JP2014155244A - 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で回転電機の巻線の各相に通電される電流の通電方向を判定可能な回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】回転電機制御装置１のコンパレータ４１〜４３は、上ＭＯＳ２１〜２３と下ＭＯＳ２４〜２６との接続点４０１〜４０３の電圧である各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを取得する。制御部５０は、上ＭＯＳ２１〜２３および下ＭＯＳ２４〜２６のオンオフの切り替えに際し、対になる上ＭＯＳ２１〜２３および下ＭＯＳ２４〜２６が共にオフとなるデッドタイム期間ＤＴにおける端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、当該端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに対応する相のＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３に通電される各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を判定する。これにより、簡素な構成で各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を判定可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

従来、電流センサ等の電子部品を用い、巻線に流れる電流を検出しつつ、回転電機の駆動を制御する回転電機制御装置が知られている。例えば特許文献１では、インバータの各相に対応するスイッチング素子対毎にシャント抵抗を設け、相電流を検出している。

特開２００５−２１０８７１号公報

ところで、回転電機はインダクタンス成分等を含むため、回転電機を駆動するための指令電流と回転電機の巻線に実際に流れる実電流との間には位相差が生じる。位相差が生じると、回転電機から出力されるトルクが所望の値とならない虞がある。そのため、例えば特許文献１等の従来の回転電機制御装置では、回転電機で発生するトルクを制御するため、回転電機に流れる実電流を検出することで指令電流と実電流との位相差を算出し、位相補償制御等により位相差を補正し、回転電気を制御するフィードバック制御を行うことが一般的である。

しかしながら、特許文献１等のように、シャント抵抗等の実電流を検出するための電子部品を設ける場合、装置の構成が複雑になるとともに、装置が大型化する。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構成で回転電機の巻線の各相に通電される電流の通電方向を判定可能な回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の回転電機制御装置は、複数の相に対応する巻線から構成される巻線組を有する回転電機の駆動を制御するものであって、インバータ部と、端子電圧取得部と、制御部と、を備える。インバータ部は、巻線の各相に対応し、高電位側に配置される第１スイッチング素子および低電位側に配置される第２スイッチング素子によりスイッチング素子対をなす複数のスイッチング素子を有する。
端子電圧取得部は、対応する巻線の一端が接続される第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との接続点の電圧である端子電圧を取得する。

制御部は、駆動制御手段および電流方向判定手段を有する。駆動制御手段は、回転電機の駆動に係る指令電流に基づいてスイッチング素子のオンオフ作動を制御し、回転電機の駆動を制御する。電流方向判定手段は、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子のオンオフの切り替えに際し、対になる第１スイッチング素子および第２スイッチング素子が共にオフとなるデッドタイム期間における端子電圧に基づき、対応する相の巻線に通電される実電流の通電方向を判定する。

本発明では、デッドタイム期間における各相の端子電圧の挙動は、各相の実電流の通電方向に応じて異なることに着目し、デッドタイム期間における各相の端子電圧に基づき、巻線に通電される実電流の通電方向を判定している。
このように本発明では、シャント抵抗等の電流検出に係る電子部品を用いることなく、簡素な構成で巻線に流れる電流の通電方向を判定することができる。これにより、部品点数を低減することができ、回転電機制御装置を小型化することができる。

本発明の第１実施形態による回転電機制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による回転電機制御装置を適用した電動パワーステアリング装置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による実電流の通電方向を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態による通電方向の判定方法を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態による通電方向の判定方法を説明する説明図である。

以下、本発明による回転電機制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転電機制御装置を図１に示す。回転電機制御装置１は、回転電機としてのモータ２に供給する電力を制御し、モータ２の駆動を制御するものである。回転電機制御装置１は、モータ２とともに、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に適用される。

図２は、電動パワーステアリング装置１０９を備えたステアリングシステム１００の全体構成を示すものである。ステアリングシステム１００は、ハンドル（ステアリングホイール）１０１、ステアリングシャフト１０２、ピニオンギア１０６、ラック軸１０７、車輪１０８、および、電動パワーステアリング装置１０９等から構成される。

ハンドル１０１は、ステアリングシャフト１０２と接続される。ステアリングシャフト１０２には、運転者がハンドル１０１を操作することにより入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ１０４が設けられる。ステアリングシャフト１０２の先端にはピニオンギア１０６が設けられ、ピニオンギア１０６はラック軸１０７に噛み合っている。ラック軸１０７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪１０８が連結されている。
これにより、運転者がハンドル１０１を回転させると、ハンドル１０１に接続されたステアリングシャフト１０２が回転する。ステアリングシャフト１０２の回転運動は、ピニオンギア１０６によってラック軸１０７の直線運動に変換され、ラック軸１０７の変位量に応じた角度に一対の車輪１０８が操舵される。

