JP2014518604A - モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価するための方法およびシステム - Google Patents

モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価するための方法およびシステム Download PDF

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Abstract

直ｄ−ｑ軸電圧指令のペアは、テストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられて（Ｓ３００）、直ｄ−ｑ軸電圧指令のペアのモータへの適用に応答して、モータのロータの正しい回転方向を判断する。モータのロータは、適用された直ｄ−ｑ軸電圧指令および適用されたテストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに応答して回転する（例えば、診断モードにおいて自身でスピンする）（Ｓ３０４）。単調に増加する適用されたロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関して、算出された軸速力符号が正である場合、一次位置決めモジュールまたはデータプロセッサは、インバータ（例えば、モータコントローラ）とモータとの間の導体接続は正しく行われていると判断する（Ｓ３０６）。

Description

本文書は、２０１１年２月２４日に出願し、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＥＶＡＬＵＡＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮＳ ＢＥＴＷＥＥＮ Ａ ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ ＡＮＤ ＭＯＴＯＲ（モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価するための方法およびシステム）」という名称の米国特許仮出願第６１／４４６，１１９号に基づく優先権を、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき主張する。
本発明は、モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価する（例えば、すなわち、モータの位相進みに対して配線が適正な順序または相互接続で行われているかについてテストする）ための方法およびシステムに関する。
電動モータは、内部永久磁石（ＩＰＭ）モータもしくはＩＰＭ同期モータ、または多相交流モータを含むことができる。組立、修理またはフィールド診断時、モータまたは多相モータとモータコントローラ（例えば、インバータ）との間の電気接続が正しく行われているかどうかを効率的かつ迅速に判断するのが難しいことがある。従来技術では、相順接続は、まず、テストモータでモータ（例えば、Ｖａ、ＶｂおよびＶｃとして設計された端子）を回転させて、次に、オシロスコープ、電力分析器、または、その他適用可能な機器によって、電気端子のペア（例えば、ＶａｂおよびＶｃｄ）の間で生成される逆起電力（逆ＥＭＦ）を観察することによって、チェックされる場合がある。三番目に、テストモータが順方向にモータを回転させている間に、端子Ｖｃｂ間で生成された逆ＥＭＦは、約６０度の位相シフトによって、端子Ｖａｂ間で生成された逆ＥＭＦを導くことになる。四番目に、テストモータが順方向にモータを回転させている間に、端子Ｖｃｂ間で生成された逆ＥＭＦは、約６０度の位相シフトによって、端子Ｖａｂ間で生成された逆ＥＭＦを遅らせることになる。五番目に、上記の位相シフトが観察される場合、評価者は、モータがモータコントローラに適正に接続されていると判断する。よって、モータコントローラまたはインバータに組み込まれ得るオシロスコープまたはテストモータを使用することなく、モータコントローラとモータとの間の電気接続の正確さを評価することができる簡略化された診断テスト手順が必要とされている。
本願発明の一実施例は、例えば、モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価するための方法およびシステムに関する。
一実施形態によると、モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価するための方法およびシステムが提示される。例えば、位相進みシーケンスに関して、多相モータがインバータに適正に接続されているかどうかを判断するための方法およびシステムが提示される。診断モードでは、データプロセッサ、診断コンピュータ、またはｄ−ｑ軸電流生成マネージャは、対応する直ｄ−ｑ軸電圧指令のペアのモータへの適用に関連付けられたテストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスを確立または提供する。直ｄ−ｑ軸電圧指令のペアのそれぞれは、直軸指令および横軸指令を含む。データプロセッサまたはパルス幅変調生成モジュールは、多相モータの対応する入力位相端子それぞれに対して、直ｄ−ｑ軸電圧指令を３相電圧に変換または変電する。パルス幅変調生成モジュールまたはインバータスイッチング回路は、対応する入力位相端子それぞれに適用するために、直ｄ−ｑ軸電圧指令または微分多相制御電圧を変調信号として処理する。モータのロータは、対応する確立されたテストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して回転する（例えば、診断モードにおいて自身でスピンする）。単調に増加する適用されたロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関して、算出された軸速力(speed)符号が正である場合、または、単調に減少するロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が負である場合、一次位置決めモジュール、データプロセッサまたは診断コンピュータは、インバータとモータとの間の導体接続が正しく行われていると判断する。
モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価するためのシステムの一実施形態のブロック図である。 図１と一致する電子データ処理システムのブロック図である。 モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価するための方法の第１の実施例のフローチャートである。 モータコントローラとモータとの間の電気接続を評価するための方法の第２の実施例のフローチャートである。
一実施形態によると、図１は、モータ１１７（例えば、内部永久磁石（ＩＰＭ）モータ）または他の交流機を制御するためのシステムを開示する。一実施形態では、システムは、モータ１１７は別として、インバータまたはモータコントローラを指す場合がある。
システムは、電子モジュール、ソフトウェアモジュール、またはその両方を含む。一実施形態では、モータコントローラは、１つまたは複数のソフトウェアモジュールのソフトウェア命令の格納、処理または実行をサポートするための電子データ処理システム１２０を含む。電子データ処理システム１２０は、図１の破線で示され、図２でより詳細に示される。
データ処理システム１２０は、インバータ回路１８８に連結される。インバータ回路１８８は、切り替え半導体（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）または他のパワートランジスタ）を駆動または制御して、モータ１１７に対して制御信号を出力する半導体駆動回路を含む。さらには、インバータ回路１８８は、モータ１１７に連結される。モータ１１７は、モータ軸１２６またはロータに関連付けられるセンサ１１５（例えば、位置センサ、レゾルバまたはエンコーダ位置センサ）に関連付けられる。センサ１１５およびモータ１１７は、データ処理システム１２０に連結されて、例えば、他の可能なフィードバックデータまたは信号の中でもとりわけ、フィードバックデータ（例えば、ｉａ、ｉｂ、ｉｃなどの電流フィードバックデータ）、生の位置信号を提供する。他の可能なフィードバックデータには、巻線温度読み取り値、インバータ回路１８８の半導体温度読み取り値、３相電圧データ、または、モータ１１７についての他の熱情報もしくは性能情報が含まれるが、これらに限定されない。
一実施形態では、トルク指令生成モジュール１０５はｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９（例えば、ｄ−ｑ軸電流生成ルックアップテーブル）に連結される。ｄ−ｑ軸電流は、モータ１１７などのベクトル制御交流機のコンテキストにおいて適用可能な直軸電流および横軸電流を指す。ｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９の出力および電流調節モジュール１０７（例えば、ｄ−ｑ軸電流調節モジュール１０７）の出力は、加算器１１９に供給される。さらには、加算器１１９の１つまたは複数の出力（例えば、直軸電流データ（ｉｄ ＊）および横軸電流データ（ｉｑ ＊））は、電流調整コントローラ１１１に提供または連結される。
電流調整コントローラ１１１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）生成モジュール１１２（例えば、空間ベクトルＰＷＭ生成モジュール）と通信可能である。電流調整コントローラ１１１は、各ｄ−ｑ軸電流指令（例えば、ｉｄ ＊およびｉｑ ＊）および実ｄ−ｑ軸電流（例えば、ｉｄおよびｉｑ）を受信し、かつ、対応するｄ−ｑ軸電圧指令（例えば、ｖｄ ＊およびｖｑ ＊指令）を出力して、それらをＰＷＭ生成モジュール１１２に入力する。
一実施形態では、ＰＷＭ生成モジュール１１２は、直軸電圧および横軸電圧データを２相データ表示から３相表示（例えば、ｖａ ＊、ｖｂ ＊およびｖｃ ＊などの３相電圧表示）に変換して、例えば、モータ１１７を制御する。ＰＷＭ生成モジュール１１２の出力は、インバータ１８８に連結される。
インバータ回路１８８は、モータ１１７に印加されるパルス幅変調信号または他の交流信号（例えば、パルス、方形波、正弦波または他の波形）を生成、修正、および制御するための、切り替え半導体などのパワーエレクトロニクスを含む。ＰＷＭ生成モジュール１１２は、インバータ回路１８８内のドライバステージに入力を提供する。インバータ回路１８８の出力ステージは、変調信号、パルス幅変調信号、パルス幅変調電圧波形、電圧信号、または、他の交流信号を提供してモータを制御する。一実施形態では、インバータ１８８は、直流（ＤＣ）電圧バスが動力源となっている。
モータ１１７は、モータ軸１２６の角度位置、モータ軸１２６の速力(speed)または速度(velocity)およびモータ軸１２６の回転方向のうちの少なくとも１つを推定するセンサ１１５（例えば、レゾルバ、エンコーダ、速力センサ、または位置センサ（単数または複数））に関連付けられる。センサ１１５は、モータ軸１２６に取り付けられるか、モータ軸１２６と一体化されてよい。センサ１１５の出力は、一次処理モジュール１１４（例えば、位置および速力処理モジュール）と通信可能である。一実施形態では、センサ１１５は、アナログ位置データまたは速度データをデジタル位置または速度データにそれぞれ変換するアナログ−デジタルコンバータ（図示せず）に連結されてよい。他の実施形態では、センサ１１５（例えば、デジタル位置エンコーダ）は、位置データまたは速度データのデジタルデータ出力をモータ軸１２６またはロータに提供することができる。
一次処理モジュール１１４の第１の出力（例えば、モータ１１７に対する位置データおよび速力データ）は、測定された電流の３相デジタル表示それぞれを測定された電流の対応する２相デジタル表示に変換する相変換器１１３（例えば、３相−２相電流パーク変換モジュール）に伝達される。一次処理モジュール１１４の第２の出力（例えば、速力データ）は、算出モジュール１１０（例えば、調節電圧／速力比モジュール）に伝達される。
