(57)【要約】  給電指令に応じた電力を回転機に給電する給電部と、前記回転機の回転状態を検出する回転状態検出部と、前記回転機の出力する出力トルクを検出するトルク検出部と、前記回転状態検出部またはトルク検出部の異常を判定する異常判定部と、前記回転機を振動させる加振指令を発生する加振指令発生部と、を備え、前記給電指令が少なくとも前記加振指令に基づいて生成されるとともに、前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答に基づいて前記検出部の異常を判定する回転機の制御装置を提供する。
2015071974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電指令に応じた電力を回転機に給電する給電部と、
前記回転機の回転状態を検出する回転状態検出部と、
前記回転機の出力する出力トルクを検出するトルク検出部と、
前記回転状態検出部またはトルク検出部の異常を判定する異常判定部と、
前記回転機を振動させる加振指令を発生する加振指令発生部と、
を備え、
前記給電指令が少なくとも前記加振指令に基づいて生成されるとともに、前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答に基づいて前記検出部の異常を判定する、
ことを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
前記加振指令発生部は、前記加振指令の特徴量を加振情報として出力し、前記異常判定部は、前記加振情報に基づいて前記応答を求めて異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の回転機の制御装置。
【請求項３】
前記加振指令は正弦波を含み、前記加振情報は前記加振指令の周波数、位相、振幅のいずれか１つまたは前記加振指令であって、
前記異常判定部は、前記加振情報に基づいて前記応答を求めて異常を判定することを特徴とする請求項２に記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答の振幅に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記加振指令発生部は、前記加振情報を加振指令の周波数とし、
前記異常判定部は、前記加振指令の周波数に基づいて、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答それぞれの振幅または位相を演算し、該振幅または該位相に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項３に記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態と前記出力トルクの交流成分を抽出し、前記交流成分に基づいて前記応答を求めて異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記回転状態検出部は、前記回転機の回転位置または回転速度を検出または演算することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項８】
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答または前記出力トルクの応答に、補正ゲインを乗算した値に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項９】
前記異常判定部は、前記回転状態検出部とトルク検出部の出力の次元を合わせるために一方の出力に積分を含むフィルタ処理を施して次元換算を行うことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記トルク検出部は、第１トルク検出部と第２トルク検出部の２系統を有し、それぞれ第１出力トルクと第２出力トルクを出力し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答、前記第１出力トルクの応答および前記第２出力トルクの応答のうちいずれか２つの応答に対して残りの１つの応答が異なる場合に、前記異なる応答を示した前記回転状態検出部、第１トルク検出部または第２トルク検出部に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１１】
前記トルク検出部は、第１トルク検出部と第２トルク検出部の２系統を有し、それぞれ第１出力トルクと第２出力トルクを出力し、
前記制御装置は、前記第１トルク検出部または前記第２トルク検出部のいずれかが異常である場合において、正常な系統の出力トルクに基づいて回転機の制御を継続し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記正常な系統の出力トルクの応答に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記回転状態検出部は、第１回転状態検出部と第２回転状態検出部の２系統を有し、それぞれ第１回転状態と第２回転状態を出力し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記第１回転状態の応答、前記第２回転状態の応答および前記出力トルクの応答のうちいずれか２つの応答に対して残りの１つの応答が異なる場合に、前記異なる応答を示した前記第１回転状態検出部、第２回転状態検出部またはトルク検出部に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１３】
前記回転状態検出部は、第１回転状態検出部と第２回転状態検出部の２系統を有し、それぞれ第１回転状態と第２回転状態を出力し、
前記制御装置は、前記第１回転状態検出部または前記第２回転状態検出部のいずれかが異常である場合において、正常な系統の回転状態に基づいて回転機の制御を継続し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記正常な系統の回転状態の応答と前記出力トルクの応答に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項１から９までおよび１２のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１４】
前記加振指令発生部は、前記加振指令の振幅を前記回転状態または前記出力トルクに応じて変化させることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１５】
前記給電指令は、前記回転機に基本的な回転をさせる基本指令に前記加振指令を重畳したものとすることを特徴とする請求項１から１４までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１６】
前記加振指令発生部は、前記加振指令の振幅を、前記基本指令に応じて変化させることを特徴とする請求項１５に記載の回転機の制御装置。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置を備え、前記回転機が発生するトルクをステアリングシャフトに伝達させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１８】
前記加振指令は、前記出力トルクと前記回転状態の応答が概ね等しい周波数の正弦波を含むことを特徴とする請求項１７に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転機の制御装置等に関し、特に、回転機の制御装置の故障の検知を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術の従来装置として、下記特許文献１には、電動パワーステアリング装置において、トルクセンサのトルク信号の絶対値が零近傍の所定値未満であって、ステアリングハンドルの舵角速度(すなわち負荷の回転速度)が一定値以上であり、且つ舵角(すなわち負荷の回転角度)が増加方向である状況が一定時間以上継続したとき、上記トルク信号が異常であると判定するものであって、トルクセンサのトルク信号と回転状態の一種の整合性に基づいて異常を検知するものが開示されている。【０００３】
また下記特許文献２には、同様に電動パワーステアリング装置において、異常検知のための瞬発的なモータトルクを印加し、その瞬発的なモータトルクの印加がトルクセンサのセンサ信号に反映されない場合に、トルクセンサのセンサ信号の異常を検知するものが開示されている。【０００４】
また、その他の一般的で基本的な装置の例として、各センサをそれぞれ２系統備えて、それらの相互比較によって、各センサの異常を検知するものがある。例えば、トルク検出部を２系統備えて、それらの相互比較によりいずれかの系統のトルク検出部に生じる異常を検知するものである。回転状態検出部についても２系統備えるものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６６８２３５号公報
【特許文献２】特開２０１１−５１４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１のような装置においては、異常検知のための信号は印加しないで、通常の操作に伴う基本的な制御の応答で異常を検知する。このため、例えば、回転停止中や、回転時にトルクが大きくなるような動作状態において、異常を検知できない。そのため、いつ異常を検知できる状態になるか分からず、操作の状態が、異常検知可能な状態になるまで待つ必要があるという課題があった。【０００７】
