JP2006345683A - 電流検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ電流の異常時に迅速にモータの駆動を停止又は制限することができる電流検出装置を提供する。
【解決手段】 モータＭのＵ相，Ｗ相に電流センサ５ａ，５ｂを設け、各相の電流検出値の限界値をそれぞれの相に設定し、２相の電流検出値の和に基づいてＶ相の電流値を演算し、演算した電流演算値の限界値として前記電流検出値の限界値よりも小さい電流演算値の限界値を設定し、前記電流検出値又は前記電流演算値がそれぞれに設定された限界値を超えるとモータ駆動を停止又は制限することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ブラシレスＤＣモータ等の駆動電流を検出する電流検出装置に関するものである。

従来から、ブラシレスＤＣモータの各相電流を監視する電流検出装置が知られている。この電流検出装置は、ブラシレスＤＣモータの各相電流の平衡状態や電流値を監視し、例えば、ブラシレスＤＣモータのコイルが短絡して平衡状態が崩れた場合等にモータへの通電を停止するための制御信号を出力するようになっている。
近年、特にハイブリッド車両等の車両においては、駆動源であるエンジンとブラシレスＤＣモータの更なる小型化が要望されているため、電流センサの個数を削減するべく、３相のうち２相にだけ電流センサを設け、これら電流センサの検出結果に基づいて残りの１相に流れる電流を演算して求め、３相に流れる各相電流の平衡状態を判定する電流検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１１２２９５号公報

しかしながら、上述の電流検出装置は、電流センサの検出結果に基づいて座標変換を行い、座標変換された各相の交流電流値の差分を演算して三相交流電流の平衡状態を判定しているため、異常判定処理が複雑化するという課題がある。
また、上記異常判定処理と同等の処理をハードウェアによって行おうとすると、回路が複雑化してコストが増加するという課題がある。

そこで、この発明は、モータ電流の異常時に迅速にモータの駆動を停止又は制限することができる電流検出装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、三相モータ（例えば、実施の形態におけるモータＭ）の任意の２つの相（例えば、実施の形態におけるＵ相，Ｗ相）に電流センサ（例えば、実施の形態における電流センサ５ａ，５ｂ、電流センサ２０、電流センサ３０）を設け、各相の電流検出値の限界値をそれぞれの相に設定し、２相の電流検出値の和に基づいて他相（例えば、実施の形態におけるＶ相）の電流値を演算し、演算した電流演算値の限界値として前記電流検出値の限界値よりも小さい電流演算値の限界値を設定し、前記電流検出値又は前記電流演算値がそれぞれに設定された限界値を超えるとモータ駆動を停止又は制限することを特徴とする。
このように構成することで、前記電流検出値が２相に設定された限界値を超えた場合と電流演算値が電流演算値の限界値を超えた場合とにモータ駆動を停止又は制限することで、異常状態のモータ電流がモータへ流入するのを抑制して、モータへの負担を軽減することができる。
また、例えば、他相の電流検出値に含まれる測定誤差や電流の脈動等によって電流演算値が真値よりも低い値となった場合であっても、電流演算値の限界値が電流検出値の限界値よりも低く設定されていることで、電流センサが設けられた２相と比較して遅延することなく迅速に電流値の異常を検出することができる。

請求項２に記載した発明は、前記限界値と比較する電流演算値は絶対値を用いることを特徴とする。
このように構成することで、例えば、三相モータの正電流だけでなく負電流も正電流と同様に処理することができる。

請求項３に記載した発明は、前記各限界値は、上限値及び下限値からなり、他相の電流演算値に対する上限値及び下限値の絶対値を、これに対応する２相の電流検出値の上限値及び下限値の絶対値より小さくすることを特徴とする
このように構成することで、各電流センサの検出結果に基づいて、例えば、電流検出値の絶対値と電流演算値の絶対値とのいずれかがそれぞれの上限値又は下限値を上回った場合にその対応する相に過電流が流れていると判断することができる。

請求項４に記載した発明は、前記電流センサは、各々２つの磁界検出素子（例えば、実施の形態におけるホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２，ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２）を備え、これら２つの磁界検出素子の検出値の差に限界値を設定し、この限界値を超える電流が検出された場合に前記三相モータの駆動を停止又は制限することを特徴とする。
このように構成することで、個々の電流センサにおいて、２つの磁界検出素子の電流検出値の差が限界値を超えた場合に電流センサの各磁界検出素子のいずれかが故障状態であると判断する自己診断を実施することができ、電流センサが故障状態であると判断された場合に即座に三相モータの駆動停止又は駆動を制限することができる。

