｕ相電流値をＩｕ、Ｖ相電流値をＩｖ、Ｗ相電流値をＩｗとしたとき、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０であるから、この関係を用いてＵ相電流値Ｉｕを推定することができる。本来、Ｕ相電流は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間（Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン期間）において検出されるものであるが、Ｕ相のサンプリング点を移動したことにより、これができなくなるため、上述のように電流値を推定することで、モータ４の制御に必要なＵ相電流の電流値を得るようにしている。
【００４２】
次に、ステップＳ１５において、ステップＳ１１で移動させたサンプリング点において検出されたシャント抵抗Ｒｕの両端電圧に基づいて、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障の有無を判定する。前述のように、スイッチング素子Ｑ２がオン故障しておれば、シャント抵抗Ｒｕの両端に大きな電圧が発生し、オン故障していなければ、シャント抵抗Ｒｕの両端に電圧は発生しないので、これによりオン故障の有無を判定することができる。
【００４３】
次に、ステップＳ１６において、ステップＳ１２で得られたＶ相電流値に基づいて、Ｖ相に故障が発生しているか否かを判定する。さらに、ステップＳ１７において、ステップＳ１３で得られたＷ相電流値に基づいて、Ｗ相に故障が発生しているか否かを判定する。これらの故障判定は、従来と同じ方法で行われる。
【００４４】
ステップＳ１８では、ステップＳ１５での判定の結果、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２がオン故障しておれば（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、ステップＳ２２へ移って異常時処理を行う。具体的には、インバータ回路３からモータ４への電源供給を停止して、モータ４を停止させる処理を行う。また、必要に応じて警報を出力する。一方、スイッチング素子Ｑ２がオン故障していなければ（ステップＳ１８：ＮＯ）、ステップＳ１９へ移る。
【００４５】
ステップＳ１９では、ステップＳ１６での判定の結果、Ｖ相に故障が発生しておれば（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ２２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｖ相に故障が発生していなければ（ステップＳ１９：ＮＯ）、ステップＳ２０へ移る。
【００４６】
ステップＳ２０では、ステップＳ１７での判定の結果、Ｗ相に故障が発生しておれば（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｗ相に故障が発生していなければ（ステップＳ２０：ＮＯ）、ステップＳ２１へ移る。
【００４７】
ステップＳ２１では、ステップＳ１１〜Ｓ２０の処理を所定回数繰り返したか否かを判定し、所定回数繰り返していなければ（ステップＳ２１：ＮＯ）、ステップＳ１１へ戻って、所定回数になるまでステップＳ１１〜Ｓ２０を反復実行する。そして、ステップＳ１１〜Ｓ２０の処理が所定回数繰り返されると（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、Ｕ相についてのオン故障検出処理が終了する。このとき、ステップＳ１１でスイッチング素子Ｑ１のオン期間へシフトされたサンプリング点は、元の位置（スイッチング素子Ｑ１のオフ期間）に戻される。
【００４８】
図１０は、図８のステップＳ２の詳細な手順を示したフローチャートである。ステップＳ３１では、Ｖ相のサンプリング点を移動させる処理を行う。すなわち、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流（Ｖ相電流）の検出タイミングを、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間からオン期間へシフトさせる。次に、ステップＳ３２へ進んで、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流（Ｕ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間に行われる。すなわち、Ｕ相電流の検出タイミングはシフトしない。次に、ステップＳ３３へ進んで、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流（Ｗ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間に行われる。すなわち、Ｗ相電流の検出タイミングもシフトしない。
【００４９】
続いてステップＳ３４へ移り、ステップＳ３２およびＳ３３で得られたＵ相電流とＷ相電流の電流値から、前述のＩｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係を用いてＶ相電流の電流値を推定する。本来、Ｖ相電流は、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間（Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４のオン期間）において検出されるものであるが、Ｖ相のサンプリング点を移動したことにより、これができなくなるため、上述のように電流値を推定することで、モータ４の制御に必要なＶ相電流の電流値を得るようにしている。
【００５０】
次に、ステップＳ３５において、ステップＳ３１で移動させたサンプリング点において検出されたシャント抵抗Ｒｖの両端電圧に基づいて、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４のオン故障の有無を判定する。Ｕ相の場合と同様に、スイッチング素子Ｑ４がオン故障しておれば、シャント抵抗Ｒｖの両端に大きな電圧が発生し、オン故障していなければ、シャント抵抗Ｒｖの両端に電圧は発生しないので、これによりオン故障の有無を判定することができる。
【００５１】
次に、ステップＳ３６において、ステップＳ３２で得られたＵ相電流値に基づいて、Ｕ相に故障が発生しているか否かを判定する。さらに、ステップＳ３７において、ステップＳ３３で得られたＷ相電流値に基づいて、Ｗ相に故障が発生しているか否かを判定する。これらの故障判定は、従来と同じ方法で行われる。
【００５２】
ステップＳ３８では、ステップＳ３５での判定の結果、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４がオン故障しておれば（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、ステップＳ４２へ移って、前述のステップＳ２２と同様の異常時処理を行う。一方、スイッチング素子Ｑ４がオン故障していなければ（ステップＳ３８：ＮＯ）、ステップＳ３９へ移る。
【００５３】
ステップＳ３９では、ステップＳ３６での判定の結果、Ｕ相に故障が発生しておれば（ステップＳ３９：ＹＥＳ）、ステップＳ４２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｕ相に故障が発生していなければ（ステップＳ３９：ＮＯ）、ステップＳ４０へ移る。
【００５４】
ステップＳ４０では、ステップＳ３７での判定の結果、Ｗ相に故障が発生しておれば（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ４２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｗ相に故障が発生していなければ（ステップＳ４０：ＮＯ）、ステップＳ４１へ移る。
【００５５】
ステップＳ４１では、ステップＳ３１〜Ｓ４０の処理を所定回数繰り返したか否かを判定し、所定回数繰り返していなければ（ステップＳ４１：ＮＯ）、ステップＳ３１へ戻って、所定回数になるまでステップＳ３１〜Ｓ４０を反復実行する。そして、ステップＳ３１〜Ｓ４０の処理が所定回数繰り返されると（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、Ｖ相についてのオン故障検出処理が終了する。このとき、ステップＳ３１でスイッチング素子Ｑ３のオン期間へシフトされたサンプリング点は、元の位置（スイッチング素子Ｑ３のオフ期間）に戻される。
【００５６】
図１１は、図８のステップＳ３の詳細な手順を示したフローチャートである。ステップＳ５１では、Ｗ相のサンプリング点を移動させる処理を行う。すなわち、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流（Ｗ相電流）の検出タイミングを、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間からオン期間へシフトさせる。次に、ステップＳ５２へ進んで、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流（Ｕ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間に行われる。すなわち、Ｕ相電流の検出タイミングはシフトしない。次に、ステップＳ５３へ進んで、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流（Ｖ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間に行われる。すなわち、Ｖ相電流の検出タイミングもシフトしない。
【００５７】
続いてステップＳ５４へ移り、ステップＳ５２およびＳ５３で得られたＵ相電流とＶ相電流の電流値から、前述のＩｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係を用いてＷ相電流の電流値を推定する。本来、Ｗ相電流は、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間（Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６のオン期間）において検出されるものであるが、Ｗ相のサンプリング点を移動したことにより、これができなくなるため、上述のように電流値を推定することで、モータ４の制御に必要なＷ相電流の電流値を得るようにしている。
【００５８】
次に、ステップＳ５５において、ステップＳ５１で移動させたサンプリング点において検出されたシャント抵抗Ｒｗの両端電圧に基づいて、Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６のオン故障の有無を判定する。Ｕ相、Ｖ相の場合と同様に、スイッチング素子Ｑ６がオン故障しておれば、シャント抵抗Ｒｗの両端に大きな電圧が発生し、オン故障していなければ、シャント抵抗Ｒｗの両端に電圧は発生しないので、これによりオン故障の有無を判定することができる。
【００５９】
次に、ステップＳ５６において、ステップＳ５２で得られたＵ相電流値に基づいて、Ｕ相に故障が発生しているか否かを判定する。さらに、ステップＳ５７において、ステップＳ５３で得られたＶ相電流値に基づいて、Ｖ相に故障が発生しているか否かを判定する。これらの故障判定は、従来と同じ方法で行われる。
