JPH10309097A - 交流電動機制御用電流センサの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御対象たる交流電動機の回転速度が広範囲
にわたって変動するときでも、ノイズ等を電流センサ等
の異常として誤検出しないようにする。 【解決手段】 モータの電気角周期Ｔにおいて各相電流
検出値の総和Ｓがその許容範囲を外れる時間ｔ１及びｔ
２又はその和ｔをカウントし、ｔ＝ｔ１＋ｔ２がＴに占
める割合をしきい値判定する。ｔ／Ｔ又は（ｔ１＋ｔ
２）／Ｔが比較的大きなときには電流センサ等に真に異
常が発生しているとみなし、この状態がｎth電気角周期
以上連続して発生したときに電流センサ等に異常が生じ
たと最終判定する。逆に、ｔ／Ｔ又は（ｔ１＋ｔ２）／
Ｔが比較的小さなときには電流センサ等の異常ではなく
ノイズであるとみなす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電動機を制御
するために使用される電流センサの異常を検出する交流
電動機制御用電流センサ異常検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電源からの直流電流をインバータ等の電
力回路により交流電流に変換し、交流電動機に駆動電流
として供給する際には、当該交流電動機やその電力回路
に流れる電流を検出すべく、各種の電流センサを装置各
部に配設する。例えば、交流電動機に流れる電流を電流
センサにより検出し、その結果を用いてインバータの動
作をフィードバック制御する。また、これらの電流セン
サは、制御対象たる交流電動機の異常を検出するのにも
役立つ。例えば特開平６―１３３５９１号公報において
は、電源からインバータに流れ込む直流電流がしきい値
より大きいときに、インバータを介し三相誘導電動機に
供給される電流の波高値が高い、と判定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、上述のように
交流電動機やその電力回路のフィードバック制御に用い
られる電流センサに何らかの異常が発生したとすると、
当該交流電動機やその電力回路の動作・出力を目標通り
制御できなくなる。従って、かかる電流センサを用いる
に当たっては、異常発生への対処を可能にすべく、当該
電流センサにおける異常の発生を検出する装置乃至制御
手順を設けるのが好ましい。しかるに、平衡交流におい
ては各相電流の検出値の総和が原理上は０になるから、
これを利用して各相に対応する電流センサの異常を検出
することもできる。

【０００４】即ち、平衡交流においては、原理上、各相
電流検出値の総和Ｓは常に０に等しくなるはずである
（図７（ａ）参照）。これに対し、いずれかの電流セン
サに異常が生じていれば、異常が生じている電流センサ
にて検出されるべき電流と相補的な波形が、総和Ｓに現
れるはずである（図７（ｂ）参照）。実際には、電流セ
ンサの出力には直流的なオフセットもあるし、また各種
のノイズが存在しているから、図７（ｃ）に示すサンプ
リングタイミングにおいて総和Ｓが０を挟む許容範囲
（Ｓthd＜Ｓ＜Ｓthuが成立する範囲。但しＳthd＜０＜
Ｓthu）からはずれたときに、いずれかの電流センサに
異常が生じたものと判定するようにすればよい（図７
（ｂ）参照。なお、図中の丸印は、電流センサ出力をサ
ンプリングするタイミングのうち、異常判定が成立する
タイミング）。電流センサに異常があると判定したとき
は、原則として、電動機動作停止等の異常時処理を起動
させる。但し、図７（ｄ）に示される如きノイズ波形を
電流センサ異常時波形と誤認することを防ぐため、図７
（ａ）及び（ｂ）記載の原理に基づく異常判定が、ｎth
（ｎth：所定の２以上の自然数）個数のモータ電気角周
期に亘って連続して成立したとき以外は、総和Ｓが許容
範囲をはずれたのはノイズが原因であると判定し、異常
時処理の起動を回避する（図７（ｃ）及び（ｄ）の付記
を参照）。このようにすれば、図７（ｄ）に示す如き単
発のノイズを電流センサ異常時波形と見誤る恐れは小さ
くなる。

【０００５】しかし、このような方法を用いたとして
も、図８（ｂ）に示されるように総和Ｓに繰返しノイズ
波形が現れているときには、電流センサ異常として誤検
出する可能性がある。即ち、サンプリングタイミングが
図８（ａ）に示されるタイミングであるとすると、電気
角周期長Ｔが十分短いときには図８（ｃ）に示されるよ
うに異常判定条件の複数周期連続成立は起こらず従って
異常時処理も実行されないが、逆に電気角周期長Ｔが比
較的長いときには図８（ｄ）に示されるように異常判定
条件の複数周期連続成立が起こりやすく従って異常時処
理の誤起動も生じうる。この問題は、特に、電気自動車
の走行用モータ、ロボットアームのサーボモータ、工作
機械のテーブル送りモータ等のように、制御対象たる電
動機の速度範囲が広いときに、特に顕著になる。例え
ば、サンプリング周期が２００μｓｅｃであり、微低速
運転時には電気角周期長Ｔが１０００ｍｓｅｃ以上に、
高速運転時には５ｍｓｅｃ以下になるような用途を考え
る。電気角１周期当たりのサンプリング回数は、電気角
周期長Ｔが１０００ｍｓｅｃであるときは１０００ｍｓ
ｅｃ／２００μｓｅｃ＝５０００回になるのに対し、５
ｍｓｅｃであるときには５ｍｓｅｃ／２００μｓｅｃ＝
２５回になるのであるから、１電気角周期当たりのサン
プリング回数が多い分だけ、微低速運転時の方が誤検出
が生じやすい。

