CN102428640B - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电动机控制装置，该电动机控制装置通过使得能够诊断过电流检测单元的异常，能够预先避免归因于该异常而发生的诸问题。电动机控制装置包括过电流检查部(19)，该过电流检查部(19)用于在同步电动机(11)不旋转时向过电流检测部(18)发送比过电流判断用的基准电压Vref要低的第一检查电压Vt1和该基准电压Vref以上的第二检查电压Vt2，当根据过电流检测部(18)的比较结果判断为来自该过电流检查部(19)的第一检查电压Vt1具有过电流、或者根据过电流检测部(18)的比较结果判断为来自过电流检查部(19)的第二检查电压Vt2没有过电流时，判断为过电流检测部(18)发生了异常。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及包括逆变器用过电流检测单元的电动机控制装置。
背景技术
图1表示该现有电动机控制装置的结构，图中的11为电动机，12为逆变器，13为直流电源，14为内置有微机的控制器。控制器14包括旋转控制部15、逆变器驱动部16、相电流检测部17、以及过电流检测部18。
电动机11由3相直流(DC)无刷电动机构成，具备包含3相线圈(U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc)的定子(图中省略)、以及包含永磁体的转子(图中省略)。U相线圈Uc、V相线圈Vc以及W相线圈Wc如图所示以中性点N为中心联接成星形或联接成三角(delta)形。
逆变器12由3相双极型驱动方式逆变器构成，具备与电动机11的3相线圈相对应的3相开关元件，具体而言具备由IGBT等形成的6个开关元件(上桥臂(日语：上相)开关元件Us、Vs和Ws以及下桥臂开关元件Xs、Ys和Zs)、以及分流电阻器Ru、Rv和Rw。各分流电阻器Ru、Rv和Rw用来检测代替在逆变器12的各相中流动的电流的电压。
上桥臂开关元件Us、下桥臂开关元件Xs和分流电阻器Ru串联排列且其两端与直流电源13相连接；上桥臂开关元件Vs、下桥臂开关元件Ys和分流电阻器Rv串联排列且其两端与直流电源13相连接；上桥臂开关元件Ws、下桥臂开关元件Zs和分流电阻器Rw串联排列且其两端与直流电源13相连接。
此外，上桥臂开关元件Us的发射极侧与电动机11的U相线圈Uc相连接；上桥臂开关元件Vs的发射极侧与电动机11的V相线圈Uc相连接；上桥臂开关元件Ws的发射极侧与电动机11的V相线圈Wc相连接。而且，上桥臂开关元件Us、Vs和Ws的栅极以及下桥臂开关元件Xs、Ys和Zs的栅极分别与逆变器驱动部16相连接。
而且，分流电阻器Ru的下桥臂开关元件Xs侧与相电流检测部17和过电流检测部18相连接；分流电阻器Rv的下桥臂开关元件Ys侧与相电流检测部17和过电流检测部18相连接；分流电阻器Rw的下桥臂开关元件Zs侧与相电流检测部17和过电流检测部18相连接。
旋转控制部15基于来自操作部(图中省略)的运转指令，向逆变器驱动部16发送用来使电动机11以规定转速旋转或停止的控制信号。
逆变器驱动部16基于来自旋转控制部15的控制信号，向逆变器12的上桥臂开关元件Us、Vs和Ws的栅极以及下桥臂开关元件Xs、Ys和Zs的栅极发送用来使各开关元件导通和截止的驱动信号。逆变器12的上桥臂开关元件Us、Vs和Ws以及下桥臂开关元件Xs、Ys和Zs根据来自逆变器驱动部16的驱动信号以规定模式导通和截止，基于该导通截止模式对电动机11的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc进行通电，具体而言进行正弦波通电(180度通电)或矩形波通电(120度通电)。
相电流检测部17基于由逆变器12的分流电阻器Ru、Rv和Rw分别检测出的电压Vru、Vrv和Vrw，检测出电动机11的U相线圈Uc、V相线圈Vc和W相线圈Wc中流动的电流(U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw)，将它们作为检测信号发送到旋转控制部15。旋转控制部15根据来自相电流检测部17的检测信号(U相电流Iu、Vx相电流Iv和W相电流Iw)检测出电动机11的转子位置。
