JP2010268662A - インバータの故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータのスイッチング素子に生じた電流を出力できなくなるオープン故障を同スイッチング素子の出力電流に基づいて迅速かつ確実に検出することのできるインバータの故障検出装置を提供する。
【解決手段】インバータの故障検出装置は、エミッタ電極Ｅの出力電流に基づく検出用の電流を出力するセンスエミッタ電極Ｓを有するスイッチング素子１５Ｕ〜１６Ｗが３相交流電流を出力するインバータ１０のスイッチング素子に生じたオープン故障を検出する。スイッチング素子には、センスエミッタ電極Ｓに生じる電圧に基づいて通電／非通電状態の切替え可能な検出端子間を有する電流モニタ装置２１Ｕ〜２２Ｗが接続されている。インバータ１０の電流出力中に上アーム用の３つの検出端子が直列接続された第１のモニタ回路、又は下アーム用の３つの検出端子が直列接続された第２のモニタ回路が通電状態となるとスイッチング素子のオープン故障が検出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータのスイッチング素子に生じた故障を検出するインバータの故障検出装置に関する。

周知のように、電気自動車やハイブリッド車両における走行用などのモータの大電圧、大電流の制御にはＩＧＢＴ等のスイッチング素子を用いたインバータが採用されている。インバータは、そのスイッチング素子をスイッチングさせることにより、供給される直流電流を３相交流電流に変換して、走行用モータなどの３相交流モータに供給することで同モータを回転駆動させる。走行用モータの回転駆動を制御するモータ制御系は、インバータを通じての適切な３相交流電流の供給を各相の電流のフィードバックにより制御している。すなわち、各相に対応する電流の目標値に、モータの各相に流れている電流の値をそれぞれフィードバックさせている。しかし近年では、モータ制御系の設計上の理由などから、電流の目標値をｄｑ軸変換などの座標変換した値に、モータの各相に流れている電流値を同様に座標変換した変換後の値をフィードバックさせるトルク電流フィードバック制御の採用も検討されている。

座標変換された値によるトルク電流フィードバック制御は、モータ制御系の設計の自由度を高める一方、同制御系はモータ各相の電流値を直接用いないことから、各相の電流値に生じた変化の検出に時間を要する傾向にある。このことにより、このモータ制御系はスイッチング素子の不具合によりインバータの出力電流に生じた異変の検出に時間を要し、インバータの停止に遅れの生じることが懸念されている。こうした停止の遅れは、インバータ自身の故障を拡大させるおそれがあるとともに、同インバータに接続されているモータや電源装置等に異常電流などを伝達する場合にはそれらの故障をも引き起こすおそれもある。

そこでそのような場合にはトルク電流フィードバックとは別にモータ駆動中のスイッチング素子の故障を、モータに流れる３相交流電流の直流成分に基づいて検出したり、モータコイルの中性点の電位に基づいて検出したり、またはスイッチング素子の温度に基づいて検出したりする方法が知られている。

特開平３−１５７７０号公報

まず、モータに流れる３相交流電流の直流成分に基づく方法は、モータ電流の測定値を用いるものの同測定値から故障検出用の直流成分を取り出すために大きな時定数のローパスフィルタを必要とし、結局、異常の検出に時間を要する。次に、モータコイルの中性点の電位に基づく方法は、同電位から故障検出用の低電圧を取り出すための抵抗分圧回路から取り出される電圧はその分圧に伴い変動が小さくなり精度の低下をまねくとともに、モータ側の高圧回路と検出側の低圧回路との間に所定の絶縁距離を確保しなければならず構成上の制約を生じさせる。また、スイッチング素子の温度に基づく方法は、高い精度を得ようとすれば各スイッチング素子に精度の良い温度測定装置をそれぞれ設けることとなるため採用する際のコストの増加が避け難い。

