JP5890465B2 - モータの動力線断線、またはモータ用電力変換装置のパワー素子異常を検出するモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関し、特に、モータの動力線の断線の有無、またはモータ用電力変換装置のパワー素子の異常の有無を検出する機能を備えたモータ制御装置に関する。

三相モータの場合、三相ある動力線のうち１相の動力線だけが断線状態となっても、モータは回転可能である場合がある。また、モータ用電力変換装置のパワー素子がオープン状態となって壊れ、１相だけ電力が供給されない場合も同様である。このような場合、正常にモータを制御できていないため、モータには高い電圧が印加される場合や、大電流が流れる場合があり、モータを故障させるおそれがある。

一般的なモータの動力線には断線を検出するためのセンサは設けられておらず、動力線に電圧を印加した場合に、動力線に電流が流れるか否かを検出することにより、間接的に動力線の断線の有無を判定するのが一般的である。

ＰＷＭ制御を行うモータ制御装置では、モータの動力線の断線の有無の検出方法の一つとして、各相に所定の電圧を印加するように、ＩＧＢＴ等のスイッチングデバイスをＯＮ／ＯＦＦし、その際に動力線に流れる電流を分析する手法が知られている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、この手法では電流制御を一旦ＯＦＦしてから検出動作を実行する必要があるため、モータを励磁して制御している間は断線検出ができない。即ち、この手法では、モータ制御中に動力線が断線状態となった場合には動力線の断線を検出することができない。

そこで、電流指令値とモータに流れる電流値との偏差を監視して、その偏差がある程度の大きさになった場合に動力線が断線していると判定する手法が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２００９−５００５９号公報 特開２００４−３２０９４５号公報

従来技術では、電流偏差をそのまま監視しているため、以下の点で問題となる。
（１）電流制御ループには遅れがあるため、電流指令が変化した瞬間には、電流偏差は電流指令の変化分相当となる。そのため、電流偏差をそのまま監視すると誤検出が生じる可能性が高い。
（２）電流値に重畳したノイズ等の要因によって、動力線が正常に接続されていても電流偏差が大きくなり、結果的に誤検出が生じる可能性がある。

また、電流制御ループの出力である電圧指令値が上限のリミット値に達する、即ち、電圧指令値が飽和することで電流偏差が大きくなる、といったケースを考慮しておらず、常時この方法で監視を行うと、動力線の断線を誤検出する可能性が考えられる。

本発明の実施例に係るモータ制御装置は、電流指令に基づいて、三相モータを駆動するモータ制御装置であって、モータを駆動するための電流指令値を計算する電流指令計算部と、モータの動力線に流れる電流値を検出する電流検出部と、電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する電流偏差計算部と、電流偏差に基づいてモータに印加する電圧指令値を計算する電圧指令計算部と、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値に対して、フィルタを掛けたデータを計算して、動力線の断線の検出のための指標データとして出力するフィルタ処理部と、指標データに基づいて、動力線の断線を検出する動力線断線検出部と、を有することを特徴とする。

本発明の実施例に係るモータ制御装置によれば、電流偏差にフィルタを掛けたデータに基づいて断線検出を行うことによって、電流制御ループの遅れや、電流値に重畳したノイズ等の要因による誤検出を回避することができる。

また、電流偏差が大きくなるようなケースを予め想定しておき、そのようなケースに該当する場合には断線検出を中断することによって、動力線の断線状態の誤検出を避けることができる。

また、モータ駆動用アンプのパワー素子が壊れて、オープン状態になり、電流が流れなくなった場合も、同様の手法を適用することによって、検出可能である。

本発明の実施例１に係るモータ制御装置の構成図である。 本発明の実施例１に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例２に係るモータ制御装置の構成図である。 本発明の実施例２に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例３に係るモータ制御装置の構成図である。 本発明の実施例３に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例４に係るモータ制御装置の構成図である。 本発明の実施例４に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例５に係るモータ制御装置の構成図である。 本発明の実施例５に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例６に係るモータ制御装置の構成図である。 本発明の実施例６に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例７に係るモータ制御装置の構成図である。 本発明の実施例７に係るモータ制御装置によるモータ用電力変換装置のパワー素子の異常を検出する手順を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係るモータ制御装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

［実施例１］
まず、本発明の実施例１に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係るモータ制御装置の構成図である。本発明の実施例１に係るモータ制御装置１０１は、電流指令に基づいて、三相モータ２０を駆動するモータ制御装置であって、モータ２０を駆動するための電流指令値を計算する電流指令計算部１と、モータの動力線３０に流れる電流値を検出する電流検出部２と、電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する電流偏差計算部３と、電流偏差に基づいてモータに印加する電圧指令値を計算する電圧指令計算部６と、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値に対して、フィルタを掛けたデータを計算して、動力線の断線の検出のための指標データとして出力するフィルタ処理部４と、指標データに基づいて、動力線の断線を検出する動力線断線検出部５と、を有することを特徴とする。

電流指令計算部１は、トルク指令に基づいて電流指令値を計算し、電流偏差計算部３に出力する。電流偏差計算部３は減算器であり、電流指令計算部１が計算した電流指令値から電流検出部２が検出した電流値を減算することにより、電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する。

電流偏差計算部３が計算した電流偏差は、電圧指令計算部６とフィルタ処理部４に対して出力される。電圧指令計算部６は、電流偏差に基づいてモータ２０に印加する電圧指令値を計算する。電流検出部２は、電圧指令計算部６から出力された電圧指令値がモータに印加されるときにモータの動力線３０に流れる電流値を検出し、電流偏差計算部３にフィードバックする。

フィルタ処理部４は、電流制御ループにおいて生じる遅れを補償したり、電流値に重畳したノイズを除去したりするために、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けたデータを計算する。フィルタ処理部４がフィルタ処理したデータは、動力線３０の断線の検出のための指標データとして動力線断線検出部５に出力される。

