JP6267088B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御装置に関する。

従来、下記特許文献１に見られるように、電動機を構成する電機子巻線の印加電圧と、電機子巻線に流れる電流との位相差をその目標値に制御する位相差制御を行うセンサレス駆動用制御装置が知られている。この制御装置では、電動機の起動時において、電動機の起動異常の発生を検出する機能を備えている。詳しくは、制御装置は、起動異常判定タイミングにおいて上記位相差を検出し、検出された位相差が予め設定された範囲内にないと判断した場合、電動機に起動異常が発生している旨判断する。

特開２００９−２５４１９１号公報

ここで、電動機の異常は、起動時のみならず、起動後のセンサレス制御時においても発生し得る。このため、起動後のセンサレス制御時において電動機の異常の有無を判定する技術が望まれる。

本発明は、起動後のセンサレス制御時において電動機に異常が生じている旨判定することができる電動機の制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、電動機（１０）と、前記電動機に交流電圧を印加可能な電力変換回路（２０）とを備えるシステムに適用され、前記電動機を構成する電機子巻線（１０ｕ〜１０ｗ）の印加電圧と、前記電機子巻線に流れる電流との位相差を算出する位相差算出手段（３０ａ）と、前記位相差算出手段によって算出された位相差をその目標値に制御すべく、前記電力変換回路の操作によって前記電機子巻線の印加電圧を操作する操作手段（３０ｂ〜３０ｉ）と、前記位相差算出手段によって算出された位相差がその上限閾値を超えた場合と、前記位相差がその下限閾値を下回った場合とに、前記電動機に異常が生じている旨判定する異常判定手段（３０ｊ）とを備え、前記電機子巻線に流れる電流の位相である電流位相の変化量に対する前記位相差の変化量の比率を比率パラメータとし、前記電流位相に対して前記位相差が一義的に定まる電流位相領域を単調変化領域とし、前記単調変化領域における前記比率パラメータを、前記単調変化領域における前記比率パラメータの最大値で規格化した値を正規化比率パラメータとし、前記上限閾値は、前記単調変化領域において前記電流位相を進角側に変化させた場合に前記電動機の異常が生じた前記電流位相に対応する前記正規化比率パラメータに基づいて予め適合され、前記下限閾値は、前記単調変化領域において前記電流位相を遅角側に変化させた場合に前記電動機の異常が生じた前記電流位相に対応する前記正規化比率パラメータに基づいて予め適合されていることを特徴とする。

電動機の駆動状態に応じて定まる電流位相領域であって、電流位相に対して位相差が一義的に定まる電流位相領域である単調変化領域が存在する。位相差をその目標値に制御する位相差制御は、実際の電流位相が単調変化領域内となることを条件に成立するものである。このため、実際の電流位相が、単調変化領域外になったり、単調変化領域内であってもその領域の境界値近傍になったりすると、位相差の制御性が大きく低下し、電動機の脱調等、電動機に異常が生じるおそれがある。

ここで、本発明者らは、上記比率パラメータを定義し、さらに、この比率パラメータを用いて上記正規化比率パラメータを定義した。正規化比率パラメータは、電流位相が単調変化領域の中央近傍となる場合よりも、電流位相が単調変化領域の進角側，遅角側境界値近傍となる場合に小さくなる。また、上記中央近傍において位相差制御を正常に実行可能であり、上記境界値近傍において電動機の異常が生じるおそれがある。このため、正規化比率パラメータを、異常判定用の閾値の適合に用いることができる。

そこで、上記発明では、単調変化領域において電流位相を進角側に変化させた場合に電動機の異常が生じた電流位相に対応する正規化比率パラメータに基づいて、異常判定に用いる上限閾値を予め適合する。また、単調変化領域において電流位相を遅角側に変化させた場合に電動機の異常が生じた電流位相に対応する正規化比率パラメータに基づいて、異常判定に用いる下限閾値を予め適合する。こうして適合された上限，下限閾値を用いて、異常判定手段により、起動後のセンサレス制御時において電動機に異常が生じている旨判定することができる。

