JP2005027379A

JP2005027379A - モータ駆動装置

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Publication number: JP2005027379A
Application number: JP2003187304A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hara; 一広原; Junji Kato; 淳司加藤; Koji Sakai; 浩二酒井; Yuji Fujita; 裕二藤田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP3795477B2

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】モータ１のトルク指令値としてＰＤＵ３に対する電流指令値が設定されると、フィードバック演算器１４ａ、１４ｂがモータ１へ供給される相電流と電流指令値とを比較して、トルク指令値通りにモータ１が駆動するように電圧指令値を算出する。電流センサ故障検出器１９の電圧損失補正器は、電圧指令値に対してＰＤＵ３における損失を補正し、実際にモータ１へ供給される補正後電圧指令値を算出する。また、電流センサ故障検出器１９のインバータ電流推定器が、電流指令値と補正後電圧指令値とに基づいて、ＰＤＵ３へ流れると推定されるＰＤＵ電流を算出するので、電流センサ故障検出器１９の電流センサ判定手段は、バッテリ電流センサ５で検出したバッテリ電流とＰＤＵ電流とを比較して、バッテリ電流センサ５の異常の有無を判断する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ回路を利用してモータを駆動するモータ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ駆動装置としては、例えば、バッテリ等の蓄電装置（エネルギーストレージデバイス）をインバータ回路を介して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、蓄電装置から入力される直流の電力を、インバータ回路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、蓄電装置とインバータ回路とを接続する接続線には、電流センサが設けられ、この電流センサにより蓄電装置とインバータ回路との間を流れる電流値を検出する。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、予め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、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）を判定する技術も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【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様々な要因があり、上述した断線やショート、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のように、蓄電装置とインバータ回路との間を流れる電流値を、基準値と絶対的に比較するだけでは、特性ずれによる電流センサの異常を判定できない場合があるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、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】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係るモータ駆動装置は、インバータ回路（例えば実施の形態のＰＤＵ３）を介して供給された蓄電装置（例えば実施の形態のバッテリ２）からの入力電力によりモータ（例えば実施の形態のモータ１）を駆動するモータ駆動装置において、前記モータへのトルク指令値から求まる前記インバータ回路に対する電流指令値と前記モータへ供給される相電流との偏差に基づいて、前記インバータ回路に対する電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段（例えば実施の形態のフィードバック演算器１４ａ、１４ｂ）と、前記電圧指令値に対して前記インバータ回路の損失を補正して補正後電圧指令値を算出する電圧損失補正手段（