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JP2004343878A - 電動機の制御装置 - Google Patents

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JP2004343878A
JP2004343878A JP2003136784A JP2003136784A JP2004343878A JP 2004343878 A JP2004343878 A JP 2004343878A JP 2003136784 A JP2003136784 A JP 2003136784A JP 2003136784 A JP2003136784 A JP 2003136784A JP 2004343878 A JP2004343878 A JP 2004343878A
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Satoru Fujimoto
覚 藤本
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

【課題】ビット故障時にも精度の良い制御を継続して行える電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】電動機6の各相電流値を検出してアナログ信号で出力する電流センサ7−1〜7−3と、各相の電流値をデジタル信号に変換するA/Dコンバータ9とを備え、上記デジタル信号に基づいて電動機を制御する電動機の制御装置において、デジタル信号の故障bitを判定し、故障と判定したbitの正しい値を推定する故障bit判定手段(診断用マイクロコンピュータ13)と、故障と判定されたbitの値を上記の推定した値に補正する補正手段(信号補正部12)とを備えた電動機の制御装置。A/Dコンバータのbit故障を判定し、故障bitを特定した後、故障と判定されたbitの値を毎時推定して補正し、補正した値に基づいて電流制御を実施するので、bit故障時にも継続して精度の良い電流制御が行える。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動機の制御装置におけるA/D変換時の故障を判定、補正する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】特開平8−56160号公報
電動機の各相に流れる電流を検出する電流センサと、該電流センサにて検出した電流値(アナログ信号)をデジタル信号に変換して出力するA/Dコンバータとを備え、該A/Dコンバータからのデジタル信号に基づいて電動機を制御する電動機制御装置が知られている。このような電動機制御装置においては、A/Dコンバータにbit故障(デジタルデータのbitが0または1に固定される故障)が発生すると電動機の制御精度が低下することから、A/Dコンバータのbit故障を検出する必要が有る。
このようなA/Dコンバータの故障検出装置としては、特許文献1に記載のように、A/Dコンバータへ予め定められた試験信号を入力し、その際にA/Dコンバータから出力されるデジタル信号と、試験信号に対応して予め定められた信号とを比較してbit故障を検出するA/Dコンバータの故障検出装置が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においてはA/Dコンバータの故障を検出することはできるが、故障を検出した後の制御内容については考慮されていない。このように従来においてはA/Dコンバータの故障を検出することは出来るが、故障時に電動機の制御を精度良く行うことはできないという問題が有った。
本発明は上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、ビット故障時にも精度の良い制御を継続して行うことのできる電動機の制御装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては、デジタル信号の故障bitを判定し、故障と判定したbitの正しい値を推定する故障bit判定手段と、該故障bit判定手段によって故障と判定されたbitの値を前記推定した値に補正する補正手段と、を備えるように構成している。
上記のように本発明においては、A/Dコンバータのbit故障を判定し、故障bitを特定したあと、故障と判定されたbitの値を毎時推定して補正し、補正した値に基づいて電流制御を実施するものである。
【0005】
【発明の効果】
