JP5724351B2 - モータ制御システム - Google Patents

Description

本発明は、三相誘導モータの断線や接続不良等の異常を診断するモータ制御システムに関する。

三相誘導モータを駆動する場合に、直流電源からの電力をインバータによって交流電力に変換し、インバータのＰＷＭ制御により三相誘導モータのトルクを制御するモータ駆動装置が適用される。

三相誘導モータの動作中にその一相が断線した場合、或いはモータ端子のＵ、Ｖ、Ｗのいずれか一相が外れた場合、インバータ回路への入力電流のリップル波高値は、正常時に比べて大きくなる。そこで、特許文献１では、シャント抵抗を用いてインバータ部への入力電流を検出し、入力電流のリップル波高値が所定のしきい値を超えている時間に応じて、三相誘導モータの異常を診断している。

特開平６−１３３５９１号公報

図１３に示すように、特許文献１では、入力電流のリップル波高値ＣＤ１が所定のしきい値を継続して超えている時間が、所定の異常判断時間ＨＴ以上である場合に異常と判定している。よって、入力電流のリップル波高値ＣＤ２が所定のしきい値を超えている時間ＨＳが、異常判断時間ＨＴ未満となる場合には、異常を検出することはできない。

つまり、モータ駆動ユニットの異常を電流異常の継続時間で判断しようとすると、異常判断時間ＨＴと実際の異常の発生状況との不整合は必ず生じる。このため、三相誘導モータの異常を正しく診断することができず、診断精度が低下してしまうという課題があった。

本発明は上記課題に鑑み、モータ駆動ユニットの異常診断精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成する本発明の一態様は、直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ、及びインバータにより変換された交流電力によって駆動される三相誘導モータを備えるモータ駆動ユニットと、インバータに流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する電流異常検出部と、電流異常が周期的に検出される場合にモータ駆動ユニットに異常があると診断するモータ異常診断部とを備えるモータ制御システムであって、電流異常検出部は、インバータに入力される直流電流を検出する直流電流検出部と、直流電流検出部により検出された直流電流が第１のしきい値以上である時に電流異常があることを示す異常信号を出力し、直流電流が第１のしきい値未満である時に電流異常が無いことを示す正常信号を出力する第１の比較部と、を備え、モータ異常診断部は、異常信号が出力されてから三相誘導モータの電気角の１周期以内に、正常信号が出力され、且つ、当該正常信号が出力されてから電気角の１周期以内に再び異常信号が出力された場合に、モータ駆動ユニットに異常があると診断することを要旨とする。

本発明のモータ制御システムによれば、電流異常の継続時間ではなく、電流異常の周期性からモータ駆動ユニットの異常を診断するので、周期性の無いノイズと異常とを精度良く見極めて、モータ駆動ユニットの異常診断精度を向上させることができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係わるモータ制御システムの全体構成を示すブロック図である。 図２は、図１の異常処理部６が行う演算処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図３は、シャント抵抗８により検出された電流のうちの交流（ＡＣ）成分と第１のしきい値との対比から電流異常に周期性があると判断される場合を示すグラフである。 図４は、シャント抵抗８により検出された電流のうちの交流（ＡＣ）成分と第１のしきい値との対比から電流異常に周期性が無いと判断される場合を示すグラフである。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係わるモータ制御システムの全体構成を示すブロック図である。 図６は、図５の異常処理部６が行う演算処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図７は、三相の交流電流値の和と上側しきい値及び下側しきい値との対比から電流異常に周期性があると診断される場合を示すグラフである。 図８は、三相の交流電流値の和と上側しきい値及び下側しきい値との対比から電流異常に周期性が無いと診断される場合を示すグラフである。 図９は、本発明の第３の実施の形態に係わるモータ制御システムの全体構成を示すブロック図である。 図１０は、図９の異常処理部６が行う演算処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１１は、図１０のサブルーチンＡの処理を実行する異常処理部６の構成例を示すブロック図である。 図１２は、図１０のサブルーチンＡを示すフローチャートである。 図１３は、従来技術の問題点を説明するための図である。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。

（第１の実施の形態）
先ず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係わるモータ制御システムの全体構成を説明する。第１の実施の形態に係わるモータ制御システムは、直流電力を供給するバッテリー２、直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ４、及びインバータ４により変換された交流電力によって駆動される三相誘導モータ１を有するモータ駆動ユニット２２と、インバータ４に流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する電流異常検出部（第１の電流異常検出部２３ａ）と、電流異常が周期的に検出される場合にモータ駆動ユニット２２に異常があると診断する異常処理部（モータ異常診断部）６とを備える。

