JP6298390B2 - 電動機駆動制御装置、電動パワーステアリング装置、電動ブレーキ装置、電動ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機駆動制御装置と、この電動機駆動制御装置を用いた電動パワーステアリング装置、電動ブレーキ装置および電動ポンプ装置に関する。

一般に、電動機を駆動制御するための電動機駆動装置は、直流電源から直流電力を受けて交流電力を発生する電力変換装置と、この電力変換装置を制御するための制御装置とを備えている。電力変換装置で得られた交流電力は、電動機（例えば、三相同期電動機）に供給され、供給された交流電力に応じて電動機は回転トルクを発生する。

このような電動機駆動装置は、例えば自動車に搭載された各種の電動機を駆動制御するのに使用されている。その一例として、自動車の操舵装置を電動化した電動パワーステアリング装置や、自動車の車輪を駆動する自動車用駆動電動機等に使用されている電動機駆動装置は、自動車に搭載された二次電池から直流電力を受けてこれを交流電力に変換し、この交流電力を対応する電動機に供給するようにしてシステム装置を駆動制御するようになっている。これらについては良く知られているので、ここではこれ以上の説明は省略する。

上記のような電動機駆動装置においては、電力変換装置のスイッチング素子から電動機までの電気配線と電動機の巻線とを含む出力ライン上に異常が発生した場合に、これを適切に検出し、電動機および電力変換装置を安全に停止することが望まれている。このような要請に応えるために、下記の特許文献１には、電動機の中性点電圧を検出し、検出した中性点電圧を所定の閾値と比較することで、出力ラインにおける地絡等の異常を検知する技術が記載されている。

特開２０１３−２４７７５４号公報

特許文献１に開示の技術では、三相電動機の各相に対応して設けられた三相の出力ラインにおいて地絡等の異常が生じた場合に、これを検知することはできるが、電動機の駆動を安全に継続することは困難である。特に、特許文献１に記載のように、電力変換装置に流れるパルス状の直流電流から三相電動機の各相に流れる電流を演算して電動機の駆動を制御する電動機駆動装置において、三相の出力ラインのうちいずれか一相の出力ラインが断線等することで欠相が生じた場合は、制御装置から電力変換装置に出力されるＰＷＭパルスパターンと実際の電流経路との間に不一致が生じる。そのため、電動機の電流を正しく演算できなくなり、電動機の駆動を安全に継続することができなくなる。

本発明は、上記のような従来技術における課題を解決するためになされたものである。その主な目的は、多相交流電力を受けて駆動する電動機の駆動中にいずれかの相が欠相となった場合でも、電動機の駆動を安全に継続できる電動機駆動制御装置を提供することにある。

本発明による電動機駆動制御装置は、電動機の駆動を制御するものであって、直流母線を介して入力される直流電力を多相の交流電力に変換して前記電動機に出力するインバータ回路と、前記直流母線に流れる直流電流を検出する電流検出器と、前記インバータ回路を制御するためのＰＷＭ信号を生成して前記インバータ回路に出力するＰＷＭ生成器と、前記電流検出器により検出された直流電流の値と、前記ＰＷＭ信号とに基づいて、前記電動機に流れる各相の電流値を演算する電流演算器と、前記電流演算器により演算された各相の電流値に基づいて、前記ＰＷＭ生成器を制御するための指令信号を生成して前記ＰＷＭ生成器に出力する電流制御器と、を備え、前記電流演算器は、前記交流電力においていずれかの相が欠相した場合に、前記欠相した相を判定して他の相の電流値を演算し、前記ＰＷＭ信号に応じた前記インバータ回路の各相の出力電圧、または前記ＰＷＭ信号に応じた前記直流電流の少なくとも一方に基づいて、前記欠相した相を判定するものである。
本発明による電動パワーステアリング装置は、上記の電動機駆動制御装置と、車両の運転者によるステアリング操作を前記車両の転舵輪に伝達する伝達機構と、前記電動機駆動制御装置の制御により駆動され、前記ステアリング操作をアシストするための回転トルクを発生する電動機とを備える。
本発明による電動ブレーキ装置は、上記の電動機駆動制御装置と、車両の運転者によるブレーキ操作を作動液を介して前記車両の制動機構に伝達する伝達機構と、前記電動機駆動制御装置の制御により駆動され、前記ブレーキ操作に応じて前記作動液の液圧を増加させるための回転トルクを発生する電動機とを備える。
本発明による電動ポンプ装置は、上記の電動機駆動制御装置と、作動液の液圧を増加させるポンプと、前記電動機駆動制御装置の制御により駆動され、前記ポンプを動作させるための回転トルクを発生する電動機とを備える。

本発明によれば、多相交流電力を受けて駆動する電動機の駆動中にいずれかの相が欠相となった場合でも、電動機の駆動を安全に継続することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動機駆動制御装置の構成を示す図である。 インバータ回路の出力電圧ベクトルを示す図である。 第１の実施形態における出力ラインの異常検出動作を説明するための波形図である。 正常時と欠相時における出力電圧ベクトルと中性点電圧の関係を表す一覧表である。 異常判定の制御フローを示す図である。 パルスシフトを行わない場合にインバータ回路に流れるパルス状の直流電流波形の例を示す図である。 パルスシフトを行った場合にインバータ回路に流れるパルス状の直流電流波形の例を示す図である。 パルスシフトを行った状態でＶ相が欠相した場合にインバータ回路に流れるパルス状の直流電流波形の例を示す図である。 正常時と欠相時における出力電圧ベクトルと直流電流の関係を表す一覧表である。 第１の実施形態における出力ラインの異常検出動作をさらに説明するための波形図である。 第１の実施形態における出力ラインの異常検出動作をさらに説明するための波形図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動機駆動制御装置の構成を示す図である。 相電圧検出回路から出力されるＵ相の出力信号の例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る電動パワーステアリング装置を含むステアリングシステムの構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る電動ブレーキ装置の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る電動ポンプ装置を含む油圧ポンプシステムの構成を示す図である。

以下、本発明による電動機駆動制御装置について、図面を用いて詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動機駆動制御装置の構成を示す図である。ここでは、電動機駆動制御装置の一例として、車両の電動パワーステアリング装置に使用される電動機の駆動制御装置の構成を示している。

図１において、電動パワーステアリング装置５００は、電動機３００と、電動機３００の駆動を制御する電動機駆動制御装置としてのインバータ装置１００とを有している。

本実施形態において、インバータ装置１００は、電動機３００の中性点電圧を監視することで、インバータ装置１００のスイッチング素子から電動機３００までの電気配線と電動機３００の巻線とを含む出力ラインの異常を検出する。なお、図１では、電動パワーステアリング装置５００の構成として、インバータ装置１００および電動機３００を図示しており、車両の操舵装置を構成するその他の機構部品等については、インバータ装置１００の動作に直接関係しないため、図示を省略している。

インバータ装置１００は、電流制御器２１０、ＰＷＭ生成器２２０、インバータ回路１１０、中性点電圧検出回路１２０、モータ電流演算器２３０を有している。モータ電流演算器２３０は、出力ライン上に異常が発生しているか否かを判定し、異常が無い場合には正常時のモータ電流の演算結果を出力する。一方、異常が発生した場合には、異常相を判定し、異常相に応じた補正電流演算させる等のモータ電流の演算結果を出力すると共に、ユーザ報知を行うように作動する。

インバータ装置１００には、直流電圧源として、直流電圧ＶＢを出力するバッテリ電源ＢＡＴが接続されている。バッテリ電源ＢＡＴから直流母線を介してインバータ装置１００に入力される直流電力は、インバータ回路１１０によって可変電圧、可変周波数の三相交流電力に変換され、電動機３００に出力される。

電動機３００は、インバータ回路１１０から供給される三相交流電力によって回転駆動される三相電動機である。この電動機３００には、たとえば永久磁石同期電動機、誘導電動機、スイッチトリラクタンス（ＳＲ）電動機など、各種の交流電動機を用いることができる。

インバータ装置１００は、電動機３００の回転出力を制御するための電流制御機能を有している。図１に示すように、インバータ装置１００のマイナス側直流母線には、直流母線に流れる直流電流を検出するための電流検出器Ｒｓｈが設けられている。なお、電流検出器Ｒｓｈをマイナス側直流母線ではなく、プラス側直流母線に設けてもよい。この電流検出器Ｒｓｈにより検出された直流電流値Ｉｄｃは、モータ電流演算器２３０に入力される。

モータ電流演算器２３０には、ＰＷＭ生成器２２０からインバータ回路１１０の各スイッチング素子を駆動するために出力されるＰＷＭ信号が入力される。このＰＷＭ信号と、電流検出器Ｒｓｈから入力された直流電流値Ｉｄｃとに基づいて、モータ電流演算器２３０は、電動機３００に流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電流値（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を演算して求め、その演算結果を電流制御器２１０に出力する。

