JP2003061392A

JP2003061392A - 電動車制御装置

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Publication number: JP2003061392A
Application number: JP2001248174A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Marumoto; 勝二丸本; Kiyoshi Yoshida; 清吉田; Hirotaka Yoshida; 裕孝吉田; Mitsuhide Watanabe; 光秀渡辺; Eiji Koga; 栄次古賀; Hiromi Shimane; 浩美島根; Yoshiyuki Fujinuma; 義幸藤沼
Original assignee: Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2021-08-17
Also published as: JP3773034B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電動機の電流を所望の値に制御するための電
流検出を安価で精度良く行うことのできる電流検出方式
を備えた電動車制御装置を提供すること。【解決手段】回転指令信号、起動スイッチ信号、正、
逆転信号などの外部信号をもらってモータを駆動させる
モータ制御装置において、モータに流れる電機子電流及
び界磁電流の検出手段として、電機子チョッパ及び界磁
チョッパに用いているパワーＭＯＳＦＥＴのＯＮ期間の
ドレイン−ソース間電圧を検出する手段、チョッパのＰ
ＷＭに同期させて検出する手段、検出した電圧を増幅す
る手段、パワーＭＯＳＦＥＴの温度上昇を検出する手
段、パワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗の温度による変化を
補正する手段により、パワーＭＯＳＦＥＴの電流を検出
し、等価的にモータの電機子電流及び界磁電流を検出す
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動車制御装置に
係り、特に直流電動機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動車制御装置においては、特公
平３−４８７５２号公報に記載されるように、電流検出
については設定した最大値が検出された場合のみフィー
ドバックして最大値となるよう制限を行っている。そし
て、電流検出値の温度変化に対する補償は、ダイオード
のオン電圧の温度変化を用いて、パワーＭＯＳＦＥＴの
オン電圧変動の補償を行っている。

【０００３】また、従来の電動車制御装置の電流検出と
しては、特開平６−５４５９１号公報に記載されるよう
に、モータに流れる電流を、モータに直列に接続した抵
抗器の電圧降下によって検出する方法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パワー
ＭＯＳＦＥＴのオン電圧による電流検出法によると、パ
ワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗は、周囲温度の変化によっ
て１〜２倍も大きく変わる。したがって、パワーＭＯＳ
ＦＥＴのオン抵抗の温度変化に合わせて、温度係数が異
なり、しかも、変化値が小さいダイオードで温度補償を
することは難しいため、従来の電流検出法では精度良く
電流検出を行うことができないという問題があった。

【０００５】また、パワーＭＯＳＦＥＴのオン時のみの
電圧を検出する方法は、ＰＷＭのデューティが常に変化
するために不安定であり、ＰＷＭ同期型検出法を用いな
いと難しい。また、上記従来技術の電流検出において
は、検出用抵抗にモータ電流が直接流れるために損失が
増加し、制御装置としての効率が低下する。

【０００６】さらに、電流検出法としては、貫通型のコ
アを用いて磁界の変化を検出する磁気抵抗素子などを用
いる方法もあるが、価格が高価であり、取り付け場所等
も制限される等の問題がある。

【０００７】本発明の目的は、電動機の電流を所望の値
に制御するための電流検出を安価で精度良く行うことの
できる電流検出方式を備えた電動車制御装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の電動車制御装置は、回転指令信号、起
動スイッチ信号、正、逆転信号などの外部信号をもらっ
てモータを駆動させるモータ制御装置において、モータ
に流れる電機子電流及び界磁電流の検出手段として、電
機子チョッパ及び界磁チョッパに用いているパワーＭＯ
ＳＦＥＴのＯＮ期間のドレイン−ソース間電圧を検出す
る手段、チョッパのＰＷＭに同期させて検出する手段、
検出した電圧を増幅する手段、パワーＭＯＳＦＥＴの温
度上昇を検出する手段、パワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗
の温度による変化を補正する手段により、パワーＭＯＳ
ＦＥＴの電流を検出し、等価的にモータの電機子電流及
び界磁電流を検出するようにしたものである。このよう
に構成することにより請求項１に記載の発明によると、
電動機の電流を所望の値に制御するための電流検出を安
価で精度良く行うことができる電動車制御装置を提供す
ることができる。

【０００９】上記目的を達成するため請求項２に記載の
電動車制御装置は、電機子電流検出回路を、電機子チョ
ッパにハーフブリッジ方式を用い、上側アームのパワー
ＭＯＳＦＥＴの端子電圧を回生制動用電流検出に、下側
アームのパワーＭＯＳＦＥＴの端子電圧を加速制御用電
流検出に用い、界磁電流検出回路を、界磁チョッパにＨ
ブリッジ方式を用い、下側アームの２個のパワーＭＯＳ
ＦＥＴ端子電圧を、それぞれ、正転用及び逆転用界磁電
流検出に用いて構成したものである。このように構成す
ることにより請求項２に記載の発明によると、電動機の
電流を所望の値に制御するための電流検出を安価で精度
良く行うことができる電動車制御装置を提供することが
できる。