また、上記特許文献２のような装置においては、異常検知のための瞬発的なモータトルクがトルクセンサのセンサ信号に反映されるか否かで異常を検知するものである。例えば、負荷状態などに応じて摩擦の大きさが変化すると、瞬発的なモータトルクが摩擦で減衰し、実際のトルクとして応答しない場合がある。そのときは、トルクセンサが正常であっても瞬発的なモータトルクの応答はセンサ信号には現れないことになる。そのため、トルクセンサ信号は、本来は正常であるのにも係わらず、異常であると誤って検知する誤検知に対する余裕が小さくなる恐れがあるという課題があった。【０００８】
また、上述の一般的な例として挙げた方式、すなわち、各センサをそれぞれ２系統備えるものは、センサのコストが２倍になるため、装置のコストが高くなるという課題があった。【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コストを抑えつつ、異常検知可能な動作状態を広範囲に広げ、かつ、異常の検知精度を向上できる回転機の制御装置等を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、給電指令に応じた電力を回転機に給電する給電部と、前記回転機の回転状態を検出する回転状態検出部と、前記回転機の出力する出力トルクを検出するトルク検出部と、前記回転状態検出部またはトルク検出部の異常を判定する異常判定部と、前記回転機を振動させる加振指令を発生する加振指令発生部と、を備え、前記給電指令が少なくとも前記加振指令に基づいて生成されるとともに、前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答に基づいて前記検出部の異常を判定する、ことを特徴とする回転機の制御装置等にある。
【発明の効果】
【００１１】
この発明では、コストを抑えつつ、異常検知可能な動作状態を広範囲に広げ、かつ異常の検知精度を向上できる回転機の制御装置等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による回転機の制御装置とその周辺の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による異常判定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１による給電部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による加振応答演算器の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１による加振応答振幅の時間応答波形の一例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２による加振応答演算器の構成の一例を示すブロックである。
【図７】この発明の実施の形態３による異常判定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態４による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４による異常判定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による加振応答演算器の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による異常判定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態６による異常判定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態７による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態８による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態１０による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態１１による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態１０による異常判定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１８】この発明の実施の形態１１による異常判定部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１９】この発明の実施の形態１２による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態１３による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態１４による電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】この発明の実施の形態１４による電動パワーステアリングにおける回転機のトルクから回転機の回転位置とトルク検出部の出力トルクまでの応答振幅の差異の周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明によれば、加振指令に基づいて回転機への電力を制御し、加振指令に対する２種類以上の検出部の応答を相互に参照して異常を検知する。これにより、例えば回転軸の摩擦の増大など、異常でない変動に起因して加振指令に対する応答が小さくなる場合には、実際の振動振幅が小さくなり、いずれの検出部における応答も小さくなるため、この応答を異常であると誤検知する恐れが無く、検知精度を高められる。さらに、加振指令により回転機を意図的に振動させるため、異常検知可能な動作状態を広範囲に広げることができる。
【００１４】
また、同じ状態変数を検出する複数の検出部の検出信号を相互参照して、異常を検知するものは、従来からある。しかしながらこの発明では、トルクと回転状態という異なる状態変数を検出する検出部の信号を相互参照して、異常を検知する。これにより、各検出部を２系統備えるなどして冗長な構造にする必要がなく、構成を簡素化してコストを低減できる。
【００１５】
以下、この発明による回転機の制御装置等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。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転機の制御装置とその周辺の構成を示すブロック図である。図１において、制御装置２０の周辺には、回転機１と負荷８が備わっている。負荷８は、回転機１により出力されるトルクを与える対象を示し、用途により様々なものが適用される回転慣性体として想定すればよい。負荷８は、この発明の構成要素ではない。回転機１は、例えば、永久磁石同期電動機、ＤＣブラシ付き電動機、誘導電動機など、一般に良く知られたものとする。
【００１７】
制御装置２０は、後述する基本指令に基づいて制御した電力を回転機１に供給し、回転機１から所望のトルクを出力させる。
【００１８】
制御装置２０に備えられた給電部２は、後述する給電指令に基づいて回転機１に電力を供給する。給電指令は、この実施の形態では、回転機１に流す電流に対する指令であり、電流指令とも言う。
【００１９】
図３にこの発明の実施の形態１による給電部の構成の一例を示すブロック図を示す。給電部２は、図３のように電流制御部２０１と電力変換部２０２で構成される。電力変換部２０２は電流制御部２０１から出力される電圧指令に基づいて回転機１に電流を供給する。電流制御部２０１は、回転機１および電力変換部２０２に流れる電流と給電指令に基づいて、電流が給電指令に追従するように電圧指令を制御する。
【００２０】
回転機１の回転軸ＡＲには、回転状態検出部３とトルク検出部４が接続されている。回転状態検出部３は、回転機１の回転軸ＡＲの回転位置θｍを回転状態として検出する。トルク検出部４は、回転機１で発生し負荷８に伝達されたトルク、すなわち出力トルクＴｓを検出する。
【００２１】
基本指令とは、回転機１の利用用途に応じた基本的な回転動作に対応した指令である。給電指令発生部を構成する加算部６は、異常の検知のために用いる加振指令を基本指令に加算し給電指令を演算する。この加振指令は、回転状態検出部３およびトルク検出部４に生じる異常を検知することを目的に、加振指令発生部５において生成されるものである。加振指令は、この実施の形態では、
【００２２】
Ａｅ・ｓｉｎ(ωｅ・ｔ＋Φｅ)
Ａｅ：加振振幅、
ωｅ：加振周波数
Φｅ：加振位相
【００２３】
で表せるような正弦波を用いる。加振指令が重畳された給電指令により、回転機１に振動的な電力が給電され、その応答として振動的な出力トルクが出力され、また、回転位置θｍが振動する。この発明は、この加振指令に対する回転位置θｍおよび出力トルクＴｓの応答を相互に参照し、その整合性を判定することで、回転状態検出部３とトルク検出部４のいずれかに生じた異常を検出するものである。
【００２４】
また、加振指令発生部５は、加振指令を構成する情報である加振情報も出力する。この発明における加振情報とは、加振振幅Ａｅ、加振周波数ωｅ、加振位相Φｅ、および、加振指令そのものを示すが、この実施の形態では、加振周波数ωｅのみを指すこととする。
【００２５】
