特開 2024-3400 モータの短絡判定装置及びそれを備えたモータ制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024003400

(43)【公開日】2024-01-15

(54)【発明の名称】モータの短絡判定装置及びそれを備えたモータ制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/22 20160101AFI20240105BHJP

   H02P 27/08 20060101ALI20240105BHJP

【ＦＩ】

H02P21/22

H02P27/08 ZHV

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022102511

(22)【出願日】2022-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大谷 裕樹

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505BB07

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD05

5H505EE41

5H505EE49

5H505FF05

5H505GG04

5H505HA09

5H505HA10

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505JJ24

5H505JJ26

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL41

5H505LL56

5H505LL58

5H505MM12

(57)【要約】

【課題】定常状態にないモータの短絡状態及び短絡部位を特定する。
【解決手段】モータのｄ軸電流及びｑ軸電流の２次調波と、ｄ軸電流の２次調波の位相を９０ｄｅｇ進ませた又は２７０ｄｅｇ遅らせた擬似ｑ軸電流と、ｄ軸電流及びｑ軸電流の２次調波と、ｑ軸電流の２次調波の位相を９０ｄｅｇ遅らせた擬似ｄ軸電流の２次調波と、から前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の２次調波の振幅と位相を算出し、前記ｄ軸電流の２次調波の振幅と位相及び前記ｑ軸電流の２次調波の振幅と位相を平均化した後にローパスフィルタを適用して２次調波振幅及び２次調波位相を求め、２次調波振幅又は２次調波位相を用いてモータの相間短絡又はターン間短絡の有無及び部位を特定する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータのｄ軸電流及びｑ軸電流を測定し、
前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の２次調波を抽出する抽出部と、
前記ｄ軸電流の２次調波の位相を変更して擬似ｑ軸電流の２次調波を演算する第１のオールパスフィルタと、前記ｑ軸電流の２次調波の位相を変更して擬似ｄ軸電流の２次調波を演算する第２のオールパスフィルタと、
前記ｄ軸電流の２次調波と前記擬似ｑ軸電流の２次調波から前記ｄ軸電流の２次調波の振幅と位相を算出する第１の振幅・位相算出部、及び、前記ｑ軸電流の２次調波と前記擬似ｄ軸電流の２次調波から前記ｑ軸電流の２次調波の振幅と位相を算出する第２の振幅・位相算出部と、
前記ｄ軸電流の２次調波の振幅と位相及び前記ｑ軸電流の２次調波の振幅と位相を平均化して平均化２次調波振幅及び平均化２次調波位相を算出する平均化処理部と、
前記平均化２次調波振幅及び前記平均化２次調波位相に対して適用され、２次調波振幅及び２次調波位相を出力するローパスフィルタと、
を備え、
前記２次調波振幅を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡を検出する処理、又は、前記２次調波位相を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡の部位を特定する処理、の少なくとも一方を行うことを特徴とするモータの短絡判定装置。

【請求項2】

請求項１に記載のモータの短絡判定装置であって、
前記第１のオールパスフィルタは、前記ｄ軸電流の２次調波の位相を９０ｄｅｇ進ませ又は２７０ｄｅｇ遅らせて前記擬似ｑ軸電流の２次調波を演算し、
前記第２のオールパスフィルタは、前記ｑ軸電流の２次調波の位相を９０ｄｅｇ遅らせて前記擬似ｄ軸電流の２次調波を演算する、ことを特徴とするモータの短絡判定装置。

【請求項3】

請求項１に記載のモータの短絡判定装置であって、
前記２次調波位相を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡の部位を特定する処理は、前記２次調波位相の位相範囲に応じて短絡の部位を特定することを特徴とするモータの短絡判定装置。

【請求項4】

請求項１に記載のモータの短絡判定装置であって、
前記２次調波振幅を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡を検出する処理は、前記２次調波振幅を用いて短絡の程度を特定することを特徴とするモータの短絡判定装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ短絡判定装置による前記モータの相間短絡又はターン間短絡の判定結果に応じて前記モータを制御するモータ制御システム。

【請求項6】

請求項５に記載のモータ制御システムであって、
前記２次調波振幅の値に基づいて前記モータの運転を継続する継続運転制御、前記モータの出力トルクを制限して運転を行う出力トルク制限運転制御、及び、前記モータの運転を停止させるモータ停止制御のいずれかを行うことを特徴とするモータ制御システム。

【請求項7】

請求項６に記載のモータ制御システムであって、
前記出力トルク制限運転制御では、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流に対して２次調波を除去するバンドストップフィルタを適用した電流を前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の代わりに用いることを特徴とするモータ制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータの短絡判定装置及びそれを備えたモータ制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車やハイブリッド自動車等の電動自動車が広く用いられている。電気自動車は、モータを備えており、モータの動力によって力行する。ハイブリッド自動車は、モータの他にエンジンを備えており、モータの動力及びエンジンの動力を適宜組み合わせて力行する。一般に、モータとしては発電性能が設計事項として考慮されたモータジェネレータが用いられる。モータジェネレータは、電動自動車を力行させる他、回生制動によって電動自動車を制動し、回生制動による発電電力によってモータジェネレータ駆動用の電池を充電する。本明細書における「モータ」の用語には、モータジェネレータの概念が含まれる。

【0003】

本願発明に関連する技術として、誘導電動機を運転状態としたまま、誘導電動機に流れる相電流の高調波成分に基づいて、誘導電動機の劣化度合いを診断する方法が開示されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－７５５１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記従来技術では、誘導電動機を用いた定常運転時を対象としており、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で相電流の高調波次数の高調波成分の含有率を計算している。しかしながら、定常運転時以外ではＦＦＴによる計算に誤差が生じるので、定常状態にない可変速状態で使用されている電気自動車やハイブリッド自動車の主機モータに適用することができない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の１つの態様は、モータのｄ軸電流及びｑ軸電流を測定し、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の２次調波を抽出する抽出部と、前記ｄ軸電流の２次調波の位相を変更して擬似ｑ軸電流の２次調波を演算する第１のオールパスフィルタと、前記ｑ軸電流の２次調波の位相を変更して擬似ｄ軸電流の２次調波を演算する第２のオールパスフィルタと、前記ｄ軸電流の２次調波と前記擬似ｑ軸電流の２次調波から前記ｄ軸電流の２次調波の振幅と位相を算出する第１の振幅・位相算出部、及び、前記ｑ軸電流の２次調波と前記擬似ｄ軸電流の２次調波から前記ｑ軸電流の２次調波の振幅と位相を算出する第２の振幅・位相算出部と、前記ｄ軸電流の２次調波の振幅と位相及び前記ｑ軸電流の２次調波の振幅と位相を平均化して平均化２次調波振幅及び平均化２次調波位相を算出する平均化処理部と、前記平均化２次調波振幅及び前記平均化２次調波位相に対して適用され、２次調波振幅及び２次調波位相を出力するローパスフィルタと、を備え、前記２次調波振幅を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡を検出する処理、又は、前記２次調波位相を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡の部位を特定する処理、の少なくとも一方を行うことを特徴とするモータの短絡判定装置である。

