JP6241098B2 - In-vehicle motor controller - Google Patents

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Description

本発明は、車載用モータ制御装置に関するものである。   The present invention relates to an in-vehicle motor control device.

従来、インバータで変換された交流電流で電動モータを駆動させて走行する電動車両（例えば、ハイブリッド車や電気自動車など）において、電動モータは高電圧インバータに接続されている。この車載用モータ制御装置では、インバータのスイッチング用パワー素子の故障やモータ配線およびモータコイルの地絡などにより発生する異常を検知し、漏電、感電を防止する必要がある。このため、電動モータの電流量を検出する電流検出器を各相に設け、インバータおよび電動モータの異常検知をおこなうための各種検知方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, in an electric vehicle that travels by driving an electric motor with an alternating current converted by an inverter (for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle), the electric motor is connected to a high-voltage inverter. In this in-vehicle motor control device, it is necessary to detect an abnormality caused by a failure of a switching power element of an inverter, a grounding of a motor wiring and a motor coil, and prevent leakage and electric shock. For this reason, various detection methods for detecting an abnormality in the inverter and the electric motor by providing a current detector for detecting the current amount of the electric motor in each phase have been proposed (for example, see Patent Document 1).

特開２００７−６０８６６号公報JP 2007-60866 A

通常、このような異常検知は全相（３相）に設けた電流検出器による電流検出によっておこなっており、正常時には３相電流の合計値が０になるのに対し、何れかの相において地絡発生時は３相電流の合計値が０にならないことにより異常検知している。しかしながら、高電圧大電流のインバータにおいては、電流検出器として、例えば、ホール素子により電流経路に電流が流れることによって発生する磁束を捉えてその磁束量に基づいて電流量を非接触に測定する方法が用いられる場合がある。このため、絶縁機能を備えた高価な電流検出器が全相分必要となり、これにより周辺回路も増加し、モータ制御装置が複雑化、大型化し、コストが増大するとともに、常に３相電流を合計する演算負荷の発生によりシステム全体の効率や信頼性が低下する可能性がある。   Normally, such abnormality detection is performed by current detection using current detectors provided for all phases (three phases), and the total value of the three-phase currents is zero when normal, whereas in any phase When the entanglement occurs, an abnormality is detected because the total value of the three-phase current does not become zero. However, in a high-voltage, high-current inverter, as a current detector, for example, a method of capturing a magnetic flux generated when a current flows through a current path by a Hall element and measuring the amount of current in a non-contact manner based on the amount of the magnetic flux May be used. For this reason, an expensive current detector with an insulation function is required for all phases, which increases the number of peripheral circuits, increases the complexity and size of the motor controller, increases costs, and always adds the three-phase current. There is a possibility that the efficiency and reliability of the entire system may be reduced due to the generation of computation load.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、磁気検出素子を用いてインバータおよび電動モータの地絡検知をおこない、小型化、低コスト化できる車載用モータ制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle-mounted motor control device that can detect a ground fault of an inverter and an electric motor using a magnetic detection element, and can be reduced in size and cost. Is to provide.

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数のスイッチング素子を含み、電動モータに駆動電流を供給するインバータと、前記電動モータを駆動する直流電源に接続され前記インバータに電力を供給する電源回路と、前記インバータを制御する制御回路と、を備え、前記電源回路は、前記直流電源と前記インバータとの間の接続を開閉する電源リレーと、前記インバータに電力を供給するコンバータ部と、電流リップル吸収用の平滑コンデンサと、前記直流電源の電極に電気的に接続され、電源供給の電路となる複数のバスバーと、所定の方向において磁気成分を検出する磁気検出素子と、を備え、前記磁気検出素子は、平行に配設された正極および負極の前記バスバーの間に、前記磁気検出素子と各前記バスバーとの間の距離が等しい位置に付設され、前記磁気検出素子の抵抗変化率が減少して出力されるときに地絡発生を検出することを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a plurality of switching elements, an inverter that supplies a drive current to the electric motor, and a direct current power source that drives the electric motor, And a control circuit for controlling the inverter, wherein the power circuit opens and closes a connection between the DC power source and the inverter, and a converter supplies power to the inverter. A current ripple absorbing smoothing capacitor, a plurality of bus bars electrically connected to the electrodes of the DC power supply and serving as a power supply circuit, and a magnetic detection element for detecting a magnetic component in a predetermined direction. The magnetic detection element includes a distance between the magnetic detection element and each bus bar between the positive and negative bus bars arranged in parallel. It is attached to a position equal to the gist that you detect the ground fault occurs when the resistance change rate of the magnetic detecting element is outputted decreases.

