JP2023008526A - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧が大きい場合にも三相モータの空転を正確に判定することが可能なモータ制御装置およびモータ制御方法を提供する。【解決手段】このモータ制御装置１００は、モータ１０１に入力される電流を検出する電流検出部３０と、モータ１０１の駆動を制御する制御部１０と、を備える。そして、制御部１０は、電流検出部３０により検出されたモータ１０１に入力される三相の電流を二相に変換することによってｑ軸電流値Ｉｑを取得する三相二相変換部１４と、ｑ軸電流値Ｉｑが予め設定された判定しきい値Ｓ以下の場合に、モータ１０１が空転していると判定する判定部１６と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

従来、電動機を駆動するインバータ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載のインバータ装置は、電動機を可変速運転する。このインバータ装置では、インバータ内部の直流主回路部に設けられた電流検出器によって、電動機電流が測定される。そして、測定された電動機電流が予め設定されたしきい値（電動機無負荷電流値）まで低下した状態で、予め設定した時間が経過した場合に、電動機の無負荷運転状態（空転状態および締切運転状態）が検出される。

特開平６－１６５５２１号公報

ここで、上記特許文献１に記載のインバータ装置では、インバータ内部の直流主回路部に設けられた電流検出器によって電動機電流が測定されるため、電源から出力される電源電流が電動機電流として測定される。この場合に、電動機の回転速度を一定に制御する場合には、入力される電源電圧が大きい時には電源電流は小さくなる。そのため、電源電圧が大きい時には測定される電流値が小さくなるので、電動機が無負荷運転状態ではなくとも測定される電流値が無負荷運転状態を判断するためのしきい値（電動機無負荷電流値）よりも下回ってしまう。これにより、電源電圧が大きい場合に、電動機（三相モータ）の無負荷運転（空転）を正確に判定できないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電源電圧が大きい場合にも三相モータの空転を正確に判定することが可能なモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるモータ制御装置は、三相モータの駆動をｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令によりベクトル制御するモータ制御装置であって、三相モータに入力される電流を検出する電流検出部と、三相モータの駆動を制御する制御部と、を備え、制御部は、電流検出部により検出された三相モータに入力される三相の電流を二相に変換することによってｑ軸電流値を取得する三相二相変換部と、ｑ軸電流値が予め設定された判定しきい値以下の場合に、三相モータが空転していると判定する判定部と、を含む。なお、ここで言う「空転」とは、三相モータの無負荷運転状態での駆動を意味する。

この発明の第１の局面によるモータ制御装置では、上記のように、ｑ軸電流値が予め設定された判定しきい値以下の場合に、三相モータが空転していると判定する。ここで、三相モータの駆動をベクトル制御するために用いられるｑ軸電流値は、三相モータに入力される電流のうちの三相モータを回転させるためのトルクの方向のベクトル成分を示す電流値である。このｑ軸電流値は電源電圧の影響を受けないため、電源電圧が大きい場合にも、取得されるｑ軸電流値が小さくなることはない。そのため、ｑ軸電流値が予め設定された判定しきい値以下の場合に三相モータが空転していると判定することによって、電源電圧が大きい場合にも三相モータの空転を正確に判定することができる。また、三相モータの駆動をベクトル制御する場合に算出されるｑ軸電流値に基づいて三相モータの空転を判定することができるので、新たな構成を設けることなく三相モータの空転を容易に判定することができる。また、ベクトル制御において、ｑ軸電流値は、直流電流として算出される。そのため、三相モータに入力される交流電流を直接的に用いて空転の判定を行う場合に比べて、演算処理に要する処理負担を軽減することができる。

上記第１の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、判定部は、三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定された判定しきい値に基づいて、ｑ軸電流値が判定しきい値以下の場合に、三相モータが空転していると判定するように構成されている。

このように構成すれば、三相モータをベクトル制御するためのｑ軸電流値は三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるため、空転を判定するための判定しきい値を、三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定することによって、より正確に三相モータの空転を検出することができる。

上記第１の局面によるモータ制御装置において、好ましくは、制御部は、三相モータの回転速度を取得する回転速度取得部をさらに備え、判定部は、回転速度取得部により取得された回転速度が所定の最小回転速度未満の場合には三相モータの空転を判定せずに、回転速度が最小回転速度以上の場合において三相モータの空転を判定するように構成されている。

ここで、三相モータの回転速度が小さい場合には、三相モータに負荷がある状態（正常な状態）において取得されるｑ軸電流値と、三相モータが空転している状態において取得されるｑ軸電流値との差が小さくなる。そのため、三相モータの回転速度が小さい場合には、予め設定された判定しきい値に基づいて三相モータの空転を判定することが困難になると考えられる。これを考慮して、本発明では、判定部を、回転速度取得部により取得された回転速度が所定の最小回転速度未満の場合には三相モータの空転を判定せずに、回転速度が最小回転速度以上の場合において三相モータの空転を判定するように構成する。このように構成すれば、三相モータの回転速度が小さい場合において、三相モータの空転の判定が行われないため、三相モータの空転を誤判定することを抑制することができる。

