JP4847060B2 - 交流モータ駆動装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は交流モータ駆動装置であって、特に、ゼロ速度から高速度回転まで加減速する用途に好適な交流モータ駆動装置の改良に関する。

従来、交流モータの駆動装置として、モータ電流を検出してモータトルクを精度良く制御する方式が広く用いられている。しかし、低コスト化などから、モータ電流を検出するセンサの数を削減することが望まれ、その手法としていくつかの公知例が知られている。

特許文献１は、ＰＷＭインバータの直流ラインに電流センサを備え、インバータのスイッチングパターンと検出した直流電流値とからインバータから出力する３相の相電流を推定することを開示している。

また、特許文献２は、ＰＷＭインバータの直流ラインに設けた電流センサと、交流モータのロータ位相を検出する位置検出器とを備え、検出した直流電流値の回転座標系への座標変換にロータ位相を用いることを開示している。

さらに、特許文献３は、交流モータの特定相に電流センサを備え、検出した電流値の脈動から交流モータのロータ位相を検出してモータ駆動することを開示している。

車両などに適用される駆動用交流モータのロータ位置検出器には、モータ停止時から高精度にトルク制御が必要なため、各相のモータ電流を電流センサで検出している。一方、交流モータを高速回転させたときの効率向上と、インバータ電源の電圧利用率向上のために、ＰＷＭを過変調とした半周期に１パルスの矩形波電圧を印加する、いわゆる１パルスモードを採用することが知られている。

特開平６−１５３５２６号公報（全体） 特開２００４−２９７９６６号公報（全体） 特開２００４−２７４８４１号公報（全体）

しかしながら、交流モータ駆動装置の低コスト化と省スペース化のためには電流センサ使用数の削減など課題がある。特許文献１では、直流ラインの電流検出値とインバータのスイッチングパターンとからモータ電流を推定するために、ＰＷＭのキャリア周期内で少なくとも２回の高速の電流検出が必要である。しかし、モータの低速回転時にはＰＷＭパルス幅が細く、キャリア周期内に２回の電流検出は困難である。また、モータの高速回転時には、上記した１パルスモードにおいて電流検出が困難となり、結果的にモータ駆動が困難になるという課題がある。

また、特許文献２では、直流電流値の回転座標系への変換を行って高応答化できるものの、電流検出の基本的な考え方は特許文献１とほぼ同じと考えられ、交流モータの低速回転時と高速回転時において高精度なトルク制御を実現することは困難である。

さらに、特許文献３では、特定のモータ相電流から３相のモータ電流を推定することはなされておらず、トルクを制御することは困難である。

本発明の目的は、少ない電流センサにより、安価で省スペースな交流モータ駆動装置を提供することである。

本発明の他の目的は、ＰＷＭパルスパターンに依存することなく、ゼロ速度から高速度回転まで急加減速する交流モータにおいても、高精度のトルク制御を実現する交流モータ駆動装置、車両並びにその制御方法を提供することにある。

本発明はその一面において、交流モータと、該モータに給電するインバータと、前記モータあるいはインバータに流れる電流を検出する電流センサと、前記モータのロータ回転を検出する回転センサと、前記インバータを駆動制御する制御器とを備えた交流モータ駆動装置において、回転センサの出力信号からロータの回転位置を検出し、電流センサによって検出された電流検出値とロータの回転位置とから交流モータに流れる３相のモータ電流値を推定し、推定した３相のモータ電流値を用いてインバータを制御することを特徴とする。

本発明の望ましい実施態様においては、インバータの直流ラインに流れる直流電流を検出する位置又は交流モータの特定相に流れる相電流を検出する位置に電流センサを配置する。

本発明の望ましい他の実施態様においては、上記電流センサの他に、インバータの直流ライン又は交流モータの特定相に少なくとも１つの第２の電流センサを備え、いずれかの電流センサに異常が生じた場合、健全な電流センサを用いてモータ駆動を継続する。

本発明の望ましいさらに他の実施態様においては、車両駆動用交流モータの駆動装置において、制御器の入力指令として車両制御装置からのトルク指令を受け、ゼロ速度から高速度走行まで前記モータを制御する交流モータ駆動装置を備えたことを特徴とする。

本発明の望ましい実施態様によれば、少ない電流センサにより、ＰＷＭパルスパターンに依存することなく、ゼロ速度から高速度回転までモータ電流を推定することができ、省スペースかつ低コストな交流モータ駆動装置を提供できる。

本発明によるその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による交流モータ駆動装置を車両用駆動モータに適用して説明する。

