(57)【要約】【課題】インバータのスイッチング素子がオフされたまま作動しなくなる異常をより適正に判定する。【解決手段】モータの駆動制御が実行されている最中に、インバータの例えばＶ相上アームのトランジスタについて、インバータの正常時に駆動制御に用いると電流センサにより検出される相電流ｉｖが確実に正になる相電圧指令Ｖｖの範囲として予め設定された電圧範囲内に相電圧指令Ｖｖがあるにも拘わらず、電流センサにより実際に検出された相電流ｉｖが正にならない状態で時間経過して異常カウンタＣｎが所定数Ｃｒｅｆになったときには、インバータのトランジスタがオフされたまま作動しなくなる開異常（オープン異常）が生じていると判定する。これにより、モータの回転数が高いか低いかに拘わらず、開異常を判定することができ、インバータの開異常を適正に判定することができる。【選択図】図３
2011234598.tif 000002
【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、複数のスイッチング素子を有し前記電動機を駆動するインバータと、前記インバータに接続されたバッテリと、前記電動機に流れる相電流を検出する相電流検出手段と、前記電動機の駆動指令としての電流指令に対して前記相電流検出手段により検出された相電流に基づくフィードバック制御を施して電圧指令を演算すると共に該演算した電圧指令に基づくパルス幅変調により得られる三相交流が前記電動機に印加されるよう前記インバータを制御することによって前記電動機の駆動制御を行なう駆動制御手段と、を備える駆動装置において、
前記電動機の駆動制御が行なわれている最中に、前記インバータの任意の１つのスイッチング素子について、前記インバータの正常時に前記駆動制御に用いると前記相電流検出手段により検出される相電流が正負のうちの一方になる前記電圧指令の範囲として予め設定された電圧範囲内に前記電圧指令があるにも拘わらず前記相電流検出手段により実際に検出された相電流が前記一方にならない状態が所定時間に亘って継続したときには、前記インバータの任意の１つのスイッチング素子がオフされたまま作動しなくなる異常が生じていると判定する異常判定手段
を備え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、駆動装置に関し、詳しくは、三相交流により駆動される電動機と、複数のスイッチング素子を有し電動機を駆動するインバータと、インバータに接続されたバッテリと、電動機に流れる相電流を検出する相電流検出手段と、電動機の駆動指令としての電流指令に対して相電流検出手段により検出された相電流に基づくフィードバック制御を施して電圧指令を演算すると共に演算した電圧指令に基づくパルス幅変調により得られる三相交流が電動機に印加されるようインバータを制御することによって電動機の駆動制御を行なう駆動制御手段と、を備える駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の駆動装置としては、三相交流により駆動され車両の走行に伴って回転するモータジェネレータと、６つのスイッチング素子を有しモータジェネレータを駆動するインバータと、インバータに接続されたバッテリと、モータジェネレータに流れる相電流を検出する電流センサと、モータジェネレータを駆動するための三相交流によるＰＷＭ信号をインバータに出力する制御装置と、を備え、インバータの三相全てのスイッチング素子をオンする三相オン制御が行なわれている最中に、三相オン制御が正常に行なわれていればゼロになる各相の電流なまし値の絶対値が閾値以上の状態で所定時間が経過したときに、インバータの一相のスイッチング素子にいわゆるオープン故障が生じ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１参照）。この装置では、こうしてオープン故障が判定されたときには、バッテリとインバータとを接続するリレーをオフすることにより、モータジェネレータのコイルが過熱するのを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６８６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の駆動装置では、電流なまし値は、電流センサにより検出されたモータジェネレータの各相に流れる相電流の和として演算することができると考えられるが、三相オン制御が行なわれていないときでも、電流なまし値の絶対値が閾値以上の状態で時間経過したときには、インバータにオープン故障が生じていると判定することができると考えられる。しかしながら、この場合、モータジェネレータの回転数が高くなると、三相交流の周期に対して電流センサによりサンプリングされる電流値の数が少なくなり、インバータの正常時であっても、相電流を検出する電流センサにより正負のうちの一方の電流値が続けて検出されてしまい、電流なまし値がゼロ近傍から乖離して、インバータにオープン故障が生じていると誤って判定される場合が生じる。
【０００５】
