JP5983636B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は電動機を制御する技術に関し、特に同期電動機に異常が発生したことを判定する技術に関する。

電動機の脱調を検知する技術は、従来から種々考案されている。かかる技術を例示する文献として、特許文献１〜３を挙げる。

特許文献１では、ｄ軸電流の偏差とｑ軸指令電圧とから脱調を判別する技術が開示されている。

特許文献２では、モデル電圧と電圧指令を比較して脱調を検知する技術が開示されている。

特許文献３では、電流と回転数指令より求めた磁束が閾値以下であれば脱調である、と判定する技術が開示されている。

特開２０１０−０５１１５１号公報 特開２０１０−２５２５０３号公報 特開２００８−９２７８７号公報

上述した従来の技術では、電動機を駆動するパワーモジュールの動作のバラツキを考慮していない。従って脱調であるか否かを判定するための閾値は試験的に決定する必要がある。このような閾値の決定は開発工数を増大させるという問題があった。

そこで、本願では、電動機を駆動するパワーモジュールの動作のバラツキを考慮して、電動機の異常（例えば脱調）の有無を判定することを目的とする。

この発明にかかる電動機の制御装置は、インバータ電源（２）が電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）に基づいて印加する電圧（［ｖ_δγ］）によって電動機を制御する装置である。

当該装置の第１の態様は、前記インバータ電源によって前記電動機が直流励磁される第１期間において設定される前記電圧指令たる第１電圧指令（［ｖ_δγ０ ^＊］，［ｖ_δγ０１ ^＊］）と、前記第１電圧指令に基づいて前記インバータ電源が前記電動機に印加する第１電圧（［ｖ_δγ０］，Ｒ＾・［ｉ_δγ０１］）との差たる電圧誤差（［Δｖ_δγ］）を求める電圧誤差計算部（１０２１）と、判定時（ｔ３）において前記電動機に印加される前記電圧の推定値たる第１推定値（［ｖ_δγ１］）と、前記電圧誤差との和たる第２推定値（［ｖ_δγ２ ^＊］）を求める誤差導入部（１０２５）と、前記第２推定値に、０より大きく１より小さな係数（ｍ）を乗じた値を判定閾値（［ｖ_ｔｈ］）として採用し、前記判定時における前記電圧指令が前記判定閾値よりも小さいことを以て、前記電動機に異常が発生したと判定する判定部（１０９）とを備える。

この発明にかかる電動機の制御装置の第２の態様は、その第１の態様であって、前記電圧誤差（［Δｖ_δγ］）は、前記判定時において前記電動機に流れる電流［ｉ_δγ１］の位相（［ｉ_δγ１］／｜［ｉ_δγ１］｜）で補正される。

この発明にかかる電動機の制御装置の第３の態様は、その第１の態様または第２の態様であって、前記第１電圧（［ｖ_δγ０］）は、前記第１期間において前記電動機に流れる電流（［ｉ_δγ０］）と前記電動機の抵抗成分の設定値（Ｒ_ｃ）との積として推定される。

この発明にかかる電動機の制御装置の第４の態様は、その第１の態様または第２の態様であって、前記第１期間において前記電圧指令は前記第１電圧指令（［ｖ_δγ０１ ^＊］）と第２電圧指令（［ｖ_δγ０２ ^＊］）とが設定される。前記第１電圧指令（［ｖ_δγ０１ ^＊］）が採用されたときに前記電動機に流れる第１電流（［ｉ_δγ０１］）の大きさから、前記第２電圧指令（［ｖ_δγ０２ ^＊］）が採用されたときに前記電動機に流れる第２電流（［ｉ_δγ０２］）の大きさを差し引いた値で、前記第１電圧指令の大きさから前記第２電圧指令の大きさを差し引いた値を除した値を前記電動機の抵抗成分（Ｒ）の推定値（Ｒ＾）とする。

前記電圧誤差の大きさは、前記第１電流の大きさと前記推定値との積を、前記第１電圧指令の大きさから引いた値である。

この発明にかかる電動機の制御装置の第５態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記電圧誤差（［Δｖ_δγ］）は、前記インバータ電源に入力する直流電圧（ｖ_ｄｃ）の前記第１期間における値（ｖ_ｄｃ０）に対する、前記判定時の前記直流電圧の値（ｖ_ｄｃ１）の比（ｖ_ｄｃ１／ｖ_ｄｃ０）で補正される。

例えば前記電動機の制御には、位置センサレス制御が採用される。

この発明にかかる電動機の制御装置によれば、電動機を駆動するパワーモジュールの動作のバラツキを考慮して電動機の異常の発生を検出できる。

特にその第２の態様によれば、電動機に流れる電流の判定時の位相を考慮するので、電動機の異常の判断がより適切に行われる。

特にその第４の態様によれば、電動機の抵抗成分を推定するので、電動機の異常の判断がより適切に行われる。

特にその第５の態様によれば、インバータ電源に入力する直流電圧に基づいて電圧誤差を補正するので、電動機の異常の判断がより適切に行われる。

脱調の検出を示すグラフである。 第１の実施の形態にかかる電動機制御装置の構成及びその周辺装置を示すブロック図である。 第１の実施の形態における電圧指令計算部の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態における電圧誤差計算部の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態における電圧誤差計算部の構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態における電圧誤差計算部の構成を示すブロック図である。

