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【発明の名称】 電気車の制御装置及び制御方法
【発明者】 【氏名】山田 博之
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市高場２４７７番地 株式会社日立カーエンジニアリング内

【氏名】神長 実
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市大字高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内

【氏名】野村 琢磨
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市大字高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内
【要約】 【課題】電流検出手段の異常を各々個別に判定できるようにし、不必要な電流検出手段を削減しコスト低減を図ると共に、制御装置を的確に動作停止または動作継続を維持できるようにする電気車の制御装置を提供する。

【解決手段】上記課題を解決するために、制御手段内部に３相の判定用電流指示値を演算する判定用２相３相変換手段１５を有し、電流検出手段８からの電流検出値と判定用電流指示値を偏差演算手段１７で比較し、その結果を異常判定手段１８によって判定して目標指令演算手段１０に伝達し、駆動装置の動作停止または継続処置を行う。
【特許請求の範囲】
【請求項１】交流電動機の固定子に供給する一次電流をｑ軸制御用電流指令値、ｄ軸制御用電流指令値に基づいて分離独立して制御するｄｑ軸ベクトル電流制御により行い、電流検出手段によって前記交流電動機の一次電流を検出して電流フィードバック制御を行う電気車の制御装置であって、前記制御装置は、指令値に基づき制御用電流指令値を生成し前記交流電動機に供給すると共に前記電流検出手段で検出し電流変換手段による変換を施して電流フィードバック制御を行う運転処理部と、判定用の電流指令値を生成し、前記電流検出手段の正常、異状の判定処理を行う判定処理部により構成され、前記判定処理部は、前記ｑ軸制御用電流指令値及び前記ｄ軸制御用電流指令値を基に、指令値変換手段を用いて前記制御用電流指令値とは独立し前記電流フィードバックの影響を受けない比較判定用の判定用電流指令値を生成し、前記電流検出手段で検出し前記電流変換手段による変換を施さない交流電流検出値と、前記判定用電流指令値とを突き合わせて比較し、比較結果がしきい値を越えている場合に前記電流検出手段が異常であると判定する構成を有する、ことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項２】交流電動機の固定子に供給する一次電流を、トルク成分であるｑ軸電流成分をｑ軸制御用電流指令値、励磁成分であるｄ軸電流成分をｄ軸制御用電流指令値に基づいて各々分離独立して制御するｄｑ軸ベクトル電流制御により、前記交流電動機への前記一次電流の振幅と位相を調節して前記交流電動機の速度またはトルクの制御を行う構成を有し、前記一次電流は、電力変換手段によって前記交流電動機に印加制御され、前記交流電動機への前記一次電流が電流検出手段によって交流電流検出値として検出される電気車の制御装置であって、前記制御装置は、指令値に基づき制御用電流指令値を生成し、前記交流電動機に供給すると共に電流フィードバック制御を行う運転処理部と、判定用の電流指令値を生成し、前記電流検出手段の正常、異状の判定処理を行う判定処理部により構成され、前記運転処理部は、前記一次電流を電流変換手段によってｑ軸電流検出値及びｄ軸電流検出値として検出変換し、前記ｑ軸制御用電流指令値と前記ｑ前記軸電流検出値、前記ｄ軸制御用電流指令値と前記ｄ軸電流検出値を各々突き合わせてフィードバック電流制御を行う構成を有し、前記判定処理部は、前記ｑ軸制御用電流指令値及び前記ｄ軸制御用電流指令値を基に、指令値変換手段を用いて前記フィードバック制御の為の電流指令値とは独立した比較判定用の判定用電流指令値を生成し、前記電流検出手段で検出し前記電流変換手段による変換を施さない交流電流成分である前記交流電流検出値と、前記判定用電流指令値とを突き合わせて比較し、比較結果がしきい値を越えている場合に前記電流検出手段が異常であると判定する構成を有する、ことを特徴とする電気車の制御装置。
【請求項３】請求項２において、前記交流電流検出値と前記判定用電流指示値は３相の各相個別に独立した値として演算を行い、前記判定用電流指示値と前記交流電流検出値を各相個別に独立して比較し、前記電流検出手段に異常がある事を各相個別に識別判定することを特徴とした電気車の制御装置。
【請求項４】請求項３において、前記交流電流検出値は３相分のうち任意の２相分の検出値であって、前記判定用電流指示値は任意の組合せの前記交流電流検出値の各相に対応した２相分の演算を行い、２相の前記判定用電流指示値と前記交流電流検出値を各相個別に独立して比較し、２相の内いずれかもしくは双方の前記電流検出手段に異常がある事を識別判定し、前記電気車の制御装置の動作を停止することを特徴とした電気車の制御装置。
【請求項５】請求項３において、前記交流電流検出値は３相分の検出値であって、前記判定用電流指示値は前記交流電流検出値の各相に対応した３相分の演算を行い３相の前記判定用電流指示値と前記交流電流検出値を各相個別に独立して比較識別判定し、３相のうち１相に異常があると判定した場合には残り２相の前記交流電流検出値を基に異常が発生した相の前記交流電流検出推定値を演算生成し、前記電気車の制御装置の動作を制限または継続することを特徴とした電気車の制御装置。
