JP2023132330A - 電力変換装置および駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子故障後であっても、トルク変動を抑えつつ、モータ駆動を継続する。【解決手段】電力変換回路３０において、遮断器７０は、各相の出力線上に設けられて交流電流を導通または遮断する。パワー半導体故障箇所判定部１８は、スイッチング素子の故障箇所を判定する。遮断器制御部１７は、パワー半導体故障箇所判定部１８により故障箇所と判定されたスイッチング素子に対応する相を故障相として、電気角の１周期のうち所定の特定電気角において故障相の交流電流が導通され、特定電気角を除く他の電気角において故障相の交流電流が遮断されるように、故障相の遮断器７０を制御する。故障時電流制御部１５は、故障箇所と判定されたスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子の駆動を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は電力変換装置および駆動装置に関する。

インバータを構成するスイッチング素子が短絡故障すると、故障した相の電流が制御できなくなり、モータ出力トルクが過大になったり、モータの巻線焼損を招くおそれがある。そのため、短絡故障時に故障した相の電流を遮断器などを用いて遮断する技術が知られている。

特許文献１には、スイッチング素子やモータが故障した場合に故障相の遮断器をオフにし、正常な２相のスイッチング素子を駆動させてモータ駆動を継続する電動パワーステアリング装置の発明が記載されている。

特開２００９－６９６３号公報

特許文献１に記載された電動パワーステアリング装置では、電気角１周期中に２ヶ所の電気角で出力トルクが０[Nm]まで低下するため、正常時と比べて平均出力トルクが低下する。平均出力トルクを上昇させるためには、正常な２相のトルクを上昇させる必要があるが、これを行うとトルク変動が大きくなるという課題がある。

本発明による電力変換装置は、スイッチング素子を直列に接続した上下アーム回路が少なくとも３相分並列接続され、各相の前記スイッチング素子により生成される交流電流を出力線を介してモータに出力する電力変換回路と、各相の前記出力線上に設けられて前記交流電流を導通または遮断する遮断器と、前記スイッチング素子の故障箇所を判定する第１の故障箇所判定部と、前記第１の故障箇所判定部により前記故障箇所と判定されたスイッチング素子に対応する相を故障相として、電気角の１周期のうち所定の特定電気角において前記故障相の前記交流電流が導通され、前記特定電気角を除く他の電気角において前記故障相の前記交流電流が遮断されるように、前記故障相の前記遮断器を制御する遮断器制御部と、前記故障箇所と判定されたスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子の駆動を制御する故障時電流制御部と、を備える。
本発明による駆動装置は、３相交流電流を出力する電力変換装置と、前記３相交流電流により駆動するモータと、を備えたものであって、前記電力変換装置は、スイッチング素子を直列に接続した上下アーム回路が３相分並列接続され、各相の前記スイッチング素子により生成される交流電流を出力線を介して前記モータに出力する電力変換回路と、各相の前記出力線上に設けられて前記交流電流を導通または遮断する遮断器と、前記スイッチング素子の故障箇所を判定する第１の故障箇所判定部と、前記第１の故障箇所判定部により前記故障箇所と判定されたスイッチング素子に対応する相を故障相として、電気角の１周期のうち所定の特定電気角において前記故障相の前記交流電流が導通され、前記特定電気角を除く他の電気角において前記故障相の前記交流電流が遮断されるように、前記故障相の前記遮断器を制御する遮断器制御部と、前記故障箇所と判定されたスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子の駆動を制御する故障時電流制御部と、を備える。

スイッチング素子故障後であっても、トルク変動を抑えつつ、モータ駆動を継続することができる。

駆動装置が搭載された車両の例 本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置および駆動装置の構成例 電力変換回路およびモータの構成例 半導体スイッチを用いた遮断器の構成例 本発明の第１の実施形態における状態判定部の内部状態判定の例 故障相の遮断器を導通状態とする特定電気角の例 本発明の第１の実施形態における制御フローチャートの例 本発明の第１の実施形態における１相故障時の出力トルク例 本発明の第２の実施形態における遮断器の切り替えタイミングの説明図 本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置および駆動装置の構成例 本発明の第３の実施形態における遮断器の切り替えタイミングの説明図 本発明の第３の実施形態における制御フローチャートの例 本発明の第４の実施形態における遮断器の切り替えタイミングの説明図 本発明の第４の実施形態における制御フローチャートの例 本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置および駆動装置の構成例 本発明の第５の実施形態における状態判定部の内部状態判定の例 本発明の第５の実施形態における遮断器診断のフローチャートの例 本発明の第５の実施形態における制御フローチャートの例

図１は、本発明の駆動装置が搭載された車両の例を表した図である。図１に示す車両１は、駆動輪２および非駆動輪３を備えるとともに、駆動装置２００を搭載している。この駆動装置２００は、両端に駆動輪２が取り付けられた車軸４に接続され、内部に電力変換装置１００とモータ１９０（図２参照）を有する。そして、運転者のアクセルペダルへの操作に応じて、電力変換装置１００とモータ１９０を制御して駆動力を発生させ、その駆動力を車軸４へと伝える。これにより、駆動輪２を駆動させて車両１を走行させる。また、駆動装置内に減速機を配置し、モータ１９０の駆動力を減速機を介して車軸４へと伝えるようにしてもよい。

なお、図１では車両１の前輪を駆動輪２、後輪を非駆動輪３とし、前輪側の車軸４に駆動装置２００を接続しているが、後輪を駆動輪として後輪側の車軸に駆動装置２００を接続してもよい。また、前後輪を全て駆動輪としてそれぞれの車軸に駆動装置２００を接続してもよいし、車軸ではなく左右の駆動輪にそれぞれ独立した駆動装置２００を設置して接続してもよい。

続いて、電力変換装置１００および駆動装置２００の各実施形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置１００および駆動装置２００の構成例を表した図である。本実施例では、パワー半導体が故障した際に、トルク変動を維持したままで平均出力トルクを向上し、車両を発進しやすくする電力変換装置および駆動装置の例を示す。

駆動装置２００は、電力変換装置１００とモータ１９０とを有する。モータ１９０は、内部に３個の巻き線を有した３相交流電動機であり、例えば永久磁石を用いた同期モータや、永久磁石を用いない誘導モータが該当する。また、このモータ１９０には、モータの電気角度を測定するための角度センサ（図示せず）が搭載されており、この角度センサは測定した電気角度を角度センサ値θとして電力変換装置１００に出力する。

駆動装置２００の周辺には、電子制御装置２３０、直流電源２１０、故障通知装置２２０がある。電子制御装置２３０は、駆動装置２００に対して目標トルクＴ＊などの情報を送信する。直流電源２１０はモータ１９０を駆動させるための電源であり、例えばバッテリなどが該当する。故障通知装置２２０は、駆動装置２００からの故障通知信号を受け付け、搭乗者に対して故障の発生を通知する。故障の通知方法としては、例えば、ランプを点灯させる、警告音を発生させる、音声で通知するなどの方法が挙げられる。

電力変換装置１００は、直流電源２１０から得られる直流電力を交流電力に変換してモータ１９０を駆動する。また、電力変換装置１００は、モータ１９０の動力を直流電力に変換して直流電源２１０を充電する機能も有する。電力変換装置１００は、内部に制御回路１０、ドライバ回路２０、電力変換回路３０、電圧センサ４０、交流電流センサ５０、遮断器駆動回路６０、遮断器７０を有する。電力変換回路３０は、ドライバ回路２０からの駆動信号２０ａを受けて内部のパワー半導体を駆動し、モータ１９０に流れる電流を制御する。遮断器駆動回路６０は、遮断器７０を駆動させ、電力変換回路３０とモータ１９０の接続を遮断する。図３を用いて電力変換回路３０の内部構成を先に説明し、制御回路１０の内部構成やその他構成は後述する。

図３は、電力変換回路３０およびモータ１９０の構成例を示した図である。電力変換回路３０は、内部に平滑コンデンサ３１と、６つのパワー半導体素子３２とを有する。

平滑コンデンサ３１は、パワー半導体素子３２のオン/オフによって生じる電流を平滑化し、直流電源２１０から電力変換回路３０へ供給される直流電流のリップルを抑制するためのコンデンサである。この平滑コンデンサ３１には、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサが使用される。

パワー半導体素子３２は、ドライバ回路２０から入力される駆動信号２０ａに応じてオン／オフを切り替えるスイッチング素子であり、直流電力と交流電力の変換を行う。このパワー半導体素子３２には、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが該当する。また、パワー半導体素子３２は、センス端子３３を有している。センス端子３３からは、センス電流としてパワー半導体素子３２のコレクタ－エミッタ間（ドレイン－ソース間）を流れる電流のうちの一定割合、例えば１００分の１や１０００分の１の電流が出力される。センス電流は、電力変換回路３０からドライバ回路２０に対して出力される。以下の実施例では、パワー半導体素子３２としてＩＧＢＴを用いた例で説明する。

６つのパワー半導体素子３２は、相ごとに上下２つずつに分けられ、出力がモータ１９０の各相の巻き線に接続される。以下では、上側３つのパワー半導体素子３２をまとめて上アーム、下側３つのパワー半導体素子３２をまとめて下アームと呼ぶ。すなわち、電力変換回路３０には、モータ１９０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対して、上下アーム２つのパワー半導体素子３２を直列に接続した上下アーム回路が設けられる。電力変換回路３０は、直流電源２１０の正極側と負極側にそれぞれ接続された配線を有し、これらの配線間に各相の上下アーム回路が並列接続されて構成される。

なお、本実施例において、モータ中性点１９１は浮遊状態であるが、グラウンド（図示せず）と接続しても良い。モータ中性点１９１をグラウンドと接続する際の方法には、直接接地方式、抵抗接地方式、補償リアクトル接地方式、消弧リアクトル接地方式などがある。

図２に戻って本実施例の構成を説明する。電圧センサ４０は、直流電源２１０の出力電圧を測定するセンサであり、測定した電圧値を電圧センサ値４０ａとして制御回路１０に出力する。

