JP6975632B2 - 半導体装置及びその回転異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置及びその回転異常検出方法に関し、例えばモータを制御する半導体装置及び半導体体装置におけるモータの回転異常検出方法に関する。

近年、プログラムを実行可能な演算装置（例えば、ＭＣＵ（Micro Controller Unit））を用いてモータの回転を制御する駆動波形を生成すると共にモータの回転状態を演算装置で取得して、モータの回転を最適に制御することが行われている。ここで、モータは、回転する機器で有り、不具合によりこの回転に振動が加わることがある。モータの振動はその後の大きな不具合に繋がる可能性もあり、モータの異常振動を検出することは安全設計上重要なことである。そこで、モータの異常振動の検出方法の一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１には、電動車両の異常検知装置が開示されている。この異常検知装置は、車輪を駆動するモータと、モータと一体に設けられ、モータの回転を減速して車輪に伝達する減速機とを有するモータ・減速機ユニットと、を備える。そして、この異常検知装置は、振動センサで測定された振動情報の特定の周波数領域における値が設定された閾値よりも大きくなったとき、モータ・減速機ユニットに異常が発生したことおよびその異常発生箇所を、モータであるか減速機であるかを区別して検出する異常検出手段が設けられる。

特開２０１５−１１９５２５号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、モータ・減速機ユニットに異常が発生したことを検出するために振動センサを用いる必要があるという問題があった。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、半導体装置は、モータの回転角を計測するレゾルバから得られるモータの回転角を示す回転角信号を取得し、回転角信号をデジタル値に変換して回転角情報を生成するレゾルバ回転角変換回路と、モータの相毎の回転角をそれぞれ前記モータの角度変化に変換して回転角時間変化情報を生成するモータ回転角変換回路と、回転角時間変化情報における回転角時間変化の揺らぎ異常検出範囲を超えていた場合に、モータに異常が発生したと判断する判断回路と、を有する。

前記一実施の形態によれば、振動センサ等の振動検出のための素子を用いることなくモータの異常振動を検出することができる。

実施の形態１にかかる半導体装置のブロック図である。 実施の形態１にかかる半導体装置のＲＤコンバータのブロック図である。 実施の形態１にかかる半導体装置のモータ回転角変換回路における処理を説明する図である。 実施の形態１にかかる半導体装置において検出される回転異常が発生した際の回転角時間変化情報の時間変化を説明する図である。 実施の形態２にかかる半導体装置のブロック図である。 実施の形態２にかかる半導体装置の判断回路における異常判定処理を説明するフローチャートである。 実施の形態２にかかる半導体装置に判断回路における定回転時の異常検出範囲と加速時の異常検出範囲を説明する図である。 実施の形態２にかかる半導体装置に判断回路における異常検出方法を説明する図である。 実施の形態３にかかる半導体装置のブロック図である。 実施の形態３にかかる半導体装置に判断回路における異常判定において用いるピーク発生周期を説明する図である。 実施の形態３にかかる半導体装置に判断回路における異常判定処理を説明するフローチャートである。 実施の形態４にかかる半導体装置のブロック図である。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

実施の形態１
図１に実施の形態１にかかる半導体装置１のブロック図を示す。図１では、半導体装置１に加えて、半導体装置１が制御対象とするモータ１０２を示した。また、図１では、モータ１０２を制御するために必要になる半導体装置１の外付け部品としてパワーモジュール回路１００、電流センサ１０１、及びレゾルバ（例えば、レゾルバセンサ回路１０３）を示した。

実施の形態１にかかる半導体装置１は、モータ１０２を駆動する駆動信号の信号波形となる駆動波形信号を出力する。この駆動波形信号は、パワーモジュール回路１００で増幅されて駆動信号となり、パワーモジュール回路１００が出力する駆動信号によりモータ１０２が回転する。電流センサ１０１は、モータ１０２を駆動する駆動信号として与えられる駆動電流の大きさを計測して、電流検出信号ＩＤＥＴを出力する。レゾルバセンサ回路１０３は、レゾルバセンサ回路１０３の回転角を計測して、モータの回転角を示す回転角信号ＳＲを出力する。半導体装置１は、電流検出信号ＩＤＥＴと回転角信号ＳＲに基づき駆動波形信号の波形を変化させることでモータ１０２の回転数を制御する。

