CN108496306B - 电机的诊断方法以及使用该电机的诊断方法的电力变换装置 - Google Patents

Abstract

对电机的状态进行诊断的诊断方法包含：基于电机的旋转速度变为0的非旋转电压信号而将电压施加于电机的施加步骤；以及对供给至施加有非旋转电压信号的电机的电流进行测量的测量步骤。该诊断方法包含：基于通过测量步骤测量出的电机的电流对电机的电特性进行运算的运算步骤；以及基于通过运算步骤运算出的电机的电特性和与非旋转电压信号相关的参数而判定电机的异常的判定步骤。

Description

电机的诊断方法以及使用该电机的诊断方法的电力变换装置

技术领域

本发明涉及对电机的状态进行诊断的诊断方法以及使用该诊断方法的电力变换装置。

背景技术

JP2012-23813A中公开了如下诊断装置，即，在电机的转数超过规定值时，判定为电机出现故障。

发明内容

在上述这种诊断装置中，为了对电机的故障进行诊断，电机本身必须旋转。因此，在电机无法旋转的状态、电机能否旋转的状态不明的状态下，如果要为了对电机的状态进行诊断而驱动电机旋转，则存在如下问题，即，控制装置的负荷会增大，从而会成为故障的原因。

本发明就是着眼于这种问题而提出的，其目的在于提供即使在电机的旋转已停止的非旋转状态下也能够对电机进行诊断的诊断方法以及使用该诊断方法的电力变换器。

根据本发明的某个方式，对电机的状态进行诊断的诊断方法包含：基于所述电机的旋转速度变为0的非旋转电压信号而将电压施加于所述电机的施加步骤；以及对供给至通过所述施加步骤施加有电压的所述电机的电流进行测量的测量步骤。而且，电机的诊断方法包含：基于通过所述测量步骤测量出的所述电机的电流对所述电机的电特性进行运算的运算步骤；以及基于通过所述运算步骤运算出的所述电机的电特性和与所述非旋转电压信号相关的参数对所述电机的异常进行判定的判定步骤。

附图说明

图1是表示与本发明的第1实施方式的电力变换装置相关的结构例的框图。

图2是对与本实施方式的电机相关的dq轴坐标系模型的一个例子进行说明的模型图。

图3是表示电机的等效电路的结构的电路图。

图4A是表示电机处于非旋转状态的非旋转电压波形的一个例子的波形图。

图4B是例示出电机旋转时的通常的电压指令波形的波形图。

图5是表示本实施方式的电流控制器的结构例的框图。

图6是表示对电机的内部状态进行诊断的电机诊断处理部的结构例的框图。

图7是说明基于电机的电常数对相位角β进行运算的运算方法的图。

图8是表示对非旋转状态下的电机的特性进行诊断的诊断方法的一个例子的流程图。

图9是表示对电机的磁特性进行诊断的磁特性诊断处理的一个例子的流程图。

图10是表示本发明的第2实施方式的电机的诊断方法的一个例子的流程图。

图11是表示对旋转状态下的电机的特性进行诊断的旋转诊断处理的一个例子的流程图。

图12是表示本发明的第3实施方式的电机诊断处理部的结构例的框图。

图13是表示本实施方式的电机的旋转诊断处理的一个例子的流程图。

图14是表示通过电机的旋转诊断处理而执行的磁体异常判定处理的一个例子的流程图。

图15是表示本发明的第4实施方式的电机的旋转诊断处理的一个例子的流程图。

图16是表示本发明的第5实施方式的电机的诊断方法的一个例子的流程图。

图17是表示能够利用本发明的第6实施方式的电机的诊断方法进行诊断的电机模型的其他例子的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是表示与本发明的第1实施方式的电力变换装置相关的结构例的框图。

电力变换装置100是对从电源供给的电力进行变换而供给至电机的电力供给装置，例如是搭载于混合动力汽车、电动汽车等的电力变换器。在本实施方式中，电力变换装置100将从电源101向电机 102供给的直流电力变换为交流电力。

电源101将电力供给至电机102。电源101例如由电池或者燃料电池实现。作为用于电源101的电池，能举出锂离子电池等。

电机102是由交流电力驱动的交流电机。电机102例如由永磁体电机、感应电机等同步电机实现。本实施方式的电机102是由如下部件构成的IPM(Interior PermanentMagnet)电机：定子，其设置有绕组；以及转子，其埋设有永磁体。

电力变换装置100包含矢量控制器1、电流控制器2、dq轴/uvw 相变换器3、电压型逆变器4、电流检测器5u、5v以及5w、uvw相 /dq轴变换器6、转子位置检测器7以及旋转速度运算器8。

矢量控制器1为了对电机102中产生的扭矩进行控制而执行如下矢量控制，即，利用相互正交的2个轴的坐标系对需要向电机102 供给的电力进行控制。此外，d轴是表示磁体方向的分量的轴，q轴是表示扭矩方向的分量的轴。

矢量控制器1从未图示的控制器获取用于确定电机102的驱动力的扭矩指令值T*。此外，利用未图示的控制器，根据车辆的运转状态而对扭矩指令值T*进行计算。例如，设置于车辆的加速器踏板的踏入量越大，扭矩指令值T*越大。

矢量控制器1基于针对电机102的扭矩指令值T*、以及电机102 的旋转速度ω_e，对需要供给至电机102的电流指令矢量、本实施方式中的d轴电流指令值i_d*以及q轴电流指令值i_q*进行运算。例如，矢量控制器1执行如下最大扭矩控制，即，利用磁体扭矩和磁阻扭矩对电流指令矢量进行控制以使电机102中产生的扭矩达到最大。

并且，矢量控制器1执行如下非干扰控制，即，对电流指令矢量进行控制以抑制向电机102供给的电流的d轴分量(d轴电流)与 q轴分量(q轴电流)之间产生的干扰分量。另外，矢量控制器1在电机102的高速旋转区域执行如下弱磁化控制，即，对d轴电流进行控制以抑制电机102中产生的感应电压。

在本实施方式中，针对由电机102的扭矩指令值T*以及旋转速度ω_e确定的每个运转点，预先将使得d轴电流指令值以及q轴电流指令值相互关联的矢量控制对应图存储于矢量控制器1。通过实验数据、模拟等而适当地设定该矢量控制对应图。

如果矢量控制器1获取到针对电机102的扭矩指令值T*和旋转速度ω_e，则参照上述矢量控制对应图而对在由扭矩指令值T*以及旋转速度ω_e确定的运转点相关联的d轴电流指令值i_d*以及q轴电流指令值i_q*进行计算。矢量控制器1将d轴电流指令值i_d*以及q轴电流指令值i_q*输出至电流控制器2。

针对从矢量控制器1输出的电流指令矢量，电流控制器2反馈与从电压型逆变器4向电机102供给的电流相关的电流矢量而生成电压指令矢量。

在本实施方式中，电流控制器2以使得电机102的d轴电流指令值i_d*和d轴电流检测值i_d的偏差收敛至零的方式对d轴电压指令值v_d*进行运算。另外，流控制器2以使得q轴电流指令值i_q*和q轴电流检测值i_q的偏差收敛至零的方式对q轴电压指令值v_q*进行运算。电流控制器2将计算出的d轴电压指令值v_d*以及q轴电压指令值v_q*输出至dq轴/uvw相变换器3。

如下式(1)那样，dq轴/uvw相变换器3基于电机102的电角θ而将d轴电压指令值v_d*以及q轴电压指令值v_q*变换为作为三相的电压指令值的U相电压指令值v_u*、V相电压指令值v_v*以及W相电压指令值v_w*。dq轴/uvw相变换器3将三相的电压指令值v_u*、v_v*以及v_w*输出至电压型逆变器4。

[算式1]

电压型逆变器4是将从电源101输出的直流电力变换为3相的交流电力的电力变换器。电压型逆变器4基于三相的电压指令值v_u*、 v_v*以及v_w*对电源101的电压进行脉冲宽度调制(PWM)控制，生成三相的交流电压v_u、v_v以及v_w。

例如，电压型逆变器4具有与各相对应的一对开关元件，将基于各相的电压指令值v_u*、v_v*以及v_w*生成的占空比指令值与载波信号进行比较而生成各相的PWM信号。电压型逆变器4基于针对各相生成的PWM信号而生成用于驱动一对开关元件的驱动信号。

