JP2010246210A - モータの駆動方法、及びモータ駆動システム、ヒートポンプシステム、ファンモータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明に係るモータの駆動方法及びモータ駆動システムでは、接続スイッチ回路等の新たな構成を設けることなく、インバータのスイッチング素子が短絡故障した場合にモータを安定して駆動させることができる。
【解決手段】本発明に係るモータ駆動システムは、回転子を有する三相のブラシレスＤＣモータ１を駆動する三相インバータ２１と、三相インバータ２１に供給する信号を制御する信号制御部とを備えている。信号制御部は、スイッチング素子Ｑｘにおいて短絡故障が検出された場合に、スイッチング素子Ｑｕをオフ状態にし、回転子の位置を固定するために、スイッチング素子Ｑｖをオフ状態にし、スイッチング素子Ｑｙをオン状態にし、スイッチング素子Ｑｗをオン状態にし、スイッチング素子Ｑｚをオフ状態にし、回転子の位置を固定後に、第２レグ及び第３レグに設けられたスイッチング素子のスイッチングにより回転子を回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの駆動方法に係る発明であり、回転子を有する三相のブラシレスＤＣモータを三相インバータによって駆動するモータの駆動方法及びモータ駆動システム、ひいてはヒートポンプシステムに適用される。

回転子を有する三相のブラシレスＤＣモータ（電動機）には、回転子（ロータともいう）の位置を検出するために、ホールセンサが３個設けられる。このホールセンサからの位置検出信号を利用して、三相インバータ（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のスイッチング素子を制御してブラシレスＤＣモータが駆動される。

しかし、三相インバータのスイッチング素子のうち、１相（例えば、Ｕ相）の下アームに位置するスイッチング素子が短絡故障した場合、当該１相（Ｕ相）の上アームに位置するスイッチング素子をオン状態にすると、三相インバータのＤＣ母線同士に短絡が発生する。このような短絡故障が生じた場合、ブラシレスＤＣモータの駆動を制御する回路は、過電流の発生により異常を検出し、インバータからの波形出力を停止させ、ブラシレスＤＣモータの駆動を止める。なお、ブラシレスＤＣモータの駆動を制御する回路が、過電流による保護動作を行なわない場合、インバータをさらに故障させ、又は／更にインバータに直流を供給する電源の故障も引き起こす。

このように、電動機を駆動するインバータに短絡故障が生じた場合、特許文献１では、インバータからの波形出力を停止させ、電動機を止める駆動が行われる。しかしながら、インバータに短絡故障が生じても電動機の駆動を継続させたい場合がある。このような場合に、限定された運転状態で電動機を駆動する方法が、特許文献２に開示されている。特許文献２では、インバータの短絡故障時に、ＤＣ電圧の中性点と出力線とを接続するＶ結線運転を行なって、電動機が駆動される。また、特許文献３には、インバータが短絡故障した場合でも、ハイブリッド自動車の退避走行を確保する電動機の駆動方法が開示されている。

特開平９−１９１６５４号公報 特開２００４−１２０８８３号公報 特開２００８−１１６８３号公報

特許文献２の駆動方法では、インバータの短絡故障時にＶ結線を行うため、中性点と出力線とを接続する接続スイッチ回路が三相分必要となる。そのため、当該特許文献２の駆動方法を用いるインバータは、大型化すると共に、装置コストが増加する。

また、特許文献３の駆動方法では、誘導電動機であれば比較的容易に駆動することができるが、電動機がＰＭモータ（永久磁石式同期電動機）であるブラシレスＤＣモータの場合、回転子の位置に合わせて電圧出力を行なう必要があるため、起動時に過大な電流が流れたり、安定した駆動ができなかったりする不具合が生じる。更に、短絡により生じる出力トルクの不具合に対応することができていない。

そこで、本発明に係るモータの駆動方法及びモータ駆動システムでは、接続スイッチ回路等の新たな構成を設けることなく、インバータのスイッチング素子が短絡故障した場合にモータを安定して駆動させることができる。

上記課題を解決するため、この発明のモータの駆動方法の第１の態様は、回転子を有する三相のモータを三相インバータによって駆動する方法である。三相インバータはこの順に進相する第１相乃至第３相に対応した第１乃至第３レグを備える。第１乃至第３レグのそれぞれは、三相インバータの出力端と、出力端に対して一方側に第１アームを、他方側に第２アームを有し、第１及び第２のアームのそれぞれにスイッチング素子が設けられる。そして、この発明のモータの駆動方法の第１の態様は、（ａ）スイッチング素子の短絡故障を検出するステップと、（ｂ）（ａ）ステップで、第１レグ（Ｌ１）の第２アームに設けられたスイッチング素子において短絡故障を検出した場合に、第１レグの第１アームに位置するスイッチング素子をオフ状態にするステップと、（ｃ）(i)第３レグの第１アームに設けられたスイッチング素子をオン状態にし、第３レグの第２アームに設けられたスイッチング素子をオフ状態にするか、(ii)第２レグの第１アームに設けられたスイッチング素子をオン状態にし、第２レグの第２アームに設けられたスイッチング素子をオフ状態にするか、の少なくとも何れか一方を実行して回転子の位置を固定するステップと、（ｄ）ステップ（ｃ）の後に、第２レグ及び第３レグに設けられたスイッチング素子のスイッチングにより回転子を回転させるステップとを備える。

この発明のモータの駆動方法の第２の態様は、その第１の態様であって、ステップ（ｃ）において、第３レグの第１アームに設けられたスイッチング素子をオン状態にし、第３レグの第２アームに設けられたスイッチング素子をオフ状態にし、 第２レグの第１アームに設けられたスイッチング素子をオフ状態にし、第２レグの第２アームに設けられたスイッチング素子をオン状態にして回転子の位置を固定する。

この発明のモータの駆動方法の第３の態様は、その第１の態様または第２の態様であって、（ｄ）ステップにおいて、モータへの通電方法は１８０°通電である。

この発明のモータの駆動方法の第４の態様は、その第１の態様乃至第３の態様のいずれかであって、（ｄ）ステップにおいて、第２レグ及び第３レグの、第１アームに位置するスイッチング素子をパルス幅変調で制御する。

この発明のモータの駆動方法の第５の態様は、その第１の態様乃至第４の態様のいずれかであって、（ｄ）ステップにおいて、短絡故障によりブラシレスＤＣモータがトルクを出力できない期間は電圧出力を行わない。

この発明のモータの駆動方法の第６の態様は、その第５の態様であって、（ｄ）ステップにおいて、短絡故障によりブラシレスＤＣモータがトルクを出力できない期間、第１乃至第３レグのいずれの第１アームに設けられたスイッチング素子もオフ状態にし、第２及び第３レグのいずれの第２アームに設けられたスイッチング素子もオン状態にする。

この発明のモータの駆動方法の第７の態様は、その第５の態様であって、（ｄ）ステップにおいて、短絡故障によりブラシレスＤＣモータがトルクを出力できない期間、第１乃至第３レグのいずれの第１アームに設けられたスイッチング素子もオフ状態にし、第２及び第３レグのいずれの第２アームに設けられたスイッチング素子もオフ状態にする。

また、この発明のモータの駆動方法の第８の態様は、（Ａ）スイッチング素子の短絡故障を検出するステップと、（Ｂ）ステップ（Ａ）で、スイッチング素子の短絡故障が検出された場合、モータへの通電方法を、１２０°通電から１８０°通電へ切り換えるステップとを備える。

この発明のモータの駆動方法の第９の態様は、その第８の態様であって、三相インバータはこの順に進相する第１相乃至第３相に対応した第１乃至第３レグを備える。第１乃至第３レグのそれぞれは、三相インバータの出力端と、出力端に対して一方側に第１アームを、他方側に第２アームを有する。第１及び第２のアームのそれぞれにスイッチング素子が設けられる。そしてステップ（Ａ）で第１レグの第２アームに設けられたスイッチング素子において短絡故障を検出した場合に、ステップ（Ｂ）は、下記ステップ（Ｂ１）（Ｂ２）を実行する。即ち：（Ｂ１）前記第１レグの前記第１アームに位置する前記スイッチング素子（Ｑｕ）をオフ状態にするステップ、（Ｂ２）前記ステップ（Ｂ１）の後に、前記第２レグ及び前記第３レグの、前記第１アームに位置する前記スイッチング素子をパルス幅変調で制御してスイッチングすることにより前記回転子を回転させるステップである。

この発明のモータの駆動方法の第１０の態様は、その第８の態様または第９の態様であって、ステップ（Ｂ）において、短絡故障によりモータが正常なトルクを出力できない期間は電圧出力を行なわない。

また、この発明のモータ駆動システムは、回転子を有する三相のモータを駆動する三相インバータと、三相インバータに供給する信号を制御する信号制御部とを備える。三相インバータは、この順に進相する第１相乃至第３相に対応した第１乃至第３レグを含み、第１乃至第３レグのそれぞれは、それぞれ三相インバータの出力端と、出力端に対して一方側に第１アームを、他方側に第２アームを有し、第１及び第２のアームのそれぞれにスイッチング素子が設けられる。信号制御部は、第１レグの第２アームに設けられたスイッチング素子において短絡故障が検出された場合に、第１レグの第１アームに位置するスイッチング素子をオフ状態にし、回転子の位置を固定するために、(i)第３レグの第１アームに設けられたスイッチング素子をオン状態にし、第３レグの第２アームに設けられたスイッチング素子をオフ状態にするか、(ii)第２レグの第１アームに設けられたスイッチング素子をオン状態にし、第２レグの第２アームに設けられたスイッチング素子をオフ状態にするか、の少なくとも何れか一方を実行し、回転子の位置を固定後に、第２レグ及び第３レグに設けられたスイッチング素子のスイッチングにより回転子を回転させる。

また、短絡異常を検出した旨を表示する表示部をさらに備えてもよい。

また、短絡故障発生時に、モータの停止又は駆動継続の指示をする指示部をさらに備えてもよい。

また、三相インバータへの入力電流を計測することで短絡故障を検出する短絡故障検出回路をさらに備えてもよい。

この発明のヒートポンプシステムは、三相のモータと、モータを駆動する上記のいずれか１つに記載のモータ駆動システムとを備える。

この発明のファンモータプシステムは、ファンと、ファンを回転させる三相のモータと、モータを駆動する上記のいずれか１つに記載のモータ駆動システムとを備える。

このモータの駆動方法の第１の態様によると、接続スイッチ回路等の新たな構成を設けることなく、インバータのスイッチング素子が短絡故障した場合にモータを安定して駆動することができる。

