JP2010063316A - 電流の検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく電流を検出するとともに、電流を検出する頻度を少なくする。
【解決手段】ＥＣＵは、三角波の周波数が予め定められた周波数よりも高いという条件もしくは負荷が高い処理として定められた処理をＥＣＵが実行中であるという条件が満たされた場合、走行用モータへ供給される三相交流電流を三角波キャリアが折り返す度に検出する代わりに、走行用モータへ供給される三相交流電流を三角波キャリアが３回だけ折り返す度に検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電流の検出装置に関し、特に、三相交流回転電機に供給される電流を検出する技術に関する。

従来より、ハイブリッド車、電気自動車および燃料電池車など、モータが駆動源として用いられる車両が知られている。モータには、たとえば三相交流回転電機が用いられる。三相交流回転電機は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を用いて制御される電流が供給される。また、フィードバック制御などに用いるために、三相交流回転電機へ供給される電流が検出される。

特開２０００−９２８９０号公報（特許文献１）は、ＰＷＭ三角波の上限値をピーク検出したタイミングで電流をサンプリングすることを開示する。また、特開２０００−９２８９０号公報には、上限値の代わりに下限値を用いてもよいことが開示されている。
特開２０００−９２８９０号公報（第１７，２９段落）

しかしながら、三角波の上限値を検出したタイミングのみ、もしくは三角波の下限値を検出したタイミングのみで電流をサンプリングするようにした場合、三相交流電流の特性により、検出された電流がオフセットしたかのように見える場合があり得る。

したがって、サンプリングされる電流の精度を向上するためには、三角波の上限値を検出したタイミングおよび下限値を検出したタイミングの両方のタイミングで電流をサンプリングするようにすることが好ましい。すなわち、三角波が折り返す度に電流を検出することが好ましい。

ところが、三角波が折り返す度に電流を検出すると、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの車載コンピュータの負荷が増大し得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、精度よく電流を検出するとともに、電流を検出する頻度を少なくすることができる電流の検出装置を提供することである。

第１の発明に係る電流の検出装置は、三相交流回転電機へ供給される電流の検出装置である。この検出装置は、三角波を生成するための手段と、３回以上の奇数回だけ三角波が折り返す度に回転電機へ供給される電流を検出するための検出手段とを備える。

この構成によると、３回以上の奇数回だけ三角波が折り返す度に回転電機へ供給される電流が検出される。これにより、三角波が上向きに折り返すタイミングと下向きに折り返すタイミングとで交互に電流を検出することができる。そのため、精度よく電流を検出することができる。また、三角波が折り返す度に電流を検出する場合に比べて、電流を検出する頻度を少なくすることができる。その結果、精度よく電流を検出するとともに、電流を検出する頻度を少なくすることができる電流の検出装置を提供することができる。

第２の発明に係る電流の検出装置は、第１の発明の構成に加え、三角波が折り返す度に、回転電機へ供給される電流を検出するための手段をさらに備える。検出手段は、予め定められた条件が満たされた場合、三角波が折り返す度に回転電機へ供給される電流を検出する代わりに、３回以上の奇数回だけ三角波が折り返す度に回転電機へ供給される電流を検出するための手段を含む。

この構成によると、予め定められた条件が満たされた場合、三角波が折り返す度に回転電機へ供給される電流を検出する代わりに、３回以上の奇数回だけ三角波が折り返す度に回転電機へ供給される電流が検出される。これにより、回転電機へ供給される電流を検出する頻度を変更することができる。そのため、たとえば、三角波の周波数が高い場合および検出された電流に基づいて処理を行なうコンピュータの負荷が高い場合などに、電流を検出する頻度を小さくすることができる。

第３の発明に係る電流の検出装置においては、第２の発明の構成に加え、条件は、三角波の周波数が予め定められた周波数よりも高いという条件である。

この構成によると、三角波の周波数が高い場合に、電流を検出する頻度を小さくすることができる。

第４の発明に係る電流の検出装置においては、第２の発明の構成に加え、回転電機の電流を表わす信号はコンピュータに入力される。条件は、負荷が高い処理として定められた処理をコンピュータが実行中であるという条件である。

