JP2022065421A - ポンプ駆動装置の異常判定装置、異常判定方法およびモータ起動時の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの運転の制御のためにモータの実回転数を検出できない期間があっても、モータにより駆動されるポンプの異常判定を的確に行なう。【解決手段】ポンプ駆動装置の異常判定は、ポンプを駆動するモータの実回転数をセンサレスで求め、モータの目標回転数を指示して、モータの運転を制御し、目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である場合の累積期間が予め定めた閾値を超えた場合に異常と判定する。ここで、目標回転数と実回転数との前記乖離が予め定めた範囲内となった場合には、累積期間を閾値より小さな値に低減する低減処理を行ない、かつモータの運転の制御のために実回転数を検出できない期間には、この低減処理を抑制する。【選択図】図３

Description

本開示は、ポンプ駆動装置やモータの異常判定の技術に関する。

多相、例えば三相のブラシレスモータは、産業の様々な分野で広く用いられている。例えば燃料電池システムでは、燃料電池の冷却ポンプや水素ポンプなどの駆動源として利用されている。こうしたプラシレスモータを用いたシステムでは、モータが起動しないとか、所望の回転数が得られないといった異常が発生すると、システム全体の動作に支障を来たすことがあり得るので、モータやこれを駆動するコントローラの異常の発生を検出する様々な手法が採用されている。例えば下記特許文献１では、モータの実回転数を検出し、モータに対して指示した目標回転数と検出した実回転数との関係が、予め定めた範囲に入らないと、モータやコントローラを備えたポンプ駆動装置に異常が発生したと判断している。

特開２０１４－７６７８１号公報

しかしながら、こうした目標回転数と実回転数の関係から、ポンプ駆動装置の異常を検知する装置では、モータの実回転数の検出が正確に行なわれないと、ポンプの異常の検知も正確に行なうことができないという問題があった。特に、モータの駆動コイルの誘起電圧を用いて回転数を検出する、いわゆるセンサレスのモータ制御装置では、特定の条件下、例えば回転数の低い領域で、回転数を検出できない、あるいは回転数を誤検出することがあり、異常判定を正確に行なえない場合があり得た。

本開示は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

（１）本開示の一態様として、モータにより駆動されるポンプ駆動装置の異常判定装置が提供される。このポンプ駆動装置の異常判定装置は、ポンプを駆動するモータの実回転数をセンサレスで求める検出部と、前記モータの目標回転数を指示して、前記モータの運転を制御する制御部と、前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である場合の累積期間が予め定めた閾値を超えた場合に異常と判定する判定部と、を備える。こごて、前記判定部は、前記目標回転数に前記実回転数の前記乖離が予め定めた範囲内となった場合には、前記累積期間を前記閾値より小さな値に低減する低減処理を行ない、かつ前記モータの運転の制御のために前記実回転数を検出できない期間には、前記低減処理を抑制する。こうすれば、モータの運転の制御のためにモータの実回転数を検出できない期間があり、この間に実際のモータの回転数とは異なる回転数が検出されたとしても、累積期間を誤って大きく低減してしまい、モータの回転の異常の検出ができなくなってしまうという事態の発生を抑制できる。モータの実回転数の検出ができない期間とは、モータの回転数をセンサレスで、例えばモータの非通電のコイルに発生する誘起電圧によって検出する場合などで、モータの回転数が低い場合などに生じ得る。もとより、ホール素子などのセンサを設けて回転数を検出する場合であっても、回転数を検出できない場合があれば、同様に適用可能である。ここでモータの回転の異常は、モータ自体の故障の他、モータが駆動しているポンプのインペラなどの部材の固着故障や、モータを駆動するインバータなどの駆動回路の異常を含む。
（２）こうしたポンプ駆動装置の異常判定装置において、前記累積期間は、
［１］前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である時間を累積した値、
［２］前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である場合の回転数差を累積した値、
［３］前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である場合の前記ポンプにより供給される流体の流量の、予め定めた値からの不足分を累積した量、
のうちの少なくとも１つとしてもよい。こうすれば、様々なパラメータを用いて、異常の判定を行なうことができ、異常判定を柔軟に行なうことができる。
（３）こうしたポンプ駆動装置の異常判定装置において、前記制御部は、前記モータの起動時に、同期制御を行ない、前記同期制御が行なわれる少なくとも一部の期間は、前記検出部が前記実回転数の検出ができない期間であるとしてもよい。同期制御を行なう場合には、通常低回転数の範囲では実回転数を正確に検出することが困難であることが多い。この場合でも、異常の検出を的確に行なうことができる。
（４）こうしたポンプ駆動装置の異常判定装置において、前記検出部は、前記モータの多相コイルの誘起電圧により、前記モータの実回転数を検出するものとしてもよい。こうすれば、センサレスでモータの回転数を検出することができる。多相コイルとしては、三相コイルに限らず、五相コイルなどであってもよい。
（５）こうしたポンプ駆動装置の異常判定装置において、前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上とは、前記目標回転数と前記実回転数とが、予め定めた回転数差以上に相違する状態であるものとしてもよい。乖離の判断は回転数差によって判断できるが、予め定めた回転数差は、固定値であってもよいし、目標回転数の１／１０など、目標回転数に対する割合として定めてもよい。もとより、関数やグラフなどにより、目標回転数に対する回転数差を設定するものとしてもよい。
（６）こうしたポンプ駆動装置の異常判定装置において、前記判定部が行なう前記低減処理は、前記累積期間を初期化する処理であり、前記モータの前記実回転数を検出できない期間における前記低減処理の抑制は、前記初期化を禁止することで実現されるものとしてもよい。低減処理は、徐々に累積期間を低減（デクリメント）することで実現してもよいし、直接初期値に戻す初期化を行なうようにしてもよい。
（７）本開示の他の態様として、モータにより駆動されるポンプの異常判定方法が提供される。このポンプの異常判定方法は、前記モータの実回転数をセンサレスで求め、前記モータの目標回転数を指示して、前記モータの運転を制御し、前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である場合の累積期間が予め定めた閾値を超えた場合に異常と判定し、前記目標回転数に前記実回転数の前記乖離が予め定めた範囲内となった場合には、前記累積期間を前記閾値より小さな値に低減する低減処理を行ない、かつ前記モータの運転の制御のために前記実回転数を検出できない期間には、前記低減処理を抑制する。かかる手法によって、モータの運転の制御のためにモータの実回転数を検出できない期間があっても、ポンプの異常を的確に判定できる。