交流電流センサ５０は、モータ１９０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる交流電流を測定するセンサであり、測定した各相の交流電流を交流電流センサ値５０ａとして制御回路１０に出力する。本実施例においては、交流電流センサ５０を各相に１つずつ計３つ設けているが、交流電流センサを２相分にのみ設けてもよい。この場合、Ｕ相電流＋Ｖ相電流＋Ｗ相電流＝０の関係が成り立つため、制御回路１０が残り１相分の交流電流センサ値を計算によって算出する。なお、本実施例においては、電力変換回路３０からモータ１９０への方向に流れる電流をプラスの電流として取り扱い、モータ１９０から電力変換回路３０への方向に流れる電流をマイナスの電流として取り扱う。

ドライバ回路２０は、後述するＰＷＭ信号生成部１６が出力するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号１６ａを受けて、パワー半導体素子３２のオン/オフを切り替えるための駆動信号２０ａを出力する。また、ドライバ回路２０は、パワー半導体素子３２から出力されるセンス電流３３ａを用いて、パワー半導体素子３２の短絡故障の発生を検知し、短絡故障検知信号２０ｂを制御回路１０に出力する。

通常は上下のパワー半導体素子３２が同時にオン状態にならないようにＰＷＭ信号１６ａが生成されるが、パワー半導体素子３２が短絡故障した場合は上下のパワー半導体素子３２が同時にオン状態になりえる。上下のパワー半導体素子３２が同時にオン状態になると、パワー半導体素子３２には大きな貫通電流が流れる。ドライバ回路２０は、各パワー半導体素子３２のセンス電流３３ａが一定閾値以上であるかを監視し、センス電流３３ａが一定値以上である場合には、該当相でパワー半導体素子３２が短絡故障していると判定する。そして、ドライバ回路２０は、相ごとに分かれた短絡故障検知信号２０ｂを出力する。

なお、本実施例では、パワー半導体素子３２のセンス電流３３ａを用いてパワー半導体素子３２の短絡故障を判定しているが、他の方法でパワー半導体素子３２の短絡故障を検知してもよい。例えば、パワー半導体素子３２のコレクタ側もしくはエミッタ側に電流測定用のシャント抵抗を配置し、そのシャント抵抗を流れる電流値を測定してパワー半導体素子３２の短絡故障を検知する方法がある。また、パワー半導体素子３２のコレクタ－エミッタ間電圧は流れる電流に応じて増加するため、コレクタ－エミッタ間電圧を測定してパワー半導体素子３２の短絡故障を検知する方法もある。

遮断器駆動回路６０は、後述する遮断器制御部１７が出力する遮断器制御信号１７ａを受けて、遮断器７０の導通/遮断状態を切り替えるための遮断器駆動信号６０ａを出力する。

遮断器７０は、電力変換回路３０とモータ１９０の巻き線とを接続する各相の出力線上に設けられており、遮断器駆動信号６０ａに応じて導通/遮断状態が切り替えられることで、電力変換回路３０から各相の出力線を介してモータ１９０の巻き線に流れる交流電流を導通または遮断する。遮断器７０が導通状態のときには、電力変換回路３０とモータ１９０の巻き線との間に交流電流が流れ、遮断器７０が遮断状態のときには、電流は流れなくなる。本実施例では、モータ１９０の各相に対して遮断器７０がそれぞれ設置されている。

なお、本実施例では、電力変換装置１００内に遮断器７０を配置しているが、モータ１９０内に遮断器７０を設置しても良いし、電力変換装置１００およびモータ１９０とは独立して遮断器７０を設置してもよい。ただし、遮断器７０をモータ１９０内に設置すると、遮断器７０の交換時にモータ１９０を分解する必要があるため、電力変換装置１００内に遮断器７０を設置したほうが、遮断器７０の交換作業が容易になる。

遮断器７０には、例えばリレーのような機械式スイッチや、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴのような半導体スイッチなどを用いることができる。半導体スイッチは、機械式スイッチに比べて導通/遮断状態の切り替えが速いという特徴を持つ。一方、半導体スイッチは、スイッチがオフの状態でも、内部の還流ダイオードを介して電流が流れてしまうことがある。そのため、半導体スイッチを遮断器７０に用いる場合は、オフに切り替えたときに電流を確実に遮断する構成を採用することが必要となる。

図４は、半導体スイッチを用いた遮断器７０の構成例を示す図である。例えば図４に示すように、２つの半導体スイッチ７１を互いに逆向きで直列に接続することで、双方向に流れる電流を遮断できる遮断器７０を実現することが可能である。

一方、機械式スイッチは、半導体スイッチに比べて切り替え時間が長いものの、１つのスイッチで双方向の電流を確実に遮断できる。そのため、コスト面では半導体スイッチよりも機械式スイッチのほうが優れる。

なお、遮断器７０の構成は、図４に示した回路構成の半導体スイッチや機械式スイッチに限定されるものではない。電力変換回路３０から出力されてモータ１９０の巻き線に流れる交流電流を確実に導通または遮断することができれば、任意の回路構成により遮断器７０を実現できる。

制御回路１０は、外部の電子制御装置２３０と通信を行い、電子制御装置２３０からモータ１９０の目標トルクＴ＊を受け取る。制御回路１０は、電力変換装置１００が正常の場合は、この目標トルクＴ＊に基づいて、電力変換装置１００から出力される各相の電流を所定の値に制御するようにＰＷＭ信号１６ａを出力し、ドライバ回路２０を介して電力変換回路３０を駆動させる。また、制御回路１０は、電力変換装置１００内部に故障が発生したと判断した場合、外部の故障通知装置２２０に対して故障通知信号を出力する。

制御回路１０は内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、通信回路を有している（いずれも図示せず）。このＲＯＭは、電気的に書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）やフラッシュＲＯＭでも良い。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて構成される論理回路を制御回路１０が有してもよい。

また、制御回路１０は、モータ速度計算部１１、目標電流計算部１２、正常時電流制御部１３、故障時電流制御部１５、ＰＷＭ信号生成部１６、遮断器制御部１７、パワー半導体故障箇所判定部１８、状態判定部１９の各機能ブロックを有する。これらの機能ブロックは、例えば制御回路１０においてＣＰＵが所定のプログラムを実行することで実現してもよいし、その一部または全部をＦＰＧＡ等のハードウェアで実現してもよい。

モータ速度計算部１１は、モータ１９０の角度センサ値θの変化からモータ回転数（回転速度）を計算し、計算したモータ速度値１１ａを目標電流計算部１２に出力する。

目標電流計算部１２は、目標トルクＴ＊、電圧センサ値４０ａ、モータ速度計算部１１が出力するモータ速度値１１ａを用いて、目標電流値１２ａを正常時電流制御部１３に出力する。目標電流値１２ａは、モータ１９０が目標トルクＴ＊と同じトルクを出力するためにモータ１９０に流すべき電流値として計算される。目標電流値１２ａは、例えばｄ軸目標電流値とｑ軸目標電流値の形で表される。

正常時電流制御部１３は、目標電流計算部１２が出力した目標電流値１２ａとモータ角度センサ値θ、各相の交流電流センサ値５０ａ、電圧センサ値４０ａを用いて、各相のデューティ値１３ａを計算し、当該デューティ値１３ａをＰＷＭ信号生成部１６に出力する。正常時電流制御部１３によるデューティ値１３ａの計算方法の詳細は後述する。

故障時電流制御部１５は、目標電流計算部１２が出力した目標電流値１２ａと、モータ角度センサ値θ、各相の交流電流センサ値５０ａ、電圧センサ値４０ａと、パワー半導体故障箇所判定部１８が出力したパワー半導体故障情報１８ａとを用いて、各相のデューティ値１５ａと、故障時の遮断器７０の状態を制御するための遮断器切り替え信号１５ｂとを計算する。そして、計算したデューティ値１５ａと遮断器切り替え信号１５ｂを、ＰＷＭ信号生成部１６と遮断器制御部１７にそれぞれ出力する。故障時電流制御部１５によるデューティ値１５ａおよび遮断器切り替え信号１５ｂの計算方法の詳細は後述する。

ＰＷＭ信号生成部１６は、状態判定部１９から出力される内部状態１９ａに応じて、ドライバ回路２０に出力する信号を切り替える。ＰＷＭ信号生成部１６は、内部にタイマを有しており、内部状態１９ａが「正常状態」である場合には、このタイマ値と正常時電流制御部１３が出力する各相のデューティ値１３ａを用いてＰＷＭ信号１６ａを生成し、ドライバ回路２０に対して出力する。内部状態１９ａが後述する「１相故障状態」の場合には、ＰＷＭ信号生成部１６は、タイマ値と故障時電流制御部１５が出力する各相のデューティ値１５ａを用いてＰＷＭ信号１６ａを生成し、ドライバ回路２０に対して出力する。内部状態１９ａが後述する「２相以上故障状態」の場合には、ＰＷＭ信号生成部１６は、モータ１９０が駆動しないようなＰＷＭ信号１６ａをドライバ回路２０に出力する。モータ１９０が駆動しない状態とは、例えば、電力変換回路３０内の６個のパワー半導体素子３２をすべてオフにする状態（本実施例ではフリーホイール状態と呼ぶ）が挙げられる。

遮断器制御部１７は、状態判定部１９から出力される内部状態１９ａ、パワー半導体故障箇所判定部１８から出力されるパワー半導体故障情報１８ａ、故障時電流制御部１５から出力される遮断器切り替え信号１５ｂを用いて、各相の遮断器７０の導通/遮断を切り替えるための遮断器制御信号１７ａを生成し、出力する。遮断器制御部１７による遮断器制御信号１７ａの計算方法の詳細は後述する。

パワー半導体故障箇所判定部１８は、ＰＷＭ信号１６ａ、ドライバ回路２０が出力する短絡故障検知信号２０ｂ、各相の交流電流センサ値５０ａをもとに、パワー半導体素子３２の故障箇所とその故障モードを判定する。パワー半導体素子３２の故障モードには、大きく分けて、短絡故障と開放故障の２種類がある。短絡故障の場合はパワー半導体素子３２が常にオン状態となり、開放故障の場合はパワー半導体素子３２が常にオフ故障となる。パワー半導体故障箇所判定部１８は、ドライバ回路２０から短絡故障検知信号２０ｂが出力されている場合は、短絡故障が発生していると判断し、各相の交流電流センサ値５０ａが所定値以内で変化しない場合は、開放故障が発生していると判断する。

