KR20110036650A

KR20110036650A - 전동기 제어 장치

Info

Publication number: KR20110036650A
Application number: KR1020117007047A
Authority: KR
Inventors: 이사오 게조우보우; 마사히로 기마타; 다카유키 기후쿠; 가즈미치 츠츠미; 치아키 후지모토; 노리유키 이노우에
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2011-04-07
Also published as: KR101040890B1; CN101401295B; KR20080108121A; EP2009782B1; WO2007129359A1; CN101401295A; JP4772116B2; US20090021207A1; EP2009782A1; JPWO2007129359A1; KR101139146B1; EP2009782A4; US7990093B2

Abstract

인버터를 구비한 다상 교류 전동기의 제어 장치로서, 전류 제어 수단(23)은 이상시에 사용하는 이상시 전류 제어 수단(30), 전동기(5)의 배선 또는, 인버터(25), 또는 전동기와 인버터를 연결하는 배선의 이상 상태를 판정하는 이상 판정 수단(32), 및 이상 상 분리 수단(34)을 구비하고 있고, 이상 상 분리 수단은, 이상 판정 수단이 판정한 이상인 상 중 1개 이상을 회로로부터 분리하고, 이상시 전류 제어 수단은, 이상 판정 수단이 판정한 이상 상태에 따른 이상시 전압 지령을 발생하며, 이 이상시 전압 지령을 다상 전압 지령으로 해서, 인버터의 분리된 상 이외의 상을 이용해 각 상을 개별적으로 전류 제어한다.

Description

전동기 제어 장치{ELECTRIC MOTOR CONTROL APPARATUS}

본 발명은 전동기를 구동하는 전동기 제어 장치에 관한 것으로, 특히, 다상(多相) 전동기 또는 인버터의 1상(相) 혹은 2상 사이에 접지(grounding) 또는 단락(short-circuiting)과 같은 이상(異常)이 발생하여도, 이상 상태에 적합한 제어 방식으로 전동기를 구동할 수 있는 전동기의 제어 장치에 관한 것이다.

종래 장치의 예로서, 예를 들면, 아래의 특허 문헌 1에 나타내는 것이 있다. 이 특허 문헌 1에 기재된 것은 인버터의 각 상에 휴즈(fuse)를 갖추고 있어, 스위칭 소자가 단락되는 이상 발생시에, 단락 경로에 정상시보다 큰 전류를 흘려 휴즈를 용단(溶斷)시켜 단락 개소를 통한 폐회로를 개방시킴으로써 유기 전력에 기인한 브레이크 토크(brake torque)를 방지하고 있다.

또한, 다른 종래 장치의 예로서, 아래의 특허 문헌 2에 나타내는 것이 있다. 이 특허 문헌 2에 기재된 것은 3상 전동기와 스위칭 소자의 사이를 접속하는 3상 배선 중에서 2상 사이가 단락되는 이상 발생시에, 이 배선에 설치된 모터 릴레이를 개방시키지 않고 폐쇄한 채로 해서 제어 가능 상태를 계속시키는 것이다. 또한, 단락된 2 상의 상측 스위칭 소자와 하측 스위칭 소자가 동시에 온 상태로 되지 않도록 듀티를 제한하는 것에 의해 과전류를 억제하고 있다.

일본 공개 특허 제 2003-81099 호 공보 일본 공개 특허 제 2005-153570 호 공보

종래에, 전동기 또는 인버터의 이상시에 제어를 계속시키는 것으로서, 1상이 개방 상태로 되는 이상시, 또는 2상 사이가 단락되는 이상시에 있어서의 제어 방식이 있다. 그러나, 그 밖의 이상, 예를 들면, 1상의 접지, 1상 권선의 단락, 스위칭 소자의 단락 등이 발생했을 경우에, 이상시에만 사용하는 하드웨어 장치를 사용하지 않고, 토크 출력을 계속하는 제어 방식에 관한 것은 없다.

상기 특허 문헌 1과 같은 예에서는, 스위칭 소자가 단락되는 이상 시에 휴즈를 용단시키고 있지만, 휴즈라고 하는 하드웨어를 추가할 필요가 있으므로, 인버터의 사이즈와 비용이 증대한다. 또, 유기 전력에 의한 브레이크 토크는 방지할 수 있지만, 제어는 계속되지 않는다.

상기 특허 문헌 2와 같은 예에서는, 2상 사이가 단락되는 이상 시에, 모터 릴레이를 폐쇄한 채로 하고, 이상이 있는 상의 듀티를 제한하고 있지만, 과전류를 억제하면서 제어 가능 상태를 계속시키고 있는데 지나지 않고, 전류 제어 방법을 연구하여, 이상에 기인한 토크 맥동(脈動)을 억제해서 모터의 동작을 개선하도록 하는 것은 아니었다. 따라서, 이상에 기인한 모터의 토크 맥동이 크다는 문제가 있다.

또한, 상기 특허 문헌 2의 과전류의 방지는 듀티의 제한에 의한 것으로, 제한은 하지만 듀티에 의해 스위칭 소자는 구동되므로, 복수의 스위칭 소자의 응답 지연의 오차나, 스위칭 소자의 구동 회로의 타이밍의 오차에 의해, 단락 경로가 생겨 과전류가 발생할 우려가 있다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 장치의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 전동기 또는 인버터의 이상 발생 시, 예를 들면, 1상의 접지, 1상 권선의 단락, 스위칭 소자의 단락, 2상 사이의 단락 등이 발생했을 경우에, 과전류를 방지하고, 나아가서, 이상 상태에 적절한 제어 방식으로 변경하는 것에 의해, 이상에 기인한 토크 맥동을 억제하여 모터의 동작을 개선할 수 있도록 한 전동기의 제어 장치를 제공하는 것을 목표로 한다.

본 발명에 따른 전동기 제어 장치는, 전동기의 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 회로, 전동기가 발생하는 토크의 목표치에 상당하는 토크 전류 지령과 상기 전류 검출 회로로부터의 각 상의 검출 전류 및 모터 회전 각도 검출 회로로부터의 모터 회전 각도에 따라 다상 전압 지령을 결정하는 전류 제어 수단, 이 전류 제어 수단으로부터의 다상 전압 지령에 기초하여 인버터로 스위칭 조작을 지시하는 스위칭 소자 구동 회로, 이 스위칭 소자 구동 회로로부터의 스위칭 조작 신호를 받아 동작하고, 상기 전동기의 각 상에 공급되는 전류를 제어하는 스위칭 소자로 이루어지는 인버터를 구비하고, 상기 전류 제어 수단은, 또한, 정상(正常)시에 사용하는 정상시 전류 제어 수단, 이상(異常)시에 사용하는 이상시 전류 제어 수단, 상기 전동기의 배선 또는, 상기 인버터, 또는 상기 전동기와 상기 인버터를 연결하는 배선의 이상 상태를 판정하는 이상 판정 수단, 및 전환 수단을 구비하고 있으며, 이상이 발생한 경우에 있어서, 상기 이상시 전류 제어 수단은, 상기 이상 판정 수단이 판정한 이상 상태에 따른 이상시 전압 지령을 발생하고, 상기 전환 수단은, 상기 이상시 전류 제어 수단으로부터의 이상시 전압 지령을 다상 전압 지령으로서 출력하고, 상기 정상시 전류 제어 수단 대신에 상기 이상시 전류 제어 수단에 의해서 전류 제어를 실행하는 다상 교류 전동기의 전동기 제어 장치로서, 상기 이상시 전류 제어 수단은, 상기 전동기의 회전 각도가 전류를 제로로 해야 하는 각도 범위에 있는 경우에, 일시적으로 1개 이상의 상의 스위칭 소자에 오프 상태를 지령하는 선택적 스위칭 소자 오프 수단을 구비한 것이다.

