(57)【要約】【課題】ブラシレスサーボモータの駆動回路に異常が生じた際に、ブラシレスサーボモータの回転動作が継続している状態においても、迅速かつ高精度に異常判定を行うことのできる異常判定装置を提供することを課題とする。【解決手段】  異常判定部１３は、電流検出部４で検出されるモータ電流、及び、デューティ比算出部１１で算出されるデューティ比を監視し、モータ電流の値が所定電流値以下でデューティ比が所定比以上の場合に、モータ電流の供給系が仮異常と判定する。異常判定部１３は、この監視処理を所定回数繰り返し実行し、判定回数に対する仮異常と判定した回数の割合が所定割合以上の場合に、モータ電流の供給系が異常であると判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ駆動される能動素子を経てサーボモータに供給されるモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記能動素子の駆動におけるＰＷＭのデューティ比を算出するデューティ比算出手段と、
前記電流検出手段によって検出されるモータ電流、及び、前記デューティ比算出手段によって算出されるデューティ比を監視し、前記モータ電流の値が所定電流値以下で前記デューティ比が所定比以上の場合に、前記モータ電流の供給系が仮異常であると判定する仮異常判定手段と、
前記仮異常判定手段により仮異常と判定された回数（以下、仮異常回数）を管理する仮異常回数管理手段と、
前記仮異常判定手段による所定の判定回数に対する前記仮異常回数の割合が所定割合以上の場合に、前記モータ電流の供給系が異常であると判定する本異常判定手段と
を備える異常判定装置。
【請求項２】
前記仮異常判定手段による所定の判定回数は、前記モータ電流の検出遅れによって誤判定が生じる確率を十分に低くするのに必要な回数に設定される、請求項１に記載の異常判定装置。
【請求項３】
前記サーボモータは、ブラシレスＤＣサーボモータであり、
前記所定割合は、前記モータ電流の供給系に異常がない場合に当該モータ電流の検出遅れによってモータ電流が流れていないと検出される割合よりも大きく、かつ、前記モータ電流の供給系に異常がある場合にモータ電流が流れていないと検出される割合よりも小さく設定される、請求項１又は２に記載の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスサーボモータの駆動回路の異常を判定する異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ブラシレスサーボモータの駆動回路における異常を監視する種々の装置があった。例えば、自動車の電動パワーステアリングに用いられるブラシレスサーボモータの異常を判定する装置としては、モータ電流値が所定値以下でＰＷＭのデューティ比の積算値が所定値以上の状態が、所定時間続いた場合に、駆動回路に断線等の異常が生じたと判定する装置があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ブラシレスＤＣモータの駆動回路の３相電流のうち、少なくとも１相の電流値が略零であり、モータに対する電流指令値が所定値以上であり、かつ、モータの角速度が所定値以上である状態が所定回数連続して検出された場合に、駆動回路に断線があると判定する装置があった（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５０９７６号公報
【特許文献２】特開２００３−０７９１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、駆動回路に含まれるＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）トランジスタを駆動させるためのＰＷＭ信号の出力からモータ電流が検出されるまでには、遅れが生じる場合がある。このようなモータ電流の検出の遅れは、例えば、ＰＷＭ信号の出力からモータ電流の立ち上がり／立ち下がりの遅れ、ＭＯＳトランジスタの動作遅れや、回路内のインダクタンス等の影響による電流の遅れ等によって生じる。このような遅れによって、モータが正常に駆動されている時にもモータ電流が検出されない場合があり、断線又は短絡等の異常を判定するための判定回数が少ないと、誤判定が生じる場合があった。
【０００５】