請求項５に記載した発明は、前記電流センサは、集磁コア（例えば、実施の形態におけるコア２３）のエアギャップ（例えば、実施の形態におけるエアギャップ２２）に磁束検出素子を配置して集磁コアを貫通する相電流を測定するものであって、前記集磁コアに磁束発生用のコイル（例えば、実施の形態におけるコイル２４）を巻装し、制御装置（例えば、実施の形態におけるモータ制御ユニット４）から制御可能な電流源（例えば、実施の形態における電流源２５）を前記コイルに接続し、前記相電流が零の時に、制御装置を介して前記コイルに検査電流を流し、この時に前記磁束検出素子により検出された電流値に基づいて故障を判定することを特徴とする。
このように構成することで、モータの相電流が零の場合であっても電流センサの自己診断を行うことができると共に、コイル電流に対する磁界検出素子の検出値を予め測定して記憶しておくことで各磁界検出素子の絶対的な検出値の異常を判断することができるため、例えば、２つの磁束検出素子が両者とも故障している場合であっても、確実にモータの駆動を停止状態又は制限状態に制御することができる。

請求項６に記載した発明は、前記電流センサは、集磁コアのエアギャップに磁束検出素子を配置して集磁コアを貫通する相電流を測定するものであって、前記集磁コアに監視用のコイル（例えば、実施の形態におけるコイル３１）を巻装し、前記相電流の変化を監視用のコイルで検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする。
このように構成することで、モータが駆動されている状態で、例えば、一つの磁束検出素子又はコイルが無信号状態である場合には、磁束検出素子又はコイルの電流センサの故障と判断することができる。

請求項７に記載した発明には、前記磁界検出素子の出力値と前記コイルの出力値の差に限界値を設定し、この限界値を超えた場合にモータ駆動を停止又は制限することを特徴とする。
このように構成することで、磁界検出素子とコイル出力値の差が限界値を超えた場合に、磁界検出素子又はコイルの故障と判断してモータ駆動を停止又は制限することができる。

請求項１に記載した発明によれば、前記電流検出値が２相に設定された限界値を超えた場合と電流演算値が電流演算値の限界値を超えた場合とにモータ駆動を停止又は制限することで、異常状態のモータ電流がモータへ流入するのを抑制して、モータへの負担を軽減することができるため、３相全てに電流センサを設けた場合と同等の故障検出を２相に設けた電流センサで実現でき、したがって、部品点数を削減してコストの低減を図ることができる効果がある。
また、例えば、他相の電流検出値に含まれる測定誤差や電流の脈動等によって電流演算値が真値よりも低い値となった場合であっても、電流演算値の限界値が電流検出値の限界値よりも低く設定されていることで、電流センサが設けられた２相と比較して遅延することなく迅速に電流値の異常を検出することができるため、信頼性を向上させることができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、三相モータの正電流だけでなく負電流も正電流と同様に処理することができるため、モータ電流の異常を迅速に検出することができ、したがって、更なる信頼性の向上を図ることができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、上述の効果に加え、各電流センサの検出結果に基づいて、例えば、電流検出値の絶対値と電流演算値の絶対値とのいずれかがそれぞれの上限値又は下限値を上回った場合にその対応する相に過電流が流れていると判断することができるため、過電流が流れたことを瞬時に判断することができ、したがって、更なる信頼性の向上を図ることができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、上述の効果に加え、個々の電流センサにおいて、２つの磁界検出素子の電流検出値の差が限界値を超えた場合に電流センサの各磁界検出素子のいずれかが故障状態であると判断する自己診断を実施することができ、電流センサが故障状態であると判断された場合に即座に三相モータの駆動停止又は駆動を制限することができるため、２つの電流センサを同相に設けて自己診断を行う場合よりも部品点数を削減してコストの低減を図ると共に装置を小型化でき設置自由度を向上することができる効果がある。

請求項５に記載した発明によれば、上述の効果に加え、モータの相電流が零の場合であっても電流センサの自己診断を行うことができると共に、コイル電流に対する磁界検出素子の検出値を予め測定して記憶しておくことで各磁界検出素子の絶対的な検出値の異常を判断することができるため、例えば、２つの磁束検出素子が両者とも故障している場合であっても、確実にモータの駆動を停止状態又は制限状態に制御することができ、したがって、モータ制御の信頼性を向上することができる効果がある。

請求項６に記載した発明によれば、上述の効果に加え、モータが駆動されている状態で、例えば、一つの磁束検出素子又はコイルが無信号状態である場合には、磁束検出素子又はコイルの電流センサの故障と判断することができるため、集磁コアのエアギャップに２つの磁束検出素子を配置する場合と比較して集磁コアを小型化することが可能になると共にコストを低減することが可能になる効果がある。

請求項７に記載した発明によれば、請求項６の効果に加え、磁界検出素子とコイル出力値の差が限界値を超えた場合に、磁界検出素子又はコイルの故障と判断してモータ駆動を停止又は制限することができるため、電流センサの設置自由度を向上しつつモータ駆動の信頼性を向上させることができる。

次に、この発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の第１の実施の形態における、三相のブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータと略す）Ｍの電流検出装置１を簡略化して示したものである。
モータＭは、例えば、ハイブリッド車両等の車両の駆動源として用いられるものであり、その駆動制御は高圧バッテリ２の直流電圧をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変換するパワードライブユニット（ＰＤＵ）３を用いて行われる。

