(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの作動により制動力を発生するディスクブレーキ本体と、モータの３相巻線とバッテリとの間に介装されコントローラからのパルス信号に応じて位相の異なる電流を生成し該電流を前記３相巻線の各巻線に供給してモータを作動するモータドライバとを備え、モータドライバは、前記パルス信号によりオンオフするスイッチング素子を２個直列接続してなる直列素子体を、前記３相巻線の各巻線にそれぞれ対応して３組有し、該３組の直列素子体をバッテリの極間に介装して構成される電動ディスクブレーキ装置であって、
各組の前記直列素子体の２個のスイッチング素子が同時にオンしないように設けられるデッドタイム時に前記３相巻線の電圧を計測し、この計測電圧値に基づいて故障を検出する故障検出手段を設けたことを特徴とする電動ディスクブレーキ装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動ディスクブレーキ装置において、故障検出手段は、計測電圧値が前記バッテリ電圧値であるときに断線故障があると判定することを特徴とする電動ディスクブレーキ装置。
【請求項３】
モータの作動により制動力を発生するディスクブレーキ本体と、モータの３相巻線とバッテリとの間に介装されコントローラからのパルス信号に応じて位相の異なる電流を生成し該電流を前記３相巻線の各巻線に供給してモータを作動するモータドライバとを備えた電動ディスクブレーキ装置であって、
モータを停止状態にするようにパルス信号を出力して得られる３相巻線に流れる停止時電流、モータの正回転及び逆回転を交互に短時間行った際にそれぞれ得られる短時間正回転時電流及び短時間逆回転時電流を計測する計測手段と、該計測手段により計測された前記３つの電流値のうち最大値と最小値の差を、予め定めた基準データと比較して断線故障の判定を行なう故障判定手段とを有することを特徴とする電動ディスクブレーキ装置。
【請求項４】
モータの作動により制動力を発生するディスクブレーキ本体と、モータの３相巻線とバッテリとの間に介装されコントローラからのパルス信号に応じて位相の異なる電流を生成し該電流を前記３相巻線の各巻線に供給してモータを作動するモータドライバとを備え、モータドライバは、前記パルス信号によりオンオフするスイッチング素子を２個直列接続してなる直列素子体を、前記３相巻線の各巻線にそれぞれ対応して３組有し、該３組の直列素子体をバッテリの極間に介装して構成される電動ディスクブレーキ装置であって、
前記スイッチング素子用の制御電源を設け、
前記バッテリのマイナス極側のスイッチング素子における該マイナス極が接続される端子に制御電源のマイナス端子を接続し、
３相巻線が接続される２個のスイッチング素子の接続部に接続されるコンデンサを有するブートストラップ回路が３組の直列素子体に対応して設けられ、
該コンデンサの電圧を計測しこの計測電圧値に基づいて故障を検出する故障検出手段を設けたことを特徴とする電動ディスクブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの回転力によって制動力を発生させる電動ディスクブレーキ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの車両の制動装置として、ブレーキ液圧管路を使用せず、電動モータの出力によって制動力を発生させるようにした、所謂ドライブレーキ装置が知られている。
【０００３】
ドライブレーキ装置としては、特開昭６０−２０６７６６号公報に開示されているように、ピストンによってブレーキパッドをディスクロータに押圧させることにより、制動力を発生させるようにした電動ディスクブレーキ装置がある。この種の電動ディスクブレーキ装置は、運転者によるブレーキペダル踏力（又は変位量）をセンサによって検出し、コントローラによって、この検出に応じて電動モータの回転を制御して、所望の制動力を得るようにしている。
【０００４】
また、上記のような電動ディスクブレーキ装置においては、各種センサを用いて、各車輪の回転速度、車両速度、車両加速度、操舵角、車両横加速度などの車両状態を検出し、コントローラによってこれらの検出に基づいて電動モータの回転を制御することにより、倍力制御、アンチロック制御、トラクション制御及び車両安定化制御などを比較的簡単に組み込むことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、電動ディスクブレーキ装置は、回転式サーボモータの回転動を直線運動に変換してブレーキパッドを押すようにする構造になっている。そして、電動モータに必要な電力はバッテリ又は発電機より供給される。この場合、モータにいたるケーブルは長くなること、及び電動モータが設けられるブレーキキャリパ部が変位するものであることから、ケーブルが断線したりあるいはコネクタから外れやすいものになっている。そして、適切な制動力を確保する上から、ケーブルの断線あるいはコネクタからの外れを検出するようにしている。
【０００６】
上記断線等の検出方法としては、ブレーキ動作を行いモータが正常に回転するかを確認する方法（ブレーキ動作による検出方法）や、ブレーキ動作時以外に電圧を印加し、電圧が伝わるかを確認する方法（電圧印加による検出方法）、ブレーキ動作時以外に電圧を印加し、電流が流れることを確認する方法（電圧印加による検出方法）などが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上述したブレーキ動作による検出方法では、ブレーキを動作させなければ断線等を検出できず、また、電圧印加による検出方法では、電圧を印加するなどの特殊な通電確認動作を伴い、上記何れの方法も不便なものであり、改善が望まれている。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、断線などの故障検出を簡易に行なうことができる電動ディスクブレーキ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、モータの作動により制動力を発生するディスクブレーキ本体と、モータの３相巻線とバッテリとの間に介装されコントローラからのパルス信号に応じて位相の異なる電流を生成し該電流を前記３相巻線の各巻線に供給してモータを作動するモータドライバとを備え、モータドライバは、前記パルス信号によりオンオフするスイッチング素子を２個直列接続してなる直列素子体を、前記３相巻線の各巻線にそれぞれ対応して３組有し、該３組の直列素子体をバッテリの極間に介装して構成される電動ディスクブレーキ装置であって、
