JP2012100464A

JP2012100464A - 駆動装置

Info

Publication number: JP2012100464A
Application number: JP2010247219A
Authority: JP
Inventors: Hichirosai Oyobe; 七郎斎及部; Katashige Yamada; 堅滋山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】電動機の各相の相電流を検出する検出器の異常をより適正且つ簡易に判定する。
【解決手段】２個のインバータにより２個のモータを駆動しているときに、２個のインバータの複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンＳ１，Ｓ２と電流センサからのリアクトル電流ＩＬとの同一タイミングでの組み合わせを、スイッチングパターンＳ１，Ｓ２の少なくとも一部が異なるようにモータの個数２の３倍の組数６記憶し（Ｓ１１０〜Ｓ１５０）、記憶した組み合わせから２個のモータの各相の相電流の推定値をベクトル表現した推定相電流ベクトルＩＭｅを計算し（Ｓ１６０〜Ｓ１８０）、推定相電流ベクトルＩＭｅと電流センサからの検出値に基づく相電流から生成された検出相電流ベクトルＩＭとを比較することにより相電流を検出する電流センサに異常が生じているか否かを判定する（Ｓ２００〜Ｓ２３０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、三相交流により駆動される少なくとも１個の電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングにより電動機を駆動する少なくとも１個のインバータと、インバータを介して電動機に電力を供給するバッテリと、を備える駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、電動車両の車輪に接続されて三相交流により駆動されるモータと、モータを制御するためのパワーモジュールと、パワーモジュールを介してモータに給電するバッテリと、モータの回転子の回転位置を検出するエンコーダと、モータの各相の相電流を検出するモータ電流検出センサとを備え、エンコーダの検出値から算出された何れかの相（例えばＵ相）の位相に対して１２０°の位相差をもつ位相とモータ電流検出センサにより検出された上記何れかの相の電流値とに基づいて他の相（例えばＷ相）に流れるはずの電流値を推定し、推定した上記他の相の電流値とモータ電流検出手段により検出された上記他の相の電流値との差が所定値以上のときに少なくとも何れかのモータ電流検出センサの故障と判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、こうした手法により、車両の走行中にモータ電流検出センサの異常を判定可能としている。

特開２００１−８４８３号公報

しかしながら、上述の駆動装置では、エンコーダの個体差や取付誤差などのために、エンコーダにより検出されたモータの回転子の回転位置には実際の回転位置に対して誤差が含まれ、モータ電流検出センサの異常を適正に判定できない場合がある。このため、エンコーダの検出値を用いることなくモータ電流検出センサの異常を判定できるように、各相のモータ電流検出センサを二重化することも考えられるが、部品点数が増加してしまう。

本発明の駆動装置は、電動機の各相の相電流を検出する検出器の異常をより適正且つ簡易に判定することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の第１の駆動装置は、
三相交流により駆動される少なくとも１個の電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する少なくとも１個のインバータと、前記インバータを介して前記電動機に電力を供給するバッテリと、を備える駆動装置であって、
前記バッテリからの電流であるバッテリ電流を検出するバッテリ電流検出手段と、
前記電動機の各相に流れる相電流を検出する相電流検出手段と、
前記インバータにより前記電動機を駆動しているとき、前記インバータの前記複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンと前記バッテリ電流検出手段により検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせを前記スイッチングパターンの少なくとも一部が異なるように前記電動機の個数の３倍の組数記憶し、前記記憶した組み合わせから前記電動機の各相に流れる相電流を推定する相電流推定手段と、
前記相電流推定手段により推定された相電流と前記相電流検出手段により検出された相電流とを比較することにより前記相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定する異常判定手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の第１の駆動装置では、インバータにより電動機を駆動しているときに、インバータの複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンとバッテリ電流検出手段により検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせを、スイッチングパターンの少なくとも一部が異なるように電動機の個数の３倍の組数記憶し、記憶した組み合わせから電動機の各相に流れる相電流を推定する。そして、この推定された相電流と相電流検出手段により検出された相電流とを比較することにより相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定する。すなわち、インバータのスイッチングパターンと検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせをスイッチングパターンの少なくとも一部が異なるように電動機の個数の３倍の組数記憶することによって、相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定するのである。したがって、電動機の回転子の回転位置を検出する検出器による検出値を用いることなく、更に相電流検出手段を二重化することなく、相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定することができる。この結果、電動機の各相の相電流を検出する相電流検出手段の異常をより適正且つ簡易に判定することができる。