基于生成的驱动信号对一对开关元件进行开关控制，因此将电源101的直流电压变换为三相的模拟交流电压v_u、v_v以及v_w而施加于电机102。由此，从电源101对电机102的各相的绕组供给交流电流i_u、i_v以及i_w。

电流检测器5_u、5_v以及5_w分别对从电压型逆变器4供给至电机 102的U相电流i_u、V相电流i_v、以及W相电流i_w进行检测。

电流检测器5_u和将电压型逆变器4与电机102的U相绕组之间连接的U相电线连接，电流检测器5_v和将电压型逆变器4与电机102 的V相绕组之间连接的V相电线连接。电流检测器5_w和将电压型逆变器4与电机102的W相绕组之间连接的W相电线连接。电流检测器5_u、5_v以及5_w将检测出的三相的交流电流i_u、i_v以及i_w输出至uvw 相/dq轴变换器6。

如下式(2)所示，uvw相/dq轴变换器6基于电机102的电角θ而将三相的交流电流i_u、i_v以及i_w变换为d轴电流检测值i_d以及q 轴电流检测值i_q。

[算式2]

uvw相/dq轴变换器6将d轴电流检测值i_d以及q轴电流检测值 i_q输出至电流控制器2。此外，可以将电流检测器5_u、5_v以及5_w中的任1个检测器省略，利用下式(3)的关系对d轴电流检测值i_d以及q轴电流检测值i_q进行计算。

[算式3]

i_w+i_u+i_v＝0…(3)

转子位置检测器7设置于电机102，以规定的周期对电机102 的转子位置进行检测，基于其检测值而对转子的电角θ进行计算。转子位置检测器7例如由旋转编码器、脉冲编码器等实现。转子位置检测器7将计算出的转子的电角θ分别输出至dq轴/uvw相变换器3、uvw相/dq轴变换器6以及旋转速度运算器8。

旋转速度运算器8基于来自转子位置检测器7的电角θ而对此次的电角θ与上一次的电角的差值、即每单位时间的电角θ的变化量进行计算。旋转速度运算器8根据该电角θ的变化量而对电机102 的旋转速度ω_e进行计算，将该旋转速度ω_e输出至矢量控制器1。

下面，对电机102的dq轴坐标系的电机模型进行说明。

图2是表示利用dq轴坐标系对本实施方式的电机102的结构实施模型化而得到的电机模型的一个例子的图。

在图2所示的电机模型中，L_d是d轴电感，L_q是q轴电感，R 是电枢绕组电阻，ω_e是电角速度。此外，电机102是IPM电机，因此q轴电感L_q比d轴电感L_d小(L_d＞＞L_q)。

而且，K_e是感应电压常数，p是电机102的极对数，K_t是对由2 除极对数p所得的值乘以感应电压常数K_e所得的值。并且，K_rt是对由2除极对数p所得的值、和从d轴电感L_d减去q轴电感L_q所得的值进行乘法运算所得的值。另外，T是扭矩，J是惯性矩，s是拉普拉斯算子，D是摩擦系数，ω_m是机械角速度，θ_m是机械角。此外， TL是外部干扰扭矩。

如图2所示，虚线部分是对由q轴电流以及d轴电流两者彼此产生的dq轴干扰分量实施了模型化的部位。如果获知该虚线部分的电参数的值，则能够以利用线性方程式使dq轴干扰分量抵消的方式对d轴电压指令值v_d*以及q轴电压指令值v_q*的补偿量进行运算。

即，如果能够推定出d轴电感L_d的值和q轴电感L_q的值，则能够预先求出将干扰分量抵消的补偿量，由此能够使电机102的状态方程式实现线性化。通常，通过非干扰控制对d轴补偿量以及q轴补偿量进行计算并考虑d轴电压指令值v_d*以及q轴电压指令值v_q*，从而将dq轴干扰分量抵消。

因此，对虚线部分的电参数的值进行推定，针对非干扰控制用的参数设定该推定值，由此将dq轴干扰分量抵消，因此能够执行以忽视虚线部分的电机模型为前提的扭矩控制。在这种控制方法中，如果虚线部分的电参数的推定值的误差因永磁体的错位、消磁等原因而增大，则会担心电机102的控制变得不稳定。

因此，利用供给至电机102的电流的检测值对电参数进行测量，由此能够对电机102的内部状态进行诊断。然而，在电机102的旋转停止的非旋转状态下，电压型逆变器4的动作停止而使得电机102 变为非通电状态，因此电机102的电流检测值变为0(零)，难以对电机102的内部状态进行诊断。

作为其对策，在本实施方式中，即使电机102处于非旋转状态，也基于使得电机102的旋转速度指令值ω_e*为零(0)的非旋转电压信号而使电压型逆变器4工作，由此对电机102通电。由此，能够利用电机102的电流检测值对电机102的状态进行诊断。

图3是表示电机102处于非旋转状态时的T型电路模型的电路图。

在图3所示的电路图中，L1是电机102的初级侧的定子电感， R1是定子电阻。另外，L2’是将次级侧的转子电感换算为初级侧的电感值后的值，R2’是将转子电阻换算为初级侧的电阻值后的值。

而且，M’(＝Ld)是将互感换算为初级侧的电感值后的值。在电机102的旋转速度指令值ω_e*为零的非旋转状态下，成为不存在朝向互感的路径的电路结构。

因此，在非旋转状态下，对定子电感L1和转子电感的初级侧换算值L2’的和即电常数Lσ、以及定子电阻R1和转子电阻的初级侧换算值R2’的和即电常数Rσ进行监视，由此能够对电机102进行诊断。

下面，简单地对生成使得电机102处于非旋转状态的三相的非旋转电压波形的方法进行说明。

图4A是表示电机102处于非旋转状态的三相的非旋转电压波形的一个例子的图。图4B是表示电机102处于旋转状态时的三相交流电压波形的一个例子的图。

为了在将电压施加于电机102的状态下使电机102处于非旋转状态，在由下式(4)表示的dq轴/uvw相的变换式中，需要以使得q 轴电压指令值v_q*为0的方式设定三相的电压指令值v_u*、v_v*以及v_w*。

[算式4]

例如，将0代入上式(4)的q轴电压指令值v_q*，从而如下式 (5)那样基于d轴电压指令值v_d*而设定三相的电压指令值v_u*、v_v*以及v_w*。

[算式5]

如上式(5)所示，只要相对于U相电压指令值v_u*而将V相电压指令值v_v*以及W相电压指令值v_w*的大小设定为一半(1/2)即可。而且，如果将如下式(6-1)所示的正弦波信号代入式(5)的d轴电压指令值v_d*，则只要将V相电压指令值v_v*以及W相电压指令值v_w*的相位设定为相同、且如式(6-2)所示那样设定为相对于U相电压指令值v_u*偏移πrad(180°)即可。

[算式6]

因此，在对于d轴电压指令值vd*而输入了单相交流励磁波形 (C_id×sinωt)的情况下，如图4A所示，相对于1个相的通电，针对其他2个相的通电，将振幅设为一半而生成相位偏移了180°的波形。由此，电机102的3相的平均电压V变为0V、且旋转速度指令值ω_e*变为0rad/s，因此能够将电机102维持为非旋转状态。

由此，即使电机102处于非旋转状态，也能够对供给至电机102 的电流进行检测，能够利用该检测值而掌握电机102的内部状态。

图5是表示本实施方式的电流控制器2的结构例的框图。

在图5中，为了方便而将dq轴/uvw相变换器3以及电压型逆变器4以及uvw相/dq轴变换器6省略。另外，设想电流控制器2中输入有利用矢量控制器1进行非干扰控制后的d轴电流指令值i_d*以及q 轴电流指令值i_q*。因此，在电机102的模型中，将图2所示的虚线部分的dq轴干扰分量省略。