この発明の基本的思想．
実施の形態の詳細な説明に入る前に、この発明の基本的思想について説明する。もちろん、この基本的思想も本発明に含まれる。

図１は脱調の検出を示すグラフである。上段のグラフは電動機の速度（例えば機械角としての回転角速度）ω及びその指令値たる速度指令ω^＊を採り、下段のグラフは電動機の電圧指令［ｖ_δγ ^＊］の絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜を採り、いずれも横軸には時間を採る。

記号［］はベクトル量を表し、電動機に同期して回転するδ−γ回転座標系を採用した場合のベクトルを表す（以下同様）。つまり上述の電圧指令［ｖ_δγ ^＊］は、電動機に印加される電圧の指令値を、δ−γ回転座標系において表現する。

例えば、「一次磁束制御」として知られている電動機の制御方法では、電動機における空隙磁束と同相にδ軸を設定し、これよりも電動機の制御によって回転させたい方向（以下、単に「回転方向」と称す）に位相を９０度進めてγ軸を設定する。但し、本願では必ずしも空隙磁束と同相にδ軸を設定する必要はない。

ここで電動機とは、同期電動機であって界磁磁束が発生するものを指す。界磁磁束は例えば電動機が永久磁石を有している場合には当該永久磁石によって発生するし、電動機が界磁巻線を有している場合には当該界磁巻線に電流が流れることによって発生する。

時刻ｔ０以前では、速度指令ω^＊、速度ωは０となっており、電動機を駆動する装置、例えばインバータが停止している。なお、速度指令ω^＊、速度ωの正負の符号については、電動機の機械的負荷が正転している場合に、これら全てを正と定義する。

時刻ｔ０以降ではインバータが動作している状況が示されている。まず時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間では絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜は正であるが、電動機に回転磁界を発生させない電圧が電動機に印加される。具体的には、電動機に対して直流電流が流れるように電圧指令［ｖ_δγ ^＊］が設定される。回転磁界を発生させないように、速度指令ω^＊は０を維持しており、従って速度ωも０を維持している。

この期間は直流励磁と通称される処理が行われる期間である（以下、「直流励磁期間」と仮称）。直流励磁期間においては、電動機の回転位置が決定される。このため、直流励磁の処理が行われる期間においてはいわゆる位置決めが行われることになる。

その後、時刻ｔ１以降では電動機に回転磁界を発生させる電圧が、電動機に印加される。具体的には、電動機に対して交流電流が流れるように電圧指令［ｖ_δγ ^＊］が設定される。

特に時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間においては速度指令ω^＊が漸増し、時刻ｔ２以降は速度指令ω^＊が一定値を採る。例えばこの一定値は、電動機に対して所望する回転速度に設定される。時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間は、電動機の回転速度を当該所望の回転速度まで、漸増させる期間である（以下「増速期間」と仮称）。また時刻ｔ２以降の期間は電動機の回転速度を当該所望の回転速度に維持する期間である（以下「定速期間」と仮称）。つまり時刻ｔ１以降の期間ではいわゆる速度制御が行われる。直流励磁期間も含め、電動機の制御には、例えばホールセンサ、エンコーダ、レゾルバなどの位置検出器を用いない、いわゆる位置センサレス制御が採用できる。

かかる速度制御を行うべく増速期間において絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜は漸増する。また定速期間においては絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜は、その初期において一旦は減少するものの、その後は一定となる。

なお、図１では増速期間において絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜はその初期において一旦は減少する状況が例示されている。これは増速期間の初期から最大トルク制御を行う場合を示している。例えば増速期間の初期において強め磁束制御を行ってもよい。その場合には、図示されたような絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜が一時的に減少する現象は生じない。

正常な動作では速度ωは速度指令ω^＊に追従し、ω＝ω^＊となる（グラフｇ１参照）。しかし、電動機が脱調していると、速度ωは速度指令ω^＊に追従することなく非常に低い速度ωａ（例えば速度０）を採る（グラフｇ２参照）。

速度制御を行っている際に電動機が脱調していると速度ωが小さいので、いわゆる電動機の逆起電力が小さくなり、電動機が正常な動作を行っている場合と比較して絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜は小さく設定されることになる。例えば電動機が脱調している場合および電動機が正常な場合の絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜の振る舞いを、それぞれグラフｇ３，ｇ４で示した。

そこで、直流励磁期間が経過した後の増速期間あるいは定速期間の絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜を、閾値｜［ｖ_ｔｈ］｜と比較することにより、脱調を検出することができる。なお、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］と（ベクトルとしての）閾値（以下「閾値ベクトル」と仮称）［ｖ_ｔｈ］とを、δ軸、γ軸毎に比較してもよい。また、δ軸とγ軸のいずれか一方のみを比較しても良い。例えば空隙磁束と同相にδ軸を設定した場合には、空隙磁束による逆起電力が生ずるγ軸のみを比較しても良い。