本発明の駆動装置は、インバータのスイッチング素子がオフされたまま作動しなくなる異常をより適正に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、複数のスイッチング素子を有し前記電動機を駆動するインバータと、前記インバータに接続されたバッテリと、前記電動機に流れる相電流を検出する相電流検出手段と、前記電動機の駆動指令としての電流指令に対して前記相電流検出手段により検出された相電流に基づくフィードバック制御を施して電圧指令を演算すると共に該演算した電圧指令に基づくパルス幅変調により得られる三相交流が前記電動機に印加されるよう前記インバータを制御する前記電動機の駆動制御を実行する駆動制御手段と、を備える駆動装置において、
前記電動機の駆動制御が行なわれている最中に、前記インバータの任意の１つのスイッチング素子について、前記インバータの正常時に前記駆動制御に用いると前記相電流検出手段により検出される相電流が正負のうちの一方になる前記電圧指令の範囲として予め設定された電圧範囲内に前記電圧指令があるにも拘わらず前記相電流検出手段により実際に検出された相電流が前記一方にならない状態が所定時間に亘って継続したときには、前記インバータの任意の１つのスイッチング素子がオフされたまま作動しなくなる異常が生じていると判定する異常判定手段
を備えることを特徴とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置では、電動機の駆動制御が実行されている最中に、インバータの任意の１つのスイッチング素子について、インバータの正常時に駆動制御に用いると相電流検出手段により検出される相電流が正負のうちの一方になる電圧指令の範囲として予め設定された電圧範囲内に電圧指令があるにも拘わらず相電流検出手段により実際に検出された相電流がその一方にならない状態が所定時間に亘って継続したときには、インバータの任意の１つのスイッチング素子がオフされたまま作動しなくなる異常が生じていると判定する。これにより、電動機の回転数が高いときでもインバータのスイッチング素子の異常を判定することができる。この結果、インバータのスイッチング素子がオフされたまま作動しなくなる異常をより適正に判定することができる。
【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４０により実行されるモータ２２の駆動制御の制御ブロック図の一例を示す説明図である。
【図３】電子制御ユニット４０により実行されるＶ相上アーム開異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【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、同期発電電動機として構成されたモータ２２と、モータ２２の三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各相毎に２個ずつペアとなるよう互いに接続されると共にモータ２２の三相コイルの各々が対となるトランジスタ同士の接続点の各々に接続されてなる６つのトランジスタＴ１〜Ｔ６とトランジスタＴ１〜Ｔ６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１〜Ｄ６とにより構成されたインバータ２６と、二次電池として構成されたバッテリ３０と、バッテリ３０とインバータ２６との間で電圧を変換して電力のやり取りが可能な昇降圧コンバータ３２と、バッテリ３０と昇降圧コンバータ３２との接続および接続の解除を行なうシステムメインリレー３４と、モータ２２のロータの回転角を検出するレゾルバにより構成された回転角センサ２３からの回転角θやモータ２２の三相コイルのＵ相，Ｖ相，Ｗ相を流れる電流（インバータ２６からモータ２２に流れる方向を正とする）をそれぞれ検出する電流センサ２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗからの相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ，バッテリ３０の正極端子側に接続された電流センサ３５からの充放電電流，バッテリ３０の端子間に接続された電圧センサ３６からの電池電圧などを入力すると共にインバータ２６や昇降圧コンバータ３２，システムメインリレー３４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４０と、を備える。以下では、インバータ２６のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３をそれぞれ上アームと称し、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のトランジスタＴ４〜Ｔ６をそれぞれ下アームと称することがある。
【００１２】
