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JP7845082B2 - Motor short-circuit detection device and motor control system equipped therewith - Google Patents
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JP7845082B2 - Motor short-circuit detection device and motor control system equipped therewith - Google Patents

Motor short-circuit detection device and motor control system equipped therewith

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JP7845082B2 JP2022102511A JP2022102511A JP7845082B2 JP 7845082 B2 JP7845082 B2 JP 7845082B2 JP 2022102511 A JP2022102511 A JP 2022102511A JP 2022102511 A JP2022102511 A JP 2022102511A JP 7845082 B2 JP7845082 B2 JP 7845082B2
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Description

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。 This invention relates to a motor short-circuit detection device and a motor control system equipped therewith.

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。 Electric vehicles and hybrid vehicles are widely used. Electric vehicles are equipped with a motor and propel themselves using the motor's power. Hybrid vehicles are equipped with an engine in addition to a motor, and propel themselves by appropriately combining the power of the motor and the engine. Generally, motor-generators, which have power generation performance as a design consideration, are used as motors. In addition to propelling the electric vehicle, the motor-generator also brakes the electric vehicle through regenerative braking, and charges the battery that drives the motor-generator with the power generated by regenerative braking. In this specification, the term "motor" includes the concept of a motor-generator.

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)。 As a technology related to the present invention, a method for diagnosing the degree of deterioration of an induction motor based on the harmonic components of the phase current flowing through the induction motor while the induction motor is in operation has been disclosed (Patent Document 1).

特開2003-75516号公報Japanese Patent Publication No. 2003-75516

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。 The conventional technology described above targets steady-state operation of induction motors and calculates the harmonic content of the phase current using a Fast Fourier Transform (FFT). However, errors occur in FFT calculations outside of steady-state operation, making it unsuitable for use in the main motors of electric and hybrid vehicles operating in variable-speed states that are not steady-state.

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。 One aspect of the present invention includes an extraction unit that measures the d-axis current and q-axis current of a motor and extracts the second harmonics of the d-axis current and the q-axis current; a first all-pass filter that changes the phase of the second harmonic of the d-axis current to calculate the second harmonic of a pseudo-q-axis current; a second all-pass filter that changes the phase of the second harmonic of the q-axis current to calculate the second harmonic of a pseudo-d-axis current; a first amplitude/phase calculation unit that calculates the amplitude and phase of the second harmonic of the d-axis current from the second harmonic of the d-axis current and the second harmonic of the pseudo-q-axis current; and a unit that calculates the amplitude and phase of the second harmonic of the q-axis current from the second harmonic of the q-axis current and the second harmonic of the pseudo-d-axis current. A motor short-circuit detection device comprising: a second amplitude/phase calculation unit; an averaging processing unit that calculates an averaged second harmonic amplitude and averaged second harmonic phase by averaging the amplitude and phase of the second harmonic of the d-axis current and the amplitude and phase of the second harmonic of the q-axis current; and a low-pass filter that is applied to the averaged second harmonic amplitude and the averaged second harmonic phase and outputs a second harmonic amplitude and second harmonic phase; and characterized by performing at least one of the following: a process of detecting a phase-to-phase short circuit or a turn-to-turn short circuit of the motor using the second harmonic amplitude, or a process of identifying the location of a phase-to-phase short circuit or a turn-to-turn short circuit of the motor using the second harmonic phase.

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。 Here, it is preferable that the first all-pass filter calculates the second harmonic of the pseudo-q-axis current by advancing the phase of the second harmonic of the d-axis current by 90 degrees or delaying it by 270 degrees, and that the second all-pass filter calculates the second harmonic of the pseudo-d-axis current by delaying the phase of the second harmonic of the q-axis current by 90 degrees.

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。 Furthermore, the process of identifying the location of a phase-to-phase short circuit or turn-to-turn short circuit in the motor using the second harmonic phase is preferably performed by identifying the short circuit location according to the phase range of the second harmonic phase.

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。 Furthermore, the process of detecting a phase-to-phase short circuit or turn-to-turn short circuit in the motor using the second harmonic amplitude preferably involves using the second harmonic amplitude to determine the degree of the short circuit.

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。 Another aspect of the present invention is a motor control system that controls the motor according to the determination result of a phase-to-phase short circuit or turn-to-turn short circuit of the motor by the motor short-circuit detection device.

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。 Here, it is preferable to perform one of the following based on the value of the second harmonic amplitude: continuous operation control, which continues the operation of the motor; output torque limiting operation control, which limits the output torque of the motor during operation; or motor stop control, which stops the operation of the motor.

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。 Furthermore, in the output torque limiting operation control described above, it is preferable to use currents obtained by applying a bandstop filter to remove second harmonics to the d-axis current and the q-axis current, instead of the d-axis current and the q-axis current.

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。 According to the present invention, it is possible to provide a motor short-circuit detection device that identifies the short-circuit state and location of a motor that is not in a steady state, and a motor control system equipped therewith.

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。This figure shows the configuration of a motor control system in an embodiment of the present invention. 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。This figure shows the configuration of the controller in an embodiment of the present invention. 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。This is a simulation result of what happens when an inter-turn short circuit occurs in the U-phase winding in an embodiment of the present invention. 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。This figure shows the change in the second harmonic of the dq-axis current when a VW phase short circuit occurs. 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。This figure shows the changes in the second harmonic of the three-phase current and dq-axis current when a short circuit occurs between the U-phase turns while the output torque is zero. 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。This figure shows the changes in the second harmonic of the three-phase current and dq-axis current when a UV phase short circuit occurs while the output torque is zero. 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。This figure shows the changes in the second harmonic of the three-phase current and dq-axis current when a short circuit occurs between the U-phase turns while the output torque is not zero. 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。This figure shows the changes in the second harmonic of the three-phase current and dq-axis current when a UV phase short circuit occurs while the output torque is not zero. 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。This figure shows the phase of the second harmonic of the dq-axis current when an inter-turn short circuit occurs in a state where the output torque is not zero. 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。This figure shows the phase of the second harmonic of the dq-axis current when a phase-to-phase short circuit occurs in a state where the output torque is not zero. dq軸電流の2次調波の位相の判定条件を示す図である。This figure shows the criteria for determining the phase of the second harmonic of the dq-axis current. 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。This is a flowchart showing the motor short-circuit detection process in this embodiment. 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。This is a flowchart showing the motor operation control process in this embodiment.

