JP6526312B2 - 脱調検出装置及び脱調検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の脱調を検出する脱調検出装置及び脱調検出方法に関する。

電動機の脱調を検出する技術がある。特許文献１には、複数相の電流検出回路に含まれる増幅器の相間検出ゲインの差分を補正し、ｑ軸電流の電気角周波数で見た際の２次周波数成分を検出して脱調判定を行うことが記載されている。

特開２００４−１２０８１４号公報

特許文献１に記載された技術は、脱調していない状態での運転で得られた２次高調波と、脱調している状態での運転で得られた２次高調波とに十分な差分がある場合にのみ、脱調しているか否かの判定ができる。電動機が実際に使用される場合、外気の温度及び電源等の環境要因、並びに使用方法等により、電動機の回転速度及びトルクが変動する場合が多い。その際に正常運転における２次高調波と脱調運転における２次高調波との差分が小さくなったり、正常運転における２次高調波と脱調運転における２次高調波との大小関係が逆転したりする可能性がある。すると、電動機が脱調したことを検出する精度が低下する可能性がある。

本発明は、電動機の脱調を検出する精度の低下を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る脱調検出装置は、交流成分算出部と、高調波成分算出部と、回転速度算出部と、判定部と、を含む。交流成分算出部は、電動機に流れる電流から得られた前記電動機のトルク電流成分の交流成分を求める。高調波成分算出部は、交流成分算出部によって求められた交流成分から、電気角で見たときの、交流成分の２次高調波成分を求める。回転速度算出部は、交流成分算出部によって求められた交流成分から、電気角で見たときの、電動機の回転速度を求める。判定部は、回転速度算出部によって求められた回転速度に応じて定められる閾値と、高調波成分算出部によって求められた２次高調波成分とを比較し、２次高調波成分の値が閾値以上である場合に、電動機が脱調したことを示す信号を出力する。

本発明によれば、電動機の脱調を検出する精度の低下を抑制できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る脱調検出装置を示す図 実施の形態１において閾値を回転速度に応じて変化させるデータマップの一例を示す図 実施の形態１において、判定部が閾値を補正する際に用いるデータマップの一例を示す図 実施の形態１に係る脱調検出装置の機能がソフトウェアで実現される場合のハードウェア構成例を示す図 実施の形態１に係る脱調検出装置の処理例を示すフローチャート 実施の形態１の変形例に係る脱調検出装置を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る脱調検出装置及び脱調検出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る脱調検出装置１０を示す図である。脱調検出装置１０は、電動機１の脱調を検出する装置である。電動機１は、ステータが生成する回転磁界によってロータが回転するものであればよい。電動機１は、同期電動機、誘導電動機及び直流ブラシレス電動機が例示されるが、これらに限定されない。実施の形態１において、電動機１は、３相の同期電動機である。

ドライバ２は、電源４から供給される電力を電動機１に与えて電動機１を動作させる。電源４は、ドライバ２に直流電力を供給する。電源４は、交流電源から生成された直流電力をドライバ２に供給してもよいし、一次電池、二次電池又はキャパシタのような蓄電器であってもよい。

ドライバ２は、複数のスイッチング素子を有している。実施の形態１において、ドライバ２は、例えばインバータである。複数のスイッチング素子は、制御装置５から受け取った制御信号ＳｃによってＯＮ又はＯＦＦする。複数のスイッチング素子は、ＯＮ又はＯＦＦすることにより、電動機１に電圧又は電流を与える。実施の形態１において、ドライバ２は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、電動機１に与える電力を制御する。制御装置５は、電動機１に目標とする出力を発生させるための指令Ｓｒｅｆを受け取る。制御装置５は、受け取った指令Ｓｒｅｆ及び電動機１の回転角に基づき、制御信号Ｓｃを生成して、ドライバ２に与える。電動機１の回転角は、電動機１の回転角検出器１Ｒによって検出される。

脱調検出装置１０は、交流成分算出部１２と、高調波成分算出部１３と、回転速度算出部１４と、判定部１５とを含む。実施の形態１において、脱調検出装置１０は、さらに記憶部１７を有する。実施の形態１において、脱調検出装置１０は、電流成分算出部１１及び停止指示部１６を含むが、電流成分算出部１１及び停止指示部１６は脱調検出装置１０以外の装置に設けられていてもよい。