【００６０】
ステップＳ５８では、ステップＳ５５での判定の結果、Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６がオン故障しておれば（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、ステップＳ６２へ移って、前述のステップＳ２２と同様の異常時処理を行う。一方、スイッチング素子Ｑ６がオン故障していなければ（ステップＳ５８：ＮＯ）、ステップＳ５９へ移る。
【００６１】
ステップＳ５９では、ステップＳ５６での判定の結果、Ｕ相に故障が発生しておれば（ステップＳ５９：ＹＥＳ）、ステップＳ６２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｕ相に故障が発生していなければ（ステップＳ５９：ＮＯ）、ステップＳ６０へ移る。
【００６２】
ステップＳ６０では、ステップＳ５７での判定の結果、Ｖ相に故障が発生しておれば（ステップＳ６０：ＹＥＳ）、ステップＳ６２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｖ相に故障が発生していなければ（ステップＳ６０：ＮＯ）、ステップＳ６１へ移る。
【００６３】
ステップＳ６１では、ステップＳ５１〜Ｓ６０の処理を所定回数繰り返したか否かを判定し、所定回数繰り返していなければ（ステップＳ６１：ＮＯ）、ステップＳ５１へ戻って、所定回数になるまでステップＳ５１〜Ｓ６０を反復実行する。そして、ステップＳ５１〜Ｓ６０の処理が所定回数繰り返されると（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、Ｗ相についてのオン故障検出処理が終了する。このとき、ステップＳ５１でスイッチング素子Ｑ５のオン期間へシフトされたサンプリング点は、元の位置（スイッチング素子Ｑ５のオフ期間）に戻される。
【００６４】
図１２は、図８のステップＳ４の詳細な手順を示したフローチャートである。ステップＳ７１では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のサンプリング点（相電流検出タイミング）を、通常の位置に設定する。すなわち、Ｕ相については、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間にサンプリング点を設定し（図６（ｈ））、Ｖ相については、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間にサンプリング点を設定し（図６（ｉ））、Ｗ相については、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間にサンプリング点を設定する（図示省略）。
【００６５】
次に、ステップＳ７２において、ステップＳ７１で設定したＵ相のサンプリング点でサンプリングを行い、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れるＵ相電流の電流値を測定する。次のステップＳ７３では、ステップＳ７１で設定したＶ相のサンプリング点でサンプリングを行い、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れるＶ相電流の電流値を測定する。次のステップＳ７４では、ステップＳ７１で設定したＷ相のサンプリング点でサンプリングを行い、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れるＷ相電流の電流値を測定する。
【００６６】
次に、ステップＳ７５において、ステップＳ７２で得られたＵ相電流値に基づいて、Ｕ相に故障が発生しているか否かを判定する。また、ステップＳ７６において、ステップＳ７３で得られたＶ相電流値に基づいて、Ｖ相に故障が発生しているか否かを判定する。さらに、ステップＳ７７において、ステップＳ７４で得られたＷ相電流値に基づいて、Ｗ相に故障が発生しているか否かを判定する。これらの故障判定は、従来と同じ方法で行われる。
【００６７】
次に、ステップＳ７８において、相電流検出回路に故障が発生しているか否かを判定する。ここでいう相電流検出回路は、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗのことである。正常状態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電流値の和はゼロになるはずであるから、ステップＳ７８では、ステップＳ７２〜Ｓ７４で測定したＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、Ｗ相電流値Ｉｗを用いて、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０が成立するか否かを判定する。この関係が成立しない場合、つまり各相電流値の和がゼロでない場合は、相電流検出機能に異常があり、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗのいずれか（または全部）が故障していることになる。
【００６８】
ステップＳ７９では、ステップＳ７５での判定の結果、Ｕ相に故障が発生しておれば（ステップＳ７９：ＹＥＳ）、ステップＳ８４へ移って前述のステップＳ２２と同様の異常時処理を行い、Ｕ相に故障が発生していなければ（ステップＳ７９：ＮＯ）、ステップＳ８０へ移る。
【００６９】
ステップＳ８０では、ステップＳ７６での判定の結果、Ｖ相に故障が発生しておれば（ステップＳ８０：ＹＥＳ）、ステップＳ８４へ移って異常時処理を行い、Ｖ相に故障が発生していなければ（ステップＳ８０：ＮＯ）、ステップＳ８１へ移る。
【００７０】
ステップＳ８１では、ステップＳ７７での判定の結果、Ｗ相に故障が発生しておれば（ステップＳ８１：ＹＥＳ）、ステップＳ８４へ移って異常時処理を行い、Ｗ相に故障が発生していなければ（ステップＳ８１：ＮＯ）、ステップＳ８２へ移る。
【００７１】
ステップＳ８２では、ステップＳ７８での判定の結果、相電流検出回路に故障が発生しておれば（ステップＳ８２：ＹＥＳ）、ステップＳ８４へ移って異常時処理を行い、相電流検出回路に故障が発生していなければ（ステップＳ８２：ＮＯ）、ステップＳ８３へ移る。
【００７２】
ステップＳ８３では、ステップＳ７１〜Ｓ８２の処理を所定回数繰り返したか否かを判定し、所定回数繰り返していなければ（ステップＳ８３：ＮＯ）、ステップＳ７１へ戻って、所定回数になるまでステップＳ７１〜Ｓ８２を反復実行する。そして、ステップＳ７１〜Ｓ８２の処理が所定回数繰り返されると（ステップＳ８３：ＹＥＳ）、故障検出処理が終了する。
【００７３】
このように、上述した実施形態においては、検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定をＵ相、Ｖ相、Ｗ相について順次行い（図８のステップＳ１〜Ｓ３）、全ての相についてオン故障有無の判定が終了すると、続いて、検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の故障有無や相電流検出回路の故障有無を判定している（図８のステップＳ４）。このため、各相における下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のオン故障だけでなく、上側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のオン故障や、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗの故障などの他の故障も判定することができる。この結果、より精度の高い故障判定を行うことができる。
【００７４】
図１３は、本発明の他の実施形態による故障判定手順の概略を示したフローチャートである。本手順は、制御部１に備わるＣＰＵにより実行される。図１３において、ステップＳ１０１では、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障を検出する処理を行う。この処理は、図８のステップＳ１の処理と同じである。それが終わると、ステップＳ１０２に移り、検出タイミングをシフトさせずに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれにつき、上側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のオフ期間において、各相のシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに流れる相電流をそれぞれ検出し、この相電流に基づいて各相の故障や相電流検出回路の故障を検出する処理を行う。この処理は、図８のステップＳ４の処理と同じである。
【００７５】
次に、ステップＳ１０３に移り、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４のオン故障を検出する処理を行う。この処理は、図８のステップＳ２の処理と同じである。それが終わると、ステップＳ１０４に移って、ステップＳ１０２と同じ処理、すなわち各相の相電流に基づく故障検出処理を行う。
【００７６】
次に、ステップＳ１０５に移り、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６のオン故障を検出する処理を行う。この処理は、図８のステップＳ３の処理と同じである。それが終わると、ステップＳ１０６に移って、ステップＳ１０２と同じ各相の相電流に基づく故障検出処理を行い、それが終わると一連の処理を終了する。
【００７７】
図１３において、ステップＳ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０５の詳細手順は、それぞれ図９、図１０、図１１と同じであるので、ここでは説明を省略する。また、ステップＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６の詳細手順は、図１２と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００７８】
このように、図１３の実施形態においては、ある相について検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を行った後、次の相について同様の判定を行う前に、検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のオフ期間において各相のシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の故障有無および相電流検出回路の故障有無を判定している。このため、図８の場合と同様に、各相における下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のオン故障だけでなく、他の故障も診断できるので、より精度の高い故障判定を行うことができる。
【００７９】
