JP5402403B2 - Electric motor control system - Google Patents

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Description

本発明は、多相の交流電力により駆動する電動機を制御する電動機制御システムに関する。   The present invention relates to an electric motor control system that controls an electric motor driven by multiphase AC power.

従来より、インバータといった電力変換手段のスイッチング動作を制御することにより電動機の出力トルクを制御する電動機制御システムが知られている。電力変換手段を構成するスイッチング素子のうち1つの素子がオープン故障するか、モータとインバータ間をつなぐ電線のうち1つが断線する(欠相故障)と、故障相に電流を流すことができなくなる。この場合、残りの相でモータを駆動させる必要があり、走行を継続することは充分可能であるが、モータトルクに脈動成分が含まれるため、回転に滑らかさを欠くことや、微弱な振動が発生することがある。   2. Description of the Related Art Conventionally, an electric motor control system that controls output torque of an electric motor by controlling a switching operation of power conversion means such as an inverter is known. If one of the switching elements constituting the power conversion means has an open failure or one of the wires connecting the motor and the inverter is disconnected (open phase failure), no current can flow through the failure phase. In this case, it is necessary to drive the motor in the remaining phase and it is possible to continue running.However, since the motor torque includes a pulsation component, the rotation is not smooth and weak vibration is generated. May occur.

例えば、特許文献1には、電力変換装置の故障発生を検出する手法が開示されている。かかる手法によれば、回転座標上におけるd軸電流およびq軸電流の電流変化率を演算し、変化率が設定値を超えた時に、欠相検知信号を出力する。   For example, Patent Literature 1 discloses a technique for detecting the occurrence of a failure in a power conversion device. According to such a method, the current change rates of the d-axis current and the q-axis current on the rotation coordinates are calculated, and when the change rate exceeds a set value, an open phase detection signal is output.

特開2003−348898号公報JP 2003-348898 A

しかしながら、特許文献1に開示された手法によれば、どこかの相において故障が発生したということを検出することができるものの、故障した相がどこかという具体的な故障箇所までは特定することができないという問題がある。   However, according to the method disclosed in Patent Document 1, although it is possible to detect that a failure has occurred in some phase, it is necessary to identify a specific failure location where the failed phase is. There is a problem that can not be.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、故障箇所を含め電力変換手段の故障を検出することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to detect a failure of the power conversion means including a failure point.

かかる課題を解決するために、本発明は、電流検出手段によって検出される各相の相電流に基づいて、電動機のd軸電流およびq軸電流をそれぞれ検出し、当該検出されるd軸電流またはq軸電流がゼロ状態となることを検出する。そして、ゼロ状態が検出された場合に、回転角検出手段によって検出された電動機の回転角に基づいて、電力変換手段における故障箇所を特定する故障検出を行う。   In order to solve such a problem, the present invention detects the d-axis current and the q-axis current of the electric motor based on the phase current of each phase detected by the current detection means, and detects the detected d-axis current or It is detected that the q-axis current is in a zero state. Then, when a zero state is detected, failure detection that identifies a failure location in the power conversion unit is performed based on the rotation angle of the electric motor detected by the rotation angle detection unit.

本発明によれば、d軸電流またはq軸電流のゼロ状態と、その際のモータの回転角との組み合わせには、故障箇所に応じた一定のパターンが存在するため、これらの要素を考慮することにより、電力変換手段の故障箇所を特定することができる。   According to the present invention, since there is a certain pattern according to the failure location in the combination of the zero state of the d-axis current or the q-axis current and the rotation angle of the motor at that time, these factors are taken into consideration. As a result, the failure location of the power conversion means can be specified.

第1の実施形態にかかる制御システムの全体構成を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically the whole structure of the control system concerning 1st Embodiment 三相インバータでモータを駆動した時の正常時の瞬時空間電流ベクトルの説明図Illustration of instantaneous space current vector at normal time when the motor is driven by a three-phase inverter U相の上アームUPが故障(例えば、オープン故障)した際の電流ベクトルの軌跡を示す説明図Explanatory drawing which shows the locus | trajectory of the current vector at the time of U arm upper arm UP failure (for example, open failure) 力行・正回転時に各アームがオープン故障した場合の電流ベクトルI’の軌跡を示す説明図Explanatory drawing which shows the locus | trajectory of electric current vector I 'when each arm has an open failure during power running and forward rotation 第1の実施形態にかかる制御装置30を機能的に捉えた場合のブロック構成図The block block diagram at the time of grasping functionally the control apparatus 30 concerning 1st Embodiment 電流ベクトル軌跡がd軸あるいはq軸と直交する時の電気角の一覧を示す説明図Explanatory drawing showing a list of electrical angles when the current vector locus is orthogonal to the d-axis or q-axis dq軸電流Id,Iqと、モータ10の電気角θとの推移を示す説明図Explanatory drawing which shows transition of dq axis current Id and Iq, and electrical angle (theta) of the motor 10. FIG. 第2の実施形態にかかる制御装置30を機能的に捉えた場合のブロック構成図The block block diagram at the time of grasping functionally the control apparatus 30 concerning 2nd Embodiment

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる制御システムの全体構成を模式的に示す説明図である。本実施形態では、電動車(例えば、電気自動車)の駆動用モータに適用されたモータ制御システムについて説明を行う。このモータ制御システムは、モータ10、インバータ20および制御装置30を主体に構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the overall configuration of the control system according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a motor control system applied to a drive motor for an electric vehicle (for example, an electric vehicle) will be described. This motor control system is mainly composed of a motor 10, an inverter 20, and a control device 30.

モータ10は、ロータとステータとを主体に構成されており、中性点を中心に星形結線された複数の相巻線(本実施形態では、U相巻線、V相巻線、W相巻線からなる3つの相巻線)がステータに巻回された永久磁石同期電動機である。このモータ10は、インバータ20から三相の交流電流が各相巻線にそれぞれ供給されることにより生じる磁界と、回転子の永久磁石が作る磁界との相互作用により駆動する。これにより、ロータおよびこれに連結された出力軸が回転する。モータ10の出力軸は、例えば、電動車の自動変速機に連結されている。   The motor 10 is mainly composed of a rotor and a stator, and has a plurality of phase windings (in this embodiment, a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase) that are star-connected around a neutral point. This is a permanent magnet synchronous motor in which three phase windings comprising windings are wound around a stator. The motor 10 is driven by the interaction between a magnetic field generated when a three-phase alternating current is supplied to each phase winding from the inverter 20 and a magnetic field generated by a permanent magnet of the rotor. Thereby, a rotor and the output shaft connected with this rotate. The output shaft of the motor 10 is connected to, for example, an automatic transmission of an electric vehicle.

インバータ20は、バッテリ21に接続されており、バッテリ21からの直流電力を交流電力に変換してモータ10に供給する電力変換手段である。この交流電力はモータ10の各相に対応して生成され、各相の交流電力は、モータ10にそれぞれ供給される。ここで、バッテリ21は、所定容量の電力を蓄電可能に構成されており、直流電源として機能する。バッテリ21としては、例えば、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池などを用いることができる。   The inverter 20 is connected to the battery 21, and is power conversion means that converts DC power from the battery 21 into AC power and supplies the AC power to the motor 10. The AC power is generated corresponding to each phase of the motor 10, and the AC power of each phase is supplied to the motor 10. Here, the battery 21 is configured to be able to store a predetermined capacity of electric power, and functions as a DC power source. As the battery 21, for example, a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery can be used.

