JP6811820B1 - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角センサの故障時にも、焼損を防止しながらモータへのトルク指令の出力を継続することができる、モータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置１００は、モータ１の回転角θを検出する回転角センサ４１と、回転角センサ４１の故障を検出する第１の故障検出部５１と、モータ１への要求トルクＮ、回転角θおよび第１の故障検出部５３の検出値に基づいて、モータ１がロック状態であるか否かを判定するモータロック判定部１０と、要求トルクＮおよび判定の結果に基づいて、モータ１へのトルク指令Ｎｉを生成するトルク指令生成部３０とを備えている。モータロック判定部１０は、回転角センサ４１の故障時には、モータ１のロック状態の判定条件を、回転角センサ４１の正常時とは異なる条件に変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に係り、特にモータのロック状態を検出することのできるモータ制御装置に関する。

モータの出力軸に異物が噛み合う等の原因によって、モータへのトルク指令が出力されているにもかかわらず、モータが回転しない状態を、モータのロック状態という。モータのロック状態において、モータへのトルク指令を出力し続けると、モータの内部のコイルに過剰な電流が流れて、モータが焼損してしまう可能性がある。

特許文献１には、回転角センサによってモータのロック状態を検出し、モータへのトルク指令を低減させることによって、モータの焼損を防止する技術が記載されている。

特許第４９８５５６１号公報

特許文献１において、回転角センサが故障した場合には、モータのロック状態を検出することができない。そのような場合には、モータのロック状態の検出処理を無効化するか、あるいはモータへのトルク指令の出力を禁止することが考えられる。

しかしながら、モータのロック状態の検出処理を無効化してしまうと、当然のことながら、モータのロック状態が発生した際に、モータの焼損を防止することができない。

また、例えば、車載に搭載されるエンジンを始動させるためのモータにおいて、交差点での右折待ちの際に、回転角センサの故障が検出された場合には、モータへのトルク指令の出力を直ちに禁止してしまうよりも、焼損に至らない範囲で可能な限りモータを回転させることが好ましい。

本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、回転角センサの故障時にも、焼損を防止しながらモータへのトルク指令の出力を継続することができる、モータ制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るモータ制御装置は、モータの回転角を検出する回転角センサと、回転角センサの故障を検出する第１の故障検出部と、モータへの要求トルク、回転角および第１の故障検出部の検出値に基づいて、モータがロック状態であるか否かを判定するモータロック判定部と、要求トルクおよび判定の結果に基づいて、モータへのトルク指令を生成するトルク指令生成部とを備え、モータロック判定部は、回転角センサの故障時には、モータのロック状態の判定条件を、回転角センサの正常時とは異なる条件に変更する。

本発明に係るモータ制御装置によれば、回転角センサの故障時にも、焼損を防止しながらモータへのトルク指令の出力を継続することができる。

実施の形態１に係るモータ制御装置を含む、車両制御システムの構成を示す図である。 図１のモータ制御装置のモータロック判定部の内部構成を示す図である。 図２のモータロック判定部の回転数判定回路の内部構成を示す図である。 図１のモータ制御装置のトルク指令生成部の内部構成を示す図である。 図１のモータ制御装置の動作を説明するタイムチャートである。 実施の形態２に係る回転数判定回路の内部構成を示す図である。 実施の形態１および２に係るモータ制御装置の各機能を専用のハードウェアである処理回路で実現する場合を示した構成図である。 実施の形態１および２に係るモータ制御装置の各機能をプロセッサおよびメモリを備えた処理回路より実現する場合を示した構成図である。

以下、添付図面を参照して、本願が開示するモータ制御装置の実施の形態について、当該モータ制御装置を車両制御システムに搭載する例に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって、本願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に係るモータ制御装置１００を含む、車両制御システムの構成を示す図である。

図１の車両制御システムは、モータ１と、車両コントローラ２と、モータ制御装置１００と、制御信号生成部３と、スイッチング回路４と、冷却水パイプ５と、ポンプ６とを備えている。

モータ１は、車両に搭載されるエンジンを始動させるためのモータであり、スイッチング回路４によって生成される三相交流電流によって駆動される。

車両コントローラ２は、モータ１に出力させたいトルク、すなわち「要求トルクＮ」を表す信号を出力する。

モータ制御装置１００は、車両コントローラ２から出力される要求トルクＮに基づいて、モータ１に実際に出力させるトルクを指示する信号、すなわち「トルク指令Ｎｉ」を生成する。モータ制御装置１００の詳細については、後述する。

制御信号生成部３は、モータ制御装置１００から出力されるトルク指令Ｎｉと、後述する回転角センサ４１によって検出されるモータ１の回転角θと、同じく後述する電流センサ４２によって検出されるモータ１の駆動電流とに基づいて、スイッチング回路４のスイッチング動作を制御する制御信号を生成する。

スイッチング回路４は、内部に複数のスイッチング素子を含んでいる。スイッチング回路４は、制御信号生成部３から出力される制御信号によって駆動され、モータ１の駆動電流である三相交流電流を出力する。