なお、特許文献１に記載のインバータの故障診断装置は、直流電源とインバータとの間に流れる電流値の変化を検出してインバータのスイッチング素子の故障を判断するようにしている。この故障診断装置によれば、複数のスイッチング素子の中から故障したスイッチング素子を特定することができるものの、同素子の特定にはインバータを故障診断用の状態にする必要があり、モータ駆動中のインバータの故障を検出するものではない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータのスイッチング素子に生じた電流を出力できなくなるオープン故障を同スイッチング素子の出力電流に基づいて迅速かつ確実に検出することのできるインバータの故障検出装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、高圧電位の母線とそれよりも低圧電位の母線との間に、出力電極の出力する電流に基づく検出用の電流を出力するセンス電極を有するスイッチング素子が２つ直列に接続されてなる回路が並列に３組設けられ、各スイッチング素子のスイッチング動作により３相交流電流を出力するインバータに設けられ、前記複数のスイッチング素子の少なくとも一つに生じた出力電極から電流が出力されないオープン故障を検出するインバータの故障検出装置であって、前記スイッチング素子には、通電／非通電状態の切替え可能な検出端子間を、前記出力電極に抵抗を介して接続した前記センス電極の電圧と、前記出力電極に負極を接続させた電圧源の正極の電圧とを比較して前記センス電極の電圧が高い場合だけ非通電状態にするモニタ装置が接続されており、前記高圧電位の母線に接続される３つのスイッチング素子のそれぞれの前記モニタ装置の検出端子が直列接続されてなる第１のモニタ回路と、前記低圧電位の母線に接続される３つのスイッチング素子の前記モニタ装置の検出端子が直列接続されてなる第２のモニタ回路とが並列に接続されてなることを要旨とする。

このような構造によれば、スイッチング素子の少なくとも一つにオープン故障が生じた場合には、そのスイッチング素子のみが電流を流す最初のタイミングで確実にその不具合が第１又は第２のモニタ回路を介して検出されるようになる。これにより、スイッチング素子に生じたオープン故障が最小の時間で迅速に検出されるとともに、確実に検出されるようになる。これにより、オープン故障の生じたインバータを迅速かつ確実に停止させてインバータの故障の拡大や、インバータに接続されているモータや電源装置への故障の拡大も抑制することができるようになる。

また、抵抗及び電圧源の組み合わせによりモニタ装置の通電／非通電状態の切替え感度が調整されるので、このような故障装置の感度調整が容易になされるようになるとともに、検出感度の設定も容易になる。さらに、モニタ装置は一般的な部品で構成されることからその実施が容易かつ安価となる。

本発明にかかるインバータの故障検出装置の採用されるモータ駆動装置の一実施形態についてその構成を示す構成図。 １相オープン故障の生じたインバータの出力電流の波形を示すグラフ。 同実施形態におけるインバータの故障検出装置の回路出力について、（ａ）はインバータの出力電流が正常な場合の態様を示す表であり、（ｂ）はインバータの出力電流が欠相の生じている場合の態様を示す表である。

以下、本発明に係るインバータの故障検出装置の用いられるモータ駆動装置を具体化し
た一実施形態を図面に従って説明する。図１は、本発明のインバータの故障検出装置の採用されたモータ駆動装置の構成の一例を示す構成図である。

図１に示すように、モータ駆動装置には、入力側に直流電源Ｅ１が接続され出力側に３相交流モータＭが接続されるインバータ１０と、同インバータ１０を駆動させるインバータ駆動装置１１と、同インバータ駆動装置１１を制御するモータ制御装置１２とが設けられている。

インバータ１０の入力側には、直流電源Ｅ１の高圧電位の母線としての正極母線Ｐと低圧電位の母線としての負極母線Ｎとが接続されている。インバータ１０は、正極母線Ｐに接続されて上アームを構成する３つのスイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと、負極母線Ｎに接続されて下アームを構成する３つのスイッチング素子１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗとが３相ブリッジ接続されることにより構成されている。すなわち、正極母線Ｐと負極母線Ｎとの間には、２つのスイッチング素子１５Ｕ，１６Ｕが直列に接続されるＵ相アームの回路と、２つのスイッチング素子１５Ｖ，１６Ｖとが直列に接続されるＶ相アームの回路と、２つのスイッチング素子１５Ｗ，１６Ｗとが直列に接続されるＷ相アームの回路との３つの回路が並列に設けられている。なお、各スイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）からなり、それぞれには、ゲート電極Ｇ、コレクタ電極Ｃ、出力電極としてのエミッタ電極Ｅ及びセンス電極としてのセンスエミッタ電極Ｓが設けられている。すなわち各スイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗは、そのゲート電極Ｇに印加される電圧によって、そのコレクタ電極Ｃからそのエミッタ電極Ｅへ流れる電流が調整されるようになっている。センスエミッタ電極Ｓは、エミッタ電極Ｅから出力される電流に応じた検出用の電流を出力する端子であって、例えば、エミッタ電極Ｅの出力電流に比例した電流を出力する。

