(57)【要約】【課題】変調度に関わらず地絡を正確に検出する。【解決手段】電動機３００を駆動する電動機駆動装置１００は、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗにそれぞれ接続され、各相の上アームおよび下アームに対応するスイッチング素子５２、６２と、スイッチング素子５２、６２の動作を制御する制御部２００と、各相の上アームおよび下アームの直列回路５０に並列に接続された平滑コンデンサ５１と、異常検知部２３０とを備える。異常検知部２３０は、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態に関する値として、仮想中性点ＶＮの電圧値を検出し、その検出値の時間変化の傾きに基づいて出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの地絡を検知する。【選択図】図１
2015208143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と各相の出力線を介して接続されることで前記電動機を駆動する電動機駆動装置であって、
前記出力線にそれぞれ接続され、各相の上アームおよび下アームに対応する複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子の動作を制御する制御部と、
各相の前記上アームおよび前記下アームの直列回路に並列に接続された平滑コンデンサと、
前記出力線の絶縁状態に関する値を検出し、その検出値の時間変化の傾きに基づいて前記出力線の地絡を検知する異常検知部と、を備えることを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機駆動装置において、
前記電動機の中性点と電位的に等価な仮想中性点を設定する仮想中性点設定回路をさらに備え、
前記異常検知部は、前記出力線の絶縁状態に関する値として、前記仮想中性点の電圧値を検出することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電動機駆動装置において、
前記異常検知部は、前記出力線の絶縁状態に関する値として、前記平滑コンデンサの両端電圧値を検出することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動機駆動装置において、
前記異常検知部は、前記上アームに対応する全てのスイッチング素子がオン状態であるときの前記検出値の時間変化の傾きが所定のしきい値未満の場合に、前記出力線が地絡していると判断することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電動機駆動装置において、
前記異常検知部は、前記平滑コンデンサに流れる電流量に基づいて前記しきい値を設定することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項６】
請求項４に記載の電動機駆動装置において、
前記制御部は、一定のＰＷＭ周期ごとに前記複数のスイッチング素子の動作を制御し、
前記異常検知部は、前記ＰＷＭ周期内で前記上アームに対応する全てのスイッチング素子がオン状態である期間中に、前記出力線の絶縁状態に関する値を複数回検出することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電動機駆動装置において、
前記異常検知部は、連続する２以上の前記ＰＷＭ周期に渡って、前記上アームに対応する全てのスイッチング素子がオン状態であるときの前記検出値の時間変化の傾きが所定のしきい値未満の場合に、前記出力線が地絡していると判断することを特徴とする電動機駆動装置。
【請求項８】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動機駆動装置において、
前記異常検知部は、前記電動機が力行しているときに、前記出力線の地絡を検知することを特徴とする電動機駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機を駆動制御するための電動機駆動装置は、直流電源から直流電力を受けて交流電力を発生する電力変換装置と、この電力変換装置を制御するための制御装置とを備えている。電力変換装置で得られた交流電力は、電動機（例えば、三相同期電動機）に供給され、供給された交流電力に応じて電動機は回転トルクを発生する。
【０００３】
このような電動機駆動装置は、例えば自動車に搭載された各種の電動機を駆動制御するのに使用されている。その一例として、自動車の電動補機装置や、自動車の車輪を駆動する自動車用駆動電動機等に使用されている電動機駆動装置は、自動車に搭載された二次電池から直流電力を受けてこれを交流電力に変換し、この交流電力を対応する電動機に供給するようにしてシステム装置を駆動制御するようになっている。これらについては良く知られているので、ここではこれ以上の説明は省略する。
【０００４】