なお、モータ電流演算器２３０は、上記の電流演算機能に加えて、インバータ回路１１０から電動機３００に出力される三相交流電力においていずれかの相が欠相した場合に、その相を判定して他の相の電流値を演算する機能を有している。この点については、後で詳しく説明する。

電流制御器２１０は、モータ電流演算器２３０で演算された三相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、ＰＷＭ生成器２２０を制御するための指令信号を生成し、ＰＷＭ生成器２２０に出力する。具体的には、電流制御器２１０は、三相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、外部から入力される電流制御指令などの制御指令との差がそれぞれ０となるように、三相の電圧指令値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）を求め、これらの電圧指令値を表す指令信号を生成してＰＷＭ生成器２２０に出力する。なお、電流制御器２１０において、三相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの代わりに、電動機３００の回転位置θを用いて電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをｄｑ変換した電流値（Ｉｄ，Ｉｑ）を用いて、ＰＷＭ生成器２２０への指令信号を生成しても差し支えない。

ＰＷＭ生成器２２０は、電流制御器２１０から入力された指令信号が表す三相の電圧指令値（Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊）に基づいて、インバータ回路１１０を制御するためのＰＷＭ信号を生成し、インバータ回路１１０に出力する。具体的には、ＰＷＭ生成器２２０は、各電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に相当する各相のパルス幅を求め、このパルス幅に応じた各相のＰＷＭ信号を生成して、インバータ回路１１０の各相のスイッチング素子に出力する。これにより、インバータ回路１１０の各相のスイッチング素子をオン／オフ制御して、出力電圧を調整する。

次に、インバータ回路１１０の概略の構成を説明する。なお、以下ではインバータ回路１１０のスイッチング素子を構成する電力用半導体素子として、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使用した例を説明するが、ＩＧＢＴの代わりにＭＯＳＦＥＴ等を適用しても良い。

インバータ回路１１０では、上アームとして動作するＩＧＢＴ５２及びダイオード５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ６２及びダイオード６６とで、上下アームの直列回路５０が構成されている。インバータ回路１１０は、この直列回路５０を、出力しようとする三相の交流電力、すなわちＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各交流電力に対応してそれぞれ備えている。

各相の直列回路５０は、電動機３００の各相に設けられた電機子巻線にそれぞれ対応しており、中間電極６９から交流電流をそれぞれ出力する。この中間電極６９は、交流端子を介して電動機３００の各相巻線に電気的に接続されている。以下では、各相の中間電極６９から巻線までを含めて、出力ラインという。

各相の直列回路５０において、上アームのＩＧＢＴ５２のコレクタ電極は、正極端子を介してバッテリ電源ＢＡＴの正極側に電気的に接続され、また、下アームのＩＧＢＴ６２のエミッタ電極は、負極端子を介してバッテリ電源ＢＡＴの負極側に電気的に接続されている。これら各相の上下アームのＩＧＢＴ５２、６２は、ＰＷＭ生成器２２０によって生成されたオン／オフ信号（ＰＷＭ信号）に応じてそれぞれ駆動制御される。その結果、バッテリ電源ＢＡＴから供給される直流電力が三相の交流電力に変換されて電動機３００の各相巻線に出力され、電動機３００が回転駆動される。

以上がインバータ回路１１０の概略の構成であるが、この構成は良く知られているものであるのでこれ以上の説明は省略する。

なお、電動機３００の回転速度を制御する場合には、電動機の回転速度ωｒを上位制御器からの速度指令と一致するように電圧指令あるいは電流指令を生成して帰還制御してやれば良い。

次に、本発明の特徴である中性点電圧検出回路１２０の作用と、モータ電流演算器２３０の異常判定および補正電流演算について以下に説明する。

中性点電圧検出回路１２０は、インバータ回路１１０の三相の出力電圧に基づいて、電動機３００の中性点と電位的に等価な仮想中性点を設定し、この仮想中性点の電圧を検出することで電動機３００の中性点電圧ＶＮを検出するための回路である。具体的には、図１に示すように、各相の出力ライン上、ここでは各相の中間電極６９と電動機３００の巻線との間に、抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの一端側をそれぞれ接続すると共に、これらの抵抗の他端側を抵抗Ｒｎを介してグランドに接続することで、中性点電圧検出回路１２０が構成されている。この構成により、各相の出力電圧を平均した電圧が抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗと抵抗Ｒｎによって分圧されることで、電動機３００の中性点電圧ＶＮを検出できるようになる。中性点電圧検出回路１２０によって検出された中性点電圧ＶＮの値は、モータ電流演算器２３０に入力され、モータ電流演算器２３０が行う異常判定に利用される。

なお、この実施形態では、インバータ装置１００は電動パワーステアリング装置５００に搭載されるものであるため、バッテリ電源ＢＡＴが１２Ｖと比較的低い。そのため、図１に示すように、中性点電圧検出回路１２０の抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを各相の出力ラインと直接的に接続している。しかし、本願発明は、たとえばハイブリッド車両に搭載されるインバータ装置のように、比較的高い電圧で車輪駆動用電動機を駆動するものにも適用可能である。その場合は。絶縁回路等を利用して、間接的に中性点電圧を検出するのが望ましい。

また、中性点電圧検出回路１２０で検出される中性点電圧ＶＮは、モータ電流演算器２３０で処理できるように、所定の電圧レベルに規格化されてからモータ電流演算器２３０に入力されることが望ましい。たとえば、モータ電流演算器２３０において中性点電圧ＶＮをディジタル処理する場合は、Ａ／Ｄ変換器の入力レベルである０〜５Ｖのレベルになるように、中性点電圧検出回路１２０において各相の出力電圧を分圧する。モータ電流演算器２３０は、この分圧された電圧信号を修正することで中性点電圧ＶＮを取得し、異常判定処理に用いる。ここで、中性点電圧ＶＮは、オペアンプで増幅するとともに、インピーダンス変換した電圧を適用しても差し支えないものである。

モータ電流演算器２３０は、中性点電圧検出回路１２０で検出された中性点電圧ＶＮに基づいて、各相の出力ラインの異常を検出する機能を備えている。具体的には、モータ電流演算器２３０は、中性点電圧検出回路１２０で検出された中性点電圧ＶＮの値と、電動機３００の中性点電圧ＶＮの理論値とを比較し、その比較結果に基づいて、各相の出力ラインが異常であるか否かを判定する。ここで、中性点電圧ＶＮの理論値とは、インバータ装置１００や電動機３００が設計通りに動作した場合の正規の中性点電圧ＶＮのことである。以下では、中性点電圧ＶＮとの比較に用いられる理論値を、正規中性点電圧ＶＮＲと称して説明する。

上記の正規中性点電圧ＶＮＲは、モータ電流演算器２３０において、ＰＷＭ生成器２２０から出力されるＰＷＭ信号のパルスパターンに基づいて求められる。具体的には、図１に示すように、バッテリ電源ＢＡＴと並列に接続された平滑コンデンサ５１の両端電圧Ｖｄｃを検出し、この電圧Ｖｄｃをモータ電流演算器２３０に入力する。モータ電流演算器２３０は、入力された電圧Ｖｄｃに基づいて、バッテリ電源ＢＡＴの電圧（バッテリ電圧）ＶＢを求め、このバッテリ電圧ＶＢをＰＷＭ信号のパルスパターンに応じて調整することで、正規中性点電圧ＶＮＲを求めることができる。たとえば、モータ電流演算器２３０は、ＰＷＭ信号のパルスパターンに基づいてインバータ回路１１０の出力電圧ベクトルを特定し、この出力電圧ベクトルに応じて、１倍、２/３倍または１/３倍の中からいずれかをバッテリ電圧ＶＢに対する倍率として選択する。こうして選択した倍率をバッテリ電圧ＶＢに乗じることで、モータ電流演算器２３０において正規中性点電圧ＶＮＲを求めることができる。なお、この点については、後で詳しく説明する。

次に、図２を用いて、第１の実施形態におけるインバータ回路１１０からの出力を示す出力電圧ベクトルについて説明する。また、図３を用いて、第１の実施形態における出力ラインの異常検出動作を説明する。また、図４を用いて、第１の実施形態における出力ラインの断線時の検出動作を説明する。

図２に示すインバータ回路１１０の出力電圧ベクトルでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順で、上アームのスイッチング素子を構成するＩＧＢＴ５２がオンのときを「１」、下アームのスイッチング素子を構成するＩＧＢＴ６２がオンのときを「０」でそれぞれ示している。インバータ回路１１０の出力電圧ベクトルは、図２に示すようにＶ０ベクトルからＶ７ベクトルまで変化する。この中で、電動機３００に流れる電流が０となるゼロベクトルは、Ｖ０（０，０，０）とＶ７（１，１，１）の２つである。

