JP2017131087A

JP2017131087A - 電流センサの異常検知装置

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Publication number: JP2017131087A
Application number: JP2016010991A
Authority: JP
Inventors: 健郎塚本; Tateo Tsukamoto; 大輔廣野; Daisuke Hirono
Original assignee: Sanden Automotive Components Corp
Current assignee: Sanden Automotive Components Corp
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27
Also published as: CN108093674A; US20200186011A1; DE112017000466T5; WO2017126639A1

Abstract

【課題】電流センサの異常検知能力を向上させる。【解決手段】圧縮機を駆動するモータ１０へ電力を供給するインバータ１２に備えられた単一の電流センサ１６が異常であるか否かを検知する、電流センサ１６の異常検知装置は、電流センサ１６の出力信号に基づいてモータ１０の相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwを検出する相電流検出部２０と、圧縮機の吐出圧力Ｐo及び吸入圧力Ｐi並びに回転速度検出部４６で検出されたモータ１０の回転速度ωのうち少なくとも１つに基づいて、モータ１０の相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの推定相電流値Ｉ*を推定する相電流推定部４２と、相電流検出部２０で検出された相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの検出値と相電流推定部４２で推定された相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの推定相電流値Ｉ*との比較を行い、該比較の結果に基づいて、電流センサ１６が異常であるか否かを検知する異常検知部４４と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、電流センサの異常検知装置に関する。

電流センサの異常検知装置としては、例えば、モータの相電流を検出する電流センサを各相に設ける等、インバータに複数の電流センサを備えている場合に、各電流センサの出力信号を相互に比較することで、電流センサの異常検知を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１９２５８２号公報

ところで、インバータに電流センサを複数備えていると、インバータの大型化や製品コストの増大を招くおそれがあるため、単一の電流センサで相電流を検出することが考えられる。したがって、インバータに単一の電流センサを備える場合であっても、電流センサの異常を検知可能な技術が望まれる。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、モータの相電流を検出する単一の電流センサがインバータに備えられている場合であっても電流センサの異常を検知できるように異常検知能力を向上させた、電流センサの異常検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様による電流センサの異常検知装置は、圧縮機を駆動するモータへ電力を供給するインバータに備えられた電流センサが異常であるか否かを検知することを前提として、電流センサの出力信号に基づいてモータの相電流を検出し、圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力並びにモータの回転速度のうち少なくとも１つに基づいて、モータの相電流を推定し、検出された相電流の検出値と推定された相電流の推定値との比較を行い、該比較の結果に基づいて、電流センサが異常であるか否かを検知している。

また、本発明の第２の態様による電流センサの異常検知装置は、モータへ電力を供給するインバータに備えられた電流センサが異常であるか否かを検知することを前提として、電流センサの出力信号に基づいてモータの相電流を検出し、インバータのスイッチング素子又はその近傍に備えられた第１温度センサの出力信号に基づいて相電流を推定し、検出された相電流の検出値と推定された相電流の推定値との比較を行い、該比較の結果に基づいて、電流センサが異常であるか否かを検知している。

さらに、本発明の第３の態様による電流センサの異常検知装置は、モータへ電力を供給するインバータに備えられた電流センサが異常であるか否かを検知することを前提として、インバータのスイッチング素子又はその近傍に備えられた第１温度センサの出力信号に基づいて相電流を推定し、推定された相電流の推定値と、電流センサ又はその近傍に備えられた第２温度センサの出力信号に基づいて検出された電流センサに関する温度と、に基づいて、電流センサが異常であるか否かを検知している。

さらにまた、本発明の第４の態様による電流センサの異常検知装置は、モータへ電力を供給するインバータに備えられた電流センサが異常であるか否かを検知することを前提として、モータの回転駆動前に、モータに対する通電を所定のパターンで保持した状態で、電流センサ又はその近傍に備えられた温度センサの出力信号に基づいて検出された電流センサに関する温度に基づいて、電流センサが異常であるか否かを検知している。

本発明の電流センサの異常検知装置によれば、モータの相電流を検出する単一の電流センサがインバータに備えられている場合であっても、電流センサの異常を検知できるように異常検知能力を向上させることが可能となる。

第１実施形態に係る冷凍サイクルを示す構成図である。同実施形態に係るモータシステムを示すブロック回路図である。同実施形態に係る相電流検出方法を説明する回路図である。同実施形態に係る相電流特定テーブルである。同実施形態に係る吐出圧力−モータ電流の関係を示す説明図である。同実施形態に係る回転速度−モータ電流の関係を示す説明図である。同実施形態に係る回転速度−吐出圧力−モータ電流の関係を示す説明図である。同実施形態に係る吸入圧力−吐出圧力−モータ電流の関係を示す説明図である。同実施形態に係る吸入圧力−モータ電流の関係を示す説明図である。第２実施形態に係るモータシステムを示すブロック回路図である。同実施形態に係るスイッチング素子近傍温度−モータ電流の関係を示す説明図である。第３実施形態に係るモータシステムを示すブロック回路図である。同実施形態に係る電流センサ及びスイッチング素子近傍温度−モータ電流の関係を示す説明図である。第４実施形態に係るモータシステムを示すブロック回路図である。同実施形態に係る電流センサに関する温度の時間変化を示す説明図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電流センサの異常検知装置が適用される冷凍サイクルの一例を示す。