インバータ20は、バッテリ21の正極側の母線に接続される上アーム(スイッチング手段)と、バッテリ21の負極側の母線に接続される下アーム(スイッチング手段)とが直列接続された回路を、U相、V相およびW相の各相に対応して備えている。図1において、UP,VP,WPは、U相、V相、W相の各相に対応する上アームを示し、UN,VN,WNは、U相、V相、W相の各相に対応する下アームを示している。上アームUP〜WPおよび下アームUN〜WNは、一方向の導通を制御可能な半導体スイッチ22(例えば、IGBT等のトランジスタ)を主体に構成されており、個々の半導体スイッチ22には、還流用ダイオード23が逆並列接続されている。各アームUP〜WNのオンオフ状態、すなわち、半導体スイッチ22のオンオフ状態(スイッチング動作)は、制御装置30から出力されるPWM信号を通じて制御される。個々のアームUP〜WNを構成する半導体スイッチ22は、制御装置30のPWM信号を通じてオンされることにより導通状態となり、オフされることにより非導通状態(遮断状態)となる。   The inverter 20 is a circuit in which an upper arm (switching means) connected to the bus on the positive side of the battery 21 and a lower arm (switching means) connected to the bus on the negative side of the battery 21 are connected in series. Corresponding to each phase of the phase, V phase and W phase. In FIG. 1, UP, VP, and WP indicate the upper arms corresponding to the U phase, V phase, and W phase, and UN, VN, and WN correspond to the U phase, V phase, and W phase, respectively. The lower arm is shown. The upper arms UP to WP and the lower arms UN to WN are mainly composed of a semiconductor switch 22 (for example, a transistor such as an IGBT) that can control conduction in one direction. The diode 23 is connected in reverse parallel. The on / off state of each arm UP to WN, that is, the on / off state (switching operation) of the semiconductor switch 22 is controlled through a PWM signal output from the control device 30. The semiconductor switches 22 constituting the individual arms UP to WN are turned on when turned on through the PWM signal of the control device 30 and turned off (cut off) when turned off.

制御装置30は、インバータ20の各アームUP〜WNのスイッチング動作を制御することにより、モータ10の出力トルクを制御する。制御装置30としては、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。制御装置30は、ROMに記憶された制御プログラムに従い、インバータ20を制御するための演算を行う。そして、制御装置30は、この演算によって算出された制御信号(PWM信号)をインバータ20に対して出力する。   The control device 30 controls the output torque of the motor 10 by controlling the switching operation of each arm UP to WN of the inverter 20. As the control device 30, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O interface can be used. The control device 30 performs a calculation for controlling the inverter 20 in accordance with a control program stored in the ROM. Then, control device 30 outputs a control signal (PWM signal) calculated by this calculation to inverter 20.

制御装置30は、例えば、PWM波電圧駆動といった制御方式により、インバータ20のスイッチング動作、具体的には、上下アームUP〜WNに対応する個々の半導体スイッチ22のオンオフ状態を相毎に制御する。PWM波電圧駆動は、直流電圧からPWM波電圧を生成してモータ10に印加する、具体的には、キャリア電圧と正弦波制御電圧とに基づいてPWM制御を行い、PWM制御のデューティー指令値を算出することで等価的な正弦波交流電圧をモータ10に印加する駆動方式である。制御装置30は、外部から与えられるトルク指令およびモータ10の回転数(電気角速度)、各相の電流値とに基づいて、各相に関する正弦波制御電圧を演算し、これにより、インバータ20のスイッチング動作を制御する。   The control device 30 controls the switching operation of the inverter 20, specifically, the on / off states of the individual semiconductor switches 22 corresponding to the upper and lower arms UP to WN, for each phase, by a control method such as PWM wave voltage driving. The PWM wave voltage drive generates a PWM wave voltage from a DC voltage and applies it to the motor 10. Specifically, PWM control is performed based on the carrier voltage and the sine wave control voltage, and the duty command value for PWM control is set. This is a driving method in which an equivalent sine wave AC voltage is applied to the motor 10 by calculation. The control device 30 calculates a sinusoidal control voltage for each phase based on the torque command given from the outside, the rotation speed (electrical angular velocity) of the motor 10 and the current value of each phase, and thereby the switching of the inverter 20 is performed. Control the behavior.

ここで、制御装置30には、各種センサからのセンサ信号が入力されている。電流センサ11は、モータ10におけるU相およびV相の電流Iu,Ivをそれぞれ検出する。なお、三相の電流は総和がゼロとなる関係を有するため、制御装置30は、U相およびV相の電流Iu,Ivに基づいて、残りのW相の電流を検出することができる。回転角センサ12は、例えば、レゾルバやロータリエンコーダであり、モータ10のロータ位置を表す位置情報に基づいて、モータ10の電気的な位相θ(電気角)、すなわち、モータ10の回転角を検出している。   Here, sensor signals from various sensors are input to the control device 30. The current sensor 11 detects U-phase and V-phase currents Iu and Iv in the motor 10, respectively. Since the three-phase current has a relationship that the sum is zero, the control device 30 can detect the remaining W-phase current based on the U-phase and V-phase currents Iu and Iv. The rotation angle sensor 12 is, for example, a resolver or a rotary encoder, and detects the electrical phase θ (electric angle) of the motor 10, that is, the rotation angle of the motor 10, based on position information representing the rotor position of the motor 10. doing.

また、本実施形態の特徴の一つとして、制御装置30は、上述した通常のモータ制御とともに、インバータ20のいずれかのアームUP〜WNにおいてスイッチング素子が開状態(オフ状態)のまま固着する、いわゆる、オープン故障や、モータ10とインバータ20との間を接続する各相の電線のいずれかが断線する、いわゆる、欠相故障を検出する(故障検出)。以下、制御装置30による故障検出の具体的な処理内容の説明に先立ち、本実施形態にかかる故障検出の概念について説明する。   Further, as one of the features of the present embodiment, the control device 30 is fixed together with the above-described normal motor control while the switching element is open (off) in any arm UP to WN of the inverter 20. A so-called open failure or a so-called open-phase failure in which one of the electric wires of each phase connecting between the motor 10 and the inverter 20 is disconnected is detected (failure detection). The concept of failure detection according to the present embodiment will be described below prior to description of specific processing contents of failure detection by the control device 30.

図2は、三相インバータでモータを駆動した時の正常時の瞬時空間電流ベクトルの説明図である。ここで、U相、V相、W相の各相に流れる電流(瞬時値)をIu,Iv,Iwとする。図2に示すように、三相の電流総和がゼロの条件の下、三相電流を座標変換したニ相電流の座標系(αβ座標系)を置く。α軸を実軸、β軸を虚軸とした場合、複素平面上において、瞬時空間電流ベクトルI’は、下式により表現される。

Figure 0005402403
FIG. 2 is an explanatory diagram of an instantaneous space current vector in a normal state when the motor is driven by a three-phase inverter. Here, currents (instantaneous values) flowing through the U-phase, V-phase, and W-phase are Iu, Iv, and Iw. As shown in FIG. 2, a two-phase current coordinate system (αβ coordinate system) obtained by coordinate transformation of the three-phase current is placed under the condition that the three-phase current sum is zero. When the α axis is the real axis and the β axis is the imaginary axis, the instantaneous space current vector I ′ is expressed by the following equation on the complex plane.
Figure 0005402403

モータが一定トルクで回転している場合、電流ベクトルI’は、U相電流基本ベクトルから角度θで大きさ|I|のベクトルとなる。θはモータの電気角と等しく、モータは電気角速度ωで回転している(θ=ωt(t:時間))。この場合、電流ベクトルI’は、UVW座標軸上で同じ角速度で回転しており、その軌跡は円を描く。ロータ上の座標であるdq座標軸はθと同期して回転しており、電流ベクトルI’はdq座標軸に対して静止しており、固定ベクトルとなる。   When the motor is rotating at a constant torque, the current vector I 'is a vector of magnitude | I | at an angle θ from the U-phase current basic vector. θ is equal to the electrical angle of the motor, and the motor rotates at the electrical angular velocity ω (θ = ωt (t: time)). In this case, the current vector I 'rotates at the same angular velocity on the UVW coordinate axis, and its locus draws a circle. The dq coordinate axis, which is a coordinate on the rotor, rotates in synchronization with θ, and the current vector I ′ is stationary with respect to the dq coordinate axis and becomes a fixed vector.

