JP5928438B2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、３相のうち１相の相電流を電流センサにより検出して交流電動機の通電を制御する交流電動機の制御装置に関する。

近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源として交流電動機を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車が注目されている。例えば、ハイブリッド自動車においては、二次電池等からなる直流電源と交流電動機とを、インバータ等で構成された電力変換装置を介して接続し、直流電源の直流電圧をインバータで交流電圧に変換して交流電動機を駆動するようにしたものがある。

このようなハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される交流電動機の制御装置において、運転者によるアクセル信号、ブレーキ信号等を取得し運転状態に応じたトルク指令値を演算する上位制御部と、上位制御部から指令されたトルク指令値に基づき交流電動機の駆動を制御する下位制御部とを備え、上位制御部と下位制御部との間での通信により制御異常を監視する技術が知られている。
例えば特許文献１のモータ制御装置は、下位制御部であるモータ制御ＣＰＵが演算したｄｑ軸電流のうちトルクに寄与するｑ軸電流を上位制御部である車両制御ＣＰＵに送信し、トルク指令についての上下限値と比較することで出力トルクの方向が正しいか否かを判定し、モータ制御ＣＰＵ２０の演算が正常に行われているかどうか監視する。

一方、交流電動機に通電される相電流を検出する電流センサを１相のみに設け、下位制御部において、１相の電流検出値に基づき推定した電流推定値をフィードバックすることで交流電動機の通電を制御する「１相制御」の技術が知られている（例えば特許文献２、３参照）。電流センサを１相のみに設けることで、電流センサの数を減らし、インバータの３相出力端子近傍の小型化や交流電動機の制御系統のコスト低減を図っている。

特開２０００−２３４９９号公報 特開２００８−８６１３９号公報 特開２００４−１５９３９１号公報

特許文献１の装置による出力トルクの異常監視では、インバータからモータへの出力電流は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電流が検知されフィードバック変換部に入力されている。すなわち、電流センサが３相に設けられる構成が前提となっている。ここで、キルヒホッフの法則を用い、２相の電流センサの検出値から他の１相の電流値を算出する技術を適用したとしても、少なくとも２相の電流検出値に基づきフィードバック制御する構成を前提とするものである。したがって、３相のうち１相の電流検出値に基づきフィードバック制御する構成の制御装置に適用することはできない。

また、１相制御に関し、特許文献２の技術は、ｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令を逆ｄｑ変換して得られる３相電流指令値のうちセンサ相以外の２相の電流指令値を、そのまま２相の電流推定値とするものである。特許文献３の技術は、ｄｑ軸電流指令の電流指令位相角とセンサ相の電気角とを加算したセンサ相の電流位相角を用いて、センサ相以外の２相の電流値を推定するものであり、ｄｑ軸電流指令を座標上の角度に変換してそのまま用いている。

このように、特許文献２、３による１相制御の技術では、１相の電流検出値しかないことにより不足する情報を補うため、電流指令値をそのままの状態で検出値の代わりに用いて推定値を算出している。つまり、基本的に検出値に基づいて推定値を算出していないため、実際の実機状態を正しく把握することが困難である。したがって、このような推定値に基づいて出力トルクを適切に監視することはできない。

また、特許文献１の装置では、下位制御部から上位制御部にｑ軸電流のみを送信しているため、上位制御部は、基本的に、ｑ軸電流の正負に基づく出力トルクの方向を判定することができるにすぎない。出力トルクの値に関して、特にＩＰＭ（埋込永久磁石）型の交流電動機の場合、指令トルクと大きく異なる範囲の異常を除き、ｑ軸電流の情報のみでは出力トルクを正確に推定し、異常を判定することができない。

本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、交流電動機に対するトルク指令値を演算する上位制御部と、３相のうち１相の相電流を検出して交流電動機の通電を制御する下位制御部とを備える制御装置において、下位制御部からの情報に基づき、上位制御部が交流電動機の出力トルクを適切に監視する交流電動機の制御装置を提供することにある。

本発明は、上位制御部と下位制御部とを備え、３相のうち１相のセンサ相に流れる電流を電流センサにより検出して交流電動機の駆動を制御する交流電動機の制御装置に係る発明である。
上位制御部は、交流電動機に対するトルク指令値を演算するトルク指令演算部、及び、トルク指令値に対する交流電動機の出力トルクが正常範囲内にあるか否かを判定する出力トルク監視を実行する出力トルク監視部を有する。
下位制御部は、上位制御部と互いに通信し、上位制御部から受信したトルク指令値に基づいてインバータへの通電を制御することで交流電動機の駆動を制御し、且つ、交流電動機の通電状態及び回転状態に関する情報を取得しつつ制御状態に関する情報を上位制御部に送信する。

上位制御部と下位制御部とは、両方が協働して、出力トルク監視に用いる監視用情報としてｄｑ軸電流推定値を演算するものである。
下位制御部は、１相のセンサ相の電流検出値、及び交流電動機の電気角に基づき、電流指令値を用いる推定演算を除く推定演算によって、センサ相以外の相である推定相の電流推定値を推定し、当該推定相の電流推定値、センサ相の電流検出値及び交流電動機の電気角を上位制御部に送信する。上位制御部は、受信した推定相の電流推定値及びセンサ相の電流検出値を変換してｄｑ軸電流推定値を演算する。そして、出力トルク監視部は、演算されたｄｑ軸電流推定値に基づいて、出力トルク監視を実行することを特徴とする。

ここで、「交流電動機」は、交流駆動のモータ、発電機、及びモータジェネレータを含むものであり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の主機として用いられ駆動輪を駆動するためのトルクを発生するモータジェネレータが該当する。また、例えば、車両制御ＣＰＵが「上位制御部」に該当し、モータ制御ＣＰＵが「下位制御部」に該当する。
また、「ｄｑ軸電流推定値」は、ｄ軸電流推定値及びｑ軸電流推定値の意味である。

本発明では、上位制御部と下位制御部との協働により、１相のセンサ相の電流検出値、及び交流電動機の電気角に基づく推定演算により推定した電流推定値に基づいて、出力トルク監視に用いる監視用情報としてｄｑ軸電流推定値を演算する。したがって、３相のうち１相の相電流を検出して交流電動機の通電を制御する制御装置において、下位制御部からの情報に基づき、上位制御部が交流電動機の出力トルクを適切に監視することができる。