パワードライブユニット３は、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の複数のスイッチング素子によってブリッジ回路が構成されたインバータ（図示せず）を有し、三相の電源ライン（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を介してモータＭに接続されている。また、パワードライブユニット３には制御装置であるモータ制御ユニット（ＭＯＴＥＣＵ）４が接続されており、このモータ制御ユニット４からの制御信号に基づいてスイッチング素子のゲートのＯＮ・ＯＦＦ制御が行われている。

電流検出装置１は、２相の電源ライン（Ｕ，Ｗ）に取り付けられた２つの電流センサ５ａ，５ｂと電流検出回路６とで構成されている。電流センサ５ａは、Ｕ相の電源ラインに取り付けられた略Ｃ字状のコア（集磁コア）を有しており、このコアのエアギャップにホール素子（磁界検出素子）ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２が配置されたものである。同様に、電流センサ５ｂは、Ｗ相の電源ラインに取り付けられた略Ｃ字状のコアを有しており、このエアギャップにホール素子（磁束検出素子）ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２が配置されたものである。これらホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２，ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２は電流検出回路６に対して個別に接続されている。ここで、ホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２，ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２は、全て同一性能のものであり、Ｕ相、Ｗ相の電源ラインに流れる電流に対応した電圧信号Ｖｕ１，Ｖｗ１をリニアに出力するようになっている。

電流センサ５ａの一方のホール素子ＩＵＰＨ１は、モータ制御ユニット４、加算部７、上限検知部８、下限検知部９、Ｕ差異検知部１０にそれぞれ分岐して接続されており、さらに、他方のホール素子ＩＵＰＨ２はＵ差異検知部１０に接続されている。また、電流センサ５ｂの一方のホール素子ＩＷＰＨ１は、モータ制御ユニット４、加算部７、上限検知部８、下限検知部９、Ｗ差異検知部１１に分岐して接続されており、他方のホール素子ＩＷＰＨ２はＷ差異検知部１１に接続されている。

加算部７は、電流センサ５ａと電流センサ５ｂのホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＷＰＨ１からの電圧信号Ｖｕ，Ｖｗを各々負の電圧値として加算してＶ相算出値Ｖｖを求めるものであり、その出力側は上限検知部８と下限検知部９とにそれぞれ分岐して接続されている。

上限検知部８は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相電流の上限値に対応した上限電圧値が予め設定されたものであり、ホール素子ＩＵＰＨ１の電圧信号Ｖｕ１、ホール素子ＩＷＰＨ１の電圧信号Ｖｗ１、加算部７で算出したＶ相算出値Ｖｖを各相電流の上限値に対応した上限電圧値とそれぞれ比較し、これら電圧信号Ｖｕ１、電圧信号Ｖｗ１、Ｖ相算出値Ｖｖのいずれかがこの上限電圧値を上回った際にモータ制御ユニット４に対してインバータのゲート信号をＯＦＦする旨の制御信号を出力するようになっている。

一方、下限検知部９は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相電流の下限値に対応した下限電圧値が予め設定されたものであり、ホール素子ＩＵＰＨ１の電圧信号Ｖｕ１、ホール素子ＩＷＰＨ１の電圧信号Ｖｗ１、加算部７で算出したＶ相算出値Ｖｖを各相電流の下限値に対応した下限電圧値とそれぞれ比較し、これら電圧信号Ｖｕ１、電圧信号Ｖｗ１、Ｖ相算出値Ｖｖのいずれかがこの下限電圧値を下回った場合にモータ制御ユニット４に対してインバータのゲート信号をＯＦＦする旨の制御信号を出力するようになっている。

Ｕ相差異検知部１０は、電流センサ５ａのホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２から出力される電圧信号Ｖｕ１，Ｖｕ２の差分を検出し、さらに、この検出された差分と予め設定された差分上限値とを比較して、検出された差分が差分上限値を上回った際に、前述した上限検知部８、下限検知部９と同様に、モータ制御ユニット４に対してインバータのゲートを遮断する旨の制御信号を出力するものである。

Ｗ相差異検知部１１は、電流センサ５ｂのホール素子ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２から出力される電圧信号Ｖｗ１，Ｖｗ２の差分を検出し、さらに、この検出された差分と予め設定された差分上限値とを比較して、差分が差分上限値を上回った際にモータ制御ユニット４に対してインバータのゲートを遮断する旨の制御信号を出力するようになっている。すなわち、このようにＵ差異検知部とＷ差異検知部とで各電流センサ５ａ，５ｂのホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２の電圧信号の差分と、ホール素子ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２の差分とをそれぞれ監視することで、ホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２，ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２の故障や劣化などに起因する電圧信号Ｖｕ１，Ｖｕ２，Ｖｗ１，Ｖｗ２のばらつきを検知できるようになっているのである。

