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公開番号2021058044
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019181510
出願日20191001
発明の名称回転電機制御装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人
主分類H02P 29/024 20160101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】異常を適切に検出可能な回転電機制御装置を提供する。
【解決手段】電流検出部30は、下アーム素子24〜26の低電位側の各相に設けられる電流検出素子31〜33を有する。電流検出素子31〜33が設けられる側の下アーム素子24〜26を検出対象素子とし、下アーム素子24〜26のデューティ比を対象デューティとする。制御部60は、AD変換部70、通電制御部61、および、異常判定部65を有する。AD変換部70は、電流検出部30から電流検出値Iu_det、Iv_det、Iw_detを取得する。異常判定部65は、電流検出値Iu_det、Iv_det、Iw_detに基づく異常判定を行う。異常判定部65は、対象デューティに応じ、電流検出値Iu_det、Iv_det、Iw_detに基づく異常判定に用いる判定閾値を可変にする。
【選択図】 図2
特許請求の範囲【請求項1】
複数相のコイル(811〜813)を有する回転電機(80)の駆動を制御する回転電機制御装置であって、
前記コイルの各相に対応し、高電位側に接続される上アーム素子(21〜23)、および、前記上アーム素子の低電位側に接続され、対応する前記上アーム素子と相補的にオンオフされる下アーム素子(24〜26)を有するインバータ部(20)と、
前記上アーム素子の高電位側、または、前記下アーム素子の低電位側の各相に設けられる電流検出素子(31〜33)を有する電流検出部(30)と、
前記電流検出部から電流検出値を取得する電流取得部(70)、前記電流検出値に基づいて前記コイルの通電を制御する通電制御部(61)、および、前記電流検出値に基づく異常判定を行う異常判定部(65)を有する制御部(60)と、
を備え、
前記電流検出素子が設けられる側の前記上アーム素子または前記下アーム素子を検出対象素子とし、検出対象素子のデューティ比を対象デューティとすると、
前記異常判定部は、前記対象デューティに応じ、前記電流検出値に基づく異常判定に用いる判定閾値を可変にする回転電機制御装置。
続きを表示(約 930 文字)【請求項2】
前記異常判定部は、全相の前記検出対象素子がオンになり得る全オン出現タイミングにおける全相の電流和の基づく異常判定を行う場合、前記対象デューティが全オン閾値切替デューティ以上の場合の前記判定閾値は、前記対象デューティが前記全オン閾値切替デューティより小さい場合よりも小電流に対応する値である請求項1に記載の回転電機制御装置。
【請求項3】
前記通電制御部は、全相の電流和に基づく異常判定により異常が検出された場合、前記対象デューティを前記全オン閾値切替デューティ以上とし、かつ、3相変調にて前記コイルの通電を制限する請求項2に記載の回転電機制御装置。
【請求項4】
前記異常判定部は、全相の前記検出対象素子がオフになり得る全オフ出現タイミングにおける各相の前記電流検出値に基づく異常判定を行う場合、前記対象デューティが全オフ閾値切替デューティ以下の場合の前記判定閾値は、前記対象デューティが前記全オフ閾値切替デューティより大きい場合よりも小電流に対応する値である請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
【請求項5】
前記通電制御部は、前記全オフ出現タイミングにおける各相の前記電流検出値に基づく異常判定により異常が検出された場合、前記対象デューティを前記全オフ閾値切替デューティ以下とし、かつ、3相変調にて前記コイルの通電を制限する請求項4に記載の回転電機制御装置。
【請求項6】
前記異常判定部は、前記電流検出素子のグランド側から電源側への逆流電流が逆流判定閾値より大きい場合、前記電流検出値に基づく異常判定をキャンセルする請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
【請求項7】
前記電流検出素子は、シャント抵抗であって、
前記電流検出素子の両端電圧を増幅する差動増幅回路(410、420、430)、および、前記検出対象素子のオンオフ周期の1/2周期毎に前記差動増幅回路の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路(416、426、436)を有する増幅回路部(40)を備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機制御装置に関する。
続きを表示(約 6,000 文字)【背景技術】
【0002】
従来、異常を検出可能な電動パワーステアリング装置が知られている。例えば特許文献1では、3相ブラシレスモータにおいて、3相のコイルに同時に流れる電流の和の絶対値が設定値以上である場合、電流検出回路の異常であるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2003−237597号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば電流検出素子をインバータの低電位側に設ける場合、3相の電流を同時に検出するには、下アーム素子が全相オンになっている必要がある。しかしながら、下アーム素子のオン時間が短い場合、リンギング等の影響により検出精度が低いため、異常検出のための判定閾値を大きくせざるを得なかった。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常を適切に検出可能な回転電機制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の回転電機制御装置は、複数相のコイル(811〜813)を有する回転電機(80)を制御するものであって、インバータ部(20)と、電流検出部(30)と、制御部(60)と、を備える。インバータ部は、コイルの各相に対応し、高電位側に接続される上アーム素子(21〜23)、および、上アーム素子の低電位側に接続され、対応する上アーム素子と相補的にオンオフされる下アーム素子(24〜26)を有する。電流検出部は、上アーム素子の高電位側、または、下アーム素子の低電位側の各相に設けられる電流検出素子(31〜33)を有する。ここで、電流検出素子が設けられる側の上アーム素子または下アーム素子を検出対象素子とし、検出対象素子のデューティ比を対象デューティとする。