なお、短絡故障の発生時にドライバ回路２０が出力する短絡故障検知信号２０ｂは相ごとに分かれているため、パワー半導体故障箇所判定部１８は、短絡故障検知信号２０ｂからどの相で故障が発生したかは特定できるが、上下アームのどちらが故障しているかまでは特定できない。そのため、パワー半導体故障箇所判定部１８は、例えば、短絡故障検知信号２０ｂが出力されたタイミングとＰＷＭ信号１６ａの状態を照らし合わせて、故障が発生した相の上下アームのＰＷＭ信号１６ａのうち、短絡故障検知信号２０ｂがオフ状態であるほうのアームで短絡故障が発生したと判定する。これは、通常は上下のパワー半導体素子３２が同時にオン状態になることはないため、パワー半導体素子３２の短絡故障が検知されたということは、本来オフ状態であるはずのパワー半導体素子３２で短絡故障が発生し、上下のパワー半導体素子３２が同時にオン状態になったと考えられるためである。パワー半導体故障箇所判定部１８は、パワー半導体素子３２の短絡故障が発生していると判断した場合、その故障箇所と故障モードを表すパワー半導体故障情報１８ａを、故障時電流制御部１５、遮断器制御部１７、状態判定部１９、外部の故障通知装置２２０に出力する。

また、開放故障の発生時に、パワー半導体故障箇所判定部１８は、交流電流センサ５０が出力する各相の交流電流センサ値５０ａからどの相で故障が発生したかは特定できるが、上下アームのどちらが故障しているかまでは特定できない。そのため、パワー半導体故障箇所判定部１８は、例えば、各相の交流電流センサ値５０ａを正の電流値と負の電流値に分け、それぞれを平滑して所定の閾値と比較することで、上下アームのどちらで開放故障が発生したかを判断する。パワー半導体故障箇所判定部１８は、パワー半導体素子３２の開放故障が発生していると判断した場合、その故障箇所と故障モードを表すパワー半導体故障情報１８ａを、故障時電流制御部１５、遮断器制御部１７、状態判定部１９、外部の故障通知装置２２０に出力する。

状態判定部１９は、パワー半導体故障箇所判定部１８が出力するパワー半導体故障情報１８ａをもとに、電力変換装置１００の状態が、「正常状態」、「１相故障状態」、「２相以上故障状態」のいずれかの状態であるかを判定する。そして、現在の電力変換装置１００の状態を表す内部状態１９ａを、ＰＷＭ信号生成部１６と遮断器制御部１７に対して出力する。

図５は、本発明の第１の実施形態における状態判定部１９の内部状態判定の例を表した図である。状態判定部１９は、一定時間ごとに現在の状態と発生事項とから次の状態を決定し、次の状態を現在の状態に更新する。なお、初期状態は「正常状態」である。まず、状態判定部１９は、現在の状態が「正常状態」の場合において、パワー半導体故障箇所判定部１８から、いずれかの相のパワー半導体素子３２が故障していることを示すパワー半導体故障情報１８ａを受け取ると、次の状態を「１相故障状態」に変化させる。それ以外の場合は、次の状態は「正常状態」のままとなる。また、状態判定部１９は、現在の状態が「１相故障状態」において、パワー半導体故障箇所判定部１８から、これまでの故障相とは異なる相のパワー半導体素子３２が故障していることを示すパワー半導体故障情報１８ａを受け取ると、次の状態を「２相以上故障状態」に変化させる。例えば、Ｕ相のパワー半導体素子３２が故障していることで現在の状態が「１相故障状態」となっているときに、Ｖ相またはＷ相のパワー半導体素子３２についてパワー半導体故障情報１８ａが新たに通知されると、次の状態を「２相以上故障状態」に変化させる。それ以外の場合は、次の状態は「１相故障状態」のままとなる。状態判定部１９は、現在の状態が「２相以上故障状態」である場合、次の状態は「２相以上故障状態」のままとする。

次に、正常時電流制御部１３と故障時電流制御部１５によりそれぞれ行われる正常時の電流制御と１相故障時の電流制御について述べる。なお、本実施例では、軸変換の際に絶対変換の係数を用いた場合の例を示しているが、相対変換の係数を用いてもよい。

正常時の電流制御は、まず図２に示す目標電流計算部１２において、目標トルクＴ＊に応じたｄ軸目標電流値とｑ軸目標電流値を決定する。次に、正常時電流制御部１３において、目標電流計算部１２が決定したｄ軸目標電流値とｑ軸目標電流値を達成するような各相のデューティ値１３ａを計算する。そして、ＰＷＭ信号生成部１６は、正常時電流制御部１３が計算した各相のデューティ値１３ａに従って各相のＰＷＭ信号１６ａを生成する。このとき遮断器制御部１７は、３相の遮断器７０をすべて導通状態になるように制御する。

正常時電流制御部１３は、［数１］の式を用いて交流電流センサ５０から出力された３相分の交流電流センサ値５０ａをｄ軸およびｑ軸の電流値に変換する。［数１］におけるＩｕ、Ｉｖ、ＩｗはそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流センサ値であり、θは角度センサ値である。また、Ｉｄは変換後のｄ軸電流値、Ｉｑは変換後のｑ軸電流値となる。

次に、正常時電流制御部１３は、このｄ軸電流とｄ軸目標電流値の差分、ｑ軸電流とｑ軸目標電流値の差分を取る。そして、正常時電流制御部１３は、ｄ軸電流差分とｑ軸電流差分に対してフィードバック制御を行なって、ｄ軸目標電圧値とｑ軸目標電圧値を決定する。正常時電流制御部１３は、このｄ軸目標電圧値とｑ軸目標電圧値を、α軸とβ軸の値になるように、［数２］を用いてα軸目標電圧値とβ軸目標電圧値の形に変換する。［数２］において、Ｖｄはｄ軸目標電圧値、Ｖｑはｑ軸目標電圧値、θは角度センサ値、Ｖαはα軸目標電圧値、Ｖβはβ軸目標電圧値である。

そして、正常時電流制御部１３は、［数３］を用いてα軸目標電圧値とβ軸目標電圧値をＵ相／Ｖ相／Ｗ相の各相の目標電圧値に変換する。［数３］において、Ｖαはα軸目標電圧値、Ｖβはβ軸目標電圧値、ＶｕはＵ相目標電圧値、ＶｖはＶ相目標電圧値、ＶｗはＷ相目標電圧値である。

最後に、正常時電流制御部１３は、各相の目標電圧値と電圧センサ値４０ａから、各相のデューティ値１３ａを計算する。

１相故障時の電流制御は、まず目標電流計算部１２において、正常時と同様に、目標トルクＴ＊に応じたｄ軸目標電流値とｑ軸目標電流値を決定する。次に、故障時電流制御部１５において、故障相の上下アームのうちどちらか一方のパワー半導体素子３２が常にオンとなり、他方が常にオフとなるように、故障相のデューティ値１３ａを計算する。具体的には、故障時電流制御部１５は、短絡故障の場合には、パワー半導体故障情報１８ａが示す故障箇所と同相かつ上下逆アーム側のパワー半導体素子３２が常にオフ状態となるように、当該パワー半導体素子３２のデューティ値１３ａを０と計算する。また、故障時電流制御部１５は、開放故障の場合には、パワー半導体故障情報１８ａが示す故障箇所と同相かつ上下アーム逆側のパワー半導体素子３２が常にオン状態になるように、当該パワー半導体素子３２のデューティ値１３ａを１と計算する。

これに加えて、故障時電流制御部１５は、モータ角度センサ値θがある特定の電気角の範囲内（以下、「特定電気角」と称する）にある間は、α軸目標電圧値(Ｖα)とβ軸目標電圧値(Ｖβ)からＵ相目標電圧値(Ｖｕ)、Ｖ相目標電圧値(Ｖｖ)、Ｗ相目標電圧値(Ｖｗ)への変換部分において、目標電圧の補正を行う。上記の特定電気角は、電気角の１周期のうち故障相の遮断器７０を導通状態とする電気角の範囲に相当し、後述するように故障相ごとに異なる。

例えば、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２の短絡故障が発生し、Ｕ相下アームのパワー半導体素子３２をオフ状態に制御しているとき、あるいは、Ｕ相下アームのパワー半導体素子３２で開放故障が発生し、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２をオン状態に制御しているときに、直流電源２１０の電圧がＶｄｃであるとすると、Ｕ相の上下アーム回路から出力される電圧は１／２・Ｖｄｃで固定される。また、例えばＵ相下アームのパワー半導体素子３２の短絡故障が発生し、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２をオフ状態に制御しているとき、あるいは、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２で開放故障が発生し、Ｕ相下アームのパワー半導体素子３２をオン状態に制御しているときに、Ｕ相の上下アーム回路から出力される電圧は－１／２・Ｖｄｃで固定される。そのため、通常通りにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の目標電圧を変換しても、電力変換回路３０は目標電圧通りの電圧を出力できない。そのため、故障発生後も故障発生前と同じα軸目標電圧値（Ｖα）とβ軸目標電圧値（Ｖβ）相当の電圧が出力できるように、故障相の出力電圧のずれを考慮して、残り２相の目標電圧を計算する必要がある。

Ｕ相のパワー半導体素子３２が短絡故障した場合には、Ｖ相およびＷ相の目標電圧値は［数４］によって計算する。ここで、直流電源２１０の電圧がＶｄｃであるとき、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２が短絡故障し、Ｕ相下アームのパワー半導体素子３２をオフ状態に制御している場合、あるいは、Ｕ相下アームのパワー半導体素子３２で開放故障が発生し、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２をオン状態に制御している場合は、Ｕ相目標電圧値（Ｖｕ）の値を１／２・Ｖｄｃに設定する。また、Ｕ相下アームのパワー半導体素子３２が短絡故障し、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２をオフ状態に制御している場合、あるいは、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２で開放故障が発生し、Ｕ相下アームのパワー半導体素子３２をオン状態に制御している場合は、Ｕ相目標電圧値（Ｖｕ）の値を－１／２・Ｖｄｃに設定する。