電流成分算出部１１は、電流検出器３によって検出された電動機１の電流から、電動機１のトルク電流成分を求める。電流検出器３は、電動機１に流れる電流を検出する。詳細には、電流検出器３は、電動機１のｕ相を流れるｕ相電流Ｉｕを検出する第１電流検出器３ｕと、ｖ相を流れるｖ相電流Ｉｖを検出する第２電流検出器３ｖとを有する。ｕ相を流れるｕ相電流Ｉｕと、ｖ相を流れるｖ相電流Ｉｖと、ｗ相を流れるｗ相電流Ｉｗとは、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係がある。

電流成分算出部１１は、電流検出器３によって検出されたｕ相電流Ｉｕ及びｖ相電流Ｉｖをクラーク（Clark）変換及びパーク（Park）変換することにより、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを求める。ｑ軸電流Ｉｑは、電動機１のトルク電流成分である。電流成分算出部１１は、求めたｑ軸電流Ｉｑを、交流成分算出部１２及び判定部１５に与える。

交流成分算出部１２は、電流成分算出部１１によって求められたｑ軸電流Ｉｑの交流成分Ｉｑａｃを求める。実施の形態１において、交流成分算出部１２は、ハイパスフィルタを有している。交流成分算出部１２は、ハイパスフィルタにｑ軸電流Ｉｑを通過させることで、交流成分Ｉｑａｃを求める。交流成分算出部１２は、求めた交流成分Ｉｑａｃを、高調波成分算出部１３及び回転速度算出部１４に与える。ハイパスフィルタはデジタルフィルタであってもよいし、アナログフィルタであってもよい。交流成分算出部１２は、ハイパスフィルタ以外の手法によってｑ軸電流Ｉｑの交流成分Ｉｑａｃを求めてもよい。

高調波成分算出部１３は、交流成分算出部１２によって求められた交流成分Ｉｑａｃから、電気角で見たときの、交流成分Ｉｑａｃの２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆを求める。電動機１の電気角は、電動機１の機械角に電動機１の極対数を乗ずることで求められる。電動機１の極対数は、電動機１の極数の１／２である。実施の形態１において、高調波成分算出部１３は、交流成分Ｉｑａｃをフーリエ変換することにより、２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆを求める。この場合、高調波成分算出部１３は、電動機１の回転子の回転座標系における回転周期の１周期をＮ分割してＩｑａｃの値をＮ個取り込み、Ｎ個のＩｑａｃの値を保持する。回転子の回転周期の１周期は、電気角が０から２×πになるまでに要する時間に電動機１の極対数を乗じた値である。高調波成分算出部１３は、Ｎ個のＩｑａｃの値にフーリエ変換を施すことにより、電気角で見たときの、交流成分Ｉｑａｃの２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆを求める。高調波成分算出部１３は、求めた２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆを判定部１５に与える。高調波成分算出部１３は、フーリエ変換以外の手法によって２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆを求めてもよい。

回転速度算出部１４は、交流成分算出部１２によって求められた交流成分Ｉｑａｃから、電動機１の電気角で見たときの回転速度ｆを算出する。交流成分Ｉｑａｃの周波数は、電動機１の回転速度ｆに比例するので、回転速度算出部１４は、交流成分Ｉｑａｃから電動機１の回転速度ｆを求めることができる。回転速度ｆは、電動機１の電気角が単位時間あたりに変化する大きさである。実施の形態１において、回転速度ｆは、電動機１の電気角が０から２×πになるまでに要する時間をτとしたとき、１／τ［Ｈｚ］で表されるが、回転速度ｆはｒａｄ／ｓｅｃ．で表されてもよい。回転速度算出部１４は、求めた回転速度ｆを判定部１５に与える。

判定部１５は、回転速度算出部１４によって求められた回転速度ｆ及び電流成分算出部１１によって求められたｑ軸電流Ｉｑに応じて定められた閾値Ｚと、高調波成分算出部１３によって求められた２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆとを比較する。比較の結果、判定部１５は、電気角で見たときの２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆの値が閾値Ｚ以上である場合に、電動機１が脱調したことを示す信号Ｓｊを出力する。信号Ｓｊは、停止指示部１６に与えられる。

停止指示部１６は、判定部１５から信号を受け取った場合に、電動機１を動作させるドライバ２に電動機１を停止させる信号である停止信号Ｓｓｐを出力する。ドライバ２は、停止信号Ｓｓｐを受け取ると、電動機１に対する電圧又は電流の出力を停止することにより、電動機１を停止させる。