電動パワーステアリング装置１０９は、運転者によるハンドル１０１の操舵をアシストするアシストトルクを出力するモータ２、当該モータ２の駆動を制御する回転電機制御装置１、モータ２の回転を減速してステアリングシャフト１０２またはラック軸１０７に伝える減速ギア１０３等を備える。

モータ２は、例えば３相ブラシレスモータであり、図示しないロータおよびステータを有している。ロータは円板状の部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ステータは、ロータを内部に収容するとともに、ロータを回転可能に支持している。ステータは、径方向内側へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部に図１に示すＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３が巻回される。Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３は、それぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応する巻線であり、全体で巻線組１４を構成している。

モータ２は、電源としてのバッテリ３（図１参照）から電力が供給されることにより駆動する。モータ２は、減速ギア１０３を正逆回転させる。
電動パワーステアリング装置１０９は、トルクセンサ１０４や、車速を検出する車速センサ等からの信号に基づき、ハンドル１０１の操舵を補助するためのアシストトルクをモータ２から出力し、ステアリングシャフト１０２またはラック軸１０７に伝達する。

次に、回転電機制御装置１について、図１に基づいて説明する。回転電機制御装置１は、インバータ部２０、コンパレータ４１〜４３、および、制御部５０等を備える。
インバータ部２０は、スイッチング素子２１〜２６を有する。インバータ部２０は、３相インバータであり、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３のそれぞれへの通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子２１〜２６がブリッジ接続されている。本実施形態では、スイッチング素子２１〜２６は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。以下、スイッチング素子２１〜２６を、適宜ＭＯＳ２１〜２６という。

３つのＭＯＳ２１〜２３は、ドレインがバッテリ３の高電位側に接続される。また、ＭＯＳ２１〜２３のソースが、それぞれＭＯＳ２４〜２６のドレインに接続される。ＭＯＳ２４〜２６のソースは、グランドに接続される。
図１に示すように、対になっているＭＯＳ２１とＭＯＳ２４との接続点であるＵ相接続点４０１は、Ｕ相コイル１１の一端に接続する。また、対になっているＭＯＳ２２とＭＯＳ２５との接続点であるＶ相接続点４０２は、Ｖ相コイル１２の一端に接続する。さらにまた、対になっているＭＯＳ２３とＭＯＳ２６との接続点であるＷ相接続点４０３は、Ｗ相コイル１３の一端に接続する。

ここで、高電位側に接続されるＭＯＳ２１〜２３が「第１スイッチング素子」に対応し、低電位側に接続されるＭＯＳ２４〜２６が「第２スイッチング素子」に対応する。以下、適宜、「第１スイッチング素子」であるＭＯＳ２１〜２３を「上ＭＯＳ」といい、「第２スイッチング素子」であるＭＯＳ２４〜２６を「下ＭＯＳ」という。また、必要に応じて「Ｕ上ＭＯＳ２１」といった具合に、対応する相を併せて記載する。さらに、ＭＯＳ２１とＭＯＳ２４との組み合わせを「スイッチング素子対２７」、ＭＯＳ２２とＭＯＳ２５との組み合わせを「スイッチング素子対２８」、ＭＯＳ２３とＭＯＳ２６との組み合わせを「スイッチング素子対２９」という。

ＭＯＳ２１〜２６は、オンオフ作動が制御部５０に制御される。本実施形態では、対となる上ＭＯＳ２１〜２３と下ＭＯＳ２４〜２６とが同時にオンとなることによる上下短絡を防ぐべく、ＭＯＳ２１〜２６のオンオフの切り替えに際し、対になる上ＭＯＳ２１〜２３と下ＭＯＳ２４〜２６とが共にオフとなるデッドタイム期間ＤＴが設定されている。例えば、Ｕ上ＭＯＳ２１がオン、Ｕ下ＭＯＳ２４がオフである状態から、Ｕ上ＭＯＳ２１がオフ、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンである状態への切り替える際、Ｕ上ＭＯＳ２１およびＵ下ＭＯＳ２４が共にオフであるデッドタイム期間ＤＴを経て、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンされる。Ｕ上ＭＯＳ２１がオフ、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンである状態から、Ｕ上ＭＯＳ２１がオン、Ｕ下ＭＯＳ２４がオフである状態への切り替え、Ｖ相およびＷ相についても同様である。

ＭＯＳ２１〜２６は、その構成上、ソース−ドレイン間に寄生ダイオードと呼ばれるダイオード（整流素子）を有している。ダイオード３１〜３６は、それぞれ、ＭＯＳ２１〜２６の寄生ダイオードである。ダイオード３１〜３６は、いずれもソース側からドレイン側へ向かう方向が順方向となっている。