車載モータ制御システムの全体構成図。 制御装置におけるモータ制御の機能ブロック図。 相電圧と相電流との位相差を示す図。 力率角マップ、進角側マップ及び遅角側マップを示す図。 モータの異常判定処理の手順を示すフローチャート。 ｄｑ座標系における各種パラメータを説明するための図。 電流位相及び力率角の関係の計算結果を示す図。 モータの異常が発生する電流位相を調べた実験結果を示す図。 モータの異常が発生する正規化比率パラメータを調べた実験結果を示す図。 正規化比率パラメータの算出手法を説明するための図。 力率角及び正規化比率パラメータの関係の計算結果を示す図。

以下、本発明にかかる制御装置を車載モータ制御システムに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、モータ制御システムは、モータ１０、「電力変換回路」としてのインバータ２０、及びモータ１０を制御対象とする制御装置３０を備えている。本実施形態において、モータ１０は、車載空調装置を構成する車室内送風用ファンや、車載ラジエータファンの駆動に用いられる。本実施形態において、モータ１０は、永久磁石を備える３相同期モータである。

モータ１０は、電機子巻線であるＵ，Ｖ，Ｗ相巻線１０ｕ，１０ｖ，１０ｗを備えている。モータ１０は、インバータ２０を介して、直流電源２１（例えばバッテリ）に接続されている。インバータ２０は、上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとの直列接続体を備えている。Ｕ相上，下アームスイッチＳｕｐ，Ｓｕｎの接続点には、Ｕ相巻線１０ｕの一端が接続され、Ｖ相上，下アームスイッチＳｖｐ，Ｓｖｎの接続点には、Ｖ相巻線１０ｖの一端が接続され、Ｗ相上，下アームスイッチＳｗｐ，Ｓｗｎの接続点には、Ｗ相巻線１０ｗの一端が接続されている。ちなみに、本実施形態では、各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用い、より具体的には、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いている。そして、各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎには、各フリーホイールダイオードＤｕｐ〜Ｄｗｎが逆並列に接続されている。なお、各フリーホイールダイオードＤｕｐ〜Ｄｗｎは、ＭＯＳ−ＦＥＴのボディダイオードであってもよいし、外付けのダイオードであってもよい。

モータ制御システムは、相電流センサ２２と母線電流センサ２３とを備えている。本実施形態において、相電流センサ２２は、モータ１０の相電流を検出する。母線電流センサ２３は、各下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎのエミッタと直流電源２１の負極端子とを接続する電気経路に流れる電流を検出する。なお、本実施形態では、相電流センサ２２及び母線電流センサ２３として、抵抗体を備えて構成されているものを用いている。

制御装置３０は、マイコンを主体として構成され、モータ１０の制御量（本実施形態では回転速度）をその指令値（以下、指令回転速度ω＊）にフィードバック制御すべく、インバータ２０を操作する。詳しくは、制御装置３０は、インバータ２０を構成するスイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎをオンオフ操作すべく、上記各種センサの検出値に基づき、各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎに対応する操作信号ｇｕｐ〜ｇｗｎを生成し、生成された各操作信号ｇｕｐ〜ｇｗｎを各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎに対して出力する。ここで、上アーム操作信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐと、対応する下アーム操作信号ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎとは、互いに相補的な信号（論理が反転した信号）となっている。すなわち、上アームスイッチと、対応する下アームスイッチとは、交互にオン状態とされる。なお、指令回転速度ω＊は、例えば、制御装置３０の外部に設けられた制御装置であって、制御装置３０よりも上位の制御装置から制御装置３０へと入力される。