インバータ回路１１０の出力電圧ベクトルは、ＰＷＭ生成器２２０から出力されるＰＷＭ信号のパルスパターンに応じて定まる。本実施形態において、モータ電流演算器２３０は、前述のように、ＰＷＭ信号のパルスパターンから出力電圧ベクトルを特定し、前述の中性点電圧ＶＮに対する閾値としての正規中性点電圧ＶＮＲを決定するものである。つまり、閾値の設定に用いるレベルとして、Ｖ７ベクトルにより決まる電圧、Ｖ２ベクトル、Ｖ４ベクトル、Ｖ６ベクトルにより決まる電圧、Ｖ１ベクトル、Ｖ３ベクトル、Ｖ５ベクトルにより決まる電圧、またはＶ０ベクトルにより決まる電圧のいずれかを用いるものである。

電動機３００の運転過程で現れる中性点電圧ＶＮは、ＰＷＭパルスパターンに同期してステップ状に変化するはずである。したがって、中性点電圧検出回路１２０によりインバータ回路１１０の出力電圧から検出した中性点電圧ＶＮと、ＰＷＭ信号のパルスパターンから決定した正規中性点電圧ＶＮＲとを比較すれば、各相の出力ラインが正常であるか、あるいはいずれかの相に異常が生じているかを判定できる。

インバータ回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ２ベクトル、Ｖ４ベクトルまたはＶ６ベクトルをとる場合は、インバータ回路１１０の三相の出力電圧のうち、二相の出力電圧がバッテリ電圧ＶＢであり、残りの一相が０ボルトである。したがって、この場合の正規中性点電圧ＶＮＲの値は、ＶＮＲ＝ＶＢ×２／３となる。

また、インバータ回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ１ベクトル、Ｖ３ベクトルまたはＶ５ベクトルをとる場合は、インバータ回路１１０の三相の出力電圧のうち、一相の出力電圧がバッテリ電圧ＶＢであり、残りの二相が０ボルトである。したがって、この場合の正規中性点電圧ＶＮＲの値は、ＶＮＲ＝ＶＢ×１／３となる。

インバータ回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ０ベクトルの場合は、インバータ回路１１０の三相全ての出力電圧が０ボルトである。したがって、この場合の正規中性点電圧ＶＮＲの値は、ＶＮＲ＝０となる。

同様に、インバータ回路１１０の出力電圧ベクトルがＶ７ベクトルの場合は、インバータ回路１１０の三相全ての出力電圧がバッテリ電圧ＶＢとなる。したがって、この場合の正規中性点電圧ＶＮＲの値は、ＶＮＲ＝ＶＢとなる。

図３に示す波形図において、（ａ）に示す三相電圧指令値では、インバータ回路１１０の各相の変調波（電圧指令値）Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、いずれも第三高調波を含んだ波形（変調率は１．１５）である。なお、（ａ）には、搬送波である三角波のＰＷＭキャリアＣａｒｒｙも併せて示している。この結果、（ｂ）に示すゼロ（零）相電圧は、第三高調波を含んだ波形となっており、また（ｄ）に示す中性点電圧波形には、（ｂ）のゼロ（零）相電圧が重畳されている。

図３（ｃ）には、Ｕ相の上アームに入力されるＰＷＭ信号の波形を示している。これは、インバータ回路１１０のＵ相上アームのスイッチング素子であるＩＧＢＴ５２を駆動する信号である。なお、（ｃ）に示すＵ相上アームのＰＷＭ信号の相補信号（反転信号）が、Ｕ相下アームのＰＷＭ信号になる。

（ｃ）に示すように、Ｕ相上アームのＰＷＭ信号の値がＶｇａｔｅ（ハイレベル）のときには、Ｕ相上アームのＩＧＢＴ５２がオンして、インバータ回路１１０のＵ相出力電圧はＶＢとなる。逆に、Ｕ相上アームのＰＷＭ信号の値が０（ロウレベル）のときには、Ｕ相下アームのＩＧＢＴ６２がオンして、インバータ回路１１０のＵ相出力電圧は０ボルトになる。

図３（ｄ）には、（ａ）のＰＷＭキャリアＣａｒｒｙに同期した中性点電圧ＶＮの変化を示している。この中性点電圧ＶＮは、Ｖ０ベクトルからＶ７ベクトルの順番に、電動機３００の中性点の電圧値を示している。これは、インバータ回路１１０の三相各相の出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの平均合成電圧値であり、以下の式（１）に示されるものである。これは中性点電圧検出回路１２０で検出される中性点電圧ＶＮの値と等価である。
ＶＮ＝（Ｖｕ＋Ｖｖ＋Ｖｗ）／３ ・・・（１）

上記の式（１）で表される中性点電圧ＶＮの値は、上述した中性点電圧検出回路１２０によって検出されたものと考えて良く、この中性点電圧ＶＮは、ＰＷＭ信号のパルスパターンに同期してステップ状に変化する電圧である。

次に、インバータ装置１００の出力ライン上で、三相のうちいずれか一相が断線（いわゆる欠相）した場合を考える。この場合、欠相時の中性点電圧は、図４に示す一覧表を用いて、以下のようにして検出することができる。図４は、正常時と欠相時における出力電圧ベクトルと中性点電圧ＶＮの関係を表す一覧表である。

欠相が生じていない正常時には、図４に示すように、中性点電圧ＶＮは、Ｖ１〜Ｖ６ベクトルではＶＢ×１／３またはＶＢ×２／３、Ｖ０ベクトルでは０、Ｖ７ベクトルではＶＢとなる。一方、出力ラインのいずれか一相が欠相した場合、図４に示すように、中性点電圧ＶＮは、Ｖ１〜Ｖ６ベクトルにおいて、０、ＶＢ／２またはＶＢのいずれかとなる。したがって、中性点電圧検出回路１２０で検出した中性点電圧ＶＮの値がＶＮ＝２／ＶＢとなった場合は、いずれかの相が欠相していると判断することができる。

上記のようにしていずれかの相が欠相していると判断された場合、Ｖ１〜Ｖ６ベクトルのうち、中性点電圧ＶＮの値が０またはＶＢとなるのがどのベクトルであるかを特定することで、どの相が欠相したかを判定することができる。具体的には、一相のみがオン（１）であり、残りの二相がオフ（０）であるＶ１、Ｖ３、Ｖ５の各出力電圧ベクトルのうち、いずれかで中性点電圧ＶＮが０となった場合は、その出力電圧ベクトルでオンである相が欠相した相であると判定できる。すなわち、Ｖ１ベクトルでＶＮ＝０であればＵ相、Ｖ３ベクトルでＶＮ＝０であればＶ相、Ｖ５ベクトルでＶＮ＝０であればＷ相が、それぞれ欠相した相であると判定できる。

また、一相のみがオフ（０）であり、残りの二相がオン（１）であるＶ２、Ｖ４、Ｖ６の各出力電圧ベクトルのうち、いずれかで中性点電圧ＶＮがＶＢとなった場合は、その出力電圧ベクトルでオフである相が欠相した相であると判定できる。すなわち、Ｖ２ベクトルでＶＮ＝ＶＢであればＷ相、Ｖ４ベクトルでＶＮ＝ＶＢであればＵ相、Ｖ６ベクトルでＶＮ＝０であればＶ相が、それぞれ欠相した相であると判定できる。

なお、いずれの相が欠相した場合でも、Ｖ０ベクトルでは、中性点電圧ＶＮの値が正規中性点電圧ＶＮＲと同じ０となり、Ｖ７ベクトルでは、中性点電圧ＶＮの値が正規中性点電圧ＶＮＲと同じＶＢとなる。したがって、Ｖ０ベクトルやＶ７ベクトルでの中性点電圧ＶＮを検出することで、Ｖ７ベクトルにおいて中性点電圧ＶＮがＶＢよりも低くなる地絡の場合や、Ｖ０ベクトルにおいて中性点電圧ＶＮが０よりも高くなる天絡の場合と、欠相の場合とを区別することができる。

本実施形態では、モータ電流演算器２３０により、以上説明したような方法を用いて、各相の出力ラインの異常を検出することができる。

図５は、モータ電流演算器２３０が行う異常判定の制御フローを示す図である。以下では、この図５の制御フローについて説明する。なお、図５の制御フローは、マイコン等のコンピュータで構成されたモータ電流演算器２３０で実行されるものである。この制御フローのプログラムが所定の時間インターバルごとに起動されることで、モータ電流演算器２３０は、以下のような演算を行って異常判定を実行する。

図５の制御フローの起動後、モータ電流演算器２３０は、ステップＳ４０において、現在のＰＷＭ信号のパルスパターンを検出する。ＰＷＭ信号のパルスパターンは、先に述べたようにＰＷＭキャリアＣａｒｒｙと同期して変化する。そのため、ＰＷＭ生成器２２０から出力された各相のＰＷＭ信号をＰＷＭキャリアＣａｒｒｙに同期したタイミングで検出することで、ＰＷＭ信号のパルスパターンを検出することができる。これにより、閾値としての正規中性点電圧ＶＮＲをどの値とするかを選択することができる。

