JP2018102064A - モータ駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】モータユニットの故障であるのか否かを可能な限り切り分けることができるモータ駆動システムを提供する。【解決手段】モータ駆動システムは、複数の相それぞれに対応する複数の界磁コイルと、磁極を有するロータと、を含むモータユニットと、それぞれがスイッチング素子を含み、複数の相それぞれに対応して設けられる複数の駆動手段と、複数の界磁コイルそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、複数の駆動手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、複数の駆動手段のスイッチング素子を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、故障判定のための複数のテストパターンそれぞれに従って複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、電圧検出手段及び電流検出手段の検出結果のいずれか、或いは、両方を組み合わせることで複数の界磁コイル及び複数の駆動手段の故障を判定する。【選択図】図７

Description

本発明は、センサレスモータ駆動システムにおける故障検出技術に関する。

特許文献１は、界磁コイルからの電気的応答によりロータの回転位置を検出し、センサレスで同期駆動制御を行うセンサレスモータ駆動システムを開示している。

特開平０８−２２３９７０号公報

センサレスモータ駆動システムはセンサを搭載しないので、半導体部品を有するモータ制御部を、他の回路を有する基板に配置することがコスト上望ましい。しかしながら、モータ制御部をモータユニットとは別のコントロール基板に配置する場合、故障発生時、モータユニットの故障であるのか、モータ制御部の回路の故障であるのかを切り分ける必要がある。

本発明は、モータユニットの故障であるのか否かを可能な限り切り分けることができるモータ駆動システムを提供するものである。

本発明の一側面によると、モータ駆動システムは、複数の相それぞれに対応する複数の界磁コイルと、磁極を有するロータと、を含むモータユニットと、それぞれがスイッチング素子を含み、前記複数の相それぞれに対応して設けられる複数の駆動手段と、前記複数の界磁コイルそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、前記複数の駆動手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記複数の駆動手段のスイッチング素子を制御する制御手段と、を備えているモータ駆動システムであって、前記制御手段は、故障判定のための複数のテストパターンそれぞれに従って前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、前記電圧検出手段の検出結果及び前記電流検出手段の検出結果のいずれか、或いは、両方を組み合わせることで前記複数の界磁コイル及び前記複数の駆動手段の故障を判定することを特徴とする。

本発明によると、モータユニットの故障であるのか否かを可能な限り切り分けることができる。

一実施形態によるモータ駆動システムの構成図。 一実施形態による故障判定時の構成の説明図。 一実施形態による電圧検出によるトランジスタの故障判定のテストパターンを示す図。 一実施形態による電流検出によるトランジスタのショート故障判定のテストパターンを示す図。 一実施形態による電流検出によるトランジスタのオープン故障判定のテストパターンを示す図。 一実施形態による電流検出による界磁コイルの故障判定のテストパターンを示す図。 一実施形態による故障判定処理のフローチャート。 一実施形態による故障判定処理のフローチャート。 一実施形態によるモータ駆動システムの構成図。 一実施形態による故障判定処理のフローチャート。 一実施形態による故障判定処理のフローチャート。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態によるセンサレスモータ駆動システム（以下、駆動システムと呼ぶ。）の構成図である。本実施形態の駆動システムは、モータユニット１０１と、モータユニット１０１を制御するモータ制御部を構成する回路を含むコントロール基板１０２と、を備えている。モータユニット１０１は、複数の相、本例では３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の界磁コイル１０４（以下、単にコイルと呼ぶ）を有する。さらに、モータユニット１０１は、磁極を有し、回転駆動されるロータ１０３を有する。モータユニット１０１は、三相のコイルそれぞれの一方に接続するコイル端子１１１、１１２、１１３を有する。さらに、モータユニット１０１は、三相のコイルの他方の端子それぞれが接続する中性点に接続する中性点端子（ＣＯＭ）１１４を有する。そして、モータユニット１０１は、これら端子を介してコントロール基板１０２に接続される。コイル端子１１１、１１２、１１３は、それぞれ、コントロール基板１０２上の駆動部１０８に接続される。各駆動部１０８は、本例では、ＰｃｈＦＥＴとＮｃｈＦＥＴであるスイッチング素子（以下、トランジスタと表記）を有し、接続するコイル１０４に駆動電流を供給する。

位置検出部１０５は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相それぞれに対応するコンパレータ１１５〜１１７と、コンパレータ１１５〜１１７それぞれに対応し、ゲートロジックで構成されるマスク回路１１８〜１２０と、を備えている。コンパレータ１１５〜１１７の一方の端子は、対応する相のコイル端子１１１〜１１３に接続され、他方の端子は、中性点端子１１４に接続される。各コンパレータ１１５〜１１７は、ロータ１０３の回転により対応するコイル１０４に生じる誘起電圧と、中性点端子１１４の電圧とを比較して、ゼロクロス位相を出力する。マスク回路１１８〜１２０は、同期駆動制御部１０６からのマスク信号により、ＰＷＭスイッチング動作に伴うキックバック電圧による誤信号をゼロクロス位相より除去し、位置信号を生成する。

同期駆動制御部１０６は、位置検出部１０５が出力する、各相の位置信号と、ＰＷＭ発振器１２２からのＰＷＭ信号に基づき、組み合わせロジックにより各相１２０度の位相差をもち、１２０度の通電角を有する駆動パターンを生成する。通常時、同期駆動制御部１０６が生成する駆動パターンは、切替部１０７を介して各相の駆動部１０８に入力される。また、周波数比較器１２１には、位置検出部１０５が出力する１つの相の位置信号１３４と、マイクロコンピュータ１２３が生成する目標クロック周波数信号１３２が入力される。目標クロック周波数信号１３２は、ロータ１０３の目標回転速度を示している。そして、周波数比較器１２１は、これら信号に基づき、ＰＷＭ発振器１２２が出力するＰＷＭ信号のデューティを調節することで、ロータ１０３の回転速度が目標速度となる様に制御する。

