JP3041614B1 - 電流検出装置及び電動機制御装置 - Google Patents

電流検出装置及び電動機制御装置

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JP3041614B1
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Abstract

【要約】 【課題】 故障判定機能を備えた電流検出装置、及びこ
の電流検出装置を備えた電動機制御装置を提供する。 【解決手段】 ノードN1の電位VSが基準電位Vrと
等しくなるようにノードN2の電位が制御され、電源電
位VDDからノードN2へ制御電流iが供給される。制
御電流iはホールセンサ42eに供給され、このホール
センサ42eから制御電流iと磁界Bの磁束密度に比例
した電位の出力信号S42eが出力される。出力信号S
42eは、オペアンプ42fで増幅される。制御電流i
は、抵抗42gで設定される。電位VSは、判定部42
hで規定の範囲にあるか否かが判定される。例えばトラ
ンジスタ42d等の構成部品の故障によって制御電流i
が変化した場合、電位VSが規定の範囲にない状態が一
定時間以上続くので、判定部42hで構成部品の故障と
して判定され、停止信号S42−2が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車の
電動パワーステアリング装置等に設けられ、検出対象と
なる電流に基づいて発生した磁界の磁束密度に比例した
電位の検出信号を生成する電流検出装置、及びこの電流
検出装置を備えた電動機制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の電流検出装置を備えた電
動機制御装置の一例を示す概略の構成図である。この電
動機制御装置10は、電動機制御部11を有している。
電動機制御部11は、電動機Mを駆動するための駆動信
号の目標値を示す入力信号inを入力して該入力信号i
nと比較信号S12との電位の絶対値を比較し、該入力
信号inに対する該比較信号S12の正の電位差に応じ
たレベルのトルク減少用の駆動信号S10、又は該入力
信号inに対する該比較信号S12の負の電位差に応じ
たレベルのトルク増加用の駆動信号S10を生成する機
能を有している。電動機制御部11の出力側には、駆動
信号S10に基づいて回転する電動機Mが接続されてい
る。又、この電動機制御装置10には、電流検出装置
(例えば、電流検出部)12が設けられている。電流検
出部12は、駆動信号S10によって電動機Mに流れる
電流に基づいて発生した磁界Bの磁束密度に比例した前
記比較信号S12を生成する回路である。電流検出部1
2の出力側には、電動機制御部11が接続されている。
【0003】図3は、図2中の電流検出部12の一例を
示す回路図である。この電流検出部12は、演算増幅器
(以下、「オペアンプ」という)12aを有している。
オペアンプ12aの非反転入力端子は、抵抗12bを介
して電源電位VCCに接続されると共に、抵抗12cを
介してグランドに接続されている。オペアンプ12aの
反転入力端子は、ノードN1に接続されている。オペア
ンプ12aの+側の電源端子は電源電位VDDに接続さ
れ、−側の電源端子がグランドに接続されている。オペ
アンプ12aの出力端子にはトランジスタ12dのベー
スが接続され、該トランジスタ12dのコレクタが電源
電位VDDに接続されている。トランジスタ12dのエ
ミッタは、ノードN2に接続されている。ノードN1と
ノードN2との間には、ホールセンサ12eの入力端子
が接続されている。ホールセンサ12eには、検出対象
となる図2中の駆動信号S10によって電動機Mに流れ
る電流に基づいて発生した磁界Bが加えられるようにな
っている。ホールセンサ12eは、磁界Bの磁束密度と
ノードN2から供給された制御電流iとに比例した電位
の出力信号S12eを出力するものである。ホールセン
サ12eの出力端子には、出力信号S12eを所定の利
得で増幅して比較信号S12を出力するオペアンプ12
fが接続されている。又、ノードN1は、抵抗12gを
介してグランドに接続されている。
【0004】図4は、図2の電動機制御装置10が設け
られた自動車の電動パワーステアリング装置の一例を示
