(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相交流モータの各相にそれぞれ設けられた電流センサによる測定値に基づいたモータ制御電流により当該３相交流モータの回転制御を行う制御装置において、
一の相の電流値を、他の二相における電流センサによる測定値から推定する第１の推定手段と、
モータに供給される電流の位相角および各相の電流センサによる測定値から電流の波高値を推定し、推定された波高値と電流の位相角から前記一の相の電流値を推定する第２の推定手段と、
電流センサによる測定値と第１および第２の推定手段で推定した電流値とに基づいて、各相における電流センサの故障の有無を判別し、いずれか１つの電流センサが故障しているときには、故障している電流センサが設けられている相について推定した電流値をモータ制御電流の算出に用いる故障診断手段と
を備えることを特徴とする３相交流モータの制御装置。
【請求項２】
前記故障診断手段は、電流センサの故障の有無の判別の結果、２以上の電流センサが故障していると判断した場合、モータを停止させることを特徴とする請求項１記載の３相交流モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３相交流モータの各相にそれぞれ設けられた電流センサによる測定値に基づいたモータ制御電流により３相交流モータの回転制御を行う３相交流モータの制御装置に係わり、特に、電流センサの故障に対する耐久性を向上させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３相交流モータ制御装置内の電流センサの故障の有無は、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流センサからの電流信号（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が（関係式）Ｉｕ  ＋  Ｉｖ  ＋  Ｉｗ  ＝  ０  を満たしているか否かで判断され、この関係式が満たされていない場合は少なくともいづれか１つの電流センサに故障があるものと判定されていた。そして、電流センサの故障があるものと判定された場合には、故障した電流センサの数に関係なく、直ちに３相交流モータの制御が中断され、モータへの印加電圧を０にすることによりモータの動作を停止していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、１つの電流センサの故障のみで常にモータの動作を停止することは、実使用上好ましくない。特に、環境問題を考慮して開発が進められている電気自動車については、その駆動源として３相交流モータの使用が期待されており、この問題に対する対応策が切望されている。
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流センサの故障に対する耐久性の向上に寄与しうる３相交流モータの制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、発明者は、３つの電流センサのいづれか２つの測定値が正しければ３相交流モータの制御が可能であることに着目した。
【０００６】
請求項１に記載の発明は、３相交流モータの各相にそれぞれ設けられた電流センサによる測定値に基づいたモータ制御電流により当該３相交流モータの回転制御を行う制御装置において、一の相の電流値を、他の二相における電流センサによる測定値から推定する第１の推定手段と、モータに供給される電流の位相角および各相の電流センサによる測定値から電流の波高値を推定し、推定された波高値と電流の位相角から前記一の相の電流値を推定する第２の推定手段と、電流センサによる測定値と第１および第２の推定手段で推定した電流値とに基づいて、各相における電流センサの故障の有無を判別し、いずれか１つの電流センサが故障しているときには、故障している電流センサが設けられている相について推定した電流値をモータ制御電流の算出に用いる故障診断手段とを備えることを要旨とする。
【０００７】
これにより、電流センサの故障が１つ以下である限りは、常に、正しいモータ制御電流により制御を続行することができる。
