(57)【要約】【課題】補機バッテリの接続が断たれたことを確実に検出する。【解決手段】モータ１４の中性点には、補機バッテリ１８の正極が接続されるとともに、補機負荷２０が接続されている。そして、この補機負荷２０への電源ラインにおける電圧、すなわち中性点電圧を検出して、このリップルが大きくなったことで補機バッテリ１８がはずれたことを検出する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータにて駆動され、駆動力の出力または発電を行う交流モータと、
この交流モータの中性点に接続された電源と、
前記中性点における電流または電圧の状態を検出する中性点状態検出手段と、
を有し、
前記中性点状態検出手段の検出結果に基づいて異常判定を行う多相モータ駆動用インバータシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記中性点状態検出手段は、前記中性点電圧のリップルを検出する多相モータ駆動用インバータシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、
前記電源には、電力を消費する電気機器である補機が接続され、
前記中性点状態検出手段は、補機に供給される電流のリップルを検出する多相モータ駆動用インバータシステム。
【請求項４】
請求項２または３に記載のシステムにおいて、
前記中性点状態検出手段により検出したリップルが所定値以上である場合に、異常と判定する多相モータ駆動用インバータシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のシステムにおいて、
前記中性点と電源の間には、リアクトルが接続されており、前記中性点状態検出手段は、このリアクトルより電源側の電流または電圧の状態を検出する多相モータ駆動用インバータシステム。
【請求項６】
インバータにて駆動されまた発電を行う交流モータと、この交流モータの中性点に接続された電源と、を有する多相モータ駆動用インバータシステムにおける異常検出方法であって、
前記中性点における電流または電圧の状態を検出し、この検出結果に基づいて異常判定を行う多相モータ駆動用インバータシステムの異常検出方法。
【請求項７】
インバータにて駆動されまた発電を行う交流モータと、この交流モータの中性点に接続された電源と、前記中性点の電流または電圧を監視する異常検出装置と、を有する多相モータ駆動用インバータシステムにおける異常検出プログラムであって、
前記異常検出装置に、
前記中性点における電流または電圧の状態を取り込ませ、
取り込んだ状態に基づいて異常判定を行わせる多相モータ駆動用インバータシステムの異常検出プログラム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載のシステム、方法またはプログラムにおいて、
前記交流モータが車両用交流モータである多相モータ駆動用インバータシステム、多相モータ駆動用インバータの異常検出方法または多相モータ駆動用インバータの異常検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータにて駆動されまた発電を行う交流モータと、この交流モータの中性点に接続された電源と、を有する多相モータ駆動用インバータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種の機器の動力源として交流モータが広く利用されており、電気自動車や、ハイブリッド自動車などにおいても、通常はバッテリからの直流電力をインバータで所望の交流電力に変換してモータに供給するシステムが採用されている。このシステムによって、出力トルクの広範囲な制御が可能となり、また回生制動による電力をバッテリの充電に利用できるというメリットもある。
【０００３】
ここで、大出力のモータの電源としては高電圧のものが効率がよく、電気自動車やハイブリッド自動車では、そのインバータの入力側に接続する主バッテリとして、数１００Ｖという高電圧のものを利用している。一方、スター結線のモータコイルの中性点では、インバータ入力電圧の１／２の電圧が通常得られている。そこで、この中性点にバッテリを接続することで、システムから２種類の直流電圧を出力することができ、またモータコイルをチョッパ制御することなどによって２つのバッテリ間による電力の授受を制御することもできる。
【０００４】
従って、ハイブリッド自動車などでは、モータを発電機としても利用することで、得られた発電電力を２つのバッテリの充電に利用して、２つの電源電圧を得るシステムが採用可能となる。特に、バッテリに代えてコンデンサを用いることもできる。このようなシステムは特開平１１−１７８１１４号公報などに示されている。
【０００５】
