JP2000287493A - モータの保護装置 - Google Patents

モータの保護装置

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JP2000287493A JP8875699A JP8875699A JP2000287493A JP 2000287493 A JP2000287493 A JP 2000287493A JP 8875699 A JP8875699 A JP 8875699A JP 8875699 A JP8875699 A JP 8875699A JP 2000287493 A JP2000287493 A JP 2000287493A
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太郎 岸部
Yasufumi Ichiumi
康文 一海
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気自動車の過電流を検出し、回路の保護と
同時に車両の安全を確保するモータの保護装置を実現す
ること。 【解決手段】 電気自動車を駆動するモータの駆動回路
において、インバータのパワー素子に流れる電流を検出
する電流検出手段７と、外部より与えられるトルク指令
あるいは速度指令によりモータ１に流す電流を決定する
電流指令手段７を備え、電流検出手段７により検出した
電流値が規定の電流値以上となった場合、外部より与え
られるトルク指令あるいは速度指令に関わらず、電流指
令手段７により電流指令値を抑制し続け、電流検出手段
７により検出した電流値が規定の電流値以下となった場
合、前記電流指令手段により外部により与えられるトル
ク指令あるいは速度指令による電流指令値に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電気自動車
の駆動源となるモータおよび制御回路の保護装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境問題の対策として電気自動車
（ハイブリット車を含む）の開発が急速に進んでいる。
その動力源は、直流モータや交流モータが使われてい
る。中でも回転子に永久磁石を使用した同期モータは高
効率であるため、電気自動車として主流になっている。
【０００３】従来、この種のモータはＦＡ、産業用とし
て幅広く使われているが、電気自動車用として基本的な
制御方法はほとんど同じである。
【０００４】従来、ＦＡの分野ではモータを制御するパ
ワー素子の過電流制御は過電流を検出すると瞬時にモー
タへの通電を停止していた。しかし、電気自動車の場合
同様の制御をすれば突然停止する場合もあり、後方の車
両に追突される危険性がある。また前方の危険を回避す
ることも不可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】電気自動車ではこのよ
うな課題を解決するために、特開平８−１０７６０２号
に示すように過電流を検出しても通電を完全に停止させ
ず、電流が小さくなれば再びモータを制御する手法がと
られている。しかしモータ通電のＯＮ／ＯＦＦが頻繁に
発生する場合ではモータのトルク変動が大きくなり運転
者あるいは同乗者へ不快感を与える。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、インバータのパワー素子に流れる電流を検
出する電流検出手段と、外部より与えられるトルク指令
あるいは速度指令によりモータに流す電流を決定する電
流指令手段を備え、前記電流検出手段により検出した電
流値が規定の電流値以上となった場合、外部より与えら
れるトルク指令あるいは速度指令に関わらず、前記電流
指令手段により電流指令値を抑制し続け、前記電流検出
手段により検出した電流値が規定の電流値以下となった
場合、前記電流指令手段により外部により与えられるト
ルク指令あるいは速度指令による電流指令値に戻すこと
を特徴とするモータの保護装置であり、過電流を検出し
た際に電流を抑制する電流指令手段を設けたことを特徴
とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、電気自動
車を駆動するモータの駆動回路において、インバータの
パワー素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、外
部より与えられるトルク指令あるいは速度指令によりモ
ータに流す電流を決定する電流指令手段を備え、前記電
流検出手段により検出した電流値が規定の電流値以上と
なった場合、外部より与えられるトルク指令あるいは速
度指令に関わらず、前記電流指令手段により電流指令値
を抑制し続け、前記電流検出手段により検出した電流値
が規定の電流値以下となった場合、前記電流指令手段に
より外部により与えられるトルク指令あるいは速度指令
による電流指令値に戻すことを特徴とする。
【０００８】請求項２記載の発明は、前記電流検出手段
により規定の電流値を超えている電流量を検出し、前記
電流指令手段によりその電流量の割合で電流の抑制値を
決めることを特徴とする。
【０００９】請求項３記載の発明は、前記電流検出手段
により検出した電流値が規定の電流値以下となった場
合、前記電流指令手段により外部より与えられるトルク
指令あるいは速度指令による電流指令値に徐々に復帰さ
せることを特徴とする。
【００１０】請求項４記載の発明は、前記電流検出手段
を動作させる間隔を決める電流検出タイマー手段と、前
記電流検出手段により検出した電流値が規定の電流値を
超えた回数を数えるカウント手段と、前記電流抑制手段
を動作させる間隔を決める電流抑制タイマー手段を備
え、前記電流抑制タイマー手段の一周期間に前記カウン
ト手段によって数えられた回数により電流の抑制値を決
定することを特徴とする。
【００１１】請求項５記載の発明は、前記カウント手段
により数えられた回数が零となった場合、前記電流指令
手段により外部により与えられるトルク指令あるいは速
度指令による電流指令値に徐々に復帰することを特徴と
する。
【００１２】請求項６記載の発明は、前記電流抑制手段
により抑制された指令電流が最大電流抑制値以下になっ
た時に電流指令値を零とすることを特徴とする。
【００１３】請求項７記載の発明は、前記電流指令手段
によりある一定時間電流指令が抑制され続けた場合、電
流指令値を零とすることを特徴とする。
【００１４】請求項８記載の発明は、前記電流指令手段
により抑制された電流値が零となった時にモータへの通
電を停止し、システムがリセットされない限り復帰しな
いことを特徴とする。
【００１５】請求項９記載の発明は、電気自動車を駆動
するモータの電流値を検出することを特徴とする。
【００１６】請求項１０記載の発明は、前記電流検出手
段により検出された電流値がパワー素子を破壊する電流
値が流れた場合に通電を停止する短絡保護手段を備えた
ことを特徴とする。
【００１７】
【実施例】（実施例１）図１は実施例１のモータ制御装
置のブロック図を示したものである。１は同期モータな
どの電気自動車の駆動源となるモータである。２はモー
タ１に設けてＡ相信号とＢ相信号とＺ相信号を出力する
エンコーダである。９、１０、１１はモータに流れてい
る電流値を検出する電流検出装置であり、電流に対応し
た電圧に変換し出力する。ＣＴ（ＣＵＲＲＥＮＴ ＴＲ
ＡＮＳＦＥＲ）等が比較的よく用いられる。なおモータ
電流は２相が検出できれば残りの１相は２相の和に符号
を反転したものであるため、電流検出装置は２つでもよ
い。
【００１８】１２は電流検出装置により出力された電圧
をＣＰＵで処理できるように変換し出力する電流検出手
段である。Ａ／Ｄ等のアナログをディジタルの信号に変
換する電子部品で構成される。
【００１９】１３はエンコーダ２から出力される信号に
基づきモータ１のロータ位置に対応したディジタルアド
レス信号を生成するアドレス生成部である。８はアクセ
ルペダルの踏み角、ブレーキの踏み角、ギアシフトの位
置、自動車の速度等に基づきトルク指令あるいは速度指
令を出力するアクセルユニットである。７はアクセルユ
ニットから出力されたトルク指令あるいは速度指令に基
づきモータの電流指令値を出力する電流指令手段であ
る。
【００２０】６は電流指令手段から出力された電流指令
