JP5899516B2

JP5899516B2 - モータ駆動回路、モータ装置、および移動体

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Publication number: JP5899516B2
Application number: JP2013526772A
Authority: JP
Inventors: 陽一榎本; 鷹尾　宏; 宏鷹尾; 前田　好彦; 好彦前田; 星仁岡田
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Publication date: 2016-04-06
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Description

本発明は、モータ駆動回路、モータ装置、および移動体に関する。

従来、絶縁抵抗の検出（漏電の検出）が行われるようにしたモータ駆動回路が提案されている。また特許文献１には、電動車両におけるモータを駆動する回路であって、当該モータの絶縁抵抗を検出しようとするものが開示されている。

特開２０１０−１４２０７３号公報

特許文献１に開示されたものは、モータの絶縁抵抗を検出しようとするものであるが、モータ駆動回路の絶縁抵抗を検出するようにはなっていない。本発明は上述した問題に鑑み、モータ駆動回路とモータのそれぞれの絶縁抵抗の検出が可能となるモータ駆動回路の提供を目的とする。また当該モータ駆動回路を備えた、モータ装置および移動体の提供をも目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るモータ駆動回路は、直流電源と、前記直流電源に接続された電源ラインと、前記電源ライン間に直列接続された一または複数相の上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子を有し、前記上アームスイッチ素子と前記下アームスイッチ素子の間にモータが接続されるインバータと、を備えたモータ駆動回路であって、前記インバータより前段側の電力状態に基づいて、絶縁抵抗を検出する検出部を備え、前記検出部は、前記上アームスイッチ素子と前記下アームスイッチ素子を全てオフとした状態において、前記直流電源の出力を用いて、前記電源ラインの絶縁抵抗を検出する第１検出動作と、前記上アームスイッチ素子と前記下アームスイッチ素子の一方を全てオフとし他方の少なくとも一つをオンとした状態において、前記直流電源の出力を用いて、前記モータの絶縁抵抗を検出する第２検出動作と、を行う構成とする。

本構成によれば、モータ駆動回路とモータのそれぞれの絶縁抵抗の検出が可能となる。なお絶縁抵抗の検出は、絶縁抵抗の値自体を検出する形態には限られず、絶縁抵抗が所定閾値に比べて大きい場合は正常と検出し、小さい場合は不良と検出する形態（絶縁抵抗の良否を検出する形態）などをも含む概念である。

本発明に係るモータ駆動回路によれば、モータ駆動回路とモータのそれぞれの絶縁抵抗の検出が可能となる。

本発明の実施形態に係るモータ駆動回路の構成図である。第１実施形態に係る起動モードでの動作に関するフローチャートである。第２実施形態に係る起動モードでの動作に関するフローチャートである。第３実施形態に係る起動モードでの動作に関するフローチャートである。正極ラインの絶縁抵抗と電圧値Ｖｓの関係に関する表である。負極ラインの絶縁抵抗と電圧値Ｖｓの関係に関する表である。モータの絶縁抵抗と電圧値Ｖｓの関係に関する表である。モータの絶縁抵抗と電圧値Ｖｓの関係に関する表である。

本発明の実施形態について、第１実施形態から第３実施形態の各々を例に挙げて、以下に説明する。

１．第１実施形態
［モータ駆動回路の構成等］
まず第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るモータ駆動回路１の構成図である。モータ駆動回路１は、プリチャージ回路１１、分圧用回路１２、インバータ１３、制御部１５、絶縁抵抗検出部１６、直流電源Ｅ１、スイッチ素子Ｓ１、および電源平滑用コンデンサＣ１などを有している。また、モータ駆動回路１にはモータ１４が接続されており、全体としてモータ装置を形成している。

なお当該モータ装置は、移動体の一形態である電動車両（例えば、電動自転車、自動二輪車、自動三輪車、および自動四輪車など）に設けられている。また本発明の実施形態における各スイッチ素子は、制御部１５が出力する制御信号に応じてオン／オフ（両端間の導通／非導通）を切替えるものである。各スイッチ素子としては、例えばＦＥＴやＩＧＢＴが採用され得るが、これらに限定されるものではない。

また、直流電源Ｅ１の正極側とインバータ回路１３の上アームスイッチ素子（上アームの役割を果たすスイッチ素子）は、正極ラインＬ１（正極側の電源ライン）によって接続されており、直流電源Ｅ１の負極側とインバータ１３の下アームスイッチ素子（下アームの役割を果たすスイッチ素子）は、負極ラインＬ２（負極側の電源ライン）によって接続されている。なお以降の説明において、「電源ライン間」は、正極ラインＬ１と負極ラインＬ２の間を意味する。また正極ラインＬ１および負極ラインＬ２については、「電源ライン」と総称することがある。またモータ駆動回路１において、「前段側」は直流電源Ｅ１に近い側を指し、「後段側」はモータ１４に近い側を指す。