Ｕ相アームの回路は、そのスイッチング素子１５Ｕのエミッタ電極Ｅにそのスイッチング素子１６Ｕのコレクタ電極Ｃが接続される接続部がＵ相アームの出力線を介して３相交流モータＭのＵｏ相コイルに接続されている。

Ｖ相アームの回路は、そのスイッチング素子１５Ｖのエミッタ電極Ｅにそのスイッチング素子１６Ｖのコレクタ電極Ｃが接続される接続部がＶ相アームの出力線を介して３相交流モータＭのＶｏ相コイルに接続されている。

Ｗ相アームの回路は、そのスイッチング素子１５Ｗのエミッタ電極Ｅにそのスイッチング素子１６Ｗのコレクタ電極Ｃが接続される接続部がＷ相アームの出力線を介して３相交流モータＭのＷｏ相コイルに接続されている。

こうした構成のインバータ１０は、インバータ駆動装置１１に備えられているゲートドライブ回路（図示略）からのドライブ信号が上記６つのスイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの制御極であるゲート電極Ｇにそれぞれ出力される。それにより、直流電源Ｅ１からの直流電流を、例えば図２に示すような、３相交流電流に変換して３相交流モータＭに出力し、当該３相交流モータＭを駆動する。

各スイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗのセンスエミッタ電極Ｓには、それぞれ電流モニタ装置２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗが接続されている。各電流モニタ装置２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗは、それが接続されているセンスエミッタ電極Ｓに電流が流れていることを検出するものであり、この検出によりセンスエミッタ電極Ｓに対応するエミッタ電極Ｅに電流が流れていることを確認することができるようになっている。なお、各電流モニタ装置２１Ｕ，
２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗはいずれもその回路構成が同様の構成であるので、電流モニタ装置２１Ｕについてその回路構成を詳細に説明することとし、その他の電流モニタ装置２１Ｖ〜２２Ｗの回路構成については、説明の便宜上、その詳細な説明を省略する。

電流モニタ装置２１Ｕは、スイッチング素子１５Ｕに接続されており、同スイッチング素子１５Ｕのセンスエミッタ電極Ｓに出力される検出用の電流の出力を監視する。詳述すると、電流モニタ装置２１Ｕには、スイッチング素子１５Ｕのエミッタ電極Ｅと同スイッチング素子１５Ｕのセンスエミッタ電極Ｓとを接続する検出抵抗Ｒａと、所定の直流リファレンス電圧を出力するとともに同スイッチング素子１５Ｕのエミッタ電極Ｅに負極を接続させる電圧源Ｅａとが設けられている。また、電流モニタ装置２１Ｕには、比較器ＣＰとフォトカプラＰＣとが設けられている。

比較器ＣＰは、入力用の正側入力端子と負側入力端子とを有するとともに出力用の出力端子を有し、その正側入力端子に入力される電圧（正側電圧）とその負側入力端子に入力される電圧（負側電圧）との差分（正側電圧−負側電圧）に基づく電圧をその出力端子に出力する。比較器ＣＰは、その負側入力端子にセンスエミッタ電極Ｓが接続され、その正側入力端子に電圧源Ｅａの正極が接続され、その出力端子にフォトカプラＰＣと保護抵抗Ｒｃを介して制御電源（図示略）からの制御電圧Ｖｃｃとが接続されている。

フォトカプラＰＣは、スイッチングに用いられるいわゆる光電変換素子であって、電流が流れると発光する発光ダイオードＤと、同発光ダイオードＤの発光する光を受光するフォトトランジスタＴｒとを有している。フォトトランジスタＴｒは光を受光した場合、検出端子を構成するそのコレクタ電極Ｃと同じく検出端子を構成するそのエミッタ電極Ｅとの間、すなわち検出端子間を通電状態にするとともに、光を受光しない場合、その検出端子間を非通電状態にするようになっている。フォトカプラＰＣは、その発光ダイオードＤのアノードに比較器ＣＰの出力端子が接続され、同カソードに制御電源のアースが接続されている。これにより、比較器ＣＰの出力端子の電圧が高い場合、発光ダイオードＤに電流が流れてフォトトランジスタＴｒが駆動され検出端子間が通電状態である「ＯＮ」になる。逆に、比較器ＣＰの出力端子の電圧が低い場合、発光ダイオードＤに電流が流れずフォトトランジスタＴｒが駆動されないので検出端子間が非通電状態である「ＯＦＦ」になる。

