JP2004104876A

JP2004104876A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2004104876A
Application number: JP2002261285A
Authority: JP
Inventors: Kikichi Asami; 浅見　記吉; Yukinobu Ochiai; 落合　志信; Takashi Tsurumi; 鶴見　隆史
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】原因の如何に関わらず電流センサの異常を検知することが可能なモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】バッテリ等の直流電源５からの入力電力をインバータ３を介してモータ２に供給してモータ２を駆動するモータ駆動装置１である。インバータ３への入力電圧値Ｖとモータ回転数ｎ、およびモータ２へのトルク指令値Ｔから、
式（１）：Ｉ（Ａ）＝２π×Ｔ（Ｎｍ）×ｎ（ｒｐｍ）×Ｋｍ÷｛６０（ｓ）×Ｖ（Ｖ）｝
により電流値Ｉを算出する。この算出した電流値と、直流電源５とインバータ３間の接続線に設けた電流センサ４にて検出した電流値とを比較して、その差分が規定範囲を超えた場合に電流センサ４を異常と判断する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリ等の直流電源からの入力電力をインバータを介してモータに供給してモータを駆動するモータ駆動装置であって、特に、直流電源とインバータ間の接続線に電流センサを設けたモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来におけるモータ駆動装置として、例えば、バッテリ等の直流電源（エネルギーストレージ）をインバータによりモータに接続した構成のものがある。このようなモータ駆動装置においては、直流電源から入力される直流の電力を、インバータにより交流に変換してモータに供給することで、モータを駆動する。そして、前記直流電源とインバータ間の接続線には電流センサが設けられ、この電流センサにより直流電源とインバータ間の電流値を検出する。このように構成されたモータ駆動装置において、前記電流センサに断線又はショートが発生した場合には、電流センサで検出される電流値が設定した規定範囲から外れるため、電流センサの異常を検知することができる。
【０００３】
また、特許文献１には、バッテリ電圧が基準変動量だけ変動したときのバッテリ電流の変動量を検出し、そのバッテリ電流の変動量が基準値以下である場合に、電流センサの張り付き故障（電流センサの出力が中間のある値に固定されてしまう故障）を判定する技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５３６８２号公報（第２−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電流センサの異常原因としては等の様々な要因があり、前記断線やショート、張り付き故障の他に、電流センサの特性ずれが考えられる。このような特性ずれが起こった場合、電流センサで検出した電流値やその変動量は必ずしも設定した規定範囲や基準値から外れるとは限らない。このため、上述した従来の技術においては、特性ずれによる電流センサの異常を判定できない虞があるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、原因の如何に関わらず電流センサの異常を検知することが可能なモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１に係る発明は、バッテリ等の直流電源（例えば、実施の形態におけるエネルギーストレージ５）からの入力電力をインバータ（例えば、実施の形態におけるＰＤＵ３）を介してモータ（例えば、実施の形態におけるモータ２）に供給してモータを駆動するモータ駆動装置（例えば、実施の形態におけるモータ駆動装置１）において、インバータへの入力電圧値Ｖとモータ回転数ｎ、およびモータへのトルク指令値Ｔから、
式（１）：Ｉ（Ａ）＝２π×Ｔ（Ｎｍ）×ｎ（ｒｐｍ）×Ｋｍ÷｛６０（ｓ）×Ｖ（Ｖ）｝