また、モータユニット１０１への過電流を検出するため、コントロール基板１０２にはコンパレータ１１０が設けられる。コンパレータ１１０の一方の入力端子には、検出抵抗１０９に生じる電圧が入力される。なお、図１に示す様に、検出抵抗１０９には、駆動部１０８それぞれに流れる電流が流れる。そして、コンパレータ１１０は、検出抵抗１０９の電圧を所定の閾値電圧と比較し、検出抵抗１０９の電圧が閾値電圧より大きくなると、ＯＣＰ信号１３３を、同期駆動制御部１０６とマイクロコンピュータ１２３に送信する。これにより、同期駆動制御部１０６及びマイクロコンピュータ１２３は、駆動部１０８への通電を停止する。マイクロコンピュータ１２３のプロセッサ１２８は、プログラムＲＯＭ１２７に格納されたプログラムを実行することでモータユニット１０１の制御を行う。なお、不揮発メモリ１２９には、マイクロコンピュータ１２３が制御で使用するデータ等が格納される。また、マイクロコンピュータ１２３は、以下に説明する故障判定処理を行う。故障判定処理の際、マイクロコンピュータ１２３は、切替部１０７を制御し、同期駆動制御部１０６が出力する駆動パターンではなく、マイクロコンピュータ１２３が出力するテストパターンが駆動部１０８に入力される様にする。そして、マイクロコンピュータ１２３は、コンパレータ１１５〜１１７が出力する各相の比較信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ-ＣＯＭＰ）や、マイクロコンピュータ１２３のＡＤコンバータ１３１に入力される検出抵抗１０９の電圧に基づき故障判定を行う。

以下、本実施形態の故障判定処理について説明する。故障判定処理においては、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相それぞれを順に診断対象として診断を行う。なお、以下では、故障判定対象の相を診断相と呼ぶものとする。なお、各故障判定においては、診断相以外の残りの２相から任意の１つの相を選択して診断相の診断に使用する。以下では、診断相の故障判定に使用する、他の１つの相を対向相と呼ぶものとする。診断相及び対向相の接続関係を図２に示す。なお、以下の説明において駆動部１０８が有する２つのトランジスタを、図の記載位置に合わせて、上側、下側と表記するものとする。なお、上側トランジスタが導通すると、対応するコイル１０４にはハイレベルの電圧が入力され、下側トランジスタが導通すると、対応するコイル１０４にはローレベルの電圧が入力される。また、位置検出部１０５のコンパレータ１１５〜１１７の内、診断相に接続されているコンパレータが出力する、図１では、Ｕ−Ｃｏｍｐ、Ｖ−Ｃｏｍｐ、Ｗ−Ｃｏｍｐと表記する信号のいずれかを、以下では比較信号と呼ぶものとする。また、本実施形態では、故障個所が高々１箇所であることを想定する。また、故障判定処理の間、診断相及び対向相以外の残りの１相の駆動部１０８の両トランジスタについては常にオフ状態に維持する。

図３（Ａ）は、診断相の各トランジスタのショート故障を判定するために、対向相及び診断相それぞれの駆動部１０８の上側及び下側トランジスタに適用するテストパターンの一例を示している。なお、ＯＦＦとは、対応するトランジスタをオフ状態、つまり、非導通状態にすることを意味し、ＯＮとは、対応するトランジスタをオン状態、つまり、導通状態にすることを意味する。図３（Ａ）のテストパターンでは、診断相の両トランジスタを常にＯＦＦとしている。したがって、図２の回路構成から明らかな様に、対向相の下側トランジスタのみをＯＮとすると、比較信号はＬｏｗ（ローレベル）となり、対向相の上側トランジスタのみをＯＮとすると、比較信号はＨｉｇｈ（ハイレベル）となる。つまり、比較信号は、図３（Ａ）の"正常時"として示す様に変化する。一方、診断相の上側トランジスタがショート、つまり、診断相の上側トランジスタへの入力に拘らず、上側トランジスタが導通していると、比較信号は、常にＨｉｇｈとなる。一方、診断相の下側トランジスタがショート、つまり、診断相の下側トランジスタへの入力に拘らず、下側トランジスタが導通していると、比較信号は、常にＬｏｗとなる。以上、図３（Ａ）に示すテストパターンを入力することで、診断相の各トランジスタのショート状態を検出することができる。