例えば実施の形態の電圧損失補正器２１）と、前記電流指令値と前記補正後電圧指令値とに基づいて、前記蓄電装置から前記インバータ回路へ流れると推定される推定入力電流を算出するインバータ電流推定手段（例えば実施の形態のインバータ電流推定器２２）と、前記蓄電装置と前記インバータ回路とを接続する接続線に設けられた電流センサ（例えば実施の形態のバッテリ電流センサ５）により検出した、前記蓄電装置から前記インバータ回路へ流れる実入力電流と、前記推定入力電流とを比較して、その差分が所定範囲を超える場合に、該電流センサを異常と判定する電流センサ判定手段（例えば実施の形態の電流センサ故障検出器１９で実行されるステップＳ５とステップＳ６の動作）とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
以上の構成を備えたモータ駆動装置は、モータのトルク指令値としてインバータ回路に対する電流指令値が設定されると、電圧指令値算出手段が、モータへ供給される実際の相電流と電流指令値とを比較して、トルク指令値通りにモータが駆動するように電圧指令値を算出する。一方、電圧損失補正手段は、電流指令値から算出された電圧指令値に対してインバータ回路におけるスイッチング素子の損失を補正することにより、実際にモータへ供給される電圧に対応する補正後電圧指令値を算出する。そして、インバータ電流推定手段が、電流指令値と補正後電圧指令値とに基づいて、蓄電装置からインバータ回路へ流れると推定される推定入力電流を算出するので、電流センサ判定手段は、電流センサで検出した蓄電装置からインバータ回路へ流れる実入力電流と、推定入力電流とを比較することにより、該電流センサの異常の有無を判断することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（全体構成）
図１は、本発明の一実施の形態のモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。図１において、モータ１は、例えば３個のコイル（巻き線）を備えると共に、車両に搭載され、車両を走行駆動するエンジンを補助するか、または車両を走行駆動するように、その回転子が車両の駆動装置（図示せず）に連結された３相の電動機であって、モータ１には、車両に搭載されたバッテリ（蓄電池）２から直流電力を得ると共に、該直流電力を３相の交流電力へ変換してモータ１を駆動し、一方、モータ１の回生電力を直流電力へ変換してバッテリ２を充電する、主にインバータ回路から構成されたＰＤＵ（ＰｏｗｅｒＤｒｉｖｅＵｎｉｔ）３が接続されている。
【００１０】
また、バッテリ２とＰＤＵ３とを接続し、バッテリ２とＰＤＵ３との間で電力を交換するための電力供給線には、ＰＤＵ３に印加されるＰＤＵ電圧Ｖｐｉｎを検出するためのＰＤＵ電圧センサ４と、バッテリ２とＰＤＵ３との間を流れるバッテリ電流Ｉｂを測定するためのバッテリ電流センサ５とが設けられている。
【００１１】
更に、モータ１とＰＤＵ３とを接続する３相電力供給線には、モータ１の相電流を測定するための相電流センサ６ａ、６ｂが設けられると共に、モータ１には、モータ１の回転子の回転角度を電圧変化として出力する、例えばレゾルバ等を含む磁極センサ７が設けられている。そして、相電流センサ６ａ、６ｂにより検出されたモータ１の相電流と磁極センサ７により検出されたモータ１の回転子の回転角度、及び設定されたモータ１のトルク指令値とに基づいて、本実施の形態のモータ駆動装置の全体動作を制御するＣＰＵ（中央演算装置）を備えたＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）８により、モータ１を駆動するためのＰＤＵ３に対する制御が行われる。
【００１２】
次に、ＥＣＵ８について更に詳細に説明すると、ＥＣＵ８は、磁極センサ７の出力する電圧値を、モータ１の回転子の角度θと角速度ωに変換するＲ／Ｄ（レゾルバ／デジタル）変換器１１と、相電流センサ６ａ、６ｂにより検出されたモータ１の相電流ｉｕ、ｉｖを、電動機のベクトル制御におけるトルク分電流ｉｄａｃｔ（ｄ軸成分）と磁束分電流ｉｑａｃｔ（ｑ軸成分）へ変換する３相／ｄ−ｑ電流変換器１２とを備えている。
【００１３】