ステップＳ４０でＰＷＭ信号のパルスパターンを検出したら、モータ電流演算器２３０は次のステップＳ４１において、検出したパルスパターンに対応した正規中性点電圧ＶＮＲを求めるために、各相の電圧を演算する。ここでは、以下のようにして、電源電圧ＶＢに、検出したＰＷＭ信号のパルスパターンに基づいた各相の電圧係数を乗算することで、各相の電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを演算する。

具体的には、検出したＰＷＭ信号のパルスパターンがＶ７ベクトルである場合、三相全ての電圧係数は１/３である。また、検出したＰＷＭ信号のパルスパターンがＶ２ベクトル、Ｖ４ベクトル、またはＶ６ベクトルである場合、二相の電圧係数は１/３で残りの一相が０である。検出したＰＷＭ信号のパルスパターンがＶ１ベクトル、Ｖ３ベクトル、またはＶ５ベクトルである場合、一相の電圧係数は１/３で残りの二相が０である。検出したＰＷＭ信号のパルスパターンがＶ０ベクトルである場合、三相全ての電圧係数は０である。

ステップＳ４１でＰＷＭパルスパターンに応じて各相の電圧を求めたら、次にモータ電流演算器２３０は、ステップＳ４２において、正規中性点電圧ＶＮＲの値を演算する。ここでは、ステップＳ４１で求めた各相の電圧を加算することで、正規中性点電圧ＶＮＲの値を演算する。すなわち、ステップＳ４１で求めた各相の電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、電圧係数を加味して、以下の式により正規中性点電圧ＶＮＲの値を求めることができる。
ＶＮＲ＝（Ｖｕ＋Ｖｖ＋Ｖｗ）／３

上記の式で表される正規中性点電圧ＶＮＲの値は、図３の（ｄ）に示したように、Ｖ０ベクトルでは０ボルトであり、Ｖ２ベクトル、Ｖ４ベクトル、Ｖ６ベクトルではＶＢ×２/３ボルトであり、Ｖ１ベクトル、Ｖ３ベクトル、Ｖ５ベクトルではＶＢ×１/３ボルトであり、Ｖ７ベクトルではＶＢボルトである。このようにして求められた正規中性点電圧ＶＮＲが、ＰＷＭパターンに対応した閾値として、以降の演算において使用される。

次に、モータ電流演算器２３０は、ステップＳ４３において、中性点電圧検出回路１２０から中性点電圧ＶＮの値を取り込んで記憶する。ここでは、ステップＳ４０で検出したＰＷＭパルスパターンに対応する中性点電圧ＶＮの値として、中性点電圧検出回路１２０の検出値を取得する。

ステップＳ４４において、モータ電流演算器２３０は、ステップＳ４２で求めた正規中性点電圧ＶＮＲと、ステップＳ４３で取得した中性点電圧ＶＮに基づいて、出力ラインの異常判定を行う。ここでは、中性点電圧ＶＮの値と正規中性点電圧ＶＮＲの値とを比較し、その比較結果に基づいて、いずれかの相が欠相しているか否かを判定する。具体的には、正規中性点電圧ＶＮＲから中性点電圧ＶＮを引くことでこれらの差分を計算し、この差分が所定値よりも小さければ正常、すなわち欠相がないと判定する。すなわち、差分が所定値より小さい場合は、正規中性点電圧ＶＮＲと実際の中性点電圧ＶＮが概ね一致しており、正常な動作が行われていると判断する。一方、計算した差分が所定値よりも大きければ異常、すなわちいずれかの相が欠相していると判定する。すなわち、差分が所定値より大きい場合は、正規中性点電圧ＶＮＲに対して実際の中性点電圧ＶＮが変動しており、異常な動作が行われていると判断する。なお、差分計算で「＋」あるいは「−」の符号付の差分を求めれば、その時のＰＷＭパルスパターンに応じて、欠相と地絡または天絡との切り分けが可能となる。

ステップＳ４４で正規中性点電圧ＶＮＲと中性点電圧ＶＮの差分が所定値未満である場合、モータ電流演算器２３０はステップＳ４５に進み、出力ラインのいずれの相にも欠相がないとの正常判定を行う。その後ステップＳ４６において、モータ電流演算器２３０は正常時の電流演算処理を行い、図５の制御フローに示す処理を終了する。

一方、ステップＳ４４で正規中性点電圧ＶＮＲと中性点電圧ＶＮの差分が所定値以上である場合、モータ電流演算器２３０はステップＳ４７に進み、出力ラインのいずれかの相か欠相しているとの異常判定を行う。その後ステップＳ４８において、モータ電流演算器２３０は、欠相発生の警告を行うための報知処理を行う。ここでは、たとえば車両のインストルメントパネルに設けられた不図示の警告灯を表示するなどの方法により、車両の乗員に欠相発生の旨を報知する。

ステップＳ４８で報知処理を行ったら、モータ電流演算器２３０は次のステップＳ４９において、異常時の電流演算処理を行う。この異常時の電流演算処理では、モータ電流演算器２３０は、出力ラインにおいていずれの相が欠相しているかを判断し、その相の電流値を０として、電流検出器Ｒｓｈから入力された直流電流Ｉｄｃの値に基づいて他の相の電流値を演算する。異常時の電流演算処理を行ったら、モータ電流演算器２３０は図５の制御フローに示す処理を終了する。

なお、上記実施の形態では、ステップＳ４２において、演算により正規中性点電圧ＶＮＲの値を求め、中性点電圧ＶＮの値とこの正規中性点電圧ＶＮＲの値とを比較することで、出力ラインの欠相判定を行う例を説明したが、他の方法で出力ラインの欠相判定を行ってもよい。たとえば、中性点電圧ＶＮと予め設定された複数の閾値とを比較し、その比較結果に基づいて、出力ラインの欠相判定を行うこともできる。具体的には、図３の（ｄ）に示すような３つの閾値Ｖｔ１、Ｖｔ２およびＶｔ３を、それぞれ第１の異常判定レベル、第２の異常判定レベル、第３の異常判定レベルとして予め設定しておき、これらと出力電圧ベクトルとの関係を固定メモリ等に予め記憶させておく。そして、検出したＰＷＭ信号のパルスパターンに応じて、これらの異常判定レベルのいずれかを選択して検出した中性点電圧ＶＮと比較することにより、出力ラインの欠相判定を行う。このようにしても、出力ラインにおいていずれかの相が欠相した場合に、中性点電圧ＶＮに基づいて欠相した相を判定することが可能である。

上記のような判定方法は、図４に示す方法と同様に行っても良い。すなわち、図５のステップＳ４２で演算される正規中性点電圧ＶＮＲの値を、異常判定レベルＶ１、Ｖ２またはＶ３のいずれかで置き換えることで、図５の制御フローで説明したようにして、出力ラインの欠相判定を行うことができる。

なお、図５の制御フローにおいて、ステップＳ４０でＰＷＭ信号のパルスパターンを検出する際には、後述するように、ＰＷＭキャリアの後半の１／２周期で検出することが好ましい。このようにすれば、マイコン処理負荷の軽減ができる。また、図３（ｄ）においてＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４・・・に示したように、ＰＷＭキャリアの１／２周期ごとに、Ｖ０ベクトルとＶ７ベクトルのタイミングで、中性点電圧ＶＮを検出して異常判定してもよい。さらに、ＰＷＭキャリアの１／２の期間を正数倍した周期ごとに異常判定を行っても差し支えない。

次に、図６〜図９を用いて、図５のステップＳ４９における異常時の電流演算処理について説明する。

図６は、インバータ回路１１０に流れるパルス状の直流電流波形の例を示す図である。これは、後述するパルスシフトを行わない場合の一般的な直流電流波形を示している。

図６（ａ）は、ＰＷＭ生成器２２０におけるＰＷＭパルス生成用のノコギリ波状のタイマカウント値を示している。このノコギリ波の周期Ｔｐｗｍは、図３（ａ）に示したＰＷＭキャリアＣａｒｒｙの周期に等しい。

図６（ｂ）は、ＰＷＭ生成器２２０からインバータ回路１１０に出力される各相のパルス状のＰＷＭ信号を示している。この図６（ｂ）では、瞬時の電圧指令に応じたＰＷＭパルスの１区間を示しており、各相のＰＷＭパルス幅をＵｐｗ、Ｖｐｗ、Ｗｐｗで示している。

図６（ｃ）は、電流検出器Ｒｓｈによって検出される直流電流Ｉｄｃの波形を示している。図６（ｃ）に示すように、直流電流Ｉｄｃは、図６（ｂ）に示した各相のＰＷＭ信号に応じて、Ｉｄ１からＩｄ２へ、またはＩｄ２からＩｄ１へと変化する。

