(57)【要約】【課題】電動機を駆動している最中にも簡易な処理によりインバータが有するスイッチング素子のオープン故障を判定する。【解決手段】正弦波制御によりモータを駆動している最中にモータの各相を流れる電流を検出する各電流センサのいずれかから正弦波１周期内で略値０の電流値が検出されたときには（Ｓ１００，Ｓ１１０）、インバータのスイッチング素子の一つがオープン故障している可能性があると判定し、オープン故障の可能性が判定されたときには、モータの制御を正弦波制御から矩形波制御に切り替えると共にモータを矩形波制御している状態で電流センサいずれかから１周期内で略値０の電流値が検出されたときにスイッチング素子のオープン故障を確定する（Ｓ１３０〜Ｓ１６０）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流により駆動される電動機と、該電動機を駆動するインバータと、該インバータが有するスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段と、前記電動機の各相に流れる相電流を検出する電流検出手段と、前記インバータの異常を判定する異常判定手段とを備える駆動装置において、
前記異常判定手段は、前記電動機が駆動されるよう前記インバータが有するスイッチング素子がスイッチング制御されている最中に前記電流検出手段により検出された相電流に基づいて前記電動機の各相において正弦波１周期内で相電流が流れない領域があったときに対応するスイッチング素子がオープンしているオープン故障であると判定する手段である
ことを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の駆動装置としては、三相モータと、三相モータを駆動するインバータとを備え、車両のキースイッチがオンされた場合には、予備充電回路を用いてインバータの母線間に接続されたコンデンサを充電しこのときにコンデンサの電圧が上昇しているか否かを監視することによりインバータの異常を判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、予備充電回路による充電に拘わらずコンデンサの電圧が０Ｖのまま上昇しなかったときにはインバータの上下素子ともにショートしていると判定している。予備充電回路による充電によりコンデンサの電圧が上昇したときには、上側アーム素子を全部オンとしこのときにコンデンサの電圧が０Ｖとなったときには上側アーム素子のいずれかが異常と判定し、さらに、下側アーム素子を全部オンとしこのときにコンデンサの電圧が０Ｖとなったときには下側アーム素子のいずれかが異常と判定している。また、インバータが有するスイッチング素子のゲートドライブ回路に入力されるゲートパルス信号とそのスイッチング素子と同相のインバータ出力電流の指令値の極性を表わす極性信号との論理積と、スイッチング素子に対応するインバータ出力電流の極性信号に対応する極性の電流を一定のしきい値で波形整形して得られる電流信号とを比較し、一定の範囲を超えて一致しないときにスイッチング素子がオープン故障していると判定するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４０９２１号公報
【特許文献２】特開平０７−１６３１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した駆動装置では、モータを駆動している最中にインバータの故障を判定することができない場合や、インバータの故障を判定する処理が複雑となる場合がある。
【０００５】
本発明の駆動装置は、電動機を駆動している最中にも簡易な処理によりインバータが有するスイッチング素子のオープン故障を判定することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の駆動装置は、
三相交流により駆動される電動機と、該電動機を駆動するインバータと、該インバータが有するスイッチング素子をスイッチング制御する制御手段と、前記電動機の各相に流れる相電流を検出する電流検出手段と、前記インバータの異常を判定する異常判定手段とを備える駆動装置において、
前記異常判定手段は、記電動機が正弦波駆動されるよう前記インバータが有するスイッチング素子がスイッチング制御されている最中に前記電流検出手段により検出された相電流に基づいて前記電動機の各相において正弦波１周期内で相電流が流れない領域があったときに対応するスイッチング素子がオープンしているオープン故障であると判定する手段である
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置では、電動機が駆動されるようインバータが有するスイッチング素子がスイッチング制御されている最中に電流検出手段により検出された相電流に基づいて電動機の各相において正弦波１周期内で相電流が流れない領域があったときに対応するスイッチング素子がオープンしているオープン故障であると判定する。この判定は、インバータのスイッチング素子の一つがオープン故障すると、半波整流された電流がオープン故障したスイッチング素子に対応する相に流れることに基づいている。したがって、電動機を駆動している最中にも簡易な処理によりインバータが有するスイッチング素子のオープン故障を判定することができる。この場合、前記異常判定手段は、前記電流検出手段により検出された相電流に基づいて前記電動機の各相において正弦波１周期内で相電流が流れない領域があったときには、前記電動機が矩形波駆動されるよう前記インバータが有するスイッチング素子をスイッチング制御し、該スイッチング制御の最中に前記電流検出手段により検出された相電流に基づいて前記電動機の各相において矩形波１周期内で相電流が流れない領域があったときには対応するスイッチング素子がオープンしていると判定する手段であるものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】電子制御ユニット５０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】正弦波制御によりモータ３０を駆動している状態でモータ３０に印加される相電流の波形を示す説明図である。