【０００６】本発明の目的の一つは、広い範囲に亘る速
度可変制御（即ち広い範囲に亘る電気角周期長Ｔの変
化）が背景となり、またノイズ等が原因で、電流センサ
に異常がないのにもかかわらず相連続する複数の電気角
周期にて異常判定条件が成立する問題点を、新たな指標
を異常判定に導入することにより解消乃至低減し、異常
時処理の誤起動を防ぐことにある。本発明の目的の一つ
は、電流センサ出力又はその総和Ｓのオフセットが原因
となりノイズによる異常判定条件成立を招くことを、上
記新たな指標の利用により防ぐことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成例
は、交流電動機の電流を電流センサによって検出し、そ
の結果得られた電流検出値に基づき当該電動機を可変速
度制御する制御装置にて使用される交流電動機制御用電
流センサ異常検出装置である。この構成例は、電動機の
電気角１周期において電流センサ又はこれに関連する回
路若しくは配線（以下、記載の簡略化のため単に「電流
センサ等」と呼ぶ）に関し所定の異常判定条件が成立す
る頻度を、電流検出値に基づき検出する手段と、検出し
た頻度が所定値を上回る電気角周期が所定個数連続発生
したときに、電流センサ等に異常が生じたと判定する手
段と、を備える。この構成例においては、ノイズに起因
した異常判定条件成立が、電流センサ等異常による真の
異常判定条件成立に比べ、一般に短期的乃至瞬時的であ
ることに着目し、電気角１周期当たりの異常判定条件成
立頻度を新たに指標として用いている。即ち、この構成
例においては、電動機の速度が低いとき即ち電気角周期
Ｔが長いときでも、電気角１周期当たり異常判定条件成
立頻度が十分低ければ、最終的に電流センサ等の異常と
判定されることはない。従って、広い範囲に亘る速度可
変制御が背景となり、電流センサに異常がないのにもか
かわらず電流センサ等の異常との誤判定ひいては異常時
処理の誤起動を招く恐れが、小さくなる。更に、このよ
うな原理でノイズによる誤判定の危険が低減されてお
り、従って、従来に比べ、異常判定条件を厳しく（例え
ば許容範囲を狭く）することができかつ異常判定の際の
条件である電気角周期の要連続個数を少なくすることが
できるため、電流センサ等に真に異常が生じたことを正
確にかつ迅速に検出可能になる。

【０００８】本発明の第２の構成例は、交流電動機の電
流を検出するための電流センサの出力を一定周期でサン
プリングし、サンプリングにより得られた電流検出値に
基づき当該電動機を可変速度制御する制御装置にて使用
される交流電動機制御用電流センサ異常検出装置であ
る。この構成例は、サンプリングに同期して、電流検出
値が所定の許容範囲内にない異常タイミングを検出する
手段と、異常タイミングの発生回数が、電動機の電気角
１周期におけるサンプリング回数に対し所定程度以上の
割合を占めているときに、電流センサ等に異常が生じた
と判定する手段と、を備える。即ち、この構成例は、上
述の第１の構成例における電気角１周期当たり異常判定
条件成立頻度に相当する新しい指標として、電気角１周
期当たりの異常タイミング発生回数を用いた構成例であ
る。従って、この構成例においても、第１の構成例にお
いて生じた作用効果と本質的に同じ作用効果が生じる。
更に、第１の構成例に関して述べた電気角周期要連続個
数の低減に鑑み、この構成例においては、電気角１周期
当たりの異常タイミング発生回数が所定値を上回る電気
角周期が所定個数連続発生する、という複数周期連続の
条件を不要としている。従って、異常検出のために必要
なソフトウエア又はハードウエアがより簡素かつ単純に
なる。また、この構成例は、不平衡交流に適用できる、
異常発生相を特定できる等の特質を有している。