また、ＭＯＳ２１〜２６は、寄生容量を有しており、図３に２点鎖線で示すように、ＭＯＳ２１〜２６は、それぞれ寄生コンデンサＰＣが並列接続されているとみなすことができる。なお、図３中にはＵ相を示しているが、Ｖ相およびＷ相についても同様である。

図１に戻り、コンパレータ４１は、Ｕ相接続点４０１に接続され、Ｕ相接続点４０１の電圧であるＵ相端子電圧Ｖｕを取得する。
コンパレータ４２は、Ｖ相接続点４０２に接続され、Ｖ相接続点４０２の電圧であるＶ相端子電圧Ｖｖを取得する。
コンパレータ４３は、Ｗ相接続点４０３に接続され、Ｗ相接続点４０３の電圧であるＷ相端子電圧Ｖｗを取得する。
本実施形態では、コンパレータ４１〜４３が「端子電圧取得部」に対応する。また、以下適宜、Ｕ相端子電圧Ｖｕ、Ｖ相端子電圧ＶｖおよびＷ相端子電圧Ｖｗを「各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ」という。

コンパレータ４１〜４３は、入力された各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと予め設定される閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較し、比較結果を制御部５０へ出力する。本実施形態では、コンパレータ４１〜４３は、各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが閾値電圧Ｖｔｈ１以下である場合、ロー信号（Ｌ）を制御部５０へ出力し、各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが閾値電圧Ｖｔｈ１より大きい場合、ハイ信号（Ｈ）を制御部５０へ出力する。

閾値電圧Ｖｔｈ１は、下ＭＯＳ２４〜２６の低電位側の電圧と、上ＭＯＳ２１〜２３の高電位側の電圧との間の値に設定される。本実施形態では、下ＭＯＳ２４〜２６の低電位側はグランドに接続されており、上ＭＯＳ２１〜２３の高電位側はバッテリ３の正極に接続されているので、閾値電圧Ｖｔｈ１は、グランド電圧Ｖｇ（略０［Ｖ］）とバッテリ電圧Ｖｐｉｇとの間の値に設定される。

制御部５０は、モータ２の駆動回路であるプリドライバ、および、各種演算を実行するマイコン等から構成される。制御部５０は、インバータ部２０を構成するＭＯＳ２１〜２６のオンオフ作動を制御し、バッテリ３からの電力を変換し、モータ２の駆動を制御する。本実施形態の制御部５０は、主に電動パワーステアリング装置１０９のモータ２の駆動を制御するものである。

制御部５０は、トルクセンサ１０４や、各種センサ等からの信号を取得可能に構成される。制御部５０では、トルクセンサ１０４から取得されるトルク信号等の各種信号に基づき、ハンドル１０１の操舵を補助するためのアシストトルクがモータ２から出力されるように、指令電流を演算する。そして、演算された指令電流に応じた電流が、モータ２のＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３に通電されるように、インバータ部２０のＭＯＳ２１〜２６のオンオフ作動を制御する。これにより、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３には、指令電流に応じた電流であるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗが通電される。その結果、モータ２は回転駆動し、モータ２の回転駆動により生じるトルクは、アシストトルクとしてステアリングシャフト１０２またはラック軸１０７に付与される。本実施形態では、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗが、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３に実際に通電される電流であって、「実電流」に対応する。以下適宜、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗを、適宜「各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ」という。

制御部５０では、コンパレータ４１からの出力信号に基づき、Ｕ相コイル１１に通電されるＵ相電流Ｉｕの通電方向を判定している。また、制御部５０では、コンパレータ４２からの出力信号に基づき、Ｖ相コイル１２に通電されるＶ相電流Ｉｖの通電方向を判定している。さらにまた、制御部５０では、コンパレータ４３からの出力信号に基づき、Ｗ相コイル１３に通電されるＷ相電流Ｉｗの通電方向を判定している。

ところで、モータ２はインダクタンス成分等を含むため、モータ２の駆動に係る各相の指令電流と、モータ２のＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３に通電される各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとの間には、位相差が生じる。
本実施形態では、デッドタイム期間ＤＴ中における端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの挙動は、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向に応じて異なることに着目し、デッドタイム期間ＤＴにおける各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を判定している。また、通電方向が切り替わったタイミングを検出することにより、各相の指令電流と実電流との位相差を検出し、位相差を補正している。

まず、通電方向について説明する。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、Ｕ相接続点４０１側からＵ相コイル１１側へ通電されている状態、すなわちインバータ部２０側からモータ２側へ通電されている状態の電流極性を「正」とする。また、図３（ｂ）に示すように、Ｕ相コイル１１側からＵ相接続点４０１側へ通電されている状態、すなわちモータ２側からインバータ部２０側へ通電されている状態の電流極性を「負」とする。Ｖ相およびＷ相についても同様である。

