モータ制御装置
【課題】ゼロ速度から高速度回転までのモータ運転中において、モータの層間短落および位置センサ部の誤差増大等の中間レベルのモータ異常を検知できるモータ制御装置を得ること。
【解決手段】モータ制御装置１００は、モータ３１０に出力される出力電流の電流値を検知して目標トルクに応じた電流値に制御するモータ制御装置１００であって、モータ３１０の運転中にモータ３１０に出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、その演算されたモータ運転状態値に基づいてモータ３１０に異常が発生しているか否かを判定するモータ異常判定部１４０を有する。
【解決手段】モータ制御装置１００は、モータ３１０に出力される出力電流の電流値を検知して目標トルクに応じた電流値に制御するモータ制御装置１００であって、モータ３１０の運転中にモータ３１０に出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、その演算されたモータ運転状態値に基づいてモータ３１０に異常が発生しているか否かを判定するモータ異常判定部１４０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ運転中にモータの異常を検知するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを使用するモータ装置には、モータの異常を検知して異常状態をユーザに通知して早期メンテナンスにて安全動作を維持することが望まれている。特許文献１には、モータの初期動作時にセルフテストを行い、モータの異常を検知する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2003-348898号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、モータ運転中にセルフテストを行うことはできない。したがって、モータ運転中は、モータ欠相あるいは短落等の大きなモータ異常を検知することはできるが、モータの層間短落および位置センサの誤差増大等の中間レベルのモータ異常を検知することはできなかった。
【０００５】
本発明の目的は、ゼロ速度から高速度回転までのモータ運転中において、モータの層間短落および位置センサの誤差増大等の中間レベルのモータ異常を検知できるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明のモータ制御装置は、モータに出力される出力電流の電流値を検知して目標トルクに応じた電流値に制御するモータ制御装置であって、モータの運転中にモータに出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、その演算されたモータ運転状態値に基づいてモータに異常が発生しているか否かを判定するモータ異常判定部を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のモータ制御装置によれば、モータの運転中にモータに出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、その演算されたモータ運転状態値に基づいてモータに異常が発生しているか否かを判定するので、モータ運転中にモータの層間短落や位置センサの誤差増大等の中間レベルのモータ異常を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のモータ装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態におけるモータの動作状態の変化を示す波形図。
【図３】モータ制御装置の出力電圧と出力電流を相対変換したベクトル図。
【図４】モータの位置センサの異常時における動作状態の変化を示す波形図。
【図５】本発明のモータ装置が適用された電動パワーステアリング装置の構成図。
【図６】本発明のモータ装置が適用されたハイブリッド自動車システムの構成図。
【図７】第２の実施形態におけるモータの動作状態の変化を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明のモータ制御装置を有するモータ装置の構成を示すブロック図である。
モータ装置３００は、モータ運転時のゼロ速度（停止状態）から高速度回転までの動作状態においてモータ異常を検知してフェールセーフする用途に適したものである。モータ装置３００は、モータ３１０とモータ制御装置１００を有している。
【００１１】
モータ制御装置１００は、電流検出部１２０、電流制御部１１０、インバータ１３０、モータ位置検出部１５０、モータ異常判定部１４０を有している。バッテリ２００は、モータ制御装置１００の直流電圧源であり、バッテリ２００の直流電圧は、モータ制御装置１００のインバータ１３０によって可変電圧、可変周波数の３相交流に変換され、モータ３１０に印加される。
【００１２】
モータ３１０は、３相交流の供給により回転駆動される同期モータである。モータ３１０には、モータ３１０の誘起電圧の位相に合わせて３相交流の印加電圧の位相を制御するために位置センサ部３２０が取り付けられている。
【００１３】
モータ３１０を高精度に制御するためには、電流検出部１２０で３相のモータ電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検知し、電流制御部１１０により、目標トルクに応じた電流値に制御する。位置検出部１５０は、位置センサ部３２０の信号から位置検出値θｓを検出し、モータ回転速度ωｒを演算する。
【００１４】
電流制御部１１０は、位置検出値θｓと、モータ電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを用いて、電流指令（交流制御をする場合には３相の電流指令とし、ベクトル制御をする場合にはｄ軸、ｑ軸の電流指令とする）に一致するように周知のパルス幅変調（ＰＷＭ）されたドライブ信号を作成する。作成されたドライブ信号は、インバータ１３０の半導体スイッチ素子をオン／オフ制御するのに用いられる。
【００１５】
モータ異常判定部１４０は、モータ制御装置１００の出力電圧Ｖｕ、出力電流Ｉｕ、及びモータ回転速度ωｒから演算によりモータ運転状態を検知し、モータ異常と判断する場合にモータ異常信号を出力する。モータ異常判定部１４０の詳細な動作については、図３を用いて後述する。
【００１６】
なお、モータ装置３００において、モータ３１０の回転速度を制御する場合には、モータ回転速度ωｒを用いて演算した回転速度が、上位制御器からの速度指令と一致するように電圧指令を作成する。また、モータ出力トルクを制御する場合には、モータ電流を検出し、該検出したモータ電流からモータ出力トルクを演算し、該演算したモータ出力トルクが上位制御器からのトルク指令と一致するように電流指令を作成する。
【００１７】
次に、図２を用いて、本実施の形態におけるモータ状態について説明する。
【００１８】
図２は、モータの一定回転時におけるモータ状態の演算結果を示す動作波形である。
モータが正常時のモータトルクは、図２（ａ）に実線で示すように、電流制御によりほぼ一定のトルクが出力され、モータ運転状態値は、図２（ｂ）に実線で示すように、安定した一定値を示す。ここで、モータ運転状態値は、モータ３１０の回転速度の影響を除去するために、モータ回転速度に応じて発生する逆起電圧相当分を補正演算することによりモータの加減速状態によらず、ほぼ一定値のモータ運転状態値を得ることができる。
【００１９】