図３（Ｂ）は、診断相の各トランジスタのオープン故障を判定するために、対向相及び診断相それぞれの駆動部１０８の上側及び下側トランジスタに入力するテストパターンの一例を示している。図３（Ｂ）のテストパターンでは、診断相の上側トランジスタと対向相の下側トランジスタを同時にＯＮとし、次いで、診断相の下側トランジスタと対向相の上側トランジスタを同時にＯＮとしている。つまり、診断相の上側トランジスタと対向相の下側トランジスタとの間でそれぞれの相に対応するコイル１０４を介した電流が流れる様にし、その後、診断相の下側トランジスタと対向相の上側トランジスタとの間で電流が流れる様にしている。図２の回路構成から明らかな様に、診断相の上側トランジスタと対向相の下側トランジスタを同時にＯＮとすると、比較信号はＨｉｇｈとなる。一方、診断相の下側トランジスタと対向相の上側トランジスタを同時にＯＮとすると、比較信号はＬｏｗとなる。つまり、比較信号は、図３（Ｂ）の"正常時"として示す様に変化する。一方、診断相の上側トランジスタがオープン状態、つまり、診断相の上側トランジスタへの入力に拘らず、上側トランジスタが導通しない状態になっていると、比較信号は、常にＬｏｗとなる。一方、診断相の下側トランジスタがオープン状態になっていると、比較信号は、常にＨｉｇｈとなる。以上、図３（Ｂ）に示すテストパターンを入力することで、診断相の各トランジスタのオープン状態を検出することができる。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、比較信号により診断相の各トランジスタのショート故障と、オープン故障を判定するものであった。しかしながら、ＡＤコンバータ１３１の入力、つまり、検出抵抗１０９に生じる電圧によっても判定することができる。図４（Ａ）は、診断相の上側トランジスタのショート故障を判定するために、対向相及び診断相それぞれの駆動部１０８の上側及び下側トランジスタに入力するテストパターンの一例を示している。図４（Ａ）では、診断相及び対向相の総てをＯＦＦに設定した後、対向相の下側トランジスタのみをＯＮにし、その後、診断相及び対向相の総てをＯＦＦにしている。図２の回路構成から明らかな様に、診断相の上側トランジスタが正常であると、対向相の下側トランジスタのみをＯＮにしても検出抵抗１０９には電流が流れず、よって、ＡＤコンバータ１３１の入力はＬｏｗのままである。しかしながら、診断相の上側トランジスタがショート状態であると、対向相の下側トランジスタのみをＯＮにすることによっても検出抵抗１０９に電流が流れる。この電流は、診断相及び対向相それぞれのコイル１０４のインダクタンス値に応じて徐々に増加する。つまり、ＡＤコンバータ１３１の入力電位が上昇する。その後、対向相の下側トランジスタをＯＦＦにすると、検出抵抗１０９に流れる電流は、診断相及び対向相それぞれのコイルのインダクタンス値に応じて徐々に減少する。図４（Ｂ）は、診断相の下側トランジスタのショート状態を判定するために、対向相及び診断相それぞれの駆動部１０８の上側及び下側トランジスタに入力するテストパターンの一例を示している。基本的な考え方は、診断相の上側トランジスタのショート状態の判定と同様である。以上、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すテストパターンを入力することで、診断相の各トランジスタのショート状態を検出することができる。

図５（Ａ）は、診断相の上側トランジスタのオープン故障を判定するために、対向相及び診断相それぞれの駆動部１０８の上側及び下側トランジスタに入力するテストパターンの一例を示している。図５（Ａ）では、診断相及び対向相の総てをＯＦＦにした後、対向相の下側トランジスタ及び診断相の上側トランジスタのみをＯＮにし、その後、診断相及び対向相の総てをＯＦＦにしている。図２の回路構成から明らかな様に、診断相の上側トランジスタが正常であると、対向相の下側トランジスタ及び診断相の上側トランジスタをＯＮにすることで検出抵抗１０９に電流が流れる。この電流は、診断相及び対向相それぞれのコイル１０４のインダクタンス値に応じて徐々に増加する。つまり、ＡＤコンバータ１３１の入力電位が上昇する。その後、対向相の下側トランジスタ及び診断相の上側トランジスタをＯＦＦにすることによって、検出抵抗１０９に流れる電流は、診断相及び対向相それぞれのコイル１０４のインダクタンス値に応じて徐々に減少する。一方、診断相の上側トランジスタがオープン状態であると、対向相の下側トランジスタ及び診断相の上側トランジスタがＯＮとなる様に制御しても検出抵抗１０９には電流が流れず、ＡＤコンバータ１３１の入力はＬｏｗのままである。図５（Ｂ）は、診断相の下側トランジスタのオープン状態を判定するために、対向相及び診断相それぞれの駆動部１０８の上側及び下側トランジスタに入力するテストパターンの一例を示している。基本的な考え方は、診断相の上側トランジスタのオープン状態の判定と同様である。以上、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すテストパターンを入力することで、診断相の各トランジスタのオープン状態を検出することができる。

図６（Ａ）は、診断相のコイル１０４のオープン故障及びショート故障を判定するために、対向相及び診断相それぞれの駆動部１０８の上側及び下側トランジスタに入力するテストパターンの一例を示している。図６（Ａ）では、診断相及び対向相の総てをＯＦＦにした後、対向相の下側トランジスタ及び診断相の上側トランジスタのみをＯＮにし、その後、診断相及び対向相の総てをＯＦＦにしている。図２の回路構成から明らかな様に、診断相のコイル１０４が正常であると、対向相の下側トランジスタ及び診断相の上側トランジスタをＯＮにすることで検出抵抗１０９に電流が流れる。この電流は、診断相及び対向相それぞれのコイル１０４のインダクタンス値に応じて徐々に増加する。つまり、ＡＤコンバータ１３１の入力電位が上昇する。その後、対向相の下側トランジスタ及び診断相の上側トランジスタをＯＦＦにすることによって、検出抵抗１０９に流れる電流は、診断相及び対向相それぞれのコイル１０４のインダクタンス値に応じて徐々に減少する。一方、診断相のコイル１０４がオープン状態であると、対向相の下側トランジスタ及び診断相の上側トランジスタがＯＮとなる様に制御しても検出抵抗１０９には電流が流れず、ＡＤコンバータ１３１の入力はＬｏｗのままである。また、診断相のコイル１０４がショート状態であると、対向相の下側トランジスタ及び診断相の上側トランジスタをＯＮにすることで検出抵抗１０９に電流が流れる。しかしながら、診断相のコイル１０４がショート状態であると、この電流は、対向相のコイル１０４のインダクタンス値のみに応じて徐々に増加する。診断相及び対向相のコイル１０４は直列に接続されており、よって、診断相のコイル１０４がショート状態であると、回路全体のインダクタンス値は、診断相のコイル１０４が正常であるときよりも小さくなる。したがって、診断相のコイル１０４がショート状態であると、検出抵抗１０９に流れる電流の増加速度は、診断相のコイル１０４が正常であるときよりも速くなる。つまり、ＡＤコンバータ１３１の入力電位の最大値は、診断相のコイル１０４が正常であるときよりも大きくなる。したがって、図６（Ａ）のパターンを入力し、ＡＤコンバータ１３１の入力電位が所定範囲内であると、診断相のコイル１０４は正常であると判定できる。一方、ＡＤコンバータ１３１の入力電位が所定範囲より小さいと、診断相のコイル１０４がオープン状態であり、入力電位が所定範囲より大きいと、診断相のコイル１０４がショート状態と判定することができる。

