JP2009177915A - ブラシレスモータ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、モータを駆動させるスイッチング素子に短絡故障が発生した場合であっても、モータを継続駆動させる制御が可能なブラシレスモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スター結線された三相以上の励磁コイル１１を有するブラシレスモータ１０の駆動を制御するブラシレスモータ駆動制御装置であって、
複数のスイッチング素子２１を有し、該複数のスイッチング素子を順番にスイッチングすることにより、前記励磁コイルに発生する磁界ベクトルを制御して前記ブラシレスモータを回転駆動させるモータ駆動回路２０と、
前記複数のスイッチング素子の一部が短絡故障したときに、前記モータ駆動回路に供給する電流の向きを切り替え、前記短絡故障により発生させることができなくなった向きの前記磁界ベクトルを発生させる電流切替制御を行う電流切替回路３０と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータ駆動制御装置に関し、特に、三相以上の励磁コイルを有するブラシレスモータの駆動を制御するブラシレスモータ駆動制御装置に関する。

従来から、モータが有する複数相の巻線に順次通電するための複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路と、モータのロータの回転位置情報を得る位置信号手段と、この位置信号手段の回転位置情報から転流タイミングを決定し、その転流タイミングに対応する通電信号を得る通電信号形成手段と、この通電信号形成手段からの電気信号に基づいてスイッチング素子をオンオフ制御する駆動回路とを有するエアコンディショナ用のインバータ装置において、複数相の巻線の端子電圧と基準電圧とを比較する比較手段と、この比較手段の比較結果と通電信号形成手段の通電信号とに基づいてスイッチング素子の短絡異常を検出する短絡異常検出手段とを設け、異常を検出したときには、モータの巻線に流れる電流を遮断し、モータが性能低下したり、使用不能になったりすることを防止するようにしたインバータ装置の異常検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２７４５８０号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、インバータ装置のスイッチング素子の短絡異常を検出し、モータの性能低下や使用不能を防止してモータの保護を図ることはできるが、モータの巻線に流れる電流は遮断するので、それ以上モータを継続駆動することは不可能であった。

ところで、モータを駆動させるスイッチング素子の一部に短絡異常が生じた場合であっても、他のスイッチング素子が正常動作してれば、モータを継続駆動させるように制御することが可能な場合がある。また、モータが、例えば、車両のブレーキシステム等に利用されている場合には、スイッチング素子の異常が検出されたとしても、モータの駆動を停止させるのではなく、モータを継続駆動させるような制御を行うことが安全上好ましい。

そこで、本発明は、モータを駆動させるスイッチング素子に短絡故障が発生した場合でも、モータを継続駆動させる制御を行うことができるブラシレスモータ駆動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係るブラシレスモータ駆動制御装置は、スター結線された三相以上の励磁コイルを有するブラシレスモータの駆動を制御するブラシレスモータ駆動制御装置であって、
複数のスイッチング素子を有し、該複数のスイッチング素子を順番にスイッチングすることにより、前記励磁コイルに発生する磁界ベクトルを制御して前記ブラシレスモータを回転駆動させるモータ駆動回路と、
前記複数のスイッチング素子の一部が短絡故障したときに、前記モータ駆動回路に供給する電流の向きを切り替え、前記短絡故障により発生させることができなくなった向きの前記磁界ベクトルを発生させる電流切替制御を行う電流切替回路と、を有することを特徴とする。

これにより、モータ駆動回路のスイッチング素子の一部に短絡故障が発生し、故障したスイッチング素子をオフとして発生させていた磁界ベクトルを発生させることができなくなった場合であっても、供給電流の向きを切り替えることにより、その磁界ベクトルを発生させることができる。

第２の発明は、第１の発明に係るブラシレスモータ駆動制御装置において、
前記複数のスイッチング素子は、前記励磁コイルの各相に接続された高電位側と低電位側の２個の半導体スイッチング素子を含み、
前記電流切替回路は、前記高電位側から前記低電位側への前記半導体スイッチング素子への電流供給を逆向きに切り替えることにより、前記電流切替制御を実行することを特徴とする。