各組の前記直列素子体の２個のスイッチング素子が同時にオンしないように設けられるデッドタイム時に前記３相巻線の電圧を計測し、この計測電圧値に基づいて故障を検出する故障検出手段を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、故障検出手段は、計測電圧値が前記バッテリ電圧値であるときに断線故障があると判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、モータの作動により制動力を発生するディスクブレーキ本体と、モータの３相巻線とバッテリとの間に介装されコントローラからのパルス信号に応じて位相の異なる電流を生成し該電流を前記３相巻線の各巻線に供給してモータを作動するモータドライバとを備えた電動ディスクブレーキ装置であって、
モータを停止状態にするようにパルス信号を出力して得られる３相巻線に流れる停止時電流、モータの正回転及び逆回転を交互に短時間行った際にそれぞれ得られる短時間正回転時電流及び短時間逆回転時電流を計測する計測手段と、該計測手段により計測された前記３つの電流値のうち最大値と最小値の差を、予め定めた基準データと比較して断線故障の判定を行なう故障判定手段とを有することを特徴とする。
請求項４記載の発明は、モータの作動により制動力を発生するディスクブレーキ本体と、モータの３相巻線とバッテリとの間に介装されコントローラからのパルス信号に応じて位相の異なる電流を生成し該電流を前記３相巻線の各巻線に供給してモータを作動するモータドライバとを備え、モータドライバは、前記パルス信号によりオンオフするスイッチング素子を２個直列接続してなる直列素子体を、前記３相巻線の各巻線にそれぞれ対応して３組有し、該３組の直列素子体をバッテリの極間に介装して構成される電動ディスクブレーキ装置であって、
前記スイッチング素子用の制御電源を設け、
前記バッテリのマイナス極側のスイッチング素子における該マイナス極が接続される端子に制御電源のマイナス端子を接続し、
３相巻線が接続される２個のスイッチング素子の接続部に接続されるコンデンサを有するブートストラップ回路が３組の直列素子体に対応して設けられ、
該コンデンサの電圧を計測しこの計測電圧値に基づいて故障を検出する故障検出手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施の形態に係る電動ディスクブレーキ装置を図１ないし図６に基づいて説明する。
図１及び図２において、自動車１に用いられる電動ディスクブレーキ装置２は、各車輪３に対応して設けられ、内蔵したモータ４に作動されて制動力を発生するディスクブレーキ本体５と、モータ４のステータ６に設けられるスター結線されたＵ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗ（３相巻線。以下、適宜、モータコイル７という。）とバッテリ８との間に介装されるモータドライバ９と、を備えている。
【００１２】
ディスクブレーキ本体５は、車輪に設けられる図示しないディスクロータにブレーキパッドを押圧して制動力を発生するキャリパ（図示省略）と、モータ４の回転動を直線運動に変換してキャリパの可動体（例えばピストン）を介してブレーキパッドを押圧作動させるボールランプ機構などの回転動・直線動変換機構（図示省略）とを有している。
【００１３】
モータドライバ９は、コントローラ１０からの制御信号（パルス信号）Ｅ１，Ｅ２，  …  Ｅ６（以下、適宜、制御信号Ｅ0と総称する）に応じて位相が１２０°ずつ異なる電流（Ｕ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流）を生成し、該電流をＵ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗ（モータコイル７）にそれぞれ供給するようにしている。
モータドライバ９は、自動車のシャーシ（図示省略）に沿って配線したケーブル１１を介してモータ４のモータコイル７に接続されている。
自動車のシャーシは、前記バッテリ８のマイナス端子に接続されている。
【００１４】
モータ４のロータ１２は、前記Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗへの上述した通電（供給）により発生する回転磁界との間の電磁力によって回転するようになっており、この回転動は回転動・直線動変換機構を介してディスクブレーキ側（キャリパの可動体）へ伝達されることになる。
【００１５】
バッテリ８は、端子電圧が１２Ｖまたは３６Ｖとされている。
バッテリ８とモータドライバ９との間には昇圧回路１３が介装されており、バッテリ８の電圧を例えば３００Ｖに昇圧してモータドライバ９に印加できるようにしている。
【００１６】
さらに、電動ディスクブレーキ装置２は、後述するモータ４のＵ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗの電圧を検出する電圧検出センサ１４と、図示しない車速センサなどの車両状態検出センサと、前記コントローラ１０とを備えている。
コントローラ１０は、車両状態検出センサからの検出信号に基づいて前記制御信号Ｅ0を生成し、この制御信号Ｅ0によりモータドライバ９を制御してモータ４を駆動させてディスクブレーキ本体５に制動力を発生させるようにしている。また、コントローラ１０（故障検出手段）は、後述するデッドタイムＤＴにおける電圧検出センサ１４の検出値から後述するように故障検出を行なうようにしている。
【００１７】
前記モータドライバ９は、前記制御信号Ｅ0によりオンオフする６個のトランジスタ（第１〜第６トランジスタ）２１〜２６〔スイッチング素子〕を有し、これらを３相ブリッジ回路に構成したものになっている。