スイッチング回路４の動作時には、内部のスイッチング素子に流れる電流に起因して熱が発生する。そのため、スイッチング回路４は、冷却水パイプ５の近傍に配置されている。冷却水パイプ５内には、ポンプ６によって冷却水が循環している。

次に、モータ制御装置１００の詳細について説明する。モータ制御装置１００は、モータロック判定部１０と、トルク指令生成部３０とを備えている。

また、モータ制御装置１００は、モータ１の回転角θを検出する回転角センサ４１と、モータ１の駆動電流を検出する電流センサ４２と、冷却水パイプ５内を循環する冷却水の温度Ｔを検出する温度センサ４３とを備えている。

さらに、モータ制御装置１００は、回転角センサ４１の故障を検出する第１の故障検出部５１と、電流センサ４２の故障を検出する第２の故障検出部５２と、温度センサ４３の故障を検出する第３の故障検出部５３と、ポンプ６の故障を検出する第４の故障検出部５４とを備えている。

第１の故障検出部５１は、回転角センサ４１が正常状態の場合は、検出値として偽値を出力する。一方、第１の故障検出部５１は、回転角センサ４１が故障状態の場合は、検出値として真値を出力する。

第２の故障検出部５２は、電流センサ４２が正常状態の場合は、検出値として偽値を出力する。一方、第２の故障検出部５２は、電流センサ４２が故障状態の場合は、検出値として真値を出力する。

第３の故障検出部５３は、温度センサ４３が正常状態の場合は、検出値として偽値を出力する。一方、第３の故障検出部５３は、温度センサ４３が故障状態の場合は、検出値として真値を出力する。

第４の故障検出部５４は、ポンプ６が正常状態の場合は、検出値として偽値を出力する。一方、第４の故障検出部５４は、ポンプ６が故障状態の場合は、検出値として真値を出力する。

モータロック判定部１０は、モータ１への要求トルクＮと、回転角センサ４１によって検出される回転角θと、温度センサ４３によって検出される温度Ｔと、第１〜第４の故障検出部５１〜５４の各検出値とに基づいて、モータ１がロック状態であるか否かを判定する。

図２は、モータロック判定部１０の内部構成を示す図である。モータロック判定部１０は、ＯＲ回路１１と、出力選択回路１２と、モータロック判定時間算出回路１３と、回転数判定回路１４と、比較回路１５と、ＡＮＤ回路１６と、カウンタ回路１７と、比較回路１８と、ＯＲ回路１９と、カウンタ回路２０と、遅延回路２１とを含んでいる。

先述したように、温度センサ４３の故障を検出する第３の故障検出部５３は、温度センサ４３の正常時には偽値を出力し、温度センサ４３の故障時には真値を出力する。

また、ポンプ６の故障を検出する第４の故障検出部５４は、ポンプ６の正常時には偽値を出力し、ポンプ６の故障時には真値を出力する。

ＯＲ回路１１は、第３の故障検出部５３の検出値と、第４の故障検出部５４の検出値との論理和を出力する。

したがって、ＯＲ回路１１は、温度センサ４３およびポンプ６がともに正常である場合にのみ偽値を出力し、温度センサ４３およびポンプ６のいずれかまたは両方が故障している場合には真値を出力する。

出力選択回路１２は、選択信号１２ｃが偽値である場合には、入力端子１２ｂ側の信号を出力し、選択信号１２ｃが真値である場合には、入力端子１２ａ側の信号を出力する。

したがって、出力選択回路１２は、選択信号１２ｃが偽値である場合、すなわち温度センサ４３およびポンプ６がともに正常である場合には、温度センサ４３によって検出される温度Ｔを、そのまま出力する。

一方、出力選択回路１２は、選択信号１２ｃが真値である場合、すなわち温度センサ４３およびポンプ６のいずれかまたは両方が故障している場合には、温度センサ４３によって検出される温度Ｔを、予め決定される最高温度Ｔｍａｘに置き換えて出力する。例えば、最高温度Ｔｍａｘは、冷却水が通常とり得る温度の最高とすることができる。

モータロック判定時間算出回路１３は、出力選択回路１２から出力される温度Ｔに基づいて、モータロック判定時間ＭＴを算出する。詳細には、モータロック判定時間算出回路１３の内部には、温度Ｔとモータロック判定時間ＭＴとの関係がマップとして記憶されている。

本実施の形態１において、温度Ｔとモータロック判定時間ＭＴとは逆比例の関係にある。すなわち、温度Ｔが低い程、モータロック判定時間ＭＴは長くなり、温度Ｔが高い程、モータロック判定時間ＭＴは短くなる。これは以下のような理由による。

通常、温度センサ４３およびポンプ６の正常時において、冷却水の温度Ｔが高いということは、モータ１およびスイッチング回路４の温度が高く、モータ１およびスイッチング回路４が焼損する温度に至るまでの余裕が少ないことを意味している。