ところで、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗの時定数が大きい（応答性が悪い）と、前回のサンプリング値の影響が残って正確な電流検出値が得られなくなるため、サンプルホールド回路の応答性によっては、図８の実施形態のように、ある相について検出タイミングをシフトさせてオン故障判定を行った後、直ちに、その相について検出タイミングを元に戻し、次の相について検出タイミングをシフトさせてオン故障判定へ移行することが困難な場合がある。しかるに、図１３のように、ある相のオン故障判定から次の相のオン故障判定へ移る前に、通常の相電流検出に基づく故障判定を行うステップ（Ｓ１０２、Ｓ１０４）を介在させることで、サンプルホールド回路の応答性に問題がある場合でも円滑な故障判定を行うことができる。
【００８０】
図１４は、本発明の他の実施形態によるオン故障の検出方法を説明するためのタイムチャートである。図１４の各符号は、図６および図７の各符号に対応している。
【００８１】
先の実施形態（図７）においては、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定するようにしたが、図１４の実施形態においては、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間においてシャント抵抗に流れる電流に基づき算出するようにしている。
【００８２】
例えば、Ｕ相についてみると、図１４の場合は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオン期間とオフ期間の両方において、Ｕ相電流検出サンプリング信号ＳＰｕが出力され、シャント抵抗Ｒｕに流れる電流が検出される（図１４（ｈ））。ｔ６とｔ１２のタイミングでは、異常電流に基づくオン故障が検出され、ｔ３とｔ９のタイミングでは、本来の相電流が検出される。これにより、検出タイミングをシフトさせたときのＵ相の電流値を、推定値ではなく実測値として得ることができる。他の相についても同様である。
【００８３】
本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、図９〜図１１の手順においては、１つの相についてのオン故障有無の判定を所定回数繰り返しており（ステップＳ２１、Ｓ４１、Ｓ６１）、これによってオン故障の判定精度を高めることができるが、オン故障有無の判定は、繰り返さずに１つの相につき１回だけ実行してもよい。同様に、図１２の手順においては、相電流検出に基づく故障判定を所定回数繰り返しているが（ステップＳ８３）、この判定は繰り返さずに１回だけ実行してもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、モータ４としてブラシレスモータを例に挙げたが、本発明は誘導電動機や同期電動機のような複数の相を有するモータを駆動するための多相モータ駆動装置全般に適用することができる。
【００８５】
また、上記実施形態では、本発明を車両の電動パワーステアリング装置に適用した例を挙げたが、本発明はこれ以外の装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施形態に係る多相モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。
【図２】指令電圧の信号波形を示した図である。
【図３】インバータ回路とモータ間の通電パターンを説明する図である。
【図４】インバータ回路とモータ間の通電パターンを説明する図である。
【図５】インバータ回路とモータ間の通電パターンを説明する図である。
【図６】Ｕ相電流の検出方法を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明におけるオン故障の検出方法を説明するためのタイムチャートである。
【図８】本発明による故障判定手順の概略を示したフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ１の詳細な手順を示したフローチャートである。
【図１０】図８のステップＳ２の詳細な手順を示したフローチャートである。
【図１１】図８のステップＳ３の詳細な手順を示したフローチャートである。
【図１２】図８のステップＳ４の詳細な手順を示したフローチャートである。
【図１３】本発明の他の実施形態による故障判定手順の概略を示したフローチャートである。
【図１４】本発明の他の実施形態によるオン故障の検出方法を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８７】
１ 制御部
２ ＰＷＭ回路
３ インバータ回路
４ モータ
５ｕ、５ｖ、５ｗ サンプルホールド回路（相電流検出回路）
６ｕ、６ｖ、６ｗ 直流増幅回路
Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード
Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ シャント抵抗
Ｅ バッテリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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多相モータ駆動装置に関し、特に、スイッチング素子の故障を検出する技術に関する。
【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多相モータが設けられる。この多相モータを駆動する装置は、制御部と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路と、インバータ回路とを備える。制御部は、トルクセンサで検出された操舵トルクに応じてモータに流すべき電流の目標値を算出し、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、ＰＷＭ回路へ与える指令値を算出する。ＰＷＭ回路は、指令値に応じたデューティ比を持つＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路へ与える。インバータ回路は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じてオン・オフする上下一対のスイッチング素子を各相ごとに有しており、これらのスイッチング素子のオン・オフ動作に基づき、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、スイッチング素子と直列に接続された相電流検出用のシャント抵抗の両端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。
【０００３】
上記のような多相モータ駆動装置において、短絡等の故障が生じるとモータ駆動が正常に行えなくなることから、故障検出を行うための回路が設けられる。下記の特許文献１、２には、このような故障検出回路が示されている。特許文献１では、インバータ回路の各相の下側のＦＥＴのドレイン電圧とゲート電圧とに基づく異常判断用電圧を検出する検出回路を設け、この検出回路で検出された電圧の電圧値と所定値とを比較し、電圧値が所定値よりも大きい場合に、ＦＥＴに出力されている制御信号を停止させるようにしている。特許文献２では、インバータ回路の各相に流れる実電流値と推定電流値のような、実測あるいは推定によって求めた２つの電流値を比較することにより、各相に流れる電流値の異常を検出するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５７４６３号公報
【特許文献２】特開２００５−１４３１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような上下一対のスイッチング素子を各相に有するインバータ回路において、ある相のスイッチング素子が、素子自体の異常によりオンした状態のままとなり、オフ状態に戻らなくなることがある。また、素子自体は正常であっても、素子に制御信号を与える制御回路が異常でオン信号を出力し続けることにより、スイッチング素子がオン状態のままとなり、オフ状態に戻らなくなることがある。このようにスイッチング素子がオン状態のままとなる故障を、以下では「オン故障」と呼ぶことにする。
【０００６】
ところで、各相の下側のスイッチング素子にそれぞれモータの相電流を検出するためのシャント抵抗が接続されたインバータ回路においては、上側のスイッチング素子のオン故障は検出できるが、下側のスイッチング素子のオン故障は検出できない。その理由は、以下のとおりである。下側のスイッチング素子のオン故障を検出するには、上側のスイッチング素子がオン（下側のスイッチング素子がオフ）となる期間において、下側のスイッチング素子に流れる電流を検出する必要がある。しかし、下側のスイッチング素子にシャント抵抗が接続されたインバータ回路の場合、上側のスイッチング素子がオフ（下側のスイッチング素子がオン）となる期間でサンプリングを行って、シャント抵抗の両端電圧をサンプルホールドすることで、モータの相電流を検出する。そのため、上側のスイッチング素子がオンとなる期間では、サンプリングが行われず、下側のスイッチング素子に流れる電流を検出できないからである。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、インバータ回路における下側のスイッチング素子のオン故障を検出することが可能な多相モータ駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る多相モータ駆動装置は、複数の相のそれぞれに対応して上下一対のスイッチング素子が設けられ、各相の下側のスイッチング素子にそれぞれ相電流検出用のシャント抵抗が接続され、各相における一対のスイッチング素子の接続点から多相モータ駆動用の電圧が取り出されるように構成されたインバータ回路と、このインバータ回路の各スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御手段とを備え、上側のスイッチング素子のオフ期間にシャント抵抗に流れる電流を検出する多相モータ駆動装置であって、ある相のシャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間からオン期間へシフトさせて、オン期間にその相のシャント抵抗に流れる電流に基づき、当該相における下側のスイッチング素子がオン状態のままとなるオン故障か否かを判定する判定手段と、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定する電流値推定手段とを設けたものである。
【０００９】
このように、シャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、上側のスイッチング素子がオンとなる期間へシフトさせることにより、下側のスイッチング素子がオフとなる期間において当該素子に流れる電流を検出することができる。そして、この期間において下側のスイッチング素子にオン故障が発生した場合は、上下のスイッチング素子が共にオンとなってシャント抵抗に異常電流が流れるので、この異常電流を検出することで、下側のスイッチング素子がオン故障であると判定することができる。また、単に検出タイミングをシフトさせただけでは、上側のスイッチング素子のオフ期間（下側のスイッチング素子のオン期間）において本来必要な相電流の検出ができなくなるが、本発明では、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定することにより、この問題を解決することができる。