また、本発明では、出力トルク監視部においてｄｑ軸電流推定値に基づいて、或いは、ｄｑ軸電流推定値から算出したトルク推定値に基づいて、出力トルクの異常を判定する。したがって、ｑ軸電流のみを上下限値と比較する特許文献１の従来技術のように出力トルクの方向を判定するだけでなく、ＩＰＭ型の電動機に適用する場合を含め、出力トルクの値を正確に評価し、異常を判定することができる。

本発明における「出力トルク監視に用いる監視用情報」は、ｄｑ軸電流推定値である。下位制御部が電流フィードバック制御に用いる情報に基づいて出力トルク監視を実行することで、下位制御部による演算異常を適確に発見しやすくなる。
ここで、出力トルク監視に用いられる推定値は、実際の実機状態を把握できるものであることが求められる。その点、電流指令値を単に変換してそのままの状態で用いる推定演算では、実際の実機状態を正しく把握することが困難であり、適切な出力トルク監視を行うことができない。

そこで、「電流指令値を用いない推定演算」により、「基本的に検出値に基づいて」出力トルクを監視する。なお、仮に「電流指令値を用いる推定演算」を用いる場合、単に電流指令値を不足情報の代わりとして用いるのでなく、検出値に基づいて電流指令値を補正するような形で検出値の情報を可及的に反映させることが好ましい。これにより、実際の実機状態を把握可能な推定値を得ることができ、適切な出力トルク監視を行うことができる。

本発明の実施形態による交流電動機の制御装置が適用されるハイブリッド自動車の駆動システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態による交流電動機の制御装置の全体構成図である。 本発明の第１〜第３実施形態による電動機制御装置に共通のモータ制御ＣＰＵのブロック図である。 センサ相を基準にした固定座標系（α−β座標系）を説明する図である。 本発明の第１実施形態による電動機制御装置のブロック図である。 本発明の第１実施形態による出力トルク監視のフローチャートである。 （ａ）第１パターンの出力トルク監視部のブロック図、（ｂ）正常範囲の判定基準を示すタイムチャートである。 （ａ）第２パターンの出力トルク監視部のブロック図、（ｂ）正常範囲の判定基準を示すタイムチャートである。 （ａ）第３パターンの出力トルク監視部のブロック図、（ｂ）正常範囲の判定基準を示すタイムチャートである。 （ａ）第４パターンの出力トルク監視部のブロック図、（ｂ）正常範囲の判定基準を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態による電動機制御装置のブロック図である。 本発明の第２実施形態による出力トルク監視のフローチャートである。 本発明の第３実施形態による電動機制御装置のブロック図である。 本発明の第３実施形態による出力トルク監視のフローチャートである。 本発明の第４実施形態によるモータ制御ＣＰＵのブロック図である。 本発明の第５実施形態による電流推定部のブロック図である。 本発明のその他の実施形態による監視体系のブロック図である。

以下、本発明による交流電動機の制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。特に第１実施形態が「特許請求の範囲に記載の発明を実施するための形態」に相当する。
最初に、複数の実施形態に共通の構成について、図１、図２を参照して説明する。この実施形態による「交流電動機の制御装置」としての電動機制御装置１０は、ハイブリッド自動車を駆動するシステムに適用される。

［交流電動機の制御装置の構成］
図１に示すように、ハイブリッド自動車の駆動システムは、交流電動機２、インバータ１２、直流電源８、及び電動機制御装置１０等を含む。
交流電動機２は、例えば電動車両の駆動輪６を駆動するためのトルクを発生する電動機である。本実施形態の交流電動機２は、永久磁石式同期型の三相交流電動機である。

電動車両には、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等、電気エネルギによって駆動輪６を駆動する車両が含まれるものとする。本実施形態の電動車両は、エンジン３を備えたハイブリッド車両であり、交流電動機２は、駆動輪６を駆動するためのトルクを発生する電動機としての機能、及び、エンジン３や駆動輪６から伝わる車両の運動エネルギにより駆動されて発電可能な発電機としての機能を有する、所謂モータジェネレータ（図中、「ＭＧ」と記す。）である。

交流電動機２は、例えば変速機等のギア４を介して車軸５に接続される。これにより、交流電動機２の駆動力は、ギア４を介して車軸５を回転させることにより、駆動輪６を駆動する。
直流電源８は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等、充放電可能な蓄電装置である。直流電源８は、インバータ１２と接続され、インバータ１２を介して交流電動機２と電力の授受が可能に構成されている

電動機制御装置１０は、「上位制御部」としての車両制御ＣＰＵ４０、及び「下位制御部」としてのモータ制御ＣＰＵ２０を備える。車両制御ＣＰＵ４０及びモータ制御ＣＰＵ２０は、マイクロコンピュータ等により構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらを接続するバスライン等を備えている。また、車両制御ＣＰＵ４０とモータ制御ＣＰＵ２０とは、互いに通信する。
なお、電動機制御装置、モータ制御ＣＰＵ及び車両制御ＣＰＵの符号「１０」、「２０」、「４０」は、後述する実施形態毎の符号「１０１」、「２０１」、「４０１」等に対し、複数の実施形態に共通の総括的符号として用いる。

車両制御ＣＰＵ４０は、予め記憶されたプログラムを実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理により、電動車両全体を制御する。
車両制御ＣＰＵ４０は、いずれも図示しないアクセルセンサからのアクセル信号、ブレーキスイッチからのブレーキ信号、シフトスイッチからのシフト信号、及び、車両の速度に関する車速信号等の各種センサやスイッチ等から信号を取得し、これらの信号等に基づいて車両の運転状態を検出する。そして、トルク指令演算部４１（図２参照）にて、運転状態に応じたトルク指令値ｔｒｑ^*を演算し、モータ制御ＣＰＵ２０に送信する。
また、車両制御ＣＰＵ４０は、エンジン３の運転を制御する図示しないエンジン制御回路に対し指令信号を出力する。

モータ制御ＣＰＵ２０は、車両制御ＣＰＵ４０から受信したトルク指令値ｔｒｑ^*に基づいて、ソフトウェア処理やハードウェア処理により、インバータ１２への通電を制御することで交流電動機２の駆動を制御する。
図２に示すように、インバータ１２には、図示しない昇圧コンバータによる直流電源の昇圧電圧がシステム電圧ＶＨとして入力される。インバータ１２は、ブリッジ接続される図示しない６つのスイッチング素子を有する。スイッチング素子には、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、バイポーラトランジスタ等を用いることができる。

モータ制御ＣＰＵ２０のＰＷＭ信号生成部２５から出力されるＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬに基づいてスイッチング素子のオン／オフが制御される。これにより、インバータ１２は、交流電動機２に印加される３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを制御する。交流電動機２は、インバータ１２により生成された３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが印加されることにより駆動が制御される。