（冷凍サイクル）
冷凍装置等において冷媒を循環させる冷凍サイクル１では、気化した冷媒を圧縮機２で圧縮して昇温し、圧縮・昇温した冷媒が、凝縮器３において電動ファン４を回転させる強制冷却等によって放熱・凝縮されて液体とされ、さらに膨張弁５で減圧・膨張して一部の液体を蒸発させ、そして蒸発器６で周囲空気から熱を奪って残りの液体を気化させる。蒸発器６で気化した冷媒は圧縮機２で再度圧縮され、これを繰り返すことで冷媒が循環する。

圧縮機２の吐出口には、冷媒の吐出圧力を検出する吐出圧センサ７が設けられ、また、圧縮機２の吸入口には、冷媒の吸入圧力を検出する吸入圧センサ８が設けられている。圧縮機２は、後に詳述するモータ１０の軸出力によって駆動される。
図２は、モータ１０とその駆動制御系を含むモータシステムの一例を示している。

（モータ）
モータ１０は、３相ブラシレスモータであり、Ｕ相のコイルＣ_U、Ｖ相のコイルＣ_V及びＷ相のコイルＣ_Wの３相のコイルを含む図示省略のステータと、永久磁石を含む図示省略のロータと、を有している。Ｕ相コイルＣ_U、Ｖ相コイルＣ_V及びＷ相のコイルＣ_Wは、それぞれの一端が中性点Ｎで電気的に接続されてスター状に結線され、それぞれの他端が後述するインバータ１２に接続されている。また、モータ１０のロータ近傍には、例えば、モータ１０のロータの回転による磁気変化を電気信号に変換するホール素子等、ロータの回転位置に関する出力信号Ｖ_θmを出力する回転位置センサ１１が設けられている。なお、モータ１０のステータは、デルタ状結線で構成されていても、本発明に係る電流センサの異常検知装置を適用可能である。

（インバータ）
直流電源１４からの電力をモータ１０へ供給するインバータ１２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相について、直流電源１４の高電位側と低電位側との間に、ダイオードＤを逆並列に接続した２つのスイッチング素子を直列に接続して設けた３相ブリッジ回路を有している。Ｕ相については上アーム側のスイッチング素子Ｓ_U ^＋及び下アーム側のスイッチング素子Ｓ_U ⁻の間にＵ相コイルＣ_Uの他端が接続され、Ｖ相については上アーム側のスイッチング素子Ｓ_V ^＋及び下アーム側のスイッチング素子Ｓ_V ⁻の間にＶ相コイルＣ_Vの他端が接続され、Ｗ相については上アーム側のスイッチング素子Ｓ_W ^＋及び下アーム側のスイッチング素子Ｓ_W ⁻の間にＷ相コイルＣ_Wの他端が接続されている。なお、スイッチング素子には、本実施形態で用いられているＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）に限らず、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の半導体素子を用いてもよい。

また、インバータ１２には、下アーム側のスイッチング素子Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ⁻と直流電源１４の低電位側との間に、モータ１０のモータ電流を検出する電流センサ１６が１つ単独で介装されている。電流センサ１６は、モータ電流が流れるシャント抵抗Ｒsと、このシャント抵抗Ｒsの両端の電位差を増幅して出力するオペアンプ（図示省略）と、を有し、電流センサ１６はオペアンプの出力を出力信号Ｖrsとして出力する、シャント抵抗式の電流検出手段である。なお、本実施形態では、電流センサ１６は、前述のようなシャント抵抗式の電流検出手段に限らず、ホール素子あるいはトランスを用いた電流センサ等であってもよい。

（モータ制御装置）
モータ１０を制御するモータ制御装置１８は、電流センサ１６の出力信号Ｖrs、回転位置センサ１１の出力信号Ｖ_θm、及び、外部の上位制御装置（図示省略）からの指令信号を、適宜、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換し、変換したデジタル値に基づいて、インバータ１２のスイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻の各制御端子に対する制御信号としてのＰＷＭ信号を生成して出力する。これにより、Ｕ相のコイルＣ_U、Ｖ相のコイルＣ_V及びＷ相のコイルＣ_Wの３相のコイルに対して正弦波通電（１８０度通電）が行われるようにしている。モータ制御装置１８は、図示省略するが、コンピュータや、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶手段を内蔵し、モータ制御装置１８における後述の各機能は、予め記憶されたプログラムを読み込んで動作するコンピュータにより実行されるものとして説明する。ただし、これに限らず、ハードウェアの構成により各機能の一部又は全部を実現することも可能である。

モータ制御装置１８は、相電流検出部２０、ロータ回転角検出部２２、ｄｑ変換部２４、目標ｑ軸電流設定部２６、第１加減算部２８、第１ＰＩ制御部３０、目標ｄ軸電流設定部３２、第２加減算部３４、第２ＰＩ制御部３６、逆ｄｑ変換部３８及びＰＷＭ信号設定部４０で特定される機能を有している。

相電流検出部２０は、電流センサ１６の出力信号Ｖrsと、シャント抵抗Ｒsの既知の抵抗値と、後述するＰＷＭ信号設定部４０で設定されたＰＷＭ信号と、に基づいて、相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwを検出する。相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの具体的な検出方法については後述する。
ロータ回転角検出部２２は、回転位置センサ１１の出力信号Ｖ_θmに基づいて、モータ１０のロータの回転角θmを検出する。

ｄｑ変換部２４は、ロータ回転角検出部２２で検出されたロータ位置θmを用いて、相電流検出部２０で検出された相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwをｄｑ座標系のｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉqに変換する。ｄｑ座標は、モータ１０のロータに同期して回転する界磁方向をｄ軸とするとともに、このｄ軸と直交するトルク生成方向をｑ軸としたものである。