以下、通電方向の判定方法について、Ｕ相を例に説明する。
本実施形態では、Ｕ上ＭＯＳ２１がオフ、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンである状態から、Ｕ上ＭＯＳ２１がオン、Ｕ下ＭＯＳ２４がオフである状態に切り替わる際のデッドタイム期間ＤＴにおけるＵ相端子電圧Ｖｕに基づいてＵ相電流Ｉｕの通電方向を判定する。

図４に示すように、デッドタイム期間ＤＴの前は、Ｕ上ＭＯＳ２１がオフ、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンの状態であるので、Ｕ相端子電圧Ｖｕは、グランド電圧Ｖｇ（すなわち０［Ｖ］）付近である。
ここで、図３（ａ）に示すように、Ｕ相電流Ｉｕの電流極性が正である場合、すなわちＵ相電流Ｉｕの通電方向がＵ相接続点４０１側からＵ相コイル１１側である場合、矢印Ａで示すように、デッドタイム期間ＤＴ中、Ｕ下ＭＯＳ２４の寄生コンデンサＰＣ等の電荷を持ち出し続けようとする。そのため、図４（ｃ）に記号Ａ１で示すように、デッドタイム期間ＤＴ中におけるＵ相端子電圧Ｖｕは増加せず、グランド電圧Ｖｇ付近で維持される。また、デッドタイム期間ＤＴが終了し、Ｕ上ＭＯＳ２１がオンされると、Ｕ相端子電圧Ｖｕは、バッテリ３の高電位側の電圧であるバッテリ電圧Ｖｐｉｇ付近まで上昇する。

一方、図３（ｂ）に示すように、Ｕ相電流Ｉｕの極性が負である場合、すなわちＵ相電流Ｉｕの通電方向がＵ相コイル１１側からＵ相接続点４０１側である場合、矢印Ｂで示すように、デッドタイム期間ＤＴ中、Ｕ下ＭＯＳ２４の寄生コンデンサＰＣ等へ電荷をチャージし続ける。そのため、図４（ｃ）に記号Ｂ１で示すように、デッドタイム期間ＤＴ中におけるＵ相端子電圧Ｖｕは、グランド電圧Ｖｇよりも増加する。

そこで制御部５０では、Ｕ上ＭＯＳ２１がオンとなる直前の時点Ｔ１におけるＵ相端子電圧Ｖｕに基づき、Ｕ相電流Ｉｕの通電方向を判定する。
具体的には、図４（ｃ）に記号Ａ１で示すように、Ｕ上ＭＯＳ２１がオンとなる直前の時点Ｔ１のＵ相端子電圧Ｖｕが閾値電圧Ｖｔｈ１以下である場合、すなわちコンパレータ４１からの出力信号がロー信号（Ｌ）である場合、制御部５０では、Ｕ相電流Ｉｕの通電方向はＵ相接続点４０１側からＵ相コイル１１側であり、電流極性は正である、と判定する。また、図４（ｃ）に記号Ｂ１で示すように、Ｕ上ＭＯＳ２１がオンとなる直前の時点Ｔ１のＵ相端子電圧Ｖｕが閾値電圧Ｖｔｈ１より大きい場合、すなわちコンパレータ４１からの出力信号がハイ信号（Ｈ）である場合、制御部５０では、Ｕ相電流Ｉｕの通電方向は、Ｕ相コイル１１側からＵ相接続点４０１側であり、電流極性は負である、と判定する。

ここで、「ＭＯＳ２１〜２６がオンされる直前のタイミング」について説明しておくと、本実施形態では、ＭＯＳ２１〜２６は、プリドライバを介してオンオフ作動が制御されるので、マイコンからＭＯＳ２１〜２６をオンするためのオン信号が送出されてから、ＭＯＳ２１〜２６が実際にオンされるまでには、時間的な遅れが生じる。そこで、マイコンからオン信号が送出された時点を、「該当するＭＯＳ２１〜２６がオンされる直前の時点」とみなしている。また、「ＭＯＳ２１〜２６がオンとなる直前の時点」は、対になる上ＭＯＳ２１〜２４と下ＭＯＳ２４〜２６とが共にオフ状態であり、「デッドタイム期間中であって、デッドタイム期間の開始から所定時間経過後」であるともいえる。

