(57)【要約】【課題】配線不要、低コスト、かつ信頼性の高いモータ制御装置、電流センサの故障診断方法、モータ制御方法を提案する。【解決手段】三相誘導モータ１０と、三相誘導モータ１０を駆動するインバータ１４と、三相誘導モータ１０の各相に流れる電流を検出する三つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗと、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出値に基づいてインバータを制御する制御部２０と、を備えるモータ制御装置１であって、制御部２０は、三つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗのうちの任意の二つの検出値に基づいて残りの電流センサが対応する相の電流を推定する電流推定部２２と、電流推定部２２で求めた推定電流値と残りの電流センサの検出値とを比較して残りの電流センサの異常を診断する電流センサ故障診断部２３と、を有する。【選択図】図１
2008022645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相誘導モータと、
前記三相誘導モータを駆動するインバータと、
前記三相誘導モータの各相に流れる電流を検出する三つの電流センサと、
前記電流センサの検出値に基づいて前記インバータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記三つの電流センサのうちの任意の二つの検出値に基づいて残りの電流センサが対応する相の電流を推定する電流推定部と、
前記電流推定部で求めた推定電流値と前記残りの電流センサの検出値とを比較して前記残りの電流センサの異常を診断する電流センサ故障診断部と、
を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記三つの電流センサのうちのいずれか一つが前記電流センサ故障診断部により異常と判断した場合には、残りの二つの電流センサの検出値に基づいて前記インバータの制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
インバータ制御される三相誘導モータの各相に流れる電流を検出する三つの電流センサの故障診断方法であって、
前記三つの電流センサのうちの任意の二つの検出値に基づいて残りの電流センサが対応する相の電流を推定し、
推定した電流値と残りの電流センサの検出値とを比較して前記残りの電流センサの異常を診断することを特徴とする電流センサの故障診断方法。
【請求項４】
三つの電流センサにより各相に流れる電流を検出し、前記電流センサの検出値に基づいて三相誘導モータをインバータ制御するモータ制御方法であって、
前記三つの電流センサのうちの任意の二つの検出値に基づいて残りの電流センサが対応する相の電流を推定し、
推定した電流値と前記残りの電流センサの検出値とを比較して前記残りの電流センサの異常を診断し、
前記残りの電流センサが異常と判断された場合には、前記二つの電流センサの検出値に基づいて前記三相誘導モータのインバータ制御を続行することを特徴とするモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、電流センサの故障診断方法、モータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに搭載される内燃機関のターボチャージャにモータを取り付け、排気タービンでモータを駆動して排気エネルギーを電気エネルギーとして回収したり、モータでコンプレッサを駆動して吸気を加圧させ、内燃機関の吸入空気量を早急に増大させる技術が知られている。このようなモータでは、回転軸に位置センサを取り付け、その位置検出を行うことで、高精度な制御を実現している。
【０００３】
ところで、モータに位置センサを配置する場合には、配線が必要となったり、コスト上昇を招いたりしてしまうため、電流センサ信号を用いたモータ磁極位置推定技術(位置センサレス)が多数提案されている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００３−２３８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、自動車などに搭載されるモータは、特に高い信頼性が要求されているため、位置センサを削除して電流センサ信号による位置センサレスを採用するには至っていない。すなわち、位置センサレス制御は、位置センサ付き制御よりも信頼性に欠けるため、特に高い信頼性が要求される場合には採用することができず、したがってコスト上昇等が避けられないという課題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、配線不要、低コスト、かつ信頼性の高いモータ制御装置、電流センサの故障診断方法、モータ制御方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るモータ制御装置、電流センサの故障診断方法、モータ制御方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第一の発明は、三相誘導モータと、前記三相誘導モータを駆動するインバータと、前記三相誘導モータの各相に流れる電流を検出する三つの電流センサと、前記電流センサの検出値に基づいて前記インバータを制御する制御部と、を備えるモータ制御装置であって、前記制御部は、前記三つの電流センサのうちの任意の二つの検出値に基づいて残りの電流センサが対応する相の電流を推定する電流推定部と、前記電流推定部で求めた推定電流値と前記残りの電流センサの検出値とを比較して前記残りの電流センサの異常を診断する電流センサ故障診断部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