続いて、図２を用いて、制御装置３０によって実行されるモータの位相差制御について説明する。本実施形態にかかる制御は、センサレス正弦波駆動制御である。

位相差算出部３０ａは、Ｕ相について説明すると、相電流センサ２２によって検出されたＵ相電流Ｉｒと、後述する電圧位相算出部３０ｂから出力された電圧位相Ｖθｒとに基づいて、正弦波状のＵ相電流Ｉｒと正弦波状のＵ相電圧Ｖｒとの位相差（以下、力率角ξｒ）を算出する。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、Ｕ相電圧ＶｒがＵ相電流Ｉｒに対して進角している（位相が進んでいる）場合の力率角ξｒを正の値で表し、遅角している（位相が遅れている）場合の力率角ξｒを負の値で表すこととする。なお、図３（ａ）はＵ相電圧Ｖｒ及びＵ相電流Ｉｒの推移を示し、図３（ｂ）は各相巻線１０ｕ〜１０ｗの鎖交磁束φの推移を示す。ちなみに、位相差算出部３０ａにおいて、Ｖ，Ｗ相についての処理も、Ｕ相についての処理と同様に行うことができる。また、本実施形態では、相電流センサ２２の検出値に基づいて力率角ξｒを算出したがこれに限らない。例えば、相電流センサ２２を制御システムに備えることなく、母線電流センサ２３によって検出された母線電流ＩＤＣとスイッチングモードとに基づいて相電流を推定し、推定された相電流を力率角ξｒの算出に用いてもよい。

力率角設定部３０ｃは、力率角ξｒの目標値である目標力率角ξ＊を可変設定する。本実施形態では、指令回転速度ω＊、推定トルクＴｒｑ及び目標力率角ξ＊が関係づけられた力率角マップ（図４参照）が、制御装置３０の備える図示しない記憶手段（例えばメモリ）に記憶されている。力率角設定部３０ｃは、指令回転速度ω＊及び推定トルクＴｒｑを入力として、力率角マップを用いて目標力率角ξ＊を可変設定する。本実施形態において、推定トルクＴｒｑは、フィルタ部３０ｄにおいて、母線電流センサ２３によって検出された母線電流ＩＤＣにローパスフィルタ処理を施し、ローパスフィルタ処理が施された母線電流ＩＤＣをトルク換算することで算出する。

力率偏差算出部３０ｅは、力率角設定部３０ｃから出力された目標力率角ξ＊と、位相差算出部３０ａから出力された力率角ξｒとの偏差である力率偏差Δξを算出する。詳しくは、目標力率角ξ＊から力率角ξｒを減算することで力率偏差Δξを算出する。

第１制御器３０ｆは、力率偏差Δξに基づいて、力率角ξｒを目標力率角ξ＊にフィードバック制御するための操作量として補正量Δωを算出する。本実施形態では、力率偏差Δξに基づく比例積分制御によって補正量Δωを算出する。

加算部３０ｇは、指令回転速度ω＊に補正量Δωを加算することで補正回転速度ωｂを算出する。電圧位相算出部３０ｂは、加算部３０ｇから出力された補正回転速度ωｂの時間積分値として、電圧位相Ｖθｒを算出する。電圧位相Ｖθｒは、インバータ２０から各相巻線１０ｕ，１０ｖ，１０ｗに印加する電機子電圧ベクトルの位相である。この電圧ベクトルについては、後に図６を用いて説明する。

第２制御器３０ｈは、力率偏差Δξに基づいて、力率角ξｒを目標力率角ξ＊にフィードバック制御するための操作量として電圧振幅Ｖｍｏｄを算出する。本実施形態では、力率偏差Δξに基づく比例積分制御によって電圧振幅Ｖｍｏｄを算出する。電圧振幅Ｖｍｏｄは、上記電圧ベクトルの大きさである。

正弦波算出部３０ｉは、モータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相に、下式（ｅｑ１）にて表されるように、モータ１０の電気角で位相が互いに１２０°ずれた正弦波のＵ，Ｖ，Ｗ相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を印加するための操作信号ｇｕｐ〜ｇｗｎを生成してインバータ２０に対して出力する。

ここで、上記操作信号ｇｕｐ〜ｇｗｎは、例えば、上式（ｅｑ１）にて表される正弦波データと、三角波等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ処理によって生成すればよい。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線１０ｕ，１０ｖ，１０ｗにＵ，Ｖ，Ｗ相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を印加するように、各操作信号ｇｕｐ〜ｇｗｎに基づいて各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎをオンオフ操作することにより、モータ１０の回転速度を指令回転速度ω＊に制御する。

フェール判定部３０ｊは、位相差算出部３０ａから出力された力率角ξｒ、指令回転速度ω＊、及び推定トルクＴｒｑに基づいて、モータ１０に異常が生じているか否かを判定する異常判定処理を行う。フェール判定部３０ｊは、異常が生じていると判定した場合、正弦波算出部３０ｉに対してフェール信号ＦＬを出力することで各操作信号ｇｕｐ〜ｇｗｎの生成の停止を指示する。これにより、モータ１０を停止させる。