ここで、フィルタ処理の対象として、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値のうち、動力線断線の影響が大きく見える値を選択する。例えば、電流指令が交流の場合に、理想（指令）からのずれを正しく評価するために「電流偏差」を選択する。また、動力線断線の影響が短い周期の偏差として現れる場合、理想（指令）からのずれを大きく評価するために「電流偏差の絶対値」を選択する。さらに、電流指令が小さく、電流偏差自体が小さい場合に偏差を拡大するために「電流偏差のべき乗値」を選択する。

動力線断線検出部５は、指標データと規定値との大小関係に基づいて、動力線が断線しているか否かを検出する。即ち、指標データが規定値より大きい場合は、動力線は断線していると判定する。一方、指標データが規定値以下である場合は、動力線に断線は生じていないと判定する。なお、規定値は動力線断線検出部５内のメモリ（図示せず）に記憶しておくことができる。

本発明の実施例１に係るモータ制御装置１０１によれば、電流偏差等にフィルタ処理を行って動力線の断線の判定のための指標データを計算し、この指標データに基づいて動力線の断線の有無を判定している。そのため、電流指令値が大きく変化したり、電流値に大きなノイズが重畳したりした場合であっても、動力線が断線したものと誤検出することを回避することができ、動力線の断線の有無を正確に判定することができる。

次に、本発明の実施例１に係るモータ制御装置の動作手順について説明する。図２は、本発明の実施例１に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、電流指令計算部１が、モータを駆動するための電流指令値を計算する。次に、ステップＳ１０２において、電流検出部２が、モータの動力線３０に流れる電流値を検出し、検出した電流値を電流偏差計算部３にフィードバックする。

次に、ステップＳ１０３において、電流偏差計算部３が電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する。次に、ステップＳ１０４において、フィルタ処理部４が、動力線の断線の検出のための指標データを計算する。指標データの計算は、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けることにより行う。計算した指標データは、動力線断線検出部５に出力される。

次に、ステップＳ１０５において、動力線断線検出部５が、指標データと規定値との大小関係に基づいて、動力線の断線の有無を判定する。指標データが規定値を超えている場合には、ステップＳ１０６において、動力線断線検出部５が動力線は断線状態にあると判定する。一方、指標データが規定値以下である場合には、動力線断線検出部５が動力線は断線状態ではないと判定し、ステップＳ１０１に戻って新たな電流指令値に基づいて動力線の断線の有無の判定を継続して行う。

以上のように、本発明の実施例１に係るモータ制御装置によれば、電流偏差にフィルタを掛けて計算した指標データに基づいて、動力線の断線の有無を判定しているので、電流指令値が大きく変動した場合や、検出した電流値に大きなノイズが重畳した場合であっても、誤検出することなく、動力線の断線を正確に判定することができる。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施例２に係るモータ制御装置の構成図である。本発明の実施例２に係るモータ制御装置１０２が、実施例１に係るモータ制御装置１０１と異なっている点は、電圧指令値が飽和しているか否かを判定し、電圧指令飽和判定結果として出力する電圧指令飽和判定部７をさらに有し、動力線断線検出部５は、電圧指令飽和判定結果に従って、電圧指令値が飽和していないと判定した場合にのみ、指標データに基づいて、動力線の断線の有無を検出する点である。一方、電圧指令値が飽和していると判定した場合は、動力線の断線の検出を休止する。実施例２に係るモータ制御装置１０２の他の構成は、実施例１に係るモータ制御装置１０１の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

電圧指令飽和判定部７は、電圧指令計算部６が計算した電圧指令値を取得して、電圧指令値と規定電圧値とを比較して、電圧指令値が、モータ駆動部の供給可能電圧である規定電圧値を超えている場合は、電圧指令値が飽和していると判定し、電圧指令値が規定電圧値以下である場合は、電圧指令値が飽和していないと判定する。電圧指令飽和判定部７は、この判定結果を電圧指令飽和判定結果として動力線断線検出部５に出力する。

動力線断線検出部５は、実施例１と同様に、フィルタ処理部４から指標データを受信しており、電圧指令値が飽和しているか否かに基づいて、動力線の断線の検出を実行するかしないかを決定する。即ち、動力線断線検出部５は、電圧指令飽和判定結果に従って、電圧指令値が飽和していないと判定した場合は、指標データに基づいて、動力線の断線の有無を検出する。一方、電圧指令値が飽和していると判定した場合は、動力線の断線の検出を休止する。

電圧指令値が飽和している場合、即ち、電流制御ループの出力である電圧指令値が上限のリミット値に達している場合には、電流偏差が大きくなる可能性があり、このような状態で動力線の断線の有無を判定すると誤検出を生じる恐れがある。そこで、実施例２に係るモータ制御装置においては、電圧指令値が飽和している場合には動力線の断線の検出を休止することにより誤検出を回避するようにしている。

次に、本発明の実施例２に係るモータ制御装置の動作手順について説明する。図４は、本発明の実施例２に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１において、電流指令計算部１が、モータを駆動するための電流指令値を計算する。次に、ステップＳ２０２において、電流検出部２が、モータの動力線３０に流れる電流値を検出し、検出した電流値を電流偏差計算部３にフィードバックする。

次に、ステップＳ２０３において、電流偏差計算部３が電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する。次に、ステップＳ２０４において、電圧指令計算部６が、電流偏差に基づいてモータに印加する電圧指令値を計算する。

次に、ステップＳ２０５において、電圧指令飽和判定部７が、電圧指令値が飽和しているか否かを判定し、電圧指令飽和判定結果として出力する。動力線断線検出部５は、電圧指令飽和判定結果に従って、電圧指令値が飽和していないと判定した場合は、ステップＳ２０６において計算した、動力線の断線の検出のための指標データに基づいて、ステップＳ２０７において動力線の断線を検出する。一方、電圧指令値が飽和していると判定した場合は、動力線の断線の検出を休止し、ステップＳ２０１に戻って、新たな電流指令値に基づいて動力線の断線検出を継続する。

