(57)【要約】  本発明は、ブラシレス直流モータ（２）の動作時に線故障を検出するための方法に関する。ここでは、モータ（２）の固定子巻線の固定子巻線相に対して、各パルス幅変調クロック周期の間、スイッチオフ電位（ＧＮＤ）からスイッチオン電位（Ｖｂａｔｔ）への、固定子巻線相に印加されている電気的な相電位（ＳＨｘ）の移行のスイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）と、スイッチオン電位（Ｖｂａｔｔ）からスイッチオフ電位（ＧＮＤ）への、前記相電位（ＳＨｘ）の移行のスイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）とが記録される。さらに、記録されたスイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）からの、記録されたスイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）の偏差に対して偏差下方限界が規定される。記録されたスイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）からの、記録されたスイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）の偏差が偏差下方限界を下回っている場合に、線故障が推測される。
2016520285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレス直流モータ（２）の動作時に線故障を検出するための方法であって、
前記ブラシレス直流モータ（２）は、三相固定子巻線を有しており、かつ、パルス幅変調によって制御され、
・前記固定子巻線の少なくとも１つの固定子巻線相に対して、各パルス幅変調クロック周期の間、スイッチオフ電位（ＧＮＤ）からスイッチオン電位（Ｖｂａｔｔ）への、前記固定子巻線相に印加されている電気的な相電位（ＳＨｘ）の移行のスイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）と、前記スイッチオン電位（Ｖｂａｔｔ）から前記スイッチオフ電位（ＧＮＤ）への、前記相電位（ＳＨｘ）の移行のスイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）とを記録し、
・記録されたスイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）からの、記録されたスイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）の偏差に対して、偏差下方限界を規定し、
・記録された前記スイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）からの、記録された前記スイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）の前記偏差が前記偏差下方限界を下回っている場合に、線故障を推測する、
ことを特徴とする、ブラシレス直流モータ（２）の動作時の線故障を検出するための方法。
【請求項２】
各パルス幅変調クロック周期に対して、当該パルス幅変調クロック周期において記録された前記スイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）と、当該パルス幅変調クロック周期において記録された前記スイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）との間の差の絶対値として遅延差（Δｔｄｘ）を求める、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記遅延差（Δｔｄｘ）に対する差の閾値（ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を予め設定し、前記遅延差（Δｔｄｘ）がそれぞれ前記差の閾値（ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）以下であった、先行する、連続したパルス幅変調クロック周期の目下の閾値下回りカウント数（ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）を継続的に記録する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記遅延差（Δｔｄｘ）が目下のパルス幅変調クロック周期において、前記差の閾値（ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）以下である場合には、前記目下の閾値下回りカウント数（ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）を１だけ増分し、
前記遅延差（Δｔｄｘ）が目下のパルス幅変調クロック周期において、前記差の閾値（ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）よりも大きい場合には、前記目下の閾値下回りカウント数（ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）をゼロにセットする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記閾値下回りカウント数（ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）に対してカウント数閾値（ＯＬ＿ＦＩＬＴＥＲ）を予め設定し、かつ、前記目下の閾値下回りカウント数（ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）が前記カウント数閾値（ＯＬ＿ＦＩＬＴＥＲ）と等しいことを偏差下方限界として規定し、