制御部５０では、Ｕ相電流Ｉｕの電流極性を図示しない記憶部に記憶する。そして、Ｕ相電流Ｉｕの極性が正から負に切り替わった時点、および、負から正に切り替わった時点、すなわちＵ相電流Ｉｕの極性が反転した時点を、Ｕ相電流Ｉｕの通電方向が切り替わった切替タイミングとして検出する。切替タイミングにおいて、実電流であるＵ相電流Ｉｕが０［Ａ］であるとみなす。制御部５０では、Ｕ相電流Ｉｕが０［Ａ］である切替タイミングを検出することにより、Ｕ相電流Ｉｕの位相を検出することができる。

また、制御部５０では、Ｕ相電流Ｉｕが０［Ａ］であるとみなされる切替タイミングと、Ｕ相指令電流が０［Ａ］であるタイミングとに基づき、Ｕ相指令電流とＵ相電流Ｉｕとの位相差を検出する。そして、Ｕ相電流Ｉｕの位相が所望の位相になるよう、位相差を補正したＵ相指令電流をフィードバック演算する。例えば、Ｕ相電流Ｉｕの位相が所望の位相より遅れている場合には、Ｕ相指令電流の位相を早める方向に補正する、といった具合である。補正されたＵ相指令電流に基づいてインバータ部２０の駆動を制御することにより、Ｕ相コイル１１に通電されるＵ相電流Ｉｕの位相が補正される。これにより、モータ２から出力されるトルクを所望の値とすることができる。
なお、通電方向の判定、切替タイミングの検出、位相差の補正に関し、Ｕ相を例に説明したが、Ｖ相およびＷ相についても同様である。

以上詳述したように、（１）本実施形態の回転電機制御装置１は、複数の相に対応するＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３から構成される巻線組１４を有するモータ２の駆動を制御するものであって、インバータ部２０と、コンパレータ４１〜４３と、制御部５０と、を備える。

インバータ部２０は、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３の各相に対応し、高電位側に配置される上ＭＯＳ２１〜２３および低電位側に配置される下ＭＯＳ２４〜２６によりスイッチング素子対２７〜２９をなす複数のスイッチング素子２１〜２６を有する。
コンパレータ４１〜４３は、対応するＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３の一端が接続される上ＭＯＳ２１〜２３と下ＭＯＳ２４〜２６との接続点４０１〜４０３の電圧である端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを取得する。

制御部５０は、駆動制御手段として機能し、モータ２の駆動に係る指令電流に基づき、スイッチング素子２１〜２６のオンオフ作動を制御してモータ２の駆動を制御する。また、制御部５０は、電流方向判定手段として機能し、上ＭＯＳ２１〜２３および下ＭＯＳ２４〜２６のオンオフの切り替えに際し、対になる上ＭＯＳ２１〜２３および下ＭＯＳ２４〜２６が共にオフとなるデッドタイム期間ＤＴにおける各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、対応する相のＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３に通電される各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を判定する。

本実施形態では、デッドタイム期間ＤＴにおける各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの挙動は、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向に応じて異なることに着目し、デッドタイム期間ＤＴにおける各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を判定している。
このように本実施形態では、シャント抵抗等の電流検出に係る電子部品を用いることなく、簡素な構成でＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３に流れる各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を判定することができる。これにより、部品点数を低減することができ、回転電機制御装置１を小型にできるとともに、製造コストを低減することができる。

（２）制御部５０は、切替検出手段として機能し、通電方向が切り替わる切替タイミングを検出する。また、制御部５０は、位相差補正手段として機能し、切替タイミングに基づき、指令電流と各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとの位相差を補正する。各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向が切り替わる切替タイミング、すなわち各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが０［Ａ］となるタイミングを検出することにより、各相の指令電流と各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとの位相差を検出することができる。そして、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが所望の位相となるように、フィードバック制御にて各相の指令電流と各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとの位相差を補正することにより、モータ２から出力されるトルクを所望の値とすることができ、モータ２の駆動を高精度に制御することができる。

（３）制御部５０では、デッドタイム期間ＤＴにおけるＵ相端子電圧Ｖｕが閾値電圧Ｖｔｈ１以下である場合、Ｕ相接続点４０１側からＵ相コイル１１側へＵ相電流Ｉｕが通電されていると判定し、デッドタイム期間ＤＴにおけるＵ相端子電圧Ｖｕが閾値電圧Ｖｔｈ１より大きい場合、Ｕ相コイル１１側からＵ相接続点４０１側へＵ相電流Ｉｕが通電されていると判定する。
同様に、デッドタイム期間ＤＴにおけるＶ相端子電圧Ｖｖが閾値電圧Ｖｔｈ１以下である場合、Ｖ相接続点４０２側からＶ相コイル１２側へＶ相電流Ｉｖが通電されていると判定し、デッドタイム期間ＤＴにおけるＶ相端子電圧Ｖｖが閾値電圧Ｖｔｈ１より大きい場合、Ｖ相コイル１２側からＶ相接続点４０２側へＶ相電流Ｉｖが通電されていると判定する。
また同様に、デッドタイム期間ＤＴにおけるＷ相端子電圧Ｖｗが閾値電圧Ｖｔｈ１以下である場合、Ｗ相接続点４０３側からＷ相コイル１３側へＷ相電流Ｉｗが通電されていると判定し、デッドタイム期間ＤＴにおけるＷ相端子電圧Ｖｗが閾値電圧Ｖｔｈ１より大きい場合、Ｗ相コイル１３側からＷ相接続点４０３側へＷ相電流Ｉｗが通電されていると判定する。
このように、各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗと閾値電圧Ｖｔｈ１とを比較することにより、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を適切に判定することができる。