検知回路１２４の入力は、モータ１１７の端子に連結されて、少なくとも測定された３相電流および直流（ＤＣ）バス（例えば、ＤＣ電源をインバータ回路１８８に提供することができる高電圧ＤＣバス）の電圧レベルを感知する。検知回路１２４の出力は、アナログ−デジタルコンバータ１２２に連結されて、検知回路１２４の出力をデジタル化する。さらには、アナログ−デジタルコンバータ１２２のデジタル出力は、二次処理モジュール１１６（例えば、直流（ＤＣ）バスおよび３相電流処理モジュール）に連結される。例えば、検知回路１２４は、モータ１１７に関連付けられて、３相電流（例えば、モータ１１７の巻線に印加された電流、巻線に誘導された逆ＥＭＦ、またはその両方）を測定する。
一次処理モジュール１１４および二次処理モジュール１１６の一定の出力を、相変換器１１３に供給する。例えば、相変換器１１３は、パーク変換または他の変換式（例えば、当業者にとって適切かつ既知である、ある変換式）を適用して、二次処理モジュール１１６からのデジタル３相電流データおよびセンサ１１５からの位置データに基づき、測定された電流の３相表示を電流の２相表示に変換することができる。相変換器１１３のモジュールの出力は、電流調整コントローラ１１１に連結される。
一次処理モジュール１１４および二次処理モジュール１１６の他の出力は、算出モジュール１１０（例えば、調節電圧／速力比算出モジュール）の入力に連結され得る。例えば、一次処理モジュール１１４は、速力データ（例えば、１分当たりのモータ軸１２６の回転数）を提供することができ、二次処理モジュール１１６は、（例えば、車両の直流（ＤＣ）バス上の）直流電圧の測定されたレベルを提供することができる。インバータ回路１８８に電気エネルギーを供給するＤＣバス上の直流電圧レベルは変動または変化する場合がある。これは、周囲温度、バッテリ状態、バッテリ充電状態、バッテリ抵抗またはリアクタンス、燃料電池の状態（該当する場合）、モータ負荷条件、それぞれのモータトルクおよび対応する動作速力、ならびに、車両電気負荷（例えば、電動のエアコン用コンプレッサ）を含むさまざまな要因に起因するが、これらに限定されない。算出モジュール１１０は、二次処理モジュール１１６とｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９との間の仲介物として接続される。算出モジュール１１０の出力は、ｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９によって生成された電流指令を調整または電流指令に作用して、とりわけ、直流バス電圧における変動またはばらつきを補償することができる。
ロータ磁石温度推定モジュール１０４、電流整形モジュール１０６および端子電圧フィードバックモジュール１０８は、ｄ−ｑ軸電流調節モジュール１０７に連結される、または、ｄ−ｑ軸電流調節モジュール１０７と通信可能である。さらには、ｄ−ｑ軸電流モジュール１０７は、ｄ−ｑ軸電流生成マネージャまたは加算器１１９と通信可能である。
ロータ磁石温度モジュール１０４は、ロータ永久磁石（単数または複数）の温度を推定または判断する。一実施形態では、ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、内部制御変数の算出から、または、固定子上に位置する、固定子と熱的に連通する、もしくはモータ１１７のハウジングに固定される、１つまたは複数のセンサから、ロータ磁石の温度を推定することができる。
他の代替実施形態では、ロータ磁石温度推定モジュール１０４を、ロータまたは磁石に取り付けられている温度検出器（例えば、無線送信機に連結されているサーミスタまたは赤外線熱センサ）と置き換えることができる。この検出器は、磁石（単数または複数）の温度を示す信号（例えば、無線信号）を提供する。
一実施形態では、本方法またはシステムは以下のように動作することができる。トルク指令生成モジュール１０５は、車両データバス１１８から、速力制御データメッセージ、電圧制御データメッセージ、またはトルク制御データメッセージといった、入力制御データメッセージを受信する。トルク指令生成モジュール１０５は、受信した入力制御メッセージをトルク制御指令データ３１６に変換する。
ｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９は、それぞれのトルク制御指令データおよび検出されたそれぞれのモータ軸１２６の速力データと関連付けられた、直軸電流指令データおよび横軸電流指令データを選択または判断する。例えば、ｄ−ｑ軸電流生成マネージャ１０９は、以下のうちの１つまたは複数にアクセスすることによって、直軸電流指令、横軸電流指令を選択または判断する。（１）それぞれのトルク指令を対応する直軸および横軸電流に関係付けるルックアップテーブル、データベース、もしくは他のデータ構造、（２）それぞれのトルク指令を対応する直軸および横軸電流に関係付ける二次方程式もしくは線形方程式のセット、または（３）それぞれのトルク指令を対応する直軸および横軸電流に関係付ける規則（例えば、ｉｆ−ｔｈｅｎ規則）のセット。モータ１１７上のセンサ１１５は、モータ軸１２６について検出された速力データの提供を容易にし、一次処理モジュール１１４は、センサ１１５によって提供された位置データを速力データに変換することができる。
電流調節モジュール１０７（例えば、ｄ−ｑ軸電流調節モジュール）は、ロータ磁石温度推定モジュール１０４、電流整形モジュール１０６、および端子電圧フィードバックモジュール１０８からの入力データに基づいて、直軸電流指令データおよび横軸電流指令データを調節するための電流調節データを提供する。
