JP2012130121A - Motor control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三相誘導モータの断線や接続不良等の異常を診断するモータ制御システムに関する。 The present invention relates to a motor control system for diagnosing abnormalities such as disconnection and poor connection of a three-phase induction motor.
三相誘導モータを駆動する場合に、直流電源からの電力をインバータによって交流電力に変換し、インバータのPWM制御により三相誘導モータのトルクを制御するモータ駆動装置が適用される。 When driving a three-phase induction motor, a motor drive device is used in which power from a DC power source is converted into AC power by an inverter and the torque of the three-phase induction motor is controlled by PWM control of the inverter.
三相誘導モータの動作中にその一相が断線した場合、或いはモータ端子のU、V、Wのいずれか一相が外れた場合、インバータ回路への入力電流のリップル波高値は、正常時に比べて大きくなる。そこで、特許文献1では、シャント抵抗を用いてインバータ部への入力電流を検出し、入力電流のリップル波高値が所定のしきい値を超えている時間に応じて、三相誘導モータの異常を診断している。
When one phase of the three-phase induction motor is disconnected or when one of the motor terminals U, V, W is disconnected, the ripple peak value of the input current to the inverter circuit is Become bigger. Therefore, in
図13に示すように、特許文献1では、入力電流のリップル波高値CD1が所定のしきい値を継続して超えている時間が、所定の異常判断時間HT以上である場合に異常と判定している。よって、入力電流のリップル波高値CD2が所定のしきい値を超えている時間HSが、異常判断時間HT未満となる場合には、異常を検出することはできない。
As shown in FIG. 13, in
つまり、モータ駆動ユニットの異常を電流異常の継続時間で判断しようとすると、異常判断時間HTと実際の異常の発生状況との不整合は必ず生じる。このため、三相誘導モータの異常を正しく診断することができず、診断精度が低下してしまうという課題があった。 In other words, if an attempt is made to determine an abnormality in the motor drive unit based on the duration of the current abnormality, an inconsistency between the abnormality determination time HT and the actual occurrence state of the abnormality necessarily occurs. For this reason, the abnormality of a three-phase induction motor cannot be diagnosed correctly, but there existed a subject that a diagnostic precision fell.
本発明は上記課題に鑑み、モータ駆動ユニットの異常診断精度を向上させることを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to improve abnormality diagnosis accuracy of a motor drive unit.
上記目的を達成する本発明の一態様は、モータ制御システムであって、直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ、及びインバータにより変換された交流電力によって駆動される三相誘導モータを備えるモータ駆動ユニットと、インバータに流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する電流異常検出部と、電流異常が周期的に検出される場合にモータ駆動ユニットに異常があると診断するモータ異常診断部とを備えることを要旨とする。 One aspect of the present invention that achieves the above object is a motor control system including an inverter that converts DC power into three-phase AC power, and a three-phase induction motor that is driven by the AC power converted by the inverter. There is an abnormality in the motor drive unit, a current abnormality detection unit that detects a current abnormality when the value of the current flowing through the inverter exceeds a predetermined threshold value, and a current abnormality detected periodically And a motor abnormality diagnosis unit that diagnoses the above.
本発明のモータ制御システムによれば、電流異常の継続時間ではなく、電流異常の周期性からモータ駆動ユニットの異常を診断するので、周期性の無いノイズと異常とを精度良く見極めて、モータ駆動ユニットの異常診断精度を向上させることができる。 According to the motor control system of the present invention, the abnormality of the motor drive unit is diagnosed not from the current abnormality duration but from the periodicity of the current abnormality. The abnormality diagnosis accuracy of the unit can be improved.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
(第1の実施の形態)
先ず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係わるモータ制御システムの全体構成を説明する。第1の実施の形態に係わるモータ制御システムは、直流電力を供給するバッテリー2、直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ4、及びインバータ4により変換された交流電力によって駆動される三相誘導モータ1を有するモータ駆動ユニット22と、インバータ4に流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する電流異常検出部(第1の電流異常検出部23a)と、電流異常が周期的に検出される場合にモータ駆動ユニット22に異常があると診断する異常処理部(モータ異常診断部)6とを備える。