第１トランジスタ２１のエミッタ（符号省略）と第２トランジスタ２２のコレクタ（符号省略）とが接続され、その接続部がＵ相コイル７Ｕに接続されており、第１、第２トランジスタ２１，２２によりＵ相直列素子体１５Ｕが構成されている。同様に、第３、第４トランジスタ２３，２４によりＶ相直列素子体１５Ｖが構成され、第５、第６トランジスタ２５，２６によりＷ相直列素子体１５Ｗが構成されている。
【００１８】
第１、第３、第５トランジスタ２１，２３，２５の各コレクタがバッテリ８のプラス端子に接続され、第２、第４、第６トランジスタ２２，２４，２６の各エミッタがバッテリ８のマイナス端子に接続されている。
【００１９】
モータドライバ９は、制御信号Ｅ0を入力してモータコイル７（Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗ）に印加される電圧を制御する。例えば、Ｕ相コイル７Ｕに接続される第１、第２トランジスタ２１，２２（Ｕ相直列素子体１５Ｕ）については、第１トランジスタ２１がオン（ＯＮ）のとき、第２トランジスタ２２はオフ（ＯＦＦ）し、また、逆に第１トランジスタ２１がオフのとき、第２トランジスタ２２はオンする。第１、第２トランジスタ２１，２２のオン時間の比率を変えることにより、Ｕ相コイル７Ｕへの出力電圧を調整する。第１トランジスタ２１のオン時間を長くするほど、Ｕ相コイル７Ｕへの出力電圧は高くなる。
Ｖ相コイル７Ｖに接続される第３、第４トランジスタ２３，２４（Ｖ相直列素子体１５Ｖ）及びＷ相コイル７Ｗに接続される第５、第６トランジスタ２５，２６（Ｗ相直列素子体１５Ｗ）についても、上述した第１、第２トランジスタ２１，２２（Ｕ相直列素子体１５Ｕ）と同様である。
【００２０】
前記Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗには、図３に示すように、１２０°位相をずらした正弦波状の電圧を印加する（このように１２０°位相をずらした正弦波状の電圧の印加は、後述する図５に示すように制御信号Ｅ0の出力タイミングをずらすことにより得られる）ことにより、回転磁界を発生させロータ１２を回転させる。電圧の周波数を高くすることによりモータ４は高速回転し、電圧の振幅値を大きくすることによりモータ４の発生トルクが大きくなる。
【００２１】
ブレーキ動作を行なわないとき、つまりモータ４を回転させないときには、第１〜第６トランジスタのデューティ比は、５０％とされる。このときのＵ相、Ｖ相及びＷ相の出力電圧値は、モータドライバ９の入力電圧の略半分の大きさとされ、この際、電圧の振幅は無く、各相間に電位差を生じない。
【００２２】
上述したように第１、第２トランジスタ２１，２２（Ｕ相直列素子体１５Ｕ）、第３、第４トランジスタ２３，２４（Ｖ相直列素子体１５Ｖ）及び第５、第６トランジスタ２５，２６（Ｗ相直列素子体１５Ｗ）は、バッテリ８（電源）に対して直列に接続されている。
そして、例えば第１、第２トランジスタ２１，２２を同時にオンするとバッテリ８がショートされたことと同じになる。このようなことを避けるために、どのような条件でも第１、第２トランジスタ２１，２２が同時にオンしないように、コントローラ１０は図４及び図５に示すように、デッドタイムＤＴを設けて制御信号Ｅ0を出力する。また、第３、第４トランジスタ２３，２４及び第５、第６トランジスタ２５，２６についても同様である。
【００２３】
また、Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗに対する通電を上述したように１２０°ずらして行なうために、コントローラ１０は図５に示すように第１〜第６トランジスタ２１〜２６に対する制御信号（パルス）Ｅ１〜Ｅ６の出力タイミングについて、Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗ毎にずれるようにして制御信号Ｅ１，Ｅ２、制御信号Ｅ３，Ｅ４、制御信号Ｅ５，Ｅ６を出力する。
【００２４】
この際、制御信号Ｅ１，Ｅ２、制御信号Ｅ３，Ｅ４、制御信号Ｅ５，Ｅ６に、それぞれ、上述したようにデッドタイムＤＴを設けるようにしているが、このデッドタイムＤＴ時の作動について、Ｗ相を例にして説明する。
例えば、Ｗ相にデッドタイムＤＴが生じるとき〔図５（１）〕に着目する。第５トランジスタ２５がオンであるとき〔図６（ａ）〕、図６（ｂ）左側部分に示すようにモータドライバ９からモータ４に電流が供給される（電圧がＨレベルになる）。
【００２５】
そして、モータ４は、インダクタンス成分が大きいため、第５トランジスタ２５がオフすると、図６（ｂ）右側部分に示すようにすぐに電圧が低下する（電圧がＬレベルになる）。これに対し、図６（ｃ）に示すように、断線などにより電流が流れない場合は回路中の容量成分によりデッドタイムＤＴ中の電圧は前の電圧を保持することになる。
このように断線故障がある場合と、正常である場合とで、デッドタイムＤＴ中において電圧が異なる様相を示すことになる。本実施の形態では、このことを利用して故障検出をしている。
【００２６】
すなわち、コントローラ１０は、デッドタイムＤＴ時に電圧検出センサが検出した電圧値がバッテリ電圧値であるときに断線故障があると判定する。
この故障判定は、各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）毎に行うことができる。
【００２７】
なお、本実施の形態では、リゾルバ等のモータ４の位置を検出する位置検出器（図示省略）が設けられている。そして、コントローラ１０は、位置検出器の検出値と、正常時における制御信号Ｅ0とに応じて見込まれる基準の位置データとを比較して故障検出に用いるようにしている。
【００２８】
上述したように、本実施の形態によれば、デッドタイムＤＴ中、すなわち、ブレーキ作動を行なっていない場合に、断線故障の検出を行うことができ、容易に故障検出を行うことができる。
【００２９】
次に、本発明の第２実施の形態に係る電動ディスクブレーキ装置を図７ないし図１2に基づいて説明する。