本実施形態において、モータ１０の異常には、モータ１０の脱調（同期外れ）、モータ１０の過剰電流異常，過小電流異常、発振などが含まれる。なお、過剰電流異常は、例えば、モータ１０に大きな負荷が作用してモータ１０の回転が停止された状態において生じる。また、発振は、モータ１０が正転逆転を繰り返すことである。

図５に、フェール判定部３０ｊの行う異常判定処理について説明する。この処理は、例えば所定の処理周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、指令回転速度ω＊及び推定トルクＴｒｑに基づいて、上限閾値ξＨｉと下限閾値ξＬｏとを可変設定する。ここで、上限閾値ξＨｉは、先の図４に示すように、指令回転速度ω＊、推定トルクＴｒｑ及び上限閾値ξＨｉが関係付けられた遅角側マップを用いて設定される。また、下限閾値ξＬｏは、指令回転速度ω＊、推定トルクＴｒｑ及び下限閾値ξＬｏが関係付けられた進角側マップを用いて設定される。遅角側マップ，進角側マップは、制御装置３０の上記記憶手段に記憶されている。上限閾値ξＨｉ及び下限閾値ξＬｏの適合手法については、後に詳述する。

続くステップ１１では、位相差算出部３０ａから出力された力率角ξｒが上限閾値ξＨｉを超えたとの条件、及び力率角ξｒが下限閾値ξＬｏ未満であるとの条件の論理和が真であるか否かを判断する。この処理は、モータ１０に異常が生じているか否かを判断するための処理である。

ステップＳ１１において力率角ξｒが上限閾値ξＨｉ以下であってかつ下限閾値ξＬｏ以上であると判断した場合には、ステップＳ１２に進み、モータ１０が正常である旨判定する。一方、ステップＳ１０において肯定判断した場合には、ステップＳ１３に進み、モータ１０に異常が生じている旨判定する。そして、正弦波算出部３０ｉに対してフェール信号ＦＬを出力する。

続いて、上限閾値ξＨｉ及び下限閾値ξＬｏの適合手法について説明する。

まず、図６を用いて、適合手法の説明で用いる各パラメータについて説明する。図６では、モータ１０を構成するロータの磁極方向をｄ軸とし、ｄ軸に直交する方向をｑ軸としている。

図６において、「Ｖｎ」は、インバータ２０から各相巻線１０ｕ，１０ｖ，１０ｗに印加する電機子電圧ベクトルを示し、「Ｖθ」は、ｑ軸に対する電圧ベクトルＶｎの電圧位相を示し、「Ｖａ」は、電圧ベクトルＶｎの電圧振幅を示している。「Ｉｎ」は、各相巻線１０ｕ，１０ｖ，１０ｗに流れる電機子電流ベクトルを示し、「β」は、ｑ軸に対する電流ベクトルＩｎの電流位相を示し、「Ｉａ」は、電流ベクトルＩｎの大きさである電流振幅を示している。「ξ」は、力率角を示している。電圧位相Ｖθ及び電流位相βは、ｑ軸から反時計まわりに回転した場合を進角とし、ｑ軸から時計まわりに回転した場合を遅角とし、ｑ軸と一致した場合を０°とする。電圧ベクトルＶｎは、ｄ，ｑ軸電圧Ｖｄ，Ｖｑによって表すことができ、電流ベクトルＩｎは、ｄ，ｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑによって表すことができる。

続いて、適合手法について説明する。この適合手法は、後述する正規化比率パラメータに基づくものである。詳しくは、ブラシレス同期モータの電圧方程式は、下式（ｅｑ２）で表される。

上式（ｅｑ２）において、「Ｌｄ，Ｌｑ」はｄ，ｑ軸インダクタンスを示し、「Ｒａ」は巻線抵抗を示し、「ω」はモータの電気角速度を示し、「φａ」は鎖交磁束の大きさを示し、「ｐ」は微分演算子を示す。上式（ｅｑ２）において、定常状態を想定して過渡項を除くと、下式（ｅｑ３）が導かれる。

