JP2013176215A - 交流回転機の制御装置及びその方法、電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡故障、開放故障が発生した場合に、回転角度に関係なくブレーキトルクを一定とすることにより複雑な制御を行わずにトルク脈動を最小限に抑えることができる交流回転機の制御装置等を提供する。
【解決手段】複数組の巻線を備えた交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、前記巻線の各相に印加する電圧を制御するスイッチング素子を各相に有する複数のインバータと、前記各インバータに前記電圧に対応する電圧指令を与え、巻線に流す電流を制御する電流制御手段と、前記各スイッチング素子の短絡および開放の少なくとも一方の故障を検知する故障検知手段と、を備え、前記電流制御手段は、前記故障検知手段が検知した故障に応じて、故障側インバータの各相の同電位側を故障と同じ状態に設定するとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続する交流回転機の制御装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、交流回転機における短絡故障、開放故障が発生した場合に制御に関する。

交流回転機の制御装置を、例えば電動パワーステアリングなどで用いる場合、特定箇所に故障が発生した場合でも、その故障を回避しながら、継続して交流回転機の駆動を行いたい。

例えば、下記特許文献１に記載の従来の交流回転機の制御装置では、トルク電流指令、電動機の各相に流れる電流に応じて各相電圧指令を決定する電流制御手段と、各相電圧指令に基づきインバータへスイッチング操作を指示するスイッチング素子駆動回路と、スイッチング操作信号を受けて電動機を駆動するインバータと、インバータの各相のスイッチング素子にそれぞれ直列に配置された電流検出器と、インバータのスイッチング素子をＯＮする所定の組合せを示すテストパターンを記憶し、テストパターンと当該テストパターンの応答として電流検出器で検出される各相の電流検出値とに基づき短絡故障箇所を特定する短絡箇所特定手段とを備えることにより、迅速かつ正確に、短絡故障箇所を特定している。

また、交流回転機に巻線を２組備えることによって、故障を回避しながら、継続して交流回転機を駆動することも可能である。例えば、特許文献２に示された従来の交流回転機の制御装置では、交流回転機に巻線を２組備えて、それぞれに流れる電流を制御するインバータも２組備え、個別に電流を制御できる構成になっている。片方の巻線やインバータに故障が発生した場合に、故障系統の全スイッチング素子をＯＦＦしてブレーキトルクを低減または打ち消すものである。また、故障系統の故障していない相を継続駆動して故障していない系統でブレーキトルクを低減または打ち消すことも示されている。

国際公開第ＷＯ２００８／１２９６５８号パンフレット 特開２０１１−７８２３０号公報

しかしながら、例えば、前記特許文献１に記載の交流回転機の制御装置は、交流回転機の巻線が一組しかないため、短絡故障箇所を特定しても、短絡故障箇所の電流を所望の値に動作させることは容易ではないので、ブレーキトルクなどの発生により、スムーズな回転を保つことができないといった問題があった。

また前記特許文献２のような例では、短絡故障が発生した場合には、モータの回転を減速させる方向に働くトルクすなわちブレーキトルクが発生する。このブレーキトルクがモータの位相によって変化するため、出力トルクの変動につながりユーザに不快感を与える。特許文献２ではトルク変動を抑えるため、開放(ＯＦＦ)故障時に全スイッチング素子をＯＦＦしているが、短絡(ＯＮ)故障時には全スイッチング素子をＯＦＦすることができない。また、故障していない相を継続駆動して故障していない系統にて故障した相から発生したブレーキトルクの影響を低減または打ち消すことを提案しているが、故障していない相を含めて制御するため制御が複雑になる。また、検出した回転角度により制御するため回転角度の精度が悪い場合にはかえってブレーキトルクが瞬間的に出てユーザの不快感につながる恐れがある。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、短絡故障、開放故障が発生した場合に、回転角度に関係なくブレーキトルクを一定とすることにより複雑な制御を行わずにトルク脈動を最小限に抑えるようにした交流回転機の制御装置等を得ることを目的とする。

この発明は、複数組の巻線を備えた交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、前記巻線の各相に印加する電圧を制御するスイッチング素子を各相に有する複数のインバータと、前記各インバータに前記電圧に対応する電圧指令を与え、巻線に流す電流を制御する電流制御手段と、前記各スイッチング素子の短絡および開放の少なくとも一方の故障を検知する故障検知手段と、を備え、前記電流制御手段は、前記故障検知手段が検知した故障に応じて、故障側インバータの各相の同電位側を故障と同じ状態に設定するとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続する、ことを特徴とする交流回転機の制御装置等にある。

この発明では、短絡故障、開放故障が発生した場合に、回転角度に関係なくブレーキトルクを一定とすることにより複雑な制御を行わずにトルク脈動を最小限に抑えることができる。

この発明による交流回転機の制御装置の各実施の形態共通の全体構成の一例を示す概略ブロック図である。 第１巻線駆動系のＷ１相の高電位側が短絡故障した場合の時間経過とトルク及び各相の電流の関係を示す図である。 この発明の短絡故障時の電流制御手段の制御の動作フローチャートである。 この発明の実施の形態１等による制御を適用した場合の時間経過とトルク及び各相の電流の関係を示す図である。 この発明の実施の形態１等による制御を適用した場合の交流回転機回転速度に対する電流の特性を示した図である。 この発明の実施の形態１等による制御を適用した場合の交流回転機回転速度に対するトルクの特性を示した図である。 第１巻線駆動系のＷ１相の低電位側が短絡故障した場合の時間経過とトルク及び各相の電流の関係を示す図である。 この発明の開放故障時の電流制御手段の制御の動作フローチャートである。 この発明の実施の形態５等による交流回転機の制御装置の電流制御手段の内部構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態５による図９の目標電流算出器の内部構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態５等による制御を適用した場合の交流回転機回転速度に対する電流(トルク)の特性の一例を示した図である。 この発明の実施の形態５等による制御を適用した場合の交流回転機回転速度に対する電流(トルク)の特性の別の例を示した図である。 この発明の実施の形態６による図９の目標電流算出器の内部構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態７による図９の目標電流算出器の内部構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態７による図９の目標電流算出器の内部構成の変形例を示す図である。 この発明の実施の形態８による図９の目標電流算出器の内部構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態９による図９の目標電流算出器の内部構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１０による電動パワーステアリング装置の全体構成を示す模式図である。

以下、この発明による交流回転機の制御装置、交流回転機の制御装置を備えた電動パワーステアリング装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明による交流回転機の制御装置の各実施の形態共通の全体構成の一例を示す概略ブロック図である。また、交流回転機の制御装置１０以外に、電源４と交流回転機５と交流回転機５の回転角度を検出する交流回転機回転角度センサ６も記載している。

交流回転機５は、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１相の３相からなる第１巻線組１５と、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２相の３相からなる第２巻線組１６を備えており、各巻線組はそれぞれスター結線で相を結合している。これら複数の巻線組により図示しないステータが構成され、交流回転機５は、このステータと、図示しないロータと、ロータに固定された回転軸により構成されている。なお、以下の説明ではこの発明を、各巻線組が３相で、ロータに永久磁石を配置した永久磁石型同期交流回転機に適用した場合を例に説明するが、この発明は、３相以上の多相交流により回転駆動する交流回転機に対して使用することができるものであり、誘導機や界磁巻線型同期機であってもよい。なお、本例では巻線をスター結線としたが、デルタ結線にして構成しても同様の効果が得られる。