図６（Ｂ）は、診断相のコイル１０４のオープン状態及びショート状態を判定するために、対向相及び診断相それぞれの駆動部１０８の上側及び下側トランジスタに入力するテストパターンの他の例を示している。図６（Ｂ）では、診断相及び対向相の総てをＯＦＦにした後、対向相の上側トランジスタ及び診断相の下側トランジスタのみをＯＮにし、その後、診断相及び対向相の総てをＯＦＦにしている。なお、診断相のコイル１０４のオープン状態及びショート状態の判定原理は図６（Ａ）のテストパターンと同様である。

なお、上記各テストパターンでは、故障個所の１箇所に特定できない場合がある。例えば、図５（Ａ）で説明した診断相の上側トランジスタのオープン状態の判定のためのテストパターンは、図６（Ａ）で説明した診断相の界磁コイルのオープン状態及びショート状態の判定のためのテストパターンと同じである。したがって、ＡＤコンバータ１３１の入力電圧が常にＬｏｗであった場合、診断相の上側トランジスタがオープン状態であるのか、コイル１０４がオープン状態であるのかの切り分けができない。また、診断相のコイル１０４が正常であっても、対向相のコイル１０４や下側トランジスタがオープン状態であると、図６（Ａ）のテストパターンに対してＡＤコンバータ１３１の入力電圧が常にＬｏｗになる。さらに、診断相のコイル１０４が正常であっても、対向相のコイル１０４がショート状態であると、図６（Ａ）のテストパターンに対してＡＤコンバータ１３１への入力電圧の最大値は正常時より大きくなる。

しかしながら、故障個所の絞り込みを行うことはできる。また、図３及び図４のテストパターンにより駆動部１０８に故障があるか否かを判定でき、駆動部１０８の正常性を判定したうえで、図６（Ａ）又は（Ｂ）のテストパターンにより診断を行うことで界磁コイル１０４の診断を行うことができる。つまり、故障がコントロール基板側にあるのか、モータユニット１０１側にあるのかを切り分けることができる。

＜第二実施形態＞
第一実施形態では、各テストパターンの説明と、故障個所の切り分けができない場合について説明を行った。本実施形態では、診断の順序を適切に設定することで故障個所の切り分けを行う。まず、本実施形態で使用する用語の定義を行う。図３（Ａ）の故障判定処理は、コイル１０４の電圧を電圧検出部であるコンパレータ１１５〜１１７で検出し、その検出結果により診断相のトランジスタのショート状態を判定するものであるため「電圧ショート検出」と呼ぶものとする。なお、図３（Ａ）のテストパターンは、２番目のパターンで上側のトランジスタを診断し、３番目のパターンで下側のトランジスタを診断している。したがって、図３（Ａ）の２番目のパターンによる故障判定処理を「Ｈ電圧ショート検出」と呼び、３番目のパターンによる故障判定処理を「Ｌ電圧ショート検出」と呼ぶものとする。

図３（Ｂ）の故障判定処理は、コイル１０４の電圧の検出結果により診断相のトランジスタのオープン状態を判定するものであるため「電圧オープン検出」と呼ぶものとする。なお、図３（Ｂ）のテストパターンは、２番目のパターンで上側のトランジスタを診断し、３番目のパターンで下側のトランジスタを診断している。したがって、図３（Ｂ）の２番目のパターンによる故障判定処理を「Ｈ電圧オープン検出」と呼び、３番目のパターンによる故障判定処理を「Ｌ電圧オープン検出」と呼ぶものとする。

図４の故障判定処理は、駆動部１０８に流れる電流の検出結果により診断相のトランジスタのショート状態を判定するものであるため「電流ショート検出」と呼ぶものとする。なお、図４（Ａ）のテストパターンは上側のトランジスタを診断し、図４（Ｂ）番目のパターンは下側のトランジスタを診断している。したがって、図４（Ａ）のパターンによる故障判定処理を「Ｈ電流ショート検出」と呼び、図４（Ｂ）のパターンによる故障判定処理を「Ｌ電流ショート検出」と呼ぶものとする。

図５（Ａ）及び図６（Ａ）は、同じテストパターンであり、駆動部１０８に流れる電流の検出結果により上側トランジスタのオープン状態とコイル１０４の障害を判定するものであるため「Ｈ電流オープン・コイル故障検出」と呼ぶものとする。さらに、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）は、同じテストパターンであり、駆動部１０８に流れる合計電流により下側トランジスタのオープン状態とコイル１０４の障害を判定するものであるため「Ｌ電流オープン・コイル故障検出」と呼ぶものとする。

