(57)【要約】【課題】センサや検出回路での様々な異常状態の故障診断を可能とし、かつ、低コストで小型化が可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】予め実験で求めたｄ軸電圧予測値Ｖｄｒｅｆ’とｑ軸電圧予測値Ｖｑｒｅｆ’を格納したデータテーブル１４ａ，１４ｂにより、トルク指令値Ｔｒｅｆと回転速度検出値Ｎｄｅｔと直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔに基づいて、ｄ軸電圧予測値Ｖｄｒｅｆ’とｑ軸電圧予測値Ｖｑｒｅｆ’を導出する。ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｄ軸電圧予測値Ｖｄｒｅｆ’との偏差と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆとｑ軸電圧予測値Ｖｑｒｅｆ’との偏差と、のうち少なくとも何れか一方の偏差に基づいて各種センサの異常を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク指令値と回転速度検出値と直流電圧検出値とに基づいて、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を算出する指令値変換部と、
前記ｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値の偏差および前記ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、
前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値をモータの磁極位置に基づいて３相の電圧指令値に変換する２相／３相座標変換部と、
装置の異常を検出する故障診断回路と、
前記３相の電圧指令値に基づいてオン・オフ制御するスイッチング素子と、
直流電圧を交流電圧に変換する前記スイッチング素子を有するインバータと、
を備え、前記インバータから出力する交流電圧によりモータの制御を行うモータ制御装置であって、
前記故障診断回路は、
予め実験で求めたｄ軸電圧予測値とｑ軸電圧予測値を格納したデータテーブルにより、前記指令値変換部で用いる前記トルク指令値と前記回転速度検出値と前記直流電圧検出値に基づいて、ｄ軸電圧予測値とｑ軸電圧予測値を導出し、
前記ｄ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧予測値との偏差と、前記ｑ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧予測値との偏差と、のうち少なくとも何れか一方の偏差に基づいて装置の異常を検出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記ｄ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧予測値との偏差と、前記ｑ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧予測値との偏差と、が予め設定した閾値よりも大きい場合異常と検出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータを用いたモータ制御装置に係り、特にモータ制御で用いられる各種センサや検出回路などの異常状態を検出する故障診断の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータにおいては、モータのトルクを制御するためにモータ電流を制御している。このモータ電流の制御は、各種センサからの検出データを演算処理することで実現しており、電流の応答性が高いベクトル制御が広く採用されている。図３に示すように、ベクトル制御では、モータの磁極位置センサ１、直流電圧検出センサ２、交流電流検出センサ３ａ，３ｂ，３ｃ等の各種センサで検出したデータに基づいてモータの制御を行っている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、モータ制御回路において、トルク指令、直流電圧検出値、速度検出値、電流検出値に基づいてパルス信号を演算し、このパルス信号に基づいてインバータのスイッチングを行い、ＰＭモータを制御することが記載されている。
【０００４】
しかし、このようなベクトル制御においては、各種センサの検出信号が正常な場合は正しくモータの電流（または、トルク）を制御できるが、正常でない場合はトルク指令値とモータの発生トルクとの間に差異が生じて、モータの急加速や急減速が発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、ソフトウェアやハードウェアで各種センサやセンサからの出力信号を検出する回路（以下、単に検出回路という）について故障診断を行っているが、異常状態は天絡（検出信号が電源（＋）側と接触）、短絡（検出信号が短絡状態）、地絡（検出信号が電源（−）側と接触）、断線（検出信号が開放状態）および検出値不正（検出値の大きさが変動）がある。天絡、短絡、地絡および断線は検出値が最小または最大に張り付くため、正常な場合と比較して検出値が大きく異なり、故障診断は容易に行うことができる。
【０００６】
しかし、検出値不正は、各種センサや検出回路が異常でも、検出値が不定であるために正常な検出値との差異が明確にならない場合もあり、異常状態の検出が確実にできない。
【０００７】