【０００８】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の故障診断手段は、電流センサの故障の有無の判別の結果、２以上の電流センサが故障していると判断した場合、モータを停止させることを要旨とする。
【０００９】
これにより、電流センサの故障の数が２つ以上になって始めてモータが停止するので、電流センサの故障の影響を直ちに受けることがなくなる。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電流センサの故障が一つ以下である限りはモータの制御が停止されないので、電流センサの故障に対して耐久性の向上を実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１乃至図６を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる３相交流モータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
制御装置は、電流指示値(Iq*,Id*)から電圧指示値(Vq*,Vd*)を算出するＰＩ制御部１００と、ＰＩ制御部１００からの電圧指示値(Vq*,Vd*)を３相電圧(Vu*,Vv*,Vw*)に変換する座標変換部１１０と、座標変換部１１０からの３相電圧(Vu*,Vv*,Vw*)をＰＷＭ信号(Vu**,Vv**,Vw**)に変換するＰＷＭ変換部１２０と、ＰＷＭ変換部１２０からのＰＷＭ信号(Vu**,Vv**,Vw**)を逆変換するＰＷＭインバータ部１４０と、ＰＷＭインバータ１２０からの逆変換信号(Vu,Vv,Vw)により動作する３相交流モータ１６０と、モータ１６０の回転子の位置および回転数を計測する位置／回転数センサ１７０と、電気角（θ）を求めるための位置計測部１８０と、後記故障検出部２００からのモータ制御電流(Iu',Iv',Iw')を２相電流(Iq,Id)に変換し、ＰＩ制御部１００に出力するための３相／ｄ,ｑ軸変換部１９０と、３相交流モータ１６０の各相の電流を測定するためのＵ相電流センサ１５０、Ｖ相電流センサ１５１、Ｗ相電流センサ１５２と、各相の電流センサの故障を検出し、モータ制御電流(Iu',Iv',Iw')を３相／ｄ,ｑ軸変換部１９０に出力する故障検出部２００と、故障検出部２００からの指示によりモータの動作を停止するためのモータ停止部１３０から構成され、故障検出部２００は、第１推定値算出部２０１と、第２推定値算出部２０２と、故障診断部２０３を備える。
【００１４】
次に、上記第１の実施形態に係わる３相交流モータの制御装置における、基本的な電流センサの故障診断の流れについて図２のフローチャートを用いて説明する。
【００１５】
１）始めに、各相の電流センサ１５０、１５１、１５２により各相（ｕ，ｖ，ｗ）の電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を測定する（ステップＳ２０１）。
２）次に、各相の第１電流推定値（Ｉｕ（１），Ｉｖ（１），Ｉｗ（１））を第１の推定方法（第１推定値算出部２０１）により算出する（ステップＳ２０２）。
３）次に、各相の第２電流推定値（Ｉｕ（２），Ｉｖ（２），Ｉｗ（２））を第２の推定方法（第２推定値算出部２０２）により算出する（ステップＳ２０３）。
４）故障診断部２０３により、ステップＳ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０３で得られた電流値から多数決で故障部位を推定する（ステップＳ２０４）。
５）故障部位数（Ｎ）が１つ以下であるときには、所定の方法で得られたモータ制御電流を出力し、モータ制御動作を続行する（ステップＳ２０６）。
６）故障部位数（Ｎ）が２つ以上であるときには、モータ停止部１３０にモータ停止信号を送信し、モータ１６０を停止する（ステップＳ２０７）。
【００１６】
以上をまとめると、本実施形態の係わる制御方法は、各相の電流を測定値および２つの手法で推定した電流値から多数決により故障部位を決定するのである。そして、故障部位の数が２つ以上であるときに始めて、モータの制御を停止する。
【００１７】
次に、上記のステップＳ２０２、Ｓ２０３における第１、第２の推定方法及びステップＳ２０４における故障部位数の推定方法およびその後のモータ制御方法について図３乃至図５により詳細に説明する。
【００１８】
