JP6399964B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置センサを用いて電動機を制御する制御装置に関するものである。

位置センサが出力するセンサ信号を用いて電動機のロータの位置を検出し、電動機への通電パターンを決定して制御を行う制御装置がある。このような電動機の制御装置において、センサ信号に異常があり誤った位置を検出すると、過電流が発生して電動機およびインバータ回路の動作が不安定になったり、故障したりする可能性がある。これを防ぐためには、位置センサの異常を検出することが必要である。

例えば、特許文献１では、３個の位置センサが出力する３つのセンサ信号を用いて３つの回転角度を算出し、当該３つの回転角度を用いて３つのセンサ信号の異常を検出する方法が提案されている。また、特許文献２では、位置センサのセンサ信号の変化を検出してから予め定められた時間内にこのセンサ信号が変化した場合、最初の変化は異常であると判断する方法が提案されている。特許文献３では、電動機の回転速度に基づいて異常検出時間を設定し、異常検出時間内に次のセンサ信号が確認されない場合は異常と判断する方法が提案されている。

特開２００８−１９６９３８号公報 特開２０１１−１１３１３号公報 特開２０１３−１８８８２５号公報

しかし、これらの方法では、１個の位置センサのみを用いて、正常なセンサ信号をセンサ異常と誤検出することなくセンサ異常を検出することが困難であるという課題があった。例えば、特許文献１に係る方法では、３個の位置センサが必要である。

また、特許文献２，３に係る方法では、予め定められた時間閾値とセンサ信号のパルス間隔を比較することでセンサ信号の異常を検出する。そのため、電動機の加速または減速によりセンサ信号のパルス間隔が急激に変動する場合、またはセンサ信号のばらつきにより定常的にセンサ信号のパルス間隔が変動する場合のように、位置センサの異常とは異なる要因でセンサ信号のパルス間隔が変化する場合に、正常なセンサ信号を異常と誤検出するという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、１個の位置センサを用いて、センサ信号の異常を検出し、異常の影響を排除して位置検出を行うと共に、正常なセンサ信号を異常と誤検出することを防止することを目的とする。

本発明に係る電動機の制御装置は、電動機の位置センサが出力するセンサ信号のパルス変化が第１異常検出時間内に検出された場合に異常を検出する第１検出部、およびセンサ信号のパルス変化が第１異常検出時間より長い第２異常検出時間内に検出されない場合に異常を検出する第２検出部を有し、第１検出部または第２検出部のいずれか一方が異常を検出した後に他方の検出結果に基づき最初の異常検出の正誤の判断を行い、当該最初の異常検出が誤検出の場合はセンサ信号を正常と判断する異常検出部と、異常検出部により異常が検出された場合にセンサ信号を補正する位置検出用補正部と、異常検出部により異常が検出された場合は位置検出用補正部により補正されたセンサ信号を用い、異常が検出されなかった場合は補正前のセンサ信号を用いて、電動機のロータの位置を検出する位置検出部と、異常検出部により異常が検出された場合、これ以降に異常検出部が異常検出に用いるセンサ信号を補正する異常検出用補正部とを備えるものである。

本発明によれば、センサ信号のパルス変化が第１異常検出時間内に検出された場合に異常を検出する第１検出部、およびセンサ信号のパルス変化が第１異常検出時間より長い第２異常検出時間内に検出されない場合に異常を検出する第２検出部を有し、異常が検出された場合にセンサ信号を補正してロータの位置を検出するようにしたので、１個の位置センサのみでセンサ信号の異常を検出し、異常を検出した場合にセンサ信号を補正することができる。これにより、正確な位置検出が可能となり、過電流を発生させることなく電動機の制御を継続することができる。また、第１検出部または第２検出部のいずれか一方が異常を検出した後に他方の検出結果に基づき最初の異常検出の正誤の判断を行い、当該最初の異常検出が誤検出の場合は正常と判断するようにしたので、正常なセンサ信号を異常と検出するセンサ異常の誤検出を防止することができる。

本発明の実施の形態１による電動機の制御装置のブロック図である。 実施の形態１におけるセンサ信号処理部の制御手順を示すフローチャートである。 実施の形態１におけるセンサ異常検出の概要である。 実施の形態１における異常検出部の補正モード遷移の概要図である。 実施の形態１における異常検出部の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態１におけるセンサ信号検出の動作を説明するための図である。 実施の形態１におけるセンサ信号検出の動作を説明するための図である。 実施の形態１においてパルスノイズ検出の動作を説明するための図である。 実施の形態１においてパルス抜け検出の動作を説明するための図である。 実施の形態１においてセンサ異常検出の閾値の設定例である。 実施の形態１においてセンサ異常検出の閾値の設定例である。 実施の形態１においてセンサ信号のばらつきを説明するための図である。 実施の形態１においてセンサ信号のばらつきを説明するための図である。 実施の形態１においてセンサ異常時の信号補正を説明するための図である。 実施の形態１においてセンサ異常時の信号補正を説明するための図である。 実施の形態１においてセンサ異常時の信号補正を説明するための図である。 実施の形態１においてセンサ異常により通電停止する場合の動作例である。 実施の形態１においてセンサ異常により通電停止する場合の動作例である。 実施の形態１においてセンサ異常誤検出時の動作を説明するための図である。 実施の形態１においてセンサ異常誤検出時の動作を説明するための図である。 実施の形態１による電動機の制御装置のハードウエア構成図である。 本発明の実施の形態２による電動機の制御装置のブロック図である。 実施の形態２におけるばらつき補正部のブロック図である。 実施の形態２においてセンサばらつきの補正動作を説明するための図である。 実施の形態２においてセンサばらつきの補正動作を説明するための図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電動機１の制御装置の構成例を示すブロック図である。電動機１の制御装置は、センサ信号処理部１０と、カウンタ３と、インバータ制御部４と、インバータ回路５とを備えている。センサ信号処理部１０は、電動機１に設置された位置センサ２から出力されるセンサ信号を用いて電動機１のロータ位置を検出する。インバータ制御部４は、センサ信号処理部１０により検出されたロータ位置に基づいて制御信号を生成する。インバータ回路５は、インバータ制御部４の制御信号に従って三相交流電力を生成し、電動機１を駆動する。

