JP2003219675A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源から駆動回路に供給される電源電流を精度
良く検出する。 【解決手段】電源３からモータ駆動回路１への給電経路
を流れる電源電流値を検出する電源電流センサ９は、検
出精度の低い電流センサで構成されており、この電源電
流センサ９の検出信号は、マイクロコンピュータ２に与
えられるようになっている。マイクロコンピュータ２
は、電源電流センサ９の検出値をＵ相電流センサ６Ｕお
よびＶ相電流センサ６Ｖの検出信号に基づいて補正し、
この補正後の値と予め定めるしきい値とを比較して、電
源３からモータ駆動回路１に過電流が供給されているか
否かを判断する。そして、補正後の値が上記しきい値よ
りも大きく、モータ駆動回路１に過電流が供給されてい
ると判断した場合には、そのフェイルセーフとして、リ
レー１０をオフにし、電源３からモータ駆動回路１への
給電経路を切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動パワーステ
アリング装置の駆動源などとして用いられる電動モータ
を駆動するためのモータ駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、電動パワーステアリング装置
に備えられている電動モータは、ステアリングホイール
の操作に基づいて、電動パワーステアリング装置用の電
子制御ユニット（ＥＣＵ）によって駆動制御されるよう
になっている。すなわち、電子制御ユニットには、車両
のバッテリ電源に接続された駆動回路が備えられてお
り、この駆動回路内のパワー素子がステアリングホイー
ルの操作に応じたデューティで制御されることにより、
そのデューティに応じた電力が電動モータに供給され
て、ステアリングホイールの操作に応じた操舵補助力が
電動モータから発生されるようになっている。

【０００３】このような構成では、たとえば、駆動回路
内のパワー素子に短絡故障が生じると、バッテリ電源か
ら駆動回路に過電流が供給されて、バッテリ電源から駆
動回路への給電経路上での発熱や他のパワー素子の破壊
などの問題を発生するおそれがある。そこで、バッテリ
電源から駆動回路への給電経路上には、この給電経路を
流れる電源電流値を検出するための電流センサと、その
給電経路を切断するためのリレーとが設けられている。
そして、電流センサの検出値が予め定めるしきい値を超
えた場合には、バッテリ電源から駆動回路へ過電流が供
給されていると判断され、そのフェイルセーフとして、
リレーによって給電経路が切断されて、バッテリ電源か
ら駆動回路への給電が停止されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電源電流を検出するた
めの電流センサには、たとえば、シャント抵抗を用いた
電流センサが多く採用されている。シャント抵抗を用い
た電流センサは、安価であるが、電力損失を抑える目的
でシャント抵抗の抵抗値が１ｍΩ程度と小さく設計され
ているために電流検出精度が低い。このため、シャント
抵抗を用いた電流センサを採用した構成では、過電流供
給状態を良好に検出することができず、過電流による発
熱などの問題を回避できないおそれがある。この問題を
解決するためには、ホール素子を用いた検出精度の高い
電流センサを採用すればよいが、ホール素子を用いた電
流センサは高価であるからコストが高くついてしまう。

【０００５】そこで、この発明の目的は、上述の技術的
課題を解決し、コストの増大を招くことなく、電源から
駆動回路に供給される電源電流値の検出精度の向上が図
られたモータ駆動装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、電動モー
タ（Ｍ）を駆動するためのモータ駆動装置であって、電
源（３）に接続されていて、上記電動モータに駆動電流
を供給するための駆動回路（１）と、上記電源から上記
駆動回路に供給される電源電流を電流センサを用いて検
出する電源電流検出手段（９）と、上記駆動回路から上
記電動モータに供給される駆動電流を上記電源電流検出
手段による電流検出精度よりも高い検出精度で検出する
駆動電流検出手段（６Ｕ，６Ｖ）と、この駆動電流検出
手段の検出値に基づいて、上記電源電流検出手段の検出
値を補正する補正手段（２）とを含むことを特徴とする
モータ駆動装置である。

【０００７】なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態
における対応構成要素等を表す。以下、この項において
同じ。この発明によれば、電源電流検出手段の検出値
（電源電流検出値）が、駆動電流検出手段の検出値（駆
動電流値）に基づいて補正される。駆動電流検出手段は
電源電流検出手段よりも電流検出精度が高いので、たと
えば、駆動電流検出手段によって検出される駆動電流値
に基づいて電源電流値を演算（推定）し、その演算した
電源電流値（電源電流演算値）に基づいて、電源電流検
出手段による電源電流検出値を補正することにより、電
源電流検出手段による電源電流値の検出精度を高めるこ
とができる。しかも、この構成では、ホール素子を用い
た電流センサを電源電流検出手段として採用した場合の
ようなコストアップの問題を招くおそれもない。