또한, 본 발명의 전동기 제어 장치는, 전동기의 각 상에 흐르는 전류를 산출하는 전류 검출 회로, 전동기가 발생하는 토크의 목표치에 상당하는 토크 전류 지령과 상기 전류 검출 회로로부터의 각 상의 검출 전류 및 모터 회전 각도 검출 회로로부터의 모터 회전 각도에 따라 다상 전압 지령을 결정하는 전류 제어 수단, 이 전류 제어 수단으로부터의 다상 전압 지령에 기초하여, 인버터로 스위칭 조작을 지시하는 스위칭 소자 구동 회로, 이 스위칭 소자 구동 회로로부터의 스위칭 조작 신호를 받아 동작하고, 상기 전동기의 각 상에 공급되는 전류를 제어하는 스위칭 소자로 이루어지는 인버터를 구비하되, 상기 전류 제어 수단은 또한, 정상시에 사용하는 정상시 전류 제어 수단, 이상시에 사용하는 이상시 전류 제어 수단, 상기 전동기의 배선 또는, 상기 인버터, 또는 상기 전동기와 상기 인버터를 연결하는 배선의 이상 상태를 판정하는 이상 판정 수단 및 전환 수단을 구비하고 있으며, 이상이 발생한 경우에 있어서, 상기 이상시 전류 제어 수단은 상기 이상 판정 수단이 판정한 이상 상태에 따른 이상시 전압 지령을 발생하고, 상기 전환 수단은, 상기 이상시 전류 제어 수단으로부터의 이상시 전압 지령을 다상 전압 지령으로서 출력하고, 상기 정상시 전류 제어 수단 대신에 상기 이상시 전류 제어 수단에 의해서 전류 제어를 실행하는 다상 전류 전동기의 전동기 제어 장치로서,

상기 이상시 전류 제어 수단은, 전동기의 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 전동기의 회전 각도에서 이상시 전류 지령을 영으로 하도록 구성한 것이다.

본 발명의 전동기 제어 장치에 의하면, 전동기의 배선 또는, 인버터, 또는 전동기와 인버터를 연결하는 배선에 접지, 단락 등의 이상이 생겼을 경우에도, 전동기의 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 모터 회전 각도에 있어서, 브레이크 토크를 작게 할 수 있고, 전동기의 토크 출력을 계속시켜서, 이상에 의한 토크 맥동을 억제하여 모터의 동작을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 전동기 제어 장치에 의하면, 전동기의 배선 또는, 인버터, 또는 전동기와 상기 인버터를 연결하는 배선의 1상에 단락 이상이 생긴 경우에 있어서도, 이상시 전류 제어 수단이, 전동기의 회전 각도가 전류를 제로로 해야 하는 각도 범위에 있는 경우에, 일시적으로 1개 이상의 상의 스위칭 소자에 오프 상태를 지령하는 선택적 스위칭 소자 오프 수단을 구비하고 있기 때문에, 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 모터 회전 영역에 있어서, 전류 경로를 줄이고, 브레이크 토크의 발생을 억제하고, 이상에 의한 토크 맥동을 억제하여 모터의 동작을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 전동기 제어 장치에 의하면, 전동 파워 스티어링 장치의 구동용으로 이용되는 3상 브러쉬리스 모터의 제어 장치로서 적합한 전동기의 제어 장치를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기 제어 장치의 전체적인 구성을 나타내는 개략 블록도,
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전류 제어 수단의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 이상시 전류 제어 수단의 제어 블록 선도,
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 상 전류 지령 정형 수단의 구성의일예를 나타내는 블록도,
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 단위 목표 상 전류와 모터 토크 파형의 일예를 나타내는 도면,
도 6은 전동기 제어 장치에 있어서 1상이 접지되는 이상시의 전류 파형과 브 레이크 토크의 일례를 나타내는 도면,
도 7은 종래의 제어를 이용한 경우의 1상이 접지되는 이상시에 있어서의 모터 토크 파형도,
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기 제어 장치를 이용한 경우의, 1상이 단락되는 이상시에 있어서의 모터 토크 파형도,
도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 이상시 전류 제어 수단의 제어 블록 선도,
도 10은 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 이상시 전류 제어 수단의 제어 블록 선도,
도 11은 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 이상시 전류 제어 수단의 제어 블록 선도,
도 12는 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 단위 목표 상 전류와 모터 토크 파형의 일예를 나타내는 도면,
도 13은 종래의 제어를 이용한 경우의, 2상 사이가 단락되는 이상시에 있어서의 모터 토크 파형도,
도 14는 본 발명의 실시 형태 4에 따른 전동기 제어 장치를 이용한 경우의, 2상 사이가 단락되는 이상시에 있어서의 모터 토크 파형도,
도 15는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전류 제어 수단의 구성을 나타내는 블록도,
도 16은 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 이상시 전류 제어 수단의 제어 블록 선도,
도 17은 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 단위 목표 상 전류와 모터 토크 파형의 일예를 나타내는 도면,
도 18은 종래의 제어를 이용한 경우의, 1상이 단락되는 이상시에 있어서의 모터 토크 파형도,
도 19는 본 발명의 실시 형태 5에 따른 전동기 제어 장치를 이용한 경우의, 1상이 단락되는 이상시에 있어서의 모터 토크 파형도,
도 20은 본 발명에 있어서의 이상시 전류 제어 수단의 제어 블록 선도,
도 21은 본 발명의 실시 형태 8에 따른 전동 파워 스티어링 장치의 개략 구성도,
도 22는 본 발명의 실시 형태 8에 있어서의 콘트롤러 유닛의 구성을 나타내는 블록도이다.

(실시 형태 1)

본 발명의 실시 형태 1을 도면에 기초하여 설명한다.

또한, 이하의 설명에서는 본 발명을, 3상 브러쉬리스 모터에 적용했을 경우를 예로 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 다상 교류에 의해 회전 구동되는 전동기에 대해서 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 전동기 제어 장치의 전체 구성을 나타내는 개략적인 블록도이다.

도 1에서, 10은 전동기 제어 장치이며, 이 전동기 제어 장치(10)를 이용하여 U, V, W상의 3상 권선을 구비한 브러쉬리스 모터(이하 모터라고 함)(5)를 제어한다.

전동기 제어 장치(10)는 모터(5)의 회전 각도를 검출하는 모터 각도 센서(6)로부터의 신호를 수신하고, 모터 회전 각도 검출 회로(21)에 의해 모터의 회전 각도를 산출한다. 또한, 전류 검출 회로(22)에 의해 모터(5)의 각 상에 흐르는 전류를 산출한다.

전류 제어 수단(23)은 후술하는 바와 같이, 모터 토크의 목표치에 상당하는 토크 전류 지령, 모터 각 상의 검출 전류, 모터 회전 각도에 따라 3상 전압 지령을 결정한다. 스위칭 소자 구동 회로(24)는 이 전류 제어 수단(23)에서 결정된 3상 전압 지령을 PWM 변조하여 인버터(25)로 스위칭 조작을 지시한다.

인버터(25)는 스위칭 소자 구동 회로(24)로부터의 스위칭 조작 신호를 수신하여, 출력 암을 구성하는 스위칭 소자(61A∼63A, 61B∼63B)의 초퍼 제어를 실현하며, 배터리(11)로부터 공급되는 전력에 의해, 모터(5)의 각 상에 전류를 흘린다. 각 상에 흐르는 이 전류에 의해서, 모터 토크가 발생한다.

다음으로, 전류 제어 수단(23)에 대하여 도 2의 블록도르 이용하여 설명한다.

전류 제어 수단(23)은 도 2로 나타내는 바와 같이, 정상시에 사용하는 통상의 제어 방식을 실행하는 정상시 전류 제어 수단(31), 이상시에 사용하는 이상시 전류 제어 수단(30), 이상 판정 수단(32), 전환 수단(33), 이상 상 분리 수단(34)을 구비하고 있고, 이 2개의 전류 제어 수단(30, 31)을 전환하는 것이 가능하게 되어 있다.

이상 판정 수단(32)은 전류 검출 회로(22)로부터 공급되는 3상 검출 전류에 기초하여 다음과 같은 판정을 행한다. 즉, 이상 판정 수단(32)은 어느 하나의 상의 검출 전류의 크기가 사전에 정해진 값 이상에 머물고, 또한, 다른 상의 검출 전류는 사전에 정해진 값 이하에 머물고 있는 시간의 길이가, 사전에 정한 값에 이르렀을 때에, 그 상은 이상 상태라고 판정한다. 이와 같은 이상 판정 수단이라면, 각 상 독립적으로 이상을 판정하는 것이 아니라, 3상 검출 전류에 근거하여 상대적 또는 종합적으로 이상을 판정하므로, 오판정의 우려를 작게 할 수 있다.

또한, 이상 판정 수단(32)은, 이상의 유무와 이상인 상을 알리기 위해 이상 판정 신호를, 이상시 전류 제어 수단(30)과 전환 수단(33)과 이상 상 분리 수단(34)에 공급한다.

이상시 전류 제어 수단(30)은 이상 판정 수단(32)으로부터의 이상 판정 신호를 수신하고, 정상시에는 기능을 정지하며, 어느 상으로부터 이상이 검출되었을 경우에는, 그 이상인 상에 대응한 제어를 실행한다.