次に、図２に基づいて電流検出回路の回路構成を詳細に説明する。ここで、前述した上限検知部８、下限検知部９は、図２に示すＵ・Ｖ相上下限検出部１５とＶ相上下限検出部１７とに相当するものであり、同じく、前述したＵ相差異検出部、Ｗ相差異検知部は図２に示すＵ・Ｗ相差異検出部１３と差分上下限検出部１４に相当するものである。
図２に示すように、電流検出回路６は前述した４つのホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２，ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２に接続される入力部１２を備えている。この入力部１２は、各ホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２，ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２から出力される電圧信号Ｖｕ１，Ｖｕ２，Ｖｗ１，Ｖｗ２を個別に増幅する４つのオペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４を備えている。

これらオペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４の入力端子よりも前段側には、各ホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２，ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２に接続される信号ラインＬｕ１，Ｌｕ２，Ｌｗ１，Ｌｗ２とアースとの間にそれぞれ分圧抵抗ｒ１と平滑コンデンサｃ１が接続されており、さらに、これら分圧抵抗ｒ１と平滑コンデンサｃ１との間にはオペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４と直列に制限抵抗ｒ２が介装されている。また、信号ラインＬｕ２、信号ラインＬｗ２に接続される平滑コンデンサｃ１とオペアンプＯＰ１，ＯＰ４との間にはモータ制御ユニット４が分岐接続され、さらに、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４の各出力端子にはアース間に分圧抵抗ｒ３が接続されている。そして、このように構成された入力部１２にはＵ・Ｗ相差異検出部１３とＶ相電流を算出する加算部１６が接続されている。

Ｕ・Ｗ相差異検出部１３は、各相の一方の電圧信号を反転させ、この反転した電圧信号と他方の反転していない電圧信号とを加算して各相の電圧信号の差分を求めるようになっている。
具体的には、Ｕ・Ｗ相差異検出部１３は、オペアンプＯＰ２に接続されるオペアンプＯＰ２ｈとオペアンプＯＰ４に接続されるオペアンプＯＰ４ｈとを有している。このオペアンプＯＰ２ｈ，ＯＰ４ｈの各反転入力端子には前述したオペアンプＯＰ２，ＯＰ４の出力端子が抵抗ｒ４を介して接続され、このオペアンプＯＰ２ｈ，ＯＰ４ｈの非反転入力端子には抵抗ｒ５を介して基準電圧を生成する基準電圧生成部が接続されている。

そして、オペアンプＯＰ２ｈ，ＯＰ４ｈの出力端子と反転入力端子とはそれぞれフィードバック抵抗ｒ６を介して接続されている。つまり、上述した抵抗ｒ４、フィードバック抵抗ｒ６、オペアンプＯＰ２ｈ又はオペアンプＯＰ４ｈとで反転増幅回路が構成されているのである。ここで、前記基準電圧生成部は電源Ｖｃｃの電圧を分圧する２つの抵抗ｒ７，ｒ８とオペアンプＯＰ５とで構成され、オペアンプＯＰ２ｈ，ＯＰ４ｈの反転入力端子に印加される基準電圧を生成している。

オペアンプＯＰ１の出力端子とオペアンプＯＰ２ｈの出力端子とは抵抗ｒ９，ｒ９を介して合流接続されており、オペアンプＯＰ３の出力端子とオペアンプＯＰ４ｈの出力端子も抵抗ｒ９，ｒ９を介して合流接続されている。これら合流接続されたもの同士がさらに抵抗ｒ１０，ｒ１０を介して合流接続され、この合流接続された信号ラインＬｈに差上下限検出部１４が接続されている。また、信号ラインＬｈとアース間には分圧抵抗ｒ１１が接続されている。

差分上下限検出部１４は、前述したＵ・Ｗ相差異検出部１３から出力された差分電流に相当する電圧信号と所定の上限電圧値（例えば、２．７Ｖ）、下限電圧値（例えば、２．３Ｖ）とを各々比較するものである。この上限電圧値は電源Ｖｃｃとアース間に接続された分圧抵抗ｒ１２，ｒ１３によって予め設定され差分電流の上限値に相当し、さらに、下限電圧値は分圧抵抗ｒ１４，ｒ１５によって予め設定され差分電流の下限値に相当する。

これら分圧抵抗ｒ１２，ｒ１３の間には、上限電圧値とＵ・Ｗ相差異検出部１３から出力される電圧信号とを比較するコンパレータＣＰ１のプラス端子が接続されており、これと同様に、分圧抵抗ｒ１４，ｒ１５の間には、下限電圧値とＵ・Ｗ相差異検出部１３から出力される電圧信号とを比較するコンパレータＣＰ２のマイナス端子が接続されている。そして、コンパレータＣＰ１の出力端子とコンパレータＣＰ２の出力端子とは合流接続されダイオードＤ１のカソードに接続されている。

