JPWO2017110855A1 - モータの診断方法及びこれを用いた電力変換装置 - Google Patents

Abstract

モータの状態を診断する診断方法は、モータの回転速度が０となる非回転電圧信号に基づいてモータに印加する印加ステップと、非回転電圧信号を印加したモータに供給される電流を計測する計測ステップとを含む。この診断方法は、計測ステップにより計測されるモータの電流に基づいてモータの電気特性を演算する演算ステップと、演算ステップにより演算されるモータの電気特性と非回転電圧信号に関するパラメータとに基づいてモータの異常を判定する判定ステップとを含む。

Description

この発明は、モータの状態を診断する診断方法及びこれを用いた電力変換装置に関する。

ＪＰ２０１２−２３８１３Ａには、モータの回転数が所定値を超えるときは、モータの故障ありと判定する診断装置が開示されている。

上述のような診断装置において、モータの故障を診断するにはモータ自身が回転していなければならない。そのため、モータが回転できない状態や、モータが回転できる状態か否かが不明な状態において、モータの状態を診断するためにモータを回転駆動させようとすると、制御装置の負荷が大きくなってしまい、故障の原因となるという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、モータの回転が停止した非回転状態であってもモータを診断することが可能な診断方法及びこれを用いた電力変換器を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、モータの状態を診断する診断方法は、前記モータの回転速度が０となる非回転電圧信号に基づいて前記モータに電圧を印加する印加ステップと、前記印加ステップによって電圧が印加された前記モータに供給される電流を計測する計測ステップと、を含む。そしてモータの診断方法は、前記計測ステップにより計測される前記モータの電流に基づいて、前記モータの電気特性を演算する演算ステップと、前記演算ステップにより演算される前記モータの電気特性と、前記非回転電圧信号に関するパラメータとに基づいて、前記モータの異常を判定する判定ステップと、を含む。

図１は、本発明の第１実施形態における電力変換装置に関する構成例を示すブロック図である。 図２は、本実施形態におけるモータに関するｄｑ軸座標系モデルの一例を説明するモデル図である。 図３は、モータの等価回路の構成を示す回路図である。 図４Ａは、モータが非回転状態となる非回転電圧波形の一例を示す波形図である。 図４Ｂは、モータが回転しているときの一般的な電圧指令波形を例示する波形図である。 図５は、本実施形態における電流制御器の構成例を示すブロック図である。 図６は、モータの内部状態を診断するモータ診断処理部の構成例を示すブロック図である。 図７は、モータの電気定数に基づき位相角βを演算する演算手法を説明する図である。 図８は、非回転状態におけるモータの特性を診断する診断方法の一例を示すフローチャートである。 図９は、モータの磁気特性を診断する磁気特性診断処理の一例を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の第２実施形態におけるモータの診断方法の一例を示すフローチャートである。 図１１は、回転状態におけるモータの特性を診断する回転診断処理の一例を示すフローチャートである。 図１２は、本発明の第３実施形態におけるモータ診断処理部の構成例を示すブロック図である。 図１３は、本実施形態におけるモータの回転診断処理の一例を示すフローチャートである。 図１４は、モータの回転診断処理で実行される磁石異常判定処理の一例を示すフローチャートである。 図１５は、本発明の第４実施形態におけるモータの回転診断処理の一例を示すフローチャートである。 図１６は、本発明の第５実施形態におけるモータの診断方法の一例を示すフローチャートである。 図１７は、本発明の第６実施形態におけるモータの診断方法を用いて診断可能なモータモデルの他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における電力変換装置に関する構成例を示すブロック図である。

電力変換装置１００は、電源から供給される電力を変換してモータに供給する電力供給装置であり、例えば、ハイブリッド自動車や電動自動車などに搭載される電力変換器である。本実施形態では、電力変換装置１００は、電源１０１からモータ１０２に供給される直流電力を交流電力に変換する。

電源１０１は、モータ１０２に電力を供給するものである。電源１０１は、例えば、バッテリ又は燃料電池により実現される。電源１０１に用いられるバッテリとしては、リチウムイオン電池などが挙げられる。

モータ１０２は、交流電力によって駆動する交流モータである。モータ１０２は、例えば、永久磁石モータや誘導モータなどの同期モータにより実現される。本実施形態のモータ１０２は、巻線が設けられた固定子と、永久磁石が埋め込まれた回転子とによって構成されるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。

電力変換装置１００は、ベクトル制御器１と、電流制御器２と、ｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３と、電圧形インバータ４と、電流検出器５ｕ、５ｖ及び５ｗと、ｕｖｗ相／ｄｑ軸変換器６と、回転子位置検出器７と、回転速度演算器８と、を含む。

ベクトル制御器１は、モータ１０２に発生するトルクを制御するために、互いに直交する２軸の座標系を用いてモータ１０２に供給すべき電力を制御するベクトル制御を実行する。なお、ｄ軸は磁石方向の成分を示す軸であり、ｑ軸はトルク方向の成分を示す軸である。

ベクトル制御器１は、不図示のコントローラからモータ１０２の駆動力を決定するトルク指令値Ｔ^*を取得する。なお、不図示のコントローラでは、車両の運転状態に応じてトルク指令値Ｔ^*が算出される。例えば、車両に設けられたアクセルペダルの踏込み量が大きくなるほどトルク指令値Ｔ^*は大きくなる。

ベクトル制御器１は、モータ１０２に対するトルク指令値Ｔ^*と、モータ１０２の回転速度ω_eとに基づいて、モータ１０２に供給すべき電流指令ベクトル、本実施形態ではｄ軸電流指令値ｉ_d ^*及びｑ軸電流指令値ｉ_q ^*を演算する。例えば、ベクトル制御器１は、磁石トルクとリアクタンストルクとを用いてモータ１０２に発生するトルクが最大となるように電流指令ベクトルを制御する最大トルク制御を実行する。

さらに、ベクトル制御器１は、モータ１０２に供給される電流のｄ軸成分（ｄ軸電流）とｑ軸成分（ｑ軸電流）との間で生じる干渉成分が抑制されるように、電流指令ベクトルを制御する非干渉制御を実行する。また、ベクトル制御器１は、モータ１０２の高速回転領域において、モータ１０２に生じる誘起電圧が抑制されるようにｄ軸電流を制御する弱め界磁制御を実行する。

本実施形態では、モータ１０２のトルク指令値Ｔ^*及び回転速度ω_eで特定される運転点ごとに、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を互いに対応付けたベクトル制御マップがベクトル制御器１に予め記憶される。このベクトル制御マップは、実験データやシミュレーションなどにより適宜設定される。

ベクトル制御器１は、モータ１０２に対するトルク指令値Ｔ^*と回転速度ω_eとを取得すると、上述のベクトル制御マップを参照し、トルク指令値Ｔ^*及び回転速度ω_eで特定された運転点において対応付けられたｄ軸電流指令値ｉ_d ^*及びｑ軸電流指令値ｉ_q ^*を算出する。ベクトル制御器１は、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*及びｑ軸電流指令値ｉ_q ^*を電流制御器２に出力する。

電流制御器２は、ベクトル制御器１から出力された電流指令ベクトルに対し、電圧形インバータ４からモータ１０２に供給される電流に関する電流ベクトルをフィードバックして電圧指令ベクトルを生成する。

本実施形態では、電流制御器２は、モータ１０２のｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とｄ軸電流検出値ｉ_dとの偏差がゼロに収束するようにｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*を演算する。また、電流制御器２は、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*とｑ軸電流検出値ｉ_qとの偏差がゼロに収束するように、ｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*を演算する。電流制御器２は、算出したｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*及びｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*をｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３に出力する。

ｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３は、次式（１）のように、モータ１０２の電気角θに基づいて、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*及びｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*を、三相の電圧指令値であるＵ相電圧指令値ｖ_u ^*、Ｖ相電圧指令値ｖ_v ^*及びＷ相電圧指令値ｖ_w ^*に変換する。ｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３は、三相の電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*及びｖ_w ^*を電圧形インバータ４に出力する。

電圧形インバータ４は、電源１０１から出力される直流電力を３相の交流電力に変換する電力変換器である。電圧形インバータ４は、三相の電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*及びｖ_w ^*に基づき電源１０１の電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することにより、三相の交流電圧ｖ_u、ｖ_v及びｖ_wを生成する。

例えば、電圧形インバータ４は、各相に対応する一対のスイッチング素子を備え、各相の電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*及びｖ_w ^*に基づき生成されるデューティ指令値をキャリア信号と比較して各相のＰＷＭ信号を生成する。電圧形インバータ４は、各相ごとに生成したＰＷＭ信号に基づいて一対のスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成する。

生成された駆動信号に基づいて一対のスイッチング素子がスイッチング制御されるため、電源１０１の直流電圧が三相の擬似交流電圧ｖ_u、ｖ_v、及びｖ_wに変換されてモータ１０２に印加される。これにより、電源１０１からモータ１０２における各相の巻線に対して交流電流ｉ_u、ｉ_v及びｉ_wが供給されることになる。

電流検出器５_u、５_v及び５_wは、電圧形インバータ４からモータ１０２に供給されるＵ相電流ｉ_u、Ｖ相電流ｉ_v、及びＷ相電流ｉ_wをそれぞれ検出する。

電流検出器５_uは、電圧形インバータ４とモータ１０２のＵ相巻線との間を接続したＵ相電力線に接続され、電流検出器５_vは、電圧形インバータ４とモータ１０２のＶ相巻線との間を接続したＶ相電力線に接続される。電流検出器５_wは、電圧形インバータ４とモータ１０２のＷ相巻線との間を接続したＷ相電力線に接続される。電流検出器５_u、５_v及び５_wは、検出した三相の交流電流ｉ_u、ｉ_v及びｉ_wをｕｖｗ相／ｄｑ軸変換器６に出力する。