これにより、モータ駆動回路の高電位側と低電位側の接続を切り替えることにより、短絡故障したスイッチング素子の役割を切り替えることができる。つまり、短絡故障したスイッチング素子をオン状態としたまま、もう一方の同相のスイッチング素子をオフとすることにより、短絡故障前に可能であったスイッチングパターンを実行させ、元の磁界ベクトルを発生させることができる。

第３の発明は、第２の発明に係るブラシレスモータ駆動制御装置において、
前記電流切替回路は、前記モータ駆動回路の前記高電位側と電源とを接続する高電位側スイッチング素子と、前記モータ駆動回路の前記低電位側とグランドとを接続する低電位側スイッチング素子と、前記電源と前記モータ駆動回路の前記低電位側とを接続する電流切替高電位側スイッチング素子と、前記モータ駆動回路の前記高電位側と前記グランドとを接続する電流切替低電位側スイッチング素子と、を有することを特徴とする。

これにより、電流切替回路を、モータ駆動回路の高電位側と低電位側を正常時と故障時に応じて切り替え得る接続回路として構成することができる。

第４の発明は、第１〜３のいずれか一つの発明に係るブラシレスモータ駆動制御装置において、
前記電流切替回路は、前記ブラシレスモータが回転不能状態となったときに、前記電流切替制御を実行することを特徴とすることを特徴とする。

これにより、ブラシレスモータが回転不能状態となったときにも、容易に回転不能状態から脱出することができる。

第５の発明は、第１〜４のいずれか一つの発明に係るブラシレスモータ駆動制御装置において、
前記電流切替回路は、前記モータ駆動回路による前記スイッチングと交互に前記電流切替制御を継続的に実行することを特徴とする。

これにより、モータ駆動回路のスイッチング素子の一部に短絡故障があった場合であっても、モータ駆動回路で発生可能な磁界ベクトルはモータ駆動回路で発生させ、発生不能となった磁界ベクトルを電流切替回路により発生させることにより、正常時と同様のモータ駆動制御を行うことができる。

第６の発明は、第１〜５のいずれか一つの発明に係るブラシレスモータ駆動制御装置において、
前記スイッチング素子の短絡故障を検出する短絡故障検出回路を更に備えたことを特徴とする。

これにより、スイッチング素子の短絡故障を検出し、適切なタイミングで電流切替制御を実行することができる。

本発明によれば、ブラシレスモータ駆動回路のスイッチング素子の一部に短絡故障が発生した場合であっても、ブラシレスモータの回転駆動を継続させる制御を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明を適用した実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置の全体構成を示した図である。図１において、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置は、モータ駆動回路２０と、電流切替回路３０とを有する。また、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置は、必要に応じて、短絡故障検出回路４０を備えてよい。更に、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置の関連構成要素として、ブラシレスモータ１０と、ゲート駆動回路５０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御ユニット）６０とを備えてよい。

ブラシレスモータ１０は、整流子（ブラシ）を有しない直流電動機であり、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置に適用されるブラシレスモータは、三相以上の多相ブラシレスモータが適用される。図１においては、三相のブラシレスモータ１０が示されているが、三相より多くの相を有する多相ブラシレスモータが適用されてもよい。ブラシレスモータ１０は、ステータに三相以上の励磁コイル１１を備え、図示しないロータには、永久磁石を用いる。図１においては、励磁コイル１１は、三相の励磁コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを備えている。この複数の励磁コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに、所定の順番で磁界ベクトルが発生するように電流を流すことにより、向きが順次変化する磁界ベクトルを発生させ、この磁界ベクトルを制御することにより、永久磁石のロータを回転駆動することができる。なお、複数の励磁コイル１１は、図１に示すように、中性点Ｎで接続されたスター結線で構成されてよい。

