專利名稱：電動機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機(jī)控制裝置，例如涉及用于確定系統(tǒng)內(nèi)的短路故 障位置的電動機(jī)控制裝置。
背景技術(shù)：
作為以往的電動機(jī)控制裝置，有如下裝置在逆變器的直流部中 設(shè)置電流檢測器，根據(jù)使逆變器的開關(guān)元件成為ON的診斷模式 (pattern)、和直流部的電流檢測值，確定短路故障位置(例如參照 專利文獻(xiàn)l)。
另外，作為其他以往的電動機(jī)控制裝置，有如下裝置在電機(jī) (motor)與逆變器之間的布線中設(shè)置電流檢測器，根據(jù)向開關(guān)元件 的ON信號與電流檢測器的檢測值，確定短路故障的開關(guān)元件(例如 參照專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)l:日本特許3108964號7〉才艮
專利文獻(xiàn)2:日本特開平06 - 22446號公報
但是，在上述專利文獻(xiàn)l那樣的例子中，由于在直流部中進(jìn)行電 流檢測，所以無法掌握各相的電流，所以無法詳細(xì)得知電流路徑，故 障位置的確定精度惡化。例如，在開關(guān)元件發(fā)生了短路故障時、或者 電機(jī)與逆變器之間的布線產(chǎn)生了接地短路(short circuit to ground) 或電源短路(short circuit to power)時，在由于某種外力、故障前的 電機(jī)自身的旋轉(zhuǎn)慣性力持續(xù)，而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下，通過與電機(jī)的 旋轉(zhuǎn)相伴的反電動勢經(jīng)由短路位置而流過不期待的電流，由于該電流 而有可能錯誤地確定。
在專利文獻(xiàn)2那樣的例子中，由于在電機(jī)與逆變器之間的布線中 檢測電流，所以例如在確定短路故障的開關(guān)元件的情況下，也僅能檢
4測經(jīng)由電機(jī)繞組的電流，所以由于繞組電感的影響而電流響應(yīng)中需要 較長的時間，其結(jié)果，在短路位置確定中需要較長的時間。另外，有 由于該電流而發(fā)生不期望的電機(jī)扭矩這樣的問題。另外，由于與專利 文獻(xiàn)l同樣地未考慮電機(jī)發(fā)生反電動勢的情況，所以在開關(guān)元件發(fā)生 了短路故障時、或者電機(jī)與逆變器之間的布線產(chǎn)生了接地短路或電源 短路時，有可能將由于電機(jī)的反電動勢引起的電流錯誤地判定為短路 電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述那樣的以往例子中的問題點而完成的，其目的 在于提供一種電動機(jī)控制裝置，在系統(tǒng)中發(fā)生了短路故障的情況下， 可以迅速且正確地確定短路故障位置。
本發(fā)明的電動機(jī)控制裝置具備電流控制單元，根據(jù)與電動機(jī)發(fā) 生的扭矩的目標(biāo)值相當(dāng)?shù)呐ぞ仉娏髦噶睢⑸鲜鲭妱訖C(jī)的各相中流過的 電流，決定各相電壓指令；開關(guān)元件驅(qū)動電路，根據(jù)來自上述電流控 制單元的各相電壓指令，向逆變器指示開關(guān)操作；逆變器，接收來自 上述開關(guān)元件驅(qū)動電路的開關(guān)操作信號，使用各相中具備的開、關(guān)元 件，向上述電動機(jī)的各相施加電壓，從而使電流流過上述電動機(jī)的各 相而驅(qū)動上述電動機(jī)；電流檢測器，與上述逆變器的各相的開關(guān)元件 分別串聯(lián)配置；以及短路位置確定單元，存儲表示使上述逆變器的開 關(guān)元件成為ON的規(guī)定組合的測試模式，根據(jù)該測試模式與作為該測 試模式的響應(yīng)而由上述電流檢測器檢測的各相的電流檢測值，確定短 路故障位置。
根據(jù)本發(fā)明，由于在各相中分別將電流檢測器與開關(guān)元件串聯(lián)地 配置，所以可以詳細(xì)地掌握電流路徑，并且可以根據(jù)不經(jīng)由電機(jī)繞組 的響應(yīng)快速的電流來判定，所以可以在短時間內(nèi)正確地確定短路故障 位置。


圖l是示出本發(fā)明的實施方式l的電動機(jī)控制裝置的整體結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是示出圖1的短路位置確定單元28的動作內(nèi)容的流程圖。 圖3是示出本發(fā)明的實施方式1~3的測試模式的圖。 圖4是示出本發(fā)明的實施方式1~3的測試模式的圖。 圖5是示出圖2中的上側(cè)開關(guān)測試的內(nèi)容的流程圖。 圖6是示出圖2中的下側(cè)開關(guān)測試的內(nèi)容的流程圖。 圖7是示出圖1的短路位置確定單元28的動作內(nèi)容的流程圖， 且是代替圖2的流程圖。
圖8是說明在本發(fā)明的實施方式2中反電動勢發(fā)生時的課題的電路圖。
時的電流波形的圖，(a)是U相上側(cè)開關(guān)元件的短路故障時的說明 圖，(b)是V上側(cè)開關(guān)元件的短路故障時的說明圖，(c)是W相 上側(cè)開關(guān)元件的短路故障時的說明圖。
圖10是說明在本發(fā)明的實施方式2中負(fù)向旋轉(zhuǎn)中的反電動勢發(fā) 生時的電流波形的圖，(a)是U相上側(cè)開關(guān)元件的短路故障時的說 明圖，(b)是V上側(cè)開關(guān)元件的短路故障時的說明圖，(c)是W 相上側(cè)開關(guān)元件的短路故障時的說明圖。
圖11是示出本發(fā)明的實施方式2中的下側(cè)開關(guān)測試的內(nèi)容的流程圖。
圖12是示出本發(fā)明的實施方式2中的U相下側(cè)開關(guān)測試的內(nèi)容 的流程圖。