「Ｈ電圧ショート検出」は、診断相の両トランジスタをＯＦＦ、つまり、ハイインピーダンスとし、対向相の下側トランジスタのみをＯＮとすることで、対向相からローレベルが診断相に正しく伝わるかを検出するものである。しかしながら、診断相及び対向相の２つのコイル１０４と、対向相の下側トランジスタのいずれか１つがオープン状態である場合、コンパレータに入力される診断相と中性点の電位が共にフローティング状態となる。このとき、比較信号は、診断相の上側トランジスタがショート状態である場合と同様にＨｉｇｈレベルになり得る。さらに、診断相及び対向相以外の残りの１相の上側トランジスタがショート状態である場合も同様である。つまり、「Ｈ電圧ショート検出」では、診断相の上側トランジスタがショート状態であることを切り分けできない。「Ｌ電圧ショート検出」についても同様である。

「Ｈ電圧オープン検出」は、診断相の上側トランジスタと対向相の下側トランジスタとの間で電流が流れる様にした上で、診断相の電圧を検出している。ここで、例えば、診断相の下側トランジスタや、対向相の上側トランジスタがショート状態であると、診断相又は対向相の２つのトランジスタを貫通する過電流が流れるが、これは、コンパレータ１１０で検出されるため、切り分けを行うことができる。また、残りの１相の２つのトランジスタのいずれかがショート状態であると、この残りの１相にも電流が流れるが、これは判定には影響しない。したがって、「Ｈ電圧オープン検出」で比較信号が図３（Ｂ）の通りとなると、診断相の上側トランジスタがオープン状態であることを特定できる。「Ｌ電圧オープン検出」についても同様である。

「Ｈ電流ショート検出」は、対向相の下側トランジスタのみをＯＮに変化させ、その後、ＯＦＦに戻すことで、駆動部１０８に電流が流れるか否かを監視するものである。ここで、対向相の上側トランジスタがショート状態であると、対向相の２つのトランジスタには貫通電流が流れるが、これは上述した様に、コンパレータ１１０で検出されるため、切り分けを行うことができる。また、残りの１相のトランジスタ又はコイルが故障であっても、ＡＤコンバータ１３１への入力は図４（Ａ）の様にはならない。したがって、「Ｈ電流ショート検出」でＡＤコンバータ１３１への入力が図４（Ａ）の通りとなると、診断相の上側トランジスタがショート状態であることを特定できる。「Ｌ電流ショート検出」についても同様である。

「Ｈ電流オープン・コイル故障検出」は、第一実施形態で説明した様に診断相の上側トランジスタ、診断相及び対向相のコイル、対向相の下側トランジスタのいずれがオープン状態であるかを切り分けできない。さらに、診断相及び対向相のコイルいずれがショート状態であるかを切り分けできない。「Ｌ電流オープン・コイル故障検出」についても同様である。

まとめると、「電圧オープン検出」及び「電流ショート検出」では、それぞれ、故障箇所を一意に特定できる。一方、「電圧ショート検出」及び「電流オープン・コイル故障検出」では、故障箇所の絞り込みを行えるが一意に特定できない。したがって、本実施形態では、図７及び８のフローチャートで説明する様に、その実施順を適切に設定することで故障箇所の特定を行う。以下、図７及び８のフローチャートについて説明する。

マイクロコンピュータ１２３は、故障判定処理を開始すると、Ｓ１０で、総ての相の駆動部１０８の総てのトランジスタをＯＦＦにし、コンパレータ１１０の出力により過電流が生じているかを判定する。過電流が生じていると、何れかの相の２つのトランジスタが共にショートしているため、Ｓ１６でコントロール基板の故障と判定して処理を終了する。一方、Ｓ１０で過電流が生じていないと、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ１１で、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の順で「電流ショート検出」を行う。なお、例えば、Ｕ相を診断相とするときはＶ相を対向相とし、Ｖ相を診断相とするときはＷ相を対向相とし、Ｗ相を診断相とするときはＵ相を対向相とする。なお、先にＵ、Ｖ、Ｗ相を診断相とする「Ｈ電流ショート検出」を行い、その後、Ｕ、Ｖ、Ｗ相を診断相とする「Ｌ電流ショート検出」を行う構成とすることができる。逆に、Ｕ、Ｖ、Ｗ相を診断相とする「Ｌ電流ショート検出」を行い、その後、Ｕ、Ｖ、Ｗ相を診断相とする「Ｈ電流ショート検出」を行う構成とすることができる。さらに、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の順で診断相とし、かつ、各診断相について「Ｈ電流ショート検出」と「Ｌ電流ショート検出」を続けて行う構成とすることができる。上述した様に、「電流ショート検出」では故障個所を一意に特定できるため、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ１２で、何れかのトランジスタのショート状態を検出すると、ショート状態のトランジスタを記録する。そして、Ｓ１６でコントロール基板の故障と判定して処理を終了する。

Ｓ１２で、ショート状態のトランジスタを検出しないと、Ｓ１３で、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の順で「電圧オープン検出」を行う。なお、例えば、Ｕ相を診断相とするときはＶ相を対向相とし、Ｖ相を診断相とするときはＷ相を対向相とし、Ｗ相を診断相とするときはＵ相を対向相とする。上述した様に、「電圧オープン検出」では故障個所を一意に特定できるため、マイクロコンピュータ１２３は、何れかのトランジスタのオープン状態を検出すると、オープン状態のトランジスタを記録する。そして、Ｓ１６でコントロール基板の故障と判定して処理を終了する。なお、Ｕ、Ｖ、Ｗ相を診断相とする順番や、「Ｈ電圧オープン検出」及び「Ｌ電圧オープン検出」の順番は「電流ショート検出」と同様である。