電流センサ１３は、交流電動機２のいずれか１相の電流を検出する。本実施形態では、電流センサ１３は、Ｗ相の電流を検出する。以下、電流センサ１３が電流を検出するＷ相を「センサ相」という。電流センサ１３は、Ｗ相の相電流をセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとして検出し、モータ制御ＣＰＵ２０に出力する。
以下、本実施形態の説明では、センサ相をＷ相とする構成を前提として説明する。ただし、他の実施形態では、Ｕ相又はＶ相をセンサ相としてもよい。

回転角センサ１４は、交流電動機２の図示しないロータ近傍に設けられ、電気角θｅを検出し、モータ制御ＣＰＵ２０に出力する。また、回転角センサ１４により検出された電気角θｅに基づき、交流電動機２のロータの回転数Ｎが算出される。以下、「交流電動機２のロータの回転数Ｎ」を、単に「交流電動機２の回転数Ｎ」という。
本実施形態の回転角センサ１４は、レゾルバであるが、その他の実施形態では、ロータリエンコーダ等、他種のセンサを用いてもよい。

モータ制御ＣＰＵ２０は、電流センサ１３が検出したセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、及び、回転角センサ１４が検出した電気角θｅを取得する。これらのセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅは、「交流電動機の通電状態及び回転状態に関する情報」に相当する。モータ制御ＣＰＵ２０は、これらの情報に基づき、例えばセンサ相以外の相の電流推定値を演算し、インバータ１２への通電を制御する。

モータ制御ＣＰＵ２０は、回転角センサ１４が検出した電気角θｅに基づく交流電動機２の回転数Ｎ、及び、車両制御ＣＰＵ４０からのトルク指令値ｔｒｑ^*に応じて、交流電動機２を「電動機としての力行動作」により電力を消費し、又は「発電機としての回生動作」により電力を生成する。具体的には、回転数Ｎ及びトルク指令値ｔｒｑ^*の正負によって、以下の４つのパターンで動作を切り替える。
＜１．正転力行＞ 回転数Ｎが正でトルク指令値ｔｒｑ^*が正のとき、電力消費。
＜２．正転回生＞ 回転数Ｎが正でトルク指令値ｔｒｑ^*が負のとき、発電。
＜３．逆転力行＞ 回転数Ｎが負でトルク指令値ｔｒｑ^*が負のとき、電力消費。
＜４．逆転回生＞ 回転数Ｎが負でトルク指令値ｔｒｑ^*が正のとき、発電。

回転数Ｎ＞０（正転）で、トルク指令値ｔｒｑ^*＞０である場合、または、回転数Ｎ＜０（逆転）でトルク指令値ｔｒｑ^*＜０である場合、インバータ１２は、スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源８側から供給される直流電力を交流電力に変換してトルクを出力する（力行動作する）ように、交流電動機２を駆動する。
一方、回転数Ｎ＞０（正転）で、トルク指令値ｔｒｑ^*＜０である場合、または、回転数Ｎ＜０（逆転）でトルク指令値ｔｒｑ^*＞０である場合、インバータ１２は、スイッチング素子のスイッチング動作により、交流電動機２が発電した交流電力を直流電力に変換し、直流電源８側へ供給することにより、回生動作する。

さらに、本実施形態では、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、電気角θｅ、及び、これらに基づいて演算した電流推定値等の「制御状態に関する情報」を、モータ制御ＣＰＵ２０から車両制御ＣＰＵ４０に送信することを特徴とする。
車両制御ＣＰＵ４０の出力トルク監視部４４は、モータ制御ＣＰＵ２０から送信された制御状態の情報に基づいて、後述するように出力トルク監視を実行し、その結果を判定信号Ｓｊによりトルク指令演算部４１に送信する。

［モータ制御ＣＰＵの構成］
次に、第１〜第３実施形態に共通のモータ制御ＣＰＵ２０の構成について、図３、図４を参照して説明する。ここで、第１、第２、第３実施形態のモータ制御ＣＰＵの符号を、それぞれ「２０１」、「２０２」、「２０３」と示す。なお、モータ制御ＣＰＵ２０１、２０２、２０３の構成は、図３に示す範囲では同一であり、後述する図５、図１１、図１３において、車両制御ＣＰＵ４０に送信する「制御状態に関する情報」の種類が異なる。

図３に示すように、モータ制御ＣＰＵ２０１、２０２、２０３は、ｄｑ軸電流指令値演算部２１、電流減算器２２、ＰＩ演算部２３、逆ｄｑ変換部２４、ＰＷＭ信号生成部２５及び電流推定部３０１を有し、電流フィードバック制御方式によって交流電動機２の通電を制御する。電流フィードバック制御方式は、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*に対してｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔをフィードバックする制御方式であり、いわゆる正弦波制御モードや過変調制御モードが含まれる。

ｄｑ軸電流指令値演算部２１は、車両制御ＣＰＵ４０から指令されたトルク指令値ｔｒｑ^*に基づき、交流電動機２の回転座標系（ｄ−ｑ座標系）におけるｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*を演算する。本実施形態では、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*は、予め記憶されているマップを参照することにより演算される。他の実施形態では数式等から演算するように構成してもよい。

電流減算器２２は、ｄ軸電流減算器２２１及びｑ軸電流減算器２２２を有する。ｄ軸電流減算器２２１では、電流推定部３０１にて算出されてフィードバックされるｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔとｄ軸電流指令値ｉｄ^*との差であるｄ軸電流偏差Δｉｄを算出する。また、ｑ軸電流減算器２２２では、電流推定部３０１にて算出されてフィードバックされるｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔとｑ軸電流指令値ｉｑ^*との差であるｑ軸電流偏差Δｉｑを算出する。

ＰＩ演算部２３は、ｄ軸ＰＩ演算部２３１及びｑ軸ＰＩ演算部２３２を有する。ｄ軸ＰＩ演算部２３１では、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔをｄ軸電流指令値ｉｄ^*に追従させるべく、ｄ軸電流偏差Δｉｄが０に収束するようにｄ軸電圧指令値ｖｄ^*をＰＩ演算により算出する。また、ｑ軸ＰＩ演算部２３２では、ｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔをｑ軸電流指令値ｉｑ^*に追従させるべく、ｑ軸電流偏差Δｉｑが０に収束するようにｑ軸電圧指令値ｖｑ^*をＰＩ演算により算出する。
逆ｄｑ変換部２４では、回転角センサ１４から取得される電気角θｅに基づき、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*及びｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を、Ｕ相電圧指令値ｖｕ^*、Ｖ相電圧指令値ｖｖ^*、及びＷ相電圧指令値ｖｗ^*に変換する。

