JP2005117757A - 電流検出回路の故障診断装置およびモータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】モータの電流を検出し、磁極位置センサなしでモータを制御するモータ制御システムに備えられ、モータの電流の高周波成分を抽出するフィルタ回路の故障を診断する電流検出回路の故障診断装置、およびこの故障診断装置を有するモータ制御システムを提供する。
【解決手段】同期モータ１の電流ｉｕ、ｉｖおよびｉｗを検出し、故障診断部１６において搬送波半周期ごとにサンプリングした値の差分と、フィルタ部１５により抽出したｉｕ、ｉｖおよびｉｗの高周波成分ｉｕｆ、ｉｖｆおよびｉｗｆを搬送波半周期ごとにサンプリングした値の差分とを比較し、フィルタ部１５におけるフィルタ処理が正常か否かをｕｖｗ３相それぞれについて判定する。２相以上のフィルタ処理が異常であると判定された場合はフィルタ処理されていないモータ電流のサンプリング値ｉｕ、ｉｖおよびｉｗにより、モータ１の磁極位置θを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの電流を検出し、磁極位置センサなしでモータを制御するモータ制御システムに関する。

同期モータの速度やトルクを制御するためには、磁極位置を知る必要がある。磁極位置に基づいて電流制御あるいは電圧制御を行うことで、同期モータのトルクや速度を制御できる。この磁極位置をエンコーダやレゾルバ等のセンサによって検出することなく、同期モータの電流を検出して磁極位置を知ることができるモータ制御システムが知られている。このモータ制御システムでは、搬送波の半周期ごとに変化する電流検出用の電圧をモータに印加して、モータの各相の電流を検出し、検出された電流により半周期ごとの電流差分ベクトルを求める。次に、求められた電流差分ベクトルの半周期ごとの差を演算し、その演算された差によるベクトルの位相を求める。このようにして求められたベクトルの位相を磁極位置として、モータの制御を行う。このとき、ハイパスフィルタやバンドパスフィルタなどのフィルタ回路に検出したモータの電流を通過させ、その高周波成分のみを抽出して増幅し、それによって電流差分ベクトルを求める。このようにすることで、モータに印加する電流検出用の電圧を小さくすることができ、モータの駆動に与える影響を小さくすることができる（特許文献１）。

特開２００１−１６９５９０号公報

このモータ制御システムでは、フィルタ回路が故障すると、正しい磁極位置が求められず適切にモータを制御できなくなる。

本発明による電流検出回路の故障診断装置は、モータの電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された電流の高周波成分を抽出する高周波電流抽出手段と、モータへの印加電圧にさらに電圧を重畳する電圧重畳手段と、電流検出手段により検出された電流と高周波電流抽出手段により抽出された電流の高周波成分とに基づいてモータを制御する制御手段とを備えたモータ制御システムに搭載され、電流の変化量と電流の高周波成分の変化量との比較結果に基づいて高周波電流抽出手段の異常を検出するものである。
本発明によるモータ制御システムは、モータの電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された電流の高周波成分を抽出する高周波電流抽出手段と、モータへの印加電圧にさらに電圧を重畳する電圧重畳手段と、電流検出手段により検出された電流と高周波電流抽出手段により抽出された電流の高周波成分とに基づいてモータを制御する制御手段と、高周波電流抽出手段により抽出された電流の高周波成分に基づいて電圧重畳手段により重畳された電圧によって生じる電流の差分を算出し、その算出された差分によりモータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、電流の変化量と電流の高周波成分の変化量との比較結果に基づいて高周波電流抽出手段の異常を検出する故障診断装置とを備え、故障診断装置により高周波電流抽出手段の異常を検出した場合、電圧重畳手段により重畳する電圧をそれまでより高い電圧に切り換え、電流の高周波成分に代えて、電流検出手段により検出された電流に基づいて、磁極位置検出手段により磁極位置を算出するものである。