電動機駆動装置においては、電力変換装置のスイッチング素子から電動機までの電気配線と電動機の巻線とを含む出力ライン上に地絡が発生した場合は、これを適切に検出し、電動機および電力変換装置を安全に停止することが望まれている。このような要請に応えるために、下記の特許文献１には、平滑コンデンサの両端電圧を検出し、その増分が所定の値を超えた場合に地絡発生と判断することで、地絡を検出する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４４１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示の技術は、電力変換装置のＰＷＭパルスパターンに基づいてステップ状に変化する平滑コンデンサの両端電圧の変化を検出し、これを所定のしきい値と比較することで電動機の地絡を検出するものである。しかしながら、ＰＷＭの変調度が小さい場合、平滑コンデンサの両端電圧の変化が小さいため、地絡を検出しにくいといった課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、変調度に関わらず地絡を正確に検出することができる電動機駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による電動機駆動装置は、電動機と各相の出力線を介して接続されることで前記電動機を駆動するものであって、前記出力線にそれぞれ接続され、各相の上アームおよび下アームに対応する複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子の動作を制御する制御部と、各相の前記上アームおよび前記下アームの直列回路に並列に接続された平滑コンデンサと、前記出力線の絶縁状態に関する値を検出し、その検出値の時間変化の傾きに基づいて前記出力線の地絡を検知する異常検知部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、変調度に関わらず地絡を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電動機駆動装置の構成を示す図である。
【図２】地絡現象の一例を示す回路図である。
【図３】地絡発生時の平滑コンデンサおよび仮想中性点の電圧変化の様子を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る異常検知処理の制御フローを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る電動機駆動装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る異常検知処理の制御フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る電動機駆動装置について図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
＜電動機駆動装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動機駆動装置の構成を示す図である。図１に示す電動機駆動装置１００は、たとえば自動車用補機システムにおいて使用されるものであり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対して設けられた出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗを介して電動機３００と接続されることで、電動機３００を駆動する。電動機駆動装置１００は、電力変換回路１１０、仮想中性点設定回路１２０、制御部２００および異常検知部２３０を備える。なお、図１では本発明に関連する構成として、自動車用補機システムのうち電動機駆動装置１００と電動機３００を図示しており、自動車用補機システムを構成するその他の機構部品は省略している。
【００１３】
電力変換回路１１０は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対して、上下アームの直列回路５０をそれぞれ有している。各直列回路５０は、上アームに対応するスイッチング素子５２およびダイオード５６と、下アームに対応するスイッチング素子６２およびダイオード６６とによって構成されている。各直列回路５０は、上アームと下アームの間に中間電極６９が設けられており、この中間電極６９が出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗにそれぞれ接続されている。これにより、各相のスイッチング素子５２、６２は、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗのうち対応する相のものにそれぞれ接続されている。なお、スイッチング素子５２、６２には、たとえば、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等が用いられる。
【００１４】
電動機３００は、三相交流電力が供給されることで回転駆動される三相交流電動機である。電動機３００には、たとえば永久磁石同期電動機、誘導電動機、同期リラクタンス電動機等が用いられる。電動機３００は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相にそれぞれ対応する巻線を有している。電力変換回路１１０の各直列回路５０は、中間電極６９において、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗを介して電動機３００の各相巻線に電気的に接続されている。なお、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗは、各直列回路５０の中間電極６９から電動機３００の各相巻線までの部分をそれぞれ含むものである。
【００１５】
電力変換回路１１０は、直流電圧源であるバッテリ電源ＶＢと接続されている。電力変換回路１１０において、上アームの各スイッチング素子５２のコレクタ電極は、バッテリ電源ＶＢの正極側に電気的に接続されており、下アームの各スイッチング素子６２のエミッタ電極は、シャント抵抗Ｒｓｈを介してバッテリ電源ＶＢの負極側に電気的に接続されている。上下アームの各スイッチング素子５２、６２が制御部２００から出力されるオンオフ信号（ＰＷＭ信号）によって駆動制御されることで、バッテリ電源ＶＢから出力される直流電圧Ｖｄｃが可変電圧、可変周波数の三相交流電圧に変換され、電動機３００に印加される。その結果、電動機３００が回転駆動される。