圖13是示出本發(fā)明的實施方式3中的短路位置確定單元的動作
內(nèi)容的流程圖。
圖14是示出本發(fā)明的實施方式3的測試模式的圖。
圖15是本發(fā)明的實施方式4的電動助力轉(zhuǎn)向裝置(electric power
steering apparatus )的概略結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
在本說明書中，以將電動機(jī)應(yīng)用于三相無刷電機(jī)的情況為例子進(jìn) 行說明，但本發(fā)明不限于此，而也可以使用于利用多相交流進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動的電動才幾。
實施方式1
圖l是示出本發(fā)明的實施方式l的電動機(jī)控制裝置的整體結(jié)構(gòu)的
框圖。電動機(jī)控制裝置1對作為具備U、 V、 w相這三相繞組的電動 機(jī)的無刷電機(jī)(以下還稱為電機(jī))2進(jìn)行控制。該電動機(jī)控制裝置1 接收來自對電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測的電機(jī)角度傳感器3的信號， 利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度檢測電路21計算出電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)角度。另外，該 電動機(jī)控制裝置1利用電流檢測器CT1、 CT2、 CT3，對電機(jī)2的各 相中流過的電流進(jìn)行檢測。
電動機(jī)控制裝置1具備根據(jù)與電機(jī)扭矩的目標(biāo)值相當(dāng)?shù)呐ぞ仉?流指令(以下還稱為q軸電流指令)、電機(jī)各相的檢測電流、電機(jī)旋 轉(zhuǎn)角度決定三相電壓指令的電流控制單元23;對來自電流控制單元 23的三相電壓指令進(jìn)行PWM調(diào)制而向逆變器25指示開關(guān)操作的開 關(guān)元件驅(qū)動電路24;從開關(guān)元件驅(qū)動電路24接收開關(guān)操作信號而實 現(xiàn)由FET構(gòu)成的開關(guān)元件UP、 UN、 VP、 VN、 WP、 WN的斬波器 控制，利用從電池4供給的電力，使電流流過電機(jī)2的各相的逆變器 25。另外，電流控制單元23可以根據(jù)扭矩電流指令與電機(jī)各相的檢 測電流來決定三相電壓指令，而并不一定需要電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。
利用從逆變器25向電機(jī)2的各相中流過的電流，電機(jī)2發(fā)生電 機(jī)扭矩。而且，電流檢測器CT1、 CT2、 CT3與各相的開關(guān)元件分別 串聯(lián)地配置。在本實施方式l中，在下側(cè)開關(guān)元件UN、 VN、 WN的 接地側(cè)串聯(lián)地配置。另外，針對各開關(guān)元件UP、 UN、 VP、 VN、 WP、 WN,分別并聯(lián)地配置有二極管DUP、 D麗、DVP、 DVN、而P、 DWN。其是以保護(hù)開關(guān)元件為目的而一般地配置的。
另外，電動機(jī)控制裝置l具備對三相平均的電機(jī)平均電壓進(jìn)行 檢測的電機(jī)端子電壓檢測單元26;根據(jù)各相的檢測電流、電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度、利用電機(jī)端子電壓檢測單元26檢測出的三相平均的電機(jī)平均電 壓VM，判定逆變器25或電機(jī)2是否正常的異常檢測單元27。該異 常檢測結(jié)構(gòu)例如也可以使用日本特開2003-348卯0號公報或日本特 許第3556678號公報所示的方法等。
而且，電動機(jī)控制裝置1具備短路位置確定單元28,該短路位 置確定單元28存儲表示使逆變器25的開關(guān)元件成為ON的規(guī)定組合 的測試模式，在異常檢測單元27中判定為異常的情況下動作，如后 所述，根據(jù)電機(jī)平均電壓、上述測試模式與作為其響應(yīng)而流過的各相 的檢測電流，確定發(fā)生短路故障的開關(guān)元件。如果由短路位置確定單 元28確定了短路故障位置，則采用僅對發(fā)生了故障的相停止驅(qū)動等 措施，防止開關(guān)元件的燒損，并使用正常的相作為非常時運(yùn)轉(zhuǎn)而繼續(xù) 運(yùn)轉(zhuǎn)。
接下來，對短路位置確定單元28進(jìn)行說明。在異常檢測單元27 中，判定為在逆變器25或電機(jī)2中發(fā)生了某種異常的情況下，短路 位置確定單元28開始圖2所示那樣的動作。首先，使所有作為開關(guān) 元件的FET成為OFF (步驟S10 )。
接下來，在步驟S11中，將由電機(jī)端子電壓檢測單元26檢測的 電機(jī)平均電壓VM與規(guī)定的閾值進(jìn)行比較。其結(jié)果，在與規(guī)定的閾值 相比電動機(jī)平均電壓VM小的時間持續(xù)了規(guī)定時間以上的情況下，由 于存在逆變器25的下側(cè)的開關(guān)元件(UN、 VN、 WN)中的某一個發(fā) 生短路故障的疑問，所以實施圖3所示的上側(cè)開關(guān)測試(步驟S12)。
在步驟Sll中，在與規(guī)定的閾值相比電機(jī)平均電壓VM大的時 間持續(xù)了規(guī)定時間以上的情況下，由于存在上側(cè)的開關(guān)元件(UP、 VP、 WP)中的某一個發(fā)生短路故障的疑問，所以實施圖4所示的下 側(cè)開關(guān)測試(步驟S13)。
