JP4924700B2 - 物理量検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、物理量を検出する物理量検出装置に関する。

従来、物理量を検出する物理量検出装置として、例えば特許文献１に開示されている車載情報伝達装置がある。この車載情報伝達装置は、物理量であるインバータの温度を検出する装置である。車載情報伝達装置は、感温ダイオードと、周波数変換回路と、フォトカプラとを備えている。感温ダイオードは、インバータに設置され、インバータの温度に応じた電圧を出力する。周波数変換回路は、感温ダイオードに接続され、感温ダイオードの出力する電圧を、その電圧に応じた周波数の交流信号に変換して出力する。フォトカプラは、周波数変換回路に接続され、周波数変換回路の出力する交流信号を、電気的に絶縁するとともに、パルス信号に変換して出力する。

特開２００９−１７１３１２号公報

ところで、インバータの複数箇所の温度を検出し、最も高い温度に基づいてインバータの温度異常を判定することがある。このような場合において、前述した車載用情報伝達装置を用いると、感温ダイオードだけでなく、周波数変換回路やフォトカプラまでも検出箇所の数に応じて複数設けなければならない。そのため、構成が複数になり、コストが上昇してしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複数箇所の物理量を検出する場合において、構成を簡素化して、コストを抑えることができる物理量検出装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、信号変換回路の前段に、複数の物理量変換回路の出力する電圧の中から最も高い電圧を出力する出力選択回路を設けることで、構成を簡素化でき、コストを抑えられることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の物理量検出装置は、温度の上昇に伴って順方向電圧が低くなる感温ダイオードを有し、温度の上昇に伴って低くなる感温ダイオードの電圧を、温度の上昇に伴って高くなる電圧に変換して出力する複数の温度変換回路と、複数の温度変換回路に接続され、複数の温度変換回路の出力する、温度の上昇に伴って高くなる電圧の中から、最も高い電圧を出力する出力選択回路と、出力選択回路に接続され、出力選択回路の出力する電圧を、その電圧に応じたパルス幅又は周波数のパルス信号に変換して出力する信号変換回路と、を有することを特徴とする物理量検出装置。この構成によれば、検出対象である温度を、電圧に確実に変換することができる。信号変換回路の前段に、複数の温度変換回路の出力する電圧の中から最も高い電圧を出力する出力選択回路が設けられている。そのため、従来のように、信号変換回路を温度変換回路と同数設ける必要がない。そのため、複数箇所の温度を検出する場合において、構成を簡素化して、コストを抑えることができる。

請求項２に記載の物理量検出装置は、温度変換回路は、一端が感温ダイオードに接続され、感温ダイオードの電圧を補正する補正抵抗を有することを特徴とする。この構成によれば、複数ある温度変換回路の感温ダイオードに起因する電圧特性のばらつきを抑えることができる。

請求項３に記載の物理量検出装置は、複数の温度変換回路の感温ダイオードの温度が同一のとき、複数の温度変換回路の補正抵抗の他端の電圧が許容範囲内となるように、補正抵抗の抵抗値が調整されていることを特徴とする。この構成によれば、複数ある温度変換回路の感温ダイオードに起因する電圧特性のばらつきを確実に抑えることができる。なお、温度が同一のときに、電圧が同一になるように、補正抵抗の抵抗値が調整されているとより好ましい。

請求項４に記載の物理量検出装置は、出力選択回路は、複数のダイオードを有し、複数のダイオードは、カソードが共通接続され、アノードが温度変換回路に、共通接続されたカソードが信号変換回路にそれぞれ接続されていることを特徴とする。この構成によれば、複数の温度変換回路の出力電圧の中から最も高い電圧を確実に出力することができる。

請求項５に記載の物理量検出装置は、信号変換回路に接続され、信号変換回路の出力するパルス信号を電気的に絶縁して出力する絶縁回路を有することを特徴とする。この構成によれば、信号変換回路の出力信号を絶縁することができる。