前記目下の閾値下回りカウント数（ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）が前記カウント数閾値（ＯＬ＿ＦＩＬＴＥＲ）を上回ると、線故障を推測する、請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
前記相電位（ＳＨｘ）の前記スイッチオン電位（Ｖｂａｔｔ）の設定を初期化するための属する前記パルス幅変調信号（ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭｘ）のスイッチオン切り替え（１１）から、当該スイッチオン電位（Ｖｂａｔｔ）に実際に到達するまでの時間を、固定子巻線相に対するスイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）として記録する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記相電位（ＳＨｘ）の前記スイッチオフ電位（ＧＮＤ）の設定を初期化するための前記パルス幅変調信号（ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭｘ）のスイッチオフ切り替え（１３）から、当該スイッチオフ電位（ＧＮＤ）に実際に到達するまでの時間を、スイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）として記録する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置（１５）であって、
・パルス幅変調クロック周期の間、固定子巻線相に対する前記スイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）とスイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）とを記録する時間記録ユニット（１７）と、
・パルス幅変調クロック周期の間に記録された前記スイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）からの、当該パルス幅変調クロック周期の間に記録された前記スイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）の偏差を求めるコンパレータユニット（１９）と、
・コンパレータユニット（１９）によって求められた前記偏差を評価する評価ユニット（２１）とを含んでいる、
ことを特徴とする装置（１５）。
【請求項９】
前記時間記録ユニット（１７）は、パルス幅変調信号（ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭｘ）および相電位（ＳＨｘ）を受信するための入力側（２３、２５）を有しており、かつ、タイムサイクルで行われるカウンティングループを実行し、当該カウンティングループによって、前記相電位（ＳＨｘ）のスイッチオン電位（Ｖｂａｔｔ）の設定を初期化するための、前記パルス幅変調信号（ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭｘ）のスイッチオン切り替え（１１）後、当該スイッチオン電位（Ｖｂａｔｔ）に実際に達するまでの、連続するタイムステップのスイッチオンカウント数（ＯＮ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）が求められ、前記相電位（ＳＨｘ）のスイッチオフ電位（ＧＮＤ）の設定を初期化するための前記パルス幅変調信号（ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭｘ）のスイッチオフ切り替え（１３）後、当該スイッチオフ電位（ＧＮＤ）に実際に達するまでの、連続するタイムステップのスイッチオフカウント数（ＯＦＦ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）が求められる、請求項８記載の装置（１５）。
【請求項１０】
前記コンパレータユニット（１９）は、前記パルス幅変調クロック周期において記録された前記スイッチオン遅延時間（ｔｄ＿ＯＮｘ）と、前記パルス幅変調クロック周期において記録された前記スイッチオフ遅延時間（ｔｄ＿ＯＦＦｘ）との間の差の絶対値を遅延差（Δｔｄｘ）として求める、請求項８または９記載の装置（１５）。
【請求項１１】
前記評価ユニット（２１）は、
前記コンパレータユニット（１９）によって求められた前記遅延差（Δｔｄｘ）を予め設定された差の閾値（ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）と比較し、
前記遅延差（Δｔｄｘ）が目下のパルス幅変調クロック周期において、前記差の閾値（ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）以下である場合には、閾値下回りカウント数（ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）を１だけ増分し、