すなわち、Ｕ・Ｗ相差異検出部１３から出力される電圧信号がコンパレータＣＰ１で上限電圧値を上回ったり、コンパレータＣＰ２で下限電圧値を下回ったりしたと判定された場合に、それぞれのコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力が例えばＨからＬに変位することで、差分上下限検出部１４の出力がＬとなるように設定されている。なお、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力端子側にはプルアップ抵抗ｒ１６を介して電源Ｖｃｃが接続されており、初期状態ではコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力端子がＨに固定されるようになっている。

図８は、電流センサ５ａと電流センサ５ｂとによって検出された電流値の差異（横軸：以下単に差分電流という）とＵ・Ｗ相差異検出部１３から出力される電圧信号（縦軸）との関係の一例を示したものである。この図８では、例えば、差分電流の最大値と最小値とがそれぞれ±２００Ａ（ＭＡＸ、ＭＩＮ）に設定され、差分電流が０Ａの時にＵ・Ｗ相差異検出部１３から２．５Ｖが出力されている。ここで、差分電流とＵ・Ｗ相差異検出部１３の電圧信号とは比例関係にあり、Ｕ・Ｗ相差異検出部１３の電圧信号から差分電流（電流値）を求めることができる。

さらに、Ｕ・Ｗ相差異検出部１３では、例えば、差分電流の値として±５０Ａを±０．２Ｖとして扱い、Ｕ・Ｗ相差異検出部１３からは差分電流が５０Ａの時に２．７Ｖ、差分電流が−５０Ａの時に２．３Ｖが出力されるようになっている。つまり、Ｕ・Ｗ相差異検出部１３から出力される電圧信号は、差分電流の値の正・負に関わらず、正の電圧領域で推移するように設定されているのである。なお、図８では差分電流の上・下限値が±５０Ａ、最大・最小値が±２００Ａの場合を例にして説明したが、これらの電流値は装置に応じて適宜設定してもよい。

Ｕ・Ｗ相上下限検出部１５は、前述したオペアンプＯＰ１，ＯＰ４から出力される電圧信号と、このＵ・Ｗ相上下限検出部１５に予め設定された上限電圧値（例えば、４．７Ｖ）、下限電圧値（例えば、０．２Ｖ）とを比較するものであり、このＵ・Ｗ相上下限検出部１５は２つの上限検出用のコンパレータＣＰ３，ＣＰ３と２つの下限検出用のコンパレータＣＰ４，ＣＰ４とを備えている。

これら２つのコンパレータＣＰ３，ＣＰ３のマイナス端子は、それぞれオペアンプＯＰ１，ＯＰ３の出力端子に接続されており、さらに、２つのコンパレータＣＰ４，ＣＰ４のプラス端子も同様に、それぞれオペアンプＯＰ１，ＯＰ３の出力端子に接続されている。コンパレータＣＰ３，ＣＰ３のプラス端子には、電源電圧を分圧して上限電圧値を設定する分圧抵抗ｒ１７，ｒ１８が電源Ｖｃｃとアースとの間に直列接続されており、同様に、コンパレータＣＰ４，ＣＰ４のマイナス端子にも電源とアースの間に分圧抵抗ｒ１９，ｒ２０が直列接続されている。各コンパレータＣＰ３，ＣＰ４の出力端子は各々合流接続されており、これら合流接続されたものがダイオードＤ２のカソード側に接続されている。なお、このコンパレータＣＰ３，ＣＰ４の出力端子にもプルアップ抵抗ｒ１６を介して電源Ｖｃｃが接続され初期状態がＨで保持されるようになっている。

加算部１６は、オペアンプＯＰ１とオペアンプＯＰ３とから出力される電圧信号を加算するものであり、入力部１２とＵ・Ｗ相差異検出部１３との間からそれぞれ分岐して抵抗ｒ２１，ｒ２１を介して合流接続する構成となっている。この加算部１６の出力側にはＶ相上下限検出部１７が接続されている。すなわち、この加算部１６では、Ｕ相に流れる相電流とＷ相に流れる相電流とに応じた電圧信号と各々加算することでＶ相に流れる相電流に相当する電圧信号を求めている。

Ｖ相上下限検出部１７は、前述した差上下限検出部１４と同様に、上限検出用のコンパレータＣＰ５と下限検出用のコンパレータＣＰ６とをそれぞれ備えており、前述した加算部１６から出力された電圧信号と、予め設定された上限電圧値、下限電圧値とをそれぞれ比較するものである。

このコンパレータＣＰ５には前述したＵ・Ｗ相上下限検出部１５に設定された上限電圧値よりも低い上限電圧値（例えば、４．５Ｖ）が分圧抵抗ｒ２２，ｒ２３によって設定され、さらに、下限検出用のコンパレータＣＰ６には、前述したＵ・Ｗ相上下限検出部１５に設定された下限電圧値よりも高い下限電圧値（例えば、０．５Ｖ）が分圧抵抗ｒ２４，ｒ２５によって設定されている。また、コンパレータＣＰ５とコンパレータＣＰ６との両者の出力端子は合流接続され、この合流接続されたものがダイオードＤ３のカソードに接続されている。なお、このコンパレータＣＰ５，ＣＰ６の出力端子にも前述したコンパレータＣＰ１〜ＣＰ４の出力側と同様にプルアップ抵抗ｒ１６を介して電源Ｖｃｃが接続されている。