値と、電流検出手段１２から出力されたモータに流れて
いる電流値と、アドレス生成部１３から出力されたアド
レス値によってｄ軸、ｑ軸電流の指令値を出力する。一
般には電流検出手段１２とアドレス生成部１３から実際
にモータに流れているｄ軸、ｑ軸電流を演算し、その結
果と電流指令手段６との差を求め、その差にＰＩ等で制
御処理した値を出力する。
【００２１】５は電流演算部から出力されたｄ軸、ｑ軸
電流の指令値を２相−３相変換し、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相へ
パルス幅変調（以下ＰＷＭ）指令を出力する２／３相変
換部である。４は制御部とパワー部を絶縁し、また２／
３相変換部５から出力されたＰＷＭ指令を増幅してパワ
ー素子を駆動する電力に変換する駆動制御部である。３
はモータに電流を流すパワー部であり、ＩＧＢＴ、ＭＯ
ＳＦＥＴ等のパワー素子で構成されている。１５はモー
タに流れる最大許容電流を設定する電流基準設定部であ
る。パワー素子の最大電流に対し９０〜９５％ぐらいに
よく設定される。発熱の問題により電流値を更に小さく
（例えば７０％）設定することもある。１４は電流基準
設定部で設定された電流値と電流検出手段１２から出力
された電流値を比較する電流比較部であり、比較結果を
電流指令手段７へ出力する。
【００２２】以上のような構成のモータ制御装置の動作
を図２を参照しながら以下に説明する。モータ電流が許
容電流値を超えた場合、電流比較部１４から抑制信号が
出力される。この信号に基づき電流指令手段７は電流指
令を抑制し、モータの電流値を下げるように動作する。
その処理後もモータ電流が許容電流値を超えた場合は、
再度電流比較部１４から抑制信号が出力され電流指令手
段７は更に電流指令を抑制する。この時モータ電流が許
容電流値を超え続けた場合は電流指令は抑制され続けて
やがては零になりモータの通電が停止する（状態Ｂ）。
もし電流を抑制することでモータ電流が許容電流値以下
になった場合、電流の抑制を解除し通常動作に復帰させ
る（状態Ａ）。
【００２３】以上のように、電気自動車のパワー素子に
流れる電流が規定値を超えた場合電流を抑制し、規定値
以下になれば復帰することで各部の破壊を防止し、突然
の制御停止による追突などの危険から車両の安全を確保
し、過電流発生時においても危険回避が可能であり、電
流検出時のノイズに対しても頑強であり、モータトルク
の急激な変動もなくなる。
【００２４】(実施例２)図３は実施例２のモータ制御装
置の作動チャートを示したものである。状態Ｃにおいて
モータ電流が許容電流を超えた電流値はＣ１＜Ｃ２の関
係にあり、その関係に基づいて電流抑制量を変化させ
る。例えばＣ２＝２・Ｃ１の場合は電流指令をＣ１：
０．９５×Ｉ＊、Ｃ２：０．９×Ｉ＊とする。ここでＩ
＊はアクセルユニットからの指令に対する電流指令量で
ある。
【００２５】以上のように、電気自動車のパワー素子に
流れる電流が規定値を超えた場合電流を抑制し、規定値
以下になれば復帰することで各部の破壊の防止効果を更
に向上することができる。なお電流抑制量は許容電流値
を超えた値が大きくなるほど電流抑制の重みを増加させ
て電流指令値を小さく抑えることで、パワー素子の保護
にはより効果が得られる。
【００２６】（実施例３）図４は実施例３のモータ制御
装置の作動チャートを示したものである。状態Ｄおよび
Ｅにおいて電流抑制中にモータ電流が許容電流値以下に
なった場合、徐々に電流値を復帰させるように構成す
る。以上のように、電流を徐々に復帰させることによっ
てモータトルクの変動を更に小さくすることができる。
【００２７】なお電流復帰量は電流抑制量と違う値に設
定してもよい。例えば電流復帰量を電流抑制量より大き
くすることで電流抑制を素早く解除することができ、最
大トルクを出力することができる。また電流復帰量を電
流抑制量より小さくすることでパワー素子の保護を強化
することができる。
【００２８】（実施例４）図５は実施例４のモータ制御
装置の電流指令手段のブロック図の詳細を示したもので
ある。１９は電流比較部１４からの電流比較結果を受け
る抑制信号読込み部である。許容電流を超えたモータ電
