(57)【要約】【課題】簡素な構成にて迅速に電力供給線の断線を検知することができるモータ制御装置を提供すること。【解決手段】マイコンは、検出された各相電圧Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいて、その低位電圧ＬＶ及び中間電圧ＭＶと接地電圧（０Ｖ）近傍に設定された所定電圧Ｖthとを比較することにより、電力供給線の断線を検知する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ制御信号を出力する制御手段と、直列接続された一対のスイッチング素子を並列に接続してなり該各スイッチング素子が前記モータ制御信号に基づきオン／オフすることにより直流電力を三相の駆動電力に変換してモータに供給する駆動回路とを備え、前記制御手段は、前記モータの所定電気角毎にその通電相及び通電方向を切り替える矩形波通電により前記駆動電力の供給を行うべく前記モータ制御信号を生成するとともに、接地側の各スイッチング素子をＰＷＭ制御することにより前記モータに対する印加電圧を制御するモータ制御装置であって、
前記モータの各相電圧を検出する電圧検出手段と、
前記検出された各相電圧に基づいて各相に対応する電力供給線の断線を検知する断線検知手段とを備え、
前記断線検知手段は、前記検出された各相電圧のうちの低位電圧が接地電圧近傍に設定された所定電圧よりも低い場合に、前記電力供給線の少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定し、前記各相電圧のうちの中間電圧が前記所定電圧よりも低い場合に、前記電力供給線の何れか二つに断線が生じたものと判定すること、
を特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記断線検知手段は、電源電圧及び前記ＰＷＭ制御のｄｕｔｙ比により規定される前記低位電圧の目標値に基づいて、前記所定電圧を設定すること、
を特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記断線検知手段は、一の断線検出につき所定の値を加算するカウンタを有し、所定周期毎に前記低電圧及び中間電圧と前記所定電圧との比較に基づく断線検出判定を実行するとともに、前記カウンタの積算値が所定の閾値以上となった場合に、前記電力供給線における断線の検知を確定するものであって、
前記加算する所定の値は、前記電力供給線の少なくとも何れか一つの断線を検出した場合の値よりも前記二つの断線を検出した場合の値が大きく設定されること、
を特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給線の断線検知機能を備えたモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給を通じてモータ（ブラシレスモータ）の作動を制御するモータ制御装置には、図４に示すように、制御対象となるモータの電気角６０度毎にその通電相及び通電方向、即ち通電パターンを切り替える矩形波通電により駆動電力の供給を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、こうした矩形波通電によるモータ駆動において、その二相を通電相（駆動相）とする所謂二相通電を行った場合、駆動相電源側の電圧が高位電圧ＨＶ、駆動相接地側の電圧が低位電圧ＬＶとなり、非駆動相の電圧はその中間電圧ＭＶとなる。つまり、これらの間には、理論上、以下に示す関係式が成立する。そして、各相電圧を監視し、この関係式が成立するか否かを判定することにより、モータへの電力供給線の断線検知を行うことが可能である。
【０００４】
ＨＶ＋ＬＶ−２×ＭＶ＝０      ・・・（１）
【特許文献１】特開２００５−２９５６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、現実には、通電相の切替時には各相電圧に大きな電圧変化が生ずるため、これがノイズとなって、測定により検出された電圧値からは上記（１）式に示す関係が成立しなくなる場合がある。そのため、従来は、このようなノイズに起因した誤検知を避けるべく、そのモニタ時間を比較的長く設定する必要があり（例えば、上記関係の不成立の検出毎に所定のカウンタ値を加算し、その合計値が所定の閾値を超えた場合に何れかの電力供給線に断線が生じと判定する場合、その閾値を高く設定する）、これが迅速な断線検知の妨げとなっていた。さらに、モータへの通電が不能、即ちモータがフリー状態となる二相断線発生時には、より迅速な対応が要求されるが、上記従来の方法では、その一相断線と二相断線とを区別することができない。