A/Dコンバータのbit故障時に、故障bitの正しい値を推定して補正するので、bit故障時にも継続して精度の良い電流制御を行うことが出来る、という効果がある。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。なお、本実施例は3相同期電動機(以下、電動機をモータと記載)を電気自動車の駆動用モータに適用したものとして説明するが、これに限られるものではない。
図1において、1〜10の部分は3相同期モータの電流フィードバック制御ブロックを示し、マルチプレクサ11、信号補正部12および診断用マイクロコンピュータ13の部分が本発明の特徴的なブロックの部分を示す。なお、上記信号補正部12は、電流フィードバック制御ブロックを構成する制御用マイクロコンピュータ14を用いて共通に構成することが出来る。
【0007】
まず、3相同期モータの電流フィードバック制御ブロックの部分について概略を説明する。
電気自動車においては、図示しないアクセル開度センサを用いてアクセル開度を検出して出力する。また、図示しないトルク指令値演算部はアクセル開度センサによって検出されたアクセル開度からトルク指令値Tを演算し、トルク指令値をデジタル信号として出力する。
【0008】
以下の部分が制御用マイクロコンピュータ14における内容に相当する。
まず、電流指令演算部1では、外部から指令されたトルク指令T*に見合ったd軸電流指令値Id*およびq軸電流指令値Iq*を出力する。それらの電流指令値は電流PI制御部2に入力される。
電流PI制御部2は、d軸電流指令値Id*とd軸現在電流値Idとの偏差に基づき比例積分演算を行ってd軸電圧指令値Vd*を出力し、同様にq軸電流指令値Iq*とq軸現在電流値Iqとの偏差に基づいてq軸電圧指令値Vq*を出力する。
上記のd軸電圧指令値Vd*とq軸電圧指令値Vq*は、必要に応じて非干渉演算処理を施され、2相3相変換器3により3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*に変換された後、PWM変換部4に与えられ、PWM信号に変換される。
【0009】
インバータ5は上記PWM信号に応じて図示しない直流電源(バッテリ等)の電力を3相交流電力変換し、3相モータ6を駆動する。
この際に流れる3相の各相電流iu、iv、iwを電流センサ7−1、7−2、7−3でそれぞれ検出し、アナログ信号として出力する。このアナログ信号の各相電流値iu、iv、iwをマルチプレクサ11を介してA/Dコンバータ9(図ではA/D変換部と表示)でディジタル信号の電流値Iu、Iv、Iwに変換し、3相2相変換器10によりd軸現在電流値Idおよびq軸現在電流値Iqに変換し、前記電流PI制御部2にフィードバックする。
回転角検出器8は、3相モータ6の現在回転角(電気角θ)を検出する。この電気角θは、前記2相3相変換器3および3相2相変換器10における座標変換演算および電流指令演算部1における演算に用いられる。
【0010】
以下、本発明の特徴とするマルチプレクサ11、信号補正部12および診断用マイクロコンピュータ13における処理について説明する。なお、診断用マイクロコンピュータ13は故障bit判定手段(故障bitの判定と正しい値の推定を行う手段)に相当する。
マルチプレクサ11は、後述する診断用マイクロコンピュータ13から診断モード信号が送られている時は、診断用マイクロコンピュータ13から送られるアナログ信号の診断用電流値を出力し、診断用マイクロコンピュータ13から診断モード信号が出力されていない時は電流センサ7−1〜7−3から送られるアナログ信号の電流値iu、iv、iwを出力する。
【0011】
診断用マイクロコンピュータ13は、マルチプレクサ11へ診断モード信号を送信すると共にアナログ信号の診断用電流値を送信し、かつ、送信した診断用電流値を入力して内部でデジタル信号に変換する。そして上記の送信したアナログ信号の診断用電流値がA/Dコンバータ9で変換されたデジタル信号を入力して、上記の内部で変換したデジタル信号とA/Dコンバータ9から入力したデジタル信号とを比較し、両者の一致不一致を検出することにより、デジタル信号のbit故障診断を行う。そしてbit故障を検出した場合には故障しているbitを特定し、内部のメモリ(不図示)にbit故障フラグを立てると共に、故障しているbitである故障bitを記憶する。
【0012】
また、故障bitが特定された場合、故障bitの正しい値(故障bitの推定値)を推定し、後述する制御用マイクロコンピュータ14内部の信号補正部12へ故障bitと故障bitの推定値を表す故障bit信号を送信する。
【0013】
制御用マイクロコンピュータ14内の信号補正部12においては、A/Dコンバータ9から入力したデジタル信号の各相電流値Iu、Iv、Iwについて、診断用マイクロコンピュータ13から送られた故障bit信号に基づいて、故障しているbitを推定値に補正して出力する。