ＰＷＭ信号生成部２５では、インバータ１２のスイッチング素子のオン／オフの切替えに係るＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを、３相電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*、及び、インバータ１２に印加されるシステム電圧ＶＨに基づいて算出する。
そして、ＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬに基づいてインバータ１２のスイッチング素子のオン／オフが制御されることより、３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが生成され、この３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが交流電動機２に印加されることにより、トルク指令値ｔｒｑ^*に応じたトルクが出力されるように、交流電動機２の駆動が制御される。

電流推定部３０１は、他相電流推定部３１及びｄｑ変換部３４を有している。
そもそも電流センサ１３が２相に設けられている電動機制御装置では、キルヒホッフの法則（式（１））により、電流センサ１３が設けられていない残りの１相の電流を容易に算出可能である。
ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗ＝０ ・・・（１）

それに対し、電流センサ１３を１相（Ｗ相）にのみ設ける制御装置では、センサ相以外の相のうち少なくとも１相の電流を推定する必要がある。
電流推定部３０１の他相電流推定部３１は、センサ相以外のＵ相、Ｖ相のいずれかの相の電流を推定する。以下、電流を推定する相を「推定相」という。以下の説明では、主にＵ相を推定相として扱い、Ｖ相を括弧書きにして、推定相の電流推定値を「ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔ」のように示す。同じくｄｑ変換部３４について「ｕ（ｖ）ｗ→ｄｑ」と示す。

また、本実施形態では、他相電流推定部３１に対し、ｄｑ軸電流指令値演算部２１からｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*が入力されない点が後述する第４実施形態のモータ制御ＣＰＵ２０４と異なる。すなわち、他相電流推定部３１は、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*、或いはそれを逆ｄｑ変換した３相電流指令値ｉｕ^*、ｉｖ^*、ｉｗ^*を用いない推定演算によって、推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔを演算することを特徴とする。

ここで、他相電流推定部３１が、電流指令値を用いず、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅの情報に基づいてセンサ相以外の相の電流推定値を推定する演算方法は、その方法によって得られる推定値が実際の実機状態を把握可能なものであれば、どのようなものでもよい。一例として、特開２０１３−１７２５９４号公報に開示された推定演算方法の概要を説明する。なお、数式の導出等の詳細な説明は省略する。

この方法は、α−β座標系におけるα軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとに基づいて算出したセンサ相基準電流位相θｘから、推定相であるＵ相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出することを特徴とする。図４に示すように、α軸はセンサ相であるＷ相の軸に一致し、β軸はα軸に直交する。センサ相基準電流位相θｘは、α軸と、電流振幅Ｉａの電流ベクトル（Ｉａ∠θｘ）とがなす、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに同期した角度である。

まず、α軸電流検出値ｉα＿ｓｎｓは、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づき、式（２）のように表される。

次に、センサ相の電流検出値に基づいてα軸電流ｉαを算出するタイミング間での「電気角移動量Δθｅ［ｒａｄ］に対するα軸電流ｉαの変化量」、すなわち、「α軸電流ｉαの今回値と前回値との差」に基づいて、α軸電流の微分値Δｉαを、式（３）により算出する。
Δｉα＝−｛ｉα（ｎ）−ｉα（ｎ−１）｝／Δθｅ ・・・（３）
そして、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβが「ｓｉｎ波とｃｏｓ波」の関係にあり、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとの位相差が９０［°］であることに着目し、α軸電流の微分値Δｉαに基づいてβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔを演算する。

続いて、α軸電流検出値ｉα＿ｓｎｓ及びβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔに基づき、式（４）により、センサ相基準電流位相θｘを算出する。

推定相をＵ相とすると、次に、センサ相基準電流位相θｘ、及び、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用い、式（５）により、推定相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出する。或いは、マップを参照することにより算出してもよい。

こうして他相電流推定部３１が算出した推定相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔは、ｄｑ変換部３４に出力される。ｄｑ変換部３４は、推定相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔとセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとを、電気角θｅに基づき、式（６）によりｄｑ変換し、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを算出する。

この推定演算方法によると、センサ相を基準にした固定座標系（α−β座標系）におけるα軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとに基づいてセンサ相基準電流位相θｘを算出し、センサ相基準電流位相θｘとセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとに基づいて推定相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出する。したがって、実際の電流位相θｘの高調波成分や通常起こり得る変動の影響等の実際の実機状態を反映して、推定相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを精度良く算出することができる。

［電動機制御装置の構成］
次に、モータ制御ＣＰＵ２０と車両制御ＣＰＵ４０とを合わせた電動機制御装置１０全体の構成について実施形態毎に説明する。第１実施形態の図５、第２実施形態の図１１、第３実施形態の図１３では、実施形態毎に、電動機制御装置１０、モータ制御ＣＰＵ２０及び車両制御ＣＰＵ４０の符号の末尾に「１」、「２」、「３」等の数字を付して区別する。また、図３におけるモータ制御ＣＰＵ２０１、２０２、２０３の上段に記載した構成要素について、スペースの都合により符号の記載を省略する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の電動機制御装置１０１の構成、及び、その構成に対応する出力トルク監視処理のフローチャートについて、図５、図６を参照して説明する。
図５に示すように、第１実施形態の電動機制御装置１０１では、モータ制御ＣＰＵ２０１から車両制御ＣＰＵ４０１に対し、推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔ、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅを「制御状態に関する情報」として送信する。
すなわち、モータ制御ＣＰＵ２０１において電流推定部３０１の他相電流推定部３１が算出した推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔは、ｄｑ変換部３４に出力されると共に、車両制御ＣＰＵ４０に送信される。

車両制御ＣＰＵ４０１は独自にｄｑ変換部４３を有しており、モータ制御ＣＰＵ２０１から送信された情報をｄｑ変換部３４にてｄｑ変換し、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌを算出する。ここで、ｄｑ軸電流の記号に付される「ｅｓｔ」と「ｃａｌ」は、いずれも推定値であって、技術的思想上は同じものである。
しかし、車両制御ＣＰＵ４０１のマイコンとモータ制御ＣＰＵ２０１のマイコンとの処理能力等の違いにより、同じ情報に基づいて演算した演算結果が必ずしも同一値になるとは限らない。そこで、モータ制御ＣＰＵ２０１のｄｑ変換部３４がｄｑ変換し減算器２２にフィードバックされるｄｑ軸電流推定値を「ｅｓｔ」で表し、車両制御ＣＰＵ４０１のｄｑ変換部３４がｄｑ変換したｄｑ軸電流推定値を「ｃａｌ」で表すこととする。