このため、緊急性の高い二相断線発生時においても、その速やかな検知ができないという問題があり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡素な構成にて迅速に電力供給線の断線を検知することができるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータ制御信号を出力する制御手段と、直列接続された一対のスイッチング素子を並列に接続してなり該各スイッチング素子が前記モータ制御信号に基づきオン／オフすることにより直流電力を三相の駆動電力に変換してモータに供給する駆動回路とを備え、前記制御手段は、前記モータの所定電気角毎にその通電相及び通電方向を切り替える矩形波通電により前記駆動電力の供給を行うべく前記モータ制御信号を生成するとともに、接地側の各スイッチング素子をＰＷＭ制御することにより前記モータに対する印加電圧を制御するモータ制御装置であって、前記モータの各相電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出された各相電圧に基づいて各相に対応する電力供給線の断線を検知する断線検知手段とを備え、前記断線検知手段は、前記検出された各相電圧のうちの低位電圧が接地電圧近傍に設定された所定電圧よりも低い場合に、前記電力供給線の少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定し、前記各相電圧のうちの中間電圧が前記所定電圧よりも低い場合に、前記電力供給線の何れか二つに断線が生じたものと判定すること、を要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、一相断線と二相断線とを区別して検出することができる。その結果、迅速な対応が求められる二相断線発生時において、より速やかにその断線検知を行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記断線検知手段は、電源電圧及び前記ＰＷＭ制御のｄｕｔｙ比により規定される前記低位電圧の目標値に基づいて、前記所定電圧を設定すること、を要旨とする。
【００１０】
即ち、非断線状態であれば、通電相の切替時においても、低位電圧はその目標値以下にはならない。従って、上記構成によれば、通電相切替時のノイズに起因する誤検知を回避することができ、これにより、高精度の断線検出が可能になる。その結果、モニタ時間を短縮して、より迅速な断線検知ができるようになる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記断線検知手段は、一の断線検出につき所定の値を加算するカウンタを有し、所定周期毎に前記低電圧及び中間電圧と前記所定電圧との比較に基づく断線検出判定を実行するとともに、前記カウンタの積算値が所定の閾値以上となった場合に、前記電力供給線における断線の検知を確定するものであって、前記加算する所定の値は、前記電力供給線の少なくとも何れか一つの断線を検出した場合の値よりも前記二つの断線を検出した場合の値が大きく設定されること、を要旨とする。
【００１２】
上記構成によれば、緊急性の高い二相断線発生時において、より速やかにその断線の検知を確定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡素な構成にて迅速に電力供給線の断線を検知することが可能なモータ制御装置を提供すること。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のモータ制御装置１は、モータ制御信号を出力する制御手段としてのマイコン２と、直流電源３とモータ（ブラシレスモータ）４との間の電力供給経路Ｌの途中に設けられてマイコン２の出力するモータ制御信号に基づきモータ４に三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する駆動回路５とを備えている。
【００１５】
詳述すると、本実施形態では、駆動回路５には、直列接続された一対のスイッチング素子（ＦＥＴ）を並列に接続してなる周知のＰＷＭインバータが採用されている。具体的には、駆動回路５は、ＦＥＴ７ａ，７ｄ、ＦＥＴ７ｂ，７ｅ、及びＦＥＴ７ｃ，７ｆの各組の直列回路（アーム）を並列に接続してなり、各アームにおける上段側のＦＥＴ７ａ，７ｂ，７ｃは、電源線１１を介して直流電源３のプラス端子に接続され、下段側のＦＥＴ７ｄ，７ｅ，７ｆは、接地されている。また、ＦＥＴ７ａ，７ｄ、ＦＥＴ７ｂ，７ｅ、ＦＥＴ７ｃ，７ｆの各接続点８ｕ，８ｖ，８ｗは、それぞれ動力線９ｕ，９ｖ，９ｗを介してモータ４の各モータコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗに接続されている。