【請求項６】請求項５において、３相のうち２相もしくは３相全てに異常があると判定した場合には、前記電気車の制御装置の動作を停止することを特徴とした電気車の制御装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかにおいて、前記運転処理部は、目標指令演算手段、電流制御手段、２相３相変換手段、ＰＷＭ生成手段、３相２相変換手段、電気角演算手段の各機能を含んでおり、前記判定処理部は、判定用２相３相変換手段、偏差演算手段、判定手段の各機能を含んでおり、前記判定処理部は、前記偏差演算手段において、前記電流検出手段によって電流として検出され前記３相２相変換手段による変換を施さない電流値と前記判定用２相３相変換手段の出力とを比較することを特徴とした電気車の制御装置。
【請求項８】交流電動機の固定子に供給する一次電流をトルク成分であるｑ軸電流成分をｑ軸制御用電流指令値、励磁成分であるｄ軸電流成分をｄ軸制御用電流指令値に基づいて分離独立して制御するｄｑ軸ベクトル電流制御により、前記交流電動機への前記一次電流の振幅と位相を調節して前記交流電動機の速度またはトルクの制御を行い、前記一次電流を電力変換手段によって前記交流電動機に印加制御し、前記交流電動機への前記一次電流を電流検出手段によって交流電流検出値として検出する電気車の制御方法であって、前記一次電流をｑ軸電流検出値及びｄ軸電流検出値として検出変換し、前記ｑ軸制御用電流指令値と前記ｑ前記軸電流検出値、前記ｄ軸制御用電流指令値と前記ｄ軸電流検出値を各々突き合わせてフィードバック電流制御を行い、前記ｑ軸制御用電流指令値及び前記ｄ軸制御用電流指令値を基に、前記フィードバック制御の為の電流指令値とは独立した比較判定用の判定用電流指令値を生成し、前記電流検出手段で検出し変換を施さない交流電流成分である前記交流電流検出値と、前記判定用電流指令値とを突き合わせて比較し、比較結果がしきい値を越えている場合に前記電流検出手段が異常であると判定する、ことを特徴とする電気車の制御方法。
【請求項９】請求項８において、前記しきい値と比較する差分の値を、複数の差分演算結果の平均値を用いてしきい値と比較する、ことを特徴とする電気車の制御方法。
【請求項１０】請求項８において、前記交流電流検出値は３相分のうち任意の２相分の各相の判定用電流指令値及び電流検出値それぞれの値を絶対値化し、各相の電流指令値と電流検出値の差分を求めてしきい値と比較する、ことを特徴とする電気車の制御方法。
【請求項１１】請求項８において、前記交流電流検出値は３相分の各相の判定用電流指令値及び電流検出値それぞれの値を絶対値化し、各相の電流指令値と電流検出値の差分を求めてしきい値と比較する、ことを特徴とする電気車の制御方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の制御装置に係り、特に交流電動機の電動機電流を検出する電流検出手段の異常を検出する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】交流電動機を駆動する装置における、電流検出手段の異常を検出する制御装置については、例えば特開平９−１７２７９１号公報及び特開２０００−１１６１７６号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】特開平９−１７２７９１号公報では、電動機に印加すべき電圧の電圧指令値または瞬時電流を示す電流指令値により、電流センサにて検出された電動機の電流値を参照しながら交流電動機を制御し、電流センサにて検出された電動機の電流値と、電圧指令より推定した電動機の電流の推定値または電流指令値と比較し、電流センサもしくは関連する回路、電力系統に異常が生じていると判断する技術が記載されている。
【０００４】特開２０００−１１６１７６号公報には、３相の交流電動機を制御し２相分の電流センサによって２相分の電流を検出し、電流検出値をもとに残り１相の電流を推定する第一の推定手段、電流の位相角と２相の電流検出値より残り１相の電流を推定する第二の推定手段によって各々第一の電流推定値と第二の電流推定値を求め、それらの比較により電流センサの異常を判断する技術が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術においては、例えば特開平９−１７２７９１号公報に記載されたものでは、交流である電流センサの検出値と、電動機に印加すべき電圧指令値または瞬時電流指令値とを直接比較する構成となっている。しかし制御装置では、モータに流れる電流そのものを指令に追従させるように、電流センサで検出した電流検出値を帰還制御することも並行して行っている。このような構成においては、電流検出値と、電圧指令値もしくは瞬時電流指令値は比較参照されながら制御されている構成であるので、電流センサもしくは電力系統に異常が生じた場合、制御装置は電動機に流れる電流を電圧指令値もしくは瞬時電流指令に追従させようとする帰還制御を行うことになる。そのため、例えば電流センサの出力ゲインが低下した場合などは、制御装置での帰還制御によって電流センサの出力ゲインが低下した相について電圧指令値もしくは電流指令値に追従させようと制御するため、結果としてその相には過大な電流が流れるおそれがあり、また結果的には電流検出値と指令値が釣り合ってしまう状況も考えられ、特に電流センサの異常判定については考慮されていない点がある。
【０００６】特開２０００−１１６１７６号公報においては、同様に電流指令値と電流検出値は比較参照されながら帰還制御されており、異常判定に用いる電流推定値は電流センサによる電流検出値を基にしている。このため、やはり電流センサに異常が生じた場合に、電流指令と電流検出値が釣り合う状況が考えられ、電流センサの異常が判定できない場合があると考えられる。
【０００７】本発明の目的は、電流検出手段の様々な故障状態それぞれにおいて適切に異常を判定できるようにした電気車の制御装置及び制御方法を提供することにある。