ｕｖｗ相／ｄｑ軸変換器６は、次式（２）に示すように、モータ１０２の電気角θに基づいて、三相の交流電流ｉ_u、ｉ_v及びｉ_wをｄ軸電流検出値ｉ_d及びｑ軸電流検出値ｉ_qに変換する。

ｕｖｗ相／ｄｑ軸変換器６は、ｄ軸電流検出値ｉ_d及びｑ軸電流検出値ｉ_qを電流制御器２に出力する。なお、電流検出器５_u、５_v及び５_wのうちのいずれか１つの検出器を省略し、次式（３）の関係を利用してｄ軸電流検出値ｉ_d及びｑ軸電流検出値ｉ_qを算出するようにしてもよい。

回転子位置検出器７は、モータ１０２に設けられ、モータ１０２の回転子位置を所定の周期で検出し、その検出値に基づいて回転子の電気角θを算出する。回転子位置検出器７は、例えばレゾルバや、パルスエンコーダなどによって実現される。回転子位置検出器７は、算出した回転子の電気角θを、ｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３とｕｖｗ相／ｄｑ軸変換器６と回転速度演算器８とにそれぞれ出力する。

回転速度演算器８は、回転子位置検出器７からの電気角θに基づいて、今回の電気角θと前回の電気角との差分、すなわち単位時間あたりの電気角θの変化量を算出する。回転速度演算器８は、その電気角θの変化量からモータ１０２の回転速度ω_eを算出し、その回転速度ω_eをベクトル制御器１に出力する。

次に、モータ１０２におけるｄｑ軸座標系のモータモデルについて説明する。

図２は、本実施形態におけるモータ１０２の構成をｄｑ軸座標系でモデル化したモータモデルの一例を示す図である。

図２に示したモータモデルにおいて、Ｌ_dはｄ軸インダクタンスであり、Ｌ_qはｑ軸インダクタンスであり、Ｒは電機子巻線抵抗であり、ω_eは電気角速度である。なお、モータ１０２はＩＰＭモータであるため、ｑ軸インダクタンスＬ_qはｄ軸インダクタンスＬ_dに比べて小さくなる（Ｌ_d≫Ｌ_q）。

そして、Ｋ_eは誘起電圧定数であり、ｐはモータ１０２の極対数であり、Ｋ_tは、極対数ｐを２で除した値に誘起電圧定数Ｋ_eを乗算した値である。さらに、Ｋ_rtは、極対数ｐを２で除した値と、ｄ軸インダクタンスＬ_dからｑ軸インダクタンスＬ_qを減算した値と、を乗算した値である。また、Ｔはトルクであり、Ｊは慣性モーメントであり、ｓはラプラス演算子であり、Ｄは摩擦係数であり、ω_mは機械角速度であり、θ_mは機械角である。なお、ＴＬは外乱トルクである。

図２に示すように、点線部分はｑ軸電流及びｄ軸電流の両者によって相互に生じるｄｑ軸干渉成分をモデル化した箇所である。この点線部分の電気パラメータの値が分かれば、線形方程式を用いてｄｑ軸干渉成分が相殺されるようにｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*及びｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*の補償量を演算することが可能となる。

すなわち、ｄ軸インダクタンスＬ_dの値とｑ軸インダクタンスＬ_qの値とが推定できれば、干渉成分を相殺する補償量をあらかじめ求めることができ、これによってモータ１０２の状態方程式を線形化することができる。一般的には、非干渉制御により、ｄ軸補償量及びｑ軸補償量が算出されてｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*及びｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*に加味されることでｄｑ軸干渉成分が相殺される。

このため、点線部分における電気パラメータの値を推定し、その推定値を、非干渉制御用のパラメータに設定することにより、ｄｑ軸干渉成分が相殺されることになるので、点線部分を無視したモータモデルを前提としたトルク制御を実行することが可能となる。このような制御方法においては、永久磁石の位置ずれや減磁などが原因で点線部分における電気パラメータの推定値の誤差が大きくなると、モータ１０２の制御が不安定になることが懸念される。

そこで、モータ１０２に供給される電流の検出値を用いて電気パラメータを計測することにより、モータ１０２の内部状態を診断することが可能となる。しかしながら、モータ１０２の回転が停止した非回転状態では、電圧形インバータ４の動作が停止してモータ１０２が非通電状態となるので、モータ１０２の電流検出値が０（ゼロ）になり、モータ１０２の内部状態を診断することが困難となる。

この対策として本実施形態では、モータ１０２が非回転状態であっても、モータ１０２の回転速度指令値ω_e ^*がゼロ（０）となる非回転電圧信号に基づいて、電圧形インバータ４を作動させることにより、モータ１０２に通電する。これにより、モータ１０２の電流検出値を用いてモータ１０２の状態を診断することができるようになる。

図３は、モータ１０２が非回転状態であるときのＴ型回路モデルを示す回路図である。

図３に示した回路図において、Ｌ１はモータ１０２における１次側の固定子インダクタンスであり、Ｒ１は固定子抵抗である。また、Ｌ２’は２次側の回転子インダクタンスを１次側のインダクタンス値に換算した値であり、Ｒ２’は回転子抵抗を１次側の抵抗値に換算した値である。

そして、Ｍ’（＝Ｌｄ）は、相互インダクタンスを１次側のインダクタンス値に換算した値である。モータ１０２の回転速度指令値ω_e ^*がゼロとなる非回転状態では、相互インダクタンスへの経路がない回路構成となる。

このため、非回転状態では、固定子インダクタンスＬ１と回転子インダクタンスの１次側換算値Ｌ２’との和である電気定数Ｌσと、固定子抵抗Ｒ１と回転子抵抗の１次側換算値Ｒ２’との和である電気定数Ｒσを監視することで、モータ１０２を診断することが可能となる。

次に、モータ１０２が非回転状態となる三相の非回転電圧波形を生成する手法について簡単に説明する。

図４Ａは、モータ１０２が非回転状態となる三相の非回転電圧波形の一例を示す図である。図４Ｂは、モータ１０２が回転状態であるときの三相交流電圧波形の一例を示す図である。

モータ１０２に電圧を印加した状態でモータ１０２を非回転状態にするには、次式（４）で表わされるｄｑ軸／ｕｖｗ相の変換式において、ｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*が０となるように、三相の電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*及びｖ_w ^*を設定する必要がある。

例えば、上式（４）のｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*に０を代入することにより、次式（５）のように、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に基づいて三相の電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*及びｖ_w ^*が設定される。

上式（５）に示すように、Ｖ相電圧指令値ｖ_v ^*及びＷ相電圧指令値ｖ_w ^*の大きさは、Ｕ相電圧指令値ｖ_u ^*に対して半分（１／２）に設定すればよい。そして、次式（６−１）に示すような正弦波信号を式（５）のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に代入すると、Ｖ相電圧指令値ｖ_v ^*及びＷ相電圧指令値ｖ_w ^*の位相については同一に設定し、かつ、式（６−２）に示すようにＵ相電圧指令値ｖ_u ^*からπｒａｄ（１８０°）ずらすように設定すればよい。

このため、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に単相交流励磁波形（Ｃ_id×ｓｉｎωｔ）を入力した場合には、図４Ａに示すように、１相の通電に対して他の２相の通電については振幅を半分にして位相を１８０°ずらした波形が生成される。これにより、モータ１０２における３相の平均電圧Ｖは０Ｖとなり、かつ、回転速度指令値ω_e ^*は０ｒａｄ／ｓとなるので、モータ１０２を非回転状態に維持することができる。

このようにすれば、モータ１０２が非回転状態であっても、モータ１０２に供給される電流を検出することが可能となり、この検出値を用いてモータ１０２の内部状態を把握することが可能となる。

図５は、本実施形態における電流制御器２の構成例を示すブロック図である。

図５では、便宜上、ｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３及び電圧形インバータ４及びｕｖｗ相／ｄｑ軸変換器６を省略している。また、電流制御器２では、ベクトル制御器１によって非干渉制御が行われたｄ軸電流指令値ｉ_d ^*及びｑ軸電流指令値ｉ_q ^*が入力されることを想定している。このため、モータ１０２のモデルにおいては、図２に示した点線部分のｄｑ軸干渉成分が省略されている。

電流制御器２は、ｄ軸電流ＦＢ演算器２１と、ｄ軸コントローラ２２と、ｑ軸電流ＦＢ演算器２３と、ｑ軸コントローラ２４と、モータ診断処理部２００とを含む。

ｄ軸電流ＦＢ演算器２１は、モータ１０２の内部状態を計測するために、モータ１０２に供給される電流のｄ軸成分をｄ軸電流指令値ｉ_d ^*にフィードバックする。具体的には、ｄ軸電流ＦＢ演算器２１は、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*からｄ軸電流検出値ｉ_dを減じたｄ軸電流偏差を演算する。ｄ軸電流ＦＢ演算器２１は、そのｄ軸電流偏差をｄ軸コントローラ２２に出力する。

ｄ軸コントローラ２２及びｑ軸コントローラ２４は、モータ１０２の内部状態を診断するために、モータ１０２が非回転状態となる非回転電圧指令信号を生成する。

本実施形態では、ｄ軸コントローラ２２は、式（６−１）に示した非回転診断用のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*を生成する。ｄ軸コントローラ２２は、生成した非回転診断用のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*をｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３に出力する。

ｑ軸電流ＦＢ演算器２３は、ｑ軸電流指令値ｉ_q ^*からｑ軸電流検出値ｉ_qを減じたｑ軸電流偏差を演算する。ｑ軸電流ＦＢ演算器２３は、そのｑ軸電流偏差をｑ軸コントローラ２４に出力する。