在進(jìn)行這些開關(guān)測試的結(jié)果，在可以確定短路故障位置的情況 下，執(zhí)行異常時對應(yīng)控制(步驟S14以及S15)。此處，異常時對應(yīng) 控制是指，例如采用僅對發(fā)生了故障的相停止驅(qū)動等措施，防止開關(guān) 元件的燒損，使用正常的相作為非常時運(yùn)轉(zhuǎn)而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在無法確定短路故障位置的情況下，停止控制。
此處，作為表示使逆變器25的開關(guān)元件成為ON的規(guī)定組合的 開關(guān)測試的測試模式，上述短路位置確定單元28存儲使逆變器25的 各相的上側(cè)或下側(cè)中的某一個開關(guān)元件成為ON,并且使其他開關(guān)元 件成為OFF,而確定短路故障的測試模式。
圖3示出面向下側(cè)開關(guān)元件的短路故障的測試模式，作為模式 UP，僅^f吏開關(guān)元件UP成為ON，〗吏其他開關(guān)元件成為OFF,而確定 短路故障，同樣地，作為模式VP,僅使開關(guān)元件VP成為ON，使其 他開關(guān)元件成為OFF,而確定短路故障，作為才莫式WP，僅使開關(guān)元 件WP成為ON, Y吏其他開關(guān)元件成為OFF,而確定短路故障。
另外，圖4示出面向上側(cè)開關(guān)元件的短路故障的測試模式，作為 模式UN，僅使開關(guān)元件UN成為ON,使其他開關(guān)元件成為OFF, 而確定短路故障，同樣地，作為模式VN，僅使開關(guān)元件VN成為ON， 使其他開關(guān)元件成為OFF，而確定短路故障，作為模式WN，僅使開 關(guān)元件WN成為ON，使其他開關(guān)元件成為OFF,而確定短路故障。
接下來，參照圖5對上述步驟S12中的上側(cè)開關(guān)測試進(jìn)行說明。 在以下說明中，對于各相的電流的符號，在圖l中將電流從下向上流 過各電流檢測器的情況設(shè)為正。首先，使開關(guān)元件UP臨時成為ON (步驟S21 )，利用電流檢測器CT1對U相電流進(jìn)行檢測(步驟S22 )， 立即使開關(guān)元件UP成為OFF (步驟S23 )。將該U相電流檢測值存 儲為IU。另外，也可以將該測試執(zhí)行多次，而將電流檢測值的平均值 或最大值設(shè)為IU。
在步驟S24中，判定IU的符號是否為負(fù)、且大小是否大于表示 過電流的規(guī)定值。在滿足該條件的情況下，判斷為U相下側(cè)開關(guān)元件 UN發(fā)生了短路故障(步驟S25)。另外，也可以在步驟S22中，不 僅是U相電流，而且還檢測V相、W相電流，分別存儲為IV、 IW, 將步驟S24的判定條件設(shè)為IU的符號為負(fù)、且大小大于表示過電流 的規(guī)定值、并且IV與IW的大小都小于表示正常值的規(guī)定值。
對于V相、W相也進(jìn)行同樣的處理。對于V相在步驟S26 步
9驟S30中示出。使開關(guān)元件VP臨時成為ON,利用電流檢測器CT2 對V相電流進(jìn)行檢測，立即^f吏開關(guān)元件VP成為OFF,將該V相電 流檢測值設(shè)為IV并存儲。另外，也可以將該測試執(zhí)行多次，而將電 流檢測值的平均值或最大值設(shè)為IV。
在步驟S29中，判定IV的符號是否為負(fù)、且大小是否大于表示 過電流的規(guī)定值。在滿足該條件的情況下，判斷為開關(guān)元件VN發(fā)生 了短路故障(步驟S30)。另外，也可以在步驟S27中，不僅是V相 電流，而且還檢測U相、W相電流，分別存儲為IU、 IW，將步驟 S29的判定條件設(shè)為IV的符號為負(fù)、且大小大于表示過電流的規(guī)定 值、并且IU與IW的大小都小于表示正常值的規(guī)定值。
對于W相在步驟S31 步驟S35中示出。4吏開關(guān)元件WP臨時 成為ON，利用電流檢測器CT3對W相電流進(jìn)4亍檢測，立即4吏開關(guān) 元件WP成為OFF,將該W相電流檢測值設(shè)為IW并存儲。另外， 也可以將該測試執(zhí)行多次，而將電流檢測值的平均值或最大值設(shè)為 IW。
在步驟S34中，判定IW的符號是否為負(fù)、且大小是否大于表示 過電流的規(guī)定值。在滿足該條件的情況下，判斷為開關(guān)元件WN發(fā)生 了短路故障(步驟S35)。另外，也可以在步驟S32中，不僅是W相 電流，而且還檢測U相、V相電流，分別存儲為IU、 IV，將步驟S34 的判定條件設(shè)為IW的符號為負(fù)、且大小大于表示過電流的規(guī)定值、 并且IU與IV的大小都小于表示正常值的規(guī)定值。
接下來，參照圖4對上述步驟S13中的下側(cè)開關(guān)測試進(jìn)行說明。 首先，使開關(guān)元件UN臨時成為ON (步驟S41)，利用電流檢測器 CT1對U相電流進(jìn)行檢測(步驟S42 ),立即使開關(guān)元件UN成為 OFF(步驟S43)。將該U相電流檢測值設(shè)為IU并存儲。另外，也 可以將該測試執(zhí)行多次，而將電流檢測值的平均值或最大值設(shè)為IU。
在步驟S44中，判定IU的符號是否為負(fù)、且大小是否大于表示 過電流的規(guī)定值。在滿足該條件的情況下，判斷為U相上側(cè)開關(guān)元件 UP發(fā)生了短路故障(步驟S45)。另外，也可以在步驟S42中，不僅是U相電流，而且還檢測V相、W相電流，分別存儲為IV、 IW， 將步驟S44的判定條件設(shè)為IU的符號為負(fù)、且大小大于表示過電流 的規(guī)定值、并且IV與IW的大小都小于表示正常值的規(guī)定值。
接下來，對于V相、W相也進(jìn)行同樣的處理。對于V相在步驟 S46 步驟S50中示ttj。 4吏開關(guān)元件VN臨時成為ON，利用電流檢測 器CT2對V相電流進(jìn)行檢測，立即使開關(guān)元件VN成為OFF，將該 V相電流檢測值設(shè)為IV并存儲。另外，也可以將該測試執(zhí)行多次， 而將電流檢測值的平均值或最大值設(shè)為IV。