【０００９】本発明の第３の構成例は、ｎ相交流電動機
（ｎ：２以上の自然数）の各相電流を検出するための電
流センサの出力を一定周期でサンプリングし、サンプリ
ングにより得られた各相電流検出値に基づき当該電動機
を可変速度制御する制御装置にて使用される交流電動機
制御用電流センサ異常検出装置である。この構成例は、
サンプリングに同期して、各相電流検出値の総和が所定
の許容範囲内にない異常タイミングを検出する手段と、
異常タイミングの発生回数が、電動機の電気角１周期に
おけるサンプリング回数に対し所定程度以上の割合を占
めているときに、いずれかの相に係る電流センサ等に異
常が生じたと判定する手段と、を備える。この構成例
は、各相別の判定ではなく総和による判定である点で、
上述した第２の構成例と相違している。従って、この構
成例は、不平衡交流への適用可能性や異常発生相の特定
能力の点で第２の構成例に劣る反面、平衡交流において
正常時には原理上０になるべき量である総和を用いてい
るため、第２の構成例に比べ異常検出のために必要なソ
フトウエア又はハードウエアがより簡素かつ単純にな
る。むろん、その他の面では、第２の構成例と同様の作
用効果も生じる。

【００１０】上述の第３の構成例は、更に、異常タイミ
ングを、総和が許容範囲の上限を上回る上寄り異常タイ
ミングと下限を下回る下寄り異常タイミングとに分類す
る手段と、上寄り異常タイミングの発生回数と下寄り異
常タイミングの発生回数との間に有意差が生じていると
きに、電流センサ等に異常が生じたとの判定を回避する
手段と、を備える構成とするのが好ましい。ここに、電
流センサ等に真に異常が生じているときには、総和は正
弦波又はこれに近い波形となるから、上寄り異常タイミ
ングの発生回数と下寄り異常タイミングの発生回数との
間には有意差は現れない。これに対し、例えば、比較的
大きなオフセットの上に比較的短周期のノイズが重畳し
ているときには、総和は正弦波からほど遠い波形にな
り、従って上寄り異常タイミングの発生回数と下寄り異
常タイミングの発生回数との間に有意差が現れるであろ
う。従って、上述のような上寄り／下寄りの分類及び有
意差発生時の異常判定回避によって、更に正確に、ノイ
ズによる誤判定を防ぐことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。

【００１２】図１に、本発明の適用対象の一つである電
気自動車の一例システム構成を示す。この図に示すシス
テムにおいては三相交流モータ１０を車両走行用のモー
タとして用いている。モータ１０はバッテリ１２の放電
出力によって駆動されており、バッテリ１２とモータ１
０の間には、電力変換回路の一種であるインバータ１４
が配置されている。また、車両操縦者によるアクセル操
作、ブレーキ操作等に応じてモータ１０の出力を制御す
るため、電子制御ユニット（ＥＣＵ）などにより構成さ
れた制御部１６が設けられている。制御部１６は、モー
タ１０に付設されている回転センサ（例えばレゾルバ）
１８からモータ１０のロータの角度位置を示す信号を入
力するとともに、モータ１０の各相巻線に対応して設け
られている電流センサ２０ｕ、２０ｖ及び２０ｗから各
相電流ｉｕ、ｉｖ及びｉｗの値を示す信号を入力する。
制御部１６は、これらの入力信号に基づきインバータ１
４内のスイッチング素子の動作を制御することにより、
モータ１０の出力を、アクセル開度やブレーキ踏力に応
じた出力とする。

【００１３】このような構成のシステムにおいて、３個
の電流センサ２０ｕ、２０ｖ及び２０ｗやこれらに関連
する回路もしくは配線に異常が発生すると、制御部１６
によるインバータ１４の動作制御に支障が生ずるおそれ
があり、ひいてはモータ１０の出力制御にも差し障る。
そのため、図１に示す如きシステム構成を有する電気自
動車においては、電流センサ２０ｕ、２０ｖ及び２０ｗ
やこれに関連する回路もしくは配線に異常が生じている
か否かを判定し、異常ありと判定した時にインバータ１
４の動作を停止させモータ１０への電力供給を絶つとい
った異常時処理機能を、設けるのが好ましい。本発明
は、例えばこのような用途において用いられる電流セン
サ異常検出機能に関する発明である。ただし、本発明
は、図１に示されるような純粋な電気自動車に限らず、
エンジン駆動発電機、太陽電池、燃料電池その他の電力
源又はエンジン等のトルク源を備えたハイブリッド自動
車や、さらにはロボットアーム駆動用のサーボモータの
制御装置や、工作機械のテーブル送り用モータの制御装
置等にも、適用することができる。

