JP2010041821A - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電動機の制御装置において、インバータに過電流が発生する前に、制御信号が異常であることを検出し、交流電動機の動作を不安定にせず、インバータ内の素子が不具合を起こすのを防ぐことにある。
【解決手段】電流検出手段により検出された各相の電流値を予め設定された時間分だけ各相毎に積算する積算手段を備え、この積算手段により積算された各相の電流値を比較して最も大きな電流積算値を示した相を特定する相特定手段を備え、この相特定手段により特定された最も大きな電流積算値を示した一つの相の電流積算値とその他の二つの相の電流積算値とを夫々比較し、前記一つの相の最も大きな電流積算値が前記その他の二相の電流積算値のどちらかと比べて設定値以上の差がある状態が連続して発生した時に、交流電動機の制御に異常があると判定する判定手段を備えた異常検出装置を設けている。
【選択図】図１

Description

この発明は、交流電動機の制御装置に係り、特に交流電動機に対して断線等での異常を検出する交流電動機の制御装置に関する。

電気自動車等の車両においては、バッテリからの直流電流をインバータで所定の交流電流に変換し、そして、このインバータからの三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流を交流電動機（モータ）に供給してこの交流電動機を駆動し、車両を走行させている。

従来、インバータ装置には、交流電動機に供給される交流電流の電流値を検出し、この検出された電流値に基づいて、所定時間当たりの積算値を算出し、この算出された積算値が所定のしきい値以上になったとき、電流の集中を判定し、インバータの過熱破損を防止するものがある。
異常検出システムには、駆動回路による制御対象機器を制御する際に、各種情報を検出する検出手段、制御装置等の異常を駆動回路に悪影響を与えないノイズと区別して検出し、その異常を正確に検出するものがある。
モータ制御装置には、二相夫々の電流検出回路に用いられている素子のばらつきに起因する電流検出値の誤差を排除し、三相関係の不平衡の発生をなくし、モータ電流のフィードバック制御を正確に行うものがある。
交流電動機制御用電流センサの異常検出装置には、電流センサ等に関し所定の異常判定条件が成立する頻度が所定値を上回る電気角周期が、所定個数連続発生したときに、電流センサ等に異常が生じたと判定するものがある。
特開平９−２１５３８８号公報 特開２００１−１１２２９４号公報 特開平１１−３２４９９号公報 特開平１０−３０９０９７号公報

ところで、従来、例えば、上記の特許文献２においては、制御装置（インバータ制御装置）より出力される制御信号が異常になった時に、三相インバータに過電流が発生し、これにより、異常検出を行っている。
しかし、三相インバータに過電流が発生しないと、異常検出を行わないため、交流電動機の制御が不安定且つ不確実になり、ひいては、三相インバータのスイッチング素子が過電流により破壊されるおそれがあり、改善が望まれていた。

そこで、この発明の目的は、交流電動機の制御をより安定且つ確実に行うことができる交流電動機の制御装置を提供することにある。

この発明は、
交流電動機と、
この交流電動機に交流電流を必要に応じた量だけ供給するインバータと、
前記交流電動機の各相に夫々設けられてこの各相の電流を検出する電流検出手段とを備えた交流電動機の制御装置において、
前記電流検出手段により検出された前記各相の電流値を予め設定された時間分だけ前記各相毎に積算する積算手段を備え、
この積算手段により積算された前記各相の電流値を比較して最も大きな電流積算値を示した相を特定する相特定手段を備え、
この相特定手段により特定された最も大きな電流積算値を示した一つの相の電流積算値とその他の二つの相の電流積算値とを夫々比較し、
前記一つの相の最も大きな電流積算値が前記その他の二相の電流積算値のどちらかと比べて設定値以上の差がある状態が連続して発生した時に、前記交流電動機の制御に異常があると判定する判定手段を備えた異常検出装置を設けたことを特徴とする。

