JP3671770B2 - 三相交流電流の平衡状態検出方法を利用した電流センサの故障検出方法 - Google Patents
三相交流電流の平衡状態検出方法を利用した電流センサの故障検出方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の駆動源等として使用される三相モータ等における三相交流電流の平衡状態検出方法を利用した電流センサの故障検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気自動車の駆動源として使用される三相式のモータは、PMW(パルス振幅変調)方式の三相インバータによる三相交流電流によって駆動されるようになっている。このようなモータでは、正常な場合には、三相交流電流が平衡状態になっているが、巻線のショート等による故障が発生すると、三相交流電流が不平衡状態になる。このように、三相交流電流が不平衡状態になると、モータに対する電流のフィードバック制御等を正確に実施することができないおそれがある。
【0003】
特開平11−32499号公報には、このような問題を解決するために、モータにおける任意の一対の相に対して、極性の異なる電流を与えて、フィードバックゲインを校正することにより、三相交流電流を平衡状態とする制御装置が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような制御装置では、モータに対して異なる極性の一対のモータ電流を与える必要があり、そのために特別な回路等が必要になって装置が複雑化するという問題がある。
【0005】
また、モータの各相に対する交流電流は、通常、電流センサによって検出されているが、電流センサ自体が故障すると、三相交流電流の不平衡状態等を正確に検出することができなくなる。しかも、このように、電流センサが故障した場合には、電流センサの出力が異常になるために、モータが故障していると判断されて、システムが停止するおそれもある。
【0006】
また、三相交流電流の交流電流を検出するために使用される電流センサの故障を検出するためには、1つの相の交流電流を検出するために少なくとも3つの電流センサを設ければよい。この場合には、いずれか2つの電流センサの検出結果が等しく、他の1つの電流センサの検出結果のみが異なっていることにより、その1つの電流センサが故障していると判定することができ、故障でない他の電流センサを用いることによって、システムの停止を防ぐことができる。
【0007】
しかしながら、このように、1つの相の交流電流を検出するために、3つの電流センサを設ける場合には、モータの周辺部に広いスペースを設ける必要があり、また、経済性も損なわれることになる。
【0008】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、三相交流電流を検出する電流センサの故障を容易に検出することができる電流センサの故障検出方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の電流センサの故障検出方法は、三相交流電流にて駆動される電動機における三相交流電流の平衡状態を検出する方法であって、任意の2相の交流電流を各一対の電流センサにてそれぞれ検出して、検出される各相の交流電流値を、三相交流電流が平衡状態である場合にそれぞれの差が所定値になるように、それぞれ座標変換し、座標変換された各相の交流電流値の差をそれぞれ演算して得られる2つの演算結果に基づいて三相交流電流の平衡状態を判定する三相交流電流の平行状態検出方法において、前記演算結果のいずれか一方のみが、三相の交流電流の不平衡を示し、しかも、各相の交流電流を検出する一対の電流センサの検出結果をそれぞれ比較して両者の検出結果が不一致であれば、同検出結果が不一致である一対の電流センサのうち不平衡状態を示す演算にかかわる電流センサを故障と判定することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の三相交流電流の平衡状態検出方法の実施に使用される三相式モータの制御システムの一例を示す概略ブロック図である。このモータ制御システムでは、電気自動車の駆動源として使用される三相式のモーター11が、PWM(パルス振幅変調)方式の三相インバータ12から出力されるU相、V相、W相に対する交流電流によって駆動されるようになっており、三相インバータ12は、制御装置(CPU)13によって制御されている。
【0013】
三相インバータ12からモータ11のV相に対して与えられる交流電流Ivは、一対の第1電流センサ14aおよび第2電流センサ14bによって、それぞれ検出されるようになっており、また、W相に対して与えられる交流電流Iwは、第3電流センサ15aおよび第4電流センサ15bによって、それぞれ検出されるようになっている。
