(57)【要約】  回転機の運転中に回転機の回転位置を検出するセンサの故障を検出することができる回転機制御装置の故障判定装置および故障判定方法を提供する。回転角度推定器によって回転角度推定値を演算し、この回転角度推定値(θｅｓｔ)と、回転機の回転位置を検出する角度センサの出力信号から得られる第１の角度検出値(θ１)、第２の角度検出値(θ１)との関係を回転機の運転中に監視することで、回転機の運転中においても回転機の回転位置を検出する角度センサの故障を常に検出することが可能となる。
2017187599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機に電力を供給する電力変換器と、
前記回転機に通電される回転機電流を検出する電流検出器と、
前記回転機の回転角度に応じて少なくとも２つの電気信号を発生する第１の角度センサと、
前記第１の角度センサが発生した前記少なくとも２つの電気信号に従って第１の正弦波信号と第２の正弦波信号を出力する第１の正弦波信号出力部と、
前記第１の正弦波信号と前記第２の正弦波信号に従って第１の角度検出値を出力する第１の角度算出器と、
前記回転機の回転角度に応じて少なくとも２つの電気信号を発生する第２の角度センサと、
前記第２の角度センサが発生した前記少なくとも２つの電気信号に従って第３の正弦波信号と第４の正弦波信号を出力する第２の正弦波信号出力部と、
前記第３の正弦波信号と前記第４の正弦波信号に従って第２の角度検出値を出力する第２の角度算出器と、
前記回転機電流に従って前記回転機の回転角度に対する回転角度推定値を出力する回転角度推定器と、
前記第１の角度センサと前記第２の角度センサの故障を検知する角度センサ故障判定部と、
を備え、
前記角度センサ故障判定部は、
前記回転角度推定値と前記第１の角度検出値との差、
前記回転角度推定値と前記第２の角度検出値との差、
前記第１の角度検出値と前記第２の角度検出値との差、
のうちの少なくとも２つに従って、前記第１の角度センサまたは前記第２の角度センサの故障を判定する、
回転機制御装置の故障判定装置。
【請求項２】
前記電力変換装置の故障を検出する電力変換器故障検知部を備え、
前記角度センサ故障判定部は、前記電力変換器故障検知部が前記電力変換装置の故障を検知していないときに、前記第１の角度センサまたは前記第２の角度センサの故障を判定する、
請求項１に記載の回転機制御装置の故障判定装置。
【請求項３】
前記電力変換器は、複数のスイッチング素子によって構成される多相インバータであって、
前記電力変換器故障検知部は、前記スイッチング素子の入力端子に前記スイッチング素子を導通させる信号を出力したときの前記スイッチング素子の出力端子の電位差に従って前記電力変換器の故障を判定する、
請求項２に記載の回転機制御装置の故障判定装置。
【請求項４】
前記回転機電流に従って、前記電流検出器の故障を検出する電流検出器故障検知部を有し、
前記角度センサ異常判定部は、前記電流検出器故障検知部が前記電流検出器の故障を検知していないときに、前記第１の角度センサまたは前記第２の角度センサの故障を判定する、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の回転機制御装置の故障判定装置。
【請求項５】
前記第１の正弦波信号出力部は、前記第１の正弦波信号と前記第２の正弦波信号をそれぞれ二乗して加算することで求めた第１の二乗和または前記第１の二乗和の平方根に従って、前記第１の角度センサを故障と判定した信号を前記角度センサ故障判定部に出力し、
前記第２の正弦波信号出力部は、前記第３の正弦波信号と前記第４の正弦波信号をそれぞれ二乗して加算することで求めた第２の二乗和または前記第２の二乗和の平方根に従って、前記第２の角度センサを故障と判定した信号を前記角度センサ故障判定部に出力する、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転機制御装置の故障判定装置。
【請求項６】
前記第１の角度センサは、
前記回転機の回転角度に応じて正弦波状に変化する第１の電気信号と、
前記第１の電気信号と位相が１８０度異なる第２の電気信号と、
前記第１の電気信号と位相が９０度異なる第３の電気信号と、
前記第３の電気信号と位相が１８０度異なる第４の電気信号を出力し、
前記第１の正弦波信号出力部は、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号との和、または前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との和に従って前記第１の角度センサを故障と判定した信号を前記角度センサ故障判定部に出力し、
前記第２の角度センサは、
前記回転機の回転角度に応じて正弦波状に変化する第５の電気信号と、
前記第５の電気信号と位相が１８０度異なる第６の電気信号と、
前記第５の電気信号と位相が９０度異なる第７の電気信号と、
前記第７の電気信号と位相が１８０度異なる第８の電気信号を出力し、
前記第２の正弦波信号出力部は、
前記第５の電気信号と前記第６の電気信号との和、または前記第７の電気信号と前記第８の電気信号との和に従って前記第２の角度センサを故障と判定した信号を前記角度センサ故障判定部に出力する、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の回転機制御装置の故障判定装置。
【請求項７】
前記第１の角度検出値と前記第２の角度検出値との差が前記回転機の電気角９０度以内である閾値を超えた場合に、前記電力変換器への電圧指令に重畳させる、前記回転機を駆動するための電圧とは異なる周波数の角度推定用電圧指令を出力する角度推定用信号発生器を備え、
前記回転角度推定器は、前記回転機電流より前記角度推定用電圧指令の周波数成分を抽出することにより前記回転角度推定値を演算する、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の回転機制御装置の故障判定装置。
【請求項８】
電力変換器から供給される電力を調整して回転機の制御を行う回転機制御装置において、
第１の角度センサが発生する前記回転機の回転角度に応じた少なくとも２つの電気信号に従って第１の正弦波信号と第２の正弦波信号を生成し、
前記第１の正弦波信号と前記第２の正弦波信号に従って第１の角度検出値を生成し、
第２の角度センサが発生する前記回転機の回転角度に応じて少なくとも２つの電気信号に従って第３の正弦波信号と第４の正弦波信号を生成し、
前記第３の正弦波信号と前記第４の正弦波信号に従って第２の角度検出値を生成し、
電流検出器で検出された前記回転機に通電される回転機電流に従って前記回転機の回転角度に対する回転角度推定値を求め、
前記回転角度推定値と前記第１の角度検出値との差、
前記回転角度推定値と前記第２の角度検出値との差、
前記第１の角度検出値と前記第２の角度検出値との差、
のうちの少なくとも２つに従って、前記第１の角度センサまたは前記第２の角度センサの故障を検知する、
回転機制御装置の故障判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転機制御装置の故障判定装置および故障判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、回転子に電気的突極性を有する電動機に、回転子の磁極位置検出用の高周波電圧または電流を供給して、電動機の応答電流または電圧を測定することで、電動機の回転子磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、電動機の磁極位置を検出する磁極位置センサと、磁極位置センサの出力信号から磁極位置を求める磁極位置検出手段と、磁極位置推定手段からの磁極位置推定値と、磁極位置検出手段により求められた磁極位置との差分を求め、この差分を補正値として提供する初期位置補正手段と、補正手段から提供される補正値を用いて、磁極位置検出手段から得られる磁極位置信号を補正し、補正された磁極位置に基づいて電動機を駆動制御するインバータとを具備する電動機制御装置および電動機制御方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３９５６３号公報  段落０００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の先行技術のように、磁極位置センサの取り付け時の初期位置ずれに対しては、磁極位置推定値を用いることでその影響が改善されるが、電動機の運転中に磁極位置センサに故障が生じた場合に、センサから得られる磁極位置と電動機の真の磁極位置とに誤差が生じ、電動機が暴走に至る可能性がある。