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JP2015033268A - Controller of electric motor - Google Patents

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JP2015033268A JP2013162769A JP2013162769A JP2015033268A JP 2015033268 A JP2015033268 A JP 2015033268A JP 2013162769 A JP2013162769 A JP 2013162769A JP 2013162769 A JP2013162769 A JP 2013162769A JP 2015033268 A JP2015033268 A JP 2015033268A
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知延 小関
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俊章 大山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller of electric motor which allow a current, close to normal state, to be fed to a normal phase, even upon occurrence of an abnormality in any one phase of a multi-phase motor where the phase coils are connected in the star form.SOLUTION: A controller of electric motor includes a multi-phase motor where the phase coils are connected in the star form, an inverter circuit (drive means), a phase relay (switching means) to be connected in series with the phase coils, and a neutral drive circuit to be connected with the neutral of star connection. Upon occurrence of a failure in any one phase of the multi-phase motor, the faulty phase is interrupted by means of a phase relay, and the output from the neutral drive circuit is changed depending on the electrical angle of a magnetic field vector to be generated, under the interrupted state.

Description

本発明は、各相コイルがスター結線された多相電動モータの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a multiphase electric motor in which each phase coil is star-connected.

特許文献1には、3相ブラシレスモータのスター結線されたコイルの中性点を所定の電源又は駆動回路に接続し、3相ブラシレスモータの1相に異常が発生した場合、中性点を異常となった相の代わりに使用してモータ内部で発生する磁界ベクトルを回転させて3相ブラシレスモータの駆動を継続させる、電動モータの制御装置が開示されている。   In Patent Document 1, the neutral point of a star-connected coil of a three-phase brushless motor is connected to a predetermined power source or drive circuit, and if an abnormality occurs in one phase of the three-phase brushless motor, the neutral point is abnormal. An electric motor control device is disclosed in which a magnetic field vector generated inside a motor is used in place of the phase thus rotated to continue driving the three-phase brushless motor.

特許第4710528号公報Japanese Patent No. 4710528

しかし、従来の制御装置では、3相ブラシレスモータの1相に異常が発生した場合に、中性点駆動回路を固定デューティ(50%)で駆動するため、モータコイルに印加できる電圧範囲が小さく、モータの回転速度が高くなると誘起電圧に対抗して正常な2相に必要な電流(目標電流)を流し込むことができなくなる。   However, in the conventional control device, when an abnormality occurs in one phase of the three-phase brushless motor, the neutral point drive circuit is driven at a fixed duty (50%), so the voltage range that can be applied to the motor coil is small, When the rotational speed of the motor becomes high, it becomes impossible to flow a current (target current) necessary for normal two phases against the induced voltage.

本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、各相コイルがスター結線された多相電動モータのいずれかの相に異常が発生した場合でも、正常状態に近い電流を正常な相に流し込むことができる、電動モータの制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when an abnormality occurs in any phase of a multiphase electric motor in which each phase coil is star-connected, a current close to a normal state is poured into the normal phase. An object of the present invention is to provide a control device for an electric motor that can be used.

そのため、本願発明に係る電動モータの制御装置は、各相コイルがスター結線された多相電動モータと、前記多相電動モータを駆動する駆動手段と、前記各相コイルそれぞれと直列に接続されるスイッチング手段と、前記スター結線の中性点に接続される中性点駆動回路と、を備えた電動モータの制御装置において、前記多相電動モータの多相のうちのいずれかの相で故障が生じたときに、故障が生じた相を前記スイッチング手段によって遮断し、当該遮断状態で前記中性点駆動回路の出力を変更するようにした。   Therefore, the control device for an electric motor according to the present invention is connected in series with a multiphase electric motor in which each phase coil is star-connected, a driving means for driving the multiphase electric motor, and each phase coil. In a control device for an electric motor comprising switching means and a neutral point drive circuit connected to a neutral point of the star connection, a failure occurs in any one of the polyphases of the multiphase electric motor. When the failure occurs, the phase in which the failure has occurred is blocked by the switching means, and the output of the neutral point driving circuit is changed in the blocked state.

上記発明によると、多相電動モータの多相のうちのいずれかの相で故障が生じたときに、電源電圧を有効利用して正常な相に電流を流し込むことができ、故障発生状態でのモータ制御性を向上させることができる。   According to the above invention, when a failure occurs in any one of the phases of the multiphase electric motor, the power supply voltage can be effectively used to flow a current into a normal phase, Motor controllability can be improved.

本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における電動モータの駆動装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the drive device of the electric motor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるW相故障状態における制御プロセスを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control process in the W-phase fault state in embodiment of this invention. 本発明の実施形態においてU相に平行な磁界成分とU相に直交する磁界成分とを磁界ベクトルの電気角に応じて示す線図である。It is a diagram which shows the magnetic field component parallel to U phase and the magnetic field component orthogonal to U phase according to the electrical angle of a magnetic field vector in embodiment of this invention. 本発明の実施形態においてU相電流、V相電流、中性点電流を磁界ベクトルの電気角に応じて示す線図である。It is a diagram which shows a U-phase electric current, a V-phase electric current, and a neutral point electric current according to embodiment of this invention according to the electrical angle of a magnetic field vector. 本発明の実施形態においてW相故障状態におけるV相、U相、中性点の駆動デューティの特性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the characteristic of the drive duty of the V phase in the embodiment of this invention, a U phase, and a neutral point in a W-phase fault state. 本発明の実施形態における相リレーの配置例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the example of arrangement | positioning of the phase relay in embodiment of this invention. 本発明の実施形態におけるHigh出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定の領域を磁界ベクトルの電気角に応じて示す線図である。FIG. 6 is a diagram showing regions of fixed High output, fixed Low output, and fixed high impedance output according to an electric angle of a magnetic field vector in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態におけるHigh出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定の各領域及びハイインピーダンス出力固定状態での磁界ベクトルの電気角を示す図である。It is a figure which shows the electric angle of the magnetic field vector in each area | region of high output fixed, low output fixed, and high impedance output fixed in the embodiment of this invention, and a high impedance output fixed state. 本発明の実施形態においてHigh出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定のいずれかに制御する場合に適用する回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram applied when controlling to one of high output fixed, low output fixed, and high impedance output fixed in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態においてHigh出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定のいずれかに制御する場合に適用する回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram applied when controlling to one of high output fixed, low output fixed, and high impedance output fixed in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における中性点が地絡したときの制御プロセスを説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating a control process when the neutral point in embodiment of this invention has a ground fault.

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る電動モータの制御装置の適用例としての電動パワーステアリング装置を示す。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows an electric power steering device as an application example of an electric motor control device according to the present invention.

図1に示す電動パワーステアリング装置100は、車両200に備えられ、操舵補助力を電動モータ130によって発生させる装置である。この電動パワーステアリング装置100は、ステアリングホイール110、操舵トルクセンサ120、電動モータ130、電動モータ130の駆動装置140、コントロールユニット(制御装置)150、電動モータ130の回転を減速してステアリングシャフト170(ピニオンシャフト)に伝達する減速機160などを含んで構成される。
操舵トルクセンサ120及び減速機160は、ステアリングシャフト170を内包するステアリングコラム180内に設けられる。
An electric power steering apparatus 100 shown in FIG. 1 is an apparatus that is provided in a vehicle 200 and generates a steering assist force by an electric motor 130. The electric power steering device 100 includes a steering wheel 110, a steering torque sensor 120, an electric motor 130, a driving device 140 for the electric motor 130, a control unit (control device) 150, and a rotation of the electric motor 130 to reduce the rotation of the steering shaft 170 ( It includes a reduction gear 160 that transmits to a pinion shaft.
The steering torque sensor 120 and the speed reducer 160 are provided in a steering column 180 that includes a steering shaft 170.

ステアリングシャフト170の先端にはピニオンギア171が設けられていて、このピニオンギア171が回転すると、ラックギア172が車両200の進行方向左右に水平移動する。ラックギア172の両端にはそれぞれ車輪201の操舵機構202が設けられており、ラックギア172が水平移動することで車輪201の向きが変えられる。
操舵トルクセンサ120は、車両の運転者がステアリング操作を行うことでステアリングシャフト170に発生する操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクの信号STをコントロールユニット150に出力する。
A pinion gear 171 is provided at the tip of the steering shaft 170. When the pinion gear 171 rotates, the rack gear 172 moves horizontally in the direction of travel of the vehicle 200. Steering mechanisms 202 for the wheels 201 are provided at both ends of the rack gear 172, and the direction of the wheels 201 is changed by the horizontal movement of the rack gear 172.
The steering torque sensor 120 detects the steering torque generated in the steering shaft 170 when the driver of the vehicle performs a steering operation, and outputs the detected steering torque signal ST to the control unit 150.

マイクロコンピュータ(演算処理装置)を含むコントロールユニット150には、操舵トルク信号STの他、車速センサ190が出力する車速の信号VSPなどが入力される。
そして、コントロールユニット150は、操舵トルク信号ST、車速信号VSPなどに基づいて駆動装置140を制御することで、電動モータ130の発生トルク、つまり、操舵補助力を制御する。
なお、コントロールユニット150と駆動装置140とを一体化して設けることができる。
In addition to the steering torque signal ST, a vehicle speed signal VSP output from the vehicle speed sensor 190 and the like are input to the control unit 150 including a microcomputer (arithmetic processing unit).
The control unit 150 controls the driving device 140 based on the steering torque signal ST, the vehicle speed signal VSP, and the like, thereby controlling the torque generated by the electric motor 130, that is, the steering assist force.
The control unit 150 and the driving device 140 can be provided integrally.

次に、駆動装置140の回路構成の一例を、図2を参照しつつ説明する。
電動モータ130は、U相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wの3相コイルを有する3相DCブラシレスモータ(3相同期電動機)である。電動モータ130のU相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wは、一端が互いに接続されてスター結線とされ、U相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wが互いに接続された点は中性点NPをなす。
そして、駆動装置140は、インバータ回路(駆動手段)300、プリドライバ400(駆動手段)、電源リレー装置500、中性点駆動回路600を備える。
Next, an example of the circuit configuration of the driving device 140 will be described with reference to FIG.
The electric motor 130 is a three-phase DC brushless motor (three-phase synchronous motor) having a three-phase coil of a U-phase coil 130U, a V-phase coil 130V, and a W-phase coil 130W. One end of the U-phase coil 130U, V-phase coil 130V, and W-phase coil 130W of the electric motor 130 is connected to each other to form a star connection, and the U-phase coil 130U, the V-phase coil 130V, and the W-phase coil 130W are connected to each other. The point forms a neutral point NP.
The drive device 140 includes an inverter circuit (drive means) 300, a pre-driver 400 (drive means), a power relay device 500, and a neutral point drive circuit 600.

インバータ回路300は、駆動ライン310U,310V,310Wを介して電動モータ130のU相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wをそれぞれに駆動する3組の半導体スイッチ320UH,320UL,320VH,320VL,320WH,320WLを備えた3相ブリッジ回路からなる。
本実施形態では、半導体スイッチ320UH,320UL,320VH,320VL,320WH,320WLとして、Nチャンネル型MOSFETを用いる。
The inverter circuit 300 includes three sets of semiconductor switches 320UH, 320UL, 320VH, and 320VL that respectively drive the U-phase coil 130U, the V-phase coil 130V, and the W-phase coil 130W of the electric motor 130 via the drive lines 310U, 310V, and 310W. , 320WH, 320WL, and a three-phase bridge circuit.
In the present embodiment, N-channel MOSFETs are used as the semiconductor switches 320UH, 320UL, 320VH, 320VL, 320WH, and 320WL.

