(57)【要約】【課題】    電動機の駆動回路に発生する種々の異常を速やかに検出することのできる故障診断装置を提供する。【解決手段】  多相交流電圧を発生し、発生した交流電圧を給電線を介して交流電動機に供給する出力回路８と、出力回路をスイッチング制御する制御回路６と、給電線の任意の一線にバイアス電圧を供給するバイアス回路９と、給電線の各線の電圧を検出するモニタ１０，１１，１２とを備え、出力回路が給電線の前記任意の一線にのみ出力を発生したとき、または出力を発生しないときにモニタが検出した各給電線の電圧を予め設定した複数の設定電圧と比較して、給電線の異常を検出する故障診断装置６ａを備えた。  【選択図】    図１
2006050707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相交流電圧を発生し、発生した交流電圧を給電線を介して交流電動機に供給する出力回路と、
出力回路をスイッチング制御する制御回路と、
給電線の任意の一線にバイアス電圧を供給するバイアス回路と、
給電線の各線の電圧を検出するモニタとを備え、
出力回路が給電線の前記任意の一線にのみ出力を発生したとき、または出力を発生しないときにモニタが検出した各給電線の電圧を予め設定した複数の設定電圧と比較して、給電線の異常を検出する故障診断手段を備えたことを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動機駆動装置において、
故障診断手段は、出力回路が給電線に出力を発生しないときに、モニタが検出した各給電線の電圧が予め設定した第１の設定電圧以上であるとき給電線に天絡が発生したと判断することをを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載の電動機駆動装置において、
故障診断手段は、出力回路が給電線に出力を発生しないときに、モニタが検出した各給電線の電圧が予め設定した第１の設定電圧より低い第２の設定電圧以下であるとき給電線に地絡が発生したと判断することをを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の電動機駆動装置において、
故障診断手段は、出力回路がバイアスが印加された給電線に出力を発生したとき、該給電線の電圧が第１の設定電圧以上であり、少なくとの他の何れかの給電線の電圧が第２の設定電圧以下であるとき、何れかの給電線に断線が発生したと判断することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載の電動機駆動装置において、
故障診断手段は、出力回路が給電線に出力を発生しないとき、バイアスが印加された給電線電圧が第１の設定電圧以下および第２の設定電圧以上であり、バイアスが印加されない給電線の電圧がそれぞれ第１の設定電圧以下且つ第２の設定電圧以上、および第２の設定電圧以下であり、且つ、出力回路がバイアスが印加された給電線に出力を発生したとき、該給電線の電圧が第１の設定電圧以上であり、少なくとの他の何れかの給電線の電圧が第２の設定電圧以下であるとき、何れかの給電線に断線が発生したと判断することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項６】
請求項１記載の電動機駆動装置において、
故障診断手段は、出力回路が給電線に出力を発生しないとき、各給電線電圧が第２の設定電圧以上であり、且つ、出力回路が給電線に出力を発生したとき、各給電線電圧が第１の設定電圧以上であるとき、給電線は正常であると判断することをを特徴とする電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機駆動装置の故障診断技術にに係り、特に給電線を介して交流電動機に電力を供給する回路の異常を検出する故障診断技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のパワーステアリング装置として、モータ制御装置を用いた電動パワーステアリング装置が使用されるようになってきた。従来、電動パワーステアリング装置は、小型車にのみ適用されていたが、燃費向上、車両内における機器のレイアウト上のメリットにより、中型車以上への適用が進んでいる。
【０００３】