また、ブラシレスＤＣサーボモータでは、３相のうちのいずれかの巻線やインバータ内のいずれかのＭＯＳトランジスタに断線又は短絡等の異常が生じた場合でも、他相の駆動によってブラシレスモータ自体は駆動されるため、断線又は短絡等の異常が生じていても、モータ電流が検出される場合がある。このため、ブラシレスＤＣサーボモータの動作中は断線又は短絡等の異常を判定することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、ブラシレスサーボモータの駆動回路に異常が生じた際に、ブラシレスサーボモータの回転動作が継続している状態においても、迅速かつ高精度に異常判定を行うことのできる異常判定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面の異常判定装置は、ＰＷＭ駆動される能動素子を経てサーボモータに供給されるモータ電流を検出する電流検出手段と、前記能動素子の駆動におけるＰＷＭのデューティ比を算出するデューティ比算出手段と、前記電流検出手段によって検出されるモータ電流、及び、前記デューティ比算出手段によって算出されるデューティ比を監視し、前記モータ電流の値が所定電流値以下で前記デューティ比が所定比以上の場合に、前記モータ電流の供給系が仮異常であると判定する仮異常判定手段と、前記仮異常判定手段により仮異常と判定された回数（以下、仮異常回数）を管理する仮異常回数管理手段と、前記仮異常判定手段による所定の判定回数に対する前記仮異常回数の割合が所定割合以上の場合に、前記モータ電流の供給系が異常であると判定する本異常判定手段とを備える。
【０００８】
また、前記仮異常判定手段による所定の判定回数は、前記モータ電流の検出遅れによって誤判定が生じる確率を十分に低くするのに必要な回数に設定されてもよい。
【０００９】
また、前記サーボモータは、ブラシレスＤＣサーボモータであり、前記所定割合は、前記モータ電流の供給系に異常がない場合に当該モータ電流の検出遅れによってモータ電流が流れていないと検出される割合よりも大きく、かつ、前記モータ電流の供給系に異常がある場合にモータ電流が流れていないと検出される割合よりも小さく設定されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ブラシレスサーボモータの回転動作が継続している状態においても、迅速かつ高精度に異常判定を行うことができるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の異常判定装置を適用した実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態の異常判定装置をブラシレスモータに取り付けた状態を概略的に示す図である。このＤＣブラシレスサーボモータ１（以下、単にモータ１と記す）のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各ステータ巻線は中性点Ｎでスター結線されている。このうち、ステータのＵ、Ｖ、Ｗ相巻線はインバータ回路２に接続され、その接続点をそれぞれＵ、Ｖ、Ｗとする。インバータ回路２は３相ブリッジ接続されたＭＯＳトランジスタ２ｕ、２ｖ、２ｗ、２ｘ、２ｙ、２ｚを含む。この３相ブリッジ回路は、ＭＯＳトランジスタ２ｕ及び２ｘの直列接続回路と、ＭＯＳトランジスタ２ｖ及び２ｙの直列接続回路と、ＭＯＳトランジスタ２ｗ及び２ｚの直列接続回路とが並列接続されることによって実現される。
【００１３】
また、３相ブリッジ回路の一端は正バイアスを供給する直流電源３に接続され、他端は接地される。インバータ回路２と直流電源３との間には、モータ１の各巻線に供給する電流を検出する電流検出部４が設けられる。
【００１４】
また、ＭＯＳトランジスタ２ｕ、２ｖ、２ｗ、２ｘ、２ｙ、２ｚのゲート電極には、各ＭＯＳトランジスタを駆動するためのモータドライバ５が接続されている。このモータドライバ５からは、駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚが出力され、各ＭＯＳトランジスタのゲートに印加される。
【００１５】
また、モータ１のステータ（図示せず）には、ロータ（図示せず）の回転位置を検出するための回転センサ６が設けられている。この回転センサ６は、例えば、磁極位置センサを含み、この磁極位置センサの出力を演算することにより、ロータの現在の回転位置が検出され、現在角度情報として出力されるように構成されていればよい。
【００１６】
操作部７は、モータ１を操作しようとする操作者の操作度合いに応じた操作度合い情報を出力する装置であればよい。この操作部７から出力される操作度合い情報は、後述する目標角度演算部１２に送られる。
【００１７】
電流検出部４で検出された電流値を表す電流値情報、及び、回転センサ６で検出された回転角度を表す角度情報は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０に入力される。このＣＰＵ１０は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のデューティ比を算出するデューティ比算出部１１、モータ１の現在の回転角度に応じて目標角度を算出する目標角度演算部１２、及び、各相配線及びＭＯＳトランジスタの断線又は短絡等の異常判定を行う異常判定部１３を含む。