半導体スイッチ320UH,320ULは、電源ライン510と接地点との間にドレイン−ソース間が直列接続され、半導体スイッチ320UHと半導体スイッチ320ULとの接続点に駆動ライン310Uの一端が接続され、駆動ライン310Uの他端には電動モータ130のU相コイル130Uが接続される。
半導体スイッチ320VH,320VLは、電源ライン510と接地点との間にドレイン−ソース間が直列接続され、半導体スイッチ320VHと半導体スイッチ320VLとの接続点に駆動ライン310Vの一端が接続され、駆動ライン310Vの他端には電動モータ130のV相コイル130Vが接続される。
In the semiconductor switches 320UH and 320UL, the drain and source are connected in series between the power supply line 510 and the ground point, and one end of the drive line 310U is connected to the connection point between the semiconductor switch 320UH and the semiconductor switch 320UL. A U-phase coil 130U of the electric motor 130 is connected to the other end of the motor.
In the semiconductor switches 320VH and 320VL, the drain and source are connected in series between the power supply line 510 and the ground point, one end of the drive line 310V is connected to the connection point between the semiconductor switch 320VH and the semiconductor switch 320VL, and the drive line 310V. A V-phase coil 130V of the electric motor 130 is connected to the other end.

半導体スイッチ320WH,320WLは、電源ライン510と接地点との間にドレイン−ソース間が直列接続され、半導体スイッチ320WHと半導体スイッチ320WLとの接続点に駆動ライン310Wの一端が接続され、駆動ライン310Wの他端には電動モータ130のW相コイル130Wが接続される。
各MOSFET320UL,320VL,320WLのソースと接地点との間には、電動モータ130の駆動電流を検出する電流検出器(電流検出抵抗)340が接続される。電流検出器340で検出した電流値は、図示しない増幅器などで増幅された後、コントロールユニット150に入力される。
In the semiconductor switches 320WH and 320WL, the drain-source is connected in series between the power supply line 510 and the ground point, and one end of the drive line 310W is connected to the connection point between the semiconductor switch 320WH and the semiconductor switch 320WL. W-phase coil 130W of electric motor 130 is connected to the other end.
A current detector (current detection resistor) 340 that detects the drive current of the electric motor 130 is connected between the sources of the MOSFETs 320UL, 320VL, and 320WL and the ground point. The current value detected by the current detector 340 is amplified by an amplifier (not shown) or the like and then input to the control unit 150.

また、中性点NPとU相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wとの間の駆動ライン310U,310V,310Wには、スイッチング手段として相リレー330U,330V,330Wを備えている。これらの相リレー330U,330V,330Wは、電磁リレー、或いは、MOSFETなどの半導体スイッチと当該半導体スイッチのドライバとの組み合わせのいずれでも構成することができる。
コントロールユニット150は、相リレー330U,330V,330Wのオン,オフを個別に制御する。
Further, the drive lines 310U, 310V, 310W between the neutral point NP and the U-phase coil 130U, the V-phase coil 130V, and the W-phase coil 130W are provided with phase relays 330U, 330V, 330W as switching means. These phase relays 330U, 330V, and 330W can be configured as either electromagnetic relays or a combination of a semiconductor switch such as a MOSFET and a driver of the semiconductor switch.
Control unit 150 individually controls on / off of phase relays 330U, 330V, and 330W.

ここで、相リレー330U,330V,330Wをオフ状態(通電遮断状態)とすることによって、インバータ回路300からU相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wへの電力供給が遮断され、相リレー330U,330V,330Wをオン状態(通電状態)とすることによって、インバータ回路300からU相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wへの電力供給が行える状態になる。
また、中性点駆動回路600は、Nチャンネル型MOSFETで構成される上アーム側の半導体スイッチ600Hと下アーム側の半導体スイッチ600Lとからなり、半導体スイッチ600H,600Lは電源ライン510と接地点との間にドレイン−ソース間が直列接続される。
Here, power supply from the inverter circuit 300 to the U-phase coil 130U, the V-phase coil 130V, and the W-phase coil 130W is cut off by turning off the phase relays 330U, 330V, and 330W (energization cut-off state). By setting relays 330U, 330V, and 330W to an on state (energized state), power can be supplied from inverter circuit 300 to U-phase coil 130U, V-phase coil 130V, and W-phase coil 130W.
The neutral point driving circuit 600 includes an upper arm side semiconductor switch 600H and a lower arm side semiconductor switch 600L formed of N-channel MOSFETs. The semiconductor switches 600H and 600L include a power line 510, a ground point, and the like. Between the drain and source are connected in series.

そして、半導体スイッチ600Hと半導体スイッチ600Lとの接続点に、中性点NPに一端が接続される駆動ライン610の他端が接続される。
駆動ライン610には、コントロールユニット150によってオン,オフが制御される中性点リレー620を設けてある。中性点リレー620は、電磁リレー、或いは、MOSFETなどの半導体スイッチと当該半導体スイッチのドライバとの組み合わせのいずれでも構成することができる。
Then, the other end of the drive line 610 having one end connected to the neutral point NP is connected to a connection point between the semiconductor switch 600H and the semiconductor switch 600L.
The drive line 610 is provided with a neutral point relay 620 that is controlled to be turned on and off by the control unit 150. The neutral point relay 620 can be configured as either an electromagnetic relay or a combination of a semiconductor switch such as a MOSFET and a driver of the semiconductor switch.

プリドライバ400は、インバータ回路300における上流側駆動素子(上アーム)である半導体スイッチ320VH,320UH,320WHをそれぞれに駆動する3つのH側ドライバ410Hと、インバータ回路300における下流側駆動素子(下アーム)である半導体スイッチ320VL,320UL,320WLをそれぞれに駆動する3つのL側ドライバ410Lとを備えている。
なお、プリドライバ400をSOI(Silicon on Insulator)で構成することができ、これによって、浮遊容量が低減され、プリドライバ400の高速度化及び低消費電力化を図ることができる。また、特定の部位が故障した際、他の部位に波及して別の故障が起きる可能性を低減することができる。
The pre-driver 400 includes three H-side drivers 410H that respectively drive semiconductor switches 320VH, 320UH, and 320WH, which are upstream drive elements (upper arms) in the inverter circuit 300, and downstream drive elements (lower arms) in the inverter circuit 300. ), And three L-side drivers 410L for driving the semiconductor switches 320VL, 320UL, and 320WL, respectively.
Note that the pre-driver 400 can be configured by SOI (Silicon on Insulator), whereby stray capacitance is reduced, and the pre-driver 400 can be increased in speed and power consumption. In addition, when a specific part fails, the possibility of spreading to another part and causing another failure can be reduced.

また、プリドライバ400は、電動モータ130の相毎に、ブートストラップコンデンサCに充電した電荷で上アーム(MOSFET320UH,320VH,320WH)をそれぞれ駆動するための3つのブートストラップ回路(昇圧回路)430を備えている。
H側ドライバ410Hの出力端にはそれぞれMOSFET320UH,320VH,320WHのゲートが接続され、MOSFET320UH,320VH,320WHはH側ドライバ410Hの出力に応じてオン,オフが制御される。
The pre-driver 400 also includes three bootstrap circuits (boost circuits) 430 for driving the upper arms (MOSFETs 320UH, 320VH, and 320WH) with electric charges charged in the bootstrap capacitor C for each phase of the electric motor 130. I have.
The gates of MOSFETs 320UH, 320VH, and 320WH are connected to the output terminals of the H-side driver 410H, and the MOSFETs 320UH, 320VH, and 320WH are controlled to be turned on and off according to the output of the H-side driver 410H.

同様に、L側ドライバ410Lの出力端にはそれぞれMOSFET320UL,320VL,320WLのゲートが接続され、MOSFET320UL,320VL,320WLはL側ドライバ410Lの出力に応じてオン,オフが制御される。
また、プリドライバ400は、中性点駆動回路600における半導体スイッチ600Hを駆動するH側ドライバ420H、中性点駆動回路600における半導体スイッチ600Lを駆動するL側ドライバ420Lを備えている。
Similarly, the gates of MOSFETs 320UL, 320VL, and 320WL are connected to the output terminal of the L-side driver 410L, and the MOSFETs 320UL, 320VL, and 320WL are controlled to be turned on and off in accordance with the output of the L-side driver 410L.
The pre-driver 400 includes an H-side driver 420H that drives the semiconductor switch 600H in the neutral point driving circuit 600 and an L-side driver 420L that drives the semiconductor switch 600L in the neutral point driving circuit 600.

H側ドライバ420Hの出力端にはMOSFET600Hのゲートが接続され、L側ドライバ420Lの出力端にはMOSFET600Lのゲートが接続され、MOSFET600H,600Lは、ドライバ420H,420Lの出力に応じてオン,オフが制御される。
プリドライバ400は、プリドライバ400の電源であるバッテリ700の電圧を昇圧する昇圧回路であるチャージポンプ(昇圧回路)440を備えている。
The gate of the MOSFET 600H is connected to the output terminal of the H-side driver 420H, the gate of the MOSFET 600L is connected to the output terminal of the L-side driver 420L, and the MOSFETs 600H and 600L are turned on and off according to the outputs of the drivers 420H and 420L. Be controlled.
The pre-driver 400 includes a charge pump (boost circuit) 440 that is a boost circuit that boosts the voltage of the battery 700 that is a power source of the pre-driver 400.

コントロールユニット150に含まれるマイクロコンピュータ151は、ドライバ410H,410L及びドライバ420H,420LをPWM制御するためのPWM操作信号を出力する出力ポート152A,152Bを有する。
電源リレー装置500は、バッテリ(電源)700からインバータ回路300及び中性点駆動回路600に向けて電源供給する電源ライン510に介装され、互いに並列に接続される第1遮断器501Aと第2遮断器501Bとを備える。
The microcomputer 151 included in the control unit 150 includes output ports 152A and 152B that output PWM operation signals for PWM control of the drivers 410H and 410L and the drivers 420H and 420L.
The power relay device 500 is interposed in a power line 510 that supplies power from the battery (power source) 700 toward the inverter circuit 300 and the neutral point driving circuit 600, and is connected to the first circuit breaker 501A and the second circuit breaker 501A connected in parallel to each other. Circuit breaker 501B.

なお、電源リレー装置500を構成する遮断器501A,501Bは、電磁リレー、或いは、MOSFETなどの半導体スイッチと当該半導体スイッチのドライバとの組み合わせのいずれでも構成することができる。
また、インバータ回路300及び中性点駆動回路600を構成する各MOSFETにおいて、ドレイン−ソース間のダイオードは寄生(内部)ダイオードである。
The circuit breakers 501A and 501B constituting the power relay device 500 can be configured by either an electromagnetic relay or a combination of a semiconductor switch such as a MOSFET and a driver of the semiconductor switch.
In each MOSFET constituting the inverter circuit 300 and the neutral point driving circuit 600, the drain-source diode is a parasitic (internal) diode.

コントロールユニット150は、電動モータ130の各相が正常である場合、相リレー330U,330V,330Wをオン状態に制御する一方で、中性点リレー620をオフ状態(通電遮断状態)に制御し、プリドライバ400を介してインバータ回路300の半導体スイッチ320UH,320UL,320VH,320VL,320WH,320WLのオン,オフをPWM制御することで、電動モータ130を駆動する。
ここで、コントロールユニット150は、操舵トルク信号STや車速信号VSPなどに基づいてPWM信号のデューティ比を可変とし、電動モータ130の回転速度(トルク)を制御する。
When each phase of the electric motor 130 is normal, the control unit 150 controls the phase relays 330U, 330V, and 330W to be in an on state, while controlling the neutral point relay 620 to be in an off state (energization cut-off state). The electric motor 130 is driven by PWM control of on / off of the semiconductor switches 320UH, 320UL, 320VH, 320VL, 320WH, and 320WL of the inverter circuit 300 via the pre-driver 400.
Here, the control unit 150 controls the rotational speed (torque) of the electric motor 130 by changing the duty ratio of the PWM signal based on the steering torque signal ST and the vehicle speed signal VSP.