なお、本発明の各実施の形態において、電動機１は三相モータに限定されるものではなく、位置センサ２のセンサ信号に基づく制御が可能なものであればよい。位置センサ２は例えばホール素子であり、ロータと一緒に回転するセンサターゲットを検出してパルスを出力する。

後述する図６に示すように、カウンタ３は、位置センサ２から入力されるセンサ信号のパルスのＯＦＦからＯＮへの変化、またはＯＮからＯＦＦへの変化、またはその両方を検出し、最後の変化から現在時刻までの時間であるカウントｃｎｔと、１回前の変化から最後の変化までの時間間隔であるパルス間隔Ｔ（ｎ）とをセンサ信号処理部１０へ出力する。実施の形態１では、ＯＦＦからＯＮへの変化を検出する例で説明する。

センサ信号処理部１０は、異常検出用補正部１１と、異常検出部１２と、位置検出用補正部１３と、位置検出部１４とを備えている。このセンサ信号処理部１０は、センサ信号としてカウンタ３からカウントｃｎｔとパルス間隔Ｔ（ｎ）とが入力され、ロータ位置をインバータ制御部４へ出力するものである。
異常検出用補正部１１は、異常検出部１２の前回出力に基づいてセンサ信号を補正し、異常の影響を排除したセンサ信号を異常検出部１２に出力する。異常検出部１２は、異常検出用補正部１１から入力されるセンサ信号に基づいて、第１検出部１２Ａと第２検出部１２Ｂの２つの検出部を用いてセンサ信号の２種類の異常を検出する。位置検出用補正部１３は、異常検出部１２の出力に基づいてセンサ信号を補正し、異常の影響を排除したセンサ信号を位置検出部１４に出力する。位置検出部１４は、位置検出用補正部１３から入力されるセンサ信号を用いて、電動機１のロータ位置を検出する。

このような構成により、センサ信号処理部１０は、位置センサ２のセンサ信号に異常が発生した場合に、異常を検出し、異常の影響を排除するようにセンサ信号を補正することで正確なロータ位置の検出が可能となり、過電流を発生させることなく電動機１の制御を継続することができる。
また、センサ信号処理部１０は、位置センサ２のセンサ信号に異常が検出された場合に、異常の影響を排除するようにセンサ信号を補正することで次回の異常検出が可能となり、連続的な異常に対して安全に通電停止することができる。

図２は、実施の形態１におけるセンサ信号処理部１０の制御手順を示すフローチャートである。センサ信号処理部１０は、図２のフローチャートに示す動作を、インバータ制御部４と同一の一定周期で実行する。
カウンタ３においてセンサ信号のＯＦＦからＯＮへの変化が検出されると、異常検出用補正部１１は、異常検出部１２の前回の出力である補正モードを判断する（ステップＳＴ１）。実施の形態１において、補正モードは、センサ信号が正常である場合の「通常」、第１検出部１２Ａが異常を検出した場合の「制御継続Ａ」、第２検出部１２Ｂが異常を検出した場合の「制御継続Ｂ」、通電停止する場合の「通電停止」の４つとする。

異常検出用補正部１１は、前回の補正モードが「通常」以外の場合（ステップＳＴ１“ＮＯ”）、補正モードに応じて位置センサ２からのセンサ信号を補正する（ステップＳＴ２）。一方、前回の補正モードが「通常」である場合（ステップＳＴ１“ＹＥＳ”）、異常検出用補正部１１はステップＳＴ２の処理をスキップする。

続いて、異常検出部１２は、第１検出部１２Ａと第２検出部１２Ｂの異常検出を順に実行する（ステップＳＴ３、ステップＳＴ４）。そして、異常検出部１２は、前回の補正モードおよび今回の異常検出の結果に応じて、今回の補正モードを決定する（ステップＳＴ５）。その後、異常検出部１２は、今回の補正モードが「通電停止」であるかを判断し（ステップＳＴ６）、「通電停止」である場合（ステップＳＴ６“ＹＥＳ”）、インバータ制御部４に対して通電停止を指示する（ステップＳＴ７）。

今回の補正モードが「通電停止」ではない場合（ステップＳＴ６“ＮＯ”）、続いて位置検出用補正部１３は、今回の補正モードが「通常」であるか判断する（ステップＳＴ８）。今回の補正モードが「通常」以外の場合（ステップＳＴ８“ＮＯ”）、位置検出用補正部１３は今回の補正モードに応じてセンサ信号を補正する（ステップＳＴ９）。そして、位置検出部１４は、位置検出用補正部１３により補正されたセンサ信号に基づいて電動機１のロータ位置を検出する（ステップＳＴ１０）。

一方、今回の補正モードが「通常」である場合（ステップＳＴ８“ＹＥＳ”）、位置検出用補正部１３はステップＳＴ９の処理をスキップし、センサ信号を補正せずに位置検出部１４へ出力する。この場合、位置検出部１４は、補正されていない元のセンサ信号に基づいてロータ位置を検出する（ステップＳＴ１０）。

図３は、異常検出部１２において第１検出部１２Ａおよび第２検出部１２Ｂにより異常検出を行う判断条件の概要図である。位置センサ２のセンサ信号はパルスのＯＮ状態とＯＦＦ状態を示す波形である。以下では、カウンタ３において検出されるセンサ信号のＯＦＦからＯＮへの変化、つまり立ち上がりエッジに基づいて、センサ信号処理部１０がロータの位置検出を行う場合を例に挙げて説明する。異常検出部１２で検出するセンサ信号の異常は、正常なセンサ信号のパルスの間に瞬間的なパルスが混入するパルスノイズと、正常なパルスが１回分出力されなくなるパルス抜けの２つである。第１検出部１２Ａは、センサ信号の立ち上がりエッジの検出と同時に異常検出時間Ｔ_Ａのカウントを開始し、異常検出時間Ｔ_Ａが経過するより早く次の立ち上がりエッジを検出した場合、パルスノイズと判断する。第２検出部１２Ｂは、センサ信号の立ち上がりエッジの検出と同時に異常検出時間Ｔ_Ｂ（Ｔ_Ａ＜Ｔ_Ｂ）のカウントを開始し、異常検出時間Ｔ_Ｂが経過するまでの間に次の立ち上がりエッジが検出されない場合、パルス抜けと判断する。つまり、センサ信号は、▲印で示す立ち上がりエッジが異常検出時間Ｔ_Ａの終了後から異常検出時間Ｔ_Ｂの終了前までの範囲に検出される場合のみ正常と判断され、その範囲外の場合は異常と判断される。

