JP2005151754A

JP2005151754A - モータ用インバータの制御装置

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Publication number: JP2005151754A
Application number: JP2003388649A
Authority: JP
Inventors: Kunitoshi Tazume; 國利田爪; Kazuhiko Matsunami; 和彦松並
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】モータ用インバータの三相交流電流を検出する電流センサの故障した電流センサを特定することができ、メンテナンス性に優れたステムを構築可能とすることにある。
【解決手段】この発明は、各相に設けられたモータ巻線の電流を検出する電流センサと、この電流センサの検出値の総和を演算する加算器と、この加算器の出力値が零であるか否かを判定する判定手段と、直流電源からインバータに供給される入力電流のリプルを算出するリプル算出手段と、このリプル算出手段の算出したリプルが、設定された値を越えていないときにおいて、前記判定手段により判定した前記加算器の出力値が零でない場合には、三相のうちの一つの相の電流センサが故障していることを検出する故障検出手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明はモータ用インバータの制御装置に係り、特に、モータ用インバータの三相交流電流を検出する電流センサの故障した電流センサを特定することができ、メンテナンス性に優れたシステムを構築可能なモータ用インバータの制御装置に関する。

電気自動車の駆動源として使用される三相交流式のモータは、パルス振幅変調（ＰＭＷ）方式の三相インバータによる三相交流電流によって駆動されるようになっている。このような三相交流式のモータを駆動するモータ用インバータの制御装置は、各相のモータ巻線の電流を検出する電流センサを設け、この電流センサの検出値がコントローラからの電流指令値に一致するように制御している。また、モータ用インバータの制御装置には、三相交流電流が正常か否かを検出するために、各相のモータ巻線の電流を検出する電流センサの故障を検出している。

従来のモータ用インバータの故障検出装置には、各相の電流センサの検出値（ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ）の和が零（０）にならなくなる（ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ≠０）ことにより、各相の電流センサのうちのどれかが故障したと判断し、インバータの入力電源を遮断するものがある。
また、モータ用インバータの制御装置には、三相交流電流における任意の一対の交流電流を座標変換してその差を検出することによって、三相交流電流の平衡状態を判定するものがある。
また、モータ用インバータの制御装置には、ＰＷＭ電流制御モードと矩形波電圧制御モードとを切替える交流電動機の駆動制御において、ＰＷＭ電流制御から矩形波電圧制御への切替は電圧振幅判定部での判定結果に基づき行われ、矩形波電圧制御からＰＷＭ電流制御への切替は電流位相判定部での判定結果に基づき行われるものがある。
さらに、モータ用インバータの制御装置には、始動スイッチ投入後、ゲート電圧が（−）であることを検知する回路、バッテリを接続するコンタクタ、検知を判定する回路、コンタクタのコイルを通電する回路より構成し、インバータの素子の破損を防止したものがある。
特開平６−２５３５８５号公報特開２００１−１１２２９５号公報特開２００２−２２３５９０号公報特開平７−２９８４０２号公報

ところが、従来のモータ用インバータの制御装置においては、故障した電流センサを特定することは不可能であり、三相の各電流センサのうち、二相の電流センサが正常であれば、異常な相の電流センサの検出値を正常な二相の電流センサの検出値から計算して制御が可能であるにもかかわらず、異常の電流センサを特定することができないために、制御を継続することができなくなるという不都合があった。

この発明は、各相に設けられたモータ巻線の電流を検出する電流センサと、この電流センサの検出値の総和を演算する加算器と、この加算器の出力値が零であるか否かを判定する判定手段と、直流電源からインバータに供給される入力電流のリプルを算出するリプル算出手段と、このリプル算出手段の算出したリプルが、設定された値を越えていないときにおいて、前記判定手段により判定した前記加算器の出力値が零でない場合には、三相のうちの一つの相の電流センサが故障していることを検出する故障検出手段とを備えることを特徴とする。

この発明のモータ用インバータの制御装置は、リプル算出手段によって算出された直流電源からインバータに供給される入力電流のリプルが、設定された値を越えていないときにおいて、判定手段によって判定した加算器の出力値が零でない場合には、故障検出手段によって三相のうちの一つの相の電流センサが故障していることを検出することにより、インバータに供給される入力電流のリプルを故障検出の指標として電流センサの故障を検出しており、故障した電流センサを特定することができ、メンテナンス性に優れたシステムを構築可能である。

