JP3572384B2 - 3相交流モータの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、3相交流モータの各相にそれぞれ設けられた電流センサによる測定値に基づいたモータ制御電流により3相交流モータの回転制御を行う3相交流モータの制御装置に係わり、特に、電流センサの故障に対する耐久性を向上させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、3相交流モータ制御装置内の電流センサの故障の有無は、各相(U相、V相、W相)の電流センサからの電流信号(Iu,Iv,Iw)が(関係式)Iu + Iv + Iw = 0 を満たしているか否かで判断され、この関係式が満たされていない場合は少なくともいづれか1つの電流センサに故障があるものと判定されていた。そして、電流センサの故障があるものと判定された場合には、故障した電流センサの数に関係なく、直ちに3相交流モータの制御が中断され、モータへの印加電圧を0にすることによりモータの動作を停止していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、1つの電流センサの故障のみで常にモータの動作を停止することは、実使用上好ましくない。特に、環境問題を考慮して開発が進められている電気自動車については、その駆動源として3相交流モータの使用が期待されており、この問題に対する対応策が切望されている。
【0004】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流センサの故障に対する耐久性の向上に寄与しうる3相交流モータの制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、発明者は、3つの電流センサのいづれか2つの測定値が正しければ3相交流モータの制御が可能であることに着目した。
【0006】
請求項1に記載の発明は、3相交流モータの各相にそれぞれ設けられた電流センサによる測定値に基づいたモータ制御電流により当該3相交流モータの回転制御を行う制御装置において、一の相の電流値を、他の二相における電流センサによる測定値から推定する第1の推定手段と、モータに供給される電流の位相角および各相の電流センサによる測定値から電流の波高値を推定し、推定された波高値と電流の位相角から前記一の相の電流値を推定する第2の推定手段と、電流センサによる測定値と第1および第2の推定手段で推定した電流値とに基づいて、各相における電流センサの故障の有無を判別し、いずれか1つの電流センサが故障しているときには、故障している電流センサが設けられている相について推定した電流値をモータ制御電流の算出に用いる故障診断手段とを備えることを要旨とする。
【0007】
これにより、電流センサの故障が1つ以下である限りは、常に、正しいモータ制御電流により制御を続行することができる。
【0008】
請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の故障診断手段は、電流センサの故障の有無の判別の結果、2以上の電流センサが故障していると判断した場合、モータを停止させることを要旨とする。
【0009】
これにより、電流センサの故障の数が2つ以上になって始めてモータが停止するので、電流センサの故障の影響を直ちに受けることがなくなる。
【0010】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、電流センサの故障が一つ以下である限りはモータの制御が停止されないので、電流センサの故障に対して耐久性の向上を実現することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図1乃至図6を用いて説明する。
【0012】
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる3相交流モータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【0013】
制御装置は、電流指示値(Iq*,Id*)から電圧指示値(Vq*,Vd*)を算出するPI制御部100と、PI制御部100からの電圧指示値(Vq*,Vd*)を3相電圧(Vu*,Vv*,Vw*)に変換する座標変換部110と、座標変換部110からの3相電圧(Vu*,Vv*,Vw*)をPWM信号(Vu**,Vv**,Vw**)に変換するPWM変換部120と、PWM変換部120からのPWM信号(Vu**,Vv**,Vw**)を逆変換するPWMインバータ部140と、PWMインバータ120からの逆変換信号(Vu,Vv,Vw)により動作する3相交流モータ160と、モータ160の回転子の位置および回転数を計測する位置/回転数センサ170と、電気角(θ)を求めるための位置計測部180と、後記故障検出部200からのモータ制御電流(Iu',Iv',Iw')を2相電流(Iq,Id)に変換し、PI制御部100に出力するための3相/d,q軸変換部190と、3相交流モータ160の各相の電流を測定するためのU相電流センサ150、V相電流センサ151、W相電流センサ152と、各相の電流センサの故障を検出し、モータ制御電流(Iu',Iv',Iw')を3相/d,q軸変換部190に出力する故障検出部200と、故障検出部200からの指示によりモータの動作を停止するためのモータ停止部130から構成され、故障検出部200は、第1推定値算出部201と、第2推定値算出部202と、故障診断部203を備える。
