JP5396957B2

JP5396957B2 - 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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Publication number: JP5396957B2
Application number: JP2009076183A
Authority: JP
Inventors: 智弘倉岡
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2010233297A

Description

本発明は、モーターのコイルに流れる電流を検出するモーター電流検出装置およびモーター電流検出方法に関する。

モーターが発生する回転トルクは、モーターのコイルに流れる電流に依存しているため、回転トルクを制御するためには、コイルに流れる電流を検出する必要がある。このために、従来から様々なモーター電流の検出方法が考えられていた。
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。

また、モーターを駆動するインバーターを構成する３組のＦＥＴの電源側にシャント抵抗を備え、それぞれのシャント抵抗の端子電圧に基づいて、各相のモーター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２参照）。

特開２００４−１２０９６６号公報特開２００５−２１０８７１号公報

上述した特許文献１に開示されたモーター電流検出方法においては、モーター電流の検出のために、特別に電流センサーを設けているため、電流検出回路が電流センサーの分だけ大型化し、また、コスト高となることを避けられない。

また、特許文献２に開示されたモーター電流検出方法においては、３組のスイッチング素子の電源側にシャント抵抗を備えているため、やはり、電流検出回路が大型化しコスト高となる。また、それとともに、シャント抵抗を流れる電流に起因する電圧降下によって、インバーターのスイッチング素子に流れる電流が低下し、モーター電流をも低下させる。モーター電流が低下すれば、モーターについて所望する回転トルクが得られなくなるという問題がある。
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。

上述した課題を解決するために、請求項１に係るモーター電流検出装置の発明の構成上の特徴は、制御手段が、通電手段の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アッパー素子の電圧電流特性に基づき、アッパー素子に流れる電流を検出するとともに、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ロアー素子の電圧電流特性に基づき、ロアー素子に流れる電流を検出し、各々の素子列に属するアッパー素子に流れる電流から、同じ素子列に属するロアー素子に流れる電流を減算することにより、モーターの各相のコイルに流れる電流を算出し、通電手段は、それぞれ各相のアッパー素子およびロアー素子に対し並列に接続される整流素子を有し、整流素子は、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流れる電流のみを許容しており、制御手段は、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することである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１のモーター電流検出装置において、制御手段が、アッパー素子および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、アッパー素子およびロアー素子に流れる電流を検出することである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または２のモーター電流検出装置において、モーターが、車両の車輪を駆動することである。

請求項４に係るモーター電流検出方法の発明の構成上の特徴は、制御手段が、通電手段の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アッパー素子の電圧電流特性に基づき、アッパー素子に流れる電流を検出するとともに、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ロアー素子の電圧電流特性に基づき、ロアー素子に流れる電流を検出し、各々の素子列に属するアッパー素子に流れる電流から、同じ素子列に属するロアー素子に流れる電流を減算することにより、モーターの各相のコイルに流れる電流を算出し、通電手段は、それぞれ各相のアッパー素子およびロアー素子に対し並列に接続される整流素子を有し、整流素子は、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流れる電流のみを許容しており、制御手段は、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することである。

請求項１に係るモーター電流検出装置によれば、各々の素子列に属するアッパー素子に流れる電流から、同じ素子列に属するロアー素子に流れる電流を減算して、モーターの各相のコイルに流れる電流を算出していることにより、電流センサーあるいはシャント抵抗等を使用することなく、低コストで小型のモーター電流検出装置にすることができる。また、シャント抵抗等による電圧降下がないため、モーター電流が低下することがなく、十分な回転トルクを得ることができる。さらにシャント抵抗等による電力消費もなく、低消費電力化が可能になる。
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。

請求項２に係るモーター電流検出装置によれば、アッパー素子および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、アッパー素子およびロアー素子に流れる電流を検出することにより、アッパー素子およびロアー素子に流れる電流を正確に検出することができ、モーターの各相のコイルに流れる電流の検出精度を向上させることができる。

請求項３に係るモーター電流検出装置によれば、モーターが車両の車輪を駆動している。これにより、通常、車両の車輪駆動用のモーターには大電流が流れるが、電流センサーを使用しないため、耐大電流用の電流センサーが不要となり、いっそう低コストのモーター電流検出装置にすることができる。