【0007】

ここで、前記第１のオールパスフィルタは、前記ｄ軸電流の２次調波の位相を９０ｄｅｇ進ませ又は２７０ｄｅｇ遅らせて前記擬似ｑ軸電流の２次調波を演算し、前記第２のオールパスフィルタは、前記ｑ軸電流の２次調波の位相を９０ｄｅｇ遅らせて前記擬似ｄ軸電流の２次調波を演算する、ことが好適である。

【0008】

また、前記２次調波位相を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡の部位を特定する処理は、前記２次調波位相の位相範囲に応じて短絡の部位を特定することが好適である。

【0009】

また、前記２次調波振幅を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡を検出する処理は、前記２次調波振幅を用いて短絡の程度を特定することが好適である。

【0010】

本発明の別の態様は、上記モータ短絡判定装置による前記モータの相間短絡又はターン間短絡の判定結果に応じて前記モータを制御するモータ制御システムである。

【0011】

ここで、前記２次調波振幅の値に基づいて前記モータの運転を継続する継続運転制御、前記モータの出力トルクを制限して運転を行う出力トルク制限運転制御、及び、前記モータの運転を停止させるモータ停止制御のいずれかを行うことが好適である。

【0012】

また、前記出力トルク制限運転制御では、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流に対して２次調波を除去するバンドストップフィルタを適用した電流を前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の代わりに用いることが好適である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、定常状態にないモータの短絡状態及び短絡部位を特定するモータ短絡判定装置及びそれを備えたモータ制御システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態におけるモータ制御システムの構成を示す図である。

【図2】本発明の実施の形態におけるコントローラの構成を示す図である。

【図3】本発明の実施の形態におけるＵ相巻線にターン間短絡が生じたときのシミュレーション結果である。

【図4】ＶＷ相間短絡を生じた状態におけるｄｑ軸電流の２次調波の変化を示す図である。

【図5】出力トルクが０の状態においてＵ相ターン間短絡が生じた状態における３相電流及びｄｑ軸電流の２次調波の変化を示す図である。

【図6】出力トルクが０の状態においてＵＶ相間短絡を生じた状態における３相電流及びｄｑ軸電流の２次調波の変化を示す図である。

【図7】出力トルクが０以外の状態においてＵ相ターン間短絡が生じた状態における３相電流及びｄｑ軸電流の２次調波の変化を示す図である。

【図8】出力トルクが０以外の状態においてＵＶ相間短絡を生じた状態における３相電流及びｄｑ軸電流の２次調波の変化を示す図である。

【図9】出力トルクが０以外の状態においてターン間短絡が生じたときのｄｑ軸電流の２次調波の位相を示す図である。

【図10】出力トルクが０以外の状態において相間短絡が生じたときのｄｑ軸電流の２次調波の位相を示す図である。

【図11】ｄｑ軸電流の２次調波の位相の判定条件を示す図である。

【図12】本実施の形態におけるモータの短絡判定処理を示すフローチャートである。

【図13】本実施の形態におけるモータの運転制御処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施の形態におけるモータ制御システム１００は、図１の構成図に示すように、電池１０、インバータ１２、モータ１６、電流センサ１８、レゾルバ２０、電圧センサ２２及びコントローラ２４を備える。以下、モータ制御システム１００が電動自動車に搭載され、モータ１６が電動自動車を駆動する例について説明する。

【0016】

モータ制御システム１００のうち、インバータ１２、電流センサ１８、レゾルバ２０及びコントローラ２４は、モータ１６を制御するモータ制御装置を構成する。インバータ１２は、Ｕ相スイッチングアーム１４ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１４ｖ及びＷ相スイッチングアーム１４ｗを備える。各スイッチングアームは、直列接続された上スイッチング素子ＳＰ及び下スイッチング素子ＳＬを備える。各スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられてよい。スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のエミッタ電極に他方のコレクタ電極が接続されることをいう。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のソース電極に他方のドレイン電極が接続されることをいう。

【0017】

スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、各スイッチング素子は、ＩＧＢＴのエミッタ電極にアノード電極が接続され、コレクタ電極にカソード電極が接続されたダイオードを備える。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、各スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴのソース電極にアノード電極が接続され、ドレイン電極にカソード電極が接続されたダイオードを備える。

【0018】

Ｕ相スイッチングアーム１４ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１４ｖ及びＷ相スイッチングアーム１４ｗは並列接続される。すなわち、Ｕ相スイッチングアーム１４ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１４ｖ及びＷ相スイッチングアーム１４ｗの一端は共通に接続され、Ｕ相スイッチングアーム１４ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１４ｖ及びＷ相スイッチングアーム１４ｗの他端もまた共通に接続される。各スイッチングアームの一端は電池１０の正極端子に接続され、各スイッチングアームの他端は電池１０の負極端子に接続される。

【0019】

Ｕ相スイッチングアーム１４ｕにおける上スイッチング素子ＳＰ及び下スイッチング素子ＳＬの直列接続点には、モータ１６のＵ相端子２６ｕが接続される。Ｖ相スイッチングアーム１４ｖにおける上スイッチング素子ＳＰ及び下スイッチング素子ＳＬの直列接続点には、モータ１６のＶ相端子２６ｖが接続される。Ｗ相スイッチングアーム１４ｗにおける上スイッチング素子ＳＰ及び下スイッチング素子ＳＬの直列接続点には、モータ１６のＷ相端子２６ｗが接続される。