Ｖ相のパワー半導体素子３２が短絡故障した場合には、Ｕ相およびＷ相の目標電圧値は［数５］によって計算する。ここで、直流電源２１０の電圧がＶｄｃであるとき、Ｕ相故障時と同様に、Ｖ相上アームのパワー半導体素子３２が短絡故障し、Ｖ相下アームのパワー半導体素子３２をオフ状態に制御している場合、あるいは、Ｖ相下アームのパワー半導体素子３２で開放故障が発生し、Ｖ相上アームのパワー半導体素子３２をオン状態に制御している場合は、Ｖ相目標電圧値（Ｖｖ）の値を１／２・Ｖｄｃに設定する。また、Ｖ相下アームのパワー半導体素子３２が短絡故障し、Ｖ相上アームのパワー半導体素子３２をオフ状態に制御している場合、あるいは、Ｖ相上アームのパワー半導体素子３２で開放故障が発生し、Ｖ相下アームのパワー半導体素子３２をオン状態に制御している場合は、Ｖ相目標電圧値（Ｖｖ）の値を－１／２・Ｖｄｃに設定する。

Ｗ相のパワー半導体素子３２が短絡故障した場合には、Ｕ相およびＶ相の目標電圧値は［数６］によって計算する。ここで、直流電源２１０の電圧がＶｄｃであるとき、Ｕ相故障時やＶ相故障時と同様に、Ｗ相上アームのパワー半導体素子３２が短絡故障し、Ｗ相下アームのパワー半導体素子３２をオフ状態に制御している場合、あるいは、Ｗ相下アームのパワー半導体素子３２で開放故障が発生し、Ｗ相上アームのパワー半導体素子３２をオン状態に制御している場合は、Ｗ相目標電圧値（Ｖｗ）の値を１／２・Ｖｄｃに設定する。また、Ｗ相下アームのパワー半導体素子３２が短絡故障し、Ｗ相上アームのパワー半導体素子３２をオフ状態に制御している場合、あるいは、Ｗ相上アームのパワー半導体素子３２で開放故障が発生し、Ｗ相下アームのパワー半導体素子３２をオン状態に制御している場合は、Ｗ相目標電圧値（Ｖｗ）の値を－１／２・Ｖｄｃに設定する。

故障時電流制御部１５は、以上説明したように、特定電気角における補正後の各相の目標電圧値を設定したら、正常時電流制御部１３と同様に、設定した各相の目標電圧値と電圧センサ値４０ａから、各相のデューティ値１５ａを計算する。

さらに、故障時電流制御部１５は、デューティ値１５ａの計算とは別に、角度センサ値θに基づく遮断器切り替え信号１５ｂの生成を行い、遮断器制御部１７に出力する。このとき故障時電流制御部１５は、故障相の遮断器７０を特定電気角の間のみ導通状態にし、故障相以外の２相の遮断器７０を常に導通状態とするような遮断器切り替え信号１５ｂを生成する。

遮断器制御部１７は、故障時電流制御部１５が出力する遮断器切り替え信号１５ｂに基づいて、遮断器制御信号１７ａを生成する。このとき、故障相の遮断器７０については、特定電気角の間のみ導通状態でそれ以外の電気角では遮断状態となるように、また故障相以外の２相の遮断器７０については、常に導通状態となるように、遮断器制御信号１７ａを変化させる。

なお、本実施例では、故障時電流制御部１５が角度センサ値θに基づいて遮断器切り替え信号１５ｂを生成し、遮断器制御部１７はこの遮断器切り替え信号１５ｂに基づいて遮断器制御信号１７ａを変化させることで、遮断器７０の切り替え制御を行うこととした。しかしながら、遮断器制御部１７において、角度センサ値θに基づいて現在の電気角が特定電気角かどうかを判定し、この判定結果に応じて故障相の遮断器７０の導通/遮断状態を制御するようにしてもよい。

図６は、故障相の遮断器７０を導通状態とする特定電気角の例を示す図である。１相故障時の電流制御において、故障時電流制御部１５が目標電圧の補正を実施するとともに、故障相の遮断器７０を導通状態にする特定電気角は、故障相に応じて、例えば図６のように決定される。図６に示す各故障状況において、それぞれの特定電気角の範囲では、上記のような１相故障時の電流制御を実施することで、正常時と同じｄ軸目標電圧値とｑ軸目標電圧値を電力変換回路３０から出力できる。なお、図６におけるαは変数であり、ｄ軸目標電圧とｑ軸目標電圧の値によって変化する。

なお、本実施例では、１相故障時の電流制御を行う特定電気角を、図６に示すように、故障相ごとに電気角でそれぞれ１２０°の範囲となるように定めているが、例えばこの特定電気角よりも狭い電気角の範囲で１相故障時の電流制御を実施してもよいし、反対に、この特定電気角よりも広い電気角の範囲で１相故障時の電流制御を実施してもよい。ただし、１相故障時の電流制御を適用する電気角の範囲が狭くなるほど、出力トルク向上の効果が小さくなる。一方、１相故障時の電流制御を適用する電気角の範囲が広くなるほど、制御時の安定性が損なわれる。そのため、これらのバランスを考慮して、１相故障時の電流制御を行う電位角の範囲を定めることが好ましい。

図７は、本発明の第１の実施形態における制御フローチャートの例である。本実施形態では、図２に示した制御回路１０により、図７のフローチャートに示す制御を一定期間ごとに周期的に実施する。

まず、ステップＳ１００の処理において、制御回路１０は、状態判定部１９から出力される内部状態１９ａが「正常状態」であるか否かを判定する。内部状態１９ａが「正常状態」である場合はステップＳ１０１へ進み、「正常状態」以外の場合はステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０１の処理において、制御回路１０は、トルク指令値に従って正常時の電流制御を行う。より具体的には、前述したように、目標電流計算部１２が目標トルクＴ＊に応じた目標電流値１２ａを生成し、正常時電流制御部１３がこの目標電流値１２ａに応じた各相のデューティ値１３ａを生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部１６がこの各相のデューティ値１３ａをもとにＰＷＭ信号１６ａを生成し、ＰＷＭ信号１６ａをドライバ回路２０に対して出力する。このとき遮断器制御部１７は、３相の遮断器７０が常に導通状態となるように、遮断器制御信号１７ａを出力する。

次に、ステップＳ１０２の処理において、パワー半導体故障箇所判定部１８は、交流電流センサ５０が出力する各相の交流電流センサ値５０ａや、ドライバ回路２０が出力する短絡故障検知信号２０ｂに基づき、いずれかのパワー半導体素子３２に対して開放故障または短絡故障の発生が検知されたか否かを判定する。開放故障または短絡故障が検知された場合は、交流電流センサ値５０ａやＰＷＭ信号１６ａを用いて前述のように故障箇所の判定を行い、その判定結果に基づいてパワー半導体故障情報１８ａを出力した後、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３の処理において、状態判定部１９は、電力変換装置１００の現在の状態を「１相故障状態」であると判定し、内部状態１９ａを更新する。ステップＳ１０３の処理を実行したら、制御回路１０は図７の制御フローチャートを終了する。

一方、ステップＳ１０２でいずれのパワー半導体素子３２に対しても故障が検知されていない場合は、制御回路１０はステップＳ１０３の処理を実行せず、図７の制御フローチャートを終了する。この場合、パワー半導体故障箇所判定部１８はパワー半導体故障情報１８ａを出力せず、状態判定部１９は内部状態１９ａを「正常状態」のまま維持する。

状態判定部１９から出力される内部状態１９ａが「正常状態」ではないとステップＳ１００で判定した場合は、ステップＳ１０４の処理において、制御回路１０は、内部状態１９ａが「１相故障状態」であるか否かを判定する。内部状態１９ａが「１相故障状態」である場合はステップＳ１０５へ進み、「１相故障状態」以外の場合はステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０５の処理において、制御回路１０は、トルク指令値に従って１相故障時の電流制御を行う。より具体的には、前述したように、目標電流計算部１２が目標トルクＴ＊に応じた目標電流値１２ａを生成し、故障時電流制御部１５がこの目標電流値１２ａに応じた各相のデューティ値１５ａを生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部１６がこの各相のデューティ値１５ａをもとにＰＷＭ信号１６ａを生成し、ＰＷＭ信号１６ａをドライバ回路２０に対して出力する。これにより、パワー半導体故障箇所判定部１８により故障箇所と判定されたパワー半導体素子３２とは異なる他のパワー半導体素子３２の駆動が制御される。

また、故障時電流制御部１５は、故障相以外の遮断器７０を常に導通状態とし、故障相の遮断器７０を特定電気角の間のみ導通状態とするように、遮断器切り替え信号１５ｂを生成し、遮断器制御部１７に対して出力する。遮断器制御部１７は、故障時電流制御部１５から出力される遮断器切り替え信号１５ｂに基づいて、遮断器制御信号１７ａを出力する。これにより、モータ１９０の電気角の１周期のうち特定電気角に対応する所定の導通期間において、故障相のパワー半導体素子３２により生成される交流電流が導通され、他の期間において交流電流が遮断されるように、パワー半導体故障箇所判定部１８により故障箇所と判定されたパワー半導体素子３２に対応する相の遮断器７０が制御される。

次に、ステップＳ１０６の処理において、パワー半導体故障箇所判定部１８は、既に故障が検知された相とは別の相において、いずれかのパワー半導体素子３２に対して開放故障または短絡故障の発生が検知されたか否かを判定する。開放故障または短絡故障の発生が検知された場合は、パワー半導体故障情報１８ａを更新して出力し、ステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７の処理において、状態判定部１９は、電力変換装置１００の現在の状態を「２相以上故障状態」であると判定し、内部状態１９ａを更新する。ステップＳ１０７の処理を実行したら、制御回路１０は図７の制御フローチャートを終了する。

