JP2012039718A - Motor controller and motor control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関するものである。 The present invention relates to a motor control device and a motor control method.
電源から供給される直流電圧を、第1及び第2電源線と多相モータとの間で電力変換する電力変換装置において、当該各相モータの各相コイルとの接続点を介し直列接続された第1及び第2のスイッチング素子を有する複数のアーム回路の中から短絡故障したアーム回路が検出されたことに応じて、当該短絡故障したアーム回路の当該第1及び第2のスイッチング素子を導通状態に固定する電力変換装置が知られている。 In the power conversion device that converts the DC voltage supplied from the power source between the first and second power supply lines and the multiphase motor, the DC voltage is connected in series via the connection point with each phase coil of each phase motor. In response to the detection of the short-circuited arm circuit from among the plurality of arm circuits having the first and second switching elements, the first and second switching elements of the short-circuited arm circuit are in a conductive state. There is known a power conversion device that is fixed to the above.
しかしながら、上記従来の電力変換装置では、前記第1及び第2のスイッチング素子のうち、故障したスイッチング素子と故障していないスイッチング素子との間で抵抗値が異なる場合があり、当該故障したスイッチング素子の方に電流が集中する可能性があった。 However, in the conventional power conversion device, the resistance value may be different between the failed switching element and the non-failed switching element among the first and second switching elements. There was a possibility that current would concentrate on the side.
本発明が解決しようとする課題は、故障したスイッチング素子に電流が集中して流れること防止するモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a motor control device and a motor control method for preventing current from concentrating to flow in a failed switching element.
本発明は、短絡故障検出手段により検出されたスイッチング素子を含む第1の相の相電圧と第2の相の相電圧とに応じて、当該第2の相のスイッチング素子を制御することによって上記課題を解決する。 According to the present invention, the switching element of the second phase is controlled by controlling the switching element of the second phase according to the phase voltage of the first phase and the phase voltage of the second phase including the switching element detected by the short-circuit fault detecting means. Solve the problem.
本発明によれば、短絡故障が検出されたスイッチング素子に流れる電流が、当該第2の相のスイッチング素子に分流されるため、当該短絡故障が検出されたスイッチング素子に電流が集中して流れることを防ぐことができる、という効果を奏する。 According to the present invention, since the current flowing through the switching element in which the short-circuit fault is detected is shunted to the second-phase switching element, the current flows in a concentrated manner in the switching element in which the short-circuit fault is detected. The effect that can be prevented.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
《第1実施形態》
図1は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置を示すブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ103を走行駆動源として走行する車両であり、モータ103は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、ハイブリッド自動車(HEV)にも本発明を適用可能である。
<< First Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram showing a motor control device according to an embodiment of the present invention. Although detailed illustration is omitted, the electric vehicle of this example is a vehicle that travels using a three-phase AC power
本例のモータ制御装置は、上述した三相交流モータ103と、モータ103の電源である、バッテリ101と、当該バッテリ101の直流電力を交流電力に変換するインバータ111と、電圧センサ105と、電圧センサ106と、を備える。
The motor control device of this example includes the above-described three-
バッテリ101は、直流電源であって、インバータ111に接続されている。バッテリ101には、例えばリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。バッテリ101とインバータ111との間には、図示しないリレーが接続されており、当該リレーは車両のキースイッチ(図示しない)のON/OFF操作に連動して駆動する。なお、モータ103は発電機としても作用し、モータ103により発電された交流電力は、インバータ111により直流に変換され、バッテリ101に入力され、バッテリ101が充電される。
The
インバータ111は、上アーム回路1041、1043、1045と、下アーム回路1042、1044、1046と、平滑用のコンデンサ102と、コントローラ108とを有し、バッテリ101の直流電力を交流電力に変換して、モータ103に供給する。上アーム回路1041、1043、1045は、スイッチング素子Q1、Q3、Q5とダイオードD1、D3、D5とをそれぞれ並列に接続した回路であり、下アーム回路1042、1044、1046は、スイッチング素子Q2、Q4、Q6とダイオードD2、D4、D6とをそれぞれ並列に接続した回路である。本例では、2つのスイッチング素子Q1〜Q6を直列に接続した3対の回路が、電源線P及び電源線Nとの間に接続されることにより、バッテリ101に並列に接続され、各対のスイッチング素子を接続する各接続点とモータ4の三相入力部とがそれぞれ電気的に接続されている。各スイッチング素子Q1〜Q6には、例えば、絶縁ゲートパイポーラトランジスタ(IGBT)、または、MOSFETが用いられる。各ダイオードD1〜D6には、例えばFRD(Fast Recovery Diode)が用いられる。