また、コントロールユニット150は、電動モータ130のU相、V相及びW相の故障の有無を検出する機能(診断機能)を有する。例えば、コントロールユニット150は、プリドライバ400に出力するPWM信号(パルス幅変調信号)と各相のモータ電圧とを比較することによって、U相、V相及びW相の故障の有無を診断する。
なお、各相の故障には、各相毎のインバータの故障、相コイルの断線や地絡、更に、相リレーのオープン故障などが含まれる。
Further, the control unit 150 has a function (diagnosis function) for detecting the presence or absence of a failure in the U phase, V phase, and W phase of the electric motor 130. For example, the control unit 150 compares the PWM signal (pulse width modulation signal) output to the pre-driver 400 with the motor voltage of each phase, thereby diagnosing the presence / absence of a U-phase, V-phase, and W-phase failure.
The failure of each phase includes an inverter failure for each phase, a disconnection or ground fault of the phase coil, and an open failure of the phase relay.

ここで、コントロールユニット150は、U相、V相、W相のうちのいずれか1つの相の故障を検出した場合、故障を検出した相の駆動ラインに設けられる相リレー330をオフ状態に制御することで、故障が発生している相への電力供給を遮断し、また、中性点リレー620をオン状態(通電状態)に制御することで、中性点NPの電位を中性点駆動回路600によって制御できる状態にする。
そして、コントロールユニット150は、正常な2相に流れる電流の目標を、発生させたい磁界ベクトルに応じて決定し、これに応じて、インバータ回路300及び中性点駆動回路600を制御することで、1相に故障が発生した状態で電動モータ130の駆動を継続する。
Here, when the control unit 150 detects a failure in any one of the U phase, the V phase, and the W phase, the control unit 150 controls the phase relay 330 provided in the drive line of the phase in which the failure is detected to be in an OFF state. By shutting off the power supply to the phase in which the failure has occurred and controlling the neutral point relay 620 to the on state (energized state), the neutral point NP is driven to the neutral point. The circuit 600 can be controlled.
Then, the control unit 150 determines the target of the current flowing in the normal two phases according to the magnetic field vector to be generated, and controls the inverter circuit 300 and the neutral point driving circuit 600 according to this, The drive of the electric motor 130 is continued in a state where a failure has occurred in one phase.

3相のうちの1相に故障が発生した場合におけるコントロールユニット150による相電流の制御プロセスを、図3を参照しつつ説明する。
W相に故障が発生した場合を一例とすると、コントロールユニット150は、相リレー330U,330Vをオン状態に保持する一方で、相リレー330Wをオフ状態に切り替えてW相を遮断し、中性点リレー620をオン状態に制御し、図3に示すリレー制御状態とする。
A process of controlling the phase current by the control unit 150 when a failure occurs in one of the three phases will be described with reference to FIG.
Taking a case where a failure occurs in the W phase as an example, the control unit 150 keeps the phase relays 330U and 330V in the on state, while switching the phase relay 330W to the off state and shuts off the W phase. The relay 620 is controlled to be in the ON state, and the relay control state shown in FIG. 3 is set.

また、コントロールユニット150は、磁極位置に応じて決まる発生させたい磁界ベクトルを、例えば正常であるU相に平行な成分と正常であるU相に直交する成分とに分解する。
ここで、U相に平行な成分はU相及びV相で発生させることができるが、U相に直交する成分は正常な2相のうちの他方であるV相でしか発生させることができない。そこで、コントロールユニット150は、U相に直交する成分をV相で発生させることになるV相の発生磁界ベクトル(V相目標電流)を求める。
更に、コントロールユニット150は、V相の発生磁界ベクトルのU相に平行な成分を求めて、発生させたい磁界ベクトルのU相に平行な成分と、V相の発生磁界ベクトルのU相に平行な成分とから、最終的にU相の発生磁界ベクトル(U相目標電流)を求める。
Further, the control unit 150 decomposes the magnetic field vector to be generated determined according to the magnetic pole position into, for example, a component parallel to the normal U phase and a component orthogonal to the normal U phase.
Here, the component parallel to the U phase can be generated in the U phase and the V phase, but the component orthogonal to the U phase can be generated only in the V phase which is the other of the normal two phases. Therefore, the control unit 150 obtains a V-phase generated magnetic field vector (V-phase target current) that generates a component orthogonal to the U-phase in the V-phase.
Further, the control unit 150 obtains a component parallel to the U phase of the generated magnetic field vector of the V phase, and a component parallel to the U phase of the magnetic field vector desired to be generated and a component parallel to the U phase of the generated magnetic field vector of the V phase. From the components, a U-phase generated magnetic field vector (U-phase target current) is finally obtained.

図4は、発生させたい磁界ベクトル(目標磁界ベクトル)の電気角毎(磁極位置毎)に、発生させたい磁界ベクトルをU相に平行な成分とU相に直交する成分とに分解した様子を示す。
また、図5は、図4のU相に平行な成分及びU相に直交する成分に基づき決定されるU相及びV相の目標電流を例示するものであり、U相の目標電流とV相の目標電流との合計が、中性点駆動回路600への流出入電流(中性点電流)となる。
FIG. 4 shows a state in which the magnetic field vector to be generated is decomposed into a component parallel to the U phase and a component orthogonal to the U phase for each electrical angle (each magnetic pole position) of the magnetic field vector to be generated (target magnetic field vector). Show.
FIG. 5 exemplifies the U-phase and V-phase target currents determined based on the component parallel to the U-phase and the component orthogonal to the U-phase in FIG. The total of the current and the target current is an inflow / outflow current (neutral point current) to the neutral point drive circuit 600.

尚、上記では、発生させたい磁界ベクトルをU相に平行な成分とU相に直交する成分とに分解したが、W相の故障状態で、発生させたい磁界ベクトルをV相に平行な成分とV相に直交する成分とに分解しても、正常な2相(U相、V相)の目標電流を決定できることは明らかであり、また、W相以外のU相又はV相に故障が発生した場合も同様にして、正常な2相の目標電流を決定できることは明らかである。   In the above description, the magnetic field vector to be generated is decomposed into a component parallel to the U phase and a component orthogonal to the U phase. However, in the W phase failure state, the magnetic field vector to be generated is converted to a component parallel to the V phase. It is clear that the target current of two normal phases (U phase, V phase) can be determined even if it is decomposed into components orthogonal to the V phase, and a failure occurs in the U phase or V phase other than the W phase. In this case, it is apparent that a normal two-phase target current can be determined in the same manner.

上記のようにして、コントロールユニット150は、正常な2相の目標電流を決定すると、次いで、正常な2相の駆動デューティ及び中性点駆動回路600の駆動デューティを決定する。
例えば、中性点駆動回路600の駆動デューティを50%に固定すると、電動モータ130の正常な相に印加できる電圧は電源電圧の1/2になり、1相の故障状態で電源電圧を有効に使用することができない。
As described above, when the control unit 150 determines the normal two-phase target current, the control unit 150 then determines the normal two-phase driving duty and the driving duty of the neutral point driving circuit 600.
For example, when the driving duty of the neutral point driving circuit 600 is fixed to 50%, the voltage that can be applied to the normal phase of the electric motor 130 is ½ of the power supply voltage, and the power supply voltage becomes effective in a one-phase failure state. Cannot be used.

そこで、コントロールユニット150は、中性点駆動回路600から電動モータ130の正常な相に電流を流し込む場合には中性点駆動回路600の出力電圧及びデューティ(オンデューティ)を大きくし、逆に、電動モータ130の正常な相から中性点駆動回路600に電流を引き込みたい場合には中性点駆動回路600の出力電圧及びデューティ(オンデューティ)を小さくすることで、電源電圧の有効利用を図る。
例えば、W相に故障が発生しU相とV相とを駆動して電動モータ130を駆動させる場合、図5に示すように、発生させたい磁界ベクトルの電気角が240degであるときに中性点駆動回路600からの流し込み電流を最大となり、発生させたい磁界ベクトルの電気角が60degであるときに中性点駆動回路600に引き込む電流を最大となるように、中性点駆動回路600の駆動デューティを決定する。なお、本願では、U相コイルの角度位置を、磁界ベクトルの電気角が0degの位置として表すものとする。
Therefore, the control unit 150 increases the output voltage and duty (on-duty) of the neutral point drive circuit 600 when current is supplied from the neutral point drive circuit 600 to the normal phase of the electric motor 130, When it is desired to draw a current from the normal phase of the electric motor 130 to the neutral point drive circuit 600, the output voltage and the duty (on duty) of the neutral point drive circuit 600 are reduced so as to effectively use the power supply voltage. .
For example, when a failure occurs in the W phase and the electric motor 130 is driven by driving the U phase and the V phase, as shown in FIG. 5, the neutrality is obtained when the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is 240 deg. Driving the neutral point driving circuit 600 so that the current flowing from the point driving circuit 600 is maximized and the current drawn to the neutral point driving circuit 600 is maximized when the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is 60 degrees. Determine the duty. In the present application, the angular position of the U-phase coil is expressed as a position where the electrical angle of the magnetic field vector is 0 deg.

コントロールユニット150は、例えばW相の故障状態における中性点駆動回路600のデューティを、発生させたい磁界ベクトルの電気角をθとしたときに、50%+50%×sin(θ−150deg)として算出する。
中性点駆動回路600のデューティ=50%+50%×sin(θ−150deg)とすることで、発生させたい磁界ベクトルの電気角が240degであるときにsin(θ−150deg)=1となって中性点駆動回路600のデューティが100%に設定され、中性点駆動回路600からの流し込み電流が最大となる。また、発生させたい磁界ベクトルの電気角が60degであるときにsin(θ−150deg)=−1となって中性点駆動回路600のデューティが0%に設定され、中性点駆動回路600に引き込む電流が最大なる。
The control unit 150 calculates, for example, the duty of the neutral point driving circuit 600 in the W phase failure state as 50% + 50% × sin (θ−150 deg), where θ is the electrical angle of the magnetic field vector to be generated. To do.
By setting the duty of the neutral point driving circuit 600 to 50% + 50% × sin (θ−150 deg), sin (θ−150 deg) = 1 when the electric angle of the magnetic field vector to be generated is 240 deg. The duty of the neutral point driving circuit 600 is set to 100%, and the inflow current from the neutral point driving circuit 600 is maximized. When the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is 60 deg, sin (θ−150 deg) = − 1 and the duty of the neutral point driving circuit 600 is set to 0%. Maximum current draw.

また、発生させたい磁界ベクトルの電気角が150deg及び330degのときに、中性点駆動回路600のデューティは50%に設定され、中性点駆動回路600のデューティは、図5に示すように、磁界ベクトルの電気角で360degを1周期として0%と100%との間で正弦波を示すように変化する。
なお、中性点駆動回路600の半導体スイッチ600Hと半導体スイッチ600Lとは、相補制御方式により相互に逆位相のPWM波で駆動されるものとし、中性点駆動回路600の駆動デューティは、上段(H側)の駆動デューティを示すものとする。
Further, when the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is 150 deg and 330 deg, the duty of the neutral point driving circuit 600 is set to 50%, and the duty of the neutral point driving circuit 600 is as shown in FIG. The electrical angle of the magnetic field vector changes so as to show a sine wave between 0% and 100% with 360 deg as one period.
Note that the semiconductor switch 600H and the semiconductor switch 600L of the neutral point driving circuit 600 are driven by PWM waves having opposite phases by the complementary control method, and the driving duty of the neutral point driving circuit 600 is the upper stage ( The driving duty on the H side) shall be indicated.

従って、中性点駆動回路600のデューティ100%とは、半導体スイッチ600Hがオン固定、半導体スイッチ600Lがオフ固定の状態、つまり、中性点駆動回路600の出力がハイに固定される状態であり、逆に、中性点駆動回路600のデューティ0%とは、半導体スイッチ600Hがオフ固定、半導体スイッチ600Lがオン固定の状態、つまり、中性点駆動回路600の出力がローに固定される状態である。   Therefore, the duty 100% of the neutral point driving circuit 600 is a state where the semiconductor switch 600H is fixed on and the semiconductor switch 600L is fixed off, that is, a state where the output of the neutral point driving circuit 600 is fixed high. Conversely, the duty 0% of the neutral point driving circuit 600 means that the semiconductor switch 600H is fixed off and the semiconductor switch 600L is fixed on, that is, the output of the neutral point driving circuit 600 is fixed low. It is.