ステップＳ２０６における指標データの計算は、フィルタ処理部４が、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けることにより行う。計算した指標データは、動力線断線検出部５に出力され、ステップＳ２０７において、動力線断線検出部５が、指標データと規定値との大小関係に基づいて、動力線の断線の有無を検出する。指標データが規定値を超えている場合には、ステップＳ２０８において、動力線が断線状態であると判定する。一方、指標データが規定値以下である場合には、動力線は断線状態ではないと判定し、ステップＳ２０１に戻り、新たな電流指令値に基づいて動力線の断線の有無の判定を継続して行う。

以上のように、実施例２に係るモータ制御装置によれば、電圧指令値が飽和していない場合にのみ、動力線の断線の有無を判定している。即ち、電圧指令値が飽和している場合には動力線の断線の検出を休止し、電圧指令値が飽和していないことを確認してから動力線の断線の有無を判定している。このため、電圧指令値の飽和による動力線の断線の誤検出を回避することができる。

［実施例３］
次に、本発明の実施例３に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施例３に係るモータ制御装置の構成図である。本発明の実施例３に係るモータ制御装置１０３が、実施例１に係るモータ制御装置１０１と異なっている点は、モータの回転速度を検出するモータ速度検出部８と、モータの回転速度が規定速度より高いか否かを判定するモータ速度判定部９と、をさらに有し、動力線断線検出部５は、モータの回転速度が規定速度以下の場合にのみ、指標データに基づいて、動力線の断線を検出する点である。一方、モータの回転速度が規定速度より高い場合は、動力線の断線の検出を休止する。実施例３に係るモータ制御装置１０３の他の構成は、実施例１に係るモータ制御装置１０１の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

通常、モータに印加する電圧指令は、モータ速度に比例して大きくなる。しかし、動力線が断線した状態では断線している相に電流が流れないため、電圧指令が増大し、電圧指令が飽和する場合がある。そのため、実施例２のように電圧指令が飽和した場合に動力線の断線の検出を休止すると、動力線の断線を検出できなくなる恐れがある。

そこで、実施例３に係るモータ制御装置においては、モータの回転速度を検出するモータ速度検出部８と、モータの回転速度が規定速度より高いか否かを判定するモータ速度判定部９と、を設け、モータの回転速度を監視するようにしている。そのうえで、動力線断線検出部５は、モータの回転速度が規定速度以下の場合は、指標データに基づいて、動力線の断線を検出し、モータの回転速度が規定速度より高い場合は、動力線の断線の検出を休止するようにしている。このようにすることで、モータの回転速度が正常時に電圧指令が飽和しないような範囲内であることを確認したうえで動力線の断線の検出を行うようにしているので、動力線の断線の有無を正確に検出することができる。

次に、本発明の実施例３に係るモータ制御装置の動作手順について説明する。図６は、本発明の実施例３に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ３０１において、電流指令計算部１が、モータを駆動するための電流指令値を計算する。次に、ステップＳ３０２において、電流検出部２が、モータの動力線３０に流れる電流値を検出し、検出した電流値を電流偏差計算部３にフィードバックする。

次に、ステップＳ３０３において、電流偏差計算部３が電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する。次に、ステップＳ３０４において、モータ速度検出部８が、モータ２０の回転速度を検出する。モータ２０の回転速度の検出はモータに設けられたエンコーダ（図示せず）を用いて行うことができる。

次に、ステップＳ３０５において、モータ速度判定部９が、モータの回転速度が規定速度より高いか否かを判定する。規定速度のデータは、モータ速度判定部９内に設けられたメモリ（図示せず）に予め記憶させておくことができる。

ステップＳ３０５において、モータの回転速度（モータ速度）が規定速度より高いと判定した場合には、動力線の断線の検出を休止し、ステップＳ３０１に戻って、新たな電流指令値に基づいて動力線の断線の検出を継続する。一方、モータ速度が規定速度以下である場合には、ステップＳ３０６以降において、動力線の断線の検出を実行する。

ステップＳ３０６において、フィルタ処理部４が、動力線の断線の検出のための指標データを計算する。指標データの計算は、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けることにより行う。計算した指標データは、動力線断線検出部５に出力される。

次に、ステップＳ３０７において、動力線断線検出部５が、指標データと規定値との大小関係に基づいて、動力線の断線の有無を検出する。指標データが規定値を超えている場合には、ステップＳ３０８において、動力線断線検出部５が動力線は断線していると判定する。一方、指標データが規定値以下である場合には、動力線断線検出部５が動力線は断線していないと判定し、ステップＳ３０１に戻って新たな電流指令値に基づいて動力線の断線の有無の判定を継続して行う。

以上のように、本発明の実施例３に係るモータ制御装置によれば、モータの回転速度が正常時に電圧指令が飽和しないような範囲であることを確認したうえでモータの動力線の断線の有無を検出するようにしているので、動力線の断線の有無を正確に検出することができる。

［実施例４］
次に、本発明の実施例４に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図７は、本発明の実施例４に係るモータ制御装置の構成図である。本発明の実施例４に係るモータ制御装置１０４が、実施例２に係るモータ制御装置１０２と異なっている点は、モータを駆動する電流値が規定値を超えた場合に、電流出力制限を行う電流出力制限部１０をさらに備え、動力線断線検出部５は、電圧指令飽和判定部７が、電圧指令値が飽和していないと判定し、かつ、電流出力制限部１０が、電流出力制限を行っていない場合にのみ、指標データに基づいて、動力線の断線を検出する点である。電圧指令飽和判定部７が、電圧指令値が飽和していると判定した場合、または、電流出力制限部１０が電流出力制限を行っている場合は、動力線の断線の検出を休止する。実施例４に係るモータ制御装置１０４の他の構成は、実施例２に係るモータ制御装置１０２の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