ここで、dq軸座標系は、モータの機械的な回転速度の整数倍の電気的な回転速度で回転するd軸とq軸とから成る直交座標系である。3相同期モータにおいて、dq軸座標系はモータ回転に同期して回転する。dq軸座標系により、モータの固定子巻線に供給される電流は、界磁分電流(d軸電流)とトルク分電流(q軸電流)とに分けてベクトル表示される。   Here, the dq-axis coordinate system is an orthogonal coordinate system including a d-axis and a q-axis that rotate at an electrical rotation speed that is an integral multiple of the mechanical rotation speed of the motor. In the three-phase synchronous motor, the dq axis coordinate system rotates in synchronization with the motor rotation. With the dq axis coordinate system, the current supplied to the stator winding of the motor is divided into a field component current (d axis current) and a torque component current (q axis current) and displayed as a vector.

図3は、U相の上アームUPが故障(例えば、オープン故障)した際の電流ベクトルの軌跡を示す説明図である。ここで、U相の上アームUPがオープン故障したとする。オープン故障に到る要因としては、上アームUPを形成するIGBTなどのスイッチング素子本体の過電圧・過電流による破壊や、スイッチング素子のドライブ回路の故障などが挙げられる。ここで、U相電流Iuの符号をインバータからモータに対して流れる場合を正とする。また、上アームUPがオープン故障する直前に、U相電流Iuが負だったとする(Iu<0(モータからインバータへ電流が流れ込むシーン)。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing the locus of the current vector when the upper arm UP of the U phase has failed (for example, open failure). Here, it is assumed that the upper arm UP of the U phase has an open failure. Factors that lead to an open failure include destruction due to overvoltage / overcurrent of a switching element body such as an IGBT forming the upper arm UP, failure of a drive circuit of the switching element, and the like. Here, the case where the sign of the U-phase current Iu flows from the inverter to the motor is positive. Further, it is assumed that the U-phase current Iu is negative immediately before the upper arm UP has an open failure (Iu <0 (a scene where current flows from the motor to the inverter).

上アームUPのスイッチング素子のオープン故障後であっても、上アームUPの還流ダイオード、もしくは、U相下アームUNのスイッチング素子および還流ダイオードをスイッチングすることにより、正常時と同様にU相電流Iuを流すことが可能となる。このためオープン故障直後も、図2と同じように、UVW相静止座標に対して瞬時電流ベクトルI’は暫くモータと同期しながら回転し、その先端軌跡は円弧を描くことになる。この場合、U相電流Iuは時間に対して正弦波となる。   Even after an open failure of the switching element of the upper arm UP, by switching the freewheeling diode of the upper arm UP or the switching element and freewheeling diode of the U-phase lower arm UN, the U-phase current Iu is the same as normal. It becomes possible to flow. For this reason, immediately after the open failure, as in FIG. 2, the instantaneous current vector I 'rotates with respect to the UVW phase stationary coordinates while synchronizing with the motor for a while, and the tip locus draws an arc. In this case, the U-phase current Iu becomes a sine wave with respect to time.

そして、U相電流Iuが0Aをまたいで正の方向に上昇するところまでモータの回転が進んだとする。しかしながら、この時、U相は上アームUNのスイッチング素子がオープン故障しているため、これをオン状態にすることができないため、電源の直流電圧をモータのU相コイルに印加することができない。その結果、U相電流Iuは0A近傍に張り付くことになり、それ以上上昇することができない。この場合、モータの三相電流の和がバランスする条件より、V相電流IvとW相電流Iwとの和はゼロになる。よって、Iv=−Iwとなり、数式1により、空間電流ベクトルI’は下式のようになる。

Figure 0005402403
It is assumed that the rotation of the motor has progressed to a point where the U-phase current Iu rises in the positive direction across 0A. However, at this time, since the switching element of the upper arm UN has an open failure because the switching element of the upper arm UN cannot be turned on, the DC voltage of the power source cannot be applied to the U-phase coil of the motor. As a result, the U-phase current Iu sticks in the vicinity of 0 A, and cannot increase further. In this case, the sum of the V-phase current Iv and the W-phase current Iw becomes zero under the condition that the sum of the three-phase currents of the motor is balanced. Therefore, Iv = −Iw, and the spatial current vector I ′ is expressed by the following equation according to Equation 1.
Figure 0005402403

同数式から分かるように、電流ベクトルI’は、虚数成分だけになり、β軸の成分だけを持つことを示している。よって、電流ベクトルI’の軌跡は、ロータの回転と共にβ軸を直線状に移動する。そのため、回転が進むと、電流ベクトルI’は、β軸上を図3の点aから原点(点b)、点cと移動する。そして、点c近傍においては、再び、U相の下アームUNのスイッチング素子をオン/オフすることにより、U相コイルに電圧を印加し、負のU相電流を流し、電流ベクトルI’をα<0の領域にすることが可能になる。この結果、再び電流ベクトルI’はβ軸から離れ、原点を中心に回転するようになる。その結果モータの回転と共に、図3の点c、点d、点aと移動する。そして、点aに移動後、再びU相電流Iuが0Aに張り付き、電流ベクトルI’の軌跡はβ軸上を動くようになり、上述した状態を繰り返すこととなる。   As can be seen from the equation, the current vector I ′ has only an imaginary component and only a β-axis component. Therefore, the locus of the current vector I ′ moves linearly on the β axis as the rotor rotates. Therefore, as the rotation proceeds, the current vector I 'moves from the point a in FIG. 3 to the origin (point b) and the point c on the β axis. In the vicinity of the point c, the switching element of the U-phase lower arm UN is turned on / off again to apply a voltage to the U-phase coil, to flow a negative U-phase current, and to set the current vector I ′ to α It becomes possible to make the region <0. As a result, the current vector I ′ is separated from the β axis again and rotates around the origin. As a result, the motor moves to point c, point d, and point a in FIG. Then, after moving to the point a, the U-phase current Iu sticks to 0 A again, the locus of the current vector I ′ starts to move on the β axis, and the above-described state is repeated.

このように、U相がオープン故障した時の電流ベクトルI’の軌跡は、モータ電流が三相に流れる半円状の曲線軌跡と、UW相の二相に流れる直線軌跡から構成される。   Thus, the locus of the current vector I 'when the U phase has an open failure is composed of a semicircular curved locus in which the motor current flows in three phases and a linear locus in which two phases of the UW phase flow.