【図４】矩形波制御によりモータ３０を駆動している状態でモータ３０に印加される相電流の波形を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、永久磁石が貼り付けられた回転子と３相コイルが巻回された固定子とからなる同期発電電動機として構成されたモータ３０と、複数のスイッチング素子のオンオフによりモータ３０を駆動するインバータ３２と、バッテリ３４と、バッテリ３４が接続された低圧側とインバータ３２が接続された高圧側との間で電圧を変換して電力のやり取りが可能な昇圧コンバータ３６と、バッテリ３４と昇圧コンバータ３６との接続を切り離し可能なシステムメインリレー３８と、モータ３０の回転子の回転位置を検出するレゾルバ４０からの回転位置θやモータ３０の３相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相を流れる電流をそれぞれ検出する電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを入力すると共にインバータ３２や昇圧コンバータ３６，システムメインリレー３８を制御するための制御信号を出力する電子制御ユニット５０と、を備える。なお、インバータ３２は、スイッチング素子として正極母線と負極母線とに対して２個ずつペアで接続された６つのトランジスタＴ１〜Ｔ６（ＩＧＢＴ）と、このトランジスタＴ１〜Ｔ６の各々に逆並列接続された６つのダイオードＤ１〜Ｄ６とを備え、６つのトランジスタＴ１〜Ｔ６のうち対をなすトランジスタの接続点にモータ３０の各相コイルが接続されている。
【００１２】
実施例の駆動装置２０では、モータ３０から出力するパワーが比較的低い（低回転低トルク）ときには正弦波制御によりモータ３０を駆動し、モータ３０から出力するパワーが比較的高い（高回転高トルク）ときには矩形波制御によりモータ３０を駆動している。モータ３０の正弦波制御は、例えば、電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとレゾルバ４０からの回転位置θとに基づいて相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに座標変換（三相二相変換）し、モータ３０から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸電流指令Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令Ｉｑ＊を設定し、変換したｄ軸電流Ｉｄと設定したｄ軸電流指令Ｉｄ＊との偏差（Ｉｄ＊−Ｉｄ）に基づくフィードバック制御によりｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令Ｉｄ＊に近づくようにｄ軸電圧指令Ｖｄ＊を設定すると共に変換したｑ軸電流Ｉｑと設定したｑ軸電流指令Ｉｑ＊との偏差（Ｉｑ＊−Ｉｑ）に基づくフィードバック制御によりｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令Ｉｑ＊に近づくようにｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を設定し、設定したｄ軸電圧指令Ｖｄ＊，ｑ軸電圧指令Ｖｑ＊を相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（二相三相変換）し、座標変換した相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に応じた電圧がモータ３０の３相コイルの各々に印加されるようにインバータ３２のスイッチング素子をスイッチング制御することにより行なわれる。また、モータ３０の矩形波制御は、例えば、電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとレゾルバ４０からの回転位置θとに基づいて相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに座標変換（三相二相変換）し、座標変換したｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑに基づいてモータ３０から出力されているトルクの推定値Ｔｍを演算し、モータ３０から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ＊と推定トルクＴｍの偏差ΔＴｍに基づくフィードバック制御により推定トルクＴｍがトルク指令Ｔｍ＊に近づくようにモータ３０に印加する矩形波電圧の目標電圧位相を設定し、設定した目標電圧位相に応じた矩形波電圧がモータ３０に印加されるようにインバータ３２のスイッチング素子をスイッチング制御することにより行なわれる。
【００１３】
次に、実施例の駆動装置２０におけるインバータ３２の異常を判定する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０によって実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。異常判定ルーチンが実行されると、まず、電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを入力し（ステップＳ１００）、入力した相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれかに正弦波１周期内で略値０の区間が存在するか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この処理は、インバータ３２に故障が生じている可能性があるか否かを判定するためものである。正弦波制御によりモータ３０を駆動している最中にインバータ３２が正常であるときにモータ３０に印加される相電流の波形とインバータ３２のスイッチング素子の一つがオープン故障しているときにモータ３０に印加される相電流の波形とを図３に示す。いま、モータ３０のＵ相に着目すると、インバータ３２が正常であるときには、上アームとしてのトランジスタＴ１と下アームとしてのトランジスタＴ２とのオン時間の割合が相電圧指令Ｖｕ＊に応じて変更されることにより、モータ３０のＵ相には正弦波状の相電流が印加される（図３（ａ）参照）。インバータ３２のトランジスタＴ１がオープン故障すると、トランジスタＴ１をオフ駆動すると共にトランジスタＴ２をオン駆動するときには他の相のトランジスタＴ２，Ｔ３のオン駆動により電流がＵ相に印加されるが、トランジスタＴ１をオン駆動すると共にトランジスタＴ２をオフ駆動するときにはトランジスタＴ１はオフ状態が保持されるため上アームと下アームとが共にオフとなり、Ｕ相には電流が印加されなくなる。したがって、モータ３０のＵ相に印加される１周期分の相電流としては正弦波の正側だけが取り除かれた波形（半波整流波形）となる（図３（ｂ）参照）。実施例では、こうした状態を電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗで検出することにより、インバータ３２のスイッチング素子の一つにオープン故障が生じているか否かを判定しているのである。したがって、インバータ３２のトランジスタＴ１のオープン故障を検出するときには、このトランジスタＴ１をオン駆動している最中に電流センサ４２Ｕにより検出された相電流Ｉｕが略値０か否かを調べるものとすればよい。トランジスタＴ２〜Ｔ６のオープン故障の判定も同様に行なうことができる。