【０００８】請求項２記載の発明は、上記電源から上記
駆動回路への給電経路上に設けられて、当該給電回路を
切断するための回路切断手段（１０）と、上記補正手段
による補正後の値が予め定める値を超えた場合に、上記
回路切断手段を作動させて上記給電回路を切断するフェ
イルセーフ手段（２）とをさらに含むことを特徴とする
請求項１記載のモータ駆動装置である。この発明によれ
ば、補正手段による補正後の値が予め定める値を超えた
場合には、（電源から駆動回路に過電流が供給されてい
ると判断されて、）給電回路を切断するために回路切断
手段が作動される。

【０００９】補正手段による補正後の値は、電源電流検
出手段の検出値よりも誤差（実際の電源電流値との差）
が少ないので、その補正後の値と予め定める値とを大小
比較して、電源から駆動回路に過電流が供給されている
か否かを判断することにより、駆動回路への過電流供給
状態を精度良く検出することができ、駆動回路に過電流
が供給されることによる発熱などの問題の発生を良好に
回避することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の構成を図解的
に示すブロック図である。このモータ駆動装置は、電動
モータＭに駆動電流を供給するためのモータ駆動回路１
と、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２およびＲＯＭ２３を含むマ
イクロコンピュータ２とを備えている。

【００１１】電動モータＭは、三相ブラシレスモータで
あり、モータ駆動回路１は、電源（たとえば、車載バッ
テリ）３とアース４との間にパワーＭＯＳＦＥＴ１１
Ｕ，１２Ｕの直列回路と、パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｖ，
１２Ｖの直列回路と、パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｗ，１２
Ｗの直列回路とを並列に接続したインバータ回路で構成
されている。パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｕ，１２Ｕの直列
回路は、これら２個のパワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｕ，１２
Ｕの接続点で電動モータＭのＵ相巻線に接続されてい
る。また、パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｖ，１２Ｖの直列回
路は、これら２個のパワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｖ，１２Ｖ
の接続点で電動モータＭのＶ相巻線に接続されている。
そして、パワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｗ，１２Ｗの直列回路
は、これら２個のパワーＭＯＳＦＥＴ１１Ｗ，１２Ｗの
接続点で電動モータＭのＷ相巻線に接続されている。

【００１２】電動モータＭに関連して、この電動モータ
Ｍの回転角（ロータの回転位置）を検出するための回転
角センサ５が設けられている。この回転角センサ５に
は、たとえば、電動モータＭの回転角の変化に対応して
位相が変化する正弦波形の信号を出力するレゾルバを採
用することができる。回転角センサ５の出力信号は、マ
イクロコンピュータ２に与えられるようになっている。
また、モータ駆動回路１から電動モータＭのＵ相巻線お
よびＶ相巻線への給電経路上には、それぞれＵ相電流セ
ンサ６ＵおよびＶ相電流センサ６Ｖが設けられている。
Ｕ相電流センサ６ＵおよびＶ相電流センサ６Ｖには、た
とえば、ホール素子を用いた検出精度の高い電流センサ
が用いられており、これらのＵ相電流センサ６Ｕおよび
Ｖ相電流センサ６Ｖの検出信号は、マイクロコンピュー
タ２に与えられるようになっている。

【００１３】マイクロコンピュータ２は、回転角センサ
５の検出信号に基づいて、電動モータＭの各相の目標電
流値を設定し、その目標電流値とＵ相電流センサ６Ｕお
よびＶ相電流センサ６Ｖの検出信号とに基づいて、モー
タ駆動回路１の各パワーＭＯＳＦＥＴのオン／オフを制
御する。たとえば、このモータ駆動装置が電動パワース
テアリング装置の電動モータＭを駆動するために用いら
れる場合、マイクロコンピュータ２には、さらに、その
電動パワーステアリング装置が搭載された車両の車速を
検出するための車速センサ７の検出信号と、ステアリン
グホイールから入力された操舵トルクを検出するための
トルクセンサ８の検出信号とが与えられる。そして、マ
イクロコンピュータ２は、車速センサ７およびトルクセ
ンサ８の検出信号に基づいて目標電流値を設定する。ま
た、マイクロコンピュータ２は、その設定した目標電流
値を回転角センサ５の検出信号に基づいて三相分相処理
することにより、電動モータＭの各相の目標電流値を設
定し、さらに、各相目標電流値とＵ相電流センサ６Ｕお
よびＶ相電流センサ６Ｖの検出信号とに基づいて、モー
タ駆動回路１のパワーＭＯＳＦＥＴ（電動モータＭの回
転方向に対応したパワーＭＯＳＦＥＴ）を制御するため
のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を生成す
る。これにより、モータ駆動回路１のパワーＭＯＳＦＥ
ＴがＰＷＭ制御信号のデューティＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗでオ
ン／オフされて、車速および操舵トルクに応じた電流が
電動モータＭに流れ、この電動モータＭから車速および
操舵トルクに応じた駆動力（操舵補助力）が発生され
る。