電流整形モジュール１０６は、次の係数、つまり、例えば、モータ１１７上のトルク負荷およびモータ１１７の速力のうちの１つまたは複数に基づいて、横軸（ｑ−軸）電流指令および直軸（ｄ−軸）電流指令の補正または暫定的調節を判断することができる。ロータ磁石温度推定モジュール１０４は、例えば、推定されたロータ温度の変化に基づいて、ｑ−軸電流指令およびｄ−軸電流指令の二次調節値を生成することができる。端子電圧フィードバックモジュール１０８は、制御電圧指令の電圧制限に対する関係に基づいて、ｄ−軸電流およびｑ−軸電流に対する第３調節値を提供することができる。電流調節モジュール１０７は、暫定的調節値、二次調節値および第３調節値のうちの１つまたは複数を考慮する集計電流調節値を提供することができる。
一実施形態では、モータ１１７は、内部永久磁石（ＩＰＭ）機械またはＩＰＭ同期機械（ＩＰＭＳＭ）を含むことができる。ＩＰＭＳＭは、従来の誘導型機械または表面実装ＰＭ機械（ＳＭＰＭ）と比較すると、例えば、高い効率、高い電力密度、広い一定電力動作領域、保守不要というような、多くの好ましい利点を有する。
センサ１１５（例えば、シャフトまたはロータ速力検出器）は、直流モータ、光エンコーダ、磁場センサ（例えば、ホール効果センサ）、磁気抵抗センサ、およびレゾルバ（例えば、ブラシレスレゾルバ）のうちの１つまたは複数を含むことができる。一構成では、センサ１１５は位置センサを含み、モータ軸１２６についての速力または速度データを判断するために、位置データおよび関連した時間データが処理される。別の構成では、センサ１１５は、モータ軸の位置を判断するために、速力センサ、または速力センサと積分器との組み合わせを含む。
さらに別の構成では、センサ１１５は、モータ軸１２６の速力を判断するために、モータ１１７のモータ軸１２６に機械的に連結されている補助小型直流生成器を含み、この直流生成器は、モータ軸１２６の回転速力に比例する出力電圧を生み出す。さらに別の構成では、センサ１１５は、光源を有する光エンコーダを含む。この光エンコーダは、軸１２６に連結されている回転体に向けて信号を送信し、光検出器において、反射または回折された信号を受信する。ここで、受信された信号パルス（例えば、方形波）の周波数が、モータ軸１２６の速力に比例するものであってよい。追加の構成では、センサ１１５は、第１巻線および第２巻線を有するレゾルバを含み、第１巻線には交流電流が供給され、第２巻線に誘導される電圧が、ロータの回転の頻度によって変化する。
図２において、電子データ処理システム１２０は、電子データプロセッサ２６４、データバス２６２、データ記憶デバイス２６０、および１つまたは複数のデータポート（２６８、２７０、２７２、２７４、２７６および２８０）を含む。データプロセッサ２６４、データ記憶デバイス２６０、および１つまたは複数のデータポートは、データプロセッサ２６４、データ記憶デバイス２６０、および１つまたは複数のデータポート間におけるデータの通信をサポートするために、データバス２６２に連結されている。
一実施形態では、データプロセッサ２６４は、電子データプロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックアレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ロジック回路、演算論理装置、特定用途向け集積回路、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラ、または他のデータ処理デバイスといった電子コンポーネントのうちの１つまたは複数を含むことができる。上記の電子コンポーネントは、例えば、１つまたは複数のデータバス、パラレルデータバス、シリアルデータバス、またはパラレルデータバスおよびシリアルデータバスの任意の組み合わせを介して相互接続されてよい。
データ記憶デバイス２６０は、データを格納するために、任意の磁気、電子、または光デバイスを含むことができる。例えば、データ記憶デバイス２６０は、電子データ記憶デバイス、電子メモリ、不揮発性電子ランダムアクセスメモリ、１つまたは複数の電子データレジスタ、データラッチ、磁気ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブなどを含むことができる。
図２に示すように、データポートは、第１データポート２６８、第２データポート２７０、第３データポート２７２、第４データポート２７４、第５データポート２７６および第６データポート２８０を含むが、任意の適した数のデータポートを使用することができる。各データポートは、例えば、トランシーバまたはバッファメモリを含むことができる。一実施形態では、各データポートは任意のシリアルまたはパラレル入力／出力ポートを含むことができる。
図２に示すような一実施形態では、第１データポート２６８は車両データバス１１８に連結される。さらには、車両データバス１１８はコントローラ２６６に連結される。一構成では、第２データポート２７０をインバータ回路１８８に連結することができ、第３データポート２７２をセンサ１１５に連結することができ、第４データポート２７４をアナログ−デジタルコンバータ１２２に連結することができ、第５データポート２７６を端子電圧フィードバックモジュール１０８に連結することができ、第６データポート２８０を診断コンピュータ２８２に連結する。診断コンピュータ２８２は、コンピュータデータプロセッサによって実行可能な診断ソフトウェア２８４を含む。診断コンピュータ２８２はユーザインターフェース２８６に連結される。ユーザインターフェース２８６は、キーボード、表示装置、ポインティングデバイス（例えば、電子マウス）、スイッチ、キーパッド、または、コンピュータ２８２に対するデータの入力、インプット、操作、または出力をサポートする他のデバイスのうちの１つまたは複数を含む。アナログ−デジタルコンバータ１２２は、検知回路１２４に連結される。
データ処理システム１２０の一実施形態では、トルク指令生成モジュール１０５が、電子データ処理システム１２０の第１データポート２６８と関連付けられているか、これによってサポートされている。第１データポート２６８は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）データバスのような、車両データバス１１８に連結されてよい。車両データバス１１８は、第１データポート２６８を介して、データバスメッセージをトルク指令と共にトルク指令生成モジュール１０５に提供することができる。車両の操作者は、スロットル、ペダル、コントローラ２６６、または他の制御デバイスなどのユーザインターフェースを介して、トルク指令を生成することができる。