上式（ｅｑ３）と下式（ｅｑ４）とから、電圧位相Ｖθを表す下式（ｅｑ５）が導かれる。

上式（ｅｑ５）を用いて、力率角ξは下式（ｅｑ６）で表される。

上式（ｅｑ６）は、力率角ξと電流位相βとの間に相関があることを示している。ここで、図７に、電流振幅Ｉａと正の相関を有するモータのトルクを様々な値Ｔ１〜Ｔ５に設定した場合の電流位相βと力率角ξとの計算結果を示す。図７によれば、基準となる電流位相βである基準位相（０°を例示）に対して、電流位相βが進角側に向かうほど、力率角ξが小さくなり、その後、電流位相βの進角に伴い力率角ξが大きくなる。一方、電流位相βが遅角側に向かうほど、力率角ξが大きくなり、その後、電流位相βの遅角に伴い力率角ξが小さくなる。つまり、各トルクの計算結果のそれぞれにおいて、電流位相βが進角側に向かうにつれて力率角ξが単調減少する領域（換言すれば、電流位相βと力率角ξとに比例関係が成立する領域）である単調変化領域が存在する。単調変化領域では、電流位相βに対して力率角ξが一義的に定まる。位相差制御は、電流位相βが単調変化領域内となることを条件に成立する制御である。

ここで、電流位相βの変化量を力率角ξの変化量で除算した値の絶対値を比率パラメータと定義する。単調変化領域において、基準位相に対して電流位相βが進角側，遅角側にいくほど、比率パラメータが小さくなる傾向にある。比率パラメータが小さい電流位相領域（単調変化領域の境界値近傍）においては、位相差の制御性が大きく低下し、脱調等のモータ１０の異常が生じるおそれがある。特に本実施形態では、比率パラメータが０になる電流位相領域において位相差の制御が不能となる。

図８は、位相差制御を行いながら電流位相βを基準位相（例えば０°）から進角側，遅角側に変化させたときにモータ異常が生じた電流位相βを、モータの回転速度及びトルクのそれぞれと関係付けて調べた実験結果である。ここで、図８には、モータ異常が生じた電流位相βを脱調点「×」として示している。なお、図８では、モータ異常の調査対象とする電流位相βの絶対値を９０°以内とした。これは、電流位相βの絶対値が９０°を超えると、モータ１０のトルクの正負が逆転するためである。

図示されるように、回転速度及びトルクを様々な値に設定した場合であっても、基準位相から進角側，遅角側に略同じ位相だけシフトした電流位相βにおいてモータ異常が生じている。

図９に、図８に示した実験結果を、正規化比率パラメータＳｔｈを用いて整理したものを示す。詳しくは、図９は、電流位相βを変化させた場合に、モータ異常が生じた電流位相に対応する正規化比率パラメータＳｔｈを示す。図９（ａ）〜（ｃ）は、図８（ａ）〜（ｃ）に対応している。ここで正規化比率パラメータＳｔｈとは、下式（ｅｑ７）に示すように、単調変化領域における比率パラメータ「Δβ０／Δξ０」を、単調変化領域における比率パラメータの最大値「Δβｍａｘ／Δξｍａｘ」で規格化した値のことである。

図１０を用いて、本実施形態にかかるモータ異常が生じた電流位相に対応する正規化比率パラメータＳｔｈの算出手法について説明する。なお、図１０では、基準位相近傍で正規化比率パラメータが最大「Δβｍａｘ／Δξｍａｘ」となる例を示している。

図１０（ａ）には、基準位相に対して進角側に電流位相βを変化させた場合に、モータ異常が発生した電流位相β２に対応する正規化比率パラメータＳｔｈについて示している。詳しくは、進角側に電流位相βを変化させた場合に、モータ異常が生じる直前の電流位相β１とモータ異常が生じた電流位相β２との差を第１偏差Δβ０として算出する。また、進角側に電流位相βを変化させた場合に、モータ異常が生じる直前の電流位相β１に対応する力率角ξ１と、モータ異常が生じた電流位相β２に対応する力率角ξ２との差を第２偏差Δξ０として算出する。そして、第１偏差Δβ０の絶対値を第２偏差Δξ０の絶対値で除算した値を、モータ異常が発生した電流位相β２に対応する正規化比率パラメータＳｔｈとして算出する。