但し、中性点駆動回路600の駆動デューティの決定方法としては、上記のように、発生させたい磁界ベクトルの電気角に応じて0%から100%の間で連続的に変化させる方法に限定されない。
例えば、コントロールユニット150は、電動モータ130の正常な相に印加したい電圧が電源電圧の1/2で十分である場合には中性点駆動回路600の駆動デューティを50%に固定し、正常な相に印加したい電圧が電源電圧の1/2では不足する場合には、50%を中心とするデューティの振れ幅を拡大することができる。
However, the method of determining the drive duty of the neutral point drive circuit 600 is not limited to the method of continuously changing between 0% and 100% according to the electrical angle of the magnetic field vector to be generated as described above. .
For example, the control unit 150 fixes the driving duty of the neutral point driving circuit 600 to 50% when the voltage to be applied to the normal phase of the electric motor 130 is sufficient to be 1/2 of the power supply voltage. When the voltage to be applied to the phase is insufficient at half the power supply voltage, the duty fluctuation centered on 50% can be expanded.

つまり、W相の故障状態を例とすれば、50%+f(印加したい電圧)×sin(θ−150deg)を中性点駆動回路600の駆動デューティとすることができる。そして、例えば、印加したい電圧を変数とする関数fで求められるデューティを30%とすれば、中性点駆動回路600の駆動デューティは、20%〜80%の範囲で連続的に変化し、発生させたい磁界ベクトルの電気角が240degであるときに中性点駆動回路600の駆動デューティが80%に設定され、発生させたい磁界ベクトルの電気角が60degであるときに中性点駆動回路600のデューティが20%に設定されることになる。   That is, taking the W-phase failure state as an example, 50% + f (voltage to be applied) × sin (θ−150 deg) can be set as the driving duty of the neutral point driving circuit 600. For example, if the duty determined by the function f having the voltage to be applied as a variable is 30%, the driving duty of the neutral point driving circuit 600 continuously changes in the range of 20% to 80% and is generated. When the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is 240 deg, the driving duty of the neutral point driving circuit 600 is set to 80%, and when the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is 60 deg, the neutral point driving circuit 600 The duty is set to 20%.

上記のようにしてコントロールユニット150は、中性点駆動回路600の駆動デューティを決定すると、次いで、正常な各相コイルの印加電圧を算出し、係る印加電圧に基づき正常な各相の駆動デューティを決定する。コントロールユニット150は、発生させたい磁界ベクトルに基づき設定した各相の目標電流を通電させるために必要な各相コイルの印加電圧を算出し、係る印加出圧に中性点駆動回路600の出力電圧分を加算して、各相の最終的な電圧及び駆動デューティを決定する。   When the control unit 150 determines the driving duty of the neutral point driving circuit 600 as described above, the control unit 150 then calculates the applied voltage of each normal phase coil and sets the normal driving duty for each phase based on the applied voltage. decide. The control unit 150 calculates the applied voltage of each phase coil necessary to energize the target current of each phase set based on the magnetic field vector to be generated, and the output voltage of the neutral point driving circuit 600 is used as the applied output pressure. Add the minutes to determine the final voltage and drive duty for each phase.

図6は、W相が故障状態であり、V相に流す電流の倍の電流をU相に流すことで、目標の磁界ベクトルを発生させることができる場合を例示する。
中性点NPが接地点電位であると仮定したときに、V相に流す電流の倍の電流をU相に流すためにV相の駆動デューティを10%とし、U相の駆動デューティを20%とすることが要求されるとすると、中性点駆動回路600の制御によって中性点NPの電位が接地点電位から変化する分だけV相、U相の駆動デューティを補正する。
以上の操作により、正常な2相の電流の合計が中性点駆動回路600への流出入電流となり、正常な2相に目標電流に近い電流を流すことができる。
FIG. 6 illustrates a case where the W phase is in a failure state and a target magnetic field vector can be generated by flowing a current twice as large as the current flowing in the V phase to the U phase.
Assuming that the neutral point NP is at the ground potential, the V-phase drive duty is set to 10% and the U-phase drive duty is set to 20% in order to flow a current twice as large as the current flowing in the V-phase to the U-phase. Is required, the V-phase and U-phase drive duties are corrected by the amount by which the potential of the neutral point NP changes from the ground point potential under the control of the neutral point drive circuit 600.
By the above operation, the sum of the normal two-phase currents becomes the inflow / outflow current to the neutral point driving circuit 600, and a current close to the target current can be supplied to the normal two phases.

なお、図2に示した例では、中性点NPとU相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wとの間の駆動ライン310U,310V,310Wに相リレー330U,330V,330Wを設けたが、係る相リレー330U,330V,330Wの配置に限定されるものではない。
例えば、図7に示すように、U相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wとインバータ回路300との間の駆動ライン310U,310V,310Wに相リレー330U,330V,330Wを設け、コントロールユニット150は、故障が発生した相の相リレー330をオフに制御することができる。
In the example shown in FIG. 2, phase relays 330U, 330V, and 330W are provided on drive lines 310U, 310V, and 310W between neutral point NP and U-phase coil 130U, V-phase coil 130V, and W-phase coil 130W. However, it is not limited to the arrangement of the phase relays 330U, 330V, and 330W.
For example, as shown in FIG. 7, phase relays 330U, 330V, and 330W are provided on the drive lines 310U, 310V, and 310W between the U-phase coil 130U, the V-phase coil 130V, the W-phase coil 130W, and the inverter circuit 300, and the control is performed. The unit 150 can control the phase relay 330 of the phase in which the failure has occurred to be turned off.

ところで、図5に例示したように、1相に故障が発生した場合に、目標の磁界ベクトルを発生させるために正常な2相に流す電流(目標電流)の位相差は60degとなり、中性点駆動回路600への流出入電流は正常な相の電流の合計となるから、中性点駆動回路600への流出入電流のピーク(電流の振幅)は、正常な各相の電流のピーク(電流の振幅)よりも大きくなる。
よって、インバータ回路300を構成する半導体スイッチ(MOSFET)と同じ素子を中性点駆動回路600に用いる場合、中性点駆動回路600の流出入電流のピークが中性点駆動回路600を構成する素子の電流耐量以内となることが、正常な2相で発生させ得る磁界ベクトルの大きさの制約となり、1相が故障した状態で発生できる磁界ベクトルの大きさは全相が正常である場合に比べて1/3程度になる。
By the way, as illustrated in FIG. 5, when a failure occurs in one phase, a phase difference between currents (target currents) flowing through two normal phases to generate a target magnetic field vector is 60 deg. Since the inflow / outflow current to the drive circuit 600 is the sum of the currents of the normal phase, the peak (current amplitude) of the inflow / outflow current to the neutral point drive circuit 600 is the normal current peak (current) of each phase. The amplitude).
Therefore, when the same element as the semiconductor switch (MOSFET) constituting the inverter circuit 300 is used in the neutral point driving circuit 600, the peak of the inflow / outflow current of the neutral point driving circuit 600 constitutes the neutral point driving circuit 600. This is within the current withstand capability of the current, and the size of the magnetic field vector that can be generated in normal two phases is limited. The magnitude of the magnetic field vector that can be generated in the state where one phase has failed is larger than that in the case where all phases are normal. About 1/3.

更に、中性点駆動回路600でのスイッチング損失は、電流ピークが大きい分だけ正常な各相のPWM駆動におけるスイッチング損失よりも大きくなり、電動モータ130が発生するトルクを弱める結果となる。
そこで、中性点駆動回路600におけるスイッチング損失を低減するために、コントロールユニット150は、中性点駆動回路600のPWM制御周波数(キャリア周波数)を、インバータ回路300のPWM制御周波数よりも低くする。
Further, the switching loss in the neutral point driving circuit 600 is larger than the switching loss in the normal PWM driving of each phase by the amount of the current peak, resulting in weakening the torque generated by the electric motor 130.
Therefore, in order to reduce the switching loss in the neutral point driving circuit 600, the control unit 150 makes the PWM control frequency (carrier frequency) of the neutral point driving circuit 600 lower than the PWM control frequency of the inverter circuit 300.

例えば、コントロールユニット150は、中性点駆動回路600のPWM制御周波数(キャリア周波数)を、インバータ回路300のPWM制御周波数の1/4程度とする。
これにより、中性点駆動回路600におけるスイッチング損失が低減し、より大きなトルクを電動モータ130で発生させることができる。
For example, the control unit 150 sets the PWM control frequency (carrier frequency) of the neutral point driving circuit 600 to about ¼ of the PWM control frequency of the inverter circuit 300.
Thereby, the switching loss in the neutral point drive circuit 600 is reduced, and a larger torque can be generated by the electric motor 130.

また、電動モータ130の1相に故障が発生し、正常な2相を駆動するときの中性点駆動回路600におけるスイッチング損失を低減する手法として、中性点駆動回路600の出力を目標磁界ベクトルの電気角(磁極位置)に応じて段階的に変化させる制御プロセスを採用することができる。
図8は、W相に故障が発生しU相及びV相を駆動するときのU相電流、V相電流、中性点電流と中性点駆動回路600の出力との相関を示す。
Further, as a technique for reducing the switching loss in the neutral point driving circuit 600 when a failure occurs in one phase of the electric motor 130 and driving the normal two phases, the output of the neutral point driving circuit 600 is used as the target magnetic field vector. It is possible to employ a control process that changes stepwise according to the electrical angle (magnetic pole position).
FIG. 8 shows the correlation between the U-phase current, the V-phase current, the neutral point current, and the output of the neutral point driving circuit 600 when a failure occurs in the W phase and drives the U phase and the V phase.

図8において、中性点駆動回路600の出力は、High出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス(Hi−Z)出力固定の3種類に段階的に切り替えられる。
ここで、High出力固定とは、半導体スイッチ600Hの駆動デューティを100%(半導体スイッチ600Hをオン状態)に固定し、半導体スイッチ600Lの駆動デューティを0%(半導体スイッチ600Lをオフ状態)に固定するモードである。
In FIG. 8, the output of the neutral point driving circuit 600 is switched in stages to three types of fixed high output, fixed low output, and fixed high impedance (Hi-Z) output.
Here, “High output fixed” means that the drive duty of the semiconductor switch 600H is fixed to 100% (the semiconductor switch 600H is in the on state), and the drive duty of the semiconductor switch 600L is fixed to 0% (the semiconductor switch 600L is in the off state). Mode.

また、Low出力固定とは、半導体スイッチ600Hの駆動デューティを0%(半導体スイッチ600Hをオフ状態)に固定し、半導体スイッチ600Lの駆動デューティを100%(半導体スイッチ600Lをオン状態)に固定するモードである。
更に、ハイインピーダンス出力固定とは、半導体スイッチ600H及び半導体スイッチ600Lの駆動デューティを共に0%(半導体スイッチ600H,600Lを共にオフ状態)に固定するモードである。
つまり、High出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定のいずれにおいても、半導体スイッチ600H,600Lをスイッチング動作させずに(デューティ制御せずに)、オン状態又はオフ状態に固定する。
The low output fixing is a mode in which the driving duty of the semiconductor switch 600H is fixed to 0% (the semiconductor switch 600H is in an off state), and the driving duty of the semiconductor switch 600L is fixed to 100% (the semiconductor switch 600L is in an on state). It is.
Further, the high impedance output fixing is a mode in which the drive duty of the semiconductor switch 600H and the semiconductor switch 600L is fixed to 0% (both the semiconductor switches 600H and 600L are in the off state).
That is, in any of the fixed high output, fixed low output, and fixed high impedance output, the semiconductor switches 600H and 600L are fixed to the on state or the off state without switching operation (without duty control).

そして、コントロールユニット150は、U相及びV相における電流の向きが共に正、つまり、U相及びV相における電流の向きが共にインバータ回路300からの流し出し方向の場合には、中性点駆動回路600の駆動デューティをLow出力固定とする。
また、コントロールユニット150は、U相及びV相における電流の向きが共に負、つまり、U相及びV相における電流の向きが共にインバータ回路300に流し込む方向の場合には、中性点駆動回路600の駆動デューティをHigh出力固定とする。
The control unit 150 drives the neutral point when the directions of the currents in the U phase and the V phase are both positive, that is, when the directions of the currents in the U phase and the V phase are both flowing out from the inverter circuit 300. The drive duty of the circuit 600 is fixed to a low output.
Further, the control unit 150 has a neutral point driving circuit 600 when the current directions in the U phase and the V phase are both negative, that is, when the current directions in the U phase and the V phase are both flowing into the inverter circuit 300. The drive duty is fixed to High output.

