JP2014155331A - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電動機の回転数が小さい低回転域においても安定して駆動可能であり、出力トルクを監視可能な交流電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】制御部１５では、電流指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*およびフィードバックされる電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔ、ｉｑ＿ｅｓｔに基づき、第１の電圧指令値ｖｄ^*＿１、ｖｑ^*＿１を演算する。また、電動機の理論式を用いて演算される電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆ、ｖｑ＿ｒｅｆを補正し、第２の電圧指令値ｖｄ^*＿２、ｖｑ^*＿２を演算する。回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下である場合、第１の電圧指令値ｖｄ^*＿１、ｖｑ^*＿１に基づく第１の制御モードに替えて、第２の電圧指令値ｖｄ^*＿２、ｖｑ^*＿２に基づく第２の制御モードとし、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づき、出力トルクを監視する。これにより、低回転域において、始動から駆動、停止までを安定して駆動可能でありつつ、出力トルクを監視することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、交流電動機の制御装置に関する。

近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源として交流電動機を搭載した電気自動車やハイブリッド自動車が注目されている。例えば、ハイブリッド自動車においては、二次電池等からなる直流電源と交流電動機とを、インバータ等で構成された電力変換装置を介して接続し、直流電源の直流電圧をインバータで交流電圧に変換して交流電動機を駆動するようにしたものがある。

このようなハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される交流電動機の制御装置において、相電流を検出する電流センサを１相に設けることで、電流センサの数を減らし、インバータの３相出力端子近傍の小型化や交流電動機の制御系統のコスト低減を図る技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−８６１３９号公報

特許文献１では、１相の電流センサ値に加え、他相はｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値と電気角とで逆ｄｑ変換することにより得られる３相交流電流指令値を電流推定値として用いることにより１相制御としている。ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を逆ｄｑ変換した３相交流電流指令値は、実際の交流電動機の電流を正確に反映した情報とはならず、制御が不安定になる虞がある。特に、交流電動機の回転数が小さい場合、サンプリング間隔あたりの電流センサ値の電流変化量や回転角移動量が小さくなるため、実機情報が更に乏しくなり、制御がより不安定となる虞がある。

ところで、電流センサを交流電動機のトルク検出器の一種であるとみなせば、電流センサ値および回転角センサ値に基づいて交流電動機を制御する場合、出力トルクに基づいて交流電動機を制御している、とみなすことができる。一方、交流電動機の駆動制御に電流センサ値を用いない制御（例えばフィードフォワード制御）とする場合、出力トルクに基づいて交流電動機を制御しているとは必ずしもいえない。このような制御を採用する場合、電流センサ値および回転角センサ値に基づいて交流電動機を制御する場合と同等の機能安全性を確保するためには、別途出力トルクを監視する必要がある。交流電動機からの出力トルクを監視する際、本来であれば例えば２相の電流センサ値から換算される値等に基づき、出力トルクを直接監視することが望ましい。しかしながら、１相制御とした場合、実際のｄ軸電流およびｑ軸電流を演算することができないため、トルク換算が困難であり、出力トルクを直接的に監視することができない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、交流電動機の回転数が小さい低回転域においても安定して駆動可能であり、出力トルクを監視可能な交流電動機の制御装置を提供することにある。

本発明の交流電動機の制御装置は、インバータによって印加電圧が制御される３相の交流電動機の駆動を制御するものであって、センサ相電流取得手段と、回転角取得手段と、回転数演算手段と、電流推定手段と、第１の電圧指令値演算手段と、電圧指令基準値演算手段と、第２の電圧指令値演算手段と、制御モード切替手段と、トルク異常監視手段と、を備える。

センサ相電流取得手段は、交流電動機のいずれか１相であるセンサ相に設けられる第１の電流センサからセンサ相電流検出値を取得する。回転角取得手段は、交流電動機の回転角を検出する回転角センサから回転角検出値を取得する。回転数演算手段は、回転角検出値に基づき、交流電動機の回転数を演算する。

電流推定手段は、センサ相電流検出値および回転角検出値に基づき、電流推定値を演算する。なお、センサ相電流検出値および回転角検出値に加え、例えば電流指令値に基づいて電流推定値を演算してもよい。第１の電圧指令値演算手段は、交流電動機の駆動に係る電流指令値、および、フィードバックされる電流推定値に基づき、第１の電圧指令値を演算する。

電圧指令基準値演算手段は、電流指令値に基づき、電圧指令基準値を演算する。例えば、電圧指令基準値は、電動機の理論式を用いて演算することができる。また例えば、電圧指令基準値は、マップを参照して演算するようにしてもよい。
第２の電圧指令値演算手段は、電圧指令基準値を補正し、第２の電圧指令値を演算する。

制御モード切替手段は、回転数が所定の切替判定閾値より大きい場合、第１の電圧指令値に基づいてインバータの駆動に係る駆動信号を生成する第１の制御モードとし、回転数が切替判定閾値以下である場合、第２の電圧指令値に基づいて駆動信号を生成する第２の制御モードとする。
トルク異常監視手段は、制御モードが第２の制御モードである場合、センサ相電流検出値に基づき、交流電動機から出力される出力トルクを監視する。

本発明では、交流電動機の回転数が切替判定閾値以下である低回転域において、１相制御に替えて、電動機の理論式（例えば電圧方程式）や予め記憶されたマップ等を用い、電流指令値に基づいて電圧指令基準値を演算している。ただし、交流電動機や交流電動機の制御装置等に関する物理的な要因等により、理論上の電圧指令基準値と、指令通りのトルクが得られる交流電動機の実際の駆動に係る電圧指令値とが乖離することがある。特に交流電動機の始動時や停止時等の低回転域において、理論上の電圧指令基準値に基づいて交流電動機の駆動を制御すると、印加電圧が適切ではない可能性があるため、交流電動機を安定して駆動できない虞がある。

そこで本発明では、電圧指令基準値を補正して第２の電圧指令値を演算し、低回転域においては、第２の電圧指令値に基づく第２の制御モードにて交流電動機の駆動を制御している。これにより、低回転域において、始動から駆動、停止までを安定して制御することができる。

また、第１の電流センサを交流電動機のトルク検出器の一種であるとみなせば、センサ相電流検出値および回転角検出値に基づいて交流電動機を制御する第１の制御モードでは、出力トルクに基づいて交流電動機を制御している、とみなすことができる。一方、第２の制御モードでは、第２の電圧指令値の演算にセンサ相電流検出値を用いない場合があり、出力トルクに基づいて交流電動機を制御しているとは必ずしもいえない。そのため、第２の制御モードにおいて、第１の制御モード等と同等の機能安全性を確保するためには、別途出力トルクを監視する必要がある。交流電動機からの出力トルクを監視する際、例えば２相の電流センサ値等に基づいて実際のトルクを直接監視することが望ましい。しかしながら、本実施形態では、第１の電流センサが１相にしか設けられていないため、実際のｄ軸電流およびｑ軸電流を演算することができず、トルク換算が困難であり、出力トルクを直接的に監視することができない。

そこで本発明では、センサ相電流検出値に基づき、交流電動機から出力される出力トルクを監視している。これにより、交流電動機の回転数が小さい低回転域においても第２の制御モードにて安定して駆動可能でありつつ、出力トルクを監視し、機能安全性を確保することができる。

本発明の第１実施形態の交流電動機駆動システムの構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の電動機制御装置の構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態おける回転数による制御モードの切り替えを説明する説明図である。 高回転域における交流電動機の挙動を説明するタイムチャートである。 中回転域における交流電動機の挙動を説明するタイムチャートである。 低回転域における交流電動機の挙動を説明するタイムチャートである。 本発明の第１実施形態による出力トルク異常判定を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態による駆動制御処理を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態による出力トルク異常判定を説明する説明図である。 本発明の第４実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第６実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第６実施形態による駆動制御処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明による交流電動機の制御装置を図面に基づいて説明する。なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態による交流電動機２の制御装置としての電動機制御装置１０は、電動車両を駆動する電動機駆動システム１に適用される。

電動機駆動システム１は、交流電動機２、直流電源８、および、電動機制御装置１０等を備える。
交流電動機２は、例えば電動車両の駆動輪６を駆動するためのトルクを発生する電動機である。本実施形態の交流電動機２は、永久磁石式同期型の三相交流電動機である。
電動車両には、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車等、電気エネルギによって駆動輪６を駆動する車両が含まれるものとする。本実施形態の電動車両は、エンジン３を備えるハイブリッド車両であり、交流電動機２は、駆動輪６を駆動するためのトルクを発生する電動機としての機能、および、エンジン３や駆動輪６から伝わる車両の運動エネルギにより駆動されて発電可能な発電機としての機能を有する、所謂モータジェネレータ（図中、「ＭＧ」と記す。）である。

交流電動機２は、例えば変速機等のギア４を介して車軸５に接続される。これにより、交流電動機２の駆動により生じるトルクは、ギア４を介して車軸５を回転させることにより、駆動輪６を駆動する。
直流電源８は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等、充放電可能な蓄電装置である。直流電源８は、電動機制御装置１０のインバータ１２（図２参照）と接続され、インバータ１２を介して交流電動機２と電力の授受可能に構成されている。

車両制御回路９は、マイクロコンピュータ等により構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ、および、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。車両制御回路９は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理により、電動車両全体を制御する。