ここで、異常処理部６が診断する「モータ駆動ユニット２２に起こる異常」には、インバータ４から三相誘導モータ１へ入力される三相の交流電力を伝送する３本の交流配線、或いはバッテリー２からインバータ４へ入力される直流電力を伝送する直流配線の断線、交流配線又は直流配線とインバータ４、三相誘導モータ１或いはバッテリー２との接続不良が含まれる。

また、「インバータ４に流れる電流値」には、インバータ４に入力される直流電流値と、インバータ４から出力される交流電流値とが含まれる。第１の実施の形態では、「インバータ４に流れる電流値」がインバータ４に入力される直流電流値である場合について説明する。

すなわち、電流異常検出部の一例として、インバータ４に入力される直流電流値が第１のしきい値以上である時に電流異常を検出する第１の電流異常検出部２３ａについて説明する。異常処理部６は、電流異常が三相誘導モータ１の電気角（以後、単に「電気角」と略す。）の１周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。

具体的に、第１の電流異常検出部２３ａは、インバータ４に入力される直流電流を検出する直流電流検出部の一例としてのシャント抵抗８と、シャント抵抗８により検出された直流電流が第１のしきい値以上である時に電流異常があることを示す異常信号を出力し、直流電流が第１のしきい値未満である時に電流異常が無いことを示す正常信号を出力する第１の比較部１２とを備える。

異常処理部６は、異常信号が第１の電流異常検出部２３ａから出力されてから電気角の１周期以内に、正常信号が第１の電流異常検出部２３ａから出力され、且つ、その正常信号が出力されてから電気角の１周期以内に再び異常信号が第１の電流異常検出部２３ａから出力された場合に、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。モータ駆動ユニット２２に異常があると診断した場合、モータ異常信号ＥＳを出力して、ユーザなどに対して報知する。

異常処理部６が行う演算処理は、その演算処理を規定したコンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、コンピュータが備えるＣＰＵ５を用いて実施することができる。モータ制御システムは、ＣＰＵ５が動作するために必要な電力を供給する安定化電源３を備える。もちろん、異常処理部６は、コンピュータプログラムなどのソフトウェアとしてのみならず、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）やＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）などのハードウェアとして実施することも可能である。

インバータ４は、ＩＧＢＴなどのパワースイッチング素子などを用いて、直流電力を三相の交流電力に変換する。シャント抵抗８は、インバータ４と接地電位の間に、バッテリー２に対して並列に接続されている。シャント抵抗８は、インバータ４に流れる電流を検出するセンサであり、シャント抵抗８で検出された電流は、シャント抵抗８とインバータ４との間の電位に対応している。シャント抵抗８とインバータ４との間の電位は、増幅回路９によって増幅される。増幅回路９から出力された信号のうち、直流（ＤＣ）成分は、コンデンサ１０によるカップリングによって除去され、交流（ＡＣ）成分のみが取り出される。交流（ＡＣ）成分は、増幅回路１１で増幅された後、信号ＳＧａとして第１の比較部１２の一方の入力端子に入力される。第１の比較部１２の他方の入力端子には基準電源１３が接続され、基準電源１３から出力される基準電圧が他方の入力端子に入力される。

第１の比較部１２は、信号ＳＧａの電位と基準電圧とを比較する。第１の比較部１２は、信号ＳＧａの電位が基準電圧以上である時に、シャント抵抗８により検出された直流電流が第１のしきい値以上であると判断して、Ｈレベル信号（異常信号）を出力する。第１の比較部１２は、信号ＳＧａの電位が基準電圧未満である時に、シャント抵抗８により検出された直流電流が第１のしきい値未満であると判断して、Ｌレベル信号（正常信号）を出力する。Ｈレベル信号及びＬレベル信号は、ＣＰＵ５に入力される。

ＣＰＵ５は、三相誘導モータ１のＰＷＭ制御を行う制御部７としての機能を備える。制御部７は、三相誘導モータ１の現在の回転数ＲＣを示す信号及び三相誘導モータ１に加わる負荷の大きさを示す信号、或いは三相誘導モータ１に必要な回転数を示す信号に基づいて、三相誘導モータ１のトルクを演算し、トルクの発生に必要なモータ電流を実現するためのスイッチング信号ＤＳをインバータ４へ出力する。

次に、図２のフローチャートを参照して、図１のＣＰＵ５が異常処理部６として実行する演算処理の流れの一例を説明する。先ず、Ｓ０１段階において、第１の電流異常検出部２３ａから、Ｈレベル信号が入力されるか否かを判断する。Ｌレベル信号を検出し、Ｈレベル信号を検出しない場合、モータ駆動ユニット２２は正常であると診断できるので、Ｓ０１段階において、Ｈレベル信号の入力を監視する。