このことにより、電流モニタ装置２１Ｕは、その比較器ＣＰの負側入力端子に、エミッタ電極Ｅの電圧にセンスエミッタ電極Ｓの出力する電流により検出抵抗Ｒａに生じる電圧が加算された電圧が入力され、同正側入力端子に、エミッタ電極Ｅの電圧に電圧源Ｅａの電圧が加算された電圧が入力される。このとき例えば、検出抵抗Ｒａに生じる電圧が、電圧源Ｅａの電圧よりも高ければ、比較器ＣＰの出力端子の電圧が低くなるから検出端子間が非通電状態である「ＯＦＦ」になる。逆に、検出抵抗Ｒａに生じる電圧が、電圧源Ｅａの電圧よりも低ければ、比較器ＣＰの出力端子の電圧が高くなるから検出端子間が通電状態である「ＯＮ」になる。すなわち、電圧源Ｅａの電圧よりも大きな電圧を検出抵抗Ｒａに生じさせる規定値以上の電流がセンスエミッタ電極Ｓから出力されたことが検出されるようになっている。

上アームの各スイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに接続された各電流モニタ装置２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、その各検出端子が直列に接続されて、上アームのモニタ回路を構成している。すなわち、スイッチング素子１５Ｗの電流モニタ装置２１Ｗのエミッタ電極Ｅは、スイッチング素子１５Ｖの電流モニタ装置２１Ｖのコレクタ電極Ｃに接続され、同電流モニタ装置２１Ｖのエミッタ電極Ｅは、スイッチング素子１５Ｕの電流モニタ装置２１Ｕのコレクタ電極Ｃに接続されている。そして、同スイッチング素子１５Ｕの電流
モニタ装置２１Ｕのエミッタ電極Ｅは制御電源のグランドに接続されている。

一方、下アームの各スイッチング素子１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗに接続された電流モニタ装置２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗも、その各検出端子が直列に接続されて、下アームのモニタ回路を構成している。すなわち、スイッチング素子１６Ｗの電流モニタ装置２２Ｗのエミッタ電極Ｅは、スイッチング素子１６Ｖの電流モニタ装置２２Ｖのコレクタ電極Ｃに接続され、同電流モニタ装置２２Ｖのエミッタ電極Ｅは、スイッチング素子１６Ｕの電流モニタ装置２２Ｕのコレクタ電極Ｃに接続されている。そして、同スイッチング素子１６Ｕの電流モニタ装置２２Ｕのエミッタ電極Ｅは制御電源のグランドに接続されている。

上アームのモニタ回路、及び下アームのモニタ回路は、オープン故障検出装置２７に接続されている。オープン故障検出装置２７には、制御電圧Ｖｃｃに回路抵抗Ｒｂを介してアノードの接続された第１ダイオードＤｂ１と、同じくアノードの接続された第２ダイオードＤｂ２とが設けられている。なお、本実施形態では、回路抵抗Ｒｂと第１及び第２ダイオードＤｂ１，Ｄｂ２の接続点をオープン故障検出装置２７の出力としている。また、第１ダイオードＤｂ１のカソードには上アームのモニタ回路の電流モニタ装置２１Ｗのコレクタ電極Ｃが接続され、第２ダイオードＤｂ２のカソードには下アームのモニタ回路の電流モニタ装置２２Ｗのコレクタ電極Ｃが接続されている。この構造により、上アームのモニタ回路もしくは下アームのモニタ回路が通電状態の場合、制御電圧Ｖｃｃから回路抵抗Ｒｂに流れる電流により、接続点の電位は制御電源のグランドに近い低い電位となり、オープン故障検出装置２７の出力としては「Ｌｏ」となる。一方、上アームのモニタ回路及び下アームのモニタ回路が非通電状態の場合、制御電圧Ｖｃｃから回路抵抗Ｒｂには電流が流れないことから、接続点の電位は制御電圧Ｖｃｃに近い高い電位に維持されて、オープン故障検出装置２７の出力としては「Ｈｉ」となる。