本発明の第２の駆動装置は、
三相交流により駆動される少なくとも１個の電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する少なくとも１個のインバータと、前記インバータを介して前記電動機に電力を供給するバッテリと、を備える駆動装置であって、
前記バッテリからの電流を検出するバッテリ電流検出手段と、
前記電動機の各相に流れる相電流を検出する相電流検出手段と、
前記インバータにより前記電動機を駆動しているとき、前記インバータの前記複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンと前記バッテリ電流検出手段により検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせを、前記スイッチングパターンが表現された行列を前記組み合わせの組数だけ一方向に並べたときに正則行列が構成されるように記憶し、前記記憶した組み合わせから前記電動機の各相に流れる相電流を推定する相電流推定手段と、
前記相電流推定手段により推定された相電流と前記相電流検出手段により検出された相電流とを比較することにより前記相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定する異常判定手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の第２の駆動装置では、インバータにより電動機を駆動しているときに、インバータの複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンとバッテリ電流検出手段により検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせを、スイッチングパターンが表現された行列を組み合わせの組数だけ一方向に並べたときに正則行列が構成されるように記憶し、記憶した組み合わせから電動機の各相に流れる相電流を推定する。そして、この推定された相電流と相電流検出手段により検出された相電流とを比較することにより相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定する。すなわち、インバータのスイッチングパターンと検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせを、スイッチングパターンが表現された行列を組み合わせの組数だけ一方向に並べたときに正則行列が構成されるように記憶することによって、相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定するのである。したがって、電動機の回転子の回転位置を検出する検出器による検出値を用いることなく、更に相電流検出手段を二重化することなく、相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定することができる。この結果、電動機の各相の相電流を検出する検出器の異常をより適正且つ簡易に判定することができる。なお、インバータのスイッチングパターンと検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせを、スイッチングパターンが表現された行列を組み合わせの組数だけ一方向に並べたときに正則行列が構成されるように記憶することは、こうした組み合わせをスイッチングパターンの少なくとも一部が異なるように電動機の個数の３倍の組数記憶することになる。ここで、行列には、行ベクトルや列ベクトルが含まれる。

こうした本発明の第１または第２の駆動装置において、前記相電流推定手段は、前記記憶した組み合わせに係る前記スイッチングパターンが表現された行列を該記憶した組み合わせに対応する順に該記憶した組み合わせの組数だけ一方向に並べて得られる正則行列の逆行列と、前記記憶した組み合わせに係る前記バッテリ電流検出手段により検出された電流を該記憶した組み合わせに対応する順に該記憶した組み合わせの組数だけ前記一方向に並べて得られる行列との積を演算することにより、前記電動機の各相に流れる相電流を推定する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、電動機の各相に流れる相電流をより確実に推定することができる。ここで、行列には、行ベクトルや列ベクトルが含まれる。

この行列を用いて相電流を推定する態様の本発明の第１または第２の駆動装置において、前記相電流推定手段は、前記電動機の個数をｍとすると共に前記記憶した組み合わせの組数をｎ（ただし、ｎ＝３ｍ）として、前記記憶した組み合わせに係る前記スイッチングパターンを表現した行ベクトルＳｊ_k（ただし、ｊは１からｍまでの整数、ｋは１からｎまでの整数）を用いて次式（１）により得られる正則行列Ｓの逆行列Ｓ^-1と、前記記憶した組み合わせに係る前記バッテリ電流検出手段により検出された前記バッテリ電流ＩＢ_k（ただし、ｋは１からｎまでの整数）を用いて次式（２）により得られる列ベクトルＩＢｃとの積を次式（３）に従って演算することにより、推定される前記電動機のｕｖｗの各相に流れる相電流Ｉｕｅｊ，Ｉｖｅｊ，Ｉｗｅｊ（ただし、ｊは１からｍまでの整数）を用いて次式（４）および式（５）により得られる列ベクトルＩＭｅを計算する手段であり、前記相電流推定手段は、前記相電流推定手段により計算された列ベクトルＩＭｅの各要素と、前記相電流検出手段により検出された相電流Ｉｕｊ，Ｉｖｊ，Ｉｗｊ（ただし、ｊは１からｍまでの整数）を用いて次式（６）および式（７）により得られる列ベクトルＩＭの各要素とを比較する手段である、ものとすることもできる。

また、本発明の第１または第２の駆動装置において、前記相電流検出手段は、複数の電流センサにより構成されており、前記異常判定手段は、前記相電流推定手段により推定された相電流と前記相電流検出手段により検出された相電流とを比較することにより前記相電流検出手段を構成する電流センサのうち異常が生じているものを特定する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、相電流検出手段を構成する電流センサのうち異常が生じているものを特定することができる。

さらに、本発明の第１または第２の駆動装置において、前記バッテリが接続された低電圧系からの電力を昇圧して前記インバータが接続された高電圧系に供給する昇圧コンバータと、前記高電圧系の電圧を平滑する平滑コンデンサと、を備えるものとすることもできる。