上記構成によれば、直流電源の正負電極に電気的に接続されたバスバーの間に等距離の位置に磁気検出素子を配置したので、電源回路の負極側を流れる電流が正極側を流れる電流に比較して減少すると、磁気検出素子内を通過する磁束の磁束密度が減少して磁気検出素子から出力される抵抗値の変化が生じる。これにより、インバータ内の故障やインバータ出力部およびモータ配線などにおける地絡による漏電を検出することができる。その結果、地絡検知のための高価な絶縁タイプの電流検出器および３相の電流検出のために追加する周辺回路を削減でき、モータ制御装置を小型化、低コスト化することが可能になる。また、漏電検出のためのモータ制御装置の電流演算負荷を低減できることにより、システム全体の効率や信頼性向上にもつながる。   According to the above configuration, since the magnetic detection elements are arranged at equidistant positions between the bus bars electrically connected to the positive and negative electrodes of the DC power supply, the current flowing on the negative side of the power supply circuit is changed to the current flowing on the positive side. If the comparison is reduced, the magnetic flux density of the magnetic flux passing through the inside of the magnetic detection element is reduced, and the resistance value output from the magnetic detection element is changed. Thereby, it is possible to detect a leakage in the inverter or a ground fault in the inverter output unit and the motor wiring. As a result, an expensive insulation type current detector for ground fault detection and peripheral circuits added for three-phase current detection can be reduced, and the motor control device can be reduced in size and cost. . Further, since the current calculation load of the motor control device for detecting leakage can be reduced, the efficiency and reliability of the entire system can be improved.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車載用モータ制御装置において、前記磁気検出素子の抵抗変化率が減少して出力されるとき、前記電源リレーを遮断し、前記インバータへの電力供給を停止させることを要旨とする。上記構成によれば、磁気検出素子を用いて地絡による漏電の発生を検出したときに電源リレーを遮断することによりインバータへの電力供給を停止しインバータを保護することができる。
According to a second aspect of the present invention, in the in-vehicle motor control device according to the first aspect, when the resistance change rate of the magnetic detection element is reduced and output , the power relay is shut off and the inverter is connected to the inverter. The gist is to stop the power supply. According to the said structure, when the generation | occurrence | production of the electric leakage by a ground fault is detected using a magnetic detection element, the power supply to an inverter can be stopped and an inverter can be protected by interrupting | blocking a power supply relay.

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の車載用モータ制御装置において、前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果を用いて前記電源回路の電源電流を検出する磁電変換素子であることを要旨とする。上記構成によれば、磁気検出素子として磁気抵抗効果を用いて抵抗値の変化を検出する磁電変換素子を付設したので、非接触かつ絶縁状態で電源電流を検出し抵抗値の変化として地絡による漏電の発生を検出できインバータを保護することができる。   According to a third aspect of the present invention, in the in-vehicle motor control device according to the first or second aspect, the magnetic detection element is a magnetoelectric conversion element that detects a power supply current of the power supply circuit using a magnetoresistive effect. This is the gist. According to the above configuration, since the magnetoelectric transducer that detects the change in the resistance value using the magnetoresistive effect is attached as the magnetic detection element, the power supply current is detected in a non-contact and insulated state, and the change in the resistance value is caused by the ground fault. The occurrence of electric leakage can be detected and the inverter can be protected.

本発明によれば、磁気検出素子を用いてインバータおよび電動モータの地絡検知をおこない、小型化、低コスト化できる車載用モータ制御装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ground fault detection of an inverter and an electric motor can be performed using a magnetic detection element, and the vehicle-mounted motor control apparatus which can be reduced in size and cost can be provided.

本発明の実施形態に係る車載用モータ制御装置を搭載する車両の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the vehicle carrying the vehicle-mounted motor control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図１の車載用モータ制御装置の回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of the vehicle-mounted motor control apparatus of FIG. 本発明の実施形態に係る磁気検出素子とインバータとの概略回路構成を示す図。The figure which shows schematic circuit structure of the magnetic detection element and inverter which concern on embodiment of this invention. （ａ）は、磁気検出素子の出力を示す回路図、（ｂ）は、磁束密度と磁気検出素子の抵抗変化率との関係を示す図。(A) is a circuit diagram which shows the output of a magnetic detection element, (b) is a figure which shows the relationship between magnetic flux density and the resistance change rate of a magnetic detection element. （ａ）は、正常時のバスバーにより発生する磁束と磁気検出素子との関係を示す図、（ｂ）は、地絡発生時のバスバーにより発生する磁束と磁気検出素子との関係を示す図。(A) is a figure which shows the relationship between the magnetic flux which generate | occur | produces with the bus bar at the time of normal, and a magnetic detection element, (b) is a figure which shows the relationship between the magnetic flux which generate | occur | produces with the bus bar at the time of a ground fault, and a magnetic detection element. （ａ）は、本発明の他の実施形態に係る磁気検出素子とバスバーとの概略構成を示す図、（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る地絡発生時のバスバーにより発生する磁束と磁気検出素子との関係を示す図。(A) is a figure which shows schematic structure of the magnetic detection element and bus bar which concern on other embodiment of this invention, (b) is generate | occur | produced with the bus bar at the time of the occurrence of a ground fault concerning other embodiment of this invention. The figure which shows the relationship between magnetic flux and a magnetic detection element.

次に、本発明の実施形態に係る車両に搭載される車載用モータ制御装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車載用モータ制御装置（ＥＣＵ、以下、モータ制御装置という）１を搭載する車両の概略構成を示す図である。図１に示すように、車両（例えば、ハイブリッド車や電気自動車）は、直流電源（以下、高圧バッテリという）６と、車両コントロールユニット１６と、後輪駆動ユニット１８と、後輪１７の駆動に用いる電動モータ８を制御するモータ制御装置１とを備える。後輪駆動ユニット１８は、電動モータ８、減速機（ディファレンシャルギヤ）４、およびクラッチ５により構成されており、クラッチ５を減速機４の最終段に設置している。駆動源用の電動モータ８として、例えば、３相のブラシレスモータが使用されている。電動モータ８は、ロータコアに永久磁石を埋め込み固着させた埋込磁石型のロータを備えるＩＰＭモータや、ロータコアの表面に永久磁石を固着させた表面磁石型のロータを備えるＳＰＭモータなどの永久磁石式同期モータが使用される。 Next, an in-vehicle motor control device mounted on a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vehicle on which an in-vehicle motor control device (ECU, hereinafter referred to as a motor control device) 1 according to an embodiment of the present invention is mounted. As shown in FIG. 1, a vehicle (for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle) drives a DC power source (hereinafter referred to as a high voltage battery) 6, a vehicle control unit 16, a rear wheel drive unit 18, and a rear wheel 17. And a motor control device 1 that controls the electric motor 8 to be used. The rear wheel drive unit 18 includes an electric motor 8, a reduction gear (differential gear) 4, and a clutch 5, and the clutch 5 is installed at the final stage of the reduction gear 4. For example, a three-phase brushless motor is used as the electric motor 8 for the drive source. The electric motor 8 is a permanent magnet type such as an IPM motor including an embedded magnet type rotor in which a permanent magnet is embedded and fixed in a rotor core, and an SPM motor including a surface magnet type rotor in which a permanent magnet is fixed to the surface of the rotor core. A synchronous motor is used.