ある実施形態では、センサ１１５および一次処理モジュール１１４は、データ処理システム１２０の第３データポート２７２と関連付けられてよい、またはこれによってサポートされてよい。
図３は、モータ（例えば、１１７）コントローラおよびモータ（例えば、１１７）との間の電気接続を評価するための方法を開示し、より詳細には、多相モータ（例えば、１１７）がインバータに適正に接続されているかどうかを判断するための方法を開示している。図３の方法は、ステップＳ３００において開始する。
ステップＳ３００では、データプロセッサ２６４、パルス幅変調生成モジュール１１２または診断コンピュータ２８２は、モータ（例えば、１１７）に対する、対応する直ｄ−ｑ軸（単数または複数）電圧指令のペアの適用に関連付けられたテストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスを確立する。直ｄ−ｑ軸電圧指令のペアのそれぞれは、直軸電圧指令および横軸電圧指令を含む。単調に変化するテストシーケンスは、テストロータ角度位置の単調に増加するテストシーケンス、またはテストロータ角度位置の単調に減少するテストシーケンスを含むことができる。単調に増加するということは、連続的に増加する、物質的に途切れることなく増加する、不連続な工程で増加する、増加時の中断または周期的な中断を伴い増加する、または、何ら物質的に減少することなく増加する、ということの１つまたは複数を意味する。単調に減少するということは、連続的に減少する、物質的に途切れることなく減少する、不連続な工程で減少する、増加時の中断または周期的な中断を伴い減少する、または、何ら物質的に増加することなく減少する、ということの１つまたは複数を意味する。
ステップＳ３００を、交互にまたは累積的に適用されるさまざまな手順にしたがって実行することができる。ステップＳ３００を実行するための第１の手順に基づき、データプロセッサ２６４、パルス幅変調生成モジュール１１２または診断コンピュータ２８２は、インバータまたは電子データ処理システム１２０の診断モードまたはテストモードに対するテストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに対応する直ｄ−ｑ軸電圧指令のペアそれぞれを確立または提供する。診断モードでは、インバータまたはデータ処理システム１２０の動作モードとは対照的に、データ処理システムが診断モードである間、トルク指令生成モジュール１１２が車両データバス１１８からトルク指令を受信しないようにまたはトルク指令を受けて作動しないように、トルク指令生成モジュール１１２を無効（または非アクティブ化）にすることができる。同様に、診断モードでは、インバータまたはデータ処理システム１２０の動作モードとは対照的に、データ処理システム１２０が診断モードである間、電流調整コントローラ１１１が、迂回されるように、または車両データバス１１８からトルク指令を受信しないようにもしくはトルク指令を受けて作動しないように、電流調整コントローラ１１１または電流調整器を無効（または非アクティブ化）にすることができる。
ステップＳ３００を実行するための第２の手順に基づき、テストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに一致する直ｄ−ｑ軸電圧指令がパルス幅変調生成モジュール１１２内またはパルス幅変調生成モジュール１１２で直接生成されるように、電流調整コントローラ１１１または電流調整器は診断モードで迂回され得る。さらに、ある実施形態では、パルス幅変調生成モジュール１１２は、診断モードにおけるテスト用のｄ−ｑ軸電圧指令もしくは対応する３相電圧の１つまたは複数のセットもしくはシーケンスを生成することができる。
第３の手順に基づき、診断コンピュータ２８２は、診断モードまたはテストモードにおいて電流調整コントローラ１１１または電流調整器を迂回するために、テストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに一致する直ｄ−ｑ軸電圧指令を、アクティブにする、提供する、または確立する。診断コンピュータ２８２は、格納しかつそれにより実行可能な診断ソフトウェア２８４を動作させる。
第４の手順に基づき、診断モードまたはテストモードにおいて、動作モード中に電流調整コントローラ１１１によって通常提供される標準のｄ−ｑ軸電圧指令とは対照的に、診断コンピュータ２８２またはパルス幅変調生成モジュール１１２によって提供される直ｄ−ｑ軸電圧指令はアクティブである。電流調整コントローラ１１１または電流調整器は、動作モードにおいて、直軸電流指令および横軸電流指令を提供する。
第５の実施例に基づき、単調に変化するロータ角度位置に関連付けられた直ｄ−ｑ軸電圧指令は、以下の式にしたがってあらゆるパルス幅変調（ＰＷＭ）周期において変更される。
Figure 2014518604
式中、Δθは、先のパルス幅変調周期から後のパルス幅変調周期へのロータ位置増分の変更であり、ｉｎｉｔｉａｌ＿ｓｔａｒｔｕｐ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙは、約１Ｈｚから約１０Ｈｚまでの範囲内にあり、ＰＷＭ＿ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙは、約１ｋＨｚ（キロヘルツ）から約１０ｋＨｚの範囲内にある。
第６の手順に基づき、テストロータ角度位置のテストシーケンスは、以下のアライメント位置のグループ内の任意のアライメント位置を含むことができる。当該アライメント位置のグループには、約０度、約６０度、約１２０度、約１８０度、約２４０度、約３００度、および約３６０度が含まれ、ここで「約」は、プラスマイナス５度を意味する。アライメント位置のそれぞれは、例えば、インバータスイッチング回路１８８内の半導体（例えば、電力絶縁型ゲートバイポーラトランジスタ）のさまざまな組み合わせもしくは置換の異なった対応する相巻線電流またはアクティブ化に関連付けられる。