この構成によると、検出された電流に基づいて処理を行なうコンピュータの負荷が高い場合に、電流を検出する頻度を小さくすることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る検出装置を搭載した車両について説明する。この車両は、バッテリ１００と、コンバータ２００と、インバータ３００と、走行用モータ４００と、ＥＣＵ５００とを含む。

なお、本実施の形態において、車両は、エンジン（図示せず）に加えて走行用モータ４００が駆動源として搭載されたハイブリッド車として説明するが、走行用モータ４００のみが駆動源として搭載された電気自動車および燃料電池車であってもかまわない。

バッテリ１００は、複数のセルを直列に接続した電池モジュールを、さらに複数に接続した組電池である。バッテリ１００の電圧値は、たとえば３００Ｖ程度である。なお、バッテリ１００の代わりにキャパシタを用いてもよい。

コンバータ２００は、２つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）２１０，２２０と、ＩＧＢＴのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各ＩＧＢＴに並列に接続された２つのダイオード２１１，２２１と、各ＩＧＢＴにそれぞれ接続され、ＥＣＵ５００で生成されたＰＷＭ信号に基づいて、ＩＧＢＴを駆動（オン／オフ）させる２つのＩＧＢＴ駆動回路２１２，２２２と、リアクトル２３０と、平滑コンデンサ２４０とを含む。

ＩＧＢＴ２１０とＩＧＢＴ２２０とは、直列に接続されている。ＩＧＢＴ２２０のコレクタ側（ＩＧＢＴ２１０のエミッタ側）には、バッテリ１００の正極が、リアクトル２３０を介して接続されている。ＩＧＢＴ２２０のエミッタ側には、バッテリ１００の負極が接続されている。

平滑コンデンサ２４０は、ＩＧＢＴ２１０のコレクタ側と、ＩＧＢＴ２２０のエミッタ側とに連結されている。平滑コンデンサ２４０は、電荷を一旦蓄積し、バッテリ１００から供給された電力を平滑化する。平滑コンデンサ２４０により平滑化された電力は、インバータ３００に供給される。

コンバータ２００は、各ＩＧＢＴをオン／オフすることにより、バッテリ１００から供給された電流を昇圧し、インバータ３００に供給する。また、コンバータ２００は、インバータ３００から供給された電流を降圧し、バッテリ１００に供給する。なお、コンバータ２００には、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。

インバータ３００は、６つのＩＧＢＴ３１０〜３６０と、ＩＧＢＴのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各ＩＧＢＴにそれぞれ並列に接続された６つのダイオード３１１〜３６１と、各ＩＧＢＴにそれぞれ接続され、ＥＣＵ５００で生成されたＰＷＭ信号に基づいて、ＩＧＢＴを駆動させる６つのＩＧＢＴ駆動回路３１２〜３６２とを含む。各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）と対応するように、ＩＧＢＴ３１０とＩＧＢＴ３２０とが、ＩＧＢＴ３３０とＩＧＢＴ３４０とが、ＩＧＢＴ３５０とＩＧＢＴ３６０とが、それぞれ直列に接続されている。インバータ３００は、各ＩＧＢＴをオン／オフすることにより、コンバータ２００を介してバッテリ１００から供給された電流を、交流電流から直流電流に変換し、走行用モータ４００に供給する。なお、インバータ３００には、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。

走行用モータ４００は、三相交流回転電機である。走行用モータ４００の回転軸は、最終的には車両のドライブシャフト（図示せず）に接続される。車両は、走行用モータ４００からの駆動力により走行する。

インバータ３００から走行用モータ４００へ供給される三相交流電流は、電流センサ４０２により検出される。電流センサ４０２により検出された電流（電流値）は、フィードバック制御などの処理のためにＥＣＵ５００に入力される。