【０００５】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電動機を含む回転機の運転中に回転機の回転位置を検出するセンサの故障を検出することができる回転機制御装置の故障判定装置および故障判定方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、  回転機に電力を供給する電力変換器と、前記回転機に通電される回転機電流を検出する電流検出器と、前記回転機の回転角度に応じて少なくとも２つの電気信号を発生する第１の角度センサと、前記第１の角度センサが発生した前記少なくとも２つの電気信号に従って第１の正弦波信号と第２の正弦波信号を出力する第１の正弦波信号出力部と、前記第１の正弦波信号と前記第２の正弦波信号に従って第１の角度検出値を出力する第１の角度算出器と、前記回転機の回転角度に応じて少なくとも２つの電気信号を発生する第２の角度センサと、前記第２の角度センサが発生した前記少なくとも２つの電気信号に従って第３の正弦波信号と第４の正弦波信号を出力する第２の正弦波信号出力部と、前記第３の正弦波信号と前記第４の正弦波信号に従って第２の角度検出値を出力する第２の角度算出器と、前記回転機電流に従って前記回転機の回転角度に対する回転角度推定値を出力する回転角度推定器と、前記第１の角度センサと前記第２の角度センサの故障を検知する角度センサ故障判定部と、を備え、前記角度センサ故障判定部は、前記回転角度推定値と前記第１の角度検出値との差、前記回転角度推定値と前記第２の角度検出値との差、前記第１の角度検出値と前記第２の角度検出値との差、のうちの少なくとも２つに従って、前記第１の角度センサまたは前記第２の角度センサの故障を判定する、回転機制御装置の故障判定装置等にある。
【発明の効果】
【０００７】
この発明では、回転機の運転中に回転機の回転位置を検出するセンサの故障を検出することができる回転機制御装置の故障判定装置および故障判定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１から３における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図１の第１の角度センサの出力信号を示す図である。
【図３】図１の第２の角度センサの出力信号を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１における角度センサ故障判定部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態２における角度センサ故障判定部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態３における角度センサ故障判定部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態４における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。
【図８】図７の出力電圧検出回路の動作を説明するための図である。
【図９】図７のインバータ故障検知部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態５における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。
【図１１】図１０のインバータのスイッチング素子の入力端子信号と出力端子信号の関係を説明するための図である。
【図１２】この発明の実施の形態６における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。
【図１３】図１２の出力電圧検出回路の図である。
【図１４】図１２のインバータ故障検知部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態７における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。
【図１６】図１５の出力電圧検出回路の図である。
【図１７】図１５のインバータ故障検知部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１８】この発明の実施の形態８，９における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態８における図１８の電流検出器異常判定部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２０】この発明の実施の形態９における図１８の電流検出器異常判定部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２１】この発明の実施の形態１０における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。
【図２２】図２１の第１の正弦波信号出力部の出力信号を示す図である。
【図２３】図２１の第１の角度センサ故障判定器で求める二乗和平方根値の正常時の変化を示す図である。
【図２４】図２１の第１の角度センサ故障判定器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２５】図２１の第２の正弦波信号出力部の出力信号を示す図である。
【図２６】図２１の第２の角度センサ故障判定器で求める二乗和平方根値の正常時の変化を示す図である。
【図２７】図２１の第２の角度センサ故障判定器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２８】この発明の実施の形態１１における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。
【図２９】図２８の第１の角度センサ故障判定器のＳｉｎ＿ｓｕｍ１、Ｃｏｓ＿ｓｕｍ１の理想的な状態を示す図である。
【図３０】図２８の第１の角度センサ故障判定器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３１】図２８の第２の角度センサ故障判定器のＳｉｎ＿ｓｕｍ２、Ｃｏｓ＿ｓｕｍ２の理想的な状態を示す図である。
【図３２】図２８の第２の角度センサ故障判定器の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３３】この発明の実施の形態１２における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。
【図３４】図３３の第１の角度推定用信号発生器の出力を示す図である。
【図３５】図３３の回転角度推定器の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図３６】この発明の実施の形態１２における角度推定用電流を示す図である。
【図３７】図３５の振幅演算部で求めた位置推定用電流の振幅を示す図である。
【図３８】この発明の実施の形態１２における位置演算信号を示す図である。
【図３９】この発明の回転機制御装置の故障判定装置の主要部をコンピュータで構成した場合の概略的構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明では、回転角度推定器によって回転角度推定値を演算し、この回転角度推定値と、回転機の回転位置を検出する角度センサの出力信号から得られる第１の角度検出値、第２の角度検出値との関係を回転機の運転中に監視することで、回転機の運転中においても回転機の回転位置を検出する角度センサの故障を常に検出することが可能となる。
【００１０】
以下、この発明による回転機制御装置の故障判定装置および故障判定方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、また重複する説明は省略する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１−３における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。図１において、回転機１は交流回転機であり、例えば３相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを有する同期回転機である。図１では省略しているが、回転子は、永久磁石または界磁巻線よって磁束を生じさせる構造である。
電流検出器２は、シャント抵抗やホール素子等の電流検出器を用いて回転機１の３相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを流れる電流である回転機相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する。ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに対する検出値をそれぞれｉｕｃ，ｉｖｃ，ｉｗｃとする。
【００１２】