高圧バッテリ６は、高電圧（例えば、２４５Ｖなど）の直流電源で、例えば、充放電可能なニッケル水素やリチウムイオンなどの二次電池からなり、車両のリアシートの後方に配設されている。モータ制御装置１は、高圧バッテリ６から受ける直流電圧をモータ駆動回路であるインバータ３の仕様に応じて、電源回路２でさらに高電圧（例えば、５００Ｖなど）に昇圧し（あるいは、非昇圧のままで）、インバータ３に供給する。また、モータ制御装置１は、電動モータ８の回生制動時、電動モータ８が発電した電力を高圧バッテリ６に供給し充電する。モータ制御装置１は、例えば、車両のリアシート下に搭載されている。   The high-voltage battery 6 is a high-voltage (for example, 245 V) DC power source, and is composed of, for example, a chargeable / dischargeable secondary battery such as nickel metal hydride or lithium ion, and is disposed behind the rear seat of the vehicle. The motor control device 1 boosts the DC voltage received from the high-voltage battery 6 to a higher voltage (for example, 500 V, etc.) by the power supply circuit 2 according to the specifications of the inverter 3 that is a motor drive circuit (or remains unboosted) ) And supply to the inverter 3. Further, the motor control device 1 supplies and charges the high-voltage battery 6 with the electric power generated by the electric motor 8 during regenerative braking of the electric motor 8. The motor control device 1 is mounted, for example, under the rear seat of the vehicle.

さらに、モータ制御装置１は、後輪駆動ユニット１８他を制御する制御回路（信号処理回路）９を備えている。制御回路９は、低電圧（例えば，１２Ｖなど）の補助電源（以下、低圧バッテリという）７に接続され、車両の駆動を制御する車両コントロールユニット１６からＣＡＮにより指令を受け、クラッチ５を接続状態にして、電動モータ８が駆動されて発生した駆動力が後輪１７に伝達される。また、モータ制御装置１は、さらに高電圧の直流電圧が必要な場合には高圧バッテリ６の直流電圧を昇圧コンバータ１９（図２参照）により昇圧し、平滑コンデンサ１５（図２参照）により安定化させる電源回路２と、制御回路９と、インバータ３とを含んでいる。   Furthermore, the motor control device 1 includes a control circuit (signal processing circuit) 9 that controls the rear wheel drive unit 18 and the like. The control circuit 9 is connected to an auxiliary power source (hereinafter referred to as a low voltage battery) 7 having a low voltage (for example, 12V), receives a command from the vehicle control unit 16 that controls driving of the vehicle, and is connected to the clutch 5. Thus, the driving force generated by driving the electric motor 8 is transmitted to the rear wheel 17. Further, when a higher DC voltage is required, the motor control device 1 boosts the DC voltage of the high voltage battery 6 by the boost converter 19 (see FIG. 2) and stabilizes it by the smoothing capacitor 15 (see FIG. 2). The power supply circuit 2 to be operated, the control circuit 9, and the inverter 3 are included.

図２は、図１のモータ制御装置１の回路構成を示す図である。図２に示すように、モータ制御装置１は、電源リレー１４に接続された高圧バッテリ６の直流電圧を昇圧コンバータ１９により昇圧し、平滑コンデンサ１５により安定化させる電源回路２と、制御回路９と、インバータ３とを含んでいる。昇圧コンバータ１９は、例えば、図示しないリアクトル、スイッチング素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴなど）、および平滑用のコンデンサから構成されている。平滑コンデンサ１５は、高圧バッテリ６に接続された昇圧コンバータ１９の出力側の電源ラインＰ１と接地ラインＰ２との間に接続されている。平滑コンデンサ１５は電荷を蓄積し、高圧バッテリ６からインバータ３に流れる電流が不足するときには蓄積した電荷を放電する。このように、平滑コンデンサ１５は、電流リップルを吸収し電動モータ８を駆動するための電源電圧を平滑するコンデンサとして機能している。   FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the motor control device 1 of FIG. As shown in FIG. 2, the motor control device 1 boosts the DC voltage of the high voltage battery 6 connected to the power relay 14 by the boost converter 19 and stabilizes it by the smoothing capacitor 15, the control circuit 9, The inverter 3 is included. Boost converter 19 includes, for example, a reactor (not shown), a switching element (for example, a MOSFET), and a smoothing capacitor. The smoothing capacitor 15 is connected between the power supply line P1 on the output side of the boost converter 19 connected to the high voltage battery 6 and the ground line P2. The smoothing capacitor 15 accumulates charges, and discharges the accumulated charges when the current flowing from the high voltage battery 6 to the inverter 3 is insufficient. As described above, the smoothing capacitor 15 functions as a capacitor that absorbs current ripple and smoothes the power supply voltage for driving the electric motor 8.