実施例２に係るモータ制御装置１０２においては、電圧指令飽和判定部７により電圧指令値が飽和しているか否かを判定し、電圧指令値が飽和していない場合にモータの動力線の断線の有無を検出するようにしていた。これに対して、実施例４に係るモータ制御装置１０４においては、これに加えて電流出力制限部１０を設け、電流出力制限を行っていない場合にのみ、モータの動力線の断線の有無を検出するようにしている。

電流出力制限部１０がモータに流れる電流を制限するのは、モータに過電流が流れるのを防止するためであり、そのような場合には一時的にモータに流れる電流が制限され、電流検出部２で検出される電流値は非常に小さくなるものと考えられる。このとき電流偏差計算部３で計算される電流偏差は大きな値となると考えられ、そのまま動力線の断線の有無を判定してしまうと動力線は断線していないにも関わらず、動力線は断線したものと誤検出してしまう恐れがある。そこで、本実施例に係るモータ制御装置においては、電流出力制限部１０を設けて、モータに流れる電流値が制限されているような状況では動力線の断線の有無の検出を休止するようにしている。一方、モータへの電流制限が行われていない場合には、実施例２のモータ制御装置と同様に、モータの動力線の断線の有無を検出することができる。このような構成とすることにより、モータへの電流制限の有無を加味することで、動力線の断線の有無を正確に検出することができるようになる。

なお、実施例４に係るモータ制御装置においては、実施例２のように電圧指令飽和判定部７を設けて電圧指令値の飽和の有無も判定している。従って、実施例４に係るモータ制御装置においては、電圧指令飽和判定部７が、電圧指令値が飽和していないと判定し、かつ、電流出力制限部１０が、電流出力制限を行っていない場合に、指標データに基づいて、動力線の断線を検出するようにしている。一方、電圧指令飽和判定部７が、電圧指令値が飽和していると判定した場合、または、電流出力制限部１０が、電流出力制限を行っている場合は、動力線の断線の検出を休止するようにしている。このように、電圧飽和及び電流制限の２つの観点からモータに流れる電流値の異常を排除するようにしているので、モータの動力線の断線の有無を正確に検出することができる。

次に、本発明の実施例４に係るモータ制御装置の動作手順について説明する。図８は、本発明の実施例４に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ４０１において、電流指令計算部１が、モータを駆動するための電流指令値を計算する。次に、ステップＳ４０２において、電流検出部２が、モータの動力線３０に流れる電流値を検出し、検出した電流値を電流偏差計算部３にフィードバックする。

次に、ステップＳ４０３において、電流偏差計算部３が電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する。次に、ステップＳ４０４において、電圧指令計算部６が、電流偏差に基づいてモータに印加する電圧指令値を計算する。

次に、ステップＳ４０５において、電圧指令飽和判定部７が、電圧指令値が飽和しているか否かを判定し、電圧指令飽和判定結果として出力する。電圧指令値が飽和していると判定した場合は、動力線の断線の検出を休止し、ステップＳ４０１に戻って、新たな電流指令値に基づいて動力線の断線検出を継続する。

一方、電圧指令値が飽和していないと判定した場合は、ステップＳ４０６において、電流出力制限部１０が電流出力制限を実行しているか否かを判定する。電流出力制限が実行されている場合には、ステップＳ４０１に戻って、新たな電流指令値に基づいて動力線の断線検出を継続する。一方、電流出力制限が実行されていない場合には、ステップＳ４０７以降において、動力線の断線の検出を実行する。

ステップＳ４０７において、フィルタ処理部４が、動力線の断線の検出のための指標データを計算する。指標データの計算は、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けることにより行う。計算した指標データは、動力線断線検出部５に出力される。

次に、ステップＳ４０８において、動力線断線検出部５が、指標データと規定値との大小関係に基づいて、動力線の断線の有無を検出する。指標データが規定値を超えている場合には、ステップＳ４０９において、動力線断線検出部５が動力線は断線していると判定する。一方、指標データが規定値以下である場合には、動力線断線検出部５が動力線は断線していないと判定し、ステップＳ４０１に戻って新たな電流指令値に基づいて動力線の断線の有無の判定を継続して行う。

以上のように、実施例４に係るモータ制御装置によれば、電圧指令値が飽和しておらず、モータへの電流制限も行われていない場合にのみ、モータの動力線の断線の有無を検出するようにしているので、モータの動力線の断線の有無を正確に検出することができる。

［実施例５］
次に、本発明の実施例５に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図９は、本発明の実施例５に係るモータ制御装置の構成図である。本発明の実施例５に係るモータ制御装置１０５が、実施例３に係るモータ制御装置１０３と異なっている点は、モータを駆動する電流値が規定値を超えた場合に、電流出力制限を行う電流出力制限部１０をさらに備え、動力線断線検出部５は、モータの回転速度が、規定速度以下の場合、かつ、電流出力制限部１０が、電流出力制限を行っていない場合にのみ、指標データに基づいて、動力線の断線を検出する点である。モータの回転速度が、規定速度より高い場合、または、電流出力制限部１０が、電流出力制限を行っている場合は、動力線の断線の検出を休止する。実施例５に係るモータ制御装置１０５の他の構成は、実施例３に係るモータ制御装置１０３の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。

実施例３に係るモータ制御装置１０３においては、モータの回転速度を検出するモータ速度検出部８と、モータの回転速度が規定速度より高いか否かを判定するモータ速度判定部９と、を設け、モータの回転速度を監視し、モータの回転速度が規定速度以下の場合にのみ、指標データに基づいて、動力線の断線を検出するようにしている。実施例５に係るモータ制御装置１０５においては、これに加えて電流出力制限部１０を設け、電流出力制限を行っていない場合にモータの動力線の断線の有無を検出するようにしている。