【００１６】
電力変換回路１１０は、さらに上下アームの各スイッチング素子５２、６２の動作による電圧変動を抑制するための平滑コンデンサ５１を有している。平滑コンデンサ５１は、各相の上下アームの直列回路５０と並列に、バッテリ電源ＶＢに接続されている。
【００１７】
仮想中性点設定回路１２０は、電動機３００の中性点と電位的に等価な仮想中性点ＶＮを設定するための回路であり、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗと接続されている。本実施形態では、この仮想中性点ＶＮの電圧を監視することで、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの地絡を検知することができる。この点については、後で詳細に説明する。
【００１８】
制御部２００は、電力変換回路１１０の各スイッチング素子５２、６２の動作を制御するための部分であり、電流制御器２１０およびＰＷＭ生成器２２０を有している。
【００１９】
電流制御器２１０は、外部から入力される制御指令に基づいて、電動機３００のトルクや回転速度を制御するための電流制御を行う。具体的には、電流制御器２１０は、バッテリ電源ＶＢのマイナス出力側と上下アームの各直列回路５０との間を接続する直流母線上に設けられたシャント抵抗Ｒｓｈによって検出された直流電流値Ｉｄｃと、ＰＷＭ生成器２２０が発生したＰＷＭパルスパターンとに基づいて、三相の電流検出値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を求める。この電流検出値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）と入力された制御指令に基づく電流指示値との誤差が０となるように、電流制御器２１０は、一定のＰＷＭ周期ごとに三相の電圧指令値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）を生成し、ＰＷＭ生成器２２０に出力する。このとき、三相の電流検出値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）をそのまま用いるのではなく、たとえば電動機３００の回転位置θを求め、これに基づいて三相の電流検出値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）をｄｑ変換した電流検出値（Ｉｄ，Ｉｑ）を用いても差し支えない。
【００２０】
ＰＷＭ生成器２２０は、電流制御器２１０から出力された電圧指令値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）に基づいて、これらの電圧指令値に相当する各相のパルス幅を求める。そして、求められたパルス幅に従って、ＰＷＭ変調のドライブ信号（ＰＷＭ信号）を生成し、電力変換回路１１０に出力する。このＰＷＭ信号に応じて、電力変換回路１１０の各スイッチング素子５２、６２がＰＷＭ周期ごとにそれぞれオンまたはオフされることにより、電動機３００への出力電圧が調整される。
【００２１】
異常検知部２３０は、仮想中性点設定回路１２０により設定された仮想中性点ＶＮの電圧値を検出し、その検出結果に基づいて、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗにおいて異常が発生した場合にこれを検知する。なお、このときの具体的な検知方法については、後で詳細に説明する。異常発生を検知すると、異常検知部２３０は所定の異常信号を出力し、不図示の警告ランプを点灯させる等の報知を行うように作動する。
【００２２】
＜仮想中性点設定回路および異常検知部の詳細＞
次に、本発明の特徴である仮想中性点設定回路１２０および異常検知部２３０の詳細について説明する。仮想中性点設定回路１２０は、前述のように電動機３００の中性点と電位的に等価な仮想中性点ＶＮを設定するための回路である。具体的には、図１に示すように、電力変換回路１１０の中間電極６９と電動機３００の各巻線との間に接続されている出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗに抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗをそれぞれ接続し、これらの抵抗を接地抵抗Ｒｎを介してグランドに接続することで、仮想中性点設定回路１２０が構成されている。これにより、抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗと接地抵抗Ｒｎの間に仮想中性点ＶＮを設定し、この仮想中性点ＶＮの電圧値（電圧分圧値）を検出することで各相の出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの平均電位を検出できるようにしている。
【００２３】
なお、自動車用補機システムでは、一般的にバッテリ電源ＶＢの電圧が１２Ｖ程度と低いため、図１に示したように、抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを直接的に各相の出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗと接続することで仮想中性点設定回路１２０を構成しても問題ない。しかし、たとえばハイブリッド電気自動車の駆動システムのように、比較的高い電圧で車輪駆動用電動機を駆動するシステムの場合は、差動電圧検出回路や絶縁トランス等を利用して、仮想中性点ＶＮの電圧値を間接的に検出できるように仮想中性点設定回路１２０を構成するのが望ましい。
【００２４】