そのため、より早期にモータ１のロック状態を検出して、スイッチング回路４の内部の素子に流れる電流を制限し、モータ１およびスイッチング回路４の発熱を防ぐ必要がある。したがって、冷却水の温度Ｔが比較的高い場合におけるモータロック判定時間ＭＴは、冷却水の温度Ｔが比較的低い場合におけるモータロック判定時間ＭＴに比べて、短く設定される。

また、温度センサ４３およびポンプ６のいずれかまたは両方の故障時には、温度Ｔを最高温度Ｔｍａｘに置き換えることにより、モータロック判定時間ＭＴを最も短い時間に設定する。これにより、可能な限り早期にモータ１のロック状態を検出することができる。

また、回転数判定回路１４は、モータ１の回転数ωが、予め決定される第１の回転数ω１または第２の回転数ω２未満であるか否かを判定する。

図３は、本実施の形態１に係る回転数判定回路１４の内部構成を示す図である。回転数判定回路１４は、出力選択回路１４１と、回転数算出回路１４２と、出力選択回路１４３と、比較回路１４４と、回転角推定部としてのセンサレス回転角推定回路１４５とを含んでいる。

出力選択回路１４１は、選択信号１４１ｃが偽値である場合には、入力端子１４１ａ側の信号を出力し、選択信号１４１ｃが真値である場合には、入力端子１４１ｂ側の信号を出力する。

したがって、出力選択回路１４１は、選択信号１４１ｃが偽値である場合、すなわち回転角センサ４１の正常時には、回転角センサ４１によって検出される回転角θを出力する。

一方、出力選択回路１４１は、選択信号１４１ｃが真値である場合、すなわち回転角センサ４１の故障時には、センサレス回転角推定回路１４５によって推定される回転角θを出力する。

センサレス回転角推定回路１４５は、回転角センサ４１の検出値を用いることなく、モータ１の回転角θを推定する。回転角θの推定方法としては、例えば、国際公開２００２／０９１５５８号には、位置センサを用いることなく、同期電動機を制御する制御装置が記載されている。

回転数算出回路１４２は、出力選択回路１４１から出力される回転角θを微分して回転数ωを算出し、算出された回転数ωを出力する。

出力選択回路１４３は、選択信号１４３ｃが偽値である場合には、入力端子１４３ｂ側の信号を出力し、選択信号１４３ｃが真値である場合には、入力端子１４３ａ側の信号を出力する。

したがって、出力選択回路１４３は、選択信号１４３ｃが偽値である場合、すなわち回転角センサ４１の正常時には、予め決定される第１の回転数ω１を出力する。

一方、出力選択回路１４３は、選択信号１４３ｃが真値である場合、すなわち回転角センサ４１の故障時には、予め決定される第２の回転数ω２を出力する。

比較回路１４４は、回転角センサ４１の正常時において、回転数ωが第１の回転数ω１未満の場合には真値を出力し、回転数ωが第１の回転数ω１以上の場合には偽値を出力する。

また、比較回路１４４は、回転角センサ４１の故障時において、回転数ωが第２の回転数ω２未満の場合には真値を出力し、回転数ωが第２の回転数ω２以上の場合には偽値を出力する。

結果として、回転数判定回路１４は、回転角センサ４１の正常時において、回転数ωが第１の回転数ω１未満の場合には、回転数判定値として真値を出力し、回転数ωが第１の回転数ω１以上の場合には、回転数判定値として偽値を出力する。

また、回転数判定回路１４は、回転角センサ４１の故障時において、回転数ωが第２の回転数ω２未満の場合には、回転数判定値として真値を出力し、回転数ωが第２の回転数ω２以上の場合には、回転数判定値として偽値を出力する。

なお、後述するように、回転数判定値が真値であること、すなわち回転数ωが第１の回転数ω１または第２の回転数ω２未満であることは、モータ１がロック状態であると判定されるための要件の一つである。また、第２の回転数ω２は、第１の回転数ω１よりも高く設定されている。これは以下のような理由による。

センサレス回転角推定回路１４５によって推定される回転角θは、回転角センサ４１によって検出される回転角θに比べて精度が低い。そのため、回転角センサ４１の故障時に、センサレス回転角推定回路１４５によって推定された回転角θに基づいて算出される回転数ωの精度も低くなる。

このように精度の低い回転数ωを用いて比較を行うために、第２の回転数ω２を第１の回転数よりも高く設定することにより、回転数判定値が真値となる条件に余裕をもたせている。結果として、後述するように、モータ１がロック状態であるとより判定されやすくしている。

図２に戻って、比較回路１５は、モータ１への要求トルクＮが、予め決定される第１のトルクＮ１以上である場合には、トルク判定値として真値を出力する。一方、比較回路１５は、モータ１への要求トルクＮが、第１のトルクＮ１未満である場合には、トルク判定値として偽値を出力する。

ＡＮＤ回路１６は、回転数判定回路１４の出力する回転数判定値と、比較回路１５の出力値するトルク判定値との論理積を出力する。

したがって、ＡＮＤ回路１６は、回転角センサ４１の正常時において、要求トルクＮが第１のトルクＮ１以上でありながら、モータ１の回転数ωが第１の回転数ω１未満である場合には、回転数トルク判定値として真値を出力する。

