JP5920171B2 - モータインバータ - Google Patents

Description

本発明は、モータインバータに関するものである。

モータ駆動装置において、モータ駆動時にモータ電流の検出値から過電流が検出されるとスイッチング素子の短絡故障による異常と判定してインバータを運転停止にする技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−５４４２０号公報

ところで、モータインバータのインバータ回路においてはブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有し、入力側に直流電源が接続されるとともに出力側にモータが接続されている。そして、インバータのモータ出力端子でショートした場合、モータ駆動用のスイッチング素子を極短時間オンしただけでも過大な電流が流れてしまう。このため、過電流を検出してモータ駆動用のスイッチング素子をオフするまでの時間を短くする、または、電圧を下げることが必要となるが、電圧を下げることはバッテリを使用すると難しい。また、ソフトウェア（マイコン）の検出時間では遅いため、一般的にはハードウェアでスイッチング素子の駆動信号を遮断する回路を追加する。しかし、ハードウェアでスイッチング素子の駆動信号を遮断する回路を追加することなくショートを検出することが望まれている。

本発明の目的は、ハードウェアによる過電流検出回路を用いることなくショートを検出することができるモータインバータを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有し、入力側に直流電源が接続されるとともに出力側にモータの各相の巻線が接続され、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記モータの各相の巻線が通電されて前記モータを駆動するためのインバータ回路と、前記インバータ回路の入力側に並列に接続されたコンデンサと、前記直流電源に操作スイッチを介して接続され、前記操作スイッチのオンに伴って前記インバータ回路の入力側と前記直流電源との間に接続されたメインリレーの閉路に先立ち前記コンデンサをプリチャージするためのプリチャージ回路と、を備えたモータインバータであって、プリチャージ状態において前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング動作させる制御手段と、前記制御手段によりプリチャージ状態において前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング動作させたときの前記インバータ回路に流れる電流または前記コンデンサの電圧からショートの有無を判定する判定手段と、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、インバータ回路の入力側に並列にコンデンサが接続されている。プリチャージ回路により、操作スイッチのオンに伴ってインバータ回路の入力側と直流電源との間に接続されたメインリレーの閉路に先立ちコンデンサがプリチャージされる。制御手段において、プリチャージ状態においてインバータ回路のスイッチング素子がスイッチング動作され、判定回路において、このときのインバータ回路に流れる電流またはコンデンサの電圧からショートの有無が判定される。よって、ハードウェアによる過電流検出回路を用いることなくショートを検出することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のモータインバータにおいて、前記制御手段は、前記コンデンサの電圧が前記モータを駆動させる際の電圧よりも低い電圧において前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング動作させることを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、制御手段により、コンデンサの電圧がモータを駆動させる際の電圧よりも低い電圧においてインバータ回路のスイッチング素子がスイッチング動作される。この状態でショートの有無が判定される。よって、低い電圧でのプリチャージ状態でショートのチェックを行うことにより過電流が流れない状態でショートを検出することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のモータインバータにおいて、前記制御手段および前記判定手段は、前記インバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定した後に、出力端子間のショートの有無を判定することを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、制御手段および判定手段により、インバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定した後に、出力端子間のショートの有無を判定するので、故障箇所の特定が容易にできる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のモータインバータにおいて、前記インバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定する際に、前記制御手段は、各相の上下のアーム用スイッチング素子のうちの一つのスイッチング素子を導通状態にするとともに他のスイッチング素子を非導通状態とし、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流または前記コンデンサの電圧から前記インバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定することを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、インバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定する際に、制御手段により、各相の上下のアーム用スイッチング素子のうちの一つのスイッチング素子が導通状態にされるとともに他のスイッチング素子が非導通状態とされ、判定手段により、このときのインバータ回路に流れる電流またはコンデンサの電圧からインバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項３または４に記載のモータインバータにおいて、前記出力端子間のショートの有無を判定する際に、前記制御手段は、各相の上アーム用スイッチング素子のうちのいずれかの相の上アーム用スイッチング素子および当該相以外の相の下アーム用スイッチング素子を予め定めた規定値の電流が流れるように制御し、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流からショートの有無を判定することを要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、出力端子間のショートの有無を判定する際に、制御手段において、各相の上アーム用スイッチング素子のうちのいずれかの相の上アーム用スイッチング素子および当該相以外の相の下アーム用スイッチング素子が予め定めた規定値の電流が流れるように制御され、判定手段において、このときのインバータ回路に流れる電流からショートの有無を判定することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項３または４に記載のモータインバータにおいて、前記出力端子間のショートの有無を判定する際に、前記制御手段は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＵ相の上アーム用スイッチング素子を導通状態にするとともにＶ相およびＷ相の下アーム用スイッチング素子を導通状態にし、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流から第１のショートの有無を判定し、前記制御手段は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＶ相の上アーム用スイッチング素子を導通状態にするとともにＵ相およびＷ相の下アーム用スイッチング素子を導通状態にし、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流から第２のショートの有無を判定し、前記制御手段は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＷ相の上アーム用スイッチング素子を導通状態にするとともにＵ相およびＶ相の下アーム用スイッチング素子を導通状態にし、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流から第３のショートの有無を判定し、前記判定手段は、前記第１のショートの有無の判定結果、前記第２のショートの有無の判定結果、前記第３のショートの有無の判定結果から、ショートしている出力端子間を特定することを要旨とする。