流が流れた場合に例えば‘Ｌ’信号を入力信号として受
け取る。
【００２９】２１は抑制信号読込み部を動作させるタイ
ミングを生成する電流検出タイマー手段である。このタ
イマーによって生成されるタイミング周期ごとに抑制信
号読込み部は電流比較結果例えば許容電流を超えたモー
タ電流が流れた場合に‘Ｌ’信号を出力する。
【００３０】タイマーは例えばＰＷＭ周期が利用され
る。ＰＷＭ周期はパワー素子をＯＮ／ＯＦＦさせる周期
であり三角波を利用したキャリア周波数に依存する。こ
のキャリア周波数は８〜１５ｋＨｚのものがよく用いら
れ、ＰＷＭ周期はこのキャリア周波数の逆数で表され
る。１８は電流検出タイミング手段２１の周期ごとに電
流信号読込み部１９からの信号を受け取り、この信号が
‘Ｌ’の場合にカウントアップする動作を行うカウント
手段である。
【００３１】２０はカウント手段１８によってカウント
アップした回数を出力する周期を生成する電流抑制タイ
マー手段である。このタイマーによって生成される周期
は電流検出タイマー手段２１の周期以上とする。例えば
電流検出タイマー手段２１の周期を１００μｓとすると
１〜１０ｍｓ程度とするのが望ましい。１７はカウント
手段１８からの出力を受けて電流の抑制を行う電流抑制
処理部である。
【００３２】図６は実施例４のモータ制御装置の作動チ
ャートを示したものである。電流検出タイマー手段２１
の周期を１００μｓ、電流抑制タイマー手段２０の周期
を１ｍｓとするとカウント数は最大１０となる。この０
〜１０までのカウント数により電流の抑制量を変化させ
る。例えば状態Ｆはカウント数５であり電流抑制量を５
０％として、状態Ｇではカウント数２であり電流抑制量
を２０％とし、状態Ｈではカウント数０であり電流指令
値を元の状態に復帰させる。
【００３３】以上のように、電気自動車のパワー素子に
流れる電流が規定値を超えた場合電流を抑制し、規定値
以下になれば復帰することで各部の破壊を防止し、突然
の制御停止による追突などの危険から車両の安全を確保
し、過電流発生時においても危険回避が可能であり、電
流検出時のノイズに対しても頑強であり、モータトルク
の急激な変動もなくなる。
【００３４】（実施例５）図７は実施例５のモータ制御
装置の作動チャートを示したものである。状態Ｉ、状態
Ｊ、状態Ｋのようにカウント手段１８により数えられる
値が零となった場合、徐々に電流値を復帰させるように
構成する。以上のように、電流を徐々に復帰させること
によってモータトルクの変動を更に小さくすることがで
きる。
【００３５】なお電流復帰量は電流抑制量と違う値に設
定してもよい。例えば電流復帰量を電流抑制量より大き
くすることで電流抑制を素早く解除することができ、最
大トルクを出力することができる。また電流復帰量を電
流抑制量より小さくすることでパワー素子の保護を強化
することができる。
【００３６】（実施例６）図８は本発明の実施例６のモ
ータ制御装置の作動チャートを示したものである。状態
Ｌにおいて電流が抑制され続け、電流指令値が最大電流
抑制値以下になった時に電流指令値を零とする。
【００３７】以上のように、電気自動車のパワー素子に
流れる電流が規定値を超えた場合電流を抑制し、規定値
以下になれば復帰することで各部の破壊の防止効果を更
に向上することができる。
【００３８】（実施例７）図９は本発明の実施例７のモ
ータ制御装置の作動チャートを示したものである。電流
が抑制されたり復帰したりを繰り返し、ある一定期間経
過した後においても電流がずっと抑制され続けた状態Ｍ
のような場合は電流指令値を零とする。
【００３９】以上のように、電気自動車のパワー素子に
流れる電流が規定値を超えた場合電流を抑制し、規定値
以下になれば復帰することで各部の破壊の防止効果を更
に向上することができる。
【００４０】（実施例８）電流指令手段７により過電流
によって電流が抑制され続け電流指令が零になった場
合、または電流抑制値が最大電流抑制値以下となり電流
指令が零になった場合、または電流抑制が一定期間抑制
され続け電流指令値が零になった場合にモータあるいは
制御回路の異常と判断しフェール信号を出力する。この
際システムを再起動しない限り電流指令を復帰させな
