JP6151107B2 - Failure detection device - Google Patents
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Description
本発明は、ホールセンサの故障を検知する故障検知装置に関する。 The present invention relates to a failure detection device that detects a failure of a hall sensor.
モータの回転子の位置(電気角)をホールセンサ等の検出器によって検出し、その検出結果に応じてモータを制御する技術が知られている。特に、電動パワーステアリングや電動ブレーキシステム等に用いられるモータの制御には、トルク変動を小さくするためにレゾルバ等の高分解能センサが用いられている。 A technique is known in which the position (electrical angle) of a rotor of a motor is detected by a detector such as a hall sensor and the motor is controlled according to the detection result. In particular, a high resolution sensor such as a resolver is used to control a motor used in an electric power steering, an electric brake system, or the like in order to reduce torque fluctuation.
例えば、特許文献1には、検出器であるレゾルバから入力される正弦波信号及び余弦波信号の振幅最大値を電気角の周期ごとに算出し、それぞれの振幅最大値と閾値振幅との比較結果に基づいてレゾルバの故障を検出する故障検出装置について記載されている。
For example, in
レゾルバ(検出器)は、比較的高分解能であるという特長を有するものの、ホールセンサを用いる場合と比較してコストがかかるとともに、レゾルバからの信号を処理するための制御回路が複雑になるという問題がある。 Although the resolver (detector) has a feature of relatively high resolution, it costs more than the case of using a hall sensor, and the control circuit for processing the signal from the resolver becomes complicated. There is.
また、特許文献1に記載の技術では、正弦波信号及び余弦波信号の一周期当たりのサンプル数が少ない場合、レゾルバの故障判定が可能であっても敢えて先延ばしして、サンプル数を徐々に増やしていく。したがって、レゾルバが故障した場合でも、判定結果を出力するまでに所定の時間を要し、レゾルバの故障を早期に検知できない可能性がある。
Further, in the technique described in
また、電気角の検出器として比較的安価なホールセンサを用い、ホールセンサからのデジタル信号が全てHigh、又は全てLowである場合に限って故障ありと判定する場合、次のような問題が生じる。すなわち、この場合、全てのホールセンサが故障した時点で故障ありと検知するため、故障検知までに時間がかかり過ぎるという問題がある。 In addition, when using a relatively inexpensive Hall sensor as an electrical angle detector and determining that there is a failure only when the digital signals from the Hall sensor are all high or all low, the following problems arise: . That is, in this case, since all the hall sensors are detected as having failed at the time of failure, there is a problem that it takes too much time to detect the failure.
そこで本発明は、ホールセンサの故障を適切に検知可能な故障検知装置を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the failure detection apparatus which can detect the failure of a Hall sensor appropriately.
前記した課題を解決するための手段として、本発明に係る故障検知装置は、モータに設置される複数のホールセンサから、前記モータの駆動に伴う磁束の変化に応じたデジタル信号が入力されるとともに、各デジタル信号の組合わせに対応して前記モータの電気角を演算する電気角演算手段と、前記電気角演算手段によって演算される電気角に基づいて、複数の前記ホールセンサのうち少なくとも一つが故障したか否かを判定する故障判定手段と、前記電気角演算手段によって演算される電気角の変化量を所定時間ごとに演算し、前記故障判定手段に出力する電気角変化量演算手段と、を備え、前記電気角演算手段は、前記組合わせが全てHigh、又は全てLowである場合、前記モータの電気角として0°未満又は360°よりも大きい第1所定値を前記故障判定手段に出力し、前記故障判定手段は、前記電気角演算手段から前記第1所定値が少なくとも一回入力され、かつ、前記電気角変化量演算手段から、その絶対値が複数の前記ホールセンサの電気角分解能よりも大きい第2所定値以上である変化量が少なくとも一回入力された場合、複数の前記ホールセンサのうち少なくとも一つが故障したと判定することを特徴とする。 As a means for solving the above-described problem, the failure detection apparatus according to the present invention receives a digital signal corresponding to a change in magnetic flux accompanying driving of the motor from a plurality of hall sensors installed in the motor. And at least one of the plurality of Hall sensors based on the electrical angle calculated by the electrical angle calculation means, and an electrical angle calculation means for calculating the electrical angle of the motor corresponding to each combination of digital signals. A failure determination means for determining whether or not a failure has occurred; an electrical angle change amount calculated by the electrical angle calculation means; and an electrical angle change amount calculation means for outputting to the failure determination means; The electrical angle calculation means includes a first predetermined value that is less than 0 ° or greater than 360 ° as the electrical angle of the motor when the combinations are all high or all low. Output to the failure determining means, the failure determining means, wherein the first predetermined value from the electrical angle calculation means is input at least once, and from the electric angle change amount calculation means, the absolute value of a plurality of the It is determined that at least one of the plurality of Hall sensors has failed when a change amount equal to or greater than a second predetermined value larger than the electrical angle resolution of the Hall sensor is input at least once .
このような構成によれば、各ホールセンサから入力されるデジタル信号の組合わせが全てHigh、又は全てLowである場合、電気角演算手段はモータの電気角として第1所定値を出力する。
例えば、複数のホールセンサのうち少なくとも一つが故障して、常にHighのデジタル信号を出力し続けた場合、時々刻々と変化する各ホールセンサの出力値が全てHighになる状態が、電気角の一周期において少なくとも一回は生じる。
According to such a configuration, when the combination of the digital signals input from the hall sensors is all high or all low, the electrical angle calculation means outputs the first predetermined value as the electrical angle of the motor.