モータ駆動回路２０は、ブラシレスモータ１０の励磁コイル１１に順番に電流供給を行い、励磁コイル１１に磁界ベクトルを発生させてブラシレスモータを回転駆動させるためのスイッチング制御を行うための回路である。従って、モータ駆動回路２０は、複数のスイッチング素子２１を有し、これを所定の順番でオン・オフさせてスイッチング制御することにより、ブラシレスモータ１０を回転駆動させる。

モータ駆動回路２０は、例えば、ブラシレスモータ１０をオン・オフ駆動させるための多相ブリッジ回路として構成されてもよい。図１においては、三相ブリッジ回路が示されており、励磁コイル１１の各相Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに対して、高電位側のハイサイド用のスイッチング素子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１が電源Ｖｃｃ側に接続され、低電位側のローサイド用のスイッチング素子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２がグランドＧＮＤ側に接続されている。各相の励磁コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに対して接続されたスイッチング素子２１につき、高電位側のスイッチング素子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１又は低電位側のスイッチング素子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２のいずれか一方のみをオンとして他方をオフとし、かつ高電位側のスイッチング素子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１又は低電位側のスイッチング素子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２のみがオンとなっている状態を除くと、６通りの磁界ベクトルを発生させることができる。そして、回転方向に沿う向きの磁界ベクトルを順番に発生させることにより、ブラシレスモータ１０を回転駆動させることができる。

スイッチング素子２１は、オン・オフ制御によりブラシレスモータ１０の励磁コイル１１に供給する電流の向きを制御可能な素子であれば、種々の態様のスイッチング素子を適用してよいが、制御が容易かつ高速な半導体スイッチング素子を適用することが好ましい。半導体スイッチング素子には、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、通常のバイポーラトランジスタ等、種々の半導体スイッチング素子を適用することが可能であるが、図１においては、ＭＯＳトランジスタを適用した例が示されている。

電流切替回路３０は、正常時のモータ駆動回路２０への電流の供給方向と、スイッチング素子２１が短絡故障した場合のモータ駆動回路２０への電流の供給方向を切り替えるためのスイッチ回路である。

電流切替回路３０は、モータ駆動回路２０への電流供給方向を切り替えるための複数のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を備える。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、モータ駆動回路２０への電流供給方向を切り替える役割を果たすため、高電位側のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３については、モータ駆動回路２０の高電位側のハイサイド用のスイッチング素子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１よりも電源Ｖｃｃ寄りに設けられ、低電位側のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４については、モータ駆動回路２０の低電位側のローサイド用のスイッチング素子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２よりもグランドＧＮＤ寄りに設けられている。

スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、電流の導通、非導通を切り替えられる素子であれば、リレー等を含む種々のスイッチング素子を適用することができるが、図１に示すように、ＭＯＳトランジスタ等の半導体スイッチング素子を適用してもよい。

以下、各スイッチング素子Ｑ1、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４について、スイッチング素子Ｑ１を高電位側スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ２を低電位側スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ３を電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３、スイッチング素子Ｑ４を電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４と呼んで区別するものとする。

高電位側スイッチング素子Ｑ１は、モータ駆動回路２０が正常に動作しているときにオンとなり、電源Ｖｃｃから電流をモータ駆動回路２０の高電位側のスイッチング素子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に供給するためのスイッチング素子である。

低電位側スイッチング素子Ｑ２は、モータ駆動回路２０が正常に動作しているときにオンとなり、モータ駆動回路２０の低電位側のスイッチング素子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２がグランドＧＮＤに接続されるようにするためのスイッチング素子である。

よって、モータ駆動回路２０が正常に動作しているときには、高電位側スイッチング素子Ｑ１及び低電位側スイッチング素子Ｑ２がオンとなり、電源ＶｃｃからグランドＧＮＤの方向に、そのまま電流が供給され、モータ駆動回路２０が駆動されることになる。