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。 The motor control system 100 in this embodiment of the present invention comprises a battery 10, an inverter 12, a motor 16, a current sensor 18, a resolver 20, a voltage sensor 22, and a controller 24, as shown in the configuration diagram of Figure 1. The following describes an example in which the motor control system 100 is mounted on an electric vehicle and the motor 16 drives the electric vehicle.

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。 In the motor control system 100, the inverter 12, current sensor 18, resolver 20, and controller 24 constitute a motor control device for controlling the motor 16. The inverter 12 includes a U-phase switching arm 14u, a V-phase switching arm 14v, and a W-phase switching arm 14w. Each switching arm includes an upper switching element SP and a lower switching element SL connected in series. Each switching element may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). When IGBTs are used as switching elements, series connection means that the collector electrode of one switching element is connected to the emitter electrode of the other. When MOSFETs are used as switching elements, series connection means that the drain electrode of the other switching element is connected to the source electrode of the other.

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。 When IGBTs are used as switching elements, each switching element comprises a diode with the anode electrode connected to the emitter electrode of the IGBT and the cathode electrode connected to the collector electrode. When MOSFETs are used as switching elements, each switching element comprises a diode with the anode electrode connected to the source electrode of the MOSFET and the cathode electrode connected to the drain electrode.

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。 The U-phase switching arm 14u, V-phase switching arm 14v, and W-phase switching arm 14w are connected in parallel. That is, one end of the U-phase switching arm 14u, V-phase switching arm 14v, and W-phase switching arm 14w are connected in common, and the other ends of the U-phase switching arm 14u, V-phase switching arm 14v, and W-phase switching arm 14w are also connected in common. One end of each switching arm is connected to the positive terminal of the battery 10, and the other end of each switching arm is connected to the negative terminal of the battery 10.

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。 The U-phase terminal 26u of the motor 16 is connected to the series connection point of the upper switching element SP and the lower switching element SL in the U-phase switching arm 14u. The V-phase terminal 26v of the motor 16 is connected to the series connection point of the upper switching element SP and the lower switching element SL in the V-phase switching arm 14v. The W-phase terminal 26w of the motor 16 is connected to the series connection point of the upper switching element SP and the lower switching element SL in the W-phase switching arm 14w.

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。 The motor 16 comprises a U-phase winding 16u, a V-phase winding 16v, and a W-phase winding 16w. In the example shown in Figure 1, the U-phase winding 16u, V-phase winding 16v, and W-phase winding 16w are connected in a Y-connection, with one end of each connected at a neutral point. The other ends of the U-phase winding 16u, V-phase winding 16v, and W-phase winding 16w are provided with U-phase terminals 26u, V-phase terminals 26v, and W-phase terminals 26w, respectively.

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。 The current sensor 18 detects the current flowing through the U-phase terminal 26u, V-phase terminal 26v, and W-phase terminal 26w, and outputs the U-phase current detection value Iu, the V-phase current detection value Iv, and the W-phase current detection value Iw to the controller 24. The resolver 20 detects the mechanical angle θm of the motor 16 and outputs the mechanical angle θm to the controller 24. The mechanical angle θm is a value indicating the actual rotation angle of the motor 16's rotor. The controller 24 converts the mechanical angle θm to an electrical angle θ. The electrical angle θ is the angle obtained by converting one period of the electromagnetic field phenomenon around the rotor to 360°. The resolver 20 may also output the electrical angle θ to the controller 24. The voltage sensor 22 detects the terminal voltage of the capacitor C connected in parallel to both output terminals of the battery 10, detects the power supply voltage V, and outputs it to the controller 24.

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。 The controller 24 controls the motor 16 based on torque command values corresponding to the driving conditions and operating operations. Specifically, the controller 24 determines the d-axis current command value and q-axis current command value based on the torque command value, and also determines the d-axis current measurement value and q-axis current measurement value based on the U-phase current detection value Iu, the V-phase current detection value Iv, and the W-phase current detection value Iw. The controller 24 controls the inverter 12 based on the difference between the d-axis current measurement value and the d-axis current command value, the difference between the q-axis current measurement value and the q-axis current command value, and the electrical angle θ. The inverter 12 then switches the voltage applied to the motor 16.

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。 Figure 2 shows the configuration of the controller 24. The controller 24 includes a motor control unit 40 and a short-circuit detection unit 42. The motor control unit 40 includes a three-phase/dq-axis converter 52, a current command generator 54, a d-axis subtractor 56d, a q-axis subtractor 56q, a d-axis PI calculator 58d, a q-axis PI calculator 58q, a dq-axis/three-phase converter 60, and a PWM controller 62. The controller 24 may be configured by a processor that executes a program. In this case, the processor executes a control program to realize the processing in the three-phase/dq-axis converter 52, the current command generator 54, the d-axis subtractor 56d, the q-axis subtractor 56q, the d-axis PI calculator 58d, the q-axis PI calculator 58q, the dq-axis/three-phase converter 60, and the PWM controller 62.

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及びq軸電流測定値Iに変換する。 The three-phase/dq-axis converter 52 uses equations (1) and (2) to convert the U-phase current detection value Iu, the V-phase current detection value Iv, and the W-phase current detection value Iw into the d-axis current measurement value Id and the q-axis current measurement value Iq .