この発明の交流電動機の制御装置は、交流電動機の動作を不安定にさせることはなく、インバータ内の素子が不具合を起こすのを防ぐことができる。

この発明は、交流電動機の動作を不安定にさせることはなく、インバータ内の素子が不具合を起こすのを防ぐ目的を、インバータに過電流が発生する前に、異常であることを検出して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６は、この発明の実施例を示すものである。
図１において、１は交流電動機の制御装置、２電気自動車等の車両に用いられる交流電動機（モータ）、３はこの交流電動機２に三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を供給する三相のインバータ、４はこのインバータ３に直流電流を供給するバッテリ、５は前記インバータ３に三相（ｕ、ｖ、ｗ）の各制御信号を出力するインバータ制御装置（ＣＰＵ）、６は交流電動機２への三相の各交流電流を検出する電流検出手段、７は交流電動機２への三相の各交流電流の異常を検出する異常検出装置である。
交流電動機２とインバータ３とは、Ｕ相電線８とＶ相電線９とＷ相電線１０とで接続している。インバータ３は、このＵ相電線８とＶ相電線９とＷ相電線１０とから交流電動機２に交流電流を必要に応じた量だけ供給する。
インバータ３とインバータ制御装置５とは、Ｕ相制御信号線１１とＶ相制御信号線１２とＷ相制御信号線１３とで接続している。

電流検出手段６は、交流電動機２の各相にそれぞれ設けられてこの各相の交流電流を検出するものであり、Ｕ相電線８とＶ相電線９とＷ相電線１０とに設けたＵ相電流センサ１４とＶ相電流センサ１５とＷ相電流センサ１６とからなる。
異常検出装置７は、三相電流入力手段１７と出力異常検出手段１８と故障通知手段１９とを備える。
三相電流入力手段１７は、Ｕ相センサ線２０とＶ相センサ線２１とＷ相センサ線２２とを介してＵ相電流センサ１４とＶ相電流センサ１５とＷ相電流センサ１６とに接続し、このＵ相電流センサ１４とＶ相電流センサ１５とＷ相電流センサ１６とで検出した各相の交流電流を入力する。
出力異常検出手段１８は、インバータ３に過電流が発生する前に、インバータ制御装置５からの各相の制御信号に異常であることを検出するものである。
故障通知手段１９は、出力異常検出手段１８で各相の制御信号の異常が検出された場合に、インバータ制御装置５等にその旨を通知するものである。

この実施例における各相の制御信号の異常検出は、以下の原理に基づくものである。
インバータ３において、制御信号が正常な場合に（図２参照）、三相の電流は、電流の振幅をＩ、電気角をθとすれば、Ｉｕ＝Ｉｓｉｎθ、Ｉｖ＝Ｉｓｉｎ（θ−２π／３）、Ｉｗ＝Ｉｓｉｎ（θ＋２π／３）で表される。そして、電気角周期（Ｔｓｅｃ）における電流瞬時値の絶対値を各相毎に積算した値（相電流波形の面積）は、三相が共に等しく、Ｕ＝Ｖ＝Ｗの関係が成立する。ここで、ＵはＵ相電流波形の面積、ＶはＶ相電流波形の面積、ＷはＷ相電流波形の面積である。
一方、インバータ３において、制御信号が異常の場合には（図３参照）、Ｕ＝Ｖ＝Ｗの関係が成立しないため、後述の第１〜第３の異常検出方法を適用し、その異常を検出する。

異常検出装置７において、出力異常検出手段１８は、請求項１に係る第１の異常検出方法を実施するために、図１に示すように、電流検出手段６により検出された各相の電流値を予め設定された時間分だけ各相毎に積算する積算手段２３を備え、この積算手段２３により積算された各相の電流値を比較して最も大きな電流積算値を示した相を特定する相特定手段２４を備え、この相特定手段２４により特定された最も大きな電流積算値を示した一つの相の電流積算値とその他の二つの相の電流積算値とを夫々比較し、前記一つの相の最も大きな電流積算値が前記その他の二相の電流積算値のどちらかと比べて設定値以上の差がある状態が連続して発生した時に、交流電動機２の制御に異常があると判定する第１の判定手段２５を備えている。