前記遅延差（Δｔｄｘ）が目下のパルス幅変調クロック周期において、前記差の閾値（ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）よりも大きい場合には、前記閾値下回りカウント数（ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ）をゼロにセットする、請求項１０記載の装置（１５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレス直流モータの動作時の線故障検出方法に関する。ここでこのブラシレス直流モータは、三相固定子巻線を有しており、パルス幅変調器によって制御される。さらに本発明は、この方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
高性能ブラシレス直流モータの使用時には、モータの制御システムが、モータの線故障、例えば相巻線間の、または、モータ給電線内の接続切断を検出することが可能なことが極めて重要である。
【０００３】
従来技術から、例えば、スイッチオフ状態のモータでの線故障を検出する方法が既知である。ここでは、モータの１つの相接続が電流源と接続され、残りの相接続が、プルダウン抵抗と接続されて、全ての相接続において電圧が測定される。モータにエラーが無い状態では、全ての相接続において電圧は等しい。他方で、線故障によって電圧の変化が生起され、これによって線故障が検出される。しかしこの方法は、モータの動作中に実施不可能である。
【０００４】
択一的な方法では、線故障がモータの総電力消費を低減させるので、モータの測定された電力消費が予期されている電力消費よりも格段に低いことが検出される、という事実が利用される。しかし、このような方法は、幅広い負荷領域にわたって動作するモータには不適切である。なぜなら、低い負荷での動作時に、線故障が生じているかのように思われてしまうことがあるからである。さらに、この方法は、線故障を検出するために比較的長い検証時間を必要とするので、線故障に対して迅速な反応を必要とする、安全に関する用途には不向きである。
【０００５】
さらに、それぞれ２つのＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ＝金属酸化物半導体電解効果トランジスタ）を有するハーフブリッジを用いたモータ位相の駆動制御時には、１つのハーフブリッジの２つのＭＯＳＦＥＴが同時にオフされたときに、この２つのＭＯＳＦＥＴのうちの１つのＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを通って流れるフリーホイール電流が原因で、モータ相電流がダイオード順方向電圧ぶんだけアースレベルから下回る、または、供給電圧がダイオード順方向電圧ぶんだけ上昇する、という事実が利用可能である。線故障は、フリーホイール電流が流れるのを阻止するので、基本的に、モータ相電圧がアースレベルを下回らず、かつ、供給電圧が上昇しないことによって検出可能である。しかし測定信号が小さいので、この方法は高い測定製造を必要とし、さらに、ダイオード順方向電圧の温度依存性によって、強く温度に依存してしまう。
【０００６】
本発明の課題は、ブラシレス直流モータの動作時に線故障を検出する、改善された方法を提供することである。さらに本発明の課題は、この方法を実施する装置を提供することである。
【０００７】
この課題は、本発明に従って、方法に関しては、請求項１の特徴部分に記載されている構成によって、装置に関しては、請求項８の特徴部分に記載されている構成によって解決される。
【０００８】
本発明の有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【０００９】
三相固定子巻線を有し、ＰＷＭ（パルス幅変調）によって制御されるブラシレス直流モータの動作時に線故障を検出する本発明の方法では、固定子巻線の少なくとも１つの固定子巻線相に対して、各ＰＷＭクロック周期の間、スイッチオフ電位からスイッチオン電位への、固定子巻線相に印加されている電気的な相電位の移行のスイッチオン遅延時間と、スイッチオン電位からスイッチオフ電位への相電位の移行のスイッチオフ遅延時間とが記録される。さらに、記録されたスイッチオン遅延時間からの、記録されたスイッチオフ遅延時間の偏差に対して偏差下方限界が規定され、記録されたスイッチオン遅延時間からの、記録されたスイッチオフ遅延時間の偏差がこの偏差下方限界を下回ると、線故障が推測される。
【００１０】
本発明は、ブラシレス直流モータの線故障の無い動作時には、スイッチオン遅延時間とスイッチオフ遅延時間（ここでは、１つのＰＷＭクロック周期の間、固定子巻線に印加された電気的な相電位がそれぞれ、ＰＷＭ信号の変化に、時間遅延を伴って反応する）とが大幅に相違し、固定子巻線相に関する線故障時には、スイッチオン遅延時間とスイッチオフ遅延時間とが完全に同一である、または、ほぼ同一である、という事実を利用する。これを以降で詳細に説明する。従って、スイッチオン遅延時間とスイッチオフ遅延時間の記録および評価は、次のことによって線故障の検出を可能にする。すなわち、スイッチオン遅延時間とスイッチオフ遅延時間とが実質的に相違していないことによってである。
【００１１】
この方法は一方で、線故障がモータの動作中に迅速かつ確実に検出される、という利点を有している。さらに、この方法は、幅広い負荷領域を有するモータにも使用可能であり、信号ノイズに相対的に依存しない。さらにこの方法は、ほぼ温度に依存しない線故障検出を可能にする。なぜならこれは、ダイオード順方向電圧の温度依存性にほぼ影響されないからである。さらに、この方法は、デジタル論理回路によって低コストで実装することが可能である。これを以降で説明する。
【００１２】
本発明の１つの形態では、各ＰＷＭクロック周期に対して、遅延差が、ＰＷＭクロック周期において記録されたスイッチオン遅延時間と、ＰＷＭクロック周期において記録されたスイッチオフ遅延時間との間の差の絶対値として求められる。
【００１３】