The
図1に示す例でいえば、スイッチング素子Q1とQ2、スイッチング素子Q3とQ4、スイッチング素子Q5とQ6がそれぞれ対になって直列に接続され、スイッチング素子Q1とQ2の間とモータ4のU相、スイッチング素子Q3とQ4の間とモータ4のV相、スイッチング素子Q5とQ6の間とモータ4のW相がそれぞれ接続されている。各スイッチング素子Q1〜Q6は、コントローラ108により制御され、高周波でスイッチングされる。
In the example shown in FIG. 1, switching elements Q1 and Q2, switching elements Q3 and Q4, switching elements Q5 and Q6 are connected in series, and are connected between the switching elements Q1 and Q2 and the U phase of the
スイッチング素子Q1のコレクタ端子はダイオードD1のカソード端子に接続され、スイッチング素子Q1のエミッタ端子はダイオードD1のアノード端子に接続されている。スイッチング素子Q1のゲート端子はコントローラ108に接続されている。他のスイッチング素子Q2〜Q6の各端子も同様に、ダイオードD2〜D6の各端子及びコントローラ108に接続されている。各ダイオードD1〜D6は、各スイッチング素子Q1〜Q6の順方向に対して、逆方向に接続されている。
The collector terminal of the switching element Q1 is connected to the cathode terminal of the diode D1, and the emitter terminal of the switching element Q1 is connected to the anode terminal of the diode D1. The gate terminal of the switching element Q1 is connected to the
電流センサ105は、U相、V相及びW相に流れる相電流(Iu、Iv、Iw)を検出するセンサであり、インバータ111とモータ103との間を接続する導電線に接続されている。電圧センサ106はU相、V相及びW相の相電圧(Vu、Vv、Vw)をそれぞれ検出するセンサであり、インバータ111とモータ103との間を接続する導電線に接続されている。なお、各相の相電圧は、スイッチング素子Q1とQ2の接続点、スイッチング素子Q3とQ4の接続点及びスイッチング素子Q5とQ6の接続点の電圧に相当する。電流センサ105及び電圧センサ106の検出データは、コントローラ108に送信される。
The
コントローラ108には、短絡故障検出部107が設けられている。短絡故障検出部107は、電流センサ105により検出された相電流(Iu、Iv、Iw)に基づいて、各スイッチング素子Q1〜Q6の短絡故障を検出する。例えばスイッチング素子Q1で短絡故障が生じた場合、全ての各スイッチング素子Q1〜Q6をオフにする用制御したとしても、インバータ111の回路内で、短絡部分であるスイッチング素子Q1を含めた閉回路が形成されてしまう。そして、例えば、モータ103が回転して発生する起電力により、U相電流が電源線P線から短絡部分(スイッチング素子Q1)を通り、スイッチング素子Q1とQ2との接続点を介して、モータ103のU相コイルに流れ、V相コイル及びW相コイルに分流する。そして、分流されたV相電流及びW相電流が、ダイオードD3及びダイオードD5を流れ、電源線Pに流れる。また、他のスイッチング素子Q2〜Q6の短絡故障についても同様に、短絡故障が生じた場合には、インバータ111の回路内に閉回路が形成され、過電流が流れる。そのため、電流センサ105が短絡故障時に流れる過電流を検出し、短絡故障検出部107が検出した各相の相電流を比較することで、短絡故障が生じているスイッチング素子Q1〜Q6を特定することができる。
The
コントローラ108は、各スイッチング素子Q1〜Q6のゲート端子に対して制御信号を送り、例えばPWM(Pulse Width Modulation)変調により、各スイッチング素子Q1〜Q6を制御する。また、コントローラ108は、短絡故障検出部107によりスイッチング素子Q1〜Q6の短絡故障が生じた場合に、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含む相以外の相のスイッチング素子Q1〜Q6をオンにして、後述するように、当該短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6に流れる短絡電流を分流する。
The
次に、スイッチング素子Q4が短絡故障した場合を例として、図2を用いて、本例のモータ制御装置の制御内容を説明する。図2は、スイッチング素子Q4が短絡故障した場合における、本例の制御処理を説明するために概略した回路であって、図1に対してバッテリ101等を省略した回路図である。なお図2中の点線の矢印は電流の流れを示す。
Next, the control content of the motor control device of this example will be described with reference to FIG. 2, taking as an example the case where the switching element Q4 has a short circuit failure. FIG. 2 is a schematic circuit for explaining the control processing of this example when the switching element Q4 has a short circuit failure, and is a circuit diagram in which the
短絡故障検出部107により、下アーム回路1044のスイッチング素子Q4の短絡故障を検出した場合に、モータ103が回転し、電流がインバータ111内に流れる。そして、コンデンサ102のディスチャージにおいて、コントローラ108は以下の制御を行う。
When the short circuit
まず、コントローラ108は電圧センサ106に基づき各相の相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出し、各相の相電圧(Vu、Vv、Vw)をそれぞれ比較する。相電圧Vvが相電圧Vwより高い場合に、コントローラ108は上アーム回路1045のスイッチング素子Q5をオンにする。スイッチング素子Q5がオンになると、スイッチング素子Q5〜スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との接続点〜W相コイル及びV相コイル〜スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との接続点〜ダイオードD3〜電源線P〜スイッチング素子Q5による閉回路が形成される。コントローラ108の制御により当該閉回路が形成されると、図2に示すように、相電圧Vvが相電圧Vwより高いため、モータ103からスイッチング素子Q3及びスイッチング素子Q4との接続点に向けて流れる電流は、ダイオードD3〜スイッチング素子5〜スイッチング素子5及びスイッチング素子6の接続点に向かって流れる。すなわち、短絡故障したスイッチング素子Q4に流れる電流がダイオードD3の順方向に分流され、スイッチング素子Q4に流れる電流が制限され、コンデンサ102に蓄積された電荷が放電される。これにより、コントローラ108は、相電圧(Vu、Vv、Vw)の比較結果に応じて、スイッチング素子Q5をオンにして、短絡電流を分流するための閉回路に短絡故障のスイッチング素子Q4が含まれないように制御する。
First, the
コントローラ108は、上記のように、スイッチング素子Q5をオンにし、電流を流している間も、電圧センサ106により相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出している。そして、コントローラ108は、相電圧Vvが相電圧Vw以下になると、オンにしていたスイッチング素子Q5をオフにする。
As described above, the