この発明のモータ用インバータの制御装置は、故障した電流センサを特定し、メンテナンス性に優れたシステムを構築可能とする目的を、インバータに供給される入力電流のリプルを指標として電流センサの故障を検出することで実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図４において、２は電気自動車の駆動源として使用される三相交流式のモータ、４はモータ用インバータ（以下「インバータ」と記す）、６は直流電源である。モータ２とインバータ４とは、Ｕ相線である第１電線８−１と、Ｖ相線である第２電線８−２と、Ｗ相線である第３電線８−３とで連絡されている。インバータ４と直流電源６とは、＋極線である第１電源線１０−１と、−極線である第２電源線１０−２とで接続されている。

インバータ４は、直流電源４から第１・第２電源線１０−１・１０−２により供給される入力電流をパルス振幅変調（ＰＭＷ）方式により三相交流電流に変換し、第１〜第３電線８−１〜８−３によりモータ２の各相のモータ巻線（図示せず）に供給して駆動する。

インバータ４は、制御装置１２により制御される。制御装置１２は、回転数検出手段１４と、第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３と、三相電流演算手段１８と、三相−ｄｑ軸変換手段２０と、電流指令演算手段２２と、電流制御手段２４と、ｄｑ軸−三相変換手段２６とを設けている。

回転数検出手段１４は、モータ２の回転数を検出する。第１電流センサ１６−１は、Ｕ相の第１電線８−１に設けられ、モータ巻線の電流を検出する。第２電流センサ１６−２は、Ｖ相の第２電線８−２に設けられ、モータ巻線の電流を検出する。第３電流センサ１６−３は、Ｗ相の第３電線８−３に設けられ、モータ巻線の電流を検出する。

制御装置１２は、三相電流演算手段１８において、第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗをｉｕ’、ｉｖ’、ｉｗ’に変換し、三相−ｄｑ軸変換手段２０において、ｉｕ’、ｉｖ’、ｉｗ’をｄｑ変換して電流変換値ｉｄ、ｉｑを得て、電流指令演算手段２２において、回転数検出手段１４が検出したモータ２の回転数ωと図示しないトルク指令手段が出力したトルク指令値Ｔｒとから電流指令値ｉｄｒｅｆ、ｉｑｒｅｆを演算し、電流制御手段２４において、ｉｄ、ｉｑとｉｄｒｅｆ、ｉｑｒｅｆとを比較して、ｄｑ軸−三相変換手段２６において、各相の電圧指令値ｖｕｒｅｆ、ｖｖｒｅｆ、ｖｗｒｅｆを作成し、これをもとにインバータ４の駆動を制御してモータ２を駆動する。

このインバータ４の制御装置１２は、前記第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３と、加算器２８と、判定手段３０と、入力電流センサ３２と、リプル算出手段３４と、故障検出手段３６とを備えている。

第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３は、各相Ｕ、Ｖ、Ｗの第１〜第３電線８−１〜８−３に設けられ、モータ２のモータ巻線の電流を検出する。加算器２８は、この第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの総和を演算する。判定手段３０は、この加算器２８の出力値が零であるか否かを判定する。

入力電流センサ３２は、第１電源線１０−１に設けられ、直流電源６からインバータ４に供給される入力電流を検出する。リプル算出手段３４は、この入力電流センサ３２の検出値ｉｉから入力電流のリプル（ｒｉｐｐｌｅ）ｉ０を算出する。

故障検出手段３６は、リプル算出手段３４の算出したリプルｉ０が、設定された値△ｉ０を越えていないときにおいて、判定手段３０により判定した加算器２８の出力値が零でない場合には、三相Ｕ、Ｖ、Ｗのうちの一つの相に設けられた電流センサが故障していることを検出する。

この実施例においては、加算器２８と、判定手段３０と、リプル算出手段３４と、故障検出手段３６とを、三相電流演算手段１８に設けている。また、リプル算出手段３４は、設定された期間内において、入力電流の最大値、あるいは最小値を更新した期間の占める割合が設定値未満の場合にのみ、リプルと判断する。