ステップＳ３０２では、データプロセッサ２６４またはパルス幅変調生成モジュール１１２は、多相モータ（例えば、１１７）の対応する入力位相端子それぞれに対して、直ｄ−ｑ軸電圧指令を多相電圧（例えば、３相電圧）に変換および変電する。さらに、対応する入力端子それぞれに適用するために、直ｄ−ｑ軸電圧指令は変調信号（例えば、パルス幅変調信号、方形波信号、または他の波形）として処理される。
ステップＳ３０４では、データプロセッサ２６４、パルス幅変調生成モジュール１１２、またはインバータスイッチング回路１８８は、モータ（例えば、１１７）のロータを、対応する確立されたテストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して（３相指令それぞれへの変換または変電後に）回転させる。例えば、フィールド初期位置オフセット較正手順において、データプロセッサ２６４、パルス幅変調生成モジュール１１２、または診断コンピュータ２８２は、直ｄ−ｑ軸電圧指令および関連付けられた単調に変化するテスト位置を、各入力位相端子に適用させるために提供、または協力して提供して、既知の所定の回転方向でロータを回転させる。
ステップＳ３０６では、データプロセッサ２６４または一次処理モジュール１１４は、インバータとモータ（例えば、１１７）との間の導体接続が正しく行われているか否かを判断する。ステップＳ３０６は、単独にまたは累積的に適用可能なさまざまな技法にしたがって実行されてよい。第１の技法に基づき、データプロセッサ２６４または一次処理モジュール１１４は、単調に増加するロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンス（例えば、単調に増加するテストシーケンス）それぞれに関連付けられた直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が正である場合、インバータとモータ（例えば、１１７）との間の導体接続は正しく行われていると判断する。
ステップＳ３０６を実施するための第２の技法に基づき、データプロセッサ２６４または一次処理モジュール１１４は、減少する、ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンス（例えば、単調に減少するテストシーケンス）それぞれに関連付けられた直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が負である場合、インバータとモータ（例えば、１１７）との間の導体接続は正しく行われていると判断する。
ステップＳ３０６を実行するための第３の技法に基づき、データプロセッサ２６４または一次処理モジュール１１４は、増加する、ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンス（例えば、単調に増加するテストシーケンス）それぞれに関連付けられた直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が負である場合、インバータとモータ（例えば、１１７）との間の導体接続は正しく行われていないと判断する。
第４の技法に基づき、データプロセッサ２６４または一次処理モジュール１１４は、単調に減少するロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンス（例えば、単調に減少するテストシーケンス）それぞれに関連付けられた直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が正である場合、モータ（例えば、１１７）とインバータとの間の導体接続は正しく行われていないと判断する。
ステップＳ３０６を実行するための第５の技法に基づき、データプロセッサ２６４、一次処理モジュール１１４または診断コンピュータ２８２は、算出されたモータ（例えば、１１７）の軸速力が、単調に増加する位置の指令によって正である、およびその逆の場合、生の位置読み取り値の変化傾向は、相順接続にマッチすることを検出する。第６の技法に基づき、データプロセッサ２６４、一次処理モジュール１１４または診断コンピュータ２８２は、算出されたモータ（例えば、１１７）の軸速力が、単調に減少する位置の指令によって正である、およびその逆の場合、生の位置読み取り値の変化傾向は、相順接続にマッチしないことを検出する。
ステップＳ３０６の後またはステップＳ３０６の間、データプロセッサ２６４または一次処理モジュール１１４は、データ状態メッセージを第６データポート２８０を介して診断コンピュータ２８２に報告または送信することができる。この場合、データ状態メッセージは、インバータとモータとの間の導体接続が正しく行われているか否かについての情報を含む。診断コンピュータ２８４は、データ状態メッセージをユーザインターフェース２８６を介してユーザまたは技術者に表示または出力することができる。
図４は、モータ（例えば、１１７）コントローラおよびモータ（例えば、１１７）との間の電気接続を評価するための方法を開示し、より詳細には、多相モータ（例えば、１１７）がインバータに適正に接続されているかどうかを判断するための方法を開示している。図４の方法はステップＳ４００において開始する。
ステップＳ４００では、診断コンピュータ２８２、データプロセッサ２６４またはパルス幅変調生成モジュール１１２は、インバータスイッチング回路１８８内の複数の半導体スイッチを作動させて、直相電流指令を適用し、既知のアライメント位置にモータ（例えば、１１７）のアライメントをとることを目的とするそれぞれの目標相巻線電流をモータ（例えば、１１７）内で実現する。半導体スイッチは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、パワートランジスタ、またはパワー電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含むことができる。モータ（例えば、１１７）が多相モータ（例えば、１１７）を含む場合、適用された各直相電流指令をそれぞれ使用して、可能なロータ角度位置のグループの中で対応する既知のアライメント位置に対してロータを回転させることができる。直相電流指令は、例えば、データプロセッサ２６４を介して、かつインバータスイッチング回路１８８を介して、モータ（例えば、１１７）の１つまたは複数の巻線に適用される。