により電流値Ｉ（例えば、実施の形態における電流値Ｉ）を算出し、この算出した電流値と、直流電源とインバータ間の接続線に設けた電流センサにて検出した電流値（例えば、実施の形態における電流値Ｉｓ）とを比較して、その差分が規定範囲を超えた場合に電流センサを異常と判断することを特徴する。ここで、Ｋｍは、モータやインバータの効率から決定される補正係数であり、モータ回転数、モータに接続された負荷、モータ温度などにより値を持ち替えるものとする。
【０００８】
この発明によれば、電流センサが正常な場合に検出すべき電流値を式（１）により算出し、この算出した電流値と、電流センサが検出した電流値とを比較している。電流センサが異常状態となった場合には、その原因の如何に関わらず、電流センサが検出した電流値が、正常な場合に検出すべき電流値に対して一定以上の差分が生じる。このため、電流センサの異常が、断線やショート、張り付き故障に依る場合のみならず、特性ずれに依る場合であっても判定することができる。したがって、電流センサの異常を、原因の如何に関わらず判定することが可能となる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、バッテリ等の直流電源からの入力電力をインバータを介してモータに供給してモータを駆動するモータ駆動装置において、インバータへの入力電圧値Ｖとインバータ出力側の相電流及び相電圧に基づき算出される三相電力値Ｐから、
式（２）：Ｉ（Ａ）＝Ｐ（Ｗ）×Ｋｉ÷Ｖ（Ｖ）
により電流値Ｉを算出し、この算出した電流値と直流電源とインバータ間の接続線に設けた電流センサにて検出した電流値とを比較して、その差分が規定範囲を超えた場合に電流センサを異常と判断することを特徴とする。ここで、Ｋｉは、インバータの効率から決定される補正係数であり、インバータ温度やインバータ出力側の相電流などにより値を持ち替えるものとする。
【００１０】
この発明によれば、電流センサが正常な場合に検出すべき電流値を式（２）により算出し、この算出した電流値と、電流センサが検出した電流値とを比較している。電流センサが異常状態となった場合には、その原因の如何に関わらず、電流センサが検出した電流値が、正常な場合に検出すべき電流値に対して一定以上の差分が生じる。したがって、電流センサの異常を、原因の如何に関わらず判定することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、従来技術で説明した部材と同様の部材については、同一の番号を付して適宜その説明を省略する。
図１は本発明の第１の実施の形態のモータ駆動装置を示す概略構成図である。同図に示したように、本実施の形態によるモータ駆動装置１は、モータ２と、ＰＤＵ３と、バッテリ等の直流電源であるエネルギーストレージ５と、これらに接続されたＥＣＵ６とを備えている。
【００１２】
モータ２は、例えば界磁として永久磁石を利用する永久磁石式の三相交流同期モータとされており、ＰＤＵ（パワードライブユニット）３から供給される三相交流電力により駆動制御される。ＰＤＵ３は、例えば複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子をブリッジ接続したスイッチング回路で構成されたＰＷＭインバータを備えており、ＥＣＵ６から出力されるトルク指令に基づいて、エネルギーストレージ５から出力される直流電力を三相交流電力に変換してモータ２へ供給する。
【００１３】
また、図１に示したように、エネルギーストレージ５と、ＰＤＵ３との間の接続線には、電流センサ４が設けられ、該電流センサ４によりエネルギーストレージ５からＰＤＵ３に供給する電流の値Ｉ（Ａ）を検出できるようにしている。また、前記接続線には、電圧センサ７が設けられ、該電圧センサ７によりＰＤＵ３への入力電圧値Ｖ（Ｖ）を検出できるようにしている。
【００１４】
そして、前記ＥＣＵ６は、前記センサ４、７やモータ２に接続されている。前記ＥＣＵ６には、前記センサ４、７から電流値Ｉ（Ａ）や電圧値Ｖ（Ｖ）が送信されるとともに、前記モータ２に接続した回転センサ（図示せず）からモータ２の回転数ｎ（ｒｐｍ）が送信される。また、前記ＥＣＵ６は、モータ２に接続された負荷（図示せず）の状態等に応じて、モータ２へのトルク指令値Ｔ（ｒｐｍ）を出力する。なお、前記ＥＣＵ６は、他の機器にも接続され、それぞれに機器を制御可能に構成されているが、これについては詳細を後述する（図６参照）。
【００１５】
また、ＥＣＵ６は、前記電圧値Ｖ（Ｖ）やモータ回転数ｎ（ｒｐｍ）、トルク指令値Ｔ（Ｎｍ）などの値が入力される入力部と、この入力部に入力された値から適正な電流値Ｉ（Ａ）を算出する電流値算出部と、算出した電流値Ｉ（Ａ）と電流センサ４で検出した電流値Ｉｓ（Ａ）を比較する比較部と、電流センサ４が異常であるかどうかを判定する異常判定部とを備えている。このＥＣＵ６の処理について図２を用いて説明する。