制御装置２０に備えられた異常判定部７は、回転状態検出部３で検出された回転位置θとトルク検出部４で検出された出力トルクＴｓを、加振周波数ωeに基づいて演算処理することで、相互に比較して、それらの整合性を判定することで、回転状態検出部３およびトルク検出部４に生じる異常を検知する。
【００２６】
図２にこの発明の実施の形態１による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。図２において、基準波生成部７０１は、加振周波数に基づいて、基準ｓｉｎ波と基準ｃｏｓ波で構成される基準波を生成する。基準ｓｉｎ波はｓｉｎ(ωｅ・ｔ)、基準ｃｏｓ波はｃｏｓ(ωｅ・ｔ)であるとする。次元換算部７０４は、回転位置θｍの次元を出力トルクＴｓと同様になるよう換算する。定数である換算ゲインを回転位置に乗算して、換算後の回転位置を換算回転位置θｔとして算出する。トルク検出部４で検出されるトルクは、一般に、トルク検出部４に含まれる回転軸ＡＲの捩れ角に比例することが知られており、検出されるトルクは、ある振動周波数においては、回転位置θｍに比例する。したがって、換算ゲインは、トルク検出部４の回転軸ＡＲの剛性定数と同等な値に設定する。
なお、次元換算部７０４の代わりに、出力トルクＴｓの次元を回転位置θｍと同様になるよう換算する次元換算部(図示省略)を設けてもよい。
【００２７】
２つの加振応答演算器７０２(加振応答演算部)は、換算回転位置θｔおよび基準波(基準ｓｉｎ波、基準ｃｏｓ波)に基づいて、加振指令に対する回転位置の応答を加振応答として演算する加振応答演算器と、出力トルクＴｓおよび基準波(基準ｓｉｎ波、基準ｃｏｓ波)に基づいて、加振指令に対する出力トルクの応答を加振応答として演算する加振応答演算器からなる。
【００２８】
図４にこの発明の実施の形態１による加振応答演算器の構成の一例を示すブロック図を示す。２つの加振応答演算器７０２は例えば図４に加振応答演算器７０２ａで示す同一構成を有する。乗算部７０２１において、乗算器７０２１−１，７０２１−２により基準ｓｉｎ波と基準ｃｏｓ波それぞれに対して、回転状態または出力トルクを乗算して、基準ｓｉｎ波と回転状態の乗算値および基準ｃｏｓ波と回転状態の乗算値、または基準ｓｉｎ波と出力トルクの乗算値および基準ｃｏｓ波と出力トルクの乗算値、を演算する。演算された各乗算値は積分部７０２２の積分器７０２２−１，７０２２−２においてそれぞれに積分される。積分部７０２２から出力される積分された信号は、基準ｓｉｎ波、基準ｃｏｓ波にそれぞれ対応した位相の加振周波数に対する応答の振幅値、すなわち加振周波数による振幅値となる。
【００２９】
振幅演算部７０２３ａは、この積分された直交する２つの信号について、それぞれ二乗して和を求め、その平方根を演算することで、加振指令に対する換算回転位置θｔまたは出力トルクＴｓの応答の振幅、すなわち加振応答振幅を算出する。
【００３０】
図２に戻り、比較判定部７０３は、加振応答演算器７０２から出力された加振応答振幅に基づいて、換算回転位置θｔの加振応答振幅、出力トルクＴｓの加振応答振幅を比較し、その差が、通常の誤差範囲で決められた所定値を超えるか否かを判定する。そして差が、所定値を超える期間が所定時間以上経過(継続)したときに、回転状態検出部３または、トルク検出部４に異常が生じたものと判定する。
【００３１】
図５にこの発明の実施の形態１による加振応答振幅の時間応答波形の一例を示す。この発明による制御装置を用いて異常を検知した場合の波形の時間的変化は図５のようになる。図５において、横軸が経過時間、縦軸が加振応答振幅を示す。薄い線Ａが換算回転位置θｔの加振応答振幅を示し、濃い線Ｂが出力トルクＴｓの加振応答振幅を示す。７秒付近で故障が発生するまでは、２つの加振応答振幅はほとんど同等の値を示しているが、時刻７秒付近でトルク検出部４が故障して以降は、出力トルクＴｓの加振応答振幅のみが小さな値を示し、２つの加振応答振幅の差異が拡大していることが分かる。この差を比較判定部７０３が判定し、所定時間以上カウントすることで、異常を確定できる。
【００３２】
ここで、時刻５秒付近に注目されたい。この付近では、２つの加振応答振幅がともに、非常に小さな値を示している。すなわち、加振指令に対して、出力トルクＴｓおよび回転状態θｍがほとんど応答していないことを示している。これは、負荷８の状態が変化したことにより、回転軸ＡＲにかかる摩擦が大きくなり、その結果、加振指令により発生させた回転機１のトルクが、トルク検出部４で検出される出力トルクに伝達するまでに減衰し、また同様に、回転状態検出部３で検出される回転状態に伝達するまでに減衰したため加振応答振幅が小さくなったものである。このように、加振指令が出力トルクおよび回転状態に伝達されるまでの応答は、通常時の生じる負荷状態や摩擦など異常でない変動に応じて変化するものである。したがってこの発明のように、加振指令が出力トルクおよび回転状態に伝達するまでの応答を、相互に参照して異常を検知することで、正常な状態を誤検知することなく、正確に異常を検知できる。
【００３３】
一方、特許文献２の装置のように、１つのセンサ応答のみで異常を検知しようとすると、上述のような摩擦が大きい状態のような場合に、加振指令の役割をする瞬発的なトルクがセンサ信号に伝達するまでの応答が減衰して、加振応答振幅が非常に小さな値になり、これを異常であると誤って判定する恐れがあった。例えば、図５の時刻５秒付近のような状態であり、このときの出力トルクの加振応答振幅は、時刻７秒以降の故障発生後の値とほぼ等しいので、異常か正常かを判断し難い。そのため、従来技術で、このような誤検知を回避するには、異常検知のための瞬発的なトルクを摩擦に埋もれないように十分大きな値にする必要があったので、不快な振動が大きくなるという課題があった。また、特許文献２のような装置が、別の方法で回避しようとすると、加振に対して正常に応答しないと判断する振幅の閾値を、極めて小さな値に設定するなどして対処する必要があるため、本来、異常であると即座に判定したい応答レベル(例えば図５の７秒以降の出力トルク応答)であっても、異常を検知できず、応答が異常を検知できるほど極めて小さな値になるまで待つ必要があった。
【００３４】
この実施の形態によれば、負荷状態や摩擦など異常でない変動に応じて加振指令に対する各検出部の応答が変動する場合に、この変動を異常であると誤検知する恐れはなく、加振指令に対する出力トルクおよび回転状態の応答の関係が異常に乖離した場合に、異常を検知できるので、検知精度が非常に高いという効果がある。
【００３５】
また、特許文献１のように、加振指令を用いずに基本指令だけで、出力トルクと回転状態の整合性を判定しようとすると、操作の状態が、異常検知可能な特定の状態になるまで待つ必要があった。しかしながら、この実施の形態の構成によれば、加振指令により回転機を意図的に振動させるため、異常検知可能な動作状態を広範囲に広げることができる。
【００３６】
以上のように、この実施の形態による回転機の制御装置は、給電指令に応じた電力を回転機１に給電する給電部２と、回転機１の回転状態を検出する回転状態検出部３と、回転機１の出力する出力トルクを検出するトルク検出部４と、回転状態検出部３またはトルク検出部４の異常を判定する異常判定部７と、回転機１を振動させる加振指令を発生する加振指令発生部５とを備え、給電指令は少なくとも加振指令に基づいて生成されるとともに、異常判定部７は、加振指令に対する回転状態の応答と出力トルクの応答に基づいて異常を判定するよう構成した。
【００３７】
これにより、回転機１の異なる状態変数を検出するトルク検出部４および回転状態検出部３の検出信号を、概ね常時において相互に参照し、いずれかの異常を精度よく検知することができる。ここで、従来技術では、回転機の異なる状態変数を検出するトルク検出部および回転状態検出部の検出信号を、相互参照しようとすると、異常検知可能な動作範囲は限定的となっていた。しかしながらこの発明では、加振指令に対する各検出部３，４の応答を相互に参照するようにした。このため、概ね常時において異常を検知することができるようになった。また例えば、各検出部３，４を２系統にして、回転機１の同一の状態変数を２重に検出するなどして相互参照するようにしていないので、コストも低減できる。
【００３８】
さらに、加振指令発生部５は、加振指令の特徴量を加振情報として出力し、異常判定部７は、加振情報に基づいて異常を判定するよう構成されている。これにより、加振指令に対する各検出部３，４の応答を精度良く抽出することができ、異常の検知精度を高めることができる。
【００３９】
さらに、加振指令は正弦波を含有し、加振情報は、加振指令の周波数であって、異常判定部７は、加振情報に基づいて異常を判定するよう構成した。これにより、加振指令の周波数に限定して、加振指令に対する各検出部３，４の応答を抽出できるので、精度良くその応答を抽出でき、異常の検知精度を高めることができる。
【００４０】
さらに、異常判定部７は、加振指令に対する回転状態の応答と出力トルクの応答のそれぞれの振幅に基づいて異常を判定するように構成した。これにより、加振指令に対する各検出部３，４の応答の成分のうち、位相など他の情報を排除して、振幅だけで異常を判定できるので、簡素な判定部で、簡潔に判定できる。
【００４１】
さらに、加振指令発生部５は加振情報を加振指令の周波数ωｅとし、異常判定部７は、加振指令の周波数に基づいて、加振指令に対する回転状態の応答と出力トルクの応答それぞれの振幅を演算し、該振幅に基づいて異常を判定するよう構成した。これにより、加振指令の周波数における加振指令に対する各検出部３，４の応答を解析して、その周波数の振幅のみを抽出することができるので、余計な成分を排除でき、応答を精度良く抽出することができ、異常の検知精度を高めることができる。