（８）本開示の更に他の態様として、モータの起動時の異常判定装置が提供される。このモータの異常判定装置は、前記モータの実回転数をセンサレスで求める検出部と、前記モータの起動時に同期制御により、前記モータの目標回転数を順次指示して、前記モータの起動を制御する制御部と、前記目標回転数と前記実回転数との回転数差が所定以上である時間の累積期間が予め定めた閾値を超えた場合に異常と判定する判定部と、を備える。ここで、前記判定部は、前記目標回転数に前記実回転数の前記乖離が予め定めた範囲内となった場合には、前記累積期間を前記閾値より小さな値に低減する低減処理を行ない、かつ前記モータの運転の制御のために前記実回転数を検出できない期間には、前記低減処理を抑制する。こうすれば、モータの運転の制御のためにモータの実回転数を検出できない期間があっても、モータの異常を的確に判定できる。

本開示は他の態様によっても実施可能である。例えば、ポンプの制御装置やポンプの制御方法に組み込んで実施することも可能である。また、モータを駆動するモータ駆動装置やドライバ、その駆動方法としても実現可能であるし、こうしたドライバにポンプやモータの駆動を指示する制御装置としても実施可能である。ドライバに組み込む場合には、目標回転数は上位の制御装置から与えられ、制御装置に組み込む場合には、実回転数はドライバ側から取得される。

実施形態のポンプ駆動装置の異常判定装置を示す概略構成図。 ポンプ駆動装置の異常判定装置をモータの駆動系を中心に示す構成図。 第１実施形態の異常判定処理ルーチンを示すフローチャート。 異常判定の手法を示す説明図。 第１実施形態における異常判定の手法を比較して示す説明図。 第２実施形態の異常判定処理ルーチンを示すフローチャート。 第３実施形態の異常判定処理ルーチンを示すフローチャート。

Ａ．第１実施形態：
（１）ハードウェア構成：
第１形態のポンプ駆動装置の異常判定装置２０を含む燃料電池システムの構成を、図１に示す。図示するように、このポンプ駆動装置の異常判定装置２０は、燃料電池３０を冷却する冷却液循環系４０に設けられた冷却水循環用のポンプ４１の駆動装置の異常を判定する装置である。まず、燃料電池３０を運転する構成について説明すると、燃料電池３０は、図示しない周知の燃料ガス供給排気系および酸化ガス（大気）供給排気系を備え、燃料ガスである水素と大気に含まれる酸素との電気化学反応により、発電を行なう。燃料電池３０は、電気化学反応により発熱するため、冷却液循環系４０により、冷却される。こうした燃料ガスや大気の供給・排出を行なう燃料ガス供給排気系、酸化ガス供給排気系、更には、冷却液循環系４０等の制御は、制御部７０により行なわれる。制御部７０は、燃料電池３０に設けられた図示しない温度センサや圧力センサなどのセンサ群から信号ＦＣＳを受け取り、燃料電池３０に設けられたインジェクタ、各種電磁弁などのアクチュエータ群に信号ＡＣＳを出力し、燃料電池３０を所望の状態で運転する。燃料電池３０の構成および運転の手法は周知のものなので、冷却液循環系４０以外の詳細は、図示および説明を省略する。

冷却液循環系４０は、ポンプ４１の他、ポンプ４１により循環される冷却液と大気との間で熱交換を行なうラジエータ４３、燃料電池３０から排出される冷却液をラジエータ４３もしくはバイパス管路４６のいずれかに分岐する三方弁４５，燃料電池３０とラジエータ４３との間で冷却液を循環させる循環路を構成する配管４７等から構成される。また、ポンプ４１には、駆動用のモータ５１およびドライバ６０からなるポンプ駆動装置５０が設けられている。