ここで、Ｖ１ベクトルに対応するＵ相とＶ相の相間パルスの幅や、Ｖ２ベクトルに対応するＶ相とＷ相の相関パルスの幅が、モータ電流演算器２３０におけるＡＤ変換器の最小サンプリング時間よりも短い場合を考える。この場合、直流電流Ｉｄｃの値をモータ電流演算器２３０においてサンプリングすることができないため、正しい直流電流値を取得できない。すなわち、図６（ｂ）に示す各相のＰＷＭパルスの信号差に応じた線間電圧が電動機３００に印可されることでモータ電流が流れるが、このモータ電流が微少なときには、上記のＶ１ベクトル、Ｖ２ベクトルにそれぞれ対応する相間パルスの幅に応じて定まる直流電流Ｉｄｃのパルス幅ｔ１、ｔ２が、最小パルス幅ＴＰＳを満たさないことがある。この場合は、直流電流Ｉｄｃを検出できずに、適切なモータ電流の制御ができない。

上記のような課題に対処するため、次に図７を用いて、ＰＷＭ信号の位置を変化させるパルスシフトを行った場合について説明する。図７は、パルスシフトを行った場合にインバータ回路１１０に流れるパルス状の直流電流波形の例を示す図である。

図７において、図６との違いは、（ｂ）に示す各相のＰＷＭ信号のうち、Ｕ相とＷ相のパルスの位置（位相）が移動（シフト）している点と、その結果、（ｃ）に示す直流電流Ｉｄｃの波形が変化している点である。このようにすることで、直流電流Ｉｄｃのパルス幅を最小パルス幅ＴＰＳとして、直流電流Ｉｄｃを検出可能とすることができる。

図７（ｂ）に示す各相のＰＷＭ信号のパルス幅（Ｕｐｗ，Ｖｐｗ，Ｗｐｗ）は、図６（ｂ）と同じである。図７（ｂ）では、ＰＷＭパルスの立ち下りエッジ側で、Ｖ相パルスを基準として、Ｕ相パルスをパルスシフト量Ｔｔ２だけ位相を遅らせて、Ｖ１ベクトルに対応するＵ相とＶ相の相間パルス幅を最小パルス幅ＴＰＳ以上となるように広げている。また、ＰＷＭパルスの立ち上がりエッジ側では、Ｖ４ベクトルに対応するＵ相とＶ相の相間パルスが生じる。これにより、図６（ｂ）に示したパルスシフトしない場合のＶ１ベクトルに対応するＵ相とＶ相の相間パルスに対して、極性が反転し幅の小さなパルスが直流電流Ｉｄｃに生成される。これにより、十分なサンプリング時間を確保しながら、ＰＷＭパルスの１区間内で、電動機３００への印加電圧の平均値を、図６（ｂ）に示したパルスシフトしない場合と同等にできる。その結果、電動機３００への印加電圧と位相を調整して、電動機３００を制御できる。

このとき、図７（ｃ）に示す直流電流Ｉｄｃの波形において、ＰＷＭパルスの立ち上がりエッジ側では、電流パルスの幅（面積）が小さくなる。なお、図７（ｃ）では、負の大きさの面積となっている。一方、ＰＷＭパルスの立ち下がりエッジ側では、電流パルスの幅（面積）が大きくなる。図７（ｃ）において、ＰＷＭパルスの１区間に対する電流パルスの総面積は、図６（ｃ）と同等である。

上記のようなパルスシフトを行い、モータ電流演算器２３０においてＡＤ変換器により直流電流Ｉｄｃをサンプリングすることで、直流電流値Ｉｄ１、Ｉｄ２を正確に取得できる。なお、ＰＷＭキャリア周期の前半１／２周期での直流電流値Ｉｄ３、Ｉｄ４は、検出しなくてもよい。本発明では、中性点電圧ＶＮの検出と、直流電流値Ｉｄ１、Ｉｄ２の検出とを、概略同じタイミングで行うことが好ましい。

次に図８を用いて、Ｖ相が欠相したときの検出動作について説明する。図８は、パルスシフトを行った状態でＶ相が欠相した場合にインバータ回路１１０に流れるパルス状の直流電流波形の例を示す図である。

図８において、図７との違いは、（ｂ）に示す各相のＰＷＭ信号のうち、Ｖ相のＰＷＭ信号が欠相により消失している点と、その結果、（ｃ）に示す直流電流Ｉｄｃの波形が変化している点である。

図８の場合、Ｖ相の欠相により、Ｗ相のＰＷＭパルスの立ち下がりからＵ相のＰＷＭパルスの立ち下がりまでの期間において、インバータ回路１１０からＶ１ベクトルが継続して出力される。そのため、モータ電流演算器２３０では、直流電流Ｉｄｃの値Ｉｄ１’’、Ｉｄ２’’として、Ｕ相の電流値Ｉｕが２回計測されることになる。しかし、モータ電流演算器２３０は、図７（ｃ）のように、Ｖ相のＰＷＭパルスが正常に出力されている状態を想定して各相の電流値を演算しているため、このままでは正しい電流値を演算できなくなってしまう。そこで、Ｖ相が欠相して電流経路が変わったことによる補正電流演算を行い、これによって各相の電流値を正しく演算することが必要になる。

次に図９を用いて、欠相が生じた場合にモータ電流演算器２３０によって行われる補正電流演算について説明する。図９は、正常時と欠相時における出力電圧ベクトルと直流電流Ｉｄｃの関係を表す一覧表である。

本実施形態において、モータ電流演算器２３０は、ＰＷＭ信号に応じて定まるインバータ回路１１０からの出力電圧ベクトルから、図９に示す一覧表に基づいて、正常時の直流電流Ｉｄｃに対する各相の電池値を求めることができる。たとえば、欠相が生じていない正常時には、図７に示したＶ２ベクトル時の直流電流値Ｉｄ２を用いて、Ｗ相のモータ電流値Ｉｗが求まる。また、Ｖ１ベクトル時の直流電流値Ｉｄ１を用いて、Ｕ相のモータ電流値Ｉｕが求まる。残りの１相のＶ相のモータ電流は、以下の（２）式を用いて求めることができる。
０＝Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ ・・・（２）

一方、たとえばＶ相に欠相が生じている異常時には、図８に示したように、正常時にはＶ２ベクトルが出力される期間において、実際にはＶ１ベクトルが出力される。このとき検出される中性点電圧ＶＮの値は、ＶＮ＝ＶＢ／２である。また、正常時と同じくＶ１ベクトルが出力される期間でも、検出される中性点電圧ＶＮの値は、ＶＮ＝ＶＢ／２である。この場合、図４に示した欠相時における出力電圧ベクトルと中性点電圧ＶＮの関係から、Ｖ相の欠相として判定できる。

上記のようにしてＶ相が欠相していると判断できた場合、図９に示した欠相時における出力電圧ベクトルと直流電流Ｉｄｃの関係から、Ｉｖ＝０として、直流電流Ｉｄｃの値に対する各相のモータ電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を求めることができる。モータ電流演算器２３０は、このようにして、Ｖ相が欠相したときの補正電流演算を行う。すなわち、１相が欠相した異常状態においても、欠相した相を判定することで、直流電流Ｉｄｃの検出値を用いて、各相の正しい電流値を演算することができる。その結果、電動機３００の駆動を継続することが可能になる。

ここで、ＰＷＭ信号が変化しても直流電流Ｉｄｃの検出値が変化しなかった場合に、そのＰＷＭ信号に対応する出力電圧ベクトルから、どの相が欠相したかを判定することも可能である。たとえば、Ｖ２ベクトルのＰＷＭ信号が出力された場合の直流電流Ｉｄｃの検出値と、Ｖ１ベクトルのＰＷＭ信号が出力された場合の直流電流Ｉｄｃの検出値とが等しくなる条件は、図９から、Ｉｖ＝０であることが分かる。このようにして、Ｖ相の欠相を判定することが可能である。すなわち、モータ電流演算器２３０は、ＰＷＭ信号の変化に応じた直流電流Ｉｄｃに基づいて、欠相した相を判定することができる。また、上記のような直流電流Ｉｄｃに基づく欠相判定と、前述のようなインバータ回路１１０の出力電圧に応じた中性点電圧ＶＮに基づく欠相判定とを、併用して行ってもよい。

次に、図１０に示す波形図を用いて、第１の実施形態における出力ラインの異常検出動作についてさらに説明する。図１０の波形図において、図３と異なるのは、（ａ）に示す三相電圧指令値で、インバータ回路１１０の各相の変調波（電圧指令値）Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊は、２相変調の波形（変調率は１．１５）である点である。これにより、インバータ回路１１０において各スイッチング素子のスイッチング回数を低減できるため、高効率化を図れる。また、（ｂ）に示すゼロ（零）相電圧は、図３とは異なり、６０度の区間をＶｍａｘとする波形となっており、（ｄ）に示す中性点電圧波形には、このゼロ（零）相電圧が重畳されている。