【００１４】図２に、本発明の一実施形態における電流
センサ異常検出原理の概要を示す。この実施形態におい
ては、先に図７を用いて説明した参考技術と同様、モー
タ１０の各相電流検出値ｉｕ、ｉｖ及びｉｗの総和Ｓに
関し、所定のしきい値Ｓthu及びＳthdを用いた判定を実
施している（図２（ｂ）参照）。ただし、この実施形態
においては、その電気角周期に属する一般に複数のサン
プリングタイミング（図２（ａ）参照）のうち１タイミ
ングでもＳthd＜Ｓ＜Ｓthuの条件を満たさなかったらそ
の電気角周期に関し異常と判定するのではなく、各電気
角周期毎に、Ｓthd＜Ｓ＜Ｓthuの条件が不成立となる頻
度を求めている。すなわち、図２（ｂ）及び（ｃ）の右
側に付記してあるように、電気角周期においてＳ＜Ｓth
uの条件が成立する期間ｔ１及びＳ＞Ｓthdの条件が成立
す期間ｔ２又はＳthd＜Ｓ＜Ｓthuが不成立となる期間ｔ
＝ｔ１＋ｔ２をカウントし、ｔ／Ｔ又は（ｔ１＋ｔ２）
／Ｔ、すなわちモータ電気角周期長Ｔに対する異常判定
条件成立期間の割合（頻度）を求めている。ただし、モ
ータ電気角周期Ｔは、その始期又は終期を回転センサ１
８の出力や総和Ｓのゼロクロスの２回到来にて検出し、
この検出に応じてサンプリングタイミングをカウントす
ることにより求める。このようにして求めたｔ／Ｔ又は
（ｔ１＋ｔ２）／Ｔが比較的大きければ、図２（ｂ）に
示されるように、いずれかの電流センサ又はこれに関連
する回路もしくは配線に異常が生じていると判定するこ
とができ、逆に、ｔ／Ｔ又は（ｔ１＋ｔ２）／Ｔが比較
的小さければ、図２（ｃ）に示されているようにノイズ
による異常判定条件成立であるとみなすことができる。
本実施形態においては、このように、総和Ｓが許容範囲
を脱したことではなく、その電気角周期において総和Ｓ
が許容範囲を脱した頻度に応じて、電流センサ等に異常
が発生しているか否か、また電流センサ等における異常
であるのかそれともノイズであるのかといった、弁別・
判定を行っている。さらに、かかる判定が相連続するｎ
th個の電気角周期にて成立したときに、最終的に異常と
判定し異常時処理を起動するようにしてもよい。

【００１５】このようにすることにより、図２に示す実
施形態においては、先に図８を用いて説明した参考技術
の問題点を、解消することができる。すなわち、図２
（ｃ）に示されるようにｔ／Ｔ又は（ｔ１＋ｔ２）／Ｔ
が比較的小さくなるノイズ波形の下では、いずれの周期
に関しても、異常との判定が成立することがないから、
電気角周期長Ｔが比較的短いとき（図２（ｄ）参照）で
も長いときでも（図２（ｅ）参照）、最終的な判定の結
果は、電流センサ等に異常がないとの判定結果になる。
従って、異常時処理が誤起動されることもない。

【００１６】図３に、図２に示す実施形態をソフトウエ
ア的に実現した例、すなわち制御部１６が実行可能なル
ーチンとして実現した例を示す。この図に示すルーチン
は、図１に示すシステムでは、制御部１６が所定周期で
繰り返し（すなわち図２（ａ）に示されるサンプリング
クロックに同期して）実行する。図３中、ステップ１０
０においては、制御部１６によって電流センサ２０ｕ、
２０ｖ及び２０ｗの出力がサンプリングされ、このサン
プリングにより得られた電流検出値ｉｕ、ｉｖ及びｉｗ
の総和Ｓが演算される（１０２）。このようにして得た
総和ＳがＳthd＜Ｓ＜Ｓthuの条件を満たしていれば（１
０４）、総和Ｓがその許容範囲内にあるとみなせるた
め、制御部１６の動作は図示しないルーチンに戻る。逆
に、Ｓthd＜Ｓ＜Ｓthuの条件が成立していなければ（１
０４）、総和Ｓが許容範囲外にあるとみなせるため、制
御部１６は変数ｔを１インクリメントしたうえで（１０
６）、図示しないルーチンに戻る。なお、総和Ｓを求め
る際に、変数Ｔが１インクリメントされているものとす
る（１０８）。