ポンプ駆動装置５０のモータ５１は、直流電源であるバッテリ５２の電力を用いて、ドライバ６０により駆動される。ドライバ６０は制御部７０に接続されており、制御部７０から指示された目標回転数Ｓt*でモータ５１を運転する。ドライバ６０は、制御部７０に対して、モータ５１の実回転数Ｓrrを出力する。制御部７０は、この目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとを用いて、モータ５１により駆動されるポンプの異常の判定をする。

モータ５１の駆動系を含むポンプ駆動装置５０の異常判定装置２０の詳細を、図２に示した。図示するように、ポンプ駆動装置５０の異常判定装置２０は、モータ５１、ドライバ６０、および制御部７０から構成される。ドライバ６０は、インバータ６２と駆動回路６４とから構成されている。ドライバ６０の駆動回路６４は、制御部７０からの目標回転数Ｓt*の指示を受け、インバータ６２に設けられたスイッチング素子を制御して、モータ５１を駆動する。以下、モータ５１を駆動するための回路構成とを各部の機能について順次説明する。

ポンプ４１を駆動するモータ５１は、本実施形態では、ブラシレスの三相ＰＭモータである。モータ５１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相コイルに、位相が１２０度ずれた正弦波の電流を流すことにより、回転磁界を形成し、これにより永久磁石を備える回転子５３を回転する。回転子５３が回転すると、ポンプ４１の図示しないインペラが回転し、配管４７内の冷却液を燃料電池３０方向に押し出す。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相コイルは、本実施形態では、星形結線されており、各コイルの一端に、インバータ６２からの出力が接続されている。

インバータ６２は、バッテリ５２からの電源ライン間に並列に介装された３組のスイッチング素子Ｓ１－Ｓ２，Ｓ３－Ｓ４，Ｓ５－Ｓ６、スイッチング素子Ｓ１－Ｓ６のコレクタ－エミクタ間に接続された保護用ダイオードＤ１－Ｄ６、を備える。各スイッチング素子Ｓ１－Ｓ６のゲートには、駆動回路６４からの駆動信号Ｄu+，Ｄu-，Ｄv+，Ｄv-，Ｄw+，Ｄw-が入力される。この駆動信号により、スイッチング素子は駆動され、順次導通状態（ターンオン）となる。なお、各組のスイッチング素子は同時に導通状態となることはない。

各組のスイッチング素子Ｓ１－Ｓ２，Ｓ３－Ｓ４，Ｓ５－Ｓ６の結合点は、モータ５１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の三相コイルの一端に接続される。したがって、例えば駆動信号Ｄu+がアクティプとなってスイッチング素子Ｓ１が導通状態となり、駆動信号Ｄv-がアクティブとなってスイッチング素子Ｓ４が導通状態となると、バッテリ５２からの電流が、スイッチング素子Ｓ１からＵ相コイルとＶ相コイル、更にはスイッチング素子Ｓ４を通って流れることになる。Ｕ相コイルに流れる電流Ｉｕ、Ｕ相コイルに接続されたラインに設けられた電流センサ５５ｕにより検出可能となっている。同様に、Ｖ相コイルに接続されたラインには電流センサ５５Ｖが、Ｗ相コイルに接続されたラインには電流センサ５５ｗが、それぞれ設けられ、Ｖ相コイルに流れる電流Ｉｖ、Ｗ相コイルに流れる電流Ｉｗを検出する。

駆動回路６４は、モータ制御部６５，出力部６６、検出部６７、入出力部６８を備える。検出部６７は、電流センサ５５ｕ，５５ｖ，５５ｗからの信号を読み取ってモータ５１の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。なお、ここでは理解の便を図って、三相コイルに流れる電流を全て検出するものとしたが、モータ５１の各相コイルに流れ込む電流と流れ出す電流とは対応しているので、電流センサは、三相の全てに設ける必要はない。

入出力部６８は、モータ制御部６５の指示を受けて、インバータ６２の各スイッチング素子Ｓ１からＳ６を駆動する信号Ｄu+，Ｄu-，Ｄv+，Ｄv-，Ｄw+，Ｄw-を出力する。モータ制御部６５は、入出力部６８を介して受け取った目標回転数Ｓt*に向けて、モータ５１の回転数を制御する。その際、モータ制御部６５は、回転数を増減するために必要な各相電流を演算し、これを出力部６６に出力する。出力部６６は、この指示を受けて、インバータ６２の各スイッチング素子Ｓ１からＳ６を駆動する信号Ｄu+，Ｄu-，Ｄv+，Ｄv-，Ｄw+，Ｄw-のオン時間を定め、これを出力する。出力部６６は、各スイッチング素子のオン時間を制御するパルス幅変調モジュール（ＰＷＭ）として機能する。