【００１０】
本発明において、故障判定の手順としてはいくつかのものが考えられる。例えば、検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を各相について順次行い、全ての相についてオン故障有無の判定が終了すると、続いて、検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて他の故障の有無を判定する方法が考えられる。
【００１１】
これによると、検出タイミングをシフトさせて各相ごとにオン故障有無の判定を行った後に、検出タイミングをシフトさせない通常の相電流検出に基づく故障判定が行われるので、各相における下側のスイッチング素子のオン故障だけでなく、上側のスイッチング素子のオン故障や相電流検出回路の故障などの他の故障も診断することができる。この結果、より精度の高い故障判定を行うことができる。
【００１２】
また、他の手順として、ある相について検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を行った後、次の相について同様の判定を行う前に、検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて他の故障の有無を判定する方法が考えられる。
【００１３】
これによると、上記と同様に、各相における下側のスイッチング素子のオン故障だけでなく、他の故障も診断できるので、より精度の高い故障判定を行うことができる。また、相電流検出回路の応答性によっては、ある相について検出タイミングをシフトさせてオン故障判定を行った後、直ちに、その相について検出タイミングを元に戻し、次の相について検出タイミングをシフトさせてオン故障判定へ移行することが困難な場合があるが、ある相のオン故障判定から次の相のオン故障判定へ移る前に、通常の相電流検出に基づく故障判定を行うステップを介在させることで、相電流検出回路の応答性に問題がある場合でも円滑な故障判定を行うことができる。
【００１４】
本発明では、１つの相についてのオン故障有無の判定を所定回数繰り返すようにしてもよい。これにより、オン故障の判定精度を高めることができる。
【００１５】
また、本発明では、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定する電流値推定手段に代えて、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間においてシャント抵抗に流れる電流に基づき電流値を算出する電流値算出手段を用いてもよい。
【００１６】
この場合は、上側のスイッチング素子のオン期間とオフ期間の両方においてサンプリングを実施すればよい。これにより、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、推定値ではなく実測値として得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シャント抵抗に流れる電流の検出タイミングをシフトさせることによって、インバータ回路における下側のスイッチング素子のオン故障を検出することが可能な多相モータ駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る多相モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。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信号を出力する公知のＰＷＭ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から出力される３相電圧により駆動されるモータ、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、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗおよび直流増幅回路６ｕ、６ｖ、６ｗによって、多相モータ駆動装置が構成される。また、制御部１は、本発明における判定手段、電流値推定手段、電流値算出手段の一実施形態であり、制御部１およびＰＷＭ回路２は、本発明における制御手段の一実施形態である。
【００１９】
インバータ回路３は、バッテリＥの正極と負極（グランド）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スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を備えており、これらのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、それぞれ還流用のダイオードＤ１〜Ｄ６が並列に接続されている。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。
【００２０】
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、各相における一対のスイッチング素子の接続点ａ、ｃ、ｅから、多相モータ駆動用の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。モータ４は、例えば３相ブラシレスモータからなる。
【００２１】
インバータ回路３における各相の下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６には、それぞれ、モータ４の相電流を検出するためのシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗが接続されている。シャント抵抗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。シャント抵抗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。シャント抵抗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。
【００２２】
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。制御部１からのサンプリング信号ＳＰｕ、ＳＰｖ、ＳＰｗによって、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗが所定のタイミングでオンになると、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの両端の電圧がサンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗに取り込まれ、コンデンサＣｕ、Ｃｖ、Ｃｗに充電される。その後、スイッチＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗがオフになると、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、相電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとして出力される。これらの相電流検出信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、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。
【００２３】
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、当該目標値と相電流検出値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。
【００２４】
図２は、制御部１からＰＷＭ回路２へ与えられる指令電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの信号波形を示した図である。ここでは、ＰＷＭ信号のデューティ比が５０％となるときの指令電圧値を０ボルトとしてある。したがって、指令電圧値が＋の値をとる場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を超え、指令電圧値が−の値をとる場合は、ＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を下回る。
【００２５】
例えば、図２のタイミングｔにおけるＵ相指令電圧ＶｕとＶ相指令電圧Ｖｖについて考えると（説明を簡単にするためＷ相指令電圧Ｖｗについては省略）、タイミングｔでのＵ相指令電圧Ｖｕは＋の値、Ｖ相指令電圧Ｖｖは−の値となっている。したがって、各指令電圧Ｖｕ、Ｖｖと同じ電圧がインバータ回路３のａ点、ｃ点からそれぞれ出力される場合、図１のａ点の電位（Ｕ相電圧）は＋、ｃ点の電位（Ｖ相電圧）は−となるから、Ｕ相からＶ相へ電流が流れる。このとき、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１に与えられるＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を超える値となる。例えばデューティ比＝７０％とすると、素子Ｑ１がオンしている期間とオフしている期間との比率は７：３となる。一方、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３に与えられるＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を下回る値となる。例えばデューティ比＝３０％とすると、素子Ｑ３がオンしている期間とオフしている期間との比率は３：７となる。
【００２６】
インバータ回路３とモータ４間の通電状態には、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン・オフの態様に応じて、図３〜図５のような３つのパターンがある。各図は図１の一部を抽出した回路であって、ここでは故障の発生していない正常状態での電流経路が示されている。
【００２７】
図３は、パターンＡを示しており、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（図４、図５においても同様）。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。パターンＡは、１つの相（Ｕ相）における上側のスイッチング素子（Ｑ１）がオン、下側のスイッチング素子（Ｑ２）がオフであり、他の相（Ｖ相）における上側のスイッチング素子（Ｑ３）がオフ、下側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、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→シャント抵抗Ｒｖの経路で相電流Ｉが流れる。
【００２８】