本発明によれば、モータの電流を検出し、検出された電流の高周波成分を高周波電流抽出手段により抽出し、検出した電流の変化量と抽出した電流の高周波成分の変化量との比較結果に基づいて高周波成分抽出手段の異常を検出することとしたので、高周波成分抽出手段の故障を即時に検出することができる。
本発明によるモータ制御システムによれば、高周波成分抽出手段の異常を検出した場合、モータへの印加電圧にさらに重畳する電圧をそれまでより高い電圧に切り換え、モータ電流の高周波成分に代えて、検出したモータ電流に基づいて磁極位置を算出することとしたので、高周波成分抽出手段が故障した場合にも磁極位置を算出することができ、モータの運転を継続することができる。

図１に、本発明による電流検出回路の故障診断装置を備えたモータ制御システムの一実施形態を示す。このモータ制御システムでは、同期モータ１をバッテリー２の直流エネルギーで駆動する。バッテリー２より供給される直流電力は、インバータ３により３相の交流電力に変換され、同期モータ１に供給される。このときのモータ印加電圧は、コントローラ４における演算結果によって決定される。以下にコントローラ４の各機能ブロックの動作を説明し、それにより同期モータ１への印加電圧を決定する方法を説明する。

電流指令値発生部６は、外部より与えられる同期モータ１が発生すべきトルク指令値Ｔｒｅｆに対して、ｄ軸電流指令値ｉｄｒおよびｑ軸電流指令値ｉｑｒを決定し、電流制御部７へ出力する。ここで、ｄ軸は同期モータ１の磁極位置（磁束）の方向、ｑ軸は電気的にｄ軸に直交する方向を示しており、このｄ軸およびｑ軸により、ｄ−ｑ軸座標系が構成される。なお、ｉｄｒおよびｉｑｒはトルク指令値Ｔｒｅｆに対して様々な割合で設定することができるが、その割合によってモータ損失が異なり、モータ損失を最小とするｉｄｒとｉｑｒの割合は、モータ速度によって変化する。そこで、電流指令値発生部６では、速度検出部１３で求められたモータ速度Ｎに基づいて、トルク指令値Ｔｒｅｆに対してモータ損失が最も少ない最適なｉｄｒ，ｉｑｒを出力するようにしている。

同期モータ１において磁石を有する回転子が回転すると、ｄ−ｑ軸座標系も回転する。このｄ−ｑ軸座標系の回転変位量、すなわち磁極の位相をθで表し、以下、これを磁極位置θと呼ぶことにする。速度検出部１３は、この磁極位置θを一定時間ごとに検出し、その変化量によりモータ速度Ｎを求めている。磁極位置θは、磁極位置検出部１２において、同期モータ１の出力電流より後述する方法によって求められる。

コントローラ４の外部に備えられた電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗによって、同期モータ１の３相（ｕ相、ｖ相およびｗ相）電流がそれぞれ検出される。これら検出されたモータ電流は、コントローラ４の電流検出部１０およびフィルタ部１５に出力される。このうち、フィルタ部１５に出力された電流にはフィルタ処理が行われ、電流の高周波成分のみが抽出される。抽出された高周波電流は、電流検出部１０に出力される。

電流検出部１０は、電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗによって検出されたモータ電流と、フィルタ部１５によって抽出された高周波電流をサンプリングする。このときのサンプリングのタイミングを図２に示す。図２の符号２０に示す搬送波における各頂点（符号２１に示す各点）のタイミングに合わせて、検出されたモータ電流と抽出された高周波電流をサンプリングする。このタイミングは、後に説明するＰＷＭ信号発生部９より出力されるタイミング信号Ｐｄによって判別する。なお、搬送波２０は周波数１０ｋＨｚのときの例を示しているが、その他の周波数としてもよい。サンプリングされた値のうち、ｕｖｗ各相のモータ電流に対するサンプリング値ｉｕ、ｉｖおよびｉｗは、図１に示す座標変換部１１、磁極位置検出部１２および故障診断部１６に出力される。また、ｕｖｗ各相の高周波電流に対するサンプリング値ｉｕｆ、ｉｖｆおよびｉｗｆは、磁極位置検出部１２および故障診断部１６に出力される。