【0014】
次に、上記第1の実施形態に係わる3相交流モータの制御装置における、基本的な電流センサの故障診断の流れについて図2のフローチャートを用いて説明する。
【0015】
1)始めに、各相の電流センサ150、151、152により各相(u,v,w)の電流(Iu,Iv,Iw)を測定する(ステップS201)。
2)次に、各相の第1電流推定値(Iu(1),Iv(1),Iw(1))を第1の推定方法(第1推定値算出部201)により算出する(ステップS202)。
3)次に、各相の第2電流推定値(Iu(2),Iv(2),Iw(2))を第2の推定方法(第2推定値算出部202)により算出する(ステップS203)。
4)故障診断部203により、ステップS201,S202,S203で得られた電流値から多数決で故障部位を推定する(ステップS204)。
5)故障部位数(N)が1つ以下であるときには、所定の方法で得られたモータ制御電流を出力し、モータ制御動作を続行する(ステップS206)。
6)故障部位数(N)が2つ以上であるときには、モータ停止部130にモータ停止信号を送信し、モータ160を停止する(ステップS207)。
【0016】
以上をまとめると、本実施形態の係わる制御方法は、各相の電流を測定値および2つの手法で推定した電流値から多数決により故障部位を決定するのである。そして、故障部位の数が2つ以上であるときに始めて、モータの制御を停止する。
【0017】
次に、上記のステップS202、S203における第1、第2の推定方法及びステップS204における故障部位数の推定方法およびその後のモータ制御方法について図3乃至図5により詳細に説明する。
【0018】
始めに、ステップS202における第1の推定方法について説明する。
【0019】
第1の推定方法においては、各モータ相の電流測定値(Iu,Iv,Iw)と(関係式)Iu + Iv + Iw = 0 により第1電流推定値(Iu(1),Iv(1),Iw(1))を算出する。
【0020】
すなわち、(関係式)から導かれる下記の3つの式から推定したい相の電流を他の2相の電流測定値を用いて求めるのである。
【0021】
Iu(1) = −(Iv+Iw)
Iv(1) = −(Iw+Iu)
Iw(1) = −(Iu+Iv)
ここで、得られた値を第1電流推定値(Iu(1),Iv(1),Iw(1))とする。
【0022】
このため、各相センサのいづれかが故障した場合の上記第1の推定値の正否は、図3に示すようになる。
【0023】
次に、ステップS203における第2の推定方法について説明する。
【0024】
第2の推定方法は、以下の方法により各相電流の電流位相角(γ)を算出することから始まる。
【0025】
一般に、電流位相角(γ)は、電気角(θ)が0である時を基準点として考えると、次の式により求められる。
【0026】
γ = θ − φ − π
ここで、φは、以下の関係式を満たす変数である。
【0027】
φ = arctan(Id/Iq) Id:d軸電流 Iq:q軸電流
尚、上記の式により求められた位相角(γ)を仮にU相のものであるとすると、V相及びW相の位相角は、それぞれ(γ − 120)°、(γ − 240)°として与えられる。また、電気角(θ)は位置/回転数センサ170により測定される。
【0028】
次に、位相角(γ)及び各モータ相の電流測定値(Iu,Iv,Iw)の関数である、図4に示す電流の波高値(Im1,Im2,Im3,Im4)を求める。尚、図4において、位相角が60°毎に波高値を分類した理由は、sin(γ)、sin(γ−120)、sin(γ−240)が0となる角度を使用しないようにするためである。また、ここでは、位相角を0°〜360°の範囲で規格化している。
【0029】
次に、図5に示す各モータ相センサが故障した場合の上記の波高値(Im1,Im2,Im3,Im4)の正否に基づいて、以下のように、パラメータImを決定する。
【0030】
a)30°≦γ<90°及び210°≦γ<270°の時、
(a−1) Im2 = Im3 ならば、Im = Im2
(a−2) Im1 = Im4 ならば Im = Im1
(a−3) Im1 = Im2 ならば Im = Im1
b)90°≦γ<150°及び270°≦γ<330°の時、
(b−1) Im2 = Im3 ならば、Im = Im2
(b−2) Im1 = Im2 ならば Im = Im1
(b−3) Im1 = Im4 ならば Im = Im1
c)150°≦γ<210°及び330°≦γ<30°の時、
(c−1) Im1 = Im2 ならば、Im = Im1
(c−2) Im2 = Im3 ならば Im = Im2
(c−3) Im1 = Im4 ならば Im = Im1
最後に、得られたパラメータImを下記の式に代入し、第2電流推定値(Iu(2),Iv(2),Iw(2))を得る。
【0031】
Iu(2) = Im * sin(γ)
Iv(2) = Im * sin(γ−120)
Iw(2) = Im * sin(γ−240)