図４は、パターンＢを示している。パターンＢは、１つの相（Ｕ相）における上側のスイッチング素子（Ｑ１）がオフ、下側のスイッチング素子（Ｑ２）がオンであり、他の相（Ｖ相）においても上側のスイッチング素子（Ｑ３）がオフ、下側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→シャント抵抗Ｒｖ→シャント抵抗Ｒｕ→スイッチング素子Ｑ２の経路で相電流Ｉが流れる。
【００２９】
図５は、パターンＣを示している。パターンＣは、１つの相（Ｕ相）における上側のスイッチング素子（Ｑ１）がオン、下側のスイッチング素子（Ｑ２）がオフであり、他の相（Ｖ相）においても上側のスイッチング素子（Ｑ３）がオン、下側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の経路で相電流Ｉが流れる。このパターンＣの場合は、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖに相電流Ｉは流れない。
【００３０】
次に、図１の多相モータ駆動装置における相電流の検出について説明する。なお、以下では、Ｕ相電流を検出する場合を例に挙げるが、他の相の電流も同様の原理に従って検出することができる。図３〜図５で説明した各パターンのうち、Ｕ相電流検出用のシャント抵抗Ｒｕに相電流が流れるのは、パターンＢ（図４）の場合である。パターンＢにおいては、ａ点の電位が＋、ｃ点の電位が−であって、Ｕ相からＶ相に相電流Ｉが流れる。このとき、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１に与えられるＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を超え、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２に与えられるＰＷＭ信号のデューティ比は５０％を下回ることについては、前述のとおりである。
【００３１】
図６は、Ｕ相電流の検出方法を説明するためのタイムチャートであって、図２のタイミングｔ（厳密にはｔ近傍の微小区間）における各信号の波形を表したものである。図６において、（ａ）〜（ｄ）は、それぞれＵ相上、Ｕ相下、Ｖ相上、Ｖ相下の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４にＰＷＭ回路２から与えられるＰＷＭ信号を示している。（ｅ）はシャント抵抗Ｒｕに流れる電流によって当該抵抗Ｒｕの両端に生じる電圧を示している。（ｆ）はシャント抵抗Ｒｖに流れる電流によって当該抵抗Ｒｖの両端に生じる電圧を示している。（ｇ）は各区間に該当する図３〜図５のパターンを示している。（ｈ）はＵ相電流を検出するために制御部１から出力されるサンプリング信号ＳＰｕを示している。（ｉ）はＶ相電流を検出するために制御部１から出力されるサンプリング信号ＳＰｖを示している。また、ＴはＰＷＭ信号の１周期を表しており、ｔ１〜ｔ１４は各タイミングを表している。
【００３２】
図６のように、Ｕ相電流を検出する場合は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１がオフ（Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２がオン）となる期間（ｔ２〜ｔ４、ｔ８〜ｔ１０）において、サンプリング信号ＳＰｕによりシャント抵抗Ｒｕの電圧を検出する（ｔ３、ｔ９）。しかし、この方法では、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障を検出するために必要な、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオン期間（ｔ４〜ｔ８、ｔ１０〜ｔ１４）におけるサンプリングが行われないので、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障を検出することができない。
【００３３】
図７は、本発明におけるオン故障の検出方法を説明するためのタイムチャートである。図７の各符号は、図６の各符号に対応している。図７においては、（ｈ）に示すＵ相電流検出サンプリング信号ＳＰｕを、破線のようにＵ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間（ｔ２〜ｔ４、ｔ８〜ｔ１０）では発生させずに、実線のようにオン期間（ｔ４〜ｔ８、ｔ１０〜ｔ１４）において発生させている（ｔ６、ｔ１２）。すなわち、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流の検出タイミングを、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間からオン期間へシフトさせている。
【００３４】
Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２にオン故障が発生すると、このスイッチング素子Ｑ２は、ＰＷＭ回路２からの信号に関係なく、図７（ｂ）のようにオン状態のままとなる。そして、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１がオンとなる期間では、上下のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が共にオン状態となって、両素子を通じてシャント抵抗Ｒｕに異常電流（大電流）が流れるため、図７（ｅ）のクロスハッチングで示すように、シャント抵抗Ｒｕの両端に大きな電圧が発生する。そこで、図７（ｈ）のように、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオン期間におけるｔ６、ｔ１２のタイミングでサンプリングを行えば、この大きな電圧が検出されるので、これによってＵ相下のスイッチング素子Ｑ２がオン故障であると判定することができる。
【００３５】
一方、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２にオン故障が発生していない場合は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオン期間に、スイッチング素子Ｑ２はオフ状態にあって電流が流れないため、ｔ６、ｔ１２のタイミングでサンプリングを行ってもシャント抵抗Ｒｕの電圧は検出されない。これによって、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２がオン故障ではないと判定することができる。
【００３６】
以上述べたような処理、すなわち、シャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、上側のスイッチング素子のオフ期間からオン期間へシフトさせてサンプリングを行う処理を、各相について順番に行うことによって、オン故障判定のための特別な回路を付加しなくても、既存のシャント抵抗を利用して、各相における下側のスイッチング素子のオン故障の有無を判定することができる。
【００３７】
図８は、本発明による故障判定手順の概略を示したフローチャート、図９〜図１２は、図８の各ステップの詳細を示したフローチャートである。各フローチャートの手順は、制御部１に備わるＣＰＵにより実行される。
【００３８】
図８において、ステップＳ１では、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障を検出する処理を行う。それが終わると、ステップＳ２に移り、次はＶ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４のオン故障を検出する処理を行う。それが終わると、ステップＳ３に移り、次はＷ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６のオン故障を検出する処理を行う。
【００３９】
このようにして、全ての相について検出タイミングのシフト（図７）に基づくオン故障の検出が終了すると、ステップＳ４に移り、今度は検出タイミングをシフトさせずに（図６）、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれにつき、上側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のオフ期間において、各相のシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに流れる相電流をそれぞれ検出し、この相電流に基づいて各相の故障や相電流検出回路の故障を検出する処理を行う。
【００４０】
図９は、図８のステップＳ１の詳細な手順を示したフローチャートである。ステップＳ１１では、Ｕ相のサンプリング点を移動させる処理を行う。すなわち、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流（Ｕ相電流）の検出タイミングを、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間からオン期間へシフトさせる（図７（ｈ））。次に、ステップＳ１２へ進んで、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流（Ｖ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間に行われる。すなわち、Ｖ相電流の検出タイミングはシフトしない（図７（ｉ））。次に、ステップＳ１３へ進んで、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流（Ｗ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間に行われる。すなわち、Ｗ相電流の検出タイミングもシフトしない。
【００４１】
続いてステップＳ１４へ移り、ステップＳ１２およびＳ１３で得られたＶ相電流とＷ相電流の電流値から、Ｕ相電流の電流値を推定する。周知のように、Ｕ相電流値をＩｕ、Ｖ相電流値をＩｖ、Ｗ相電流値をＩｗとしたとき、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０であるから、この関係を用いてＵ相電流値Ｉｕを推定することができる。本来、Ｕ相電流は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間（Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン期間）において検出されるものであるが、Ｕ相のサンプリング点を移動したことにより、これができなくなるため、上述のように電流値を推定することで、モータ４の制御に必要なＵ相電流の電流値を得るようにしている。
【００４２】
次に、ステップＳ１５において、ステップＳ１１で移動させたサンプリング点において検出されたシャント抵抗Ｒｕの両端電圧に基づいて、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障の有無を判定する。前述のように、スイッチング素子Ｑ２がオン故障しておれば、シャント抵抗Ｒｕの両端に大きな電圧が発生し、オン故障していなければ、シャント抵抗Ｒｕの両端に電圧は発生しないので、これによりオン故障の有無を判定することができる。
【００４３】
