JP2024041584A - 電力変換装置および駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３相全てに交流電流センサを設置することなく、任意のモータ動作条件において交流電流センサの故障を精度よく検知可能な電力変換装置および駆動装置を実現する。【解決手段】電力変換装置１０における交流電流センサ診断部１０８は、電圧指令値をいずれかの出力相を基準とした二相の直交座標系の値に変換した二相電圧指令値に基づいて交流電流センサ１５０の異常を判定する第１診断部１０８１と、交流電流センサ１５０の検出値を二相の直交座標系の値に変換した二相電流検出値に基づいて交流電流センサ１５０の異常を判定する第２診断部１０８２とを有する。交流電流センサ診断部１０８は、電力変換装置１０の動作条件に応じて、第１診断部１０８１による異常の判定と、第２診断部１０８２による異常の判定とを切り替える。【選択図】図２

Description

本発明は電力変換装置および駆動装置に関する。

従来、直流電力を交流電力に変換して交流モータに供給し、交流モータを駆動させる電力変換装置（インバータ）において、電力変換装置から交流モータに出力される交流電流を検出するための交流電流センサが内部に設けられている。この交流電流センサが故障すると、電力変換装置の出力電流を正しく制御できなくなり、モータ出力トルクが過大となるおそれがある。そのため、交流電流センサの故障を診断することが必要となる。

交流電流センサの故障診断に関して、例えば特許文献１，２の技術が知られている。特許文献１には、三相交流電流値の総和を用いて交流電流センサの故障を診断するモータ制御装置の発明が記載されている。特許文献２には、ｄ軸電圧の指令値と予測値の偏差およびｑ軸電圧の指令値と予測値の偏差を用いて、各種センサや検出回路の故障を検知するモータ制御装置の発明が記載されている。

特開２００９－１３１０４３号公報 特開２０１７－１２７１２１号公報

三相交流電力をモータに供給する電力変換装置では、少なくとも２相分の交流電流を交流電流センサで検知すればよく、残り１相分の交流電流は３相交流電流の総和がゼロであることから計算できる。そのため、電力変換装置の制御を行うためには、交流電流センサを２相にのみ設置すればよい。しかしながら、特許文献１の診断方法を用いるためには、３相全てに交流電流センサを設置する必要があるため、２相にのみ交流電流センサを設置する場合と比較して、電力変換装置の製造コストが高くなるという課題がある。

一方、特許文献２の診断方式は、交流電流センサが２相にのみ設置された構成にも適用できるが、電圧の指令値と予測値の偏差が生じにくいモータ動作条件下においては、交流電流センサの故障を精度よく検知できないという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みて、３相全てに交流電流センサを設置することなく、任意のモータ動作条件において交流電流センサの故障を精度よく検知可能な電力変換装置および駆動装置を実現することを主な目的とする。

本発明による電力変換装置は、直流電力を三相交流電力に変換して出力するものであって、前記三相交流電力による三相交流電流のうち２相の電流値を検出する交流電流センサと、目標トルクに基づいて目標電流を計算する目標電流計算部と、前記目標電流と前記交流電流センサの検出値に基づいて電圧指令値を計算する電圧指令計算部と、前記交流電流センサの検出値に基づいて前記交流電流センサの異常を判定する交流電流センサ診断部と、を備え、前記交流電流センサ診断部は、前記電圧指令値をいずれかの出力相を基準とした二相の直交座標系の値に変換した二相電圧指令値に基づいて前記異常を判定する第１診断部と、前記交流電流センサの検出値を前記二相の直交座標系の値に変換した二相電流検出値に基づいて前記異常を判定する第２診断部と、を有し、前記交流電流センサ診断部は、前記電力変換装置の動作条件に応じて、前記第１診断部による前記異常の判定と、前記第２診断部による前記異常の判定とを切り替える。
本発明による駆動装置は、電力変換装置と、前記電力変換装置から出力される三相交流電流により駆動される交流モータと、を備え、前記交流モータの駆動力を用いて車両を走行駆動させる。

本発明によれば、３相全てに交流電流センサを設置することなく、任意のモータ動作条件において交流電流センサの故障を精度よく検知可能な電力変換装置および駆動装置を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る駆動装置を搭載した車両を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力変換装置および駆動装置の構成例を示す図である。 電力変換回路およびモータの構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における第１診断部と第２診断部の判定切り替え処理の例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における第１診断部の異常診断処理の例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における第２診断部の異常診断処理の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における交流電流センサ故障時の二相電圧指令値および二相電流検出値の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態における第１診断部の異常診断処理の例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における第２診断部の異常診断処理の例を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態における第１診断部と第２診断部の判定切り替え処理の例を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態における第１診断部と第２診断部の判定切り替え処理の例を示すフローチャートである。

本発明の実施形態について以下に説明する。以下の各実施形態では、直流電力を三相交流電力に変換してモータへ出力する電力変換装置において、モータに流れる三相交流電流のうち２相のみに交流電流センサが設置されており、いずれかの交流電流センサが故障した際にその故障を精度良く検知できるようにした例を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る駆動装置を搭載した車両を示す図である。車両２００に搭載された駆動装置１は、車両２００の車軸２０１に接続され、内部に電力変換装置、モータおよび減速器を有する。そして、運転者のアクセルペダルへの操作に応じて、電力変換装置とモータを制御して駆動力を発生させ、その駆動力を減速器を介して車軸２０１へと伝えることにより、車軸２０１の両端に設置された駆動輪２０２を回転させ、車両２００を走行させる。減速器はモータの駆動力を増幅し、車軸２０１へと伝える役割を持つ。