図１０（ｂ）には、基準位相に対して遅角側に電流位相βを変化させた場合に、モータ異常が発生した電流位相β４に対応する正規化比率パラメータＳｔｈについて示している。詳しくは、遅角側に電流位相βを変化させた場合に、モータ異常が生じる直前の電流位相β３とモータ異常が生じた電流位相β４との差を第１偏差Δβ０として算出する。また、遅角側に電流位相βを変化させた場合に、モータ異常が生じる直前の電流位相β３に対応する力率角ξ３と、モータ異常が生じた電流位相β４に対応する力率角ξ４との差を第２偏差Δξ０として算出する。そして、第１偏差Δβ０の絶対値を第２偏差Δξ０の絶対値で除算した値を、モータ異常が発生した電流位相β４に対応する正規化比率パラメータＳｔｈとして算出する。

こうして算出された正規化比率パラメータＳｔｈについて図９を用いて説明すると、トルク及び回転速度のそれぞれを様々な値に変化させた場合であっても、モータ異常が生じる正規化比率パラメータＳｔｈは大きく相違しない。本実施形態では、トルク及び回転速度を様々に設定した場合において、正規化比率パラメータＳｔｈが６０％〜１００％の範囲でモータが正常に駆動した。しかしながら、正規化比率パラメータＳｔｈが６０％未満では、モータ異常が生じ得るといった結果となった。

このため、本実施形態では、指令回転速度ω＊及びトルクＴｒｑのそれぞれを様々な値に設定した場合において、電流位相βを基準位相に対して進角側に変化させたときに、正規化比率パラメータＳｔｈが６０％となる時の電流位相に対応する力率角ξを上限閾値ξＨｉとして適合する。これにより、指令回転速度ω＊及びトルクＴｒｑと関係付けられて上限閾値ξＨｉが規定された遅角側マップを作成する。

また、本実施形態では、指令回転速度ω＊及びトルクＴｒｑのそれぞれを様々な値に設定した場合において、電流位相βを基準位相に対して遅角側に変化させたときに、正規化比率パラメータＳｔｈが６０％となる時の電流位相に対応する力率角ξを下限閾値ξＬｏとして適合する。これにより、指令回転速度ω＊及びトルクＴｒｑと関係付けられて下限閾値ξＬｏが規定された進角側マップを作成する。

図１１（ａ）に、トルクを様々な値に設定した場合の力率角ξと正規化比率パラメータＳｔｈとの関係の計算結果を示す。正規化比率パラメータＳｔｈは、トルクが大きくなるほど低くなる。また、図１１（ｂ）に、回転速度を様々な値に設定した場合の力率角ξと正規化比率パラメータＳｔｈとの関係の計算結果を示す。正規化比率パラメータＳｔｈは、回転速度が低くなるほど低くなる。なお、図１１では、基準位相に対して電流位相βが進角側の場合の正規化比率パラメータＳｔｈを負の値で示している。

このように、本実施形態では、遅角側，進角側において正規化比率パラメータＳｔｈが６０％となる時の電流位相に対応する力率角ξを上限閾値ξＨｉ，下限閾値ξＬｏとして予め適合した。指令回転速度ω＊及びトルクＴｒｑのそれぞれを様々な値に設定した場合であっても、正規化比率パラメータＳｔｈが６０％以上であればモータ１０の異常は生じない。このため、正規化比率パラメータＳｔｈが６０％となる時の電流位相に対応する力率角を各閾値ξＨｉ，ξＬｏとして予め適合することで、単調変化領域において電流位相が基準位相から変化して遅角側，進角側境界値に到達する十分前の電流位相において、脱調等のモータ１０の異常を事前に判定することができる。