モータ制御部６５は、検出部６７を介して各相コイルの電流の変化を検出するが、このうち、２組のスイッチング素子がターンオンして駆動電流が流れるコイル以外のコイルには、回転子５３に設けられた永久磁石との位置関係に応じた誘起電圧が生じる。この誘起電圧に対応した電流は、電流センサにより検出可能である。モータ５１が一定以上の回転数で回転していれば、誘起電圧による電流変化は、回転子５３の角度を演算するに十分な大きさとなっているので、モータ制御部６５は、これから回転子５３の回転位相、つまり三相コイルｕ，ｖ，ｗに対する角度を求め、この角度に基づいて、各相コイルに流すべき電流の大きさを演算し、出力部６６を介して、インバータ６２の各スイッチング素子Ｓ１－Ｓ６のオン・オフを制御する。モータ制御部６５は、回転子５３の回転角度の変化からモータ５１の実回転数Ｓrrを求め、これを入出力部６８を介して、制御部７０に出力する。

他方、モータ５１の回転数が低い場合、例えば停止していたモータ５１を制御部７０からの指示により起動する場合などには、誘起電圧による電流変化によっては、回転子５３の回転角度を検出することができない。更に言えば、回転子５３が停止している場合には、回転子５３が各相コイルに対してどのような角度で停止しているかを検出することができないので、最初に通電すべきコイルを特定することもできない。そこで、こうした場合には、
［１］回転磁界の形成前に、停止している回転子５３の回転角度を検出する検出処理、
［２］回転子５３の回転角度を検出することなく回転磁界を形成する同期制御、
のいずれかを行なう。本実施形態では、［２］の手法を採用している。

同期制御では、回転子５３の位置を検出しないまま、各相コイルｕ，ｖ，ｗに電流を流し、ゆっくりと回転する回転磁界を形成する。この場合、回転子５３の回転角度を検出していないので、回転子５３の永久磁石が形成する磁束の方向対して、高効率の角度に回転磁界を形成することができない場合も多いが、回転子５３は、徐々に回転を始め、時間をかけて回転磁界の回転に同期する。この間は、誘起電圧は十分な大きさにならないので、モータ制御部６５は、誘起電圧から回転子５３の回転角度、ひいては回転数を検出することができない。このためモータ制御部６５は、自ら指示する回転磁界の回転速度に対応した回転数で、回転子５３が回転しているものとして、この回転磁界の回転速度に対応した回転数を、実回転数Ｓrrとして、外部に、ここでは制御部７０に出力する。

制御部７０は、コンピュータ（ＣＰＵ）やメモリ、入出力インタフェース部などを内蔵し、後述するプログラムを実行することにより、指示部、判定部、出力部などの機能を実現する。図２に示したように、制御部７０は、インバータ６２の駆動回路６４に対して、指示部の働きにより目標回転数Ｓt*を出力し、駆動回路６４から実回転数Ｓrrを受け取って、判定部の働きによりポンプ４１の異常を判定し、異常判定の結果を出力部の働きにより、外部に、例えばインスツルメントパネルの警告灯や、ダイアグノーシスコンピュータ等に出力する。なお、検出されるポンプ４１の異常は、ポンプ４１を駆動するモータ５１自体の故障の他、モータ５１が駆動しているポンプ４１のインペラなどの部材の固着故障や、モータ５１を駆動するインバータ６２などの駆動回路、更にはインバータを制御する制御側の異常、各種配線の断線や短絡故障などの異常を含む。図２において、駆動回路６４の入出力部６８から制御部７０に出力されている信号Ｓscは、駆動回路６４が同期制御を実施している場合にアクティブとなる信号であるが、第１実施形態では、駆動回路６４はこの信号を出力する機能を有していない。この信号Ｓscについては、第２実施形態で説明する。

（２）異常判定処理：
ポンプ駆動装置５０の異常判定装置２０が行なう異常判定処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。図示する異常判定処理は、制御部７０に内蔵されたＣＰＵにより、所定の間隔で繰り返し実行される。この処理が開始されると、まずモータ５１を運転するかを判断する（ステップＳ１０５）。モータ５１を運転する必要がない場合には、何も行なわず、「ＮＥＸＴ」に抜けて、本処理ルーチンを終了する。運転する必要がない場合とは、ポンプ４１を運転して冷却液を循環する必要がない場合のみならず、モータ５１の起動に失敗して、次の再起動を待っている間などが相当する。

モータ５１を運転すると判断した場合には、次に、５１の目標回転数Ｓt*をドライバ６０に指示し（ステップＳ１１０）、ドライバ６０からモータ５１の実回転数Ｓrrを受け取る処理を行なう（ステップＳ１２０）。その上で、制御部７０は、指示した目標回転数Ｓt*と取得した実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値（┃Ｓt*－Ｓrr┃）が、予め定めた回転数閾値ΔＳより大きいか否かを判断する（ステップＳ１２５）。この処理は、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとが乖離している場合に相当する。

