JP2020137199A

JP2020137199A - Motor drive device

Info

Publication number: JP2020137199A
Application number: JP2019025333A
Authority: JP
Inventors: 高志柳; Takashi Yanagi; 敏生池山; toshio Ikeyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: JP7151534B2

Abstract

To avoid the generation of a recovery current at the shift of an inverter from a shutdown state to a three-phase ON state.SOLUTION: At the shift of an inverter from a shutdown state to three-phase ON control in which either upper arm transistors or lower arm transistors of the inverter are all switched on, a motor drive device starts the three-phase ON control when a motor electric angle, detected by an electric angle detector, is estimated to be in an electric angle in which a forward current to charge a smoothing capacitor is not flowing in a diode due to the counter electromotive voltage of the motor.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device for driving a motor.

従来、この種のモータ駆動装置としては、インバータをゲート遮断（シャットダウン）した状態から三相オン状態に移行させる際には、電流センサにより検出される相電流に基づいて上アームのダイオードに電流が流れていると判定されたときには、上アームの全てのスイッチング素子をオンすることにより三相オン状態に移行させ、下アームのダイオードに電流が流れていると判定されたときには、下アームの全てのスイッチング素子をオンすることにより三相オン状態に移行させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, in this type of motor drive device, when the inverter is shifted from the gate cut (shut down) state to the three-phase on state, a current is applied to the diode of the upper arm based on the phase current detected by the current sensor. When it is determined that it is flowing, all the switching elements of the upper arm are turned on to shift to the three-phase on state, and when it is determined that current is flowing through the diode of the lower arm, all of the lower arm It has been proposed that the switching element is turned on to shift to a three-phase on state (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１８−１５２９８６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-152986

上アームおよび下アームのうち一方のダイオードに順方向電流が流れている状態で上アームおよび下アームのうち他方のスイッチング素子をオンとして三相オン制御を開始すると、ダイオードには、逆方向電圧が作用し、リカバリ電流（逆回復電流）が流れる。リカバリ電流は、ダイオードに僅かでも電流が流れていれば発生するため、三相オン制御を開始する際にはダイオードに順方向電流が流れていないことを検出する必要がある。これを検出する手法としては、特許文献１記載のように、電流センサにより検出される相電流を用いることを考えることができる。しかしながら、ダイオードに流れる順方向電流は微小であることや電流センサにおいて検出される電流はフィルタ等によって実際の電流に対して遅延することから、電流センサによってダイオードに順方向電流が流れていないことを検出するのは困難である。また、インバータのいずれかのスイッチング素子の短絡によってインバータがシャットダウンした後、シャットダウン状態から三相オン制御へ移行する場合、リカバリ電流が流れてもそれに起因するサージ電圧（リカバリサージ）がスイッチング素子の耐圧を超えないようにモータの逆起電圧が下がるモータ回転数まで三相オン制御の開始を待つことや、インバータの正極母線と負極母線との間に設けられた平滑用コンデンサに作用する電圧が下がるまで三相オン制御の開始を待つことを考えることもできる。しかしながら、この場合、三相オン制御の開始が遅れるため、短絡素子とモータ（三相コイル）との間で生じる循環電流によってモータが破損したり、次のフェールセーフ制御への移行が遅れたりするおそれがある。 When the three-phase on control is started by turning on the switching element of the other of the upper arm and the lower arm while the forward current is flowing through one of the diodes of the upper arm and the lower arm, the diode receives a reverse voltage. It acts and a recovery current (reverse recovery current) flows. Since the recovery current is generated when even a small amount of current is flowing through the diode, it is necessary to detect that no forward current is flowing through the diode when starting the three-phase on control. As a method for detecting this, it is conceivable to use the phase current detected by the current sensor as described in Patent Document 1. However, since the forward current flowing through the diode is very small and the current detected by the current sensor is delayed with respect to the actual current by a filter or the like, the current sensor indicates that no forward current is flowing through the diode. It is difficult to detect. In addition, when the inverter shuts down due to a short circuit in one of the switching elements of the inverter and then shifts from the shut down state to the three-phase on control, the surge voltage (recovery surge) caused by the recovery current flows is the withstand voltage of the switching element. The back voltage of the motor drops so that it does not exceed the voltage that acts on the smoothing capacitor provided between the positive and negative bus of the inverter and waits for the start of the three-phase on-control until the motor rotation speed drops. It is also possible to consider waiting for the start of three-phase on-control until. However, in this case, since the start of the three-phase on control is delayed, the motor is damaged by the circulating current generated between the short-circuit element and the motor (three-phase coil), or the transition to the next fail-safe control is delayed. There is a risk.

本発明のモータ駆動装置は、インバータのシャットダウン状態から三相オン状態に移行する際にリカバリ電流が発生するのを回避することを主目的とする。 The main object of the motor drive device of the present invention is to avoid the generation of a recovery current when the inverter shifts from the shutdown state to the three-phase on state.

本発明のモータ駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The motor drive device of the present invention has adopted the following means in order to achieve the above-mentioned main object.