一方、モータに中間レベルのモータ異常が発生した場合、具体的には、モータ３１０の１相巻線あるいは２相の巻線に層間短落が発生してモータ巻線（抵抗やインダクタンスなど）が約１／３となったモータ異常の場合、電流制御部１１０によりモータ電流はほぼ一定に制御されるが、層間短絡により逆起電圧のアンバランスが発生しているため、図２（ａ）に破線で示すように、モータトルクは大きな脈動を生じる。
【００２０】
モータ異常時のモータ運転状態値は、図２（ｂ）に破線で示すように、電気角１周期内で大きく変動する。モータ異常判定部１４０では、このモータ運転状態値の変化を検知して、モータ異常を判定する。すなわち、モータ運転状態値が予め設定された所定の判定値に達した場合に、モータ異常が発生していると判断して、モータ異常信号を出力する。
【００２１】
好ましくは、モータ運転状態値を電気角１周期内の変動幅で検知し、変動幅のレベルを用いて、モータ運転状態値の変動幅が予め設定された所定の判定値Ｔｈ以上となる状態を少なくとも１回以上検知した場合、もしくは連続して所定の回数検知した場合に、モータ異常が発生していると判断して、モータ異常信号を出力する。
【００２２】
尚、モータ異常時において、電流制御部１１０は、電流が一定となるようにＰＷＭパルスなどの印加電圧を調整するように動作するため、インバータ１３０の出力電圧と、出力電流の比率が変化する。
【００２３】
交流モータの場合、印加電圧も交流として大小を周期的に繰り返す。すなわち、モータの回転にともない正常なモータ巻線に多く電流を流す状態と、異常な巻線に多く電流を流す状態とが周期的に繰り返され、モータ運転状態値は、インバータ１３０の出力電圧と、出力電流の比率変化に応じた分だけ周期的な脈動を生じる。この周期的に繰り返される脈動成分のピーク値と、予め設定された判定値とを比較することでモータ異常を判定できる。
【００２４】
ここでは、モータ運転状態値と判定値と比較してモータ異常を判定しているが、例えば、モータ運転状態値の周期的に繰り返される脈動成分のピーク値の大きさに応じてモータ巻線などの劣化度合いを検知することができるので、その検知した劣化度合い、あるいはその平均値などを用いて無段階にてモータ異常の度合いを使用者に通知することも可能である。
【００２５】
次に、図３を用いて、本実施の形態におけるモータ異常判定部１４０の動作について説明する。図３は、モータ制御装置の出力電圧と出力電流をｄｑ変換（相対変換）したベクトル図である。
【００２６】
電圧ベクトルＶは、大きさＶｕで、進み位相（δ＋β）であり、電流ベクトルＩは、大きさＩｕで、進み位相βである。電圧と電流の成す角δは、力率角であり、１相分の有効電力Ｐと皮相電力Ｓは下記の式（１）、（２）に示される。
【００２７】
【数１】
【数２】
である。一方、モータ３１０の出力Ｐｍは、下記の式（３）で示される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
特に、Ｉｄ＝０に制御している場合には、上記式（３ａ）に示すように、Ｉｑの項のみで表される。
【００３０】
上記式（３）、（３ａ）で、ｐｐは極対数、ｋｅは誘起電圧定数である。
【００３１】
インバータ１３０の出力Ｐｏと入力Ｐｉは、下記の式（４）、（５）で示される。
【００３２】
【数４】
【００３３】
【数５】
なお、上記式（５）で、Ｅｄｃは直流電圧、Ｉｄｃは直流電流である。
【００３４】
モータ効率ηｍとしたときの、モータ出力Ｐｍとインバータ出力Ｐｏの関係は、下記の式（６）で表される。
【００３５】
【数６】
【００３６】
そして、ｑ軸出力電圧Ｖｑは、下記の式（７）で示される。
【００３７】
【数７】
【００３８】
電流制御部１１０は、層間短絡などの中間レベルのモータ異常時にも、目標とする出力トルクに応じたｄ軸の電流指令値Ｉｄ＊と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑ＊とに一致するように動作するため、モータ消費電力は一定で、モータ出力が変動し、有効電力が変動することとなる。
【００３９】
すなわち、モータ制御装置１００の出力電圧と出力電流から算出されるモータ運転状態値に応じて、有効電力の変動から異常の有無、あるいは状態量を判定すればよい。
【００４０】
モータ運転状態値の１つの指標として、有効電力に関係するｑ軸電流値とｑ軸電圧値を下記の式（８）に示す。
【００４１】
【数８】
【００４２】
上記式（８ａ）に示すように、Ｉｄ＝０に制御されているときは、ｑ軸電流とｑ軸電圧の比は簡素化されて表現できる。
【００４３】
ここで、層間短絡などのモータ異常が生じた場合には、逆起電圧定数を含んだＫｅ’がモータ回転位置に依存して変化することとなる。
【００４４】
また、式（８）、（８ａ）では、モータ回転速度ωｒが数式に含まれるため、モータ運転状態値がモータ回転速度に影響されることが示され、モータ回転速度ωｒを、式（８）の右辺と左辺に乗算することで、モータ運転状態値がモータ回転速度ωｒの影響をキャンセルして、図２に示すようなほぼ一定値を得ることができる。
【００４５】
ここでは、有効電力の変化を指標に取っているが、無効電力にしても同様な効果が得られる。さらには、電流指令値（Ｉｄ＊、ないしＩｑ＊）がほぼ一定値の場合には、出力電圧あるいはｑ軸電圧値のみで簡略化することができ、制御処理演算の負荷を軽減できる。
【００４６】
すなわち、モータトルクを多く必要な領域を多用する用途には、ｑ軸の電流Ｉｑとｑ軸の電圧Ｖｑのみを用いてもモータ異常（モータ運転状態値の変動）を検知できる。一方、ｄ軸の電流Ｉｄを多く流した弱め界磁制御を多用する用途には、ｄ軸の電流Ｉｄとｄ軸の電圧Ｖｄのみを用いてもモータ異常を検知できる。一般には、モータトルクを必要とする用途が多いため、有効電力の方が無効電力よりも大きく、このような使用条件にてはｑ軸の電流Ｉｑとｑ軸の電圧Ｖｑを用いてモータ異常を判定することで実用上問題ない。
【００４７】
本発明では、有効電力及び力率の計測には電気角で１周期以上が必要であり、通常のインバータ過電流保護動作より遅い応答となる。モータ巻線の地落などに対しては、これまで同様のインバータ過電流動作により保護し、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の条件が成立する層間短落などに対しては、モータ運転状態値と判定値とを比較することで保護動作ができる。
【００４８】
あるいは、モータ運転を継続可能なモータ異常状態である場合には、モータ異常をユーザに通知してサービスステーションに行き、メンテナンスを受けるように知らせることもできる。モータ運転は、モータ３１０やインバータ１３０の温度上昇が予め設定された許容範囲内、あるいはインバータ１３０の許容電流範囲内にてモータ運転を継続することができる。このとき、モータ運転状態値に応じてモータ運転に制限を加えることが好ましい。
【００４９】
モータ運転状態値の応答性を向上させるには、ｑ軸電流値とｑ軸電圧値とを用いることにより、瞬時モータ運転状態値が異常判定レベルにある場合には、電気角１周期を計測することなく、モータ異常を保持し、モータ異常をユーザに速やかに通知することが可能である。
【００５０】
上述の実施形態では、インバータ出力を用いる場合について説明したが、バッテリ２００からの直流電圧値と直流電流値とから求められるモータ制御装置１００の入力電力（有効電力分）を用いる場合でも同様にモータ異常を検知できる。
【００５１】
図４は、モータの位置センサ部の異常時における動作状態の変化を示す波形図である。
モータ異常の状態を層間短絡ではなく、モータ３１０に取り付けられた位置センサ部３２０の異常について示している点が図２と異なり、他は図２と同様である。
【００５２】
位置検出誤差は、図４（ａ）に示すように、例えばレゾルバなどの位置センサ部３２０の異常によって位置検出値θに誤差が重畳した場合であり、位置センサ部３２０からの検出信号線の接触不良などによってノイズ量が時間変化して、モータ位置検出部にて演算した位置検出値θの誤差（位置検出誤差）が時間変化した場合を示している。
