JPH09182494A - 誘導電動機の制御装置、および誘導電動機の制御装置における電流検出手段の異常検出方法、並びに異常検出時の誘導電動機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】誘導電動機の制御装置における電流検出手段の
異常を正しく検知し、また異常時には誘導電動機として
必要十分な性能を確保する。 【解決手段】電流検出手段８の検出結果はマイクロプロ
セッサ２と電流制御回路７の双方に入力され、マイクロ
プロセッサ２にて異常を検知する。異常時には切替手段
１２により電流制御回路７を切り離し、マイクロプロセ
ッサ２からの半導体駆動補助信号２２にて通電を行い、
電流検出手段８の故障診断を行う。故障診断終了後、マ
イクロプロセッサ２により直接電流制御を行い、電動機
５を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導電動機の制御
装置に係り、制御装置の電流検出手段の異常を検出する
方法、および電流検出手段の異常時における誘導電動機
の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導電動機の制御装置において、電流検
出手段の異常を検出する方法としては、３相の電流検出
手段のいずれかの出力値が所定の時間零となることを検
出する方法が特開平4−45078号公報に掲載されている。

【０００３】電流検出手段の異常時における誘導電動機
の駆動方法については、電流検出手段が正常である場合
には誘導電動機をベクトル制御で駆動し、電流検出手段
が異常となった場合には電流検出手段の信号を用いない
滑り周波数制御により電動機を駆動するという方法が、
特開平2−266884 号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平4−45078号公報
に記載されている方法では、電流検出手段が正常であっ
ても異常と判断する場合がある。

【０００５】たとえば電流検出手段に供給される電源ラ
インやアースラインなどに異常が発生した場合などは、
オフセットのみが重畳した場合など、電流検出手段の出
力が零とならない可能性がある。また、電流制御回路の
異常により電流制御回路の出力が零となった場合でも、
電流検出手段の出力は零となる。

【０００６】すなわち、電流検出手段の出力が所定の時
間零であることは、必ずしも電流検出回路の故障を示唆
するものではない。よってこの方法は、電流検出手段の
異常を誤って検出する可能性がある。

【０００７】また特願平2−266884 号公報に記載されて
いる制御方法は、電流検出手段の故障時に誘導電動機の
性能を十分に発揮することができない。

【０００８】この方法は、電流検出手段の異常時におい
て、誘導電動機の滑り周波数制御を行うものである。し
かしこの滑り周波数制御は過渡状態において必要とされ
る加減速能力がベクトル制御に比べ非常に劣っている。

【０００９】電動機内においてトルクを発生するための
磁束が確立するには、電動機の電気的定数によって決ま
る一定の時間が必要である。ベクトル制御においては、
電流のフィードバックによって電動機電流の位相を操作
し、電動機電流の磁束成分を制御できることから、電動
機内の磁束確立までの時間を短縮することができる。一
方、上記公報に記載の滑り周波数制御は、電流のフィー
ドバックを使用しない制御方法であることから、電流機
電流の磁束成分を制御することができず、トルク発生ま
での時間を短縮することができない。

【００１０】すなわち、電流検出手段の異常時にあって
は、加減速能力を十分確保できず、誘導電動機として必
要十分な性能を持続できないという問題を生ずるもので
ある。

【００１１】上記の問題に鑑み、本発明は電流検出手段
の異常を正しく検知する異常検出方法、また電流検出手
段の異常時には、誘導電動機の性能を必要十分に確保で
きる誘導電動機の制御装置、および制御方法を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、誘導電動機
に供給される電流の値を検出する電流検出手段の異常検
出方法において、前記電流検出手段によって検出した３
相の電流値の和が所定の値を超えたことを以て前記電流
検出手段が異常であると判断することを特徴とする電流
検出手段の異常検出方法によって達成される。

【００１３】電流検出手段の異常時における上記目的
は、電流検出手段により検出された電流値により電力変
換手段を制御する手段を前記電力変換手段から切り放す
第１のステップと、中央演算手段が前記電力変換手段を
直接制御することによって前記誘導電動機を制御する第
２のステップから構成されることを特徴とする電流検出
手段の異常時における誘導電動機の制御方法によって達
成される。

【００１４】また、電力半導体によって駆動電源の電力
を変換して誘導電動機に供給する電力変換手段と、前記
電力変換手段から前記誘導電動機へ供給される電流の値
を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検
出された電流値により前記電力変換手段を制御する電流
制御手段と、前記電流制御手段を制御する制御手段とを
備えた誘導電動機の制御装置において、前記制御手段
は、前記電流検出手段の異常時に前記電流制御手段を前
記電力変換手段より切り離し、前記電力変換手段を直接
制御する手段を備えたことを特徴とする誘導電動機の制
御装置によって達成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例として、本発明
を採用した電気車の駆動装置を図を用いて説明する。

