JP6340913B2 - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング素子を制御する制御装置及び制御方法に関するものである。

電源からパワートランジスタブリッジを介してサーボモータへ駆動電流を供給するシステムにおいて、電流指令の信号を受信してＰＷＭ信号を発生させて当該ＰＷＭ信号をＰＷＭ回路へ送信し、ＰＷＭ回路によりパワートランジスタブリッジを通過する電流を制御している。そして、電流監視手段により、サーボモータの駆動電流値を取り込み、取り込み電流値が電流限界値を超えている場合には、ＰＷＭ信号をオフにしてサーボモータに流れる実際の電流値をゼロにし、電源をオフにしてサーボモータを停止するサーボモータ保護制御装置が開示されている（特許文献１）。

特開平１−１８５１２５号公報

しかしながら、電流監視手段又は負荷等が正常に動作している状態で、モータ電流が過渡的に閾値より高くなった場合には、異常として判定されてしまうという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、モータ電流が過渡的に閾値より高くなった場合に、異常として判定しないように制御できる制御装置及び制御方法を提供することである。

本発明は、スイッチング手段をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号をスイッチング手段に出力し、負荷に流れる電流値が所定の閾値以上である場合に、ＰＷＭ信号をオフにするオフ信号を発信し、オフ信号の発信が、過渡状態であるか定常状態であるかを判定し、定常状態と判定した場合には、異常と判定することによって上記課題を解決する。

本発明は、電流が過渡的に閾値より高くなった場合に、当該電流の増加が過渡的なものであるか、定常的なものであるかを判定した上で、異常判定を行っているため、過渡状態による電流の増加を、異常として判定しないようにすることができる。

本発明の実施形態に係るインバータ制御装置を備えた駆動装置のブロック図である。 図１の電流監視部及び状態判定部の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置を備えた駆動装置のブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置を備えた駆動装置のブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置内の回路図の一部である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は本発明の実施形態に係るインバータ制御装置を備えた駆動装置のブロック図である。本発明に係るインバータ制御装置は、車両等の駆動装置に適用される装置である。以下、インバータ制御装置を車両に適用する場合を例として説明するがインバータ制御装置は、車両以外に適用されてもよい。

図１に示すように、駆動装置は、車両を駆動させるための装置であって、インバータ制御装置１０、バッテリ２０、及びモータ３０を備えている。バッテリ２０は、高電圧の直流電源であって、複数の二次電池を接続することで構成されている。モータ３０は、車両の駆動源となる負荷である。モータ３０には、例えば永久磁石式同期モータが使われる。

インバータ制御装置１０は、インバータ１１、電流センサ１２、磁極位置検出器１３、電圧検出器１４、指令値演算部１５、電流制御部１６、ＰＷＭ制御部１７、電流監視部１８、及び状態判定部１９を備えている。

インバータ１１は、バッテリ１からジャンクションボックス（図示しない）から供給された直流電力を３相交流に変換し、モータ３０に出力する、インバータ１１は、ブリッジ状に接続された複数のスイッチング素子（三相の場合には６つ）を有する。スイッチング素子には、ＩＧＢＴ等のパワー半導体が用いられる。そして、複数のスイッチング素子が、ＰＷＭ制御信号に同期してオン及びオフを切り替えることで、三相交流電流をモータ３０に出力する。

電流センサ１２は、インバータ１１からモータ３０に供給される三相交流電流を検出するセンサである。電流センサ１２には、ホール素子を使用した磁気比例式のセンサが用いられる。なお、図１では、電流センサ１２はＵ相、Ｖ相、及びＷ相にそれぞれ設けられているが、電流センサ１２は２相に設けられ、残りの１相の電流は演算により算出してもよい。またモータの回生時には、電流センサ１２はモータ３０からインバータ１１に供給される交流電流を検出する。

磁極位置検出器１３はモータ３０の磁極の位置を検出器であり、モータ３０に設けられている。磁極位置検出器１３には例えばレゾルバが用いられる。モータ３０の回転数は、磁極位置検出器１３の検出値からＲ／Ｄ変換することで演算され、指令値演算部１５に出力される。磁極位置検出器１３の検出値は、電流センサ１２により検出される検出電流値の座標変換、又は、ＰＷＭ制御部１７における電圧指令値の座標変換等に用いられる。なお、図１では座標変換器を省略している。

電圧検出器１４は、バッテリ２０の電圧を検出し、検出値を指令値演算部１５及びＰＷＭ制御部１７に出力する。

指令値演算部１５は、モータ３０の出力目標値からモータ３０の目標電流値を演算する。指令値演算部１５には、モータ３０の出力目標として外部から入力されるトルク指令値と、磁極位置検出器１３の検出値に基づく演算されたモータ３０の回転数と、電圧検出器１４により検出されたバッテリ２０の検出電圧が入力される。指令値演算部１５には、トルク指令値、モータ３０の回転数、及び電圧を指標として、電流指令値を出力するためのマップが予め格納されている。そして、指令値演算部１５は、当該マップを参照しつつ、入力値に対応する電流指令値を、モータ３０の目標電流値として演算し、演算された指令値を電流制御部１６に出力する。

電流制御部１６は、電流センサ１２の検出電流、及び、指令値演算部１５により演算された電流指令値に基づき、検出電流を電流指令値に一致させる指令値を演算し、ＰＷＭ制御部１７に出力する。具体的には、電流制御部１６は、電流センサ１２の検出電流と電流指令値との偏差を演算し、定常的な偏差なく所定の応答性で追随させるように、ＰＩ制御による演算処理をすることで電圧指令値を演算し、ＰＷＭ制御部１７に出力する。