しかしながら電圧指令［ｖ_δγ ^＊］は、電動機が有する電機子巻線の抵抗成分や、パワーモジュールにおいて採用されるインバータの動作、具体的にはそのスイッチング（特にいわゆるデッドタイムと称される非導通期間や、インバータを構成するスイッチング素子のオン抵抗並びにそのスイッチング時間（例えばオン時間やオフ時間））の影響を受ける。換言すればこれらの抵抗成分、スイッチングのバラツキは、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］のバラツキを招来する。よって閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］を当該バラツキに依存して適切に設定すれば、電動機が脱調しているか否かの判定が、当該バラツキの影響を受けにくくなる。

以下、本発明において、閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］を当該バラツキを考慮して適切に設定することができることを説明する。

δ−γ軸回転座標系における電動機の電圧方程式は、δ軸及びγ軸の速度ω_１、微分演算子ｐ、電動機に印加される電圧［ｖ_δ ｖ_γ］^ｔ（以下［ｖ_δγ］とも表記する：括弧の後の上付の“ｔ”は行列の転置を示す。特に断らない限り、記号［］内で先に示された要素はδ軸成分を、後に示された要素はγ軸成分を、それぞれ表す）、電動機に（より詳細には電動機が有する電機子巻線に）流れる電流［ｉ_δ ｉ_γ］^ｔ（以下［ｉ_δγ］とも表記する）、空隙磁束［λ_δ λ_γ］^ｔ（以下［λ_δγ］とも表記する）、電動機の界磁磁束の絶対値（以下「界磁磁束量」と仮称）Λ_０、電機子巻線の抵抗成分Ｒ、電動機のインダクタンスのｄ軸成分（以下「ｄ軸インダクタンス」と仮称）Ｌ_ｄ及びｑ軸成分（以下「ｑ軸インダクタンス」と仮称）Ｌ_ｑ、ｄ軸に対するδ軸の位相角φを導入して次式（１）で示される。但し、ｄ軸を界磁磁束と同相に設定し、ｑ軸はｄ軸に対して、回転方向に向かって位相が９０度進む。また［Ｉ］，［Ｊ］，［Ｃ］及びそれらの要素を囲む記号［］は行列を示す。

なお、空隙磁束［λ_δγ］は一次磁束とも称され、界磁磁束と、電流［ｉ_δγ］によって発生する電機子反作用の磁束との合成である。

さて、直流励磁期間においては回転磁界は発生せず、空隙磁束［λ_δγ］は変動しないので、その微分は０である。また電動機が回転しないので速度ωも０である。よって、式（１）から、電圧［ｖ_δγ］は抵抗成分Ｒと電流［ｉ_δγ］のみで決定されることが判る。よって直流励磁期間においては、速度ωの影響はもとより、電動機において空隙磁束［λ_δγ］に影響を与える機器定数たる界磁磁束量Λ_０、ｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスＬ_ｑの影響を受けない。つまり電動機の逆起電力の影響を受けない。

よって直流励磁期間において電動機に印加される電圧についての誤差は、抵抗成分Ｒ、電流［ｉ_δγ］、及びインバータのスイッチングに依存することとなる。一般的に、抵抗成分Ｒ及びインバータのスイッチングのばらつきに由来する誤差に比べ、電流［ｉ_δγ］のばらつきに由来する誤差は小さい。また直流励磁期間においては、抵抗成分Ｒに由来する誤差は、インバータのスイッチングに由来する誤差に比べて小さい。

よって増速期間、定速期間における電圧指令［ｖ_δγ ^＊］のバラツキは、直流励磁期間において電動機に印加される電圧についての誤差で見積もることができる。そこでまず電圧誤差［Δｖ_δγ］を次式（２）で計算する。

ここで直流励磁期間（即ちω＝０）において誤差を見積もるための時点（以下「誤差測定時」と仮称）の電圧指令［ｖ_δγ ^＊］、電圧［ｖ_δγ］を、それぞれ第１電圧指令［ｖ_δγ0 ^＊］、第１電圧［ｖ_δγ０］として表した。

さて、速度指令ω^＊、若しくは速度ωの推定値（例えばω_１／ｎ、ｎは電動機の極数）が直流励磁期間の後で脱調の有無を判定する判定時（図１では時刻ｔ３として例示）において値ω_２（＞０）を採るとする。この判定時の電圧［ｖ_δγ］の推定値たる第１推定値［ｖ_δγ１］は、抵抗成分Ｒやスイッチングのバラツキを無視すれば、式（１）に則って次式（３）で表される。

なお、判定時に電動機に流れる電流［ｉ_δγ１］、空隙磁束の指令値［λ_δγ ^＊］＝［λ_δ ^＊ λ_γ ^＊］^ｔを導入した。いわゆる一次磁束制御が採用されるときにはλ_γ ^＊＝０が採用される。但し、この発明は一次磁束制御が採用される場合に限らず適用できる。即ちλ_γ ^＊＝０とする必要はない。

