JP2015119532A - モータ異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータがロック状態において、巻線の断線を速やかに検出することのできるモータ異常検出装置を提供する。【解決手段】ＭＧＥＣＵ（１４）は、モータジェネレータ（１００）がロック状態にあるか否かを判定するロック状態判定手段（Ｓ１０）と、電流値としての電流指令値又は実電流値が、電流値ゼロを含む所定の断線検出不可範囲にあるか否かを判定する電流値判定手段（Ｓ１２）と、モータジェネレータがロック状態にあり、且つ、電流値が断線検出不可範囲にあると判定された場合、回転方向が変化せず、電流指令値が断線検出不可範囲外となるように、電流指令値の位相をシフトさせる位相シフト手段（Ｓ１４）と、位相シフトされた電流指令値によってモータジェネレータが制御された結果に基づいて、モータジェネレータの巻線に断線が生じているか否かを判定する異常判定手段（Ｓ１６）と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、電流指令値と実電流値とに基づき、フィードバック制御されるモータについて、巻線の断線を検出するモータ異常検出装置に関するものである。

従来、モータが所定トルクを発生するために必要な電流指令値と、モータの巻線に流れる実電流値とに基づき、フィードバック制御されるモータについて、巻線の断線を検出する装置として、特許文献１に記載のものが知られている。

特許文献１に記載の装置は、電流指令値と実電流との偏差を積分する積分手段と、積分手段の出力値が所定値以上となった場合に異常を判定する異常判定器と、を有している。例えば三相交流方式のモータにおいて断線が生じると、電流指令値と実電流値との偏差が定常的に発生することとなり、積分手段の出力レベルが上昇し続ける。このため、積分手段の出力レベルが所定値を超えることをもって、断線が生じていると判定することができる。

特許第３５４１６７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、モータがロック状態において、断線を検出できない場合がある。

ロック状態とは、トルク指令に反してモータの回転が困難な状態であり、モータの回転数は非常に低い値をとる。例えばハイブリッド車や電気自動車において、登坂時にブレーキを使用せず、アクセル操作によって車両のずり下がりを抑制しているときのモータの状態がロック状態である。

断線していない場合でも、ゼロ［Ａ］付近においては、電流指令値と実電流値との偏差が殆ど生じない。上記したロック状態では、モータの回転数が非常に低く、長時間にわたって実電流値がゼロ［Ａ］付近の値をとることとなる。このため、特許文献１に記載の装置では、ロック状態において、実電流値がゼロ［Ａ］付近の値となる場合に、断線を検出することができない。特に断線が生じても、速やかに断線を検出することができない。

本発明は上記問題点に鑑み、モータがロック状態において、巻線の断線を速やかに検出することのできるモータ異常検出装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、モータ（１００）が所定トルクを発生するために必要な電流指令値と、モータの巻線に流れる実電流値とに基づき、フィードバック制御されるモータについて、巻線の断線を検出するモータ異常検出装置であって、モータがロック状態にあるか否かを判定するロック状態判定手段（Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０）と、電流値としての電流指令値又は実電流値が、電流値ゼロを含む所定の断線検出不可範囲にあるか否かを判定する電流値判定手段（Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２）と、モータがロック状態にあり、且つ、電流値が断線検出不可範囲にあると判定された場合、モータの回転方向が変化せず、電流指令値が断線検出不可範囲外となるように、電流指令値の位相をシフトさせる位相シフト手段（Ｓ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）と、位相シフトされた電流指令値によりモータが制御された結果に基づいて、モータの巻線に断線が生じているか否かを判定する異常判定手段（Ｓ１６，Ｓ２６，Ｓ３６，Ｓ４６）と、を備えることを特徴とする。

本発明では、モータがロック状態にあり、且つ、電流値（電流指令値又は実電流値）が電流値ゼロを含む断線検出不可範囲内にある場合に、モータの回転方向が変化せず、電流指令値が断線検出不可範囲外となるように、電流指令値の位相をシフトさせる。よって、位相シフト後において、電流指令値は断線検出不可範囲外となり、これにより断線が生じていない場合には実電流値も断線検出不可範囲外となる。一方、断線が生じている場合には実電流値が断線検出不可範囲内（ほぼゼロ）となる。このように位相シフトすることで、断線有無により差が生じることとなる。

以上により、本発明によれば、モータがロック状態において、巻線の断線を速やかに検出することができる。

第１実施形態に係るＭＧＥＣＵが適用されたモータ制御装置の概略構成を示す図である。 図１に示すＭＧＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 ＭＧＥＣＵの異常検出処理を示すフローチャートである。 各コイルに流れる電流波形の位相シフト前とシフト後を示す図である。 第２実施形態に係るＭＧＥＣＵの異常検出処理を示すフローチャートである。 電流位相角βとトルクとの関係を示す図である。 第３実施形態に係るＭＧＥＣＵの異常検出処理を示すフローチャートである。 トルク補正を説明するための図である。 各コイルに流れる電流波形の位相シフト前とシフト後を示す図である。 第１変形例を示す図であり、図９に対応している。 第２変形例を示す図であり、図２に対応している。 第２変形例において、異常検出処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。なお、各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、モータジェネレータの駆動を制御するＭＧＥＣＵ（Motor Generator Electronic Control Unit）が適用されたモータ制御装置について説明する。なお、モータジェネレータが特許請求の範囲に記載のモータに相当する。また、ＭＧＥＣＵの一機能として、特許請求の範囲に記載の異常検出装置が具現化されている。

図１に示すように、モータジェネレータ１００の駆動を制御するモータ制御装置１０は、インバータ１２と、ＭＧＥＣＵ１４と、バッテリ１６と、平滑コンデンサ１８と、電圧センサ２０と、電流センサ２２と、回転センサ２４と、を備えている。図１では、直流入力部としてバッテリ１６のみを示しているが、それ以外に昇圧コンバータ等の電圧変換部を備えても良い。