【００１８】
デューティ比算出部１１は、回転センサ６から得られる現在角度情報と目標角度演算部１２から得られる目標角度情報とに基づき、ＰＷＭのデューティ比を算出し、モータドライバ５に駆動信号のデューティ比を指令する。この結果、モータドライバ５からは、デューティ比に応じた駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚが出力され、各ＭＯＳトランジスタ２ｕ、２ｖ、２ｗ、２ｘ、２ｙ、２ｚがＰＷＭ駆動される。このデューティ比を表すデューティ比情報は、異常判定部１３にも送られる。
【００１９】
目標角度演算部１２は、操作部７から送られる操作度合い情報に応じて目標角度を表す目標角度情報を出力する。この目標角度情報はデューティ比算出部１１に送られる。
【００２０】
図２は、本実施の形態の異常判定装置による処理内容の手順を示す処理手順図である。この処理は、ＣＰＵ１０の異常判定部１３によって行われる。また、図３は、本実施の形態の異常判定処理で用いる仮異常判定履歴を示す表である。この図３に示す表は、リングカウンタに仮異常判定履歴を示したものである。
【００２１】
以下で用いる通電パターン情報Ｐ（ｔ）は、Ｕ−Ｖ、Ｕ−Ｗ、Ｖ−Ｗ、Ｖ−Ｕ、Ｗ−Ｕ、又はＷ−Ｖのうちのいずれかのパターンを特定する情報である。ここでは、説明の便宜上、通電パターン情報Ｐ（ｔ）によって、パターンＵ−Ｖが異常判定対象に特定されているものとする。
【００２２】
また、以下で説明するステップＳ１乃至ステップＳ８による処理は、繰り返し実行される処理である。この処理には、モータ電流を供給するための供給系（モータ１の各相配線及び各ＭＯＳトランジスタ等）に断線や短絡等の異常の可能性があるか否かを判定する仮異常判定処理（ステップＳ２）が含まれている。この仮異常判定処理では、電流検出部４から得られるモータ電流値情報、及び、デューティ比算出部１１から得られるデューティ比情報の２つの情報が監視され、これらの情報に基づいて異常の可能性があると判定された場合に、異常判定部１３は「仮異常」であると判定する。
【００２３】
また、図３に示すリングカウンタは、過去の所定の判定回数分の仮異常判定結果（仮異常と判定したか、仮異常と判定しなかったかのいずれかを表す判定結果）を仮異常判定履歴として更新登録するものである。ここでは、一例としてリングカウンタが過去の５０回分の仮異常判定結果を登録する場合について説明する。なお、リングカウンタが登録できる仮異常判定結果の数を５０回分に設定する理由については後述する。
【００２４】
この仮異常判定履歴は、異常判定部１３内の内部メモリ（図示せず）に格納される。仮異常判定履歴は、繰り返し実行される仮異常判定処理の各回における判定結果を表しており、リングカウンタの値ｉは、リングカウンタのｉ番目に登録された判定結果であることを示す。また、仮異常判定結果の“１”は仮異常「あり」を示し、“０”は仮異常「なし」を示す。
【００２５】
仮異常判定履歴に登録された仮異常判定結果の数（すなわち、仮異常判定処理の判定回数）が５０を超えると、古い仮異常判定結果から順に、新しい仮異常判定結果に更新登録される。例えば、５１回目の仮異常判定結果は１回目の仮異常判定結果（リングカウンタの１番目の仮異常判定結果）に更新され、５２回目の仮異常判定結果は２回目の仮異常判定結果（リングカウンタの２番目の仮異常判定結果）に更新される。この要領で仮異常判定結果が順次更新される。
【００２６】
また、異常判定部１３は、仮異常と判定した回数（以下、仮異常回数）を管理する。これは、上述のような仮異常判定結果の更新登録に応じて、そのときのリングカウンタ内にある仮異常回数が何回であるか（すなわち、リングカウンタ内に仮異常「あり」を示すフラグ“１”がいくつあるか）を管理することによって行われる。例えば、仮異常判定処理の繰り返し回数が１回から５０回までの間は、リングカウンタの１番目から５０番目に初めて仮異常判定結果が登録されるので、繰り返し回数が５０回に達するまでは、仮異常があると判定する度に、異常判定回数をインクリメントする。そして、５１回目以降の仮異常判定処理では、ｉ（ｉ；１〜５０）番目の仮異常判定結果“０”「なし」が“１”「あり」に更新登録されれば、仮異常回数がインクリメントされて１回分増やされ、また、ｉ番目の仮異常判定結果“１”「あり」が“０”「なし」に更新登録されれば、仮異常回数がデクリメントされて１回分減らされる。なお、更新登録前と後の値が同一であれば（“０”を“０”に更新登録、又は、“１”を“１”に更新登録するのであれば）仮異常判定数は更新登録前の回数を表す値に保持される。以下、このように、仮異常回数を「インクリメント、デクリメント又は保持する」ことを「仮異常回数を更新する」という。