【0020】

モータ１６は、Ｕ相巻線１６ｕ、Ｖ相巻線１６ｖ及びＷ相巻線１６ｗを備える。図１に示されている例では、Ｕ相巻線１６ｕ、Ｖ相巻線１６ｖ及びＷ相巻線１６ｗについては、それぞれの一端が中性点で接続されたＹ結線がされている。Ｕ相巻線１６ｕ、Ｖ相巻線１６ｖ及びＷ相巻線１６ｗのそれぞれの他端には、Ｕ相端子２６ｕ、Ｖ相端子２６ｖ及びＷ相端子２６ｗが設けられる。

【0021】

電流センサ１８は、Ｕ相端子２６ｕ、Ｖ相端子２６ｖ及びＷ相端子２６ｗに流れる電流を検出し、Ｕ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ及びＷ相電流検出値Ｉｗをコントローラ２４に出力する。レゾルバ２０は、モータ１６の機械角θｍを検出し、機械角θｍをコントローラ２４に出力する。機械角θｍは、モータ１６のロータの実際の回転角度を示す値である。コントローラ２４は、機械角θｍを電気角θに変換する。電気角θは、ロータの周りの電磁界的な現象の１周期を３６０°に換算した角度である。なお、レゾルバ２０は電気角θをコントローラ２４に出力してもよい。電圧センサ２２は、電池１０の両出力端に並列に接続されたコンデンサＣの端子間電圧を検出し、電源電圧Ｖを検出してコントローラ２４に出力する。

【0022】

コントローラ２４は、走行状態や運転操作に応じたトルク指令値に基づいてモータ１６を制御する。すなわち、コントローラ２４は、トルク指令値に基づいてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値を求めると共に、Ｕ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ及びＷ相電流検出値Ｉｗに基づいてｄ軸電流測定値及びｑ軸電流測定値を求める。コントローラ２４は、ｄ軸電流測定値とｄ軸電流指令値との差異、ｑ軸電流測定値とｑ軸電流指令値との差異、及び電気角θに基づいてインバータ１２を制御し、インバータ１２はモータ１６に印加される電圧をスイッチングする。

【0023】

図２は、コントローラ２４の構成を示す。コントローラ２４は、モータ制御部４０及び短絡判定部４２を備える。モータ制御部４０は、三相／ｄｑ軸変換器５２、電流指令生成器５４、ｄ軸減算器５６ｄ、ｑ軸減算器５６ｑ、ｄ軸ＰＩ演算器５８ｄ、ｑ軸ＰＩ演算器５８ｑ、ｄｑ軸／三相変換器６０及びＰＷＭ制御器６２を備える。コントローラ２４は、プログラムを実行するプロセッサによって構成されてよい。この場合、プロセッサは、制御プログラムを実行することで、三相／ｄｑ軸変換器５２、電流指令生成器５４、ｄ軸減算器５６ｄ、ｑ軸減算器５６ｑ、ｄ軸ＰＩ演算器５８ｄ、ｑ軸ＰＩ演算器５８ｑ、ｄｑ軸／三相変換器６０及びＰＷＭ制御器６２における処理を実現する。

【0024】

三相／ｄｑ軸変換器５２は、数式（１）及び数式（２）を用いて、Ｕ相電流検出値Ｉｕ、Ｖ相電流検出値Ｉｖ及びＷ相電流検出値Ｉｗをｄ軸電流測定値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流測定値Ｉ_ｑに変換する。

【0025】

【数1】

【数2】

【0026】

電流指令生成器５４は、走行状態や運転操作に応じたトルク指令値Ｔ^＊に基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊及びｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊を求める。ｄ軸減算器５６ｄは、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊からｄ軸電流測定値Ｉ_ｄを減算したｄ軸誤差を求める。ｑ軸減算器５６ｑは、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊からｑ軸電流測定値Ｉ_ｑを減算したｑ軸誤差を求める。ここで、ｄ軸誤差は、ｄ軸電流測定値Ｉ_ｄとｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊との差異を示す。また、ｑ軸誤差は、ｑ軸電流測定値Ｉ_ｑとｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊との差異を示す。ｄ軸ＰＩ演算器５８ｄは、ｄ軸誤差に対して比例積分処理を適用してｄ軸制御値ｖ_ｄを求める。ｑ軸ＰＩ演算器５８ｑは、ｑ軸誤差に対して比例積分処理を適用してｑ軸制御値ｖ_ｑを求める。

【0027】

ｄｑ軸／三相変換器６０は、ｄ軸制御値ｖ_ｄ及びｑ軸制御値ｖ_ｑをＵ相電圧指令値Ｖｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ及びＷ相電圧指令値Ｖｗに変換し、ＰＷＭ制御器６２に出力する。ここで、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ及びＷ相電圧指令値Ｖｗは、それぞれ、Ｕ相スイッチングアーム１４ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１４ｖ及びＷ相スイッチングアーム１４ｗをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御するための指令値である。

【0028】

ＰＷＭ制御器６２は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕに基づいて、Ｕ相スイッチングアーム１４ｕの上スイッチング素子ＳＰ及び下スイッチング素子ＳＬに対する制御信号ＵＰ及びＵＬを生成する。制御信号ＵＰは、Ｕ相電圧指令値Ｖｕが大きい程、パルス幅が大きくなる矩形波信号であってよい。制御信号ＵＬは、制御信号ＵＰのハイ／ローを反転した信号であってよい。制御信号ＵＰがハイのときにＵ相スイッチングアーム１４ｕの上スイッチング素子ＳＰはオンになり、制御信号ＵＰがローのときにＵ相スイッチングアーム１４ｕの上スイッチング素子ＳＰはオフになる。同様に、制御信号ＵＬがハイのときにＵ相スイッチングアーム１４ｕの下スイッチング素子ＳＬはオンになり、制御信号ＵＬがローのときにＵ相スイッチングアーム１４ｕの下スイッチング素子ＳＬはオフになる。