本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット５０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、図示するように、外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを有する周知の同期発電電動機として構成された二つのモータＭＧ１，ＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動し電力ライン２８を共用するインバータ２１，２２と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ２６と、バッテリ２６が接続された電力ライン２７とインバータ２１，２２が接続された電力ライン２８とに接続されバッテリ２６側の電力を昇圧してインバータ２１，２２側に供給したりインバータ２１，２２側の電力を降圧してバッテリ２６側に供給したりする昇圧コンバータ３０と、昇圧コンバータ３０からみてインバータ２１，２２に並列に接続され昇圧後の電圧を平滑する平滑コンデンサ３２と、昇圧コンバータ３０からみてバッテリ２６に並列に接続され昇圧前の電圧を平滑する平滑コンデンサ３４と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。以下、昇圧コンバータ３０よりもインバータ２１，２２側を高電圧系といい、昇圧コンバータ３０よりもバッテリ２６側を低電圧系という。

インバータ２１，２２は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６とにより構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ２１，２２が電力ライン２８として共用する正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。昇圧コンバータ３０は、２つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ３１，Ｔ３２と、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬとにより構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ２１，２２に接続された電力ライン２８の正極母線，負極母線に接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点とバッテリ２６に接続された電力ライン２７の正極母線とに接続されている。以下、インバータ２１，２２のトランジスタＴ１１〜Ｔ１３，Ｔ２１〜Ｔ２３の全部または一部や昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１を「上アーム」、インバータ２１，２２のトランジスタＴ１４〜Ｔ１６，Ｔ２４〜Ｔ２６の全部または一部や昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３２を「下アーム」と称することがある。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット５０には、モータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４１，４２からの回転位置θｍ１，θｍ２やモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイルのＶ相，Ｗ相に流れる相電流を検出する電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗからの相電流Ｉｖ１，Ｉｗ１，Ｉｖ２，Ｉｗ２，平滑コンデンサ３２の端子間に取り付けられた電圧センサ４５からの電圧（高電圧系の電圧）ＶＨ，平滑コンデンサ３４の端子間に取り付けられた電圧センサ４６からの電圧（低電圧系の電圧）ＶＬ，昇圧コンバータ３０のリアクトルＬとトランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点との間に取り付けられた電流センサ４７からのリアクトル電流ＩＬなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０からは、インバータ２１，２２のスイッチング素子へのスイッチング信号や、昇圧コンバータ３０のスイッチング素子へのスイッチング信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ４１，４２からの回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の電気角θｅ１，θｅ２やモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。なお、バッテリ２６の端子間に設置された電圧センサ４８からの端子間電圧ＶＢやバッテリ２６の出力端子に取り付けられた電流センサ４９からの充放電電流ＩＢは、電子制御ユニット５０と通信ポートを介して接続された図示しない車両用電子制御ユニットに入力されている。実施例における電流値は、バッテリ２６からモータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給する方向を正としている。

実施例の駆動装置２０では、電子制御ユニット５０により、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に基づいてインバータ２１，２２が制御されると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊や回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２に基づいて昇圧コンバータ３０が制御される。ここで、インバータ２１，２２の制御は、実施例では、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式により行なわれるものとした。ＰＷＭ方式は、正弦波状の電圧指令信号と搬送波であるキャリア信号（三角波信号）とを比較し、その大小関係に応じて電圧値がパルス状に変化するＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号に基づいてインバータ２１，２２のスイッチング素子をスイッチングする方式である。

次に、こうして構成された実施例の駆動装置２０の動作、特にモータＭＧ１，ＭＧ２の相電流を検出する電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗの異常を判定する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、インバータ２１，２２によりモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動している最中に繰り返し実行される。

異常判定ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、電流センサ４３Ｖ，４３ＷからのモータＭＧ１のＶ相，Ｗ相の相電流Ｉｖ１，Ｉｗ１を入力すると共に三相に流れる相電流の総和を値０としてＶ相，Ｗ相の相電流Ｉｖ１，Ｉｗ１からモータＭＧ１のＵ相の相電流Ｉｕ１を計算して入力し、電流センサ４４Ｖ，４４ＷからのモータＭＧ２のＶ相，Ｗ相の相電流Ｉｖ２，Ｉｗ２を入力すると共に三相に流れる相電流の総和を値０としてＶ相，Ｗ相の相電流Ｉｖ２，Ｉｗ２からモータＭＧ２のＵ相の相電流Ｉｕ２を計算して入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。

続いて、昇圧コンバータ３０のトランジスタＴ３１（上アーム）がオンであるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、昇圧コンバータ３０の上アームがオフのときには、昇圧コンバータ３０の上アームがオンになるのを待つ。昇圧コンバータ３０の上アームがオンのときには、バッテリ２６とモータＭＧ１，ＭＧ２との間で電流が流れていると判断し、インバータ２１，２２の現在のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２と電流センサ４７からのリアクトル電流ＩＬとを入力する（ステップＳ１２０）。ここで、スイッチングパターンＳ１は、モータ４１を駆動するインバータ２１のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオンオフの状態を表すものであり、実施例では、対応する上アームと下アームとが同時にオンになることはないことを考慮して、インバータ２１のトランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３（上アーム）のそれぞれについてこの順でオンのときに値１，オフのときに値０となる要素をもつ１行３列の行ベクトルを用いて表現するものとした。例えば、トランジスタＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３がそれぞれオン，オフ，オフのときにはＳ１＝［１００］となる。また、スイッチングパターンＳ２は、モータ４２を駆動するインバータ２２のトランジスタＴ２１〜Ｔ２６のオンオフの状態を表すものであり、実施例では、インバータ２１のスイッチングパターンＳ１と同様に行ベクトルを用いて表現するものとした。