Ｓ１４で、オープン状態のトランジスタを検出しない場合、これは、各相の各トランジスタは正常であることを意味する。この場合、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ１５で、図８のフローチャートで示すコイル故障検出処理を行う。なお、以下では、Ｘ相を診断相、Ｙを対向相とする「電流オープン・コイル故障検出」を「ＸＹ相コイル故障検出」と表記する。なお、「電流オープン・コイル故障検出」は、「Ｈ電流オープン・コイル故障検出」であっても、「Ｌ電流オープン・コイル故障検出」であっても良い。

マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ２０で、ＵＶ相コイル故障検出を実施し、Ｓ２１で結果が正常であるか否かを判定する。トランジスタの正常性が確認されているため、Ｓ２０での結果がＮＧとＳ２１で判定されると、故障個所はＵ相又はＶ相のコイル１０４である。なお、コイル１０４がオープン状態であるかショート状態であるかは図６を用いて説明した様に特定できる。Ｓ２１で結果がＮＧであると、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ２３で、ＷＵ相コイル故障検出を実施し、Ｓ２５で結果が正常であるか否かを判定する。結果が正常であると、Ｗ相及びＵ相のコイルは共に正常である。したがって、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ２８でＶ相のコイルが故障と判定できる。一方、Ｓ２３での結果が正常であるとＳ２５で判定すると、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ２９でＵ相のコイルが故障と判定する。一方、Ｓ２０での結果が正常であるとＳ２１で判定すると、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ２２でＶＷ相コイル故障検出を実施し、Ｓ２４で結果が正常であるか否かを判定する。結果が正常であると、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ２６で全コイルが正常と判定できる。一方、Ｓ２２での結果が正常ではないとＳ２４で判定すると、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ２７でＷ相のコイルが故障と判定する。なお、Ｓ２７、Ｓ２８、Ｓ２９でいずれかのコイル１０４が故障であると判定すると、マイクロコンピュータ１２３は、モータユニット１０１の故障と判定して処理を終了する。

以上、本実施形態では、故障判定のための複数のテストパターンそれぞれに従って複数の駆動部１０８の各トランジスタを制御する。そして、そのときの、コイル１０４の電圧の検出結果及び駆動部１０８に流れる電流の検出結果のいずれか、或いは、両方を組み合わせることで故障個所の切り分けを行う。これにより、故障箇所が、モータユニット１０１側にあるのか、コントロール基板１０２側に有るのかを判定することができる。

＜第三実施形態＞
続いて、第三実施形態について第一実施形態及び第二実施形態との相違点を中心に説明する。図９は、本実施形態による駆動システムの構成図である。本実施形態では、モータユニット１０１をベクトル制御とする。なお、図１に示す駆動システムと同様の構成要素には同じ参照符号を使用してその説明については省略する。電流検出器１２０７〜１２０９は、対応する相の駆動電流を電圧に変換した信号１２１０〜１２１２を、ＡＤコンバータ１２１４に入力する。ＡＤコンバータ１２１４は、信号１２１０〜１２１２をデジタルデータに変換し、駆動電流を示すデジタルデータ１２１５〜１２１７をマイクロコンピュータ１２３及び同期駆動制御部１２０６のベクトル制御部１２１３に出力する。なお、本実施形態では、モータユニット１０１の中性点端子１１４を使用せず、よって、本実施形態のモータユニット１０１は、中性点端子１１４を備えていないものとする。このため、本実施形態では、抵抗ネットワーク１２０２により、各相のコイル端子電圧を分圧し、疑似的に中性点電圧（ＱＣＯＭ）１２０３を生成する。

また、本実施形態の位置検出部１２０５は、静止時のロータ位置を検出するものであるため、位置検出部１２０５には、Ｕ相とＶ相の２つのコンパレータ１１５、１１６のみを設ける。なお、マスク回路１１８〜１２０は必要ない。静止時のロータ位置検出はロータ磁力線による各コイルのパーミアンスの変化を２つのコイルの分圧比電圧として残るコイルの端子より取り出したものであり、２つあれば座標が成立し電気角位相を決定できる。

同期駆動制御部１２０６は、コンパレータ１１５、１１６からのパルス幅より初期位相を決定する不図示の初期位相検知部とベクトル制御部１２１３と、を備えている。ベクトル制御部１２１３は、検出した初期位相と、駆動電流を示すデジタルデータ１２１５〜１２１７と、周波数比較器１２１からの比較データと、に基づき各相の駆動パターンを出力する。

第一実施形態では、各相の駆動電流の合計値をＡＤコンバータ１３１が検出することで、電流による検出を行っていた。本実施形態では、ＡＤコンバータ１２１４が出力する駆動電流を示すデジタルデータ１２１５〜１２１７により「電流ショート検出」及び「電流オープン・コイル故障検出」を行う。また、Ｕ相及びＶ相についてのみ比較信号が得られるため、「電圧オープン検出」は、Ｕ相（対向相はＶ相）及びＶ相（対向相はＷ相）のみを行う。したがって、Ｗ相のトランジスタのオープン状態は、「電流オープン・コイル故障検出」により行う。