電力変換器であるインバータ３は多相インバータであり、ここでは三相インバータでる。インバータ３は、後述する三相電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に従って直流電圧Ｖｄｃをキャリア周期Ｔｃ(例えば５０μｓ)でＰＷＭ変調して回転機１の３相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを印加する。スイッチング素子Ｓｕｐ−Ｓｗｎとして、ＩＧＢＴ，バイポーラトランジスタ，ＭＯＳパワートランジスタ等の半導体スイッチとダイオードを逆並列に接続したものを用いる。
【００１３】
第１の角度センサ４は、ホール素子、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子などの位置検出器であり、回転機１の回転位置を知るために、図２に示すような、２つの正弦信号および２つの余弦信号からなる４つの電気信号を出力する。正弦信号は、正弦信号１(Ｓｉｎ１ｐ)、正弦信号１と１８０°位相の異なる正弦信号２(Ｓｉｎ１ｎ)で構成される。余弦信号は、余弦信号１(Ｃｏｓ１ｐ)、余弦信号１と１８０°位相の異なる余弦信号２(Ｃｏｓ１ｎ)で構成される。
【００１４】
第２の角度センサ５は、ホール素子、ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子などの位置検出器であり、回転機１の回転位置を知るために、図３に示すような２つの正弦信号および２つの余弦信号からなる４つの電気信号を出力する。正弦信号は、正弦信号３(Ｓｉｎ２ｐ)、正弦信号３と１８０°位相の異なる正弦信号４(Ｓｉｎ２ｎ)で構成される。余弦信号は、余弦信号３(Ｃｏｓ２ｐ)、余弦信号３と１８０°位相の異なる余弦信号４(Ｃｏｓ２ｎ)で構成される。
【００１５】
なお、正弦信号１(Ｓｉｎ１ｐ)、正弦信号２(Ｓｉｎ１ｎ)、余弦信号１(Ｃｏｓ１ｐ)、余弦信号２(Ｃｏｓ１ｎ)を第１から４の電気信号、正弦信号３(Ｓｉｎ２ｐ)、正弦信号４(Ｓｉｎ２ｎ)、余弦信号３(Ｃｏｓ２ｐ)、余弦信号４(Ｃｏｓ２ｎ)を第５から８の電気信号とする。
また、各正弦信号はそれぞれ正弦波信号とも称し、各余弦信号はそれぞれ余弦波信号とも称する。
【００１６】
第１の正弦波信号出力部６は、第１の角度センサ４から出力された４つの電気信号から、式(１)に従って演算することで第１の正弦波信号Ｓｉｎ＿ｄｉｆｆ１、第２の正弦波信号Ｃｏｓ＿ｄｉｆｆ１を演算する。
【００１７】
【数１】
2017187599.tif 000003
【００１８】
第２の正弦波信号出力部７は、第２の角度センサ５から出力された４つの電気信号から、式(２)に従って演算することで第３の正弦波信号Ｓｉｎ＿ｄｉｆｆ２、第４の正弦波信号Ｃｏｓ＿ｄｉｆｆ２を演算する。
【００１９】
【数２】
2017187599.tif 000004
【００２０】
なお、第２および第４の正弦波信号はそれぞれ余弦波信号とも称する。また、第１から第４の正弦波信号はそれぞれ正弦波差信号とも称し、第２および第４の正弦波信号はそれぞれ余弦波差信号とも称する。
【００２１】
第１の角度算出器８は、第１の正弦波信号出力部６から得られた第１の正弦波信号Ｓｉｎ＿ｄｉｆｆ１および第２の正弦波信号Ｃｏｓ＿ｄｉｆｆ１に第１の角度検出値θ１を生成する。例えば、式(３)のように第１の角度検出値θ１を算出する。
【００２２】
【数３】
2017187599.tif 000005
【００２３】
第２の角度算出器９は、第１の正弦波信号出力部７から得られた第３の正弦波信号Ｓｉｎ＿ｄｉｆｆ２および第４の正弦波信号Ｃｏｓ＿ｄｉｆｆ２に第２の角度検出値θ２を生成する。例えば、式(４)のように第２の角度検出値θ２を算出する。
【００２４】
【数４】
2017187599.tif 000006
【００２５】
第１の座標変換器１０は、電流検出器２より検出された回転機相電流検出値ｉｕｃ，ｉｖｃ，ｉｗｃと後述する推定回転位置を示す回転角度推定値θｅｓｔに基づいて回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の回転機電流ｉｄ，ｉｑを演算する。なお、回転角度推定値θｅｓｔの代わりに、第１の角度検出値θ１、第１の角度検出値θ２を用いて演算しても良いことは言うまでもない。
減算器１１は電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊をそれぞれ、座標変換器１０から得た回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の回転機電流ｉｄ、ｉｑで減算して偏差ｄｉｄ(＝ｉｄ＊−ｉｄ)、ｄｉｑ(＝ｉｑ＊−ｉｑ)を出力する。[ｄｉ１ｄ(＝ｉｄ＊−ｉｄ)、ｄｉ１ｑ(＝ｉｑ＊−ｉｑ)？]。
【００２６】
電流制御器１２は、減算器１１から得た偏差ｄｉｄ(＝ｉｄ＊−ｉｄ)、ｄｉｑ(＝ｉｑ＊−ｉｑ)が共に零に一致するように比例積分制御または比例制御にて回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊を演算する。
第２の座標変換器１３は、電流制御器１２から得た回転二軸(ｄ−ｑ軸)上の電圧指令ｖｄ＊，ｖｑ＊から三相座標上の電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊を演算する。
【００２７】
回転角度推定器１４は、
電圧指令ｖｄ＊から得られる回転二軸(ｄ−ｑ軸)上のｄ軸電圧Ｖｄ、
電圧指令ｖｑ＊から得られる回転二軸(ｄ−ｑ軸)上のｑ軸電圧Ｖｑ、
回転機電流ｉｄ，ｉｑから得られる回転二軸(ｄ−ｑ軸)上のｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、
および巻線抵抗Ｒ、インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、磁束差交数Φ等を含む回転機１の電気的定数に基づいて回転角度推定値θｅｓｔを出力する。
【００２８】
以下、回転角度推定器１４について詳細に述べる。実施の形態１における回転機１のｄ−ｑ軸上の電圧方程式は式(５)、(６)となる。
【００２９】
【数５】
2017187599.tif 000007
【００３０】
ただし、
Δθ：回転角度推定値θｅｓｔから交流の回転機１の真の回転角度θを減算することで演算した回転角度推定誤差、
ω：回転角速度
である。
また、
ｖｄ：ｄ軸電圧
ｖｑ：ｑ軸電圧
ｉｄ：ｄ軸電流
ｉｑ：ｑ軸電流
Ｒ：巻線抵抗
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス
ｐ：微分演算子
Φ：磁束差交数
である。
【００３１】
次に、電圧、電流をサンプル番号ｎを用いて、ｄ軸電圧ｖｄ(ｎ)、ｑ軸電圧ｖｑ(ｎ)、ｄ軸電流ｉｄ(ｎ)、ｑ軸電流ｉｑ(ｎ)のように表わすとともに、回転角速度推定値をωｅｓｔとすると、式(５)は、式(７)の近似によって、式(８)のように表現できる。
【００３２】
【数６】
2017187599.tif 000008
【００３３】
ただし、Ｔｃは演算周期である。
【００３４】
次に、式(６)に式(７)の近似を適用することによって式(９)が得られる。
【００３５】
【数７】
2017187599.tif 000009
【００３６】
次に、式(９)から式(８)を減算することによって式(１０)が得られる。
【００３７】
【数８】
2017187599.tif 000010
【００３８】
ただし、Δθ≒０として、ｓｉｎ(Δθ)≒Δθ、ｃｏｓ(Δθ)≒１の近似を用い、回転角速度推定誤差Δω＝ωｅｓｔ−ωとしている。式(１０)より、ｄ軸電流誤差Δｉｄ(ｎ)が回転角度推定誤差Δθに比例し、ｑ軸電流誤差Δｉｑ(ｎ)が回転角速度推定誤差Δωに比例する。
【００３９】
式(８)から式(１０)に基づいて、回転角度推定器１４の推定演算について説明する。式(８)は、ｎ−１番目でのサンプル値であるｄ軸電圧ｖｄ(ｎ−１)、ｑ軸電圧ｖｑ(ｎ−１)、ｄ軸電流ｉｄ(ｎ−１)、ｑ軸電流ｉｑ(ｎ−１)、および回転角速度推定値ωｅｓｔを用いて演算したｄ軸電流ｉｄ＿ｃａｌ(ｎ)、ｑ軸電流ｉｑ＿ｃａｌ(ｎ)である。式(８)は、Δθ＝０、ωｅｓｔ＝ωに基づいて導出しているため、Δθ＝０、ωｅｓｔ＝ωならば、左辺のｉｄ＿ｃａｌ(ｎ)、ｉｑ＿ｃａｌ(ｎ)は、それぞれｄ軸電流ｉｄ(ｎ)、ｑ軸和電流ｉｑ(ｎ)とそれぞれ一致し、ωｅｓｔ≠ωならば、一致しない。一方、ｄ軸電圧ｖｄ(ｎ−１)、ｑ軸電圧ｖｑ(ｎ−１)が回転機１に印加されると、式(９)に従って、電流検出器２で検出された電流検出値に基づくｄ軸電流ｉｄ(ｎ)、ｑ軸電流ｉｑ(ｎ)が定まる。
【００４０】
従って、回転角度推定器１４では、ｄ軸電圧ｖｄ(ｎ−１)、ｑ軸電圧ｖｑ(ｎ−１)、ｄ軸電流ｉｄ(ｎ−１)、ｑ軸電流ｉｑ(ｎ−１)、および回転角速度推定値ωｅｓｔに基づいて、式(８)によりｉｄ＿ｃａｌ(ｎ)、ｉｑ＿ｃａｌ(ｎ)を演算し、それらと第１の座標変換器１０から入力したｄ軸電流ｉｄ(ｎ)、ｑ軸電流ｉｑ(ｎ)との差を、式(１０)に従って計算し、Δｉｄ(ｎ)を０に制御することで回転位置誤差である回転角度推定誤差Δθを０に収束させΔｉｑ(ｎ)を０に制御すること回転角速度推定誤差Δωを０収束させる。