なお、コントローラ108は、スイッチング素子Q4が短絡故障し相電圧Vvが相電圧Vuより高い場合には、スイッチング素子Q1をオンにすることで、上記と同様に、スイッチング素子Q4に流れる電流を制限することができる。
When the switching element Q4 is short-circuited and the phase voltage Vv is higher than the phase voltage Vu, the
次に、スイッチング素子Q3が短絡故障した場合を例として、図3を用いて、本例のモータ制御装置の制御内容を説明する。図3は、スイッチング素子Q3が短絡故障した場合における、本例の制御処理を説明するために概略した回路であって、図1に対してバッテリ101等を省略した回路図である。なお図3中の点線の矢印は電流の流れを示す。
Next, the control content of the motor control device of this example will be described with reference to FIG. 3, taking as an example the case where the switching element Q3 has a short circuit failure. FIG. 3 is a circuit diagram schematically illustrating the control process of this example when the switching element Q3 has a short circuit failure, and is a circuit diagram in which the
短絡故障検出部107により、上アーム回路1043のスイッチング素子Q3の短絡故障を検出した場合に、コンデンサ102のディスチャージにおいて、コントローラ108は以下の制御を行う。
When the short circuit
まず、コントローラ108は電圧センサ106に基づき各相の相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出し、各相の相電圧(Vu、Vv、Vw)をそれぞれ比較する。相電圧Vvが相電圧Vwより低い場合に、コントローラ108は下アーム回路1046のスイッチング素子Q6をオンにする。スイッチング素子Q6がオンになると、スイッチング素子Q6〜電源線N〜ダイオードD4〜スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との接続点〜V相コイル及びW相コイル〜スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との接続点〜スイッチング素子Q6による閉回路が形成される。コントローラ108の制御により当該閉回路が形成されると、図3に示すように、相電圧Vvが相電圧Vwより低いため、モータ103からスイッチング素子Q5及びスイッチング素子Q6との接続点に向けて流れる電流は、スイッチング素子Q6〜電源線Nに向かって流れる。すなわち、モータ103からスイッチング素子Q5及びスイッチング素子Q6との接続点に向けて流れる電流を、ダイオードD5〜電源線P〜スイッチング素子Q3に流すのではなく、スイッチング素子Q6に流すことにより、短絡故障したスイッチング素子Q3に流れる電流を制限する。これにより、コントローラ108は、相電圧(Vu、Vv、Vw)の比較結果に応じて、スイッチング素子Q6をオンにして、電流を分流するための閉回路に短絡故障のスイッチング素子Q4が含まれないように制御し、スイッチング素子Q3に流れる電流を分流する。
First, the
コントローラ108は、上記のように、スイッチング素子Q6をオンにし、電流を流している間も、電圧センサ106により相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出している。そして、コントローラ108は、相電圧Vvが相電圧Vw以上になると、オンにしていたスイッチング素子Q6をオフにする。
As described above, the
なお、コントローラ108は、スイッチング素子Q3が短絡故障し相電圧Vvが相電圧Vuより小さい場合には、スイッチング素子Q2をオンにすることで、上記と同様に、スイッチング素子Q3に流れる電流を制限することができる。
When the switching element Q3 is short-circuited and the phase voltage Vv is smaller than the phase voltage Vu, the
次に、スイッチング素子Q4が短絡故障した場合を例として、図4を用いて、本例のモータ制御装置の制御内容を説明する。図4は、スイッチング素子Q4が短絡故障した場合における、本例の制御処理を説明するために概略した回路であって、図1に対してバッテリ101等を省略した回路図である。なお図4中の点線の矢印は電流の流れを示す。
Next, taking the case where the switching element Q4 is short-circuited as an example, the control contents of the motor control device of this example will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a circuit diagram schematically illustrating the control process of this example when the switching element Q4 has a short circuit failure, and is a circuit diagram in which the
短絡故障検出部107により、下アーム回路1044のスイッチング素子Q4の短絡故障を検出した場合に、コンデンサ102のディスチャージにおいて、コントローラ108は以下の制御を行う。
When the short circuit
まず、コントローラ108は電圧センサ106に基づき各相の相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出し、各相の相電圧(Vu、Vv、Vw)をそれぞれ比較する。相電圧Vvが相電圧Vuより低い場合に、コントローラ108は下アーム回路1042のスイッチング素子Q2をオンにする。スイッチング素子Q2がオンになると、スイッチング素子Q2〜電源線N〜ダイオードD6〜スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との接続点〜W相コイル及びU相コイル〜スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との接続点〜スイッチング素子Q2による閉回路が形成される。コントローラ108の制御により当該閉回路が形成されると、図4に示すように、相電圧Vvが相電圧Vuより低いため、モータ103からスイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2との接続点に向けて流れる電流は、スイッチング素子Q2〜電源線N〜ダイオードD6〜スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との接続点〜W相コイル及びU相コイルに向かって流れる。すなわち、モータ103からインバータ111に内部に向かって流れる電流は、モータ103〜スイッチング素子Q3及びスイッチング素子Q4の接続点に向かって流れず、モータ103からスイッチング素子Q1及びスイッチング素子Q2との接続点に向かって流れる。そのため、短絡故障したスイッチング素子Q4に流れる電流が制限される。これにより、コントローラ108は、相電圧(Vu、Vv、Vw)の比較結果に応じて、スイッチング素子Q2をオンにして、電流を分流するための閉回路に短絡故障のスイッチング素子Q4が含まれないように制御し、スイッチング素子Q4に流れる電流を分流する。
First, the
コントローラ108は、上記のように、スイッチング素子Q2をオンにし、電流を流している間も、電圧センサ106により相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出している。そして、コントローラ108は、相電圧Vvが相電圧Vu以上になると、オンにしていたスイッチング素子Q2をオフにする。
As described above, the
なお、コントローラ108は、スイッチング素子Q4が短絡故障し相電圧Vvが相電圧Vwより低い場合には、スイッチング素子Q6をオンにすることで、上記と同様に、スイッチング素子Q4に流れる電流を制限することができる。