一方、ステップＳ１０６で故障相とは別相のパワー半導体素子３２において故障が検知されていない場合は、制御回路１０はステップＳ１０７の処理を実行せず、図７の制御フローチャートを終了する。この場合、状態判定部１９は内部状態１９ａを「１相故障状態」のまま維持する。

状態判定部１９から出力される内部状態１９ａが「１相故障状態」ではないとステップＳ１０４で判定した場合、すなわち、内部状態１９ａが「２相以上故障状態」である場合は、ステップＳ１０８の処理において、制御回路１０は、モータ１９０の駆動を停止させるように制御を行う。例えば、電力変換回路３０がフリーホイール状態になるように、ＰＷＭ信号生成部１６がＰＷＭ信号１６ａをドライバ回路２０に出力するか、すべての遮断器７０が遮断状態となるように、遮断器制御部１７が遮断器制御信号１７ａを遮断器駆動回路６０に出力する。あるいは、これらの両方を行う。これにより、モータ１９０の駆動を停止させる。

図８は、本発明の第１の実施形態における１相故障時の出力トルク例を示す図である。この例では、目標トルクＴ＊を100[Nm]に設定し、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２に短絡故障が発生した場合を想定している。図８において、左側のグラフは、故障相であるＵ相の遮断器７０を遮断し、正常時と同じ目標電圧に基づいて、正常な２相（Ｖ相、Ｗ相）のみでモータ駆動を継続した場合（従来制御）の各相電流とトルクの波形例を示している。また、右側のグラフは、本実施形態で説明した１相故障時の電流制御を適用した場合の各相電流とトルクの波形例を示している。

左側のグラフに示す従来制御では、Ｕ相の遮断器７０は遮断状態のため、Ｕ相には電流が流れず、正常なＶ相とＷ相の電流のみを用いてトルクが制御される。この状態では、出力トルクが目標トルクと0[Nm]の間で正弦波状に変化し、平均トルクは目標トルクの約50%となる。この状態で平均トルクを向上させるためには、目標トルクを正常時よりも大きくしなければならず、その際にはトルクの変動量がさらに大きくなる。

一方、本実施形態では、１相故障時の電流制御を適用することで、上記のように特定電気角の間にＵ相の遮断器７０を導通させ、Ｕ相にも電流を流す。これにより、右側のグラフに示すように、特定電気角の間は目標トルクに近い出力トルクを得ることができるため、平均トルクを向上させることができる。この制御を適用した場合の出力トルクは、目標トルクと0[Nm]の間で変動するため、トルク変動量を従来制御と同様の値に維持できる。

このように、本実施形態の電力変換装置１００によれば、１相故障時の電流制御を適用することで、従来と同等のトルク変動量を維持しつつ、平均トルクを向上させることができる。そのため、故障後も車両１の加速能力をある程度維持しながら、乗り心地の悪化を抑制することができる。

なお、本実施形態による１相故障時の電流制御は、故障時にも正常時と同じ目標電圧で制御する従来制御のみならず、前述の特許文献１に記載された制御方法と比較しても、平均トルクの向上効果が得られる。すなわち、特許文献１の制御では、電気角１周期中のうち２ヶ所の電気角で出力トルクが0[Nm]まで低下するが、本実施形態による１相故障時の電流制御を適用すると、図８右側のグラフに示すように、そのうちの１か所の電気角については出力トルクを目標トルクと同等まで向上させることができる。そのため、特許文献１の制御と比べて、平均トルクの向上を図ることができる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）電力変換装置１００は、電力変換回路３０と、遮断器７０と、パワー半導体故障箇所判定部１８、遮断器制御部１７および故障時電流制御部１５として機能する制御回路１０と、を備える。電力変換回路３０は、スイッチング素子であるパワー半導体素子３２を直列に接続した上下アーム回路が少なくとも３相分並列接続され、各相のパワー半導体素子３２により生成される交流電流を出力線を介してモータ１９０に出力する。遮断器７０は、各相の出力線上に設けられて交流電流を導通または遮断する。パワー半導体故障箇所判定部１８は、パワー半導体素子３２の故障箇所を判定する。遮断器制御部１７は、パワー半導体故障箇所判定部１８により故障箇所と判定されたパワー半導体素子３２に対応する相を故障相として、電気角の１周期のうち所定の特定電気角において故障相の交流電流が導通され、特定電気角を除く他の電気角において故障相の交流電流が遮断されるように、故障相の遮断器７０を制御する。故障時電流制御部１５は、故障箇所と判定されたパワー半導体素子３２とは異なる他のパワー半導体素子３２の駆動を制御する。このようにしたので、パワー半導体素子３２の故障後であっても、トルク変動を抑えつつ、モータ１９０の駆動を継続することができる。

（２）特定電気角は、電気角で１２０°の範囲を有する。このようにしたので、パワー半導体素子３２のいずれかが故障した場合でも、３相交流モータであるモータ１９０の駆動を確実に継続することができる。

（３）遮断器制御部１７は、特定電気角を故障相ごとに変化させる。このようにしたので、いずれの相においてパワー半導体素子３２が故障した場合でも、モータ１９０の駆動を確実に継続することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、遮断器の切り替え遅れがある場合に、パワー半導体の故障後もトルク変動を維持したままで平均出力トルクを向上し、車両を発進しやすくする電力変換装置および駆動装置の例を示す。

なお、本実施形態における電力変換装置１００および駆動装置２００は、第１の実施形態で説明した図２と同様の構成をそれぞれ有している。そのため、以下では図２の構成を用いて、本実施形態の電力変換装置１００および駆動装置２００の説明を行う。

図９は、本発明の第２の実施形態における遮断器７０の切り替えタイミングの説明図である。図９において、（ａ）は遮断器７０の切り替え遅れがない場合のタイミングチャート例を示しており、（ｂ）は遮断器７０の切り替え遅れがある場合のタイミングチャート例を示している。図９（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２が短絡故障した場合を想定している。また、前述の図６における特定電気角の変数αが０である場合を想定している。なお、図９（ａ）は、第１の実施形態で説明した１相故障時の電流制御による遮断器７０の切り替えタイミングに相当し、図９（ｂ）は、本実施形態における１相故障時の電流制御による遮断器７０の切り替えタイミングに相当する。

図９（ａ）では、遮断器７０の切り替え遅れが無い理想的な状態を想定している。そのため、遮断器制御部１７は、特定電気角（180～300[deg]）の開始タイミングにおいて、故障時電流制御部１５から出力される遮断器切り替え信号１５ｂの変化に応じて、Ｕ相の遮断器７０を遮断状態から導通状態に切り替える。また、特定電気角の終了タイミングにおいて、故障時電流制御部１５から出力される遮断器切り替え信号１５ｂの変化に応じて、Ｕ相の遮断器７０を導通状態から遮断状態に切り替える。

しかし、通常の遮断器７０には切り替え遅れ時間があるため、実際にはこの遅れ時間を考慮して、遮断器７０の切り替えを制御する必要がある。本実施形態では、図９（ｂ）に示すように、遅れ時間を考慮して遮断器７０の切り替えタイミングを設定する。具体的には、遮断器制御部１７が遮断器７０を遮断状態から導通状態へ切り替えるタイミングは、切り替え遅れが無い図９（ａ）の場合と同じであるが、遮断器７０を導通状態から遮断状態へ切り替えるタイミングは、遮断器７０の切り替え遅れ時間分だけ特定電気角の終了タイミングよりも前倒しする。なお、こうした遮断器７０の切り替えタイミングの前倒しは、故障時電流制御部１５において遮断器切り替え信号１５ｂのタイミングを変化させることで実施してもよいし、遮断器切り替え信号１５ｂのタイミングは変化させずに、遮断器制御部１７において遮断器切り替え信号１５ｂのタイミングを変化させることで実施してもよい。

遮断器７０を導通状態にすると、故障相の出力電圧は、前述の通り１／２・Ｖｄｃまたは－１／２・Ｖｄｃとなる。第１の実施形態で説明した１相故障時の電流制御では、特定電気角の範囲内において、正常な２相の出力電圧を補正することにより、正常時と同じｄ軸目標電圧値およびｑ軸目標電圧値を電力変換回路３０から出力できる。しかしながら、それ以外の範囲では、正常な２相の補正後の電圧が大きくなりすぎて補正しきれない状態となる。この状態では電流制御が不安定になるため、特定電気角以外の範囲では、故障相の遮断器７０を導通状態にしないことが望ましい。そこで、本実施形態では、遮断器制御部１７が遮断器７０に対して導通状態から遮断状態への切り替えを指示するタイミングを、遮断器７０の切り替え遅れ時間分だけ前倒しすることで、特定電気角以外の範囲で故障相の遮断器７０が導通状態となってしまうのを防いでいる。これにより遮断器７０の切り替え遅れがある場合でも、電流制御の安定化を図ることができる。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、遮断器制御部１７は、特定電気角の終了タイミングよりも前倒して、故障相の遮断器７０に対して導通状態から遮断状態への切り替えを指示する。このようにしたので、特定電気角以外の範囲で故障相の遮断器７０が導通状態となってしまうのを防ぎ、１相故障時の電流制御を安定化させることができる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、遮断器の切り替え遅れがある場合に、制御回路の処理負荷を低減しつつ、パワー半導体の故障後もトルク変動を維持したままで平均出力トルクを向上し、車両を発進しやすくする電力変換装置および駆動装置の例を示す。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置１００および駆動装置２００の構成例を表した図である。本実施形態における電力変換装置１００は、第１の実施形態で説明した図２と同様の構成をそれぞれ有しており、モータ速度計算部１１により計算されたモータ速度値１１ａが、目標電流計算部１２に加えて、さらに故障時電流制御部１５と遮断器制御部１７にも出力される点が異なる。以下では、第１、第２の実施形態と共通する部分については説明を省略する。