【００４１】
以上より、回転角度推定器１４では、電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊、回転機電流ｉｄ、ｉｑに基づいて回転角度推定値θｅｓｔを求める例について述べたが、回転機１の電圧方程式が式(５)、(６)で表わせる場合、電圧指令に高周波成分を重畳し、回転機電流に含まれるその成分を抽出することで回転角度推定値θｅｓｔを演算する公知技術を用いても良い。その場合、回転角度推定器１４の入力値は回転機電流、出力は回転角度推定値θｅｓｔとなる。また、回転機１が誘導電動機の場合においても、公知の方法を用いて、回転角度推定値θｅｓｔを求めればよい。
【００４２】
続いて、角度センサ故障判定部１５ａについて述べる。図４に角度センサ故障判定部１５ａの演算動作を示すフローチャートを示す。ステップＳ１０１では、第１の角度検出値θ１と回転角度推定値θｅｓｔとの差の絶対値を演算し、その結果をΔθ１とする。ステップＳ１０２では、Δθ１と第１の角度偏差閾値θｔｈとを比較し、Δθ１がθｔｈより大きければステップＳ１０３を実行し、そうでなければステップＳ１０４を実行する。ここで、第１の角度偏差閾値θｔｈは例えば、回転機１の電気角で９０度以内の予め決められた設定値である。ステップＳ１０３では、第１の角度センサ４が故障と判定する。
【００４３】
ステップＳ１０４では、第２の角度検出値θ２と回転角度推定値θｅｓｔとの差の絶対値を演算し、その結果をΔθ２とする。ステップＳ１０５では、Δθ２と第１の角度偏差閾値θｔｈとを比較し、Δθ２がθｔｈより大きければステップＳ１０５を実行し、そうでなければ処理を終了する。ステップＳ１０６では、第２の角度センサ５を故障と判定する。
角度センサ故障判定部１５ａは故障と判定した場合に、例えば故障の発生およびどの角度センサが故障したかを示す故障判定信号ＴＤを出力する。
【００４４】
以上より、この実施の形態１においては、回転角度推定器より得た回転角度推定値と第１の角度検出値との差により第１の角度センサの故障を判定すると共に、回転角度推定器より得た回転角度推定値と第２の角度検出値との差により第２の角度センサの故障を判定することによって、回転機１が運転中においても第１の角度センサ、第２の角度センサの故障を検知することが可能となるといった従来にない顕著な効果を奏する。
【００４５】
なお、図１のインバータ３、電流検出器２、回転機１、第１および第２の角度センサ４，５以外の部分は例えば１つのコンピュータで構成することができる。この場合のコンピュータの概略的構成の一例を図３９に示す。
【００４６】
コンピュータ１０００において、電流検出器２、第１および第２の角度センサ４，５、および外部等からの入力信号、および故障判定信号ＴＤ等の出力信号、の入出力はインタフェース１０１を介して行われる。メモリ１０３には、図１で機能ブロックとして図示された各部分および説明中で定義される機能部分、のための各種機能のプログラム、および処理に必要な情報、各種設定値等を含むデータが格納または予め格納されている。プロセッサ１０２はインタフェース１０１を介して入力された信号に対して、メモリ１０３に格納された各種プログラム、情報、データに従って演算処理を行い、処理結果をインタフェース１０１を介して出力する。
また、上述の各種機能は１つの、または適当な機能毎にそれぞれに、ディジタル回路で構成するようにしてもよい。
このようにコンピュータで構成することについては、以下の各実施の形態についても同様である。
【００４７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成は図１のものと基本的に同じである。ただし角度センサ故障判定部１５ａにおける処理が異なる。
【００４８】
図５は、実施の形態２における角度センサ故障判定部１５ａの演算動作を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１では、第１の角度検出値θ１と第２の角度検出値θ２との差の絶対値を演算し、その結果をΔθ１２とする。
ステップＳ２０２では、第１の角度検出値θ１と回転角度推定値θｅｓｔとの差の絶対値を演算し、その結果をΔθ１とする。
ステップＳ２０３では、Δθ１２と第２の角度偏差閾値θｔｈ２とを比較し、Δθ１２が第２の角度偏差閾値θｔｈ２より大きければステップＳ２０４を実行し、そうでなければステップＳ２０７を実行する。
【００４９】
ステップＳ２０４では、Δθ１と第１の角度偏差閾値θｔｈとを比較し、Δθ１が第１の角度偏差閾値θｔｈより大きければステップＳ２０５を実行し、そうでなければステップＳ２０６を実行する。
ステップＳ２０５では第１の角度センサ４を故障と判定し、ステップＳ２０６では第２の角度センサ５が故障と判定する。
ステップＳ２０７では、Δθ１と第１の角度偏差閾値θｔｈとを比較し、Δθ１が第１の角度偏差閾値θｔｈより大きければステップＳ２０８を実行し、そうでなければ処理を終了する。
ステップＳ２０８では、第１の角度センサ４および第２の角度センサ５を共に故障と判定する。
なお、第１の角度偏差閾値θｔｈと第２の角度偏差閾値θｔｈ２は共通の値としてもよい。
【００５０】
以上より、実施の形態２では、回転角度推定値θｅｓｔと第１の角度検出値θ１との差および第１の角度検出値θ１と第２の角度検出値θ２との差に第１の角度センサ、第２の角度センサの故障を検知することが可能となる。
【００５１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成は図１のものと基本的に同じである。ただし角度センサ故障判定部１５ａにおける処理が異なる。
【００５２】
図６は、実施の形態３における角度センサ故障判定部１５ａの演算動作を示すフローチャートである。
ステップＳ３０１では、第１の角度検出値θ１と第２の角度検出値θ２との差の絶対値を演算し、その結果をΔθ１２とする。
ステップＳ３０２では、第２の角度検出値θ２と回転角度推定値θｅｓｔとの差の絶対値を演算し、その結果をΔθ２とする。
ステップＳ３０３では、Δθ１２と第２の角度偏差閾値θｔｈ２とを比較し、Δθ１２が第２の角度偏差閾値θｔｈ２より大きければステップＳ３０４を実行し、そうでなければステップＳ３０７を実行する。
【００５３】
ステップＳ３０４では、Δθ２と第１の角度偏差閾値θｔｈとを比較し、Δθ２が第１の角度偏差閾値θｔｈより大きければステップＳ３０５を実行し、そうでなければステップＳ３０６を実行する。
ステップＳ３０５では第２の角度センサ５を故障と判定し、ステップＳ３０６では第１の角度センサ４が故障と判定する。
ステップＳ３０７では、Δθ２と第１の角度偏差閾値θｔｈとを比較し、Δθ２が第１の角度偏差閾値θｔｈより大きければステップＳ３０８を実行し、そうでなければ処理を終了する。
ステップＳ３０８では、第１の角度センサ４および第２の角度センサ５を共に故障と判定する。
以上より、実施の形態３では、回転角度推定値と第２の角度検出値との差および第１の角度検出値と第２の角度検出値との差に第１の角度センサ、第２の角度センサの故障を検知することが可能となる。
なお、第１の角度偏差閾値θｔｈと第２の角度偏差閾値θｔｈ２は同一の値としてよい。
【００５４】
以上より、実施の形態１から３では、回転角度推定値θｅｓｔと第１の角度検出値θ１との差、回転角度推定値θｅｓｔと第２の角度検出値θ２との差、第１の角度検出値θ１と第２の角度検出値θ２の差の少なくとも２つに、第１の角度センサと第２の角度センサの故障を判定することが可能である。
【００５５】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。図１に示す実施の形態１−３の構成と異なるのは、各相の出力電圧検出回路４０１、４０２、４０３、インバータ故障検知部４０４、角度センサ故障判定部１５ｄである。
出力電圧検出回路４０１は、インバータ３より出力された三相電圧(Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ)のうち、Ｖｕを入力し、スイッチング素子Ｓｕｐがオンされている時間である電圧ＶｕのＯＮ時間(オン時間)Ｔｕを出力する回路である。
出力電圧検出回路４０２は、インバータ３より出力された三相電圧(Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ)のうち、Ｖｖを入力し、スイッチング素子Ｓｖｐがオンされている時間である電圧ＶｖのＯＮ時間Ｔｖを出力する回路である。
出力電圧検出回路４０３は、インバータ３より出力された三相電圧(Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ)のうち、Ｖｖを入力し、スイッチング素子Ｓｗｐがオンされている時間である電圧ＶｗのＯＮ時間Ｔｗを出力する回路である。
【００５６】