また、ＥＣＵ８は、モータ１へのトルク指令値に基づいて設定された、ＰＤＵ３に対するベクトル制御におけるトルク分電流指令値ｉｄｔｇ及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇと、３相／ｄ−ｑ電流変換器１２が出力するモータ１のトルク分電流ｉｄａｃｔ及び磁束分電流ｉｑａｃｔとの偏差Δｉｄ、Δｉｑを算出する電流演算器１３ａ、１３ｂと、算出されたトルク分電流指令値ｉｄｔｇとトルク分電流ｉｄａｃｔとの偏差Δｉｄ、及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇと磁束分電流ｉｑａｃｔとの偏差Δｉｑから、最適なトルク分電圧指令値Ｖｄ（ｄ軸成分）及び磁束分電圧指令値Ｖｑ（ｑ軸成分）を算出するフィードバック（Ｆ／Ｂ）演算器１４ａ、１４ｂとを備えている。
【００１４】
また、ＥＣＵ８は、Ｒ／Ｄ変換器１１が出力するモータ１の角速度ωと、３相／ｄ−ｑ電流変換器１２が出力するモータ１のトルク分電流ｉｄａｃｔ及び磁束分電流ｉｑａｃｔとに基づいて、フィードバック演算器１４ａ、１４ｂが出力するトルク分電圧指令値Ｖｄと磁束分電圧指令値Ｖｑとの間の干渉を除去するための非干渉制御器１５及び電圧演算器１６ａ、１６ｂと、トルク分電圧指令値Ｖｄ及び磁束分電圧指令値Ｖｑを、モータ１の３相制御のための３相制御信号（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）へ変換するｄ−ｑ／３相電圧変換器１７と、ｄ−ｑ／３相電圧変換器１７の出力する３相制御信号（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を、ＰＵＤ３に含まれるインバータ回路のスイッチング素子をＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御するための３相のＰＷＭ制御信号「（ＵＨ、ＵＬ）、（ＶＨ、ＶＬ）、（ＷＨ、ＷＬ）」へ変換するＰＷＭタイマ１８とを備えている。
【００１５】
更に、ＥＣＵ８は、トルク分電圧指令値Ｖｄと磁束分電圧指令値Ｖｑに対してＰＤＵ３に含まれるインバータ回路の損失を補正し、補正後トルク分電圧指令値Ｖｄ^＊及び補正後磁束分電圧指令値Ｖｑ^＊を算出すると共に、トルク分電流指令値ｉｄｔｇ及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇと、補正後トルク分電圧指令値Ｖｄ^＊及び補正後磁束分電圧指令値Ｖｑ^＊と、ＰＤＵ電圧センサ４で検出したＰＤＵ３に印加されるＰＤＵ電圧Ｖｐｉｎとに基づいて、バッテリ２からＰＤＵ３へ流れると推定されるＰＤＵ電流（推定入力電流）を算出し、バッテリ電流センサ５で検出したバッテリ２からＰＤＵ３へ流れるバッテリ電流Ｉｂ（実入力電流）と、ＰＤＵ電流（推定入力電流）とを比較して、バッテリ電流センサ５の異常の有無を検出する電流センサ故障検出器１９を備えている。
【００１６】
（電流センサ故障検出器）
次に、図面を参照して上述の電流センサ故障検出器１９について更に詳細に説明する。
図２は、電流センサ故障検出器１９の構成を示すブロック図である。図２において、まず、トルク分電流指令値ｉｄｔｇ及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇは、電圧損失補正器２１とインバータ電流推定器２２の両方へ入力され、トルク分電圧指令値Ｖｄ及び磁束分電圧指令値Ｖｑは、電圧損失補正器２１へ入力される。また、ＰＤＵ電圧Ｖｐｉｎは、インバータ電流推定器２２へ入力される。
【００１７】
電圧損失補正器２１では、入力されたトルク分電流指令値ｉｄｔｇ及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇを、まずｄ−ｑ／ｕｖｗ変換器３１により３相制御成分（ｕ^＊、ｖ^＊、ｗ^＊）へ変換すると共に、求められた３相制御成分（ｕ^＊、ｖ^＊、ｗ^＊）を、ＰＤＵ３に含まれるインバータ回路の損失を求めるためのマップを記憶した変換テーブル３２へ入力し、ＰＤＵ３に含まれるインバータ回路の損失を算出する。
【００１８】
そして、算出された損失を再度ｕｖｗ／ｄ−ｑ変換器３３へ入力してｄ−ｑ軸成分に変換すると共に、損失減算器３４ａ、３４ｂを用いて、トルク分電圧指令値Ｖｄ及び磁束分電圧指令値Ｖｑから損失成分を減算することにより、ＰＤＵ３に含まれるインバータ回路の損失が補正された補正後トルク分電圧指令値Ｖｄ^＊及び補正後磁束分電圧指令値Ｖｑ^＊をインバータ電流推定器２２へ出力する。なお、３相制御成分（ｕ^＊、ｖ^＊、ｗ^＊）からＰＤＵ３に含まれるインバータ回路の損失を求めるには、変換テーブル３２ではなく近似式を用いても良い。
【００１９】