更に、コントロールユニット150は、U相における電流の向きと、V相における電流の向きとが異なる場合、つまり、U相における電流の向きが正でV相における電流の向きが負である場合、若しくは、U相における電流の向きが負でV相における電流の向きが正である場合には、中性点駆動回路600の駆動デューティをハイインピーダンス(Hi−Z)出力固定とする。
図8に示すW相の故障状態では、目標磁界ベクトルの電気角が0deg〜120degの領域でLow出力固定とされ、目標磁界ベクトルの電気角が180deg〜300degの領域でHigh出力固定とされ、目標磁界ベクトルの電気角が120deg〜180degの領域及び300deg〜360degの領域でハイインピーダンス出力固定とされる。
Further, the control unit 150 determines that the current direction in the U phase is different from the current direction in the V phase, that is, the current direction in the U phase is positive and the current direction in the V phase is negative, or When the current direction in the U phase is negative and the current direction in the V phase is positive, the driving duty of the neutral point driving circuit 600 is fixed to a high impedance (Hi-Z) output.
In the W-phase fault state shown in FIG. 8, the low output is fixed when the electrical angle of the target magnetic field vector is 0 deg to 120 deg, and the high output is fixed when the electrical angle of the target magnetic field vector is 180 deg to 300 deg. The high impedance output is fixed in the region where the electric angle of the magnetic field vector is 120 deg to 180 deg and in the region where 300 deg to 360 deg.

上記のように、中性点駆動回路600の出力を目標磁界ベクトルの電気角(磁極位置)に応じてHigh出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定の3種類に段階的に切り替える場合、図9に示すように、High出力固定又はLow出力固定とする領域では、U相の電流とV相の電流との合計が中性点駆動回路600への流出入電流となるため、目標磁界ベクトルを発生させることができる。
一方、中性点駆動回路600の出力をハイインピーダンス出力固定とする領域では、U相及びV相に流れる電流が同じ大きさになり、発生できる磁界ベクトルの方向が、図中に示すVE1方向、VE2方向に固定されることになる。
As described above, when the output of the neutral point driving circuit 600 is switched step by step to three types of fixed high output, fixed low output, and fixed high impedance output according to the electrical angle (magnetic pole position) of the target magnetic field vector, As shown in FIG. 9, in the region where the high output is fixed or the low output is fixed, the sum of the U-phase current and the V-phase current becomes the inflow / outflow current to the neutral point drive circuit 600. Can be generated.
On the other hand, in the region where the output of the neutral point driving circuit 600 is fixed to the high impedance output, the currents flowing in the U phase and the V phase have the same magnitude, and the direction of the magnetic field vector that can be generated is the VE1 direction shown in the figure, It will be fixed in the VE2 direction.

そのため、電動モータ130の回転角変化に対するモータ出力トルクの変動が発生するが、ハイインピーダンス出力固定とする領域でも少なくとも30degおきの電気角で磁界ベクトルを発生させることができるので、電動モータ130を回転させることは可能である。
なお、ハイインピーダンス出力固定とする目標磁界ベクトルの電気角領域(120deg〜180degの領域及び300deg〜360degの領域)では、中性点NPに流れる電流が小さいので、ハイインピーダンス出力固定とする代わりに、半導体スイッチ600Hをデューティ50%でスイッチング動作させ、半導体スイッチ600Lを逆位相のデューティ50%でスイッチング動作させるデューティ制御(デューティ出力状態)を行わせることもできる。
Therefore, although the motor output torque fluctuates with respect to the change in the rotation angle of the electric motor 130, a magnetic field vector can be generated at an electrical angle of at least every 30 degrees even in a region where the high impedance output is fixed. It is possible to make it.
In addition, in the electrical angle region (120 deg to 180 deg region and 300 deg to 360 deg region) of the target magnetic field vector to be fixed as the high impedance output, the current flowing through the neutral point NP is small. It is also possible to perform duty control (duty output state) in which the semiconductor switch 600H is switched with a duty of 50% and the semiconductor switch 600L is switched with a reverse phase duty of 50%.

そして、上記のように、High出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定の3種類、或いは、High出力固定、Low出力固定、デューティ出力固定の3種類に切り替える構成では、High出力固定の領域、Low出力固定の領域、ハイインピーダンス出力固定の領域のそれぞれで、或いは、High出力固定の領域及びLow出力固定の領域で、中性点駆動回路600の半導体スイッチ600H、600Lをスイッチング動作させない(PWM駆動しない)ので、スイッチング損失を低減することができる。そのため、中性点NPに通電できる電流量の絶対値を、PWM駆動する場合に比べて大きくすることができ、以って、発生する磁界ベクトルの大きさ及びモータ出力トルクを増大させることができる。   As described above, in the configuration of switching to the three types of fixed high output, fixed low output, fixed high impedance output, or three types of fixed high output, fixed low output, fixed duty output, the high output fixed region, The semiconductor switches 600H and 600L of the neutral point driving circuit 600 are not switched in each of the low output fixed region and the high impedance output fixed region, or in the high output fixed region and the low output fixed region (PWM drive). Therefore, switching loss can be reduced. Therefore, the absolute value of the amount of current that can be passed through the neutral point NP can be increased as compared with the case of PWM driving, and the magnitude of the generated magnetic field vector and the motor output torque can be increased. .

また、High出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定の3種類に切り替える構成では、スイッチング損失を略零とすることができるから、中性点駆動回路600を構成する半導体スイッチの選定においてスイッチング速度を考慮する必要性が殆どなくなり、オン抵抗が小さいことを優先して半導体スイッチを選定することができる。
そして、オン抵抗が小さい半導体スイッチを用いれば、中性点駆動回路600における損失を更に低減でき、中性点NPに通電できる電流量の絶対値を更に大きくし、発生する磁界ベクトルの大きさ及びモータ出力トルクを更に増大させることができる。
Further, in the configuration of switching to the three types of fixed high output, fixed low output, and fixed high impedance output, the switching loss can be made substantially zero, so the switching speed in selecting the semiconductor switch constituting the neutral point drive circuit 600 The semiconductor switch can be selected by giving priority to a small on-resistance.
If a semiconductor switch with low on-resistance is used, the loss in the neutral point driving circuit 600 can be further reduced, the absolute value of the amount of current that can be passed through the neutral point NP is further increased, and the magnitude of the generated magnetic field vector and The motor output torque can be further increased.

更に、High出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定の3種類に切り替える構成では、中性点駆動回路600をPWM駆動しないので、ドライバ及びマイクロコンピュータ151の制御用端子もPWM駆動に対応する必要がなく、中性点駆動回路600を構成する半導体スイッチ(FET)のゲートに接続されるゲート抵抗も大きな抵抗値のものを採用することができるので、下アームの半導体スイッチ600Lをマイクロコンピュータ151の制御用端子で直接駆動しても、半導体スイッチ側に印加されたサージの伝播によりマイクロコンピュータ151が故障することを抑制できる。   Further, in the configuration in which the output is fixed to high output, fixed to low output, or fixed to high impedance output, the neutral point driving circuit 600 is not PWM driven, so the driver and the control terminal of the microcomputer 151 must also support PWM driving. Since the gate resistance connected to the gate of the semiconductor switch (FET) constituting the neutral point drive circuit 600 can be a large resistance value, the lower arm semiconductor switch 600L is connected to the microcomputer 151. Even if it is directly driven by the control terminal, it is possible to suppress the failure of the microcomputer 151 due to the propagation of the surge applied to the semiconductor switch side.

このため、中性点駆動回路600の駆動状態をHigh出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定の3種類に切り替える場合、図2及び図7に示した中性点駆動回路600の駆動するための回路構成を簡略化することが可能となる。
図10は、中性点駆動回路600の駆動状態をHigh出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定の3種類に切り替える制御を適用することができる、より簡略化した駆動装置140の一例を示す。
Therefore, when the driving state of the neutral point driving circuit 600 is switched to three types of fixed high output, fixed low output, and fixed high impedance output, the neutral point driving circuit 600 shown in FIGS. 2 and 7 is driven. This makes it possible to simplify the circuit configuration.
FIG. 10 shows an example of a simplified driving device 140 that can apply control for switching the driving state of the neutral point driving circuit 600 to three types of fixed high output, fixed low output, and fixed high impedance output. .

図10の回路構成は、図2に示した回路に対して、中性点駆動回路600を構成する上アーム側の半導体スイッチを変更し、プリドライバ400のH側ドライバ420H及びL側ドライバ420Lを省略し、中性点駆動回路600を構成する半導体スイッチをマイクロコンピュータ151の制御用端子で直接駆動するようにした点が異なる。
なお、図10において、図2と共通する構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
The circuit configuration of FIG. 10 is different from the circuit shown in FIG. 2 in that the upper arm side semiconductor switch constituting the neutral point driving circuit 600 is changed, and the H-side driver 420H and the L-side driver 420L of the pre-driver 400 are changed. The difference is that the semiconductor switch constituting the neutral point driving circuit 600 is directly driven by the control terminal of the microcomputer 151.
In FIG. 10, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図10に示す駆動装置140においては、中性点駆動回路600の上アームを構成する半導体スイッチ600HとしてPチャンネル型MOSFETを用い、中性点駆動回路600の下アームを構成する半導体スイッチ600LとしてNチャンネル型MOSFETを用いていて、Pチャンネル型MOSFET600Hのソース−ドレイン間を電源ライン510と接地点との間に直列接続し、Pチャンネル型MOSFET600HのドレインにNチャンネル型MOSFET600Lのドレインを接続して、Pチャンネル型MOSFET600Hのドレインと接地点との間にNチャンネル型MOSFET600Lのドレイン−ソース間を直列接続させてある。   In the driving device 140 shown in FIG. 10, a P-channel type MOSFET is used as the semiconductor switch 600H constituting the upper arm of the neutral point driving circuit 600, and N as the semiconductor switch 600L constituting the lower arm of the neutral point driving circuit 600. A channel type MOSFET is used, the source and drain of the P channel type MOSFET 600H are connected in series between the power supply line 510 and the ground point, and the drain of the N channel type MOSFET 600L is connected to the drain of the P channel type MOSFET 600H. The drain-source of the N-channel MOSFET 600L is connected in series between the drain of the P-channel MOSFET 600H and the ground point.

また、Pチャンネル型MOSFET600Hのソースとゲートとが抵抗R1を介して接続され、また、Pチャンネル型MOSFET600Hのゲートと接地点との間に、NPN型トランジスタTRのコレクタ−エミッタ間を直列接続し、NPN型トランジスタTRのベースとマイクロコンピュータ151の汎用ポート152Cとを接続してある。
一方、Nチャンネル型MOSFET600Lのゲートとマイクロコンピュータ151の汎用ポート152Cとが抵抗(ゲート抵抗)R2を介して接続される。
The source and gate of the P-channel MOSFET 600H are connected via a resistor R1, and the collector and emitter of the NPN transistor TR are connected in series between the gate of the P-channel MOSFET 600H and the ground point. The base of the NPN transistor TR and the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 are connected.
On the other hand, the gate of the N-channel MOSFET 600L and the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 are connected via a resistor (gate resistor) R2.

上記構成において、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNPN型トランジスタTRのベースにハイ信号を出力すると、NPN型トランジスタTRのコレクタ−エミッタ間に電流が流れる状態(NPN型トランジスタTRのオン状態)になる。
係るNPN型トランジスタTRのオン状態では、Pチャンネル型MOSFET600Hのソースよりもゲートの電圧が低くなってPチャンネル型MOSFET600Hのソース−ドレイン間に電流が流れる状態(Pチャンネル型MOSFET600Hのオン状態)になる。
In the above configuration, when a high signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the base of the NPN transistor TR, a current flows between the collector and the emitter of the NPN transistor TR (the NPN transistor TR is turned on). .
In the ON state of the NPN transistor TR, the gate voltage is lower than that of the source of the P-channel MOSFET 600H, and a current flows between the source and the drain of the P-channel MOSFET 600H (the ON state of the P-channel MOSFET 600H). .