전환 수단(33)은 이상 판정 수단(32)으로부터의 이상 판정 신호를 수신하며, 정상시의 신호를 검출했을 경우에는, 정상시 전류 제어 수단(31)으로부터의 3상 정상시 전압 지령을 3상 전압 지령으로서 출력하고, 이상시의 신호를 검출했을 경우에는, 이상시 전류 제어 수단(30)으로부터의 3상 이상시 전압 지령을 3상 전압 지령으로서 출력한다.

이상 상 분리 수단(34)은, 이상 판정 수단(32)으로부터의 이상 판정 신호를 수신하고, 과전류를 막기 위해 이상인 상을 분리하도록 이상인 상의 스위칭 소자를 구동 정지하는 지령을 스위칭 소자 구동 회로(24)로 송신한다.

또, 정상시 전류 제어 수단(31)은, 예를 들면, 국제 공개 WO 2005/091488 공보의 도 17에 도시된 바와 같은 공지의 것으로 구성하면 되고, 정상시에 있어서, 통상의 dq 제어를 실행하며, 원활한 모터 토크의 발생을 실현하는 것으로서, 본 발명의 요지와는 직접적인 관계가 없으므로, 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 모터나 인버터의 1상에 이상이 생겼을 경우, 예를 들면, 모터 배선의 V상이나, 인버터 배선의 V상이나, 모터와 인버터를 연결하는 배선의 V상이, 배터리의 부전위에 연결되는 배선에 단락되는 이상, 또는, 인버터의 출력 암의 1상, 예를 들면, V상의 하측 스위칭 소자가 단락되는 이상, 즉, 1상의 접지가 발생했을 경우에 관해 설명한다.

이러한 이상이 발생했을 경우, 도 2에 있어서, 이상 판정 수단(32)은 「V상이 이상이다」라는 이상 판정 신호를, 이상시 전류 제어 수단(30)과 전환 수단(33)과 이상 상 분리 수단(34)에 공급한다. 이상 상 분리 수단(34)은, 이상이 생긴 V상에 과전류가 발생하는 것을 막기 위해, V상의 스위칭 소자(62A, 62B)의 구동을 정지하는 지령을 스위칭 소자 구동 회로(24)에 보낸다. 이 지령을 받은 스위칭 소자 구동 회로(24)에 의해, V상 스위칭 소자(62A, 62B)는 오프 상태를 계속하고, 구동 정지 상태로 된다.

또, 이상 판정 신호에 의해서, 이상시 전류 제어 수단(30)이 작동하고, 3상 이상시 전압 지령이 전환 수단(33)을 통해 3상 전압 지령으로서 스위칭 소자 구동 회로(24)에 공급된다. 이상시 전류 제어 수단(30)은 이상이 생긴 상을 고려한 전류 제어를 행하기 위해, 도 3에 도시되는 제어 방식을 실행한다.

다음으로, 이상시 전류 제어 수단(30)의 제어 동작에 관해 도 3, 도 4를 이용하여 설명한다. 도 3은 전술한 V상이 접지되는 경우의 이상시 전류 제어 수단(30a)의 제어 블록 선도이며, 이 제어 방식을 이하 「접지시 3상 개별 제어」라고 부르기로 한다.

도 3에 있어서, 상 전류 지령 정형 수단(50)은 토크 전류 지령과, 모터 회전 각도와, 미분 수단(51)에 의해 모터 회전 각도를 근사적으로 미분해 얻은 모터 회전 각속도에 따라, 각 상의 상 전류 지령을 발생한다. 감산기(44, 45, 46)는 각각 U, V, W상 전류 지령으로부터, 전류 검출 회로(22)에서 얻어진 U, V, W상 검출 전류를 감산하여, 각 상의 전류 편차를 산출한다. 다음으로, 감산기(72, 73)는 접지된 상을 기준으로 한 각 상의 전류 제어를 실시하기 위해서 정상인 U, W상의 전류 편차로부터, 이상이 발생한 V상의 전류 편차를 감산하고, Pl 제어 등으로 구성된 U상 제어기(41), W상 제어기(43)에 공급한다.

정상인 상의 전압 지령을, 배터리 부전압에 연결되어 있는 접지된 상의 전압으로, 오프셋시켜서 적절한 지령으로 하기 위해, 가산기(74, 75)는 U상 제어기(41), W상 제어기(43)로부터 출력된 U, W상의 지령에, 부전압 회로(54)의 배터리 부전압치(VN)를 각각 가산하여, U, W상 전압 지령을 생성한다. 여기서 말하는 배터리 부전압치는 배터리 전압(VB)의 2분의 1의 값을 음수값으로 한 것, 즉, VN=-VB/2이다.

이와 같이 해서 도 3에 나타내는 이상시 제어 수단(30a)은 V상에 발생한 접지에 대응하여 정상인 상을 개별적으로 제어한다.

상 전류 지령 정형 수단(50)은, 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같은 구성이다.

단위 상 전류 지령 발생 수단(501)은 토크 전류 지령과, 모터 회전 각도, 모터 회전 각속도에 따라 각 상의 단위 상 전류 지령을 결정한다.

승산 수단(502U, 502V, 502W)은 토크 전류 지령과 각 상의 단위 상 전류 지령을 각각 승산하여, 각 상의 상 전류 지령을 산출한다. 이 단위 상 전류 지령은 토크 전류 지령의 크기가 1일 때의, 각 상의 상 전류 지령을 의미한다.

단위 상 전류 지령 발생 수단(501)에 있어서, 토크 전류 지령과, 모터 회전 각도와, 모터 회전 각속도에 대한 단위 상 전류 지령의 관계는, 예를 들면, 도 5로 나타내는 관계이다.

도 5(a)의 관계를 이용하여, 단위 상 전류 지령을 생성하고, 이러한 상 전류 지령이 각 상 권선의 전류로서 실현될 수 있으면, 도 5(b)에 나타낸 바와 같은 모터 토크 파형을 얻을 수 있다. 이것은 전술한 바와 같은 1상이 접지되는 이상시에 가능한한 정(正)방향의 평탄한 토크를 출력하도록 하는 지령이다. 횡축의 모터 회전 각도는 모터의 전기각의 스케일이다.

또한, 이 단위 목표 상 전류의 산출에 있어서, 모터 회전 각속도를 사용하지 않지만, 모터 회전 각속도를 사용한 예에 관해서는 후술하는 실시 형태 6에서 설명한다.

또한, 이상시 전류 제어 수단(30a)은 선택적 스위칭 소자 오프 수단(53)을 마련하고 있고, 모터 회전 각도에 따라, 일시적으로 정상인 상의 스위칭 소자를 오프하도록 스위칭 소자 구동 회로(24)에 명령할 수 있다.

예를 들면, 도 5(a)에 나타내는 단위 상 전류 지령을 이용하는 경우는, 전류를 제로로 하고 싶은 모터 회전 각도(0-60°)에 있어서, U상 스위칭 소자(61A, 61B)와 W상 스위칭 소자(63A, 63B)를 오프하는 것에 의해, 전류 경로를 줄일 수 있다.

또, 도 3은 V상에 이상이 생겼을 경우의 접지시 3상 개별 제어의 제어 블록 선도를 나타내고 있지만, U, W상에 이상이 발생했을 경우도, 마찬가지의 접지시 3상 개별 제어가, 이상시 전류 제어 수단(30a)에 구비되어 있어, 이상이 생긴 상에 따라 전환가능하다.

다음으로, 이하에서는, 본 발명의 효과를 나타내기 위해, 전술한 바와 같이, 1상이 접지되는 이상시에 있어서의 문제점을 설명해 둔다.

1상이 전술한 바와 같이 접지되는 이상시에는, 접지 개소를 개재한 폐회로가 생기기 때문에, 모터의 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 모터 회전 각도가 존재한다. 이 브레이크 토크는 모터의 회전을 방해하는 방향으로 움직이는 토크이다. 가령, 스위칭 소자를 모두 오프했을 경우에도, 정상인 상의 다이오드를 통해 폐회로는 유지되므로, 도 6에 나타내는 바와 같이, 유기 전력에 의한 전류가 흘러, 브레이크 토크가 발생한다.

또한, 이 다이오드는 도 1에 도시하는 바와 같이, 통상, 인버터(25)에 있어서, 각각의 스위칭 소자와 병렬로 마련되는 것이다.