車両制御ＣＰＵ４０１のｄｑ変換部４３が算出したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌは、出力トルク監視部４４に出力される。出力トルク監視部４４は、取得したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌに基づいて出力トルク監視を実行する。
この出力トルク監視は、トルク指令演算部４１が指令したトルク指令値ｔｒｑ^*に対し、交流電動機２の出力トルクが正常範囲内にあるか否かを判定することで、モータ制御ＣＰＵ２０１の制御演算が正常に実行されていることを監視するものである。出力トルク監視部４４の詳細な構成については後述する。

次に、第１実施形態の電動機制御装置１０１による出力トルク監視ルーチンについて図６を参照して説明する。以下のフローチャートの説明で、記号Ｓは「ステップ」を示す。また、本実施形態では、３相のうちセンサ相としてＷ相を選択し、推定相としてＵ相又はＶ相を選択する構成を例示しているため、フローチャートの説明においても、この例による構成を前提として説明する。

この出力トルク監視ルーチンは、車両制御ＣＰＵ４０１及びモータ制御ＣＰＵ２０１の電源オン期間中に所定の演算周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動すると、最初のＳ１０では、モータ制御ＣＰＵ２０１がセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅを取得する。Ｓ２０では、モータ制御ＣＰＵ２０１が、例えば、上述したα−β座標系での推定演算方法によって推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔを推定する。

Ｓ４１では、モータ制御ＣＰＵ２０１から車両制御ＣＰＵ４０１に、推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔ、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅを送信する。
Ｓ６０では、車両制御ＣＰＵ４０１がｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌを算出する。Ｓ７０では、出力トルク監視部４４がｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌを取得する。

Ｓ８０では、出力トルク監視部４４にて出力トルクが正常範囲であるか否か判定する。その具体的な判定基準については、図７〜図１０を参照して後述する。出力トルク監視部４４は、出力トルクが正常範囲にあるとき（Ｓ８０：ＹＥＳ）、正常判定し（Ｓ８１）、出力トルクが正常範囲にないとき（Ｓ８０：ＮＯ）、異常判定する（Ｓ８２）。
以上で出力トルク監視ルーチンを終了する。

出力トルク監視の結果は、出力トルク監視部４４からトルク指令演算部４１へ判定信号Ｓｊとして送信される。出力トルクが異常と判定された場合、トルク指令演算部４１は、フェールセーフの観点から、例えばトルク指令値ｔｒｑ^*を０にしたり、モータ制御ＣＰＵ２０１に対しインバータ１２の駆動をシャットダウンするように指令したりすることで車両を安全に停止させることが好ましい。また、例えばインジケータを点灯させ、運転者に異常状態を通知するようにしてもよい。

次に、出力トルク監視部４４の詳細構成、及びその構成による正常範囲の判定基準について、図７〜図１０を参照し、４とおりのパターンを説明する。この４パターンは、判定対象とする推定値について、ｄｑ軸電流とするかトルクとするか、正常範囲の設定について、指令値に基づいて決めるかマップを参照するか、の組合せによるものである。
図７〜図１０では、車両制御ＣＰＵ４０が推定したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌ、及び、モータ制御ＣＰＵ２０推定したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを包括して「ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔ」と表す。

図７（ａ）に示す第１パターンの出力トルク監視部４４１は、電流指令値変換部４５１にて、トルク指令演算部４１が指令したトルク指令値ｔｒｑ^*を、計算式又はマップ等によりｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*に変換する。電流比較部４５３は、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを取得すると共に、電流指令値変換部４５１が変換したｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*が入力される。

図７（ｂ）に示すように、電流比較部４５３は、ｄ軸電流及びｑ軸電流について、例えば「ｄｑ軸電流指令値±Ｘ［Ａ］」というように、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*を基準とする所定範囲を正常範囲として設定する。そして、取得したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを正常範囲と比較し、正常範囲内であれば正常、正常範囲から外れていれば異常と判定し、判定信号Ｓｊをトルク指令演算部４１に送信する。

図８（ａ）に示す第２パターンの出力トルク監視部４４２は、トルク指令演算部４１が指令したトルク指令値ｔｒｑ^*に基づいて選定された電流判定マップ４５４から、ｄ軸電流、ｑ軸電流それぞれについて正常範囲を設定する。
図８（ｂ）に示すように、取得したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔが正常範囲内であれば正常、正常範囲から外れていれば異常と判定し、判定信号Ｓｊをトルク指令演算部４１に送信する。

図９（ａ）に示す第３パターンの出力トルク監視部４４３は、取得したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔに基づき、トルク推定部４６２にてトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔを、式（７）又はマップ等により演算する。
ｔｒｑ＿ｅｓｔ
＝ｐ×｛ｉｑ＿ｅｓｔ×ψ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉｄ＿ｅｓｔ×ｉｑ＿ｅｓｔ｝
・・・（７）
記号は、以下のとおりである。
ｐ：交流電動機の極対数
Ｌｄ、Ｌｑ：ｄ軸自己インダクタンス、ｑ軸自己インダクタンス
ψ：永久磁石の電機子鎖交磁束

なお、適用される交流電動機２がＳＰＭ（表面永久磁石）型電動機の場合、Ｌｄ＝Ｌｑであり、式（７）の第２項が０となるため、式（８）のように書き換えられる。
ｔｒｑ＿ｅｓｔ＝ｐ×ｉｑ＿ｅｓｔ×ψ ・・・（８）
すなわち、ＳＰＭ型電動機の場合には、トルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔは、ｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔのみに依存することとなる。
一方、適用される交流電動機２がＩＰＭ（埋込永久磁石）型電動機の場合、Ｌｄ≠Ｌｑであるため、式（７）の第２項が非ゼロ値となる。つまり、トルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔは、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔの両方に依存する。

図９（ｂ）に示すように、トルク比較部４６３は、トルク指令演算部４１が指令したトルク指令値ｔｒｑ^*に対し、例えば「トルク指令値±Ｘ［Ｎｍ］」というように、トルク指令値ｔｒｑ^*を基準とする所定範囲を正常範囲として設定する。そして、トルク推定部４６２が推定したトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔを正常範囲と比較し、正常範囲内であれば正常、正常範囲から外れていれば異常と判定し、判定信号Ｓｊをトルク指令演算部４１に送信する。