一方、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNPN型トランジスタTRのベースにロー信号を出力し、NPN型トランジスタTRがオフ状態になると、Pチャンネル型MOSFET600Hのソースとゲートとの間の電圧が同じになってPチャンネル型MOSFET600Hのオフ状態となり、Pチャンネル型MOSFET600Hのソース−ドレイン間には電流が流れない。
また、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNチャンネル型MOSFET600Lのゲートにハイ信号を出力すると、Nチャンネル型MOSFET600Lがオン状態となってドレイン−ソース間に電流が流れるようになる。
On the other hand, when a low signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the base of the NPN transistor TR and the NPN transistor TR is turned off, the voltage between the source and gate of the P-channel MOSFET 600H becomes the same. Thus, the P-channel MOSFET 600H is turned off, and no current flows between the source and drain of the P-channel MOSFET 600H.
Further, when a high signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the gate of the N-channel MOSFET 600L, the N-channel MOSFET 600L is turned on and a current flows between the drain and source.

一方、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNチャンネル型MOSFET600Lのゲートにロー信号を出力すると、Nチャンネル型MOSFET600Lがオフ状態となってドレイン−ソース間に電流が流れない。
従って、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNPN型トランジスタTRのベースにロー信号を出力し、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNチャンネル型MOSFET600Lのゲートにハイ信号を出力すれば、中性点駆動回路600はLow出力固定状態となる。
On the other hand, when a low signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the gate of the N-channel MOSFET 600L, the N-channel MOSFET 600L is turned off and no current flows between the drain and source.
Therefore, if a low signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the base of the NPN transistor TR and a high signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the gate of the N-channel MOSFET 600L, a neutral point driving circuit is obtained. 600 becomes a low output fixed state.

また、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNPN型トランジスタTRのベースにハイ信号を出力し、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNチャンネル型MOSFET600Lのゲートにロー信号を出力すれば、中性点駆動回路600はHigh出力固定となる。
更に、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNPN型トランジスタTRのベースにロー信号を出力し、マイクロコンピュータ151の汎用ポート152CからNチャンネル型MOSFET600Lのゲートにロー信号を出力すれば、中性点駆動回路600はハイインピーダンス出力固定となる。
Further, if a high signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the base of the NPN transistor TR and a low signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the gate of the N-channel MOSFET 600L, the neutral point driving circuit 600 is fixed to High output.
Further, if a low signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the base of the NPN transistor TR, and a low signal is output from the general-purpose port 152C of the microcomputer 151 to the gate of the N-channel MOSFET 600L, a neutral point driving circuit is obtained. 600 is fixed to a high impedance output.

即ち、図10に示した回路構成で、例えば、図8に示すW相の故障状態が発生したと仮定すると、マイクロコンピュータ151は、目標磁界ベクトルの電気角が0deg〜120degの領域では汎用ポート152CからNPN型トランジスタTRのベースにロー信号を出力し、Nチャンネル型MOSFET600Lのゲートにハイ信号を出力することで、Low出力固定状態とする。   That is, in the circuit configuration shown in FIG. 10, for example, assuming that the W-phase failure state shown in FIG. 8 has occurred, the microcomputer 151 has a general-purpose port 152C in the region where the electrical angle of the target magnetic field vector is 0 deg to 120 deg. A low signal is output from the NPN transistor TR to the base of the NPN transistor TR and a high signal is output to the gate of the N-channel MOSFET 600L, thereby fixing the Low output.

また、目標磁界ベクトルの電気角が180deg〜300degの領域では、マイクロコンピュータ151は、汎用ポート152CからNPN型トランジスタTRのベースにハイ信号を出力し、Nチャンネル型MOSFET600Lのゲートにロー信号を出力することで、High出力固定状態とする。
更に、目標磁界ベクトルの電気角が120deg〜180degの領域及び300deg〜360degの領域では、マイクロコンピュータ151は、汎用ポート152CからNPN型トランジスタTRのベースにロー信号を出力し、Nチャンネル型MOSFET600Lのゲートにロー信号を出力することで、ハイインピーダンス出力固定状態とする。
In the region where the electrical angle of the target magnetic field vector is 180 ° to 300 °, the microcomputer 151 outputs a high signal from the general-purpose port 152C to the base of the NPN transistor TR, and outputs a low signal to the gate of the N-channel MOSFET 600L. Thus, the high output is fixed.
Further, in the region where the electrical angle of the target magnetic field vector is 120 deg. To 180 deg. And 300 deg. To 360 deg., The microcomputer 151 outputs a low signal from the general-purpose port 152C to the base of the NPN transistor TR, and the gate of the N-channel MOSFET 600L. The low impedance signal is output to the high impedance output fixed state.

このように、High出力固定、Low出力固定、ハイインピーダンス出力固定のいずれかに切り替える構成において、図10の回路構成を適用すれば、中性点駆動回路600を駆動するための回路構成を簡略化でき、また、抵抗R2の抵抗値を大きくすることで、サージの伝播によるマイクロコンピュータ151の故障を抑制できる。
なお、図10に示す回路構成では、中性点NPとU相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wとの間の駆動ライン310U,310V,310Wに相リレー330U,330V,330Wを設けるが、図11に示すように、U相コイル130U、V相コイル130V及びW相コイル130Wとインバータ回路300との間の駆動ライン310U,310V,310Wに相リレー330U,330V,330Wを設けることができる。
As described above, if the circuit configuration shown in FIG. 10 is applied to the configuration in which the output is fixed to high output, fixed to low output, or fixed to high impedance output, the circuit configuration for driving the neutral point driving circuit 600 is simplified. In addition, the failure of the microcomputer 151 due to the propagation of surge can be suppressed by increasing the resistance value of the resistor R2.
In the circuit configuration shown in FIG. 10, phase relays 330U, 330V, and 330W are provided on drive lines 310U, 310V, and 310W between neutral point NP and U-phase coil 130U, V-phase coil 130V, and W-phase coil 130W. However, as shown in FIG. 11, phase relays 330U, 330V, and 330W may be provided on the drive lines 310U, 310V, and 310W between the U-phase coil 130U, the V-phase coil 130V, and the W-phase coil 130W and the inverter circuit 300. it can.

ところで、中性点NPが地絡した場合に、電動モータ130の駆動を正常状態と同様に継続させると、相コイルに過電流が流れて更なる故障を引き起こす可能性があると共に、各相コイルへの正常な通電及び意図したモータ出力トルクの発生が実現できない。
そこで、コントロールユニット150は、中性点NPの地絡に対して後述する制御を実施することで、相コイルに過大電流が流れることを抑制しつつ、電動モータ130の継続動作を実現する。
なお、以下に説明する中性点NPが地絡した場合におけるコントロールユニット150の制御は、図2、図7、図10、図11のいずれの回路構成においても適用可能である。
By the way, when the neutral point NP has a ground fault, if the drive of the electric motor 130 is continued in the same manner as in the normal state, an overcurrent may flow in the phase coil and cause further failure. Normal energization of the motor and generation of the intended motor output torque cannot be realized.
Therefore, the control unit 150 performs the control described later on the ground fault at the neutral point NP, thereby realizing the continuous operation of the electric motor 130 while suppressing the excessive current from flowing through the phase coil.
Note that the control of the control unit 150 when the neutral point NP described below has a ground fault is applicable to any of the circuit configurations of FIGS. 2, 7, 10, and 11.

コントロールユニット150は、例えば、中性点リレー620をオフ状態でインバータ回路300の上アームを構成する半導体スイッチ320UH、320VH、320WHに流れ込む電流を電流検出器341(図12参照)で検出することで、中性点NPの地絡による過電流の発生を検出する。
そして、コントロールユニット150は、中性点NPの地絡(中性点NPから中性点リレー620までの間における地絡故障)を検出すると、中性点リレー620をオフ状態からオン状態に切り替え制御し、更に、中性点駆動回路600をLow出力固定状態、つまり、半導体スイッチ600Hの駆動デューティを0%(半導体スイッチ600Hをオフ状態)に固定し、半導体スイッチ600Lの駆動デューティを100%(半導体スイッチ600Lをオン状態)に固定する。
For example, the control unit 150 detects the current flowing into the semiconductor switches 320UH, 320VH, and 320WH constituting the upper arm of the inverter circuit 300 with the current detector 341 (see FIG. 12) while the neutral point relay 620 is turned off. The occurrence of an overcurrent due to a ground fault at the neutral point NP is detected.
When the control unit 150 detects a ground fault at the neutral point NP (a ground fault between the neutral point NP and the neutral point relay 620), the control unit 150 switches the neutral point relay 620 from the off state to the on state. Further, the neutral point driving circuit 600 is fixed to the low output state, that is, the driving duty of the semiconductor switch 600H is fixed to 0% (the semiconductor switch 600H is turned off), and the driving duty of the semiconductor switch 600L is set to 100% ( The semiconductor switch 600L is fixed to the ON state.

中性点リレー620をオン状態に制御しても中性点駆動回路600をLow出力固定状態とすれば、中性点駆動回路600と地絡点との間で過大な電流が流れることはなく、また、地絡した箇所のインピーダンスは不明であるが中性点駆動回路600をLow出力固定状態とすることで、中性点NPを低インピーダンスでグランドGND電位に接続することができる。
上記のように、中性点リレー620をオン状態に制御し、かつ、中性点駆動回路600をLow出力固定状態とすると、インバータ回路300は電流の流し出ししかできないことになるが、インバータ回路300における各相の出力デューティを変化させて各相コイルへの通電電流(流し出し電流)を制御することで、任意の磁界ベクトルを発生させて電動モータ130を駆動することができる。
Even if the neutral point relay 620 is controlled to be in the ON state, if the neutral point driving circuit 600 is set to the low output fixed state, an excessive current does not flow between the neutral point driving circuit 600 and the ground fault point. In addition, although the impedance of the ground fault is unknown, the neutral point NP can be connected to the ground GND potential with low impedance by setting the neutral point driving circuit 600 to the low output fixed state.
As described above, when the neutral point relay 620 is controlled to be in the ON state and the neutral point driving circuit 600 is set to the low output fixed state, the inverter circuit 300 can only flow out the current. The electric motor 130 can be driven by generating an arbitrary magnetic field vector by changing the output duty of each phase in 300 to control the energization current (flowing current) to each phase coil.

図12は、中性点NPが地絡した場合でのコントロールユニット150の制御動作を説明するための図である。
中性点リレー620がオン状態で、かつ、中性点駆動回路600をLow出力固定状態としたときには、前述のように、インバータ回路300における流出入電流は各相への流し出しだけとなり、U相コイル130Uにのみ電流を流し出したときの磁界ベクトルの方向は図12に示す180degの方向となり、V相コイル130Vにのみ電流を流し出したときの磁界ベクトルの方向は図12に示す300degの方向となり、W相コイル130Wにのみ電流を流し出したときの磁界ベクトルの方向は図12に示す60degの方向となる。
FIG. 12 is a diagram for explaining the control operation of the control unit 150 when the neutral point NP has a ground fault.
When the neutral point relay 620 is in the ON state and the neutral point driving circuit 600 is set to the low output fixed state, as described above, the inflow / outflow current in the inverter circuit 300 only flows out to each phase. The direction of the magnetic field vector when the current is supplied only to the phase coil 130U is the 180 deg direction shown in FIG. 12, and the direction of the magnetic field vector when the current is supplied only to the V phase coil 130V is the 300 deg shown in FIG. The direction of the magnetic field vector when the current flows only through the W-phase coil 130W is the direction of 60 degrees shown in FIG.

