(57)【要約】    【課題】負荷電流が変動する電装負荷がモータの場合でも、過電流を検出できる。    【解決手段】電流センサ１０５は、モータ１０７に接続されている電源線１０６に流れる負荷電流ＩＬを検知し、その電流値は電流値信号１２３を介して制御部１０２に入力される。電流値信号１２３の電流値が電流遮断設定値を超えた場合は、制御部１０２はスイッチ信号１２１の状態にかかわらず、オン／オフ信号１２２をオフ信号として、リレー１０４をオフし、モータ１０７への電力供給を断つ。また、モータ１０７には回転速度ｒを検出するための回転速度センサ１０８が組み込まれており、回転速度信号１２４を介して回転速度ｒが制御部１０２に入力される。電源線１０６が電源線１０６のＡ点において、車両のボディーアースと接続されているアース線１１０とチャタリング短絡異常を発生した場合を示している。【選択図】    図１
2005333732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からモータに電力を供給する電源線の異常を検知する電源線の異常検出装置において、
前記モータの回転速度の変化と、前記モータへの負荷電流の変化と、に基づいて前記電源線の異常を検知することを特徴とする電源線の異常検出装置。
【請求項２】
前記モータの前記回転速度が増加している場合に、前記負荷電流が減少から増加に変化した場合に、前記電源線の異常を検知することを特徴とする請求項１に記載の電源線の異常検出装置。
【請求項３】
前記モータの前記回転速度が減少している場合に、前記負荷電流が増加から減少に変動した場合に前記電源線の異常を検知することを特徴とする請求項１に記載の電源線の異常検出装置。
【請求項４】
前記モータの前記回転速度が一定である場合に、前記負荷電流が増加した場合に前記電源線の異常を検知することを特徴とする請求項１に記載の電源線の異常検出装置。
【請求項５】
前記電源からリレーを介し、前記電源線で前記モータに前記電力を供給し、前記電源線の異常を検知した場合に、前記リレーをオフすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電源線の異常検出装置。
【請求項６】
前記電源からＩＰＳを介し、前記電源線で前記モータに前記電力を供給し、前記電源線の異常を検知した場合に、前記ＩＰＳをオフすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電源線の異常検出装置。
【請求項７】
電源線から電源からの電力を受け駆動されるモータの回転速度の変化と、前記モータへの負荷電流の変化と、に基づいて前記電源線の異常を検知することを特徴とする電源線の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
モータへ電力を供給する電源線の異常を検知する、電源線の異常検出装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電装負荷への過電流検出は電装負荷に流れる電流により、電装負荷の両端に発生する電圧差が変動することを検知し、過電流を検出していた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−０１７０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電装負荷がモータの場合、モータの回転数により負荷電流が変動するため、電流の変動による過電流の検出が困難であるいう問題があった。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、負荷電流が変動する電装負荷がモータの場合でも、過電流を検出できる電源線の異常検出装置および方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
モータの回転速度の変化と、モータへの負荷電流の変化とに基づいて電源線の異常を検知する。
【発明の効果】
【０００７】
