(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電流にて駆動される電動機における三相交流電流の平衡状態を検出する方法であって、任意の２相の交流電流を各一対の電流センサにてそれぞれ検出して、検出される各相の交流電流値を、三相交流電流が平衡状態である場合にそれぞれの差が所定値になるように、それぞれ座標変換し、座標変換された各相の交流電流値の差をそれぞれ演算して得られる２つの演算結果に基づいて三相交流電流の平衡状態を判定する三相交流電流の平衡状態検出方法において、
前記演算結果のいずれか一方のみが、三相の交流電流の不平衡を示し、しかも、各相の交流電流を検出する一対の電流センサの検出結果をそれぞれ比較して両者の検出結果が不一致であれば、同検出結果が不一致である一対の電流センサのうち不平衡状態を示す演算にかかわる電流センサを故障と判定することを特徴とする電流センサの故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の駆動源等として使用される三相モータ等における三相交流電流の平衡状態検出方法を利用した電流センサの故障検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車の駆動源として使用される三相式のモータは、ＰＭＷ（パルス振幅変調）方式の三相インバータによる三相交流電流によって駆動されるようになっている。このようなモータでは、正常な場合には、三相交流電流が平衡状態になっているが、巻線のショート等による故障が発生すると、三相交流電流が不平衡状態になる。このように、三相交流電流が不平衡状態になると、モータに対する電流のフィードバック制御等を正確に実施することができないおそれがある。
【０００３】
特開平１１−３２４９９号公報には、このような問題を解決するために、モータにおける任意の一対の相に対して、極性の異なる電流を与えて、フィードバックゲインを校正することにより、三相交流電流を平衡状態とする制御装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような制御装置では、モータに対して異なる極性の一対のモータ電流を与える必要があり、そのために特別な回路等が必要になって装置が複雑化するという問題がある。
【０００５】
また、モータの各相に対する交流電流は、通常、電流センサによって検出されているが、電流センサ自体が故障すると、三相交流電流の不平衡状態等を正確に検出することができなくなる。しかも、このように、電流センサが故障した場合には、電流センサの出力が異常になるために、モータが故障していると判断されて、システムが停止するおそれもある。
【０００６】
また、三相交流電流の交流電流を検出するために使用される電流センサの故障を検出するためには、１つの相の交流電流を検出するために少なくとも３つの電流センサを設ければよい。この場合には、いずれか２つの電流センサの検出結果が等しく、他の１つの電流センサの検出結果のみが異なっていることにより、その１つの電流センサが故障していると判定することができ、故障でない他の電流センサを用いることによって、システムの停止を防ぐことができる。
【０００７】
しかしながら、このように、１つの相の交流電流を検出するために、３つの電流センサを設ける場合には、モータの周辺部に広いスペースを設ける必要があり、また、経済性も損なわれることになる。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、三相交流電流を検出する電流センサの故障を容易に検出することができる電流センサの故障検出方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流センサの故障検出方法は、三相交流電流にて駆動される電動機における三相交流電流の平衡状態を検出する方法であって、任意の２相の交流電流を各一対の電流センサにてそれぞれ検出して、検出される各相の交流電流値を、三相交流電流が平衡状態である場合にそれぞれの差が所定値になるように、それぞれ座標変換し、座標変換された各相の交流電流値の差をそれぞれ演算して得られる２つの演算結果に基づいて三相交流電流の平衡状態を判定する三相交流電流の平行状態検出方法において、前記演算結果のいずれか一方のみが、三相の交流電流の不平衡を示し、しかも、各相の交流電流を検出する一対の電流センサの検出結果をそれぞれ比較して両者の検出結果が不一致であれば、同検出結果が不一致である一対の電流センサのうち不平衡状態を示す演算にかかわる電流センサを故障と判定することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の三相交流電流の平衡状態検出方法の実施に使用される三相式モータの制御システムの一例を示す概略ブロック図である。このモータ制御システムでは、電気自動車の駆動源として使用される三相式のモーター１１が、ＰＷＭ（パルス振幅変調）方式の三相インバータ１２から出力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対する交流電流によって駆動されるようになっており、三相インバータ１２は、制御装置（ＣＰＵ）１３によって制御されている。