各ダイオードＤ１〜Ｄ３のアノードには、シュミットトリガゲートＧを介してラッチ処理回路１８が接続されている。このラッチ処理回路１８は、前述した各コンパレータＣＰ１〜ＣＰ６から出力される作動状態での電圧信号（Ｌ）をシュミットトリガゲートＧによって反転し（Ｈ）、この電圧信号の状態を所定時間保持するようになっている。なお、各ダイオードＤ１〜Ｄ３のアノード側には前述したコンパレータＣＰ１〜ＣＰ６の出力側と同様にプルアップ抵抗ｒ１６を介して電源Ｖｃｃが接続されており、各ダイオードＤ１〜Ｄ３のアノード側が初期状態でＨに保持されるようになっている。

したがって、上述の第１の実施の形態によれば、Ｕ・Ｗ相の検出電流に対応する電圧信号Ｖｕ１，Ｖｗ１に含まれる測定誤差や電流の脈動等によってＶ相算出値Ｖｖが真値よりも低い値として算出された場合であっても、Ｖ相上下限検出部１７の上限電圧値がＵ・Ｗ相上下限検出部１５の上・下限電圧値よりも低く設定されていることで、電流センサが取り付けられたＵ・Ｗ相の電圧信号と比較して検出精度が低下することなく迅速にモータ相電流の異常を検出することができるため、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の３相全てに電流センサを設けた場合と同等の故障検出を２相に設けた電流センサで実現できるため、部品点数を削減してコストの低減を図ることができる。

また、各電流センサ５ａ，５ｂの検出結果に基づいて、入力部１２のオペアンプＯＰ１〜ＯＰ４から出力された電圧信号がそれぞれの上限電圧値を上回ったり下限電圧値を下回ったりした場合にその対応する相に過電流が流れていると瞬時に判断することができるため、更なる信頼性の向上を図ることができる。

そして、電流センサ５ａ，５ｂにおいて、ホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２の出力電圧値に基づいて、Ｕ・Ｗ相上下限検出部１５へ入力される電圧信号の差分が上限電圧値を上回ったり、下限電圧値を下回ったりした場合に電流センサのホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２のいずれかが故障状態であるとする自己診断を実施することができるため、電流センサが故障状態であると判断された際に即座にモータＭの駆動停止又は駆動を制限することができ、この結果、Ｕ相、Ｖ相にそれぞれ電流センサを２つずつ設けて自己診断を行う場合よりも部品点数を削減してコストの低減を図ることができると共に、部品点数を削減した分だけ装置を小型化し設置自由度を向上することができる。
尚、上述の第１の実施の形態では、差分上下限検出部１４において、上限電圧値を２．７Ｖ、下限電圧値を２．３Ｖに設定した場合について述べたが、プラスの電圧領域内であればこれら上限・下限電圧値を適宜選択してもよい。また、Ｕ・Ｗ相差異検出部１３の電圧信号がモータ電流と同様にマイナス領域からプラス領域に渡って変移可能とし、差分上下限検出部１４の上限電圧値を正電圧の設定値とし、下限電圧値を負電圧の設定値としてもよい。

次に、図３に基づいて第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態は電流センサのコアに磁束発生用のコイルを追加して設けたものであるため、同一部分に同一符号を付して重複する部分の説明を省略する。なお、図３では図示都合上、二相の電源ライン（Ｕ相，Ｗ相）に取り付けられた電流センサのうちＵ相に取り付けられた電流センサのみを示して説明する。
図２において、２１はハイブリッド車両等の車両のモータ駆動電流の異常を検出する電流検出装置を示しており、この電流検出装置２１は電流センサ２０と電流検出回路２６とで構成されている。ここで、モータＭはパワードライブユニット３と三相の一次導体Ｕ，Ｖ（図示せず），Ｗ（図示せず）を介して接続されており、電流センサ５ａは、第１の実施の形態と同様に、三相の一次導体のうち二相の一次導体Ｕ，Ｗに取り付けられている。

電流センサ２０は、磁性体で形成されエアギャップ２２を備えた略Ｃ字状のコア２３と、エアギャップ２２に介装して配置された２つのホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２と、コア２３の外周に巻回されホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２と対称位置に配置されたコイル２４とで構成され、このコイル２４には、その両端に電流源２５が接続されている。この電流源２５は、電流検出回路２６と、電流源２５の電源である低圧（例えば、１２Ｖ）の補機用バッテリ（図示せず）とに接続されており、電流検出回路２６からの制御信号（信号１）に基づいてコイル２４に所定の電流を通電するようになっている。ここで、電流源２５の周波数は、コイル２４がｎターンのとき、電流センサ５ａの測定レンジＩｒに対してＩｒ／ｎ以上流すことができる周波数であればよい。なお、電流源２５はモータＭの制御を行うモータ制御ユニット（ＭＯＴＥＣＵ）４から制御信号を直接受け取るようにしてもよい。