目標ｑ軸電流設定部２６は、上位制御装置からの指令信号に基づいて、又は、その他の既知の方法により、目標ｑ軸電流値Ｉqtを設定し、電流フィードバック制御を行うべく、第１加減算部２８で目標ｑ軸電流値Ｉqtとｑ軸電流値Ｉqとの偏差であるｑ軸電流偏差ΔＩqを演算し、第１ＰＩ制御部３０でｑ軸電流偏差ΔＩqに基づいてＰＩ制御を行うことでｑ軸印加設定電圧値Ｖqtを演算する。

目標ｄ軸電流設定部３２は、上位制御装置からの指令信号に基づいて、又は、その他の既知の方法により、目標ｄ軸電流値Ｉdtを設定し、電流フィードバック制御を行うべく、第２加減算部３４で目標ｄ軸電流値Ｉdtとｄ軸電流値Ｉdとの偏差であるｄ軸電流偏差ΔＩdを演算し、第２ＰＩ制御部３６でｄ軸電流偏差ΔＩdに基づいてＰＩ制御を行うことでｄ軸印加設定電圧値Ｖdtを演算する。

逆ｄｑ変換部３８は、ロータ位置θmを用いて、ｄｑ座標系のｑ軸印加設定電圧値Ｖqt及びｄ軸印加設定電圧値Ｖdtを、モータ１０のＵ相コイルＣ_Uに印加するＵ相印加設定電圧値Ｖut、Ｖ相コイルＣ_Vに印加するＶ相印加設定電圧値Ｖvt、及びＷ相コイルＣ_Wに印加するＷ相印加設定電圧値Ｖwtの３相座標系の印加設定電圧値に変換する。

ＰＷＭ信号設定部４０は、直流電源１４の電源電圧値Ｖinと、Ｕ相印加設定電圧値Ｖut、Ｖ相印加設定電圧値Ｖvt及びＷ相印加設定電圧値Ｖwtと、に基づいて、インバータ１２に備えられたスイッチング素子Ｕ^＋,Ｕ⁻,Ｖ^＋,Ｖ⁻,Ｗ^＋,Ｗ⁻の制御端子へそれぞれ出力する６つのＰＷＭ信号について、各スイッチング素子のオンとオフとの比率を規定するデューティを設定する。これにより、Ｕ相のコイルＣ_U、Ｖ相のコイルＣ_V及びＷ相のコイルＣ_Wの３相のコイルに対して、正弦波通電（１８０度通電）が行われるようにしている。

（相電流検出方法）
図３は、相電流検出部２０における相電流検出方法を説明するための回路図である。図３を用いて相電流検出部２０における相電流検出方法を説明する。

図３（ａ）では、スイッチング素子Ｓ_U ^＋、スイッチング素子Ｓ_V ⁻及びスイッチング素子Ｓ_W ⁻がオン状態であり、スイッチング素子Ｓ_U ⁻、スイッチング素子Ｓ_V ^＋及びスイッチング素子Ｓ_W ^＋がオフ状態である。このようなスイッチング素子のオン・オフ状態において、電流は、直流電源１４から、インバータ１２のスイッチング素子Ｓ_U ^＋、モータ１０のＵ相コイルＣ_Uの順で流れ、中性点Ｎから、Ｖ相コイルＣ_Vを流れる経路とＷ相コイルＣ_Wを流れる経路との２方向に分流する。中性点ＮからＶ相コイルＣ_Vを流れる電流はスイッチング素子Ｓ_V ⁻を流れ、一方、中性点ＮからＷ相コイルＣ_Wを流れる電流はスイッチング素子Ｓ_W ⁻を流れ、２つの経路を流れた電流は、シャント抵抗Ｒsを流れる前に合流して直流電源１４に戻る。このため、電流センサ１６のシャント抵抗Ｒsを流れる電流は、中性点Ｎに向けて流れる方向のＵ相電流Ｉuに相当し、このときの電流センサ１６の出力信号Ｖrsとシャント抵抗Ｒsの既知の抵抗値とに基づいて、Ｕ相電流Ｉuを検出することができる。

図３（ｂ）では、スイッチング素子Ｓ_U ^＋、スイッチング素子Ｓ_V ⁻及びスイッチング素子Ｓ_W ^＋がオン状態であり、スイッチング素子Ｓ_U ⁻、スイッチング素子Ｓ_V ^＋及びスイッチング素子Ｓ_W ⁻がオフ状態である。このようなスイッチング素子のオン・オフ状態において、直流電源１４からインバータ１２に流れる電流は、スイッチング素子Ｓ_U ^＋を流れる経路とスイッチング素子Ｓ_W ^＋を流れる経路との２方向に分流し、モータ１０の中性点Ｎにおいて合流する。中性点Ｎで合流した電流は、Ｖ相コイルＣ_V、シャント抵抗Ｒsの順で流れて直流電源１４に戻る。このため、電流センサ１６のシャント抵抗Ｒsを流れるモータ電流は、中性点Ｎからインバータ１２に向けて流れる方向のＶ相電流Ｉvに相当し、このときの電流センサ１６の出力信号Ｖrsとシャント抵抗Ｒsの既知の抵抗値とに基づいて、Ｖ相電流Ｉvを検出することができる。

したがって、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻のオン・オフ状態が決まれば、相電流検出部２０において、電流センサ１６の出力信号Ｖrsに基づいて検出されたモータ電流が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwのいずれであるかを電流方向も含めて特定できる。