このような遅延差は、スイッチオフ遅延時間からのスイッチオン遅延時間の偏差に対する容易かつ効果的な尺度であり、従って、有利には、このような偏差を評価するのに適している。遅延差内に含まれている絶対値形成は、モータ制御部のスイッチング状態に応じて、線故障の無いモータ動作において、スイッチオン遅延時間がスイッチオフ遅延時間よりも短くなる、または、スイッチオフ遅延時間がスイッチオン遅延時間よりも短くなることを考慮する。これについては以降で、詳細に説明する。
【００１４】
この形態の発展形態では、差の閾値がこの遅延差に対して事前に設定され、遅延差がそれぞれ差の閾値以下であった、先行する、連続するＰＷＭクロック周期の目下の閾値下回りカウント数が継続的に記録される。
【００１５】
このようにして求められた閾値下回りカウント数は、スイッチオン遅延時間からのスイッチオフ遅延時間の偏差の判断に対する、適切な、量的な尺度である。
【００１６】
遅延差が目下のＰＷＭクロック周期において差の閾値以下である場合には、目下の閾値下回りカウント数は有利には１つ増分され、遅延差が目下のＰＷＭクロック周期において差の閾値よりも大きい場合には、目下の閾値下回りカウント数はゼロにセットされる。
【００１７】
これは有利には、閾値下回りカウント数の特定の特に容易な実行を可能にする。これは例えば、カウントレジスタを用いて行われる。
【００１８】
本発明の上述した構成の発展形態では、閾値下回りカウント数に対するカウント数閾値が設定され、目下の閾値下回りカウント数がカウント数閾値と等しいことが偏差下方限界として規定されるので、目下の閾値下回りカウント数がカウント数閾値を上回ると、線故障が推測される。
【００１９】
このような判断基準は、特に有利に線故障の検出に適している。なぜなら、これは、線故障ではなく、電流変動または電圧変動または電動機反作用によって生じているスイッチオン遅延持続からのスイッチオフ遅延持続の僅かな偏差をフィルタリングして除外するからである。これは、僅かな偏差が緩慢にかつ体系的に生じたときにはじめて線故障が推測されることによって実現される。これによって有利には、線故障の検出時の誤り率が低減される。
【００２０】
本発明の他の形態では、固定子巻線相に対するスイッチオン遅延時間として、相電位のスイッチオン電位の設定を初期化するための、属するＰＷＭ信号のスイッチオン切り替えから、このスイッチオン電位に実際に到達するまでの持続時間が記録される、および／または、これに相応して、スイッチオフ遅延時間として、相電位のスイッチオフ電位の設定を初期化するためのＰＷＭ信号のスイッチオフ切り替えから、このスイッチオフ電位に実際に到達するまでの持続時間が記録される。
【００２１】
この形態は、有利には、スイッチオン遅延時間および／またはスイッチオフ遅延時間の規定および検出のためにＰＷＭ信号の可用性を利用する。
【００２２】
本発明の装置は、１つのＰＷＭクロック周期の間の、固定子巻線相に対するスイッチオン遅延時間およびスイッチオフ遅延時間を記録する時間記録ユニットと、ＰＷＭクロック周期の間に記録されたスイッチオン遅延時間からの、このＰＷＭクロック周期の間に記録されたスイッチオフ遅延時間の偏差を求めるコンパレータユニットと、このコンパレータユニットによって求められた偏差を評価する評価ユニットとを含んでいる。
【００２３】
この装置は、上述した利点を有する本発明の方法の実施を可能にする。
【００２４】
時間記録ユニットはここで、有利には、ＰＷＭ信号と相電位とを受信するための入力側を有しており、時間サイクル式のカウンティングループを実行する。このカウンティングループによって、相電位のスイッチオン電位の設定を初期化するためのＰＷＭ信号のスイッチオン切り替え後に、このスイッチオン電位に実際に達するまでの連続するタイムステップのスイッチオンカウント数が求められ、さらに、相電位のスイッチオフ電位の設定を初期化するためのＰＷＭ信号のスイッチオフ切り替えの後、このスイッチオフ電位に実際に達するまでの連続するタイムステップのスイッチオフカウント数が求められる。
【００２５】
これによって、スイッチオン遅延時間とスイッチオフ遅延時間とが、有利には、カウンティングループを実現する簡易なデジタルの論理回路を用いて求められる。
【００２６】
コンパレータユニットは、さらに、有利には、遅延差を、ＰＷＭクロック周期内で記録されたスイッチオン遅延時間と、ＰＷＭクロック周期内で記録されたスイッチオフ遅延時間との間の差の絶対値として求める。
【００２７】
これによって有利には、記録されたスイッチオン遅延時間とスイッチオフ遅延時間との、上述した量的な評価が可能になる。
【００２８】
評価ユニットはここで、有利には、コンパレータユニットによって求められた遅延差を、事前に定められた差の閾値と比較し、遅延差が、目下のＰＷＭクロック周期において差の閾値以下である場合に閾値下回りカウント数を１つ増分し、遅延差が目下のＰＷＭクロック周期において、差の閾値を上回る場合に閾値下回りカウント数をゼロにセットする。
【００２９】
これによって有利には、線故障の検出のための上述した判断基準の実現が可能になる。この判断基準は、線故障が原因でない、スイッチオン遅延時間からの、スイッチオフ遅延時間の僅かな差をフィルタリングして除外する。
【００３０】
本発明の実施例を以下で、図面に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ブラシレス直流モータのためのモータ制御装置の概略図
【図２】ハーフブリッジの第１のスイッチング状態における、ブラシレス直流モータの相電位を制御するための電気的なハーフブリッジの電圧の時間経過の概略図
【図３】ハーフブリッジの第２のスイッチング状態における、ブラシレス直流モータの相電位を制御するための電気的なハーフブリッジの電圧の時間経過の概略図