実施の形態１では、上記のようなモータ制御を行いながら、回転角信号ＳＲに基づくモータ１０２の回転異常を検出する。そこで、実施の形態１について以下で詳細に説明する。図１に示すように、実施の形態１にかかる半導体装置１は、モータ駆動制御回路１０、レゾルバ回転角変換回路（例えば、ＲＤコンバータ１５）、メモリ１６、モータ回転角変換回路１７、判断回路１８を有する。なお、ＲＤコンバータ１５はモータ駆動制御回路１０におけるモータ制御にも用いられるものである。また、モータ駆動制御回路１０は、演算処理回路１１、タイマ１２、出力インタフェース回路１３、アナログデジタル変換器１４を有する。

モータ駆動制御回路１０は、モータ１０２を駆動する駆動信号の波形を示す駆動波形信号を生成する。この駆動波形信号は、演算処理回路１１、タイマ１２、出力インタフェース回路１３により生成される。演算処理回路１１は、モータ１０２を制御するためのプログラムを実行する。このプログラムは、メモリ１６に格納されていても良いし、図示しない他のメモリに格納されていても良い。演算処理回路１１は、メモリからプログラムをロードして実行する。

タイマ１２は、演算処理回路１１から指示に基づき駆動波形信号となるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成する。出力インタフェース回路１３は、タイマ１２で生成されたＰＷＭ信号を駆動波形信号としてパワーモジュール回路１００に出力する。アナログデジタル変換器１４は、アナログ信号として与えられる電流検出信号ＩＤＥＴの電圧レベルに応じた大きさのデジタル値を出力する。アナログデジタル変換器１４が出力する信号はフィードバック信号ＳＦＢとして演算処理回路１１に与えられる。

ＲＤコンバータ１５は、モータ１０２の回転角を示す回転角信号ＳＲ（アナログ信号）を取得し、回転角信号ＳＲをデジタル値に変換して回転角情報を生成する。図１に示す例では、ＲＤコンバータ１５は、回転角情報として制御用回転角情報ＲＣＯＮＴと異常検出用回転角情報ＲＤＴとを出力する。制御用回転角情報ＲＣＯＮＴは、演算処理回路１１に与えられてモータの回転制御に用いられる。異常検出用回転角情報ＲＤＴは、メモリ１６に一旦格納される。なお、図１に示す例では、ＲＤコンバータ１５は、半導体装置１内に内蔵されるが、ＲＤコンバータ１５は、半導体装置１とは異なる半導体チップ上に形成されていても構わない。

モータ回転角変換回路１７は、モータの相毎の回転角をそれぞれモータ１０２の角度変化に変換して回転角時間変化情報を生成する。実施の形態１にかかるモータ回転角変換回路１では、１つの回転角時間変化情報に少なくともモータ１０２の１回転分の回転角情報を含むようにモータ回転角変換回路１７は回転角時間変化情報を生成する。

判断回路１８は、回転角時間変化情報における回転角時間変化が異常検出範囲を超えていた場合に、モータ１０２に異常が発生したと判断する。判断回路１８は、モータ１０２に異常が発生しているか否かの情報を演算処理回路１１に与える。演算処理回路１１は、判断回路１８から与えられる情報がモータ駆動制御回路１０の異常を示すものである場合、モータ１０２の回転数を抑制する、或いは、停止させる等の処置をとる。判断回路１８における異常判断の方法の詳細は後述する。

続いて、実施の形態１にかかるＲＤコンバータ１５について詳細に説明する。図２に実施の形態１にかかるＲＤコンバータ１５のブロック図を示す。図２に示すように、実施の形態１にかかるＲＤコンバータ１５は、入力バッファ２１、２２、アナログデジタル変換器２３、第１のトラッキングループ回路２４、第２のトラッキングループ回路２５を有する。

入力バッファ２１は、回転角信号ＳＲのうちＳＩＮ成分が差動信号として入力され、このＳＩＮ成分の回転角信号ＳＲおシングルエンド信号として出力する。入力バッファ２２は、回転角信号ＳＲのうちＣＯＳ成分が差動信号として入力され、このＣＯＳ成分の回転角信号ＳＲをシングルエンド信号として出力する。