电流控制器2包含d轴电流FB运算器21、d轴控制器22、q 轴电流FB运算器23、q轴控制器24以及电机诊断处理部200。

d轴电流FB运算器21为了对电机102的内部状态进行测量而将向电机102供给的电流的d轴分量反馈给d轴电流指令值i_d*。具体而言，d轴电流FB运算器21对从d轴电流指令值i_d*减去d轴电流检测值i_d后的d轴电流偏差进行运算。d轴电流FB运算器21将该 d轴电流偏差输出至d轴控制器22。

d轴控制器22以及q轴控制器24为了对电机102的内部状态进行诊断而生成使得电机102为非旋转状态的非旋转电压指令信号。

在本实施方式中，d轴控制器22生成式(6-1)所示的非旋转诊断用的d轴电压指令值v_d*。d轴控制器22将生成的非旋转诊断用的 d轴电压指令值v_d*输出至dq轴/uvw相变换器3。

q轴电流FB运算器23对从q轴电流指令值i_q*减去q轴电流检测值i_q的q轴电流偏差进行运算。q轴电流FB运算器23将该q轴电流偏差输出至q轴控制器24。

q轴控制器24以使得电机102处于非旋转状态的方式生成非旋转诊断用的q轴电压指令值v_q*并输出至dq轴/uvw相变换器3。由此，基于从dq轴/uvw相变换器3输出的三相的电压指令值v_u*、v_v*以及 v_w*而从电压型逆变器4将非旋转电压的d轴分量v_d以及q轴分量v_q施加于电机102。

电机诊断处理部200构成如下诊断部，即，基于在利用电压型逆变器4将图4A所示的3相的非旋转电压施加于电机102的状态下供给至电机102的电流的检测值，对电机102的内部状态进行诊断。

在本实施方式中，电机诊断处理部200利用来自d轴控制器22 的q轴电压指令值v_q*、来自uvw相/dq轴变换器6的d轴电流检测值i_d、以及来自d轴电流FB运算器21的d轴电流偏差，对电机102 的电抗分量、电阻分量等电特性进行诊断。电机诊断处理部200将诊断结果发送至未图示的控制器。

图6是表示电机诊断处理部200的详细结构的一个例子的框图。

这里，本实施方式的电机102是IPM电机，因此q轴电感L_q比d轴电感L_d小，因此将d轴电感L_d视为电常数Lσ(＝√(L_d ²+ L_q ²))，将电枢电阻R设为电常数Rσ。

电机诊断处理部200包含非旋转电压波形设定部201、传递函数 202、相位角运算部203、绝缘异常判定部211、磁体异常判定部212 以及磁体异常警告部213。

作为由d轴控制器22以及q轴控制器24生成的非旋转电压信号，非旋转电压波形设定部201设定非旋转诊断用的d轴电压指令值 v_d*以及q轴电压指令值v_q*的波形。例如，非旋转电压波形设定部201 设定非旋转电压信号的振幅、角频率、相位角等。

作为与从d轴控制器22输出的非旋转诊断用的d轴电压指令值 v_d*相关的参数，非旋转电压波形设定部201设定电压指令值v_d*的角频率ω_non以及振幅C_id。另外，非旋转电压波形设定部201对由非旋转诊断用的电压指令值v_d*规定的电角的设定值β*进行计算，将该设定值β*输出至绝缘异常判定部211以及磁体异常判定部212。

传递函数202中输入有d轴电流检测值i_d，如下式(7)那样实施滤波处理，由此将d轴电压检测值v_d输出。

[算式7]

v_d＝(L_σ·s+R_σ)×i_d…(7)

这里，如果视为式(7)所示的d轴电压检测值v_d、和式(6-1) 所示的d轴电压指令值v_d*彼此相等而对电机102的稳定状态进行计算，则能够如下面的式(8-1)以及式(8-2)那样导出电常数ω_nonL σ以及Rσ。

[算式8]

其中，T是积分周期，例如基于角频率ω_non而设定。

相位角运算部203根据上式(8-1)以及(8-2)而对电机102 的电常数ω_nonLσ以及Rσ进行运算。而且，相位角运算部203以规定的采样周期而对电常数ω_nonLσ以及Rσ进行运算，由此如下式(9) 那样对电流相位ω_nont进行计算。

[算式9]

这里，如图7所示，电流相位ω_nont视为相位角β，因此相位角运算部203将电流相位ω_nont作为相位角的测量值β而输出至绝缘异常判定部211。

绝缘异常判定部211基于电机102的d轴电流检测值i_d而判定电机102中形成的绕组的绝缘状态。

绝缘异常判定部211从非旋转电压波形设定部201获取电角的设定值β*、并从相位角运算部203获取电角的测量值β。而且，绝缘异常判定部211判断电角的设定值β*和测量值β的差值的绝对值是否小于规定的规定值。规定值是正常时的偏差的允许范围的上限值，例如以0为基准而设定为考虑了误差等的固定值。

在电角的设定值β*和测量值β的差值的绝对值大于或等于规定值的情况下，绝缘异常判定部211判定为电机102的绝缘异常。这样判定的理由如下，即，如果在电机102的内部产生电短路，则电机 102的电抗分量、或者电阻分量减小，因此相位角的测量值β大幅变动。

另一方面，在电角的设定值β*和测量值β的差值的绝对值小于规定值的情况下，绝缘异常判定部211判定为电机102中未产生绝缘异常。绝缘异常判定部211将判定结果发送至未图示的控制器。

这样，对正常时的电角的设定值β*、和利用相位角运算部203 计算出的测量值β进行比较，由此能够判定电机102的电绝缘不良。即，对将非旋转电压施加于电机102而供给至电机102的电流进行检测，由此能够判断电机102的电特性的异常。

磁体异常判定部212基于电机102的d轴电流检测值i_d而判定电机102的磁特性的异常。

磁体异常判定部212从相位角运算部203获取相位角的测量值β，利用下式(10-1)以及(10-2)对d轴电感L_d以及q轴电感L_q进行计算。

[算式10]

L_dL_σcosβ…(10-1)

L_q＝L_σsinβ…(10-2)

此外，电常数Lσ中不包含定子电感L1，因此严格意义上变为 Ld≒Lσsinβ、Lq≒Lσsinβ。但是，磁体异常判定部212基于测量参数的变动量而对电机102的异常进行诊断，因此即使利用上述的式 (10-1)以及(10-2)对d轴电感L_d以及q轴电感L_q进行计算，对诊断精度造成的影响也轻微。

而且，磁体异常判定部212基于计算出的d轴电感L_d而对与感应电压常数的测量值相关的频率特性K_e(ω_non)进行计算。

根据下式(11)的关系，利用d轴电感L_d、非旋转诊断用的q 轴电压指令值v_q*、其角频率的设定值ω_non*、d轴电流检测值i_d以及 q轴电流检测值i_q而能够对感应电压常数K_e进行测量。其中，A是常数。

[算式11]

在本实施方式中，磁体异常判定部212从非旋转电压波形设定部201获取角频率的设定值ω_non，从q轴控制器24获取非旋转诊断用的q轴电压指令值v_q*，获取d轴电流检测值i_d以及q轴电流检测值i_q。而且，如式(12)那样，磁体异常判定部212利用d轴电感 L_d、非旋转诊断用的q轴电压指令值v_q*、其角频率的设定值ω_non*、 d轴电流检测值i_d以及q轴电流检测值i_q而对感应电压常数的测量值 K_e进行计算。

[算式12]

如果磁体异常判定部212对感应电压常数的测量值K_e进行计算，则以使得d轴电压指令值v_d*的角频率的设定值ω_non*以规定的步阶梯宽度增大或减小的方式对非旋转电压波形设定部201的角频率ω_non*的设定值进行变更。每当变更角频率的设定值ω_non*时，磁体异常判定部212对感应电压常数的测量值K_e进行计算而对与感应电压常数的测量值相关的频率特性K_e(ω_non)进行运算。

磁体异常判定部212获取与感应电压常数的设定值相关的频率特性K_e(ω_non)*，对于感应电压常数而求出设定值的频率特性K_e (ω_non)*和测量值的频率特性K_e(ω_non)的差值(偏差)。

磁体异常判定部212针对每个角频率ω_non而计算出感应电压常数的设定值K_e ^*和测量值K_e的偏差的绝对值，求出计算出的各角频率ω_non下的偏差的绝对值之和。而且，磁体异常判定部212如下式 (13)那样判断感应电压常数K_e的偏差的绝对值之和是否大于规定的第2规定值D_th2。考虑正常时的偏差的变动量而确定这里所说的规定值，例如，设定为考虑了误差等的值。

[算式13]