す構成図である。この電動パワーステアリング装置は、
ハンドル21を有している。ハンドル21には、ステア
リング軸22が一体的に連結されている。ステアリング
軸22は、両端に自在継手23a,23bを有する連結
軸23を介してステアリングギヤボックス24内のピニ
オン24aに連結されている。これらのハンドル21、
ステアリング軸22、連結軸23及びステアリングギヤ
ボックス24で手動操舵力発生手段が構成されている。
ステアリングギヤボックス24には、ピニオン24aに
噛み合うラック24bが内蔵されている。ハンドル21
による操舵力は、ピニオン24aとラック24bとの噛
み合いによって軸方向に変換され、ラック24bと一体
化されたラック軸25が往復動するようになっている。
ラック軸25の両端には、タイロッド26a,26bを
介して前輪27a,27bが連結されている。
【0005】又、この電動パワーステアリング装置に
は、手動操舵力発生手段による操舵力を増強してドライ
バの操舵力を軽減するために、アシスト(援助)トルク
を供給する電動機Mがラック軸25と同軸的に配設され
ている。電動機Mのロータには、駆動側のへリカルギヤ
28が一体的に設けられ、このへリカルギヤ28がボー
ルねじ機構29のねじ軸29aの軸端に一体的に設けら
れたヘリカルギヤ29bと噛み合わされている。更に、
ステアリングギヤボックス24内には、ピニオン24a
に作用する運転者の手動操舵トルクを検出するための操
舵トルク検出手段30が設けられている。操舵トルク検
出手段30の出力側には図2の電動機制御装置10が接
続され、この電動機制御装置10に電動機Mが接続され
ている。
【0006】この電動パワーステアリング装置では、運
転者がハンドル21を操作することによって手動操舵ト
ルクが発生し、前輪27a,27bが揺動されて自動車
の進行方向が可変される。このとき、操舵トルク検出手
段30によって手動操舵トルクが検出され、検出信号S
30が出力される。検出信号S30は入力信号inとし
て図2中の電動機制御部11に入力され、この電動機制
御部11から該入力信号inに対応した駆動信号S10
が出力される。電動機Mは、駆動信号S10に基づいて
回転し、この回転トルクがへリカルギヤ28及びボール
ねじ機構29を介して推力に変換され、ラック軸25の
推力がアシストされる。駆動信号S10によって電動機
Mに流れる電流に基づいて発生した磁界Bは、電流検出
部12中のホールセンサ12eに加えられる。
【0007】電流検出部12では、ノードN1の電位が
抵抗12b,12cで設定された基準電位Vrと等しく
なるようにノードN2の電位が制御され、且つ電源電位
VDDから該ノードN2へ制御電流iが供給される。制
御電流iの値は、抵抗12gで設定される。制御電流i
はホールセンサ12eに供給され、このホールセンサ1
2eから該制御電流iと磁界Bの磁束密度に比例した電
位の出力信号S12eが出力される。出力信号S12e
はオペアンプ12fに入力されて増幅され、該オペアン
プ12fから比較信号S12が出力される。入力信号i
nは、電動機制御部11で比較信号S12と比較され、
該入力信号inに対して該比較信号S12が大きい場
合、トルク減少用の駆動信号S10が出力される。一
方、入力信号inに対して比較信号S12が小さい場
合、トルク増加用の駆動信号S10が出力される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
図2の電動機制御装置10では、次のような課題があっ
た。図5は、駆動信号S10によって電動機Mに流れる
電流IMと比較信号S12との関係を示す特性図であ
り、縦軸に比較信号S12の電位、及び横軸に電流IM
がとられている。この図5において、電流IMが正の領
域では、自動車の進行方向に対して右方向にアシストト
ルクが供給され、該電流IMが負の領域では左方向にア
シストトルクが供給されることを示している。特性直線
Aは、正常時の電流IMと比較信号S12との関係を示
し、該電流IMと該比較信号S12とが比例関係になっ
ている。特性直線Bは、電流検出部12の内部で故障が
発生し、制御電流iが流れなくなった場合の電流IMと
比較信号S12との関係を示し、該比較信号S12が常
時2.5Vになっている。ところが、電流検出部12が
正常であっても、電流IMが0Aの場合は、比較信号S