【０００８】本発明の電気車の制御装置の他の目的は、３相分ある電流検出手段のうち１相分に異常が生じても継続的に動作可能となるようにした電気車の制御装置及び制御方法を提供することにある。
【０００９】本発明の他の目的は、電流検出手段の異常を各々個別に判断できるように構成することによって、不必要な電流検出手段を削減し装置のコスト低減を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成するための本発明の電気車の制御装置は、交流電動機の固定子に供給する一次電流をｑ軸制御用電流指令値、ｄ軸制御用電流指令値に基づいて分離独立して制御するｄｑ軸ベクトル電流制御により行い、電流検出手段によって前記交流電動機の一次電流を検出して電流フィードバック制御を行う電気車の制御装置であって、前記制御装置は、指令値に基づき制御用電流指令値を生成し前記交流電動機に供給すると共に前記電流検出手段で検出し電流変換手段による変換を施して電流フィードバック制御を行う運転処理部と、判定用の電流指令値を生成し、前記電流検出手段の正常、異状の判定処理を行う判定処理部により構成され、前記判定処理部は、前記ｑ軸制御用電流指令値及び前記ｄ軸制御用電流指令値を基に、指令値変換手段を用いて前記制御用電流指令値とは独立し前記電流フィードバックの影響を受けない比較判定用の判定用電流指令値を生成し、前記電流検出手段で検出し前記電流変換手段による変換を施さない交流電流検出値と、前記判定用電流指令値とを突き合わせて比較し、比較結果がしきい値を越えている場合に前記電流検出手段が異常であると判定する構成を有する、ことを特徴とする。
【００１１】本発明の好ましくは、前記判定用電流指示値は３相分のうち任意の組合せの２相分の演算を行い、前記交流電流検出値は３相分のうち任意の２相分の検出値であって、２相の前記判定用電流指示値と前記交流電流検出値を各相個別に比較し、２相の内いずれか、もしくは双方に異常があると判定した場合には前記電気車の制御装置の動作を停止することを特徴とする。
【００１２】本発明の好ましくは、前記判定用電流指示値は３相分の演算を行い、前記交流電流検出値は３相分の検出値であって、３相の前記判定用電流指示値と前記交流電流検出値を各相個別に比較し、３相のうち１相に異常があると判定した場合には、残り２相の前記交流電流検出値を基に異常が発生した相の前記交流電流検出推定値を演算生成し、前記電気車の制御装置の動作を制限または継続することを特徴とする。
【００１３】本発明の好ましくは、３相のうち２相もしくは３相全てに異常があると判定した場合には、前記電気車の制御装置の動作を停止することを特徴とする。
【００１４】本発明の他の特徴は、交流電動機の固定子に供給する一次電流をトルク成分であるｑ軸電流成分をｑ軸制御用電流指令値、励磁成分であるｄ軸電流成分をｄ軸制御用電流指令値に基づいて分離独立して制御するｄｑ軸ベクトル電流制御により、前記交流電動機への前記一次電流の振幅と位相を調節して前記交流電動機の速度またはトルクの制御を行い、前記一次電流を電力変換手段によって前記交流電動機に印加制御し、前記交流電動機への前記一次電流を電流検出手段によって交流電流検出値として検出する電気車の制御方法であって、前記一次電流をｑ軸電流検出値及びｄ軸電流検出値として検出変換し、前記ｑ軸制御用電流指令値と前記ｑ前記軸電流検出値、前記ｄ軸制御用電流指令値と前記ｄ軸電流検出値を各々突き合わせてフィードバック電流制御を行い、前記ｑ軸制御用電流指令値及び前記ｄ軸制御用電流指令値を基に、前記フィードバック制御の為の電流指令値とは独立した比較判定用の判定用電流指令値を生成し、前記電流検出手段で検出し変換を施さない交流電流成分である前記交流電流検出値と、前記判定用電流指令値とを突き合わせて比較し、比較結果がしきい値を越えている場合に前記電流検出手段が異常であると判定する、ことにある。
【００１５】本発明によれば、フィードバック制御の為の電流指令値とは独立した判定用電流指令値を生成し、これと電流検出手段で検出し変換を施さない交流電流成分である交流電流検出値とを比較判定するため、電流検出手段の様々な故障状態それぞれにおいて適切に異常を判定できる電気車の制御装置及び制御方法を提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明による電気車の制御装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は本発明の電気車の制御装置における第一の実施例を示す図である。本発明の電気車の制御装置は、制御手段４，電力変換手段５，電源６，電動機７等によって構成されている。制御手段４にはマイクロコンピュータ４１が備えられ、マイクロコンピュータ４１にはＣＰＵ４２，メモリ手段４３、異常検出手段４４、入出力手段４５、Ａ／Ｄ変換手段４６が内包されている。メモリ手段４３には、電動機の運転制御や各種の異常検出処理を行うためのプログラムが保持されている。
【００１７】電動機７には回転を検出する回転検出手段９が備えられており、検出した回転を回転信号３３としてマイクロコンピュータ４１に伝達する。マイクロコンピュータ４１の内部では、アクセル検出手段１，ブレーキ検出手段２、Ｕ相電流検出値３０及びＶ相電流検出値３１の信号をＡ／Ｄ変換手段４６によって検出し、ＣＰＵ４２またはメモリ手段４３に伝達する。前後進選択手段３や回転検出信号３３の信号は入出力手段４５によって検出を行い、同様にＣＰＵ４２またはメモリ手段４３に伝達する。
【００１８】ＣＰＵ４２は、伝達された各種信号を基に電動機７に供給すべき電力の演算を行い、入出力手段４５を介して電力変換手段５を駆動して電源６の電力を電動機７に供給すべき電力へ変換し、電動機７にこの電力を供給する。電動機７は供給された電力に応じて車両を駆動する駆動力を発生し電気車の駆動を行う。