車両制御回路９は、いずれも図示しないアクセルセンサからのアクセル信号、ブレーキスイッチからのブレーキ信号、および、シフトスイッチからのシフト信号等の各種センサやスイッチ等から信号を取得可能に構成されている。また、車両制御回路９では、取得されたこれらの信号等に基づいて車両の運転状態を検出し、運転状態に応じたトルク指令値ｔｒｑ^*を電動機制御装置１０に出力する。また、車両制御回路９は、エンジン３の運転を制御する図示しないエンジン制御回路に対し、指令信号を出力する。

図２に示すように、電動機制御装置１０は、インバータ１２および制御部１５を備える。
インバータ１２には、交流電動機２の駆動状態や車両要求等に応じて、直流電源８の直流電圧を図示しない昇圧コンバータにより昇圧したインバータ入力電圧ＶＨが印加される。また、インバータ１２は、ブリッジ接続される図示しない６つのスイッチング素子を有する。詳細には、スイッチング素子は、高電位側に設けられる上側スイッチング素子（以下、「上ＳＷ」という。）、および、低電位側に設けられる下側スイッチング素子（以下、「下ＳＷ」という。）からなる。直列に接続される上ＳＷおよび下ＳＷは、交流電動機２の各相に対応して設けられる。スイッチング素子には、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子は、制御部１５のＰＷＭ信号生成部２８（図３参照）から出力されるＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬに基づいてオン／オフが制御される。これにより、インバータ１２は、交流電動機２に印加される３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗを制御する。交流電動機２は、インバータ１２により生成された３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが印加されることにより駆動が制御される。

第１の電流センサ１３は、交流電動機２のいずれか１相に設けられる。本実施形態では、第１の電流センサ１３は、Ｗ相に１つ設けられており、所謂「１相１チャンネル」の構成となっている。以下、第１の電流センサ１３の設けられるＷ相を適宜「センサ相」という。第１の電流センサ１３は、センサ相であるＷ相に通電されるＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを検出し、制御部１５に出力する。制御部１５では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを取得する。なお、本実施形態では、第１の電流センサ１３はＷ相に設けられているが、どの相に設けてもよい。以下、本実施形態では、センサ相をＷ相とする構成について説明する。

回転角センサ１４は、交流電動機２の図示しないロータ近傍に設けられ、電気角θｅを検出し、制御部１５に出力する。制御部１５では、電気角θｅを取得する。本実施形態の回転角センサ１４は、レゾルバである。その他、回転角センサ１４は、ロータリエンコーダ等、他種のセンサでもよい。本実施形態の電気角θｅは、Ｕ相軸を基準とした角度とする。

ここで、交流電動機２の駆動制御について説明する。電動機制御装置１０は、回転角センサ１４が検出した電気角θｅに基づく交流電動機２のロータの回転数Ｎ（以下適宜、単に「交流電動機２の回転数Ｎ」という。）および車両制御回路９からのトルク指令値ｔｒｑ^*に応じて、交流電動機２を「電動機としての力行動作」により電力を消費し、または、「発電機としての回生動作」により電力を生成する。具体的には、回転数Ｎおよびトルク指令値ｔｒｑ^*の正負によって、以下の４つのパターンで動作を切り替える。
＜１．正転力行＞ 回転数Ｎが正でトルク指令値ｔｒｑ^*が正のとき、電力消費。
＜２．正転回生＞ 回転数Ｎが正でトルク指令値ｔｒｑ^*が負のとき、発電。
＜３．逆転力行＞ 回転数Ｎが負でトルク指令値ｔｒｑ^*が負のとき、電力消費。
＜４．逆転回生＞ 回転数Ｎが負でトルク指令値ｔｒｑ^*が正のとき、発電。

回転数Ｎ＞０（正転）でトルク指令値ｔｒｑ^*＞０である場合、または、回転数Ｎ＜０（逆転）でトルク指令値ｔｒｑ^*＜０である場合、インバータ１２は、スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源８側から供給される直流電力を交流電力に変換してトルクを出力する（力行動作する）ように、交流電動機２を駆動する。

一方、回転数Ｎ＞０（正転）でトルク指令値ｔｒｑ^*＜０である場合、または、回転数Ｎ＜０（逆転）でトルク指令値ｔｒｑ^*＞０である場合、インバータ１２は、スイッチング素子のスイッチング動作により、交流電動機２が発電した交流電力を直流電力に変換し、直流電源８側へ供給することにより、回生動作する。

次に、制御部１５の詳細について、図３に基づいて説明する。図３に示すように、制御部１５は、回転数演算部１６、電流指令値演算部２１、電圧指令基準値演算部２２、電圧指令基準値補正部２３、電流推定部２４、電圧指令値演算部２５、切替判定部２６、３相電圧指令値演算部２７、ＰＷＭ信号生成部２８、電圧指令補正値演算部３０、トルク異常監視部４１等を有する。

回転数演算部１６は、電気角θｅに基づき、交流電動機２の回転数Ｎを演算する。
電流指令値演算部２１は、車両制御回路９から取得されるトルク指令値ｔｒｑ^*に基づき、交流電動機２の回転座標として設定される回転座標系（ｄ−ｑ座標系）におけるｄ軸電流指令値ｉｄ^*、および、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*を演算する。本実施形態では、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*は、予め記憶されているマップを参照することにより演算されるが、数式等から演算するように構成してもよい。

電圧指令基準値演算部２２では、電動機の理論式である電圧方程式を用い、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づき、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを演算する。ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆは、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*から直接的に演算されるものであり、フィードフォワード（以下、「ＦＦ」という。）項であると捉えることもできる。

まず、電動機の電圧方程式は、一般に式（１）、（２）で表される。
ｖｄ＝Ｒａ×ｉｄ＋Ｌｄ×（ｄ／ｄｔ）ｉｄ−ω×Ｌｑ×ｉｑ ・・・（１）
ｖｑ＝Ｒａ×ｉｑ＋Ｌｑ×（ｄ／ｄｔ）ｉｑ＋ω×Ｌｄ×ｉｄ＋ω×ψ
・・・（２）

また、過渡特性を表す時間微分（ｄ／ｄｔ）項を無視し、式（１）中のｖｄとしてｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆ、ｉｄとしてｄ軸電圧指令値ｉｄ^*を用い、式（２）中のｖｑとしてｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆ、ｉｑとしてｑ軸電圧指令値ｉｑ^*を用いると、式（１）、（２）は、式（３）、（４）のように書き換えられる。
ｖｄ＿ｒｅｆ＝Ｒａ×ｉｄ^*−ω×Ｌｑ×ｉｑ^* ・・・（３）
ｖｑ＿ｒｅｆ＝Ｒａ×ｉｑ^*＋ω×Ｌｄ×ｉｄ^*＋ω×ψ ・・・（４）

式中の記号は以下の通りである。
Ｒａ：電機子抵抗
Ｌｄ：ｄ軸自己インダクタンス、Ｌｑ：ｑ軸自己インダクタンス
ω：電気角速度
ψ：永久磁石の電機子鎖交磁束

なお、交流電動機２の機器定数である電機子抵抗Ｒａ、ｄ軸自己インダクタンスＬｄ、ｑ軸自己インダクタンスＬｑ、および電機子鎖交磁束ψは、固定値としてもよいし、計算にて算出してもよい。また、実際の特性に近い値や実測値をマップ化しておき、トルク指令値ｔｒｑ^*（またはｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*）に基づいて演算してもよい。
電気角速度ωは、電圧指令基準値演算部２２にて、電気角θｅに基づいて演算される。また、電気角速度ωは、回転数Ｎから演算してもよい。

ここで、回転数Ｎが０［ｒｐｍ］の場合、電気角速度ωも０［ｒａｄ／ｓ］となるので、式（３）、（４）のω項がゼロとなり、抵抗項のみが残る。抵抗項は、電機子抵抗Ｒａの値や電流指令値によってはゼロに近い小さい値となる。また、交流電動機２や電動機制御装置１０等に関する物理的な要因等により、電圧方程式から算出される理論上の電圧指令基準値と、指令通りのトルクが得られる交流電動機２の実際の駆動に係る電圧指令値とが乖離することがある。そのため、交流電動機２が始動可能となるように、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを適宜補正することが望ましい。そこで本実施形態では、電圧指令基準値補正部２３にてｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを補正している。

電圧指令基準値補正部２３では、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを補正し、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を演算する。本実施形態では、後述の電圧指令補正値演算部３０にて演算されるｄ軸電圧指令補正値ｖｄ＿ｃｍｐおよびｑ軸電圧指令補正値ｖｑ＿ｃｍｐに基づき、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを補正し、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を演算する。第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を、式（５）、（６）に示す。
ｖｄ^*＿２＝ｖｄ＿ｒｅｆ＋ｖｄ＿ｃｍｐ ・・・（５）
ｖｑ^*＿２＝ｖｑ＿ｒｅｆ＋ｖｑ＿ｃｍｐ ・・・（６）

電流推定部２４では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび電気角θｅに基づき、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する。本実施形態では、電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび電気角θｅに加え、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づき、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する。具体的には、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*の逆ｄｑ変換により算出されるＵ相電流指令値ｉｕ^*およびＶ相電流指令値ｉｖ^*を、Ｕ相電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔおよびＶ相電流推定値ｉｖ＿ｅｓｔとする。そして、Ｕ相電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔ、Ｖ相電流推定値ｉｖ＿ｅｓｔ、および、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓのｄｑ変換によりｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する。

ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔの演算方法は、これに限らず、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび電気角θｅに基づいて算出されていれば、どのようであってもよい。また、Ｕ相電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔおよびＶ相電流推定値ｉｖ＿ｅｓｔは、どのように演算してもよいし、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔの演算に不要であれば、演算しなくてもよい。

電圧指令値演算部２５では、電流推定部２４からフィードバックされたｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔとｄ軸電流指令値ｉｄ^*との差であるｄ軸電流偏差Δｉｄを演算し、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔをｄ軸電流指令値ｉｄ^*に追従させるべく、ｄ軸電流偏差Δｉｄが０［Ａ］に収束するように、第１のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿１をＰＩ演算により演算する。また、電流推定部２４からフィードバックされたｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔとｑ軸電流指令値ｉｑ^*との差であるｑ軸電流偏差Δｉｑを演算し、ｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔをｑ軸電流指令値ｉｑ^*に追従させるべく、ｑ軸電流偏差Δｉｑが０［Ａ］に収束するように、第１のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿１をＰＩ演算により演算する。

切替判定部２６では、インバータ１２の駆動に係る駆動信号（後述のＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬ）の演算に用いるｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*として、第１のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿１および第１のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿１を選択するか、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を選択するか、を切り替える。本実施形態では、回転数Ｎが所定の切替判定閾値Ａより大きい場合、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*として、第１のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿１および第１のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿１を選択する。また、回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下の場合、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*として、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を選択する。

３相電圧指令値演算部２７では、回転角センサ１４から取得される電気角θｅに基づく逆ｄｑ変換により、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を、Ｕ相電圧指令値ｖｕ^*、Ｖ相電圧指令値ｖｖ^*、および、Ｗ相電圧指令値ｖｗ^*に変換する。
ＰＷＭ信号生成部２８では、インバータ１２のスイッチング素子のオン／オフの切り替えに係るＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを、３相交流の電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*、および、インバータ１２に印加される電圧であるインバータ入力電圧ＶＨに基づいて演算する。

そして、ＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬに基づいてインバータ１２のスイッチング素子のオン／オフが制御されることより、３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが生成され、この３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが交流電動機２に印加されることにより、トルク指令値ｔｒｑ^*に応じたトルクが出力されるように、交流電動機２の駆動が制御される。なお、３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが「印加電圧」に対応する。

電圧指令補正値演算部３０では、電圧方程式から算出される理論上の電圧指令基準値と、指令通りのトルクが得られる交流電動機２の実際の駆動に係る電圧指令値との差分に対応するｄ軸電圧指令補正値ｖｄ＿ｃｍｐおよびｑ軸電圧指令補正値ｖｑ＿ｃｍｐを演算する。ｄ軸電圧指令補正値ｖｄ＿ｃｍｐおよびｑ軸電圧指令補正値ｖｑ＿ｃｍｐは、例えば、電気角θｅ、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*等に基づいて演算される。ｄ軸電圧指令補正値ｖｄ＿ｃｍｐおよびｑ軸電圧指令補正値ｖｑ＿ｃｍｐは、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを補正可能な値であれば、どのような値であってもよい。例えば、ｄ軸電圧指令補正値ｖｄ＿ｃｍｐおよびｑ軸電圧指令補正値ｖｑ＿ｃｍｐは、上下のスイッチング素子が同時オンとなることによる短絡防止のために設けられるデッドタイムに起因する電圧誤差に相当する値としてもよい。また例えば、ｄ軸電圧指令補正値ｖｄ＿ｃｍｐおよびｑ軸電圧指令補正値ｖｑ＿ｃｍｐを実機データに基づくマップ演算等により演算してもよい。

また、電圧指令補正値演算部３０にて、式（５）、（６）に乗じる係数Ｋを演算してもよい。そして、電圧指令基準値補正部２３では、式（５）、（６）に係数Ｋを乗じることにより、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを補正して、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を演算してもよい。係数Ｋは、どのような値であってもよく、例えば、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*のＷ相成分であるＷ相電流指令値ｉｗ^*とＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとの比率としてもよい。

トルク異常監視部４１では、回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下である場合、すなわち、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*として、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を選択する後述のＦＦ制御モードである場合、交流電動機２から出力される出力トルクに異常が生じているか否かを監視する。トルク異常監視部４１における出力トルク異常監視については、後述する。

ここで、本実施形態における回転数Ｎによる制御モードの切り替えについて、図４に基づいて説明する。
回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下である場合、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２に基づいてインバータ１２の駆動に係る駆動信号であるＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを生成し、交流電動機２の駆動を制御することを「ＦＦ電圧指令制御モード（以下適宜、「ＦＦ制御モード」という。）」とする。

回転数Ｎが切替判定閾値Ａより大きい場合、第１のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿１および第１のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿１に基づいてインバータ１２の駆動に係るＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを生成し、交流電動機２の駆動を制御することを「推定電流フィードバック制御モード（以下、フィードバックを適宜「ＦＢ」と記載する。）」とする。推定電流ＦＢ制御は、１相の電流検出値（本実施形態ではＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ）を用いた１相制御と捉えることもできる。なお、本実施形態では、電流センサが１相に設けられていることを鑑みれば、「推定電流ＦＢ制御」および「ＦＦ制御」を広義の１相制御」と捉えることもできる。
本実施形態では、「推定電流ＦＢ制御モード」が「第１の制御モード」に対応し、「ＦＦ電圧指令制御（ＦＦ制御）モード」が「第２の制御モード」に対応する。

ここで、推定電流ＦＢ制御について、図５〜図７に基づいて説明する。図５は高回転域、図６は中回転域、図７は低回転域の例である。ここでいう「高回転、中回転、低回転」は、相対的な意味でのみ用い、具体的な回転数を意味しない。すなわち、図５での回転数をＮ１、図６での回転数をＮ２、図７での回転数をＮ３とすると、単にＮ１≧Ｎ２≧Ｎ３である、ということである。また、図５〜図７において、サンプリング間隔Ｔｓは、同じであるものとする。図５〜図７においては、（ａ）がｄ軸電流、（ｂ）がｑ軸電流、（ｃ）が電気角移動量Δθｅおよび電流変化量Δｉｗとサンプリング間隔Ｔｓとの関係を説明する図である。また、（ａ）、（ｂ）において、ｄ軸実電流値ｉｄおよびｑ軸実電流値ｉｑを実線で示し、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*を破線で示した。さらにまた、（ａ）、（ｂ）において、時間Ｔｃよりも前段は、２相に電流センサを設け、２相の電流検出値に基づく２相制御を行った場合を示し、時間Ｔｃにて１相の電流検出値（本実施形態ではＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ）に基づく推定電流ＦＢ制御に切り替えた場合を示している。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、回転数Ｎが高回転域にて２相制御から推定電流ＦＢ制御に切り替えた場合、推定電流ＦＢ制御におけるｄ軸実電流値ｉｄおよびｑ軸実電流値ｉｑは、２相制御におけるｄ軸実電流値ｉｄおよびｑ軸実電流値ｉｑと変動幅に大きな差はない。
これは、図５（ｃ）に示すように、サンプリング間隔Ｔｓが回転数Ｎによらず同じである場合、サンプリング間隔Ｔｓにおける電気角移動量Δθｅおよび電流変化量Δｉｗが比較的大きな値となっており、推定電流ＦＢ制御においても実機情報を反映させやすいためである。

一方、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、回転数Ｎが中回転域にて２相制御から推定電流ＦＢ制御に切り替えた場合、推定電流ＦＢ制御におけるｄ軸実電流値ｉｄおよびｑ軸実電流値ｉｑは、２相制御におけるｄ軸実電流値ｉｄおよびｑ軸実電流値ｉｑよりも変動幅が大きく、制御が不安定になる。
これは、図６（ｃ）に示すように、サンプリング間隔Ｔｓにおける電気角移動量Δθｅおよび電流変化量Δｉｗが、回転数Ｎが高回転域のときよりも減少し、実機情報が乏しくなることに起因する。

さらに、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、低回転域にて２相制御から推定電流ＦＢ制御に切り替えた場合、推定電流ＦＢ制御におけるｄ軸実電流値ｉｄおよびｑ軸実電流値ｉｑは、回転数Ｎが中回転域の場合よりもさらに変動幅が大きく、制御がさらに不安定になる。
図７（ｃ）に示すように、回転数Ｎが小さい場合、サンプリング間隔Ｔｓにおける電気角移動量Δθｅおよび電流変化量Δｉｗがゼロに近くなる。本実施形態では、Ｕ相電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔとしてＵ相電流指令値ｉｕ^*、Ｖ相電流推定値ｉｖ＿ｅｓｔとしてＶ相電流指令値ｉｖ^*を用いているため、指令に対して変化する値である電流変化量Δｉｗが略０［Ａ］となると、フィードバックされるｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔがほとんど変化しなくなるためである。

このように、回転数Ｎが低回転域である場合、サンプリング間隔Ｔｓにおける電気角移動量Δθｅおよび電流変化量Δｉｗが小さくなる。換言すると、フィードバックするｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔに反映される実機情報が乏しくなる、ということである。そのため、フィードバックするｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔの推定精度が低下するため、低回転域にて推定電流ＦＢ制御とすると、交流電動機２を安定して駆動できない虞がある。