交流回転機の制御装置１０は、電流制御手段２３により第１インバータ２１および第２インバータ２２への電圧指令を指示する。電流制御手段２３は、第１巻線組１５に印加する電圧ＴＵＰ１、ＴＵＮ１、ＴＶＰ１、ＴＶＮ１、ＴＷＰ１、ＴＷＮ１を指令することにより第１巻線組１５のＵ１、Ｖ１、Ｗ１相の各相の電流を制御し、第２巻線組１６に印加する電圧ＴＵＰ２、ＴＵＮ２、ＴＶＰ２、ＴＶＮ２、ＴＷＰ２、ＴＷＮ２を指令することにより第２巻線組１６のＵ２、Ｖ２、Ｗ２相の各相の電流を制御する。

電圧指令は各相に対して実施するため、ＴＵＰ１はＵＰ１に対する指示、ＴＵＮ１はＵＮ１に対する指示、ＴＶＰ１はＶＰ１に対する指示、ＴＶＮ１はＶＮ１に対する指示、ＴＷＰ１はＷＰ１に対する指示、ＴＷＮ１はＷＮ１に対する指示を表す。また、ＴＵＰ２はＵＰ２に対する指示、ＴＵＮ２はＵＮ２に対する指示、ＴＶＰ２はＶＰ２に対する指示、ＴＶＮ２はＶＮ２に対する指示、ＴＷＰ２はＷＰ２に対する指示、ＴＷＮ２はＷＮ２に対する指示を表す。ＵＰ１、ＵＮ１、ＶＰ１、ＶＮ１、ＷＰ１、ＷＮ１、ＵＰ２、ＵＮ２、ＶＰ２、ＶＮ２、ＷＰ２、ＷＮ２はスイッチング素子である。

電圧指令ＴＵＰ１、ＴＵＮ１、ＴＶＰ１、ＴＶＮ１、ＴＷＰ１、ＴＷＮ１を受けた第１スイッチング素子駆動回路２４は、指令に応じて第１インバータ２１のＵ１相のＵＰ１、ＵＮ１、Ｖ１相のＶＰ１、ＶＮ１、Ｗ１相のＷＰ１、ＷＮ１を駆動する。電圧指令ＴＵＰ２、ＴＵＮ２、ＴＶＰ２、ＴＶＮ２、ＴＷＰ２、ＴＷＮ２を受けた第２スイッチング素子駆動回路２５は、指令に応じて第２インバータ２２のＵ２相のＵＰ２、ＵＮ２、Ｖ２相のＶＰ２、ＶＮ２、Ｗ２相のＷＰ２、ＷＮ２を駆動する。例えば、ＵＰ１をＯＮ、ＵＮ１をＯＦＦ、ＶＰ１をＯＦＦ、ＶＮ１をＯＮすると、電源４から供給された電流はＵＰ１→第１巻線組１５→ＶＮ１の順に流れる。

交流回転機の制御装置１０では、交流回転機回転角度センサ６からの信号を受け、交流回転機回転角度検出手段２６により交流回転機回転角度信号θを算出する。交流回転機回転速度検出手段２７は、回転角度信号θを時間微分することにより交流回転機回転速度信号ωを算出する。なお、交流回転機回転角度センサ６と交流回転機回転角度検出手段２６を設けたが、公知の手法によって推定した交流回転機回転角度によって交流回転機回転角度信号θおよび交流回転機回転速度信号ωを得てもよい。

交流回転機の制御装置１０は、故障箇所を検出する故障検知手段２８を備える。故障検知手段２８は例えば、上記特許文献１と同様の方法で、第１インバータ２１、第２インバータ２２毎にスイッチング素子をＯＮする所定の組み合わせを示すテストパターンをメモリ(図示省略)に記憶し、このテストパターンと当該テストパターンの応答として後述する電流検出回路で検出される各相の電流値とに基づいて短絡故障箇所および後述する開放故障箇所を特定する。上記特許文献１に記載の交流回転機の制御装置は、交流回転機の巻線が一組しかないため、短絡故障箇所を特定しても、短絡故障箇所の電流を所望の値に動作させることは容易ではないので、ブレーキトルクなどの発生により、スムーズな回転を保つことができないといった問題があった。この実施の形態では複数の巻線を備えるため、一つの巻線系統で故障が発生した場合には、故障側で発生するブレーキトルクの変動を抑えて、正常側の巻線系統を制御して交流回転機をスムーズに回転させることができる。

交流回転機の制御装置１０では、電流検出回路ＣＴ１１、ＣＴ２１、ＣＴ３１、ＣＴ１２、ＣＴ２２、ＣＴ３２により、交流回転機の各相に流れる相電流を検出し、相電流検出値Ｉ１ｄｔｃおよびＩ２ｄｔｃを得る。ここで、Ｉ１ｄｔｃは、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１成分を持つ電流ベクトル、Ｉ２ｄｔｃは、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２成分を持つ電流ベクトルを表す。なお、この実施の形態では、各相の電流を検出するために各相に電流検出回路を合計６個備えたが、電源と各インバータの間に各１つの電流検出回路を合計２個備える構成でもよい。電源と各インバータの間に各２つの電流検出回路を合計４個備える構成でもよい。この構成であっても、スイッチング素子をＯＮまたはＯＦＦ駆動するタイミングに応じた検出を行えば、各相の電流を検出することが可能である。

以下では、第１の巻線駆動系のＷ１相の高電位側が短絡故障した場合を例として、この実施の形態の動作を説明する。ここでは、第１インバータ２１および第２インバータ２２がともに正常時に、第１巻線組１５と第２巻線組１６は同じ出力トルクを発生するものとする。

このとき、第１インバータ２１にあるスイッチング素子ＷＰ１が常時ＯＮ状態となる。ＷＰ１以外のスイッチング素子、すなわちＵＰ１、ＵＮ１、ＶＰ１、ＶＮ１、ＷＮ１がＯＦＦの場合に交流回転機５が回転すると、第１巻線組１５に誘起電圧が生じ、その結果、第１巻線組１５に図２の(ｂ)のような電流が流れる。図２の(ａ)(ｂ)は、第１の巻線駆動系のＷ１相の高電位側が短絡故障した場合の時間経過とトルク及び電流の関係を示す図であって、図２の(ｂ)に示すｕ相電流はＵ１相に流れる電流、ｖ相電流はＶ１相に流れる電流、ｗ相電流はＷ１相に流れる電流を示す。正常時と比べて偏った電流の流れ方になるため、(ａ)に示すようにブレーキトルクが発生する回転角度領域が発生する。時刻０．４５秒から１．４５秒までの１周期の間で、ブレーキトルクが発生する回転角度領域(時刻０．４５秒から１．１秒)とトルク０の回転角度領域(時刻１．１秒から１．４５秒)があるため、トルク脈動となり、ユーザに不快感を与える。上記特許文献２にあるような回転角度に応じてブレーキトルクを低減・打ち消す制御では、回転角度の誤差が無ければきれいにトルク脈動を消すことができるが、回転角度の精度が悪い場合にブレーキトルクが瞬間的に出ることになりユーザの不快感につながる。

図３は、電流制御手段２３の制御の動作フローチャートを示したものであり、電流制御手段２３は、図３に示す制御フローに基づく制御を実施する。図１ではスイッチング素子ＵＰ１，ＵＮ１，ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１，ＵＰ２，ＵＮ２，ＶＰ２，ＶＮ２，ＷＰ２，ＷＮ２としてＦＥＴを使用しているが、パワートランジスタやＩＧＢＴなど、他のスイッチング素子でも同じように処理可能である。条件分岐Ｓ１では、スイッチング素子がＯＮ故障(短絡故障)しているかどうかを判断する。条件分岐Ｓ２では、故障したスイッチング素子が高電位側であるかどうかを判断する。処理Ｓ３では、高電位側スイッチング素子を全てＯＮ、低電位側素子を全てＯＦＦにする。処理Ｓ４では、高電位側スイッチング素子を全てＯＦＦ、低電位側素子を全てＯＮにする。ここでの事例では、ＷＰ１がＯＮ故障しているため、条件分岐Ｓ１で真(Ｙ)、条件分岐Ｓ２で真(Ｙ)と判定して、処理Ｓ３を実施する。