また、電源回路２には、平滑コンデンサ１５の電荷を放電させる図示しない放電抵抗および駆動回路（例えば、ＭＯＳＦＥＴなど）と、電動モータ８の回生制動（減速）時に電力を消費させる図示しない回生抵抗およびその駆動回路（例えば、ＭＯＳＦＥＴなど）が含まれている。さらに、インバータ３のパワートランジスタ（スイッチング素子）の電源の両端には、パワートランジスタに印加されるサージ電圧を抑制しパワートランジスタを保護するスナバ用としてスナバコンデンサ（図示せず）が接続されている。ここで、平滑コンデンサ１５、またはスナバコンデンサとして、例えば、高圧大電流対応で大型のフィルムコンデンサなどが使用されている。   The power supply circuit 2 includes a discharge resistor (not shown) and a drive circuit (for example, a MOSFET) that discharge the electric charge of the smoothing capacitor 15, and a regenerative resistor (not shown) that consumes power during regenerative braking (deceleration) of the electric motor 8. The drive circuit (for example, MOSFET etc.) is included. Furthermore, a snubber capacitor (not shown) is connected to both ends of the power supply of the power transistor (switching element) of the inverter 3 for use in a snubber for suppressing a surge voltage applied to the power transistor and protecting the power transistor. Here, as the smoothing capacitor 15 or the snubber capacitor, for example, a large film capacitor capable of handling a high voltage and a large current is used.

インバータ３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のアームが電源ラインＰ１と接地ラインＰ２との間に並列に接続されている。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、電動モータ８の各相コイル（図３参照）の中性点と反対側のコイル端にそれぞれ接続されている。パワートランジスタとして、例えば、ＩＧＢＴ、または、ＭＯＳＦＥＴなどが使用されている。   The inverter 3 has U-phase, V-phase, and W-phase arms connected in parallel between the power supply line P1 and the ground line P2. And the connection point of each power transistor in each phase arm is connected to the coil end opposite to the neutral point of each phase coil (see FIG. 3) of the electric motor 8. As the power transistor, for example, an IGBT or a MOSFET is used.

さらに、モータ制御装置１には、電源リレー１４、相電流を検出する２つの相電流検出器１２、および電源電流を検出する電源電流検出器１３が接続されている。電源リレー１４は、平滑コンデンサ１５およびインバータ３をモータ制御装置１の外部に配置される高圧バッテリ６に接続するか否かを切り替える電源スイッチである。電源リレー１４は、後輪駆動ユニット１８（図１参照）の動作時にはオン状態（導通状態）、停止時にはオフ状態（非導通状態）となる。   Further, the motor control device 1 is connected with a power relay 14, two phase current detectors 12 for detecting the phase current, and a power source current detector 13 for detecting the power current. The power relay 14 is a power switch that switches whether the smoothing capacitor 15 and the inverter 3 are connected to the high voltage battery 6 disposed outside the motor control device 1. The power relay 14 is turned on (conductive state) when the rear wheel drive unit 18 (see FIG. 1) is operated, and is turned off (non-conductive state) when stopped.

制御回路９は、インバータ３に含まれる６個のパワートランジスタを制御する。より具体的には、制御回路９には、電流指令値演算に使用される各種データが入力され、電動モータ８に供給すべき３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の駆動電流（Ｕ相電流、Ｖ相電流、およびＷ相電流）の目標値（目標電流）を決定し、相電流検出器１２により検出した電流（各相電流値）を目標電流に一致させるためのＰＷＭ信号を出力する。制御回路９から出力された各相のＰＷＭ信号は、インバータ３に含まれる６個のパワートランジスタのゲート端子にそれぞれ供給されている。   The control circuit 9 controls the six power transistors included in the inverter 3. More specifically, various data used for current command value calculation are input to the control circuit 9, and a three-phase (U, V, W phase) drive current (U-phase current) to be supplied to the electric motor 8. , V-phase current, and W-phase current) target values (target currents) are determined, and PWM signals for matching the currents (phase current values) detected by the phase current detector 12 with the target currents are output. The PWM signal of each phase output from the control circuit 9 is supplied to the gate terminals of the six power transistors included in the inverter 3.

なお、制御回路９の電源となる制御電圧（例えば、１２Ｖ）は、低圧バッテリ（例えば、１２Ｖなど）７より供給され、低圧バッテリ７として補助バッテリを搭載している。あるいは、低圧バッテリ７は高圧バッテリ６からＤＣ／ＤＣコンバータなどを介して充電されていてもよい。   A control voltage (for example, 12V) serving as a power source for the control circuit 9 is supplied from a low-voltage battery (for example, 12V) 7, and an auxiliary battery is mounted as the low-voltage battery 7. Alternatively, the low voltage battery 7 may be charged from the high voltage battery 6 via a DC / DC converter or the like.

次に、図３は、本発明の実施形態に係る磁気検出素子１０とインバータ３との概略回路構成を示す図である。ここで、図３に示すように、正極（電源側）Ｐ−負極（接地側）Ｎ間の直流電圧は非昇圧（昇圧コンバータ１９を備えない）の場合を示す。   Next, FIG. 3 is a diagram showing a schematic circuit configuration of the magnetic detection element 10 and the inverter 3 according to the embodiment of the present invention. Here, as shown in FIG. 3, the DC voltage between the positive electrode (power supply side) P and the negative electrode (ground side) N is non-boosted (no boost converter 19 is provided).

図３において、電動モータ８は、３相の巻線（Ｕ相巻線８ｕ、Ｖ相巻線８ｖ、およびＷ相巻線８ｗ）を有する３相ブラシレスモータである。   In FIG. 3, the electric motor 8 is a three-phase brushless motor having three-phase windings (a U-phase winding 8u, a V-phase winding 8v, and a W-phase winding 8w).