ここで、仮想中性点設定回路１２０における各抵抗の分圧比は、仮想中性点ＶＮの電圧値が異常検知部２３０で処理できる電圧レベルの範囲内となるように設定することが好ましい。たとえば、仮想中性点設定回路１２０からの出力を異常検知部２３０においてディジタル処理する場合に、異常検知部２３０に備えられたＡ／Ｄ変換器の入力レベルが０〜５Ｖの範囲内であれば、仮想中性点ＶＮの電圧値がこの範囲内となるように、仮想中性点設定回路１２０の分圧比を設定する。あるいは、仮想中性点ＶＮの電圧値を修正することで、異常検知部２３０で処理できる電圧レベルに規格化して用いるようにしてもよい。なお、仮想中性点ＶＮの電圧値を仮想中性点設定回路１２０から異常検知部２３０に入力する際に、オペアンプで増幅したり、インピーダンス変換した電圧を適用したりしても差し支えない。
【００２５】
異常検知部２３０は、上記のようにして仮想中性点設定回路１２０で設定された仮想中性点ＶＮの電圧値を検出し、その検出値の時間変化の傾き（時間微分値）を所定のしきい値と比較する。これにより、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗに地絡が発生した場合に、これを出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの異常として検知する。
【００２６】
異常検知部２３０が地絡を検知するための上記のしきい値は、平滑コンデンサ５１に流れる電流量に基づいて設定することができる。たとえば、上アームに対応する全てのスイッチング素子５２がオン状態であるときにバッテリ電源ＶＢから平滑コンデンサ５１に流入する電流量に基づいて、異常検知部２３０のしきい値が規定される。具体的には、バッテリ電源ＶＢの電圧Ｖｄｃとシャント抵抗Ｒｓｈを流れる電流値に基づいて、しきい値を調整することができる。
【００２７】
なお、バッテリ電源ＶＢから平滑コンデンサ５１に流入する電流量が十分に小さい場合は、しきい値を０に設定することで、異常検知部２３０の処理を簡略化することができる。あるいは、バッテリ電源ＶＢから平滑コンデンサ５１に流入する電流量を推定し、その推定値に基づいてしきい値を設定してもよい。本実施形態では、前者の場合について説明する。
【００２８】
＜出力電圧ベクトルの説明＞
ここで、電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルについて説明する。電力変換回路１１０の出力電圧は、各スイッチング素子５２、６２の切り替え状態に応じて、以下のＶ０〜Ｖ７の８種類の出力電圧ベクトルに分類して表すことができる。以下では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に、上アームのスイッチング素子５２がオン、下アームのスイッチング素子６２がオフのときを「１」で表し、上アームのスイッチング素子５２がオフ、下アームのスイッチング素子６２がオンのときを「０」で表している。
Ｖ０＝（０，０，０）
Ｖ１＝（１，０，０）
Ｖ２＝（１，１，０）
Ｖ３＝（０，１，０）
Ｖ４＝（０，１，１）
Ｖ５＝（０，０，１）
Ｖ６＝（１，０，１）
Ｖ７＝（１，１，１）
【００２９】
電力変換回路１１０から各出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗへの出力電圧の組み合わせは、ＰＷＭ生成器２２０から出力されるＰＷＭ信号のパルスパターンに応じて、上記のＶ０〜Ｖ７の各出力電圧ベクトルの間で変化する。すなわち、電力変換回路１１０から各出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗには、ＰＷＭ信号のパルスパターンに基づいて決定されるＶ０〜Ｖ７の各出力電圧ベクトルに従って、０またはバッテリ電源ＶＢの電圧Ｖｄｃがそれぞれ供給される。なお、三相全ての出力電圧が０となるＶ０ベクトルと、三相全ての出力電圧がＶｄｃとなるＶ７ベクトルは、ゼロベクトルと呼ばれる。
【００３０】
＜地絡発生時の電圧変化＞
次に、地絡発生時の電圧変化について説明する。図２は、地絡現象の一例を示す回路図である。
【００３１】
図２の回路図に示すように、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗのうち、たとえばＷ相の出力線６０ｗで地絡が生じたとする。この場合、Ｗ相の上アームに対応するスイッチング素子５２がオン状態になると、図中に破線矢印で示した経路で地絡電流が流れる。すなわち、平滑コンデンサ５１を介して電流が流れることになるため、平滑コンデンサ５１の両端電圧は減少する。
【００３２】
図３は、地絡発生時の平滑コンデンサ５１および仮想中性点ＶＮの電圧変化の様子を示す図である。上記のようにＷ相の出力線６０ｗに地絡が発生したときに、電力変換回路１１０に入力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭ信号のパルスパターンが図３（ａ）のようにそれぞれ変化すると、平滑コンデンサ５１の両端電圧は、図３（ｂ）のように変化する。すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭ信号が順にハイレベルになって対応する上アームのスイッチング素子５２がそれぞれオンされると、電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ１、Ｖ２、Ｖ７に順次変化する。これにより、バッテリ電源ＶＢから出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗを順に介して電動機３００への電力供給が行われ、それに応じて平滑コンデンサ５１の両端電圧が段階的に低下する。