【0029】

同様の処理によって、ＰＷＭ制御器６２は、Ｖ相電圧指令値Ｖｖに基づいて、Ｖ相スイッチングアーム１４ｖの上スイッチング素子ＳＰ及び下スイッチング素子ＳＬに対する制御信号ＶＰ及びＶＬを生成する。ＰＷＭ制御器６２は、Ｗ相電圧指令値Ｖｗに基づいて、Ｗ相スイッチングアーム１４ｗの上スイッチング素子ＳＰ及び下スイッチング素子ＳＬに対する制御信号ＷＰ及びＷＬを生成する。各スイッチング素子は、制御信号がハイであるときにオンになり、制御信号がローであるときにオフになる。

【0030】

例えば、制御信号ＶＰ及びＶＬは、それぞれ、制御信号ＵＰ及びＵＬに対して位相が１２０°遅れた信号であり、制御信号ＷＰ及びＷＬは、それぞれ、制御信号ＶＰ及びＶＬに対して位相が１２０°遅れた信号である。

【0031】

モータ制御部４０によるこのような制御によって、モータ１６のＵ相巻線１６ｕ、Ｖ相巻線１６ｖ及びＷ相巻線１６ｗには、トルク指令値Ｔ^＊に応じたＵ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗが流れ、モータ１６はトルク指令値Ｔ^＊に応じたトルクを発生させる。

【0032】

次に、短絡判定部４２について説明する。短絡判定部４２は、Ｕ相巻線１６ｕ、Ｖ相巻線１６ｖ及びＷ相巻線１６ｗのいずれかの異常としてレアショート（レイヤーショートとも称される）を検出する。モータ１６では、複数相の巻線のうちの１つの相の巻線を構成する導線と、他の相の巻線を構成する導線とが隣接する構成を有する。通常、隣接する導線同士は絶縁されている。しかしながら、モータ１６に対する機械的又は熱的なストレスによって絶縁抵抗が小さくなりレアショートが引き起こされることがある。すなわち、レアショートには、異なる相の巻線同士が短絡するか、又は、異なる相の巻線同士の絶縁抵抗が小さくなる相間短絡がある。

【0033】

また、モータ１６では、絶縁皮膜で覆われた導線が重ねられて巻回されることによって１つの相の巻線が構成されている。通常、導線は絶縁皮膜によって電気的に絶縁されているが、機械的または熱的なストレスによって絶縁抵抗が小さくなりレアショートが引き起こされることがある。すなわち、レアショートには、１つの相の巻線を構成する導線における異なる箇所同士が短絡するか、又は、１つの相の巻線を構成する導線における異なる箇所同士の絶縁抵抗が小さくなるターン間短絡がある。

【0034】

このようなレアショートが生じた場合、モータ１６が十分な性能を発揮することが困難となる。短絡判定部４２は、以下に説明する構成及び処理によってレアショートを検出する。図３は、本実施の形態における短絡判定部４２の構成を示す。

【0035】

短絡判定部４２は、バンドパスフィルタ６４、オールパスフィルタ６６、座標変換器６８、振幅・位相算出器７０、オールパスフィルタ７２、座標変換器７４、振幅・位相算出器７６、平均化処理部７８、ローパスフィルタ８０、短絡判定処理部８２及び運転制御部８４を備える。短絡判定部４２には、ｄ軸電流測定値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流測定値Ｉ_ｑが入力される。ｄ軸電流測定値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流測定値Ｉ_ｑは、例えば、モータ制御部４０の三相／ｄｑ軸変換器５２から入力すればよい。

【0036】

バンドパスフィルタ６４は、ｄ軸電流測定値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流測定値Ｉ_ｑの２次調波の抽出部である。バンドパスフィルタ６４は、ｄ軸電流測定値Ｉ_ｄの入力を受けて、ｄ軸電流測定値Ｉ_ｄの２次調波を抽出してｄ軸電流２次調波Ｉ_ｄｂｐｆを出力する。また、バンドパスフィルタ６４は、ｑ軸電流測定値Ｉ_ｑの入力を受けて、ｑ軸電流測定値Ｉ_ｑの２次調波を抽出してｑ軸電流２次調波Ｉ_ｑｂｐｆを出力する。バンドパスフィルタ６４は、電気回転周波数（ｄθ／ｄｔ／２π）の２倍を中心周波数とするバンドパスフィルタとすればよい。

【0037】

オールパスフィルタ６６は、ｄ軸電流２次調波Ｉ_ｄｂｐｆの位相を変更して擬似ｑ軸電流の２次調波を生成する。オールパスフィルタ６６は、ｄ軸電流２次調波Ｉ_ｄｂｐｆを受けて、ｄ軸電流２次調波Ｉ_ｄｂｐｆの位相を９０ｄｅｇ進ませた（又は２７０ｄｅｇ遅らせた）擬似ｑ軸電流の２次調波を生成して擬似ｑ軸電流２次調波Ｉ_{ｑ＿ａｐｆ}を出力する。座標変換器６８は、バンドパスフィルタ６４からｄ軸電流２次調波Ｉ_ｄｂｐｆ及びオールパスフィルタ６６から擬似ｑ軸電流２次調波Ｉ_{ｑ＿ａｐｆ}を受けて、これらをｄｑ軸から回転２次のｄｑ軸に変換して回転２次ｄ軸電流Ｉ_{ｄ２ｈ＿ｄ}及び回転２次ｑ軸電流Ｉ_{ｑ２ｈ＿ｄ}を出力する。振幅・位相算出器７０は、座標変換器６８から回転２次ｄ軸電流Ｉ_{ｄ２ｈ＿ｄ}及び回転２次ｑ軸電流Ｉ_{ｑ２ｈ＿ｄ}を受けて、ｄ軸電流２次調波Ｉ_ｄｂｐｆと擬似ｑ軸電流２次調波Ｉ_{ｑ＿ａｐｆ}から算出されたｄ軸電流測定値Ｉ_ｄの２次調波の位相を示すｄ軸電流２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉ＿ｄ}及びｄ軸電流測定値Ｉ_ｄの２次調波の振幅を示すｄ軸電流２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐ＿ｄ}を算出して出力する。