【００１０】上記目的を達成するため請求項３に記載の
電動車制御装置は、界磁電流検出回路及び電機子チョッ
パの走行用電機子電流検出回路に、パワーＭＯＳＦＥＴ
の端子電圧を検出して増幅する増幅手段と、界磁ＰＷＭ
の出力を分周するカウンタと、チョッパのターンオフ、
ターンオン遅れによる検出不能領域の発生防止のために
ＰＷＭの出力の立上がり立下りを遅延させる遅延回路
と、界磁ＰＷＭの出力を分周したカウンタの出力と界磁
ＰＷＭの出力を遅延させた遅延回路の出力との論理積を
とる論理積回路とを、パワーＭＯＳＦＥＴの端子電圧を
検出して増幅する増幅手段の入力抵抗部に、パワーＭＯ
ＳＦＥＴがＯＦＦし端子電圧が高い期間（バッテリ電圧
Ｖｂの状態）では検出をマスクするマスク信号発生手段
を、パワーＭＯＳＦＥＴの端子電圧を検出して増幅する
増幅手段の出力に、論理回路の出力をトリガ信号として
増幅手段の出力をサンプルしてホールドするサンプルホ
ールド手段と、界磁ＰＷＭの出力を分周するカウンタ出
力の立ち下がりに同期させマイコンのＡ／Ｄ変換器の外
部トリガ信号（ＡＤＴＲＥＧ）に入力する手段とを設
け、サンプルホールド手段の出力を、トリガ信号に同期
させて界磁チョッパオフ直前の界磁電流をＡ／Ｄ変換機
を介してマイコンに検出値を取り込むようにしたもので
ある。このように構成することにより請求項３に記載の
発明によると、電動機の電流を所望の値に制御するため
の電流検出を安価で精度良く行うことができる電動車制
御装置を提供することができる。

【００１１】上記目的を達成するため請求項４に記載の
電動車制御装置は、電機子チョッパの回生制動用電流検
出回路に、パワーＭＯＳＦＥＴの端子電圧を検出して増
幅する第一の増幅手段と、第一増幅手段の出力を増幅す
る第二の増幅手段と、第一増幅手段と第二の増幅手段と
にバイアスをかけるバイアス回路手段と、電機子ＰＷＭ
の出力の立上がり、立下りを遅延させる遅延回路とを設
け、第二の増幅手段の入力抵抗部に、パワーＭＯＳＦＥ
ＴがＯＦＦし端子電圧が高い期間（バッテリ電圧Ｖｂの
状態）では検出をマスクするマスク信号発生手段を設け
ると共に、第二増幅手段の出力に、論理回路の出力をト
リガ信号として増幅手段の出力をサンプルしてホールド
するサンプルホールド手段と、界磁ＰＷＭの出力を分周
するカウンタ出力の立ち下がりに同期させマイコンのＡ
／Ｄ変換器の外部トリガ信号（ＡＤＴＲＥＧ）に入力す
る手段とを設け、サンプルホールド手段の出力を、トリ
ガ信号に同期させて電機子チョッパオフ直前の電機子電
流をＡ／Ｄ変換機を介してマイコンに検出値を取り込む
ようにしたものである。このように構成することにより
請求項４に記載の発明によると、電動機の電流を所望の
値に制御するための電流検出を安価で精度良く行うこと
ができる電動車制御装置を提供することができる。

【００１２】上記目的を達成するため請求項５に記載の
電動車制御装置は、電機子電流検出手段及び界磁電流検
出手段の出力を、界磁ＰＷＭと電機子ＰＷＭのＯＦＦタ
イミングを同期させ、それぞれ、界磁電流及び電機子電
流ＯＦＦ直前の電流値をサンプルホールドし、Ａ／Ｄ変
換器でマイコンに取り込み、該マイコンで演算処理され
る温度補正手段と、オフセット補正手段とを用いて、温
度補正及びオフセット補正を行い、パワーＭＯＳＦＥＴ
のオン電圧より電機子電流、界磁電流を検出するように
したものである。このように構成することにより請求項
５に記載の発明によると、電動機の電流を所望の値に制
御するための電流検出を安価で精度良く行うことができ
る電動車制御装置を提供することができる。

【００１３】上記目的を達成するため請求項６に記載の
電動車制御装置は、温度補正手段は、温度変化によるパ
ワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗変化の関数の逆関数となる
値をマイコンのメモリにデータテーブルとして保有し、
温度変化に応じて補正演算を行うようにしたものであ
る。このように構成することにより請求項６に記載の発
明によると、電動機の電流を所望の値に制御するための
電流検出を安価で精度良く行うことができる電動車制御
装置を提供することができる。

【００１４】上記目的を達成するため請求項７に記載の
電動車制御装置は、パワーＭＯＳＦＥＴのＨブリッジで
構成されるチョッパ装置の各パワーＭＯＳＦＥＴのドレ
イン−ソース間電圧より各素子の電流を検出するように
したものである。このように構成することにより請求項
７に記載の発明によると、電動機の電流を所望の値に制
御するための電流検出を安価で精度良く行うことができ
る電動車制御装置を提供することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて説明する。図１には、電動車制御装置の構成が示
されている。図において、制御装置１は、マイコン１０
１、走行、回生用電機子電流検出回路１４３、１４４、
と正転、逆転用界磁電流検出回路１６２、１６３及び電
機子チョッパ１２、界磁チョッパ１３、ドライバ１０
２、１０３等で構成されている。また、電機子チョッパ
１２は、ハーフブリッジ方式と称され、下側アームのパ
ワーＭＯＳＦＥＴＭ１を加速用チョッパに、上側アー
ムのパワーＭＯＳＦＥＴＭ２を回生制動用チョッパにそ
れぞれ用いている。

【００１６】また、界磁チョッパ１３は、Ｈブリッチ方
式と称されるもので、パワーＭＯＳＦＥＴＭ４正転用
チョッパにパワーＭＯＳＦＥＴＭ６を逆転用チョッパ
に、そして、正・逆転切替え用のパワーＭＯＳＦＥＴ
Ｍ５及びＭ３で構成させている。そして、電機子チョッ
パの出力端子は、＋Ｖｂと−Ｖｂが、バッテリのプラス
とマイナス端子へ、また、−Ｍはモータのマイナス端子
へそれぞれ接続される。一方、界磁チョッパの出力は＋
Ｆと−Ｆが界磁巻線へ、＋Ｖｂと−Ｖｂへ接続される。