ここで、電流ベクトルI’のq軸成分であるq軸電流Iqが正で、電気角速度ωが正となる力行の正回転状態を考える。この場合、d軸電流Idがゼロの状態でモータを制御していれば、電流ベクトルI’がβ軸上にあるのは、電気角θが180°から360°のシーンである。また、電流ベクトルI’のd軸成分であるd軸電流Idが負の弱め界磁制御を行っていた場合、電流ベクトルI’がβ軸上にあるのは、電気角θが180°−δから360°+δのシーンである。ここで、δは、動作正常時のdq座標軸上での電流ベクトル位相角である(Id=Iasinδ,Iq=iacosδ)。   Here, a power running positive rotation state in which the q-axis current Iq, which is the q-axis component of the current vector I ′, is positive and the electrical angular velocity ω is positive is considered. In this case, if the motor is controlled in a state where the d-axis current Id is zero, the current vector I ′ is on the β-axis in a scene where the electrical angle θ is 180 ° to 360 °. When the d-axis current Id, which is the d-axis component of the current vector I ′, is performing negative field weakening control, the current vector I ′ is on the β axis because the electrical angle θ is 180 ° −δ to 360 It is a scene of ° + δ. Here, δ is the current vector phase angle on the dq coordinate axis when the operation is normal (Id = Iasin δ, Iq = iacos δ).

また、電気角θが270°のときに電流ベクトルI’がβ軸上にある場合を考える。この時、d軸ベクトルはβ軸の負の方向を向き、q軸ベクトルはα軸の正の方向を向いてβ軸と直交している。そして、電流ベクトルI’はβ軸上にあり、q軸と直交しているため、この時のq軸電流Iqはゼロになる。同様に、電気角θが180°のときはd軸と電流ベクトルI’が直交しているため、d軸電流Idはゼロになる。   Consider a case where the current vector I ′ is on the β axis when the electrical angle θ is 270 °. At this time, the d-axis vector faces the negative direction of the β axis, and the q-axis vector faces the positive direction of the α axis and is orthogonal to the β axis. Since the current vector I ′ is on the β axis and orthogonal to the q axis, the q axis current Iq at this time becomes zero. Similarly, when the electrical angle θ is 180 °, the d-axis current Id becomes zero because the d-axis and the current vector I ′ are orthogonal to each other.

このように、U相の上アームUPが故障している時、電気角θが270°でq軸電流は0になり、電気角θが180°でd軸電流は0になることが分かる。これは、図2に示すように、正常動作時に電流ベクトルI’が円弧を描くように制御している場合、つまりはdq軸電流が一定になるように制御している場合であれば、制御方法に依存せず成立する。   Thus, it can be seen that when the upper arm UP of the U phase fails, the q-axis current becomes 0 when the electrical angle θ is 270 °, and the d-axis current becomes 0 when the electrical angle θ is 180 °. As shown in FIG. 2, this is controlled when the current vector I ′ is controlled to draw an arc during normal operation, that is, when the dq axis current is controlled to be constant. It does not depend on the method.

図4は、力行・正回転時に各アームがオープン故障した場合の電流ベクトルI’の軌跡を示す説明図である。各アームUP〜WNのいずれかがオープン故障している場合、電流ベクトルI’の軌跡は、図3の時と同様に、半円状の曲線軌跡と直線軌跡とから構成される。この時、故障箇所が異なると、電流ベクトルI’が直線になる電気角範囲が変化する。例えば、U相下アームUNがオープン故障した場合、電流ベクトルI’の軌跡が直線状になるのは、電気角θが0°から180°の場合となる。そして、電気角θが90°でq軸と電流ベクトル軌跡が直交するため、q軸電流は0になる。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the locus of the current vector I ′ when each arm has an open failure during power running / forward rotation. When any of the arms UP to WN has an open failure, the locus of the current vector I 'is composed of a semicircular curved locus and a straight locus, as in FIG. At this time, if the fault location is different, the electrical angle range in which the current vector I 'becomes a straight line changes. For example, when the U-phase lower arm UN has an open failure, the locus of the current vector I ′ is linear when the electrical angle θ is 0 ° to 180 °. The q-axis current is zero because the q-axis and the current vector locus are orthogonal when the electrical angle θ is 90 °.

同様に、V相上アームVPがオープン故障した場合、電流ベクトルI’の軌跡が直線状になるのは、電気角θが300°から120°の場合となる。そして、電気角θが30°でq軸と電流ベクトル軌跡が直交するため、q軸電流は0になる。また、V相下アームVNがオープン故障した場合、電流ベクトルI’の軌跡が直線状になるのは、電気角θが120°から300°の場合となる。そして、電気角θが210°でq軸と電流ベクトル軌跡が直交するため、q軸電流は0になる。   Similarly, when the V-phase upper arm VP has an open failure, the locus of the current vector I ′ becomes linear when the electrical angle θ is 300 ° to 120 °. The q-axis current is zero because the q-axis and the current vector locus are orthogonal when the electrical angle θ is 30 °. In addition, when the V-phase lower arm VN has an open failure, the locus of the current vector I ′ becomes linear when the electrical angle θ is 120 ° to 300 °. The q-axis current is zero because the q-axis and the current vector locus are orthogonal when the electrical angle θ is 210 °.

さらに、W相上アームWPがオープン故障した場合、電流ベクトルI’の軌跡が直線状になるのは、電気角θが60°から240°の場合となる。そして、電気角θが30°でq軸と電流ベクトル軌跡が直交するため、q軸電流は0になる。また、V相下アームVNがオープン故障した場合、電流ベクトルI’の軌跡が直線状になるのは、電気角θが120°から300°の場合となる。そして、電気角θが210°でq軸と電流ベクトル軌跡が直交するため、q軸電流は0になる。   Further, when the W-phase upper arm WP has an open failure, the locus of the current vector I ′ becomes linear when the electrical angle θ is 60 ° to 240 °. The q-axis current is zero because the q-axis and the current vector locus are orthogonal when the electrical angle θ is 30 °. In addition, when the V-phase lower arm VN has an open failure, the locus of the current vector I ′ becomes linear when the electrical angle θ is 120 ° to 300 °. The q-axis current is zero because the q-axis and the current vector locus are orthogonal when the electrical angle θ is 210 °.

このように、各故障箇所に応じた電流ベクトルI’の特有の軌跡となるため、dq軸が電流ベクトルI’の軌跡と直交する角度も故障箇所に応じて変わることとなる。そのため、特定の電気角でdq軸電流がゼロ近辺になることが分かれば、インバータのオープン故障の相を特定することが可能になる。   In this manner, since the current vector I ′ has a unique trajectory corresponding to each failure location, the angle at which the dq axis is orthogonal to the trajectory of the current vector I ′ also varies depending on the failure location. Therefore, if it is known that the dq-axis current is close to zero at a specific electrical angle, it becomes possible to specify the phase of the inverter open failure.

図5は、第1の実施形態にかかる制御装置30を機能的に捉えた場合のブロック構成図である。以下、本実施形態にかかる制御装置30による故障検出の処理について説明する。本実施形態の特徴の一つである故障検出との関係において、制御装置30は、これを機能的に捉えた場合、三相二相変換部31と、d軸電流ゼロクロス検出部32と、q軸電流ゼロクロス検出部33と、異常判定部34とを有している。   FIG. 5 is a block configuration diagram when the control device 30 according to the first embodiment is functionally grasped. Hereinafter, a failure detection process performed by the control device 30 according to the present embodiment will be described. In relation to failure detection which is one of the features of the present embodiment, the control device 30, when functionally grasping this, the three-phase to two-phase converter 31, the d-axis current zero-cross detector 32, q The shaft current zero-cross detection unit 33 and the abnormality determination unit 34 are provided.

