KR20130132309A

KR20130132309A - 전동기의 구동 제어 장치

Info

Publication number: KR20130132309A
Application number: KR1020130058341A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 아지마; 다쿠로 가나자와; 히로시 아오야기; 야와라 가토; 도미오 사카시타; 아츠시 요시타케
Original assignee: 히다치 오토모티브 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-12-04
Also published as: CN103427762B; JP2013247754A; CN103427762A; KR101408412B1; US20130314013A1; DE102013209509A1; JP5993616B2

Abstract

종래에는 PWM 주파수보다 낮은 로우 패스 필터를 통해 중성점 전압의 평균값을 검출하고, 소정의 임계값과 비교하여 지락 등의 이상을 검출하는 것이 있다. 중성점 전압에는 변조 신호에 의존하는 고조파 성분이 중첩되므로, 로우 패스 필터의 특성은 인버터의 출력 주파수 대역의 전부에 대응한 시정수로 설정할 필요가 있고, 또한 변조 신호에 의한 전압 변동과 지락에 의한 전압 변동을 분리할 필요가 있다. 인버터 장치의 PWM 펄스 패턴에 기초하여 스텝 형상으로 변화되는 전동기의 실제의 중성점 전압과, 인버터 장치의 PWM 패턴에 기초하여 정해지는 정규의 중성점 전압에 기초하여 출력 라인의 이상을 판정함으로써, 출력 라인 지락이나 천락의 이상을 판정할 수 있다. 중성점 전압 파형에 따른 신뢰성이 높은 이상 검출이 가능한 동시에, 인버터 출력 주파수에도 의하지 않고 안정적인 이상 검출이 가능하다.

Description

전동기의 구동 제어 장치{DRIVE CONTROL APPARATUS OF MOTOR}

본 발명은 전동기의 동작을 제어하는 전동기의 구동 제어 장치에 관한 것으로, 특히 전동기를 구동 제어하기 위한 구동 제어 신호 생성부로부터 전동기의 권선까지의 출력 라인의 이상을 검지할 수 있는 전동기의 구동 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전동기를 구동 제어하기 위한 전력 변환 장치는 직류 전원으로부터 직류 전력을 받아 교류 전력을 발생하는 구동 제어 신호 생성부인 인버터 장치와, 이 인버터 장치를 제어하기 위한 제어 장치를 구비하고 있다.

전력 변환 장치에서 얻어진 교류 전력은 전동기(예를 들어, 3상 동기 전동기)에 공급되고, 공급된 교류 전력에 따라 전동기는 회전 토크를 발생한다.

이와 같은 전력 변환 장치는, 예를 들어 자동차에 탑재된 각종 전동기를 구동 제어하는 데에 사용되고 있다. 그 일례로서, 자동차의 조타 장치를 전동화한 전동 파워 스티어링 장치나, 자동차의 차륜을 구동하는 자동차용 구동 전동기 등에 사용되고 있고, 자동차에 탑재된 2차 전지로부터 직류 전력을 받아 이것을 교류 전력으로 변환하고, 이 교류 전력을 대응하는 전동기에 공급하도록 하여 시스템 장치를 구동 제어하도록 되어 있다. 이들에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 여기서는 더 이상의 설명은 생략한다.

이와 같은 전력 변환 장치에 사용되고 있는 구동 제어 신호 생성부인 인버터 장치에 있어서는, 인버터 장치의 스위칭 소자로부터 전동기까지의 전기 배선과 전동기의 권선을 포함하는 출력 라인상의 지락(地絡)이나 천락(天絡) 등의 이상을 적절하게 검출하여, 전동기 및 인버터 장치를 안전하게 정지하는 것이 요망되고 있다.

이와 같은 요청에 따르기 위해 일본 특허 출원 공개 제2006-81327호 공보(특허문헌 1)에는, 전동기의 중성점 전압을 PWM 반송파 주파수보다도 낮은 저역 통과 특성을 갖는 필터를 통해 검출하고, 검출되는 출력 전압값이 소정의 전압값에 미치지 않는 경우에는 이상이라고 판정하는 기술이 기재되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2006-81327호 공보

특허문헌 1에 개시된 기술은, 인버터 장치의 3상 각 선의 전압 검출값을 가산하여 전동기의 중성점 전압을 구하고, PWM 주파수보다 낮은 로우 패스 필터를 통해 중성점 전압의 평균값을 검출하고, 이것을 소정의 임계값과 비교하여 전동기의 지락 등의 이상을 검출하는 것이다.

그러나 전동기의 중성점 전압에는 인버터 장치의 PWM 변조에 의한 고조파 성분 이외에 변조 신호에 의존하는 고조파 성분이 중첩된다. 특히, 인버터의 변조율을 1.0 이상으로 하는 제3 고조파를 포함한 변조 신호나, 180°구형파의 변조 신호에서는 인버터 출력 주파수에 동기한 전압 변동이 전동기의 중성점 전압에 중첩되게 된다.

따라서 로우 패스 필터의 특성은 인버터의 출력 주파수 대역의 전부에 대응한 시정수로 설정할 필요가 있는 동시에, 인버터 변조 방식에 의한 전압 변동과 지락에 의한 전압 변동을 분리할 필요가 있으므로, 전동기의 운전 과정에 있어서 정확한 지락 등의 이상 검출을 할 수 없다고 하는 과제가 있었다.

본 발명의 목적은, 인버터 장치의 변조 방식에 관계없이, 적어도 전동기의 운전 과정에 있어서 인버터 장치의 스위칭 소자로부터 전동기의 권선을 포함하는 출력 라인상의 이상을 정확하게 검출할 수 있는 전동기의 구동 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 특징은, 인버터 장치의 PWM 펄스 패턴에 기초하여 스텝 형상으로 변화되는 전동기의 실제의 중성점 전압과, 인버터 장치의 PWM 패턴에 기초하여 정해지는 정규의 중성점 전압에 기초하여 출력 라인의 이상을 판정하는 점에 있다.