【００１６】図１は本発明の電気車の制御装置の基本構
成を示す図である。基本的には、電源１６の電力が電力
変換手段１４によって３相電流に変換され、電動機５を
駆動する構成である。その際制御手段１は、アクセル装
置３とシフト選択装置４からの信号に基づいて電力変換
手段１４の出力を調節，制御する。

【００１７】制御手段１にはマイクロプロセッサ２が内
蔵されており、アクセル装置３とシフト選択装置４から
の信号、および電源１６の電圧検出信号１９と電動機５
に取り付けられた回転検出手段２０からの回転数信号２
１を突き合わせながら、電動機５を駆動するための駆動
指令値６を電流制御回路７に対して演算出力する。

【００１８】電流制御回路７には、上記の駆動指令値６
と、電流検出手段８によって検出された電動機５の３相
の電流を検出した電流検出信号９が入力される。これら
２つの値の比較突き合わせにより、駆動回路１３に対し
て駆動信号１０を出力する。駆動回路１３は、駆動信号
１０に基づいて電力変換手段１４の内部の電力半導体１
５を動作させるための半導体駆動信号１８を生成し、切
替手段１２を通じて電力半導体１５に伝達する。切替手
段１２は、マイクロプロセッサ２から出力される駆動信
号出力許可信号１１によって図中のａ側，ｂ側に切り替
わるが、通常の状態ではａ側に切り替えられており、半
導体駆動信号１８はそのまま電力半導体１５に伝達され
るものである。

【００１９】電力半導体１５には電源１６の電源をコン
デンサ１７で平滑した電力が供給されており、半導体駆
動信号１８に基づいて電源１６の電源が３相電流に変換
され、電動機５に供給される。

【００２０】通常の状態においては、以上のようにして
電動機５が駆動されるものである。次に電流検出手段８
の異常発生時において動作する構成要素について説明す
る。

【００２１】マイクロプロセッサ２は、電流制御回路７
と同様に電動機５に供給される３相の電流検出信号９が
入力される。また駆動回路１３から出力される半導体駆
動信号１８と同じ内容の信号、すなわち図における半導
体駆動補助信号２２を電力半導体１５に出力する。

【００２２】半導体駆動補助信号２２は、電力半導体１
５に入力される前に切替手段１２を通過するが、通常の
状態では前述のようにａ側に接続されており、電力半導
体１５とは切り離されている。

【００２３】電流検出手段８の異常時には、マイクロプ
ロセッサ２が駆動信号出力許可信号１１を操作し、切替
手段１２をｂ側に接続する。このことによって電流制御
回路７と駆動回路１３が切り離され、マイクロプロセッ
サ２からの半導体駆動補助信号２２が電力半導体１５に
伝達される。

【００２４】伝達された半導体駆動補助信号２２によ
り、電流検出手段８の故障判定、および正常な電流検出
手段８の選択が行われる。

【００２５】正常な電流検出手段８が選択されれば、通
常は電流制御回路７で行っている駆動指令値６と電流検
出信号９との比較突き合わせを、今度はマイクロプロセ
ッサ２の内部で行う。

【００２６】さらにマイクロプロセッサ２は、通常は駆
動回路１３が発生する半導体駆動信号１８に代替する半
導体駆動補助信号２２を発生し、電力半導体１５に伝達
することにより、電動機５に駆動力を発生させるもので
ある。

【００２７】次にマイクロプロセッサ２による電流検出
手段８の異常発生検出方法を図２を用いて説明する。

【００２８】電流検出手段８がすべて正常な場合、電動
機５に通電されている３相の電流は、図２のように一様
の振幅の正弦波状の電流が１２０度ずつずれた位相で電
動機５に通電されている。

【００２９】マイクロプロセッサ２は、この３相の電流
を所定の時間ごとに取り込む。

【００３０】この３相の電流は、断面ａ−ａ′の任意の
タイミングで電流を取り込んだ時、 Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＜Ｘ …（１） の関係が成立する。このときの値Ｘは、電流検出手段８
の精度や、マイクロプロセッサ２で電流検出信号９を取
り込んだ時の精度により決まる値である。この（１）の
関係式は、正弦波の位相０〜３６０゜のどの位置でも成
立する関係式である。

【００３１】ここで、電流検出手段８のいずれかが異常
となった場合には、 Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＞Ｘ …（２） となり、通常の検出精度から決まる加算値の上限Ｘより
も値が大きくなる。

【００３２】このことにより、マイクロプロセッサ２に
よって３相の電流の検出値である電流検出信号９を取り
込み、３相の電流の和の計算を行うことによって、電流
検出手段８のいずれかが異常であることを検知できるも
のである。

【００３３】図３は、図２で述べた電流検出手段８の異
常判定処理を示すフローチャートである。図中のＩｕ，
Ｉｖ，Ｉｗは３相の電流、Ｘは前述のしきい値であり、
ｔ１はＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗの合計値がしきい値Ｘを越える
回数の限度を設定した定数である。