なお、異常検出時間Ｔ_Ａが「第１異常検出時間」であり、異常検出時間Ｔ_Ｂが「第２異常検出時間」である。
また、図示は省略するが、位置検出部１４がセンサ信号の立ち下がりエッジを基にロータの位置検出を行う場合は、異常検出部１２の第１検出部１２Ａと第２検出部１２Ｂも立ち下がりエッジを基準にして異常を検出する。さらに、後述する図１２のように、位置検出部１４がセンサ信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの両方を基にロータの位置検出を行う場合は、異常検出部１２の第１検出部１２Ａと第２検出部１２Ｂも立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのそれぞれを基準にして異常を検出する。

図４は、補正モードの遷移条件の概略を示している。この図４に示すフローチャートは、図２に示したステップＳＴ５の処理を行う際の遷移条件を示した例である。
「通常」「制御継続Ａ」「制御継続Ｂ」「通電停止」の４つの補正モードがあり、初期状態は「通常」である。「通常」において第１検出部１２Ａが異常を検出した場合は「制御継続Ａ」へ、第２検出部１２Ｂが異常を検出した場合は「制御継続Ｂ」へ移行する。異常検出部１２は、「制御継続Ａ」「制御継続Ｂ」の補正モードが継続されている状態において所定回数の正常なエッジが検出された場合、センサ信号の異常発生から十分に時間が経過して異常の影響がなくなったと判断し、補正モードを「通常」に復帰する。また、第１検出部１２Ａまたは第２検出部１２Ｂのいずれか一方の異常検出により「制御継続Ａ」または「制御継続Ｂ」の補正モードが継続されている状態で、他方の検出部が異常を検出した場合、異常検出部１２は前回の異常検出は誤検出であると判断し、補正モードを「通常」に復帰する。また、異常検出部１２は、「制御継続Ａ」「制御継続Ｂ」の補正モードが継続されている状態において前回検出されたセンサ異常と同じ異常が検出された場合、制御継続は不可と判断し、補正モードを「通電停止」へ移行する。

このような構成により、第１検出部１２Ａまたは第２検出部１２Ｂのいずれか一方の検出部が異常を検出した後、他方の検出部により最初の異常検出の正誤の判断が可能となり、誤検出と判断した場合は即座に正常復帰することでセンサ異常の誤検出を防止することができる。

図５は、異常検出部１２において補正モードを判断する処理手順を示すフローチャートである。この図５に示すフローチャートは、図２に示したステップＳＴ５の処理の具体的な手順を示した例である。
異常検出部１２は、最初に前回の補正モードが「制御継続Ａ」であるか（ステップＳＴ５０１）、および「制御継続Ｂ」であるか（ステップＳＴ５０２）を判断する。どちらでもない場合（ステップＳＴ５０１“ＮＯ”かつステップＳＴ５０２“ＮＯ”）、異常検出部１２は、第１検出部１２Ａが今回異常を検出したか（ステップＳＴ５０３）、および第２検出部１２Ｂが今回異常を検出したか（ステップＳＴ５０４）を判断する。どちらの検出部も異常を検出しない場合（ステップＳＴ５０３“ＮＯ”かつステップＳＴ５０４“ＮＯ”）、異常検出部１２は、補正モードとして「通常」を維持し（ステップＳＴ５０５）、第１検出部１２Ａが異常を検出した場合（ステップＳＴ５０３“ＹＥＳ”）は「制御継続Ａ」へ移行し（ステップＳＴ５０６）、第２検出部１２Ｂが異常を検出した場合（ステップＳＴ５０４“ＹＥＳ”）は「制御継続Ｂ」に移行する（ステップＳＴ５０７）。

他方、前回の補正モードが「制御継続Ａ」である場合（ステップＳＴ５０１“ＹＥＳ”）、異常検出部１２は、第１検出部１２Ａが今回異常を検出したか（ステップＳＴ５０８）、第２検出部１２Ｂが今回異常を検出したか（ステップＳＴ５０９）を判断する。どちらの検出部も異常を検出しない場合（ステップＳＴ５０８“ＮＯ”かつステップＳＴ５０９“ＮＯ”）、異常検出部１２は、前回の補正モードが「制御継続Ａ」に遷移した以降のセンサ信号の正常なエッジ検出回数が所定回数以上であるか判断する（ステップＳＴ５１０）。どちらの検出部も異常を検出せず、かつエッジ検出回数が所定回数より少ない場合（ステップＳＴ５１０“ＮＯ”）、異常検出部１２は補正モードとして「制御継続Ａ」を維持する（ステップＳＴ５１１）。第１検出部１２Ａが異常を検出した場合（ステップＳＴ５０８“ＹＥＳ”）、異常検出部１２は「通電停止」へ移行する（ステップＳＴ５１２）。第２検出部１２Ｂが異常を検出した場合（ステップＳＴ５０９“ＹＥＳ”）、異常検出部１２は、前回、第１検出部１２Ａが検出した異常が誤検出であると判断して補正モードを「通常」に復帰する（ステップＳＴ５１３）。また、所定回数の正常なエッジが検出された場合（ステップＳＴ５１０“ＹＥＳ”）、異常検出部１２は、前回異常が検出されてから十分時間が経過したと判断して補正モードを「通常」に復帰する（ステップＳＴ５１３）。