본 발명에 따르면, 변조파에 따른 PWM 펄스 패턴(출력 전압 벡터)에 의해 정해지는 정규 중성점 전압과 PWM 펄스 패턴에 의해 정해지는 실제의 중성점 전압으로부터 출력 라인의 지락이나 천락의 이상을 판정할 수 있으므로, 중성점 전압 파형에 따른 신뢰성이 높은 이상 검출이 가능하다. 또한, 인버터 출력 주파수에도 의하지 않고 안정적인 이상 검출이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로 되는 전동기의 구동 제어 장치의 구성을 도시하는 구성도.
도 2는 도 1에 도시하는 구동 제어 장치에 있어서의 인버터 출력을 나타내는 출력 전압 벡터 도면.
도 3은 도 1에 도시하는 구동 제어 장치에 있어서의 U상에 관한 검출 동작을 설명하기 위한 파형을 나타내는 파형도.
도 4는 도 1에 도시하는 구동 제어 장치의 이상 판정기의 이상 판정을 실시하는 제어 플로우를 나타내는 흐름도.
도 5는 도 1에 도시하는 구동 제어 장치에 있어서의 변조율을 바꿨을 때의 U상에 관한 검출 동작을 설명하기 위한 파형을 나타내는 파형도.
도 6은 도 1에 도시하는 구동 제어 장치에 있어서의 변조율을 바꿨을 때의 U상에 관한 검출 동작을 설명하기 위한 파형을 나타내는 파형도.
도 7은 도 1에 도시하는 구동 제어 장치에 있어서의 변조율을 바꿨을 때의 U상에 관한 검출 동작을 설명하기 위한 파형을 나타내는 파형도.
도 8은 본 발명의 일 실시예로 되는 전동기의 구동 제어 장치의 구성을 도시하는 구성도.
도 9는 도 8에 도시하는 구동 제어 장치에 있어서의 U상에 관한 검출 동작을 설명하기 위한 파형을 나타내는 파형도.
도 10은 발명의 일 실시예로 되는 전동기의 구동 제어 장치가 적용된 전동 파워 스티어링 장치의 구성도.
도 11은 발명의 일 실시예로 되는 전동기의 구동 제어 장치가 적용된 하이브리드 자동차 시스템의 구성도.
도 12는 발명의 일 실시예로 되는 전동기의 구동 제어 장치가 적용된 전동 펌프 시스템의 구성도.

이하, 본 발명의 일 실시예로 되는 전동기의 구동 제어 장치에 대해 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.

제1 실시예

도 1은 본 발명의 제1 형태를 도시하고 있고, 일례로서 전동 파워 스티어링 장치에 사용되는 전동기의 구동 제어 장치의 구성을 도시하고 있다.

도 1에 있어서, 전동 파워 스티어링 장치(500)의 구동 제어 신호 생성부(100)(이하, 인버터 장치라고 함)는 전동기의 중성점 전압을 감시하고 있고, 인버터 장치의 스위칭 소자로부터 전동기의 권선까지를 포함하는 출력 라인의 이상, 여기서는 지락 이상이 발생한 경우의 검출을 행하는 실시예를 도시하고 있다. 또한, 이 예에서는 전력 변환 장치와 전동기를 도시하고 있고, 조타 장치를 구성하는 그 외의 기구 부품은 생략하고 있다.

전동 파워 스티어링 장치(500)는 전동기(300)와 인버터 장치(100)를 갖고 있고, 인버터 장치(100)는 전류 제어기(210), PWM 생성기(220), 인버터 회로(110), 중성점 전압 검출 회로(120), 이상 판정기(230)를 갖고 있다. 이상 판정기(230)는 출력 라인상에 이상이 발생하면 이상 신호를 발생하여 램프를 점등시키는 등의 통지를 행하도록 작동한다.

배터리 전원 VB는 인버터 장치(100)의 직류 전압원이고, 배터리 전원 VB의 직류 전압 Vdc는, 인버터 장치(100)의 인버터 회로(110)에 의해 가변 전압, 가변 주파수의 3상 교류로 변환되어 전동기(300)에 인가된다.

전동기(300)는 3상 교류 전력의 공급에 의해 회전 구동되는 3상 전동기이고, 이 3상 전동기(300)는 영구 자석 동기 전동기, 유도 전동기, 혹은 SR 전동기이어도 지장이 없는 것이다.

인버터 장치(100)는 전동기(300)의 회전 출력을 제어하기 위한 전류 제어 기능을 갖고 있고, 인버터 장치(100)의 마이너스측 직류 모선에 설치한 전류 검출기 Rsh로부터 검출한 직류 전류값 Idc와, PWM 펄스 패턴으로부터 전류 제어기(210)에 의해 3상의 전동기 전류값(Iu, Iv, Iw)을 검출하고, 전류 제어 지령 등의 제어 지령과의 오차가 「0」으로 되도록 전압 지령을 생성하여 PWM 생성기(220)에 출력한다. 또한, 전류 제어기(210)는 3상의 전동기 전류값과 전동기의 회전 위치 θ를 사용하여 dq 변환한 전류 검출값(Id, Iq)을 사용해도 지장이 없다.

PWM 생성기(220)는 전류 제어기(210)에 의해 작성된 전압 지령값(Vu*, Vv*, Vw*)에 상당하는 펄스폭 변조(PWM)한 드라이브 신호 PWM에 의해, 인버터 회로(110)의 반도체 스위치 소자를 온／오프 제어하여 출력 전압을 조정한다.

다음에, 인버터 회로(110)의 대략의 구성을 설명한다. 또한, 이하에서는 전력용 반도체 소자로서 절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터를 사용하고 있고, 약칭하여 IGBT라고 기재하기로 한다.

인버터 회로(110)에서는 상부 아암으로서 동작하는 IGBT(52) 및 다이오드(56)와, 하부 아암으로서 동작하는 IGBT(62) 및 다이오드(66)로, 상하 아암의 직렬 회로(50)가 구성되어 있다. 인버터 회로(110)는 이 직렬 회로(50)를 출력하고자 하는 교류 전력의 U상, V상, W상의 3상에 대응하여 구비하고 있다.

이들 3상은, 이 실시 형태에서는 전동기(300)의 전기자 권선의 3상의 각 상 권선에 대응하고 있다. 3상의 각각의 상하 아암의 직렬 회로(50)는 직렬 회로의 중간 전극(69)으로부터 교류 전류를 출력한다. 이 중간 전극(69)은 교류 단자를 통해 전동기(300)의 각 상 권선에 전기적으로 접속되어 있다. 이 중간 전극(69)으로부터 권선까지를 포함하여, 이하에서는 출력 라인이라 한다.

상부 아암의 IGBT(52)의 콜렉터 전극은 정극 단자를 통해 배터리 전원 VB의 정극측에 전기적으로 접속되고, 또한 하부 아암의 IGBT(62)의 에미터 전극은 부극 단자를 통해 배터리 전원 VB의 부극측에 전기적으로 접속되어 있다.

따라서 인버터 회로(110)의 상하 아암의 IGBT(52, 62)는 PWM 생성기(220)에 의해 제어된 온／오프 신호(PWM 신호)에 의해 구동 제어되고, 결과적으로 전동기(300)를 회전 구동하는 것이다.

이상이 인버터 회로(110)의 대략의 구성이지만, 이 구성은 잘 알려져 있는 것이므로 더 이상의 설명은 생략한다.

또한, 전동기(300)의 회전 속도를 제어하는 경우에는, 전동기의 회전 속도 ωr을 상위 제어기로부터의 속도 지령과 일치하도록 전압 지령 혹은 전류 지령을 생성하여 귀환 제어하면 된다.