【００５３】
出力電圧変調率は、ＰＷＭ変調率を示しており、図４（ｂ）に示すように、位置検出誤差に応じて変調率が変化し、その結果、出力電流が変化している。ここで、電流制御が働いているが、ｄｑ変換で用いる位置検出値θに誤差が生じているため、電流検出部１２０の出力信号であるモータ電流検出値（Ｉｄ，Ｉｑ）には検出誤差が含まれる。すなわち、電流制御部１１０にて電流指令値（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）とモータ電流検出値（Ｉｄ，Ｉｑ）が一致するように動作をするものの、実際にモータに流れる出力電流（Ｉｕ、Ｉｖ，Ｉｗ）は、電流指令値（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）から求まる三相の電流値とは一致しないことを示している。
【００５４】
このときの三相出力電圧の絶対値のピーク値は大きく変動しており、三相出力電圧の絶対値のピーク値を用いても位置センサ部３２０の異常を検知できる。また、図３と式（１）〜（８）を用いて説明したモータ運転状態値を用いた場合にも、位置センサ部３２０の異常を検知して、ユーザに異常を通知することができる。例えば、図４（ｅ）に示すように、モータ運転状態値の判定値として上限値Ｔｈａと下限値Ｔｈｂを予め設定しておき、モータ運転状態値が上限値Ｔｈａを超えた場合、もしくは下限値Ｔｈｂを下回った場合に、位置センサ部３２０の異常と判断することができる。
【００５５】
上記したモータ制御装置１００によれば、モータ３１０の運転中にモータ３１０に出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、その演算されたモータ運転状態値に基づいてモータ３１０に異常が発生しているか否かを判定するので、モータ運転中にモータ３１０の層間短落や位置センサ部３２０の誤差増大等の中間レベルのモータ異常を検知できる。
【００５６】
次に、図５を用いて、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の構成について説明する。
【００５７】
図５は、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の構成図である。
【００５８】
電動アクチュエータは、トルク伝達機構９０２と、モータ３１０と、モータ制御装置１００から構成される。電動パワーステアリング装置は、電動アクチュエータと、ハンドル（ステアリング）９００と、操舵検出器９０１および操作量指令器９０３を備え、運転者が操舵するハンドル９００の操作力は電動アクチュエータを用いてトルクアシストする構成を有する。
【００５９】
電動アクチュエータのトルク指令τ＊は、ハンドル９００の操舵アシストトルク指令（操作量指令器９０３にて作成）とし、電動アクチュエータの出力を用いて運転者の操舵力を軽減するようにしたものである。モータ制御装置１００は、入力指令としてトルク指令τ＊を受け、モータ３１０のトルク定数とトルク指令τ＊とからトルク指令値に追従するようにモータ電流を制御する。
【００６０】
モータ３１０のロータに直結された出力軸から出力されるモータ出力τｍはウォーム、ホイールや遊星ギヤなどの減速機構あるいは油圧機構を用いたトルク伝達機構９０２を介し、ステアリング装置のラック９１０にトルクを伝達して運転者のハンドル９００の操舵力（操作力）を電動力にて軽減（アシスト）し、車輪９２０，９２１の操舵角を操作する。
【００６１】
このアシスト量は、ステアリングシャフトに組み込まれた操舵状態を検出する操舵検出器９０１により操舵角や操舵トルクとして操作量を検出し、車両速度や路面状態などの状態量を加味して操作量指令器９０３によりトルク指令τ＊として決定される。
【００６２】
本発明のモータ制御装置１００は、急加減速する電動アクチュエータに要求されるトルク指令τ＊に対しても回転センサに生じる位相差を補正して高効率なモータ駆動が可能なため、電動アクチュエータの高速・高トルク運転の弱め界磁領域に対してもモータ効率を低下させることなく駆動可能である。
【００６３】
また、低速度おいてもセンサ取付誤差を低減して安定して低トルク変動にてモータ駆動ができる。すなわち、モータ制御装置１００を適用した電動パワーステアリング装置では運転者に操舵フィーリングを損なうことなく高トルク・高応答な電動パワーステアリング装置が得られる。なお、本実施例では、電動パワーステアリング装置について説明したが、電動ブレーキ装置であっても同様の効果が得られる。
【００６４】
次に、図６、図７を用いて、本発明に係るモータ制御装置を車両に適用したその他の実施形態を説明する。
【００６５】
図６は、本発明のモータ制御装置が適用されたハイブリッド自動車システムの構成図、図７は、モータの動作状態の変化を示す波形図である。
【００６６】
ハイブリッド自動車システムは、図６に示すように、同期電動機６２０をモータ／ジェネレータとして適用したパワートレインを有する。
【００６７】
図６に示す自動車において符号６００は車体である。車体６００のフロント部には、前輪車軸６０１が回転可能に軸支されており、前輪車軸６０１の両端には、前輪６０２，６０３が設けられている。車体６００のリア部には、後輪車軸６０４が回転可能に軸支されており、後輪車軸６０４の両端には後輪６０５，６０６が設けられている。
【００６８】
前輪車軸６０１の中央部には、動力分配機構であるデファレンシャルギア６１１が設けられており、エンジン６１０から変速機６１２を介して伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸６０１に分配するようになっている。エンジン６１０と同期電動機６２０とは、エンジン６１０のクランクシャフトに設けられたプーリーと同期電動機６２０の回転軸に設けられたプーリーとがベルトを介して機械的に連結されている。
【００６９】
これにより、同期電動機６２０の回転駆動力がエンジン６１０に、エンジン６１０の回転駆動力が同期電動機６２０にそれぞれ伝達できるようになっている。同期電動機６２０は、モータ制御装置１００によって制御された３相交流電力がステータのステータコイルに供給されることによって、ロータが回転し、３相交流電力に応じた回転駆動力を発生する。
【００７０】
すなわち、同期電動機６２０は、モータ制御装置１００によって制御されて電動機として動作する一方、エンジン６１０の回転駆動力を受けてロータが回転することによって、ステータのステータコイルに起電力が誘起され、３相交流電力を発生する発電機として動作する。
【００７１】
モータ制御装置１００は、高電圧（４２Ｖ）系電源である高圧バッテリ６２２から供給された直流電力を３相交流電力に変換する電力変換装置であり、運転指令値に従ってロータの磁極位置に応じた，同期電動機６２０のステータコイルに流れる３相交流電流を制御する。
【００７２】
同期電動機６２０によって発電された３相交流電力は、モータ制御装置１００によって直流電力に変換されて高圧バッテリ６２２を充電する。高圧バッテリ６２２にはＤＣ−ＤＣコンバータ６２４を介して低圧バッテリ６２３に電気的に接続されている。低圧バッテリ６２３は、自動車の低電圧（１４ｖ）系電源を構成するものであり、エンジン６１０を初期始動（コールド始動）させるスタータ６２５，ラジオ，ライトなどの電源に用いられている。
【００７３】