三相二相変換部31は、電流センサ11によって検出される三相電流Iu〜Iw(実質的には、三相のうちの二相の電流Iu,Iv)と、回転角センサ12から得られる電気角θに基づいて、下式を用いて座標変換を行い、dq軸電流Id,Iqを演算する。

Figure 0005402403
The three-phase to two-phase converter 31 is obtained from the three-phase currents Iu to Iw (substantially, the two-phase currents Iu and Iv of the three phases) detected by the current sensor 11 and the rotation angle sensor 12. Based on the electrical angle θ, coordinate conversion is performed using the following equation to calculate the dq-axis currents Id and Iq.
Figure 0005402403

演算されたd軸電流Idは、d軸電流ゼロクロス検出部32とに出力されるとともに、q軸電流Iqは、q軸電流ゼロクロス検出部33に出力される。   The calculated d-axis current Id is output to the d-axis current zero-cross detector 32, and the q-axis current Iq is output to the q-axis current zero-cross detector 33.

d軸電流ゼロクロス検出部32およびq軸電流ゼロクロス検出部33のそれぞれは、入力されるd軸電流Idまたはq軸電流Iqがゼロ状態になることを検出し、検出時には検出フラグFd,Fqを異常判定部34に出力する。   Each of the d-axis current zero-cross detection unit 32 and the q-axis current zero-cross detection unit 33 detects that the input d-axis current Id or the q-axis current Iq is in a zero state, and abnormally detects the detection flags Fd and Fq at the time of detection. It outputs to the determination part 34.

dq軸電流ゼロクロス検出部32、33の構成としては、例えば、入力されたdq軸電流Id,Iqの絶対値が所定の判定閾値よりも小さいことを検出する方法を用いる。すなわち、dq軸電流ゼロクロス検出部32、33は、dq軸電流Id,Iqが厳密にゼロであること検出するのみならず、概ねゼロと見なせる範囲をゼロ状態として検出する。この場合、判定閾値としては、電流センサ11のばらつきや、電流のサンプリング周期などを考慮して、上述の制御概念を前提に、dq軸電流Id,Iqが概ねゼロであるとみなせる範囲の値を判定閾値として選択することができる。また、電流センサ11や回転角センサ12の検出値に含まれるノイズによってゼロ状態を誤検出しないように、適当なマージンを持たせるように判定閾値を設定してもよい。   As a configuration of the dq-axis current zero-cross detection units 32 and 33, for example, a method of detecting that the absolute values of the input dq-axis currents Id and Iq are smaller than a predetermined determination threshold is used. That is, the dq-axis current zero cross detection units 32 and 33 not only detect that the dq-axis currents Id and Iq are strictly zero, but also detect a range that can be regarded as almost zero as a zero state. In this case, the determination threshold value is a value in a range in which the dq-axis currents Id and Iq can be regarded as substantially zero on the basis of the above-described control concept in consideration of variations in the current sensor 11 and a current sampling period. It can be selected as a determination threshold. Further, the determination threshold value may be set so as to have an appropriate margin so that the zero state is not erroneously detected due to noise included in the detection values of the current sensor 11 and the rotation angle sensor 12.

異常判定部34は、dq軸電流ゼロクロス検出部32,33から検出フラグFd,Fqが出力された場合、回転角センサ12から読み込んだモータ10の電気角θに基づいて、故障検出を行う。具体的には、図3,4で説明したように、異常判定部34は、検出フラグFd,Fqの出力に対応する電気角θが、電流ベクトル軌跡がd軸あるいはq軸と直交する時の電気角であるか否かを判定する。これにより、異常判定部34は、故障の発生と、故障箇所とを特定する。ここで、異常判定部34は、図6に示すように、故障部位を特定するために電気角の一覧(マップ)を保持しており、当該一覧に基づいて、故障検出を行う。ここで、図6は、電流ベクトル軌跡がd軸あるいはq軸と直交する時の電気角の一覧を示す説明図である。   When the detection flags Fd and Fq are output from the dq-axis current zero-cross detection units 32 and 33, the abnormality determination unit 34 performs failure detection based on the electrical angle θ of the motor 10 read from the rotation angle sensor 12. Specifically, as described with reference to FIGS. 3 and 4, the abnormality determination unit 34 determines that the electrical angle θ corresponding to the output of the detection flags Fd and Fq is when the current vector locus is orthogonal to the d axis or the q axis. It is determined whether it is an electrical angle. Thereby, the abnormality determination unit 34 identifies the occurrence of the failure and the location of the failure. Here, as shown in FIG. 6, the abnormality determination unit 34 holds a list (map) of electrical angles in order to identify a failure site, and performs failure detection based on the list. Here, FIG. 6 is an explanatory diagram showing a list of electrical angles when the current vector locus is orthogonal to the d-axis or q-axis.

なお、異常時の電流ベクトル軌跡がd軸あるいはq軸と直交する時の電気角と、現在の電気角θとが等しい場合だけでなく、現在の電気角θが特定の角度範囲内であることを条件に故障を検出してもよい。この場合、判定に用いる角度範囲は、異常時の電流ベクトル軌跡がd軸あるいはq軸と直交する時の電気角を含み、更に回転角センサ12のばらつき、誤差や、サンプル周期、センサノイズを考慮した適当なマージンを含むように設定することが好ましい。   It should be noted that the current electrical angle θ is within a specific angle range as well as the electrical angle when the current vector locus at the time of abnormality is orthogonal to the d-axis or q-axis and the current electrical angle θ. A failure may be detected under the conditions. In this case, the angle range used for determination includes the electrical angle when the current vector locus at the time of abnormality is orthogonal to the d-axis or q-axis, and further takes into account variations, errors, sample period, and sensor noise of the rotation angle sensor 12. It is preferable to set so as to include an appropriate margin.

図7は、dq軸電流Id,Iqと、モータ10の電気角θとの推移を示す説明図である。同図において、(a)は正常時の推移を示し、(b)はU相上アームUPの推移を示し、(c)はV相上アームVPの推移を示し、(d)はU相下アームUNの推移を示す。同図に示すデータは、d軸電流Idを負、q軸電流Iqを正で弱め界磁制御をしながら力行、正回転でモータ10を動作させた状態を示している。また、同図では、モータ動作開始から一定時間(時間A)の経過後に故障が発生するように設定している。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing transitions of the dq-axis currents Id and Iq and the electric angle θ of the motor 10. In the same figure, (a) shows the transition in the normal state, (b) shows the transition of the U-phase upper arm UP, (c) shows the transition of the V-phase upper arm VP, and (d) shows the transition under the U-phase. The transition of the arm UN is shown. The data shown in the figure shows a state in which the motor 10 is operated by power running and forward rotation while performing field control while the d-axis current Id is negative and the q-axis current Iq is positive and weakened. Further, in the figure, it is set so that a failure occurs after a lapse of a certain time (time A) from the start of the motor operation.