次に、この実施例の作用を説明する。

インバータ４の制御装置１２は、図１に示す如く、プログラムがスタートすると（１００）、第１電流センサ１６−１の検出するＵ相の電流ｉｕと第３電流センサ１６−３の検出するＷ相の電流ｉｗからＶ相の電流ｉｖを計算し（１０２）、入力電流センサ３２の検出する入力電流ｉｉのリプルｉ０が、設定された値△ｉ０を越えている（ｉ０＞△ｉ０）か否かを判断する（１０４）。

この判断（１０４）がＮＯの場合は、ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０であるか否かを判断する（ステップ１０６）。この判断（１０６）がＮＯの場合は、Ｖ相の電流ｉｖを検出する第２電流センサ１６−２が故障したことを通知し（１０８）、前記処理（１０２）に戻す。この判断（１０６）がＹＥＳの場合は、前記処理（１０２）に戻す。

前記判断１０４がＹＥＳの場合は、第１電流センサ１６−１の検出するＵ相の電流ｉｕと第２電流センサ１６−２の検出するＶ相の電流ｉｖからＷ相の電流ｉｗを計算し（１１０）、入力電流センサ３２の検出する入力電流ｉｉのリプルｉ０が、設定された値△ｉ０を越えている（ｉ０＞△ｉ０）か否かを判断する（１１２）。

この判断（１１２）がＮＯの場合は、Ｗ相の電流ｉｗを検出する第３電流センサ１６−３が故障したことを通知し（１１４）、前記処理（１１０）に戻す。この判断（１１２）がＹＥＳの場合は、第２電流センサ１６−２の検出するＶ相の電流ｉｖと第３電流センサ１６−３の検出するＷ相の電流ｉｗからＵ相の電流ｉｕを計算し（１１６）、入力電流センサ３２の検出する入力電流ｉｉのリプルｉ０が、設定された値△ｉ０を越えている（ｉ０＞△ｉ０）か否かを判断する（１１８）。

この判断（１１８）がＮＯの場合は、Ｕ相の電流ｉｕを検出する第１電流センサ１６−１が故障したことを通知し（１２０）、前記処理（１１６）に戻す。この判断（１１８）がＹＥＳの場合は、ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０であるか否かを判断する（ステップ１２２）。

この判断（１２２）がＮＯの場合は、インバータ４の駆動を停止し（１２４）、第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３のうちの２個以上が故障したことを通知する（１２６）。この判断（１２２）がＹＥＳの場合は、インバータ４の駆動を停止し（１２８）、三相電流が不平衡であることを通知する（１３０）。

このように、インバータ４の制御装置１２は、通常時は、第１電流センサ１６−１の検出値ｉｕをそのままｉｕ’とし、第３電流センサ１６−３の検出値ｉｗもそのままｉｗ’とし、検出値ｉｕと検出値ｉｗから計算されるｉｖ’＝−ｉｕ−ｉｗをｄｑ変換して、ｉｄ、ｉｑを得るようにする。

インバータ４への入力電流ｉｉのリプルｉ０が、予め設定された値△ｉ０を越えていないにもかかわらず、各相Ｕ、Ｖ、Ｗの電流を検出する第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの和が零でなければ、Ｖ相の電流を検出する第２電流センサ１６−２の故障と通知する。

入力電流ｉｉのリプルｉ０が設定された値△ｉ０を越えたときは、第１電流センサ１６−１の検出値ｉｕをそのままｉｕ’とし、第２電流センサ１６−２の検出値ｉｖもそのままｉｖ’とし、検出値ｉｕと検出値ｉｖからｉｗ’＝−ｉｖ−ｉｕを計算する。これにより、入力電流ｉｉのリプルｉ０が予め設定された値△ｉ０を越えなくなれば、Ｗ相の電流を検出する第３電流センサ１６−３の故障と通知する。

これでもなお、入力電流ｉｉのリプルｉ０が設定された値△ｉ０を越えるときは、第２電流センサ１６−２の検出値ｉｖをそのままｉｖ’とし、第３電流センサ１６−３の検出値ｉｗもそのままｉｗ’とし、検出値ｉｖと検出値ｉｗからｉｕ’＝−ｉｖ−ｉｗを計算する。これにより、入力電流ｉｉのリプルｉ０が予め設定された値△ｉ０を越えなくなれば、Ｕ相の電流を検出する第１電流センサ１６−１の故障と通知する。