本発明のモータ駆動装置は、
モータを駆動するモータ駆動装置であって、
３つの上アームトランジスタと、それぞれ対応する前記上アームトランジスタと直列に接続される３つの下アームトランジスタと、前記上アームトランジスタおよび前記下アームトランジスタにそれぞれ逆方向に並列に接続される６つのダイオードと、を有するインバータと、
前記インバータの母線間に接続された平滑コンデンサと、
前記モータの電気角を検出する電気角検出装置と、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記インバータをシャットダウンした状態から該インバータの前記上アームトランジスタおよび前記下アームトランジスタのうちいずれか一方の全てをオンする三相オン制御へ移行する際には、前記電気角検出装置により検出される前記電気角が前記モータの逆起電圧により前記平滑コンデンサを充電する電流が前記ダイオードに流れていないと推定される電気角にあるときに前記三相オン制御を開始する、
ことを要旨とする。 The motor drive device of the present invention
A motor drive that drives a motor
Three upper arm transistors, three lower arm transistors connected in series with the corresponding upper arm transistors, and six diodes connected in parallel to the upper arm transistor and the lower arm transistor in opposite directions, respectively. With an inverter,
A smoothing capacitor connected between the bus bars of the inverter
An electric angle detection device that detects the electric angle of the motor,
A control device that controls the inverter and
With
When the control device shifts from the state in which the inverter is shut down to the three-phase on control in which any one of the upper arm transistor and the lower arm transistor of the inverter is turned on, the electric angle detection device is used. The three-phase on control is started when the electric angle detected by the above is at an electric angle at which it is estimated that the current for charging the smoothing capacitor is not flowing through the diode due to the countercurrent voltage of the motor.
The gist is that.

この本発明のモータ駆動装置では、インバータをシャットダウンした状態からインバータの上アームトランジスタおよび下アームトランジスタのうちいずれか一方の全てをオンする三相オン制御へ移行する際には、電気角検出装置により検出されるモータの電気角がモータの逆起電圧により平滑コンデンサを充電する電流がダイオードに流れていないと推定される電気角にあるときに三相オン制御を開始する。一般に電気角検出装置（レゾルバなど）はモータの電気角を高い精度で検出することが可能であるから、モータの電気角がその逆起電圧により平滑コンデンサを充電する電流（順方向電流）がダイオードに流れていないと推定される電気角にあるときに三相オン制御を開始することで、ダイオードにリカバリ電流が発生するのを回避することができる。 In the motor drive device of the present invention, when shifting from the state in which the inverter is shut down to the three-phase on control in which all of the upper arm transistor and the lower arm transistor of the inverter are turned on, the electric angle detection device is used. The three-phase on control is started when the detected electric angle of the motor is at the electric angle at which it is estimated that the current for charging the smoothing capacitor is not flowing through the diode due to the countercurrent voltage of the motor. In general, an electric angle detector (resolver, etc.) can detect the electric angle of a motor with high accuracy, so the electric angle of the motor is the countercurrent voltage, and the current (forward current) that charges the smoothing capacitor is a diode. By starting the three-phase on-control when the electric angle is estimated to be not flowing to the capacitor, it is possible to avoid the recovery current from being generated in the capacitor.

本発明の一実施例としてのモータ駆動装置を含む電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of the structure of the electric vehicle 20 including the motor drive device as one Example of this invention. ＥＣＵ５０により実行される三相オン移行処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of a three-phase on transition process executed by ECU 50. インバータ３４のシャットダウン中にｕ相のダイオードＤ１２に順方向電流（チャージ電流）が流れているときの状態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the state when the forward current (charge current) flows through the u-phase diode D12 during the shutdown of an inverter 34. モータ３２の電気角θｅの変化に対する逆起電圧と相電流の変化と三相オンへの移行が可能であるか否かの判定の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of determination whether or not it is possible to change the back electromotive voltage and phase current with respect to the change of the electric angle θe of the motor 32, and shift to three-phase on.

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。 Next, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to Examples.

図１は、本発明の一実施例としてのモータ駆動装置を含む電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、パワーコントロールユニット（以下、ＰＣＵという）３３と、バッテリ３６と、リレー４２と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０と、を備える。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of an electric vehicle 20 including a motor drive device as an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the electric vehicle 20 of the embodiment includes a motor 32, a power control unit (hereinafter referred to as PCU) 33, a battery 36, a relay 42, and an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 50. Be prepared.

モータ３２は、永久磁石が埋め込まれた回転子と、ｕ相，ｖ相およびｗ相の三相コイルが巻回された固定子と、を有する周知の同期発電電動機として構成されている。モータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにドライブシャフト（車軸）２３およびデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に取り付けられている。このモータ３２は、回転に伴って逆起電圧（誘起電圧とも称する）Ｖｍを発生する。 The motor 32 is configured as a well-known synchronous generator motor having a rotor in which a permanent magnet is embedded and a stator in which u-phase, v-phase, and w-phase three-phase coils are wound. The rotor of the motor 32 is attached to a drive shaft 26 connected to the drive wheels 22a and 22b via a drive shaft (axle) 23 and a differential gear 24. The motor 32 generates a counter electromotive voltage (also referred to as an induced voltage) Vm as it rotates.