【００１７】制御部１６は、回転センサ１８の出力から
みてモータ１０の電気角が次の周期に移行したとみなせ
るときに（１１０）、ステップ１０６にて計数したｔと
ステップ１０８にて計数したＴの比すなわちｔ／Ｔを、
所定値Ｋと比較する（１１２）。ｔ／Ｔ＞Ｋが成立する
に至っていなければ、すなわち直前に経過したモータ電
気角１周期において総和Ｓがその許容範囲を脱した頻度
が充分に低ければ、制御部１６は変数ｔ及びＴをそれぞ
れ０にリセットし（１１４）、図示しないルーチンに戻
る。逆に、ｔ／Ｔ＞Ｋが成立しているときには、例えば
図２（ｂ）に示されるように、いずれかの相にかかる電
流センサ等に異常が発生している可能性があるため、制
御部１６は、変数ｎを１インクリメントする（１１
６）。この変数ｎは、ｔ／Ｔ＞Ｋが何個の連続する電気
角周期にわたって成立するかを検出するためのカウンタ
であり、この変数ｎの値が所定値ｎth以上となっていな
い限りは、制御部１６の動作は図示しないルーチンに戻
る（１１８）。ステップ１１２におけるｔ／Ｔ＞Ｋの成
立が、図２（ｂ）に示されるような真の電流センサ異常
によるものであれば、図３に示す手順が繰り返されるこ
とにより、いずれはｎ≧ｎthの条件が成立する。この条
件が成立した時点で（１１８）、制御部１６は、インバ
ータ１４内のスイッチング素子をすべてオフさせる（シ
ャットダウンする）等の異常時処理を実行する（１２
０）。また、ステップ１１２におけるｔ／Ｔ＞Ｋの条件
の成立が仮にノイズによって生じたものであるならば、
通常はｎ≧ｎthが成立するまでｔ／Ｔ＞Ｋが成立し続け
ることはないから、異常時処理が実行されるおそれは小
さい。

【００１８】このように、図３に示す手順によれば、前
述の図２に示す実施形態を好適に実現することができ
る。また、図３中で用いているしきい値ｎthは、図７
（ｃ）及び（ｄ）にて使用していたｎthに比べ、小さく
することができる。すなわち、サンプリングタイミング
毎の判定だけでなく、ｔ／Ｔに基づく判定をも行ってい
るため、図３に示す手順では図７に示す参考技術に比べ
より確実に真の電流センサ異常のみを検出可能になるか
ら、異常検出に際して信頼性を確保するためのしきい値
ｎthをより小さくし、より迅速に電流センサ異常を検出
することが可能になる。

【００１９】図４に、図３に示す手順の変形例を示す。
この図に示す手順では、図３におけるステップ１０４が
２個のステップ１０４ｕ及び１０４ｄに、またステップ
１０６が２個のステップ１０６ｕ及び１０６ｄに、それ
ぞれ分かれている。また、変数ｔは、総和Ｓが許容範囲
の上限値Ｓthuを上回った期間を計数するための変数ｔ
１と、下限値Ｓthdを下回った期間を計数するための変
数ｔ２とに分割されている。ステップ１１２Ａではステ
ップ１１２におけるｔ／Ｔ＞Ｋの条件に代えて（ｔ１＋
ｔ２）／Ｔ＞Ｋの条件が用いられており、ステップ１１
４Ａではステップ１１４におけるＴ及びｔに代えてＴ、
ｔ１及びｔ２が０へのリセットの対象とされている。す
なわち、図４に示す手順では、図２（ｂ）に示す期間ｔ
１及びｔ２の合計ｔではなく、各期間ｔ１及びｔ２を区
別して検出している。

【００２０】このようにｔ１及びｔ２に区別することに
よって、図４に示す手順では、図３に示す手順に比べさ
らに正確に、真の電流センサ異常を検出可能にしてい
る。すなわち、図２（ｆ）に示されるように総和Ｓに比
較的大きなオフセットが発生しておりかつこの総和Ｓに
比較的小さいけれども短周期のノイズが重畳していると
きには、真の電流センサ異常ではなくノイズであるにも
かかわらず（ｔ１＋ｔ２）／Ｔ＞Ｋの条件が成立する余
地がある。図４に示す手順では、（ｔ１＋ｔ２）／Ｔ＞
Ｋの条件が成立したときに（１１２Ａ）、｜ｔ１−ｔ２
｜／Ｔ＜εが成立しているか否かを判定し（１２２）、
成立しているときにのみステップ１１６に移行しその他
の場合はステップ１１４Ａに移行するようにしているた
め、｜ｔ１−ｔ２｜／Ｔ＜εの条件が一般に成立しない
ノイズ波形が総和Ｓに生じているときに、上述処理を誤
って起動することを回避することができる。なお、εは
十分小さな所定値である。電流センサ等の異常によって
生じる正弦波の場合には、多少オフセットが生じたとし
ても、図２（ｆ）に示されるようなノイズ波形ほどは、
ｔ１とｔ２の間に差が生ずることがない点に、留意され
たい。従って、図４に示す手順では、図３に示す手順に
て実現される効果が得られるの加え、さらに正確かつ確
実に、電流センサ異常をノイズ等と弁別・検出可能にな
る。