【００２７】
リングカウンタが登録できる判定結果を５０回分に設定するのは、仮異常判定処理において、モータ電流の遅れによる誤判定が生じる確率を十分に低くするために、ある程度のサンプル数を必要とするためである。
【００２８】
このため、異常判定部１３による仮異常判定処理の判定回数は、「モータ電流の検出遅れによって誤判定が生じる確率を十分に低くするのに必要な回数」に設定される。ここで、「モータ電流の検出遅れ」とは、例えば、ＰＷＭ信号の出力からモータ電流の立ち上がり／立ち下がりの遅れ、ＭＯＳトランジスタの動作遅れや、回路内のインダクタンス等の影響による電流の遅れ等によって生じる検出の遅れをいう。
【００２９】
異常判定部１３は、起動されると、通電パターン情報Ｐ（ｔ）によって特定されるＵ−Ｖパターンについて、電流検出部４から得られるモータ電流値情報及びデューティ比算出部１１から得られるデューティ比情報を読み込む（ステップＳ１）。このモータ電流値情報及びデューティ比情報は、それぞれ、Ｕ−Ｖパターンのモータ電流値Ｉ、及び、そのときのデューティ比Ｄを表す情報であり、このステップＳ１の処理によってモータ電流値とデューティ比が監視される。
【００３０】
異常判定部１３は、条件（１）「モータ電流値Ｉ≦α、かつ、デューティ比Ｄ≧β」が成立するか否かを判定する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、デューティ比が所定比β以上であるのに、モータ電流値が所定値α以下である場合、すなわち、モータドライバ５からモータ１を回転させるための指令が出力されているのに、モータ電流が流れていない状態が生じているか否かが判定される。
【００３１】
ここで、所定値αは、例えば略零に設定される。断線等によってモータ電流が通流しなくなる状態を監視するためである。また、所定比βは、例えば、０．３に設定される。モータ１を駆動しようとする状態を監視するためである。
【００３２】
異常判定部１３は、条件（１）が成立すると判定した場合は、仮異常判定履歴表のｉ番目の履歴にフラグ“１”（仮異常「あり」を立てるとともに、仮異常回数を更新する（インクリメント、デクリメント又は保持する）（ステップＳ３Ａ）。
【００３３】
なお、異常判定部１３は、ステップＳ２において、条件（１）が成立しないと判定した場合は、手順をステップＳ３Ｂに進行させ、仮異常判定履歴表のｉ番目の履歴を“０”（仮異常「なし」）にするとともに、仮異常回数を更新する（インクリメント、デクリメント又は保持）する（ステップＳ３Ｂ）。
【００３４】
異常判定部１３は、ステップＳ３Ａ又はステップＳ３Ｂの処理を終えると、手順をステップＳ４に進行させる。このステップＳ４では、ステップＳ１からＳ３（Ｓ３Ａ又はＳ３Ｂ）までの処理の繰り返し回数が５０回以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。これは、リングカウンタの１番目から５０番目までの全てに仮異常判定結果（“１”（仮異常「あり」）又は“０”（仮異常「なし」））が登録されたか否かを判定する処理である。このようにして、仮異常判定処理において、誤判定が生じる確率を十分に低くするために必要な数の仮異常判定結果を得る。
【００３５】
異常判定部１３は、リングカウンタのカウント値ｉが最大値である５０に達すると、条件（２）「仮異常回数≧Ｋ」が成立するか否かを判定する（ステップＳ５）。
【００３６】
この判定閾値Ｋは、「仮異常判定処理の所定の判定回数に対する判定閾値Ｋの割合」が「モータ電流の供給系に異常がない場合に当該モータ電流の検出遅れによってモータ電流が流れていないと検出される割合」よりも大きく、かつ、「モータ電流の供給系に異常がある場合にモータ電流が流れていないと検出される割合」よりも小さくなるような値に設定される必要がある。
【００３７】
ここで、「モータ電流の供給系に異常がない場合に当該モータ電流の検出遅れによってモータ電流が流れていないと検出される」とは、モータ電流の供給系に異常が生じておらず、実際にはモータ電流が流れていてある程度のモータ電流値が検出されるはずなのに、「誤って」モータ電流が流れていないものとして（モータ電流値が略零として）検出されることをいう。このような誤検出は、上述のように、ＰＷＭ信号の出力からモータ電流の立ち上がり／立ち下がりの遅れ、ＭＯＳトランジスタの動作遅れ、又は、回路内のインダクタンス等の影響による電流の遅れ等によって生じうる。
【００３８】