도 5에 있어서, 모터 회전 각도(O∼60°)에서는, 단위 상 전류 지령과 모터 토크 파형을 제로로 하고 있지만, 이것은 브레이크 토크의 발생을 막을 수 없는 영역이며, 조금이라도 전류를 작게 해서, 브레이크 토크를 작게 하는 것이 목표이다.

본래, 정의 토크를 출력하려면, 이 각도 영역에서는, V상의 전압을 가장 높게 해야 하는 것이지만, 지금, V상이 접지하여 전압이 최저치, 즉, 배터리의 부전압으로 되어 있기 때문에, 정의 토크의 발생은 불가능하다. 또한, 접지 개소를 개재한 폐회로가 있기 때문에 브레이크 토크가 발생하며, 이것을 방지하는 것은 곤란하다.

또한, 1상이 전술한 바와 같이 접지되는 이상시에 있어서는, 정상시에 사용하는 제어 방식, 예를 들면, dq제어를 이용하여 제어를 실행하면, 제어가 이상시에 적합한 것이 아니기 때문에, 도 7에 나타내는 바와 같이, 부값의 부분, 즉, 브레이크 토크가 크고, 또한, 토크 맥동도 커진다는 문제가 있다.

이것에 대해, 본 발명의 실시 형태 1의 접지시 3상 개별 제어를 사용하면, 상 전류 지령 정형 수단(50)에 의해 이상 상태에 적절한 각 상의 전류 지령을 생성하고, 이 전류 지령을 실현하도록 구성된 제어가 되기 때문에, 도 8에 나타낸 모터 토크 파형과 같이, 가능한한 브레이크 토크의 발생을 억제하여 토크 맥동을 작게 할 수 있다.

또한, 선택적 스위칭 소자 오프 수단(53)에 의해, 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 영역에서 전류 경로를 줄여, 브레이크 토크를 최소화할 수 있다.

또, 가령, 이상 판정 수단(32)이 각 상 독립적으로 검출 전류의 크기에 의해 이상을 판정했을 경우에는, 예를 들면, 판정의 임계치에 가까운 큰 전류치로 제어하고 있는 때 등에, 노이즈나 다른 상의 이상의 영향을 받아서, 오류로 이상 판정해 버릴 우려가 있다.

그러나, 본 실시 형태 1에 기재된 이상 판정 수단이라면, 각 상의 검출 전류의 값을 각각의 절대치로 평가할 뿐만 아니라, 3상의 검출 전류의 값을 상대적으로 평가해서 이상을 판정하므로, 오판정의 우려를 작게 할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 실시 형태 1의 제어 장치에 의하면, 전동기의 배선 또는, 인버터, 또는 전동기와 상기 인버터를 연결하는 배선에 이상이 생겨서, 이 이상에 의해 과전류가 발생할 우려가 있는 경우에도, 이상 상 분리 수단(34)에 의해, 이상이 생긴 상을 분리하고, 또한, 분리하지 않고 남은 상을 이용하여, 정상시 전류 제어 수단(31) 대신에 이상시 전류 제어 수단(30)에 의해서 전류 제어를 계속해서, 이상 상태에 따른 전류 지령과 전압 지령에 근거해 각 상을 개별적으로 제어할 수 있다.

따라서, 과전류를 방지함은 물론, 전동기의 토크 출력을 계속시켜, 이상에 따른 토크 맥동을 억제하여, 모터의 동작을 개선할 수 있다.

(실시 형태 2)

도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 이상시 전류 제어 수단(30b)의 제어 블록 선도이다.

실시 형태 1의 도 3의 접지시 3상 개별 제어의 이상시 전류 제어 수단(30a)에 있어서는, 이상이 발생한 V상에 대해서도 상 전류 지령을 생성하고, V상 검출 전류도 이용하여 제어했지만, 실시 형태 2에 있어서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 상 전류 지령 정형 수단(50)은 U, W상 전류 지령만을 생성하고, 감산기(44, 46)에 의해서, U, W상 전류 지령으로부터 U, W상 검출 전류를 각각 감산하고, 이 전류 편차를 U상 제어기(44), W상 제어기(46)에 공급하여, 각 상을 개별적으로 제어하도록 한 것이다.

도 9의 구성에 의해서도, 실시 형태 1의 접지시 3상 개별 제어와 거의 등가의 제어가 가능하고, V상 접지시에 있어서, 접지시 3상 개별 제어와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(실시 형태 3)

도 10은 본 발명의 실시 형태 3에 따른 이상시 전류 제어 수단(30c)의 제어 블록 선도이다.

실시 형태 1에 있어서는, 이상시 전류 제어 수단으로서 도 3의 접지시 3상 개별 제어를 이용했지만, dq좌표상에서의 제어계를 이용하여도 동일한 제어가 가능하다. 그중 하나의 형태를 실시 형태 3으로서 이하에서 설명한다.

이상시 전류 제어 수단은, 실시 형태 1에서 이용한 도 3의 접지시 3상 개별 제어 대신에, 도 10에 나타내는 이상시 전류 제어 수단(30c)을 실행한다.

이 도 10에 나타내는 제어 방식은, 정상시에 이용하는 dq 제어와 거의 같지만, d, q축 제어기의 적분항을 제한하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 도 10을 상세히 설명한다.

dq축 전류 지령 정형 수단(80)은 토크 전류 지령과 모터 회전 각도에 따라, d, q축 전류 지령을 생성한다. 다음으로, 감산기(83, 84)에 의해, d, q축 전류 지령으로부터, 2상 변환 수단(86)으로부터 출력된 d, q축 검출 전류를 각각 감산해서, d,q축 전류 편차를 산출하여, d축 제어기(81), q축 제어기(82)에 공급한다. d,q축 전류 제어기(81, 82)에서는 각각, d,q축 전류 편차에 비례 게인(111d, 111q)을 승산하는 비례항과, d,q축 전류 편차를 적분기(113d, 113q)에 의해 적분한 것에 적분 게인(112d, 112q)를 승산하는 적분항이 있고, 이들을 각각 가산하여, d,q축 전압 지령을 생성한다. 적분항에는 적분항의 출력 부분에 적분항 제한 수단(114d, 114q)이 갖춰져 있고, 적분항의 값을 정상시보다 작게 제한할 수 있다.

또, 여기에서는, 적분항 제한 수단(114d, 114q)에 의해 적분항 출력을 제한하는 것을 나타내고 있지만, 적분항의 적분 게인(112d, 112q)을 작게 제한해도 마찬가지이다. 또한, 적분항을 영으로 해도 좋다.

3상 변환 수단(85)은 d,q축 전압 지령을 모터 회전 각도에 따라 3상 변환하여, U, V, W상 전압 지령을 발생한다.

또한, dq축 전류 지령 정형 수단(80)에 의해 토크 전류 지령을 모터 회전 각도에 따라 정형했지만, 이 dq축 전류 지령 정형 수단을 이용하지 않고, 토크 전류 지령을 정형하지 않고, q축 전류 지령으로 해도 좋다.

이와 같이 해서, 적분항을 제한하고, 또, 경우에 따라서는, q축 전류 지령을 dq축 전류 지령 정형 수단에 의해 정형하는 것으로, 기본적으로는 dq 제어를 이용하면서, 이상시 전류 제어 수단을 구성하는 것도 가능하다.

또한, 실시 형태 3에서는 도 10과 같은 예를 나타냈지만, dq좌표상에서의 제어계를 이용한 이상시 전류 제어 수단은 제어 블록의 선형성에 근거하는 변형에 의해 다른 형태도 존재한다.

본 발명의 실시 형태 3의 제어장치를 사용하면, 적분항을 정상시보다 작게 제한하고, 더욱이, dq축 전류 지령 정형 수단(80)에 의해 d,q축 전류 지령을 정형하는 것으로, 정상시의 dq제어를 그대로 계속하는 것보다도, 브레이크 토크의 발생을 억제하고, 토크 맥동을 작게 할 수 있다.

또, 이상의 실시 형태에서는, 1상이 접지되는 이상에 관해 설명했지만, 1상이 파워에 쇼트(short-out to a power supply)되는 이상, 즉, 모터 배선이나 인버터 배선이나 모터와 인버터를 연결하는 배선중 1개소가 배터리의 정전위에 연결되는 배선에 단락되는 이상, 또는 인버터의 1상의 상측 스위칭 소자가 단락되는 이상에 있어서도, 근소한 변형으로 동일한 제어가 가능하고, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(실시 형태 4)

실시 형태 1은 V상의, 모터 배선이나, 인버터 배선이나, 모터와 인버터를 연결하는 배선 중 1개소가 배터리의 부전위에 연결되는 배선에 단락되는 이상 또는, 인버터의 V상의 하측 스위칭 소자가 단락되는 이상, 즉, 1상의 접지가 발생했을 경우이며, 이 이상에 따른 이상시 전류 제어 수단을 설명했다. 본 실시 형태 4에서는, 2개의 상 사이가 단락되는 이상, 즉, 상간 단락이 발생했을 경우에 관해 설명한다.

