JP6698943B2 - 電動機の制御装置、及び、電動パワーステアリングシステム - Google Patents

Description

この発明は、電動機の制御装置、及び、電動パワーステアリングシステムに関し、特に、電動機を駆動する電力変換器の電流検出系統の故障を検知することが可能な電動機の制御装置、及び、電動機の制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムに関するものである。

従来、電動機の制御装置には、駆動回路の故障または電流検出部の故障等、電動機を制御することが困難となる故障を検知するための故障判定部が備えられている。そして、故障判定部が故障の発生を検知した場合には、速やかに電動機の制御を停止することで、電動機の異常な挙動を防止している。例えば、電流センサの故障の判定方法として、特許文献１に記載の方法がある。

特許文献１では、各相の電流を検出するための電流センサが各相の低電位側（下側）のスイッチング素子に対して直列に取り付けられており、低電位側（下側）のスイッチング素子がオフとなるタイミングで各相の電流の値を検出している。低電位側（下側）のスイッチング素子がオフとなるタイミングでは、各相の電流の値は基本的に０となるはずである。従って、０にならない場合には、各相の検出電流に実際の各相の電流との誤差が含まれていることになる。そのため、低電位側（下側）のスイッチング素子がオフとなるタイミングで取得した各相の電流の値は、各相の検出電流に含まれる誤差を示している。

各相の検出電流に含まれる誤差としては、例えば、温度変化によって生じるオフセット誤差、スイッチングに伴うノイズ成分等がある。以下では、低電位側（下側）のスイッチング素子がオフとなるタイミングで取得した各相の電流の誤差を、単に各相の電流誤差と表記する。

過剰な電流誤差が生じている場合には、過大なトルク脈動が発生する等の異常な挙動を示す。特許文献１の方法では、取得した各相の電流誤差が、予め設定された閾値以上の値となったときに、故障が発生していると判定する。故障が発生した場合には、速やかに当該故障を検知して、電動機の制御を停止し、異常な挙動を防止することが要求される。

一方、特許文献１には記載されていないが、電動機の制御を可能な限り継続して実施したいという要望もある。例えば、車両に搭載されている電動パワーステアリングシステムでは、故障が発生した後、運転者が路肩に停車するまでの間、電動機によるアシストを継続したいという要望がある。その場合、故障した相以外の電流の値に基づいて、故障した相の電流を推定するように制御方法を変更しても良いが、制御方法を変更せずに制御を継続できる方法があるならば、制御方法の変更に伴う弊害がないので、より望ましい。

特許第５０２３８３３号公報 特開２００３−２３７５９７号公報 特許第４６７２２３６号公報

電動機の電流制御は一般的に、各相の検出電流を回転直交座標であるｄｑ軸上の電流に変換して行う。しかしながら、電流センサによって検出した各相の検出電流には誤差が含まれる。はじめに、電流センサによって検出した各相の検出電流に含まれる各相の電流誤差の影響について説明する。

以下で述べる課題は、三相以上の巻線を有する電動機であれば当てはまるが、説明を簡単にするため、ここでは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の場合について説明する。

実際の各相の電流ｉｕｒ、ｉｖｒ、ｉｗｒをｄｑ軸上の電流に変換すると、実際のｄ軸電流ｉｄｒおよびｑ軸電流ｉｑｒは、電動機の回転角θを用いて、下式（１）で表せる。ここで、Ｃｄｑは、各相の検出電流を回転直交座標であるｄｑ軸上の電流に座標変換するための変換行列であり、下式（２）で表される。

一方、電流誤差があるときの各相の検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、実際の各相の電流ｉｕｒ、ｉｖｒ、ｉｗｒに各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗがそれぞれ加算されているため、下式（３）となる。また、電流誤差があるときのｄ軸検出電流ｉｄ、およびｑ軸検出電流ｉｑは、下式（４）となる。下式（４）において、ｄ軸電流誤差Δｉｄ、およびｑ軸電流誤差Δｉｑは、下式（５）となる。下式（５）において、（√（２／３））×ΔＩａｍｐは、下式（６）で表される振幅、φは下式（７）を満たす位相である。

特に、ｑ軸の電流は、電動機の発生するトルクに比例した値を示しているため、電流誤差によって、回転角θに伴って変化するトルク脈動が発生することがわかる。そのため、電流誤差によって過大なトルク脈動が発生するような場合には、電流センサの故障と判定して、電動機の制御を停止、または、電動機の制御方法を変更する必要がある。

以下では、上式（６）で表されるトルク脈動の大きさを表す要素のΔＩａｍｐを用いて、この発明が解決しようとする課題について説明する。一相あたりの電流誤差がε以上のとき、過大なトルク脈動が発生するものとする。例えば、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗについて、Δｉｕ＝ε、Δｉｖ＝Δｉｗ＝０のとき、過大なトルク脈動が発生する。

特許文献１の方法では、一相あたりの電流誤差の大きさが故障判定閾値Ｉｔｈ以上のとき、故障と判定する。そのため、過大なトルク脈動が検知できるよう、一相あたりの電流誤差の故障判定閾値をＩｔｈ＝εとして定める。これにより、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗが故障判定閾値Ｉｔｈ＝ε以上のとき、過大なトルク脈動が発生するので、故障と判定できる。例えば、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗについて、Δｉｕ＝ε、Δｉｖ＝Δｉｗ＝０のとき、故障と判定する。このとき、トルク脈動の大きさを表す要素のΔＩａｍｐは、ΔＩａｍｐ＝εである。そのため、ΔＩａｍｐが故障判定閾値Ｉｔｈ＝ε以上となるとき、過大なトルク脈動であると言える。

一方、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗについて、Δｉｕ＝Δｉｖ＝Δｉｗ＝εのときにも、特許文献１の方法では、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗが故障判定閾値Ｉｔｈ＝ε以上であるため、故障と判定する。しかし、Δｉｕ＝Δｉｖ＝Δｉｗ＝εのときには、トルク脈動の大きさを表す要素のΔＩａｍｐはΔＩａｍｐ＝０となる。つまり、ｄ軸検出電流ｉｄ、およびｑ軸検出電流ｉｑは電流誤差の影響を受けず、実際のｄｑ軸電流ｉｄｒ、ｉｑｒの値を示すことがわかる。すなわち、電流誤差によるトルク脈動が発生しない。しかしながら、上記の特許文献１の方法では、各相で電流誤差の大きさを判定するため、過大なトルク脈動が発生しない場合にも故障と判定され、電動機の制御が停止、または、制御方法が変更されてしまうという課題があった。

また、Δｉｕ＝Δｉｖ＝ε／２、Δｉｗ＝−ε／２のとき、特許文献１の方法では、故障判定閾値Ｉｔｈ＝εよりも各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗが小さいため、故障と判定されない。しかしながら、この場合にもΔＩａｍｐ＝εとなるため、故障と判定する電流誤差となるΔｉｕ＝ε、Δｉｖ＝Δｉｗ＝０の場合と同じ大きさの過大なトルク脈動が発生する。このように、特許文献１の方法では、過大なトルク脈動が発生するにも関わらず、故障と判定することができない場合があるという課題もあった。

