JP5396957B2 - モーター電流検出装置およびモーター電流検出方法 - Google Patents
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Description
例えば、電流センサーを用いて、電気自動車のバッテリーからモーターへ供給される電流を検出するモーター電流検出方法に関する従来技術があった(例えば、特許文献1参照)。これによれば、電流センサーはホール素子等により形成されており、検出した電流値を増幅して出力している。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で低コストのモーター電流検出装置およびモーター電流検出方法を提供することにある。
また、アッパー素子またはロアー素子の端子間電圧が負値である場合、整流素子の電圧電流特性に基づき、整流素子に流れる電流を検出し、素子列に属するアッパー素子またはロアー素子に流れる電流の代わりに、整流素子に流れる負値の電流を用いて、各相のコイルに流れる電流を算出している。
これにより、モーターにより発電を行う場合、あるいは、アッパー素子またはロアー素子のスイッチング時に、整流素子に、アッパー素子またはロアー素子に流れる方向と反対方向に電流が流れている場合にも、モーターの各相のコイルに流れる電流を正確に検出することができる。
また、アッパー素子またはロアー素子の端子間電圧が負値である場合、整流素子の電圧電流特性に基づき、整流素子に流れる電流を検出し、素子列に属するアッパー素子またはロアー素子に流れる電流の代わりに、整流素子に流れる負値の電流を用いて、各相のコイルに流れる電流を算出している。
これにより、モーターにより発電を行う場合、あるいは、アッパー素子またはロアー素子のスイッチング時に、整流素子に、アッパー素子またはロアー素子に流れる方向と反対方向に電流が流れている場合にも、モーターの各相のコイルに流れる電流を正確に検出することができる。
図1乃至図5に基づき、本発明の実施形態1によるモーター電流検出装置について説明する。図1は、モーター電流検出装置を使用した車両システムの一例を模式的に示している。図1において、エンジン1、モーター2、右後輪33および左後輪34間の接続は、車両における機械的な結合を示し、実線による矢印は各装置間をつなぐ電力供給線を示している。また、図1において破線による矢印は制御用の信号線を示している。
また、車両制御装置6は、常時、電圧センサー51からの検出信号に基づき、高圧バッテリー5の充電量を監視している。高圧バッテリー5の充電量が所定値以下に低下した場合、車両制御装置6は、エンジン1を所定の回転速度で駆動する。エンジン1により回転されたモーター2は発電し、高圧バッテリー5を充電する。
さらに、車両制御装置6は、高圧バッテリー5の充電量が低下した場合に、運転者がブレーキペダル8を操作したことを検出すると、回生ブレーキを実行して高圧バッテリー5に充電を行う。
車両制御装置6はコントローラー61を備えており、コントローラー61には、6個のコンパレータ621、622、623、624、625、626の出力端子が接続されている。
U相スイッチ列41は、それぞれIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスター)により形成された、第1トランジスター411(本発明のアッパー素子に該当する)および第2トランジスター412(本発明のロアー素子に該当する)を備えている。
これにより、第1ダイオード413および第2ダイオード414には、それぞれ第1トランジスター411および第2トランジスター412に流れるコレクタ電流と反対方向にのみ電流が流れることが許容される。
第3トランジスター421および第4トランジスター422は、互いに直列に接続されている。第3トランジスター421のエミッタ端子と第4トランジスター422のコレクタ端子との接続点は、モーター2のV相コイル232の他端と接続されている。また、第3トランジスター421のコレクタ端子は、高圧バッテリー5のプラス側端子に接続されている。また、第4トランジスター422のエミッタ端子は、高圧バッテリー5のマイナス側端子に接続されている。また、第3トランジスター421および第4トランジスター422のゲート端子も、それぞれコントローラー61に入力されている。
U相スイッチ列41と同様に、第3ダイオード423および第4ダイオード424には、それぞれ第3トランジスター421および第4トランジスター422に流れるコレクタ電流と反対方向にのみ電流が流れることが許容される。