アナログデジタル変換器２３は、入力バッファ２１、２２から出力される信号をデジタル値に変換して後段の第１のトラッキングループ回路２４及び第２のトラッキングループ回路２５に出力する。第１のトラッキングループ回路２４は、回転角信号ＳＲに対する追従性が低い第１のフィルタ係数（例えば、モータ制御用カットオフ周波数ゲインＦＣＧ＿ＣＯＮＴ）を用いてアナログデジタル変換器２３が出力したデジタル値から制御用回転角情報ＲＣＯＮＴを生成する。この制御用回転角情報ＲＣＯＮＴは、モータ駆動制御回路１０に出力される。第２のトラッキングループ回路２５は、回転角信号ＳＲに対する追従性が高い第２のフィルタ係数（例えば、異常検出用カットオフ周波数ゲインＦＣＧ＿ＤＴ）を用いてアナログデジタル変換器２３が出力したデジタル値から異常検出用回転角情報ＲＤＴを生成する。この異常検出用回転角情報ＲＤＴは、メモリ１６を介してモータ回転角変換回路１７に出力される。

ここで、制御用回転角情報ＲＣＯＮＴと異常検出用回転角情報ＲＤＴとについて説明する。制御用回転角情報ＲＣＯＮＴは、異常検出用回転角情報ＲＤＴよりもゲインの低い第１のフィルタ係数によりフィルタリングされる。そのため、図２に示すように、制御用回転角情報ＲＣＯＮＴは、異常検出用回転角情報ＲＤＴに比べて波形の揺らぎが少ない。つまり、制御用回転角情報ＲＣＯＮＴは、ノイズ成分が少なくモータ１０２の回転位置の把握により適した回転角の時間遷移を表す。一方、異常検出用回転角情報ＲＤＴは、回転角信号ＳＲに対する追従性が高くレゾルバセンサ回路１０３により検出されるモータ１０２の回転角の変化をより反映したものになる。

このように、実施の形態１にかかる半導体装置１では、モータ駆動制御回路１０に対してはノイズ成分が少なく理想状態に近い回転角の時間変化を示す制御用回転角情報ＲＣＯＮＴを与える。これにより、実施の形態１にかかる半導体装置１では、モータの回転制御の精度を向上させる。一方、実施の形態１にかかる半導体装置１では、モータ回転角変換回路１７に対して回転角の揺らぎを反映した回転角の時間変化を示す異常検出用回転角情報ＲＤＴを与える。これにより、実施の形態１にかかる半導体装置１では、モータ１０２の振動の検出精度を向上させることができる。

ここで、第１のトラッキングループ回路２４及び第２のトラッキングループ回路２５について更に詳細に説明する。図２に示すように、第１のトラッキングループ回路２４は、信号合成回路３１、波形処理回路３２、ＰＩ制御回路３３、加算器３４を有する。第２のトラッキングループ回路２５は、信号合成回路４１、波形処理回路４２、ＰＩ制御回路４３、加算器４４を有する。第１のトラッキングループ回路２４と第２のトラッキングループ回路２５は、適用されるカットオフ周波数ゲインが異なるのみであり、回路構成は同じである。そこで、第１のトラッキングループ回路２４を例にトラッキングループ回路の回路構成を説明する。

信号合成回路３１は、第１のトラッキングループ回路２４の出力となる制御用回転角情報ＲＣＯＮＴに含まれる回転角のＳＩＮ成分及びＣＯＳ成分と、アナログデジタル変換器２３から出力される回転角信号ＳＲのＳＩＮ成分及びＣＯＳ成分と、に乗算及び減算等の処理をして新たなＳＩＮ成分とＣＯＳ成分を生成する。波形処理回路３２は、信号合成回路３１で合成されたＳＩＮ成分とＣＯＳ成分に対して位相制御及び同期検波処理を施す。ＰＩ制御回路３３は、波形処理回路３２で処理されたＳＩＮ成分とＣＯＳ成分に対して、モータ制御用カットオフ周波数ゲインＦＣＧ＿ＣＯＮＴに比例した重み付けをする比例（Proportional）処理と、重み付けされた各値を積分する積分（Integral）処理と、を行う。加算器３４は、ＰＩ制御回路３３で処理されたＳＩＮ成分とＣＯＳ成分とを加算して制御用回転角情報ＲＣＯＮＴを生成する。また、加算器３４は、加算前のＳＩＮ成分とＣＯＳ成分をフィードバック信号として信号合成回路３１に出力する。