各ホール素子ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２は電流検出回路２６に接続されている。具体的には、前述した第１の実施の形態の図２と同様に、電流検出回路２６の入力部にはＵ相に取り付けられた電流センサ２０とＷ相に接続された電流センサ（図示せず）との２つの電流センサが接続されている。入力部は各電流センサから出力される電圧信号を増幅して出力し、さらに、この入力部から出力される電圧信号に基づいてＵ・Ｗ相差異検出部、Ｕ・Ｗ相上下限検出部、加算部、Ｖ相上下限検出部、差上下限検出部によってモータＭの相電流の異常判定及び電流センサ２０の故障検知を行い、異常と判定された場合にラッチ処理回路を介してインバータのゲートをＯＦＦにする旨の信号をモータ制御ユニット４に対して出力するようになっている。なお、電流検出回路２６のＵ・Ｗ相差異検出部、Ｕ・Ｗ相上下限検出部、加算部、Ｖ相上下限検出部、差上下限検出部、ラッチ処理回路については第１の実施の形態と重複するため、詳細説明を省略する。

電流検出回路２６は、上述した第１の実施の形態の構成に加え、電流源２５を駆動制御する回路（図示せず）を有している。この電流源２５を駆動制御する回路は、モータ制御ユニット４から電流センサ５ａの自己診断を行う旨の制御信号が入力された場合に、前述した電流源２５に対して電流を通電する旨の制御信号を出力するようになっている。なお、電流を通電する旨の制御信号は、モータ制御ユニット４から直接電流源に出力するようにしてもよい。

次に、図４、図５に基づいて各信号の波形が正常状態と異常状態のときの一例をそれぞれ説明する。なお、この図４、図５では２つのホール素子のうち一方のホール素子の出力信号（信号３）のみを示して説明する。
まず、図４は電流センサ５ａが正常状態のときの信号１〜３（図３参照）の電圧変化を示している。電流検出回路２６から信号１が出力されると、電流源２５は正弦波である信号２を出力する。そして、前記ホール素子ＩＵＰＨ１は信号２に応じた正弦波である信号３を出力する。

一方、図５は電流センサ５ａが異常状態のときであり、図４と同様に電流検出回路２６から信号１が出力されると電流源２５は正弦波の信号２を出力する。しかし、ホール素子ＩＵＰＨ１の検出信号である信号３はピーク値に達することなく一定の値となる異常状態（サチュレーション状態）となっている。すなわち、電流検出回路２６では、電流源２５によってコイルに通電している状態で、信号２と信号３との出力電圧値を比較して、これらの差分が所定値異常となった場合にホール素子ＩＵＰＨ１の故障と判定している。なお、ホール素子ＩＵＰＨ２についても同様に故障を判定することができる。

したがって、上述した第２の実施の形態によれば、とりわけ、モータＭの相電流が停止されている時であっても電流センサの自己診断を行うことができる。
また、電流源２５によってコイル２４に通電する電流に対してホール素子ＩＵＰＨ１、ＩＵＰＨ２から出力される電圧信号を予め測定し、これらの測定結果に基づいて電圧信号の上限電圧値と下限電圧値とを設定しておくことができるため、各ホール素子ＩＵＰＨ１、ＩＵＰＨ２の電圧信号の相対的な異常以外に、電圧信号の絶対的な異常をも判断することができ、例えば、２つのホール素子ＩＵＰＨ１、ＩＵＰＨ２が両者とも故障している場合であっても、確実にモータＭの駆動を停止状態又は制限状態に制御することができ、その結果、モータ制御の信頼性を向上することができる。

次に、図４に基づいて第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態では、前述した第１の実施の形態の電流センサ５ａ，５ｂにおいて、それぞれ２つのホール素子のうちの一方を電流検出用のコイルに置き換えたものであるため、同一部分に同一符号を付して重複する説明を省略する。なお、図４では前述した図３と同様に、図示都合上、Ｕ相の１次導体にのみ電流センサが取り付けられた場合を示している。

図４に示すように、電流センサ３０において、略Ｃ字状に形成された磁性体のコア２３のエアギャップ２２にはホール素子ＩＵＰＨ１が配置されており、このホール素子ＩＵＰＨ１と対称位置のコア外周に電流検出用のコイル３１が巻回されている。
コイル３１は、その両端が前述した電流検出回路２６に接続されている。この電流検出回路２６の入力部（図２参照）にはホール素子とコイルの一端が接続されており、電流検出回路２６によってホール素子ＩＵＰＨ１とコイル３１からの各電圧信号とその上下限電圧値との比較及びホール素子ＩＵＰＨ１とコイル３１とからの各電圧信号の差異とその上下限電圧値との比較等を行っており、上限電圧値を上回ったり下限電圧値を下回ったりした場合にモータ制御ユニット４に対してパワードライブユニット３のインバータのゲート信号をＯＦＦにする旨の制御信号を出力している。
一方、ホール素子ＩＵＰＨ１とコイル３１の一端との間には比較器３２が接続されている。この比較器３２は、１次導体ＵにモータＭの相電流が通電された場合にホール素子ＩＵＰＨ１とコイル３１との出力電圧の有無を比較するものであり、これらのうちどちらか一方だけが無信号である場合に固着故障と判断して、上述の電流検出回路２６と同様にモータ制御ユニットに対してパワードライブユニット３のインバータのゲート信号をＯＦＦにする旨の制御信号を出力するようになっている。なお、前記比較器３２でホール素子ＩＵＰＨ１とコイル３１との出力電圧の差分を判定するように構成してもよい。