(First embodiment)
First, the overall configuration of the motor control system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The motor control system according to the first embodiment includes a
ここで、異常処理部6が診断する「モータ駆動ユニット22に起こる異常」には、インバータ4から三相誘導モータ1へ入力される三相の交流電力を伝送する3本の交流配線、或いはバッテリー2からインバータ4へ入力される直流電力を伝送する直流配線の断線、交流配線又は直流配線とインバータ4、三相誘導モータ1或いはバッテリー2との接続不良が含まれる。
Here, the “abnormality occurring in the
また、「インバータ4に流れる電流値」には、インバータ4に入力される直流電流値と、インバータ4から出力される交流電流値とが含まれる。第1の実施の形態では、「インバータ4に流れる電流値」がインバータ4に入力される直流電流値である場合について説明する。
Further, the “current value flowing through the
すなわち、電流異常検出部の一例として、インバータ4に入力される直流電流値が第1のしきい値以上である時に電流異常を検出する第1の電流異常検出部23aについて説明する。異常処理部6は、電流異常が三相誘導モータ1の電気角(以後、単に「電気角」と略す。)の1周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。
That is, as an example of the current abnormality detection unit, a first current
具体的に、第1の電流異常検出部23aは、インバータ4に入力される直流電流を検出する直流電流検出部の一例としてのシャント抵抗8と、シャント抵抗8により検出された直流電流が第1のしきい値以上である時に電流異常があることを示す異常信号を出力し、直流電流が第1のしきい値未満である時に電流異常が無いことを示す正常信号を出力する第1の比較部12とを備える。
Specifically, the first current
異常処理部6は、異常信号が第1の電流異常検出部23aから出力されてから電気角の1周期以内に、正常信号が第1の電流異常検出部23aから出力され、且つ、その正常信号が出力されてから電気角の1周期以内に再び異常信号が第1の電流異常検出部23aから出力された場合に、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。モータ駆動ユニット22に異常があると診断した場合、モータ異常信号ESを出力して、ユーザなどに対して報知する。
The
異常処理部6が行う演算処理は、その演算処理を規定したコンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、コンピュータが備えるCPU5を用いて実施することができる。モータ制御システムは、CPU5が動作するために必要な電力を供給する安定化電源3を備える。もちろん、異常処理部6は、コンピュータプログラムなどのソフトウェアとしてのみならず、ASIC(特定用途向け集積回路)やFPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)などのハードウェアとして実施することも可能である。
The arithmetic processing performed by the
インバータ4は、IGBTなどのパワースイッチング素子などを用いて、直流電力を三相の交流電力に変換する。シャント抵抗8は、インバータ4と接地電位の間に、バッテリー2に対して並列に接続されている。シャント抵抗8は、インバータ4に流れる電流を検出するセンサであり、シャント抵抗8で検出された電流は、シャント抵抗8とインバータ4との間の電位に対応している。シャント抵抗8とインバータ4との間の電位は、増幅回路9によって増幅される。増幅回路9から出力された信号のうち、直流(DC)成分は、コンデンサ10によるカップリングによって除去され、交流(AC)成分のみが取り出される。交流(AC)成分は、増幅回路11で増幅された後、信号SGaとして第1の比較部12の一方の入力端子に入力される。第1の比較部12の他方の入力端子には基準電源13が接続され、基準電源13から出力される基準電圧が他方の入力端子に入力される。
The
第1の比較部12は、信号SGaの電位と基準電圧とを比較する。第1の比較部12は、信号SGaの電位が基準電圧以上である時に、シャント抵抗8により検出された直流電流が第1のしきい値以上であると判断して、Hレベル信号(異常信号)を出力する。第1の比較部12は、信号SGaの電位が基準電圧未満である時に、シャント抵抗8により検出された直流電流が第1のしきい値未満であると判断して、Lレベル信号(正常信号)を出力する。Hレベル信号及びLレベル信号は、CPU5に入力される。
The
CPU5は、三相誘導モータ1のPWM制御を行う制御部7としての機能を備える。制御部7は、三相誘導モータ1の現在の回転数RCを示す信号及び三相誘導モータ1に加わる負荷の大きさを示す信号、或いは三相誘導モータ1に必要な回転数を示す信号に基づいて、三相誘導モータ1のトルクを演算し、トルクの発生に必要なモータ電流を実現するためのスイッチング信号DSをインバータ4へ出力する。
The
次に、図2のフローチャートを参照して、図1のCPU5が異常処理部6として実行する演算処理の流れの一例を説明する。先ず、S01段階において、第1の電流異常検出部23aから、Hレベル信号が入力されるか否かを判断する。Lレベル信号を検出し、Hレベル信号を検出しない場合、モータ駆動ユニット22は正常であると診断できるので、S01段階において、Hレベル信号の入力を監視する。
Next, an example of the flow of arithmetic processing executed by the
Hレベル信号を検出した場合(S01でYES)、S03段階に進み、Hレベル信号を検出し始めてから、電気角の1周期以内に、Lレベル信号を検出するか否かを判断する。電気角の1周期以内にLレベル信号を検出した場合(S03でYES)、S05段階に進み、そのLレベル信号を検出し始めてから電気角の1周期以内に、再びHレベル信号を検出するか否かを判断する。再びHレベル信号を検出した場合(S05でYES)、Hレベル信号の検出に周期性があるため、モータ駆動ユニット22に異常があると判断できるので、S07段階に進み、モータ異常信号ESを出力する。
When the H level signal is detected (YES in S01), the process proceeds to step S03, and it is determined whether or not the L level signal is detected within one cycle of the electrical angle after the H level signal starts to be detected. If the L level signal is detected within one cycle of the electrical angle (YES in S03), the process proceeds to step S05 and whether the H level signal is detected again within one cycle of the electrical angle after starting to detect the L level signal. Judge whether or not. When the H level signal is detected again (YES in S05), since the detection of the H level signal is periodic, it can be determined that there is an abnormality in the