そこで本実施形態では、回転数Ｎが所定の切替判定閾値Ａ以下の場合、推定電流ＦＢ制御に替えて、ＦＦ項を補正した第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２に基づくＦＦ制御を行っている。

ところで、第１の電流センサ１３を交流電動機２のトルク検出器の一種であるとみなせば、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいて交流電動機２を制御する推定電流ＦＢ制御モードでは、出力トルクに基づいて交流電動機２を制御している、とみなすことができる。換言すると、推定電流ＦＢ制御モードでは、出力トルクを監視しているとみなすことができる。

一方、ＦＦ制御モードでは、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２の演算にＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用いないことがあり、この場合、出力トルクに基づいて交流電動機２を制御しているとは必ずしもいえない。そのため、ＦＦ制御モードにおいて、推定電流ＦＢ制御モードと同等の機能安全性を確保するためには、別途出力トルクを監視する必要がある。

そこで本実施形態では、回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下である場合、すなわちＦＦ制御モードである場合、トルク異常監視部４１にて、出力トルク異常監視を行っている。本来、２相の電流検出値に基づき、トルク換算した値にて監視を行うことが望ましいが、本実施形態では、第１の電流センサ１３が１相（本実施形態ではＷ相）にしか設けられておらず、ｄ軸実電流ｉｄおよびｑ軸実電流ｉｑを演算することができないため、トルク換算が困難であり、出力トルクを直接的に監視することができない。また、ＦＦ制御モードでは、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと他相電流推定値（Ｕ相電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔまたはＶ相電流推定値ｉｖ＿ｅｓｔ）とに基づいてトルク推定値ｔｒｑ＿ｅｓｔを演算することもできない。

そのため、本実施形態では、出力トルクｔｒｑが式（７）で表されることに鑑み、図８に示すように、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが第１の正常判定範囲内である場合、出力トルクが正常であるとみなす。また、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが第１の正常判定範囲外である場合、出力トルクに異常が生じている、より詳細には出力トルクが過大であるトルク超過異常が生じている、とみなす。なお、式（７）中のψは電機子鎖交磁束であり、Ｋは演算上で発生し得る係数を総じて表したものである。
ｔｒｑ＝Ｋ×ψ×Ｉａ ・・・（７）

図８に示す例では、第１の正常判定範囲を閾値Ｅ１以上閾値Ｅ２以下とし、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが閾値Ｅ１以上閾値Ｅ２以下である場合、出力トルクは正常であるとみなす。また、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが閾値Ｅ１より小さい場合、または、閾値Ｅ２より大きい場合、出力トルクに異常が生じているとみなす。本実施形態では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが閾値Ｅ１より小さい場合、または、閾値Ｅ２より大きい場合が、「Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが第１の正常判定範囲外である」とする。

また、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの絶対値に基づき、出力トルク異常判定を行ってもよい。すなわち、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの絶対値が閾値Ｅ３以下である場合、正常とみなし、閾値Ｅ３より大きい場合、出力トルクに異常が生じているとみなしてもよい。この場合、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの絶対値が閾値Ｅ３より大きい場合が、「Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが第１の正常判定範囲外である」とする。

ここで、本実施形態による交流電動機２の駆動制御処理を図９に示すフローチャートに基づいて説明する。図９に示す処理は、制御部１５にて実行されるものである。
図９に示すように、最初のステップＳ１０１（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、回転角センサ１４から電気角θｅを取得し、回転数Ｎを演算する。また、第１の電流センサ１３からＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを取得する。

Ｓ１０２では、電流推定部２４にて、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび電気角θｅに基づき、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する。本実施形態では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび電気角θｅに加え、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づき、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する。本実施形態では、回転数Ｎによらず、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを常時演算している。

Ｓ１０３では、回転数Ｎが所定の切替判定閾値Ａ以下か否かを判断する。回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下であると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行する。回転数Ｎが切替判定閾値Ａより大きいと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０４へ移行する。

Ｓ１０４では、推定電流ＦＢ制御とし、電圧指令値演算部２５にて、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*、ｑ軸電流指令値ｉｑ^*、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔに基づき、第１のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿１および第１のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿１を演算する。ここで、直前の処理にてＳ１０３にて肯定判断されていた場合、すなわち直前までＦＦ制御であった場合、ＰＩ演算において、直前のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*をＰＩ積分項の初期値として設定することが望ましい。これにより、ＦＦ項補正処理から推定電流ＦＢ制御処理への切り替え時のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*の急変を抑制することができる。
Ｓ１０５では、切替判定部２６にて、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*として第１のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿１を選択し、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*として第１のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿１を選択する。

回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下であると判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）に移行するＳ１０６では、推定電流ＦＢ制御に替えて、ＦＦ制御とし、電圧指令基準値演算部２２および電圧指令基準値補正部２３にて、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を演算する。

Ｓ１０７では、トルク異常監視部４１にて、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づき、出力トルクに異常が生じているか否かを判断する。本実施形態では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが第１の正常判定範囲内か否かに基づいて判断する。出力トルクに異常が生じていないと判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、すなわちＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが閾値Ｅ１以上閾値Ｅ２以下である場合、Ｓ１０９へ移行する。出力トルクに異常が生じていると判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、すなわちＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが閾値Ｅ１より小さい、または、閾値Ｅ２より大きい場合、Ｓ１０８へ移行する。
Ｓ１０８では、出力トルクに異常が生じている旨の情報を車両制御回路９へ出力し、電動機制御装置１０による制御を停止する（システム停止）。なお、システム停止に限らず、バックアップ制御に移行する等の措置を講じるようにしてもよい。

出力トルクに異常が生じていないと判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）に移行するＳ１０９では、切替判定部２６にて、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*として第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２を選択し、ｑ軸電圧指令値ｖｑ^*として第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を選択する。

Ｓ１１０では、３相電圧指令値演算部２７にて、ｄ軸電圧指令値ｖｄ^*およびｑ軸電圧指令値ｖｑ^*を電気角θｅに基づいて逆ｄｑ変換し、３相電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*を演算する。
Ｓ１１１では、ＰＷＭ信号生成部２８にて、３相電圧指令値ｖｕ^*、ｖｖ^*、ｖｗ^*をインバータ入力電圧ＶＨに基づいてＰＷＭ変調してＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを算出し、インバータ１２へ出力する。

そして、ＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬに基づいてインバータ１２のスイッチング素子のオン／オフが制御されることにより、３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが生成され、この３相交流電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが交流電動機２に印加されることにより、トルク指令値ｔｒｑ^*に応じたトルクが出力される。

以上詳述したように、本実施形態の電動機制御装置１０は、インバータ１２によって印加電圧ｖｕ、ｖｖ、ｖｗが制御される３相の交流電動機２の駆動を制御する。
電動機制御装置１０の制御部１５では、以下の処理が実行される。交流電動機２のいずれか１相（本実施形態ではＷ相）であるセンサ相に設けられる第１の電流センサ１３からＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを取得する（図９中のＳ１０１）。また、交流電動機２の回転角を検出する回転角センサ１４から電気角θｅを取得する（Ｓ１０１）。

回転数演算部１６では、電気角θｅに基づき、交流電動機２の回転数Ｎを演算する（Ｓ１０１）。
電流推定部２４では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび電気角θｅに基づき、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する（Ｓ１０２）。本実施形態では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび電気角θｅに加え、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づき、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する。また、電圧指令値演算部２５では、交流電動機２の駆動に係るｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*、並びに、フィードバックされるｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔに基づき、第１のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿１および第１のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿１を演算する（Ｓ１０４）。

電圧指令基準値演算部２２では、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づき、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを演算する。本実施形態では、電動機の理論式を用い、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを演算する。また、電圧指令基準値補正部２３では、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを補正し、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を演算する（Ｓ１０６）。

切替判定部２６では、回転数Ｎが所定の切替判定閾値Ａより大きい場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、第１のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿１および第１のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿１に基づいてインバータ１２の駆動に係るＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを生成する推定電流ＦＢ制御モードとし、回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下である場合、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２に基づいてＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬを生成するＦＦ制御モードとする。
トルク異常監視部４１では、制御モードがＦＦ制御モードである場合、すなわち回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下である場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づき、交流電動機２から出力される出力トルクを監視する。

本実施形態では、Ｗ相に第１の電流センサ１３を設け、Ｕ相およびＶ相の電流センサを省略しており、つまりは電流センサの数を減らすことができる。これにより、インバータ１２の３相出力端子近傍の小型化や電動機制御装置１０のコストを低減することができる。

１相（本実施形態ではＷ相）の電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用いて推定されるｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔをフィードバックして交流電動機２の駆動を制御する推定電流ＦＢ制御とする場合、回転数Ｎが小さい低回転域では、サンプリング間隔Ｔｓあたりの電気角移動量Δθｅおよび電流変化量Δｉｗが小さくなり、実機情報が乏しくなるため、制御が不安定になる虞がある。