【0038】

オールパスフィルタ７２は、ｑ軸電流２次調波Ｉ_ｑｂｐｆの位相を変更して擬似ｄ軸電流の２次調波を生成する。オールパスフィルタ７２は、ｑ軸電流２次調波Ｉ_ｑｂｐｆを受けて、ｑ軸電流２次調波Ｉ_ｑｂｐｆの位相を９０ｄｅｇ遅らせた擬似ｄ軸電流の２次調波を生成して擬似ｄ軸電流２次調波Ｉ_{ｄ＿ａｐｆ}を出力する。座標変換器７４は、バンドパスフィルタ６４からｑ軸電流２次調波Ｉ_ｑｂｐｆ及びオールパスフィルタ７２から擬似ｄ軸電流２次調波Ｉ_{ｄ＿ａｐｆ}を受けて、これらをｄｑ軸から回転２次のｄｑ軸に変換して回転２次ｄ軸電流Ｉ_{ｄ２ｈ＿ｑ}及び回転２次ｑ軸電流Ｉ_{ｑ２ｈ＿ｑ}を出力する。振幅・位相算出器７６は、座標変換器７４から回転２次ｄ軸電流Ｉ_{ｄ２ｈ＿ｑ}及び回転２次ｑ軸電流Ｉ_{ｑ２ｈ＿ｑ}を受けて、ｑ軸電流２次調波Ｉ_ｑｂｐｆと擬似ｄ軸電流２次調波Ｉ_{ｄ＿ａｐｆ}から算出されたｑ軸電流測定値Ｉ_ｑの２次調波の位相を示すｑ軸電流２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉ＿ｑ}及びｑ軸電流測定値Ｉ_ｑの２次調波の振幅を示すｑ軸電流２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐ＿ｑ}を算出して出力する。

【0039】

平均化処理部７８は、振幅・位相算出器７０からｄ軸電流２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉ＿ｄ}及びｄ軸電流２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐ＿ｄ}並びに振幅・位相算出器７６からｑ軸電流２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉ＿ｑ}及びｑ軸電流２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐ＿ｑ}を受けて、これらの振幅及び位相をそれぞれ平均化して平均化２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉ}及び平均化２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐ}を出力する。ローパスフィルタ８０は、平均化処理部７８から平均化２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉ}及び平均化２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐ}を受けて、平均化２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉ}及び平均化２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐ}の高周波成分を除去して２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉｆ}及び２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}を出力する。ローパスフィルタ８０の透過周波数帯域は、後述する短絡判定処理部８２においてレアショート状態を判定できる程度に平均化２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉ}及び平均化２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐ}の高周波成分を除去できるように適宜設定すればよい。例えば、ローパスフィルタ８０の透過周波数帯域は、バンドパスフィルタ６４の透過周波数帯域以下とする。

【0040】

短絡判定処理部８２は、ローパスフィルタ８０から２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉｆ}及び２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}を受けて、２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉｆ}及び２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}に基づいてモータ１６がレアショート状態にあるか否かを判定する。また、短絡判定処理部８２は、モータ１６がレアショート状態にある場合、相間短絡であるか、ターン間短絡であるかを判定することができる。さらに、短絡判定処理部８２は、モータ１６が相間短絡である場合、Ｖ相とＷ相の相間短絡（ＶＷ相間短絡）、Ｗ相とＵ相の相間短絡（ＷＵ相間短絡）、Ｕ相とＶ相の相間短絡（ＵＶ相間短絡）のいずれであるか及び短絡の程度を判定することができる。また、短絡判定処理部８２は、モータ１６がターン間短絡である場合、Ｕ相のターン間短絡（Ｕ相ターン間短絡）、Ｖ相のターン間短絡（Ｖ相ターン間短絡）、Ｗ相のターン間短絡（Ｗ相ターン間短絡）のいずれであるか及び短絡の程度を判定することができる。短絡判定処理部８２での判定処理については後述する。

【0041】

運転制御部８４は、短絡判定処理部８２におけるレアショート状態の判定結果に応じて、モータ１６の運転条件を設定する運転制御処理を行う。運転制御部８４によるモータ１６に対する運転制御処理については後述する。

【0042】

［短絡判定処理］
以下、短絡判定処理部８２におけるレアショートに関する短絡判定処理について説明する。

【0043】

図４は、モータ１６がＶＷ相間短絡を生じた状態におけるｄｑ軸電流の２次調波の時間変化（併せてオールパスフィルタ処理後の時間変化）、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波振幅及び２次調波位相を示す。図４に示すように、モータ１６がＶＷ相間短絡を生じた状態では、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波位相は、時間的に大きく変動することなく、０ｄｅｇ以上１２０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波振幅も時間的に大きく変動せず、短絡の程度の応じた値を示す。なお、短絡の程度に応じた値とは、短絡電流が小さいほど小さい値を示し、短絡電流が大きいほど大きい値を示すことをいう。

【0044】

なお、モータ１６がＷＵ相間短絡を生じた場合も２次調波振幅及び２次調波位相は時間的に大きく変動しない。モータ１６がＷＵ相間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は１２０ｄｅｇ以上２４０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、モータ１６がＵＶ相間短絡を生じた場合も２次調波振幅及び２次調波位相は時間的に大きく変動しない。モータ１６がＵＶ相間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は２４０ｄｅｇ以上３６０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。

【0045】

図５は、出力トルクが０の状態において運転中のモータ１６がＵ相ターン間短絡を生じたときの３相電流、ｄｑ軸電流の２次調波の時間変化、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波振幅及び２次調波位相を示す。図５に示すように、モータ１６がＵ相ターン間短絡を生じた状態では、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波位相は、時間的に大きく変動することなく、９０ｄｅｇ以上１５０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波振幅は、ほぼ０となり、時間的に大きく変動しない。

【0046】

なお、出力トルクが０の状態において運転中のモータ１６がＶ相ターン間短絡を生じた場合も２次調波振幅及び２次調波位相は時間的に大きく変動しない。モータ１６がＶ相間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は２１０ｄｅｇ以上２７０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定し、ｄｑ軸電流の２次調波振幅はほぼ０で安定する。また、出力トルクが０の状態において運転中のモータ１６がＷ相ターン間短絡を生じた場合も２次調波振幅及び２次調波位相は時間的に大きく変動しない。モータ１６がＷ相間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は３３０ｄｅｇ以上３６０ｄｅｇ以下又は０ｄｅｇ以上３０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定し、ｄｑ軸電流の２次調波振幅はほぼ０で安定する。