When the switching element Q4 is short-circuited and the phase voltage Vv is lower than the phase voltage Vw, the
次に、スイッチング素子Q3が短絡故障した場合を例として、図5を用いて、本例のモータ制御装置の制御内容を説明する。図5は、スイッチング素子Q3が短絡故障した場合における、本例の制御処理を説明するために概略した回路であって、図1に対してバッテリ101等を省略した回路図である。なお図5中の点線の矢印は電流の流れを示す。
Next, the control content of the motor control device of this example will be described with reference to FIG. 5, taking as an example the case where the switching element Q3 has a short circuit failure. FIG. 5 is a circuit diagram schematically illustrating the control process of this example when the switching element Q3 has a short circuit failure, and is a circuit diagram in which the
短絡故障検出部107により、上アーム回路1043のスイッチング素子Q3の短絡故障を検出した場合に、コンデンサ102のディスチャージにおいて、コントローラ108は以下の制御を行う。
When the short circuit
まず、コントローラ108は電圧センサ106に基づき各相の相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出し、各相の相電圧(Vu、Vv、Vw)をそれぞれ比較する。相電圧Vvが相電圧Vuより高い場合に、コントローラ108は上アーム回路1041のスイッチング素子Q1をオンにする。スイッチング素子Q1がオンになると、スイッチング素子Q1〜スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との接続点〜U相コイル及びW相コイル〜スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との接続点〜ダイオードD5〜電源線P〜スイッチング素子Q1による閉回路が形成される。コントローラ108の制御により当該閉回路が形成されると、図5に示すように、相電圧Vvが相電圧Vuより高いため、モータ103からスイッチング素子Q5及びスイッチング素子Q6との接続点に向けて流れる電流は、ダイオードD5〜電源線P〜スイッチング素子Q1に向かって流れる。すなわち、モータ103からスイッチング素子Q5及びスイッチング素子Q6との接続点とダイオードD5を介して電源線Pに流れる電流を、スイッチング素子Q1に流すことにより、短絡故障したスイッチング素子Q3に流れる電流を制限する。これにより、コントローラ108は、相電圧(Vu、Vv、Vw)の比較結果に応じて、スイッチング素子Q1をオンにして、電流を分流するための閉回路に短絡故障のスイッチング素子Q3が含まれないように制御し、スイッチング素子Q3に流れる電流を分流する。
First, the
コントローラ108は、上記のように、スイッチング素子Q1をオンにし、電流を流している間も、電圧センサ106により相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出している。そして、コントローラ108は、相電圧Vvが相電圧Vw以上になると、オンにしていたスイッチング素子Q6をオフにする。
As described above, the
なお、コントローラ108は、スイッチング素子Q3が短絡故障し相電圧Vvが相電圧Vwより高い場合には、スイッチング素子Q5をオンにすることで、上記と同様に、スイッチング素子Q3に流れる電流を制限することができる。
When the switching element Q3 is short-circuited and the phase voltage Vv is higher than the phase voltage Vw, the
上記のように本例は、短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6のインバータにおける接続位置と、接続点の相電圧の大小関係により、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含まない相のスイッチング素子Q1〜Q6をオンにする。すなわち、多相の中で一の相のスイッチング素子Q1〜Q6が短絡故障した場合に、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含む当該一の相の相電圧と、他の相の相電圧とを比較し、相電圧の大小関係に応じて、他の相の上アーム回路又は下アーム回路のいずれか一方のスイッチング素子をオンにして、コンデンサ102をディスチャージする。また、言い換えると、多相の中で一の相のスイッチング素子Q1〜Q6が短絡故障した場合に、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含む当該一の相の相電圧と、他の相の相電圧とを比較し、相電圧の大小関係に応じて、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6と同じ電源線P、Nに接続されているスイッチング素子Q1〜Q6、または、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6と異なる電源線P、Nに接続されているスイッチング素子Q1〜Q6のいずれか一方のスイッチング素子Q1〜Q6をオンにして、コンデンサ102をディスチャージする。これにより、コントローラ108は、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6に流れる電流を制限しつつ、コンデンサ102をディスチャージする制御を行う。
As described above, in this example, the switching elements Q1 to Q6 having phases that do not include the switching elements Q1 to Q6 having the short-circuit failure are determined depending on the magnitude relationship between the connection position in the inverter of the switching elements Q1 to Q6 having the short-circuit failure and the phase voltage at the connection point. Turn on Q6. That is, when the switching elements Q1 to Q6 of one phase in the multiphase cause a short circuit failure, the phase voltage of the one phase including the switching elements Q1 to Q6 of the short circuit failure and the phase voltage of the other phase In comparison, according to the magnitude relation of the phase voltage, the switching element of either the upper arm circuit or the lower arm circuit of the other phase is turned on, and the
次に、図6a及び図6bを用いて、本例の制御手順を説明する。図6a及び図6bは、本例の制御手順を示すフローチャートである。 Next, the control procedure of this example will be described with reference to FIGS. 6a and 6b. 6a and 6b are flowcharts showing the control procedure of this example.