このモータの駆動方法の第２の態様によると、ゲート信号の位相差についての自由度が大きくなる。

このモータの駆動方法の第３の態様によると、最大で電気角１８０度分のトルク出力が可能となるため、モータを正常に駆動することができる期間が増加する。

このモータの駆動方法の第４の態様によると、パルス幅変調によって出力電圧を制御し、より精度良くモータの回転速度制御が可能となる。

このモータの駆動方法の第５乃至第７の態様によると、正常ではないトルクを出力することによるブレーキ動作を回避し、モータ１の減速・電流増加・異音を防止する。

特に第６の態様または第７の態様によれば、直流バスへの回生が行われず、短絡故障によるモータのブレーキ動作を抑え、モータの減速を最小限に抑えることができる。

このモータの駆動方法の第８乃至第１０の態様によると、１８０°通電へ切り換えることで、最大で電気角１８０度分のトルク出力が可能となり、モータを正常に駆動することができる期間が増加する。さらに、このモータの別の駆動方法では、インバータのスイッチング素子が短絡故障した場合でもモータを安定して駆動することができる。

特に第９の態様、第１０の態様によれば、それぞれ第４の態様、第５の態様と同様の利点が得られる。

このモータ駆動システムによると、中性点接続スイッチ回路等の新たな構成を設けることなく、インバータのスイッチング素子が短絡故障した場合にモータの運転を継続して行うことができる。

また、表示部により短絡故障をユーザに報知することができ、ユーザに対して短絡故障による欠相異常を有する多相モータに関する注意を喚起し、故障修理の依頼を適切かつ迅速に行うことができる。その結果、モータ駆動を正常状態に早く復帰させることが可能となる。

また、ユーザが指示部を操作することで、主体的にブラシレスＤＣモータの停止又は駆動継続の制御をすることができる。

また、短絡故障検出回路で入力電流が計測されるので、これに基づいてスイッチング素子の短絡故障の有無を検出することができ、以て上記のモータ駆動システムの構成に資する。

このヒートポンプシステムによると、圧縮機モータやファンモータ、ポンプ用モータ等の駆動に、上記のモータ駆動システムを用いることで、モータを駆動するインバータに短絡故障が生じてもシステム全体としては駆動を継続することが可能になる。

このファンモータシステムによると、上記のモータ駆動システムを用いることで、モータを駆動するインバータに短絡故障が生じてもシステム全体としては駆動を継続することが可能になる。またファンモータは慣性が大きい点で望ましい。

本発明の第1の実施の形態に係る三相のブラシレスＤＣモータ及びモータ駆動システムのブロック図である。 本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動システムのタイミングチャートである。 本発明の第1の実施の形態に係るモータ駆動システムに短絡故障が生じた場合のタイミングチャートである。 本発明の第1の実施の形態に係る三相のブラシレスＤＣモータの駆動方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第1の実施の形態に係る三相のブラシレスＤＣモータの回転子の固定位置を説明するための図である。 本発明の第1の実施の形態の変形例に係るモータ駆動システムに短絡故障が生じた場合のタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係るモータ駆動システムのタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係るモータ駆動システムに短絡故障が生じた場合のタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る三相のブラシレスＤＣモータの回転子の固定位置を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態の変形例に係るモータ駆動システムのタイミングチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る三相のブラシレスＤＣモータの駆動方法を説明するためのフローチャートである。

第１の実施の形態．
図１に、本実施の形態に係る三相のブラシレスＤＣモータ及びモータ駆動システムのブロック図を示す。図１に示す三相のブラシレスＤＣモータ１はファン５を回転させる。例えば、ファン５は空気調和機やヒートポンプシステムの室外機におけるファンとして採用される。あるいはブラシレスＤＣモータ１は、圧縮機モータ、ポンプ用モータに採用される。

ブラシレスＤＣモータ１は、回転子１１と固定子１２とを備えている。固定子１２には、スター結線されたＵ相，Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを備えている。この駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの一方端は、インバータ２１の出力端Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３にそれぞれ接続され、他方端は全て中性端ＴＮに接続されている。

回転子１１は、Ｎ極及びＳ極からなる２極の永久磁石を含む。この回転子１１は、固定子１２に対して回転する。回転子１１の回転に伴い、ファン５が回転する。回転子１１の位置は、ブラシレスＤＣモータ１の近傍に設けたホール素子６が出力する位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて算出される。

ブラシレスＤＣモータ１を駆動するモータ駆動システムは、モータ駆動回路２、電源部３、モータ制御回路４を備えている。このモータ駆動回路２には、インバータ２１、ゲートドライブ回路２２、短絡故障検出回路２３を備えている。

インバータ２１は、この順に進相するＵ相，Ｖ相，Ｗ相のそれぞれに対応したレグＬ１，Ｌ２，Ｌ３を備えている。レグＬ１，Ｌ２，Ｌ３はＤＣ母線Ｊ１，Ｊ２の間で並列に接続されている。

レグＬ１，Ｌ２，Ｌ３には、それぞれインバータ２１の出力端Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有している。さらに、レグＬ１，Ｌ２，Ｌ３の各々には、出力端Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に対して一方側（図中上側）に上アームを、他方側（図中下側）に下アームを有している。また、レグＬ１，Ｌ２，Ｌ３の上アームには、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗがそれぞれ設けられ、レグＬ１，Ｌ２，Ｌ３の下アームには、スイッチング素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚがそれぞれ設けられている。

スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。さらに、このスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれに並列に、かつ電流が流れる方向を反対にしてダイオードＤｕ，Ｄｖ，Ｄｗ，Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚが接続されている。

電源部３は、ＡＣ電源３１からの出力電圧を、直流電圧に変換してＤＣ母線Ｊ１，Ｊ２を介してインバータ２１に供給している。電流検出回路７は低電位側のＤＣ母線Ｊ２上に設けられる。電流検出回路７は、電源部３からインバータ２１に入力する電流を計測する。そして、短絡故障検出回路２３は、計測した電流が所定値を超える異常電流の場合、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのいずれで短絡故障が生じているかを検出する。

次に、図１に示すモータ制御回路４は、回転速度演算部４１、回転速度制御部４２、駆動信号作成部４３を備えている。回転速度演算部４１は、ホール素子６から出力される位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて、回転子１１の現在の回転速度ｖｍを所定の演算で求める。回転速度制御部４２は、回転速度演算部４１で求めた回転速度ｖｍと、外部から入力される回転速度指令Ｖ＊とに基づいて、デューティ指令Ｄ＊の信号を出力する。駆動信号作成部４３は、回転子１１の位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ及びデューティ指令Ｄ＊並びに後述する短絡故障検出回路２３からの制御信号に基づいてスイッチング信号Ｇｕ’，Ｇｖ’、Ｇｗ’，Ｇｘ’，Ｇｙ’，Ｇｚ’を生成する。なお、回転子１１の位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、スイッチング信号Ｇｕ’，Ｇｖ’、Ｇｗ’，Ｇｘ’，Ｇｙ’，Ｇｚ’のタイミングを決定する。スイッチング信号Ｇｕ’，Ｇｖ’、Ｇｗ’，Ｇｘ’，Ｇｙ’，Ｇｚ’は更に、デューティ指令Ｄ＊に基づいてパルス幅変調される。

ゲートドライブ回路２２は、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのそれぞれのゲート端子に接続されている。ゲートドライブ回路２２は、スイッチング信号Ｇｕ’，Ｇｖ’、Ｇｗ’，Ｇｘ’，Ｇｙ’，Ｇｚ’（パルス幅変調されたものも含む）に基づき、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚに供給してこれらの動作を制御するゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを生成する。ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗはこの順に進相しつつ二値“Ｈ”“Ｌ”間を遷移する。ゲート信号Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙも同様である。

図１に示す短絡故障検出回路２３には、表示部２５が接続されている。表示部２５は短絡故障検出回路２３によって検出された短絡故障の有無、あるいは更に故障箇所を含む情報を表示する。ユーザは表示部２５の表示によって故障を了知し、ブラシレスＤＣモータ１に関する注意が喚起される。これは故障修理の依頼を適切かつ迅速に行うことに資する。結果として故障修理を迅速に行い、正常状態に復帰させることにも繋がる。

また短絡故障検出回路２３には、指示部２６が接続されている。指示部２６は、故障が発生したときに、ブラシレスＤＣモータ１を駆動させるための動作実行指示を受け付ける。ユーザは、表示部２５で短絡故障が発生したこと知った場合に、ブラシレスＤＣモータ１を停止させるか、以下に説明する短絡故障時のモータの駆動を行うかを指示部２６から指示することができる。ブラシレスＤＣモータ１の騒音、振動が許容できない場合にはブラシレスＤＣモータ１を停止させることが望ましい。また性能の低下を甘受しながらもブラシレスＤＣモータ１を回転させるべきであれば下記の方法で駆動すべき旨を指示することが望ましい。

なお、本実施の形態では、短絡故障を検出する方法として、電流検出回路７及び短絡故障検出回路２３を利用する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの短絡故障を検知できるのであれば他の構成を利用しても良い。

つまり、本実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ１では、短絡故障検出回路２３が信号制御部として機能して、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの短絡故障時に、ブラシレスＤＣモータ１を以下に説明する駆動ができるように駆動信号生成部４３からゲートドライブ回路２２へ供給されるスイッチング信号Ｇｕ’，Ｇｖ’、Ｇｗ’，Ｇｘ’，Ｇｙ’，Ｇｚ’を制御している。

以下、まずは正常なモータの駆動方法について説明し、次に、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのいずれか１つが短絡故障したときのモータの駆動方法を具体的に説明する。

図２に、回転子１１が正方向（ＣＣＷ：Counter ClockWise）に回転している場合の、駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに発生する誘起電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎ及びその他の各信号のタイミングチャートを示す。図２に示すタイミングチャートに記載している他の信号には、回転子１１の位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ、出力端Ｔ１（Ｕ相），Ｔ２（Ｖ相），Ｔ３（Ｗ相）の出力電圧がある。図２に示すタイミングチャートでは、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの位相が、誘起電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎの位相に対して電気角で２１０度程度進んでいる。これは正方向に回転しているときには、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの極性が誘起電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎと逆極性となることで位相が１８０度進み、かつ誘起電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎよりも３０度進むからである。なお、位置信号位相はこれに限定されるものではないが、以下のいずれの説明でも、位置信号位相と誘起電圧とが上記の位相差を有する場合を例にとっている。