また、ＡＮＤ回路１６は、回転角センサ４１の故障時において、要求トルクＮが第２のトルクＮ２以上でありながら、モータ１の回転数ωが第２の回転数ω２未満である場合には、回転数トルク判定値として真値を出力する。

モータロック判定部１０において、ＡＮＤ回路１６の出力する回転数トルク判定値が真値であることは、モータ１がロック状態の可能性があることを意味している。モータロック判定部１０は、次に説明するカウンタ回路１７および比較回路１８によって、ＡＮＤ回路１６の出力する回転数トルク判定値が真値である状態が、先述したモータロック判定時間ＭＴにわたって継続するか否かを判定する。

カウンタ回路１７は、ＡＮＤ回路１６の出力する回転数トルク判定値が真値である間、クロック毎に自身の内部カウント値をカウントアップする。カウンタ回路１７は、自身の内部カウント値にクロック周期Ｔｃを乗算した値、すなわち回転数トルク判定値が真値となってからの経過時間を出力する。

カウンタ回路１７は、ＡＮＤ回路１６の出力する回転数トルク判定値が偽値になると、自身の内部カウント値をゼロにリセットする。

また、カウンタ回路１７は、後述する遅延回路２１から出力されるモータ１のロック状態検出後の経過時間が、予め決定される経過判定時間ＣＴを上回ると、自身の内部カウント値をゼロにリセットする。

比較回路１８は、カウンタ回路１７から出力される経過時間が、モータロック判定時間ＭＴ未満である間は偽値を出力し、カウンタ回路１７から出力される経過時間が、モータロック判定時間ＭＴを上回ると真値を出力する。

したがって、比較回路１８は、回転角センサ４１の正常時において、要求トルクＮが第１のトルクＮ１以上でありながら、モータ１の回転数ωが第１の回転数ω１未満である状態が、モータロック判定時間ＭＴにわたって継続する場合に、真値を出力する。

また、比較回路１８は、回転角センサ４１の故障時において、要求トルクＮが第２のトルクＮ２以上でありながら、モータ１の回転数ωが第２の回転数ω２未満である状態が、モータロック判定時間ＭＴにわたって継続する場合に、真値を出力する。

また、先述したように、電流センサ４２の故障を検出する第２の故障検出部５２は、電流センサ４２の正常時には偽値を出力し、電流センサ４２の故障時には真値を出力する。

ＯＲ回路１９は、第２の故障検出部５２の検出値と、比較回路１８の出力値との論理和を出力する。

ＯＲ回路１９の出力値が偽値であるということは、モータ１がロック状態でないと判定されることを意味している。一方、ＯＲ回路１９の出力値が真値であるということは、モータ１がロック状態であると判定されることを意味している。

カウンタ回路２０は、モータ１がロック状態であると判定された後、ＯＲ回路１９の出力値が真値である間、クロック毎に自身の内部カウント値をカウントアップする。カウンタ回路２０は、自身の内部カウント値にクロック周期Ｔｃを乗算した値、すなわちＯＲ回路１９の出力値が真値となってからの経過時間を出力する。

カウンタ回路２０は、ＯＲ回路１９の出力値が偽値になると、自身の内部カウント値をゼロにリセットする。

遅延回路２１は、１つ前のクロックにおけるカウンタ回路２０の出力値を出力する。先述したように、遅延回路２１の出力は、モータ１のロック状態検出後の経過時間である。

図１に戻って、トルク指令生成部３０は、車両コントローラ２から出力される要求トルクＮと、モータロック判定部１０による判定結果とに基づいて、モータ１へのトルク指令Ｎｉを生成する。

図４は、本実施の形態１に係るトルク指令生成部３０の内部構成を示す図である。トルク指令生成部３０は、出力選択回路３１と、ＭＩＮ回路３２とを含んでいる。

出力選択回路３１は、選択信号３１ｃが偽値である場合には、入力端子３１ｂ側の信号を出力し、選択信号３１ｃが真値である場合には、入力端子３１ａ側の信号を出力する。

したがって、出力選択回路３１は、選択信号３１ｃが偽値である場合、すなわちモータ１がロック状態でないと判定される場合には、最大トルクＮｍａｘとして、予め決定される第１のトルクＮ１を出力する。

一方、出力選択回路３１は、選択信号３１ｃが真値である場合、すなわちモータ１がロック状態であると判定される場合には、最大トルクＮｍａｘとして、予め決定される第２のトルクＮ２を出力する。

ここで、第２のトルクＮ２は、第１のトルクＮ１よりも小さい。また、第２のトルクＮ２は、モータ１のロック状態において、モータ１が常時そのトルクを出力し続けても、モータ１およびスイッチング回路４が焼損に至らないトルクである。

ＭＩＮ回路３２は、出力選択回路３１から出力される最大トルクＮｍａｘと、車両コントローラ２から出力される要求トルクＮとを比較して、絶対値が小さい方の値を出力する。

したがって、ＭＩＮ回路３２は、要求トルクＮが最大トルクＮｍａｘよりも小さい場合には、要求トルクＮをトルク指令Ｎｉとして出力する。一方、ＭＩＮ回路３２は、要求トルクＮが最大トルクＮｍａｘと等しいまたは大きい場合には、最大トルクＮｍａｘをトルク指令Ｎｉとして出力する。