い。
【００４１】以上のように、過電流保護が動作した際に
各部の破壊を防止し、突然の制御停止による追突などの
危険から車両の安全を確保し、パワー素子が破壊して火
災が発生しないようにする。
【００４２】（実施例９）検出電流をモータに流れる電
流とすることによっても、電気自動車のパワー素子に流
れる電流が規定値を超えた場合電流を抑制し、規定値以
下になれば復帰することで各部の破壊を防止し、突然の
制御停止による追突などの危険から車両の安全を確保
し、過電流発生時においても危険回避が可能であり、電
流検出時のノイズに対しても頑強であり、モータトルク
の急激な変動もなくなる。
【００４３】（実施例１０）図１０は本発明の実施例１
０のモータ制御装置のブロック図の詳細を示したもので
ある。
【００４４】２２は駆動部３でパワー素子に流れる電流
を検出された信号を受け、その電流値がパワー素子を破
壊する電流値であった場合に駆動制御部４へＰＷＭの通
電を停止する信号を出力する短絡保護手段である。
【００４５】短絡手段２２は通常ハード回路で構成され
ているため高速で処理することが可能であり、実施例１
から９に記載のモータ保護装置の処理周期を長くとった
場合にパワー素子の破壊を防ぐのに有効である。
【００４６】以上のように短絡保護手段２２によってパ
ワー素子の破壊を未然に防ぐことが可能となり、パワー
素子破壊による車両火災等を防止することができる。
【００４７】
【発明の効果】以上のように本発明は、電気自動車のパ
ワー素子に流れる電流が規定値を超えた場合電流を抑制
し、規定値以下になれば復帰することで各部の破壊を防
止し、突然の制御停止による追突などの危険から車両の
安全を確保し、過電流発生時においても危険回避が可能
であり、電流検出時のノイズに対しても頑強であり、モ
ータトルクの急激な変動もなくなる。また最大抑制電流
を超えた場合あるいは電流抑制が一定期間以上続いた場
合、またはパワー素子を破壊する過大な電流が流れた場
合は通電を完全に停止する機構を備えることで車両火災
などを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例１のモータ制御装置のブロック図
【図２】本実施例１のモータ制御装置の作動チャート
【図３】本実施例２のモータ制御装置の作動チャート
【図４】本実施例３のモータ制御装置の作動チャート
【図５】本実施例３のモータ制御装置の電流指令手段の
ブロック図
【図６】本実施例４のモータ制御装置の作動チャート
【図７】本実施例５のモータ制御装置の作動チャート
【図８】本実施例６のモータ制御装置の作動チャート
【図９】本実施例７のモータ制御装置の作動チャート
【図１０】本実施例１０のモータ制御装置のブロック図
【符号の説明】
１ モータ ２ エンコーダ ３ 駆動部 ４ 駆動制御部 ５ ２／３相変換部 ６ 電流演算部 ７ 電流指令手段 ８ アクセルユニット ９、１０、１１ 電流検出装置 １２ 電流検出手段 １３ アドレス生成部 １４ 電流比較部 １５ 電流基準設定部 １６ ＣＰＵ １７ 電流抑制処理部 １８ カウント手段 １９ 抑制信号読込み部 ２０ 電流抑制タイマー手段 ２１ 電流検出タイマー手段 ２２ 短絡処理手段
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H115 PA08 PC06 PG04 PI11 PI29 PU11 PV09 PV23 PV24 QN02 QN09 QN12 TO12 TR01 TR04 TU02 TW01 TW05 TW10 TZ01 TZ04 TZ09 5H576 AA15 BB06 DD07 EE01 EE11 GG04 HA03 HA04 HB01 JJ03 JJ12 JJ16 JJ18 JJ24 LL22 LL41 MM02 MM04

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インバータのパワー素子に流れる電流を
    検出する電流検出手段と、外部より与えられるトルク指
    令あるいは速度指令によりモータに流す電流を決定する
    電流指令手段を備え、前記電流検出手段により検出した