【００１９】電動機７に供給した電力は、電流検出手段８によって電流として検出し、Ｕ相電流検出値３０及びＶ相電流検出値３１としてマイクロコンピュータ４１に伝達され、電流フィードバック制御を行う。マイクロコンピュータ４１のＣＰＵ４２には異常検出手段４４も備えられ、メモリ手段４３からの信号やＣＰＵ４２からのアクセスに従い異常検出処理、特に電流検出手段８の異常を検出する動作を行う構成としている。
【００２０】図１の制御手段４として、マイクロコンピュータ４１で実行処理される機能を、分かり易く説明するためにブロック化して示したものが図２である。図２において、制御手段４は、指令値に基づき制御用電流指令値を生成し、電動機７に供給すると共に電流フィードバック制御を行う運転処理部と、判定用の電流指令値を生成し、電流検出手段の正常、異状の判定処理を行う判定処理部により構成される。
【００２１】このうち、運転処理部は、目標指令演算手段１０、電流制御手段１１、２相３相変換手段１２、ＰＷＭ生成手段１３、３相２相変換手段１４、電気角演算手段１９の各機能を含んでいる。一方、判定処理部１４は、判定用２相３相変換手段１５、偏差演算手段１７、判定手段１８の各機能を含んでいる。判定処理部は、偏差演算手段１７において、電流検出手段８によって電流として検出し３相２相変換手段による変換を施さない電流値と判定用２相３相変換手段１５の出力とを比較し、その結果に基づき判定手段１８において電流検出手段の異状の有無を判定する。
【００２２】目標指令演算手段１０では、アクセル検出手段１，ブレーキ検出手段２，前後進選択手段３、また電気角演算値３７等の信号をもとに電動機７が発生すべき目標トルクまたは目標回転速度を求め、その目標値を基に電動機７に供給すべき電流の指令であるｑ軸電流指令２２とｄ軸電流指令２３を演算出力する。
【００２３】電動機７に流れる電流は電流検出手段８によって検出され、Ｕ相電流検出値３０、Ｖ相電流検出値３１として３相２相変換手段１４に伝達される。３相２相変換手段１４では、検出された交流の電動機７の電流をいわゆる直交座標系のｄｑ軸電流値に変換し、ｑ軸電流検出値２４とｄ軸電流検出値２５を演算する。ｑ軸電流指令２２とｄ軸電流指令２３、ｑ軸電流検出値２４とｄ軸電流検出値２５はそれぞれ突き合わせの帰還制御を行い、その結果を基に電流制御演算１１にて電流制御し、ｑ軸電圧指令２６とｄ軸電圧指令２７を出力する。この電流制御演算１１の処理は通常の比例積分補償でも良いし、また別の制御であっても同様の結果が得られるものである。
【００２４】ｑ軸電圧指令２６とｄ軸電圧指令２７は２相３相変換手段１２に入力され、ここで直交の２相座標系から３相の電圧指令に変換が行われる。変換結果は３相電圧指令２８としてＰＭＷ生成手段１３に伝達され、電力変換手段５を駆動するためのＰＷＭ指令２９が生成され電力変換器５を動作させる。電力変換器５はＰＷＭ指令２９の信号を基にＰＷＭ変調を用いて電源６の電力を電動機７に供給できる交流に変換し電動機７に供給する。先に述べたｑ軸電流指令２２とｄ軸電流指令２３は、判定用２相３相変換手段１５にも伝達される。判定用２相３相変換手段１５では、入力されたｑ軸電流指令２２とｄ軸電流指令２３を基に座標変換を行い、交流の成分であるＵ相判定用電流指令値３４とＶ相判定用電流指令値３５を演算出力する。
【００２５】図３は本発明の第一の実施例の制御装置における、２相３相変換指示値の一例を示す図である。
【００２６】２相３相変換指示値は、電流検出手段８からの電流検出値と突き合わせて比較するための値であり、この値は実際の電動機７への供給電流へは影響を及ぼさない経路で生成される物である。よって、電流検出手段８のいずれかに何らかの異常が生じてＵ相電流検出値３０、Ｖ相電流検出値３１、Ｗ相電流検出値３２の何れが異常な値を示した場合でも、この帰還信号の影響を受けることがない値として扱うことが出来る。その方法は、ｑ軸電流指令２２とｄ軸電流指令２３の値を基に式（１）及び式（２）で示す様に、【式１】

【式２】

但し θ：電気角によって求めることができる。この演算は電力変換手段５のスイッチングの周波数毎程度に高速多点に行っても良いし、目標指令演算手段１０の演算のタイミングと同期して行っても良く、必ずしも交流の瞬時値を示す値である必要は無い。
【００２７】図４は本発明の第一の実施例の制御装置における、２相３相変換指示値の第二の例を示す図である。
【００２８】相３相変換指示値は、先に述べたいわゆる２相３相の座標変換に基づく演算方法の他に、図４に示す方法によっても求める事ができる、その方法は式（３）及び式（４）に示すように、【式３】

【式４】

但し θ：電気角の演算式でも求める事ができる。この演算についても図３にて説明した事と同様に、電力変換手段５のスイッチングの周波数毎に高速多点に行っても良いし、目標指令演算手段１０の演算のタイミングと同期して行っても良く、必ずしも交流の瞬時値を示す値である必要は無い。
【００２９】Ｕ相判定用電流指令値３４とＶ相判定用電流指令値３５は、ｑ軸電流指令２２とｄ軸電流指令２３から生成されるものであり、実際に電動機７に流れる電流とは無関係の値であり、当然ながら電動機７に流れている電流の状態の影響を受けないものである。
【００３０】Ｕ相判定用電流指令値３４とＶ相判定用電流指令値３５は偏差演算手段１７に伝達され、Ｕ相電流検出値３０とＵ相判定用電流指令値３４、Ｖ相電流検出値３１とＶ相判定用電流指令値３５がこの偏差演算手段１７にて比較される。
【００３１】この比較方法は、Ｕ相判定用電流指令値３４とＶ相判定用電流指令値３５及びＵ相電流検出値３０とＶ相電流検出値３１それぞれの値を絶対値化し、Ｕ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１の差分を求めてしきい値と比較しても良い。