ＰＣＵ３３は、インバータ３４と、昇圧コンバータ３５と、平滑用のコンデンサ４８と、放電器としての放電抵抗４９とを備え、これらを単一のケースに収納している。インバータ３４は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）として構成された６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、高電圧系電力ライン４６の正極母線４６ａと負極母線４６ｂとに対して、ソース側とシンク側になるように、２個ずつペアで配置されている。トランジスタＴ１４〜Ｔ１６は、それぞれ対となるトランジスタＴ１４〜Ｔ１６と直列に接続されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。ここで、トランジスタＴ１１〜Ｔ１３およびダイオードＤ１１〜Ｄ１３を上アームとも称し、トランジスタＴ１４〜Ｔ１６およびダイオードＤ１４〜Ｄ１６を下アームとも称する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（ｕ相，ｖ相，ｗ相）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、ＥＣＵ５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。 The PCU 33 includes an inverter 34, a boost converter 35, a smoothing capacitor 48, and a discharge resistor 49 as a discharger, and these are housed in a single case. The inverter 34 has six transistors T11 to T16 configured as, for example, an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and six diodes D11 to D16. Two transistors T11 to T16 are arranged in pairs so as to be on the source side and the sink side with respect to the positive electrode bus 46a and the negative electrode bus 46b of the high voltage system power line 46, respectively. The transistors T14 to T16 are connected in series with the paired transistors T14 to T16, respectively. The six diodes D11 to D16 are connected in parallel to the transistors T11 to T16 in opposite directions, respectively. Here, the transistors T11 to T13 and the diodes D11 to D13 are also referred to as an upper arm, and the transistors T14 to T16 and the diodes D14 to D16 are also referred to as a lower arm. Each of the three-phase coils (u-phase, v-phase, w-phase) of the motor 32 is connected to each of the connection points between the transistors that are a pair of the transistors T11 to T16. Therefore, when a voltage is applied to the inverter 34, the ECU 50 adjusts the ratio of the on-time of the paired transistors T11 to T16 to form a rotating magnetic field in the three-phase coil and rotate the motor 32. Driven.

コンデンサ４８は、高電圧系電力ライン４６の正極母線４６ａと負極母線４６ｂとに接続されている。放電抵抗４９は、コンデンサ４８に蓄えられた電荷を放電するものであり、正極母線４６ａと負極母線４６ｂとに対してコンデンサ４８に並列に接続されている。 The capacitor 48 is connected to the positive electrode bus 46a and the negative electrode bus 46b of the high-voltage power line 46. The discharge resistor 49 discharges the electric charge stored in the capacitor 48, and is connected in parallel to the capacitor 48 with respect to the positive electrode bus 46a and the negative electrode bus 46b.

昇圧コンバータ３５は、インバータ３４が接続された高電圧系電力ライン４６と、バッテリ３６が接続された低電圧系電力ライン４０と、に接続されている。この昇圧コンバータ３５は、２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２と、トランジスタＴ２１，Ｔ２２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ２１，Ｄ２２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ２１は、高電圧系電力ライン４６の正極母線４６ａに接続されている。トランジスタＴ２２は、トランジスタＴ２１に接続されていると共に、高電圧系電力ライン４６の負極母線４６ｂを兼ねる低電圧系電力ライン４０の負極母線４０ｂに接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ２１，Ｔ２２同士の接続点と、低電圧系電力ライン４０の正極母線４０ａと、に接続されている。昇圧コンバータ３５は、ＥＣＵ５０によってトランジスタＴ２１，Ｔ２２がオンオフされることにより、低電圧系電力ライン４０の電力を昇圧して高電圧系電力ライン４６に供給したり、高電圧系電力ライン４６の電力を降圧して低電圧系電力ライン４０に供給したりする。 The boost converter 35 is connected to a high-voltage power line 46 to which the inverter 34 is connected and a low-voltage power line 40 to which the battery 36 is connected. The boost converter 35 has two transistors T21 and T22, two diodes D21 and D22 connected in parallel to the transistors T21 and T22 in opposite directions, and a reactor L. The transistor T21 is connected to the positive electrode bus 46a of the high voltage system power line 46. The transistor T22 is connected to the transistor T21 and also to the negative electrode bus 40b of the low voltage system power line 40 which also serves as the negative electrode bus 46b of the high voltage system power line 46. The reactor L is connected to a connection point between the transistors T21 and T22 and a positive electrode bus 40a of the low-voltage power line 40. The boost converter 35 boosts the power of the low-voltage power line 40 and supplies it to the high-voltage power line 46 by turning on and off the transistors T21 and T22 by the ECU 50, or supplies the power of the high-voltage power line 46. The voltage is stepped down and supplied to the low-voltage power line 40.

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。コンデンサ４４は、低電圧系電力ライン４０の正極母線４０ａと負極母線４０ｂとに接続されている。リレー４２は、正極母線４０ａおよび負極母線４０ｂの、コンデンサ４４との接続点よりバッテリ３６側に設けられている。このリレー４２は、ＰＣＵ３３側（昇圧コンバータ３５やインバータ３４）と、バッテリ３６側との接続および接続の解除を行なう。 The battery 36 is configured as, for example, a lithium ion secondary battery or a nickel hydrogen secondary battery. The capacitor 44 is connected to the positive electrode bus 40a and the negative electrode bus 40b of the low-voltage power line 40. The relay 42 is provided on the battery 36 side of the connection points of the positive electrode bus 40a and the negative electrode bus 40b with the capacitor 44. The relay 42 connects and disconnects the PCU 33 side (boost converter 35 and inverter 34) from the battery 36 side.