図１０のような２相変調の変調波であっても、モータ電流演算器２３０は、図３〜図９で説明したのと同様の方法により、出力ラインの異常検出動作を行うことができる。

図１０から分かるように、２相変調信号では、インバータ回路１１０からの出力周波数に同期した電圧変動が電動機３００の中性点電圧ＶＮに重畳される。この場合であっても、（ｄ）に示すように、Ｖ０ベクトルからＶ７ベクトルの順番に、電動機３００の中性点電圧ＶＮを正規中性点電圧ＶＮＲと比較することで、各相の出力ラインの異常を検出することができる。

なお、前述のように、３つの閾値Ｖｔ１、Ｖｔ２およびＶｔ３を、それぞれ第１の異常判定レベル、第２の異常判定レベル、第３の異常判定レベルとして予め設定しておき、これらの異常判定レベルのいずれかをＰＷＭ信号のパルスパターンに応じて選択して、検出した中性点電圧ＶＮと比較することにより、各相の出力ラインの異常判定を行うこともできる。この場合は、図１０の（ｄ）に示すように、Ｓ１、Ｓ３に示すタイミングでのＶＢ×１/３以下の出力と、Ｓ２、Ｓ４に示すタイミングでのＶＢ×２/３以上の出力とが所定数毎に繰り返すことを利用して、異常判定レベルを選択することができる。

また、図１１に示す波形図を用いて、第１の実施形態における出力ラインの異常検出動作についてさらに説明する。図１１の波形図において、図３と異なるのは、（ａ）に示す三相電圧指令値で、インバータ回路１１０の各相の変調波（電圧指令値）Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊は、１８０度の矩形波であり、変調率が１．２７となっている点である。これにより、インバータ回路１１０において各スイッチング素子のスイッチング回数を低減できるため、高効率化を図れる。（ｂ）に示す中性点電圧波形は、６０度周期の矩形波である。なお、図１１では、図３（ｂ）のようなゼロ（零）相電圧の波形や、図３（ｃ）のようなＵ相の上アームに入力されるＰＷＭ信号の波形については、図示を省略している。

図１１のような１８０度の矩形波の変調波であっても、モータ電流演算器２３０は、図３〜図９で説明したのと同様の方法により、出力ラインの異常検出動作を行うことができる。

図１１から分かるように、１８０度の矩形波の変調信号では、インバータ回路１１０からの出力周波数に同期した電圧変動が電動機３００の中性点電圧ＶＮに重畳される。この場合であっても、（ｂ）に示すように、Ｖ０ベクトルからＶ７ベクトルの順番に、電動機３００の中性点電圧ＶＮを正規中性点電圧ＶＮＲと比較することで、各相の出力ラインの異常を検出することができる。

なお、この場合にも前述のように、異常判定レベルを中性点電圧ＶＮと比較することで、各相の出力ラインの異常判定を行うことができる。この場合は、図１１の（ｂ）に示すように、Ｓ１、Ｓ３に示すタイミングでのＶＢ×１/３以下の出力と、Ｓ２、Ｓ４に示すタイミングでのＶＢ×２/３以上の出力とが現れない。したがって、前述の閾値Ｖｔ１やＶｔ３を用いずに、閾値Ｖｔ２のみを第２の異常判定レベルとして用いて、異常判定を行うことが好ましい。

以上説明したように、本実施形態では、変調波に従ったＰＷＭパルスパターン（出力電圧ベクトル）によって定まる正規中性点電圧ＶＮＲの値と、ＰＷＭパルスパターンによって定まる実際の中性点電圧ＶＮの値とを比較することで、欠相の有無を判定することができる。そのため、信頼性の高い異常検出が可能である。また、インバータ出力周波数にもよらず安定した異常検出が可能である。

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）電動機３００の駆動を制御する電動機駆動制御装置であるインバータ装置１００は、直流母線を介して入力される直流電力を三相の交流電力に変換して電動機３００に出力するインバータ回路１１０と、直流母線に流れる直流電流を検出する電流検出器Ｒｓｈと、インバータ回路１１０を制御するためのＰＷＭ信号を生成してインバータ回路１１０に出力するＰＷＭ生成器２２０と、電流検出器Ｒｓｈにより検出された直流電流Ｉｄｃの値と、ＰＷＭ信号とに基づいて、電動機３００に流れる各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを演算するモータ電流演算器２３０と、モータ電流演算器２３０により演算された各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、ＰＷＭ生成器２２０を制御するための指令信号を生成してＰＷＭ生成器２２０に出力する電流制御器２１０とを備える。モータ電流演算器２３０は、インバータ回路１１０から出力される交流電力においていずれかの相が欠相した場合に、図５のステップＳ４９において、欠相した相を判定して他の相の電流値を演算する。このようにしたので、電動機３００の駆動中にいずれかの相が欠相となった場合でも、電動機３００の駆動を安全に継続することができる。

（２）モータ電流演算器２３０は、ＰＷＭ信号に応じて変化するインバータ回路１１０の各相の出力電圧、またはＰＷＭ信号に応じた直流電流Ｉｄｃの少なくとも一方に基づいて、欠相した相を判定する。このようにしたので、どの相が欠相したかを確実に判定することができる。

（３）インバータ装置１００は、インバータ回路１１０の各相の出力電圧に基づいて電動機３００の中性点電圧ＶＮを検出する中性点電圧検出回路１２０を備える。モータ電流演算器２３０は、この中性点電圧検出回路１２０により検出された中性点電圧ＶＮに基づいて、欠相した相を判定する。具体的には、ＰＷＭ信号のパルスパターンに基づいて、電動機３００の中性点電圧ＶＮの理論値である正規中性点電圧ＶＮＲを求め、中性点電圧ＶＮと正規中性点電圧ＶＮＲとを比較し、その比較結果に基づいて欠相した相を判定する。または、中性点電圧ＶＮと予め設定された複数の閾値とを比較し、その比較結果に基づいて欠相した相を判定する。すなわち、ＰＷＭ信号のパルスパターンに基づいて、第１、第２または第３の閾値のいずれかを選択し、選択した閾値を中性点電圧ＶＮと比較する。このようにしたので、ＰＷＭ信号に応じて変化するインバータ回路１１０の各相の出力電圧に基づいて、どの相が欠相したかを正確に判定することができる。

（４）インバータ装置１００は、インバータ回路１１０から出力される交流電力においていずれかの相が欠相した場合に、図５のステップＳ４８において警告を行う。このようにしたので、欠相が発生したことを車両の乗員等に知らせることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る電動機駆動制御装置について説明する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係る電動機駆動制御装置の構成を示す図である。図１２において、図１に示した第１の実施形態の構成と異なる部分は、図１の中性点電圧検出回路１２０の代わりに相電圧検出回路１２１が設けられている点と、インバータ回路１１０の出力側の各相に遮断スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が設けられている点である。

図１２において、遮断スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３は、インバータ回路１１０の各相に設けられた直列回路５０が故障した際に、対応する相の出力ラインを遮断するものである。すなわち、インバータ回路１１０の各直列回路５０において、スイッチ素子であるＩＧＢＴ５２または６２が短絡故障した場合に、遮断スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のうち対応するものをオープンにする。これにより、電動機３００の回転中にブレーキ電流が発生するのを防止する。

相電圧検出回路１２１は、インバータ回路１１０から出力される各相の出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを検出し、これらの検出結果に応じた信号ＶＮ１、ＶＮ２、ＶＮ３をモータ電流演算器２３０に出力する。図１２に示すように、相電圧検出回路１２１は、各相の出力ラインとグランドの間にそれぞれ設けられた抵抗Ｒｕ１、Ｒｖ１、Ｒｗ１と、これらに直列に接続された抵抗Ｒｕ２、Ｒｖ２、Ｒｗ２とによって構成されている。これらの抵抗の中間点電圧を取り込むことで、モータ電流演算器２３０は、Ｕ相の出力電圧Ｖｕの値に応じた出力信号ＶＮ１と、Ｖ相の出力電圧Ｖｖの値に応じた出力信号ＶＮ２と、Ｗ相の出力電圧Ｖｗの値に応じた出力信号ＶＮ３とを取得している。

図１３は、相電圧検出回路１２１から出力されるＵ相の出力信号ＶＮ１の例を示している。なお、ここではＵ相の出力信号ＶＮ１のみを例示したが、Ｖ相の出力信号ＶＮ２や、Ｗ相の出力信号ＶＮ３についても、同様である。

本実施形態において、モータ電流演算器２３０は、相電圧検出回路１２１からの出力信号ＶＮ１、ＶＮ２、ＶＮ３に基づいて、以下の式（３）式により、電動機３００の中性点電圧ＶＮの値を演算して求める。
ＶＮ＝（ＶＮ１＋ＶＮ２＋ＶＮ３）／３ ・・・（３）