【0047】

また、２つの相においてそれぞれターン間短絡が生じた場合、２次調波位相はそれぞれのターン間短絡における位相範囲の中間の範囲となる。すなわち、Ｗ相及びＵ相の両方にターン間短絡が生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は３０ｄｅｇ以上９０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、Ｕ相及びＶ相の両方にターン間短絡が生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は１５０ｄｅｇ以上２１０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、Ｖ相及びＷ相の両方にターン間短絡が生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は２７０ｄｅｇ以上３３０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。

【0048】

図６は、出力トルクが０の状態において運転中のモータ１６がＵＶ相間短絡を生じたときの３相電流、ｄｑ軸電流の２次調波の時間変化、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波振幅及び２次調波位相を示す。出力トルクが０の状態において運転中のモータ１６がＵＶ相間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は２４０ｄｅｇ以上３６０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、ｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。

【0049】

なお、出力トルクが０の状態において運転中のモータ１６がＷＵ相間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は１２０ｄｅｇ以上２４０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定し、ｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。また、出力トルクが０の状態において運転中のモータ１６がＶＷ相間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は０ｄｅｇ以上１２０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定し、ｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。

【0050】

図７は、出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６がＵ相ターン間短絡を生じたときの３相電流、ｄｑ軸電流の２次調波の時間変化、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波振幅及び２次調波位相を示す。出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６がＵ相ターン間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は９０ｄｅｇ以上１５０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、ｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。

【0051】

なお、出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６がＶ相ターン間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は２１０ｄｅｇ以上２７０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定し、ｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。また、出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６がＷ相ターン間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は３３０ｄｅｇ以上３６０ｄｅｇ以下又は０ｄｅｇ以上３０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定し、ｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。

【0052】

また、出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６の２つの相においてそれぞれターン間短絡が生じた場合、２次調波位相はそれぞれのターン間短絡における位相範囲の中間の範囲となる。すなわち、Ｗ相及びＵ相の両方にターン間短絡が生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は３０ｄｅｇ以上９０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、Ｕ相及びＶ相の両方にターン間短絡が生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は１５０ｄｅｇ以上２１０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、Ｖ相及びＷ相の両方にターン間短絡が生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は２７０ｄｅｇ以上３３０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。このとき、いずれの場合もｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。

【0053】

図８は、出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６がＵＶ相間短絡を生じたときの３相電流、ｄｑ軸電流の２次調波の時間変化、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波振幅及び２次調波位相を示す。出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６がＵＶ相間短絡を生じた場合、出力トルクが０の状態において運転中のモータ１６がＵＶ相間短絡を生じた場合と同様に、ｄｑ軸電流の２次調波位相は２４０ｄｅｇ以上３６０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定する。また、ｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。

【0054】

なお、出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６がＷＵ相間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は１２０ｄｅｇ以上２４０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定し、ｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。また、出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６がＶＷ相間短絡を生じた場合、ｄｑ軸電流の２次調波位相は０ｄｅｇ以上１２０ｄｅｇ未満の位相範囲で安定し、ｄｑ軸電流の２次調波振幅は０より大きく、短絡の程度に応じた値を示す。

【0055】

図９は、出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６が各相にターン間短絡が生じたときのｄｑ軸電流の２次調波の位相を纏めた図である。また、図１０は、出力トルクが０以外の状態において運転中のモータ１６が複数の相間に相間短絡が生じたときのｄｑ軸電流の２次調波の位相を纏めた図である。また、図１１は、ｄｑ軸電流の２次調波の位相の判定条件を纏めた図である。

【0056】

なお、レアショートの判定に用いられる２次調波位相の条件は、相対的なものであり、それぞれ任意の位相オフセット値だけ変更しても成り立つものである。

【0057】

図１２は、短絡判定処理部８２によるレアショートの判定処理を示すフローチャートである。以下、図１２を参照しつつ、短絡判定処理部８２によるレアショートの判定処理について説明する。

【0058】

ステップＳ１０では、モータ１６の現在の回転数（回転速度）が所定の基準回転数以上であるか否かが判定される。モータ１６の現在の回転数が基準回転数以上であれば、ステップＳ１２に処理を移行させ、基準回転数未満であればレアショートの判定が不可能であるとして処理を終了させる。本実施の形態では、例として基準回転数を１０００［ｒｐｍ］としている。ただし、基準回転数は、これに限定されるものではなく、モータ１６の基本特性に応じてレアショートを適切に検出できる値に設定すればよい。

【0059】

ステップＳ１２では、上記の短絡判定部４２の処理に基づいてｄｑ軸電流の２次調波の振幅及び位相（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}及び２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉｆ}）を算出する。ステップＳ１４では、モータ１６に対する出力トルクのトルク指令値が０であるか否かが判定される。トルク指令値が０又はほぼ０である場合にはステップＳ１６に処理を移行させ、トルク指令値が０以外である場合にはステップＳ２４に処理を移行させる。なお、トルク指令値が０又はほぼ０である場合と、０以外である場合とを判定するためのトルク指令の基準値は、モータ１６の基本特性に応じてレアショートを適切に検出できる値に設定すればよい。

【0060】

ステップＳ１６では、モータ１６へのトルク指令値が０又はほぼ０、すなわち出力トルクが０の状態でモータ１６が運転中である場合についてレアショートの判定が行われる。ここでは、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）が所定の基準振幅値以上であるか否かが判定される。ｄｑ軸電流の２次調波の振幅が当該基準振幅値以上である場合にはステップＳ１８に処理を移行させ、当該基準振幅値未満である場合にはステップＳ２２に処理を移行させる。

【0061】

ここで、基準振幅値は、モータ１６の基本特性に応じてレアショートを適切に検出できる値に設定すればよい。ターン間短絡又は短絡が発生していない状態では、ｄｑ軸電流の２次調波の振幅はほぼ０になるので、基準振幅値は、例えばｄｑ軸電流の２次調波の振幅が０近傍であることを検出できる程度の値とすればよい。