車両が信号待ちなどの停車時（アイドルストップモード）にあるとき、エンジン６１０を停止させ、再発車時にエンジン６１０を再始動（ホット始動）させる時には、モータ制御装置１００で同期電動機６２０を駆動し、エンジン６１０を再始動させる。尚、アイドルストップモードにおいて、高圧バッテリ６２２の充電量が不足している場合や、エンジン６１０が十分に温まっていない場合などにおいては、エンジン６１０を停止せず駆動を継続する。また、アイドルストップモード中においては、エアコンのコンプレッサなど、エンジン６１０を駆動源としている補機類の駆動源を確保する必要がある。この場合、同期電動機６２０を駆動させて補機類を駆動する。
【００７４】
加速モード時や高負荷運転モードにある時にも、同期電動機６２０を駆動させてエンジン６１０の駆動をアシストする。逆に、高圧バッテリ６２２の充電が必要な充電モードにある時には、エンジン６１０によって同期電動機６２０を発電させて高圧バッテリ６２２を充電する。すなわち、車両の制動時や減速時などの回生モードを行う。
【００７５】
このような車両用のモータ駆動装置において、位置センサ部の異常や、同期電動機６２０の異常などが発生した場合には、異常を検知しても可能な限りモータ運転を継続することが望まれる。
【００７６】
そこで、図７に示すように、異常を判定しても運転継続可能な状態と、継続せずに緊急停止させる状態とを判別するために複数の判定レベルを設けた。図７（ｂ）に示す第１の判定値Ｔｈ１は、モータ運転が継続可能なモータ異常であるかを判定する異常判定レベルであり、図７（ｂ）に示す第２の判定値Ｔｈ２は、モータ運転を継続することが困難なモータ異常であるかを判定する異常判定レベルである（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）。
【００７７】
モータ運転状態値が、かかる第１の判定値Ｔｈ１を超えて第２の判定値Ｔｈ２との間の値となっている場合には、モータ異常を運転者に通知すると共に、速やかに停車あるいはサービスステーションまでの移動を促すことができ、必要に応じてモータ制御装置１００のインバータ（図示せず）の出力制限をしながらも、安全な停車場所までの車両移動や、サービスステーションまでの車両移動を可能とすることができる。このとき、予め設定したモータ運転状態の制限や、モータ運転状態値のピーク値に応じたモータ運転の制限を加えることも可能である。
【００７８】
そして、モータ運転状態値が、図７（ｂ）に示す第２の判定値Ｔｈ２を越えた場合には、インバータあるいはモータの焼損につながるような重度の異常状態であり、車両を緊急停止させるべきであると判断する。したがって、最終的にモータの異常によって搭乗者等に不具合が生ずることがないようモータ運転を緊急停止することができる。
【００７９】
例えば、モータの巻線などに発生する異常のひとつに巻線の絶縁劣化などがある。この場合、急激な劣化よりも経年変化や、繰り返しによるダメージによって引き起こされることが多く、徐々にモータ運転状態値（運転中の状態値）が正常な状態から、継続運転可能な異常状態を経て、停止すべき異常状態に至る。したがって、２つ以上の判定値を用いてモータの異常度合いを判断することによって、モータ運転の制御をより細かく行うことができる。
【００８０】
モータ異常時に、モータ運転状態値が第１の判定値Ｔｈ１あるいは第２の判定値Ｔｈ２と一致あるいは、それ以上になる瞬間と、それ以下になる瞬間とが交互に発生する。これは、異常になったモータ巻線に印加する電圧が交流電圧であるためで、モータの回転に伴って変化することに起因する。
【００８１】
モータトルクも電気角１周期以内で周期的な変化となり、異常であるレベル（第１の判定値Ｔｈ１あるいは第２の判定値Ｔｈ２を超えるレベル）と、正常であるレベル（第１の判定値Ｔｈ１以下のレベル）を繰り返し発生することがわかる。すなわち、電気角１周期を異常検出期間として異常レベルを検知し、異常を検出する。電気角の繰返し周期の都度、数周期連続して異常を検出したときに異常と判断することで、誤検知を防止することが可能となる。尚、位置センサ部３２０の異常においても同様に対処できる。
【００８２】
上述の実施の形態では、本発明のモータ制御装置１００をハイブリッド自動車システムに適用した場合について説明したが、電気自動車においても同様な効果が得られる。
【００８３】
本発明のモータ制御装置１００は、このような同期電動機６２０をモータ／ジェネレータにとして適用する場合にも、安全に停車可能な場所まで移動したり、サービスステーションまで移動可能とする自動車のパワートレインシステムを提供することができる。
【００８４】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１００…モータ制御装置
１１０…電流制御部
１２０…電流検出部
１３０…インバータ
１４０…モータ異常判定部
１５０…モータ位置検出部
２００…バッテリ
３００…モータ装置
３１０…モータ
３２０…位置センサ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ運転中にモータの異常を検知するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを使用するモータ装置には、モータの異常を検知して異常状態をユーザに通知して早期メンテナンスにて安全動作を維持することが望まれている。特許文献１には、モータの初期動作時にセルフテストを行い、モータの異常を検知する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2003-348898号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、モータ運転中にセルフテストを行うことはできない。したがって、モータ運転中は、モータ欠相あるいは短落等の大きなモータ異常を検知することはできるが、モータの層間短落および位置センサの誤差増大等の中間レベルのモータ異常を検知することはできなかった。
【０００５】
本発明の目的は、ゼロ速度から高速度回転までのモータ運転中において、モータの層間短落および位置センサの誤差増大等の中間レベルのモータ異常を検知できるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明のモータ制御装置は、モータに出力される出力電流の電流値を検知して目標トルクに応じた電流値に制御するモータ制御装置であって、モータの運転中にモータに出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、その演算されたモータ運転状態値に基づいてモータに異常が発生しているか否かを判定するモータ異常判定部を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のモータ制御装置によれば、モータの運転中にモータに出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、その演算されたモータ運転状態値に基づいてモータに異常が発生しているか否かを判定するので、モータ運転中にモータの層間短落や位置センサの誤差増大等の中間レベルのモータ異常を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のモータ装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態におけるモータの動作状態の変化を示す波形図。
【図３】モータ制御装置の出力電圧と出力電流を相対変換したベクトル図。
【図４】モータの位置センサの異常時における動作状態の変化を示す波形図。
【図５】本発明のモータ装置が適用された電動パワーステアリング装置の構成図。
【図６】本発明のモータ装置が適用されたハイブリッド自動車システムの構成図。