なお、診断用マイクロコンピュータ13から故障bit信号が出力されない場合は、A/Dコンバータ9から出力されたデジタル信号を補正せずにそのまま出力する。
【0014】
図2は、図1におけるA/Dコンバータの故障検出に関わるブロックを模式的に表した図である。
図2において、制御用マイクロコンピュータ14は、マルチプレクサ11から出力されるU、V、W各相の電流値をアナログ信号としてそれぞれ入力するU相電流入力ポートM01、V相電流入力ポートM02、W相電流入力ポートM03と、トルク指令値Tを入力するトルク指令値入力ポートと、角度検出器8から出力された角度信号を入力する角度信号入力ポートと、PWM信号をインバータ5へ出力するPWM信号出力ポートとを備えている。
【0015】
診断用マイクロコンピュータ13は、マルチプレクサ11から出力されるU、V、W各相の電流値をアナログ信号としてそれぞれ入力するU相電流入力ポートS01、V相電流入力ポートS02、W相電流入力ポートS03と、診断モード信号をマルチプレクサ11へ出力する診断モード信号出力ポート01と、アナログ信号の診断用電流値を出力する診断用電流出力ポート02と、bit故障が検出された場合に故障bit信号を信号補正部12へ出力する故障bit信号出力ポートとを備えている。
【0016】
マルチプレクサ11は、通常時は、接点aと接点c、接点dと接点f、接点gと接点iをそれぞれ接続し、U相電流センサ7−1、V相電流センサ7−2、W相電流センサ7−3によって検出された電流値を制御用マイクロコンピュータ14および診断用マイクロコンピュータ13に出力する。
一方、診断用マイクロコンピュータ13から診断モード信号が入力された場合には、接点aと接点b、接点dと接点e、接点gと接点hをそれぞれ接続し、診断用マイクロコンピュータ13の診断用電流出力ポート02から出力された診断用電流値を制御用マイクロコンピュータ14および診断用マイクロコンピュータ13へ出力する。
【0017】
また、制御用マイクロコンピュータ14と診断用マイクロコンピュータ13は通信線15で接続されており、この通信線15を介して診断用マイクロコンピュータ13は制御用マイクロコンピュータ14のA/Dコンバータ9でデジタル信号に変換された電流値も入力する。
【0018】
次に、図3は診断用マイクロコンピュータ13における処理を示すフローチャートである。この演算は、所定時間(例えば100μm)毎に起動する。
図3において、ステップS100では、3相の電流値を読み込む。
ステップS101では、メモリ内にbit故障フラグが立っているか否かを判定し、bit故障フラグが立っていればステップS106へ、立っていなければステップS102へ進む。
ステップS102では、A/Dコンバータ9で変換されたデジタル値の電流値Iu、Iv、Iwの合計値が0(Iu+Iv+Iw=0)であるか否かを判定する。ここで電流値Iu、Iv、Iwの合計値が0であれば電流検出系(A/Dコンバータおよび各電流センサ)の故障は無いと判定して再びステップS100へ戻る。
電流値Iu、Iv、Iwの合計値が0でなければ電流検出系に何らかの故障が発生していると判定してステップS103へ進む。
【0019】
ステップS103では、故障bitを判定(詳細後述)し、故障bitが特定された場合(bit故障が発生している場合)はステップS104へ進んで、メモリ内にbit故障フラグを立てると共に故障しているbitを記憶して処理を終了する。
【0020】
一方、ステップS103でbit故障が発生していないと判断された場合は、A/Dコンバータ9のbit故障以外の故障(例えば電流センサの故障や、電流センサの断線故障)が発生していると判断してステップS105へ進む。
ステップS105では、例えば電動機の制御停止や異常の報知等のフェール処理を行い、再びステップS100へ戻る。
【0021】
一方、ステップS101でメモリ内にbit故障フラグが立っている場合(YES)はステップS106へ進む。
ステップS106では、故障bitの正しい値(故障bitの推定値)を推定する(詳細後述)。
ここで、故障bitの正しい値(故障bitの推定値)が推定された場合は、ステップS107へ進んで、故障bit信号出力ポートからメモリに記憶されている故障bitと推定した故障bitの推定値とを信号補正部12へ出力してステップS100へ戻る。
一方、故障bitの正しい値(故障bitの推定値)が推定されなかった場合はステップS105へ進んで前記と同様にフェール処理を行い、ステップS100へ戻る。
【0022】
以下、ステップS103に記載したbit故障診断について説明する。