始めに、ステップＳ２０２における第１の推定方法について説明する。
【００１９】
第１の推定方法においては、各モータ相の電流測定値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）と（関係式）Ｉｕ  ＋  Ｉｖ  ＋  Ｉｗ  ＝  ０  により第１電流推定値（Ｉｕ（１），Ｉｖ（１），Ｉｗ（１））を算出する。
【００２０】
すなわち、（関係式）から導かれる下記の３つの式から推定したい相の電流を他の２相の電流測定値を用いて求めるのである。
【００２１】
Ｉｕ（１）  ＝  −（Ｉｖ＋Ｉｗ）
Ｉｖ（１）  ＝  −（Ｉｗ＋Ｉｕ）
Ｉｗ（１）  ＝  −（Ｉｕ＋Ｉｖ）
ここで、得られた値を第１電流推定値（Ｉｕ（１），Ｉｖ（１），Ｉｗ（１））とする。
【００２２】
このため、各相センサのいづれかが故障した場合の上記第１の推定値の正否は、図３に示すようになる。
【００２３】
次に、ステップＳ２０３における第２の推定方法について説明する。
【００２４】
第２の推定方法は、以下の方法により各相電流の電流位相角（γ）を算出することから始まる。
【００２５】
一般に、電流位相角（γ）は、電気角（θ）が０である時を基準点として考えると、次の式により求められる。
【００２６】
γ  ＝  θ  −  φ  −  π
ここで、φは、以下の関係式を満たす変数である。
【００２７】
φ  ＝  ａｒｃｔａｎ（Ｉｄ／Ｉｑ）                                Ｉｄ：ｄ軸電流  Ｉｑ：ｑ軸電流
尚、上記の式により求められた位相角（γ）を仮にＵ相のものであるとすると、Ｖ相及びＷ相の位相角は、それぞれ（γ  −  １２０）°、（γ  −  ２４０）°として与えられる。また、電気角（θ）は位置／回転数センサ１７０により測定される。
【００２８】
次に、位相角（γ）及び各モータ相の電流測定値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）の関数である、図４に示す電流の波高値（Ｉｍ１，Ｉｍ２，Ｉｍ３，Ｉｍ４）を求める。尚、図４において、位相角が６０°毎に波高値を分類した理由は、ｓｉｎ（γ）、ｓｉｎ（γ−１２０）、ｓｉｎ（γ−２４０）が０となる角度を使用しないようにするためである。また、ここでは、位相角を０°〜３６０°の範囲で規格化している。
【００２９】
次に、図５に示す各モータ相センサが故障した場合の上記の波高値（Ｉｍ１，Ｉｍ２，Ｉｍ３，Ｉｍ４）の正否に基づいて、以下のように、パラメータＩｍを決定する。
【００３０】
ａ）３０°≦γ＜９０°及び２１０°≦γ＜２７０°の時、
（ａ−１）  Im2 = Im3  ならば、Im = Im2
（ａ−２）  Im1 = Im4  ならば  Im = Im1
（ａ−３）  Im1 = Im2  ならば  Im = Im1
ｂ）９０°≦γ＜１５０°及び２７０°≦γ＜３３０°の時、
（ｂ−１）  Im2 = Im3  ならば、Im = Im2
（ｂ−２）  Im1 = Im2  ならば  Im = Im1
（ｂ−３）  Im1 = Im4  ならば  Im = Im1
ｃ）１５０°≦γ＜２１０°及び３３０°≦γ＜３０°の時、
（ｃ−１）  Im1 = Im2  ならば、Im = Im1
（ｃ−２）  Im2 = Im3  ならば  Im = Im2
（ｃ−３）  Im1 = Im4  ならば  Im = Im1
最後に、得られたパラメータImを下記の式に代入し、第２電流推定値（Iu(2),Iv(2),Iw(2)）を得る。
【００３１】
Ｉｕ（２）  ＝  Ｉｍ  ＊  ｓｉｎ（γ）
Ｉｖ（２）  ＝  Ｉｍ  ＊  ｓｉｎ（γ−１２０）
Ｉｗ（２）  ＝  Ｉｍ  ＊  ｓｉｎ（γ−２４０）
尚、第２電流推定値（Ｉｕ（２），Ｉｖ（２），Ｉｗ（２））は、パラメータＩｍの決定の際に正しい波高値を利用しているので、各相のいづれかの電流センサが故障しても正しい値を推定する。したがって、第２電流推定値を中心として測定値及び第１の推定値を比較することにより、故障部位の推定を行うことができる。
【００３２】
次に、ステップＳ２０４における故障部位の推定方法及びその後のモータ制御について説明する。
【００３３】
１）Ｕ相電流センサの故障推定
１−１）Iu≠Iu(1)＝Iu(2)ならば、Ｕ相のみが故障しているとしてIu'=Iu(1)を出力（ステップＳ２０６）