For example, if at least one of a plurality of hall sensors fails and a high digital signal is constantly output, the state in which the output values of the hall sensors that change from moment to moment all become high is one of the electrical angles. Occurs at least once in a cycle.
ここで、電気角を表すHigh/Lowの組合わせが全てHighである場合、電気角演算手段から出力される第1所定値は、0°未満又は360°よりも大きい値として設定されている。つまり、第1所定値は、複数のホールセンサが全て正常である(電気角が、0°以上360°以下)場合、電気角として出力されない値として第1所定値が設定されている。
したがって、故障判定手段によって、全てのホールセンサが正常である状態と、少なくとも一つのホールセンサが故障している状態と、を明確に区別することができ、ホールセンサの故障を適切に検知できる。
Here, when all combinations of High / Low representing the electrical angle are High, the first predetermined value output from the electrical angle calculation means is set as a value less than 0 ° or greater than 360 °. That is, the first predetermined value is set as a value that is not output as an electrical angle when all of the plurality of Hall sensors are normal (the electrical angle is 0 ° or more and 360 ° or less).
Therefore, the failure determination means can clearly distinguish between a state in which all the hall sensors are normal and a state in which at least one hall sensor has failed, and the failure of the hall sensor can be detected appropriately.
また、故障判定手段は、電気角演算手段から第1所定値が少なくとも一回入力され、かつ、電気角変化量演算手段から絶対値が第2所定値以上である変化量が少なくとも一回入力された場合、少なくとも一つのホールセンサが故障したと判定する。
ここで、第2所定値は、複数のホールセンサの電気角分解能よりも大きい値(つまり、所定時間ごとに演算される電気角の変化量として、正常時には出力されない値)として設定されている。このように、モータの電気角と、その電気角の変化量と、に基づいてホールセンサの故障を検知するため、信頼性の高い故障検知装置を提供できる。
Further, the failure determination means receives the first predetermined value from the electrical angle calculation means at least once, and the change amount whose absolute value is greater than or equal to the second predetermined value from the electrical angle change amount calculation means at least once. If it is determined that at least one hall sensor has failed.
Here, the second predetermined value is set as a value that is larger than the electrical angle resolution of the plurality of Hall sensors (that is, a value that is not output as a change amount of the electrical angle calculated every predetermined time). Thus, since the failure of the Hall sensor is detected based on the electrical angle of the motor and the amount of change in the electrical angle, a highly reliable failure detection device can be provided.
また、前記第1所定値は、0°未満又は360°よりも大きい角度(60°×n)として予め設定されていることが好ましい。ここで、nは0〜6を除く整数である。 The first predetermined value is preferably set in advance as an angle (60 ° × n) of less than 0 ° or greater than 360 °. Here, n is an integer excluding 0-6.
このような構成によれば、第1所定値として(60°×n)が予め設定されている(ただし、nは0〜6を除く整数である)。例えば、各ホールセンサから入力されるデジタル信号の組合せが全てHighであった場合、電気角演算手段は第1所定値として電気角(60°×n)を故障判定手段に出力する。これによって、モータの制御に不具合を生ずることなくホールセンサの故障を適切に検知できる。 According to such a configuration, (60 ° × n) is preset as the first predetermined value (where n is an integer other than 0 to 6). For example, when all combinations of digital signals input from the hall sensors are High, the electrical angle calculation means outputs the electrical angle (60 ° × n) as the first predetermined value to the failure determination means. As a result, it is possible to appropriately detect a failure of the Hall sensor without causing a problem in the control of the motor.
また、前記故障判定手段は、運転者による操作に応じて正回転又は逆回転する前記モータに設置される複数の前記ホールセンサのうち少なくとも一つが故障したか否かを判定することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the failure determination means determines whether at least one of the plurality of hall sensors installed in the motor that rotates forward or backward according to an operation by a driver has failed.
このような構成によれば、運転者による操作に応じて正回転又は逆回転するモータに設置される複数のホールセンサの故障を適切に検知できる。 According to such a configuration, it is possible to appropriately detect a failure of a plurality of hall sensors installed in a motor that rotates forward or reversely according to an operation by a driver.
本発明によれば、ホールセンサの故障を適切に検知可能な故障検知装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the failure detection apparatus which can detect the failure of a Hall sensor appropriately can be provided.
本発明を実施するための形態(以下、実施形態と記す)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、3個のホールセンサHu,Hv,Hwの全てが正常である場合を「正常時」と記す。一方、3個のホールセンサHu,Hv,Hwのうち少なくとも一つが故障している場合を「故障時」と記す。 Modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. Hereinafter, a case where all of the three hall sensors Hu, Hv, and Hw are normal is referred to as “normal”. On the other hand, a case where at least one of the three hall sensors Hu, Hv, and Hw has failed is referred to as “at the time of failure”.