図２に示すタイミングチャートは、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗが取り得る値の６パターンに応じて、電気角６０度分に対応した区間に区分されている。なお、図２に示すタイミングチャートによるブラシレスＤＣモータ１の駆動は、１２０°通電方式（二相通電方式）であり、ゲート信号の誘起電圧に対する位相差φは０度（同相）としている。具体的には誘起電圧Ｖｖｎの正のピークの位置に対して、Ｖ相のゲート信号Ｇｖの正のピークの中央は同相となっている。当該位相差φの本実施の形態における重要性については後に検討する。

下アーム側のスイッチング素子を制御するゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚにはパルス幅変調が施されているが、図２の説明ではパルス幅変調を無視して、ゲート信号の“Ｈ”／“Ｌ”を説明する。

まず、位置信号モード“０”の区間では、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのそれぞれが“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｈ”となり、回転子１１が電気角３０度〜９０度の位置にある。この区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｈ”である。なお、Ｖ相の出力電圧は、ゲート信号Ｇｖ，Ｇｙ共に“Ｌ”であってスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙ共にオフしているため、インバータ２１の制御のみでは決定されず、ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧など、インバータ２１の外部からの要因で決定されることになる。図２ではこのように、インバータ２１の外部からの要因で決定される出力電圧をハッチングにて示している。以降の他の図においても同様である。出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“＋Ｍ”，“Ｆ”，“−Ｍ”である。ここで出力電圧についての記号Ｆは、インバータ２１の外部からの要因で決定されることを示す。

位置信号モード“１”の区間では、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのそれぞれが“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”となり、回転子１１は電気角９０度〜１５０度の位置にある。この区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“＋Ｍ”，“−Ｍ”，“Ｆ”である。

位置信号モード“２”の区間では、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのそれぞれが“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｌ”となり、回転子１１が電気角１５０度〜２１０度の位置にある。この区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“Ｆ”，“−Ｍ”，“＋Ｍ”である。

位置信号モード“３”の区間では、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのそれぞれが“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”となり、回転子１１が電気角２１０度〜２７０度の位置にある。この区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“−Ｍ”，“Ｆ”，“＋Ｍ”である。

位置信号モード“４”の区間では、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのそれぞれが“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｈ”となり、回転子１１が電気角２７０度〜３３０度の位置にある。この区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“−Ｍ”，“＋Ｍ”，“Ｆ０”である。

位置信号モード“５”の区間では、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗのそれぞれが“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｈ”となり、回転子１１が電気角３３０度〜３０度の位置にある。この区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｈ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“Ｆ”，“＋Ｍ”，“−Ｍ”である。

次に、本実施の形態に係るインバータ２１において、Ｕ相の下アームに位置するスイッチング素子Ｑｘが短絡故障した場合の駆動について説明する。

まず、図３に、Ｕ相の下アームに位置するスイッチング素子Ｑｘが短絡故障した場合のタイミングチャートを示す。スイッチング素子Ｑｘが短絡故障しているので常時オンとなるので、図３ではゲート信号Ｇｘとして実際の波形と共に、仮想的に常時“Ｈ”となる波形も破線で併記している。これはつまり、スイッチング素子Ｑｘが短絡故障を、ゲート信号Ｇｘの故障に読み替えて図示していることになる。

このようにスイッチング素子Ｑｘが短絡故障している状態では、スイッチング素子ＱｕをオンするとＤＣ母線Ｊ１、Ｊ２間が短絡するので、スイッチング素子Ｑｕをオン状態にすることはできない。そのため、ゲート信号Ｇｕは、図３のタイミングチャートに示すように、常時“Ｌ”に設定され、スイッチング素子Ｑｕは常時オフ状態となる。このように、正常動作であればゲート信号Ｇｕが“Ｈ”となるべきであるのに（この場合のゲート信号Ｇｕを破線で併記した）、上記のＤＣ母線Ｊ１，Ｊ２間の短絡を回避するためにゲート信号Ｇｕが“Ｌ”となっている期間を「ＤＣ短絡回避期間」と仮称する。図３では当該期間に「ＤＣ短絡回避」と表示した。本実施の形態ではＤＣ短絡回避期間はゲート信号Ｇｕが“Ｈ”となる期間に対応して電気角１２０度分の長さとなる。

このようにスイッチング素子Ｑｘが短絡故障し、且つスイッチング素子Ｑｕが常時オフ状態でインバータ２１が駆動されると、図３に示す出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）は、図２に示す正常な出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）と異なることになる。

具体的に、ＤＣ短絡回避期間となる位置信号モード“０”及び“１”の区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗが全て“Ｌ”となり、上アーム側のスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗは全てオフとなる。

位置信号モード“０”の区間において“Ｈ”となるのはゲート信号Ｇｚのみであり、短絡故障しているスイッチング素子Ｑｘの他に導通しているのは、スイッチング素子Ｑｚのみとなる。よって位置信号モード“０”の区間においてＵ相及びＷ相の出力電圧は“−Ｍ”となる。この区間においては、上アームが全てオフしているため、電源部からモータへの電力供給はなされない。

同様にして、位置信号モード“１”の区間において“Ｈ”となるのはゲート信号Ｇｙのみであり、Ｗ相の出力電圧はインバータ２１の外部からの要因で決定されることになる。従って、ＤＣ短絡回避期間、ここでは位置信号モード“０”及び“１”の区間においては、ブラシレスＤＣモータ１はトルク出力ができない。

位置信号モード“２”の区間では、スイッチング素子Ｑｘが正常時にはオフしているべきであるのにオンしている期間であるので、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれが“−Ｍ”，“−Ｍ”，“＋Ｍ”となり正常な時の出力（“Ｆ”，“−Ｍ”，“＋Ｍ”）と異なる。そのため、位置信号モード“２”の区間において、ブラシレスＤＣモータ１は、正常なトルク出力とは異なるトルク出力をする。

位置信号モード“３”の区間では、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚが正常時と同じスイッチング状態となるので出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれが“−Ｍ”，“０”，“＋Ｍ”となり、正常な時の出力と同じである。そのため、位置信号モード“３”の区間において、ブラシレスＤＣモータ１は、正常なトルク出力が可能である。但し下アームのスイッチング素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚに入力するゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚをパルス幅変調している場合、スイッチング素子Ｑｘはチョッピング動作しない。よって厳密には、位置信号モード“３”の区間であっても、正常動作時と全く同じトルク出力が行われるわけではない。このように、パルス幅変調を無視すれば正常動作時と同じスイッチングを行うものの、パルス幅変調が奏功しない状況でのトルク出力を、「準正常なトルク出力」と仮称する。

位置信号モード“４”の区間では、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚが正常時と同じスイッチング状態となるので出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれが“−Ｍ”，“＋Ｍ”，“Ｆ”となり、正常な時の出力と同じである。そのため、位置信号モード“４”の区間において、ブラシレスＤＣモータ１は、正常なトルク出力が可能である。但し、位置信号モード“３”の区間と同様に、このトルク出力は準正常なトルク出力である。

位置信号モード“５”の区間では、スイッチング素子Ｑｘが正常時と異なるスイッチング状態となるので出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれが“−Ｍ”，“＋Ｍ”，“−Ｍ”となり正常な時の出力（“Ｆ”，“＋Ｍ”，“−Ｍ”）と異なる。そのため、位置信号モード“５” の区間において、ブラシレスＤＣモータ１は、正常なトルク出力とは異なるトルク出力をする。

以上のことから、スイッチング素子Ｑｘが短絡故障した場合には、トルク出力できない期間や正常なトルクを出力できない期間が存在する。よってブラシレスＤＣモータ１を起動しなおす場合には、準正常なトルク出力が得られる位置で回転子１１を一旦固定し、その後、図３に示されたタイミングチャートでブラシレスＤＣモータ１を駆動することが望ましい。以下、このような手順を具体的に説明する。

本実施の形態に係るモータの駆動方法のフローチャートを図４に示す。まず、図４に示すステップＳ１では、短絡故障しているスイッチング素子の相及びアームの位置を検出する。短絡故障しているスイッチング素子の特定は、短絡故障検出回路２３によって行われる。具体的な特定方法は、各スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの導通パターンと、当該導通パターンが採用されたときに流れる電流を電流検出回路７で計測する。これにより各相及び各アームのスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚの正常・異常を判定し、短絡しているスイッチング素子の相及びアームを特定する。当該特定方法は、特許文献１等で用いられている既存の方法であるため、更なる詳細な説明は省略する。

次に、ステップＳ２では、短絡故障したスイッチング素子と同じ相で、逆側アームに位置するスイッチング素子をオフ状態にする。これにより、同一のレグにおいて上アームと下アームを介してＤＣ母線Ｊ１、Ｊ２が短絡することを避け、インバータ２１や電源部３にダメージを与えるのを防ぐためである。

以下、本実施の形態の説明ではステップＳ１においてＵ相に対応するレグＬ１の下アームスイッチング素子Ｑｘの短絡故障が検出された場合を例に採って説明する。もちろん、他のスイッチング素子の短絡故障が検出された場合についても、本実施の形態は同様にして機能する。上記の例に則っていえば、ステップＳ２ではレグＬ１の上アームに位置するスイッチング素子Ｑｕをオフ状態にする。具体的にはゲート信号Ｇｕを“Ｌ”にする。

次に、ステップＳ３では、モータを起動する際に、回転子１１を所定の位置に固定する。上記の例に則っていえば、Ｖ相に対応するレグＬ２の上アームに設けられたスイッチング素子Ｑｖをオフ状態にし、レグＬ２の下アームに設けられたスイッチング素子Ｑｙをオン状態にし、Ｗ相に対応するレグＬ３の上アームに設けられたスイッチング素子Ｑｗをオン状態にし、レグＬ３の下アームに設けられたスイッチング素子Ｑｚをオフ状態にして回転子１１の位置を固定する。

回転子１１を固定する位置についてさらに詳しく説明する。図５に、回転子１１が正方向に回転している場合の誘起電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎ、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ、回転子１１の位置、及び直流励磁相のタイミングチャートを示す。誘起電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎは、それぞれＵ相の駆動コイルＬｕ、Ｖ相の駆動コイルＬｖ、Ｗ相の駆動コイルＬｗで誘起される。

直流励磁相は、短絡故障が生じていない正常な場合に、各回転子位置に固定するために駆動コイルに流される励磁電流の相を示している。例えば、直流励磁相“Ｕ−”の記載は、Ｕ相の駆動コイルＬｕに負の励磁電流が流れることを示し、直流励磁相“Ｖ＋”の記載は、Ｖ相の駆動コイルＬｕに正の励磁電流が流れることを示し、直流励磁相“Ｗ＋”の記載は、Ｗ相の駆動コイルＬｗに正の励磁電流が流れることを示し、直流励磁相“Ｗ０”の記載は、Ｗ相の駆動コイルＬｗに励磁電流が流れないことを示している。但し電流が中性端ＴＮに流れ込む方向を正方向として採用する。