本実施形態では、図５のステップＳ４３において上記の演算を行うことにより、中性点電圧ＶＮの値が求められる。そして、次のＳ４４において、第１の実施形態で説明したように、ステップＳ４３で求められた中性点電圧ＶＮの値と正規中性点電圧ＶＮＲとを比較することにより、出力ラインのいずれかの相が欠相しているか否かが判定される。

また、図１３においてＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４・・・に示したように、Ｖ０ベクトル、Ｖ７ベクトルのタイミングで中性点電圧ＶＮを検出すると、インバータ回路１１０の出力電力が大きい時にも、ＰＷＭパルス幅が広い状態でサンプリングすることが可能となる。そのため、より正確な異常状態の検出ができる。

なお、遮断スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３のいずれかが常時オープン状態となるような故障が生じた場合は、対応する相の欠相として検出することができる。

このように、本実施形態においても、変調波に従ったＰＷＭパルスパターン（出力電圧ベクトル）によって定まる正規中性点電圧ＶＮＲの値と、ＰＷＭパルスパターンによって定まる実際の中性点電圧ＶＮの値とを比較することで、欠相の有無を判定することができる。そのため、第１の実施形態と同様に、信頼性の高い異常検出が可能である。また、インバータ出力周波数にもよらず安定した異常検出が可能である。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１、第２の各実施形態で説明したような電動機駆動制御装置を適用した電動パワーステアリング装置について説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係る電動パワーステアリング装置５００を含むステアリングシステムの構成を示す図である。

図１４のステアリングシステムにおいて、電動パワーステアリング装置５００は、電動アクチュエータ６１０と、ハンドル（ステアリング）９００と、操舵検出器９０１および操作量指令器９０３を備える。運転者が操舵するハンドル９００の操作力は、電動アクチュエータ６１０を用いてトルクアシストされる。

電動アクチュエータ６１０は、トルク伝達機構９０２と、第１、第２の各実施形態で図１や図１２に示したように、電動機３００とインバータ装置１００を搭載した電動パワーステアリング装置５００とを有している。

電動アクチュエータ６１０のトルク指令τ＊は、ハンドル９００の操舵アシストトルク指令として、操作量指令器９０３にて生成されたものであり、電動アクチュエータ６１０の出力を用いて運転者の操舵力を軽減するためのものである。

インバータ装置１００は、入力指令としてトルク指令τ＊を受け、電動機３００のトルク定数とトルク指令τ＊とからトルク指令値に追従するように、電動機３００に流れるモータ電流を制御する。

電動機３００のロータに直結された出力軸から出力される電動機出力τｍは、ウォーム、ホイールや遊星ギヤなどの減速機構あるいは油圧機構を用いたトルク伝達機構９０２を介し、ステアリング装置のラック９１０にトルクを伝達して運転者のハンドル９００の操舵力（操作力）を電動力にて軽減（アシスト）し、転舵輪である車輪９２０，９２１の操舵角を操作する。

このアシスト量は、ステアリングシャフトに組み込まれた操舵状態を検出する操舵検出器９０１により操舵角や操舵トルクとして操作量を検出し、車両速度や路面状態などの状態量を加味して操作量指令器９０３によりトルク指令τ＊として決定される。

本発明が適用された電動パワーステアリング装置５００は、電動機３００を急加減速している最中でも欠相などの電動機３００の異常を検出でき、電動機３００を継続駆動することで安全性を高めることができる利点がある。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、電動パワーステアリング装置５００は、電動機駆動制御装置であるインバータ装置１００と、車両の運転者によるステアリング操作を車輪９２０，９２１に伝達するトルク伝達機構９０２と、インバータ装置１００の制御により駆動され、ステアリング操作をアシストするための回転トルクを発生する電動機３００とを備える。このようにしたので、電動機３００の駆動中にいずれかの相が欠相となった場合でも、電動機３００による運転者の操舵操作のアシストを安全に継続することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第１、第２の各実施形態で説明したような電動機駆動制御装置を適用した車両用の電動ブレーキ装置について説明する。図１５は、本発明の第４の実施形態に係る電動ブレーキ装置の構成を示す図である。

図１５におけるアシスト制御ユニット７０６は、図１や図１２に示したインバータ装置１００と同様の機能を有し、車両用ブレーキ動作を行えるようにマイコンプログラムされている。また、モータ７３１は、図１や図１２に示した電動機３００と同様の機能を有しているが、制動アシスト装置７００に一体的に取付けされている点が電動機３００と異なる。さらに、モータ７３１は、ケーシング７１２を介してアシスト制御ユニット７０６と一体構造となっている点も、電動機３００と異なる。

図１５の電動ブレーキ装置は、ブレーキペダル７０１、制動アシスト装置７００、倍力装置８００およびホイール機構８５０ａ〜８５０ｄを備えている。制動アシスト装置７００は、アシスト機構７２０とプライマリ液室７２１ａとセカンダリ液室７２１ｂとリザーバタンク７１４を備えている。運転者が踏み込むブレーキペダル７０１の操作量は、インプットロッド７２２を介してアシスト機構７２０に入力され、プライマリ液室７２１ａに伝達される。

また、ブレーキペダル７０１に取り付けられたストロークセンサ７０２により検出されたブレーキ操作量は、アシスト機構７２０を制御するアシスト制御ユニット７０６へ入力される。アシスト制御ユニット７０６は、入力されたブレーキ操作量に応じた回転位置となるようにモータ７３１を制御する。そして、モータ７３１の回転トルクは、減速装置７２３ａ、７２３ｂおよび７２３ｃを介して、回転動力を並進動力に変換するボールねじ等の回転−並進変換装置７２５へ伝達され、プライマリピストン７２６を押圧する。これにより、プライマリ液室７２１ａにおける作動液の液圧を高めると共に、セカンダリピストン７２７を加圧し、セカンダリ液室７２１ｂにおける作動液の液圧を高める。

倍力装置８００は、プライマリ液室７２１ａ，セカンダリ液室７２１ｂで加圧された作動液をマスタ配管７５０ａ、７５０ｂを介して入力し、倍力制御ユニット８３０の指令に従って、ホイール機構８５０ａ〜８５０ｄに液圧を伝達することで車両の制動力を得るものである。

アシスト制御ユニット７０６では、プライマリピストン７２６の押圧量を調整するためにプライマリピストン７２６の変位量を制御する。プライマリピストン７２６の変位量は直接検出していないため、モータ７３１内に備えた回転位置センサ（図示省略）からの信号に基づいて、モータ７３１の回転角を算出し、回転−並進変換装置７２５の推進量からプライマリピストン７２６の変位量を演算により求めている。

なお、モータ７３１が故障により停止し、回転−並進変換装置７２５の軸の戻し制御が不能となった場合が発生しても、戻しバネ７２８の反力によって回転−並進変換装置７２５の軸を初期位置に戻すことにより、運転者の制動操作を阻害しないようになっている。例えば、ブレーキの引きずりによる車両挙動の不安定化を回避することができる。

倍力装置８００において、倍力機構８０１は、４輪ある内の対角２輪ずつの作動液を調整する２系統の液圧調整機構８１０ａ、８１０ｂを備え、１系統の故障が発生しても安定して車両を停止できるようになっている。液圧調整機構８１０ａは、対角２輪のホイール機構８５０ａ，８５０ｂの制動力を個々に調整でき、液圧調整機構８１０ｂは、対角２輪のホイール機構８５０ｃ，８５０ｄの制動力を個々に調整できる。２系統の液圧調整機構８１０ａ、８１０ｂはどちらも同様に動作するため、以下では１系統の液圧調整機構８１０ａを用いて説明する。液圧調整機構８１０ａは、マスタ配管７５０ａからの作動液圧で生成されたマスタ圧を昇圧するポンプ８２３と、ポンプ８２３を駆動するポンプモータ８２２と、マスタ配管７５０ａからホイール機構８５０ａ，８５０ｂの各ホイールシリンダ８５１への作動液の供給を制御するゲートＯＵＴ弁８１１と、マスタ配管７５０ａからポンプ８２３への作動液の供給を制御するゲートＩＮ弁８１２と、マスタ配管７５０ａまたはポンプ８２３から各ホイールシリンダ８５１への作動液の供給を制御するＩＮ弁８１４ａ、８１４ｂと、各ホイールシリンダ８５１を減圧制御するＯＵＴ弁８１３ａ，８１３ｂとを備えている。たとえば、アンチロックブレーキ制御用の液圧制御をする場合には、ホイール機構８５０ａ、８５０ｂ内の車輪回転センサ８５２からの信号を倍力制御ユニット８３０で処理し、制動時の車輪ロックを検知した場合に、各ＩＮ／ＯＵＴ弁（電磁式）とポンプを作動させて各車輪がロックしない液圧に調整する動作を行う。なお、この液圧調整機構８１０ａは、車両挙動安定化制御用の液圧制御をする場合においても適用できる機構である。