ＰＷＭ制御部１７は、電流制御部１６により演算された指令値に基づき、インバータ１１に含まれるスイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号をスイッチング素子に出力することで、インバータ１１を制御する。具体的には、ＰＷＭ制御部１７は、電流制御部１６により演算された電圧指令値を、磁極位置検出器１３の検出値を用いて座標変換した上で、座標変換された電圧指令値（変調波）とキャリアとを比較する。このとき、キャリアの振幅は、電圧検出器１４の検出値に応じて決まる。そして、ＰＷＭ制御部１７は、変調波とキャリアとの比較からデューティを演算することで、ＰＷＭ信号を生成する。

そして、インバータ１１のスイッチング素子の駆動回路（図示しない）は、ＰＷＭ信号に応じて、オン及びオフを切り替える。これにより、インバータ制御装置１０は、モータ３０の回転数に同期させて、目標トルク（トルク指令値）に応じて、スイッチング素子にＰＷＭ信号を出力し、電流センサの検出値（相電流の検出値）が目標値に合うように、フィードバック制御を行う。そして、インバータ１１からモータ３０に供給される電流は、モータ３０の回転数と同期した周波数で、目標値に応じた電流値となる。

電流監視部１８は、負荷を保護するための制御部である。電流監視部１８は、電流センサ１２の検出値と所定の電流閾値とを比較して、当該検出値が電流閾値以上である場合には、オフ信号を発信する。オフ信号は、ＰＷＭ制御部１７からインバータ１１に送信されるＰＷＭ信号をオフにするための信号である。ＰＷＭ信号がオフになったときには、インバータ１１のスイッチング素子がオフ状態となる。

電流監視部１８は、インバータ１１の上下アームの短絡を検知する機能（貫通電流検知機能）を有している。上下アームの短絡を検知する際には、電流閾値は非常に高い値に設定される。また、電流監視部１８は、上下アームの短絡検知だけでなく、全体の回路の異常、負荷の異常を検知する機能を有する場合には、電流閾値は、貫通電流検知機能のみをもつときに設定された電流閾値よりも、低い閾値に設定される。そして、電流監視部１８は、電流センサ１２の検出値が電流閾値以上となった場合に、ＰＷＭ制御をオフにすることで、モータの電流が所定値を超えないように制御する。これにより、モータ３０の磁石の減磁、過温度、スイッチング素子の過温度を防止できる。

電流監視部１８は、電流センサ１２の検出値が電流閾値以上である場合には、オフ信号を発信して、オフ信号を状態判定部１９に出力する。また、電流監視部１８は、状態判定部１９による判定結果に応じて、オフ信号をＰＷＭ制御部１７に出力する。

状態判定部１９は、電流監視部１８によるオフ信号の発信状態が過渡状態であるか定常状態であるかを判定する。

上記のように、電流監視部１８はモータ電流を監視しつつモータ３０を保護する機能を有している。そして、電流閾値は、負荷保護の役割のために設定されており、定常的にはＰＷＭ信号をオフにしないように、高い値に設定されている。その一方で、電流監視部１８による異常検知の不感帯をできるたけ小さくするためには、電流閾値は高すぎる値に設定できない。

ところで、モータ３０に流れる電流は過渡的（一過性）に高くなる場合がある。例えば、モータ３０の回転数が急激に低下して誘起電圧が減少した場合には、電流が流れすぎてしまい、過渡的な電流が発生する。また、目標トルクが急変した際に、電流を過大に出力してから電流を定常的に落ち着かせるような制御を行った場合にも、過渡的な電流が発生する。そして、過渡的に電流が電流閾値を超えて高くなる。

また、例えば、電流監視部１８に異常が発生し、電流監視部１８が設定した電流閾値よりも低いモータ電流で保護機能を発揮したとする。この場合には、電流監視部１８以外は正常に動作しているにもかからず、モータ３０への電流が制限されてしまうため、車両の駆動トルクが脈動し、運転者又は搭乗者が違和感を感じることがある。

さらに、電流監視部１８に異常が生じた場合に、異常箇所が特定できないと、サービスの際に、手間がかかってしまい、電流監視部１８の修正にも時間がかかってしまう。

そのため、本発明は、状態判定部１９により、電流監視部１８によるオフ信号の発信が過渡状態であるか、定常状態であるかを判定し、オフ信号の発信が定常状態である場合には、異常が生じていると判定する。また、本発明は、電流監視部１８によるオフ信号の発信が、電流監視部１８の異常により行われた場合には、電流監視部１８の異常を特定しつつ、オフ信号を電流監視部１８からＰＷＭ制御部１７に出力しないように制御する。

以下、電流監視部１８及び状態判定部１９の制御について、図１及び図２を参照しつつ説明する。図２は電流監視部１８及び状態判定部１９の制御フローを示すフローチャートである。

ステップＳ１にて、状態判定部１９は、電流監視部１８から出力されるオフ信号を受信したか否かにより、電流監視部１８がオフ信号を発信したか否かを判定する。状態判定部１９がオフ信号を受信していない場合には、状態判定部１９は、ステップＳ１の状態で待機する。

状態判定部１９がオフ信号を受信した場合には、ステップＳ２にて、状態判定部１９は、出力目標値（トルク指令値）の変化量を演算する。出力目標値の変化量は、例えば、指令値演算部１５に入力された今回の目標値と前回の目標値との差分から演算すればよい。