図１０は、本実施形態による故障検出処理のフローチャートである。Ｓ３０〜Ｓ３２までの処理は、図７に示す第二実施形態の故障検出処理のＳ１０〜１２と同様である。各相のトランジスタのショート状態を検出しないと、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ３３で、Ｕ、Ｖ相の順で「電圧オープン検出」を行い、Ｓ３４で結果を判定する。なお、例えば、Ｕ相を診断相とするときはＶ相を対向相とし、Ｖ相を診断相とするときはＷ相を対向相とする。上述した様に、「電圧オープン検出」では故障個所を一意に特定できるため、マイクロコンピュータ１２３は、何れかのトランジスタのオープン状態を検出すると、オープン状態のトランジスタを記録する。そして、Ｓ３６でコントロール基板の故障と判定して処理を終了する。

Ｓ３４で、Ｕ相及びＶ相のオープン状態のトランジスタを検出しない場合、マイクロコンピュータ１２３は、Ｓ３５で、図１１のフローチャートで示すＷ相オープン・コイル故障検出処理を行う。図１１においては、図９に示す第一実施形態のコイル故障検出処理と同じ処理には同じ参照符号を使用してその説明を省略する。本実施形態では、Ｓ２４で故障を検出しないと、Ｓ４０でＷＵ相コイル故障検出を行い、Ｓ４１で結果を判定する。Ｓ４０の処理は、ＵＶ相コイル故障検出とＶＷ相コイル故障検出で故障を検出しない場合に実施されるため、Ｗ相のコイルは正常である。したがって、Ｓ４０では、Ｗ相を診断相とし、Ｕ相を対向相とする「電流オープン・コイル故障検出」を行い、これによりＷ相のトランジスタのオープン故障を判定する。なお、図１１で行う各故障判定処理は、「Ｈ電流オープン・コイル故障検出」であっても、「Ｌ電流オープン・コイル故障検出」であっても良いが、何れかに統一する。例えば、「Ｈ電流オープン・コイル故障検出」を使用し、Ｓ４０でオープン状態を検出すると、Ｗ相の駆動部１０８の上側トランジスタのオープン故障を特定できる。一方、「Ｌ電流オープン・コイル故障検出」を使用し、Ｓ４０でオープン状態を検出すると、Ｗ相の駆動部１０８の下側トランジスタのオープン故障を特定できる。Ｓ４１で故障を検出しないと、マイクロコンピュータ１２３は、各相のコイルとＷ相のトランジスタ共に正常と判定する。なお、Ｓ２７〜Ｓ２９により終了した場合には、モータユニット１０１の故障と判定し、Ｓ４３で処理を終了した場合には、コントロール基板１０２の故障と判定する。

［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０４：界磁コイル、１０３：ロータ、１０１：モータユニット、１０８：駆動部、１１５〜１１７：コンパレータ、１０９：検出抵抗、１２３：マイクロコンピュータ

Claims (16)