即ち、本実施形態では、モータ４の各相に対応する電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wは、各動力線９ｕ，９ｖ，９ｗ及びモータコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗにより構成されている。また、各ＦＥＴ７ａ〜７ｆのゲート端子はマイコン２に接続されており、マイコン２の出力するモータ制御信号は、これら各ゲート端子に入力される。そして、そのモータ制御信号に応答して各ＦＥＴ７ａ〜７ｆがオン／オフすることにより、直流電源３の直流電力が三相の駆動電力に変換されてモータ４へと供給されるようになっている。
【００１６】
一方、マイコン２には、モータ４の回転角（電気角）θmを検出する回転角センサ１２が接続されており、マイコン２は、この回転角センサ１２により検出された回転角θmに基づいてモータ制御信号を生成する。具体的には、マイコン２は、モータ４の所定電気角（６０°）毎にその通電相及び通電方向、即ち通電パターンを切り替える矩形波通電により駆動電力の供給を行うべくモータ制御信号を生成する（図４参照）。そして、本実施形態のマイコンは、接地側の各ＦＥＴ７ｄ，７ｅ，７ｆをＰＷＭ制御、即ちこれら各ＦＥＴ７ｄ，７ｅ，７ｆに、モータ制御信号としてパルス信号を出力し、そのｄｕｔｙ比を可変することにより、モータに対する印加電圧を制御するように構成されている。
【００１７】
（電力供給線の断線検知）
次に、本実施形態のモータ制御装置における電力供給線の断線検知について説明する。
本実施形態では、マイコン２は、モータ４の各相に対応する電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wの断線検知手段としての機能を有している。
【００１８】
詳述すると、本実施形態では、モータ４と駆動回路５とを接続する各動力線９ｕ，９ｖ，９ｗには、電圧検出手段としての電圧センサ１３ｕ，１３ｖ，１３ｗが設けられており、マイコン２には、これらの各電圧センサにより検出されたモータ４の各相電圧Ｖu，Ｖv，Ｖwが入力されるようになっている。そして、マイコン２は、この検出された各相電圧Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいて、その低位電圧ＬＶ及び中間電圧ＭＶと接地電圧（０Ｖ）近傍に設定された所定電圧Ｖthとを比較することにより、電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wの断線を検知する。
【００１９】
図２に示すように、例えば、Ｕ相からＷ相への通電時、電源電圧Ｖpigが１２Ｖ、そのＰＷＭｄｕｔｙ比が５０％である場合、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wの何れにも断線が生じていないとすれば、高位電圧ＨＶとなるＵ相電圧Ｖuは１２Ｖ、低位電圧ＬＶとなるＷ相電圧Ｖwは６Ｖ、そして中間電圧ＭＶとなるＶ相電圧Ｖvは９Ｖとなる。しかし、電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wの何れかに断線が生じた場合、その低位電圧ＬＶ及び中間電圧ＭＶが変化することになる。
【００２０】
つまり、Ｕ相に対応する電力供給線Ｌp_uが断線した場合にはＶ相電圧Ｖv及びＷ相電圧Ｖwが、Ｖ相に対応する電力供給線Ｌp_vが断線した場合にはＶ相電圧Ｖvが、Ｗ相に対応する電力供給線Ｌp_wが断線した場合にはＷ相電圧Ｖwが、理論上、０Ｖとなる。そして、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wのうちの二つが断線した場合には、Ｖ相電圧Ｖv及びＷ相電圧Ｖwが理論上、０Ｖとなる。
【００２１】
即ち、モータ駆動状態において、その低位電圧ＬＶが０Ｖとなった場合には、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wのうちの少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定することができる。さらに、中間電圧ＭＶが０Ｖとなった場合には、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wのうちの二つにおいて断線が発生した可能性が高くなる。そして、本実施形態のマイコン２は、このように低位電圧ＬＶ及び中間電圧ＭＶを監視することにより、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wの断線を検知する。
【００２２】