また、制御系では抵抗成分Ｒは実測されないので、機器定数として設定された設定値Ｒ_ｃでこれを代用する。

さて、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］の増速期間、定速期間における電圧指令［ｖ_δγ ^＊］のバラツキは速度ωに拘わらず電圧誤差［Δｖ_δγ］で見積もられるのであるから、これを考慮した電圧［ｖ_δγ］の推定値として次式（４）で求められる第２推定値［ｖ_δγ２］を求める。

かかる第２推定値［ｖ_δγ２］を電圧指令［ｖ_δγ ^＊］が採用するときは、脱調無く電圧指令［ｖ_δγ ^＊］と電圧［ｖ_δγ］とが一致する理想的な場合である。そこで、脱調の判定にはマージンを持たせる必要がある。よって閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］は、第２推定値［ｖ_δγ２］よりも小さく、零ベクトル［０］＝［０ ０］^ｔよりも大きく設定することになる。具体的には０より大きく１未満の係数ｍを用いて、閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］は次式（５）で設定される。

以上のようにして得られた閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］と、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］とを比較することにより、脱調の有無の判定は、電機子巻線の抵抗成分や、インバータのスイッチングの影響を受けにくくなる。

例えば、定速期間という電圧指令［ｖ_δγ ^＊］がほぼ一定となる状態で脱調の有無を判断してもよい。この場合には式（３），（４），（５）に鑑み、ω_２＝ω^＊として第１推定値［ｖ_δγ１］、引いては第２推定値［ｖ_δγ２］、閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］が（係数ｍを固定する限り）一定となる。

第１の実施の形態．
図２は上記の考え方に基づいて、本実施の形態にかかる電動機制御装置１の構成及びその周辺装置を示すブロック図である。

電動機３は三相の電動機であり、不図示の電機子と、界磁たる回転子を備える。技術的な常識として、電機子は電機子巻線を有し、回転子は電機子と相対的に回転する。界磁は例えば界磁磁束を発生させる磁石を備える場合について説明される。

電圧供給源２は例えば電圧制御型インバータ及びその制御部を備え、入力する直流電圧ｖ_ｄｃを、三相の電圧指令［ｖ_ｘ ^＊］＝［ｖ_ｕ ^＊ ｖ_ｖ ^＊ ｖ_ｗ ^＊］^ｔに基づいて三相電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗへ変換する。よって電圧供給源２はインバータ電源として把握される。

三相電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗは電動機３に印加される。これにより、電動機３には三相電流［ｉ_ｘ］＝［ｉ_ｕ ｉ_ｖ ｉ_ｗ］^ｔが流れる。但し、電圧指令［ｖ_ｘ ^＊］や三相電流［ｉ_ｘ］が有する成分は、例えばＵ相成分、Ｖ相成分、Ｗ相成分の順に記載されている。

電動機制御装置１は、電動機３に対し、速度ωを制御する装置である。

電動機制御装置１は、座標変換部１０１，１０４と、電圧指令計算部１０２と、減算器１０５と、積分器１０６と、ハイパスフィルタ１０７と、定数倍部１０８と、判定部１０９とを備えている。

座標変換部１０１は、三相電流［ｉ_ｘ］を、δ−γ回転座標系における電流［ｉ_δγ］に変換する。座標変換部１０４は、δ−γ回転座標系における電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を電圧指令［ｖ_ｘ ^＊］に変換する。これらの変換には電動機３についての固定座標系（例えばＵＶＷ固定座標系）に対するδ−γ回転座標系の回転角θが用いられる。これらの変換は周知の技術で実現されるので、ここではその詳細を省略する。

なお、電圧指令［ｖ_ｘ ^＊］や三相電流［ｉ_ｘ］は、三相のＵＶＷ固定座標系の他、いわゆるαβ固定座標系（例えばα軸はＵ相と同相に設定される）や他の回転座標系で表されていてもよい。座標変換部１０１，１０４はこれらの座標系に対応した変換を行う。電圧指令［ｖ_ｘ ^＊］について採用される座標系は、電圧供給源２がどのような座標系に基づいて動作するかによって決定される。電圧供給源２と座標変換部１０４とは纏めて、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］に基づいて電動機３に電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗを印加する電動機駆動部と把握することができる。

積分器１０６は速度ω_１に基づいて回転角θを計算する。速度ω_１は、減算器１０５の出力として得られる。例えば一次磁束制御を行っていれば、電流［ｉ_δγ］のγ軸成分ｉ_γをハイパスフィルタ１０７で直流分を除去し、さらに定数倍部１０８で所定ゲインＫｍ倍した値が、減算器１０５によって速度指令ω^＊のｎ倍の値ｎ・ω^＊から差し引かれて、速度ω_１が得られる。電動機３が正常に動作し、かつ空隙磁束［λ_δγ］が適切に制御されれば、ω_１＝ｎ・ω^＊となる（速度ω及び速度指令ω^＊は機械角における量であり、速度ω_１は電気角における量であるため）。値ｎ・ω^＊は乗算器１１０においてｎと速度指令ω^＊との乗算で求められる。

電圧指令計算部１０２は電圧指令［ｖ_δγ ^＊］の他、「基本的思想」で述べた閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］を出力する。判定部１０９は電圧指令［ｖ_δγ ^＊］と閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］とを比較し、電動機に異常が、例えば脱調が発生しているか否かを示す判定信号Ｚを出力する。