이하에서는, 예를 들면, U상의, 모터 배선이나, 인버터 배선이나, 모터와 인버터를 연결하는 배선 중 1개소가 V상의, 모터 배선이나, 인버터 배선이나, 모터와 인버터를 연결하는 배선 중 1개소에 단락되는 이상, 즉, UV간 단락에 관해 설명한다.

이와 같은 이상이 발생했을 경우, 도 2에 있어서, 이상 판정 수단(32)은 「U상과 V상이 이상이다」라는 이상 판정 신호를, 이상시 전류 제어 수단(30)과 전환 수단(33)과 이상 상 분리 수단(34)에 공급한다.

이상 상 분리 수단(34)은 상간 단락이 생긴 U상과 V상을 통해 과전류가 발생하는 것을 막기 위해, U상의 스위칭 소(61A, 61B)의 구동을 정지하는 지령을 스위칭 소자 구동 회로(24)에 보낸다. 이 지령을 받은 스위칭 소자 구동 회로(24)에 의해 U상 스위칭 소자(61A, 61B)는 오프 상태를 계속하고, 구동 정지 상태가 된다. U상과 V상 중 어느쪽도 괜챦지만, 여기에서는 U상을 구동 정지 상태로 했다.

또, 이상 판정 신호에 의해서, 이상시 전류 제어 수단(30)이 작동하고, 3상 이상시 전압 지령이 전환 수단(33)을 통해 3상 전압 지령으로서 스위칭 소자 구동 회로(24)에 공급된다. 이상시 전류 제어 수단(30)은 이상이 생긴 상을 고려한 전류 제어를 행하기 위해, 도 11에서 나타내는 제어 방식을 실행한다.

이하, 이상시 전류 제어 수단(30)의 제어 동작에 관해, 도 11, 도 4를 이용하여 설명한다.

도 11은, UV간 단락 발생시에 U상 스위칭 소자를 구동 정지 상태로 했을 경우의 이상시 전류 제어 수단(30d)의 제어 블록 선도이며, 이 제어 방식을 이하 「UV간 단락시 3상 개별 제어」라고 부르기로 한다.

이 도 11의 상 전류 지령 정형 수단(50)의 구성은 도 4와 마찬가지이지만, W상 전류 지령만 출력하는 구성이어도 좋다. 단위 상 전류 지령 발생 수단(501)에 있어서의 토크 전류 지령과, 모터 회전 각도와, 모터 회전 각속도에 대한 단위 상 전류 지령의 관계는, 예를 들면, 도 12에서 나타내는 관계이다.

2상간 단락시에는 모터 토크가 영으로 되거나 역방향으로밖에 발생할 수 없는 모터 회전 각도가 존재한다. 도 12에서 보면, 60도와 240도이다. 이 각도 근방에서는 순방향의 토크를 발생하는데 다른 각도 영역보다 큰 전류가 필요하게 된다. 이 때문에, 이 각도 근방에서 상 전류 지령을 증대하는 것으로 상 전압 지령을 증대하여 보다 큰 전류를 흘린다.

이에 따라, 정상인 W상에 있어서, 도 12(b)와 같은 토크를 발생할 수 있다.

또, 모터 회전 각속도에 비례하여 증대하는 브레이크 토크를 억제하기 위해서, 모터 회전 각속도에 비례하여 단위 상 전류 지령을 증대시켜도 좋다.

이와 같이, 상기 상간 단락이 생겼을 경우, 정상시 전류 제어 수단 대신에 이상시 전류 제어 수단에 의해서 전류 제어를 계속하는 것으로, 이상 상태에 따른 전류 지령과 전압 지령에 의해서 각 상을 개별적으로 제어할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시 형태 4의 효과를 나타내기 위해, 상기 상간 단락되는 이상시에 있어서의 문제점을 설명해 둔다.

상기 상간 단락되는 이상시에는 단락 개소와 단락된 2상의 모터 권선을 개재하여 폐회로가 생기므로, 모터의 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 모터 회전 각도가 존재한다. 이 브레이크 토크는 모터의 회전을 방해하는 방향으로 작용하는 토크이다.

모터 회전 각속도가 제로이고 유기 전력이 작용하지 않는 경우에도, 모터 토크가 영이 되는 모터 회전 각도가 존재한다. 이 각도의 근방에서는 단락하고 있는 2상간 유기 전력이 특히 크고, 또, 이 유기 전력에 의한 브레이크 토크를 제거하기 위해서는 전류를 증대시킬 필요가 있지만, 흘릴 수 있는 전류에는 통상 상한이 있으므로, 브레이크 토크의 발생을 억제하는 것이 곤란하다.

또, 상기 상간 단락되는 이상시에, 정상시에 사용하는 제어 방식, 예를 들면, dq제어를 이용하여 제어를 실행하면, 제어가 이상시에 적합한 것이 아니기 때문에, 도 13에 나타내는 바와 같이, 부값의 영역, 즉, 브레이크 토크의 영역이 넓고, 또, 토크 맥동이 커진다는 문제가 있다.

이것에 대해, 본 발명의 실시 형태 4의 제어장치를 사용하면, 상 전류 지령 정형 수단(50)에 의해 이상 상태에 적절한 각 상의 전류 지령을 생성하고, 이 전류 지령을 실현하도록 구성된 제어가 되므로, 상기 모터 토크가 영이 되는 모터 회전 각도 근방에서 정상인 상에 의한 토크를 증대할 수 있기 때문에, 도 14에 나타낸 모터 회전력 파형과 같이, 가능한한 브레이크 토크의 발생을 억제하여, 토크 맥동을 작게 할 수 있다.

또, 상기 상간 단락되는 이상시에 있어서는, 단락 개소와 U상, V상 스위칭 소자를 통해 과전류가 발생할 우려가 있지만, 본 발명의 실시 형태 4의 제어 장치에 의하면, 이상 상 분리 수단에 의해서, 이상이 검출된 2상중 어느 한쪽의 스위칭 소자를 구동 정지 상태로 할 수 있으므로, 과전류를 방지할 수 있다.

(실시 형태 5)

본 실시 형태 5에서는 모터 권선의 1상이 단락되는 이상, 즉, 1상 단락이 발행했을 경우에 관해 설명한다. 이하에서는, 예를 들면, U상의 권선이 단락되는 이상, 즉, U상 단락이 발생했을 경우에 관해 설명한다.

도 15는 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전류 제어 수단(233)의 구성을 나타내는 블록도이다.

이와 같은 이상이 발생했을 경우, 도 15에 있어서, 이상 판정 수단(32)은 「U상이 이상이다」라는 이상 판정 신호를 이상시 전류 제어 수단(30)과, 전환 수단(33)에 공급한다.

이상 판정 신호에 의해서 이상시 전류 제어 수단(30)이 작동하여, 3상 이상시 전압 지령이 전환 수단(33)을 통해 3상 전압 지령으로서 스위칭 소자 구동 회로(24)에 공급된다.

이상시 전류 제어 수단(30)은 이상이 생긴 상을 고려한 전류 제어를 행하기 위해, 도 16에 나타내는 제어 방식을 실행한다.

다음으로, 이상시 전류 제어 수단(30)의 제어 동작에 관해 도 16, 도 4를 이용하여 설명한다.

도 16은 U상 단락 발생시에 U상 스위칭 소자를 구동 정지 상태로 했을 경우의 이상시 전류 제어 수단(30e)의 제어 블록 선도이며, 이 제어 방식을 이하 「U상 단락시 3상 개별 제어」라고 부르기로 한다.