以下、出力電圧検出回路４０１の動作について、図８を用いて説明する。なお、出力電圧検出回路４０２、４０３の動作は４０１と同様であるので省略する。図８の上段の波形Ｖｕ＿ｒｅａｌは電圧Ｖｕの波形である。電圧Ｖｕはスイッチング周期ＴｓのＰＷＭ波形であり、ＯＦＦ期間はスイッチング素子ＳｕｎがＯＮされるために０Ｖを出力し、ＯＮ期間はスイッチング素子ＳｕｐがＯＮされるためにＶｄｃ［Ｖ］を出力する。出力電圧検出回路４０１は、閾値Ｖｔｈ２(０＜Ｖｔｈ２＜Ｖｄｃ)を設け、ＶｕがＶｔｈ２より大きい時、カウントＵＰし、小さいときカウントを保持する。図８においては、ＯＮ時間Ｔｕをカウントし、インバータ故障検知部４０４に出力する。
【００５７】
次に、インバータ故障検知部４０４の動作について図９の演算動作を示すフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ４０１では、出力電圧検出回路４０１から出力されたＯＮ時間Ｔｕ、キャリア周期Ｔｃ、直流電圧Ｖｄｃを用いて、
Ｖｕ＿２＝Ｔｕ÷Ｔｃ×Ｖｄｃ−０．５Ｖｄｃ
よりＵ相出力電圧Ｖｕ＿２を計算する。
ステップＳ４０２では、ステップＳ４０１で求めたＶｕ＿２を電圧指令ｖｕ＊で減算し、
Ｖｕ＿ｅｒｒ＝Ｖｕ＿２−ｖｕ＊
よりＵ相電圧誤差Ｖｕ＿ｅｒｒを演算する。
【００５８】
ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２で求めたＵ相電圧誤差ｖｕ＿ｅｒｒの絶対値|ｖｕ＿ｅｒｒ|が誤差基準値ｖ＿ｅｒｒ＿ｔｈより大きいか否かを判別する。ここで、誤差基準値ｖ＿ｅｒｒ＿ｔｈは、電圧指令とインバータ３より実際に出力される電圧にはデッドタイム等による誤差が含まれることを考慮し若干余裕を持たせた値に設定する。
ステップＳ４０３にて、ＹＥＳが選択された場合、ステップＳ４０４で故障を検出したことを示す故障信号であるＥＲＲ信号を角度センサ故障判定部１５ｄに出力する。一方、ＮＯが選択された場合、ステップＳ４０５でＥＲＲ信号を出力しない。
【００５９】
以上、Ｕ相の場合について述べたが、Ｖ相、Ｗ相についてもそれぞれ、Ｖ相のＯＮ時間Ｔｖ、Ｗ相のＯＮ時間Ｔｗに、Ｖ相電圧誤差の絶対値|Ｖｖ＿ｅｒｒ|、Ｗ相電圧誤差の絶対値|Ｖｗ＿ｅｒｒ|を演算し、誤差基準値Ｖ＿ｅｒｒ＿ｔｈより大きい場合、インバータ３を停止させる信号を出力する。
角度センサ故障判定部１５ｄでは、ＥＲＲ信号を入力すると、角度センサ故障判定を中止する。
【００６０】
次に、実施の形態４による効果について説明する。インバータ故障検知部４０４でインバータ３の故障が検出された場合、電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊と実際にインバータ３から出力された電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは異なる値をとっており、回転角度推定器１４の演算に用いる電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊も実際にインバータ３から出力された電圧とに乖離が発生する。この場合、回転角度推定器１４から得られた回転角度推定値θｅｓｔは、回転機１の真の回転角度θから逸脱した値となり、角度センサ故障判定部１５ｄにてθｅｓｔを用いた角度センサ故障判定を実施すると、角度センサ４，５の故障を誤検知してしまう恐れがある。そこで、インバータ３が故障している場合、インバータ故障検知部４０４より故障を示すＥＲＲ信号を出力し、ＥＲＲ信号が出力されている間は角度センサ故障判別部１５ｄの演算を中止することで第１の角度センサ４、第２の角度センサ５の故障の誤検出を防ぐことが可能となる。
【００６１】
なお、インバータ故障検知部４０４、および各相の出力電圧検出回路４０１，４０２，４０３の演算処理部分もコンピュータで構成することができる。各出力電圧検出回路は電圧を検出する電圧検出部と、検出された電圧に基づき演算を行って検出結果を示す信号を出力する演算処理部からなる。これは以下の実施の形態でも同様である。
【００６２】
実施の形態５．
図１０はこの発明の実施の形態５における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。上記実施の形態と異なるのは、インバータ故障検知部５０１である。インバータ故障検知部５０１は、インバータ３の各スイッチング素子の入力端子へのオンオフ信号ＩＯＦと、出力端子の電位差ＯＤを入力し、故障を示すＥＲＲ信号を角度センサ故障判別部１５ｄに出力する。
【００６３】
インバータ３の各スイッチング素子の入力端子へのオンオフ信号ＩＯＦは、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴの場合はゲート−ソース間電圧、ＩＧＢＴの場合はゲート−エミッタ間電圧、パワートランジスタの場合はベース電流となる。出力端子の電位差ＯＤは、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴの場合はドレイン−ソース間電圧、ＩＧＢＴおよびパワートランジスタの場合はコレクタ−エミッタ間電圧となる。
【００６４】
次に、入力端子と出力端子の関係について述べる。図１１は、例としてスイッチング素子Ｓｕｐの入力端子信号ＳｕｐＩと出力端子電圧ＳｕｐＯＶの関係を示す図である。スイッチング素子ＳｕｐにＯＮ(オン)させる信号が入力されると、スイッチング素子ＳｕｎにＯＦＦ(オフ)させる信号が同時に入力されるので、スイッチング素子Ｓｕｐの出力端子電圧ＳｕｐＯＶは０にほぼ一致する。一方、スイッチング素子ＳｕｐにＯＦＦさせる信号が入力されると、スイッチング素子ＳｕｎにＯＮさせる信号が出力されるので、スイッチング素子Ｓｕｐの出力端子電圧ＳｕｐＯＶはほぼＶｄｃに一致する。
【００６５】
ここで、インバータ３の故障によって、スイッチング素子Ｓｕｎの入力端子への信号に関わらずスイッチング素子ＳｕｎがＯＮする故障が発生すると、スイッチング素子ＳｕｎにＯＦＦさせる入力信号が与えられても、ＳｕｎはＯＮし、かつスイッチング素子Ｓｕｐの入力端子にＯＮさせる信号が入力されるため、スイッチング素子Ｓｕｐの出力端子の電圧が０でない異常な値となる。このことを利用して、実施の形態５では、インバータ３を構成する各スイッチング素子の入力端子にＯＮさせる信号、例えばＳｕｐＩが入力された時の、出力端子の電圧、例えばＳｕｐＯＶが閾値を超えた場合に、インバータ３を故障と判定し、ＥＲＲ信号を出力する。
【００６６】
以上より、この実施の形態５においても、インバータ３の故障を検知し、角度センサ故障判別部１５ｄの演算を中止することで、第１の角度センサ４、第２の角度センサ５の故障の誤検出を防ぐことが可能となる。
【００６７】
なお、インバータ故障検知部５０１もコンピュータで構成することができる。
【００６８】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。上記実施の形態と異なるのは、出力電圧検出回路６０１、６０２、６０３およびインバータ故障検知部６０４である。
図１３の出力電圧検出回路６０１、６０２、６０３において、出力電圧検出回路６０１は、インバータ３より出力された三相電圧(Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ)のうち、実電圧値Ｖｕ＿ｒｅａｌとして示されたＶｕを入力し、Ｖｕよりそのキャリア周波数成分をローパスフィルタ(ＬＰＦ)を用いて除去した電圧Ｖｕ＿ＬＰＦを出力する回路である。キャリア周波数は搬送波成分の周波数であり、スイッチング周期Ｔｓの逆数となる。
出力電圧検出回路６０２は、インバータ３より出力された三相電圧(Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ)のうち、実電圧値Ｖｖ＿ｒｅａｌとして示されたＶｖを入力し、Ｖｖよりそのキャリア周波数成分をローパスフィルタ(ＬＰＦ)を用いて除去した電圧Ｖｖ＿ＬＰＦを出力する回路である。
出力電圧検出回路６０３は、インバータ３より出力された三相電圧(Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ)のうち、実電圧値Ｖｗ＿ｒｅａｌとして示されたＶｗを入力し、Ｖｗよりそのキャリア周波数成分をローパスフィルタ(ＬＰＦ)を用いて除去した電圧Ｖｗ＿ＬＰＦを出力する回路である。
【００６９】
次に、インバータ故障検知部６０４の動作について図１４の演算動作を示すフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ８０１では、図１３のＬＰＦからなる出力電圧検出回路６０１で求めたＶｕ＿ＬＰＦを三相電圧Ｖｕおよび０．５×Ｖｄｃで減算し、
Ｖｕ＿ｅｒｒ＝Ｖｕ＿ＬＰＦ−０．５×Ｖｄｃ−Ｖｕ
よりＵ相電圧誤差Ｖｕ＿ｅｒｒを演算する。
ステップＳ８０２では、ステップＳ８０１で求めたＵ相電圧誤差Ｖｕ＿ｅｒｒの絶対値|Ｖｕ＿ｅｒｒ|が誤差基準値Ｖ＿ｅｒｒ＿ｔｈより大きいか否かを判別する。
ステップＳ８０２にて、ＹＥＳが選択された場合、ステップＳ８０３で故障を示すＥＲＲ信号を出力し、インバータ３を停止させる。一方、ＮＯが選択された場合、ステップＳ８０４でＥＲＲ信号を出力しない。