ｑ軸コントローラ２４は、モータ１０２が非回転状態となるように非回転診断用のｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*を生成してｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３に出力する。これにより、ｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３から出力される三相の電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*及びｖ_w ^*に基づいて電圧形インバータ４からモータ１０２に非回転電圧のｄ軸成分ｖ_d及びｑ軸成分ｖ_qが印加される。

モータ診断処理部２００は、図４Ａに示した３相の非回転電圧を電圧形インバータ４によりモータ１０２に印加した状態においてモータ１０２に供給される電流の検出値に基づいて、モータ１０２の内部状態を診断する診断部を構成する。

本実施形態では、モータ診断処理部２００は、ｄ軸コントローラ２２からのｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*と、ｕｖｗ相／ｄｑ軸変換器６からのｄ軸電流検出値ｉ_dと、ｄ軸電流ＦＢ演算器２１からのｄ軸電流偏差とを用いて、モータ１０２のリアクタンス成分や抵抗成分などの電気特性を診断する。モータ診断処理部２００は、診断結果を不図示のコントローラに送信する。

図６は、モータ診断処理部２００の詳細構成の一例を示すブロック図である。

ここでは、本実施形態のモータ１０２がＩＰＭモータであることから、ｄ軸インダクタンスＬ_dに対してｑ軸インダクタンスＬ_qは小さいため、ｄ軸インダクタンスＬ_dを電気定数Ｌσ（＝√（Ｌ_d ²＋Ｌ_q ²））とみなし、電機子抵抗Ｒを電気定数Ｒσとなしている。

モータ診断処理部２００は、非回転電圧波形設定部２０１と、伝達関数２０２と、位相角演算部２０３と、絶縁異常判定部２１１と、磁石異常判定部２１２と、磁石異常警告部２１３とを含む。

非回転電圧波形設定部２０１は、ｄ軸コントローラ２２及びｑ軸コントローラ２４によって生成される非回転電圧信号として、非回転診断用のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*及びｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*の波形を設定する。例えば、非回転電圧波形設定部２０１は、非回転電圧信号の振幅や、角周波数、位相角などを設定する。

非回転電圧波形設定部２０１は、ｄ軸コントローラ２２から出力される非回転診断用のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に関するパラメータとして、電圧指令値ｖ_d ^*の角周波数ω_non及び振幅Ｃ_idを設定する。また、非回転電圧波形設定部２０１は、非回転診断用の電圧指令値ｖ_d ^*によって規定される電気角の設定値β^*を算出し、その設定値β^*を絶縁異常判定部２１１及び磁石異常判定部２１２に出力する。

伝達関数２０２は、ｄ軸電流検出値ｉ_dを入力し、次式（７）のようにフィルタ処理を施すことにより、ｄ軸電圧検出値ｖ_dを出力する。

ここで、式（７）で示したｄ軸電圧検出値ｖ_dと、式（６−１）で示したｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*とが互いに等しいとみなしてモータ１０２の定常状態を計算すると、次の式（８−１）及び式（８−２）のように電気定数ω_nonＬσ及びＲσを導出することができる。

なお、Ｔは積分周期であり、例えば、角周波数ω_nonに基づいて設定される。

位相角演算部２０３は、上式（８−１）及び（８−２）に従って、モータ１０２の電気定数ω_nonＬσ及びＲσを演算する。そして、位相角演算部２０３は、所定のサンプリング周期で電気定数ω_nonＬσ及びＲσを演算することにより、次式（９）のように電流位相ω_nonｔを算出する。

ここで、図７に示すように、電流位相ω_nonｔは位相角βとみなせるので、位相角演算部２０３は、電流位相ω_nonｔを位相角の計測値βとして絶縁異常判定部２１１に出力する。

絶縁異常判定部２１１は、モータ１０２のｄ軸電流検出値ｉ_dに基づいて、モータ１０２に形成された巻線の絶縁状態を判定する。

絶縁異常判定部２１１は、非回転電圧波形設定部２０１から電気角の設定値β^*を取得し、位相角演算部２０３から電気角の計測値βを取得する。そして、絶縁異常判定部２１１は、電気角の設定値β^*と計測値βとの差分の絶対値が所定の規定値よりも小さいか否かを判断する。規定値は、正常時において偏差の許容範囲の上限値であり、例えば、０を基準に誤差等を考慮した固定値を加味して設定される。

絶縁異常判定部２１１は、電気角の設定値β^*と計測値βとの差分の絶対値が規定値以上である場合には、モータ１０２が絶縁異常であると判定する。このように判定する理由は、モータ１０２の内部で電気的な短絡が発生すると、モータ１０２のリアクタンス成分、又は抵抗成分が小さくなるため、位相角の計測値βが大きく変動するからである。

一方、絶縁異常判定部２１１は、電気角の設定値β^*と計測値βとの差分の絶対値が規定値よりも小さい場合には、モータ１０２には絶縁異常が生じていないと判定する。絶縁異常判定部２１１は、判定結果を不図示のコントローラに送信する。

このように、正常時における電気角の設定値β^*と、位相角演算部２０３で算出された計測値βとを比較することにより、モータ１０２の電気的な絶縁不良を判定することができる。すなわち、モータ１０２に非回転電圧を印加してモータ１０２に供給される電流を検出することにより、モータ１０２の電気特性の異常を判断することができる。

磁石異常判定部２１２は、モータ１０２のｄ軸電流検出値ｉ_dに基づいて、モータ１０２の磁気特性の異常を判定する。

磁石異常判定部２１２は、位相角演算部２０３から位相角の計測値βを取得し、次式（１０−１）及び（１０−２）を用いて、ｄ軸インダクタンスＬ_d及びｑ軸インダクタンスＬ_qを算出する。

なお、電気定数Ｌσには、固定子インダクタンスＬ１が含まれていないため、厳密にはＬ_d≒Ｌσｓｉｎβ、Ｌ_q≒Ｌσｓｉｎβとなる。ただし、磁石異常判定部２１２は計測パラメータの変動量に基づいてモータ１０２の異常を診断するものであることから、上述の式（１０−１）及び（１０−２）を用いてｄ軸インダクタンスＬ_d及びｑ軸インダクタンスＬ_qを算出するようにしても診断精度に与える影響は軽微である。

そして、磁石異常判定部２１２は、算出したｄ軸インダクタンスＬ_dに基づいて、誘起電圧定数の計測値に関する周波数特性Ｋ_e（ω_non）を算出する。

次式（１１）の関係から、ｄ軸インダクタンスＬ_dと、非回転診断用のｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*と、その角周波数の設定値ω_non ^*と、ｄ軸電流検出値ｉ_d及びｑ軸電流検出値ｉ_qとを用いることで、誘起電圧定数Ｋ_eを計測することができる。なお、Ａは定数である。

本実施形態では、磁石異常判定部２１２は、非回転電圧波形設定部２０１から角周波数の設定値ω_nonを取得し、ｑ軸コントローラ２４から非回転診断用のｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*を取得し、ｄ軸電流検出値ｉ_d及びｑ軸電流検出値ｉ_qを取得する。そして、磁石異常判定部２１２は、式（１２）のように、ｄ軸インダクタンスＬ_dと、非回転診断用のｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*と、その角周波数の設定値ω_non ^*と、ｄ軸電流検出値ｉ_d及びｑ軸電流検出値ｉ_qとを用いて誘起電圧定数の計測値Ｋ_eを算出する。

磁石異常判定部２１２は、誘起電圧定数の計測値Ｋ_eを算出すると、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*における角周波数の設定値ω_non ^*が所定のステップ幅で増加又は減少するように、非回転電圧波形設定部２０１による角周波数ω_non ^*の設定値を変更する。磁石異常判定部２１２は、角周波数の設定値ω_non ^*が変更されるたびに誘起電圧定数の計測値Ｋ_eを算出することにより、誘起電圧定数の計測値に関する周波数特性Ｋ_e（ω_non）を演算する。

磁石異常判定部２１２は、誘起電圧定数の設定値に関する周波数特性Ｋ_e（ω_non）^*を取得し、誘起電圧定数について設定値の周波数特性Ｋ_e（ω_non）^*と計測値の周波数特性Ｋ_e（ω_non）との差分（偏差）を求める。

磁石異常判定部２１２は、角周波数ω_nonごとに、誘起電圧定数の設定値Ｋ_e ^*と計測値Ｋ_eとの偏差の絶対値を算出し、算出した各角周波数ω_nonでの偏差の絶対値の和をとる。そして、磁石異常判定部２１２は、次式（１３）のように、誘起電圧定数Ｋ_eの偏差の絶対値の和が所定の第２の規定値Ｄ_th2よりも大きいか否かを判断する。ここにいう規定値は、正常時における偏差の変動量を考慮して決定されるものであり、例えば、誤差等を加味した値に設定される。

そして、磁石異常判定部２１２は、誘起電圧定数Ｋ_eの偏差の絶対値が第２の規定値Ｄ_th2以上である場合には、モータ１０２の永久磁石に異常があると判定する。一方、磁石異常判定部２１２は、誘起電圧定数Ｋ_eの偏差の絶対値が第２の規定値Ｄ_th2よりも小さい場合には、モータ１０２の永久磁石に異常はないと判定する。磁石異常判定部２１２は、その判定結果を不図示のコントローラに送信する。