スイッチ素子Ｓ１は、正極ラインＬ１に介在するように設けられている。つまり一端が直流電源Ｅの正極に接続されており、他端がインバータ１３の上アームスイッチ素子に接続されている。またスイッチ素子Ｓ１の両端は、ダイオード（カソードが直流電源Ｅ１の正極に向いている）を介して接続されている。スイッチ素子Ｓ１は、モータ駆動回路１のメインスイッチとして機能する。

プリチャージ回路１１は、電源ライン間に設けられた電源平滑用コンデンサＣ１のプリチャージを行うための回路であり、スイッチ素子Ｓ１と並列に、正極ラインＬ１へ接続されている。プリチャージ回路１１は、スイッチ素子Ｓ０および抵抗Ｒ０を有している。スイッチ素子Ｓ０は、一端が、直流電源Ｅの正極とスイッチ素子Ｓ１の間に接続されており、他端が、抵抗Ｒ０を介して電源平滑用コンデンサＣ１の一端に接続されている。

分圧用回路１２は、モータ駆動回路１の絶縁抵抗（電動車両のシャーシとの間における絶縁抵抗を指す）の良否検出に利用される回路であり、電源ライン間に設けられている。分圧用回路１２は、各スイッチ素子（Ｓ２、Ｓ３）および各抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）を有している。

抵抗Ｒ１は、一端が正極ラインＬ１に接続され、他端がスイッチ素子Ｓ２を介して抵抗Ｒ２の一端に接続されている。また抵抗Ｒ２の他端は、抵抗Ｒ３の一端に接続されている。また抵抗Ｒ４は、一端がスイッチ素子Ｓ３を介して抵抗Ｒ３の他端に接続され、他端が負極ラインＬ２に接続されている。

なお抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の間は、電動車両のシャーシＣＨに接続されている。また抵抗Ｒ４とスイッチ素子Ｓ３の間は、絶縁抵抗検出部１６に接続されている。これにより絶縁抵抗検出部１６は、各スイッチ素子（Ｓ２、Ｓ３）がオンである時に、電源ライン間の電圧を各抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）により分圧した電圧値Ｖｓを、検出することが可能である。なお本実施形態では、分圧用回路１２の一端は、正極ラインＬ１上のスイッチ素子Ｓ１より後段側（直流電源Ｅ１から遠い側）に接続されているが、スイッチ素子Ｓ１より前段側に接続されても構わない。

インバータ１３は、直流電源Ｅ１から供給される直流電圧を受け、この直流電圧を三相交流に変換してモータ１４へ出力する。インバータ１３は、Ｕ相アーム、Ｖ相アーム、およびＷ相アームからなる三相のアームを有している。Ｕ相アーム、Ｖ相アーム、およびＷ相アームは、電源ライン間に並列に接続されている。なおインバータ１３としては、三相以外のインバータが適用されていても構わない。

Ｕ相アームは、電源ライン間に直列接続される各スイッチ素子（Ｓ１１、Ｓ１２）と、各スイッチ素子（Ｓ１１、Ｓ１２）に並列に接続された各ダイオードを有する。何れのダイオードも、カソードが正極ラインＬ１側へ向き、アノードが負極ラインＬ２側へ向くように配置されている。なお、スイッチ素子Ｓ１１はＵ相の上アームスイッチ素子に相当し、スイッチ素子Ｓ１２はＵ相の下アームスイッチ素子に相当する。

Ｖ相アームは、電源ライン間に直列接続される各スイッチ素子（Ｓ２１、Ｓ２２）と、各スイッチ素子（Ｓ２１、Ｓ２２）に並列に接続された各ダイオードを有する。何れのダイオードも、カソードが正極ラインＬ１側へ向き、アノードが負極ラインＬ２側へ向くように配置されている。なお、スイッチ素子Ｓ２１はＶ相の上アームスイッチ素子に相当し、スイッチ素子Ｓ２２はＶ相の下アームスイッチ素子に相当する。

Ｗ相アームは、電源ライン間に直列接続される各スイッチ素子（Ｓ３１、Ｓ３２）と、各スイッチ素子（Ｓ３１、Ｓ３２）に並列に接続された各ダイオードを有する。何れのダイオードも、カソードが正極ラインＬ１側へ向き、アノードが負極ラインＬ２側へ向くように配置されている。なお、スイッチ素子Ｓ３１はＷ相の上アームスイッチ素子に相当し、スイッチ素子Ｓ３２はＷ相の下アームスイッチ素子に相当する。