≪実施形態≫
本実施形態に係る故障検知装置110に先立って、インバータ300、モータ400、及びホールセンサHu,Hv,Hwについて説明する。
図1に示すインバータ300は、直流電源200から入力される直流電圧VDCを三相交流電圧に変換し、モータ400に出力する電力変換器である。なお、直流電源200は、インバータ300に並列接続される平滑コンデンサCを有している。
<Embodiment>
Prior to the
インバータ300は、制御装置100から入力されるPWM(Pulse Width Modulation)信号に従ってスイッチング素子S1〜S6のON/OFFを切り替えることで、直流電圧VDCを三相交流電圧に変換する。なお、スイッチング素子S1〜S6には、転流による破壊を防止するための還流ダイオードD1〜D6が逆並列に接続されている。
The
モータ400は、例えば、三相ブラシレスモータであり、三相巻線u,v,wを介してインバータ300に接続されている。モータ400は、三相巻線u,v,wが巻回されるステータ410と、このステータ410に収容されるロータ420と、を有している。ステータ410に巻回される三相巻線u,v,wは、周方向において120°間隔で配置されている。
なお、モータ400の極数に応じて、三相巻線u,v,wの配置を適宜変更してもよい。
The motor 400 is a three-phase brushless motor, for example, and is connected to the
Note that the arrangement of the three-phase windings u, v, and w may be changed as appropriate according to the number of poles of the motor 400.
モータ400の回転軸kは、負荷(図示せず)に連結されている。前記した負荷とは、例えば、モータ400の回転をピストンの往復運動に変換するギア機構(図示せず)である。このギア機構は、モータ400の正回転/逆回転に応じてシリンダ(図示せず)内で往復するピストン(図示せず)に連結されている。
運転者によるブレーキ操作に応じてモータ400が駆動することでロータ420が正回転又は逆回転する。これによってシリンダ(図示せず)内でピストンが摺動し、ブレーキ液圧を発生させることができる。
The rotation axis k of the motor 400 is connected to a load (not shown). The above-described load is, for example, a gear mechanism (not shown) that converts the rotation of the motor 400 into a reciprocating motion of a piston. This gear mechanism is connected to a piston (not shown) that reciprocates in a cylinder (not shown) in accordance with forward / reverse rotation of the motor 400.
When the motor 400 is driven in accordance with the brake operation by the driver, the
図1に示すホールセンサHu,Hv,Hwはそれぞれ、モータ400の電気角に応じたデジタル信号(High/Low)を制御装置100に出力する機能を有している。ホールセンサHu,Hv,Hwは、三相巻線u,v,wに対応するように、周方向において120°間隔でモータ400内に設置されている。
ホールセンサHu,Hv,Hwは、ホール素子(図示せず)と、このホール素子から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するホールIC(Integrated Circuit:図示せず)と、がパッケージ化された構成となっている。
Each of the hall sensors Hu, Hv, Hw shown in FIG. 1 has a function of outputting a digital signal (High / Low) corresponding to the electrical angle of the motor 400 to the
The Hall sensors Hu, Hv, and Hw are packaged with a Hall element (not shown) and a Hall IC (Integrated Circuit: not shown) that converts an analog signal input from the Hall element into a digital signal. It has a configuration.
前記したホール素子(図示せず)は、モータ400が駆動する際に生じる磁気変動を検出し、自身の設置位置と、モータ400の電気角と、に対応する正弦波状のアナログ信号をホールIC(図示せず)に出力する。ホールICは、ホール素子から入力されるアナログ信号を所定の閾値と比較してデジタル信号に変換し、制御装置100(故障検知装置110)に出力する。 The Hall element (not shown) detects magnetic fluctuations that occur when the motor 400 is driven, and outputs a sinusoidal analog signal corresponding to its installation position and the electrical angle of the motor 400 to the Hall IC ( (Not shown). The Hall IC compares an analog signal input from the Hall element with a predetermined threshold value, converts the analog signal into a digital signal, and outputs the digital signal to the control device 100 (failure detection device 110).
図3(a)に示すように、正常時においてホールセンサHuは、電気角0°〜30°及び210°〜270°において制御装置100にON信号(High)を出力し、電気角30°〜210°においてOFF信号(Low)を出力する。前記したように、ホールセンサHu,Hv,Hwは、周方向において120°間隔で配置されているため、図3(a)に示す電圧V(Hu),V(Hv)、V(Hw)も120°ずつ位相がずれている。
As shown in FIG. 3A, in the normal state, the Hall sensor Hu outputs an ON signal (High) to the
図3(b)は、正常時における実際の電気角、各ホールセンサHu,Hv,Hwから出力されるデジタル信号、及び電気角演算部111(図2参照)の出力値θeの関係を示す説明図である。
なお、図3(b)に示す電気角0°、60°、…は、図3(a)に示す電気角330°〜30°、30°〜90°、…の中央値を代表的に記したものである。また、図3(b)に示す「H」はデジタル信号のHighを意味し、「L」はデジタル信号のLowを意味している。
3 (b) shows the actual electrical angle at the time of normal, the Hall sensors Hu, Hv, the digital signal output from the Hw, and the relationship between the output value theta e of the electrical angle calculation unit 111 (see FIG. 2) It is explanatory drawing.