図１は、本発明の一実施形態による交流モータ駆動装置の制御ブロック図である。

バッテリＶＢはインバータ１の直流電圧源である。インバータ１は、３相各相の６個のスイッチング素子（Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐ，Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎ）で構成され、交流モータ３００のモータ巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に接続される。直流電圧は、インバータ１によって可変電圧、可変周波数の３相交流に変換され、交流モータ３００に印加される。バッテリＶＢからインバータ１への直流ラインには直流電流を検出する電流センサ１２がある。この電流センサ１２としては、シャント抵抗あるいはホールＣＴなどが用いられる。

インバータ１の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御するゲート信号は、制御器３により生成される。制御器３は車両制御装置（図示しない）からのトルク指令τ＊、直流電流検出値Ｉｄｃ、ロータ回転センサ３４０からの信号を入力して、交流モータ３００のモータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに印加する交流電圧を制御する。一方、モータ３００の出力トルクτｍは、ロータの出力軸を介してギヤボックス１１０に伝達され、ギヤボックス１１０内のギヤを介して駆動シャフト１１１に伝達される。駆動シャフト１１１に伝達された出力は、車両の駆動輪１２０，１２１を駆動して車両（図示しない）を走行／停止させる。

制御器３は、電流検出器２０，モータ電流推定器２１、電流指令器１０、回転位置検出器６、電流制御器８、電圧制御器１１、並びにドライバ回路７から構成されている。電流検出器２０は、電流センサ１２からの信号を信号処理し、Ａ／Ｄ変換して直流電流値Ｉｄｃを得る。モータ電流推定器２１は、直流電流値Ｉｄｃと、ロータの磁極位置（ロータ位相）θとから３相のモータ電流推定値Ｉｍ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を演算する。電流指令器１０は、トルク指令τ＊を電流指令値Ｉ＊に変換する。電流制御器８では、モータ電流推定値Ｉｍと電流指令値Ｉ＊とが一致するように、比例積分制御などにより電圧指令Ｖ＊を出力する。電圧制御器１１は、インバータ１の出力電圧が電圧指令Ｖ＊となるようなＰＷＭパルスを生成し、ドライバ回路７を介してインバータ１へ出力する。

ここで、ベクトル制御する場合の電流指令値Ｉ＊は、回転座標系のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の２値であり、変換の際にはロータ位相θから求めたロータ回転速度ω（図示しない）の使用もある。同様に、モータ電流推定値Ｉｍも、ｄ軸とｑ軸の２値となる。また、電圧制御器１１では、ロータ位相θを用いて回転座標系のｄｑ軸の電圧値をＵ，Ｖ，Ｗに３相変換する。

図２は、本発明の一実施形態による車両駆動用交流モータの構造図である。図２（１）は、モータ３００のモータ軸方向の断面図を示し、図２（２）はモータの径方向のＡ−Ａ’断面図を示したものである。本実施例に示すモータは、永久磁石界磁の永久磁石同期モータで、特に、永久磁石を回転子鉄心に埋め込んだ埋め込み磁石型の永久磁石同期モータである。また、固定子３１０の固定子鉄心３１１の内側にギャップを介して回転子３２０が配置される内転形のモータで、固定子鉄心の単一ティース３１１Ｔに巻線３１２を巻回する集中巻モータである。回転子３２０は、回転子鉄心３２１と永久磁石３２２とモータ軸３６０からなる。回転子（ロータ）３２０とロータ回転センサ３４０は、モータ軸３６０で接続されている。ロータ軸３６０は軸受３５０で回転支持されている。ロータ回転センサ３４０は、レゾルバなどの絶対位置センサが好ましいが、ホール素子を用いたものであっても問題ない。尚、ロータ回転センサ３４０の固定子側は、モータハウジングにネジなどで固定されている（図示しない）。固定子３１０は、圧入ないしキー溝などでモータハウジングに固定されている。固定子３１０の巻線３１２は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相巻線３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗが順次に配置されている。回転子３２０の永久磁石３２２は、ギャップ面方向にＮ極の極性を持つ永久磁石３２２Ｎと、Ｓ極の極性を持つ永久磁石３２２Ｓとが順次交互に配置されている。ここで、永久磁石３２２の材質はＮｄ−Ｆｅ−Ｂなどの希土類磁石が保持力とコストの面から好適ではあるが、その他の希土類磁石あるいはフェライト磁石であってもモータ出力特性が変わるのみで問題はない。

本実施例では１６極２４スロットの２対３、すなわち、極数＝２、スロット数＝３の整数倍のモータ系列にて図示したが、４対３、あるいは８対９、１０対１２などの系列であっても問題ない。また、本実施例では埋め込み磁石型の集中巻同期モータについて説明したが、表面磁石型でも問題なく、分布巻きモータであっても問題はない。さらには、誘導モータなどの他の交流モータであっても同様に適用可能である。