【0014】
第1および第2の各電流センサ14aおよび14bの出力と、第3および第4の各電流センサ15aおよび15bの出力とが、それぞれ、制御装置13に与えられており、制御装置13では、各電流センサ14a、14b、15a、15bの出力に基づいて、モータ11における三相交流電流の平衡状態と、各電流センサ14a、14b、15a、15bの異常とを検出するようになっている。制御装置13の出力は、モータ故障表示部16に与えられるとともに、電流センサ故障表示部17に与えられている。モータ故障表示部16は、制御装置13が、モータ11における三相交流電流が不平衡状態を検出した場合に、モータ11の故障を表示するようになっており、また、電流センサ17は、制御装置13がいずれかの電流センサが故障したことを検出した場合に、その電流センサを特定して表示するようなっている。
【0015】
制御装置13におけるモータ11の三相交流電流の平衡状態の検出について具体的に説明する。制御装置13は、三相インバータ12から出力される交流電流が、モータ11におけるU相、V相、W相にて平衡するように、各相に対して、2π/3(120度)ずつ位相がずれた交流電流になるように制御信号を出力しており、従って、三相インバータ12からは、2π/3ずつ位相のずれた交流電流がそれぞれ出力されている。U相、V相、W相の各交流電流は、次の(1)式、(2)式、(3)式にてそれぞれ示される。ただし、Aは、電流の波高値、θは、U相に対するモータ11におけるロータの磁極の回転角度である。
【0016】
Iu=A・sinθ …(1)
Iv=A・sin(θ−2π/3) …(2)
Iw=A・sin(θ+2π/3) …(3)
U相、V相、W相に対する全ての交流電流Iu、Iv、Iwを検出する場合には、Iu+Iv+Iw=0の関係が成立するために、その関係に基づいて、三相の平衡状態を検出することができるが、V相およびW相の2相の交流電流のみを検出する場合には、三相交流電流を検出することができない。このために、V相およびW相に対する交流電流に基づいて、次のように座標変換することにより、三相交流電流の平衡状態が検出される。
【0017】
U相、V相、W相に対する各交流電流は、2π/3ずつ、位相がずれているために、U相、V相、W相に対する各交流電流をベクトル表示すると、図2に示すように表される。U相、V相、W相に対する各交流電流に対応した各ベクトルU、V、Wは、それぞれ、周方向に2π/3ずつずれている。この場合、V相およびW相に対するベクトルVおよびWの大きさを、V相およびW相に対する交流電流の大きさIvおよびIwに対応させて、V相に対するベクトルVおよびW相に対するベクトルWを、U相に対するベクトルに沿ったα軸に直交する軸に投影したときの長さIvaおよびIwaは、U相に対するベクトルUの回転角度θを考慮すると、それぞれ次のように表される。
【0018】
Iva=Iv・sin(θ−π/3) …(4)
Iwa=Iw・sin(θ+π/3) …(5)
(4)式および(5)式は、(2)式および(3)式に基づいて、それぞれ、次の(6)式および(7)式に変換される。
【0019】
(6)式および(7)式において、三相交流電流が平衡状態であって、各交流電流の波高値Aが等しくなっている場合には、Iva−Iwa=0が成立する。
【0020】
これに対して、三相交流電流が不平衡状態であって、各交流電流の波高値Aが異なっている場合には、次の(8)式が成立する。
【0021】
δa=Iva−Iwa=ΔA/2・cos2θ …(8)
このように、三相インバータ12からモータ11の各相に出力される交流電流が平衡状態になっている場合には、δa=Iva−Iwa=0となるのに対して、不平衡状態になっている場合には、δaは、(8)式に示すように、位相差の2倍の周期θで偏差が発生することになる。
【0022】
制御装置13は、V相に対する交流電流Ivと、W相に対する交流電流Iwとを、このようにして座標変換することにより、IvaおよびIwaをそれぞれ求めて、IvaとIwaとの差δaを演算し、その差δaに基づいて、モータ11に対する三相交流電流が平衡状態になっているかを判定する。制御装置13は、IvaとIwaとの差δaが0になっている場合には、モータ11に対する三相交流電流が平衡状態になっていると判定する。これに対して、Iva−Iwaの差δaが一定ではなく、振動状態を示す場合には、モータ11の三相交流電流が不平衡状態になっていると判定する。
【0023】