続いて、実施の形態１にかかるモータ回転角変換回路１７において行われる処理について説明する。まず、レゾルバセンサ回路１０３は、モータが１回転するよりも短い時間で１回転分の回転角信号ＳＲを出力する。そして、モータ回転角変換回路１７は、モータの相毎の回転角をそれぞれモータの１回転分の角度変化に変換して回転角時間変化情報を生成する。より具体的には、モータ回転角変換回路１７は、メモリ１６に蓄積された異常検出用回転角情報ＲＤＴから、モータ１０２の１回転分に相当する異常検出用回転角情報ＲＤＴを読み出し、読み出した異常検出用回転角情報ＲＤＴを合成して回転角時間変化情報を生成する。をそこで、図３に実施の形態１にかかる半導体装置のモータ回転角変換回路における処理を説明する図を示す。

図３では、上側にレゾルバセンサ回路１０３から出力される回転角信号ＳＲから生成される異常検出用回転角情報ＲＤＴを示し、下側にモータ回転角変換回路１７で処理された後の回転角時間変化情報を示した。異常検出用回転角情報ＲＤＴは、横軸を時間、縦軸をレゾルバ回転角度として表される。図３に示す例では、３つの異常検出用回転角情報ＲＤＴによりモータ１０２の１回転分の回転角変化となる。そこで、モータ回転角変換回路１７は、３つの異常検出用回転角情報ＲＤＴを合成してモータ１０２の１回転分の回転角時間変化情報を生成する。また、図３に示すように、レゾルバセンサ回路１０３により計測された回転角信号ＳＲに基づき生成されるモータ１０２の回転角の波形（例えば、回転波形）は、理想モータ回転波形に対して揺らぎを有する。

続いて、判断回路１８におけるモータ１０２の回転異常の有無の判断について説明する。そこで、図４に実施の形態１にかかる半導体装置において検出される回転異常が発生した際の回転角時間変化情報の時間変化を説明する図を示す。

モータ１０２に振動等の回転異常が生じていた場合、モータ１０２の回転速度が不均一になる。そのため、レゾルバセンサ回路１０３が出力する回転角信号ＳＲから生成される回転角時間変化情報は、回転異常が発生していないときに比べて理想モータ回転波形に対する揺らぎが大きくなる。判断回路１８では、理想モータ回転波形と回転角時間変化情報の差分値が予め設定される異常検出範囲以上となった場合にモータ１０２に回転異常が発生したと判断する。

ここで、理想モータ回転波形と回転角時間変化情報との差分値の算出方法の一例としては、二乗平均を算出し、この二乗平均が異常検出範囲を超えたか否かにより回転異常の有無を判断する方法が考えられる。また、理想モータ回転波形と回転角時間変化情報との差分値の算出方法の別の例としては、理想モータ回転波形に対して所定の範囲を持った異常検出範囲を設定し回転角時間変化情報の値が異常検出範囲を超える変化を示したことを検出する方法が考えられる。

上記説明より、実施の形態１にかかる半導体装置１は、レゾルバセンサ回路１０３から出力される回転角信号ＳＲからモータ１０２の１回転分の回転角時間変化情報を生成する。そして、実施の形態１にかかる半導体装置１は、この回転角時間変化情報と理想モータ回転波形との差分値が異常検出範囲を超えたことに応じてモータ１０２の回転異常を検出する。これにより、実施の形態１にかかる半導体装置１は、振動センサ等を用いることなくモータ１０２の回転異常を検出することができる。

また、実施の形態１にかかる半導体装置１のモータ回転角変換回路１７及び判断回路１８の処理は、主に数値演算によるものである。そのため、モータ回転角変換回路１７及び判断回路１８の処理を演算処理回路１１で実行されるプログラムにより行うこともできる。

