JP2010200540A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低回転領域において、インバータ回路における各素子の異常を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】三相交流モータのＵ相，Ｖ相，Ｗ相には、フィルタを有するプローブ（２１，２２，２３）が接続されている。また、昇圧回路１２の入力側であるＶＬ電位と、出力側であるＶＨ電位及び低電位側であるＮ電位を測定するプローブ（２４，２５，２６）が接続されている。これらのプローブの信号は、シグナルコンディショナ３０にてＮ電位を基準としてＶＬ電圧、ＶＨ電圧、Ｕ〜Ｖ電圧に変換される。変換された信号はモータ制御装置４０に入力され、故障検出手段によりインバータ回路１１の故障を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載された三相交流モータの各相に電力を切り替えて供給する複数のトランジスタを有するインバータ回路と、交流モータに供給する電圧を昇圧する昇圧回路と、を少なくとも制御するモータ制御装置に関し、特に、インバータ回路の故障を検出することが可能なモータ制御装置に関する。

電気自動車及びハイブリッド自動車等のモータ制御装置では、三相交流モータの効率を高めるために車両に搭載されたバッテリの電圧を昇圧回路により昇圧し、ＩＧＢＴ等を使用したインバータ回路により三相交流モータを駆動している。このようなモータ制御装置では、正常な制御を行うためインバータ回路が正常に作動しているかを監視する必要がある。

従来より、インバータ回路のＩＧＢＴ等のトランジスタの素子が一相のみＯＦＦ故障（オープン状態故障）した場合に電流値の平均値がオフセットする現象を検出し、インバータ回路故障を検出することが行われている。例えば、特許文献１には、荷役機械駆動用のインバータの故障回路に関し、直流電源の中間点電位と、ＰＷＭインバータが出力する三相交流の各相電位と、の電位差を整流し、この整流値が直流電源電圧の半分と一致しない場合に故障と判定することが示されている。

また、特許文献２には、三相電圧の各相電圧実効値を検出し、それぞれを中間値と比較、また偏差と一定値を比較することで相電圧不平衡を検出することが示され、特許文献３には、電源点圧と各相の電圧を比較し、その電圧差が所定値以上になる場合には、検出回路の異常と判定することが示されている。さらに、特許文献４には、ある相の出力電圧指令の振幅が直流電源電圧の１／２を超える場合に、相電圧指令の超過分をオフセットして指令値から減算することが示されている。

特開昭６３−１８１６７０号公報 特開平７−１７０７９８号公報 特開２００６−２８００７１号公報 特開平２−２８５９６７号公報

しかし、上述した特許文献に示されている既存のシステムでは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電流値をモニターして所定のしきい値を超えた場合に異常を検出しているため、特に、低回転領域では、インバータ回路における素子のオープン状態故障などを検出することが困難であった。

そこで、本発明は、低回転領域において、インバータ回路における各素子の異常を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。

以上のような目的を達成するために、本発明に係るモータ制御装置は、車両に搭載された三相交流モータの各相に電力を切り替えて供給する複数のトランジスタを有するインバータ回路と、交流モータに供給する電圧を昇圧する昇圧回路と、を制御するモータ制御装置において、ノイズフィルタを有するプローブによって各相の電圧を検出する相電圧検出手段と、昇圧回路からインバータ回路へ供給される電圧をプローブによって検出する供給電圧検出手段と、供給電圧の１／２の電圧に対して、インバータ回路における各相の電圧の平均値が低くなったことを検出することにより、複数相のいずれか一相にオープン状態故障（トランジスタが作動せず開放状態となる故障）が発生したことを検出する故障検出手段と、を有し、相電圧検出手段はインバータ回路の始動に先立って、０ボルト点の誤差を補正するためのオフセット値を記憶し、供給電圧検出手段はインバータ回路の各相がＯＮとなるタイミングにて昇圧された電圧を検出して記憶し、記憶されたオフセット値及び昇圧電圧による線形補完により供給電圧の検出誤差を補正する誤差補正手段を有することを特徴とする。

本発明に係るモータ制御装置は、プローブとシグナルコンディショナ及び故障検出手段により低回転領域でもインバータ回路における素子のオープン状態故障を容易に検出することが可能となるという効果がある。

本発明の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施形態に係るモータ制御装置に入力される電圧信号と得られた中間電位等を説明する説明図である。 本発明の実施形態に係るモータ制御装置の処理の流れを示すフローチャート図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は電気自動車１に設けられたモータ制御装置４０の構成を示している。バッテリ１４からの電力は、システムメインリレー１３（ＳＭＲ）を介して昇圧回路１２に接続され、昇圧回路１２によって昇圧された直流電力がインバータ回路１１により交流電力に変換されてＵ相，Ｖ相，Ｗ相を有する三相交流モータ１０を駆動する。

Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相には、フィルタを有するプローブ（２１，２２，２３）が接続されている。さらに、昇圧回路１２の入力側であるＶＬ電位と、出力側であるＶＨ電位及び低電位側であるＮ電位を測定するプローブ（２４，２５，２６）が接続されている。これらのプローブの信号は、電圧計と減算器を有するシグナルコンディショナ３０にてＮ電位を基準としてＶＬ電圧、ＶＨ電圧、Ｕ電圧、Ｖ電圧及びＷ電圧に変換される。変換された信号はモータ制御装置４０に入力される。なお、モータ制御装置４０はシステムメインリレー１３、昇圧回路１２及びインバータ回路１１を制御することにより三相交流モータ１０の制御を行っている。