ステップＳ３にて、状態判定部１９は出力目標値の変化量が変化量閾値より高いか否かを判定する。変化量閾値は、出力目標値が過渡的に変化したことを判定するための閾値であって、予め設定されている。例えば、運転者が急にアクセルを踏み込んだ場合など、トルク指令値が過渡的に上昇する際の、指令値の変化量に応じて、変化量閾値は設定される。そして、変化量が変化量閾値より高い場合には、ステップＳ４に進み、変化量が変化量閾値以下である場合には、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ４にて、状態判定部１９は、出力目標値が変化した時点から所定期間を経過したか否かを判定する。状態判定部１９は、出力目標値が変化量閾値より高くなった時点からの時間を計測することで、当該所定期間を計測する。所定時間は、過電流が過渡的に流れ始めてから、電流が定常的な状態となるための時間であって、過渡状態の期間に応じて予め設定される時間である。そして、所定時間を経過した場合には、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５にて、状態判定部１９は、電流監視部１８がオフ信号を継続して発信しているか否かを判定する。状態判定部１９は所定時間を経過後に、電流監視部１８からオフ信号を受信しているか否かで判定する。状態判定部１９は、当該所定時間を経過した時点から予め定められた期間内に、オフ信号を受信した場合に、電流監視部１８がオフ信号を継続して発信している、と判定する。

オフ信号が継続的に発信されていない場合には、ステップＳ６にて、状態判定部１９は、オフ信号の発信状態を過渡状態として判定する。すなわち、出力目標値が大きくに変化し、かつ、オフ信号が過渡的に発信された場合には、電流値が電流閾値を超えた原因はトルク指令値の変化によるものであり、またインバータ１１の回路、負荷、及び電流監視部１８は正常に動作している。そして、過渡的な電流値が電流閾値を超えて、オフ信号が出力された期間は短時間で終了するため、通常の制御が継続さればよく、制御フローが終了する。

ステップＳ５に戻り、オフ信号が継続的に発信されている場合には、ステップＳ７にて、状態判定部１９は、オフ信号の発信状態を定常状態として判定する。すなわち、出力目標値が大きくに変化した後に、オフ信号が継続的に発信されている場合には、出力目標値の変化により電流の検出値が電流閾値を超えて、電流が過渡的な状態となった後にもかかわらず、オフ信号が定常的に発信されていることになるため、オフ信号の発信の原因は、電流監視部１８の異常によるものである。一方、インバータ１１の回路、負荷、及び電流監視部１８は正常に動作している。

そして、ステップＳ８にて、状態判定部１９は、定常状態と判定した場合には、電流監視部１８に異常が発生していると判定する。ステップＳ９にて、状態判定部１９は、オフ信号の出力禁止指令を電流監視部１８に送信し、電流監視部１８は、当該出力禁止指令を受信しオフ信号をＰＷＭ制御部１７に出力しない。そして、制御フローが終了する。これにより、電流監視部１８の異常の際には、電流監視部１８による保護機能が動作しないため、モータ３０等が正常に動作しているにもかかわらずに、モータ電流に制限が加わることを防止できる。さらに、電流監視部１８の異常も検知できる。

ステップＳ３に戻り、変化量が変化量閾値以下である場合には、ステップＳ１０にて、状態判定部１９は、状態判定部１９は、オフ信号の発信状態を定常状態として判定する。ステップＳ１１にて、状態判定部１９はインバータ１１又はモータ３０に異常が発生したと判定する。電流監視部１８の異常と、インバータ１１又はモータ３０の異常が同時に発生する可能性は低い。また、インバータ１１又はモータ３０の異常は、モータ電流の過渡的な変化とは関係のないところで発生し、インバータ１１又はモータ３０の異常時には、オフ信号が定常的に発信することになる。そのため、状態判定部１９は、出力目標値が大きくに変化していないにもかからず、オフ信号が発信された場合には、インバータ１１の回路又は負荷に異常が生じたと判定する。

ステップＳ１２にて、状態判定部１９は、オフ信号を電流監視部１８からＰＷＭ制御部１７に出力させるための出力許可指令を電流監視部１８に送信し、電流監視部１８は、当該出力許可指令を受信しオフ信号をＰＷＭ制御部１７に出力する。そして制御フローが終了する。これにより、電流監視機能の異常と、インバータ１１又はモータ３０の異常とを切り分けた上で異常を検知できる。

上記のように、本発明は、モータ３０に流れる電流値が所定の電流閾値以上である場合に、電流監視部１８によりＰＷＭ信号をオフにするオフ信号を発信し、状態判定部１９によりオフ信号の発信が過渡状態であるか定常状態であるかを判定し、定常状態として判定した場合には、異常が発生していると判定する。これにより、電流が過渡的に電流閾値以上になった場合に、当該電流の増加が過渡的なものであるか、定常的なものであるかを判定した上で、異常判定を行っているため、過渡状態による電流の増加を、異常として判断しないようにすることができる。

また本発明は、出力目標値が変化した時点から所定時間経過後にオフ信号が発信されか否かによって、過渡状態であるか定常状態であるかを判定する。これにより、過渡状態と定常状態とを区別した上で、異常を判定できる。

また本発明は、出力目標値が変化した時点から所定時間を経過した時点以降に、オフ信号が発信されている場合には、電流監視部１８に異常が生じたと判定する。これにより、電流監視部１８の異常を特定した上で、異常検知を行うことができる。また、異常の発生箇所を特定できるため、制御装置の交換等の際に、作業性を向上させることができる。また本発明は、過渡的に電流が電流閾値以上になった場合でも、電流監視部１８の異常と判定しないため、電流監視部１８の異常の検出精度を高めることができる。また、過渡状態のときに、電流が電流閾値を過渡的に超えた場合でも、異常として判定しないため、電流監視部１８による異常の不感帯を小さくできる。