一方、電気角の1周期以内に再びHレベル信号を検出しない場合(S05でNO)、Hレベル信号の検出に周期性がないため、モータ駆動ユニット22に異常があると判断できないので、S01段階に戻る。
On the other hand, if the H level signal is not detected again within one cycle of the electrical angle (NO in S05), since there is no periodicity in the detection of the H level signal, it cannot be determined that there is an abnormality in the
また、Hレベル信号を検出し始めてから電気角の1周期以内にLレベル信号を検出しない場合(S03でNO)、インバータ4に入力される直流電流値が高い状態が電気角の1周期以上続いているため、モータ駆動ユニット22に異常があると判断できるので、S07段階に進み、モータ異常信号ESを出力する。
Further, when the L level signal is not detected within one cycle of the electrical angle from the start of detecting the H level signal (NO in S03), the state where the DC current value input to the
図3のグラフは、シャント抵抗8により検出された電流のうちのコンデンサ10により取り出された交流(AC)成分と第1のしきい値との対比から電流異常に周期性がある場合を示す。交流(AC)成分には、電気角の周期毎に電流波高値が現れる。電流波高値が第1のしきい値未満であれば、CPU5は、電流波高値の近傍においてLレベル信号を検出する。これに対して、図3に示すように、電流波高値が第1のしきい値以上となる場合、CPU5は、電流波高値の近傍において電流異常を示すHレベル信号を検出する。
The graph of FIG. 3 shows a case where the current abnormality has periodicity from the comparison between the first threshold value and the alternating current (AC) component extracted by the
その後、交流(AC)成分は第1のしきい値未満となるため、CPU5はLレベル信号を検出する。さらに次の周期において、電流波高値が第1のしきい値以上となる場合、CPU5は、再度、電流波高値の近傍において電流異常を示すHレベル信号を検出する。
Thereafter, since the alternating current (AC) component becomes less than the first threshold value, the
図3に示す場合、CPU5の異常処理部6は、Hレベル信号を検出してから電気角の1周期以内に、Lレベル信号を検出し、且つ、当該Lレベル信号を検出してから電気角の1周期以内に再びHレベル信号を検出する。よって、電流異常に周期性が認められるので、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。
In the case shown in FIG. 3, the
一方、図4のグラフは、シャント抵抗8により検出された電流のうちのコンデンサ10により取り出された交流(AC)成分と第1のしきい値との対比から電流異常に周期性が無い場合を示す。ここでは、ある特定の周期における電流波高値に電気的なノイズNSが上乗せされた場合を例示する。交流(AC)成分に含まれる電流波高値そのものは第1のしきい値未満となるが、そこに電気的なノイズNSが上乗せされることにより、ノイズNSを含めた電流波高値は第1のしきい値以上となってしまう。
On the other hand, the graph of FIG. 4 shows a case where there is no periodicity in the current abnormality from the comparison between the alternating current (AC) component taken out by the
図4に示す場合、CPU5は、図3の同様にして、ノイズNSが上乗せされる特定の周期において、電流波高値の近傍において電流異常を示すHレベル信号を検出し、その後、交流(AC)成分は第1のしきい値未満となるため、CPU5はLレベル信号を検出する。しかし、次の周期において、電流波高値は第1のしきい値未満となるため、CPU5は、電流波高値の近傍において、Hレベル信号を検出せず、Lレベル信号を検出し続ける。
In the case shown in FIG. 4, the
図4に示す場合、CPU5の異常処理部6は、Hレベル信号を検出してから電気角の1周期以内に、Lレベル信号を検出するが、当該Lレベル信号を検出してから電気角の1周期以内に再びHレベル信号を検出しない。よって、電流異常に周期性が認められないので、モータ駆動ユニット22に異常があるとは判断しない。
In the case shown in FIG. 4, the
以上説明したように、本発明の第1の実施の形態によれば、以下の作用効果を得られる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, the following operational effects can be obtained.
モータ駆動ユニット22に異常が発生した場合、電流異常に周期性が発生するという特性がある。この特性を利用して、電流異常の継続時間ではなく、電流異常の周期性からモータ駆動ユニット22の異常を診断する。すなわち、CPU5の異常処理部6は、Hレベル信号を検出してから電気角の1周期以内に、Lレベル信号を検出し、且つ、そのLレベル信号を検出してから電気角の1周期以内に再びHレベル信号を検出する場合、電流異常に周期性が認められるので、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。これにより、周期性の無いノイズNSなどとモータ駆動ユニット22の異常とを精度良く見極めて、モータ駆動ユニット22の異常診断精度を向上させることができる。
When an abnormality occurs in the
第1の電流異常検出部23aは、インバータ4に入力される直流電流が第1のしきい値以上である時に電流異常を検出する。異常処理部6は、電流異常が三相誘導モータ1の電気角の1周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。バッテリー2からインバータ4へ入力される直流電流を検出して、検出された直流電流に基づいて、モータ駆動ユニット22の異常を診断する。このため、交流電流に比して検出される電流が安定しているため、診断精度が向上する。
The first current
このように、第1の電流異常検出部23aは、インバータ4に流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する。異常処理部6は、電流異常が周期的に検出される場合にモータ駆動ユニット22に異常があると診断する。電流異常の周期性からモータ駆動ユニットの異常を精度良く診断することができる。