Note that the
図3(b)に示すように、ホールセンサHu,Hv,Hwは、時々刻々と変化するモータ400の電気角に応じて電気角分解能60°のデジタル信号を制御装置100に出力するようになっている。なお、図3(c)の説明図については後記する。
As shown in FIG. 3B, the hall sensors Hu, Hv, and Hw output a digital signal having an electrical angle resolution of 60 ° to the
<故障検知装置の構成>
図2に示す制御装置100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、各種インタフェースなどの電子回路を備えて構成され、その内部に記憶したプログラムに従って各種機能を発揮する。
<Configuration of failure detection device>
The
故障検知装置110は、モータ400に設置されるホールセンサHu,Hv,Hwの故障を検知する装置であり、制御装置100に含まれる。
故障検知装置110は、電気角演算部111と、記憶部112と、第1判定部113と、電気角変化量演算部114と、第2判定部115と、統合処理部116と、を有している。
The
The
電気角演算部111(電気角演算手段)には、ホールセンサHu,Hv,Hwから、モータ400の駆動に伴う磁束の変化に応じたデジタル信号が入力される。そして、電気角演算部111は、各デジタル信号の組合わせに対応してモータ400の電気角を算出する。
図3(b)に示すように、例えば、ホールセンサHu、Hv、Hwに対応するデジタル信号が(L,H,L)であった場合、電気角演算部111は電気角の出力値θeとして60°を算出する。なお、前記処理が実行される周期は、電気角演算部111によって60°の電気角分解能で演算処理を行うように予め設定されている。
A digital signal corresponding to a change in magnetic flux accompanying driving of the motor 400 is input from the hall sensors Hu, Hv, Hw to the electrical angle calculation unit 111 (electrical angle calculation means). Then, the electrical
As shown in FIG. 3B, for example, when the digital signals corresponding to the Hall sensors Hu, Hv, and Hw are (L, H, L), the electrical
また、電気角演算部111は、ホールセンサHu、Hv、Hwに対応するデジタル信号が(H,H,H)又は(L,L,L)である場合、電気角の出力値θeとして「−360°」(第1所定値)を出力するように設定されている(図3(c)参照)。
The electrical
電気角演算部111は、算出した電気角の出力値θeをモータ制御部120、第1判定部113、及び電気角変化量演算部114に出力するとともに、記憶部112に一時的に格納する。前記したモータ制御部120は、電気角演算部111から入力される出力値θeに応じて、PWM制御に基づいてモータ400の駆動を制御する。
The electrical
第1判定部113(故障判定手段)は、電気角演算部111から入力される出力値θeが前記した「−360°」であるか否か判定し、その判定結果を統合処理部116に出力する。すなわち、出力値θe≠−360°(つまり、電気角0°〜360°)である場合、第1判定部113はフラグ信号F1:OFFを統合処理部116に出力する。一方、出力値θe=−360°である場合、第1判定部113はフラグ信号F1:ONを統合処理部116に出力する。
なお、出力値θe=−360°は、デジタル信号が(H,H,H)又は(L,L,L)である場合に対応している(図3(b)参照)。
The first determination unit 113 (failure determination means), the output value theta e inputted is determined whether the previously described "-360 °" from the electrical
The output value θ e = −360 ° corresponds to the case where the digital signal is (H, H, H) or (L, L, L) (see FIG. 3B).
電気角変化量演算部114(電気角変化量演算手段)は、時々刻々と変化する電気角の変化量を所定時間ごとに演算する機能を有している。すなわち、電気角変化量演算部114は、電気角演算部111によって算出された今回の出力値θe(電気角)と、記憶部112から読み出した前回の出力値(電気角)との差を算出し、当該差を電気角変化量Δθとして第2判定部115に出力する。
なお、電気角変化量演算部114の演算周期は、ホールセンサHu,Hv,Hwの電気角分解能である60°毎の変化を少なくとも検出できるように予め設定されている。
The electrical angle change amount calculation unit 114 (electric angle change amount calculation means) has a function of calculating the change amount of the electrical angle that changes every moment at predetermined time intervals. That is, the electrical angle change
The calculation cycle of the electrical angle change
図3(b)に示す正常時において、電気角演算部111の出力値θeが0°→60°→120°→180°→…のように順次変化した場合、電気角変化量演算部114は、今回の出力値θe(例えば、60°)から前回の出力値(例えば、0°)を減算し、電気角変化量60°→60°→60°→…を逐次算出する。
Figure 3 during normal shown in (b), when the output value theta e of the electrical
第2判定部115(故障判定手段)は、前記した電気角変化量Δθが所定値Δθ1(第2所定値)以上であるか否か判定する。前記した所定値Δθ1は、ホールセンサHu,Hv,Hwの電気角分解能60°よりも大きい値であり、正常時には出力され得ない大きさの変化量(例えば、180°)として予め設定されている。
電気角変化量Δθが所定値Δθ1以上である場合、第2判定部115は統合処理部116にフラグ信号F2:ONを出力する。一方、電気角変化量Δθが所定値Δθ1未満である場合、第2判定部115は統合処理部116にフラグ信号F2:OFFを出力する。
The second determination unit 115 (failure determination means) determines whether or not the electrical angle change amount Δθ is equal to or greater than a predetermined value Δθ1 (second predetermined value). The predetermined value Δθ1 is a value larger than the
When the electrical angle change amount Δθ is equal to or greater than the predetermined value Δθ1, the
統合処理部116(故障判定手段)は、第1判定部113から入力されるフラグ信号F1と、第2判定部115から入力されるフラグ信号F2と、に基づいて、ホールセンサHu,Hv,Hwのうち少なくとも一つが故障しているか否かを判定する。なお、統合処理部116は、フラグ信号F1又はF2がONとなった累計回数をカウントするカウンタ回路(図示せず)を有している。
Based on the flag signal F1 input from the
統合処理部116は、ホールセンサHu,Hv,Hwのうち故障しているものが少なくとも一つ存在する場合、故障報知器500に故障報知信号Qを出力する。前記した故障報知器500とは、画像を表示するモニタ、音声を出力するスピーカ等である。
なお、統合処理部116の処理内容については後記する。
The
The processing content of the
<故障検知装置の動作>
以下では、図4に示す故障検知装置110(制御装置100)の動作について、モータ400が正回転している場合を例に説明する。
<Operation of failure detection device>
Hereinafter, the operation of the failure detection apparatus 110 (control apparatus 100) illustrated in FIG. 4 will be described by taking the case where the motor 400 is rotating forward as an example.