【００１３】
三相インバータ１２からモータ１１のＶ相に対して与えられる交流電流Ｉｖは、一対の第１電流センサ１４ａおよび第２電流センサ１４ｂによって、それぞれ検出されるようになっており、また、Ｗ相に対して与えられる交流電流Ｉｗは、第３電流センサ１５ａおよび第４電流センサ１５ｂによって、それぞれ検出されるようになっている。
【００１４】
第１および第２の各電流センサ１４ａおよび１４ｂの出力と、第３および第４の各電流センサ１５ａおよび１５ｂの出力とが、それぞれ、制御装置１３に与えられており、制御装置１３では、各電流センサ１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂの出力に基づいて、モータ１１における三相交流電流の平衡状態と、各電流センサ１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂの異常とを検出するようになっている。制御装置１３の出力は、モータ故障表示部１６に与えられるとともに、電流センサ故障表示部１７に与えられている。モータ故障表示部１６は、制御装置１３が、モータ１１における三相交流電流が不平衡状態を検出した場合に、モータ１１の故障を表示するようになっており、また、電流センサ１７は、制御装置１３がいずれかの電流センサが故障したことを検出した場合に、その電流センサを特定して表示するようなっている。
【００１５】
制御装置１３におけるモータ１１の三相交流電流の平衡状態の検出について具体的に説明する。制御装置１３は、三相インバータ１２から出力される交流電流が、モータ１１におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相にて平衡するように、各相に対して、２π／３（１２０度）ずつ位相がずれた交流電流になるように制御信号を出力しており、従って、三相インバータ１２からは、２π／３ずつ位相のずれた交流電流がそれぞれ出力されている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流電流は、次の（１）式、（２）式、（３）式にてそれぞれ示される。ただし、Ａは、電流の波高値、θは、Ｕ相に対するモータ１１におけるロータの磁極の回転角度である。
【００１６】
Ｉｕ＝Ａ・sinθ          …（１）
Ｉｖ＝Ａ・sin（θ−２π／３）  …（２）
Ｉｗ＝Ａ・sin（θ＋２π／３）  …（３）
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対する全ての交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する場合には、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係が成立するために、その関係に基づいて、三相の平衡状態を検出することができるが、Ｖ相およびＷ相の２相の交流電流のみを検出する場合には、三相交流電流を検出することができない。このために、Ｖ相およびＷ相に対する交流電流に基づいて、次のように座標変換することにより、三相交流電流の平衡状態が検出される。
【００１７】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対する各交流電流は、２π／３ずつ、位相がずれているために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対する各交流電流をベクトル表示すると、図２に示すように表される。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対する各交流電流に対応した各ベクトルＵ、Ｖ、Ｗは、それぞれ、周方向に２π／３ずつずれている。この場合、Ｖ相およびＷ相に対するベクトルＶおよびＷの大きさを、Ｖ相およびＷ相に対する交流電流の大きさＩｖおよびＩｗに対応させて、Ｖ相に対するベクトルＶおよびＷ相に対するベクトルＷを、Ｕ相に対するベクトルに沿ったα軸に直交する軸に投影したときの長さＩｖａおよびＩｗａは、Ｕ相に対するベクトルＵの回転角度θを考慮すると、それぞれ次のように表される。
【００１８】
Ｉｖａ＝Ｉｖ・sin（θ−π／３）    …（４）
Ｉｗａ＝Ｉｗ・sin（θ＋π／３）    …（５）
（４）式および（５）式は、（２）式および（３）式に基づいて、それぞれ、次の（６）式および（７）式に変換される。
【００１９】
0003671770.tif 000002
(６)式および（７）式において、三相交流電流が平衡状態であって、各交流電流の波高値Ａが等しくなっている場合には、Ｉｖａ−Ｉｗａ＝０が成立する。
【００２０】
これに対して、三相交流電流が不平衡状態であって、各交流電流の波高値Ａが異なっている場合には、次の（８）式が成立する。
【００２１】
δａ＝Ｉｖａ−Ｉｗａ＝ΔＡ／２・cos２θ    …（８）
