JP2010035339A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検出手段の数を抑えるとともに、電流検出手段によって検出された相電流の１つが異常になっても、全ての相電流を継続して検出することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置は、電力変換回路１１と、電流センサ１３〜１５と、制御回路１６とを備えている。電流センサ１３〜１５は、各相に１つずつ設けられている。制御回路１６は、電流センサ１３〜１５の検出結果に基づいて電力変換回路１１を制御する。電流センサ１３〜１５によって検出された相電流のうち１つの相電流が異常であるときには、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求める。そして、正常に検出された相電流と、求めた相電流とに基づいて電力変換回路１１を制御する。これにより、従来４個必要であった電流センサを３個に抑えるとともに、電流センサ１３〜１５によって検出された相電流の１つが異常になっても、全ての相電流を継続して検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、相電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置に関する。

従来、相電流を検出する電流検出手段を備えたモータ制御装置として、例えば特許文献１に開示されているモータ駆動回路がある。このモータ駆動回路は、バッテリから供給される直流電力を３相交流電力に変換して３相モータに供給する。モータ駆動回路は、３相モータのａ相及びｃ相の相電流を検出する電流検出回路をそれぞれ備えている。ａ相とｃ相の相電流は、電流検出回路によって直接検出される。ｂ相の相電流は、ａ相とｃ相の相電流から算出される。モータ駆動回路は、検出等されたａ相、ｂ相及びｃ相の相電流に基づいて３相モータの相電流を制御する。
特開２００５−３１３８０７号公報

ところで、前述したモータ駆動回路において、例えば、ａ相の電流検出回路が異常になると、ａ相の相電流を検出できなくなる。また、ａ相とｃ相の相電流からｂ相の相電流を算出しているため、ｂ相の相電流も得られなくなる。そのため、３相モータを制御できなくなってしまうという問題があった。これに対し、従来、ａ相とｃ相の電流検出回路をそれぞれ二重化する構成がとられていた。この場合、ａ相の電流検出回路の１つが異常になっても、もう１つの電流検出回路でａ相の相電流を検出できる。また、検出したａ相の相電流とｃ相の相電流とからｂ相の相電流を算出することができる。これにより、電流検出回路の１つが異常なっても継続して３相モータを制御することができる。しかし、この構成では、４個の電流検出回路が必要となり、コストを抑えることが困難であった。また、消費電力を抑えることも困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電流検出手段の数を抑えるとともに、電流検出手段によって検出された相電流の１つが異常になっても、全ての相電流を継続して検出することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、各相に１つずつ電流検出手段を設けるとともに、検出された相電流のうち１つの相電流が異常であるときには、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求めることで、全ての相電流を継続して検出できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載のモータ制御装置は、 直流電力を交流電力に変換して多相モータに供給する電力変換手段と、多相モータの各相に流れる相電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段の検出結果に基づいて電力変換手段を制御する制御手段と、を備えたモータ制御装置において、電流検出手段は、各相に１つずつ設けられ、制御手段は、電流検出手段によって検出された相電流のうち１つの相電流が異常であるときには、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求めることを特徴とする。

この構成によれば、３相の場合、従来４個必要であった電流検出手段が３個で済むことになる。そのため、従来に比べ電流検出手段の数を抑えることができる。しかも、電流検出手段によって検出された相電流の１つが異常になっても、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求めるため、全ての相電流を継続して検出することができる。なお、４相以上の多相においても同様の効果を得ることができる。

請求項２に記載のモータ制御装置は、請求項１に記載のモータ制御装置において、制御手段は、多相モータに、対称多相交流電流が流れるように電力変換手段を制御し、対称多相交流電流において全ての相電流の総和が０になることに基づいて、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求めることを特徴とする。この構成によれば、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を確実に求めることができる。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

まず、図１及び図２を参照してモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。図２は、制御回路の回路図である。

図１に示すモータ制御装置１（モータ制御装置）は、高電圧バッテリＢ１０の出力する直流高電圧を３相交流電圧に変換して３相交流モータＭ１に供給し、３相交流モータＭ１を駆動する装置である。つまり、直流電力を交流電力に変換して３相交流モータＭ１を駆動する装置である。モータ制御装置１は、平滑用コンデンサ１０と、電力変換回路１１（電力変換手段）と、駆動回路１２と、電流センサ１３〜１５（電流検出手段）と、制御回路１６（制御手段）とから構成されている。

平滑用コンデンサ１０は、高電圧バッテリＢ１０の直流電圧を平滑するための素子である。平滑用コンデンサ１０の正極端子及び負極端子は、高電圧バッテリＢ１０の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。