電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３は、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１のいずれかに短絡故障が発生したときにオンとなり、モータ駆動回路２０に正常時とは逆向きの電流供給を行うための電流切替用のスイッチング素子である。よって、電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３は、電源Ｖｃｃに対して、高電位側スイッチング素子Ｑ１と並列に接続されるとともに、モータ駆動回路２０の低電位側のローサイド用スイッチング素子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に接続され、正常時に低電位側であったスイッチング素子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２から電源供給が可能なように結線されている。

電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４は、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１のいずれかに短絡故障が発生したときにオンとなり、正常時には電源Ｖｃｃに接続されていたモータ駆動回路２０のスイッチング素子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１が、グランドＧＮＤに接続されるように切り替えるためのスイッチング素子である。

よって、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１の一部が短絡故障した場合には、高電位側スイッチング素子Ｑ１及び低電位側スイッチング素子Ｑ２をオフにするとともに、電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３及び電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４をオンにすることにより、モータ駆動回路２０への電流供給の方向を、正常時とは逆向きに切り替えることができる回路構成となっている。

短絡故障検出回路４０は、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１の短絡故障を検出するための回路である。短絡故障検出回路４０は、モータ駆動回路２０のスイッチング素子２１の短絡故障を検出することができる種々の検出回路を適用することができ、その態様は問わない。例えば、複数のスイッチング素子２１の各々のゲートに接続され、ゲート電流又はゲート電圧等からスイッチング素子２１の短絡故障を検出するものであってもよいし、スイッチング素子２１の各々の出力側に接続され、出力電流又は出力電圧等からスイッチング素子２１の短絡故障を検出できるものであってもよい。図１においては、Ｕ相のスイッチング素子Ｕ１、Ｕ２のゲートにのみ短絡故障検出回路４０が接続され、Ｖ相、Ｗ相の他の接続は省略された図が示されているが、これらの接続も実際にはなされている。短絡故障検出回路４０は、短絡故障検出の態様に応じて、必要な接続構成が総てなされてよい。

ゲート駆動回路５０は、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１のゲートに電圧を供給し、スイッチング素子２１を所定の駆動パターンに従ってスイッチング制御するための回路である。図１においては、Ｕ相のスイッチング素子Ｕ１、Ｕ２のゲートにのみゲート駆動回路５０が接続された図が示されており、他の接続は省略されているが、Ｖ相のスイッチング素子Ｖ１、Ｖ２及びＷ相のスイッチング素子Ｗ１、Ｗ２のゲートについても、同様にゲート駆動回路５０は接続されている。ゲート駆動回路５０は、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１の総てについて、オン・オフを制御できるように構成されてよい。

なお、モータ駆動回路２０のスイッチング素子２１にバイポーラトランジスタが適用されている場合には、ゲート駆動回路５０は、各スイッチング素子２１のベース電流を制御してスイッチング素子２１を制御する回路として構成されてよい。

ＥＣＵ６０は、ゲート駆動回路５０を制御するための演算制御手段である。ゲート駆動回路５０を制御するのに必要なロジック回路等の必要な制御回路、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等を備えてよい。また、ＥＣＵ６０は、ゲート駆動回路５０を取り込んで、これと一体的に構成されてもよい。

次に、図２乃至図４を用いて、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置の正常時の動作について説明する。

図２は、モータ駆動回路２０のスイッチング素子２１のオン状態のパターンと、励磁コイル１１に発生する磁界ベクトルの関係を示した図である。図３は、図２の磁界ベクトル２を発生させたときのブラシレスモータ駆動制御装置を流れる電流について示した図である。図４は、図２のスイッチング素子２１のオン・オフ動作に対応して励磁コイル１１に発生する磁界ベクトルを示した図である。