このように、三相インバータ１２からモータ１１の各相に出力される交流電流が平衡状態になっている場合には、δａ＝Ｉｖａ−Ｉｗａ＝０となるのに対して、不平衡状態になっている場合には、δａは、（８）式に示すように、位相差の２倍の周期θで偏差が発生することになる。
【００２２】
制御装置１３は、Ｖ相に対する交流電流Ｉｖと、Ｗ相に対する交流電流Ｉｗとを、このようにして座標変換することにより、ＩｖａおよびＩｗａをそれぞれ求めて、ＩｖａとＩｗａとの差δａを演算し、その差δａに基づいて、モータ１１に対する三相交流電流が平衡状態になっているかを判定する。制御装置１３は、ＩｖａとＩｗａとの差δａが０になっている場合には、モータ１１に対する三相交流電流が平衡状態になっていると判定する。これに対して、Ｉｖａ−Ｉｗａの差δａが一定ではなく、振動状態を示す場合には、モータ１１の三相交流電流が不平衡状態になっていると判定する。
【００２３】
制御装置１３は、モータ１１のＶ相に対する交流電流をそれぞれ検出する第１電流センサ１４ａおよび第２電流１４ｂの出力と、モータ１１のＶ相に対する交流電流をそれぞれ検出する第３および第４の各電流センサ１５ａおよび１５ｂの出力とをそれぞれ読み込んで、Ｖ相に対する交流電流Ｉｖを検出する第１電流センサ１４ａの検出値Ｉｖ1と、Ｗ相に対する交流電流Ｉｗを検出する第３電流センサ１５ａの検出値Ｉｗ1とに基づいて、ＩｖａとＩｗａとの差をδａ1として演算するとともに、Ｖ相に対する交流電流Ｉｖを検出する第２電力センサ１４ｂの検出値Ｉｖ2と、Ｗ相に対する交流電流Ｉｗを検出する第４電力センサ１５ｂの検出値Ｉｗ2とに基づいて、ＩｖａとＩｗａとの差をδａ2として演算する。
【００２４】
そして、それぞれの演算結果であるδａ1およびδａ2が、それぞれ、一定値になっている場合には、モータ１１に対する交流電流が平衡状態であると判定する。
【００２５】
これに対して、各演算結果δａ1およびδａ2の両方が一定値ではなく、それぞれ振動状態を示す場合には、モータ１１の三相交流電流が不平衡状態であると判定される。この場合には、制御装置１３は、モータ１１に故障が発生しているものとして、モータ故障表示部１６に対して所定信号を出力する。これにより、モータ表示部１６は、モータ１１が故障していることを表示する。
【００２６】
これに対して、各演算結果δａ1およびδａ2のいずれか一方のみが、振動状態を示している場合には、Ｖ相に対する交流電流を検出する第１および第２の電流センサ１４ａおよび１４ｂの検出結果が比較されるとともに、Ｗ相に対する交流電流を検出する第３および第４の電流センサ１５ａおよび１５ｂの検出結果を比較して、いずれの電流センサ故障しているかを特定するようになっている。
【００２７】
すなわち、第１および第３の電流センサ１４ａおよび１５ａの検出結果に基づく演算結果δａ1が、振動状態を示す場合には、Ｖ相に対する交流電流を検出する第１および第２の各電流センサ１４ａおよび１４ｂの出力を比較して、両者の出力が一致していない場合には、振動状態を示す演算結果δａ1の演算に使用された第１電流センサ１４ａが故障したものと判定される。これに対して、Ｗ相に対する交流電流を検出する第３および第４の各電流センサ１５ａおよび１５ｂの出力を比較して、両者の出力が一致していない場合には、振動状態を示す演算結果δａ1の演算に使用された第３電流センサ１５ａが故障したものと判定される。
【００２８】
同様に、演算結果δα2が振動状態を示している場合には、Ｖ相に対する電流を検出する第１および第２の各電流センサ１４ａおよび１４ｂの出力を比較して、両者の出力が一致していない場合には、振動状態を示す演算結果δａ2の演算に使用された第２電流センサ１４ｂが故障したものと判定される。これに対して、Ｗ相に対する電流を検出する第３および第４の各電流センサ１５ａおよび１５ｂの出力を比較して、両者の出力が一致していない場合には、振動状態を示す演算結果δａ2の演算に使用された第４電流センサ１５ｂが故障したものと判定される。
【００２９】
このようにして、いずれかの電流センサが故障しているかが特定されると、制御装置１３は、故障した電流センサを特定する信号を、電流センサ故障表示部１７に出力する。これにより、電流センサ故障表示部１７は、故障が発生している電流センサを特定して表示する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の電流センサの故障検出方法では、三相交流電流における任意の一対の交流電流を、各一対の電流センサによって検出する際に、いずれの電流センサが故障しているかを、容易に、しかも確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の交流電流の平衡状態検出方法の実施に使用される装置の一例を示すブロック図である。
【図２】その装置の制御内容の説明のためのベクトル図である。
【符号の説明】
１１  モータ
１２  三相インバータ
１３  制御装置
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ  電流センサ
１６  モータ故障表示部
１７  電流センサ故障表示部
【図１】
0003671770.tif 000003
【図２】
0003671770.tif 000004