モータジェネレータ１００は、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相のステータコイルと、永久磁石からなるロータと、有している。このモータジェネレータ１００は、例えば遊星歯車機構を介して車両の駆動軸に連結されている。モータジェネレータ１００は、インバータ１２によって駆動電流が供給されることにより、駆動輪に必要とされる駆動トルクを発生する電動機として機能する。また、モータジェネレータ１００は、車両の減速時に、駆動輪からの駆動力によって回転駆動されることにより、回生電力を発生する発電機として機能する。

インバータ１２は、直流電源であるバッテリ１６の高電位側ライン（電源ライン）と低電位側ライン（グランドライン）との間に、互いに並列に設けられた３つのアーム１２ｕ，１２ｖ，１２ｗを有している。各相アーム１２ｕ，１２ｖ，１２ｗは、上記した高電位側ラインと低電位側ラインとの間において直列接続された２つのスイッチング素子と、各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードと、によりそれぞれ構成されている。

詳しくは、Ｕ相アーム１２ｕは、スイッチング素子Ｔ１，Ｔ２とダイオードＤ１，Ｄ２と、により構成されている。Ｖ相アーム１２ｖは、スイッチング素子Ｔ３，Ｔ４とダイオードＤ３，Ｄ４と、により構成されている。Ｗ相アーム１２ｗは、スイッチング素子Ｔ５，Ｔ６とダイオードＤ５，Ｄ６と、により構成されている。なお、これらスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６としては、例えばＩＧＢＴを採用することができる。各相アーム１２ｕ，１２ｖ，１２ｗにおけるスイッチング素子の接続点（中点）は、モータジェネレータ１００の各相のステータコイルに接続されている。

モータジェネレータ１００を電動機として機能させる場合、インバータ１２では、ＭＧＥＣＵ１４からの駆動制御信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬに応じて、同時にオンするスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６の組み合わせが順番に切り替えられる。これにより、バッテリ１６から電流が通電されるモータジェネレータ１００の通電相が順番に切り替えられ、モータジェネレータ１００には、ロータを回転させるための回転磁界が生成される。

ＭＧＥＣＵ１４は、駆動制御信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬとして、モータジェネレータ１００が発生すべき駆動トルクに応じたパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）をインバータ１２に出力する。これにより、各ステータコイルには、ＰＷＭ信号に応じた電流値の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが通電され、モータジェネレータ１００が発生する駆動トルクが、その電流値に応じて制御される。このＰＷＭ信号の生成は、モータジェネレータ１００の各相のステータコイルに流れる電流値（以下、実電流値と示す）を検出する電流センサ２２からの検出信号に基づいて行われる。

なお、駆動制御信号ＵＵは、Ｕ相アーム１２ｕにおけるハイサイド側のスイッチング素子Ｔ１のゲートに入力され、駆動制御信号ＵＬは、Ｕ相アーム１２ｕにおけるローサイド側のスイッチング素子Ｔ２のゲートに入力される。同様に、駆動制御信号ＶＵは、Ｖ相アーム１２ｖにおけるハイサイド側のスイッチング素子Ｔ３のゲートに入力され、駆動制御信号ＶＬは、Ｖ相アーム１２ｖにおけるローサイド側のスイッチング素子Ｔ４のゲートに入力される。駆動制御信号ＷＵは、Ｗ相アーム１２ｗにおけるハイサイド側のスイッチング素子Ｔ５のゲートに入力され、駆動制御信号ＷＬは、Ｗ相アーム１２ｗにおけるローサイド側のスイッチング素子Ｔ６のゲートに入力される。

一方、車両の減速時にモータジェネレータ１００を発電機として機能させる場合、ＭＧＥＣＵ１４は、モータジェネレータ１００によって発電された三相交流電流を直流電流に変換するように、インバータ１２を制御する。その直流電流は、バッテリ１６の充電などに用いられる。

ＭＧＥＣＵ１４は、マイクロコンピュータにより構成され、少なくとも、ＭＧＥＣＵ１４において実行すべき各種の制御処理を記述したプログラムを記憶するＲＯＭ、各種の演算処理を実行するＣＰＵ、演算処理結果や各種のデータを一時的に保存するＲＡＭなどを有している。

ＭＧＥＣＵ１４には、平滑コンデンサ１８の端子間電圧を検出する電圧センサ２０、実電流値を検出する電流センサ２２、モータジェネレータ１００の回転位置を検出する回転センサ２４から、検出信号がそれぞれ入力される。

ＭＧＥＣＵ１４は、外部から与えられるトルク指令値と上記した各センサ２０，２２，２４からの検出信号とに基づき、モータジェネレータ１００を駆動するための駆動制御信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬを生成して、インバータ１２に出力する。この駆動制御信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬに応じて、インバータ１２のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６が駆動され、バッテリ１６からインバータ１２を介してモータジェネレータ１００に駆動電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが通電される。その結果、モータジェネレータ１００は、所望の駆動トルクを発生するように駆動される。もしくは、モータジェネレータ１００によって発電された電力による電流がインバータ１２により整流され、バッテリ１６の充電が行われる。

電圧センサ２０は、高電位側ラインと低電位側ラインとの間に設けられた平滑コンデンサ１８の端子間電圧、すなわちバッテリ電圧ＶＢＡＴを検出する。

電流センサ２２は、モータジェネレータ１００の三相のうち、二相（例えばＵ相、Ｗ相）のステータコイルに流れる実電流値をそれぞれ検出する２つのセンサからなる。残り一相の実電流値は、三相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和がゼロになる関係から、検出した二相の実電流値により算出される。