図２において、スイッチング素子２１のオン状態パターンの一覧が表として示されている。図２中、ＯＮの欄は該当するスイッチング素子２１がオン状態であることを示し、空欄は、該当するスイッチング素子２１はオフであることを示している。図２において、Ｕ相のスイッチング素子Ｕ１、Ｕ２のいずれか一方、Ｖ相のスイッチング素子Ｖ１、Ｖ２のいずれか一方及びＷ相のスイッチング素子Ｗ１、Ｗ２のいずれか一方がオン状態となる組み合わせが示され、高電位側のスイッチング素子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１の総てがオンとなる状態と、低電位側のスイッチング素子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２の総てがオンとなる状態は、励磁コイル１１に全相同電位が供給されることになるので除かれ、合計６通りの磁界ベクトルの発生パターンが示されている。ブラシレスモータ１０を三相に構成した場合には、このように、６通りの磁界ベクトルを用いて、ブラシレスモータ１０を回転駆動する。

図３は、図２に示した磁界ベクトル２を発生させたときの正常時のブラシレスモータ駆動制御装置を流れる電流の向きを示している。図３において、個々の構成要素については、図１で説明した内容と同様であるので、その説明を省略するが、図１で図示しなかったブラシレスモータ１０内のロータである回転磁石１５も、図３においては示されている。

本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置の正常時の動作においては、電流切替回路３０の高電位側スイッチング素子Ｑ１及び低電位側スイッチング素子Ｑ２がオンであり、電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３及び電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４はオフである。従って、電源Ｖｃｃからモータ駆動回路２０に供給される電流は、高電位側スイッチング素子Ｑ１から供給され、低電位側スイッチング素子Ｑ２からグランドＧＮＤに流れ出る電流経路となる。

図３において、図２の磁界ベクトル２を発生させるスイッチング素子２１のオン・オフパターンは、スイッチング素子Ｖ１、Ｕ２、Ｗ２がオンとなり、スイッチング素子Ｕ１、Ｗ１、Ｖ２がオフとなるパターンである。このとき、図３に示すように、電源Ｖｃｃから高電位側スイッチング素子Ｑ１を経由してスイッチング素子Ｖ１を流れた電流が、励磁コイルＬｖに供給され、中性点に接続された励磁コイルＬｕ、Ｌｗに分岐して流れ、励磁コイルＬｕを流れたＵ相の電流はモータ駆動回路２０のスイッチング素子Ｕ２からグランドＧＮＤに流れ、同様に励磁コイルＬｗを流れたＷ相の電流はスイッチング素子Ｗ２からグランドＧＮＤに流れる。このとき、発生する磁界ベクトルは、図４に示した磁界ベクトル２の右上向き方向の磁界ベクトルとなる。この磁界ベクトル２を、ブラシレスモータ１０のロータを構成する回転磁石１５が受けることにより、回転磁石１５は回転し、ブラシレスモータ１０が回転駆動することになる。

同様に、図２に示す磁界ベクトル１が発生するスイッチング素子２１のスイッチングパターンは、スイッチング素子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ２がオンとなる状態である。このときは、電源Ｖｃｃから高電位側スイッチング素子Ｑ１を経由して電流がモータ駆動回路２０に供給され、スイッチング素子Ｕ１を流れた電流は励磁コイルＬｕ、スイッチング素子Ｖ１を流れた電流は励磁コイルＬｖに供給され、ともに中性点Ｎを通って励磁コイルＬｗに流れ込み、スイッチング素子Ｗ２からグランドＧＮＤへと流れる。そして、この場合には、図４に示すような、上向きの磁界ベクトル１が発生している。

このように、図２のスイッチング素子２１のスイッチングパターンに従い、他のスイッチングパターンについても、図３に示した本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御回路のモータ駆動回路２０のスイッチング素子２１をスイッチング制御することにより、図４に示した各々の磁界ベクトル１〜６を順番に発生させ、ブラシレスモータ１０のロータを回転駆動させることができる。つまり、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置は、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１が総て正常に動作しているときには、電流切替回路３０の高電位側スイッチング素子Ｑ１及び低電位側スイッチング素子Ｑ２をオンとし、他のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４をオフとすることにより、通常のブラシレスモータ１０を駆動させるブラシレスモータ駆動装置として機能させることができる。