このように、誘起電圧定数について設定値の周波数特性Ｋ_e（ω_non）^*に対する計測値の周波数特性Ｋ_e（ω_non）の変動量を求めることにより、モータ１０２の電気的あるいは磁気的な特性の異常を判定することができる。なお、上述の誘起電圧定数Ｋ_eの演算処理と同様、モータ１０２の位相角について設定値の周波数特性β（ω_non）^*と計測値の周波数特性β（ω_non）とを比較することにより、モータ１０２の磁気特性の異常を判定するようにしてもよい。

磁石異常警告部２１３は、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とｄ軸電流検出値ｉ_dとに基づいて、モータ１０２の磁気特性に異常の可能性があることを警告する。

本実施形態の磁石異常警告部２１３は、ｄ軸電流ＦＢ演算器２１からのｄ軸電流偏差に基づいて、モータ１０２の磁気特性に異常がある可能性が高いか否かを判断する。例えば、磁石異常警告部２１３は、ｄ軸電流偏差が所定の規定値よりも小さい場合には、モータ１０２の磁気特性に異常はないと判断する。

一方、ｄ軸電流偏差が規定値以上である場合には、磁石異常警告部２１３は、モータ１０２の磁気特性に異常がある可能性が高いと判断する。このように判断する理由は、ｄ軸電流偏差はｑ軸インダクタンスＬ_qに対するｄ軸インダクタンスＬ_dの比（Ｌ_d／Ｌ_q）に対して相関があり、ｄ軸電流偏差が大きくなるほど磁気特性に異常がある可能性が高くなるからである。磁石異常警告部２１３は、磁気特性に異常がある可能性が高いと判断した場合には、その旨を示す警告情報を不図示のコントローラに送信する。

図８は、モータ診断処理部２００によるモータ１０２の内部状態を診断する診断方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。

ステップＳ９０１においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度指令値ω_e ^*が０になったか否かを判断する。すなわち、モータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転が停止した非回転状態になったか否かを判断する。この例では回転速度指令値ω_e ^*を用いてモータ１０２が非回転状態になったか否かを判断したが、回転速度演算器８によって算出される検出値ω_eを用いるようにしてもよい。

ステップＳ９０２においてモータ診断処理部２００は、非回転電圧指令信号の角周波数ω_non ^*及び振幅Ｃ_id及びＣ_iqを設定する。

本実施形態のモータ診断処理部２００は、式（６−１）に示した非回転診断用のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*の角周波数ω_non ^*及び振幅Ｃ_idを所定の値に設定するとともに、非回転診断用のｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*を、例えば０（ゼロ）Ｖに設定する。

ステップＳ９０３において電圧形インバータ４は、非回転診断用のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に基づいて、図４Ａに示した三相の交流電圧を非回転電圧としてモータ１０２に印加する。

ステップＳ９０４乃至Ｓ９０８においてモータ診断処理部２００は、非回転電圧信号を印加したモータ１０２に対して供給される電流に基づいてモータ１０２の電気特性を診断する電気特性診断処理を実行する。

ステップＳ９０４においてモータ診断処理部２００は、ｕｖｗ相／ｄｑ軸変換器６からモータ１０２のｄ軸電流検出値ｉ_dを取得し、ｄ軸電流検出値ｉ_dに基づき、式（７）に従ってｄ軸電圧検出値ｖ_dを算出する。モータ診断処理部２００は、算出したｄ軸電圧検出値ｖ_dと、式（６−１）に示したｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*とに基づき、式（８−１）及び式（８−２）に従って電気定数ω_nonＬσ及びＲσを算出する。

ステップＳ９０５においてモータ診断処理部２００は、算出した電気定数ω_nonＬσ及びＲσに基づき、式（９）に従って位相角の計測値βを算出する。

ステップＳ９０６においてモータ診断処理部２００は、非回転電圧指令信号ｖ^*によって規定される位相角の設定値β^*を取得する。

ステップＳ９０７においてモータ診断処理部２００は、位相角の設定値β^*と計測値βとの差分（位相角βの偏差）の絶対値が第１の規定値Ｄ_th1よりも小さいか否かを判断する。第１の規定値Ｄ_th1は、正常時における偏差の変動量を考慮して決定されるものであり、例えば、０を基準に誤差等を加味した値に設定される。

ステップＳ９０８においてモータ診断処理部２００は、位相角βの偏差の絶対値が第１の規定値Ｄ_th1以上である場合には、モータ１０２の巻線が短絡している、すなわち絶縁異常が発生していると判定して、モータ１０２の診断方法を終了する。

一方、ステップＳ９１０においてモータ診断処理部２００は、位相角βの偏差の絶対値が第１の規定値Ｄ_th1よりも小さい場合には、モータ１０２の絶縁異常はないと判定し、次にモータ１０２の磁気特性の異常を診断する磁気特性診断処理を実行する。ステップＳ９１０の処理が終了すると、本実施形態におけるモータ１０２の診断方法についての一連の処理手順が終了する。

図９は、ステップＳ９１０により実行される磁気特性診断処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ９１１においてモータ診断処理部２００は、非回転診断用の角周波数ω_non ^*を初期値に設定する。初期値として角周波数ω_non ^*の掃引範囲（変更範囲）の下限値に設定される。

ステップＳ９１２においてモータ診断処理部２００は、ｄ軸電流検出値ｉ_dに基づいて、上述のステップＳ９０４乃至Ｓ９０６の処理と同様に、位相角の計測値β（ω_non）を算出する。

ステップＳ９１３においてモータ診断処理部２００は、算出した位相角の計測値β（ω_non）に基づいて、誘起電圧定数の計測値Ｋ_e（ω_non）を算出する。

本実施形態のモータ診断処理部２００は、位相角の計測値β（ω_non）に基づき、式（１０−１）に従ってｄ軸インダクタンスＬ_dを算出する。そして、モータ診断処理部２００は、算出したｄ軸インダクタンスＬ_dと、ｄ軸電流検出値ｉ_dと、ｑ軸電流検出値ｉ_qと、ｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*と、非回転診断用の角周波数ω_nonとを、式（１１）に代入することにより、誘起電圧定数の計測値Ｋ_e（ω_non）を算出する。

ステップＳ９１４においてモータ診断処理部２００は、非回転診断用の角周波数ω_nonでの誘起電圧定数の設定値Ｋ_e（ω_non）^*を取得する。このため、モータ診断処理部２００は、角周波数ω_nonにおける誘起電圧定数の計測値Ｋ_e及び設定値Ｋ_e ^*をそれぞれメモリに記録する。

ステップＳ９１５においてモータ診断処理部２００は、非回転診断用の角周波数ω_nonの値を予めさだめられたステップ幅だけ増やす。

ステップＳ９１６においてモータ診断処理部２００は、ステップ幅だけ増やした角周波数ω_nonが掃引範囲の上限値よりも大きいか否かを判断する。そして、モータ診断処理部２００は、角周波数ω_nonが変更範囲の上限値以下である場合には、ｄ軸コントローラ２２及びｑ軸コントローラ２４の両者に設定される角周波数ω_nonの値をステップ幅だけ変更する。

モータ診断処理部２００は、ステップＳ９１２乃至Ｓ９１６の一連の処理を、角周波数ω_nonが変更範囲の上限値よりも大きくなるまで繰り返す。すなわち、モータ診断処理部２００は、非回転診断用のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*の角周波数ω_nonを段階的に変更する。そして、モータ診断処理部２００は、角周波数ω_nonが変更されるたびに、誘起電圧定数の計測値Ｋ_e（ω_non）及び設定値Ｋ_e（ω_non）^*を算出し、角周波数ω_nonに対応付けてメモリにそれぞれ記録する。このため、メモリには、誘起電圧定数に関する計測値の周波数特性Ｋ_e（ω_non）及び設定値の周波数特性Ｋ_e（ω_non）^*が互いに保持される。

ステップＳ９１７においてモータ診断処理部２００は、誘起電圧定数に関する計測値の周波数特性Ｋ_e（ω_non）と設定値の周波数特性Ｋ_e（ω_non）^*とを比較する。

本実施形態のモータ診断処理部２００は、上述の式（１３）のように、角周波数ω_nonごとに、誘起電圧定数に関する計測値Ｋ_eと設定値Ｋ_e ^*との差分（誘起電圧定数Ｋ_eの偏差）の絶対値を求め、これらの和が第２の規定値Ｄ_th2よりも小さいか否かを判断する。

ステップＳ９１８においてモータ診断処理部２００は、角周波数ω_nonごとの誘起電圧定数Ｋ_eの偏差の絶対値の和が第２の規定値Ｄ_th2よりも小さい場合には、モータ１０２には電気的又は磁気的に異常がないと判定する。

ステップＳ９１９においてモータ診断処理部２００は、角周波数ω_nonごとの誘起電圧定数Ｋ_eの偏差の絶対値の和が第２の規定値Ｄ_th2に対して等しい又は大きい場合には、モータ１０２の永久磁石についての磁気特性に異常があると判定する。

なお、モータ診断処理部２００で磁気特性が異常と判定されるような場合としては、例えば、モータ１０２における永久磁石の位置がずれた場合や、永久磁石の温度が高くなり過ぎて永久磁石が減磁した場合、経年劣化などが想定される。

ステップＳ９１８又はＳ９１９の処理が終了すると、モータ診断処理部２００は、判定結果を不図示のコントローラに送信し、磁気特性診断処理に関する一連の処理手順を終了する。

本発明の第１実施形態によれば、モータ１０２の内部状態を診断する診断方法は、モータ１０２の回転速度ω_e ^*が０となる非回転電圧信号ｖ_d ^*に基づいてモータ１０２に電圧を印加するステップＳ９０３と、モータ１０２に電圧を印加した状態でモータ１０２に供給される電流ｉ_dを取得するステップＳ９０４とを含む。さらに診断方法は、ステップＳ９０４で取得されるモータ１０２の電流ｉ_dに基づいて、モータ１０２の電気特性であるリアクタンス成分の電気定数Ｌσ又は抵抗成分の電気定数Ｒσを演算するステップＳ９０５又はＳ９１３を含む。