図３は電圧指令計算部１０２の構成を示すブロック図である。電圧指令計算部１０２は、電圧誤差計算部１０２１、電圧誤差記憶部１０２３、電圧指令生成部１０２４、加算器１０２５、電圧指令出力制限部１０２６、乗算器１０２７、電圧指令生成部１０２８を備える。

電圧誤差計算部１０２１は電流［ｉ_δγ］、電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を入力し、誤差ベクトル［ｙ］を出力する。誤差ベクトル［ｙ］は電圧指令［ｖ_δγ ^＊］から電圧［ｖ_δγ］を減じたベクトルであり、ω_１＝０のときに式（２）の右辺に相当する。

通常、抵抗成分Ｒのバラツキは、インバータのスイッチングによる電圧のバラツキよりも、電圧誤差に与える影響が小さい。よって抵抗成分Ｒとして設定値Ｒ_ｃを用いて、電圧［ｖ_δγ］を、電流［ｉ_δγ］と設定値Ｒ_ｃとの積として推定することができる。

従って電圧誤差計算部１０２１においては次式の計算が行われ、誤差ベクトル［ｙ］が得られる。

図４は電圧誤差計算部１０２１の構成を例示するブロック図である。電圧誤差計算部１０２１は乗算部１０２１Ａと減算部１０２１Ｂとを備える。乗算部１０２１Ａには設定値Ｒ_ｃが記憶されており、これと電流［ｉ_δγ］との積を計算して電圧［ｖ_δγ］を求める。減算部１０２１Ｂは電圧［ｖ_δγ］を電圧指令［ｖ_δγ ^＊］から減じて誤差ベクトル［ｙ］を求める。

電圧誤差記憶部１０２３は信号ＥＮが活性化しているときの誤差ベクトル［ｙ］の値を記憶する。ここで信号ＥＮを、誤差測定時、つまり直流励磁期間のある時点でのみ活性化させることにより、電圧誤差記憶部１０２３は誤差ベクトル［ｙ］を電圧誤差［Δｖ_δγ］として記憶することになる。かかる信号ＥＮの生成についてはこの発明には直接には拘わらないので、詳細な説明を省略する。

電圧指令生成部１０２４は電流［ｉ_δγ］、空隙磁束の指令値［λ_δγ ^＊］、推定速度ω_１を入力し、式（３）に則って求められる第１推定値［ｖ_δγ１］を出力する。

加算器１０２５は電圧誤差［Δｖ_δγ］と第１推定値［ｖ_δγ１］を入力し、式（４）に則って求められる第２推定値［ｖ_δγ２を出力する。つまり加算器１０２５は第１推定値に対して誤差を導入して第２推定値を求める誤差導入部として機能する。

乗算器１０２７は第２推定値［ｖ_δγ２］に対して係数ｍを乗算し、式（５）に則って求められる閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ ^＊］を出力する。

電圧指令生成部１０２８は電流［ｉ_δγ］と設定値Ｒ_ｃとｄ軸インダクタンスＬ_ｄ及びｑ軸インダクタンスを用い、公知の方法で位相φを求め、式（１）に基づいて電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を求める。但し位相φの推定には例えば制御タイミングが一つ前の時点での電圧指令を採用してもよい。

判定部１０９は、閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］と電圧指令［ｖ_δγ ^＊］との比較、あるいは閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］の絶対値｜［ｖ_ｔｈ］｜と電圧指令［ｖ_δγ ^＊］の絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜との比較を行って、判定信号Ｚを出力する。

電圧指令出力制限部１０２６は判定信号Ｚと電圧指令［ｖ_δγ ^＊］とを入力する。判定信号Ｚが脱調を示すとき以外は、電圧指令出力制限部１０２６は電圧指令［ｖ_δγ ^＊］をそのまま出力する。判定信号Ｚが脱調を示すときには、電圧指令出力制限部１０２６は電圧指令［ｖ_δγ ^＊］に代えて停止指令Ｓを出力し、電圧供給源２の動作を停止する。これにより脱調の状態のままで電動機３を駆動することが回避できる。

第２の実施の形態．
第２の実施の形態では誤差ベクトル［ｙ］の他の態様を説明する。

電圧誤差［Δｖ_δγ］は電流［ｉ_δγ］と同相、若しくは逆相となる。よって電流［ｉ_δγ］の絶対値（大きさ）｜［ｉ_δγ］｜で電流［ｉ_δγ］を除すことにより、電流［ｉ_δγ］と同相の単位ベクトルが得られること、直流励磁期間は電圧指令［ｖ_δγ ^＊］と電流［ｉ_δγ］が同相となることに鑑みて、式（２）から式（７）が導かれる。但し誤差測定時における電流［ｉ_δγ］を値［ｉ_δγ０］で表し、判定時における電流［ｉ_δγ］を値［ｉ_δγ１］で表した。