【００３３】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチング素子５２が全てオンされると、電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルはＶ７ベクトルとなる。このとき、地絡が発生していない正常時であれば、バッテリ電源ＶＢにより平滑コンデンサ５１が充電される。そのため、図３（ｂ）に破線で示したように、平滑コンデンサ５１の両端電圧が時間経過に応じて徐々に増加していき、その傾きは０よりも大きくなる。しかし、図２に示したような地絡が発生している場合は、平滑コンデンサ５１を介して地絡電流が流れることで、平滑コンデンサ５１が放電される。そのため、図３（ｂ）に実線で示したように、平滑コンデンサ５１の両端電圧が時間経過に応じて徐々に減少していき、その傾きは０よりも小さくなる。
【００３４】
一方、仮想中性点ＶＮの電圧は、図３（ｃ）のように変化する。すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭ信号が順にハイレベルになって対応する上アームのスイッチング素子５２がそれぞれオンされると、電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ１、Ｖ２、Ｖ７に順次変化する。これにより、バッテリ電源ＶＢから出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗを順に介して電動機３００への電力供給が行われ、それに応じて仮想中性点ＶＮの電圧が段階的に上昇する。
【００３５】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチング素子５２が全てオンされると、電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルはＶ７ベクトルとなる。このとき、地絡が発生していない正常時であれば、前述のようにバッテリ電源ＶＢにより平滑コンデンサ５１が充電される。そのため、図３（ｃ）に破線で示したように、仮想中性点ＶＮの電圧が時間経過に応じて徐々に増加していき、その傾きは０よりも大きくなる。しかし、図２に示したような地絡が発生している場合は、前述のように平滑コンデンサ５１を介して地絡電流が流れることで、平滑コンデンサ５１が放電される。そのため、図３（ｃ）に実線で示したように、仮想中性点ＶＮの電圧が時間経過に応じて徐々に減少していき、その傾きは０よりも小さくなる。
【００３６】
本発明では、上記のような地絡発生時の平滑コンデンサ５１または仮想中性点ＶＮの電圧変化の様子を異常検知部２３０により観察することで、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗにおける地絡の発生を検知する。すなわち、異常検知部２３０は、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態に関する値として、ＰＷＭ周期内で電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ７ベクトルであるときの平滑コンデンサ５１の両端電圧値、または仮想中性点ＶＮの電圧値を検出し、その検出値の時間変化の傾きを求める。具体的には、たとえば図３に示したように、Ｖ７ベクトルの期間をサンプリング期間として、そのサンプリング期間内に設定されたＶＳ１、ＶＳ２の各サンプリング点で平滑コンデンサ５１の両端電圧値または仮想中性点ＶＮの電圧値を検出し、これらの検出値の差分を求めることで、検出値の時間変化の傾きを求めることができる。このとき、サンプリング点を３つ以上としてもよい。こうして求められた検出値の時間変化の傾きが所定のしきい値（たとえば０）以上であるか否かを判定し、しきい値未満であれば、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗのいずれかで地絡が発生していると判断することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、仮想中性点ＶＮの電圧値を検出し、その検出値の時間変化の傾きに基づいて地絡を検知する場合について説明する。もう一方の場合、すなわち平滑コンデンサ５１の両端電圧値を検出し、その検出値の時間変化の傾きに基づいて地絡を検知する場合については、後で第２の実施形態により詳しく説明する。
【００３８】
＜本実施形態の骨子＞
以上説明したように、本実施形態では、ＰＷＭ信号のパルスパターンによって決まる電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ７ベクトルであるときに検出された仮想中性点ＶＮの電圧値の時間変化が所定のしきい値を下回る場合に、地絡と判定する。すなわち、電動機３００の運転過程で現れる仮想中性点ＶＮの電圧値は、Ｖ７ベクトルの状態において平滑コンデンサ５１の両端電圧値と等しくなるので、本実施形態では、その時間変化の傾きを所定のしきい値と比較することで、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態が正常であるか否かを判定している。
【００３９】
なお、電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ０ベクトルである場合は、三相全ての出力電圧が０ボルトなので、仮想中性点ＶＮの電圧値は０となる。したがって、Ｖ０ベクトルで地絡した場合、これは検出対象とはされない。一方、電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ７ベクトルである場合は、三相全ての出力電圧がバッテリ電源ＶＢの直流電圧Ｖｄｃなので、仮想中性点ＶＮの電圧値はＶｄｃとなる。
【００４０】
＜異常検知処理＞