そのため、本実施形態では、回転数Ｎが切替判定閾値Ａ以下である低回転域において、推定電流ＦＢ制御に替えて、電動機の理論式（例えば電圧方程式）や予め記憶されたマップ等を用い、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づいてｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを演算している。ただし、交流電動機２や電動機制御装置１０等に関する物理的な要因等により、理論上の電圧指令基準値と、指令通りのトルクが得られる交流電動機２の実際の駆動に係る電圧指令値とが乖離することがある。特に交流電動機２の始動時や停止時等の低回転域において、理論上のｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆに基づいて交流電動機２の駆動を制御すると、交流電動機２に印加される印加電圧が適切ではない可能性があるため、交流電動機２を安定して駆動できない虞がある。

そこで本実施形態では、ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆを補正して第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２を演算し、低回転域においては、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２に基づいて交流電動機２の駆動を制御している。これにより、低回転域において、始動から駆動、停止までを安定して制御することができる。

また、第１の電流センサ１３を交流電動機２のトルク検出器の一種であるとみなせば、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび電気角θｅに基づいて交流電動機２を制御する推定電流ＦＢ制御モードでは、出力トルクに基づいて交流電動機２を制御している、とみなすことができる。一方、ＦＦ制御モードでは、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２の演算にＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを用いないことがあり、この場合、出力トルクに基づいて交流電動機２を制御しているとは必ずしもいえない。そのため、推定電流ＦＢ制御等と同等の機能安全性を確保するためには、別途出力トルクを監視する必要がある。交流電動機２の出力トルクを監視する際、例えば２相の電流センサ値等に基づいて実際のトルクを直接監視することが望ましい。しかしながら、本実施形態では、第１の電流センサ１３が１相（本実施形態ではＷ相）にしか設けられていないため、実際のｄ軸実電流値ｉｄおよびｑ軸実電流値ｉｑを演算することができず、トルク換算が困難であり、出力トルクを直接的に監視することができない。

そこで本実施形態では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づいて、交流電動機２から出力される出力トルクを監視している。具体的には、本実施形態では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが正常判定範囲外である場合、出力トルクに異常が生じていると判定する。
これにより、交流電動機２の回転数Ｎが小さい低回転域においてもＦＦ制御にて安定して駆動可能でありつつ、出力トルクを監視し、機能安全性を確保することができる。

本実施形態では、制御部１５が「センサ相電流取得手段」、「回転角取得手段」、「回転数演算手段」、「電流推定手段」、「第１の電圧指令値演算手段」、「電圧指令基準値演算手段」、「第２の電圧指令値演算手段」、「制御モード切替手段」、「トルク異常監視手段」を構成する。より詳細には、回転数演算部１６が「回転数演算手段」を構成し、電流推定部２４が「電流推定手段」を構成し、電圧指令値演算部２５が「第１の電圧指令値演算手段」を構成し、電圧指令基準値演算部２２が「電圧指令基準値演算手段」を構成し、電圧指令基準値補正部２３が「第２の電圧指令値演算手段」を構成し、切替判定部２６が「制御モード切替手段」を構成し、トルク異常監視部４１が「トルク異常監視手段」を構成する。

また、図９中のＳ１０１が「センサ相電流取得手段」、「回転角取得手段」および「回転数演算手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１０２が「電流推定手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１０４が「第１の電圧指令値演算手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１０６が「電圧指令基準値演算手段」および「第２の電圧指令値演算手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１０５およびＳ１０９が「制御モード切替手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１０７が「トルク異常監視手段」の機能としての処理に相当する。

Ｗ相が「センサ相」に対応し、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが「センサ相電流検出値」に対応し、電気角θｅが「回転角検出値」に対応する。ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔが「電流推定値」に対応し、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*が「電流指令値」に対応し、第１のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿１および第１のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿１が「第１の電圧指令値」に対応する。ｄ軸電圧指令基準値ｖｄ＿ｒｅｆおよびｑ軸電圧指令基準値ｖｑ＿ｒｅｆが「電圧指令基準値」に対応し、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２が「第２の電圧指令値」に対応する。また、ＰＷＭ信号ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬが「駆動信号」に対応する。

（第２実施形態）
第２実施形態〜第５実施形態は、トルク異常監視部が上記実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。
本発明の第２実施形態による制御部１５を図１０に示す。本実施形態のトルク異常監視部４２では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの振幅Ｉａを演算する。そして、第２の正常判定範囲を閾値Ｅ１１以上閾値Ｅ１２以下である場合とし、振幅Ｉａが閾値Ｅ１１以上閾値Ｅ１２以下である場合、出力トルクは正常であるとみなす。また、振幅Ｉａが閾値Ｅ１１より小さい場合、または、閾値Ｅ１２より大きい場合、出力トルクに異常が生じていると判定する。本実施形態では、振幅Ｉａが閾値Ｅ１１より小さい場合、または、閾値Ｅ１２より大きい場合が、「振幅Ｉａが第２の正常判定範囲外である」とする。

振幅Ｉａは、どのような方法で演算してもよいが、例えば電気角θｅ、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*に基づき、以下のように演算できる。まず、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓは、式（８．１）で表される。式中のφは、ｄ−ｑ座標におけるｑ軸を基準とする電流ベクトルｉの電流位相である。
ｉｗ＿ｓｎｓ＝Ｉａ×ｓｉｎ（θｅ＋２４０°＋φ） ・・・（８．１）

また、基準軸の取り方を特定せず、式（８．１）を一般化すると、式（８．２）のようになる。
ｉｗ＿ｓｎｓ＝Ｉａ×ｓｉｎ（θｅ＋Ｃ＋φ） ・・・（８．２）
ただし、式中のＣは電気角θｅの基準軸とセンサ相軸との位相に応じた定数である。本実施形態では、電気角θｅは、Ｕ相軸を基準としてＵ相軸と＋ｄ軸とがなす角度であり、０［°］から反時計回り方向に定義される。また、Ｗ相軸は、Ｕ相軸に対し、電気角として２４０［°］ずれているので、本実施形態の定数Ｃは２４０［°］である。

また、振幅が１の正弦波である基準正弦波ｉｗ＿ｒｅｆは、式（９．１）で表される。式中のφ^*は、ｄ−ｑ座標におけるｑ軸を基準とする電流指令ベクトルｉ^*の電流位相であり、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*から演算可能である。
ｉｗ＿ｒｅｆ＝１×ｓｉｎ（θｅ＋２４０°＋φ^*） ・・・（９．１）
式（８．２）と同様、基準軸の取り方を特定せず、式（９．１）を一般化すると、式（９．２）のようになる。
ｉｗ＿ｒｅｆ＝１×ｓｉｎ（θｅ＋Ｃ＋φ^*） ・・・（９．２）

ここで、ｄ−ｑ座標における電流ベクトルｉの電流位相φと電流指令ベクトルｉ^*の電流位相φ^*とが略等しいとみなせば、振幅Ｉａは、式（１０）により演算される。
Ｉａ＝ｉｗ＿ｓｎｓ／ｉｗ＿ｒｅｆ ・・・（１０）

なお、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓまたは基準正弦波ｉｗ＿ｒｅｆがゼロクロスする場合には、ゼロで乗算する「ゼロ掛け」やゼロで除算する「ゼロ割り」により振幅Ｉａが正確に演算できない。そのため、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓまたは基準正弦波ｉｗ＿ｒｅｆがゼロクロス範囲内である場合、誤検出を避けるべく、出力トルク異常監視を中止することが望ましい。ゼロクロス範囲内か否かの判定は、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓまたは基準正弦波ｉｗ＿ｒｅｆに基づいて判定してもよいし、電気角θｅに電流位相φまたは電流指令位相φ^*を加算した位相角、または、電気角θｅ等に基づいて判定してもよい。

フローチャートについて言及すると、図９中のＳ１０７では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび基準正弦波ｉｗ＿ｒｅｆがゼロクロス範囲内ではない場合、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの振幅Ｉａを演算する。また、振幅Ｉａが閾値Ｅ１１以上閾値Ｅ１２以下である場合である場合、出力トルクに異常が生じていないとみなし、Ｓ１０７にて否定判断し、Ｓ１０９へ移行する。振幅Ｉａが閾値Ｅ１１より小さい場合、または、閾値Ｅ１２より大きい場合、出力トルクに異常が生じているとみなし、Ｓ１０７にて肯定判断し、Ｓ１０８へ移行する。なお、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓまたは基準正弦波ｉｗ＿ｒｅｆがゼロクロス範囲内である場合には、Ｓ１０７にて否定判断し、Ｓ１０９へ移行する。

本実施形態では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの振幅Ｉａが、第２の正常判定範囲外である場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、出力トルクに異常が生じていると判定する。
このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
また、上記実施形態では、実質的に、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓのピーク付近にて出力トルク異常を検出することになるが、本実施形態では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓのゼロクロス範囲を除く角度範囲にて出力トルク異常を検出することができる。また、本実施形態では、出力トルクが過大である場合だけでなく、過小である場合についても判定可能である。
本実施形態では、トルク異常監視部４２が「トルク異常監視手段」を構成する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による制御部１５を図１１に示す。
本実施形態の制御部１５は、上記実施形態に加え、３相電流指令値演算部３５を有する。
３相電流指令値演算部３５では、電気角θｅに基づく逆ｄｑ変換により、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*を、Ｗ相電流指令値ｉｗ^*に変換する。Ｗ相電流指令値ｉｗ^*は、トルク異常監視部４３に出力される。