また、特許文献２のように、零相電流、つまり各相の電流の和を利用して故障の判定を行う方法もある。特許文献２の方法は、下式（８）で表される各相の検出電流の和Ｉｓｕｍが故障判定閾値Ｉｔｈ以上のとき、故障と判定する。これは、電流誤差のない通常時には、キルヒホッフの法則から、実際の各相の電流ｉｕｒ、ｉｖｒ、ｉｗｒについて、下式（９）が成り立つことを利用している。

ここで、電流誤差があるときについて、下記３つのケースについて考える。

まず、Δｉｕ＝ε、Δｉｖ＝Δｉｗ＝０のときについて考える。各相の検出電流の和Ｉｓｕｍは下式（１０）のように、Ｉｓｕｍ＝εとなる。このとき、過大なトルク脈動が発生するため、故障判定閾値ＩｔｈをＩｔｈ＝εで設定することで、故障と判定することができる。このとき、トルク脈動の大きさを表す要素のΔＩａｍｐはΔＩａｍｐ＝εとなる。

次に、Δｉｕ＝Δｉｖ＝Δｉｗ＝εのときについて考える。各相の検出電流の和Ｉｓｕｍは、下式（１１）のように、Ｉｓｕｍ＝３εとなる。このとき、各相の検出電流の和Ｉｓｕｍは故障判定閾値Ｉｔｈ＝ε以上であるため、故障と判定される。しかし、トルク脈動の大きさを表す要素のΔＩａｍｐはΔＩａｍｐ＝０となるため、トルク脈動は発生しない。つまり、トルク脈動が発生しないにも関わらず、故障と判定されてしまう場合がある。

さらに、Δｉｕ＝ε、Δｉｖ＝−ε、Δｉｗ＝０のときについて考える。各相の検出電流の和Ｉｓｕｍは、下式（１２）のように、Ｉｓｕｍ＝０となり、故障と判定されない。しかし、トルク脈動の大きさを表す要素のΔＩａｍｐはΔＩａｍｐ＝√３ε＞εとなるため、過大なトルク脈動が発生する。つまり、過大なトルク脈動が発生するにも関わらず、故障と判定することができない場合がある。

上記のような特許文献１及び特許文献２の方法で故障を判定したときには、電動機の制御を停止する、または、故障と判定した各相の電流値を使用しないバックアップ制御に移行する。そのため、特許文献１及び特許文献２の方法では、トルク脈動が発生しないような電流誤差であるにも関わらず、故障と誤判定してしまう場合があり、そのような場合には、故障と判定されるまでに実施していた通常の制御方法を継続できないという課題があった。また、過大なトルク脈動が発生するような電流誤差であるにも関わらず、故障と判定できない場合があり、そのような場合には、電動機の制御を停止する、または、バックアップ制御に移行することができないという課題があった。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、トルク脈動が発生しない電流誤差では故障と誤判定せずに継続して制御を実施することができ、且つ、過大なトルク脈動が発生するような電流誤差では確実に故障と判定することができる電動機の制御装置、および、電動パワーステアリングシステムを得ることを目的としている。

この発明は、電動機を制御する電動機の制御装置であって、前記電動機は、ｍ相の巻線を有し、ｍは３以上の整数であり、前記制御装置は、外部から電流指令値が入力され、電流検出値が前記電流指令値に一致するように駆動指令を出力する電流制御部と、前記電動機の各相に対応して設けられた上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とを有し、前記電流制御部からの前記駆動指令に応じて、前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子とをオン/オフ制御することで、前記電動機に電力を供給する電力変換器と、各相の前記下側スイッチング素子に対して直列に接続され、各相の電流値を検出して、前記電流検出値として前記電流制御部に出力する電流センサと、前記電流センサの故障の有無を判定する故障判定部とを備え、前記電流センサは、前記ｍ相のうちの少なくともｍ−１相の前記下側スイッチング素子のそれぞれがオフの場合には、それらの各相の電流誤差を検出し、前記故障判定部は、前記電流誤差に基づいて電流誤差判定値を演算し、前記電流誤差判定値に基づいて前記電流センサが故障か否かを判定し、前記電流誤差判定値は、各相の前記電流誤差の値を大きさに持つ各相の電流誤差ベクトルの和の大きさ、または、各相の前記電流誤差を直交座標に変換した値のいずれかに基づいて算出される、電動機の制御装置である。

この発明に係る電動機の制御装置によれば、電流誤差判定値を、各相の前記電流誤差の値を大きさに持つ各相の電流誤差ベクトルの和の大きさ、または、各相の前記電流誤差を直交座標に変換した値のいずれかに基づいて算出することで、トルク脈動の大きさを評価して故障を判定できるので、トルク脈動が発生しない電流誤差では故障と誤判定せずに継続して通常の制御を実施することができ、且つ、過大なトルク脈動が発生するような電流誤差では確実に故障と判定することができる。

この発明の実施の形態１に係る電動機の制御装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る各相の電流誤差ベクトルと電流誤差合成ベクトルとの一例を示した図である。 この発明の実施の形態１に係る固定直交座標軸であるαβ軸上の電流誤差ベクトルと電流誤差合成ベクトルを示したベクトル図の一例である。 この発明の実施の形態１に係る故障判定部の故障判定処理を示したフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電動機の制御装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る回転直交座標軸であるｄｑ軸上の電流誤差ベクトルと電流誤差合成ベクトルとの一例を示した図である。 この発明の実施の形態３に係る電動機の制御装置の構成を示したブロック図である。 この発明の実施の形態４に係る電動パワーステアリングシステムの構成を示した構成図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動機の制御装置の構成を示した構成図である。以下では、電動機の制御装置を、単に、制御装置２と呼ぶこととする。制御装置２は、電動機１の制御を行う。電動機１は、ｍ相（ｍは３以上の整数）の巻線を有する電動機である。電動機１として、例えば、永久磁石同期電動機、誘導電動機など、一般に良く知られたものを用いればよい。なお、実施の形態１では、電動機１が、三相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを有する電動機として、三相交流の永久磁石同期電動機から構成されている場合を例に挙げて説明する。

制御装置２は、電流制御部３と電力変換器４と電流センサ５と故障判定部６と角度演算部７とを有している。

電流制御部３は、電圧指令演算部３１と座標変換部３２とで構成されている。

電圧指令演算部３１には、外部からｄ軸電流指令ｉｄ＊およびｑ軸電流指令ｉｑ＊が入力され、座標変換部３２からｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑが入力される。電圧指令演算部３１は、ｄ軸電流指令ｉｄ＊およびｑ軸電流指令ｉｑ＊と、ｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑとが、各軸成分において一致するように、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令ｖｑ＊を生成する。

座標変換部３２には、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令ｖｑ＊と、角度演算部７から出力される角度信号θとが入力される。座標変換部３２は、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令ｖｑ＊を、角度信号θに基づいて座標変換することで、ｕ相電圧指令ｖｕ＊、ｖ相電圧指令ｖｖ＊およびｗ相電圧指令ｖｗ＊を生成する。ｕ相電圧指令ｖｕ＊、ｖ相電圧指令ｖｖ＊およびｗ相電圧指令ｖｗ＊は、駆動指令として、電力変換器４に入力される。

さらに、座標変換部３２には、電流センサ５から出力されるＵ相検出電流ｉｕ、Ｖ相検出電流ｉｖおよびＷ相検出電流ｉｗが入力される。座標変換部３２は、Ｕ相検出電流ｉｕ、Ｖ相検出電流ｉｖおよびＷ相検出電流ｉｗを角度信号θに基づいて座標変換することで、ｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑを生成する。ｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑは、電圧指令演算部３１に入力される。