なお、本例において、状態判定部１９は、出力目標値としてトルク指令値を用いて、トルク指令値に基づいて、出力目標値が過渡的に変化した否かを判定したが、トルク指令値の代わりに、バッテリの電圧の目標値、モータの回転数の目標値を用いてもよい。

上記の電流センサ１２が本発明の「電流検出手段」に相当し、指令値演算部１５が本発明の「目標電流演算手段」に相当し、電流制御部１６及びＰＷＭ制御部１７が本発明の「制御手段」に相当し、電流監視部１８が本発明の「電流監視手段」に相当し、状態判定部１９が本発明の「判定手段」に相当する。

《第２実施形態》
図３は、発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置に含まれる電流監視部１８及び状態判定部１９の制御フローを示すフローチャートである。本例では上述した第１実施形態に対して、オフ信号の発信回数に基づいて、オフ信号の発信状態を判定している点が異なる。これ以外の制御及び構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。ただし、出力目標値（トルク指令値）は状態判定部１９に入力されておらず、状態判定部１９は出力目標値に基づく状態判定は行っていない。

図３を用いて、電流監視部１８及び状態判定部１９の制御を説明する。ステップＳ２１にて、状態判定部１９は、割り込み処理を開始するか否かを判定する。割り込み処理は、電流監視部１８がＰＷＭ制御のオフ信号を発信した直後に、電流監視部１８の制御に対して割り込むための制御処理である。状態判定部１９は、電流監視部１８からオフ信号を受信したときに、割り込み処理を開始する。なお、割り込み処理は、ＰＷＭオフ信号が入力される度に起動される処置であるので、状態判定部１９の機能を含むＣＰＵは、インプットキャプチャポートを利用したハードウェアで構成するとよい。

ステップＳ２２にて、状態判定部１９は、オフ信号の発信回数をカウントアップする。なお、発信回数のカウンタがゼロの状態で、状態判定部１９が最初にオフ信号を受信した時に、発信回数が１回となる。

ステップＳ２３にて、状態判定部１９は、過剰状態及び定常状態の判定タイミングであるか否かを判定する。状態判定部１９は、最初にオフ信号を受信した時点から、所定期間内の発信回数をカウントしている。そして、当該所定期間が経過した時が、過渡、定常状態の判定タイミングとなる。

最初にオフ信号を受信した時点から、所定期間を経過していない場合には、ステップＳ２４に進み、状態判定部１９は、オフ信号が発信されたか否かを判定する。オフ信号が発信された場合には、ステップＳ２２に進み、状態判定部１９は、オフ信号の発信回数をさらにカウントアップする。一方、オフ信号が発信されていない場合にはステップＳ２３に進む。すなわち、所定期間内に、ステップＳ２２からステップＳ２４までの制御ループが処理されることで、オフ信号の発信中は、発信信号がカウントされ、所定期間内の発信回数（すなわち頻度）がカウントされる。

そして、最初にオフ信号を受信した時点から所定期間を経過した場合には、過渡、定常の判定タイミングに達したと判定し、状態判定部１９は、カウンタで計測した発信回数と回数閾値とを比較する（ステップＳ２５）。回数閾値は、オフ信号が定常的に発信されていると判定するための閾値であり、少なくとも２回以上である。

発信回数が回数閾値未満である場合には、状態判定部１９はオフ信号の発信状態を過渡状態として判定する。すなわち、過渡的なモータ電流の変化により、オフ信号が発信された場合には、オフ信号の発信回数は少なくなるため、状態判定部１９は過渡状態として判定する（ステップＳ２６）。そして、制御フローが終了する。

ステップＳ２５に戻り、発信回数が回数閾値以上である場合には、状態判定部１９はオフ信号の発信状態を定常状態として判定する（ステップＳ２７）。すなわち、オフ信号が、過渡的な状態とは認められない数だけ発信されていることを意味する。

そして、ステップＳ２８にて、状態判定部１９は、異常が発生していると判定する。状態判定部１９は、インバータ１１、モータ３０及び電流監視部１８のうち少なくともいずれか箇所で異常が発生したと判定する。

ステップＳ２９にて、状態判定部１９は、オフ信号の出力許可指令を電流監視部１８に送信する。また状態判定部１９は、カウンタを０回にする。電流監視部１８は、状態判定部１９からオフ信号の出力許可指令を受信した場合には、オフ信号をＰＷＭ制御部１７に出力する。そして、制御フローが終了する。

上記のように、本発明は所定期間内のオフ信号の発信回数を計測することで、オフ信号の発信の頻度を計測し、当該頻度に基づいて、発信が過渡状態であるか定常状態であるかを判定する。これにより、異常の検知精度を高めることができる。また、ＣＰＵに演算負荷がかからないように、簡易な方法で異常判定を行うことができる。

なお、発信状態の検知精度を高めるためには、ステップＳ２１の割り込み処理を開始した後に、ステップＳ２２からＳ２９までの制御フローを、定期処理ソフトウェア等を用いて、繰り返し行い、ステップＳ２７による定常状態の判定が複数回行われた時に、発信状態が定常状態であると判定してもよい。定期処理ソフトウェアによる制御周期は、例えば電気角１周期と対応させる。これにより、過渡・定常の判定閾値の設計が容易になる。