Ｈレベル信号を検出した場合（Ｓ０１でＹＥＳ）、Ｓ０３段階に進み、Ｈレベル信号を検出し始めてから、電気角の１周期以内に、Ｌレベル信号を検出するか否かを判断する。電気角の１周期以内にＬレベル信号を検出した場合（Ｓ０３でＹＥＳ）、Ｓ０５段階に進み、そのＬレベル信号を検出し始めてから電気角の１周期以内に、再びＨレベル信号を検出するか否かを判断する。再びＨレベル信号を検出した場合（Ｓ０５でＹＥＳ）、Ｈレベル信号の検出に周期性があるため、モータ駆動ユニット２２に異常があると判断できるので、Ｓ０７段階に進み、モータ異常信号ＥＳを出力する。

一方、電気角の１周期以内に再びＨレベル信号を検出しない場合（Ｓ０５でＮＯ）、Ｈレベル信号の検出に周期性がないため、モータ駆動ユニット２２に異常があると判断できないので、Ｓ０１段階に戻る。

また、Ｈレベル信号を検出し始めてから電気角の１周期以内にＬレベル信号を検出しない場合（Ｓ０３でＮＯ）、インバータ４に入力される直流電流値が高い状態が電気角の１周期以上続いているため、モータ駆動ユニット２２に異常があると判断できるので、Ｓ０７段階に進み、モータ異常信号ＥＳを出力する。

図３のグラフは、シャント抵抗８により検出された電流のうちのコンデンサ１０により取り出された交流（ＡＣ）成分と第１のしきい値との対比から電流異常に周期性がある場合を示す。交流（ＡＣ）成分には、電気角の周期毎に電流波高値が現れる。電流波高値が第１のしきい値未満であれば、ＣＰＵ５は、電流波高値の近傍においてＬレベル信号を検出する。これに対して、図３に示すように、電流波高値が第１のしきい値以上となる場合、ＣＰＵ５は、電流波高値の近傍において電流異常を示すＨレベル信号を検出する。

その後、交流（ＡＣ）成分は第１のしきい値未満となるため、ＣＰＵ５はＬレベル信号を検出する。さらに次の周期において、電流波高値が第１のしきい値以上となる場合、ＣＰＵ５は、再度、電流波高値の近傍において電流異常を示すＨレベル信号を検出する。

図３に示す場合、ＣＰＵ５の異常処理部６は、Ｈレベル信号を検出してから電気角の１周期以内に、Ｌレベル信号を検出し、且つ、当該Ｌレベル信号を検出してから電気角の１周期以内に再びＨレベル信号を検出する。よって、電流異常に周期性が認められるので、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。

一方、図４のグラフは、シャント抵抗８により検出された電流のうちのコンデンサ１０により取り出された交流（ＡＣ）成分と第１のしきい値との対比から電流異常に周期性が無い場合を示す。ここでは、ある特定の周期における電流波高値に電気的なノイズＮＳが上乗せされた場合を例示する。交流（ＡＣ）成分に含まれる電流波高値そのものは第１のしきい値未満となるが、そこに電気的なノイズＮＳが上乗せされることにより、ノイズＮＳを含めた電流波高値は第１のしきい値以上となってしまう。

図４に示す場合、ＣＰＵ５は、図３の同様にして、ノイズＮＳが上乗せされる特定の周期において、電流波高値の近傍において電流異常を示すＨレベル信号を検出し、その後、交流（ＡＣ）成分は第１のしきい値未満となるため、ＣＰＵ５はＬレベル信号を検出する。しかし、次の周期において、電流波高値は第１のしきい値未満となるため、ＣＰＵ５は、電流波高値の近傍において、Ｈレベル信号を検出せず、Ｌレベル信号を検出し続ける。

図４に示す場合、ＣＰＵ５の異常処理部６は、Ｈレベル信号を検出してから電気角の１周期以内に、Ｌレベル信号を検出するが、当該Ｌレベル信号を検出してから電気角の１周期以内に再びＨレベル信号を検出しない。よって、電流異常に周期性が認められないので、モータ駆動ユニット２２に異常があるとは判断しない。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、以下の作用効果を得られる。

モータ駆動ユニット２２に異常が発生した場合、電流異常に周期性が発生するという特性がある。この特性を利用して、電流異常の継続時間ではなく、電流異常の周期性からモータ駆動ユニット２２の異常を診断する。すなわち、ＣＰＵ５の異常処理部６は、Ｈレベル信号を検出してから電気角の１周期以内に、Ｌレベル信号を検出し、且つ、そのＬレベル信号を検出してから電気角の１周期以内に再びＨレベル信号を検出する場合、電流異常に周期性が認められるので、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。これにより、周期性の無いノイズＮＳなどとモータ駆動ユニット２２の異常とを精度良く見極めて、モータ駆動ユニット２２の異常診断精度を向上させることができる。