この診断方法は、ステップＳ９０５で演算されるモータ１０２の電気特性と、非回転電圧信号ｖ_d ^*の設定値に関するパラメータである位相角β又は誘起電圧定数Ｋ_eとに基づいて、モータ１０２の異常を判定するステップＳ９０７又はＳ９１７を含む。

このように、本実施形態におけるモータの制御方法では、モータ軸の制御回転数が０である指令波形を用いて、電圧形インバータ４などの電力変換器を作動してモータ１０２に通電し、モータ１０２に供給される電流を検出する。これにより、モータ１０２に対して電圧形インバータ４を接続した状態においてモータ１０２が有する電気的及び磁気的な特性を診断することが可能となる。

特に、この診断方法は、モータ１０２の回転が停止した非回転状態であっても、モータ１０２の内部状態を診断することが可能である。したがって、モータ１０２を回転させることができない状態、もしくは、モータ１０２を回転させることができる状態か否か不明な状態であっても、診断に必要となるモータ１０２の電気特性又は磁気特性を取得することができる。したがって、モータ１０２を強制的に回転させる必要がないので、電力変換器などに過大な負荷を掛けることなく、モータ１０２の異常を診断することができる。すなわち、電力変換装置１００の故障を抑制しつつモータ１０２の内部状態を診断することができる。

また、本実施形態の診断方法は、ステップＳ９１５において非回転電圧信号ｖ_d ^*の角周波数ω_nonを変化させ、ステップＳ９１３においてモータ１０２の電気特性に関する周波数特性Ｋ_e（ω_non）を演算する。そして診断方法は、ステップＳ９１７において周波数特性の演算値Ｋ_e（ω_non）とパラメータの設定値Ｋ_e（ω_non）^*とに基づいて、モータ１０２に備えられた永久磁石の異常を判定する。

このように、非回転電圧信号ｖ_dの角周波数の設定値ω_non ^*を変更してモータ１０２のパラメータβを計測することにより、非回転状態での磁気特性の制御パラメータである誘起電圧定数のゲインＫ_eを角周波数ω_nonごとに抽出することができる。これにより、モータ１０２の磁気特性に関する周波数依存特性を把握できるので、より正確にモータ１０２の異常を検出することが可能となる。

なお、本実施形態ではモータ１０２が非回転状態になったときにモータ１０２の内部状態を診断する例について説明したが、モータ１０２が回転した状態であってもモータ１０２の内部状態を診断することも可能である。以下ではモータ１０２が回転状態になったときのモータ１０２の診断方法について説明する。

（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態におけるモータ１０２の診断方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。

本実施形態の診断方法は、図８に示した診断方法のステップＳ９１０の処理に代えてステップＳ９２０の処理を備えている。ステップＳ９２０以外の処理内容については図８に示した処理内容と同じであるため、同一符号を付して説明を省略する。

ステップＳ９２０においてモータ診断処理部２００は、位相角βの偏差の絶対値が第１の規定値Ｄ_th1よりも小さい場合には絶縁異常がないと判断し、モータ１０２が回転状態になったときにモータ１０２の内部状態を診断する回転診断処理を実行する。

図１１は、ステップＳ９２０により実行される回転診断処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ９２１においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度ωｅがゼロ（０）よりも大きくなったか否かを判断する。すなわち、モータ診断処理部２００は、モータ１０２が回転状態になったか否かを判断する。

ステップＳ９２２においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２に供給される電流の信号レベルが電流検出器５_u、５_v及び５_wの検出可能範囲内に収まるようにｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*の振幅Ｃ_idとｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*の振幅Ｃ_iqとを調整する。

例えば、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*＝Ｃ_id×ｓｉｎ（ω_nonｔ）、ｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*＝Ｃ_iq×ｃｏｓ（ω_nonｔ）とすると、ｑ軸電流が検出可能範囲に収まるようにｑ軸電圧指令値ｖ_q ^*の振幅Ｃ_iqを設定した後、ｄ軸電流が検出可能範囲に収まるようにｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*の振幅Ｃ_idを設定する。

ステップＳ９２３においてモータ診断処理部２００は、位相角の計測値βに基づき、上述の式（１０−１）及び（１０−２）に従ってｄ軸インダクタンスＬ_d及びｑ軸インダクタンスＬ_qを算出する。ここでは、ｄ軸インダクタンスＬ_d及びｑ軸インダクタンスＬ_qの算出値は推定値（現在値）として用いられる。

ステップＳ９２４においてモータ診断処理部２００は、ｄ軸インダクタンスの推定値Ｌ_dと設定値Ｌ_d ^*との差分の絶対値が第３の規定値Ｄ_th3よりも小さく、かつ、ｑ軸インダクタンスの推定値Ｌ_qと設定値Ｌ_q ^*との差分の絶対値が第４の規定値Ｄ_th4よりも小さいか否かを判断する。

なお、ｄ軸及びｑ軸インダクタンスＬ_d及びＬ_qの設定値としては、例えば、製造時に計測した値や、シミュレーション結果、初期設定値等といった前回値などが利用される。第３及び第４の規定値Ｄ_th3及びＤ_th4は、正常時における偏差の変動量を考慮して決定されるものであり、例えば、０を基準に誤差等を加味した値に設定される。

ステップＳ９２５においてモータ診断処理部２００は、ｄ軸インダクタンスの推定値Ｌ_dと設定値Ｌ_d ^*との差分（偏差）の絶対値が第３の規定値Ｄ_th3よりも小さく、かつ、ｑ軸インダクタンスの推定値Ｌ_qと設定値Ｌ_q ^*との差分（偏差）の絶対値が第４の規定値Ｄ_th4よりも小さい場合には、モータ１０２の永久磁石に異常はないと判定する。

ｄ軸インダクタンスＬ_dの偏差の絶対値が第３の規定値Ｄ_th3以上である場合、又は、ｑ軸インダクタンスＬ_qの偏差の絶対値が第４の規定値Ｄ_th4以上である場合には、モータ１０２の永久磁石に異常がある可能性が高い。本実施形態では、モータ１０２を停止することを想定して、モータの異常をより確実に特定するためにステップＳ９２５の処理に進む。なお、ステップＳ９２４の条件が成立した場合にモータ１０２の永久磁石が異常であると判定するようにしてもよい。

ステップＳ９２６においてモータ診断処理部２００は、ｑ軸電圧値ｖ_qによって規定される電気角の設定値θ^*を取得する。ｑ軸電圧値ｖ_qは、電圧形インバータ４で検出される電圧値を用いて算出してもよいし、ｄ軸電流検出値ｉ_dを用いて算出してもよい。

ここで、モータ１０２の電気角の設定値θ^*の導出手法について簡単に説明する。ｑ軸電圧値ｖ_qは、以下の式（１４−１）の関係から式（１４−２）のように表わすことができる。

このため、式（１４−２）及び式（１４−３）の関係を利用することで、ｑ軸電圧値ｖ_qに基づいてモータ１０２の電気角の設定値θ^*を導出することができる。

ステップＳ９２７においてモータ診断処理部２００は、回転子位置検出器７から出力される電気角の検出値θを取得する。

ステップＳ９２８においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の電気角の設定値θ^*と検出値θとの差分の絶対値が第５の規定値Ｄ_th5よりも小さいか否かを判断する。すなわち、モータ診断処理部２００は、モータ１０２の電気角θの変動量が大きくなり過ぎているかどうかを確認する。第５の規定値Ｄ_th5は、正常時における偏差の変動量を考慮して決定されるものであり、例えば、０を基準に誤差等を加味した値に設定される。

電気角の設定値θ^*と検出値θとの差分の絶対値が第５の規定値Ｄ_th5よりも小さい場合には、モータ診断処理部２００は、ステップＳ９２１の処理に戻って再度診断を行う。

ステップＳ９２９においてモータ診断処理部２００は、電気角の設定値θ^*と検出値θとの差分の絶対値が第５の規定値Ｄ_th5に対して等しい又は大きい場合には、モータ１０２の永久磁石の磁気特性に異常があると判定する。これは、モータ１０２の電気角θの変動量が過大になったときには非干渉制御が成立していない状況であるといえるため、永久磁石に異常、すなわち位置ずれや減磁が生じていると推定できるからである。

ステップＳ９２５又はＳ９２９の処理が終了すると、モータ診断処理部２００は、判定結果を不図示のコントローラに送信し、本実施形態におけるモータ１０２の診断方法についての一連の処理手順を終了する。

本発明の第２実施形態によれば、モータ１０２が回転している状態で、非回転診断用のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*とモータ１０２のｄ軸電流検出値ｉ_dとに基づいてモータ１０２の電気特性であるｄ軸インダクタンスＬ_d及びｑ軸インダクタンスＬ_qの変動量を取得する。これにより、モータ１０２の磁気特性の異常を検出することができる。さらに、モータ１０２の電気角θの偏差を取得することにより、モータ１０２の磁気特性の異常をより正確に特定することができる。

（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態におけるモータ診断処理部２００の構成例を示すブロック図である。

電流制御器２は、図６に示した電流制御器の構成に加えて誘起電圧定数乗算器２５を備えており、モータ診断処理部２００は、非回転電圧波形設定部２０１と、トルクオブザーバ２２０と、磁石異常判定部２３０とを備えている。