トルク指令生成部３０の上記の動作によって、モータ１がロック状態であると判定される場合であっても、モータ１を停止させることなく、低めのトルクを出力させ続けることができる。

次に、本実施の形態１に係るモータ制御装置１００を含む、車両制御システムの動作について、図５のタイムチャートを参照して説明する。ここでは、モータ１のロック状態において駆動要求が発生した場合と、モータ１のロック状態においてポンプ６の故障が発生した場合とについて、詳細に説明する。

図５のタイムチャートにおいて、１段目のグラフは、車両コントローラ２から出力される要求トルクＮの時間変化を示している。

２段目のグラフは、モータロック判定部１０の出力選択回路１２が出力する、冷却水の温度Ｔの時間変化を示している。

３段目のグラフは、トルク指令生成部３０が出力するトルク指令Ｎｉの時間変化を示している。

４段目のグラフは、モータ１の回転数ωの時間変化を示している。

５段目のグラフは、モータロック判定部１０のカウンタ回路１７の出力値、すなわちモータ１のロック状態の成立時間の時間変化を示している。

６段目のグラフは、モータロック判定部１０のカウンタ回路２０の出力値、すなわちモータ１のロック状態検出後の経過時間の時間変化を示している。

７段目のグラフは、モータロック判定部１０が出力する、モータ１のロック状態の判定結果の時間変化を示している。

８段目のグラフは、モータロック判定部１０のＡＮＤ回路１６の出力値、すなわち回転数トルク判定値の時間変化を示している。

９段目のグラフは、ポンプ６の状態の時間変化を示している。

時刻ｔ＝０以前において、モータ１は停止している。したがって、モータ１の回転数ω＝０である。モータ１の出力軸は、何らかの理由、例えば異物の噛み込みによって固定されており、回転することができない。

また、車両コントローラ２から出力される要求トルクＮ＝０である。トルク指令生成部３０の最大トルクＮｍａｘは、第１のトルクＮ１に設定されている。ポンプ６は正常に動作しており、冷却水は一定の温度を保って循環している。

この時、モータロック判定部１０の内部において、回転数判定回路１４は、回転数判定値として偽値を出力する。また、比較回路１５は、トルク判定値として偽値を出力する。したがって、ＡＮＤ回路１６は、回転数トルク判定値として偽値を出力する。

時刻ｔ＝０において、車両コントローラ２から出力される要求トルクＮが正方向に増加し始める。これに伴って、トルク指令生成部３０から出力されるトルク指令Ｎｉも正方向に増加するが、その値は最大トルクＮｍａｘ未満である。また、モータ１の回転数ω＝０のままである。

時刻ｔ＝ｔ１において、モータ１の回転数ω＝０のままであるが、要求トルクＮがトルク閾値Ｎｔｈを上回る。この時、モータロック判定部１０の内部において、比較回路１５は、トルク判定値として真値を出力する。また、回転数判定回路１４は、モータ１の回転数ωが第１の回転数ω１未満であるため、回転数判定値として真値を出力する。したがって、ＡＮＤ回路１６は、回転数トルク判定値として真値を出力する。

回転数トルク判定値が真値となったことにより、カウンタ回路１７のカウントアップが開始される。この後、要求トルクＮはさらに増加していくが、トルク指令生成部３０から出力されるトルク指令Ｎｉは最大トルクＮｍａｘに制限される。

時刻ｔ＝ｔ２において、モータ１のロック状態の成立時間、すなわち回転数トルク判定値が真値である時間が、冷却水の温度Ｔに基づいて算出されるモータロック判定時間ＭＴを上回る。この時、比較回路１８は真値を出力し、ＯＲ回路１９も真値を出力する。したがって、モータロック判定部１０は、モータ１のロック状態の判定結果として真値を出力する。また、カウンタ回路２０のカウントアップが開始される。

モータロック判定部１０から出力されるモータ１のロック状態の判定結果が真値になると、トルク指令生成部３０は、トルク指令Ｎｉの最大トルクＮｍａｘを、第１のトルクＮ１から第２のトルクＮ２に変更する。

時刻ｔ＝ｔ３において、モータ１のロック状態検出後の経過時間、すなわちモータ１のロック状態の判定結果が真値である時間が、経過判定時間ＣＴを上回る。この時、カウンタ回路１７がリセットされ、モータロックの成立時間は０になる。その結果、モータロック判定部１０から出力されるモータ１のロック状態の判定結果は偽値になる。

モータロック判定部１０から出力されるモータ１のロック状態の判定結果が偽値になると、トルク指令生成部３０は、トルク指令Ｎｉの最大トルクＮｍａｘを、第２のトルクＮ２から第１のトルクＮ１に変更する。しかしながら、モータ１の回転数ω＝０の状態は継続するため、時刻ｔ＝ｔ１と同一の状況となる。したがって、モータロック判定部１０の内部において、カウンタ回路１７のカウントアップが再度開始される。