こうしてインバータ２１，２２のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２とリアクトル電流ＩＬとを入力すると、入力したスイッチングパターンＳ１，Ｓ２のペアとリアクトル電流ＩＬとの組み合わせをＲＡＭ５６の所定領域に記憶し（ステップＳ１３０）、本ルーチンが実行されてから所定時間ｔｓｅｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ１４０）。本ルーチンが実行されてから所定時間ｔｓｅｔが経過していないときには、ステップＳ１１０の処理に戻り、昇圧コンバータ３０の上アームがオンのときにインバータ２１，２２のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２のペアとリアクトル電流ＩＬとの組み合わせを記憶する処理を繰り返し実行して所定時間ｔｓｅｔが経過するのを待つ（ステップＳ１１０〜Ｓ１４０）。このとき、ＲＡＭ５６の所定領域には、スイッチングパターンＳ１，Ｓ２のペアとリアクトル電流ＩＬとの組み合わせは順次記憶される。所定時間ｔｓｅｔについては、次に説明する。なお、ＲＡＭ５６の所定領域に記憶された情報は、本ルーチンが実行されるときにクリアされる。

本ルーチンが実行されてから所定時間ｔｓｅｔが経過したときには、ＲＡＭ５６の所定領域に記憶したスイッチングパターンＳ１，Ｓ２のペアとリアクトル電流ＩＬとの複数の組み合わせのうち、記憶したスイッチングパターンＳ１，Ｓ２のペアの一方または両方が異なるような組み合わせを予め定められた組数ｎ個選択して改めてＲＡＭ５６の所定領域に記憶する、即ち、所定時間ｔｓｅｔ内に記憶した複数の組み合わせのうちスイッチングパターンＳ１，Ｓ２の少なくとも一部が異なる組み合わせを組数ｎ個選択して記憶する（ステップＳ１５０）。ここで、所定時間ｔｓｅｔについて説明する。所定時間ｔｓｅｔは、順次記憶したインバータ２１，２２のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２のペアとリアクトル電流ＩＬとの組み合わせの中にスイッチングパターンＳ１，Ｓ２の少なくとも一部が異なるような組み合わせを確実に組数ｎ個以上集めることができる程度に長く、且つ、モータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流の変動量を値０とみなすことが可能な程度に短い時間として、インバータ２１，２２のキャリア信号の周波数（キャリア周波数）や昇圧コンバータ３０のスイッチング周波数，モータＭＧ１，ＭＧ２に流れる相電流の最大値などに基づいて予め実験などにより定められた時間（例えば、インバータ２１，２２のキャリア信号の数周期や十数周期に相当する時間など）である。また、組数ｎは、駆動装置２０が備えるモータの個数ｍ（実施例ではｍ＝２）の３倍の数として予め定められたものであり、実施例では値６が用いられる。なお、このような組数ｎを用いたり、こうしてスイッチングパターンＳ１，Ｓ２の少なくとも一部が異なる組み合わせを記憶したりする理由ついては、後述する。

こうしてスイッチングパターンＳ１，Ｓ２のペアとリアクトル電流ＩＬとの組み合わせを６組記憶すると、記憶した組み合わせに係るスイッチングパターンＳ１，Ｓ２のペアを次式（８）に示すようにスイッチングパターンＳ１，Ｓ２の順に列方向に並べると共にステップＳ１３０で記憶した時系列順に行方向に並べて６行６列の正方行列となるスイッチング行列Ｓを生成し（ステップＳ１６０）、記憶した組み合わせに係るリアクトル電流ＩＬを式（９）に示すようにステップＳ１３０で記憶した時系列順に行方向に並べて６行１列の列ベクトルとなる電流ベクトルＩＬｃを生成し（ステップＳ１７０）、生成したスイッチング行列Ｓの逆行列Ｓと電流ベクトルＩＬｃとの積として式（１０）に示すようにモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流の推定値をベクトル表現した推定相電流ベクトルＩＭｅを計算する（ステップＳ１８０）。ここで、推定相電流ベクトルＩＭｅは、モータＭＧ１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の相電流の推定値Ｉｕｅ１，Ｉｖｅ１，Ｉｗｅ１を式（１１）に示すようにこの順に行方向に並べて得られる３行１列の推定相電流ベクトルＩＭｅ１と、モータＭＧ２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の相電流の推定値Ｉｕｅ２，Ｉｖｅ２，Ｉｗｅ２を式（１２）に示すようにこの順に行方向に並べて得られる３行１列の推定相電流ベクトルＩＭｅ２とを、式（１３）に示すように更に行方向に並べて得られる６行１列の列ベクトルである。