【００３４】まず２３ａで３相分の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉ
ｗの取り込みを行う。続いて２３ｂではＩｕ，Ｉｖ，Ｉ
ｗの加算値を変数ＩＡＤＤにセットする。

【００３５】２３ｃで、３相電流の合計値である変数Ｉ
ＡＤＤとしきい値Ｘとの比較を行う。ここでＩＡＤＤ＞
Ｘが成立した場合には３相電流の合計値が規定値を越え
たということであり、２３ｇにおいて時間カウンタを加
算する。

【００３６】また、３相電流の合計値が規定値を超えな
ければ、２３ｆで時間カウンタをリセットする。

【００３７】次に２３ｈにおいて、時間カウンタが定数
ｔ１に達しているかどうか判定する。定数ｔ１に達して
いる場合には、何らかの誤差によるものではなく、継続
的に３相電流の合計値が規定値を超えているということ
であり、電流検出手段８のいずれかが異常であるとみな
し、２３ｄにおいて電流検出手段異常フラグをセットす
る。

【００３８】以上のように、３相電流の合計値が規定値
を超えている時間を計測し、所定の時間に達したら、電
流検出手段８が異常であるとみなすものである。

【００３９】なお、以上の演算及び処理内容はマイクロ
プロセッサ２により行っているが、ハードウェアによる
回路で実現しても同様の結果を得ることができる。

【００４０】次に、以上の方法によって電流検出手段８
の異常が検出された場合のマイクロプロセッサ２内の故
障診断動作およびその構成を図４を用いて説明する。

【００４１】マイクロプロセッサ２には、前述のように
シフト位置信号２６，電源１６の電圧検出信号１９，電
動機５の回転数検出信号２１、および電流検出手段８の
電流検出信号９が入力されている。

【００４２】図２と図３で述べたような方法により電流
検出手段８の異常を検知した際、マイクロプロセッサ２
は駆動信号出力許可信号１１を操作して、電流制御回路
７および駆動回路１３を電力半導体１５より切り離す動
作を行う。

【００４３】切り離した後は、電圧指令算出手段２７に
おいて、故障診断用の電圧指令値２５が電圧検出信号１
９に基づいて演算される。

【００４４】また回転数演算手段２３においては、回転
数検出信号２１に基づいて電動機回転数２４が演算さ
れ、周波数指令算出手段２９に入力される。

【００４５】周波数指令算出手段２９では、前記の電動
機回転数２４とシフト位置信号２６に基づいて、周波数
指令値２８が演算される。このシフト位置信号２６は、
通電する電流の周波数の方向をシフト位置により切り替
えるために使用される。

【００４６】この周波数指令値２８は、電動機回転数２
４と同期した周波数を出力しても良いし、電動機回転数
２４よりも充分大きい周波数を発生しても良い。

【００４７】上記のように演算された電圧指令値２５と
周波数指令値２８は、波形演算手段３０に入力される。
波形演算手段３０はそれら２つの値に基づいて、電力半
導体１５を駆動するための半導体駆動補助信号２２を演
算出力する。

【００４８】先に述べた通り、この半導体駆動補助信号
２２は、電流検出手段８が正常な場合においては、駆動
信号出力許可信号１１により駆動信号伝達スイッチ１０
１が開いており、電力半導体１５には出力されない。電
流検出手段８の異常時においては、駆動信号出力許可信
号１１を操作することにより、半導体駆動補助信号２２
が電力半導体１５に出力され、電流検出手段８に故障診
断用の電流が通電される。

【００４９】通電された電流は電流検出手段８により検
出され、電流検出信号９としてマイクロプロセッサ２に
帰還する。この時はすでに駆動信号出力許可信号１１に
より電流制御回路７と駆動回路１３が切り離されている
ので、ここでは先に出力した半導体駆動補助信号２２に
よる電流検出信号９が入力される。

【００５０】この場合、電流制御は行われていないた
め、電流検出手段８の故障診断のための電流の通電方法
は、電動機５に印加する電圧と周波数のみを調節する、
いわゆるＶ／Ｆ制御である。

【００５１】マイクロプロセッサ２に帰還してきた電流
検出信号９は、電流取り込み手段３１においてゼロ点位
置の補正やフィルタ処理等が行われ、検出処理信号３２
として判断対象切替手段１００に入力される。

【００５２】このように処理された電流検出信号９、す
なわち検出処理信号３２は、ピーク値選別手段３３とオ
フセット算出手段３４により、ピーク値およびオフセッ
ト値について異常が判別される。具体的には、判断対象
切替手段１００および時間計測タイマ３５によって、検
出処理信号３２が所定の時間ごとにピーク値選別手段３
３とオフセット算出手段３４に振り分けられるものであ
る。

【００５３】なお、ピーク値の異常判定は、電動機５に
電流が通電されているときの電流検出手段８の異常を判
定するものであり、オフセット値の異常判定は、電流検
出手段８からの信号が無い状態、すなわち電動機５に電
流が通電されていない状態での出力オフセットの異常を
判定するものである。