ＥＣＵ５０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＥＣＵ５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ｂ（例えばレゾルバ）からの回転位置θｍやモータ３２とインバータ３４とを接続する電力ラインに取り付けられた電流センサ３４ｕ，３４ｖからのモータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖ、コンデンサ４４の端子間に取り付けられた電圧センサ４４ａからのコンデンサ電圧（低電圧系電圧）ＶＢ、コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ電圧（高電圧系電圧）ＶＨを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサからの電池電圧Ｖｂやバッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ｉｂ、バッテリ３６に取り付けられた温度センサからの電池温度Ｔｂも挙げることができる。なお、ＥＣＵ５０は、車両の駆動制御装置としても機能するため、走行制御に必要な情報も入力されている。これらの情報としては、例えば、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号やシフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６８からの車速Ｖなどを挙げることができる。ＥＣＵ５０からは、種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。ＥＣＵ５０から出力される種々の制御信号としては、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ３５のトランジスタＴ２１，Ｔ２２へのスイッチング制御信号、リレー４２への制御信号などを挙げることができる。なお、ＥＣＵ５０は、回転位置検出センサ３２ｂにより検出されたモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。また、ＥＣＵ５０は、電流センサ３４ｕ，３４ｖからのモータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖにより相電流Ｉｗを演算している。さらに、ＥＣＵ５０は、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサにより検出された電池電流Ｉｂの積算値に基づいて、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣも演算している。 Although not shown, the ECU 50 is configured as a microprocessor centered on a CPU, and includes a ROM for storing a processing program, a RAM for temporarily storing data, an input / output port, and a communication port in addition to the CPU. Signals from various sensors are input to the ECU 50 via input ports. Signals from various sensors include the rotation position θm from the rotation position detection sensor 32b (for example, the resolver) that detects the rotation position of the rotor of the motor 32, and the current attached to the power line connecting the motor 32 and the inverter 34. The phase currents Iu and Iv of the motor 32 from the sensors 34u and 34v, the voltage sensor (low voltage system voltage) VB from the voltage sensor 44a attached between the terminals of the capacitor 44, and the voltage sensor attached between the terminals of the capacitor 48. Capacitor voltage (high voltage system voltage) VH from 48a can be mentioned. Further, the battery voltage Vb from the voltage sensor attached between the terminals of the battery 36, the battery current Ib from the current sensor attached to the output terminal of the battery 36, and the battery temperature Tb from the temperature sensor attached to the battery 36 are also included. Can be mentioned. Since the ECU 50 also functions as a vehicle drive control device, information necessary for travel control is also input. Such information includes, for example, the shift position SP from the shift position sensor 62 that detects the ignition signal from the ignition switch 60 and the operation position of the shift lever 61, and the accelerator pedal position sensor 64 that detects the amount of depression of the accelerator pedal 63. Accelerator opening degree Acc, brake pedal position BP from the brake pedal position sensor 66 that detects the amount of depression of the brake pedal 65, vehicle speed V from the vehicle speed sensor 68, and the like can be mentioned. Various control signals are output from the ECU 50 via the output port. Examples of various control signals output from the ECU 50 include switching control signals for the transistors T11 to T16 of the inverter 34, switching control signals for the transistors T21 and T22 of the boost converter 35, and control signals for the relay 42. it can. The ECU 50 calculates the electric angle θe and the rotation speed Nm of the motor 32 based on the rotation position θm of the rotor of the motor 32 detected by the rotation position detection sensor 32b. Further, the ECU 50 calculates the phase current Iw by the phase currents Iu and Iv of the motor 32 from the current sensors 34u and 34v. Further, the ECU 50 also calculates the storage ratio SOC of the battery 36 based on the integrated value of the battery current Ib detected by the current sensor attached to the output terminal of the battery 36.

ここで、実施例のモータ駆動装置は、インバータ３４と、コンデンサ４８と、回転位置検出センサ３２ｂと、ＥＣＵ５０とが該当する。 Here, the motor drive device of the embodiment corresponds to the inverter 34, the capacitor 48, the rotation position detection sensor 32b, and the ECU 50.

次に、こうして構成された実施例のモータ駆動装置の動作について説明する。特に、インバータ３４の６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の全てをオフとしたシャットダウン状態から上アームトランジスタＴ１１〜Ｔ１３および下アームトランジスタＴ１４〜Ｔ１６のうち一方の全てをオンとした三相オン状態に移行する際の動作について説明する。図２は、三相オン移行処理の一例を示すフローチャートである。このルーチンは、例えばインバータ３４の６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のいずれか１つに短絡故障が生じたことによりインバータ３４がシャットダウン状態となったときにＥＣＵ５０により実行される。なお、インバータ３４のいずれか１つのトランジスタに短絡故障が生じた場合、当該短絡故障したトランジスタに過電流が検知され、これによりインバータがシャットダウンされる。 Next, the operation of the motor drive device of the embodiment configured in this way will be described. In particular, when shifting from a shutdown state in which all six transistors T11 to T16 of the inverter 34 are turned off to a three-phase on state in which all of the upper arm transistors T11 to T13 and the lower arm transistors T14 to T16 are turned on. The operation of is described. FIG. 2 is a flowchart showing an example of the three-phase on-transition process. This routine is executed by the ECU 50 when, for example, the inverter 34 is shut down due to a short-circuit failure in any one of the six transistors T11 to T16 of the inverter 34. When a short-circuit failure occurs in any one transistor of the inverter 34, an overcurrent is detected in the short-circuited transistor, and the inverter is shut down.