回転センサ２４は、レゾルバやアブソリュート型エンコーダのように、モータジェネレータ１００の回転位置（磁極位置）を絶対値として検出可能なものである。この回転センサ２４は、所定角度毎にモータジェネレータ１００の回転位置（ロータ角θ）を検出する。

上記したＭＧＥＣＵ１４は、ＨＶＥＣＵ１０２との間で通信可能に接続されている。ＨＶＥＣＵ１０２は、モータジェネレータ１００や図示しないエンジン及び発電機など、ハイブリッド車両の駆動システム全体を統合的に制御するとともにバッテリ１６を管理する機能を有する。

ＨＶＥＣＵ１０２は、運転者の車両操作（例えばアクセル開度）、車速などから、目標トルクを算出し、その目標トルクを達成するように、エンジン、モータジェネレータ１００、及び発電機を統合的に制御する。すなわち、目標トルクに対して、車両の走行状態に応じ、エンジンに要求されるトルク、モータジェネレータ１００に要求されるトルク、発電機に要求されるトルクの配分を決定する。

また、ＨＶＥＣＵ１０２は、エンジンが要求トルクを生じるために、図示しないスロットルバルブを適切な開度に制御するとともに、エンジンの燃料噴射量及び点火タイミングを制御する。さらに、ＨＶＥＣＵ１０２は、モータジェネレータ１００及び発電機が要求トルクを生じるために、インバータ１２などのパワーコントロールユニットを制御する。すなわち、ＨＶＥＣＵ１０２は、ＭＧＥＣＵ１４に対して、必要に応じてトルク指令値を送信し、必要に応じてモータ作動状態に関するデータ（例えばモータ回転数や駆動電流値）を受信する。また、ＨＶＥＣＵ１０２は、バッテリ１６の充電状態を監視するとともに、バッテリ１６の充放電も制御する。

次に、図２に基づき、ＭＧＥＣＵ１４の概略構成について説明する。

図２に示すように、ＭＧＥＣＵ１４は、電流指令生成部３０と、電流指令補正部３２と、座標変換部３４，４４と、減算部３６，３８と、ＰＩ制御部４０，４２と、ＰＷＭ変調部４６と、位相シフト要求部４８と、異常判定部５０と、を備えている。以下においては、一例として、ＭＧＥＣＵ１４が、三相交流式のモータジェネレータ１００をベクトル制御する構成を示す。ベクトル制御では、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相によって定義される実回転座標を、モータジェネレータ１００を構成するロータの磁極が作る磁束の方向であるｄ軸及びこのｄ軸に直交するｑ軸によって定義される仮想回転座標であるｄ−ｑ座標系に座標変換する。そして、座標変換されたｄ−ｑ座標系においてモータジェネレータ１００を駆動制御する。このようなベクトル制御は周知であるため、詳細な説明については割愛する。

電流指令生成部３０は、ＨＶＥＣＵ１０２から入力されるトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じた電流指令値、詳しくは、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｃｏｍを算出する。そして、算出した電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍを電流指令補正部３２に出力する。

電流指令補正部３２は、位相シフト要求部４８から位相シフト要求θｓｆｔｒｅｑが入力されると、電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍの位相がシフトするように電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍを補正する。本実施形態では、図示しないメモリに、予め位相シフト量として所定の電気角（例えば１５［°］）が記憶されており、位相シフト要求θｓｆｔｒｅｑが入力されると、上記所定電気角分、電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍの位相がシフトされる。そして、補正した電流指令値Ｉｄｃｏｍｆｉｘ，Ｉｑｃｏｍｆｉｘを、それぞれ対応する減算部３６，３８に対して出力する。なお、位相シフト要求θｓｆｔｒｅｑが入力されない場合、電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍは特に補正されずに電流指令値Ｉｄｃｏｍｆｉｘ，Ｉｑｃｏｍｆｉｘとして出力される。

座標変換部３４は、回転センサ２４によって検出されたロータ角θを用いて、電流センサ２２により検出された実電流値（例えばＵ相電流Ｉｕ及びＷ相電流Ｉｗの実電流値）をｄ−ｑ座標系に変換し、ｄ軸実電流値Ｉｄ及びｑ軸実電流値Ｉｑを算出する。そして算出したｄ軸実電流値Ｉｄを減算部３６に出力し、ｑ軸実電流値Ｉｑを減算部３８に出力する。また、ｄ軸実電流値Ｉｄ及びｑ軸実電流値Ｉｑを、ともに位相シフト要求部４８に出力する。

減算部３６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍｆｉｘとｄ軸実電流値Ｉｄとの偏差であるｄ軸偏差ΔＩｄを算出する。そして、算出したｄ軸偏差ΔＩｄを、ＰＩ制御部４０及び異常判定部５０にそれぞれ出力する。一方、減算部３８は、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃｏｍｆｉｘとｑ軸実電流値Ｉｑとの偏差であるｑ軸偏差ΔＩｑを算出する。そして、算出したｑ軸偏差ΔＩｑを、ＰＩ制御部４２及び異常判定部５０にそれぞれ出力する。

ＰＩ制御部４０は、算出されたｄ軸偏差ΔＩｄに基づき、ｄ軸実電流値Ｉｄがｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍｆｉｘに追従するように、モータジェネレータ１００への印加電圧値であるｄ軸制御電圧値Ｖｄを算出する。そして、算出したｄ軸制御電圧値Ｖｄを、座標変換部４４に出力する。一方、ＰＩ制御部４２は、算出されたｑ軸偏差ΔＩｑに基づき、ｑ軸実電流値Ｉｑがｑ軸電流指令値Ｉｑｃｏｍｆｉｘに追従するように、モータジェネレータ１００への印加電圧値であるｑ軸制御電圧値Ｖｑを算出する。そして、算出したｑ軸制御電圧値Ｖｑを、座標変換部４４に出力する。なお、フィードバック制御する制御部としては、上記ＰＩ制御部４０，４２に限らず、Ｐ制御やＰＩＤ制御を行なう制御部を採用することもできる。