以上説明した地絡判定は、異常検知部２３０において行われる異常検知処理によって実現される。図４は、本発明の第１の実施形態に係る異常検知処理の制御フローを示す図である。異常検知部２３０は、図４に示す制御フローを所定周期ごとに実行することで、異常検知処理を行う。
【００４１】
ステップＳ４０において、異常検知部２３０は、電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ７ベクトルであるか否かを判定し、Ｖ７ベクトルであればステップＳ４１以降の処理を開始する。
【００４２】
ステップＳ４１において、異常検知部２３０は、仮想中性点ＶＮの電圧値を２回、またはそれ以上の所定回数だけサンプリングする。これにより、ＰＷＭ周期内で電力変換回路１１０の上アームに対応する全てのスイッチング素子５２がオン状態であるサンプリング期間中に、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態に関する値として、仮想中性点設定回路１２０によって設定された仮想中性点ＶＮの電圧値を複数回検出する。
【００４３】
ステップＳ４２において、異常検知部２３０は、ステップＳ４１でサンプリングした仮想中性点ＶＮの各電圧値の傾き（時間微分値）を算出する。すなわち、電力変換回路１１０において上アームに対応する全てのスイッチング素子５２がオン状態であるときの仮想中性点ＶＮの電圧検出値の時間変化の傾きを算出する。
【００４４】
ステップＳ４３Ａにおいて、異常検知部２３０は、ステップＳ４２で算出した傾きをしきい値である０と比較し、傾きが０以上であるか否かを判定する。その結果、傾きが０以上であればステップＳ４４に進み、０未満であればステップＳ４５に進む。
【００４５】
ステップＳ４４において、異常検知部２３０は、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗにおいて地絡が発生しておらず、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態が正常であると判定する。ステップＳ４４を実行したら、異常検知部２３０は異常検知処理を終了する。
【００４６】
ステップＳ４５において、異常検知部２３０は、出力線６０ｕ、６０ｖまたは６０ｗのいずれかの絶縁状態が異常であると判定する。これにより、出力線６０ｕ、６０ｖまたは６０ｗのいずれか少なくとも１つが地絡していると判断して、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの地絡を検知する。
【００４７】
ステップＳ４６において、異常検知部２３０は、ステップＳ４５で地絡を検出したことを報知する。たとえば、所定の異常信号を出力して不図示の警告ランプを点灯させることで、地絡の発生を報知する。ステップＳ４６を実行したら、異常検知部２３０は異常検知処理を終了する。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態では、ＰＷＭ信号のパルスパターンによって定まる出力電圧ベクトルに応じて仮想中性点ＶＮの電圧値を検出し、その時間変化の傾きが所定値以下のときに地絡異常と判定する。そのため、信頼性の高い異常検出が可能である。
【００４９】
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００５０】
（１）電動機駆動装置１００は、電動機３００と各相の出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗを介して接続されることで電動機３００を駆動するものである。この電動機駆動装置１００は、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗにそれぞれ接続され、各相の上アームおよび下アームに対応するスイッチング素子５２、６２と、スイッチング素子５２、６２の動作を制御する制御部２００と、各相の上アームおよび下アームの直列回路５０に並列に接続された平滑コンデンサ５１と、異常検知部２３０とを備える。異常検知部２３０は、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態に関する値を検出し（ステップＳ４１）、その検出値の時間変化の傾きに基づいて出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの地絡を検知する（ステップＳ４２、Ｓ４３Ａ、Ｓ４５）。このようにしたので、変調度に関わらず地絡を正確に検出することができる。
【００５１】
（２）電動機駆動装置１００は、電動機３００の中性点と電位的に等価な仮想中性点ＶＮを設定する仮想中性点設定回路１２０をさらに備える。異常検知部２３０は、ステップＳ４１において、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態に関する値として、仮想中性点ＶＮの電圧値を検出する。このようにしたので、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態を的確に表す値を取得して、地絡を正確に検出することができる。
【００５２】
（３）異常検知部２３０は、上アームに対応する全てのスイッチング素子５２がオン状態であるときの検出値の時間変化の傾きが所定のしきい値未満であるか否かを判定し（ステップＳ４３Ａ）、しきい値未満の場合に、出力線６０ｕ、６０ｖまたは６０ｗが地絡していると判断する（ステップＳ４５）。このようにしたので、出力線６０ｕ、６０ｖまたは６０ｗが地絡しているか否かを容易かつ確実に判断することができる。
【００５３】