オープン故障検出装置２７は、モータ制御装置１２に接続されている。モータ制御装置１２には、故障検出部１３が設けられており、故障検出部１３にはオープン故障検出装置２７の出力が入力される。故障検出部１３は、３相交流モータＭの駆動中におけるインバータ１０のスイッチング素子に生じるオープン故障を検出するようになっていて、オープン故障検出装置２７の入力が「Ｈｉ」の場合、オープン故障はないと判断し、オープン故障検出装置２７の入力が「Ｌｏ」の場合、オープン故障が生じた（「ＦＡＩＬ」）と判断する。故障検出部１３は、「ＦＡＩＬ」と判断した場合には、「インバータ停止」信号を生成してインバータ駆動装置１１に伝達する。同信号を受けたインバータ駆動装置１１は、各スイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗを駆動させているゲート信号の出力を中止するなどしてインバータ１０の駆動を停止させるようになっている。

次に、駆動中のインバータ１０の各スイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの動作について説明する。図２は、インバータ１０の各相アームの出力線の電流と時間との関係を示すグラフである。なお、プラス（＋）側の電流はインバータ１０の上アームから出力される電流であり、マイナス（−）側の電流はインバータ１０の下アームから出力される電流である。なお、ここでは図２にて一点鎖線で示される電流は正しく流れているものとする。

図２に示すように、インバータ１０の上アームの場合、時間ｔ０と時間ｔ１の間では、Ｕ相のスイッチング素子１５ＵとＷ相のスイッチング素子１５Ｗが電流を出力し、時間ｔ１と時間ｔ２の間ではＵ相のスイッチング素子１５Ｕのみが電流を出力する。また、時間ｔ２と時間ｔ３の間では、Ｕ相のスイッチング素子１５ＵとＶ相のスイッチング素子１５Ｖが電流を出力し、時間ｔ３と時間ｔ４の間ではＶ相のスイッチング素子１５Ｖのみが電流を出力する。さらに、時間ｔ４と時間ｔ５の間では、Ｖ相のスイッチング素子１５Ｖと
Ｗ相のスイッチング素子１５Ｗが電流を出力し、時間ｔ５と時間ｔ０の間ではスイッチング素子１５Ｗのみが電流を出力する。

このように三相交流電流を正常に出力しているインバータ１０であれば、いつの時点であれ、上アームの３つのスイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの少なくとも一つは電流を出力している。そのため各電流モニタ装置２１Ｖ，２１Ｕ，２１Ｗの少なくとも一つは「ＯＦＦ」していることとなるから、オープン故障検出装置２７の第１ダイオードＤｂ１に電流が流れることはない。しかし、上アームの一つのスイッチング素子にオープン故障が生じた場合、一つのスイッチング素子からのみ電流が出力される、時間ｔ１と時間ｔ２の間、又は時間ｔ３と時間ｔ４の間、又は時間ｔ５と時間ｔ０の間のいずれかの時間において、上アームのすべてのスイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗに電流が流れない状態が生じる。このときには、上アームのモニタ回路が通電状態になり、オープン故障検出装置２７の出力が「Ｌｏ」になる。

また、インバータ１０の下アームの場合、時間ｔ０と時間ｔ１の間ではＶ相のスイッチング素子１６Ｖのみが電流を出力し、時間ｔ１と時間ｔ２の間では、Ｖ相のスイッチング素子１６ＶとＷ相のスイッチング素子１６Ｗが電流を出力し、時間ｔ２と時間ｔ３の間ではスイッチング素子１６Ｗのみが電流を出力する。また、時間ｔ３と時間ｔ４の間では、Ｕ相のスイッチング素子１６ＵとＷ相のスイッチング素子１６Ｗが電流を出力し、時間ｔ４と時間ｔ５の間ではＵ相のスイッチング素子１６Ｕのみが電流を出力し、時間ｔ５と時間ｔ０の間では、Ｕ相のスイッチング素子１６ＵとＶ相のスイッチング素子１６Ｖが電流を出力する。

このように三相交流電流を正常に出力しているインバータ１０であれば、いつの時点であれ、下アームの３つのスイッチング素子１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの少なくとも一つは電流を出力している。そのため各電流モニタ装置２２Ｖ，２２Ｕ，２２Ｗの少なくとも一つは「ＯＦＦ」していることとなるから、オープン故障検出装置２７の第２ダイオードＤｂ２に電流が流れることはない。しかし、下アームの一つのスイッチング素子にオープン故障が生じた場合、一つのスイッチング素子からのみ電流が出力される、時間ｔ０と時間ｔ１の間、又は時間ｔ２と時間ｔ３の間、又は時間ｔ４と時間ｔ５の間のいずれかの時間において、下アームのすべてのスイッチング素子１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗに電流が流れない状態が生じる。このときには、下アームのモニタ回路が通電状態になり、オープン故障検出装置２７の出力が「Ｌｏ」になる。