【００３２】あるいは、Ｕ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１それぞれの組合せの差分を求めた結果を絶対値化してしきい値と比較しても良い。あるいは、Ｕ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１の差分を求めた結果を直接しきい値と比較しても良い。
【００３３】いずれの比較方法においても、しきい値と比較する差分の値を、複数の差分演算結果の平均値を用いてしきい値と比較する、あるいは差分演算の結果を一次遅れフィルタ等でフィルタ処理した後に比較する等の処置を行えば、ノイズ等による誤検出の可能性を低減することもできる。
【００３４】比較した結果は異常判定手段１８に伝達される。異常判定手段１８では偏差演算手段１７にて求められた比較結果に基づき、Ｕ相とＶ相それぞれについてしきい値と比較し、異常の有無を判定する。偏差がしきい値以上である等の異常があった場合には、その相の電流検出手段８の系統に異常が発生したものと判断して、駆動装置モードフラグ２１の設定を実行する。
【００３５】この時駆動装置モードフラグ２１は駆動装置を停止させる状態に設定する。この駆動装置モードフラグ２１は目標指令演算手段１０に伝達され、目標指令演算手段１０ではこの駆動装置モードフラグ２１に従い、駆動装置停止モードとなった場合には目標指令値の演算中断、ｑ軸電流指令２２及びｄ軸電流指令２３をリセットする等の処置を行い、駆動装置の動作を停止し電動機７への電力供給を停止する動作を行う。
【００３６】図５は本発明の第一の実施例の制御装置における、偏差演算手段１７の入力信号例を示す図である。偏差演算手段１７には、先に述べた電流検出手段８からの信号であるＵ相電流検出値３０、Ｖ相電流検出値３１，Ｗ相電流検出値３２が入力される。また、２相３相変換手段１５によって先に述べた式（１）と式（２）の演算、または式（３）と式（４）の演算に基づくＵ相判定用電流指令値３４、Ｖ相判定用電流指令値３５，Ｗ相判定用電流指令値３６も入力される。この電流検出値と電流指示値は偏差演算手段１７にて比較を行われる。
【００３７】図に示す様に、正常な動作状態である場合には例えばＵ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０は比較的相似した波形となり、振幅及び位相についてもほぼ一致した波形を示す状態で動作する。ここでＵ相の電流検出手段８に異常が生じた場合には、Ｕ相電流検出値３０の信号の振幅もしくは位相、あるいは振幅と位相の両方がＵ相判定用電流指令値３４と異なる状態が生じる。偏差演算手段１７では、このＵ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０の不一致を比較演算し、結果を異常判定手段１８に伝達して電流検出手段８の異常判定を行うように動作する。また、この比較判定は他のＶ相及びＷ相についても同様に行われ、各Ｕ，Ｖ，Ｗ相は個別独立して比較判定を行うので、他の相の動作の影響を受けずに各相の異常判定を行うことができる。
【００３８】図６に本発明の第一の実施例の制御装置における、２相の信号の異常判定方法を示すフローチャートを示す。まず処理７ｂにおいて、ｑ軸電流指令２２及びｄ軸電流指令２３の値を基にＵ相判定用電流指令値３４及びＶ相判定用電流指令値３５を算出する。次に処理７ｃに電流検出手段８からの信号を基にＵ相判定用電流指令値３４及びＶ相判定用電流指令値３５を取り込む。次に処理７ｄにおいてＵ相判定用電流指令値３４とＵ相判定用電流指令値３４より差分ΔＩｕ、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相判定用電流指令値３５より差分ΔＩｖを演算する。
【００３９】この演算は、Ｕ相判定用電流指令値３４とＶ相判定用電流指令値３５及びＵ相電流検出値３０とＶ相電流検出値３１それぞれの値を絶対値化し、Ｕ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１の差分を求めてそれぞれΔＩｕ，ΔＩｖとしても良い。
【００４０】あるいは、Ｕ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１それぞれの組合せのの差分を求めた結果を絶対値化して差分を求めて、それぞれΔＩｕ，ΔＩｖとしても良い。あるいは、Ｕ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１の差分を求めた結果をそれぞれ直接ΔＩｕ，ΔＩｖとしても良い。
【００４１】いずれの比較方法においても、複数の差分演算結果の平均値を用いてΔＩｕ，ΔＩｖとする、あるいは差分演算の結果を一次遅れフィルタ等でフィルタ処理した後にΔＩｕ，ΔＩｖとする等の処置を行えば、ノイズ等による誤検出の可能性を低減することもできる。
【００４２】このようにして得られたΔＩｕとΔＩｖについて、処理７ｅにおいてしきい値との比較を行う。しきい値との比較を行った結果がしきい値以上である場合には、処理７ｆに進み、しきい値に達していない場合には処理７ｇに進む。しきい値以上か否かの判定については異常状態を積分し回数もしくは異常時間を判定に加えても良い。処理７ｆに進んだ場合には電流検出手段８に異常が生じている状態であると判定できるので、駆動装置モードフラグ２１を駆動停止にセットし、電力変換手段５及び電動機７の動作を停止させるように処置する。処理７ｇに進んだ場合には電流検出手段８には異常が生じていないと判断して良いので、駆動装置モードフラグ２１は通常動作にセットし、通常動作を継続させるように動作させる。
【００４３】このような処理を行うことにより、３相のうち２相分しか電流検出手段８が装備されていない場合にはそのうち１個に異常が生じた場合を速やかに検知する事が出来、電力変換手段８と電動機７を速やかに動作停止させることができ、電気車の制御装置の信頼性を向上させることができる。また、電流検出手段８が２個しか装備されていない場合であっても、各相の電流検出手段８の異常を個別に診断できるようになるため、３相平衡に基づく電流検出手段８の異常診断を行う必要がないので、余分な電流検出手段８の搭載が不要となるため電気車の制御装置のコスト低減を図ることも可能である。