請求項４に係るモーター電流検出方法によれば、各々の素子列に属するアッパー素子に流れる電流から、同じ素子列に属するロアー素子に流れる電流を減算して、モーターの各相のコイルに流れる電流を算出していることにより、電流センサーあるいはシャント抵抗等を使用することなく、低コストで小型のモーター電流検出方法にすることができる。また、シャント抵抗等による電圧降下がないため、モーター電流が低下することがなく、十分な回転トルクを得ることができる。さらにシャント抵抗等による電力消費もなく、低消費電力化が可能になる。
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。

本発明の実施形態１によるモーター電流検出装置を使用した車両システムを示したブロック図実施形態１によるモーター電流検出装置の回路図ＩＧＢＴの電圧電流特性を示した図ダイオードの順方向の電圧電流特性を示した図モーター電流検出方法のフローチャートを示した図実施形態２によるモーター電流検出装置に使用されるＦＥＴの電圧電流特性を示した図ＦＥＴとその等価回路図

＜実施形態１＞
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。

車両のエンジン１は、炭化水素系の燃料により出力を発生させる通常の内燃機関である。モーター２は、これに限定されるものではないが、例えば同期機等が使用可能である。モーター２は、３相コイルが巻回されたステータ２１（本発明の固定子に該当する）と、ステータ２１に対して半径方向に対向するとともに、回転可能なローター２２（本発明の回転子に該当する）とを備えている。

ステータ２１のコイルに３相交流電流を供給することにより、ステータ２１に対してローター２２が回転される。また、ローター２２にはエンジン１のクランクシャフトが接続されており、モーター２はエンジン１により駆動可能とされている。また、エンジン１とモーター２との間にクラッチ機構を介装し、双方の間の回転伝達を断続するようにしてもよい。

車両の車輪３は、右前輪３１、左前輪３２、右後輪３３および左後輪３４により形成されている。右後輪３３および左後輪３４（以下、後輪３３、３４という）には、エンジン１およびモーター２のローター２２が接続されており、後輪３３、３４は、エンジン１またはモーター２により駆動される。本実施形態は後輪駆動車の場合を例に示しているが、本発明によるモーター電流検出装置を、前輪駆動車または４輪駆動車に適用することも可能である。

モーター２には、インバーター装置４（本発明の通電手段に該当する）が接続されている。インバーター装置４には、車両の高圧バッテリー５（本発明の電源に該当する）が接続され、モーター２と高圧バッテリー５との間で、インバーター装置４を介して電力のやりとりが可能に形成されている。

モーター２が電動機として機能する場合、インバーター装置４を介して高圧バッテリー５から電力が供給されて回転され、後輪３３、３４を駆動する。また、モーター２は発電機としても機能し、エンジン１によって駆動されたモーター２は、発電した電力をインバーター装置４を介して高圧バッテリー５に充電することができる。また、モーター２は回生モーターとしても機能し、車両のブレーキを作動させることにより発電し、インバーター装置４を介して高圧バッテリー５を充電する。

インバーター装置４は、車両制御装置６（本発明の制御手段に該当する）と信号線により接続されている。また、車両制御装置６には、後輪３３、３４の回転速度を検出する車輪速度センサー３５、３６が接続されている。車輪速度センサー３５、３６は、右前輪３１および左前輪３２に設けてもよい。また、車輪速度センサー３５、３６に代えて、車体速度を検出する車速センサー、もしくは、モーター２の回転速度を検出するエンコーダ等を備えていてもよい。

車両制御装置６には、高圧バッテリー５の電圧センサー５１が接続されており、高圧バッテリー５の充電電圧を検出可能に形成されている。また、車両制御装置６には、車両のアクセルペダル７の操作量を検出するアクセル操作量センサー７１が接続されている。さらに、車両制御装置６には、車両のブレーキペダル８の操作有無を検出するブレーキ操作スイッチ８１が接続されている。また、車両制御装置６は、エンジン１のスロットルアクチュエータ（図示せず）とも接続されている。

上述した車両システムにより、車両制御装置６は、運転者によるアクセルペダル７の操作量および後輪３３、３４の速度等に基づいて、インバーター装置４へ制御信号を送信し、モーター２を所定の速度で回転させて車両を走行させる。モーター２による、車両の走行制御の方法については従前の技術であって、本発明の主題ではないため、これ以上の説明は省略する。モーター２の回転状態を制御する場合、車両制御装置６は、モーター２の各相コイルに流れる電流を検出している。モーター２のコイル電流の検出方法については、後において詳述する。