【００５４】時間計測タイマ３５は、電流検出手段異常
フラグ４４をトリガとして時間計測を開始するととも
に、判断対象切替手段１００を図４中のｃへ切り替え、
はじめにピーク値の判定を行うように回路を構成する。

【００５５】判断対象切替手段１００がｃに切り替わる
と、先に述べた半導体駆動補助信号２２がマイクロプロ
セッサ２より出力される。その出力による電流検出信号
９は電流取り込み手段３１を経た後、判断対象切替手段
１００によりピーク値選別手段３３に伝達される。

【００５６】ピーク値選別手段３３では、検出処理信号
３２のピーク値を選出し、結果をIup36a，Ivp36b，Iwp3
6cとして出力信号判定手段３７へ入力する。

【００５７】出力信号判定手段３７では、入力されたピ
ーク値より異常なものを判別し、出力異常検出手段判定
フラグ３８をセットして正常検出手段選択手段３９へ伝
達する。

【００５８】これらの処理は時間計測タイマ３５により
所定の時間行われ、次に切替手段の切り替えを図１中に
ｄの方向に切り替えることで検出処理信号３２をオフセ
ット算出手段３４に伝達する。これにより半導体駆動補
助信号２２の出力が遮断され、電動機５に電流が通電さ
れなくなる。

【００５９】オフセット算出手段３４で演算されたオフ
セット演算値４０は、オフセット判定手段４１に伝達さ
れる。ここでは伝達されたオフセット演算値４０の値に
基づいて、電流検出手段８の電流検出信号９の出力にオ
フセットが無いかどうかの判定を行う。

【００６０】このようにしてオフセットが異常な電流検
出手段８について立てられたオフセット異常検出判定フ
ラグ４２を正常検出器選択手段３９へ伝達する。

【００６１】なお、この処理も時間計測タイマ３５によ
って所定の時間行われる。

【００６２】この処理は、電流検出手段の出力がオフセ
ットをもっている場合、電流通電時の検出信号だけでは
判別できないことがあるために必要である。

【００６３】以上の処理を経て、出力異常検出手段判定
フラグ３８とオフセット異常検出判定フラグ４２をもと
に、正常検出手段選択手段３９で正常な電流検出手段８
を選択し、正常検出手段判別フラグ４３として出力する
ものである。

【００６４】図５に図４で述べた故障診断のタイムチャ
ートを示す。

【００６５】通常の走行状態において、Ｋで示すタイミ
ングで電流検出手段８の異常が発生したものとする。

【００６６】マイクロプロセッサ２の内部では図２，図
３で述べたようにＩＡＤＤ（Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ）の計算
を行い、しきい値Ｘとの比較を行っている。

【００６７】ＩＡＤＤは電流検出手段８のいずれかが異
常となった場合には３相電流のバランスが崩れるため、
しきい値Ｘを越える値が発生する。しきい値Ｘを越える
値が時間ｔ１経過すると、電流検出手段８のいずれかが
異常であると判断し、電流検出手段異常フラグ４４をセ
ットする。

【００６８】電流検出手段異常フラグ４４がセットされ
ると同時に時間タイマ４５ａがカウントアップを開始す
る。これは図４で述べた時間計測タイマ３５に内蔵され
ているタイマである。

【００６９】時間タイマ４５ａのカウントアップが時間
ｔ２に達したら、電流検出器８の故障診断のために駆動
信号出力許可信号１１をＯＮにして電圧指令値２５と周
波数指令値２８を発生させる。このことにより電動機５
には電圧指令値２５と周波数指令値２８によって決まる
電流が通電される。

【００７０】この通電処理を時間ｔ３の期間行い、時間
ｔ３が経過したら電圧指令値２５と周波数指令値２８を
ゼロとし、電流通電時の電流検出手段８の信号出力の判
定を行って、出力異常検出手段判定フラグ３８をセット
し、次に駆動信号出力許可信号１１をＯＦＦとする。こ
の操作により電動機５には電流は通電されない状態とな
る。

【００７１】この無通電期間を時間ｔ４の間行い、時間
ｔ４が経過したらオフセットの判定を行い、オフセット
異常検出判定フラグ４２をセットする。

【００７２】この出力異常検出手段判定フラグ３８とオ
フセット異常検出判定フラグ４２の値をもとに正常検出
手段選択手段３９によって正常な電流検出手段８を選択
し、正常検出手段判別フラグ４３を出力する。

【００７３】図４における電流検出器８の故障診断のた
めの電流通電処理の方法について図６と図７により説明
する。

【００７４】図６は誘導電動機の等価回路を示す図であ
る。電動機５には端子電圧Ｖ１が印加され、２次抵抗ｒ
２は滑りＳにより変化するパラメータであることを表し
ている。