この第１の異常検出方法は、図４に示すフローチャートに基づいて実施される。
図４に示すように、プログラムが開始すると（ステップＡ０１）、先ず、電流検出値の絶対値を各相毎に積算し（ステップＡ０２）、そして、電気角一周期（Ｔｓｅｃ）が経過したか否かを判断する（ステップＡ０３）。
このステップＡ０３がＹＥＳの場合には、最も大きな電流積算値となる相を特定し（ステップＡ０４）、そして、他の二相のいずれかの積算値≦最も大きな電流積算値／Ｋか否かを判断する（ステップＡ０５）。
このステップＡ０５がＮＯの場合には、各相の電流積算値をクリアする（ステップＡ０６）。
一方、このステップＡ０５がＹＥＳの場合には、各相の電流積算値をクリアし（ステップＡ０７）、ｍ回電気角周期が発生したかを判断する（ステップＡ０８）。
このステップＡ０８がＹＥＳの場合には、インバータ３の停止等の異常処理を実行し（ステップＡ０９）、プログラムを終了する（ステップＡ１０）。
前記ステップＡ０３がＮＯの場合、前記ステップＡ０６の処理後、前記ステップＡ０８がＮＯの場合には、直ちにプログラムを終了する（ステップＡ１０）。
即ち、交流電動機２へのトルク指令が、トルク指令≠０の時、交流電動機２の電気角周期（Ｔｓｅｃ）において各相の交流電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）毎に瞬時値の絶対値を積算する。そして、電流積算値の最大となる一の相を特定し、この一の相の最大積算値と他の二相の積算値を各々比較する。二相いずれかの電流積算値が、最大積算値の１／ｋ倍以下の場合には、インバータ制御装置５からの制御信号に異常が発生しているとみなし、この状態が、ｍ回電気角周期以上連続して発生したときに、制御信号の異常が発生したと最終判定する。
ここで、上記のｋ、ｍは、インバータ３、交流電動機２の仕様及びノイズを考慮し、実験により求められる。
これにより、この第１の異常検出方法によれば、インバータ３に過電流が発生する前に、制御信号が異常であることを検出できるので、交流電動機２の動作が不安定になることはなく、よって、インバータ３内の素子が不具合を起こすのを防ぐことができる。

また、異常検出装置７において、出力異常検出手段１８は、請求項２に係る第２の異常検出方法を実施するために、図１に示すように、電流検出手段７により検出された各相の電流値を予め設定された時間分だけ各相毎に積算する前記積算手段２３を備えるとともに、この積算手段２３により積算された各相の電流積算値を比較し、各相としての三つの相の電流積算値が等しくない状態が連続して発生した時に、交流電動機２の制御に異常があると判定する第２の判定手段２６を備えている。

この第２の異常検出方法は、図５に示すフローチャートに基づいて実施される。
図５に示すように、プログラムが開始すると（ステップＢ０１）、先ず、電気角一周期（Ｔｓｅｃ）におけるＵ相電流波形の面積（Ｕ）を計算し（ステップＢ０２）、電気角一周期（Ｔｓｅｃ）におけるＶ相電流波形の面積（Ｖ）を計算し（ステップＢ０３）、そして、電気角一周期（Ｔｓｅｃ）におけるＷ相電流波形の面積（Ｗ）を計算する（ステップＢ０４）。
そして、Ｕ相電流波形の面積（Ｕ）＝Ｖ相電流波形の面積（Ｖ）Ｖ＝Ｗ相電流波形の面積（Ｗ）か否かを判断し（ステップＢ０５）、このステップＢ０５がＮＯの場合には、ｍ回電気角周期が発生したか否かを判断する（ステップＢ０６）。
一方、前記ステップＢ０５がＹＥＳの場合には、Ｕ相電流（Ｉｕ）＝０（Ａ）又はＶ相電流（Ｉｖ）＝０（Ａ）又はＷ相電流（Ｉｗ）＝０（Ａ）か否かを判断する（ステップＢ０７）。
このステップＢ０７がＹＥＳの場合には、ｔ回電気角周期が発生したか否かを判断する（ステップＢ０８）。
このステップＢ０８がＹＥＳの場合、及び前記ステップＢ０６がＹＥＳの場合には、インバータ３の停止等の異常処理を実行（ステップＢ０９）、プログラムを終了する（ステップＢ１０）。
一方、前記ステップＢ０６がＮＯの場合、前記ステップＢ０７がＮＯの場合、前記ステップＢ０８がＮＯの場合には、直ちにプログラムを終了する（ステップＢ１０）。
即ち、交流電動機２へのトルク指令が、トルク指令≠０の時、電気角周期（Ｔｓｅｃ）における交流電流の瞬時値の絶対値を各相毎に積算した値（相電流波形の面積）において、Ｕ相電流波形の面積（Ｕ）＝Ｖ相電流波形の面積（Ｖ）＝Ｗ相電流波形の面積（Ｗ）の不成立時、制御信号の異常が発生しているとみなし、この状態がｍ回電気角周期以上連続して発生したときに、制御信号の異常が発生したと最終判定する。
これにより、この第２の異常検出方法によれば、インバータ３に過電流が発生する前に、制御信号が異常であることを検出できるので、交流電動機２の動作が不安定になることはなく、よって、インバータ３内の素子が不具合を起こすのを防ぐことができる。