1. 複数の相それぞれに対応する複数の界磁コイルと、磁極を有するロータと、を含むモータユニットと、
   それぞれがスイッチング素子を含み、前記複数の相それぞれに対応して設けられる複数の駆動手段と、
   前記複数の界磁コイルそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記複数の駆動手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記複数の駆動手段のスイッチング素子を制御する制御手段と、
   を備えているモータ駆動システムであって、
   前記制御手段は、故障判定のための複数のテストパターンそれぞれに従って前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、前記電圧検出手段の検出結果及び前記電流検出手段の検出結果のいずれか、或いは、両方を組み合わせることで前記複数の界磁コイル及び前記複数の駆動手段の故障を判定することを特徴とするモータ駆動システム。
2. 前記制御手段は、前記複数の相の内の故障判定対象である第１相と、前記複数の相の内の前記第１相とは異なる第２相を選択して前記複数のテストパターンのいずれかを適用することを、前記第１相及び前記第２相の組み合わせを変えながら行うことで、前記複数の界磁コイル及び前記複数の駆動手段の故障を判定し、
   前記複数のテストパターンにおいて、前記複数の相の内の前記第１相及び前記第２相以外の相に対応する駆動手段の各スイッチング素子はオフ状態に設定されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
3. 前記制御手段は、第１テストパターンに従って前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、前記電流検出手段の検出結果に基づき前記複数の駆動手段の各スイッチング素子のショート故障を判定することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動システム。
4. 前記第１テストパターンは、前記第２相に対応する駆動手段のスイッチング素子については、前記第１相に対応する駆動手段の故障判定対象のスイッチング素子に電流を流す状態に設定し、かつ、前記第１相に対応する駆動手段のスイッチング素子をオフ状態に設定するパターンであることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動システム。
5. 前記制御手段は、第２テストパターンに従って前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、前記電圧検出手段の検出結果に基づき前記複数の駆動手段の各スイッチング素子のオープン故障を判定することを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動システム。
6. 前記第２テストパターンは、前記第１相に対応する駆動手段の故障判定対象のスイッチング素子と前記第２相の駆動手段のスイッチング素子との間で電流が流れる様に前記第１相及び前記第２相それぞれに対応する駆動手段の各スイッチング素子を設定するパターンであることを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動システム。
7. 前記制御手段は、第３テストパターンに従って前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、前記電流検出手段の検出結果に基づき前記複数の駆動手段の各スイッチング素子のショート故障及びオープン故障と、前記複数の界磁コイルのオープン故障及びショート故障を判定することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動システム。
8. 前記制御手段は、前記第１テストパターンにより前記複数の駆動手段の各スイッチング素子のショート故障を検出せず、かつ、前記第２テストパターンにより前記複数の駆動手段の各スイッチング素子のオープン故障を検出しない場合に、前記第３テストパターンによる故障判定を行うことで、前記第３テストパターンにより、前記複数の界磁コイルのオープン故障及びショート故障を判定することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動システム。
9. 前記制御手段は、前記第３テストパターンに従って前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、前記電流検出手段が検出する電流のレベルに基づき前記複数の界磁コイルがオープン故障であるかショート故障であるかを判定することを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動システム。
10. 前記第３テストパターンは、前記第１相の界磁コイルと前記第２相の界磁コイルとの間で電流が流れる様に前記第１相及び前記第２相に対応する各駆動手段の各スイッチング素子を設定した後、前記複数の界磁コイルに電流が流れない様に前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を設定するパターンであり、
    前記制御手段は、前記第１相及び前記第２相の組み合わせそれぞれに対して前記第３テストパターンを適用することで、前記複数の界磁コイルのうちのオープン故障又はショート故障である界磁コイルを判定することを特徴とする請求項９に記載のモータ駆動システム。
11. 複数の相それぞれに対応する複数の界磁コイルと、磁極を有するロータと、を含むモータユニットと、
    それぞれが２つのスイッチング素子を含み、前記複数の相それぞれに対応して設けられる複数の駆動手段と、
    前記複数の界磁コイルの内の１つの第１界磁コイルとは異なる界磁コイルそれぞれの電圧を検出する電圧検出手段と、
    前記複数の駆動手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    前記複数の駆動手段のスイッチング素子を制御する制御手段と、
    を備えているモータ駆動システムであって、
    前記制御手段は、
    第１テストパターンに従って前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、前記電流検出手段の検出結果に基づき前記複数の駆動手段の各スイッチング素子のショート故障を判定し、
    第２テストパターンに従って前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、前記電圧検出手段の検出結果に基づき前記第１界磁コイルの相に対応する駆動手段とは異なる駆動手段の各スイッチング素子のオープン故障を判定し、
    第３テストパターンに従って前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を制御したときの、前記電流検出手段の検出結果に基づき前記第１界磁コイルの相に対応する駆動手段のスイッチング素子のオープン故障と、前記複数の界磁コイルのオープン故障及びショート故障を判定することを特徴とするモータ駆動システム。
12. 前記制御手段は、前記複数の相の内の故障判定対象である第１相と、前記複数の相の内の前記第１相とは異なる第２相を選択して前記第１テストパターン、前記第２テストパターン及び前記第３テストパターンのいずれかを適用して故障を判定することを、前記第１相及び前記第２相の組み合わせを変えながら行い、
    前記第１テストパターン、前記第２テストパターン及び前記第３テストパターンにおいて、前記複数の相の内の前記第１相及び前記第２相以外の相に対応する駆動手段の各スイッチング素子はオフ状態に設定されることを特徴とする請求項１１に記載のモータ駆動システム。
13. 前記第１テストパターンは、前記第２相に対応する駆動手段の各スイッチング素子については、前記第１相に対応する駆動手段の故障判定対象のスイッチング素子に電流を流す状態に設定し、かつ、前記第１相に対応する駆動手段の各スイッチング素子をオフ状態とするパターンであり、
    前記第２テストパターンは、前記第１相に対応する駆動手段の故障判定対象のスイッチング素子と前記第２相の駆動手段の１つのスイッチング素子との間で電流が流れる様に前記第１相及び前記第２相それぞれに対応する駆動手段の各スイッチング素子を設定するパターンであることを特徴とする請求項１２に記載のモータ駆動システム。
14. 前記制御手段は、前記第１テストパターンにより前記複数の駆動手段の各スイッチング素子のショート故障を検出せず、かつ、前記第２テストパターンにより前記第１界磁コイルの相とは異なる相に対応する各駆動手段の各スイッチング素子のオープン故障を検出しない場合に、前記第３テストパターンによる故障判定を行うことで、前記第１界磁コイルの相に対応する駆動手段のスイッチング素子のオープン故障と、前記複数の界磁コイルのオープン故障及びショート故障を判定することを特徴とする請求項１２に記載のモータ駆動システム。
15. 前記第３テストパターンは、前記第１相に対応する駆動手段の１つのスイッチング素子と、前記第２相に対応する駆動手段の１つのスイッチング素子との間で、前記第１相の界磁コイル及び前記第２相の界磁コイルを介して電流が流れる様に前記第１相及び前記第２相に対応する各駆動手段の各スイッチング素子を設定した後、前記複数の界磁コイルに電流が流れない様に前記複数の駆動手段の各スイッチング素子を設定するパターンであり、
    前記制御手段は、前記第１相及び前記第２相の組み合わせそれぞれに対して前記第３テストパターンを適用することで、前記第１界磁コイルの相に対応する駆動手段のスイッチング素子のオープン故障と、前記複数の界磁コイルのオープン故障及びショート故障を判定することを特徴とする請求項１４に記載のモータ駆動システム。
16. 前記制御手段は、前記第１界磁コイルに対応する相を第２相とし、前記第１界磁コイルに対応する相の駆動手段の第１スイッチング素子に電流が流れる様に前記第３テストパターンを適用したときに故障を検出せず、前記第１界磁コイルに対応する相を第１相とし、前記第１界磁コイルに対応する相の駆動手段の第２スイッチング素子に電流が流れる様に前記第３テストパターンを適用したときに故障を検出すると、前記第１界磁コイルに対応する相の駆動手段の前記第２スイッチング素子のオープン故障と判定することを特徴とする請求項１５に記載のモータ駆動システム。

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