次に、一実施形態の要部をなすモータ電流推定器２１について詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施形態による交流モータ駆動装置の駆動電流波形とその電流路の説明図である。図３（１）には、力率＝１（φ＝０）における各相のモータ相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、直流ラインに流れる直流電流Ｉｐを示し、図３（２）には、そのタイミングＴでの電流経路を示している。ここでは、ＰＷＭによるパルス状の電流を便宜的に連続波形として示している。また、モータ等価回路においては、巻線抵抗をＲ，インダクタンスをＬ、各相の逆起電圧をＥｕ、Ｅｖ，Ｅｗとする。（１）〜（３）式は、Ｖ相の印加電圧ＶｖとＶ相に流れるモータ相電流Ｉｖを表したもので、印加電圧ピーク値をＶ，相電流ピーク値をＩ，Ｖ相の電圧位相をθｖ、電圧Ｖｖと電流Ｉｖの位相差をφとしたものである。

Ｖ_Ｖ＝Ｖ・ｓｉｎθ_Ｖ……………………………………………………………（１）
Ｉ_Ｖ＝Ｉ・ｓｉｎ（θ_Ｖ＋φ）…………………………………………………（２）
θ_Ｖ＝θ−１２０…………………………………………………………………（３）
ロータ位相θを用いて直流電流値Ｉｄｃからモータ相電流を推定する方法には幾つか考えられる。本実施例では３つの手法について説明する。

直流電流値Ｉｄｃは、キャリア周期内で少なくとも１回のサンプリングにより検出された直流電流Ｉｐの瞬時値であり、バッテリＶＢとインバータとモータ巻線とからなる電流経路を流れる電流値である。インバータとモータ巻線のみの電流経路を流れる電流は環流電流であるため直流電流Ｉｐとして検出されない。このとき、インバータ内のいずれかのスイッチング素子がオンしており、直流電流Ｉｐが検出可能なタイミングでサンプリングするもので、印加電圧パターンから直流電流と等しいモータの相電流を特定することができる。すなわち、図３のタイミングＴでは、直流電流Ｉｐ＝Ｖ相の相電流Ｉｖである。

このとき、Ｉｄｃ＝Ｉｖ＝−（Ｉｕ＋Ｉｗ）である。

第１の手法は、印加電圧とロータ位相とから検出した直流電流値を各相のモータ電流に分配する方式である。各相の印加電圧をＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗとし、モータの回転速度ωで表すと、（４）〜（６）式となる。

Ｖｕ＝（Ｒ＋ωＬ）×Ｉｕ＋Ｅｕ…………………………………………………（４）
Ｖｖ＝（Ｒ＋ωＬ）×Ｉｖ＋Ｅｖ…………………………………………………（５）
Ｖｗ＝（Ｒ＋ωＬ）×Ｉｗ＋Ｅｗ…………………………………………………（６）
上式の関係から、（７）式が成り立つ。

Ｉｖ＝−｛（Ｖｕ−Ｅｕ）＋（Ｖｗ−Ｅｗ）｝／（Ｒ＋ωＬ）…………………（７）
各相の逆起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗは、ロータ位置θの関数Ｅ・ｆ（θ）で表すことができ、波形形状関数ｆ（θ）を正弦波で近似できる場合には、（８）〜（１０）式で表すことができる。

Ｅｕ＝Ｅｓｉｎ（θ）…………………………………………………………………（８）
Ｅｖ＝Ｅｓｉｎ（θ−１２０）………………………………………………………（９）
Ｅｗ＝Ｅｓｉｎ（θ＋１２０）……………………………………………………（１０）
電流ＩｕとＩｗの比をとれば、（１１）式となり、ロータ位相θを適用することで各相の逆起電圧Ｅｕ，Ｅｗを決定できる。

Ｉｕ：Ｉｗ＝（Ｖｕ−Ｅｕ）：（Ｖｗ−Ｅｗ）…………………………………（１１）
各相の印加電圧Ｖｕ，Ｖｗは電圧指令Ｖ＊で代用でき、検出した直流電流値Ｉｄｃ（＝Ｉｖ）をＩｕとＩｗに分配することが可能となる。すなわち、印加電圧と逆起電圧とを用いることでモータ電流Ｉｍを推定することができる。

さらに、ωＬの条件によっては印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ，Ｖｗを、（１２）〜（１４）式で近似でき、（１５）式で表すことができる。すなわち、ロータ位相θを用いてＩｕとＩｗを求めることができる。