第5トランジスター431のエミッタ端子と第6トランジスター432のコレクタ端子との接続点も、モーター2のW相コイル233の他端と接続されている。また、第5トランジスター431のコレクタ端子が、高圧バッテリー5のプラス側端子に接続されているとともに、第6トランジスター432のエミッタ端子は、高圧バッテリー5のマイナス側端子に接続されている。さらに、第5トランジスター431および第6トランジスター432のゲート端子も、それぞれコントローラー61に入力されている。
U相スイッチ列41と同様に、第5ダイオード433および第6ダイオード434には、それぞれ第5トランジスター431および第6トランジスター432に流れるコレクタ電流と反対方向にのみ電流が流れることが許容される。
モーター2の回転制御方法および発電方法については、当業者にとっては公知技術であるため、これ以上の説明は省略する。
また、第2コンパレータ622、第4コンパレータ624および第6コンパレータ626の反転入力端子は、第2トランジスター412、第4トランジスター422および第6トランジスター432のエミッタ端子と接続されている。
次に、上述した第1コンパレータ621の出力(既に、デジタル値に変換済)により、電圧V1を検出する(ステップS502)。検出された電圧V1は、0以上であるか否かが判定される(ステップS503)。
例えば、IGBTの温度がT2である場合、第1コンパレータ621の検出電圧V1(第1トランジスター411のコレクタ、エミッタ間電圧Vceに相当する)がVsとすると、素子電流I1(コレクタ電流Icに相当する)はIsと算出される(図3示)。
例えば、第1コンパレータ621の検出電圧V1の絶対値(必ず正の値であり、第1ダイオード413の順方向電圧Vfに相当する)がVtとすると、素子電流I1(第1ダイオード413の順方向電流Ifに相当する)はItと算出される(図4示)。
ステップS502〜S505において、第2コンパレータ622による検出電圧V2に基づき、第2トランジスター412または第2ダイオード414に流れる素子電流I2が算出される。以降、第3コンパレータ623〜第6コンパレータ626による検出電圧V3〜V6に基づき、それぞれ第3トランジスター421〜第6トランジスター432または第3ダイオード423〜第6ダイオード434に流れる素子電流I3〜I6が算出される。
図6および図7に基づき、本発明の実施形態2によるモーター電流検出装置について説明する。本実施形態においては、スイッチ列41〜43中のIGBTにより形成された第1トランジスター411〜第6トランジスター432の代わりに、それぞれFET9を用いている(図7示)。
本実施形態の場合、図6に示したFET9の電圧電流特性に基づいて、FET9に流れている電流(以下、素子電流Inという)を算出する。図6に示したFET9の電圧電流特性は、コントローラー61内に記憶されている。
本実施形態のその他の構成については、実施形態1の場合と同様であるため、詳細な説明は省略する。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
本発明によるモーター電流検出装置およびモーター電流検出方法は、車両用モーターの電流検出のみではなく、一般的な産業用モーターの電流検出にも適用することが可能である。
また、モーター2には、同期機のみではなく、誘導機、多相ブラシレスモーター、DCブラシレスモーター等も使用可能である。
本発明によるモーター電流検出装置およびモーター電流検出方法が適用可能な車両の走行システムは、図1に示したものには限られず、あらゆる形態の走行システムに適用可能である。
Claims (4)
- 固定子および前記固定子に対して対向した回転子を有し、前記固定子および前記回転子のうち、少なくともどちらかが複数相のコイルを有しており、前記コイルに電源から電力を供給することにより、前記回転子が前記固定子に対して回転するモーターと、
それぞれが前記モーターの各相に対応した複数組の素子列を有し、各々の前記素子列は、互いに直列に接続された一対のスイッチング素子である、アッパー素子とロアー素子とにより形成され、互いに接続された前記アッパー素子と前記ロアー素子の一側の端子は、該当する相の前記コイルに接続され、前記アッパー素子の他側の端子は前記電源の正側端子に接続され、前記ロアー素子の他側の端子は前記電源の負側端子に接続されており、前記アッパー素子および前記ロアー素子をオン、オフさせることにより、前記電源から前記コイルに向けて電力を供給する通電手段と、
前記通電手段を作動させて、前記モーターの回転状態を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段が、