図２はモータ制御装置４０に入力されるＶ相電圧信号と得られた中間電位等のタイムチャートを示す。バッテリ電圧は昇圧回路１２により、例えば、６５０Ｖに昇圧され、インバータ回路１１により交流電力として三相交流モータ１０に供給される。図中、Ｂ点までは正常動作であるが、Ｂ点以降は図１のインバータ回路１１における符号Ａで示すＩＧＢＴがオープン状態故障した場合のＶ相電圧と中間電位（なまし値）が示されている。

図２において、正常時では中間電位（なまし値）は３２５Ｖを示すが、Ｂ点以降は中間電位は２９０Ｖに低下し、なまし値は３５Ｖ程度下がることになる。しかし、従来のＶＨ電圧の測定誤差は約５０Ｖ程度であるため、３５Ｖ程度の低下では異常を検出することが困難であった。

そこで、本実施形態に係るモータ制御装置では、次に示す三つの回路を付与した。第１の回路は、インバータ回路の各相から出力される矩形波出力信号を平滑し、交流正弦波を生成する第１のフィルタ回路をプローブ内に設けた。また、第２の回路は、各プローブで測定した信号をシグナルコンディショナにより高周波信号を除去する第２のフィルタ回路を設けた。また、第３の回路は、シグナルコンディショナにてＮ電位を基準として各出力電位から各出力電圧を求める複数の減算器を設けた。これらの回路により、各電圧の測定誤差を低減させ、例えば、３５Ｖ程度の電圧低下を検出可能とした。

図３はモータ制御装置の処理の流れを示すフローチャートを示している。本実施形態で特徴的な事項は、回路による測定誤差の低減策の他に、コンピュータによって実行されるソフトウエアによる誤差補正手段を取り入れたことである。

図１のモータ制御装置４０による処理が開始されると、ステップＳ１０において、システムメインリレー１３の接続前にインバータ回路１１のＰＷＭスイッチングにより０Ｖのオフセットを測定して０Ｖ学習を実行する。その後、システムメインリレー１３を接続状態とし、昇圧回路１２により、例えば、６５０Ｖ昇圧を実行させ、６５０Ｖ昇圧時に平均値となる中間電位（３２５Ｖ）等の学習を実行する。

次に、ステップＳ１４において、０Ｖ学習や６５０Ｖ学習が必要であるかを判断し、必要がない場合にはステップＳ１６にて前回の補完データを使用する。もし、再学習が必要であればステップＳ１８に移り、０Ｖ学習や６５０Ｖ学習を実行し、ステップＳ２０における線形補完データ作成を行うことになる。再度学習を行うタイミングとしては、停車中に電流をほとんど流さない０Ａスイッチングを実行し、このタイミングで再度学習を行う。

ステップＳ２２において、補完データを用いてＶＬ電圧、ＶＨ電圧及びＵ〜Ｗ相電圧の補正を行い、ステップＳ２４において、Ｕ〜Ｗ相出力毎の平均値に対してＶＨ中間電圧と比較して電圧低下を検出してオープン状態故障であるかを判定する。もし、オープン状態故障である場合にはステップＳ２６において予め設定された故障対応を行い、図示しないメイン処理に戻ることになる。また、故障が検出されない場合には継続判断の後にステップＳ１４に戻ることになる。

以上、上述したように、本実施形態に係るモータ制御装置４０は、プローブ（２１〜２６）とシグナルコンディショナ３０及びソフトウエアによる故障検出手段により低回転領域でもインバータ回路１１における素子のオープン状態故障を容易に検出することを可能とする。なお、本実施形態では昇圧回路により６５０Ｖに昇圧したが、これに限定するものではなく、システム構成により適切な値が設定されるものであることはいうまでもない。

本発明に係るモータ制御装置は、低回転領域においてもインバータ回路の故障を検出することが可能であり、電気自動車やハイブリッド自動車等に利用することが可能である。

１ 電気自動車、１０ 三相交流モータ、１１ インバータ回路、１２ 昇圧回路、１３ システムメインリレー、１４ バッテリ、２１，２２，２３，２４，２５，２６ プローブ、３０ シグナルコンディショナ、３１，３２，３３，３４，３５ 電圧計、４０ モータ制御装置。

Claims (1)

1. 車両に搭載された三相交流モータの各相に電力を切り替えて供給する複数のトランジスタを有するインバータ回路と、交流モータに供給する電圧を昇圧する昇圧回路と、を制御するモータ制御装置において、
   ノイズフィルタを有するプローブによって各相の電圧を検出する相電圧検出手段と、
   昇圧回路からインバータ回路へ供給される電圧をプローブによって検出する供給電圧検出手段と、
   供給電圧の１／２の電圧に対して、インバータ回路における各相の電圧の平均値が低くなったことを検出することにより、複数相のいずれか一相にオープン状態故障が発生したことを検出する故障検出手段と、
   を有し、
   相電圧検出手段はインバータ回路の始動に先立って、０ボルト点の誤差を補正するためのオフセット値を記憶し、供給電圧検出手段はインバータ回路の各相がＯＮとなるタイミングにて昇圧された電圧を検出して記憶し、記憶されたオフセット値及び昇圧電圧による線形補完により供給電圧の検出誤差を補正する誤差補正手段を有することを特徴とするモータ制御装置。