12が2.5Vになるので、この比較信号S12の値に
基づいて電流検出部12の故障を検出することができな
いという課題があった。
【0009】この課題を解決するために、電流IMと比
較信号S12との関係を解析して電流検出部12の故障
を診断する故障診断装置を、コンピュータ等で構成する
ことが考えられる。ところが、これをコンピュータ等で
構成すると、回路が複雑で膨大な規模のものになり、実
現が困難であるという課題があった。本発明は、比較的
簡単な構成で故障判定できる機能を備えた電流検出装
置、及びこの電流検出装置を備えた電動機制御装置を提
供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの請求項1に係る発明は、電流検出装
置において、第1のノードと第2のノードとの間に接続
され、検出対象となる電流に基づいて発生した磁界の磁
束密度と該第2のノードから供給された制御電流とに比
例した電位の検出信号を生成するセンサ手段と、前記第
1のノードの電位が予め設定された基準電位と等しくな
るように前記第2のノードの電位を制御し、且つ第1の
電源電位から該第2のノードへ前記制御電流を供給する
電流供給手段と、前記第1のノードと第2の電源電位と
の間に接続され、前記制御電流を所定の値に設定するた
めの電流設定手段と、前記第1又は第2のノードの電位
が規定の範囲にあるか否かを判定し、該第1又は第2の
ノードの電位が規定の範囲にない状態が一定時間以上続
く場合に前記電流供給手段の故障を示す判定信号を出力
する判定手段とを、備えている。
【0011】このような構成を採用したことにより、電
流設定手段で設定された制御電流が電流供給手段からセ
ンサ手段に供給され、検出対象となる電流に基づいて発
生した磁界の磁束密度と該制御電流とに比例した電位の
検出信号がこのセンサ手段から出力される。第1又は第
2のノードの電位は、判定手段で規定の範囲にあるか否
かが判定され、該第1又は第2のノードの電位が該規定
の範囲にない状態が一定時間以上続く場合、該判定手段
からこの電流検出装置の故障を示す判定信号が出力され
る。
【0012】請求項2に係る発明では、電動機制御装置
において、電動機を駆動するための駆動信号の目標値を
示す入力信号と比較信号との電位の絶対値を比較し、該
入力信号に対する該比較信号の正の電位差に応じたレベ
ルのトルク減少用の該駆動信号、又は該入力信号に対す
る該比較信号の負の電位差に応じたレベルのトルク増加
用の該駆動信号を生成して電動機に供給し、停止信号が
与えられたときに該駆動信号の供給を停止する電動機制
御手段と、前記電動機の電流を検出し、且つ前記比較信
号及び停止信号を出力する電流検出手段とを、備えてい
る。そして、前記電流検出手段は、第1のノードと第2
のノードとの間に接続され、前記電動機の電流に基づい
て発生した磁界の磁束密度と該第2のノードから供給さ
れた制御電流とに比例した電位の前記比較信号を生成す
るセンサ手段と、前記第1のノードの電位が予め設定さ
れた基準電位と等しくなるように前記第2のノードの電
位を制御し、且つ第1の電源電位から該第2のノードへ
前記制御電流を供給する電流供給手段と、前記第1のノ
ードと第2の電源電位との間に接続され、前記制御電流
を所定の値に設定するための電流設定手段と、前記第1
又は第2のノードの電位が規定の範囲にあるか否かを判
定し、該第1又は第2のノードの電位が該規定の範囲に
ない状態が一定時間以上続く場合に前記停止信号を前記
電動機制御手段に与える判定手段とを、備えている。
【0013】このような構成を採用したことにより、入
力信号の絶対値は、電動機制御手段に入力されて比較信
号の絶対値と比較され、この比較結果に応じたレベルの
駆動信号が該電動機制御手段から出力されて電動機に供
給される。電流設定手段で設定された制御電流が電流供
給手段からセンサ手段に供給され、電動機に流れる電流
に基づいて発生した磁界の磁束密度と該制御電流とに比
例した電位の比較信号がこのセンサ手段から出力され
る。第1又は第2のノードの電位は、判定手段で規定の
範囲にあるか否かが判定され、該第1又は第2のノード
の電位が該規定の範囲にない状態が一定時間以上続く場
合に停止信号が出力される。この停止信号は、電動機制
御手段に与えられ、電動機に対する駆動信号の供給が停