도 16에 있어서, 상 전류 지령 정형 수단(50)은 토크 전류 지령과, 모터 회전 각도와, 모터 회전 각속도에 따라, V,W상 전류 지령을 생성한다. 감산기(45, 46)는 각각, V, W 상 전류 지령으로부터, 전류 검출 회로(22)에서 얻은 V,W상 검출 전류를 감산하여, 각 상의 전류 편차를 산출해서, PI제어 등으로 구성된 V상 제어기(42), W상 제어기(43)에 공급한다. V,W상 제어기(42, 43)는 V,W상 전압 지령을 출력한다. U상 단락시는 U상 전류 검출 회로에서 검출할 수 있는 전류는. 단락 개소와 U상 권선을 흐르는 전류의 합계이며, U상 권선에 흐르는 전류를 검출할 수 없으므로, U상 전류에는 제어기를 마련하지 않아도 좋다. 다만, U상 전압 지령은 V,W상을 전압 효율좋게 제어하기 위해서, 감산기(76)에 의해, V,W상 전압 지령의 부호를 바꾸어 가산한 것을 U상 전압 지령으로서 출력한다.

이와 같이 해서, 도 16에 나타내는 이상시 제어 수단(30e)는 U상 단락의 이상에 따라, 정상인 상에 관해 개별적으로 제어를 실시한다.

상 전류 지령 정형 수단(50)은, 예를 들면, 실시 형태 1의 도 4에 나타내는 바와 같은 구성이다. 다만, 본 실시 형태 5에서는 U상 전류 지령은 불필요하다.

단위 상 전류 지령 발생 수단(501)에 있어서, 토크 전류 지령과, 모터 회전 각도와, 모터 회전 각속도에 대한 단위 상 전류 지령의 관계는, 예를 들면, 도 17에서 나타내는 관계이다.

도 17(a)의 관계를 이용하여, V,W상 단위 상 전류 지령을 생성하고, 이러한 상 전류 지령이 각 상 권선의 전류로서 실현될 수 있으면, 유기 전력이 없을 경우, 도 17(b)에 나타내는 바와 같은 모터 회전력 파형을 얻을 수 있다.

도 17(a)의 전류 지령은 모터 회전 각도가 60도에서 120도의 근처와 240에서 300도의 근처에서 큰 값이 되고 있다. 이 각도 영역 근방은 단락된 U상의 유기 전력이 증대하는 영역이며, U상에서 발생하는 브레이크 토크 성분의 영향을 억제하기 위해, 정상인 V,W상의 전류를 증대시키고, V,W상에 의한 순방향 토크 성분을 증대시키는 것을 목적으로 한 전류 지령이 된다. 횡축의 모터 회전 각도는 모터의 전기각의 스케일이다.

이하에서는 본 발명의 실시 형태 5의 효과를 나타내기 위해 상기 상 단락되는 이상시에 있어서의 문제점을 설명해 둔다.

상기 1상 단락되는 이상시에는, 단락 개소와 단락된 권선을 개재하여 폐회로로가 생기기 때문에, 모터의 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 모터 회전 회전 각도가 존재한다. 이 브레이크 토크는 모터의 회전을 방해하는 방향으로 작용하는 토크이다. 상기 1상 단락되는 이상시에는, 정상시에 사용하는 dq제어를 이용하여 제어를 실행하면, 제어가 이상시에 적합한 것이 아니기 때문에, 도 18에 나타내는 바와 같이, 브레이크 토크가 크고, 또, 토크 맥동도 커진다는 문제가 있다.

*이것에 대해, 본 발명의 실시 형태 5의 제어 장치를 사용하면, 상 전류 지령 정형 수단(50)에 의해 이상 상태에 적절한 각 상의 전류 지령을 생성하고, 이 전류 지령을 실현하도록 구성된 제어가 되므로, 도 19에 나타낸 모터 토크 파형과 같이, 가능한한 브레이크 토크의 발생을 억제하여 토크 맥동을 작게 할 수 있다.

(실시 형태 6)

실시 형태 1∼5에서의 단위 상 전류 지령 발생 수단(501)에 있어서는, 모터 회전 각도에 대한 단위 상 전류 지령의 관계에 도 5로 나타낸 관계를 적용하였지만, 나아가서, 이 지령값을 모터 회전 각속도에 따라 변화시켜도 좋다. 예를 들면, 모터 회전 각속도의 증가에 비례하여, 도 5의 단위 상 전류 지령을 증가킨다.

브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 각도 영역에 있어서는, 브레이크 토크는 모터 회전 각속도에 비례해 증대하므로, 본 실시 형태에 있어서의 단위 상 전류 지령에 의해, 정방향의 토크가 가능한 각도 영역에서, 모터 토크를 증대시키는 것으로, 평균적으로 모터 출력을 확보할 수 있다. 그 때문에, 모터 출력 부족으로 되기 어렵다.

(실시 형태 7)

이상의 실시 형태에서 설명한 이상시 전류 제어 수단의 제어 블록 선도에 관하여는 각각 구성 요소의 선형성에 근거한 변형이 가능하고, 선형성에 근거한 변형을 해도 변형전과 등가의 제어를 실시할 수 있으므로, 등가의 효과를 얻을 수 있다.

도 20은 이러한 선형성에 근거하여, 도 3에 나타낸 이상시 전류 제어 수단(30a)을 변형한 본 발명의 실시 형태 7의 이상시 전류 제어 수단(30f)의 제어 블록 선도이다.

도면 중, 도 3과 동일 부호는 동일 혹은 상당 부분을 나타낸다.

도 20은 도 3의 U상 제어기(41)와 V상 제어기(42)가 선형이고 동일한 것인 경우에, 그 요소의 입력에서의 가감산은 각각 계산한 후의 출력에서의 가감산과 등가이다라는 선형 요소의 성질로부터 도 3과 등가가 되도록 변형한 것이다.

또, 이상의 실시 형태 1∼7에 있어서는 주로, 3상 모터의 경우에서 설명되었지만, 4상 이상의 모터에 대해서도 각 상 개별적으로 목표 상 전류를 지정하고, 개별적으로 제어기를 마련하는 것에 의해, 마찬가지로 본 발명이 적용 가능하고, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있음은 말할 것도 없다.

(실시 형태 8)

도 21, 도 22는 본 발명의 실시 형태 8을 나타내는 것으로, 상기 실시 형태에서 나타낸 본 발명의 전동기 제어 장치를 전동 파워 스티어링 장치에 적용한 일예를 나타내는 것이다. 또, 전동 파워 스치어링 장치가 3상 브러쉬리스 모터를 구비하고 있는 경우를 예로 설명하지만, 본 발명은 다상 교류에 의해 회전 구동하는 전동기를 동력으로 하는 다른 장치에 대해서도 사용할 수 있는 것이다.

도 21은 본 발명의 실시 형태 8에 의한 전동 파워 스티어링 장치의 개략 구성도이다. 도 21에 있어서, 도시하지 않은 운전자로부터 스티어링 휠(1)에 가해진 조타력(steering force)은 스티어링 샤프트(2)를 통과하여, 랙앤드피니언 기어(rack-and-pinion gear)(12)를 통해, 랙(rack)에 전달되어 차바퀴(3, 4)를 회전시킨다. U,V,W상의 3상 권선을 갖춘 브러쉬리스 모터(5)(이하 모터라고 함)는 모터 감속 기어(7)를 통해 스티어링 샤프트(2)와 연결되어 있다. 모터로부터 발생하는 모터 토크(이하 보조력이라고 함)는 모터 감속 기어(7)를 통해 스티어링 샤프트(2)에 전달되어, 조타시에 운전자가 가하는 조타력을 경감시킨다.

토크 센서(8)는 운전자가 스티어링 휠(1)을 조타하는 것에 의해 스티어링 샤프트(2)에 가해진 조타력을 검출한다. 콘트롤러 유닛(9)은 토크 센서(8)에서 검출한 조타력에 따라, 모터(5)가 부여하는 보조력의 방향과 크기를 결정하고, 이 보조력을 발생시키기 위해 전원(11)으로부터 모터로 흐르는 전류를 제어한다. 또, 참조부호(6)은 모터의 회전 각도를 검출하는 모터 각도 센서이다.

도 22는 콘트롤러 유닛(9)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 22에 있어서, 콘트롤러 유닛(9)은 모터 토크의 목표치에 상당하는 토크 전류 지령을 산출하는 맵(20)과, 전동기 제어장치(10)로 구성된다.

출력해야 할 모터 토크를 미리 기억하고 있는 맵(20)은 토크 센서(8)에서 검출한 조타력에 따른 모터 토크의 방향과 크기를 결정하여, 토크 전류 지령을 산출한다. 전동기 제어 장치(10)는 토크 전류 지령을 실현하기 위해, 모터의 각 상에 흐르는 전류를 제어한다. 이 전류에 의해, 모터(5)에 의한 보조력이 발생한다.