また、車両制御装置６は、運転者によるアクセルペダル７の操作量および後輪３３、３４の速度等に基づいて、モーター２の回転とともに、あるいはモーター２の回転に代えて、エンジン１の回転状態をも制御する。
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。

次に、図２に基づいて、本実施形態によるモーター電流検出装置の回路構成について説明する。図２に示すように、高圧バッテリー５には、平滑コンデンサー５２が並列に接続されている。平滑コンデンサー５２には、常時、高圧バッテリー５から所定の電気量が充電されており、車両の急加速時等にモーター２への電気量を補っている。

図２に示すように、上述したモーター２のステータ２１には、３相のコイルであるＵ相コイル２３１、Ｖ相コイル２３２、Ｗ相コイル２３３（以下、総称して各相コイル２３１〜２３３という）が巻回されている。各相コイル２３１〜２３３の一端は、中性点ＣＰにおいて互いに接続されている。
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。

高圧バッテリー５には、インバーター装置４を形成する３組のスイッチ列４１、４２、４３（本発明の素子列に該当する）が、いずれも並列に接続されている。スイッチ列４１、４２、４３は、それぞれモーター２の各相に対応している。
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。

第１トランジスター４１１および第２トランジスター４１２は、互いに直列に接続されている。第１トランジスター４１１のエミッタ端子と第２トランジスター４１２のコレクタ端子との接続点は、上述したモーター２のＵ相コイル２３１の他端と接続されている。また、第１トランジスター４１１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２トランジスター４１２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１トランジスター４１１および第２トランジスター４１２のゲート端子は、それぞれ上述した車両制御装置６のコントローラー６１に入力されている。

第１トランジスター４１１および第２トランジスター４１２には、環流ダイオードとして第１ダイオード４１３および第２ダイオード４１４（それぞれ本発明の整流素子に該当する）が、それぞれ並列に接続されている。すなわち、第１ダイオード４１３のアノード端子が第１トランジスター４１１のエミッタ端子に接続され、カソード端子が第１トランジスター４１１のコレクタ端子に接続されている。また、第２ダイオード４１４のアノード端子が第２トランジスター４１２のエミッタ端子に接続され、カソード端子が第２トランジスター４１２のコレクタ端子に接続されている。
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。

また、第１トランジスター４１１および第２トランジスター４１２には、それぞれ第１サーミスタ４１５および第２サーミスタ４１６が設けられている。第１サーミスタ４１５および第２サーミスタ４１６はコントローラー６１に接続され、コントローラー６１において、第１トランジスター４１１および第２トランジスター４１２の温度検出を行っている。

Ｖ相スイッチ列４２も、それぞれＩＧＢＴにより形成された、第３トランジスター４２１（本発明のアッパー素子に該当する）および第４トランジスター４２２（本発明のロアー素子に該当する）を備えている。
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。

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には、環流ダイオードとして第３ダイオード４２３および第４ダイオード４２４（それぞれ本発明の整流素子に該当する）が、それぞれ並列に接続されている。
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。

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には、それぞれ第３サーミスタ４２５および第４サーミスタ４２６が設けられている。第３サーミスタ４２５および第４サーミスタ４２６は、コントローラー６１に接続され、コントローラー６１において、第３トランジスター４２１および第４トランジスター４２２の温度検出を行っている。

同様に、Ｗ相スイッチ列４３も、それぞれＩＧＢＴにより形成された、第５トランジスター４３１（本発明のアッパー素子に該当する）および第６トランジスター４３２（本発明のロアー素子に該当する）を備えている。
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。

また、第５トランジスター４３１および第６トランジスター４３２には、環流ダイオードとして第５ダイオード４３３および第６ダイオード４３４（それぞれ本発明の整流素子に該当する）が、それぞれ並列に接続されている。
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。

また、第５トランジスター４３１および第６トランジスター４３２には、それぞれ第５サーミスタ４３５および第６サーミスタ４３６が設けられている。第５サーミスタ４３５および第６サーミスタ４３６は、コントローラー６１に接続され、コントローラー６１において、第５トランジスター４３１および第６トランジスター４３２の温度検出を行っている。