第１の電流異常検出部２３ａは、インバータ４に入力される直流電流が第１のしきい値以上である時に電流異常を検出する。異常処理部６は、電流異常が三相誘導モータ１の電気角の１周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。バッテリー２からインバータ４へ入力される直流電流を検出して、検出された直流電流に基づいて、モータ駆動ユニット２２の異常を診断する。このため、交流電流に比して検出される電流が安定しているため、診断精度が向上する。

このように、第１の電流異常検出部２３ａは、インバータ４に流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する。異常処理部６は、電流異常が周期的に検出される場合にモータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。電流異常の周期性からモータ駆動ユニットの異常を精度良く診断することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、「インバータ４に流れる電流値」が、インバータ４から出力される交流電流である場合について説明する。

インバータ４から出力される三相の交流電流値の和は、理論上、０Ａとなる。しかし、交流電流を検出する電流センサのゲイン故障などにより電流センサの出力に異常が起こると、三相の交流電流値の和は０Ａにならず、０Ａを中心としたサイン波を形成する。そこで、電流センサの出力に異常がある時、三相の交流電流値の和の波高値が高くなることを利用してモータ駆動ユニット２２の異常を検出する。

先ず、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係わるモータ制御システムの全体構成を説明する。第２の実施の形態に係わるモータ制御システムにおいて、電流異常検出部の他の例である第２の電流異常検出部２３ｂは、インバータ４から出力される三相の交流電流値の和が、上側しきい値（第２のしきい値）以上である時、或いは、上側しきい値（第２のしきい値）よりも小さい下側しきい値（第３のしきい値）未満である時に電流異常を検出する。異常処理部６は、電流異常が電気角の半周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。

具体的に、第２の電流異常検出部２３ｂは、インバータ４から出力される三相の交流電流値をそれぞれ検出する電流センサ２０と、電流センサ２０により検出された三相の交流電流値の和を演算する三相和計算部１８と、三相の交流電流値の和と第２及び第３のしきい値とを比較する第２の比較部２１とを備える。詳細には、電流センサ２０により検出された三相の交流電流値はそれぞれアナログ信号である。電流センサ２０により検出された三相の交流電流値を示すアナログ信号は、Ａ／Ｄ部１９において、三相の交流電流値を示すデジタル信号にそれぞれ変換される。三相和計算部１８には、Ａ／Ｄ部１９においてデジタル信号に変換された三相の交流電流値が入力される。

第２の比較部２１は、三相和計算部１８により演算された交流電流値の和が上側しきい値以上である時に電流異常があることを示す上側異常信号を出力し、交流電流値の和が下側しきい値以上、上側しきい値未満である時に電流異常が無いことを示す正常信号を出力し、交流電流値の和が下側しきい値未満である時に電流異常があることを示す下側正常信号を出力する。第２の比較部２１から出力された上側異常信号、正常信号及び下側正常信号はそれぞれ異常処理部６に入力される。

上側しきい値と下側しきい値は、符号が異なり、且つ絶対値が等しい数値であることが望ましい。三相の交流電流値の和は０Ａを中心としたサイン波を形成するため、モータ駆動ユニット２２に異常がある場合に、上側異常信号と下側異常信号を半周期毎に交互に検出することができる。

異常処理部６は、上側異常信号或いは下側異常信号が出力されてから電気角の半周期以内に正常信号が出力され、且つ、その正常信号が出力されてから電気角の半周期以内に下側異常信号或いは上側異常信号が出力された場合に、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する場合に、モータ異常信号ＥＳを出力して、ユーザに対して報知する。

Ａ／Ｄ部１９、三相和計算部１８、及び異常処理部６の各々が行う演算処理は、それらの演算処理を規定したコンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、コンピュータのＣＰＵ５を用いて実施することができる。もちろん、Ａ／Ｄ部１９、三相和計算部１８、及び異常処理部６は、コンピュータプログラムなどのソフトウェアとしてのみならず、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウェアとして実施することも可能である。その他の構成は、図１と同じであり、説明を省略する。

次に、図６のフローチャートを参照して、図５のＣＰＵ５が異常処理部６として実行する演算処理の流れの一例を説明する。先ず、Ｓ１１段階において、第２の電流異常検出部２３ｂから、Ｈレベル信号（上側異常信号）が入力されるか否かを判断する。Ｍレベル信号（正常信号）を検出し、Ｈレベル信号（上側異常信号）及びＬレベル信号（下側異常信号）を検出しない場合、モータ駆動ユニット２２は正常であると診断できる。Ｓ０１段階において、Ｈレベル信号の入力を監視する。