【００２１】図５に、図３又は図４に示す手順の変形例
を示す。この図に示す手順では、ステップ１０２に代え
てステップ１０２Ａ及び１２０が実行されている。ステ
ップ１０２Ａでは、電流検出値ｉｕ、ｉｖ及びｉｗの総
和からオフセットＭを減じた値が変数Ｓに代入されてお
り、ステップ１２０では、この変数Ｓの値が変数Σに積
算されている。また、ステップ１１２、１１２Ａ又は１
２２にて判定条件が不成立となったときに、ステップ１
１４又は１１４Ａの実行と前後して、ステップ１２４が
実行される。ステップ１２４においては、ステップ１２
０の繰り返し実行により求めたＳの積算値Σを電気角周
期長Ｔにより除した値、すなわち直前に経過した電気角
１周期における総和Ｓの０からの平均的なずれが、変数
Ｍに加算され、しかるのちに変数Σが０にリセットされ
る。従って、図５に示す手順では、電気角周期が１個経
過する毎に更新しつつ、総和ＳのオフセットＭが求めら
れ、このＭを用いてステップ１０２Ａにおいて総和Ｓを
補正しているため、オフセットが原因となった誤検出
を、防ぐことが可能になる。

【００２２】図６に、図２に示す実施形態をハードウエ
ア的に実現した例を示す。この図に示す回路では、電流
センサ２０ｕ、２０ｖ及び２０ｗによって得られる電流
検出値ｉｕ、ｉｖ及びｉｗがサンプリング部２２により
図２（ａ）に示すタイミングでサンプリングされ、サン
プリングにより得られたｉｕ，ｉｖ及びｉｗが、通常の
制御すなわちインバータ１４による電力変換動作の制御
に用いられる一方で、異常時処理部２４の起動可否判定
にも用いられる。異常時処理部２４は、前述のステップ
１２０に相当する機能を有する部材である。異常時処理
部２４の起動可否判定を実行するため、サンプリング部
２２の後段には総和演算部２６が設けられている。総和
演算部２６は、Ｓ＝ｉｕ＋ｉｖ＋ｉｗを求め、これをコ
ンパレータ２８ｕの非反転入力端子及びコンパレータ２
８ｄの反転入力端子に供給する。コンパレータ２８ｕの
反転入力端子には許容範囲の上限値Ｓthuが、コンパレ
ータ２８ｄの非反転入力端子には下限値Ｓthdがそれぞ
れ入力されている。また、コンパレータ２８ｕ及び２８
ｄの出力端はトランジスタＴｒのベースに接続されてお
り、トランジスタＴｒのコレクタには直流電源が、また
エミッタには充電回路たるＲ１を介してコンデンサＣ
が、それぞれ接続されている。トランジスタＴｒは、コ
ンパレータ２８ｕ又は２８ｄの出力がオンしていると
き、すなわちＳ＞Ｓthuが成立しているとき及びＳ＜Ｓt
hdが成立しているときにオンする。トランジスタＴｒが
オンしているときにコンデンサＣが充電されることにな
るから、従って、コンデンサＣによって、前述のｔ／Ｔ
又は（ｔ１＋ｔ２）／Ｔに相当する電圧が得られる。

【００２３】コンパレータ３０は、この電圧を前述のＫ
に相当する電圧と比較し、コンデンサＣの両端の電圧が
Ｋに相当する電圧を上回ったときにカウンタ３２に信号
を与えその内容をインクリメントさせる。カウンタ３２
は、前述の変数ｎに相当しており、カウンタ３２におい
てｎ≧ｎthが成立したと判定されると異常時処理部２４
が起動される。なお、コンデンサＣに蓄えられた電荷
は、電気角周期が１個経過する毎に放電させる必要があ
るため、放電回路として抵抗Ｒ２が用いられており、ま
たコンデンサＣを抵抗Ｒ１側と抵抗Ｒ２側に切り換え接
続するためのスイッチＳＷが設けられている。さらに、
図６中の周期計算部３４は、回転センサ１８にて検出さ
れたロータ角度位置から電気角周期を計算する部材であ
り、カウンタ３６は電気角周期Ｔの計数によってスイッ
チＳＷの切換タイミングを発生させる部材である。

【００２４】また、図６に示す回路を、図４又は図５に
よる開示に基づき変形することが可能である。例えば、
図６に示す回路ではコンデンサＣやこれを充放電するた
めの回路が合計１組しか設けられていないけれども、こ
れを２組とし、各々をコンパレータ２８ｕ又は２８ｄの
出力にて駆動し、かつ各コンデンサの電圧の和をコンパ
レータ３０の非反転入力端子に印加するように変形する
ことができる。この場合に、各コンデンサの電圧の差を
εと比較するコンパレータを設けることにより、図４に
示す手順と同等の機能を実現することができる。また、
総和演算部２６により求められた総和Ｓを電気角１周期
の間積分する積分回路を設け、この積分回路の出力を利
用して総和演算部２６にあるいはコンパレータ２８ｕ及
び２８ｄにオフセットを与えることにより、図５に示す
手順と同等の機能を実現することができる。また、周期
演算部３４やカウンタ３６に代えて、総和Ｓのゼロクロ
スを検出するコンパレータやこのコンパレータの出力に
てトリガされるフリップフロップを設け、このフリップ
フロップの出力にてスイッチＳＷを制御するようにする
こともできる。