図１０（ａ）に示す第４パターンの出力トルク監視部４４４は、図９（ａ）に示す第３パターン同様、取得したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔに基づき、トルク推定部４６２にてトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔを推定する。また、出力トルク監視部４４４は、トルク指令演算部４１が指令したトルク指令値ｔｒｑ^*に基づいて選定されたトルク判定マップ４６４から、トルクの正常範囲を設定する。
図１０（ｂ）に示すように、トルク推定部４６２が推定したトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔが正常範囲内であれば正常、正常範囲から外れていれば異常と判定し、判定信号Ｓｊをトルク指令演算部４１に送信する。

上記各パターンで正常範囲の設定に用いるｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*、トルク指令値ｔｒｑ^*又は閾値は、比較される推定演算値と同期した値とする。例えば、前回値のトルク指令値ｔｒｑ^*に基づき交流電動機２を制御した結果、得られた推定演算値について判定する場合、正常範囲の設定に用いる指令値又は閾値は、前回値、或いは、通信遅れや制御の応答遅れを考慮した過去値とする。

なお、第３、第４パターンにおいて正常範囲と比較する判定対象はトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔであるが、出力トルク監視部４４に入力される物理量は、あくまでｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔであって、トルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔがモータ制御ＣＰＵ２０１から送信されるわけではない。つまり、特許請求の範囲に記載の「出力トルク監視に用いる監視用情報」は、この場合もｄｑ軸電流推定値であることに変わりない。

以上のように、車両制御ＣＰＵ４０１の出力トルク監視部４４は、４つのパターンのいずれを選択して、交流電動機２の現実の出力トルクが正常であるか否か判定してもよい。また、後述する第２、第３実施形態の車両制御ＣＰＵ４０２、４０３においても、出力トルク監視部４４の構成として、いずれのパターンを選択してもよい。

（第１実施形態の効果）
（１）本実施形態の電動機制御装置１０１は、３相のうち１相のセンサ相に流れる電流を電流センサ１３により検出し交流電動機２の駆動を制御する制御装置において、下位制御部であるモータ制御ＣＰＵ２０１と上位制御部である車両制御ＣＰＵ４０１とが協働し、「出力トルク監視に用いる監視用情報」としてのｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌを演算する。
詳しくは、モータ制御ＣＰＵ２０１がセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅに基づく推定演算により推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔを推定し、この電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔ、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、及び電気角θｅを「制御状態に関する情報」として車両制御ＣＰＵ４０１に送信する。車両制御ＣＰＵ４０１は、受信した情報に基づいて、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌを演算する。
このような構成により、下位制御部であるモータ制御ＣＰＵ２０１からの情報に基づき、上位制御部である車両制御ＣＰＵ４０１が交流電動機２の出力トルクを適切に監視することができる。

（２）本実施形態では、出力トルク監視部４４において、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔに基づいて、或いは、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔから算出したトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔに基づいて、出力トルクの異常を判定する。したがって、ｑ軸電流のみを上下限値と比較する特許文献１の従来技術のように出力トルクの方向を判定するだけでなく、ＩＰＭ型の電動機に適用する場合を含め、出力トルクの値を正確に評価し、異常を判定することができる。

（３）本実施形態では、「出力トルク監視に用いる監視用情報」として、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔが用いられる。モータ制御ＣＰＵ２０１が電流フィードバック制御に用いる情報に基づいて出力トルク監視を実行することで、モータ制御ＣＰＵ２０１による演算異常を適確に発見しやすくなる。

（４）１相のセンサ相の電流検出値に基づく「１相制御」において、特許文献２（特開２００８−８６１３９号公報）、特許文献３（特開２００４−１５９３９１号公報）に開示された従来技術では、電流指令値をそのままの状態で用いて推定値を算出している。すなわち、これらの従来技術は、不足する情報を補うため「検出値の代わりに指令値を用いる」ものであり、「基本的に検出値に基づいて」推定値を推定するものではない。

ところで、交流電動機の電流ベクトルは、制御誤差やフィードバック制御等の影響により、電流指令値に対応した指令電流ベクトルに対して変動しながら、指令電流ベクトルに追従している。そのため、実際の電流位相と指令電流位相との間には「ずれ」が生じている。また、指令値は変動したとしても変化に乏しいため、指令値に基づいて推定した推定値から実際の実機状態を正しく把握することは困難である。したがって、このように電流指令値を用いて推定した推定値によって、適切な出力トルク監視を行うことはできない。

それに対し、本実施形態のモータ制御ＣＰＵ２０１の電流推定部３０１は、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*を用いない推定演算により、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅに基づいて推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔを推定する。つまり、検出値の代わりに指令値を用いるのではなく、検出値に基づく推定値と検出値とによって、「基本的に検出値に基づいて」出力トルクを監視する。したがって、実際の実機状態を正しく把握することができるため、適切な出力トルク監視を行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図１１、図１２を参照して説明する。
第２実施形態及び次の第３実施形態の制御ブロック図及びフローチャートの説明では、第１実施形態と実質的に同一の構成又はステップに同一の符号を付して説明を省略する。
図１１に示すように、第２実施形態の電動機制御装置１０２では、モータ制御ＣＰＵ２０２から車両制御ＣＰＵ４０２に対し、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを「制御状態に関する情報」として送信する。
すなわち、モータ制御ＣＰＵ２０２において電流推定部３０１のｄｑ変換部３４が算出したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔは、減算器２２にフィードバックされると共に、車両制御ＣＰＵ４０２に送信される。

車両制御ＣＰＵ４０２は、第１実施形態の車両制御ＣＰＵ４０１のようにｄｑ変換部４３を有しておらず、モータ制御ＣＰＵ２０２からのｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔは、出力トルク監視部４４に直接送信される。出力トルク監視部４４は、受信したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔに基づいて出力トルク監視を実行する。

図１２のフローチャートは、第１実施形態の図６のフローチャートに対し、Ｓ４１及びＳ６０に代えてＳ３０及びＳ４２を実行する点が異なる。
Ｓ３０では、モータ制御ＣＰＵ２０２がｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを算出する。Ｓ４２では、モータ制御ＣＰＵ２０２から車両制御ＣＰＵ４０２にｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを送信する。
なお、第２実施形態の出力トルク監視部４４が車両制御ＣＰＵ４０２からｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを取得するＳ７０は、第１実施形態の出力トルク監視部４４が車両制御ＣＰＵ４０１内でｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌを取得するＳ７０と実質的に同一のステップとして扱う。