直流電源８は、電力変換器４に直流電圧Ｖｄｃを出力する。

電力変換器４は、複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子をオン/オフ制御するスイッチング素子駆動回路４１とで構成される。電力変換器４は、直流電源８からの直流電圧Ｖｄｃを用いて、電流制御部３からのＵ相電圧指令ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令ｖｗ＊に基づいて、スイッチング素子駆動回路４１を介して、複数のスイッチング素子をオン/オフ制御することで、電動機１に電力を供給する。複数のスイッチング素子は、電動機１の三相の各相Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応して設けられている。複数のスイッチング素子には、上側スイッチング素子ＵＰ、ＶＰ、ＷＰと下側スイッチング素子ＵＮ，ＶＮ、ＷＮとが含まれている。上側スイッチング素子ＵＰ、ＶＰ、ＷＰと下側スイッチング素子ＵＮ，ＶＮ、ＷＮとは、各相ごとに、直列に接続されている。各スイッチング素子としては、例えば、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳパワートランジスタ等の半導体スイッチと、当該半導体スイッチに逆並列接続されたダイオードとから構成されているものを用いる。

電流センサ５には、各相の電流を検知するための相電流センサＣＳｕ、ＣＳｖ、ＣＳｗが設けられている。相電流センサＣＳｕ、ＣＳｖ、ＣＳｗは、下側スイッチング素子ＵＮ、ＶＮ、ＷＮに対して、各相ごとに、低電位側（接地側）に直列に接続されている。相電流センサＣＳｕ、ＣＳｖ、ＣＳｗは、例えば、電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗと、電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗに対して設けられたオペアンプ等の増幅器とから構成されている。相電流センサＣＳｕ、ＣＳｖ、ＣＳｗは、電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの両端電圧を増幅器を用いて増幅させた値を、各相の電流の値として取得する。相電流センサＣＳｕ、ＣＳｖ、ＣＳｗは、各相の下側スイッチング素子ＵＮ、ＶＮ、ＷＮのそれぞれがオンのときに、各相の電流の値を取得し、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとして出力する。さらに、各相の下側スイッチング素子ＵＮ、ＶＮ、ＷＮのそれぞれがオフのときに、各相の電流の値を取得し、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗとして出力する。各相の下側スイッチング素子ＵＮ、ＶＮ、ＷＮのそれぞれがオフのときには、相電流センサＣＳｕ、ＣＳｖ、ＣＳｗのそれぞれが検出する電流の値は、理論的には、０となるはずである。そのため、各相の下側スイッチング素子ＵＮ、ＶＮ、ＷＮのそれぞれがオフのときに、０でない値が検出された場合には、その値は、相電流センサＣＳｕ、ＣＳｖ、ＣＳｗで検出した電流の値に含まれる電流誤差を示している。例えば、電流検出用抵抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの抵抗値が個体差ばらつきによって一様でない場合、あるいは、温度特性によって変化した場合などに、電流誤差が生じる。

角度演算部７は、電動機１の回転角を検出し、角度信号θを出力する。角度演算部７は、例えば、レゾルバなどの角度センサから構成されている。角度演算部７は、角度センサによって検出した値を角度信号θとして出力する。角度信号θは、座標変換部３２に入力される。

故障判定部６は、電流センサ５が故障か否かを判定する。

以下では、故障判定部６について説明する。故障判定部６には、電流センサ５から、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗが入力される。故障判定部６は、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗに基づいて電流誤差判定値ΔＩｊを演算し、電流誤差判定値ΔＩｊに基づいて電流センサ５の故障を判定する。

電流誤差判定値ΔＩｊについて説明する。各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの正負の符号と大きさを持つ各相の電流誤差ベクトル

を、下式（１３）で定義する。

は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した単位ベクトルであり、Ｖ相はＵ相より１２０ｄｅｇ進んでおり、Ｗ相はＵ相より１２０ｄｅｇ遅れている。

電流誤差判定値ΔＩｊは、各相の電流誤差ベクトル

の和である電流誤差合成ベクトル

の大きさ

に基づいて決定される。電流誤差合成ベクトル

は、下式（１４）で表される。図２は、各相の電流誤差ベクトルと電流誤差合成ベクトルとを示したベクトル図の一例である。図２は、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗについて、Δｉｕ＝Δｉｖ＝ε、Δｉｗ＝−εの場合を示している。

ここで、電流誤差合成ベクトル

の大きさ

を求めるため、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを、固定直交座標軸であるαβ軸上の電流に変換する。図３は、固定直交座標軸であるαβ軸上の電流誤差ベクトルと電流誤差合成ベクトルとを示したベクトル図の一例である。αβ軸上の電流誤差ベクトル

は、各相の電流誤差ベクトル

をαβ軸上に座標変換することで得られる。αβ軸上の電流誤差ベクトル

は、αβ軸に対応した単位ベクトル

によって、下式（１５）で表すことができる。下式（１５）において、αβ軸上の電流誤差

は、下式（１６）で得られる。ここで、Ｃａｂは各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗからαβ軸上の電流誤差Δｉα、Δｉβに座標変換するための変換行列であり、下式（１７）で表される。

このとき、電流誤差合成ベクトル

は下式（１８）であり、電流誤差合成ベクトル

の大きさ

は、下式（１９）で求めることができる。

上記より、電流誤差判定値ΔＩｊは、各相の電流誤差を大きさに持つ各相のベクトルの和である電流誤差合成ベクトル

の大きさ

に基づく下式（２０）で決定される。下式（２０）では、各相の電流誤差の二乗和

に基づいて、電流誤差判定値ΔＩｊを算出している。下式（２０）で得られる値は上式（６）で表されるトルク脈動の大きさを表す要素のΔＩａｍｐと同じであるため、トルク脈動が過大となる故障を適切に検知することができる。

この発明の実施の形態１における効果をわかりやすく説明するため、以下では、特許文献１の従来の方法と比較しながら説明する。以下では、特許文献１の方法で、一相あたりの電流誤差がε以上のときに、故障と判定すべき過大なトルク脈動が発生しているとして説明する。

まず、実施の形態１において、特許文献１の方法で故障と判定していたΔｉｕ＝ε、Δｉｖ＝Δｉｗ＝０の条件のとき、上式（２０）の電流誤差判定値ΔＩｊを用いて故障と判定できるよう、故障判定閾値ＩｔｈをＩｔｈ＝εで設定する。Δｉｕ＝ε、Δｉｖ＝Δｉｗ＝０のとき、電流誤差判定値ΔＩｊは、下式（２１）となり、ΔＩｊ≧Ｉｔｈを満たすので、実施の形態１においても、特許文献１の従来の方法と同様に、故障と判定できる。

次に、Δｉｕ＝Δｉｖ＝Δｉｗ＝εのときを例として効果を説明する。特許文献１の方法では、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗがそれぞれ故障判定閾値Ｉｔｈ＝ε以上であるため、故障と判定される。一方、実施の形態１では、故障と判定しない。その理由について説明する。前述のように、各相で同じ電流誤差を有する場合、上式（６）により、ΔＩａｍｐ＝０となるため、トルク脈動は発生しない。また、上式（２０）で設定した電流誤差判定値ΔＩｊは、下式（２２）のように、ΔＩｊ＝０となるため、故障と判定しない。つまり、実施の形態１においては、トルク脈動が発生しないような電流誤差では故障と判定せず、電動機の制御を継続することができる。