なお、図１では車両２００の前輪を駆動輪２０２として、前輪の車軸２０１に駆動装置１を接続しているが、後輪を駆動輪として、後輪の車軸に駆動装置１を接続してもよい。また、前後輪の車軸に駆動装置１をそれぞれ接続してもよいし、車軸ではなく左右の車輪にそれぞれ独立した駆動装置１を接続してもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置および駆動装置の構成例を示す図である。駆動装置１は、図１の車両２００にそれぞれ搭載された直流電源２、電子制御装置３および故障通知装置４と接続されており、電力変換装置１０およびモータ２０を有する。

直流電源２は、駆動装置１内の電力変換装置１０に直流電力を供給する。直流電源２から供給される直流電力が電力変換装置１０によって三相交流電力に変換され、電力変換装置１０からモータ２０に出力されることで、モータ２０が駆動される。このモータ２０の駆動力が前述のように減速器（不図示）を介して車両２００の車軸２０１へ伝えられることで、車両２００が走行する。直流電源２は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池を用いて構成される。

電子制御装置３は、運転者の運転操作等に応じて、駆動装置１に対して目標トルクなどの情報を送信する。電子制御装置３から送信された目標トルクの情報は、駆動装置１において電力変換装置１０内の制御回路１００に入力される。

故障通知装置４は、駆動装置１からの故障通知信号を受け付け、車両２００の搭乗者に対して故障の発生を通知する。故障の通知方法としては、例えば、ランプを点灯させる、警告音を発生させる、音声で通知するなどの方法が挙げられる。

モータ２０は、内部に３相分の巻き線を有する三相交流電動機であり、例えば永久磁石を用いた同期モータや、永久磁石を用いない誘導モータなどが該当する。モータ２０には、モータ２０内のロータ回転角度、すなわちモータ２０の電気角度を測定するための角度センサ（図示せず）が搭載されている。この角度センサは、測定した電気角度を角度センサ値として電力変換装置１０に出力する。モータ２０の角度センサは、例えばレゾルバ等を用いて構成される。

電力変換装置１０は、直流電源２から得られる直流電力を三相交流電力に変換してモータ２０へ出力し、モータ２０を駆動する。また、電力変換装置１０は、モータ２０により発電された交流電力を直流電力に変換し、直流電源２を充電する機能も有してもよい。電力変換装置１０は、制御回路１００、ドライバ回路１２０、電力変換回路１３０、電圧センサ１４０および交流電流センサ１５０を有する。さらに、直流電源２から供給される直流電力を遮断するための遮断器（不図示）と、この遮断器を駆動するための遮断器駆動回路（不図示）とを、電力変換装置１０が有してもよい。

電力変換回路１３０は、ドライバ回路１２０からの駆動信号を受けて内部のパワー半導体を駆動し、モータ２０に流れる電流を制御する。電力変換回路１３０の内部構成を、図３を使って以下に説明する。

図３は、電力変換回路１３０およびモータ２０の構成例を示す図である。電力変換回路１３０は、内部に６つのパワー半導体１３１と、平滑コンデンサ１３２を有する。

各パワー半導体１３１は、ドライバ回路１２０から入力される駆動信号に応じてオン／オフを切り替える。各パワー半導体１３１は直流電源２とモータ２０にそれぞれ接続されており、駆動信号に応じたオン／オフの切替動作により、直流電源２とモータ２０の間で直流電力と交流電力の変換を行う。このパワー半導体１３１には、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが用いられる。以下の実施形態では、パワー半導体１３１としてＩＧＢＴを用いた例で説明するが、パワーＭＯＳＦＥＴ等の他の半導体素子を用いた場合でも同様である。

電力変換回路１３０において、６つのパワー半導体１３１は、相ごとに上下２つずつに分けて配置される。これら各相のパワー半導体１３１のペアからの出力が、モータ２０の各相の巻き線に接続される。

また、本実施形態では、図３の上側３つのパワー半導体１３１をまとめて上アーム、下側３つのパワー半導体１３１をまとめて下アームと呼ぶ。すなわち、電力変換回路１３０は、上アームと下アームの直列回路が３組設けられており、これらの直列回路がそれぞれ、Ｕ相に対応するレグ１３０Ｕ、Ｖ相に対応するレグ１３０Ｖ、Ｗ相に対応するレグ１３０Ｗとして、モータ２０の各相の巻き線に接続される。

平滑コンデンサ１３２は、各パワー半導体１３１のオン／オフによって生じる電流変動を平滑化し、直流電源２から電力変換回路１３０へ供給される直流電流のリップルを抑制するためのコンデンサである。この平滑コンデンサ１３２には、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサが使用される。

なお、本実施形態において、モータ２０の各相の巻き線が接続されるモータ中性点２１は浮遊状態であるが、電力変換装置１０のグラウンド（図示せず）と接続してもよい。また、モータ中性点２１をグラウンドと接続する際の方法には、直接接地方式、抵抗接地方式、補償リアクトル接地方式、消弧リアクトル接地方式などがあり、任意の方法を用いることができる。

図２の説明に戻る。電圧センサ１４０は、直流電源２の出力電圧を測定するセンサであり、直流電源２と電力変換回路１３０の間に接続されている。電圧センサ１４０は、測定した電圧値を電圧センサ値として制御回路１００に出力する。

交流電流センサ１５０は、電力変換回路１３０からモータ２０へ出力される三相交流電流のうち２相分の交流電流を測定するセンサであり、電力変換回路１３０とモータ２０の間に接続されている。交流電流センサ１５０は、測定した２相の電流値を交流電流センサ値として制御回路１００に出力する。