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 及びq軸電流指令値I を求める。d軸減算器56dは、d軸電流指令値I からd軸電流測定値I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 からq軸電流測定値I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とd軸電流指令値I との差異を示す。また、q軸誤差は、q軸電流測定値Iとq軸電流指令値I 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を求める。 The current command generator 54 determines the d-axis current command value Id * and the q-axis current command value Iq * based on the torque command value T * corresponding to the driving state and driving operation. The d-axis subtractor 56d calculates the d-axis error by subtracting the measured d-axis current value Id * from the d-axis current command value Id *. The q-axis subtractor 56q calculates the q-axis error by subtracting the measured q-axis current value Iq * from the q-axis current command value Iq *. Here, the d-axis error represents the difference between the measured d-axis current value Id and the d-axis current command value Id * . The q-axis error represents the difference between the measured q-axis current value Iq and the q-axis current command value Iq * . The d-axis PI calculator 58d applies proportional-integral processing to the d-axis error to determine the d-axis control value vd . The q-axis PI calculator 58q applies proportional-integral processing to the q-axis error to determine the q-axis control value vq .

dq軸/三相変換器60は、d軸制御値v及びq軸制御値v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。 The dq-axis/three-phase converter 60 converts the d-axis control value vd and the q-axis control value vq into a U-phase voltage command value Vu, a V-phase voltage command value Vv, and a W-phase voltage command value Vw, and outputs them to the PWM controller 62. Here, the U-phase voltage command value Vu, the V-phase voltage command value Vv, and the W-phase voltage command value Vw are command values for controlling the U-phase switching arm 14u, the V-phase switching arm 14v, and the W-phase switching arm 14w by PWM (Pulse Width Modulation), respectively.

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。 The PWM controller 62 generates control signals UP and UL for the upper switching element SP and lower switching element SL of the U-phase switching arm 14u based on the U-phase voltage command value Vu. The control signal UP may be a square wave signal whose pulse width increases as the U-phase voltage command value Vu increases. The control signal UL may be the inverted high/low signal of the control signal UP. When the control signal UP is high, the upper switching element SP of the U-phase switching arm 14u is turned on, and when the control signal UP is low, the upper switching element SP of the U-phase switching arm 14u is turned off. Similarly, when the control signal UL is high, the lower switching element SL of the U-phase switching arm 14u is turned on, and when the control signal UL is low, the lower switching element SL of the U-phase switching arm 14u is turned off.

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。 Through a similar process, the PWM controller 62 generates control signals VP and VL for the upper switching element SP and lower switching element SL of the V-phase switching arm 14v based on the V-phase voltage command value Vv. The PWM controller 62 also generates control signals WP and WL for the upper switching element SP and lower switching element SL of the W-phase switching arm 14w based on the W-phase voltage command value Vw. Each switching element turns on when the control signal is high and turns off when the control signal is low.

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。 For example, control signals VP and VL are signals that are 120° behind the control signals UP and UL, respectively, and control signals WP and WL are signals that are 120° behind the control signals VP and VL, respectively.

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。 Through this control by the motor control unit 40, U-phase current iu, V-phase current iv, and W-phase current iw flow through the U-phase winding 16u, V-phase winding 16v, and W-phase winding 16w of the motor 16, according to the torque command value T * , and the motor 16 generates torque according to the torque command value T * .

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。 Next, the short-circuit detection unit 42 will be described. The short-circuit detection unit 42 detects a rare short (also called a layer short) as an abnormality in one of the U-phase winding 16u, V-phase winding 16v, or W-phase winding 16w. In the motor 16, the conductors constituting one phase winding of the multi-phase windings are adjacent to the conductors constituting the windings of other phases. Normally, adjacent conductors are insulated from each other. However, mechanical or thermal stress on the motor 16 can reduce the insulation resistance, causing a rare short. That is, a rare short can be either a short circuit between windings of different phases, or an inter-phase short where the insulation resistance between windings of different phases becomes low.

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。 Furthermore, in the motor 16, one phase winding is formed by overlapping and winding wires covered with an insulating coating. Normally, the wires are electrically insulated by the insulating coating, but mechanical or thermal stress can reduce the insulation resistance, leading to a rare short circuit. Specifically, a rare short circuit can occur either when different points in the wires constituting one phase winding short-circuit, or when the insulation resistance between different points in the wires constituting one phase winding becomes low, resulting in an inter-turn short circuit.

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。 When such a rare short circuit occurs, it becomes difficult for the motor 16 to perform adequately. The short-circuit detection unit 42 detects the rare short circuit by the configuration and process described below. Figure 3 shows the configuration of the short-circuit detection unit 42 in this embodiment.

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及びq軸電流測定値Iが入力される。d軸電流測定値I及びq軸電流測定値I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。 The short-circuit detection unit 42 includes a bandpass filter 64, an all-pass filter 66, a coordinate converter 68, an amplitude/phase calculator 70, an all-pass filter 72, a coordinate converter 74, an amplitude/phase calculator 76, an averaging processing unit 78, a low-pass filter 80, a short-circuit detection processing unit 82, and an operation control unit 84. The short-circuit detection unit 42 receives the d-axis current measurement value Id and the q-axis current measurement value Iq as input. The d-axis current measurement value Id and the q-axis current measurement value Iq can be input, for example, from the three-phase/dq-axis converter 52 of the motor control unit 40.

バンドパスフィルタ64は、d軸電流測定値I及びq軸電流測定値I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の入力を受けて、d軸電流測定値Iの2次調波を抽出してd軸電流2次調波Idbpf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の入力を受けて、q軸電流測定値Iの2次調波を抽出してq軸電流2次調波Iqbpf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。 The bandpass filter 64 is a unit that extracts the second harmonic of the d-axis current measurement I d and the q-axis current measurement I q . The bandpass filter 64 receives the input of the d-axis current measurement I d , extracts the second harmonic of the d-axis current measurement I d , and outputs the d-axis current second harmonic I dbpf . The bandpass filter 64 also receives the input of the q-axis current measurement I q , extracts the second harmonic of the q-axis current measurement I q , and outputs the q-axis current second harmonic I qbpf . The bandpass filter 64 should be a bandpass filter with a center frequency of twice the electrical rotation frequency (dθ/dt/2π).