また、この発明の第２の局面によるモータ制御方法は、三相モータの駆動をｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令によりベクトル制御するモータ制御方法であって、三相モータに入力される電流を検出するステップと、三相モータに入力される三相の電流を二相に変換することによってｑ軸電流値を取得するステップと、ｑ軸電流値が予め設定された判定しきい値以下の場合に、三相モータが空転していると判定するステップと、を備える。

この発明の第２の局面によるモータ制御方法では、上記のように、ｑ軸電流値が予め設定された判定しきい値以下の場合に、三相モータが空転していると判定する。ここで、三相モータの駆動をベクトル制御するために用いられるｑ軸電流値は、三相モータに入力される電流のうちの、三相モータを回転させるためのトルクの方向のベクトル成分を示す電流値である。このｑ軸電流値は電源電圧の影響を受けないため、電源電圧が大きい場合にも、取得されるｑ軸電流値が小さくなることはない。そのため、ｑ軸電流値が予め設定された判定しきい値以下の場合に三相モータが空転していると判定することによって、電源電圧が大きい場合にも三相モータの空転を正確に判定することが可能なモータ制御方法を提供することができる。また、三相モータの駆動をベクトル制御する場合に算出されるｑ軸電流値に基づいて三相モータの空転を判定することができるので、新たな構成を設けることなく三相モータの空転を容易に判定することが可能なモータ制御方法を提供することできる。また、ベクトル制御において、ｑ軸電流値は、直流電流として算出される。そのため、三相モータに入力される交流電流を直接的に用いて空転の判定を行う場合に比べて、演算処理に要する処理負担を軽減することが可能なモータ制御方法を提供することができる。

上記第２の局面によるモータ制御方法において、好ましくは、三相モータが空転していると判定するステップは、三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定された判定しきい値に基づいて、ｑ軸電流値が判定しきい値以下の場合に、三相モータが空転していると判定するステップを含む。

このように構成すれば、三相モータをベクトル制御するためのｑ軸電流値は三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるため、空転を判定するための判定しきい値を、三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定することによって、より正確に三相モータの空転を検出することが可能なモータ制御方法を提供することができる。

なお、上記第１の局面によるモータ制御装置において、以下のような構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、判定部は、ポンプに接続された三相モータが空転していると判定するように構成されている。

このように構成すれば、ポンプに接続された三相モータのｑ軸電流値が、予め設定された判定しきい値以下であるか否かを判断することによって、ポンプの空転を容易に判定することができる。そのため、ポンプによる液体の吐出または吸引が正常に行われているか否かを容易に判定することができる。

（付記項２）
上記三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定された判定しきい値に基づいて三相モータが空転していると判定するモータ制御装置において、判定部は、回転速度の上昇に比例して大きくなるように予め設定された判定しきい値に基づいて、ｑ軸電流値が判定しきい値以下の場合に、三相モータが空転していると判定するように構成されている。

このように構成すれば、判定しきい値が回転速度に比例して大きくなるように設定されているので、複雑な演算処理を行うことなく現在の回転速度における判定しきい値を取得することができる。そのため、判定しきい値を用いた空転の判定を行うための演算処理をより容易に実行することができる。

（付記項３）
上記三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定された判定しきい値に基づいて三相モータが空転していると判定するモータ制御装置において、制御部は、三相モータの回転速度を取得する回転速度取得部をさらに備え、三相二相変換部は、三相モータに入力される三相の電流を二相に変換することによってｑ軸電流値に加えてｄ軸電流値を取得するように構成されており、回転速度取得部は、ｄ軸電流指令に基づいて算出されたｄ軸制御電圧と、ｑ軸電流指令に基づいて算出されたｑ軸制御電圧と、ｑ軸電流値と、ｄ軸電流値とに基づいて、三相モータの回転速度を推定するように構成されている。

このように構成すれば、角度センサなどを設けることなく、取得されたｄ軸制御電圧と、ｑ軸制御電圧と、ｑ軸電流値と、ｄ軸電流値とによって三相モータの回転速度を推定することができる。そのため、三相モータの回転速度を測定するために装置構成が複雑化することを抑制することができる。その結果、空転を判定する場合にも、推定された回転速度に基づいて判定しきい値とｑ軸電流値とを比較することができるので、装置構成を複雑化させることなく空転を正確に判定することができる。

一実施形態による車両の全体構成を示したブロック図である。 一実施形態によるモータ制御装置の全体構成を示したブロック図である。 一実施形態による判定しきい値と速度推定値との関係を説明するための図である。 一実施形態によるフェール制御を説明するための図である。 一実施形態によるモータ制御方法の制御処理を示したフローチャート図である。 一実施形態の変形例による電流検出部のモータに入力される電流の検出を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１～図４を参照して、本実施形態によるモータ制御装置１００の構成について説明する。モータ制御装置１００は、モータ１０１（特許請求の範囲における「三相モータ」の一例）をベクトル制御により制御するように構成されている。