まず、ステップS1にて、短絡検出部107によりスイッチング素子Q1〜Q6の短絡故障を検出する。スイッチング素子Q1〜Q6の短絡故障が検出されると、ステップS2にて、コントローラ108は、モータ103の回転を検出する。モータ103の回転は、例えばモータ103のコイルの角速度センサ、又はモータ103の回転より発生する電流又は電圧を電流センサ105又は電圧センサ106などにより検出すればよい。
First, in step S1, the
ステップS3にて、コントローラ108は、電圧センサ106に基づき、相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出する。ステップS4にて、コントローラ108は、ステップS1により検出された短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6が下アーム回路1042、1044、1046のスイッチング素子Q2、Q4、Q6であるか否かを特定する。コントローラ108は、各相に設けられた電流センサ105の検出電流から、どのスイッチング素子Q1〜Q6で短絡故障が生じているか把握する。短絡故障が下アーム回路のスイッチング素子Q2、Q4、Q6で生じている場合には、ステップS5に遷り、短絡故障が上アーム回路のスイッチング素子Q1、Q3、Q5で生じている場合には、ステップS41に遷る。
In step S <b> 3, the
ステップS5にて、コントローラ108は、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含む相の相電圧(Va)と、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含まない相の相電圧(Vb)とを比較する。例えば、スイッチング素子Q2で生じている場合には、U相の相電圧がVaに相当し、V相及びW相の相電圧がVbに相当する。そして、相電圧(Va)が相電圧(Vb)より高い場合には、ステップS6に遷り、相電圧(Va)が相電圧(Vb)以下の電圧である場合には、ステップS51に遷る。
In step S5, the
ステップS6にて、コントローラ108は、ステップS5により相電圧(Vb)の相の、上アーム回路1041、1043、1045のスイッチング素子Q1、Q3、Q5をオンにする。例えば、短絡故障がスイッチングQ1で生じ、相電圧(Vu)が相電圧(Vv)より高い場合には、スイッチング素子Q3をオンにする。そして、ステップS7にて、コンデンサ102の蓄積電荷がディスチャージされる。ステップS8にて、コントローラ108は、電圧センサ106により、各相の相電圧を検出する。なお、ステップS8にてコントローラ108は、必ずしも全ての相の相電圧を検出する必要はなく、少なくとも短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含む相の相電圧と、ステップS6によりオンされたスイッチング素子Q1、Q3、Q5を含む相の相電圧を検出すればよい
ステップS9にて、コントローラ108は、ステップS8により検出された相電圧をそれぞれ比較する。相電圧(Va)が相電圧(Vb)より高い場合、言い換えると、ステップS5による相電圧(Va)及び相電圧(Vb)の大小関係が変わっていない場合には、ステップS8に戻る。一方、相電圧(Va)が相電圧(Vb)の電圧以下である場合、言い換えると、ステップS5による相電圧(Va)及び相電圧(Vb)の大小関係が変わった場合には、ステップS10に遷る、そして、ステップS10にて、コントローラ108は、ステップS6によりオンにしていたスイッチング素子Q1、Q3、Q5をオフにし、制御処理を終える。なお、ステップS6〜ステップS10の制御処理は、図2を用いて上述した制御内容に相当する。
In step S6, the
ステップS5により、相電圧(Va)が相電圧(Vb)以下の電圧である場合には、ステップS51にて、コントローラ108は、ステップS5により相電圧(Vb)の相のうち、下アーム回路1042、1044、1046のスイッチング素子Q2、Q4、Q6をオンにする。例えば、短絡故障がスイッチングQ1で生じ、相電圧(Vu)が相電圧(Vv)以下の電圧である場合には、スイッチング素子Q4をオンにする。そして、ステップS52にて、コンデンサ102の蓄積電荷がディスチャージされる。ステップS53にて、コントローラ108は、電圧センサ106により、各相の相電圧を検出する。なお、ステップS53にてコントローラ108は、必ずしも全ての相の相電圧を検出する必要はなく、少なくとも短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含む相の相電圧と、ステップS51によりオンされたスイッチング素子Q2、Q4、Q6を含む相の相電圧を検出すればよい。
ステップS54にて、コントローラ108は、ステップS8により検出された相電圧をそれぞれ比較する。相電圧(Va)が相電圧(Vb)以下の電圧である場合、言い換えると、ステップS5による相電圧(Va)及び相電圧(Vb)の大小関係が変わっていない場合には、ステップS53に戻る。一方、相電圧(Va)が相電圧(Vb)より高い場合、言い換えると、ステップS5による相電圧(Va)及び相電圧(Vb)の大小関係が変わった場合には、ステップS55に遷る、そして、ステップS55にて、コントローラ108は、ステップS51によりオンにしていたスイッチング素子Q2、Q4、Q6をオフにし、制御処理を終える。なお、ステップS51〜ステップS55の制御処理は、図4を用いて上述した制御内容に相当する。
If it is determined in step S5 that the phase voltage (Va) is equal to or lower than the phase voltage (Vb), in step S51, the
In step S54, the
ステップS4により、短絡故障が上アーム回路1041、1043、1045のスイッチング素子Q1、Q3、Q5で生じている場合には、ステップS41にて、コントローラ108は、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含む相の相電圧(Va)と、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6を含まない相の相電圧(Vb)とを比較する。そして、相電圧(Va)と相電圧(Vb)との大小関係に応じて、コントローラ108は、ステップS41〜ステップS47又はステップS411〜S415の制御処理を行う。ステップS41〜ステップS47の制御処理はステップS6〜S10の制御処理と同様であり、ステップS411〜ステップS415の制御処理はステップS51〜S55の制御処理と同様であるため、説明を省略する。なお、ステップS42〜ステップS47の制御処理は図5を用いて上述した制御内容に相当し、ステップS411〜ステップS415の制御処理は図3を用いて上述した制御内容に相当する。
If a short circuit fault has occurred in switching elements Q1, Q3, and Q5 of
上記のように、本例において、短絡故障検出部107がスイッチング素子Q1〜Q6の短絡故障を検出した場合に、コントローラ108は、短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6を含む相(本発明の「第1の相」に相当)の相電圧(本発明の「第1の相電圧」に相当)と、短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6を含む相とは異なる相(本発明の「第2の相」に相当)の相電圧(本発明の「第2の相電圧」に相当)とに応じて、当該短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6を含む相とは異なる相のスイッチング素子Q1〜Q6を制御する。例えば、本例において、短絡故障検出部107がスイッチング素子Q1の短絡故障を検出した場合に、コントローラ108は、U相(本発明の「第1の相」に相当)の相電圧Vu(本発明の「第1の相電圧」に相当)と、V相又はW相(本発明の「第2の相」に相当)の相電圧Vv又はVw(本発明の「第2の相電圧」に相当)とに応じて、V相又はW相のスイッチング素子Q3〜Q6を制御する。
As described above, in this example, when the short-circuit
ここで、本例とは異なり、短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6と同じ相のスイッチング素子Q1〜Q6をオンにし、電源線Pと電源線Nとの間を短絡させる場合について、説明する。短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6の抵抗値は、材料特性や素子構造により変化する。そのため、短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6の抵抗値は、短絡故障していないスイッチング素子Q1〜Q6の抵抗値と異なるため、短絡させた、複数のスイッチング素子Q1〜Q6の間で、電流の分配(抵抗比)に偏りが生じ、短絡電流が短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6に集中し、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6における発熱量が多くなる可能性がある。 Here, unlike the present example, a case will be described in which switching elements Q1 to Q6 having the same phase as switching elements Q1 to Q6 having a short circuit failure are turned on to short-circuit between power supply line P and power supply line N. The resistance values of the switching elements Q1 to Q6 that are short-circuited vary depending on the material characteristics and the element structure. Therefore, since the resistance values of the switching elements Q1 to Q6 that are short-circuited are different from the resistance values of the switching elements Q1 to Q6 that are not short-circuited, the current is distributed among the short-circuited switching elements Q1 to Q6. There is a possibility that the (resistance ratio) is biased, the short-circuit current concentrates on the switching elements Q1 to Q6 with the short-circuit failure, and the amount of heat generated in the switching elements Q1 to Q6 with the short-circuit failure may increase.