ここで、スイッチング行列Ｓの逆行列Ｓ^-1と電流ベクトルＩＬｃとの積によりモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流の推定値を計算することができる理由について説明する。駆動装置２０の構成から明らかなように、リアクトル電流ＩＬは、昇圧コンバータ３０の上アームがオンのときに、次式（１４）に示すようインバータ２１，２２のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２と値１とをこの順に列方向に並べた１行７列の行ベクトルと、モータＭＧ１，ＭＧ２の推定相電流ベクトルＩＭｅ１，ＩＭｅ２と高電圧系の平滑コンデンサ３２に流れるコンデンサ電流Ｉｃとをこの順に行方向に並べた７行１列の列ベクトルとの積として計算することができる。この式（１４）において、推定相電流ベクトルＩＭｅ１，ＩＭｅ２は所定時間ｔｓｅｔ内であればモータＭＧ１，ＭＧ２の相電流の各々やコンデンサ電流Ｉｃの変動量を値０とみなすことが可能であるため、式（１５）の関係（電流ベクトルＩＬｃをスイッチング行列Ｓと推定相電流ベクトルＩＭｅの積として得る関係）を得ることができる。この関係式（１５）の左右両辺のそれぞれ左側からスイッチング行列Ｓの逆行列Ｓ^-1を乗じることにより前述の式（１０）の関係（推定相電流ベクトルＩＭｅをスイッチング行列Ｓの逆行列Ｓ^-1と電流ベクトルＩＬｃとの積として得る関係）を導くことができるが、式（１５）から式（１０）が導かれるようにスイッチング行列Ｓに逆行列Ｓ^-1が存在するためには、スイッチング行列Ｓが正則となることが条件となる。このように、スイッチング行列Ｓを正則とするために、実施例では、スイッチング行列Ｓを構成するスイッチングパターンＳ１，Ｓ２の少なくとも一部が異なるような組み合わせを集めると共に、スイッチングパターンＳ１，Ｓ２のペアと同一タイミングでのリアクトル電流ＩＬとの組み合わせを駆動装置２０が備えるモータの個数ｍの３倍の組数ｎ記憶するのである。

次に、ステップＳ１００で入力したモータＭＧ１の相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１を式（１６）に示すようにこの順に行方向に並べた３行１列の列ベクトルＩＭ１とモータＭＧ２の相電流Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２を式（１７）に示すようにこの順に行方向に並べた３行１列の列ベクトルＩＭ２とを式（１８）に示すように更に行方向に並べて６行１列の列ベクトルとなる検出相電流ベクトルＩＭを生成し（ステップＳ１９０）、計算した推定相電流ベクトルＩＭｅの各要素と生成した検出相電流ベクトルＩＭとの各要素とを対応する要素同士で比較する（ステップＳ２００）。例えば、推定相電流ベクトルＩＭｅの第１要素である推定値Ｉｕｅ１は、検出相電流ベクトルＩＭの第１要素である相電流Ｉｕ１と比較される。

そして、推定相電流ベクトルＩＭｅの各要素と検出相電流ベクトルＩＭの各要素との全ての要素同士の差が所定の誤差範囲内に収まっているか否かを判定し（ステップＳ２１０）、全ての要素同士の差が所定の誤差範囲内のときには、モータＭＧ１，ＭＧ２の相電流を検出する電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗの全てに異常が生じていない正常であると判定して（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了する。所定の誤差は、電流センサ４７や電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗの特性などに基づいて予め実験などにより定められたものを用いることができる。また、一部の要素同士の差が所定の誤差範囲外のときには、異常が生じている電流センサを特定して（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。ここで、異常が生じている電流センサの特定は、次に説明するように行なうことができる。例えば、推定相電流ベクトルＩＭｅの第２要素である推定値Ｉｖｅ１と検出相電流ベクトルＩＭの第２要素である相電流Ｉｖ１との差が所定の誤差範囲外の場合には、モータＭＧ１のＶ相の電流センサ４３Ｖに異常が生じていると特定する。また、推定相電流ベクトルＩＭｅの第３要素である推定値Ｉｗｅ１と検出相電流ベクトルＩＭの第３要素である相電流Ｉｗ１との差が所定の誤差範囲外の場合には、モータＭＧ１のＷ相の電流センサ４３Ｗに異常が生じていると特定する。なお、モータＭＧ１のＶ相の電流センサ４３ＶまたはＷ相の電流センサ４３Ｗに異常が生じているときには、Ｕ相の相電流Ｉｕ１が電流センサ４３Ｖ，４３Ｗの相電流Ｉｖ１，Ｉｗ１から計算されたものであるため、モータＭＧ１のＵ相についての推定値Ｉｕｅ１と相電流Ｉｕ１との差も所定の誤差範囲外になりやすい。モータＭＧ２についての推定値Ｉｕｅ２，Ｉｖｅ２，Ｉｗｅ２と相電流Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２とを比較した結果からも、モータＭＧ１と同様に、モータＭＧ２のＶ相，Ｗ相の電流センサ４４Ｖ，４４Ｗの異常を特定することができる。こうした処理により、モータＭＧ１，ＭＧ２のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ４１，４２からの回転位置θｍ１，θｍ２を用いることなく、更にモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流を検出する電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗをそれぞれ二重化することなく、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗに異常が生じているか否かを判定することができる。この結果、モータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流を検出する電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗの異常をより適正且つ簡易に判定することができる。