さらに詳述すると、本実施形態では、直流電源３と駆動回路５とを接続する電源線１１には、電圧センサ１４が設けられており、マイコン２には、この電圧センサ１４により検出された電源電圧Ｖpigが入力されるようになっている。そして、マイコン２は、その検出された電源電圧Ｖpig及び上記ＰＷＭ制御におけるｄｕｔｙ比（PWMduty）により規定される低位電圧ＬＶの目標値（目標電圧ＴＶ）に基づいて、その断線検出判定に用いる上記所定電圧Ｖthを設定する。
【００２３】
具体的には、本実施形態では、マイコン２は、以下に示す（２）式に基づき目標電圧を演算し、（３）式に基づいて所定電圧Ｖthを設定する。尚、（３）式中の「α」は、所定の係数である。そして、低位電圧ＬＶが所定電圧Ｖthよりも低い場合には、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wのうちの少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定し、中間電圧ＭＶが所定電圧Ｖthよりも低い場合には、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wの何れか二つに断線が生じたものと判定する。
【００２４】
ＴＶ＝Ｖpig×（１−PWMduty）      ・・・（２）
Ｖth＝ＴＶ−α×Ｖpig            ・・・（３）
ここで、本実施形態のマイコン２は、一の断線検出につき所定の値を加算するカウンタを有しており（図示略）、所定周期（例えば６ｍ秒）毎に、上記のような断線検出判定を実行するとともに、その積算値（Ｃ）が所定の閾値（Ｃ０、例えば「２００」）以上となった場合に、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wにおける断線の検知を確定する。そして、本実施形態では、その加算する所定の値は、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wのうちの少なくとも何れか一つの断線を検出した場合の値（第１加算値ｎ１、例えば「１０」）よりも何れか二つの断線を検出した場合の値（第２加算値ｎ２、例えば「７０」）方が大きく設定されている。
【００２５】
即ち、図３のフローチャートに示すように、マイコン２は、各相電圧Ｖu，Ｖv，Ｖw及び電源電圧Ｖpigを検出すると（ステップ１０１）、先ず目標電圧ＴＶを演算し（上記（２）式参照、ステップ１０２）、続いて所定電圧Ｖthを演算する（上記（３）式参照、ステップ１０３）。
【００２６】
次に、マイコン２は、中間電圧ＭＶが所定電圧Ｖthよりも小さいか否かを判定し（ステップ１０４）、中間電圧ＭＶが所定電圧Ｖthよりも小さい場合（ＭＶ＜Ｖth、ステップ１０４：ＹＥＳ）には、そのカウンタにおいて第２加算値ｎ２を加算する（Ｃ＝Ｃ＋ｎ２、ステップ１０５）。
【００２７】
一方、上記ステップ１０４において中間電圧ＭＶが所定電圧Ｖth以上であると判定した場合（ステップ１０４：ＮＯ）には、続いて低位電圧ＬＶが所定電圧Ｖthよりも小さいか否かを判定する（ステップ１０６）。そして、低位電圧ＬＶが所定電圧Ｖthが小さい場合（ＬＶ＜Ｖth、ステップ１０６：ＹＥＳ）には、そのカウンタにおいて第１加算値ｎ１を加算する（Ｃ＝Ｃ＋ｎ１、ステップ１０７）。
【００２８】
尚、上記ステップ１０６において低位電圧ＬＶが所定電圧Ｖth以上であると判定した場合（ステップ１０６：ＮＯ）には、そのカウンタにおいて所定の値ｎ０（例えば「１」）を減算する（ステップ１０８）。
【００２９】
上記ステップ１０５、ステップ１０７及びステップ１０８の何れかの処理を実行すると、マイコン２は、次に、カウンタの積算値Ｃが所定の閾値Ｃ０以上であるか否かを判定する（ステップ１０９）。そして、積算値Ｃが閾値Ｃ０以上である場合（Ｃ≧Ｃ０、ステップ１０９：ＹＥＳ）に、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wにおける断線の検知を確定する（ステップ１１０）。
【００３０】
尚、上記ステップ１０９において積算値Ｃが閾値Ｃ０よりも小さい場合（ステップ１０９：ＮＯ）には、上記ステップ１１０の処理を実行しない。そして、マイコン２は、所定周期毎に上記ステップ１０１〜ステップ１１０の処理を実行することにより、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wの断線検知を実行する。
【００３１】
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）マイコン２は、この検出された各相電圧Ｖu，Ｖv，Ｖwに基づいて、その低位電圧ＬＶ及び中間電圧ＭＶと接地電圧（０Ｖ）近傍に設定された所定電圧Ｖthとを比較することにより、電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wの断線を検知する。