図５は、式（７）に則って誤差ベクトル［ｙ］を求める、電圧誤差計算部１０２１の構成を例示するブロック図である。

電圧誤差計算部１０２１は、絶対値取得部１０２１ａ，１０２１ｄ、乗算器１０２１ｂ，１０２１ｆ、除算器１０２１ｅ、減算器１０２１ｃを備える。

絶対値取得部１０２１ａは電流［ｉ_δγ］を入力し、その大きさたる絶対値｜［ｉ_δγ］｜を出力する。乗算器１０２１ｂは設定値Ｒ_ｃと絶対値｜［ｉ_δγ］｜とを入力し、両者の積を出力する。

絶対値取得部１０２１ｄは電圧指令［ｖ_δγ ^＊］を入力し、その大きさたる絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜を出力する。

減算器１０２１ｃは乗算器１０２１ｂから得られた積を絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜から減じて電圧誤差の大きさ（以下「電圧誤差量」と仮称）Δｖ’_δγを得る。

除算器１０２１ｅは電圧誤差量Δｖ’_δγを被除数とし、絶対値｜［ｖ_δγ ^＊］｜を除数とする商を得る。

乗算器１０２１ｆは、当該商と電流［ｉ_δγ］との積を採って誤差ベクトル［ｙ］を出力する。

このように構成された電圧誤差計算部１０２１を用いて得られた誤差ベクトル［ｙ］は、誤差測定時において、式（７）に則った電圧誤差［Δｖ_δγ］と一致することは明白である。

よって本実施の形態においても、電圧誤差［Δｖ_δγ］を用いて第１の実施の形態と同様に脱調の有無を判定することができる。

なお、電流［ｉ_δγ］の誤差測定時における値［ｉ_δγ０］と、判定時における値［ｉ_δγ１］とは異なり得る。本実施の形態では式（７）で示されるように、電圧誤差［Δｖ_δγ］の位相として、判定時における値［ｉ_δγ１］の位相と同相（電圧誤差量Δｖ’_δγ が正のとき）または逆相（電圧誤差量Δｖ’_δγ が負のとき）を採用する。これは換言すれば、電圧誤差［Δｖ_δγ］は、位相が不定であって電圧誤差量Δｖ’_δγ の大きさをもつ電圧誤差を、判定時における値［ｉ_δγ１］の位相で補正すると把握することができる。

このような補正により、判定時において電動機に流れる電流の位相を考慮した電圧誤差［Δｖ_δγ］、引いては閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］を得ることができ、第１の実施の形態よりも本実施の形態の方が適切に脱調の有無を判定することができる。

第３の実施の形態．
本実施の形態では抵抗成分Ｒの推定値Ｒ＾を用いて電圧誤差量Δｖ’_δγを求める。本実施の形態では誤差測定時は、直流励磁期間中の異なる一対の時点たる第１時点及び第２時点において設定される。よって直流励磁期間における電圧指令として第１時点及び第２時点において第１電圧指令［ｖ_δγ０１ ^＊］、第２電圧指令［ｖ_δγ０２ ^＊］が設定される。但し第１電圧指令［ｖ_δγ０１ ^＊］、第２電圧指令［ｖ_δγ０２ ^＊］は大きさが異なる。第１時点及び第２時点において電流［ｉ_δγ］はそれぞれ第１電流［ｉ_δγ０１］、第２電流［ｉ_δγ０２］を採る。第１時点においても第２時点においても電圧誤差［Δｖ_δγ］は維持されるので、次式（８）が成立する。

但し、［ｖ_δγ０１ ^＊］＝［ｖ_δ０１ ^＊ ｖ_γ０１ ^＊］^ｔ，［ｖ_δγ０２ ^＊］＝［ｖ_δ０２ ^＊ ｖ_γ０２ ^＊］^ｔ，［ｉ_δγ０１］＝［ｉ_δ０１ ｉ_γ０１］^ｔ，［ｉ_δγ０２］＝［ｉ_δ０２ ｉ_γ０２］^ｔである。また直流励磁期間においては抵抗成分Ｒの温度変化は非常に小さいと考えられるので、第１時点と第２時点での抵抗成分Ｒは等しいと考える。

第２の実施の形態で述べたように、電圧誤差［Δｖ_δγ］は電流［ｉ_δγ］と同相、若しくは逆相となる。よって式（８）から次式（９）が導かれ、推定値Ｒ＾及び電圧誤差量Δｖ’_δγが求められる。

つまり推定値Ｒ＾は、第１電流［ｉ_δγ０１］の大きさから第２電流［ｉ_δγ０２］の大きさを差し引いた値で、第１電圧指令［ｖ_δγ０１ ^＊］の大きさから第２電圧指令［ｖ_δγ０２ ^＊］の大きさを差し引いた値を除した値である。また電圧誤差量Δｖ’_δγ は、第１電圧指令［ｖ_δγ０１ ^＊］の大きさから、推定値Ｒ＾と第１電流［ｉ_δγ０１］の大きさとの積Ｒ＾・｜［ｉ_δγ０１］｜として求められる電圧を引いた値である。