請求項６に記載の発明によれば、出力端子間のショートの有無を判定する際に、制御手段により、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＵ相の上アーム用スイッチング素子が導通状態にされるとともにＶ相およびＷ相の下アーム用スイッチング素子が導通状態にされ、判定手段において、このときのインバータ回路に流れる電流から第１のショートの有無が判定される。また、制御手段において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＶ相の上アーム用スイッチング素子が導通状態にされるとともにＵ相およびＷ相の下アーム用スイッチング素子が導通状態にされ、判定手段において、このときのインバータ回路に流れる電流から第２のショートの有無が判定される。さらに、制御手段において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＷ相の上アーム用スイッチング素子が導通状態にされるとともにＵ相およびＶ相の下アーム用スイッチング素子が導通状態にされ、判定手段において、このときのインバータ回路に流れる電流から第３のショートの有無が判定される。さらには、判定手段において、第１のショートの有無の判定結果、第２のショートの有無の判定結果、第３のショートの有無の判定結果から、ショートしている出力端子間を特定することができる。

本発明によれば、ハードウェアによる過電流検出回路を用いることなくショートを検出することができる。

実施形態におけるモータインバータの回路構成図。 メインコンデンサ電圧、プリチャージ駆動信号、モータ駆動信号を示すタイムチャート。 モータインバータの作用を説明するためのフローチャート。 モータインバータの作用を説明するためのフローチャート。 モータインバータの作用を説明するためのフローチャート。 モータインバータの作用を説明するためのフローチャート。 モータインバータの作用を説明するためのフローチャート。 モータインバータの作用を説明するためのフローチャート。 モータインバータの作用を説明するためのフローチャート。 モータインバータの作用を説明するためのフローチャート。 モータインバータの作用を説明するためのフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、モータインバータ（三相インバータ）１０は、インバータ回路２０と、マイコン６０を備えている。インバータ回路２０の入力側には直流電源としてのバッテリ７０が接続されるとともに、出力側にはモータ８０が接続されている。モータ８０には３相交流モータが使用されている。モータ８０は巻線８１，８２，８３を有し、モータ８０の各相の巻線８１，８２，８３がインバータ回路２０の出力側に接続されている。

インバータ回路２０は、モータ駆動用素子としての６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６が設けられている。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６には、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）が使用されている。なお、スイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６には、それぞれ帰還ダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列接続されている。

インバータ回路２０において、第１および第２のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２、第３および第４のスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４、第５および第６のスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６がそれぞれ直列に接続されている。そして、第１、第３および第５のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がバッテリ７０のプラス端子側に接続され、第２、第４および第６のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がバッテリ７０のマイナス端子側に接続されている。

Ｕ相用の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２の間の接続点はモータ８０のＵ相端子に、Ｖ相用の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の間の接続点はモータ８０のＶ相端子に、Ｗ相用の上下のアームを構成するスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の間の接続点はモータ８０のＷ相端子に、それぞれ接続されている。このように、インバータ回路２０は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を有する。第１のスイッチング素子Ｓ１がＵ相の上アーム用スイッチング素子であり、第２のスイッチング素子Ｓ２がＵ相の下アーム用スイッチング素子である。第３のスイッチング素子Ｓ３がＶ相の上アーム用スイッチング素子であり、第４のスイッチング素子Ｓ４がＶ相の下アーム用スイッチング素子である。第５のスイッチング素子Ｓ５がＷ相の上アーム用スイッチング素子であり、第６のスイッチング素子Ｓ６がＷ相の下アーム用スイッチング素子である。

インバータ回路２０とモータ８０との間にはＵ相電流センサ６５およびＷ相電流センサ６６が設けられている。Ｕ相電流センサ６５およびＷ相電流センサ６６はモータ８０に供給される３相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのうちの２相（この実施形態ではＵ相およびＷ相）の電流Ｉｕ，Ｉｗの電流値を検出する。

インバータ回路２０の入力側には、メインコンデンサ４０がバッテリ７０と並列に接続されている。メインコンデンサ４０は複数のコンデンサを並列接続して構成されている。第１、第３および第５のスイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がメインコンデンサ４０のプラス端子側に接続され、第２、第４および第６のスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がメインコンデンサ４０のマイナス端子側に接続されている。