次に、ステップＳ１６において、ステップＳ１２で得られたＶ相電流値に基づいて、Ｖ相に故障が発生しているか否かを判定する。さらに、ステップＳ１７において、ステップＳ１３で得られたＷ相電流値に基づいて、Ｗ相に故障が発生しているか否かを判定する。これらの故障判定は、従来と同じ方法で行われる。
【００４４】
ステップＳ１８では、ステップＳ１５での判定の結果、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２がオン故障しておれば（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、ステップＳ２２へ移って異常時処理を行う。具体的には、インバータ回路３からモータ４への電源供給を停止して、モータ４を停止させる処理を行う。また、必要に応じて警報を出力する。一方、スイッチング素子Ｑ２がオン故障していなければ（ステップＳ１８：ＮＯ）、ステップＳ１９へ移る。
【００４５】
ステップＳ１９では、ステップＳ１６での判定の結果、Ｖ相に故障が発生しておれば（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ２２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｖ相に故障が発生していなければ（ステップＳ１９：ＮＯ）、ステップＳ２０へ移る。
【００４６】
ステップＳ２０では、ステップＳ１７での判定の結果、Ｗ相に故障が発生しておれば（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｗ相に故障が発生していなければ（ステップＳ２０：ＮＯ）、ステップＳ２１へ移る。
【００４７】
ステップＳ２１では、ステップＳ１１〜Ｓ２０の処理を所定回数繰り返したか否かを判定し、所定回数繰り返していなければ（ステップＳ２１：ＮＯ）、ステップＳ１１へ戻って、所定回数になるまでステップＳ１１〜Ｓ２０を反復実行する。そして、ステップＳ１１〜Ｓ２０の処理が所定回数繰り返されると（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、Ｕ相についてのオン故障検出処理が終了する。このとき、ステップＳ１１でスイッチング素子Ｑ１のオン期間へシフトされたサンプリング点は、元の位置（スイッチング素子Ｑ１のオフ期間）に戻される。
【００４８】
図１０は、図８のステップＳ２の詳細な手順を示したフローチャートである。ステップＳ３１では、Ｖ相のサンプリング点を移動させる処理を行う。すなわち、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流（Ｖ相電流）の検出タイミングを、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間からオン期間へシフトさせる。次に、ステップＳ３２へ進んで、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流（Ｕ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間に行われる。すなわち、Ｕ相電流の検出タイミングはシフトしない。次に、ステップＳ３３へ進んで、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流（Ｗ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間に行われる。すなわち、Ｗ相電流の検出タイミングもシフトしない。
【００４９】
続いてステップＳ３４へ移り、ステップＳ３２およびＳ３３で得られたＵ相電流とＷ相電流の電流値から、前述のＩｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係を用いてＶ相電流の電流値を推定する。本来、Ｖ相電流は、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間（Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４のオン期間）において検出されるものであるが、Ｖ相のサンプリング点を移動したことにより、これができなくなるため、上述のように電流値を推定することで、モータ４の制御に必要なＶ相電流の電流値を得るようにしている。
【００５０】
次に、ステップＳ３５において、ステップＳ３１で移動させたサンプリング点において検出されたシャント抵抗Ｒｖの両端電圧に基づいて、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４のオン故障の有無を判定する。Ｕ相の場合と同様に、スイッチング素子Ｑ４がオン故障しておれば、シャント抵抗Ｒｖの両端に大きな電圧が発生し、オン故障していなければ、シャント抵抗Ｒｖの両端に電圧は発生しないので、これによりオン故障の有無を判定することができる。
【００５１】
次に、ステップＳ３６において、ステップＳ３２で得られたＵ相電流値に基づいて、Ｕ相に故障が発生しているか否かを判定する。さらに、ステップＳ３７において、ステップＳ３３で得られたＷ相電流値に基づいて、Ｗ相に故障が発生しているか否かを判定する。これらの故障判定は、従来と同じ方法で行われる。
【００５２】
ステップＳ３８では、ステップＳ３５での判定の結果、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４がオン故障しておれば（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、ステップＳ４２へ移って、前述のステップＳ２２と同様の異常時処理を行う。一方、スイッチング素子Ｑ４がオン故障していなければ（ステップＳ３８：ＮＯ）、ステップＳ３９へ移る。
【００５３】
ステップＳ３９では、ステップＳ３６での判定の結果、Ｕ相に故障が発生しておれば（ステップＳ３９：ＹＥＳ）、ステップＳ４２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｕ相に故障が発生していなければ（ステップＳ３９：ＮＯ）、ステップＳ４０へ移る。
【００５４】
ステップＳ４０では、ステップＳ３７での判定の結果、Ｗ相に故障が発生しておれば（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ４２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｗ相に故障が発生していなければ（ステップＳ４０：ＮＯ）、ステップＳ４１へ移る。
【００５５】
ステップＳ４１では、ステップＳ３１〜Ｓ４０の処理を所定回数繰り返したか否かを判定し、所定回数繰り返していなければ（ステップＳ４１：ＮＯ）、ステップＳ３１へ戻って、所定回数になるまでステップＳ３１〜Ｓ４０を反復実行する。そして、ステップＳ３１〜Ｓ４０の処理が所定回数繰り返されると（ステップＳ４１：ＹＥＳ）、Ｖ相についてのオン故障検出処理が終了する。このとき、ステップＳ３１でスイッチング素子Ｑ３のオン期間へシフトされたサンプリング点は、元の位置（スイッチング素子Ｑ３のオフ期間）に戻される。
【００５６】
図１１は、図８のステップＳ３の詳細な手順を示したフローチャートである。ステップＳ５１では、Ｗ相のサンプリング点を移動させる処理を行う。すなわち、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流（Ｗ相電流）の検出タイミングを、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間からオン期間へシフトさせる。次に、ステップＳ５２へ進んで、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流（Ｕ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間に行われる。すなわち、Ｕ相電流の検出タイミングはシフトしない。次に、ステップＳ５３へ進んで、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流（Ｖ相電流）の電流値を測定する。このときの電流検出は、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間に行われる。すなわち、Ｖ相電流の検出タイミングもシフトしない。
【００５７】
続いてステップＳ５４へ移り、ステップＳ５２およびＳ５３で得られたＵ相電流とＶ相電流の電流値から、前述のＩｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係を用いてＷ相電流の電流値を推定する。本来、Ｗ相電流は、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間（Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６のオン期間）において検出されるものであるが、Ｗ相のサンプリング点を移動したことにより、これができなくなるため、上述のように電流値を推定することで、モータ４の制御に必要なＷ相電流の電流値を得るようにしている。
【００５８】
次に、ステップＳ５５において、ステップＳ５１で移動させたサンプリング点において検出されたシャント抵抗Ｒｗの両端電圧に基づいて、Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６のオン故障の有無を判定する。Ｕ相、Ｖ相の場合と同様に、スイッチング素子Ｑ６がオン故障しておれば、シャント抵抗Ｒｗの両端に大きな電圧が発生し、オン故障していなければ、シャント抵抗Ｒｗの両端に電圧は発生しないので、これによりオン故障の有無を判定することができる。
【００５９】
次に、ステップＳ５６において、ステップＳ５２で得られたＵ相電流値に基づいて、Ｕ相に故障が発生しているか否かを判定する。さらに、ステップＳ５７において、ステップＳ５３で得られたＶ相電流値に基づいて、Ｖ相に故障が発生しているか否かを判定する。これらの故障判定は、従来と同じ方法で行われる。
【００６０】
ステップＳ５８では、ステップＳ５５での判定の結果、Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６がオン故障しておれば（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、ステップＳ６２へ移って、前述のステップＳ２２と同様の異常時処理を行う。一方、スイッチング素子Ｑ６がオン故障していなければ（ステップＳ５８：ＮＯ）、ステップＳ５９へ移る。
【００６１】
ステップＳ５９では、ステップＳ５６での判定の結果、Ｕ相に故障が発生しておれば（ステップＳ５９：ＹＥＳ）、ステップＳ６２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｕ相に故障が発生していなければ（ステップＳ５９：ＮＯ）、ステップＳ６０へ移る。
【００６２】
ステップＳ６０では、ステップＳ５７での判定の結果、Ｖ相に故障が発生しておれば（ステップＳ６０：ＹＥＳ）、ステップＳ６２へ移って上述した異常時処理を行う。一方、Ｖ相に故障が発生していなければ（ステップＳ６０：ＮＯ）、ステップＳ６１へ移る。
【００６３】