【００４２】
さらに、異常判定部７は、加振指令に対する回転状態の応答または出力トルクの応答に、補正ゲインを乗算した値に基づいて異常を判定するよう構成した。これにより、回転機１の異なる状態変数を検出するトルク検出部４および回転状態検出部３の検出信号を、加振指令の周波数においては、同じ次元に換算できる性質を利用できる。このため、同じ次元で相互に比較、参照できるため、各検出部３，４をそれぞれ２系統備える必要もなく、ほぼ常時、異常を判定できる。
【００４３】
さらに、給電指令は、回転機１に基本的な回転をさせる基本指令に加振指令を重畳したものとした。これにより、回転機１に所望の様々な動作状態を実現するよう基本指令を設定して、それに加えて、加振指令による異常判定のための振動も発生させることができ、異常検知可能な動作状態を広範囲に広げて、概ね常時において異常検知することができる。
【００４４】
また、同じ状態変数を検出する複数の検出部の検出信号を相互参照して、異常を検知するものは、従来からある。しかしながらこの発明では、トルクと回転状態という異なる状態変数を検出する検出部の信号を相互参照して、異常を検知する。従って、各検出部３，４を２系統備えるなどして冗長にする必要がなく、構成を簡素化してコストを低減できる。
【００４５】
なお、加振振幅Ａｅは、回転軸ＡＲにかかる最大の摩擦トルクよりも大きく設定することで、回転状態や出力トルクの各検出部３，４において、ゼロ以上の振幅で応答が現れる。従って加振振幅Ａｅを回転軸ＡＲにかかる最大摩擦トルクよりも大きく設定することで、異常を検知できる範囲はより広がるが、反面、振動が大きくなり、不快になる場合がある。従って、加振振幅Ａｅは用途に応じた大きさに設定すればよい。少なくとも回転軸ＡＲにかかる最小の摩擦トルクよりも大きく設定することで、この発明であれば異常は検知できる。特許文献２のような、異常検知のための瞬発的なモータトルクを印加する装置では、テスト用のパルスが小さいと、摩擦で減衰して応答しなくなるので、異常を検知し難くなるが、この発明であれば、異常を誤検知する恐れはない。
【００４６】
なお、加振周波数ωｅは、給電指令から出力トルクと回転状態の応答が概ね等しい周波数の範囲に定めればよい。この範囲は、回転機１を接続する負荷８などによって異なるが、回転機１の慣性や回転軸ＡＲや検出部３，４の軸の剛性で決まる共振周波数よりは高い領域に設定するのが望ましい。
【００４７】
加振位相Φｅは、通常はゼロで定めればよい。給電指令が２成分のベクトルである場合は、加振指令も２成分のベクトルに設定でき、この場合、９０度位相差の加振位相をそれぞれ備える正弦波で設定してもよい。
【００４８】
また、上記説明では、加振指令は正弦波を用いたが、矩形波や台形波など、回転機１に振動を与える形状であればよく、回転状態や出力トルクに応答するまでに、ローパスフィルタをかけたような鈍った波形になって応答するだけであり、異常判定部７は同様な処理により異常を検知できる。
【００４９】
実施の形態２．
図６にこの発明の実施の形態２による加振応答演算器の構成の一例を示すブロック図を示す。上述の実施の形態１においては、異常判定部７は、加振応答に対する各検出部の応答の振幅を演算した。この実施の形態では、応答の位相を演算する点が実施の形態１と異なる。その他の部分は基本的に上記実施の形態と同様である。
【００５０】
この実施の形態の異常判定部７(図２参照)は、加振応答演算器７０２として、図６に示す加振応答演算器７０２ｂの構造のものを備える。加振応答演算器７０２ｂは、積分部７０２２の出力をそれぞれ位相演算部７０２３ｂで、加振応答に対する各検出部３，４の応答の位相を演算する。前述の通り、積分部７０２２から出力される積分された信号は、基準ｓｉｎ波、基準ｃｏｓ波にそれぞれ対応した位相の加振周波数に対する応答の振幅値となる。位相演算部７０２３ｂは、この積分された直交する２つの信号について、逆正接を演算することで、加振指令に対する換算回転位置θｔまたは出力トルクＴｓの応答の位相、すなわち加振応答位相を算出する。なお、この位相は、基準波からの位相の差異を値に持つものとなる。
【００５１】
また、加振指令に対する回転位置θｍまたは出力トルクＴｓの応答の位相は、応答の間に所定の位相差が発生する場合がある。その場合は、位相演算部７０２３ｂで、その所定の位相差分を、いずれか一方の応答位相から差し引いて加振応答位相を補正すればよい。なお、この実施の形態のように位相を用いて判定する場合は、振幅を比較しないので、図２の次元換算部７０４を用いなくてもよい。
【００５２】
この実施の形態の構成によれば、加振指令に対する回転位置θｍと出力トルクＴｓの応答の位相に基づいて異常を検知するが、実施の形態１と同様に基準ｓｉｎ波、基準ｃｏｓ波に対応した位相の加振周波数に対する応答の振幅値から位相を算出するように変形したものであり、基本的な効果は同様に得られる。
【００５３】
また、加振指令発生部５は加振情報を加振指令の周波数とし、異常判定部７は、加振指令の周波数に基づいて、加振指令に対する回転状態の応答と出力トルクの応答それぞれの位相を演算し、該位相に基づいて異常を判定する。これにより、加振指令の周波数における加振指令に対する各検出部の応答を解析して、その周波数の位相のみを抽出することができるので、余計な成分を排除でき、応答を精度良く抽出することができ、異常の検知精度を高めることができる。
【００５４】
実施の形態３．
図７にこの発明の実施の形態３による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。上述の実施の形態１においては、異常判定部７は、加振周波数に基づいて図２の基準波生成部７０１で基準波を生成した。この実施の形態では基準波の生成法が異なる。図７のように、加振情報を加振指令そのものとし、加振指令そのものと、加振指令の位相を９０度だけシフトした信号を基準波とする点が、上記実施の形態１と異なる。他は基本的に同様である。
【００５５】
より詳細には、加振指令そのものを、基準ｓｉｎ波とし、９０度(deg)位相シフト部７０５で、加振指令の位相を９０度だけシフトした信号を基準ｃｏｓ波とする。異常判定部７の基準波の生成部分以外の処理は、実施の形態１と同様である。
【００５６】
この実施の形態の構成によれば、基準波の生成部分が、実施の形態１と異なるが、基準波の周波数は全く同じであるので、加振応答の相対的な比較においては、全く同様にでき、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００５７】
加振指令は正弦波を含有し、加振情報は加振指令であって、異常判定部７は、加振指令に基づいて異常を判定するよう構成したので、加振指令の周波数に限定して、加振指令に対する各検出部３，４の応答を抽出できるので、精度良くその応答を抽出でき、異常の検知精度を高めることができる。
なお、加振応答演算器７０２は図４の振幅演算を行う加振応答演算器７０２ａでも、図６の位相演算を行う加振応答演算器７０２ａであってもよい(以下同様)。
【００５８】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態１においては、異常判定部７は、加振指令の特徴量である加振情報に基づいて、加振応答振幅を演算し、異常を判定した。この実施の形態では、図８のように、異常判定部７は、加振指令発生部５から加振情報を受け取ることなく、加振応答を演算する点が、実施の形態１と異なり、他は基本的に同様である。
【００５９】
図９にこの発明の実施の形態４による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。異常判定部７は、図９のように構成され、加振応答演算器７０２に、基準波が入力されることなく、加振応答振幅を演算するものである。
【００６０】
図１０にこの発明の実施の形態４による加振応答演算器の構成の一例を示すブロック図を示す。加振応答演算器７０２は、詳細には、図１０の加振応答演算器７０２ｃのように、交流成分抽出部７０２４と平均化部７０２５で構成される。交流成分抽出部７０２４は、例えば、ハイパスフィルタで構成され、加振指令により振動する回転機１の振動成分すなわち交流成分を抽出する。交流成分抽出部７０２４は、換算回転位置θｔまたは出力トルクＴｓをハイパスフィルタによって、その交流成分を抽出し、それぞれに対応する、交流成分信号を出力する。平均化部７０２５は、交流成分信号の絶対値を取り、移動平均などを用いて、平均化することで、交流成分の振幅の実効値相当の値を加振応答振幅として算出する。
【００６１】
このようにすることで、加振周波数以外の交流成分も誤差として加振応答振幅に含まれるが、その誤差に対して加振振幅Ａｅを大きく設定すればその影響は十分低減できるので、実施の形態１と同様な効果を得る事ができる。
【００６２】
また、異常判定部７は、加振指令に対する回転状態の応答と出力トルクの応答から交流成分を抽出し、交流成分に基づいて異常を判定するよう構成したので、加振情報を用いることなく簡素な構成で、実施の形態１と同様な効果を得られ、検知精度を高められ、異常検知可能な動作状態を広範囲に広げることができ、従来にない顕著な効果を奏する。
【００６３】
実施の形態５．
上述の実施の形態１においては、異常判定部７は、加振指令の特徴量である加振情報に基づいて、加振応答振幅を演算し、異常を判定した。この実施の形態では実施の形態４と同様に、図８のように、異常判定部７は、加振指令発生部から加振情報を受け取ることなく、加振応答を演算する点が、実施の形態１と異なる。他は基本的に同様である。