図１１は、本発明の第３の実施形態における遮断器７０の切り替えタイミングの説明図である。前述の第２の実施形態では、遮断器７０の切り替え遅れがある場合の切り替え制御を示したが、図１１に示すように、遮断器７０の遅れ時間が電気角60[deg]相当以上になると、この制御方法では故障相の遮断器７０が導通状態となる時間が無くなり、１相故障時の電流制御の効果が得られなくなる。すなわち、モータ回転数が速くなるほど、電気角の１周期中で遮断器７０の遅れ時間が占める電気角の割合が増えるため、モータ回転数が速い状況では、１相故障時の電流制御の効果が得られないということになる。

そこで、本実施形態では、遮断器７０の遅れ時間が電気角60[deg]相当以上となるモータ回転数では、制御回路１０において、１相故障時の電流制御を実施せずに、遮断器７０を常に遮断状態とするように制御する。これにより、不要な遮断器７０の切り替えを無くして、電力変換装置１００における制御回路１０の処理負荷を低減させる。

図１２は、本発明の第３の実施形態における制御フローチャートの例である。本実施形態では、図１０に示した制御回路１０により、図１２のフローチャートに示す制御を一定期間ごとに周期的に実施する。なお、図１２において、第１の実施形態で説明した図７の制御フローチャートと同じ処理を行っている部分には、図７と同じ記号を記しており、それらの処理の説明は省略する。

本実施形態では、ステップＳ１０４の処理において、内部状態１９ａが「１相故障状態」である場合はステップＳ１０９へ進み、「１相故障状態」以外の場合はステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０９の処理において、制御回路１０は、モータ速度計算部１１により計算されたモータ速度値１１ａに基づいて、モータ回転数（回転速度）が所定の閾値未満であるか否かを判定する。モータ回転数が閾値未満である場合はステップＳ１０５へ進み、閾値以上である場合はステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０の処理において、制御回路１０は、従来の故障時制御を実施する。具体的には、故障相の遮断器７０を常に遮断状態になるように制御し、故障相以外の正常な２相のパワー半導体素子３２を正常時と同じようにそれぞれ制御する。その後、ステップＳ１０６へ進む。

このように、本実施形態の電力変換装置１００によれば、モータ回転数が所定の閾値未満の場合には１相故障時の電流制御を適用するが、モータ回転数が閾値以上の場合には１相故障時の電流制御を適用せず、故障相を通電しない従来と同様の電流制御を実施する。これにより、不要な遮断器７０の切り替え制御を廃止して、制御回路１０の処理負荷を低減させることができる。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、遮断器制御部１７は、モータ１９０の回転速度が所定の閾値以上の場合（ステップＳ１０９：Ｎｏ）は、電気角の１周期の全期間において交流電流が遮断されるように、故障相の遮断器７０を制御する（ステップＳ１１０）。一方、モータ１９０の回転速度が閾値未満の場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）は、特定電気角において故障相の交流電流が導通され、特定電気角を除く他の電気角において故障相の交流電流が遮断されるように、故障相の遮断器７０を制御する（ステップＳ１０５）。このようにしたので、制御回路１０の処理負荷を低減させつつ、１相故障時の電流制御を行うことができる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、遮断器の切り替え遅れがある場合に、第２、第３の実施形態とは異なる方法により、パワー半導体の故障後もトルク変動を維持したままで平均出力トルクを向上し、車両を発進しやすくする電力変換装置および駆動装置の例を示す。

なお、本実施形態における電力変換装置１００および駆動装置２００は、第１の実施形態で説明した図２と同様の構成をそれぞれ有している。そのため、以下では図２の構成を用いて、本実施形態の電力変換装置１００および駆動装置２００の説明を行う。

図１３は、本発明の第４の実施形態における遮断器７０の切り替えタイミングの説明図である。図１３において、（ａ）は第２の実施形態で説明した遮断器切り替えと電流制御を行った場合のタイミングチャート例を示しており、（ｂ）は本実施形態による遮断器切り替えと電流制御を行った場合のタイミングチャート例を示している。図１３（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２が開放故障した場合を想定している。

第１、第２の実施形態では、パワー半導体素子３２が開放故障、短絡故障いずれの場合でも、１相故障時の電流制御において、故障相の上下アームのうちどちらか一方のパワー半導体素子３２が常にオンとなり、他方が常にオフとなるように制御するとともに、故障相の遮断器７０を特定電気角の間だけ導通状態になるように制御していた。そのため、例えば第２の実施形態において、Ｕ相下アームのパワー半導体素子３２が開放故障した場合は、図１３（ａ）に示すように、Ｕ相上アームのパワー半導体素子３２を常にオン状態として、Ｕ相の遮断器７０を、特定電気角よりも遮断器７０の切り替え遅れ時間分だけ短い間に導通状態になるように制御していた。

しかしながら、上下アームいずれかのパワー半導体素子３２が開放故障した場合は、遮断器７０の遮断/導通を制御するのではなく、故障箇所と同相で上下逆側のパワー半導体素子３２のオン/オフ状態を制御することでも、第１、第２の実施形態で説明した１相故障時の電流制御と同様の出力電圧制御を電力変換装置１００において実現できる。そこで本実施形態では、パワー半導体素子３２の開放故障が発生した場合は、１相故障時の電流制御として、故障相の遮断器７０を常に導通状態になるように制御し、故障箇所と同相で上下逆側のパワー半導体素子３２を特定電気角の間だけオン状態になるように制御する。

具体的には、例えば図１３（ｂ）のタイミングチャートのように、故障した相（Ｕ相）の遮断器７０を常に導通状態とし、故障箇所と同相で上下逆側（Ｕ相上アーム）のパワー半導体素子３２を、第１の実施形態で説明した特定電気角の間だけオン状態になるように制御する。これにより、第１、第２の実施形態と同様の１相故障時の電流制御を実現できる。

例えば遮断器７０に機械式スイッチを用いている場合のように、遮断器７０の導通/遮断の切り替え遅れ時間が長く、これに比べてパワー半導体素子３２のオン/オフ切り替え遅れ時間が短い場合には、本実施形態の制御を実施することで、遮断器７０の切り替え遅れ時間の影響を小さくできる。それにより、モータ回転速度が速い状況でも、１相故障時の電流制御と同様の制御を電力変換装置１００において適用できるようになる。そのため、車両１が高速で走行している場合でも、従来制御と同様のトルク変動を維持したまま、平均出力トルクを向上させることができる。

図１４は、本発明の第４の実施形態における制御フローチャートの例である。本実施形態では、図２に示した制御回路１０により、図１４のフローチャートに示す制御を一定期間ごとに周期的に実施する。なお、図１４において、第１の実施形態で説明した図７の制御フローチャートと同じ処理を行っている部分には、図７と同じ記号を記しており、それらの処理の説明は省略する。

本実施形態では、ステップＳ１０４の処理において、内部状態１９ａが「１相故障状態」である場合はステップＳ１１１へ進み、「１相故障状態」以外の場合はステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１１１の処理において、制御回路１０は、故障が検知されたパワー半導体素子３２の故障状態が開放故障であるか否かを判定する。開放故障が検知された場合はステップＳ１１２へ進み、開放故障ではなく短絡故障が検知された場合はステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１１２の処理において、制御回路１０は、故障相の遮断器７０を常に導通状態になるように制御し、故障箇所と同相で上下逆側のパワー半導体素子３２を特定電気角の間だけオン状態になるように制御する。これにより、１相故障時の電流制御を行う。その後、ステップＳ１０６へ進む。

このように、本実施形態の電力変換装置１００によれば、パワー半導体素子３２の開放故障が発生した場合は、故障相の遮断器７０を常に導通状態になるように制御し、故障箇所と同相で上下逆側のパワー半導体素子３２を特定電気角の間だけオン状態になるように制御する。これにより、遮断器７０の切り替え遅れ時間の影響を排除して、１相故障時の電流制御を実施することができる。

以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、パワー半導体素子３２が開放故障した場合（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、遮断器制御部１７は、故障相の遮断器７０を導通状態とし、故障時電流制御部１５は、故障相とは異なる相のパワー半導体素子３２と、故障相における上下アーム回路のうち故障箇所と判定されたパワー半導体素子３２ではない方のパワー半導体素子３２と、の駆動を制御する（ステップＳ１１２）。このようにしたので、遮断器７０の導通/遮断の切り替え遅れ時間の影響を軽減し、モータ回転速度が速い状況でも、１相故障時の電流制御と同様の制御を実現できる。

（第５の実施形態）
本実施形態では、パワー半導体の故障後もトルク変動を維持したままで平均出力トルクを向上しつつ、遮断器の故障にも対応可能な電力変換装置および駆動装置の例を示す。

図１５は、本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置１００および駆動装置２００の構成例を表した図である。本実施形態における電力変換装置１００は、第１の実施形態で説明した図２と同様の構成に加えて、さらに制御回路１０が遮断器故障箇所判定部１４を有している。以下では、第１～第４の実施形態と共通する部分については説明を省略する。

遮断器故障箇所判定部１４は、遮断器７０の診断を行う際に、各相について所定のデューティ値１４ａを生成し、ＰＷＭ信号生成部１６に出力する。また、遮断器７０の診断中に、各相について所定の遮断器切り替え信号１４ｂを生成し、遮断器制御部１７に出力する。遮断器故障箇所判定部１４は、これらの信号を出力したときに交流電流センサ５０から出力される各相の交流電流センサ値５０ａを用いて、各相の遮断器７０が故障しているか否かを判定することができる。遮断器７０の診断が完了すると、遮断器故障箇所判定部１４は、状態判定部１９に対して、遮断器７０の診断が完了したことと、故障がある場合はその故障箇所とを表す遮断器診断情報１４ｃを出力する。

図１６は、本発明の第５の実施形態における状態判定部１９の内部状態判定の例を表した図である。本実施形態では、状態判定部１９の初期状態は「遮断器診断状態」である。現在の状態が「遮断器診断状態」であるときに、状態判定部１９が遮断器故障箇所判定部１４から遮断器診断情報１４ｃを受け取ると、次の状態を「正常状態」に変化させる。