図5(a)は、U相に対応するホールセンサHuが故障し、常にON信号を出力している場合を示している(High張り付き:1個)。この場合、ホールセンサHu,Hv,Hwから故障検知装置110に対し、時間の経過とともにデジタル信号の組合せ(H,H,L)→(H,H,L)→(H,H,H)→…が入力される。
なお、図5(a)では、ホールセンサHu,Hv,Hwの正常時(図3(b)参照)と比較して異なる部分を網掛けで示した(図5(b)、図6、図7も同様)。
FIG. 5A shows a case where the Hall sensor Hu corresponding to the U phase has failed and is always outputting an ON signal (High sticking: 1). In this case, the combination of digital signals (H, H, L) → (H, H, L) → (H, H, H) → (H, H, H) → from the hall sensors Hu, Hv, Hw to the
In FIG. 5 (a), the portions different from the normal state of the Hall sensors Hu, Hv, Hw (see FIG. 3 (b)) are shaded (FIG. 5 (b), FIG. 6, FIG. 7 is the same).
図4に示すように、モータ400の駆動を開始した後(START)、制御装置100はステップS101でカウンタ値n=0を設定する。前記したカウンタ値nは、統合処理部116のカウンタ回路(図示せず)において所定の条件(S103,S106)を満たす場合にインクリメントされる。
As shown in FIG. 4, after starting the driving of the motor 400 (START), the
ステップS102において制御装置100は、電気角演算部111によって、図3(b)、(c)に示す対応関係に基づき電気角の出力値θeを算出する。
例えば、デジタル信号(H,H,L)の場合、電気角演算部111は電気角の出力値θeとして「0°」を出力する(図5(a)参照)。また、デジタル信号(H,H,H)の場合、電気角演算部111は電気角の出力値θeとして「−360°」を出力する。
For example, if the digital signal (H, H, L), the electrical
ステップS103において制御装置100は、電気角演算部111の出力値θeが(−360°)であるか否かを判定する。つまり、制御装置100は、第1判定部113から入力されるフラグ信号F1がONであるか否かを判定する。
出力値θeが(−360°)である場合(S103→Yes)、制御装置100の処理はステップS104に進む。一方、出力値θeが(−360°)でない場合(S103→No)、制御装置100の処理はステップS105に進む。
If the output value theta e is (-360 °) (S103 → Yes ), the processing of the
図5(a)に示す例では、電気角120°の状態でホールセンサHu,Hv,Hwからのデジタル信号が(H,H,H)であり、電気角演算部111の出力値θe=−360°となっている。
このように、常にHighのデジタル信号を出力するホールセンサHuが存在する場合、時々刻々と変化するホールセンサHu,Hv,Hwの出力値が全てHighになる状態が、電気角の一周期で少なくとも一回は生じる。
In the example shown in FIG. 5A, the digital signals from the hall sensors Hu, Hv, Hw are (H, H, H) at an electrical angle of 120 °, and the output value θ e = It is -360 degrees.
As described above, when there is a Hall sensor Hu that always outputs a high digital signal, the output values of the Hall sensors Hu, Hv, and Hw that change from moment to moment are all high. It happens once.
ステップS104において制御装置100は、カウンタ値nをインクリメントする。
次に、ステップS105において制御装置100は、電気角変化量演算部114によって電気角変化量Δθを算出する。すなわち、制御装置100は、電気角演算部111から入力される今回の出力値θeと、記憶部112から読み出した前回の出力値と、の差をとることによって電気角変化量Δθを算出する。
In step S104, the
Next, in step S <b> 105, the
図3(b)に示すように、正常時において電気角変化量Δθは、外乱や検出誤差が小さい限り60°で一定となる(正常時でも電気角変化量Δθの演算周期を短くすると、Δθ=0°となる場合がある)。
一方、図5(a)に示す故障時において電気角変化量Δθは、60°→0°→−360°→600°→0°→60°→…のように時々刻々と変化する。なお、図5(a)では、モータ400を正回転させた場合の電気角変化量Δθを示した。
As shown in FIG. 3B, the electrical angle change amount Δθ in the normal state is constant at 60 ° as long as the disturbance and the detection error are small (if the calculation period of the electrical angle change amount Δθ is shortened even in the normal state, Δθ = 0 °).
On the other hand, at the time of the failure shown in FIG. 5A, the electrical angle change amount Δθ changes from moment to moment as 60 ° → 0 ° → −360 ° → 600 ° → 0 ° → 60 ° →. FIG. 5A shows the electrical angle change amount Δθ when the motor 400 is rotated forward.