モータ１４は、例えば、電動車両の所定部分（一例としては車輪）を動かす三相の永久磁石同期モータであり、インバータ１３から入力される三相交流電圧によって駆動する。モータ１４は、各相に対応するコイルが設けられており、各コイルの一端は、インバータ１３のＵ相の上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子との間、Ｖ相の上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子との間、およびＷ相の上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子との間のそれぞれに接続されている。また各コイルの他端同士は、モータ１４内において接続されている。

制御部１５は、制御信号を出力して各スイッチ素子（Ｓ０〜Ｓ３、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２）のオン／オフの切替を制御することが可能であり、予め定められた手順に従い、モータ駆動回路１の各動作を制御する。なおモータ駆動回路１が行う動作の一つとしては、モータ駆動回路１の絶縁抵抗の良否を検出するための絶縁抵抗検出動作がある。絶縁抵抗検出動作の詳細については、改めて説明する。

絶縁抵抗検出部１６は、絶縁抵抗検出動作が行われる際に、電圧値Ｖｓの情報に基づいて、絶縁抵抗の良否を検出する。なお絶縁抵抗を検出することにより、漏電を検出することが可能となる。絶縁抵抗の良否検出の手法については、後述の説明により明らかとなる。

［絶縁抵抗検出動作］
本実施形態に係る電動車両は、イグニッションキーがオンにされると、起動モードを経て、走行が可能となる走行モードに移行する。そしてモータ駆動回路１は、この起動モードにおいて、絶縁抵抗検出動作を行うようになっている。次に、モータ駆動回路１が起動モードにおいて行う動作の流れについて、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。

イグニッションキーがオンにされると、制御部１５はスイッチ素子Ｓ０をオンにし、プリチャージ回路１１をオンにする（ステップＳ１）。これにより、電源平滑用コンデンサＣ１のプリチャージが行われる（ステップＳ２）。

そして電源平滑用コンデンサＣ１のプリチャージが完了した後には、絶縁抵抗検出動作（後述するステップＳ３〜Ｓ１０）が行われる。具体的には、次の通りである。制御部１５は、スイッチ素子Ｓ１（メインスイッチ）をオンにする（ステップＳ３）。ここまでの動作により、電源ラインは直流電源Ｅ１に導通し、電源ライン間の電圧は直流電源Ｅ１の電圧となる。なおこの段階では、分圧用回路１２やインバータ１３における各スイッチ素子は、何れもオフとなっている。

そして制御部１５は、分圧用回路１２の各スイッチ素子（Ｓ２、Ｓ３）をオンにする（ステップＳ４）。これにより、正極ラインＬ１が抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を介してシャーシＣＨに接続され、負極ラインＬ２が抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４を介してシャーシＣＨに接続された状態となる。なおこの状態では、インバータ１３におけるスイッチ素子は全てオフであるため、モータ１４はまだ直流電源Ｅ１に導通していない。

この状態で絶縁抵抗検出部１６は、電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっているか否かを判別する（ステップＳ５）。この判別の動作は、電源ライン（つまりモータ駆動回路１）について、絶縁抵抗の良否を検出するための動作である。

ここで正極ラインＬ１の絶縁抵抗は、図１に点線で示した等価回路上の抵抗Ｒｉに相当し、この絶縁抵抗が小さいほど電圧値Ｖｓは大きくなる。なお、負極ラインＬ２の絶縁抵抗については、絶縁抵抗が小さいほど電圧値Ｖｓは小さくなる。

また直流電源Ｅ１の電圧を５０Ｖ、抵抗Ｒ１の抵抗値を６８ｋΩ、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の抵抗値を８２ｋΩ、および抵抗Ｒ４の抵抗値を６．８ｋΩとすると（以下、この条件を「参考条件」と称する）、正極ラインＬ１の絶縁抵抗と電圧値Ｖｓとの関係は、図５の表に示す通りとなる（但し、負極ラインＬ２側の絶縁抵抗の劣化は無視できる程度とする）。図５の表によれば、例えば正極ラインＬ１の絶縁抵抗が５０ｋΩである場合、電圧値Ｖｓは２．６９Ｖとなる。

また参考条件の下では、負極ラインＬ２の絶縁抵抗と電圧値Ｖｓとの関係は、図６の表に示す通りとなる（但し、正極ラインＬ１側の絶縁抵抗の劣化は無視できる程度とする）。図６の表によれば、例えば負極ラインＬ２の絶縁抵抗が５０ｋΩである場合、電圧値Ｖｓは０．６７Ｖとなる。