【００７０】
以上、Ｕ相の場合について述べたが、Ｖ相、Ｗ相についてもそれぞれ、Ｖｖ＿ＬＰＦ、Ｖｗ＿ＬＰＦにＶ相電圧誤差の絶対値|Ｖｖ＿ｅｒｒ|、Ｗ相電圧誤差の絶対値|Ｖｗ＿ｅｒｒ|を演算し、誤差基準値Ｖ＿ｅｒｒ＿ｔｈと比較し、絶対値が誤差基準値より大きい場合、インバータ３を停止させる信号を出力する。
【００７１】
以上より、この実施の形態６においても、インバータ３の故障を検知し、故障が検出された場合には角度センサ故障判別部１５ｄの演算を中止することで、第１の角度センサ４、第２の角度センサ５の故障の誤検出を防ぐことが可能となる。
【００７２】
なお、インバータ故障検知部６０４、出力電圧検出回路６０１、６０２、６０３の演算処理部もコンピュータで構成することができる。
【００７３】
実施の形態７．
図１５はこの発明の実施の形態７における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。上記実施の形態と異なるのは、出力電圧検出回路７０１およびインバータ故障検知部７０２である。
図１６に示した出力電圧検出回路７０１は、インバータ３より出力された実電圧値Ｖｕ＿ｒｅａｌ、Ｖｖ＿ｒｅａｌ、Ｖｗ＿ｒｅａｌとして示された三相電圧(Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ)を検出後、加算器７１０で全相加算し、搬送波成分またはスイッチング周期Ｔｓの逆数であるそのキャリア周波数成分をローパスフィルタ(ＬＰＦ)７１１を用いて除去した電圧Ｖ＿ａｄｄ＿ＬＰＦを出力する回路である。
【００７４】
次に、インバータ故障検知部７０２の動作について図１７の演算動作を示すフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ９０３にてＶａｄｄ＿ＬＰＦを１．５×Ｖｄｃで減算し、
Ｖａｄｄ＿ｅｒｒ＝Ｖａｄｄ＿ＬＰＦ−１．５×Ｖｄｃ
より加算値誤差Ｖａｄｄ＿ｅｒｒとする。
ステップＳ９０４では、ステップＳ９０３で求めた加算値誤差Ｖａｄｄ＿ｅｒｒの絶対値|Ｖａｄｄ＿ｅｒｒ|が加算値誤差基準値Ｖａｄｄ＿ｅｒｒ＿ｔｈより大きいか否かを判別する。
ステップＳ９０４にて、ＹＥＳが選択された場合、ステップＳ９０５で故障を示すＥＲＲ信号を出力し、インバータ３を停止させる。一方、ＮＯが選択された場合、ステップＳ９０６でＥＲＲ信号を出力しない。
【００７５】
以上より、この実施の形態７においても、インバータ３の故障を検知し、故障が検出された場合には角度センサ故障判別部１５ｄの演算を中止することで、第１の角度センサ４、第２の角度センサ５の故障の誤検出を防ぐことが可能となる。
【００７６】
なお、インバータ故障検知部７０２、出力電圧検出回路７０１の演算処理部もコンピュータで構成することができる。
【００７７】
実施の形態８．
図１８はこの発明の実施の形態８における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。上記実施の形態と異なるのは、電流検出器異常判定部８０１である。
この実施の形態８における電流検出器異常判定部８０１は、回転機１に流れる電流においては、回転機相電流ｉｕとｉｖとｉｗとの和は常に零に一致するので、電流検出器２が正常であれば、回転機相電流検出値ｉｕｃとｉｖｃとｉｗｃとの和も常に零に一致するが、異常が生じた場合、零でない異常値となることを利用するものである。
【００７８】
次に、電流検出器異常判定部８０１の動作について図１９の演算動作を示すフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ１００３では、回転機相電流検出値ｉｕｃ、ｉｖｃ、ｉｗｃを加算し、その結果をｉ＿ａｄｄ＿ｅｒｒとする。
ステップＳ１００４では、ｉ＿ａｄｄ＿ｅｒｒの絶対値|ｉ＿ａｄｄ＿ｅｒｒ|が電流和異常閾値ｉ＿ｔｈを超えたか否かを判別し、超えた場合(ＹＥＳ)にはステップＳ１００５を実行し、そうでない場合(ＮＯ)にはステップＳ１００６を実行する。ステップＳ１００５では故障を示すＥＲＲ信号を出力する。ステップＳ１００６ではＥＲＲ信号を出力しない。
【００７９】
次に、実施の形態８による効果について説明する。電流検出器２が故障している場合、電流検出器２で検出された回転機相電流検出値ｉｕｃ、ｉｖｃ、ｉｗｃは、回転機１に実際に通電される回転機相電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとは異なった値をなる。従って、回転角度推定器１４の演算に用いる回転機電流ｉｄ、ｉｑも実際に回転機１に流れる電流とは異なる値となる。この場合、回転角度推定器１４から得られた回転角度推定値θｅｓｔは、回転機１の真の回転角度θから逸脱した値となり、角度センサ故障判別部１５ｄにてθｅｓｔを用いた角度センサ故障判定を実施すると、角度センサ４，５の故障を誤検知してしまう恐れがある。
そこで、電流検出器２が故障している場合、電流検出器異常判定部８０１より故障を示すＥＲＲ信号を出力し、ＥＲＲ信号が出力されている間は角度センサ故障判定部１５ｄの演算を中止することで第１の角度センサ４、第２の角度センサ５の故障の誤検出を防ぐことが可能となる。
【００８０】
なお、電流検出器異常判定部８０１もコンピュータで構成することができる。
【００８１】
実施の形態９．
この発明の実施の形態９における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成は図１８のものと基本的に同じである。ただし電流検出器異常判定部８０１における処理が異なる。
【００８２】
図２０は、実施の形態９における電流検出器異常判定部８０１の演算動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１１０１では、回転機相電流検出値ｉｕｃの絶対値|ｉｕｃ|が電流振幅異常閾値ｉ＿ａｍｐ＿ｔｈを超えたか否かを判別し、超えた場合(ＹＥＳ)にはステップＳ１１０４でＥＲＲ信号を出力し、そうでない場合(ＮＯ)にはステップＳ１１０２を実行する。電流振幅異常閾値ｉ＿ａｍｐ＿ｔｈは回転機相電流の振幅値に対し若干余裕を持たせた値に設定する。
ステップＳ１１０２では、回転機相電流検出値ｉｖｃの絶対値|ｉｖｃ|が電流振幅異常閾値ｉ＿ａｍｐ＿ｔｈを超えたか否かを判別し、超えた場合(ＹＥＳ)にはステップＳ１１０５で故障を示すＥＲＲ信号を出力し、そうでない場合(ＮＯ)にはステップＳ１１０３を実行する。
ステップＳ１１０３では、回転機相電流検出値ｉｗｃの絶対値|ｉｗｃ|が電流振幅異常閾値ｉ＿ａｍｐ＿ｔｈを超えたか否かを判別し、超えた場合(ＹＥＳ)にはステップＳ１１０６で故障を示すＥＲＲ信号を出力し、そうでない場合(ＮＯ)にはステップＳ１１０７でＥＲＲ信号を出力しない。
【００８３】
以上より、この実施の形態９においても、電流検出器２の故障を検知し、故障が検出された場合には角度センサ故障判定部１５ｄの演算を中止することで、第１の角度センサ４、第２の角度センサ５の故障の誤検出を防ぐことが可能となる。
【００８４】
なお、電流検出器異常判定部８０１もコンピュータで構成することができる。
【００８５】
実施の形態１０．
図２１はこの発明の実施の形態１０における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。上記実施の形態と異なるのは、第１の角度センサ故障判定器１００１、第２の角度センサ故障判定器１００２、角度センサ故障判定部１５ｅである。
第１の角度センサ４からは第１の正弦波信号出力部６を介して、図２２のような互いに位相が９０度ずれた第１の正弦波信号Ｓｉｎ＿ｄｉｆｆ１と、第２の正弦波信号Ｃｏｓ＿ｄｉｆｆ１が得られるので、それらを各々二乗した後加算し、平方根をとった二乗和平方根値Ｒ＿ｄｉｆｆ１は図２３のような一定値となる。逆に、二乗和平方根値Ｒ＿ｄｉｆｆ１がある範囲から逸脱した場合、第１の角度センサ４に異常が生じていることになる。
【００８６】
そこで、この実施の形態１０における第１の角度センサ故障判定器１００１では、図２４にフローチャートで示した処理に従って故障を判定する。
ステップＳ１２０１では、先に述べた二乗和平方根値Ｒ＿ｄｉｆｆ１を算出する。
ステップＳ１２０２では、Ｒ＿ｄｉｆｆ１が下限閾値Ｔｈｌ２以上かつ上限閾値Ｔｈｈ２以下であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１２０３でＥＲＲ信号は出力せず、ＮＯであればステップＳ１２０４で角度センサ故障判定部１５ｅに対して第１の角度センサ４の故障を示すＥＲＲ信号を出力する。
【００８７】
一方、第２の角度センサ５からは第２の正弦波信号出力部７を介して、図２５に示すような互いに位相が９０度ずれた第３正弦波信号Ｓｉｎ＿ｄｉｆｆ２、第４の正弦波信号Ｃｏｓ＿ｄｉｆｆ２が得られるので、それらを各々二乗した後加算し、平方根をとった二乗和平方根値Ｒ＿ｄｉｆｆ２は図２６のような一定値となる。逆に、二乗和平方根値Ｒ＿ｄｉｆｆ２がある範囲から逸脱した場合、第２の角度センサ５に異常が生じていることになる。