【００１７】次に、前記制御装置１の動作について説明
する。回転指令信号や起動スイッチ、正・逆転信号等が
マイコン１０１のＡ／ＤやＤ／Ｉを介して取り込まれる
と後述する電流制御演算を実行し、電機子チョッパ用の
ＰＷＭ出力ＰＷＭ１、ＰＷＭ２及び界磁用チョッパのＰ
ＷＭ出力ＦＰＷＭ１、ＦＰＷＭ２をマイコンより出力す
る。電機子チョッパ１２と界磁チョッパは、これらのＰ
ＷＭ出力に応じてドライバ１０２、１０３を介して駆動
される。また、チョッパに流れる電流検出は、パワーＭ
ＯＳＦＥＴのドレン−ソース間電圧で検出する。すなわ
ち、加速時電機子チョッパ電流は下側アームのパワーＭ
ＯＳＦＥＴＭ１のドレン−ソース間電圧で、回生制動
時の電機子チョッパ電流は上側アームのパワーＭＯＳＦ
ＥＴＭ２のドレン−ソース間電圧を電機子電流検出回
路１４３、１４４へ入力する。そして、電機子電流検出
回路１４３、１４４の出力をマイコン１０１のＡ／Ｄ変
換器へ入力する。その場合のＡ／Ｄ変換器による電流検
出は、タイミングをとってＡ／Ｄ変換を行っている。す
なわち、界磁ＰＷＭの出力パルスＦＰＷＭ１をＡ／Ｄ変
換器の外部割込み端子ＡＤＴＲＧへ入力し、パルスの立
下りに同期させてＡ／Ｄを起動し、電流を検出する。

【００１８】また、界磁電流の場合も同様に正転側の界
磁電流を、パワーＭＯＳＦＥＴＭ４の逆転側の界磁電
流を、パワーＭＯＳＦＥＴＭ６のドレン−ソース間電
圧を界磁電流検出回路１６２、１６３へ入力し界磁ＰＷ
Ｍに同期させてそれぞれ検出する。尚、電流検出の詳細
については後述する。

【００１９】次に、図１に図示の電機子チョッパ並びに
界磁チョッパの主回路構成とその動作について図２、３
を用いて説明する。図２（ａ）は、電機子チョッパの主
回路構成を示す。この電機子チョッパの主回路構成は、
図１での説明のものと同一であり、詳細説明は省略す
る。この主回路の動作は、次の通りである。まず、図２
（ａ）のドライバ１０２の入力に図２（ｂ）に示す入力
パルスが与えられると、例えば、加速の場合には、上側
アームのパワーＭＯＳＦＥＴＭ２がＯＦＦ状態とな
り、下側アームのパワーＭＯＳＦＥＴＭ１がＯＮ、Ｏ
ＦＦのＰＷＭ動作をする。この加速モードにより電機子
２ａに電流を流しモータを回転させる。その場合には、
当然のことながら界磁巻線２ｂには次の図３で示す方法
により界磁電流を流している。一方、回生制動時にはパ
ワーＭＯＳＦＥＴＭ１がＯＦＦ状態となり、上側アー
ムのパワーＭＯＳＦＥＴＭ２がＯＮ、ＯＦＦのＰＷＭ
動作となり回生モードとなる。同様に、図３（ａ）の界
磁チョッパ用ドライバ１０３の入力に図３（ｂ）に示す
入力パルスが与えられると、例えば、モータを正転させ
る場合には、Ｈブリッジの上側アームのパワーＭＯＳＦ
ＥＴＭ５をＯＮさせ、対角上の下側アームのパワーＭ
ＯＳＦＥＴＭ４をＯＮ、ＯＦＦしＰＷＭ動作をさせて
界磁巻線２ｂに流れる電流を制御する。また、モータを
逆転させる場合には、Ｈブリッジ上側アームの逆側のパ
ワーＭＯＳＦＥＴＭ３をＯＮさせ、対角上の下側アー
ムのパワーＭＯＳＦＥＴＭ４をＯＮ、ＯＦＦしＰＷＭ
動作をさせて界磁巻線２ｂに逆方向に電流を流し制御す
る。

【００２０】上記構成の電動機制御システムは、マイコ
ンを用いたソフトウエアで実現しており、その制御処理
内容を図４のフローチャートに示す。まず、ステップ１
００において、イニシャル値を設定し、ステップ１０１
において、キースイッチがＯＮされているか、ＯＦＦさ
れているかの判定を行う。このステップ１０１において
キースイッチがＯＦＦされていると判定すると、ステッ
プ１０２において、停止処理を行い、ステップ１０１へ
戻る動作を繰り返し待機状態となる。