ドライバ６０は、目標回転数Ｓt*を受け取って、モータ５１を起動するが、モータ５１の回転数は徐々に目標回転数Ｓt*に向かって上昇していくため、その間は、実回転数Ｓrrは目標回転数Ｓt*を下回っている。しかも、起動時には、上述した様に、同期制御が行なわれるため、回転数の上昇は緩やかなものとなり、ドライバ６０は、この間、誘起電圧による回転子５３の回転数の検出ができないので、実測された回転数に代えて、制御上の見込み回転数を実回転数Ｓrrとして出力する。

この様子を図４に例示した。図において実線Ｊ１は、同期制御によって、モータ５１の回転子５３の実回転数Ｓrrが目標回転数Ｓt*に向かって上昇していく場合を示す。他方、破線Ｂ１は、何らかの異常が生じて、回転子５３の実回転数Ｓrrが目標回転数Ｓt*まで上昇しない場合を示す。同期制御が行なわれている場合には、ドライバ６０の駆動回路６４は、実回転数Ｓrrを実際には計測していないから、異常が生じた場合でも、実回転数Ｓrrは、破線Ｂ１のようにはならず、実線Ｊ１のように上昇する。

この結果、同期制御の間に出力され実回転数Ｓrrと目標回転数Ｓt*との偏差は、時刻ｔ１までは回転数閾値ΔＳを上回ることになる。そこで、この場合には、制御部７０は、異常判定カウンタＣerr をインクリメントする（ステップＳ１４０）。つまり、異常判定カウンタＣerr は、実回転数Ｓrrと目標回転数Ｓt*との乖離が所定以上の場合の累積期間を求めることに相当する。他方、時刻ｔ１になると、見かけ上の偏差は回転数閾値ΔＳより小さくなるので（ステップＳ１２５：「ＮＯ」）、次に、時刻ｔが同期制御の実施期間より後の所定のタイミングｔｓより小さいかの判断を行なう（ステップＳ１３５）。仮に、ｔ＜ｔｓ、つまり同期制御の実施期間を過ぎたタイミングｔｓに至っていなければ、何も行なわない。時刻ｔが所定のタイミングｔｓ以降になっていれば（ステップＳ１３５：「ＮＯ」）、異常判定カウンタＣerr を値０に初期化する処理を行なう（ステップＳ１５０）。ここで初期化は、実回転数Ｓrrと目標回転数Ｓt*との偏差が大きい時間を累積した累積期間を低減する低減処理に相当する。初期化すれば、直ちに累積期間である異常判定カウンタＣerr は値０に低減される。初期化は、例えば２段階に分けて行なうなど、一度に行なわない手法を含む。また、ステップＳ１３５の判断によって、初期化を行なわないことは、累積期間の低減を含む初期化を抑制値（ここでは禁止）することに相当する。

これらいずれかの処理を行なったのち、異常判定カウンタＣerr が閾値ＴｈＣより大きいか否かの判断を行なう（ステップＳ１６５）。異常判定カウンタＣerr が閾値ＴｈＣより大きくなっていれば、異常と判定し、これを異常信号Ｓerr として出力する（ステップＳ１７０）。異常判定カウンタＣerr が閾値ＴｈＣより大きくなっていなければ、異常は生じていないとして、何も行なわず、「ＮＥＸＴ」に抜けて、本処理ルーチンを一旦終了する。

上述した異常判定処理ルーチンは所定の間隔で繰り返し実行されるから、仮にモータ５１の回転子５３の実回転数Ｓrrが破線Ｂ１のように、いつまでたっても目標回転数Ｓt*に到達しない場合、ステップＳ１２５の判断は、繰り返し「ＹＥＳ」となって、異常判定カウンタＣerr は、この判定処理ルーチンが実行される度にインクリメントされる（ステップＳ１４０）。この結果、異常判定カウンタＣerr は、破線Ｅｂ１のようにカウントアップを続け、時刻ｔ２で閾値ＴｈＣを上回るから、異常と判定されることになる。他方、同期制御の結果、回転子５３の実回転数Ｓrrが正常に上昇した場合には、同期制御の実施期間より後の所定のタイミングｔｓになると、異常判定カウンタＣerr は値０に初期化されるから（ステップＳ１５０）、異常との判定はなされない。

図４において、破線Ｂ１は仮想的な回転数であり、仮に何らかの異常、例えばポンプ４１のインペラが異物を噛み込んで回転不能となっていたり三相コイルｕ，ｖ，ｗのいずれかが断線して正常回転できない状態となっていたりすると、同期制御によってモータ５１の回転子５３は正常に回転しないが、その場合でも、駆動回路６４は正常回転しているものとして、同期制御の実施期間は、実線Ｊ１と同様に実回転数Ｓrrを出力し続ける。その上で、実回転数Ｓrrが目標回転数Ｓt*から回転数閾値ΔＳだけ小さい回転数まで上昇していれば、誘起電圧によって回転数は検出できるとして、誘起電圧の周期の逆数として回転子５３の回転数を検出し、これを実回転数Ｓrrとして出力する。つまり、同期制御によってモータ５１の起動に失敗した場合には、図４に一点鎖線Ｄ１として示したように、同期制御が終了するタイミングｔｐには、実回転数Ｓrrは正常値から外れてしまう。正常値から外れるとは、回転子５３が噛み込みなどにより回転できない場合には、実回転数Ｓt*が値０となり、三相コイルの一部断線などの場合には、実回転数Ｓrrが値０ではないものの、目標回転数Ｓt*より回転数閾値を超えて小さくなることがある。回転数が誘起電圧による検出ができないほど小さければ回転していても回転数０とされる。