さらに、Δｉｕ＝Δｉｖ＝ε／２、Δｉｗ＝−ε／２のときを例として効果を説明する。特許文献１の方法では、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗがそれぞれ故障判定閾値Ｉｔｈ＝εより小さいため、故障と判定されない。一方、実施の形態１では、故障と判定する。その理由について説明する。上式（６）より、ΔＩａｍｐ＝εとなり、発生するトルク脈動の大きさは、故障と判定されるレベルと同じであり、過大なトルク脈動が発生する。上式（２０）で設定した電流誤差判定値ΔＩｊは、下式（２３）のように、ΔＩｊ＝εとなり、故障判定閾値Ｉｔｈ＝ε以上であるため、故障と判定できる。このように、実施の形態１においては、発生するトルク脈動の大きさを基に設定した電流誤差判定値ΔＩｊを用いることによって、電流センサ５の故障の判定を適切に行うことができる。

次に、故障判定部６の処理について説明する。図４は、故障判定部６の故障判定の処理の流れを示したフローチャートである。図４において、故障判定部６における故障判定カウンタｃｎｔの初期値は０とし、また、故障確定フラグＦの初期状態はＯＦＦ（Ｆ＝０）とする。

図４において、まず、各相の電流誤差を取得するため、ステップＳ１で、ｘ相（ここで、ｘ相：Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の下側スイッチング素子がオフかどうかを判定する。すなわち、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の下側スイッチング素子のうちのすべてがオフかどうかを判定する。

ｘ相の下側スイッチング素子のうちのすべてがオフのとき（ステップＳ１でＹＥＳのとき）、ステップＳ２で、電流センサ５からｘ相の電流誤差ΔＩｘを取得して、ｘ相の電流誤差ΔＩｘの値を更新して、ステップＳ３に進む。

一方、そうでないとき（ステップＳ１でＮＯのとき）は、そのまま処理を終了する。

ステップＳ３では、電流誤差判定値ΔＩｊを演算して、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、電流誤差判定値ΔＩｊが、故障判定閾値Ｉｔｈ以上か否かを判定する。

電流誤差判定値ΔＩｊが故障判定閾値Ｉｔｈ以上のとき（ステップＳ４でＹＥＳのとき）、ステップＳ５で、故障判定カウンタｃｎｔをインクリメントし、ステップＳ６に進む。

一方、電流誤差判定値ΔＩｊが故障判定閾値Ｉｔｈ未満のとき（ステップＳ４がＮＯのとき）、ステップＳ８で、故障判定カウンタｃｎｔをリセットし、ｃｎｔ＝０として、処理を終了する。

ステップＳ６では、故障判定カウンタｃｎｔが、予め設定された故障確定閾値Ｃｔｈ以上か否かを判定する。

故障判定カウンタｃｎｔが故障確定閾値Ｃｔｈ以上のとき（ステップＳ６でＹＥＳのとき）、ステップＳ７で、故障と判定して、故障確定フラグＦをＯＮ（Ｆ＝１）とする。

一方、故障判定カウンタｃｎｔが故障確定閾値Ｃｔｈ未満のとき（ステップＳ６でＮＯのとき）、そのまま処理を終了する。

故障判定部６は、このようにして故障判定を行い、故障判定により得られた故障確定フラグＦを、電流制御部３の電圧指令演算部３１に送信する。

なお、上記の説明においては、図４のステップＳ１で、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の下側スイッチング素子のうちのすべてがオフかどうかを判定すると説明した。しかしながら、その場合に限らず、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の下側スイッチング素子のうちの少なくとも２相の下側スイッチング素子がオフかどうかを判定するようにしてもよい。すなわち、電動機１がｍ相の場合には、各相のうちの少なくともｍ−１個の下側スイッチング素子がオフであるかを判定するようにしてもよい。

電流制御部３では、故障確定フラグＦがＯＮ（Ｆ＝１）となったことを受けて、電動機１の制御を停止する。これにより、電動機１は動作を停止する。あるいは、電動機１の制御を停止せずに、制御を継続したい場合には、制御方法を、通常の制御方法から、バックアップ制御方法に変更してもよい。バックアップ制御方法は、各相の検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを用いない制御方法とする。バックアップ制御方法の一例においては、例えば、電流制御部３は、各相の検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗから演算したｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑの代わりに、ｄｑ軸電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊に基づいて、下式（２４）で演算した推定電流ｉｄｅｓｔ、ｉｑｅｓｔを求め、当該推定電流ｉｄｅｓｔ、ｉｑｅｓｔを用いて、電流制御を行う。式（２４）において、ωは角度信号θを微分して得た速度、φは磁束、Ｒは抵抗値、Ｌはインダクタンス、ｓは微分演算子である。

このように、実施の形態１では、故障判定部６が電流センサ５が故障であると判定したら、電動機１の制御を停止または制御方法を変更することで、電動機１の異常な挙動を防止する。

以上のように、実施の形態１に係る制御装置２は、外部から入力される電流指令値に基づいて駆動指令を生成する電流制御部３と、電流制御部３からの駆動指令に応じて、直列に接続された上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とをオン/オフ制御することで、電動機１に電力を供給する電力変換器４と、各相の下側スイッチング素子に直列に配置された電流センサ５と、電流センサ５の故障を判定する故障判定部６とを備えている。また、電動機１は、ｍ相の巻線を有している。

電流センサ５は、各相の電流を検出するとともに、各相のうちの少なくともｍ−１個の下側スイッチング素子のそれぞれがオフのときに、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを検出する。故障判定部６は、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗに基づいて、電流誤差判定値ΔＩｊを演算し、電流誤差判定値ΔＩｊに基づいて、電流センサ５が故障か否かを判定する。電流誤差判定値はΔＩｊは、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを大きさに持つ各相の電流誤差ベクトルの和の大きさ、または、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを直交座標に変換した値に基づいて算出される。実施の形態１では、電流誤差判定値ΔＩｊを、式（２０）に示すように、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを大きさに持つ各相の電流誤差ベクトルの和の大きさとして、各相の電流誤差の二乗和に基づいて算出している。

この構成によれば、各相の下側（低電位側）スイッチング素子のそれぞれがオフのときに電流の検出値は、理論的には０となるため、オフのときに検出した値を取得することで、電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの値を取得することができる。各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを大きさに持つ各相の電流誤差ベクトルの和の大きさ、または、各相の電流誤差を固定直交座標であるαβ軸に変換した値を用いて、電流センサ５が故障かどうかを判定することで、トルク脈動の大きさを評価して故障の有無を判定できる。これによって、トルク脈動が発生しない電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗの値では、電動機１の制御を停止または制御方法を変更せずに、通常の制御方法で制御を継続できる。一方、過大なトルク脈動が発生するような電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗでは、電流センサ５の故障と判定し、電動機１の制御を停止する、または、制御方法を通常の制御方法からバックアップ制御方法に変更することができる。このように、実施の形態１においては、電流センサ５の故障の有無の判定を適切に実施できるため、過大なトルク脈動を発生することなく、電動機１を安定的に制御することが可能となる。