在步驟S49中，判定IV的符號是否為負(fù)、且大小是否大于表示 過電流的規(guī)定值。在滿足該條件的情況下，判斷為開關(guān)元件VP發(fā)生 了短路故障(步驟S50)。另外，也可以在步驟S47中，不僅是V相 電流，而且還檢測U相、W相電流，分別存儲為IU、 IW，將步驟 S49的判定條件設(shè)為IV的符號為負(fù)、且大小大于表示過電流的規(guī)定 值、并且IU與IW的大小都小于表示正常值的規(guī)定值。
對于W相在步驟S51 步驟S55中示出。使開關(guān)元件WN臨時 成為ON，利用電流檢測器CT3對W相電流進(jìn)行檢測，立即使開關(guān) 元件WN成為OFF，將該W相電流檢測值設(shè)為IW并存儲。另外， 也可以將該測試執(zhí)行多次，而將電流檢測值的平均值或最大值"i殳為 IW。
在步驟S54中，判定IW的符號是否為負(fù)、且大小是否大于表示 過電流的規(guī)定值。在滿足該條件的情況下，判斷為開關(guān)元件WP發(fā)生 了短路故障(步驟S55)。另外，也可以在步驟S52中，不僅是W相 電流，而且還檢測U相、V相電流，分別存儲為IU、 IV，將步驟S54 的判定條件設(shè)為IW的符號為負(fù)、且大小大于表示過電流的規(guī)定值、 并且IU與IV的大小都小于表示正常值的規(guī)定值。
在上述開關(guān)測試中，需要考慮電流的響應(yīng)時間來決定使各開關(guān)元 件從ON到OFF的時間。例如，假設(shè)現(xiàn)在V相的下側(cè)開關(guān)元件VN 發(fā)生了短路故障。此時，在使開關(guān)元件VP成為ON時，形成從電源 4的正極經(jīng)由開關(guān)元件VP與VN、電流檢測器CT2返回電源負(fù)極的
ii閉合回路。該閉合回路的阻抗由于僅為開關(guān)元件的ON電阻、電流檢 測器、布線的微小的阻抗，所以流過的電流非常大，并且響應(yīng)延遲也 極小。利用^f吏開關(guān)元件成為ON的V相的電流檢測器CT2檢測這樣 的電流值。
另一方面，在同樣地V相的下側(cè)開關(guān)元件VN發(fā)生了短路故障 時，即使使U相上側(cè)的開關(guān)元件UP成為ON，在U相的電流檢測器 CT1中也不流過電流。其原因為，不存在包括電流檢測器CT1的閉 合回路。另夕卜，在V相的上側(cè)開關(guān)元件VP發(fā)生了短路故障的情況下， 在4吏U相下側(cè)開關(guān)元件UN成為ON時，形成從電源4的正極經(jīng)由開 關(guān)元件VP、電機(jī)2的繞組、開關(guān)元件UN、電流檢測器CT1返回電 源負(fù)極的閉合回路，但經(jīng)由電機(jī)2的繞組的電流由于繞組電感而需要 較長的響應(yīng)時間。其原因為， 一般，電機(jī)繞組與逆變器電路內(nèi)的阻抗 相比，電感分量非常大，在電流的響應(yīng)中，與不包括電機(jī)繞組的逆變 器內(nèi)的閉合回路相比，需要非常長的時間。如果將在開關(guān)測試中成為 ON的時間-沒定得充分短，則不會響應(yīng)這樣的電流。
因此，將在開關(guān)測試中使開關(guān)元件成為ON的時間設(shè)定成為了響 應(yīng)逆變器電路內(nèi)的非常小的阻抗的短路路徑而充分的非常短的時間 即可。另外，通過這才豐地設(shè)定，可以避免在電才幾繞組中流過多佘的電流。
另外，上述短路位置確定單元28也可以代替圖2而按照圖7所 示那樣的流程圖。首先，使所有開關(guān)元件成為OFF (步驟S10)。接 下來，實施圖5所示的上側(cè)開關(guān)測試(步驟S12)，之后，實施圖6 所示的下側(cè)開關(guān)測試(步驟S13)。步驟S12與步驟S13的順序也可 以相反。但是，與圖7相比，在圖2所示的方法中，可以限定所執(zhí)行 的模式，所以可以縮短在短路位置確定中所需的時間。
如上所述，根據(jù)本實施方式l，利用短路故障確定單元28，存儲 表示使逆變器25的開關(guān)元件成為ON的組合的測試模式，根據(jù)該測 試模式與作為其響應(yīng)而在電流檢測器CT1 CT3中流過的各相的電 流檢測值來確定短路故障位置，所以在電機(jī)2的繞組中幾乎不流過電流，而可以確定短路故障位置，可以不輸出未期望的電機(jī)扭矩。另夕卜，
可以縮短在短路位置的確定中所需的時間。而且，并非在與電源4連 接的直流部中檢測電流，而在各相中分別檢測，詳細(xì)地掌握電流路徑， 而確定短路故障位置，所以可以實現(xiàn)正確的確定。
另外，特別地，由于針對各相分別將電流檢測器CT1 CT3與 開關(guān)元件串聯(lián)地配置，所以可以詳細(xì)地掌握電流路徑，并且可以根據(jù) 不經(jīng)由電4幾繞組的響應(yīng)快的電流來判斷，所以可以在短時間內(nèi)正確地 確定短路故障位置。
而且，短路故障確定單元28根據(jù)電機(jī)端子電壓檢測單元26檢測 的電機(jī)端子的電壓檢測值，選定所執(zhí)行的測試模式，從而可以將所執(zhí) 行的測試模式的數(shù)量抑制成最低限，所以可以縮短確定中所需的時 間。