オールパスフィルタ66は、d軸電流2次調波Idbpf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Idbpfを受けて、d軸電流2次調波Idbpf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Iq_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Idbpf及びオールパスフィルタ66から擬似q軸電流2次調波Iq_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Id2h_d及び回転2次q軸電流Iq2h_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Id2h_d及び回転2次q軸電流Iq2h_dを受けて、d軸電流2次調波Idbpfと擬似q軸電流2次調波Iq_apfから算出されたd軸電流測定値Iの2次調波の位相を示すd軸電流2次調波位相I2hphi_d及びd軸電流測定値Iの2次調波の振幅を示すd軸電流2次調波振幅I2hamp_dを算出して出力する。 The all-pass filter 66 changes the phase of the d-axis current second harmonic I dbpf to generate the second harmonic of the pseudo-q-axis current. The all-pass filter 66 receives the d-axis current second harmonic I dbpf and generates the second harmonic of the pseudo-q-axis current by advancing the phase of the d-axis current second harmonic I dbpf by 90 degrees (or delaying it by 270 degrees), and outputs the pseudo-q-axis current second harmonic I q_apf . The coordinate converter 68 receives the d-axis current second harmonic I dbpf from the bandpass filter 64 and the pseudo-q-axis current second harmonic I q_apf from the all-pass filter 66, converts these from the dq axis to the rotational second-order dq axis, and outputs the rotational second-order d-axis current I d2h_d and the rotational second-order q-axis current I q2h_d . The amplitude/phase calculator 70 receives the rotational secondary d-axis current I d2h_d and the rotational secondary q-axis current I q2h_d from the coordinate converter 68, and calculates and outputs the d-axis current secondary harmonic phase I 2hphi_d , which indicates the phase of the second harmonic of the d-axis current measurement value I d , and the d-axis current secondary harmonic amplitude I 2hamp_d , which indicates the amplitude of the second harmonic of the d-axis current measurement value I d , calculated from the d-axis current secondary harmonic I dbpf and the pseudo-q-axis current secondary harmonic I qapf.

オールパスフィルタ72は、q軸電流2次調波Iqbpf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Iqbpfを受けて、q軸電流2次調波Iqbpf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Id_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Iqbpf及びオールパスフィルタ72から擬似d軸電流2次調波Id_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Id2h_q及び回転2次q軸電流Iq2h_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Id2h_q及び回転2次q軸電流Iq2h_qを受けて、q軸電流2次調波Iqbpfと擬似d軸電流2次調波Id_apfから算出されたq軸電流測定値Iの2次調波の位相を示すq軸電流2次調波位相I2hphi_q及びq軸電流測定値Iの2次調波の振幅を示すq軸電流2次調波振幅I2hamp_qを算出して出力する。 The all-pass filter 72 changes the phase of the q-axis current second harmonic I qbpf to generate the second harmonic of the pseudo d-axis current. The all-pass filter 72 receives the q-axis current second harmonic I qbpf and generates the second harmonic of the pseudo d-axis current by delaying the phase of the q-axis current second harmonic I qbpf by 90 degrees, and outputs the pseudo d-axis current second harmonic I d_apf . The coordinate converter 74 receives the q-axis current second harmonic I qbpf from the bandpass filter 64 and the pseudo d-axis current second harmonic I d_apf from the all-pass filter 72, and converts these from the dq axis to the rotational second dq axis, outputting the rotational second d-axis current I d2h_q and the rotational second q-axis current I q2h_q . The amplitude/phase calculator 76 receives the rotational secondary d-axis current I d2h_q and the rotational secondary q-axis current I q2h_q from the coordinate converter 74, and calculates and outputs the q-axis current second harmonic phase I 2hphi_q , which indicates the phase of the second harmonic of the q-axis current measurement value I q calculated from the q-axis current second harmonic I qbpf and the pseudo d-axis current second harmonic I d_apf , and the q-axis current second harmonic amplitude I 2hamp_q , which indicates the amplitude of the second harmonic of the q-axis current measurement value I q .

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I2hphi_d及びd軸電流2次調波振幅I2hamp_d並びに振幅・位相算出器76からq軸電流2次調波位相I2hphi_q及びq軸電流2次調波振幅I2hamp_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I2hphi及び平均化2次調波振幅I2hamp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I2hphi及び平均化2次調波振幅I2hampを受けて、平均化2次調波位相I2hphi及び平均化2次調波振幅I2hampの高周波成分を除去して2次調波位相I2hphif及び2次調波振幅I2hampf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I2hphi及び平均化2次調波振幅I2hamp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。 The averaging processing unit 78 receives the d-axis current second harmonic phase I 2hphi_d and the d-axis current second harmonic amplitude I 2hamp_d from the amplitude/phase calculator 70, and the q-axis current second harmonic phase I 2hphi_q and the q-axis current second harmonic amplitude I 2hamp_q from the amplitude/phase calculator 76, and averages these amplitudes and phases to output the averaged second harmonic phase I 2hphi and the averaged second harmonic amplitude I 2hamp . The low-pass filter 80 receives the averaged second harmonic phase I 2hphi and the averaged second harmonic amplitude I 2hamp from the averaging processing unit 78, and removes the high-frequency components of the averaged second harmonic phase I 2hphi and the averaged second harmonic amplitude I 2hamp to output the second harmonic phase I 2hphif and the second harmonic amplitude I 2hampf . The transmission frequency band of the low-pass filter 80 should be set appropriately so that the high-frequency components of the averaged second harmonic phase I 2hphi and averaged second harmonic amplitude I 2hamp can be removed to the extent that the short-circuit detection processing unit 82, described later, can determine a rare short circuit. For example, the transmission frequency band of the low-pass filter 80 is set to be less than or equal to the transmission frequency band of the band-pass filter 64.

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I2hphif及び2次調波振幅I2hampfを受けて、2次調波位相I2hphif及び2次調波振幅I2hampf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。 The short-circuit detection processing unit 82 receives the second harmonic phase I 2hphif and second harmonic amplitude I 2hampf from the low-pass filter 80 and determines whether the motor 16 is in a rare short-circuit state based on the second harmonic phase I 2hphif and second harmonic amplitude I 2hampf . Furthermore, if the motor 16 is in a rare short-circuit state, the short-circuit detection processing unit 82 can determine whether it is a phase-to-phase short circuit or a turn-to-turn short circuit. In addition, if the motor 16 is in a phase-to-phase short circuit, the short-circuit detection processing unit 82 can determine whether it is a V-phase to W-phase short circuit (VW phase-to-phase short circuit), a W-phase to U-phase short circuit (WU phase-to-phase short circuit), or a U-phase to V-phase short circuit (UV phase-to-phase short circuit), and the degree of the short circuit. Furthermore, the short-circuit detection processing unit 82 can determine whether the motor 16 is experiencing a turn-to-turn short circuit in the U-phase, V-phase, or W-phase, and can also determine the degree of the short circuit. The determination process in the short-circuit detection processing unit 82 will be described later.