他方、前回の補正モードが「制御継続Ｂ」である場合（ステップＳＴ５０２“ＹＥＳ”）、異常検出部１２は、第１検出部１２Ａが異常を検出したか（ステップＳＴ５１４）、第２検出部１２Ｂが異常を検出したか（ステップＳＴ５１５）を判断する。どちらの検出部も異常を検出しない場合（ステップＳＴ５１４“ＮＯ”かつステップＳＴ５１５“ＮＯ”）、異常検出部１２は、前回の補正モードが「制御継続Ｂ」に遷移した以降のセンサ信号の正常なエッジ検出回数が所定回数以上であるか判断する（ステップＳＴ５１６）。どちらの検出部も異常を検出せず、かつエッジ検出回数が所定回数より少ない場合（ステップＳＴ５１６“ＮＯ”）、異常検出部１２は補正モードとして「制御継続Ｂ」を維持する（ステップＳＴ５１７）。第１検出部１２Ａが異常を検出した場合（ステップＳＴ５１４“ＹＥＳ”）、異常検出部１２は、前回、第２検出部１２Ｂが検出した異常が誤検出であると判断して補正モードを「通常」に復帰する（ステップＳＴ５１８）。また、所定回数の正常なエッジが検出された場合（ステップＳＴ５１６“ＹＥＳ”）、異常検出部１２は、前回異常が検出されてから十分時間が経過して異常の影響がなくなったと判断して補正モードを「通常」に復帰する（ステップＳＴ５１８）。第２検出部１２Ｂが異常を検出した場合（ステップＳＴ５１５“ＹＥＳ”）、異常検出部１２は補正モードを「通電停止」へ移行する（ステップＳＴ５１９）。

このように構成されるセンサ信号処理部１０の動作について説明する。
図６に、センサ信号と、立ち上がりエッジを検出する場合の検出値を示す。カウンタ３は、センサ信号から最後の立ち上がりエッジとその１回前の立ち上がりエッジの時間間隔であるパルス間隔Ｔと、最後の立ち上がりエッジから現在時刻までの時間であるカウンタｃｎｔを検出する。ここで、Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ−１）はパルス間隔の今回検出値と前回検出値を示す。
図７に、センサ信号が正常である場合の検出値の動作例を示す。立ち上がりエッジの間隔がＴ（１）、Ｔ（２）、…、Ｔ（５）のセンサ信号が入力されたとき、カウンタｃｎｔは立ち上がりエッジが検出される毎にリセットされ、リセットされる直前の値が次回のパルス間隔の検出値Ｔ（ｎ−１）として次回の１周期間保持される。

異常検出部１２においてセンサ信号の異常が検出されていない場合、異常検出用補正部１１と位置検出用補正部１３はセンサ信号から検出されたパルス間隔とカウンタを、補正せずにそのまま異常検出部１２と位置検出部１４へ出力する。
一方、異常検出部１２においてセンサ信号の異常が検出された場合、異常検出用補正部１１と位置検出用補正部１３は後述する方法により補正したパルス間隔とカウンタを異常検出部１２と位置検出部１４へ出力する。

次に、センサ信号に異常が発生した場合の異常検出部１２の動作例について説明する。図８にパルスノイズが発生した場合の動作例を、図９にパルス抜けが発生した場合の動作例を示す。図８に示すように、第１検出部１２Ａは、今回のパルス間隔Ｔ（ｎ）と異常検出時間Ｔ_Ａが、Ｔ（ｎ）＜Ｔ_Ａを満たすとき、最後に検出されたエッジをノイズと判断して異常を検出する。また、図９に示すように、第２検出部１２Ｂは、カウンタｃｎｔと異常検出時間Ｔ_Ｂが、ｃｎｔ＞Ｔ_Ｂを満たすとき、パルス抜けが発生したと判断して異常を検出する。パルス抜けは、図９に示すようなＯＦＦからＯＮに変化しない場合だけでなく、後述する図１５に示すようなＯＮからＯＦＦに変化しない場合も含む。

なお、異常検出部１２は、異常検出用補正部１１においてセンサ異常の影響が排除されたパルス間隔とカウンタを使用するため、前回のセンサ異常の影響を受けずに今回の異常検出を行うことができる。

位置センサ２の異常を検出する閾値である異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂの、第１の設定例について説明する。
センサ信号の正常なパルス間隔は電動機１のロータ回転数に対して反比例する。そのため、異常検出時間Ｔ_Ａを一定値に設定すると、低速回転においては正常なパルス間隔が比較的大きいためパルスノイズが検出できなくなる。逆に、高速回転においては正常なパルス間隔が比較的小さいため、正常な信号をパルスノイズとして誤検出する可能性がある。同様に、異常検出時間Ｔ_Ｂを一定値に設定すると、低速回転において正常な信号をパルス抜けとして誤検出する可能性がある。逆に、高速回転においてパルス抜けを検出できなくなる。そこで、図１０に示すように、電動機１のロータ回転数と異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂとの対応関係をマップとして作成し、異常検出部１２に予め設定しておく。第１検出部１２Ａと第２検出部１２Ｂは、このマップに従い、低速回転時は異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを大きくし、高速回転時は異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを小さくする。

このように、センサ異常を検出する閾値である異常検出時間をロータ回転数に対するマップとして予め定めておくことで、全回転数域において異常なセンサ信号を正常と判断することおよび正常なセンサ信号を異常と判断することを防止し、精度の高いセンサ異常検出を行うことができる。
なお、異常検出部１２は、ロータの回転数を、位置検出部１４において検出されるロータの位置に基づいて算出可能である。

次に、異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂの第２の設定例について説明する。
異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂは、直前のセンサ信号のパルス間隔と電動機１の最大加速度に基づいて設定してもよい。異常検出時間Ｔ_Ａは、前回のパルス間隔Ｔ（ｎ−１）と加速時の最大加速度ａ_ｍａｘ１に基づいて設定される。センサ信号のパルスの前回周波数ｆ（ｎ−１）＝１／Ｔ（ｎ−１）と最大加速度ａ_ｍａｘ１（ａ_ｍａｘ１＞０）を用いると、今回周波数の最大値はｆ（ｎ−１）＋ａ_ｍａｘ１×Ｔ（ｎ−１）と表される。この周波数の逆数により、パルス間隔最小値が算出できる。異常検出部１２は、式（１）から計算したパルス間隔最小値を異常検出時間Ｔ_Ａとして設定する。