【図７】第２の実施形態におけるモータの動作状態の変化を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明のモータ制御装置を有するモータ装置の構成を示すブロック図である。
モータ装置３００は、モータ運転時のゼロ速度（停止状態）から高速度回転までの動作状態においてモータ異常を検知してフェールセーフする用途に適したものである。モータ装置３００は、モータ３１０とモータ制御装置１００を有している。
【００１１】
モータ制御装置１００は、電流検出部１２０、電流制御部１１０、インバータ１３０、モータ位置検出部１５０、モータ異常判定部１４０を有している。バッテリ２００は、モータ制御装置１００の直流電圧源であり、バッテリ２００の直流電圧は、モータ制御装置１００のインバータ１３０によって可変電圧、可変周波数の３相交流に変換され、モータ３１０に印加される。
【００１２】
モータ３１０は、３相交流の供給により回転駆動される同期モータである。モータ３１０には、モータ３１０の誘起電圧の位相に合わせて３相交流の印加電圧の位相を制御するために位置センサ部３２０が取り付けられている。
【００１３】
モータ３１０を高精度に制御するためには、電流検出部１２０で３相のモータ電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検知し、電流制御部１１０により、目標トルクに応じた電流値に制御する。位置検出部１５０は、位置センサ部３２０の信号から位置検出値θｓを検出し、モータ回転速度ωｒを演算する。
【００１４】
電流制御部１１０は、位置検出値θｓと、モータ電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを用いて、電流指令（交流制御をする場合には３相の電流指令とし、ベクトル制御をする場合にはｄ軸、ｑ軸の電流指令とする）に一致するように周知のパルス幅変調（ＰＷＭ）されたドライブ信号を作成する。作成されたドライブ信号は、インバータ１３０の半導体スイッチ素子をオン／オフ制御するのに用いられる。
【００１５】
モータ異常判定部１４０は、モータ制御装置１００の出力電圧Ｖｕ、出力電流Ｉｕ、及びモータ回転速度ωｒから演算によりモータ運転状態を検知し、モータ異常と判断する場合にモータ異常信号を出力する。モータ異常判定部１４０の詳細な動作については、図３を用いて後述する。
【００１６】
なお、モータ装置３００において、モータ３１０の回転速度を制御する場合には、モータ回転速度ωｒを用いて演算した回転速度が、上位制御器からの速度指令と一致するように電圧指令を作成する。また、モータ出力トルクを制御する場合には、モータ電流を検出し、該検出したモータ電流からモータ出力トルクを演算し、該演算したモータ出力トルクが上位制御器からのトルク指令と一致するように電流指令を作成する。
【００１７】
次に、図２を用いて、本実施の形態におけるモータ状態について説明する。
【００１８】
図２は、モータの一定回転時におけるモータ状態の演算結果を示す動作波形である。
モータが正常時のモータトルクは、図２（ａ）に実線で示すように、電流制御によりほぼ一定のトルクが出力され、モータ運転状態値は、図２（ｂ）に実線で示すように、安定した一定値を示す。ここで、モータ運転状態値は、モータ３１０の回転速度の影響を除去するために、モータ回転速度に応じて発生する逆起電圧相当分を補正演算することによりモータの加減速状態によらず、ほぼ一定値のモータ運転状態値を得ることができる。
【００１９】
一方、モータに中間レベルのモータ異常が発生した場合、具体的には、モータ３１０の１相巻線あるいは２相の巻線に層間短落が発生してモータ巻線（抵抗やインダクタンスなど）が約１／３となったモータ異常の場合、電流制御部１１０によりモータ電流はほぼ一定に制御されるが、層間短絡により逆起電圧のアンバランスが発生しているため、図２（ａ）に破線で示すように、モータトルクは大きな脈動を生じる。
【００２０】
モータ異常時のモータ運転状態値は、図２（ｂ）に破線で示すように、電気角１周期内で大きく変動する。モータ異常判定部１４０では、このモータ運転状態値の変化を検知して、モータ異常を判定する。すなわち、モータ運転状態値が予め設定された所定の判定値に達した場合に、モータ異常が発生していると判断して、モータ異常信号を出力する。
【００２１】
好ましくは、モータ運転状態値を電気角１周期内の変動幅で検知し、変動幅のレベルを用いて、モータ運転状態値の変動幅が予め設定された所定の判定値Ｔｈ以上となる状態を少なくとも１回以上検知した場合、もしくは連続して所定の回数検知した場合に、モータ異常が発生していると判断して、モータ異常信号を出力する。
【００２２】
尚、モータ異常時において、電流制御部１１０は、電流が一定となるようにＰＷＭパルスなどの印加電圧を調整するように動作するため、インバータ１３０の出力電圧と、出力電流の比率が変化する。
【００２３】
交流モータの場合、印加電圧も交流として大小を周期的に繰り返す。すなわち、モータの回転にともない正常なモータ巻線に多く電流を流す状態と、異常な巻線に多く電流を流す状態とが周期的に繰り返され、モータ運転状態値は、インバータ１３０の出力電圧と、出力電流の比率変化に応じた分だけ周期的な脈動を生じる。この周期的に繰り返される脈動成分のピーク値と、予め設定された判定値とを比較することでモータ異常を判定できる。
【００２４】
ここでは、モータ運転状態値と判定値と比較してモータ異常を判定しているが、例えば、モータ運転状態値の周期的に繰り返される脈動成分のピーク値の大きさに応じてモータ巻線などの劣化度合いを検知することができるので、その検知した劣化度合い、あるいはその平均値などを用いて無段階にてモータ異常の度合いを使用者に通知することも可能である。
【００２５】
次に、図３を用いて、本実施の形態におけるモータ異常判定部１４０の動作について説明する。図３は、モータ制御装置の出力電圧と出力電流をｄｑ変換（相対変換）したベクトル図である。
【００２６】
電圧ベクトルＶは、大きさＶｕで、進み位相（δ＋β）であり、電流ベクトルＩは、大きさＩｕで、進み位相βである。電圧と電流の成す角δは、力率角であり、１相分の有効電力Ｐと皮相電力Ｓは下記の式（１）、（２）に示される。
【００２７】
【数１】
【数２】
である。一方、モータ３１０の出力Ｐｍは、下記の式（３）で示される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
特に、Ｉｄ＝０に制御している場合には、上記式（３ａ）に示すように、Ｉｑの項のみで表される。
【００３０】
上記式（３）、（３ａ）で、ｐｐは極対数、ｋｅは誘起電圧定数である。
【００３１】
インバータ１３０の出力Ｐｏと入力Ｐｉは、下記の式（４）、（５）で示される。
【００３２】
【数４】
【００３３】
【数５】
なお、上記式（５）で、Ｅｄｃは直流電圧、Ｉｄｃは直流電流である。
【００３４】
モータ効率ηｍとしたときの、モータ出力Ｐｍとインバータ出力Ｐｏの関係は、下記の式（６）で表される。
【００３５】
【数６】
【００３６】
そして、ｑ軸出力電圧Ｖｑは、下記の式（７）で示される。
【００３７】
【数７】
【００３８】
電流制御部１１０は、層間短絡などの中間レベルのモータ異常時にも、目標とする出力トルクに応じたｄ軸の電流指令値Ｉｄ＊と、ｑ軸の電流指令値Ｉｑ＊とに一致するように動作するため、モータ消費電力は一定で、モータ出力が変動し、有効電力が変動することとなる。
【００３９】
すなわち、モータ制御装置１００の出力電圧と出力電流から算出されるモータ運転状態値に応じて、有効電力の変動から異常の有無、あるいは状態量を判定すればよい。
【００４０】
モータ運転状態値の１つの指標として、有効電力に関係するｑ軸電流値とｑ軸電圧値を下記の式（８）に示す。