このように、インバータ回路２０の入力側には、並列接続されたバッテリ７０およびメインコンデンサ４０が接続されている。つまり、インバータ回路２０の入力側にメインコンデンサ４０が並列に接続され、このメインコンデンサ４０によりバッテリ７０による電源電圧が平滑化される。

インバータの制御装置を構成するマイコン６０は、メモリを備え、メモリにはモータ８０を駆動するのに必要な各種制御プログラムおよびその実行に必要な各種データやマップが記憶されている。

マイコン６０には駆動回路（図示略）を介して各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のゲートが接続されている。そして、マイコン６０によりスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６が制御され、バッテリ７０の直流が交流に変換されてモータ８０の各相の巻線に供給される。これにより、モータ８０が駆動される。また、マイコン６０にはＵ相電流センサ６５およびＷ相電流センサ６６が接続されている。マイコン６０は、各電流センサ６５，６６の検出信号に基づいて、モータ８０を目標出力となるように制御する制御信号を、駆動回路を介して各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に出力する。そして、インバータ回路２０はバッテリ７０およびメインコンデンサ４０から供給される直流を適宜の周波数の３相交流に変換してモータ８０の各相の巻線に供給する。つまり、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチング動作によりモータ８０の各相の巻線が通電されてモータ８０を駆動することができる。

バッテリ７０のプラス端子と、メインコンデンサ４０およびインバータ回路２０との間の電源ラインにはメインリレー３０が設けられている。即ち、インバータ回路２０の入力側とバッテリ７０との間にメインリレー３０が接続されている。メインリレー３０はリレー接点３１とリレーコイル３２を備えており、リレー接点３１が、バッテリ７０のプラス端子とメインコンデンサ４０およびインバータ回路２０との間の電源ラインに挿入されている。そして、リレーコイル３２を通電することによりリレー接点３１が閉じるようになっている。リレーコイル３２の一端は電源回路３５に接続されているとともにリレーコイル３２の他端はメインリレー駆動用素子（トランジスタ）３８および抵抗３９を介して接地されている。メインリレー駆動用素子（トランジスタ）３８のゲートはマイコン６０に接続され、マイコン６０によりメインリレー駆動用素子（トランジスタ）３８がオンされるとリレーコイル３２が励磁される。これにより、メインリレー３０のリレー接点３１が閉じられる。

また、モータインバータ１０はプリチャージ回路５０を備えている。プリチャージ回路５０は、プリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１とプリチャージ抵抗５２とダイオード５３を備えている。プリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１とプリチャージ抵抗５２とダイオード５３とが直列接続されている。プリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１の一端はキースイッチ５５を介してバッテリ７０のプラス端子と接続されているとともに、プリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１の他端はプリチャージ抵抗５２を介してダイオード５３のアノードと接続されている。ダイオード５３のカソードは、メインリレー３０とメインコンデンサ４０の間の接続点Ａと接続されている。そして、キースイッチ５５が閉じた状態でプリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１をオンすることにより、バッテリ７０によりキースイッチ５５、プリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１、プリチャージ抵抗５２、ダイオード５３を通してメインコンデンサ４０をプリチャージすることができる。このように、プリチャージ回路５０は、バッテリ７０に操作スイッチとしてのキースイッチ５５を介して接続され、キースイッチ５５のオンに伴ってメインリレー３０の閉路に先立ちメインコンデンサ４０をプリチャージするためのものである。

電源回路３５にはダイオード３６によりメインリレー３０を通してバッテリ７０の電力が供給できるとともに、ダイオード３７によりキースイッチ５５を通してバッテリ７０の電力が供給できるようになっている。

電圧検出回路６１によりメインリレー３０とメインコンデンサ４０の間の電位が検出され、その結果がマイコン６０に送られることによりマイコン６０においてメインコンデンサ４０の両端電圧（コンデンサ電圧）が検知される。また、電圧検出回路６２によりキースイッチ５５とプリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１との間の電位が検出され、その結果がマイコン６０に送られることによりマイコン６０においてキースイッチ５５のオン／オフ状態が検知される。

次に、モータインバータ１０（制御装置）の作用について説明する。
図３に示すスタートシーケンスにおいて、マイコン６０は、ドライバーによるキースイッチ５５がオンされると（ステップ１００）、メインリレー３０の駆動出力を停止するとともにプリチャージ駆動出力を停止する（ステップ１０１）。

その後、マイコン６０は、インバータ回路２０に流れる電流からスイッチング素子ショートチェック（ステップ１０２）、相間ショートチェックを行う（ステップ１０５）。この処理については後述する。

図３において、マイコン６０は、ステップ１０２の処理によりステップ１０３で故障チェックの結果が良好か否か判定し、故障チェックの結果がよければステップ１０５に移行し、故障チェックの結果が悪ければステップ１０４に移行して故障確定し異常処理を実行する。

また、マイコン６０はステップ１０５の処理によりステップ１０６で故障チェックの結果が良好か否か判定し、故障チェックの結果がよければステップ１０９に移行し、故障チェックの結果が悪ければステップ１０７に移行して故障部位を特定し、１０８に移行して故障確定し異常処理を実行する。