異常検出時間Ｔ_Ｂは、今回のパルス間隔Ｔ（ｎ）と減速時の最大加速度ａ_ｍａｘ２に基づいて設定される。センサ信号のパルスの今回周波数ｆ（ｎ）＝１／Ｔ（ｎ）と減速時の最大加速度ａ_ｍａｘ２（ａ_ｍａｘ２＞０）を用いると、次回の周波数の最小値はｆ（ｎ）−ａ_ｍａｘ２×Ｔ（ｎ）と表される。この周波数の逆数をとることで、パルス間隔最大値を算出する。異常検出部１２は、式（２）から計算したパルス間隔最大値を異常検出時間Ｔ_Ｂとして設定する。

加速の場合の最大加速度ａ_ｍａｘ１と減速の場合の最大加速度ａ_ｍａｘ２は、例えば以下のように定義されるものとする。
ａ_ｍａｘ１＝（Ｔｍｏｔｏｒ−Ｔｌｏａｄ）／Ｊ
ａ_ｍａｘ２＝（Ｔｍｏｔｏｒ＋Ｔｌｏａｄ）／Ｊ
ここで、Ｔｍｏｔｏｒは電動機１の最大トルク、Ｔｌｏａｄは電動機１に接続された負荷トルク、Ｊは電動機１と電動機１に接続された負荷のイナーシャ合計値である。

式（１）は、パルスノイズを異常として検出するための異常検出時間Ｔ_Ａを算出するものである。図８より、本来の次のエッジが検出される前にパルスノイズが検出されるため、今回のパルス間隔Ｔ（ｎ）は異常値になっている。そのため、正常である前回値Ｔ（ｎ−１）を用いて異常検出時間Ｔ_Ａを算出している。パルスノイズの異常検出は、「今回のパルス間隔Ｔ（ｎ）が前回値Ｔ（ｎ−１）と比較して極端に小さければ異常」と判断するロジックとなっているため、異常検出時間Ｔ_Ａの算出には前回値Ｔ（ｎ−１）を用いている。
一方、式（２）は、パルス抜けを異常として検出するための異常検出時間Ｔ_Ｂを検出するものである。図９より、今回のパルス間隔Ｔ（ｎ）は正常であるため、このＴ（ｎ）を用いて異常検出時間Ｔ_Ｂを算出している。

また、式（１）（２）から計算される異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを、ロータ回転数に対するマップとして、第１検出部１２Ａ、第２検出部１２Ｂに予め設定してもよい。図１１にマップの例を示す。

このように、電動機１の最大加速度を用いて異常検出時間を設定することにより、全回転数域において異常なセンサ信号を正常と判断することおよび正常なセンサ信号を異常と判断することを防止することができる。

次に、異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂの第３の設定例について説明する。
例えばセンサ信号のパルス間隔にばらつきがあるときに式（１）（２）を用いて異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを設定すると、適切に異常検出ができない場合がある。ここで、図１２に、ばらつきのあるセンサ信号の例を示す。図１２の例では、ばらつきにより常にＯＮ時間＜ＯＦＦ時間である。

位置検出部１４において、図１２のようなばらつきがあるセンサ信号の立ち上がりまたは立下りを検出して位置検出を行う場合には、式（１）（２）のように直前のパルス間隔を用いて異常検出時間を設定すると、センサ信号のばらつきによりセンサ異常を誤検出する可能性がある。そこで、例えばセンサ信号のパルス間隔のばらつきが２回周期で現れる場合、異常検出部１２が前々回のパルス間隔を用いて式（３）（４）を計算し、異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを設定してもよい。

式（３）（４）では、式（１）（２）のパルス間隔Ｔとして前々回の検出値を用いることで、ＯＮ時間の異常検出のためには前回のＯＮ時間のパルス間隔を用いて異常検出時間を設定し、ＯＦＦ時間の異常検出のためには前回のＯＦＦ時間のパルス間隔を用いて異常検出時間を設定する。

このような構成により、位置センサ２のばらつきによりパルス間隔が周期的に増減するセンサ信号に対して、ばらつきの影響を排除してセンサ信号の異常を検出することができる。
なお、図６では、パルスの１回のＯＮ時間と１回のＯＦＦ時間を合算してパルス間隔Ｔ（ｎ）とするカウント方法例を示したが、カウント方法はこれに限定されるものではなく、例えば図１２ではパルスの１回のＯＮ時間、１回のＯＦＦ時間をそれぞれ別のパルス間隔Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）としてカウントする例を示した。カウント方法が異なっても異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂの算出方法は変わらない。

図１３に、センサ信号にばらつきがある他の例を示す。
図１３は、極対数「２」の電動機１において、機械角１回転の間でセンサ信号がばらつく例を示している。電動機１の極対数が「２」である場合、機械角１回転に対してセンサ信号は２回のパルスを出力するが、例えばセンサターゲットの機械的誤差があるとき、１回目のパルス間隔Ｔ（１）と２回目のパルス間隔Ｔ（２）にばらつきが生じる場合がある。図１３の例も、位置センサ２のパルス間隔のばらつきが２回周期で現れるため、異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを上記の式（３）（４）のように設定できる。

次に、センサ信号に異常が検出された後、位置検出用にセンサ信号を補正する動作について説明する。
図１４にパルスノイズが検出された場合、図１５にパルス抜けが検出された場合の位置検出用補正部１３の動作例を示す。図１４と図１５において、１段目がセンサ信号、２段目と３段目がセンサ信号の立ち上がりエッジの検出値であるパルス間隔Ｔとカウンタｃｎｔ、４段目と５段目が検出値を補正したパルス間隔Ｔ’とカウンタｃｎｔ’である。