（４）制御部２００は、一定のＰＷＭ周期ごとにスイッチング素子５２、６２の動作を制御する。異常検知部２３０は、このＰＷＭ周期内で上アームに対応する全てのスイッチング素子５２がオン状態であるサンプリング期間中にステップＳ４１の処理を実行して、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態に関する値を複数回検出する。このようにしたので、時間変化の傾きを算出するのに必要な値を確実に検出することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、平滑コンデンサ５１の両端電圧値を検出し、その検出値の時間変化の傾きに基づいて地絡を検知する場合について説明する。
【００５５】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る電動機駆動装置の構成を示す図である。図５に示す電動機駆動装置５００は、図１に示した第１の実施形態の電動機駆動装置１００と比較して、仮想中性点設定回路１２０が設けられておらず、異常検知部２３０が平滑コンデンサ５１の両端電圧を検出する点が異なっている。
【００５６】
なお、自動車用補機システムでは、一般的にバッテリ電源ＶＢが１２Ｖ程度と低いため、図５に示したように、平滑コンデンサ５１の両端電圧を直接的に検出しても問題ない。しかし、たとえばハイブリッド電気自動車の駆動システムのように、比較的高い電圧で車輪駆動用電動機を駆動するシステムの場合は、差動電圧検出回路や絶縁トランス等を利用して、平滑コンデンサ５１の両端電圧を間接的に検出するのが望ましい。
【００５７】
ここで、平滑コンデンサ５１の両端電圧の検出結果は、異常検知部２３０で処理できる電圧レベルの範囲内となるようにすることが好ましい。たとえば、平滑コンデンサ５１の両端電圧を異常検知部２３０においてディジタル処理する場合に、異常検知部２３０に備えられたＡ／Ｄ変換器の入力レベルが０〜５Ｖの範囲内であれば、この範囲内となるように平滑コンデンサ５１の両端電圧を分圧する。これにより、平滑コンデンサ５１の両端電圧値を修正し、異常検知部２３０で処理できる電圧レベルに規格化して用いるようにしてもよい。なお、平滑コンデンサ５１の両端電圧を異常検知部２３０に入力する際に、オペアンプで増幅したり、インピーダンス変換した電圧を適用したりしても差し支えない。
【００５８】
本実施形態では、図３（ｂ）に示したような地絡発生時の平滑コンデンサ５１の電圧変化の様子を異常検知部２３０により観察することで、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗにおける地絡の発生を検知する。すなわち、ＰＷＭ信号のパルスパターンによって決まる電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ７ベクトルであるときに検出された平滑コンデンサ５１の両端電圧値の時間変化が所定のしきい値を下回る場合に、地絡と判定する。
【００５９】
具体的には、図４に示した制御フローのステップＳ４１において、異常検知部２３０は、平滑コンデンサ５１の両端電圧値を２回、またはそれ以上の所定回数だけサンプリングする。これにより、ＰＷＭ周期内で電力変換回路１１０の上アームに対応する全てのスイッチング素子５２がオン状態であるサンプリング期間中に、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態に関する値として、平滑コンデンサ５１の両端電圧値を複数回検出する。続くステップＳ４２において、異常検知部２３０は、ステップＳ４１でサンプリングした平滑コンデンサ５１の各両端電圧値の傾き（時間微分値）を算出する。すなわち、電力変換回路１１０において上アームに対応する全てのスイッチング素子５２がオン状態であるときの平滑コンデンサ５１の両端電圧値の時間変化の傾きを算出する。これ以外の処理については、第１の実施形態と同様である。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態では、ＰＷＭ信号のパルスパターンによって定まる出力電圧ベクトルに応じて平滑コンデンサ５１の両端電圧値を検出し、その時間変化の傾きが所定値以下のときに地絡異常と判定する。そのため、信頼性の高い異常検出が可能である。
【００６１】
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した（１）、（３）および（４）に加えて、さらに下記（５）の作用効果を奏する。
【００６２】
（５）異常検知部２３０は、ステップＳ４１において、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態に関する値として、平滑コンデンサ５１の両端電圧値を検出する。このようにしたので、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの絶縁状態を的確に表す値を取得して、地絡を正確に検出することができる。
【００６３】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、バッテリ電源ＶＢから平滑コンデンサ５１に流入する電流量を推定し、その推定値に基づいて地絡判定のしきい値を設定する場合について説明する。
【００６４】
なお、本実施形態に係る電動機駆動装置の構成は、第１の実施形態で説明した図１の構成、または第２の実施形態で説明した図５の構成のいずれかと同様であるため、説明を省略する。
【００６５】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る異常検知処理の制御フローを示す図である。本実施形態において、異常検知部２３０は、図６に示す制御フローを所定周期ごとに実行することで、異常検知処理を行う。
【００６６】