Ｖｕ＝Ｖｓｉｎ（θ）………………………………………………………………（１２）
Ｖｖ＝Ｖｓｉｎ（θ−１２０）……………………………………………………（１３）
Ｖｗ＝Ｖｓｉｎ（θ＋１２０）……………………………………………………（１４）
Ｉｕ：Ｉｗ＝ｓｉｎ（θ）：ｓｉｎ（θ＋１２０）……………………………（１５）
直流電流Ｉｐ＝Ｖ相の相電流Ｉｖとなる場合について上述したが、Ｉｕ，Ｉｗが検出される場合においても同様に求めることができる。

次に、第２の手法は、検出した直流電流値Ｉｄｃと、直流電流値Ｉｄｃに平均化処理を施した電流値を有効分電流Ｉｒとし、ロータ位相θを用いて無効分電流Ｉｉを求める方式である。

Ｉｖ＝Ｉｒ・ｓｉｎθｖ＋Ｉｉ・ｃｏｓθｖ……………………………………（１６）
Ｉｒ＝Ｉ・ｃｏｓφ…………………………………………………………………（１７）
Ｉｉ＝Ｉ・ｓｉｎφ…………………………………………………………………（１８）
φ＝ｔａｎ^−１（Ｉｉ／Ｉｒ）……………………………………………………（１９）
（１６）〜（１９）式は、（１）〜（３）式を変形したもので、力率角φを有効電流Ｉｒと、無効電流Ｉｉとから求めるものである。ここで、有効電流Ｉｒは検出した直流電流値Ｉｄｃの平均値であるから、直流電流値Ｉｄｃを用いて移動平均などの積分（フィルタ）をディジタル処理により演算することが可能である。直流電流値Ｉｄｃ＝モータの相電流Ｉｖ。ロータ位相θは検出値であるから、無効電流Ｉｉを求めることが可能となる。すなわち、力率角φ及び相電流のピーク値Ｉを演算でき、各相のモータ電流Ｉｍを推定することが可能となる。

なお、有効電流Ｉｒをディジタルフィルタ処理により求めるようにしたが、電流検出器２０においてアナログのフィルタ回路を介した平均電流値を同時に検出するようにしても問題ない。信号をアナログ処理する場合には、ＣＰＵ負荷を低減することができる。

最後に、第３の手法は、検出した直流電流値Ｉｄｃと、直流電流値Ｉｄｃの電流ピーク値Ｉを検出する方式である。

検出した直流電流値Ｉｄｃのピーク値Ｉをディジタル値として検出することも可能であるが、サンプリングのタイミングによってはピーク値を捕捉できるとは限らない。このため、好ましくは、直流電流値Ｉｄｃとは別に電流検出器２０においてアナログのピークホールド回路あるいはサンプルホールド回路を用いて相電流のピーク値Ｉを検出する。すなわち、（１）〜（３）式にロータ位相θを適用して力率角φを求めれば、各相のモータ電流Ｉｍを推定することが可能となる。

図４は、本発明の一実施形態による１パルスモードでの各部電圧／電流波形図であり、図４（１）は印加電圧、図４（２）は逆起電圧、図４（３）はモータ電流波形である。以下、Ｖ相に着目して説明する。

車両駆動用交流モータの駆動方式では、高速回転時の電圧利用率の向上と、スイッチング損失の低減とから、１パルスモード、すなわち、半周期内に１パルスの矩形波電圧をモータに印加する方式が広く採用されている。モータ電流波形は正弦波から歪み波形となるものの、高速回転であることから、その歪み率は比較的小さく、トルク脈動も高周波であるため実用上大きな問題ではない。

図において、１パルスの矩形波であるため、電気角１８０゜（π[rad]）の区間内にＰＷＭ変調された電圧パルスは含まれていない。このため、特許文献１で開示されたＰＷＭスイッチングパターンとＰＷＭキャリア周期内で少なくとも２回の電流サンプリングとの組合せによりモータ電流を推定する手法は適用できない。

具体的には、電気角１周期内（２π[rad]）で６つのスイッチングパターンが存在するものの、ＰＷＭキャリア１周期に相当する時間内においてＰＷＭスイッチングパターンは固定である。ＰＷＭキャリア周波数を１０ｋＨｚ（ＰＷＭキャリア周期は１００μＳ）とし、図２の１６極の交流モータを６０００（ｒ／ｍｉｎ）で駆動している時の電気角周波数は８００Ｈｚ（電気角１周期は１２５０μｓ）である。したがって、ＰＷＭキャリアで約２周期の間スイッチングパターンは変わらない。この時、ＰＷＭキャリア周期内に２回の電流サンプリングを行うことは可能であるものの、特許文献１で開示された手法では直流電流値は特定相のモータ電流しか検出できず、３相各相のモータ電流値を推定することは困難である。