誘起電圧定数乗算器２５は、ｄ軸コントローラ２２から出力されるｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を乗算する。誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾は、例えば、予め定められた演算式やマップなどを用いて算出されて誘起電圧定数乗算器２５に設定される。誘起電圧定数乗算器２５は、その誘起電圧定数Ｋ_e＾を乗算したｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*をｄｑ軸／ｕｖｗ相変換器３に出力する。これにより、そのｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に基づいて電圧形インバータ４からモータ１０２にｄ軸電圧ｖ_dが印加されることになる。

トルクオブザーバ２２０は、伝達関数２２１と、誘起電圧定数乗算器２２２と、ｄ軸電圧偏差演算器２２３と、補償ゲイン乗算器２２４と、を含む。

伝達関数２２１は、ｄ軸電流検出値ｉ_dを入力し、次式（１５）のようにフィルタ処理を施すことにより、ｄ軸電圧検出値ｖ_dを出力する。

なお、Ｔｓはd軸インダクタンスＬ_dを電機子抵抗Ｒで除した値（Ｌ_d／Ｒ）である。

誘起電圧定数乗算器２２２は、ｄ軸コントローラ２２から出力されるｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に対し誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を乗算する。この誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾は、例えば、誘起電圧定数乗算器２５に設定される推定値と同じである。誘起電圧定数乗算器２２２は、その誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を乗算したｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*をｄ軸電圧偏差演算器２２３に出力する。

ｄ軸電圧偏差演算器２２３は、誘起電圧定数乗算器２２２からのｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*と、伝達関数２２１からのｄ軸電圧検出値ｖ_dとのｄ軸電圧偏差を求め、そのｄ軸電圧偏差を補償ゲイン乗算器２２４に出力する。

補償ゲイン乗算器２２４は、ｄ軸電圧偏差演算器２２３からのｄ軸電圧偏差に補償ゲインＧ（ｓ）を乗算することにより、オブザーバ用の電流値ｉ_{d_ob}を算出する。補償ゲイン乗算器２２４は、オブザーバ用の電流値ｉ_{d_ob}をｄ軸電流ＦＢ演算器２１及び磁石異常判定部２３０にそれぞれ出力する。

補償ゲインＧ（ｓ）は、ｄ軸電流ＦＢ演算器２１からのｄ軸電流偏差がゼロ（０）となるように、例えば、予め定められたマップなどを用いて設定される。ｄ軸電流偏差が０に収束すると、補償ゲインＧ（ｓ）は１に設定されることになる。補償ゲインＧ（ｓ）は、次式（１６）のように表わすことができる。

磁石異常判定部２３０は、補償ゲイン乗算器２２４に設定された補償ゲインＧ（ｓ）を取得すると、その補償ゲインＧ（ｓ）に誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を乗算することにより、誘起電圧定数の計測値Ｋ_eを算出する。磁石異常判定部２３０は、非回転電圧波形設定部２０１によって角周波数ω_non ^*が段階的に変更されるたびに、誘起電圧定数の計測値Ｋ_eを求め、その測定値に関する周波数特性Ｋ_e（ω_non）を取得する。

そして磁石異常判定部２３０は、角周波数ω_nonごとに誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾と計測値Ｋ_eとの差分の絶対値を算出し、これらの差分の絶対値の和をとり、この和が所定の規定値よりも大きくなった場合に、モータ１０２の永久磁石に異常があると判定する。

このように、本実施形態ではトルクオブザーバ２２０において設定される補償ゲインＧ（ｓ）を取得することにより、回転子位置検出器７や回転速度演算器８などを用いることなく、モータ１０２の磁気特性を診断することができる。すなわち、本実施形態のモータ診断処理部２００の構成は、速度センサレスのベクトル制御方式のモータ駆動システムにおいても適用することが可能である。

なお、本実施形態では補償ゲインＧ（ｓ）に基づく誘起電圧定数の計測値Ｋ_eを用いてモータ１０２の内部状態を診断したが、補償ゲインＧ（ｓ）を用いてモータ１０２の内部状態を診断するようにしてもよい。例えば、補償ゲインＧ（ｓ）の絶対値が０よりも大きく、かつ、所定の値よりも小さい場合にはモータ１０２の永久磁石が正常であると判定し、それ以外の場合には永久磁石が異常であると判定する。すなわち、モータ診断処理部２００は、補償ゲインＧ（ｓ）に基づいて、モータ１０２に備えられた磁石の異常を診断するものであってもよい。

図１３は、本実施形態におけるモータ１０２の回転診断処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ９４１においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度ω_eがゼロ（０）ｒａｄ／ｓよりも大きくなったか否かを判断する。

ステップＳ９４２においてモータ診断処理部２００は、非回転電圧指令値ｖ_d ^*の角周波数ω_nonを、周波数特性を取得するために定められた変更範囲の下限値に設定する。

ステップＳ９４３においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の運転状態に応じて誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を演算する。例えば、モータ診断処理部２００は、モータ１０２のトルク指令値Ｔ^*と回転速度ω_eとの運転点ごとに誘起電圧定数Ｋ_eを関係付けたマップを用いて誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を算出する。電流制御器２は、その誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾をｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に乗算し、電圧形インバータ４は、乗算されたｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*に基づいてモータ１０２に三相の交流電圧を印加する。

ステップＳ９４４においてモータ診断処理部２００は、ｄ軸電流検出値ｉ_dに基づいて、オブザーバ用の電流値ｉ_{d_ob}を算出する。

本実施形態では、モータ診断処理部２００は、ｄ軸電流検出値ｉ_dに基づき上述の式（１５）に従ってｄ軸電圧検出値ｖ_dを算出し、算出したｄ軸電圧検出値ｖ_dと、誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を乗算した後のｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*との電圧偏差を演算する。モータ診断処理部２００は、その電圧偏差に補償ゲインＧ（ｓ）を乗算することにより、オブザーバ用の電流値ｉ_{d_ob}を算出する。

すなわち、モータ診断処理部２００は、予め定められた補償ゲインＧ（ｓ）をｄ軸電圧の偏差に乗算することによりモータ１０２に供給されるｄ軸電流の値ｉ_{d_ob}を推定する。

ステップＳ９４５においてモータ診断処理部２００は、上記の式（１４−１）から導かれるｄ軸電流の演算値をｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とすると、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とオブザーバ用の電流値ｉ_{d_ob}との差分の絶対値が第６の規定値Ｄ_th6よりも小さいか否かを判断する。第６の規定値Ｄ_th6は、正常時における偏差の変動量を考慮して決定されるものであり、例えば、０を基準に誤差等を加味した値に設定される。

ステップＳ９５１においてモータ診断処理部２００は、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とオブザーバ用の電流値ｉ_{d_ob}との差分の絶対値が第６の規定値Ｄ_th6に対して等しい又は大きい場合には、所定のステップ幅だけ誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を増加又は減少させる。そして、モータ診断処理部２００は、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とオブザーバ用の電流値ｉ_{d_ob}との差分の絶対値が第６の規定値Ｄ_th6よりも小さくなるまで誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を変更する。

ステップＳ９４６においてモータ診断処理部２００は、誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾に基づいて、予め定められた演算式やマップなどを用いて補償ゲインＧ（ｓ）を算出する。

ステップＳ９４７においてモータ診断処理部２００は、補償ゲインＧ（ｓ）の絶対値から１を減じた値が第７の規定値Ｄ_th7よりも小さいか否かを判断する。第７の規定値Ｄ_th7は、正常時における偏差の変動量を考慮して決定されるものであり、例えば、０を基準に誤差等を加味した値に設定される。

モータ診断処理部２００は、補償ゲインＧ（ｓ）から「１」を減じた値が第７の規定値Ｄ_th7に対して等しい又は大きい場合には、ステップＳ９５１に進み、誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を変更する。この後、モータ診断処理部２００は、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とオブザーバ用の電流値ｉ_{d_ob}との偏差の絶対値が第６の規定値Ｄ_th6よりも小さくなり、かつ、補償ゲインＧ（ｓ）から１を減じた値が第７の規定値Ｄ_th7よりも小さくなるまで、ステップＳ９４４乃至Ｓ９４７及びＳ９５１の処理を繰り返す。

すなわち、モータ診断処理部２００は、モータ１０２のｄ軸電流の偏差（ｉ_d ^*‐ｉ_{d_ob}）が小さくなるように補償ゲインＧ（ｓ）の設定値を変更する。

ステップＳ９４８においてモータ診断処理部２００は、補償ゲインＧ（ｓ）に誘起電圧定数の推定値Ｋ_e＾を乗算した値（Ｇ（ｓ）×Ｋ_e＾）を、誘起電圧定数の計測値Ｋ_eとして角周波数ω_nonに関係付けてメモリに記録する。

ステップＳ９４９においてモータ診断処理部２００は、角周波数の設定値ω_non ^*を所定のステップ幅だけ増加させる。

ステップＳ９５０においてモータ診断処理部２００は、角周波数の設定値ω_non ^*が変更範囲の上限値よりも大きいか否かを判断する。そして、角周波数の設定値ω_non ^*が変更範囲の上限値に対して等しい又は小さい場合には、モータ診断処理部２００は、ステップＳ９４２の処理に戻ってステップＳ９４３乃至９５１の処理を繰り返す。すなわち、モータ診断処理部２００は、角周波数ω_nonごとに誘起電圧定数の計測値Ｋ_eをメモリに記録する。このため、メモリには、誘起電圧定数の計測値に関する周波数特性Ｋ_e（ω_non）が保持される。

ステップＳ９６０においてモータ診断処理部２００は、角周波数の設定値ω_non ^*が変更範囲の上限値よりも大きくなった場合には、角周波数ω_non ^*の変更を停止し、モータ１０２の永久磁石が異常か否かを判定する磁石異常判定処理を実行する。磁石異常判定処理の詳細については図１４を参照して後述する。