したがって、上述の第３の実施の形態によれば、電流検出回路２６を経由することなく、ホール素子ＩＵＰＨ１から出力される電圧信号に変化がない固着故障状態を判定することができるため、ホール素子ＩＵＰＨ１の電圧信号と上下限電圧値とを比較することなく瞬時にインバータのゲート信号をＯＦＦにすることができ、この結果更なる信頼性の向上を図ることが可能になる。また、一つのホール素子ＩＵＰＨ１で電流センサ３０の故障状態を判定することができるため、コア２３を小型化して装置の設置自由度を向上させることができる。
ところで、この第３の実施の形態の他の態様として、図５に示すように、例えば、電流センサ３０の故障時に電流検出回路２６から直接的にパワードライブユニット３に向けてゲートをＯＦＦにする旨の制御信号を送信して、モータＭの駆動を停止又は制限するように構成してもよい。

尚、上述した各実施の形態ではＵ相とＷ相とに電流センサを設けてある場合について説明したが、Ｕ相、Ｖ相に限られるものではなく、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれか２相に電流センサを設ければよく、例えばＶ相、Ｗ相に電流センサを設け、これらの検出結果に基づいてＵ相の電流値を算出してもよい。

本発明の第１の実施の形態における電流検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における電流検出回路の回路図である。 本発明の第２の実施の形態における電流検出装置の構成図である。 本発明の第２の実施の形態における各信号の正常時を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態における信号１の異常時を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態における電流検出装置の構成図である。 本発明の第３の実施の形態の他の態様における電流検出装置の構成図である。 本発明の第１の実施の形態におけるモータ電流とＵ・Ｗ相差異検出部の電圧信号との関係を示すグラフである。

符号の説明

Ｍ モータ
ＩＵＰＨ１，ＩＵＰＨ２，ＩＷＰＨ１，ＩＷＰＨ２ ホール素子（磁束検出素子）
４ モータ制御ユニット（制御装置）
５ａ，５ｂ，２０，３０ 電流センサ
２２ エアギャップ
２３ コア（集磁コア）
２４ コイル
２５ 電流源
３１ コイル

Claims (7)

1. 三相モータの任意の２つの相に電流センサを設け、各相の電流検出値の限界値をそれぞれの相に設定し、２相の電流検出値の和に基づいて他相の電流値を演算し、演算した電流演算値の限界値として前記電流検出値の限界値よりも小さい電流演算値の限界値を設定し、前記電流検出値又は前記電流演算値がそれぞれに設定された限界値を超えるとモータ駆動を停止又は制限することを特徴とする電流検出装置。
2. 前記限界値と比較する電流演算値は絶対値を用いることを特徴とする請求項１記載の電流検出装置。
3. 前記各限界値は、上限値及び下限値からなり、他相の電流演算値に対する上限値及び下限値の絶対値を、これに対応する２相の電流検出値の上限値及び下限値の絶対値より小さくすることを特徴とする請求項１に記載の電流検出装置。
4. 前記電流センサは、各々２つの磁界検出素子を備え、これら２つの磁界検出素子の検出値の差に限界値を設定し、この限界値を超える電流が検出された場合に前記三相モータの駆動を停止又は制限することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の電流検出装置。
5. 前記電流センサは、集磁コアのエアギャップに磁束検出素子を配置して集磁コアを貫通する相電流を測定するものであって、前記集磁コアに磁束発生用のコイルを巻装し、制御装置から制御可能な電流源を前記コイルに接続し、前記相電流が零の時に、制御装置を介して前記コイルに検査電流を流し、この時に前記磁束検出素子により検出された電流値に基づいて故障を判定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電流検出装置。
6. 前記電流センサは、集磁コアのエアギャップに磁束検出素子を配置して集磁コアを貫通する相電流を測定するものであって、前記集磁コアに監視用のコイルを巻装し、前記相電流の変化を監視用のコイルで検出した際に、磁束検出素子の検出電流に変化がない場合に故障と判定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電流検出装置。
7. 前記磁界検出素子の出力値と前記コイルの出力値の差に限界値を設定し、この限界値を超えた場合にモータ駆動を停止又は制限することを特徴とする請求項６に記載の電流検出装置。
   
   

Images