【００１６】
図２は図１に示したＥＣＵ６における電流センサ４の異常判定処理についてのフローチャートである。まず、ステップＳ１０で、ＥＣＵ６の入力部は、各センサ４、７により検出したエネルギーストレージ（高圧バッテリ）５の電流値Ｉｓ（Ａ）、ＰＤＵ３の電圧値Ｖ（Ｖ）を受信して取得するとともに、図示しない回転センサによりモータ２の回転数ｎ（ｒｐｍ）を受信して取得する。
【００１７】
そして、ステップＳ１２で、ＥＣＵ６の電流値算出部は、前記電圧値Ｖ（Ｖ）、回転数ｎ（ｒｐｍ）、トルク指令Ｔ（Ｎｍ）に基づいて、適正な電流値Ｉ（Ａ）を下式（１）により算出する。
式（１）：Ｉ（Ａ）＝２π×Ｔ（Ｎｍ）×ｎ（ｒｐｍ）×Ｋｍ÷｛６０（ｓ）×Ｖ（Ｖ）｝
ここで、Ｋｍは、モータやインバータの効率から決定される補正係数である。
【００１８】
図３は、補正係数Ｋｍとモータ２の回転数ｎ（ｒｐｍ）、モータ２へのトルク指令値Ｔ（Ｎｍ）との関係を示すグラフである。同図に示したように、補正係数Ｋｍは、モータ回転数ｎ（ｒｐｍ）、モータ２へのトルク指令値Ｔ（Ｎｍ）に応じて、その値がＫ１〜Ｋ５のいずれかに持ち替えられている。また、同様に、補正係数Ｋｍは、モータ２に接続された負荷や、モータ２の温度などによってもその値が適宜持ち替えられる。
【００１９】
そして、ステップＳ１４で、ＥＣＵ６の比較部は、算出した電流値Ｉと、電流センサ４で検出した電流値Ｉｓとを比較して、その差分が規定値以上かどうかを判定する。規定値は、電流センサ４の許容誤差範囲等を考慮して設定される。
ステップＳ１４の判定結果がＹＥＳである場合には、ステップＳ１６に進み、ＥＣＵ６の異常判定部により、電流センサ４が異常であることを確定して、処理を終了する。
ステップＳ１４の判定結果がＮＯである場合は、ＥＣＵ６の異常判定部により、電流センサ４の異常を確定すること無くそのまま処理を終了する。
【００２０】
電流センサ４が異常状態となった場合には、その原因の如何に関わらず、電流センサ４が検出した電流値Ｉｓが、正常な場合に検出すべき電流値Ｉに対して一定以上の差分が生じる。このため、電流センサ４の異常が、断線やショート、張り付き故障に依る場合のみならず、特性ずれに依る場合であっても判定することができる。したがって、電流センサ４の異常を、原因の如何に関わらず判定することが可能となる。
【００２１】
図４は本発明の第２の実施の形態におけるモータ駆動装置２０を示す概略構成図である。本実施の形態におけるモータ駆動装置２０は、上述したモータ駆動装置１の構成に加えて、ＰＤＵ３とモータ２との接続線にも電流センサ８、電圧センサ１２を備えた構成となっている。この電流センサ８、電圧センサ１２により、ＰＤＵ３からモータ２へ供給される相電流、相電圧を検出する。ＥＣＵ６は、電流センサ８で検出した各相電流の値Ｉｕ（Ａ）、Ｉｖ（Ａ）、Ｉｗ（Ａ）、電圧センサ１２で検出した各相電圧Ｖｕ（Ｖ）、Ｖｖ（Ｖ）、Ｖｗ（Ｖ）の値に基づいて、電流センサ４の異常を判定するようにしている。
尚、各相電圧は、入力電圧Ｖとインバータのパルス幅変調制御における通電率（デューティ比）との関係から算出することもできる。または、線間電圧を直接測定して求めてもよい。
【００２２】
図５は図４に示したＥＣＵ６における電流センサ４の異常判定処理についてのフローチャートである。まず、ステップＳ２０で、ＥＣＵ６の入力部は、各センサ４、７、８、１２によりエネルギーストレージ（高圧バッテリ）５の電流値Ｉｓ（Ａ）、ＰＤＵ３の電圧値Ｖ（Ｖ）、各相電流の値Ｉｕ（Ａ）、Ｉｖ（Ａ）、Ｉｗ（Ａ）、各相電圧Ｖｕ（Ｖ）、Ｖｖ（Ｖ）、Ｖｗ（Ｖ）を受信して取得する。
次に、ステップＳ２２で、ＥＣＵ６の電流値算出部は、相電流Ｉｕ（Ａ）、Ｉｖ（Ａ）、Ｉｗ（Ａ）と、相電圧Ｖｕ（Ｖ）、Ｖｖ（Ｖ）、Ｖｗ（Ｖ）とから三相電力Ｐ（Ｗ）を式（ａ）により算出する。
式（ａ）：Ｐ（Ｗ）＝Ｉｕ（Ａ）×Ｖｕ（Ｖ）＋Ｉｖ（Ａ）×Ｖｖ（Ｖ）＋Ｉｗ（Ａ）×Ｖｗ（Ｖ）
【００２３】
ついで、ステップＳ２４で、ＥＣＵ６の電流値算出部は、三相電力Ｐ（Ｗ）、ＰＤＵ電圧Ｖ（Ｖ）によりバッテリ電流値Ｉを算出する。
式（２）：Ｉ（Ａ）＝Ｐ（Ｗ）×Ｋｉ÷Ｖ（Ｖ）
ここで、Ｋｉは、インバータの効率から決定される補正係数であり、前実施形態で示したＫｍと同様に、インバータ温度やインバータ出力側の相電流などにより、その値が適宜持ち替えられる（図示せず）。