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。 The operation control unit 84 performs operation control processing to set the operating conditions of the motor 16 according to the result of the short-circuit detection processing unit 82's determination of a rare short-circuit state. The operation control processing performed by the operation control unit 84 for the motor 16 will be described later.

[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。
[Short-circuit detection process]
The following describes the short-circuit detection process related to rare shorts in the short-circuit detection processing unit 82.

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。 Figure 4 shows the time variation of the second harmonic of the dq-axis current (and the time variation after all-pass filtering) when the motor 16 experiences a VW phase short circuit, as well as the second harmonic amplitude and second harmonic phase of the dq-axis current output from the low-pass filter 80. As shown in Figure 4, when the motor 16 experiences a VW phase short circuit, the second harmonic phase of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 remains stable within a phase range of 0 degrees to less than 120 degrees without significant time fluctuations. Furthermore, the second harmonic amplitude of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 also does not fluctuate significantly over time, exhibiting values corresponding to the degree of the short circuit. Note that "values corresponding to the degree of the short circuit" means that smaller values are observed for smaller short-circuit currents, and larger values are observed for larger short-circuit currents.

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。 Furthermore, even if motor 16 experiences a WU phase short circuit, the second harmonic amplitude and phase do not fluctuate significantly over time. When motor 16 experiences a WU phase short circuit, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 120 degrees to less than 240 degrees. Similarly, even if motor 16 experiences a UV phase short circuit, the second harmonic amplitude and phase do not fluctuate significantly over time. When motor 16 experiences a UV phase short circuit, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 240 degrees to less than 360 degrees.

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。 Figure 5 shows the time variation of the second harmonic of the three-phase current and dq-axis current when a short circuit occurs between the U-phase turns of the motor 16 during operation with zero output torque, as well as the second harmonic amplitude and second harmonic phase of the dq-axis current output from the low-pass filter 80. As shown in Figure 5, when the motor 16 experiences a short circuit between the U-phase turns, the second harmonic phase of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 remains stable within a phase range of 90 degrees to less than 150 degrees without significant time fluctuations. Furthermore, the second harmonic amplitude of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 is almost zero and does not fluctuate significantly over time.

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。 Furthermore, even if a V-phase short circuit occurs in the motor 16 while it is operating with zero output torque, the second harmonic amplitude and phase do not fluctuate significantly over time. When a V-phase short circuit occurs in the motor 16, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 210 degrees to less than 270 degrees, and the second harmonic amplitude of the dq-axis current stabilizes at approximately 0. Similarly, even if a W-phase short circuit occurs in the motor 16 while it is operating with zero output torque, the second harmonic amplitude and phase do not fluctuate significantly over time. When a W-phase short circuit occurs in the motor 16, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 330 degrees to 360 degrees or 0 degrees to less than 30 degrees, and the second harmonic amplitude of the dq-axis current stabilizes at approximately 0.

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。 Furthermore, if inter-turn short circuits occur in both phases, the second harmonic phase will be in the midpoint of the phase ranges for each inter-turn short circuit. That is, if inter-turn short circuits occur in both the W and U phases, the second harmonic phase of the dq-axis current will stabilize within a phase range of 30 degrees to less than 90 degrees. If inter-turn short circuits occur in both the U and V phases, the second harmonic phase of the dq-axis current will stabilize within a phase range of 150 degrees to less than 210 degrees. If inter-turn short circuits occur in both the V and W phases, the second harmonic phase of the dq-axis current will stabilize within a phase range of 270 degrees to less than 330 degrees.

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。 Figure 6 shows the three-phase current, the time variation of the second harmonic of the dq-axis current, and the second harmonic amplitude and phase of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 when a UV-phase short circuit occurs in the motor 16 during operation with zero output torque. When a UV-phase short circuit occurs in the motor 16 during operation with zero output torque, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 240 degrees to less than 360 degrees. Furthermore, the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than zero, indicating a value corresponding to the degree of the short circuit.

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。 Furthermore, if a WU phase short circuit occurs in the motor 16 while it is operating with zero output torque, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 120 degrees to less than 240 degrees, and the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than 0, showing a value corresponding to the degree of the short circuit. Also, if a VW phase short circuit occurs in the motor 16 while it is operating with zero output torque, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 0 degrees to less than 120 degrees, and the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than 0, showing a value corresponding to the degree of the short circuit.

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。 Figure 7 shows the three-phase current, the time variation of the second harmonic of the dq-axis current, and the second harmonic amplitude and phase of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 when a short circuit occurs between the U-phase turns of the motor 16 during operation with an output torque other than zero. When a short circuit occurs between the U-phase turns of the motor 16 during operation with an output torque other than zero, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 90 degrees to less than 150 degrees. Furthermore, the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than zero, indicating a value corresponding to the degree of the short circuit.

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。 Furthermore, if a V-phase turn-to-turn short circuit occurs in the motor 16 while it is operating with an output torque other than zero, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 210 degrees to less than 270 degrees, and the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than zero, showing a value corresponding to the degree of the short circuit. Also, if a W-phase turn-to-turn short circuit occurs in the motor 16 while it is operating with an output torque other than zero, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 330 degrees to 360 degrees or 0 degrees to less than 30 degrees, and the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than zero, showing a value corresponding to the degree of the short circuit.

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。 Furthermore, if an inter-turn short circuit occurs in both phases of the motor 16 during operation when the output torque is not zero, the second harmonic phase will be in the midpoint of the phase range of each inter-turn short circuit. That is, if an inter-turn short circuit occurs in both the W and U phases, the second harmonic phase of the dq-axis current will stabilize in a phase range of 30 degrees to less than 90 degrees. If an inter-turn short circuit occurs in both the U and V phases, the second harmonic phase of the dq-axis current will stabilize in a phase range of 150 degrees to less than 210 degrees. If an inter-turn short circuit occurs in both the V and W phases, the second harmonic phase of the dq-axis current will stabilize in a phase range of 270 degrees to less than 330 degrees. In all cases, the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than zero and shows a value corresponding to the degree of the short circuit.

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。 Figure 8 shows the three-phase current, the time variation of the second harmonic of the dq-axis current, and the second harmonic amplitude and phase of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 when a UV-phase short circuit occurs in motor 16 operating with an output torque other than zero. When a UV-phase short circuit occurs in motor 16 operating with an output torque other than zero, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 240 degrees to less than 360 degrees, similar to the case when a UV-phase short circuit occurs in motor 16 operating with an output torque of zero. Furthermore, the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than zero, indicating a value corresponding to the degree of the short circuit.