インバータ３は、スイッチング素子として、６個のパワートランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６を含んでいる。これら６個のＭＯＳＦＥＴを２個ずつ直列に接続して形成された３つの回路（アーム）は、電源ラインＰ１と接地ラインＰ２との間に並列に設けられている。パワートランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６のそれぞれの接続点は、Ｕ相巻線８ｕ、Ｖ相巻線８ｖ、およびＷ相巻線８ｗの一端に直接接続されている。そして、電動モータ８の３相の巻線８ｕ，８ｖ，８ｗの他端は、共通の接続点（中性点）に接続されている。   Inverter 3 includes six power transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 as switching elements. Three circuits (arms) formed by connecting two of these six MOSFETs in series are provided in parallel between the power supply line P1 and the ground line P2. Each connection point of power transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 is directly connected to one end of U-phase winding 8u, V-phase winding 8v, and W-phase winding 8w. The other ends of the three-phase windings 8u, 8v, 8w of the electric motor 8 are connected to a common connection point (neutral point).

インバータ３の入力側には、電源回路２の電源リレー１４および平滑コンデンサ１５を介して高圧バッテリ６（図２参照）が接続されている。ここで、電源回路２の正極Ｐおよび負極Ｎの高圧バッテリ６との接続部は、例えば、正極Ｐ、負極Ｎ用の２つのバスバー１１により形成されている。両バスバー１１は、互いに平行に配設され、通常、同じ大きさの電流（矢印破線で示す）が逆方向に流れる。   A high voltage battery 6 (see FIG. 2) is connected to the input side of the inverter 3 via a power relay 14 and a smoothing capacitor 15 of the power circuit 2. Here, the connection part of the positive electrode P and the negative electrode N of the power supply circuit 2 to the high voltage battery 6 is formed by two bus bars 11 for the positive electrode P and the negative electrode N, for example. Both bus bars 11 are arranged in parallel to each other, and normally, currents of the same magnitude (indicated by broken arrows) flow in opposite directions.

磁気検出素子１０は磁気抵抗効果を利用した磁電変換素子であり、２つのバスバー１１の中間位置に配置される。すなわち、磁気検出素子１０−バスバー１１間距離Ｌ１，Ｌ２は、等距離（Ｌ１＝Ｌ２）に設定されており、磁気検出素子１０を通過する磁束は足し合わされ磁束密度は最大となる（１極分の磁束密度の２倍）。なお、一点鎖線で示す中間線上に配置すると、発生する磁力は正常時には同一の大きさとなる。   The magnetic detection element 10 is a magnetoelectric conversion element using a magnetoresistive effect, and is disposed at an intermediate position between the two bus bars 11. That is, the distances L1 and L2 between the magnetic detection element 10 and the bus bar 11 are set to be equal distances (L1 = L2), and the magnetic fluxes passing through the magnetic detection element 10 are added together to maximize the magnetic flux density (for one pole). Twice the magnetic flux density). In addition, when arrange | positioning on the intermediate line shown with a dashed-dotted line, the magnetic force to generate | occur | produce will become the same magnitude | size at the time of normal.

また、相電流検出用として２つの電流検出器１２（通常のモータ駆動制御においては、２相分の電流検出にておこなう）、および電源電流検出用として負極Ｎ側に１つの電流検出器１３が設けられている。   In addition, two current detectors 12 are used for phase current detection (in normal motor drive control, current detection is performed for two phases), and one current detector 13 is provided on the negative electrode N side for power supply current detection. Is provided.

次に、図４（ａ）は、磁気検出素子１０の出力を示す回路図、図４（ｂ）は、磁束密度と磁気検出素子１０の抵抗変化率との関係を示す図である。図４（ａ）に示すように、磁気検出素子１０は直流電圧（例えば、５Ｖ）Ｖｃ−グランド（０Ｖ）間に接続されて、抵抗値の変化が増幅回路２０を介して電圧Ｖｏｕｔの変化として取り出され、制御回路９内のＣＰＵ（図示せず）へ入力され処理される。ここで、図４（ｂ）に示すように、磁気検出素子１０の抵抗値の変化は、磁束密度に対して低磁場では非直線に変化（増減）する。正常時（Ａ）の磁束密度および抵抗変化率に対し、地絡発生時（Ｂ）には磁束密度が減少するのにともない抵抗変化率が減少する。   Next, FIG. 4A is a circuit diagram showing the output of the magnetic detection element 10, and FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the magnetic flux density and the resistance change rate of the magnetic detection element 10. As shown in FIG. 4A, the magnetic detection element 10 is connected between a DC voltage (for example, 5V) Vc−ground (0V), and the change in resistance value is changed as the change in the voltage Vout through the amplifier circuit 20. It is taken out and input to a CPU (not shown) in the control circuit 9 for processing. Here, as shown in FIG. 4B, the change in the resistance value of the magnetic detection element 10 changes (increases / decreases) in a non-linear manner at a low magnetic field with respect to the magnetic flux density. When the ground fault occurs (B), the resistance change rate decreases as the magnetic flux density decreases when the magnetic flux density and resistance change rate are normal (A).

