JP2005278314A - モータ駆動装置およびその異常判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スイッチング指令系統の異常をより適切に判定する。
【解決手段】 電源部３２からの直流電力を交流電力に変換してモータ３０に供給するモータ駆動装置２０を、同一の基板上でインバータ回路２２と異常判定部２４とにより構成する。異常判定部２４では、所定期間中にインバータ回路２２に送信されたスイッチング指令の履歴に基づいて算出した各トランジスタのオン時間の割合に基づいて電子制御ユニット４０で設定された電流指令値を推定し、電子制御ユニット４０から受信した実際の電流指令値と推定した電流指令値とを比較してこれらの偏差が閾値αより大きいときにはスイッチング指令系統に異常があると判断し、異常を示す信号を電子制御ユニット４０に送信すると共にインバータ回路２２のスイッチングを停止する。この結果、スイッチング指令系統の異常をより適切に判定することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ駆動装置およびその異常判定方法に関し、詳しくは、モータを駆動するモータ駆動装置およびこうした装置の異常判定方法に関する。

従来、この種のモータ駆動装置としては、三相インバータ回路を用いた電気自動車の駆動装置などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、三相インバータ回路の６個のスイッチング素子の両主端間の電位差を検出することにより各スイッチング素子の異常を個別に検出して過電流の発生などを防止している。
特開平６−２３３４０２号公報（図１）

しかしながら、上述の装置では、スイッチング素子の異常を検出することはできるものの、スイッチング素子に対してスイッチング指令を送信するコントローラなどを含むスイッチング指令系統全体の異常については検出できないことがある。例えば、インバータ回路とコントローラ間の通信線に異常が生じた場合には、スイッチング素子自体は正常に動作するから異常として検出することができない。

本発明のモータ駆動装置およびその異常判定方法は、スイッチング指令系統の異常をより適切に判定することを目的とする。

本発明のモータ駆動装置およびその異常判定方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のモータ駆動装置は、
モータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記モータの動作指令から生成されたスイッチング指令を受信すると共に該受信したスイッチング指令に基づいてスイッチング素子をスイッチングすることにより直流電力を三相交流電力に変換して該モータに供給する電力変換手段と、
前記スイッチング指令に基づいて前記モータの動作指令を推定する動作指令推定手段と、
該推定したモータの動作指令と前記スイッチング指令の生成に用いた前記モータの動作指令とに基づいてスイッチング指令系統の異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のモータ駆動装置では、電力変換手段が受信したスイッチング指令に基づいてモータの動作指令を推定し、この推定した動作指令とスイッチング指令の生成に用いた実際の動作指令とに基づいてスイッチング指令系統の異常を判定する。したがって、スイッチング指令系統の異常（例えば、スイッチング指令の通信に用いる通信線の異常など）をより適切に判定することができる。なお「モータの動作指令」には、モータのトルク指令や電流指令，電圧指令などが含まれる。

こうした本発明のモータ駆動装置において、前記動作指令推定手段は、前記電力変換手段が所定期間に受信したスイッチング指令に基づいて該所定期間における前記スイッチング素子のオンオフ割合を算出すると共に該算出したオンオフ割合に基づいて前記モータの動作指令を推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、所定期間におけるスイッチング素子のオンオフ割合に基づいてモータの動作指令を推定することができる。

また、本発明のモータ駆動装置において、前記異常判定手段は、前記推定したモータの動作指令と前記スイッチング指令の生成に用いた前記モータの動作指令との偏差が所定範囲外のときに前記スイッチング指令系統の異常を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、推定した動作指令と実際の動作指令との偏差が所定範囲外であるときにスイッチング指令系統の異常を判定することができる。

さらに、本発明のモータ駆動装置において、前記異常判定手段により前記スイッチング指令系統の異常が判定されたときに、前記スイッチング素子のスイッチングが停止されるよう前記電力変換手段を制御する異常時制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、スイッチング指令系統の異常のときにスイッチング素子のスイッチングを停止することができる。