一方、本例では、短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6の相と異なる相のスイッチング素子をオンにして、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6に流れる電流を制限し、また短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6に加わる電圧を下げ、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6にかかる電力負荷を抑制している。そのため、電流が短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6に集中することを防ぎ、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6における発熱量を抑制することができる。 On the other hand, in this example, a switching element having a phase different from that of the switching elements Q1 to Q6 having a short circuit failure is turned on to limit a current flowing through the switching elements Q1 to Q6 having a short circuit failure, and The voltage applied to Q6 is lowered to suppress the power load applied to switching elements Q1 to Q6 having a short circuit failure. Therefore, it is possible to prevent the current from concentrating on the short-circuit faulty switching elements Q1 to Q6, and to suppress the amount of heat generated in the short-circuit faulty switching elements Q1 to Q6.
また、本例において、コントローラ108は、短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6を含む相の相電圧と、短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6を含む相とは異なる相の相電圧との大小関係に応じて、短絡故障したスイッチング素子Q1〜Q6を含む相とは異なる相における、上アーム回路1041、1043、1045のスイッチング素子Q1、Q3、Q5又は下アーム回路1042、1044、1046のスイッチング素子Q2、Q4、Q6の少なくとも一方のスイッチング素子Q1〜Q6をオンにする。これにより、電流が短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6に集中することを防ぎ、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6における発熱量を抑制することができる。
Further, in this example, the
なお、本例では、電圧センサ106により、相電圧(Vu、Vv、Vw)を検出するが、モータ103の中間電位(Vt)を検出する電圧センサにより、相電圧(Vu、Vv、Vw)を測定してもよい。例えばU相について、モータ103の内部抵抗をRuとすると、相電圧Vuは、式1により算出される。
In this example, the phase voltage (Vu, Vv, Vw) is detected by the
[式1]
Vu=Ru×Iu+Vu (式1)
相電流(Iu)は電流センサ105により検出され、内部抵抗(Ru)はモータ103の設計段階で予め設定される抵抗値である。そのため、電圧センサ106の代わりに、中間電位(Vt)を検出する電圧センサを用いれば、相電圧(Vu)を検出することができる。他の相(V相及びW相)についても、同様に、中間電位(Vt)を検出する電圧センサを用いればよい。
[Formula 1]
Vu = Ru × Iu + Vu (Formula 1)
The phase current (Iu) is detected by the
なお、本例のステップS5において、相電圧(Va)と相電圧(Vb)が等しい場合には、ステップS51に遷るが、ステップS6に遷ってもよく、また、ステップS3に戻り、相電圧(Va)と相電圧(Vb)との間で大小関係が生じるまで、ステップS3〜ステップS5を繰り返してもよい。 In step S5 of this example, when the phase voltage (Va) and the phase voltage (Vb) are equal, the process proceeds to step S51. However, the process may proceed to step S6, and the process returns to step S3. Steps S3 to S5 may be repeated until a magnitude relationship is generated between the voltage (Va) and the phase voltage (Vb).
なお、本例において、相電圧(Va)と相電圧(Vb)と大小関係を比較する場合に、相電圧(Va)と相電圧(Vb)との差を比較してもよい。例えば、相電圧(Va)と相電圧(Vb)との差が、予め設定されている所定の電圧差より高い場合に、相電圧(Va)が相電圧(Vb)より高い場合として、判断すればよい。 In this example, when the magnitude relationship between the phase voltage (Va) and the phase voltage (Vb) is compared, the difference between the phase voltage (Va) and the phase voltage (Vb) may be compared. For example, when the difference between the phase voltage (Va) and the phase voltage (Vb) is higher than a predetermined voltage difference set in advance, it is determined that the phase voltage (Va) is higher than the phase voltage (Vb). That's fine.
また本例において、短絡故障検出手段107をコントローラ108の一部とするが、コントローラ108とは異なる別の制御部にしてもよい。
In this example, the short-circuit fault detection means 107 is a part of the
なお、本例のダイオードD1〜D6が本発明の「整流素子」に相当し、モータ103が「多相モータ」に、電流センサ105及び短絡故障検出手段107が「短絡故障検出手段」に、電圧センサ106が「相電圧検出手段」に、コントローラ108が「制御手段」に相当する。
The diodes D1 to D6 of this example correspond to the “rectifier element” of the present invention, the
以下、本発明をさらに具体化した実施例を説明する。 Examples that further embody the present invention will be described below.