过电流检测部18利用比较器分别比较由逆变器12的分流电阻器Ru、Rv和Rw分别检测出的电压Vru、Vrv和Vrw(也包括进行了放大的情况)与过电流判定用的基准电压Vref，将该比较结果作为检测信号发送到旋转控制部15。旋转控制部15根据来自过电流检测部18的检测信号(比较结果)来判断有没有过电流，当判断为有过电流时，向逆变器驱动部16发送用来停止利用逆变器12进行通电的控制信号，从而对该逆变器12进行保护。
然而，由于上述电动机控制装置的旋转控制部15所进行的过电流保护功能是以过电流检测部18正常工作为其前提的，因此该过电流检测部18发生故障等异常时，即使发生过电流也不能执行过电流保护功能，且由于该过电流，会发生逆变器12的开关元件损坏或电源熔断器切断或电源断路器断路等诸多问题。
此外，即使因过电流检测部18的异常而发生如上所述的诸多问题时，由于弄清该原因也需要相当长的时问，且即使弄清原因后还需要恢复诸问题的处理，因此须耗费大量时间和成本。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2002-325353
发明内容
本发明要解决的问题
本发明的目的在于提供电动机控制装置，该电动机控制装置通过使得能够诊断过电流检测单元的异常，能够预先避免归因于该异常而发生的诸问题。
用于解决问题的方法
为了实现上述目的，本发明的电动机控制装置包括：电压检测单元，其检测出作为代替电动机用逆变器中流动的电流的电压；过电流检测单元，其比较来自该电压检测单元的检测电压和过电流判断用的基准电压；以及过电流判断单元，其根据来自该过电流检测单元的检测信号来判断有没有过电流，其中该电动机控制装置包括：过电流检查单元，当电动机不进行旋转时，该过电流检查单元将所述基准电压以上的检查电压来代替所述检测电压并发送到过电流检测单元；以及异常诊断单元，在过电流判断单元中将来自过电流检查单元的检查电压判断为没有过电流时，判断为过电流检测单元发生了异常。
根据该电动机控制装置，由于包括：过电流检查单元，当电动机不进行旋转时，该过电流检查单元将所述基准电压以上的检查电压来代替所述检测电压并发送到过电流检测单元；以及异常诊断单元，在过电流判断单元中将来自过电流检查单元的检查电压判断为没有过电流时，判断为过电流检测单元发生了异常，因此即使在过电流检测单元发生了故障等异常的情况下，也能够进行正确的诊断。因此，能够预先并可靠地避免产生归因于过电流检测单元的异常的逆变器开关元件损坏、电源熔断器切断或电源断路器断路等诸问题，或能够预先并可靠地避免在发生诸问题的情况下为了弄清原因或对该诸问题进行恢复处理而耗费过多时间和成本。
发明的效果
根据本发明，能够提供电动机控制装置，该电动机控制装置通过使得能够诊断过电流检测单元的异常，能够预先避免归因于该异常而发生的诸问题。
根据以下说明和所附附图，将明了本发明的上述目的和上述目的以外的目的、结构特征、作用效果。
附图说明
图1是现有电动机控制装置的结构图。
图2是采用本发明的电动机控制装置的结构图。
图3是图2所示的过电流检测部和过电流检查部的详图。
图4是表示在图2所示的电动机控制装置中执行的异常诊断流程的图。
图5是表示在图2所示的电动机控制装置中执行的另一异常诊断流程的图。
具体实施方式
图2是表示采用本发明的电动机控制装置的图，图中的11为电动机，12为逆变器，13为直流电源，14为内置有微机的控制器。控制器14包括旋转控制部15、逆变器控制部16、相电流检测部17、过电流检测部18、以及过电流检查部19。
图2所示的电动机控制装置与图1所示的现有电动机控制装置的结构的不同点在于：
·具备在诊断过电流检测部18的异常时使用的过电流检查部19
·具备利用过电流检查部19来诊断过电流检测部18的异常的功能。
由于其它与图1所示的现有电动机控制装置的相同，因此使用同一标号，并省略其说明。
如图3所示，过电流检测部18具有3个比较器CP1、CP2和CP3。经由电阻器向比较器CP1的输入端子输入由分流电阻器Ru检测出的电压Vru；经由电阻器向比较器CP2的输入端子输入由分流电阻器Rv检测出的电压Vrv；经由电阻器向比较器CP3的输入端子输入由分流电阻器Rw检测出的电压Vrw。即，过电流检测部18用各比较器CP1、CP2和CP3分别比较电压Vru、Vrv和Vrw(也包括进行了放大的情况)与过电流判断用的基准电压Vref，将该比较结果作为检测信号发送到旋转控制部15。