マイコン６０は、ステップ１０９においてプリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１を制御してコンデンサ電圧を規定値以上にプリチャージ駆動を出力する。そして、マイコン６０は、ステップ１１０でメインコンデンサ電圧がプリチャージ完了電圧以上か否か判定してメインコンデンサ電圧がプリチャージ完了電圧以上であると、ステップ１１１でメインリレー３０をオンすべくメインリレー駆動用素子（トランジスタ）３８に対しメインリレー駆動出力をオンする。このとき、メインコンデンサ４０が充電されているので、突入電流を増加させないでメインリレー３０を閉じることができる。

マイコン６０は、その後、プリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１をオフにしてプリチャージ駆動出力を停止し（ステップ１１２）し、引き続き、ステップ１１３で通常動作、即ち、モータ制御を行う。つまり、マイコン６０は、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４，Ｓ６を同時にオンにしてＵ相電流Ｉｕを流す。また、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ２，Ｓ６を同時にオンにしてＶ相電流Ｉｖを流す。さらに、スイッチング素子Ｓ５，Ｓ２，Ｓ４を同時にオンにしてＷ相電流Ｉｗを流す。このようにして、モータインバータ１０の動作として、バッテリ７０（メインコンデンサ４０）から直流電圧を入力して、ブリッジ接続したスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がオン・オフされ、このオン・オフ動作に伴って出力側のモータ８０が通電される。このとき、マイコン６０において、各相で所望の電流が流れるように調整される。通常動作が終了すると、マイコン６０はメインコンデンサ４０に蓄えられている電荷をモータ８０の巻線に流して放出する（放電する）。つまり、マイコン６０は、インバータ駆動停止時において回転しないようにモータ８０へ電流を流してメインコンデンサ４０を放電する。

図３のステップ１０２について図４〜７にて詳細を示す。図４に示すように、マイコン６０はステップ２００にてＶ相上アーム出力チェックシーケンスを実行し、ステップ２０１にてＶ相下アーム出力チェックを実行する。

図６にＶ相上アーム出力チェックシーケンスを示す。この処理によりインバータ回路２０における内部の下アーム側のショートのチェックが行われる（スイッチング素子Ｓ２，Ｓ６のショートの有無が判定できる）。マイコン６０は、はじめにステップ４００にて、チェック用電圧維持シーケンスを実行する。図５にチェック用電圧維持シーケンスを示す。図５において、マイコン６０は、ステップ３００でプリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１を制御してプリチャージ駆動ＰＷＭ出力する。そして、図２に示すように、マイコン６０はメインコンデンサ４０の電圧を、バッテリ７０の電圧（バッテリ電圧）よりも低く、かつ、出力ショート時にモータ駆動用素子であるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を破壊してしまう可能性のある電圧以下にする。つまり、モータ出力線のチェック用電圧制御を行う。そして、マイコン６０は、ステップ３０１でメインコンデンサ４０の電圧がモータ出力線のチェックに必要な規定値以上か否か判定して、メインコンデンサ４０の電圧が規定値以上であるとステップ３０２に移行してプリチャージ駆動出力を停止すべくプリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１をオフする。これを、図２のｔ１のタイミングで示す。

その後、マイコン６０は、図６のステップ４０１以降に示すステップでモータのチェック動作をすべくスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御する（図２のｔ２のタイミング）。つまり、ステップ４０１に示す検出パターンでスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御する。なお、図５に示すチェック用電圧維持シーケンスは、他のチェック動作中にも随時行われ、メインコンデンサ４０の電圧が低下した場合は図２に示すようにプリチャージ駆動ＰＷＭ信号を出力して、モータ出力線のチェック用電圧を維持する。本実施形態において、メインコンデンサ４０の電圧が、出力ショート時にモータ駆動用素子であるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を破壊してしまう可能性のある電圧以下で、かつ、モータ出力線のチェックに必要な規定値以上の電圧である状態をプリチャージ状態という。

つまり、一般的なプリチャージ動作においては、キースイッチ５５のオンに伴いプリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１を常時オン状態にすることにより、メインコンデンサ４０の電圧をバッテリ電圧にする。これに対し、本実施形態ではプリチャージ駆動用素子（トランジスタ）５１をＰＷＭ制御してバッテリ電圧よりも低く、かつ、出力ショート時にモータ駆動用素子であるスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を破壊してしまう可能性のある電圧以下にする。即ち、ショートしていた場合においてもインバータを破壊させない電流になるように電圧を制御する（制限する）。