しかし、従来のブラシ付きモータを用いた電動パワーステアリング装置では、十分な出力トルクを得ることができず、また保守にも時間がかかる。このため、電動パワーステアリング用のモータはブラシ付きモータから３相モータへの置き換えが進んでいる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１７４７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動パワーステアリング装置に異常が発生すると、その異常動作により不測の事故が発生する可能性がある。このため、３相モータを電動パワーステアリング装置に採用するに当たっては高信頼性を確保することが要求される。
【０００５】
電動パワーステアリング装置の異常の有無を判断する方法としては、電動機に電流を流して診断する方法と、電動機に電流を流すことなく診断する方法が知られている。ここで、電動機に電流を流して診断する方法は、ハンドルが回転する可能性があるため、通常は電動機に電流を流すことなく診断する方法が採用される。また、この異常診断は電源をオンにした直後に行われる必要がある。
【０００６】
本発明は、これらの課題に鑑みてなされたもので、電動機の駆動回路に発生する種々の異常を始動後に速やかに検出することのできる故障診断装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【０００８】
多相交流電圧を発生し、発生した交流電圧を給電線を介して交流電動機に供給する出力回路と、出力回路をスイッチング制御する制御回路と、給電線の任意の一線にバイアス電圧を供給するバイアス回路と、給電線の各線の電圧を検出するモニタとを備え、出力回路が給電線の前記任意の一線にのみ出力を発生したとき、または出力を発生しないときにモニタが検出した各給電線の電圧を予め設定した複数の設定電圧と比較して、給電線の異常を検出する故障診断装置を備えた。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上の構成を備えるため、電動機の駆動回路に発生する種々の異常を速やかに検出することのできる故障診断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】
【００１０】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、電動機駆動装置を説明する図である。図において、１はモータの駆動回路、２はバッテリ等の電源、３はイグニッションスイッチ(IGNSW）、４はスイッチ素子である。イグニッションスイッチ３がＯＮされると、駆動回路１内のスイッチ素子４がＯＮされ、電源２の電圧が駆動回路１に供給される。
【００１１】
５は制御回路の電源であり、電源２の電圧を調整して制御回路６に供給する。６はＣＰＵを備えたモータの制御回路であり、故障診断装置６ａを内蔵している。故障診断装置６ａはマイコン等で構成され、後述するように、モータに交流電力を供給する給電線２７，２８，２９の出力回路端側の電圧をモニタして、給電線の故障を診断する。７はモニタであり、電源ラインの電圧を検出して制御回路６に供給する。
【００１２】
８は多相交流を出力する出力回路であり、インバータ等で構成する。また、出力回路８は制御回路６で演算した制御値をもとにモータ１３を駆動制御する。９はバイアス回路であり、モータに交流電力を供給する給電線２７，２８，２９の出力回路８側に電源２の電圧を供給する。バイアス回路９は、給電線の数より少ない数に設定され、図の例では、三相に対し一相だけに設けることとする。１０，１１，１２は給電線２７，２８，２９の電圧を検出するモニタであり、給電線２７，２８，２９の電圧は制御回路６により逐次モニタすることができる。１３は各相毎の一次巻線ｎ１，ｎ２，ｎ３を有する三相誘導電動機等のモータであり、該モータによりハンドルを回転駆動する。
【００１３】
図２は、出力回路８、モニタ７、モニタ１０〜１２、モータ１３の接続を説明する図である。出力回路８は、ブリッジ接続したインバータ回路で構成され、上流側は電源ライン３０に、下流側はグランドＧＮＤに接続されている。２１，２３，２５はブリッジ回路を構成する上流側のスイッチ素子、２２，２４，２６はブリッジ回路を構成する下流側のスイッチ素子である。
【００１４】
上流側スイッチ素子（例えば２１）がＯＮした際は、モータ１３のＡ相にバッテリ電源２が供給され、また、下流側スイッチ素子（例えば２４）がＯＮした際はモータ１３のＢ相をグランド接地する。このようにして、モータ１３には、出力回路３の上側および下流側スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦにより、三相交流電流が供給されて回転駆動される。
【００１５】