如图3所示，过电流检查部19具备由第一开关s1、第二开关s2、第一电阻器r1和第二电阻器r2构成的3个检查器19a、19b和19c。对各检查器19a、19b和19c的第一开关s1和第二开关s2使用可基于来自旋转控制部15的控制信号进行开关的晶体管等开关元件。此外，各检查器19a、19b和19c的第一开关s1和第一电阻器r1串联排列且其一端与第一电源V1相连接，并且第二开关s2和第二电阻器r2串联排列且其一端与第一电源V2相连接。而且，检查器19a的输出侧与过电流检测部18的比较器CP1的输入端子侧相连接；检查器19b的输出侧与过电流检测部18的比较器CP2的输入端子侧相连接；检查器19c的输出侧与过电流检测部18的比较器CP3的输入端子侧相连接。
该过电流检查部19可通过仅关闭各检查器19a、19b和19c的第一开关s1，将比过电流判断用的基准电压Vref要低的检查电压Vt1作为检查信号发送到过电流检测部18的各比较器CP1、CP2和CP3的输入端子侧；或者，通过关闭第一开关s1和第二开关s2两者，将该基准电压Vref以上的检查电压Vt2作为检查信号发送到过电流检测部18的各比较器CP1、CP2和CP3的输入端子侧。
换言之，选择第一电源V1和第二电源V2的电压值和第一电阻器r1和第二电阻器r2的电阻值等，以便得到比过电流判断用的基准电压Vref要低的检查电压Vt1和该基准电压Vref以上的检查电压Vt2。例如，设第一电源V1和第二电源V2为相同电压值，且第一电阻器r1和第二电阻器r2为相同电阻值，这时，检查电压Vt2的值成为检查电压Vt1的约2倍。
图4是表示利用过电流检查部19来诊断过电流检测部18的异常时的流程的图，在电动机11不旋转时，具体而言为刚接通电动机控制装置的主电源后的时刻、用于使电动机11旋转的运转指令刚被输入到旋转控制部15后的时刻、或用于使电动机11停止旋转的运转指令刚被输入到旋转控制部15后的时刻，执行该异常诊断流程。
在该异常诊断流程中，首先，在上述时刻，从旋转控制部15向过电流检查部19发送仅关闭各检查器19a、19b和19c的第一开关s1的控制信号，并且仅关闭各检查器19a、19b和19c的第一开关s1(参照图4的步骤ST11)。一旦仅关闭各检查器19a、19b和19c的第一开关s1，则将检查电压Vt1作为检查信号，从过电流检查部19发送到过电流检测部18的各比较器CP1、CP2和CP3的输入端子。
与对由各分流电阻器Ru、Rv和Rw检测出的电压Vru、Vrv和Vrw进行的过电流判断相同，过电流检测部18用各比较器CP1、CP2和CP3分别比较来自过电流检查部19的检查电压Vt1和过电流判断用的基准电压Vref，将该比较结果作为检测信号发送到旋转控制部15。旋转控制部15根据来自过电流检测部18的检测信号(比较结果)来判断有没有过电流(参照图4的步骤ST12)。
如上所述，根据检查电压Vt1＜基准电压Vref，当过电流检测部18正常工作时，在所述步骤ST12中判断为该检查电压Vt1没有过电流。然而，在所述步骤ST12中判断为有过电流时，视作过电流检测部18发生了故障等异常，利用点亮警报灯或发出警报音等来通知该异常(参照图4的步骤ST13)。使用者根据该异常通知进行切断主电源等处理。
在所述步骤ST12中判断为没有过电流时，接着，从旋转控制部15向过电流检查部19发送关闭各检查器19a、19b和19c的第一开关s1和第二开关s2两者的控制信号，并且关闭各检查器19a、19b和19c的第一开关s1和第二开关s2两者(参照图4的步骤ST14)。一旦关闭各检查器19a、19b和19c的第一开关s1和第二开关s2两者，则将检查电压Vt2作为检查信号，从过电流检查部19发送到过电流检测部18的各比较器CP1、CP2和CP3的输入端子。
与对由各分流电阻器Ru、Rv和Rw检测出的电压Vru、Vrv和Vrw进行的过电流判断相同，过电流检测部18用各比较器CP1、CP2和CP3分别比较来自过电流检查部19的检查电压Vt2和过电流判断用的基准电压Vref，将该比较结果作为检测信号发送到旋转控制部15。旋转控制部15根据来自过电流检测部18的检测信号(比较结果)来判断有没有过电流(参照图4的步骤ST15)。
如上所述，根据检查电压Vt2≥基准电压Vref，当过电流检测部18正常工作时，在所述步骤ST15中判断为该检查电压Vt2有过电流。然而，在所述步骤ST15中判断为没有过电流时，视作过电流检测部18发生了故障等异常，利用点亮警报灯或发出警报音等来通知该异常(参照图4的步骤ST16)。使用者根据该异常通知进行切断主电源等处理。