車両制御装置６は、第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２のゲート端子に所定電圧を印加して作動させ、高圧バッテリー５から、モーター２の各相コイル２３１〜２３３に電力を供給する。例えば、第１トランジスター４１１および第４トランジスター４２２をオンさせることにより、高圧バッテリー５のプラス側端子から、第１トランジスター４１１、Ｕ相コイル２３１、中性点ＣＰ、Ｖ相コイル２３２、第４トランジスター４２２、高圧バッテリー５のマイナス側端子という順に電流が流れる。

また、第３トランジスター４２１および第６トランジスター４３２をオンさせることにより、高圧バッテリー５のプラス側端子から、第３トランジスター４２１、Ｖ相コイル２３２、中性点ＣＰ、Ｗ相コイル２３３、第６トランジスター４３２、高圧バッテリー５のマイナス側端子という順に電流が流れる。

車両制御装置６は、第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２のゲート端子を所定間隔でオン、オフさせて、高圧バッテリー５から、モーター２の各相コイル２３１〜２３３に交流電流を供給し、モーター２の回転をＰＷＭ制御する。尚、第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２を作動させる場合に、それぞれのゲート端子へ印加される電圧は、予め設定された所定の電圧である。

第１ダイオード４１３〜第６ダイオード４３４は、モーター２により発電を行う場合、コンバーター（変換機）のスイッチング素子として作動する。このとき、第１ダイオード４１３〜第６ダイオード４３４には、第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２に流れる場合と逆向きに電流が流れ、発電された交流電圧が直流電圧に変換されて高圧バッテリー５に充電される。

また、第１ダイオード４１３〜第６ダイオード４３４は、それぞれ第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２のスイッチング時に、各相コイル２３１〜２３３内のインダクタンスエネルギーを、負荷電流によって高圧バッテリー５に帰還させるためにも導通する。
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。

上述したコンパレータ６２１〜６２６は、いずれもオペアンプにより形成されており、演算機能、増幅機能、Ａ／Ｄ変換機能を有する。第１コンパレータ６２１、第３コンパレータ６２３および第５コンパレータ６２５の非反転入力端子は、第１トランジスター４１１、第３トランジスター４２１および第５トランジスター４３１のコレクタ端子と接続されている。
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。

さらに、第１コンパレータ６２１、第３コンパレータ６２３および第５コンパレータ６２５の反転入力端子は、それぞれ第１トランジスター４１１、第２トランジスター４２１および第３トランジスター４３１のエミッタ端子と接続されている。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の非反転入力端子は、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のコレクタ端子と接続されている。

これにより、第１コンパレータ６２１は、第１トランジスター４１１のコレクタ端子とエミッタ端子間の電圧、または、第１ダイオード４１３のアノード端子とカソード端子間の電圧（以下、電圧Ｖ１という）を検出可能に形成されている。また、第２コンパレータ６２２は、第２トランジスター４１２のコレクタ端子とエミッタ端子間の電圧、または、第２ダイオード４１４のアノード端子とカソード端子間の電圧（以下、電圧Ｖ２という）を検出可能に形成されている。

以下、同様に、第３コンパレータ６２３〜第６コンパレータ６２６は、それぞれ対応する第３トランジスター４２１〜第６トランジスター４３２のコレクタ端子とエミッタ端子間の電圧、または、第３ダイオード４２３〜第６ダイオード４３４のアノード端子とカソード端子間の電圧（以下、図２に示すように、順に電圧Ｖ３〜電圧Ｖ６という）を検出可能に形成されている。

以下、図３乃至図５に基づき、車両制御装置６による、モーター２の各相コイル２３１〜２３３に流れる電流検出の方法について説明する。図５に示すように、最初にコントローラー６１をイニシャライズし、メモリ内においてｎ＝１と設定する（ステップＳ５０１）。
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）。

電圧Ｖ１が０以上である場合、第１トランジスター４１１がオンして、第１トランジスター４１１に電流が流れていると判定される。したがって、この場合、図３に示したＩＧＢＴの電圧電流特性（コレクタ、エミッタ間電圧Ｖce−コレクタ電流Ｉc特性）に基づいて、第１トランジスター４１１に流れている電流（以下、素子電流Ｉ１という）を算出する（ステップＳ５０４）。図３に示したＩＧＢＴの電圧電流特性は、所定のゲート電圧値においてオンした時のものであり、コントローラー６１内に記憶されている。