座標変換部１１は、電流検出部１０より入力するモータ電流のサンプリング値ｉｕ、ｉｖおよびｉｗに対して、磁極位置検出部１２より出力される磁極位置θに基づいて座標変換を行い、ｄ−ｑ軸座標系のｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑを算出する。算出されたｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑは、電流制御部７に出力される。

電流制御部７は、電流指令値発生部６より入力するｄ軸電流指令値ｉｄｒと、座標変換部１１より入力するｄ軸電流ｉｄとの差により、ｄ軸電流偏差を求める。さらに、そのｄ軸電流偏差に対して周知の比例・積分制御演算を行い、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｓを得る。このｄ軸電圧指令値Ｖｄｓには、後に説明する重畳電圧生成部１４より出力される重畳電圧Ｖｐが加算され、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｓ１となって座標変換部８に出力される。同様に、ｑ軸電流指令値ｉｑｒとｑ軸電流ｉｑに対して得られるｑ軸電圧指令値Ｖｑｓも、座標変換部８に出力される。このとき、ｑ軸電圧指令値Ｖｑｓに対しては、重畳電圧Ｖｐは加算されない。

座標変換部８は、入力するｄ軸電圧指令値Ｖｄｓ１およびｑ軸電圧指令値Ｖｑｓに対して、磁極位置検出部１２より出力される磁極位置θに基づいて座標変換を行い、静止座標系の３相電圧指令値Ｖｕｓ、ＶｖｓおよびＶｗｓを算出する。算出された３相電圧指令値Ｖｕｓ、ＶｖｓおよびＶｗｓは、ＰＷＭ信号発生部９に出力される。

ＰＷＭ信号発生部９は、座標変換部８より入力する３相電圧指令値Ｖｕｓ、ＶｖｓおよびＶｗｓをそれぞれ搬送波と比較することでパルス幅を算出し、３相のＰＷＭパルスＰｕ、ＰｖおよびＰｗをインバータ３に出力する。これにより、同期モータ１に印加する電圧が決定される。また、ＰＷＭ信号発生部９は、搬送波よりサンプリングのタイミングを示す信号Ｐｄを抽出し、電流検出部１０および重畳電圧生成部１４へ出力する。

重畳電圧生成部１４は、図２の符号２２に示す重畳電圧Ｖｐを出力する。符号２２に示す重畳電圧Ｖｐは、搬送波２０の半周期ごと、すなわち符号２１に示す各点のタイミングごとに、極性を切り換えられる。この切り換えのタイミングは、図１に示すＰＷＭ信号発生部９より出力されるタイミング信号Ｐｄにより判別する。このように極性を切り換えられた重畳電圧Ｖｐを電流制御部７から出力するｄ軸電圧指令値Ｖｄｓに重畳することで、同期モータ１の３相電流に磁極位置θに応じた電流変化を発生させる。発生した電流変化は電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗによって検出され、磁極位置検出部１２において、後述する方法によって磁極位置θが求められる。このとき、フィルタ回路１５によって検出した電流の高周波成分のみを抽出することで、重畳電圧Ｖｐを小さくすることができ、同期モータ１の駆動に与える影響を小さくすることができる。

重畳電圧Ｖｐには２種類の電圧があり、後に説明する故障診断部１６から出力される診断開始信号および故障信号の状態によって、どちらかの電圧が選択されて用いられる。診断開始信号および故障信号が通常時の状態であるときの重畳電圧はＶｐ１（負極性時は−Ｖｐ１）であり、フィルタ回路１５の故障診断中、もしくはフィルタ回路１５が故障している状態を示している場合は、重畳電圧をＶｐ２（負極性時は−Ｖｐ２）とする。ここで、Ｖｐ１＜Ｖｐ２である。このように重畳する電圧を高くすることで、重畳電圧Ｖｐにより発生した電流変化の高周波成分をフィルタ回路１５によって抽出しなくても、磁極位置θを求めることができる。