制御装置13は、モータ11のV相に対する交流電流をそれぞれ検出する第1電流センサ14aおよび第2電流14bの出力と、モータ11のV相に対する交流電流をそれぞれ検出する第3および第4の各電流センサ15aおよび15bの出力とをそれぞれ読み込んで、V相に対する交流電流Ivを検出する第1電流センサ14aの検出値Iv1と、W相に対する交流電流Iwを検出する第3電流センサ15aの検出値Iw1とに基づいて、IvaとIwaとの差をδa1として演算するとともに、V相に対する交流電流Ivを検出する第2電力センサ14bの検出値Iv2と、W相に対する交流電流Iwを検出する第4電力センサ15bの検出値Iw2とに基づいて、IvaとIwaとの差をδa2として演算する。
【0024】
そして、それぞれの演算結果であるδa1およびδa2が、それぞれ、一定値になっている場合には、モータ11に対する交流電流が平衡状態であると判定する。
【0025】
これに対して、各演算結果δa1およびδa2の両方が一定値ではなく、それぞれ振動状態を示す場合には、モータ11の三相交流電流が不平衡状態であると判定される。この場合には、制御装置13は、モータ11に故障が発生しているものとして、モータ故障表示部16に対して所定信号を出力する。これにより、モータ表示部16は、モータ11が故障していることを表示する。
【0026】
これに対して、各演算結果δa1およびδa2のいずれか一方のみが、振動状態を示している場合には、V相に対する交流電流を検出する第1および第2の電流センサ14aおよび14bの検出結果が比較されるとともに、W相に対する交流電流を検出する第3および第4の電流センサ15aおよび15bの検出結果を比較して、いずれの電流センサ故障しているかを特定するようになっている。
【0027】
すなわち、第1および第3の電流センサ14aおよび15aの検出結果に基づく演算結果δa1が、振動状態を示す場合には、V相に対する交流電流を検出する第1および第2の各電流センサ14aおよび14bの出力を比較して、両者の出力が一致していない場合には、振動状態を示す演算結果δa1の演算に使用された第1電流センサ14aが故障したものと判定される。これに対して、W相に対する交流電流を検出する第3および第4の各電流センサ15aおよび15bの出力を比較して、両者の出力が一致していない場合には、振動状態を示す演算結果δa1の演算に使用された第3電流センサ15aが故障したものと判定される。
【0028】
同様に、演算結果δα2が振動状態を示している場合には、V相に対する電流を検出する第1および第2の各電流センサ14aおよび14bの出力を比較して、両者の出力が一致していない場合には、振動状態を示す演算結果δa2の演算に使用された第2電流センサ14bが故障したものと判定される。これに対して、W相に対する電流を検出する第3および第4の各電流センサ15aおよび15bの出力を比較して、両者の出力が一致していない場合には、振動状態を示す演算結果δa2の演算に使用された第4電流センサ15bが故障したものと判定される。
【0029】
このようにして、いずれかの電流センサが故障しているかが特定されると、制御装置13は、故障した電流センサを特定する信号を、電流センサ故障表示部17に出力する。これにより、電流センサ故障表示部17は、故障が発生している電流センサを特定して表示する。
【0030】
【発明の効果】
本発明の電流センサの故障検出方法では、三相交流電流における任意の一対の交流電流を、各一対の電流センサによって検出する際に、いずれの電流センサが故障しているかを、容易に、しかも確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の交流電流の平衡状態検出方法の実施に使用される装置の一例を示すブロック図である。
【図2】その装置の制御内容の説明のためのベクトル図である。
【符号の説明】
11 モータ
12 三相インバータ
13 制御装置
14a、14b、15a、15b 電流センサ
16 モータ故障表示部
17 電流センサ故障表示部
Claims (1)
- 三相交流電流にて駆動される電動機における三相交流電流の平衡状態を検出する方法であって、任意の2相の交流電流を各一対の電流センサにてそれぞれ検出して、検出される各相の交流電流値を、三相交流電流が平衡状態である場合にそれぞれの差が所定値になるように、それぞれ座標変換し、座標変換された各相の交流電流値の差をそれぞれ演算して得られる2つの演算結果に基づいて三相交流電流の平衡状態を判定する三相交流電流の平衡状態検出方法において、
前記演算結果のいずれか一方のみが、三相の交流電流の不平衡を示し、しかも、各相の交流電流を検出する一対の電流センサの検出結果をそれぞれ比較して両者の検出結果が不一致であれば、同検出結果が不一致である一対の電流センサのうち不平衡状態を示す演算にかかわる電流センサを故障と判定することを特徴とする電流センサの故障検出方法。
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