다음에, 본 발명의 특징인 중성점 전압 검출 회로(120) 및 이상 판정기(230)에 대해 설명한다. 중성점 전압 검출 회로(120)는 인버터 회로(110)의 3상의 출력 전압을 검출하고, 가상 중성점 전압을 생성하는 동시에 검출 전압을 분압하여 평균 중성점 전압값 Vn을 검출하도록 하고 있다.

구체적으로는 각 상의 출력 라인, 여기서는 중간 전극과 전동기(300)의 권선의 사이에 저항 Ru, Rv, Rw를 접속하고, 이들 저항을 저항 Rn을 통해 접지하고 있다. 따라서 저항 Rn의 분압 전압에 의해 각 상의 평균 중성점 전압을 검출할 수 있게 된다.

이 실시예에서는 전동 파워 스티어링 장치이므로, 배터리 전원 VB가 12V로 낮기 때문에 직접적으로 저항 Ru, Rv, Rw를 각 상의 출력 라인과 접속하고 있지만, 하이브리드 차량과 같이 높은 전압으로 차륜 구동용 전동기를 구동하는 경우에는 홀 소자 등을 이용하여 간접적으로 전류-전압 변환하여 중성점 전압을 검출하는 것이 바람직하다.

여기서, 중성점 전압 검출 회로(120)의 평균 중성점 전압값 Vn은 이상 판정기(230)에서 처리할 수 있는 전압 레벨로 규격화된다. 예를 들어, 평균 중성점 전압값 Vn을 디지털 처리하는 경우에는 A／D 변환기의 입력 레벨인 0 내지 5V의 레벨이 되도록 분압한 전압 신호를 수정하여 사용한다. 여기서, 평균 중성점 전압값 Vn은 연산 증폭기에서 증폭하는 동시에, 임피던스 변환한 전압을 적용해도 지장이 없는 것이다.

이상 판정기(230)는 중성점 전압 검출 회로(120)에 의해 검출된 평균 중성점 전압값 Vn이 정규, 혹은 설계한 바와 같은 평균 중성점 전압값 VN(이하에서는 정규 평균 중성점 전압값 VN이라 함)을 나타내는 임계값에 대해 어느 정도 어긋나 있는지에 따라 출력 라인의 이상을 검출하는 기능을 구비하고 있다.

이 정규 평균 중성점 전압값 VN을 나타내는 임계값은 PWM 생성기(220)에 의해 정해지는 PWM 패턴에 의해 조정되어 있고, 구체적으로는 배터리 전원 VB의 전압 Vdc를 PWM 패턴에 의해 조정하여 임계값을 구하도록 하고 있다. 예를 들어, 배터리 전원 VB의 전압 Vdc에 대해 PWM 패턴에 의해 1배, 2／3배 및 1／3배 하여 임계값으로서 사용하고 있다. 본 실시예에서는 인버터의 출력 전압 벡터에 기초하여 이 임계값을 조정하도록 하고 있다.

다음에, 도 2를 사용하여, 제1 실시 형태에 있어서의 인버터 회로(110)로부터의 출력을 나타내는 출력 전압 벡터에 대해 설명하고, 도 3을 사용하여 제1 실시 형태에 있어서의 출력 라인의 이상 검출 동작을 설명한다.

도 2에 나타내는 인버터 회로(110)의 출력 전압 벡터는, 인버터의 상부 아암 소자(52)가 온일 때 1이고, 하부 아암 소자(62)가 온일 때 0을 나타내고 있고, U상, V상, W상의 순서로 PWM 펄스 패턴을 나타내고 있다. 인버터 회로(110)의 출력 전압 벡터는 V0 벡터로부터 V7 벡터까지 변화되고, 제로 벡터는 V0(0, 0, 0)과 V7(1, 1, 1)의 2개이다.

본 실시예는 PWM 펄스 패턴에 의해 결정되는 출력 전압 벡터를 바탕으로 상술한 임계값을 결정하는 것이다. 즉, 임계값의 설정에 사용하는 레벨로서, V7 벡터에 의해 결정되는 전압, V2 벡터, V4 벡터, V6 벡터에 의해 결정되는 전압, V1 벡터, V3 벡터, V5 벡터에 의해 결정되는 전압, V0 벡터에 의해 결정되는 전압을 사용하는 것이다.

즉, 전동기의 운전 과정에서 나타나는 평균 중성점 전압값 Vn은 PWM 펄스 패턴에 동기한 스텝 형상으로 변화되는 전압이므로, 이 평균 중성점 전압값 Vn과 정규 평균 중성점 전압값 VN을 비교하면 정상인지, 혹은 이상이 발생하고 있는지 판정할 수 있는 것이다.

그리고 인버터 회로(110)의 출력 전압 벡터가 V2 벡터, V4 벡터, V6 벡터를 취하는 경우에는, 인버터 회로(110)의 3상 중 2상의 출력 전압이 배터리 전원 VB의 직류 전압 Vdc이고 나머지의 1상이 0볼트이고, 이 경우의 정규 평균 중성점 전압값 VN은 VN＝Vdc×2／3로 된다.

또한, 인버터 회로(110)의 출력 전압 벡터가 V1 벡터, V3 벡터, V5 벡터를 취하는 경우에는, 인버터 회로(110)의 3상 중 1상의 출력 전압이 배터리 전원 VB의 직류 전압 Vdc이고 나머지의 2상이 0볼트이고, 이 경우의 정규 평균 중성점 전압값 VN은 VN＝Vdc×1／3로 된다.

그리고 인버터 회로의 출력 전압 벡터가 V0 벡터인 경우에는 3상 모든 출력 전압이 0볼트이므로 정규 평균 중성점 전압값 VN은 VN＝0으로 된다.

마찬가지로, 인버터 회로의 출력 전압 벡터가 V7 벡터인 경우에는 3상 모든 출력 전압이 직류 전압 Vdc이므로 정규 평균 중성점 전압값 VN은 VN＝Vdc로 된다.

도 3에 있어서, (a)는 3상 전압 지령값인 인버터의 변조파(전압 지령값) U*, V*, W*을 나타내고 있고, 변조율은 1.0이다. 또한, 반송파인 삼각파의 PWM 캐리어 Carry도 더불어 나타내고 있다.

또한, (b)는 0(영)상 전압값에서 변조파 U*, V*, W*에 중첩시키고 있는 전압 파형이고, 정현파 변조에서는 0(영)상 전압은 Vdc／2볼트이다.