【００２５】また、本発明は、上述のように総和Ｓを用
いて電流センサ等の異常を検出する手法に限定されるも
のではない。すなわち、電流センサ２０ｕ、２０ｖ及び
２０ｗの出力各々に関してしきい値判定を実行する異常
検出手順に、本発明を組み合わせることも可能である。
このようにした場合、各相毎に判別を行っているのであ
るから、電流センサ等の異常が発生した相を特定するこ
とが可能になる。また、総和Ｓが正常時に０になるとい
う条件すなわち平衡条件を用いていないため、不平衡交
流への適用も可能になる。反面、電流センサ２０ｕ、２
０ｖ及び２０ｗの出力は総和Ｓと異なり正常時でも交流
的な変動を示しているから、異常判定のための手順乃至
回路は前述のものよりも若干複雑になる。なお、各相電
流検出値毎に判定を行う手法に関しては、本願出願人が
先に提案している特開平７−３２８９２８号等をも参照
されたい。また、本発明の実施形態は、ｎ≧ｎthなる連
続周期条件を必須とする実施形態に限定されるものでは
ない。すなわち、前述のように、参考技術に比べてｎth
を小さくすることができるのであるから、実施手順乃至
回路の細部の設計次第では、ｎth＝１とすることができ
る。すなわち、ｎ≧ｎthの条件を廃止することができ
る。加えて、図５に示す手順では電気角が１周期経過す
る毎にオフセットＭの値を更新していたが、更新の周期
は他の周期とすることができる。また、ステップ１０２
ＡにおいてＭを減算するという手法ではなく、ステップ
１０４、１０４ｕ又は１０４ｄにおいて用いる上限値Ｓ
thu及び下限値Ｓthdに補正を施すようにしても構わな
い。図５に示す手順ではオフセットをリアルタイムで検
出していたが、オフセットの検出演算という負担を軽減
するため、異常時処理を実行する際の総和Ｓをオフセッ
トとみなし、これを補償するようにしても構わない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の構
成例によれば、電流センサ等に関し所定の異常判定条件
が成立する頻度が所定値を上回る電気角周期が、所定個
数連続発生したときに、電流センサ等に異常が生じたと
判定するようにしたため、広い範囲に亘る速度可変制御
が背景となり、電流センサに異常がないのにもかかわら
ずノイズ等が原因で電流センサ等の異常との誤判定ひい
ては異常時処理の誤起動を招く恐れが、小さくなる。更
に、従来に比べ、異常判定条件を厳しくすることができ
かつ異常判定の際の条件である電気角周期の要連続個数
を少なくすることができるため、電流センサ等に真に異
常が生じたことを正確にかつ迅速に検出可能になる。

【００２７】本発明の第２の構成例によれば、電流検出
値が所定の許容範囲内にない異常タイミングの発生回数
が、電動機の電気角１周期におけるサンプリング回数に
対し所定程度以上の割合を占めているときに、電流セン
サ等に異常が生じたと判定するようにしたため、第１の
構成例において生じた効果と本質的に同じ効果が得られ
る。更に、この構成例においては複数周期連続の条件を
不要としているため、異常検出のために必要なソフトウ
エア又はハードウエアがより簡素かつ単純になる。ま
た、この構成例は、不平衡交流に適用でき、また異常発
生相を特定できる。

【００２８】本発明の第３の構成例によれば、各相電流
検出値の総和が所定の許容範囲内にない異常タイミング
の発生回数が、電動機の電気角１周期におけるサンプリ
ング回数に対し所定程度以上の割合を占めているとき
に、いずれかの相に係る電流センサ等に異常が生じたと
判定するようにしたため、第２の構成例において生じた
効果と本質的に同じ効果が得られる。更に、各相別の判
定ではなく総和による判定を行っているため、第２の構
成例に比べ異常検出のために必要なソフトウエア又はハ
ードウエアがより簡素かつ単純になる。また、異常タイ
ミングを上寄り異常タイミングと下寄り異常タイミング
とに分類し、上寄り異常タイミングの発生回数と下寄り
異常タイミングの発生回数との間に有意差が生じている
ときに、電流センサ等に異常が生じたとの判定を回避す
るようにすれば、更に正確に、ノイズによる誤判定を防
ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の適用対象の一つである電気自動車の
一例システム構成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の一実施形態である電流センサ異常検
出手法を示すタイムチャートであり、（ａ）はサンプリ
ングタイミングを、（ｂ）はいずれかの相の電流センサ
に異常が発生したときの総和Ｓの波形を、（ｃ）はノイ
ズが発生したときの総和Ｓの波形を、（ｄ）は電気角周
期が比較的短いときに（ｃ）に示すノイズが発生したと
きの各周期毎の判定結果を、（ｅ）は電気角周期が比較
的長いときに（ｃ）に示すノイズが発生したときの各周
期毎の判定結果を、（ｆ）は比較的大きなオフセットの
うえに比較的小さくかつ短周期のノイズが重畳した波形
を、それぞれ示す図である。