過電流遮断するために、予め設定した電流閾値以上の電流が流れない場合でも、電源線の過電流を検知し、電流を遮断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【０００９】
本発明の第１の実施の形態について、図１〜７を用いて説明する。先ず第１の実施の形態の構成を示すブロック図である図１を用いて、本第１の実施の形態の構成について説明する。
【００１０】
図１において、車両の電装負荷であるモータ１０７は、電源線１０６、電流センサ１０５、リレー１０４、電源線１０３を介してバッテリ１０９に接続されている。リレー１０４は、入力端子１０１から入力されるスイッチ信号１２１を受け取る制御部１０２からのオン／オフ信号１２２により制御され、モータ１０７への電力供給をオン／オフ制御する。
【００１１】
電流センサ１０５は、モータ１０７に接続されている電源線１０６に流れる負荷電流ＩＬを検知し、その電流値は電流値信号１２３を介して制御部１０２に入力される。電流値信号１２３の電流値が電流遮断設定値を超えた場合は、制御部１０２はスイッチ信号１２１の状態にかかわらず、オン／オフ信号１２２をオフ信号として、リレー１０４をオフし、モータ１０７への電力供給を断つ。
【００１２】
また、モータ１０７には回転速度ｒを検出するための回転速度センサ１０８が組み込まれており、回転速度信号１２４を介して回転速度ｒが制御部１０２に入力される。
【００１３】
なお、図１では電源線１０６が電源線１０６のＡ点において、車両のボディーアースと接続されているアース線１１０とチャタリング短絡異常を発生した場合を示しており、抵抗１１１はアース線１１０の抵抗ＲＨを示している。
【００１４】
次に本発明のモータの回転速度ｒの変化とモータへの負荷電流ＩＬの変化から、チャタリング短絡異常による電源線１０６の異常検出について説明する。
【００１５】
図２（ａ）、（ｂ）は、一般的な直流モータの特性を示している。図２（ａ）は直流モータのトルクＴ、回転速度ｒ、及びモータ電流ＩＭの関係を示し、図２（ｂ）は回転速度ｒとモータ電流ＩＭの関係を示したものである。
【００１６】
図２（ａ）から明らかなように、回転速度ｒとモータ電流ＩＭとの間には、回転速度ｒが増加（ｄｒ／ｄｔ＞０）するとモータ電流ＩＭは低下（ｄＩＭ／ｄｔ＜０）（図２（ａ）、（ｂ）のａ、ａ´）し、回転速度ｒが低下（ｄｒ／ｄｔ＜０）するとモータ電流ＩＭが増加（ｄＩＭ／ｄｔ＞０）（図２（ａ）、（ｂ）のｂ、ｂ´）し、また、回転速度ｒが一定（ｄｒ／ｄｔ＝０）の場合はモータ電流ＩＭは一定（ｄＩＭ／ｄｔ＝０）（図２（ａ）、（ｂ）のｃ、ｃ´）となる関係がある。
【００１７】
但し、モータロック電流（回転速度：０ｒｐｍ）が連続的に通電された場合、モータ抵抗の発熱による抵抗上昇（電流低下）が無視できなくなるため、回転速度ｒが一定（ｄｒ／ｄｔ＝０）の場合は、電流一定あるいは電流低下（ｄＩＭ／ｄｔ≦０）とし、図２（ｂ）に示す関係とした。
【００１８】
図３は、電源から直流モータへの電力を供給する電源線１０６に異常が発生していない場合における直流モータに流れる負荷電流ＩＬ（＝モータ電流ＩＭ）と回転速度ｒとの関係を時間チャートで示した一例である。図３に示したように、負荷電流ＩＬの変化（ｄＩＬ／ｄｔ）と回転速度ｒの変化（ｄｒ／ｄｔ）との関係は、モータ電流ＩＭの変化、回転速度ｒの変化の各々の変化領域で、図２（ｂ）で示した関係が常に成立している。
【００１９】
次に、電源線１０６にチャタリング短絡異常が発生した場合について述べる。図１の電源線１０６がＡ点において、車両のボディーアースと接続されているアース線１１０とチャタリング短絡異常を発生した場合、このチャタリング短絡異常に起因する電流の増加は電流センサ１０５の電流遮断設定値に満たないため、リレー１０４は制御部１０２により強制的には遮断されない。また、このチャタリング短絡異常に起因する電流の増加程度ではＡ点の電位は変わらないと考えてよい。
【００２０】