図１１にこの発明の実施の形態５による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。異常判定部７は、図１１のように構成され、周波数検出部７１１によって、加振周波数を算出(検出)し、その加振周波数に基づいて基準波生成部７０１が基準波を演算するものである。
【００６４】
まず、加振指令発生部５における加振振幅Ａｅを加振指令以外の振動成分より大きく設定しておく。
周波数検出部７１１は、所定期間の回転位置θｍの値を用いて、一般によく知られる方法であるスペクトル解析法によって、周波数解析する。周波数解析の結果、各周波数に対する振幅が演算される。様々な振動のうち加振指令によるものが支配的であるので、加振周波数が最も大きな値として特定される。このようにして、周波数検出部７１１で算出された加振周波数ωｅに基づいて、基準波生成部７０１が基準波を演算する。
【００６５】
また、周波数検出部７１１は、スペクトル解析法を用いる以外にも、他に、回転位置θｍの交流成分を抽出して、その交流成分の１周期を正負の符号などを基にカウントすることで周波数解析でき、所定期間内のカウント数を所定期間で割り算した値を加振周波数として特定することができる。
【００６６】
また、周波数検出部７１１は、回転位置θｍの値に基づく周波数解析を行うが、他に、出力トルクＴｓの値に基づいてもよく、加振に対する振動の周波数は、同様に現れるので、同じ作用を得ることができる。
【００６７】
この実施の形態ように構成することで、加振周波数以外の振動成分も周波数解析の誤差として現れるが、振幅に対して加振振幅Ａｅを大きく設定すればその影響は十分低減できるので、異常判定部７で加振情報を用いることなく実施の形態１と同様な効果を得ることができる。
【００６８】
また、異常判定部７は、加振指令に対する回転状態の応答と出力トルクの応答の振幅に基づいて異常を判定するよう構成したので、加振指令に対する各検出部３，４の応答の成分のうち、位相など他の情報を排除して、振幅だけで異常を判定できるので、簡素な判定部で、簡潔に判定できる。
【００６９】
実施の形態６．
図１２にこの発明の実施の形態６による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。上述の実施の形態５においては、異常判定部７は、加振応答演算器７０２で、加振応答振幅を演算し異常を判定した。この実施の形態では、図１２のように、異常判定部７は、加振応答振幅に基づいて伝達演算部７１２で、加振指令から加振応答までの伝達の特徴量である伝達ゲインまたは伝達位相を演算する。そしてその伝達ゲインまたは伝達位相に基づいて比較判定部７０３が異常を判定する点、および伝達演算部７１２が例えば図１に示す加振指令発生部５より加振情報(振幅または位相)を受ける点が異なる。他は基本的に同様である。
【００７０】
実施の形態５と同様にして加振応答演算器７０２で演算した加振応答振幅に対して、伝達演算部７１２において、加振情報である加振振幅Ａｅで除算することにより、加振指令から換算回転位置θｔおよび出力トルクＴｓの応答までの伝達ゲインをそれぞれ演算する。
【００７１】
これらの伝達ゲインに基づいて、比較判定部７０３は、換算回転位置θｔの伝達ゲイン、出力トルクＴｓの伝達ゲインを比較し、その差が、通常の誤差範囲で決められた所定値を超えるか否かを判定し、超える期間が所定時間以上経過したときに、回転状態検出部３またはトルク検出部４に異常が生じたものと判定する。
【００７２】
また上記説明では、伝達ゲインを演算するようにしたが、加振応答演算器７０２で、実施の形態２のように加振応答位相を演算し、伝達演算部７１２で、加振応答位相から、加振位相Φｅを減算して伝達位相を求め、加振指令から換算回転位置θｔおよび出力トルクＴｓの応答までの伝達位相の差に基づいて、異常を判定するように構成してもよい。
【００７３】
この実施の形態ように構成することで、伝達ゲインおよび伝達位相は、加振応答振幅および加振応答位相に比例またはオフセットするだけの値として扱えるので、実施の形態５と同様な効果を得ることができる。
【００７４】
また、加振指令は正弦波を含有し、加振情報は、加振指令の位相または振幅であって、異常判定部７は、加振指令の位相または振幅に基づいて、伝達ゲインまたは伝達位相を演算し異常を判定するよう構成した。加振指令から応答までの伝達は、加振の振幅や位相に依存しないので、加振指令の加振振幅や加振位相の設計値に依存せず、比較判定部７０３における閾値を一定値に固定できるので、設計が容易になる。
【００７５】
なお、周波数検出部７１１を用いることなく、実施の形態１と同様に図２に示す基準波生成部７０１を設けて、加振周波数に基づいて基準波を生成してもよく、基準波の生成方法によらず、同様な効果が得られる。
【００７６】
実施の形態７．
図１３はこの発明の実施の形態７による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態１においては、加振指令発生部５は、加振指令の振幅は固定であった。この実施の形態では、加振指令の振幅すなわち加振振幅Ａｅを制御装置の状態変数に基づいて変動させる点が、実施の形態１と異なる。他は基本的に同様である。
【００７７】
その一例として、図１３のような構成がある。出力トルクＴｓを加振指令発生部５に入力する。加振指令発生部５は、出力トルクＴｓの大きさに比例する値を予め定める固定値に加算して加振振幅Ａｅを演算する。
【００７８】
このように構成することで、負荷状態によって変動する回転軸ＡＲの摩擦トルクの大きさに対応して、摩擦トルクが大きくなる程、加振振幅Ａｅを大きくできる。回転軸ＡＲの摩擦トルクの大きさは、出力トルクや回転機１の発生するトルクの大きさに概ね比例する傾向を有する場合があるので、出力トルクに比例する補正を加えることで、このような性質を得られる。また図１３に破線で示すように、出力トルクの代わりに、基本指令に基づいて加振振幅を可変にしてもよい。基本指令に応じて、出力状態や負荷状態は変化するから、同様な作用が得られる。また、基本指令に応じて、回転状態θｍも変化するので、回転状態θｍに比例して加振振幅を可変にしてもよい。
【００７９】
加振指令発生部５は、加振指令の振幅を、回転状態、出力トルク、基本指令のいずれか１つに応じて変化させるよう構成したので、摩擦トルクの影響で、加振応答が小さくなり、異常が検知し難い状態になり難くなるため、異常の検知精度が高められる。
【００８０】
また、上述の構成では、出力トルクＴｓや回転状態θｍに応じて加振振幅Ａｅを可変としたが、いずれかの加振応答振幅に基づいて、加振振幅を変化させてもよい。例えば、加振応答振幅の目標値から加振応答振幅を減算して、ゲインを乗じたものを加振振幅とするようフィードバックを構成してもよい。これにより、加振応答振幅を加振応答振幅の目標値に追従させることができ、摩擦トルクが変動しても、加振応答振幅が小さすぎず大きすぎない範囲に保つことができ、異常の検知精度を高めるとともに、余分な大きさの振動をさせず不快感を低減できる。
【００８１】
実施の形態８．
図１４はこの発明の実施の形態８による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態１においては、基本指令に加振指令を加算して給電指令を演算した。この実施の形態では、図１４のように加振指令発生部５が加振指令を給電指令として給電部２へ出力する点が、実施の形態１と異なる。他は基本的に同様である。
【００８２】
これは、基本指令を発生させて回転機１に基本的な回転をさせる前や後の状態を示しており、基本的動作が無い場合に、加振指令により回転機１を振動させて、異常を検知するものである。
【００８３】
これにより、基本的な動作をさせる前に、安全を確かめることができ、異常な場合に、基本的な動作をキャンセルすることができる。
【００８４】
実施の形態９．
上述の実施の形態１においては、回転状態検出部３で検出する回転状態は回転機１の回転位置θｍであったが、この実施の形態では、回転状態検出部３で検出する回転状態は回転機１の回転速度であるとする。図２の次元換算部７０４が回転速度を回転位置に変換演算してからゲインを乗算して換算回転位置θｔとする点が、実施の形態１と異なる。他は基本的に同様である。
【００８５】
なお、回転速度から回転位置に変換するには、積分器を用いればよい。次元換算部７０４は積分器を含む。また、加振応答として欲しい応答は、交流成分であるので、全周波数で積分の特性は必要なく、例えば、ローパスフィルタを用いて、交差周波数以上だけ積分の特性を得るようにしてもよい。すなわち、積分を含むフィルタ処理を行えばよい。これは、回転速度から回転位置に変換または推定(演算)していると言える。
【００８６】
また、上述の構成では、回転状態検出部３は、回転速度を検出するとしたが、直接的に検出しなくても、良く知られるように誘起電圧に基づいて回転速度を推定するようにしてもよく、実施の形態１と同様な作用を実現できる。
【００８７】
回転状態検出部３は、回転機１の回転位置を検出するのに代えて、回転速度を検出または推定(演算)、または、回転位置を推定(演算)するよう構成したので、回転機１の回転位置を検出する検出部に限定せずに、回転状態の様々な検出部を有する制御装置においても、実施の形態１と同様に異常を検知できる。また、さらに、回転状態を推定することで、ハードウェアのコストを低減できる。
【００８８】