第２実施形態は、モータ制御ＣＰＵ２０２が演算したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを車両制御ＣＰＵ４０２に送信することで、モータ制御ＣＰＵ２０２の演算結果を最大限に利用するものである。したがって、第１実施形態と同様の作用効果を奏する他、モータ制御ＣＰＵ２０２と車両制御ＣＰＵ４０２との合計の演算負荷を低減することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図１３、図１４を参照して説明する。
図１３に示すように、第３実施形態の電動機制御装置１０３では、モータ制御ＣＰＵ２０３から車両制御ＣＰＵ４０３に対し、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅを「制御状態に関する情報」として送信する。
すなわち、モータ制御ＣＰＵ２０３が電流センサ１３から取得したセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、及び回転角センサ１４から取得した電気角θｅの情報を、モータ制御ＣＰＵ２０３内部でフィードバック制御演算に用いるのと並行して、同じ情報を、そのまま車両制御ＣＰＵ４０３に送信する。この場合、モータ制御ＣＰＵ２０３と車両制御ＣＰＵ４０３との間の高速通信や高速サンプリングが可能であることが望ましい。

車両制御ＣＰＵ４０３は、他相電流推定部４２及びｄｑ変換部４３を有している。他相電流推定部４２は、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅに基づいて、推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔを推定する。
第１実施形態と同様、ｄｑ変換部４３は、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、及び推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔをｄｑ変換し、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌを算出して、出力トルク監視部４４に出力する。出力トルク監視部４４は、ｄｑ変換部４３から取得したｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌに基づいて出力トルク監視を実行する。

図１４のフローチャートは、第１実施形態の図６のフローチャートに対し、Ｓ２０及びＳ４１に代えてＳ４３及びＳ５０を実行する点が異なる。
Ｓ４３では、モータ制御ＣＰＵ２０３から車両制御ＣＰＵ４０３にセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅを送信する。Ｓ５０では、車両制御ＣＰＵ４０３が推定相の電流推定値ｉｕ（ｖ）＿ｅｓｔを推定する。

第３実施形態では、車両制御ＣＰＵ４０３は、モータ制御ＣＰＵ２０３の演算結果を援用することなく、送信されたセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び電気角θｅの情報に基づいて、自身でｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｃａｌ、ｉｑ＿ｃａｌを算出する。したがって、第１実施形態と同様の作用効果を奏する他、モータ制御ＣＰＵ２０３による演算異常の影響を受けるおそれがないため、出力トルク監視の信頼性が向上する。

（第４実施形態）
上記第１〜第３実施形態のモータ制御ＣＰＵ２０１、２０２、２０３の電流推定部３０１（図３参照）は、他相電流推定部３１において、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*、或いは、これを逆ｄｑ変換した３相電流指令値ｉｕ^*、ｉｖ^*、ｉｗ^*を用いることなく推定相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを推定する。

これに対し、図１５に示すように、第４実施形態のモータ制御ＣＰＵ２０４における電流推定部３０４では、他相電流推定部３２において、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ及び交流電動機２の電気角θｅに基づいて、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*を用いて推定相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを推定する。そして、ｄｑ変換部３４にて、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと、「ｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*を用いて推定した」推定相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔとをｄｑ変換し、ｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔを推定する。

上述のとおり、特許文献２、３の従来技術のように、電流指令値をそのままの状態で用いて算出した推定値からは、実際の実機状態を正しく把握することが困難であるので、そのような推定値を用いるだけの形態は、本実施形態の範囲から除外される。
一方、電流指令値を用いて推定値を推定演算する方法であっても、単に電流指令値を不足情報の代わりとして用いるのでなく、検出値に基づいて電流指令値を補正するような形で検出値の情報を可及的に反映させることにより、実際の実機状態を把握可能な推定値を得ることができる。

そこで、電流指令値を用いる場合の好ましい推定演算の例として、特開２０１３−１７２５９２号公報、特開２０１３−１７２５９３号公報に開示された推定演算方法について概要を説明する。
この方法は、第１実施形態で例示した演算方法と同様、α−β座標系におけるα軸電流ｉα及びβ軸電流ｉβに基づいて算出したセンサ相基準電流位相θｘから、推定相であるＵ相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出するものである。第１実施形態で示した方法に対しβ軸電流ｉβの算出方法のみが異なり、その後の演算プロセスは同じである。

この方法によると、センサ相以外の２相の電流指令値ｉｕ^*、ｉｖ^*を用いた式（９）、又は、センサ相以外の１相の電流指令値ｉｖ^*とセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとを用いた式（１０）により、β軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔを算出する。

この演算方法では、電流指令値を用いてβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔを算した後、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づくα軸電流ｉαと、β軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔとに基づいてセンサ相基準電流位相θｘを算出し（式（４））、さらに、センサ相基準電流位相θｘとセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいて推定相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔを算出する（式（５））。このように、推定演算のプロセスにセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが繰り返し使われることで、電流指令値が推定値に寄与する寄与率が相対的に低くなっており、「基本的に検出値に基づいた」推定値を得ることができる。
よって、第４実施形態は、第１〜第３実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第５実施形態）
電流指令値を用いてセンサ相以外の相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔ、ｉｖ＿ｅｓｔを推定する電流推定部の別の実施形態について、図１６を参照して説明する。
図１６に示すように、電流推定部３０５は、逆ｄｑ変換部３５、誤差計算部３６、誤差重畳部３７を有している。
逆ｄｑ変換部３５は、ｄｑ軸電流指令演算部２１が指令したｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*及び電気角θｅが入力され、ｄｑ軸電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*を逆ｄｑ変換し、３相電流指令値ｉｕ^*、ｉｖ^*、ｉｗ^*を算出する。

誤差計算部３６は、Ｗ相電流指令値ｉｗ^*とセンサ相であるＷ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとの差分である制御誤差Δｉｗを所定の演算周期で繰り返し計算する。
誤差重畳部３７は、制御誤差Δｉｗの位相を±１２０［°］ずらすなどしてＵ相、Ｖ相の電流指令値ｉｕ^*、ｉｖ^*にそれぞれ重畳し、Ｕ相、Ｖ相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔ、ｉｖ＿ｅｓｔを推定する。

このように、「変動成分」であるセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づく制御誤差Δｉｗの情報を電流指令値に含ませることで、実際の実機状態を反映した電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔ、ｉｖ＿ｅｓｔを得ることができる。
なお、誤差重畳部３７が出力したＵ相、Ｖ相の電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔ、ｉｖ＿ｅｓｔは、さらにｄｑ変換部３４にて、センサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと共にｄｑ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔにｄｑ変換されてもよい。