【００１４】さらに、このモータ駆動装置には、電源３
からモータ駆動回路１への給電経路を流れる電源電流値
を検出する電源電流センサ９と、電源３からモータ駆動
回路１への給電経路を切断するためのリレー１０とが備
えられている。電源電流センサ９は、シャント抵抗を用
いた検出精度の低い電流センサであり、この電源電流セ
ンサ９の検出信号は、マイクロコンピュータ２に与えら
れるようになっている。マイクロコンピュータ２は、電
源電流センサ９の検出値をＵ相電流センサ６ＵおよびＶ
相電流センサ６Ｖの検出信号に基づいて補正し、この補
正後の値と予め定めるしきい値とを比較して、電源３か
らモータ駆動回路１に過電流が供給されているか否かを
判断する。そして、補正後の値が上記しきい値よりも大
きく、モータ駆動回路１に過電流が供給されていると判
断した場合には、そのフェイルセーフとして、リレー１
０をオフにし、電源３からモータ駆動回路１への給電経
路を切断する。

【００１５】図２は、電源電流センサ９の検出値を補正
するための補正値を設定する処理の流れを示すフローチ
ャートである。マイクロコンピュータ２は、車両のイグ
ニッションキースイッチがオンにされた後、例えば、電
源電流センサ９の検出値（電源電流検出値）が３０Ａrm
s（実効値３０Ａ）になったことに応答する等、所定の
電流値に達した時（ステップＳ１，Ｓ２）に、以下に説
明する補正値設定処理を行う。

【００１６】この補正値設定処理では、まず、Ｕ相電流
センサ６ＵおよびＶ相電流センサ６Ｖによって、電動モ
ータＭのＵ相巻線に流れるＵ相電流値ＩｕおよびＶ相巻
線に流れるＶ相電流値Ｉｖが検出される（ステップＳ
３）。そして、その検出されたＵ相電流値ＩｕおよびＶ
相電流値Ｉｖに基づいて、電動モータＭのＷ相に流れる
Ｖ相電流値Ｉｗが演算により求められる（ステップＳ
４）。すなわち、電動モータＭのＵ相、Ｖ相およびＷ相
に流れる電流の和が零になることから、下記第(1)式に
従ってＷ相に流れる電流Ｉｗが演算される。

【００１７】Ｉｗ＝０−Ｉｕ−Ｉｖ ・・・・・・(1) 次に、Ｕ相電流センサ６Ｕによって検出されたＵ相電流
値Ｉｕ、Ｖ相電流センサ６Ｖによって検出されたＶ相電
流値Ｉｖおよび上記第(1)式に従って演算されたＷ相電
流値Ｉｗに基づいて、このとき電源３からモータ駆動回
路１へ供給されている電源電流の実効値が演算により求
められる（ステップＳ５）。電源電流の実効値は、モー
タ駆動回路１から電動モータＭに向かう方向に流れる全
電流から、電動モータＭに発生する回生電流（電動モー
タＭの各相巻線に対応づけられた２個のパワーＭＯＳＦ
ＥＴが両方ともオフの期間に誘起される電流）を差し引
いた値に相当する。したがって、モータ駆動回路１から
電動モータＭに向けて流れる電流の値に正の符号を付す
場合、Ｕ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値ＩｖおよびＷ相電流
値Ｉｗのうちで正の値のものに、それぞれ対応するＰＷ
Ｍ制御信号のデューティＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗを乗算し、そ
の各乗算値を足し合わせることにより、電源電流の実効
値を求めることができる。たとえば、Ｕ相電流値Ｉｕお
よびＶ相電流値Ｉｖが正の値である場合、電源電流の実
効値は、Ｕ相電流値ＩｕとＵ相ＰＷＭ制御信号のデュー
ティＤｕとの乗算値と、Ｖ相電流値ＩｖとＶ相ＰＷＭ制
御信号のデューティＤｖとの乗算値とを足し合わせて得
られるＩｕ・Ｄｕ＋Ｉｖ・Ｄｖと演算される。

【００１８】上記したように、Ｕ相電流センサ６Ｕおよ
びＶ相電流センサ６Ｖには、比較的検出精度の高い電流
センサが用いられている。したがって、Ｕ相電流センサ
６ＵおよびＶ相電流センサ６Ｖの検出信号に基づく電源
電流の実効値の演算値（電源電流演算値）Ｉｔは、電源
３からモータ駆動回路１に供給されている電源電流の実
効値にほぼ等しい。ゆえに、電源電流演算値Ｉｔと電源
電流センサ９の検出値との差は、電源電流センサ９の検
出誤差とみなすことができる。