前記モーターの回転状態を制御するために、前記コイルに流れる電流を検出するモーター電流検出装置において、
前記制御手段は、
前記アッパー素子の端子間電圧を検出し、検出した端子間電圧と前記アッパー素子の電圧電流特性に基づき、前記アッパー素子に流れる電流を検出するとともに、
前記ロアー素子の端子間電圧を検出し、検出した端子間電圧と前記ロアー素子の電圧電流特性に基づき、前記ロアー素子に流れる電流を検出し、
各々の前記素子列に属する前記アッパー素子に流れる電流から、同じ前記素子列に属する前記ロアー素子に流れる電流を減算することにより、各相の前記コイルに流れる電流を算出し、
前記通電手段は、
それぞれ各相の前記アッパー素子および前記ロアー素子に対し並列に接続される整流素子を有し、
前記整流素子は、
前記アッパー素子または前記ロアー素子に流れる方向と反対方向に流れる電流のみを許容しており、
前記制御手段は、
前記アッパー素子または前記ロアー素子の端子間電圧が負値である場合、前記整流素子の電圧電流特性に基づき、前記整流素子に流れる電流を検出し、前記素子列に属する前記アッパー素子または前記ロアー素子に流れる電流の代わりに、前記整流素子に流れる負値の電流を用いて、各相の前記コイルに流れる電流を算出することを特徴とするモーター電流検出装置。 - 前記制御手段は、
前記アッパー素子および前記ロアー素子の温度によって、それぞれ異なった電圧電流特性を用いて、前記アッパー素子および前記ロアー素子に流れる電流を検出することを特徴とする請求項1記載のモーター電流検出装置。 - 前記モーターは、
車両の車輪を駆動することを特徴とする請求項1または2に記載のモーター電流検出装置。 - 固定子および前記固定子に対して対向した回転子を有し、前記固定子および前記回転子のうち、少なくともどちらかが複数相のコイルを有しており、前記コイルに電源から電力を供給することにより、前記回転子が前記固定子に対して回転するモーターと、
それぞれが前記モーターの各相に対応した複数組の素子列を有し、各々の前記素子列は、互いに直列に接続された一対のスイッチング素子である、アッパー素子とロアー素子とにより形成され、互いに接続された前記アッパー素子と前記ロアー素子の一側の端子は、該当する相の前記コイルに接続され、前記アッパー素子の他側の端子は前記電源の正側端子に接続され、前記ロアー素子の他側の端子は前記電源の負側端子に接続されており、前記アッパー素子および前記ロアー素子をオン、オフさせることにより、前記電源から前記コイルに向けて電力を供給する通電手段と、
前記通電手段を作動させて、前記モーターの回転状態を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段が、
前記モーターの回転状態を制御するために、前記コイルに流れる電流を検出するモーター電流検出方法において、
前記制御手段は、
前記アッパー素子の端子間電圧を検出し、検出した端子間電圧と前記アッパー素子の電圧電流特性に基づき、前記アッパー素子に流れる電流を検出するとともに、
前記ロアー素子の端子間電圧を検出し、検出した端子間電圧と前記ロアー素子の電圧電流特性に基づき、前記ロアー素子に流れる電流を検出し、
各々の前記素子列に属する前記アッパー素子に流れる電流から、同じ前記素子列に属する前記ロアー素子に流れる電流を減算することにより、各相の前記コイルに流れる電流を算出し、
前記通電手段は、
それぞれ各相の前記アッパー素子および前記ロアー素子に対し並列に接続される整流素子を有し、
前記整流素子は、
前記アッパー素子または前記ロアー素子に流れる方向と反対方向に流れる電流のみを許容しており、
前記制御手段は、
前記アッパー素子または前記ロアー素子の端子間電圧が負値である場合、前記整流素子の電圧電流特性に基づき、前記整流素子に流れる電流を検出し、前記素子列に属する前記アッパー素子または前記ロアー素子に流れる電流の代わりに、前記整流素子に流れる負値の電流を用いて、各相の前記コイルに流れる電流を算出することを特徴とするモーター電流検出方法。
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JP2009076183A JP5396957B2 (ja) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | モーター電流検出装置およびモーター電流検出方法 |
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