なお、電動機１および電力変換器４の構成と電動機１の運転状況によっては、下側スイッチング素子ＵＮ、ＶＮ、ＷＮがオフのときでも、電動機１の回生によって各相で検出した電流の値が０とならず、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗが正確に取得できない場合がある。それは、各相の上側スイッチング素子ＵＰ、ＶＰ、ＷＰがオフで、かつ、オフとなっている上側の相に対応した下側スイッチング素子ＵＮ、ＶＮ、ＷＮがオフの場合である。例えば、Ｕ相の上側スイッチング素子ＵＰおよび下側スイッチング素子ＵＮがオフの場合である。回生による影響を受けやすい構成の場合には、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを更新する条件として、電動機１の回転速度が小さいことに相当する条件を加えれば、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗをさらに正確に得ることができる。また、各相の上側スイッチング素子ＵＰ、ＶＰ、ＷＰがオンで、かつ、オンとなっている上側の相に対応した下側スイッチング素子ＵＮ、ＶＮ、ＷＮがオフの場合にのみ、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを更新するようにしても良い。その場合には、具体的には、例えば、Ｕ相の上側スイッチング素子ＵＰがオンで、Ｕ相の下側スイッチング素子ＵＮがオフの場合にのみ、Ｕ相の電流誤差を更新する。

電流誤差判定値ΔＩｊは、固定直交座標軸であるαβ軸に変換した値に基づいて設定しても良い。式（１９）では、電流誤差合成ベクトル

の大きさ

を求める際、中間変数として固定直交座標軸であるαβ軸に変換した値ΔＩα、ΔＩβに基づいて、下式（２５）で算出しているので、同様にトルク脈動の大きさを示す値で故障を判定することができる。その場合、故障判定閾値ＩｔｈをＩｔｈ＝（√（２／３））×εとして、電流誤差判定値ΔＩｊが故障判定閾値Ｉｔｈ以上のとき、故障と判定すれば、同様の判定が実施できる。

このように、直交座標に変換した電流誤差の二乗和に基づいて算出した電流誤差判定値ΔＩｊで故障を判定することで、トルク脈動の大きさを評価して故障を判定できる。これによって、トルク脈動が発生しない電流誤差の値では、電動機１の制御を停止または制御方法を変更せずに、制御を継続できる。一方、過大なトルク脈動が発生するような電流誤差では、電流センサ５の故障と判定し、電動機１の制御を停止または制御方法を変更することができる。このように、実施の形態１においては、電流センサ５の故障の判定を適切に実施できるため、過大なトルク脈動が発生することなく、電動機１を安定的に制御することが可能となる。

また、下式（２６）または下式（２７）のように、演算簡易化のために、平方根の演算をなくした値を電流誤差判定値ΔＩｊとして用いても良い。その場合、電流誤差判定値ΔＩｊが、平方根の演算がある場合の故障判定閾値Ｉｔｈを二乗した値（＝Ｉｔｈ²）以上のときに、故障と判定すれば良い。

実施の形態１では、電流誤差判定値ΔＩｊは、各相の電流誤差を大きさに持つ各相のベクトルの和である電流誤差合成ベクトル

の大きさ

に基づいて設定したが、電流誤差合成ベクトル

の大きさ

は、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗのそれぞれから、各相の電流誤差の平均値Δｉａｖｇを減算した値の二乗和に基づいて算出してもよい。なお、平均値Δｉａｖｇは、以下のように求められる。

Δｉａｖｇ＝（Δｉｕ＋Δｉｖ＋Δｉｗ）／３・・・（２８）

従って、各相の電流誤差から平均値Δｉａｖｇを引いた値の二乗和の平方根は、下式（２９）で求められる。下式（２９）において、ΔＩａｍｐはトルク脈動の大きさを示す値であるため、この方法でも上記と同様に適切な故障検知ができる。なお、この場合、故障判定閾値ＩｔｈはＩｔｈ＝（√（２／３））×εとすれば良い。

このように、各相の電流誤差ベクトルの和である電流誤差合成ベクトルの大きさを、各相の電流誤差から平均値を引いた値の二乗和によって算出することで、トルク脈動の大きさを評価して故障の判定ができるので、適切に、電流センサ５の故障を判定することができ、過大なトルク脈動を発生することなく電動機を安定的に制御することが可能となる。

また、電流誤差判定値ΔＩｊは、各相の電流誤差を大きさに持つ各相のベクトルの和である電流誤差合成ベクトル

の大きさ

に基づくよう設定したが、電流誤差合成ベクトル

の大きさ

は、各相のうちのそれぞれ２相の電流誤差の差の二乗和に基づいて算出してもよい。各相のうちそれぞれ２相の電流誤差の差の二乗和の平方根は、下式（３０）で求められる。下式（３０）において、ΔＩａｍｐはトルク脈動の大きさを示す値であるため、この方法でも上記と同様に適切な故障検知ができる。なお、この場合、故障判定閾値ＩｔｈはＩｔｈ＝（√２）×εとすれば良い。

このように、各相の電流誤差ベクトルの和である電流誤差合成ベクトルの大きさを、２相の電流誤差の差の二乗和に基づいて算出することで、トルク脈動の大きさを評価して故障の判定ができるので、適切に故障を判定することができ、過大なトルク脈動を発生することなく電動機を安定的に制御することが可能となる。

以上のように、実施の形態１で説明した式（２０），（２５），（２６），（２７），（２９），（３０）のいずれかで、電流誤差判定値ΔＩｊを求めることで、トルク脈動の大きさを評価して、電流センサ５の故障の判定ができるので、適切に故障を判定することができ、過大なトルク脈動を発生することなく、電動機１を安定的に制御することが可能となる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る電動機の制御装置の構成を示したブロック図である。実施の形態２と前述の実施の形態１との相違点は、故障判定部６の構成のみである。他の構成及び動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。

具体的には、実施の形態２においては、故障判定部６が、各相の電流誤差を回転直交座標であるｄｑ軸上の値に変換する点が実施の形態１と異なる。実施の形態１においては、故障判定部６には、電流センサ５からの各相の電流誤差のみが入力されていたが、図５に示されるように、実施の形態２においては、電流センサ５からの各相の電流誤差に加えて、角度演算部７からの角度信号θが、故障判定部６に入力される。

故障判定部６は、例えば上式（５）を用いて、角度信号θによって各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを座標変換することで、ｄ軸電流誤差Δｉｄおよびｑ軸電流誤差Δｉｑを求め、当該ｄ軸電流誤差Δｉｄおよびｑ軸電流誤差Δｉｑに基づいて、電流誤差判定値ΔＩｊを演算する。従って、故障判定部６の処理の流れは、基本的に図４と同じであるが、ステップＳ３の演算方法、および、ステップＳ４の故障判定閾値Ｉｔｈの値が、実施の形態１と異なる。

なお、実施の形態２においても、角度演算部７は、例えば、レゾルバ等の角度センサから構成されている。角度演算部７は、角度センサによって検出した電動機１の回転角の値を角度信号θとして出力する。しかしながら、これに限定されずに、角度演算部７が、回転角の推定値を演算して、故障判定部６が、当該回転角の推定値を用いるようにしても良い。