トルク異常監視部４３では、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*のＷ相成分であるＷ相電流指令値ｉｗ^*とＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとの差であるＷ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒの絶対値に基づき、出力トルク異常を監視する（図１２参照）。図１２（ａ）は、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの振幅がＷ相電流指令値ｉ^*の振幅より大きい場合、すなわちトルク過大側の例を示しており、図１２（ｂ）は、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの振幅がＷ相電流指令値ｉ^*の振幅より小さい場合、すなわちトルク過小側の例を示している。

具体的には、Ｗ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒの絶対値が、第１の異常判定閾値Ｅ２０より大きい場合、出力トルクに異常が生じていると判定する。

フローチャートについて言及すると、図９中のＳ１０７では、Ｗ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒの絶対値が第１の異常判定閾値Ｅ２０以下である場合、出力トルクに異常が生じていないとみなし、Ｓ１０７にて否定判断し、Ｓ１０９へ移行する。Ｗ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒの絶対値が第１の異常判定閾値Ｅ２０より大きい場合、出力トルクに異常が生じているとみなし、Ｓ１０７にて肯定判断し、Ｓ１０８へ移行する。

本実施形態では、ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*のＷ相成分であるＷ相電流指令値ｉｗ^*とＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとの差であるＷ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒの絶対値が第１の異常判定閾値Ｅ２０より大きい場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、出力トルクに異常が生じていると判定する。ｄ軸電流指令値ｉｄ^*およびｑ軸電流指令値ｉｑ^*がトルク指令値ｔｒｑ^*に対応し、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが出力トルクに対応するので、Ｗ相電流指令値ｉｗ^*に対してＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓが乖離している場合、すなわちＷ相誤差ｉｗ＿ｅｒの絶対値ｒが第１の異常判定閾値Ｅ２０より大きい場合、出力トルクに異常が生じていると判定する。
このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、トルク異常監視部４３が「トルク異常監視手段」を構成する。また、Ｗ相電流指令値ｉｗ^*が「センサ相電流指令値」に対応する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態は、第３実施形態の変形例である。本実施形態による制御部１５を図１３に示す。
本実施形態では、Ｗ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒの絶対値に基づく出力トルク異常判定に係る第１の異常判定閾値Ｅ２１を可変としている。

図１２に示すように、Ｗ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒの絶対値は、Ｗ相電流指令値ｉｗ^*の位相（θｅ＋Ｃ＋φ^*）またはＷ相電流検出値の位相（θｅ＋Ｃ＋φ）に応じて変化する。なお、位相を表す式中のＣは、上記式（８．２）、（９．２）と同様である。
電流指令ベクトルｉ^*の位相φ^*と電流ベクトルｉの位相φとが略等しいとすれば、Ｗ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒは、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓのピーク時に最大となり、ゼロクロス時にゼロとなる。この点を考慮し、本実施形態では、電流指令ベクトルの位相角（θｅ＋Ｃ＋φ^*）に応じて、第１の異常判定閾値Ｅ２１を可変としている。本実施形態における第１の異常判定閾値Ｅ２１を式（１１．１）に示す。式中のＥｐは、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓのピーク時における第２の異常判定閾値（最大値）であり、第３実施形態の第１の異常判定閾値Ｅ２０に対応する値であるともいえる。
Ｅ２１＝Ｅｐ×｜ｓｉｎ（θｅ＋２４０°＋φ^*）｜ ・・・（１１．１）

また、式（１１．１）を定数Ｃを用いて一般化すると、式（１１．２）のようになる。
Ｅ２１＝Ｅｐ×｜ｓｉｎ（θｅ＋Ｃ＋φ^*）｜ ・・・（１１．２）

すなわち、本実施形態の例では、（θｅ＋２４０［°］＋φ^*）が６０［°］であれば、第１の異常判定閾値Ｅ２１は、第１の異常判定閾値（最大値）Ｅｐの１／２とする、といった具合である。また、第１の異常判定閾値（最大値）Ｅｐ自体も、動作点等に応じて可変としてもよい。
なお、誤検出を防ぐために、第２実施形態同様、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓまたはＷ相電流指令値ｉｗ^*がゼロクロス範囲内である場合、出力トルク異常監視を中止することが望ましい。また、第１の異常判定閾値Ｅ２１の下限値を設けることにより、ゼロクロス範囲内における誤検出を防止するようにしてもよい。
また、Ｗ相電流指令値ｉｗ^*の位相角（θｅ＋Ｃ＋φ^*）に替えて、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの位相角（θｅ＋Ｃ＋φ）に基づいて第１の異常判定閾値Ｅ２１を可変としてもよい。

フローチャートについて言及すると、図９中のＳ１０７では、第１の異常判定閾値Ｅ２１を演算し、Ｗ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒの絶対値が第１の異常判定閾値Ｅ２１以下である場合、出力トルクに異常が生じていないとみなし、Ｓ１０７にて否定判断し、Ｓ１０９へ移行する。Ｗ相誤差ｉｗ＿ｅｒｒの絶対値が第１の異常判定閾値Ｅ２１より大きい場合、出力トルクに異常が生じているとみなし、Ｓ１０７にて肯定判断し、Ｓ１０８へ移行する。なお、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓがゼロクロス範囲内である場合には、Ｓ１０７にて否定判断し、Ｓ１０９へ移行することが望ましい。

本実施形態では、第１の異常判定閾値Ｅ２１は、Ｗ相電流指令値ｉｗ^*の位相（θｅ＋Ｃ＋φ^*）またはＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓの位相（θｅ＋Ｃ＋φ）に応じて可変である。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
また、上記第３実施形態では、実質的にＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓのピーク付近にて出力トルク異常を検出することになるが、本実施形態では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓのゼロクロス範囲を除く角度範囲にて出力トルク異常を検出することができる。
本実施形態では、トルク異常監視部４４が「トルク異常監視手段」を構成する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による制御部１５を図１４に示す。
本実施形態のトルク異常監視部４５には、電圧指令基準値補正部２３にて演算された第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２が入力される。
第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２は、ｄ軸電流、ｑ軸電流、および、電気角速度ωの関数であるといえる。そこで、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２に基づき、例えば交流電動機の理論式を解くことにより、ｄ軸電流換算値ｉｄ＿ｔｒｎおよびｑ軸電流換算値ｉｑ＿ｔｒｎを演算する。また、ｄ軸電流換算値ｉｄ＿ｔｒｎおよびｑ軸電流換算値ｉｑ＿ｔｒｎを、電気角θｅに基づく逆ｄｑ変換により、ｗ相電流換算値ｉｗ＿ｔｒｎを演算する。そして、Ｗ相電流換算値ｉｗ＿ｔｒｎとＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとの差の絶対値が第２の異常判定閾値Ｅ３０より大きい場合、出力トルクに異常が生じていると判定する。
なお、ｗ相電流換算値ｉｗ＿ｔｒｎの演算方法は、どのようであってもよい。

フローチャートについて言及すると、図９中のＳ１０７では、Ｗ相電流換算値ｉｗ＿ｔｒｎとＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとの差の絶対値が第２の異常判定閾値Ｅ３０以下である場合、出力トルクに異常が生じていないとみなし、Ｓ１０７にて否定判断し、Ｓ１０９へ移行する。Ｗ相電流換算値ｉｗ＿ｔｒｎとＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとの差の絶対値が第２の異常判定閾値Ｅ３０より大きい場合、出力トルクに異常が生じているとみなし、Ｓ１０７にて肯定判断し、Ｓ１０８へ移行する。

本実施形態では、第２のｄ軸電圧指令値ｖｄ^*＿２および第２のｑ軸電圧指令値ｖｑ^*＿２に対応する電流値のＷ相の成分であるＷ相電流換算値ｉｗ＿ｔｒｎとＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとの差の絶対値が第２の異常判定閾値Ｅ３０より大きい場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、出力トルクに異常が生じていると判定する。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、トルク異常監視部４５が「トルク異常監視手段」を構成する。また、Ｗ相電流換算値ｉｗ＿ｔｒｎが「センサ相電流換算値」に対応する。

（第６実施形態）
本実施形態の第６実施形態による制御部１５を図１５に示す。本実施形態のトルク異常監視部４１は、第１実施形態と同様であるものとするが、他の実施形態のトルク異常監視部４２〜４５としてもよい。
本実施形態では、センサ相であるＷ相に、第１の電流センサ１３に加え、第２の電流センサ５３が設けられている。すなわち、本実施形態では、Ｗ相に電流センサが２つ設けられている、所謂「１相２チャンネル」の構成となっている。第２の電流センサ５３は、第１の電流センサ１３の異常を監視すべく、Ｗ相に通電される電流値である監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔを検出する。なお、監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔは、制御系からは独立しており、交流電動機２の駆動制御には用いられない。

また、制御部１５は、上記実施形態の構成に加え、電流センサ異常監視部５０が設けられている。
電流センサ異常監視部５０は、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔに基づき、第１の電流センサ１３および第２の電流センサ５３の少なくとも一方に異常が生じているか否かを監視する。本実施形態では、１相２チャンネルの構成となっているので、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔとの差の絶対値が、電流センサ異常判定閾値Ｅｉより大きい場合、第１の電流センサ１３および第２の電流センサ５３の少なくとも一方に異常が生じていると判定する。