図４は、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻のオン・オフ状態とこの状態に対応して検出される相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwとの関係を示した相電流特定テーブルを示している。
相電流特定テーブルには、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻のオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）状態の組み合せであるスイッチングパターンが８通りあり、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_V ^＋,Ｓ_W ^＋が全てオンになり、かつ、スイッチング素子Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ⁻が全てオフになるスイッチングパターンと、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_V ^＋,Ｓ_W ^＋が全てオフになり、かつ、スイッチング素子Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ⁻が全てオンになるスイッチングパターンと、を除いて、各スイッチングパターンに対応して検出される相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwが、中性点Ｎに向けて流れる方向を示すプラス（＋）記号と、中性点Ｎからインバータ１２に向けて流れる方向を示すマイナス（−）記号と、を付して最右欄に特定されている。

相電流検出部２０は、前述の相電流特定テーブルを予め記憶しており、ＰＷＭ信号設定部４０で設定されたＰＷＭ信号に基づいて、相電流特定テーブルを参照することで、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻のオン・オフ状態が８通りのスイッチングパターンのいずれに該当するかを判定する。そして、該当すると判定されたスイッチングパターンに基づいて、電流センサ１６の出力信号Ｖrsに基づいて検出されたモータ電流が、Ｕ相、Ｖ相又はＷ相の相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwのいずれに相当するかを電流方向も含めて特定する。これにより、相電流検出部２０は相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwを検出している。なお、以下の説明において、相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwは、電流方向とは関係しない電流の大きさを示し、正の値であるものとする。また、モータ電流は、電流センサ１６により検出される電流の大きさ、あるいは、電流センサ１６により検出されると推定される電流の大きさを示し、電流方向とは関係しない正の値であるものとする。

（電流センサの異常検知装置）
前述のように、相電流検出部２０は、単一の電流センサ１６の出力信号Ｖrsと、シャント抵抗Ｒsの既知の抵抗値と、ＰＷＭ信号設定部４０で設定されたＰＷＭ信号と、に基づいて、相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwを電流方向も含めて検出することができるが、インバータ１２に複数の電流センサが備えられている場合のように、電流センサ相互の出力信号を互いに比較して、いずれの電流センサが異常であるか否かを検知することができない。

このため、モータ制御装置１８では、その一部である相電流推定部４２及び異常検知部４４に、単一の電流センサ１６がインバータ１２に備えられている場合であっても、電流センサ１６が異常であるか否かを検知できる、電流センサ１６の異常検知装置としての機能をもたせている。異常検知部４４は、相電流検出部２０で検出された相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの検出値と、相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwを検出したときに相電流推定部４２で相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの推定値として推定された推定相電流値Ｉ^*（≧０）と、の比較を行い、この比較の結果に基づいて、電流センサ１６が異常であるか否かを検知する。例えば、相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの検出値と推定相電流値Ｉ^*との偏差の絶対値が所定値以上であると判定された場合には電流センサ１６が異常であると検知し、相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの検出値と推定相電流値Ｉ^*との偏差の絶対値が所定値未満であると判定された場合には電流センサ１６が正常であると検知することができる。

相電流推定部４２は、圧縮機２の吐出圧力及び吸入圧力並びにロータの回転速度のうち少なくとも１つに基づいて推定相電流値Ｉ^*を推定する。相電流推定部４２における推定相電流値Ｉ^*の推定方法には、例えば、以下の５つがある。

まず、第１の推定方法では、図５に示すように、圧縮機２の吐出圧力に対してモータ電流が略比例するという関係を、実験又はシミュレーション等により予め数値化して、吐出圧力とモータ電流とを関連付けた第１電流データテーブルをＲＯＭ等に記憶しておく。そして、吐出圧センサ７により検出された吐出圧力の検出値Ｐoに基づいて、第１電流データテーブルを参照し、対応するモータ電流を推定相電流値Ｉ^*とする。

なお、第１電流データテーブルに規定されるモータ電流は、相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwのいずれに相当するかによらず、同じ吐出圧力に対しては同一であるものとしているが、各相コイルＣ_U,Ｃ_V,Ｃ_W間や各スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻間等に電気的なバラツキがあることを考慮して、モータ電流が相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwのいずれに相当するかに応じて、同じ吐出圧力に対し異なる値としてもよい（以下の第２〜第５電流データテーブルにおいて同様である）。

第２の推定方法では、図６に示すように、ロータの回転速度が上昇するに従って、モータ電流が一旦低下してから上昇するという関係を、実験又はシミュレーション等により予め数値化し、回転速度とモータ電流とを関連付けた第２電流データテーブルをＲＯＭ等に記憶しておく。また、本推定方法に関して、モータ制御装置１８は、ロータ回転角検出部２２で検出されたロータ位置θmに基づいて、［ω＝ｄθm／ｄｔ］なる関係式等を用いてロータの回転速度ωを検出する回転速度検出部４６を更に備える。そして、回転速度検出部４６で検出されたロータの回転速度ωに基づいて、第２電流データテーブルを参照し、対応するモータ電流を推定相電流値Ｉ^*とする。

第３の推定方法では、図７に示すように、圧縮機２の吐出圧力が高くなるに従ってモータ電流が上昇し（図５参照）、かつ、ロータの回転速度が上昇するに従ってモータ電流が一旦低下してから上昇する（図６参照）という関係を、実験又はシミュレーションにより予め数値化し、回転速度と吐出圧力とモータ電流とを関連付けた第３電流データテーブルをＲＯＭ等に記憶しておく。また、本推定方法に関して、モータ制御装置１８は、前述の回転速度検出部４６を更に備える。そして、吐出圧センサ７により検出された吐出圧力の検出値Ｐo及び回転速度検出部４６で検出されたロータの回転速度ωに基づいて、第３電流データテーブルを参照し、対応するモータ電流を推定相電流値Ｉ^*とする。これにより、第１又は第２の推定方法のいずれかで推定相電流値Ｉ^*を推定するよりも、モータ電流を規定するパラメータが増えて、推定相電流値Ｉ^*を精度良く推定することができる。