（４）制御部５０では、上ＭＯＳ２１〜２３がオフ、下ＭＯＳ２４〜２６がオンの状態から、上ＭＯＳ２１〜２３がオン、下ＭＯＳ２４〜２６がオフの状態へ切り替わる際のデッドタイム期間ＤＴにおける各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、通電方向を判定する。
電流極性が負である場合、デッドタイム期間ＤＴ中に寄生コンデンサＰＣ等に電荷がチャージされ、電流極性が正である場合、デッドタイム期間ＤＴ中に寄生コンデンサ等に電荷がチャージされないので、各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を適切に判定することができる。

（５）制御部５０では、デッドタイム期間ＤＴ中であって、デッドタイム期間ＤＴの開始から所定時間経過後の各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を判定する。ここでいう「所定時間」とは、電流極性が負である場合、寄生コンデンサＰＣ等がチャージされて各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが上昇するのに要する時間よりも長い時間に設定することが望ましい。これにより、各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を適切に判定することができる。

（６）本実施形態の回転電機制御装置１は、電動パワーステアリング装置１０９に適用されている。電動パワーステアリング装置１０９は、回転電機制御装置１と、操舵に係るアシストトルクを出力するモータ２と、を備える。本実施形態では、回転電機制御装置１を小型化可能であるので、設置スペース上の制約が多い電動パワーステアリング装置１０９に回転電機制御装置１を好適に適用することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５等に基づいて説明する。本実施形態は、通電方向の判定方法が上記実施形態と異なっているので、この点を中心に説明し、他の構成等についての説明は省略する。また、上記実施形態と同様、Ｕ相を例に説明する。

上記実施形態では、Ｕ上ＭＯＳ２１がオフ、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンである状態から、Ｕ上ＭＯＳ２１がオン、Ｕ下ＭＯＳ２４がオフである状態に切り替わる際のデッドタイム期間ＤＴにおけるＵ相端子電圧Ｖｕに基づいてＵ相電流Ｉｕの通電方向を判定した。本実施形態では、Ｕ上ＭＯＳ２１がオン、Ｕ下ＭＯＳ２４がオフである状態から、Ｕ上ＭＯＳ２１がオフ、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンに切り替わる際のデッドタイム期間ＤＴにおけるＵ相端子電圧Ｖｕに基づいてＵ相電流Ｉｕの通電方向を判定する。

図５に示すように、デッドタイム期間ＤＴの前は、Ｕ上ＭＯＳ２１がオン、Ｕ下ＭＯＳ２４がオフの状態であるので、Ｕ相端子電圧Ｖｕは、バッテリ電圧Ｖｐｉｇ付近である。
ここで、図３（ａ）に示すように、Ｕ相電流Ｉｕの極性が正である場合、すなわちＵ相電流Ｉｕの通電方向がＵ相接続点４０１側からＵ相コイル１１側である場合、矢印Ａで示すように、デッドタイム期間ＤＴ中、Ｕ下ＭＯＳ２４の寄生コンデンサＰＣ等にチャージされた電荷が持ち出される。そのため、図５（ｃ）に記号Ａ２で示すように、デッドタイム期間ＤＴ中におけるＵ相端子電圧Ｖｕは、バッテリ電圧Ｖｐｉｇよりも減少する。

一方、図３（ｂ）に示すように、Ｕ相電流Ｉｕの極性が負である場合、すなわちＵ相電流Ｉｕの通電方向がＵ相コイル１１側からＵ相接続点４０１側である場合、矢印Ｂで示すように、デッドタイム期間ＤＴ中、Ｕ下ＭＯＳ２４の寄生コンデンサＰＣ等に電荷がチャージされ続ける。そのため、図５（ｃ）に記号Ｂ２で示すように、デッドタイム期間ＤＴ中におけるＵ相端子電圧Ｖｕは減少せず、バッテリ電圧Ｖｐｉｇ付近で維持される。また、デッドタイム期間ＤＴが終了し、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンされると、Ｕ相端子電圧Ｖｕは、グランド電圧Ｖｇ付近まで減少する。