Thus, the first current
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態では、「インバータ4に流れる電流値」が、インバータ4から出力される交流電流である場合について説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, a case where the “current value flowing through the
インバータ4から出力される三相の交流電流値の和は、理論上、0Aとなる。しかし、交流電流を検出する電流センサのゲイン故障などにより電流センサの出力に異常が起こると、三相の交流電流値の和は0Aにならず、0Aを中心としたサイン波を形成する。そこで、電流センサの出力に異常がある時、三相の交流電流値の和の波高値が高くなることを利用してモータ駆動ユニット22の異常を検出する。
The sum of the three-phase alternating current values output from the
先ず、図5を参照して、本発明の第2の実施の形態に係わるモータ制御システムの全体構成を説明する。第2の実施の形態に係わるモータ制御システムにおいて、電流異常検出部の他の例である第2の電流異常検出部23bは、インバータ4から出力される三相の交流電流値の和が、上側しきい値(第2のしきい値)以上である時、或いは、上側しきい値(第2のしきい値)よりも小さい下側しきい値(第3のしきい値)未満である時に電流異常を検出する。異常処理部6は、電流異常が電気角の半周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。
First, the overall configuration of a motor control system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the motor control system according to the second embodiment, the second current
具体的に、第2の電流異常検出部23bは、インバータ4から出力される三相の交流電流値をそれぞれ検出する電流センサ20と、電流センサ20により検出された三相の交流電流値の和を演算する三相和計算部18と、三相の交流電流値の和と第2及び第3のしきい値とを比較する第2の比較部21とを備える。詳細には、電流センサ20により検出された三相の交流電流値はそれぞれアナログ信号である。電流センサ20により検出された三相の交流電流値を示すアナログ信号は、A/D部19において、三相の交流電流値を示すデジタル信号にそれぞれ変換される。三相和計算部18には、A/D部19においてデジタル信号に変換された三相の交流電流値が入力される。
Specifically, the second current
第2の比較部21は、三相和計算部18により演算された交流電流値の和が上側しきい値以上である時に電流異常があることを示す上側異常信号を出力し、交流電流値の和が下側しきい値以上、上側しきい値未満である時に電流異常が無いことを示す正常信号を出力し、交流電流値の和が下側しきい値未満である時に電流異常があることを示す下側正常信号を出力する。第2の比較部21から出力された上側異常信号、正常信号及び下側正常信号はそれぞれ異常処理部6に入力される。
The
上側しきい値と下側しきい値は、符号が異なり、且つ絶対値が等しい数値であることが望ましい。三相の交流電流値の和は0Aを中心としたサイン波を形成するため、モータ駆動ユニット22に異常がある場合に、上側異常信号と下側異常信号を半周期毎に交互に検出することができる。
It is desirable that the upper threshold value and the lower threshold value have different signs and have the same absolute value. Since the sum of three-phase alternating current values forms a sine wave centered at 0 A, when the
異常処理部6は、上側異常信号或いは下側異常信号が出力されてから電気角の半周期以内に正常信号が出力され、且つ、その正常信号が出力されてから電気角の半周期以内に下側異常信号或いは上側異常信号が出力された場合に、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。モータ駆動ユニット22に異常があると診断する場合に、モータ異常信号ESを出力して、ユーザに対して報知する。
The
A/D部19、三相和計算部18、及び異常処理部6の各々が行う演算処理は、それらの演算処理を規定したコンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、コンピュータのCPU5を用いて実施することができる。もちろん、A/D部19、三相和計算部18、及び異常処理部6は、コンピュータプログラムなどのソフトウェアとしてのみならず、ASICやFPGAなどのハードウェアとして実施することも可能である。その他の構成は、図1と同じであり、説明を省略する。
The arithmetic processing performed by each of the A /
次に、図6のフローチャートを参照して、図5のCPU5が異常処理部6として実行する演算処理の流れの一例を説明する。先ず、S11段階において、第2の電流異常検出部23bから、Hレベル信号(上側異常信号)が入力されるか否かを判断する。Mレベル信号(正常信号)を検出し、Hレベル信号(上側異常信号)及びLレベル信号(下側異常信号)を検出しない場合、モータ駆動ユニット22は正常であると診断できる。S01段階において、Hレベル信号の入力を監視する。
Next, an example of the flow of arithmetic processing executed by the
Hレベル信号を検出した場合(S11でYES)、S13段階に進み、Hレベル信号を検出し始めてから、電気角の半周期以内に、Mレベル信号を検出するか否かを判断する。電気角の半周期以内にMレベル信号を検出した場合(S13でYES)、S15段階に進み、そのMレベル信号を検出し始めてから電気角の半周期毎以内に、Lレベル信号を検出するか否かを判断する。Lレベル信号を検出した場合(S15でYES)、電流異常があることを示すHレベル信号或いはLレベル信号の検出に周期性があるため、モータ駆動ユニット22に異常があると判断できるので、S17段階に進み、モータ異常信号ESを出力する。
When the H level signal is detected (YES in S11), the process proceeds to step S13, and it is determined whether or not the M level signal is detected within a half cycle of the electrical angle after starting to detect the H level signal. If the M level signal is detected within the half cycle of the electrical angle (YES in S13), the process proceeds to step S15, and the L level signal is detected within every half cycle of the electrical angle after starting to detect the M level signal. Judge whether or not. When the L level signal is detected (YES in S15), since the detection of the H level signal or the L level signal indicating that there is a current abnormality is periodic, it can be determined that the