이 전동기 제어 장치(10)는, 예를 들면, 실시 형태 1∼3의 어느 것에서 나타낸 것이다.

여기서, 전동 파워 스티어링 장치에 있어서의 1상이 접지되는 이상시의 문제점에 관해 설명한다.

실시 형태 1에 있어서도 설명했지만, 1상이 상기 접지되는 이상시에는, 접지 개소를 개재한 폐회로가 생기기 때문에, 모터의 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 모터 회전 각도가 존재한다. 이 브레이크 토크는 모터의 회전을 방해하는 방향으로 작용하는 토크이다. 또한, 1상이 상기 접지되는 이상시에 있어서, 정상시에 사용하는 dq제어를 이용하여 제어를 실행하면, 제어가 이상시에 적합한 것이 아니기 때문에, 브레이크 토크가 크고, 또, 정부(正負)로 토크 맥동이 커진다는 문제가 있다.

따라서, 전동 파워 스티어링 장치의 경우, 운전자가 느끼는 위화감이 크다.

한편, 상기한 바와 같이 구성된 전동 파워 스티어링 장치에 의하면, 1상이 상기 접지되는 이상인 경우, 가능한한 브레이크 토크의 발생을 억제하여, 토크 맥동을 작게 할 수 있다. 또, 선택적 스위칭 소자 오프 수단에 의해, 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 영역에서, 브레이크 토크를 최소화할 수 있다. 그 때문에, 운전자가 느끼는 위화감을 작게 할 수 있다.

또한, 이상에서 설명한 전동기 제어 장치는 실시 형태 1∼3에서 나타낸 것이었지만, 실시 형태 4에서 나타낸 전동기 제어 장치를 이용하여도 좋다. 이하에서는, 2상이 상간 단락되는 이상이 발생했을 경우에 관해 설명한다.

또한, 전동 파워 스티어링 장치에 있어서의 2상이 상간 단락되는 이상시의 문제점에 관해 설명한다.

상기 상간 단락되는 이상시에는, 단락 개소와 단락된 2상의 모터 권선을 개재하여 폐회로가 생기기 때문에, 모터의 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 모터 회전 각도가 존재한다. 이 브레이크 토크는 모터의 회전을 방해하는 방향으로 작용하는 토크이다. 모터 회전 각속도가 제로이고 유기 전력이 작용하지 않는 영우에도, 모터 토크가 영이 되는 모터 회전 각도가 존재한다. 이 각도의 근방에서는, 단락되어 있는 2상간의 유기 전력이 특히 크고, 또, 이 유기 전력에 의한 브레이크 토크를 제거하려면, 전류를 증대시킬 필요가 있지만, 흘릴 수 있는 전류에는 통상 상한이 있으므로, 브레이크 토크의 발생을 억제하는 것은 곤란하다.

또, 상기 상간 단락되는 이상시에는, 정상시에 사용하는 dq제어를 이용하여 제어를 실행하면, 제어가 이상시에 적합한 것이 아니기 때문에, 브레이크 토크가 크고, 또, 정부로 토크 맥동이 커진다는 문제가 있다.

한편, 상기한 바와 같이 실시 형태 4에서 나타난 전동기 제어 장치에 의해 구성된 전동 파워 스티어링 장치를 이용하면, 2상이 상간 단락되는 이상의 경우, 가능한한 브레이크 토크의 발생을 억제하여, 토크 맥동을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 운전자가 느끼는 위화감을 작게 할 수 있다.

또한, 실시 형태 1∼4에서 나타낸 전동기 제어 장치를 이용하는 대신에, 실시 형태 5에서 나타낸 전동기 제어 장치를 이용하여도 좋다. 이하에서는, 1상 단락의 이상이 발생했을 경우에 관해 설명한다.

전동 파워 스티어링 장치에 있어서의 1상 단락되는 이상시의 문제점에 관해 설명한다.

상기 1상 단락되는 이상시에는, 단락 개소와 단락된 권선을 개재하여 폐회로가 생기기 때문에, 모터의 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 모터 회전 각도가 존재한다.

이 브레이크 토크는 모터의 회전을 방해하는 방향으로 작용하는 토크이다.

상기 1상 단락되는 이상시에는, 정상시에 사용하는 dq제어를 이용하여 제어를 실행하면, 제어가 이상시에 적합한 것이 아니기 때문에, 브레이크 토크가 크고, 또, 정부로 토크 맥동이 커진다는 문제가 있다.

한편, 상기한 바와 같이, 실시 형태 5에서 나타낸 전동기 제어 장치에 의해 구성된 전동 파워 스티어링 장치를 이용하면, 1상 단락의 이상이 발생했을 경우, 가능한한 브레이크 토크의 발생을 억제하여, 토크 맥동을 작게 할 수 있다. 그 때문에, 운전자가 느끼는 위화감을 작게 할 수 있다.

또한, 실시 형태 6에서 나타낸 전동기 제어 장치를 이용하면, 정방향의 토크가 가능한 각도 영역에서, 모터 토크를 증대시키는 것으로, 평균적으로 모터 출력을 확보할 수 있으므로, 운전자가 느끼는 위화감을 작게 할 수 있다.

5 : 모터 10 : 전동기 제어 장치
11 : 배터리 21 : 모터 회전 각도 검출 회로
22 : 전류 검출 회로 23 : 전류 제어 수단
24 : 스위칭 소자 구동 회로 25 : 인버터
30 : 이상시 전류 제어 수단 31 : 정상시 전류 제어 수단
32 : 이상 판정 수단 33 : 전환 수단
34 : 이상 상 분리 수단 41, 42, 43 : U상, V상, W상 제어기
50 : 상 전류 지령 정형 수단
61A, 62A, 63A, 61B, 62B, 63B : 스위칭 소자