なお、図６の制御フローにおいて、図４に示した第１、第２の実施形態の制御フローと同様の処理を行う処理ステップについては、図４と同一のステップ番号としている。以下では、この図４と同一ステップ番号が付された処理ステップについて、特に必要のない限りは説明を省略する。
【００６７】
異常検知部２３０は、ステップＳ４２を実行した後、ステップＳ４２Ｂを実行する。ステップＳ４２Ｂにおいて、異常検知部２３０は、続くステップＳ４３Ｂの判定に用いるためのしきい値を設定する。ここでは、平滑コンデンサ５１に流れる電流量に基づいてしきい値を設定することができる。たとえば、バッテリ電源ＶＢの電圧Ｖｄｃと、シャント抵抗Ｒｓｈで検出された電流値とに基づいて、平滑コンデンサ５１の電流量を推定する。あるいは、平滑コンデンサ５１の電流量を直接検出したり、バッテリ電源ＶＢからの出力電流量を検出し、その検出値からシャント抵抗Ｒｓｈの電流検出値を差し引くことで、平滑コンデンサ５１の電流量を算出したりしてもよい。
【００６８】
こうして平滑コンデンサ５１の電流量が求められたら、異常検知部２３０は、その電流量に基づいてしきい値の設定を行う。たとえば、電流量が所定の基準値未満であればしきい値を０とし、基準値以上であれば所定のしきい値Ｔｈ（Ｔｈ＞０）を設定する。このとき、電流量に応じてしきい値Ｔｈを変化させてもよい。このようにして、平滑コンデンサ５１に流れる電流量に応じてしきい値を調整することができる。
【００６９】
異常検知部２３０は、ステップＳ４２Ｂを実行した後、ステップＳ４３Ｂを実行する。ステップＳ４３Ｂにおいて、異常検知部２３０は、ステップＳ４２で算出した傾きと、ステップＳ４２Ｂで設定したしきい値とを比較し、傾きがしきい値以上であるか否かを判定する。なお、ここでしきい値と比較される傾きとは、第１の実施形態で説明した仮想中性点ＶＮの電圧検出値の時間変化の傾き、または第２の実施形態で説明した平滑コンデンサ５１の両端電圧値の時間変化の傾きである。その結果、傾きがしきい値以上であればステップＳ４４に進み、しきい値未満であればステップＳ４５に進む。これ以降は、図４と同様の処理を実行する。
【００７０】
以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、第１および第２の実施形態で説明した（１）〜（５）に加えて、さらに下記（６）の作用効果を奏する。
【００７１】
（６）異常検知部２３０は、平滑コンデンサ５１に流れる電流量に基づいて、ステップＳ４３Ｂの判定に用いるためのしきい値を設定する（ステップＳ４２Ｂ）。このようにして判定のしきい値を適切に調整できるようにしたので、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗが地絡しているか否かをより一層正確に判断することができる。
【００７２】
なお、以上説明した各実施形態において、電動機３００が高負荷状態で動作しており、ＰＷＭ信号のデューティが１００％付近の場合は、電力変換回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ７ベクトルであるサンプリング期間が短く、サンプリング期間中に複数のサンプリング点が得られない場合がある。したがって、このような場合は、ＰＷＭ信号の生成に用いるカウンタを途中でリセットする等によりＰＷＭ信号の生成タイミングを調整することで、十分なサンプリング期間が得られるようにしてもよい。たとえば、三相の電圧指令値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）がそれぞれ最大となるタイミングに合わせて各相のＰＷＭパルスが出力されるように、ＰＷＭ信号の生成タイミングを調整する。このようにすれば、電気角６０°毎に十分なサンプリング期間が得られるようにして、地絡発生の有無を判断することができる。
【００７３】
また、以上説明した各実施形態では、図４のステップＳ４３Ａで傾きが０未満との否定判定がなされた場合、または図６のステップＳ４３Ｂで傾きがしきい値未満との否定判定がなされた場合に、続くステップＳ４５で出力線６０ｕ、６０ｖまたは６０ｗの絶縁状態が異常であると判定し、地絡を検知する例を説明した。しかし、このようにはせず、ステップＳ４３ＡまたはＳ４３Ｂで複数回連続して否定判定がなされたときに地絡を検知するようにしてもよい。すなわち、異常検知部２３０は、連続する２以上のＰＷＭ周期に渡って、上アームに対応する全てのスイッチング素子５２がオン状態であるときの検出値の時間変化の傾きが所定のしきい値未満の場合に、出力線６０ｕ、６０ｖまたは６０ｗが地絡していると判断してもよい。このようにすれば、バッテリ電源ＶＢの電圧変動と地絡現象とを適切に分離して、バッテリ電源ＶＢの直流電圧Ｖｄｃが変動した場合に、これを地絡と誤検知するのを避けることができる。
【００７４】
さらに、以上説明した各実施形態において、異常検知部２３０は、電動機３００が力行しているときに図４または図６の異常検知処理を実行し、出力線６０ｕ、６０ｖ、６０ｗの地絡を検知することが好ましい。このようにすれば、電動機３００の力行時に地絡が生じた場合はこれを確実に検知し、危険を回避することができる。
【００７５】
以上説明した各実施形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７６】
５０…直列回路、５１…平滑コンデンサ、５２、６２…スイッチング素子、５６、６６…ダイオード、６０ｕ、６０ｖ、６０ｗ…出力線、１００…電動機駆動装置、１１０…電力変換回路、１２０…仮想中性点設定回路、２００…制御部、２１０…電流制御器、２２０…ＰＷＭ生成器、２３０…異常検知部、３００…電動機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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