本実施例の電流検出方法では、ＰＷＭキャリア周期内で１回の電流サンプリングを行って検出した直流電流値からモータ位相θを用いてモータ電流の推定するために、１パルスモードにおいてもモータ電流を推定することができる。

さらに、モータを低速回転駆動している場合（図示しない）では、ＰＷＭ変調した印加電圧にてモータを駆動するが、低速回転のためモータの逆起電圧が小さく、結果的にＰＷＭパルス幅が細く、直流ラインに流れる電流パルスの幅が細い状態が生じる。このような場合にも、ＰＷＭキャリア周期内に２回の電流サンプリングを行う必要がある従来技術では電流捕捉が困難となるため、ＰＷＭキャリア周期を低周波にしたりするなどの処理を施す必要がある。このため、可聴範囲の騒音を生じてユーザに違和感を与えるほか、ソフトウェア処理が複雑になってしまう問題が生じる。

本実施例の電流検出方法では、ＰＷＭキャリア周期内で１回の電流サンプリングを行って検出した直流電流値からモータ位相θを用いてモータ電流を推定するため、安定した電流検出が可能である。

上述のように、本実施例のモータ駆動装置では、直流ラインの電流センサ１２と、モータ位相θを用いてモータ電流の推定するために、ゼロ速度から高速回転時までＰＷＭパルス幅に依存することなく電流検出が可能となる。したがって、高応答でトルク制御精度を維持したまま、低コストの交流モータ駆動装置を提供することができる。

次に、図５を用いて本発明の他の実施形態による交流モータ駆動装置を説明する。図５は、モータの特定相の相電流を検出する電流検出器とモータ電流推定器を備えたことが図１と異なり、その他の同一符号の動作は同じである。

モータの特定相の相電流を検出する電流センサ３２の出力信号は、電流検出器３０にてＡ／Ｄ変換器で検出可能なレベルに信号処理し、Ａ／Ｄ変換器（図示しない）にてディジタル値に変換する。変換したディジタル信号は、電流検出値Ｉｎとしてモータ電流推定器３１にてロータ位相θを用いて３相各相のモータ電流推定値Ｉｍとして出力される。

モータ電流推定器３１では、電流検出値Ｉｎの電流ピーク値Ｉを検出し、（１）〜（３）式を用いて力率角φを求める。電流ピーク値Ｉ、力率角φ、ロータ位相θを用いて３相各相のモータ電流値Ｉｍを推定する。電流センサを設けた特定相のモータ電流値は演算しなくても問題ないが、ノイズ除去など安定化を図る場合には再度演算した結果を用いることも可能である。

ここでは、電流ピーク値Ｉをディジタル処理により求めるようにした。しかし、好ましくは電流検出器３０において、アナログのピークホールド回路あるいはサンプルホールド回路を用いて相電流のピーク値Ｉを検出する方が、モータの高速回転時にもより正確な電流ピーク値Ｉを検出できる。

次に、図６〜図８を用いて本発明の別の実施形態による複数個の電流センサを備えた交流モータ駆動装置について説明する。

図６は、本発明の別の実施形態による直流ラインに複数個の電流センサを配置した交流モータ駆動装置の制御ブロック図である。図６は、バッテリの正極側に接続された直流ラインに電流センサを追加した点が異なる以外、他の構成は図１と同様である。バッテリの正極側に接続された直流ラインに電流センサ１２Ｂを追加し、電流検出器５０と、モータ電流推定器５１と、電流センサ（異常）判定器５２と、電流センサの異常状態を通報する状態表示器４３とを備えている。

バッテリの負極側と正極側とに接続された直流ラインに配置した少なくとも２つの電流センサ１２，１２Ｂは、電流センサの冗長化を実現すると共に、モータ配線（モータ巻線）の地絡検出をも可能とする。さらに、電流センサ１２，１２Ｂの電流検出値（Ｉｄａ、Ｉｄｂ）と、ロータ位相θとから求める基準電流値とから電流センサの正常／異常の判定を行う電流センサ（異常）判定器５２を構築した点が図１と異なる。

電流センサ（異常）判定器が異常と判断した場合には、異常フラグを状態表示器４３に出力すると共に、モータ電流検出器５１に電流センサ異常情報を出力する。モータ電流推定器５１では、異常と判定されたセンサの検出値を使わずに正常と判定されている電流センサの検出値を用いてモータ電流推定値Ｉｍを出力する。

２つの電流センサ情報が正常と判断された場合には、モータ電流推定値Ｉｍは、２つの電流センサの平均値を適用する。

本実施例のモータ駆動装置は、車両搭載時に不可欠な異常判定機能と、異常時にも可能な限りフェール停止することなく緊急的に走行することが可能なモータ駆動装置を提供することができる。