而且，在感应电压常数K_e的偏差的绝对值大于或等于第2规定值D_th2的情况下，磁体异常判定部212判定为电机102的永磁体出现异常。另一方面，在感应电压常数K_e的偏差的绝对值小于第2规定值D_th2的情况下，磁体异常判定部212判定为电机102的永磁体未出现异常。磁体异常判定部212将其判定结果发送至未图示的控制器。

这样，针对感应电压常数而求出测量值的频率特性K_e(ω_non) 相对于设定值的频率特性K_e(ω_non)*的变动量，由此能够判定电机 102的电特性或磁特性的异常。此外，可以与上述的感应电压常数 K_e的运算处理同样地，关于电机102的相位角而对设定值的频率特性β(ω_non)*和测量值的频率特性β(ω_non)进行比较，由此判定电机102的磁特性的异常。

磁体异常警告部213基于d轴电流指令值i_d*和d轴电流检测值 i_d而警告存在电机102的磁特性出现异常的可能性。

本实施方式的磁体异常警告部213基于来自d轴电流FB运算器 21的d轴电流偏差而判断电机102的磁特性出现异常的可能性是否较高。例如，在d轴电流偏差小于规定的规定值的情况下，磁体异常警告部213判断为电机102的磁特性未出现异常。

另一方面，在d轴电流偏差大于或等于规定值的情况下，磁体异常警告部213判断为电机102的磁特性出现异常的可能性较高。这样判断的理由在于，d轴电流偏差与d轴电感L_d相对于q轴电感L_q的比(L_d/L_q)相关，d轴电流偏差越大，磁特性出现异常的可能性越高。在判断为磁特性出现异常的可能性较高的情况下，磁体异常警告部213将表示该主旨的警告信息发送至未图示的控制器。

图8是表示与电机诊断处理部200对电机102的内部状态进行诊断的诊断方法相关的处理流程例的流程图。

在步骤S901中，电机诊断处理部200判断电机102的旋转速度指令值ω_e*是否为0。即，电机诊断处理部200判断是否处于电机102 的旋转停止的非旋转状态。在该例子中，利用旋转速度指令值ω_e* 而判断电机102是否处于非旋转状态，但也可以利用由旋转速度运算器8计算出的检测值ω_e。

在步骤S902中，电机诊断处理部200设定非旋转电压指令信号的角频率ω_non*以及振幅C_id以及C_iq。

本实施方式的电机诊断处理部200将式(6-1)所示的非旋转诊断用的d轴电压指令值v_d*的角频率ω_non*以及振幅C_id设定为规定值，并且将非旋转诊断用的q轴电压指令值v_q*例如设定为0(零) V。

在步骤S903中，电压型逆变器4基于非旋转诊断用的d轴电压指令值v_d*，将图4A所示的三相的交流电压作为非旋转电压而施加于电机102。

在步骤S904至S908中，电机诊断处理部200执行如下电特性诊断处理，即，基于对施加有非旋转电压信号的电机102供给的电流而对电机102的电特性进行诊断。

在步骤S904中，电机诊断处理部200从uvw相/dq轴变换器6 获取电机102的d轴电流检测值i_d，基于d轴电流检测值i_d并根据式 (7)而对d轴电压检测值v_d进行计算。电机诊断处理部200基于计算出的d轴电压检测值v_d、以及式(6-1)所示的d轴电压指令值v_d*，并根据式(8-1)以及式(8-2)而对电常数ω_nonLσ以及Rσ进行计算。

在步骤S905中，电机诊断处理部200基于计算出的电常数ω_nonL σ以及Rσ，并根据式(9)而对相位角的测量值β进行计算。

在步骤S906中，电机诊断处理部200获取由非旋转电压指令信号v*规定的相位角的设定值β*。

在步骤S907中，电机诊断处理部200判断相位角的设定值β* 和测量值β的差值(相位角β的偏差)的绝对值是否小于第1规定值 D_th1。考虑正常时的偏差的变动量而确定第1规定值D_th1，例如以0 为基准而设定为考虑了误差等的值。

在步骤S908中，在相位角β的偏差的绝对值大于或等于第1规定值D_th1的情况下，电机诊断处理部200判定为电机102的绕组短路、即产生绝缘异常，结束电机102的诊断方法。

另一方面，在步骤S910中，在相位角β的偏差的绝对值小于第 1规定值D_th1的情况下，电机诊断处理部200判定为电机102未出现绝缘异常，然后执行对电机102的磁特性的异常进行诊断的磁特性诊断处理。如果步骤S910的处理结束，则结束与本实施方式的电机102的诊断方法相关的一系列处理流程。

图9是表示由步骤S910执行的磁特性诊断处理的一个例子的流程图。

在步骤S911中，电机诊断处理部200将非旋转诊断用的角频率ω_non*设定为初始值。作为初始值而设定为角频率ω_non*的扫掠范围 (变更范围)的下限值。

在步骤S912中，电机诊断处理部200基于d轴电流检测值i_d，与上述步骤S904至S906的处理同样地对相位角的测量值β(ω_non) 进行计算。

在步骤S913中，电机诊断处理部200基于计算出的相位角的测量值β(ω_non)，对感应电压常数的测量值K_e(ω_non)进行计算。

本实施方式的电机诊断处理部200基于相位角的测量值β(ω_non)，并根据式(10-1)而对d轴电感L_d进行计算。而且，电机诊断处理部200将计算出的d轴电感L_d、d轴电流检测值i_d、q轴电流检测值i_q、q轴电压指令值v_q*、非旋转诊断用的角频率ω_non代入式 (11)而对感应电压常数的测量值K_e(ω_non)进行计算。

在步骤S914中，电机诊断处理部200获取非旋转诊断用的角频率ω_non下的感应电压常数的设定值K_e(ω_non)*。因此，电机诊断处理部200将角频率ω_non下的感应电压常数的测量值K_e以及设定值 K_e*分别记录于存储器。

在步骤S915中，电机诊断处理部200使非旋转诊断用的角频率ω_non的值以预先规定的步阶幅度而增大。

在步骤S916中，电机诊断处理部200判断以步阶幅度而增大的角频率ωnon是否大于扫掠范围的上限值。而且，在角频率ω_non小于或等于变更范围的上限值的情况下，电机诊断处理部200以步阶幅度而变更对d轴控制器22以及q轴控制器24两者设定的角频率ω_non的值。

直至角频率ω_non大于变更范围的上限值为止，电机诊断处理部 200反复执行步骤S912至S916的一系列处理。即，电机诊断处理部 200使非旋转诊断用的d轴电压指令值v_d*的角频率ω_non阶梯式地变更。而且，在每次对角频率ω_non进行变更时，电机诊断处理部200都对感应电压常数的测量值K_e(ω_non)以及设定值K_e(ω_non)*进行计算，与角频率ω_non相关联地分别记录于存储器。因此，将与感应电压常数相关的测量值的频率特性K_e(ω_non)以及设定值的频率特性K_e(ω_non)*彼此保持于存储器。

在步骤S917中，电机诊断处理部200对与感应电压常数相关的测量值的频率特性K_e(ω_non)和设定值的频率特性K_e(ω_non)*进行比较。

如上述式(13)那样，本实施方式的电机诊断处理部200针对每个角频率ω_non而求出与感应电压常数相关的测量值K_e与设定值 K_e*的差值(感应电压常数K_e的偏差)的绝对值，判断它们的和是否小于第2规定值D_th2。

在步骤S918中，在针对每个角频率ω_non的感应电压常数Ke的偏差的绝对值的和小于第2规定值D_th2的情况下，电机诊断处理部 200判定为电机102中未出现电异常或者磁异常。

在步骤S919中，在针对每个角频率ω_non的感应电压常数K_e的偏差的绝对值的和等于或者大于第2规定值D_th2的情况下，电机诊断处理部200判断为电机102的永磁体的磁特性出现异常。

此外，作为利用电机诊断处理部200判定为磁特性出现异常的情况，例如在电机102的永磁体的位置偏移的情况下、永磁体的温度变得过高而使得永磁体消磁的情况下，设想了随时间的劣化等。

如果步骤S918或者S919的处理结束，则电机诊断处理部200 将判定结果发送至未图示的控制器，结束与磁特性诊断处理相关的一系列处理流程。

根据本发明的第1实施方式，对电机102的内部状态进行诊断的诊断方法包含：基于使得电机102的旋转速度ω_e*变为0的非旋转电压信号v_d*而将电压施加于电机102的步骤S903；以及获取在将电压施加于电机102的状态下供给至电机102的电流i_d的步骤S904。并且，诊断方法包含基于通过步骤S904获取的电机102的电流i_d，对作为电机102的电特性的电抗分量的电常数Lσ或者电阻分量的电常数Rσ进行运算的步骤S905或者S913。