請求項６に記載の物理量検出装置は、温度変換回路は、車両に搭載されたインバータ装置の温度を検出することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載されたインバータ装置の複数箇所の温度を検出する場合において、構成を簡素化して、コストを抑えることができる。

本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。 温度検出装置の回路図である。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る物理量検出装置を、車両に搭載されたモータ制御装置に適用した例を示す。

まず、図１及び図２を参照してモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。図２は、温度検出装置の回路図である。

図１に示すモータ制御装置１は、バッテリＢ１の出力する直流電圧を３相交流電圧に変換して３相交流モータＭ１に供給し、３相交流モータＭ１を駆動する装置である。モータ制御装置１は、インバータ回路１０（インバータ装置）と、駆動回路１１と、温度検出回路１２（物理量検出装置）と、制御回路１３とを備えている。

インバータ回路１０は、バッテリＢ１の直流電圧を３相交流電圧に変換する回路である。インバータ回路１０は、ＩＧＢＴ１００〜１０５によって構成されている。

ＩＧＢＴ１００〜１０５は、オン、オフすることで直流電圧を３相交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１００〜１０５は、近接して配置されている。ＩＧＢＴ１００、１０３、ＩＧＢＴ１０１、１０４及びＩＧＢＴ１０２、１０５は、それぞれ直列接続されている。ＩＧＢＴ１００〜１０２のエミッタが、ＩＧＢＴ１０３〜１０５のコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続されたＩＧＢＴ１００、１０３、ＩＧＢＴ１０１、１０４及びＩＧＢＴ１０２、１０５は、並列接続されている。ＩＧＢＴ１００〜１０２のコレクタはバッテリＢ１の正極端子に、ＩＧＢＴ１０３〜１０５のエミッタはバッテリＢ１の負極端子にそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１００〜１０５のゲートは駆動回路１１に接続されている。また、直列接続されたＩＧＢＴ１００、１０３、ＩＧＢＴ１０１、１０４及びＩＧＢＴ１０２、１０５の直列接続点は、３相交流モータＭ１にそれぞれ接続されている。

駆動回路１１は、制御回路１３の出力する駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００〜１０５を駆動する回路である。駆動回路１１は、制御回路１３に接続されている。また、ＩＧＢＴ１００〜１０５のゲートにそれぞれ接続されている。

温度検出回路１２は、インバータ回路１０の複数箇所の温度を検出し、その温度の中から最も高い温度をパルス信号として出力する回路である。温度検出回路１２は、温度変換回路１２０、１２１と、出力選択回路１２２と、信号変換回路１２３と、フォトカプラ１２４（絶縁回路）とを備えている。

温度変換回路１２０、１２１は、ＩＧＢＴ１０３、１０５の温度を、その温度に応じた電圧に変換して出力する回路である。具体的には、その温度の上昇に伴って高くなる電圧に変換して出力する回路である。図２に示すように、温度変換回路１２０は、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃと、補正抵抗１２０ｄと、定電流源１２０ｅと、トランジスタ１２０ｆと、抵抗１２０ｇ、１２０ｈとを備えている。

感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃは、温度に応じて電圧が変化する素子である。具体的には、温度の上昇に伴って順方向電圧が低くなる素子である。感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃは、図１に示すように、ＩＧＢＴ１０３の近くに設置されている。図２に示すように、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃは、直列接続されている。感温ダイオード１２０ａのアノードが感温ダイオード１２０ｂのカソードに、感温ダイオード１２０ｂのアノードが感温ダイオード１２０ｃのカソードに接続されている。感温ダイオード１２０ｃのアノードは補正抵抗１２０ｄに接続されている。感温ダイオード１２０ａのカソードは接地されている。

補正抵抗１２０ｄは、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃの電圧を補正する素子である。具体的には、可変抵抗である。補正抵抗１２０ｄの一端は、感温ダイオード１２０ｃのアノードに接続されている。また、他端は、定電流源１２０ｅに接続されている。