座標変換部４４は、回転センサ２４により検出されたロータ角θ及び電圧センサ２０により検出されたバッテリ電圧ＶＢＡＴを用いて、制御電圧値Ｖｄ，Ｖｑを、三相交流座標系のＵ相制御電圧値Ｖｕ、Ｖ相制御電圧値Ｖｖ、及びＷ相制御電圧値Ｖｗに変換する。そして、Ｕ相制御電圧値Ｖｕ、Ｖ相制御電圧値Ｖｖ、及びＷ相制御電圧値Ｖｗを、ＰＷＭ変調部４６に出力する。

ＰＷＭ変調部４６は、Ｕ相制御電圧値Ｖｕ、Ｖ相制御電圧値Ｖｖ、及びＷ相制御電圧値Ｖｗに対応した駆動制御信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬを生成し、生成した駆動制御信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬをインバータ１２に向けて出力する。これにより、モータジェネレータ１００の各相ステータコイルに、駆動制御信号ＵＵ，ＵＬ，ＶＵ，ＶＬ，ＷＵ，ＷＬに応じた電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが流れ、モータジェネレータ１００から必要なトルクが発生される。

位相シフト要求部４８は、モータジェネレータ１００がトルク指令に反して回転が困難なロック状態にあるか否かを判定する機能と、電流指令値が電流値ゼロを含む所定の断線検出不可範囲にあるか否かを判定する機能を有している。また、位相シフト要求部４８は、モータジェネレータ１００がロック状態にあり、且つ、断線検出不可範囲内の電流相がある場合、電流指令補正部３２に対して、位相シフト要求θｓｆｔｒｅｑを出力する。

本実施形態において、位相シフト要求部４８は、回転センサ２４によって検出されたロータ角θに基づいて、モータジェネレータ１００がロック状態にあるか否かを判定する。また、位相シフト要求部４８は、電流指令生成部３０により生成された電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍが断線検出不可範囲にあるか否かを判定する。

異常判定部５０は、位相シフト要求θｓｆｔｒｅｑを受けて位相シフトされた電流指令値Ｉｄｃｏｍｆｉｘ，Ｉｑｃｏｍｆｉｘにより、モータジェネレータ１００が制御された結果に基づいて、ステータコイルの巻線に断線が生じているか否かを判定する。
本実施形態において、異常判定部５０は、減算部３６，３８にて算出されたｄ軸偏差ΔＩｄ及びｑ軸偏差ΔＩｑに基づいて、巻線に断線が生じているか否かを判定する。

次に、図３及び図４に基づき、ＭＧＥＣＵ１４による異常判定処理（断線検出処理）について説明する。なお、異常検出処理は、ＭＧＥＣＵ１４の電源が投入されている間、繰り返し実行される。

モータジェネレータ１００のロック状態とは、トルク指令に反してモータジェネレータ１００の回転が困難な状態であり、モータジェネレータ１００の回転数は非常に低い値をとる。例えば、登坂時にブレーキを使用せず、アクセル操作によって車両のずり下がりを抑制している場合、タイヤが溝に嵌った場合などに起こりうる。

そこで、先ずＭＧＥＣＵ１４の位相シフト要求部４８は、回転センサ２４からロータ角θを取得し、このロータ角θからモータジェネレータ１００の回転数を算出する。そして、算出した回転数が、ロック状態を判定するために予め設定された所定値未満であるか否かを判定する（Ｓ１０）。このステップＳ１０の処理が、特許請求の範囲に記載のロック状態判定手段に相当する。所定値としては、例えば５０ｒｐｍが設定される。

図４は、正弦波ＰＷＭ制御によってモータジェネレータ１００の駆動を制御したときに、各相のステータコイルに流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの波形を重ねて表記しており、縦軸が電流［Ａ］、横軸が電流位相を表すことができる電気角［°］となっている。各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは略正弦波状をなし、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相は、波形一周期を３６０［°］として１２０［°］ずつずれている。なお、破線は位相シフト前を示し、実線は位相シフト後を示している。図４では、電流振幅を４０［Ａ］としている。

ＭＧＥＣＵ１４ではフィードバック制御を行なうため、電流指令値がゼロ［Ａ］付近の場合、実電流値もゼロ［Ａ］付近の値となる。このように電流指令値がゼロ［Ａ］付近の場合、断線が生じていても、断線によって実電流値がゼロ［Ａ］付近の値となっているのか不明である。例えば図４において、電気角１２０［°］付近で、Ｗ相電流Ｉｗの電流値はほぼゼロとなる。このため、電気角１２０［°］付近で、Ｗ相ステータコイルの巻線の断線を検出することができない。

そこで、ステップＳ１０においてロック状態であると判定された場合、ＭＧＥＣＵ１４の位相シフト要求部４８は、電流指令値として、電流値ゼロを含む所定の断線検出不可範囲内の値をとっているものが存在するか否かを判定する（Ｓ１２）。すなわち、断線検出不可範囲内の電流相があるか否かを判定する。このステップＳ１２の処理が、特許請求の範囲に記載の電流値判定手段に相当する。断線検出不可範囲は、例えば、ノイズ等を考慮し、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの振幅に応じて設定される。

本実施形態では、電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍの絶対値が、予め設定された所定値以下であるか否かを判定する。それ以外にも、ｄ−ｑ座標系の電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍを三相交流座標系に変換し、断線検出不可範囲内の値をとっているものが存在するか否かを判定しても良い。