【図４】線故障の場合の、ブラシレス直流モータの相電位を制御するための電気的なハーフブリッジの電圧の時間経過の概略図
【図５】ブラシレス直流モータの動作時の線故障検出のための方法のフローチャート
【図６】ブラシレス直流モータの動作時の線故障検出のための装置のブロックダイヤグラム
【発明を実施するための形態】
【００３２】
全ての図面において、相応する部分には同じ参照符号が付与されている。
【００３３】
図１は、回転子と三相固定子巻線とを備えた、詳細に示されていないブラシレス直流モータ２を整流するためのモータ制御装置１を概略的に示している。
【００３４】
モータ制御装置１は、変換器３を含んでいる。この変換器３は、モータ２の固定子巻線の３つの固定子巻線相のそれぞれに対して、電気的なハーフブリッジ３．１、３．２、３．３を有している。各ハーフブリッジ３．１、３．２、３．３は、第１の電子スイッチＨ１、Ｈ２、Ｈ３と第２の電子スイッチＬ１、Ｌ２、Ｌ３とを有している。これらの間には、モータ２の各固定子巻線相が、ハーフブリッジ出力側ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３を介して接続されている。第１の電子スイッチＨ１、Ｈ２、Ｈ３は相互に並列に接続されており、変換器３の電圧供給部の正極と接続されている。第２の電子スイッチＬ１、Ｌ２、Ｌ３は同様に、相互に並列接続されており、電圧供給部の負極と接続されている。これらの電子スイッチＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、変換器３の図示の実施形態において、それぞれ、制御端子（ゲート）ＧＨ１、ＧＨ２、ＧＨ３、ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３とボディダイオードとを備えたＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電解効果トランジスタ）として形成されている。
【００３５】
さらにモータ制御装置１は、ＰＷＭ（パルス幅変調）によって電子スイッチＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を制御する制御ユニット４を含んでいる。制御ユニット４は、モータ制御信号、特に、個々の固定子巻線相に対するＰＷＭ信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３を受信する、および、図示されていないシステムマイクロコントローラのＳＰＩ通信信号９（ＳＰＩ＝シリアル・ペリフェラル・インタフェース）を受信する少なくとも１つのインタフェース７を有している。
【００３６】
図２は、モータ２の線故障の無い動作における、時間ｔに依存した電圧Ｕの経過を、複数のハーフブリッジ３．１、３．２、３．３のうちの１つに対して概略的に示している。図示されているのは、ハーフブリッジ３．１、３．２、３．３のむだ時間インターバルｔｄｅａｄｘの間（ここでは、ハーフブリッジ３．１、３．２、３．３の両方の電子スイッチＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３がスイッチオフされている）に、フリーホイール電流が、ハーフブリッジ３．１、３．２、３．３の第１の電子スイッチＨ１、Ｈ２、Ｈ３のボディダイオードを通って流れるスイッチング状態に対する経過である。
【００３７】
ＰＷＭｘは、各固定子巻線相の制御のためのＰＷＭ信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３を表している（ｘは、数字１、２、３を表している）。ＰＷＭｘは、上方のＰＷＭレベルと下方のＰＷＭレベルとの間で切り替わり、第１のＰＷＭ時間間隔ＰＷＭｘ＿ＨＩＧＨの間は上方のＰＷＭレベルをとり、第２のＰＷＭ時間間隔ＰＷＭｘ＿ＬＯＷの間は下方のＰＷＭレベルをとる。下方のＰＷＭレベルから上方のＰＷＭレベルへのスイッチオン切り替え１１は、各ハーフブリッジＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３に印加されている、ひいては、各固定子巻線相（およびこれに属するモータ端子）に印加されている電気的な相電位ＳＨｘのスイッチオン電位Ｖｂａｔｔの設定を初期化する。上方のＰＷＭレベルから下方のＰＷＭレベルへのスイッチオフ切り替え１３は、相電位ＳＨｘのスイッチオフ電位ＧＮＤの設定を初期化する。ここでＶｂａｔｔはこの場合、供給電圧の電位であって、ＧＮＤは、電位ゼロレベルを規定するアース電位である。スイッチオンおよびスイッチオフ時には、相電位ＳＨｘは、むだ時間インターバルｔｄｅａｄｘの間、それぞれ短時間、スイッチオン電位Ｖｂａｔｔを、第１の電子スイッチＨ１、Ｈ２、Ｈ３のボディダイオードのダイオード順方向電圧Ｖｄぶんだけ上回る。これは、ボディダイオードを通って流れるフリーホイール電流によるものである。
【００３８】
ＧＬｘは、各ハーフブリッジ３．１、３．２、３．３の第２の電子スイッチＬ１、Ｌ２、Ｌ３の制御端子ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３に印加されている制御電位を示している。ＧＨｘは、ハーフブリッジ３．１、３．２、３．３の第１の電子スイッチＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の制御端子ＧＨ１、ＧＨ２、ＧＨ３に印加されている制御電位を示している。ＧＬｘとＧＨｘは、ＰＷＭｘに依存して、上方の電位レベルと下方の電位レベルとの間で切り替わる。むだ時間インターバルｔｄｅａｄｘは、ＧＬｘとＧＨｘとが同時に下方の電位レベルをとる時間インターバルである。