【0062】

ステップＳ１８では、相間短絡が発生していると判定する。すなわち、短絡判定処理部８２は、出力トルクが０（又はほぼ０）の状態でモータ１６が運転中であるときにｄｑ軸電流の２次調波の振幅が基準振幅値以上である場合に相間短絡が発生していると判定する。ステップＳ２０では、相間短絡の部位を判定する。短絡判定処理部８２は、ｄｑ軸電流の２次調波の位相の判定条件に基づいて、２次調波の位相（２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉｆ}）が満たす判定条件の位相範囲に該当する相を短絡の部位とする。具体的には、図１１に示したｄｑ軸電流の２次調波の位相の判定条件をデータベース化し、当該データベースを短絡判定処理部８２から参照可能となるようにメモリに記憶させておくことによって、当該データベースを参照して２次調波の位相の範囲から短絡の部位を判定することができる。ただし、具体的な処理方法は、これに限定されるものではなく、ｄｑ軸電流の２次調波の位相の判定条件に基づく判定処理をロジック化し、当該ロジックに基づいて判定処理するプログラムや論理回路を用いるようにしてもよい。

【0063】

ステップＳ２２では、ターン間短絡が発生している、又は、短絡が生じていないと判定する。すなわち、短絡判定処理部８２は、出力トルクが０（又はほぼ０）の状態でモータ１６が運転中であるときにｄｑ軸電流の２次調波の振幅が基準振幅値未満である場合にターン間短絡が発生している、又は、短絡が生じていないと判定する。

【0064】

ステップＳ１４においてトルク指令が０以外の場合には、ステップＳ２４の処理が行われる。ステップＳ２４では、これまでに相間短絡が生じたか否かが判定される。これまでの判定処理において相間短絡が生じていた場合には、相間短絡が発生した状態であると判定して、判定処理を終了する。これまでの判定処理において相間短絡が生じていなかった場合には、ステップＳ２６に処理を移行させる。

【0065】

ステップＳ２６では、出力トルクが０以外の状態でモータ１６が運転中である場合についてレアショートの判定が行われる。ここでは、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）が所定の基準振幅値以上であるか否かが判定される。ｄｑ軸電流の２次調波の振幅が当該基準振幅値以上である場合にはステップＳ２８に処理を移行させ、当該基準振幅値未満である場合にはステップＳ３２に処理を移行させる。

【0066】

ステップＳ２８では、ターン間短絡が発生していると判定する。すなわち、短絡判定処理部８２は、出力トルクが０以外の状態でモータ１６が運転中であるときにｄｑ軸電流の２次調波の振幅が基準振幅値以上である場合にターン間短絡が発生していると判定する。ステップＳ３０では、ターン間短絡の部位を判定する。短絡判定処理部８２は、ｄｑ軸電流の２次調波の位相の判定条件に基づいて、２次調波の位相（２次調波位相Ｉ_{２ｈｐｈｉｆ}）が満たす判定条件の位相範囲に該当する相においてターン間短絡が生じているとする。具体的には、図１１に示したｄｑ軸電流の２次調波の位相の判定条件をデータベース化し、当該データベースを短絡判定処理部８２から参照可能となるようにメモリに記憶させておくことによって、当該データベースを参照して２次調波の位相の範囲から短絡の部位を判定することができる。ただし、具体的な処理方法は、これに限定されるものではなく、ｄｑ軸電流の２次調波の位相の判定条件に基づく判定処理をロジック化し、当該ロジックに基づいて判定処理するプログラムや論理回路を用いるようにしてもよい。

【0067】

ステップＳ３２では、短絡が生じていないと判定する。すなわち、短絡判定処理部８２は、出力トルクが０以外の状態でモータ１６が運転中であるときにｄｑ軸電流の２次調波の振幅が基準振幅値未満である場合に短絡は生じていないと判定する。

【0068】

以上のように、本実施の形態におけるモータ制御システム１００によれば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で相電流の高調波次数の高調波成分の含有率を計算することなく、モータ１６におけるレアショートを検出し、その部位を特定することができる。特に、可変速状態で使用される電気自動車やハイブリッド自動車に搭載されたモータ１６においてレアショートを的確に検出することができる。また、３相電流の検出器におけるオフセット誤差、ゲインのアンバランス、回転位置の検出器における誤差、ｄｑ軸電流の２次高調波の振幅と位相の時間変化による短絡の判定及び短絡部位の判定が不安定化を抑制することができる。

【0069】

［運転制御処理］
図１３は、短絡判定処理部８２によるレアショートの判定処理結果に応じてモータ１６の運転を制御する運転制御処理を示すフローチャートである。以下、図１３を参照しつつ、運転制御部８４によるモータ１６の運転制御処理について説明する。

【0070】

ステップＳ４０では、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）が所定の第１基準値未満であるか否かが判定される。ｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）が第１基準値未満であればステップＳ４２に処理を移行させ、第１基準値以上であればステップＳ４４に処理を移行させる。第１基準値は、モータ１６の運転を継続できるｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）の値に設定する。例えば、第１基準値は、モータ１６の運転を継続できるｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）の最大値に設定する。

【0071】

ステップＳ４２では、モータ１６の運転を継続させる。運転制御部８４は、モータ制御部４０のＰＷＭ制御器６２に対して通常通りにモータ１６の運転を継続するように制御信号を出力する。これによって、モータ１６は運転を継続する。

【0072】

ステップＳ４４では、ローパスフィルタ８０から出力されたｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）が所定の第２基準値未満であるか否かが判定される。ｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）が第２基準値未満であればステップＳ４６に処理を移行させ、第１基準値以上であればステップＳ５２に処理を移行させる。第２基準値は、レアショートが生じているがモータ１６からの出力トルクを減少させた状態であれば運転を継続できると判断されるｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）の値に設定する。第２基準値は、第１基準値より大きい値とされる。

【0073】

ステップＳ４６では、ｄｑ軸電流に対してフィルタを挿入する。例えば、上記のバンドパスフィルタ６４に加えてｄｑ軸電流の２次調波の周波数帯域を除去するバンドストップフィルタを適用する。ｄｑ軸電流に対してバンドストップフィルタを適用して２次調波を除去したｄｑ軸電流を生成し、これに基づいて制御を行うことでモータ１６を停止させることなく運転させることができる。ステップＳ４８では、第１警告灯を灯す処理を行う。第１警告灯は、例えば、モータ１６を搭載した車両のコンソールパネルに設けられており、これを点灯させることによってドライバにモータ１６に異常が生じていることを知らせることができる。ステップＳ５０では、ｄｑ軸電流の２次調波の振幅（２次調波振幅Ｉ_{２ｈａｍｐｆ}）の大きさに応じてモータ１６のトルク制御を行う。例えば、運転制御部８４は、モータ制御部４０のＰＷＭ制御器６２に対してモータ１６の出力トルクに通常運転時より制限をかけるように制御信号を出力する。これによって、モータ１６の出力トルクは通常運転時より低いトルクを出力するように制御される。