電流出力制限部１０がモータに流れる電流を制限するのは、モータに過電流が流れるのを防止するためであり、そのような場合には一時的にモータに流れる電流が制限され、電流検出部２で検出される電流値は非常に小さくなるものと考えられる。

しかしながら、モータに流れる電流を制限した結果、電流検出部２で検出される電流値は一時的に低下し、そのまま電流偏差に基づいて動力線の断線の有無を判定すると、動力線の断線は生じていないにもかかわらず、動力線は断線しているものと誤検出する可能性も考えられる。そこで、実施例５に係るモータ制御装置においては、電流出力制限部１０により電流出力制限が行われている場合には、電流の制限に基づく断線の誤検出を回避するため、動力線の断線の検出を行わないようにしている。このように、モータの回転速度が規定速度以下であって、かつ、電流制限も行われていない場合にのみ、動力線の断線の有無を検出するようにすることにより、動力線の断線の誤検出を回避することができる。

次に、本発明の実施例５に係るモータ制御装置の動作手順について説明する。図１０は、本発明の実施例５に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ５０１において、電流指令計算部１が、モータを駆動するための電流指令値を計算する。次に、ステップＳ５０２において、電流検出部２が、モータの動力線３０に流れる電流値を検出し、検出した電流値を電流偏差計算部３にフィードバックする。

次に、ステップＳ５０３において、電流偏差計算部３が電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する。次に、ステップＳ５０４において、モータ速度検出部８が、モータ２０の回転速度を検出する。モータの回転速度の検出はモータに設けられたエンコーダ（図示せず）を用いて行うことができる。

次に、ステップＳ５０５において、モータ速度判定部９が、モータの回転速度が規定速度より高いか否かを判定する。規定速度のデータは、モータ速度判定部９内に設けられたメモリ（図示せず）に予め記憶させておくことができる。

ステップＳ５０５において、モータの回転速度（モータ速度）が規定速度より高いと判定した場合には、動力線の断線の検出を休止し、ステップＳ５０１に戻って、新たな電流指令値に基づいて動力線の断線の検出を継続する。

一方、モータ速度が規定速度以下である場合には、ステップＳ５０６において、電流出力制限部１０が電流出力制限を実行しているか否かを判定する。電流出力制限が実行されている場合には、ステップＳ５０１に戻って、新たな電流指令値に基づいて動力線の断線の検出を継続する。電流出力制限が実行されていない場合には、ステップＳ５０７以降において、動力線の断線の検出を実行する。

ステップＳ５０７において、フィルタ処理部４が、動力線の断線の検出のための指標データを計算する。指標データの計算は、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けることにより行う。計算した指標データは、動力線断線検出部５に出力される。

次に、ステップＳ５０８において、動力線断線検出部５が、指標データと規定値との大小関係に基づいて、動力線の断線の有無を検出する。指標データが規定値を超えている場合には、ステップＳ５０９において、動力線断線検出部５が動力線は断線していると判定する。一方、指標データが規定値以下である場合には、動力線断線検出部５が動力線は断線していないと判定し、ステップＳ５０１に戻って新たな電流指令値に基づいて動力線の断線の有無の判定を継続して行う。

以上のように、本発明の実施例５に係るモータ制御装置によれば、モータの回転速度が正常時に電圧指令が飽和しない範囲であり、モータへの電流制限も行われていないことを確認したうえでモータの動力線の断線の有無を検出するようにしているので、モータの動力線の断線の有無を正確に検出することができる。

［実施例６］
次に、本発明の実施例６に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図１１は、本発明の実施例６に係るモータ制御装置の構成図である。本発明の実施例６に係るモータ制御装置１０６が、実施例１に係るモータ制御装置１０１と異なっている点は、電流検出部２が検出した電流値をｄ軸電流値及びｑ軸電流値にｄｑ変換する検出電流ｄｑ変換部１１をさらに有し、電流指令計算部１は、ｄ軸電流指令値を計算するｄ軸電流指令計算部１ｄ、及びｑ軸電流指令値を計算するｑ軸電流指令計算部１ｑを備え、電流偏差計算部３は、ｄ軸電流指令値とｄ軸電流値との差分であるｄ軸電流偏差を計算するｄ軸電流偏差計算部３ｄ、及びｑ軸電流指令値とｑ軸電流値との差分であるｑ軸電流偏差を計算するｑ軸電流偏差計算部３ｑを備え、電圧指令計算部６は、ｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差に基づいてモータに印加する電圧指令値を計算し、フィルタ処理部４は、ｄ軸電流偏差、ｄ軸電流偏差の絶対値、または、ｄ軸電流偏差のべき乗値に対して、フィルタを掛けたデータを計算して、動力線の断線の検出のためのｄ軸用指標データとして出力するｄ軸フィルタ処理部４ｄ、及びｑ軸電流偏差、ｑ軸電流偏差の絶対値、または、ｑ軸電流偏差のべき乗値に対して、フィルタを掛けたデータを計算して、動力線の断線の検出のためのｑ軸用指標データとして出力するｑ軸フィルタ処理部４ｑを備え、動力線断線検出部５は、ｄ軸用指標データまたはｑ軸用指標データに基づいて、動力線の断線を検出する点である。

電流指令計算部１は、ｄ軸電流指令計算部１ｄ及びｑ軸電流指令部１ｑを備えている。ｄ軸電流指令計算部１ｄは、トルク指令に基づいてｄ軸電流指令値を計算し、ｄ軸電流偏差計算部３ｄに出力する。ｑ軸電流指令計算部１ｑは、トルク指令に基づいてｑ軸電流指令値を計算し、ｑ軸電流偏差計算部３ｑに出力する。