前記制御部は、前記三つの電流センサのうちのいずれか一つが前記電流センサ故障診断部により異常と判断した場合には、残りの二つの電流センサの検出値に基づいて前記インバータの制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
第二の発明は、インバータ制御される三相誘導モータの各相に流れる電流を検出する三つの電流センサの故障診断方法であって、前記三つの電流センサのうちの任意の二つの検出値に基づいて残りの電流センサが対応する相の電流を推定し、推定した電流値と残りの電流センサの検出値とを比較して前記残りの電流センサの異常を診断することを特徴とする。
【０００９】
第三の発明は、三つの電流センサにより各相に流れる電流を検出し、前記電流センサの検出値に基づいて三相誘導モータをインバータ制御するモータ制御方法であって、前記三つの電流センサのうちの任意の二つの検出値に基づいて残りの電流センサが対応する相の電流を推定し、推定した電流値と前記残りの電流センサの検出値とを比較して前記残りの電流センサの異常を診断し、前記残りの電流センサが異常と判断された場合には、前記二つの電流センサの検出値に基づいて前記三相誘導モータのインバータ制御を続行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
三相誘導モータの各相に流れる電流を検出する三つの電流センサの異常を、容易かつ確実に判断することができる。また、異常な電流センサが存在する場合には、残りの２つの電流センサを用いて三相誘導モータのインバータ制御を続行することができる。そして、電流センサの異常により三相誘導モータを停止させる必要がなくなるので、冗長性及び信頼性の高いモータ制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のモータ制御装置、電流センサの故障診断方法、モータ制御方法の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るモータ制御装置の概略構成を示す図である。
モータ制御装置１は、ブラシレスＤＣモータ１０をバッテリー１２の直流エネルギーで駆動するものである。ブラシレスＤＣモータ１０には、バッテリー１２からの直流電力がインバータ１４により三相の交流電力に変換された後に供給される。このインバータ１４は、コントローラ２０により制御されるようになっている。
【００１２】
インバータ１４とブラシレスＤＣモータ１０との間には、インバータ１４からブラシレスＤＣモータ１０に供給される三相電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を検出する電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗが設けられる。
電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出結果は、コントローラ２０に出力される。そして、コントローラ２０は、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出結果に基づいて、インバータ１４をフィードバック制御する。これにより、ブラシレスＤＣモータ１０が所望の回転速度等で駆動されるようになっている。
【００１３】
コントローラ２０は、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの出力に基づいてブラシレスＤＣモータ１０に供給される三相の電流を求める電流検出部２１、ブラシレスＤＣモータ１０の回転子の磁極位置を推定する磁極位置推定部２５、ブラシレスＤＣモータ１０に供給される三相電流の電流ベクトルを求める電流ベクトル演算部２６、ブラシレスＤＣモータ１０の回転子の回転速度を求める速度演算部２７を有する。更に、コントローラ２０は、速度制御ループ部２８、電流制御ループ部２９を有する。
【００１４】
また、コントローラ２０は、電流検出部２１において検出された、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのうち、任意の２つの電流センサの出力に基づいて、残りの電流センサが対応する相の電流値を推定する電流推定部２２を有する。例えば、電流センサ３０ｕ，３０ｖの検出値ｉｕ，ｉｖから、残りの電流センサ３０ｗが配置された相、すなわちＷ相の推定電流値ｉｗａを求める。
なお、電流の推定方法としては、従来例と同一の方法が用いられる。すなわち、例えば、推定電流値ｉｗａの場合には、ｉｗａ＝−（ｉｕ＋ｉｖ）により求められる。
２つ電流センサの検出値の組み合わせとしては、３つの組み合わせ（ｉｕとｉｖ、ｉｖとｉｗ、ｉｗとｉｕ）があり、このうちのいずれかが選択され、残りの相の推定電流値（ｉｗａ，ｉｕａ，ｉｖａ）が求められる。
【００１５】
３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗのうち、いずれの２つ電流センサの検出値を選択するかは、コントローラ２０において決定される。