另一方面，在專利文獻(xiàn)l那樣的例子中，在與電源連接的直流部 中僅配置有一個電流檢測器，而無法詳細(xì)地掌握電流路徑。因此，例 如，如后說明(請參照圖6)，有時由于與電機(jī)旋轉(zhuǎn)相伴的反電動勢 而發(fā)生電流，根據(jù)該電流，有可能出現(xiàn)錯誤的判定。例如，雖然與圖 6不同，但設(shè)為U相下側(cè)開關(guān)元件UN發(fā)生了短路故障。此時，在使 V相上側(cè)開關(guān)元件VP成為ON時，形成經(jīng)由電源4、開關(guān)元件VP、 電機(jī)2的繞組、開關(guān)元件UN、電流檢測器CT1而返回電源4的閉合 回路，由于與電機(jī)旋轉(zhuǎn)相伴的反電動勢的影響而流過大的電流。在該 情況下，根據(jù)本發(fā)明，僅在與成為ON的開關(guān)元件VN的相不同的U 相的電流檢測器CT1中檢測出電流，而在判定中使用的V相的電流 檢測器CT2中不會檢測出電流，所以不會出現(xiàn)誤判定。在專利文獻(xiàn)l 的方法中，無法實現(xiàn)該區(qū)別，而錯誤地判定為開關(guān)元件VP發(fā)生了短 路故障。
另外，在專利文獻(xiàn)2那樣的例子中，由于在電機(jī)與逆變器之間的 布線中檢測電流，所以即使在確定短路故障的開關(guān)元件的情況下，僅 能檢測出經(jīng)由電機(jī)繞組的電流，所以由于繞組電感而在電流響應(yīng)中需 要較長的時間。因此，在專利文獻(xiàn)2那樣的例子中，無法避免短路故障位置的確定中所需的時間較長，并且，由于該電流而發(fā)生未期望的 電機(jī)扭矩這樣的問題。
實施方式2
接下來，在對本發(fā)明的實施方式2進(jìn)行說明之前，說明與電機(jī)的 旋轉(zhuǎn)相伴的課題。在確定短路故障位置時，電機(jī)未必停止了旋轉(zhuǎn)，有 時電機(jī)旋轉(zhuǎn)而發(fā)生反電動勢。例如，有在開始確定短路位置緊接之前 的旋轉(zhuǎn)由于慣性力而持續(xù)的情況、由于來自電機(jī)外部的外力而旋轉(zhuǎn)的 情況等。在這樣的狀況下，由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)而在電機(jī)繞組中發(fā)生反電動 勢，在經(jīng)由短路故障位置而形成的閉合回路中發(fā)生電流。有可能根據(jù) 該電流而錯誤地確定短路故障位置。
例如，在使用圖8來具體地說明時，圖8示出V相上側(cè)開關(guān)元 件VP發(fā)生了短路故障的情況。在使其他開關(guān)元件全部成為OFF的情 況下，經(jīng)由短路故障位置(開關(guān)元件VP)、電機(jī)2的繞組、W相上 側(cè)二極管DWP，而形成用圖中實線表示的閉合回路。因此，在電機(jī)2 旋轉(zhuǎn)的情況下，由于反電動勢，而在該閉合回路中發(fā)生電流。
如果在這樣的狀況下，實施圖6所示那樣的下側(cè)開關(guān)測試，則在 使開關(guān)元件WN成為ON時，在用圖中虛線表示的路徑中形成閉合回 路，此前一直在實線的路徑中流過的電流流入虛線的路徑中。此時， 由于在該路徑上存在W相電流檢測器CT3，所以在圖6的步驟S52 中，將由于該反電動勢引起的電流存儲為IW，有可能在步驟S54中 出現(xiàn)錯誤的判定。
另外，在圖8中，雖然僅示出了經(jīng)由W相而流過的電流，但在 U相中也可發(fā)生同樣的電流。在V相上側(cè)開關(guān)元件VP發(fā)生了短路故 障的情況下，針對由于反電動勢而在電機(jī)繞組中發(fā)生的電流，圖9(b) 示出相對電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度描繪的波形。用負(fù)值表示的電流是從電機(jī)側(cè)向 逆變器側(cè)返回的電流，該電流由于如圖8的虛線路徑所示，通過電流 檢測器，所以成為誤判定的要因。在圖9 (a) 、 (c)中，分別圖示 出在U相、W相上側(cè)開關(guān)元件發(fā)生了短路故障的情況下，由于反電 動勢而發(fā)生的電流波形。圖9(a) ~ (c)是電機(jī)由于反電動勢而在正方向上旋轉(zhuǎn)時的波形，但對于在負(fù)方向上旋轉(zhuǎn)的情況，在圖10(a)~ (c)中對應(yīng)地示出。
另外，在下側(cè)開關(guān)元件的短路故障的情況下，也由于反電動勢而 發(fā)生電流，但在圖l的結(jié)構(gòu)的情況下，在正常的相的電流檢測器中僅 在正方向上(即從下向上的方向流過電流檢測器)流過，所以在實施 方式l的結(jié)構(gòu)中，也不會出現(xiàn)誤判定。因此，在本實施方式2中，對
在本實施方式2中，將利用實施方式1中的圖6所示的短路位置 確定單元28進(jìn)行的下側(cè)開關(guān)測試置換成圖11所示的帶角度條件的下 側(cè)開關(guān)測試，將對電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行微分運(yùn)算而計算出的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角 速度追加到判定條件中。
接下來，對圖11所示的帶角度條件的下側(cè)開關(guān)測試進(jìn)行說明。 首先，在步驟S60中，短路位置確定單元28使用來自電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度 檢測單元21的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度(o來進(jìn)行判別。在電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度的 大小小于規(guī)定的閾值coh的時間超過規(guī)定時間的情況下，立即轉(zhuǎn)移到 開關(guān)測試(向步驟S63)。在電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度的符號為正、且大小大 于規(guī)定值的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟S61所示的角度條件判別。在電機(jī)旋 轉(zhuǎn)角速度的符號為負(fù)、且大小大于規(guī)定值的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟S62 所示的角度條件判別。