Ｈレベル信号を検出した場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、Ｓ１３段階に進み、Ｈレベル信号を検出し始めてから、電気角の半周期以内に、Ｍレベル信号を検出するか否かを判断する。電気角の半周期以内にＭレベル信号を検出した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、Ｓ１５段階に進み、そのＭレベル信号を検出し始めてから電気角の半周期毎以内に、Ｌレベル信号を検出するか否かを判断する。Ｌレベル信号を検出した場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、電流異常があることを示すＨレベル信号或いはＬレベル信号の検出に周期性があるため、モータ駆動ユニット２２に異常があると判断できるので、Ｓ１７段階に進み、モータ異常信号ＥＳを出力する。

一方、電気角の半周期毎以内にＬレベル信号を検出しない場合（Ｓ１５でＮＯ）、電流異常があることを示すＨレベル信号或いはＬレベル信号の検出に周期性がないため、モータ駆動ユニット２２に異常があると判断できないので、Ｓ１１段階に戻る。

また、Ｈレベル信号を検出し始めてから電気角の半周期以内にＭレベル信号を検出しない場合（Ｓ１３でＮＯ）、三相の交流電流値の和が高い状態が電気角の半周期以上続いているため、モータ駆動ユニット２２に異常があると判断できるので、Ｓ１７段階に進み、モータ異常信号ＥＳを出力する。

なお、図６に示す一例では、先ずＳ０１段階でＨレベル信号を検出した場合の動作例を示した。しかし、これに限らず、異常処理部６は、先ずＳ０１段階でＬレベル信号を検出した場合であっても、図６におけるＨレベル信号とＬレベル信号を入れ替えて図６と同様な動作を実施することにより、モータ駆動ユニット２２の異常を診断することができる。

図７のグラフは、三相の交流電流値の和と上側しきい値及び下側しきい値との対比から電流異常に周期性があると診断される場合を示す。電流センサ２０に異常がある場合、三相の交流電流値の和は、０Ａを中心としたサイン波を形成する。サイン波には、電気角の半周期毎に電流波高値、すなわち極大値或いは極小値が現れる。極大値が上側しきい値未満であれば、ＣＰＵ５は、極大値の近傍においてＭレベル信号を検出する。これに対して、図７に示すように、極大値が上側しきい値以上となる場合、ＣＰＵ５は、極大値の近傍において電流異常を示すＨレベル信号を検出する。その後、三相の交流電流値の和は、上側しきい値未満となるため、ＣＰＵ５はＭレベル信号を検出する。それから半周期後において、極小値が下側しきい値以上であれば、ＣＰＵ５は、極小値の近傍においてＭレベル信号を検出する。これに対して、図７に示すように、極小値が下側しきい値未満となる場合、ＣＰＵ５は、極小値の近傍において電流異常を示すＬレベル信号を検出する。

図７の場合、ＣＰＵ５の異常処理部６は、Ｈレベル信号を検出してから電気角の半周期以内に、Ｍレベル信号を検出し、且つ、Ｍレベル信号を検出してから電気角の半周期以内に、Ｌレベル信号を検出する。よって、電流異常に周期性が認められるので、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。

一方、図８のグラフは、三相の交流電流値の和と上側しきい値及び下側しきい値との対比から電流異常に周期性が無いと診断される場合を示す。ここでは、ある特定の周期における極大値に電気的なノイズＮＳが上乗せされた場合を例示する。三相の交流電流値の和における極大値そのものは上側しきい値未満となるが、そこに電気的なノイズＮＳが上乗せされることにより、ノイズＮＳを含めた極大値は上側しきい値以上となってしまう。

図８に示す場合、ＣＰＵ５は、図７の同様にして、ノイズＮＳが上乗せされる特定の周期において、極大値の近傍において電流異常を示すＨレベル信号を検出し、その後、三相の交流電流値の和は上側しきい値未満となるため、ＣＰＵ５はＭレベル信号を検出する。しかし、同じ周期において、極小値は下側しきい値以上となるため、ＣＰＵ５は、極小値の近傍において、Ｌレベル信号を検出せず、Ｍレベル信号を検出し続ける。

図８に示す場合、ＣＰＵ５の異常処理部６は、Ｈレベル信号を検出してから電気角の半周期以内に、Ｍレベル信号を検出するが、当該Ｍレベル信号を検出してから電気角の半周期毎以内にＬレベル信号を検出しない。よって、電流異常に周期性が認められないので、モータ駆動ユニット２２に異常があるとは判断しない。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、以下の作用効果を得られる。