一方、インバータ電流推定器２２では、バッテリ電流センサ５で検出したＰＤＵ３へのバッテリ電流Ｉｂ（実入力電流）が、電流指令値から電流制御閉ループ伝達関数相当の遅延をもって追従するため、まず、入力されたトルク分電流指令値ｉｄｔｇ及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇを、遅延時間を合わせるために、伝達関数が（１／（１＋Ｔ_１ｓ））で表され、例えばＴ_１＝１［ｍｓ］に設定された一次遅れフィルタ４１ａ、４１ｂによりフィルタリングする。
【００２０】
また、電圧指令値には高調波が重畳されているため、入力された補正後トルク分電圧指令値Ｖｄ^＊及び補正後磁束分電圧指令値Ｖｑ^＊を、高調波を除去するために、伝達関数が（１／（１＋Ｔ_２ｓ））で表され、例えばＴ_２＝１０［ｍｓ］に設定された一次遅れフィルタ４２ａ、４２ｂによりフィルタリングする。
【００２１】
そして、フィルタリングされたトルク分電流指令値ｉｄｔｇ及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇと、フィルタリングされた補正後トルク分電圧指令値Ｖｄ^＊及び補正後磁束分電圧指令値Ｖｑ^＊は、トルク分（ｄ軸成分）同士、磁束分（ｑ軸成分）同士がそれぞれ乗算器４３ａ、４３ｂにより乗算されて電力次元の指令値のｄ軸成分とｑ軸成分とに変換されると共に、電力次元の指令値のｄ軸成分とｑ軸成分とが加算器４４により加算され、電力次元の指令値となる。
【００２２】
更に、加算器４４が出力する電力次元の指令値が、除算器４５において、インバータ電流推定器２２に入力されたＰＤＵ電圧センサ４の検出するＰＤＵ電圧Ｖｐｉｎにより除算されることで、バッテリ２からＰＤＵ３へ流れると推定されるＰＤＵ電流Ｉｐｉｎ＾（推定入力電流）が算出される。
【００２３】
（電流センサ故障検出動作）
次に、図面を参照して上述の電流センサ故障検出器１９を含むＥＣＵ８による電流センサ故障検出動作ついて更に詳細に説明する。
図３は、本実施の形態のモータ駆動装置のＥＣＵ８による電流センサ故障検出動作を示すフローチャートである。図３において、まずＥＣＵ８は、上述のように、磁極センサ７よりモータ１の回転子の角度θと角速度ωを、相電流センサ６ａ、６ｂよりモータ１の相電流ｉｕ、ｉｖを、ＰＤＵ電圧センサ４よりＰＤＵ３に印加されるＰＤＵ電圧Ｖｐｉｎを、バッテリ電流センサ５よりバッテリ２からＰＤＵ３へ流れるバッテリ電流Ｉｂ（実入力電流）をそれぞれ取得する（ステップＳ１）。
【００２４】
次に、ＥＣＵ８は、上述のように、モータ１へのトルク指令値に基づいて、ＰＤＵ３に対するベクトル制御におけるトルク分電流指令値ｉｄｔｇ及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇを求めると共に、フィードバック演算器１４ａ、１４ｂ及び非干渉制御器１５を利用して、トルク分電流指令値ｉｄｔｇとトルク分電流ｉｄａｃｔとの偏差Δｉｄ、及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇと磁束分電流ｉｑａｃｔとの偏差Δｉｑから、ｄ−ｑ間の干渉が除去された、最適なトルク分電圧指令値Ｖｄ及び磁束分電圧指令値Ｖｑを算出する（ステップＳ２）。
【００２５】
次に、ＥＣＵ８は、上述のように、電流センサ故障検出器１９において、トルク分電流指令値ｉｄｔｇ及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇを用いて、トルク分電圧指令値Ｖｄと磁束分電圧指令値Ｖｑに対してＰＤＵ３に含まれるインバータ回路の損失を補正することにより、補正後トルク分電圧指令値Ｖｄ^＊及び補正後磁束分電圧指令値Ｖｑ^＊を算出する（ステップＳ３）と共に、トルク分電流指令値ｉｄｔｇ及び磁束分電流指令値ｉｑｔｇと、補正後トルク分電圧指令値Ｖｄ^＊及び補正後磁束分電圧指令値Ｖｑ^＊と、ＰＤＵ電圧センサ４で検出したＰＤＵ３に印加されるＰＤＵ電圧Ｖｐｉｎとに基づいて、バッテリ２からＰＤＵ３へ流れると推定されるＰＤＵ電流Ｉｐｉｎ＾（推定入力電流）を算出する（ステップＳ４）。
【００２６】
そして、ＥＣＵ８は、電流センサ故障検出器１９において、バッテリ電流センサ５で検出したバッテリ２からＰＤＵ３へ流れるバッテリ電流Ｉｂ（実入力電流）と、推定されたＰＤＵ電流Ｉｐｉｎ＾（推定入力電流）とを比較して、その差分が規定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。
もし、バッテリ電流Ｉｂ（実入力電流）とＰＤＵ電流Ｉｐｉｎ＾（推定入力電流）とを比較して、その差分が規定値未満である場合（ステップＳ５のＮＯ）、バッテリ電流センサ５は特に問題ないので、そのまま電流センサ故障検出動作を終了する。