在步驟S61中，判別電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度e是否存在于規(guī)定的角度范圍 0ua內(nèi)，在存在的情況下，轉(zhuǎn)移到開關(guān)測試(向步驟S63),在不存 在的情況下，返回步驟S60。步驟S61中的規(guī)定的角度范圍0ua是指， 不可能在U相的電流檢測器CT1中流過負(fù)方向的電流的角度范圍， 從圖9可知i殳為0ua-O 18O度的范圍即可。
在步驟S62中，也執(zhí)行與步驟S61同樣的處理。但是，角度范 圍0ub是不同的，通過與正旋轉(zhuǎn)時同樣的思路，從圖10可知設(shè)定成 0ub= 180~360度的范圍即可。
接下來，是步驟S63 步驟S67，但這些是與實施方式1中圖6 示出的步驟S41 ~步驟S45相同的處理。以上的步驟S60 步驟S67是與U相相關(guān)的部分，圖12是僅抽 出該部分而示出的流程圖。步驟S68 ~步驟S75是與V相相關(guān)的部分， 步驟S76 ~步驟S83是與W相相關(guān)的部分，但這些和與U相相關(guān)的 步驟S60 ~步驟S65相同，所以省略其說明。但是，角度條件步驟S69、 步驟S70、步驟S77、步驟S78中的角度范圍不同。在步驟S69中， 是0va = 120~300度，在步驟S70中，是0vb-O 120、 300 ~ 360 度，在步驟S77中，是0wa-O 60、 240 ~ 360度，在步驟S78中， 是0wb-6O 24O度。
根據(jù)本實施方式2，在基于測試模式與電流檢測值確定短路故障 位置之前，附加了基于電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度與電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度的條件，所以 即使在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)中，也不會由于由反電動勢引起的電流的影響而出 現(xiàn)誤判定，可以正確地確定短路故障位置。另外，由于無需等待電機(jī) 旋轉(zhuǎn)成為低速，所以可以縮短確定中所需的時間。
另夕卜，在以上說明中，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度與電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度設(shè)為判 定條件，但即使是僅通過基于電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度的條件，如果等待旋轉(zhuǎn) 成為低速，則也可以避免由于反電動勢的影響而引起的誤判定，所以 可以實現(xiàn)正確的判定。另外，僅通過基于電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的條件也可以 實現(xiàn)正確的確定。其原因為，圖9與圖10所示的不流過由于反電動 勢產(chǎn)生的電流的角度范圍不依賴于電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度，所以僅通過基于 電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的條件，也可以避免由于反電動勢的影響而引起的誤判 定。
另夕卜，在以上說明中，敘述了開關(guān)元件的短路故障的確定，但對 于電機(jī)線的接地短路、電源短路也是大致同樣的現(xiàn)象，所以對于這些 故障也可以通過同樣的實施方式進(jìn)行確定。
另外，通過根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度、電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度進(jìn)行條件判定， 可以消除根據(jù)由于電機(jī)的反電動勢引起的電流而成為誤判定的可能 性，可以提高故障位置確定的正確性。因此，不僅在電機(jī)靜止時，而 且在旋轉(zhuǎn)中，也可以在短時間內(nèi)正確地確定故障位置。
實施方式3
16在以上實施方式中，敘述了針對開關(guān)元件的短路故障、或電機(jī)線
的接地短路、電源短路確定短路位置的手段，而在本實施方式3中， 敘述U、 V、 W相中的兩相間的短路故障。
對于兩相間的短路故障，為了確定短路故障位置，將短路位置確 定單元28進(jìn)行的按照圖13所示流程圖的動作插入上述實施方式1或 2中示出的例如圖2或圖7所示的流程圖中的步驟S14的前級即可。 圖13中示出的短路位置確定單元28的動作成為與圖5或圖6相似的 動作，但成為ON的開關(guān)元件的組合、判定中使用的檢測電流值等各 處理的內(nèi)容不同。
在具體說明時，針對UV間的短路的疑問，使開關(guān)元件UP與 VN同時成為ON，使用V相電流檢測器CT2對其響應(yīng)進(jìn)行檢測，并 根據(jù)有無過電流，來判定UV間短路(步驟S91 ~步驟S95 )。在UV 間發(fā)生了短路故障時，如果使開關(guān)元件UP與VN同時成為ON，則 從電源4以UP、短路故障位置、VP、 CT2、電源這樣的形式形成閉 合回路，而在CT2中流過過電流，由此可以理解步驟S91 S95的步 驟。
可以理解，對于VW間、WU間也與UV間同樣地，可以分別通 過步驟S96 ~步驟S100、步驟S101 ~步驟S105所示的步驟來確定相 間短路位置。