この第２実施の形態は、第１実施の形態に比して、第１〜第６トランジスタ２１〜２６に代えて、第１〜第６ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）３１〜３６を設け、コントローラ１０がモータ４を停止状態にするように制御信号Ｅ0（制御信号Ｅ１〜Ｅ６）を出力して得られるＵ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗに流れる停止時電流ＩT、モータ４の正回転及び逆回転を交互に短時間行った際にそれぞれ得られる短時間正回転時電流ＩS及び短時間逆回転時電流ＩGを計測し、前記３つの電流値から故障判断を行なうように構成されたことが主に異なっている。
【００３０】
また、第２実施の形態では、リゾルバ３８を備えており、モータ４の位置検出を行なうようにしている。また、Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗには計器用変圧器３９（計測手段）がそれぞれ設けられており、各計器用変圧器３９に接続されたピーク電圧検出回路４０でピーク電圧等を検出するようにしている。
【００３１】
コントローラ１０（計測手段を兼ねている）は、発振器４１と、発振器４１に接続された同期検波回路４２と、同期検波回路４２から信号に応じて制御信号Ｅ0（制御信号Ｅ１〜Ｅ６）を第１〜第６ＦＥＴ３１〜３６に出力して第１〜第６ＦＥＴ３１〜３６を作動させるＰＷＭ変換回路４３と、ピーク電圧検出回路４０に接続された判定回路４４（故障判定手段）と、を有している。
【００３２】
コントローラ１０の各構成部材について、以下に説明する。運転者が操作するブレーキペダルの信号に応じてモータ４に供給する電流値が計算され、トルク指令値Ｅが求められる。トルク指令値Ｅについては、ブレーキパッドの引きずりを防止するためにブレーキペダルを離した場合にモータ４を逆回転させる機能や、トラクションコントロールのための４輪各々に対してブレーキ力を可変する機能を考慮して値を定めることも可能である。
【００３３】
上述したように求められたトルク指令値Ｅに応じて発振器４１は、正弦波信号Ｅsin（ωt）、この正弦波信号Ｅsinωtと位相がそれぞれ１２０°、２４０°異なる正弦波信号Ｅsin（ωt＋2π/3）、Ｅsin（ωt＋4π/3）を生成し、これらを同期検波回路４２に出力し、また、リゾルバ３８に信号Ｅcosωt、Ｅsinωtを出力する。
【００３４】
同期検波回路４２では、リゾルバ３８から得られたＥsin（ωt＋θ）を同期検波することで、信号Ｅsin（θ）、Ｅsin（θ＋2π/3）、Ｅsin（θ＋4π/3）を得、これをＰＷＭ変換回路に出力する。ＰＷＭ変換回路は、前記信号Ｅsin（θ）、Ｅsin（θ＋2π/3）、Ｅsin（θ＋4π/3）に基づいて、図８に示すように制御信号Ｅ0（制御信号Ｅ１〜Ｅ６）を生成してこれをモータドライバ９に出力する。これにより、制御信号Ｅ0（制御信号Ｅ１〜Ｅ６）に応じた電圧が、Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗに印加するようにしている。
【００３５】
Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗに上述したように電圧が印加されることにより、モータ４のステータ６には回転磁界が発生し、これに応じてロータ１２は回転トルクを発生して回転する。このロータ１２の回転作動について概略的に説明すると次のようになる。
【００３６】
すなわち、図７におけるロータ１２とステータ６の位置で上述したように正弦波電圧をステータ６のＵ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗに印加し、例えばＵ相コイル７ＵにＳ極が、Ｗ相コイル７ＷにＮ極が発生した場合、ロータ１２のＮ極はＵ相コイル７Ｕ側に引き寄せられる。Ｓ極も同様にＷ相コイル７Ｗ側に引き寄せられる。このように電磁力が作用することにより、ロータ１２に回転トルクが発生してロータ１２は回転する。
【００３７】
なお、ロータ１２が回転すると、リゾルバ３８から得られる角度信号が変化し、それに応じて最適なＵ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗに対する印加電圧が変化する。これに応じて、ＰＷＭ変換回路は、制御信号Ｅ0（制御信号Ｅ１〜Ｅ６）の幅などを変えて、目的とするＵ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗに対する印加電圧を調整するようにしている。
【００３８】
ここで、Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗに対する印加電圧は、ＧＮＤ電圧に対する電源電圧に相当するものであり、回路を絶縁するためにフォトカプラなどが必要とされる。ＭＯＳＦＥＴ（及びＩＧＢＴ）は、アイソレーションゲートと呼ばれる構造を採用しており、容量成分を有しているので、この容量成分からの放電あるいは充電のための時間も必要となる。このため、前記デッドタイムＤＴは、フォトカプラによる遅延時間と、充放電のための時間を含めて構成される。
【００３９】
次に、この第２実施の形態による故障検出動作について説明する。
モータ４を回転させるためには、ロータ１２に対してステータ６（Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗ）が発生する磁界を９０°進めるように各コイルに電圧を印加すればよい。なお、逆回転は９０°遅れるように各コイルに電圧を印加すればよい。一方、磁界とロータ１２の相対位置を同じとすればロータ１２は停止したままとなる。
【００４０】
そして、モータ４を停止させているように電圧を印加すると、モータコイル７（Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗ）には電圧に応じた電流が流れる。この際、モータ４は回転していないので、誘起電圧を考慮しなくてよく、その電流値は印加電圧をモータコイル７の抵抗値で割った値となる。この場合、印加電圧はモータ４の回転角をθとしたとき、次式で示すようになる。
【００４１】
停止状態
ＶU＝Ｅsin（θ−π/2）
ＶV＝Ｅsin（θ＋2π/3−π/2）
ＶW＝Ｅsin（θ＋4π/3−π/2）
【００４２】
上記式から明らかなように、θが所定の値であると、印加電圧を０とすることができ、０とされた印加電圧に対応する相のコイルには電流は流れない。