それ故、モータ１０７へのモータ電流ＩＭや回転速度ｒに影響を及ぼすことはない。一方、チャタリング短絡異常で接触するアース線１１０には、チャタリング短絡電流ＩＨ（＝ＶＡ／ＲＨ    ＶＡ：Ａの電位、ＲＨ：アース線１１０の抵抗１１１）が断続的流れるため、電流センサ１０５で測定される負荷電流ＩＬ（＝ＩＭ＋ＩＨ）は、モータ電流ＩＭ以外に断続通電されるチャタリング短絡電流ＩＨも合わせて測定することになる。従って、Ａ点においてチャタリング短絡異常が発生した場合、電流センサ１０５で測定される負荷電流ＩＬは、Ａ点へアース線１１０が接触した場合は負荷電流ＩＬの増加（ｄＩＬ／ｄｔ＞０）が発生し、Ａ点からアース線１１０が離れた場合は負荷電流ＩＬの低下（ｄＩＬ／ｄｔ＜０）が発生することになる。
【００２１】
図４に、図３に示した負荷電流ＩＬと回転速度ｒとの関係に、チャタリング短絡異常が発生した場合における電流センサ１０５で測定される負荷電流ＩＬと回転速度ｒとの関係を時間チャートで示した一例を示す。Ｃ１では、モータ１０７への通電開始直後の回転速度ｒが上昇している時に、チャタリング短絡異常が発生しており、Ｃ２、Ｃ３では回転速度ｒが一定の場合にチャタリング短絡異常が発生しており、Ｃ４では回転速度ｒが減速している時にチャタリング短絡異常が発生していることを示している。電源線１０６とアース線１１０との間でチャタリング短絡異常が発生していない場合には、回転速度ｒが増加（ｄｒ／ｄｔ＞０）しているのは、負荷電流ＩＬは低下（ｄＩＬ／ｄｔ＜０）しかありえないが、Ｃ１のようにチャタリング短絡異常時には、電流センサ１０５で測定される負荷電流ＩＬにて、断続的な負荷電流ＩＬの増加（ｄＩＬ／ｄｔ＞０）と負荷電流の低下（ｄＩＬ／ｄｔ＜０）が発生している。この場合、回転速度ｒが増加（ｄｒ／ｄｔ＞０）時に負荷電流ＩＬの増加（ｄＩＬ／ｄｔ＞０）が検知されるため、チャタリング短絡異常のような異常が発生していると判断する。
【００２２】
Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で示すその他のモータ回転状態において、チャタリング短絡異常を判断するための判断表として、図５にモータ１０７のチャタリング短絡異常が発生していない場合の回転速度ｒの変化と負荷電流ＩＬの変化の関係、及びチャタリング短絡異常が発生した場合の負荷電流ＩＬの変化を示したように、明らかにチャタリング短絡異常が発生した場合と、発生していない場合の負荷電流ＩＬの変化に差異が認められるので、図４におけるその他のモータ回転状態におけるチャタリング短絡異常に関しても、図５の表で判断できるため、チャタリング短絡異常を検知する事が可能である。
【００２３】
以上述べた如く、回転速度ｒの変化と負荷電流ＩＬの変化の関係を用いれば、電源線１０６の一部がアース線１１０を通して車両のボディーアースと短時間で、かつ連続的に接触するようなチャタリング短絡異常が発生した場合において、過電流遮断するために予め設定した電流遮断設定値以上の電流が流れない場合でも、チャタリング短絡異常を検知し、モータ１０７への供給電流を遮断し、電源線１０６のチャタリング短絡異常による劣化を防止することが可能になるため、電源線１０６の異常時の信頼性を高めることができる。
【００２４】
次に、上述した回転速度ｒの変化と負荷電流ＩＬの変化から、本第１の実施の形態のチャタリング短絡異常による電源線１０６の異常検出について、図６を用いて制御フローを説明する。
【００２５】
先ず、Ｓ６０１にてスイッチ信号１２１がオン状態になっているかを確認し、オン状態であれば、制御部１０２からオン／オフ信号１２２を用いてリレー１０４をオンにする（Ｓ６０２）。次に、Ｓ６０３にて、電流センサ１０５で測定される負荷電流ＩＬを電流値信号１２３を介して、回転速度センサ１０８で測定される回転速度ｒを回転速度信号１２４を介して制御部１０２に読み込む。読み込みのサンプリング周期は必要な検出精度で任意に設定できるが、この第１の実施の形態では１０ｍｓｅｃとする。Ｓ６０４では、１０ｍｓｅｃ毎に読み込んだ負荷電流ＩＬと回転速度ｒから制御部１０２にて、１０ｍｓｅｃ毎に負荷電流ＩＬの変化率ｄＩＬ／ｄｔ、回転速度ｒの変化率ｄｒ／ｄｔを演算する。次に、Ｓ６０５で、負荷電流ＩＬがあらかじめ設定した電流遮断設定値（例えば、２００Ａ以上、１００ｍｓｅｃ以上継続で遮断等）を超過しているか否かを判断する。もし、電流遮断設定値を超過している場合は、リレー１０４をオフ（Ｓ６０７）し、過電流通電状態を遮断する。電流遮断設定値を超過していない場合は、Ｓ６０６に進み、Ｓ６０４で演算した変化率ｄＩＬ／ｄｔとｄｒ／ｄｔの関係が図５の正常作動時に示している関係となっているかを確認する。もし、図５の正常作動時の関係が未成立の場合は、チャタリング短絡異常が発生しているとしてリレー１０４をオフ（Ｓ６０７）し、過電流通電状態を遮断する。Ｓ６０６で図５の正常作動時に示している関係が成立している場合は、Ｓ６０３に戻り制御フローを継続する。