図２において、診断開始信号２３が未診断であり、かつ故障信号２４が正常である期間、すなわち時刻ｔ０〜ｔ２およびｔ４〜ｔ６では、符号２２に示す重畳電圧Ｖｐは、通常時の電圧Ｖｐ１と−Ｖｐ１が用いられている。診断開始信号２３が診断中である期間および故障信号２４が故障である期間、すなわち時刻ｔ２〜ｔ４、ｔ６〜ｔ８およびｔ８〜ｔ１０では、符号２２に示す重畳電圧Ｖｐは、Ｖｐ２と−Ｖｐ２が用いられている。

磁極位置検出部１２では、搬送波の１周期の間における高周波電流のサンプリング値ｉｕｆ、ｉｖｆおよびｉｗｆから、重畳電圧Ｖｐによって発生する電流差分を求めることにより、磁極位置θを求める。この方法を以下に説明する。まず、サンプリング値ｉｕｆおよびｉｖｆについて、下記の式（１）により、搬送波の前半の半周期における差分ΔｉｕｆおよびΔｉｖｆを求める。ここで、計算対象とする１周期においてはじめにサンプリングした時刻、たとえば図２の時刻ｔ０を時刻ｔ（２ｎ）と表し、その次にサンプリングした時刻、たとえば時刻ｔ１を時刻ｔ（２ｎ＋１）と表す。
Δｉｕｆ（ｔ（２ｎ））＝ｉｕｆ（ｔ（２ｎ＋１））−ｉｕｆ（ｔ（２ｎ））
Δｉｖｆ（ｔ（２ｎ））＝ｉｖｆ（ｔ（２ｎ＋１））−ｉｖｆ（ｔ（２ｎ））
・・・（１）

次に、求められた差分ΔｉｕｆとΔｉｖｆを、２相交流（α−β）座標系の差分ΔｉαfとΔｉβfに変換する。この変換された差分を、Δｉαｆ（ｔ（２ｎ））およびΔｉβｆ（ｔ（２ｎ））と表す。

なお、以上説明した内容について、差分ΔｉｕｆまたはΔｉｖｆの代わりにサンプリング値ｉｗｆの差分Δｉｗｆを下記の式（２）により求め、この差分Δｉｗｆと差分ΔｉｕｆまたはΔｉｖｆのいずれか、または差分Δｉｕｆ、ΔｉｖｆおよびΔｉｗｆ全てにより、Δｉαｆ（ｔ（２ｎ））とΔｉβｆ（ｔ（２ｎ））を求めてもよい。
Δｉｗｆ（ｔ（２ｎ））＝ｉｗｆ（ｔ（２ｎ＋１））−ｉｗｆ（ｔ（２ｎ））
・・・（２）

次に、後半の半周期、すなわち時刻ｔ（２ｎ＋１）から時刻ｔ（２ｎ＋２）の間においても上記と同様の演算を行い、このときの２相交流（α−β）座標系の差分Δｉαｆ（ｔ（２ｎ＋１））とΔｉβｆ（ｔ（２ｎ＋１））を求める。その後、下記の式（３）によって、搬送波の１周期の間におけるΔｉαｆとΔｉβｆの差であるΔΔｉαｆとΔΔｉβｆをそれぞれ求める。
ΔΔｉαｆ＝Δｉαｆ（ｔ（２ｎ＋１））−Δｉαｆ（ｔ（２ｎ））
ΔΔｉβｆ＝Δｉβｆ（ｔ（２ｎ＋１））−Δｉβｆ（ｔ（２ｎ）） （３）