最初にマイクロコンピュータ間の通信で制御用マイクロコンピュータ14から診断用マイクロコンピュータ13へ診断動作を要求する。要求された診断用マイクロコンピュータ13は診断モード信号出力ポート01から診断モード信号を出力し、マルチプレクサ11の出力信号を切り替える。
診断用マイクロコンピュータ13は、UVW各相を順に診断していく。最初はU相の診断として、例えば8bitA/Dポートの場合には、下位4bitのテスト信号として「0000 1111」に相当するアナログ値の電流値を「診断用電流出力ポート02」から出力する。そして「U相電流入力S01」から入力したアナログ値を内部でA/D変換したデジタル値が上記の値になるように、「診断用電流出力ポート02」の出力値を調整し、調整終了後にその時の制御用マイクロコンピュータ14の「U相電流入力M01」の値を、制御用マイクロコンピュータ14内のA/Dコンバータ9で変換したデジタル値を通信線15を介して受信する。そして診断用マイクロコンピュータ13内部でA/D変換したデジタル値と上記の制御用マイクロコンピュータ14から受信したデジタル値とが一致しているか否かによって下位4bitを診断する。つまり、両者が一致していれば正常、不一致なら異常と判断する。
【0023】
次に、前記と同様の手順により、例えば「1111 0000」で上位4bitを診断し、U相の8bitのA/Dポートのbitを診断する。
同様の処理をV相、W相相当のA/Dポートにも繰り返すことにより、故障bitの診断を行う。
なお、診断精度を向上させたい場合には、上記のテストを繰り返して行ったり、テスト信号をさまざまなパターンとすることにより精度をあげることも可能である。
【0024】
このようにしてbit診断を行った診断用マイクロコンピュータ13はその結果を通信線15を介してマイクロコンピュータ間通信で制御用マイクロコンピュータ14に伝え、診断動作を終了する。
この結果を受信した制御用マイクロコンピュータ14は、欠陥がbit故障で、その故障数が例えば1bit程度であれば、bit故障フラグをセットして電流制御を再開し、それ以上の故障、もしくは故障bit数が0であれば、電流センサ等の故障として電流制御を停止(フェール処理)したまま終了する。
【0025】
次に、図4は、図3のステップS106で行われる故障bitの正しい値(故障bitの推定値)の推定処理を示すフローチャートである。
図4において、ステップS200では、メモリに記憶された故障bitの値を0に固定し、ステップ201へ進む。
ステップS201では、故障bit値を0とした状態で、デジタル信号から3相の電流値の合計値を算出し、合計値が0であればステップS207へ進んで故障bitの推定値を0と確定する。そしてステップS107へ進んで、故障bitと故障bitの推定値=0とを故障bit信号出力ポートから出力する。
【0026】
一方、ステップS201で3相の電流値の合計値が0でない場合には、ステップS202へ進み、メモリに記憶された故障bitの値を1に固定し、ステップ203へ進む。
【0027】
ステップS203では、ステップS201と同様に3相の電流値の合計値を算出し、合計値が0であればステップS205へ進んで故障bitの推定値を1と確定する。そしてステップS107へ進んで、故障bitと故障bitの推定値=1とを故障bit信号出力ポートから出力する。
【0028】
一方、ステップS203で3相の電流値の合計値が0でない場合には、ステップS105へ進んでフェール処理を行う。つまり、故障bitの値を0としても1としても3相の電流値の合計値が0にならない場合は、bit故障ではなく、電流センサ等の故障と判断する。
なお、図3、図4の演算は、例えば所定時間(例えば100μm)毎に起動されるので、その度毎に故障診断と推定値の演算が行われる。
【0029】
以上の動作を数値例であらわすと下記のようになる。
例えばマイクロコンピュータのA/Dコンバータが0〜5Vを8bitで表す8bitA/Dの場合に、簡略化して10A/bitで、0アンペア=2進数[1000 0000]とすると、
例えばU相の5bit目が故障しており、
U相:0x[011 0110]
V相:0x[1000 0101]
W相:0x[1000 0101]
と入力があった場合は、
U相の5bit目を0として計算すると、
U相:0x[0110 0110]=0x[1000 0000]−26bit=−260A
V相:0x[1000 0101]=0x[1000 0000]+5bit=50A
W相:0x[1000 0101]=0x[1000 0000]+5bit=50A
となり、−260+50+50≠0となって3相電流和は0にならない。
U相の5bit目を1として計算すると、
U相:0x[011 0110]=0x[1000 0000]−10bit=−100A
V相:0x[1000 0101]=0x[1000 0000]+5bit=50A