また、モニタ７は、出力回路８の上流側の電圧をモニタしている。更に、Ａ相に設けたモニタ１０は給電線２７の電圧を、Ｂ相に設けたモニタ１１は給電線２８の電圧を、Ｃ相に設けたモニタ１２は給電線２９の電圧をモニタしている。また、バイアス回路９は電流制限抵抗ｒを介してバッテリ電圧３０をバイアス電圧として給電線２７に供給する。
【００１６】
図３は、正常時における、駆動回路１起動時の各部波形を説明する図である。図において、Ｖ４１は第１の設定電圧、Ｖ４２は第２の設定電圧であり、電源ライン電圧Ｖ３０＞第１の設定電圧Ｖ４１＞第２の設定電圧Ｖ４２に設定してある。
【００１７】
時点５１でイグニッションスイッチ３をＯＮすると、駆動回路１内のスイッチ４がＯＮ動作して、駆動回路１内にバッテリ電源２の電圧が供給される。これにより、駆動回路出力回路８の上流側にはバッテリ電源の電圧が供給され、電源ライン電圧Ｖ３０は、バッテリ電源の電圧まで上昇する。
【００１８】
このとき、バイアス回路９により、電源ライン電圧（バッテリ電圧）Ｖ３０が給電線２７に供給され、同時にモータ１３内の巻線（一次巻線）を介して給電線２８および２９にも供給される。また、この時、出力回路８内のスイッチ素子２１〜２６は全てＯＦＦ状態である。
【００１９】
バイアス回路９は、前述のように電流制限抵抗ｒで構成されており、また、モータ１３の各相の巻線抵抗は制限抵抗ｒに比して無視することができる。このため、電源ライン３０の電圧Ｖ３０は、バイアス回路９とモニタ１０〜１２の内部抵抗により分圧され、給電線２７、２８、２９の電圧Ｖ２７，Ｖ２８，Ｖ２９は、それぞれ第１の設定電圧Ｖ４１と第２の設定電圧Ｖ４２の間にバイアスされる。
【００２０】
次に、時点５２においてスイッチ素子２１のみをＯＮさせる。スイッチ素子２１をＯＮさせると、給電線２７の電圧Ｖ２７は、電源ライン電圧Ｖ３０近傍に上昇する。また同時にモータ１３内の巻線を介して、給電線２８〜２９にも供給される。これにより、給電線２７〜２９の電圧Ｖ２７，Ｖ２８，Ｖ２９は第１の設定電圧Ｖ４１以上となる。以上が、正常時の動作である。
【００２１】
図４は、各相の給電線２７，２９，２９の何れかが電源ライン３０にショート（天絡）している場合における、駆動回路１起動時の各部波形を説明する図である。
【００２２】
まず、時点５１でイグニッションスイッチ３をＯＮすると、駆動回路１内のスイッチ４がＯＮ動作して、駆動回路１にバッテリ電源２の電圧が供給される。これにより、駆動回路出力回路８の上流側にはバッテリ電源の電圧が供給され、電源ライン電圧Ｖ３０は、バッテリ電源の電圧まで上昇する。
【００２３】
各相の給電線２７，２８，２９の何れかが電源ライン３０にショートしている場合、各相の給電線２７，２８，２９はモータ１３内の巻線を介して、常時、電源ライン３０の電圧Ｖ３０近傍の値に充電されている。
【００２４】
このため、故障診断装置６ａは、時点５１で駆動回路１の電源をＯＮした後、下記３条件が同時に成立するか否かを判断し、この条件（条件１）が成立した場合、天絡と判定することができる。
【００２５】
給電線２７の電圧Ｖ２７≧第１の設定電圧Ｖ４１              
ａｎｄ
給電線２８の電圧Ｖ２８≧第１の設定電圧Ｖ４１
ａｎｄ
給電線２９の電圧Ｖ２９≧第１の設定電圧Ｖ４１              …（条件１）
この判定後は、保護のため全てのスイッチ素子２１〜２６をＯＦＦに固定とする。即ち、通常動作では、時点５２以降で、例えばスイッチ素子２１をＯＮにしてインバータを起動するが、この場合は全てのスイッチ素子２１〜２６をＯＦＦに固定とする。
【００２６】
図５は、各相の給電線２７，２８，２９の何れかがグランドＧＮＤにショート（地絡）している場合における、駆動回路１起動時の各部波形を説明する図である。
【００２７】
まず、時点５１において、イグニッションスイッチ３をＯＮすると、駆動回路１内のスイッチ４がＯＮ動作して、駆動回路１内にバッテリ電源２の電圧が供給される。これにより、駆動回路出力回路８の上流側にはバッテリ電源の電圧が供給され、電源ライン電圧Ｖ３０は、バッテリ電源の電圧まで上昇する。
【００２８】
このとき、バイアス回路９により、電源ライン電圧Ｖ３０が給電線２７に供給されるが、何れかの給電線がグランドＧＮＤにショートしていると、モータ１３内の巻線ｎ１，ｎ２，ｎ３を介して、全ての給電線２７，２８，２９の電圧はグランドＧＮＤ電圧近傍となる。
【００２９】
したがって、故障診断装置６ａは、時点５１で駆動回路１の電源をＯＮした後、下記３条件（条件２）が成立した場合、地絡と判定することができる。
【００３０】
給電線２７の電圧Ｖ２７≦第２の設定電圧４２              
ａｎｄ
給電線２８の電圧Ｖ２８≦第２の設定電圧４２
ａｎｄ