【００３２】
即ち、モータ駆動状態において、その低位電圧ＬＶが０Ｖとなった場合には、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wのうちの少なくとも何れか一つに断線が生じたものと判定することができる。さらに、中間電圧ＭＶが０Ｖとなった場合には、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wのうちの二つにおいて断線が発生した可能性が高くなる。つまり、上記構成によれば、一相断線と二相断線とを区別して検出することができる。そして、これにより、迅速な対応が求められる二相断線発生時において、より速やかにその断線検知を行うことができる。
【００３３】
（２）マイコン２は、電源電圧Ｖpig及び上記ＰＷＭ制御におけるｄｕｔｙ比（PWMduty）により規定される低位電圧ＬＶの目標値（目標電圧ＴＶ）に基づいて、その断線検出判定に用いる所定電圧Ｖthを設定する。
【００３４】
即ち、非断線状態であれば、通電相の切替時においても、低位電圧ＬＶは、目標電圧ＴＶ以下にはならない。従って、上記構成によれば、通電相切替時のノイズに起因する誤検知を回避することができ、これにより、高精度の断線検出が可能になる。その結果、モニタ時間を短縮して、より迅速な断線検知ができるようになる。
【００３５】
（３）マイコン２は、一の断線検出につき所定の値を加算するカウンタを有し、所定周期（例えば６ｍ秒）毎に、上記のような断線検出判定を実行するとともに、その積算値（Ｃ）が所定の閾値（Ｃ０、例えば「２００」）以上となった場合に、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wにおける断線の検知を確定する。そして、その加算する所定の値は、各電力供給線Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_wのうちの少なくとも何れか一つの断線を検出した場合の値（第１加算値ｎ１、例えば「１０」）よりも何れか二つの断線を検出した場合の値（第２加算値ｎ２、例えば「７０」）方が大きく設定される。
【００３６】
上記構成によれば、緊急性の高い二相断線発生時において、より速やかにその断線の検知を確定することができる。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３７】
・本実施形態では、断線検出判定に用いる所定電圧Ｖthは、電源電圧Ｖpig及び上記ＰＷＭ制御におけるｄｕｔｙ比（PWMduty）により規定される低位電圧ＬＶの目標値（目標電圧ＴＶ）に基づき設定されることとした（上記（２）（３）式参照）。しかし、これに限らず、予め接地電圧（０Ｖ）近傍の閾値を設定し、これとの比較により断線検出判定を行う構成としてもよい。
【００３８】
・本実施形態では、中間電圧ＭＶと所定電圧Ｖthとの比較による二相断線検出判定（ステップ１０４）と、低位電圧ＬＶと所定電圧Ｖthとの比較による一相断線検出判定（ステップ１０６）とを同一のルーチンにて処理することにより、総合的にその断線検知の確定を行う構成とした。しかし、これに限らず、一相断線検出判定と二相断線検出判定とをそれぞれ独立して行い、それぞれの検知を個別に確定する構成としてもよい。
【００３９】
・本実施形態では、マイコン２が制御手段及び断線検知手段を構成することとしたが、制御手段と断線検知手段とが独立して設けられた構成に具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】モータ制御装置の概略構成図。
【図２】断線発生時の電圧変化を示す説明図。
【図３】断線検知の処理手順を示すフローチャート。
【図４】矩形波通電の態様を示す説明図。
【符号の説明】
【００４１】
１…モータ制御装置、２…マイコン、３…直流電源、４…モータ、５…駆動回路、７ａ〜７ｆ…ＦＥＴ、Ｌ…電力供給経路、Ｌp_u，Ｌp_v，Ｌp_w…電力供給線、９ｕ，９ｖ，９ｗ…動力線、１０ｕ，１０ｖ，１０ｗ…モータコイル、１１…電源線、１２…回転角センサ、θm…回転角、１３ｕ，１３ｖ，１３ｗ，１４…電圧センサ、Ｖpig…電源電圧、Ｖu，Ｖv，Ｖw…相電圧、ＨＶ…高位電圧、ＭＶ…中間電圧、ＬＶ…低位電圧、ＴＶ…目標電圧、Ｖth…所定電圧、Ｃ…積算値、Ｃ０…閾値、ｎ１…第１加算値、ｎ２…第２加算値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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