本実施形態による駆動制御処理を図１６に示すフローチャートに基づいて説明する。図１６に示すフローチャートは、図９のＳ１０１に替えてＳ１２１であり、Ｓ１２１とＳ１０２との間にＳ１２２が設けられている以外は、図９に示すフローチャートと同様である。
最初のＳ１２１では、回転角センサ１４から電気角θｅを取得し、回転数Ｎを演算する。また、第１の電流センサ１３からＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓを取得し、第２の電流センサ５３から監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔを取得する。

Ｓ１２２では、第１の電流センサ１３および第２の電流センサ５３の少なくとも一方に異常が生じているか否かを判断する。第１の電流センサ１３および第２の電流センサ５３が正常であると判断された場合（Ｓ１２２：ＮＯ）、すなわちＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔとの差の絶対値が電流センサ異常判定閾値Ｅｉ以下である場合、Ｓ１０２へ移行する。第１の電流センサ１３および第２の電流センサ５３の少なくとも一方に異常が生じていると判断された場合（Ｓ１２２：ＹＥＳ）、すなわちＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓと監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔとの差の絶対値が電流センサ異常判定閾値Ｅｉより大きい場合、Ｓ１０８へ移行する。Ｓ１２２にて肯定判断されてＳ１０８に移行した場合、第１の電流センサ１３および第２の電流センサ５３の少なくとも一方に異常が生じている旨の情報を車両制御回路９へ出力し、異常に対する処置として例えば電動機制御装置１０による制御を停止する。

本実施形態の制御部１５では、交流電動機２のいずれか１相（本実施形態ではＷ相）である監視相に設けられる第２の電流センサ５３から監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔを取得する（Ｓ１２１）。また、電流センサ異常監視部５０では、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓおよび監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔに基づき、第１の電流センサ１３および第２の電流センサ５３の少なくとも一方に異常が生じているか否かを監視する（Ｓ１２２）。
これにより、第１の電流センサ１３および第２の電流センサ５３の異常を監視することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。

本実施形態では、制御部１５が、上記実施形態の各手段に加え、「監視相電流取得手段」および「電流センサ異常監視手段」を構成する。より詳細には、電流センサ異常監視部５０が「電流センサ異常監視手段」を構成する。
また、図１６中のＳ１２１が「センサ相電流取得手段」、「回転角取得手段」、「回転数演算手段」に加え、「監視相電流取得手段」を構成し、Ｓ１２２が「電流センサ異常監視手段」を構成する。
また、Ｗ相が「センサ相」および「監視相」に対応し、監視相電流検出値ｉｗ＿ｍｎｔが「監視相電流検出値」に対応する。

（他の実施形態）
（ア）トルク異常監視
（Ｉ）第１実施形態では、センサ相電流検出値が正常判定範囲内か否かに基づいて出力トルク異常を監視した。（ＩＩ）第２実施形態では、センサ相電流検出値の振幅に基づいて出力トルク異常を監視した。（ＩＩＩ）第３実施形態および第４実施形態では、センサ相電流指令値とセンサ相電流検出値との差に基づいて出力トルク異常を監視した。（ＩＶ）第５実施形態では、第２の電圧指令値に対応する電流値のセンサ相成分のセンサ相電流換算値に基づいて出力トルク異常を監視した。
他の実施形態では、（Ｉ）〜（ＩＶ）の一部または全部を組み合わせて出力トルク異常を監視してもよい。また、第６実施形態における出力トルク異常監視についても同様である。
また、出力トルクとみなせる値であれば、その他の値であってもよい。

（イ）出力トルク異常判定に係る各閾値は、実機データ等に基づいて予め設定してもよい。また例えば式（７）等を利用し、トルク閾値から換算した値として常時演算してもよい。換算に用いるトルク閾値は、演算誤差や検出遅れ時間、過渡変化に対する誤判定を避けるよう設定することが望ましい。例えばトルク指令値ｔｒｑ^*が５０［Ｎｍ］であるとすれば、換算に用いるトルク閾値を、５０［Ｎｍ］±１０［Ｎｍ］、に設定するといった具合である。また例えば、換算に用いるトルク閾値を、トルク指令値ｔｒｑ^*×０．８〜トルク指令値ｔｒｑ^*×１．２に設定するといった具合である。
なお、例えば第１実施形態にて、閾値に幅を持たせる場合には、例えばＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓのピークにて異常判定を行う等、誤判定を避けるように構成することが望ましい。

（ウ）ＦＦ制御処理と推定電流ＦＢ制御処理との切り替えに係る回転数の判定閾値は、推定電流ＦＢ制御の演算精度等を考慮し、適宜設定することができる。また、上記実施形態では、１つの判定閾値によりＦＦ項補正処理と推定電流ＦＢ制御処理とを切り替えていた。他の実施形態では、ＦＦ項補正処理と推定電流ＦＢ制御処理との切り替えハンチングを避けるため、回転数が上昇する側と下降する側とで回転数の判定閾値と異なる値としてもよい。すなわち、回転数が上昇する側と下降する側とで回転数の判定閾値にヒステリシス（ヒス）を設けてもよい、ということである。この場合、上昇側の判定閾値をＡｕ、下降側の判定閾値をＡｄとした場合、例えばＡｕ＞Ａｄとすることが好ましいが、Ａｕ＜Ａｄとしてもよい。

（エ）上記実施形態では、電流推定部において、センサ相以外の相については電流指令値を推定値とみなし、ｄ軸電流推定値およびｑ軸電流推定値を演算していた。
電流推定部における演算方法は、これに限らず、電流検出値および電気角に基づいて演算されていれば、どのような方法であってもよく、さらに他のパラメータ等を用いてもよい。また、第１の電圧指令値は、電流指令値、および、フィードバックされた電流推定値に基づいて算出されていれば、どのような方法で算出してもよく、さらに他のパラメータ等を用いてもよい。

さらにまた、上記実施形態では、ｄ軸電流推定値、ｑ軸電流推定値、第１のｄ軸電圧指令値、および、第１のｑ軸電圧指令値は、回転数によらず、常時演算されていた。他の実施形態では、回転数が判定閾値より大きい場合にｄ軸電流推定値、ｑ軸電流推定値、第１のｄ軸電圧指令値、および、第１のｑ軸電圧指令値を演算し、回転数が判定閾値以下の場合、ｄ軸電流推定値、ｑ軸電流推定値、第１のｄ軸電圧指令値、および、第１のｑ軸電圧指令値の演算を中止してもよい。

以下、電流推定部にて採用可能な電流推定方法を例示しておく。
（ｉ）電流指令位相を用いた基準角と振幅に基づく演算
例えば、特開２００４−１５９３９１号公報のように、電流指令位相角と電気角から生成したＵ相電流基準角（θ’）」で除して電流振幅（Ｉａ）を算出し、この電流振幅を、Ｕ相電流基準角から±１２０［°］ずらした電気角におけるｓｉｎ値に乗じて他の２相の電流推定値Ｉｖ、Ｉｗを算出する（式１２．１〜１２．３）。
Ｉａ＝Ｉｕ／［√（１／３）×（｛−ｓｉｎ（θ’）｝］ ・・・（１２．１）
Ｉｖ＝√（１／３）×Ｉａ×｛−ｓｉｎ（θ’＋１２０［°］）｝・・・（１２．２）
Ｉｗ＝√（１／３）×Ｉａ×｛−ｓｉｎ（θ’＋２４０［°］）｝・・・（１２．３）

以下、（ｉｉ）〜（ｉｖ）では、センサ相をＷ相として説明する。
（ｉｉ）電流指令値を用いたセンサ相基準位相に基づく演算
Ｕ相電流指令値ｉｕ^*およびＶ相電流指令値ｉｖ^*の少なくとも一方、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、および、電気角θｅを用い、センサ相に一致するα軸方向のα軸電流ｉαおよびセンサ相に直交するβ軸方向のβ軸電流ｉβを演算し、α軸電流ｉαおよびβ軸電流ｉβの逆正接関数（ａｒｃｔａｎ）によりセンサ相基準電流位相θｘを算出する。センサ相基準電流位相θｘの演算式を式（１３）に示す。
θｘ＝ｔａｎ^-1（ｉβ／ｉα） ・・・（１３）

また、センサ相基準電流位相θｘおよびＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓに基づき、Ｕ相電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔまたはＶ相電流推定値ｉｖ＿ｅｓｔを演算し、Ｕ相電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔまたはＶ相電流推定値ｉｖ＿ｅｓｔ、Ｗ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓ、および、電気角θｅに基づき、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する。なお、Ｕ相電流推定値ｉｕ＿ｅｓｔまたはＶ相電流推定値ｉｖ＿ｅｓｔの演算において、ゼロで除算する「ゼロ割り」やゼロで乗算する「ゼロ掛け」を回避するような補正処理を行ってもよい。

（ｉｉｉ）α軸電流の微分による演算
α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβが「ｓｉｎ波とｃｏｓ波」の関係にあり、α軸電流ｉαとβ軸電流ｉβとの位相差が９０［°］であることに着目し、α軸電流微分値Δｉαに基づいてβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔを演算する。ここで、制御部における演算が離散系である場合、α軸電流微分値Δｉαは、実際のβ軸電流ｉβに対し、電気角移動量Δθｅの半分だけ遅れる。この点を考慮し、α軸電流ｉαの前回値と今回値との平均値に電気角移動量Δθｅの半分（Δθｅ／２）を乗じた補正量Ｈにて補正したβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔとすることが好ましい。そして、α軸電流ｉαおよびβ軸電流推定値ｉβ＿ｅｓｔを用いてセンサ相基準電流位相θｘを演算する。以降の演算は（ｉｉ）と同様である。