次に、具体的に基板などに搭載された磁気検出素子１０の例を説明する。
図５（ａ）は、正常時のバスバー１１により発生する磁束と磁気検出素子１０との関係を示す図、図５（ｂ）は、地絡発生時のバスバー１１により発生する磁束と磁気検出素子１０との関係を示す図である。図５（ａ），（ｂ）に示すように、正極Ｐ（電源ラインＰ１）と負極Ｎ（接地ラインＰ２）とを流れる電流の向きは逆方向である。正常時にそれぞれのバスバー１１から発生する磁束（一点鎖線、および二点鎖線で示す）は、同じ大きさで方向が逆の磁力線により形成される。一方、地絡発生時に負極Ｎ側のバスバー１１から発生する磁束（二点鎖線で示す）は、地絡（漏電）により負極Ｎ側を流れる電源電流が減少するため正極Ｐ側のバスバー１１から発生する磁束（一点鎖線で示す）よりも少なくなり、磁気検出素子１０を通過する合計の磁束量が減少する。このため、磁束密度が減少し磁気検出素子１０の抵抗変化率は減少して出力されることになる。 Next, a specific example of the magnetic detection element 10 mounted on a substrate will be described.
FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the magnetic flux generated by the bus bar 11 at normal time and the magnetic detection element 10, and FIG. 5B is the magnetic flux generated by the bus bar 11 when a ground fault occurs and the magnetic detection element. FIG. As shown in FIGS. 5A and 5B, the direction of the current flowing through the positive electrode P (power supply line P1) and the negative electrode N (ground line P2) is opposite. Magnetic fluxes generated from the respective bus bars 11 at normal times (indicated by a one-dot chain line and a two-dot chain line) are formed by magnetic lines of force having the same magnitude and opposite directions. On the other hand, a magnetic flux (indicated by a two-dot chain line) generated from the negative electrode N side bus bar 11 when a ground fault occurs is generated from the positive electrode P side bus bar 11 because the power supply current flowing through the negative electrode N side decreases due to a ground fault (leakage). And the total amount of magnetic flux that passes through the magnetic detection element 10 is reduced. For this reason, the magnetic flux density is reduced, and the resistance change rate of the magnetic detection element 10 is reduced and output.

次に、上記のように構成された本実施形態に係る車載用モータ制御装置１の作用および効果について説明する。   Next, the operation and effect of the vehicle-mounted motor control device 1 according to the present embodiment configured as described above will be described.

上記構成によれば、高圧バッテリ６の正極Ｐ、負極Ｎの両電極に電気的に接続されたバスバー１１の中間位置に、すなわち、磁気検出素子１０−バスバー１１間距離Ｌ１，Ｌ２が等距離（Ｌ１＝Ｌ２）の位置に磁気検出素子１０が配置されている。磁気検出素子１０を通過する正負電極のバスバー１１を互いに逆方向に流れる電流により発生する磁束は足し合わされ、正常時には磁束密度は最大となる（１極分の磁束密度の２倍）。ここで、磁気検出素子１０として、磁気抵抗効果を利用して抵抗値の変化を検出する磁電変換素子を付設したので、電源回路２の負極Ｎ側のバスバー１１（または地絡ラインＰ２）を流れる電流が正極Ｐ側のバスバー１１（または電源ラインＰ１）を流れる電流よりも減少すると、磁気検出素子１０内を通過する磁束の磁束密度が減少して磁気検出素子１０の抵抗変化率の出力低下が生じる。磁束密度が大きい場合には抵抗変化率の出力は大きく、磁束密度が小さい低磁場では抵抗変化率の出力は微小となる。また、絶縁タイプの電流検出器と同様に、非接触かつ絶縁状態でインバータ３内部や電動モータ８の配線を流れる電流値を検出することができる。   According to the above configuration, the distances L1 and L2 between the magnetic detection element 10 and the bus bar 11 are equidistant at the intermediate position of the bus bar 11 electrically connected to both the positive electrode P and the negative electrode N of the high-voltage battery 6 ( The magnetic detection element 10 is arranged at a position of L1 = L2). Magnetic fluxes generated by currents flowing in the opposite directions of the positive and negative electrode bus bars 11 passing through the magnetic detection element 10 are added together, and the magnetic flux density is maximized in a normal state (twice the magnetic flux density of one pole). Here, since a magnetoelectric conversion element that detects a change in resistance value using the magnetoresistive effect is attached as the magnetic detection element 10, the magnetic detection element 10 flows through the bus bar 11 (or ground fault line P <b> 2) on the negative electrode N side of the power supply circuit 2. When the current is smaller than the current flowing through the bus bar 11 (or power supply line P1) on the positive electrode P side, the magnetic flux density of the magnetic flux passing through the magnetic detection element 10 is reduced, and the output of the resistance change rate of the magnetic detection element 10 is reduced. Arise. When the magnetic flux density is high, the output of the resistance change rate is large, and when the magnetic field is low and the magnetic flux density is low, the output of the resistance change rate is very small. Further, similarly to the insulation type current detector, it is possible to detect a current value flowing through the wiring of the inverter 3 and the electric motor 8 in a non-contact and insulated state.

これにより、インバータ３のパワートランジスタ（スイッチング素子、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなど）Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の故障により発生する短絡や地絡、あるいは、インバータ３の出力部、および電動モータ８の配線や巻線８ｕ，８ｖ，８ｗにおける地絡による漏電を検出することができる。このため、地絡による漏電が発生すると、電源回路２の負極Ｎ側を流れる電流が減少し電流が不均衡になるので、地絡検知時に電源リレー１４を遮断することによりインバータ３への電力供給を停止しインバータ３を保護することができる。   As a result, the power transistor (switching element, eg, IGBT, MOSFET, etc.) of the inverter 3 Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, a short circuit or a ground fault, or the output part of the inverter 3 and the electric motor It is possible to detect a leakage due to a ground fault in the wiring of the motor 8 and the windings 8u, 8v, and 8w. For this reason, when a ground leakage occurs, the current flowing through the negative electrode N side of the power supply circuit 2 decreases and the current becomes unbalanced. Therefore, the power supply relay 14 is cut off when the ground fault is detected, thereby supplying power to the inverter 3. Can be stopped and the inverter 3 can be protected.