インバータ２１及びブラシレスＤＣモータ１に故障が生じていなければ、各直流励磁相はインバータ２１の各スイッチング素子のスイッチングパターンによって以下のように実現される。直流励磁相“Ｕ＋”の状態はスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｘがそれぞれオン、オフすることで実現される。直流励磁相“Ｕ−”の状態はスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｘがそれぞれオフ、オンすることで実現される。直流励磁相“Ｕ０”の状態はスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｘがいずれもオフすることで実現される。直流励磁相“Ｖ＋”の状態はスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙがそれぞれオン、オフすることで実現される。直流励磁相“Ｖ−”の状態はスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙがそれぞれオフ、オンすることで実現される。直流励磁相“Ｖ０”の状態はスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙがいずれもオフすることで実現される。直流励磁相“Ｗ＋”の状態はスイッチング素子Ｑｗ，Ｑｚがそれぞれオン、オフすることで実現される。直流励磁相“Ｗ−”の状態はスイッチング素子Ｑｗ，Ｑｚがそれぞれオフ、オンすることで実現される。直流励磁相“Ｗ０”の状態はスイッチング素子Ｑｗ，Ｑｚがいずれもオフすることで実現される。

直流励磁相は、誘起電圧に対して電気角９０度遅れている。具体的に、図５では、回転子１１の位置が２７０度において、誘起電圧Ｖｕｎの負のピークが位置し、誘起電圧Ｖｖｎ，Ｖｗｎはいずれも正となる。他方、これに対応して直流励磁相が“Ｕ−，Ｖ＋，Ｗ＋”となるのは、回転子１１の位置が（２７０＋９０＝）３６０度（図５では０°として示されている）である。

まず、スイッチング素子Ｑｘの短絡故障で、スイッチング素子Ｑｕを常時オフ状態とするため、Ｕ相の駆動コイルＬｕに正の電流は流れることがない。更に、短絡故障によりスイッチング素子Ｑｘは常時オン状態に相当する。よって直流励磁相が“Ｕ＋”あるいは“Ｕ０”となる区間で回転子１１を固定することはできない。図５に示すタイミングチャートでは、回転子１１が固定できない区間に記号「×」を重ね書きして示している。

この観点からは、ゲート信号Ｇｕを“Ｌ”にしてスイッチング素子Ｑｕをオフにし、スイッチング素子Ｑｖ、Ｑｗの少なくともいずれか一方をオンにすればよい。例えばスイッチング素子Ｑｖをオンにする場合には、ＤＣ母線Ｊ１，Ｊ２間の短絡を回避すべくスイッチング素子Ｑｙをオフにし、スイッチング素子Ｑｗ，Ｑｚの両方をオフ、もしくはそのいずれか一方のみをオンにすればよい。あるいはスイッチング素子Ｑｗをオンにする場合には、ＤＣ母線Ｊ１，Ｊ２間の短絡を回避すべくスイッチング素子Ｑｚをオフにし、スイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙの両方をオフ、もしくはそのいずれか一方のみをオンにすればよい。但し、スイッチング素子Ｑｘは短絡故障しているので、ゲート信号Ｇｘは“Ｈ”,“Ｌ”のいずれでもよい。

但し、回転子１１の理想的な固定位置は相互に３０度で離散的に存在する。よってここでは各固定位置について、理想的な固定位置に対して進相側、遅相側のいずれにも１５度の余裕を考慮した３０度の幅を持たせて示している。

さて、回転子１１を固定した後に起動するためには、ブラシレスＤＣモータ１から正常トルク出力が得られる区間、あるいは準正常なトルク出力が得られる区間に固定しなければならない。さもないと回転子１１を固定後にブラシレスＤＣモータ１がトルクを出力できず、駆動が継続できない。

そこで、回転子１１を固定する位置は、ブラシレスＤＣモータ１が正常トルク出力、あるいは準正常なトルク出力が得られる区間内へと、更に限定される。図５に示すタイミングチャートにおいて、ブラシレスＤＣモータ１がトルク出力可能な区間は、図３のタイミングチャートで説明したように、位置信号モード“３”及び“４”の区間のみである。

以上のことから、ステップＳ３（図４参照）において回転子１１を固定すべき区間は、図５において記号「×」が重ね書きされず、かつ図３を参照して位置信号モード“３”または“４”の区間である。よって起動時に与える準正常なトルク出力は位置信号モード“４”の区間に対応する。更に、“Ｕ−，Ｖ０，Ｗ＋”の区間（理想的な固定位置が３３０度）は位置信号モード４，５にまたがっているため、換言すれば固定位置が遅相側（回転子位置の角度が増大する側）にわずかでもずれれば、固定後の起動時に正常もしくは準正常なトルクを出力できない恐れがある。よって回転子を固定すべき区間は“Ｕ−，Ｖ−，Ｗ＋”（理想的な固定位置が３００度）の区間に限定される。

また、回転子１１を固定すると誘起電圧は発生しないので、直流励磁相は誘起電圧ではなくインバータ２１から供給される電流で決定すべきである。この観点からも、インバータ２１から電流を流し、直流励磁相“Ｕ−，Ｖ−，Ｗ＋”を実現して回転子位置を３００度近傍に固定することが望ましい。

なお、直流励磁の際には、電流増加を抑え、かつモータ及び負荷の慣性による回転子位置のハンチングを抑えるため、パルス状のＰＷＭ波形を印加することが更に望ましい。その際には、“Ｕ−”は短絡相でありチョッピングを行なうことはできないため、短絡相と逆アーム側の通電相である“Ｖ＋”相、“Ｗ＋”相をチョッピングする。

次に、図４のステップＳ４では、ステップＳ３の後に、短絡故障を考慮して、Ｖ相に対応するレグＬ２及びＷ相に対応するレグＬ３に設けられたスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙ，Ｑｗ，Ｑｚをスイッチングすることで回転子１１を回転させて、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。つまり、スイッチング素子Ｑｘの短絡故障で、スイッチング素子Ｑｕを常時オフ状態とするため、回転子１１をステップＳ２で固定子した後の駆動は、残りのスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙ，Ｑｗ，Ｑｚをスイッチングすることで行う。

正方向に回転するために、回転子１１を固定する位置は上述の区間に限定されるものの、回転が一旦開始すると、位置信号モード“３”，“４”の区間で準正常なトルク出力が得られる（図５においてφ＝０°と付記して示された範囲）。

以上のように、本実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ１の駆動方法は、ステップＳ１〜ステップＳ４を備えるので、接続スイッチ回路等の新たな構成を設けることなく、インバータ２１のスイッチング素子が短絡故障した場合にモータを安定して駆動することができる。

図３に示すタイミングチャートでは、ゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚをパルス幅変調させて波形をチョッピングしている。つまり、短絡故障している側のアーム（下アーム）に設けられたスイッチング素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚに供給されるゲート信号Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚをパルス幅変調している。なお、スイッチング素子Ｑｘが短絡故障しているために、スイッチング素子Ｑｘが常にオン状態になる。従って、図３に示す位置信号モード“３”及び“４”の区間では、パルス幅変調させたゲート信号でスイッチング素子を駆動できず、厳密には正常なトルク出力を得ることができなかった。

そこで、本実施の形態の変形として、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗをパルス幅変調させて波形をチョッピングする態様を説明する。図６に示すタイミングチャートは、ゲート信号Ｇｙ，Ｇｚをパルス幅変調させることに代えて、ゲート信号Ｇｖ，Ｇｗをパルス幅変調させる点以外は、図３に示すタイミングチャートと同じである。また、本変形例に係るモータ駆動システムの構成も、図１に記載のモータ駆動システムと同じであるため、詳細な説明は省略する。つまり、短絡故障している側の反対側のアーム（ここでは上アーム）に設けられたスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｗに供給されるゲート信号Ｇｖ，Ｇｗをパルス幅変調している。なお、この場合スイッチング素子Ｑｘが短絡故障しているために、スイッチング素子Ｑｕは常にオンできず、スイッチング素子Ｑｕには、チョッピングした波形ではなく一定値（“Ｌ”レベル）のゲート信号Ｇｕが入力される。

従って、図６に示す位置信号モード“３”及び“４”の区間では、パルス幅変調させたゲート信号Ｇｖ，Ｇｗをスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｗに供給する駆動を行うことができる。そのため、本変形例に係るモータの駆動方法では、出力電圧の制御ができ、より精度良くモータの回転速度制御が可能となる。

以上の例では、ゲート信号と誘起電圧との位相差φを０度（同相）とする場合に関して説明を行なったが、位相差に依存して回転子位置に対する出力電圧相が変わるため、モータを起動できる位相差φは適切に設定されることが望まれる。

ブラシレスＤＣモータ１の各相コイルに対する回転子位置の基準位置（例えば０度）を一つに設定すれば、当該回転子位置に対する直流励磁相の位相差は唯一に決定され、従って誘起電圧に対する回転子位置も唯一に決定される。誘起電圧と直流励磁相との位相関係は回転子位置の基準位置に依存せずに唯一に決定されるからである。具体的には図２、図３、図５，図６の例で言えば、回転子位置の基準位置たる０度としては、誘起電圧Ｖｕｎが負から正へと遷移する位置が採用されている。そして上述のように回転子固定位置は、短絡相及び短絡アームに基づいて直流励磁相から決定され、図５では幅３０度の領域として複数が示されている。よって誘起電圧に対する回転子位置が一つ決まれば、短絡相及び短絡アームに基づいて回転子固定位置は一意に決定される。

さて、図３から判るように、準正常トルク出力が得られる角度はゲート信号に依存しており、回転子位置には依存しない。従ってゲート信号の回転子位置に対する位相差が差分Δで異なれば、準正常なトルク出力が得られる区間の回転子位置に対する位相差も差分Δ異なることになる。上述の通り、誘起電圧に対する回転子位置は唯一に決定されるので、ゲート信号の回転子位置に対する位相差が差分Δで動けば、誘起電圧に対するゲート信号の位相差も差分Δで動くことになる。以上のことから、ゲート信号の誘起電圧に対する位相差φが差分Δで大きくなれば、準正常なトルク出力が可能な範囲は差分Δで位相が進む。