第４の推定方法では、図８に示すように、圧縮機２の吸入圧力が上昇するに従って、モータ電流が一旦上昇してから低下するという関係を、実験又はシミュレーション等により予め数値化し、吸入圧力とモータ電流とを関連付けた第４電流データテーブルをＲＯＭ等に記憶しておく。そして、吸入圧センサ８により検出された圧縮機２の吸入圧力Ｐiの検出値に基づいて、第４電流データテーブルを参照し、対応するモータ電流を推定相電流値Ｉ^*とする。

第５の推定方法は、図９に示すように、圧縮機２の吐出圧力が高くなるに従ってモータ電流が上昇し（図５参照）、かつ、圧縮機２の吸入圧力が上昇するに従ってモータ電流が一旦上昇してから低下する（図８参照）という関係を、実験又はシミュレーション等により予め数値化し、吸入圧力と吐出圧力とモータ電流とを関連付けた第５電流データテーブルをＲＯＭ等に記憶しておく。そして、吸入圧センサ８により検出された吸入圧力Ｐi及び吐出圧センサ７により検出された吐出圧力の検出値Ｐoに基づいて、第５電流データテーブルを参照し、対応するモータ電流から推定相電流値Ｉ^*を推定する。これにより、第１又は第４の推定方法のいずれかで推定相電流値Ｉ^*を推定するよりも、モータ電流を規定するパラメータが増えて、推定相電流値Ｉ^*を精度良く推定することができる。

なお、第１〜第３の推定方法では吸入圧センサ８を設ける必要がなく、第１、第４及び第５の推定方法ではモータ制御装置１８に回転速度検出部４６は不要であり、第２及び第５の推定方法では吐出圧センサ７を設ける必要がない。

このような第１実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置によれば、異常検知部４４において、相電流検出部２０で検出された相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの検出値と、相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwを検出したときに相電流推定部４２で推定された推定相電流値Ｉ^*と、の比較を行い、この比較の結果に基づいて、電流センサ１６が異常であるか否かを検知しているので、インバータ１２に単一の電流センサ１６が備えられている場合であっても、電流センサ１６の異常を検知することができる。また、各相に１つずつ電流センサが設けられているような場合であっても、本実施形態の単一の電流センサ１６に対する異常検知方法を適用できる。したがって、複数の電流センサの出力信号を相互に比較して異常を検知する電流センサの異常検知装置と比較して、異常検知能力を向上させることができる。

［第２実施形態］
図１０は、本発明の第２実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置を適用したモータシステムの一例を示すブロック回路図である。なお、第１実施形態と共通の構成については、同一の符号を付してその説明を極力省略する（以下同様である）。

インバータ１２Ａにおいて、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻の少なくとも１つ又はその近傍には、サーミスタ等の第１温度センサ４８が更に設けられる。以下、第１温度センサ４８は、説明の便宜上、スイッチング素子Ｓ_W ^＋の近傍に１つ設けられ、スイッチング素子Ｓ_W ^＋あるいはその周囲の雰囲気温度（以下、「スイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度」という）Ｔsを検出するものとする。

モータ制御装置１８Ａは、その一部である相電流推定部４２Ａ及び異常検知部４４Ａに、電流センサ１６の異常検知装置としての機能をもたせている。
第１実施形態に係るモータ制御装置１８の相電流推定部４２は、圧縮機２の吐出圧力及び吸入圧力並びにロータの回転速度のうちの少なくとも１つに基づいて推定相電流値Ｉ^*を推定していたが、第２実施形態に係るモータ制御装置１８Ａの相電流推定部４２Ａでは、第１温度センサ４８の出力信号から検出されたスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度Ｔsに基づいて、推定相電流値Ｉ^*を推定している。

例えば、スイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度が、図１１に示すように、主にスイッチング素子Ｓ_W ^＋のオン抵抗によるジュール熱の影響を受けて、モータ電流に対して略２次関数的に変化するという関係を、実験又はシミュレーション等により予め数値化しておき、相電流推定部４２Ａがモータ電流とスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度とを関連付けた第６電流データテーブルをＲＯＭ等に記憶する。第１温度センサ４８はスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度Ｔsを検出するものであるので、第６電流データテーブルに規定されるスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度は、Ｗ相電流Ｉwに相当するモータ電流に関連付けられてもよい。そして、第１温度センサ４８により検出されたスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度Ｔsに基づいて、第６電流データテーブルを参照し、対応するモータ電流を推定相電流値Ｉ^*とする。このようにして、相電流推定部４２Ａは、推定相電流値Ｉ^*を推定することができる。

異常検知部４４Ａでは、相電流検出部２０で検出された相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwの検出値と、相電流Ｉu,Ｉv,Ｉwを検出したときに相電流推定部４２Ａで推定された推定相電流値Ｉ^*と、の比較を行い、この比較の結果に基づいて、電流センサ１６が異常であるか否かを検知する。例えば、相電流値Ｉu,Ｉv,Ｉwの検出値と推定相電流値Ｉ^*との偏差の絶対値が所定値以上であるか否かを判定することにより、電流センサ１６が異常であるか否かを検知する。前述のように、第６電流データテーブルに規定されるスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度が、Ｗ相電流Ｉwに相当するモータ電流に関連付けられている場合には、異常検知部４４Ａは、相電流検出部２０で検出されたＷ相電流Ｉwの検出値と、相電流検出部２０でＷ相電流Ｉwを検出したときに相電流推定部４２Ａで推定された推定相電流値Ｉ^*と、を比較するとよい。