（モータの構成）
まず、図１を参照して、モータ制御装置１００によって制御されるモータ１０１について説明する。モータ１０１は、センサレスブラシレスモータである。また、モータ１０１には、図示しない永久磁石が設けられている。そして、モータ１０１は、たとえば、ロータ（回転子）に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭモータ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）、または、ロータの表面に永久磁石が配置されたＳＰＭモータ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）である。

また、モータ１０１は、ポンプ１０２に接続されている。ポンプ１０２は、電動ウォータポンプである。ポンプ１０２は、自動車などの車両１１０に搭載されている。そして、ポンプ１０２は、車両１１０のエンジン１０３に対して冷却液（クーラント液）を供給する。すなわち、モータ１０１は、冷却液を供給させるようにポンプ１０２を動作させる。また、モータ制御装置１００は、車両１１０の車両制御装置１０４（ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）からの速度指令ω_ｒｅｆ（図２参照）に基づいて、モータ１０１の回転速度（回転数）を制御するように構成されている。

車両制御装置１０４は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、フラッシュメモリなどの記憶部とを含むマイコン（マイクロコントローラ）である。車両制御装置１０４は、エンジン１０３の回転数、温度などに基づいて、エンジン１０３に対して供給される冷却液の流量を変更させる。具体的には、車両制御装置１０４は、ポンプ１０２を動作させるモータ１０１の回転速度を制御することによって、冷却液の流量を変更する。詳細には、車両制御装置１０４は、モータ１０１の回転速度を制御するために、モータ制御装置１００に対して速度指令ω_ｒｅｆを出力する。

（モータ制御装置の構成）
次に、図２～図４を参照して、モータ制御装置１００の構成について説明する。

図２に示すように、モータ制御装置１００は、制御部１０、インバータ部２０、および、電流検出部３０を備える。

インバータ部２０は、図示しないバッテリなどから入力された直流電力を交流電力に変換する。そして、インバータ部２０は、変換された交流電力をモータ１０１に対して出力する。具体的には、制御部１０からの制御信号に基づいて図示しないドライバユニットからのゲート信号がインバータ部２０に含まれるスイッチング素子のゲート端子に入力される。インバータ部２０は、入力されたゲート信号に基づいてスイッチング素子のスイッチング動作が制御されることによって、制御信号に対応する三相の交流電力をモータ１０１に対して出力する。また、インバータ部２０は、たとえば、６つのスイッチング素子を有する三相２レベルのインバータ回路を含む。そして、６つのスイッチング素子は、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

電流検出部３０は、インバータ部２０から出力され、モータ１０１に入力される交流電力の電流を検出する。具体的には、電流検出部３０は、モータ１０１に入力される三相の交流電力の電流の各々を検出する。そして、電流検出部３０は、Ｕ相、Ｖ相、および、Ｗ相の三相のそれぞれの電流を示すＵ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ、および、Ｗ相電流値Ｉ_ｗを、検出結果として制御部１０の後述する三相二相変換部１４に対して出力する。電流検出部３０は、たとえば、電流を検出するカレントトランスを含む。また、電流検出部３０は、取得された信号を増幅する増幅器、および、取得された信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータを含む。

制御部１０は、たとえば、ＣＰＵと、ＲＡＭと、フラッシュメモリなどの記憶部とを含むマイコンである。制御部１０は、モータ制御装置１００の各部の制御を実行する。そして、制御部１０は、モータ１０１の駆動を制御する。具体的には、制御部１０は、インバータ部２０に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御することによって、モータ１０１に対して出力される交流電力を制御する。

詳細には、制御部１０は、後述する二相三相変換部１３によって算出されたＵ相電圧Ｖ_ｕ、Ｖ相電圧Ｖ_ｖ、Ｗ相電圧Ｖ_ｗに基づいて、インバータ部２０に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのＰＷＭ信号（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ信号）を生成する。そして、制御部１０は、生成されたＰＷＭ信号を制御信号として図示しないドライバユニットに対して出力することによって、インバータ部２０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。すなわち、制御部１０は、算出されたＵ相電圧Ｖ_ｕ、Ｖ相電圧Ｖ_ｖ、Ｗ相電圧Ｖ_ｗに対応する三相の交流電力を出力するようにＰＷＭ信号を生成することによって、インバータ部２０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。