そこで、図９（ａ）に示すパターンで、モータ４の正回転及び逆回転を交互に短時間行なうようにモータコイル７に電圧を印加し、また、モータ４停止するように電圧を印加すると、図９（ｂ）に示すようにトルクリップルによる誤差（多少の位置変動）は生じるが、モータ４の回転を起こさないようにすることができる。モータ４の正回転及び逆回転のための時間（前記短時間）は、許容される回転角度までの時間を考慮して決定する。また、このときの正回転及び逆回転のための印加電圧は停止している状態の電圧より低い値（６０％〜７０％）とする。
【００４３】
そして、上述したように、図９（ａ）に示すパターンでモータ４の正回転及び逆回転を交互に短時間、行ない、また、モータ４を停止させ、それぞれのときに、モータコイル７に流れる電流（短時間正回転時電流ＩS、短時間逆回転時電流ＩG及び停止時電流ＩT）を求めると、各電流は図１０（ａ）に示すようになり、sin関数(停止時電流ＩT)及びcos関数(短時間正回転時電流ＩS、短時間逆回転時電流ＩG)で表せる。
【００４４】
これら短時間正回転時電流ＩS、短時間逆回転時電流ＩG及び停止時電流ＩTの３つの電流値の最大値と最小値の差を求めると、図１０（ｂ）に示すように、回転角度９０°での値は小さいが、全体としてほぼ一定の大きさになる。
【００４５】
すなわち、図９（ａ）に示すパターン（モータ４の正回転及び逆回転を交互に短時間行なうように、モータコイル７に電圧を印加する）での電圧印加における電流（短時間正回転時電流ＩS、短時間逆回転時電流ＩG及び停止時電流ＩT）を計測し、３つの電流値の最大値と最小値の差を求めると、その値（最大値と最小値の差）がほぼ一定であるという特異な態様を示すことになる。このときのモータコイル７に流れる電流を計測したところ、図１１の表１（図中、電流の単位はＡである。）に示されるデータを得た。
【００４６】
ここで、モータコイル７の断線について考える。３相コイルのうち１相、例えばＵ相コイル７Ｕが断線していた場合、モータコイル７（Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗ）にいかなる電圧を印加しても、Ｕ相コイル７Ｕの電流（Ｕ相電流）は「０」であるので、Ｖ相コイル７ＶからＷ相コイル７Ｗへ、またはＷ相コイル７ＷからＶ相コイル７Ｖへ電流が流れることになる。そして、この場合に上述したように電流の最大値と最小値の差を求めると変化が大きく平均値が小さい値になる。一方、断線がない場合には、上述したように最大値と最小値の差は変化が少なく略一定の大きさとなる。
前記判定回路４４は、前記検出電流の最大値と最小値の差について正常時と断線時で上述したように相違があることに基づいて断線故障を検出する。そしてこのように、モータ４に大きな電流を流すことなく断線故障を検出するので、故障検出を容易に行なえることになる。
【００４７】
上述したように、３相コイルのうち１相例えばＵ相コイル７Ｕが断線していた場合、モータコイル７（Ｕ相コイル７Ｕ、Ｖ相コイル７Ｖ及びＷ相コイル７Ｗ）にいかなる電圧を印加しても、Ｕ相コイル７Ｕの電流（Ｕ相電流）は「０」であるので、Ｖ相コイル７ＶからＷ相コイル７Ｗへ、またはＷ相コイル７ＷからＶ相コイル７Ｖへ電流が流れることになる。そして、その値は例えば、図１２の表２（図中、電流の単位はＡである。）に示されるようになる。
【００４８】
図１１の表１及び図１２の表２を対比すれば明らかなように、正常時（図１１の表１）にはＵ相電流の最低値は０．１９〔Ａ〕であるのに対し、断線時は０．０１〔Ａ〕であり、大きく異なっている。
このように、断線時に対象となる相の電流の大きさが極めて小さくなる（値「０」を含む）ので、このことにより故障検出することもできる。
【００４９】
なお、コネクタや端子台での接触抵抗が増加した場合には、そのコイルには０．１９〔Ａ〕より小さい電流が流れることになる。このことから、０〔または０．０１〕〔Ａ〕〜０．１９〔Ａ〕の範囲の電流が計測された場合は、コネクタや端子台などの抵抗値が増加したこと、ひいては接触抵抗増加の異常を検出することができる。
【００５０】
図１２の表２から明らかなように、どの回転角度であっても、Ｕ相には、電流がほとんど流れず、又、Ｖ相及びＷ相には、正常な場合と略同等な大きな電流が流れている。
したがって、Ｕ相の断線はどの角度であっても検出できる。なお、Ｖ相及びＷ相のいずれかが断線した場合にも、Ｕ相の断線と同様に検出することができる。
【００５１】
また、他の断線検出方法として、停止させようとした電圧を印加しても断線している場合には、モータ４は回転を続けようとすることを利用して断線を検出する方法（以下、便宜上、停止のための電圧印加による断線検出方法）がある。この検出方法では、例えばＵ相が断線している場合、モータ４を停止させようとするのに必要な電流がＵ相に流れないでＶ相及びＷ相のみに流れるため、停止させようとする電圧を印加してもモータ４には回転モーメントが働く。このため、短時間であっても、モータ４の回転角度は正常な場合と異なったものとなり、トルクリップル分よりも角度変動が大きくなる。そして、この検出方法（停止のための電圧印加による断線検出方法）は、上述したように、モータ４の角度を検出し、これを正常時に見込まれる回転角度値と比較し、その異同に基づいて断線検出を行う。
【００５２】
なお、ブレーキをかけてモータ４が停止している状態で、前記検出方法（停止のための電圧印加による断線検出方法）を用いて断線を検出することも可能である。この場合には、ブレーキがかけられていてキャリパ内部のブレーキパッドが押えつけられているので、モータ４を停止しておけばブレーキは解除されないことになり、運転者に特別に負担をかけず不都合を生じさせない。
【００５３】
次に本発明の第３実施の形態を図１３ないし図１７に基づいて説明する。
なお、図１ないし図１６に示す部材及び部分と同様の部材および部分については同一の符号を用いその説明は、適宜省略する。
【００５４】