時刻ｔ＝ｔ４において、冷却水を循環させるポンプ６の故障が、第４の故障検出部５４によって検出される。この時、モータロック判定部１０の内部において、出力選択回路１２は、温度センサ４３によって検出される温度Ｔを、最高温度Ｔｍａｘに置き換えて出力する。

モータロック判定時間算出回路１３は、出力選択回路１２から出力される最高温度Ｔｍａｘに基づいて、モータロック判定時間ＭＴを算出する。先述したように、最高温度Ｔｍａｘに基づいて算出されるモータロック判定時間ＭＴは、モータロック判定時間ＭＴのとり得る値の中で最も短い時間である。したがって、比較回路１８で用いられるモータロック判定時間ＭＴは、最も短い時間になる。

時刻ｔ＝ｔ５において、モータ１のロック状態の成立時間、すなわち回転数トルク判定値が真値である時間が、冷却水の最高温度Ｔｍａｘに基づいて算出されるモータロック判定時間ＭＴを上回る。この時、比較回路１８は真値を出力し、ＯＲ回路１９も真値を出力する。したがって、モータロック判定部１０は、モータ１のロック状態の判定結果として真値を出力する。また、カウンタ回路２０のカウントアップが開始される。

モータロック判定部１０から出力されるモータ１のロック状態の判定結果が真値になると、トルク指令生成部３０は、トルク指令Ｎｉの最大トルクＮｍａｘを、第１のトルクＮ１から第２のトルクＮ２に変更する。

以上説明したように、本実施の形態１に係るモータ制御装置１００は、モータ１の回転角θを検出する回転角センサ４１と、回転角センサ４１の故障を検出する第１の故障検出部５１と、モータ１への要求トルクＮ、回転角θおよび第１の故障検出部５１の検出値に基づいて、モータ１がロック状態であるか否かを判定するモータロック判定部１０とを備えている。モータロック判定部１０は、回転角センサ４１の故障時には、モータ１のロック状態の判定条件を、回転角センサ４１の正常時とは異なる条件に変更する。

上記の特徴により、本実施の形態１に係るモータ制御装置１００は、回転角センサ４１の故障時にも、モータ１およびスイッチング回路４の焼損を防止しながら、モータ１へのトルク指令Ｎｉの出力を継続することができる。

また、トルク指令生成部３０は、モータ１がロック状態でない場合には、トルク指令Ｎｉの最大トルクＮｍａｘを第１のトルクＮ１に設定し、モータ１がロック状態である場合には、トルク指令Ｎｉの最大トルクＮｍａｘを、第１のトルクＮ１よりも小さい第２のトルクＮ２に設定する。好ましくは、第２のトルクＮ２は、モータ１のロック状態において、モータ１が常時そのトルクを出力し続けても、モータ１およびスイッチング回路４が焼損に至らないトルクである。

上記の特徴により、本実施の形態１に係るモータ制御装置１００は、モータ１およびスイッチング回路４の焼損をより確実に防止しながら、モータ１へのトルク指令Ｎｉの出力を継続することができる。

また、回転角センサ４１の正常時には、モータロック判定部１０は、要求トルクＮがトルク閾値Ｎｔｈ以上である状態と、回転角θに基づいて算出される回転数ωが第１の回転数ω１未満の状態とが、モータロック判定時間ＭＴにわたって継続する場合に、モータ１がロック状態であると判定する。

上記の特徴により、本実施の形態１に係るモータ制御装置１００は、モータ１のロック状態を高精度に検出することができる。

また、モータロック判定部１０は、モータ１の回転角θを推定するセンサレス回転角推定回路１４５を含んでいる。回転角センサ４１の故障時には、モータロック判定部１０は、センサレス回転角推定回路１４５によって推定される回転角θに基づいて算出される回転数ωが第２の回転数ω２未満の状態が、モータロック判定時間ＭＴにわたって継続する場合に、モータ１がロック状態であると判定する。好ましくは、第２の回転数ω２は、第１の回転数ω１よりも高く設定される。

先述したように、センサレス回転角推定回路１４５によって推定される回転角θは、回転角センサ４１によって検出される回転角θに比べて精度が低い。そのため、回転角センサ４１の故障時に、センサレス回転角推定回路１４５によって推定された回転角θに基づいて算出される回転数ωの精度も低くなる。

このように精度の低い回転数ωを用いて比較を行うために、本実施の形態１に係るモータ制御装置１００では、第２の回転数ω２を第１の回転数ω１よりも高く設定することにより、モータ１のロック状態の判定条件に余裕をもたせている。

また、モータ制御装置１００は、モータ１の駆動電流を検出する電流センサ４２と、電流センサ４２の故障を検出する第２の故障検出部５２とを備えている。電流センサ４２の故障時には、モータロック判定部１０は、モータ１がロック状態であると判定する。