また、上述の構成では、回転速度に積分を含むフィルタ処理を施して、出力トルクの応答と比較するよう構成した。しかしながら、例えば図２の次元換算部７０４を回転状態検出部３ではなくトルク検出部４側に設け(図示省略)、回転速度は速度のまま用い、逆に出力トルクを次元換算部で微分して次元を合わせるように構成してもよい。このようにして次元を合わせれば、実施の形態１と同様な効果が得られる。なお、微分をする際には、高周波のノイズを除去するフィルタを用いるので、通常積分を含むフィルタ構成となる。
【００８９】
回転状態は回転速度であって、異常判定部７は、加振指令に対する回転速度の応答または出力トルクの応答に、積分を含むフィルタ処理を施した値に基づいて異常を判定するよう構成したので、各検出部３，４で検出される状態変数の次元が異なり位相を含む動的な換算が必要な場合も、同じ次元に換算することができ、各検出部３，４を２系統にする必要もなく、実施の形態１と同様な効果を得られ、検知精度を高められ、異常検知可能な動作状態を広範囲に広げることができ、従来にない顕著な効果を奏する。
【００９０】
実施の形態１０．
図１５はこの発明の実施の形態１０による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態１においては、トルク検出部４は１系統のみ有していた。この実施の形態では図１５のように、トルク検出部は第１トルク検出部４０１と第２トルク検出部４０２の２系統を有する。各検出部４０１，４０２はそれぞれ第１出力トルクと第２出力トルクを出力し、異常判定部７は、第１出力トルクと第２出力トルクの両方に基づいて異常を検知する点が、実施の形態１と異なる。他は基本的に同様である。
【００９１】
図１７にこの発明の実施の形態１０による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。図１７に示すように、異常判定部７は、加振応答演算器７０２を３個備え、それぞれ、回転状態である回転位置、第１出力トルクおよび第２出力トルクについて、合計３個の加振応答振幅を演算する。
【００９２】
比較判定部７０３は、換算回転位置θｔの加振応答振幅、第１および第２出力トルクの加振応答振幅の３個を相互に比較し、その差が、通常の誤差範囲で決められた所定値を超えるか否かを判定する。３個の内、いずれか２個が所定値以下の誤差であり、他の１個が該２個に比べて所定値を超える誤差を持つ期間が所定時間以上経過したときに、該１個の加振応答振幅に該当する回転状態検出部３、第１トルク検出部４０１または第２トルク検出部４０２に異常が生じたものと判定する。すなわち、３個の検出部のうち異常な１つの検出部を特定する。
【００９３】
トルク検出部は、第１トルク検出部４０１と第２トルク検出部４０２の２系統を有し、それぞれ第１出力トルクと第２出力トルクを出力する。異常判定部７は、加振指令に対する回転状態の応答、第１出力トルクの応答および第２出力トルクの応答のうち、いずれか２つの応答が同等で、残りの１つの応答が異なる場合に、該異なる応答を示した回転状態、第１出力トルク、第２出力トルクのいずれか１つに異常が発生したと判定するよう構成されている。これにより、実施の形態１が奏する効果に加えて、各検出部を３系統設けることなく、回転機１の異なる２種類の状態変数を検出する検出部の内一方を２系統にするだけで、概ね常時において異常な検出部を精度良く特定できるという従来にない顕著な効果を得ることができる。
【００９４】
実施の形態１１．
図１６はこの発明の実施の形態１１による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態１においては、回転状態検出部３は１系統のみ有していた。この実施の形態では、図１６のように、回転状態検出部は、第１回転状態検出部３０１と第２回転状態検出部３０２の２系統を有する。各検出部３０１，３０２はそれぞれ第１回転状態と第２回転状態を出力し、異常判定部７は、第１回転状態と第２回転状態の両方に基づいて異常を検知する点が、実施の形態１と異なる。他は基本的に同様である。なお、この実施の形態でも、回転状態は回転位置とする。
【００９５】
図１８にこの発明の実施の形態１１による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。図１８に示すように、異常判定部７は、次元換算部７０４を２個備え、第１回転位置と第２回転位置をそれぞれ、実施の形態１と同様に第１換算回転位置と第２換算回転位置に換算する。
【００９６】
異常判定部７は、加振応答演算器７０２を３個備え、それぞれ、第１換算回転位置、第２換算回転位置および出力トルクについて、合計３個の加振応答振幅を演算する。比較判定部７０３は、第１換算回転位置および第２換算回転位置の加振応答振幅と出力トルクの加振応答振幅の３個を相互に比較し、その差が、通常の誤差範囲で決められた所定値を超えるか否かを判定する。３個の内、いずれか２個が所定値以下の誤差であり、他の１個が該２個に比べて所定値を超える誤差を持つ期間が所定時間以上経過したときに、該１個の加振応答振幅に該当する第１回転状態検出部３０１、第２回転状態検出部３０２またはトルク検出部４に異常が生じたものと判定する。すなわち、３個の検出部のうち異常な１つの検出部を特定する。
【００９７】
回転状態検出部は、第１回転状態検出部３０１と第２回転状態検出部３０２の２系統を有し、それぞれ第１回転状態と第２回転状態を出力する。異常判定部７は、加振指令に対する第１回転状態の応答、第２回転状態の応答および出力トルクの応答のうち、いずれか２つの応答が同等で、残りの１つの応答が異なる場合に、該異なる応答を示した第１回転状態、第２回転状態、出力トルクのいずれか１つに異常が発生したと判定するよう構成されている。これにより、実施の形態１が奏する効果に加えて、各検出部を３系統設けることなく、回転機の異なる２種類の状態変数を検出する検出部の内一方を２系統にするだけで、概ね常時において異常な検出部を精度良く特定できるという従来にない顕著な効果を得ることができる。
【００９８】
実施の形態１２．
図１９はこの発明の実施の形態１２による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態１０に記載の構成に加えて、この実施の形態では、図１９のように、異常判定部７が特定された異常な検出部がどれであるかを異常情報として選択部１１に入力する。選択部１１は、第１トルク検出部４０１または第２トルク検出部４０２のいずれか一方が異常の場合に、正常な他方の出力する出力トルクを選択して、基本指令生成部１０に入力するよう構成されている。
【００９９】
基本指令生成部１０は、異常が生じていない正常な状態のときは、選択部１１から出力される第１トルク検出部４０１の出力トルクに基づいて基本指令を生成する。しかしながら、異常判定部７において、第１または第２トルク検出部４０１，４０２のいずれか一方が異常と判断された場合には、異常情報に基づいて選択部１１で選択された正常な系統の出力トルクに基づいて、基本指令を生成する。このようにして、２系統あるトルク検出部のうち、一方が異常になると正常な他方に基づいて、制御を継続する。
【０１００】
次に、２系統あるトルク検出部４０１，４０２のうち、一方が異常の場合において、比較判定部７０３(図１７)は、振応答演算器７０２から出力された加振応答振幅に基づいて、換算回転位置θｔの加振応答振幅、正常な系統の出力トルクＴｓの加振応答振幅を比較する。そしてその差が、通常の誤差範囲で決められた所定値を超えるか否かを判定し、超える期間が所定時間以上経過したときに、回転状態検出部３または正常として扱っていた系統のトルク検出部(４０１または４０２)に、新たな異常が生じたものと判定する。すなわち、２つの検出部における２つめの二次的な異常を検知する。二次的な故障を検知した後は、比較判定部７０３は回転機１の制御を停止させるなどの処置をする。
【０１０１】
トルク検出部は、第１トルク検出部４０１と第２トルク検出部４０２の２系統を有し、それぞれ第１出力トルクと第２出力トルクを出力する。制御装置は、第１出力トルクおよび第２出力トルクのいずれかが異常である場合において、正常な系統の出力トルクに基づいて回転機１の制御を継続する。異常判定部７は、加振指令に対する回転状態の応答と正常な系統の出力トルクの応答に基づいて異常を判定する。このように構成されているので、実施の形態１０が奏する効果に加えて、各検出部を３系統設けることなく、回転機１の異なる２種類の状態変数を検出する検出部の内一方を２系統にするだけで、２系統のうち一方が異常となって以後も、概ね常時において異常な検出部を精度良く特定できるという従来にない顕著な効果を得ることができる。
【０１０２】
実施の形態１３．
図２０はこの発明の実施の形態１３による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態１１に記載の構成に加えて、この実施の形態では、図２０のように、異常判定部７が特定された異常な検出部がどれであるかを異常情報として選択部１１に入力する。選択部１１は、第１回転状態検出部３０１または第２回転状態検出部３０２のいずれか一方が異常の場合に、正常な他方の出力する出力トルクを選択して、基本指令生成部１０に入力するよう構成されている。
【０１０３】