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。 Furthermore, if a WU phase short circuit occurs in the motor 16 while it is operating with an output torque other than zero, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 120 degrees to less than 240 degrees, and the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than zero, showing a value corresponding to the degree of the short circuit. Also, if a VW phase short circuit occurs in the motor 16 while it is operating with an output torque other than zero, the second harmonic phase of the dq-axis current stabilizes within a phase range of 0 degrees to less than 120 degrees, and the second harmonic amplitude of the dq-axis current is greater than zero, showing a value corresponding to the degree of the short circuit.

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。 Figure 9 summarizes the phase of the second harmonic of the dq-axis current when a turn-to-turn short circuit occurs in each phase of the motor 16 during operation with an output torque other than zero. Figure 10 summarizes the phase of the second harmonic of the dq-axis current when a phase-to-phase short circuit occurs between multiple phases of the motor 16 during operation with an output torque other than zero. Figure 11 summarizes the conditions for determining the phase of the second harmonic of the dq-axis current.

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。 Furthermore, the second harmonic phase conditions used to determine a rare short circuit are relative and will still hold even if the phase offset value is changed by any arbitrary amount.

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。 Figure 12 is a flowchart showing the process of detecting a rare short circuit by the short-circuit detection processing unit 82. The process of detecting a rare short circuit by the short-circuit detection processing unit 82 will be explained below with reference to Figure 12.

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。 In step S10, it is determined whether the current rotational speed of the motor 16 is equal to or greater than a predetermined reference rotational speed. If the current rotational speed of the motor 16 is equal to or greater than the reference rotational speed, the process proceeds to step S12. If it is less than the reference rotational speed, the process is terminated, as it is determined that a rare short circuit cannot be detected. In this embodiment, the reference rotational speed is set to 1000 rpm as an example. However, the reference rotational speed is not limited to this value; it should be set to a value that allows for appropriate detection of rare short circuits according to the basic characteristics of the motor 16.

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I2hampf及び2次調波位相I2hphif)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。 In step S12, the amplitude and phase of the second harmonic of the dq-axis current (second harmonic amplitude I 2hampf and second harmonic phase I 2hphif ) are calculated based on the processing of the short-circuit determination unit 42 described above. In step S14, it is determined whether the torque command value for the output torque to the motor 16 is 0 or not. If the torque command value is 0 or nearly 0, the process proceeds to step S16; if the torque command value is not 0, the process proceeds to step S24. The reference value of the torque command used to determine whether the torque command value is 0 or nearly 0 or not should be set to a value that can appropriately detect a rare short circuit according to the basic characteristics of the motor 16.

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I2hampf)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。 In step S16, a rare short circuit is determined when the motor 16 is operating with a torque command value of 0 or nearly 0, i.e., with an output torque of 0. Here, it is determined whether the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 (second harmonic amplitude I 2hampf ) is greater than or equal to a predetermined reference amplitude value. If the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current is greater than or equal to the reference amplitude value, the process moves to step S18; otherwise, the process moves to step S22.

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。 Here, the reference amplitude value should be set to a value that can appropriately detect a rare short circuit according to the basic characteristics of the motor 16. When a turn-to-turn short circuit or no short circuit occurs, the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current is approximately zero. Therefore, the reference amplitude value should be set to a value that can detect, for example, that the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current is near zero.

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I2hphif)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。 In step S18, it is determined that a phase-to-phase short circuit has occurred. Specifically, the short-circuit determination processing unit 82 determines that a phase-to-phase short circuit has occurred when the motor 16 is operating with an output torque of 0 (or nearly 0) and the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current is greater than or equal to a reference amplitude value. In step S20, the location of the phase-to-phase short circuit is determined. Based on the determination conditions for the phase of the second harmonic of the dq-axis current, the short-circuit determination processing unit 82 determines that the short-circuit location is in a phase that falls within the phase range of the determination conditions satisfied by the phase of the second harmonic (second harmonic phase I 2hphif ). Specifically, the determination conditions for the phase of the second harmonic of the dq-axis current shown in Figure 11 are created in a database, and this database is stored in memory so that it can be referenced by the short-circuit determination processing unit 82. By referring to this database, the location of the short circuit can be determined from the range of the second harmonic phase. However, the specific processing method is not limited to this, and a logic-based determination process based on the phase determination condition of the second harmonic of the dq axis current may be implemented, and a program or logic circuit that performs the determination process based on that logic may be used.

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。 In step S22, it is determined whether an inter-turn short circuit has occurred or not. Specifically, the short-circuit determination processing unit 82 determines whether an inter-turn short circuit has occurred or not when the motor 16 is operating with an output torque of 0 (or nearly 0) and the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current is less than the reference amplitude value.

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。 If the torque command is not 0 in step S14, the process in step S24 is performed. In step S24, it is determined whether or not a phase-to-phase short circuit has occurred so far. If a phase-to-phase short circuit has occurred in the previous determination process, it is determined that a phase-to-phase short circuit has occurred, and the determination process is terminated. If no phase-to-phase short circuit has occurred in the previous determination process, the process proceeds to step S26.

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I2hampf)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。 In step S26, a rare short circuit is determined when the motor 16 is operating with an output torque other than zero. Here, it is determined whether the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 (second harmonic amplitude I 2hampf ) is greater than or equal to a predetermined reference amplitude value. If the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current is greater than or equal to the reference amplitude value, the process proceeds to step S28; otherwise, the process proceeds to step S32.

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I2hphif)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。 In step S28, it is determined that an inter-turn short circuit has occurred. Specifically, the short-circuit determination processing unit 82 determines that an inter-turn short circuit has occurred when the motor 16 is operating with an output torque other than 0 and the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current is greater than or equal to the reference amplitude value. In step S30, the location of the inter-turn short circuit is determined. Based on the determination conditions for the phase of the second harmonic of the dq-axis current, the short-circuit determination processing unit 82 determines that an inter-turn short circuit has occurred in a phase that falls within the phase range of the determination conditions satisfied by the phase of the second harmonic (second harmonic phase I 2hphif ). Specifically, the determination conditions for the phase of the second harmonic of the dq-axis current shown in Figure 11 are created in a database, and this database is stored in memory so that it can be referenced by the short-circuit determination processing unit 82. By referring to this database, the location of the short circuit can be determined from the range of the second harmonic phase. However, the specific processing method is not limited to this, and a logic-based determination process based on the phase determination condition of the second harmonic of the dq axis current may be implemented, and a program or logic circuit that performs the determination process based on that logic may be used.