図５にはトルク出力可能期間として、位相差φ＝０°の場合の他、φ＝−１５°（進相）の場合及びφ＝＋１９５°（遅相）の場合に準正常なトルク出力が可能な範囲も併記した。位相差φ＝−１５°の場合に準正常なトルク出力が可能な範囲は、位相差φが０度の場合に準正常なトルク出力が可能な範囲よりも１５度進相側にずれている。また位相差φが＋１９５度の場合に準正常なトルク出力が可能な範囲は、位相差φが０度の場合に準正常なトルク出力が可能な範囲よりも１９５度遅相側にずれている。

位相差φが−１５度を越えて減少する（ゲート信号が誘起電圧に対して１５度を越えて進相となる）と、準正常なトルク出力が可能な範囲は、３０度の幅を有する回転子固定位置の区間を完全に覆うことはできない。具体的には回転子固定位置の内で最も進相側にある直流励磁相“Ｕ−，Ｖ−，Ｗ＋”の区間すら、準正常なトルク出力が可能な範囲から遅相側にはみ出すことになる。回転子固定位置は理想的な位置を中心として進相／遅相それぞれ１５°程度の余裕を見るべきであるので、位相差φが−１５度を越えて減少することは望ましくない。

同様にして、位相差φが＋１９５度を越えて増大する（ゲート信号が誘起電圧に対して１９５度を越えて遅相となる）と、準正常なトルク出力が可能な範囲は、３０度の幅を有する回転子固定位置の区間を完全に覆うことはできない。具体的には回転子固定位置の内で最も遅相側にある直流励磁相“Ｕ−，Ｖ＋，Ｗ−”の区間すら、準正常なトルク出力が可能な範囲から進相側にはみ出すことになる。よって位相差φが＋１９５°を越えて増大することは望ましくない。

以上の観点からは通電区間の誘起電圧に対する位相差φは−１５度以上＋１９５度以下であることが望ましい。但し、実際上、出力されるトルクが逆方向に回転することを避けるべく、位相差φは９０度以下となる必要がある。よって実際上、位相差φについて望ましい範囲は進相側で１５度以下、遅相側で９０度以下、となる。図５には位相差φが＋９０度（９０度の遅相）の場合についても準正常なトルク出力が可能な範囲を併記した。
上述の位相差φに依存して回転子固定位置を設定することが望ましい。例えば位相差φが−１５度の場合には、回転子固定位置は直流励磁相“Ｕ−，Ｖ−，Ｗ＋”の区間に設定されるべきである。そしてこれよりも位相差φが遅相側に動くと、回転子固定位置として望ましい位置は遅相側（回転子位置が増大する側）に拡がって行く。しかし上述のように位相差φについて望ましい範囲は遅相側で９０度以下であり、当該範囲は直流励磁相“Ｕ−，Ｖ＋，Ｗ−”の区間を完全に覆うことはないので、直流励磁相“Ｕ−，Ｖ＋，Ｗ−”の区間は回転子固定位置としては望ましくない。

他方、位相差φが＋９０度となるまでゲート信号を遅相することは稀であり、実際に実現される位相差のいずれに対しても直流励磁相“Ｕ−、Ｖ−、Ｗ＋”の区間は回転子固定位置として適切であるといえる。更に具体的には、位相差φは遅相側にはせいぜい４５度までしか遅相しないので、本実施の形態でより好適な回転子固定位置は直流励磁相“Ｕ−、Ｖ−、Ｗ＋”（理想的な固定位置が３００度）、“Ｕ−，Ｖ０，Ｗ＋”（理想的な固定位置が３３０度）、“Ｕ−，Ｖ＋、Ｗ＋”（理想的な固定位置が０度）の三箇所である。

以上のこと、及びＵ相下アームで短絡故障が生じて直流励磁相“Ｕ−”は実現されていることから、本実施の形態でより好適な回転子固定位置を設定するためには直流励磁相“Ｗ＋”を実現すれば足りると言える。

更に、実際に取り得る位相差φがいずれであっても準正常なトルク出力が可能な範囲によってカバーされるので、本実施の形態で最も好適な回転子固定位置は直流励磁相“Ｕ−，Ｖ−，Ｗ＋”の区間であると言える。

以上の結果を直流励磁相とインバータ２１のスイッチング素子との関連で把握すると、以下のようにいうことができる。インバータ２１のＵ相のレグＬ１の下アームにあるスイッチング素子Ｑｘが短絡故障した場合、当該相に相当する駆動コイルＬｕは低電位側のＤＣ母線Ｊ２に短絡する。この場合、回転子１１を望ましい固定位置に固定するためには、駆動コイルＬｗに正の電流を流し、直流励磁相“Ｗ＋”を実現することが望ましい。よってＷ相に対応してインバータ２１に設けられたレグＬ３の上アームに位置するスイッチング素子Ｑｗをオン状態に、レグＬ３の下アームにあるスイッチング素子Ｑｚをオフ状態にする。これにより好適な回転子固定位置として直流励磁相“Ｕ−、Ｖ−、Ｗ＋”、“Ｕ−，Ｖ０，Ｗ＋”、“Ｕ−，Ｖ＋、Ｗ＋”に相当する位置のいずれかを採用することができる。

あるいはレグＬ２の上アームにあるスイッチング素子Ｑｖをオン状態にし、レグＬ２の下アーム側にあるスイッチング素子Ｑｙをオフ状態にしてもよい。これにより好適な回転子固定位置として直流励磁相“Ｕ−、Ｖ＋、Ｗ＋”、“Ｕ−，Ｖ＋，Ｗ０”、“Ｕ−，Ｖ＋、Ｗ−”に相当する位置のいずれかを採用することができる。

即ち、短絡相に相当するレグＬ１とは異なるレグＬ２，Ｌ３のいずれかで、短絡アームとは反対側の上アームに位置する二つのスイッチング素子の少なくとも何れか一つをオンする。そしてオンされたスイッチング素子と同じレグに属し、短絡アームと同じ側に位置するスイッチング素子をオフにする。

短絡相たるＵ相に対して１２０度遅相する（２４０度進相する）Ｗ相に対応するレグＬ３においてスイッチング素子Ｑｗ，Ｑｚをそれぞれオン，オフしつつも、更に、短絡相たるＵ相に対して１２０度進相する（２４０度遅相する）Ｖ相に対応するレグＬ２においてスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙをそれぞれオフ、オンする事が望ましい。これにより位相差φの選定について自由度が大きな回転子固定位置として直流励磁相“Ｕ−、Ｖ−、Ｗ＋”に相当する位置を採用することができる。

上記説明から明らかなように、回転子位置及び誘起電圧を介在して説明してきたものの、結局は回転子位置及び誘起電圧というブラシレスＤＣモータ１側の変数に依存せず、インバータ２１における短絡故障に対して、インバータ２１のスイッチングの望ましい態様が設定される。

例えば最も望ましい回転子固定位置は図５に即して言えば回転子位置３００度の位置にあると説明された。しかし既述の通り、回転子位置の角度は位置信号や誘起電圧に対して一つに決定できるものの、ブラシレスＤＣモータ１が異なれば、回転子位置の基準は異なりうる。しかし本実施の形態では、どの位置に回転子１１を固定するかはインバータ２１においてどのスイッチング素子が短絡故障したかによって決定され、回転子位置の基準が誘起電圧に対してどの位置にあるかには依存しない。

そして図３に示されるように準正常なトルク出力が可能な範囲は二つのスイッチングパターンしかない。具体的には、スイッチング素子Ｑｘが短絡故障しているためにゲート信号Ｇｘの“Ｌ”／“Ｈ”は不問としてゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｙ，Ｇｚがそれぞれ、(i) “Ｌ”、“Ｌ”、“Ｈ”、“Ｌ”、“Ｌ”、あるいは(ii)“Ｌ”、“Ｈ”、“Ｌ”、“Ｌ”、“Ｌ”の２パターンである。よって回転子固定位置がいずれであっても、準正常なトルク出力を得るためには、レグＬ１の第１アーム（短絡箇所と同相で逆アーム）にあるスイッチング素子Ｑｕと、レグＬ２，Ｌ３の両方の第２アーム（短絡箇所と異なる相で同側アーム）にあるスイッチング素子Ｑｙ，Ｑｚの３つがオフであり、レグＬ２，Ｌ３の両方の第１アーム（短絡箇所と異なる相で逆アーム）にあるスイッチング素子Ｇｖ，Ｇｗのいずれか一方のみがオンする状態で始まる位相でゲート信号を順次遷移させることになる。

第２の実施の形態．
第１の実施の形態では、１２０°通電方式（二相通電方式）によるブラシレスＤＣモータ１の駆動方法について説明した。本実施の形態では、１８０°通電方式（三相通電方式）によるブラシレスＤＣモータ１の駆動方法について説明する。本実施の形態に係る三相のブラシレスＤＣモータ及びモータ駆動システムの構成は、第1の実施の形態で説明した図１のブロック図の構成と同じである。そのため、以降の説明では、本実施の形態に係る三相のブラシレスＤＣモータ及びモータ駆動システムの構成についての詳細な説明は省略し、駆動方法についてのみ説明する。

まず、１８０°通電方式（三相通電方式）でブラシレスＤＣモータ１を正常に駆動する場合の駆動方法について説明する。図７に、本実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ１の回転子１１が正方向（ＣＣＷ）に回転している場合の、駆動コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに発生する誘起電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎ及びその他の各信号のタイミングチャートを示す。なお、ここではゲート信号の誘起電圧に対する位相差φを−３０度（３０度進相）としている。具体的には誘起電圧Ｖｖｎの正のピークの位置に対して、Ｖ相のゲート信号Ｇｖのピークの中央は３０度進相となっている。

図７に示すタイミングチャートに記載している他の信号には、回転子１１の位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ、出力端Ｔ１（Ｕ相），Ｔ２（Ｖ相），Ｔ３（Ｗ相）の出力電圧がある。図７に示すタイミングチャートでも、第１の実施の形態と同様に、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの位相は、誘起電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎの位相に対して電気角で２１０度進んでいる。

まず、位置信号モード“０”の区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｈ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“＋Ｍ”，“−１／２Ｍ”，“−１／２Ｍ”である。

位置信号モード“１”の区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“＋１／２Ｍ”，“−Ｍ”，“＋１／２Ｍ”である。

位置信号モード“２”の区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｌ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“−１／２Ｍ”，“−１／２Ｍ”，“＋Ｍ”である。

位置信号モード“３”の区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“−Ｍ”，“＋１／２Ｍ”，“＋１／２Ｍ”である。

位置信号モード“４”の区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｈ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“−１／２Ｍ”，“＋Ｍ”，“−１／２Ｍ”である。

位置信号モード“５”の区間では、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ、Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚのそれぞれのレベルが“Ｈ”，“Ｈ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｌ”，“Ｈ”であり、出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“＋１／２Ｍ”，“＋１／２Ｍ”，“−Ｍ”である。