【００２６】
なお、変化率ｄＩＬ／ｄｔとｄｒ／ｄｔの関係が図５の正常作動時に示している関係となっているかを確認するＳ６０６において、図５の正常作動時の関係が１度でも未成立の場合は、リレー１０４をオフする制御フローを用いているが、実際の車両では電流センサ１０５で測定される負荷電流ＩＬ、回転速度センサ１０８で測定される回転速度ｒの測定信号に電磁気的ノイズが加わり、誤判定する可能性がある場合は、図５の正常作動時の関係が複数回未成立（例えば５回）になって初めてリレー１０４をオフする制御を用いても良い。例えば、正常作動時の関係が５回以上未成立の場合、リレー１０４をオフする制御フローを図７に示す。この図７のＳ７０１でのＳ６０６の未成立回数は、車両の状況に合わせて任意に変更して用いても良い。
【００２７】
上述したように本第１の実施の形態により、電源線１０６の一部（Ａ点）が車両のボディーアースと短時間で、かつ連続的に接触するようなチャタリング短絡異常が発生し、過電流を遮断するために予め設定した電流遮断設定値以上の電流が流れない場合でも、チャタリング短絡異常を検知し、負荷電流を遮断し、電源線の劣化を防止することが可能になるため、更に異常時の信頼性を高める事ができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態について図８〜１０を用いて述べる。先ず第２の実施の形態の構成を示すブロック図である図８を用いて、本第２の実施の形態の構成について説明する。
【００２９】
本第２の実施の形態では、第１の実施の形態におけるリレー１０４と電流センサ１０５を、電流検出機能とスイッチ機能を合わせ持つ半導体素子であるＩＰＳ（インテリジェント・パワースイッチ）に置換えた電源線の異常検出装置である。
【００３０】
図８において、モータ１０７は、電源線１０６、ＩＰＳ８０１、電源線１０３を介してバッテリ１０９に接続されている。ＩＰＳ８０１は、入力端子１０１から入力されるスイッチ信号１２１を受け取る制御部１０２からのオン／オフ信号１２２により制御でき、モータ１０７への電力供給をオン／オフ制御する。電流検知機能を内蔵しているＩＰＳ８０１は、モータ１０７に接続されている電源線１０６に流れる負荷電流ＩＬを検知し、その電流値は電流値信号１２３を介して制御部１０２に入力される。電流値信号１２３の電流値が電流遮断設定値を超えた場合は、制御部１０２はスイッチ信号１２１の状態にかかわらず、オン／オフ信号１２２をオフ信号として、ＩＰＳ８０１をオフし、モータ１０７への電力供給を断つ。
【００３１】
また、モータ１０７は回転速度ｒを検出するための回転速度センサ１０８が組み込まれており、回転速度信号１２４を介して回転速度ｒが制御部１０２に入力される。
【００３２】
なお、図８では電源線１０６が電源線１０６のＡ点において、車両のボディーアースと接続されているアース線１１０とチャタリング短絡異常を発生した場合を示しており、抵抗１１１はアース線１１０の抵抗ＲＨを示している。
【００３３】
次に本第２の実施の形態のチャタリング短絡異常による電源線１０６の異常検出について、図９を用いて制御フローを説明する。
【００３４】