ステップＳ１２において断線検出不可範囲内の電流相があると判定された場合、ＭＧＥＣＵ１４の電流指令補正部３２は、位相シフト処理を実行する（Ｓ１４）。位相シフト処理では、モータジェネレータ１００の回転方向が変化せず、且つ、電流指令値が断線検出不可範囲外となるように、電流指令値の位相をシフトさせる。また、トルクの脈動を抑制するために、各相について、同じ電気角分シフトさせる。このステップＳ１４の処理が、特許請求の範囲に記載の位相シフト手段に相当する。

本実施形態では、位相シフト量として予めメモリに記憶された電気角１５［°］分、各相の電流指令値の位相がシフトするように、電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍを補正して、補正後の電流指令値Ｉｄｃｏｍｆｉｘ，Ｉｑｃｏｍｆｉｘを生成する。これにより、図４に示すように、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相も約１５［°］シフトする。なお、三相とも同じ電気角分、位相をシフトさせるため、例えば電気角１２０［°］において、位相後の電流指令値が三相とも断線検出不可範囲外となるように位相シフト量を設定する。上記したように、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相は、１２０［°］ずつずれているため、例えば０［°］＜位相シフト量≦４５［°］とすれば良い。

位相シフト処理の終了後、ＭＧＥＣＵ１４は、位相シフトされた電流指令値によりモータジェネレータ１００が制御された結果に基づいて、ステータコイルの巻線に断線が生じているか否かを判定する。本実施形態では、ＭＧＥＣＵ１４の異常判定部５０が、ｄ軸偏差ΔＩｄ及びｑ軸偏差ΔＩｑに基づいて、偏差が予め設定された所定値より大きい電流相があるか否かを判定する（Ｓ１６）。この際、ｄ軸偏差ΔＩｄ及びｑ軸偏差ΔＩｑと予め設定された所定値とを比較しても良いし、ｄ軸偏差ΔＩｄ及びｑ軸偏差ΔＩｑを三相交流座標系に変換し、各相の偏差と所定値とを比較しても良い。このステップＳ１６の処理が、特許請求の範囲に記載の異常判定手段に相当する。

上記したように、各相の電流指令値の位相を電気角１５［°］分シフトさせると、図４に示すように、電気角１２０［°］におけるＷ相電流Ｉｗの位相シフト後の実電流値は、Ｗ相ステータコイルの巻線に断線が生じていない場合、位相シフト前の電流値に較べて大きくなる。したがって、断線が生じていない場合、位相シフト前後で、Ｗ相の偏差は大きく変わらない。一方、断線が生じている場合、シフトさせた電流指令値に実電流値が追従せず、電気角１２０［°］におけるＷ相電流Ｉｗの位相シフト後の実電流値は、ゼロ［Ａ］付近の値となる。したがって、断線が生じている場合、位相シフト前後で、Ｗ相の偏差は大きく変化し、位相シフト後の偏差は所定値よりも大きな値をとる。

このように、偏差に基づいて、断線が生じているか否かを判定することができる。そして、ステップＳ１６において断線が生じていると判定された場合、ＭＧＥＣＵ１４はフェールセーフ処理を実行する（Ｓ１８）。フェールセーフ処理の一例としては、ＭＧＥＣＵ１４がモータジェネレータ１００の制御を禁止する。また、ＭＧＥＣＵ１４は、ＨＶＥＣＵ１０２に断線検出信号を出力し、これを受けて、ＨＶＥＣＵ１０２は、エンジンのみによる走行モードへの切り替えを実行する等が考えられる。

一方、ステップＳ１８において、全ての偏差が所定値以下である、すなわち、各相の実電流値が電流指令値に追従しており、いずれの相にも断線が生じていないと判定された場合、ステップＳ１８のフェールセーフ処理を実行せずに、一連の処理を終了する。この場合、通常の制御が実行されることとなる。例えば、通常制御では、位相シフト要求部４８から電流指令補正部３２に位相シフト要求θｓｆｔｒｅｑが入力されず、位相シフトしていない電流指令値Ｉｄｃｏｍ，Ｉｑｃｏｍが、電流指令値Ｉｄｃｏｍｆｉｘ，Ｉｑｃｏｍｆｉｘとして出力される。このように、断線検出の期間のみ位相をシフトさせると良い。

なお、ステップＳ１０においてロック状態にないと判定された場合、及び、ステップＳ１２において断線検出不可範囲内の電流相なしと判定された場合も、上記したステップＳ１６以上の処理を実行する。例えば、ロック状態でない場合、すなわち、モータジェネレータ１００の回転数が高回転の場合にも、ステップＳ１６において断線が生じていると判定されると、ＭＧＥＣＵ１４はフェールセーフ処理を実行する。また、断線検出不可範囲内の電流相なしの場合にも、ステップＳ１６において断線が生じていると判定されると、ＭＧＥＣＵ１４はフェールセーフ処理を実行する。このように、ＭＧＥＣＵ１４は、モータジェネレータ１００がロック状態のときだけでなく、ロック状態以外の場合にも、ステータコイルの巻線の断線を検出することができる。

次に、本実施形態に係るＭＧＥＣＵ１４の効果について説明する。

本実施形態では、モータジェネレータ１００がロック状態にあり、且つ、電流指令値が断線検出不可範囲内にある場合、モータジェネレータ１００の回転方向が変化せず、電流指令値が断線検出不可範囲外となるように、電流指令値の位相をシフトさせる。この位相シフトにより、電流指令値は断線検出不可範囲外となり、断線が生じていない場合には実電流値も断線検出不可範囲外となる。一方、断線が生じている場合には実電流値がゼロ［Ａ］付近の値となる。すなわち、断線が生じている場合と生じていない場合とで大きな差が生じ、これにより、断線が生じているか否かを判定することができる。したがって、モータジェネレータ１００がロック状態でも、ステータコイルの巻線の断線を速やかに検出することができる。