更に、異常検出装置７において、出力異常検出手段１８は、請求項３に係る第３の異常検出方法を実施するために、電流検出手段６により検出された各相の電流値のピークトゥピーク値を算出する算出手段２７を備え、この算出手段２７により算出された各相のピークトゥピーク値を比較し、各相としての三つの相のピークトゥピーク値が等しくない状態が連続して発生した時に、交流電動機２の制御に異常があると判定する第３の判定手段２８を備えている。

この第３の異常検出方法は、図６に示すフローチャートに基づいて実施される。
図６に示すように、プログラムが開始すると（ステップＣ０１）、先ず、電気角一周期（Ｔｓｅｃ）におけるＵ相電流のピークトゥピーク値（Ｉｕ＿ｐｋ−ｐｋ）を算出し（ステップＣ０２）、電気角一周期（Ｔｓｅｃ）におけるＶ相電流のピークトゥピーク値（Ｉｖ＿ｐｋ−ｐｋ）を算出し（ステップＣ０３）、そして、電気角一周期（Ｔｓｅｃ）におけるＷ相電流のピークトゥピーク値（Ｉｗ＿ｐｋ−ｐｋ）を算出する（ステップＣ０４）。
そして、Ｉｕ＿ｐｋ−ｐｋ＝Ｉｖ＿ｐｋ−ｐｋ＝Ｉｗ＿ｐｋ−ｐｋか否かを判断し（ステップＣ０５）、このステップＣ０５がＮＯの場合には、ｍ回電気角周期が発生したか否かを判断する（ステップＣ０６）。
前記ステップＣ０５がＹＥＳの場合には、Ｉｕ＝０（Ａ）又はＩｖ＝０（Ａ）又はＩｗ＝０（Ａ）か否かを判断する（ステップＣ０７）。
このステップＣ０７がＹＥＳの場合には、ｔ回電気角周期が発生したか否かを判断する（ステップＣ０８）。
このステップＣ０８がＹＥＳの場合、及び前記ステップＣ０６がＹＥＳの場合には、インバータ３の停止等の異常処理を実行し（ステップＣ０９）、プログラムを終了する（ステップＣ１０）。
一方、前記ステップＣ０６がＮＯの場合、前記ステップＣ０７がＮＯの場合、前記ステップＣ０８がＮＯの場合には、直ちにプログラムを終了する（ステップＣ１０）。
即ち、交流電動機２へのトルク指令が、トルク指令≠０の時、電気角周期（Ｔｓｅｃ）における交流電流の瞬時値のピークトゥピーク値（Ｉｕ＿ｐｋ−ｐｋ）において、Ｉｕ＿ｐｋ−ｐｋ＝Ｉｖ＿ｐｋ−ｐｋ＝Ｉｗ＿ｐｋ−ｐｋの不成立時、制御信号の異常が発生しているとみなし、この状態がｍ回電気角周期以上連続して発生したときに、制御信号の異常が発生したと最終判定する。
これにより、この第３の異常検出方法によれば、インバータ３に過電流が発生する前に、制御信号が異常であることを検出できるので、交流電動機２の動作が不安定になることはなく、よって、インバータ３内の素子が不具合を起こすのを防ぐことができる。