先ず、Ｓ６０１にてスイッチ信号１２１がオン状態になっているかを確認し、オン状態であれば、オン／オフ信号１２２を介してＩＰＳ８０１をオンにする（Ｓ９０２）。次に、Ｓ６０３にて、ＩＰＳ８０１で測定される負荷電流ＩＬを電流値信号１２２介し、回転速度センサ１０８で測定される回転速度ｒを回転速度信号１２４を介して制御部１０２に読み込む。読み込みのサンプリング時間は、必要な検出精度で任意に設定できるが、この第２の実施の形態では１０ｍｓｅｃとする。Ｓ６０４では、１０ｍｓｅｃ毎に読み込んだ負荷電流ＩＬと回転速度ｒから制御部１０２にて、１０ｍｓｅｃ毎に負荷電流ＩＬの変化率ｄＩＬ／ｄｔ、回転速度ｒの変化率ｄｒ／ｄｔを演算する。次に、Ｓ６０５で、負荷電流ＩＬがあらかじめ設定した電流遮断設定値（例えば、２００Ａ以上、１００ｍｓｅｃ以上継続で遮断等）を超過しているか否かを判断する。もし、電流遮断設定値を超過している場合は、ＩＰＳ８０１をオフ（Ｓ９０７）し、過電流通電状態を遮断する。電流遮断設定値を超過していない場合は、Ｓ６０６に進み、Ｓ６０４で演算した変化率ｄＩＬ／ｄｔとｄｒ／ｄｔの関係が図５の正常作動時に示している関係となっているかを確認する。もし、図５の正常作動時の関係が未成立の場合は、チャタリング短絡異常が発生しているとしてＩＰＳ８０１をオフ（Ｓ９０７）し、過電流通電状態を遮断する。Ｓ６０６で図５の正常作動時に示している関係が成立している場合は、Ｓ６０３に戻り制御フローを継続する。なお、変化率ｄＩＬ／ｄｔとｄｒ／ｄｔの関係が図５の正常作動時に示している関係となっているかを確認するＳ６０６において、図５の正常作動時の関係が１度でも未成立の場合は、ＩＰＳ８０１をオフする制御フローを用いているが、実際の車両ではＩＰＳ８０１の電流検出回路で測定される負荷電流ＩＬ、回転速度センサ１０８で測定される回転速度ｒの測定信号に電磁気的ノイズが加わり、誤判定する可能性がある場合は、図５の正常作動時の関係が複数回未成立（例えば５回）になって初めてＩＰＳ８０１をオフする制御を用いても良い。例えば、５回以上未成立の場合、ＩＰＳ８０１をオフする制御フローを図１０に示す。この図１０のＳ７０１でのＳ６０６の未成立回数は、車両の状況に合わせて任意に変更して用いても良い。
【００３５】
上述したように本第２の実施の形態により、電源線１０６の一部（Ａ点）が車両のボディーアースと短時間で、かつ連続的に接触するようなチャタリング短絡異常が発生し、過電流を遮断するために予め設定した電流遮断設定値以上の電流が流れない場合でも、チャタリング短絡異常を検知し、負荷電流を遮断し、電源線の劣化を防止することが可能になるため、更に異常時の信頼性を高める事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施の形態の電源線の異常検出装置のブロック図。
【図２】直流モータの一般的特性図（トルク−回転速度、トルク−モータ電流）と回転速度の変化とモータ電流の変化の関係図。
【図３】直流モータの負荷電流と回転速度との関係図。
【図４】チャタリング短絡異常が発生していない場合の負荷電流の変化と回転速度の変化の関係図。
【図５】チャタリング短絡異常が発生した場合の負荷電流の変化と回転速度の変化の関係図。
【図６】第１の実施の形態の電源線の異常検出装置の制御フローチャート１。
【図７】第１の実施の形態の電源線の異常検出装置の制御フローチャート２。
【図８】第２の実施の形態の電源線の異常検出装置のブロック図。
【図９】第２の実施の形態の電源線の異常検出装置の制御フローチャート１。
【図１０】第２の実施の形態の電源線の異常検出装置の制御フローチャート２。
【符号の説明】
【００３７】
１０３、１０６    電源線              １０４    リレー
１０５    電流センサ                  １０７    モータ
１０８    回転速度センサ              １０９    バッテリ
１１０    アース線                    ８０１    ＩＰＳ
ＩＬ      負荷電流                      ｒ      回転速度
【図１】
2005333732.tif 000003
【図２】
2005333732.tif 000004
【図３】
2005333732.tif 000005
【図４】
2005333732.tif 000006
【図５】
2005333732.tif 000007
【図６】
2005333732.tif 000008
【図７】
2005333732.tif 000009
【図８】
2005333732.tif 000010
【図９】
2005333732.tif 000011
【図１０】
2005333732.tif 000012