図２は、実施の形態１において閾値Ｚを回転速度ｆに応じて変化させるデータマップＭＰａの一例を示す図である。実施の形態１において、判定部１５は、回転速度算出部１４によって求められた回転速度ｆに応じて閾値Ｚを変化させる。

図２のデータマップＭＰａは、閾値設定値Ｘと回転速度ｆとの関係を示している。データマップＭＰａは、脱調検出装置１０の記憶部１７に記憶される。閾値設定値Ｘは、閾値Ｚを定めるための変数であり、後述するように評価によって求められた任意の値である。閾値設定値Ｘは、電気角で表される。電動機１の回転速度ｆが０以上ａ以下の範囲において、閾値設定値ＸはＡである。電動機１の回転速度ｆがａよりも大きくｂよりも小さい範囲において、閾値設定値Ｘは、回転速度ｆが増加するにしたがって小さくなる。電動機１の回転速度ｆがｂ以上の範囲において、閾値設定値ＸはＢである。実施の形態１において、ＡはＢよりも大きい。

閾値Ｚを決定する場合、判定部１５は、回転速度算出部１４から電動機１の回転速度ｆを取得する。判定部１５は、データマップＭＰａから回転速度ｆに対応する閾値設定値Ｘを取得する。判定部１５は、取得した閾値設定値Ｘを用いて、閾値Ｚを求める。

判定部１５は、回転速度算出部１４から取得した電動機１の回転速度ｆがａ以下、かつ、高調波成分算出部１３から取得した２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆが閾値Ｚ＝Ａ以上であれば、脱調と判定する。判定部１５は、回転速度算出部１４から取得した電動機１の回転速度ｆがｂ以上、かつ、高調波成分算出部１３から取得した２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆが閾値Ｚ＝Ｂ以上であれば脱調と判定する。判定部１５は、回転速度算出部１４から取得した電動機１の回転速度ｆがａよりも大きくｂよりも小さい場合、高調波成分算出部１３から取得した２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆがＡとＢとを線形補間した値以上であれば脱調と判定する。この場合、閾値Ｚは、ＡとＢとを線形補間した値である。

実施の形態１において、閾値設定値ＸであるＡ，Ｂ及び回転速度ｆであるａ，ｂは、次のような方法で定められる。電動機１を同一のトルクで脱調運転させながら回転速度ｆを変化させた場合と、電動機１を同一のトルクで正常運転させながら回転速度ｆを変化させた場合とにおいて、それぞれの場合における２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆの値を測定する。そして、脱調運転時の２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆの値及び回転速度ｆと、正常運転時の２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆの値及び回転速度ｆとを用いて、脱調運転時のＡ，Ｂ，ａ，ｂが定められる。

実施の形態１において、閾値設定値ＸはＡ，Ｂの２つとし、閾値設定値Ｘを変更する回転速度ｆはａ，ｂの２つとしているが、これらは３つ以上であってもよいし、１つであってもよい。実施の形態１において、判定部１５は、ｑ軸電流Ｉｑに応じて閾値Ｚを補正してもよい。

図３は、実施の形態１において、判定部１５が閾値Ｚを補正する際に用いるデータマップＭＰｂの一例を示す図である。データマップＭＰｂは、脱調検出装置１０の記憶部１７に記憶される。データマップＭＰｂは、補正係数Ｙとｑ軸電流Ｉｑとの関係を示している。補正係数Ｙは、閾値設定値Ｘ又は閾値設定値Ｘの演算結果に乗算されたり、閾値設定値Ｘとともに演算されたりする。電動機１のｑ軸電流Ｉｑが０以上ｃ以下の範囲において、補正係数Ｙはαである。電動機１のｑ軸電流Ｉｑがｃよりも大きくｄよりも小さい範囲において、補正係数Ｙは、電動機１のｑ軸電流Ｉｑが増加するにしたがって大きくなる。電動機１のｑ軸電流Ｉｑがｄ以上の範囲において、補正係数Ｙはβである。実施の形態１において、βはαよりも大きい。