《第３実施形態》
図４は、発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置に含まれる電流監視部１８及び状態判定部１９の制御フローを示すフローチャートである。本例では上述した第２実施形態に対して、オフ信号の発信の間隔に基づいて、オフ信号の発信状態を判定している点が異なる。これ以外の制御及び構成は上述した第２実施形態と同じであり、その記載を援用する。

図４を用いて、電流監視部１８及び状態判定部１９の制御を説明する。ステップＳ３１の制御処理は、第２実施形態に係るステップＳ２１の制御処理と同様であり、説明を省略する。

ステップＳ３２にて、状態判定部１９は、電流監視部１８からオフ信号を受信した時点からの時間を計測することで、オフ信号の間隔を開始する。間隔の計測は、時間計測用のレジスタを用いる。当該レジスタは、時間の経過共にカウントアップする（フリーランニング）レジスタである。

ステップＳ３３にて、状態判定部１９は、電流監視部１８からオフ信号を受信したか否かを判定することで、オフ信号を発信したか否かを判定する。オフ信号が発信された場合には、状態判定部１９はレジスタをクリアにする。すなわち、オフ信号が状態判定部１９に入力される度に、レジスタはゼロにクリアする。

一方、状態判定部１９は、電流監視部１８からオフ信号を受信していない場合には、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５の制御処理は、第２実施形態に係るステップＳ２３の制御処理と同様であり、説明を省略する。そして、ステップＳ３３からステップＳ３５までの制御ループが繰り返されることで、オフ信号の間隔が計測される。すなわち、割り込み処理の開始後、オフ信号が発信されない場合には、計測レジスタは走り続ける。

ステップＳ３６にて、状態判定部１９は、レジスタで計測される間隔と時間閾値とを比較する（ステップＳ２５）。時間閾値は、オフ信号が定常的に発信されていると判定するための閾値であり、予め設定されている。そして、間隔が時間閾値以上である場合にはステップＳ３７に進み、間隔が時間閾値未満である場合にはステップＳ３９に進む。

ステップＳ３７〜Ｓ４０の制御処理は、第２実施形態に係るステップＳ２６〜Ｓ２９の制御処理と同様であり、説明を省略する。

ステップＳ４１にて、状態判定部１９はレジスタをクリアにする。レジスタが走る続けた場合に、レジスタが飽和してオーバフロー（計測困難）になるため、ステップＳ４１でレジスタをクリアしている。

上記のように、本発明はオフ信号の発信の間隔を計測することで、オフ信号の発信の頻度を計測し、当該頻度に基づいて、オフ信号の発信が過渡状態であるか定常状態であるかを判定する。また、これにより、異常の検知精度を高めることができる。また、ＣＰＵに演算負荷がかからないように、簡易な方法で異常判定を行うことができる。

なお、発信状態の検知精度を高めるためには、ステップＳ３１の割り込み処理を開始した後に、ステップＳ３２〜Ｓ４１までの制御フローを、定期処理ソフトウェア等を用いて、繰り返し行い、ステップＳ３８による定常状態の判定が複数回行われた時に、発信状態が定常状態であると判定してもよい。定期処理ソフトウェアによる制御周期は、例えば１０ｍｓごとなど決まった時間に設定し、決まった時間で処理するルーチンとすることで、閾値設定や時間計測の観点から合理的でよい。

なお、状態判定部１９の機能を有したＣＰＵのポートは、インプットキャプチャを利用して、ハードで時間計測することが、処理時間短縮やＣＰＵ負荷上望ましい。

《第４実施形態》
図５は発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置を含む駆動装置のブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して状態判定部１９への入力が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第３実施形態の記載を適宜、援用する。

図５に示すように、状態判定部１９には、電流監視部１８により発信されるオフ信号に加えて、電流センサ１２により検出される電流の検出値が入力される。

図６を用いて、電流監視部１８及び状態判定部１９の制御を説明する。図６は電流監視部１８及び状態判定部１９の制御フローを示すフローチャートである。ステップＳ５１の制御処理は、第２実施形態に係るステップＳ２１の制御処理と同様であり、説明を省略する。

ステップ５２にて、状態判定部１９は、割り込み処理開始のトリガとなったオフ信号の発信と対応して電流センサ１２により検出された検出値を用いて、電流検出値の演算処理を行う。オフ信号の発信と対応する電流検出値は、オフ信号の発信の起因となったモータ電流の検出値に相当する。

状態判定部１９は、電流検出値の演算処理として、電流センサ１２の検出値（各相の電流値ｉu、ｉv、ｉw）から絶対値（Iu、Iv、Iw）を演算する。次に、状態判定部１９は、各相の絶対値（Iu、Iv、Iw）のうち最も大きい電流値（最大電流値）を特定する。

ステップＳ５３にて、状態判定部１９は、最大電流値と電流閾値とを比較する。そして、最大電流値が電流閾値以上である場合には、状態判定部１９は、オフ信号の発信状態を過渡状態として判定する（ステップＳ５４）。すなわち、最大電流値が電流閾値以上である場合には、オフ信号を発生する際の電流の比較でも、電流センサ１２の検出値は、電流閾値以上になっていることになり、オフ信号の発信は過渡的なものであると、判定できる。そして、制御フローが終了する。

ステップＳ５３に戻り、最大電流値が電流閾値未満である場合には、状態判定部１９は、オフ信号の発信状態を定常状態として判定する（ステップＳ５５）。すなわち、最大電流値が電流閾値未満であるにもかからず、オフ信号が発信している場合には、電流監視部１８によるオフ信号の発信が、電流閾値よりも低いモータ電流のときに行われたことになり、電流監視部１８の異常発生の可能性がある。