以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、インバータ２１，２２によりモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動しているときに、予め定められた所定時間ｔｓｅｔ内に、インバータ２１，２２の複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンＳ１，Ｓ２と電流センサ４７により検出されたリアクトル電流ＩＬとの同一タイミングでの組み合わせを、スイッチングパターンＳ１，Ｓ２の少なくとも一部が異なるようにモータの個数ｍの３倍の組数ｎ記憶し、記憶した組み合わせからモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流の推定値Ｉｕｅ１，Ｉｖｅ１，Ｉｗｅ１，Ｉｕｅ２，Ｉｖｅ２，Ｉｗｅ２をベクトル表現した推定相電流ベクトルＩＭｅを計算し、推定相電流ベクトルＩＭｅと電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗの検出値に基づく相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２から生成された検出相電流ベクトルＩＭとを比較することにより電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗに異常が生じているか否かを判定するから、モータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流を検出する電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗの異常をより適正且つ簡易に判定することができる。しかも、推定相電流ベクトルＩＭｅの各要素と検出相電流ベクトルＩＭの各要素とを対応する要素同士で比較することにより、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗのうち異常が生じている電流センサを特定することができる。

実施例の駆動装置２０では、推定相電流ベクトルＩＭｅの各要素と検出相電流ベクトルＩＭの各要素とを対応する要素同士で比較することにより、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗのうち異常が生じている電流センサを特定するものとしたが、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗの少なくとも一部に異常が生じているか否かを判定するのみで異常が生じている電流センサの特定については行なわないものとしてもよい。

実施例の駆動装置２０では、昇圧コンバータ３０のリアクトルＬとトランジスタＴ３１，Ｔ３２の接続点とに接続された電流センサ４７からのリアクトル電流ＩＬとインバータ２１，２２のスイッチングパターンとの組み合わせから推定相電流ベクトルＩＭｅを生成するものとしたが、電流センサ４７からのリアクトル電流ＩＬに代えて、バッテリ２６からの電流を検出する電流センサからの検出値として、バッテリ２６の出力端子に取り付けられた電流センサ４９からの充放電電流ＩＢを用いるものとしてもよい。

実施例の駆動装置２０では、予め定められた所定時間ｔｓｅｔ内にインバータ２１，２２のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２とリアクトル電流ＩＬとの同一タイミングでの組み合わせを６組記憶するものとしたが、モータＭＧ１，ＭＧ２からそれぞれ一定のトルクが出力されている定常状態などには所定時間ｔｓｅｔより長い時間の間にインバータ２１，２２のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２とリアクトル電流ＩＬとの同一タイミングでの組み合わせを６組記憶するものとしてもよい。

実施例の駆動装置２０では、バッテリ２６側の電力を昇圧してインバータ２１，２２側に供給する昇圧コンバータ３０を備えるものとしたが、昇圧コンバータ３０を備えずにバッテリ２６とインバータ２１，２２とを直接接続する構成に本発明を適用するものとしてもよい。

実施例の駆動装置２０では、２個のモータＭＧ１，ＭＧ２とこれらを駆動する２個のインバータ２１，２２を備えるものとしたが、モータやインバータの各個数は１個であってもよいし３個以上であってもよい。