図２は、電子制御ユニット４０により実行されるモータ２２の駆動制御の制御ブロック図の一例を示す説明図である。実施例の駆動装置２０では、基本的には、図示する制御ブロック図に従ってモータ２２が駆動される。電子制御ユニット４０は、まず、トルク指令Ｔｒｃｏｍに基づいてトルク指令に対応する電流指令の関係を予め定めた電流指令テーブル４１を用いてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍを設定し、設定した電流指令Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍと電流フィードバックのために得られるフィードバック用電流Ｉｄ，Ｉｑとの差分ΔＩｄ，ΔＩｑを加減器４２ｄ，４２ｑにより演算し、演算した差分ΔＩｄ，ΔＩｑに基づいて電圧指令変換器４３ｄ，４３ｑにより電圧指令Ｖｄ，Ｖｑを生成する。続いて、回転角センサ２３により検出されたモータ２２の回転角θを用いて座標変換器４４により電圧指令Ｖｄ，Ｖｑに２相３相変換を適用して相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成し、相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいてＰＷＭ変換器４６によりパルス幅変調信号を生成する。そして、生成したパルス幅変調制御信号に基づいてインバータ２６のトランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチングすることによって直流電力を三相交流電力としてモータ２２に印加する。電流フィードバックのために得られるフィードバック用電流Ｉｄ，Ｉｑは、回転角センサ２３からの回転角θを用いて座標変換器４８により電流センサ２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗからの相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに３相２相変換を適用することによって生成する。こうした駆動制御は周知の技術であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００１３】
次に、こうして構成された駆動装置２０の動作、特にインバータ２６のトランジスタＴ１〜Ｔ６のうちの１つがオフされたまま作動しなくなる開異常（オープン異常）を判定する際の動作について説明する。図３は、電子制御ユニット４０によって実行されるＶ相上アーム開異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、インバータ２６のＶ相上アーム（トランジスタＴ２）の開異常を判定するためのものであり、前述の駆動制御が行なわれてモータ２２が駆動されている最中にこのルーチンで異常が生じていると判定されるまで実行される。
【００１４】
Ｖ相上アーム開異常判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０は、まず、電流センサ２４Ｖにより検出されたＶ相の相電流ｉｖを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、モータ２２の駆動制御に用いられているＶ相の相電圧指令Ｖｖが所定電圧Ｖｒｅｆ以上であるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、相電圧指令Ｖｖが所定電圧Ｖｒｅｆ以上のときには、入力した相電流ｉｖが所定電流Ｉｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、所定電圧Ｖｒｅｆは、インバータ２６の全てのトランジスタが正常に作動する正常時にモータ２２の駆動制御に用いると電流センサ２４Ｖからの相電流ｉｖが確実に正の値となる相電圧指令Ｖｖの範囲として電流センサ２４Ｖの検出誤差も考慮して予め実験などにより求められた正の電圧範囲の下限値（例えば、バッテリ３０の電圧の１０分の１程度の電圧など）であり、実施例では、モータ２２の逆起電圧を考慮してその回転数が高いほど大きくなる値を用いるものとした。また、所定電流Ｉｒｅｆは、相電流ｉｖが正の値にならずに値０以下となっているか否かを判定するためのものであり、基本的には値０を用いることができるが、実施例では、電流センサ２４Ｖによる検出誤差の最大値（絶対値）として電流センサ２４Ｖの特性に基づいて予め実験などにより求められた値（例えば、数百ｍＡや数Ａなど）を用いるものとした。なお、相電流ｉｖが確実に正の値となる相電圧指令Ｖｖの電圧範囲を求めることができるのは、相電圧指令Ｖｖと相電流ｉｖとの間に位相のズレがあることに基づく。相電圧指令Ｖｖが所定電圧Ｖｒｅｆ未満のときにはステップＳ１００の処理に戻って相電圧指令Ｖｖが所定電圧Ｖｒｅｆ以上となるのを待ち、相電圧指令Ｖｖが所定電圧Ｖｒｅｆ以上で相電流ｉｖが所定電流Ｉｒｅｆより大きいときには、Ｖ相上アームの開異常を確実に判定するための異常カウンタＣｎを初期値としての値０にリセットして（ステップＳ１３０）、ステップＳ１００〜Ｓ１２０の処理を繰り返し実行し、相電圧指令Ｖｖが所定電圧Ｖｒｅｆ以上で相電流ｉｖが所定電流Ｉｒｅｆ以下のときには、異常カウンタＣｎをインクリメントして（ステップＳ１４０）、異常カウンタＣｎが所定数Ｃｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。ここで、所定数Ｃｒｅｆは、Ｖ相上アームの開異常が生じていると確実に判断することができる継続時間に相当する数（例えば、５０や１００など）として電子制御ユニット４０の演算速度などに基づいて予め実験などにより求められたものである。異常カウンタＣｎが所定数Ｃｒｅｆ未満のときには、ステップＳ１００の処理に戻ってステップＳ１００〜Ｓ１４０の処理を繰り返し実行し、異常カウンタＣｎが所定数Ｃｒｅｆ以上のときには、Ｖ相上アームの開異常が生じていると判定して（ステップＳ１６０）、Ｖ相上アーム開異常判定ルーチンを終了する。