また、状態判定部１９は、現在の状態が「正常状態」であるときに、パワー半導体故障箇所判定部１８から、いずれかの相のパワー半導体素子３２が故障していることを示すパワー半導体故障情報１８ａを受け取ると、それまでに遮断器故障箇所判定部１４から受け取った遮断器診断情報１４ｃの内容に応じて、現在の状態を変化させる。具体的には、故障したパワー半導体素子３２と同相の遮断器７０が故障していることを表す遮断器診断情報１４ｃを受け取っていた場合には、次の状態を「２相以上故障状態」に変化させる。一方、故障したパワー半導体素子３２とは異なる相の遮断器７０が故障していることを表す遮断器診断情報１４ｃや、遮断器７０が故障していないことを表す遮断器診断情報１４ｃを受け取っていた場合には、次の状態を「１相故障状態」に変化させる。現在の状態が「正常状態」であるときに、上記以外に該当する場合には、次の状態は「正常状態」のままとなる。

なお、現在の状態が「１相故障状態」や「２相以上故障状態」の場合は、第１の実施形態と同様である。

次に、本実施形態における遮断器７０の診断方法について説明する。ＰＷＭ信号生成部１６は、状態判定部１９から出力される内部状態が「遮断器診断状態」である場合には、遮断器故障箇所判定部１４から出力される各相のデューティ値１４ａに従って、各相のＰＷＭ信号１６ａを生成する。また、遮断器制御部１７は、状態判定部１９から出力される内部状態が「遮断器診断状態」である場合には、遮断器故障箇所判定部１４から出力される遮断器切り替え信号１４ｂに応じて、各相の遮断器７０の導通/遮断状態を制御する。遮断器故障箇所判定部１４は、これらの信号を出力したときに交流電流センサ５０から出力される各相の交流電流センサ値５０ａに基づき、各相の遮断器７０が故障しているか否かを判定することができる。

遮断器７０の故障には、遮断器７０が遮断状態から変化しなくなる遮断固着故障と、遮断器７０が導通状態から変化しなくなる導通固着故障との、大きく分けて２種類の故障状態がある。遮断器７０が導通固着故障になった場合、故障した遮断器７０と同相のパワー半導体素子３２が短絡故障すると、電力変換装置１００では遮断器７０とパワー半導体素子３２のいずれを用いても、故障相に流れる交流電流を遮断できなくなる。したがって、この場合には１相故障時の電流制御を継続できなくなる。そこで本実施形態では、このような状況を判断するために、遮断器故障箇所判定部１４により、各相の遮断器７０について導通固着故障の有無を診断する。

遮断器故障箇所判定部１４は、ある相を診断対象相として遮断器７０の導通固着故障の有無を判定する場合に、診断対象相とは異なる１相（以下、「選択相」と称する）を選択して、その選択相の遮断器７０を導通状態にするとともに、他の２相の遮断器７０を遮断状態とするように、遮断器切り替え信号１４ｂを生成して遮断器制御部１７に出力する。また、遮断器故障箇所判定部１４は、診断対象相の上アームのパワー半導体素子３２と、選択相の下アームのパワー半導体素子３２とを、所定の短時間のみオン状態にするように、デューティ値１４ａを生成し、ＰＷＭ信号生成部１６に出力する。なお、このときオン状態にするパワー半導体素子３２の組み合わせにおいて、上アームと下アームをそれぞれ入れ替えてもよい。すなわち、診断対象相の下アームのパワー半導体素子３２と、選択相の上アームのパワー半導体素子３２とを、所定の短時間のみオン状態にしてもよい。

上記のような遮断器切り替え信号１４ｂとデューティ値１４ａを出力したとき、診断対象相の遮断器７０が正常に遮断されている場合は、診断対象相には電流が流れない。しかし、診断対象相の遮断器７０が導通固着故障となっている場合は、診断対象相のパワー半導体素子３２、遮断器７０およびモータ巻き線と、選択相のモータ巻き線、遮断器７０およびパワー半導体素子３２とを経由する電流経路が形成され、この電流経路に電流が流れる。そのため、遮断器故障箇所判定部１４は、上記の遮断器診断動作を実施したときに、交流電流センサ値５０ａに基づいて、診断対象相に一定値以上の電流が流れた否かを判断する。その結果、電流が流れたと判断した場合は、診断対象相の遮断器７０が導通固着故障状態であると判定する。

図１７は、本発明の第５の実施形態における遮断器診断のフローチャートの例である。本実施形態では、遮断器故障箇所判定部１４により、ドライバ回路２０および電力変換回路３０の動作前に、図１７のフローチャートに示す制御を実施する。

ステップＳ２００の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、Ｕ相の遮断器７０の導通固着故障の診断動作を実施する。具体的には、前述のように、Ｕ相を診断対象相とし、Ｖ相またはＷ相のいずれかを選択相として、選択相の遮断器７０が導通状態となり、Ｕ相の遮断器７０と選択相ではない相の遮断器７０がそれぞれ遮断状態となるような遮断器切り替え信号１４ｂを、遮断器制御部１７に対して出力する。また、Ｕ相の上アーム（または下アーム）のパワー半導体素子３２と、選択相の下アーム（または上アーム）のパワー半導体素子３２とが、それぞれ短時間だけオン状態になるようなデューティ値１４ａを、ＰＷＭ信号生成部１６に対して出力する。

遮断器故障箇所判定部１４から上記のデューティ値１４ａおよび遮断器切り替え信号１４ｂが出力されると、ＰＷＭ信号生成部１６は、デューティ値１４ａに基づいてＰＷＭ信号１６ａを生成し、ドライバ回路２０へ出力する。また、遮断器制御部１７は、遮断器切り替え信号１４ｂに基づいて各相の遮断器７０の導通/遮断状態を制御する。

ステップＳ２０１の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、交流電流センサ５０から出力されるＵ相の交流電流センサ値５０ａに基づき、Ｕ相にある一定値以上の電流が流れたかどうかを判定する。Ｕ相に一定値以上の電流が流れた場合には、遮断器故障箇所判定部１４は次にステップＳ２０２の処理を実施し、そうでない場合には、遮断器故障箇所判定部１４は次にステップＳ２０３の処理を実施する。

ステップＳ２０２の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、Ｕ相の遮断器７０が導通固着故障していると判定する。ステップＳ２０３の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、Ｕ相の遮断器７０が正常であると判定する。ステップＳ２０２またはＳ２０３の処理を実施したら、ステップＳ２０４へ処理を進める。

ステップＳ２０４の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、Ｖ相の遮断器７０の導通固着故障の診断動作を実施する。具体的には、前述のように、Ｖ相を診断対象相とし、Ｕ相またはＷ相のいずれかを選択相として、選択相の遮断器７０が導通状態となり、Ｖ相の遮断器７０と選択相ではない相の遮断器７０がそれぞれ遮断状態となるような遮断器切り替え信号１４ｂを、遮断器制御部１７に対して出力する。また、Ｖ相の上アーム（または下アーム）のパワー半導体素子３２と、選択相の下アーム（または上アーム）のパワー半導体素子３２とが、それぞれ短時間だけオン状態になるようなデューティ値１４ａを、ＰＷＭ信号生成部１６に対して出力する。

遮断器故障箇所判定部１４から上記のデューティ値１４ａおよび遮断器切り替え信号１４ｂが出力されると、ＰＷＭ信号生成部１６は、デューティ値１４ａに基づいてＰＷＭ信号１６ａを生成し、ドライバ回路２０へ出力する。また、遮断器制御部１７は、遮断器切り替え信号１４ｂに基づいて各相の遮断器７０の導通/遮断状態を制御する。

ステップＳ２０５の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、交流電流センサ５０から出力されるＶ相の交流電流センサ値５０ａに基づき、Ｖ相にある一定値以上の電流が流れたかどうかを判定する。Ｖ相に一定値以上の電流が流れた場合には、遮断器故障箇所判定部１４は次にステップＳ２０６の処理を実施し、そうでない場合には、遮断器故障箇所判定部１４は次にステップＳ２０７の処理を実施する。

ステップＳ２０６の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、Ｖ相の遮断器７０が導通固着故障していると判定する。ステップＳ２０７の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、Ｖ相の遮断器７０が正常であると判定する。ステップＳ２０６またはＳ２０７の処理を実施したら、ステップＳ２０８へ処理を進める。

ステップＳ２０８の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、Ｗ相の遮断器７０の導通固着故障の診断動作を実施する。具体的には、前述のように、Ｗ相を診断対象相とし、Ｕ相またはＶ相のいずれかを選択相として、選択相の遮断器７０が導通状態となり、Ｗ相の遮断器７０と選択相ではない相の遮断器７０がそれぞれ遮断状態となるような遮断器切り替え信号１４ｂを、遮断器制御部１７に対して出力する。また、Ｗ相の上アーム（または下アーム）のパワー半導体素子３２と、選択相の下アーム（または上アーム）のパワー半導体素子３２とが、それぞれ短時間だけオン状態になるようなデューティ値１４ａを、ＰＷＭ信号生成部１６に対して出力する。

遮断器故障箇所判定部１４から上記のデューティ値１４ａおよび遮断器切り替え信号１４ｂが出力されると、ＰＷＭ信号生成部１６は、デューティ値１４ａに基づいてＰＷＭ信号１６ａを生成し、ドライバ回路２０へ出力する。また、遮断器制御部１７は、遮断器切り替え信号１４ｂに基づいて各相の遮断器７０の導通/遮断状態を制御する。

ステップＳ２０９の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、交流電流センサ５０から出力されるＷ相の交流電流センサ値５０ａに基づき、Ｗ相にある一定値以上の電流が流れたかどうかを判定する。Ｗ相に一定値以上の電流が流れた場合には、遮断器故障箇所判定部１４は次にステップＳ２１０の処理を実施し、そうでない場合には、遮断器故障箇所判定部１４は次にステップＳ２１１の処理を実施する。

ステップＳ２１０の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、Ｗ相の遮断器７０が導通固着故障していると判定する。ステップＳ２１１の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、Ｗ相の遮断器７０が正常であると判定する。ステップＳ２１０またはＳ２１１の処理を実施したら、ステップＳ２１２へ処理を進める。