このようにして算出されたΔΔｉαｆとΔΔｉβｆを、２相交流（α−β）座標系におけるベクトルとしてそれぞれ表し、そのベクトルを合成したベクトルの位相角をθａｂとする。図３において、符号３１に示すベクトルをΔΔｉαｆ、符号３２に示すベクトルをΔΔｉβｆとすると、ベクトル３１と３２を合成した符号３３に示すベクトルの位相角３４がθａｂを表す。このθａｂが磁極位置θである。

上記のようにして、磁極位置θが求められる。この磁極位置θに基づいて、上記に説明した方法によって、同期モータ１への印加電圧が決定される。次に、故障診断部１６の動作について説明する。故障診断部１６は、コントローラ４における電流検出回路の故障診断装置として機能する。

故障診断部１６では、フィルタ部１５の異常を診断する。診断の結果、フィルタ部１５が異常であると判断した場合、磁極位置検出部１２および重畳電圧生成部１４に故障信号を出力する。フィルタ部１５に対する異常の診断は、外部から図示しない診断要求の信号を入力したときや、あらかじめ設定された時間となったときなどに行われる。なお異常の診断を行うとき、故障診断部１６は診断開始信号を重畳電圧生成部１４に出力する。故障診断部１６より出力する故障信号および診断開始信号の信号波形は、たとえば上述した図２に示したとおりである。図２において、符号２３に診断開始信号、符号２４に故障信号の例をそれぞれ示している。

ここで、フィルタ部１５はｕｖｗ３相のそれぞれに対してフィルタ処理を行うが、上記で説明したように、モータ電流のサンプリング値ｉｕｆ、ｉｖｆおよびｉｗｆのうちいずれか２つが正常であれば、磁極位置θを求めることができる。そのため、フィルタ部１５における３相のフィルタ処理のうちいずれか２相が正常であれば、故障診断部１６において、フィルタ部１５は正常と判断する。このとき、磁極位置検出部１２では、正常な相の電流のサンプリング値を用いて上記の計算を行う。フィルタ部１５において２相以上のフィルタ処理が異常となったとき、故障診断部１６においてフィルタ部１５は異常であると判断する。フィルタ部１５における３相のフィルタ処理が正常か否かをそれぞれ判断する方法を、次に説明する。

下記の式（４）により、電流検出部１０より出力されるモータ電流のサンプリング値ｉｕ、ｉｖおよびｉｗについて、搬送波半周期ごとの電流差分を求める。ここで、計算対象とする１周期においてはじめにサンプリングした時刻を時刻ｔ（２ｎ）と表し、その次にサンプリングした時刻を時刻ｔ（２ｎ＋１）と表す。
Δｉｕ（ｔ（２ｎ））＝ｉｕ（ｔ（２ｎ＋１））−ｉｕ（ｔ（２ｎ））
Δｉｖ（ｔ（２ｎ））＝ｉｖ（ｔ（２ｎ＋１））−ｉｖ（ｔ（２ｎ））
Δｉｗ（ｔ（２ｎ））＝ｉｗ（ｔ（２ｎ＋１））−ｉｗ（ｔ（２ｎ））
（４）

下記の式（５）〜（７）の判定により、式（４）によって表されるモータ電流の差分と、式（１）および（２）によって表される高周波電流の差分との差の絶対値が、所定値（Ａと表す）以上となるか否かを判定する。式（５）〜（７）のいずれかを満たす場合、その相のフィルタ処理は異常であると判定される。なお、所定値Ａはｕｖｗ３相に対してそれぞれ異なる値を設定してもよい。
ｕ相：｜Δｉｕ（ｔ（２ｎ））−Δｉｕｆ（ｔ（２ｎ））｜＞Ａ （５）
ｖ相：｜Δｉｖ（ｔ（２ｎ））−Δｉｖｆ（ｔ（２ｎ））｜＞Ａ （６）
ｗ相：｜Δｉｗ（ｔ（２ｎ））−Δｉｗｆ（ｔ（２ｎ））｜＞Ａ （７）