なお、図２の例では交流電流センサ１５０をＵ相およびＶ相に設けているが、交流電流センサ１５０を設置する相はこの２相に限定する必要はない。また、本実施形態では、電力変換回路１３０からモータ２０の方向に流れる電流をプラスの電流として取り扱い、モータ２０から電力変換回路１３０の方向に流れる電流をマイナスの電流として取り扱うこととする。

ドライバ回路１２０は、制御回路１００が出力するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を受けて、電力変換回路１３０の各パワー半導体１３１のオン／オフを切り替えるための駆動信号を生成し、電力変換回路１３０へ出力する。

制御回路１００は、電子制御装置３と通信を行い、電子制御装置３からモータ２０の目標トルクを受け取る。制御回路１００は、この目標トルクに基づいて、電力変換装置１０からモータ２０へ出力される各相の電流を所定の値に制御するようにＰＷＭ信号を制御し、ドライバ回路１２０へ出力する。このＰＷＭ信号に応じてドライバ回路１２０が出力する駆動信号によって電力変換回路１３０が駆動されることで、制御回路１００はドライバ回路１２０を介して電力変換回路１３０を駆動させることができる。

また、制御回路１００は、電力変換装置１０の内部に故障が発生したか否かの診断を行い、故障が発生したと判断した場合は、故障通知装置４に対して故障通知信号を出力する。これにより、故障通知装置４から車両２００の搭乗者に対して前述のような故障通知が行われ、搭乗者に故障の発生を通知することができる。

制御回路１００は、モータ速度計算部１０１、１相電流計算部１０２、目標電流計算部１０３、電圧指令計算部１０４、ＰＷＭ信号生成部１０５、電圧指令２相変換部１０６、電流２相変換部１０７、交流電流センサ診断部１０８の各機能ブロックを有する。制御回路１００は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、通信回路等（いずれも図示せず）を有しており、ＲＯＭに格納された所定のプログラムをＣＰＵにおいて実行することで、上記の各機能ブロックで表される機能を実現することができる。なお、制御回路１００のＲＯＭは、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）やフラッシュＲＯＭなど、電気的に書き換え可能なものであってもよい。

モータ速度計算部１０１は、モータ２０内の角度センサから出力される角度センサ値を取得し、その角度センサ値の時間変化からモータ２０の回転速度を計算する。そして、計算したモータ２０の回転速度を、モータ速度値として目標電流計算部１０３に出力する。

１相電流計算部１０２は、交流電流センサ１５０から出力される２相の交流電流センサ値を取得し、Ｕ相電流＋Ｖ相電流＋Ｗ相電流＝０の関係より、測定していない残り１相の交流電流値を計算する。そして、計算した１相分の交流電流値を、電圧指令計算部１０４と電流２相変換部１０７に出力する。

目標電流計算部１０３は、電子制御装置３から送信される目標トルクと、電圧センサ１４０から出力される電圧センサ値と、モータ速度計算部１０１から出力されるモータ速度値とを用いて、モータ２０が目標トルクと同じトルクを出力するためにモータ２０に流すべき電流値を計算する。そして、計算した電流値を目標電流として電圧指令計算部１０４に出力する。この目標電流は、例えばｄ軸目標電流値とｑ軸目標電流値のように、２相の直交座標系の値で表される。

電圧指令計算部１０４は、目標電流計算部１０３から出力される目標電流と、交流電流センサ１５０から出力される２相の交流電流センサ値とに基づいて、モータ２０に対して出力すべき３相の電圧指令値を計算する。このとき電圧指令計算部１０４は、モータ２０内の角度センサから出力される角度センサ値を用いて、２相の交流電流センサ値と、１相電流計算部１０２から出力される残り１相分の交流電流値とが、目標電流にそれぞれ追従するようにフィードバック制御を行うことにより、３相の電圧指令値を計算する。また、計算した３相の電圧指令値に基づき、各相のデューティ値を計算する。そして、計算したデューティ値をＰＷＭ信号生成部１０５に出力し、３相の電圧指令値を電圧指令２相変換部１０６に出力する。

ＰＷＭ信号生成部１０５は、電圧指令計算部１０４から出力される各相のデューティ値を用いて、電力変換回路１３０の各パワー半導体１３１に対するＰＷＭ信号を生成し、ドライバ回路１２０に出力する。ＰＷＭ信号生成部１０５は、内部にタイマ（図示せず）を有しており、このタイマにより、一定時間ごとに連続変化するタイマ値を生成する。そして、生成したタイマ値と各相のデューティ値とに基づき、ＰＷＭ信号を生成することができる。

なお、ＰＷＭ信号生成部１０５は、交流電流センサ診断部１０８から出力される故障通知情報に応じて、ドライバ回路１２０に出力する信号を切り替える。具体的には、交流電流センサ１５０が異常であることを示す故障通知情報が交流電流センサ診断部１０８から出力されていない場合、ＰＷＭ信号生成部１０５は、上記のように各相のデューティ値に基づくＰＷＭ信号を生成し、ドライバ回路１２０に出力する。一方、交流電流センサ１５０が異常であることを示す故障通知情報が交流電流センサ診断部１０８から出力されている場合、ＰＷＭ信号生成部１０５は、各相のデューティ値に関わらず、モータ２０を非駆動状態とするＰＷＭ信号を生成し、ドライバ回路１２０に出力する。モータ２０の非駆動状態とは、例えば、電力変換回路１３０が有する６個のパワー半導体１３１をすべてオフにする状態、６個のパワー半導体１３１のうち上アームをすべてオンにし下アームをすべてオフにする状態、６個のパワー半導体１３１のうち上アームをすべてオフにし下アームをすべてオンにする状態などが挙げられる。