ステップＳ２１２の処理において、遮断器故障箇所判定部１４は、ステップＳ２０２～Ｓ２０３，Ｓ２０６～Ｓ２０７，Ｓ２１０～Ｓ２１１でそれぞれ得られた各相の遮断器７０の診断結果に基づき、遮断器診断情報１４ｃを生成し、状態判定部１９に対して出力する。

遮断器故障箇所判定部１４から上記の遮断器診断情報１４ｃが出力されると、状態判定部１９は、内部状態を「遮断器診断状態」から「正常状態」に変化させ、ドライバ回路２０および電力変換回路３０の動作を開始する。

ステップＳ２１２の処理を実行したら、遮断器故障箇所判定部１４は図１７の制御フローチャートを終了する。これにより、遮断器７０の診断動作は完了となる。

図１８は、本発明の第５の実施形態における制御フローチャートの例である。本実施形態では、図１５に示した制御回路１０により、図１８のフローチャートに示す制御を一定期間ごとに周期的に実施する。なお、図１８において、第１の実施形態で説明した図７の制御フローチャートと同じ処理を行っている部分には、図７と同じ記号を記しており、それらの処理の説明は省略する。

本実施形態では、ステップＳ１０２の処理において、いずれかのパワー半導体素子３２に対して開放故障または短絡故障が検知された場合はステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１１３の処理において、状態判定部１９は、図１７のステップＳ２１２で遮断器故障箇所判定部１４から出力された遮断器診断情報１４ｃと、パワー半導体故障箇所判定部１８から出力されるパワー半導体故障情報１８ａとに基づき、故障したパワー半導体素子３２と同相の遮断器７０が故障しているか否かを判断する。その結果、ステップＳ１０２で開放故障または短絡故障が検知されたパワー半導体素子３２と同相の遮断器７０が故障していると判断した場合はステップＳ１１４へ進み、異なる相の遮断器７０が故障していると判断した場合はステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１１４の処理において、状態判定部１９は、電力変換装置１００の現在の状態を「２相以上故障状態」であると判定し、内部状態１９ａを更新する。ステップＳ１１４の処理を実行したら、制御回路１０は図１８の制御フローチャートを終了する。

このように、本実施形態の電力変換装置１００によれば、ドライバ回路２０および電力変換回路３０の動作開始前に、遮断器７０の導通固着故障の有無を判定する。そして、パワー半導体素子３２の故障が発生した際に、そのパワー半導体素子３２と同相の遮断器７０が導通固着故障状態である場合には、故障相の電流を遮断できずに１相故障時電流制御に移行できないため、２相以上故障時と同じようにモータ１９０の駆動を停止させる。そのため、遮断器７０の故障にも対応した動作をとることができる。

以上説明した本発明の第５の実施形態によれば、電力変換装置１００は、遮断器７０の故障箇所を判定する遮断器故障箇所判定部１４を備える。そして、パワー半導体故障箇所判定部１８により故障箇所と判定されたパワー半導体素子３２と、遮断器故障箇所判定部１４により故障箇所と判定された遮断器７０とが同一の相である場合は（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、電力変換装置１００の現在の状態を「２相以上故障状態」であると判定し（ステップＳ１１４）、モータ１９０の駆動を停止させる（ステップＳ１０８）。このようにしたので、遮断器７０が故障して１相故障時電流制御を実施できない場合に、モータ１９０の駆動を安全に停止させることができる。

なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１：車両
２：駆動輪
３：非駆動輪
４：車軸
１０：制御回路
１１：モータ速度計算部
１１ａ：モータ速度値
１２：目標電流計算部
１２ａ：目標電流値
１３：正常時電流制御部
１３ａ：デューティ値
１４：遮断器故障箇所判定部
１４ａ：デューティ値
１４ｂ：遮断器切り替え信号
１４ｃ：遮断器診断情報
１５：故障時電流制御部
１５ａ：デューティ値
１５ｂ：遮断器切り替え信号
１６：ＰＷＭ信号生成部
１６ａ：ＰＷＭ信号
１７：遮断器制御部
１７ａ：遮断器制御信号
１８：パワー半導体故障箇所判定部
１８ａ：パワー半導体故障情報
１９：状態判定部
１９ａ：内部状態
２０：ドライバ回路
２０ａ：駆動信号
２０ｂ：短絡故障検知信号
３０：電力変換回路
３１：平滑コンデンサ
３２：パワー半導体素子
３３：センス端子
３３ａ：センス電流
４０：電圧センサ
４０ａ：電圧センサ値
５０：交流電流センサ
５０ａ：交流電流センサ値
６０：遮断器駆動回路
６０ａ：遮断器駆動信号
７０：遮断器
１００：電力変換装置
１９０：モータ
１９１：モータ中性点
２００：駆動装置
２１０：直流電源
２２０：故障通知装置
２３０：電子制御装置

Claims (14)

1. スイッチング素子を直列に接続した上下アーム回路が少なくとも３相分並列接続され、各相の前記スイッチング素子により生成される交流電流を出力線を介してモータに出力する電力変換回路と、
   各相の前記出力線上に設けられて前記交流電流を導通または遮断する遮断器と、
   前記スイッチング素子の故障箇所を判定する第１の故障箇所判定部と、
   前記第１の故障箇所判定部により前記故障箇所と判定されたスイッチング素子に対応する相を故障相として、電気角の１周期のうち所定の特定電気角において前記故障相の前記交流電流が導通され、前記特定電気角を除く他の電気角において前記故障相の前記交流電流が遮断されるように、前記故障相の前記遮断器を制御する遮断器制御部と、
   前記故障箇所と判定されたスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子の駆動を制御する故障時電流制御部と、を備える電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記特定電気角は、電気角で１２０°の範囲を有する電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記遮断器制御部は、前記特定電気角を前記故障相ごとに変化させる電力変換装置。
4. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記遮断器制御部は、前記特定電気角の終了タイミングよりも前倒して、前記故障相の前記遮断器に対して導通状態から遮断状態への切り替えを指示する電力変換装置。
5. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記遮断器制御部は、
   前記モータの回転速度が所定の閾値以上の場合は、前記電気角の１周期の全期間において前記交流電流が遮断されるように、前記故障相の前記遮断器を制御し、
   前記モータの回転速度が前記閾値未満の場合は、前記特定電気角において前記故障相の前記交流電流が導通され、前記特定電気角を除く他の電気角において前記故障相の前記交流電流が遮断されるように、前記故障相の前記遮断器を制御する電力変換装置。
6. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記スイッチング素子が開放故障した場合、
   前記遮断器制御部は、前記故障相の前記遮断器を導通状態とし、
   前記故障時電流制御部は、前記故障相とは異なる相の前記スイッチング素子と、前記故障相における前記上下アーム回路のうち前記故障箇所と判定されたスイッチング素子ではない方のスイッチング素子と、の駆動を制御する電力変換装置。
7. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記遮断器の故障箇所を判定する第２の故障箇所判定部を備え、
   前記第１の故障箇所判定部により前記故障箇所と判定されたスイッチング素子と、前記第２の故障箇所判定部により前記故障箇所と判定された遮断器とが同一の相である場合は、前記モータの駆動を停止させる電力変換装置。
8. ３相交流電流を出力する電力変換装置と、前記３相交流電流により駆動するモータと、を備えた駆動装置であって、
   前記電力変換装置は、
   スイッチング素子を直列に接続した上下アーム回路が３相分並列接続され、各相の前記スイッチング素子により生成される交流電流を出力線を介して前記モータに出力する電力変換回路と、
   各相の前記出力線上に設けられて前記交流電流を導通または遮断する遮断器と、
   前記スイッチング素子の故障箇所を判定する第１の故障箇所判定部と、
   前記第１の故障箇所判定部により前記故障箇所と判定されたスイッチング素子に対応する相を故障相として、電気角の１周期のうち所定の特定電気角において前記故障相の前記交流電流が導通され、前記特定電気角を除く他の電気角において前記故障相の前記交流電流が遮断されるように、前記故障相の前記遮断器を制御する遮断器制御部と、
   前記故障箇所と判定されたスイッチング素子とは異なる他のスイッチング素子の駆動を制御する故障時電流制御部と、を備える駆動装置。
9. 請求項８に記載の駆動装置であって、
   前記特定電気角は、電気角で１２０°の範囲を有する駆動装置。
10. 請求項８に記載の駆動装置であって、
    前記遮断器制御部は、前記特定電気角を前記故障相ごとに変化させる駆動装置。
11. 請求項８に記載の駆動装置であって、
    前記遮断器制御部は、前記特定電気角の終了タイミングよりも前倒して、前記故障相の前記遮断器に対して導通状態から遮断状態への切り替えを指示する駆動装置。
12. 請求項８に記載の駆動装置であって、
    前記遮断器制御部は、
    前記モータの回転速度が所定の閾値以上の場合は、前記電気角の１周期の全期間において前記交流電流が遮断されるように、前記故障相の前記遮断器を制御し、
    前記モータの回転速度が前記閾値未満の場合は、前記特定電気角において前記故障相の前記交流電流が導通され、前記特定電気角を除く他の電気角において前記故障相の前記交流電流が遮断されるように、前記故障相の前記遮断器を制御する駆動装置。
13. 請求項８に記載の駆動装置であって、
    前記スイッチング素子が開放故障した場合、
    前記遮断器制御部は、前記故障相の前記遮断器を導通状態とし、
    前記故障時電流制御部は、前記故障相とは異なる相の前記スイッチング素子と、前記故障相における前記上下アーム回路のうち前記故障箇所と判定されたスイッチング素子ではない方のスイッチング素子と、の駆動を制御する駆動装置。
14. 請求項８に記載の駆動装置であって、
    前記遮断器の故障箇所を判定する第２の故障箇所判定部を備え、
    前記第１の故障箇所判定部により前記故障箇所と判定されたスイッチング素子と、前記第２の故障箇所判定部により前記故障箇所と判定された遮断器とが同一の相である場合は、前記モータの駆動を停止させる駆動装置。
    

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