【００２４】
そして、ステップＳ２６で、ＥＣＵ６の比較部は、算出した電流値Ｉと、電流センサ４で検出した電流値Ｉｓとを比較して、その差分が規定値以上かどうかを判定する。規定値は、電流センサ４の許容誤差範囲等を考慮して設定される。
【００２５】
ステップＳ２６の判定結果がＹＥＳである場合には、ステップＳ２８に進み、ＥＣＵ６の異常判定部により、電流センサ４が異常であることを確定して、処理を終了する。
ステップＳ２８の判定結果がＮＯである場合は、ＥＣＵ６の異常判定部により、電流センサ４の異常を確定すること無くそのまま処理を終了する。
【００２６】
また、三相電力Ｐ（Ｗ）は、以下のようにして算出することもできる。すなわち、前記電流センサ８、電圧センサにて検出された三相分の各電流Ｉｕ（Ａ）、Ｉｖ（Ａ）、Ｉｗ（Ａ）、各相電圧Ｖｕ（Ｖ）、Ｖｖ（Ｖ）、Ｖｗ（Ｖ）をそれぞれｄ−ｑ軸に座標変換して、ｄ軸電流Ｉｄ（Ａ）、ｄ軸電圧Ｖｄ（Ｖ）、ｑ軸電流Ｉｑ（Ａ）、ｑ軸電圧Ｖｑ（Ｖ）を求め、これらから式（ｂ）により求めてもよい。
式（ｂ）：Ｐ（Ｗ）＝Ｉｄ（Ａ）×Ｖｄ（Ｖ）＋Ｉｑ（Ａ）×Ｖｑ（Ｖ）
ここで、ｄ−ｑ座標は回転直交座標をなしており、界磁の磁束方向をｄ軸とし、このｄ軸と直交する方向をｑ軸としている。
【００２７】
図６は、図１のモータ駆動装置１を適用した車両３０を示す概略構成図である。この車両３０は、駆動源としてエンジン９とモータ２を備えたハイブリッド車両であり、ＰＤＵ３とエネルギーストレージ５との接続線には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０を介して、低圧バッテリ（１２Ｖバッテリ）１１が接続されている。
このような車両３０に適用された場合であっても、電流センサ８の異常を検知することが可能である。
なお、本発明が適用されるモータは三相のものに限られず、例えば五相であってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電流センサの異常を、原因の如何に関わらず判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるモータ駆動装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示したＥＣＵにおける電流センサの異常判定処理についてのフローチャートである。
【図３】補正係数Ｋｍとモータ回転数ｎ、トルクＴとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるモータ駆動装置を示す概略構成図である。
【図５】図４に示したＥＣＵにおける電流センサの異常判定処理についてのフローチャートである。
【図６】図１のモータ駆動装置を適用した車両を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　モータ駆動装置
２　モータ
３　ＰＤＵ
４　電流センサ
５　エネルギーストレージ
６　ＥＣＵ

Claims

バッテリ等の直流電源からの入力電力をインバータを介してモータに供給してモータを駆動するモータ駆動装置において、
インバータへの入力電圧値Ｖとモータ回転数ｎ、およびモータへのトルク指令値Ｔから、
式（１）：Ｉ（Ａ）＝２π×Ｔ（Ｎｍ）×ｎ（ｒｐｍ）×Ｋｍ÷｛６０（ｓ）×Ｖ（Ｖ）｝
により電流値Ｉを算出し、この算出した電流値と、直流電源とインバータ間の接続線に設けた電流センサにて検出した電流値とを比較して、その差分が規定範囲を超えた場合に電流センサを異常と判断することを特徴するモータ駆動装置。
ここで、Ｋｍは、モータやインバータの効率から決定される補正係数であり、モータ回転数、モータに接続された負荷、モータ温度などにより値を持ち替えるものとする。
バッテリ等の直流電源からの入力電力をインバータを介してモータに供給してモータを駆動するモータ駆動装置において、
インバータへの入力電圧値Ｖとインバータ出力側の相電流及び相電圧に基づき算出される三相電力値Ｐから、
式（２）：Ｉ（Ａ）＝Ｐ（Ｗ）×Ｋｉ÷Ｖ（Ｖ）
により電流値Ｉを算出し、この算出した電流値と直流電源とインバータ間の接続線に設けた電流センサにて検出した電流値とを比較して、その差分が規定範囲を超えた場合に電流センサを異常と判断することを特徴とするモータ駆動装置。
ここで、Ｋｉは、インバータの効率から決定される補正係数であり、インバータ温度やインバータ出力側の相電流などにより値を持ち替えるものとする。