このように、第１インバータ２１の短絡故障が発生した高電位側のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＮ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＦＦ設定することにより、ブレーキトルクの変動が抑制できる。図４は、第１インバータ２１の短絡故障が発生した高電位側のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＮ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＦＦ設定した状態で交流回転機５が回転したときの、時間経過に対する発生するトルク(ａ)および電流(ｂ)をプロットしたものである。時間経過すなわち回転角度に関係なくブレーキトルクが一定となっており、ブレーキトルクによるトルク脈動は発生しない。

特許文献１記載の交流回転機の制御装置では、交流回転機の巻線が一組しかないため、短絡故障箇所を特定しても、短絡故障箇所の電流を所望の値に動作させることは容易ではなく、ブレーキトルクなどの発生により、スムーズな回転を保つことができないといった問題があったが、この実施の形態に記載の交流回転機の制御装置は、交流回転機の巻線を二組具備し、電流制御手段２３は、故障検知手段２８が検知した故障に応じて、故障側インバータの各相の同電位側をＯＮ設定するとともに、故障した側を除く正常側のインバータ(ここでは第１インバータ２１が短絡故障しているので第２インバータ２２)の制御を継続することで、図４のように時間経過すなわち回転角度に関係のない一定のブレーキトルクとすることでスムーズな回転を保つことができるといった効果を得る。

交流回転機５のロータに永久磁石が付いているため、回転角度によって永久磁石の発生する磁界方向が異なる。そのため、交流回転機５を、磁束方向と一致した軸を持つｄｑ座標系で扱う手法がよく知られている。ここで、ｄ軸はロータが発生する磁界方向、ｑ軸は交流回転機５が発生したトルク方向となる。交流回転機５が発生するトルクは、ｑ軸電流にほぼ比例する。

ｄｑ座標系において電流と電圧の関係式は下式で表すことができる。

Ｖ_ｄ＝Ｒｉ_ｄ−ωＬｉ_ｑ
Ｖ_ｑ＝Ｒｉ_ｑ＋ω(Ｌｉ_ｄ＋φ)

Ｖ_ｄはｄ軸電圧、Ｖ_ｑはｑ軸電圧、ｉ_ｄはｄ軸電流、ｉ_ｑはｑ軸電流、Ｒは抵抗値、Ｌはインダクタンス、φは磁束密度、ωは回転速度である。故障側インバータの各相の同電位側をＯＮ設定する場合には、Ｖ_ｄおよびＶ_ｑはともに０であるから、ｉ_ｄおよびｉ_ｑは下式で表される。

ｉ_ｄ＝−(φω^２Ｌ)／(Ｒ^２＋ω^２Ｌ^２)
ｉ_ｑ＝−(φωＲ)／(Ｒ^２＋ω^２Ｌ^２)

図５は、故障側インバータの各相の同電位側をＯＮ設定して三相短絡している交流回転機回転速度信号ωに対する電流の特性を示したものであり、実線で示すＩ_ｓは、点線で示すｄ軸電流と点線より目の粗い破線で示すｑ軸電流の２乗和の平方根である。第１巻線組１５の発生トルクの増減は第１インバータ２１のｑ軸電流で考えることができる。ｑ軸電流が負値となっており、ブレーキトルクが発生していることがわかる。図５によると、ブレーキトルクはある回転速度までは増加し、その後減少している。

図６は、交流回転機回転速度信号ωに対するトルクについて示したものである。前述のように、第１巻線組１５および第１インバータ２１により発生できるトルクは、交流回転機回転速度信号ωに応じて決まるブレーキトルクである(図６の点線)。一方、第２インバータ２２は正常であるから、第２巻線組１６の発生するトルクは正常時と変わらない。発生トルクはｑ軸電流により決定するため、ｑ軸電流が減少しない領域では最大トルクを発生でき、ｑ軸電流低下とともに発生トルクは低下する(図６の破線)。交流回転機５が出力するトルクは、第１巻線組１５および第２巻線組１６によるものの合計値である。図６の実線のようになる。

特許文献２記載の従来の交流回転機の制御装置では、故障していない相を継続駆動して故障していない系統にて故障した相から発生したブレーキトルクの影響を低減または打ち消すために、故障していない相を含めて制御するため制御が複雑であり、検出した回転角度により制御するため回転角度の精度が悪い場合にはかえってブレーキトルクが瞬間的に出てる問題があったが、この実施の形態に記載の交流回転機の制御装置では、複雑な制御を実施せずに回転角度に関係なく、リプルのない出力トルクを得ることができる。

なお、この実施の形態では、正常時の第１巻線組１５と第２巻線組１６の出力トルク比を１としたが、トルク比が異なる場合についても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２による交流回転機の制御装置の全体構成は図１のものと同様である。第１の巻線駆動系のＷ１相の低電位側が短絡故障した場合を例として、この実施の形態の動作を説明する。ここでは、第１インバータ２１および第２インバータ２２がともに正常時に、第１巻線組１５と第２巻線組１６は同じ出力トルクを発生するものとする。

このとき、第１インバータ２１にあるスイッチング素子ＷＮ１が常時ＯＮ状態となる。ＷＮ１以外のスイッチング素子、すなわちＵＰ１、ＵＮ１、ＶＰ１、ＶＮ１、ＷＰ１がＯＦＦの場合には、第１巻線組１５に誘起電圧が生じ、その結果、第１巻線組１５に図７の(ｂ)のような電流が流れる。図７の(ａ)(ｂ)は、第１の巻線駆動系のＷ１相の低電位側が短絡故障した場合の時間経過とトルク及び電流の関係を示す図であって、図７の(ｂ)に示すｕ相電流はＵ１相に流れる電流、ｖ相電流はＶ１相に流れる電流、ｗ相電流はＷ１相に流れる電流を示す。正常時と比べて偏った電流の流れ方になるため、(ａ)に示すようにブレーキトルクが発生する回転角度領域が発生する。ブレーキトルクが発生する回転角度領域とトルク０の回転角度領域があるため、トルク脈動となり、ユーザに不快感を与える。

そこで電流制御手段２３は、図３に示す制御フローに基づく制御を実施する。条件分岐Ｓ１で真(Ｙ)、条件分岐Ｓ２で偽(Ｎ)と判定して処理Ｓ４を実施する。

このように、第１インバータ２１の短絡故障が発生した低電位側のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＮ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＦＦ設定することにより、ブレーキトルクの変動が抑制できる。このとき発生するトルクおよび電流は図４のようになる。回転角度に関係なくブレーキトルクが一定となっており、ブレーキトルクによるトルク脈動は発生しない。

以下、実施の形態１と同様に、電流制御手段２３が、故障検知手段２８が短絡故障を検知した場合に、故障側インバータの故障した相の故障した電位側と同じ電位側を各相でＯＮ設定、反対の電位側を各相ともＯＦＦ設定とするとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続することにより、複雑な制御を実施せずに図４、図６のように時間経過すなわち回転角度に関係なく、リプルのない出力トルクを得ることができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３による交流回転機の制御装置の全体構成は図１のものと同様である。第１の巻線駆動系のＷ１相の高電位側が開放故障した場合を例として、この実施の形態の動作を説明する。ここでは、第１インバータ２１および第２インバータ２２がともに正常時に、第１巻線組１５と第２巻線組１６は同じ出力トルクを発生するものとする。