このようにして求められた電圧誤差量Δｖ’_δγを用いて、第２の実施の形態と同様にして、電圧誤差［Δｖ_δγ］は次式（１０）で与えられる。

図６は、式（８），（９），（１０）に則って誤差ベクトル［ｙ］を求める、電圧誤差計算部１０２１の構成を例示するブロック図である。

電圧誤差計算部１０２１は、電流記憶部１０２１ｇ、電圧指令記憶部１０２１ｈ、絶対値取得部１０２１ａ，１０２１ｉ、乗算器１０２１ｆ、除算器１０２１ｅ、抵抗成分計算部１０２１ｊ、電圧誤差量計算部１０２１ｋを備える。

絶対値取得部１０２１ａ、除算器１０２１ｅ、乗算器１０２１ｆの処理は第２の実施の形態におけるこれらの処理と同じである。但し電圧誤差量Δｖ’_δγの求め方は式（９）に則る。

電流記憶部１０２１ｇ、電圧指令記憶部１０２１ｈには、いずれも信号ＥＮ１，ＥＮ２が入力する。信号ＥＮ１，ＥＮ２はそれぞれ第１時点、第２時点で活性化する。信号ＥＮ１，ＥＮ２の活性化に応答し、電流記憶部１０２１ｇは第１時点及び第２時点のそれぞれにおける電流［ｉ_δγ］の値（これはそれぞれ第１電流［ｉ_δγ０１］、第２電流［ｉ_δγ０２］に相当する）を記憶する。電圧指令記憶部１０２１ｈは第１時点及び第２時点のそれぞれにおける電圧指令［ｖ_δγ ^＊］の値（これはそれぞれ第１電圧指令［ｖ_δγ０１ ^＊］、第２電圧指令［ｖ_δγ０２ ^＊］に相当する）を記憶する。

絶対値取得部１０２１ｉは、第１電流［ｉ_δγ０１］、第２電流ｉ_δγ０２］、第１電圧指令［ｖ_δγ０１ ^＊］、第２電圧指令ｖ_δγ０２ ^＊］を入力し、それぞれの絶対値｜［ｉ_δγ０１］｜，｜［ｉ_δγ０２］｜，｜［ｖ_δγ０１ ^＊］｜，｜［ｖ_δγ０２ ^＊］｜を出力する。

抵抗成分計算部１０２１ｊは絶対値｜［ｉ_δγ０１］｜，｜［ｉ_δγ０２］｜，｜［ｖ_δγ０１ ^＊］｜，｜［ｖ_δγ０２ ^＊］｜を用いて、式（９）に従って抵抗成分Ｒの推定値Ｒ＾を計算する。

電圧誤差量計算部１０２１ｋは推定値Ｒ＾と値｜［ｉ_δγ０１］｜，｜［ｖ_δγ０１ ^＊］｜とを用いて、式（９）に従って電圧誤差量Δｖ’_δγを求める。

本実施の形態では電圧誤差量Δｖ’_δγの計算における抵抗成分Ｒとして、設定値Ｒ_ｃではなく、実際に採用される第１電圧指令［ｖ_δγ０１ ^＊］、第２電圧指令［ｖ_δγ０２ ^＊］、第１電流［ｉ_δγ０１］、第２電流［ｉ_δγ０２］に基づいて推定される推定値Ｒ＾を用いるので、第１の実施の形態や第２の実施の形態よりも抵抗成分Ｒのバラツキを考慮した閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］を得ることができる。よって、より適切に脱調の有無を判定することができる。

第４の実施の形態．
電圧誤差［Δｖ_δγ］、引いては電圧誤差量Δｖ’_δγは、第２の実施の形態で述べたように、インバータのスイッチングによる影響が大きい。そして当該スイッチングによる影響はインバータに入力する直流電圧ｖ_ｄｃに依存する。抵抗成分Ｒのバラツキを無視すれば、電圧誤差量Δｖ’_δγは直流電圧ｖ_ｄｃに比例して大きくなる。

よって電圧誤差量Δｖ’_δγは、直流電圧ｖ_ｄｃに基づいて補正することが望ましい。具体的には、直流電圧ｖ_ｄｃが誤差測定時において値ｖ_ｄｃ０を採り、判定時には値ｖ_ｄｃ１を採ると表現して、次式（１１）で補正後の電圧誤差量Δｖ”_δγを求める。

この場合、式（１０）と同様にして、次式（１２）で電圧誤差［Δｖ_δγ］を採用する。

このような補正は、電圧比ｖ_ｄｃ１／ｖ_ｄｃ０を乗算する処理として把握される。よってかかる補正は第１乃至第３の実施の形態のいずれにおいても適用可能であり、例えば誤差ベクトル［ｙ］に対して、電圧比ｖ_ｄｃ１／ｖ_ｄｃ０を乗算する処理を行えばよい。

あるいは第２の実施の形態に即して言えば、減算器１０２１ｃから除算器１０２１ｅを経由して乗算器１０２１ｆに至る経路における値に対して、電圧比ｖ_ｄｃ１／ｖ_ｄｃ０を乗算する処理を行えばよい。

あるいは第３の実施の形態に即して言えば、絶対値取得部１０２１ａから乗算器１０２１ｆに至る経路、あるいは抵抗成分計算部１０２１ｊから乗算器１０２１ｆに至る経路における値に対して、電圧比ｖ_ｄｃ１／ｖ_ｄｃ０を乗算する処理を行えばよい。