ステップＳ９６０の磁石異常判定処理が終了すると、モータ診断処理部２００は、図１０に示した処理に戻り、ステップＳ９２０の回転診断処理についての一連の処理手順を終了する。

図１４は、ステップＳ９６０により実行される磁石異常判定処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ９６１においてモータ診断処理部２００は、角周波数ω_nonごとに、誘起電圧定数に関する計測値Ｋ_eと設定値Ｋ_e ^*との差分（誘起電圧定数Ｋ_eの偏差）の絶対値を求め、これらの和が第２の規定値Ｄ_th2よりも小さいか否かを判断する。

ステップＳ９６２においてモータ診断処理部２００は、角周波数ω_nonごとの誘起電圧定数Ｋ_eの偏差の絶対値の和が第２の規定値Ｄ_th2よりも小さい場合には、モータ１０２には電気的又は磁気的に異常がないと判定する。

一方、角周波数ω_nonごとの誘起電圧定数Ｋ_eの偏差の絶対値の和が第２の規定値Ｄ_th2に対して等しい又は大きい場合には、モータ１０２における永久磁石の磁気特性に異常がある可能性が高いため、モータ診断処理部２００は、より確実にモータ異常を特定するためにステップＳ９６３の処理に進む。

ステップＳ９６３においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度ω_eが所定の値になった場合には、図８に示したステップＳ９０４及びＳ９０５の処理と同様に、ｄ軸電流検出値ｉｄに基づいて位相角の計測値βを算出する。

ステップＳ９６４においてモータ診断処理部２００は、図８に示したステップＳ９０６の処理と同様に、ｄ軸コントローラ２２で生成されるｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*により規定される位相角の設定値β^*を取得する。

ステップＳ９６５においてモータ診断処理部２００は、図８に示したステップＳ９０６の処理と同様に、位相角に関する設定値β^*と計測値βとの差分の絶対値が第１の規定値Ｄ_th1よりも小さいか否かを判断する。そして、位相角に関する設定値β^*と計測値βとの差分が第１の規定値Ｄ_th1よりも小さい場合には、磁石異常判定処理を終了する。

ステップＳ９６６においてモータ診断処理部２００は、位相角に関する設定値β^*と計測値βとの差分が第１の規定値Ｄ_th1に対して等しい又は大きい場合には、モータ１０２の磁気特性に異常があると判定する。

すなわち、モータ診断処理部２００は、角周波数ω_nonごとの誘起電圧定数Ｋ_eの偏差の絶対値の和が第２の規定値Ｄ_th2よりも大きく、かつ、位相角に関する設定値β^*と計測値βとの差分が第１の規定値Ｄ_th1よりも大きい場合には、モータ１０２の磁気特性に異常があると判定する。

ステップＳ９６２又はＳ９６６の処理が終了すると、モータ診断処理部２００は、磁石異常判定処理に関する一連の処理手順を終了し、図１３に示した回転診断処理に戻る。

本発明の第３実施形態によれば、モータ診断処理部２００は、モータ１０２のｄ軸電流ｉ_dに基づいてモータ１０２のｄ軸電圧の偏差を演算し、演算したｄ軸電圧の偏差に予め定められた補償ゲインＧ（ｓ）を乗算してｄ軸電流を推定するステップＳ９４４と、ｄ軸電流の偏差が小さくなるように補償ゲインＧ（ｓ）の値を設定するステップＳ９４６とを含む。

この診断方法は、ステップＳ９４８及びＳ９６１の処理のように、設定された補償ゲインＧ（ｓ）に基づいて、モータ１０２の永久磁石が異常であると判定する。このようにｄ軸電流を推定するための補償ゲインＧ（ｓ）を取得することにより、モータ１０２の磁気特性を診断することが可能となる。

すなわち、非回転電圧信号の角周波数ω_nonを変動させて予め設定済みの制御ゲインＧ（ｓ）と診断パラメータの演算結果とを比較することで、各速度領域における現状の特性変動量をモータ１０２の回転状態に関わらず計測することができる。このため、モータ１０２の回転中におけるモータ特性の変動量の計測精度を向上させることができる。さらに、本実施形態によれば、補償ゲインＧ（ｓ）を計測することにより、この計測値をモータ１０２の制御パラメータに設定することができるので、モータ１０２を精度よく制御することができるようになる。

また、本実施形態によれば、図１０に示したステップＳ９０５においてモータ診断処理部２００がモータ１０２の回転が停止している非回転状態においてモータ１０２の電気特性である位相角βを演算する。その後、モータ診断処理部２００は、ステップＳ９４８においてモータ１０２の回転中に補償ゲインＧ（ｓ）を設定し、ステップＳ９６１においてモータ１０２の電気特性βと補償ゲインＧ（ｓ）とに基づいてモータ１０２の磁気特性が異常であるか否かを診断する。

これにより、モータ１０２の電気特性βの計測値に基づいてモータ１０２が絶縁異常と判定された場合には、その後にモータ１０２の回転中における診断処理を削減することができる。したがって、モータ１０２の回転中における無用な診断処理を削減することができる。さらに、診断用パラメータとして、モータ１０２の電気特性βに加えて補償ゲインＧ（ｓ）を併用することにより、より精度の高い診断を実現することができる。

（第４実施形態）
図１５は、本発明の第４実施形態におけるモータ１０２の回転診断処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ９７１においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度ω_eがゼロ（０）よりも大きくなったか否かを判断する。

ステップＳ９７２においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度ω_eの変化幅が所定の値よりも大きくなったか否かを判断する。

ステップＳ９７３においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度ω_eの変化幅が所定の値よりも大きくなった場合には、モータ診断処理部２００は、ｄ軸電流検出値ｉ_dを取得し、そのｄ軸電流検出値ｉ_dが計測精度を確保するのに最低限必要となる所定の計測閾値よりも大きいか否かを判断する。ｄ軸電流検出値ｉ_dが計測閾値よりも小さい場合には、モータ診断処理部２００は、ステップＳ９７２の処理に戻る。

ステップＳ９７４においてモータ診断処理部２００は、そのｄ軸電流検出値ｉ_dが計測閾値よりも大きい場合には、ｄ軸電流検出値ｉ_dに基づいてｄ軸インダクタンスＬ_dを算出する。

本実施形態のモータ診断処理部２００は、図８に示したステップＳ９０４及びＳ９０５の処理と同様に、ｄ軸電流検出値ｉｄに基づいて位相角の計測値βを算出し、位相角の計測値βに基づき、上述の式（１０−１）に従ってｄ軸インダクタンスＬ_dを算出する。

ステップＳ９７５においてモータ診断処理部２００は、算出したｄ軸インダクタンスＬ_dと、そのときのｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*の角周波数ωとを関係付けてメモリに記録する。

ステップＳ９７６においてモータ診断処理部２００は、予め定められた周波数範囲において角周波数ωの計測点の数が所定値よりも多くなったか否かを判断する。そして角周波数ωの計測点の数が所定値に達していない場合には、モータ診断処理部２００は、ステップＳ９７２の処理に戻り、角周波数ωの計測点の数が所定値よりも多くなるまでｄ軸インダクタンスＬ_dをメモリに記録する。なお、ここにいう所定値は、例えば、実験データなどを用いて決定され、具体的には、モータ１０２の磁気特性が正常なのかどうかを判定するのに必要となる点数に設定される。

ステップＳ９７７においてモータ診断処理部２００は、角周波数ωの計測点の数が所定値よりも多くなった場合には、モータ１０２の特性プロファイルと、メモリ内のｄ軸インダクタンスの周波数特性Ｌ_d（ω）とを比較する。

本実施形態では、モータ診断処理部２００は、メモリ内に記録された角周波数ごとに、特性プロファイルの設定値Ｌ_d ^*とｄ軸インダクタンスの算出値Ｌ_dとの差分の絶対値を求め、これら絶対値の和が第７の規定値Ｄ_th7よりも小さいか否かを判断する。

第７の規定値Ｄ_th7は、正常時における偏差の変動量を考慮して決定されるものであり、例えば、０を基準に誤差等を加味した値に設定される。また、特性プロファイルは、モータ１０２のパラメータの推定に用いられる演算マップとは異なるものであり、モータ１０２自身の特性を示すものである。

ステップＳ９７８においてモータ診断処理部２００は、角周波数（計測点）ごとの特性プロファイルの設定値Ｌ_d ^*とｄ軸インダクタンスの算出値Ｌ_dとの差分の絶対値の和が第７の規定値Ｄ_th7よりも小さい場合には、モータ１０２には異常がないと判定する。

ステップＳ９７９においてモータ診断処理部２００は、角周波数ごとのｄ軸インダクタンスの設定値Ｌ_d ^*と算出値Ｌ_dとの差分の絶対値の和が第７の規定値Ｄ_th7に対して等しい又は大きい場合には、モータ１０２の永久磁石が異常であると判定する。

ステップＳ９７８又はＳ９７９の処理が終了すると、モータ診断処理部２００は、判定結果を不図示のコントローラに送信し、本実施形態における回転診断処理についての一連の処理手順を終了する。

本発明の第４実施形態によれば、モータ１０２の回転速度ω_eが変化するたびにｄ軸インダクタンスＬ_dを算出してその周波数特性Ｌ_d（ω）を取得することにより、モータ１０２の内部状態を診断することができる。なお、本実施形態ではモータ１０２の回転速度ω_eが変化するたびにｄ軸インダクタンスＬ_dを算出したが、ｄ軸電圧指令値ｖ_d ^*の角周波数が変化するたびにｄ軸インダクタンスＬ_dを算出するようにしてもよい。