補正係数Ｙを用いて閾値Ｚを決定する場合、判定部１５は、回転速度算出部１４から電動機１の回転速度ｆを取得し、電流成分算出部１１からｑ軸電流Ｉｑを取得する。判定部１５は、データマップＭＰａから回転速度ｆに対応する閾値設定値Ｘを取得し、データマップＭＰｂからｑ軸電流Ｉｑに対応する補正係数Ｙを取得する。判定部１５は、取得した閾値設定値Ｘ及び補正係数Ｙを用いて、閾値Ｚを求める。このように、実施の形態１において、閾値Ｚは、ｑ軸電流Ｉｑによって変化する。

判定部１５は、電流成分算出部１１から取得したｑ軸電流Ｉｑがｃ以下である場合、電動機１の回転速度ｆによって定まる閾値設定値Ｘに補正係数Ｙ＝αを乗算する。判定部１５は、電流成分算出部１１から取得したｑ軸電流Ｉｑがｄ以上である場合、電動機１の回転速度ｆによって定まる閾値設定値Ｘに補正係数Ｙ＝βを乗算する。判定部１５は、電流成分算出部１１から取得したｑ軸電流Ｉｑがｃよりも大きくｄよりも小さい場合、回転速度算出部１４から取得した電動機１の回転速度ｆによって定まる閾値設定値Ｘに、αとβとを線形補間した値を乗算する。この場合、補正係数Ｙは、αとβとを線形補間した値である。

実施の形態１において、補正係数Ｙであるα，β及びｑ軸電流Ｉｑであるｃ，ｄは、次のような方法によって定められる。同一の回転速度ｆで電動機１を正常運転させながらトルクを変化させたときの２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆの値を測定する。正常運転かつ電動機１のトルクが大きい場合には、２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆの値が大きくなることによる脱調の誤判定を抑制するために、閾値Ｚが大きくなるように補正係数Ｙが設定される。

実施の形態において、補正係数Ｙはα，βの２つとし、補正係数Ｙを変更するｑ軸電流Ｉｑはｃ，ｄの２つとしているが、これらは３つ以上であってもよいし、１つであってもよい。

＜脱調検出装置１０のハードウェア構成について＞
脱調検出装置１０の機能は、専用のハードウェアである処理回路によって実現されてもよい。この場合、処理回路は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。脱調検出装置１０の機能を異なる処理回路が実現してもよいし、脱調検出装置１０の機能をまとめて１つの処理回路が実現してもよい。

図４は、実施の形態１に係る脱調検出装置１０の機能がソフトウェアで実現される場合のハードウェア構成例を示す図である。脱調検出装置１０の機能は、プロセッサ１０Ｐによって実現される。プロセッサ１０Ｐは、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう。

この場合、脱調検出装置１０の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組合せにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１０Ｍに記憶される。プロセッサ１０Ｐは、メモリ１０Ｍに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、脱調検出装置１０の機能を実現する。これらのプログラムは、脱調検出装置１０が実行する手順及び実施の形態１に係る脱調検出方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

メモリ１０Ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、及びＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）といった揮発性又は不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、及びＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が該当する。メモリ１０Ｍは、脱調検出装置１０の記憶部１７に相当する。

脱調検出装置１０の機能は、一部が専用のハードウェアで実現され、一部がソフトウェア又はファームウェアで実現されてもよい。このように、脱調検出装置１０は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組合せによって機能を実現することができる。

＜脱調検出装置１０の処理例＞
図５は、実施の形態１に係る脱調検出装置１０の処理例を示すフローチャートである。図５のフローチャートは、実施の形態１に係る脱調検出方法の処理例でもある。ステップＳ１０１において、図１に示される脱調検出装置１０は、電動機１に流れる電流から、ｑ軸電流Ｉｑ、交流成分Ｉｑａｃ、２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆ及び回転速度ｆを求める。電動機１に流れる電流は、電流検出器３によって検出される。電流成分算出部１１は、電流検出器３によって検出された電動機１の電流からｑ軸電流Ｉｑを求める。交流成分算出部１２は、ｑ軸電流Ｉｑから交流成分Ｉｑａｃを求める。高調波成分算出部１３は、交流成分Ｉｑａｃから２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆを求める。回転速度算出部１４は、２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆから回転速度ｆを求める。