一方、電気角の半周期毎以内にLレベル信号を検出しない場合(S15でNO)、電流異常があることを示すHレベル信号或いはLレベル信号の検出に周期性がないため、モータ駆動ユニット22に異常があると判断できないので、S11段階に戻る。
On the other hand, when the L level signal is not detected within every half cycle of the electrical angle (NO in S15), the
また、Hレベル信号を検出し始めてから電気角の半周期以内にMレベル信号を検出しない場合(S13でNO)、三相の交流電流値の和が高い状態が電気角の半周期以上続いているため、モータ駆動ユニット22に異常があると判断できるので、S17段階に進み、モータ異常信号ESを出力する。
In addition, when the M level signal is not detected within a half cycle of the electrical angle after the start of the detection of the H level signal (NO in S13), the state where the sum of the three-phase alternating current values is high continues for a half cycle or more of the electrical angle. Therefore, since it can be determined that there is an abnormality in the
なお、図6に示す一例では、先ずS01段階でHレベル信号を検出した場合の動作例を示した。しかし、これに限らず、異常処理部6は、先ずS01段階でLレベル信号を検出した場合であっても、図6におけるHレベル信号とLレベル信号を入れ替えて図6と同様な動作を実施することにより、モータ駆動ユニット22の異常を診断することができる。
In the example shown in FIG. 6, the operation example when the H level signal is first detected in the S01 stage is shown. However, the present invention is not limited to this, and the
図7のグラフは、三相の交流電流値の和と上側しきい値及び下側しきい値との対比から電流異常に周期性があると診断される場合を示す。電流センサ20に異常がある場合、三相の交流電流値の和は、0Aを中心としたサイン波を形成する。サイン波には、電気角の半周期毎に電流波高値、すなわち極大値或いは極小値が現れる。極大値が上側しきい値未満であれば、CPU5は、極大値の近傍においてMレベル信号を検出する。これに対して、図7に示すように、極大値が上側しきい値以上となる場合、CPU5は、極大値の近傍において電流異常を示すHレベル信号を検出する。その後、三相の交流電流値の和は、上側しきい値未満となるため、CPU5はMレベル信号を検出する。それから半周期後において、極小値が下側しきい値以上であれば、CPU5は、極小値の近傍においてMレベル信号を検出する。これに対して、図7に示すように、極小値が下側しきい値未満となる場合、CPU5は、極小値の近傍において電流異常を示すLレベル信号を検出する。
The graph of FIG. 7 shows a case where current abnormality is diagnosed as having periodicity from the comparison between the sum of three-phase alternating current values and the upper threshold value and the lower threshold value. When the
図7の場合、CPU5の異常処理部6は、Hレベル信号を検出してから電気角の半周期以内に、Mレベル信号を検出し、且つ、Mレベル信号を検出してから電気角の半周期以内に、Lレベル信号を検出する。よって、電流異常に周期性が認められるので、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。
In the case of FIG. 7, the
一方、図8のグラフは、三相の交流電流値の和と上側しきい値及び下側しきい値との対比から電流異常に周期性が無いと診断される場合を示す。ここでは、ある特定の周期における極大値に電気的なノイズNSが上乗せされた場合を例示する。三相の交流電流値の和における極大値そのものは上側しきい値未満となるが、そこに電気的なノイズNSが上乗せされることにより、ノイズNSを含めた極大値は上側しきい値以上となってしまう。 On the other hand, the graph of FIG. 8 shows a case where it is diagnosed that there is no periodicity in the current abnormality from the comparison between the sum of the three-phase alternating current values and the upper threshold value and the lower threshold value. Here, the case where the electrical noise NS is added to the maximum value in a specific period is illustrated. The maximum value itself in the sum of the three-phase alternating current values is less than the upper threshold value. However, when the electrical noise NS is added thereto, the maximum value including the noise NS is more than the upper threshold value. turn into.
図8に示す場合、CPU5は、図7の同様にして、ノイズNSが上乗せされる特定の周期において、極大値の近傍において電流異常を示すHレベル信号を検出し、その後、三相の交流電流値の和は上側しきい値未満となるため、CPU5はMレベル信号を検出する。しかし、同じ周期において、極小値は下側しきい値以上となるため、CPU5は、極小値の近傍において、Lレベル信号を検出せず、Mレベル信号を検出し続ける。
In the case illustrated in FIG. 8, the
図8に示す場合、CPU5の異常処理部6は、Hレベル信号を検出してから電気角の半周期以内に、Mレベル信号を検出するが、当該Mレベル信号を検出してから電気角の半周期毎以内にLレベル信号を検出しない。よって、電流異常に周期性が認められないので、モータ駆動ユニット22に異常があるとは判断しない。
In the case shown in FIG. 8, the
以上説明したように、本発明の第2の実施の形態によれば、以下の作用効果を得られる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the following operational effects can be obtained.