電圧指令２相変換部１０６は、電圧指令計算部１０４から出力される３相の電圧指令値に対して２相変換を行うことにより、これら３相の電圧指令値をいずれかの相を基準とした２相の直交座標系の値で表した二相電圧指令値を計算する。このとき行われる２相変換の方法としては、例えばαβ変換やｄｑ変換などが挙げられる。そして、計算した二相電圧指令値を交流電流センサ診断部１０８に出力する。

なお、電圧指令計算部１０４において、３相の交流電流値をｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換し、これとｄ軸目標電流値およびｑ軸目標電流値との差分をそれぞれ計算することで得られる二相電流指令値から二相電圧指令値を求めて３相の電圧指令値に変換することにより電圧指令値の計算を行っている場合は、この二相電圧指令値を電圧指令計算部１０４から交流電流センサ診断部１０８に出力することで、電圧指令２相変換部１０６を省略してもよい。

電流２相変換部１０７は、交流電流センサ１５０から出力される２相の交流電流センサ値および１相電流計算部１０２から出力される残り１相の交流電流値に対して２相変換を行うことにより、これら３相の交流電流値をいずれかの相を基準とした２相の直交座標系の値で表した二相電流検出値を計算する。このとき行われる２相変換の方法としては、電圧指令２相変換部１０６と同様に、例えばαβ変換やｄｑ変換などが挙げられる。そして、計算した二相電流検出値を交流電流センサ診断部１０８に出力する。

なお、電圧指令計算部１０４において、前述のように３相の交流電流値をｄ軸電流値およびｑ軸電流値に変換し、これとｄ軸目標電流値およびｑ軸目標電流値との差分をそれぞれ計算することで得られる二相電流指令値から二相電圧指令値を求めて３相の電圧指令値に変換することにより電圧指令値の計算を行っている場合は、このｄ軸電流値およびｑ軸電流値を電圧指令計算部１０４から交流電流センサ診断部１０８に出力することで、電流２相変換部１０７を省略してもよい。

交流電流センサ診断部１０８は、交流電流センサ１５０から出力される交流電流センサ値に基づいて、交流電流センサ１５０の異常を判定する。この異常判定において、交流電流センサ診断部１０８は、電圧指令２相変換部１０６から出力される二相電圧指令値と、交流電流センサ値に基づいて電流２相変換部１０７から出力される二相電流検出値とを用いて、交流電流センサ１５０の故障判定を実施し、その判定結果に応じた故障通知情報を出力する。交流電流センサ診断部１０８から出力される故障通知情報には、例えば、交流電流センサ１５０が正常な場合は「故障無し」の情報が含まれ、交流電流センサ１５０の故障を検知した場合は「交流電流センサ故障」の情報が含まれる。

交流電流センサ診断部１０８は、電圧指令２相変換部１０６から出力される二相電圧指令値に基づく異常判定を行う第１診断部１０８１と、電流２相変換部１０７から出力される二相電流検出値に基づく異常判定を行う第２診断部１０８２とを有する。そして、交流電流センサ診断部１０８は、電力変換装置１０の動作条件に応じて、第１診断部１０８１による異常判定と、第２診断部１０８２による異常判定とを切り替える。この点について、以下に詳しく説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態における第１診断部１０８１と第２診断部１０８２の判定切り替え処理の例を示すフローチャートである。本実施形態において、交流電流センサ診断部１０８は、図４のフローチャートに示す判定切り替え処理を実施することで、第１診断部１０８１による異常判定と、第２診断部１０８２による異常判定とを、電力変換装置１０の動作条件に応じて切り替える。

ステップＳ１０において、交流電流センサ診断部１０８は、モータ２０に流れる三相交流電流の基本周波数が所定値以上であるかどうかを判定する。ここでは、例えばモータ速度計算部１０１から出力されるモータ速度値に基づいて、三相交流電流の基本周波数を計算し、その計算結果を所定値と比較することで、ステップＳ１０の判定を行うことができる。

ステップＳ１０の判定により、三相交流電流の基本周波数が所定値以上と判定された場合はステップＳ２０へ進み、第２診断部１０８２による異常判定を行う。この場合、第２診断部１０８２により、後述の図６のフローチャートに示す処理を実行することで、交流電流センサ１５０が異常であるか否かを判定する。ステップＳ２０で第２診断部１０８２による異常判定を実施したら、図４のフローチャートに示す処理を終了する。

一方、ステップＳ１０の判定により、三相交流電流の基本周波数が所定値より小さいと判定された場合はステップＳ３０へ進み、第１診断部１０８１による異常判定を行う。この場合、第１診断部１０８１により、後述の図５のフローチャートに示す処理を実行することで、交流電流センサ１５０が異常であるか否かを判定する。ステップＳ３０で第１診断部１０８１による異常判定を実施したら、図４のフローチャートに示す処理を終了する。

図５は、本発明の第１の実施形態における第１診断部１０８１の異常診断処理の例を示すフローチャートである。

ステップＳ１１０において、第１診断部１０８１は、電圧指令２相変換部１０６から出力される二相電圧指令値の大きさの変動量を検知し、この変動量が所定の閾値以上であるか否かを判定する。ここでは、例えば二相電圧指令値としてｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を電圧指令２相変換部１０６から取得し、これらの値をｄｑ平面上のベクトルで表したときの当該ベクトルの大きさの時間変化を観測して、その最大値と最小値から二相電圧指令値の変動量を求める。こうして求められた二相電圧指令値の変動量を所定の閾値と比較することで、ステップＳ１１０の判定を行うことができる。

ステップＳ１１０の判定により、二相電圧指令値の大きさの変動量が閾値以上と判定された場合はステップＳ１２０へ進み、交流電流センサ１５０が故障していると判断する。一方、二相電圧指令値の大きさの変動量が閾値未満と判定された場合はステップＳ１３０へ進み、交流電流センサ１５０が正常であると判断する。ステップＳ１２０またはＳ１３０の処理を実施したら、第１診断部１０８１は、その判断結果に応じた故障通知情報を出力し、図５のフローチャートに示す処理を終了する。