【００２１】また、ステップ１０１においてキースイッ
チがＯＮされていると判定すると、ステップ１０３にお
いて、サーミスタでパワーＭＯＳＦＥＴの温度を検出す
る。このステップ１０３において温度検出を行うとステ
ップ１０４において、Ａ／Ｄ変換器より電流の取り込み
を行う。すなわち、電機子の加速電流、回生制動電流や
界磁の正転電流、逆転電流をそれぞれ検出しマイコンの
ＲＡＭエリアに格納する。そして、このステップ１０４
において電流の取り込みを行うと、ステップ１０５にお
いて、加速か回生制動か運転モードの判定を行う。この
ステップ１０５において運転モードが加速であると判定
すると、ステップ１０６において、加速電機子電流の温
度補正演算を行う。すなわち、ステップ１０４において
得られた加速電機子電流に対してステップ１０３におい
て検出したパワーＭＯＳＦＥＴの温度変化に応じて補正
演算を行い電機子電流検出値の精度向上を図る。そし
て、このステップ１０６において加速電機子電流の温度
補正演算を行うと、ステップ１０７において、ステップ
１０６において得られた加速電機子電流と図１で示した
回転指令信号とからモータ回転時の電機子電流制御演算
を行いＰＷＭのデューティを算出する。

【００２２】また、ステップ１０５において運転モード
が回生制動であると判定すると、ステップ１０８におい
て、加速時と同様に温度補正演算を行い、ステップ１０
９において、回生時の電機子電流制御演算処理を実行
し、ステップ１１０に進む。ステップ１１０において、
正転か逆転かの回転モードの判定を行い、このステップ
１１０において回転モードが正転であると判定すると、
ステップ１１１において、正転界磁電流の温度補正演算
処理を行い、ステップ１１０において回転モードが逆転
であると判定すると、ステップ１１２において、逆転界
磁電流の温度補正演算処理を行う。その後、電機子電流
の場合と同様に、ステップ１１３において、界磁電流制
御演算を実行し、ステップ１１４において、界磁及び電
機子チョッパのＰＷＭデューティを設定し、ステップ１
０１に戻る。以降、処理を繰返す。なお、温度検出法、
電流検出値の温度補正法については詳細を後述する。

【００２３】次に、電流検出法について詳細に述べる。
図５には、図１に示す制御装置１の構成において、電流
検出部の詳細ブロック図が示されている。図において、
電機子電流検出回路は、加速電流検出回路１４３と回生
電流検出回路１４４によって構成されている。また界磁
電流検出回路は、正転用電流検出回路１６２と逆転用電
流検出回路１６３によって構成されている。さらに、パ
ワーＭＯＳＦＥＴの温度検出用として温度検出部２１が
設けられており、パワーＭＯＳＦＥＴの近傍に取り付け
られたサーミスタ２１０、抵抗２１１を加えて電流検出
部が構成されている。それぞれの検出回路の入力は、パ
ワーＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間に接続されのＯ
Ｎ電圧Ｖｄｓ検出する。出力部はそれぞれマイコンのＡ
／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４へ、また、サーミスタの出力電圧もＡ
／Ｄ５入力される。

【００２４】以下、電流検出法の動作原理、特性等につ
いて説明する。図６には、パワーＭＯＳＦＥＴの特性が
示されており、オン抵抗Ｒｏｎが１０〜１５ｍΩの場合
を例にとって示してある。一般的に電流Ｉａを増加させ
るとドレイン−ソース電圧Ｖｄｓが比例関係に増加する
といわれている。しかしながら、オン抵抗が図７に示す
如く周囲温度変化により大きく変動する欠点がある。

【００２５】本電流検出方式の難しい点は、第一に、上
記したように検出特性が周囲温度により大きく変動する
ことである。第二点目は、検出部のパワーＭＯＳＦＥＴ
のドレイン−ソース間電圧がチョッパ動作によって、Ｏ
ＦＦ時が４８〜６０Ｖで、ＯＮ時が数十ｍＶ〜数百ｍＶ
と大きく変動することである。

【００２６】第一点目の温度変化については次のように
補正する手段により問題を解決できる。すなわち、図５
で示した温度検出回路２１のサーミスタの温度検出特性
は図８に示す特性であり、これと、図７に示した温度変
化係数Ｋｔの特性をもつパワーＭＯＳＦＥＴで検出した
検出回路の出力を図５のマイコン１０１のＡ／Ｄ変換器
に入力し、ソフトによる補正演算を行う。具体的には、
図７に示したパワーＭＯＳＦＥＴの温度変化係数より図
９に示す逆関数を求めて得られた温度補償係数ｙをマイ
コン内でデータテーブルとして保管する。そして、Ａ／
Ｄ変換器で得られた値から、電流値＝Ａ／Ｄ値×温度補償係数ｙ×変換係数ａ但し、変換係数ａ：Ａ／Ｄ値に対する電流換算値温度補償係数ｙ：１／温度変化係数Ｋｔという式によって演算することによって電流値（マイコ
ン値）を求める。

【００２７】次に、第二点目の解決手段の検出法につい
て説明する。図５に示した加速電流検出回路１４３及び
回生電流検出回路１４４の詳細図を図１０に示す。な
お、図５の正・逆転電流検出回路１６２，１６３の詳細
回路図は、図１０の加速電流検出回路１４３と同じもの
を用いている。したがって、加速電流検出回路１４３の
みについて説明する。図１０の加速電流検出回路１４３
には、演算増幅器ＯＰ１があり、入力抵抗Ｒ１、〜Ｒ４
及び帰還抵抗Ｒ５、Ｒ６を有している。また、入力抵抗
Ｒ１とＲ３間及びＲ２とＲ４間には電源電圧へのクラン
プ用ダイオードＤ１、Ｄ２及びＲ２とＲ４間と回路グラ
ンド間には入力信号をグランドへバイパスさせるアナロ
グスイッチＳ１がある。演算増幅器ＯＰ１の出力側には
サンプルホールド用のアナログスイッチＳ２とコンデン
サＣ１と抵抗Ｒ８で構成されている。