また、本実施形態では、位相シフトされた電流指令値と、該電流指令値にともなう実電流値との偏差に基づいて、モータジェネレータ１００の巻線に断線が生じているか否かを判定する。この場合、断線が生じている場合、断線が生じている相に対応する偏差が大きくなる。したがって、複数相のいずれに断線が生じたかを特定することができる。このように、断線相の特定により、故障解析の効率化、交換部品の削減などを図ることが可能となる。

また、本実施形態では、三相交流式のモータジェネレータ１００において、モータジェネレータ１００がロック状態にあり、且つ、電流指令値が断線検出不可範囲内にある場合、各相の電流指令値の位相を同じ電気角分シフトさせる。これにより、位相シフト後においても、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの位相は１２０［°］ずつずれた状態となる。したがって、駆動トルクの脈動を抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示したＭＧＥＣＵ１４と共通する部分についての説明は割愛する。

第１実施形態では、ステップＳ１６において、偏差を所定値と比較することで、断線相を特定する例を示した。しかしながら、それ以外の構成によっても、断線相を特定することができる。

本実施形態では、ＭＧＥＣＵ１４が図５に示す異常検出処理を実行する。図５は、図３に対応しており、図３の対応するステップ番号に１０を加算して示している。ステップＳ２４までは、図３に示したステップＳ１４までと同じである。

図３のステップＳ１６に対応するステップＳ２６では、実電流値の絶対値が所定値未満の電流相があるか否かを判定する。所定値としては、ノイズを考慮して、ゼロ［Ａ］付近の値が設定される。所定値とは、言うなれば上記した断線検出不可範囲である。

本実施形態では、第１実施形態同様、電流センサ２２により、二相（例えばＵ相、Ｗ相）のステータコイルに流れる実電流値が検出される。したがって、この二相については、電流センサ２２の検出信号から、断線が生じているか否かを判定することができる。例えば、位相シフト前の実電流値が断線検出不可範囲外であっても、断線が生じていなければ、位相シフト後の実電流値の絶対値が断線検出範囲外となる。したがって、位相シフト後の実電流値の絶対値が所定値未満であるか否かをもって、断線が生じているか否かを判定することができる。

一方、残りの一相（Ｖ相）については、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和がゼロになる関係から実電流値を算出し、算出された位相シフト後の実電流値の絶対値が所定値未満であるか否かをもって、断線が生じているか否かを判定することができる。例えば、ステップＳ２２において、Ｖ相の電流指令値が断線検出不可範囲内にあると判定された場合でも、ステップＳ２６において、位相シフト後のＶ相の実電流値を算出し、Ｖ相に断線が生じているか否かを判定することができる。

ステップＳ２６において、実電流値の絶対値が所定値未満の電流相があると判定された場合、すなわち、断線相があると判定された場合、ＭＧＥＣＵ１４は、フェールセーフ処理を実行する（Ｓ２８）。

このように、電流センサ２２を二相のみに設けた場合でも、三相のいずれに断線が生じたかを特定することができる。そして、断線相の特定により、故障解析の効率化、交換部品の削減などを図ることができる。

（第３実施形態）
本実施形態において、第１実施形態に示したＭＧＥＣＵ１４と共通する部分についての説明は割愛する。

第１実施形態に示したように、モータジェネレータ１００は、永久磁石からなるロータを有する。本実施形態では、その一例として、ロータの内部に永久磁石が埋め込まれた埋め込み磁石構造のモータジェネレータ１００を採用している。このような埋め込み磁石構造のモータは、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータと呼ばれる。埋め込み磁石構造のモータジェネレータ１００では、永久磁石によるマグネットトルクのほかに、リラクタンストルクが発生することが知られている。

マグネットトルクτ_ｍは、回転磁界の極とロータの永久磁石の磁極との吸引及び反発によって発生するトルクである。一方、リラクタンストルクτ_ｒは、回転磁界による極とロータの突極との吸引力だけによって生ずるトルクである。マグネットトルクτ_ｍ、リラクタンストルクτ_ｒ、及びその合成トルクτ_allは、次式１〜３にて示される。

（数１）τ_ｍ＝Ｐｎ×φｅ×Ｉｅ×ｃｏｓβ
（数２）τ_ｒ＝Ｐｎ×１／２×（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉｅ^２×ｓｉｎ２β
（数３）τ_all＝τ_ｍ＋τ_ｒ
なお、Ｐｎは永久磁石の極対数、φｅは永久磁石の磁束密度、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｉｅはステータコイルに流れる電流（三相電流の実効値）、βは電流位相角である。電流位相角βはロータの磁束に対する回転磁界の位相のずれ角（電流Ｉｅのｑ軸との位相角）である。

図６は、電流振幅一定の状態で、電流位相角βと各トルクτ_all，τ_ｍ，τ_ｒとの関係を示している。マグネットトルクτ_ｍは、電流位相角βがゼロ［°］で最大となり、位相角９０［°］でトルクがゼロとなる。一方、リラクタンストルクτ_ｒは、電流位相角βが４５［°］で最大となり、電流位相角βがゼロ［°］と９０［°］でトルクがゼロとなる。

埋め込み磁石構造のモータジェネレータ１００では、ステータコイルに流れる電流に対して最も効率的にトルクを発生させるために、同一電流に対して発生トルクを最大に制御する最大トルク電流制御が実施される。すなわち、図６に示す合成トルクτ_allが最大値となる電流位相角βで、各相電流が制御される。

このように最大トルク電流制御が実施される場合、第１実施形態に示した位相シフトによる断線検出を実施すると、電流位相角βも位相シフトと同じ電気角分シフトする。すなわち、合成トルクτ_allが最大となる電流位相角βからずれる。したがって、電流振幅が一定の場合、モータジェネレータ１００による駆動トルクが弱まり、例えば登坂路の負荷トルク以下となって、車両が登坂路をずり下がる虞がある。