こうした本発明のモータ駆動装置において、前記異常判定手段は、前記スイッチング指令系統の異常を判定したときに、前記スイッチング指令の送信元に該異常を通知する手段であるものとすることもできる。こうすれば、スイッチング指令系統の異常をスイッチング指令の送信元に通知することができる。

また、本発明のモータ駆動装置において、前記電力変換手段と前記動作指令推定手段と前記異常判定手段とを同一の基板上で構成してなるものとすることもできる。

本発明のモータ駆動装置の異常判定方法は、
モータの動作指令から生成されたスイッチング指令を受信すると共に該受信したスイッチング指令に基づいてスイッチング素子をスイッチングすることにより直流電力を三相交流電力に変換して該モータに供給する電力変換手段を備えるモータ駆動装置の異常判定方法であって、
（ａ）前記スイッチング指令に基づいて前記モータの動作指令を推定し、
（ｂ）該推定したモータの動作指令と前記スイッチング指令の生成に用いた前記モータの動作指令とに基づいてスイッチング指令系統の異常を判定する、
ことを要旨とする。

この本発明のモータ駆動装置の異常判定方法では、電力変換手段が受信したスイッチング指令に基づいてモータの動作指令を推定し、この推定した動作指令とスイッチング指令の生成に用いた実際の動作指令とに基づいてスイッチング指令系統の異常を判定する。したがって、スイッチング指令系統の異常（例えば、スイッチング指令の通信に用いる通信線の異常など）をより適切に判定することができる。なお「モータの動作指令」には、モータのトルク指令や電流指令，電圧指令などが含まれる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのモータ駆動装置２０が搭載された動力出力装置１０の構成の概略を示す構成図である。動力出力装置１０は、例えば、自動車に搭載されるものとして構成されており、図示するように、三相交流により回転駆動するＰＭ型のモータ３０と、電源部３２からの直流電力を交流電力に変換してモータ３０に供給する実施例のモータ駆動装置２０と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット４０とを備える。

モータ駆動装置２０は、図示するように、同一の基板上に設けられたインバータ回路２２と異常判定部２４とにより構成されている。インバータ回路２２は、６個のスイッチング素子としてのトランジスタと各トランジスタに逆並列接続されたダイオードとを備え、高位側と低位側に２個ずつペアで配置したトランジスタの接続点にモータ３０の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、各相電流の波形に応じて各トランジスタのオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成してモータ３０を回転駆動することができる。異常判定部２４は、図示しないＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、インバータ回路２２や電子制御ユニット４０と信号ラインを介して接続され、電子制御ユニット４０からインバータ回路２２に対して送信されるスイッチング指令に関する異常を判定する。異常判定の詳細については後述する。

電子制御ユニット４０は、図示しないＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、モータ３０に要求されたトルク指令値などに基づいてモータ３０の三相コイルの各相に対する電流指令値Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊を設定する電流指令設定部４２や、この電流指令設定部４２により設定された電流指令値や電流センサにより検出されたモータ３０の三相コイルの各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗなどに基づいてモータ３０の各相に印加すべき電圧としての電圧指令値を設定すると共に設定した電圧指令値をスイッチング指令としてのＰＷＭ信号に変換してインバータ回路２２に送信するＰＷＭ制御部４４などを備える。こうした電流指令設定部４２による電流指令値の設定やＰＷＭ制御部４４によるＰＷＭ信号の送信に関する処理は、一般的な処理であり、本発明の中核をなさないから、これ以上の詳細な説明は省略する。

次に、こうして構成された実施例のモータ駆動装置２０の動作、特に、電子制御ユニット４０からインバータ回路２２に対して送信されるスイッチング指令に関する異常を判定する動作について説明する。図２は、モータ駆動装置２０の異常判定部２４により実行される異常判定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