또한, (c)는 U상 상부 아암 PWM 신호이고, 인버터 회로(110)의 상부 아암의 스위칭 소자 IGBT(52)를 구동하는 신호이다. U상 상부 아암 PWM 신호의 상보 신호(반전 신호)가 U상 하부 아암 PWM 신호로 된다. 그리고 U상 상부 아암 PWM 신호가 하이 레벨 Vgate일 때에는 U상 상부 아암의 스위칭 소자 IGBT(52)가 온되어 인버터 회로의 출력 전압은 Vdc로 되고, 반대로 U상 상부 아암 PWM 신호가 로우 레벨 「0」일 때에는 U상 하부 아암의 스위칭 소자 IGBT(62)가 온되어 인버터 출력 전압은 0볼트로 된다.

또한, (d)는 PWM 캐리어 Carry에 동기한 평균 중성점 전압값 Vn의 변화를 나타내고 있고, V0 벡터로부터 V7 벡터의 순서로 전동기(300)의 중성점 N의 전압값을 나타내고 있다. 이것은 인버터 회로(110)의 3상 각 상의 출력 전압 Vu, Vv, Vw의 평균 합성 전압값이며, 이하의 수학식 1로 나타나는 것이다. 이것은 중성점 전압 검출 회로(120)에 의해 검출되는 평균 중성점 전압값 Vn과 등가이다.

따라서 이 평균 중성점 전압값 Vn은 상술한 중성점 전압 검출 회로(120)에 의해 검출된 것이라고 생각하면 되고, 이 평균 중성점 전압값 Vn은 PWM 펄스 패턴에 동기한 스텝 형상으로 변화되는 전압이다.

여기서, 인버터 장치의 출력 라인상에서 3상 중 어느 1상이 지락한 경우를 생각하면, 지락한 1상의 출력 전압은 대략 그라운드 전압인 0볼트 부근의 값을 취하게 된다. 이것은, 실제의 지락에서는 지락 저항값이 존재하여 완전하게 0볼트로 떨어지지 않기 때문이다. 그리고 그때의 PWM 펄스 패턴이 V7 벡터 시에서는, 정규 평균 중성점 전압값 VN은 배터리 전원 VB인 Vdc인 VN＝Vdc로 되지만, 이에 대해 지락한 1상분의 전압이 없어지므로 검출되는 평균 중성점 전압값 Vn은 Vn＝Vdc×2／3로 변화된다. 즉, 지락한 1상분의 Vdc×1／3이 감산되게 된다.

또한, PWM 펄스 패턴이 V1 벡터, V3 벡터, V5 벡터 시에서는 정규 평균 중성점 전압값 VN은 VN＝Vdc×1／3로 되지만, 이에 대해 지락한 어느 1상분의 전압이 없어지므로, V1 벡터, V3 벡터, V5 벡터 중 어느 하나에서 검출되는 평균 중성점 전압값 Vn은 Vdc×1／3만큼 작아진다.

마찬가지로, PWM 펄스 패턴이 V2 벡터, V3 벡터, V6 벡터 시에서는 정규 평균 중성점 전압값 VN은 VN＝Vdc×2／3로 되지만, 이에 대해 지락한 어느 1상분의 전압이 없어지므로, V2 벡터, V3 벡터, V6 벡터 중 어느 하나에서 검출되는 평균 중성점 전압값 Vn은 Vdc×1／3만큼 작아진다.

또한, V0 벡터에서는 3상 모든 출력 전압이 0볼트이므로, V0 벡터에서 지락한 경우는 대상으로 하지 않는다.

다음에, 인버터 장치의 출력 라인상에서 3상 중 어느 1상이 배터리 전위에 접속(소위, 천락)한 경우를 생각하면, 천락한 1상의 출력 전압은 배터리 전원인 Vdc로 된다. 그리고 그때의 PWM 펄스 패턴이 V0 벡터 시에서는, 3상 모든 출력 전압이 0볼트이므로 정규 평균 중성점 전압값 VN은 VN＝0으로 되지만, 이에 대해 천락한 1상분의 전압이 Vdc로 되므로 검출되는 평균 중성점 전압값 Vn은 Vn＝Vdc×1／3로 변화된다. 즉, 천락한 1위상분의 Vdc×1／3이 가산되게 된다.

또한, PWM 펄스 패턴이 V1 벡터, V3 벡터, V5 벡터 시에서는 정규 평균 중성점 전압값 VN은 VN＝Vdc×1／3로 되지만, 이에 대해 천락한 어느 1상분의 전압이 Vdc로 되므로, V1 벡터, V3 벡터, V5 벡터 중 어느 하나에서 검출되는 평균 중성점 전압값 Vn은 Vdc×1／3만큼 커진다.

마찬가지로, PWM 펄스 패턴이 V2 벡터, V3 벡터, V6 벡터 시에서는 정규 평균 중성점 전압값 VN은 VN＝Vdc×2／3로 되지만, 이에 대해 천락한 어느 1상분의 전압이 Vdc로 되므로, V2 벡터, V3 벡터, V6 벡터 중 어느 하나에서 검출되는 평균 중성점 전압값 Vn은 Vdc×1／3만큼 커진다.

또한, V7 벡터에서는 3상 모든 출력 전압이 Vdc이므로, V7 벡터에서 천락한 경우는 대상으로 하지 않는다.

이와 같은 사고 방식으로부터 본 실시예로 되는 이상 판정기(230)는 지락이나 천락 등의 출력 라인상의 이상을 검출하는 것이다.

도 4에 이상 판정기(230)의 이상 판정을 행하는 제어 플로우를 나타내고 있고, 이하에 이에 대해 설명한다. 이 제어 플로우는 컴퓨터에서 실행되는 것으로, 소정의 시간 인터벌에서 기동되어 이하와 같은 연산을 행하여 이상 판정을 실행한다.

소정의 시간 인터벌에서 기동이 걸리면, 스텝 40(이하, 스텝을 "S"로 표기함)에서 현재의 PWM 펄스 패턴을 검출한다. PWM 펄스 패턴은 앞서 서술한 바와 같이 반송파인 PWM 캐리어 Carry에 의해 검출할 수 있고, 이에 의해 정규 평균 중성점 전압값 VN을 어느 임계값으로 할 것인지 선택할 수 있다.

PWM 펄스 패턴이 검출되는 S41로 진행하여 그 PWM 펄스 패턴에 대응한 정규 평균 중성점 전압값 VN을 구하기 위해 각 상의 전압을 연산한다. 이 경우에는 전원 전압 Vdc에 PWM 펄스 패턴에 기초한 각 상의 전압 계수를 승산하여 구하도록 하고 있다.

예를 들어, V7 벡터에서는 3상 모든 전압 계수는 1／3이며, V2 벡터, V4 벡터, V6 벡터에서는 2상의 전압 계수는 1／3이고 나머지의 1상이 0이며, V1 벡터, V3 벡터, V5 벡터에서는 1상의 전압 계수는 1／3이고 나머지의 2상이 0이며, V0 벡터에서는 3상 모든 전압 계수는 0이다.