次に、本実施の形態に係るインバータ２１において、Ｕ相の下アームに位置するスイッチング素子Ｑｘが短絡故障した場合の駆動について説明する。

まず、図８に、Ｕ相の下アームに位置するスイッチング素子Ｑｘが短絡故障した場合のタイミングチャートを示す。図３と同様に図８においても、スイッチング素子Ｑｘが短絡故障していることを、ゲート信号Ｇｘが仮想的に常時“Ｈ”となる波形を破線で、実際の波形とともに併記している。

第１の実施の形態と同様に、短絡故障がなければゲート信号Ｇｕは“Ｈ”を採るはずのＤＣ短絡回避期間が設けられる。但し第１の実施の形態とは異なり、三相通電方式を採用するので、ＤＣ短絡回避期間は電気角の半周期（１８０度）に及ぶ。第１の実施の形態と同様に、短絡故障がなければゲート信号Ｇｕがとる波形（“Ｈ”の部分）を破線で併記した。

このように、スイッチング素子Ｑｘが短絡故障して常時オン状態となり、これに対応してスイッチング素子Ｑｕが常時オフ状態である場合、インバータ２１が駆動されると、図８に示す出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）は、図７に示す正常な出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）と異なることになる。

以下、パルス幅変調によるチョッピングは第１の実施の形態の変形と同様に、短絡故障している側の反対側のアーム（ここでは上アーム）に設けられたスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｗに供給されるゲート信号Ｇｖ，Ｇｗをパルス幅変調する場合について説明する。但し、短絡故障している側のアーム（ここでは下アーム）に設けられたスイッチング素子Ｑｙ，Ｑｚに供給されるゲート信号Ｇｙ，Ｇｚをパルス幅変調する場合に三相通電方式を適用することも可能である。短絡故障しているアームと同じ側のアーム（ここでは下アーム）をチョッピングする場合に準正常なトルク出力となるのは二相通電方式の場合と同様であるが、短絡相ではない通電相の通電パターンによって１相のみチョッピングされる場合（ここではレグ２，３をそれぞれチョッピングする位置信号モード“２”，“４”に相当）があり、通電相全てがチョッピングされない場合とも異なるトルクが出力されるところは、二相通電とは異なる。

ＤＣ短絡回避期間は、具体的には、位置信号モード“５”，“０”及び“１”の区間に相当する。位置信号モード“５”の区間ではスイッチング素子の導通パターンは実質的には位置信号モード“４”の区間でのスイッチング素子の導通パターンと同一になる。よって出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“−１／２Ｍ”，“＋Ｍ”，“−１／２Ｍ”である。

位置信号モード“０”の区間ではスイッチング素子の導通パターンは、実質的にはゼロベクトルの一の態様に対応する。即ち上アーム側のスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗが全てオフし、下アーム側のスイッチング素子Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚが全てオンする。よって出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“０”，“０”，“０”である。

位置信号モード“１”の区間ではスイッチング素子の導通パターンは実質的には位置信号モード“２”の区間でのスイッチング素子の導通パターンと同一になる。よって出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれは“−１／２Ｍ”，“−１／２Ｍ”，“＋Ｍ”である。

このように、三相通電方式を採用する場合、トルク出力ができない期間は位置信号モード“０”の区間のみであり、位置信号モード“５”，“１”の区間においては異なるトルク出力が得られることになる（図中記号“Ａ”を付記した）。また二相通電方式を採用した場合とは異なり、出力電圧がインバータ２１の外部からの要因で決定される区間はない。

位置信号モード“２”，“３”及び“４”の区間では、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚが正常時と同じスイッチング状態となるので出力電圧（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のそれぞれが正常な時の出力電圧と同じである。そのため、位置信号モード“２”，“３”及び“４”の区間において、ブラシレスＤＣモータ１は正常なトルク出力ができる。

本実施の形態では、三相通電方式においてスイッチング素子Ｑｘが短絡故障した場合に、ブラシレスＤＣモータ１を、以下に説明する方法により駆動させる。

本実施の形態に係るモータの駆動方法のフローチャートも図４と同じである。ステップＳ１で短絡故障しているスイッチング素子の相及びアームの位置を検出し、ステップＳ２で一つのスイッチング素子をオフにする。ステップＳ２でオフされるスイッチング素子は、ステップＳ１で短絡故障したと特定されたスイッチング素子と同じレグに属し、かつアームの位置が逆のものである。以下、ステップＳ１において、Ｕ相に対応するレグＬ１の下アームのスイッチング素子Ｑｘが短絡故障したことが検出された場合を例にとって説明する。この場合、第1の実施の形態と同様に、スイッチング素子Ｑｕをオフ状態にする。

次に、ステップＳ３で、モータを起動する際に、回転子１１を所定の位置に固定する。上記の例に則っていえば、Ｖ相に対応するレグＬ２の上アームに設けられたスイッチング素子Ｑｖをオフ状態にし、レグＬ２の下アームに設けられたスイッチング素子Ｑｙをオン状態にし、Ｗ相に対応するレグＬ３の上アームに設けられたスイッチング素子Ｑｗをオン状態にし、レグＬ３の下アームに設けられたスイッチング素子Ｑｚをオフ状態にして回転子１１の位置を固定する。

回転子１１を固定する位置についてさらに詳しく説明する。図９に、回転子１１が正方向に回転している場合の誘起電圧Ｖｕｎ，Ｖｖｎ，Ｖｗｎ、位置信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗ、回転子１１の位置、及び直流励磁相のタイミングチャートを示す。

図９に示すタイミングチャートにおいて、ブラシレスＤＣモータ１がトルク出力可能な期間は、図８のタイミングチャートで説明したように、位置信号モード“２”，“３”及び“４”の区間のみである。

第１実施の形態で説明したように直流励磁相を“Ｕ＋”とする区間、あるいは“Ｕ０”とする区間に回転子１１を固定することはできない。図９に示すタイミングチャートでも図５と同様に、回転子１１を固定できない区間に記号「×」を重ね書きして示している。

第１の実施の形態と同様に、この観点からは、ゲート信号Ｇｕを“Ｌ”にしてスイッチング素子Ｑｕをオフにし、スイッチング素子Ｑｖ、Ｑｗの少なくともいずれか一方をオンにすればよい。

但し、回転子１１を固定した後に起動するためには、ブラシレスＤＣモータ１を正常トルク出力が得られる区間に固定しなければならない。よって、起動時に回転子１１を固定する位置は、図５において記号「×」が重ね書きされず、かつ位置信号モード“２”、“３”または“４”の区間であり、結局は、第１の実施の形態と同じ区間で回転子１１を固定することになる。

次に、図４のステップＳ４で、第１の実施の形態と同様にしてスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙ，Ｑｗ，Ｑｚをスイッチングし、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。但し、図９に示すタイミングチャートからも分かるように、１８０°通電方式（三相通電方式）の駆動による短絡故障時のトルク出力可能な期間は、１２０°通電方式（二相通電方式）の駆動による短絡故障時のトルク出力可能な期間より長くなる。

以上のように、本実施の形態に係る１８０°通電方式（三相通電方式）によるブラシレスＤＣモータ１の駆動方法でも、ステップＳ１〜ステップＳ４を備えるので、接続スイッチ回路等の新たな構成を設けることなく、インバータ２１のスイッチング素子が短絡故障した場合にモータを安定して駆動することができる。また、本実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ１の駆動方法は、１２０°通電方式（二相通電方式）よりも正常に駆動できる期間が長いので、短絡故障による駆動損失をより抑えることができる。

従って少なくとも一部の期間は三相通電を行うことが望ましく、より望ましくは二相通電を実行することなく、三相通電を連続して行うことが望ましい。

第１の実施の形態と同様に、ゲート信号の誘起電圧に対する位相差に依存して、好適な回転子位置が異なる。図９にはトルク出力可能期間として、位相差φ＝３０°の場合の他、φ＝＋４５°（進相）の場合及びφ＝−２２５°（遅相）の場合に正常なトルク出力が可能な範囲も併記した。位相差φ＝＋４５°の場合に正常なトルク出力が可能な範囲は、位相差φが３０度の場合に正常なトルク出力が可能な範囲よりも１５度進相側にずれている。また位相差φが−２２５度の場合に正常なトルク出力が可能な範囲は、位相差φが３０度の場合に正常なトルク出力が可能な範囲よりも２５５度遅相側にずれている。

位相差φが４５度を越えて増大する（ゲート信号が誘起電圧に対して４５度を越えて進相となる）と、回転子固定位置の内で最も進相側にある直流励磁相“Ｕ−，Ｖ−，Ｗ＋”の区間すら、正常なトルク出力が可能な範囲から遅相側にはみ出す。位相差φが−２２５度を越えて減少する（ゲート信号が誘起電圧に対して２２５度を越えて遅相となる）と、回転子固定位置の内で最も遅相側にある直流励磁相“Ｕ−，Ｖ＋，Ｗ−”の区間すら、正常なトルク出力が可能な範囲から進相側にはみ出すことになる。

以上の観点からは通電区間の誘起電圧に対する位相差φは−２２５度以上４５度以下であることが望ましい。但し、実際上、出力されるトルクが逆方向に回転することを避けるべく、位相差φは−９０度以上となる必要がある。よって実際上、位相差φについて望ましい範囲は進相側で４５度以下、遅相側で９０度以下、となる。図９には位相差φが−９０度（９０度の遅相）の場合についても正常なトルク出力が可能な範囲を併記した。

上述の位相差φに依存して回転子固定位置を設定することが望ましい。例えば位相差φが＋４５度の場合には、回転子固定位置は直流励磁相“Ｕ−，Ｖ−，Ｗ＋”の区間に設定されるべきである。そしてこれよりも位相差φが遅相側に動くと、回転子固定位置として望ましい位置は遅相側（回転子位置が増大する側）に拡がって行く。そして二相通電の場合とは異なり、位相差φが９０度遅相しても、正常なトルク出力が可能な範囲は直流励磁相“Ｕ−，Ｖ＋，Ｗ−”の区間を完全に覆う。換言すれば回転子を固定できる位置であれば、どの位置に回転子を固定しても、適切に位相差φを選定して、モータを正方向に回転する起動を行うことが可能である。よって本実施の形態においては適切に位相差φを選定することができる観点で、直流励磁相“Ｖ＋”，“Ｗ＋”の少なくともいずれか一方が実現されれば回転子固定位置が適切に設定できることになる（直流励磁相“Ｕ−”は短絡故障によって実現されている）。