そこで、こうした同期制御によってモータ５１が正常に起動できない場合の異常判定処理ルーチンにおける異常検出の様子を、図５を用いて説明する。図５は、同期制御を行なっても、モータ５１が起動しないケースを示す。制御部７０がドライバ６０に対してモータ５１の起動を指示し、目標回転数Ｓt*を指示すると、同期制御が行なわれる期間Ｐｓｃでは、実線Ｊ２に示すように、ドライバ６０の駆動回路６４は、実回転数Ｓrrとして目標回転数Ｓt*に向けて上昇していく同期制御上の仮想的な回転数を出力し続ける。この間、異常判定カウンタＣerr は、順次インクリメントされて増加されていく。

この様子を、図５では、（１）と（２）として２つ示した。（１）における異常判定カウンタＣerr は、図３の処理ルーチンにおいて、ステップＳ１３５の判断、つまり時刻ｔが同期制御の実施期間Ｐｓｃを超えたタイミングｔｓであるかを判断して、時刻ｔがタイミングｔｓを超えるまで、異常判定カウンタＣerr の初期化の処理（ステップＳ１５０）を行なわない、という一連の処理を行なわない場合を示している。この場合、図５の破線Ｅｊ２とした示したように、異常判定カウンタＣerr は、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値が、回転数閾値ΔＳより小さくなったタイミングｔ１で初期化されて値０となる。このため、同期制御の実施期間Ｐｓｃが経過し、モータ５１の起動に失敗した場合でも、異常判定カウンタＣerr は初期化されてしまうので、再度起動を試みて同期制御を行なうと、同様の処理が繰り返され、何度同期制御を行なって起動に失敗しても、これを異常として検出することができない。

これに対して、本実施形態では、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値が、回転数閾値ΔＳより小さくなっても（ステップＳ１２５：「ＮＯ」）、時刻ｔがタイミングｔｓを超えるまでは（ステップＳ１３５：「ＹＥＳ」）、異常判定カウンタＣerr の初期化の処理（ステップＳ１５０）を行なわない。したがって、図５の（２）に実線Ｅｂ２として示したように、異常判定カウンタＣerr は、タイミングｔ１で初期化されず、インクリメントされた値に維持される。同期制御が終了すれば、次の同期制御の開始まで、ステップＳ１０５の判断は「ＮＯ」となり、異常判定カウンタＣerr には何らの変化は生じない。次に、モータ５１を起動するとして同期制御を開始すると（図示タイミングｔ３）、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値は、回転数閾値ΔＳより大きいから、再びステップＳ１２５での判断は「ＹＥＳ」となり、異常判定カウンタＣerr のインクリメントが行なわれる。この結果、異常判定カウンタＣerr はやがて閾値ＴｈＣを超え（図示タイミングｔ４）、制御部７０は、モータ５１によるポンプ４１の起動ができないとして、異常を検出し、これを出力する（ステップＳ１６５．Ｓ１７０）。もとより、異常判定カウンタＣerr が閾値ＴｈＣに到達するまでに、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値が、回転数閾値ΔＳより小さくなれば、異常判定カウンタＣerr は初期化され、異常との判定がなされず、ポンプ４１は正常に起動されたと判断される。

以上説明した第１実施形態では、センサレスで回転数を検出してモータ５１を駆動するドライバ６０が、モータ５１の起動時に同期制御を行ない、同期制御の実施期間中、モータ５１の実回転数Ｓrrとして、実際の回転子５３の回転数ではなく制御上の回転数を出力する場合であっても、異常の判定を誤ることがない。同期制御を繰り返してもモータ５１を起動できない場合には、モータ５１を再度起動しようとするリトライを許容しつつ、予め設定した回数までリトライしても誘起電圧による回転数の検出ができなければ、ポンプ４１の異常と判定することができる。また、モータ５１が一旦起動した後、誘起電圧によってモータ５１の実回転数Ｓrrが検出できる状態になった後、何らかの原因で、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの乖離が回転数閾値以上となる状況が続くと、異常判定カウンタＣerr はインクリメントされるから（図３、ステップＳ１４０）、同期制御以外でも異常の発生を判定できる。

上記第１実施形態では、ステップＳ１３５で、時刻ｔが、所定の時刻ｔｓを超えたかを判断したが、この時刻ｔｓは、同期制御が開始されたタイミングからの所定の期間として規定してもよい。また、モータ５１の起動が繰り返される場合には、同期制御の開始は、再度同期制御が行なわれる場合の再同期を待っている期間の終了のタイミングとして規定してもよい。