S41에서 PWM 펄스 패턴에 각 상의 전압이 구해지면 다음에 S42로 진행하여 정규 평균 중성점 전압값 VN을 연산한다. 이 연산은 PWM 펄스 패턴에 대응하는 각 상의 전압을 가산하여 구하도록 하고 있고, VN＝Vu＋Vv＋Vw의 연산식에서 구해진다.

이 정규 평균 중성점 전압값 VN은, 도 3의 (d)에 있어서는 V0 벡터에서는 0볼트이고, V2 벡터, V4 벡터, V6 벡터에서는 Vdc×1／3볼트이고, V1 벡터, V3 벡터, V5 벡터에서는 Vdc×1／3볼트이고, V7 벡터에서는 Vdc볼트이다. 이것이 PWM 패턴에 대응한 임계값으로서 이하의 연산에 사용된다.

다음에, S43으로 진행하여 중성점 전압 검출 회로(120)로부터 대응하는 PWM 펄스 패턴의 실제의 평균 중성점 전압값 Vn을 도입하여 기억한다. 이 실제의 평균 중성점 전압값 Vn과 S42에서 연산된 정규 평균 중성점 전압값 VN에 기초하여 이상 판정을 행하는 것이다.

이 이상 판정은 S44에서 행해지지만, 이 S44에서는 S42에서 연산된 정규 평균 중성점 전압값 VN과 실제의 평균 중성점 전압값 Vn의 차분을 계산하고, 이 차분이 소정값보다 작으면 정상으로 간주하고, 차분이 소정값보다 크면 이상으로 간주하는 것이다.

즉, 차분이 소정값보다 작으면 정규 평균 중성점 전압값 VN과 실제의 평균 중성점 전압값 Vn이 대략 일치하여 정상의 동작이 행해지고 있다고 판단하고, 차분이 소정값보다 크면 정규 평균 중성점 전압값 VN에 대해 실제의 평균 중성점 전압값 Vn이 변동하여 이상의 동작이 행해지고 있다고 판단하는 것이다. 또한, 차분 계산으로 「＋」 혹은 「-」 부여된 차분을 구하면 그때의 PWM 펄스 패턴에서의 지락 혹은 천락의 구분이 가능해지는 것이다.

여기서, 차분인 소정의 전위차는 검출해야 하는 저항 레벨에 따라 설정되고, 예를 들어 단락 저항값이 약 0Ω일 때에 약 Vdc／3로 설정되고, 전동기의 권선 저항값과 동등할 때에는 약 Vdc／6로 설정된다.

그리고 S44에서 정상이라고 판단되면, S45로 진행하여 최종적으로 정상 판정이 이루어지고 이 제어 플로우를 빠져나가게 된다.

한편, S44에서 이상이라고 판단되면, S46으로 진행하여 최종적으로 이상 판정이 이루어지고, 그 후 S47로 진행하여 램프 점등 등의 통지 처리를 실행하여, 이 제어 플로우를 빠져나가게 된다.

또한, 본 실시예에서는 S42에서 이상 판정을 위한 정규 평균 중성점 전압값 VN을 연산하여 구하였지만, 도 3의 (d)에 있는 바와 같이, 미리 고정 메모리에 제1 이상 판정 레벨 V1, 제2 이상 판정 레벨 V2, 제3 이상 판정 레벨 V3을 기억시켜 두고, PWM 펄스 패턴에 따라서 이들 판정 레벨을 선택하고, 대응하는 PWM 펄스 패턴 시의 실제의 평균 중성점 전압값 Vn에 의해 이상 판정하는 것도 가능하다.

이 방식은 도 4에 나타내는 방법과 동일하게 행해도 된다. 요점은 정규 평균 중성점 전압값 VN을 이상 판정 레벨 V1 내지 이상 판정 레벨 V3으로 치환한 것이다.

이 이상 판정 레벨의 설정에는, 검출해야 하는 단락 저항값을 기준으로 설정하면 되고, 바람직하게는 Vdc／6, Vdc／2, Vdc×5／6로 설정하면 판정 로직의 구성을 간소화할 수 있다.

또한, 바람직하게는 PWM 캐리어 주기의 1／2 주기로 도 3의 (d)의 S1, S2, S3, S4…에 있는 바와 같이 V0 벡터와 V7 벡터의 타이밍에서 중성점 전압값 Vn을 검출하여 이상 판정해도 되는 것이다.

또한, 지락의 검출만인 경우에는 V7 벡터의 타이밍만으로 되는 것이다. 또한, PWM 캐리어 주기의 1／2 주기의 정수배 주기로 이상 판정해도 지장이 없는 것이다.

다음에, 도 5를 사용하여 제1 실시 형태에 있어서의 검출 동작을 나타내는 다른 파형도에 대해 설명한다. 도 3과 다른 것은, (a)의 3상 전압 지령값에서 인버터의 변조파(전압 지령값) U*, V*, W*은 제3 고조파를 포함한 파형이고 변조율은 1.15까지 증가하고 있다. 이 결과 (b)의 0(영)상 전압은 제3 고조파를 포함한 파형으로 되어 있고, (d)의 중성점 전압 파형에는 (b)의 0(영)상 전압이 중첩되어 있다. 또한, (c)는 U상 상부 아암 PWM 신호이고, 이것은 도 3의 예와 동일한 동작을 행하는 것이다.

이와 같은 제3 고조파를 포함한 변조파이어도, 도 3, 도 4에 나타낸 실시예와 동일한 동작을 행하게 할 수 있다.

이것으로부터 알 수 있듯이, 제3 고조파를 포함한 변조 신호에서는 인버터 출력 주파수에 동기한 전압 변동이 전동기의 중성점 전압에 중첩되게 되지만, (d)에 있는 바와 같이 V0 벡터로부터 V7 벡터의 순서로 전동기(300)의 중성점의 평균 중성점 전압값 Vn 및 정규 평균 중성점 전압값 VN과 비교하는 것이 가능해지는 것이다.

또한, 제1 이상 판정 레벨 V1, 제2 이상 판정 레벨 V2, 제3 이상 판정 레벨 V3의 판정 레벨을 선택하고, 대응하는 PWM 펄스 패턴 시의 실제의 평균 중성점 전압값 Vn에 의해 이상 판정하는 것도 가능하다.

또한, 도 6을 사용하여 제1 실시 형태에 있어서의 검출 동작을 나타내는 다른 파형도에 대해 설명한다. 도 3과 다른 것은, (a)의 3상 전압 지령값에서 인버터의 변조파(전압 지령값) U*, V*, W*은 2상 변조의 파형이고 변조율은 1.15까지 증가하고 있다. 또한, 이에 의하면 인버터의 스위칭 횟수를 저감시킬 수 있으므로 인버터의 고효율화가 가능하다. (b)의 0(영)상 전압은, 60도 구간을 Vmax로 하는 파형으로 되어 있고, (d)의 중성점 전압 파형에는 (b)의 0(영)상 전압이 중첩되어 있다.