図３に示すように、ＩＧＢＴの電圧電流特性はＩＧＢＴの温度に依存しており、コレクタ、エミッタ間電圧Ｖceが同じ値であっても、ＩＧＢＴの温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）により、異なったコレクタ電流Ｉcとなる。したがって、コントローラー６１は、第１サーミスタ４１５によって検出された第１トランジスター４１１の温度に基づいて、ＩＧＢＴの電圧電流特性を使い分けている。
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）。

一方、電圧Ｖ１が０未満である場合、上述したように第１ダイオード４１３がオンして、第１トランジスター４１１に流れる場合と反対の電流が流れていると判定される。したがって、この場合、図４に示したダイオードの順方向電圧電流特性に基づいて、第１ダイオード４１３に流れている電流（以下、素子電流Ｉ１という）を算出する（ステップＳ５０５）。図４に示したダイオードの順方向電圧電流特性は、コントローラー６１内に記憶されている。
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）。

第１コンパレータ６２１の検出電圧Ｖ１に基づいて、素子電流Ｉ１が算出されると、ｎが６以上であるか否かが判定される（ステップＳ５０６）。ｎが６以上ではないと判定されると、ｎが１だけインクリメントされ（ステップＳ５０８）、ステップＳ５０２へと戻る。
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。

素子電流Ｉ６が算出されると、ｎが６以上であると判定され（ステップＳ５０６）、素子電流Ｉ１〜Ｉ６に基づいて、各相コイル２３１〜２３３に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが演算される（ステップＳ５０７）。各相コイル２３１〜２３３に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、各々のスイッチ列４１、４２、４３に属する第１トランジスター４１１、第３トランジスター４２１、第５トランジスター４３１または第１ダイオード４１３、第３ダイオード４２３、第５ダイオード４３３に流れる電流から、同じスイッチ列４１、４２、４３に属する第２トランジスター４１２、第４トランジスター４２２、第６トランジスター４３２または第２ダイオード４１４、第４ダイオード４２４、第６ダイオード４３４に流れる電流を減算することにより求められる。

すなわち、Ｕ相コイル２３１に流れる電流Ｉｕは、演算式：Ｉｕ＝Ｉ１−Ｉ２により算出される。また、Ｖ相コイル２３２に流れる電流Ｉｖは、演算式：Ｉｖ＝Ｉ３−Ｉ４により算出される。また、Ｗ相コイル２３３に流れる電流Ｉｗは、演算式：Ｉｗ＝Ｉ５−Ｉ６により算出される。

ここで、算出された素子電流Ｉ１〜Ｉ６がＩＧＢＴの電圧電流特性に基づいて求められた場合は、上述の演算式において、求めた素子電流Ｉ１〜Ｉ６の値（正の値）をそのまま使用する。一方、算出された素子電流Ｉ１〜Ｉ６がダイオードの順方向電圧電流特性に基づいて求められた場合は、上述の演算式において、求めた素子電流Ｉ１〜Ｉ６の値（正の値）を、負の値にした上で使用する。

すなわち、例えば、素子電流Ｉ３が第３ダイオード４２３に流れた電流であった場合、Ｖ相コイル２３２に流れる電流Ｉｖは、演算式：Ｉｖ＝（−Ｉ３）−Ｉ４により求められる。また、素子電流Ｉ２が第２ダイオード４１４に流れた電流であった場合、Ｕ相コイル２３１に流れる電流Ｉｕは、演算式：Ｉｕ＝Ｉ１−（−Ｉ２）により求められる。

本実施形態によれば、車両制御装置６が、各々のスイッチ列４１〜４３に属するアッパー素子としてのトランジスター４１１、４２１、４３１またはダイオード４１３、４２３、４３３から、同じスイッチ列４１〜４３に属するロアー素子としてのトランジスター４１２、４２２、４３２またはダイオード４１４、４２４、４３４に流れる電流を減算することにより、モーター２の各相コイル２３１〜２３３に流れる電流を算出している。

これにより、電流センサーあるいはシャント抵抗等を使用することなく、低コストで小型のモーター電流検出装置にすることができる。また、シャント抵抗等による電圧降下がないため、モーター２に流れる電流が低下することがなく、十分な回転トルクを得ることができる。さらにシャント抵抗等による電力消費もなく、低消費電力化が可能になる。

また、車両制御装置６が、第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２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、第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２に流れる電流を検出することにより、第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２に流れる電流を正確に検出することができ、モーター２の各相コイル２３１〜２３３に流れる電流の検出精度を向上させることができる。