CPU5の異常処理部6は、Hレベル信号或いはLレベル信号を検出してから電気角の半周期以内にMレベル信号を検出し、且つ、そのMレベル信号を検出してから電気角の半周期以内にLレベル信号或いはHレベル信号を検出した場合に、電流異常に周期性が認められるので、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。これにより、周期性の無いノイズNSなどとモータ駆動ユニット22の異常とを精度良く見極めて、モータ駆動ユニット22の異常診断精度を向上させることができる。
The
第2の電流異常検出部23bは、インバータ4から出力される三相の交流電流値の和が、上側しきい値以上である時、或いは、下側しきい値未満である時に電流異常を検出する。異常処理部6は、電流異常が三相誘導モータ1の電気角の半周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。これにより、1周期毎に検出される電流異常に比べて検出周期が略半分まで短くなり、診断精度の向上に加えて、診断速度が速くなる。
The second current
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態では、モータ駆動ユニット22の異常を診断するために要求される診断要求時間に応じて、適切な診断方法を選択して、モータ駆動ユニット22の異常を診断するモータ制御システムについて説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a motor control system for diagnosing an abnormality of the
第3の実施の形態に係わるモータ制御システムは、第1の実施の形態に係わるモータ制御システムと第2の実施の形態に係わるモータ制御システムとを組み合わせたシステムに相当する。すなわち、図9に示すように、モータ制御システムは、直流電力を供給するバッテリー2、直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ4、及びインバータ4により変換された交流電力によって駆動される三相誘導モータ1を有するモータ駆動ユニットと、インバータ4に入力される直流電流が第1のしきい値以上である時に電流異常を検出する第1の電流異常検出部23aと、インバータ4から出力される三相の交流電流値の和が、上側しきい値(第2のしきい値)以上である時、或いは、下側しきい値(第3のしきい値)未満である時に電流異常を検出する第2の電流異常検出部23bと、電流異常が周期的に検出される場合にモータ駆動ユニットに異常があると診断する異常処理部(モータ異常診断部)6とを備える。
The motor control system according to the third embodiment corresponds to a system in which the motor control system according to the first embodiment and the motor control system according to the second embodiment are combined. That is, as shown in FIG. 9, the motor control system includes a
さらに、CPU5は、モータ駆動ユニットの異常を診断するために要求される診断要求時間を判断する要求時間判断部24としての機能を備える。要求時間判断部24は、図示しない上位制御部から伝送される診断要求時間を示す信号MTを受信し、その信号MTに基づき、診断要求時間を判断する。要求時間判断部24により判断された診断要求時間が電気角の半周期以上である場合に、異常処理部6は、電流異常が周期的に検出されるか否かに応じてモータ駆動ユニット22の異常を診断する。一方、要求時間判断部24により判断された診断要求時間が電気角の半周期未満である場合に、異常処理部6は、電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット22の異常を診断する。電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット22の異常を診断する手法は、図11及び図12を参照して後述する。
Further, the
さらに、要求時間判断部24により判断された診断要求時間が電気角の半周期以上であって、電気角の1周期未満である場合において、第2の電流異常検出部23bは、インバータ4から出力される三相の交流電流値の和が、上側しきい値以上である時、或いは、下側しきい値以下である時に電流異常を検出する。そして、異常処理部6は、電流異常が電気角の半周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。
Further, when the diagnosis request time determined by the request
要求時間判断部24により判断された診断要求時間が電気角の1周期以上である場合において、第1の電流異常検出部23aは、インバータ4に入力される直流電流が第1のしきい値以上である時に電流異常を検出する。そして、異常処理部6は、電流異常が電気角の1周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット22に異常があると診断する。
In the case where the diagnosis request time determined by the request
その他の構成は、図1或いは図5と同じであり、説明を省略する。 Other configurations are the same as those in FIG. 1 or FIG.
次に、図10のフローチャートを参照して、図9のCPU5が異常処理部6として実行する演算処理の流れの一例を説明する。先ず、S21段階において、診断要求時間が電気角の半周期以上であるか否かを判断する。電気角の半周期以上である場合、S23段階に進む。一方、電気角の半周期未満である場合、電流異常の周期性に基づいて異常を精度良く診断するために十分な時間が得られないため、電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット22の異常を診断するサブルーチンAの処理へ進む。
Next, an example of the flow of arithmetic processing executed by the
S23段階において、診断要求時間が電気角の1周期以上であるか否かを判断する。診断要求時間が電気角の1周期以上である場合(S23でYES)、S25段階に進み、S25〜S29段階において、インバータ4に入力される直流電流に基づいて、電流異常の周期性を判断する。S25〜S29段階の処理動作は、図2のS01〜S05段階と同じであり、説明を省略する。
In step S23, it is determined whether the diagnosis request time is one cycle or more of the electrical angle. When the diagnosis request time is one cycle or more of the electrical angle (YES in S23), the process proceeds to step S25, and in step S25 to S29, the periodicity of current abnormality is determined based on the direct current input to the
一方、診断要求時間が電気角の1周期未満である場合(S23でNO)、S31段階に進み、S31〜S35段階において、インバータ4から出力される三相の交流電流値の和に基づいて、電流異常の周期性を判断する。S31〜S35段階の処理動作は、図6のS11〜S15段階と同じであり、説明を省略する。
On the other hand, when the diagnosis request time is less than one cycle of the electrical angle (NO in S23), the process proceeds to step S31, and in steps S31 to S35, based on the sum of the three-phase alternating current values output from the
電流異常に周期性がある場合(S29でYES、S35でYES)、モータ駆動ユニット22に異常があると判断できるので、S37段階に進み、モータ異常信号ESを出力する。
If the current abnormality is periodic (YES in S29, YES in S35), it can be determined that there is an abnormality in the
図11は、図10のサブルーチンAの処理を実行する異常処理部6の構成例を示す。図12は、図10のサブルーチンAを示すフローチャートである。異常処理部6は、第1の比較部12から出力されるHレベル信号(異常信号)及びLレベル信号(正常信号)のうち、Hレベル信号が継続して出力されるHレベル時間を計測するHレベル時間計測部31と、三相誘導モータの回転数RCと異常判定時間tとの関係を示す時間RC−異常判定時間tマップMPに従って、異常判定時間tを出力する異常判定時間出力部33と、異常判定時間出力部33から出力された異常判定時間tとHレベル時間計測部31により計測されたHレベル時間とを比較する第3の比較部32と、第3の比較部32による比較結果に基づいて診断結果を出力する診断結果出力部34とを備える。
FIG. 11 shows a configuration example of the
異常判定時間出力部33は、三相誘導モータ1の回転数RCを示す信号が入力され、時間RC−異常判定時間tマップMPに従って、回転数RCに対応する異常判定時間tを出力する。時間RC−異常判定時間tマップMPによれば、回転数RCが多くなるにしたがって異常判定時間tは短くなる。第3の比較部32は、Hレベル時間が異常判定時間tよりも長いか否かを判断する(S41)。Hレベル時間が異常判定時間tよりも長い場合(S41でYES)、診断結果出力部34は、モータ異常信号ESを出力する(S43)。Hレベル時間が異常判定時間t以下である場合(S41でNO)、診断結果出力部34は、モータ正常信号FSを出力する(S45)。
The abnormality determination
以上説明したように、本発明の第3の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。 As described above, according to the third embodiment of the present invention, the following operational effects can be obtained.