三相オン移行処理が実行されると、ＥＣＵ５０は、まず、まず、リレー４２をオフとする（ステップＳ１００）。なお、ステップＳ１００の処理に代えて、或いは、ステップＳ１００の処理に加えて、昇圧コンバータ３５の２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２をオフとするシャットダウン制御を行なってもよい。続いて、モータ３２の電気角θｅを入力する（ステップＳ１１０）。ここで、モータ３２の電気角θｅは、回転位置検出センサ３２ｂにより検出された回転位置θｍに極対数を乗じることにより計算されたものを入力するものとした。そして、入力したモータ３２の電気角θｅが零電流電気角θｅｒｅｆと略一致するか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、零電流電気角θｅｒｅｆは、インバータ３４のシャットダウン中にモータ３２の逆起電圧によりコンデンサ４８をチャージする順方向電流（チャージ電流）がダイオードに流れていないと推定することができる電気角であり、予め計算や実験などにより求めることができる。したがって、モータ３２の電気角θｅが零電流電気角θｅｒｅｆと略一致するときには、ダイオードにはチャージ電流が流れていないと推定することができる。モータ３２の電気角θｅが零電流電気角θｅｒｅｆと略一致しないと判定したときには、ステップ１１０のモータ３２の電気角θｅを入力する処理に戻って、ステップＳ１１０，Ｓ１２０の処理を繰り返す。そして、繰り返し処理の最中に、ステップＳ１２０で電気角θｅが零電流電気角θｅｒｅｆと略一致すると判定されたときには、繰り返し処理を終了し、上アームトランジスタＴ１１〜Ｔ１３および下アームトランジスタＴ１４〜Ｔ１６の一方の全てをオンとする三相オン制御を開始して（ステップＳ１３０）、本処理を終了する。三相オン制御は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のいずれか１つに短絡故障が発生している場合には、短絡故障したトランジスタとモータ３２（三相コイル）との間で生じる循環電流を相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗによって監視して短絡故障したトランジスタが上アームであるか下アームであるかを判断し、短絡故障が発生したトランジスタと同側のアームの他の２つのトランジスタをオンすることにより行なわれる。例えば、下アームのトランジスタＴ１４に短絡故障が生じている場合には、下アームの他の２つのトランジスタＴ１５，Ｔ１６をオンとすることにより行なわれ、上アームのトランジスタＴ１２に短絡故障が生じている場合には上アームの他の２つのトランジスタＴ１１，Ｔ１３をオンとすることにより行なわれる。このように、三相オン移行処理では、モータ３２の電気角θｅに基づいてダイオードにチャージ電流が流れていないと推定されるときに三相オン制御を開始するのである。 When the three-phase on transition process is executed, the ECU 50 first turns off the relay 42 (step S100). Instead of the processing in step S100, or in addition to the processing in step S100, shutdown control may be performed to turn off the two transistors T21 and T22 of the boost converter 35. Subsequently, the electric angle θe of the motor 32 is input (step S110). Here, as the electric angle θe of the motor 32, the one calculated by multiplying the rotation position θm detected by the rotation position detection sensor 32b by the number of pole pairs is input. Then, it is determined whether or not the input electric angle θe of the motor 32 substantially coincides with the zero-current electric angle θeref (step S120). Here, the zero-current electric angle θeref is an electric angle at which it can be estimated that the forward current (charge current) for charging the capacitor 48 due to the countercurrent voltage of the motor 32 does not flow through the diode while the inverter 34 is shut down. Yes, it can be obtained in advance by calculation or experiment. Therefore, when the electric angle θe of the motor 32 substantially coincides with the zero-current electric angle θeref, it can be estimated that no charge current is flowing through the diode. When it is determined that the electric angle θe of the motor 32 does not substantially match the zero-current electric angle θeref, the process returns to the process of inputting the electric angle θe of the motor 32 in step 110, and the processes of steps S110 and S120 are repeated. Then, during the iterative process, when it is determined in step S120 that the electric angle θe substantially matches the zero-current electric angle θeref, the iterative process is terminated, and the upper arm transistors T11 to T13 and the lower arm transistors T14 to T16 The three-phase on control that turns on all of one is started (step S130), and this process is ended. In the three-phase on control, when a short-circuit failure occurs in any one of the six transistors T11 to T16, the circulating current generated between the short-circuited transistor and the motor 32 (three-phase coil) is phased. Monitoring by the currents Iu, Iv, Iw to determine whether the short-circuited transistor is the upper arm or the lower arm, and turning on the other two transistors on the same side as the short-circuited transistor. Is done by. For example, when the transistor T14 of the lower arm has a short-circuit failure, it is performed by turning on the other two transistors T15 and T16 of the lower arm, and the transistor T12 of the upper arm has a short-circuit failure. In this case, it is performed by turning on the other two transistors T11 and T13 of the upper arm. In this way, in the three-phase on-shift process, the three-phase on control is started when it is estimated that no charge current is flowing through the diode based on the electric angle θe of the motor 32.