まず、補正モードが「通常」の状態において異常検出部１２がパルスノイズを検出して「制御状態Ａ」に遷移したときの、位置検出用補正部１３の動作（図２のステップＳＴ９）について説明する。
図１４の１段目のセンサ信号は、パルスノイズにより本来のパルス１周期がＴ（２）とＴ（３）に２分割されている。それに伴い、センサ信号の検出値であるパルス間隔Ｔとカウンタｃｎｔが本来のパルスノイズがない場合の波形（点線）と異なる動作をしている。位置検出用補正部１３において、位置センサ２から入力されるセンサ信号のパルス間隔Ｔとカウンタｃｎｔを式（５）（６）のように補正することで、パルスノイズが検出された直後の補正されたパルス間隔Ｔ’とカウンタｃｎｔ’は本来の波形と同等になる。

Ｔ’（ｎ）＝Ｔ（ｎ−１） （５）
ｃｎｔ’＝ｃｎｔ＋Ｔ（ｎ） （６）

また、パルスノイズ検出後に立ち上がりエッジが１回検出された場合、位置検出用補正部１３がパルス間隔Ｔを式（７）のように補正することで、補正後のパルス間隔Ｔ’は本来の波形と同等になる。その後、異常検出部１２において立ち上がりエッジの２回目が検出されると、補正モードは「制御継続Ａ」から「通常」に復帰する。

Ｔ’（ｎ）＝Ｔ（ｎ）＋Ｔ（ｎ−１） （７）

続いて、異常検出部１２がパルス抜けを検出したときの位置検出用補正部１３の動作について説明する。
図１５の１段目のセンサ信号は、パルス抜けによって本来のパルス２周期がＴ（２）に合算されている。それに伴い、センサ信号の立ち上がりエッジの検出値であるパルス間隔Ｔとカウンタｃｎｔが本来のパルス抜けがない場合の波形（点線）と異なる動作をしている。位置検出用補正部１３において式（８）のように補正することで、パルス抜けが検出された直後のカウンタｃｎｔ’は本来の波形に相当する波形になる。

ｃｎｔ’＝ｃｎｔ−Ｔ（ｎ） （８）

また、パルス抜け検出後に立ち上がりエッジが１回検出された場合、位置検出用補正部１３がパルス間隔Ｔを式（９）のように補正することで、補正後のパルス間隔Ｔ’は本来の波形と同等になる。その後、異常検出部１２において立ち上がりエッジの２回目が検出されると、補正モードは「制御継続Ｂ」から「通常」に復帰する。

Ｔ’（ｎ）＝Ｔ（ｎ）／２ （９）

図１６に、センサ信号に異常が発生した場合の補正方法をまとめた表を示す。
位置検出用補正部１３は、補正モードがパルスノイズ検出後の「制御継続Ａ」、またはパルス抜け検出後の「制御継続Ｂ」である場合にセンサ信号の検出値であるパルス間隔Ｔ（ｎ）とカウンタｃｎｔを補正する。図１６の（１）はセンサ異常が検出されてから１回目のエッジが検出されるまで、（２）は１回目のエッジが検出されてから補正モードが「通常」に復帰するまでの補正例である。図１４と図１５の例のようにセンサ信号の片方のエッジのみ（今回の例では立ち上がりエッジ）を用いて位置検出を行う場合、センサ異常が検出されたのちに立ち上がりエッジが２回検出されると補正モードは「通常」に復帰する。

なお、説明は省略するが、異常検出用補正部１１においても、位置検出用補正部１３と同様にセンサ信号を補正する。
図１の構成例では、異常検出用補正部１１と位置検出用補正部１３の２つの補正部を設け、図２のフローチャートに示したステップＳＴ２の処理を異常検出用補正部１１が行い、ステップＳＴ９の処理を位置検出用補正部１３が行うようにしたが、１つの補正部がステップＳＴ２，ＳＴ９の両方の処理を行うようにしてもよい。

次に、センサ信号の異常により通電停止する場合の動作例について説明する。
図１７に、パルスノイズが連続して発生した場合の動作例を示す。異常検出部１２により、図１７の１回目のパルスノイズ検出で補正モードが「制御継続Ａ」へ遷移し、２回目のパルスノイズ検出で「通電停止」に遷移する。
図１８に、断線または短絡によりセンサ信号が固着し、パルス抜け異常が連続して発生した場合の動作例を示す。図１８の例では、異常検出部１２により、パルス抜け異常が２回連続で検出されて補正モードが「通電停止」に遷移する。

次に、正常なセンサ信号を異常と誤検出する場合の動作例について説明する。
図１９に、正常なセンサ信号をパルスノイズと誤検出する場合の動作例を示す。図１９の例では、位置センサ２のばらつきまたは電動機１の加速により、正常なパルスが異常検出時間Ｔ_Ａより早い間隔で検出され、時刻ｔ２においてパルスノイズ異常が検出される。そして、時刻ｔ３で補正モードが「通常」から「制御継続Ａ」に遷移し、位置検出用補正部１３と異常検出用補正部１１は、検出されたエッジを無視するようにセンサ信号を補正する。正常なエッジを無視したことにより次のパルスまでセンサ信号が検出されなくなり、時刻ｔ４でパルス抜け異常が検出される。図４および図５に示すように、異常検出部１２において「制御継続Ａ」の補正モードでパルス抜け異常が検出された場合、最初に検出されたパルスノイズ異常検出は誤検出であると判断され、「通常」モードに復帰する。つまり、センサ異常の誤検出が発生しても即座に正常復帰が可能である。

図２０に、正常なセンサ信号をパルス抜けと誤検出する場合の動作例を示す。図２０の例では、位置センサ２のばらつきまたは電動機１の減速により、正常なパルスが異常検出時間Ｔ_Ｂより遅い間隔で検出され、時刻ｔ２においてパルス抜け異常が検出される。そして、時刻ｔ３で「制御継続Ｂ」に遷移し、位置検出用補正部１３と異常検出用補正部１１は、抜けたパルスのエッジを内部生成するようにセンサ信号を補正する。エッジを内部生成したことにより、時刻ｔ４において直後に検出される本来の正常なエッジがパルスノイズとして検出される。図４および図５に示すように、異常検出部１２において「制御継続Ｂ」の補正モードでパルスノイズ異常が検出された場合、最初に検出されたパルス抜け異常検出は誤検出であると判断され、「通常」モードに復帰する。