【００３９】
相電位ＳＨｘは、ＰＷＭｘの変化に、時間的な遅延を伴って反応する。スイッチオン切り替え１１と、スイッチオン切り替え１１によって初期化された、スイッチオン電位Ｖｂａｔｔへの到達との間は、スイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘとなる。スイッチオフ切り替え１３と、スイッチオフ切り替え１３によって初期化された、スイッチオフ電位ＧＮＤへの到達との間は、スイッチオフ遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘとなる。第１の電子スイッチＨ１、Ｈ２、Ｈ３のボディダイオードを通って流れるフリーホイール電流によって、スイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘは、スイッチオフ遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘを大幅に下回る。
【００４０】
図３は、図２と同様に、フリーホイール電流がむだ時間インターバルｔｄｅａｄｘの間、ハーフブリッジ３．１、３．２、３．３の第２の電子スイッチＬ１、Ｌ２、Ｌ３のボディダイオードを通って流れるスイッチング状態の間の、モータ２の線故障の無い動作におけるＰＷＭｘ、ＧＬｘ、ＧＨｘおよびＳＨｘの時間的な経過を、複数のハーフブリッジ３．１、３．２、３．３のうちの１つに対して概略的に示している。
【００４１】
第２の電子スイッチＬ１、Ｌ２、Ｌ３のボディダイオードを通ってフリーホイール電流が流れることによって、ＳＨｘは、むだ時間インターバルｔｄｅａｄｘの間、短時間、スイッチオフ電位ＧＮＤを、ダイオード順方向電圧Ｖｄぶん下回り、スイッチオフ遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘが、スイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘを大幅に下回る。
【００４２】
図４は、図２および３と同様に、相応するモーターリード線に関する線故障の場合の、モータ２の動作時のＰＷＭｘ、ＧＬｘ、ＧＨｘおよびＳＨｘの時間経過をハーフブリッジ３．１、３．２、３．３のうちの１つに対して概略的に示している。この場合には、フリーホイール電流は流れず、この結果として、遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘはスイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘと完全に一致する、または、ほぼ一致する。
【００４３】
図５は、ブラシレス直流電流モータ２の動作時に線故障を検出するための方法のフローチャートを示している。この方法は、固定子巻線相に関連する線故障の場合に、遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘがスイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘとほぼ、または、完全に一致し、また、線故障が無い場合には、これが、スイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘと大幅に異なる、ということを利用する。これは図２〜４に基づいて説明された。
【００４４】
この方法では、タイムサイクルでステップＳ１〜Ｓ１５が実行される。ここで、クロック周波数は、ＰＷＭのＰＷＭ周波数よりも格段に高いので、連続するステップＳ１〜Ｓ１５の間のタイムステップは、ＰＷＭクロック周期よりも格段に小さい。
【００４５】
方法呼び出しＳ０の後、第１のステップＳ１において、ＰＷＭｘのスイッチオン切り替え１１が行われたか否かが検査される。スイッチオン切り替え１１が行われていない場合には、第２のステップＳ２において、スイッチオフ切り替え１３が行われたか否かが検査される。スイッチオフ切り替え１３も行われていない場合には、第１のステップＳ１が繰り返される。
【００４６】
第１のステップＳ１において、スイッチオン切り替え１１が検出されると、第３のステップＳ３において、スイッチオンカウント数ＯＮ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが、値ゼロで初期化される。次に第４のステップＳ４においては、相電位ＳＨｘが、スイッチオン電位Ｖｂａｔｔに達したか否かが検査される。達していない場合には、第５のステップＳ５において、スイッチオンカウント数ＯＮ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが１つ増分され、その後、第４のステップＳ４が繰り返される。
【００４７】
従ってステップＳ４およびＳ５は、第４のステップＳ４において、相電位ＳＨｘがスイッチオン電位Ｖｂａｔｔに達したことが検出されるまで繰り返される。相電位ＳＨｘがスイッチオン電位Ｖｂａｔｔに達したことが検出されると、目下のスイッチオンカウント数ＯＮ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘは、各ＰＷＭクロック周期におけるスイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘに対する直接的な尺度になる。これは、連続する２つのステップＳ１〜Ｓ１５の間のタイムステップの単位で測定される。
【００４８】