そして、ステップＳ５６にて、状態判定部１９は、異常が発生していると判定する。ステップＳ５７にて、状態判定部１９は、オフ信号の出力許可指令を電流監視部１８に送信する。電流監視部１８は、状態判定部１９からオフ信号の出力許可指令を受信した場合には、オフ信号をＰＷＭ制御部１７に出力する。そして、制御フローが終了する。

上記のように本発明は、オフ信号が発信したときに対応して電流センサ１２により検出された検出値に基づいて、オフ信号の発信状態が過渡状態であるか定常状態であるかを判定する。また本発明は、当該検出値が電流閾値以上である場合に、過渡状態として判定する。これにより、異常の検知精度を高めることができる。

なお、本発明の変形例として、状態判定部１９は、最大電流値が定常的に電流閾値以上であるか否かにより、電流値が定常的に高い状態であるか否かを判定する。そして、状態判定部１９は、電流が定常的に高い状態で、かつ、オフ信号の発信状態が定常状態である場合には、インバータ１１又はモータ３０の異常と判定する。また状態判定部１９は、電流が過渡的に高い状態で、かつ、オフ信号の発信状態が定常状態である場合には、電流監視部１８の異常と判定する。これにより、変形例では、故障箇所を特定も可能とする。

《第５実施形態》
図７は発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置を含む駆動装置のブロック図である。本例では上述した第４実施形態に対して状態判定部１９への入力が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第３の記載を適宜、援用する。

図７に示すように、状態判定部１９には、電流監視部１８により発信されるオフ信号及び電流センサ１２により検出される電流の検出値に加えて、指令値演算部１５で演算された電流指令値が入力される。

図８を用いて、電流監視部１８及び状態判定部１９の制御を説明する。図８は電流監視部１８及び状態判定部１９の制御フローを示すフローチャートである。ステップＳ６１の制御処理は、第２実施形態に係るステップＳ２１の制御処理と同様であり、説明を省略する。

ステップ６２にて、状態判定部１９は、割り込み処理開始のトリガとなったオフ信号の発信と対応して電流センサ１２により検出された検出値を用いて、電流検出値の演算処理を行う。

状態判定部１９は、電流検出値の演算処理として、電流センサ１２の検出値（各相の電流値ｉu、ｉv、ｉw）から、電流変化量を演算する。電流変化量は、オフ信号が発生された際に、電流センサ１２に検出された検出値（In）と、検出値（In）の検出時点より１周期前に検出された検出値（In-１）との差分（In−In-1）により演算できる。なお、検出値（In）又は検出値（In-1）は、三相の検出値より少なくとも一つの相の電流値を用いればよい。

また、状態判定部１９は、オフ信号の発生された際に、電流センサ１２に検出された検出値（In）と、電流指令値（I^＊n）との差分（I^＊n−In）を演算する。

ステップＳ６３にて、状態判定部１９は、演算した差分（In−In-1）と、予め設定される差分閾値（ΔI_th1）とを比較し、差分（In−In-1）が差分閾値（ΔI_th1）以上である場合には、ステップＳ６４に進み、差分（In−In-1）が差分閾値（ΔI_th1）未満である場合には、ステップＳ６９に進む。すなわち、差分（In−In-1）は電流の検出値の変化量を示しており、差分（In−In-1）が差分閾値（ΔI_th1）以上である場合には、電流が過渡的に変化していると判定できる。一方、差分（In−In-1）が差分閾値（ΔI_th1）未満である場合には、電流は定常的に落ち着いている（定常状態）と判定できる。

ステップＳ６４にて、状態判定部１９は、演算した差分（I^＊n−In）と、予め設定される差分閾値（ΔI_th２）とを比較し、差分（I^＊n−In）が差分閾値（ΔI_th２）以上である場合には、ステップＳ６５に進み、差分（I^＊n−In）が差分閾値（ΔI_th２）未満である場合には、ステップＳ６６に進む。差分（I^＊n−In）が差分閾値（ΔI_th２）以上である場合には、電流は目標値に向かって変化中であること示しているため、電流の変化は過渡状態であると判定できる。一方、差分（I^＊n−In）が差分閾値（ΔI_th２）未満である場合には、電流は目標値に近づいているため、電流の変化は定常状態であると判定できる。

そして、差分（In−In-1）が差分閾値（ΔI_th1）以上であり、かつ、差分（I^＊n−In）が差分閾値（ΔI_th２）以上である場合には、出力目標値の急な変化により、オフ信号が発信されたと判定できる。そのため、ステップＳ６５の制御処理で、状態判定部１９は過渡状態として判定する（ステップＳ６５）。

差分（In−In-1）が差分閾値（ΔI_th1）以上であり、かつ、差分（I^＊n−In）が差分閾値（ΔI_th２）未満である場合には、負荷のショートなどでインダクタンス成分が低下しており、目標電流値付近で急峻な電流応答を繰り返していることが考えられる。そのため、状態判定部１９は、オフ信号の発信は定常状態として判定しつつ（ステップＳ６６）、負荷の異常発生と判定する（ステップＳ６７）。

差分（In−In-1）が差分閾値（ΔI_th1）未満である場合には、状態判定部１９はオフ信号の発信状態は定常状態として判定しつつ（ステップＳ６９）、電流監視部１８の異常発生と判定する（ステップＳ７０）。

なお、ステップＳ６８の制御フローは第１実施形態に係るステップＳ１２の制御処理と同様であり、ステップＳ７１の制御フローは第１実施形態に係るステップＳ９の制御処理と同様であり、説明を省略する。