図５および図６から、例えば絶縁抵抗の良否検出閾値が５０ｋΩに設定されている場合、すなわち、絶縁抵抗が５０ｋΩ未満であるときに絶縁抵抗が不良であるとする場合には、０．６７Ｖ〜２．６９Ｖの範囲が、電圧値Ｖｓの正常範囲となる。電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっていれば、絶縁抵抗は正常（つまり、漏電は発生していない）であり、収まっていなければ（０．６７Ｖ未満または２．６９Ｖを超えるとき）、絶縁抵抗は不良（つまり、漏電が発生している）ということになる。このような正常範囲の情報は、予め絶縁抵抗検出部１６に格納されている。

そこで絶縁抵抗検出部１６は、電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっていない場合（ステップＳ５のＮ）、電源ラインの絶縁抵抗が不良であることを検出する（ステップＳ６）。この検出の結果は制御部１５に通知され、絶縁抵抗検出動作は終了する。

一方、電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっている場合（ステップＳ５のＹ）、その旨が制御部１５に通知される。このとき制御部１５は、既にオンにしている各スイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ３）をそのままオンに維持したまま、インバータ１３の下アームスイッチ素子（Ｓ１２、Ｓ２２、Ｓ３２）の何れかをオンにする（ステップＳ７）。なおこの際、インバータ１３の上アームスイッチ素子（Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１）は、全てオフのままである。この動作により、オンにされたスイッチ素子を介して、モータ１４が直流電源Ｅ１の負極に導通した状態となる。

この状態で絶縁抵抗検出部１６は、電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっているか否かを判別する（ステップＳ８）。この判別の動作は、モータ１４（モータ駆動回路１における、インバータ１３より後段側の部分）について、絶縁抵抗の良否を検出するための動作である。ここでモータ１４の絶縁抵抗が小さくなるほど、電圧値Ｖｓは小さくなる。

また先述した参考条件の下では、モータ１４の絶縁抵抗と電圧値Ｖｓとの関係は、図７の表に示す通りとなる。図７の表によれば、例えばモータ１４の絶縁抵抗が５０ｋΩである場合、電圧値Ｖｓは０．６７Ｖとなる。

図７から、例えば絶縁抵抗の良否検出閾値が５０ｋΩに設定されている場合には、０．６７Ｖ以上が電圧値Ｖｓの正常範囲となる。電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっていれば、絶縁抵抗は正常であり、収まっていなければ（０．６７Ｖ未満であるとき）、絶縁抵抗は不良ということになる。このような正常範囲の情報は、予め絶縁抵抗検出部１６に格納されている。

なお、電源ラインの絶縁抵抗については、ステップＳ５の動作を通じて、既に正常であることが確認されている。そのため、ステップＳ８の動作により電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっていないと検出されれば、モータ１４の絶縁抵抗が不良であると言える。

そこで絶縁抵抗検出部１６は、電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっていない場合（ステップＳ８のＮ）、モータ１４の絶縁抵抗が不良であることを検出する（ステップＳ９）。この検出の結果は制御部１５に通知され、絶縁抵抗検出動作は終了する。

一方、電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっている場合（ステップＳ８のＹ）、電源ラインとモータ１４の何れにおいても、絶縁抵抗は正常であると言える。そこでこの場合、絶縁抵抗検出部１６は、モータ駆動回路１の絶縁抵抗は正常であることを検出する（ステップＳ１０）。この検出の結果は制御部１５に通知され、絶縁抵抗検出動作は終了する。

上述した通り絶縁抵抗検出動作によれば、モータ装置の絶縁抵抗の良否について、（１）正常、（２）モータ１４の部分において不良、および（３）電源ライン（つまりモータ駆動回路１）の部分において不良、の何れであるかが検出される。このように絶縁抵抗検出動作によれば、モータ装置の絶縁抵抗の良否が検出可能であるとともに、絶縁抵抗の不良な部分がある場合には、その部分を特定することが可能である。

なお制御部１５は、絶縁抵抗検出動作が完了した後、電動車両に設けられている表示手段（例えば点灯ランプやディスプレイ）を通じて、走行モード表示（走行モードとなったことを示す表示）を行う（ステップＳ２０）。これによりユーザは、電動車両が走行可能になったことを知ることになる。走行モード表示がなされた段階で、起動モードは終了する。

また絶縁抵抗検出動作が完了した後、制御部１５は、その検出結果に応じた動作を行う。例えば、絶縁抵抗検出動作の検出結果を表示する表示手段（一例としては、（１）〜（３）の各検出結果に対応した３種類の点灯ランプ）が電動車両に設けられている場合、制御部１５は、当該表示手段の制御を通じて、検出結果をユーザ等に報知する。