【００８８】
そこで、この実施の形態１０における第２の角度センサ故障判定器１００２では、図２７のようなフローチャートに示した処理に従って故障を判定する。
ステップＳ１３０１では、先に述べた二乗和平方根値Ｒ＿ｄｉｆｆ２を算出する。
ステップＳ１３０２では、Ｒ＿ｄｉｆｆ２が下限閾値Ｔｈｌ２以上かつ上限閾値Ｔｈｈ２以下であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１３０３でＥＲＲ信号は出力せず、ＮＯであればステップＳ１３０４で角度センサ故障判定部１５ｅに対して第２の角度センサ５の故障を示すＥＲＲ信号を出力する。
【００８９】
角度センサ故障判定部１５ｅでは、第１の角度センサ４または第２の角度センサ５の故障を示すＥＲＲ信号を検出したら、検出された角度センサを故障と判定する。
【００９０】
続いて、この実施の形態１０における効果を説明する。回転角度推定器１４においては、回転機１のインピーダンス定数(Ｒ、Ｌｄ、Ｌｑ)を用いて回転角度推定値θｅｓｔを演算するが、回転角度推定器１４のためにメモリ１０３に記憶されている値と回転機１における真の値とで必ずしも一致するとは限らない。例えば、回転機１に回転機電流が長時間連続通電されることで巻線抵抗Ｒが増大することや、磁気飽和によりインダクタンスＬｄ、Ｌｑが低下することが発生する。従って、回転機電流が通電されている場合において、回転角度推定値θｅｓｔは回転機１の真の回転角度θと一致するとは限らない。
【００９１】
そこで、第１の角度センサ４の出力に基づくＳｉｎ＿ｄｉｆｆ１、Ｃｏｓ＿ｄｉｆｆ１の値を第１の角度センサ故障判定器１００１へ入力して第１の角度センサ４の故障を検知することで、より高精度に第１の角度センサ４の故障を検知することができる。
同様に、第２の角度センサ５に対しても、第２の角度センサ５の出力に基づくＳｉｎ＿ｄｉｆｆ２、Ｃｏｓ＿ｄｉｆｆ２の値を第２の角度センサ故障判定器１００２へ入力して第２の角度センサ５の故障を検知することで、より高精度に第２の角度センサ５の故障を検知することができる。
【００９２】
なお、下限閾値Ｔｈｌ２、上限閾値Ｔｈｈ２は、正常時の二乗和平方根値Ｒ＿ｄｉｆｆ１および二乗和平方根値Ｒ＿ｄｉｆｆ２の設定値分上下にオフセットした値である。
【００９３】
また、第１の角度センサ故障判定器１００１、第２の角度センサ故障判定器１００２もコンピュータで構成することができる。
また、第１の角度センサ故障判定器１００１、第２の角度センサ故障判定器１００２では第１の正弦波信号と第２の正弦波信号を各々二乗した後加算し平方根をとった二乗和平方根値を求めているが、二乗和平方根値の代わりに二乗和でもよい。
さらに、第１の角度センサ故障判定器１００１の機能を第１の正弦波信号出力部６内に設けてもよい。また第２の角度センサ故障判定器１００２の機能を第２の正弦波信号出力部７内に設けてもよい。
【００９４】
実施の形態１１．
図２８はこの発明の実施の形態１１における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。上記実施の形態と異なるのは、第１の角度センサ故障判定器１１０１、第２の角度センサ故障判定器１１０２ある。
【００９５】
以下、第１の角度センサ故障判定器１１０１について述べる。第１の角度センサ４の出力である図２に示した正弦信号１(Ｓｉｎ１ｐ)と正弦信号２(Ｓｉｎ１ｎ)の位相差は１８０°であるから、２つの信号の和値(Ｓｉｎ＿ｓｕｍ１)は理想的には図２９の(ａ)に示すように中点電圧の２倍となる。
同様に、余弦信号１(Ｃｏｓ１ｐ)と余弦信号２(Ｃｏｓ１ｎ)の位相差は１８０°であるから、２つの信号の和値(Ｃｏｓ＿ｓｕｍ１)は理想的には図２９の(ｂ)に示すように中点電圧の２倍となる。
【００９６】
４つの信号のいずれかが故障により真値に対してずれた場合には、和値Ｓｉｎ＿ｓｕｍ１または和値Ｃｏｓ＿ｓｕｍ１が中点電圧の２倍からずれる。第１の角度センサ故障判定器１１０１では、このずれ量に故障を判定する。回路ばらつき、温度変化、経年変化などによって、中点電圧の２倍から少し変動するため、故障判定の閾値としては幅を設ける必要がある。
【００９７】
第１の角度センサ故障判定器１１０１では、図３０にフローチャートで示した処理に従って故障を判定する。
ステップＳ１４０１では、正弦信号１(Ｓｉｎ１ｐ)と正弦信号２(Ｓｉｎ１ｎ)の和から和値Ｓｉｎ＿ｓｕｍ１を、余弦信号１(Ｃｏｓ１ｐ)と余弦信号２(Ｃｏｓ１ｎ)の和から和値Ｃｏｓ＿ｓｕｍ１を算出する。
ステップＳ１４０２では、和値Ｓｉｎ＿ｓｕｍ１が下限閾値Ｔｈｌ１以上かつ上限閾値Ｔｈｈ１以下、さらに和値Ｃｏｓ＿ｓｕｍ１が下限閾値Ｔｈｌ１以上かつ上限閾値Ｔｈｈ１以下、であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１４０３でＥＲＲ信号は出力せず、ＮＯであればステップＳ１４０４で角度センサ故障判定部１５ｅに対して第１の角度センサ４の故障を示すＥＲＲ信号を出力する。
【００９８】
続いて、第２の角度センサ故障判定器１１０２について述べる。第２の角度センサ５の出力である図３に示した正弦信号３(Ｓｉｎ２ｐ)と正弦信号４(Ｓｉｎ２ｎ)の位相差は１８０°であるから、２つの信号の和値(Ｓｉｎ＿ｓｕｍ２)は理想的には図３１の(ａ)に示す中点電圧の２倍となる。
同様に、余弦信号３(Ｃｏｓ２ｐ)と余弦信号４(Ｃｏｓ２ｎ)の位相差は１８０°であるから、２つの信号の和値(Ｃｏｓ＿ｓｕｍ２)は理想的には図３１の(ｂ)に示す中点電圧の２倍となる。
【００９９】
４つの信号のいずれかが故障により真値に対してずれた場合には、和値Ｓｉｎ＿ｓｕｍ２または和値Ｃｏｓ＿ｓｕｍ２が中点電圧の２倍からずれる。第２の角度センサ故障判定器１１０２では、このずれ量に故障を判定する。回路ばらつき、温度変化、経年変化などによって、中点電圧の２倍から少し変動するため、故障判定の閾値としては幅を設ける必要がある。
【０１００】
第２の角度センサ故障判定器１１０２では、図３２にフローチャートで示した処理に従って故障を判定する。
ステップＳ１５０１では、正弦信号３(Ｓｉｎ２ｐ)と正弦信号４(Ｓｉｎ２ｎ)の和から和値Ｓｉｎ＿ｓｕｍ２を、余弦信号３(Ｃｏｓ２ｐ)と余弦信号４(Ｃｏｓ２ｎ)の和から和値Ｃｏｓ＿ｓｕｍ２を算出する。
ステップＳ１５０２では、和値Ｓｉｎ＿ｓｕｍ２が下限閾値Ｔｈｌ１以上かつ上限閾値Ｔｈｈ１以下、さらに和値Ｃｏｓ＿ｓｕｍ２が下限閾値Ｔｈｌ１以上かつ上限閾値Ｔｈｈ１以下、であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ１５０３でＥＲＲ信号は出力せず、ＮＯであればステップＳ１５０４で角度センサ故障判定部１５ｅに対して第２の角度センサ５の故障を示すＥＲＲ信号を出力する。
【０１０１】
以上のように、実施の形態１１では、正弦信号の和、余弦信号の和を演算し、その異常を検知することで、第１の角度センサ４、第２の角度センサ５の故障をより高精度に検知することが可能となる。
【０１０２】
なお、下限閾値Ｔｈｌ１、上限閾値Ｔｈｈ１は、中点電圧の２倍の電圧の設定値分上下にオフセットした値である。
【０１０３】
また、第１の角度センサ故障判定器１１０１、第２の角度センサ故障判定器１１０２もコンピュータで構成することができる。
さらに、第１の角度センサ故障判定器１１０１の機能を第１の正弦波信号出力部６内に設けてもよい。また第２の角度センサ故障判定器１１０２の機能を第２の正弦波信号出力部７内に設けてもよい。
【０１０４】
実施の形態１２．
図３３はこの発明の実施の形態１２における故障判定装置を設けた回転機制御装置の構成の一例を示す図である。上記実施の形態と異なるのは、第１の角度推定用信号発生器１２０１、加算器１２０２、回転角度推定器１４ｆである。
第１の角度推定用信号発生器１２０１は、第１の角度検出値θ１と第２の角度検出値θ２との差が回転機１の電気角で９０度以内の第２の閾値Ｔｈ２を超えた場合に、図３４に示す様に、周期Ｔｈの角度推定用電圧指令ｖｕｈ＊，ｖｖｈ＊，ｖｗｈ＊を出力する。角度推定用電圧指令の周波数(１／Ｔｈ)は、回転機１の回転速度に応じた電気角周波数より十分高く設定する。具体的には、２倍以上とする。周期Ｔｈを３６０度として、ｖｖｈ＊はｖｕｈ＊に対し１２０(６０×２)度位相遅れ、ｖｗｈ＊はｖｖｈ＊に対し１２０(６０×２)度位相遅れの関係がある。また、ｖｕｈ＊，ｖｖｈ＊，ｖｗｈ＊の各振幅は同一とする。
【０１０５】
加算器１２０２は、座標変換器１３の出力である電圧指令に角度推定用電圧指令ｖｕｈ＊，ｖｖｈ＊，ｖｗｈ＊を重畳した値を電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊として出力する。
【０１０６】
続いて、回転角度推定器１４ｆについて述べる。
図３５は回転角度推定器１４ｆの構成を示す機能ブロック図である。以下図３５について説明する。回転角度推定器１４ｆは、電流抽出器１４ａ１ｕ，１４ａ１ｖ，１４ａ１ｗ、振幅演算部１４ａｘ、角度演算器１４ａｙを備える。また振幅演算部１４ａｘは、乗算器１４ａ２ｕ，１４ａ２ｖ，１４ａ２ｗ、積分器１４ａ３ｕ，１４ａ３ｖ，１４ａ３ｗ、乗算器１４ａ４ｕ，１４ａ４ｖ，１４ａ４ｗを含む。