W相:0x[1000 0101]=0x[1000 0000]+5bit=50A
となり、−100+50+50=0で3相電流和は0となる。
よってU相の5bit目は1が正しい推定値となり、この値を用いて電流制御を行う。
【0030】
別の例として
U相:0x[0110 1110]
V相:0x[1000 1001]
W相:0x[1000 1001]
と入力があった場合は、
U相の5bit目を0として計算すると、
U相:0x[011 1110]=0x[1000 0000]−18bit=−180A
V相:0x[1000 1001]=0x[1000 0000]+9bit=90A
W相:0x[1000 1001]=0x[1000 0000]+9bit=90A
となり、−180+90+90=0で3相電流和は0となる。
よってU相の5bit目は0が正しい推定値となり、この値を用いて電流制御を行う。
【0031】
ちなみにU相の5bit目を1として計算すると、
U相:0x[0111 1110]=0x[1000 0000]−2bit=−20A
V相:0x[1000 1001]=0x[1000 0000]+9bit=90A
W相:0x[1000 1001]=0x[1000 0000]+9bit=90A
となり、−20+90+90≠0となって3相電流和は0にならない。
【0032】
以上により、故障bitを0または1と仮定して、3相の和が0となればそのbit値を正しい値として電流制御を実行することにより、bit故障が生じた場合でも精度の高い制御を行うことが出来る。
【0033】
なお、故障bitを0と仮定しても1と仮定しても、3相和が0とならない場合には、bit故障ではなく、電流センサ等の他の電流検出系の故障と判定し、この場合にはステップS105に記載したように、フェール処理を行う。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。
【図2】図1におけるA/Dコンバータの故障検出に関わるブロックを模式的に表した図。
【図3】診断用マイクロコンピュータ13における処理を示すフローチャート。
【図4】故障bitの正しい値(故障bitの推定値)の推定処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
1…電流指令演算部 2…電流PI制御部
3…2相3相変換器 4…PWM変換部
5…インバータ 6…3相モータ
7−1、7−2、7−3…電流センサ 8…回転角検出器
9…A/Dコンバータ 10…3相2相変換器
11…マルチプレクサ 12…信号補正部
13…診断用マイクロコンピュータ 14…制御用マイクロコンピュータ

Claims (4)

  1. 電動機の各相電流値を検出して、該電流値をアナログ信号で出力する電流センサと、該電流センサから出力された各相の電流値をデジタル信号に変換して出力するA/Dコンバータとを備え、前記A/Dコンバータから出力されたデジタル信号に基づいて、前記電動機を制御する電動機の制御装置において、
    前記デジタル信号の故障bitを判定し、故障と判定したbitの正しい値を推定する故障bit判定手段と、
    該故障bit判定手段によって故障と判定されたbitの値を前記推定した値に補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
  2. 電動機が3相電動機の場合に、前記A/Dコンバータから出力された各相のデジタル信号に基づいて各相の電流値の合計を算出し、算出した各相の電流値の合計が0でない場合にのみ、前記故障bit判定手段における故障bitの判定を行うことを特徴とする請求項1に記載の電動機の制御装置。
  3. 前記故障bit判定手段は、前記A/Dコンバータへ診断用のアナログ電流値である診断電流値を送ると共に、前記診断電流値を第一のデジタル信号に変換し、前記A/Dコンバータによって変換された第二のデジタル信号と、前記の変換した第一のデジタル信号との各bitを比較することにより、故障bitを判定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動機の制御装置。
  4. 前記故障bit判定手段は、判定した故障bitの値を0または1と仮定して各相の電流値の合計を算出し、電流値の合計が0となった時における前記の仮定した値を推定値として、前記補正手段へ送り、前記補正手段は故障と判定されたbitを前記推定値に補正することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の電動機の制御装置。
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