図３は、インバータ３４のシャットダウン中にｕ相のダイオードＤ１２に順方向電流（チャージ電流）が流れているときの状態を説明する説明図である。図４は、モータ３２の電気角θｅの変化に対する逆起電圧と相電流の変化と三相オンへの移行が可能であるか否かの判定の様子を示す説明図である。なお、図４中の「電気角θｅ」は、ｕ相−ｖ相間の線間電圧「ＵＶ」が０［Ｖ］となる点を０°とした。図３の状態は、図４の電気角θｅが約２００°の状態である。上アームおよび下アームの一方のダイオードにモータ３２の逆起電圧Ｖｍによりコンデンサ４８を充電する順方向電流（チャージ電流）が流れている状態で上アームおよび下アームの他方のトランジスタの全てをオンとする三相オン制御が開始されると、当該ダイオードには、逆方向電圧が作用し、リカバリ電流（逆回復電流）が流れる。例えば、図３に示すように、上アームのｖ相のダイオードＤ１２に順方向電流が流れている状態で下アームのｕ相，ｖ相およびｗ相のトランジスタＴ１４〜Ｔ１６をオンとすると、ダイオードＤ１２のアノード側がコンデンサ４８の負極側と同電位となるため、ダイオードＤ１２には、コンデンサ４８からの逆方向電圧が作用し、リカバリ電流が流れる。このとき、ダイオードに作用する逆方向電圧が高すぎると、リカバリ電流に起因して発生するサージ電圧によってダイオードの耐圧を超過し、ダイオードが破損する場合が生じる。リカバリ電流は、ダイオードに僅かでも順方向電流が流れていれば発生し得るため、三相オン制御を開始する際には、ダイオードに順方向電流が流れていないことを検出する必要がある。これを検出する方法として、電流センサ３４ｕ，３４ｖからのモータ３２の相電流Ｉｕ，Ｉｖに基づいてダイオードに順方向電流が流れていないことを検出するものを考えることができる。しかしながら、ダイオードに流れる順方向電流は微少であることや、電流センサ３４ｕ，３４ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖはフィルタ等によって実際の電流に対して遅延することから、電流センサ３４ｕ，３４ｖによってダイオードに順方向電流が流れていないことを検出することは困難である。 FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state when a forward current (charge current) is flowing through the u-phase diode D12 while the inverter 34 is shut down. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of determination of whether or not a change in the counter electromotive voltage and a phase current with respect to a change in the electric angle θe of the motor 32 and a shift to three-phase on are possible. For the “electrical angle θe” in FIG. 4, the point where the line voltage “UV” between the u phase and the v phase becomes 0 [V] is set to 0 °. The state of FIG. 3 is a state in which the electric angle θe of FIG. 4 is about 200 °. Turn on all the other transistors of the upper arm and the lower arm while the forward current (charge current) for charging the capacitor 48 is flowing through one diode of the upper arm and the lower arm by the countercurrent voltage Vm of the motor 32. When the three-phase on-control is started, a reverse voltage acts on the diode and a recovery current (reverse recovery current) flows. For example, as shown in FIG. 3, when the u-phase, v-phase, and w-phase transistors T14 to T16 of the lower arm are turned on while a forward current is flowing through the v-phase diode D12 of the upper arm, the diode D12 Since the anode side of the diode has the same potential as the negative electrode side of the capacitor 48, a reverse voltage from the capacitor 48 acts on the diode D12, and a recovery current flows. At this time, if the reverse voltage acting on the diode is too high, the withstand voltage of the diode may be exceeded due to the surge voltage generated due to the recovery current, and the diode may be damaged. Since the recovery current can be generated if even a small amount of forward current is flowing through the diode, it is necessary to detect that no forward current is flowing through the diode when starting the three-phase on-control. As a method for detecting this, it is possible to consider a method for detecting that no forward current is flowing through the diode based on the phase currents Iu and Iv of the motor 32 from the current sensors 34u and 34v. However, since the forward current flowing through the diode is very small and the phase currents Iu and Iv from the current sensors 34u and 34v are delayed with respect to the actual current by a filter or the like, the current sensors 34u and 34v make the diode into a diode. It is difficult to detect that no forward current is flowing.