【００７５】いまここで電動機５の回転数よりも端子電
圧Ｖ１の周波数を充分高くして印加した場合、滑りはＳ
＝１と表せる。この時のｒ２のパラメータは ｒ２／Ｓ ＝ｒ２／１ ＝ｒ２ …（３） （３）式で示すように固定した抵抗値と考えることが出
来る。

【００７６】このようにすると、図６における等価回路
は図７のように変形できる。

【００７７】図７に示すように、電動機５はｒ１とｒ２
で決まる抵抗回路であると考えることが出来る。つま
り、電動機回転数よりも充分に高い周波数で端子電圧Ｖ
１を印加すれば、合成抵抗で値が決まる一定の一次電流
を通電することが出来るようになる。

【００７８】このことを利用して電流検出手段８の故障
診断時にオープンループでも一定電流を通電して電流検
出手段８の故障診断を行うことが出来る。

【００７９】電動機５に印加する端子電圧Ｖ１の値は、
電圧指令値２５が一定である場合にはオープンループに
よる通電のため、電源１６の電圧により電動機５に印加
される端子電圧Ｖ１が変化する。このために電源１６の
電圧によって電動機５に印加する端子電圧Ｖ１を発生さ
せるための電圧指令値２５は電源電圧によって調整が必
要である。

【００８０】その特性を図８に示す。図８に示すよう
に、電源１６の電圧ＶＢが高くなるほど電圧指令値２５
であるＶ１*を低下させて、電動機５に通電する電流を
一定に保つように調整を行う動作をする。

【００８１】この特性は、５５ｋｗ／３０００rpm の性
能の誘導電動機について言えば、電源１６の電圧ＶＢが
１００Ｖ〜５００Ｖまで変化した時に、電圧指令値２５
の振幅は２０Ｖ〜１０Ｖ程度の範囲で変化させている。

【００８２】次に、本発明の制御装置における電流検出
器８の故障診断処理内容を図９のフローチャートを用い
て説明する。

【００８３】まず最初に４６ａで電流検出手段異常フラ
グ４４の判定を行う。電流検出手段異常フラグ４４がク
リアであるならば、電流検出手段８には異常が無いの
で、４６ｂのルートで処理を終了する。

【００８４】電流検出手段異常フラグ４４がセットされ
ている場合には電流検出手段８に異常が発生したことを
示しているので、４６ｃにおいて時間計測タイマ３５の
内部の時間タイマ４５ａを起動して時間計測を開始す
る。時間ｔ２の経過を４６ｄにてチェックし、時間ｔ２
が経過したら４６ｉを通って、通電故障診断を行うため
に４６ｅへ分岐する。

【００８５】４６ｅにて、通電故障診断用の電圧指令値
２５と周波数指令値２８の計算を行う。次に４６ｆにて
駆動信号出力許可信号１１をオンにするとともに４６ｇ
にて４６ｅの結果、生成される半導体駆動補助信号２２
を出力し、通電故障診断用の電流を電動機５に通電す
る。

【００８６】通電された電流は４６ｈで取り込まれピー
ク値判定を行う。この間も時間タイマ４５ａはカウント
を継続しており、４６ｄの判定で時間ｔ２が経過済み
で、４６ｉの判定で時間ｔ３が経過していない場合に
は、この４６ｅから４６ｈの処理を行う。

【００８７】この４６ｅから４６ｈの処理を時間ｔ３の
間行い、４６ｉにて時間ｔ３が経過したと判定された場
合には、通電故障診断を終了するべく４６ｊに進み、駆
動信号出力許可信号１１をオフにして電動機５への通電
処理を終了する。

【００８８】次に４６ｋにおいて、先に４６ｈで取り込
みを行った通電電流のピーク判別値より、出力が正常で
ない電流検出手段８の判定を行い出力異常検出手段判定
フラグ３８をセットする。

【００８９】その後４６ｌに進み、時間ｔ４が経過しな
い間は４６ｍへ分岐する。４６ｍでは、駆動信号出力許
可信号１１をオフの状態に保持する。４６ｎでは電圧指
令値２５と周波数指令値２８の値をともにゼロにセット
する。これによって電動機５には電流が流れなくなり、
電流検出を行わないときにおける電流検出手段８の信号
レベルを検出できるようになる。

【００９０】４６ｏにて、その電流検出を行わない時の
電流検出手段８の信号レベルを取り込み、オフセットの
検出を行う。

【００９１】この４６ｍから４６ｏまでの処理を時間ｔ
４の間行う。処理４６ｌにて時間ｔ４が経過したと判断
されたら、処理４６ｍから４６ｏの処理を終了して処理
４６ｐに進む。

【００９２】処理４６ｐでは処理４６ｏにて検出した電
流検出手段８のオフセット値をもとに、信号オフセット
が正常でない電流検出手段８を選別し、オフセット異常
検出判定フラグ４２をセットする。

【００９３】次に処理４６ｑに進んで、先にセットされ
た出力異常検出手段判定フラグ３８とオフセット異常検
出判定フラグ４２の両方の値をもとに、正常でない電流
検出手段８の選定を行う。選定の結果は電流検出手段異
常フラグ４４にセットされる。