初期状態（３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗがいずれも正常状態）においては、まず、電流センサ３０ｕ，３０ｖの検出値ｉｕ，ｉｖが選択されて、推定電流値ｉｗａが求められる。更に、所定のサンプリングタイムで、順次、推定電流値ｉｕａ，ｉｖａが求められる。このようにして、３つの推定電流値ｉｕａ，ｉｖａ，ｉｗａが、所定のサンプリングタイムで繰り返し求められる。
そして、電流推定部２２の演算結果（推定電流値ｉｕａ，ｉｖａ，ｉｗａ）は、磁極位置推定部２５及び電流ベクトル演算部２６に出力される。
【００１６】
磁極位置推定部２５は、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの出力（検出値）に基づいてブラシレスＤＣモータ１０の回転子の磁極位置を推定する。なお、回転子の磁極位置を推定方法としては、従来例と同一の方法が用いられる。
電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出値のうちの一つ（例えば、ｉｗ）を用いる代わりに、電流検出部２１の電流推定部２２により求めた推定電流値（例えば、ｉｗａ）を用いてもよい。
そして、磁極位置推定部２５の演算結果は、電流ベクトル演算部２６及び速度演算部２７に出力される。
【００１７】
電流ベクトル演算部２６は、磁極位置推定部２５の出力と電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの出力とから電流ベクトルを演算する。なお、電流ベクトルの演算方法としては、従来例と同一の方法が用いられる。
電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出値のうちの一つ（ｉｗ）を用いる代わりに、電流検出部２１の電流推定部２２により求めた推定電流値（例えば、ｉｗａ）を用いてもよい。
そして、磁極位置推定部２５の演算結果は、電流制御ループ部２９に出力される。
また、速度演算部２７は、磁極位置推定部２５の出力を微分して回転子の回転速度を求め、その結果を速度制御ループ部２８に出力する。
【００１８】
速度制御ループ部２８は、速度演算部２７及び磁極位置推定部２５の出力と、速度指令に基づいて電流ベクトル指令を求め、電流制御ループ部２９に対して出力する。
また、電流制御ループ部２９は、電流制御ループ部２９からの電流ベクトル指令と電流ベクトル演算部２６からの出力とに基づいてスイッチング指令を求め、これをインバータ１４に対して出力する。
以上のような構成により、ブラシレスＤＣモータ１０がインバータ制御されるようになっている。
【００１９】
コントローラ２０は、電流検出部２１の検出値（ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）と電流推定部２２の推定電流値（ｉｕａ，ｉｖａ，ｉｗａ）とに基づいて、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの故障診断を行う電流センサ故障診断部２３を有している。
電流センサ故障診断部２３は、例えばＵ、Ｖ、Ｗ各相の一サイクル分の電流値をそれぞれ時間平均し、その平均値が０になっているか否かで、電流センサが故障であると判断する。
なお、電流センサ３０からの信号が開放若しくは短絡した場合に、異常と判断する場合であってもよい。或いは、電流センサ３０の異常を検出する他のセンサ等を用いてもよい。
【００２０】
電流センサ故障診断部２３による３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの異常検出・判断は、ブラシレスＤＣモータ１０を駆動している際は常に行われている。
そして、電流センサ故障診断部２３が３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗのいずれかが異常であると判断した場合には、コントローラ２０は、以下のような処理を行う。
【００２１】
図２は、本発明に係るモータ制御方法を示すフローチャート図である。なお、例として、電流センサ３０ｕが異常値を出力した場合について説明する。
まず、初期状態、すなわち３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗがいずれも正常な状態では、電流検出部２１により電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの出力に基づいてブラシレスＤＣモータ１０に供給される三相の電流値が検出される（ステップＳ１）。
【００２２】
次に、電流センサ故障診断部２３により電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの異常診断（検出）が行われる（ステップＳ２）。
電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの異常が検出されない場合には、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、磁極位置推定部２５及び電流ベクトル演算部２６に出力される。
そして、磁極位置推定部２５は、３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいてブラシレスＤＣモータ１０の回転子の磁極位置を推定する。同様に、電流ベクトル演算部２６は３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて電流ベクトルを演算する。更に、磁極位置推定部２５と電流ベクトル演算部２６の演算結果は、速度制御ループ部２８と電流制御ループ部２９に出力される。更に、インバータ１４に対してスイッチング指令が出力されて、ブラシレスＤＣモータ１０がインバータ制御される（ステップＳ３）。