〈制御部の構成〉
本実施形態によるモータ制御装置１００は、モータ１０１の駆動をｄ軸電流指令Ｉ_ｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆによりべクトル制御するように構成されている。ベクトル制御では、モータ１０１の３相の電流（Ｕ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ、および、Ｗ相電流値Ｉ_ｗ）を、永久磁石が発生させる磁界の方向であるｄ軸と、ｄ軸に直交するトルクの方向であるｑ軸とのベクトル成分に座標変換することによって、フィードバック制御が実行される。そして、制御部１０は、車両制御装置１０４からの速度指令ω_ｒｅｆを取得するとともに、取得された速度指令ω_ｒｅｆに対応する回転速度においてモータ１０１を駆動させるように構成されている。

具体的には、制御部１０は、速度制御部１１、電流制御部１２、二相三相変換部１３、三相二相変換部１４、回転速度取得部１５、および、判定部１６を含む。速度制御部１１、電流制御部１２、二相三相変換部１３、三相二相変換部１４、回転速度取得部１５、および、判定部１６は、制御部１０における機能的な構成（機能ブロック）として構成されている。すなわち、制御部１０のフラッシュメモリなどの記憶部に記憶されたプログラムがＣＰＵ（プロセッサ）によって実行されることによって、制御部１０は、各々の機能ブロックの機能を実行するように構成されている。なお、これらの機能ブロックは、各々の処理を実行する処理回路（ハードウェア）として構成されていてもよい。

速度制御部１１には、車両制御装置１０４からの速度指令ω_ｒｅｆが入力される。また、速度制御部１１には、後述する回転速度取得部１５によって算出された速度推定値ωが入力される。そして、速度制御部１１は、入力された速度指令ω_ｒｅｆと、速度推定値ωとに基づいて、ｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆを算出する。

電流制御部１２には、ｄ軸電流指令Ｉ_ｄｒｅｆが入力される。ｄ軸電流指令Ｉ_ｄｒｅｆは、たとえば、後述する回転速度取得部１５によって取得された速度推定値ωと速度制御部１１によって算出されたｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆとに基づいて、モータ１０１のトルクが最大となるように算出される。なお、ｄ軸電流指令Ｉ_ｄｒｅｆは、０となるように設定されてもよい。また、電流制御部１２には、速度制御部１１によって算出されたｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆが入力される。また、電流制御部１２には、後述する三相二相変換部１４によって算出されたｄ軸電流値Ｉ_ｄおよびｑ軸電流値Ｉ_ｑが入力される。そして、電流制御部１２は、ｄ軸電流指令Ｉ_ｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆと、ｄ軸電流値Ｉ_ｄおよびｑ軸電流値Ｉ_ｑとに基づいて、ｄ軸制御電圧Ｖ_{ｄｃｔｒｌ}と、ｑ軸制御電圧Ｖ_{ｑｃｔｒｌ}とを算出する。具体的には、電流制御部１２は、指令値であるｄ軸電流指令Ｉ_ｄｒｅｆと、実測値であるｄ軸電流値Ｉ_ｄとに基づいてフィードバック制御を実行することによって、ｄ軸制御電圧Ｖ_{ｄｃｔｒｌ}を算出する。また、電流制御部１２は、指令値であるｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆと実測値であるｑ軸電流値Ｉ_ｑとに基づいて、フィードバック制御を実行することによって、ｑ軸制御電圧Ｖ_{ｑｃｔｒｌ}を算出する。

二相三相変換部１３には、電流制御部１２によって算出されたｄ軸制御電圧Ｖ_{ｄｃｔｒｌ}およびｑ軸制御電圧Ｖ_{ｑｃｔｒｌ}が入力される。そして、二相三相変換部１３は、入力されたｄ軸制御電圧Ｖ_{ｄｃｔｒｌ}およびｑ軸制御電圧Ｖ_{ｑｃｔｒｌ}に対して逆パーク変換および逆クラーク変換を実行することによって、Ｕ相電圧Ｖ_ｕ、Ｖ相電圧Ｖ_ｖ、Ｗ相電圧Ｖ_ｗを算出する。なお、二相三相変換部１３は、後述する回転速度取得部１５から取得された回転角度を用いて逆パーク変換を実行する。

三相二相変換部１４には、電流検出部３０により検出された三相（Ｕ相、Ｖ相、および、Ｗ相）の電流を示すＵ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ、および、Ｗ相電流値Ｉ_ｗが入力される。そして、三相二相変換部１４は、モータ１０１に入力される三相の電流を二相に変換することによって、ｄ軸電流値Ｉ_ｄおよびｑ軸電流値Ｉ_ｑを取得する。具体的には、三相二相変換部１４は、入力されたＵ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ、および、Ｗ相電流値Ｉ_ｗに対して、クラーク変換およびパーク変換を実行することによって、ｄ軸電流値Ｉ_ｄおよびｑ軸電流値Ｉ_ｑを算出する。なお、三相二相変換部１４は、後述する回転速度取得部１５から取得された回転角度を用いてパーク変換を実行する。