図６に戻って、ステップ４００からステップ４０１に移行する。
図６において、マイコン６０は、ステップ４０１で、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１の出力をオフ、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２の出力をオフ、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３の出力をパルス制御、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４の出力をオフ、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５の出力をオフ、Ｗ相下アームのスイッチング素子Ｓ６の出力をオフにする。そして、マイコン６０はステップ４０２で各相の電流値を監視し、記憶しておく。その後、マイコン６０はステップ４０３にて全相のスイッチング素子をオフにする。マイコン６０はステップ４０４にて各相電流が検出されたか否か判定し、各相の電流値が検出されなければ、ステップ４０７に移行する。

一方、マイコン６０はステップ４０２で各相の電流値が検出されると、ステップ４０４からステップ４０５に移行する。マイコン６０はステップ４０５において、電流検出が２回以下か否か判定して２回以下ならばステップ４００に戻り、電流検出が３回以上であれば、ステップ４０６でＮＧフラグを立てる。ステップ４０５において異常な電流検出が３回以上検出されたらＮＧフラグが立つようにすることにより、誤判定を抑制することができる。

なお、スイッチング素子Ｓ４のショートの有無については、ステップ４０１を実施中に、マイコン６０がメインコンデンサ４０の両端電圧が異常低下するか否かで判断できる。
図７は、Ｖ相下アーム出力チェックの内容を示す。この処理によりインバータ回路２０における内部の上アーム側のショートのチェックが行われる（スイッチング素子Ｓ１，Ｓ５のショートの有無が判定できる）。Ｖ相上アーム出力チェックシーケンスとはステップ５０１のみ異なる。

図７において、マイコン６０は、ステップ５０１で、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１の出力をオフ、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２の出力をオフ、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３の出力をオフ、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４の出力をパルス出力、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５の出力をオフ、Ｗ相下アームのスイッチング素子Ｓ６の出力をオフにする。その他の処理はＶ相上アーム出力チェックシーケンスと同じであるので説明を省略する。

なお、スイッチング素子Ｓ３のショートの有無については、ステップ５０１を実施中に、マイコン６０がメインコンデンサ４０の両端電圧が異常低下するか否かで判断できる。
Ｖ相上アーム出力チェックシーケンスとＶ相下アーム出力チェックシーケンスが終了すると、図３のステップ１０３へ移行する。マイコン６０において、ステップ１０３ではＮＧフラグが立っているか否かが判定され、ＮＧフラグが立っていればスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のいずれかが短絡故障していると判断し、ステップ１０４へ移行して故障確定し異常処理が行われる。異常処理としては例えば、警報ランプを点灯させる等を挙げることができる。他の処理として、異常検出信号を他の機器（ＥＣＵ等）に出力する等を挙げることができる。ＮＧフラグが立っていなければステップ１０５へ移行し相間ショートチェックシーケンスが実行される。

図８は、相間ショートチェックシーケンスを示す。マイコン６０において、はじめにステップ６００にてＵ相パルス印加・Ｖ相、Ｗ相下アーム全オン出力チェックシーケンスが実行される。次に、ステップ６０１にてＶ相パルス印加・Ｗ相、Ｕ相下アーム全オン出力チェックシーケンスが実行される。次に、ステップ６０２にてＷ相パルス印加・Ｕ相、Ｖ相下アーム全オン出力チェックシーケンスが実行される。

図９は、Ｕ相パルス印加、Ｖ相、Ｗ相下アーム全オン出力チェックの内容を示す。この処理により、出力端子間、特に、モータインバータ１０の外部でのＵ相−Ｖ相間、Ｕ相−Ｗ相間のショートのチェックが行われる。

図９において、マイコン６０は、まずチェック用電圧維持シーケンス（ステップ４００）を実行する。次に、マイコン６０はステップ７００で、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１をパルス印加、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２をオフ、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３をオフ、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４をオン、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５をオフ、Ｗ相下アームのスイッチング素子Ｓ６をオンする。これにより、Ｕ相の上アーム（スイッチング素子Ｓ１）からモータ８０を通して２０アンペアが流れる状況にする。そして、マイコン６０はステップ７０１で各相の電流値を監視し、記憶しておく。その後、マイコン６０はステップ７０２にて全相のスイッチング素子をオフにする。マイコン６０はステップ７０３にて各相の電流値がそれぞれ正常範囲内か否か判定し、各相の電流が全て正常範囲内であればステップ７０６へ移行する。なお、正常範囲の閾値は、モータのバラツキやモータハーネス長などを考慮し、正常時にチェックパルスを印加によって流れる最大電流値以上に設定する。なお、ステップ７００におけるＶ相下アームおよびＷ相下アームのスイッチング素子Ｓ４，Ｓ６に対する制御として、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１の駆動のためのパルス信号を反転させたパルス信号で駆動させてスイッチング素子Ｓ１がオン時にスイッチング素子Ｓ４，Ｓ６がオフになるようにしてもよい。