図６は、本発明の第１の実施形態における第２診断部１０８２の異常診断処理の例を示すフローチャートである。

ステップＳ２１０において、第２診断部１０８２は、電流２相変換部１０７から出力される二相電流検出値の大きさの変動量を検知し、この変動量が所定の閾値以上であるか否かを判定する。ここでは、例えば二相電流検出値としてｄ軸電流値およびｑ軸電流値を電流２相変換部１０７から取得し、これらの値をｄｑ平面上のベクトルで表したときの当該ベクトルの大きさの時間変化を観測して、その最大値と最小値から二相電流検出値の変動量を求める。こうして求められた二相電流検出値の変動量を所定の閾値と比較することで、ステップＳ２１０の判定を行うことができる。

ステップＳ２１０の判定により、二相電流検出値の大きさの変動量が閾値以上と判定された場合はステップＳ２２０へ進み、交流電流センサ１５０が故障していると判断する。一方、二相電流検出値の大きさの変動量が閾値未満と判定された場合はステップＳ２３０へ進み、交流電流センサ１５０が正常であると判断する。ステップＳ２２０またはＳ２３０の処理を実施したら、第２診断部１０８２は、その判断結果に応じた故障通知情報を出力し、図６のフローチャートに示す処理を終了する。

次に、交流電流センサ１５０が故障したときの二相電圧指令値と二相電流検出値の変動について、図７に示す具体例を参照して以下に説明する。図７は、本発明の一実施形態における交流電流センサ故障時の二相電圧指令値および二相電流検出値の一例を示す図である。

上段の図７（ａ）は、三相交流電流の基本周波数が所定値よりも低い場合の二相電圧指令値および二相電流検出値の例を示している。図７（ａ）において、左側の図は二相電圧指令値の時間変化を表し、右側の図は二相電流検出値の時間変化を表している。この場合、交流電流センサ１５０において故障が発生すると、二相電圧指令値と二相電流検出値がそれぞれ大きく変動する。そのため、第１診断部１０８１により、二相電圧指令値の大きさの変動量から交流電流センサ１５０が故障しているか否かを判断できることが分かる。

下段の図７（ｂ）は、三相交流電流の基本周波数が所定値よりも高い場合の二相電圧指令値および二相電流検出値の例を示している。図７（ｂ）において、左側の図は二相電圧指令値の時間変化を表し、右側の図は二相電流検出値の時間変化を表している。この場合、交流電流センサ１５０において故障が発生すると、二相電流検出値が大きく変動する一方で、二相電圧指令値はあまり変動しない。そのため、第１診断部１０８１では交流電流センサ１５０が故障しているか否かを判断できず、第２診断部１０８２により、二相電流検出値の大きさの変動量から交流電流センサ１５０が故障しているか否かを判断できることが分かる。

上記のような三相交流電流の基本周波数による二相電圧指令値および二相電流検出値の変動の差は、電圧指令計算部１０４が行う電流フィードバック制御の影響によるものである。この点について、以下に詳しく説明する。

電圧指令計算部１０４では通常、電流フィードバック制御としてＰＩ制御を用いた電圧指令値の計算を行う。この場合、目標電流と実際の電流との差分がＰ制御項となり、目標電流と実際の電流の差分を時間ごとに蓄積したものがＩ制御項となる。そのため、電流の変化が遅い、つまり交流電流の基本周波数が低いときに交流電流センサ１５０が故障した場合に、目標電流と実際電流の差分が蓄積しやすい状態では、Ｉ制御項が強く働くことで、電圧指令計算部１０４は、交流電流センサ１５０の故障による誤差分を加えた目標電流と実際の電流とのずれをより強く補正しようとする。その結果、二相電圧指令値の大きさが大きく変動する一方で、二相電流検出値の大きさの変動量は比較的小さくなる。反対に、電流の変化が速い、つまり交流電流の基本周波数が高い場合には、Ｉ制御項による補正が強く働かない。そのため、二相電圧指令値の大きさはあまり変動せず、二相電流検出値が大きく変動する。

上記のように、交流電流の基本周波数が低い場合は、二相電圧指令値が大きく変動するため、第２診断部１０８２が行う二相電流検出値に基づく異常判定よりも、第１診断部１０８１が行う二相電圧指令値に基づく異常判定の方が、正確な判定結果を得ることができる。反対に、交流電流の基本周波数が高い場合は、第１診断部１０８１が行う二相電圧指令値に基づく異常判定よりも、第２診断部１０８２が行う二相電流検出値に基づく異常判定の方が、正確な判定結果を得ることができる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電力変換装置１０は、直流電力を三相交流電力に変換して出力する。電力変換装置１０は、三相交流電力による三相交流電流のうち２相の電流値を検出する交流電流センサ１５０と、目標トルクに基づいて目標電流を計算する目標電流計算部１０３と、目標電流と交流電流センサ１５０の検出値に基づいて電圧指令値を計算する電圧指令計算部１０４と、交流電流センサ１５０の検出値に基づいて交流電流センサ１５０の異常を判定する交流電流センサ診断部１０８とを備える。交流電流センサ診断部１０８は、電圧指令値をいずれかの出力相を基準とした二相の直交座標系の値に変換した二相電圧指令値に基づいて交流電流センサ１５０の異常を判定する第１診断部１０８１と、交流電流センサ１５０の検出値を二相の直交座標系の値に変換した二相電流検出値に基づいて交流電流センサ１５０の異常を判定する第２診断部１０８２とを有する。交流電流センサ診断部１０８は、電力変換装置１０の動作条件に応じて、第１診断部１０８１による異常の判定と、第２診断部１０８２による異常の判定とを切り替える。このようにしたので、３相全てに交流電流センサ１５０を設置することなく、任意のモータ動作条件において交流電流センサ１５０の故障を精度よく検知可能な電力変換装置１０を実現できる。