図７は、本発明の別の実施形態によるＡＣラインに複数個の電流センサを配置した交流モータ駆動装置の制御ブロック図である。図７は、インバータのＡＣライン（モータ配線）に電流センサ３２を配置しているのは図５と同様である。さらに、残りの２相に少なくとも一つの電流センサ３２Ｂを追加し、電流検出器４０と、モータ電流推定器４１と、電流センサ（異常）判定器４２とを備えたことが図５及び図６と異なり、その他の同一符号の動作は同じである。

インバータのＡＣライン（モータ配線）に少なくとも２つの電流センサ３２、３２Ｂを配置し、電流センサの冗長化を実現すると共に、特定条件でのモータ配線（モータ巻線）の地絡検出を可能とする。さらに、電流センサ３２，３２Ｂの電流検出値（Ｉｕ、Ｉｖ）と、ロータ位相θとから求める基準電流値とから電流センサの正常／異常の判定する電流センサ（異常）判定器４２を構成した点が図５と異なる。

電流センサ（異常）判定器が異常と判断した場合には、異常フラグを状態表示器４３に出力すると共に、モータ電流推定器４１に電流センサ異常情報を出力する。モータ電流推定器４１では異常と判定されたセンサの検出値を使わずに正常と判定されている電流センサの検出値を用いてモータ電流推定値Ｉｍを推定する。

２つの電流センサ情報が正常と判断された場合には、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係からモータ電流推定値Ｉｍを求めることができる。

本実施例のモータ駆動装置は車両搭載時に不可欠な異常判定機能と異常時にも可能な限りフェール停止することなく緊急的に走行することが可能なモータ駆動装置を提供することができる。

尚、図６では直流ラインに２つの電流センサを配置し、図７ではＡＣライン（モータ配線）に２つの電流センサを配置した例で説明したが、少なくとも２つの電流センサを直流ラインとＡＣラインとに分配して配置しても良い（図示しない）。この場合にも、１つの正常な電流センサの電流検出値からモータを継続駆動可能であるほか、インバータのアーム短絡を容易に検出可能となるなどの効果が得られる。

図８は、本発明の別の実施形態による電流センサ異常判定の処理フローである。ステップＦ１にて、各電流センサの検出値を検出し、ステップＦ２にて、モータ位相θを用いて各電流検出値に対する電流ピーク値Ｉを演算する。ステップＦ３にて、演算した電流ピーク値Ｉが所定の誤差範囲内でそれぞれ等しければ正常と判断し、異なっていれば異常と判断する。異常と判断した場合には、ステップＦ４にて、それぞれの電流検出値とモータ位相θとを用いて電圧を演算する。印加電圧を演算するようにしても問題ない。ステップＦ５にて、演算した電圧と基準値となる基準電圧とを比較し、所定の許容誤差範囲内であれば正常と判断する。そうでなければ、電流センサエラーとして、ステップＦ６にて異常と判断される電流センサを特定するフラグと異常フラグを設定する。ステップＦ７では、検出電流値に補正係数を考慮して加算し、許容範囲内であれば正常であると判定する。許容範囲を超えてゼロでない場合、地絡と判定して、ステップＦ８にて異常フラグを設定する。異常と判定された場合には、ステップＦ９にて異常フラグを出力する。

これらにより、本実施例のモータ駆動装置は車両搭載時に不可欠な異常判定機能と異常時にも可能な限りフェール停止することなく緊急的に走行することが可能な交流モータ駆動装置を提供することができる。

次に、図９を用いて本発明の別の応用例である交流モータ駆動装置を搭載した電動ブレーキ装置を説明する。

電動ブレーキ装置５００は、モータ駆動装置５１０で駆動される交流（ＡＣ）モータ５２０の回転力を、推力変換機５３０によってピストンの押付力に変換し、ブレーキディスク５４０にブレーキパッド５５０を押付る装置である。ＡＣモータ５２０には、モータ駆動装置５１０を一体に取付けている。ブレーキペダル５６０の踏込み量は、ストロークセンサ５７０で計測され、ブレーキ制御装置５８０に伝達される。ブレーキ制御装置５８０は、ブレーキペダル５６０の踏込み量に応じてモータ駆動装置５１０を制御し、ＡＣモータ５２０を駆動し、電動（ディスク）ブレーキ５００の発生するブレーキ力を調整する。バッテリ５９０は、各モータ駆動装置５１０とブレーキ制御装置５８０に電源を供給している。