    電流値が規定の電流値以上となった場合、外部より与え
    られるトルク指令あるいは速度指令に関わらず、前記電
    流指令手段により電流指令値を抑制し続け、前記電流検
    出手段により検出した電流値が規定の電流値以下となっ
    た場合、前記電流指令手段により外部により与えられる
    トルク指令あるいは速度指令による電流指令値に戻すこ
    とを特徴とするモータの保護装置。
  2. 【請求項２】 電流検出手段により規定の電流値を超え
    ている電流量を検出し、前記電流指令手段によりその電
    流量の割合で電流の抑制値を決めることを特徴とする請
    求項１記載のモータの保護装置。
  3. 【請求項３】 電流検出手段により検出した電流値が規
    定の電流値以下となった場合、前記電流指令手段により
    外部より与えられるトルク指令あるいは速度指令による
    電流指令値に徐々に復帰させることを特徴とする請求項
    １または請求項２記載のモータの保護装置。
  4. 【請求項４】 電流検出手段を動作させる間隔を決める
    電流検出タイマー手段と、前記電流検出手段により検出
    した電流値が規定の電流値を超えた回数を数えるカウン
    ト手段と、電流抑制手段を動作させる間隔を決める電流
    抑制タイマー手段を備え、前記電流抑制タイマー手段の
    一周期間に前記カウント手段によって数えられた回数に
    より電流の抑制値を決定することを特徴とする請求項１
    記載のモータの保護装置。
  5. 【請求項５】 カウント手段により数えられた回数が零
    となった場合、電流指令手段により外部により与えられ
    るトルク指令あるいは速度指令による電流指令値に徐々
    に復帰することを特徴とする請求項４記載のモータの保
    護装置。
  6. 【請求項６】 電流抑制手段により抑制された指令電流
    が最大電流抑制値以下になった時に電流指令値を零とす
    ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載
    のモータの保護装置。
  7. 【請求項７】 電流指令手段によりある一定時間電流指
    令が抑制され続けた場合、電流指令値を零とすることを
    特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ
    の保護装置。
  8. 【請求項８】 電流指令手段により抑制された電流値が
    零となった時にモータへの通電を停止し、システムがリ
    セットされない限り復帰しないことを特徴とする請求項
    １〜７のいずれか１項に記載のモータの保護装置。
  9. 【請求項９】 電気自動車を駆動するモータの電流値を
    検出することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項
    に記載のモータの保護装置。
  10. 【請求項１０】 電流検出手段により検出された電流値
    がパワー素子を破壊する電流値が流れた場合に通電を停
    止する短絡保護手段を備えたことを特徴とする請求項１
    〜９のいずれか１項に記載のモータの保護装置。
  11. 【請求項１１】 インバータのパワー素子に流れる電流
    を検出する電流検出手段と、外部より与えられるトルク
    指令あるいは速度指令によりモータに流す電流を決定す
    る電流指令手段を備え、前記電流検出手段により検出し
    た電流値が規定の電流値以上となった場合、外部より与
    えられるトルク指令あるいは速度指令に関わらず、前記
    電流指令手段により電流指令値を抑制し続け、前記電流
    検出手段により検出した電流値が規定の電流値以下とな
    った場合、前記電流指令手段により外部により与えられ
    るトルク指令あるいは速度指令による電流指令値に戻す
    ことを特徴とする駆動用モータの保護装置を備える電気
    自動車。
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