そこで、コントロールユニット150は、3相のうちの1つの相への電流流し出しによって発生する磁界ベクトルの方向が、発生させたい磁界ベクトルの方向と120deg以上異なる場合には、当該相の出力をLow出力固定とするか又はハイインピーダンス出力固定とする。
例えば、図12に示すように、発生させたい磁界ベクトルの電気角が300deg〜60degの範囲内であるとき、係る磁界ベクトルの電気角領域300deg〜60degと、U相への電流流し出しによって発生する磁界ベクトルの電気角である180degとは120deg以上異なるので、コントロールユニット150は、発生させたい磁界ベクトルの電気角が300deg〜60degの範囲内である場合、インバータ回路300におけるU相出力をLow出力固定とするか又はハイインピーダンス出力固定とする。
Therefore, when the direction of the magnetic field vector generated by the current flow to one of the three phases differs from the direction of the magnetic field vector to be generated by 120 degrees or more, the control unit 150 sets the output of the phase to Low. Output fixed or high impedance output fixed.
For example, as shown in FIG. 12, when the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is within a range of 300 deg to 60 deg, the electrical angle region 300 deg to 60 deg of the magnetic field vector and the current flow to the U phase are generated. Since the electric angle of the magnetic field vector is 180 degrees or more different from the electric angle of 180 deg, the control unit 150 fixes the U-phase output in the inverter circuit 300 to the low output when the electric angle of the magnetic field vector to be generated is in the range of 300 deg to 60 deg. Or fixed high impedance output.

U相出力のLow出力固定状態とは、上アーム側の半導体スイッチ320UHの駆動デューティを0%(半導体スイッチ320UHをオフ状態)に固定し、下アーム側の半導体スイッチ320ULの駆動デューティを100%(半導体スイッチ320ULをオン状態)に固定する制御状態である。
また、U相出力のハイインピーダンス出力固定状態とは、半導体スイッチ320UH及び半導体スイッチ320ULの駆動デューティを共に0%(半導体スイッチ320UH,320ULを共にオフ状態)に固定する制御状態である。
The low output fixed state of the U-phase output means that the drive duty of the semiconductor switch 320UH on the upper arm side is fixed to 0% (the semiconductor switch 320UH is turned off), and the drive duty of the semiconductor switch 320UL on the lower arm side is 100% ( This is a control state in which the semiconductor switch 320UL is fixed to the ON state.
The high-impedance output fixed state of the U-phase output is a control state in which the drive duties of the semiconductor switch 320UH and the semiconductor switch 320UL are both fixed to 0% (both the semiconductor switches 320UH and 320UL are in the off state).

また、V相への電流流し出しによって発生する磁界ベクトルの電気角は300degであり、W相への電流流し出しによって発生する磁界ベクトルの電気角は60degである。
そこで、コントロールユニット150は、発生させたい磁界ベクトルの電気角が60deg〜180degの範囲内である場合には、インバータ回路300におけるV相出力をLow出力固定とするか又はハイインピーダンス出力固定とし、発生させたい磁界ベクトルの電気角が180deg〜300degの範囲内である場合には、インバータ回路300におけるW相出力をLow出力固定とするか又はハイインピーダンス出力固定とする。
The electrical angle of the magnetic field vector generated by the current flow to the V phase is 300 deg, and the electrical angle of the magnetic field vector generated by the current flow to the W phase is 60 deg.
Therefore, when the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is within the range of 60 deg to 180 deg, the control unit 150 generates the V-phase output in the inverter circuit 300 by fixing it to the low output or fixing the high impedance output. When the electrical angle of the magnetic field vector to be set is within the range of 180 deg to 300 deg, the W phase output in the inverter circuit 300 is fixed to the low output or the high impedance output is fixed.

そして、例えば、発生させたい磁界ベクトルの電気角が300deg〜60degの範囲内である場合、コントロールユニット150は、V相に流す電流とW相に流す電流とをデューティ制御によってそれぞれ調整して、300deg〜60degの範囲内で磁界ベクトルの電気角を変化させる。
V相への電流流し出しによって電気角300degの磁界ベクトルが発生し、W相への電流流し出しによって電気角60degの磁界ベクトルが発生する。
For example, when the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is in the range of 300 deg to 60 deg, the control unit 150 adjusts the current flowing in the V phase and the current flowing in the W phase by duty control, respectively, to 300 deg. The electric angle of the magnetic field vector is changed within a range of ˜60 deg.
A magnetic field vector having an electrical angle of 300 deg is generated by flowing current to the V phase, and a magnetic field vector having an electrical angle of 60 deg is generated by flowing current to the W phase.

従って、発生させたい磁界ベクトルの方向が300degの状態では、W相への電流の流し出しを遮断してV相に電流を流し、発生させたい磁界ベクトルの電気角が変化するのに応じてインバータ回路300からV相に流し出す電流(V相の出力デューティ)を減らし相対的にインバータ回路300からW相に流し出す電流(W相の出力デューティ)を増やすことで、磁界ベクトルの電気角を300degの電気角から増大変化させ、最終的には、V相への電流流し出しを遮断してW相に電流を流すことで、磁界ベクトルの電気角を60degとすることができる。   Therefore, when the direction of the magnetic field vector to be generated is 300 deg, the current flow to the W phase is interrupted and the current is supplied to the V phase, and the inverter changes in response to the change in the electrical angle of the magnetic field vector to be generated. By reducing the current flowing out from the circuit 300 to the V phase (V phase output duty) and relatively increasing the current flowing out from the inverter circuit 300 to the W phase (W phase output duty), the electric angle of the magnetic field vector is 300 deg. The electrical angle of the magnetic field vector can be set to 60 deg by finally increasing the current angle from the current angle, and finally shutting off the current flow to the V phase and flowing the current to the W phase.

同様に、発生させたい磁界ベクトルの電気角が60deg〜180degの範囲内である場合、コントロールユニット150は、U相に流す電流とW相に流す電流とをデューティ制御によってそれぞれ調整して、60deg〜180degの範囲内で磁界ベクトルの電気角を変化させ、発生させたい磁界ベクトルの電気角が180deg〜300degの範囲内である場合、コントロールユニット150は、U相に流す電流とV相に流す電流とをデューティ制御によってそれぞれ調整して、180deg〜300degの範囲内で磁界ベクトルの電気角を変化させる。
これにより、コントロールユニット150は、中性点NPが地絡する故障が発生した場合においても、電動モータ130を回転駆動させることができる。
Similarly, when the electrical angle of the magnetic field vector to be generated is in the range of 60 deg to 180 deg, the control unit 150 adjusts the current flowing in the U phase and the current flowing in the W phase by duty control, respectively, When the electric angle of the magnetic field vector is changed within the range of 180 deg and the electric angle of the magnetic field vector desired to be generated is within the range of 180 deg to 300 deg, the control unit 150 Are respectively adjusted by duty control to change the electric angle of the magnetic field vector within a range of 180 deg to 300 deg.
As a result, the control unit 150 can drive the electric motor 130 to rotate even in the event of a failure in which the neutral point NP is grounded.

なお、上記のように、中性点NPが地絡した場合には中性点駆動回路600をLow出力固定とするから、中性点駆動回路600を半導体スイッチ600Hと半導体スイッチ600Lとで構成する代わりに、中性点NPと接地点とを接続するラインに設けたトランジシタなどの半導体スイッチで構成し、係る半導体スイッチを中性点NPが地絡した場合にオンする構成とすることができる。   Note that, as described above, when the neutral point NP is grounded, the neutral point driving circuit 600 is fixed to the low output, so that the neutral point driving circuit 600 is composed of the semiconductor switch 600H and the semiconductor switch 600L. Instead, a semiconductor switch such as a transistor provided on a line connecting the neutral point NP and the ground point may be configured, and the semiconductor switch may be turned on when the neutral point NP is grounded.

また、上記の地絡故障は、中性点NP(中性点NPから中性点リレー620までの間)における地絡故障であるが、コントロールユニット150は、中性点リレー620から中性点駆動回路600との間での地絡故障の有無を検出し、中性点リレー620から中性点駆動回路600との間で地絡故障が発生した場合には、中性点リレー620をオフ状態に保持させると共に中性点駆動回路600をLow出力固定とする。
中性点リレー620から中性点駆動回路600との間での地絡故障の有無は、中性点リレー620から中性点駆動回路600との間に電流検出器342(図12参照)を設け、中性点リレー620のオフ状態で、半導体スイッチ600Hをオンし半導体スイッチ600Lをオフしたとき(中性点駆動回路600をHigh出力固定としたとき)に、電流検出器342で電流が検出されるか否かに基づいて診断することができる。
Further, the above-mentioned ground fault is a ground fault at the neutral point NP (between the neutral point NP and the neutral point relay 620), but the control unit 150 is connected to the neutral point relay 620 from the neutral point. The presence / absence of a ground fault with the drive circuit 600 is detected. When a ground fault has occurred between the neutral point relay 620 and the neutral point drive circuit 600, the neutral point relay 620 is turned off. The neutral point driving circuit 600 is fixed to a low output while being held in a state.
The presence or absence of a ground fault between the neutral point relay 620 and the neutral point driving circuit 600 is determined by connecting a current detector 342 (see FIG. 12) between the neutral point relay 620 and the neutral point driving circuit 600. When the semiconductor switch 600H is turned on and the semiconductor switch 600L is turned off when the neutral point relay 620 is off (when the neutral point driving circuit 600 is fixed to High output), the current is detected by the current detector 342. Diagnosis can be made based on whether or not it is done.

そして、中性点リレー620から中性点駆動回路600との間での地絡故障が発生したときに、中性点リレー620をオフ状態に保持させると共に中性点駆動回路600をLow出力固定とすることで、電動モータ130の各相が正常であれば電動モータ130の駆動を継続させることができ、また、中性点駆動回路600に過電流が流れることを抑制できる。   When a ground fault occurs between the neutral point relay 620 and the neutral point drive circuit 600, the neutral point relay 620 is held in the off state and the neutral point drive circuit 600 is fixed to the low output. Thus, if each phase of the electric motor 130 is normal, the driving of the electric motor 130 can be continued, and an overcurrent can be suppressed from flowing through the neutral point driving circuit 600.

上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて適宜組み合わせて使用することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
The technical ideas described in the above embodiments can be used in appropriate combination as long as no contradiction arises.
Although the contents of the present invention have been specifically described with reference to preferred embodiments, it is obvious that those skilled in the art can take various modifications based on the basic technical idea and teachings of the present invention. is there.

例えば、電動モータ130は、3相DCブラシレスモータに限定されるものではなく、4相以上の相コイルを有する同期電動機とすることができる。
また、相リレー330U,330V,330Wを半導体スイッチで構成する場合には、Nチャネル型MOSFET又はPチャネル型MOSFETとすることができる。
また、電動モータ130は、電動パワーステアリング装置100において操舵補助力を発生させる電動モータに限定されるものではなく、例えば、車両においてオイルや冷却水を循環させる流体ポンプを駆動する電動モータとすることができる。
For example, the electric motor 130 is not limited to a three-phase DC brushless motor, and can be a synchronous motor having four or more phase coils.
Further, when the phase relays 330U, 330V, and 330W are constituted by semiconductor switches, they can be N-channel MOSFETs or P-channel MOSFETs.
Further, the electric motor 130 is not limited to the electric motor that generates the steering assist force in the electric power steering apparatus 100. For example, the electric motor 130 may be an electric motor that drives a fluid pump that circulates oil or cooling water in the vehicle. Can do.

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
(イ)前記多相電動モータが3相電動モータであり、
前記3相のうちの1相が故障したときに、正常な2相からの前記駆動手段への流し込み電流が高くなるほど前記中性点駆動回路のデューティを50%からより大きくし、前記駆動手段から正常な2相への流し出し電流が高くなるほど前記中性点駆動回路のデューティを50%からより小さくする、請求項2記載の電動モータの制御装置。
上記構成によると、中性点駆動回路から電流を流し込みたい場合にはデューティを高くし、中性点駆動回路に電流を引き込みたい場合にはデューティを低くすることで、電源電圧の有効利用を図ることができる。
Here, technical ideas other than the claims that can be grasped from the above embodiment will be described together with effects.
(A) the multi-phase electric motor is a three-phase electric motor;
When one of the three phases fails, the duty of the neutral point driving circuit is increased from 50% as the current flowing from the normal two phases into the driving unit becomes higher. The control apparatus for an electric motor according to claim 2, wherein the duty of the neutral point drive circuit is reduced from 50% as the flow-out current to the normal two-phase increases.
According to the above configuration, the duty is increased when it is desired to draw current from the neutral point driving circuit, and the duty is lowered when the current is desired to be drawn into the neutral point driving circuit, thereby effectively using the power supply voltage. be able to.