以下、電動ブレーキシステムの動作について説明する。運転者がブレーキペダル５６０を踏むと、ストロークセンサ５７０で運転者の要求制動力を読み取り、ブレーキ制御装置５８０へ運転者の要求制動力を伝達する。ブレーキ制御装置５８０は、運転者の要求制動力から、各ブレーキ装置の制動力指令値を演算し、各ブレーキ装置のモータ駆動装置５１０へ伝達する。モータ駆動装置５１０は、制動力指令値に従い、モータ５２０に適切な駆動電圧を供給する。駆動電圧は、例えば、パルス幅変調された３相交流電圧である。ＡＣモータ５２０に駆動電圧が加わることにより、モータ５２０が回転し、モータ回転力は、推力変換機５３０によってディスクブレーキの押付力に変換され（図示せず）、ブレーキパッド５５０をブレーキディスク５４０に押しつける。推力変換機５３０としては、ギヤ機構や油圧機構などを適用できる。

以上の実施形態によれば、少ない電流センサで、省スペースで低コストな電動アクチュエータを提供できる。また、急加減速が要求される電動アクチュエータに対しても、１パルスモードを採用すれば、高応答なモータ駆動が可能なため、さらに省スペースで低コストな電動アクチュエータを提供できる。

本発明の一実施形態による交流モータ駆動装置の制御ブロック図。 本発明の一実施形態による車両用駆動モータの構造図。 本発明の一実施形態による駆動電流波形とその電流路の説明図。 本発明の一実施形態による１パルスモードでの各部電圧／電流波形図。 本発明の他の実施形態による交流モータ駆動装置の制御ブロック図。 本発明の別の実施形態による直流ラインに複数個の電流センサを配置した交流モータ駆動装置のブロック図。 本発明の別の実施形態によるＡＣラインに複数個の電流センサを配置した交流モータ駆動装置のブロック図。 本発明の別の実施形態による電流センサ異常判定の処理フロー図。 本発明の別の応用例である交流モータ駆動装置を搭載した電動ブレーキ装置のシステム概略図。

符号の説明

１…インバータ、３００…交流モータ、３４０…回転センサ、２０，３０，４０，５０…電流検出器、２１，３１，４１，５１…モータ電流推定器、８…電流制御器、６…回転位置検出器、１１…電圧制御器、１２，１２Ｂ，３２，３２Ｂ…電流センサ、４２，５２…電流センサ（異常）判定器、４３…状態表示器、ＶＢ…バッテリ、５００…電動ブレーキ装置。

Claims (12)