ステップＳ６１では、ステップＳ５１〜Ｓ６０の処理を所定回数繰り返したか否かを判定し、所定回数繰り返していなければ（ステップＳ６１：ＮＯ）、ステップＳ５１へ戻って、所定回数になるまでステップＳ５１〜Ｓ６０を反復実行する。そして、ステップＳ５１〜Ｓ６０の処理が所定回数繰り返されると（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、Ｗ相についてのオン故障検出処理が終了する。このとき、ステップＳ５１でスイッチング素子Ｑ５のオン期間へシフトされたサンプリング点は、元の位置（スイッチング素子Ｑ５のオフ期間）に戻される。
【００６４】
図１２は、図８のステップＳ４の詳細な手順を示したフローチャートである。ステップＳ７１では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のサンプリング点（相電流検出タイミング）を、通常の位置に設定する。すなわち、Ｕ相については、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオフ期間にサンプリング点を設定し（図６（ｈ））、Ｖ相については、Ｖ相上のスイッチング素子Ｑ３のオフ期間にサンプリング点を設定し（図６（ｉ））、Ｗ相については、Ｗ相上のスイッチング素子Ｑ５のオフ期間にサンプリング点を設定する（図示省略）。
【００６５】
次に、ステップＳ７２において、ステップＳ７１で設定したＵ相のサンプリング点でサンプリングを行い、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れるＵ相電流の電流値を測定する。次のステップＳ７３では、ステップＳ７１で設定したＶ相のサンプリング点でサンプリングを行い、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れるＶ相電流の電流値を測定する。次のステップＳ７４では、ステップＳ７１で設定したＷ相のサンプリング点でサンプリングを行い、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れるＷ相電流の電流値を測定する。
【００６６】
次に、ステップＳ７５において、ステップＳ７２で得られたＵ相電流値に基づいて、Ｕ相に故障が発生しているか否かを判定する。また、ステップＳ７６において、ステップＳ７３で得られたＶ相電流値に基づいて、Ｖ相に故障が発生しているか否かを判定する。さらに、ステップＳ７７において、ステップＳ７４で得られたＷ相電流値に基づいて、Ｗ相に故障が発生しているか否かを判定する。これらの故障判定は、従来と同じ方法で行われる。
【００６７】
次に、ステップＳ７８において、相電流検出回路に故障が発生しているか否かを判定する。ここでいう相電流検出回路は、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗのことである。正常状態では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電流値の和はゼロになるはずであるから、ステップＳ７８では、ステップＳ７２〜Ｓ７４で測定したＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、Ｗ相電流値Ｉｗを用いて、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０が成立するか否かを判定する。この関係が成立しない場合、つまり各相電流値の和がゼロでない場合は、相電流検出機能に異常があり、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗのいずれか（または全部）が故障していることになる。
【００６８】
ステップＳ７９では、ステップＳ７５での判定の結果、Ｕ相に故障が発生しておれば（ステップＳ７９：ＹＥＳ）、ステップＳ８４へ移って前述のステップＳ２２と同様の異常時処理を行い、Ｕ相に故障が発生していなければ（ステップＳ７９：ＮＯ）、ステップＳ８０へ移る。
【００６９】
ステップＳ８０では、ステップＳ７６での判定の結果、Ｖ相に故障が発生しておれば（ステップＳ８０：ＹＥＳ）、ステップＳ８４へ移って異常時処理を行い、Ｖ相に故障が発生していなければ（ステップＳ８０：ＮＯ）、ステップＳ８１へ移る。
【００７０】
ステップＳ８１では、ステップＳ７７での判定の結果、Ｗ相に故障が発生しておれば（ステップＳ８１：ＹＥＳ）、ステップＳ８４へ移って異常時処理を行い、Ｗ相に故障が発生していなければ（ステップＳ８１：ＮＯ）、ステップＳ８２へ移る。
【００７１】
ステップＳ８２では、ステップＳ７８での判定の結果、相電流検出回路に故障が発生しておれば（ステップＳ８２：ＹＥＳ）、ステップＳ８４へ移って異常時処理を行い、相電流検出回路に故障が発生していなければ（ステップＳ８２：ＮＯ）、ステップＳ８３へ移る。
【００７２】
ステップＳ８３では、ステップＳ７１〜Ｓ８２の処理を所定回数繰り返したか否かを判定し、所定回数繰り返していなければ（ステップＳ８３：ＮＯ）、ステップＳ７１へ戻って、所定回数になるまでステップＳ７１〜Ｓ８２を反復実行する。そして、ステップＳ７１〜Ｓ８２の処理が所定回数繰り返されると（ステップＳ８３：ＹＥＳ）、故障検出処理が終了する。
【００７３】
このように、上述した実施形態においては、検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定をＵ相、Ｖ相、Ｗ相について順次行い（図８のステップＳ１〜Ｓ３）、全ての相についてオン故障有無の判定が終了すると、続いて、検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の故障有無や相電流検出回路の故障有無を判定している（図８のステップＳ４）。このため、各相における下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のオン故障だけでなく、上側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のオン故障や、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗの故障などの他の故障も判定することができる。この結果、より精度の高い故障判定を行うことができる。
【００７４】
図１３は、本発明の他の実施形態による故障判定手順の概略を示したフローチャートである。本手順は、制御部１に備わるＣＰＵにより実行される。図１３において、ステップＳ１０１では、Ｕ相のシャント抵抗Ｒｕに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｕ相下のスイッチング素子Ｑ２のオン故障を検出する処理を行う。この処理は、図８のステップＳ１の処理と同じである。それが終わると、ステップＳ１０２に移り、検出タイミングをシフトさせずに、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれにつき、上側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のオフ期間において、各相のシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに流れる相電流をそれぞれ検出し、この相電流に基づいて各相の故障や相電流検出回路の故障を検出する処理を行う。この処理は、図８のステップＳ４の処理と同じである。
【００７５】
次に、ステップＳ１０３に移り、Ｖ相のシャント抵抗Ｒｖに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｖ相下のスイッチング素子Ｑ４のオン故障を検出する処理を行う。この処理は、図８のステップＳ２の処理と同じである。それが終わると、ステップＳ１０４に移って、ステップＳ１０２と同じ処理、すなわち各相の相電流に基づく故障検出処理を行う。
【００７６】
次に、ステップＳ１０５に移り、Ｗ相のシャント抵抗Ｒｗに流れる電流の検出タイミングをシフトさせて、Ｗ相下のスイッチング素子Ｑ６のオン故障を検出する処理を行う。この処理は、図８のステップＳ３の処理と同じである。それが終わると、ステップＳ１０６に移って、ステップＳ１０２と同じ各相の相電流に基づく故障検出処理を行い、それが終わると一連の処理を終了する。
【００７７】
図１３において、ステップＳ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０５の詳細手順は、それぞれ図９、図１０、図１１と同じであるので、ここでは説明を省略する。また、ステップＳ１０２、Ｓ１０４、Ｓ１０６の詳細手順は、図１２と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００７８】
このように、図１３の実施形態においては、ある相について検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を行った後、次の相について同様の判定を行う前に、検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のオフ期間において各相のシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の故障有無および相電流検出回路の故障有無を判定している。このため、図８の場合と同様に、各相における下側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のオン故障だけでなく、他の故障も診断できるので、より精度の高い故障判定を行うことができる。
【００７９】
ところで、サンプルホールド回路５ｕ、５ｖ、５ｗの時定数が大きい（応答性が悪い）と、前回のサンプリング値の影響が残って正確な電流検出値が得られなくなるため、サンプルホールド回路の応答性によっては、図８の実施形態のように、ある相について検出タイミングをシフトさせてオン故障判定を行った後、直ちに、その相について検出タイミングを元に戻し、次の相について検出タイミングをシフトさせてオン故障判定へ移行することが困難な場合がある。しかるに、図１３のように、ある相のオン故障判定から次の相のオン故障判定へ移る前に、通常の相電流検出に基づく故障判定を行うステップ（Ｓ１０２、Ｓ１０４）を介在させることで、サンプルホールド回路の応答性に問題がある場合でも円滑な故障判定を行うことができる。
【００８０】
図１４は、本発明の他の実施形態によるオン故障の検出方法を説明するためのタイムチャートである。図１４の各符号は、図６および図７の各符号に対応している。
【００８１】
先の実施形態（図７）においては、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定するようにしたが、図１４の実施形態においては、検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間においてシャント抵抗に流れる電流に基づき算出するようにしている。
【００８２】
例えば、Ｕ相についてみると、図１４の場合は、Ｕ相上のスイッチング素子Ｑ１のオン期間とオフ期間の両方において、Ｕ相電流検出サンプリング信号ＳＰｕが出力され、シャント抵抗Ｒｕに流れる電流が検出される（図１４（ｈ））。ｔ６とｔ１２のタイミングでは、異常電流に基づくオン故障が検出され、ｔ３とｔ９のタイミングでは、本来の相電流が検出される。これにより、検出タイミングをシフトさせたときのＵ相の電流値を、推定値ではなく実測値として得ることができる。他の相についても同様である。