定電流源１２０ｅは、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ及び補正抵抗１２０ｄに、一定電流を供給する電流源である。定電流源１２０ｅは、回路用電源に接続されている。また、補正抵抗１２０ｄの他端に接続されている。

トランジスタ１２０ｆ及び抵抗１２０ｇ、１２０ｈは、補正抵抗１２０ｄの他端の電圧を反転して出力するための回路を構成する素子である。トランジスタ１２０ｆのベースは、補正抵抗１２０ｄの他端に接続されている。また、コレクタは、抵抗１２０ｇを介して回路用電源に接続されている。さらに、エミッタは、抵抗１２０ｈを介して接地されている。

温度変換回路１２１は、感温ダイオード１２１ａ〜１２１ｃと、補正抵抗１２１ｄと、定電流源１２１ｅと、トランジスタ１２１ｆと、抵抗１２１ｇ、１２１ｈとを備えている。感温ダイオード１２１ａ〜１２１ｃは、図１に示すように、ＩＧＢＴ１０５の近くに設置されている。図２に示すように、温度変換回路１２１は、温度変換回路１２０と同一構成である。

なお、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃの温度が同一のとき、補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄの他端の電圧が同一となるように、補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄの抵抗値が調整されている。

出力選択回路１２２は、温度変換回路１２０、１２１の出力する電圧の中から最も高い電圧を出力する回路である。出力選択回路１２２は、ダイオード１２２ａ、１２２ｂによって構成されている。ダイオード１２２ａ、１２２ｂは、カソードが共通接続されている。ダイオード１２２a、１２２ｂのアノードは、トランジスタ１２０ｆ、１２１ｆのコレクタにそれぞれ接続されている。また、共通接続されたカソードは、信号変換回路１２３に接続されている。

信号変換回路１２３は、出力選択回路１２２の出力する電圧を、その電圧に応じたパルス幅のパルス信号に変換する回路である。信号変換回路１２３は、三角波信号発生回路１２３ａと、コンパレータ１２３ｂとを備えている。

三角波信号発生回路１２３ａは、一定振幅かつ一定周波数の三角波信号を出力する回路である。コンパレータ１２３ｂは、出力選択回路１２２の出力する電圧を、三角波信号発生回路１２３ａの出力する三角波と比較することで、その電圧に応じたパルス幅のパルス信号に変換する素子である。コンパレータ１２３ｂの反転入力端子は、三角波信号発生回路１２３ａの信号出力端子に接続されている。また、非反転入力端子は、共通接続されたダイオード１２２ａ、１２２ｂのカソードに接続されている。さらに、出力端子は、フォトカプラ１２４に接続されている。

フォトカプラ１２４は、信号変換回路１２３の出力するパルス信号を電気的に絶縁して出力する素子である。フォトカプラ１２４の信号入力端子は、コンパレータ１２３ｂの出力端子に接続されている。また、信号出力端子は、制御回路１３に接続されている。

制御回路１３は、外部から入力される指令、及び、３相交流モータＭ１の相電流等に基づいてＩＧＢＴ１００〜１０５に対する駆動信号を出力する回路である。また、温度検出回路１２の出力するパルス信号に基づいてインバータ回路１０の温度異常を判定し、温度異常である場合には、対応する処理を行う回路でもある。制御回路１３は、マイクロコンピュータを備えている。制御回路１３は、駆動回路１１に接続されている。また、フォトカプラ１２４の信号出力端子に接続されている。

次に、図１及び図２を参照してモータ制御装置の動作について説明する。図１において、制御回路１３は、外部から入力される指令等に基づいてＩＧＢＴ１００〜１０５に対する駆動信号を出力する。駆動回路１１は、制御回路１３の出力する駆動信号に基づいてＩＧＢＴ１００〜１０５をスイッチングする。これにより、ＩＧＢＴ１００〜１０５がスイッチングし、バッテリＢ１の直流電圧が３相交流電圧に変換され、３相交流モータＭ１に供給される。そして、３相交流モータＭ１が駆動される。