異常検知部４４Ａにおける電流センサ１６の異常検知は、モータ制御装置１８Ａが、指令信号等に基づいて、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻の各制御端子に対するＰＷＭ信号を生成して出力し、３相のコイルＣ_U,Ｃ_V,Ｃ_Wに対して正弦波通電を行ってロータを回転駆動しているときに限らず、ロータを回転駆動する前に行われてもよい。

ロータを回転駆動する前に電流センサ１６の異常検知を行う場合、異常検知部４４Ａは、ＰＷＭ信号設定部４０に対して、Ｕ相印加設定電圧値Ｖut、Ｖ相印加設定電圧値Ｖvt及びＷ相印加設定電圧値Ｖwtによらず、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻へ出力するＰＷＭ信号のデューティを強制的に所定比率に保持するよう指示する。これにより、モータ１０に対するインバータ１２Ａの通電経路及びモータ電流のレベルを一定にするようにする。

例えば、前述のように、第６電流データテーブルに規定されるスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度が、Ｗ相電流Ｉwに相当するモータ電流に関連付けられている場合には、異常検知部４４Ａは、ＰＷＭ信号設定部４０に対して、モータ１０への通電を以下の所定パターンに保持するように指示することで、Ｗ相電流Ｉwに相当するモータ電流でモータ１０に通電するようにしてもよい。すなわち、異常検知部４４Ａは、ＰＷＭ信号設定部４０に対して、スイッチング素子Ｓ_U ⁻、スイッチング素子Ｓ_V ⁻及びスイッチング素子Ｓ_W ^＋へ出力されるＰＷＭ信号のデューティを所定比率で保持し、かつ、スイッチング素子Ｓ_U ^＋、スイッチング素子Ｓ_V ^＋及びスイッチング素子Ｓ_W ⁻へ出力されるＰＷＭ信号のデューティを０％で保持するか（図４のスイッチングパターンNo.7参照）、あるいは、スイッチング素子Ｓ_U ⁻、スイッチング素子Ｓ_V ⁻及びスイッチング素子Ｓ_W ^＋へ出力されるＰＷＭ信号のデューティを０％で保持し、かつ、スイッチング素子Ｓ_U ^＋、スイッチング素子Ｓ_V ^＋及びスイッチング素子Ｓ_W ⁻へ出力されるＰＷＭ信号のデューティを所定比率で保持する（図４のスイッチングパターンNo.2参照）ように指示する。

また、ロータを回転駆動する前に電流センサ１６の異常検知を行う場合、第６電流データテーブルに規定されるスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度は、第６電流データテーブルに規定されたモータ電流による通電状態が、例えば、スイッチング素子Ｓ_W ^＋が熱的に平衡状態に達したと推定される時間等、所定時間継続したときの値であってもよい。この場合、相電流推定部４２Ａは、上記所定時間が経過したときに第１温度センサ４８により検出されたスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度Ｔsを用いて、推定相電流値Ｉ^*を推定する。

なお、相電流推定部４２Ａにおける推定相電流値Ｉ^*の推定には、第１実施形態のように吐出圧センサ７及び吸入圧センサ８を必要としないので、モータ１０の駆動対象が冷凍サイクル１における圧縮機２でなくても、本実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置を適用可能である。

このような第２実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置によれば、第１実施形態と同様に、インバータ１２Ａに単一の電流センサ１６が備えられている場合であっても、電流センサ１６の異常を検知することができる。また、各相に１つずつ電流センサが設けられているような場合であっても、本実施形態の単一の電流センサ１６に対する異常検知方法を適用できる。したがって、複数の電流センサの出力信号を相互に比較して異常を検知する電流センサの異常検知装置と比較して、異常検知能力を向上させることができる。

［第３実施形態］
図１２は、本発明の第３実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置を適用したモータシステムの一例を示すブロック回路図である。

インバータ１２Ｂには、第２実施形態と同様に、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻の少なくとも１つ又はその近傍に第１温度センサ４８が設けられることに加え、電流センサ１６又はその近傍に、サーミスタ等の第２温度センサ５０が更に設けられている。

第３実施形態においても、説明の便宜上、第１温度センサ４８は、スイッチング素子Ｓ_W ^＋の近傍に１つ設けられ、スイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度Ｔsを検出するものとする。

第２温度センサ５０は、電流センサ１６あるいはその周囲の雰囲気温度（以下、「電流センサ１６に関する温度」という）Ｔ_rを検出する。第２温度センサ５０は電流センサ１６に関する温度Ｔ_rを検出するので、電流センサ１６は、通電による温度変化が比較的顕著なシャント抵抗式の電流検出手段であることが好ましい。

モータ制御装置１８Ｂは、その一部である相電流推定部４２Ｂ及び異常検知部４４Ｂに、電流センサ１６の異常検知装置としての機能をもたせている。

相電流推定部４２Ｂは、第２実施形態と同様に、第１温度センサ４８の出力信号から検出された、スイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度Ｔsに基づいて、推定相電流値Ｉ^*を推定している。例えば、相電流推定部４２Ｂは、第１温度センサ４８により検出されたスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度Ｔsに基づいて、前述の第６電流データテーブルを参照し、対応するモータ電流を推定相電流値Ｉ^*とする。このようにして、相電流推定部４２Ａは、推定相電流値Ｉ^*を推定することができる。