この第３実施の形態の電動ディスクブレーキ装置は、第２実施の形態（図７ないし図１２）に比して、第１〜第６ＦＥＴ３１〜３６に代えて第１〜第６ＩＧＢＴ１３１〜１３６を設け、さらに、第１、第２ゲートドライバ１０１，１０２と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して第１、第３、第５コンデンサＣ１，Ｃ３，Ｃ５と、第１、第２ゲートドライバ１０１，１０２に電流供給をする制御電源１００と、制御電源１００と第１ゲートドライバ１０１との間に介装されたダイオードＤ１及び電流制限抵抗Ｒ１と、後述するように設けられた消費抵抗Ｒａ１及びフォトカプラＰＣ１とを備えたことが主に異なっている。前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して略同等の構成を有するので、以下、適宜、Ｕ相で代表して説明する
【００５５】
第１、第２ＩＧＢＴ１３１、１３２は、直列接続され、接続部がモータ４のＵ相コイル７Ｕに接続されており、両者を合せてＵ相直列素子体１３７Ｕという。
以下、同様に、第３、第４ＩＧＢＴ１３３、１３４はＶ相直列素子体１３７Ｖといい、第５、第６ＩＧＢＴ１３５、１３６はＷ相直列素子体１３７Ｗという。
第１、第３、第５ＩＧＢＴ１３１，１３３，１３５のゲート（制御端子）には，第１ゲートドライバ１０１を介して制御電源１００のプラス極が接続され，第２、第４、第６ＩＧＢＴ１３２，１３４，１３６のゲートには、第２ゲートドライバ１０２を介して電圧が１５Ｖの制御電源１００のプラス極が接続されている。
【００５６】
第１、第３、第５ＩＧＢＴ１３１，１３３，１３５のコレクタには、バッテリ８のプラス端子が接続されている。第２、第４、第６ＩＧＢＴ１３２，１３４，１３６のエミッタには、バッテリ８のマイナス端子が接続されている。
制御電源１００のマイナス極は、第２、第４、第６ＩＧＢＴ１３２，１３４，１３６のエミッタに接続されている。
【００５７】
第１コンデンサＣ１は、電流制限抵抗Ｒ１の第１ゲートドライバ１０１側と、第１、第２ＩＧＢＴ１３１、１３２の接続部との間に介装されている。第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３についても同様に設けられている。
フォトカプラＰＣ１は、発光ダイオードＰＣ１ａと、フォトトランジスタＰＣ１ｂとから構成されている。発光ダイオードＰＣ１ａは消費抵抗Ｒａ１と直列接続され、発光ダイオードＰＣ１ａ及び消費抵抗Ｒａ１は、電流制限抵抗Ｒ１及び第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）と並列に接続されている。フォトトランジスタＰＣ１ｂは抵抗Ｒｂ１と直列に接続され、フォトトランジスタＰＣ１ｂ及び抵抗Ｒｂ１は、制御電源１００に並列に接続されている。
【００５８】
本実施の形態では、前記ダイオードＤ１及び第１コンデンサＣ１から、Ｕ相に対応するブートストラップ回路２０１が構成されている。なお、Ｖ相に対応して第２コンデンサＣ２を含むブートストラップ回路、及びＷ相に対応して第３コンデンサＣ３を含むブートストラップ回路が備えられているが、その図示は省略する。
【００５９】
第１〜第６ＩＧＢＴ１３１〜１３６は、ゲートをエミッタ（ＦＥＴの場合はソース）より高い電圧（５Ｖ程度）とすることで、オンするように作られており、第１、第３、第５ＩＧＢＴ１３１，１３３，１３５（以下、適宜、上側のＩＧＢＴという）のゲートは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対して相対的な電圧が必要となる。
そのため、駆動方法としては、フローティング駆動とブートストラップ駆動の２種類がよく知られている。フローティング駆動は、４種類の電源を用意して別々に供給する方法であるので、回路が複雑であり、また、高価なものとなるので余り採用されていない。本実施の形態では、ブートストラップ駆動を採用している。
【００６０】
以下に、ブートストラップ駆動を説明する。なお、一部記載内容が上述した説明と重複する。
第２、第４、第６ＩＧＢＴ１３２，１３４，１３６（以下、適宜、下側のＩＧＢＴという。）のエミッタは制御電源１００（１５Ｖ）のマイナス極に接続されており、第１〜第６ＩＧＢＴ１３１〜１３６のゲートは、（制御電源１００のマイナス極の電圧）＋１５Ｖ程度の電圧で駆動する。第１コンデンサＣ１は、第１ＩＧＢＴ１３１を駆動する第１ゲートドライバ１０１の電源とされている。同様に、第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３は、それぞれ第３、第５ＩＧＢＴ１３３，１３５に対応して設けられている。
【００６１】
また、第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）は、前記電流制限抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介して制御電源１００（１５Ｖ）に接続されている。そして、第２、第４、第６ＩＧＢＴ１３２，１３４，１３６（下側のＩＧＢＴ）をオンすると、対応する相（第２ＧＢＴ１３２がオンした場合はＵ相）の電圧がＧＮＤレベルになる（以下、便宜上、第２ＧＢＴ１３２がオンしＵ相がオンした場合を例にする。）ので、第１コンデンサＣ１には、ダイオードＤ１及び電流制限抵抗Ｒ１を介して制御電源１００から電流が供給される。そのため、第１コンデンサＣ１の両端には、制御電源１００の電圧（制御電圧）が印加されている。第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３についても第１コンデンサＣ１と同様である。このように、第２、第４、第６ＩＧＢＴ１３２，１３４，１３６（下側のＩＧＢＴ）のオンの際に、第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）に制御電圧が印加されて充電されることを、便宜上、ブートストラップ動作という。
なお、前記ブーストラップ動作を行う第１、第２ゲートドライバ１０１，１０２は、第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）の両端の電圧を監視する機能を有している
【００６２】
ダイオードＤ１、電流制限抵抗Ｒ１、消費抵抗Ｒａ１、フォトカプラＰＣ１により断線検知回路１１０が構成されている。断線検知回路１１０は、消費抵抗Ｒａ１及びフォトカプラＰＣ１に、第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）の電圧に比例する電流が流れることから、フォトカプラＰＣ１の電流を検出することにより第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）の両端の電圧を測定し、後述するように、コイルなどの断線を検出するようにしている。