図4のステップS106において制御装置100は、電気角変化量Δθの絶対値|Δθ|が所定値Δθ1以上であるか否かを判定する。つまり、制御装置100は、統合処理部116によって、第2判定部115から入力されるフラグ信号F1がONであるか否かを判定する。前記したように、所定値Δθ1は、ホールセンサHu,Hv,Hwの正常時には出力され得ない変化量(例えば、360°)であり、予め設定されている。
In step S106 of FIG. 4, the
電気角変化量の絶対値|Δθ|が所定値Δθ1以上である場合(S106→Yes)、制御装置100の処理はステップS107に進む。一方、電気角変化量の絶対値|Δθ|が所定値Δθ1未満である場合(S106→No)、制御装置100の処理はステップS108に進む。
When the absolute value | Δθ | of the electrical angle change amount is equal to or greater than the predetermined value Δθ1 (S106 → Yes), the process of the
図5(a)に示す例では、実際の電気角が180°の状態において、電気角変化量Δθ=240°−(−360°)=600°であり、正常時の場合と比較して非常に大きくなっている。この場合、電気角変化量Δθの絶対値600°は、所定値Δθ1(=360°)以上であるため、第2判定部115からフラグ信号F2:ONが出力される。
In the example shown in FIG. 5A, in the state where the actual electrical angle is 180 °, the electrical angle change amount Δθ = 240 ° − (− 360 °) = 600 °, which is much higher than that in the normal state. Is getting bigger. In this case, since the
図4のステップS107において制御装置100は、カウンタ値nをインクリメントする。
次に、ステップS108において制御装置100は、カウンタ値nが閾値Nに達したか否かを判定する。閾値Nは、外乱や検出誤差の影響を緩和するために予め設定される自然数である。
カウンタ値nが閾値Nに達した場合(S108→Yes)、制御装置100の処理はステップS109に進む。一方、カウンタ値nが閾値Nに達していない場合(S108→No)、制御装置100の処理はステップS102に戻る。
In step S107 in FIG. 4, the
Next, in step S108, the
When the counter value n reaches the threshold value N (S108 → Yes), the process of the
なお、図4に示すステップS102〜S108の処理は、ホールセンサHu,Hv,Hwの正常時において、電気角60°ごとの電圧V(Hu)、V(Hv)、V(Hw)の変化を検出し得る所定時間で一巡する。 Note that the processing of steps S102 to S108 shown in FIG. 4 is performed by changing the voltages V (Hu), V (Hv), and V (Hw) at every electrical angle of 60 ° when the Hall sensors Hu, Hv, and Hw are normal. It makes a round in a predetermined time that can be detected.
ステップS109において制御装置100は、故障報知器500に故障報知信号Qを出力し、処理を終了する(END)。これによってユーザは、ホールセンサHuが故障したことを早期に知ることができる。
In step S109, the
<他の例について>
次に、図5(b)、図6、及び図7を参照しつつ、ホールセンサHu,Hv,Hwの故障検知処理について順次説明する。なお、制御装置100の処理内容については図4に示すフローチャートと同様であるから、以下では、フラグ信号F1,F2に着目して説明する。
<About other examples>
Next, the failure detection processing of the Hall sensors Hu, Hv, and Hw will be described sequentially with reference to FIGS. 5 (b), 6 and 7. Since the processing contents of the
図5(b)は、ホールセンサHuが故障し、常にOFF信号を出力している場合の説明図である(Low張り付き:1個)。この場合、実際の電気角が300°のときに出力値θe=−360°となるため、第1判定部113からフラグ信号F1:ONが出力される。
また、実際の電気角が0°、300°のときに、前回からの電気角変化量Δθの絶対値が所定値Δθ1(=360°)以上となるため、第2判定部115からフラグ信号F2:ONが出力される。
FIG. 5B is an explanatory diagram when the Hall sensor Hu fails and always outputs an OFF signal (Low sticking: 1). In this case, since the output value θ e = −360 ° when the actual electrical angle is 300 °, the
In addition, when the actual electrical angle is 0 ° or 300 °, the absolute value of the electrical angle change Δθ from the previous time is equal to or greater than the predetermined value Δθ1 (= 360 °). : ON is output.
図6(a)は、ホールセンサHu,Hvが故障し、常にON信号を出力している場合の説明図である(High張り付き:2個)。この場合、実際の電気角が120°、180°、240°のときに第1判定部113からフラグ信号F1:ONが出力される。また、実際の電気角が120°、300°のときに第2判定部115からフラグ信号ONが出力される。
FIG. 6A is an explanatory diagram when the Hall sensors Hu and Hv are out of order and always output an ON signal (High sticking: 2). In this case, the flag signal F1: ON is output from the
図6(b)は、ホールセンサHu,Hvが故障し、常にOFF信号を出力している場合の説明図である(Low張り付き:2個)。この場合、実際の電気角が0°、60°、300°のときに第1判定部113からフラグ信号F1:ONが出力される。また、実際の電気角が120°、300°のときに第2判定部115からフラグ信号ONが出力される。
FIG. 6B is an explanatory diagram when the Hall sensors Hu and Hv are out of order and always output an OFF signal (Low sticking: 2). In this case, the flag signal F1: ON is output from the
図7(a)は、ホールセンサHu,Hv,Hwが全て故障し、常にON信号(High張り付き:3個)を出力している場合の説明図である。この場合、第1判定部113からフラグ信号F1:ONが継続的に出力され、第2判定部115から出力されるフラグ信号F2は、常にOFFとなる。このように、第2判定部115からフラグ信号F2:ONが出力されない場合でも、図4のステップS104においてカウンタ値nがインクリメントされる。
なお、図7(b)については図7(a)の場合と同様であるから、説明を省略する。
FIG. 7A is an explanatory diagram in the case where all the Hall sensors Hu, Hv, and Hw have failed and are always outputting ON signals (High sticking: 3). In this case, the flag signal F1: ON is continuously output from the
Note that FIG. 7B is the same as that in FIG.