また、実施の形態１にかかる半導体装置１では、モータ駆動制御回路１０におけるモータ制御に用いられる制御用回転角情報ＲＣＯＮＴよりもフィルタゲインが高い第２のフィルタ係数を適用して回転角信号ＳＲに対する追従性が高い異常検出用回転角情報ＲＤＴを生成し、この異常検出用回転角情報ＲＤＴを用いて回転異常の検出を行う。これにより、実施の形態１にかかる半導体装置１は、モータ駆動制御回路１０におけるモータ制御を適切に行いながら、高い精度で回転異常を検出することができる。

また、上記説明では、実施の形態１にかかる半導体装置１は、モータ１０２の１回転分の異常検出用回転角情報ＲＤＴに基づきモータ１０２の回転異常を判定する。このように、モータ１０２の１回転分以上の異常検出用回転角情報ＲＤＴに基づき異常を判定することとで、回転異常の誤検出を防止した精度の高い異常検出を行うことができる。なお、異常検出に用いる異常検出用回転角情報ＲＤＴの長さは、モータ１０２の１回転よりも短い長さであっても構わない。また、より長い期間の異常検出用回転角情報ＲＤＴに基づき回転異常を判定することで異常検出精度をより高めることができる。

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかる半導体装置１の別の形態となる半導体装置２を説明する。そこで、図５に実施の形態２にかかる半導体装置２のブロック図を示す。図５に示すように、実施の形態２にかかる半導体装置２は、実施の形態１の半導体装置１からメモリ１６を除き、モータ回転角変換回路１７及び判断回路１８に代えてモータ回転角変換回路５７及び判断回路５８を有する。

モータ回転角変換回路５７は、ＲＤコンバータ１５から直接異常検出用回転角情報ＲＤＴを受け取って、受け取った順に回転角時間変化情報を出力する。判断回路５８は、カウンタを有し、モータ回転角変換回路５７から受け取った順に回転角時間変化情報に対して異常判定範囲を超えているか否かを判断し、回転角時間変化情報が異常判定範囲を超えていた場合にはカウンタのカウント値をカウントアップする。また、判断回路５８は、モータ１０２が加減速状態にある場合、異常検出範囲をモータの回転速度に合わせて変化させる。この判断回路５８の異常判定方法を具体的に以下で説明する。

図６に実施の形態２にかかる半導体装置の判断回路における異常判定処理を説明するフローチャートを示す。なお、図６に示したフローチャートの処理は、モータ回転角変換回路５７が角速度時間変化情報を判断回路５８に与える毎に行われる。図６に示すように、判断回路５８は、異常判定処理を開始すると、まずモータ１０２が定回転動作中であるか否かを判断する（ステップＳ１）。このステップＳ１の判断では、演算処理回路１１からモータの制御状態を取得する。そして、ステップＳ１において、モータ１０２が定回転動作中であると判断された場合、判断回路５８は、異常検知範囲を定回転用異常検出範囲に設定する（ステップＳ２）。また、ステップＳ１において、モータ１０２が加減速動作中であると判断された場合、判断回路５８は、異常検知範囲を加減速の速度に応じた異常検知範囲に設定する（ステップＳ３）。

ここで、判断回路５８において切り替えられる異常検知範囲について説明する。図７に実施の形態２にかかる半導体装置に判断回路における定回転時の異常検出範囲と加速時の異常検出範囲を説明する図を示す。図７に示すように、モータ１０２が定回転状態である場合、モータの回転角度と異常検出用回転角情報ＲＤＴの変化の理想状態は線形となるため、異常検出範囲の上限値及び下限値もモータの回転角に対して線形の変化を示すものとなる。一方、モータ１０２が加速状態である場合、モータの回転角度と異常検出用回転角情報ＲＤＴの変化の理想状態は加速度に応じた非線形となるため、異常検出範囲の上限値及び下限値もモータの回転角に対して非線形の変化を示すものとなる。

続いて、判断回路５８では、回転角時間変化情報が示す値が異常検知範囲の範囲内であるか否かを判断する異常検知処理を行う（ステップＳ４）。そして、ステップＳ４において、回転角時間変化情報が示す値が異常検知範囲の範囲を超える異常状態が検出された場合、判断回路５８はカウンタのカウント値を１つカウントアップする（ステップＳ５）。ここで、判断回路５８における異常検出方法について、図８に示す実施の形態２にかかる半導体装置に判断回路における異常検出方法を説明する図を参照して説明する。