一方、マイコン６０はステップ７０３で各相の電流がそれぞれ正常範囲を超えた値が検出されると、ステップ７０３からステップ７０４へ移行する。マイコン６０はステップ７０４において、正常範囲を超えた検出が２回以下か否か判定して２回以下ならばステップ４００へ戻り、３回以上であれば、ステップ７０５でＮＧフラグを立てる。ステップ７０４において異常な電流検出が３回以上検出されたらＮＧフラグが立つようにすることにより、誤判定を抑制することができる。このＮＧフラグが立つという事は、Ｕ相−Ｖ相間、Ｕ相−Ｗ相間にてショートが発生していることになる。

図１０は、Ｖ相パルス印加、Ｗ相、Ｕ相下アーム全オン出力チェックの内容を示す。この処理により、出力端子間、特に、モータインバータ１０の外部でのＶ相−Ｕ相間、Ｖ相−Ｗ相間のショートのチェックが行われる。なお、図９のＵ相パルス印加、Ｖ相、Ｗ相下アーム全オン出力チェックシーケンスとはステップ８００のみ異なる。

図１０において、マイコン６０は、ステップ８００で、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１をオフ、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２をオン、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３をパルス印加、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４をオフ、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５をオフ、Ｗ相下アームのスイッチング素子Ｓ６をオンする。その他の処理は図９のＵ相パルス印加、Ｖ相、Ｗ相下アーム全オン出力チェックシーケンスと同じであるので説明を省略する。Ｖ相パルス印加、Ｗ相、Ｕ相下アーム全オン出力チェックシーケンスにおいてＮＧフラグが立つという事は、Ｖ相−Ｕ相間、Ｖ相−Ｗ相間にてショートが発生していることになる。なお、ステップ８００におけるＵ相下アームおよびＷ相下アームのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ６に対する制御として、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３の駆動のためのパルス信号を反転させたパルス信号で駆動させてスイッチング素子Ｓ３がオン時にスイッチング素子Ｓ２，Ｓ６がオフになるようにしてもよい。

図１１は、Ｗ相パルス印加、Ｕ相、Ｖ相下アーム全オン出力チェックの内容を示す。この処理により、出力端子間、特に、モータインバータ１０の外部でのＷ相−Ｕ相間、Ｗ相−Ｖ相間のショートのチェックが行われる。なお、図９のＵ相パルス印加、Ｖ相、Ｗ相下アーム全オン出力チェックシーケンスとはステップ９００のみ異なる。

図１１において、マイコン６０は、ステップ９００で、Ｕ相上アームのスイッチング素子Ｓ１をオフ、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｓ２をオン、Ｖ相上アームのスイッチング素子Ｓ３をオフ、Ｖ相下アームのスイッチング素子Ｓ４をオン、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５をパルス印加、Ｗ相下アームのスイッチング素子Ｓ６をオフする。その他の処理は図９のＵ相パルス印加、Ｖ相、Ｗ相下アーム全オン出力チェックシーケンスと同じであるので説明を省略する。Ｗ相パルス印加、Ｕ相、Ｖ相下アーム全オン出力チェックシーケンスにおいてＮＧフラグが立つという事は、Ｗ相−Ｕ相間、Ｗ相−Ｖ相間にてショートが発生していることになる。なお、ステップ９００におけるＵ相下アームおよびＶ相下アームのスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４に対する制御として、Ｗ相上アームのスイッチング素子Ｓ５の駆動のためのパルス信号を反転させたパルス信号で駆動させてスイッチング素子Ｓ５がオン時にスイッチング素子Ｓ２，Ｓ４がオフになるようにしてもよい。

図８のステップ６００，６０１，６０２が終了すると図３のステップ１０５が終了する。次に、マイコン６０はステップ１０６にて、ＮＧフラグが立っているか否かが判断される。ＮＧフラグが立っているとステップ１０７へ移行する。

図９の処理でＵ−Ｖ間の端子間ショート（外部ショート）、あるいは、Ｕ−Ｗ間の端子間ショート（外部ショート）が発見できる。また、図１０の処理でＶ−Ｕ間の端子間ショート（外部ショート）、あるいは、Ｖ−Ｗ間の端子間ショート（外部ショート）が発見できる。さらに、図１１の処理でＷ−Ｕ間の端子間ショート（外部ショート）、あるいは、Ｗ−Ｖ間の端子間ショート（外部ショート）が発見できる。これにより、異常部位を特定することができる。例えば、図９の処理により異常が検出されるとともに図１０の処理で異常が検出された場合には、Ｕ−Ｖ間の端子間がショートしていることが分かる。図３のステップ１０７ではこの様にして故障部位特定が行われる。そして、マイコン６０はステップ１０８に移行し、故障部位の特定結果に基づいて、警報ランプを点灯させたり外部機器に特定内容を含めて知らせる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）モータインバータ１０は、インバータ回路２０と、メインコンデンサ４０と、プリチャージ回路５０と、制御手段および判定手段としてのマイコン６０を備える。そして、プリチャージ回路５０の駆動と、モータ駆動用のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を制御し、出力ショートしていた場合にも小電流でショートを検出してハードウェアによる過電流検出回路を不要とすることができる。