《評価方法》
スイッチング素子Q4が短絡故障した場合を想定し、図7の等価回路で評価を行った。図7は、本発明を評価するための等価回路の回路である。
"Evaluation methods"
Assuming the case where the switching element Q4 is short-circuited, the evaluation was performed using the equivalent circuit of FIG. FIG. 7 is an equivalent circuit for evaluating the present invention.
図7に示すように、短絡故障のスイッチング素子Q4の部分に、短絡を想定した抵抗R(抵抗値1mΩ)を接続した。上アーム回路及び下アーム回路に流れる電流を検出するために、各スイッチング素子Q1〜Q3、Q5及びQ6のコレクタ端子に電流計71〜73、75、76を接続し、抵抗Rに電流計74を接続した。電源線Nはアース接地されており、相電圧を検出する電圧計77〜79をモータ103の各相の導電線と電源線Nとの間に接続した。平滑用のコンデンサC1は、容量600μFで、初期電圧0V〜400Vまで充放電可能なものを採用した。モータ103の回転条件は500rpmとした。駆動回路81〜83、85、86は各スイッチング素子Q1〜Q3、Q5及びQ6に接続され、コントローラ108(図示しない)の制御信号に基づき、各スイッチング素子Q1〜Q3、Q5及びQ6をスイッチングする。電流計71〜76の検出電流をAM1〜AM6とし、電圧計77〜79の検出電圧をVM1〜VM3とする。検出電圧VM1は相電圧Vuに相当し、VM2はVvに、VM3はVwに相当する。
As shown in FIG. 7, a resistor R (resistance value: 1 mΩ) that assumes a short circuit is connected to the switching element Q4 that has a short circuit failure. In order to detect the current flowing through the upper arm circuit and the lower arm circuit,
コントローラ108は、スイッチング素子Q4の短絡故障を検出したとし、検出電圧VM1〜VM3に応じて、上記の実施形態と同様に、スイッチング素子Q1、Q2、Q5、Q5のスイッチングを制御した。そして、コントローラ108の制御の下、上アーム回路1041、1043、1045及び下アーム回路1042、1044、1046に流れる電流の変化、各相の相電圧の変化及びコンデンサC1の電圧の変化を計測した。計測結果を図8〜図10に示す。図8は各電流計71〜76における時間に対する電流特性を示し、図9は各電圧計77〜79における時間に対する電圧特性を示し、図10はコンデンサC1における時間に対する電圧特性を示す。
The
また、短絡故障を想定した抵抗Rに流れる電流(AM4に相当)のピーク電流値と、相電圧Vv(VM2に相当)のピーク電圧値と、負荷電力を測定した結果を表1にしめす。なお、負荷電力は、モータ極対数と回転数により決まる電気角速度1周期分にて電力変換した電力である。 Table 1 shows the results of measuring the peak current value of the current (corresponding to AM4) flowing through the resistor R assuming the short circuit failure, the peak voltage value of the phase voltage Vv (corresponding to VM2), and the load power. Note that the load power is the power that is converted in one cycle of the electrical angular velocity determined by the number of motor pole pairs and the number of rotations.
図8に示すように、例えば115〜135(msec)の間、VM2はVM3より高くなっている。本例の制御では、下アーム回路1042、1044、1046のスイッチング素子Q4が故障し、相電圧Vvが相電圧Vwより高い場合に相当するため、スイッチング素子Q5をオンにする制御が行われ、ダイオードD3の順方向に電流が流れる、ことになる(図2を参照)。図9に示すように、115〜135(msec)の間、AM3は、負方向に電流が流れることを示している。これにより、本例の制御を行うことで、モータ103から上アーム回路1043と下アーム回路1044との中間点に向けて流れる電流が、ダイオードD3の順方向を通るため、抵抗Rに流れる電流が分流されていることが分かる。
As shown in FIG. 8, VM2 is higher than VM3 during, for example, 115 to 135 (msec). In the control of this example, this corresponds to the case where the switching element Q4 of the
また表1に示すように、本例の制御を行っている場合の抵抗Rの電流ピーク値及び電圧ピーク値は、本例の制御を行っていない場合の抵抗Rの電流ピーク値及び電圧ピーク値と比べて、低くなっている。これにより、短絡故障の部位である、抵抗Rに流れる電流が分流され、短絡故障部位に流れ込む電流が制限されていることが分かる。 As shown in Table 1, the current peak value and voltage peak value of the resistor R when the control of this example is performed are the current peak value and voltage peak value of the resistor R when the control of this example is not performed. It is lower than Thereby, it can be seen that the current flowing through the resistor R, which is the part of the short-circuit failure, is shunted, and the current flowing into the short-circuit fault part is limited.
また、本例の制御を行っている場合の負荷電力は、本例の制御を行っていない場合の負荷電力と比べて低くなっている。これにより、本例の制御を行うことで、短絡故障部位にかかる負荷電力を約半減させることが分かる。 Further, the load power when the control of this example is performed is lower than the load power when the control of this example is not performed. Thereby, it turns out that the load electric power concerning a short circuit failure site | part is reduced to about half by performing control of this example.
以上の結果により、本例の制御を行うことで、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6に流れる電流を制限し、短絡故障のスイッチング素子Q1〜Q6における負荷を軽減することが確認された。 From the above results, it was confirmed that the current flowing through the switching elements Q1 to Q6 with the short circuit failure was limited by controlling the present example, and the load on the switching elements Q1 to Q6 with the short circuit failure was reduced.