Claims

전동기의 각 상에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 회로, 전동기가 발생하는 토크의 목표치에 상당하는 토크 전류 지령과 상기 전류 검출 회로로부터의 각 상의 검출 전류 및 모터 회전 각도 검출 회로로부터의 모터 회전 각도에 따라 다상 전압 지령을 결정하는 전류 제어 수단, 이 전류 제어 수단으로부터의 다상 전압 지령에 기초하여 인버터로 스위칭 조작을 지시하는 스위칭 소자 구동 회로, 이 스위칭 소자 구동 회로로부터의 스위칭 조작 신호를 받아 동작하고, 상기 전동기의 각 상에 공급되는 전류를 제어하는 스위칭 소자로 이루어지는 인버터를 구비하되, 상기 전류 제어 수단은 또한, 정상시에 사용하는 정상(正常)시 전류 제어 수단, 이상시에 사용하는 이상(異常)시 전류 제어 수단, 상기 전동기의 배선 또는, 상기 인버터, 또는 상기 전동기와 상기 인버터를 연결하는 배선의 이상 상태를 판정하는 이상 판정 수단, 및 전환 수단을 구비하고 있으며,
이상이 발생한 경우에 있어서, 상기 이상시 전류 제어 수단은 상기 이상 판정 수단이 판정한 상기 이상 상태에 따른 이상시 전압 지령을 발생하고, 상기 전환 수단은, 상기 이상시 전류 제어 수단으로부터의 이상시 전압 지령을 다상 전압 지령으로서 출력하고, 상기 정상시 전류 제어 수단 대신에 상기 이상시 전류 제어 수단에 의해 상기 전류 제어를 실행하는 다상 교류 전동기의 전동기 제어 장치로서,
상기 이상시 전류 제어 수단은, 상기 전동기의 회전 각도가 전류를 제로로 해야 할 각도 범위에 있는 경우에, 일시적으로 1개 이상의 상의 스위칭 소자에 오프 상태를 지령하는 선택적 스위칭 소자 오프 수단을 구비한
것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
전동기의 각 상에 흐르는 전류를 산출하는 전류 검출 회로, 전동기가 발생하는 토크의 목표치에 상당하는 토크 전류 지령과 상기 전류 검출 회로로부터의 각 상의 검출 전류 및 모터 회전 각도 검출 회로로부터의 모터 회전 각도에 따라 다상 전압 지령을 결정하는 전류 제어 수단, 이 전류 제어 수단으로부터의 다상 전압 지령에 기초하여, 인버터로 스위칭 조작을 지시하는 스위칭 소자 구동 회로, 이 스위칭 소자 구동 회로로부터의 스위칭 조작 신호를 받아 동작하고, 상기 전동기의 각 상에 공급되는 전류를 제어하는 스위칭 소자로 이루어지는 인버터를 구비하되, 상기 전류 제어 수단은 또한, 정상시에 사용하는 정상시 전류 제어 수단, 이상시에 사용하는 이상시 전류 제어 수단, 상기 전동기의 배선 또는, 상기 인버터, 또는 상기 전동기와 상기 인버터를 연결하는 배선의 이상 상태를 판정하는 이상 판정 수단 및 전환 수단을 구비하고 있으며,
이상이 발생한 경우에 있어서, 상기 이상시 전류 제어 수단은 상기 이상 판정 수단이 판정한 이상 상태에 따른 이상시 전압 지령을 발생하고, 상기 전환 수단은, 상기 이상시 전류 제어 수단으로부터의 이상시 전압 지령을 다상 전압 지령으로서 출력하고, 상기 정상시 전류 제어 수단 대신에 상기 이상시 전류 제어 수단에 의해서 전류 제어를 실행하는 다상 전류 전동기의 전동기 제어 장치로서,
상기 이상시 전류 제어 수단은, 전동기의 유기 전력에 의한 브레이크 토크의 발생을 피하기 어려운 전동기의 회전 각도에서 이상시 전류 지령을 영으로 하는
것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
전동기의 각 상에 흐르는 전류를 산출하는 전류 검출 회로, 전동기가 발생하는 토크의 목표치에 상당하는 토크 전류 지령과 상기 전류 검출 회로로부터의 각 상의 검출 전류 및 모터 회전 각도 검출 회로로부터의 모터 회전 각도에 따라 다상 전압 지령을 결정하는 전류 제어 수단, 이 전류 제어 수단으로부터의 다상 전압 지령에 기초하여, 인버터로 스위칭 조작을 지시하는 스위칭 소자 구동 회로, 이 스위칭 소자 구동 회로로부터의 스위칭 조작 신호를 받아 동작하고, 상기 전동기의 각 상에 공급되는 전류를 제어하는 스위칭 소자로 이루어지는 인버터를 구비하되, 상기 전류 제어 수단은 또한, 정상시에 사용하는 정상시 전류 제어 수단, 이상시에 사용하는 이상시 전류 제어 수단, 상기 전동기의 배선 또는, 상기 인버터, 또는 상기 전동기와 상기 인버터를 연결하는 배선의 이상 상태를 판정하는 이상 판정 수단 및 전환 수단을 구비하고 있으며,
이상이 발생한 경우에 있어서, 상기 이상시 전류 제어 수단은 상기 이상 판정 수단이 판정한 이상 상태에 따른 이상시 전압 지령을 발생하고, 상기 전환 수단은, 상기 이상시 전류 제어 수단으로부터의 이상시 전압 지령을 다상 전압 지령으로서 출력하고, 상기 정상시 전류 제어 수단 대신에 상기 이상시 전류 제어 수단에 의해서 전류 제어를 실행하는 다상 전류 전동기의 전동기 제어 장치로서,
상기 이상시 전류 제어 수단은, 상 전류 지령 정형 수단으로부터의 상 전류 지령과 상기 전류 검출 회로에서 검출된 검출 전류와의 편차가 입력되고, 정상인 상의 전류 편차와 이상인 상의 전류 편차를 가감산한 값에 따라, 상기 이상시 전압 지령을 생성하는
것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
전동기의 각 상에 흐르는 전류를 산출하는 전류 검출 회로, 전동기가 발생하는 토크의 목표치에 상당하는 토크 전류 지령과 상기 전류 검출 회로로부터의 각 상의 검출 전류 및 모터 회전 각도 검출 회로로부터의 모터 회전 각도에 따라 다상 전압 지령을 결정하는 전류 제어 수단, 이 전류 제어 수단으로부터의 다상 전압 지령에 기초하여, 인버터로 스위칭 조작을 지시하는 스위칭 소자 구동 회로, 이 스위칭 소자 구동 회로로부터의 스위칭 조작 신호를 받아 동작하고, 상기 전동기의 각 상에 공급되는 전류를 제어하는 스위칭 소자로 이루어지는 인버터를 구비하되, 상기 전류 제어 수단은 또한, 정상시에 사용하는 정상시 전류 제어 수단, 이상시에 사용하는 이상시 전류 제어 수단, 상기 전동기의 배선 또는, 상기 인버터, 또는 상기 전동기와 상기 인버터를 연결하는 배선의 이상 상태를 판정하는 이상 판정 수단 및 전환 수단을 구비하고 있으며,
이상이 발생한 경우에 있어서, 상기 이상시 전류 제어 수단은 상기 이상 판정 수단이 판정한 이상 상태에 따른 이상시 전압 지령을 발생하고, 상기 전환 수단은, 상기 이상시 전류 제어 수단으로부터의 이상시 전압 지령을 다상 전압 지령으로서 출력하고, 상기 정상시 전류 제어 수단 대신에 상기 이상시 전류 제어 수단에 의해서 전류 제어를 실행하는 다상 전류 전동기의 전동기 제어 장치로서,
상기 이상시 전류 제어 수단은, 전동기의 출력 토크가 영이 되거나 역방향으로밖에 발생할 수 없는 모터 회전 각도 근방에서, 상기 이상시 전압 지령 또는 이상시 전류 지령을 증대시키는
것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
전동기의 각 상에 흐르는 전류를 산출하는 전류 검출 회로, 전동기가 발생하는 토크의 목표치에 상당하는 토크 전류 지령과 상기 전류 검출 회로로부터의 각 상의 검출 전류 및 모터 회전 각도 검출 회로로부터의 모터 회전 각도에 따라 다상 전압 지령을 결정하는 전류 제어 수단, 이 전류 제어 수단으로부터의 다상 전압 지령에 기초하여, 인버터로 스위칭 조작을 지시하는 스위칭 소자 구동 회로, 이 스위칭 소자 구동 회로로부터의 스위칭 조작 신호를 받아 동작하고, 상기 전동기의 각 상에 공급되는 전류를 제어하는 스위칭 소자로 이루어지는 인버터를 구비하되, 상기 전류 제어 수단은 또한, 정상시에 사용하는 정상시 전류 제어 수단, 이상시에 사용하는 이상시 전류 제어 수단, 상기 전동기의 배선 또는, 상기 인버터, 또는 상기 전동기와 상기 인버터를 연결하는 배선의 이상 상태를 판정하는 이상 판정 수단 및 전환 수단을 구비하고 있으며,
이상이 발생한 경우에 있어서, 상기 이상시 전류 제어 수단은 상기 이상 판정 수단이 판정한 이상 상태에 따른 이상시 전압 지령을 발생하고, 상기 전환 수단은, 상기 이상시 전류 제어 수단으로부터의 이상시 전압 지령을 다상 전압 지령으로 하여 출력하고, 상기 정상시 전류 제어 수단 대신에 상기 이상시 전류 제어 수단에 의해서 전류 제어를 실행하는 다상 전류 전동기의 전동기 제어 장치로서,
상기 이상시 전류 제어 수단은, 이상이 발생한 상의 유기 전압이 증대하는 상기 전동기의 회전 각도 근방에서 상기 이상시 전압 지령 또는 이상시 전류 지령을 증대시키는
것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이상시 전류 제어 수단은, 상기 전동기의 회전 각속도와 회전 각도 중 어느 하나 또는 양쪽을 이용하여 상기 이상시 전압 지령 또는 상기 이상시 전류 지령을 보정하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 이상시 전류 제어 수단은 토크 전류 지령과 모터 회전 각도에 따라 d축전류 지령과 q축 전류 지령을 생성하는 dq축 전류 지령 정형 수단과, 이 d,q축 전류 지령과 2상 변환 수단으로부터 출력되는 d,q축 검출 전류와의 전류 편차가 입력되고, 이 편차 입력에 기초해서 d,q축 전압 지령을 생성하는 d축 제어기 및 q축 제어기를 구비하고, 상기 d축 제어기와 q축 제어기에는, 상기 전류 편차를 적분하는 적분기의 출력에 적분 게인이 승산되는 적분항 출력에 대해, 적분항의 값을 작게 제한하는 적분항 제한 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이상 판정 수단은 3상 이상의 상기 검출 전류의 값을 상대적으로 평가하여 이상 상태를 판정하는 것으로서, 어느 하나의 상의 검출 전류의 크기가 사전에 정해진 값 이상에 머물고, 또한, 다른 상의 검출 전류는 사전에 정해진 값 이하에 머물고 있는 시간의 길이가 사전에 정한 값에 이르렀을 때에, 그 상은 이상 상태인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 전동기 제어 장치.