さらに、本実施形態によれば、位相差算出部３０ａから出力された力率角ξｒと力率角マップとを参照するタイミングと略同じタイミングにおいて、フェール判定部３０ｊにてモータ１０の異常を判定することができる。加えて、マップを用いた異常判定のため、制御装置３０の演算負荷を低減でき、ひいては制御装置３０のコストを低減できる。なお、異常判定処理に基づくモータ１０の異常は、位相差制御の実行中であれば、モータ１０の定常運転時に加え、過渡運転時においても判定可能である。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上限閾値ξＨｉ及び下限閾値ξＬｏのそれぞれを、正規化比率パラメータＳｔｈが６０％未満の値（例えば５０％）となる時の電流位相に対応する力率角に適合してもよい。また、上限閾値ξＨｉ及び下限閾値ξＬｏのそれぞれの適合で用いる正規化比率パラメータとして、互いに同じ値を用いず、例えば、進角側で６０％を用いて遅角側で５０％を用いる等、互いに異なる値を用いてもよい。

・各上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐのコレクタと直流電源２１の正極端子とを接続する電気経路に流れる電流を検出する母線電流センサの検出値をフィルタ部３０ｄの入力としてもよい。

・モータとしては、永久磁石型のものに限らず、例えば巻線界磁型のものであってもよい。また、モータとしては、３相のものに限らず、４相以上のものであってもよい。さらに、モータの用途としては、ファン駆動用に限らず、例えばポンプ駆動用であってもよい。

・モータ１０に交流電圧を印加可能な電力変換回路としては、３相インバータに限らず、交流電圧を印加可能であれば他の電力変換回路であってもよい。

１０…モータ、２０…インバータ、３０…制御装置。

Claims (5)

1. 電動機（１０）と、前記電動機に交流電圧を印加可能な電力変換回路（２０）とを備えるシステムに適用され、
   前記電動機を構成する電機子巻線（１０ｕ〜１０ｗ）の印加電圧と、前記電機子巻線に流れる電流との位相差を算出する位相差算出手段（３０ａ）と、
   前記位相差算出手段によって算出された位相差をその目標値に制御すべく、前記電力変換回路の操作によって前記電機子巻線の印加電圧を操作する操作手段（３０ｂ〜３０ｉ）と、
   前記位相差算出手段によって算出された位相差がその上限閾値を超えた場合と、前記位相差がその下限閾値を下回った場合とに、前記電動機に異常が生じている旨判定する異常判定手段（３０ｊ）とを備え、
   前記電機子巻線に流れる電流の位相である電流位相の変化量に対する前記位相差の変化量の比率を比率パラメータとし、
   前記電流位相に対して前記位相差が一義的に定まる電流位相領域を単調変化領域とし、
   前記単調変化領域における前記比率パラメータを、前記単調変化領域における前記比率パラメータの最大値で規格化した値を正規化比率パラメータとし、
   前記上限閾値は、前記単調変化領域において前記電流位相を進角側に変化させた場合に前記電動機の異常が生じた前記電流位相に対応する前記正規化比率パラメータに基づいて予め適合され、
   前記下限閾値は、前記単調変化領域において前記電流位相を遅角側に変化させた場合に前記電動機の異常が生じた前記電流位相に対応する前記正規化比率パラメータに基づいて予め適合されていることを特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記上限閾値は、前記電動機の回転速度及び前記電動機のトルクのそれぞれに応じて定まる前記単調変化領域において前記電流位相を進角側に変化させた場合に前記電動機の異常が生じた前記電流位相に対応する前記正規化比率パラメータに基づいて予め適合され、
   前記下限閾値は、前記電動機の回転速度及び前記電動機のトルクのそれぞれに応じて定まる前記単調変化領域において前記電流位相を遅角側に変化させた場合に前記電動機の異常が生じた前記電流位相に対応する前記正規化比率パラメータに基づいて予め適合され、
   前記電動機の回転速度及び前記電動機のトルクのそれぞれに基づいて、前記上限閾値及び前記下限閾値のそれぞれを可変設定する設定手段をさらに備える請求項１記載の電動機の制御装置。
3. 前記上限閾値は、前記単調変化領域において前記電流位相を進角側に変化させた場合に、前記正規化比率パラメータが０よりも大きくてかつ０．６以下の規定値となる時の前記位相差に適合され、
   前記下限閾値は、前記単調変化領域において前記電流位相を遅角側に変化させた場合に、前記正規化比率パラメータが前記規定値となる時の前記位相差に適合されている請求項１又は２記載の電動機の制御装置。
4. 前記規定値は０．６である請求項３記載の電動機の制御装置。
5. 前記電動機は、車載ファンの駆動に用いられる請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機の制御装置。