同図に示すように、dq軸電流Id,Iqは故障発生前には一定値で動作しているが、故障発生後はどの波形も大きく変動している。例えば、(b)に示すように、U相上アームUPが故障した場合、電気角θが180°でd軸電流Idがゼロ状態となり、電気角θが270°でq軸電流Iqがゼロ状態となる。また、V相上アームVPが故障した場合、電気角θが300°でd軸電流Idがゼロ状態となり、電気角θが30°でq軸電流Iqがゼロ状態となっている。さらに、U相下アームUNが故障した場合、電気角θが0°でd軸電流Idがゼロ状態となり、電気角θが90°でq軸電流Iqがゼロ状態となる。   As shown in the figure, the dq-axis currents Id and Iq operate at a constant value before the occurrence of the failure, but all the waveforms fluctuate greatly after the occurrence of the failure. For example, as shown in (b), when the U-phase upper arm UP fails, the electrical angle θ is 180 ° and the d-axis current Id is zero, and the electrical angle θ is 270 ° and the q-axis current Iq is zero. It becomes. When the V-phase upper arm VP fails, the electrical angle θ is 300 ° and the d-axis current Id is in the zero state, and the electrical angle θ is 30 ° and the q-axis current Iq is in the zero state. Further, when the U-phase lower arm UN fails, the d-axis current Id becomes zero when the electrical angle θ is 0 °, and the q-axis current Iq becomes zero when the electrical angle θ is 90 °.

これらの状態は、図6に示した電流ベクトル軌跡とdq軸とが直交する角度と一致している。このように、dq軸電流ゼロクロス検出部32,33がゼロ状態を検出した時の電気角θに基づいて、異常判定部34が故障箇所を検出することが可能となる。   These states coincide with the angles at which the current vector locus and the dq axis shown in FIG. 6 are orthogonal to each other. In this manner, the abnormality determination unit 34 can detect the failure location based on the electrical angle θ when the dq-axis current zero-cross detection units 32 and 33 detect the zero state.

このように本実施形態において、制御装置30によれば、三相二相変換部31は、電流センサ11(相電流検出手段)によって検出される各相の相電流Iu〜Iwに基づいて、モータ10のd軸電流Idおよびq軸電流Iqをそれぞれ検出する(dq軸電流検出手段)。また、dq軸電流ゼロクロス検出部32、33は、d軸電流Idまたはq軸電流Iqがゼロ状態となることを検出する(ゼロ状態検出手段)。また、異常判定部34は、d軸電流Idまたはq軸電流Iqのゼロ状態が検出された場合に、回転角センサ12(回転角検出手段)によって検出されたモータ10の回転角θに基づいて、インバータ20における故障箇所を特定する故障検出を行う(特定手段)。   As described above, in the present embodiment, according to the control device 30, the three-phase to two-phase conversion unit 31 is based on the phase currents Iu to Iw of each phase detected by the current sensor 11 (phase current detection means). Ten d-axis currents Id and q-axis current Iq are detected (dq-axis current detection means). Further, the dq axis current zero cross detectors 32 and 33 detect that the d axis current Id or the q axis current Iq is in a zero state (zero state detecting means). Further, the abnormality determination unit 34 is based on the rotation angle θ of the motor 10 detected by the rotation angle sensor 12 (rotation angle detection means) when the zero state of the d-axis current Id or the q-axis current Iq is detected. Then, the failure detection for specifying the failure location in the inverter 20 is performed (identification means).

かかる構成によれば、d軸電流Idまたはq軸電流Iqのゼロ状態と、その際のモータ10の回転角θとに基づいて、インバータ20に故障が発生したことだけでなく、故障箇所を含めて検出することが可能となる。また、従来手法によれば、故障を1回検出するためには、モータが確実に1回転以上することが必要であった。これに対し、本実施形態によれば、単にモータ10の電気角(回転角)θが所定角度を通過した時の電流が、特定範囲内にあるかどうかを判断するだけで故障を検出できるので、モータ10が1回転未満でも故障検出を行うことができる。弱め界磁制御を行ってd軸電流Idがゼロでなければ、モータ10の1回転中にd軸電流Idがゼロになるタイミングと、q軸電流Iqがゼロになるタイミングとで、2回故障を検出する機会がある。そのため、モータ10が低速回転しているようなシーンでも、故障検出を迅速かつ正確に行うことができる。   According to such a configuration, not only a failure has occurred in the inverter 20 based on the zero state of the d-axis current Id or the q-axis current Iq and the rotation angle θ of the motor 10 at that time, but also the failure location is included. Can be detected. Further, according to the conventional method, in order to detect a failure once, it is necessary for the motor to reliably perform one or more rotations. On the other hand, according to the present embodiment, a failure can be detected simply by determining whether or not the current when the electrical angle (rotation angle) θ of the motor 10 passes a predetermined angle is within a specific range. Failure detection can be performed even if the motor 10 is less than one rotation. If field-weakening control is performed and the d-axis current Id is not zero, two failures are detected at the timing when the d-axis current Id becomes zero and the q-axis current Iq becomes zero during one rotation of the motor 10. There is an opportunity to do. Therefore, failure detection can be performed quickly and accurately even in a scene where the motor 10 rotates at a low speed.

また、本実施形態によれば、異常判定部34は、d軸電流Idまたはq軸電流Iqがゼロ状態となった場合におけるモータ10の電気角θと故障箇所との対応関係を規定したマップを参照し、インバータ20における故障箇所を特定する。かかる構成によれば、マップを参照することにより、故障箇所の特定が可能となるので、簡易な構成で故障検出を実現することができる。   Further, according to the present embodiment, the abnormality determination unit 34 provides a map that defines the correspondence relationship between the electrical angle θ of the motor 10 and the failure location when the d-axis current Id or the q-axis current Iq becomes zero. The failure location in the inverter 20 is specified with reference. According to such a configuration, the failure location can be specified by referring to the map, so that the failure detection can be realized with a simple configuration.

また、本実施形態において、dq軸電流ゼロクロス検出部32、33は、検出されるd軸電流Idまたはq軸電流Iqの絶対値が、ゼロ状態を判定する所定の判定閾値よりも小さい場合に、ゼロ状態を検出する。また、異常判定部34は、マップに記載される電動機の回転角を含む所定角度範囲に、回転角センサ12によって検出されるモータ10の回転角θが含まれる場合に、このマップにおいて対応する故障箇所を特定する。かかる構成によれば、電流センサ11のばらつきや、電流のサンプリング周期など、また、回転角センサ12のばらつき、誤差や、サンプル周期、センサノイズを考慮して故障検出を行うことができるので、故障検出の精度向上を図ることができる。   In the present embodiment, the dq-axis current zero-cross detection units 32 and 33 detect the absolute value of the detected d-axis current Id or q-axis current Iq smaller than a predetermined determination threshold value for determining the zero state. Detect zero condition. Further, the abnormality determination unit 34 corresponds to a failure corresponding to this map when the rotation angle θ of the motor 10 detected by the rotation angle sensor 12 is included in a predetermined angle range including the rotation angle of the electric motor described in the map. Identify the location. According to this configuration, failure detection can be performed in consideration of variations in the current sensor 11 and current sampling cycle, variations in the rotation angle sensor 12, errors, sampling cycle, and sensor noise. The detection accuracy can be improved.

(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態にかかる制御装置30を機能的に捉えた場合のブロック構成図である。本実施形態にかかる制御装置30が第1の実施形態のそれと相違する点は、故障の誤検出を抑制する内部処理を追加した点である。なお、第1の実施形態と共通する点については説明を省略することとし、以下、相違点を中心に説明を行う。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a block configuration diagram when the control device 30 according to the second embodiment is functionally grasped. The control device 30 according to the present embodiment is different from that of the first embodiment in that internal processing for suppressing erroneous detection of a failure is added. Note that description of points that are the same as in the first embodiment will be omitted, and hereinafter, differences will be mainly described.