すなわちインバータ１０が正常であれば、オープン故障検出装置２７は、その第１ダイオードＤｂ１にも第２ダイオードＤｂ２にも電流が流れないため、その出力は常に「Ｈｉ」となる。

次に、オープン故障検出装置２７の出力の具体例について図３を参照して説明する。図３は、故障検出装置の出力の状態について示す表であり、（ａ）はインバータが正常な場合の一例を示し、（ｂ）はインバータに欠相異常（オープン故障）がある場合の一例を示す。

例えば、図２における時間ｔ４と時間ｔ５の間においてインバータ１０が正常な場合、図３（ａ）に示されるように、上アーム（Ｐ側）のＵ相のスイッチング素子１５Ｕは電流を出力していないことから電流モニタ装置２１Ｕは「ＯＮ」している。しかし、上アームのＶ相のスイッチング素子１５ＶとＷ相のスイッチング素子１５Ｗとはそれぞれ電流を出力していることから電流モニタ装置２１Ｖと電流モニタ装置２１Ｗとはそれぞれ「ＯＦＦ」しているため、上アームのモニタ回路としては非通電状態となる。このため、オープン故障検出装置２７の第１ダイオードＤｂ１に電流が流されない。

また、下アーム（Ｎ側）のＶ相のスイッチング素子１６ＶとＷ相のスイッチング素子１６Ｗとはそれぞれ電流を出力していないことから電流モニタ装置２２Ｖと電流モニタ装置２２Ｗは「ＯＮ」している。しかし、下アームのＵ相のスイッチング素子１６Ｕは電流を出力していることから電流モニタ装置２２Ｕは「ＯＦＦ」しているため、下アームのモニタ回路としては非通電状態となる。このため、オープン故障検出装置２７の第２ダイオードＤｂ２に電流が流されない。

その結果、オープン故障検出装置２７の出力は「Ｈｉ」となり、故障検出部１３は異常（「ＦＡＩＬ」）と判断しないため、インバータ駆動装置１１はインバータ１０の駆動を継続させる。

一方、インバータ１０のスイッチング素子１６Ｕにオープン故障が生じたため、図２に一点鎖線にて示される電流が流されない場合について説明する。この場合、図２において時間ｔ４と時間ｔ５の間においては、図３（ｂ）に示されるように、上アーム（Ｐ側）のＵ相のスイッチング素子１５Ｕは電流を出力していないことから電流モニタ装置２１Ｕは「ＯＮ」する。しかし、上アームのＶ相のスイッチング素子１５Ｖ及びＷ相のスイッチング素子１５Ｗは電流を出力していることから電流モニタ装置２１Ｖと電流モニタ装置２１Ｗはいずれも「ＯＦＦ」することから、上アームのモニタ回路としては非通電状態となる。このため、オープン故障検出装置２７の第１ダイオードＤｂ１には電流が流れない。

一方、下アーム（Ｎ側）のＶ相のスイッチング素子１６Ｖ及びＷ相のスイッチング素子１６Ｗは電流を出力していないことから電流モニタ装置２２Ｖ及び電流モニタ装置２２Ｗは「ＯＮ」する。さらに、下アームのＵ相のスイッチング素子１６Ｕも電流を出力していないため電流モニタ装置２２Ｕも「ＯＮ」する。このため、下アームのモニタ回路としては回路が通電状態となり、オープン故障検出装置２７の第２ダイオードＤｂ２には電流が流れる。これにより、オープン故障検出装置２７の出力は、「Ｌｏ」となる。

そして、故障検出部１３にオープン故障検出装置２７からの「Ｌｏ」が伝達されると、インバータ１０がインバータ１０の駆動を停止させるようになる。
以上説明したように、本実施形態のモータ駆動装置に採用されるインバータの故障検出装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。