止される。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態の電流
検出装置を備えた電動機制御装置の一例を示す概略の構
成図である。この電動機制御装置40は、電動機制御手
段(例えば、電動機制御部)41を有している。電動機
制御部41は、電動機Mを駆動するための駆動信号S4
1の目標値を示す入力信号inと比較信号S42−1と
の電位の絶対値を比較し、該入力信号inに対する該比
較信号S42−1の正の電位差に応じたレベルのトルク
減少用の駆動信号S41、又は該入力信号inに対する
該比較信号S42−1の負の電位差に応じたレベルのト
ルク増加用の駆動信号S41を生成する機能を有してい
る。又、この電動機制御部41は、停止信号S42−2
が与えられたときに駆動信号S41の供給を停止するよ
うになっている。電動機制御部41の出力側には、駆動
信号S41に基づいて回転する電動機Mが接続されてい
る。更に、この電動機制御装置40には、電流検出手段
(例えば、電流検出部)42が設けられている。電流検
出部42は、電動機Mに流れる電流IMに基づいて発生
した磁界Bの磁束密度に比例した前記比較信号S42−
1を生成し、且つ内部に故障が発生したときに前記停止
信号S42−2を生成する回路である。電流検出部42
の出力側には、電動機制御部41が接続されている。
【0015】図6は、図1中の電流検出部42の一例を
示す概略の回路図である。この電流検出部42は、オペ
アンプ42aを有している。オペアンプ42aの非反転
入力端子は、抵抗42bを介して電源電位VCCに接続
されると共に、抵抗42cを介してグランドに接続され
ている。オペアンプ42aの反転入力端子は、第1のノ
ードN1に接続されている。オペアンプ42aの+側の
電源端子は第1の電源電位VDDに接続され、−側の電
源端子がグランドに接続されている。オペアンプ42a
の出力端子にはトランジスタ42dのベースが接続さ
れ、該トランジスタ42dのコレクタが電源電位VDD
に接続されている。トランジスタ42dのエミッタは、
第2のノードN2に接続されている。これらのオペアン
プ42a、抵抗42b,42c及びトランジスタ42d
で電流供給手段が構成されている。
【0016】ノードN1とノードN2との間には、セン
サ手段(例えば、ホールセンサ)42eの入力端子が接
続されている。ホールセンサ42eには、検出対象とな
る図1中の電動機Mに流れる電流IMに基づいて発生し
た磁界Bが加えられるようになっている。この場合、磁
界Bは、例えば、電流IMが流れる図示しない電線を包
囲するように配設されたギャップ付きのリング・コアに
よって発生するようになっている。そして、このギャッ
プ中にホールセンサ42eが配置されている。ホールセ
ンサ42eは、磁界Bの磁束密度とノードN2から供給
された制御電流iとに比例した電位の出力信号S42e
を出力するものである。
【0017】ホールセンサ42eの出力端子には、出力
信号S42eを所定の利得で増幅して比較信号S42−
1を出力するオペアンプ42fが接続されている。又、
ノードN1は、電流設定手段(例えば、抵抗)42gを
介して第2の電源電位(例えば、グランド)に接続され
ている。更に、ノードN1には、判定手段(例えば、判
定部)42hが接続されている。判定部42hは、例え
ば、ノードN1の電位VSを一定の時間間隔で取出すサ
ンプルホールド回路、この電位VSを所定の量子化ビッ
ト数でアナログ/ディジタル(以下、「A/D」とい
う)変換してディジタル値を出力するA/Dコンバー
タ、及び該ディジタル値が規定の範囲にあるか否かを判
定するディジタルコンパレータ、及びこの規定の範囲に
ない状態が一定時間以上続く場合に前記停止信号S42
−2を出力する中央処理装置等で構成されている。
【0018】次に、図1の電動機制御装置40の動作を
説明する。入力信号inは電動機制御部41に入力さ
れ、この電動機制御部41から駆動信号S41が出力さ
れる。電動機Mは駆動信号S41に基づいた電流IMで
駆動されて回転し、この電流IMに基づいて発生した磁
界Bが電流検出部42中のホールセンサ42eに加えら
れる。電流検出部42では、ノードN1の電位VSが抵
抗42b,42cで設定された基準電位Vrと等しくな
るようにノードN2の電位が制御され、且つ電源電位V
DDから該ノードN2へ制御電流iが供給される。制御