【００２８】また、電流検出のタイミングを取るために
ロジック部があり、界磁のＰＷＭ信号Ｆ・ＰＷＭパルス
をカウントして分周するカウンタＣＯＵＴ、その出力の
論理和をとるＯＲ、Ｆ・ＰＷＭパルスの立ち上がり立下
りを遅らせるためのＲ９，Ｃ２、ＩＮＶ１及びＲ１０，
Ｃ３、ＩＮＶ２、で構成される遅延回路、前記ＯＲから
と遅延回路からの信号の論理積をとるＡＮＤ１回路など
で構成される。

【００２９】上記パワーＭＯＳＦＥＴの端子電圧Ｖｄｓ
は上記した演算増幅器ＯＰ１で増幅後、上記したロジッ
ク回路によりＦ・ＰＷＭ信号とタイミングをとりＳ２と
Ｃ１で構成されるサンプルホールド回路によりサンプル
ホールドされマイコン１０１のＡ／Ｄ２に入力される。
その場合にはＡ／Ｄの外部トリガＡＤＴＲＧにカウンタ
の出力で外部トリガをかけ、Ａ／Ｄの起動とデータ取り
込みを実行する。

【００３０】上記構成の検出回路において、加速電機子
電流、正・逆転界磁電流検出時の動作は同じである。従
って、界磁チョッパの場合を一例として、界磁チョッパ
や検出回路の各部の動作タイミングを図１１（ａ）に示
す。図１１（ａ）から分かるようにパワーＭＯＳＦＥＴ
の端子電圧は界磁チョッパ（Ｆ・ＰＷＭ）動作時には大
きくＯＮ、ＯＦＦ変動する。電流検出はパワーＭＯＳＦ
ＥＴのＯＮしている僅かな期間の微少電圧を検出するた
めにＰＷＭに同期させる必要がある。すなわち、Ｆ・Ｐ
ＷＭ信号から得られるマスク信号（ＭＡＳＫ）によりパ
ワーＭＯＳＦＥＴのＯＦＦ時の電圧をマスク後、演算増
幅器ＯＰ１でＯＮ時のみの僅かな電圧を増幅し出力（Ｖ
ｆ・Ａ）を得る。検出電圧はＯＮ、ＯＦＦ信号のため、
そのままマイコンのＡ／Ｄで取り込んでも、正確な界磁
電流を検出することができない。そこで、アンプ出力電
圧を、パワーＭＯＳＦＥＴがＯＮ時にはサンプルしＯＦ
Ｆ期間中はＯＦＦ直前の電圧をホールドする。このサン
プルホールドした信号を界磁チョッパのＰＷＭの立ち下
がりでＡ／Ｄに外部トリガをかけＡ／Ｄを起動しデータ
をマイコンに取り込む。なお、ＰＷＭ周期が６２．５μ
ｓ（ｆ:１６ＫＨｚ）と早いので、外部トリガ周期は１
／８の５００μｓとした。

【００３１】次に回生用電機子電流検出法について説明
する。図１０に戻って、回生用電機子電流検出回路１４
４において、前記走行用電機子電流検出法と異なるとこ
ろは、パーＭＯＳＦＥＴＭ２が図２（ａ）で示した如
く上側アームにあるためにグランド電位から浮いた状態
の電圧を検出する必要がある。したがって、アンプは一
段目ではアンプのコモンモード電圧の制限から電圧を低
下させ、二段目で増幅する方法をとした。

【００３２】回生用電機子電流検出回路１４４おいて、
一段目の演算増幅器ＯＰ２があり、入力抵抗Ｒ１１、〜
Ｒ１４及び帰還抵抗Ｒ１５、Ｒ１６を有している。ま
た、入力抵抗Ｒ１１とＲ１２間及びＲ１３とＲ１４間に
はパワーＭＯＳＦＥＴＭ２のＯＦＦ時の電圧をクラン
プするダイオードがある。また、二段目の演算増幅器Ｏ
Ｐ３には、入力抵抗Ｒ１８、〜Ｒ１９及び帰還抵抗Ｒ２
０、Ｒ２１を有している。また、帰還抵抗Ｒ２１に並列
に一段目の演算増幅器ＯＰ２の出力を短絡するアナログ
スイッチＳ３を設けている。さらに、演算増幅器ＯＰ４
は演算増幅器ＯＰ２と演算増幅器ＯＰ３にバイアス電圧
を加えるもので、その電圧は入力抵抗Ｒ２４、Ｒ２５で
決定される。また、同様に演算増幅器ＯＰ３の出力側に
はサンプルホールド用のアナログスイッチＳ４とコンデ
ンサＣ４と抵抗Ｒ２３で構成され、その出力はマイコン
１０１のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１に入力されている。

【００３３】また、前記と同様に、電流検出のタイミン
グを取るためにロジック部があり、電機子のＰＷＭ信号
Ａ・ＰＷＭ・Ｈパルスの立ち上がり立下りを遅らせるた
めのＲ２６，Ｃ５、ＩＮＶ３及びＲ２７，Ｃ６、ＩＮＶ
４、で構成される遅延回路、前記ＯＲからの信号Ｃ（Ｆ
ＰＷＭ・Ｓ／Ｈ）と遅延回路からの信号の論理積をとる
ＡＮＤ２回路などで構成される。