【００１４】
入力した相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれもが１周期内で略値０の区間が存在しないときにはインバータ３２のスイッチング素子は正常であると判定し（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。一方、入力した相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれかが１周期内で略値０となる区間が存在するときにはインバータ３２のスイッチング素子の一つにオープン故障が生じている可能性があると判断し、モータ３０の制御を正弦波制御から矩形波制御に切り替え（ステップＳ１３０）、矩形波制御に切り替えた後に電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを入力し（ステップＳ１４０）、入力した相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれかに１周期内で略値０の区間が存在するか否かを判定する（ステップＳ１５０）。矩形波制御によりモータ３０を駆動している最中にインバータ３２が正常であるときにモータ３０に印加される相電流の波形とインバータ３２のスイッチング素子の一つがオープン故障しているときにモータ３０に印加される相電流の波形とを図４に示す。トランジスタＴ１がオープン故障している場合を考えると、矩形波制御によりモータ３０を制御している状態でトランジスタＴ１をオン駆動すると共に対をなすトランジスタＴ２をオフ駆動するときには、その状態が保持される時間が正弦波制御に比して長くなるため、電流センサ４２Ｕにより検出される相電流Ｉｕが略値０か否かの判定をより正確に行なうことができる。したがって、ステップＳ１１０の判定によりモータ３０を正弦波制御している状態でスイッチング素子がオープン故障している可能性が判定されたときには矩形波制御に切り替えて再度電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗにより検出される相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて同様の判定を行なうことにより、インバータ３２の故障の誤判定を防止しているのである。ステップＳ１５０で入力した相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれもが１周期内で略値０の区間が存在しないと判定されたときにはインバータ３２のスイッチング素子は正常であると判定し（ステップＳ１２０）、入力した相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれかが１周期内で略値０となる区間が存在するときにはインバータ３２のスイッチング素子の一つにオープン故障が生じている異常を確定して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。
【００１５】
以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、正弦波制御によりモータ３０を駆動している最中に電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗのいずれかから正弦波１周期内で略値０の電流値が検出されたときには、インバータ３２のスイッチング素子の一つがオープン故障している可能性があると判定するから、モータ３０を駆動している最中でも簡易な処理によりインバータが有するスイッチング素子のオープン故障を判定することができる。しかも、モータ３０を正弦波制御している最中に電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗによりインバータ３２のスイッチング素子の一つにオープン故障の可能性が判定されたときに、モータ３０の制御を正弦波制御から矩形波制御に切り替えると共にモータ３０を矩形波制御している状態で電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗのいずれかから１周期内で略値０の電流値が検出されたときにスイッチング素子のオープン故障を確定するから、オープン故障の誤判定を防止することができる。
【００１６】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３０が「電動機」に相当し、インバータ３２が「インバータ」に相当し、モータ３０を正弦波制御している最中に電流センサ４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗのいずれかから正弦波１周期内で所定時間以上に亘って連続して略値０の電流値が検出されたときにインバータ３２のスイッチング素子の一つがオープン故障していると判定する電子制御ユニット５０が「異常判定手段」に相当する。
【００１７】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００１９】
２０  駆動装置、３０  モータ、３２  インバータ、３４  バッテリ、３６  昇圧コンバータ、３８  システムメインリレー、４０  レゾルバ、４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ  電流センサ、５０  電子制御ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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