ここで、車両には、各種の電気機器が搭載されており、これらの補機バッテリとして通常１２Ｖ（充電時１４Ｖ）程度のものが搭載されている。上述のモータ中性点の電圧は、インバータ入力側の電圧の１／２程度であり、通常の電気自動車やハイブリッド自動車では、中性点電圧といえどもかなりの高電圧となり、補機バッテリをここに接続することは困難である。そこで、補機バッテリの充電には、別に設けたＤＣＤＣコンバータを利用している。
【０００６】
一方、このようなシステムの実用的な応用例として、３６Ｖ電源と１２Ｖ電源を備える、いわゆる２電源システムも検討されている。この２電源システムにおいては、３６Ｖ電源の充電時にはインバータ入力電圧を４２Ｖ程度とし、１２Ｖ電源を充電する場合には、中性点電圧を１４Ｖ程度にすればよいため、モータコイルを利用して２つの電源間の電力の授受が行える。
【０００７】
従って、このインバータシステムによれば、高圧側バッテリと低圧側バッテリ間の電荷の移動をモータコイルを利用して行うことができ、ＤＣＤＣコンバータが不要であるという利点が得られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上述のような多相モータ駆動用インバータシステムにおいて、低電圧側バッテリには、多数の補機が接続されており、低電圧側バッテリはこれら補機に安定して電力を供給する役割を果たしている。すなわち、多相モータ駆動用インバータシステムにおいては、インバータにおけるスイッチング素子のスイッチングを制御して中性点電圧を制御しているが、この中性点電圧は必ずしも一定値に維持できるわけではない。従って、この低圧側バッテリがないと、補機に供給する電圧が大きく変動してしまい、補機の安定した動作を確保することができない。また、各補機において、入力電圧の変動を抑制するためのコンデンサを有している場合においては、中性点電圧が大きく変化することでコンデンサの寿命が短くなってしまうという問題がある。そこで、低電圧側バッテリを設けているが、この低電圧側バッテリが何らかの都合で、はずれた（電気的接続が断たれた）場合には、上述の問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、低電圧側バッテリの接続が断たれたことを確実に検出することができる多相モータ駆動用インバータシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インバータにて駆動されまた発電を行う交流モータと、この交流モータの中性点に接続された電源と、前記中性点における電流または電圧の状態を検出する中性点状態検出手段と、を有し、前記中性点状態検出手段の検出結果に基づいて異常判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
中性点電圧や中性点電流は、電源の存在により平滑化される。しかし、電源が切り離された場合には、この電源の影響がなくなり、中性点電圧や、中性点電流が変化しやすくなる。従って、この中性点の状態によって電源が切り離されてしまった異常を効果的に検出することができる。
【００１２】
また、前記中性点状態検出手段は、前記中性点電圧のリップルを検出することが好適である。
【００１３】
中性点電圧には、モータ駆動電流に基づくリップルがのり、このリップルの大きさを検出することで、電源が切り離されてしまったことを効果的に検出することができる。
【００１４】
また、前記電源には、電力を消費する電気機器である補機が接続され、前記中性点状態検出手段は、補機に供給される電流のリップルを検出することが好適である。
【００１５】
中性点電流によっても、中性点電圧と同様に効果的な電源はずれの検出が行える。
【００１６】
また、前記中性点状態検出手段により検出したリップルが所定値以上である場合に、異常と判定することが好適である。
【００１７】
また、前記中性点と電源の間には、リアクトルが接続されており、前記中性点状態検出手段は、このリアクトルより電源側の電流または電圧の状態を検出することが好適である。
【００１８】
また、本発明に係る方法は、インバータにて駆動されまた発電を行う交流モータと、この交流モータの中性点に接続された電源と、を有する多相モータ駆動用インバータシステムにおける異常検出方法であって、前記中性点における電流または電圧の状態を検出し、この検出結果に基づいて異常判定を行うことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るプログラムは、インバータにて駆動されまた発電を行う交流モータと、この交流モータの中性点に接続された電源と、前記中性点の電流または電圧を監視する異常検出装置と、を有する多相モータ駆動用インバータシステムにおける異常検出プログラムであって、前記異常検出装置に、前記中性点における電流または電圧の状態を取り込ませ、取り込んだ状態に基づいて異常判定を行わせることを特徴とする。
【００２０】
また、前記交流モータが車両用交流モータであることが好適である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、実施形態に係る多相モータ駆動用インバータシステムの全体構成を示す図である。主電源である３６Ｖ（充電時４２Ｖ）バッテリ１０には、インバータ１２が接続されている。すなわち、インバータ１２の正極母線、負極母線間にバッテリ１０の出力が印加される。