図８に示す例は、定回転動作中の異常検出方法を説明するものである。図８に示すように、判断回路５８は、ステップＳ２で設定された異常検出範囲の上限値、又は、下限値を回転角時間変化情報の値が超えた場合に異常を検出し、その検出回数をカウントする。

そして、判断回路５８は、カウンタをカウントアップさせた後にカウント数が予め設定される判定閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ６）。このステップＳ６において、カウント数が判定閾値未満であった場合、判断回路５８は、一旦異常判定処理を終了して次に回転角時間変化情報が入力されるまで処理を待機する。一方、このステップＳ６において、カウント数が判定閾値以上であった場合、判断回路５８は、モータ１０２に回転異常の兆候があるとして、演算処理回路１１に異常の兆候があることを通知する（ステップＳ７）。

また、ステップＳ４において、回転異常が検出されなかった場合、判断回路５８は、一定時間の間異常が検出されなかった否かを判断する（ステップＳ８）。このステップＳ８において、最後に異常が検出されてからの経過時間が一定期間を超えていれば、判断回路５８は、カウンタのカウント値をクリアして、一旦異常判定処理を終了して次に回転角時間変化情報が入力されるまで処理を待機する（ステップＳ９）。一方、このステップＳ８において、最後に異常が検出されてからの経過時間が一定期間を超えていなければ、判断回路５８は、カウンタのカウント値を維持したまま、一旦異常判定処理を終了して次に回転角時間変化情報が入力されるまで処理を待機する。

上記説明より、実施の形態２にかかる半導体装置２では、メモリ１６を用いることなくモータ１０２の回転異常を検出することができる。これにより、実施の形態２にかかる半導体装置２は、回路面積を削減することができる。

また、実施の形態２にかかる半導体装置２では、メモリ１６の容量に関係なく長い期間の異常検出用回転角情報ＲＤＴに基づき回転異常を検出できるため、回転異常の誤検出を防止してより高い精度の異常検出を、小さな回路規模で実現することが出来る。

実施の形態３
実施の形態３では、実施の形態１にかかる半導体装置１の別の形態となる半導体装置３について説明する。図９に実施の形態３にかかる半導体装置３のブロック図を示す。図９に示すように、実施の形態３にかかる半導体装置３は、実施の形態１にかかる半導体装置１の判断回路１８を判断回路６８に置き換えたものである。

判断回路６８は、回転角時間変化情報における回転角値のピークの出現周期からモータ１０２の振動周波数を解析し、振動周波数が前記モータの固有振動の周波数以外であった場合に前記モータに異常が発生したと判断する。ここで、判断回路６８において解析されるモータの振動周波数について、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態３にかかる半導体装置に判断回路における異常判定において用いるピーク発生周期を説明する図である。

図１０に示すように、モータ１０２に振動が発生した場合、角速度時間変化情報に揺らぎが生じる。そこで、判断回路６８では、角速度時間変化情報に揺らぎのピーク間の周期Ｔ１〜Ｔ４を算出し、この周期Ｔ１〜Ｔ４に基づき揺らぎの周波数を解析する。

続いて、判断回路６８における異常判定処理の処理フローについて説明する。そこで、図１１に実施の形態３にかかる半導体装置に判断回路における異常判定処理を説明するフローチャートを示す。なお、図１１に示したフローチャートの処理は、モータ回転角変換回路１７が角速度時間変化情報を判断回路６８に与える毎に行われる。

図１１に示すように判断回路６８は、モータ回転角変換回路１７がメモリ１６から読み出した異常検出用回転角情報ＲＤＴに基づき生成した回転角時間変化情報を受け取る（ステップＳ１１）。そして、判断回路６８は、受け取った回転角時間変化情報に対して周波数解析を行う（ステップＳ１２）。判断回路６８は、ステップＳ１２の周波数解析の結果、角速度時間変化情報に生じている揺らぎがモータの固有振動の周波数以外の周波数であった場合、異常発生の兆候ありとして、異常を演算処理回路１１に通知する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。一方、判断回路６８は、ステップＳ１２の周波数解析の結果、角速度時間変化情報に生じている揺らぎがモータの固有振動の周波数と同じ周波数であると判定した場合、一旦異常判定処理を終了して、次の回転角時間変化情報の入力を待つ。