電流偏差計算部３は、ｄ軸電流偏差計算部３ｄ及びｑ軸電流偏差計算部３ｑを備えている。ｄ軸電流偏差計算部３ｄは減算器であり、ｄ軸電流指令計算部１ｄが計算したｄ軸電流指令値から、電流検出部２が検出した電流値を検出電流ｄｑ変換部１１により変換されたｄ軸電流値を減算することにより、ｄ軸電流指令値と検出したｄ軸電流値との差分であるｄ軸電流偏差を計算する。同様に、ｑ軸電流偏差計算部３ｑは減算器であり、ｑ軸電流指令計算部１ｑが計算したｑ軸電流指令値から、電流検出部２が検出した電流値を検出電流ｄｑ変換部１１により変換されたｑ軸電流値を減算することにより、ｑ軸電流指令値と検出したｑ軸電流値との差分であるｑ軸電流偏差を計算する。

フィルタ処理部４は、ｄ軸フィルタ処理部４ｄ及びｑ軸フィルタ処理部４ｑを備えている。ｄ軸電流偏差計算部３ｄが計算したｄ軸電流偏差は、電圧指令計算部６とｄ軸フィルタ処理部４ｄに対して出力される。同様に、ｑ軸電流偏差計算部３ｑが計算したｑ軸電流偏差は、電圧指令計算部６とｑ軸フィルタ処理部４ｑに対して出力される。

電圧指令計算部６は、ｄ軸電流偏差及びｑ軸電流偏差に基づいてモータ２０に印加する電圧指令値を計算する。電流検出部２は、電圧指令計算部６から出力された電圧指令値がモータに印加されるときにモータの動力線３０に流れる電流値を検出し、検出電流ｄｑ変換部１１に出力する。検出電流ｄｑ変換部１１は、検出電流をｄ軸電流及びｑ軸電流に変換し、それぞれ、ｄ軸電流偏差計算部３ｄ及びｑ軸電流偏差計算部３ｑにフィードバックする。

ｄ軸フィルタ処理部４ｄは、電流制御ループにおいて生じる遅れを補償したり、ｄ軸電流値に重畳したノイズを除去したりするために、ｄ軸電流偏差、ｄ軸電流偏差の絶対値、または、ｄ軸電流偏差のべき乗値に対して、フィルタを掛けたデータのうちのいずれかを計算する。ｄ軸フィルタ処理部４ｄがフィルタ処理したデータは、ｄ軸動力線の断線の検出のためのｄ軸用指標データとして動力線断線検出部５に出力される。

同様に、ｑ軸フィルタ処理部４ｑは、電流制御ループにおいて生じる遅れを補償したり、ｑ軸電流値に重畳したノイズを除去したりするために、ｑ軸電流偏差、ｑ軸電流偏差の絶対値、または、ｑ軸電流偏差のべき乗値に対して、フィルタを掛けたデータのうちのいずれかを計算する。ｑ軸フィルタ処理部４ｑがフィルタ処理したデータは、ｑ軸動力線の断線の検出のためのｑ軸用指標データとして動力線断線検出部５に出力される。

動力線断線検出部５は、ｄ軸用指標データとｄ軸用規定値との大小関係に基づいて、動力線が断線しているか否かを検出する。即ち、ｄ軸用指標データがｄ軸用規定値より大きい場合は、動力線は断線していると判定する。一方、ｄ軸用指標データがｄ軸用規定値以下である場合は、動力線に断線は生じていないと判定する。同様に、動力線断線検出部５は、ｑ軸用指標データとｑ軸用規定値との大小関係に基づいて、動力線が断線しているか否かを検出する。即ち、ｑ軸用指標データがｑ軸用規定値より大きい場合は、動力線は断線していると判定する。一方、ｑ軸用指標データがｑ軸用規定値以下である場合は、動力線に断線は生じていないと判定する。

本発明の実施例６に係るモータ制御装置１０６によれば、ｄ軸及びｑ軸のそれぞれについて、ｄ軸及びｑ軸電流偏差等にフィルタ処理を行って動力線の断線の判定のためのｄ軸用及びｑ軸用指標データを計算し、このｄ軸用及びｑ軸用指標データに基づいて動力線の断線の有無を判定している。そのため、ｄ軸及びｑ軸電流指令値が大きく変化したり、ｄ軸及びｑ軸電流値に大きなノイズが重畳したりした場合であっても、動力線が断線したものと誤検出する恐れがなく、動力線の断線の有無を正確に判定することができる。

次に、本発明の実施例６に係るモータ制御装置の動作手順について説明する。図１２は、本発明の実施例６に係るモータ制御装置による動力線の断線を検出する手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ６０１において、ｄ軸電流指令計算部１ｄが、モータを駆動するためのｄ軸電流指令値を計算する。次に、ステップＳ６０２において、電流検出部２が、モータの動力線３０に流れる電流値を検出し、検出電流ｄｑ変換部１１によって変換されたｄ軸電流値をｄ軸電流偏差計算部３ｄにフィードバックする。

次に、ステップＳ６０３において、ｄ軸電流偏差計算部３ｄがｄ軸電流指令値と検出したｄ軸電流値との差分であるｄ軸電流偏差を計算する。次に、ステップＳ６０４において、ｄ軸フィルタ処理部４ｄが、動力線の断線の検出のためのｄ軸用指標データを計算する。ｄ軸用指標データの計算は、ｄ軸電流偏差、ｄ軸電流偏差の絶対値、または、ｄ軸電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けることにより行う。計算したｄ軸用指標データは、動力線断線検出部５に出力される。

次に、ステップＳ６０５において、動力線断線検出部５が、ｄ軸用指標データとｄ軸用規定値との大小関係に基づいて、動力線の断線の有無を検出する。ｄ軸用指標データがｄ軸用規定値を超えている場合には、ステップＳ６１１において、動力線断線検出部５が動力線は断線していると判定する。一方、ｄ軸用指標データがｄ軸用規定値以下である場合には、ｑ軸について動力線の断線の有無を検出する。