【００３４】上記構成の回生用電機子電流検出動作のタ
イムチャートを図１１（ｂ）に示す。電流の検出動作
は、基本的には図１１（ａ）の界磁電流検出の場合と同
じであるが、次の点が異なる。すなわち、界磁チョッパ
と電機子チョッパは当然のことながらそれぞれ独立して
ＰＷＭのデューティを制御する必要がある。また、電機
子電流検出もタイミングをとる必要があることから、図
１１（ｂ）に示した如く、界磁チョッパのＰＷＭ（Ｆ・
ＰＷＭ）のＯＦＦの立下りと電機子チョッパのＰＷＭ
（Ａ・ＰＷＭ）の立下りを同期させることにした。これ
により電機子電流もＰＷＭに同期して電流検出が可能で
ある。電流検出時のパワーＭＯＳＦＥＴ電圧（Ｖｄｓ・
ｆ）の動作とマスク信号（ＭＡＳＫ）やアンプ出力（Ｖ
ｆ・Ａ）動作時の時間拡大波形を図１２（ａ）、（ｂ）
に示す。

【００３５】パワーＭＯＳＦＥＴのターンオンとターン
オフ動作時には図１２（ａ）のパワーＭＯＳ電圧（Ｖｄ
ｓ・ｆ）に示すごとく動作時間遅れが生じる。この影響
でパワーＭＯＳ電圧を増幅するアンプの出力は、図１２
（ａ）に示すアンプ出力（ａ）の波形のごとくなり好ま
しくない。

【００３６】そこで、電流検出を確実に正確に行うため
には、パワーＭＯＳＦＥＴのターンオン時及びターンオ
フ時にそれぞれ、ｔｄ１、ｔｄ２の遅延時間を設けてマ
スク信号を発生させて、アンプ出力の不要な信号の除去
を行っている。この結果パワーＭＯＳＦＥＴのオン時の
電圧を確実に検出することが可能となる。

【００３７】以下、回路動作は界磁電流検出の場合と同
様であり省略する。以上述べた電流検出方式における実
際のモータに流れる界磁電流の検出特性を図１３
（ａ）、（ｂ）に示す。図１３（ａ）はパワーＭＯＳＦ
ＥＴのオン抵抗の温度補償がない場合であり、周囲温度
変化によって大きく変わることを示している。一方、図
１３（ｂ）の場合にはサーミスタで温度変化を検出して
温度補正を行った場合であり、補償の効果が現われてい
ることが分かる。

【００３８】以上は、本発明を直流分巻電動機制御装置
に適用した場合について主に説明したが、次に他の実施
例について述べる。本発明を直流直巻電動機用制御装置
に適用した場合を図１４に示す。主回路は電動機の電機
子４と直巻界磁４ａ，界磁４ａに流れる界磁電流の方向
を変えて電動機を正・逆転させる切替スイッチ５ａ、５
ｂ、フリーホイルダイオード６、モータを駆動するチョ
ッパのパワーＭＯＳＦＥＴＭ７で構成され、切替スイ
ッチ５ａとダイオードのカソード側はバッテリ３のプラ
ス側へ、パワーＭＯＳＦＥＴのソース側はバッテリ３の
マイナス側へそれぞれ接続されている。また、モータ電
流の検出回路は前述したごとく、パワーＭＯＳＦＥＴ
Ｍ７の両端電圧を検出する電流検出回路７、その出力を
Ａ／Ｄ６に入力するマイコン１０１で構成されている。
モータ電流の検出は、前述のごとくパワーＭＯＳＦＥＴ
Ｍ７がオン状態時の電圧の変化を電流検出回路７でア
ナログ信号として検出後、マイコン１０１のソフトウエ
ア処理により行っている。その検出動作の詳細は前述し
てあるので省略する。

【００３９】また、他の実施例として、マグネットモー
タ駆動に適用した場合を図１５に示す。モータ８はマグ
ネットモータで電機子８ａと界磁用のマグネット８ｂ、
８ｃで構成される。チョッパの駆動回路はパワーＭＯＳ
ＦＥＴＭ８〜Ｍ１１で構成されるＨブリッジ方式と呼
ばれるもので、上側アームのパワーＭＯＳＦＥＴＭ８
と下側アームのＭ９の接続点にモータ電機子８の端子を
接続する。同様に逆側アームのＭ１０とＭ１１の接続点
に電機子８のもう一方の端子を接続する。また、上側及
び下側アームどうしを接続してＨブリッジを形成させ、
上側アームをバッテリ３のプラス側へ下側アームをバッ
テリ３のマイナス側へ接続する構成としている。

【００４０】そして、電流検出回路は、各パワーＭＯＳ
ＦＥＴの全数のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを検出す
るために上側正転電流検出回路９、上側逆転電流検出回
路１０、下側正転電流検出回路１１、下側逆転電流検出
回路１２と、Ａ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ７〜Ａ／Ｄ１０を有す
るマイコン１０１で構成される。

【００４１】次にモータ回転時の電流検出動作を説明す
る。例えば、Ｈブリッジの動作を上側アームのパワーＭ
ＯＳＦＥＴＭ８、Ｍ１０を正転、逆転用のスイッチ
に、下側アームのパワーＭＯＳＦＥＴＭ１１を正転用
ＰＷＭに、Ｍ９を逆転用ＰＷＭに用いて動作させる場合
を考えてみる。Ｍ８をオンさせて、Ｍ１１をＰＷＭ動作
させモータを正転方向に回転させた場合には、パワーＭ
ＯＳＦＥＴＭ８に流れる電流を上側正転電流検出回路
９で検出し、Ａ／Ｄ７を介してマイコン１０１へ入力す
る。またパワーＭＯＳＦＥＴＭ１１に流れる電流は下
側正転電流検出回路１１で検出し、Ａ／Ｄ９を介してマ
イコン１０１へ入力する。この場合に上側アームのＭ８
は常時オン状態であり、一方、下側アームのＭ１１はＰ
ＷＭ動作である。いずれの場合でも電流が検出可能であ
る。検出法の詳細は前記した通りでありここでは省略す
る。また、モータが逆転駆動においても、同様にＭ１０
をオンさせ、Ｍ９をＰＷＭ動作させた場合においても電
流が検出可能である。さらに、上側アームＭ８と下側ア
ームＭ１１を同時にＰＷＭ動作させる両側ＰＷＭ方式に
おいても同様に電流が検出可能である。