【００４４】このようにすることにより、電流検出手段８の系統について、Ｕ相とＶ相それぞれに個別に異常を診断することが可能となり、その判定結果を速やかに反映して駆動装置を停止させることができる。また、Ｕ相判定用電流指令値３４及びＶ相判定用電流指令値３５は、電流検出手段８等に異常が発生しても、その電流検出手段８の帰還信号に基づいて変化する値ではなく、目標指令演算手段１０によって演算されたｑ軸電流指令２２とｄ軸電流指令２３に基づく指示値である。電流検出手段８の信号に基づくｑ軸電流検出値２４とｄ軸電流検出値２５は電流検出手段８の信号が異常になるに伴って不定な値を示すが、Ｕ相判定用電流指令値３４及びＶ相判定用電流指令値３５は変化することがないので、このＵ相判定用電流指令値３４及びＶ相判定用電流指令値３５とＵ相電流検出値３０及びＶ相電流検出値３１との比較により、確実に異常を判定することが可能である。
【００４５】このような構成とすることにより、電流検出手段８が３相の内２相分の２個しか装備していない場合であっても、いわゆる３相平衡の状態に基づく診断方法に依っていないため各々の電流検出手段８の異常を個別に判定できるので、不必要な電流検出手段８を搭載する必要がなく、装置のコストを削減する効果もある。
【００４６】図７は、本発明の第二の実施例になる電気車の制御装置を示す図である。
【００４７】第二の実施例においては、電流検出手段８はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相すべてについて設けている。この実施例においても同様に、ｑ軸電流指令２２とｄ軸電流指令２３を基にＵ相判定用電流指令値３４，Ｖ相判定用電流指令値３５、Ｗ相判定用電流指令値３６を判定用２相３相変換手段１５によって演算する。Ｕ相判定用電流指令値３４，Ｖ相判定用電流指令値３５、Ｗ相判定用電流指令値３６は偏差演算手段１７に伝達されてＵ相電流検出値３０とＵ相判定用電流指令値３４、Ｖ相電流検出値３１とＶ相判定用電流指令値３５、Ｗ相電流検出値３２とＷ相判定用電流指令値３６がこの偏差演算手段１７にて比較される。比較した結果は異常判定手段１８に伝達される。異常判定手段１８では偏差演算手段１７にて求められた比較結果に基づき、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれについてしきい値と比較し、異常の有無を判定する。
【００４８】しきい値以上に偏差が大きい等の異常が合った場合には、その相の電流検出手段８の系統に異常が発生したものと判断して、駆動装置モードフラグ２１を発生させると同時に、モードデータ２０を生成し電流選択手段１６に伝達する。電流選択手段１６では、モードデータ２０が示すデータに基づき、電流検出手段８の異常が３相のうち１相である場合には、異常が発生した相については２相分の信号から３相平衡の式、 Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０ ・・・式（５）
に基づき、異常が発生した相について演算した電流検出値を代替演算し、３相２相変換手段１４に伝達する処理を行う。電流検出手段８が３相のうち２相以上に異常が発生している場合には、電流選択手段１６では代替演算は行わない。この場合には駆動装置モードフラグ２１により目標指令演算手段１０によって駆動装置停止の措置が行われる。
【００４９】このような構成とすることによって、電流検出手段８に発生した異常が３相のうち１相だけであった場合には、その異常な相の検出値を補い駆動装置の動作を継続させることが可能となる。また、３相のうち２相以上の電流検出手段８に異常が生じた場合には、先に述べた３相平衡に基づく処置が不可能であるため、この場合にはすみやかに駆動装置の動作を停止させるように適切な処置を行うことができるようになる。
【００５０】図８は、本発明の第二の実施例の制御装置における、３相信号の状態判定例を示す図である。すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相ともに電流検出手段８が備えられている場合において、図７で述べた異常判定をもとに図８に示すような処置を行うものである。
【００５１】まずＵ、Ｖ，Ｗ相全て正常な場合には、モードデータ２０は０であり、電流選択手段１６は正常なので特に代替処置はせず、駆動装置モードフラグ２１も通常動作を指し示す状態になっている。ここで例えばＷ相の電流検出手段８に異常が生じた事が判定された場合、異常判定手段１８はモードデータ＝２，駆動装置モードフラグ２１を駆動制限設定に設定し出力する。この出力を受けて電流選択手段１６では異常が発生したＷ相のＷ相電流検出信号３２に変わり、 Ｉｗ＝−Ｉｕ−Ｉｖ ・・・式（６）
の演算処置によって代替のＷ相電流検出信号を生成する。この処置によって３相２相変換手段１４の出力であるｑ軸電流検出値２４及びｄ軸電流検出値２５は異常発生前の状態を維持できることになり、動作を継続することが可能である。目標指令演算手段１０では、制御装置の動作が継続可能ではあっても異常は発生していると認識しているので、目標指令及びｑ軸電流指令２２とｄ軸電流指令２３の値を制限するなどの制限処置を行い、使用者に修理を促すなどの処置を行う。むろんそのまま制御装置を継続使用しても特に不都合は生じない。
【００５２】さらにＵ相とＷ相の電流検出手段８双方に異常が生じた場合には異常判定手段１８はモードデータ＝５，駆動装置モードフラグ２１を駆動停止に設定し出力する。この出力を受けた場合には電流選択手段１６は特に何も処置を行わない。何故ならば、３相の電流検出手段８の３個の内２個に異常が生じた場合には先に述べた３相平衡の関係式、 Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０ ・・・式（５）