该诊断方法包含基于通过步骤S905进行运算的电机102的电特性、以及作为与非旋转电压信号v_d*的设定值相关的参数的相位角β或者感应电压常数K_e而判定电机102的异常的步骤S907或者S917。

这样，在本实施方式的电机的控制方法中，利用电机轴的控制转数为0的指令波形使电压型逆变器4等电力变换器工作而对电机 102通电，对供给至电机102的电流进行检测。由此，能够在将电压型逆变器4与电机102连接的状态下对电机102所具有的电特性以及磁特性进行诊断。

特别地，即使在电机102的旋转已停止的非旋转状态下，该诊断方法也能够对电机102的内部状态进行诊断。因此，即使在无法使电机102旋转的状态、或者能否使电机102旋转的状态不明的状态下，也能够获取诊断所需的电机102的电特性或者磁特性。因此，不需要使电机102强制地旋转，因此不会对电力变换器等施加过大的负荷，能够诊断电机102的异常。即，能够抑制电力变换装置100的故障且诊断电机102的内部状态。

另外，本实施方式的诊断方法在步骤S915中使非旋转电压信号 v_d*的角频率ω_non变化，在步骤S913中对与电机102的电特性相关的频率特性K_e(ω_non)进行运算。而且，诊断方法在步骤S917中基于频率特性的运算值K_e(ω_non)和参数的设定值K_e(ω_non)*而判定电机102所具有的永磁体的异常。

这样，使非旋转电压信号v_d的角频率的设定值ω_non*变更而对电机102的参数β进行测量，由此能够针对每个角频率ω_non而提取出作为非旋转状态下的磁特性的控制参数的感应电压常数的增益K_e。由此，能够掌握与电机102的磁特性相关的频率依赖特性，因此能够更准确地对电机102的异常进行检测。

此外，在本实施方式中，对在电机102处于非旋转状态时诊断电机102的内部状态的例子进行了说明，但即使在电机102旋转的状态下也能够对电机102的内部状态进行诊断。下面，对电机102处于旋转状态时的电机102的诊断方法进行说明。

(第2实施方式)

图10是表示与本发明的第2实施方式的电机102的诊断方法相关的处理流程例的流程图。

本实施方式的诊断方法具有步骤S920的处理以代替图8中示出的诊断方法的步骤S910的处理。关于除了步骤S920以外的处理内容，与图8所示的处理内容相同，因此标注相同的符号并将说明省略。

在步骤S920中，在相位角β的偏差的绝对值小于第1规定值 D_th1的情况下，电机诊断处理部200判断为未出现绝缘异常，在电机 102处于旋转状态时执行对电机102的内部状态进行诊断的旋转诊断处理。

图11是表示通过步骤S920而执行的旋转诊断处理的一个例子的流程图。

在步骤S921中，电机诊断处理部200判断电机102的旋转速度ωe是否大于零(0)。即，电机诊断处理部200判断电机102是否处于旋转状态。

在步骤S922中，电机诊断处理部200以使得供给至电机102的电流的信号水平收敛至电流检测器5_u、5_v以及5_w的可检测范围内的方式对d轴电压指令值v_d*的振幅C_id和q轴电压指令值v_q*的振幅 C_iq进行调整。

例如，如果设为d轴电压指令值v_d*＝C_id×sin(ω_nont)、q轴电压指令值v_q*＝C_iq×cos(ω_nont)，则在以使得q轴电流收敛至可检测范围的方式设定q轴电压指令值v_q*的振幅C_iq之后，以使得d轴电流收敛至可检测范围的方式设定d轴电压指令值v_d*的振幅C_id。

在步骤S923中，电机诊断处理部200基于相位角的测量值β，并根据上述的式(10-1)以及(10-2)而对d轴电感L_d以及q轴电感L_q进行计算。这里，使用d轴电感L_d以及q轴电感L_q的计算值作为推定值(当前值)。

在步骤S924中，电机诊断处理部200判断d轴电感的推定值 L_d和设定值L_d*的差值的绝对值是否小于第3规定值D_th3、且q轴电感的推定值L_q和设定值L_q*的差值的绝对值是否小于第4规定值 D_th4。

此外，作为d轴以及q轴电感L_d以及L_q的设定值，例如利用制造时测量所得的值、模拟结果、初始设定值等之类的上一次的值等。考虑正常时的偏差的变动量而确定第3规定值以及第4规定值D_th3以及D_th4，例如，以0为基准而设定为考虑了误差等的值。

在步骤S925中，在d轴电感的推定值L_d和设定值L_d*的差值(偏差)的绝对值小于第3规定值D_th3、且q轴电感的推定值L_q和设定值L_q*的差值(偏差)的绝对值小于第4规定值D_th4的情况下，电机诊断处理部200判定为电机102的永磁体未出现异常。

在d轴电感L_d的偏差的绝对值大于或等于第3规定值D_th3的情况下、或者q轴电感L_q的偏差的绝对值大于或等于第4规定值D_th4的情况下，电机102的永磁体出现异常的可能性较高。在本实施方式中，设想使电机102停止，为了更可靠地确定电机的异常而进入步骤S925的处理。此外，在步骤S924的条件成立的情况下，可以判定为电机102的永磁体出现异常。

在步骤S926中，电机诊断处理部200获取由q轴电压值v_q规定的电角的设定值θ*。可以利用由电压型逆变器4检测出的电压值对q轴电压值v_q进行计算，也可以利用d轴电流检测值i_d对q轴电压值v_q进行计算。

这里，简单地对电机102的电角的设定值θ*的导出方法进行说明。可以根据下面的式(14-1)的关系如式(14-2)那样表示q轴电压值v_q。

[算式14]

因此，利用式(14-2)以及式(14-3)的关系，能够基于q轴电压值v_q而导出电机102的电角的设定值θ*。

在步骤S927中，电机诊断处理部200获取从转子位置检测器7 输出的电角的检测值θ。

在步骤S928中，电机诊断处理部200判断电机102的电角的设定值θ*和检测值θ的差值的绝对值是否小于第5规定值D_th5。即，电机诊断处理部200确认电机102的电角θ的变动量是否变得过大。考虑正常时的偏差的变动量而确定第5规定值D_th5，例如，以0为基准而设定为考虑了误差等的值。

在电角的设定值θ*和检测值θ的差值的绝对值小于第5规定值 D_th5的情况下，电机诊断处理部200返回至步骤S921的处理而再次进行诊断。

在步骤S929中，在电角的设定值θ*和检测值θ的差值的绝对值等于或大于第5规定值D_th5的情况下，电机诊断处理部200判定为电机102的永磁体的磁特性出现异常。这是因为，可以说处于非干扰控制在电机102的电角θ的变动量变得过大时不成立的状况，因此能够推定为永磁体中产生了异常、即错位、消磁。

如果步骤S925或者S929的处理结束，则电机诊断处理部200 将判定结果发送至未图示的控制器，并结束与本实施方式的电机102 的诊断方法相关的一系列处理流程。

根据本发明的第2实施方式，在电机102旋转的状态下，基于非旋转诊断用的d轴电压指令值v_d*和电机102的d轴电流检测值i_d而获取作为电机102的电特性的d轴电感L_d以及q轴电感L_q的变动量。由此，能够对电机102的磁特性的异常进行检测。并且，通过获取电机102的电角θ的偏差，能够更准确地确定电机102的磁特性的异常。

(第3实施方式)

图12是表示本发明的第3实施方式的电机诊断处理部200的结构例的框图。

电流控制器2在图6所示的电流控制器的结构的基础上具有感应电压常数乘法运算器25，电机诊断处理部200具有非旋转电压波形设定部201、扭矩监视器220以及磁体异常判定部230。

感应电压常数乘法运算器25针对从d轴控制器22输出的d轴电压指令值v_d*乘以感应电压常数的推定值K_e＾。感应电压常数的推定值K_e＾例如利用预先规定的运算式、对应图等而计算出，并设定于感应电压常数乘法运算器25。感应电压常数乘法运算器25将乘以该感应电压常数K_e＾以后的d轴电压指令值v_d*输出至dq轴/uvw相变换器3。由此，基于该d轴电压指令值v_d*而从电压型逆变器4将 d轴电压v_d施加于电机102。