また、「モータ電流の供給系に異常がある場合にモータ電流が流れていないと検出される」とは、モータ電流の供給系に異常がある場合に、モータ電流が流れていないものとして（モータ電流値が略零として）検出されることをいう。ＤＣブラシレスサーボモータの場合は、いずれかの通電パターンに断線や短絡等の異常が生じていても、他の通電パターンの駆動によって、モータ電流が検出されてしまう場合がある。すなわち、通電パターンに異常が生じた場合に、モータ電流が検出されない割合は一定の割合に限られる。このため、モータ電流の供給系に異常があることを判定するための判定基準は、異常がある場合に「モータ電流が流れていない」と判定できる割合の範囲内に設定する必要がある。このような理由により、「所定の判定回数に対する判定閾値Ｋの割合」は、「モータ電流の供給系に異常がある場合にモータ電流が流れていないと検出される割合」よりも小さくなるように設定される必要がある。
【００３９】
例えば、断線等の異常のある通電パターンにモータ電流が通流していると判定される割合が３５％（すなわち、断線相にはモータ電流が通流していないと判定される確率が６５％）であり、一方、いずれの通電パターンにも断線等の異常が生じていない場合に、モータ電流が流れていないと検出される割合が５％である場合には、上述の所定割合が５％より大きく、かつ、６５％より小さい割合になるように判定閾値Ｋを設定する必要があることを意味する。本実施の形態では、このような所定割合を成立させるために、一例として仮異常判定処理の所定の判定回数（５０回）に対する所定値Ｋを２５に設定する。
【００４０】
異常判定部１３は、条件（２）が成立する場合は、Ｕ−Ｖパターンに異常が生じていると判定する（ステップＳ６）。このようにして、Ｕ−Ｖパターンに断線や短絡等の異常があることが判定される。
【００４１】
一方、異常判定部１３は、ステップＳ６において条件（２）が成立しないと判定した場合は、Ｕ−Ｖパターンに異常は発生していないと判定する（ステップＳ７）。
【００４２】
異常判定部１３は、ステップＳ６又はステップＳ７の処理を終えると、全ての処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ８）。全ての処理を終了するのは、電源がオフ（例えば、イグニッションがオフ）にされた場合である。異常判定部１３は、全ての処理を終了しないと判定した場合は、手順をステップＳ１にリターンさせる。このようにしてステップＳ１からＳ８の処理が繰り返し行われる。
【００４３】
なお、異常判定部１３は、ステップＳ６で異常と判定した場合に、モータ１の駆動を停止させるべく、駆動停止信号をモータドライバ５に送るように構成されてもよい。
【００４４】
このように、本実施の形態の異常判定装置によれば、「モータ電流の検出遅れによって誤判定が生じる確率を十分に低くするのに必要な回数」だけ仮異常判定処理を行い、この「判定回数」に対する「仮異常回数」の割合が「モータ電流の誤検出が生じる割合」よりも大きい場合に、モータ電流の供給系に断線や短絡等の異常があると判定するので、ブラシレスサーボモータの回転動作が継続している状態においても、高精度に異常判定を行うことができる異常判定装置を提供することができる。また、仮異常判定処理の繰り返し回数が所定回数（５０回）を超えると、仮異常判定処理を繰り返し行う度に、過去５０回の判定処理に対する「仮異常回数」の割合に基づいて本異常であるか否かを判定するので、迅速に異常判定を行うことができる異常判定装置を提供することができる。
【００４５】
なお、以上の説明では、仮異常判定処理の繰り返し回数を５０回に設定したが、「モータ電流の検出遅れによって誤判定が生じる確率を十分に低くするのに必要な回数」であれば、繰り返し回数は５０回に限られるものではない。また、以上の説明では、リングカウンタを用いたが、仮異常判定処理の判定回数に対する仮異常回数をカウントできる手段であれば、他の手段であっても構わない。
【００４６】
以上、本発明の例示的な実施の形態の異常判定装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態の異常判定装置をブラシレスモータに取り付けた状態を概略的に示す図である。
【図２】本実施の形態の異常判定装置による処理内容の手順を示す処理手順図である。
【図３】本実施の形態の異常判定処理で用いる仮異常判定履歴を示す表である。
【符号の説明】
【００４８】
１  ＤＣブラシレスサーボモータ１
２  インバータ回路
２ｕ、２ｖ、２ｗ、２ｘ、２ｙ、２ｚ  ＭＯＳトランジスタ
３  直流電源
４  電流検出部
５  モータドライバ
６  回転センサ
７  操作部
１０  ＣＰＵ
１１  デューティ比算出部
１２  目標角度演算部
１３  異常判定部
【図１】
2008206276.tif 000003
【図２】
2008206276.tif 000004
【図３】
2008206276.tif 000005