ここで、モータ３２の回転中は、図４に示すように、ｕ相，ｖ相およびｗ相の各相間に作用する正弦波状の線間電圧ＵＶ，ＶＷ，ＷＵがダイオードによって整流されて逆起電圧Ｖｍとして高電圧系電力ライン４６（コンデンサ４８）に作用する。高電圧系電力ライン４６には放電抵抗４９がコンデンサ４８と並列に接続されているから、コンデンサ４８には、モータ３２の逆起電圧Ｖｍの脈動に応じて逆起電圧Ｖｍによる充電と放電抵抗４９による放電とが繰り返し生じる。コンデンサ４８の放電は脈動する逆起電圧Ｖｍが波高部Ｖｍ１を過ぎてコンデンサ電圧ＶＨよりも低くなったときに生じ、コンデンサ電圧ＶＨは、コンデンサ４８の放電に伴って下降する。また、コンデンサ４８の充電は脈動する逆起電圧Ｖｍが谷部Ｖｍ２を過ぎて上昇に転じ下降しているコンデンサ電圧ＶＨよりも高くなるときに生じ、コンデンサ電圧ＶＨは、コンデンサ４８の充電に伴って上昇する。コンデンサ４８の放電時間および充電時間は、コンデンサ４８の容量やモータ３２の回転数、放電抵抗４９の抵抗値などによって定まる。コンデンサ４８が放電期間中にあるとき、すなわちコンデンサ電圧ＶＨが逆起電圧Ｖｍよりも高いときには、ダイオードにコンデンサ４８を充電する順方向電流（チャージ電流）は流れないから、コンデンサ４８が放電期間となるときの電気角を予め計算や実験などにより求めて零電流電気角θｅｒｅｆとし（図４中、斜線部分を参照）、電気角θｅが零電流電気角θｅｒｅｆと略一致するか否かを判定することで、電気角θｅに基づいてダイオードにチャージ電流が流れていないことを検出することができる。したがって、この状態で三相オン制御を開始することにより、ダイオードにリカバリ電流が流れるのを回避することができる。実施例では、製品の個体差によりコンデンサ４８の充電時間および放電時間が前後することを考慮し、より確実にコンデンサ４８が放電していることを判定することができるように、脈動する逆起電圧Ｖｍが谷部Ｖｍ２にあるときの電気角（０°，６０°，１２０°，１８０°，２４０°および３００°）を零電流電気角θｅｒｅｆに定めた。 Here, during the rotation of the motor 32, as shown in FIG. 4, the sinusoidal line voltages UV, VW, and WU acting between the u-phase, v-phase, and w-phase are rectified by the diode and counteracted. It acts on the high voltage system power line 46 (capacitor 48) as the voltage Vm. Since the discharge resistance 49 is connected in parallel with the capacitor 48 in the high voltage system power line 46, the capacitor 48 is charged and discharged by the back voltage Vm according to the pulsation of the back voltage Vm of the motor 32. Discharge due to is repeated. The discharge of the capacitor 48 occurs when the pulsating counter electromotive voltage Vm passes the wave height portion Vm1 and becomes lower than the capacitor voltage VH, and the capacitor voltage VH decreases with the discharge of the capacitor 48. Further, the charging of the capacitor 48 occurs when the pulsating counter electromotive voltage Vm passes the valley Vm2 and turns upward and becomes higher than the falling capacitor voltage VH, and the capacitor voltage VH accompanies the charging of the capacitor 48. To rise. The discharge time and charge time of the capacitor 48 are determined by the capacity of the capacitor 48, the rotation speed of the motor 32, the resistance value of the discharge resistor 49, and the like. When the capacitor 48 is in the discharge period, that is, when the capacitor voltage VH is higher than the countercurrent voltage Vm, the forward current (charge current) for charging the capacitor 48 does not flow through the diode, so that the capacitor 48 is in the discharge period. The electric angle at that time is obtained in advance by calculation or experiment, and is set as the zero current electric angle θeref (see the shaded area in FIG. 4), and it is determined whether or not the electric angle θe substantially matches the zero current electric angle θeref. Therefore, it is possible to detect that no charge current is flowing through the diode based on the electric angle θe. Therefore, by starting the three-phase on control in this state, it is possible to prevent the recovery current from flowing through the diode. In the embodiment, the pulsating counter electromotive voltage is taken into consideration that the charging time and the discharging time of the capacitor 48 fluctuate due to individual differences of the products, so that it can be determined more reliably that the capacitor 48 is discharged. The electric angles (0 °, 60 °, 120 °, 180 °, 240 ° and 300 °) when Vm is in the valley Vm2 are set to the zero-current electric angle θeref.

なお、インバータ３４の６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のうちの１つが短絡故障したことによりインバータ３４がシャットダウンしている場合、短絡故障したトランジスタとモータ３２（三相コイル）との間で循環電流が発生する。循環電流が発生している状態では、チャージ電流は生じないから、短絡故障したトランジスタに応じて零電流電気角θｅｒｅｆを追加するものとしてもよい。 When the inverter 34 is shut down due to a short-circuit failure of one of the six transistors T11 to T16 of the inverter 34, a circulating current is generated between the short-circuited transistor and the motor 32 (three-phase coil). To do. Since no charge current is generated in the state where the circulating current is generated, the zero-current electric angle θeref may be added according to the transistor in which the short-circuit failure has occurred.

以上説明した実施例のモータ駆動装置では、インバータ３４をシャットダウンした状態からインバータ３４の上アームおよび下アームのうちいずれか一方の全てをオンする三相オン制御へ移行する際には、モータ３２の電気角θｅがモータ３２の逆起電圧Ｖｍによりコンデンサ４８を充電する順方向電流がダイオードに流れていないと推定される電気角にあるときに三相オン制御を開始する。一般に回転位置検出センサ３２ｂ（レゾルバなど）はモータ３２の電気角θｅを高い精度で検出することが可能であるから、モータ３２の電気角θｅがその逆起電圧Ｖｍによりコンデンサ４８を充電する電流（順方向電流）がダイオードに流れていないと推定される電気角にあるときに三相オン制御を開始することで、ダイオードにリカバリ電流が発生するのを回避することができる。この結果、コンデンサ電圧ＶＨが比較的高い状態であってもリカバリ電流の発生を回避しつつ三相オン制御を開始することができ、インバータ３４の破損を抑制することができる。 In the motor drive device of the embodiment described above, when shifting from the state in which the inverter 34 is shut down to the three-phase on control in which any one of the upper arm and the lower arm of the inverter 34 is turned on, the motor 32 The three-phase on control is started when the electric angle θe is at the electric angle at which it is estimated that the forward current for charging the capacitor 48 is not flowing through the diode due to the countercurrent voltage Vm of the motor 32. Generally, the rotation position detection sensor 32b (resolver or the like) can detect the electric angle θe of the motor 32 with high accuracy, so that the electric angle θe of the motor 32 charges the capacitor 48 by the countercurrent voltage Vm (the current (resolver or the like). By initiating the three-phase on-control when the forward current) is at an electrical angle presumed not to flow through the diode, it is possible to avoid generating a recovery current in the diode. As a result, even when the capacitor voltage VH is relatively high, the three-phase on control can be started while avoiding the generation of the recovery current, and the damage of the inverter 34 can be suppressed.