一方、バッテリ電流Ｉｂ（実入力電流）とＰＤＵ電流Ｉｐｉｎ＾（推定入力電流）とを比較して、その差分が規定値以上である場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、バッテリ電流センサ５には何かしらの異常があると確定する（ステップＳ６）。
【００２７】
なお、上述の実施の形態では、ＥＣＵ８に含まれる電流センサ故障検出器１９で実行されるステップＳ５とステップＳ６の動作が、電流センサ判定手段に相当する。
また、モータ１を駆動するための電力を蓄電する装置は、バッテリ２に限らず、直流電力を蓄電可能な、キャパシタ等を含む蓄電装置（エネルギーストレージデバイス）であれば何を用いても良い。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態のモータ駆動装置によれば、モータ１のトルク指令値としてＰＤＵ３に対する電流指令値が設定されると、フィードバック演算器１４ａ、１４ｂが、モータ１へ供給される相電流と電流指令値とを比較して、トルク指令値通りにモータ１が駆動するように電圧指令値を算出する。一方、電圧損失補正器２１は、電流指令値から算出された電圧指令値に対してＰＤＵ３におけるスイッチング素子の損失を補正することにより、実際にモータ１へ供給される電圧に対応する補正後電圧指令値を算出する。
【００２９】
そして、インバータ電流推定器２２が、電流指令値と補正後電圧指令値とに基づいて、バッテリ２からＰＤＵ３へ流れると推定されるＰＤＵ電流Ｉｐｉｎ＾（推定入力電流）を算出するので、電流センサ故障検出器１９に含まれる電流センサ判定手段は、バッテリ電流センサ５で検出したバッテリ２からＰＤＵ３へ流れるバッテリ電流Ｉｂ（実入力電流）と、ＰＤＵ電流Ｉｐｉｎ＾（推定入力電流）とを比較することにより、バッテリ電流センサ５の異常の有無を判断することができる。
【００３０】
従って、バッテリ電流センサ５の異常の有無を、高精度でかつ安定して検出することができるという効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の如く、本発明のモータ駆動装置によれば、インバータ電流推定手段が、電流指令値と補正後電圧指令値とに基づいて、蓄電装置からインバータ回路へ流れると推定される推定入力電流を算出するので、電流センサ判定手段は、電流センサで検出した蓄電装置からインバータ回路へ流れる実入力電流と、推定入力電流とを比較することにより、該電流センサの異常の有無を判断することができる。
従って、原因の如何に関わらず、高精度でかつ安定した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実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のモータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施の形態のモータ駆動装置に備えられた電流センサ故障検出器の構成を示すブロック図である。
【図３】同実施の形態のモータ駆動装置による電流センサ故障検出動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１モータ
２バッテリ（蓄電装置）
３ＰＤＵ（インバータ回路）
５バッテリ電流センサ（電流センサ）
１４ａ、１４ｂフィードバック演算器（電圧指令値算出手段）
１９電流センサ故障検出器
２１電圧損失補正器（電圧損失補正手段）
２２インバータ電流推定器（インバータ電流推定手段）
Ｓ５、Ｓ６電流センサ判定手段

Claims

インバータ回路を介して供給された蓄電装置からの入力電力によりモータを駆動するモータ駆動装置において、
前記モータへのトルク指令値から求まる前記インバータ回路に対する電流指令値と前記モータへ供給される相電流との偏差に基づいて、前記インバータ回路に対する電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段と、
前記電圧指令値に対して前記インバータ回路の損失を補正して補正後電圧指令値を算出する電圧損失補正手段と、
前記電流指令値と前記補正後電圧指令値とに基づいて、前記蓄電装置から前記インバータ回路へ流れると推定される推定入力電流を算出するインバータ電流推定手段と、
前記蓄電装置と前記インバータ回路とを接続する接続線に設けられた電流センサにより検出した、前記蓄電装置から前記インバータ回路へ流れる実入力電流と、前記推定入力電流とを比較して、その差分が所定範囲を超える場合に、該電流センサを異常と判定する電流センサ判定手段とを備えたことを特徴とするモータ駆動装置。