故障診断部１６は、このようにしてフィルタ部１５の異常を診断する。診断の結果フィルタ部１５が異常であると判断された場合、磁極位置検出部１２では、高周波電流のサンプリング値ｉｕｆ、ｉｖｆおよびｉｗｆに代えて、フィルタ処理をしていないモータ電流のサンプリング値ｉｕ、ｉｖおよびｉｗにより、磁極位置θを算出する。このときの算出方法は、上記に述べた高周波電流のサンプリング値による方法と同様である。またこのとき、重畳電圧生成部１４より出力する重畳電圧Ｖｐは、通常時の電圧Ｖｐ１に代えて異常時の電圧Ｖｐ２とされる。

上記に説明した故障診断の処理の流れを示すフローチャートを図４に示す。このフローチャートはコントローラ４で実行されるプログラムに基づくものであり、コントローラ４の動作中は常に実行されている。

ステップＳ１では、故障診断部１６において、電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗが正常であるか否かの判定を行う。電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗにより検出された電流のサンプリング値ｉｕ、ｉｖおよびｉｗが下記の式（８）を満たす場合は正常であると判定し、ステップＳ２へ進む。式（８）を満たさない場合は異常であると判定し、ステップＳ２１へ進む。
｜ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ｜≒０ （８）

ステップＳ２では、重畳電圧生成部１４において、故障診断部１６より故障信号が出力されているか否かの判定を行う。故障信号が出力されている場合はステップＳ３へ進み、出力されていない場合はステップＳ４へ進む。ステップＳ３では、重畳電圧生成部１４より出力する重畳電圧を、異常時の電圧±Ｖｐ２とする。

ステップＳ４では、重畳電圧生成部１４において、故障診断部１６が診断中であるか否かを判定する。故障診断部１６より出力する診断開始信号が診断中であることを示している場合は、診断中であると判定し、ステップＳ６へ進む。診断開始信号が未診断であることを示している場合は、診断中ではないと判定し、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、重畳電圧生成部１４より出力する重畳電圧を、通常時の電圧±Ｖｐ１とする。

ステップＳ６では、故障診断部１６において、ステップＳ１と同様にして、電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗが正常であるか否かの判定を式（８）により行う。正常であると判定した場合はステップＳ７へ進み、正常でないと判定した場合はステップＳ２１へ進む。ステップＳ７では、ステップＳ３と同様に、重畳電圧生成部１４より出力する重畳電圧を異常時の電圧±Ｖｐ２とする。

ステップＳ８では、故障診断部１６において、電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗの出力によるモータ電流のサンプリング値ｉｕ、ｉｖおよびｉｗの変化量、すなわち差分Δｉｕ、ΔｉｖおよびΔｉｗを求める。この差分Δｉｕ、ΔｉｖおよびΔｉｗは、前述の式（４）によって表される。また、高周波電流のサンプリング値ｉｕｆ、ｉｖｆおよびｉｗｆについても、同様にして、前述の式（１）および（２）によって表される差分Δｉｕｆ、ΔｉｖｆおよびΔｉｗｆを求める。

ステップＳ９では、故障診断部１６において、フィルタ部１５のｕ相のフィルタ処理が正常であるか否かを判定する。この判定は、前述の式（５）によって行う。式（５）を満たさない場合、ｕ相のフィルタ処理は正常であると判定し、ステップＳ１０へ進む。式（５）を満たす場合、ｕ相のフィルタ処理は異常であると判定し、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１０では、故障診断部１６においてｕ相のフィルタが正常であることを記憶し、ステップＳ１１では、故障診断部１６においてｕ相のフィルタが異常であることを記憶する。ステップＳ１０またはＳ１１において記憶した結果は、後に説明するステップＳ１８において用いられる。