電流iの値は、抵抗42gで設定される。制御電流iは
ホールセンサ42eに供給され、このホールセンサ42
eから該制御電流iと磁界Bの磁束密度とに比例した電
位の出力信号S42eが出力される。出力信号S42e
はオペアンプ42fに入力されて増幅され、該オペアン
プ42fから比較信号S42−1が出力される。入力信
号inは、電動機制御部41で比較信号S42−1と比
較され、該入力信号inに対して該比較信号S42−1
が大きい場合、トルク減少用の駆動信号S41が出力さ
れる。一方、入力信号inに対して比較信号S42が小
さい場合、トルク増加用の駆動信号S41が出力され
る。
【0019】図7は、図6の電流検出部42における故
障判定動作を説明するためのフローチャートである。こ
の図7を参照しつつ、図6の故障判定動作を説明する。
ノードN1の電位VSは、判定部42hでA/D変換さ
れ(ステップST1)、このディジタル値が規定の範囲
にあるか否かが判定される(ステップST2)。更に、
電位VSがこの規定の範囲にない状態が一定時間以上続
いているか否かが判定され(ステップST3)、例え
ば、オペアンプ42a、トランジスタ42d及び抵抗4
2g等の構成部品の故障によって制御電流iが変化した
場合には電位VSが規定の範囲にない状態が一定時間以
上続くので、構成部品の故障として判定され、停止信号
S42−2が電動機制御部41に送出される(ステップ
ST4)。そして、電動機制御部41による駆動信号S
41の供給が停止される。前記ステップST2におい
て、ディジタル値が規定の範囲にある場合、停止信号S
42−2は送出されない。又、前記ステップST3にお
いて、電位VSが規定の範囲にない状態が一定時間以上
続いていない場合も、停止信号S42−2は送出されな
い。
【0020】以上のように、この実施形態では、電流検
出部42の判定部42hでノードN1の電位VSが規定
の範囲にあるか否かを判定し、この電位VSがこの規定
の範囲にない状態が一定時間以上続く場合に停止信号S
42−2を出力するようにしたので、構成部品の故障判
定が比較的簡単な構成で短時間に確実に実行される。更
に、電動機制御装置40は、この電流検出部42を備え
ているので、該電流検出部42の内部で故障が発生した
ときに動作を停止できる。
【0021】尚、本発明は上記実施形態に限定されず、
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 (a) 図6中のホールセンサ42eの入力端子間のイ
ンピーダンスの温度特性が無視できる程度であれば、判
定部42hをノードN2に接続しても、上記実施形態と
ほぼ同様の作用、効果が得られる。 (b) 図6中の抵抗42b,42cは、いずれか一方
を例えばツェナ・ダイオード等の電圧設定素子に変更し
てもよい。 (c) 図6中のトランジスタ42dは、例えばMOSFET
等に変更してもよい。 (d) 図6中のオペアンプ42aが、制御電流iを取
出すことのできる品種であれば、トランジスタ42dを
省略し、該オペアンプ42aの出力端子をノードN2に
接続してもよい。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項1に
係る発明によれば、判定手段で第1又は第2のノードの
電位が規定の範囲にあるか否かを判定し、この電位が規
定の範囲にない状態が一定時間以上続く場合に故障を示
す判定信号を出力するようにしたので、構成部品の故障
判定を比較的簡単な構成で短時間に確実に実行できる。
請求項2に係る発明によれば、電流検出手段の判定手段
で第1又は第2のノードの電位が規定の範囲にあるか否
かを判定し、この電位がこの規定の範囲にない状態が一
定時間以上続く場合に停止信号を出力するようにしたの
で、構成部品の故障判定を比較的簡単な構成で短時間に
確実に実行できる。その上、電動機制御装置は、この電
流検出手段を備えているので、該電流検出手段の内部で
故障が発生したときに動作を停止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の電動機制御装置の構成図で
ある。
【図2】従来の電動機制御装置の構成図である。
【図3】図2中の電流検出部12の回路図である。
【図4】電動パワーステアリング装置の構成図である。