ＣＰＵ５の異常処理部６は、Ｈレベル信号或いはＬレベル信号を検出してから電気角の半周期以内にＭレベル信号を検出し、且つ、そのＭレベル信号を検出してから電気角の半周期以内にＬレベル信号或いはＨレベル信号を検出した場合に、電流異常に周期性が認められるので、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。これにより、周期性の無いノイズＮＳなどとモータ駆動ユニット２２の異常とを精度良く見極めて、モータ駆動ユニット２２の異常診断精度を向上させることができる。

第２の電流異常検出部２３ｂは、インバータ４から出力される三相の交流電流値の和が、上側しきい値以上である時、或いは、下側しきい値未満である時に電流異常を検出する。異常処理部６は、電流異常が三相誘導モータ１の電気角の半周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。これにより、１周期毎に検出される電流異常に比べて検出周期が略半分まで短くなり、診断精度の向上に加えて、診断速度が速くなる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、モータ駆動ユニット２２の異常を診断するために要求される診断要求時間に応じて、適切な診断方法を選択して、モータ駆動ユニット２２の異常を診断するモータ制御システムについて説明する。

第３の実施の形態に係わるモータ制御システムは、第１の実施の形態に係わるモータ制御システムと第２の実施の形態に係わるモータ制御システムとを組み合わせたシステムに相当する。すなわち、図９に示すように、モータ制御システムは、直流電力を供給するバッテリー２、直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ４、及びインバータ４により変換された交流電力によって駆動される三相誘導モータ１を有するモータ駆動ユニットと、インバータ４に入力される直流電流が第１のしきい値以上である時に電流異常を検出する第１の電流異常検出部２３ａと、インバータ４から出力される三相の交流電流値の和が、上側しきい値（第２のしきい値）以上である時、或いは、下側しきい値（第３のしきい値）未満である時に電流異常を検出する第２の電流異常検出部２３ｂと、電流異常が周期的に検出される場合にモータ駆動ユニットに異常があると診断する異常処理部（モータ異常診断部）６とを備える。

さらに、ＣＰＵ５は、モータ駆動ユニットの異常を診断するために要求される診断要求時間を判断する要求時間判断部２４としての機能を備える。要求時間判断部２４は、図示しない上位制御部から伝送される診断要求時間を示す信号ＭＴを受信し、その信号ＭＴに基づき、診断要求時間を判断する。要求時間判断部２４により判断された診断要求時間が電気角の半周期以上である場合に、異常処理部６は、電流異常が周期的に検出されるか否かに応じてモータ駆動ユニット２２の異常を診断する。一方、要求時間判断部２４により判断された診断要求時間が電気角の半周期未満である場合に、異常処理部６は、電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット２２の異常を診断する。電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット２２の異常を診断する手法は、図１１及び図１２を参照して後述する。

さらに、要求時間判断部２４により判断された診断要求時間が電気角の半周期以上であって、電気角の１周期未満である場合において、第２の電流異常検出部２３ｂは、インバータ４から出力される三相の交流電流値の和が、上側しきい値以上である時、或いは、下側しきい値以下である時に電流異常を検出する。そして、異常処理部６は、電流異常が電気角の半周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。

要求時間判断部２４により判断された診断要求時間が電気角の１周期以上である場合において、第１の電流異常検出部２３ａは、インバータ４に入力される直流電流が第１のしきい値以上である時に電流異常を検出する。そして、異常処理部６は、電流異常が電気角の１周期毎に検出される場合に、モータ駆動ユニット２２に異常があると診断する。

その他の構成は、図１或いは図５と同じであり、説明を省略する。

次に、図１０のフローチャートを参照して、図９のＣＰＵ５が異常処理部６として実行する演算処理の流れの一例を説明する。先ず、Ｓ２１段階において、診断要求時間が電気角の半周期以上であるか否かを判断する。電気角の半周期以上である場合、Ｓ２３段階に進む。一方、電気角の半周期未満である場合、電流異常の周期性に基づいて異常を精度良く診断するために十分な時間が得られないため、電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット２２の異常を診断するサブルーチンＡの処理へ進む。

Ｓ２３段階において、診断要求時間が電気角の１周期以上であるか否かを判断する。診断要求時間が電気角の１周期以上である場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、Ｓ２５段階に進み、Ｓ２５〜Ｓ２９段階において、インバータ４に入力される直流電流に基づいて、電流異常の周期性を判断する。Ｓ２５〜Ｓ２９段階の処理動作は、図２のＳ０１〜Ｓ０５段階と同じであり、説明を省略する。

