JP2017005910A

JP2017005910A - 異常電流検出装置

Info

Publication number: JP2017005910A
Application number: JP2015119090A
Authority: JP
Inventors: 信之原田; Nobuyuki Harada
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2017-01-05

Abstract

【課題】従来は故障検出率が低下する問題があった。【解決手段】コンパレータ２０４は、加算器２０２の出力が閾値上限２１０を超えた場合に異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。コンパレータ２０５は、加算器２０２の出力が閾値下限２１１を下回った場合に異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。また、電流センサ２０１のU相出力のみを別のコンパレータ２０６及び２０７の一方に入力する。コンパレータ２０６は、U相出力が閾値上限２１２を超えた場合に異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。コンパレータ２０７は、U相出力が閾値下限２１３を下回った場合に異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。【選択図】図２

Description

本発明は、交流モータの異常電流検出装置に関する。

交流モータは、電源から供給された直流電圧を交流電圧に変換するインバータによって駆動されている。交流モータは、環境意識の高まりを背景に市場規模を拡大するハイブリッド自動車や電気自動車の中核部品のひとつである。これら自動車用途では、交流モータの異常状態を検出して、異常状態が検出されると異常状態に応じて安全な動作状態にシステムを遷移させる必要がある。

交流モータの制御装置は、例えば３相交流モータとインバータとの間に流れる３相の電流を検出し、この検出値が電流指令に追従するように、所定の制御演算を行う。その結果に応答して、インバータを構成するスイッチング素子がオンオフ制御される。交流モータは通電電流に応答して、そのトルクを発生する。従って、電流センサの故障や電流系統の故障などで電流の検出値が異常となる状態（異常電流）が発生すると、交流モータの発生トルクが予期しない値になり、自動車の挙動が不安定になる。こうした異常電流を検出する技術として、モータ巻線の電流を検出する電流センサの出力の総和は、正常時には常にゼロであることに着目し、この総和をコンパレータにより所定値と比較して電流制御ループの異常を検出することが考えられている（特許文献１参照）。

特開平６−２５３５８５号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、異常電流が発生しても、各電流センサで検出された電流値が相殺されてしまい、その総和がゼロとなる場合があり、このような場合は異常電流を検出することができない。

本発明による異常電流検出装置は、交流モータの各相に流れる電流を夫々検出する複数個の電流検出器と、複数個の電流検出器の出力を加算する加算器と、加算器の加算結果が第１の所定範囲を超えたかを検出する第１検出器と、複数個の電流検出器のいずれか１個の電流検出器の出力が第２の所定範囲を超えたかを検出する第２検出器と、を備え、第１検出器および第２検出器の少なくともいずれか一方の検出によって、交流モータの異常電流を検出する。

本発明によれば、交流モータの異常電流を確実に検出することができる。

全体システム構成を示す図である。本実施形態による異常電流検出回路を示す図である。

以下、この発明の異常電流検出装置について、実施形態に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態による全体システム構成を示す図である。高圧バッテリ１の電力はインバータ回路２に供給され、インバータ回路２は高圧バッテリ１の電力を直流から交流に変換して交流モータ３に供給する。インバータ回路２はパワー半導体素子とダイオードを内包しており、制御部９からゲート駆動回路１０を介して出力される駆動信号によりパワー半導体素子が駆動されて直流を交流に変換する。ゲート駆動回路１０から出力される駆動信号はパワー半導体素子のゲート端子へ入力される。コンデンサ１２、１３、１４は、インバータ回路２のパワー半導体素子のスイッチング動作によって生じる直流電圧の変動を抑制する平滑回路を構成している。

交流モータ３に流れる各相の電流は電流センサ５、６、７によって検出される。これら各相の電流検出信号は電流センサ５、６、７から制御部９へ入力されると共に、異常電流検出回路４へも入力される。異常電流検出回路４の詳細は後述するが、異常電流検出回路４は、入力された各相の電流検出信号に基づいて、交流モータ３の電流値が異常となる異常電流が発生した場合にこれを検出し、異常電流検出信号を出力する。異常電流検出回路４から出力された異常電流検出信号は制御部９へ入力される。制御部９は、異常電流検出信号が入力されるとゲート駆動回路１０への３相の出力信号を制御して交流モータ３への電流を遮断する、または、交流モータ３をロックさせる等の制御を行う。交流モータ３には、交流モータ３の回転位置を検出する回転位置検出器８が設けられ、その検出信号は制御部９へ入力される。

ゲート駆動回路１０、制御部９は、低圧バッテリ１２から電源が供給されている電源回路１１より電力が提供される。なお、図１に示すモータ駆動システムは、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される自動車用途の交流モータ３の可変速駆動系として用いられる。その他にも、産業用途や民生用途の交流モータの可変速駆動系において、上記のようなモータ駆動システムを適用してもよい。この場合、高圧バッテリ１の替わりに、商用電源を入力として整流回路及び平滑電圧を用いる点が図１と異なり、その他の構成は図１と同様である。

図２は、本実施形態による異常電流検出回路４を示す図である。
２０１は電流センサであり、電流センサ５、６、７を有する。電流センサ５、６、７は、交流モータ３に流れるU相、V相、W相の電流をそれぞれ検出し、これら各相の電流値を電圧値に変換して、各相の電流検出信号を出力する。これらの電流検出信号を加算器２０２で加算し、コンパレータ２０４及び２０５それぞれの入力端子の一方に入力する。なお、電流センサ５、６、７は、U相、V相、W相の各電流検出信号を所定のオフセット電圧を中心にオフセットして出力する。このため、交流モータ３が正常であり、３相の電流の和がゼロであるとき、加算器２０２で加算された値は後述の閾値上限２１０と閾値下限２１１の間の中間値を示す。なお、加算器２０２内に示した抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は同一の値である。例えば、オフセット電圧が２．５Ｖであり、電圧変化幅が４Ｖである場合、電流センサ５、６、７から出力される電流検出信号は、最小値が０．５Ｖ、最大値が４．５Ｖとなる。加算器２０２の出力は、正常時は２．５Ｖで、天絡や地絡で３相のバランスが崩れた場合は、閾値上限２１０を超える、または閾値下限２１１を下回る。