【００６３】
ここで、仮に制御信号Ｅ２をオフすると、第１コンデンサＣ１の電圧は抵抗Ｒ１及びフォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＰＣ１ａに及び消費抵抗Ｒａ１を介してショートされていることになるので、第１コンデンサＣ１に蓄積された電荷は徐々に放電され電圧が低下する。そのため、フォトカプラＰＣ１に流れる電流は徐々に下がり、ついにはゼロになる。
【００６４】
また、断線を生じていない場合には、モータコイルを介して他のＹ，Ｖ，Ｗ相はＧＮＤとなっているので、ブートストラップ動作は正常に行われるので、フォトカプラＰＣ１の発光ダイオードＰＣ１ａは、一定となり電圧は変化しない。
【００６５】
次に、断線検知方法について説明する。
モータ７を回転させるためには、ロータに対してステータ（コイル）が発生する磁界を例えば９０°進める（逆回転するためには例えば９０°遅らせる）ようにコイルに電圧を印加すればよいが、ＰＷＭ波形を動作させるためのＩＧＢＴが、磁界とロータの相対位置を同じとすればロータは停止したままとなる。
【００６６】
ここで、モータ７を動かさない停止状態では、全てのＩＧＢＴをオフとするサーボオフと呼ばれる状態になる。モータ７を回転させ始める直前には、まず、下側のＩＧＢＴをオンする。すると、ＩＧＢＴのエミッタ・コレクタ電圧は略ゼロとなるので、制御電源（１５Ｖ）からダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１を介して第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）に電流が流れる。所定時間が経過すると、第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）には、制御電源１００よりダイオードＤ１の順方向電圧分だけ低い電圧（略１４Ｖ）で電荷が蓄積される。ここで、モータ７を回転させる場合には、上側のＩＧＢＴをオンするためにゲートには＋５Ｖ以上の電圧が印加されると、第１コンデンサＣ１の両端の電圧が一定のままでＵ相が上がり始め、ゲート電圧は５Ｖ以上が保持できる。これが、通常のブートストラップ機能である。
【００６７】
前記サーボオフの状態から、下側のＩＧＢＴをオンする場合に独立にＩＧＢＴをオンした場合は、モータ７のコイルは内部で接続されていることから、１つのＩＧＢＴをオンしても同じ動作となる。この場合、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれかのＩＧＢＴがオンすると、モータコイルを介して第１コンデンサＣ１は充電される。
図１４に正常な場合のシーケンスごとの電圧を表形式で示す。
【００６８】
また、コイルの１つが断線している場合には、断線している部分のコイルは他のＩＧＢＴに接続していないので、他のＩＧＢＴがオンしても電圧には変化が生じない。従って、コンデンサ電圧を放電したりあるいは、他の電圧に変換することでブートストラップ動作が変化し、断線を検出できることになる。本実施の形態では、前者（コンデンサ電圧を放電する）の方策を採用している。
【００６９】
図１５、図１６及び図１７に断線している場合の波形を示す。図１５の表４はＶ相が断線している場合を示す。
なお、下側のＩＧＢＴをオンすると、第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）の電圧が低下していくことについて上述したが、コイルでつながっていない相（断線している相）は、制御電源１００からダイオードＤ１、フォトカプラＰＣ１及び消費抵抗Ｒａ１から第２ＩＧＢＴ１３２のコレクタに電流が流れ込むので、電圧は徐々に上昇する。そして、電圧波形（図１６）はコンデンサの両端の電圧（図１７）と逆位相になる。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電圧を測定することと、コンデンサの両端の電圧を測定することは等価となる。本実施の形態は、コンデンサの両端の電圧を測定することにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電圧状態（断線など）を把握するようにしている。
【００７０】
上述したように、断線したコイルに対応し、ブートストラップ回路２０１の作動に用いられる第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）は、電荷が蓄積されていないので、サーボオンしようとしても、第１ＩＧＢＴ１３１をオンするだけの電圧を第１ＩＧＢＴ１３１のゲートに印加できないので、第１ＩＧＢＴ１３１はオンせず、断線した状態でのブレ−操作の回避を図ることができその分、安全性を維持できる。
さらに、ブーストラップ動作を行う第１、第２ゲートドライバ１０１，１０２は、第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）の両端の電圧を監視する機能を有しているので、下側のＩＧＢＴをオンするパターンを変えるだけで、第１コンデンサＣ１（第２、第３コンデンサＣ２，Ｃ３）の電圧が変化するので、常時監視を行うことができる。
【００７１】
上述したように、第２ＩＧＢＴ１３２をオン（導通）すると、第１コンデンサＣ１は充電され、第２ＩＧＢＴ１３２をオフした後、第１ＩＧＢＴ１３１をオンすると、Ｕ相コイルに断線が生じていない場合は第１コンデンサＣ１の電圧印加（ブートストラップ動作）が継続される一方、Ｕ相コイルに断線が生じている場合には、第１コンデンサＣ１、発光ダイオードＰＣ１ａ及び消費抵抗Ｒａ１のショート回路が形成され、第１コンデンサＣ１への電圧印加（ブートストラップ動作）が行われなくなる。本実施の形態では、上述したように断線の発生有無により、ブートストラップ動作が変化することに基づいて断線の有無を検出している。
また、モータ７の駆動用のメインバッテリ８から電流の供給が行われていなくても、制御電源１００の作動ににより断線の検出を行える。