一方、診断要求時間が電気角の１周期未満である場合（Ｓ２３でＮＯ）、Ｓ３１段階に進み、Ｓ３１〜Ｓ３５段階において、インバータ４から出力される三相の交流電流値の和に基づいて、電流異常の周期性を判断する。Ｓ３１〜Ｓ３５段階の処理動作は、図６のＳ１１〜Ｓ１５段階と同じであり、説明を省略する。

電流異常に周期性がある場合（Ｓ２９でＹＥＳ、Ｓ３５でＹＥＳ）、モータ駆動ユニット２２に異常があると判断できるので、Ｓ３７段階に進み、モータ異常信号ＥＳを出力する。

図１１は、図１０のサブルーチンＡの処理を実行する異常処理部６の構成例を示す。図１２は、図１０のサブルーチンＡを示すフローチャートである。異常処理部６は、第１の比較部１２から出力されるＨレベル信号（異常信号）及びＬレベル信号（正常信号）のうち、Ｈレベル信号が継続して出力されるＨレベル時間を計測するＨレベル時間計測部３１と、三相誘導モータの回転数ＲＣと異常判定時間ｔとの関係を示す時間ＲＣ−異常判定時間ｔマップＭＰに従って、異常判定時間ｔを出力する異常判定時間出力部３３と、異常判定時間出力部３３から出力された異常判定時間ｔとＨレベル時間計測部３１により計測されたＨレベル時間とを比較する第３の比較部３２と、第３の比較部３２による比較結果に基づいて診断結果を出力する診断結果出力部３４とを備える。

異常判定時間出力部３３は、三相誘導モータ１の回転数ＲＣを示す信号が入力され、時間ＲＣ−異常判定時間ｔマップＭＰに従って、回転数ＲＣに対応する異常判定時間ｔを出力する。時間ＲＣ−異常判定時間ｔマップＭＰによれば、回転数ＲＣが多くなるにしたがって異常判定時間ｔは短くなる。第３の比較部３２は、Ｈレベル時間が異常判定時間ｔよりも長いか否かを判断する（Ｓ４１）。Ｈレベル時間が異常判定時間ｔよりも長い場合（Ｓ４１でＹＥＳ）、診断結果出力部３４は、モータ異常信号ＥＳを出力する（Ｓ４３）。Ｈレベル時間が異常判定時間ｔ以下である場合（Ｓ４１でＮＯ）、診断結果出力部３４は、モータ正常信号ＦＳを出力する（Ｓ４５）。

以上説明したように、本発明の第３の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

診断要求時間が電気角の半周期以上である場合に、異常処理部６は、電流異常が周期的に検出されるか否かに応じてモータ駆動ユニット２２の異常を診断する。診断要求時間が電気角の半周期未満である場合に、異常処理部６は、電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット２２の異常を診断する。このように、要求時間判断部２４により判断された診断要求時間に応じて、異常処理部６は、電流異常の周期性、或いは電流異常が継続する時間に基づいてモータ駆動ユニット２２の異常を診断する。これにより、診断精度を向上させつつ、診断するために要求される時間に応じて、適切な異常診断方法を選択することができる。

さらに、電流異常の周期性に基づいてモータ駆動ユニット２２の異常を診断する場合において、診断要求時間が電気角の半周期以上であって、電気角の１周期未満である場合、異常処理部６は、インバータ４から出力される三相の交流電流値の和に発生する電流異常の周期性に基づいて、モータ駆動ユニット２２の異常を診断する。一方、診断要求時間が電気角の１周期以上である場合、異常処理部６は、インバータ４に入力される直流電流に発生する電流異常の周期性に基づいて、モータ駆動ユニット２２の異常を診断する。これにより、診断するために要求される時間に応じて、適切な診断方法を選択して、モータ駆動ユニット２２の異常を精度良く診断することができる。

もちろん、第１の実施の形態或いは第２の実施の形態に対応する診断方法を選択した場合には、第１の実施の形態及び第２の実施の形態において記載した同様な作用効果が得られる。

上記のように、本発明は、第１〜第３の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

１…三相誘導モータ
２…バッテリー
４…インバータ
６…異常処理部（モータ異常診断部）
８…シャント抵抗（直流電流検出部）
１２…第１の比較部
１８…三相和計算部
２０…電流センサ
２１…第２の比較部
２２…モータ駆動ユニット
２３ａ…第１の電流異常検出部（電流異常検出部）
２３ｂ…第２の電流異常検出部（電流異常検出部）
２４…要求時間判断部

Claims (5)