実施例の駆動装置２０では、インバータ２１，２２のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２とリアクトル電流ＩＬとの組み合わせからモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流を推定する処理やモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流の推定値と検出値とを比較する処理を行列を用いて行なうものとしたが、こうした処理を行列の行方向と列方向とを入れ替えたものを用いて行なってもよいし、こうした処理を行列を用いない数式を用いて行なうなどとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、同期発電電動機としてのモータＭＧ１，ＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ２１，２２が「インバータ」に相当し、二次電池としてのバッテリ２６が「バッテリ」に相当し、リアクトル電流ＩＬを検出する電流センサ４７が「バッテリ電流検出手段」に相当し、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗおよびこれらによる検出と計算とにより相電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１，Ｉｕ２，Ｉｖ２，Ｉｗ２を入力する図２の異常判定ルーチンのステップＳ１００の処理を実行する電子制御ユニット５０が「相電流検出手段」に相当し、インバータ２１，２２によりモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動しているときに所定時間ｔｓｅｔ内にインバータ２１，２２のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２と電流センサ４７からのリアクトル電流ＩＬとの組み合わせをスイッチングパターンＳ１，Ｓ２の少なくとも一部が異なるようにモータの個数ｍの３倍の組数ｎ記憶し記憶した組み合わせからモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流の推定値Ｉｕｅ１，Ｉｖｅ１，Ｉｗｅ１，Ｉｕｅ２，Ｉｖｅ２，Ｉｗｅ２をベクトル表現した推定相電流ベクトルＩＭｅを計算する図２の異常判定ルーチンのステップＳＳ１１０〜Ｓ１８０の処理を実行する電子制御ユニット５０が「相電流推定手段」に相当し、推定相電流ベクトルＩＭｅと検出相電流ベクトルＩＭとを比較することにより電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗの異常を判定する図２の異常判定ルーチンのステップＳ２００〜Ｓ２３０の処理を実行する電子制御ユニット５０が「異常判定手段」に相当する。また、昇圧コンバータ３０が「昇圧コンバータ」に相当し、平滑コンデンサ３２が「平滑コンデンサ」に相当し、バッテリ２６の充放電電流ＩＢを検出する電流センサ４９も「バッテリ電流検出手段」に相当する。

ここで、「電動機」としては、同期発電電動機としてのモータＭＧ１，ＭＧ２に限定されるものではなく、三相交流により駆動される少なくとも１個のものであれば、誘導電動機などの他のタイプの電動機であっても構わない。「インバータ」としては、インバータ２１，２２に限定されるものではなく、複数のスイッチング素子のスイッチングにより電動機を駆動する少なくとも１個のものであれば、如何なるものとしても構わない。「バッテリ」としては、二次電池としてのバッテリ２６に限定されるものではなく、インバータを介して電動機に電力を供給するものであれば、鉛蓄電池やニッケル水素二次電池など、他のタイプのバッテリであっても構わない。「バッテリ電流検出手段」としては、リアクトル電流ＩＬを検出する電流センサ４７に限定されるものではなく、バッテリ２６の充放電電流ＩＢを検出する電流センサ４９など、バッテリからの電流であるバッテリ電流を検出するものであれば、如何なるものとしても構わない。「相電流検出手段」としては、電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗおよび電子制御ユニット５０の組み合わせに限定されるものではなく、電流センサのみによるものなど、電動機の各相に流れる相電流を検出するものであれば、如何なるものとしても構わない。「相電流推定手段」としては、インバータ２１，２２によりモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動しているときに所定時間ｔｓｅｔ内にインバータ２１，２２のスイッチングパターンＳ１，Ｓ２と電流センサ４７からのリアクトル電流ＩＬとの組み合わせをスイッチングパターンＳ１，Ｓ２の少なくとも一部が異なるようにモータの個数ｍの３倍の組数ｎ記憶し記憶した組み合わせからモータＭＧ１，ＭＧ２の各相の相電流の推定値Ｉｕｅ１，Ｉｖｅ１，Ｉｗｅ１，Ｉｕｅ２，Ｉｖｅ２，Ｉｗｅ２をベクトル表現した推定相電流ベクトルＩＭｅを計算する電子制御ユニット５０に限定されるものではなく、インバータにより電動機を駆動しているとき、予め定められた所定時間内にインバータの複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンとバッテリ電流検出手段により検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせをスイッチングパターンの少なくとも一部が異なるように電動機の個数の３倍の組数記憶し、記憶した組み合わせから電動機の各相に流れる相電流を推定するものや、インバータにより電動機を駆動しているとき、予め定められた所定時間内にインバータの複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンとバッテリ電流検出手段により検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせをスイッチングパターンをベクトルを用いて表現して該ベクトルを組み合わせの組数だけ一方向に並べたときに正則行列が構成されるように記憶し、記憶した組み合わせから電動機の各相に流れる相電流を推定するものであれば、如何なるものとしても構わない。「異常判定手段」としては、推定相電流ベクトルＩＭｅと検出相電流ベクトルＩＭとを比較することにより電流センサ４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗの異常を判定する電子制御ユニット５０に限定されるものではなく、相電流推定手段により推定された相電流と相電流検出手段により検出された相電流とを比較することにより相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定するものであれば、如何なるものとしても構わない。また、「昇圧コンバータ」としては、昇圧コンバータ３０に限定されるものではなく、バッテリが接続された低電圧系からの電力を昇圧してインバータが接続された高電圧系に供給するものであれば、如何なるものとしても構わない。「平滑コンデンサ」としては、平滑コンデンサ３２に限定されるものではなく、高電圧系の電圧を平滑するものであれば、如何なるものとしても構わない。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、駆動装置の製造産業に利用可能である。