図２１は、電動機１の制御装置のハードウエア構成例を示す図である。
センサ信号処理部１０、カウンタ３およびインバータ制御部４は、メモリ１００に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵまたはシステムＬＳＩ等の処理回路１０１により、実現される。また、複数のメモリ１００と複数の処理回路１０１が連携して上記機能を実行してもよい。
インバータ回路５は、電動機１に印加する電圧のＯＮとＯＦＦを切り替えるスイッチング素子などで構成される。

以上より、実施の形態１によれば、電動機１の制御装置は、位置センサ２が出力するセンサ信号のパルス変化が異常検出時間Ｔ_Ａ内に検出された場合に異常を検出する第１検出部１２Ａ、およびセンサ信号のパルス変化が異常検出時間Ｔ_Ａより長い異常検出時間Ｔ_Ｂ内に検出されない場合に異常を検出する第２検出部１２Ｂを有し、第１検出部１２Ａまたは第２検出部１２Ｂのいずれか一方が異常を検出した後に他方の検出結果に基づき最初の異常検出の正誤の判断を行い、当該最初の異常検出が誤検出の場合はセンサ信号を正常と判断する異常検出部１２と、異常検出部１２により異常が検出された場合にセンサ信号を補正する位置検出用補正部１３と、異常検出部１２により異常が検出された場合は位置検出用補正部１３により補正されたセンサ信号を用い、異常が検出されなかった場合は補正前のセンサ信号を用いて電動機１のロータの位置を検出する位置検出部１４と、異常検出部１２により異常が検出された場合にこれ以降に異常検出部１２が異常検出に用いるセンサ信号を補正する異常検出用補正部１１とを備える構成にしたので、１個の位置センサ２のみでセンサ信号の異常を検出してセンサ信号を補正でき、正確な位置検出が可能となる。よって、過電流を発生させることなく電動機１の制御を継続することができる。また、第１検出部１２Ａまたは第２検出部１２Ｂのいずれか一方が異常を検出した後に他方の検出結果に基づき最初の異常検出の正誤の判断を行い、当該最初の異常検出が誤検出の場合は正常と判断するようにしたので、正常なセンサ信号を異常と検出するセンサ異常の誤検出を防止することができる。

また、実施の形態１によれば、異常検出用補正部１１または位置検出用補正部１３の少なくとも一方は、異常検出部１２により異常が検出された場合、第１検出部１２Ａまたは第２検出部１２Ｂのどちらで異常が検出されたかによって補正方法を切り替える構成にしたので、センサ異常の影響を排除して、位置検出および異常検出を行うことができる。

また、実施の形態１によれば、異常検出部１２は、第１検出部１２Ａまたは第２検出部１２Ｂのいずれか一方が異常を検出した後、正常に戻ったと判断する前に同検出部が再度異常を検出した場合に電動機１への通電を停止するよう判断する構成にしたので、位置センサ２の異常により制御継続が不可能である場合に過電流発生前に安全に通電停止することができる。

また、実施の形態１によれば、電動機１のロータ回転数と異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂとの対応関係が予め定められており、当該ロータ回転数が小さいとき異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂが大きく、当該ロータ回転数が大きいとき異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂが小さくなるよう構成したので、全回転数域において異常なセンサ信号を正常と判断することおよび正常なセンサ信号を異常と判断することを防止し、精度の高いセンサ異常検出を行うことができる。

また、実施の形態１によれば、異常検出部１２は、異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを、センサ信号のパルス間隔と電動機１の最大加速度に基づいて設定する構成にしたので、全回転数域において異常なセンサ信号を正常と判断することおよび正常なセンサ信号を異常と判断することを防止し、精度の高いセンサ異常検出を行うことができる。

また、実施の形態１によれば、異常検出部１２は、センサ信号のパルス変化に周期的なばらつきがある場合、異常検出時間Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを、ばらつきの周期に対応した回数分のパルス間隔と電動機１の最大加速度とに基づいて設定する構成にしたので、位置センサ２のばらつきの影響による異常の誤検出を防止することができる。

実施の形態２．
図２２は、本発明の実施の形態２による電動機の制御装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２のセンサ信号処理部１０は、ばらつき補正部２０でセンサ信号のばらつきを補正した後、実施の形態１と同様に異常検出用補正部１１、異常検出部１２および位置検出用補正部１３にてセンサ信号の異常検出と補正を行い、位置検出部１４にてロータ位置を検出する。

図２３は、ばらつき補正部２０の構成を示すブロック図である。ばらつき補正部２０は、第１平均化部２１Ａと、第２平均化部２１Ｂと、出力選択部２２とを有している。図示例では平均化部は２つであるが１つ以上あればよい。出力選択部２２は、いずれかの平均化部の出力を選択して、異常検出用補正部１１と位置検出用補正部１３へ入力する。

センサ信号のばらつき内容が既知である場合、出力選択部２２で選択する平均化部を予め設定してもよい。または、センサ信号のばらつき内容が未知である場合、出力選択部２２は、電動機１のロータが一定速度で回転している時のパルス間隔のばらつきの増減を記録し、その結果からばらつきの周期を学習してどの平均化部を選択するか設定してもよい。さらに、出力選択部２２は、学習したばらつきの周期を基にして、平均化する周期を決定し、平均化部に設定してもよい。

このように構成されるセンサ信号処理部１０の動作について説明する。
図２４に、常にＯＮ時間＜ＯＦＦ時間であるセンサ信号が入力される場合のばらつき補正部２０の動作例を示す。図２４の例の場合、ばらつきによりパルス間隔は２回周期で増減を繰り返す。この場合、パルス間隔の今回値と前回値で平均化することにより、ばらつきを平滑化することができる。第１平均化部２１Ａが過去２回分のパルス間隔を平均化する構成である場合、出力選択部２２は、第１平均化部２１Ａの出力を選択して異常検出用補正部１１と位置検出用補正部１３へ入力する。