回転速度取得部１５は、モータ１０１の回転速度を取得する。本実施形態では、回転速度取得部１５は、速度推定値ωを算出することによってモータ１０１の回転速度を推定する。すなわち、回転速度取得部１５は、算出された速度推定値ωをモータ１０１の回転速度として取得する。具体的には、回転速度取得部１５は、三相二相変換部１４により取得されたｄ軸電流値Ｉ_ｄおよびｑ軸電流値Ｉ_ｑを取得する。また、回転速度取得部１５は、電流制御部１２により算出されたｄ軸制御電圧Ｖ_{ｄｃｔｒｌ}およびｑ軸制御電圧Ｖ_{ｑｃｔｒｌ}を取得する。そして、回転速度取得部１５は、取得されたｄ軸電流値Ｉ_ｄおよびｑ軸電流値Ｉ_ｑと、ｄ軸制御電圧Ｖ_{ｄｃｔｒｌ}およびｑ軸制御電圧Ｖ_{ｑｃｔｒｌ}とに基づいて、速度推定値ωを算出する。また、回転速度取得部１５は、二相三相変換部１３による逆パーク変換のためのモータ１０１の回転角度を算出する。また、回転速度取得部１５は、三相二相変換部１４によるパーク変換のためのモータ１０１の回転角度を算出する。

〈空転判定〉
そして、本実施形態では、モータ制御装置１００は、判定部１６によってモータ１０１の空転（無負荷運転）を判定するように構成されている。すなわち、モータ制御装置１００は、冷却液の液漏れ、もしくは、蒸発、などに起因するポンプ１０２内部における冷却液の不足（空転状態にあること）を検出する。

図２に示すように、判定部１６は、三相二相変換部１４によって取得されたｑ軸電流値Ｉ_ｑを取得する。また、判定部１６は、回転速度取得部１５によって取得された速度推定値ωを取得する。そして、本実施形態では、判定部１６は、三相二相変換部１４により取得されたｑ軸電流値Ｉ_ｑが予め設定された判定しきい値Ｓ（図３参照）以下の場合にモータ１０１が空転していると判定する。

図３に示すように、本実施形態では、判定しきい値Ｓは、モータ１０１の回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定される。具体的には、判定しきい値Ｓは、回転速度の上昇に比例して大きくなるように予め設定されている。また、判定しきい値Ｓは、制御部１０の記憶部に予め記憶されている。判定部１６は、取得されたｑ軸電流値Ｉ_ｑが、取得された速度推定値ωに対応する回転速度での判定しきい値Ｓ以下の場合にモータ１０１が空転していると判定する。

なお、図３の実線Ｌ１は、空転状態（無負荷運転状態）ではない正常状態におけるモータ１０１のｑ軸電流値Ｉ_ｑ（ｑ軸電流値Ｉ_ｑの絶対値）と、回転速度（速度推定値ω）との関係の一例を示している。そして、図３の実線Ｌ２は、空転状態におけるモータ１０１のｑ軸電流値Ｉ_ｑ（ｑ軸電流値Ｉ_ｑの絶対値）と、回転速度（速度推定値ω）との関係の一例を示している。モータ１０１が正常状態である場合には、取得されるｑ軸電流値Ｉ_ｑ（ｑ軸電流値Ｉ_ｑの絶対値）は、判定しきい値Ｓよりも大きい値となる。一方で、モータ１０１が空転状態である場合には、取得されるｑ軸電流値Ｉ_ｑ（ｑ軸電流値Ｉ_ｑの絶対値）は、判定しきい値Ｓよりも大きい値となる。

〈空転不検出領域〉
また、本実施形態では、判定部１６（制御部１０）は、回転速度取得部１５により取得された回転速度（速度推定値ω）が所定の最小回転速度ω_１未満の場合にはモータ１０１の空転を判定せずに、回転速度（速度推定値ω）が最小回転速度ω_１以上の場合においてモータ１０１の空転を判定するように構成されている。具体的には、制御部１０は、予め設定された最小回転速度ω_１を記憶している。最小回転速度ω_１は、たとえば、正常状態でのｑ軸電流値Ｉ_ｑと空転状態でのｑ軸電流値Ｉ_ｑとの差が所定の大きさよりも小さくなる回転速度（速度推定値ω）に基づいて定められる。たとえば、モータ１０１の回転速度が０ｒｐｍ（回毎分）以上６０００ｒｐｍ以下の範囲で制御可能に構成されている場合に、２０００ｒｐｍが最小回転速度ω_１として設定される。

〈フェール制御〉
図４に示すように、制御部１０は、モータ１０１が空転していると判定された場合に、間欠的にモータ１０１を駆動させるフェール制御を実行する。すなわち、制御部１０は、モータ１０１が空転していると判定された場合に、モータ１０１の駆動と停止とを交互に繰り返すように、インバータ部２０を制御するように構成されている。