これでもなお、入力電流ｉｉのリプルｉ０が予め設定された値△ｉ０を越えるときは、各相Ｕ、Ｖ、Ｗの電流を検出する第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの和が零であれば、インバータ４の駆動を停止して三相電流が不平衡と通知し、各相Ｕ、Ｖ、Ｗの電流を検出する第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３の検出値ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの和が零でなければ、インバータ４の駆動を停止して、２個以上の電流センサの故障と通知する。

このように、このモータ用インバータ４の制御装置１２は、リプル算出手段３４によって算出された直流電源６からインバータ４に供給される入力電流ｉｉのリプルｉ０が、設定された値△ｉ０を越えていないときにおいて、判定手段３０によって判定した加算器２８の出力値が零でない場合には、故障検出手段３６によって三相Ｕ、Ｖ、Ｗのうちの一つの相の電流センサが故障していることを検出することにより、インバータ４に供給される入力電流ｉｉのリプルｉ０を故障検出の指標として第１〜第３電流センサ１６−１〜１６−３の故障を検出しており、故障した電流センサを特定することができ、三相交流電流の不平衡と区別することができ、メンテナンス性に優れたシステムを構築可能である。

また、インバータ４に供給される入力電流のリプルは、設定された期間内において、入力電流の最大値、あるいは最小値を更新した期間の占める割合が設定値未満の場合にのみ、リプルと判断している。

即ち、入力電流のリプルは、図２示す如く、サンプリング期間内の入力電流の最大値と最小値との差により求めることができるが、図３に示す如く、加速（減速）時等の入力電流が単調増加（減少）しているとき等の値をリプルと判断しないように、サンプリング期間中に入力電流の最大値もしくは最小値を更新した期間の占める割合が、設定値（例えば、５０％）未満のときの値のみリプルと判断する。この比率は、理想的な正弦波リプルの場合は、サンプリング期間が正弦波の１周期分であれば５０％以下に、２周期分であれば２５％以下になる。

なお、入力電流のリプルを判断するための、サンプリング期間中に入力電流の最大値もしくは最小値を更新した期間の占める割合の設定値として５０％を例示したが、この値はサンプリング期間や入力電流の変動の状況に応じて変更可能である。また、入力電流のリプルを判断するための動作は、数回繰り返して最終判断することにより、誤検出の防止に有効である。

この発明のモータ用インバータの制御装置は、インバータに供給される入力電流のリプルを指標として電流センサの故障を検出することにより、電流センサを備えた他の電気回路においても適用することができる。

モータ用インバータの制御装置による電流センサの故障検出のフローチャートである。入力電流が正弦波の場合のリプルの計算を説明するタイミングチャートである。入力電流が単調増加する場合のリプルの計算を説明するタイミングチャートである。モータ用インバータの制御装置のシステム構成図である。

符号の説明

２モータ
４インバータ
６直流電源
８−１〜８−３第１〜第３電線
１０−１、１０−２第１、２電源線
１２制御装置
１４回転数検出手段
１６−１〜１６−３第１〜第３電流センサ
１８三相電流演算手段
２０三相−ｄｑ軸変換手段
２２電流指令演算手段
２４電流制御手段
２６ｄｑ軸−三相変換手段
２８加算器
３０判定手段
３２入力電流センサ
３４リプル算出手段
３６故障検出手段

Claims

各相に設けられたモータ巻線の電流を検出する電流センサと、この電流センサの検出値の総和を演算する加算器と、この加算器の出力値が零であるか否かを判定する判定手段と、直流電源からインバータに供給される入力電流のリプルを算出するリプル算出手段と、このリプル算出手段の算出したリプルが、設定された値を越えていないときにおいて、前記判定手段により判定した前記加算器の出力値が零でない場合には、三相のうちの一つの相の電流センサが故障していることを検出する故障検出手段とを備えることを特徴とするモータ用インバータの制御装置。
前記リプル算出手段は、設定された期間内において、入力電流の最大値、あるいは最小値を更新した期間の占める割合が設定値未満の場合にのみ、リプルと判断することを特徴とする請求項１に記載のモータ用インバータの制御装置。