給電線２９の電圧Ｖ２９≦第２の設定電圧４２       …（条件２）
この判定後は、保護のため全てのスイッチ素子２１〜２６をＯＦＦ固定とする。即ち、通常動作では、時点５２以降で、例えばスイッチ素子２１をＯＮにしてインバータを起動するが、この場合は全てのスイッチ素子２１〜２６をＯＦＦに固定とする。
【００３１】
図６は、各相の給電線が断線している場合における、駆動回路１起動時の各部波形を説明する図であり、図６（ａ）は給電線２７に断線が発生している場合、図６（ｂ）は給電線２８に断線が発生している場合、図６（ｃ）は給電線２９に断線が発生している場合を示す。
【００３２】
ここで、給電線２７に断線が発生している場合（図６（ａ））を例にして説明すると、まず、時点５１において、イグニッションスイッチ３をＯＮすると、駆動回路１内のスイッチ４がＯＮ動作して、駆動回路１にバッテリ電源２の電圧が供給される。これにより、駆動回路１の出力回路８の上流側にはバッテリ電源の電圧が供給され、電源ライン電圧Ｖ３０は、バッテリ電源の電圧まで上昇する。
【００３３】
このとき、バイアス回路９を介して、電源ライン電圧Ｖ３０が給電線２７の出力回路８側に供給されるが、給電線２７は途中で断線しているので、給電線２８、２９には前記バイアス電圧は供給されない。
【００３４】
したがって、給電線２７の電圧Ｖ２７は、図３に示す例の場合と同様に第１の設定電圧Ｖ４１と第２の設定電圧Ｖ４２の間にバイアスされ、給電線２８、２９の電圧Ｖ２８，Ｖ２９はグランド電圧近傍の電圧となる。なお、このとき、出力回路８は起動前であるから出力回路を構成する各スイッチ素子２１〜２６は全てＯＦＦ状態である。
【００３５】
このとき、前記給電線印加される電圧Ｖ２７，Ｖ２８，Ｖ２９の条件は前記条件１、および条件２の何れの条件にも合致しない。このため、故障診断装置６ａは、この時点では天絡、地絡の判定を行わず、次の処理に進む。
【００３６】
次いで、時点５２において、スイッチ素子２１のみをＯＮにする。スイッチ素子２１をＯＮさせると、給電線２７の電圧は、電源ライン電圧Ｖ３０近傍に上昇するが、給電線２７はモータ１３間で断線しているため、給電線２８、２９には前記電圧が供給されない。このため、給電線２８、２９の電圧は、グランド電圧近傍となる。したがって、下記条件（条件３）が成立した場合、何れかの給電線（この場合は給電線２７）に断線が発生したと判定することができる。
【００３７】
給電線２７の電圧Ｖ２７≧  第１の設定電圧              
ａｎｄ
（給電線２７の電圧Ｖ２７≦第２の設定電圧４２）ｏｒ（給電線２８の電圧Ｖ２８≦第２の設定電圧電圧  ）                                        …（条件３）
この判定後は、モータを正常に制御することはできない。このため、時点５３において、全スイッチ素子２１〜２６をＯＦＦに固定する。
【００３８】
次に、給電線２８に断線が発生している場合（図６（ｂ））においては、まず、時点５１において、イグニッションスイッチ３をＯＮすると、駆動回路１内のスイッチ４がＯＮ動作して、駆動回路１にバッテリ電源２の電圧が供給される。これにより、駆動回路１の出力回路８の上流側にはバッテリ電源の電圧が供給され、電源ライン電圧Ｖ３０は、バッテリ電源の電圧まで上昇する。
【００３９】
このとき、バイアス回路９を介して、電源ライン電圧Ｖ３０が給電線２７の出力回路８側に供給されるが、給電線２８は途中で断線しているので、給電線２８には前記バイアス電圧は供給されない。
【００４０】
給電線２７，２９の電圧Ｖ２７，Ｖ２９は、図３に示す例の場合と同様に第１の設定電圧Ｖ４１と第２の設定電圧Ｖ４２の間にバイアスされ、給電線２８の電圧Ｖ２８はグランド電圧近傍の電圧となる。なお、このとき、出力回路８は起動前であるから出力回路を構成する各スイッチ素子２１〜２６は全てＯＦＦ状態である。
【００４１】
しかし、前記給電線印加される電圧Ｖ２７，Ｖ２８，Ｖ２９の条件は前記条件１、および条件２の何れの条件にも合致しない。このため、故障診断装置６ａは、この時点では天絡、地絡の判定を行わず、次の処理に進む。
【００４２】
次いで、時点５２において、スイッチ素子２１のみをＯＮにする。スイッチ素子２１をＯＮさせると、給電線２７，２９の電圧は、電源ライン電圧Ｖ３０近傍に上昇するが、給電線２８はモータ１３間で断線しているため、給電線２８には前記電圧が供給されない。このため、給電線２８の電圧は、グランド電圧近傍となる。したがって、前記条件（条件３）が成立した場合、何れかの給電線（この場合は給電線２８）に断線が発生したと判定することができる。
【００４３】