上記の特徴により、本実施の形態１に係るモータ制御装置１００は、電流センサ４２が故障した場合でも、モータ１およびスイッチング回路４の焼損を防止することができる。

また、モータ制御装置１００は、冷却水の温度Ｔを検出する温度センサ４３を備えている。モータロック判定部１０は、温度センサ４３によって検出される温度Ｔに基づいて、モータロック判定時間ＭＴを算出する。

モータ１およびスイッチング回路４が焼損に至るまでの余裕は、冷却水の温度Ｔに応じて異なる。本実施の形態１に係るモータ制御装置１００では、冷却水の温度Ｔに基づいてモータロック判定時間ＭＴを算出することにより、モータ１のロック状態を適切なタイミングで検出することができる。

また、モータ制御装置１００は、温度センサ４３の故障を検出する第３の故障検出部５３を備えている。温度センサ４３の故障時には、モータロック判定部１０は、温度センサ４３によって検出される温度Ｔを最高温度Ｔｍａｘに置き換えて、モータロック判定時間ＭＴを算出する。

上記の特徴により、本実施の形態１に係るモータ制御装置１００は、温度センサ４３の故障時には、最悪の条件を考慮して、モータ１のロック状態を検出することができる。

モータ制御装置１００は、冷却水を循環させるポンプ６の故障を検出する第４の故障検出部５４部を備えている。ポンプ６の故障時には、モータロック判定部１０は、温度センサ４３によって検出される温度Ｔを最高温度Ｔｍａｘに置き換えて、モータロック判定時間ＭＴを算出する。

冷却水を循環させるポンプ６の故障時には、冷却水が正常に循環している場合と比べて、モータ１およびスイッチング回路４の温度がより急激に上昇することが予想される。そのような状況でも、本実施の形態１に係るモータ制御装置１００は、冷却水の温度Ｔを最高温度Ｔｍａｘに置き換えて、それに基づいてモータロック判定時間ＭＴを算出ことにより、早期にモータ１のロック状態を検出することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係るモータ制御装置について説明する。本実施の形態２に係るモータ制御装置は、実施の形態１で用いた回転数判定回路１４に代えて、回転数判定回路２１４を備えている。その他の構成については、実施の形態１と同一であるため、詳細な説明は省略する。

図６は、本実施の形態２に係る回転数判定回路２１４の内部構成を示す図である。回転数判定回路２１４は、回転数算出回路２１５と、比較回路２１６と、出力選択回路２１７とを含んでいる。

回転数算出回路２１５は、回転角センサ４１から出力される回転角θを微分して回転数ωを算出し、算出された回転数ωを出力する。

比較回路２１６は、回転数ωが予め決定される第１の回転数ω１未満の場合には、真値を出力し、回転数ωが第１の回転数ω１以上の場合には偽値を出力する。

出力選択回路２１７は、選択信号２１７ｃが偽値である場合には、入力端子２１７ｂ側の信号を出力し、選択信号２１７ｃが真値である場合には、入力端子２１７ａ側の信号を出力する。

したがって、出力選択回路２１７は、選択信号２１７ｃが偽値である場合、すなわち回転角センサ４１の正常時には、比較回路２１６の出力をそのまま出力する。

一方、出力選択回路２１７は、選択信号２１７ｃが真値である場合、すなわち回転角センサ４１の故障時には、真値を出力する。

結果として、回転数判定回路２１４は、回転角センサ４１の正常時において、回転数ωが第１の回転数ω１未満の場合には、回転数判定値として真値を出力し、回転数ωが第１の回転数ω１以上の場合には、回転数判定値として偽値を出力する。

また、回転数判定回路２１４は、回転角センサ４１の故障時には、回転数判定値として常に真値を出力する。

したがって、本実施の形態２に係るモータ制御装置１００において、モータロック判定部１０は、回転角センサ４１の故障時には、要求トルクＮがトルク閾値Ｎｔｈ以上である状態と、回転角センサ４１の故障状態とが、モータロック判定時間ＭＴにわたって継続する場合に、モータ１がロック状態であると判定する。

なお、上記の実施の形態１および２では、モータ１は、車両に搭載されるエンジンを始動するためのモータであった。この場合、回転角センサ４１の故障検出時に、車両のエンジンが初回始動前でありかつ予め決定されるエンジン回転数未満である場合には、トルク指令生成部３０によるモータ１へのトルク指令Ｎｉの出力を禁止してもよい。

また、回転角センサ４１の故障検出時に、車両のエンジンが再始動開始前でありかつエンジン回転数未満である場合には、トルク指令生成部３０によるモータ１へのトルク指令Ｎｉの出力を許可してもよい。

通常、エンジンの初回始動は、駐車場等において行われる。そのため、エンジンの始動が強く要求される場面は少ない。これに対して、エンジンの再始動は、交差点での右折待ち後の再発進等、エンジンの始動が強く要求される場面が多い。本実施の形態１および２に係るモータ制御装置１００では、エンジンの始動が強く要求される場面において、モータ１およびスイッチング回路４の焼損を防止しながら、可能な限りエンジンの始動を行うことができる。