ところで、ＩＧＢＴ１００〜１０５がスイッチングし、電流が流れると、ＩＧＢＴ１００〜１０５の温度が上昇する。ＩＧＢＴ１０３、１０５の温度が上昇すると、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃの順方向電圧が低くなる。感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃの電圧は、補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄによって補正される。トランジスタ１２０ｆ、１２１ｆは、補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄの他端の電圧を反転して出力する。これにより、ＩＧＢＴ１０３、１０５の温度が、その温度の上昇に伴って高くなる電圧に変換され、温度変換回路１２０、１２１から出力されることとなる。

出力選択回路１２２は、温度変換回路１２０、１２１の出力する電圧の中から最も高い電圧を出力する。その後、信号変換回路１２３は、出力選択回路１２２の出力する電圧を、その電圧に応じたパルス幅のパルス信号に変換して出力する。そして、フォトカプラ１２４は、信号変換回路１２３の出力するパルス信号を電気的に絶縁して出力する。

制御回路１３は、温度検出回路１２の出力するパルス信号に基づいてインバータ回路１０の温度異常を判定し、温度異常である場合には、ＩＧＢＴ１００〜１０５のスイッチングを停止する等、対応する処理を行う。

最後に、効果について説明する。本実施形態によれば、信号変換回路１２３の前段に、２つの温度変換回路１２０、１２１の出力する電圧の中から最も高い電圧を出力する出力選択回路１２２が設けられている。そのため、従来のように、信号変換回路を温度変換回路と同数設ける必要がない。そのため、車両に搭載されたインバータ回路１０の２箇所の温度を検出する場合において、構成を簡素化して、コストを抑えることができる。

本実施形態によれば、温度変換回路１２０、１２１は、温度に応じて電圧が変化する感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃを備えている。そのため、検出対象である温度を、電圧に確実に変換することができる。

本実施形態によれば、温度変換回路１２０、１２１は、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃに接続される補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄを備えている。そのため、温度変換回路１２０、１２１の感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃに起因する電圧特性のばらつきを抑えることができる。

本実施形態によれば、温度が同一のとき、補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄの他端の電圧が同一になるように、補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄの抵抗値が調整されている。そのため、温度変換回路１２０、１２１の感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃに起因する電圧特性のばらつきを確実に抑えることができる。

本実施形態によれば、出力選択回路１２２は、ダイオード１２２ａ、１２２ｂによって構成され、ダイオード１２２a、１２２ｂのアノードがトランジスタ１２０ｆ、１２１ｆのコレクタに、共通接続されたカソードが信号変換回路１２３にそれぞれ接続されている。つまり、温度変換回路１２０、１２１が、ダイオード１２２ａ、１２２ｂを介してワイヤードオア接続されている。そのため、温度変換回路１２０、１２１の出力電圧の中から最も高い電圧を確実に出力することができる。

本実施形態によれば、温度検出回路１２は、フォトカプラ１２４を備えている。そのため、信号変換回路１２３のパルス信号を回路用電源から絶縁して出力することができる。

なお、本実施形態では、信号変換回路１２３が、出力選択回路１２２の出力する電圧を、その電圧に応じたパルス幅のパルス信号に変換して出力する例を挙げているが、これに限られるものではない。その電圧に応じた周波数のパルス信号に変換して出力してもよい。

本実施形態では、温度を検出するために、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃを用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。温度を、その温度に応じた電圧に変換できるものであれば、どのような素子を用いてもよい。

本実施形態では、３つの感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃをそれぞれ直列接続している例を挙げているが、これに限られるものではない。直列接続される感温ダイオードの数はいくつであってもよい。