扭矩监视器220包含传递函数221、感应电压常数乘法运算器 222、d轴电压偏差运算器223以及补偿增益乘法运算器224。

传递函数221输入有d轴电流检测值i_d并如下式(15)那样实施滤波处理，由此将d轴电压检测值v_d输出。

[算式15]

其中，Ts是由电枢电阻R除d轴电感L_d所得的值(L_d/R)。

感应电压常数乘法运算器222针对从d轴控制器22输出的d轴电压指令值v_d*而乘以感应电压常数的推定值K_e＾。该感应电压常数的推定值K_e＾例如与设定于感应电压常数乘法运算器25的推定值相同。感应电压常数乘法运算器222将乘以该感应电压常数的推定值K_e＾以后的d轴电压指令值v_d*输出至d轴电压偏差运算器223。

d轴电压偏差运算器223求出来自感应电压常数乘法运算器222 的d轴电压指令值v_d*、和来自传递函数221的d轴电压检测值v_d的d轴电压偏差，将该d轴电压偏差输出至补偿增益乘法运算器224。

补偿增益乘法运算器224对来自d轴电压偏差运算器223的d 轴电压偏差乘以补偿增益G(s)而计算出监视器用的电流值i_{d_ob}。补偿增益乘法运算器224将监视器用的电流值i_{d_ob}分别输出至d轴电流FB运算器21以及磁体异常判定部230。

例如利用预先规定的对应图等将补偿增益G(s)设定为使得来自d轴电流FB运算器21的d轴电流偏差变为零(0)。如果d轴电流偏差收敛至0，则将补偿增益G(s)设定为1。可以如下式(16) 那样表示补偿增益G(s)。

[算式16]

如果磁体异常判定部230获取到由补偿增益乘法运算器224设定的补偿增益G(s)，则对该补偿增益G(s)乘以感应电压常数的推定值K_e＾而计算出感应电压常数的测量值K_e。在每次利用非旋转电压波形设定部201使角频率ω_non*阶梯式地变更时，磁体异常判定部230求出感应电压常数的测量值K_e，并获取与该测定值相关的频率特性K_e(ω_non)。

而且，磁体异常判定部230针对每个角频率ω_non计算出感应电压常数的推定值K_e＾和测量值K_e的差值的绝对值，并获取上述差值的绝对值的和，在该和大于规定的规定值的情况下，判定为电机102 的永磁体出现异常。

这样，在本实施方式中，通过获取在扭矩监视器220中设定的补偿增益G(s)，能够不利用转子位置检测器7、旋转速度运算器8 等而对电机102的磁特性进行诊断。即，即使在无速度传感器的、矢量控制方式的电机驱动***中也可以应用本实施方式的电机诊断处理部200的结构。

此外，在本实施方式中，利用基于补偿增益G(s)的感应电压常数的测量值K_e而对电机102的内部状态进行诊断，但也可以利用补偿增益G(s)对电机102的内部状态进行诊断。例如，在补偿增益G(s)的绝对值大于0、且小于规定值的情况下，判定为电机102 的永磁体正常，在除此以外的情况下判定为永磁体异常。即，电机诊断处理部200可以基于补偿增益G(s)而对电机102所具有的磁体的异常进行诊断。

图13是表示本实施方式的电机102的旋转诊断处理的一个例子的流程图。

在步骤S941中，电机诊断处理部200判断电机102的旋转速度ω_e是否不大于零(0)rad/s。

在步骤S942中，电机诊断处理部200将非旋转电压指令值v_d* 的角频率ω_non*设定为为了获取频率特性而规定的变更范围的下限值。

在步骤S943中，电机诊断处理部200根据电机102的运转状态而对感应电压常数的推定值K_e＾进行运算。例如，电机诊断处理部 200针对电机102的扭矩指令值T*和旋转速度ω_e的每个运转点，利用与感应电压常数K_e相关联的对应图而对感应电压常数的推定值K_e＾进行计算。电流控制器2对该感应电压常数的推定值K_e＾乘以d 轴电压指令值v_d*，电压型逆变器4基于乘法运算所得的d轴电压指令值v_d*而将三相的交流电压施加于电机102。

在步骤S944中，电机诊断处理部200基于d轴电流检测值i_d对监视器用的电流值i_{d_ob}进行计算。

在本实施方式中，电机诊断处理部200基于d轴电流检测值i_d，并根据上述的式(15)而对d轴电压检测值v_d进行计算，对计算出的d轴电压检测值v_d、和乘以感应电压常数的推定值K_e＾之后的d 轴电压指令值v_d*的电压偏差进行运算。电机诊断处理部200对该电压偏差乘以补偿增益G(s)而计算出监视器用的电流值i_{d_ob}。

即，电机诊断处理部200对d轴电压的偏差乘以预先规定的补偿增益G(s)而推定供给至电机102的d轴电流的值i_{d_ob}。

在步骤S945中，如果将根据上述的式(14-1)导出的d轴电流的运算值设为d轴电流指令值i_d*，则电机诊断处理部200判断d轴电流指令值i_d*和监视器用的电流值i_{d_ob}的差值的绝对值是否小于第 6规定值D_th6。考虑正常时的偏差的变动量而确定第6规定值D_th6，例如以0为基准而设定为考虑了误差等的值。

在步骤S951中，在d轴电流指令值i_d*和监视器用的电流值i_{d_ob}的差值的绝对值等于或大于第6规定值D_th6的情况下，电机诊断处理部200以规定的步阶幅度使感应电压常数的推定值K_e＾增大或减小。而且，直至d轴电流指令值i_d*和监视器用的电流值i_{d_ob}的差值的绝对值小于第6规定值D_th6为止，电机诊断处理部200对感应电压常数的推定值K_e＾进行变更。

在步骤S946中，电机诊断处理部200基于感应电压常数的推定值K_e＾，并利用预先规定的运算式、对应图等而对补偿增益G(s) 进行计算。

在步骤S947中，电机诊断处理部200判断从补偿增益G(s) 的绝对值减去1所得的值是否小于第7规定值D_th7。考虑正常时的偏差的变动量而确定第7规定值D_th7，例如，以0为基准而设定为考虑了误差等的值。

在从补偿增益G(s)减去“1”所得的值等于或大于第7规定值D_th7的情况下，电机诊断处理部200进入步骤S951而对感应电压常数的推定值K_e＾进行变更。然后，直至d轴电流指令值i_d*和监视器用的电流值i_{d_ob}的偏差的绝对值小于第6规定值D_th6、且从补偿增益G(s)减去1所得的值小于第7规定值D_th7为止，电机诊断处理部200反复执行步骤S944至S947以及S951的处理。

即，电机诊断处理部200以使得电机102的d轴电流的偏差(i_d* ‐i_{d_ob})减小的方式对补偿增益G(s)的设定值进行变更。

在步骤S948中，电机诊断处理部200将对补偿增益G(s)乘以感应电压常数的推定值K_e＾所得的值(G(s)×K_e＾)作为感应电压常数的测量值K_e，与角频率ω_non相关联地记录于存储器。

在步骤S949中，电机诊断处理部200以规定的步阶幅度使角频率的设定值ω_non*增大。

在步骤S950中，电机诊断处理部200判断角频率的设定值ω_non* 是否大于变更范围的上限值。而且，在角频率的设定值ω_non*等于或小于变更范围的上限值的情况下，电机诊断处理部200返回至步骤 S942的处理而反复执行步骤S943至951的处理。即，电机诊断处理部200针对每个角频率ω_non而将感应电压常数的测量值K_e记录于存储器。因此，将与感应电压常数的测量值相关的频率特性K_e(ω_non) 保持于存储器。

在步骤S960中，在角频率的设定值ω_non*大于变更范围的上限值的情况下，电机诊断处理部200使角频率ω_non*的变更停止，执行判定电机102的永磁体是否异常的磁体异常判定处理。后文中参照图 14对磁体异常判定处理的详情进行叙述。