【００４２】さらに、従来方式のモータ電流を直接検出
する方法においては、例えば、上側アームのＭ８と下側
アームのＭ９が誤動作等により同時にオンした場合に、
すなわち、電源短絡現象発生時においては、異常電流が
モータ側に流れないために検出不可能でありＨブリッジ
チョッパの保護はできない。

【００４３】しかし、本発明の方式を用いればバッテリ
からの短絡電流を速やかに検知可能なために、過電流を
検知した場合には保護回路等（図示せず）を動作させて
Ｈブリッジチョッパを保護することが可能である。

【００４４】本発明によれば、電流検出に特別なセンサ
を必要としないために、制御装置システムとして安価と
なる効果がある。

【００４５】本発明によれば、ＰＷＭに同期させて電流
の瞬時値を検出しサンプルホールドしているために、マ
イコンのＡ／Ｄ変換器に高速のものを必要とせずに、一
般に用いられているものが使用できる効果がある。

【００４６】また、本発明によれば、ＰＷＭに同期させ
て電流の瞬時値を検出できるので応答性の速い電流検知
が可能となる効果がある。

【００４７】本発明によれば、パワーＭＯＳＦＥＴのオ
ン電圧検出による電流検出法は、サーミスタによる温度
補償が可能なために、電流検出値の精度向上に効果があ
る。

【００４８】本発明によれば、パワーＭＯＳＦＥＴをＨ
ブリッジチョッパに用いた場合において、誤動作等によ
る電源短絡時の過電流検知が可能となり過電流保護がで
きる効果がある。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、電動機制御において絶
縁型等の電流センサを用いなくても電動機電流を検出で
きるので制御装置のコストが安価となる効果がある。

【００５０】本発明によれば、電動機の電気駆動回路系
に直列挿入する電流検出用センサ等不要なために、セン
サによる駆動回路の損失を発生させない効果がある。

【００５１】本発明によれば、電機子用チョッパにおい
ては、加速制御用と回生制動制御用に、界磁チョッパに
おいては、正転用と逆転制御にそれどれ独立して電流検
出が可能なために、一部の電流センシング不良が発生し
ても他のものでチョッパを駆動できる効果がある。

【００５２】本発明によれば、モータを駆動するチョッ
パ動作において、パワーＭＯＳＦＥＴのオン電圧をチョ
ツパのＰＷＭに同期させて検出しているのでパワーＭＯ
ＳＦＥＴのオン期間に流れている電流を確実に検出でき
る効果がある。

【００５３】本発明によれば、ＰＷＭに同期させて瞬時
電流を検出し、サンプルホールドさせてマイコンのＡ／
Ｄへ取り込んでいるので、検出応答の早い電流検出がで
きる効果がある。

【００５４】本発明によれば、電流検出に用いているパ
ワーＭＯＳＦＥＴのオン電圧の温度変化による変動を、
パワーＭＯＳＦＥＴの温度係数の逆関数となるような補
正データテーブルを用いて温度補正を行っているので温
度による変動の少ない電流検出ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明となる電動機制御装置の構成図。