【００９４】そして処理４６ｒでは、処理４６ｑでセッ
トされた電流検出手段異常フラグ４４の値をもとに、今
度は使用可能である正常な電流検出手段８を選定する。
選定の結果は正常検出手段判別フラグ４３にセットされ
る。

【００９５】以上の手続きで電流検出器８の故障診断を
行うことができるものである。

【００９６】また、時間ｔ２，ｔ３，ｔ４を電動機５の
誘起電圧特性等の特性に合わせることによって、通常制
御時電流の残留磁束による誘起電圧の影響を避けて、故
障診断用の電流を安定に通電させることができる。

【００９７】また、時間ｔ４の間に駆動信号出力許可信
号１１をオフとすることにより、電動機５には確実に電
流通電が遮断され、電流検出手段８の信号出力オフセッ
トについてのみ判別が出来る。

【００９８】次に本発明の一実施例をなすマイクロプロ
セッサ２の電流制御による電動機５の駆動方法を図１０
を用いて説明する。

【００９９】ベクトル制御ブロック６０の回転数演算手
段２３においては、回転数検出信号２１をもとに電動機
５の回転数が演算され、電動機回転数２４が出力され
る。

【０１００】またアクセル装置３のアクセル開度信号８
１，シフト選択装置４のシフト位置信号２６、および電
動機回転数２４の信号はトルク指令演算手段４７に入力
され、トルク指令４８が演算出力される。

【０１０１】演算された電動機回転数２４はトルク指令
４８とともに磁束指令演算手段５０に入力され、電動機
５が発生すべき磁束量を演算し、磁束指令５１が出力さ
れる。

【０１０２】出力された磁束指令５１は励磁リアクタン
ス演算手段５２に入力され、磁束指令５１と見合った励
磁リアクタンス指令５３が演算出力される。励磁リアク
タンス指令５３と磁束指令５１は励磁電流指令演算手段
５４に入力され、励磁電流指令５５を算出する。

【０１０３】磁束指令５１は、トルク指令４８とともに
トルク電流演算手段４９にも入力され、トルク電流指令
５６が算出される。

【０１０４】演算されたトルク電流指令５６および磁束
指令５１はすべり算出手段５７に入力され、電動機５に
与えるべきすべり量を指令するためのすべり指令５８が
算出される。

【０１０５】このすべり指令５８は、先に述べた電動機
回転数２４と加え合わされて電動機５に与えるべき周波
数である一次周波数指令値５９として算出される。

【０１０６】次に電流制御ブロック６１においては、電
流選択手段６２に、電流検出手段８のどれが正常である
かを判別するための正常検出手段判別フラグ４３が入力
され、また電流検出手段８からの信号である電流検出信
号９も３相分入力されている。電流検出手段８に異常が
発生している場合にはこの３相分の信号の内少なくとも
１つは正常でない信号である。

【０１０７】これらの信号をもとに、電流選択手段では
以下の処理により必要な電流値を求める。

【０１０８】まず、先に述べた関係式 Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＜Ｘ …（１） において、３相の電流は一様の振幅で通電されるので Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０ …（４） とおくことができる。

【０１０９】この（４）の関係式から、以下の式が導出
できる。

【０１１０】 Ｉｕ＝−Ｉｖ−Ｉｗ …（５） Ｉｖ＝−Ｉｕ−Ｉｗ …（６） このように（５）（６）式をもとにして、３相の内２相
の電流値を検出することにより、３相分の電流を求める
ことが出来る。

【０１１１】電流制御ブロック６１では、検出された電
動機５の電流は座標変換が行われ、交流電流から直流電
流へ変換される。この場合に必要な電流値はＵ相とＶ相
の２相分あれば良いので、Ｕ相の電流検出手段８が正常
で無い場合には（５）の式，Ｖ相の電流検出手段８が正
常で無い場合には（６）の式を用いて電流制御のための
電流を検出し、マイクロプロセッサ２によって電流制御
を行うことができる。まず、３相の電流の検出信号であ
る電流検出信号９と正常検出手段判別フラグ４３を電流
選択手段６２に入力する。電流選択手段６２では、正常
検出手段判別フラグ４３の値をもとに（５）式または
（６）式の計算を行い、電流演算値６３を出力する。

【０１１２】この電流演算値６３を位相演算値７５とと
もに電流変換手段６４に入力し、座標変換を行って交流
成分から直流成分への変換を行い、変換結果を電流変換
値６５として出力する。

【０１１３】一方、ベクトル制御ブロック６０からはト
ルク電流指令５６，励磁電流指令５５、および一次周波
数指令値５９が電流制御ブロック６１へ入力されてい
る。このトルク電流指令５６と励磁電流指令５５は、電
流変換値６５との突き合わせによって偏差が算出され、
補償手段６６へ入力される。補償手段６６では、偏差を
例えば比例積分補償などで補償し、電流補償値６９を出
力する。