つまり、従来、インバータがオンしている状態では過大な電流が流れるので速く止めなければならずハードウェアを追加して止める。本実施形態では、プリチャージ状態で（プリチャージ回路により）ショート故障をチェックするので、即ち、電圧をコントロールするので、速く止めなくてもよい状況を作り、ソフトで止めても充分間に合う。よって、過電流を検出して即座に止める回路が不要となる（ハード構成が無くてもよい）。

このように、制御手段としてのマイコン６０は、プリチャージ状態においてインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をスイッチング動作させ、そのときのインバータ回路２０に流れる電流からショートの有無を判定する（短絡異常を検出する）。これにより、ハードウェアによる過電流検出回路を用いることなくショートを検出（短絡異常を検出）することができる。つまり、ハードウェアによる過電流検出回路を用いることなくショートを検出することができる。

（２）制御手段としてのマイコン６０は、メインコンデンサ４０の電圧がモータを駆動させる際の電圧よりも低い電圧においてインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をスイッチング動作させてショートの有無を判定（短絡異常を検出）する。これにより、出力ショート時にスイッチング素子（モータ駆動用素子）Ｓ１〜Ｓ６を破壊してしまう電圧以下でスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を駆動でき、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６を保護することができる。よって、低い電圧でのプリチャージ状態でショートのチェックを行うことにより過電流が流れない状態でショートを検出することができる。

（３）マイコン６０により、図４のステップ２００，２０１の処理の実行によりインバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のショートの有無を判定した後に、図８のステップ６００，６０１，６０２の処理を実行して出力端子間（相間）のショートの有無を判定することができる。この場合、故障箇所の特定が容易にできる。

（４）ここで、図６，７を用いて説明したように、インバータ回路２０のスイッチング素子のショートの有無を判定する際に、マイコン６０によって各相の上下のアーム用スイッチング素子のうちの一つのスイッチング素子（図６ではＶ相上アーム用スイッチング素子Ｓ３、図７ではＶ相下アーム用スイッチング素子Ｓ４）を導通状態にするとともに他のスイッチング素子を非導通状態とし、このときのインバータ回路２０に流れる電流（図６のステップ４０４の処理、図７のステップ４０４の処理）やメインコンデンサ４０の両端電圧からインバータ回路２０のスイッチング素子のショートの有無を判定することができる。つまり、インバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定する際に、制御手段は、各相の上下のアーム用スイッチング素子のうちの一つのスイッチング素子を導通状態にするとともに他のスイッチング素子を非導通状態とし、判定手段は、このときのインバータ回路に流れる電流またはコンデンサ（メインコンデンサ４０）の電圧からインバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定する。このように、判定手段は、プリチャージ状態においてインバータ回路２０のスイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ６）をスイッチング動作させたときのインバータ回路２０に流れる電流またはコンデンサ（メインコンデンサ４０）の電圧からショートの有無を判定すればよい。

（５）また、図９，１０，１１を用いて説明したように、出力端子間のショートの有無を判定する際に、マイコン６０によって各相の上アーム用スイッチング素子のうちのいずれかの相の上アーム用スイッチング素子（図９ではＵ相上アーム用スイッチング素子Ｓ１、図１０ではＶ相上アーム用スイッチング素子Ｓ３、図１１ではＷ相上アーム用スイッチング素子Ｓ５）および当該相以外の相の下アーム用スイッチング素子（図９ではＶ相下アーム用スイッチング素子Ｓ４およびＷ相下アーム用スイッチング素子Ｓ６、図１０ではＵ相下アーム用スイッチング素子Ｓ２およびＷ相下アーム用スイッチング素子Ｓ６、図１１ではＵ相下アーム用スイッチング素子Ｓ２およびＶ相下アーム用スイッチング素子Ｓ４）を予め定めた規定値の電流が流れるように制御し、このときのインバータ回路２０に流れる電流から相間ショートの有無を判定することができる。

（６）また、図９を用いて説明したように、出力端子間のショートの有無を判定する際に、マイコン６０によってＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＵ相の上アーム用スイッチング素子Ｓ１を導通状態にするとともにＶ相およびＷ相の下アーム用スイッチング素子Ｓ４，Ｓ６を導通状態にし、このときのインバータ回路２０に流れる電流から第１のショートの有無が判定される。また、図１０を用いて説明したように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＶ相の上アーム用スイッチング素子Ｓ３を導通状態にするとともにＵ相およびＷ相の下アーム用スイッチング素子Ｓ２，Ｓ６を導通状態にし、このときのインバータ回路２０に流れる電流から第２のショートの有無が判定される。さらに、図１１を用いて説明したように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＷ相の上アーム用スイッチング素子Ｓ５を導通状態にするとともにＵ相およびＶ相の下アーム用スイッチング素子Ｓ２，Ｓ４を導通状態にし、このときのインバータ回路２０に流れる電流から第３のショートの有無が判定される。そして、第１のショートの有無の判定結果、第２のショートの有無の判定結果、第３のショートの有無の判定結果から、ショートしている出力端子間を特定することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・インバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のショートの有無の判定を行うとともに出力端子間（相間）のショートの有無の判定を行ったが、これに代わり、インバータ回路２０のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のショートの有無の判定のみ行ってもよい。あるいは、出力端子間（相間）のショートの有無の判定のみ行ってもよい。