異常判定処理では、まず、図示するように、所定期間中にインバータ回路２２に送信されたスイッチング指令（ＰＷＭ信号）の履歴に基づいて各トランジスタのオン時間の割合を算出すると共にこの算出したオン時間の割合に基づいて電子制御ユニット４０の電流指令設定部４２で設定された電流指令値Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊を推定する（ステップＳ１００）。実施例では、インバータ回路２２に送信されたスイッチング指令の履歴は異常判定部２４の図示しないＲＡＭなどに記憶するものとし、このＲＡＭに記憶したスイッチング指令の履歴に基づいてオン時間の割合を算出するものとした。また、各トランジスタのオン時間の割合から電流指令値を推定する際には、オン時間の割合と電流指令値との関係を予め実験などにより定めて電流指令値推定用マップとして異常判定部２４の図示しないＲＯＭなどに記憶しておき、この電流指令値推定用マップと算出したオン時間の割合とを用いて電流指令値を導出することにより行なうものとした。なお、電流指令値を推定する際には、電流指令値推定用マップを用いなくても、適当な計算式を用いて電流指令値を計算するものとしてもよい。

こうして電流指令値を推定すると、電子制御ユニット４０から実際の電流指令値を受信すると共に受信した電流指令値と推定した電流指令値とを比較し（ステップＳ１１０，Ｓ１２０）、これらの偏差が閾値α以内であるときには異常なしと判断してこの異常判定処理を終了する。一方、実際の電流指令値と推定した電流指令値の偏差が閾値αより大きいときにはスイッチング指令系統に異常があると判断し、異常を示す信号を電子制御ユニット４０に送信すると共にインバータ回路２２のスイッチングを停止して（ステップＳ１３０）、この異常判定処理を終了する。ここで、閾値αには、ステップＳ１００における電流指令値の推定の精度に応じた適当な値が設定されている。なお、インバータ回路２２のスイッチングの停止は、インバータ回路２２の各トランジスタへのスイッチング指令を遮断する適当な回路を設けることにより行なうことができる。

以上説明した実施例のモータ駆動装置２０によれば、インバータ回路２２に送信されたスイッチング指令の履歴に基づいて電子制御ユニット４０の電流指令設定部４２で設定された電流指令値を推定し、この推定した電流指令値と電子制御ユニット４０から受信した実際の電流指令値とを比較することによりスイッチング指令系統の異常を判定することができる。即ち、電子制御ユニット４０とインバータ回路２２との間の信号ラインの異常などをより適切に検出することができる。また、異常があると判断したときに異常を示す信号を電子制御ユニット４０に送信するから、電子制御ユニット４０では、スイッチング指令系統の異常に対するトラブルシュートをより適切に行なうことができる。さらに、異常があると判断したときにインバータ回路２２のスイッチングを停止して、過電流の発生などを防止することができる。

ここで、実施例のモータ駆動装置２０では、インバータ回路２２が電力変換手段に相当し、ステップＳ１００の処理を実行する異常判定部２４が動作指令推定手段に相当し、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理を実行する異常判定部２４が異常判定手段や異常時制御手段に相当し、電流指令値Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊がモータの動作指令に相当する。

実施例のモータ駆動装置２０では、所定期間中にインバータ回路２２に送信されたスイッチング指令の履歴に基づいて各トランジスタのオン時間の割合を算出して電流指令値を推定するものとしたが、インバータ回路２２に送信されたスイッチング指令に基づいて電流指令値を推定する方法であれば、その他の方法を採用するものとしてもよい。

実施例のモータ駆動装置２０では、実際の電流指令値と推定した電流指令値との偏差が閾値α以内か否かにより異常の有無を判定するものとしたが、実際の電流指令値と推定した電流指令値との比較により異常の有無を判定する方法であれば、その他の方法を採用するものとしてもよい。

実施例のモータ駆動装置２０では、モータ３０の三相コイルの各相に対する電流指令値Ｉｕ＊，Ｉｖ＊，Ｉｗ＊の推定値と実際値とを比較するものとしたが、スイッチング指令を生成する際に用いられたモータ３０の動作指令に関する値であればよく、例えば、電圧指令値の推定値と実際値とを比較するものとしたり、ｄ−ｑ軸座標系におけるｄ軸電流指令値Ｉｄ＊，ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の推定値と実際値とを比較するものとしたり、トルク指令値の推定値と実際値とを比較するものとしてもよい。トルク指令値を推定する際には、各トランジスタのオン時間の割合に加え、モータ３０の回転数などに基づいて推定すればよい。