ステップＳ６０６において、ｑ軸電流指令計算部１ｑが、モータを駆動するためのｑ軸電流指令値を計算する。次に、ステップＳ６０７において、電流検出部２が、モータの動力線３０に流れる電流値を検出し、検出電流ｄｑ変換部１１によって変換されたｑ軸電流値をｑ軸電流偏差計算部３ｑにフィードバックする。

次に、ステップＳ６０８において、ｑ軸電流偏差計算部３ｑがｑ軸電流指令値と検出したｑ軸電流値との差分であるｑ軸電流偏差を計算する。次に、ステップＳ６０９において、ｑ軸フィルタ処理部４ｑが、動力線の断線の検出のためのｑ軸用指標データを計算する。ｑ軸用指標データの計算は、ｑ軸電流偏差、ｑ軸電流偏差の絶対値、または、ｑ軸電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けることにより行う。計算したｑ軸用指標データは、動力線断線検出部５に出力される。

次に、ステップＳ６１０において、動力線断線検出部５が、ｑ軸用指標データとｑ軸用規定値との大小関係に基づいて、動力線の断線の有無を検出する。ｑ軸用指標データがｑ軸用規定値を超えている場合には、ステップＳ６１１において、動力線断線検出部５が動力線は断線していると判定する。一方、ｑ軸用指標データがｑ軸用規定値以下である場合には、動力線断線検出部５が動力線は断線していないと判定し、ステップＳ６０１に戻って新たな電流指令値に基づいて動力線の断線の有無の判定を継続して行う。

以上のように、本発明の実施例６に係るモータ制御装置によれば、ｄ軸及びｑ軸に関してｄ軸及びｑ軸電流偏差にフィルタを掛けて計算したｄ軸用及びｑ軸用指標データに基づいて、動力線の断線の有無を判定しているので、ｄ軸またはｑ軸電流指令値が大きく変動した場合や、検出したｄ軸またはｑ軸電流値に大きなノイズが重畳した場合であっても、動力線の断線を誤検出することなく、正確に判定することができる。

さらに、ｄ軸電流偏差に基づいて計算されたｄ軸用指標データがｄ軸用規定値を超えている場合に動力線が断線状態であることを検出することができるので、動力線の断線を迅速に行うことができる。また、ｄ軸電流偏差からは動力線の断線を検出できなかった場合に、ｑ軸電流偏差に基づいて動力線の断線の有無を検出するようにしているので、動力線の断線の有無を正確に検出することができる。

［実施例７］
次に、本発明の実施例７に係るモータ制御装置について図面を用いて説明する。図１３は、本発明の実施例７に係るモータ制御装置の構成図である。本発明の実施例７に係るモータ制御装置１０７は、電流指令に基づいて、三相モータ２０を駆動するモータ制御装置であって、モータを駆動するための電流指令値を計算する電流指令計算部１と、モータの動力線３０に流れる電流値を検出する電流検出部２と、電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する電流偏差計算部３と、電流偏差に基づいてモータに印加する電圧指令値を計算する電圧指令計算部６と、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値に対して、フィルタを掛けたデータを計算して、パワー素子の破壊の検出のための指標データとして出力するフィルタ処理部４と、指標データに基づいて、モータ用電力変換装置のパワー素子のオープン破壊を検出する電力変換装置パワー素子破壊検出部１２と、を有することを特徴とする。

電流指令計算部１は、トルク指令に基づいて電流指令値を計算し、電流偏差計算部３に出力する。電流偏差計算部３は減算器であり、電流指令計算部１が計算した電流指令値から電流検出部２が検出した電流値を減算することにより、電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する。

電流偏差計算部３が計算した電流偏差は、電圧指令計算部６とフィルタ処理部４に対して出力される。電圧指令計算部６は、電流偏差に基づいてモータ２０に印加する電圧指令値を計算する。電流検出部２は、電圧指令計算部６から出力された電圧指令値がモータに印加されるときにモータの動力線３０に流れる電流値を検出し、電流偏差計算部３にフィードバックする。

フィルタ処理部４は、電流制御ループにおいて生じる遅れを補償したり、電流値に重畳したノイズを除去したりするために、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けたデータのうちのいずれかを計算する。フィルタ処理部４がフィルタ処理したデータは、パワー素子の破壊の検出のための指標データとして電力変換装置パワー素子破壊検出部１２に出力される。

電力変換装置パワー素子破壊検出部１２は、指標データと規定値との大小関係に基づいて、モータ用電力変換装置のパワー素子がオープン破壊しているか否かを検出する。即ち、指標データが規定値より大きい場合は、モータ用電力変換装置（図示せず）のパワー素子がオープン破壊していると判定する。一方、指標データが規定値以下である場合は、モータ用電力変換装置のパワー素子はオープン破壊していないと判定する。

本発明の実施例７に係るモータ制御装置１０７によれば、電流偏差等にフィルタ処理を行ってパワー素子の破壊の判定のための指標データを計算し、この指標データに基づいてパワー素子の破壊の有無を判定している。そのため、電流指令値が大きく変化したり、電流値に大きなノイズが重畳したりした場合であっても、パワー素子が破壊したものと誤検出する恐れがなく、パワー素子の破壊の有無を正確に判定することができる。

次に、本発明の実施例７に係るモータ制御装置の動作手順について説明する。図１４は、本発明の実施例７に係るモータ制御装置によるパワー素子の破壊を検出する手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ７０１において、電流指令計算部１が、モータを駆動するための電流指令値を計算する。次に、ステップＳ７０２において、電流検出部２が、モータの動力線３０に流れる電流値を検出し、検出した電流値を電流偏差計算部３にフィードバックする。