・プリチャージ回路のプリチャージ駆動用素子５１をオン／オフ制御しながらモータ出力線のチェック用電圧（メインコンデンサ４０の電圧）を維持して各チェックを行ったが、これに代わり、プリチャージ抵抗５２の抵抗値をメインコンデンサ４０の電圧が急激に上がり過ぎない程度に大きくして、プリチャージ回路のプリチャージ駆動用素子５１をオンした状態でチェックを行ってもよい。

・図６，７のステップ４０１，５０１において電流値の検出有り無しで判定したが、所定の閾値を設定し、閾値を超えるか否かで判定しても良い。
・図６，７，９，１０，１１の各ステップ４０５，７０４にて２回以下の場合に再度チェックを繰り返すようにしたが、この閾値は２回に限らない。１回でもよいし３回以上でもよい。また、繰り返しループなしで、すぐにＮＧフラグを立てても良い。

・図６，７，９，１０，１１の各ステップ４０４，７０３にて正常と判断された場合、パルス幅を変えて再度チェックするようにしてもよい。この場合、誤判断をより確実に抑制できる。

１０…モータインバータ、２０…インバータ回路、３０…メインリレー、４０…メインコンデンサ、５０…プリチャージ回路、５５…キースイッチ、６０…マイコン、７０…バッテリ、Ｓ１…スイッチング素子、Ｓ２…スイッチング素子、Ｓ３…スイッチング素子、Ｓ４…スイッチング素子、Ｓ５…スイッチング素子、Ｓ６…スイッチング素子。

Claims (6)

1. ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を有し、入力側に直流電源が接続されるとともに出力側にモータの各相の巻線が接続され、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記モータの各相の巻線が通電されて前記モータを駆動するためのインバータ回路と、
   前記インバータ回路の入力側に並列に接続されたコンデンサと、
   前記直流電源に操作スイッチを介して接続され、前記操作スイッチのオンに伴って前記インバータ回路の入力側と前記直流電源との間に接続されたメインリレーの閉路に先立ち前記コンデンサをプリチャージするためのプリチャージ回路と、
   を備えたモータインバータであって、
   プリチャージ状態において前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング動作させる制御手段と、
   前記制御手段によりプリチャージ状態において前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング動作させたときの前記インバータ回路に流れる電流または前記コンデンサの電圧からショートの有無を判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とするモータインバータ。
2. 前記制御手段は、前記コンデンサの電圧が前記モータを駆動させる際の電圧よりも低い電圧において前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング動作させることを特徴とする請求項１に記載のモータインバータ。
3. 前記制御手段および前記判定手段は、前記インバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定した後に、出力端子間のショートの有無を判定することを特徴とする請求項１または２に記載のモータインバータ。
4. 前記インバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定する際に、前記制御手段は、各相の上下のアーム用スイッチング素子のうちの一つのスイッチング素子を導通状態にするとともに他のスイッチング素子を非導通状態とし、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流または前記コンデンサの電圧から前記インバータ回路のスイッチング素子のショートの有無を判定することを特徴とする請求項３に記載のモータインバータ。
5. 前記出力端子間のショートの有無を判定する際に、前記制御手段は、各相の上アーム用スイッチング素子のうちのいずれかの相の上アーム用スイッチング素子および当該相以外の相の下アーム用スイッチング素子を予め定めた規定値の電流が流れるように制御し、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流からショートの有無を判定することを特徴とする請求項３または４に記載のモータインバータ。
6. 前記出力端子間のショートの有無を判定する際に、前記制御手段は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＵ相の上アーム用スイッチング素子を導通状態にするとともにＶ相およびＷ相の下アーム用スイッチング素子を導通状態にし、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流から第１のショートの有無を判定し、
   前記制御手段は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＶ相の上アーム用スイッチング素子を導通状態にするとともにＵ相およびＷ相の下アーム用スイッチング素子を導通状態にし、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流から第２のショートの有無を判定し、
   前記制御手段は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのＷ相の上アーム用スイッチング素子を導通状態にするとともにＵ相およびＶ相の下アーム用スイッチング素子を導通状態にし、前記判定手段は、このときの前記インバータ回路に流れる電流から第３のショートの有無を判定し、
   前記判定手段は、前記第１のショートの有無の判定結果、前記第２のショートの有無の判定結果、前記第３のショートの有無の判定結果から、ショートしている出力端子間を特定する
   ことを特徴とする請求項３または４に記載のモータインバータ。