このとき、第１インバータ２１にあるスイッチング素子ＷＰ１が常時ＯＦＦ状態となる。ＷＰ１以外のスイッチング素子、すなわちＵＰ１、ＵＮ１、ＶＰ１、ＶＮ１、ＷＮ１がＯＦＦの場合には、第１巻線組１５には電流が流れずブレーキトルクは発生しない。

図８は、電流制御手段２３の制御の動作フローチャートを示したものであり、電流制御手段２３は、図８に示す制御フローに基づく制御を実施して、一定のブレーキトルクを発生し、ユーザに積極的に故障を認知させる。条件分岐Ｓ１１では、スイッチング素子が開放(ＯＦＦ)故障しているかどうかを判断する。条件分岐Ｓ１２では、故障したスイッチング素子が高電位側であるかどうかを判断する。処理Ｓ１３では、高電位側スイッチング素子を全てＯＦＦ、低電位側素子を全てＯＮにする。処理Ｓ１４では、高電位側スイッチング素子を全てＯＮ、低電位側素子を全てＯＦＦにする。ここでの事例では、ＷＰ１がＯＦＦ故障しているため、条件分岐Ｓ１で真(Ｙ)、条件分岐Ｓ２で真(Ｙ)と判定して、処理Ｓ１３を実施する。

このように、第１インバータ２１の短絡故障が発生した高電位側のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＦＦ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＮ設定することにより、一定のブレーキトルクを発生することができる。

この実施の形態３に記載の交流回転機の制御装置では、電流制御手段２３が、故障検知手段２８が開放故障を検知した場合に、故障側インバータの故障した相の故障した電位側と同じ電位側を各相でＯＦＦ設定、反対の電位側を各相ともＯＮ設定とするとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続するようにしたことにより、複雑な制御を実施せずに実施の形態１記載の短絡故障の場合と同様に、図４、図６のように時間経過すなわち回転角度に関係なく、リプルのない出力トルクを得ることができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４による交流回転機の制御装置の全体構成は図１のものと同様である。上記の実施の形態３では高電位側で開放故障が発生した場合について述べたが、低電位側にて開放故障が発生した場合にも一定のブレーキトルクを発生させる。図８の制御フローに基づいて処理Ｓ４を実施する、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ設定が実施の形態３と反対になる。つまり、第１インバータ２１の短絡故障が発生した低電位側のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＦＦ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＮ設定することにより、一定のブレーキトルクを発生することができる。

この実施の形態４に記載の交流回転機の制御装置では、電流制御手段２３が、故障検知手段２８が開放故障を検知した場合に、故障側インバータの故障した相の故障した電位側と同じ電位側を各相でＯＦＦ設定、反対の電位側を各相ともＯＮ設定とするとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続するようにしたことにより、複雑な制御を実施せずに図４、図６のように時間経過すなわち回転角度に関係なく、リプルのない出力トルクを得ることができる。

実施の形態５．
上記の実施の形態１〜４では正常側インバータは正常時と同じになるように電流制御手段２３は制御をしていたが、故障発生時に正常側インバータの電流を補正して制御するように電流制御手段２３ａに置き換えてもよい。

この発明の実施の形態５による交流回転機の制御装置の全体構成は図１のものと同様である。図９は図１の電流制御手段２３として設けられた実施の形態５における電流制御手段２３ａの内部構成の一例を示す図である。目標電流算出器３１では、故障検知手段２８から得た故障状態と交流回転機回転速度検出手段２７から得た交流回転機回転速度ωに基づき、正常側インバータの目標電流を算出する。電圧指令演算器３２では、故障検知手段２８から得られた故障状態と、目標電流算出器３１にて算出された目標電流と、電流検出回路ＣＴ１１〜ＣＴ３１からの相電流検出値Ｉ１ｄｔｃまたは電流検出回路ＣＴ１２〜ＣＴ３２からの相電流検出値Ｉ２ｄｔｃおよび交流回転機回転角度検出手段２６から得た交流回転機回転角度θに基づいて、電圧指令を演算する。交流回転機５を、磁束方向と一致した軸を持つｄｑ座標系で扱う手法がよく知られており、例えば目標電流と実電流の差によるＰＩ制御がある。

電圧指令出力器３３では、故障検知手段２８から得られた故障状態と、電圧指令演算器３２で得られた電圧指令に基づき、各スイッチング素子に与える電圧指令ＴＵＰ１、ＴＵＮ１、ＴＶＰ１、ＴＶＮ１、ＴＷＰ１、ＴＷＮ１、ＴＵＰ２、ＴＵＮ２、ＴＶＰ２、ＴＶＮ２、ＴＷＰ２、ＴＷＮ２を出力する。故障側インバータの場合には、目標電流算出器３１および電圧指令演算器３２で計算した内容に関わらず、故障検知手段２８から得られた故障状態によって、短絡故障なら同電位側をＯＮ設定、反対の電位側をＯＦＦ設定とし、開放故障なら同電位側をＯＦＦ設定、反対の電位側をＯＮ設定とすることで電圧指令を確定する。目標電流算出器３１および電圧指令演算器３２の計算は、故障側でないインバータのみについて算出すればよい。

以下では、第１の巻線駆動系のＷ１相の高電位側が短絡故障した場合を例として、この実施の形態の動作を説明する。前記実施の形態１と同様に、図３に示す制御の動作フローチャートに従い、第１インバータ２１の短絡故障が発生した高電位側のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＮ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＦＦ設定することにより、回転角度によるブレーキトルクの変動を抑制する。電圧指令出力器３３により、電圧指令ＴＵＰ１、ＴＵＮ１、ＴＶＰ１、ＴＶＮ１、ＴＷＰ１、ＴＷＮ１を、第１スイッチング素子駆動回路２４に対して出力する。

このとき、第１巻線組１５および第１インバータ２１では、図１１の点線(細かい破線)で示すような交流回転機回転速度に応じたブレーキトルクが発生する。図１１は、交流回転機回転速度信号ωに対する電流(トルク)について示したものである。正常側インバータで故障有無に関係なく同じ制御を実施すると、これに応じて変化するブレーキトルクの影響で、前記実施の形態１のように正常側と故障側から得られる合計トルクが交流回転機回転速度に応じて変化する(図６の実線)。そこで、図１１の破線(粗い破線)で示すような出力トルクを正常側で出力することにより、図１１の実線で示すような合計トルクを出力することができる。前述の通りトルクはｑ軸電流に比例するため、図１１の実線はｑ軸電流の目標値とみなすことができる。

図１０はこの実施の形態５における図９に示す目標電流算出器３１の内部構成の一例である。目標電流算出器３１において、通常目標電流演算部９９は、通常時の目標ｑ軸電流を出力する。交流回転機回転速度検出手段２７により算出された交流回転機回転速度信号ωから、変換テーブル１０１により目標ｑ軸補正電流を算出する。変換テーブル１０１として、例えば図１１の破線(粗い破線)のような特性で与えても良い。なお変換テーブル１０１は、例えばメモリ(図示省略)等に予め格納された変換テーブルに従って交流回転機回転速度を目標ｑ軸補正電流値に変換する変換部、又は予め設置された変換式に従って演算により求める変換部からなる。そして加算器１０２により、通常時の目標ｑ軸電流に目標ｑ軸補正電流を加算して、故障時の目標ｑ軸電流を算出する。