【0074】

ステップＳ５２では、モータ１６が停止モードとされる。ステップＳ５４では、第２警告灯を灯す処理を行う。第２警告灯は、例えば、モータ１６を搭載した車両のコンソールパネルに設けられており、これを点灯させることによってドライバにモータ１６を停止させるほどの異常が生じていることを知らせることができる。ステップＳ５６では、モータ１６の出力トルクが徐々に０になるように制御を行う。例えば、運転制御部８４は、モータ制御部４０のＰＷＭ制御器６２に対してモータ１６の出力トルクを徐々に低下させて、最終的に０になるように制御信号を出力する。これによって、モータ１６の出力トルクは最終的に０になる。

【0075】

以上のように、本実施の形態におけるモータ１６の短絡判定処理及び運転制御処理によれば、ＦＦＴによる計算に依らず可変速状態で使用されているモータの短絡判定が可能となり、短絡状態に応じてモータの出力トルクを適切に制御することができる。

【0076】

なお、モータ制御システム１００を電動自動車やハイブリッド自動車に搭載した実施形態を示したが、ロボットや、産業機械等、その他の装置に搭載する態様としてもよい。

【0077】

構成１：
モータのｄ軸電流及びｑ軸電流を測定し、
前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の２次調波を抽出する抽出部と、
前記ｄ軸電流の２次調波の位相を変更して擬似ｑ軸電流の２次調波を演算する第１のオールパスフィルタと、前記ｑ軸電流の２次調波の位相を変更して擬似ｄ軸電流の２次調波を演算する第２のオールパスフィルタと、
前記ｄ軸電流の２次調波と前記擬似ｑ軸電流の２次調波から前記ｄ軸電流の２次調波の振幅と位相を算出する第１の振幅・位相算出部、及び、前記ｑ軸電流の２次調波と前記擬似ｄ軸電流の２次調波から前記ｑ軸電流の２次調波の振幅と位相を算出する第２の振幅・位相算出部と、
前記ｄ軸電流の２次調波の振幅と位相及び前記ｑ軸電流の２次調波の振幅と位相を平均化して平均化２次調波振幅及び平均化２次調波位相を算出する平均化処理部と、
前記平均化２次調波振幅及び前記平均化２次調波位相に対して適用され、２次調波振幅及び２次調波位相を出力するローパスフィルタと、
を備え、
前記２次調波振幅を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡を検出する処理、又は、前記２次調波位相を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡の部位を特定する処理、の少なくとも一方を行うことを特徴とするモータの短絡判定装置。
構成２：
構成１に記載のモータの短絡判定装置であって、
前記第１のオールパスフィルタは、前記ｄ軸電流の２次調波の位相を９０ｄｅｇ進ませ又は２７０ｄｅｇ遅らせて前記擬似ｑ軸電流の２次調波を演算し、
前記第２のオールパスフィルタは、前記ｑ軸電流の２次調波の位相を９０ｄｅｇ遅らせて前記擬似ｄ軸電流の２次調波を演算する、ことを特徴とするモータの短絡判定装置。
構成３：
構成１又は２に記載のモータの短絡判定装置であって、
前記２次調波位相を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡の部位を特定する処理は、前記２次調波位相の位相範囲に応じて短絡の部位を特定することを特徴とするモータの短絡判定装置。
構成４：
構成１～３のいずれか１つに記載のモータの短絡判定装置であって、
前記２次調波振幅を用いて前記モータの相間短絡又はターン間短絡を検出する処理は、前記２次調波振幅を用いて短絡の程度を特定することを特徴とするモータの短絡判定装置。
構成５：
構成１～４のいずれか１つに記載のモータ短絡判定装置による前記モータの相間短絡又はターン間短絡の判定結果に応じて前記モータを制御するモータ制御システム。
構成６：
構成５に記載のモータ制御システムであって、
前記２次調波振幅の値に基づいて前記モータの運転を継続する継続運転制御、前記モータの出力トルクを制限して運転を行う出力トルク制限運転制御、及び、前記モータの運転を停止させるモータ停止制御のいずれかを行うことを特徴とするモータ制御システム。
構成７：
構成６に記載のモータ制御システムであって、
前記出力トルク制限運転制御では、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流に対して２次調波を除去するバンドストップフィルタを適用した電流を前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の代わりに用いることを特徴とするモータ制御システム。

【符号の説明】

【0078】

１０ 電池、１２ インバータ、１４ｕ Ｕ相スイッチングアーム、１４ｖ Ｖ相スイッチングアーム、１４ｗ Ｗ相スイッチングアーム、１６ モータ、１６ｕ Ｕ相巻線、１６ｖ Ｖ相巻線、１６ｗ Ｗ相巻線、１８ 電流センサ、２０ レゾルバ、２２ 電圧センサ、２４ コントローラ、２６ｕ Ｕ相端子、２６ｖ Ｖ相端子、２６ｗ Ｗ相端子、４０ モータ制御部、４２ 短絡判定部、４２ 短絡判定部、５２ 三相／ｄｑ軸変換器、５４ 電流指令生成器、５６ｄ ｄ軸減算器、５６ｑ ｑ軸減算器、５８ｄ ｄ軸ＰＩ演算器、５８ｑ ｑ軸ＰＩ演算器、６０ ｄｑ軸／三相変換器、６２ ＰＷＭ制御器、６４ バンドパスフィルタ、６６ オールパスフィルタ、６８ 座標変換器、７０ 振幅・位相算出器、７２ オールパスフィルタ、７４ 座標変換器、７６ 振幅・位相算出器、７８ 平均化処理部、８０ ローパスフィルタ、８２ 短絡判定処理部、８４ 運転制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】