另夕卜，為了避免由于由反電動勢引起的電流影響而錯誤地判定短 路故障位置，與實施方式2中示出的方法同樣地，附加使用了電機(jī)旋 轉(zhuǎn)角度與電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度的條件即可?？梢酝ㄟ^將圖11的步驟S60~ 步驟S62所示的步驟分別插入圖13的步驟S91、步驟S96、步驟101 之前來實現(xiàn)。但是，對于角度條件步驟S61、步驟S62的角度范圍， 需要設(shè)定成適合于相間短路的值。與圖9以及圖10所示同樣地，對 于相間短路，也考慮可由于反電動勢發(fā)生的電流而進(jìn)行設(shè)定即可。
本實施方式3中的短路位置確定單元28存儲圖14所示的測試模 式，而作為使開關(guān)元件成為ON的多個組合、即測試模式。在實施方 式l中，該測試模式用于針對開關(guān)元件的短路故障或電機(jī)線的接地短路/電源短路確定短路位置，是如圖3以及圖4所示的測試模式那樣使 開關(guān)元件逐個成為ON的模式，但在本實施方式3中的用于確定相間 短路位置的開關(guān)測試中，如圖14所示，以1個上側(cè)開關(guān)元件、和不 同相的1個下側(cè)開關(guān)元件的組合同時成為ON。
即，實施方式1中的測試才莫式涉及如圖11所示以下側(cè)開關(guān)元件 的短路故障或電機(jī)線的接地短路為對象的短路位置的確定，對應(yīng)于圖 5的步驟S21、步驟S26、步驟S31，并且涉及如圖12所示以上側(cè)開 關(guān)元件的短路故障或電機(jī)線的電源短路為對象的短路位置的確定，對 應(yīng)于圖6的步驟S41、步驟S46、步驟S51。與其相對，在本實施方 式3中，短路位置確定單元28存儲的測試模式涉及如圖14所示以兩 相間的短路故障為對象的短路位置的確定，對應(yīng)于圖13的步驟S91、 步驟S96、步驟S101。
#^居本實施方式3，不僅可以確定發(fā)生短路故障的開關(guān)元件、或 電機(jī)線的接地短路、電源短路位置，而且還可以確定兩相間的短路故 障位置，而不會輸出未期望的電機(jī)扭矩，并且，可以縮短在短路位置 的確定中所需的時間。另外，并非在與電源連接的直流部中檢測電流， 而在各相中分別檢測，詳細(xì)地掌握電流路徑，而確定短路故障位置， 所以可以實現(xiàn)正確的確定。另外，由于根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度、電機(jī)旋轉(zhuǎn) 角速度附加了條件，所以即使在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)中，也不會由于由反電動 勢引起的電流的影響而出現(xiàn)誤判定，可以正確地確定短路故障位置。 而且，由于無需等待電機(jī)旋轉(zhuǎn)成為低速，所以可以縮短在確定中所需 的時間。
另夕卜，在以上實施方式中，敘述了在各相中實施電流檢測的情況， 但在僅對與電源連接的直流部的電流進(jìn)行檢測的情況下，作為避免由 反電動勢引起的誤判定的策略而說明的圖11所示那樣的附加了基于 電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度與電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度的條件的方法也有效。其原因為，雖 然由于不在各相中檢測電流而使正確性變差，但可以僅針對不會由于
反電動勢發(fā)生電流的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度與電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度，實施短路位置 確定。因此，即使在僅對與電源連接的直流部的電流進(jìn)行檢測的情況下，也不會由于由反電動勢引起的電流影響而出現(xiàn)誤判定，可以正確 地確定短路故障位置，并且無需等待電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度變低，所以可以縮 短在確定中所需的時間。
實施方式4
圖15是示出本發(fā)明的實施方式4的圖，是示出將上述實施方式 中示出的電動機(jī)控制裝置應(yīng)用于汽車的電動助力轉(zhuǎn)向裝置中的一個 例子的圖。
在圖15中，從未圖示的駕駛員向方向盤101施加的操舵力通過 轉(zhuǎn)向軸102，經(jīng)由齒條與小齒輪傳動裝置(rack and pinion gear) 112, 傳達(dá)至齒條，而使車輪103、 104轉(zhuǎn)彎。具備U、 V、 W相這三相繞組 的無刷電機(jī)2(以下還稱為電機(jī))經(jīng)由電機(jī)減速齒輪107與轉(zhuǎn)向軸102 連結(jié)。從電機(jī)中發(fā)生的電機(jī)扭矩(以下還稱為輔助力)經(jīng)由電機(jī)減速 齒輪107傳達(dá)至轉(zhuǎn)向軸102，而減輕在操舵時駕駛員施加的操舵力。
扭矩傳感器108對通過駕駛員操舵方向盤101而施加給轉(zhuǎn)向軸 102的操舵力進(jìn)行檢測?？刂撇考?09根據(jù)由扭矩傳感器108檢測的 操舵力，決定電機(jī)2賦予的輔助力的方向與大小，而對從電源11向 電機(jī)流過的電流進(jìn)行控制，以發(fā)生該輔助力。另外，3是對電機(jī)的炎: 轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測的電機(jī)角度傳感器。
控制部件9由計算出與電機(jī)扭矩的目標(biāo)值相當(dāng)?shù)呐ぞ仉娏髦噶?(以下還稱為q軸電流指令)的映射圖(map)(未圖示)、與電動 機(jī)控制裝置l構(gòu)成。預(yù)先存儲有應(yīng)輸出的電機(jī)扭矩的映射圖(map) 決定與由扭矩傳感器108檢測的操舵力對應(yīng)的電機(jī)扭矩的方向與大 小，計算出扭矩電流指令。使電機(jī)2的各相中流過電流。電動機(jī)控制 裝置l對電機(jī)中流過的電流進(jìn)行控制，以實現(xiàn)扭矩電流指令。由于該 電流，通過電機(jī)而發(fā)生輔助力。本電動機(jī)控制裝置1例如是實施方式 1~3中的任一個中示出的裝置。