ステップＳ１２では、故障診断部１６において、ステップＳ９と同様にして、フィルタ部１５のｖ相のフィルタ処理が正常であるか否かを前述の式（６）によって判定する。式（６）を満たさない場合、ｖ相のフィルタ処理は正常であると判定し、ステップＳ１３へ進む。式（６）を満たす場合、ｖ相のフィルタ処理は異常であると判定し、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１０およびＳ１１と同様に、ステップＳ１３では故障診断部１６においてｖ相のフィルタが正常であることを記憶し、ステップＳ１４では故障診断部１６においてｖ相のフィルタが異常であることを記憶する。ステップＳ１３またはＳ１４において記憶した結果は、後に説明するステップＳ１８において用いられる。

ステップＳ１５では、故障診断部１６において、ステップＳ９などと同様にして、フィルタ部１５のｗ相のフィルタ処理が正常であるか否かを前述の式（７）によって判定する。式（７）を満たさない場合、ｗ相のフィルタ処理は正常であると判定し、ステップＳ１６へ進む。式（７）を満たす場合、ｗ相のフィルタ処理は異常であると判定し、ステップＳ１７へ進む。ステップＳ１０およびＳ１１などと同様に、ステップＳ１６では故障診断部１６においてｗ相のフィルタが正常であることを記憶し、ステップＳ１７では故障診断部１６においてｗ相のフィルタが異常であることを記憶する。ステップＳ１６またはＳ１７において記憶した結果は、後に説明するステップＳ１８において用いられる。

ステップＳ１８では、故障診断部１６において、フィルタ部１５のｕｖｗ３相のフィルタ処理のうち、２相以上が異常であるか否かを判定する。この判定は、ステップＳ９〜Ｓ１７の処理結果によって判定される。２相以上が異常であると判定した場合、ステップＳ１９へ進む。そうでない場合はステップＳ２０へ進む。ステップＳ１９では故障診断部１６から故障信号を出力し、ステップＳ２２へ進む。ステップ２０では故障診断部１６から故障信号を出力せずに、ステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２２では、磁極位置検出部１２において、電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗの出力によるモータ電流のサンプリング値ｉｕ、ｉｖおよびｉｗにより磁極位置θを算出する。これらのサンプリング値には、フィルタ部１５におけるフィルタ処理は行われていない。ステップＳ２２を実行した後は、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ２３では、磁極位置検出部１２において、高周波電流のサンプリング値ｉｕｆ、ｉｖｆおよびｉｗｆにより磁極位置θを求める。このときのサンプリング値は、ステップＳ９〜Ｓ１７においてフィルタ処理が正常と判定されたいずれか２つの相のものを用いる。ステップＳ２３を実行した後は、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ１またはＳ６でセンサが正常でないと判断されると、ステップＳ２１に進む。このステップＳ２１では、電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗのいずれかが故障しているとして、同期モータ１を停止する。このとき、コントローラ４より外部に信号を出力するなどして、電流センサの故障により同期モータ１を停止することをユーザに報知するのが望ましい。ステップＳ２１を実行した後は、ステップＳ１へ戻る。

上述した電流検出回路の故障診断装置によれば、電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗにより検出した同期モータ１の電流の変化量と、電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗにより検出してフィルタ部１５により抽出した電流の高周波成分の変化量との比較結果に基づいてフィルタ部１５の異常を検出することとしたので、フィルタ部１５の故障を即時に検出することができる。
また上述した電流検出回路の故障診断装置によれば、同期モータ１の電流の変化量と、電流の高周波成分の変化量とを比較するとき、重畳電圧生成部１４により重畳する電圧をそれまでより高い電圧に切り換えさせることとしたので、その比較結果によりフィルタ部１５の故障を即時に検出することができる。
上述したモータ制御システムによれば、故障診断部１６によりフィルタ部１５の異常を検出した場合、重畳電圧生成部１４により重畳する電圧をそれまでより高い電圧に切り換える。また、フィルタ部１５により抽出された電流の高周波成分に代えて、電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗにより検出された電流に基づいて磁極位置検出部１２により磁極位置θを算出する。このようにしたので、フィルタ部１５が故障した場合にも電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗにより検出された電流に基づいて磁極位置θを算出することができ、同期モータ１の運転を継続することができる。