また、車両制御装置６が、第１コンパレータ６２１〜第６コンパレータ６２６の検出電圧Ｖ１〜Ｖ６が負の値である場合、第１ダイオード４１３〜第６ダイオード４３４の順方向電圧電流特性に基づき、第１ダイオード４１３〜第６ダイオード４３４に流れる電流を検出し、スイッチ列４１〜４３に属する第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２に流れる電流の代わりに、第１ダイオード４１３〜第６ダイオード４３４に流れる負値の電流を用いて、各相コイル２３１〜２３３に流れる電流を算出している。

これにより、モーター２により発電を行う場合、あるいは、第１トランジスター４１１〜第６トランジスター４３２のスイッチング時に、第１ダイオード４１３〜第６ダイオード４３４に電流が流れている場合にも、各スイッチ列４１〜４３に流れる電流を正確に検出することができ、モーター２の各相コイル２３１〜２３３に流れる電流の検出精度を向上させることができる。

また、モーター２が車両の車輪３を駆動している。これにより、通常、車両の車輪駆動用のモーターには大電流が流れるが、電流センサーを使用しないため、耐大電流用の電流センサーが不要となり、いっそう低コストのモーター電流検出装置にすることができる。

＜実施形態２＞
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）。

図７の右方に示すように、ＦＥＴ９（本発明のアッパー素子およびロアー素子に該当する）が作動している場合の等価回路は、互いに直列に接続されたスイッチ９１とオン抵抗９２とにより表される。したがって、ＦＥＴ９が所定のゲート電圧値によりオンした場合の電圧電流特性（ドレイン、ソース間電圧Ｖds−ドレイン電流Ｉd特性）は、図６に示したように線形性を有したものとなる。図６に示した電圧電流特性において、線図の傾きは１／Ｒ（但し、ＲはＦＥＴ９のオン抵抗９２の大きさを示している）であることはいうまでも無い。
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。

図３に示すように、ＦＥＴ９の電圧電流特性はＦＥＴ９の温度に依存しており、ドレイン、ソース間電圧Ｖdsが同じ値であっても、ＦＥＴ９の温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）により、異なったドレイン電流Ｉdとなる。したがって、コントローラー６１は、第１サーミスタ４１５〜第６サーミスタ４３６によって検出されたＦＥＴ９の温度に基づいて、ＦＥＴ９の電圧電流特性を使い分けている。

例えば、ＦＥＴ９の温度がＴ２である場合、第１コンパレータ６２１〜第６コンパレータ６２６の検出電圧Ｖｎ（ＦＥＴ９のドレイン、ソース間電圧Ｖdsに相当する）がＶpとすると、素子電流Ｉｎ（ドレイン電流Ｉdに相当する）はＩpと算出される（図６示）。
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。

＜他の実施形態＞
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。

本実施形態によるモーター２には回転界磁形同期機のみでなく、回転電機子形同期機も適用可能である。すなわち、本発明によって検出する電流は、ステータに巻回されたコイルの電流であっても、ローターに巻回されたコイルの電流であってもよい。
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。

インバータ装置４を形成するスイッチング素子は、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ以外に、バイポーラトランジスター、サイリスタ、ゲート・ターンオフ・サイリスタ等が使用可能である。
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。

図面中、２はモーター、３は車輪、４はインバーター装置（通電手段）、５は高圧バッテリー（電源）、６は車両制御装置（制御手段）、９はＦＥＴ（アッパー素子、ロアー素子）、２１はステータ（固定子）、２２はローター（回転子）、４１はＵ相スイッチ列（素子列）、４２はＶ相スイッチ列（素子列）、４３はＷ相スイッチ列（素子列）、２３１はＵ相コイル、２３２はＶ相コイル、２３３はＷ相コイル、４１１は第１トランジスター（アッパー素子）、４１２は第２トランジスター（ロアー素子）、４１３は第１ダイオード（整流素子）、４１４は第２ダイオード（整流素子）、４２１は第３トランジスター（アッパー素子）、４２２は第４トランジスター（ロアー素子）、４２３は第３ダイオード（整流素子）、４２４は第４ダイオード（整流素子）、４３１は第５トランジスター（アッパー素子）、４３２は第６トランジスター（ロアー素子）、４３３は第５ダイオード（整流素子）、４３４は第６ダイオード（整流素子）を示している。

Claims

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。