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。 In step S32, it is determined that no short circuit has occurred. That is, the short-circuit detection processing unit 82 determines that no short circuit has occurred when the motor 16 is operating with an output torque other than zero, and the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current is less than the reference amplitude value.

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。 As described above, the motor control system 100 in this embodiment can detect rare short circuits in the motor 16 and pinpoint their location without calculating the harmonic content of the phase current's harmonic order using a Fast Fourier Transform (FFT). In particular, it can accurately detect rare short circuits in motors 16 mounted on electric vehicles and hybrid vehicles used in variable-speed conditions. Furthermore, it can suppress instability in the determination of short circuits and the location of short circuits due to offset errors in the three-phase current detector, gain imbalances, errors in the rotational position detector, and time changes in the amplitude and phase of the second harmonic of the dq-axis current.

[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。
[Operation control processing]
Figure 13 is a flowchart showing the operation control process for controlling the operation of the motor 16 according to the result of the short-circuit detection process by the short-circuit detection processing unit 82. The operation control process for the motor 16 by the operation control unit 84 will be described below with reference to Figure 13.

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I2hampf)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I2hampf)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I2hampf)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I2hampf)の最大値に設定する。 In step S40, it is determined whether the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 (second harmonic amplitude I 2hampf ) is less than a predetermined first reference value. If the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current (second harmonic amplitude I 2hampf ) is less than the first reference value, the process moves to step S42; if it is greater than or equal to the first reference value, the process moves to step S44. The first reference value is set to the value of the second harmonic amplitude of the dq-axis current (second harmonic amplitude I 2hampf ) that allows the motor 16 to continue operating. For example, the first reference value is set to the maximum value of the second harmonic amplitude of the dq-axis current (second harmonic amplitude I 2hampf ) that allows the motor 16 to continue operating.

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。 In step S42, the motor 16 is kept running. The operation control unit 84 outputs a control signal to the PWM controller 62 of the motor control unit 40 to continue operating the motor 16 as normal. As a result, the motor 16 continues to operate.

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I2hampf)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I2hampf)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I2hampf)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。 In step S44, it is determined whether the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current output from the low-pass filter 80 (second harmonic amplitude I 2hampf ) is less than a predetermined second reference value. If the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current (second harmonic amplitude I 2hampf ) is less than the second reference value, the process proceeds to step S46; if it is greater than or equal to the first reference value, the process proceeds to step S52. The second reference value is set to the value of the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current (second harmonic amplitude I 2hampf ) at which it is determined that operation can be continued even if a rare short circuit has occurred, provided that the output torque from the motor 16 is reduced. The second reference value is set to a value greater than the first reference value.

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I2hampf)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。 In step S46, a filter is inserted into the dq-axis current. For example, in addition to the bandpass filter 64 described above, a bandstop filter is applied to remove the frequency band of the second harmonic of the dq-axis current. By applying the bandstop filter to the dq-axis current to remove the second harmonic and generating a dq-axis current, the motor 16 can be operated without stopping by performing control based on this. In step S48, the first warning light is illuminated. The first warning light is provided, for example, on the console panel of a vehicle equipped with the motor 16, and illuminating it informs the driver that there is a problem with the motor 16. In step S50, the torque of the motor 16 is controlled according to the magnitude of the amplitude of the second harmonic of the dq-axis current (second harmonic amplitude I 2hampf ). For example, the operation control unit 84 outputs a control signal to the PWM controller 62 of the motor control unit 40 to limit the output torque of the motor 16 more than during normal operation. As a result, the output torque of the motor 16 is controlled to output a lower torque than during normal operation.

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。 In step S52, the motor 16 is set to stop mode. In step S54, the second warning light is illuminated. The second warning light is located, for example, on the console panel of the vehicle equipped with the motor 16. Illuminating this light informs the driver that an abnormality has occurred that requires stopping the motor 16. In step S56, the motor 16's output torque is controlled to gradually become zero. For example, the driving control unit 84 outputs a control signal to the PWM controller 62 of the motor control unit 40, causing the motor 16's output torque to gradually decrease until it reaches zero. As a result, the motor 16's output torque ultimately becomes zero.

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。 As described above, the short-circuit detection process and operation control process for the motor 16 in this embodiment enable short-circuit detection of a motor in a variable-speed state without relying on FFT calculations, and allows for appropriate control of the motor's output torque according to the short-circuit state.

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。 Although the embodiment shown involves the motor control system 100 being installed in an electric vehicle or a hybrid vehicle, it may also be installed in other devices such as robots or industrial machinery.