ｄｑ軸上の電流誤差ベクトル

は、角度信号θによって、各相の電流誤差ベクトル

をｄｑ軸上に座標変換することで得られる。ｄｑ軸上の電流誤差ベクトル

は、ｄｑ軸に対応した単位ベクトル

によって、下式（３１）で表せる。

図６は、実施の形態２に係る回転直交座標軸であるｄｑ軸上の電流誤差ベクトルと電流誤差合成ベクトルとを示したベクトル図の一例である。各相の電流誤差を大きさに持つ各相のベクトルの和である電流誤差合成ベクトル

の大きさ

は、座標変換して得たｄ軸電流誤差Δｉｄおよびｑ軸電流誤差Δｉｑに基づいて求めることもできる。そのため、電流誤差判定値ΔＩｊは、座標変換して得たｄ軸電流誤差Δｉｄおよびｑ軸電流誤差Δｉｑに基づいて、下式（３２）で演算する。その場合、故障判定閾値ＩｔｈをＩｔｈ＝（√（２／３））×εとして、電流誤差判定値ΔＩｊが故障判定閾値Ｉｔｈ以上のとき、故障と判定すれば良い。下式（３２）において、ΔＩａｍｐはトルク脈動の大きさを示す値であるため、この方法でも、実施の形態１と同様に適切に故障が判定できる。

Δｉｄ、Δｉｑの値は、式（５）に示されるように、角度信号θに応じて変化する。（ｓｉｎθ）²＋（ｃｏｓθ）²＝１の関係を利用することで、上式（３２）で得られる電流誤差判定値ΔＩｊは、角度信号θに依存しないものと考えることができる。つまり、ｄｑ軸電流誤差Δｉｄ、Δｉｑに基づいて、上式（３２）で得られる電流誤差判定値ΔＩｊで判定することによって、角度信号θによらずに故障を判定することができるという効果が得られる。

また、演算を簡易化するために、下式（３３）のように、平方根の演算をなくした電流誤差判定値ΔＩｊを用いても良い。その場合、電流誤差判定値ΔＩｊが故障判定閾値Ｉｔｈの２乗（＝Ｉｔｈ²）以上のとき、故障と判定すれば良い。

また、ｄ軸電流誤差Δｉｄ、およびｑ軸電流誤差Δｉｑのそれぞれを電流誤差判定値ΔＩｊｄ、ΔＩｊｑとして故障を判定することもできる。その場合、例えば、電流誤差判定値ΔＩｊｄ、ΔＩｊｑのいずれかが故障判定閾値Ｉｔｈより大きくなった回数を、予め設定された一定期間ｔの間、カウントし、故障判定カウンタｃｎｔとする。そうして、故障判定カウンタｃｎｔが故障確定閾値Ｃｔｈ以上かどうかを判定する。故障判定カウンタｃｎｔが故障確定閾値Ｃｔｈ以上の場合に、電流センサ５の故障と判定する。このとき、電流誤差判定値ΔＩｊｄ、ΔＩｊｑは角度信号θに応じて変化するため、一定期間ｔの間はカウンタｃｎｔをリセットしないように設定することで、故障の判定ができる。

また、故障判定カウンタｃｎｔの代わりに、電流誤差判定値ΔＩｊｄ、ΔＩｊｑのそれぞれに対応した故障判定カウンタｃｎｔｄ、ｃｎｔｑを用いても良い。電流誤差判定値ΔＩｊｄが故障判定閾値Ｉｔｈより大きくなった回数を、予め設定された一定期間ｔの間、カウントし、故障判定カウンタｃｎｔｄが故障確定閾値Ｃｔｈ以上かどうかを判定する。同様に、電流誤差判定値ΔＩｊｑが故障判定閾値Ｉｔｈより大きくなった回数を、予め設定された一定期間ｔの間、カウントし、故障判定カウンタｃｎｔｑが故障確定閾値Ｃｔｈ以上かどうかを判定する。そして、故障判定カウンタｃｎｔｄまたは故障判定カウンタｃｎｔｑが故障確定閾値Ｃｔｈ以上の場合に、電流センサ５が故障と判定する。この場合にも、一定期間ｔの間はカウンタｃｎｔをリセットしないように設定することで、電流センサ５の故障の判定ができる。

回転直交座標軸であるｄｑ軸上に変換した値の大きさによって故障を判定することで、トルク脈動の大きさを評価して故障を判定できる。これによって、トルク脈動が発生しない電流誤差の値では電動機の制御を停止または制御方法を変更せずに継続できる。一方、過大なトルク脈動が発生するような電流誤差では、電流センサ５の故障と判定し、電動機１の制御を停止または制御方法を変更することができる。このように、実施の形態２によって、電流センサ５の故障の判定を適切に実施できるため、過大なトルク脈動を発生することなく電動機１を安定的に制御することが可能となる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による電動機の制御装置の構成を示したブロック図である。実施の形態３と前述の実施の形態２との相違点は、実施の形態３においては、角度演算部７の代わりに、角度演算部７Ａが設けられている点のみである。他の構成及び動作については、実施の形態２と同じであるため、ここでは説明を省略する。

実施の形態３においては、角度演算部７Ａが、電流センサ５が検出した各相の検出電流に基づいて角度信号θを演算する。すなわち、角度演算部７は、電動機１の回転角を検出せずに、電動機１の回転角θの推定値を演算して、当該推定値を角度信号θとして出力する。角度信号θの演算方法は、電流センサ５によって検出した各相の検出電流に基づく方法であればよく、特に限定しない。一例として、特許文献３のように、誘起電圧を利用して推定する構成について説明する。

まず、上述したように、電流センサ５は、各相の下側スイッチング素子ＵＮ、ＶＮ、ＷＮのそれぞれがオンのときに、電動機１の各相の電流を検出して、検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを出力する。検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗは、座標変換部３２に入力される。

特許文献３の演算方法では、電動機１の誘起電圧が電動機１の回転速度つまり回転角の微分に比例することを利用する。まず、座標変換部３２が、ｄ軸電圧指令ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令ｖｑ＊と、各相の検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとから、角度信号θに基づいて、ｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑを演算する。角度演算部７Ａは、当該ｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑを入力として、以下の式（３４）〜（３８）のオブザーバを構成して推定速度ωを演算する。ここで、ｋｐ、ｋｉ、ｇ１１、ｇ１２、ｇ２１、ｇ２２、ｇ３１、ｇ３２、ｇ４１、ｇ４２は、推定速度ωを演算するためのフィードバックゲインである。角度信号θは、下式（３９）を用いて、推定速度ωを積分することで算出される。

上記の演算方法では、各相の検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗから演算したｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑに基づいて角度信号θを演算するため、各相の検出電流に含まれる電流誤差によって角度信号θに推定誤差が生じる。特に、角度信号の推定誤差Δθの大きさが９０ｄｅｇより大きくなると、逆方向にトルクを発生することになる。

そのため、角度信号の推定誤差Δθが９０ｄｅｇ以下となるように電流誤差の許容範囲をあらかじめ見積り、電流誤差の許容範囲を超える場合には故障と判定して、電動機の制御を停止または制御方法を変更する必要がある。

また、角度信号の推定誤差Δθが９０ｄｅｇ以下であっても、ｄｑ軸上の電流誤差Δｉｄ、Δｉｑの変化にともなって角度信号の推定誤差Δθが変化することでトルク脈動が発生する。ｄｑ軸上の電流誤差Δｉｄ、Δｉｑは、上式（５）のように、角度信号θによって変化する。一方、角度信号θはｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑから演算するため、ｄｑ軸上の電流誤差Δｉｄ、Δｉｑに依存して角度信号θの推定誤差Δθが変化する。