診断要求時間が電気角の半周期以上である場合に、異常処理部6は、電流異常が周期的に検出されるか否かに応じてモータ駆動ユニット22の異常を診断する。診断要求時間が電気角の半周期未満である場合に、異常処理部6は、電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット22の異常を診断する。このように、要求時間判断部24により判断された診断要求時間に応じて、異常処理部6は、電流異常の周期性、或いは電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット22の異常を診断する。これにより、診断精度を向上させつつ、診断するために要求される時間に応じて、適切な異常診断方法を選択することができる。
When the diagnosis request time is equal to or longer than a half cycle of the electrical angle, the
さらに、電流異常の周期性に基づいてモータ駆動ユニット22の異常を診断する場合において、診断要求時間が電気角の半周期以上であって、電気角の1周期未満である場合、異常処理部6は、インバータ4から出力される三相の交流電流値の和に発生する電流異常の周期性に基づいて、モータ駆動ユニット22の異常を診断する。一方、診断要求時間が電気角の1周期以上である場合、異常処理部6は、インバータ4に入力される直流電流に発生する電流異常の周期性に基づいて、モータ駆動ユニット22の異常を診断する。これにより、診断するために要求される時間に応じて、適切な診断方法を選択して、モータ駆動ユニット22の異常を精度良く診断することができる。
Further, when diagnosing an abnormality of the
もちろん、第1の実施の形態或いは第2の実施の形態に対応する診断方法を選択した場合には、第1の実施の形態及び第2の実施の形態において記載した同様な作用効果が得られる。 Of course, when the diagnostic method corresponding to the first embodiment or the second embodiment is selected, the same effects as described in the first embodiment and the second embodiment can be obtained. .
上記のように、本発明は、第1〜第3の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 As described above, the present invention has been described according to the first to third embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
1…三相誘導モータ
2…バッテリー
4…インバータ
6…異常処理部(モータ異常診断部)
8…シャント抵抗(直流電流検出部)
12…第1の比較部
18…三相和計算部
20…電流センサ
21…第2の比較部
22…モータ駆動ユニット
23a…第1の電流異常検出部(電流異常検出部)
23b…第2の電流異常検出部(電流異常検出部)
24…要求時間判断部
DESCRIPTION OF
8 ... Shunt resistor (DC current detector)
DESCRIPTION OF
23b ... second current abnormality detection unit (current abnormality detection unit)
24: Request time determination unit
Claims (7)
前記インバータに流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する電流異常検出部と、
前記電流異常が周期的に検出される場合に前記モータ駆動ユニットに異常があると診断するモータ異常診断部と
を備えることを特徴とするモータ制御システム。 A motor drive unit including an inverter that converts DC power into three-phase AC power, and a three-phase induction motor that is driven by the AC power converted by the inverter;
A current abnormality detector for detecting a current abnormality when a current value flowing through the inverter exceeds a predetermined threshold;
And a motor abnormality diagnosis unit that diagnoses that the motor drive unit is abnormal when the current abnormality is periodically detected.
前記モータ異常診断部は、前記電流異常が前記三相誘導モータの電気角の1周期毎に検出される場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御システム。 The current abnormality detection unit detects a current abnormality when a direct current input to the inverter is equal to or greater than a first threshold value,
The motor abnormality diagnosis unit diagnoses that there is an abnormality in the motor drive unit when the current abnormality is detected every cycle of the electrical angle of the three-phase induction motor. The motor control system described.
前記インバータに入力される直流電流を検出する直流電流検出部と、
前記直流電流検出部により検出された直流電流が前記第1のしきい値以上である時に前記電流異常があることを示す異常信号を出力し、前記直流電流が前記第1のしきい値未満である時に前記電流異常が無いことを示す正常信号を出力する第1の比較部と、を備え、
前記モータ異常診断部は、異常信号が出力されてから前記電気角の1周期以内に、正常信号が出力され、且つ、当該正常信号が出力されてから前記電気角の1周期以内に再び異常信号が出力された場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断する
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御システム。 The current abnormality detector is
A direct current detector for detecting a direct current input to the inverter;
When the direct current detected by the direct current detector is greater than or equal to the first threshold value, an abnormality signal indicating that the current abnormality is present is output, and the direct current is less than the first threshold value. A first comparison unit that outputs a normal signal indicating that there is no current abnormality at a certain time, and
The motor abnormality diagnosis unit outputs a normal signal within one cycle of the electrical angle after the output of the abnormal signal, and again outputs an abnormal signal within one cycle of the electrical angle after the normal signal is output. The motor control system according to claim 2, wherein a diagnosis is made that there is an abnormality in the motor drive unit.