第２のステップＳ２で、スイッチオフ切り替え１３が行われたことが検出された場合には、これと同様に、方法が実施される。この場合には、第６のステップＳ６において、スイッチオフカウント数ＯＦＦ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが値ゼロで初期化される。次に第７のステップＳ７では、相電位ＳＨｘがスイッチオフ電位ＧＮＤに達したか否かが検査される。相電位ＳＨｘがスイッチオフ電位ＧＮＤに達していない場合、第８のステップＳ８において、スイッチオフカウント数ＯＦＦ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが１つ増分され、その後、第７のステップＳ７が繰り返される。従ってステップＳ７およびＳ８は、第７のステップＳ７において、相電位ＳＨｘがスイッチオフ電位ＧＮＤに達したことが検出されるまで繰り返される。相電位ＳＨｘがスイッチオフ電位ＧＮＤに達したことが検出されると、目下のスイッチオフカウント数ＯＦＦ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘは、各ＰＷＭクロック周期におけるスイッチオフ遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘに対する直接的な尺度になる。これは、連続する２つのステップＳ１〜Ｓ１５の間のタイムステップの単位で測定される。
【００４９】
第９のステップＳ９では、スイッチオンカウント数ＯＮ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘは、Ｓ４において検出された、スイッチオン電位Ｖｂａｔｔへの到達後、スイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘとして格納され、スイッチオフカウント数ＯＦＦ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘはＳ７において検出された、スイッチオフ電位ＧＮＤへの到達後、スイッチオフ遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘとして格納される。さらに、遅延差Δｔｄｘが、差ｔｄ＿ＯＮｘ−ｔｄ＿ＯＦＦｘの絶対値｜ｔｄ＿ＯＮｘ−ｔｄ＿ＯＦＦｘ｜として形成される。
【００５０】
第１０のステップＳ１０では、遅延差Δｔｄｘが、事前に定められた差の閾値ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも大きいか否かが検査される。遅延差Δｔｄｘが、事前に定められた差の閾値ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも大きい場合、閾値下回りカウント数ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが、第１１のステップＳ１１において、値ゼロにセットされる。遅延差Δｔｄｘが、事前に定められた差の閾値ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも大きくない場合、閾値下回りカウント数ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが第１２のステップＳ１２において１だけ増分される（閾値下回りカウント数ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘは、方法呼び出しＳ０において、値０で初期化される）。
【００５１】
次に第１３のステップＳ１３では、閾値下回りカウント数ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが、予め設定されたカウント数閾値ＯＬ＿ＦＩＬＴＥＲよりも大きいか否かが検査される。閾値下回りカウント数ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが、予め設定されたカウント数閾値ＯＬ＿ＦＩＬＴＥＲよりも大きい場合、第１４のステップＳ１４において、線故障信号ＯＬ＿ＥＲＲＯＲｘが、値１にセットされ、これによって、線故障が、各固定子巻線相に対してシグナリングされる。閾値下回りカウント数ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが、予め設定されたカウント数閾値ＯＬ＿ＦＩＬＴＥＲよりも大きくない場合、第１５のステップＳ１５において、線故障信号ＯＬ＿ＥＲＲＯＲｘが、値ゼロにセットされる。
【００５２】
図５に基づいて説明された方法は、モータ２の各固定子巻線相に対して、ないしは、変換器３の各ハーフブリッジ３．１、３．２、３．３に対して別個に実施される。
【００５３】
図６は、ブラシレス直流モータ２の動作時に線故障を検出する、図５に示された方法を実施するための装置１５のブロックダイヤグラムを示している。
【００５４】
装置１５は、ＰＷＭクロック周期の間の、固定子巻線相に対するスイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘとスイッチオフ遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘとを記録する時間記録ユニット１７と、あるＰＷＭクロック周期の間に記録されたスイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘからの、このＰＷＭクロック周期の間に記録されたスイッチオフ遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘの偏差を求めるコンパレータユニット１９と、コンパレータユニット１９によって求められた偏差を評価する評価ユニット２１とを含んでいる。