たとえば、図４の時点Ｔ１において、判定部１６により空転の判定がされた場合には、制御部１０は、所定の間隔（たとえば、１秒）ごとにモータ１０１の駆動と停止を繰り返すようにインバータ部２０を制御する。この場合には、図４の時点Ｔ１から時点Ｔ２までの間の１秒間において、モータ１０１が停止される。そして、時点Ｔ２から時点Ｔ３までの１秒間に、モータ１０１が駆動される。時点Ｔ３以降の、時点Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、・・・において、同様の動作が繰り返される。制御部１０は、判定部１６によって空転の判定が取得されている期間において、上記のようなフェール制御を実行するように構成されている。

ここで、冷却液を供給するためのポンプ１０２は、冷却液の一部に空気（気体）が含まれることによりエア噛みと呼ばれる空転現象が発生する場合がある。制御部１０は、上記のフェール制御のようにモータ１０１の駆動と停止を繰り返すことによって、エア噛みによる空転を解消させるように構成されている。なお、判定部１６により空転が検出されている状態において、エア噛みの解消などによって空転が検出されなくなった場合には、制御部１０は、フェール制御を終了して、モータ１０１を再度通常どおり駆動させる。

また、制御部１０は、モータ１０１が空転していると判定された場合には、車両制御装置１０４に対して、空転を示す情報を出力する。車両制御装置１０４は、制御部１０からの空転を示す情報に基づいて、図示しない表示装置にモータ１０１の空転（ポンプ１０２の空転）を示す表示を表示させる。また、車両制御装置１０４は、制御部１０からの空転を示す情報に基づいて、モータ１０１の駆動を停止させる指令を出力してもよいし、フェール制御を継続させるようにしてもよい。

（本実施形態によるモータ制御方法）
以下に、図５を参照して制御部１０による空転の判定におけるモータ制御方法の制御処理について説明する。本実施形態によるモータ制御方法は、モータ１０１の駆動をｄ軸電流指令Ｉ_ｄｒｅｆおよびｑ軸電流指令Ｉ_ｑｒｅｆによりベクトル制御するモータ制御方法である。

まず、ステップＳ１において、モータ１０１に入力される電流が検出される。具体的には、電流検出部３０によって検出されたモータ１０１のＵ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ、および、Ｗ相電流値Ｉ_ｗが取得される。

次に、ステップＳ２において、モータ１０１に入力さる三相の電流（Ｕ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ、および、Ｗ相電流値Ｉ_ｗ）が二相に変換されることによって、ｄ軸電流値Ｉ_ｄおよびｑ軸電流値Ｉ_ｑが取得される。具体的には、三相二相変換部１４によって、取得されたＵ相電流値Ｉ_ｕ、Ｖ相電流値Ｉ_ｖ、および、Ｗ相電流値Ｉ_ｗに対して、クラーク変換およびパーク変換が実行されることによって、ｄ軸電流値Ｉ_ｄおよびｑ軸電流値Ｉ_ｑが算出される。

次に、ステップＳ３において、モータ１０１の回転速度が取得される。具体的には、回転速度取得部１５によって、取得されたｄ軸電流値Ｉ_ｄおよびｑ軸電流値Ｉ_ｑと、ｄ軸制御電圧Ｖ_{ｄｃｔｒｌ}およびｑ軸制御電圧Ｖ_{ｑｃｔｒｌ}とに基づいて、速度推定値ωが算出される。

次に、ステップＳ４において、算出された速度推定値ωが、予め設定された最小回転速度ω_１以上であるか否かが判断される。速度推定値ωが最小回転速度ω_１以上であると判断された場合には、ステップＳ５に進む。速度推定値ωが最小回転速度ω_１以上であると判断されない場合には、空転の判定が行われずステップＳ１に戻る。

ステップＳ５では、ステップＳ２おいて算出されたｑ軸電流値Ｉ_ｑが予め設定された判定しきい値Ｓ以下であるか否かが判断される。具体的には、判定しきい値Ｓは、モータ１０１の回転速度（速度推定値ω）の上昇に応じて大きくなるように予め設定される。そして、取得されたｑ軸電流値Ｉ_ｑの絶対値が、取得された速度推定値ωにおける判定しきい値Ｓ以下であるか否かが判断される。ｑ軸電流値Ｉ_ｑが判定しきい値Ｓ以下であると判断された場合には、モータ１０１が空転していると判定され、ステップＳ６に進む。ｑ軸電流値Ｉ_ｑが判定しきい値Ｓ以下であると判断されない場合には、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ６では、モータ１０１が空転していると判定されたことに基づいて、モータ１０１の駆動と停止とが繰り返し実行されるフェール制御が実行される。なお、モータ１０１が空転していると判定されている場合には、フェール制御が継続される。また、モータ１０１が空転していると判定されなくなった場合には、フェール制御が終了される。