次に、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置の、スイッチング素子２１のいずれかに短絡故障が発生した場合の動作について説明する。

まず、図２において、例えば、スイッチング素子Ｖ１が短絡故障した場合を考える。スイッチング素子Ｖ１が短絡故障すると、スイッチング素子Ｖ１は常にオン状態となり、このとき、同じＶ相の低電位側のスイッチング素子Ｖ２は、貫通電流を防止するためにオン状態にできない。ここで、残りのスイッチング素子Ｕ１、Ｕ２、Ｗ１、Ｗ２で制御を継続しようとすると、磁界ベクトル１、２、３しか発生させることができない。

このようなスイッチング素子Ｖ１の短絡故障が発生した時に、ブラシレスモータ１０が回転していれば、磁界ベクトル１、２、３のみでも回転を継続することは制御次第で可能である。しかし、一旦磁界ベクトル１、２、３の位置に逆ベクトルとなるように回転磁石１５が停止し、回転磁石１５が引き付けられる磁界ベクトルの組み合わせとなってしまうと、次のブラシレスモータ１０の起動時に、磁界ベクトル１、２、３の範囲しか回転磁石１５が動けなくなってしまい、ブラシレスモータ１０が回転不能となるおそれがある。

かかるブラシレスモータ１０の回転不能状態を回避するため、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置においては、図２の磁界ベクトル１、２、３を発生させるスイッチングパターンで発生する磁界ベクトルを逆方向にし、図４における磁界ベクトル４、５、６を発生させ、回転不能状態から脱出する制御を行う。

次に、図５及び図６を用いて、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置の、スイッチング素子２１の一部が短絡故障を起こした場合の制御動作について説明する。

図５は、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置の、スイッチング素子２１の短絡故障中における電流切替回路３０の制御動作を示した図である。図５において、電流切替回路３０が備えるスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のスイッチング動作パターンが、正常時と短絡故障発生時の双方について示されている。

図５において、モータ駆動回路２０の各スイッチング素子２１が正常に動作しているときには、図２乃至図４において説明したように、電流切替回路３０の高電位側スイッチング素子Ｑ１及び低電位側スイッチング素子Ｑ２がオンとなり、電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３及び電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４がオフとなっている。

一方、モータ駆動回路２０のスイッチング素子２１の一部に短絡故障が発生したときには、電流切替回路３０の高電位側スイッチング素子Ｑ１及び低電位側スイッチング素子Ｑ２はオフに切り替わり、電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３及び電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４はオンに切り替わっている。これにより、モータ駆動回路２０への電流供給方向を、正常時の逆方向に切り替えることができ、ブラシレスモータ１０の励磁コイル１１に発生させる磁界ベクトルの向きを、正常時と逆向きに発生させることができる。

図６は、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置における、スイッチング素子２１の一部が短絡故障したときの制御動作例を示した図である。図６において、スイッチング素子Ｖ１が短絡故障し、電流切替回路３０を図５に示した短絡故障発生時のスイッチングパターンに切り替えたときの電流の流れる向きの例が示されている。

図６において、電流切替回路３０の高電位側スイッチング素子Ｑ１及び低電位側スイッチング素子Ｑ２はオフとなり、電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３及び電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４はオンとなっており、正常時と丁度逆のオン・オフ関係となっている。これにより、電源Ｖｃｃからの電流供給は、高電位側スイッチング素子Ｑ１を通らずに電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３を通り、これからモータ駆動回路２０の低電位側のローサイド用のスイッチング素子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に供給される。そして、モータ駆動回路２０を流れた電流は、電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４を流れ、グランドＧＮＤに流れるように回路構成が切り替わっている。