【００７２】
本実施の形態では、制御電源に関わる低電圧系のみを対象にして断線故障を検出するので、ブレーキ作動を行う前の状態で断線検知を行うことが可能であり、検出を容易に行うことができる。
【００７３】
上記第３実施の形態ではスイッチング素子がＩＧＢＴである場合を例にしたがこれに代えてＦＥＴで構成してもよい。
【００７４】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２記載の発明によれば、直列素子体の２個のスイッチング素子が同時にオンしないように設けられるデッドタイム時には、断線状態であると、回路中の容量成分により前の電圧が保持された回電圧レベルが維持される一方、正常状態であるとモータのインダクタンス成分により電圧が低下し、このように断線故障がある場合と、正常である場合とで、デッドタイム中において電圧が異なる様相を示すことに基づいて断線故障を検出できる。デッドタイム時、すなわち、電流を流さないときに故障検出するので、故障検出を容易に行うことができる。
【００７５】
請求項３記載の発明によれば、モータを停止状態にするようにパルス信号を出力して得られる３相巻線に流れる停止時電流、モータの正回転及び逆回転を交互に短時間行った際にそれぞれ得られる短時間正回転時電流及び短時間逆回転時電流の３つの電流値のうち最大値と最小値の差について、正常状態時に求めると、変化が少なくほぼ一定の値となり、断線時と異なる様相を示し、このことを利用して断線故障を検出できる。このため、モータに大きな電流を流さずに断線を検出でき、その分、故障検出を容易に行なえることになる。
【００７６】
請求項４に記載の発明によれば、モータの作動により制動力を発生するディスクブレーキ本体と、モータの３相巻線とバッテリとの間に介装されコントローラからのパルス信号に応じて位相の異なる電流を生成し該電流を前記３相巻線の各巻線に供給してモータを作動するモータドライバとを備え、モータドライバは、前記パルス信号によりオンオフするスイッチング素子を２個直列接続してなる直列素子体を、前記３相巻線の各巻線にそれぞれ対応して３組有し、該３組の直列素子体をバッテリの極間に介装して構成される電動ディスクブレーキ装置であって、
前記スイッチング素子用の制御電源を設け、
前記バッテリのマイナス極側のスイッチング素子における該マイナス極が接続される端子に制御電源のマイナス端子を接続し、
３相巻線が接続される２個のスイッチング素子の接続部に接続されるコンデンサを有するブートストラップ回路が３組の直列素子体に対応して設けられ、
該コンデンサの電圧を計測しこの計測電圧値に基づいて故障を検出する故障検出手段を設けており、バッテリのマイナス極側のスイッチング素子をオン（導通）すると、コンデンサは充電され、バッテリのマイナス極側のスイッチング素子をオフした後、バッテリのプラス極側のスイッチング素子をオンすると、コイルに断線が生じていない場合はコンデンサの電圧印加（ブートストラップ動作）が継続される一方、コイルに断線が生じている場合には、コンデンサへの電圧印加（ブートストラップ動作）が行われなくなるので、ブートストラップ動作が変化することに基づいて断線の有無を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る電動ディスクブレーキ装置を模式的に示す図である。
【図２】図１のモータドライバ及びモータを示す回路図である。
【図３】図２のモータドライバの出力電圧を示す波形図である。
【図４】図２の第１直列素子体のデッドタイムを示す波形図である。
【図５】図１のコントローラから出力される制御信号を示す波形図である。
【図６】デッドタイム中における電流を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第２実施の形態に係る電動ディスクブレーキ装置を示す回路図である。
【図８】図７のＰＷＭ変換回路から出力される制御信号を示す波形図である。
【図９】短時間正回転時電流及び短時間逆回転時電流を計測する際のモータの正回転及び逆回転を交互に短時間行なうことを示す図である。
【図１０】停止時電流、短時間正回転時電流及び短時間逆回転時電流の比較判定を説明するための図である。
【図１１】表１（回転角度に対する各相電流）を示す図である。
【図１２】表２（Ｕ相断線時の各相電流）を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施の形態に係る電動ディスクブレーキ装置に用いるモータドライバ及びコントローラを模式的に示す回路図である。
【図１４】表３（正常な場合のＵ，Ｖ，Ｗ相電圧）を示す図である。
【図１５】表４（断線している場合のＵ，Ｖ，Ｗ相電圧）を示す図である。
【図１６】断線している場合のＵ，Ｖ，Ｗ相電圧を示す波形図である。
【図１７】図１６に対応して示すコンデンサの電圧を示す波形図である。
【符号の説明】
４    モータ
９    モータドライバ
１０  コントローラ
１５Ｕ  Ｕ相直列素子体
１５Ｖ  Ｖ相直列素子体
１５Ｗ  Ｗ相直列素子体
２１〜２６    第１〜第６トランジスタ
２０１  ブートストラップ回路
Ｃ１    第１コンデンサ
Ｄ１    ダイオード
【図１】
0004596105.tif 000002
【図２】
0004596105.tif 000003
【図３】
0004596105.tif 000004
【図４】
0004596105.tif 000005
【図５】
0004596105.tif 000006
【図６】
0004596105.tif 000007
【図７】
0004596105.tif 000008
【図８】
0004596105.tif 000009
【図９】
0004596105.tif 000010
【図１０】
0004596105.tif 000011
【図１１】
0004596105.tif 000012
【図１２】
0004596105.tif 000013
【図１３】
0004596105.tif 000014
【図１４】
0004596105.tif 000015
【図１５】
0004596105.tif 000016
【図１６】
0004596105.tif 000017
【図１７】
0004596105.tif 000018