ＥＣＵ５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリなどから構成されるコンピュータである。ＥＣＵ５００は、アクセルペダル（図示せず）の踏込み量や、ブレーキペダル（図示せず）の踏込み量などに基づいて、各ＩＧＢＴをオン／オフさせるＰＷＭ信号を生成し、各ＩＧＢＴ駆動回路に送信する。このＰＷＭ信号に基づいて各ＩＧＢＴがオン／オフすることにより、バッテリ１００から電力が走行用モータ４００に供給され、走行用モータ４００が所望の回転数およびトルクで駆動し、車両が走行する。なお、ＰＷＭ信号については、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。

図２を参照して、ＥＣＵ５００の機能について説明する。なお、以下に説明する機能は、ソフトウェアにより実現するようにしてもよく、ハードウェアにより実現するようにしてもよい。

ＥＣＵ５００は、生成部５０２と、検出部５０４とを備える。生成部５０２は、コンバータ２００およびインバータ３００のＰＷＭ信号を生成するために三角波キャリアを生成する。

検出部５０４は、図３において三角形で示されるように、インバータ３００を駆動するために生成される三角波キャリアが折り返す度に、電流センサ４０２を用いて、インバータ３００から走行用モータ４００へ供給される三相交流電流を検出する（サンプリングする）。すなわち、インバータ３００から走行用モータ４００へ供給される三相交流電流が、三角波キャリアの各頂点と同じタイミング検出される。

また、検出部５０４は、予め定められた条件が満たされた場合、インバータ３００から走行用モータ４００へ供給される三相交流電流を三角波キャリアが折り返す度に検出する代わりに、図４において三角形で示されるように、インバータ３００を駆動するために生成される三角波キャリアが３回だけ折り返す度に、インバータ３００から走行用モータ４００へ供給される三相交流電流を検出する。

たとえば、検出部５０４は、三角波の周波数が予め定められた周波数よりも高いという条件もしくは負荷が高い処理として定められた処理をＥＣＵ５００が実行中であるという条件が満たされた場合、走行用モータ４００へ供給される三相交流電流を三角波キャリアが折り返す度に検出する代わりに、走行用モータ４００へ供給される三相交流電流を三角波キャリアが３回だけ折り返す度に検出する。

より具体的には、三角波キャリアが折り返す度に「１」だけインクリメントされるカウンタが「３」の倍数であるときに、三相交流電流が検出される。

なお、走行用モータ４００へ供給される三相交流電流を検出してから次に三相交流電流を検出するまでに三角波キャリアが折り返す回数は３回に限らず、５回、７回など、３回以上の奇数であればよい。すなわち、カウンタが「３」以上の奇数であるときに三相交流電流を検出するようにしてもよい。

図５を参照して、ＥＣＵ５００が実行するプログラムの制御構造について説明する。
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ５００は、三角波キャリアを生成する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ５００は、三角波の周波数が予め定められた周波数よりも高いという条件もしくは負荷が高い処理として定められた処理をＥＣＵ５００が実行中であるという条件が満たされたか否かを判断する。

三角波の周波数が予め定められた周波数よりも高いという条件もしくは負荷が高い処理として定められた処理をＥＣＵ５００が実行中であるという条件が満たされると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０６に移される。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ５００は、走行用モータ４００へ供給される三相交流電流を三角波キャリアが３回だけ折り返す度に検出する。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ５００は、走行用モータ４００へ供給される三相交流電流を三角波キャリアが折り返す度に検出する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るＥＣＵ５００の動作について説明する。

車両の走行中、ＰＷＭ信号を生成するために三角波キャリアが生成される（Ｓ１００）。三角波の周波数が予め定められた周波数よりも高いという条件および負荷が高い処理として定められた処理をＥＣＵ５００が実行中であるという条件のいずれも満たされていないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、走行用モータ４００へ供給される三相交流電流が三角波キャリアが折り返す度に検出される（Ｓ１０６）。

三角波の周波数が予め定められた周波数よりも高いという条件もしくは負荷が高い処理として定められた処理をＥＣＵ５００が実行中であるという条件が満たされると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、三角波キャリアが３回だけ折り返す度に走行用モータ４００へ供給される三相交流電流が検出される（Ｓ１０４）。