に基づいて行う、異常が発生した相の電流検出信号を演算によって求める処置が出来ないためである。
【００５３】この場合には駆動装置モードフラグ２１が目標指令演算手段１０にも伝達されているので、目標指令演算手段１０ではこの駆動装置モードフラグ２１が駆動停止に設定されている場合には直ちに目標指令のリセット及びｑ軸電流指令２２及びｄ軸電流指令２３のリセットを行い、電力変換手段５の動作を停止させて電動機７の駆動を遮断する。このような構成とすることによって、３相の電流検出手段８の３個の内２個以上に異常が発生した場合には直ちに電動機７の駆動を停止できるようにできるため、信頼性の高い電気車の制御装置を提供することができる。
【００５４】図９及び図１０に、本発明の第二の実施例の制御装置における、３相の信号の異常判定方法を示すフローチャートを示す。
【００５５】まず処理８ｂにおいて、ｑ軸電流指令２２及びｄ軸電流指令２３の値を基にＵ相判定用電流指令値３４及びＶ相判定用電流指令値３５を算出する。
【００５６】次に処理８ｃにおいて、Ｕ相判定用電流指令値３４及びＶ相判定用電流指令値３５の値を基に、 Ｉｗ*＝−Ｉｕ*−Ｉｖ* ・・・式（７）
の演算式によりＷ相判定用電流指令値３６を演算する。次に処理８ｄにて電流検出手段８からの信号を基にＵ相判定用電流指令値３４及びＶ相判定用電流指令値３５、Ｗ相判定用電流指令値３６を取り込む。次に処理８ｅにおいてＵ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０より差分ΔＩｕ、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１より差分ΔＩｖ、Ｗ相判定用電流指令値３６とＷ相電流検出値３２より差分ΔＩｗを演算する。
【００５７】この演算は、Ｕ相判定用電流指令値３４とＶ相判定用電流指令値３５とＷ相判定用電流指令値３６及びＵ相電流検出値３０とＶ相電流検出値３１とＷ相電流検出値３２それぞれの値を絶対値化し、Ｕ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１、Ｗ相判定用電流指令値３６とW相電流検出値３２の差分を求めてそれぞれΔＩｕ，ΔＩｖ、ΔＩｗとしても良い。
【００５８】あるいは、Ｕ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１、Ｗ相判定用電流指令値３６とＷ相電流検出値３２それぞれの組合せの差分を求めた結果を絶対値化して差分を求めてそれぞれΔＩｕ，ΔＩｖ，ΔＩｗとしても良い。あるいは、Ｕ相判定用電流指令値３４とＵ相電流検出値３０、Ｖ相判定用電流指令値３５とＶ相電流検出値３１、Ｗ相判定用電流指令値３６とＷ相電流検出値３２の差分を求めた結果をそれぞれ直接ΔＩｕ，ΔＩｖ，ΔＩｗとしても良い。
【００５９】いずれの比較方法においても、複数の差分演算結果の平均値を用いてΔＩｕ，ΔＩｖ，ΔＩｗとする、あるいは差分演算の結果を一次遅れフィルタ等でフィルタ処理した後にΔＩｕ，ΔＩｖ，ΔＩｗとする等の処置を行えば、ノイズ等による誤検出の可能性を低減することもできる。
【００６０】このようにして得られたΔＩｕ、ΔＩｖ、ΔＩｗについて、処理８ｆにおいてしきい値との比較を行う。しきい値との比較を行った結果がしきい値以上である場合には処理８ｇに進み、しきい値に達していない場合には■の経路に進む。しきい値以上か否かの判定については異常状態を積分し回数もしくは異常時間を判定に加えても良い。処理８ｇに進んだ場合には、電流検出手段８に異常が生じている状態であると判定できるので、さらに処理８ｇ以降の処理においてしきい値を越えている相の判別を行う。処理８ｇでΔＩｕとΔＩｖについてしきい値を越えているかを判定し、この両者がしきい値を越えている場合には処理８ｊに進んでモードデータ２０の値を”４”に設定し、■の経路に進む。処理８ｇでΔＩｕとΔＩｖいずれかがしきい値を越えていない場合には、処理８ｈに進んで今度はΔＩｕとΔＩｗについてしきい値を越えているかの判定を行う。このΔＩｕとΔＩｗの両者がしきい値を越えている場合には処理８ｋに進んでモードデータ２０の値を”５”に設定し、■の経路に進む。
【００６１】処理８ｈでΔＩｕとΔＩｗいずれかがしきい値を越えていない場合には、処理８ｉに進んで今度はΔＩｖとΔＩｗについてしきい値を越えているかの判定を行う。このΔＩｖとΔＩｗの両者がしきい値を越えている場合には処理８ｌに進んでモードデータ２０の値を”６”に設定し、■の経路に進む。
【００６２】■の経路において、まず処理８ｍにてモードデータ２０の値を参照する。モードデータ２０の値が”４”以上である場合、この場合はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の内２つ以上の相に異常が発生したことが判定された結果であるので、この場合には処理８ｎに進み、駆動装置モードフラグ２１を駆動停止にセットして処理を終了する。この駆動停止モードフラグ２１が駆動停止にセットされると、目標指令演算手段１０では電動機７を駆動するための目標指令のリセット、ｑ軸電流指令２２及びｑ軸電流指令２３のリセット等の措置を行い。電力変換手段５及び電動機７の動作を停止させるように動作する。処理８ｍにおいてモードデータ２０の値が”４”未満である場合には、３相の内異常が発生した相が１つであると判定された状態であるので、処理８ｏに進む。処理８ｏ以降ではさらに３相の各相個別に異常の判定を行う。処理８ｏにてしきい値を越えているのがΔＩｕであるかどうかの判定を行い、ΔＩｕである場合には処理８ｒに進んでモードデータ２０の値を”３”に設定する。