101…バッテリ
102…コンデンサ
103…モータ
1041、1043、1045…上アーム回路
1042、1044、1046…下アーム回路
105…電流センサ
106…電圧センサ
107…短絡故障検出部
108…コントローラ
111…インバータ
Q1〜Q6…スイッチング素子
D1〜D6…ダイオード
71〜76…電流計
77〜79…電圧計
81〜83、85、86…駆動回路
C1…コンデンサ
R…抵抗
P、Q…電源線
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数対のスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された整流素子と、
前記複数対のスイッチング素子の接続点に接続される多相モータと、
前記スイッチング素子の短絡故障を検出する短絡故障検出手段と、
前記多相モータの各相の相電圧を検出する相電圧検出手段と、
前記スイッチング素子のオン及びオフを制御して、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記短絡故障検出手段により前記スイッチング素子の短絡故障を検出した場合に、
前記短絡故障したスイッチング素子を含む第1の相の第1の相電圧と、前記第1の相とは異なる第2の相の第2の相電圧とに応じて、前記第2の相の前記スイッチング素子を制御する
ことを特徴とするモータ制御装置。 A plurality of pairs of switching elements connected via power lines to both ends of the DC power supply;
A rectifying element connected in parallel to each of the plurality of pairs of switching elements;
A multiphase motor connected to a connection point of the plurality of pairs of switching elements;
A short-circuit fault detecting means for detecting a short-circuit fault of the switching element;
Phase voltage detection means for detecting a phase voltage of each phase of the multiphase motor;
Control means for controlling on and off of the switching element to convert DC power of the DC power source into AC power;
The control means includes
When a short circuit failure of the switching element is detected by the short circuit failure detection means,
In response to a first phase voltage of the first phase including the short-circuit faulty switching element and a second phase voltage of a second phase different from the first phase, the second phase A motor control device for controlling a switching element.
前記第1の相電圧と前記第2の相電圧との大小関係に応じて、前記第2の相の上アーム回路の前記スイッチング素子及び前記第2の相の前記スイッチング素子のうち少なくとも一方の前記スイッチング素子をオンにする
ことを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 The control means includes
According to the magnitude relationship between the first phase voltage and the second phase voltage, at least one of the switching element of the upper arm circuit of the second phase and the switching element of the second phase. The motor control device according to claim 1, wherein the switching element is turned on.
前記短絡故障検出手段が下アーム回路の前記スイッチング素子の短絡故障を検出し、かつ、前記第1の相電圧が前記第2の相電圧より高い場合に、
前記第2の相の上アーム回路の前記スイッチング素子をオンにする
ことを特徴とする請求項1又は2記載のモータ制御装置。 The control means includes
When the short-circuit fault detecting means detects a short-circuit fault of the switching element of the lower arm circuit, and the first phase voltage is higher than the second phase voltage,
3. The motor control device according to claim 1, wherein the switching element of the upper arm circuit of the second phase is turned on.
前記短絡故障検出手段が上アーム回路の前記スイッチング素子の短絡故障を検出し、かつ、前記第1の相電圧が前記第2の相電圧より低い場合に、
前記第2の相の下アーム回路の前記スイッチング素子をオンにする
ことを特徴とする請求項1又は2記載のモータ制御装置。 The control means includes
When the short-circuit fault detecting means detects a short-circuit fault of the switching element of the upper arm circuit, and the first phase voltage is lower than the second phase voltage,
The motor control device according to claim 1, wherein the switching element of the lower arm circuit of the second phase is turned on.
前記短絡故障検出手段が下アーム回路の前記スイッチング素子の短絡故障を検出し、かつ、前記第1の相電圧が前記第2の相電圧より低い場合に、
前記第2の相の下アーム回路の前記スイッチング素子をオンにする
ことを特徴とする請求項1又は2記載のモータ制御装置。 The control means includes
When the short-circuit fault detection means detects a short-circuit fault of the switching element of the lower arm circuit, and the first phase voltage is lower than the second phase voltage,
The motor control device according to claim 1, wherein the switching element of the lower arm circuit of the second phase is turned on.
前記短絡故障検出手段が上アーム回路の前記スイッチング素子の短絡故障を検出し、かつ、前記第1の相電圧が前記第2の相電圧より高い場合に、
前記第2の相の上アーム回路の前記スイッチング素子をオンにする
ことを特徴とする請求項1又は2記載のモータ制御装置。 The control means includes
When the short-circuit fault detection means detects a short-circuit fault of the switching element of the upper arm circuit, and the first phase voltage is higher than the second phase voltage,
3. The motor control device according to claim 1, wherein the switching element of the upper arm circuit of the second phase is turned on.
前記スイッチング素子の短絡故障を検出する短絡故障検出工程と、
前記多相モータの各相の相電圧を検出する相電圧検出工程と、
前記短絡故障検出工程により前記スイッチング素子の短絡故障を検出した場合に、前記短絡故障したスイッチング素子を含む第1の相の第1の相電圧と、前記相電圧前記第1の相とは異なる第2の相の第2の相電圧とに応じて、前記第2の相に含まれる前記スイッチング素子を制御する工程とを含む
ことを特徴とするモータ制御方法。 Connected to both ends of the DC power supply via a power line, and controls on and off of a plurality of pairs of switching elements connected in parallel to the plurality of diodes, and converts the DC power of the DC power supply into AC power, Outputting the AC power to a multiphase motor connected to a connection point of the plurality of pairs of switching elements;
A short-circuit fault detection step of detecting a short-circuit fault of the switching element;
A phase voltage detection step of detecting a phase voltage of each phase of the multiphase motor;
When a short-circuit fault of the switching element is detected by the short-circuit fault detection step, the first phase voltage of the first phase including the short-circuit faulty switching element is different from the phase voltage of the first phase. And a step of controlling the switching element included in the second phase according to a second phase voltage of two phases.
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JP2015177712A (en) * | 2014-03-18 | 2015-10-05 | 三菱電機株式会社 | Motor control device |
WO2021152971A1 (en) * | 2020-01-29 | 2021-08-05 | 日本電産エレシス株式会社 | Motor driving circuit |
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