このように二相通電の場合と三相通電の場合とで回転子を固定する好適な範囲が相違することは、回転子固定位置について進相／遅相にそれぞれ１５度の余裕を持った場合に回転子固定位置が１５０度の範囲を持つことに起因する。即ち二相通電の場合には準正常なトルク出力が可能な範囲が１２０度の幅しか有さず、これは回転子固定位置が全体として拡がる１５０度よりも小さいに対し、三相通電の場合には正常なトルク出力が可能な範囲が１８０度という１５０度よりも大きな幅を有することに起因する。

そして位相差φが−９０度となっても直流励磁相“Ｕ−、Ｖ−、Ｗ＋”の区間は正常なトルク出力が可能な範囲によってカバーされる。よって本実施の形態で最も好適な回転子固定位置は直流励磁相“Ｕ−，Ｖ−，Ｗ＋”の区間であると言える。

但し、位相差φは遅相側にはせいぜい４５度までしか遅相しないことが通常であることに鑑みれば、本実施の形態で好適な回転子固定位置は直流励磁相“Ｕ−、Ｖ−、Ｗ＋”、“Ｕ−，Ｖ０，Ｗ＋”、“Ｕ−，Ｖ＋、Ｗ＋”，“Ｕ−，Ｖ＋、Ｗ０”の四箇所であると言える。但しＵ相下アームで短絡故障が生じて直流励磁相“Ｕ−”は実現されている。

第１の実施の形態で述べたのと同様に、直流励磁相とインバータ２１のスイッチング素子との関連で把握すると、以下のようにいうことができる。インバータ２１のＵ相のレグＬ１の下アームにあるスイッチング素子Ｑｘが短絡故障した場合、短絡相に相当するレグＬ１とは異なるレグＬ２，Ｌ３のいずれかで、短絡アームとは反対側の上アームに位置する二つのスイッチング素子の少なくとも何れか一つをオンする。そしてオンされたスイッチング素子と同じレグに属し、短絡アームと同じ側に位置するスイッチング素子をオフにする。

また第１の実施の形態と同様に、位相差φの選定について自由度が大きな回転子固定位置として直流励磁相“Ｕ−、Ｖ−、Ｗ＋”に相当する位置を採用するため、短絡相たるＵ相に対して１２０度遅相する（２４０度進相する）Ｗ相に対応するレグＬ３においてスイッチング素子Ｑｗ，Ｑｚをそれぞれオン，オフしつつも、更に、短絡相たるＵ相に対して１２０度進相する（２４０度遅相する）Ｖ相に対応するレグＬ２においてスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｙをそれぞれオフ、オンする事が望ましい。

第１の実施の形態で説明したように、回転子位置及び誘起電圧を介在して説明してきたものの、結局は回転子位置及び誘起電圧というブラシレスＤＣモータ１側の変数に依存せず、インバータ２１における短絡故障に対して、インバータ２１のスイッチングの望ましい態様が設定される。よって本実施の形態でも、どの位置に回転子１１を固定するかはインバータ２１においてどのスイッチング素子が短絡故障したかによって決定され、回転子位置の基準が誘起電圧に対してどの位置にあるかには依存しない。

そして図８に示されるように正常なトルク出力が可能な範囲は三つのスイッチングパターンしかない。具体的には、スイッチング素子Ｑｘが短絡故障しているためにゲート信号Ｇｘの“Ｌ”／“Ｈ”は不問としてゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｙ，Ｇｚがそれぞれ、(i) “Ｌ”、“Ｌ”、“Ｈ”、“Ｈ”、“Ｌ”、あるいは(ii)“Ｌ”、“Ｈ”、“Ｈ”、“Ｌ”、“Ｌ”、あるいは(iii)“Ｌ”、“Ｈ”、“Ｌ”、“Ｌ”、“Ｈ”の３パターンである。よって回転子固定位置がいずれであっても、正常なトルク出力を得るためには、レグＬ１の第１アーム（短絡箇所と同相で逆アーム）にあるスイッチング素子Ｑｕがオフ、レグＬ２、Ｌ３の第１アーム（短絡箇所と異なる相で逆アーム）にあるスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｗのすくなくともいずれか一方がオン、レグＬ２，Ｌ３の第２アーム（短絡箇所と異なる相で同側アーム）にあるスイッチング素子Ｑｙ，Ｑｚをそれぞれスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｗと相補的にオン／オフする状態で始まる位相で、ゲート信号を順次遷移させることになる。

第３の実施の形態．
第２の実施の形態で述べたように、１８０°通電方式（三相通電方式）の駆動による短絡故障時のトルク出力可能な期間は、１２０°通電方式（二相通電方式）の駆動による短絡故障時のトルク出力可能な期間より長くなる。そのため、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのいずれか一つが短絡故障した場合、１８０°通電方式（三相通電方式）の方がブラシレスＤＣモータ１を駆動するには有利である。

そこで、本実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ１の駆動方法では、スイッチング素子における短絡故障を発見したときには、１２０°通電方式（二相通電方式）から１８０°通電方式（三相通電方式）へ通電方式を変更する。図１１に、本実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ１の駆動方法のフローチャートを示す。なお、本変形例に係るブラシレスＤＣモータ１及びモータ駆動システムの構成については、図１に示した構成と同じであるため詳細な説明は省略する。

まず、ステップＳ１１では、ブラシレスＤＣモータ１を、図２に示すタイミングチャートで１２０°通電方式（二相通電方式）で駆動する。次に、ステップＳ１２では、ブラシレスＤＣモータ１を駆動するインバータ２１のスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのいずれかに短絡故障が発生しているか否かを判断する。スイッチング素子に短絡故障が発生しているか否かを判断する方法は、第１の実施の形態で述べた方法と同じ方法を用いる。

例えば、図２に示すタイミングチャートのようにゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚが生成され、短絡故障検出回路７が異常電流を検出することで、短絡故障の有無を判断する。ステップＳ１２において短絡故障がないと判断されればステップＳ１１，Ｓ１２が引き続き実行され、短絡故障があると判断されればステップＳ１３が実行される。

ステップＳ１３では、ブラシレスＤＣモータ１の通電方式を１８０°通電方式（三相通電方式）へ変更して駆動する。具体的には、スイッチング素子の短絡故障により、図３に示すタイミングチャートで駆動していたブラシレスＤＣモータ１を、図８に示すタイミングチャートで駆動するように変更する。但し、図８に示すタイミングチャートでは、パルス幅変調するゲート信号を下アーム側のスイッチング素子Ｑｙ，Ｑｚに入力されるゲート信号Ｇｙ，Ｇｚから、上アーム側のスイッチング素子Ｑｖ，Ｑｗに入力されるゲート信号Ｇｖ，Ｇｗに変更している。これにより、上述のように、準正常なトルク出力ではなく、正常なトルク出力を得ることができる。

以上のように、本実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ１の駆動方法では、スイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚに短絡故障が発生した場合、１２０°通電方式（二相通電方式）から１８０°通電方式（三相通電方式）へ通電方式を変更して駆動するので、最大で電気角１８０度分のトルク出力が可能となり、モータを正常に駆動することができる期間が増加する。かかる効果はスイッチング素子の短絡故障があった場合に、ブラシレスＤＣモータ１を一旦固定しなくても得られる効果である。

第４の実施の形態．
第１乃至第３の実施の形態において、ＤＣ短絡回避期間では、短絡故障したスイッチング素子を含む側のアームを全てのレグにおいて導通させ、反対側のアームを全てのレグにおいて非導通させることが望ましい。上述の例で言えば、スイッチング素子Ｑｘが短絡故障した場合、レグＬ１〜Ｌ３のいずれの上アームに設けられたスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗもオフ状態にし、第２及び第３レグＬ２，Ｌ３のいずれの下アームに設けられたスイッチング素子Ｑｙ，Ｑｚもオン状態にする。

例えば第３の実施の形態を例に取れば、図１０に示すゲート信号をスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｙ，Ｑｚに入力する。スイッチング素子Ｑｘは短絡故障しているので、ゲート信号Ｇｘは“Ｈ”、“Ｌ”のいずれでもよいが、“Ｈ”とする方が、ゲート信号のパターンが簡単となる。

図１０に示すゲート信号の波形は、図８に示すゲート信号の波形とほぼ同じであるが、ＤＣ短絡回避期間、つまり位置信号モード“５”，“０”，“１”の区間で、ゲート信号Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗが“Ｌ”レベルで、且つゲート信号Ｇｙ，Ｇｚが“Ｈ”レベルである。図１０に示すゲート信号でスイッチング素子Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ，Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚをスイッチングすることで、インバータ２１はゼロベクトルで駆動されることになり、直流バスへの回生が行われず、ブラシレスＤＣモータ１の駆動にブレーキがかかることもない。

このようにＤＣ短絡回避期間ではインバータ２１をゼロベクトルで駆動することにより、ＤＣ短絡回避期間におけるブレーキ動作を抑え、ブラシレスＤＣモータ１の減速を最小限に抑えることができる。

更に、ＤＣ短絡回避期間以外でも、正常なトルク出力も準正常なトルク出力もブラシレスＤＣモータ１が出力できない期間では、インバータ２１が電圧出力を行わないことが望ましい。ブラシレスＤＣモータ１に対して正常ではないトルクを出力することによるブレーキ動作を回避し、ブラシレスＤＣモータ１の減速・電流増加・異音を防止するためである。

具体的には、二相通電を採用する場合（例えば第１の実施の形態）では「ＤＣ短絡回避期間」に相当する位置信号モード“０”，“１”の区間のみならず、「異なるトルク出力」が出力される位置信号モード“２”，“５”の区間においてもインバータ２１が電圧出力を行わないことが望ましい。三相通電を採用する場合（例えば第２の実施の形態）では、「異なるトルク出力」が出力される位置信号モード“１”，“５”の区間はＤＣ短絡回避区間に含まれる。

インバータ２１が電圧出力を行わないスイッチングの態様として、インバータ２１をゼロベクトルで駆動する他、スイッチング素子が全てオフする態様を採用してもよい。これにより、直流バスへの回生が行われず、ブラシレスＤＣモータ１の駆動にブレーキがかかることもない。

その他．
上記の実施の形態に係るモータ駆動システムに対して、各始動時にステップ１（短絡故障の検出）を行うことで、確実に毎回駆動することが可能なモータ駆動システムを構築することができる。

また、短絡故障により停止したブラシレスＤＣモータ１を再始動する場合も、本実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ１の駆動方法を利用することで、ブラシレスＤＣモータ１を確実に駆動することができる。よって当該ブラシレスＤＣモータ１及びモータ駆動システムを採用したヒートポンプシステム等の安定動作が可能となる。