上記説明より、実施の形態３にかかる半導体装置３では、異常検出用回転角情報ＲＤＴから得られるモータ１０２の振動に関する情報のうちモータ１０２の固有振動については正常なものとして判定する。これにより、実施の形態３にかかる半導体装置３では、モータ１０２の固有振動に関する誤判定を低減することができる。

実施の形態４
実施の形態４では、実施の形態１にかかる半導体装置１の別の形態となる半導体装置４について説明する。そこで、図１２に実施の形態４にかかる半導体装置４のブロック図を示す。図１２に示すように、実施の形態４にかかる半導体装置４は、判断回路１８を判断回路７８に置き換えたものである。

判断回路７８は、モータの回転及び振動の正常状態及び異常状態について予め学習された人工知能であって、回転角時間変化情報を人工知能に入力した結果に応じてモータの状態をモータ駆動制御回路１０に通知する。

この人工知能の学習方法としては、入力データに対してデータ予測を行う教師無し学習（推論アルゴリズム）によるものや、特徴分類により入力データが正常な挙動から得られたデータなのか異常な挙動から得られたデータなのか等の特徴を判断する教師有り学習によるもの等が考えられる。

この判断回路７８を用いることで、実施の形態４にかかる半導体装置４は、閾値、或いは、異常判定範囲によらずにモータ１０２の回転異常を検出することができる。また、次子の形態４にかかる半導体装置４では、推論アルゴリズムを用いることで、現在得られたデータに基づく異常発生の兆候を検出することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

（付記１）
モータを駆動する駆動信号の波形を示す駆動波形信号を生成するモータ駆動制御回路と、
前記モータの回転角を計測するレゾルバから前記モータの回転角を示す回転角信号を取得し、前記回転角信号をデジタル値に変換して回転角情報を生成するレゾルバ回転角変換回路と、
前記モータの相毎の前記回転角情報をそれぞれ前記モータの角度変化に変換して回転角時間変化情報を生成するモータ回転角変換回路と、
前記回転角時間変化情報における回転角時間変化が異常検出範囲を超えていた場合に、前記モータに異常が発生したと判断する判断回路と、
を有する半導体装置。

（付記２）
前記レゾルバ回転角変換回路は、
取得した前記回転角信号に対する追従性が低い第１のフィルタ係数を用いて制御用回転角情報を生成し、前記モータ駆動制御回路に前記制御用回転角情報を出力する第１のトラッキングループ回路と、
取得した前記回転角情報に対する追従性が高い第２のフィルタ係数を用いて異常検出用回転角情報を生成し、前記モータ回転角変換回路に前記異常検出用回転角情報を出力する第２のトラッキングループ回路と、
を有する付記１に記載の半導体装置。

（付記３）
前記モータ回転角変換回路は、前記モータの相毎の回転角をそれぞれ前記モータの１回転分の角度変化に変換して回転角時間変化情報を生成する付記１に記載の半導体装置。

（付記４）
前記レゾルバ回転角変換回路と、前記モータ回転角変換回路との間に設けられるメモリを更に有し、前記レゾルバ回転角変換回路は、前記回転角情報を前記メモリに蓄積し、前記モータ回転角変換回路は、前記メモリから前記回転角情報を読み出す付記１に記載の半導体装置。

（付記５）
前記判断回路は、前記モータが加減速状態にある場合、前記異常検出範囲を前記モータの回転速度に合わせて変化させる付記１に記載の半導体装置。

（付記６）
前記判断回路は、前記回転角時間変化情報の値が前記異常検出範囲を超えた回数が、一定時時間内に所定の回数を超えた場合に前記モータに異常が発生したと判断する付記１に記載の半導体装置。

（付記７）
前記判断回路は、前記回転角時間変化情報における回転角値のピークの出現周期から前記モータの振動周波数を解析し、前記振動周波数が前記モータの固有振動の周波数以外であった場合に前記モータに異常が発生したと判断する付記１に記載の半導体装置。