이와 같은 2상 변조의 변조파이어도, 도 3, 도 4에 나타낸 실시예와 동일한 동작을 행하게 할 수 있다.

이것으로부터 알 수 있듯이, 2상 변조의 변조 신호에서는 인버터 출력 주파수에 동기한 전압 변동이 전동기의 중성점 전압에 중첩되게 되지만, (d)에 있는 바와 같이 V0 벡터로부터 V7 벡터의 순서로 전동기(300)의 중성점의 평균 중성점 전압값 Vn 및 정규 평균 중성점 전압값 VN과 비교하는 것이 가능해지는 것이다.

또한, 제1 이상 판정 레벨 V1, 제2 이상 판정 레벨 V2, 제3 이상 판정 레벨 V3의 판정 레벨을 선택하고, 대응하는 PWM 펄스 패턴 시의 실제의 평균 중성점 전압값 Vn과 비교하는 경우에는, 도 6의 (d)에 있는 바와 같이 S1, S3에서 나타내는 Vdc×1／3 이하의 출력과 S2, S4에서 나타내는 Vdc×2／3 이상의 출력이 소정수마다 반복되어 있으므로, 이들을 인식, 판단하여 이상 판정 레벨 V1과 제3 이상 판정 레벨 V3을 선택하면 되는 것이다. 또한, 도 7을 사용하여 제1 실시 형태에 있어서의 검출 동작을 나타내는 다른 파형도에 대해 설명한다. 도 3과 다른 것은, (a)의 3상 전압 지령값에서 인버터의 변조파(전압 지령값) U*, V*, W*은 180도의 구형파이고 변조율은 1.27까지 증가하고 있다. 또한, 이에 따르면 인버터의 스위칭 횟수를 저감시킬 수 있으므로, 도 6에 비해 인버터를 고효율화할 수 있다. 여기서는 (b)의 0(영)상 전압 파형과 (c)의 U상 상부 아암 PWM 신호는 나타내고 있지 않다. (d)의 중성점 전압 파형은 60도 주기의 구형파이다. 이와 같은 180도의 구형파의 변조파이어도, 도 3, 도 4에 나타낸 실시예와 동일한 동작을 행하게 할 수 있다. 이것으로부터 알 수 있듯이, 180도의 구형파의 변조 신호에서는 인버터 출력 주파수에 동기한 전압 변동이 전동기의 중성점 전압에 중첩되게 되지만, (d)에 있는 바와 같이 V0 벡터로부터 V7 벡터의 순서로 전동기(300)의 중성점의 평균 중성점 전압값 Vn 및 정규 평균 중성점 전압값 VN과 비교하는 것이 가능해지는 것이다.

이 경우도, 제1 이상 판정 레벨 V1, 제2 이상 판정 레벨 V2, 제3 이상 판정 레벨 V3의 판정 레벨을 선택하고, 대응하는 PWM 펄스 패턴 시의 실제의 평균 중성점 전압값 Vn과 비교하는 경우에는, 도 7의 (d)에 있는 바와 같이 S1, S3에서 나타내는 Vdc×1／3 이하의 출력과 S2, S4에서 나타내는 Vdc×2／3 이상의 출력이 나오고 있지 않으므로, 이상 판정 레벨 V1과 제3 이상 판정 레벨 V3이 아니라, 제2 이상 판정 레벨 V2를 사용하여 이상 판정할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 변조파에 따른 PWM 펄스 패턴(출력 전압 벡터)에 의해 정해지는 정규 중성점 전압값 VN과 PWM 펄스 패턴에 의해 정해지는 실제의 중성점 전압값 Vn의 차분이 소정값 이상일 때에 지락이나 천락의 이상을 판정할 수 있으므로, 중성점 전압 파형에 따른 신뢰성이 높은 이상 검출이 가능하다. 또한, 인버터 출력 주파수에도 의하지 않고 안정적인 이상 검출이 가능하다.

제2 실시예

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태를 도 8에 기초하여 설명한다. 도 8에 있어서, 제1 실시 형태와 다른 것은, 중성점 검출 회로(121)가 3상의 각 상마다 전압을 검출(Vn1, Vn2, Vn3)하는 점과, 전류 제어기(210)가 전동기의 2상 전류(Iu, Iw)를 검출하는 점이다. 그 외에는 제1 실시 형태와 동일하다.

특히, 중성점 검출 회로(121)는 도 8에 있는 바와 같이, 각 출력 라인과 그라운드의 사이에 각각 저항 Ru1, Rv1, Rw1과, 이것에 직렬로 접속된 저항 Ru2, Rv2, Rw2를 설치하고, 이들 저항의 중간점 전압을 도입하여 U상의 전압 Vn1, V상의 전압 Vn2 및 W상의 전압 Vn3을 검출하고 있다. 그 일례로서 도 9는 U상의 검출 신호인 U상 출력 신호 Vn1을 나타내고 있지만 V상, W상도 마찬가지이다.

그리고 이상 판정기(231)에 의해 이하의 수학식 2에 의해 실제의 평균 중성점 전압값 Vn을 연산하여 검출하도록 되어 있다.

이 연산에 의해 얻어진 실제의 평균 중성점 전압값 Vn은 도 4에 나타내는 S43으로 치환되고, 다음 S44에 있어서 평균 중성점 전압값 Vn과 정규 평균 중성점 전압값 VN의 비교가 행해져 이상의 검출이 판정되는 것이다.

또한, S1, S2, S3, S4…와 같이 V0 벡터, V7 벡터의 타이밍에서 실제의 평균 중성점 전압값 Vn을 검출하면, 인버터가 대출력하고 있을 때에도 PWM 펄스폭이 넓은 상태에서 샘플링하는 것이 가능해져, 보다 정확한 이상 상태의 검출을 할 수 있다. 또한, 2상 전류(Iu, Iw)를 검출하는 전류 검출기(210)를 사용한 경우에도 지락의 이상 검출이 가능한 것은 물론이다.

이와 같이, 본 실시예에 있어서도 변조파에 따른 PWM 펄스 패턴(출력 전압 벡터)에 의해 정해지는 정규 중성점 전압값 VN과 PWM 펄스 패턴에 의해 정해지는 실제의 중성점 전압값 Vn의 차분이 소정값 이상일 때에 지락이나 천락의 이상을 판정할 수 있으므로, 중성점 전압 파형에 따른 신뢰성이 높은 이상 검출이 가능하다. 또한, 인버터 출력 주파수에도 의하지 않고 안정적인 이상 검출이 가능하다.