（第５実施形態）
図１６は、本発明の第５実施形態におけるモータ１０２の回転診断処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ９８１においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度ω_eがゼロ（０）ｒａｄ／ｓよりも大きくなったか否かを判断する。

ステップＳ９８２においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度ω_eが０ｒａｄ／ｓよりも大きくなった場合には、図１４のステップＳ９２２で述べたように、電圧指令値のｄ軸振幅Ｃ_id及びｑ軸振幅Ｃ_iqを調整する処理を実行する。

ステップＳ９８３においてモータ診断処理部２００は、モータ１０２の回転速度ω_eに基づいき、所定の演算式やマップなどを用いてｄ軸インダクタンスＬ_{d_ω}及び位相角β_{_ω}を算出する。

ステップＳ９８４においてモータ診断処理部２００は、図１３のステップＳ９４３乃至Ｓ９４７の処理内容と同様に、ｄ軸電流指令値ｉ_d ^*とオブザーバ用のｄ軸電流値ｉ_{d_os}との電流偏差がゼロに収束するように補償ゲインＧ（ｓ）を調整する。

ステップＳ９８５においてモータ診断処理部２００は、電流偏差（ｉ_d ^*−ｉ_{d_os}）がゼロに収束した場合には、ｄ軸電流検出値ｉ_dに基づいてｄ軸インダクタンスＬ_{d_i}及び位相角β_{_i}を算出する。

ステップＳ９８６においてモータ診断処理部２００は、ステップＳ９８３で算出されたｄ軸インダクタンスＬ_{d_ω}とステップＳ９８５で算出されたｄ軸インダクタンスＬ_{d_i}との偏差（Ｌ_{d_ω}−Ｌ_{d_i}）の絶対値が第８の規定値Ｄ_th8よりも大きいか否かを判断する。第８の規定値Ｄ_th8は、正常時における偏差の変動量を考慮して決定されるものであり、例えば、０を基準に誤差等を加味した値に設定される。

ステップＳ９８７においてモータ診断処理部２００は、ｄ軸インダクタンスの偏差（Ｌ_{d_ω}−Ｌ_{d_i}）の絶対値が第８の規定値Ｄ_th8よりも小さい場合には、ステップＳ９８３で算出された位相角β_{_ω}とステップＳ９８５で算出された位相角β_{_i}との偏差の絶対値が第９の規定値Ｄ_th9よりも小さいか否かを判断する。そして位相角の偏差（β_{_ω}−β_{_i}）の絶対値が第９の規定値Ｄ_th9よりも小さい場合には、ステップＳ９８１の処理に戻る。

一方、ｄ軸インダクタンスの偏差（Ｌ_{d_ω}−Ｌ_{d_i}）の絶対値が第８の規定値Ｄ_th8よりも大きい場合、又は、位相角の偏差（β_{_ω}−β_{_i}）の絶対値が第９の規定値Ｄ_th9よりも大きい場合には、ステップＳ９８８の処理に進む。

ステップＳ９８８においてモータ診断処理部２００は、図１５に示したステップＳ９７７の処理と同様に、これまでに取得した角周波数ωでの算出値と特性プロファイルとを比較する。

具体的には、ｄ軸インダクタンスの偏差（Ｌ_{d_ω}−Ｌ_{d_i}）の絶対値が第８の規定値Ｄ_th8よりも大きい場合には、モータ診断処理部２００は、ｄ軸インダクタンスの算出値Ｌ_{d_ω}、Ｌ_{d_i}と特性プロファイルとの偏差の絶対値の和が第１０の規定値Ｄ_th10よりも大きいか否かを判断する。

また、位相角の偏差（β_{_ω}−β_{_i}）の絶対値が第９の規定値Ｄ_th9よりも大きい場合には、モータ診断処理部２００は、位相角の算出値β_{_ω}、β_{_i}と特性プロファイルとの偏差の絶対値の和が第１０の規定値Ｄ_th10よりも大きいか否かを判断する。

ステップＳ９８９においてモータ診断処理部２００は、ｄ軸インダクタンスの算出値Ｌ_{d_ω}、Ｌ_{d_i}と特性プロファイルとの偏差の絶対値の和が第１０の規定値Ｄ_th10よりも大きい場合、又は、位相角の算出値β_{_ω}、β_{_i}と特性プロファイルとの偏差の絶対値の和が第１０の規定値Ｄ_th10よりも大きい場合には、磁石異常であると判定する。

本発明の第５実施形態によれば、速度フィードバックを用いて特性パラメータＬ_d及びβを算出するとともに、ｄ軸電流の偏差を用いて特性パラメータＬ_d及びβを算出する。そして、２つの特性パラメータの差分が規定値内に収まっていることを確認することにより、モータ１０２が正常であると判定する。これにより、モータ１０２の回転中におけるモータ１０２の内部状態をより正確に診断するこが可能となる。

なお、上記実施形態ではＩＰＭモータの内部状態を診断する例について説明したが、誘導モータであっても上記実施形態と同様に内部状態を診断することが可能である。以下では本発明の適用が可能な誘導モータのモデル例について簡単に説明する。

（第６実施形態）
図１７は、本発明の第６実施形態におけるモータ１０３の内部をｄｑ軸座標系でモデル化したモータモデルの一例を示す図である。本実施形態のモータ１０３は誘導モータである。

図１８に示すように、点線部分はｑ軸電流とｄ軸電流とによって生じる干渉成分をモデル化した箇所である。この点線部分の電気パラメータの値が分かれば、ｄｑ軸干渉成分を相殺するための補償量をあらかじめ線形方程式を用いて演算することが可能となる。

このため、固定子インダクタンスＬ１と回転子インダクタンスの１次側換算値Ｌ２’との和である電気定数Ｌσと、モータ２次時定数Ｔ２と、すべり角ω_sが推定できれば、ＩＰＭモータと同様に、モータ１０３の状態方程式を線形化することができる。

また、本実施形態のモータ１０３において、図４に示した等価回路モデルが成立するような場合に第３実施形態の手法を適用するこができる。例えば、電気定数Ｌσとモータ２次時定数Ｔ２とすべり角ω_sとが演算できれば、電気装荷と磁気装荷のインダクタンス設定値を導出することができる。

したがって、本実施形態のモータ１０３において、上記実施形態と同様に、モータ１０３が非回転状態であっても、非回転電圧指令値ｖ_d ^*に基づいてモータ１０３に電圧を印加し、この状態でモータ１０３に供給される電流ｉ_dに基づいてモータ１０３を診断することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、モータの速度情報や電流フィードバックなどの計測パラメータに基づいて位相角βや、ｄ軸インダクタンスＬ_d、誘起電圧定数Ｋ_eなどの特性パラメータを算出し、これらの算定パラメータと設定データとを比較して診断を行った。しかしながら、計測パラメータとしては、これらの物理量に限られず、速度センサや、角速度センサ、加速度センサなどの各種センサの検出値を用いてもよく、これらを用いて特性パラメータを算出して特性異常を判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では算定パラメータの偏差の絶対値の和に基づいてモータの異常を判定したが、算定パラメータと設定値との乖離度を判断できるものであればよく、偏差の絶対値の平均値などであってもよい。

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

本願は、２０１５年１２月２１日に日本国特許庁に出願された特願２０１５−２４８７９３に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

1. モータの状態を診断する診断方法であって、
   前記モータの回転速度が０となる非回転電圧信号に基づいて前記モータに電圧を印加する印加ステップと、
   前記印加ステップによって電圧が印加された前記モータに供給される電流を計測する計測ステップと、
   前記計測ステップにより計測される前記モータの電流に基づいて、前記モータの電気特性を演算する演算ステップと、
   前記演算ステップにより演算される前記モータの電気特性と、前記非回転電圧信号に関するパラメータとに基づいて、前記モータの異常を判定する判定ステップと、
   を含むモータの診断方法。
2. 請求項１に記載のモータの診断方法であって、
   前記印加ステップは、前記非回転電圧信号の周波数を変化させ、
   前記演算ステップは、前記モータの電気特性に関する周波数特性を演算し、
   前記判定ステップは、前記周波数特性と前記パラメータとに基づいて、前記モータに備えられた磁石の異常を判定する、
   モータの診断方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のモータの診断方法であって、
   前記計測ステップにより計測されるｄ軸電流に基づいて、前記モータのｄ軸電圧の偏差を演算する偏差演算ステップと、
   予め定められた補償ゲインを前記ｄ軸電圧の偏差に乗算してｄ軸電流を推定する電流推定ステップと、
   前記ｄ軸電流の偏差が小さくなるように前記補償ゲインを設定する設定ステップと、を含み、
   前記判定ステップは、前記補償ゲインに基づいて、前記モータに備えられた磁石が異常であると判定する、
   モータの診断方法。
4. 請求項３に記載のモータの診断方法であって、
   前記演算ステップは、前記モータの回転が停止しているときに前記モータの電気特性を演算し、
   前記設定ステップは、前記モータが回転しているときに前記補償ゲインを設定し、
   前記判定ステップは、前記モータの電気特性と前記補償ゲインとに基づいて、前記モータの磁気特性が異常であるか否かを診断する、
   モータの診断方法。
5. モータの回転速度が０となる非回転電圧信号に基づいて前記モータに通電して電圧を印加する電力変換器と、
   前記電力変換器から前記モータに供給される電流を計測するセンサと、
   前記センサにより計測される前記モータの電流に基づいて、前記モータの電気特性を演算する演算器と、
   前記演算器により演算される前記モータの電気特性と、前記非回転電圧信号に関するパラメータとに基づいて、前記モータの異常を判定する診断部と、
   を含む電力変換装置。

Images