【００８３】
本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、図９〜図１１の手順においては、１つの相についてのオン故障有無の判定を所定回数繰り返しており（ステップＳ２１、Ｓ４１、Ｓ６１）、これによってオン故障の判定精度を高めることができるが、オン故障有無の判定は、繰り返さずに１つの相につき１回だけ実行してもよい。同様に、図１２の手順においては、相電流検出に基づく故障判定を所定回数繰り返しているが（ステップＳ８３）、この判定は繰り返さずに１回だけ実行してもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、モータ４としてブラシレスモータを例に挙げたが、本発明は誘導電動機や同期電動機のような複数の相を有するモータを駆動するための多相モータ駆動装置全般に適用することができる。
【００８５】
また、上記実施形態では、本発明を車両の電動パワーステアリング装置に適用した例を挙げたが、本発明はこれ以外の装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施形態に係る多相モータ駆動装置の電気的構成を示す図である。
【図２】指令電圧の信号波形を示した図である。
【図３】インバータ回路とモータ間の通電パターンを説明する図である。
【図４】インバータ回路とモータ間の通電パターンを説明する図である。
【図５】インバータ回路とモータ間の通電パターンを説明する図である。
【図６】Ｕ相電流の検出方法を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明におけるオン故障の検出方法を説明するためのタイムチャートである。
【図８】本発明による故障判定手順の概略を示したフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ１の詳細な手順を示したフローチャートである。
【図１０】図８のステップＳ２の詳細な手順を示したフローチャートである。
【図１１】図８のステップＳ３の詳細な手順を示したフローチャートである。
【図１２】図８のステップＳ４の詳細な手順を示したフローチャートである。
【図１３】本発明の他の実施形態による故障判定手順の概略を示したフローチャートである。
【図１４】本発明の他の実施形態によるオン故障の検出方法を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００８７】
１ 制御部
２ ＰＷＭ回路
３ インバータ回路
４ モータ
５ｕ、５ｖ、５ｗ サンプルホールド回路（相電流検出回路）
６ｕ、６ｖ、６ｗ 直流増幅回路
Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード
Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ シャント抵抗
Ｅ バッテリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の相のそれぞれに対応して上下一対のスイッチング素子が設けられ、各相の下側のスイッチング素子にそれぞれ相電流検出用のシャント抵抗が接続され、各相における一対のスイッチング素子の接続点から多相モータ駆動用の電圧が取り出されるように構成されたインバータ回路と、
前記インバータ回路の各スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御手段と、を備え、
上側のスイッチング素子のオフ期間にシャント抵抗に流れる電流を検出する多相モータ駆動装置において、
ある相のシャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間からオン期間へシフトさせて、前記オン期間にその相のシャント抵抗に流れる電流に基づき、当該相における下側のスイッチング素子がオン状態のままとなるオン故障か否かを判定する判定手段と、
前記検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定する電流値推定手段と、
を設けたことを特徴とする多相モータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多相モータ駆動装置において、
前記判定手段は、
前記検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を、各相について順次行い、
全ての相についてオン故障有無の判定が終了すると、続いて、前記検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて他の故障の有無を判定することを特徴とする多相モータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の多相モータ駆動装置において、
前記判定手段は、
ある相について前記検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を行った後、次の相について同様の判定を行う前に、前記検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて他の故障の有無を判定することを特徴とする多相モータ駆動装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の多相モータ駆動装置において、
前記判定手段は、１つの相についてのオン故障有無の判定を所定回数繰り返すことを特徴とする多相モータ駆動装置。
【請求項５】
複数の相のそれぞれに対応して上下一対のスイッチング素子が設けられ、各相の下側のスイッチング素子に相電流検出用のシャント抵抗が接続され、各相のスイッチング素子の接続点から多相モータ駆動用の電圧が取り出されるように構成されたインバータ回路と、
前記インバータ回路の各スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御手段と、を備え、
上側のスイッチング素子のオフ期間にシャント抵抗に流れる電流を検出する多相モータ駆動装置において、
ある相のシャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間からオン期間へシフトさせて、前記オン期間にその相のシャント抵抗に流れる電流に基づき、当該相における下側のスイッチング素子がオン状態のままとなるオン故障か否かを判定する判定手段と、
前記検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間においてシャント抵抗に流れる電流に基づき算出する電流値算出手段と、
を設けたことを特徴とする多相モータ駆動装置。
【請求項１】
複数の相のそれぞれに対応して上下一対のスイッチング素子が設けられ、各相の下側のスイッチング素子にそれぞれ相電流検出用のシャント抵抗が接続され、各相における一対のスイッチング素子の接続点から多相モータ駆動用の電圧が取り出されるように構成されたインバータ回路と、
前記インバータ回路の各スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御手段と、を備え、
上側のスイッチング素子のオフ期間にシャント抵抗に流れる電流を検出する多相モータ駆動装置において、
ある相のシャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間からオン期間へシフトさせて、前記オン期間にその相のシャント抵抗に流れる電流に基づき、当該相における下側のスイッチング素子がオン状態のままとなるオン故障か否かを判定する判定手段と、
前記検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、他の相のシャント抵抗に流れる電流に基づいて推定する電流値推定手段と、
を設けたことを特徴とする多相モータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の多相モータ駆動装置において、
前記判定手段は、
前記検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を、各相について順次行い、
全ての相についてオン故障有無の判定が終了すると、続いて、前記検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて他の故障の有無を判定することを特徴とする多相モータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の多相モータ駆動装置において、
前記判定手段は、
ある相について前記検出タイミングのシフトに基づくオン故障有無の判定を行った後、次の相について同様の判定を行う前に、前記検出タイミングをシフトさせずに、上側のスイッチング素子のオフ期間において各相のシャント抵抗に流れる相電流をそれぞれ検出し、検出された相電流に基づいて他の故障の有無を判定することを特徴とする多相モータ駆動装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の多相モータ駆動装置において、
前記判定手段は、１つの相についてのオン故障有無の判定を所定回数繰り返すことを特徴とする多相モータ駆動装置。
【請求項５】
複数の相のそれぞれに対応して上下一対のスイッチング素子が設けられ、各相の下側のスイッチング素子に相電流検出用のシャント抵抗が接続され、各相のスイッチング素子の接続点から多相モータ駆動用の電圧が取り出されるように構成されたインバータ回路と、
前記インバータ回路の各スイッチング素子のオン・オフ動作を制御する制御手段と、を備え、
上側のスイッチング素子のオフ期間にシャント抵抗に流れる電流を検出する多相モータ駆動装置において、
ある相のシャント抵抗に流れる電流の検出タイミングを、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間からオン期間へシフトさせて、前記オン期間にその相のシャント抵抗に流れる電流に基づき、当該相における下側のスイッチング素子がオン状態のままとなるオン故障か否かを判定する判定手段と、
前記検出タイミングをシフトさせたときの当該相の電流値を、当該相における上側のスイッチング素子のオフ期間においてシャント抵抗に流れる電流に基づき算出する電流値算出手段と、
を設けたことを特徴とする多相モータ駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−８１７３９（Ｐ２０１０−８１７３９Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４７７５１（Ｐ２００８−２４７７５１）
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【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２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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