다음에, 도 10을 사용하여, 본 발명의 실시 형태인 전동기의 구동 제어 장치를 적용한 전동 파워 스티어링 장치의 구성에 대해 설명한다.

전동 파워 스티어링 장치를 구성하는 전동 액추에이터는, 도 10에 도시한 바와 같이 토크 전달 기구(902)와, 전동기 장치(501)[전동기(300)와 인버터 장치(100)]로 구성된다.

전동 파워 스티어링 장치는, 전동 액추에이터와, 핸들(스티어링)(900)과, 조타 검출기(901) 및 조작량 지령기(903)를 구비하고, 운전자가 조타하는 핸들(900)의 조작력은 전동 액추에이터를 사용하여 토크 어시스트하는 구성을 갖는다.

전동 액추에이터의 토크 지령 τ*은, 핸들(900)의 조타 어시스트 토크 지령[조작량 지령기(903)에 의해 작성]으로 하고, 전동 액추에이터의 출력을 사용하여 운전자의 조타력을 경감하도록 한 것이다. 전동기 장치(501)는, 입력 지령으로서 토크 지령 τ*을 받고, 전동기(300)의 토크 상수와 토크 지령 τ*로부터 토크 지령값에 추종하도록 전동기 전류를 제어한다.

전동기(300)의 로터에 직결된 출력축으로부터 출력되는 전동기 출력 τm은 웜, 휠이나 유성 기어 등의 감속 기구 혹은 유압 기구를 사용한 토크 전달 기구(902)를 통해, 스티어링 장치의 랙(910)에 토크를 전달하여 운전자의 핸들(900)의 조타력(조작력)을 전동력에 의해 경감(어시스트)하고, 차륜(920, 921)의 조타각을 조작한다.

이 어시스트량은, 스티어링 샤프트에 내장된 조타 상태를 검출하는 조타 검출기(901)에 의해 조타각이나 조타 토크로서 조작량을 검출하고, 차량 속도나 노면 상태 등의 상태량을 가미하여 조작량 지령기(903)에 의해 토크 지령 τ*로서 결정된다.

본 발명이 적용된 전동기 장치(501)는, 전동기를 한창 급가감속하고 있는 도중에라도 지락 검출 등의 전동기 이상을 검출할 수 있어, 안전성을 높일 수 있는 이점이 있다.

다음에, 도 11을 사용하여, 본 발명의 실시 형태인 전동기의 구동 제어 장치를 적용한 하이브리드 자동차 시스템의 구성에 대해 설명한다.

하이브리드 자동차 시스템은 도 11에 도시한 바와 같이, 전동기(300)를 전동기／제너레이터로서 적용한 파워 트레인 시스템을 갖고 있다.

도 11에 도시하는 자동차에 있어서 참조 번호 600은 차체이고, 차체(600)의 프론트부에는 전륜 차축(601)이 회전 가능하게 축지지되어 있고, 전륜 차축(601)의 양단부에는 전륜(602, 603)이 설치되어 있다. 차체(600)의 리어부에는 후륜 차축(604)이 회전 가능하게 축지지되어 있고, 후륜 차축(604)의 양단부에는 후륜(605, 606)이 설치되어 있다.

전륜 차축(601)의 중앙부에는, 동력 분배 기구인 디퍼런셜 기어(611)가 설치되어 있고, 엔진(610)으로부터 변속기(612)를 통해 전달된 회전 구동력을 좌우의 전륜 차축(601)에 분배하도록 되어 있다.

엔진(610)과 전동기(300)는, 엔진(610)의 크랭크 샤프트에 설치된 풀리(610a)와 전동기(300)의 회전축에 설치된 풀리(300a)가 벨트(630)를 통해 기계적으로 연결되어 있다.

이에 의해, 전동기(300)의 회전 구동력이 엔진(610)에, 엔진(610)의 회전 구동력이 전동기(300)에 각각 전달할 수 있도록 되어 있다. 전동기(300)는, 전동기 구동 장치(100)에 의해 제어된 3상 교류 전력이 스테이터의 스테이터 코일에 공급됨으로써, 로터가 회전하고, 3상 교류 전력에 따른 회전 구동력을 발생한다.

즉, 전동기(300)는, 인버터 장치(100)에 의해 제어되어 전동기로서 동작하는 한편, 엔진(610)의 회전 구동력을 받아 로터가 회전함으로써, 스테이터의 스테이터 코일에 기전력이 유기되고, 3상 교류 전력을 발생하는 발전기로서 동작한다.

전동기 장치(501)는, 고전압(42V 혹은 300V)계 전원인 고압 배터리(622)로부터 공급된 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 장치이며, 운전 지령값에 따라서 로터의 자극 위치에 따른, 전동기(300)의 스테이터 코일에 흐르는 3상 교류 전류를 인버터 장치(100)에 의해 제어한다.

전동기(300)에 의해 발전된 3상 교류 전력은, 인버터 장치(100)에 의해 직류 전력으로 변환되어 고압 배터리(622)를 충전한다. 고압 배터리(622)에는 DC-DC 컨버터(624)를 통해 저압 배터리(623)에 전기적으로 접속되어 있다. 저압 배터리(623)는, 자동차의 저전압(14v)계 전원을 구성하는 것이며, 엔진(610)을 초기 시동(콜드 시동)시키는 스타터(625), 라디오, 라이트 등의 전원에 사용되고 있다.

차량이 신호 대기 등의 정차 시(아이들 스톱 모드)에 있을 때, 엔진(610)을 정지시키고, 재발차 시에 엔진(610)을 재시동(핫 시동)시킬 때에는, 전동기 구동 장치(100)에서 동기 전동기(620)를 구동하고, 엔진(610)을 재시동시킨다.

또한, 아이들 스톱 모드에 있어서, 고압 배터리(622)의 충전량이 부족한 경우나, 엔진(610)이 충분히 데워져 있지 않은 경우 등에 있어서는, 엔진(610)을 정지하지 않고 구동을 계속한다. 또한, 아이들 스톱 모드 중에 있어서는, 에어 컨디셔너의 컴프레서 등, 엔진(610)을 구동원으로 하고 있는 보조 기계류의 구동원을 확보할 필요가 있다. 이 경우, 동기 전동기(620)를 구동시켜 보조 기계류를 구동한다.

가속 모드 시나 고부하 운전 모드에 있을 때에도, 전동기(300)를 구동시켜 엔진(610)의 구동을 어시스트한다. 반대로, 고압 배터리(622)의 충전이 필요한 충전 모드에 있을 때에는, 엔진(610)에 의해 전동기(300)를 발전시켜 고압 배터리(622)를 충전한다. 즉, 차량의 제동 시나 감속 시 등의 회생 모드를 행한다.