２０駆動装置、２１，２２インバータ、２６バッテリ、２７，２８電力ライン、３０昇圧コンバータ、３２，３４平滑コンデンサ、４１，４２回転位置検出センサ、４３Ｖ，４３Ｗ，４４Ｖ，４４Ｗ，４７，４９電流センサ、４５，４６，４８電圧センサ、５０電子制御ユニット、５２ＣＰＵ，５４ＲＯＭ、５６ＲＡＭ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２ダイオード、Ｌリアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ３１，Ｔ３２トランジスタ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

三相交流により駆動される少なくとも１個の電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する少なくとも１個のインバータと、前記インバータを介して前記電動機に電力を供給するバッテリと、を備える駆動装置であって、
前記バッテリからの電流であるバッテリ電流を検出するバッテリ電流検出手段と、
前記電動機の各相に流れる相電流を検出する相電流検出手段と、
前記インバータにより前記電動機を駆動しているとき、前記インバータの前記複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンと前記バッテリ電流検出手段により検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせを前記スイッチングパターンの少なくとも一部が異なるように前記電動機の個数の３倍の組数記憶し、前記記憶した組み合わせから前記電動機の各相に流れる相電流を推定する相電流推定手段と、
前記相電流推定手段により推定された相電流と前記相電流検出手段により検出された相電流とを比較することにより前記相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定する異常判定手段と、
を備える駆動装置。
三相交流により駆動される少なくとも１個の電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記電動機を駆動する少なくとも１個のインバータと、前記インバータを介して前記電動機に電力を供給するバッテリと、を備える駆動装置であって、
前記バッテリからの電流を検出するバッテリ電流検出手段と、
前記電動機の各相に流れる相電流を検出する相電流検出手段と、
前記インバータにより前記電動機を駆動しているとき、前記インバータの前記複数のスイッチング素子のオンオフの状態を表すスイッチングパターンと前記バッテリ電流検出手段により検出されたバッテリ電流との同一タイミングでの組み合わせを、前記スイッチングパターンが表現された行列を前記組み合わせの組数だけ一方向に並べたときに正則行列が構成されるように記憶し、前記記憶した組み合わせから前記電動機の各相に流れる相電流を推定する相電流推定手段と、
前記相電流推定手段により推定された相電流と前記相電流検出手段により検出された相電流とを比較することにより前記相電流検出手段に異常が生じているか否かを判定する異常判定手段と、
を備える駆動装置。
請求項１または２記載の駆動装置であって、
前記相電流推定手段は、前記記憶した組み合わせに係る前記スイッチングパターンが表現された行列を該記憶した組み合わせに対応する順に該記憶した組み合わせの組数だけ一方向に並べて得られる正則行列の逆行列と、前記記憶した組み合わせに係る前記バッテリ電流検出手段により検出された電流を該記憶した組み合わせに対応する順に該記憶した組み合わせの組数だけ前記一方向に並べて得られる行列との積を演算することにより、前記電動機の各相に流れる相電流を推定する手段である、
駆動装置。
請求項３記載の駆動装置であって、
前記相電流推定手段は、前記電動機の個数をｍとすると共に前記記憶した組み合わせの組数をｎ（ただし、ｎ＝３ｍ）として、前記記憶した組み合わせに係る前記スイッチングパターンを表現した行ベクトルＳｊ_k（ただし、ｊは１からｍまでの整数、ｋは１からｎまでの整数）を用いて次式（１）により得られる正則行列Ｓの逆行列Ｓ^-1と、前記記憶した組み合わせに係る前記バッテリ電流検出手段により検出された前記バッテリ電流ＩＢ_k（ただし、ｋは１からｎまでの整数）を用いて次式（２）により得られる列ベクトルＩＢｃとの積を次式（３）に従って演算することにより、推定される前記電動機のｕｖｗの各相に流れる相電流Ｉｕｅｊ，Ｉｖｅｊ，Ｉｗｅｊ（ただし、ｊは１からｍまでの整数）を用いて次式（４）および式（５）により得られる列ベクトルＩＭｅを計算する手段であり、
前記相電流推定手段は、前記相電流推定手段により計算された列ベクトルＩＭｅの各要素と、前記相電流検出手段により検出された相電流Ｉｕｊ，Ｉｖｊ，Ｉｗｊ（ただし、ｊは１からｍまでの整数）を用いて次式（６）および式（７）により得られる列ベクトルＩＭの各要素とを比較する手段である、
駆動装置。
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の駆動装置であって、
前記相電流検出手段は、複数の電流センサにより構成されており、
前記異常判定手段は、前記相電流推定手段により推定された相電流と前記相電流検出手段により検出された相電流とを比較することにより前記相電流検出手段を構成する電流センサのうち異常が生じているものを特定する手段である、
駆動装置。
請求項１ないし５のいずれか１つの請求項に記載の駆動装置であって、
前記バッテリが接続された低電圧系からの電力を昇圧して前記インバータが接続された高電圧系に供給する昇圧コンバータと、
前記高電圧系の電圧を平滑する平滑コンデンサと、
を備える駆動装置。