目標電流選択演算部９８は、故障時の目標ｑ軸電流または通常時の目標ｑ軸電流を故障検知手段２８からの故障状態に応じて出力する。この実施の形態５では、第１の巻線駆動系が故障のため、目標電流選択演算部９８は第１インバータ２１の目標ｑ軸電流として故障時の目標ｑ軸電流を選択する。第２の巻線駆動系は正常なため、目標電流選択演算部９８は第２インバータ２２の目標ｑ軸電流として通常目標電流演算部９９からの通常時の目標ｑ軸電流を選択する。

目標電流算出器３１により算出された目標ｑ軸電流ｉ_ｑ＊と相電流検出値Ｉ２ｄｔｃを入力として与えることにより、電圧指令演算器３２にて電圧指令を算出する。算出した電圧指令に基づき、電圧指令ＴＵＰ２、ＴＵＮ２、ＴＶＰ２、ＴＶＮ２、ＴＷＰ２、ＴＷＮ２を、電圧指令出力器３３により、第２スイッチング素子駆動回路２５に対して出力する。

このようにして、故障検知手段２８が故障を検知した場合に、図１０に示す構成の目標電流算出器３１により、交流回転機回転速度検出手段２７により得られた交流回転機回転速度信号ωに応じて故障した側を除く正常側のインバータの電流を補正して制御することができる。

なお、図１１では合計トルクが１となるように制御した例を示したが、図１２に記載したように、正常側インバータおよび巻線組で出力できる範囲のトルクであれば他の目標値でも構わない。

この実施の形態５では短絡故障の場合について説明したが、開放故障の場合についても故障検知手段２８が検知した故障に応じて、電流制御手段２３が故障側インバータの各相の同電位側をＯＦＦ設定、反対の電位側をＯＮ設定とするとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続することで、一定ブレーキトルクとすることができることは実施の形態３または実施の形態４で述べた通りであり、同様の制御の実施により、複雑な制御を実施せずに回転角度に関係なく、リプルのない出力トルクにすることができるとった効果を得ることができる。

実施の形態６．
上記の実施の形態１〜５では故障側インバータのブレーキトルクに逆らって正常側のインバータが交流回転機５を回転させることになるため、回転の変化に伴い発熱量も変化する。交流回転機回転速度信号ωに応じて交流回転機５の出力トルクを下げることにより回転上昇を抑えて発熱量による温度上昇を低減することができる。

この発明の実施の形態６による交流回転機の制御装置の全体構成は図１のものと同様であり、電流制御手段の構成は図９のものと同様である。以下では、第１の巻線駆動系のＷ１相の高電位側が短絡故障した場合を例として、この実施の形態６の動作を説明する。

上述の実施の形態１のように、図３に示す制御の動作フローチャートに従い、第１インバータ２１の短絡故障が発生した高電位側のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＮ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＦＦ設定することにより、回転角度によるブレーキトルクの変動を抑制する。図９の電圧指令出力器３３により、電圧指令ＴＵＰ１、ＴＵＮ１、ＴＶＰ１、ＴＶＮ１、ＴＷＰ１、ＴＷＮ１を、第１スイッチング素子駆動回路２４に対して出力する。

このとき、第１巻線組１５および第１インバータ２１では、図１１の点線(細かい破線)で示すような交流回転機回転速度に応じたブレーキトルクが発生する。正常側インバータで故障有無に関係なく同じ制御を実施すると、交流回転機回転速度に応じて変化するブレーキトルクの影響で、上述の実施の形態１のように正常側と故障側から得られる合計トルクが交流回転機回転速度に応じて変化する(図６の実線)。そこで、図１１の破線(粗い破線)で示すような出力トルクを正常側で出力することにより、図１１の実線で示すような合計トルクを出力することができる。上述の通りトルクはｑ軸電流に比例するため、図１１の実線はｑ軸電流の目標値とみなすことができる。

図１３はこの実施の形態６における目標電流算出器３１ａの内部構成の一例である。目標電流算出器３１ａにおいて、通常目標電流演算部９９は、通常時の目標ｑ軸電流を出力する。変換テーブル１１１により、交流回転機回転速度検出手段２７により算出された交流回転機回転速度信号ωから目標ｑ軸補正電流を算出する。変換テーブル１１１として、例えば図１１の破線(粗い破線)のような特性で与えてもよい。加算器１１２により、通常時の目標ｑ軸電流に目標ｑ軸補正電流を加算して、制限前目標ｑ軸電流を算出する。

一方、変換テーブル１１３により、交流回転機回転速度検出手段２７により算出された交流回転機回転速度信号ωからｑ軸電流制限値を算出する。摩擦による損失パワーは摩擦トルクと交流回転機回転速度の積で表され、摩擦による損失パワーが熱に変わると考えることができる。交流回転機回転速度ごとに許容できる発熱量＝損失パワーは異なる。許容損失パワーを交流回転機回転速度で割ることで許容摩擦トルクが決定する。この許容摩擦トルクに従って目標電流制限値を定めたものを変換テーブル１１３として準備すればよい。なお、変換テーブル(変換部)１１１，１１３等の具体的な構成方法は、例えば図１０のテーブル１０１で説明したものと同様である(以下の各変換テーブルの具体的な構成方法も同様)。

加算器１１２により算出した制限前目標ｑ軸電流と、変換テーブル１１３により算出したｑ軸電流制限値から、最小値選択部(ＭＩＮ)１１４により故障時の目標ｑ軸電流を算出する。目標電流選択演算部９８は、故障時の目標ｑ軸電流または通常時の目標ｑ軸電流を故障状態に応じて出力する。この実施の形態６では、第１の巻線駆動系が故障のため、目標電流選択演算部９８は第１インバータ２１の目標ｑ軸電流として故障時の目標ｑ軸電流を選択する。第２の巻線駆動系は正常なため、目標電流選択演算部９８は第２インバータ２２の目標ｑ軸電流として通常時の目標ｑ軸電流を選択する。

図９の電流制御手段２３ａにおいて、目標電流算出器３１ａにより算出された目標ｑ軸電流ｉ_ｑ＊と相電流検出値Ｉ２ｄｔｃを入力として与えることにより、電圧指令演算器３２にて電圧指令を算出する。算出した電圧指令に基づき、電圧指令ＴＵＰ２、ＴＵＮ２、ＴＶＰ２、ＴＶＮ２、ＴＷＰ２、ＴＷＮ２を、電圧指令出力器３３により、第２スイッチング素子駆動回路２５に対して出力する。

このようにして、故障検知手段２８が故障を検知した場合に、図１３に示す構成の目標電流算出器３１ａを設けることにより、交流回転機回転速度検出手段２７により得られた交流回転機回転速度信号ωに応じて故障した側を除く正常側のインバータの電流を減少させて制御することができる。

この実施の形態６では、変換テーブル１１１と変換テーブル１１３の２つを使用したが、同じ入力信号に基づく変換テーブルであるから、１つにまとめてもよい。また、交流回転機回転速度信号ωそのものを入力として変換テーブル１１３を用いたが、交流回転機回転速度信号ωから摩擦トルクや損失パワーを算出し、それに応じて電流制限値を決定してもよい。

実施の形態７．
上述の実施の形態６では、交流回転機回転速度信号ωにより電流制限値を算出したが、継続時間も考慮して、所定の時間内の交流回転機回転速度積算値により電流制限値を算出してもよい。

この発明の実施の形態７による交流回転機の制御装置の全体構成は図１のものと同様であり、電流制御手段の構成は図９のものと同様である。以下では、実施の形態６と同様に第１の巻線駆動系のＷ１相の高電位側が短絡故障した場合を例として、この実施の形態７の動作を説明する。