【図5】電流IMと比較信号S12との関係を示す特性
図である。
【図6】図1中の電流検出部42の回路図である。
【図7】図6のフローチャートである。
【符号の説明】
40 電動機制御装置 41 電動機制御部(電動機
制御手段) 42 電流検出部(電流検出
手段) 42a オペアンプ(電流供給
手段) 42b,42c 抵抗(電流供給手段) 42d トランジスタ(電流供
給手段) 42e ホールセンサ(センサ
手段) 42h 判定部(判定手段) B 磁界 M 電動機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02P 6/12 H02P 6/00 321W (72)発明者 野呂 栄樹 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 向 良信 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 太田 進 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 黒澤 孝夫 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平8−43512(JP,A) 特開 平4−184267(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 19/00 - 19/32 G01R 15/20 G01R 31/00 G01R 33/07 G01R 35/00 H02P 3/06 H02P 6/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のノードと第2のノードとの間に接
    続され、検出対象となる電流に基づいて発生した磁界の
    磁束密度と該第2のノードから供給された制御電流とに
    比例した電位の検出信号を生成するセンサ手段と、 前記第1のノードの電位が予め設定された基準電位と等
    しくなるように前記第2のノードの電位を制御し、且つ
    第1の電源電位から該第2のノードへ前記制御電流を供
    給する電流供給手段と、 前記第1のノードと第2の電源電位との間に接続され、
    前記制御電流を所定の値に設定するための電流設定手段
    と、 前記第1又は第2のノードの電位が規定の範囲にあるか
    否かを判定し、該第1又は第2のノードの電位が規定の
    範囲にない状態が一定時間以上続く場合に故障を示す判
    定信号を出力する判定手段とを、備えたことを特徴とす
    る電流検出装置。
  2. 【請求項2】 電動機を駆動するための駆動信号の目標
    値を示す入力信号と比較信号との電位の絶対値を比較
    し、該入力信号に対する該比較信号の正の電位差に応じ
    たレベルのトルク減少用の該駆動信号、又は該入力信号
    に対する該比較信号の負の電位差に応じたレベルのトル
    ク増加用の該駆動信号を生成して電動機に供給し、停止
    信号が与えられたときに該駆動信号の供給を停止する電
    動機制御手段と、 前記電動機の電流を検出し、且つ前記比較信号及び停止
    信号を出力する電流検出手段とを備え、 前記電流検出手段は、 第1のノードと第2のノードとの間に接続され、前記電
    動機の電流に基づいて発生した磁界の磁束密度と該第2
    のノードから供給された制御電流とに比例した電位の前
    記比較信号を生成するセンサ手段と、 前記第1のノードの電位が予め設定された基準電位と等
    しくなるように前記第2のノードの電位を制御し、且つ
    第1の電源電位から該第2のノードへ前記制御電流を供
    給する電流供給手段と、 前記第1のノードと第2の電源電位との間に接続され、
    前記制御電流を所定の値に設定するための電流設定手段
    と、 前記第1又は第2のノードの電位が規定の範囲にあるか
    否かを判定し、該第1又は第2のノードの電位が該規定
    の範囲にない状態が一定時間以上続く場合に前記停止信
    号を前記電動機制御手段に与える判定手段とを、備えた
    ことを特徴とする電動機制御装置。
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