これにより、モータ２２の回転数が高いか低いかに拘わらず、モータ２２の駆動制御に用いられている相電圧指令Ｖｖや相電流ｉｖを用いてインバータ２６のＶ相上アームの開異常を判定することができる。なお、インバータ２６のＶ相下アーム（トランジスタＴ５）の開異常については、インバータ２６の正常時にモータ２２の駆動制御に用いると電流センサ２４Ｖからの相電流ｉｖが確実に負の値となる相電圧指令Ｖｖの範囲として電流センサ２４Ｖの検出誤差も考慮して予め実験などにより求められた負の電圧範囲の上限値としての所定電圧と相電圧指令Ｖｖとを比較すると共に、電流センサ２４Ｖによる検出誤差の最大値（絶対値）に値−１を乗じたものと電流センサ２４Ｖからの相電流ｉｖとを比較し、相電圧指令Ｖｖが所定電圧以下で相電流ｉｖが所定電流以上のときに異常カウンタをインクリメントすることによって同様に判定することができる。インバータ２６のＵ相，Ｗ相のトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ６の開異常についても同様に判定することができる。
【００１５】
以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、モータ２２の駆動制御が実行されている最中に、インバータ２６の例えばＶ相上アームのトランジスタＴ２について、インバータ２６の正常時に駆動制御に用いると電流センサ２４Ｖにより検出される相電流ｉｖが確実に正になる相電圧指令Ｖｖの範囲として予め設定された電圧範囲内に相電圧指令Ｖｖがあるにも拘わらず、電流センサ２４Ｖにより実際に検出された相電流ｉｖが正にならない状態で時間経過して異常カウンタＣｎが所定数Ｃｒｅｆになったときには、インバータ２６のトランジスタＴ２がオフされたまま作動しなくなる開異常（オープン異常）が生じていると判定するから、モータ２２の回転数が高いときでも開異常を判定することができ、インバータ２６の開異常をより適正に判定することができる。
【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２２が「電動機」に相当し、インバータ２６が「インバータ」に相当し、バッテリ３０が「バッテリ」に相当し、電流センサ２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗが「相電流検出手段」に相当し、モータ２２のトルク指令Ｔｒｃｏｍに対応するｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍに対して相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｖから得られるフィードバック用電流Ｉｄ，Ｉｑを用いたフィードバック制御を適用してｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ，Ｖｑを介して相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを演算すると共に演算した相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づくパルス幅変調信号に基づいてインバータ２６のトランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチングすることによって直流電力を三相交流電力としてモータ２２に印加する駆動制御を実行する電子制御ユニット４０が「駆動制御手段」に相当し、モータ２２の駆動制御が実行されている最中に、インバータ２６の例えばＶ相上アームのトランジスタＴ２について、インバータ２６の正常時に駆動制御に用いると電流センサ２４Ｖにより検出される相電流ｉｖが確実に正になる相電圧指令Ｖｖの範囲として予め設定された電圧範囲内に相電圧指令Ｖｖがあるにも拘わらず電流センサ２４Ｖにより実際に検出された相電流ｉｖが正にならない状態で時間経過して異常カウンタＣｎが所定数Ｃｒｅｆになったときには、インバータ２６のトランジスタＴ２がオフされたまま作動しなくなる開異常が生じていると判定する図３のＶ相上アーム開異常判定ルーチンなどを実行する電子制御ユニット４０が「異常判定手段」に相当する。なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【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、２３  回転角センサ、２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ  電流センサ、２６  インバータ、３０  バッテリ、３２  昇降圧コンバータ、３４  システムメインリレー、３５  電流センサ、３６  電圧センサ、４０  電子制御ユニット、４１  電流指令テーブル、４２ｄ，４２ｑ  加減器、４３ｄ，４３ｑ  電圧指令変換器、４４，４８  座標変換器、４６  ＰＷＭ変換器、Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード、Ｔ１〜Ｔ６  トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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