如果步骤S960的磁体异常判定处理结束，则电机诊断处理部 200返回至图10所示的处理，结束与步骤S920的旋转诊断处理相关的一系列处理流程。

图14是表示由步骤S960执行的磁体异常判定处理的一个例子的流程图。

在步骤S961中，电机诊断处理部200针对每个角频率ω_non而求出与感应电压常数相关的测量值K_e与设定值K_e*的差值(感应电压常数K_e的偏差)的绝对值，判断其和是否小于第2规定值D_th2。

在步骤S962中，在针对每个角频率ω_non的感应电压常数K_e的偏差的绝对值的和小于第2规定值D_th2的情况下，电机诊断处理部 200判定为电机102未出现电异常或者磁异常。

另一方面，在针对每个角频率ω_non的感应电压常数K_e的偏差的绝对值的和等于或大于第2规定值D_th2的情况下，电机102的永磁体的磁特性出现异常的可能性较高，因此电机诊断处理部200为了更可靠地确定电机异常而进入步骤S963的处理。

在步骤S963中，在电机102的旋转速度ω_e变为规定值的情况下，与图8所示的步骤S904以及S905的处理相同地，电机诊断处理部200基于d轴电流检测值i_d而对相位角的测量值β进行计算。

在步骤S964中，与图8所示的步骤S906的处理相同地，电机诊断处理部200获取由利用d轴控制器22生成的d轴电压指令值v_d* 规定的相位角的设定值β*。

在步骤S965中，与图8所示的步骤S906的处理相同地，电机诊断处理部200判断与相位角相关的设定值β*和测量值β的差值的绝对值是否小于第1规定值D_th1。而且，在与相位角相关的设定值β *和测量值β的差值小于第1规定值D_th1的情况下，结束磁体异常判定处理。

在步骤S966中，在与相位角相关的设定值β*和测量值β的差值等于或大于第1规定值D_th1的情况下，电机诊断处理部200判定为电机102的磁特性出现异常。

即，在针对每个角频率ω_non的感应电压常数K_e的偏差的绝对值的和大于第2规定值D_th2、且与相位角相关的设定值β*和测量值β的差值大于第1规定值D_th1的情况下，电机诊断处理部200判定为电机102的磁特性出现异常。

如果步骤S962或者S966的处理结束，电机诊断处理部200结束与磁体异常判定处理相关的一系列处理流程，返回至图13所示的旋转诊断处理。

根据本发明的第3实施方式，机诊断处理部200包含：基于电机102的d轴电流i_d而对电机102的d轴电压的偏差进行运算，对运算所得的d轴电压的偏差乘以预先规定的补偿增益G(s)而推定 d轴电流的步骤S944；以及设定补偿增益G(s)的值以使得d轴电流的偏差减小的步骤S946。

如步骤S948以及S961的处理那样，该诊断方法基于设定的补偿增益G(s)而判定为电机102的永磁体异常。通过这样获取用于推定d轴电流的补偿增益G(s)，能够对电机102的磁特性进行诊断。

即，使非旋转电压信号的角频率ω_non变动而对预先设定完毕的控制增益G(s)和诊断参数的运算结果进行比较，由此无论电机102 的旋转状态如何都能够对各速度区域的现状的特性变动量进行测量。因此，能够提高电机102的旋转中的电机特性的变动量的测量精度。并且，根据本实施方式，通过对补偿增益G(s)进行测量而能够将该测量值设定为电机102的控制参数，因此能够高精度地对电机102 进行控制。

另外，根据本实施方式，在图10所示的步骤S905中，电机诊断处理部200在电机102的旋转停止的非旋转状态下对作为电机102 的电特性的相位角β进行运算。然后，电机诊断处理部200在步骤 S948中在电机102的旋转中设定补偿增益G(s)，在步骤S961中基于电机102的电特性β和补偿增益G(s)而诊断电机102的磁特性是否异常。

由此，在基于电机102的电特性β的测量值而判定为电机102 绝缘异常的情况下，此后能够削减电机102的旋转中的诊断处理。因此，能够削减电机102的旋转中的无用的诊断处理。并且，作为诊断用参数，在电机102的电特性β的基础上同时使用补偿增益G(s)，能够实现更高精度的诊断。

(第4实施方式)

图15是表示本发明的第4实施方式的电机102的旋转诊断处理的一个例子的流程图。

在步骤S971中，电机诊断处理部200判断电机102的旋转速度ω_e是否大于零(0)。

在步骤S972中，电机诊断处理部200判断电机102的旋转速度ω_e的变化幅度是否大于规定值。

在步骤S973中，在电机102的旋转速度ω_e的变化幅度大于规定值的情况下，电机诊断处理部200获取d轴电流检测值i_d，判断其 d轴电流检测值i_d是否大于为了确保测量精度而需要的最低限度的规定的测量阈值。在d轴电流检测值i_d小于测量阈值的情况下，电机诊断处理部200返回至步骤S972的处理。

在步骤S974中，在其d轴电流检测值i_d大于测量阈值的情况下，电机诊断处理部200基于d轴电流检测值i_d而对d轴电感L_d进行计算。

与图8所示的步骤S904以及S905的处理相同地，本实施方式的电机诊断处理部200基于d轴电流检测值i^d而对相位角的测量值β进行计算，基于相位角的测量值β并根据上述的式(10-1)而对d 轴电感L_d进行计算。

在步骤S975中，电机诊断处理部200使计算出的d轴电感L_d、和此时的d轴电压指令值v_d*的角频率ω相关联地记录于存储器。

在步骤S976中，电机诊断处理部200判断在预先规定的频率范围中角频率ω的测量点的数量是否比规定值多。而且，在角频率ω的测量点的数量未达到规定值的情况下，电机诊断处理部200返回至步骤S972的处理，直至角频率ω的测量点的数量比规定值多为止，将 d轴电感L_d记录于存储器。此外，例如利用实验数据等而确定这里所说的规定值，具体而言，设定为判定电机102的磁特性是否正常所需的数量。

在步骤S977中，在角频率ω的测量点的数量比规定值多的情况下，电机诊断处理部200对电机102的特性曲线、和存储器内的d 轴电感的频率特性L_d(ω)进行比较。

在本实施方式中，电机诊断处理部200针对记录于存储器内的每个角频率而求出特性曲线的设定值L_d*和d轴电感的计算值L_d的差值的绝对值，判断上述绝对值的和是否小于第7规定值D_th7。

考虑正常时的偏差的变动量而确定第7规定值D_th7，例如以0 为基准而设定为考虑了误差等的值。另外，特性曲线与用于电机102 的参数的推定的运算对应图不同，示出了电机102本身的特性。

在步骤S978中，在每个角频率(测量点)的特性曲线的设定值 L_d*和d轴电感的计算值L_d的差值的绝对值的和小于第7规定值D_th7的情况下，电机诊断处理部200判定为电机102未出现异常。

在步骤S979中，在每个角频率的d轴电感的设定值L_d*与计算值L_d的差值的绝对值的和等于或大于第7规定值D_th7的情况下，电机诊断处理部200判定为电机102的永磁体异常。

如果步骤S978或者S979的处理结束，电机诊断处理部200将判定结果发送至未图示的控制器，结束与本实施方式的旋转诊断处理相关的一系列处理流程。

根据本发明的第4实施方式，在每次电机102的旋转速度ω_e变化时，都对d轴电感L_d进行计算并获取其频率特性L_d(ω)，由此能够对电机102的内部状态进行诊断。此外，在本实施方式中，每当电机102的旋转速度ω_e变化时都对d轴电感L_d进行计算，但也可以每当d轴电压指令值v_d*的角频率变化时都对d轴电感L_d进行计算。

(第5实施方式)

图16是表示本发明的第5实施方式的电机102的旋转诊断处理的一个例子的流程图。

在步骤S981中，电机诊断处理部200判断电机102的旋转速度ω_e是否大于零(0)rad/s。

在步骤S982中，在电机102的旋转速度ω_e大于0rad/s的情况下，如图14的步骤S922中所述，电机诊断处理部200执行对电压指令值的d轴振幅C_id以及q轴振幅C_iq进行调整的处理。

在步骤S983中，电机诊断处理部200基于电机102的旋转速度ω_e，并利用规定的运算式、对应图等而对d轴电感L_d_ω以及相位角β_ω进行计算。

在步骤S984中，与图13的步骤S943至S947的处理内容相同地，电机诊断处理部200对补偿增益G(s)进行调整以使得d轴电流指令值i_d*和监视器用的d轴电流值i_{d_os}的电流偏差收敛至零。