1. 交流モータと、このモータに給電するインバータと、前記モータ又は前記インバータに流れる電流を検出する電流センサと、前記モータのロータの回転を検出する回転センサと、前記インバータを駆動制御する制御器とを備えたモータ駆動装置において、
   前記インバータから前記モータに対して半周期内に１パルスの矩形波電圧を供給する１パルスモードを含んで前記インバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、
   前記インバータの直流ラインに挿入され、前記ＰＷＭのキャリアの１周期内に１回の直流電流の検出を行う直流電流検出手段と、
   前記回転センサの出力信号からロータの回転位置を検出する回転位置検出器と、
   前記直流電流検出手段によって検出された電流検出値と前記ロータの回転位置とから前記モータに流れる３相のモータ電流値を推定するために、検出した直流電流値に等しい第１相のモータ相電流を特定する第１相電流推定手段と、検出した直流電流値を，モータの第２および第３相のそれぞれの印加電圧と逆起電圧の差に応じて第２および第３相のモータ相電流として分配して第２および第３相のモータ相電流を推定する第２および第３相電流推定手段とを含むモータ電流推定手段と、
   推定した３相のモータ電流値を用いて前記インバータを制御するインバータ制御手段
   を備えたことを特徴とする交流モータ駆動装置。
2. 請求項１において、前記直流電流検出手段の他にインバータの直流ラインの電流を検出する少なくとも１つの第２の直流電流検出手段と、前記直流電流検出手段の異常を検出する電流センサ異常検出手段と、この異常検出時に、前記第２の直流電流検出手段の電流検出値と前記ロータの回転位置とから前記モータに流れる３相のモータ電流値を推定する第２のモータ電流推定手段とを備えたことを特徴とする交流モータ駆動装置。
3. 請求項２において、前記異常検出時に、当該直流電流検出手段の異常を表示する異常状態表示器を備えたことを特徴とする交流モータ駆動装置。
4. 請求項１において、前記インバータに流れる直流電流を検出する少なくとも２つの直流電流検出手段と、これら複数の直流電流検出手段からの電流検出値を用いてこれらの直流電流検出手段の正常／異常を判定する電流センサ異常判定手段とを備え、前記モータ電流推定手段は、複数の前記直流電流検出手段が正常と判定されたとき、複数の正常な直流電流検出手段からの電流検出値と前記ロータの回転位置を用いて３相のモータ電流値を推定する第１のモータ電流推定手段と、いずれかの直流電流検出手段が異常と判定されたとき、正常と判定された直流電流検出手段の電流検出値と前記ロータの回転位置を用いて３相のモータ電流を推定する第２のモータ電流推定手段とを備えたことを特徴とする交流モータ駆動装置。
5. 請求項４において、前記異常判定時に、当該直流電流検出手段の異常を表示する異常状態表示器を備えたことを特徴とする交流モータ駆動装置。
6. 入力指令として車両制御装置からのトルク指令を受け、ゼロ速度から高速度走行まで車両を駆動するモータを制御する請求項１に記載の交流モータ駆動装置を備えたことを特徴とする車両。
7. 交流モータの回転力をピストンの押付力に変換してブレーキパッドをブレーキディスクに押付ける電動ブレーキと、制動力指令値に応じて前記交流モータに駆動電圧を供給する請求項１に記載の交流モータ駆動装置とを備えたことを特徴とする車両。
8. 交流モータと、このモータに給電するインバータと、前記インバータに流れる直流電流を検出する直流電流検出手段と、前記モータ内のロータの回転を検出する回転センサと、前記インバータを駆動制御する制御器とを備えた交流モータ駆動装置の制御方法において、
   前記インバータから前記モータに対して半周期内に１パルスの矩形波電圧を供給する１パルスモードを含んで前記インバータをＰＷＭ制御するステップと、
   前記インバータの直流ラインに流れる直流電流を、前記ＰＷＭのキャリアの１周期内に１回の検出を行う直流電流検出ステップと、
   前記回転センサの出力信号からロータの回転位置を検出するステップと、
   前記直流電流検出手段によって検出された電流検出値と前記ロータの回転位置とから前記モータに流れる３相のモータ電流値を推定するために、検出した直流電流値に等しい第１相のモータ相電流を特定する第１相電流推定ステップと、検出した直流電流値を，モータの第２および第３相のそれぞれの印加電圧と逆起電圧の差に応じて第２および第３相のモータ相電流として分配して第２および第３相のモータ相電流を推定する第２および第３相電流推定ステップとを含むモータ電流推定ステップと、
   推定した３相のモータ電流値を用いて前記インバータを制御するステップ
   を備えたことを特徴とする交流モータ駆動装置の制御方法。
9. 請求項８において、前記電流センサの他に、前記インバータの直流ラインに流れる直流電流を検出する第２の電流センサを備え、前記電流センサの異常を検出するステップと、この異常検出時に、前記第２の電流センサの電流検出値と前記ロータの回転位置とから前記モータに流れる３相のモータ電流値を推定するステップとを備えたことを特徴とする交流モータ駆動装置の制御方法。
10. 請求項９において、前記異常検出時に、当該電流センサの異常を表示するステップを備えたことを特徴とする交流モータ駆動装置の制御方法。
11. 請求項８において、前記インバータに流れる直流電流を検出する少なくとも２つの電流センサを備え、これら複数の電流センサからの電流検出値を用いてこれらの電流センサの正常／異常を判定するステップと、複数の前記電流センサが正常と判定されたとき、複数の正常な電流センサからの電流検出値と前記ロータの回転位置を用いて３相のモータ電流値を推定するステップと、いずれかの電流センサが異常と判定された場合には、正常と判定された電流センサの電流検出値と前記ロータの回転位置を用いて３相のモータ電流を推定するステップとを備えたことを特徴とする交流モータ駆動装置の制御方法。
12. 車両駆動用の交流モータと、このモータに給電するインバータと、前記モータ又は前記インバータに流れる電流を検出する電流センサと、前記モータ内のロータの回転を検出する回転センサと、前記インバータを駆動する制御器とを備えた車両において、
    前記インバータから前記モータに対して半周期内に１パルスの矩形波電圧を供給する１パルスモードを含んで前記インバータをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、
    前記インバータの直流ラインに挿入され、前記ＰＷＭのキャリアの１周期内に１回の直流電流の検出を行う直流電流検出手段と、
    前記回転センサの出力信号からロータの回転位置を検出する回転位置検出器と、
    前記直流電流検出手段によって検出された電流検出値と前記ロータの回転位置とから前記モータに流れる３相のモータ電流値を推定するために、検出した直流電流値に等しい第１相のモータ相電流を特定する第１相電流推定手段と、検出した直流電流値を，モータの第２および第３相のそれぞれの印加電圧と逆起電圧の差に応じて第２および第３相のモータ相電流として分配して第２および第３相のモータ相電流を推定する第２および第３相電流推定手段とを含むモータ電流推定手段と、
    推定した３相のモータ電流値を用いて前記インバータを制御するインバータ制御手段
    を備えたことを特徴とする車両。

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