（１）各スイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの少なくとも一つにオープン故障が生じた場合には、そのスイッチング素子のみが電流を流す最初のタイミングで確実にその不具合が第１又は第２のモニタ回路を介して検出されるようにした。これにより、インバータ１０のスイッチング素子に生じたオープン故障が最小の時間で迅速に検出されるとともに、確実に検出されるようになる。その結果、オープン故障の生じたインバータ１０を迅速かつ確実に停止させてインバータ１０の故障の拡大や、インバータ１０に接続されている３相交流モータＭや電源装置としての直流電源Ｅ１への故障の拡大も抑制することができるようになる。

（２）比較器ＣＰの正側電圧が電圧源Ｅａにより規定され、負側電圧が検出抵抗Ｒａにより規定されるようにしたので、比較器ＣＰの出力端子の電圧が、電圧源Ｅａと検出抵抗Ｒａとの組み合わせにより調整できる。これにより各電流モニタ装置２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗの通電／非通電状態の切替え感度が調整されるので、このような故障装置の感度調整が容易になされるようになるとともに、検出感度の設定も容易になる。

（３）各電流モニタ装置２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗは、一般的
な部品で構成されるようにしたことからその実施が容易かつ安価となる。
なお、上記実施形態は、例えば以下のような態様にて実施することもできる。

・上記実施形態では、第１のモニタ回路と第２のモニタ回路とが並列に接続されたオープン故障検出装置２７の出力がモータ制御装置１２に入力される場合について例示したが、これに限らず、各モニタ回路がモータ制御装置に入力されてもよい。そうすれば、故障の生じたスイッチング素子の特定が容易になる。

・上記実施形態では、上アームには第１のモニタ回路を設け、下アームには第２のモニタ回路を設ける場合について例示したが、これに限らず、各電流モニタ装置の検出端子をモータ制御装置１２に入力させてもよい。そうすれば、故障の生じたスイッチング素子の迅速かつ正確な特定がより容易に行えるようにもなる。

・上記実施形態では、スイッチング素子１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｖ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６ＷはＩＧＢＴである場合について例示したが、これに限らず、スイッチング素子は、いわゆるパワートランジスタ素子であれば、その他の半導体素子であってもよい。

・上記実施形態では、インバータの故障検出装置の用いられるモータ駆動装置について説明したが、このようなモータ駆動装置は、産業用機器や、ハイブリッド自動車、電気自動車などに採用されることが考えられる。例えば、このような故障検出装置は、種々の条件下で採用が検討されるハイブリッド自動車や電気自動車等のインバータの故障検出装置について、その選択可能性を広げることができるようになる。

１０…インバータ、１１…インバータ駆動装置、１２…モータ制御装置、１３…故障検出部、１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ…スイッチング素子、２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗ…電流モニタ装置、２７…オープン故障検出装置、Ｃ…コレクタ電極、Ｄ…発光ダイオード、Ｅ…エミッタ電極、Ｇ…ゲート電極、Ｍ…３相交流モータ、Ｎ…負極母線、Ｐ…正極母線、Ｓ…センスエミッタ電極、ＣＰ…比較器、Ｅ１…直流電源、Ｅａ…電圧源、ＰＣ…フォトカプラ、Ｒａ…抵抗としての検出抵抗、Ｒｂ…回路抵抗、Ｒｃ…保護抵抗、Ｔｒ…フォトトランジスタ、Ｄｂ１…第１ダイオード、Ｄｂ２…第２ダイオード。

Claims (1)

1. 高圧電位の母線とそれよりも低圧電位の母線との間に、出力電極の出力する電流に基づく検出用の電流を出力するセンス電極を有するスイッチング素子が２つ直列に接続されてなる回路が並列に３組設けられ、各スイッチング素子のスイッチング動作により３相交流電流を出力するインバータに設けられ、前記複数のスイッチング素子の少なくとも一つに生じた出力電極から電流が出力されないオープン故障を検出するインバータの故障検出装置であって、
   前記スイッチング素子には、通電／非通電状態の切替え可能な検出端子間を、前記出力電極に抵抗を介して接続した前記センス電極の電圧と、前記出力電極に負極を接続させた電圧源の正極の電圧とを比較して前記センス電極の電圧が高い場合だけ非通電状態にするモニタ装置が接続されており、
   前記高圧電位の母線に接続される３つのスイッチング素子のそれぞれの前記モニタ装置の検出端子が直列接続されてなる第１のモニタ回路と、前記低圧電位の母線に接続される３つのスイッチング素子の前記モニタ装置の検出端子が直列接続されてなる第２のモニタ回路とが並列に接続されてなるインバータの故障検出装置。

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