（ｉｖ）漸化式による演算
回転座標系であるｄ−ｑ座標上でＷ相軸が相対的に回転することを利用し、Ｗ相推定誤差Δｉｗ＿ｅｓｔを積算してｄ軸実電流値ｉｄおよびｑ軸実電流値ｉｑに漸近させる。
前回のｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔ、および今回の電気角θｅに基づき、センサ相成分であるＷ相電流基準値ｉｗ＿ｂｆを演算し、Ｗ相電流基準値ｉｗ＿ｂｆとＷ相電流検出値ｉｗ＿ｓｎｓとの差であるＷ相推定誤差Δｉｗ＿ｅｓｔを算出する。Ｗ相推定誤差Δｉｗ＿ｅｓｔにフィルタ要素であるゲインＫを乗じた補正後誤差ＫΔｉｗ＿ｅｓｔを算出し、Δｉｕ＝０、Δｉｖ＝０とし、ｄｑ変換によりセンサ相方向補正値ｉｄ＿ｃｒｒおよびｑ軸補正値ｉｑ＿ｃｒｒを演算する。そして算出されたｄ軸補正値ｉｄ＿ｃｒｒおよびｑ軸補正値ｉｑ＿ｃｒｒをセンサ相方向の補正ベクトルとし、当該補正ベクトルをｄ−ｑ座標にて積算することにより、ｄ軸電流推定値ｉｄ＿ｅｓｔおよびｑ軸電流推定値ｉｑ＿ｅｓｔを演算する。また、センサ相に直交する直交方向補正値をさらに演算し、センサ相方向補正値および直交方向補正値の合成ベクトルを補正ベクトルとし、当該補正ベクトルをｄ−ｑ座標にて積算するようにしてもよい。

（オ）上記実施形態では、電圧指令基準値は、電動機の理論式である電圧方程式に基づいて演算された。他の実施形態では、電圧指令基準値は、予め記憶されたマップを参照することによるマップ演算等、電流指令値に基づいてどのように演算してもよい。

（カ）上記実施形態では、「電流推定値」、「電流指令値」、「第１の電圧指令値」、「電圧指令基準値」、および、「第２の電圧指令値」は、いずれもｄ−ｑ座標のものについて説明したが、交流電動機の制御に利用可能な値であれば、各相の値や、その他の軸に基づくものであってもよい。

（キ）上記実施形態では、トルク異常監視部は電動機制御装置の制御部の一部として記載した。他の実施形態では、電流指令値や電流検出値など、必要な情報を他の制御部(例えば他の監視用マイコンや上位の車両制御回路など)に送り、他の制御部で演算するようにしてもよいし、電動機制御装置の制御部でも演算しておき、両者の結果を鑑みて判定してもよい。こうすることで、制御部が格納されているマイコン自体の異常も相互監視することができる。

（ク）交流電動機の印加電圧を制御するインバータは、どのような方法で制御されてもよい。例えば、正弦波ＰＷＭ制御モード、および、過変調ＰＷＭ制御モード等を適宜切り替えて制御されるように構成してもよい。

（ケ）上記実施形態では、第１の電流センサがＷ相に設けられ、Ｗ相がセンサ相である例について説明した。他の実施形態では、第１の電流センサがＵ相に設けられ、Ｕ相をセンサ相としてもよい。また、第１の電流センサがＶ相に設けられ、Ｖ相をセンサ相としてもよい。

（コ）第６実施形態では、第２の電流センサはＷ相に設けられ、Ｗ相が監視相である例について説明した。他の実施形態では、第２の電流センサがＵ相に設けられ、Ｕ相を監視相としてもよい。また、第２の電流センサがＶ相に設けられ、Ｖ相を監視相としてもよい。また、第６実施形態では、センサ相と監視相とが同一の相である所謂「１相２チャンネル」の構成である。他の実施形態では、センサ相と監視相とが異なる相である所謂「２相１チャンネル」の構成としてもよい。

（サ）上記実施形態では、回転角センサは電気角θｅを検出し、制御部へ出力した。他の実施形態では、回転角センサは機械角θｍを検出し、制御部へ出力し、制御部の内部にて電気角θｅに換算してもよい。また、電気角θｅに替えて、機械角θｍを「回転角検出値」としてもよい。さらにまた、回転数Ｎは、機械角θｍに基づいて算出してもよい。

（シ）上記実施形態では、交流電動機は、永久磁石式同期型の三相交流電動機であったが、他の実施形態では、誘導電動機やその他の同期電動機であってもよい。また、上記実施形態の交流電動機は、電動機としての機能および発電機としての機能を併せ持つ所謂モータジェネレータであったが、他の実施形態では、発電機としての機能を持たない電動機であってもよい。

交流電動機は、エンジンに対して電動機として動作し、エンジンの始動を行うように構成されていてもよい。また、エンジンを設けなくてもよい。さらに、交流電動機を複数設けてもよいし、複数の交流電動機における動力を分割する動力分割機構等をさらに設けてもよい。

（ス）本発明による交流電動機の制御装置は、上記実施形態のようにインバータと交流電動機を１組設けたシステムに限らず、インバータと交流電動機を２組以上設けたシステムに適用してもよい。また、１台のインバータに複数台の交流電動機を並列接続させた電車等のシステムに適用してもよい。
また、交流電動機の制御装置は、電動車両に適用されていたが、電動車両以外に用いてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

２・・・交流電動機
１０・・・電動機制御装置（交流電動機の制御装置）
１２・・・インバータ
１３・・・第１の電流センサ
１４・・・回転角センサ
１５・・・制御部（センサ相電流取得手段、回転角取得手段、回転数演算手段、電流推定手段、第１の電圧指令値演算手段、電圧指令基準値演算手段、第２の電圧指令値演算手段、制御モード切替手段、トルク異常監視手段、監視相電流取得手段、電流センサ異常監視手段）
５３・・・第２の電流センサ

Claims (7)

1. インバータ（１２）によって印加電圧が制御される３相の交流電動機（２）の駆動を制御する交流電動機の制御装置（１０）であって、
   前記交流電動機のいずれか１相であるセンサ相に設けられる第１の電流センサ（１３）からセンサ相電流検出値を取得するセンサ相電流取得手段（１５）と、
   前記交流電動機の回転角を検出する回転角センサ（１４）から回転角検出値を取得する回転角取得手段（１５）と、
   前記回転角検出値に基づき、前記交流電動機の回転数を演算する回転数演算手段（１６）と、
   前記センサ相電流検出値および前記回転角検出値に基づき、電流推定値を演算する電流推定手段（２４）と、
   前記交流電動機の駆動に係る電流指令値、および、フィードバックされる前記電流推定値に基づき、第１の電圧指令値を演算する第１の電圧指令値演算手段（２５）と、
   前記電流指令値に基づき、電圧指令基準値を演算する電圧指令基準値演算手段（２２）と、
   前記電圧指令基準値を補正し、第２の電圧指令値を演算する第２の電圧指令値演算手段（２３）と、
   前記回転数が所定の切替判定閾値より大きい場合、前記第１の電圧指令値に基づいて前記インバータの駆動に係る駆動信号を生成する第１の制御モードとし、前記回転数が前記切替判定閾値以下である場合、前記第２の電圧指令値に基づいて前記駆動信号を生成する第２の制御モードとする制御モード切替手段（２６）と、
   制御モードが前記第２の制御モードである場合、前記センサ相電流検出値に基づき、前記交流電動機から出力される出力トルクを監視するトルク異常監視手段（４１〜４５）と、
   を備えることを特徴とする交流電動機の制御装置。
2. 前記トルク異常監視手段は、前記センサ相電流検出値が第１の正常判定範囲外である場合、前記出力トルクに異常が生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載の交流電動機の制御装置。
3. 前記トルク異常監視手段は、前記センサ相電流検出値の振幅が第２の正常判定範囲外である場合、前記出力トルクに異常が生じていると判定することを特徴とする請求項１または２に記載の交流電動機の制御装置。
4. 前記トルク異常監視手段は、前記電流指令値の前記センサ相の成分であるセンサ相電流指令値と前記センサ相電流検出値との差の絶対値が第１の異常判定閾値より大きい場合、前記出力トルクに異常が生じていると判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の交流電動機の制御装置。
5. 前記第１の異常判定閾値は、前記センサ相電流指令値の位相または前記センサ相電流検出値の位相に応じて可変であることを特徴とする請求項４に記載の交流電動機の制御装置。
6. 前記トルク異常監視手段は、前記第２の電圧指令値に対応する電流値の前記センサ相の成分であるセンサ相電流換算値と前記センサ相電流検出値との差の絶対値が第２の異常判定閾値より大きい場合、前記出力トルクに異常が生じていると判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の交流電動機の制御装置。
7. 前記交流電動機のいずれか１相である監視相に設けられる第２の電流センサ（５３）から監視相電流検出値を取得する監視相電流取得手段（１５）と、
   前記センサ相電流検出値および前記監視相電流検出値に基づき、前記第１の電流センサおよび前記第２の電流センサの少なくとも一方に異常が生じているか否かを監視する電流センサ異常監視手段（５０）と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の交流電動機の制御装置。

Images