さらに、ブラシレスＤＣモータ１の駆動方法を短絡故障時の応急運転モードとすることで、当該ブラシレスＤＣモータ１及びモータ駆動システムを採用したヒートポンプシステム等の信頼性が向上する。

空調調和装置のようなヒートポンプ装置に用いられる、圧縮機モータやファンモータ、ポンプ用モータのような用途においては、短絡異常が生じている状態でモータの運転を続けても、長期間に及ばなければ、性能の低下はあるものの、空気調和装置が使用できなくなる場合は稀である。他方、性能の低下を甘受するので短絡異常の修理を待つ間も空気調和装置の使用を続けたいという要望がある。よってヒートポンプシステムに、上記の実施の形態や変形を適用することは、短絡異常が生じている場合にも運転が可能となる点で好適である。図１ではヒートポンプ装置１００にファン５及びこれを回転させるブラシレスＤＣモータ１が採用されていることを模式的に示した。

ブラシレスＤＣモータ以外のモータに本実施の形態、ひいては本発明を適用することも可能ではあるが、直流励磁によって回転子の位置を固定しやすい点で、ブラシレスＤＣモータに適用することが好適である。

また本実施の形態、本発明は正常あるいは準正常なトルク出力が得られる期間が限定されるので、慣性が大きいモータに対して特に有効であり、その観点からはファンモータに適用することが好適である。

例えば室外ファンモータの場合、外風などの外力でモータが回転している場合があるが、その場合には回転子の位置を固定しなくても起動が容易である。

この場合は、正常あるいは準正常なトルクを出力できる位置に回転子が動いた場合に通電を開始すればよい。

また、モータ制御回路４はマイクロコンピュータと記憶装置を含んで構成してもよい。上記記憶装置は、例えばＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、書き換え可能な不揮発性メモリ（ＥＰＲＯＭ(Erasable Programmable ROM)等）、ハードディスク装置などの各種記憶装置の１つ又は複数で構成可能である。当該記憶装置は、各種の情報やデータ等を格納し、またマイクロコンピュータが実行するプログラムを格納し、また、プログラムを実行するための作業領域を提供する。

当該マイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップ（換言すれば手順）を実行し、回転速度演算部４１や、回転速度制御部４２や、駆動信号作成部４３の機能を実現する。よってマイクロコンピュータは、プログラムに記述された各処理ステップに対応する各種手段として機能するとも把握でき、あるいは、各処理ステップに対応する各種機能を実現するとも把握できる。もちろん、モータ制御回路４はこれに限らず、モータ制御回路４によって実行される各種手順、あるいは実現される各種手段又は各種機能（例えば回転速度演算部４１、回転速度制御部４２、駆動信号作成部４３、又はそれらの機能）の一部又は全部をハードウェアで実現しても構わない。

１ ブラシレスＤＣモータ
２ モータ駆動回路
３ 電源部
４ モータ制御回路
５ ファン
６ ホール素子
７ 短絡故障検出回路
１１ 回転子
１２ 固定子
２１ インバータ
２２ ゲートドライブ回路
２３ 過電流保護回路
２５ 表示部
２６ 指示部
３１ ＡＣ電源
４１ 回転速度演算部
４２ 回転速度制御部
４３ 駆動信号作成部
１００ ヒートポンプ装置

Claims (16)

1. 回転子を有する三相のモータ（１）を三相インバータ（２１）によって駆動する方法であって、
   前記三相インバータはこの順に進相する第１相乃至第３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に対応した第１乃至第３レグ（Ｌ１〜Ｌ３）を備え、
   前記第１乃至第３レグのそれぞれは、前記三相インバータの出力端（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）と、前記出力端（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）に対して一方側に第１アームを、他方側に第２アームを有し、
   前記第１及び第２のアームのそれぞれにスイッチング素子（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ；Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ）が設けられ、
   （ａ）前記スイッチング素子の短絡故障を検出するステップと、
   （ｂ）前記（ａ）ステップで、前記第１レグ（Ｌ１）の前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｘ）において短絡故障を検出した場合に、前記第１レグの前記第１アームに位置する前記スイッチング素子（Ｑｕ）をオフ状態にするステップと、
   （ｃ）(i)前記第３レグの前記第１アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｗ）をオン状態にし、前記第３レグの前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｚ）をオフ状態にするか、(ii) 前記第２レグの前記第１アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｖ）をオン状態にし、前記第２レグの前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｙ）をオフ状態にするか、の少なくとも何れか一方を実行して前記回転子の位置を固定するステップと、
   （ｄ）前記ステップ（ｃ）の後に、前記第２レグ及び前記第３レグに設けられた前記スイッチング素子のスイッチングにより前記回転子を回転させるステップとを備えることを特徴とするモータの駆動方法。
2. 前記ステップ（ｃ）において、前記第３レグの前記第１アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｗ）をオン状態にし、前記第３レグの前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｚ）をオフ状態にし、 前記第２レグの前記第１アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｖ）をオフ状態にし、前記第２レグの前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｙ）をオン状態にして前記回転子の位置を固定する、請求項１記載のモータの駆動方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータの駆動方法であって、
   前記（ｄ）ステップにおいて、前記モータ（１）への通電方法は１８０°通電であることを特徴とするモータの駆動方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のモータの駆動方法であって、
   前記（ｄ）ステップにおいて、前記第２レグ及び前記第３レグの、前記第１アームに位置する前記スイッチング素子をパルス幅変調で制御することを特徴とするモータの駆動方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のモータの駆動方法であって、
   前記（ｄ）ステップにおいて、前記短絡故障により前記モータが正常なトルクを出力できない期間は電圧出力を行なわないことを特徴とするモータの駆動方法。
6. 請求項５記載のモータの駆動方法であって、
   前記（ｄ）ステップにおいて、前記短絡故障によりモータが正常なトルクを出力できない期間は、前記第１乃至第３レグのいずれの前記第１アームに設けられた前記スイッチング素子もオフ状態にし、前記第２及び第３レグのいずれの前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子もオン状態にすることを特徴とするモータの駆動方法。
7. 請求項５記載のモータの駆動方法であって、
   前記（ｄ）ステップにおいて、前記短絡故障によりモータが正常なトルクを出力できない期間は、前記第１乃至第３レグのいずれの前記第１アームに設けられた前記スイッチング素子もオフ状態にし、前記第２及び第３レグのいずれの前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子もオフ状態にすることを特徴とするモータの駆動方法。
8. 三相インバータ（２１）のスイッチング素子が短絡故障した場合のモータの駆動方法であって、
   （Ａ）前記スイッチング素子の短絡故障を検出するステップと、
   （Ｂ）前記（Ａ）ステップで、前記スイッチング素子の短絡故障が検出された場合、モータへの通電方法を、１２０°通電から１８０°通電へ切り換えることを特徴とするモータの駆動方法。
9. 請求項８記載のモータの駆動方法であって、
   前記三相インバータはこの順に進相する第１相乃至第３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に対応した第１乃至第３レグ（Ｌ１〜Ｌ３）を備え、
   前記第１乃至第３レグのそれぞれは、前記三相インバータの出力端（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）と、前記出力端（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）に対して一方側に第１アームを、他方側に第２アームを有し、
   前記第１及び第２のアームのそれぞれにスイッチング素子（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ；Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ）が設けられ、
   前記（Ａ）ステップで前記第１レグ（Ｌ１）の前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｘ）において短絡故障を検出した場合に、前記ステップ（Ｂ）は、
   （Ｂ１）前記第１レグの前記第１アームに位置する前記スイッチング素子（Ｑｕ）をオフ状態にするステップと、
   （Ｂ２）前記ステップ（Ｂ１）の後に、前記第２レグ及び前記第３レグの、前記第１アームに位置する前記スイッチング素子をパルス幅変調で制御してスイッチングすることにより前記回転子を回転させるステップと
   を実行することを特徴とするモータの駆動方法。
10. 請求項８又は請求項９記載のモータの駆動方法であって、
    前記（Ｂ）ステップにおいて、前記短絡故障により前記モータが正常なトルクを出力できない期間は電圧出力を行なわないことを特徴とするモータの駆動方法。
11. 回転子を有する三相のモータ（１）を駆動する三相インバータ（２１）と、
    前記三相インバータ（２１）に供給する信号を制御する信号制御部と、
    を備えるモータ駆動システムであって、
    前記三相インバータは、この順に進相する第１相乃至第３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に対応した第１乃至第３レグ（Ｌ１〜Ｌ３）を含み、
    前記第１乃至第３レグのそれぞれは、それぞれ前記三相インバータの出力端（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）と、前記出力端（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）に対して一方側に第１アームを、他方側に第２アームを有し、
    前記第１及び第２のアームのそれぞれにスイッチング素子（Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗ；Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ）が設けられ、
    前記信号制御部は、前記第１レグ（Ｌ１）の前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｘ）において短絡故障が検出された場合に、前記第１レグの前記第１アームに位置する前記スイッチング素子（Ｑｕ）をオフ状態にし、
    前記回転子の位置を固定するために、(i)前記第３レグの前記第１アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｗ）をオン状態にし、前記第３レグの前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｚ）をオフ状態にするか、(ii) 前記第２レグの前記第１アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｖ）をオン状態にし、前記第２レグの前記第２アームに設けられた前記スイッチング素子（Ｑｙ）をオフ状態にするか、の少なくとも何れか一方を実行し、
    前記回転子の位置を固定後に、前記第２レグ及び前記第３レグに設けられた前記スイッチング素子のスイッチングにより前記回転子を回転させることを特徴とするモータ駆動システム。
12. 請求項１１に記載のモータ駆動システムであって、
    短絡異常を検出した旨を表示する表示部（２５）をさらに備えるモータ駆動システム。
13. 請求項１１又は請求項１２に記載のモータ駆動システムであって、
    短絡故障発生時に、前記モータ（１）の停止又は駆動継続の指示をする指示部（２６）をさらに備えるモータ駆動システム。
14. 請求項１１乃至請求項１３のいずれか１つに記載のモータ駆動システムであって、
    前記三相インバータ（２１）への入力電流を計測することで短絡故障を検出する短絡故障検出回路をさらに備えるモータ駆動システム。
15. 三相のモータ（１）と、
    前記モータ（１）を駆動する請求項１１乃至請求項１４のいずれか１つのモータ駆動システムとを備えるヒートポンプシステム。
16. ファン（５）と、
    前記ファンを回転させる三相のモータ（１）と、
    前記モータ（１）を駆動する請求項１１乃至請求項１４のいずれか１つのモータ駆動システムとを備えるファンモータシステム。

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