前記モータ異常診断部は、前記電流異常が前記三相誘導モータの電気角の半周期毎に検出される場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御システム。 The current abnormality detector is configured to output a third signal when the sum of the three-phase alternating current values output from the inverter is equal to or greater than a second threshold value or smaller than the second threshold value. Detect current anomalies when the threshold is less than
The motor abnormality diagnosis unit diagnoses that there is an abnormality in the motor drive unit when the current abnormality is detected every half cycle of the electrical angle of the three-phase induction motor. The motor control system described.
前記インバータから出力される三相の交流電流値をそれぞれ検出する電流センサと、
前記電流センサにより検出された三相の交流電流値の和を演算する三相和計算部と、
前記三相和計算部により演算された交流電流値の和が前記第2のしきい値以上である時に前記電流異常があることを示す上側異常信号を出力し、前記交流電流値の和が前記第3のしきい値以上、前記第2のしきい値未満である時に前記電流異常が無いことを示す正常信号を出力し、前記交流電流値の和が前記第3のしきい値未満である時に前記電流異常があることを示す下側正常信号を出力する第2の比較部と、を備え、
前記モータ異常診断部は、上側異常信号或いは下側異常信号が出力されてから前記電気角の半周期以内に正常信号が出力され、且つ、当該正常信号が出力されてから前記電気角の半周期以内に下側異常信号或いは上側異常信号が出力された場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断する
ことを特徴とする請求項4に記載のモータ制御システム。 The current abnormality detector is
A current sensor for detecting a three-phase alternating current value output from the inverter;
A three-phase sum calculator for calculating the sum of three-phase alternating current values detected by the current sensor;
When the sum of the alternating current values calculated by the three-phase sum calculation unit is equal to or greater than the second threshold value, an upper abnormality signal indicating that the current abnormality is present is output, and the sum of the alternating current values is A normal signal indicating that there is no current abnormality is output when the current is not less than a third threshold and less than the second threshold, and the sum of the alternating current values is less than the third threshold. A second comparator that outputs a lower normal signal that sometimes indicates that there is an abnormality in the current,
The motor abnormality diagnosing unit outputs a normal signal within a half cycle of the electrical angle from the output of the upper side abnormal signal or the lower side abnormal signal, and the half cycle of the electrical angle after the normal signal is output. 5. The motor control system according to claim 4, wherein the motor drive unit is diagnosed as having an abnormality when a lower abnormality signal or an upper abnormality signal is output within 5 minutes.
前記要求時間判断部により判断された診断要求時間が前記三相誘導モータの電気角の半周期以上である場合に、前記モータ異常診断部は、前記電流異常が周期的に検出されるか否かに応じて前記モータ駆動ユニットの異常を診断し、
前記要求時間判断部により判断された診断要求時間が前記三相誘導モータの電気角の半周期未満である場合に、前記モータ異常診断部は、前記電流異常が継続する時間に基づいて前記モータ駆動ユニットの異常を診断する
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載のモータ制御システム。 A request time determination unit for determining a diagnosis request time required for diagnosing abnormality of the motor drive unit;
When the diagnosis request time determined by the request time determination unit is equal to or greater than a half cycle of the electrical angle of the three-phase induction motor, the motor abnormality diagnosis unit determines whether the current abnormality is periodically detected. According to the diagnosis of abnormality of the motor drive unit,
When the diagnosis request time determined by the request time determination unit is less than a half cycle of the electrical angle of the three-phase induction motor, the motor abnormality diagnosis unit drives the motor based on the time that the current abnormality continues. The motor control system according to any one of claims 1 to 5, wherein an abnormality of the unit is diagnosed.
前記要求時間判断部により判断された診断要求時間が前記三相誘導モータの電気角の半周期以上であって、前記電気角の1周期未満である場合において、
前記電流異常検出部は、前記インバータから出力される三相の交流電流値の和が、第2のしきい値以上である時、或いは、前記第2のしきい値よりも小さい第3のしきい値以下である時に電流異常を検出し、
前記モータ異常診断部は、前記電流異常が前記電気角の半周期毎に検出される場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断し、
前記要求時間判断部により判断された診断要求時間が前記電気角の1周期以上である場合において、
前記電流異常検出部は、前記インバータに入力される直流電流が第1のしきい値以上である時に電流異常を検出し、
前記モータ異常診断部は、前記電流異常が前記電気角の1周期毎に検出される場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御システム。 A request time determination unit for determining a diagnosis request time required for diagnosing abnormality of the motor drive unit;
In the case where the diagnosis request time determined by the request time determination unit is not less than a half cycle of the electrical angle of the three-phase induction motor and less than one cycle of the electrical angle,
The current abnormality detector is configured to output a third signal when the sum of the three-phase alternating current values output from the inverter is equal to or greater than a second threshold value or smaller than the second threshold value. Detect current anomaly when below threshold,
The motor abnormality diagnosis unit diagnoses that there is an abnormality in the motor drive unit when the current abnormality is detected every half cycle of the electrical angle,
In the case where the diagnosis request time determined by the request time determination unit is one cycle or more of the electrical angle,
The current abnormality detection unit detects a current abnormality when a direct current input to the inverter is equal to or greater than a first threshold value,
The motor control system according to claim 1, wherein the motor abnormality diagnosis unit diagnoses that the motor drive unit is abnormal when the current abnormality is detected for each cycle of the electrical angle. .
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