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、トランジスタＴ１１〜Ｔ１３が「上アームトランジスタ」に相当し、トランジスタＴ１４〜Ｔ１６が「下アームトランジスタ」に相当し、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６が「ダイオード」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、コンデンサ４８が「平滑コンデンサ」に相当し、回転位置検出センサ３２ｂが「電気角検出装置」に相当し、ＥＣＵ５０が「制御装置」に相当する。 The correspondence between the main elements of the examples and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem will be described. In the embodiment, the transistors T11 to T13 correspond to the "upper arm transistor", the transistors T14 to T16 correspond to the "lower arm transistor", the diodes D11 to D16 correspond to the "diode", and the inverter 34 corresponds to the "inverter". The capacitor 48 corresponds to the "smoothing capacitor", the rotation position detection sensor 32b corresponds to the "electric angle detection device", and the ECU 50 corresponds to the "control device".

実施例では、バッテリ３６とインバータ３４との間に昇圧コンバータ３５を備えるものとしたが、昇圧コンバータ３５を省略するものとしてもよい。 In the embodiment, the boost converter 35 is provided between the battery 36 and the inverter 34, but the boost converter 35 may be omitted.

実施例では、本発明のモータ駆動装置を電気自動車２０に適用して説明するものとしたが、エンジンとモータとを備えるハイブリッド自動車に適用するものとしてもよいし、走行用のモータに電力を供給する燃料電池を備える燃料電池車に適用するものとしてもよい。 In the embodiment, the motor drive device of the present invention will be described by applying it to the electric vehicle 20, but it may be applied to a hybrid vehicle including an engine and a motor, or power is supplied to a traveling motor. It may be applied to a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell.

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。 As for the correspondence between the main elements of the examples and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem, the invention described in the column of means for solving the problem in the examples is carried out. Since it is an example for specifically explaining the form for solving the problem, the elements of the invention described in the column of means for solving the problem are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be performed based on the description in the column, and the examples are the inventions described in the column of means for solving the problem. It is just a concrete example.

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。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described above with reference to Examples, the present invention is not limited to these Examples, and various embodiments are used without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be done.

本発明は、モータ駆動装置や電気自動車などの製造産業に利用可能である。 The present invention can be used in manufacturing industries such as motor drive devices and electric vehicles.

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２３ドライブシャフト、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３２ｂ回転位置検出センサ、３３パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）、３４インバータ、３４ｕ，３４ｖ電流センサ、３５昇圧コンバータ、３６バッテリ、４０低電圧系電力ライン、４０ａ正極母線、４０ｂ負極母線、４２リレー、４４コンデンサ、４４ａ電圧センサ、４６高電圧系電力ライン、４６ａ正極母線、４６ｂ負極母線、４８コンデンサ、４８ａ電圧センサ、５０電子制御ユニット（ＥＣＵ）、６０イグニッションスイッチ、６１シフトレバー、６２シフトポジションセンサ、６３アクセルペダル、６４アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２２ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１，Ｔ２２トランジスタ、Ｌリアクトル。 20 electric vehicle, 22a, 22b drive wheel, 23 drive shaft, 24 differential gear, 26 drive shaft, 32 motor, 32b rotation position detection sensor, 33 power control unit (PCU), 34 inverter, 34u, 34v current sensor, 35 boost Converter, 36 battery, 40 low voltage system power line, 40a positive electrode bus, 40b negative electrode bus, 42 relay, 44 capacitor, 44a voltage sensor, 46 high voltage system power line, 46a positive voltage bus, 46b negative electrode bus, 48 capacitor, 48a voltage Sensor, 50 Electronic control unit (ECU), 60 Ignition switch, 61 Shift lever, 62 Shift position sensor, 63 Accelerator pedal, 64 Accelerator pedal position sensor, 65 Brake pedal, 66 Brake pedal position sensor, 68 Vehicle speed sensor, D11 to D16 , D21, D22 diode, T11-T16, T21, T22 transistor, L reactor.

Claims

A motor drive that drives a motor
Three upper arm transistors, three lower arm transistors connected in series with the corresponding upper arm transistors, and six diodes connected in parallel to the upper arm transistor and the lower arm transistor in opposite directions, respectively. With an inverter,
A smoothing capacitor connected between the bus bars of the inverter
An electric angle detection device that detects the electric angle of the motor,
A control device that controls the inverter and
With
When the control device shifts from the state in which the inverter is shut down to the three-phase on control in which any one of the upper arm transistor and the lower arm transistor of the inverter is turned on, the electric angle detection device is used. The three-phase on control is started when the electric angle detected by the above is at an electric angle estimated that the current for charging the smoothing capacitor is not flowing through the diode due to the countercurrent voltage of the motor.
Motor drive.