【００２３】
インバータ１２は、例えば内部に正極母線、負極母線間に２つのスイッチング素子（トランジスタ）を配置したアームを３本並列して設け、各アームのトランジスタ間を３相のモータ出力端としている。
【００２４】
そして、このインバータの３相モータ出力端には、３相の交流モータ１４の３相モータコイル端が接続される。従って、インバータ１２の１つの上側トランジスタを順次オンし、１つの上側トランジスタがオンしている間に他のアームのトランジスタを順次オンして、交流モータ１４の各相コイルに１２０°位相の異なったモータ電流を供給する。
【００２５】
また、交流モータ１４の中性点には、リアクトル１６を介し、補機バッテリ１８の正極および各種の補機負荷２０が接続されている。そして、リアクトル１６より補機バッテリ１８側の補機バッテリ１８の電源ラインの電圧を検出する電圧計２２が設けられており、この電圧計２２の出力は制御回路２４に供給されている。
【００２６】
制御回路２４は、電圧計２２の出力から、そのリップル成分の大きさを判定し、リップルが所定以上となったことで、補機バッテリ１８がはずれているなどの異常を判定する。
【００２７】
このようなシステムにおいて、インバータ１２における上側トランジスタのオンデューティーと、下側トランジスタのオンデューティーの比を変更することで、中性点電圧を制御することができる。すなわち、両者のオン期間が同一であれば、中性点電圧はインバータ入力電圧（バッテリ１０電圧）に等しくなる。一方、下側トランジスタのオン期間「１」に対し、上側電圧のオン期間が「２」であれば、中性点電圧は、バッテリ１０電圧の１／３の電圧になる。
【００２８】
例えば、バッテリ１０の電圧が３６Ｖ（充電時４２Ｖ）の場合に、補機バッテリ１８の電圧は１２Ｖ（充電時１４Ｖ）になる。そして、バッテリ１０からの電力によって、交流モータ１４を駆動して車両発進時などトルクアシストを行い、補機バッテリ１８からの電力によって各種の補機負荷２０を動作させる。
【００２９】
ここで、中性点電圧を、バッテリ１０電圧の１／３になるように制御するため、インバータ１２における上側トランジスタと下側トランジスタのオン期間がアンバランスになっており、中性点電圧はモータ各相への電流供給位相に従って、振動することになる。リアクトル１６は、この振動する中性点電圧をある程度平滑化する役割を果たし、補機バッテリ１８によって補機バッテリ１８の出力電圧はほぼ一定値に維持される。
【００３０】
ところが、何らかの理由で、補機バッテリ１８の接続が解除されてしまうと、リアクトル１６の出力がそのまま補機電源ラインの電圧になる。補機バッテリ１８が接続されている場合には、補機バッテリ１８の能力によって補機電源ラインの電圧はほぼ一定に維持されていたが、補機バッテリ１８が切り離されてしまうと、中性点の電圧変化の影響が補機バッテリラインにそのまま現れてしまう。
【００３１】
すなわち、補機電源ラインは、中性点電圧と同様に、モータ各相電流のピークにあわせて変動する。すなわち、図２に示すように、モータ各相電流の３倍の周期で変動することになる。
【００３２】
本実施形態では、制御回路２４において、このリップル成分の大きさを検出し、検出値が所定以上になったことで異常と判定する。この制御回路２４における判定について、図３に基づいて説明する。
【００３３】
まず他の異常がなかったかを判定し（Ｓ１１）、異常がなかった場合には、１４Ｖ系の電圧平均値Ｖｂｓａｖｅから１４系の目標電圧（電圧指令値）Ｖｂｓ＊を減算した値の絶対値が所定の閾値ａより小さいかを判定する（Ｓ１２）。この判定でＹＥＳの場合には、１４Ｖ系のリップル、すなわち、図２に示す交流成分のピーク間電圧Ｖｂｓｐ−ｐが所定の閾値ｂより大きいかを判定する（Ｓ１３）。この判定において、ＹＥＳの場合には、補機バッテリ異常と判定する（Ｓ１４）。
【００３４】
なお、１４Ｖ系の補機電源ラインの平均電圧Ｖｂｓａｖｅは、温度によっても変化するが、１３．５Ｖ〜１４．５Ｖ程度であり、これに応じて目標電圧Ｖｂｓ＊を１４Ｖ、閾値ａを１Ｖ程度に決定する。また、リアクトル１６のリアクタンスにもよるが、閾値ｂは、０．５Ｖ程度に設定する。
【００３５】
一方、Ｓ１１またはＳ１２においてＮＯの場合には、判定不能と判定し（Ｓ１６）、Ｓ１３においてＮＯの場合には異常なしと判定する（Ｓ１５）。
【００３６】
図４には、他の実施形態の構成が示されており、この例では電圧計２２に代えて電流計２８が採用されている。すなわち、リアクトル１６と、補機バッテリ１８の正極が接続されている接続点までの間に、中性点と補機バッテリ１８および補機負荷２０の間に流れる電流を検出する電流計２８が設けられており、この電流計２８の検出結果に応じて制御回路２４が異常判定を行う。
【００３７】