【００１９】そこで、上述のようにして電源電流演算値
Ｉｔが求められると、その電源電流演算値Ｉｔと電源電
流センサ９の検出値との差が演算されて、その差が電源
電流センサ９の検出値の補正値に設定される（ステップ
Ｓ６）。そして、これ以降は、電源電流センサ９の検出
値に補正値が足されることにより、電源電流センサ９の
検出値の補正が行われ、その補正後の値が電源３からモ
ータ駆動回路１に供給されている電源電流値（の実効
値）として、モータ駆動回路１に過電流が供給されてい
るか否かを判断するために上記しきい値と大小比較され
る。これにより、モータ駆動回路１への過電流供給状態
を良好に検出することができ、モータ駆動回路１に過電
流が供給されることによる発熱などの問題の発生を回避
できる。

【００２０】ここで、車両のイグニッションキースイッ
チがオンにされている間、電源電流演算値Ｉｔを繰り返
して演算し、その演算した電源電流演算値Ｉｔを電源電
流値として、モータ駆動回路１に過電流が供給されてい
るか否かを判断するために用いる構成が考えられる。し
かし、この構成では、電源電流演算値Ｉｔが先に演算さ
れてから次に演算されるまでの間に、電源電流値が急峻
に増加して上記しきい値を超えた場合、その過電流供給
状態を直ちに検出することができず、その間、モータ駆
動回路１に過電流が供給され続けることになる。

【００２１】これに対し、電源電流センサ９の検出値を
補正する処理は、電源電流センサ９の検出値に補正値を
加えるだけの簡単な演算処理であるから短い周期で実行
することができる。ゆえに、この実施形態の構成によれ
ば、過電流供給状態に陥った場合に、その過電流供給状
態を速やかに検出することができ、過電流供給に対する
フェイルセーフ処理を速やかに実行することができる。
さらには、電源電流センサ９の検出値が上記しきい値を
超えた場合に、フェイルセーフ処理を直ちに実行するよ
うにしておけば、過電流供給に対するフェイルセーフ処
理をより速やかに実行することができる。

【００２２】以上、この発明の一実施形態について説明
したが、この発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、上述の実施形態では、電動モータＭのＵ相巻
線およびＶ相巻線に流れる電流をそれぞれ電流センサで
検出し、Ｗ相巻線に流れる電流を演算により求めるとし
たが、Ｕ相巻線およびＷ相巻線に流れる電流をそれぞれ
電流センサで検出して、Ｖ相巻線に流れる電流を演算に
より求めるようにしてもよいし、Ｖ相巻線およびＷ相巻
線に流れる電流をそれぞれ電流センサで検出して、Ｕ相
巻線に流れる電流を演算により求めるようにしてもよ
い。また、電動モータＭのＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ
相巻線に流れる電流をそれぞれ電流センサで検出するよ
うにしてもよい。

【００２３】また、上述の実施形態では、シャント抵抗
を用いた電流センサを電源電流センサ９に採用した構成
を例にとったが、電源電流センサ９には、電流センシン
グＭＯＳなどの他の電流センサを採用してもよい。その
他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設
計変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係るモータ駆動装置の
構成を図解的に示すブロック図である。

【図２】電源電流センサの検出値を補正するための補正
値を設定する処理の流れを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ モータ駆動回路 ２ マイクロコンピュータ ３ 電源 ４ アース ５ 回転角センサ ６Ｕ Ｕ相電流センサ ６Ｖ Ｖ相電流センサ ７ 車速センサ ８ トルクセンサ ９ 電源電流センサ １０ リレー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６２Ｄ 119:00 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３７１Ｄ Ｆターム(参考） 3D032 CC35 DA15 DA23 DA64 DA99 DB11 DC33 DD02 DE09 EB30 EC23 GG01 3D033 CA13 CA16 CA20 CA31 5G044 AA01 AC01 CA01 5H560 AA08 BB04 DC03 DC12 JJ02 SS02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動モータを駆動するためのモータ駆動装
   置であって、 電源に接続されていて、上記電動モータに駆動電流を供
   給するための駆動回路と、 上記電源から上記駆動回路に供給される電源電流を電流
   センサを用いて検出する電源電流検出手段と、 上記駆動回路から上記電動モータに供給される駆動電流
   を上記電源電流検出手段による電流検出精度よりも高い
   検出精度で検出する駆動電流検出手段と、 この駆動電流検出手段の検出値に基づいて、上記電源電
   流検出手段の検出値を補正する補正手段とを含むことを
   特徴とするモータ駆動装置。
2. 【請求項２】上記電源から上記駆動回路への給電経路上
   に設けられて、当該給電回路を切断するための回路切断
   手段と、 上記補正手段による補正後の値が予め定める値を超えた
   場合に、上記回路切断手段を作動させて上記給電回路を
   切断するフェイルセーフ手段とをさらに含むことを特徴
   とする請求項１記載のモータ駆動装置。