【００２３】
一方、電流センサ故障診断部２３により電流センサ３０ｕの異常が検出された場合には、まずアラームが報知される（ステップＳ５）。
更に、電流センサ３０ｖ，３０ｗの検出値ｉｖ，ｉｗと、検出値ｉｖ，ｉｗから求められた推定電流値ｉｕａとを用いたインバータ制御に切り換わる（ステップＳ６）。
具体的には、電流検出部２１からは、検出値ｉｖ，ｉｗのみが出力されるようになる。言い換えれば、電流検出部２１は、検出値ｉｕを出力しなくなる。
このため、電流推定部２２には、検出値ｉｖ，ｉｗのみが入力され、推定電流値ｉｕａのみを求める処理に切り換わる。そして、電流検出部２１は、推定電流値ｉｕａのみを磁極位置推定部２５及び電流ベクトル演算部２６に出力する。
【００２４】
すると、磁極位置推定部２５では、電流センサ３０ｖ，３０ｗの検出値ｉｖ，ｉｗと、電流検出部２１からの推定電流値ｉｕａとを用いて、ブラシレスＤＣモータ１０の回転子の磁極位置を推定する処理に自動的に切り換わる。
同様に、電流ベクトル演算部２６では、電流センサ３０ｖ，３０ｗの検出値ｉｖ，ｉｗと、電流検出部２１からの推定電流値ｉｕａとを用いて、電流ベクトルを演算する処理に自動的に切り換わる。
そして、磁極位置推定部２５と電流ベクトル演算部２６の演算結果は、速度制御ループ部２８と電流制御ループ部２９に出力されて、ブラシレスＤＣモータ１０がインバータ制御されるようになる。
【００２５】
このように、モータ制御装置１では、電流センサ３０ｕが故障した場合であっても、ブラシレスＤＣモータ１０の制御を停止することなく、残りの電流センサ３０ｖ，３０ｗのみを用いてブラシレスＤＣモータ１０の制御を続行し続けることができる。つまり、ステップＳ６において、モータ制御の終了が判断されるまで、ブラシレスＤＣモータ１０の制御を続行し続けることができる。
なお、電流センサ３０ｖ，３０ｗのいずれかが故障した場合も、電流センサ３０ｕが故障した場合と同様の処理により（残りの２つの電流センサを用いて）、ブラシレスＤＣモータ１０の制御を続行し続けることができる。
【００２６】
以上、説明したように、モータ制御装置１においては、３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの一つが故障した場合であっても、残りの２つの電流センサを用いることで、ブラシレスＤＣモータ１０の制御を続行し続けることができる。しかも、３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗのいずれが故障した場合であっても、同様である。
したがって、２つの電流センサのみを用いる従来の場合に比べて、冗長性が高く、高い信頼性が得られる。
【００２７】
また、３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗのいずれか一つが故障し、残りの２つの電流センサを用いてブラシレスＤＣモータ１０の制御に移行した場合であっても、その後にブラシレスＤＣモータ１０の制御を停止した際に、故障した電流センサを修理・交換することで、再び３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗを用いたブラシレスＤＣモータ１０の制御を開始することができる。
【００２８】
例えば、モータ制御装置１が、自動車などの内燃機関のターボチャージャに搭載された場合には、３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗのいずれか一つが故障しても、自動車の運転を停止させることなく、目的地までの運転が可能となる。
そして、３つの電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗのいずれか一つが故障したことを、アラーム表示等により運転手に報知することで、故障した電流センサの修理・交換を促すことができる。これにより、早期に電流センサの修理・交換が行われ、冗長性と信頼性の高いブラシレスＤＣモータ１０の制御を再開することができる。
したがって、電流センサ３０ｕ，３０ｖ，３０ｗの故障に起因する自動車の停止の可能性は殆どなくなる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るモータ制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係るモータ制御方法を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…モータ制御装置
１０…ブラシレスＤＣモータ（三相誘導モータ）
１４…インバータ
２０…制御装置（制御部）
２１…電流検出部
２２…電流推定部
２３…電流センサ故障診断部  
２５…磁極位置推定部
２６…電流ベクトル演算部
２７…速度演算部
２８…速度制御ループ部
２９…電流制御ループ部
３０ｕ，３０ｖ，３０ｗ…電流センサ
ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ…検出値
ｉｕａ，ｉｖａ，ｉｗａ…推定電流値
【図１】
2008022645.tif 000003
【図２】
2008022645.tif 000004