そこで本実施形態では、ＭＧＥＣＵ１４が、第１実施形態に示した位相シフト処理に加えて、位相シフトにともなうトルクの変動を抑制するために、電流指令値に対してトルク補正処理を実行する。図７は、本実施形態に係るＭＧＥＣＵ１４の異常検出処理を示すフローチャートである。図７は、図３に対応しており、対応するステップ番号に２０を加算して示している。ステップＳ３４までは、図３に示したステップＳ３４までと同じである。また、ステップＳ３６以降は、図３に示したステップＳ１６以降と同じである。

ステップＳ３４に示す位相シフト処理の終了後、ＭＧＥＣＵ１４は、位相シフトにともなうトルクの変動を抑制するために、電流指令値に対してトルク補正処理を実行する（Ｓ３５）。このステップＳ３５が、特許請求の範囲に記載のトルク補正手段に相当する。

図８は、電流位相角βとトルクとの関係を示す図であり、トルク補正前を破線、トルク補正後を実線で示している。位相シフト前において、各相電流は、合成トルクτ_allが最大値となる電流位相角β（図中一点鎖線）で制御されている。したがって、ステップＳ３４において各相の電流指令値の位相を電気角１５［°］分シフトさせる、すなわち電流位相角βを電気角１５［°］分シフトさせると、シフト後（図中二点鎖線）の合成トルクτ_allは最大値よりも小さくなる。

ステップＳ３５では、上記したように、位相シフトにともなうトルクの変動をできるだけ小さくするために、電流指令値に対してトルク補正処理を実行する。その一例として、本実施形態では、位相シフト前後で同トルクとなるように、トルク補正を行なう。

具体的には、位相シフト要求部４８から位相シフト要求θｓｆｔｒｅｑが入力されると、ＭＧＥＣＵ１４の電流指令補正部３２は、位相シフト前後で同トルクとなるように、上記した数式１〜３に示す関係において、電流Ｉｅを決定する。このとき、電流Ｉｅの振幅を補正前よりも大きくする。例えば、第１実施形態同様、位相シフト前の電流振幅を４０［Ａ］とすると、図９に示すように、位相シフト及びトルク補正後の電流振幅（図中実線）を位相シフト前（図中破線）の１．０５倍とする。これにより、図８に実線で示すように、補正後の合成トルクτ_allの値が、電気角１５［°］分位相をシフトさせた電流位相角βにおいて、補正前の合成トルクτ_allの最大値と一致することとなる。

そして、位相シフト処理及びトルク補正処理の実行後、ＭＧＥＣＵ１４は、位相シフト処理及びトルク補正処理された電流指令値によりモータジェネレータ１００が制御された結果に基づいて、ステータコイルの巻線に断線が生じているか否かを判定する（Ｓ３６）。ステップＳ３６以降については、第１実施形態と同じであるため、その記載を省略する。

次に、本実施形態に係るＭＧＥＣＵ１４の効果について説明する。

本実施形態によれば、第１実施形態に示した効果に加えて、位相シフトにともなうトルクの変動を抑制することができる。したがって、例えばモータジェネレータ１００による駆動トルクが弱まり、車両が登坂路をずり下がるのを抑制することができる。

特に本実施形態では、位相シフト前後で同トルクとなるように、トルク補正を行なう。したがって、位相シフトの前後でトルクの変動が生じないようにすることができる。

また、本実施形態では、モータジェネレータ１００が、埋め込み磁石構造を有している。このため、図６に示したように、マグネットトルクτ_ｍだけでなく、リラクタンストルクτ_ｒも発生する。したがって、ロータの表面に永久磁石を貼り付けた表面磁石構造のモータジェネレータに適用する場合に較べて、位相シフトにともなうトルクの低下量を小さくすることができる。すなわち、トルク補正量を小さく抑えることができる。しかしながら、上記したＭＧＥＣＵ１４を表面磁石構造のモータジェネレータ、所謂ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータにも適用することもできる。この場合、リラクタンストルクτ_ｒがゼロとなる。

なお、本実施形態では、位相シフト量が予め設定されており、この位相シフトにともなって低下するトルクを補正すべく、電流Ｉｅを算出する例を示した。しかしながら、トルク補正するための電流Ｉｅが予め設定されており、補正後の合成トルクτ_allの値が補正前の合成トルクτ_allの最大値と一致するように、電流位相角β、ひいては位相シフト量を算出しても良い。すなわち、ステップＳ３４とステップＳ３５の順序を逆にしても良い。

また、位相シフト量及びトルク補正量は上記例に限定されるものではない。例えば図１０に示す第１変形例では、破線で示す位相シフト前の電流振幅が１００［Ａ］であり、位相シフト量を電気角５［°］分、位相シフト及びトルク補正後の電流振幅を位相シフト前の１．０１倍としている。これにより、例えば、電気角１２０［°］においてＷ相ステータコイルの巻線の断線を検出することができる。

また、位相シフトによる大きなトルク変動を抑制するために、例えば位相変化率に制限を設けることで、位相をシームレスに変化させても良い。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

ステータコイルの巻線に断線が生じているか否かの判定手法は、上記例に限定されるものではない。位相シフトされた電流指令値によってモータジェネレータ１００が制御された結果に基づくものであれば良い。例えば、変調率が、予め設定された所定値よりも大きいか否かをもって断線を検出することもできる。変調率は、出力値である（Ｖｄｃｏｓθ＋Ｖｑｓｉｎθ）を、入力値であるＶＢＡＴで除算した値である。しかしながら、変調率を用いた場合、三相交流式のモータジェネレータ１００において、断線相を特定することはできない。