上記のように、本発明は、電流検出値の変化率に相当する差分（In−In-1）が差分閾値（ΔI_th１）以上である場合には、オフ信号の発信状態が過渡状態であると判定する。また、目標電流値と電流検出値との差分（I^＊n−In）が差分閾値（ΔI_th２）以上である場合には、オフ信号の発信状態が過渡状態であると判定する。これにより、発信状態の検知精度を高めることができる。

なお、本発明では、差分（In−In-1）及び差分（I^＊n−In）を両方用いたが、いずれか一方のみを用いて、オフ信号の発信状態を判定してもよい。また本発明は、目標電流値と電流検出値との差分の変化率（（I^＊n−In）−（I^＊n-1−In-1））を演算し、変化率が所定値以上の場合は、目標電流値に向けて検出値が大きく変化しつつ、差分も変化が大きいため、オフ信号の発信状態が過渡状態であると判定としてもよい。また、変化率が所定値未満である場合には、目標値に向けた検出値の変化が小さいため、オフ信号の発信状態が定常状態であると判定としてもよい。

《第６実施形態》
図９は、発明の他の実施形態に係るインバータ制御装置に含まれる電流監視部１８及び状態判定部１９の構成の一部を示す回路図である。本例は、電流監視部１８による保護機能を無効化させる構成を具体化している。なお、インバータ制御装置１０の構成及び制御について、第１〜５実施形態の記載を適宜、援用する。なお、図９に示す構成は、主に、電流監視部１８に異常が発生していると判定された場合には、動作する構成である。

図９に示すように、ウィンドコンパレータ４１は、電流センサ１２の電流検出値と、電流閾値とを比較する。電流閾値は非反転端子に入力され、電流検出値は反転端子に入力される。そして、電流検出値が電流閾値以上である場合には、Ｈｉを論理回路４４に出力する。なお、ウィンドコンパレータ４１の出力と論理回路４４の入力の一方は、抵抗Ｒ１を介して電源に接続されている。トランジスタ４２は、フェール信号の入力によりオフになるスイッチである、トランジスタ４２及び抵抗Ｒ２によりオープンコレクタが形成されており、オープンコレクタの出力はＩＮＨ端子４５に接続されている。そして、フェール信号の入力がトランジスタ４２にあった場合には、ＩＮＨ端子４５に対してＨｉの信号が出力される。

トランジスタ４３は、状態判定部１９による無効化信号の入力によりオフになるスイッチである。無効化信号は、状態判定部１９が電流監視部１８に異常が発生していると判定したときに、電流監視部１８に出力する信号である。

論理回路４４はＡＮＤ回路であり、トランジスタ４３からＨｉの入力がある状態で、ウィンドコンパレータ４１からＨｉの入力があった場合に、Ｈｉを出力する。

ＩＮＨ端子４５は、論理回路４４又はトランジスタ４２からＬｏが入力された場合には、ＩＮＨ端子４５がＬｏになって、ＰＷＭ制御がオフになる。ＰＷＭ出力バッハＩＣ４６には、駆動用の６本の信号（ＵＰ〜ＷＮ）が入力され、インバータ１１のスイッチング素子に対して、増幅した電流を出力する。

ウィンドコンパレータ４１、トランジスタ４２、４３、論理回路４４及びＩＮＨ端子４５は、電流監視部１８の構成の一部である。

上記の回路において、状態判定部１９から無効化信号がトランジスタ４３に入力された場合には、トランジスタ４３がオフになるため、論理回路４４の入力はＡＮＤ条件をとれない状態となる。そして、ウィンドコンパレータ４１からＨｉ信号が論理回路４４に入力されたとしても、論理回路４４の出力はＨｉにはならない。これにより、ウィンドコンパレータ４１の比較機能が無効化されるため、電流監視部１８による保護機能が無効化される。そして、無効化信号は、ＰＷＭ制御のオフ信号の出力に対して優先するが、フェール信号には優先しないように、回路に組み込まれている。

上記のように本発明は、電流監視部１８に異常が生じているか否かを判定し、電流監視部１８に異常が生じている場合には、電流監視部１８による保護機能を無効化する。これにより、電流監視部１８に異常が生じている状態で、電流制限をかえると、車両の駆動モータでは出力トルクが低くなり、安定せず、振動などを発生させ、搭乗者に違和感を感じさせる可能性がある。一方、本発明は、このような違和感を防ぐことができる。

なお本発明による電流監視部１８による保護機能を無効化は、インバータ１１を制御する前に行うとよい。例えば、無効化信号が発信された状態で、車両が停車し、システムが停止したとする。次にシステムが起動した時、電流監視部１８の異常が解消されていない場合には、電流監視部１８が動作するとシステムが不安定になる。そのため、インバータ１１を制御する前に、電流監視部１８による保護機能を無効化させることで、車両の場合には、駆動トルクを脈動させずに発進できるようにするなど、システムを安定化できる。

また本発明は、電流監視部１８に異常が発生した場合には、ディスプレイ等で通知してもよい。これにより、異常の発生をユーザにより早く気づかせることができる。

１１…インバータ
１２…電流センサ
１５…指令値演算部
１６…電流制御部
１７…ＰＷＭ制御部
１８…電流監視部
１９…状態判定部

Claims (14)