在步骤S985中，在电流偏差(i_d*-i_{d_os})收敛至零的情况下，电机诊断处理部200基于d轴电流检测值i_d而对d轴电感L_{d_i}以及相位角β_{_i}进行计算。

在步骤S986中，电机诊断处理部200判断步骤S983中计算出的d轴电感L_{d_ω}和步骤S985中计算出的d轴电感L_{d_i}的偏差(L_{d_ω} -L_{d_i})的绝对值是否大于第8规定值D_th8。考虑正常时的偏差的变动量而确定第8规定值D_th8，例如以0为基准而设定为考虑了误差等的值。

在步骤S987中，在d轴电感的偏差(L_{d_ω}-L_{d_i})的绝对值小于第8规定值D_th8的情况下，电机诊断处理部200判断步骤S983中计算出的相位角β_{_ω}和步骤S985中计算出的相位角β_{_i}的偏差的绝对值是否小于第9规定值D_th9。而且，在相位角的偏差(β_{_ω}-β_{_i})的绝对值小于第9规定值D_th9的情况下，返回至步骤S981的处理。

另一方面，在d轴电感的偏差(L_{d_ω}-L_{d_i})的绝对值大于第8规定值D_th8的情况下、或者相位角的偏差(β_{_ω}-β_{_i})的绝对值大于第 9规定值D_th9的情况下，进入步骤S988的处理。

在步骤S988中，与图15所示的步骤S977的处理相同地，电机诊断处理部200对至此获取的角频率ω下的计算值和特性曲线进行比较。

具体而言，在d轴电感的偏差(L_{d_ω}-L_{d_i})的绝对值大于第8规定值D_th8的情况下，电机诊断处理部200判断d轴电感的计算值L_{d_ω}、L_{d_i}和特性曲线的偏差的绝对值的和是否大于第10规定值D_th10。

另外，在相位角的偏差(β_{_ω}-β_{_i})的绝对值大于第9规定值 D_th9的情况下，电机诊断处理部200判断相位角的计算值β_{_ω}、β_{_i}和特性曲线的偏差的绝对值的和是否大于第10规定值D_th10。

在步骤S989中，在d轴电感的计算值L_{d_ω}、L_{d_i}和特性曲线的偏差的绝对值的和大于第10规定值D_th10的情况下、或者相位角的计算值β_{_ω}、β_{_i}和特性曲线的偏差的绝对值的和大于第10规定值D_th10的情况下，电机诊断处理部200判定为磁体异常。

根据本发明的第5实施方式，利用速度反馈对特性参数L_d以及β进行计算，并且利用d轴电流的偏差对特性参数L_d以及β进行计算。而且，通过确认到2个特性参数的差值收敛至规定值内而判定为电机102正常。由此，能够更准确地对电机102的旋转中的电机102 的内部状态进行诊断。

此外，在上述实施方式中，对诊断IPM电机的内部状态的例子进行说明，但即使是感应电机也能够与上述实施方式同样地对内部状态进行诊断。下面，简单地对能够应用本发明的感应电机的模型例进行说明。

(第6实施方式)

图17是表示利用dq轴坐标系对本发明的第6实施方式的电机 103的内部实施模型化所得的电机模型的一个例子的图。本实施方式的电机103是感应电机。

如图 17 所示，虚线部分是对因q轴电流和d轴电流而产生的干扰分量进行了模型化的部位。如果获知虚线部分的电参数的值，则能够预先利用线性方程式对用于将dq轴干扰分量抵消的补偿量进行运算。

因此，如果能够推定出作为定子电感L1和转子电感的初级侧换算值L2’的和的电常数Lσ、电机次级时常数T2、所有角ω_s，则能够与IPM电机同样地对电机103的状态方程式实施线性化。

另外，在本实施方式的电机103中，在图4所示的等效电路模型成立的情况下，能够应用第3实施方式的方法。例如，如果对电常数Lσ、电机2次时常数T2以及所有角ω_s进行运算，则能够导出电负载和磁负载的电感设定值。

因此，在本实施方式的电机103中，与上述实施方式相同地，即使电机103处于非旋转状态，也能够基于非旋转电压指令值v_d*而将电压施加于电机103，能够在该状态下基于供给至电机103的电流 i_d而对电机103进行诊断。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分而已，其主旨并非将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。

例如，在上述实施方式中，基于电机的速度信息、电流反馈等测量参数而对相位角β、d轴电感L_d、感应电压常数K_e等特性参数进行计算，对上述计算出的参数和设定数据进行比较以及诊断。然而，作为测量参数，并不局限于上述物理量，可以利用速度传感器、角速度传感器、加速度传感器等各种传感器的检测值，也可以利用这些检测值对特性参数进行计算而判定特性异常。

另外，在上述实施方式中，基于计算出的参数的偏差的绝对值的和而判定了电机的异常，但只要能够判断计算出的参数和设定值的偏离度即可，可以是偏差的绝对值的平均值等。

此外，能够适当地对上述实施方式进行组合。

本申请主张基于2015年12月21日向日本特许厅申请的日本特愿2015-248793的优先权，通过参照而将该申请的全部内容并入本说明书。

Claims (4)

1.一种电机的诊断方法，其对电机的状态进行诊断，其中，

所述电机的诊断方法包含：

基于所述电机的旋转速度变为0的非旋转电压信号而将电压施加于所述电机的施加步骤；

对供给至通过所述施加步骤而施加有电压的所述电机的电流进行测量的测量步骤；

基于通过所述测量步骤测量出的所述电机的电流而对作为所述电机的测量值电特性的测量值相位角进行运算的测量值电特性运算步骤；

作为与所述非旋转电压信号相关的参数的设定值电特性，对与所述非旋转电压信号对应的设定值相位角进行运算的设定值电特性运算步骤；以及

在所述测量值相位角和所述设定值相位角的差值的绝对值大于或等于第1规定值的情况下，判定为所述电机出现绝缘异常的判定步骤。

2.一种电机的诊断方法，其对电机的状态进行诊断，其中，

所述电机的诊断方法包含：

基于所述电机的旋转速度变为0的非旋转电压信号而将电压施加于所述电机的同时使所述非旋转电压信号的频率变化的施加步骤；

对供给至通过所述施加步骤而施加有电压的所述电机的电流进行测量的测量步骤；

基于通过所述测量步骤测量出的所述电机的电流而对测量值相位角进行运算，并基于所述测量值相位角而对作为测量值电特性的所述电机的测量值感应电压常数进行运算的测量值电特性运算步骤，

作为与所述非旋转电压信号相关的参数的设定值电特性，对设定值感应电压常数进行运算的设定值电特性运算步骤，

在针对每个角频率的所述测量值感应电压常数和所述设定值感应电压常数的偏差的绝对值的和大于或等于第2规定值的情况下，判定为所述电机的永磁体出现异常。

3.一种电力变换装置，其中，

所述电力变换装置包含：

电力变换器，其基于电机的旋转速度变为0的非旋转电压信号对所述电机通电而施加电压；

传感器，其对从所述电力变换器向所述电机供给的电流进行测量；

测量值电特性运算器，其基于利用所述传感器测量出的所述电机的电流而对作为所述电机的测量值电特性的测量值相位角进行运算；

设定值电特性运算器，其作为与所述非旋转电压信号相关的参数的设定值电特性对设定值相位角进行运算；以及

判定部，其在所述测量值相位角和所述设定值相位角的差值的绝对值大于或等于第1规定值的情况下，判定为所述电机出现绝缘异常。

4.一种电力变换装置，其中，

所述电力变换装置包含：

电力变换器，其基于电机的旋转速度变为0的非旋转电压信号对所述电机通电而施加电压；

传感器，其对从所述电力变换器向所述电机供给的电流进行测量；

测量值电特性运算器，其基于利用所述传感器测量出的所述电机的电流而对测量值相位角进行运算，并基于所述测量值相位角而对作为测量值电特性的所述电机的测量值感应电压常数进行运算；

设定值电特性运算器，其作为与所述非旋转电压信号相关的参数的设定值电特性对设定值感应电压常数进行运算；以及

判定部，其在针对每个角频率的所述测量值感应电压常数和所述设定值感应电压常数的偏差的绝对值的和大于或等于第2规定值的情况下，判定为所述电机的永磁体出现异常。

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