以上のように絶縁抵抗検出動作は、イグニッションキーをオンにしてから走行モードとなるまでの、起動モードにおいて行われることが好ましい。但し、絶縁抵抗検出動作が行われるタイミング等については、上述した形態に限定されるものではない。

［オンにするアームの切替について］
ところで先述したステップＳ７の動作は、モータ１４の絶縁抵抗の良否検出（ステップＳ８〜Ｓ１０）を行うにあたり、下アームスイッチ素子の何れかをオンにして、直流電源Ｅ１の負極をモータ１４に導通させるための動作である。そのため下アームスイッチ素子の何れかをオンにする期間（便宜的に、「アームオン期間」と称する）は、少なくとも直流電源Ｅ１の電力がモータ１４にも行き渡り、絶縁抵抗の良否検出が可能となる期間に設定される。

またステップＳ７の動作では、Ｕ相〜Ｗ相の何れの下アームスイッチ素子をオンにすることによっても、当該目的を達することが可能である。そこでステップＳ７の動作は、アームオン期間において、オンにする下アームスイッチ素子が順次切替えられる動作となっていても良い。例えばアームオン期間においてインバータ１３の状態が、Ｕ相のみの下アームスイッチ素子をオンにした状態、Ｖ相のみの下アームスイッチ素子をオンにした状態、およびＷ相のみの下アームスイッチ素子をオンにした状態の間で、一回或いは複数回に亘って、順に切替えられるようにしても良い。なお、下アームスイッチ素子をオンにする順序は特に限定されない。

このようにすれば、アームオン期間において、同一の下アームスイッチ素子が連続してオンである時間を出来るだけ短くすることが可能である。そのため、同一の下アームスイッチ素子が連続してオンとなることに起因する不具合等を、抑えることが可能である。一例を挙げれば、電動車両の運転中に絶縁抵抗検出動作が行われる場合において、同一の下アームスイッチ素子が連続してオンとなることにより発生するブレーキトルクを最小限に抑え、ドライバーにおける危険や不快感を低減させることが可能である。

２．第２実施形態
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明では、第１実施形態と異なる部分の説明に重点をおき、共通する部分については説明を省略することがある。

本実施形態のモータ駆動回路１が起動モードにおいて行う動作の流れについて、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお本実施形態は、ステップＳ６の動作の代わりに、後述する各動作（ステップＳ１１〜Ｓ１３）の動作が行われる点で、第１実施形態とは異なっている。

すなわち本実施形態の絶縁抵抗検出部１６は、ステップＳ５の動作として、電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっているか否かの判別を行った後、正常範囲内に収まっていないと判別した場合には（ステップＳ５のＮ）、次のように動作する。

絶縁抵抗検出部１６は、電圧値Ｖｓが正常範囲の上限値よりも大きい場合（ステップＳ１１のＹ）には、正極ラインＬ１の絶縁抵抗が不良であることを検出する（ステップＳ１２）。そして絶縁抵抗検出部１６は、この検出の結果を制御部１５に通知し、絶縁抵抗検出動作は終了される。

また絶縁抵抗検出部１６は、電圧値Ｖｓが正常範囲の下限値よりも小さい場合（ステップＳ１１のＮ）には、負極ラインＬ２の絶縁抵抗が不良であることを検出する（ステップＳ１３）。そして絶縁抵抗検出部１６は、この検出の結果を制御部１５に通知し、絶縁抵抗検出動作は終了される。

例えば先述した参照条件の下では、絶縁抵抗の良否検出閾値が５０ｋΩに設定されている場合、図５および図６から、０．６７Ｖ〜２．６９Ｖの範囲が電圧値Ｖｓの正常範囲となる。そのためこの場合は、電圧値Ｖｓが２．６９Ｖ（正常範囲の上限値）より大きい場合には、正極ラインＬ１の絶縁抵抗が不良であることが検出され、電圧値Ｖｓが０．６７Ｖ（正常範囲の下限値）より小さい場合には、負極ラインＬ２の絶縁抵抗が不良であることが検出されることになる。

本実施形態の絶縁抵抗検出動作によれば、モータ装置の絶縁抵抗の良否について、（１）正常、（２）モータ１４の部分において不良、（３）正極ラインＬ１の部分において不良、および（４）負極ラインＬ２の部分において不良、の何れであるかが検出される。

なお制御部１５は、絶縁抵抗検出動作が完了した後、絶縁抵抗検出動作での検出結果に応じた動作を行う。例えば、絶縁抵抗検出動作の検出結果を表示する表示手段（一例としては、（１）〜（４）の各検出結果に対応した４種類の点灯ランプ）が電動車両に設けられている場合、制御部１５は、当該表示手段の制御を通じて、検出結果をユーザ等に報知する。このように本実施形態のモータ駆動回路１は、第１実施形態に比べ、モータ装置の絶縁抵抗の不良部分をより詳細に特定するようになっており、より的確な動作を行うことが可能となっている。