また、図5〜図7では、モータ400を正回転した場合の電気角変化量Δθを示したが、モータ400を逆回転した場合でも前記と同様の方法で電気角変化量Δθを算出すればよい。 5 to 7 show the electrical angle change amount Δθ when the motor 400 is rotated forward, but even when the motor 400 is rotated in the reverse direction, the electrical angle change amount Δθ can be calculated by the same method as described above. Good.
<効果>
本実施形態に係る故障検知装置110によれば、ホールセンサHu,Hv,Hwから入力されるデジタル信号の組合せが全てHigh、又は全てLowである場合、電気角演算部111は電気角として第1所定値「−360°」を出力する。つまり、第1所定値は、複数のホールセンサHu,Hv,Hwが全て正常である(電気角は、0°以上360°以下)場合には電気角として出力され得ない値として設定されている。
<Effect>
According to the
仮に、デジタル信号(H,H,H)のとき、正常時にも出力される可能性がある値(例えば、0°)を電気角演算部111が出力する場合、実際にホールセンサが故障したことに起因して出力されたのか否かを判別することが困難となる。
If the electrical
これに対して、本実施形態では、ホールセンサHu,Hv,Hwからのデジタル信号が(H,H,H)又は(L,L,L)の場合、敢えて電気角演算部111に「−360°」を出力させる。これによって、デジタル信号(H,H,H)、(L,L,L)の状態を正常時と明確に区別することができ、故障検知装置110による検知結果の信頼性を高めることができる。
特に、ホールセンサHu,Hv,Hwからのデジタル信号が全てHigh、又は全てLowとなる場合に限って故障ありと判定する従来手法と比較して、本実施形態によれば、一つ又は二つのホールセンサが故障した場合でも早期かつ的確に故障を検知できる。
On the other hand, in this embodiment, when the digital signals from the Hall sensors Hu, Hv, and Hw are (H, H, H) or (L, L, L), the electrical
In particular, according to the present embodiment, one or two of the conventional methods for determining that there is a failure only when the digital signals from the Hall sensors Hu, Hv, and Hw are all high or all low. Even when the Hall sensor fails, the failure can be detected early and accurately.
また、電気角変化量演算部114が、電気角演算部111による演算結果を用いて電気角変化量Δθを演算し、所定値Δθ1と比較する。ここで、所定値Δθ1は、複数のホールセンサHu,Hv,Hwの電気角分解能よりも大きい値(つまり、所定時間ごとに演算される電気角の変化量として、正常時に出力され得ない値)として設定されている。
このように、電気角の出力値θeに加えて電気角変化量Δθも故障検知に用いることで、ホールセンサの故障を早期かつ適切に検知できる。
In addition, the electrical angle change
Thus, the electrical angle variation Δθ in addition to the output value theta e of the electrical angle also be used for fault detection, it can quickly and appropriately detect the failure of the Hall sensor.
また、電気角「−360°」は、正常時には出力されることがないものの、三角関数の変数として使用する際には、実質的に「0°」と等しくなる。このように、デジタル信号(H,H,H)又は(L,L,L)が出力される故障時にも、電気角として360°の整数倍の値「−360°」を出力することで、モータ400の制御処理に不具合を生じることを確実に回避できる。
また、モータ400の電気角を検出する検出器として比較的安価なホールセンサHu,Hv,Hwを用いることで、検出器に要するコストを低減できる。
The electrical angle “−360 °” is not output in the normal state, but is substantially equal to “0 °” when used as a trigonometric function variable. In this way, by outputting a value “−360 °” that is an integer multiple of 360 ° as an electrical angle even in the event of a failure in which a digital signal (H, H, H) or (L, L, L) is output, It is possible to reliably avoid problems in the control process of the motor 400.
Further, by using relatively inexpensive Hall sensors Hu, Hv, and Hw as a detector that detects the electrical angle of the motor 400, the cost required for the detector can be reduced.
≪変形例≫
以上、本発明に係る故障検知装置110について前記実施形態により説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記実施形態では、モータ400に3個のホールセンサHu,Hv,Hwを設置する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、モータ400の極数等に応じてホールセンサの個数を適宜変更してもよい。
≪Modification≫
As mentioned above, although the said embodiment demonstrated the
For example, in the above-described embodiment, the case where three hall sensors Hu, Hv, and Hw are installed in the motor 400 has been described. However, the present invention is not limited to this. That is, the number of Hall sensors may be changed as appropriate according to the number of poles of the motor 400.
また、前記実施形態では、ホールセンサHu,Hv,Hwから入力される信号が(H,H,H)又は(L,L,L)である場合、電気角演算部111が第1所定値「−360°」を出力する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、第1所定値を0°〜360°を含まない「0°未満又は360°よりも大きい任意の値」に設定してもよい。
また、前記した場合において、第1所定値を0°未満又は360°よりも大きい角度(60°×n)として設定することが好ましい。なお、前記したnは0〜6を除く整数(つまり、…,−3,−2,−1,7,8,9,…)である。例えば、電気角−180°、540°は、モータ400の制御上では電気角180°と実質的に等しいため、モータ400の制御に不具合が生じることを防止できる。
Moreover, in the said embodiment, when the signal input from Hall sensor Hu, Hv, Hw is (H, H, H) or (L, L, L), the electrical
In the above case, the first predetermined value is preferably set as an angle (60 ° × n) less than 0 ° or greater than 360 °. Note that n is an integer excluding 0 to 6 (that is,..., -3, -2, -1, 7, 8, 9,...). For example, since the electrical angles of −180 ° and 540 ° are substantially equal to the electrical angle of 180 ° in the control of the motor 400, it is possible to prevent problems in the control of the motor 400.