Ｂ．第２実施形態：
次に第２実施形態について、説明する。第２実施形態のポンプ駆動装置の異常判定装置２０は、第１実施形態と同様のハードウェア構成を備えるが、図１に示した構成のうち、駆動回路６４が出力する信号Ｓscを制御部７０が利用可能となっている点で相違する。この信号Ｓscは、駆動回路６４が同期制御を行なっていることを示す信号である。

図６は、第２実施形態における異常判定処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、第１実施形態のステップＳ１３５に代えて、ステップＳ１３７を行なう点のみが相違する。すなわち、第２実施形態では、同期制御開始からの経過時間である時刻ｔが予め同期制御の実施期間を超えるタイミングｔｓより大きいかを判断する（図３：ステップＳ１３５）代わりに、同期制御が行なわれているか否かを信号Ｓscがオンであるか否かにより判断する（ステップＳ１３７）のである。この結果、同期制御が行なわれている間（Ｓscがオン）の場合には、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値が、回転数閾値ΔＳより小さくなっていても、異常判定カウンタＣerr の初期化の処理（ステップＳ１５０）は行なわれない。したがって、この第２実施形態でも、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

Ｃ．第３実施形態：
次に第３実施形態について、図７を用いて説明する。第３実施形態では、第１，第２実施形態と同様のハードウェア構成を用いるが、図７に示すように、第１実施形態のステップＳ１３５や第２実施形態のステップＳ１３７に相当する処理を行なわない。つまり、同期制御期間であれば、異常判定カウンタＣerr の初期化を行なわないという判断を実行しない。第３実施形態では、図示するように、同期制御期間であるか否かの判断に代えて、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値が、回転数閾値ΔＳより大きい場合（ステップＳ１２５，「ＹＥＳ」）には、異常判定カウンタＣerr を値１ずつインクリメントする（ステップＳ１４２）。他方、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値が、回転数閾値ΔＳ以下になった場合（ステップＳ１２５：「ＮＯ」）には、異常判定カウンタＣerr を値４ずつデクリメントし（ステップＳ１５２）、異常判定カウンタＣerr が０未満となったら（ステップＳ１５４）、これを値０に初期化する（ステップＳ１５５）。

かかる処理を行なう第３実施形態では、図４に示した例に則して言えば、時刻ｔ１までは異常判定カウンタＣerr は傾き１でインクリメントされて値が大きくなるが、同期制御中に、目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値が、回転数閾値ΔＳより小さくなると、以後は、異常判定カウンタＣerr はデクリメントされ、値が小さくなっていく。その後、同期制御の実施期間が終了すると、モータ５１の起動に成功していれば、そのまま異常判定カウンタＣerr はデクリメントされ続け、値０に初期化される。モータ５１の起動に失敗していれば、同期制御の残時間（時刻ｔ１からｔｓまど）は、異常判定カウンタＣerr はデクリメントされるが、誘起電圧による回転数検出に失敗すれば、異常判定カウンタＣerr のデクリメントは止まり、再度同期制御によるモータ５１の起動が開始されると、再び、異常判定カウンタＣerr はインクリメントされる。この結果、数度の同期制御によってもモータ５１が起動しない場合には、異常判定カウンタＣerr はいずれ閾値ＴｈＣを超えることになり、ポンプ４１の異常を検出できる。リトライの間にモータ５１が正常に回転できるようになれば、異常判定カウンタＣerr は値４ずつデクリメントされて、いずれ値０に初期化される。なお、本実施形態において、デクリメントの方をインクリメントより大きな値で行なっているのは、モータ５１の目標回転数Ｓt*と実回転数Ｓrrとの偏差の絶対値が、回転数閾値ΔＳより小さくなった場合には、つまりモータ５１が正常に起動した場合には、異常判定カウンタＣerr を速やかに初期化するためである。もとより、インクリメントとデクリメントの速度は同じであってもよいし、インクリメントの方を大きな値で行なうようにしてもよい。

Ｄ．他の実施形態：
上記各実施形態では、累積期間は、カウンタを用いて、モータ５１の目標回転数と実回転数との乖離が所定以上である時間を累積した値として求めたが、累積期間は、例えばモータ５１の目標回転数と実回転数との乖離が所定以上である場合の回転数差を累積した値として求めてもよい。この場合には、回転数差が大きい場合には累積期間は短時間で大きな値となるので、回転数差が大きいほど短い時間で異常の判定を行なうことができる。また、累積期間は、モータ５１の目標回転数と実回転数との乖離が所定以上である場合のポンプ４１による冷媒の流量の、予め定めた流量からの不足分を累積した量として求めてもよい。この場合には、配管４７に流体である冷媒の流量を検出する流量計を設けておき、制御部７０によりこの流量に関して、予め定めた定格流量からの不足分を累積すればよい。この場合には、不足流量が大きいほど、累積期間は短時間で大きな値となるので、流量の不足分が大きいほど、短時間で異常の判定を行なうことができる。