（２）交流電流センサ診断部１０８は、三相交流電流の基本周波数が所定値より小さい場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）は、第１診断部１０８１により交流電流センサ１５０の異常の判定を行い（ステップＳ３０）、三相交流電流の基本周波数が所定値以上の場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）は、第２診断部１０８２により交流電流センサ１５０の異常の判定を行う（ステップＳ２０）。このようにしたので、ＰＩ制御を用いた電圧指令値の計算を行う際に、交流電流の基本周波数に関わらず、交流電流センサ１５０の異常を正確に検知することができる。

（３）第１診断部１０８１は、二相電圧指令値の大きさの変動量が所定の閾値以上である場合に（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）交流電流センサ１５０の異常と判定する（ステップＳ１２０）。このようにしたので、第１診断部１０８１において、交流電流センサ１５０が故障した場合にこれを確実に検知できる。

（４）第２診断部１０８２は、二相電流検出値の大きさの変動量が所定の閾値以上である場合に（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）交流電流センサ１５０の異常と判定する（ステップＳ２２０）。このようにしたので、第２診断部１０８２において、交流電流センサ１５０が故障した場合にこれを確実に検知できる。

（５）駆動装置１は、電力変換装置１０と、電力変換装置１０から出力される三相交流電流により駆動される交流モータ２０とを備え、交流モータ２０の駆動力を用いて車両２００を走行駆動させる。このようにしたので、電力変換装置１０において、３相全てに交流電流センサ１５０を設置することなく、任意のモータ動作条件において交流電流センサ１５０の故障を精度よく検知可能な駆動装置１を実現できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、より短時間で交流電流センサ１５０の故障を判定できる電力変換装置の例を説明する。なお、第１の実施形態と共通する部分については、特に必要のない限り説明を省略する。

本実施形態では、交流電流センサ診断部１０８における第１診断部１０８１および第２診断部１０８２の診断方法が第１の実施形態とは異なる。本実施形態において、第１診断部１０８１は、二相電圧指令値の目標値を計算し、この目標値に基づいて交流電流センサ１５０の異常判定を行う機能を有する。また、第２診断部１０８２は、二相電流検出値の目標値を計算し、この目標値に基づいて交流電流センサ１５０の異常判定を行う機能を有する。

図８は、本発明の第２の実施形態における第１診断部１０８１の異常診断処理の例を示すフローチャートである。

ステップＳ１１０Ａにおいて、第１診断部１０８１は、電圧指令２相変換部１０６から出力される二相電圧指令値に対する目標値を取得し、この目標値と、実際に電圧指令２相変換部１０６から出力されている現在の二相電圧指令値との差分を求めて、その差分値が所定の閾値以上であるか否かを判定する。ここでは、例えば目標電流計算部１０３から出力される目標電流を取得し、この目標電流の値に基づいて二相電圧指令値に対する目標値を計算することで、交流電流センサ１５０が正常である場合の二相電圧指令値に相当する目標値を取得し、ステップＳ１１０Ａの判定を行うことができる。

ステップＳ１１０Ａの判定により、二相電圧指令値の目標値と実際値との差分が閾値以上と判定された場合はステップＳ１２０へ進み、交流電流センサ１５０が故障していると判断する。一方、二相電圧指令値の目標値と実際値との差分が閾値未満と判定された場合はステップＳ１３０へ進み、交流電流センサ１５０が正常であると判断する。ステップＳ１２０またはＳ１３０の処理を実施したら、第１診断部１０８１は、その判断結果に応じた故障通知情報を出力し、図８のフローチャートに示す処理を終了する。

図９は、本発明の第２の実施形態における第２診断部１０８２の異常診断処理の例を示すフローチャートである。

ステップＳ２１０Ａにおいて、第２診断部１０８２は、電流２相変換部１０７から出力される二相電流検出値に対する目標値を取得し、この目標値と、実際に電流２相変換部１０７から出力されている現在の二相電流検出値との差分を求めて、その差分値が所定の閾値以上であるか否かを判定する。ここでは、例えば目標電流計算部１０３から出力される目標電流を取得し、この目標電流の値を二相電流検出値に対する目標値とすることで、交流電流センサ１５０が正常である場合の二相電流検出値に相当する目標値を取得し、ステップＳ２１０Ａの判定を行うことができる。

ステップＳ２１０Ａの判定により、二相電流検出値の目標値と実際値との差分が閾値以上と判定された場合はステップＳ２２０へ進み、交流電流センサ１５０が故障していると判断する。一方、二相電流検出値の目標値と実際値との差分が閾値未満と判定された場合はステップＳ２３０へ進み、交流電流センサ１５０が正常であると判断する。ステップＳ２２０またはＳ２３０の処理を実施したら、第２診断部１０８２は、その判断結果に応じた故障通知情報を出力し、図９のフローチャートに示す処理を終了する。