【0006】
制御部は、電流取得部(70)、通電制御部(61)、および、異常判定部(65)を有する。電流取得部は、電流検出部から電流検出値を取得する。通電制御部は、電流検出値に基づいてコイルの通電を制御する。異常判定部は、電流検出値に基づく異常判定を行う。異常判定部は、対象デューティに応じ、電流検出値に基づく異常判定に用いる判定閾値を可変にする。これにより、異常を適切に検出可能である。
【図面の簡単な説明】
【0007】
一実施形態によるステアリングシステムの概略構成図である。
一実施形態による駆動装置を示す回路図である。
一実施形態による増幅回路部を示す回路図である。
一実施形態による上アーム素子および下アーム素子のオンオフ制御を説明するタイムチャートである。
一実施形態によるサンプルホールドを説明するタイムチャートである。
一実施形態による電流検出素子の両端電圧を示すタイムチャートである。
一実施形態による過電流判定閾値を説明する説明図である。
一実施形態による短絡判定閾値を説明する説明図である。
一実施形態による過電流判定処理を説明するフローチャートである。
一実施形態による短絡判定処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
(一実施形態)
以下、本発明による回転電機制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態を図1〜図10に示す。図1に示すように、駆動装置10は、回転電機制御装置としてのECU15、および、回転電機としてのモータ80を備え、例えば車両のステアリング操作を補助するための操舵装置としての電動パワーステアリング装置8に適用される。
【0009】
図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム90の構成を示す。ステアリングシステム90は、操舵部材であるステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、および、電動パワーステアリング装置8等を備える。
【0010】
ステアリングホイール91は、ステアリングシャフト92と接続される。ステアリングシャフト92には、操舵トルクTsを検出するトルクセンサ94が設けられる。ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
【0011】
運転者がステアリングホイール91を回転させると、ステアリングホイール91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換される。一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
【0012】
電動パワーステアリング装置8は、モータ80、モータ80の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える動力伝達部としての減速ギア89、および、ECU15等を備える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、所謂「コラムアシストタイプ」であり、ステアリングシャフト92が駆動対象といえる。モータ80の回転をラック軸97に伝える所謂「ラックアシストタイプ」等としてもよい。
【0013】
図1および図2に示すように、モータ80は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、電源としてのバッテリ105から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア89を正逆回転させる。モータ80は、3相ブラシレスモータであって、いずれも図示しないロータおよびステータを有する。図2に示すように、位置センサ85は、モータ80の回転位置として、電気角θeを検出し、検出値を制御部60に出力する。
【0014】
モータ80は、3相のモータ巻線81を備える。モータ巻線81は、U相コイル811、V相コイル812、および、W相コイル813を有し、ステータに巻回される。ECU15は、モータ80の駆動を制御するものであって、インバータ部20、電流検出部30、増幅回路部40、および、制御部60等を備える。
【0015】
インバータ部20は、6つのスイッチング素子21〜26を有し、モータ巻線81への電力を変換する。以下、スイッチング素子を「SW素子」と記す。SW素子21〜26は、MOSFETであるが、IGBTやサイリスタ等であってもよい。
【0016】
SW素子21〜23は高電位側に接続され、SW素子24〜26は低電位側に接続される。対になるU相のSW素子21、24の接続点には、U相コイル811の一端が接続される。対になるV相のSW素子22、25の接続点には、V相コイル812の一端が接続される。対になるW相のSW素子23、26の接続点には、W相コイル813の一端が接続される。コイル811〜813の他端は、結線される。
【0017】
高電位側に配置されるSW素子21〜23は、上側母線27を経由して、バッテリ105の正極と接続される。低電位側に配置されるSW素子24〜26は、下側母線28を経由してグランドと接続される。以下適宜、高電位側に接続されるSW素子21〜23を「上アーム素子」、低電位側に配置されるSW素子24〜26を「下アーム素子」という。
【0018】
電流検出部30は、U相電流検出素子31、V相電流検出素子32、および、W相電流検出素子33を有し、インバータ部20の低電位側に設けられる。詳細には、U相電流検出素子31はU相の下アーム素子24と下側母線28との間に設けられ、V相電流検出素子32はV相の下アーム素子25と下側母線28との間に設けられ、W相の電流検出素子33はW相の下アーム素子26と下側母線28との間に設けられる。すなわち電流検出素子31〜33は、対応する下アーム素子24〜26の低電位側に直列接続される。