基本指令生成部１０は、異常が生じていない正常な状態のときは、選択部１１から出力される第１回転状態検出部３０１の回転状態に基づいて基本指令を生成している。しかしながら、異常判定部７において、第１または第２回転状態検出部３０１，３０２のいずれか一方が異常と判断された場合には、異常情報に基づいて選択部１１で選択された正常な系統の回転状態に基づいて、基本指令を生成する。このようにして、２系統ある回転状態検出部のうち、一方が異常になると正常な他方に基づいて、制御を継続する。
【０１０４】
次に、２系統ある回転状態検出部３０１，３０２のうち、一方が異常の場合において、比較判定部７０３(図１８)は、振応答演算器７０２から出力された加振応答振幅に基づいて、正常な系統の換算回転位置θｔの加振応答振幅、出力トルクＴｓの加振応答振幅を比較する。そしてその差が、通常の誤差範囲で決められた所定値を超えるか否かを判定し、超える期間が所定時間以上経過したときに、正常として扱っていた系統の回転状態検出部(３０１または３０２)またはトルク検出部４に、新たな異常が生じたものと判定する。すなわち、２つの検出部における２つめの二次的な異常を検知する。二次的な故障を検知した後は、比較判定部７０３は回転機１の制御を停止させるなどの処置をする。
【０１０５】
回転状態検出部は、第１回転状態検出部３０１と第２回転状態検出部３０２の２系統を有し、それぞれ第１回転状態と第２回転状態を出力する。制御装置は、第１回転状態および第２回転状態のいずれかが異常である場合において、正常な系統の回転状態に基づいて回転機１の制御を継続する。異常判定部７は、加振指令に対する正常な系統の回転状態の応答と出力トルクの応答に基づいて異常を判定する。このように構成されているので、実施の形態１１が奏する効果に加えて、各検出部を３系統設けることなく、回転機１の異なる２種類の状態変数を検出する検出部の内一方を２系統にするだけで、２系統のうち一方が異常となって以後も、概ね常時において異常な検出部を精度良く特定できるという従来にない顕著な効果を得る事ができる。
【０１０６】
実施の形態１４．
図２１はこの発明の実施の形態１４による電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。図２１の電動パワーステアリング装置は、上述した各実施の形態で示した回転機の制御装置を適用した一例である。図示しない運転者によりステアリングホイール１０１に加えられた操舵力は、回転軸ＡＲであるステアリングシャフト１０３、ラック・ピニオンギヤ１０４を順に介してラックに伝達されて、車輪１０５を転舵させる。回転機１は、モータ減速ギア１０２を介してステアリングシャフト１０３と連結している。回転機１が発生するトルク(以下補助力とも言う)は、モータ減速ギア１０２を介してステアリングシャフト１０３に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵力を軽減する。
【０１０７】
トルク検出部４は、運転者がステアリングホイール１０１を操舵することによりステアリングシャフト１０３に加わった操舵トルクと、回転機１が発生するトルクとの混合されたトルクを出力トルクとして検出する。制御装置２０は、トルク検出部４で検出した出力トルクに応じて、回転機１が付与する補助力の方向と大きさを決定し、この補助力を発生させるべく回転機１に流れる電流を制御する。また例えば回転機１に取り付けられた回転状態検出部３は、回転機１の回転位置または回転速度を検出する。
【０１０８】
制御装置２０は、上述された実施の形態のうちのいずれかのものに、回転機１の出力するトルクの目標値に相当する基本指令を算出する基本指令生成部１０を組み合わせて構成される。図２１では、実施の形態１の制御装置に、該基本指令生成部１０を組み合わせた構成を示しているが、これに限定されるものではなく、上述の実施の形態におけるいずれかの制御装置を組み合わせればよい。なお、実施の形態１２，１３は、基本指令生成部がすでに備わっているので、追加する必要はない。
【０１０９】
電動パワーステアリング装置において、走行中に故障が発生した場合に制御を停止すると、運転者の感じる違和感が大きい。そこで、可能な限り制御を継続することで違和感を低減できる。何らかの故障があるにも関わらず、可能な限り良好な制御を継続するには、故障した箇所を特定することが望ましい。さらに、様々に変動する動作状態、負荷状態、摩擦の状態において、概ね常時、異常を精度良く検知できることが望まれる。
【０１１０】
この実施の形態１４の電動パワーステアリング装置によれば、簡素な構成で、異常の検知精度を高められ、異常検知可能な動作状態を広範囲に広げることができ、その結果、可能な限り制御を継続することができ、運転者の感じる違和感を低減できる。
【０１１１】
図２２は電動パワーステアリングにおける回転機１のトルクから回転機１の回転位置とトルク検出部４の出力トルクまでの応答振幅の差異の周波数特性を示すボード線図である。なお、回転位置は換算回転位置θｔに換算してある。図２２によると、縦軸に０と付した値の線が、応答の差異が無いことを示しており、楕円形で囲った推奨帯域Ａが、縦軸における０近傍で横に平坦な特性を示しており、応答が等しいことを示している。応答が横に平坦であることは、応答の振幅だけでなく、応答の位相も等しいことを意味している。なお、応答振幅の差異とは、各応答振幅の比について対数をとったものである。ここで、推奨帯域は、回転位置と出力トルクの応答振幅の差異、横に平坦な特性を示す帯域といえる。また、楕円よりも低周波側に共振点があるように、回転機１の慣性や負荷８の慣性で決まる共振点よりも高い周波数帯域であるともいえる。
【０１１２】
加振指令は、出力トルクと回転状態の応答が概ね等しいまたは等しい推奨帯域の周波数の正弦波を含有するよう選ぶことで、異なる状態変数を検出する回転状態検出部とトルク検出部の加振指令に対する応答に基づいて、これらの加振応答を相互に参照して、異常を精度良く、概ね常時において、検知することができる。
【０１１３】
また、このような回転機１のトルクから回転機１の回転位置とトルク検出部４の出力トルクまでの応答振幅の差異の特性は、電動パワーステアリング装置だけで存在するわけで無く、回転機とその適用装置を決めれば、同様な特性を知ることができる。そのため、このような推奨帯域に加振周波数を設定する方法は、上述の実施の形態全てにおいて、適用することができ、同様な効果を得ることができる。
【０１１４】
また、上述までの実施の形態の構成では、給電指令を電流指令としたが、トルク指令としてもよく、電流とトルクは通常比例するので、上述と同様な効果を得られる。
【０１１５】
また、上述の構成では、給電指令を電流指令としたが、電圧指令としてもよく、その場合、電流制御部(図３の電流制御部２０１参照)は、給電部(例えば図１の給電部２参照)の外に置き、別途定める電流指令に基づいて電圧指令の主な成分である基本指令を生成し、この基本指令に加振指令を加算するようにしてもよい。この場合、給電部は電圧指令である給電指令に基づいて回転機に電力を供給する。加振指令から加振応答までの伝達としては、電圧から電流までの応答特性の分は、上述の電流指令を給電指令とする場合に比べて差異が生じるが、この差異は予め把握して容易に補正できるので、上述までの効果と同様な効果が得られる。
【０１１６】
なおこの発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の可能な組み合わせを全て含む。
【産業上の利用の可能性】
【０１１７】
この発明による回転機の制御装置は、種々の分野の回転機を備えた機構に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１  回転機、２  給電部、３  回転状態検出部、４  トルク検出部、５  加振指令発生部、６  加算部、７  異常判定部、８  負荷、１０  基本指令生成部、１１  選択部、２０  制御装置、１０１  ステアリングホイール、１０２  モータ減速ギア、１０３  ステアリングシャフト、１０４  ラック・ピニオンギヤ、１０５  車輪、２０１  電流制御部、２０２  電力変換部、３０１  第１回転状態検出部、３０２  第２回転状態検出部、４０１  第１トルク検出部、４０２  第２トルク検出部、７０１  基準波生成部、７０２，７０２ａ，７０２ｂ，７０２ｃ  加振応答演算器、７０３  比較判定部、７０４  次元換算部、７０５  ９０deg位相シフト部、７１１  周波数検出部、７１２  伝達演算部、７０２１  乗算部、７０２１−１，７０２１−２  乗算器、７０２２  積分部、７０２２−１，７０２２−２  積分器、７０２３ａ  振幅演算部、７０２３ｂ  位相演算部、７０２４  交流成分抽出部、７０２５  平均化部。
【図１】
2015071974.tif 000003
【図２】
2015071974.tif 000004
【図３】
2015071974.tif 000005
【図４】
2015071974.tif 000006
【図５】
2015071974.tif 000007
【図６】
2015071974.tif 000008
【図７】
2015071974.tif 000009
【図８】
2015071974.tif 000010
【図９】
2015071974.tif 000011
【図１０】
2015071974.tif 000012
【図１１】
2015071974.tif 000013
【図１２】
2015071974.tif 000014
【図１３】
2015071974.tif 000015
【図１４】
2015071974.tif 000016
【図１５】
2015071974.tif 000017
【図１６】
2015071974.tif 000018
【図１７】
2015071974.tif 000019