このような場合、同じ事象のセンサを２重化（センサを２個取り付け）し、それぞれのセンサから出力される検出値の差異を監視することで異常を検出する技術がある。例えば、特許文献２に示される車両用制御装置では、第一のセンサの信号出力を入力する第一の処理装置と、第一のセンサと同じ事象を検出する第二のセンサの信号出力を入力する第二の処理装置を備え、第一の信号出力と第二の信号出力を照合することでセンサまたは処理装置の異常を判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１５０９７９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０９７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２の技術では、同一事象のセンサおよび検出回路を二重化することで、検出不正の場合であっても異常検出の故障診断が可能である。しかしながら、センサおよび検出回路を二重化することで部品点数が増加しコストアップにつながっていた。また、センサや検出回路を二重化することにより設置スペースが増加してしまっていた。
【００１０】
以上示したようなことから、 センサや検出回路での様々な異常状態の故障診断を可能とし、かつ、低コストで小型化が可能なモータ制御装置を提供することを課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、トルク指令値と回転速度検出値と直流電圧検出値とに基づいて、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を算出する指令値変換部と、前記ｄ軸電流指令値とｄ軸電流検出値の偏差および前記ｑ軸電流指令値とｑ軸電流検出値との偏差に基づいて、ｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を算出する電流制御部と、前記ｄ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧指令値をモータの磁極位置に基づいて３相の電圧指令値に変換する２相／３相座標変換部と、装置の異常を検出する故障診断回路と、前記３相の電圧指令値に基づいてオン・オフ制御するスイッチング素子と、直流電圧を交流電圧に変換する前記スイッチング素子を有するインバータと、を備え、前記インバータから出力する交流電圧によりモータの制御を行うモータ制御装置であって、前記故障診断回路は、予め実験で求めたｄ軸電圧予測値とｑ軸電圧予測値を格納したデータテーブルにより、前記指令値変換部で用いる前記トルク指令値と前記回転速度検出値と前記直流電圧検出値に基づいて、ｄ軸電圧予測値とｑ軸電圧予測値を導出し、前記ｄ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧予測値との偏差と、前記ｑ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧予測値との偏差と、のうち少なくとも何れか一方の偏差に基づいて装置の異常を検出することを特徴とする。
【００１２】
また、その一態様として、前記ｄ軸電圧指令値と前記ｄ軸電圧予測値との偏差と、前記ｑ軸電圧指令値と前記ｑ軸電圧予測値との偏差と、が予め設定した閾値よりも大きい場合異常と検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、センサや検出回路での様々な異常状態の故障診断を可能とし、かつ、低コストで小型化が可能なモータ制御装置を提供することを可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態におけるモータ制御装置を示すブロック図。
【図２】実施形態における制御部を示すブロック図。
【図３】従来の制御部を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本願発明に係るモータ制御装置における実施形態を図１，図２に基づいて詳述する。
【００１６】
［実施形態］
図１に本実施形態のモータ制御装置の構成を示す。４はモータ制御装置であり、インバータ４ａと制御部４ｂとを有している。モータ制御装置４の直流側には蓄電池５が接続され、交流側にはモータ（例えば、ＰＭモータ（Ｐｅｒｍｅｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｏｒ））６が接続されている。
【００１７】
また、インバータ４ａの直流母線には直流電圧検出値を検出する直流電圧検出センサ２、インバータ４ａの交流母線のＵ相およびＷ相には交流電流検出値を検出する交流電流検出センサ３ａ，３ｃ、モータ６にはモータ６の回転速度検出値を検出する磁極位置センサ１が設けられている。
【００１８】
制御部４ｂは、装置外部からトルク指令値、直流電圧検出センサ２から直流電圧検出値、交流電流検出センサ３ａ，３ｃから交流電流検出値、磁極位置センサ１から回転速度検出値を入力する。
【００１９】
制御部４ｂは、これらトルク指令値と各種センサ（磁極位置センサ１と直流電圧検出センサ２と交流電流検出センサ３ａ，３ｃ）からの検出値に基づいたベクトル制御によって所望の電圧指令値を図示しないゲート駆動回路に出力している。
【００２０】
ゲート駆動回路では、入力した電圧指令値に基づいたゲート信号をインバータ４ａに出力してスイッチング素子（図１の例ではＩＧＢＴ）をオン・オフ制御する。
【００２１】
そして、モータ制御装置４は、スイッチング素子を有するインバータ４ａにより、蓄電池５の直流電圧を所望の交流電圧に変換しモータ６に出力することでモータ制御を行っている。
【００２２】
なお、図１では、モータ制御装置４の直流側に蓄電池５が接続されているが、交流電源から整流器による順変換で直流電力を得る構成でもよい。また、交流電流検出センサ３ａ，３ｃはＵ相とＷ相の２相から演算によって３相の交流電流を得ているが、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相に電流検出器を設けて各相の電流検出を行う構成でもよい。
【００２３】
次に、図２に基づいて、制御部４ｂの詳細を説明する。制御部４ｂは、ベクトル制御回路７と故障診断回路８とを有している。
【００２４】