【００４１】
【数８】
【００４２】
上記式（８ａ）に示すように、Ｉｄ＝０に制御されているときは、ｑ軸電流とｑ軸電圧の比は簡素化されて表現できる。
【００４３】
ここで、層間短絡などのモータ異常が生じた場合には、逆起電圧定数を含んだＫｅ’がモータ回転位置に依存して変化することとなる。
【００４４】
また、式（８）、（８ａ）では、モータ回転速度ωｒが数式に含まれるため、モータ運転状態値がモータ回転速度に影響されることが示され、モータ回転速度ωｒを、式（８）の右辺と左辺に乗算することで、モータ運転状態値がモータ回転速度ωｒの影響をキャンセルして、図２に示すようなほぼ一定値を得ることができる。
【００４５】
ここでは、有効電力の変化を指標に取っているが、無効電力にしても同様な効果が得られる。さらには、電流指令値（Ｉｄ＊、ないしＩｑ＊）がほぼ一定値の場合には、出力電圧あるいはｑ軸電圧値のみで簡略化することができ、制御処理演算の負荷を軽減できる。
【００４６】
すなわち、モータトルクを多く必要な領域を多用する用途には、ｑ軸の電流Ｉｑとｑ軸の電圧Ｖｑのみを用いてもモータ異常（モータ運転状態値の変動）を検知できる。一方、ｄ軸の電流Ｉｄを多く流した弱め界磁制御を多用する用途には、ｄ軸の電流Ｉｄとｄ軸の電圧Ｖｄのみを用いてもモータ異常を検知できる。一般には、モータトルクを必要とする用途が多いため、有効電力の方が無効電力よりも大きく、このような使用条件にてはｑ軸の電流Ｉｑとｑ軸の電圧Ｖｑを用いてモータ異常を判定することで実用上問題ない。
【００４７】
本発明では、有効電力及び力率の計測には電気角で１周期以上が必要であり、通常のインバータ過電流保護動作より遅い応答となる。モータ巻線の地落などに対しては、これまで同様のインバータ過電流動作により保護し、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の条件が成立する層間短落などに対しては、モータ運転状態値と判定値とを比較することで保護動作ができる。
【００４８】
あるいは、モータ運転を継続可能なモータ異常状態である場合には、モータ異常をユーザに通知してサービスステーションに行き、メンテナンスを受けるように知らせることもできる。モータ運転は、モータ３１０やインバータ１３０の温度上昇が予め設定された許容範囲内、あるいはインバータ１３０の許容電流範囲内にてモータ運転を継続することができる。このとき、モータ運転状態値に応じてモータ運転に制限を加えることが好ましい。
【００４９】
モータ運転状態値の応答性を向上させるには、ｑ軸電流値とｑ軸電圧値とを用いることにより、瞬時モータ運転状態値が異常判定レベルにある場合には、電気角１周期を計測することなく、モータ異常を保持し、モータ異常をユーザに速やかに通知することが可能である。
【００５０】
上述の実施形態では、インバータ出力を用いる場合について説明したが、バッテリ２００からの直流電圧値と直流電流値とから求められるモータ制御装置１００の入力電力（有効電力分）を用いる場合でも同様にモータ異常を検知できる。
【００５１】
図４は、モータの位置センサ部の異常時における動作状態の変化を示す波形図である。
モータ異常の状態を層間短絡ではなく、モータ３１０に取り付けられた位置センサ部３２０の異常について示している点が図２と異なり、他は図２と同様である。
【００５２】
位置検出誤差は、図４（ａ）に示すように、例えばレゾルバなどの位置センサ部３２０の異常によって位置検出値θに誤差が重畳した場合であり、位置センサ部３２０からの検出信号線の接触不良などによってノイズ量が時間変化して、モータ位置検出部にて演算した位置検出値θの誤差（位置検出誤差）が時間変化した場合を示している。
【００５３】
出力電圧変調率は、ＰＷＭ変調率を示しており、図４（ｂ）に示すように、位置検出誤差に応じて変調率が変化し、その結果、出力電流が変化している。ここで、電流制御が働いているが、ｄｑ変換で用いる位置検出値θに誤差が生じているため、電流検出部１２０の出力信号であるモータ電流検出値（Ｉｄ，Ｉｑ）には検出誤差が含まれる。すなわち、電流制御部１１０にて電流指令値（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）とモータ電流検出値（Ｉｄ，Ｉｑ）が一致するように動作をするものの、実際にモータに流れる出力電流（Ｉｕ、Ｉｖ，Ｉｗ）は、電流指令値（Ｉｄ＊，Ｉｑ＊）から求まる三相の電流値とは一致しないことを示している。
【００５４】
このときの三相出力電圧の絶対値のピーク値は大きく変動しており、三相出力電圧の絶対値のピーク値を用いても位置センサ部３２０の異常を検知できる。また、図３と式（１）〜（８）を用いて説明したモータ運転状態値を用いた場合にも、位置センサ部３２０の異常を検知して、ユーザに異常を通知することができる。例えば、図４（ｅ）に示すように、モータ運転状態値の判定値として上限値Ｔｈａと下限値Ｔｈｂを予め設定しておき、モータ運転状態値が上限値Ｔｈａを超えた場合、もしくは下限値Ｔｈｂを下回った場合に、位置センサ部３２０の異常と判断することができる。
【００５５】
上記したモータ制御装置１００によれば、モータ３１０の運転中にモータ３１０に出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、その演算されたモータ運転状態値に基づいてモータ３１０に異常が発生しているか否かを判定するので、モータ運転中にモータ３１０の層間短落や位置センサ部３２０の誤差増大等の中間レベルのモータ異常を検知できる。
【００５６】
次に、図５を用いて、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の構成について説明する。
【００５７】
図５は、本発明の各実施形態に示したモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の構成図である。
【００５８】
電動アクチュエータは、トルク伝達機構９０２と、モータ３１０と、モータ制御装置１００から構成される。電動パワーステアリング装置は、電動アクチュエータと、ハンドル（ステアリング）９００と、操舵検出器９０１および操作量指令器９０３を備え、運転者が操舵するハンドル９００の操作力は電動アクチュエータを用いてトルクアシストする構成を有する。
【００５９】
電動アクチュエータのトルク指令τ＊は、ハンドル９００の操舵アシストトルク指令（操作量指令器９０３にて作成）とし、電動アクチュエータの出力を用いて運転者の操舵力を軽減するようにしたものである。モータ制御装置１００は、入力指令としてトルク指令τ＊を受け、モータ３１０のトルク定数とトルク指令τ＊とからトルク指令値に追従するようにモータ電流を制御する。
【００６０】
モータ３１０のロータに直結された出力軸から出力されるモータ出力τｍはウォーム、ホイールや遊星ギヤなどの減速機構あるいは油圧機構を用いたトルク伝達機構９０２を介し、ステアリング装置のラック９１０にトルクを伝達して運転者のハンドル９００の操舵力（操作力）を電動力にて軽減（アシスト）し、車輪９２０，９２１の操舵角を操作する。
【００６１】
このアシスト量は、ステアリングシャフトに組み込まれた操舵状態を検出する操舵検出器９０１により操舵角や操舵トルクとして操作量を検出し、車両速度や路面状態などの状態量を加味して操作量指令器９０３によりトルク指令τ＊として決定される。
【００６２】
本発明のモータ制御装置１００は、急加減速する電動アクチュエータに要求されるトルク指令τ＊に対しても回転センサに生じる位相差を補正して高効率なモータ駆動が可能なため、電動アクチュエータの高速・高トルク運転の弱め界磁領域に対してもモータ効率を低下させることなく駆動可能である。
【００６３】