その結果、地絡検知のための高価な絶縁タイプの電流検出器や３相の電流検出のために追加する周辺回路を削減することができ、モータ制御装置１の大型化やコストの増加を抑制することが可能になる。また、漏電検出のためのＣＰＵの電流演算の負荷を低減できることにより、モータ制御装置１やシステム全体の効率や信頼性向上にもつなげることができる。   As a result, it is possible to reduce expensive insulation-type current detectors for ground fault detection and peripheral circuits added for three-phase current detection, and suppress increase in size and cost of the motor control device 1. It becomes possible to do. In addition, since the load of CPU current calculation for detecting leakage can be reduced, the efficiency and reliability of the motor control device 1 and the entire system can be improved.

以上のように、本発明の実施形態によれば、磁気検出素子を用いてインバータおよび電動モータの地絡検知をおこない、小型化、低コスト化できる車載用モータ制御装置を提供できる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a vehicle-mounted motor control device that can detect a ground fault of an inverter and an electric motor using a magnetic detection element, and can be reduced in size and cost.

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。   As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention can also be implemented with another form.

上記実施形態では、磁気検出素子１０をインバータ３および電動モータ８の地絡検知に用いた例について説明したが、これに限らず、電源回路２の過電流を検出する電源電流検出器１３やモータ相電流を検出する相電流検出器１２の代用としても使用することができる。   In the above embodiment, the example in which the magnetic detection element 10 is used for ground fault detection of the inverter 3 and the electric motor 8 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the power source current detector 13 and the motor that detect the overcurrent of the power source circuit 2 are described. It can also be used as a substitute for the phase current detector 12 for detecting the phase current.

上記実施形態では、地絡検知用として磁気検出素子１０を用いる場合を説明したが、これに限らず、他の異常検知（例えば、車両の衝突検知など）に使用することが可能である。これにより、小型で安価な検出器を構成することができる。   In the above embodiment, the case where the magnetic detection element 10 is used for ground fault detection has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be used for other abnormality detection (for example, vehicle collision detection). Thereby, a small and inexpensive detector can be configured.

上記実施形態では、正負電極Ｐ，Ｎ用の２つのバスバー１１を平行に配設して、それぞれのバスバー１１を電流が逆方向に流れる場合について説明したが、これに限らず、電流が同じ方向に流れるように、バスバー１１を構造上、逆に配置してもよい。図６（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る磁気検出素子１０とバスバー１１との概略構成を示す図、図６（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る地絡発生時のバスバー１１により発生する磁束と磁気検出素子１０との関係を示す図である。図６（ａ）に示すように、正負両極側のバスバー１１は同じ方向に電流（矢印破線で示す）が流れるように配置され、磁気検出素子１０は一点鎖線で示す２つのバスバー１１の中間線上に配置される。   In the above embodiment, the case where the two bus bars 11 for the positive and negative electrodes P and N are arranged in parallel and the current flows through the respective bus bars 11 in the reverse direction has been described. The bus bar 11 may be reversely arranged in terms of structure so that FIG. 6A is a diagram showing a schematic configuration of a magnetic detection element 10 and a bus bar 11 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a diagram showing a ground fault occurrence according to another embodiment of the present invention. It is a figure which shows the relationship between the magnetic flux generated by the bus bar 11 at the time, and the magnetic detection element 10. As shown in FIG. 6A, the positive and negative bipolar bus bars 11 are arranged so that currents (shown by broken arrows) flow in the same direction, and the magnetic detection element 10 is on the middle line of the two bus bars 11 indicated by the one-dot chain line. Placed in.

これにより、正常時には正極Ｐ側と負極Ｎ側とを同じ大きさの電流が同じ方向に流れるので、それぞれのバスバー１１から発生する磁束は、同じ大きさで方向が同じ磁力線により形成される。その結果、磁気検出素子１０を通過する磁束は互いに打ち消し合い、磁束密度は最小（０近傍）となる。一方、図６（ｂ）に示すように、地絡発生時に負極Ｎ側のバスバー１１から発生する磁束は、地絡により負極Ｎ側を同じ方向に流れる電流が減少するため、正極Ｐ側のバスバー１１から同じ方向に発生する磁束よりも少なくなる。このため、磁気検出素子１０を通過する合計の磁束量が増加する。その結果、正常時の磁束密度および抵抗変化率に対し、図４（ｂ）で示した関係とは逆に、地絡発生時には磁束密度が増加するのにともない磁気検出素子１０の抵抗変化率は増加して出力されることになる。   As a result, since currents of the same magnitude flow in the same direction on the positive electrode P side and the negative electrode N side in the normal state, magnetic fluxes generated from the respective bus bars 11 are formed by magnetic lines of force having the same magnitude and the same direction. As a result, the magnetic fluxes passing through the magnetic detection element 10 cancel each other, and the magnetic flux density is minimized (near 0). On the other hand, as shown in FIG. 6B, the magnetic flux generated from the bus bar 11 on the negative electrode N side when a ground fault occurs reduces the current flowing in the same direction on the negative electrode N side due to the ground fault. 11 and less than the magnetic flux generated in the same direction. For this reason, the total amount of magnetic flux passing through the magnetic detection element 10 increases. As a result, with respect to the normal magnetic flux density and resistance change rate, the resistance change rate of the magnetic detection element 10 is increased as the magnetic flux density increases when a ground fault occurs, contrary to the relationship shown in FIG. Increased output.