上述の実施の形態１のように、図３に示す制御の動作フローチャートに従い、第１インバータ２１の短絡故障が発生した高電位側のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＮ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＦＦ設定することにより、回転角度によるブレーキトルクの変動を抑制する。図９の電圧指令出力器３３により、電圧指令ＴＵＰ１、ＴＵＮ１、ＴＶＰ１、ＴＶＮ１、ＴＷＰ１、ＴＷＮ１を、第１スイッチング素子駆動回路２４に対して出力する。

図１４はこの実施の形態７における目標電流算出器３１ｂの内部構成の一例である。目標電流算出器３１ｂにおいて、通常目標電流演算部９９は、通常時の目標ｑ軸電流を出力する。変換テーブル１２１により、交流回転機回転速度検出手段２７により算出された交流回転機回転速度信号ωから目標ｑ軸補正電流を算出する。変換テーブル１２１として、例えば図１１の破線(粗い破線)のような特性で与えてもよい。加算器１２２により、通常時の目標ｑ軸電流に目標ｑ軸補正電流を加算して、制限前目標ｑ軸電流を算出する。

一方、ｑ軸電流制限値は以下のように算出する。まず、所定の時間内の交流回転機回転速度積算値を積算処理部１２３により算出する。例えば、積算処理部１２３の伝達関数は

で与えられる。ここでｚ^−１は前回値を表し、ｎは何回分の交流回転機回転速度信号ωを積算するかを表す。ｎにより積算時間を定義する。

積算処理部１２３により算出した交流回転機回転速度積算値から変換テーブル１２４によりｑ軸電流制限値を算出する。ここでは、交流回転機回転速度に対する摩擦トルクの変化を微小なものとし、摩擦による損失エネルギーが交流回転機回転速度に比例すると考え、交流回転機回転速度積算値を用いた変換テーブル１２４で用いたが、交流回転機回転速度信号ωから摩擦トルクを算出して摩擦トルクの積算値による変換テーブルとしてもよい。摩擦トルクと交流回転機回転速度信号ωから得られる摩擦による損失パワーの積算値による変換テーブルとしてもよい。

加算器１２２により算出した制限前目標ｑ軸電流と、変換テーブル１２４により算出したｑ軸電流制限値から、最小値選択部(ＭＩＮ)１２５により故障時の目標ｑ軸電流を算出する。目標電流選択演算部９８は、故障時の目標ｑ軸電流または通常時の目標ｑ軸電流を故障状態に応じて出力する。この実施の形態７では、第１の巻線駆動系が故障のため、目標電流選択演算部９８は第１インバータ２１の目標ｑ軸電流として故障時の目標ｑ軸電流を選択する。第２の巻線駆動系は正常なため、目標電流選択演算部９８は第２インバータ２２の目標ｑ軸電流として通常時の目標ｑ軸電流を選択する。

図９の電流制御手段２３ａにおいて、目標電流算出器３１ｂにより算出された目標ｑ軸電流ｉ_ｑ＊と相電流検出値Ｉ２ｄｔｃを入力として与えることにより、電圧指令演算器３２にて電圧指令を算出する。算出した電圧指令に基づき、電圧指令ＴＵＰ２、ＴＵＮ２、ＴＶＰ２、ＴＶＮ２、ＴＷＰ２、ＴＷＮ２を、電圧指令出力器３３により、第２スイッチング素子駆動回路２５に対して出力する。

このようにして、故障検知手段２８が故障を検知した場合に、図１４に示す構成の目標電流算出器３１ｂを設けることにより、交流回転機回転速度検出手段２７により得られた交流回転機回転速度信号ωが発生している時間に応じて故障した側を除く正常側のインバータの電流を減少させて制御することができる。

また、ここで使用した積算処理部１２３および変換テーブル１２４の代わりに、図１５で示すような重み付けしたデータを用いて電流制限値を算出してもよい。この場合に、交流回転機回転速度に対する摩擦トルクの特性を考慮して、交流回転機回転速度ωに対する重み付けした変換テーブル(変換部)１３１を設け、交流回転機回転速度ωを変換テーブル１３１により重み値に変換する。そして所定の時間内の重みデータを積算処理部１３２にて積算する。重み積算値により変換テーブル１３３からｑ軸電流制限値を算出する。なお、この実施の形態７では、変換テーブルを使用して目標ｑ軸電流またはｑ軸電流制限値を算出したが、同様の効果の得られる方法であれば変換テーブルを使用しなくてもよい。

実施の形態８．
故障側で発生するブレーキトルクは、故障側インバータの電流に応じて決定するため、故障側インバータの電流に応じて回転上昇を抑えれば発熱量を低減することができる。

この発明の実施の形態８による交流回転機の制御装置の全体構成は図１のものと同様であり、電流制御手段の構成は図９のものと同様である。以下では、第１の巻線駆動系のＷ１相の高電位側が短絡故障した場合を例として、この実施の形態８の動作を説明する。

上述の実施の形態１のように、図３に示す制御の動作フローチャートに従い、第１インバータ２１の短絡故障が発生した高電位側のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＮ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＦＦ設定することにより、回転角度によるブレーキトルクの変動を抑制する。図９の電圧指令出力器３３により、電圧指令ＴＵＰ１、ＴＵＮ１、ＴＶＰ１、ＴＶＮ１、ＴＷＰ１、ＴＷＮ１を、第１スイッチング素子駆動回路２４に対して出力する。

図１６はこの実施の形態８における目標電流算出器３１ｃの内部構成の一例である。目標電流算出器３１ｃにおいて、通常目標電流演算部９９は、通常時の目標ｑ軸電流を出力する。変換テーブル１４１により、交流回転機回転速度検出手段２７により算出された交流回転機回転速度信号ωから目標ｑ軸補正電流を算出する。変換テーブル１４１として、例えば図１１の破線(粗い破線)のような特性で与えてもよい。加算器１４２により、通常時の目標ｑ軸電流に目標ｑ軸補正電流を加算して、制限前目標ｑ軸電流を算出する。

一方、ｑ軸電流制限値は以下のように算出する。故障側電流は、図１１のように交流回転機回転速度信号ωに応じて変化するため、交流回転機回転速度ωから変換テーブル１４３により故障側電流を算出する。変換テーブル１４３により得られた故障側電流から変換テーブル１４４によりｑ軸電流制限値を算出する。そして加算器１４２により算出した制限前目標ｑ軸電流と、変換テーブル１４４により算出したｑ軸電流制限値から、最小値選択部(ＭＩＮ)１４５により故障時の目標ｑ軸電流が算出する。

目標電流選択演算部９８は、故障時の目標ｑ軸電流または通常時の目標ｑ軸電流を故障状態に応じて出力する。この実施の形態８では、第１の巻線駆動系が故障のため、目標電流選択演算部９８は第１インバータ２１の目標ｑ軸電流として故障時の目標ｑ軸電流を選択する。第２の巻線駆動系は正常なため、目標電流選択演算部９８は第２インバータ２２の目標ｑ軸電流として通常時の目標ｑ軸電流を選択する。

図９の電流制御手段２３ａにおいて、目標電流算出器３１ｃにより算出された目標ｑ軸電流ｉ_ｑ＊と相電流検出値Ｉ２ｄｔｃを入力として与えることにより、電圧指令演算器３２にて電圧指令を算出する。算出した電圧指令に基づき、電圧指令ＴＵＰ２、ＴＵＮ２、ＴＶＰ２、ＴＶＮ２、ＴＷＰ２、ＴＷＮ２を、電圧指令出力器３３により、第２スイッチング素子駆動回路２５に対して出力する。