図8に示すように、制御装置30は、これを機能的に捉えた場合、三相二相変換部31と、d軸電流ゼロクロス検出部32と、q軸電流ゼロクロス検出部33と、電流目標値生成部35と、電流予測部36と、異常判定部37とを有している。この制御装置30は、インバータ20が正常動作しているにもかかわらず、dq軸電流Id,Iqがゼロ状態になった時に故障と誤検出しないように構成されている。   As shown in FIG. 8, when this is functionally grasped, the control device 30 has a three-phase to two-phase converter 31, a d-axis current zero-cross detector 32, a q-axis current zero-cross detector 33, and a current target. A value generation unit 35, a current prediction unit 36, and an abnormality determination unit 37 are included. This control device 30 is configured not to erroneously detect a failure when the dq-axis currents Id and Iq become zero even though the inverter 20 is operating normally.

三相二相変換部31は、電流センサ11によって検出される三相電流Iu〜Iw(実質的には、三相のうちの二相の電流Iu,Iv)と、回転角センサ12から得られる電気角θに基づいて、数式3に示す演算式を用いて座標変換を行い、dq軸電流Id,Iqを演算する。演算されたd軸電流Idは、d軸電流ゼロクロス検出部32とに出力されるとともに、q軸電流Iqは、q軸電流ゼロクロス検出部33に出力される。   The three-phase to two-phase converter 31 is obtained from the three-phase currents Iu to Iw (substantially, the two-phase currents Iu and Iv of the three phases) detected by the current sensor 11 and the rotation angle sensor 12. Based on the electrical angle θ, coordinate conversion is performed using the calculation formula shown in Formula 3, and the dq-axis currents Id and Iq are calculated. The calculated d-axis current Id is output to the d-axis current zero-cross detector 32, and the q-axis current Iq is output to the q-axis current zero-cross detector 33.

d軸電流ゼロクロス検出部32およびq軸電流ゼロクロス検出部33のそれぞれは、入力されるd軸電流Idまたはq軸電流Iqのゼロ状態を検出し、検出時には検出フラグFd,Fqを異常判定部34に出力する。   Each of the d-axis current zero-cross detection unit 32 and the q-axis current zero-cross detection unit 33 detects the zero state of the input d-axis current Id or the q-axis current Iq, and detects the detection flags Fd and Fq at the time of detection. Output to.

電流目標値生成部35は、モータ10で必要なトルクを発生するようインバータ20のスイッチング動作を制御するためのdq軸電流目標値Id*,Iq*を演算する。例えば、電流目標値生成部35は、モータ10に要求されるトルク指令値およびモータ10の電気角速度ωと、dq軸電流目標値Id*,Iq*との対応関係を記述したマップを保持しており、トルク指令値および電気角速度ωに基づいて、dq軸電流目標値Id*,Iq*を演算する。演算されたdq軸電流目標値Id*,Iq*は、電流予測部36に出力される。   The current target value generation unit 35 calculates dq-axis current target values Id * and Iq * for controlling the switching operation of the inverter 20 so that the motor 10 generates necessary torque. For example, the current target value generation unit 35 holds a map that describes the correspondence between the torque command value required for the motor 10 and the electrical angular velocity ω of the motor 10 and the dq-axis current target values Id * and Iq *. Based on the torque command value and the electrical angular velocity ω, dq-axis current target values Id * and Iq * are calculated. The calculated dq-axis current target values Id * and Iq * are output to the current prediction unit 36.

電流予測部36は、dq軸電流目標値Id*,Iq*に基づいて、インバータ20に故障がなく正常に動作した際(非故障時)のdq軸電流をdq軸電流予測値Idc,Iqcとして予測する。例えば、PI制御と、電圧非干渉制御とを用いて、モータ10を制御するような場合、dq軸電流の応答波形は一次遅れ系になると考えられる。そこで、本実施形態の電流予測部36は、「ωc/(s+ωc)」で表されるローパスフィルタにdq軸電流目標値Id*,Iq*を入力することにより、dq軸電流予測値Idc,Iqcを演算する。予測されたdq軸電流予測値Idc,Iqcは、異常判定部37に出力される。   Based on the dq-axis current target values Id * and Iq *, the current prediction unit 36 sets the dq-axis current when the inverter 20 operates normally without failure as non-failure dq-axis current predicted values Idc and Iqc. Predict. For example, when the motor 10 is controlled using PI control and voltage non-interference control, the response waveform of the dq axis current is considered to be a first-order lag system. Therefore, the current prediction unit 36 of the present embodiment inputs the dq-axis current target values Id * and Iq * to the low-pass filter represented by “ωc / (s + ωc)”, so that the predicted dq-axis current values Idc and Iqc. Is calculated. The predicted dq-axis current predicted values Idc and Iqc are output to the abnormality determination unit 37.

異常判定部37は、dq軸電流ゼロクロス検出部32,33から検出フラグFd,Fqが出力された場合、回転角センサ12から読み込んだモータ10の電気角θに基づいて、故障検出を行う。具体的には、図3,4で説明したように、異常判定部34は、検出フラグFd,Fqの出力に対応する電気角θが、電流ベクトル軌跡がd軸あるいはq軸と直交する時の電気角であるか否かを判定する。これにより、異常判定部34は、故障の発生と、故障箇所とを特定する。ここで、異常判定部34は、図6に示すように、故障部位を特定するために電気角の一覧を保持しており、当該一覧に基づいて、故障検出を行う。   When the detection flags Fd and Fq are output from the dq-axis current zero-cross detection units 32 and 33, the abnormality determination unit 37 performs failure detection based on the electrical angle θ of the motor 10 read from the rotation angle sensor 12. Specifically, as described with reference to FIGS. 3 and 4, the abnormality determination unit 34 determines that the electrical angle θ corresponding to the output of the detection flags Fd and Fq is when the current vector locus is orthogonal to the d axis or the q axis. It is determined whether it is an electrical angle. Thereby, the abnormality determination unit 34 identifies the occurrence of the failure and the location of the failure. Here, as shown in FIG. 6, the abnormality determination unit 34 holds a list of electrical angles in order to identify a failure site, and performs failure detection based on the list.

また、本実施形態において、異常判定部37は、dq軸電流予測値Idc,Iqcの絶対値が閾値εよりも小さい場合には、故障判定を実施しない。すなわち、異常判定部37は、dq軸電流予測値Idc,Iqcが閾値ε以上の時に、上述した手法により故障検出を行う。   In the present embodiment, the abnormality determination unit 37 does not perform failure determination when the absolute values of the dq-axis current predicted values Idc and Iqc are smaller than the threshold ε. That is, the abnormality determination unit 37 performs failure detection by the above-described method when the dq-axis current predicted values Idc and Iqc are equal to or greater than the threshold ε.

このように本実施形態において、制御装置30は、モータ10に要求されるトルク指令から特定されるd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*に基づいて、インバータ20の非故障時におけるモータ10のd軸電流およびq軸電流をd軸電流予測値Idc,Iqcとして予測する(予測手段)。この場合、異常判定部34は、d軸電流予測値Idcまたはq軸電流予測値Iqcがゼロ状態の場合には、故障検出を行わない。   As described above, in the present embodiment, the control device 30 is based on the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * specified from the torque command required for the motor 10 when the inverter 20 is not in failure. Are predicted as d-axis current predicted values Idc and Iqc (prediction means). In this case, the abnormality determination unit 34 does not detect a failure when the d-axis current predicted value Idc or the q-axis current predicted value Iqc is in a zero state.