１−２）Iu＝Iu(2)≠Iu(1)ならば、Iu'=Iuを出力（ステップＳ２０６）
１−３）Iu≠Iu(1)≠Iu(2)ならば、２つ以上のセンサが故障しているとして動作停止（ステップＳ２０７）
２）Ｖ相電流センサの故障推定
２−１）Iv≠Iv(1)＝Iv(2)ならば、Ｖ相のみが故障しているとしてIv'=Iv(1)を出力（ステップＳ２０６）
２−２）Iv＝Iv(2)≠Iv(1)ならば、Iv'=Ivを出力（ステップＳ２０６）
２−３）Iv≠Iv(1)≠Iv(2)ならば、２つ以上のセンサが故障しているとして動作停止（ステップＳ２０７）
３）Ｗ相電流センサの故障推定
３−１）Iw≠Iw(1)＝Iw(2)ならば、Ｗ相のみが故障しているとしてIw'=Iw(1)を出力（ステップＳ２０６）
３−２）Iw＝Iw(2)≠Iw(1)ならば、Iw'=Iwを出力（ステップＳ２０６）
３−３）Iw≠Iw(1)≠Iw(2)ならば、２つ以上のセンサが故障しているとして動作停止（ステップＳ２０７）
以上のようにして、本実施形態の３相交流モータの制御装置は、電流センサの故障に対するモータ制御を行っている。
【００３４】
最後に、上記の制御方法を利用した電流センサ制御の実験例を図６を用いて説明する。
【００３５】
故障検出は、図６（ｂ）測定値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）、（ｃ）第１推定値（Ｉｕ（１），Ｉｖ（１），Ｉｗ（１））、（ｄ）第２推定値（Ｉｕ（２），Ｉｖ（２），Ｉｗ（２））に示す波形を比較することにより行う。図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す波形を比較すると、Ｉｕ＝Ｉｕ（２）≠Ｉｕ（１）、Ｉｖ≠Ｉｖ（１）＝Ｉｖ（２）、Ｉｗ＝Ｉｗ（２）≠Ｉｗ（１）であることがわかる。この関係を前述の方法に応用すると、故障部位はＶ相電流センサが故障であることが推定され、モータ制御電流（Ｉｕ’，Ｉｖ’，Ｉｗ’）は、（Ｉｕ，Ｉｖ（１），Ｉｗ）となる（図６（ａ））。また、故障部位は、Ｖ相電流センサのみと推定されることから、制御装置は動作を停止させることなく、そのまま制御が継続される。
【００３６】
このように、本制御装置においては、電流センサの故障が一つの場合でも正常に動作を継続することができる。尚、ここでは、ユーザーが指示した電流値（Ｉｑ＊）にモータ電流を適合させる電流制御装置を実施形態として示したが、本発明の特徴は故障検出部２００にあり、本発明がここで示す実施形態に制限されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる３相交流モータの制御装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる３相交流モータの制御方法を説明するためのフローチャート図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる第１電流推定値の正否を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係わる電流波高値と位相角の関係を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係わる第２電流推定値の正否を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態の３相交流モータの制御装置を用いた実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１００  ＰＩ制御部
１１０  座標変換部
１２０  ＰＷＭ変換部
１３０  モータ停止部
１４０  ＰＷＭインバータ部
１５０  Ｕ相電流センサ
１５１  Ｖ相電流センサ
１５２  Ｗ相電流センサ
１６０  ３相交流モータ
１７０  位置／回転数センサ
１８０  位置計測部
１９０  ３相／ｄ，ｑ軸変換部
２００  故障検出手部
２０１  第１推定値算出部
２０２  第２推定値算出部
２０３  故障診断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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