【0019】
本実施形態の電流検出素子31〜33は、いずれもシャント抵抗である。電流検出素子31〜33の両端電圧は、それぞれ、相電流Iu、Iv、Iwに係る検出値として、増幅回路部40を経由し、制御部60に出力される。
【0020】
コンデンサ51およびコイル52は、バッテリ105とインバータ部20との間に配置され、フィルタ回路を構成している。コンデンサ51およびコイル52を設けることで、バッテリ105を共有する他の装置から伝わるノイズが低減されるとともに、インバータ部20側からバッテリ105を共有する他の装置へ伝わるノイズが低減される。
【0021】
コンデンサ51は、コイル52のインバータ部20側にて、上側母線27および下側母線28に接続される。コンデンサ51は、電荷を蓄えることで、インバータ部20への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。バッテリ105とフィルタ回路との間には、バッテリ105からインバータ部20側への電力供給を遮断可能である図示しない電源リレーが設けられる。
【0022】
制御部60は、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないCPU、ROM、RAM、I/O及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部60における各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置(すなわち、読み出し可能非一時的有形記憶媒体)に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
【0023】
制御部60は、通電制御部61、異常判定部65、および、AD変換部70を有する。通電制御部61は、相電流Iu、Iv、Iw、電気角θeおよび操舵トルクTs等に基づき、SW素子21〜26のオンオフ作動を制御する駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、駆動回路55を経由して、SW素子21〜26のゲートに出力される。駆動信号に応じてSW素子21〜26がオンオフされることで、コイル811〜813の通電が制御される。これにより、モータ80の駆動は制御部60に制御される。異常判定部65は、電流検出部30の検出値に基づき、異常判定を行う。
【0024】
増幅回路部40を図3に示す。図3に示すように、増幅回路部40は、U相増幅回路部41、V相増幅回路部42、および、W相増幅回路部43を有し、例えば図示しない集積回路部に設けられる。U相増幅回路部41は、差動増幅回路410、サンプルホールド回路416、および、オペアンプ419を有し、電流検出素子31の両端電圧に応じたU相電流検出信号SGNuを出力する。差動増幅回路410は、抵抗411〜414およびオペアンプ415を有する。サンプルホールド回路416は、スイッチ417およびコンデンサ418を有する。
【0025】
V相増幅回路部42は、差動増幅回路420、サンプルホールド回路426、および、オペアンプ429を有し、電流検出素子32の両端電圧に応じたV相電流検出信号SGNvを出力する。差動増幅回路420は、抵抗421〜424およびオペアンプ425を有する。サンプルホールド回路426は、スイッチ427およびコンデンサ428を有する。
【0026】
W相増幅回路部43は、差動増幅回路430、サンプルホールド回路436、および、オペアンプ439を有し、電流検出素子33の両端電圧に応じたW相電流検出信号SGNwを出力する。差動増幅回路430は、抵抗431〜434およびオペアンプ435を有する。サンプルホールド回路436は、スイッチ427およびコンデンサ428を有する。増幅回路部41、42、43の詳細は同様であるので、以下、U相増幅回路部41を中心に説明する。
【0027】
抵抗411は、一端がU相の電流検出素子31の高電位側と接続され、他端がオペアンプ415の−入力端子に接続される。抵抗412、413は直列に接続され、抵抗412側の端部が電流検出素子31の低電位側と接続され、抵抗413側の端部が基準電位Vrに接続される。抵抗412、413の中点は、オペアンプ415の+入力端子に接続される。抵抗414は、オペアンプ415の出力側と−入力側とを接続する帰還回路に設けられる。
【0028】
サンプルホールド回路416において、コンデンサ418の電圧はオペアンプ419にて非反転増幅され、非反転増幅された信号は、U相電流検出値SGNuとして出力される。同様に、コンデンサ428の電圧はオペアンプ429にて非反転増幅され、反転増幅された信号は、V相電流検出値SGNvとして出力される。また、コンデンサ438の電圧はオペアンプ439にて非反転増幅され、非反転増幅された信号は、W相電流検出値SGNwとして出力される。電流検出信号SGNu、SGNv、SGNwは、いずれもアナログ信号であり、AD変換部70にてデジタル信号に変換される。
【0029】
本実施形態では、U相電流相当値は、電流が流れていないとき、基準電位Vrとなる。また、U相電流相当値は、グランドに流れ込む向きの電流が電流検出素子31に流れているとき、基準電位Vrより小さい値となり、逆向きの電流が流れているとき、基準電位Vrより大きい値となる。したがって、基準電位Vrとの大小関係により、通電方向を検出可能である。なお、増幅回路の構成により、検出中心との大小関係と通電方向との関係が逆になるように設定してもよい。
【0030】
以下の説明では、電流検出素子31〜33に電流が流れていないときの値が0、グランド側へ流れる電流が正、グランド側から流れる電流が負となるように、電流検出素子31〜33の両端電圧を電流換算した値が電流検出値Iu_det、Iv_det、Iw_detであるものとして説明する。実装上、電圧ベースで各種判定処理を行ってもよいし、電流方向の定義等に応じ、判定閾値や大小判定等は、適宜設定すればよい。
(【0031】以降は省略されています)

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