이와 같은 차량용의 전동기 장치에 있어서, 전동기가 천락한 경우에는 고압의 전압이 가해지므로 위험하기 때문에, 빠르게 서비스 스테이션에서 메인터넌스하는 것이 가능하게 되어, 신뢰성이 높은 차량을 제공할 수 있는 이점이 있다.

상술한 실시 형태에서는, 본 발명의 전동기 장치(500)를 하이브리드 자동차 시스템에 적용한 경우에 대해 설명하였지만, 전기 자동차에 있어서도 동일한 효과가 얻어진다.

다음에, 도 12를 사용하여, 본 발명의 실시 형태인 전동기의 구동 제어 장치를 적용한 전동 펌프 시스템의 구성에 대해 설명한다.

도 12는 자동차의 아이들링 스톱 중에 구동되는 전동 유압 펌프 시스템이지만, 아이들링 스톱 시뿐만 아니라, 하이브리드 자동차와 같이 엔진이 완전하게 정지하는 자동차에 있어서 트랜스미션, 클러치, 브레이크 등에의 유압을 확보하는 데에 사용되는 것이다.

도 12에 있어서, 엔진 정지 시에는 전동 펌프부(23)를 구성하는 전동 펌프(24)에 의해 유압 회로(50)의 유압을 제어한다. 전동 펌프(24)는 인버터 장치(100)에 의해 구동되고, 인버터 장치(100)는 지령 발생기(1G)에 의해 제어된다.

유압 회로(50)는 엔진(610)을 동력으로 하여 구동되는 메커니컬 펌프(52), 오일을 저장하는 탱크(53), 메커니컬 펌프(52)로부터 전동 펌프(24)로의 역류를 방지하는 역지 밸브(54), 릴리프 밸브(55) 등으로 구성되는 것으로, 이 구성은 주지의 구성이다.

그리고 출력 라인의 이상에 의해 전동 펌프(24)에 의한 토출압이 없어지거나, 또는 부족해 버리면, 메커니컬 펌프에 의한 유압이 상승하기까지의 동안에, 아이들 스톱 종료 시에 미션이나 클러치에 압력이 부족하여, 차량 발진이 지연되거나, 혹은 발진 쇼크가 발생하게 된다.

이와 같은 문제가 발생하기 전에 출력 라인의 이상을 검출하여 이상을 통지하는 것이 중요하다. 이로 인해 본 발명으로 되는 전동기의 구동 제어 장치를 채용하면 확실하게 출력 라인의 이상을 검출할 수 있으므로, 이상에 대한 조기의 대응이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 변조파에 따른 PWM 펄스 패턴(출력 전압 벡터)에 의해 정해지는 정규 중성점 전압값 VN과 PWM 펄스 패턴에 의해 정해지는 실제의 중성점 전압값 Vn의 차분이 소정값 이상일 때에 출력 라인상의 이상을 판정할 수 있으므로, 중성점 전압 파형에 따른 신뢰성이 높은 이상 검출이 가능하다. 또한, 인버터 출력 주파수에도 의하지 않고 안정적인 이상 검출이 가능하다.

또한, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

50 : 직렬 회로
52, 62 : 스위칭 소자
56, 66 : 다이오드
100 : 인버터 장치
120 : 중성점 전압 검출 회로
110 : 인버터 회로
210 : 전류 제어기
220 : PWM 생성기
230 : 이상 판정기
300 : 전동기

Claims

전동기에 공급되는 전력을 제어하여 전동기를 구동 제어하는 인버터 장치와, 상기 인버터 장치로부터의 출력을 상기 전동기에 공급하는 상기 전동기의 권선을 포함하는 출력 라인을 갖는 전동기의 구동 제어 장치에 있어서,
상기 인버터 장치의 PWM 펄스 패턴에 기초하여 스텝 형상으로 변화되는 상기 전동기의 실제의 중성점 전압을 검출하는 중성점 전압 검출 수단과, 상기 인버터 장치의 PWM 패턴에 기초하여 정해지는 정규의 중성점 전압을 설정하는 정규 중성점 전압 설정 수단과, 상기 중성점 전압 검출 수단에 의해 검출된 중성점 전압값과 상기 정규 중성점 전압 설정 수단에 의해 설정된 정규 중성점 전압값에 기초하여 상기 출력 라인의 이상을 판정하는 이상 판정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 전동기는 U상, V상 및 W상의 권선을 구비하는 3상 전동기이고, 상기 인버터 장치는 상기 U상, V상 및 W상의 권선에 교류 전력을 공급하는 인버터 회로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 이상 판정 수단은, 상기 중성점 전압 검출 수단에 의해 검출된 실제의 중성점 전압과 정규 중성점 전압 설정 수단에 의해 설정된 정규의 중성점 전압의 차분을 구하고, 이 차분이 소정값 이상의 차분이면 상기 출력 라인에 이상이 발생하고 있다고 판단하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 정규 중성점 전압 설정 수단은, 배터리 전원 전압에 PWM 패턴에 의해 정해지는 소정의 계수를 승산하여 각 상마다의 전압을 구하고, 구해진 각 상의 전압을 가산하여 상기 정규 중성점 전압을 구하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 중성점 전압 검출 수단은, 인버터 회로와 상기 전동기의 권선의 사이의 출력 라인의 도중에 검출된 각 상의 전압을 가산한 전압을 상기 실제의 중성점 전압으로 하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 이상 판정 수단은, 상기 인버터 회로의 출력 전압 벡터가 V0 벡터 시에 적어도 1상이 배터리 전원 전압으로 되었을 때에 천락 상태라고 판단하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 이상 판정 수단은, 상기 인버터 회로의 출력 전압 벡터가 V7 벡터 시에 적어도 1상이 대략 그라운드 전압(0볼트)으로 되었을 때에 지락 상태라고 판단하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 정규 중성점 전압 설정 수단은, 미리 고정 메모리에 기억된 복수의 이상 판정 레벨로부터 상기 PWM 펄스 패턴에 따라서 하나의 상기 이상 판정 레벨을 선택하여 상기 정규 중성점 전압을 구하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 판정 레벨은 제1 이상 판정 레벨 V1, 제2 이상 판정 레벨 V2, 제3 이상 판정 레벨 V3으로 설정되고, 상기 PWM 펄스 패턴에 따라서 상기 하나의 이상 판정 레벨을 선택하여 상기 정규 중성점 전압을 구하는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 이상 판정 수단은 마이크로 컴퓨터에 의한 연산 기능으로 이상 판정하는 것이고, 상기 연산 기능은 적어도 상기 중성점 전압 검출 수단에 의해 검출된 실제의 중성점 전압과 정규 중성점 전압 설정 수단에 의해 설정된 정규의 중성점 전압의 차분을 구하는 스텝과, 이 차분이 어느 소정값 이상의 차분이면 상기 출력 라인에 이상이 발생하고 있다고 판단하는 스텝을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는, 전동기의 구동 제어 장치.