次に、給電線２９に断線が発生している場合（図６（ｃ））においては、まず、時点５１において、イグニッションスイッチ３をＯＮすると、駆動回路１内のスイッチ４がＯＮ動作して、駆動回路１にバッテリ電源２の電圧が供給される。これにより、駆動回路１の出力回路８の上流側にはバッテリ電源の電圧が供給され、電源ライン電圧Ｖ３０は、バッテリ電源の電圧まで上昇する。
【００４４】
このとき、バイアス回路９を介して、電源ライン電圧Ｖ３０が給電線２７の出力回路８側に供給されるが、給電線２９は途中で断線しているので、給電線２９には前記バイアス電圧は供給されない。
【００４５】
給電線２７，２８の電圧Ｖ２７，Ｖ２８は、図３に示す例の場合と同様に第１の設定電圧Ｖ４１と第２の設定電圧Ｖ４２の間にバイアスされ、給電線２９の電圧Ｖ２９はグランド電圧近傍の電圧となる。なお、このとき、出力回路８は起動前であるから出力回路を構成する各スイッチ素子２１〜２６は全てＯＦＦ状態である。
【００４６】
しかし、前記給電線印加される電圧Ｖ２７，Ｖ２８，Ｖ２９の条件は前記条件１、および条件２の何れの条件にも合致しない。このため、故障診断装置６ａは、この時点では天絡、地絡の判定を行わず、次の処理に進む。
【００４７】
次いで、時点５２において、スイッチ素子２１のみをＯＮにする。スイッチ素子２１をＯＮさせると、給電線２７，２８の電圧は、電源ライン電圧Ｖ３０近傍に上昇するが、給電線２９はモータ１３間で断線しているため、給電線２９には前記電圧が供給されない。このため、給電線２９の電圧は、グランド電圧近傍となる。したがって、前記条件（条件３）が成立した場合、何れかの給電線（この場合は給電線２９）に断線が発生したと判定することができる。このようにして、（条件３）により各相の給電線２７，２９，２９の何れかに発生した断線を判定することができる。
【００４８】
すなわち、故障診断装置は、出力回路が給電線に出力を発生しないとき、バイアスが印加された給電線電圧が第１の設定電圧以下および第２の設定電圧以上であり、バイアスが印加されない給電線の電圧が第１の設定電圧以下および第２の設定電圧以上または第２の設定電圧以下であるとき、出力回路８によりバイアスが印加された給電線にバッテリ電圧を出力する。このとき、給電線の電圧が第１の設定電圧以上であり、少なくとの他の何れかの給電線の電圧が第２の設定電圧以下であるとき、何れかの給電線に断線が発生したと判断することができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について記述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求項の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で設計において種種の変更ができるものである。
【００５０】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、モータの給電線（ハーネス）に生じた天絡、地絡、および断線故障を運転に先立って自己診断して検出することができる。これにより高信頼性の電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】電動機駆動装置を説明する図である。
【図２】出力回路、バッテリ電圧モニタ、出力端子電圧モニタおよびモータの接続を説明する図である。
【図３】正常時における、駆動回路起動時の各部波形を説明する図である。
【図４】各相の給電線の何れかが天絡している場合における、駆動回路起動時の各部波形を説明する図である。
【図５】各相の給電線の何れかが地絡している場合における、駆動回路起動時の各部波形を説明する図である。
【図６】各相の給電線の何れかが断線している場合における、駆動回路起動時の各部波形を説明する図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  駆動回路
２  バッテリ電源
３  イグニッションスイッチ
４  電源スイッチ素子
５  電源回路
６  制御回路
６ａ  故障診断装置
７  バッテリ電圧モニタ
８  出力回路
９  バイアス回路（抵抗）
１０〜１２  給電線電圧モニタ
１３  モータ  
２７，２８，２９  給電線
３０  電源ライン
【図１】
2006050707.tif 000003
【図２】
2006050707.tif 000004
【図３】
2006050707.tif 000005
【図４】
2006050707.tif 000006
【図５】
2006050707.tif 000007
【図６】
2006050707.tif 000008