このようにして、故障検知手段２８が故障を検知した場合に、図１６に示す構成の目標電流算出器３１ｃを設けることにより、故障側インバータの電流に応じて故障した側を除く正常側のインバータの電流を減少させて制御することができる。

またこの実施の形態８では、故障側電流を変換テーブル１４３により算出したが、相電流検出値Ｉ１ｄｔｃをｄｑ変換して故障側電流を算出してもよい。

またこの実施の形態８では、ｑ軸電流制限値を変換テーブル１４４で故障側インバータの電流の大きさに応じて算出したが、故障側インバータの電流の変化量、故障側インバータの電流の振幅、所定の時間内の故障側インバータの電流最小値などの変換テーブルを用いて算出してもよい。

またこの実施の形態８では、変換テーブルを使用して目標ｑ軸電流、ｑ軸電流制限値を算出したが、同様の効果の得られる方法であれば変換テーブルを使用しなくてもよい。

実施の形態９．
上述の実施の形態８では、故障側インバータの電流により電流制限値を算出したが、継続時間も考慮して、所定の時間内の故障側インバータの電流積算値により電流制限値を算出してもよい。

この発明の実施の形態９による交流回転機の制御装置の全体構成は図１のものと同様であり、電流制御手段の構成は図９のものと同様である。以下では、実施の形態８と同様に第１の巻線駆動系のＷ１相の高電位側が短絡故障した場合を例として、この実施の形態９の動作を説明する。

上述の実施の形態１のように、図３に示す制御の動作フローチャートに従い、第１インバータ２１の短絡故障が発生した高電位側のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＮ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＦＦ設定することにより、回転角度によるブレーキトルクの変動を抑制する。図９の電圧指令出力器３３により、電圧指令ＴＵＰ１、ＴＵＮ１、ＴＶＰ１、ＴＶＮ１、ＴＷＰ１、ＴＷＮ１を、第１スイッチング素子駆動回路２４に対して出力する。

図１７はこの実施の形態９における目標電流算出器３１ｄの内部構成の一例である。目標電流算出器３１ｄでは、変換テーブル１５１により、交流回転機回転速度検出手段２７により算出された交流回転機回転速度信号ωから目標ｑ補正軸電流を算出する。変換テーブル１５１として、例えば図１１の破線(粗い破線)のような特性で与えてもよい。加算器１５２により、通常時の目標ｑ軸電流に目標ｑ軸補正電流を加算して、制限前目標ｑ軸電流を算出する。

一方、ｑ軸電流制限値は以下のように算出する。故障側電流は、図１１のように交流回転機回転速度信号ωに応じて変化するため、交流回転機回転速度ωから変換テーブル１５３により故障側電流を算出する。そしてに所定の時間内の交流回転機回転速度積算値である故障側電流積算値を積算処理部１５４により算出する。例えば、積算処理部１５４の伝達関数は

で与えられる。ここでＺ^−ｎは前回値を表し、ｎは何回分の交流回転機回転速度信号ωを積算するかを表す。ｎにより積算時間を定義する。

積算処理部１５４により得られた故障側電流積算値から変換テーブル１５５によりｑ軸電流制限値を算出する。そして加算器１５２により算出した制限前目標ｑ軸電流と、変換テーブル１５５により算出したｑ軸電流制限値から最小値選択部(ＭＩＮ)１５６により故障時の目標ｑ軸電流が算出する。

目標電流選択演算部９８は、故障時の目標ｑ軸電流または通常時の目標ｑ軸電流を故障状態に応じて出力する。この実施の形態９では、第１の巻線駆動系が故障のため、目標電流選択演算部９８は第１インバータ２１の目標ｑ軸電流として故障時の目標ｑ軸電流を選択する。第２の巻線駆動系は正常なため、目標電流選択演算部９８は第２インバータ２２の目標ｑ軸電流として通常時の目標ｑ軸電流を選択する。

図９の電流制御手段２３ａにおいて、目標電流算出器３１ｄにより算出された目標ｑ軸電流ｉ_ｑ＊と相電流検出値Ｉ２ｄｔｃを入力として与えることにより、電圧指令演算器３２にて電圧指令を算出する。算出した電圧指令に基づき、電圧指令ＴＵＰ２、ＴＵＮ２、ＴＶＰ２、ＴＶＮ２、ＴＷＰ２、ＴＷＮ２を、電圧指令出力器３３により、第２スイッチング素子駆動回路２５に対して出力する。

このようにして、故障検知手段２８が故障を検知した場合に、図１７に示す構成の目標電流算出器３１ｄを設けることにより、故障側インバータに電流が発生する時間に応じて、故障した側を除く正常側のインバータの電流を減少させて制御することができる。

またこの実施の形態９では、故障側電流を変換テーブル１５３により算出したが、相電流検出値Ｉ１ｄｔｃをｄｑ変換して故障側電流を算出してもよい。

またこの実施の形態９では、変換テーブルを使用して目標ｑ軸電流、ｑ軸電流制限値を算出したが、同様の効果の得られる方法であれば変換テーブルを使用しなくてもよい。

実施の形態１０．
以上の各実施の形態では交流回転機の制御装置について説明したが、該交流回転機の制御装置によって操舵トルクを補助するトルクを発生させるようにして電動パワーステアリングの制御装置を構成するようにしてもよい。

この発明の実施の形態１０における電動パワーステアリング装置の全体構成の一例を図１８に示す。図１８はコラム式電動パワーステアリング装置の一例である。運転者は、ハンドル４０を左右に回転させて前輪４１の操舵を行う。トルク検出手段４２はステアリング系の操舵トルクを検出してトルク検出値を交流回転機の制御装置１０に出力する。ステアリング系の操舵トルクを補助するトルクを交流回転機５が発生するように、交流回転機の制御装置１０の電流制御手段２３(図１、図９等参照)により交流回転機５への出力を決定する。交流回転機５により発生したトルクはギヤ４４を介してインターミーディエイトシャフト４３に伝達し、運転者がハンドル４０を操舵することで入力された操舵トルクに加算される。この合計トルクはピニオンギア４５を介してラック４６に伝達し、さらにラック４６と接続したタイロッド４７を経由して前輪４１まで伝達する。

前輪４１を操舵するためには、前輪分担荷重に対して生じる路面とタイヤの摩擦力と同等の力が必要となる。例えば、車両総重量が１２００[ｋｇ]で前後輪の荷重配分が６：４の車両で、路面摩擦係数が０．７、ハンドル４０の直径が３６０[ｍｍ]、ピニオンギア４５のピッチ円半径が６[ｍｍ]の場合について考える。タイロッド４７に伝達された力から前輪４１を操舵する力に変換する場合には、キングピン軸周りのトルクを考える必要があるがここでは簡略化のため１：１で変換されるものとする。前輪４１を操舵するために必要な力は、１２００[ｋｇ]×０．６×９．８[ｍ／ｓ／ｓ]×０．７＝４９３９．２[Ｎ]となる。ピニオンギア４５での必要トルクは４９３９．２[Ｎ]×６[ｍｍ]＝２９．６[Ｎｍ]となる。従って、電動パワーステアリングによる補助が無い場合には、運転者がハンドル４０を操舵するのに必要な力は、２９．６[Ｎｍ]／３６０[ｍｍ]×２／９．８＝１６．８[ｋｇ]となる。