次に、ステップＳ７０３において、電流偏差計算部３が電流指令値と検出した電流値との差分である電流偏差を計算する。次に、ステップＳ７０４において、フィルタ処理部４が、モータ用電力変換装置のパワー素子のオープン破壊の検出のための指標データを計算する。指標データの計算は、電流偏差、電流偏差の絶対値、または、電流偏差のべき乗値のうちのいずれかに対して、フィルタを掛けることにより行う。計算した指標データは、電力変換装置パワー素子破壊検出部１２に出力される。

次に、ステップＳ７０５において、電力変換装置パワー素子破壊検出部１２が、指標データと規定値との大小関係に基づいて、パワー素子の破壊の有無を検出する。指標データが規定値を超えている場合には、ステップＳ７０６において、電力変換装置パワー素子破壊検出部１２がパワー素子はオープン破壊していると判定する。一方、指標データが規定値以下である場合には、電力変換装置パワー素子破壊検出部１２がパワー素子はオープン破壊していないと判定し、ステップＳ７０１に戻って新たな電流指令値に基づいてパワー素子の破壊の有無の判定を継続して行う。

以上のように、本発明の実施例７に係るモータ制御装置によれば、電流偏差等にフィルタを掛けて計算した指標データに基づいて、パワー素子の破壊の有無を判定しているので、電流指令値が大きく変動した場合や、検出した電流値に大きなノイズが重畳した場合であっても、パワー素子のオープン破壊を誤検出することなく、正確に判定することができる。

１ 電流指令計算部
２ 電流検出部
３ 電流偏差計算部
４ フィルタ処理部
５ 動力線断線検出部
６ 電圧指令計算部
７ 電圧飽和判定部
８ モータ速度検出部
９ モータ速度判定部
１０ 電流出力制限部
１１ 検出電流ｄｑ変換部
１２ 電力変換装置パワー素子破壊検出部
２０ モータ
３０ 動力線

Claims (3)

1. 電流指令に基づいて、三相モータを駆動するモータ制御装置であって、
   モータを駆動するための電流指令値を計算する電流指令計算部と、
   モータの動力線に流れる電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流指令値と検出した前記電流値との差分である電流偏差を計算する電流偏差計算部と、
   前記電流偏差に基づいてモータに印加する電圧指令値を計算する電圧指令計算部と、
   前記電圧指令値が飽和しているか否かを判定し、電圧指令飽和判定結果として出力する電圧指令飽和判定部と、
   前記電流偏差、前記電流偏差の絶対値、または、前記電流偏差のべき乗値に対して、電流制御ループにおいて生じる遅れを補償し、あるいは電流値に重畳したノイズを除去するフィルタを掛けたデータを計算して、動力線の断線の検出のための指標データとして出力するフィルタ処理部と、
   前記電圧指令飽和判定結果に従って、前記電圧指令値が飽和していないと判定した場合にのみ、前記指標データに基づいて、動力線の断線を検出する動力線断線検出部と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 電流指令に基づいて、三相モータを駆動するモータ制御装置であって、
   モータを駆動するための電流指令値を計算する電流指令計算部と、
   モータの動力線に流れる電流値を検出する電流検出部と、
   前記電流指令値と検出した前記電流値との差分である電流偏差を計算する電流偏差計算部と、
   前記電流偏差に基づいてモータに印加する電圧指令値を計算する電圧指令計算部と、
   前記電流偏差、前記電流偏差の絶対値、または、前記電流偏差のべき乗値に対して、電流制御ループにおいて生じる遅れを補償し、あるいは電流値に重畳したノイズを除去するフィルタを掛けたデータを計算して、動力線の断線の検出のための指標データとして出力するフィルタ処理部と、
   モータの回転速度を検出するモータ速度検出部と、
   前記モータの回転速度が、前記指標データに基づいて動力線の断線を検出するか否かを判断するための規定速度より高いか否かを判定するモータ速度判定部と、
   前記モータの回転速度が規定速度以下の場合にのみ、前記指標データに基づいて、動力線の断線を検出する動力線断線検出部と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
3. 前記電流検出部が検出した前記電流値をｄ軸電流値及びｑ軸電流値にｄｑ変換する検出電流ｄｑ変換部をさらに有し、
   前記電流指令計算部は、ｄ軸電流指令値を計算するｄ軸電流指令計算部及びｑ軸電流指令値を計算するｑ軸電流指令計算部を備え、
   前記電流偏差計算部は、前記ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸電流値との差分であるｄ軸電流偏差を計算するｄ軸電流偏差計算部、及び前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸電流値との差分であるｑ軸電流偏差を計算するｑ軸電流偏差計算部を備え、
   前記電圧指令計算部は、前記ｄ軸電流偏差及び前記ｑ軸電流偏差に基づいてモータに印加する電圧指令値を計算し、
   前記フィルタ処理部は、前記ｄ軸電流偏差、前記ｄ軸電流偏差の絶対値、または、前記ｄ軸電流偏差のべき乗値に対して、電流制御ループにおいて生じる遅れを補償し、あるいは電流値に重畳したノイズを除去するフィルタを掛けたデータを計算して、動力線の断線の検出のためのｄ軸用指標データとして出力するｄ軸フィルタ処理部、及び前記ｑ軸電流偏差、前記ｑ軸電流偏差の絶対値、または、前記ｑ軸電流偏差のべき乗値に対して、電流制御ループにおいて生じる遅れを補償し、あるいは電流値に重畳したノイズを除去するフィルタを掛けたデータを計算して、動力線の断線の検出のためのｑ軸用指標データとして出力するｑ軸フィルタ処理部を備え、
   前記動力線断線検出部は、前記ｄ軸用指標データまたは前記ｑ軸用指標データに基づいて、動力線の断線を検出する、請求項１または２に記載のモータ制御装置。

Images