次に、モータ駆動回路２０内のスイッチング動作の制御について説明する。

図６においては、スイッチング素子Ｖ１が短絡故障したときに、図４の磁界ベクトル６を発生させている状態の制御動作が示されている。図６において、スイッチング素子Ｕ２、Ｖ１、Ｗ１がオンとなっており、他のスイッチング素子Ｖ２、Ｗ２、Ｕ１はオフとなっているが、これは、図２で示したスイッチングパターンのうち、磁界ベクトル３を発生させるスイッチングパターンに該当する。電流の流れを具体的に追うと、電源Ｖｃｃから電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３を流れた電流は、モータ駆動回路２０の下側（正常時の低電位側）に供給され、スイッチング素子Ｕ２を流れる。スイッチング素子Ｕ２を流れた電流は、ブラシレスモータ１０の励磁コイルＬｕに供給され、中性点Ｎを通って励磁コイルＬｖ、Ｌｗに分岐して流れる。励磁コイルＬｖを流れた電流は、モータ駆動回路２０のスイッチング素子Ｖ１を流れ、励磁コイルＬｗを流れた電流は、スイッチング素子Ｗ１を流れた後、ともに電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４からグランドＧＮＤへと流れる。この電流の流れにより、励磁コイル１１は、図４に示す磁界ベクトル６を発生させることができる。

ここで、図４を見ると、磁界ベクトル６は、磁界ベクトル３の逆方向の磁界ベクトルである。つまり、図２に示したモータ駆動回路２０のスイッチング素子２１のスイッチングパターンについては、磁界ベクトル３と同様のスイッチングパターンを用い、電流切替回路３０で短絡故障時用の電流切替制御を実行することにより、スイッチング素子Ｖ１の短絡故障により発生できなくなった磁界ベクトル６を発生させている。同様に、スイッチン素子Ｖ１の短絡故障により発生できなくなった磁界ベクトル５についても、モータ駆動回路２０のスイッチング素子２１のスイッチングパターンを、磁界ベクトル５と逆方向の磁界ベクトル２のスイッチングパターンとし、スイッチング素子Ｖ１、Ｕ２、Ｗ２をオンとすれば、これを発生させることができる。磁界ベクトル４についても、モータ駆動回路２０のスイッチングパターンは磁界ベクトル１を発生させるパターンと同一とし、電流切替回路３０で、モータ駆動回路３０に供給する電流の向きを正常時と逆向きにすれば、同様にこれを発生させることができる。

また、図６においては、スイッチング素子Ｖ１が短絡故障した場合を例に挙げて説明したが、モータ駆動回路２０は対称形であるので、他のスイッチング素子２１が短絡故障した場合においても、同様なモータ駆動回路２０のスイッチング制御と、電流切替回路３０の電流切替制御とを実行することにより、短絡故障により発生できなくなった向きの磁界ベクトルを発生させることができる。

このように、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置によれば、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１のいずれかが短絡故障した場合には、その短絡故障により発生できなくなった磁界ベクトルと反対向きの磁界ベクトルを発生させるスイッチングパターンとなるようにモータ駆動回路２０のスイッチング素子２１をスイッチング制御し、電流切替回路３０の電流切替制御を実行すれば、短絡故障により発生できなくなった磁界ベクトルを発生させることができ、ブラシレスモータ１０の回転不能状態を脱出することができる。

なお、図５及び図６において説明した、モータ駆動回路２０のスイッチング素子２１の故障により発生できなくなった向きの磁界ベクトルを発生させる電流切替制御は、ブラシレスモータ１０が回転不能状態となり、これから脱出するときに実行してもよいし、ブラシレスモータ１０が回転中に実行してもよい。ブラシレスモータ１０が回転中に電流切替制御を実行する場合には、図２に示した正常時のモータ駆動回路２０のスイッチングパターンが可能な磁界ベクトルについては、電流切替回路３０の高電位側スイッチング素子Ｑ１及び低電位側スイッチング素子Ｑ２をオンとするようにし、短絡故障により磁界ベクトルを発生させることができなくなったスイッチングパターンについては、電流切替回路３０の電流切替高電位側スイッチング素子Ｑ３及び電流切替低電位側スイッチング素子Ｑ４をオンとする電流切替制御を実行するようにし、これらが連続的に実行されるように制御すれば、スイッチング素子２１の短絡故障前と同等の回転力でブラシレスモータ１０を駆動させることができる。