上記実施形態では、平行に配設されたバスバー１１を用いて磁気検出素子１０により地絡検知する場合について例を示したが、これに限らず、他の配線部材（例えば、電線など）を使用して構成してもよい。   In the said embodiment, although the example was shown about the case where a ground fault detection is carried out by the magnetic detection element 10 using the bus bar 11 arrange | positioned in parallel, not only this but another wiring member (for example, electric wire etc.) is used. You may comprise.

上記実施形態では、磁気検出素子１０を車両の後輪駆動ユニット１８用のインバータ３に用いた例を示したが、これに限らず、例えば、電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置などのインバータ、あるいは、他の車載用電力変換装置に使用するようにしてもよい。   In the above embodiment, the example in which the magnetic detection element 10 is used in the inverter 3 for the rear wheel drive unit 18 of the vehicle is shown. However, the present invention is not limited to this, for example, an inverter such as an electric power steering device or an electric brake device, or It may be used for other in-vehicle power converters.

１：モータ制御装置（ＥＣＵ）、２：電源回路、３：インバータ、４：減速機、
５：クラッチ、６：高圧バッテリ（直流電源）、７：低圧バッテリ、８：電動モータ、
８ｕ，８ｖ，８ｗ：モータ巻線、９：制御回路、１０：磁気検出素子、１１：バスバー、１２：相電流検出器、１３：電源電流検出器、１４：電源リレー、１５：平滑コンデンサ、１６：車両コントロールユニット、１７：後輪、１８：後輪駆動ユニット、
１９：昇圧コンバータ（コンバータ部）、２０：増幅回路、
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６：パワートランジスタ（スイッチング素子）、
Ｐ：正極、Ｎ：負極、Ｐ１：電源ライン、Ｐ２：接地ライン、Ｖｃ：制御電圧、
Ｖｏｕｔ：磁気検出素子出力電圧、Ｌ１，Ｌ２：磁気検出素子−バスバー間距離 1: Motor control unit (ECU) 2: Power supply circuit 3: Inverter 4: Reducer
5: clutch, 6: high voltage battery (DC power supply), 7: low voltage battery, 8: electric motor,
8u, 8v, 8w: motor winding, 9: control circuit, 10: magnetic detection element, 11: bus bar, 12: phase current detector, 13: power supply current detector, 14: power supply relay, 15: smoothing capacitor, 16 : Vehicle control unit, 17: rear wheel, 18: rear wheel drive unit,
19: Boost converter (converter unit), 20: Amplifier circuit,
Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6: power transistors (switching elements),
P: positive electrode, N: negative electrode, P1: power supply line, P2: ground line, Vc: control voltage,
Vout: magnetic detection element output voltage, L1, L2: distance between magnetic detection element and bus bar

Claims (3)

複数のスイッチング素子を含み、電動モータに駆動電流を供給するモータ駆動回路と、
前記電動モータを駆動する直流電源に接続され前記モータ駆動回路に電力を供給する電源回路と、
前記モータ駆動回路を制御する制御回路と、を備え、
前記電源回路は、
前記直流電源と前記モータ駆動回路との間の接続を開閉する電源リレーと、
前記モータ駆動回路に電力を供給するコンバータ部と、
電流リップル吸収用の平滑コンデンサと、
前記直流電源の電極に電気的に接続され、電源供給の電路となる複数のバスバーと、
所定の方向において磁気成分を検出する磁気検出素子と、を備え、
前記磁気検出素子は、
平行に配設された正極および負極の前記バスバーの間に、前記磁気検出素子と各前記バスバーとの間の距離が等しい位置に付設され、前記磁気検出素子の抵抗変化率が減少して出力されるときに地絡発生を検出することを特徴とする車載用モータ制御装置。 A motor drive circuit including a plurality of switching elements and supplying a drive current to the electric motor;
A power supply circuit connected to a DC power supply for driving the electric motor and supplying power to the motor drive circuit;
A control circuit for controlling the motor drive circuit,
The power supply circuit is
A power relay that opens and closes a connection between the DC power source and the motor drive circuit;
A converter for supplying power to the motor drive circuit;
A smoothing capacitor for absorbing current ripple;
A plurality of bus bars that are electrically connected to the electrodes of the DC power source and serve as a power supply circuit;
A magnetic detection element for detecting a magnetic component in a predetermined direction,
The magnetic detection element is
Between the positive and negative bus bars arranged in parallel, the distances between the magnetic detection elements and the bus bars are equal to each other, and the resistance change rate of the magnetic detection elements is reduced and output. vehicle motor control apparatus characterized that you detect the ground fault occurs Rutoki. 請求項１に記載の車載用モータ制御装置において、
前記磁気検出素子の抵抗変化率が減少して出力されるとき、前記電源リレーを遮断し、前記モータ駆動回路への電力供給を停止させることを特徴とする車載用モータ制御装置。 In the vehicle-mounted motor control device according to claim 1,
When the resistance change rate of the magnetic detection element decreases and is output , the power supply relay is cut off and the power supply to the motor drive circuit is stopped. 請求項１または２に記載の車載用モータ制御装置において、
前記磁気検出素子は、磁気抵抗効果を用いて前記電源回路の電源電流を検出する磁電変換素子であることを特徴とする車載用モータ制御装置。 The in-vehicle motor control device according to claim 1 or 2,
The on-vehicle motor control device, wherein the magnetic detection element is a magnetoelectric conversion element that detects a power supply current of the power supply circuit using a magnetoresistive effect.
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