1. 直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ、及び前記インバータにより変換された交流電力によって駆動される三相誘導モータを備えるモータ駆動ユニットと、
   前記インバータに流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する電流異常検出部と、
   前記電流異常が周期的に検出される場合に前記モータ駆動ユニットに異常があると診断するモータ異常診断部と
   を備えるモータ制御システムであって、
   前記電流異常検出部は、
   前記インバータに入力される直流電流を検出する直流電流検出部と、
   前記直流電流検出部により検出された直流電流が第１のしきい値以上である時に前記電流異常があることを示す異常信号を出力し、前記直流電流が前記第１のしきい値未満である時に前記電流異常が無いことを示す正常信号を出力する第１の比較部と、を備え、
   前記モータ異常診断部は、異常信号が出力されてから前記三相誘導モータの電気角の１周期以内に、正常信号が出力され、且つ、当該正常信号が出力されてから前記電気角の１周期以内に再び異常信号が出力された場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断する
   ことを特徴とするモータ制御システム。
2. 直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ、及び前記インバータにより変換された交流電力によって駆動される三相誘導モータを備えるモータ駆動ユニットと、
   前記インバータに流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する電流異常検出部と、
   前記電流異常が周期的に検出される場合に前記モータ駆動ユニットに異常があると診断するモータ異常診断部と
   を備えるモータ制御システムであって、
   前記電流異常検出部は、前記インバータから出力される三相の交流電流値の和が、第２のしきい値以上である時、或いは、前記第２のしきい値よりも小さい第３のしきい値未満である時に電流異常を検出し、
   前記モータ異常診断部は、前記電流異常が前記三相誘導モータの電気角の半周期毎に検出される場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断する
   ことを特徴とするモータ制御システム。
3. 前記電流異常検出部は、
   前記インバータから出力される三相の交流電流値をそれぞれ検出する電流センサと、
   前記電流センサにより検出された三相の交流電流値の和を演算する三相和計算部と、
   前記三相和計算部により演算された交流電流値の和が前記第２のしきい値以上である時に前記電流異常があることを示す上側異常信号を出力し、前記交流電流値の和が前記第３のしきい値以上、前記第２のしきい値未満である時に前記電流異常が無いことを示す正常信号を出力し、前記交流電流値の和が前記第３のしきい値未満である時に前記電流異常があることを示す下側正常信号を出力する第２の比較部と、を備え、
   前記モータ異常診断部は、上側異常信号或いは下側異常信号が出力されてから前記電気角の半周期以内に正常信号が出力され、且つ、当該正常信号が出力されてから前記電気角の半周期以内に下側異常信号或いは上側異常信号が出力された場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断する
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御システム。
4. 前記モータ駆動ユニットの異常を診断するために要求される診断要求時間を判断する要求時間判断部をさらに備え、
   前記要求時間判断部により判断された診断要求時間が前記三相誘導モータの電気角の半周期以上である場合に、前記モータ異常診断部は、前記電流異常が周期的に検出されるか否かに応じて前記モータ駆動ユニットの異常を診断し、
   前記要求時間判断部により判断された診断要求時間が前記三相誘導モータの電気角の半周期未満である場合に、前記モータ異常診断部は、前記電流異常が継続する時間に基づいて前記モータ駆動ユニットの異常を診断する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のモータ制御システム。
5. 直流電力を三相の交流電力に変換するインバータ、及び前記インバータにより変換された交流電力によって駆動される三相誘導モータを備えるモータ駆動ユニットと、
   前記インバータに流れる電流値が予め定めたしきい値を超えた時に電流異常を検出する電流異常検出部と、
   前記電流異常が周期的に検出される場合に前記モータ駆動ユニットに異常があると診断するモータ異常診断部と、
   前記モータ駆動ユニットの異常を診断するために要求される診断要求時間を判断する要求時間判断部と、
   を備え、
   前記要求時間判断部により判断された診断要求時間が前記三相誘導モータの電気角の半周期以上であって、前記電気角の１周期未満である場合において、
   前記電流異常検出部は、前記インバータから出力される三相の交流電流値の和が、第２のしきい値以上である時、或いは、前記第２のしきい値よりも小さい第３のしきい値以下である時に電流異常を検出し、
   前記モータ異常診断部は、前記電流異常が前記電気角の半周期毎に検出される場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断し、
   前記要求時間判断部により判断された診断要求時間が前記電気角の１周期以上である場合において、
   前記電流異常検出部は、前記インバータに入力される直流電流が第１のしきい値以上である時に電流異常を検出し、
   前記モータ異常診断部は、前記電流異常が前記電気角の１周期毎に検出される場合に、前記モータ駆動ユニットに異常があると診断する
   ことを特徴とするモータ制御システム。

Images