在電動助力轉(zhuǎn)向裝置中，如果在行駛中發(fā)生了異常的情況下停止 控制，則駕駛員感覺到的不適感較大，所以要求盡可能繼續(xù)控制。不 論出現(xiàn)何種異常，為了盡可能繼續(xù)良好的控制，優(yōu)選確定發(fā)生故障的位置。進(jìn)一步說，為了在發(fā)生異常之后盡快轉(zhuǎn)移到對應(yīng)于異常狀態(tài)的 控制，優(yōu)選在短時間內(nèi)確定故障位置。另外，在電動助力轉(zhuǎn)向裝置中， 優(yōu)選在駕駛員的操舵中、即電機(jī)在旋轉(zhuǎn)的狀況中，也確定故障位置。
根據(jù)本實施方式4的電動助力轉(zhuǎn)向裝置，可以在非常短的時間內(nèi) 正確地確定短路故障位置，所以可以盡快且無錯誤地轉(zhuǎn)移到對應(yīng)于異 常狀態(tài)的控制，可以減小駕駛員感到的不適感。
另外，在確定故障位置時，由于不會發(fā)生未期望的電機(jī)扭矩，所 以可以減小駕駛員感到的不適感。
權(quán)利要求
1.一種電動機(jī)控制裝置，其特征在于，具備電流控制單元，根據(jù)與電動機(jī)發(fā)生的扭矩的目標(biāo)值相當(dāng)?shù)呐ぞ仉娏髦噶?、上述電動機(jī)的各相中流過的電流，決定各相電壓指令；開關(guān)元件驅(qū)動電路，根據(jù)來自上述電流控制單元的各相電壓指令，向逆變器指示開關(guān)操作；逆變器，接收來自上述開關(guān)元件驅(qū)動電路的開關(guān)操作信號，使用各相中具備的開關(guān)元件，向上述電動機(jī)的各相施加電壓，從而使電流流過上述電動機(jī)的各相而驅(qū)動上述電動機(jī)；電流檢測器，與上述逆變器的各相的開關(guān)元件分別串聯(lián)配置；以及短路位置確定單元，存儲表示使上述逆變器的開關(guān)元件成為ON的規(guī)定組合的測試模式，根據(jù)該測試模式與作為該測試模式的響應(yīng)而由上述電流檢測器檢測出的各相的電流檢測值，確定短路故障位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，還具備對上述電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測并輸出旋轉(zhuǎn)角度檢測值的電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度檢測單元，上述短路位置確定單元除了基于上述測試模式與上述電流檢測值確定短路故障位置以外，還加上基于上述旋轉(zhuǎn)角度檢測值與對該旋轉(zhuǎn)角度檢測值進(jìn)行微分而得到的旋轉(zhuǎn)角速度這兩者或它們中的某一個的判定條件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，上述短路位置確定單元在基于上述測試才莫式與由上述電流檢測器檢測出的各相的電流檢測值確定短路故障位置之前，實施基于上述旋轉(zhuǎn)角度檢測值與上述旋轉(zhuǎn)角速度這兩者或它們中的某一個的判定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，作為上述測試模式，上述短路位置確定單元存儲使上述逆變器的各相的上側(cè)或下側(cè)中的某一個開關(guān)元件成為ON、并且使其他開關(guān)元件成為OFF而確定短路故障的測試模式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，作為上述測試模式，上述短路位置確定單元存儲使處于上迷逆變器的兩相之間的上側(cè)與下側(cè)的兩個開關(guān)元件同時成為ON、并且使其他開關(guān)元件成為OFF而確定相間短路故障的測試才莫式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，還具備對上述電動機(jī)的端子電壓進(jìn)行檢測的端子電壓檢測單元，上述短路位置確定單元根據(jù)上述端子電壓檢測單元的檢測值與規(guī)定的閾值的比較結(jié)果，選擇上述逆變器的上側(cè)或下側(cè)的開關(guān)元件中某一個的測試模式，而確定短路故障位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中的任一項所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，裝置中的電動機(jī)，
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種可以迅速且正確地確定短路故障位置的電動機(jī)控制裝置。具備電流控制單元，根據(jù)扭矩電流指令、電動機(jī)的各相中流過的電流，決定各相電壓指令；開關(guān)元件驅(qū)動電路，根據(jù)各相電壓指令，向逆變器指示開關(guān)操作；逆變器，接收開關(guān)操作信號，驅(qū)動電動機(jī)；電流檢測器，與逆變器的各相的開關(guān)元件分別串聯(lián)配置；以及短路位置確定單元，存儲表示使逆變器的開關(guān)元件成為ON的規(guī)定組合的測試模式，根據(jù)測試模式與作為該測試模式的響應(yīng)而由電流檢測器檢測出的各相的電流檢測值，確定短路故障位置。
文檔編號H02P27/04GK101595633SQ200780050619
公開日2009年12月2日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者井上知之, 喜福隆之, 堤和道, 家造坊勛, 木全政弘, 藤本千明 申請人:三菱電機(jī)株式會社