【０１１４】トルク電流指令５６と励磁電流指令５５
は、同時に干渉補償手段６７と負荷角算出手段７３へ入
力される。干渉補償手段６７では、電流演算値６３を電
流変換値６５に座標変換したときの各成分干渉の補償値
を演算するものであり、結果は干渉補償値６８として出
力される。

【０１１５】負荷角算出手段７３では、トルク電流指令
５６と直交する励磁電流指令５５とのベクトルの成す角
度を演算する。演算された結果は負荷角７４として出力
される。

【０１１６】一次周波数指令値５９は、電流制御ブロッ
ク６１に入力された後、積分手段７９に入力されて積分
処理を行われ、位相演算値７５が出力される。

【０１１７】次に、電流補償値６９と干渉補償値６８は
各々が加え合わされて、電圧指令値７０が生成される。
生成された電圧指令値７０と位相演算値７５は逆変換手
段７１に入力され、電動機５に印加する交流の電圧指令
を発生するために、直流成分の指令を交流成分の指令に
逆変換する。逆変換を行われた結果は、３相電圧指令値
７２として出力される。

【０１１８】先に述べた位相演算値７５と負荷角７４は
デッドタイム演算手段７６に入力される。デッドタイム
演算手段７６では、電力半導体１５を駆動するときに必
要な、スイッチングの非重なり時間（あるいは、非ラッ
プ時間）の影響による電動機５への電流の変動を補正す
るためのデッドタイム補償値８０が演算される。入力さ
れた位相演算値７５と負荷角７４より、電流位相に対す
るデッドタイム補償値を演算し、デッドタイム補償値８
０を算出する。

【０１１９】このデッドタイム補償値８０は３相電圧指
令値７２に加算され、結果がＰＷＭ発生手段７７に伝達
される。

【０１２０】ＰＷＭ発生手段７７は、伝達されてきた指
令値をもとに、電力半導体１５を駆動するための駆動信
号である半導体駆動補助信号２２を発生させる。このＰ
ＷＭ発生手段７７でＰＷＭ指令値７８が生成され、電力
半導体１５を通じて電動機５に電流が通電され、電動機
５が駆動力を発生する。

【０１２１】このような構成をとることにより、マイク
ロプロセッサ２が直接電動機５の電流を制御できるよう
になり、電流制御回路の異常時にも電流制御が行えるよ
うになる。電流検出手段８の異常時にも正常な２個の電
流検出手段８を選択し、そこから必要な電流演算値６３
を演算することにより、電動機５に通電すべき電流が制
御できる。すなわち電流検出手段８の異常時にも電流制
御を行って電動機５を駆動できるものである。

【０１２２】また、通常の電流制御回路７で電流制御を
行い電動機５をベクトル制御する時のベクトル制御ブロ
ック６０と、マイクロプロセッサ２によって電流制御を
行う時のベクトル制御ブロック６０は共用化が可能であ
るため、電流検出手段８が正常，異常に関わらずベクト
ル制御にて電動機５を駆動でき、異常発生時においても
違和感の無い走行性能を確保することができる。

【０１２３】

【発明の効果】本発明によれば、電流検出手段により検
出した３相の電流値の和が所定の値を超えたことを以て
電流検出手段の故障を判断するので，電流検出手段の故
障を正しく判別できる。

【０１２４】電流検出手段の故障時には、正常な電流検
出手段を選択し制御手段により直接電流制御を行うの
で、異常発生前と遜色ない誘導電動機の性能を確保する
事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例をなす電気車の制御装置の概
略図。