３．第３実施形態
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明では、第１実施形態と異なる部分の説明に重点をおき、共通する部分については説明を省略することがある。

本実施形態のモータ駆動回路１が起動モードにおいて行う動作の流れについて、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお本実施形態は、ステップＳ７の動作の代わりに、後述するステップＳ７´の動作が行われる点で、第１実施形態とは異なっている。

ここで第１実施形態でのステップＳ７の動作は、モータ１４の絶縁抵抗の良否検出（ステップＳ８〜Ｓ１０）を行うにあたり、インバータ１３の下アームスイッチ素子の何れかをオンにして、直流電源Ｅ１の負極をモータ１４に導通させるための動作となっていた。

第３実施形態のモータ駆動回路１は、ステップＳ７の動作の代わりに、インバータ１３の上アームスイッチ素子の何れかをオンにして（下アームスイッチ素子は全てオフのままとする）、直流電源Ｅ１の正極をモータ１４に導通させる動作（ステップＳ７´）を行う。このように、インバータ１３の下アームスイッチ素子に代えて上アームスイッチ素子をオンとすることによっても、第１実施形態の場合と同様にして、モータ１４の絶縁抵抗の良否検出が可能である。

つまりステップＳ７´の動作がなされた状態において、絶縁抵抗検出部１６は、電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっているか否かを判別する（ステップＳ８）。

また先述した参考条件の下では、本実施形態におけるモータ１４の絶縁抵抗と電圧値Ｖｓとの関係は、図８の表に示す通りとなる。図８の表によれば、例えばモータ１４の絶縁抵抗が５０ｋΩである場合、電圧値Ｖｓは２．６９Ｖとなる。

図８から、例えば絶縁抵抗の良否検出閾値が５０ｋΩに設定されている場合には、２．６９Ｖ以下が電圧値Ｖｓの正常範囲となる。電圧値Ｖｓが正常範囲内に収まっていれば、絶縁抵抗は正常であり、収まっていなければ（２．６９Ｖを超えるとき）、絶縁抵抗は不良ということになる。このように本実施形態によれば、インバータ１３の下アームスイッチ素子に代えて上アームスイッチ素子をオンとすることにより、モータ１４の絶縁抵抗の良否検出が可能となっている。

なおステップＳ７´の動作においては、ステップＳ７の動作の場合と同様、アームオン期間（ここでは下アームスイッチ素子ではなく、上アームスイッチ素子の何れかをオンにする期間）において、オンにする上アームスイッチ素子が順次切替えられるようにしても良い。例えばアームオン期間においてインバータ１３の状態が、Ｕ相のみの上アームスイッチ素子をオンにした状態、Ｖ相のみの上アームスイッチ素子をオンにした状態、およびＷ相のみの上アームスイッチ素子をオンにした状態の間で、一回或いは複数回に亘って、順に切替えられるようにしても良い。なお、上アームスイッチ素子をオンにする順序は特に限定されない。

このようにすれば、アームオン期間において、同一の上アームスイッチ素子が連続してオンである時間を出来るだけ短くすることが可能である。そのため、同一の上アームスイッチ素子が連続してオンとなることに起因する不具合等を、抑えることが可能である。一例を挙げれば、例えば電動車両の運転中に絶縁抵抗検出動作が行われる場合、同一の上アームスイッチ素子が連続してオンとなることにより発生するブレーキトルクを最小限に抑え、ドライバーにおける危険や不快感を低減させることが可能である。

また第３実施形態においても、第２実施形態の場合と同様に、ステップＳ６の動作の代わりにステップＳ１１〜Ｓ１３の動作が行われるようにしても良い。これによりモータ駆動回路１は、モータ装置の絶縁抵抗の不良部分をより詳細に特定し、より的確な動作を行うことが可能となる。なおステップＳ１１〜Ｓ１３の動作内容等については、第２実施形態の欄において説明済みであるため、ここでは重複した説明を省略する。

４．その他
以上に説明した通り、各実施形態に係るモータ駆動回路１は、直流電源Ｅ１と、直流電源Ｅ１に接続された電源ライン（Ｌ１、Ｌ２）と、電源ライン間に直列接続された三相の上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子を有し、これらの上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子の間にモータが接続されるインバータ１３と、を備えている。