また、低速度おいてもセンサ取付誤差を低減して安定して低トルク変動にてモータ駆動ができる。すなわち、モータ制御装置１００を適用した電動パワーステアリング装置では運転者に操舵フィーリングを損なうことなく高トルク・高応答な電動パワーステアリング装置が得られる。なお、本実施例では、電動パワーステアリング装置について説明したが、電動ブレーキ装置であっても同様の効果が得られる。
【００６４】
次に、図６、図７を用いて、本発明に係るモータ制御装置を車両に適用したその他の実施形態を説明する。
【００６５】
図６は、本発明のモータ制御装置が適用されたハイブリッド自動車システムの構成図、図７は、モータの動作状態の変化を示す波形図である。
【００６６】
ハイブリッド自動車システムは、図６に示すように、同期電動機６２０をモータ／ジェネレータとして適用したパワートレインを有する。
【００６７】
図６に示す自動車において符号６００は車体である。車体６００のフロント部には、前輪車軸６０１が回転可能に軸支されており、前輪車軸６０１の両端には、前輪６０２，６０３が設けられている。車体６００のリア部には、後輪車軸６０４が回転可能に軸支されており、後輪車軸６０４の両端には後輪６０５，６０６が設けられている。
【００６８】
前輪車軸６０１の中央部には、動力分配機構であるデファレンシャルギア６１１が設けられており、エンジン６１０から変速機６１２を介して伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸６０１に分配するようになっている。エンジン６１０と同期電動機６２０とは、エンジン６１０のクランクシャフトに設けられたプーリーと同期電動機６２０の回転軸に設けられたプーリーとがベルトを介して機械的に連結されている。
【００６９】
これにより、同期電動機６２０の回転駆動力がエンジン６１０に、エンジン６１０の回転駆動力が同期電動機６２０にそれぞれ伝達できるようになっている。同期電動機６２０は、モータ制御装置１００によって制御された３相交流電力がステータのステータコイルに供給されることによって、ロータが回転し、３相交流電力に応じた回転駆動力を発生する。
【００７０】
すなわち、同期電動機６２０は、モータ制御装置１００によって制御されて電動機として動作する一方、エンジン６１０の回転駆動力を受けてロータが回転することによって、ステータのステータコイルに起電力が誘起され、３相交流電力を発生する発電機として動作する。
【００７１】
モータ制御装置１００は、高電圧（４２Ｖ）系電源である高圧バッテリ６２２から供給された直流電力を３相交流電力に変換する電力変換装置であり、運転指令値に従ってロータの磁極位置に応じた，同期電動機６２０のステータコイルに流れる３相交流電流を制御する。
【００７２】
同期電動機６２０によって発電された３相交流電力は、モータ制御装置１００によって直流電力に変換されて高圧バッテリ６２２を充電する。高圧バッテリ６２２にはＤＣ−ＤＣコンバータ６２４を介して低圧バッテリ６２３に電気的に接続されている。低圧バッテリ６２３は、自動車の低電圧（１４ｖ）系電源を構成するものであり、エンジン６１０を初期始動（コールド始動）させるスタータ６２５，ラジオ，ライトなどの電源に用いられている。
【００７３】
車両が信号待ちなどの停車時（アイドルストップモード）にあるとき、エンジン６１０を停止させ、再発車時にエンジン６１０を再始動（ホット始動）させる時には、モータ制御装置１００で同期電動機６２０を駆動し、エンジン６１０を再始動させる。尚、アイドルストップモードにおいて、高圧バッテリ６２２の充電量が不足している場合や、エンジン６１０が十分に温まっていない場合などにおいては、エンジン６１０を停止せず駆動を継続する。また、アイドルストップモード中においては、エアコンのコンプレッサなど、エンジン６１０を駆動源としている補機類の駆動源を確保する必要がある。この場合、同期電動機６２０を駆動させて補機類を駆動する。
【００７４】
加速モード時や高負荷運転モードにある時にも、同期電動機６２０を駆動させてエンジン６１０の駆動をアシストする。逆に、高圧バッテリ６２２の充電が必要な充電モードにある時には、エンジン６１０によって同期電動機６２０を発電させて高圧バッテリ６２２を充電する。すなわち、車両の制動時や減速時などの回生モードを行う。
【００７５】
このような車両用のモータ駆動装置において、位置センサ部の異常や、同期電動機６２０の異常などが発生した場合には、異常を検知しても可能な限りモータ運転を継続することが望まれる。
【００７６】
そこで、図７に示すように、異常を判定しても運転継続可能な状態と、継続せずに緊急停止させる状態とを判別するために複数の判定レベルを設けた。図７（ｂ）に示す第１の判定値Ｔｈ１は、モータ運転が継続可能なモータ異常であるかを判定する異常判定レベルであり、図７（ｂ）に示す第２の判定値Ｔｈ２は、モータ運転を継続することが困難なモータ異常であるかを判定する異常判定レベルである（Ｔｈ１＜Ｔｈ２）。
【００７７】
モータ運転状態値が、かかる第１の判定値Ｔｈ１を超えて第２の判定値Ｔｈ２との間の値となっている場合には、モータ異常を運転者に通知すると共に、速やかに停車あるいはサービスステーションまでの移動を促すことができ、必要に応じてモータ制御装置１００のインバータ（図示せず）の出力制限をしながらも、安全な停車場所までの車両移動や、サービスステーションまでの車両移動を可能とすることができる。このとき、予め設定したモータ運転状態の制限や、モータ運転状態値のピーク値に応じたモータ運転の制限を加えることも可能である。
【００７８】
そして、モータ運転状態値が、図７（ｂ）に示す第２の判定値Ｔｈ２を越えた場合には、インバータあるいはモータの焼損につながるような重度の異常状態であり、車両を緊急停止させるべきであると判断する。したがって、最終的にモータの異常によって搭乗者等に不具合が生ずることがないようモータ運転を緊急停止することができる。
【００７９】
例えば、モータの巻線などに発生する異常のひとつに巻線の絶縁劣化などがある。この場合、急激な劣化よりも経年変化や、繰り返しによるダメージによって引き起こされることが多く、徐々にモータ運転状態値（運転中の状態値）が正常な状態から、継続運転可能な異常状態を経て、停止すべき異常状態に至る。したがって、２つ以上の判定値を用いてモータの異常度合いを判断することによって、モータ運転の制御をより細かく行うことができる。
【００８０】
モータ異常時に、モータ運転状態値が第１の判定値Ｔｈ１あるいは第２の判定値Ｔｈ２と一致あるいは、それ以上になる瞬間と、それ以下になる瞬間とが交互に発生する。これは、異常になったモータ巻線に印加する電圧が交流電圧であるためで、モータの回転に伴って変化することに起因する。
【００８１】
モータトルクも電気角１周期以内で周期的な変化となり、異常であるレベル（第１の判定値Ｔｈ１あるいは第２の判定値Ｔｈ２を超えるレベル）と、正常であるレベル（第１の判定値Ｔｈ１以下のレベル）を繰り返し発生することがわかる。すなわち、電気角１周期を異常検出期間として異常レベルを検知し、異常を検出する。電気角の繰返し周期の都度、数周期連続して異常を検出したときに異常と判断することで、誤検知を防止することが可能となる。尚、位置センサ部３２０の異常においても同様に対処できる。
【００８２】
上述の実施の形態では、本発明のモータ制御装置１００をハイブリッド自動車システムに適用した場合について説明したが、電気自動車においても同様な効果が得られる。
【００８３】
本発明のモータ制御装置１００は、このような同期電動機６２０をモータ／ジェネレータにとして適用する場合にも、安全に停車可能な場所まで移動したり、サービスステーションまで移動可能とする自動車のパワートレインシステムを提供することができる。