実施例のモータ駆動装置２０では、異常があると判断したときに、異常を示す信号を電子制御ユニット４０に送信すると共にインバータ回路２２のスイッチングを停止するものとしたが、異常を示す信号の送信のみを行なうものとしたり、インバータ回路２２のスイッチングの停止のみを行なうものとしても構わない。また、これらを行なわないものとしても差し支えない。

実施例のモータ駆動装置２０では、モータ駆動装置２０を同一の基板上に設けられたインバータ回路２２と異常判定部２４とにより構成したが、必ずしも同一の基板上でインバータ回路２２と異常判定部２４とを設ける必要はない。例えば、異常判定部２４を電子制御ユニット４０側に設けるものとしても差し支えない。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の一実施例としてのモータ駆動装置２０が搭載された動力出力装置１０の構成の概略を示す構成図である。 モータ駆動装置２０の異常判定部２４により実行される異常判定処理の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 動力出力装置、２０ モータ駆動装置、２２ インバータ回路、２４ 異常判定部、３０ モータ、３２ 電源部、４０ 電子制御ユニット、４２ 電流指令設定部、４４ ＰＷＭ制御部。

Claims (8)

1. モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   前記モータの動作指令から生成されたスイッチング指令を受信すると共に該受信したスイッチング指令に基づいてスイッチング素子をスイッチングすることにより直流電力を三相交流電力に変換して該モータに供給する電力変換手段と、
   前記スイッチング指令に基づいて前記モータの動作指令を推定する動作指令推定手段と、
   該推定したモータの動作指令と前記スイッチング指令の生成に用いた前記モータの動作指令とに基づいてスイッチング指令系統の異常を判定する異常判定手段と、
   を備えるモータ駆動装置。
2. 前記動作指令推定手段は、前記電力変換手段が所定期間に受信したスイッチング指令に基づいて該所定期間における前記スイッチング素子のオンオフ割合を算出すると共に該算出したオンオフ割合に基づいて前記モータの動作指令を推定する手段である請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記異常判定手段は、前記推定したモータの動作指令と前記スイッチング指令の生成に用いた前記モータの動作指令との偏差が所定範囲外のときに前記スイッチング指令系統の異常を判定する手段である請求項１または２記載のモータ駆動装置。
4. 前記異常判定手段により前記スイッチング指令系統の異常が判定されたときに、前記スイッチング素子のスイッチングが停止されるよう前記電力変換手段を制御する異常時制御手段を備える請求項１ないし３いずれか記載のモータ駆動装置。
5. 前記異常判定手段は、前記スイッチング指令系統の異常を判定したときに、前記スイッチング指令の送信元に該異常を通知する手段である請求項１ないし４いずれか記載のモータ駆動装置。
6. 前記モータの動作指令は、トルク指令，電圧指令，電流指令のいずれかである請求項１ないし５いずれか記載のモータ駆動装置。
7. 前記電力変換手段と前記動作指令推定手段と前記異常判定手段とを同一の基板上で構成してなる請求項１ないし６いずれか記載のモータ駆動装置。
8. モータの動作指令から生成されたスイッチング指令を受信すると共に該受信したスイッチング指令に基づいてスイッチング素子をスイッチングすることにより直流電力を三相交流電力に変換して該モータに供給する電力変換手段を備えるモータ駆動装置の異常判定方法であって、
   （ａ）前記スイッチング指令に基づいて前記モータの動作指令を推定し、
   （ｂ）該推定したモータの動作指令と前記スイッチング指令の生成に用いた前記モータの動作指令とに基づいてスイッチング指令系統の異常を判定する、
   モータ駆動装置の異常判定方法。

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