【図１８】
2015071974.tif 000020
【図１９】
2015071974.tif 000021
【図２０】
2015071974.tif 000022
【図２１】
2015071974.tif 000023
【図２２】
2015071974.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月28日(2016.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
この発明は、給電指令に応じた電力を回転機に給電する給電部と、前記回転機の回転状態を検出する回転状態検出部と、前記回転機の出力する出力トルクを検出するトルク検出部と、前記回転状態検出部またはトルク検出部の異常を判定する異常判定部と、前記回転機を振動させる加振指令を発生する加振指令発生部と、を備え、前記給電指令が少なくとも前記加振指令に基づいて生成されるとともに、前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答を同じ次元に換算し相互に比較することによって前記検出部の異常を判定する、ことを特徴とする回転機の制御装置等にある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電指令に応じた電力を回転機に給電する給電部と、
前記回転機の回転状態を検出する回転状態検出部と、
前記回転機の出力する出力トルクを検出するトルク検出部と、
前記回転状態検出部またはトルク検出部の異常を判定する異常判定部と、
前記回転機を振動させる加振指令を発生する加振指令発生部と、
を備え、
前記給電指令が少なくとも前記加振指令に基づいて生成されるとともに、前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答を同じ次元に換算し相互に比較することによって前記検出部の異常を判定する、
ことを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項２】
給電指令に応じた電力を回転機に給電する給電部と、
前記回転機の回転状態を検出する回転状態検出部と、
前記回転機の出力する出力トルクを検出するトルク検出部と、
前記回転状態検出部またはトルク検出部の異常を判定する異常判定部と、
前記回転機を振動させる正弦波を含む加振指令を発生する加振指令発生部と、
を備え、
前記給電指令が少なくとも前記加振指令に基づいて生成されるとともに、
前記加振指令発生部は、前記加振指令の周波数、位相、振幅のいずれか１つまたは前記加振指令を加振情報として出力し、
前記異常判定部は、前記加振情報に基づいて前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答を求めて、当該応答に基づいて前記検出部の異常を判定する、
ことを特徴とする回転機の制御装置。
【請求項３】
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答の振幅に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の回転機の制御装置。
【請求項４】
前記加振指令発生部は、前記加振情報を加振指令の周波数とし、
前記異常判定部は、前記加振指令の周波数に基づいて、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答それぞれの振幅または位相を演算し、該振幅または該位相に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項２に記載の回転機の制御装置。
【請求項５】
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態と前記出力トルクの交流成分を抽出し、前記交流成分に基づいて前記応答を求めて異常を判定することを特徴とする請求項１に記載の回転機の制御装置。
【請求項６】
前記回転状態検出部は、前記回転機の回転位置または回転速度を検出または演算することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項７】
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答または前記出力トルクの応答に、補正ゲインを乗算した値に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項８】
前記異常判定部は、前記回転状態検出部とトルク検出部の出力の次元を合わせるために一方の出力に積分を含むフィルタ処理を施して次元換算を行うことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項９】
前記トルク検出部は、第１トルク検出部と第２トルク検出部の２系統を有し、それぞれ第１出力トルクと第２出力トルクを出力し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答、前記第１出力トルクの応答および前記第２出力トルクの応答のうちいずれか２つの応答に対して残りの１つの応答が異なる場合に、前記異なる応答を示した前記回転状態検出部、第１トルク検出部または第２トルク検出部に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記トルク検出部は、第１トルク検出部と第２トルク検出部の２系統を有し、それぞれ第１出力トルクと第２出力トルクを出力し、
前記制御装置は、前記第１トルク検出部または前記第２トルク検出部のいずれかが異常である場合において、正常な系統の出力トルクに基づいて回転機の制御を継続し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記正常な系統の出力トルクの応答に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の回転機の制御
装置。
【請求項１１】
前記回転状態検出部は、第１回転状態検出部と第２回転状態検出部の２系統を有し、それぞれ第１回転状態と第２回転状態を出力し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記第１回転状態の応答、前記第２回転状態の応答および前記出力トルクの応答のうちいずれか２つの応答に対して残りの１つの応答が異なる場合に、前記異なる応答を示した前記第１回転状態検出部、第２回転状態検出部またはトルク検出部に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１２】
前記回転状態検出部は、第１回転状態検出部と第２回転状態検出部の２系統を有し、それぞれ第１回転状態と第２回転状態を出力し、
前記制御装置は、前記第１回転状態検出部または前記第２回転状態検出部のいずれかが異常である場合において、正常な系統の回転状態に基づいて回転機の制御を継続し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記正常な系統の回転状態の応答と前記出力トルクの応答に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項１から８までおよび１１のいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１３】
前記加振指令発生部は、前記加振指令の振幅を前記回転状態または前記出力トルクに応じて変化させることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１４】
前記給電指令は、前記回転機に基本的な回転をさせる基本指令に前記加振指令を重畳したものとすることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置。
【請求項１５】
前記加振指令発生部は、前記加振指令の振幅を、前記基本指令に応じて変化させることを特徴とする請求項１４に記載の回転機の制御装置。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載の回転機の制御装置を備え、前記回転機が発生するトルクをステアリングシャフトに伝達させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項１７】
給電指令に応じた電力を回転機に給電する給電部と、
前記回転機の回転状態を検出する回転状態検出部と、
前記回転機の出力する出力トルクを検出するトルク検出部と、
前記回転状態検出部またはトルク検出部の異常を判定する異常判定部と、
前記回転機を振動させる加振指令を発生する加振指令発生部と、
前記回転機が発生するトルクを伝達するステアリングシャフトを備え、
前記加振指令は、前記出力トルクと前記回転状態の応答が概ね等しい周波数の正弦波を含み、
前記給電指令が少なくとも前記加振指令に基づいて生成されるとともに、前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答に基づいて前記検出部の異常を判定する、
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【国際調査報告】
2015071974.tif 000025
2015071974.tif 000026
2015071974.tif 000027
2015071974.tif 000028