ステップＳ１０２において、判定部１５は、回転速度ｆと、閾値設定値Ｘを変更する回転速度ａとを比較する。閾値設定値Ｘを変更する回転速度を、以下においては適宜、回転速度閾値と称する。回転速度ｆが回転速度閾値ａ以下である場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３において、判定部１５は第１の方法で閾値Ｚを求める。回転速度ｆが回転速度閾値ａよりも大きい場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０４において、判定部１５は回転速度ｆが回転速度閾値ａよりも大きく回転速度閾値ｂよりも小さいか否かを判定する。

回転速度ｆが回転速度閾値ａよりも大きく回転速度閾値ｂよりも小さい場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５において、判定部１５は第２の方法で閾値Ｚを求める。回転速度ｆが回転速度閾値ｂ以上である場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０６において、判定部１５は第３の方法で閾値Ｚを求める。

第１の方法、第２の方法又は第３の方法のいずれかで閾値Ｚが求められたら、ステップＳ１０７において、判定部１５は、２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆと閾値Ｚとを比較する。２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆが閾値Ｚ以上である場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８において判定部１５は電動機１が脱調していると判定し、停止信号Ｓｓｐをドライバ２に出力する。停止信号Ｓｓｐを受け取ったドライバ２は、電動機１を停止させる。２次高調波成分Ｉｑａｃ２ｆが閾値Ｚ未満である場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、判定部１５は電動機１が脱調していないと判定する。

次に、第１の方法、第２の方法及び第３の方法を説明する。第１の方法は、回転速度ｆが回転速度閾値ａ以下である場合、すなわちｆ≦ａである場合に閾値Ｚを求める方法である。第１の方法において、ｑ軸電流Ｉｑが、補正係数Ｙを変更するｑ軸電流ｃ以下である場合、すなわちＩｑ≦ｃである場合、閾値Ｚは式（１）で求められる。以下において、補正係数Ｙを変更するｑ軸電流を適宜、ｑ軸電流閾値と称する。
Ｚ＝Ａ×α・・（１）

第１の方法においてｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流閾値ｃよりも大きくｑ軸電流閾値ｄよりも小さい場合、すなわちｃ＜Ｉｑ＜ｄである場合、閾値Ｚは式（２）で求められる。
Ｚ＝Ａ×｛｛（β−α）÷（ｄ−ｃ）｝×（Ｉｑ−ｃ）＋α｝・・（２）

第１の方法においてｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流閾値ｄ以上である場合、すなわちｄ≦Ｉｑである場合、閾値Ｚは式（３）で求められる。
Ｚ＝Ａ×β・・（３）

第２の方法は、回転速度ｆが回転速度閾値ａよりも大きく回転速度閾値ｂよりも小さい場合、すなわちａ＜ｆ＜ｂである場合に閾値Ｚを求める方法である。第２の方法においてｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流閾値ｃ以下である場合、すなわちＩｑ≦ｃである場合、閾値Ｚは式（４）で求められる。
Ｚ＝｛｛（Ａ−Ｂ）÷（ｂ−ａ）｝×（ｂ−ｆ）＋Ｂ｝×α・・（４）

第２の方法においてｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流閾値ｃよりも大きくｑ軸電流閾値ｄよりも小さい場合、すなわちｃ＜Ｉｑ＜ｄである場合、閾値Ｚは式（５）で求められる。
Ｚ＝｛｛（Ａ−Ｂ）÷（ｂ−ａ）｝×（ｂ−ｆ）＋Ｂ｝×｛｛（β−α）÷（ｄ−ｃ）｝×（Ｉｑ−ｃ）＋α｝・・（５）

第２の方法においてｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流閾値ｄ以上である場合、すなわちｄ≦Ｉｑである場合、閾値Ｚは式（６）で求められる。
Ｚ＝｛｛（Ａ−Ｂ）÷（ｂ−ａ）｝×（ｂ−ｆ）＋Ｂ｝×β・・（６）

第３の方法は、回転速度ｆが回転速度閾値ａよりも大きく回転速度閾値ｂよりも小さい場合、すなわちａ＜ｆ＜ｂである場合に閾値Ｚを求める方法である。第３の方法においてｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流閾値ｃ以下である場合、すなわちＩｑ≦ｃである場合、閾値Ｚは式（７）で求められる。
Ｚ＝Ｂ×α・・（７）

第３の方法においてｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流閾値ｃよりも大きくｑ軸電流閾値ｄよりも小さい場合、すなわちｃ＜Ｉｑ＜ｄである場合、閾値Ｚは式（８）で求められる。
Ｚ＝Ｂ×｛｛（β−α）÷（ｄ−ｃ）｝×（Ｉｑ−ｃ）＋α｝・・（８）