コンパレータ２０４、コンパレータ２０５それぞれの入力端子の他方には、閾値上限２１０、閾値下限２１１がそれぞれ入力される。この閾値上限２１０、閾値下限２１１を得るために、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６が電源Ｖ１とグランドの間に直列に接続されている。コンパレータ２０４、コンパレータ２０５の出力は、電源Ｖ２が接続された抵抗Ｒ７から出力するラインに接続されている。したがって、コンパレータ２０４の出力は、加算器２０２の出力が閾値上限２１０を超えた場合にローレベルとなり、これにより異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。また、コンパレータ２０５の出力は、加算器２０２の出力が閾値下限２１１を下回った場合にローレベルとなり、これにより異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。

また、電流センサ５から出力されたU相の電流検出信号は、抵抗Ｒ８を介してコンパレータ２０６及び２０７それぞれの入力端子の一方に入力される。なお、U相の電流検出信号は電流値から電圧値に変換される際に、前述のように所定のオフセット電圧を中心にオフセットされる。このため、交流モータ３が正常であり、U相の電流が正常に流れているとき、U相の電流検出信号の値は後述の閾値上限２１２と閾値下限２１３の間の中間値を示す。

コンパレータ２０６、コンパレータ２０７それぞれの入力端子の他方には、閾値上限２１２、閾値下限２１３がそれぞれ入力される。閾値上限２１２、閾値下限２１３を得るために、抵抗Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１が電源Ｖ３とグランドの間に直列に接続されている。コンパレータ２０６、コンパレータ２０７の出力は、電源Ｖ２が接続された抵抗Ｒ７から出力するラインに接続されている。

コンパレータ２０６の出力は、U相の電流検出信号が閾値上限２１２を超えた場合にローレベルとなり、これによって異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。コンパレータ２０７の出力は、U相の電流検出信号が閾値下限２１３を下回った場合にローレベルとなり、これによって異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。なお、ここでは電流センサ５のU相の電流検出信号のみを閾値と比較する例で説明したが、Ｖ相の電流検出信号もしくはＷ相の電流検出信号のみを比較する構成にしてもよい。

上述のように４つのコンパレータ２０４、２０５、２０６、２０７のうち1つでもその入力が閾値をはずれた場合は異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。これにより異常電流検出回路４は、交流モータ３の異常電流を検出することができる。異常電流検出信号２０９は制御部９へ入力される。

この異常電流検出回路４では、交流モータ３に流れる３相の電流検出値が全て異常であって、且つ、３相の電流検出値の和がゼロになるような場合には、コンパレータ２０６または２０７の出力がローレベルとなることで、異常電流検出信号２０９がローレベルとなる。したがって、従来では検出できなかったこのような異常電流が発生した場合でも、異常電流検出回路４はこれを検出することが可能であり、異常検出率の向上が図れる。３相の電流検出値が全て異常であって、且つ、３相の電流検出値の和がゼロになるような場合は、例えば、３相共に過電流、３相共に地絡または天絡、３相共にオープンなどの場合である。また、電流センサ５、６、７が故障してこれらの電流検出信号が全てゼロとなった場合にも同様の異常が生じる。

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）本発明による異常電流検出回路４は、交流モータ３の各相に流れる電流を夫々検出する複数個の電流センサ５、６、７と、複数個の電流センサ５、６、７の出力を加算する加算器２０２と、加算器２０２の加算結果が第１の所定範囲を超えたかを検出するコンパレータ２０４、２０５と、複数個の電流センサ５、６、７のいずれか１個の電流センサの出力が第２の所定範囲を超えたかを検出するコンパレータ２０６、２０７と、を備え、コンパレータ２０４、２０５およびコンパレータ２０６、２０７の少なくともいずれか一方の検出によって、交流モータ３の異常電流を検出する。これにより、交流モータの各相の異常電流を確実に検出することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）実施形態では３相Ｙ結線で説明したが、相数分だけ電流センサを設ければ他の巻線構成でも同様の効果が得られる。たとえば３相Ｙ結線でなく、３相Δ結線でも適用可能でありまた３相以外の多相巻線でも同様である。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。

１…高圧バッテリ
２…インバータ回路
３…交流モータ
４…異常電流検出回路
５、６、７…電流センサ
８…回転位置検出器
９…制御部
１０…ゲート駆動回路
１１…電源回路

Claims

交流モータの各相に流れる電流を夫々検出する複数個の電流検出器と、
前記複数個の電流検出器の出力を加算する加算器と、
前記加算器の加算結果が第１の所定範囲を超えたかを検出する第１検出器と、
前記複数個の電流検出器のいずれか１個の電流検出器の出力が第２の所定範囲を超えたかを検出する第２検出器と、を備え、
前記第１検出器および前記第２検出器の少なくともいずれか一方の検出によって、前記交流モータの異常電流を検出する異常電流検出装置。
請求項１に記載の異常電流検出装置において、
前記交流モータは３相の交流モータであり、
前記第１検出器は、３相の各電流検出器の加算結果が前記第１の所定範囲を超えたかを検出する異常電流検出装置。