すなわち、図５に示すように、まず他の異常がなかったかを判定し（Ｓ２１）、異常がなかった場合には、電流計２８の検出結果である中性点電流についてのリップル、すなわち、図６に示す交流成分のピーク間電流値Ｉｎｐ−ｐが所定の閾値ｃより大きいかを判定する（Ｓ２２）。そして、この判定において、ＹＥＳの場合には、補機バッテリ異常と判定する（Ｓ２３）。
【００３８】
一方、Ｓ２１においてＮＯの場合には、判定不能と判定し（Ｓ２４）、Ｓ２２においてＮＯの場合には異常なしと判定する（Ｓ２４）。
【００３９】
このように、本実施形態のシステムによれば、補機バッテリの異常を効果的に検出することができる。
【００４０】
また、この制御は、上述の各相電圧指令をキャリアの振幅に合わせて調整する制御と組み合わせて行うことが好適である。
【００４１】
ここで、本実施形態の交流モータ１３は、車両に搭載される車両用のものであることが好適である。補機負荷２０は車両に搭載される各種の補機が挙げられる。また、車載される交流モータ１３としては、特開２００２−１５５７７３号公報に記載されたエコランシステム用のモータジェネレータなどが好適である。
【００４２】
すなわち、このモータジェネレータは、（ｉ）車両停止中にエンジンを停止するアイドルストップ制御を行った後の発進時におけるエンジンを自動始動しながらの車両走行、（ｉｉ）車両減速時に駆動系を介して車輪の回転が伝達されることにより行われる回生発電、（ｉｉｉ）車両停止によるエンジン停止時におけるエアコン用コンプレッサやパワーステアリングようポンプなどの駆動、（ｉｖ）エンジン駆動時における発電、（ｖ）運転を停止したエンジンの回転制御を行いエンジン停止時の振動発生を抑制する制御、（ｖｉ）減速時にエンジンへの燃料供給をカットし、その後燃料供給を開始した際にエンジン回転数を回復させるエンジンストール防止、などに利用される。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、中性点における電流または電圧の状態に基づいて異常判定を行う。中性点電圧や中性点電流は、電源の存在により平滑化される。しかし、電源が切り離された場合には、この電源の影響がなくなり、中性点電圧や、中性点電流が変化しやすくなる。従って、この中性点の状態によって電源が切り離されてしまった異常を効果的に検出することができる。
【００４４】
また、中性点電圧や中性点電流には、モータ駆動電流に基づくリップルがのり、このリップルの大きさを検出することで、電源が切り離されてしまったことを効果的に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るシステムの構成を示す図である。
【図２】中性点電圧の波形を示す図である。
【図３】異常検出の動作を説明するフローチャートである。
【図４】他の実施形態に係るシステムの構成を示す図である。
【図５】中性点電圧の波形を示す図である。
【図６】異常検出の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０　主バッテリ、１２　インバータ、１４　交流モータ、１６　リアクトル、１８　補機バッテリ、２０　補機負荷。
【図１】
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【図２】
2004048921.tif 000004
【図３】
2004048921.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004048921.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月10日(2003.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図４には、他の実施形態の構成が示されており、この例では電圧計２２に代えて電流計２６が採用されている。すなわち、リアクトル１６と、補機バッテリ１８の正極が接続されている接続点までの間に、中性点と補機バッテリ１８および補機負荷２０の間に流れる電流を検出する電流計２６が設けられており、この電流計２６の検出結果に応じて制御回路２４が異常判定を行う。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
すなわち、図６に示すように、まず他の異常がなかったかを判定し（Ｓ２１）、異常がなかった場合には、電流計２６の検出結果である中性点電流についてのリップル、すなわち、図５に示す交流成分のピーク間電流値Ｉｎｐ―ｐが所定の閾値ｃより大きいかを判定する（Ｓ２２）。そして、この判定において、ＹＥＳの場合には、補機バッテリ異常と判定する（Ｓ２３）。


【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004048921.tif 000009
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004048921.tif 000010