図２５に、センサ信号にばらつきがある他の例を示す。図２５は、極対数「２」の電動機１において、センサターゲットの機械的誤差により１回目のパルス（＝Ｔ（１）＋Ｔ（２））と２回目のパルス（＝Ｔ（３）＋Ｔ（４））の間隔が異なる例を示している。図２５の例の場合、ばらつきによりパルス間隔は４回周期で増減を繰り返す。この場合、過去４回分のパルス間隔を平均化することにより、ばらつきを平滑化することができる。第２平均化部２１Ｂが過去４回分のパルス間隔を平均化する構成である場合、出力選択部２２は、第２平均化部２１Ｂの出力を選択して異常検出用補正部１１と位置検出用補正部１３へ入力する。

図２４と図２５の例のように、ばらつき補正部２０ではパルス間隔が周期的に増減する場合のばらつきに対し、パルス間隔の増減の周期Ｎに対応した過去Ｎ回分のパルス間隔を平均化することにより、センサ信号のばらつきを抑制する。このような構成により、位置センサ２のばらつきの影響を排除してセンサ異常の検出を行うことができる。
なお、図６のように（１）「パルスの１回のＯＮ時間と１回のＯＦＦ時間を合算してパルス間隔Ｔ（ｎ）とする場合」にも、図２４と図２５のように（２）「パルスの１回のＯＮ時間、１回のＯＦＦ時間をそれぞれ別のパルス間隔Ｔ（ｎ）、Ｔ（ｎ＋１）としてカウントする場合」にも、実施の形態２を適用可能である。（１）のカウント方法の場合は（２）のカウント方法の場合に対してパルス間隔の増減の周期Ｎが１／２になる。そのため、図２４の例では（２）の場合は過去２回平均をとるが、（１）の場合は過去１回平均をとることになり補正なしとなる。同様に、図２５の例では、（２）の場合は過去４回平均をとるが、（１）の場合は過去２回平均をとることになる。（１）（２）どちらの場合も、パルス間隔の増減の周期に対応した回数だけ過去のパルス間隔を平均化することは同様である。

以上より、実施の形態２によれば、電動機１の制御装置は、センサ信号の複数のパルス間隔を平均化して当該センサ信号のパルス変化の周期的なばらつきを補正するばらつき補正部２０を備え、異常検出部１２は、ばらつき補正部２０により補正されたセンサ信号を用いて異常検出を行う構成にしたので、位置センサ２のばらつきの影響による異常誤検出を防止することができる。

また、実施の形態２によれば、ばらつき補正部２０は、センサ信号のパルス間隔が増減する周期を学習し、当該学習した周期でパルス間隔を平均化する構成にしたので、ばらつきが発生する周期を抑制することができ、位置センサ２のばらつきの影響による異常誤検出を防止することができる。

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 電動機、２ 位置センサ、３ カウンタ、４ インバータ制御部、５ インバータ回路、１０ センサ信号処理部、１１ 異常検出用補正部、１２ 異常検出部、１２Ａ 第１検出部、１２Ｂ 第２検出部、１３ 位置検出用補正部、１４ 位置検出部、２０ ばらつき補正部、２１Ａ 第１平均化部、２１Ｂ 第２平均化部、２２ 出力選択部、１００ メモリ、１０１ 処理回路。

Claims (8)

1. 電動機の位置センサが出力するセンサ信号のパルス変化が第１異常検出時間内に検出された場合に異常を検出する第１検出部、および前記センサ信号のパルス変化が前記第１異常検出時間より長い第２異常検出時間内に検出されない場合に異常を検出する第２検出部を有し、前記第１検出部または前記第２検出部のいずれか一方が異常を検出した後に他方の検出結果に基づき最初の異常検出の正誤の判断を行い、当該最初の異常検出が誤検出の場合は前記センサ信号を正常と判断する異常検出部と、
   前記異常検出部により異常が検出された場合にセンサ信号を補正する位置検出用補正部と、
   前記異常検出部により異常が検出された場合は前記位置検出用補正部により補正されたセンサ信号を用い、異常が検出されなかった場合は補正前のセンサ信号を用いて、前記電動機のロータの位置を検出する位置検出部と、
   前記異常検出部により異常が検出された場合、これ以降に前記異常検出部が異常検出に用いるセンサ信号を補正する異常検出用補正部とを備える電動機の制御装置。
2. 前記位置検出用補正部または前記異常検出用補正部の少なくとも一方は、前記異常検出部により異常が検出された場合、前記第１検出部または前記第２検出部のどちらで異常が検出されたかによって補正方法を切り替えることを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
3. 前記異常検出部は、前記第１検出部または前記第２検出部のいずれか一方が異常を検出した後、正常に戻ったと判断する前に同検出部が再度異常を検出した場合に前記電動機への通電を停止するよう判断することを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
4. 前記電動機のロータ回転数と前記第１異常検出時間または前記第２異常検出時間の少なくとも一方との対応関係が予め定められており、当該ロータ回転数が小さいとき前記第１異常検出時間または前記第２異常検出時間が大きく、当該ロータ回転数が大きいとき前記第１異常検出時間または前記第２異常検出時間が小さいことを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
5. 前記異常検出部は、前記第１異常検出時間または前記第２異常検出時間の少なくとも一方を、前記センサ信号のパルス間隔と前記電動機の最大加速度とに基づいて設定することを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
6. 前記異常検出部は、前記センサ信号のパルス変化に周期的なばらつきがある場合、前記第１異常検出時間または前記第２異常検出時間の少なくとも一方を、前記ばらつきの周期に対応した回数分のパルス間隔と前記電動機の最大加速度とに基づいて設定することを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
7. 前記センサ信号の複数のパルス間隔を平均化して、前記センサ信号のパルス変化の周期的なばらつきを補正するばらつき補正部を備え、
   前記異常検出部は、前記ばらつき補正部により補正されたセンサ信号を用いて異常検出を行うことを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
8. 前記ばらつき補正部は、前記センサ信号のパルス間隔が増減する周期を学習し、当該学習した周期でパルス間隔を平均化することを特徴とする請求項７記載の電動機の制御装置。

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