1. 接続される負荷に対して所定の電力を出力するスイッチング手段と、
   前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記負荷の目標電流値を演算する目標電流演算手段と、
   前記電流検出手段により検出された検出電流と前記目標電流値に基づき、前記検出電流を前記目標電流値に一致させる指令値を演算し、前記指令値に基づき前記スイッチング手段をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号を前記スイッチング手段に出力する制御手段と、
   前記負荷に流れる電流値が所定の閾値以上である場合に、前記ＰＷＭ信号をオフにするオフ信号を発信する電流監視手段と、
   前記オフ信号の発信が、過渡状態であるか定常状態であるかを判定し、前記定常状態と判定した場合には、異常と判定する判定手段とを備え、
   前記目標電流演算手段は、前記負荷の出力目標値から前記目標電流値を演算し、
   前記判定手段は、前記出力目標値が変化した時点から所定時間経過後に前記オフ信号が発信されたか否かによって、前記過渡状態であるか前記定常状態であるかを判定する
   ことを特徴とする制御装置。
2. 請求項１記載の制御装置において、
   前記スイッチング手段は、バッテリから入力される電力を、前記負荷であるモータに対して出力し、
   前記出力目標値は、前記モータの出力トルクの目標値、前記バッテリの電圧の目標値、及び、前記モータの目標回転数のいずれか一つの値である
   ことを特徴とする制御装置。
3. 請求項１又は２記載の制御装置において、
   前記判定手段は、
   前記出力目標値が変化した時点から所定時間を経過した時点以降に、前記オフ信号が発信されている場合には、前記電流監視手段に異常が生じたと判定する
   ことを特徴とする制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置において、
   前記判定手段は、前記オフ信号を発信する頻度に基づいて、前記過渡状態であるか前記定常状態であるかを判定する
   ことを特徴とする制御装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置において、
   前記判定手段は、前記オフ信号を発信した回数が所定回数以下である場合には前記過渡状態であると判定する
   ことを特徴とする制御装置。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置において、
   前記判定手段は、前記オフ信号を発信した間隔が所定の間隔以上である場合には、前記過渡状態であると判定する
   ことを特徴とする制御装置。
7. 接続される負荷に対して所定の電力を出力するスイッチング手段と、
   前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、
   前記負荷の目標電流値を演算する目標電流演算手段と、
   前記電流検出手段により検出された検出電流と前記目標電流値に基づき、前記検出電流を前記目標電流値に一致させる指令値を演算し、前記指令値に基づき前記スイッチング手段をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号を前記スイッチング手段に出力する制御手段と、
   前記負荷に流れる電流値が所定の閾値以上である場合に、前記ＰＷＭ信号をオフにするオフ信号を発信する電流監視手段と、
   前記オフ信号の発信が、過渡状態であるか定常状態であるかを判定し、前記定常状態と判定した場合には、異常と判定する判定手段とを備え、
   前記判定手段は、前記オフ信号が発信したときに対応して前記電流検出手段により検出された前記検出電流に基づいて、前記過渡状態であるか前記定常状態であるかを判定する
   ことを特徴とする制御装置。
8. 請求項７に記載の制御装置において、
   前記判定手段は、前記検出電流が所定の電流閾値以上である場合には、前記過渡状態であると判定する
   ことを特徴とする制御装置。
9. 請求項７に記載の制御装置において、
   前記判定手段は、前記検出電流の変化率が所定の変化率閾値以上である場合には、前記過渡状態であると判定する
   ことを特徴とする制御装置。
10. 請求項７に記載の制御装置において、
    前記判定手段は、前記オフ信号が発信されているときに対応する前記目標電流値と前記検出電流との差分が所定の閾値以上である場合には、前記過渡状態であると判定する
    ことを特徴とする制御装置。
11. 接続される負荷に対して所定の電力を出力するスイッチング手段と、
    前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、
    前記負荷の目標電流値を演算する目標電流演算手段と、
    前記電流検出手段により検出された検出電流と前記目標電流値に基づき、前記検出電流を前記目標電流値に一致させる指令値を演算し、前記指令値に基づき前記スイッチング手段をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号を前記スイッチング手段に出力する制御手段と、
    前記負荷に流れる電流値が所定の閾値以上である場合に、前記ＰＷＭ信号をオフにするオフ信号を発信する電流監視手段と、
    前記オフ信号の発信が、過渡状態であるか定常状態であるかを判定し、前記定常状態と判定した場合には、異常と判定する判定手段とを備え、
    前記判定手段は、前記電流監視手段に異常が生じているか否かを判定し、前記電流監視手段に異常が生じている場合には、前記電流監視手段による保護機能を無効化する
    ことを特徴とする制御装置。
12. 請求項１１に記載の制御装置において、
    前記判定手段は、前記制御手段による前記スイッチング手段の制御動作を行う前に、前記電流監視手段による保護機能を無効化する
    ことを特徴とする制御装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の制御装置において、
    前記保護機能が無効化になったことを通知する通知手段を備える
    ことを特徴とする制御装置。
14. 接続される負荷に対して所定の電力を出力するスイッチング手段を制御する制御方法であって、
    前記負荷の出力目標値から前記負荷の目標電流値を演算し、
    前記負荷に流れる電流を検出する電流センサにより検出された検出電流と前記目標電流値に基づき、前記検出電流を前記目標電流値に一致させる指令値を演算し、
    前記指令値に基づき前記スイッチング手段をＰＷＭ制御するＰＷＭ信号を生成し、
    前記ＰＷＭ信号を前記スイッチング手段に出力し、
    前記負荷に流れる電流値が所定の閾値以上である場合に、前記ＰＷＭ信号をオフするオフ信号を発信し、
    前記出力目標値が変化した時点から所定時間経過後に前記オフ信号が発信されたか否かによって、前記オフ信号の発信が、過渡状態であるか定常状態であるかを判定し、
    前記定常状態と判定した場合には、異常と判定する制御方法。

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