電力変換回路１１は、平滑用コンデンサ１０によって平滑された高電圧バッテリＢ１０の直流電圧を３相交流電圧に変換し、３相交流モータＭ１に供給する回路である。つまり、直流電力を交流電力に変換して３相交流モータＭ１に供給する回路である。電力変換回路１１は、ＩＧＢＴ１１０〜１１５によって構成されている。

ＩＧＢＴ１１０〜１１５は、オン、オフすることで直流電圧を３相交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１１０、１１３、ＩＧＢＴ１１１、１１４及びＩＧＢＴ１１２、１１５は、それぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１０〜１１２のエミッタ端子が、ＩＧＢＴ１１３〜１１５のコレクタ端子にそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ１１０、１１３、ＩＧＢＴ１１１、１１４及びＩＧＢＴ１１２、１１５は、並列接続されている。３つのＩＧＢＴ１１０〜１１２のコレクタ端子は平滑用コンデンサ１０の正極端子に、３つのＩＧＢＴ１１３〜１１５のエミッタ端子は平滑用コンデンサ１０の負極端子にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１１０〜１１５のゲート端子は、駆動回路１２にそれぞれ接続されている。また、直列接続されたＩＧＢＴ１１０、１１３、ＩＧＢＴ１１１、１１４及びＩＧＢＴ１１２、１１５の直列接続点に形成されるＵ、Ｖ、Ｗ相端子は、３相交流モータＭ１にそれぞれ接続されている。

駆動回路１２は、制御回路１６から出力される駆動信号に基づいて電力変換回路１１を駆動する回路である。具体的には、ＩＧＢＴ１１０〜１１５毎に設けられ、駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１１０〜１１５をオン、オフする回路である。駆動回路１２の駆動信号入力端子は、制御回路１６にそれぞれ接続されている。また、出力端子は、ＩＧＢＴ１１０〜１１５のゲートにそれぞれ接続されている。

電流センサ１３〜１５は、各相に１つずつ設けられ、基準電圧を中心に±１０Ｖの電圧を供給されることで作動し、３相交流モータＭ１に流れるＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流をそれぞれ検出して出力する素子である。具体的には、Ｕ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流に対応した、基準電圧を中心に±１０Ｖの範囲内の電圧を出力するホールＩＣを用いた磁気式の素子である。電流センサ１３〜１５は、電力変換回路１１のＵ相配線、Ｖ相配線及びＷ相配線にそれぞれ配設されている。電流センサ１３〜１５の電源入力端子及び出力端子は、制御回路１６にそれぞれ接続されている。

制御回路１６は、外部から入力される指令、及び、電流センサ１３〜１５の検出結果に基づいてＩＧＢＴ１１０〜１１５のオン、オフを制御するための駆動信号を出力する回路である。また、電流センサ１３〜１５によって検出された相電流のうち１つの相電流が異常であるときには、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求め、正常に検出された相電流と、求めた相電流とに基づいて駆動信号を出力する回路でもある。図２に示すように、制御回路１６は、＋５Ｖ電源回路１６０と、１５Ｖ電源回路１６１と、−５Ｖ電源回路１６２と、電圧変換回路１６３と、マイクロコンピュータ１６４とから構成されている。

＋５Ｖ電源回路１６０は、低電圧バッテリＢ１１の直流電圧を、車体の電位を基準として＋５Ｖに変換して出力する回路である。＋５Ｖ電源回路１６０の電源入力端子は、低電圧バッテリＢ１１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。低電圧バッテリＢ１１の負極端子は、車体に接地されている。また、＋５Ｖ電源回路１６０の電源出力端子は、電流センサ１３〜１５の基準電源入力端子にそれぞれ接続されている。これにより、電流センサ１３〜１５に、基準電圧として＋５Ｖが供給されることとなる。さらに、電源出力端子は、電圧変換回路１６３及びマイクロコンピュータ１６４の電源入力端子にも
それぞれ接続されている。

１５Ｖ電源回路１６１は、低電圧バッテリＢ１１の直流電圧を、車体の電位を基準として１５Ｖに変換して出力する回路である。１５Ｖ電源回路１６１の電源入力端子は、低電圧バッテリＢ１１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、電源出力端子は、電流センサ１３〜１５の＋電源入力端子にそれぞれ接続されている。これにより、電流センサ１３〜１５に、基準電圧＋５Ｖを中心に＋１０Ｖが供給されることとなる。

−５Ｖ電源回路１６２は、低電圧バッテリＢ１１の直流電圧を、車体の電位を基準として−５Ｖに変換して出力する回路である。−５Ｖ電源回路１６２の電源入力端子は、低電圧バッテリＢ１１の正極端子及び負極端子にそれぞれ接続されている。また、電源出力端子は、電流センサ１３〜１５の−電源入力端子にそれぞれ接続されている。これにより、電流センサ１３〜１５に、基準電圧＋５Ｖを中心に−１０Ｖが供給されることとなる。