そこで制御部５０では、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンとなる直前の時点Ｔ２におけるＵ相端子電圧Ｖｕに基づき、Ｕ相電流Ｉｕの通電方向を判定している。
具体的には、図５（ｃ）に記号Ａ２で示すように、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンとなる直前の時点Ｔ２のＵ相端子電圧Ｖｕが閾値電圧Ｖｔｈ２以下である場合、すなわちコンパレータ４１からの出力信号がロー信号（Ｌ）である場合、制御部５０では、Ｕ相電流Ｉｕの通電方向はＵ相接続点４０１側からＵ相コイル１１側であり、電流極性は正である、と判定する。また、図５（ｃ）に記号Ｂ２で示すように、Ｕ下ＭＯＳ２４がオンとなる直前の時点Ｔ２のＵ相端子電圧Ｖｕが閾値電圧Ｖｔｈ２より大きい場合、すなわちコンパレータ４１からの出力信号がハイ信号（Ｈ）である場合、制御部５０では、Ｕ相電流Ｉｕの通電方向は、Ｕ相コイル１１からＵ相接続点４０１側であり、電流極性は負である、と判定する。
切替タイミングの検出、位相差の補正等に関しては、上記実施形態と同様である。また、本実施形態においてもＵ相を例に説明したが、Ｖ相およびＷ相についても同様である。

本実施形態では、制御部５０では、上ＭＯＳ２１〜２３がオン、下ＭＯＳ２４〜２６がオフの状態から、上ＭＯＳ２１〜２３がオフ、下ＭＯＳ２４〜２６がオンの状態へ切り替わる際の前記デッドタイム期間ＤＴにおける各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、通電方向を判定している。
電流極性が正である場合、デッドタイム期間ＤＴ中に寄生コンデンサＰＣ等にチャージされた電荷が持ち出されてディスチャージされ、電流極性が負である場合、デッドタイム期間ＤＴ中に寄生コンデンサＰＣ等の電荷がディスチャージされないので、各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を適切に判定することができる。

また、上記実施形態の（５）と同様、制御部５０では、デッドタイム期間ＤＴ中であって、デッドタイム期間ＤＴの開始から所定時間経過後の各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、各相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの通電方向を判定する。ここでいう「所定時間」とは、電流極性が正である場合、寄生コンデンサＰＣ等の電荷がディスチャージされて各相端子電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが低下するのに要する時間よりも長い時間に設定することが望ましい。
これにより、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
（ア）第１実施形態では、上ＭＯＳがオフ、下ＭＯＳがオンの状態から、上ＭＯＳがオン、下ＭＯＳがオフの状態へ切り替わるデッドタイム期間における端子電圧に基づき、巻線に通電される実電流の通電方向を判定する例を説明した。また第２実施形態では、上ＭＯＳがオン、下ＭＯＳがオフの状態から、上ＭＯＳがオフ、下ＭＯＳがオンの状態へ切り替わるデッドタイム期間における端子電圧に基づき、巻線に通電される実電流の通電方向を判定する例を説明した。
他の実施形態では、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせ、上ＭＯＳがオフ、下ＭＯＳがオンの状態から、上ＭＯＳがオン、下ＭＯＳがオフの状態へ切り替わるデッドタイム期間、および、上ＭＯＳがオン、下ＭＯＳがオフの状態から、上ＭＯＳがオフ、下ＭＯＳがオンの状態へ切り替わるデッドタイム期間の端子電圧に基づき、巻線に通電される実電流の通電方向を判定するようにしてもよい。

（イ）第１実施形態の閾値電圧Ｖｔｈ１と第２実施形態の閾値電圧Ｖｔｈ２とは、同じ値としてもよいし、異なる値としてもよい。また、閾値電圧は、相毎に異なる値としてもよいし、同じ値としてもよい。
（ウ）第１実施形態では、上ＭＯＳがオンとなる直前の端子電圧に基づき、巻線に通電される実電流の通電方向を判定した。第２実施形態では、下ＭＯＳがオンとなる直前の端子電圧に基づき、巻線に通電される実電流の通電方向を判定した。
他の実施形態では、デッドタイム期間における端子電圧の変化に要する時間を考慮し、デッドタイム期間の開始から所定時間経過後の端子電圧に基づき、巻線に通電される実電流の通電方向を判定してもよい。すなわち、「所定時間」は、端子電圧の変化に要する時間よりも長い時間に設定することが望ましい。