【図２】（ａ）は本発明を適用した電機子チョッパの構
成図、（ｂ）は（ａ）の動作タイムチャート。

【図３】（ａ）は本発明を適用した界磁チョッパの構成
図、（ｂ）は（ａ）の動作タイムチャート。

【図４】図１の電動機制御装置の動作を説明するフロー
チャート。

【図５】図1に示した本発明の電流検出回路の詳細ブロ
ック構成図。

【図６】パワーＭＯＳＦＥＴの電流対電圧特性図。

【図７】図６の温度特性図。

【図８】パワー素子の温度検出回路の特性図。

【図９】パワー素子の温度を補正する逆関数テーブル
図。

【図１０】図５の詳細回路図。

【図１１】（ａ）は図１０の界磁電流検出動作を説明す
るタイムチャート、（ｂ）は図１０の電機子電流検出動
作を説明するタイムチャート。

【図１２】（ａ）は図１１（ａ）の遅延動作を説明する
時間拡大特性図、（ｂ）は図１１（ｂ）の遅延動作を説
明する時間拡大特性図。

【図１３】（ａ）は本発明適用前（温度補償前）の界磁
電流検出特性図、（ｂ）は本発明を適用した場合の界磁
電流検出特性図。

【図１４】本発明を適用した一実施例の説明図。

【図１５】本発明を適用し他の一実施例の説明図。

【符号の説明】

１………………………制御装置２………………………電動機１２……………………電機子チョッパ１３……………………界磁チョッパＭ１〜Ｍ１１…………パワーＭＯＳＦＥＴ１０１…………………マイコン１４３…………………電機子電流検出回路１４４…………………電機子電流検出回路１２６…………………界磁電流検出回路１６３…………………界磁電流検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田裕孝茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者渡辺光秀茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者古賀栄次茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者島根浩美茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者藤沼義幸茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内Ｆターム(参考） 5H571 AA02 BB09 CC04 DD02 DD03 EE02 GG04 HA09 HB01 HC01 HD02 JJ03 JJ16 LL22 MM06 MM12 MM16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転指令信号、起動スイッチ信号、正、
逆転信号などの外部信号をもらってモータを駆動させる
モータ制御装置において、モータに流れる電機子電流及
び界磁電流の検出手段として、電機子チョッパ及び界磁
チョッパに用いているパワーＭＯＳＦＥＴのＯＮ期間の
ドレイン−ソース間電圧を検出する手段、チョッパのＰ
ＷＭに同期させて検出する手段、検出した電圧を増幅す
る手段、パワーＭＯＳＦＥＴの温度上昇を検出する手
段、パワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗の温度による変化を
補正する手段により、パワーＭＯＳＦＥＴの電流を検出
し、等価的にモータの電機子電流及び界磁電流を検出す
ることを特徴とする電動車制御装置。
【請求項２】前記電機子電流検出回路は、電機子チョ
ッパにハーフブリッジ方式を用い、上側アームのパワー
ＭＯＳＦＥＴの端子電圧を回生制動用電流検出に、下側
アームのパワーＭＯＳＦＥＴの端子電圧を加速制御用電
流検出に用い、上記界磁電流検出回路は、界磁チョッパ
にＨブリッジ方式を用い、下側アームの２個のパワーＭ
ＯＳＦＥＴ端子電圧を、それぞれ、正転用及び逆転用界
磁電流検出に用いて構成したことを特徴とする請求項１
に記載の電動車制御装置。
【請求項３】前記界磁電流検出回路及び電機子チョッ
パの走行用電機子電流検出回路には、パワーＭＯＳＦＥ
Ｔの端子電圧を検出して増幅する増幅手段と、界磁ＰＷ
Ｍの出力を分周するカウンタと、チョッパのターンオ
フ、ターンオン遅れによる検出不能領域の発生防止のた
めにＰＷＭの出力の立上がり立下りを遅延させる遅延回
路と、界磁ＰＷＭの出力を分周したカウンタの出力と界
磁ＰＷＭの出力を遅延させた遅延回路の出力との論理積
をとる論理積回路とを、前記パワーＭＯＳＦＥＴの端子電圧を検出して増幅する
増幅手段の入力抵抗部には、パワーＭＯＳＦＥＴがＯＦ
Ｆし端子電圧が高い期間（バッテリ電圧Ｖｂの状態）で
は検出をマスクするマスク信号発生手段を、前記パワーＭＯＳＦＥＴの端子電圧を検出して増幅する
増幅手段の出力には、前記論理回路の出力をトリガ信号
として増幅手段の出力をサンプルしてホールドするサン
プルホールド手段と、前記界磁ＰＷＭの出力を分周する
カウンタ出力の立ち下がりに同期させマイコンのＡ／Ｄ
変換器の外部トリガ信号（ＡＤＴＲＥＧ）に入力する手
段とを設け、前記サンプルホールド手段の出力は、前記トリガ信号に
同期させて界磁チョッパオフ直前の界磁電流をＡ／Ｄ変
換機を介してマイコンに検出値を取り込むようにしたこ
とを特徴とする請求項２に記載の電動車制御装置。
【請求項４】電機子チョッパの回生制動用電流検出回
路には、パワーＭＯＳＦＥＴの端子電圧を検出して増幅
する第一の増幅手段と、前記第一増幅手段の出力を増幅
する第二の増幅手段と、前記第一増幅手段と第二の増幅
手段とにバイアスをかけるバイアス回路手段と、前記電
機子ＰＷＭの出力の立上がり、立下りを遅延させる遅延
回路とを設け、前記第二の増幅手段の入力抵抗部には、パワーＭＯＳＦ
ＥＴがＯＦＦし端子電圧が高い期間（バッテリ電圧Ｖｂ
の状態）では検出をマスクするマスク信号発生手段を設
けると共に、前記第二増幅手段の出力には、前記論理回路の出力をト
リガ信号として増幅手段の出力をサンプルしてホールド
するサンプルホールド手段と、前記界磁ＰＷＭの出力を
分周するカウンタ出力の立ち下がりに同期させマイコン
のＡ／Ｄ変換器の外部トリガ信号（ＡＤＴＲＥＧ）に入
力する手段とを設け、前記サンプルホールド手段の出力は、前記トリガ信号に
同期させて電機子チョッパオフ直前の電機子電流をＡ／
Ｄ変換機を介してマイコンに検出値を取り込むようにし
たことを特徴とする請求項２に記載の電動車制御装置。
【請求項５】前記電機子電流検出手段及び界磁電流検
出手段の出力は、界磁ＰＷＭと電機子ＰＷＭのＯＦＦタ
イミングを同期させ、それぞれ、界磁電流及び電機子電
流ＯＦＦ直前の電流値をサンプルホールドし、Ａ／Ｄ変
換器でマイコンに取り込み、該マイコンで演算処理され
る温度補正手段と、オフセット補正手段とを用いて、温
度補正及びオフセット補正を行い、パワーＭＯＳＦＥＴ
のオン電圧より電機子電流、界磁電流を検出するように
したことを特徴とする請求項３又は４に記載の電動車制
御装置。
【請求項６】前記温度補正手段は、温度変化によるパ
ワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗変化の関数の逆関数となる
値をマイコンのメモリにデータテーブルとして保有し、
温度変化に応じて補正演算を行うことを特徴とする請求
項５に記載の電動車制御装置。
【請求項７】パワーＭＯＳＦＥＴのＨブリッジで構成
されるチョッパ装置のおいて、各パワーＭＯＳＦＥＴの
ドレイン−ソース間電圧より各素子の電流を検出するこ
とを特徴とした電動車制御装置。