上記実施形態では、ポンプとして、燃料電池３０の冷却液を循環するポンプ４１を異常判定の対象とした。このため、ポンプの異常を判定した場合には、燃料電池３０の運転を停止したり、インスツルメントパネルに異常を表示して運転者に警告するなどの対応をとり、燃料電池３０が十分な冷却がなされないまま運転されるといった事態を回避できる。ポンプとしては、燃料電池３０に限らず、電気自動車のモータの冷却を行なう冷却液の循環ポンプなど、他の冷却液循環ポンプに適用してもよい。もとより、冷却液の循環ポンプに限らず、燃料電池における大気の供給用ポンプ（コンプレッサ）や水素ポンプなどの異常判定装置としても実施可能である。更には車載各種ポンプ、揚水や排水用の各種ポンプなどに適用することも差し支えない。

更に、ポンプ以外の対象を駆動するモータの異常判定装置として実施してもよい。モータは、起動時に同期制御を行なうものに限らず、センサレスモータにおいて固定子の停止位置を検出してから回転磁界を形成するものに適用してもよい。あるいは、ホール素子などのセンサを用いて回転数を検出する構成においてあも、回転数を検出できない領域がある場合には、適用可能である。

上記各実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。ソフトウェアによって実現されていた構成の少なくとも一部は、ディスクリートな回路構成により実現することも可能である。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ－ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

２０…ポンプ駆動装置の異常判定装置、３０…燃料電池、４０…冷却液循環系、４１…ポンプ、４３…ラジエータ、４５…三方弁、４６…バイパス管路、５０…ポンプ駆動装置、５１…モータ、５２…バッテリ、５３…回転子、５５Ｖ，５５ｕ，５５ｗ…電流センサ、６０…ドライバ、６２…インバータ、６４…駆動回路、６５…モータ制御部、６６…出力部、６７…検出部、６８…入出力部、７０…制御部

Claims (8)

1. ポンプ駆動装置の異常判定装置であって、
   ポンプを駆動するモータの実回転数をセンサレスで求める検出部と、
   前記モータの目標回転数を指示して、前記モータの運転を制御する制御部と、
   前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である場合の累積期間が予め定めた閾値を超えた場合に異常と判定する判定部と、
   を備え、
   前記判定部は、前記目標回転数と前記実回転数との前記乖離が予め定めた範囲内となった場合には、前記累積期間を前記閾値より小さな値に低減する低減処理を行ない、かつ前記モータの運転の制御のために前記実回転数を検出できない期間には、前記低減処理を抑制する、
   ポンプ駆動装置の異常判定装置。
2. 前記累積期間は、
   ［１］前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である時間を累積した値、
   ［２］前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である場合の回転数差を累積した値、
   ［３］前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である場合の前記ポンプにより供給される流体の流量の、予め定めた値からの不足分を累積した量、
   のうちの少なくとも１つである、請求項１記載のポンプ駆動装置の異常判定装置。
3. 前記制御部は、前記モータの起動時に、同期制御を行ない、
   前記同期制御が行なわれる少なくとも一部の期間は、前記検出部が前記実回転数の検出ができない期間である、
   請求項１または請求項２記載のポンプ駆動装置の異常判定装置。
4. 前記検出部は、前記モータの多相コイルの誘起電圧により、前記モータの実回転数を検出する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のポンプ駆動装置の異常判定装置。
5. 前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上とは、前記目標回転数と前記実回転数とが、予め定めた回転数差以上に相違する状態である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のポンプ駆動装置の異常判定装置。
6. 前記判定部が行なう前記低減処理は、前記累積期間を初期化する処理であり、
   前記モータの前記実回転数を検出できない期間における前記低減処理の抑制は、前記初期化を禁止することで実現される、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のポンプ駆動装置の異常判定装置。
7. ポンプ駆動装置の異常判定方法であって、
   ポンプを駆動するモータの実回転数をセンサレスで求め、
   前記モータの目標回転数を指示して、前記モータの運転を制御し、
   前記目標回転数と前記実回転数との乖離が所定以上である場合の累積期間が予め定めた閾値を超えた場合に異常と判定し、
   前記目標回転数と前記実回転数との前記乖離が予め定めた範囲内となった場合には、前記累積期間を前記閾値より小さな値に低減する低減処理を行ない、かつ前記モータの運転の制御のために前記実回転数を検出できない期間には、前記低減処理を抑制する、
   ポンプ駆動装置の異常判定方法。
8. モータの起動時の異常判定装置であって、
   前記モータの実回転数をセンサレスで求める検出部と、
   前記モータの起動時に同期制御により、前記モータの目標回転数を順次指示して、前記モータの起動を制御する制御部と、
   前記目標回転数と前記実回転数との回転数差が所定以上である場合の累積期間が予め定めた閾値を超えた場合に異常と判定する判定部と、
   を備え、
   前記判定部は、前記目標回転数と前記実回転数との回転数差が予め定めた範囲内となった場合には、前記累積期間を前記閾値より小さな値に低減する低減処理を行ない、かつ前記モータの運転の制御のために前記実回転数を検出できない期間には、前記低減処理を抑制する、モータ起動時の異常判定装置。

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