（エ）上記実施形態では、入力された各相端子電圧と閾値電圧とをコンパレータにて比較し、コンパレータは、各相端子電圧が閾値電圧以下である場合、ロー信号（Ｌ）を出力し、各相端子電圧が閾値電圧より大きい場合、ハイ信号（Ｈ）を出力した。他の実施形態では、コンパレータの入力端子によっては、各相端子電圧が閾値電圧以下である場合、ハイ信号（Ｈ）を出力し、各相端子電圧が閾値電圧より大きい場合、ロー信号（Ｌ）を出力するように構成してもよい。この場合、制御部では、デッドタイム期間におけるコンパレータからの出力信号がハイ信号（Ｈ）である場合、各相端子電圧が閾値電圧以下であり、電流極性は正であると判定し、ロー信号（Ｌ）である場合、各相端子電圧が閾値電圧より大きく、電流極性は負であると判定する。

（オ）上記実施形態では、制御部では、コンパレータからの出力信号に基づき、巻線に通電される実電流の通電方向を判定した。他の実施形態では、制御部が端子電圧を取得し、制御部の内部にて端子電圧と閾値電圧との大小を演算し、当該演算結果に基づき、巻線に通電される実電流の通電方向を判定するようにしてもよい。すなわち、端子電圧取得部は、制御部により構成されてもよい。また、デッドタイム期間における端子電圧に基づいていれば、どのような判定方法にて実電流の通電方法を判定してもよい。

（カ）上記実施形態では、スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴであった。他の実施形態では、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、トランジスタ、サイリスタとしてもよい。
（キ）上記実施形態では、モータは、３相ブラシレスモータであった。他の実施形態では、モータは、４相以上の多相モータであってもよい。また、上記実施形態では、回転電機は、モータ（電動機）であった。他の実施形態では、電動機に限らず、発電機であってもよいし、電動機および発電機の機能を併せ持つ所謂モータジェネレータであってもよい。

（ク）上記実施形態では、モータは、電動パワーステアリング装置に適用された。他の実施形態では、回転電機を、どのような装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・回転電機制御装置
２・・・モータ（回転電機）
２０・・・インバータ部
２１〜２３・・・上ＭＯＳ（第１スイッチング素子）
３４〜２６・・・下ＭＯＳ（第２スイッチング素子）
４１〜４３・・・コンパレータ（端子電圧取得部）
５０・・・制御部（駆動制御手段、電流方向判定手段、切替検出手段、位相差補正手段）
１０９・・・電動パワーステアリング装置
４０１〜４０３・・・接続点

Claims (7)

1. 複数の相に対応する巻線（１１、１２、１３）から構成される巻線組（１４）を有する回転電機（２）の駆動を制御する回転電機制御装置（１）であって、
   前記巻線の各相に対応し高電位側に配置される第１スイッチング素子（２１、２２、２３）および低電位側に配置される第２スイッチング素子（２４、２５、２６）によりスイッチング素子対（２７、２８、２９）をなす複数のスイッチング素子（２１〜２６）を有するインバータ部（２０）と、
   対応する前記巻線の一端が接続される前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点（４０１、４０２、４０３）の電圧である端子電圧を取得する端子電圧取得部（４１、４２、４３）と、
   前記回転電機の駆動に係る指令電流に基づいて前記スイッチング素子のオンオフ作動を制御して前記回転電機の駆動を制御する駆動制御手段、および、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子のオンオフの切り替えに際し、対になる前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子が共にオフとなるデッドタイム期間における前記端子電圧に基づき、当該端子電圧に対応する相の前記巻線に通電される実電流の通電方向を判定する電流方向判定手段を有する制御部（５０）と、
   を備えることを特徴とする回転電機制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記電流方向判定手段により検出される前記通電方向が切り替わる切替タイミングを検出する切替検出手段と、
   前記切替タイミングに基づき、前記指令電流と前記実電流との位相差を補正する位相差補正手段と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機制御装置。
3. 前記電流方向判定手段は、
   前記デッドタイム期間における前記端子電圧が閾値電圧以下である場合、前記接続点側から前記巻線側へ前記実電流が通電されていると判定し、
   前記デッドタイム期間における前記端子電圧が前記閾値電圧より大きい場合、前記巻線側から前記接続点側へ前記実電流が通電されていると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機制御装置。
4. 前記電流方向判定手段は、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンの状態から、前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフの状態へ切り替わる際の前記デッドタイム期間における前記端子電圧に基づき、前記通電方向を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
5. 前記電流方向判定手段は、前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフの状態から、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンの状態へ切り替わる際の前記デッドタイム期間における前記端子電圧に基づき、前記通電方向を判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
6. 前記電流方向判定手段は、前記デッドタイム期間中であって、前記デッドタイム期間の開始から所定時間経過後の前記端子電圧に基づき、前記通電方向を判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機制御装置と、
   操舵に係るアシストトルクを出力する前記回転電機と、
   を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置（１０９）。

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