かかる構成によれば、dq軸電流予測値Idc,Iqcがゼロ近辺の場合は、故障検出をマスクするため、インバータ20が正常な状態においてdq軸電流Id,Iqがゼロ近傍になる時に故障と誤検出するのを抑制することができる。例えば、モータ10を力行状態から回生状態に変更するためにトルクを正から負にする時などには、dq軸電流Id,Iqは、インバータ20に故障が発生していなくても過渡的にゼロ近傍の値をとることがある。このdq軸電流Id,Iqがゼロ近傍になる時の電気角θが図6に示す角度と重なった場合には、故障と誤検出する可能性がある。しかしながら、本実施形態によれば、このような不都合を生じることなく、有効に故障検出を行うことができる。   According to such a configuration, when the dq-axis current prediction values Idc and Iqc are near zero, the failure detection is masked, so that when the inverter 20 is in a normal state, the dq-axis currents Id and Iq are erroneously detected as being near zero. Detection can be suppressed. For example, when the torque is changed from positive to negative in order to change the motor 10 from the power running state to the regenerative state, the dq axis currents Id and Iq are transiently zero even if the inverter 20 has not failed. May take a nearby value. If the electrical angle θ when the dq-axis currents Id and Iq are close to zero overlaps with the angle shown in FIG. 6, there is a possibility that a failure is erroneously detected. However, according to the present embodiment, failure detection can be performed effectively without causing such inconvenience.

なお、本実施形態形態では、一次ローパスフィルタでdq軸電流目標値Id*,Iq*からdq軸電流予測値Idc,Iqcを求めたが、予測手法はこれに限定されるものではなく、様々な手法を用いることが可能である。   In the present embodiment, the dq-axis current predicted values Idc and Iqc are obtained from the dq-axis current target values Id * and Iq * by the primary low-pass filter. However, the prediction method is not limited to this, and various methods are available. It is possible to use a technique.

なお、上述した各実施形態では、モータ10の正回転の場合について述べたが、モータ10が逆回転する場合でも、同様の考え方で故障発生と故障箇所との検出が可能である。また、上述した各実施形態では、永久磁石同期電動機と三相インバータとにおける故障検出について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、多相のインバータや他の交流モータ(巻線型同期モータ、誘導モータなど)の組み合わせついても同様の構成で故障を検出することができる。   In each of the above-described embodiments, the case where the motor 10 is rotated forward has been described. However, even when the motor 10 rotates in the reverse direction, it is possible to detect the occurrence of a failure and the location of the failure based on the same concept. In each of the above-described embodiments, the failure detection in the permanent magnet synchronous motor and the three-phase inverter has been described. However, the present invention is not limited to this, and a multi-phase inverter or other AC motor (winding type) is used. A combination of a synchronous motor, an induction motor, etc.) can detect a failure with the same configuration.

10…モータ
11…電流センサ
12…回転角センサ
20…インバータ
21…バッテリ
22…半導体スイッチ
23…還流用ダイオード
30…制御装置
31…三相二相変換部
32…d軸電流ゼロクロス検出部
33…q軸電流ゼロクロス検出部
34…異常判定部
35…電流目標値生成部
36…電流予測部
37…異常判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motor 11 ... Current sensor 12 ... Rotation angle sensor 20 ... Inverter 21 ... Battery 22 ... Semiconductor switch 23 ... Recirculation diode 30 ... Control device 31 ... Three-phase two-phase conversion part 32 ... d-axis current zero cross detection part 33 ... q Axis current zero cross detection unit 34 ... abnormality determination unit 35 ... current target value generation unit 36 ... current prediction unit 37 ... abnormality determination unit

Claims (4)

多相の交流電力により駆動する電動機を制御する電動機制御システムにおいて、
電源の正極側に接続される上アームと前記電源の負極側に接続される下アームとが直列接続された回路を前記電動機の各相に対応して備えて、前記電源からの直流電力を相毎の交流電力に変換して前記電動機に出力する電力変換手段と、
前記電動機の回転角を検出する回転角検出手段と、
前記電動機の各相の相電流を検出する相電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出される前記各相の相電流に基づいて、前記電動機のd軸電流およびq軸電流をそれぞれ検出するdq軸電流検出手段と、
前記dq軸電流検出手段によって検出されるd軸電流またはq軸電流がゼロ状態となることを検出するゼロ状態検出手段と、
前記ゼロ状態検出手段によってゼロ状態が検出された場合に、前記回転角検出手段によって検出された前記電動機の回転角に基づいて、前記電力変換手段における故障箇所を特定する故障検出を行う特定手段と
を有することを特徴とする電動機制御システム。
In the motor control system that controls the motor driven by the polyphase AC power,
A circuit in which an upper arm connected to the positive electrode side of the power supply and a lower arm connected to the negative electrode side of the power supply are connected in series is provided corresponding to each phase of the electric motor, and DC power from the power supply is phased. Power conversion means for converting into alternating current power and outputting to the electric motor;
Rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the electric motor;
Phase current detection means for detecting a phase current of each phase of the electric motor;
Dq-axis current detection means for respectively detecting the d-axis current and the q-axis current of the electric motor based on the phase current of each phase detected by the current detection means;
Zero state detecting means for detecting that the d axis current or the q axis current detected by the dq axis current detecting means is in a zero state;
A specifying unit that detects a failure in the power conversion unit based on a rotation angle of the motor detected by the rotation angle detection unit when a zero state is detected by the zero state detection unit; An electric motor control system comprising:
前記特定手段は、d軸電流またはq軸電流がゼロ状態となった場合における前記電動機の回転角と故障箇所との対応関係を規定したマップを参照し、前記電力変換手段における故障箇所を特定することを特徴とする請求項1に記載された電動機制御システム。   The specifying means refers to a map that defines a correspondence relationship between the rotation angle of the motor and a failure location when the d-axis current or the q-axis current is in a zero state, and specifies the failure location in the power conversion means. The electric motor control system according to claim 1. 前記ゼロ状態検出手段は、前記dq軸電流検出手段によって検出されるd軸電流またはq軸電流の絶対値が、前記ゼロ状態を判定する所定の判定閾値よりも小さい場合に、前記ゼロ状態を検出し、
前記特定手段は、前記マップに記載される前記電動機の回転角を含む所定角度範囲に、前記回転角検出手段によって検出される前記電動機の回転角が含まれる場合に、前記マップにおいて対応する故障箇所を特定することを特徴とする請求項2に記載された電動機制御システム。
The zero state detection unit detects the zero state when the absolute value of the d-axis current or the q-axis current detected by the dq-axis current detection unit is smaller than a predetermined determination threshold for determining the zero state. And
The specifying means includes a failure location corresponding to the map when the rotation angle of the motor detected by the rotation angle detection means is included in a predetermined angle range including the rotation angle of the motor described in the map. The motor control system according to claim 2, wherein the motor control system is specified.
前記電動機に要求されるトルク指令から特定されるd軸電流指令値およびq軸電流指令値に基づいて、前記電力変換手段の非故障時における電動機のd軸電流およびq軸電流を予測する予測手段をさらに有し、
前記特定手段は、前記予測手段によって予測される前記電動機のd軸電流またはq軸電流がゼロ状態の場合には、前記故障検出を行わないことを特定する請求項1から3のいずれかに記載された電動機制御システム。
Prediction means for predicting the d-axis current and q-axis current of the motor when the power conversion means is not in failure based on the d-axis current command value and the q-axis current command value specified from the torque command required for the motor. Further comprising
4. The device according to claim 1, wherein the specifying unit specifies that the failure detection is not performed when the d-axis current or the q-axis current of the electric motor predicted by the prediction unit is in a zero state. 5. Motor control system.
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