交流回転機５の出力トルクが２[Ｎｍ]、ギヤ４４の伝達比が１０とした場合には、運転者がハンドル４０を操舵するのに必要な力は、(２９．６[Ｎｍ]−２[Ｎｍ]×１０)／３６０[ｍｍ]×２／９．８＝５．４[ｋｇ]となる。従って、この場合には運転者がハンドル４０を操舵するのに必要なトルクが、電動パワーステアリングの補助によって約１／３になっており、老若男女様々な運転者が操舵可能な車両には電動パワーステアリングによる操舵トルクの補助が有効である。一方で車両運転中に操舵トルクの補助が全く無くなると、自由に操舵できない運転者もいるため大変危険である。

以下では、実施の形態５と同様に、図９に示す目標電流算出器３１が図１０で示す目標電流算出器３１であるときに第１の巻線駆動系のＷ１相の高電位側が短絡故障した場合を例として、この実施の形態の動作を説明する。

前記実施の形態１のように、図３に示す制御の動作フローチャートに従い、第１インバータ２１の短絡故障が発生した高電位側のスイッチング素子ＵＰ１、ＶＰ１、ＷＰ１を全てＯＮ設定、それ以外のスイッチング素子ＵＮ１、ＶＮ１、ＷＮ１を全てＯＦＦ設定することにより、回転角度によるブレーキトルクの変動を抑制する。電圧指令出力器３３により、電圧指令ＴＵＰ１、ＴＵＮ１、ＴＶＰ１、ＴＶＮ１、ＴＷＰ１、ＴＷＮ１を、第１スイッチング素子駆動回路２４に対して出力する。

交流回転機回転速度検出手段２７により算出された交流回転機回転速度信号ωから変換テーブル１０１により目標ｑ軸補正電流を算出する。変換テーブル１０１の一例としては、図１１の破線(粗い破線)のような特性が考えられる。

目標電流算出器３１により算出された目標ｑ軸電流ｉ_ｑ＊と相電流検出値Ｉ２ｄｔｃを入力として与えることにより、電圧指令演算器３２にて電圧指令を算出する。算出した電圧指令に基づき、電圧指令ＴＵＰ２、ＴＵＮ２、ＴＶＰ２、ＴＶＮ２、ＴＷＰ２、ＴＷＮ２を、電圧指令出力器３３により、第２スイッチング素子駆動回路２５に対して出力する。

このようにして、故障検知手段２８が故障を検知した場合に、図９に示す構成の電流制御手段２３ａを設けることにより、交流回転機回転速度検出手段２７により得られた交流回転機回転速度信号ωに応じて故障した側を除く正常側のインバータの電流を補正して制御することができる。

複数のインバータを持つことにより、一方が故障した場合にも他の正常なインバータにより操舵補助トルクを発生することができるため、操舵補助トルクが全く無くなるという危険な状態を回避することができる。

この実施の形態１０では、実施の形態５で使用した図１０の目標電流検出器を使用して説明したが、他の実施の形態で使用した目標電流検出器３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを用いても同様の効果が得られる。

なお、この実施の形態１０ではコラム式電動パワーステアリングについて説明したが、ラック式またはピニオン式などの電動パワーステアリングでも同様の効果が得られる。

なお、この発明は上記各実施の形態にそれぞれ限定されるものではなく、各実施の形態の可能の組み合わせを全て含むことは云うまでもない。

４ 電源、５ 交流回転機、６ 交流回転機回転角度センサ、１０ 交流回転機の制御装置、１５ 第１巻線組、１６ 第２巻線組、２１ 第１インバータ、２２ 第２インバータ、２３，２３ａ 電流制御手段、２４ 第１スイッチング素子駆動回路、２５ 第２スイッチング素子駆動回路、２６ 交流回転機回転角度検出手段、２７ 交流回転機回転速度検出手段、２８ 故障検知手段、３１−３１ｄ 目標電流算出器、３２ 電圧指令演算器、３３ 電圧指令出力器、４０ ハンドル、４１ 前輪、４２ トルク検出手段、４３ インターミーディエイトシャフト、４４ ギヤ、４５ ピニオンギア、４６ ラック、４７ タイロッド、９８ 目標電流選択演算部、９９ 通常目標電流演算部、１０１，１１１，１１３，１２１，１２４，１３１，１３３，１４１，１４３，１４４，１５１，１５３，１５５ 変換テーブル(変換部)、１０２，１１２，１２２，１４２，１５２ 加算器、１２３，１３２，１５４ 積算処理部、ＣＴ１１−ＣＴ３２ 電流検出回路、ＵＰ１，ＵＮ１，ＶＰ１，ＶＮ１，ＷＰ１，ＷＮ１，ＵＰ２，ＵＮ２，ＶＰ２，ＶＮ２，ＷＰ２，ＷＮ２ スイッチング素子。

Claims (11)

1. 複数組の巻線を備えた交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
   前記巻線の各相に印加する電圧を制御するスイッチング素子を各相に有する複数のインバータと、
   前記各インバータに前記電圧に対応する電圧指令を与え、巻線に流す電流を制御する電流制御手段と、
   前記各スイッチング素子の短絡および開放の少なくとも一方の故障を検知する故障検知手段と、
   を備え、
   前記電流制御手段は、前記故障検知手段が検知した故障に応じて、故障側インバータの各相の同電位側を故障と同じ状態に設定するとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続する、
   ことを特徴とする交流回転機の制御装置。
2. 前記電流制御手段は、前記故障検知手段が短絡故障を検知した場合に、故障側インバータの故障した相の故障した電位側と同じ電位側を各相でＯＮ設定、反対の電位側を各相ともＯＦＦ設定とするとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続することを特徴とする請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
3. 前記電流制御手段は、前記故障検知手段が開放故障を検知した場合に、故障側インバータの故障した相の故障した電位側と同じ電位側を各相でＯＦＦ設定、反対の電位側を各相ともＯＮ設定とするとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続することを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の制御装置。
4. 前記交流回転機の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
   前記故障検知手段が故障を検知した場合、前記電流制御手段は、前記交流回転機の検出された回転速度に応じて故障した側を除く正常側のインバータの電流を補正して制御することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
5. 前記電流制御手段は、前記交流回転機の回転速度の大きさに応じて故障した側を除く正常側のインバータの電流を減少させることを特徴とする請求項４に記載の交流回転機の制御装置。
6. 前記電流制御手段は、前記交流回転機の回転速度が発生している時間に応じて、故障した側を除く正常側のインバータの電流を減少させることを特徴とする請求項４または５に記載の交流回転機の制御装置。
7. 前記電流制御手段は、前記各インバータの電流を検出し、故障側インバータの電流に応じて、故障した側を除く正常側のインバータの電流を減少させることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
8. 前記電流制御手段は、前記各インバータの電流を検出し、故障側インバータの電流の大きさに応じて、故障した側を除く正常側のインバータの電流を減少させることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置。
9. 前記電流制御手段は、前記各インバータの電流を検出し、故障側インバータに電流が発生する時間に応じて、故障した側を除く正常側のインバータの電流を減少させることを特徴とする請求項７または８に記載の交流回転機の制御装置。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の交流回転機の制御装置で制御される交流回転機を備え、前記交流回転機で操舵補助トルクを発生する電動パワーステアリング装置。
11. 複数組の巻線と、前記巻線の各相に印加する電圧を制御するスイッチング素子を各相に有する複数のインバータと、前記各インバータに前記電圧に対応する電圧指令を与え、巻線に流す電流を制御する電流制御手段と、を備えた交流回転機において、
    前記各スイッチング素子の短絡および開放の少なくとも一方の故障を検知し、検知した故障に応じて、故障側インバータの各相の同電位側を故障と同じ状態に設定するとともに、故障した側を除く正常側のインバータの制御を継続することを特徴とする交流回転機の制御方法。

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