なお、上記の制御処理は、モータ１０１の駆動が開始された時点から、終了される時点まで継続して実行される。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、ｑ軸電流値Ｉ_ｑが予め設定された判定しきい値Ｓ以下の場合に、モータ１０１（三相モータ）が空転していると判定する。ここで、モータ１０１の駆動をベクトル制御するために用いられるｑ軸電流値Ｉ_ｑは、モータ１０１に入力される電流のうちのモータ１０１を回転させるためのトルクの方向のベクトル成分を示す電流値である。このｑ軸電流値Ｉ_ｑは電源電圧の影響を受けないため、電源電圧が大きい場合にも、取得されるｑ軸電流値Ｉ_ｑが小さくなることはない。そのため、ｑ軸電流値Ｉ_ｑが予め設定された判定しきい値Ｓ以下の場合にモータ１０１が空転していると判定することによって、電源電圧が大きい場合にもモータ１０１の空転を正確に判定することができる。また、モータ１０１の駆動をベクトル制御する場合に算出されるｑ軸電流値Ｉ_ｑに基づいてモータ１０１の空転を判定することができるので、新たな構成を設けることなくモータ１０１の空転を容易に判定することができる。また、ベクトル制御において、ｑ軸電流値Ｉ_ｑは、直流電流として算出される。そのため、モータ１０１に入力される交流電流を直接的に用いて空転の判定を行う場合に比べて、演算処理に要する処理負担を軽減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、判定部１６は、モータ１０１（三相モータ）の回転速度（速度推定値ω）の上昇に応じて大きくなるように予め設定された判定しきい値Ｓに基づいて、ｑ軸電流値Ｉ_ｑが判定しきい値Ｓ以下の場合に、モータ１０１が空転していると判定するように構成されている。これにより、モータ１０１をベクトル制御するためのｑ軸電流値Ｉ_ｑはモータ１０１の回転速度の上昇に応じて大きくなるため、空転を判定するための判定しきい値Ｓを、モータ１０１の回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定することによって、より正確にモータ１０１の空転を検出することができる。

また、本実施形態では、上記のように、制御部１０は、モータ１０１（三相モータ）の回転速度を取得する回転速度取得部１５を備える。そして、判定部１６は、回転速度取得部１５により取得された回転速度（速度推定値ω）が所定の最小回転速度ω_１未満の場合にはモータ１０１の空転を判定せずに、速度推定値ωが最小回転速度ω_１以上の場合においてモータ１０１の空転を判定するように構成されている。ここで、モータ１０１の回転速度が小さい場合には、モータ１０１に負荷がある状態（正常な状態）において取得されるｑ軸電流値Ｉ_ｑと、モータ１０１が空転している状態において取得されるｑ軸電流値Ｉ_ｑとの差が小さくなる。そのため、モータ１０１の回転速度が小さい場合には、予め設定された判定しきい値Ｓに基づいてモータ１０１の空転を判定することが困難になると考えられる。これを考慮して、本実施形態では、判定部１６を、回転速度取得部１５により取得された回転速度（速度推定値ω）が所定の最小回転速度ω_１未満の場合にはモータ１０１の空転を判定せずに、回転速度が最小回転速度ω_１以上の場合においてモータ１０１の空転を判定するように構成する。このように構成すれば、モータ１０１の回転速度が小さい場合において、モータ１０１の空転の判定が行われないため、モータ１０１の空転を誤判定することを抑制することができる。

（本実施形態によるモータ制御方法の効果）
本実施形態のモータ制御方法では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態のモータ制御方法では、上記のように構成することにより、ｑ軸電流値Ｉ_ｑが予め設定された判定しきい値Ｓ以下の場合に、モータ１０１（三相モータ）が空転していると判定する。ここで、モータ１０１の駆動をベクトル制御するために用いられるｑ軸電流値Ｉ_ｑは、モータ１０１に入力される電流のうちの、モータ１０１を回転させるためのトルクの方向のベクトル成分を示す電流値である。このｑ軸電流値Ｉ_ｑは電源電圧の影響を受けないため、電源電圧が大きい場合にも、取得されるｑ軸電流値Ｉ_ｑが小さくなることはない。そのため、ｑ軸電流値Ｉ_ｑが予め設定された判定しきい値Ｓ以下の場合にモータ１０１が空転していると判定することによって、電源電圧が大きい場合にもモータ１０１の空転を正確に判定することが可能なモータ制御方法を提供することができる。また、モータ１０１の駆動をベクトル制御する場合に算出されるｑ軸電流値Ｉ_ｑに基づいてモータ１０１の空転を判定することができるので、新たな構成を設けることなくモータ１０１の空転を容易に判定することが可能なモータ制御方法を提供することできる。また、ベクトル制御において、ｑ軸電流値Ｉ_ｑは、直流電流として算出される。そのため、モータ１０１に入力される交流電流を直接的に用いて空転の判定を行う場合に比べて、演算処理に要する処理負担を軽減することが可能なモータ制御方法を提供することができる。