在所述步骤ST15中判断为有过电流时，接着，从旋转控制部15向过电流检查部19发送打开各检查器19a、19b和19c的第一开关s1和第二开关s2两者的控制信号，并且打开该各检查器19a、19b和19c的第一开关s1和第二开关s2两者(参照图4的步骤ST17)。
如果进行这种异常诊断，则由于即使在过电流检测部18发生了故障等异常的情况下，也能够进行正确诊断，因此，能够预先并可靠地避免产生归因于该过电流检测部18的异常的逆变器12的开关元件损坏、电源熔断器切断或电源断路器断路等诸问题，或能够预先并可靠地避免在发生诸问题的情况下为了弄清原因或对该诸问题进行恢复处理而耗费过多时间和成本。
尤其是，在上述电动机11是在混合动力汽车或电动汽车等中用作行驶动力源的电动机的情况下、或者是在汽车用空调装置中用作压缩机动力源的电动机的情况下，这种异常诊断极为有用。即，如果在任何情况下因过电流检测部18的异常而发生上述诸问题，则在前一种情况下，有可能突然不能利用电动机动力来行驶，再加上有可能在利用电动机动力进行行驶时诱发事故，在后一种情况下，由于不能进行空气调节，不仅给驾驶员等带来不舒适感，还有可能对非健康人员招来病症恶化，但是如果能够进行如上所述的异常诊断，则能够消除上述风险等，能够提高使用者的放心感或信赖感。
然而，在图2所示的电动机控制装置中，由于将检测作为代替逆变器12的各相中流动的电流的电压的分流电阻器Ru、Rv和Rw组装到该逆变器12中，因此当该分流电阻器Ru、Rv和Rw发生异常时，即使过电流检测部18正常工作，在电动机11旋转时也不能进行所期望的过电流检测。即，为了可靠地进行所期望的过电流检测，优选当电动机11旋转时，诊断分流电阻器Ru、Rv和Rw中是否发生故障等异常。
图5是表示对分流电阻器Ru、Rv和Rw进行异常诊断时的流程的图，在同步电动机11正在旋转且各分流电阻器Ru、Rv和Rw中有电流流动时执行该异常诊断流程。
在该异常诊断流程中，在旋转控制部15中判断由相电流检测部17检测出的U相电流Iu、V相电流Iv和W相电流Iw的和是否为零(参照图5的步骤ST21)。
电动机11正在旋转且各分流电阻器Ru、Rv和Rw中有电流流动时“U相电流Iu+V相电流Iv+W相电流Iw＝0”，因此在上述步骤ST21中判断为“U相电流Iu+V相电流Iv+W相电流Iw≠0”时，视作分流电阻器Ru、Rv和Rw中的某一个发生故障等异常，利用点亮警报灯或发出警报音等来通知该异常(参照图5的步骤ST22)。使用者根据该异常通知进行切断主电源等处理。
如果这种异常诊断与上述异常诊断一并进行，则由于即使分流电阻器Ru、Rv和Rw发生异常的情况下，也能对其进行可靠诊断，因此可预先防止归因于该分流电阻器Ru、Rv和Rw的异常而在电动机11旋转时不能进行所期望的过电流检测等诸问题，并且能够防止在发生诸问题的情况下为了弄清原因或对该诸问题进行恢复处理而耗费过多时间和成本。
尤其是，在上述电动机11是在混合动力汽车或电动汽车等中用作行驶动力源的电动机的情况下、或者是在汽车用空调装置中用作压缩机动力源的电动机的情况下，这种异常诊断极为有用。即，如果在任何情况下因过电流检测部18的异常而发生上述诸问题，则在前一种情况下，有可能突然不能利用电动机动力来行驶，再加上有可能在利用电动机动力进行行驶时诱发事故，在后一种情况下，由于不能进行空气调节，不仅给驾驶员等带来不舒适感，还有可能对非健康人员招来病症恶化，但是如果能够进行如上所述的异常诊断，则能够消除上述风险等，能够提高使用者的放心感或信赖感。
因此，在上述实施方式中，逆变器12的分流电阻器Ru、Rv和Rw起到作为权利要求的“电压检测单元”的功能；过电流检测部18起到作为权利要求的“过电流检测单元”的功能；与旋转控制部15中的过电流判断相关的处理起到作为权利要求的“过电流判断单元”的功能；过电流检查部19起到作为权利要求的“过电流检查单元”和“第二过电流检查单元”的功能；与旋转控制部15中的异常诊断相关的处理起到作为“异常诊断单元”和“第二异常诊断单元”的功能。