電圧変換回路１６３は、＋５Ｖの電圧を供給されることで作動し、電流センサ１３〜１５の出力電圧を、マイクロコンピュータ１６４の入力可能な０〜５Ｖの範囲内の電圧に変換するための回路である。電圧変換回路１６３の電源入力端子は、＋５Ｖ電源回路１６０の電源出力端子に接続されている。また、電圧変換回路１６３の入力端子は、電流センサ１３〜１５の出力端子にそれぞれ接続されている。

マイクロコンピュータ１６４は、＋５Ｖの電圧を供給されることで作動し、外部から入力される指令、及び、電圧変換回路１６３によって変換された電流センサ１３〜１５の出力電圧に基づいて、ＩＧＢＴ１１０〜１１５のオン、オフを制御するための駆動信号を出力する素子である。また、電流センサ１３〜１５によって検出された相電流のうち１つの相電流が異常であるときには、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求め、正常に検出された相電流と、求めた相電流とに基づいて駆動信号を出力する回路でもある。マイクロコンピュータ１６４の電源入力端子は、＋５Ｖ電源回路１６０の電源出力端子に接続されている。また、電圧入力端子は、電圧変換回路１６３の電圧出力端子にそれぞれ接続されている。さらに、駆動信号出力端子は、駆動回路１２にそれぞれ接続されている。

次に、図１及び図２を参照してモータ制御装置の動作について説明する。

図１及び図２において、外部から指令が入力されると、モータ制御装置１は動作を開始する。マイクロコンピュータ１６４は、入力された指令、及び、電流センサ１３〜１５の検出結果に基づいて、ＩＧＢＴ１１０〜１１５をオン、オフするための駆動信号を出力する。具体的には、３相交流モータＭ１に、対称３相交流電流が流れるように、駆動信号を出力する。駆動回路１２は、マイクロコンピュータ１６４から出力される駆動信号に基づいて、ＩＧＢＴ１１０〜１１５を所定のタイミングでオン、オフして、高電圧バッテリＢ１０の直流電圧を３相交流電圧に変換し、３相交流モータＭ１に供給する。ここで、故障等によって、電流センサ１３〜１５によって検出された相電流のうち１つの相電流が異常になると、マイクロコンピュータ１６４は、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求め、正常に検出された相電流と、求めた相電流とに基づいて駆動信号を出力する。具体的には、対称３相交流電流において、全ての相電流の総和が０になることに基づいて、異常な相に対応した相電流を求め、駆動信号を出力する。

最後に、具体的効果について説明する。本実施形態によれば、従来の構成では、４個必要であった電流センサが３個で済むことになる。そのため、従来に比べ電流センサの数を抑えることができる。しかも、電流センサによって検出された相電流の１つが異常になっても、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求めるため、全ての相電流を継続して検出することができる。

また、本実施形態によれば、対称３相交流電流において、全ての相電流の総和が０になることに基づいて、異常な相に対応した相電流を求める。そのため、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を確実に求めることができる。

なお、本実施形態では、モータ制御装置によって、３相交流モータを駆動する例を挙げているが、これに限られるものではない。４相以上の多相モータを駆動する場合においても、同様に適用することができる。

また、本実施形態では、電流センサが、ホールＩＣを用いた磁気式の素子である例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、抵抗を用いて相電流を検出するものであってもよい。方式に関わらず相電流を検出できればよい。

本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。 制御回路の回路図である。

符号の説明

１・・・モータ制御装置（モータ制御装置）、１０・・・平滑用コンデンサ、１１・・・電力変換回路（電力変換手段）、１１０〜１１５・・・ＩＧＢＴ、１２・・・駆動回路、１３〜１５・・・電流センサ（電流検出手段）、１６・・・制御回路（制御手段）、１６０・・・＋５Ｖ電源回路１６０、１６１・・・１５Ｖ電源回路１６１、１６２・・・−５Ｖ電源回路１６２、１６３・・・電圧変換回路、１６４・・・マイクロコンピュータ、Ｂ１０・・・高電圧バッテリ、Ｂ１１・・・低電圧バッテリ、Ｍ１・・・３相交流モータ

Claims (2)

1. 直流電力を交流電力に変換して多相モータに供給する電力変換手段と、
   前記多相モータの各相に流れる相電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段の検出結果に基づいて前記電力変換手段を制御する制御手段と、
   を備えたモータ制御装置において、
   前記電流検出手段は、各相に１つずつ設けられ、
   前記制御手段は、前記電流検出手段によって検出された相電流のうち１つの相電流が異常であるときには、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求めることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御手段は、前記多相モータに、対称多相交流電流が流れるように前記電力変換手段を制御し、対称多相交流電流において全ての相電流の総和が０になることに基づいて、正常に検出された相電流から異常な相に対応した相電流を求めることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。

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