なお、上述した実施の形態１および２に係るモータ制御装置１００における各機能は、処理回路によって実現される。各機能を実現する処理回路は、専用のハードウェアであってもよく、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。図７は、実施の形態１および２に係るモータ制御装置１００の各機能を専用のハードウェアである処理回路１０００で実現する場合を示した構成図である。また、図８は、実施の形態１および２に係るモータ制御装置１００の各機能をプロセッサ２００１およびメモリ２００２を備えた処理回路２０００により実現する場合を示した構成図である。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路１０００は、例えば、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）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。モータ制御装置１００の各部の機能それぞれを個別の処理回路１０００で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路１０００で実現してもよい。

一方、処理回路がプロセッサ２００１の場合、モータ制御装置１００の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ２００２に格納される。プロセッサ２００１は、メモリ２００２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、各部の機能を実現する。すなわち、モータ制御装置１００は、処理回路２０００により実行されるときに、上述した各制御が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ２００２を備える。

これらのプログラムは、上述した各部の手順あるいは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。ここで、メモリ２００２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが該当する。また、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、ＤＶＤ等も、メモリ２００２に該当する。

なお、上述した各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述した各部の機能を実現することができる。

１ モータ、６ ポンプ、１０ モータロック判定部、３０ トルク指令生成部、４１ 回転角センサ、４２ 電流センサ、４３ 温度センサ、５１ 第１の故障検出部、５２ 第２の故障検出部、５３ 第３の故障検出部、５４ 第４の故障検出部、１４５ センサレス回転角推定回路（回転角推定部）。

Claims (13)

1. モータの回転角を検出する回転角センサと、
   前記回転角センサの故障を検出する第１の故障検出部と、
   前記モータへの要求トルク、前記回転角および前記第１の故障検出部の検出値に基づいて、前記モータがロック状態であるか否かを判定するモータロック判定部と、
   前記要求トルクおよび前記判定の結果に基づいて、前記モータへのトルク指令を生成するトルク指令生成部と
   を備え、
   前記モータロック判定部は、前記回転角センサの故障時には、前記モータのロック状態の判定条件を、前記回転角センサの正常時とは異なる条件に変更する、モータ制御装置。
2. 前記トルク指令生成部は、前記モータがロック状態でない場合には、前記トルク指令の最大トルクを第１のトルクに設定し、前記モータがロック状態である場合には、前記トルク指令の最大トルクを、前記第１のトルクよりも小さい第２のトルクに設定する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記第２のトルクは、前記モータのロック状態において、前記モータが常時そのトルクを出力し続けても、焼損に至らないトルクである、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記回転角センサの正常時には、前記モータロック判定部は、前記要求トルクがトルク閾値以上である状態と、前記回転角に基づいて算出される回転数が第１の回転数未満の状態とが、モータロック判定時間にわたって継続する場合に、前記モータがロック状態であると判定する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記モータロック判定部は、前記モータの回転角を推定する回転角推定部を含み、
   前記回転角センサの故障時には、前記モータロック判定部は、前記回転角推定部によって推定される回転角に基づいて算出される回転数が第２の回転数未満の状態が、前記モータロック判定時間にわたって継続する場合に、前記モータがロック状態であると判定する、請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記第２の回転数は、前記第１の回転数よりも高い、請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記回転角センサの故障時には、前記モータロック判定部は、前記要求トルクがトルク閾値以上である状態と、前記回転角センサの故障状態とが、前記モータロック判定時間にわたって継続する場合に、前記モータがロック状態であると判定する、請求項４に記載のモータ制御装置。
8. 前記モータの駆動電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサの故障を検出する第２の故障検出部と
   をさらに備え、
   前記電流センサの故障時には、前記モータロック判定部は、前記モータがロック状態であると判定する、請求項４〜７のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
9. 冷却水の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記モータロック判定部は、前記温度センサによって検出される温度に基づいて、前記モータロック判定時間を算出する、請求項４〜８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
10. 前記温度センサの故障を検出する第３の故障検出部をさらに備え、
    前記温度センサの故障時には、前記モータロック判定部は、前記温度センサによって検出される温度を最高温度に置き換えて、前記モータロック判定時間を算出する、請求項９に記載のモータ制御装置。
11. 前記冷却水を循環させるポンプの故障を検出する第４の故障検出部をさらに備え、
    前記ポンプの故障時には、前記モータロック判定部は、前記温度センサによって検出される温度を最高温度に置き換えて、前記モータロック判定時間を算出する、請求項９に記載のモータ制御装置。
12. 前記モータは、車両に搭載されるエンジンを始動するためのモータである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
13. 前記回転角センサの故障検出時に、前記車両の前記エンジンが初回始動前でありかつ予め決定されるエンジン回転数未満である場合には、前記トルク指令生成部による前記モータへのトルク指令の出力を禁止し、
    前記回転角センサの故障検出時に、前記車両の前記エンジンが再始動開始前でありかつ前記エンジン回転数未満である場合には、前記トルク指令生成部による前記モータへのトルク指令の出力を許可する、請求項１２に記載のモータ制御装置。

Images