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。
Configuration 1:
Measure the d-axis current and q-axis current of the motor.
An extraction unit for extracting the second harmonic of the d-axis current and the q-axis current,
A first all-pass filter that calculates the second harmonic of a pseudo-q-axis current by changing the phase of the second harmonic of the d-axis current, and a second all-pass filter that calculates the second harmonic of a pseudo-d-axis current by changing the phase of the second harmonic of the q-axis current,
A first amplitude/phase calculation unit calculates the amplitude and phase of the second harmonic of the d-axis current from the second harmonic of the d-axis current and the second harmonic of the pseudo-q-axis current, and a second amplitude/phase calculation unit calculates the amplitude and phase of the second harmonic of the q-axis current from the second harmonic of the q-axis current and the second harmonic of the pseudo-d-axis current,
An averaging processing unit calculates the averaged second harmonic amplitude and averaged second harmonic phase by averaging the amplitude and phase of the second harmonic of the d-axis current and the amplitude and phase of the second harmonic of the q-axis current.
A low-pass filter applied to the averaged second harmonic amplitude and the averaged second harmonic phase, which outputs the second harmonic amplitude and the second harmonic phase,
Equipped with,
A motor short-circuit detection device characterized by performing at least one of the following: a process of detecting a phase-to-phase short circuit or a turn-to-turn short circuit of the motor using the second harmonic amplitude, or a process of identifying the location of a phase-to-phase short circuit or a turn-to-turn short circuit of the motor using the second harmonic phase.
Configuration 2:
A motor short-circuit detection device as described in Configuration 1,
The first all-pass filter calculates the second harmonic of the pseudo-q-axis current by advancing the phase of the second harmonic of the d-axis current by 90 degrees or delaying it by 270 degrees.
The motor short-circuit detection device is characterized in that the second all-pass filter calculates the second harmonic of the pseudo-d-axis current by delaying the phase of the second harmonic of the q-axis current by 90 degrees.
Configuration 3:
A motor short-circuit detection device according to configuration 1 or 2,
A motor short-circuit detection device characterized in that the process of identifying the location of a phase-to-phase short circuit or turn-to-turn short circuit in the motor using the second harmonic phase identifies the location of the short circuit according to the phase range of the second harmonic phase.
Configuration 4:
A motor short-circuit detection device according to any one of configurations 1 to 3,
A motor short-circuit detection device characterized in that the process of detecting a phase-to-phase short circuit or turn-to-turn short circuit of the motor using the second harmonic amplitude is used to determine the degree of the short circuit.
Configuration 5:
A motor control system that controls the motor according to the determination result of a phase-to-phase short circuit or turn-to-turn short circuit of the motor by a motor short-circuit determination device described in any one of configurations 1 to 4.
Configuration 6:
The motor control system described in configuration 5,
A motor control system characterized by performing one of the following: continuous operation control, which continues the operation of the motor based on the value of the second harmonic amplitude; output torque limiting operation control, which limits the output torque of the motor during operation; and motor stop control, which stops the operation of the motor.
Configuration 7:
The motor control system described in configuration 6,
In the output torque limiting operation control, the motor control system is characterized in that a current obtained by applying a bandstop filter to remove second harmonics to the d-axis current and the q-axis current is used instead of the d-axis current and the q-axis current.

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。
10 Battery, 12 Inverter, 14u U-phase switching arm, 14v V-phase switching arm, 14w W-phase switching arm, 16 Motor, 16u U-phase winding, 16v V-phase winding, 16w W-phase winding, 18 Current sensor, 20 Resolver, 22 Voltage sensor, 24 Controller, 26u U-phase terminal, 26v V-phase terminal, 26w W-phase terminal, 40 Motor control unit, 42 Short circuit detection unit, 42 Short circuit detection unit, 52 Three-phase/dq-axis converter, 54 Current command generator, 56d d-axis subtractor, 56q q-axis subtractor, 58d d-axis PI calculator, 58q q-axis PI calculator, 60 dq-axis/three-phase converter, 62 PWM controller, 64 Bandpass filter, 66 All-pass filter, 68 Coordinate converter, 70 Amplitude/phase calculator, 72 All-pass filter, 74 Coordinate converter, 76 Amplitude/phase calculator, 78 Averaging processing unit, 80 Low-pass filter, 82 Short-circuit detection processing unit, 84 Operation control unit.

Claims (7)

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。
Measure the d-axis current and q-axis current of the motor.
An extraction unit for extracting the second harmonic of the d-axis current and the q-axis current,
A first all-pass filter that calculates the second harmonic of a pseudo-q-axis current by changing the phase of the second harmonic of the d-axis current, and a second all-pass filter that calculates the second harmonic of a pseudo-d-axis current by changing the phase of the second harmonic of the q-axis current,
A first amplitude/phase calculation unit calculates the amplitude and phase of the second harmonic of the d-axis current from the second harmonic of the d-axis current and the second harmonic of the pseudo-q-axis current, and a second amplitude/phase calculation unit calculates the amplitude and phase of the second harmonic of the q-axis current from the second harmonic of the q-axis current and the second harmonic of the pseudo-d-axis current,
An averaging processing unit calculates the averaged second harmonic amplitude and averaged second harmonic phase by averaging the amplitude and phase of the second harmonic of the d-axis current and the amplitude and phase of the second harmonic of the q-axis current.
A low-pass filter applied to the averaged second harmonic amplitude and the averaged second harmonic phase, which outputs the second harmonic amplitude and the second harmonic phase,
Equipped with,
A motor short-circuit detection device characterized by performing at least one of the following: a process of detecting a phase-to-phase short circuit or a turn-to-turn short circuit of the motor using the second harmonic amplitude, or a process of identifying the location of a phase-to-phase short circuit or a turn-to-turn short circuit of the motor using the second harmonic phase.
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。
A motor short-circuit detection device according to claim 1,
The first all-pass filter calculates the second harmonic of the pseudo-q-axis current by advancing the phase of the second harmonic of the d-axis current by 90 degrees or delaying it by 270 degrees.
The motor short-circuit detection device is characterized in that the second all-pass filter calculates the second harmonic of the pseudo-d-axis current by delaying the phase of the second harmonic of the q-axis current by 90 degrees.
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。
A motor short-circuit detection device according to claim 1,
A motor short-circuit detection device characterized in that the process of identifying the location of a phase-to-phase short circuit or turn-to-turn short circuit in the motor using the second harmonic phase identifies the location of the short circuit according to the phase range of the second harmonic phase.
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。
A motor short-circuit detection device according to claim 1,
A motor short-circuit detection device characterized in that the process of detecting a phase-to-phase short circuit or turn-to-turn short circuit of the motor using the second harmonic amplitude is used to determine the degree of the short circuit.
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。 A motor control system that controls the motor according to the determination result of a phase-to-phase short circuit or turn-to-turn short circuit of the motor by the motor short-circuit determination device according to any one of claims 1 to 4. 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。
A motor control system according to claim 5,
A motor control system characterized by performing one of the following: continuous operation control, which continues the operation of the motor based on the value of the second harmonic amplitude; output torque limiting operation control, which limits the output torque of the motor during operation; and motor stop control, which stops the operation of the motor.
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。
A motor control system according to claim 6,
In the output torque limiting operation control, the motor control system is characterized in that a current obtained by applying a bandstop filter to remove second harmonics to the d-axis current and the q-axis current is used instead of the d-axis current and the q-axis current.
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