異常検知部４４Ｂでは、第２温度センサ５０により検出された電流センサ１６に関する温度Ｔ_rが、相電流推定部４２Ｂで推定された推定相電流値Ｉ^*に対する正常温度範囲に入るか否かを判定し、この判定結果に基づいて、電流センサ１６が異常であるか否かを検知する。

前述の正常温度範囲は、図１３に示すように、電流センサ１６が正常である場合に、第２温度センサ５０により検出された電流センサ１６に関する温度がモータ電流に対してどのように変化するかを、実験又はシミュレーション等によって予め数値化するとともに、シャント抵抗Ｒsにおける抵抗値のバラツキ等を考慮して、モータ電流毎に電流センサ１６に関する温度の上限値及び下限値の誤差範囲を設けることで規定される（図中の斜線部分）。

異常検知部４４Ｂは、例えば、電流センサ１６に関する温度の上限値及び下限値とモータ電流とを関連付けた正常温度範囲データテーブルをＲＯＭ等に記憶している。この場合、異常検知部４４Ｂは、相電流推定部４２Ｂで推定された推定相電流値Ｉ^*に基づいて、正常温度範囲データテーブルを参照し、対応するモータ電流における上限値及び下限値と、第２温度センサ５０により検知された電流センサ１６に関する温度Ｔ_rと、を比較し、この比較の結果に基づいて、電流センサ１６が異常であるか否かを検知する。

例えば、図１３を参照して、異常検知部４４Ｂは、第２温度センサ５０により検知された電流センサ１６に関する温度Ｔ_rが、推定相電流値Ｉ^*に対応するモータ電流において、正常温度範囲である上限値と下限値との間に含まれている（下限値＜Ｔ_r1＜上限値）と判定すれば、電流センサ１６が正常であると検知する。一方、異常検知部４４Ｂは、第２温度センサ５０により検知された電流センサ１６に関する温度Ｔ_rが、下限値以下である（Ｔ_r2≦下限値）あるいは上限値以上である（Ｔ_r3≧上限値）と判定すれば、電流センサ１６が異常であると検知する。

異常検知部４４Ｂにおける電流センサ１６の異常検知は、第２実施形態と同様に、ロータを回転駆動しているときに限らず、ロータを回転駆動する前に行われてもよい。異常検知部４４Ｂは、ロータを回転駆動する前に異常検知を行う場合、第２実施形態と同様に、モータ１０に対するインバータ１２Ｂの通電経路及びモータ電流のレベルが一定になるように、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻へ出力するＰＷＭ信号のデューティを強制的に所定比率に保持する。詳細は第２実施形態の説明を参照されたい。

なお、相電流推定部４２Ｂにおける推定相電流値Ｉ^*の推定には、第１実施形態のように吐出圧センサ７及び吸入圧センサ８を必要としないので、モータ１０の駆動対象が冷凍サイクル１における圧縮機２でなくても、本実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置を適用可能である。

このような第３実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置によれば、第１実施形態と同様に、インバータ１２Ａに単一の電流センサ１６が備えられている場合であっても、電流センサ１６の異常を検知することができる。また、各相に１つずつ電流センサが設けられているような場合であっても、本実施形態の単一の電流センサ１６に対する異常検知方法を適用できる。したがって、複数の電流センサの出力信号を相互に比較して異常を検知する電流センサの異常検知装置と比較して、異常検知能力を向上させることができる。

［第４実施形態］
図１４は、本発明の第４実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置を適用したモータシステムの一例を示すブロック回路図である。

インバータ１２Ｃには、第３実施形態と同様に、電流センサ１６又はその近傍に、電流センサ１６に関する温度Ｔ_rを検出する第２温度センサ５０が設けられている。電流センサ１６は、通電による温度変化が比較的顕著なシャント抵抗式の電流検出手段であることが好ましい。

モータ制御装置１８Ｃは、その一部である異常検知部４４Ｃに、電流センサ１６の異常検知装置としての機能をもたせている。なお、本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なり、推定相電流値Ｉ^*を推定する機能（相電流推定部）を有していない。また、第１実施形態で推定相電流値Ｉ^*を推定するために用いた吐出圧センサ７及び吸入圧センサ８を必要としないので、モータ１０の駆動対象が冷凍サイクル１における圧縮機２でない場合であっても、本実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置を適用可能である。

異常検知部４４Ｃは、ロータを回転駆動する前に、モータ１０に対する通電を所定のパターンに保持した状態で第２温度センサ５０により検出された電流センサ１６に関する温度Ｔ_rに基づいて、電流センサ１６が異常であるか否かを検知する。

モータ１０に対する通電を所定のパターンに保持するために、異常検知部４４Ｃは、ＰＷＭ信号設定部４０に対して、Ｕ相印加設定電圧値Ｖut、Ｖ相印加設定電圧値Ｖvt及びＷ相印加設定電圧値Ｖwtによらず、スイッチング素子Ｓ_U ^＋,Ｓ_U ⁻,Ｓ_V ^＋,Ｓ_V ⁻,Ｓ_W ^＋,Ｓ_W ⁻へ出力するＰＷＭ信号のデューティを強制的に所定比率に保持するよう指示する。これにより、モータ１０に対するインバータ１２Ａの通電経路及びモータ電流のレベルを一定にするようにしている。

例えば、図１４に示すように、異常検知部４４Ｃは、ＰＷＭ信号設定部４０に対して、スイッチング素子Ｓ_U ^＋、スイッチング素子Ｓ_V ⁻及びスイッチング素子Ｓ_W ⁻へ出力されるＰＷＭ信号のデューティを所定比率で保持する一方、スイッチング素子Ｓ_U ⁻、スイッチング素子Ｓ_V ^＋及びスイッチング素子Ｓ_W ^＋へ出力されるＰＷＭ信号のデューティを０％で保持するように指示する（図４のスイッチングパターンNo.4参照）。