また、故障検知装置110から電気角変化量演算部114(図2参照)を省略し、これに伴って図4のステップS105〜S107の処理を省略してもよい。この場合、電気角演算部111からの出力値θeを参照して、第1判定部113が故障の有無を判定する。
また、電気角演算部111から出力値「−360°」が少なくとも一回入力され、かつ、電気角変化量演算部114から、所定値Δθ1以上の変化量が少なくとも一回入力された場合、統合処理部116が故障ありと判定するようにしてもよい。
Further, the electrical angle change amount calculation unit 114 (see FIG. 2) may be omitted from the
Further, when the output value “−360 °” is input at least once from the electrical
また、前記実施形態では、運転者による操作に応じて正回転又は逆回転するモータ400にホールセンサHu,Hv,Hwを設置する場合について説明したが、これに限らない。すなわち、モータ400が一方の向きのみに回転する場合でも同様に適用できる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where Hall sensors Hu, Hv, and Hw were installed in the motor 400 rotated forward or reverse according to operation by a driver | operator, it is not restricted to this. That is, the present invention can be similarly applied even when the motor 400 rotates only in one direction.
また、前記実施形態では、モータ400の回転軸k(図1参照)にギア機構が連結され、モータ400の正回転/逆回転に応じてシリンダ(図示せず)内でピストン(図示せず)を往復させる場合について説明したが、これに限らない。すなわち、電動パワーステアリング等の他の用途に使用される各種のモータに前記実施形態を適用できる。
また、前記実施形態に合わせて、モータ400の回転角・回転速度(シリンダのストローク量)に対応するシリンダの液圧と、実際にシリンダで発生した液圧と、の差が所定値以上である場合、故障検知装置110が故障ありと判定するようにしてもよい。
In the embodiment, a gear mechanism is connected to the rotation shaft k (see FIG. 1) of the motor 400, and a piston (not shown) is provided in the cylinder (not shown) in accordance with the forward / reverse rotation of the motor 400. However, the present invention is not limited to this. That is, the embodiment can be applied to various motors used for other uses such as electric power steering.
Further, in accordance with the above-described embodiment, the difference between the hydraulic pressure of the cylinder corresponding to the rotation angle / rotational speed (cylinder stroke amount) of the motor 400 and the hydraulic pressure actually generated in the cylinder is a predetermined value or more. In this case, the
100 制御装置
110 故障検知装置
111 電気角演算部(電気角演算手段)
112 記憶部
113 第1判定部(故障判定手段)
114 電気角変化量演算部(電気角変化量演算手段)
115 第2判定部(故障判定手段)
116 統合処理部(故障判定手段)
200 直流電源
300 インバータ
400 モータ
500 故障報知器
Hu,Hv,Hw ホールセンサ
DESCRIPTION OF
112 memory |
114 Electrical angle change calculation unit (electric angle change calculation means)
115 2nd determination part (failure determination means)
116 Integrated processing unit (failure determination means)
200
Claims (3)
前記電気角演算手段によって演算される電気角に基づいて、複数の前記ホールセンサのうち少なくとも一つが故障したか否かを判定する故障判定手段と、
前記電気角演算手段によって演算される電気角の変化量を所定時間ごとに演算し、前記故障判定手段に出力する電気角変化量演算手段と、を備え、
前記電気角演算手段は、前記組合わせが全てHigh、又は全てLowである場合、前記モータの電気角として0°未満又は360°よりも大きい第1所定値を前記故障判定手段に出力し、
前記故障判定手段は、前記電気角演算手段から前記第1所定値が少なくとも一回入力され、かつ、前記電気角変化量演算手段から、その絶対値が複数の前記ホールセンサの電気角分解能よりも大きい第2所定値以上である変化量が少なくとも一回入力された場合、複数の前記ホールセンサのうち少なくとも一つが故障したと判定すること
を特徴とする故障検知装置。 A digital signal corresponding to a change in magnetic flux accompanying the driving of the motor is input from a plurality of hall sensors installed in the motor, and an electric angle for calculating the electrical angle of the motor corresponding to each combination of the digital signals Angle calculation means;
Failure determination means for determining whether at least one of the plurality of Hall sensors has failed based on the electrical angle calculated by the electrical angle calculation means ;
An electrical angle change amount calculating means for calculating an electric angle change amount calculated by the electric angle calculating means every predetermined time, and outputting to the failure determining means ,
When the combination is all high or all low, the electrical angle calculation means outputs a first predetermined value less than 0 ° or greater than 360 ° as the electrical angle of the motor to the failure determination means,
The failure determination means receives the first predetermined value from the electrical angle calculation means at least once , and the absolute value from the electrical angle change amount calculation means exceeds the electrical angle resolution of the plurality of Hall sensors. A failure detection device, wherein when at least one change amount greater than a second predetermined value is input at least once, it is determined that at least one of the plurality of hall sensors has failed.
を特徴とする請求項1に記載の故障検知装置。
ここで、nは0〜6を除く整数である。 The failure detection apparatus according to claim 1 , wherein the first predetermined value is set in advance as an angle (60 ° × n) less than 0 ° or greater than 360 °.
Here, n is an integer excluding 0-6.
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の故障検知装置。 The failure determination means determines whether or not at least one of the plurality of hall sensors installed in the motor that rotates forward or reverse according to an operation by a driver has failed. The failure detection device according to claim 1 or 2 .
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