ベクトル制御回路７では、指令値変換部９において、トルク指令値Ｔｒｅｆ、直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔおよび回転速度検出値Ｎｄｅｔを入力し、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを生成する。
【００２５】
３相／２相座標変換器１１では、各相の電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを回転角度検出値θｄｅｔに基づいて、ｄ軸電流検出値Ｉｄｄｅｔとｑ軸電流検出値Ｉｑｄｅｔに変換している。
【００２６】
そして、減算器１０ａにおいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆとｄ軸電流検出値Ｉｄｄｅｔとの偏差信号を出力し、減算器１０ｂにおいて、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆとｑ軸電流検出値Ｉｑｄｅｔとの偏差信号を出力する。
【００２７】
電流制御部１２ａ、および、電流制御部１２ｂは、前記偏差信号を入力して、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを求めている。また、２相／３相座標変換器１３では、直交２軸のｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを３相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換している。
【００２８】
以上のベクトル制御回路７は図３に示す従来技術と同様である。本実施形態の制御部４ｂでは、従来技術の制御部に故障診断回路８を追加している。
【００２９】
まず、故障診断回路８には、トルク指令値Ｔｒｅｆ、直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔ、および、回転速度検出値Ｎｄｅｔの入力パラメータから予め実験で求めたｄ軸電圧予測値Ｖｄｒｅｆ’とｑ軸電圧予測値Ｖｑｒｅｆ’を格納したデータテーブル１４ａ，１４ｂが備えられている。
【００３０】
そして、ベクトル制御回路７と同じ信号を分岐して同じタイミングでトルク指令値Ｔｒｅｆ，直流電圧検出値Ｖｄｃｄｅｔ、および、回転速度検出値Ｎｄｅｔを故障診断回路８にも入力し、前記データテーブル１４ａ，１４ｂからｄ軸電圧予測値Ｖｄｒｅｆ’とｑ軸電圧予測値Ｖｑｒｅｆ’を出力する。減算器１５ａ，１５ｂにおいて、ベクトル制御回路７で求めたｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆ，ｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆと、ｄ軸電圧予測値Ｖｄｒｅｆ’，ｑ軸電圧予測値Ｖｑｒｅｆ’との偏差を求め、ｄ軸電圧差分検出Ｖｄおよびｑ軸電圧差分検出Ｖｑの少なくとも何れか一方の偏差が所定の闘値以上の場合に「異常」の信号を出力する。
【００３１】
正常状態では、各種センサや検出回路が正常であるため、ベクトル制御回路のｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆは、故障診断回路のｄ軸電圧予測値Ｖｄｒｅｆ’とｑ軸電圧予測値Ｖｑｒｅｆ’とほぼ同じ値となる。
【００３２】
しかし、各種センサや検出回路が異常な時は、ベクトル制御回路７のｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆは、故障診断回路８のｄ軸電圧予測値Ｖｄｒｅｆ’とｑ軸電圧予測値Ｖｑｒｅｆ’と異なる値となり、故障診断回路８の減算器１５ａ，１５ｂから出力される偏差が所定の閾値以上となる。
【００３３】
この偏差を常に監視し、偏差が閾値以上になると異常と判断して故障表示、または、故障通知をオペレータに行うことで、センサや検出回路を二重化することなく、検出値が不定な異常であっても診断が可能となる。
【００３４】
また、本実施形態では、直流電圧検出センサ２、複数の交流電流検出センサ３ａ，３ｂ，３ｃおよび磁極位置センサ１、並びにこれら各センサの検出回路の異常を一つの故障診断回路で実現でき、各センサや各検出回路に故障診断回路を有することなく、故障診断回路が複雑化しない。
【００３５】
さらに、駆動するモータが永久磁石式同期電動機の場合、減磁の異常が発生した場合も同様に、ベクトル制御回路７のｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆに対して、故障診断回路のｄ軸電圧予測値Ｖｄｒｅｆ’とｑ軸電圧予測値Ｖｑｒｅｆ’が異なる値となるため、減磁による異常検出も可能となる。
【００３６】
また、本実施形態のモータ制御装置では、センサや検出回路などの部品を追加することなく、様々な異常状態の検出が可能となり、部品点数が増加することを抑制できるため装置の小型化やコストダウンが可能となる。また、駆動するモータが永久磁石式同期電動機の場合、減磁の異常検出も出来る。
【００３７】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００３８】
Ｔｒｅｆ…トルク指令値
Ｎｄｅｔ…回転速度検出値
Ｖｄｃｄｅｔ…直流電圧検出値
Ｉｄｒｅｆ…ｄ軸電流指令値
Ｉｑｒｅｆ…ｑ軸電流指令値
Ｉｄｄｅｔ…ｄ軸電流検出値
Ｉｑｄｅｔ…ｑ軸電流検出値
Ｖｄｒｅｆ…ｄ軸電圧指令値
Ｖｑｒｅｆ…ｑ軸電圧指令値
Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ…三相の電圧指令値
Ｖｄｒｅｆ’…ｄ軸電圧予測値
Ｖｑｒｅｆ’…ｑ軸電圧予測値
４…モータ制御装置
８…故障診断回路
９…電流制御部
１２ａ，１２ｂ…電流制御部
１３…２相／３相座標変換部
１４ａ，１４ｂ…データテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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