ステップＳ４０２では、二次処理モジュールの診断コンピュータ２８２およびデータプロセッサ２６４は、直相電流指令の適用に応答して、観察されたロータ位置が既知のアライメント位置でアライメントをとっているかどうかを判断する。例えば、二次処理モジュールの診断コンピュータ２８２およびデータプロセッサ２６４は、一連のまたは連続する直相電流指令の適用に応答して、各観察されたロータ位置が、対応する既知のアライメント位置でアライメントをとっているかどうかを判断する。
ステップＳ４０４では、診断コンピュータ２８２は、観察されたロータ位置が、許容範囲を超えることにより、または、一連の直相電流指令に対して、既知のアライメント位置でアライメントをとっていない場合、インバータとモータ（例えば、１１７）との間の適正ではない巻線接続を識別する。例えば、観察されたロータ位置が約１２０度にある場合、および、既知のアライメント位置が約０度または３６０度にある場合、第１の入力位相端子および第２の入力位相端子は誤って置き換えられる。許容範囲は、ロータの回転角度プラスマイナス１０度で定められてよいが、他の許容範囲が適切である場合があり、それらは添付の特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
組立、修理またはフィールド診断時、上記の方法およびシステムの実施形態は、モータまたは多相モータとモータコントローラ（例えば、インバータ）との間の電気接続が正しく行われているかどうかを効率的かつ迅速に判断することを容易にする。特に、本明細書に開示された方法およびシステムは、オシロスコープまたはテストモータを使用せずに、本分野またはサービス施設で容易に行われ得る簡略化された診断テスト手順を提供して、モータコントローラとモータとの間の電気接続の正確さを評価する。
好適な実施形態を説明したが、添付の特許請求の範囲で定められる本発明の範囲を逸脱することなく、さまざまな修正が可能であることが明らかとなろう。

Claims (18)

  1. 多相モータがインバータに適正に接続されているかどうかを判断するための方法であって、
    対応する直(direct)ｄ−ｑ軸電圧指令のペアの前記モータへの適用(application)に関連付けられたテストロータ角度位置の単調に(monotonically)変化するテストシーケンスを確立するステップであって、前記直ｄ−ｑ軸電圧指令のペアのそれぞれは、直軸(direct-axis)指令および横軸(quadrature-axis)指令を含む、ステップと、
    前記多相モータの対応する入力位相端子それぞれに対して、前記直ｄ−ｑ軸電圧指令を多相電圧に変換(converting)または変電する(transforming)ステップであって、対応する入力位相端子それぞれに適用するために前記直ｄ−ｑ軸電圧指令が変調信号として処理される、ステップと、
    前記対応する確立された(established)テストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の前記適用に応答して、前記モータの前記ロータを回転させるステップと、
    単調に増加する前記ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の前記適用に応答して、算出された軸速力符号(shaft sped sign)が正である場合、または、単調に減少する前記ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が負である場合、前記インバータと前記モータとの間の導体(conductor)接続は正しく行われていると判断するステップと、を含む、方法。
  2. 前記変調信号はパルス幅変調信号を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 単調に増加する前記ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が負である場合、前記インバータと前記モータとの間の導体接続は正しく行われていないと判断するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  4. 単調に減少する前記ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が正である場合、前記インバータと前記モータとの間の導体接続は正しく行われていないと判断するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記直ｄ−ｑ軸電圧指令は、テストモードにおいて電流調整コントローラを迂回するために、ユーザにより手動でアクティブにされる、請求項１に記載の方法。
  6. 前記直ｄ−ｑ軸電圧指令は動作モードで非アクティブにされる方法であって、前記動作モードで直軸電流指令および横軸電流指令を電流調整コントローラが提供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  7. 単調に変化するロータ角度位置に関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令は、以下の式にしたがってあらゆるパルス幅変調（ＰＷＭ）周期において変更され、
    Figure 2014518604
     式中、Δθは、先のパルス幅変調周期から後のパルス幅変調周期へのロータ位置増分または減分の変更であり、ｉｎｉｔｉａｌ＿ｓｔａｒｔｕｐ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙは、約１Ｈｚから約１０Ｈｚまでの範囲内にあり、ＰＷＭ＿ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙは、約１ｋＨｚから約１０ｋＨｚまでの範囲内にある、請求項１に記載の方法。