第３の方法においてｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流閾値ｄ以上である場合、すなわちｄ≦Ｉｑである場合、閾値Ｚは式（９）で求められる。
Ｚ＝Ｂ×β・・（９）

以上、実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、電動機１の回転速度ｆに応じて閾値Ｚを変更する。このような処理により、実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、外気温度及び電源の変動といった環境要因、並びに電動機１の使用方法等により、電動機１の回転速度ｆ及びトルクが変動する場合でも、電動機１の脱調を判定する精度の低下を抑制できる。その結果、実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、電動機１が正常運転している場合に脱調したと判定して電動機１を停止させてしまうような動作不良を抑制できる。また、実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、電動機１が脱調運転している場合に脱調していないと判定して、脱調したまま電動機１の運転が継続する可能性を低減できるので、脱調したまま電動機１の運転が継続することによって発生する不具合を低減できる。

実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、ｑ軸電流Ｉｑに応じて閾値Ｚを補正する。このような処理により、実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、電動機１の脱調を判定する精度の低下を、さらに確実に抑制できる。詳細には、補正係数Ｙはｑ軸電流Ｉｑが増加すると大きくなるので、電動機１が正常運転しているときにｑ軸電流Ｉｑが増加してトルクが大きくなった場合には、閾値Ｚも大きくなる。その結果、実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、電動機１のトルクが大きくなった場合において、脱調の誤判定を抑制できる。このため、実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、脱調の誤判定によって電動機１が停止するといった動作不良を抑制できる。

補正係数Ｙはｑ軸電流Ｉｑが減少すると小さくなるので、電動機１が正常運転しているときにｑ軸電流Ｉｑが減少してトルクが小さくなった場合には、閾値Ｚも小さくなる。その結果、実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、電動機１のトルクが小さくなった場合において、精度よく脱調を判定できる。このため、実施の形態１に係る脱調検出装置１０及び脱調検出方法は、脱調であると判定されない状態で電動機１の脱調運転が継続することによって電動機１に生じる不具合を抑制できる。

＜変形例＞
図６は、実施の形態１の変形例に係る脱調検出装置１０ａを示す図である。実施の形態１において、脱調検出装置１０は電流成分算出部１１によってｑ軸電流Ｉｑが求められたが、変形例において、脱調検出装置１０ａは制御装置５が求めたｑ軸電流Ｉｑを用いる点が異なる。すなわち、脱調検出装置１０ａは、電流成分算出部１１を有さない点が、脱調検出装置１０とは異なる。脱調検出装置１０ａの他の構成は、脱調検出装置１０と同様である。

制御装置５は、第１変換部２１と、第２変換部２２と、第１制御部２３Ｆと、第２制御部２３Ｓと、第３変換部２４と、第４変換部２５とを有する。第１変換部２１は、電流検出器３ａによって検出されたｕ相電流Ｉｕ、ｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗをクラーク変換して、α軸電流Ｉα及びβ軸電流Ｉβを求める。電流検出器３ａは、第１電流検出器３ｕと、第２電流検出器３ｖと、ｗ相を流れるｗ相電流Ｉｗを検出する第３電流検出器３ｗとを有する。第２変換部２２は、α軸電流Ｉα及びβ軸電流Ｉβをパーク変換することにより、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを求める。第２変換部２２は、パーク変換を実行するにあたって、電動機１の回転角検出器１Ｒによって検出された電動機１の回転角θｅを用いる。回転角θｅは電気角である。

第２変換部２２によって求められたｑ軸電流Ｉｑは、脱調検出装置１０ａが取得する。脱調検出装置１０ａは、ｑ軸電流Ｉｑを用いて、実施の形態１に係る脱調検出装置１０と同様に電動機１の脱調を検出する。

第１制御部２３Ｆは、第２変換部２２によって求められたｑ軸電流Ｉｑと、ｑ軸電流の目標値Ｉｑｒｅｆとを比較し、両者の差が０になるように電圧値Ｖｑを求める。第２制御部２３Ｓは、第２変換部２２によって求められたｄ軸電流Ｉｄと、ｄ軸電流の目標値Ｉｄｒｅｆとを比較し、両者の偏差が０になるように電圧値Ｖｄを求める。