【図３】 図２に示す手法のソフトウエア的な実現例の
一例を示すフローチャートである。

【図４】 図２に示す手法のソフトウエア的な実現例の
他の一例を示すフローチャートである。

【図５】 図２に示す手法のソフトウエア的な実現例の
他の一例を示すフローチャートである。

【図６】 図２に示す手法のハードウエア的な実現例の
一例を示す回路図である。

【図７】 参考技術における電流センサ異常検出手法を
示すタイムチャートであり、（ａ）は電流センサ等に異
常が発生していないときの総和Ｓの波形及びその許容範
囲を、（ｂ）は電流センサ等に異常が発生しているとき
の総和Ｓの波形を、（ｃ）はサンプリングタイミング
を、（ｄ）はノイズが発生しているときの総和Ｓの波形
を、それぞれ示す図である。

【図８】 参考技術の問題点を説明するためのタイムチ
ャートであり、（ａ）はサンプリングタイミングを、
（ｂ）はノイズが発生しているときの総和Ｓの波形の一
例を、（ｃ）は電気角周期が比較的短いときの各周期毎
の判定の結果を、（ｄ）は電気角周期が比較的長いとき
の各周期毎の判定結果を、ぞれぞれ示す図である。

【符号の説明】

１０ モータ、１２ バッテリ、１４ インバータ、１
６ 制御部、１８ 回転センサ、２０ｕ，２０ｖ，２０
ｗ 電流センサ、２２ サンプリング部、２４異常時処
理部、２６ 総和演算部、２８ｕ，２８ｄ，３０ コン
パレータ、３２，３６ カウンタ、３４ 周期計算部、
Ｓ 総和、ｔ，ｔ１，ｔ２ 総和が許容範囲を外れてい
る期間、Ｔ モータの電気角周期長、Ｓthu，Ｓthd 総
和の許容範囲の上限値及び下限値、ｎ 異常判定された
電気角周期の連続個数、Ｍ オフセット、Ｃ コンデン
サ、Ｒ１，Ｒ２ コンデンサの充放電抵抗。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電動機の電流を電流センサによって
   検出し、その結果得られた電流検出値に基づき当該電動
   機を可変速度制御する制御装置にて使用され、 上記電動機の電気角１周期において上記電流センサ又は
   これに関連する回路若しくは配線に関し所定の異常判定
   条件が成立する頻度を、上記電流検出値に基づき検出す
   る手段と、 上記頻度が所定値を上回る電気角周期が所定個数連続発
   生したときに、上記電流センサ又はこれに関連する回路
   若しくは配線に異常が生じたと判定する手段と、 を備えることを特徴とする交流電動機制御用電流センサ
   異常検出装置。
2. 【請求項２】 交流電動機の電流を検出するための電流
   センサの出力を一定周期でサンプリングし、サンプリン
   グにより得られた電流検出値に基づき当該電動機を可変
   速度制御する制御装置にて使用され、 上記サンプリングに同期して、上記電流検出値が所定の
   許容範囲内にない異常タイミングを検出する手段と、 上記異常タイミングの発生回数が、上記電動機の電気角
   １周期におけるサンプリング回数に対し所定程度以上の
   割合を占めているときに、上記電流センサ又はこれに関
   連する回路若しくは配線に異常が生じたと判定する手段
   と、 を備えることを特徴とする交流電動機制御用電流センサ
   異常検出装置。
3. 【請求項３】 ｎ相交流電動機（ｎ：２以上の自然数）
   の各相電流を検出するための電流センサの出力を一定周
   期でサンプリングし、サンプリングにより得られた各相
   電流検出値に基づき当該電動機を可変速度制御する制御
   装置にて使用され、 上記サンプリングに同期して、各相電流検出値の総和が
   所定の許容範囲内にない異常タイミングを検出する手段
   と、 上記異常タイミングの発生回数が、上記電動機の電気角
   １周期におけるサンプリング回数に対し所定程度以上の
   割合を占めているときに、いずれかの相に係る電流セン
   サ又はこれに関連する回路若しくは配線に異常が生じた
   と判定する手段と、 を備えることを特徴とする交流電動機制御用電流センサ
   異常検出装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の交流電動機制御用電流セ
   ンサ異常検出装置において、 上記異常タイミングを、上記総和が上記許容範囲の上限
   を上回る上寄り異常タイミングと下限を下回る下寄り異
   常タイミングとに分類する手段と、 上記上寄り異常タイミングの発生回数と上記下寄り異常
   タイミングの発生回数との間に有意差が生じているとき
   に、上記電流センサ又はこれに関連する回路若しくは配
   線に異常が生じたとの判定を回避する手段と、 を備えることを特徴とする交流電動機制御用電流センサ
   異常検出装置。