（付記８）
前記判断回路は、前記モータの回転及び振動の正常状態及び異常状態について予め学習された人工知能であって、前記回転角時間変化情報を前記人工知能に入力した結果に応じて前記モータの状態を前記モータ駆動制御回路に通知する付記１に記載の半導体装置。

（付記９）
前記レゾルバ回転角変換回路は、前記モータ駆動制御回路とは異なる半導体チップ上に形成される付記１に記載の半導体装置。

１〜４ 半導体装置
１０ モータ駆動制御回路
１１ 演算処理回路
１２ タイマ
１３ 出力インタフェース回路
１４ アナログデジタル変換器
１５ ＲＤコンバータ
１６ メモリ
１７、５７ モータ回転角変換回路
１８、５８、６８、７８ 判断回路
２１、２２ 入力バッファ
２３ アナログデジタル変換器
２４ 第１のトラッキングループ回路
２５ 第２のトラッキングループ回路
３１、４１ 信号合成回路
３２、４２ 波形処理回路
３３、４３ ＰＩ制御回路
３４、４４ 加算器
１００ パワーモジュール回路
１０１ 電流センサ
１０２ モータ
１０３ レゾルバセンサ回路
ＳＲ 回転角信号
ＩＤＥＴ 電流検出信号
ＳＦＢ フィードバック信号
ＲＣＯＮＴ 制御用回転角情報
ＲＤＴ 異常検出用回転角情報

Claims (6)

1. モータを駆動する駆動信号の波形を示す駆動波形信号を生成するモータ駆動制御回路と、
   前記モータに接続されたレゾルバからの出力信号をデジタル値に変換し、レゾルバ回転角度の時間変化を示す回転角情報を生成するレゾルバ回転角変換回路と、
   前記回転角情報を前記モータの１回転分の角度変化に変換して回転角時間変化情報を生成するモータ回転角変換回路と、
   前記回転角時間変化情報における回転角時間変化が異常検出範囲を超えていた場合に、前記モータに異常が発生したと判断する判断回路と、を有し、
   前記レゾルバ回転角変換回路は、
   取得した前記回転角情報に対する追従性が低い第１のフィルタ係数を用いて制御用回転角情報を生成し、前記モータ駆動制御回路に前記制御用回転角情報を出力する第１のトラッキングループ回路と、
   取得した前記回転角情報に対する追従性が高い第２のフィルタ係数を用いて異常検出用回転角情報を生成し、前記モータ回転角変換回路に前記異常検出用回転角情報を出力する第２のトラッキングループ回路と、を有する半導体装置。
2. 前記レゾルバ回転角変換回路と、前記モータ回転角変換回路との間に設けられるメモリを更に有し、前記レゾルバ回転角変換回路は、前記回転角情報を前記メモリに蓄積し、前記モータ回転角変換回路は、前記メモリから前記回転角情報を読み出す請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記判断回路は、前記モータが加減速状態にある場合、前記異常検出範囲を前記モータの回転速度に合わせて変化させる請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記判断回路は、前記回転角時間変化情報の値が前記異常検出範囲を超えた回数が、一定時時間内に所定の回数を超えた場合に前記モータに異常が発生したと判断する請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記レゾルバ回転角変換回路は、前記モータ駆動制御回路と同じ半導体チップ上に形成される請求項１に記載の半導体装置。
6. モータに接続されたレゾルバから得られる情報に対して演算装置にて演算処理を施すことで前記モータの異常回転を検出する方法であって、
   前記レゾルバからの出力信号をデジタル値に変換してレゾルバ回転角度の時間変化を示す回転角情報を生成し、
   前記回転角情報を前記モータの１回転分の角度変化に変換して回転角時間変化情報を生成するモータ回転角変換処理を行い、
   前記回転角時間変化情報における回転角時間変化が異常検出範囲を超えていた場合に、前記モータに異常が発生したと判断し、
   前記モータ回転角変換処理において、
   取得した前記回転角情報に対する追従性が低い第１のフィルタ係数を用いて制御用回転角情報を生成する第１のトラッキングループ処理と、
   取得した前記回転角情報に対する追従性が高い第２のフィルタ係数を用いて異常検出用回転角情報を生成する第２のトラッキングループ処理と、を行う回転異常検出方法。

Images