（その他の実施形態）
（ア）図２に示すように、上記実施形態では、トルク指令演算部４１及び出力トルク監視部４４を有する車両制御ＣＰＵ４０が「上位制御部による監視体系」を構成している。
その他の「上位制御部による監視体系」の構成例を図１７（ａ）、（ｂ）に示す。図１７（ａ）に示すように、トルク指令演算部４１を有する車両制御ＣＰＵ４８と、出力トルク監視部４４を有する異常監視用ＣＰＵ４９とを分離し、専ら異常監視用ＣＰＵ４９が監視体系を構成するようにしてもよい。この例では、異常監視用ＣＰＵ４９による判定結果を判定信号Ｓｊとして車両制御ＣＰＵ４８に送信する。
また、図１７（ｂ）に示すように、トルク指令演算部４１及び出力トルク監視部４４を有する車両制御ＣＰＵ４０に加えてさらに別の異常監視用ＣＰＵ４９を設け、二重の監視体系を構成してもよい。

（イ）上記実施形態を包括的に示す図２では、モータ制御ＣＰＵ２０の制御対象であるインバータ１２、及び、モータ制御ＣＰＵ２０への情報ソースである電流センサ１３を、二点鎖線で示す電動機制御装置１０の範囲外として図示している。しかし、これは思想上の区別にすぎず、物理的な構成を意味しない。例えば、モータ制御ＣＰＵ２０、インバータ１２及び電流センサ１３は、物理的に１枚の基板上に実装されてもよい。
また、車両制御ＣＰＵ４０及びモータ制御ＣＰＵ２０は、それぞれ独立の基板に実装されてもよく、共通に１枚の基板に実装されてもよい。上記（ア）のように、上位制御部が複数のＣＰＵから構成される形態においても同様である。

（ウ）上記第１〜第３実施形態では、電流指令値を用いない推定演算として、α−β座標系においてα軸電流の微分値Δｉαに基づいてβ軸電流ｉβを算出する演算方法を採用している。これ以外の推定演算として、例えば所定の演算周期で漸近推定演算を繰り返し実行してもよい。この漸近推定演算では、前回の演算で算出されたｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ及びｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔに基づくセンサ相の軸方向成分であるセンサ相電流基準値ｉｗ＿ｂｆと、今回のセンサ相の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと、の差である推定誤差Δｉｗに基づいて算出された「補正ベクトル」をｄｑ軸平面上にて積算することによりｄｑ軸電流推定値を推定する。さらには、検出値のみに基づく推定方法であれば、上述の推定方法以外のどのような方法でもよく、その方法は限定しない。
（エ）電流指令値を用い、指令値と検出値とに基づいて行う推定演算についても、上記第４、第５実施形態の推定方法に限らず、どのような方法でもよい。

（オ）本発明の制御装置の制御対象である交流電動機は、１相のセンサ相の電流検出値に基づいて制御されることが前提となる。しかし、必ずしも電流センサ１３が１相だけに設けられていることを意味するものではない。例えば、制御用以外の監視用等の電流センサが別に設けられていてもよい。また、通常時は２相に設けられた電流センサの検出値に基づいて制御し、２相のうちいずれか１相の電流センサの故障時に正常な１相のみで制御する状態に移行した場合に、本発明の構成を適用してもよい。
なお、電流センサにより相電流を検出するセンサ相は、上記実施形態のＷ相に限らず、Ｕ相又はＶ相としてもよい。それに応じてセンサ相以外の推定相も変更してよい。

（カ）本発明の制御装置が適用する制御方式は、上記実施形態に記載の正弦波制御モードや過変調制御モードに限らず、電流１周期に１パルスを印加する矩形波制御モードなど、どのような制御方式を用いてもよい。
（キ）上記実施形態の交流電動機は、永久磁石式同期型の三相交流電動機であったが、他の実施形態では、誘導電動機やその他の同期電動機であってもよい。また、上記実施形態の交流電動機は、電動機としての機能、及び発電機としての機能を併せ持つ所謂モータジェネレータであったが、他の実施形態では、発電機としての機能を持たなくてもよい。

（ク）本発明による交流電動機の制御装置は、上記実施形態のようにインバータと交流電動機を一組設けたシステムに限らず、インバータと交流電動機を二組以上設けたシステムに適用してもよい。また、１台のインバータに複数台の交流電動機を並列接続させた電車等のシステムに適用してもよい。

（ケ）本発明による交流電動機の制御装置は、図１に示す構成のハイブリッド自動車の交流電動機に限定されず、どのような構成の電動車両の交流電動機に適用してもよい。また、電動車両以外の交流電動機に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

２・・・交流電動機、
１０・・・電動機制御装置（交流電動機の制御装置）、
１２・・・インバータ、
１３・・・電流センサ、
２０・・・モータ制御ＣＰＵ（下位制御部）、
４０・・・車両制御ＣＰＵ（上位制御部）、
４１・・・トルク指令演算部、
４４・・・出力トルク監視部。

Claims (1)

1. ３相のうち１相のセンサ相に流れる電流を電流センサ（１３）により検出し、交流電動機（２）の駆動を制御する交流電動機の制御装置（１０）であって、
   前記交流電動機に対するトルク指令値を演算するトルク指令演算部（４１）、及び、前記トルク指令値に対する前記交流電動機の出力トルクが正常範囲内にあるか否かを判定する出力トルク監視を実行する出力トルク監視部（４４）を有する上位制御部（４０）と、
   前記上位制御部と互いに通信し、前記上位制御部から受信したトルク指令値に基づいてインバータ（１２）への通電を制御することで前記交流電動機の駆動を制御し、且つ、前記交流電動機の通電状態及び回転状態に関する情報を取得しつつ制御状態に関する情報を前記上位制御部に送信する下位制御部（２０）と、
   を備え、
   前記上位制御部（４０１）と前記下位制御部（２０１）とは、両方が協働して、出力トルク監視に用いる監視用情報としてｄｑ軸電流推定値を演算するものであり、
   前記下位制御部は、前記１相のセンサ相の電流検出値、及び前記交流電動機の電気角に基づき、電流指令値を用いる推定演算を除く推定演算によって、前記センサ相以外の相である推定相の電流推定値を推定し、当該推定相の電流推定値、前記センサ相の電流検出値及び前記交流電動機の電気角を前記上位制御部に送信し、
   前記上位制御部は、受信した前記推定相の電流推定値及び前記センサ相の電流検出値を変換してｄｑ軸電流推定値を演算し、
   前記出力トルク監視部は、演算されたｄｑ軸電流推定値に基づいて、前記出力トルク監視を実行することを特徴とする交流電動機の制御装置。

Images