尚、第2電流推定値(Iu(2),Iv(2),Iw(2))は、パラメータImの決定の際に正しい波高値を利用しているので、各相のいづれかの電流センサが故障しても正しい値を推定する。したがって、第2電流推定値を中心として測定値及び第1の推定値を比較することにより、故障部位の推定を行うことができる。
【0032】
次に、ステップS204における故障部位の推定方法及びその後のモータ制御について説明する。
【0033】
1)U相電流センサの故障推定
1−1)Iu≠Iu(1)=Iu(2)ならば、U相のみが故障しているとしてIu'=Iu(1)を出力(ステップS206)
1−2)Iu=Iu(2)≠Iu(1)ならば、Iu'=Iuを出力(ステップS206)
1−3)Iu≠Iu(1)≠Iu(2)ならば、2つ以上のセンサが故障しているとして動作停止(ステップS207)
2)V相電流センサの故障推定
2−1)Iv≠Iv(1)=Iv(2)ならば、V相のみが故障しているとしてIv'=Iv(1)を出力(ステップS206)
2−2)Iv=Iv(2)≠Iv(1)ならば、Iv'=Ivを出力(ステップS206)
2−3)Iv≠Iv(1)≠Iv(2)ならば、2つ以上のセンサが故障しているとして動作停止(ステップS207)
3)W相電流センサの故障推定
3−1)Iw≠Iw(1)=Iw(2)ならば、W相のみが故障しているとしてIw'=Iw(1)を出力(ステップS206)
3−2)Iw=Iw(2)≠Iw(1)ならば、Iw'=Iw を出力(ステップS206)
3−3)Iw≠Iw(1)≠Iw(2)ならば、2つ以上のセンサが故障しているとして動作停止(ステップS207)
以上のようにして、本実施形態の3相交流モータの制御装置は、電流センサの故障に対するモータ制御を行っている。
【0034】
最後に、上記の制御方法を利用した電流センサ制御の実験例を図6を用いて説明する。
【0035】
故障検出は、図6(b)測定値(Iu,Iv,Iw)、(c)第1推定値(Iu(1),Iv(1),Iw(1))、(d)第2推定値(Iu(2),Iv(2),Iw(2))に示す波形を比較することにより行う。図6(b),(c),(d)に示す波形を比較すると、Iu=Iu(2)≠Iu(1)、Iv≠Iv(1)=Iv(2)、Iw=Iw(2)≠Iw(1)であることがわかる。この関係を前述の方法に応用すると、故障部位はV相電流センサが故障であることが推定され、モータ制御電流(Iu’,Iv’,Iw’)は、(Iu,Iv(1),Iw)となる(図6(a))。また、故障部位は、V相電流センサのみと推定されることから、制御装置は動作を停止させることなく、そのまま制御が継続される。
【0036】
このように、本制御装置においては、電流センサの故障が一つの場合でも正常に動作を継続することができる。尚、ここでは、ユーザーが指示した電流値(Iq*)にモータ電流を適合させる電流制御装置を実施形態として示したが、本発明の特徴は故障検出部200にあり、本発明がここで示す実施形態に制限されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係わる3相交流モータの制御装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係わる3相交流モータの制御方法を説明するためのフローチャート図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係わる第1電流推定値の正否を説明するための図である。
【図4】本発明の第1の実施形態に係わる電流波高値と位相角の関係を説明するための図である。
【図5】本発明の第1の実施形態に係わる第2電流推定値の正否を説明するための図である。
【図6】本発明の実施形態の3相交流モータの制御装置を用いた実験結果を示す図である。
【符号の説明】
100 PI制御部
110 座標変換部
120 PWM変換部
130 モータ停止部
140 PWMインバータ部
150 U相電流センサ
151 V相電流センサ
152 W相電流センサ
160 3相交流モータ
170 位置/回転数センサ
180 位置計測部
190 3相/d,q軸変換部
200 故障検出手部
201 第1推定値算出部
202 第2推定値算出部
203 故障診断部
Claims (2)
- 3相交流モータの各相にそれぞれ設けられた電流センサによる測定値に基づいたモータ制御電流により当該3相交流モータの回転制御を行う制御装置において、
一の相の電流値を、他の二相における電流センサによる測定値から推定する第1の推定手段と、
モータに供給される電流の位相角および各相の電流センサによる測定値から電流の波高値を推定し、推定された波高値と電流の位相角から前記一の相の電流値を推定する第2の推定手段と、
電流センサによる測定値と第1および第2の推定手段で推定した電流値とに基づいて、各相における電流センサの故障の有無を判別し、いずれか1つの電流センサが故障しているときには、故障している電流センサが設けられている相について推定した電流値をモータ制御電流の算出に用いる故障診断手段と
を備えることを特徴とする3相交流モータの制御装置。 - 前記故障診断手段は、電流センサの故障の有無の判別の結果、2以上の電流センサが故障していると判断した場合、モータを停止させることを特徴とする請求項1記載の3相交流モータの制御装置。
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