本実施の形態では直流電圧ｖ_ｄｃの変動を考慮した閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］を得ることができる。よって、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態よりも適切に脱調の有無を判定することができる。

第５の実施の形態．
第４の実施の形態で説明されたように、電圧誤差量Δｖ’_δγは直流電圧ｖ_ｄｃに比例して大きくなる。よって、比例係数ｋを導入して電圧誤差量Δｖ’_δγは次式（１３）で表すことができる。

電圧誤差［Δｖ_δγ］は電流［ｉ_δγ］と同相、若しくは逆相となるので、抵抗成分Ｒの変動を無視して次式（１４）が連立して成立する。

よって式（１４）を繰り返し計算し、抵抗成分Ｒ及び係数ｋの少なくともいずれか一方の変動がそれぞれ所望の範囲内に収まったときの係数ｋを用いて式（１４）から電圧誤差量Δｖ’_δγを求めることができる。

このようにして得られた電圧誤差量Δｖ’_δγを、第２の実施の形態や第３の実施の形態と同様にして用い、脱調の有無を判定することができる。しかも第４の実施の形態と同様に、直流電圧ｖ_ｄｃの変動を考慮した閾値ベクトル［ｖ_ｔｈ］を得ることができるので、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態よりも適切に脱調の有無を判定することができる。

上記の種々の実施の形態は、互いの機能を損なわない限り、適宜に組み合わせることができる。

上記のブロック図は模式的であり、各部はハードウェアで構成することもできるし、ソフトウェアによって機能が実現されるマイクロコンピュータ（記憶装置を含む）で構成してもよい。各部で実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。

マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行する。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。なお、マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。

１ 電動機制御装置
１０２１ 電圧誤差計算部
１０２５ 加算器（誤差導入部）
１０９ 判定部
２ 電圧供給源

Claims (6)

1. インバータ電源（２）が電圧指令（［ｖ_δγ ^＊］）に基づいて印加する電圧（［ｖ_δγ］）によって電動機を制御する装置であって、
   前記インバータ電源によって前記電動機が直流励磁される第１期間において設定される前記電圧指令たる第１電圧指令（［ｖ_δγ０ ^＊］，［ｖ_δγ０１ ^＊］）と、前記第１電圧指令に基づいて前記インバータ電源が前記電動機に印加する第１電圧（［ｖ_δγ０］，Ｒ・［ｉ_δγ０１］）との差たる電圧誤差（［Δｖ_δγ］）を求める電圧誤差計算部（１０２１）と、
   判定時（ｔ３）において前記電動機に印加される前記電圧の推定値たる第１推定値（［ｖ_δγ１］）と、前記電圧誤差との和たる第２推定値（［ｖ_δγ２］）を求める誤差導入部（１０２５）と、
   前記第２推定値に、０より大きく１より小さな係数（ｍ）を乗じた値を判定閾値（［ｖ_ｔｈ］）として採用し、前記判定時における前記電圧指令が前記判定閾値よりも小さいことを以て、前記電動機に異常が発生したと判定する判定部（１０９）と
   を備える、電動機の制御装置。
2. 前記電圧誤差（［Δｖ_δγ］）は、前記判定時において前記電動機に流れる電流［ｉ_δγ１］の位相（［ｉ_δγ１］／｜［ｉ_δγ１］｜）で補正される、請求項１記載の電動機の制御装置。
3. 前記第１電圧（［ｖ_δγ０］）は、前記第１期間において前記電動機に流れる電流（［ｉ_δγ０］）と前記電動機の抵抗成分の設定値（Ｒ_ｃ）との積として推定される、請求項１または請求項２記載の電動機の制御装置。
4. 前記第１期間において前記電圧指令は前記第１電圧指令（［ｖ_δγ０１ ^＊］）と第２電圧指令（［ｖ_δγ０２ ^＊］）とが設定され、
   前記第１電圧指令（［ｖ_δγ０１ ^＊］）が採用されたときに前記電動機に流れる第１電流（［ｉ_δγ０１］）の大きさから、前記第２電圧指令（［ｖ_δγ０２ ^＊］）が採用されたときに前記電動機に流れる第２電流（［ｉ_δγ０２］）の大きさを差し引いた値で、前記第１電圧指令の大きさから前記第２電圧指令の大きさを差し引いた値を除した値を前記電動機の抵抗成分（Ｒ）の推定値とし、
   前記電圧誤差の大きさは、前記第１電流の大きさと前記推定値との積を、前記第１電圧指令の大きさから引いた値である、請求項１または請求項２記載の電動機の制御装置。
5. 前記電圧誤差（［Δｖ_δγ］）は、前記インバータ電源に入力する直流電圧（ｖ_ｄｃ）の前記第１期間における値（ｖ_ｄｃ０）に対する、前記判定時の前記直流電圧の値（ｖ_ｄｃ１）の比（ｖ_ｄｃ１／ｖ_ｄｃ０）で補正される、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の電動機の制御装置。
6. 前記電動機の制御には、位置センサレス制御が採用される、請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の電動機の制御装置。

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