而且，在上述实施方式中，尽管例示了一并进行基于检查电压Vt1的异常诊断与基于检查电压Vt2的异常诊断的流程，但由于上述诸问题是因过电流而发生的，因此即使不进行基于检查电压Vt1的异常诊断而仅进行基于检查电压Vt2的异常诊断，也能充分达到所期望的目的。当然，如果一并进行基于检查电压Vt1的异常诊断，则不言而喻，能够提高异常诊断能力。
此外，在上述实施方式中，例示了作为逆变器12具备3相直流无刷电动机用的3相双极型驱动方式逆变器的电动机控制装置，然而只要是具备电动机用逆变器的电动机控制装置，就能通过采用本发明得到与上述相同的作用、效果，举例而言，具备电动机用逆变器的电动机控制装置有：具备3相以外的直流无刷电动机用逆变器(包含单极驱动方式)的电动机控制装置；具备与直流无刷电动机不同的1相以上同步电动机用逆变器的电动机控制装置；具备1相以上感应电动机用逆变器的电动机控制装置；或具备这些以外的电动机用逆变器的电动机控制装置。
而且，在上述实施方式中，例示了将用来检测作为代替逆变器12的各相中流动的电流的电压的分流电阻器Ru、Rv和Rw组装到该逆变器12中的电动机控制装置，但只要是具备检测作为代替在电动机用逆变器(包含在前段中描述的其它种类的逆变器)中流动的电流的电压的电压检测单元的电动机控制单元，就能通过采用本发明得到与上述相同的作用、效果，举例而言这种电动机控制单元有：将分流电阻器Ru、Rv和Rw配置在逆变器12外的电动机控制装置；或将代替分流电阻器Ru、Rv和Rw并起到与之相同作用的传感器(例如电流互感器、利用霍尔元件的传感器等)配置在同一位置或其它位置的电动机控制装置。
工业上的实用性
本发明适于作为包括逆变器用的过电流检测单元的电动机控制装置。
标号说明
11...电动机、Uc...U相线圈、Vc...V相线圈、Wc...W相线圈、12...逆变器、Us、Vs、Ws...上桥臂开关元件、Xs、Ys、Zs...下桥臂开关元件、Ru、Rv、Rw...分流电阻器、13...直流电源、14...控制器、15...旋转控制部、16...逆变器驱动部17...相电流检测部、18...过电流检测部、19...过电流检查部。

Claims (5)

1.一种电动机控制装置，包括：电压检测单元，其检测出作为代替电动机用逆变器中流动的电流的电压；过电流检测单元，其比较来自所述电压检测单元的检测电压和过电流判断用的基准电压；以及过电流判断单元，其根据来自所述过电流检测单元的检测信号来判断有没有过电流，
所述电动机控制装置的特征在于，包括：
过电流检查单元，当电动机不进行旋转时，该过电流检查单元将所述基准电压以上的检查电压来代替所述检测电压并发送到所述过电流检测单元，以同所述基准电压进行比较；
异常诊断单元，在所述检查电压被发送给了所述过电流检测单元时,若在所述过电流判断单元中将从该过电流检测单元发送的检测信号判断为没有过电流时，判断为所述过电流检测单元发生了异常；
第二过电流检查单元，当电动机不进行旋转时，该第二过电流检查单元将比所述基准电压要低的第二检查电压来代替所述检测电压并发送到所述过电流检测单元；以及
第二异常诊断单元，在所述第二检查电压被发送给了所述过电流检测单元时,若在所述过电流判断单元中将从该过电流检测单元发送的检测信号判断为有过电流时，判断为所述过电流检测单元发生了异常。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，还包括：
异常通知单元，在所述异常诊断单元或所述第二异常诊断单元中判断为所述过电流检测单元发生异常时，通知该异常。
3.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述电动机是定子具有多相线圈的同步电动机，
所述逆变器是具有与同步电动机的多相线圈相对应的多相开关元件的逆变器。
4.如权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述电压检测单元由用来检测作为代替所述逆变器的各相中流动的电流的电压的分流电阻器构成。
5.如权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，还包括：
电流检测单元，当所述同步电动机进行旋转时，该电流检测单元检测出分别在该同步电动机的多相线圈中流动的电流；以及
第三异常诊断单元，当来自所述电流检测单元的检测电流之和不为零时，判断为所述分流电阻器发生了异常。
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