電圧指令演算部３１は、電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊とｄｑ軸上の検出電流ｉｄ、ｉｑとがそれぞれ一致するように電流制御を行う。しかし、実際の回転角θによる回転直交座標軸上の電流ｉｄｅ、ｉｑｅは下式（４０）となる。電動機１が発生するトルクは、実際の回転角θによる回転直交座標軸上の電流ｉｄｅ、ｉｑｅによって決まるため、角度信号θの推定誤差Δθが変化すると、トルク脈動が生じる。そのため、過大なトルク脈動が発生する場合には、故障と判定して電動機１の制御を停止または制御方法を変更する必要がある。

故障判定部６は、各相の電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを角度信号θに基づいて回転直交座標軸であるｄｑ軸上の電流誤差Δｉｄ、Δｉｑに変換し、上式（３２）で算出した電流誤差判定値ΔＩｊに基づいて故障を判定する。

Δｉｄ、Δｉｑの値は、式（５）のように角度信号θに応じて変化する。（ｓｉｎθ）²＋（ｃｏｓθ）²＝１の関係を利用することで、上式（３２）で得られる電流誤差判定値ΔＩｊは角度信号θに依存しないものと考えることができる。つまり、ｄｑ軸電流誤差Δｉｄ、Δｉｑに基づいて上式（３２）で得られる電流誤差判定値ΔＩｊで判定することによって、角度信号θによらずに故障を判定することができるという効果が得られる。

また、ｄ軸電流誤差Δｉｄ、およびｑ軸電流誤差Δｉｑのそれぞれを電流誤差判定値ΔＩｊｄ、ΔＩｊｑとして故障を判定することもできる。その場合、例えば、電流誤差判定値ΔＩｊｄ、ΔＩｊｑのいずれかが故障判定閾値Ｉｔｈより大きくなった回数を、予め設定された一定期間ｔの間、カウントし、故障判定カウンタｃｎｔが故障確定閾値Ｃｔｈ以上かどうかを判定して、故障確定閾値Ｃｔｈ以上の場合に、電流センサ５が故障と判定する。このとき、電流誤差判定値ΔＩｊｄ、ΔＩｊｑは角度信号θに応じて変化するため、一定期間ｔの間はカウンタｃｎｔをリセットしないように設定することで、電流センサ５の故障の判定ができる。

また、故障判定カウンタｃｎｔの代わりに、電流誤差判定値ΔＩｊｄ、ΔＩｊｑのそれぞれに対応した故障判定カウンタｃｎｔｄ、ｃｎｔｑを用いても良い。電流誤差判定値ΔＩｊｄが故障判定閾値Ｉｔｈより大きくなった回数を、予め設定された一定期間ｔの間、カウントし、故障判定カウンタｃｎｔｄが故障確定閾値Ｃｔｈ以上かどうかを判定する。同様に、電流誤差判定値ΔＩｊｑが故障判定閾値Ｉｔｈより大きくなった回数を、予め設定された一定期間ｔの間、カウントし、故障判定カウンタｃｎｔｑが故障確定閾値Ｃｔｈ以上かどうかを判定する。そして、故障判定カウンタｃｎｔｄまたは故障判定カウンタｃｎｔｑが故障確定閾値Ｃｔｈ以上の場合に、電流センサ５が故障と判定する。この場合にも、一定期間ｔの間はカウンタｃｎｔをリセットしないように設定することで、電流センサ５の故障の判定ができる。

上記の説明においては、ｄｑ軸電流誤差Δｉｄ、Δｉｑに基づいて電流誤差判定値ΔＩｊを上式（３２）で決定している。これは、ｄ軸検出電流ｉｄおよびｑ軸検出電流ｉｑに基づいて角度信号θの演算を行っているため、角度信号θへの影響を考慮して電流誤差を判定することができるためである。ただし、ｄｑ軸電流誤差Δｉｄ、Δｉｑでなくても、同様の判定を行うことができる。上式（２０）で演算したベクトルの大きさでも、あるいは、上式（２５）で演算したベクトルの大きさでも、それぞれ演算に使用する座標系が異なるだけで結果的に同じ値を得ることができるため、同様に、電流センサ５の故障を判定することができる。

上記の構成により、トルク脈動の大きさを評価して故障を判定することで、トルク脈動が発生しない電流誤差の値では電動機の制御を停止または制御方法を変更せずに継続することができる。一方、過大なトルク脈動が発生するような電流誤差では、電流センサの故障と判定し、電動機１の制御を停止または制御方法を変更することができる。このように、実施の形態３は、角度信号の推定誤差によって生じるトルク脈動に対しても有効であり、過大なトルク脈動が発生する電流誤差に対して電流センサ５の故障の判定を適切に実施できる。そのため、過大なトルク脈動を発生することなく電動機１を安定的に制御することが可能となる。

実施の形態３では、ｄｑ軸検出電流に基づいて電動機１の回転角を推定したが、αβ軸電流に基づいて推定してもよい。その場合、上式（２５）によって得られる電流誤差判定値ΔＩｊに基づいて故障を判定すればよい。

また、上式（２０）によって各相の電流誤差に基づいて演算したベクトルの大きさでも、あるいは、上式（３２）によってｄｑ軸電流誤差に基づいて演算したベクトルの大きさでも、それぞれ演算の過程で使用する座標系が異なるだけで結果的に同様の値、すなわちトルク脈動の大きさを示す値を得ることができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４は、前述の実施の形態１〜３のいずれかに記載の電動機の制御装置を備えた電動パワーステアリングシステムに関するもので、その構成を図８に示す。図８において、電動パワーステアリングシステムには、ステアリングホイール１０１と、ステアリングシャフト１０３と、ラック・ピニオンギヤ１０５と、車輪１０４と、運転者の操舵を補助する電動機１と、電動機１を制御する制御装置２と、運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０２とが設けられている。図８において、電動機１及び制御装置２は、それぞれ、実施の形態１〜３で示した電動機１及び制御装置２に相当する。ここでは、制御装置２は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）から構成されている。

図８において、運転者（図示省略）からステアリングホイール１０１に加えられた操舵トルクは、トルクセンサ１０２のトーションバー、および、ステアリングシャフト１０３を通り、ラック・ピニオンギヤ１０５を介してラックに伝達され、車輪１０４を転舵させる。

電動機１は、制御装置２内に設けられた電力変換器４から供給される電力により、出力としてアシスト力を発生する。アシスト力は、ステアリングシャフト１０３に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵トルクを軽減する。

上記の構成により、実施の形態４においても、実施の形態１〜３と同様に、過大なトルク脈動が発生しない電流誤差に対しては電流センサ５の故障と判定することがなく、電動機１の制御を継続できる。そのため、電動機１によるアシストを継続して得ることができ、運転者の操舵が軽くなる。また、過大なトルク脈動が発生する電流誤差に対しては電流センサ５の故障と判定できるので、電動機１の制御を停止、または、別の制御方法に切り替えることで、過大なトルク脈動によって生じる不快感を無くすことができる。