【０１０７】
電圧指令ｖｕ＊，ｖｖ＊，ｖｗ＊には加算器１２０２にて角度推定用電圧指令ｖｕｈ＊，ｖｖｈ＊，ｖｗｈ＊が加算されているため、回転機１の回転機相電流検出値ｉｕｃ，ｉｖｃ，ｉｗｃには角度推定用電圧指令と同一の周波数成分の角度推定用電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈが含まれている。したがって、各電流抽出器１４ａ１ｕ，１４ａ１ｖ，１４ａ１ｗは、電流検出器２で検出された回転機相電流検出値ｉｕｃ，ｉｖｃ，ｉｗｃから、角度推定用電圧指令と同一の周波数成分の角度推定用電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈを抽出する。具体的には、バンドパスフィルタを用いたり、あるいは、回転機相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをノッチフィルタに入力して角度推定用電圧指令ｖｕｈ＊，ｖｖｈ＊，ｖｗｈ＊と同一の周波数成分を減衰させ、回転機相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗからこのノッチフィルタ通過後の各電流をそれぞれ差し引くことにより角度推定用電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈを抽出する。
【０１０８】
図３４に示したような三相交流の角度推定用電圧指令ｖｕｈ＊，ｖｖｈ＊，ｖｗｈ＊を回転機１に印加すると、交流回転機である回転機１の突極性により、各電流抽出器１４ａ１ｕ，１４ａ１ｖ，１４ａ１ｗで抽出された各角度推定用電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈには、図３６に示す様に、回転機１の回転角度θに応じて振幅が余弦関数的に変化する。これを数式で表わすと、次の式(１１)に示す様になる。この式(１１)には、回転機の１回転角度θの情報が含まれる。従って、角度推定用電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈを求めることで回転機１の回転位置である回転角度θに対する推定値θｅｓｔを求めることができる。
【０１０９】
【数９】
2017187599.tif 000011
【０１１０】
ここで、
Ｉｈ：角度推定用電流の振幅の平均値
Ｉｈａ：角度推定用電流の回転位置による変化量
ωｈ：角度推定用電圧指令の角周波数
である。
【０１１１】
以下、角度推定用電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈから角度推定用電流の振幅Ｉｕｈ，Ｉｖｈ，Ｉｗｈを求める手順について説明する。
一般に、周期Ｔｘの交流電流ｉｘの実効値Ｉｘは次式(１２)で定義されることが知られている。
【０１１２】
【数１０】
2017187599.tif 000012
【０１１３】
即ち、交流電流の瞬時値ｉｘを二乗し、１周期Ｔｘ間積分し、１／Ｔｘで乗算した後、平方根を演算することによって、実効値Ｉｘが求まる。また、交流電流ｉｘの振幅Ｉｘａｍｐは実効値Ｉｘを用いて次式(１３)で求められる。
【０１１４】
【数１１】
2017187599.tif 000013
【０１１５】
従って、振幅演算部１４ａｘにおいても、乗算器１４ａ２ｕ，１４ａ２ｖ，１４ａ２ｗにて角度推定用電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈを各々二乗し、積分器１４ａ３ｕ，１４ａ３ｖ，１４ａ３ｗにて角度推定用電流ｉｕｈ，ｉｖｈ，ｉｗｈの二乗値を各々周期Ｔｈで積分し、２／Ｔｈの乗算演算を行い、その結果を乗算器１４ａ４ｕ，１４ａ４ｖ，１４ａ４ｗにて平方根演算することで、角度推定用電流の振幅Ｉｕｈ，Ｉｖｈ，Ｉｗｈを演算する。
【０１１６】
振幅演算部１４ａｘにて求めた位置推定用電流の振幅Ｉｕｈ，Ｉｖｈ，Ｉｗｈは、図３７に示す様に、オフセットＩｈが重畳しており、交流回転機である回転機１の回転角度θの１／２周期で変化する。そこで、角度演算器１４ａｙでは、まず式(１４)のように、角度推定用電流の振幅Ｉｕｈ，Ｉｖｈ，ＩｗｈからオフセットＩｈを減算して各位置演算信号ｄＩｕｈ，ｄＩｖｈ，ｄＩｗｈを算出する。上述のように式では添字１が付けて示されている。ここで、オフセットＩｈは、位置推定用電流の振幅Ｉｕｈ，Ｉｖｈ，Ｉｗｈが三相平衡となることから式(１５)より求めることができる。各位置演算信号ｄＩｕｈ，ｄＩｖｈ，ｄＩｗｈは、図３８に示す様に回転機１の回転角度θに対し、オフセットのない平衡三相交流となる。従って、各位置演算信号ｄＩｕｈ，ｄＩｖｈ，ｄＩｗｈのいずれか１つを逆余弦演算することで回転位置θの回転角度推定値θｅｓｔを演算することができる。または、各位置演算信号ｄＩｕｈ，ｄＩｖｈ，ｄＩｗｈに式(１６)より求めてもよい。
【０１１７】
【数１２】
2017187599.tif 000014
【０１１８】
以上より、実施の形態１２においては、第１の角度検出値θ１と第２の角度検出値θ２との差が第２の閾値を超える場合に、角度推定用電圧指令を座標変換器１３より得た電圧指令に重畳させ、回転機電流のうち、角度推定用電圧指令の成分を抽出することで回転角度推定値θｅｓｔを演算した。回転機１の騒音低減の観点では、角度推定用電圧指令を加算することは好ましくないが、第１の角度検出値θ１と第２の角度検出値θ２との差が増大している場合は、第１の角度センサ４と第２の角度センサ５の少なくともどちらかに故障が生じている可能性が高い異常事態である。そのような場合においては、騒音低減より安全性を考慮して、角度推定用電圧指令を電圧指令に重畳させることで高精度に回転角度推定値θｅｓｔを算出し、角度センサ故障判定部にて故障している角度センサを早く検知することが可能となり、安全度、信頼度が向上する。
【０１１９】
なお、第１の角度推定用信号発生器１２０１、加算器１２０２、回転角度推定器１４ｆもコンピュータで構成することができる。
【０１２０】
なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。
【産業上の利用の可能性】
【０１２１】
この発明による故障判定装置および故障判定方法は、種々の分野の回転機制御装置に適用することができる。
【図１】
2017187599.tif 000015
【図２】
2017187599.tif 000016
【図３】
2017187599.tif 000017
【図４】
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【図５】
2017187599.tif 000019
【図６】
2017187599.tif 000020
【図７】
2017187599.tif 000021
【図８】
2017187599.tif 000022
【図９】
2017187599.tif 000023
【図１０】
2017187599.tif 000024
【図１１】
2017187599.tif 000025
【図１２】
2017187599.tif 000026
【図１３】
2017187599.tif 000027
【図１４】
2017187599.tif 000028
【図１５】
2017187599.tif 000029
【図１６】
2017187599.tif 000030
【図１７】
2017187599.tif 000031
【図１８】
2017187599.tif 000032
【図１９】
2017187599.tif 000033
【図２０】
2017187599.tif 000034
【図２１】
2017187599.tif 000035
【図２２】
2017187599.tif 000036
【図２３】
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【図２４】
2017187599.tif 000038
【図２５】
2017187599.tif 000039
【図２６】
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【図２７】
2017187599.tif 000041
【図２８】
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【図２９】
2017187599.tif 000043
【図３０】
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【図３１】
2017187599.tif 000045
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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