【００８４】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１００…モータ制御装置
１１０…電流制御部
１２０…電流検出部
１３０…インバータ
１４０…モータ異常判定部
１５０…モータ位置検出部
２００…バッテリ
３００…モータ装置
３１０…モータ
３２０…位置センサ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに出力される出力電流の電流値を検知して目標トルクに応じた電流値に制御するモータ制御装置であって、
前記モータの運転中に前記モータに出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、該演算されたモータ運転状態値に基づいて前記モータに異常が発生しているか否かを判定するモータ異常判定部を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータ異常判定部は、前記モータの運転中に前記出力電流から検出した有効電流成分と前記出力電圧の電圧値の比から前記モータ運転状態値を演算する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】
前記モータ異常判定部は、前記モータ運転状態値が予め設定された判定値を越えた場合に、前記モータに異常が発生していると判定する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４】
前記モータ異常判定部は、前記モータ運転状態値の電気角１周期内における変動幅が、予め設定された判定幅以上の場合に、前記モータに異常が発生していると判定する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５】
前記モータ異常判定部は、電気角の繰返し周期の都度、予め設定された数周期連続して前記モータ運転状態値が予め設定された判定値を越えた場合に、前記モータに異常が発生していると判定する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６】
前記モータ異常判定部は、前記モータの異常として、前記モータの巻線に層間短絡が発生しているか、もしくは、モータの位置を検出する位置センサ部に異常が発生していると判断する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７】
前記モータ異常判定部は、前記モータ運転状態値のピーク値の大きさに応じて前記モータの巻線の劣化度合いを検知する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８】
前記モータ異常判定部は、前記モータ運転状態値が予め設定された第１の判定値を越えた場合に、前記モータに該モータを継続運転可能な異常が発生していると判定し、前記モータ運転状態値が予め設定された第２の判定値を越えた場合に、前記モータに該モータを停止すべき異常が発生していると判定する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９】
前記モータ異常判定部は、前記出力電圧の電圧値にｑ軸電圧値を用い、前記出力電流の電流値にｑ軸電流値を用いた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１０】
前記モータ異常判定部は、前記出力電圧の電圧値にｄ軸電圧値を用い、前記出力電流の電流値にｄ軸電流値を用いた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１１】
前記モータ異常判定部は、前記モータに異常が発生していると判定した場合に、モータ異常信号を出力する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１】
モータに出力される出力電流の電流値を検知して目標トルクに応じた電流値に制御するモータ制御装置であって、
前記モータの運転中に前記モータに出力される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値に基づいてモータ運転状態値を演算し、該演算されたモータ運転状態値に基づいて前記モータに異常が発生しているか否かを判定するモータ異常判定部を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記モータ異常判定部は、前記モータの運転中に前記出力電流から検出した有効電流成分と前記出力電圧の電圧値の比から前記モータ運転状態値を演算する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】
前記モータ異常判定部は、前記モータ運転状態値が予め設定された判定値を越えた場合に、前記モータに異常が発生していると判定する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４】
前記モータ異常判定部は、前記モータ運転状態値の電気角１周期内における変動幅が、予め設定された判定幅以上の場合に、前記モータに異常が発生していると判定する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５】
前記モータ異常判定部は、電気角の繰返し周期の都度、予め設定された数周期連続して前記モータ運転状態値が予め設定された判定値を越えた場合に、前記モータに異常が発生していると判定する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６】
前記モータ異常判定部は、前記モータの異常として、前記モータの巻線に層間短絡が発生しているか、もしくは、モータの位置を検出する位置センサ部に異常が発生していると判断する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７】
前記モータ異常判定部は、前記モータ運転状態値のピーク値の大きさに応じて前記モータの巻線の劣化度合いを検知する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８】
前記モータ異常判定部は、前記モータ運転状態値が予め設定された第１の判定値を越えた場合に、前記モータに該モータを継続運転可能な異常が発生していると判定し、前記モータ運転状態値が予め設定された第２の判定値を越えた場合に、前記モータに該モータを停止すべき異常が発生していると判定する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９】
前記モータ異常判定部は、前記出力電圧の電圧値にｑ軸電圧値を用い、前記出力電流の電流値にｑ軸電流値を用いた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１０】
前記モータ異常判定部は、前記出力電圧の電圧値にｄ軸電圧値を用い、前記出力電流の電流値にｄ軸電流値を用いた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１１】
前記モータ異常判定部は、前記モータに異常が発生していると判定した場合に、モータ異常信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７５２９３（Ｐ２０１２−７５２９３Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２０１６６（Ｐ２０１０−２２０１６６）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]