また、異常検知部４４Ｃは、図１５に示すように、実験又はシミュレーション等によって、モータ１０に通電を開始してから、例えば、正常な電流センサが熱的に平衡状態に達する時間等、所定時間Δｔが経過したときの電流センサに関する温度を、正常温度Ｔ_r0として予め記憶している。

そして、異常検知部４４Ｃは、モータ１０に通電を開始してから所定時間Δｔが経過したときに第２温度センサ５０により検出された、電流センサ１６に関する温度Ｔ_rが、正常温度Ｔ_r0を含む所定範囲内にあるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、電流センサ１６が異常であるか否かを検知する。

このような第４実施形態に係る電流センサ１６の異常検知装置によれば、第１実施形態と同様に、インバータ１２Ｃに単一の電流センサ１６が備えられている場合であっても、電流センサ１６の異常を検知することができる。また、各相に１つずつ電流センサが設けられているような場合であっても、本実施形態の単一の電流センサ１６に対する異常検知方法を適用できる。したがって、複数の電流センサの出力信号を相互に比較して異常を検知する電流センサの異常検知装置と比較して、異常検知能力を向上させることができる。

なお、第１〜第４の実施形態において、電流センサ１６の異常検知装置が適用されるモータ制御装置１８,１８Ａ,１８Ｂ,１８Ｃの構成は一例であり、前述の構成に限定するものではない。例えば、ロータ位置θmは、ロータ回転角検出部２２において、回転位置センサ１１の出力信号に基づいて検出されるものとして説明したが、回転位置センサ１１を用いずに、各相に対する印加電圧等に基づいて検出してもよい。また、モータ制御装置１８,１８Ａ,１８Ｂ,１８Ｃは直流電源１４から電力を受けていたが、これに限られず、交流電源の出力を整流回路（例えば、ダイオードブリッジ等）で整流して電力を受けてもよい。

前述の第３実施形態において、スイッチング素子Ｓ_W ^＋及び電流センサ１６が正常であるときに、スイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度及び電流センサ１６に関する温度がモータ電流に対して同様に温度変化するような場合には、異常検知部４４Ｂは、第１温度センサ４８により検出されたスイッチング素子Ｓ_W ^＋に関する温度Ｔsと第２温度センサ５０により検出された電流センサ１６に関する温度Ｔ_rと、の温度差が所定範囲内にあるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、電流センサ１６が異常であるか否かを検知してもよい。

１…冷凍サイクル、２…圧縮機、７…吐出圧センサ、８…吸入圧センサ、１０…モータ、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…インバータ、１６…電流センサ、１８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ…モータ制御装置、２０…相電流検出部、４０…ＰＷＭ信号設定部、４２，４２Ａ，４２Ｂ…相電流推定部、４４，４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ…異常検知部、４６…回転速度検出部、４８…第１温度センサ、５０…第２温度センサ、Ｉu，Ｉv，Ｉw…相電流、Ｉ^*…推定相電流値、ω…回転速度、Ｐo…吐出圧力の検出値、Ｐi…吸入圧力の検出値、Ｔs…スイッチング素子Ｓ_w ^＋に関する温度、Ｔ_r…電流センサに関する温度

Claims

圧縮機を駆動するモータへ電力を供給するインバータに備えられた電流センサが異常であるか否かを検知する、電流センサの異常検知装置であって、
前記電流センサの出力信号に基づいて前記モータの相電流を検出する検出部と、
前記圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力並びに前記モータの回転速度のうち少なくとも１つに基づいて、前記相電流を推定する推定部と、
前記検出部で検出された前記相電流の検出値と前記推定部で推定された前記相電流の推定値との比較を行い、該比較の結果に基づいて、前記電流センサが異常であるか否かを検知する検知部と、
を含んで構成されたことを特徴とする、電流センサの異常検知装置。
モータへ電力を供給するインバータに備えられた電流センサが異常であるか否かを検知する、電流センサの異常検知装置であって、
前記電流センサの出力信号に基づいて前記モータの相電流を検出する検出部と、
前記インバータのスイッチング素子又はその近傍に備えられた第１温度センサの出力信号に基づいて、前記相電流を推定する推定部と、
前記検出部で検出された前記相電流の検出値と前記推定部で推定された前記相電流の推定値との比較を行い、該比較の結果に基づいて、前記電流センサが異常であるか否かを検知する検知部と、
を含んで構成されたことを特徴とする、電流センサの異常検知装置。
モータへ電力を供給するインバータに備えられた電流センサが異常であるか否かを検知する、電流センサの異常検知装置であって、
前記インバータのスイッチング素子又はその近傍に備えられた第１温度センサの出力信号に基づいて、前記モータの相電流を推定する推定部と、
前記推定部で推定された前記相電流の推定値と、前記電流センサ又はその近傍に備えられた第２温度センサの出力信号に基づいて検出された前記電流センサに関する温度と、に基づいて、前記電流センサが異常であるか否かを検知する検知部と、
を含んで構成されたことを特徴とする、電流センサの異常検知装置。
モータへ電力を供給するインバータに備えられた電流センサが異常であるか否かを検知する、電流センサの異常検知装置であって、
前記モータの回転駆動前に、前記モータに対する通電を所定のパターンで保持した状態で、前記電流センサ又はその近傍に備えられた温度センサの出力信号に基づいて検出された前記電流センサに関する温度に基づいて、前記電流センサが異常であるか否かを検知する検知部を含んで構成されたことを特徴とする、電流センサの異常検知装置。