【００６３】処理８ｏにてΔＩｕがしきい値を越えていない場合にはＵ相に異常が発生していないことを示しているので、処理８ｐに進んで今度はΔＩｖがしきい値を越えていないかどうかの判定を行う。しきい値を越えているのがΔＩｖである場合には処理８ｓに進んでモードデータ２０の値を”２”に設定する。処理８ｐにてΔＩｖがしきい値を越えていない場合にはＶ相に異常が発生していないことを示しているので、処理８ｑに進んで今度はΔＩｗがしきい値を越えていないかどうかの判定を行う。しきい値を越えているのがΔＩｗである場合には処理８ｕに進んでモードデータ２０の値を”１”に設定する。処理８ｏ、処理８ｐ、処理８ｑでいずれも該当しなかった場合には３相全てについて異常が無かった事になるので、処理８ｗに進んで駆動装置モードフラグ２１を通常動作に設定し、処理を終了する。
【００６４】この様な判定処理を経ることによって、モードデータ２０の値に応じ図８で述べたように、３相の内１相に異常が生じた場合には他の残り２相で異常が発生した相の信号を生成し、電気車の制御装置の動作を継続させることが可能であるし、３相の内２相に異常が生じた場合にはその異常を直ちに検知し、電気車の制御装置を速やかに停止させることができるようになり、電気車の制御装置の信頼性向上を図る事ができるようになる。
【００６５】図１１は、本発明の電気車の制御装置における第三の実施例を示す図である。本実施例の制御装置は、制御手段４，電力変換手段５，電源６，電動機７等によって構成されている。制御手段４にはマイクロコンピュータ４１が備えられ、マイクロコンピュータ４１にはＣＰＵ４２，メモリ手段４３、入出力手段４５、Ａ／Ｄ変換手段４６が内包されている。
【００６６】本発明の第三の実施例においては、車両の動力源として電動機７の他に内燃機関４８を備えており、内燃機関４８は内燃機関制御手段４７からの信号を基に制御が実施される。この内燃機関制御手段４７は制御手段４との間で通信手段５０を介して協調した制御を行うように構成すれば、電動機７の駆動力を内燃機関４８の駆動力と協調して制御するハイブリッド車両として構成することもできる。電動機７には回転を検出する回転検出手段９が備えられており、検出した回転を回転信号３３としてマイクロコンピュータ４１に伝達する。
【００６７】マイクロコンピュータ４１の内部では、アクセル検出手段１，ブレーキ検出手段２、Ｕ相電流検出値３０及びＶ相電流検出値３１の信号をＡ／Ｄ変換手段４６によって検出しＣＰＵ４２またはメモリ手段４３に伝達する。前後進選択手段３や回転検出信号３３の信号は入出力手段４５によって検出を行い、同様にＣＰＵ４２またはメモリ手段４３に伝達する。
【００６８】ＣＰＵ４２は伝達された信号を基に電動機７に供給すべき電力の演算を行い、入出力手段４５を介して電力変換手段５を駆動して電源６の電力を電動機７に供給すべき電力に変換を行い、電動機７に電力を供給する。電動機７は供給された電力に応じて駆動力を発生し、その動力は動力伝達手段４９を介して内燃機関４８の駆動力出力部に伝達され電気車の駆動あるいは内燃機関４８の駆動補助動力を発生するように動作を行う。電動機７に供給した電力は電流検出手段８によって電流として検出し、Ｕ相電流検出値３０及びＶ相電流検出値３１としてマイクロコンピュータ４１に伝達する。
【００６９】ＣＰＵ４２には異常検出手段４４も備えられ、メモリ手段４３からの信号やＣＰＵ４２からのアクセスに従い異常検出処理、特に電流検出手段８の異常を検出する動作を行う。
【００７０】この第三の実施例においても、第一の実施例と同様に、電流検出手段８が３相の内２相分の２個しか装備していない場合であっても、いわゆる３相平衡の状態に基づく診断方法に依っていないため各々の電流検出手段８の異常を個別に判定できるので、不必要な電流検出手段８を搭載する必要がなく、装置のコストを削減する効果もある。なお、ハイブリッド車両の制御装置として、第二の実施例のような、電流検出手段を３相分３個搭載した方式を採用しても良いことは言うまでもない。
【００７１】
【発明の効果】本発明によれば、電気車の制御装置において電流検出手段に異常が発生した場合にその異常を直ちに検知する事ができ、信頼性の高い電気車の制御装置及び方法を提供する事ができる。
【００７２】また、本発明によれば、電動機への電力供給の３相の内２相分しか電流検出手段を装備していなくても個別に電流検出手段の異常を判別でき、電流検出手段の異常発生時には速やかに電気車の制御装置を駆動停止する事ができるため、不必要な電流検出手段を搭載する必要が無くなるのでコストを低減する事が可能となり、使用者にとって経済的な電気車の制御装置及び方法を提供する事ができる。
【００７３】また、本発明によれば、電流検出手段を３相分３個搭載した場合には個別の電流検出手段の異常判定により異常な１相のみの電流検出手段の信号を排除し、残り２相で電気車の制御装置の駆動を継続することが可能となり、使い勝手の良い電気車の制御装置及び方法を提供することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【住所又は居所】東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地
【識別番号】０００２３２９９９
【氏名又は名称】株式会社日立カーエンジニアリング
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市高場２４７７番地
【出願日】 平成１３年１１月７日（２００１．１１．７）
【代理人】 【識別番号】１０００７４６３１
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 幸彦 （外１名）
【公開番号】 特開２００３−１５３４０１（Ｐ２００３−１５３４０１Ａ）
【公開日】 平成１５年５月２３日（２００３．５．２３）
【出願番号】 特願２００１−３４１７９０（Ｐ２００１−３４１７９０）