前述の第１の実施形態では、第１診断部１０８１は、電圧指令２相変換部１０６から出力される二相電圧指令値の大きさの変動量を用いて、交流電流センサ１５０が故障しているか否かを判断していた。また、第２診断部１０８２は、電流２相変換部１０７から出力される二相電流検出値の大きさの変動量を用いて、交流電流センサ１５０が故障しているか否かを判断していた。これらの判定方法では、それぞれの情報において変動の有無を確認するまでに時間がかかるため、故障判定までに要する時間が長いという課題があった。一方、本実施形態では、二相電圧指令値や二相電流検出値の目標値と実際値とを比較しており、交流電流センサ１５０の故障に伴ってこれらの値にずれが発生すると、そのずれをすぐに判定可能である。そのため、第１の実施形態と比べて短時間で故障判定を行うことができる。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１診断部１０８１は、二相電圧指令に対する目標値を取得し（ステップＳ１１０Ａ）、その目標値と実際の二相電圧指令値との差分が所定の閾値以上である場合に（ステップＳ１１０Ａ：Ｙｅｓ）交流電流センサ１５０の異常と判定する（ステップＳ１２０）。また、第２診断部１０８２は、二相電流検出値に対する目標値を取得し（ステップＳ２１０Ａ）、その目標値と実際の二相電流検出値との差分が所定の閾値以上である場合に（ステップＳ２１０Ａ：Ｙｅｓ）交流電流センサ１５０の異常と判定する（ステップＳ２２０）。このようにしたので、第１診断部１０８１と第２診断部１０８２のそれぞれにおいて、より短時間で交流電流センサ１５０の故障判定を行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態とは異なる動作条件により、第１診断部１０８１と第２診断部１０８２の判定切り替え処理を行う電力変換装置の例を説明する。なお、第１の実施形態と共通する部分については、特に必要のない限り説明を省略する。

図１０は、本発明の第３の実施形態における第１診断部１０８１と第２診断部１０８２の判定切り替え処理の例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０Ａにおいて、交流電流センサ診断部１０８は、モータ２０に対する目標電流の大きさが所定値以上であるかどうかを判定する。ここでは、例えば目標電流計算部１０３から出力される目標電流を取得し、この目標電流の値を用いて、ステップＳ１０Ａの判定を行うことができる。

ステップＳ１０Ａの判定により、目標電流の大きさが所定値以上と判定された場合はステップＳ２０へ進み、第２診断部１０８２による異常判定を行う。一方、目標電流の大きさが所定値より小さいと判定された場合はステップＳ３０へ進み、第１診断部１０８１による異常判定を行う。ステップＳ２０，Ｓ３０のいずれかで第１診断部１０８１または第２診断部１０８２による異常判定を実施したら、図１０のフローチャートに示す処理を終了する。

第１の実施形態で述べたように、電流フィードバック制御による電流補正の力が強ければ、第１診断部１０８１のほうが交流電流センサ１５０の故障判定がしやすく、反対に電流フィードバック制御による電流補正の力が弱ければ、第２診断部１０８２のほうが交流電流センサ１５０の故障判定がしやすい状態となる。電圧指令計算部１０４における電流フィードバック制御のＰ制御項およびＩ制御項は、目標電流と実際の電流の差分が大きいほど、これらの制御による補正がともに強く働く。ここで、交流電流センサ１５０の故障によって実際の電流が目標電流から一定量ずれた場合、目標電流が小さければ、実際の電流と目標電流の差分が大きくなり、電圧指令計算部１０４による制御の補正が強くなるため、交流電流センサ１５０の故障による影響が相対的に大きくなる。反対に、目標電流が大きければ、実際の電流と目標電流の差分が小さくなり、電圧指令計算部１０４による制御の補正が弱くなるため、故障による影響は相対的に小さくなる。

以上説明したように、目標電流が小さければ、電圧指令計算部１０４による制御の補正が強いため、第１診断部１０８１が行う二相電圧指令値に基づく異常判定の方が、正確な判定結果を得やすくなる。反対に、目標電流が大きければ、電圧指令計算部１０４による制御の補正が弱いため、第２診断部１０８２が行う二相電流検出値に基づく異常判定の方が、正確な判定結果を得やすくなる。したがって、本実施形態のように、交流電流の基本周波数の代わりに目標電流によって故障判定方法を切り替えても、交流電流センサ１５０の故障を精度良く判定することができる。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、交流電流センサ診断部１０８は、目標電流が所定値より小さい場合（ステップＳ１０Ａ：Ｎｏ）は、第１診断部１０８１により交流電流センサ１５０の異常の判定を行い（ステップＳ３０）、目標電流が所定値以上の場合（ステップＳ１０Ａ：Ｙｅｓ）は、第２診断部１０８２により交流電流センサ１５０の異常の判定を行う（ステップＳ２０）。このようにしたので、第１の実施形態と同様に、ＰＩ制御を用いた電圧指令値の計算を行う際に、交流電流の基本周波数に関わらず、交流電流センサ１５０の異常を正確に検知することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第１、第３の実施形態とは異なる動作条件により、第１診断部１０８１と第２診断部１０８２の判定切り替え処理を行う電力変換装置の例を説明する。なお、第１の実施形態と共通する部分については、特に必要のない限り説明を省略する。

図１１は、本発明の第４の実施形態における第１診断部１０８１と第２診断部１０８２の判定切り替え処理の例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０Ｂにおいて、交流電流センサ診断部１０８は、モータ２０に対する目標トルクの大きさが所定値以上であるかどうかを判定する。ここでは、例えば電子制御装置３から送信される目標トルクの情報を取得し、この目標トルクの情報を用いて、ステップＳ１０Ｂの判定を行うことができる。

ステップＳ１０Ｂの判定により、目標トルクの大きさが所定値以上と判定された場合はステップＳ２０へ進み、第２診断部１０８２による異常判定を行う。一方、目標トルクの大きさが所定値より小さいと判定された場合はステップＳ３０へ進み、第１診断部１０８１による異常判定を行う。ステップＳ２０，Ｓ３０のいずれかで第１診断部１０８１または第２診断部１０８２による異常判定を実施したら、図１１のフローチャートに示す処理を終了する。