また、本実施形態のモータ制御方法では、上記のように、モータ１０１（三相モータ）が空転していると判定するステップＳ５は、モータ１０１の回転速度（速度推定値ω）の上昇に応じて大きくなるように予め設定された判定しきい値Ｓに基づいて、ｑ軸電流値Ｉ_ｑが判定しきい値Ｓ以下の場合に、モータ１０１が空転していると判定する。これにより、モータ１０１をベクトル制御するためのｑ軸電流値Ｉ_ｑはモータ１０１の回転速度の上昇に応じて大きくなるため、空転を判定するための判定しきい値Ｓを、モータ１０１の回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定することによって、より正確にモータ１０１の空転を検出することが可能なモータ制御方法を提供することができる。

［変形例］
今回開示された上記実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、電流検出部３０を、インバータ部２０とモータ１０１との間において、カレントトランスを用いることによって、モータ１０１の三相（Ｕ相、Ｖ相、および、Ｗ相）の各々に入力される電流を検出する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図６に示した変形例による電流検出部２３０のように、インバータ部２２０に含まれる６つのスイッチング素子のうちの下アーム側の３つのスイッチング素子の各々の負側において、設けられた端子Ｐ１、端子Ｐ２、および、端子Ｐ３の各々にからモータ１０１に入力される電流を検出するようにしてもよい。この場合、電流検出部２３０は、たとえば、増幅器（オペアンプ）を含む。

また、上記実施形態では、判定しきい値Ｓが回転速度（速度推定値ω）の上昇に応じて大きくなるように予め設定されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、判定しきい値Ｓを、モータ１０１の回転速度（速度推定値ω）にかかわらず一定の値に設定してもよい。

また、上記実施形態では、回転速度（速度推定値ω）が所定の最小回転速度ω_１未満の場合にはモータ１０１の空転を判定しない例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、最小回転速度ω_１を設定せずに、動作可能な速度範囲の全てにおいて空転の判定を実行するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、モータ１０１がセンサレスブラシレスモータである例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、モータ１０１にホール素子などの角度センサを設けることによって、モータ１０１の回転速度または回転角度を検出するようにしてもよい。その場合には、回転速度取得部１５（制御部１０）は、回転速度を推定せずに、角度センサによって検出された回転速度および回転角度を取得するように構成する。

また、上記実施形態では、モータ１０１が、車両１１０に搭載され、エンジン１０３に冷却液を供給するポンプ１０２を動作させるように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、エンジン１０３ではなくバッテリなどの電源装置に対して冷却液を供給するポンプを動作させるようにしてもよい。また、モータは、車両のシフト装置に設けられ、シフト部材を駆動させるように構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、制御部１０が、モータ１０１の駆動を制御する制御部１０とは異なる車両制御装置１０４からの速度指令ω_ｒｅｆに基づいてモータ１０１の駆動を制御する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、モータ１０１の駆動を制御する制御部１０によって速度指令ω_ｒｅｆが取得されるように構成されていてもよい。

１０ 制御部
１４ 三相二相変換部
１５ 回転速度取得部
１６ 判定部
３０、２３０ 電流検出部
１００ モータ制御装置
１０１ モータ（三相モータ）
１０２ ポンプ

Claims (5)

1. 三相モータの駆動をｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令によりベクトル制御するモータ制御装置であって、
   前記三相モータに入力される電流を検出する電流検出部と、
   前記三相モータの駆動を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電流検出部により検出された前記三相モータに入力される三相の電流を二相に変換することによってｑ軸電流値を取得する三相二相変換部と、
   前記ｑ軸電流値が予め設定された判定しきい値以下の場合に、前記三相モータが空転していると判定する判定部と、を含む、モータ制御装置。
2. 前記判定部は、前記三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定された前記判定しきい値に基づいて、前記ｑ軸電流値が前記判定しきい値以下の場合に、前記三相モータが空転していると判定するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御部は、前記三相モータの前記回転速度を取得する回転速度取得部をさらに備え、
   前記判定部は、前記回転速度取得部により取得された前記回転速度が所定の最小回転速度未満の場合には前記三相モータの空転を判定せずに、前記回転速度が前記最小回転速度以上の場合において前記三相モータの空転を判定するように構成されている、請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 三相モータの駆動をｄ軸電流指令およびｑ軸電流指令によりベクトル制御するモータ制御方法であって、
   前記三相モータに入力される電流を検出するステップと、
   前記三相モータに入力される三相の電流を二相に変換することによってｑ軸電流値を取得するステップと、
   前記ｑ軸電流値が予め設定された判定しきい値以下の場合に、前記三相モータが空転していると判定するステップと、を備える、モータ制御方法。
5. 前記三相モータが空転していると判定するステップは、前記三相モータの回転速度の上昇に応じて大きくなるように予め設定された前記判定しきい値に基づいて、前記ｑ軸電流値が前記判定しきい値以下の場合に、前記三相モータが空転していると判定するステップを含む、請求項４に記載のモータ制御方法。

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