なお、このような、故障前と同じ磁界ベクトルを総て得るためには、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１のうち、いずれか１つだけが短絡故障した場合にのみ、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置は回転を継続させる制御を実行可能であるが、例えば、ブラシレスモータの相数が３相よりも更に多いような場合には、複数のスイッチング素子２１のうち、２つ程度短絡故障した場合であっても、回転不能状態から脱出し得る場合はあり得る。よって、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置は、モータ駆動回路２０の複数のスイッチング素子２１のいずれか１つが短絡故障した場合に適用するのが最適であるが、複数のスイッチング素子２１の一部（複数を含む）が短絡故障した場合についても、適用可能である。

また、図１において説明したように、本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置による制御は、短絡故障検出回路４０により、モータ駆動回路２０のスイッチング素子２１の短絡故障を検出し、これに基づいて電流切替制御を実行するようにしてもよい。これにより、一連の短絡故障対応の制御を実行することが可能となる。なお、短絡故障検出回路４０は、種々の態様の短絡故障検出回路４０を適用することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本実施例に係るブラシレスモータ駆動制御装置の全体構成図である。 モータ駆動回路２０のスイッチングパターンと磁界ベクトルの関係図である。 磁界ベクトル２の発生時のブラシレスモータ駆動制御装置を流れる電流を示した図である。 スイッチングパターンに対応して発生する磁界ベクトルを示した図である。 スイッチング素子２１の短絡故障中における電流切替回路３０の制御動作を示した図である。 スイッチング素子２１の一部が短絡故障したときの制御動作例を示した図である。

符号の説明

１０ ブラシレスモータ
１１、Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗ 励磁コイル
Ｎ 中性点
１５ 回転磁石
２０ モータ駆動回路
２１、Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４ スイッチング素子
３０ 電流切替回路
４０ 短絡故障検出回路
５０ ゲート駆動回路
６０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. スター結線された三相以上の励磁コイルを有するブラシレスモータの駆動を制御するブラシレスモータ駆動制御装置であって、
   複数のスイッチング素子を有し、該複数のスイッチング素子を順番にスイッチングすることにより、前記励磁コイルに発生する磁界ベクトルを制御して前記ブラシレスモータを回転駆動させるモータ駆動回路と、
   前記複数のスイッチング素子の一部が短絡故障したときに、前記モータ駆動回路に供給する電流の向きを切り替え、前記短絡故障により発生させることができなくなった向きの前記磁界ベクトルを発生させる電流切替制御を行う電流切替回路と、を有することを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置。
2. 前記複数のスイッチング素子は、前記励磁コイルの各相に接続された高電位側と低電位側の２個の半導体スイッチング素子を含み、
   前記電流切替回路は、前記高電位側から前記低電位側への前記半導体スイッチング素子への電流供給を逆向きに切り替えることにより、前記電流切替制御を実行することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ駆動制御装置。
3. 前記電流切替回路は、前記モータ駆動回路の前記高電位側と電源とを接続する高電位側スイッチング素子と、前記モータ駆動回路の前記低電位側とグランドとを接続する低電位側スイッチング素子と、前記電源と前記モータ駆動回路の前記低電位側とを接続する電流切替高電位側スイッチング素子と、前記モータ駆動回路の前記高電位側と前記グランドとを接続する電流切替低電位側スイッチング素子と、を有することを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータ駆動制御装置。
4. 前記電流切替回路は、前記ブラシレスモータが回転不能状態となったときに、前記電流切替制御を実行することを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブラシレスモータ駆動制御装置。
5. 前記電流切替回路は、前記モータ駆動回路による前記スイッチングと交互に前記電流切替制御を継続的に実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のブラシレスモータ駆動制御装置。
6. 前記スイッチング素子の短絡故障を検出する短絡故障検出回路を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のブラシレスモータ駆動制御装置。

Images