第３の実施形態で述べたように、交流電流センサ１５０の故障によって実際の電流が目標電流から一定量ずれた場合、目標電流が小さいときは、第１診断部１０８１が行う二相電圧指令値に基づく異常判定の方が、正確な判定結果を得やすく、反対に目標電流が大きいときは、第２診断部１０８２が行う二相電流検出値に基づく異常判定の方が、正確な判定結果を得やすい。ここで、目標トルクが大きいと目標電流も大きくなる傾向があるため、本実施形態のように、目標電流の代わりに目標トルクを用いて故障判定方法を切り替えても、交流電流センサ１５０の故障を精度良く判定することができる。

以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、交流電流センサ診断部１０８は、目標トルクが所定値より小さい場合（ステップＳ１０Ｂ：Ｎｏ）は、第１診断部１０８１により交流電流センサ１５０の異常の判定を行い（ステップＳ３０）、目標トルクが所定値以上の場合（ステップＳ１０Ｂ：Ｙｅｓ）は、第２診断部１０８２により交流電流センサ１５０の異常の判定を行う（ステップＳ２０）。このようにしたので、第１の実施形態と同様に、ＰＩ制御を用いた電圧指令値の計算を行う際に、交流電流の基本周波数に関わらず、交流電流センサ１５０の異常を正確に検知することができる。

なお、以上説明した第１～第４の各実施形態では、交流電流センサ１５０の故障判定方法の切り替えを行うための交流電流の基本周波数や目標電流、目標トルクの所定値をそれぞれ１つしか用いていないが、この所定値を複数用いてもよい。例えば、第１所定値と第２所定値（第１所定値＜第２所定値）を用いる場合、交流電流の基本周波数や目標電流、目標トルクの値が第１所定値未満ならば、第１診断部１０８１の異常判定のみ、第１所定値以上で第２所定値未満ならば、第１診断部１０８１と第２診断部１０８２の異常判定を併用、第２所定値以上ならば第２診断部１０８２の異常判定のみといったように、第１診断部１０８１と第２診断部１０８２を併用する範囲を設けてもよい。

また、以上説明した各実施形態では、特に交流電流センサ１５０を２相にのみ設置した構成を対象としているが、交流電流センサ１５０を３相に設置した構成においても、本発明による交流電流センサ１５０の診断方法を適用可能である。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１：駆動装置、２：直流電源、３：電子制御装置、４：故障通知装置、１０：、電力変換装置、２０：モータ、１００：制御回路、１０１：モータ速度計算部、１０２：１相電流計算部、１０３：目標電流計算部、１０４：電圧指令計算部、１０５：ＰＷＭ信号生成部、１０６：電圧指令２相変換部、１０７：電流２相変換部、１０８：交流電流センサ診断部、１２０：ドライバ回路、１３０：電力変換回路、１４０：電圧センサ、１５０：交流電流センサ、１０８１：第１診断部、１０８２：第２診断部

Claims (9)

1. 直流電力を三相交流電力に変換して出力する電力変換装置であって、
   前記三相交流電力による三相交流電流のうち２相の電流値を検出する交流電流センサと、
   目標トルクに基づいて目標電流を計算する目標電流計算部と、
   前記目標電流と前記交流電流センサの検出値に基づいて電圧指令値を計算する電圧指令計算部と、
   前記交流電流センサの検出値に基づいて前記交流電流センサの異常を判定する交流電流センサ診断部と、を備え、
   前記交流電流センサ診断部は、前記電圧指令値をいずれかの出力相を基準とした二相の直交座標系の値に変換した二相電圧指令値に基づいて前記異常を判定する第１診断部と、前記交流電流センサの検出値を前記二相の直交座標系の値に変換した二相電流検出値に基づいて前記異常を判定する第２診断部と、を有し、
   前記交流電流センサ診断部は、前記電力変換装置の動作条件に応じて、前記第１診断部による前記異常の判定と、前記第２診断部による前記異常の判定とを切り替える、電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記交流電流センサ診断部は、前記三相交流電流の基本周波数が所定値より小さい場合は前記第１診断部により前記異常の判定を行い、前記三相交流電流の基本周波数が前記所定値以上の場合は前記第２診断部により前記異常の判定を行う、電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記交流電流センサ診断部は、前記目標電流が所定値より小さい場合は前記第１診断部により前記異常の判定を行い、前記目標電流が前記所定値より大きい場合は前記第２診断部により前記異常の判定を行う、電力変換装置。
4. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記交流電流センサ診断部は、前記目標トルクが所定値より小さい場合は前記第１診断部により前記異常の判定を行い、前記目標トルクが前記所定値より大きい場合は前記第２診断部により前記異常の判定を行う、電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記第１診断部は、前記二相電圧指令値の大きさの変動量が所定の閾値以上である場合に前記交流電流センサの異常と判定する、電力変換装置。
6. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記第１診断部は、前記二相電圧指令に対する目標値を取得し、前記目標値と実際の前記二相電圧指令値との差分が所定の閾値以上である場合に前記交流電流センサの異常と判定する、電力変換装置。
7. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記第２診断部は、前記二相電流検出値の大きさの変動量が所定の閾値以上である場合に前記交流電流センサの異常と判定する、電力変換装置。
8. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記第２診断部は、前記二相電流検出値に対する目標値を取得し、前記目標値と実際の前記二相電流検出値との差分が所定の閾値以上である場合に前記交流電流センサの異常と判定する、電力変換装置。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
   前記電力変換装置から出力される三相交流電流により駆動される交流モータと、を備え、
   前記交流モータの駆動力を用いて車両を走行駆動させる駆動装置。

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