  8. フィールド初期位置オフセット較正手順において、直ｄ−ｑ軸電圧指令および関連付けられた単調に変化するテスト位置を、各入力位相端子に適用するために供給して、既知の所定の回転方向で前記ロータを回転させるステップと、
    算出されたモータの軸速力が、単調に増加する位置の指令によって正である、およびその逆の場合、生の位置読み取り値の変化傾向は、前記モータと前記インバータとの間の相順接続にマッチすることを検出するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  9. 算出されたモータの軸速力が、単調に減少する位置の指令によって正である、およびその逆の場合、前記生の位置読み取り値の変化傾向は、前記モータと前記インバータとの間の相順接続にマッチしないことを検出するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  10. 多相モータがインバータに適正に接続されているかどうかを判断するための方法であって、
    複数の半導体スイッチを作動させて、直相電流指令を適用し、既知のアライメント位置に前記モータのアライメントをとることを目的とするそれぞれの目標相巻線電流を前記モータ内で実現するステップと、
    前記直相電流指令の適用に応答して、前記既知のアライメント位置で観察された(observed)ロータ位置のアライメントがとられている(aligned with)かどうかを判断するステップと、
    前記観察されたロータ位置が、許容範囲(tolerable range)を超えることにより、前記既知のアライメント位置でアライメントをとっていない場合、前記インバータと前記モータとの間の適正ではない巻線(wiring)接続を識別するステップと、を含む、方法。
  11. 前記観察されたロータ位置が約１２０度にある場合、および、前記既知のアライメント位置が約０度または３６０度にある場合、第１の入力位相端子および第２の入力位相端子は誤って置き換えられる、請求項１０に記載の方法。
  12. 多相モータがインバータに適正に接続されているかどうかを判断するためのシステムであって、
    対応する直ｄ−ｑ軸電圧指令のペアの前記モータへの適用に関連付けられたテストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスを確立するデータプロセッサであって、前記直ｄ−ｑ軸電圧指令のペアのそれぞれは、直軸指令および横軸指令を含む、データプロセッサと、
    前記多相モータの対応する入力位相端子それぞれに対して、前記直ｄ−ｑ軸電圧指令を多相電圧に変換または変電するパルス幅変調生成モジュールと、
    前記モータの対応する入力位相端子それぞれに適用するために前記直ｄ−ｑ軸電圧指令を変調信号として処理するインバータスイッチング回路と、
    前記対応する確立されたテストロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の前記適用に応答して回転させる、前記モータのロータとを含み、
    前記データプロセッサは、単調に増加する前記ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の前記適用に応答して、算出された軸速力符号が正である場合、前記インバータと前記モータとの間の導体接続は正しく行われていると判断するように適応される、システム。
  13. 前記データプロセッサは、単調に減少する前記ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が負である場合、前記インバータと前記モータとの間の導体接続は正しく行われていると判断するように適応される、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記変調信号はパルス幅変調信号を含む、請求項１２に記載のシステム。
  15. 前記データプロセッサは、単調に増加する前記ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が負である場合、前記インバータと前記モータとの間の導体接続は正しく行われていないと判断するように適応される、請求項１２に記載のシステム。
  16. 前記データプロセッサは、単調に減少する前記ロータ角度位置の単調に変化するテストシーケンスに関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令の適用に応答して、算出された軸速力符号が正である場合、前記インバータと前記モータとの間の導体接続は正しく行われていないと判断するように適応される、請求項１２に記載のシステム。
  17. 動作モードでｄ−ｑ軸電圧指令を生成する電流調整コントローラをさらに含み、診断モードにおいて、前記直ｄ−ｑ軸電圧指令により前記電流調整コントローラは迂回(bypass)または無効(disable)にされる、請求項１２に記載のシステム。
  18. 単調に変化するロータ角度位置に関連付けられた前記直ｄ−ｑ軸電圧指令は、以下の式にしたがってあらゆるパルス幅変調（ＰＷＭ）周期において変更され、
    Figure 2014518604
     式中、Δθは、先のパルス幅変調周期から後のパルス幅変調周期へのロータ位置増分の変更であり、ｉｎｉｔｉａｌ＿ｓｔａｒｔｕｐ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙは、約１Ｈｚから約１０Ｈｚまでの範囲内にあり、ＰＷＭ＿ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙは、約１ｋＨｚから約１０ｋＨｚまでの範囲内にある、請求項１２に記載のシステム。
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