そしてモータ駆動回路１は、モータ駆動回路１とモータ１４に対して絶縁抵抗（電動車両のシャーシとの間における絶縁抵抗）の良否を検出する検出部を備えている。当該検出部は、インバータ１３より前段側の電力状態に基づいて絶縁抵抗の良否を検出するようになっており、主に、分圧用回路１２、制御部１５、および絶縁抵抗検出部１６により形成されている。

当該検出部は、インバータ１３の上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子を全てオフとした状態において、直流電源Ｅ１の出力を用いて、モータ装置の絶縁抵抗の良否を検出するステップＳ５の動作（第１検出動作）と、インバータ１３の上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子の一方を全てオフとし他方の少なくとも一つをオンとした状態において、直流電源Ｅ１の出力を用いて、モータ装置の絶縁抵抗の良否を検出するステップＳ８の動作（第２検出動作）と、を行うようになっている。

より具体的には、当該検出部は、ステップＳ５の動作により絶縁抵抗が正常と検出された後に、ステップＳ８の動作を行うようになっている。そして当該検出部は、ステップＳ５の動作により、電源ライン（つまりモータ駆動回路１）における絶縁抵抗の良否を検出し、ステップＳ８の動作により、モータ１４（インバータ１３より後段側）における絶縁抵抗の良否を検出するようになっている。

そのため当該検出部によれば、モータ装置において絶縁抵抗が不良となっている部分がある場合には、その部分が特定されるようになっている。

そして更に、絶縁抵抗の良否を検出する部分（検出部分）の切替は、インバータ１３のアームの状態を切替えるだけで実現されるようになっている。そのため当該検出部は、簡素な構成により（例えば、絶縁抵抗の良否を検出するための機構を検出部分ごとに別個に要することなく）、モータ装置の絶縁抵抗の良否を部分ごとに検出することが可能となっている。

なお分圧用回路１２は、電源ライン間に直列に接続された複数の分圧抵抗（Ｒ１〜Ｒ４）を有しており、当該分圧抵抗同士の間の一部はシャーシＣＨに接続（接地）されている。そして当該検出部は、当該分圧抵抗を用いた分圧により得られる電圧値Ｖｓに基づいて、絶縁抵抗の良否を検出するようになっている。

また例えば第２実施形態のモータ駆動回路１においては、検出部は、第１検出動作において、電圧値Ｖｓが正常範囲の上限値（予め定められた第１検出閾値）を上回るときは、正極側の電源ラインにおいて絶縁抵抗が不良であると検出し、電圧値Ｖｓが正常範囲の下限値（予め定められた第２検出閾値）を下回るときは、負極側の電源ラインにおいて絶縁抵抗が不良であると検出する。そのため、モータ装置の絶縁抵抗の不良部分をより詳細に特定することが可能である。

また第１実施形態における第２検出動作は、インバータ１３の上アームスイッチ素子を全てオフとし下アームスイッチ素子の何れかをオンとした状態において、直流電源Ｅ１の出力を用いてモータ装置の絶縁抵抗を検出する動作となっている。この場合に検出部は、第２検出動作の実行時において、インバータ１３の複数相の間で、オンとする下アームスイッチ素子を切替えるようにすることが出来る。これにより、同一の下アームスイッチ素子が連続してオンとなることに起因する不具合等を、抑えることが可能である。

また第３実施形態における第２検出動作は、インバータ１３の下アームスイッチ素子を全てオフとし上アームスイッチ素子の何れかをオンとした状態において、直流電源Ｅ１の出力を用いてモータ装置の絶縁抵抗を検出する動作となっている。この場合に検出部は、第２検出動作の実行時において、インバータ１３の複数相の間で、オンとする上アームスイッチ素子を切替えるようにすることが出来る。これにより、同一の上アームスイッチ素子が連続してオンとなることに起因する不具合等を、抑えることが可能である。

またモータ駆動回路１と、これに接続されたモータ１４は、モータ装置を形成している。当該モータ装置は、電動車両に限らず、その他の移動体を含めた様々なものに搭載され得る。なおここでの移動体には、モータボート等の船舶や水上遊具といった乗り物、さらにモータを駆動源とし、人が搭乗せず無人で移動するもの等が含まれる。

なお、モータ駆動回路（電源ライン等）の絶縁抵抗を検出せずにモータの絶縁抵抗を検出しようとする場合は、モータの絶縁抵抗の不良が検出されたとしても、この検出結果は、モータ駆動回路の絶縁抵抗の不良に起因している可能性がある。すなわちこの場合には、モータの絶縁抵抗が誤って検出されるおそれがある。しかし本実施形態に係るモータ駆動回路によれば、モータ駆動回路の絶縁抵抗が正常であることを検出した上で、モータの絶縁抵抗が検出されるため、このような誤検出は回避される。このように本実施形態に係るモータ駆動回路によれば、モータの絶縁抵抗を出来るだけ正確に検出することが可能である。