本実施形態では、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃの温度が同一のとき、補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄの他端の電圧が同一となるように、補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄの抵抗値が調整されている例を挙げているが、これに限られるものではない。補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄの他端の電圧が所定の許容範囲内となるように補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄの抵抗値が調整されていてもよい。誤差が生じることとなるが、許容範囲内であれば問題となることはない。

本実施形態では、インバータ回路１０の２箇所の温度、具体的には、ＩＧＢＴ１０３、１０５の温度を検出する例を挙げているが、これに限られるものではない。３箇所以上の温度を検出してもよい。インバータ回路１０を構成する全てのＩＧＢＴの温度を検出してもよい。複数箇所の温度を検出する場合に適用することができる。

本実施形態では、補正抵抗１２０ｄ、１２１ｄが可変抵抗である例を挙げているが、これに限られるものではない。補正抵抗は、レーザトリミングによって抵抗値を調整可能な薄膜抵抗や厚膜抵抗であってもよい。

本実施形態では、感温ダイオード１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃが、ＩＧＢＴ１０３、１０５の近くに設置されている例を挙げているが、これに限られるものではない。感温ダイオードは、ＩＧＢＴと一体的に成形されていてもよい。

本実施形態では、測定対象が温度である例を挙げているが、これに限られるものではない。測定対象は、温度以外の物理量、例えば、湿度や圧力等であってもよい。

１・・・モータ制御装置、１０・・・インバータ回路、１００〜１０５・・・ＩＧＢＴ、１１・・・駆動回路、１２・・・温度検出回路（物理量検出装置）、１２０、１２１・・・温度変換回路、１２０ａ〜１２０ｃ、１２１ａ〜１２１ｃ・・・感温ダイオード、１２０ｄ、１２１ｄ・・・補正抵抗、１２０ｅ、１２１ｅ・・・定電流源、１２０ｆ、１２１ｆ・・・トランジスタ、１２０ｇ、１２０ｈ、１２１ｇ、１２１ｈ・・・抵抗、１２２・・・出力選択回路、１２２ａ、１２２ｂ・・・ダイオード、１２３・・・信号変換回路、１２３ａ・・・三角波信号発生回路、１２３ｂ・・・コンパレータ、１２４・・・フォトカプラ（絶縁回路）、１３・・・制御回路、Ｂ１・・・バッテリ、Ｍ１・・・３相交流モータ

Claims (6)

1. 温度の上昇に伴って順方向電圧が低くなる感温ダイオードを有し、温度の上昇に伴って低くなる前記感温ダイオードの電圧を、温度の上昇に伴って高くなる電圧に変換して出力する複数の温度変換回路と、
   複数の前記温度変換回路に接続され、複数の前記温度変換回路の出力する、温度の上昇に伴って高くなる電圧の中から、最も高い電圧を出力する出力選択回路と、
   前記出力選択回路に接続され、前記出力選択回路の出力する電圧を、その電圧に応じたパルス幅又は周波数のパルス信号に変換して出力する信号変換回路と、
   を有することを特徴とする物理量検出装置。
2. 前記温度変換回路は、一端が前記感温ダイオードに接続され、前記感温ダイオードの電圧を補正する補正抵抗を有することを特徴とする請求項１に記載の物理量検出装置。
3. 複数の前記温度変換回路の前記感温ダイオードの温度が同一のとき、複数の前記温度変換回路の前記補正抵抗の他端の電圧が許容範囲内となるように、前記補正抵抗の抵抗値が調整されていることを特徴とする請求項２に記載の物理量検出装置。
4. 前記出力選択回路は、複数のダイオードを有し、
   複数の前記ダイオードは、カソードが共通接続され、アノードが前記温度変換回路に、共通接続されたカソードが前記信号変換回路にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の物理量検出装置。
5. 前記信号変換回路に接続され、前記信号変換回路の出力するパルス信号を電気的に絶縁して出力する絶縁回路を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の物理量検出装置。
6. 前記温度変換回路は、車両に搭載されたインバータ装置の温度を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の物理量検出装置。

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