なお、上記の第１の異常検出方法においては、三相電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）が常に０（Ａ）となる場合、制御信号の異常を検出することができないため、−ｓ≦Ｉｕ≦ｓ又は−ｓ≦Ｉｖ≦ｓ又は−ｓ≦Ｉｗ≦ｓの成立の状態が、ｔ回電気角周期発生したときに制御信号の異常が発生した判定するルーチンを追加する。ここで、ｔ、ｓは、ノイズを考慮し、実験により求められる。

この結果、この実施例においては、インバータ３に過電流が発生する前に、インバータ３の動作の停止等の異常処理を実行し、交流電動機２の制御をより安定且つ確実にすることが可能となり、ひいては内部のスイッチング素子の破壊の防止が可能となる。

インバータに過電流が発生する前に、制御信号が異常であることを検出したことを、他の制御の因子として用いることも可能である。

交流電動機の制御装置のシステム構成図である。 インバータの制御信号が正常な場合の三相電流の波形図である。 インバータの制御信号が異常な場合の三相電流の波形図である。 第１の異常検出方法によるフローチャートである。 第２の異常検出方法によるフローチャートである。 第３の異常検出方法によるフローチャートである。

符号の説明

１ 交流電動機の制御装置
２ 交流電動機
３ インバータ
４ バッテリ
５ インバータ制御装置
６ 電流検出手段
７ 異常検出装置
１８ 出力異常検出手段
２３ 積算手段
２４ 相特定手段
２５ 第１の判定手段
２６ 第２の判定手段
２７ 算出手段
２８ 第３の判定手段

Claims (3)

1. 交流電動機と、この交流電動機に交流電流を必要に応じた量だけ供給するインバータと、前記交流電動機の各相に夫々設けられてこの各相の電流を検出する電流検出手段とを備えた交流電動機の制御装置において、前記電流検出手段により検出された前記各相の電流値を予め設定された時間分だけ前記各相毎に積算する積算手段を備え、この積算手段により積算された前記各相の電流値を比較して最も大きな電流積算値を示した相を特定する相特定手段を備え、この相特定手段により特定された最も大きな電流積算値を示した一つの相の電流積算値とその他の二つの相の電流積算値とを夫々比較し、前記一つの相の最も大きな電流積算値が前記その他の二相の電流積算値のどちらかと比べて設定値以上の差がある状態が連続して発生した時に、前記交流電動機の制御に異常があると判定する判定手段を備えた異常検出装置を設けたことを特徴とする交流電動機の制御装置。
2. 交流電動機と、この交流電動機に交流電流を必要に応じた量だけ供給するインバータと、前記交流電動機の各相に夫々設けられてこの各相の電流を検出する電流検出手段とを備えた交流電動機の制御装置において、前記電流検出手段により検出された前記各相の電流値を予め設定された時間分だけ前記各相毎に積算する積算手段を備え、この積算手段により積算された前記各相の電流積算値を比較し、前記各相としての三つの相の電流積算値が等しくない状態が連続して発生した時に、前記交流電動機の制御に異常があると判定する判定手段を備えた異常検出装置を設けたことを特徴とする交流電動機の制御装置。
3. 交流電動機と、この交流電動機に交流電流を必要に応じた量だけ供給するインバータと、前記交流電動機の各相に夫々設けられてこの各相の電流を検出する電流検出手段とを備えた交流電動機の制御装置において、前記電流検出手段により検出された前記各相の電流値のピークトゥピーク値を算出する算出手段を備え、この算出手段により算出された前記各相のピークトゥピーク値を比較し、前記各相としての三つの相のピークトゥピーク値が等しくない状態が連続して発生した時に、前記交流電動機の制御に異常があると判定する判定手段を備えた異常検出装置を設けたことを特徴とする交流電動機の制御装置。

Images