上述の実施の形態では、故障診断部１６はコントローラ４の機能の一部である例を説明したが、この故障診断部１６の機能を切り離して、コントローラ４とは別個の電流検出回路の故障診断装置としてもよい。または、その他の機能も合わせてコントローラ４から切り離し、この機能を実現する電流検出回路の故障診断装置としてもよい。

上述の実施の形態では、電流検出手段を電流センサ５ｕ、５ｖおよび５ｗ、高周波電流抽出手段をフィルタ部１５、制御手段をコントローラ４、電圧重畳手段を重畳電圧生成部１４、磁極位置算出手段を磁極位置検出部１２により実現し、故障検出装置を故障診断部１６で実現している。しかし、これらはあくまで一例であり、本発明の特徴が損なわれない限り、各構成要素は上記実施の形態に限定されない。

上述の実施の形態では、同期モータ１をインバータ３で制御する例について説明したが、電流センサ５ｕ，５ｖおよび５ｗ、フィルタ部１５および故障診断部１６に相当する機能を備えるのであれば、同期モータに限らず、誘導モータ、直流モータやその他の方式のモータを制御するものであっても、本発明を適用できる。

本発明による電流検出回路の故障診断装置を備えたモータ制御システムの一実施形態を示す図である。 搬送波と、電流検出部１０におけるサンプリングのタイミングと、重畳電圧生成部１４より出力する重畳電圧Ｖｐと、故障診断部１６より出力する診断開始信号および故障信号との関係を示す図である。 搬送波の１周期の間における電流値の差分ΔΔｉαｆおよびΔΔｉβｆと、磁極位置θを表す位相角θａｂとの関係を示すベクトル図である。 コントローラ４で実行される故障診断の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 同期モータ
２ バッテリー
３ インバータ
４ コントローラ
５ｕ，５ｖ，５ｗ 電流センサ
６ 電流指令値発生部
７ 電流制御部
８ 座標変換部
９ ＰＷＭ制御部
１０ 電流検出部
１１ 座標変換部
１２ 磁極位置検出部
１３ 速度検出部
１４ 重畳電圧生成部
１５ フィルタ部
１６ 故障診断部

Claims (3)

1. モータの電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流の高周波成分を抽出する高周波電流抽出手段と、
   前記モータへの印加電圧にさらに電圧を重畳する電圧重畳手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流と前記高周波電流抽出手段により抽出された前記電流の高周波成分とに基づいて前記モータを制御する制御手段とを備えたモータ制御システムに搭載され、
   前記電流の変化量と前記電流の高周波成分の変化量との比較結果に基づいて前記高周波電流抽出手段の異常を検出することを特徴とする電流検出回路の故障診断装置。
2. 請求項１の電流検出回路の故障診断装置において、
   前記比較を行うときに、前記電圧重畳手段により重畳する電圧をそれまでより高い電圧に切り換えさせることを特徴とする電流検出回路の故障診断装置。
3. モータの電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流の高周波成分を抽出する高周波電流抽出手段と、
   前記モータへの印加電圧にさらに電圧を重畳する電圧重畳手段と、
   前記電流検出手段により検出された電流と前記高周波電流抽出手段により抽出された前記電流の高周波成分とに基づいて前記モータを制御する制御手段と、
   前記高周波電流抽出手段により抽出された前記電流の高周波成分に基づいて前記電圧重畳手段により重畳された電圧によって生じる前記電流の差分を算出し、その算出された差分により前記モータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、
   前記電流の変化量と前記電流の高周波成分の変化量との比較結果に基づいて前記高周波電流抽出手段の異常を検出する故障診断装置とを備え、
   前記故障診断装置により前記高周波電流抽出手段の異常を検出した場合、前記電圧重畳手段により重畳する電圧をそれまでより高い電圧に切り換え、前記電流の高周波成分に代えて、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて、前記磁極位置検出手段により磁極位置を算出することを特徴とするモータ制御システム。
   

Images