これにより、三角波キャリアの周波数が高い場合、もしくは、検出された電流に基づいて処理を行なうＥＣＵ５００の負荷が高い場合に、三相交流電流を検出する頻度を小さくすることができる。また、三角波キャリアが上向きに折り返すタイミングと下向きに折り返すタイミングとで交互に三相交流電流を検出することができる。そのため、精度よく電流を検出するとともに、電流を検出する頻度を少なくすることができる。

以上のように、本実施の形態に係る検出装置によれば、三角波キャリアが３回だけ折り返す度に走行用モータへ供給される三相交流電流が検出される。これにより、三角波キャリアが上向きに折り返すタイミングと下向きに折り返すタイミングとで交互に三相交流電流を検出することができる。そのため、精度よく電流を検出することができる。また、三角波キャリアが折り返す度に走行用モータへ供給される三相交流電流が検出される場合に比べて、三相交流電流を検出する頻度を小さくすることができる。その結果、精度よく電流を検出するとともに、電流を検出する頻度を少なくすることができる。

＜参考例＞
図６において三角形で示すように、三角波キャリアが上向きに折り返すタイミングのみ、もしくは図７において三角形で示すように、三角波キャリアが下向きに折り返すタイミングのみにおいて三相交流電流を検出するようにすると、三相交流電流を検出する頻度を小さくすることができる。

また、予め定められた電気角において三相交流電流を検出するようにすると、三相交流電流を検出するタイミングを一定に保つことができる。

なお、三角波キャリアが上向きもしくは下向きに折り返すことにより進む電気角θは、下記の式１によって定まる。

θ＝３６０[deg]／(電気１周期[sec]／(三角波キャリア周期[sec]／２))・・・（１）
したがって、「θｃ」毎に三相交流電流を検出する場合には、三角波キャリアが折り返す度に「１」だけインクリメントされるカウンタが下記の式２により定まる「Ｎ」の倍数であるときに、三相交流電流を検出するようにすればよい。

Ｎ＝θｃ／θ・・・（２）
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ハイブリッド車を示す概略構成図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 三相交流電流を検出するタイミングを示す図（その１）である。 三相交流電流を検出するタイミングを示す図（その２）である。 ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 三相交流電流を検出するタイミングを示す図（その３）である。 三相交流電流を検出するタイミングを示す図（その４）である。

符号の説明

１００ バッテリ、２００ コンバータ、２１０，２２０，３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０ ＩＧＢＴ、２１１，２２１，３１１，３２１，３３１，３４１，３５１，３６１ ダイオード、２１２，２２２，３１２，３２２，３３２，３４２，３５２，３６２ 駆動回路、２３０ リアクトル、２４０ 平滑コンデンサ、３００ インバータ、４００ 走行用モータ、４０２ 電流センサ、５００ ＥＣＵ、５０２ 生成部、５０４ 検出部。

Claims (4)

1. 三相交流回転電機へ供給される電流の検出装置であって、
   三角波を生成するための手段と、
   ３回以上の奇数回だけ前記三角波が折り返す度に前記回転電機へ供給される電流を検出するための検出手段とを備える、電流の検出装置。
2. 前記三角波が折り返す度に、前記回転電機へ供給される電流を検出するための手段をさらに備え、
   前記検出手段は、予め定められた条件が満たされた場合、前記三角波が折り返す度に前記回転電機へ供給される電流を検出する代わりに、３回以上の奇数回だけ前記三角波が折り返す度に前記回転電機へ供給される電流を検出するための手段を含む、請求項１に記載の電流の検出装置。
3. 前記条件は、前記三角波の周波数が予め定められた周波数よりも高いという条件である、請求項２に記載の電流の検出装置。
4. 前記回転電機の電流を表わす信号はコンピュータに入力され、
   前記条件は、負荷が高い処理として定められた処理を前記コンピュータが実行中であるという条件である、請求項２に記載の電流の検出装置。

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