第３変換部２４は、第１制御部２３Ｆによって求められた電圧値ｖｑ及び第２制御部２３Ｓによって求められた電圧値ｖｄを逆パーク変換して、変換値ｖα及び変換値ｖβを求める。第３変換部２４は、逆パーク変換を実行するにあたって、電動機１の回転角検出器１Ｒによって検出された電動機１の回転角θｅを用いる。

第４変換部２５は、第３変換部２４から取得した変換値ｖα及び変換値ｖβに空間ベクトル変換を施して、制御信号Ｓｃを生成する。ドライバ２は、第４変換部２５から制御信号Ｓｃを取得する。ドライバ２は、取得した制御信号Ｓｃにしたがってスイッチング素子をＯＮ又はＯＦＦさせることにより、電動機１を駆動する。

変形例は、実施の形態１と同様の作用及び効果を奏する。さらに、変形例は、制御装置５によって求められたｑ軸電流Ｉｑが脱調検出装置１０ａに用いられるので、脱調検出装置１０ａに電流成分算出部１１が備えられなくてもよい。その結果、変形例は、脱調検出装置１０ａの構造を簡単にできる。変形例において、脱調検出装置１０ａは、図６の二点鎖線に示されるように、制御装置５に備えられてもよい。この場合、脱調検出装置１０ａの機能は制御装置５によって実現される。

実施の形態１及び変形例に係る脱調検出装置１０，１０ａは、電動機１の正常運転時における動作品質を向上させたり、電動機１の脱調運転が継続した場合に生じる電動機１の騒音及び振動を抑制したり、電動機１が有する永久磁石の減磁及び巻線の絶縁破壊を抑制したりすることが可能である。実施の形態１及び変形例に係る脱調検出装置１０，１０ａは、冷凍機の圧縮機を駆動する電動機、空気調和機の圧縮機を駆動する電動機及び空気調和機のファンを駆動する電動機の脱調を検出できる。実施の形態１及び変形例に係る脱調検出装置１０，１０ａは、冷凍機及び空気調和機に適用されることで、信頼性の高い冷凍機及び空気調和機を実現できる。

以上の実施の形態１及び変形例に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 電動機、２ ドライバ、３，３ａ 電流検出器、４ 電源、５ 制御装置、１０，１０ａ 脱調検出装置、１１ 電流成分算出部、１２ 交流成分算出部、１３ 高調波成分算出部、１４ 回転速度算出部、１５ 判定部、１６ 停止指示部、１７ 記憶部、ｆ 回転速度、Ｉｑ ｑ軸電流、Ｉｑａｃ 交流成分、Ｉｑａｃ２ｆ ２次高調波成分、Ｓｓｐ 停止信号、Ｚ 閾値。

Claims (5)

1. 電動機に流れる電流から得られた前記電動機のトルク電流成分の交流成分を求める交流成分算出部と、
   前記交流成分算出部によって求められた前記交流成分から、電気角で見たときの、前記交流成分の２次高調波成分を求める高調波成分算出部と、
   前記交流成分算出部によって求められた前記交流成分から、電気角で見たときの、前記電動機の回転速度を求める回転速度算出部と、
   前記回転速度算出部によって求められた前記回転速度に応じて定められる閾値と、前記高調波成分算出部によって求められた前記２次高調波成分とを比較し、前記２次高調波成分の値が前記閾値以上である場合に、前記電動機が脱調したことを示す信号を出力する判定部と、
   を含む、脱調検出装置。
2. 前記判定部から前記信号を受け取った場合に、前記電動機を動作させるドライバに前記電動機を停止させる信号を出力する停止指示部を有する、請求項１に記載の脱調検出装置。
3. 前記閾値は、前記トルク電流成分によって変化する、請求項２に記載の脱調検出装置。
4. 電動機に流れる電流から、前記電動機のトルク電流成分を求め、前記トルク電流成分の交流成分を求め、電気角で見たときの２次高調波成分を前記交流成分から求め、電気角で見たときの前記電動機の回転速度を前記交流成分から求める工程と、
   前記回転速度に応じて定められる閾値と、前記２次高調波成分とを比較し、電気角で見たときの前記２次高調波成分の値が前記閾値以上である場合に、前記電動機が脱調したことを示す信号を出力する工程と、
   を含む、脱調検出方法。
5. 前記閾値は、前記トルク電流成分によって変化する、請求項４に記載の脱調検出方法。

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