以上のように、実施の形態４に係る電動パワーステアリングシステムは、運転者の操舵を補助するためのアシスト力を発生させる電動機１と、電動機１を制御する実施の形態１〜３のいずれかに記載の制御装置２とを備えている。そのため、実施の形態１〜３と同様に、トルク脈動の大きさを評価して故障の判定ができるので、過大なトルク脈動が発生するような電流誤差に対して適切に故障を判定することができる。また、過大なトルク脈動が発生しない電流誤差に対しては故障と判定することがなく、電動機の制御を継続できるので、電動機によるアシストを継続して得ることができ、運転者の操舵が軽くなる。また、過大なトルク脈動が発生する電流誤差に対しては故障と判定できるので、電動機の制御を停止、または、別の制御方法に切り替えることで、過大なトルク脈動によって生じる不快感を無くすことができる。

その他、下記のように実施の形態１〜４を変更してもよい。

上記の実施の形態１〜４の電流センサ５は、電動機１の各相に流れる電流として、Ｕ相検出電流ｉｕ、Ｖ相検出電流ｉｖ、Ｗ相検出電流ｉｗを検出する構成とした。ここでは、３相電流を検出しているが、一部の相の電流を検出せずに、検出した相の電流のみから推定してもよい。例えば、Ｗ相の電流を、Ｕ相検出電流ｉｕおよびＶ相検出電流ｉｖから、キルヒホッフの法則を利用して下式（４１）で演算する。

ｉｗ＝−ｉｕ−ｉｖ・・・（４１）

このとき、Ｗ相の電流誤差Δｉｗは下式（４２）で得られる。電流センサ５から取得したＵ相電流誤差ΔｉｕおよびＶ相電流誤差Δｉｖと、下式（４２）で得られる電流誤差Δｉｗとに基づいて、電流誤差判定値ΔＩｊを演算し、電流センサ５の故障を判定すれば良い。この場合にも、各相の電流誤差に基づいて過大なトルク脈動が発生する電流誤差に対して適切に電流センサ５の故障を判定することができる。

Δｉｗ＝−Δｉｕ−Δｉｖ・・・（４２）

上記の実施の形態１〜４では、説明を簡単にするため、三相の巻線を有する電動機１について説明したが、三相以上であれば、各相の電流誤差の大きさをもつベクトルの和を得ることができる。そのため、電動機１として、四相や十二相等のｍ相の電動機であっても、この発明の実施の形態１〜３を適用することで、過大なトルク脈動となる電流誤差に対して適切に故障を判定することができる。ここで、ｍは、３以上の任意の整数である。また、ｍ相のうち少なくともｍ−１個の相電流センサから検出した各相の電流誤差があれば、残り１相の電流誤差を演算して電流誤差判定値を得ることができる。従って、図４のステップＳ１の処理では、ｍ−１個以上の各相の下側スイッチング素子がオフかどうかを判定すればよい。

なお、この発明の実施の形態１〜４で示した故障判定は、電流センサ５の故障だけでなく、電力変換器４の故障の判定にも応用できる。例えば、電力変換器４内のスイッチング素子駆動回路４１によって各スイッチング素子をオン／オフ制御している。もし、このとき、スイッチング素子駆動回路４１の指示通りに各スイッチング素子が正常にオン／オフ制御できていない場合には、下側スイッチング素子がオフのときに取得した各相の電流誤差が０でない値を示すため、この各相の電流誤差に基づいて、電力変換器４が故障かどうかを判定することができる。

１ 電動機、２ 制御装置、３ 電流制御部、４ 電力変換器、５ 電流センサ、６ 故障判定部、７，７Ａ 角度演算部、８ 直流電源、３１ 電圧指令演算部、３２ 座標変換部、４１ スイッチング素子駆動回路、１０１ ステアリングホイール、１０２ トルクセンサ、１０３ ステアリングシャフト、１０４ 車輪、１０５ ラック・ピニオンギヤ。

Claims (8)

1. 電動機を制御する電動機の制御装置であって、
   前記電動機は、ｍ相の巻線を有し、ｍは３以上の整数であり、
   前記制御装置は、
   外部から電流指令値が入力され、電流検出値が前記電流指令値に一致するように駆動指令を出力する電流制御部と、
   前記電動機の各相に対応して設けられた上側スイッチング素子と下側スイッチング素子とを有し、前記電流制御部からの前記駆動指令に応じて、前記上側スイッチング素子と前記下側スイッチング素子とをオン/オフ制御することで、前記電動機に電力を供給する電力変換器と、
   各相の前記下側スイッチング素子に対して直列に接続され、各相の電流値を検出して、前記電流検出値として前記電流制御部に出力する電流センサと、
   前記電流センサの故障の有無を判定する故障判定部と
   を備え、
   前記電流センサは、前記ｍ相のうちの少なくともｍ−１相の前記下側スイッチング素子のそれぞれがオフの場合には、それらの各相の電流誤差を検出し、
   前記故障判定部は、前記電流誤差に基づいて電流誤差判定値を演算し、前記電流誤差判定値に基づいて前記電流センサが故障か否かを判定し、
   前記電流誤差判定値は、各相の前記電流誤差の値を大きさに持つ各相の電流誤差ベクトルの和の大きさ、または、各相の前記電流誤差を直交座標に変換した値のいずれかに基づいて算出される、
   電動機の制御装置。
2. 前記電流センサは、各相の前記下側スイッチング素子のそれぞれがオンの場合に、前記電動機の各相の電流を検出して前記電流検出値を出力し、
   前記制御装置は、
   前記電流センサから出力される前記電流検出値に基づいて、前記電動機の回転角の推定値を演算し、前記推定値を角度信号として出力する角度演算部
   をさらに備えた、
   請求項１に記載の電動機の制御装置。
3. 前記電流誤差判定値は、前記和の大きさに基づいて算出され、
   前記和の大きさは、各相の前記電流誤差の二乗和に基づいて算出される、
   請求項１または２に記載の電動機の制御装置。
4. 前記電流誤差判定値は、前記和の大きさに基づいて算出され、
   前記和の大きさは、各相の前記電流誤差から各相の前記電流誤差の平均値を減算した値の二乗和によって算出される、
   請求項１または２に記載の電動機の制御装置。
5. 前記電流誤差判定値は、前記和の大きさに基づいて算出され、
   前記和の大きさは、各相のうちのそれぞれ２相の前記電流誤差の差の二乗和によって算出される、
   請求項１または２に記載の電動機の制御装置。
6. 前記電流誤差判定値は、各相の前記電流誤差を直交座標に変換した値の二乗和に基づいて算出される、
   請求項１または２に記載の電動機の制御装置。
7. 前記ｍは３であって、前記電動機は３相の巻線を有し、
   前記電流誤差判定値ΔＩｊは、
   前記各相の前記電流誤差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗの値を大きさに持つ各相の前記電流誤差ベクトルの和の大きさである
   

   

   または、
   各相の前記電流誤差Δｉｕ，Δｉｖ，Δｉｗを固定直交座標であるαβ軸上に変換した値Δｉα，Δｉβから算出される
   

   

   または、
   各相の前記電流誤差Δｉｕ、Δｉｖ、Δｉｗを回転直交座標であるｄｑ軸に変換した値Δｉｄ、Δｉｑから算出される
   

   

   のうちのいずれか１つである、
   請求項１または２に記載の電動機の制御装置。
8. 運転者の操舵を補助するためのアシスト力を発生する電動機と、
   前記電動機を制御する請求項１から７までのいずれか１項に記載の電動機の制御装置と
   を備えた電動パワーステアリングシステム。

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