また本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、電動車両に搭載するモータ駆動回路などに利用することができる。

１モータ駆動回路
１１プリチャージ回路
１２分圧用回路
１３インバータ
１４モータ
１５制御部
１６絶縁抵抗検出部
Ｃ１電源平滑用コンデンサ
ＣＨシャーシ
Ｅ１直流電源
Ｒ０抵抗
Ｒ１〜Ｒ４抵抗（分圧抵抗）
Ｓ０〜Ｓ３スイッチ素子
Ｓ１１スイッチ素子（Ｕ相の上アームスイッチ素子）
Ｓ１２スイッチ素子（Ｕ相の下アームスイッチ素子）
Ｓ２１スイッチ素子（Ｖ相の上アームスイッチ素子）
Ｓ２２スイッチ素子（Ｖ相の下アームスイッチ素子）
Ｓ３１スイッチ素子（Ｗ相の上アームスイッチ素子）
Ｓ３２スイッチ素子（Ｗ相の下アームスイッチ素子）

Claims

直流電源と、
前記直流電源に接続された電源ラインと、
前記電源ライン間に直列接続された一または複数相の上アームスイッチ素子と下アームスイッチ素子を有し、前記上アームスイッチ素子と前記下アームスイッチ素子の間にモータが接続されるインバータと、
を備えたモータ駆動回路であって、
前記インバータより前段側の電力状態に基づいて、絶縁抵抗を検出する検出部を備え、
前記検出部は、
前記上アームスイッチ素子と前記下アームスイッチ素子を全てオフとした状態において、前記直流電源の出力を用いて、前記電源ラインの絶縁抵抗を検出する第１検出動作と、
前記上アームスイッチ素子と前記下アームスイッチ素子の一方を全てオフとし他方の少なくとも一つをオンとした状態において、前記直流電源の出力を用いて、前記モータの絶縁抵抗を検出する第２検出動作と、
を行うモータ駆動回路。
前記検出部は、
第１検出動作により前記電源ラインの絶縁抵抗が正常と検出された後に、第２検出動作を行うものである請求項１に記載のモータ駆動回路。
前記電源ライン間に直列に接続された複数の分圧抵抗を有しており、
前記分圧抵抗同士の間の一部は接地されている接地箇所であり、
前記電源ラインの正極ラインと前記接地箇所との間に少なくとも１つの前記分圧抵抗を設け、
前記接地箇所と前記電源ラインの負極ラインとの間に少なくとも２つの前記分圧抵抗を設け、
前記検出部は、前記接地箇所と前記電源ラインの負極ラインとの間に設けられた前記分圧抵抗間の電圧値に基づいて、前記電源ラインの絶縁抵抗の良否及び前記モータの絶縁抵抗の良否を検出する請求項２に記載のモータ駆動回路。
前記検出部は、
第１検出動作において、
前記電圧値が予め定められた第１検出閾値を上回るときは、正極側の前記電源ラインにおいて絶縁抵抗が不良であると検出し、
前記電圧値が予め定められた前記第１検出閾値よりも小さい第２検出閾値を下回るときは、負極側の前記電源ラインにおいて絶縁抵抗が不良であると検出する請求項３に記載のモータ駆動回路。
前記インバータが複数相の前記上アームスイッチ素子と前記下アームスイッチ素子を有している、請求項２から請求項４の何れかに記載のモータ駆動回路であって、
前記第２検出動作は、
前記上アームスイッチ素子を全てオフとし前記下アームスイッチ素子の何れかをオンとした状態において、前記直流電源の出力を用いて前記モータの絶縁抵抗を検出する動作であり、
前記検出部は、
第２検出動作の実行時において、前記複数相の間で、オンとする前記下アームスイッチ素子を切替えるモータ駆動回路。
前記インバータが複数相の前記上アームスイッチ素子と前記下アームスイッチ素子を有している、請求項２から請求項４の何れかに記載のモータ駆動回路であって、
前記第２検出動作は、
前記下アームスイッチ素子を全てオフとし前記上アームスイッチ素子の何れかをオンとした状態において、前記直流電源の出力を用いて前記モータの絶縁抵抗を検出する動作であり、
前記検出部は、
第２検出動作の実行時において、前記複数相の間で、オンとする前記上アームスイッチ素子を切替えるモータ駆動回路。
請求項１から請求項６の何れかに記載のモータ駆動回路と、
前記上アームスイッチ素子と前記下アームスイッチ素子の間に接続されたモータと、
を備えたモータ装置。
請求項７に記載のモータ装置を備えた移動体。