また、それ以外にも、位相シフト前後における実電流値から、ステータコイルの巻線に断線が生じているか否かを判定することもできる。例えば図１１に示す第２変形例では、座標変換部３４にて座標変換された実電流値Ｉｄ，Ｉｑが、位相シフト要求部４８に入力されるようになっている。すなわち、断線検出不可範囲に電流相があるか否かの判定として、実電流値を用いる。例えば第２実施形態同様、電流センサ２２により、二相（例えばＵ相、Ｗ相）のステータコイルに流れる実電流値を検出し、残りの一相（Ｖ相）については、三相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和がゼロになる関係から実電流値を算出する。

この場合、図１２に示すように、ステップＳ３６に対応するステップＳ４６において、位相シフト前後で実電流値が変化しない電流相があるか否かを判定する。なお、位相シフト前後での実電流値の差分の絶対値が、予め設定された所定値未満である場合、実電流値に変化がないものとする。そして、ステップＳ４６において、実電流値が変化しない電流相があると判定された場合、ＭＧＥＣＵ１４は、フェールセーフ処理を実行する（Ｓ４８）。なお、図１２は図７に対応しており、図７の対応するステップ番号に１０を加算して示している。

上記実施形態では、モータジェネレータ１００の三相のうち、二相に対して電流センサ２２が配置される例を示したが、三相それぞれに電流センサ２２が配置された構成としても良い。この場合、各相と電流センサ２２が１対１で対応することとなり、各電流センサ２２によって検出される実電流値から、断線が生じているか否かを検出するとともに、断線相を特定することができる。

上記実施形態では、モータジェネレータ１００の回転数が所定値未満の場合に、ロック状態であると判定する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍが所定値以上の場合に、ロック状態であると判定するようにしても良い。また、ＰＷＭのキャリア周波数が所定値以下の場合に、ロック状態であると判定するようにしても良い。

電動機（モータ）及び発電機として機能するモータジェネレータ１００の例を示したが、少なくともモータの機能を有するものであれば良い。また、モータジェネレータ１００として三相交流式のモータジェネレータ１００の例を示したが、相数は特に限定されない。単相や三相以外の多相でも良い。

三相交流式のモータジェネレータ１００をベクトル制御する例を示したが、ベクトル制御に限定されるものではない。

また、モータ異常検出装置としては、ハイブリッド車のＭＧＥＣＵ１４に限定されるものではない。電気自動車のＭＧＥＣＵにも適用することができる。さらには、車両以外のモータについても適用することができる。

１０・・・モータ制御装置、１２・・・インバータ、１２ｕ・・・Ｕ相アーム、１２ｖ・・・Ｖ相アーム、１２ｗ・・・Ｗ相アーム、１４・・・ＭＧＥＣＵ、１６・・・バッテリ、１８・・・平滑コンデンサ、２０・・・電圧センサ、２２・・・電流センサ、２４・・・回転センサ、３０・・・電流指令生成部、３２・・・電流指令補償部、３４，４４・・・座標変換部、３６，３８・・・減算器、４０，４２・・・ＰＩ制御部、４６・・・ＰＷＭ変調部、４８・・・位相シフト要求部、５０・・・異常判定部、１００・・・モータジェネレータ、１０２・・・ＨＶＥＣＵ

Claims (7)

1. モータ（１００）が所定トルクを発生するために必要な電流指令値と、前記モータの巻線に流れる実電流値とに基づき、フィードバック制御される前記モータについて、前記巻線の断線を検出するモータ異常検出装置であって、
   前記モータがロック状態にあるか否かを判定するロック状態判定手段（Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０）と、
   電流値としての前記電流指令値又は前記実電流値が、電流値ゼロを含む所定の断線検出不可範囲にあるか否かを判定する電流値判定手段（Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４２）と、
   前記モータがロック状態にあり、且つ、前記電流値が前記断線検出不可範囲にあると判定された場合、前記モータの回転方向が変化せず、前記電流指令値が前記断線検出不可範囲外となるように、前記電流指令値の位相をシフトさせる位相シフト手段（Ｓ１４，Ｓ２４，Ｓ３４，Ｓ４４）と、
   位相シフトされた前記電流指令値により前記モータが制御された結果に基づいて、前記モータの巻線に断線が生じているか否かを判定する異常判定手段（Ｓ１６，Ｓ２６，Ｓ３６，Ｓ４６）と、
   を備えることを特徴とするモータ異常検出装置。
2. 位相シフトにともなうトルクの変動を抑制するために、前記電流指令値に対してトルク補正を行なうトルク補正手段（Ｓ３５，Ｓ４５）を備え、
   前記異常判定手段は、位相シフトされ、且つ、トルク補正された前記電流指令値により前記モータが制御された結果に基づいて、前記モータの巻線に断線が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のモータ異常検出装置。
3. 前記トルク補正手段は、位相シフト前後で同トルクとなるように、前記電流指令値に対してトルク補正を行なうことを特徴とする請求項２に記載のモータ異常検出装置。
4. 前記モータはＩＰＭモータであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のモータ異常検出装置。
5. 前記モータは三相モータであり、
   前記電流値判定手段は、前記モータの三相のうちのいずれか一相において、前記電流値が前記断線検出不可範囲にあるか否かを判定し、
   前記位相シフト手段は、前記モータがロック状態にあり、且つ、いずれか一相の前記電流値が前記断線検出不可範囲にあると判定された場合、前記モータの回転方向が変化せず、各相の前記電流指令値が前記断線検出不可範囲外となるように、各相の前記電流指令値の位相を同じ電気角分シフトさせることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載のモータ異常検出装置。
6. 前記異常判定手段は、位相シフトされた前記電流指令値と該電流指令値にともなう前記実電流値との偏差に基づいて、前記モータの巻線に断線が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のモータ異常検出装置。
7. 前記異常判定手段は、前記モータの三相のうち、二相に流れる前記実電流値の和から、残りの一相の巻線に断線が生じているか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載のモータ異常検出装置。

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