【図２】本発明の一実施例をなす電気車の制御装置にお
ける正常時の電流検出結果を示す図。

【図３】本発明の一実施例をなす電流検出手段の異常判
定フローチャート。

【図４】本発明の一実施例をなす電気車の制御装置にお
ける機能ブロック図。

【図５】本発明の一実施例をなす故障診断処理のタイム
チャート。

【図６】本発明の一実施例をなす電気車の制御装置にお
ける誘導電動機の等価回路図。

【図７】本発明の一実施例をなす電気車の制御装置にお
ける誘導電動機のすべり１の時の等価回路を示す図であ
る。

【図８】本発明の一実施例をなす電気車の制御装置にお
ける電源電圧に対する故障診断通電電圧の特性図。

【図９】本発明の一実施例をなす電気車の制御装置にお
ける電流検出手段の故障診断処理フローチャート。

【図１０】本発明の一実施例をなす電気車の制御装置に
おける電流制御の機能ブロック図。

【符号の説明】

１…制御手段、２…マイクロプロセッサ、５…電動機、
７…電流制御回路、８…電流検出手段、１２…切替手
段、１４…電力変換手段、１５…電力半導体、１６…電
源、２２…半導体駆動補助信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 5/41 ３０２ Ｈ０２Ｐ 5/408 Ｈ (72)発明者 片田 寛 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 大津 英一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘導電動機に供給される電流の値を検出す
   る電流検出手段の異常検出方法において、 前記電流検出手段によって検出した３相の電流値の和が
   所定の値を超えたことを以て前記電流検出手段が異常で
   あると判断することを特徴とする電流検出手段の異常検
   出方法。
2. 【請求項２】誘導電動機に供給される電流の値を検出す
   る電流検出手段の異常検出方法において、 誘導電動機に供給される３相の電流値を電流検出手段に
   よって検出する第１のステップと、前記第１のステップ
   で検出した３相の電流値の和を求める第２のステップ
   と、前記第２のステップで求めた電流値の和が所定の値
   を超えたことを以て前記電流検出手段が異常であると判
   断する第３のステップとから構成されることを特徴とす
   る電流検出手段の異常検出方法。
3. 【請求項３】前記第３のステップは、前記第２のステッ
   プで求めた電流値の和が所定の値を超えたとき時間カウ
   ンタを加算し、前記時間カウンタが所定の時間に達した
   ことを以て前記電流検出手段が異常であると判断するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の誘導電動機の異常検出
   方法。
4. 【請求項４】誘導電動機の制御装置における電流検出手
   段の異常検出方法において、 誘導電動機に供給される３相の電流値を前記電流検出手
   段により検出する第１のステップと、前記第１のステッ
   プで求めた３相の電流値の和を求める第２のステップ
   と、前記第２のステップで求めた電流値の和が所定の値
   を超えたとき、前記誘導電動機に所定の電流を所定の時
   間通過する第３のステップと、前記第３のステップによ
   って誘導電動機に入力された電流の値を前記電流検出手
   段によって検出する第４のステップと、前記第４のステ
   ップで検出した電流値を似て前記電流検出手段が異常か
   どうかを判定する第５のステップから構成されることを
   特徴とする電流検出手段の異常検出方法。
5. 【請求項５】前記第５のステップは、前記第４のステッ
   プで検出した電流値のピーク値とオフセット値を以て電
   流検出手段が異常かどうかを判定することを特徴とする
   請求項４に記載の電流検出手段の異常検出方法。
6. 【請求項６】電力半導体により駆動電源の電力を変換し
   て誘導電動機に供給する電力変換手段と、前記電力変換
   手段を制御する制御手段と、前記電力変換手段から前記
   誘導電動機へ供給される電流の値を検出して前記制御手
   段へ入力する電流検出手段とを備えた誘導電動機の制御
   装置において、 前記制御手段は、前記電流検出手段によって検出された
   ３相の電流値の和が所定の値を超えたことを以て前記電
   流検出手段が異常であると判断する異常検出手段を備え
   ていることを特徴とする誘導電動機の制御装置。
7. 【請求項７】電流検出手段の異常時における誘導電動機
   の制御方法において、 電流検出手段により検出された電流値により電力変換手
   段を制御する手段を前記電力変換手段から切り放す第１
   のステップと、中央演算手段が前記電力変換手段を直接
   制御することによって前記誘導電動機を制御する第２の
   ステップから構成されることを特徴とする電流検出手段
   の異常時における誘導電動機の制御方法。
8. 【請求項８】前記第２のステップは正常な２相の電流値
   を用いた電力変換手段を制御することを特徴とする請求
   項７に記載の電流検出手段の異常時における誘導電動機
   の制御方法。
9. 【請求項９】電力半導体によって駆動電源の電力を変換
   して誘導電動機に供給する電力変換手段と、前記電力変
   換手段から前記誘導電動機へ供給される電流の値を検出
   する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出され
   た電流値により前記電力変換手段を制御する電流制御手
   段と、前記電流制御手段を制御する制御手段とを備えた
   誘導電動機の制御装置において、 前記制御手段は、前記電流検出手段の異常時に前記電流
   制御手段を前記電力変換手段より切り離し、前記電力変
   換手段を直接制御する手段を備えたことを特徴とする誘
   導電動機の制御装置。
10. 【請求項１０】電力半導体によって駆動電源の電力を変
    換して誘導電動機に供給する電力変換手段と、前記電力
    変換手段から前記誘導電動機へ供給される電流の値を検
    出する電流検出手段と、前記電流検出手段により検出さ
    れた電流値により前記電力変換手段を制御するための駆
    動信号を生成する電流制御手段と、前記電流制御手段に
    より生成された該駆動信号を前記電力変換手段に伝達す
    る駆動信号伝達手段と、前記電流制御手段を制御する制
    御手段とを備えた誘導電動機の制御装置において、 前記制御手段は、前記電力変換手段を直接制御するため
    の補助駆動信号を生成する補助信号生成手段と、前記電
    流検出手段の異常時に前記電力変換手段に入力する信号
    を前記駆動信号から前記補助駆動信号に切り替える信号
    を発生する手段を備えることを特徴とする誘導電動機の
    制御装置。