このような電動ブレーキ装置において、モータ７３１は常に安定したアシストに用いられると共に、プライマリピストン７２６の変位量制御にも用いられる。このため、高精度でありながら、安定して動作し続けることと、異常を適確に検知できることが求められる。そこで、電動ブレーキ装置において本発明を適用することで、アシスト制御ユニット７０６からモータ７３１への交流電力の出力ラインでいずれかの相が欠相した場合にも、これを適切に検出し、ブレーキアシスト動作を安全に継続することができる。また、アシスト制御ユニット７０６に電源を供給するバッテリ２００の充電容量が低下してしまった場合には、アシスト量の低下が生じるため、補助電源４００を電源としてブレーキアシスト動作を継続するシステムである。

以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、電動ブレーキ装置は、電動機駆動制御装置であるアシスト制御ユニット７０６と、車両の運転者によるブレーキ操作を作動液を介して車両の制動機構であるホイールシリンダ８５１に伝達する伝達機構としてのプライマリ液室７２１ａ、セカンダリ液室７２１ｂ、マスタ配管７５０ａ、７５０ｂおよび液圧調整機構８１０ａ、８１０ｂと、アシスト制御ユニット７０６の制御により駆動され、ブレーキ操作に応じて作動液の液圧を増加させるための回転トルクを発生するモータ７３１とを備える。このようにしたので、モータ７３１の駆動中にいずれかの相が欠相となった場合でも、モータ７３１による運転者のブレーキ操作のアシストを安全に継続することができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、第１、第２の各実施形態で説明したような電動機駆動制御装置を適用した車両用の電動ポンプ装置について説明する。図１６は、本発明の第５の実施形態に係る電動ポンプ装置２３を含む油圧ポンプシステムの構成を示す図である。

図１６に示すポンプシステムにおいて、電動ポンプ装置２３は、自動車のアイドリングストップ中に駆動される。また、電動ポンプ装置２３は、アイドリングストップ時だけでなく、たとえばハイブリッド自動車のように走行中にエンジンが完全に停止する自動車において、トランスミッション、クラッチ、ブレーキなどへの油圧を確保するのに用いられるものであってもよい。

図１６において、エンジン停止時には、電動ポンプ装置２３を構成する電動ポンプ２５によって油圧回路４０１の油圧を制御する。電動ポンプ２５は、電動機３００によって動作され、油圧回路４０１の作動液の液圧、すなわち油圧を増加させる。電動機３００は、インバータ装置１００の制御により駆動され、電動ポンプ２５を動作させるための回転トルクを発生する。インバータ装置１００は、指令発生器２４によって制御される。なお、インバータ装置１００および電動機３００は、第１、第２の実施形態において図１や図１２に示したものと同じである。

油圧回路４０１は、エンジン４０６を動力として駆動されるメカポンプ４０２と、作動油を貯蔵するタンク４０３と、メカポンプ４０２から電動ポンプ２５への作動油の逆流を防ぐ逆止弁４０４と、リリーフバルブ４０５とを有する。なお、このような構成は、油圧回路の構成として周知である。油圧回路４０１が発生した油圧は、車両のミッションやクラッチ等に供給される。

インバータ装置１００から電動機３００への出力ラインにおいて欠相が生じ、これによって電動ポンプ２５が動作しなくなると、電動ポンプ２５からの吐出圧がなくなるか、または不足してしまう。この場合、メカポンプ４０２が動作して油圧が上昇するまでの間は、油圧回路４０１から十分に油圧が出力されない。その結果、アイドルストップ終了時などに、ミッションやクラッチにおいて油圧が不足し、車両の発進が遅れたり、あるいは発進ショックが発生したりすることになる。

このため、図１６に示すポンプシステムでは、上記のような出力ラインの欠相が生じた場合でも、電動機３００の駆動を継続して電動ポンプ２５を動作させ、油圧の供給を続けることが重要である。そこで、電動ポンプ装置２３において本発明を適用することで、インバータ装置１００から電動機３００への出力ラインでいずれかの相が欠相した場合にも、これを適切に検出し、電動ポンプ２５を安全に動作させて油圧の供給を続けることができるようになる。

以上説明した本発明の第５の実施形態によれば、電動ポンプ装置は、電動機駆動制御装置であるインバータ装置１００と、作動液の液圧、すなわち油圧を増加させる電動ポンプ２５と、インバータ装置１００の制御により駆動され、電動ポンプ２５を動作させるための回転トルクを発生する電動機３００とを備える。このようにしたので、電動機３００の駆動中にいずれかの相が欠相となった場合でも、電動ポンプ２５による油圧の供給を安全に継続することができる。

なお、以上説明した各実施形態では、三相電動機の駆動を制御する電動機駆動制御装置を例に説明したが、本発明は、他の電動機の駆動を制御するものにも適用できる。すなわち、インバータ回路により直流電力を多相の交流電力に変換し、この交流電力を電動機に出力することで電動機の駆動を制御するものであれば、本発明は上述した各実施形態の内容に限定されない。

また、以上説明した各実施形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

２３：電動ポンプ装置、５０：直列回路、５２，６２：ＩＧＢＴ、５６，６６：ダイオード、１００：インバータ装置、１１０：インバータ回路、１２０：中性点電圧検出回路、１２１：相電圧検出回路、２１０：電流制御器、２２０：ＰＷＭ生成器、２３０：モータ電流演算器、３００：電動機、５００：電動パワーステアリング装置

Claims (9)

1. 電動機の駆動を制御する電動機駆動制御装置であって、
   直流母線を介して入力される直流電力を多相の交流電力に変換して前記電動機に出力するインバータ回路と、
   前記直流母線に流れる直流電流を検出する電流検出器と、
   前記インバータ回路を制御するためのＰＷＭ信号を生成して前記インバータ回路に出力するＰＷＭ生成器と、
   前記電流検出器により検出された直流電流の値と、前記ＰＷＭ信号とに基づいて、前記電動機に流れる各相の電流値を演算する電流演算器と、
   前記電流演算器により演算された各相の電流値に基づいて、前記ＰＷＭ生成器を制御するための指令信号を生成して前記ＰＷＭ生成器に出力する電流制御器と、を備え、
   前記電流演算器は、前記交流電力においていずれかの相が欠相した場合に、前記欠相した相を判定して他の相の電流値を演算し、前記ＰＷＭ信号に応じた前記インバータ回路の各相の出力電圧、または前記ＰＷＭ信号に応じた前記直流電流の少なくとも一方に基づいて、前記欠相した相を判定する電動機駆動制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機駆動制御装置において、
   前記インバータ回路の各相の出力電圧に基づいて前記電動機の中性点電圧を検出する中性点電圧検出回路をさらに備え、
   前記電流演算器は、前記中性点電圧検出回路により検出された中性点電圧に基づいて、前記欠相した相を判定する電動機駆動制御装置。
3. 請求項２に記載の電動機駆動制御装置において、
   前記電流演算器は、前記ＰＷＭ信号のパルスパターンに基づいて、前記電動機の中性点電圧の理論値である正規中性点電圧を求め、前記中性点電圧と前記正規中性点電圧とを比較し、その比較結果に基づいて、前記欠相した相を判定する電動機駆動制御装置。
4. 請求項２に記載の電動機駆動制御装置において、
   前記電流演算器は、前記中性点電圧と予め設定された複数の閾値とを比較し、その比較結果に基づいて、前記欠相した相を判定する電動機駆動制御装置。
5. 請求項４に記載の電動機駆動制御装置において、
   前記複数の閾値は、第１の閾値、第２の閾値および第３の閾値を含み、
   前記電流演算器は、前記ＰＷＭ信号のパルスパターンに基づいて、前記第１の閾値、前記第２の閾値または前記第３の閾値のいずれかを選択し、選択した閾値を前記中性点電圧と比較する電動機駆動制御装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電動機駆動制御装置において、
   前記交流電力においていずれかの相が欠相した場合に警告を行う電動機駆動制御装置。
7. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電動機駆動制御装置と、
   車両の運転者によるステアリング操作を前記車両の転舵輪に伝達する伝達機構と、
   前記電動機駆動制御装置の制御により駆動され、前記ステアリング操作をアシストするための回転トルクを発生する電動機と、を備える電動パワーステアリング装置。
8. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電動機駆動制御装置と、
   車両の運転者によるブレーキ操作を作動液を介して前記車両の制動機構に伝達する伝達機構と、
   前記電動機駆動制御装置の制御により駆動され、前記ブレーキ操作に応じて前記作動液の液圧を増加させるための回転トルクを発生する電動機と、を備える電動ブレーキ装置。
9. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電動機駆動制御装置と、
   作動液の液圧を増加させるポンプと、
   前記電動機駆動制御装置の制御により駆動され、前記ポンプを動作させるための回転トルクを発生する電動機と、を備える電動ポンプ装置。

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