【００５５】
時間記録ユニット１７は、ＰＭＷｘを受信するための第１の入力側２３と、レベル変換器２７によって適切に整合された相電位ＳＨｘを受信するための第２の入力側２５とを有している。時間記録ユニット１７は、上述したステップＳ１〜Ｓ８を実施するように構成されており、相応に、ＰＷＭｘおよびＳＨｘに依存して、各ＰＷＭクロック周期の間、スイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘとスイッチオフ遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘとを記録し、コンパレータユニット１９に、記録されたスイッチオン遅延時間ｔｄ＿ＯＮｘと、記録されたスイッチオフ遅延時間ｔｄ＿ＯＦＦｘとを供給する。さらに、時間記録ユニット１７は、評価ユニット２１に、時間記録ユニット１７による新たな測定信号の記録をシグナリングする通知信号ｎｅｗ＿ｃｏｕｎｔｅｒ＿ｖａｌｕｅｓを供給する。
【００５６】
コンパレータユニット１９は、上述したステップＳ９を実行する。すなわち、遅延差Δｔｄｘを、差ｔｄ＿ＯＮｘ−ｔｄ＿ＯＦＦｘの絶対値｜ｔｄ＿ＯＮｘ−ｔｄ＿ＯＦＦｘ｜として求め、求められた遅延差Δｔｄｘを評価ユニット２１に供給する。
【００５７】
評価ユニット２１は、上述したステップＳ１０〜Ｓ１５を実行する。すなわち、評価ユニット２１は、コンパレータユニット１９によって求められた遅延差Δｔｄｘを、予め定められた、自身に供給された差の閾値ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄと比較し、遅延差Δｔｄｘが差の閾値ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ以下である場合に、閾値下回りカウント数ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘの値を１だけ増分する、ないしは、遅延差Δｔｄｘが目下のＰＷＭクロック周期において差の閾値ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄよりも大きい場合、閾値下回りカウント数ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘの値をゼロにセットする。さらに、評価ユニット２１は、閾値下回りカウント数ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘが、予め定められたカウント数閾値ＯＬ＿ＦＩＬＴＥＲよりも大きいか否かを求め、これに相応して、線故障信号ＯＬ＿ＥＲＲＯＲｘをセットし、これを出力する。
【００５８】
図６に示されている装置１５は、モータ２の各固定子巻線相ないしは変換器３の各ハーフブリッジ３．１、３．２、３．３に対して別個に実装される。
【符号の説明】
【００５９】
１  モータ制御装置１、  ２  ブラシレス直流モータ、  ３  変換器、  ３．１、３．２、３．３  ハーフブリッジ、  ４  制御ユニット、  ７  インタフェース、  ９  ＳＰＩ−通信信号、  １１  スイッチオン切り替え、  １３  スイッチオフ切り替え、  １５  装置、  １７  時間記録ユニット、  １９  コンパレータユニット、  ２１  評価ユニット、  ２３  第１の入力側、  ２５  第２の入力側、  ２７  レベル変換器、  Δｔｄｘ  遅延差、  ＧＨ１、ＧＨ２、ＧＨ３、ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３  制御端子（ゲート）、  ＧＨｘ、ＧＬｘ  制御電位、  ＧＮＤ  スイッチオフ電位、  Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３  第１の電子スイッチ、  Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  第２の電子スイッチ、  ｎｅｗ＿ｃｏｕｎｔｅｒ＿ｖａｌｕｅｓ  通知信号、  ＯＦＦ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ  スイッチオフカウント数、  ＯＬ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ  閾値下回りカウント数、  ＯＬ＿ＥＲＲＯＲｘ  線故障信号、  ＯＬ＿ＦＩＬＴＥＲ  カウント数閾値、  ＯＬ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  差の閾値、  ＯＮ＿ＣＯＵＮＴＥＲｘ  スイッチオンカウント数、  ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭｘ  ＰＷＭ信号、  ＰＷＭｘ＿ＨＩＧＨ  第１のＰＷＭ時間インターバル、  ＰＷＭｘ＿ＬＯＷ  第２のＰＷＭ時間インターバル、  Ｓ０  方法呼び出し、  Ｓ１〜Ｓ５  ステップ、  ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＨ３  ハーフブリッジ出力側、  ＳＨｘ  相電位、  ｔ  時間、  ｔｄｅａｄｘ  むだ時間インターバル、  ｔｄ＿ＯＦＦｘ  スイッチオフ遅延時間、  ｔｄ＿ＯＮｘ  スイッチオン遅延時間、  Ｕ  電圧、  Ｖｂａｔｔ  スイッチオン電位、  Ｖｄ  ダイオード順方向電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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