(ロ)前記中性点駆動回路のデューティを、発生させたい磁界ベクトルの電気角に応じて50%を中心に変動させる、請求項2記載の電動モータの制御装置。
上記構成によると、発生させたい磁界ベクトルの電気角(換言すれば、磁極位置)に基づき、前記中性点駆動回路から電流を流し込みたい領域、前記中性点駆動回路に電流を引き込みたい領域を区別してデューティを変化させることで、電源電圧の有効利用を図ることができる。
(B) The control device for an electric motor according to claim 2, wherein the duty of the neutral point drive circuit is changed around 50% according to the electrical angle of the magnetic field vector to be generated.
According to the above configuration, based on the electrical angle of the magnetic field vector to be generated (in other words, the magnetic pole position), the region where current is to flow from the neutral point driving circuit and the region where current is to be drawn into the neutral point driving circuit are By effectively changing the duty, the power supply voltage can be effectively used.

(ハ)前記中性点駆動回路の出力を、発生させたい磁界ベクトルの電気角に応じて、ハイ出力固定とロー出力固定との2つの状態、若しくは、ハイ出力固定とロー出力固定とハイインピーダンス出力固定との3つの状態に切り替える、請求項3記載の電動モータの制御装置。
上記発明によると、発生させたい磁界ベクトルの電気角(換言すれば、磁極位置)に基づき、前記中性点駆動回路から電流を流し込みたい領域、前記中性点駆動回路に電流を引き込みたい領域を区別して、中性点駆動回路の出力固定状態を切り替えることで、電源電圧の有効利用を図ることができる。
(C) Depending on the electrical angle of the magnetic field vector to be generated, the output of the neutral point drive circuit is in two states, high output fixed and low output fixed, or high output fixed and low output fixed and high impedance. The electric motor control device according to claim 3, wherein the control is switched to three states of fixed output.
According to the above invention, based on the electrical angle of the magnetic field vector to be generated (in other words, the magnetic pole position), the region where current is to flow from the neutral point driving circuit and the region where current is to be drawn into the neutral point driving circuit are By distinguishing and switching the output fixed state of the neutral point driving circuit, the power supply voltage can be effectively used.

(ニ)前記多相電動モータが3相電動モータであり、
前記3相のうちの1相が故障したときに、正常な2相の電流が共に前記駆動手段からの流し出し方向である場合は前記中性点駆動回路をロー出力固定とし、正常な2相の電流が共に前記駆動手段への流し込み方向である場合は前記中性点駆動回路をハイ出力固定とし、正常な2相の電流の方向が相互に異なる場合は前記中性点駆動回路をハイインピーダンス出力固定とする、請求項3記載の電動モータの制御装置。
上記構成によると、中性点駆動回路を、ロー出力固定、ハイ出力固定、ハイインピーダンス出力固定のいずれかに設定するから、中性点駆動回路のスイッチング損失を減らして中性点に通電できる電流の絶対値を大きくすることができ、モータ出力トルクを増大することができる。
(D) the multi-phase electric motor is a three-phase electric motor;
When one of the three phases fails, if both normal two-phase currents are flowing out from the driving means, the neutral point driving circuit is fixed at a low output, and the normal two-phase When both currents are flowing into the driving means, the neutral point driving circuit is fixed at high output, and when the normal two-phase current directions are different from each other, the neutral point driving circuit is set to high impedance. 4. The electric motor control device according to claim 3, wherein the output is fixed.
According to the above configuration, since the neutral point drive circuit is set to one of fixed low output, fixed high output, and fixed high impedance output, the current that can be applied to the neutral point by reducing the switching loss of the neutral point drive circuit Can be increased, and the motor output torque can be increased.

(ホ)前記中性点駆動回路が、上アームを構成するFETと、下アームを構成するFETとからなり、
前記下アームを構成するFETのゲートとマイクロコンピュータの制御用端子とをゲート抵抗を介して接続し、前記マイクロコンピュータの制御用端子で前記下アームを構成するFETを直接駆動する、請求項(ニ)記載の電動モータの制御装置。
上記構成によると、下アームを構成するFETのゲートを駆動する回路を省略でき、また、サージがマイクロコンピュータに伝播することをゲート抵抗によって抑制し、マイクロコンピュータを保護することができる。
(E) The neutral point driving circuit comprises an FET constituting the upper arm and an FET constituting the lower arm,
The gate of the FET constituting the lower arm and a control terminal of the microcomputer are connected via a gate resistor, and the FET constituting the lower arm is directly driven by the control terminal of the microcomputer. The control apparatus of the electric motor of description.
According to the above configuration, the circuit for driving the gate of the FET constituting the lower arm can be omitted, and the propagation of the surge to the microcomputer can be suppressed by the gate resistance, and the microcomputer can be protected.

(へ)前記上アームを構成するFETのゲートと接地点とを接続するラインに設けたトランジスタのベースと前記マイクロコンピュータの制御用端子とを接続し、前記マイクロコンピュータの制御用端子で前記トランジスタのオン,オフを切り替えることで、前記上アームを構成するFETのオン,オフを切り替える、請求項(ホ)記載の電動モータの制御装置。
上記構成によると、上アームを構成するFETをスイッチング動作させる必要がないので、FETのゲート駆動回路を省略し、トランジスタのオン,オフをマイクロコンピュータの出力で切り替えることで上アームを構成するFETのオン,オフを切り替えることができる。
(F) connecting the base of the transistor provided on the line connecting the gate of the FET constituting the upper arm and the ground point to the control terminal of the microcomputer, and connecting the base of the transistor with the control terminal of the microcomputer The electric motor control device according to claim 6, wherein the FET constituting the upper arm is switched on and off by switching on and off.
According to the above configuration, since there is no need to perform switching operation of the FET constituting the upper arm, the gate drive circuit of the FET is omitted, and the on / off of the transistor is switched by the output of the microcomputer. Can be switched on and off.

(ト)前記多相電動モータが3相電動モータであり、
前記3相のうちの1相が故障したときに、正常な2相の電流が共に前記駆動手段からの流し出し方向である場合は前記中性点駆動回路をロー出力固定とし、正常な2相の電流が共に前記駆動手段への流し込み方向である場合は前記中性点駆動回路をハイ出力固定とし、正常な2相の電流の方向が相互に異なる場合は前記中性点駆動回路を50%デューティでPWM制御する、請求項4記載の電動モータの制御装置。
上記構成によると、中性点駆動回路をハイインピーダンス出力固定とする代わりに、50%デューティにPWM制御することで、モータの継続駆動を可能にする。
(G) the multi-phase electric motor is a three-phase electric motor;
When one of the three phases fails, if both normal two-phase currents are flowing out from the driving means, the neutral point driving circuit is fixed at a low output, and the normal two-phase When both currents are flowing into the driving means, the neutral point driving circuit is fixed at a high output, and when the normal two-phase current directions are different from each other, the neutral point driving circuit is set to 50%. The electric motor control device according to claim 4, wherein PWM control is performed with a duty.
According to the above configuration, the motor can be continuously driven by PWM control to 50% duty instead of fixing the neutral point driving circuit to the high impedance output.

(チ)前記多相電動モータの中性点が地絡したときに、前記中性点駆動回路をロー出力固定とする、請求項1から3のいずれか1つに記載の電動モータの制御装置。
上記構成によると、中性点が地絡故障した場合でも電動モータを駆動することができる。
(H) The electric motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein when the neutral point of the multiphase electric motor has a ground fault, the neutral point driving circuit is fixed at a low output. .
According to the above configuration, the electric motor can be driven even if the neutral point has a ground fault.

(リ)前記多相電動モータが、車両用の電動パワーステアリング装置において、操舵補助力を発生させる電動モータである、請求項1から3のいずれか1つに記載の電動モータの制御装置。
上記構成によると、操舵補助力を発生させる多相電動モータのいずれかの相に故障が発生しても、電源電圧を有効利用して電動モータの駆動を継続させることができ、操舵補助力の発生が途絶えることを抑制できる。
(Li) The electric motor control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the multiphase electric motor is an electric motor that generates a steering assist force in an electric power steering device for a vehicle.
According to the above configuration, even if a failure occurs in any phase of the multiphase electric motor that generates the steering assist force, the drive of the electric motor can be continued by effectively using the power supply voltage. It is possible to suppress the outbreak from occurring.

100…電動パワーステアリング装置、130…電動モータ、130U,130V,130W…相コイル、140…駆動装置、150…コントロールユニット、151…マイクロコンピュータ、300…インバータ回路(駆動手段)、330U,330V,330W…相リレー(スイッチング手段)、400…プリドライバ(駆動手段)、500…電源リレー装置、600…中性点駆動回路、600H,600L…半導体スイッチ、620…中性点リレー、700…バッテリ(電源)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electric power steering apparatus, 130 ... Electric motor, 130U, 130V, 130W ... Phase coil, 140 ... Drive apparatus, 150 ... Control unit, 151 ... Microcomputer, 300 ... Inverter circuit (drive means), 330U, 330V, 330W ... Phase relay (switching means), 400 ... Pre-driver (drive means), 500 ... Power relay device, 600 ... Neutral point drive circuit, 600H, 600L ... Semiconductor switch, 620 ... Neutral point relay, 700 ... Battery (power supply) )

Claims (5)

各相コイルがスター結線された多相電動モータと、
前記多相電動モータを駆動する駆動手段と、
前記各相コイルそれぞれと直列に接続されるスイッチング手段と、
前記スター結線の中性点に接続される中性点駆動回路と、
を備えた電動モータの制御装置において、
前記多相電動モータの多相のうちのいずれかの相で故障が生じたときに、故障が生じた相を前記スイッチング手段によって遮断し、当該遮断状態で前記中性点駆動回路の出力を変更する、電動モータの制御装置。
A multiphase electric motor in which each phase coil is star-connected,
Driving means for driving the multiphase electric motor;
Switching means connected in series with each of the phase coils;
A neutral point drive circuit connected to a neutral point of the star connection;
In an electric motor control device comprising:
When a failure occurs in any one of the phases of the multiphase electric motor, the phase in which the failure has occurred is blocked by the switching means, and the output of the neutral point drive circuit is changed in the cutoff state An electric motor control device.
前記中性点駆動回路の出力をデューティ制御によって連続的に変更する、請求項1記載の電動モータの制御装置。   The electric motor control device according to claim 1, wherein the output of the neutral point driving circuit is continuously changed by duty control. 前記中性点駆動回路の出力を、ハイ出力固定とロー出力固定との2つの状態、若しくは、ハイ出力固定とロー出力固定とハイインピーダンス出力固定との3つの状態に切り替える、請求項1記載の電動モータの制御装置。   The output of the neutral point driving circuit is switched between two states of fixed high output and fixed low output, or three states of fixed high output, fixed low output, and fixed high impedance output. Control device for electric motor. 前記中性点駆動回路の出力を、ハイ出力固定とロー出力固定とデューティ出力状態との3つの状態に切り替える、請求項1記載の電動モータの制御装置。   The electric motor control device according to claim 1, wherein the output of the neutral point driving circuit is switched between three states of fixed high output, fixed low output, and duty output state. 前記中性点駆動回路のPWM制御の周波数が前記駆動手段のPWM制御の周波数よりも小さい、請求項2又は4記載の電動モータの制御装置。   5. The electric motor control device according to claim 2, wherein a frequency of PWM control of the neutral point drive circuit is smaller than a frequency of PWM control of the drive unit. 6.
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