JP6680231B2 - 回転電機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機制御装置に関するものである。

巻線界磁型回転電機では、界磁回路において、電源部とグランドとの間に一対のスイッチング素子が直列に設けられており、その一対のスイッチング素子を互い違いにオンオフさせることにより界磁巻線に界磁電流が流れる。この場合、界磁回路において何らかの異常が生じていると、回転電機において適正に磁界を生じさせることができなくなり、回転電機の駆動に悪影響が及ぶことが懸念される。

例えば特許文献１には、ブラシの摩耗状態を判定する技術として、ブラシを介して発電機の界磁巻線に流れる電流値あるいは発電機の出力電圧値に基づいて、ブラシ摩耗状態を判定するブラシ摩耗判定回路を備える技術が開示されている。そして、その技術により、ブラシ摩耗限界を検知するための検知素子をブラシ近傍に設置する必要が無く、生産性、信頼性に優れた装置を提供できるとしている。

特開２００５−１６８２１４号公報

しかしながら、界磁回路の異常を精度良く診断するには、単に界磁巻線に流れる電流値あるいは発電機の出力電圧値を用いるだけでは不十分であると考えられる。また、界磁回路の異常はブラシの摩耗以外にも種々想定される。こうした観点からも、界磁回路の異常診断について技術の改善が望まれると考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、回転電機の異常を適正に把握し、ひいては回転電機を適正に駆動させることができる回転電機の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。なお以下においては、理解の容易のため、発明の実施の形態において対応する構成の符号を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。

第１の手段では、
電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５５）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられ、前記各スイッチング素子が相反する期間でオンされるようにデューティ信号によりそれぞれオンオフ制御されるものであり、
前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
を備える。

回転電機ユニットの界磁回路では、何らかの異常が生じることにより、デューティ信号のデューティ比として異常値が生じたり、電流検出値として異常値が生じたりする。この点、上記構成によれば、デューティ信号と電流検出値とによって界磁回路の異常診断が適正に実施されるとともに、その異常診断の結果に基づいてフェイルセーフ処理が適正に実施される。デューティ信号に応じて界磁回路に電流が流れる点を考慮することで、界磁回路の異常診断を適正に実施できる。その結果、回転電機の異常を適正に把握し、ひいては回転電機を適正に駆動させることができる。

第２の手段では、目標通電電流と前記電流検出値とに基づいて前記デューティ信号のデューティ比を算出する回転電機制御装置であって、前記異常診断部は、前記デューティ比とそのデューティ比に対応する前記界磁回路の通電電流との相関において、前記デューティ比が、前記電流検出値に応じた所定の正常範囲に対して大きくなる側に外れる相関ずれが生じたか否かを判定することにより、前記異常診断を実施する。

界磁回路において、例えば第１スイッチング素子がフルオンできなくなる素子故障や、摩耗によるブラシの接触抵抗増加が生じると、それに起因して、界磁回路の経路抵抗が意図せず大きくなることが考えられる。この場合、デューティ比と通電電流との相関において、実際のデューティ比が所定の正常範囲に対して大きくなる側に外れることになるため、その相関ずれに基づいて界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

第３の手段では、目標通電電流と前記電流検出値とに基づいて前記デューティ信号のデューティ比を算出する回転電機制御装置であって、前記異常診断部は、前記デューティ比とそのデューティ比に対応する前記界磁回路の通電電流との相関において、前記デューティ比が、前記電流検出値に応じた所定の正常範囲に対して小さくなる側に外れる相関ずれが生じたか否かを判定することにより、前記異常診断を実施する。

界磁回路において、例えば界磁巻線の中間部分で短絡が生じると（中間ショートが生じると）、それに起因して、界磁回路の経路抵抗が意図せず小さくなることが考えられる。この場合、デューティ比と通電電流との相関において、実際のデューティ比が所定の正常範囲に対して小さくなる側に外れることになるため、その相関ずれに基づいて界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

第４の手段では、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により前記相関ずれが生じたと判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記界磁巻線に流れる通電電流に制限を付加する。

例えば実際のデューティ比が正常範囲に対して大きくなる側に外れる相関ずれが生じる場合には、界磁回路の経路抵抗が意図せず大きくなっていることが考えられる。かかる場合に、界磁巻線の通電を通常どおりに実施すると、界磁回路における発熱量が増加することが懸念される。この点、フェイルセーフ処理として界磁巻線に流れる通電電流に制限を付加することにより、界磁回路における発熱を抑制できる。

また、実際のデューティ比が正常範囲に対して小さくなる側に外れる相関ずれが生じる場合には、界磁回路の経路抵抗が意図せず小さくなっていることが考えられる。かかる場合に、界磁巻線の通電を通常どおりに実施すると、界磁回路の通電電流が意図せず上昇することが懸念される。この点、フェイルセーフ処理として界磁巻線に流れる通電電流に制限を付加することにより、界磁回路の通電電流を適正に制御することができる。

なお、界磁回路をＨブリッジ構成とする場合には、第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（図２の第４スイッチ５４）がフルオンできなくなる素子故障が生じた際に、界磁回路の経路抵抗が意図せず大きくなることが考えられる。この場合、上記のとおり相関ずれに基づいて界磁回路の異常診断を実施するとともに、フェイルセーフ処理として界磁巻線に流れる通電電流に制限を付加するとよい。

第５の手段では、前記異常診断部は、前記デューティ信号のデューティ比が大きくなる際に前記電流検出値がゼロのままであるか否か又は前記電流検出値が減少変化するか否かを判定することにより、前記異常診断を実施する。

界磁回路において、第１スイッチング素子のオフ故障（開故障）が生じると、それに起因して、デューティ信号のデューティ比が大きくなっても通電電流が流れない又は減少することが考えられる。この場合、デューティ信号のデューティ比が大きくなる際の電流検出値の変化を監視することにより、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

第６の手段では、前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に加え、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら各スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、前記第３スイッチング素子を常時オフ、前記第４スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフすることにより前記界磁巻線の通電電流を制御する回転電機制御装置であって、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号のデューティ比が大きくなる際に前記電流検出値がゼロのままである又は前記電流検出値が減少変化すると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子を常時オフ、前記第２スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を交互にオンオフさせて前記界磁巻線の逆励磁を行わせる。

上記構成によれば、第１スイッチング素子のオフ故障（開故障）に起因して、デューティ信号のデューティ比が大きくなっても通電電流が流れない又は減少する場合に、フェイルセーフ処理として、第１スイッチング素子を常時オフ、第２スイッチング素子を常時オンとする状態で第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子を交互にオンオフして逆励磁を行うことにより、界磁巻線の通電電流が制御される。これにより、第１スイッチング素子のオフ故障が生じた後において、界磁電流制御を継続的に実施できる。

第７の手段では、前記第２スイッチング素子には、グランド側から電源部側への電流の流れを許容する向きでダイオード（Ｄｉ）が並列に接続されており、前記界磁回路において、前記第２スイッチング素子の両端の電気経路のうちグランド側の電気経路には、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンとなる状態で流れる還流電流を検出する還流電流検出部（５６）が設けられており、前記取得部は、前記還流電流検出部により検出された還流電流検出値を取得し、前記異常診断部は、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であるか否かを判定することにより、前記異常診断を実施する。

界磁回路では、デューティ信号により第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフとなる状態で、界磁巻線を経由して電源部からグランドに通電電流が流れ、その後、第１スイッチング素子がオフ、第２スイッチング素子がオンの状態に移行すると、電源部との接続が遮断されても界磁巻線に還流電流が継続的に流れる。こうした通電形態において、界磁巻線に電流が流れている状態下で第１スイッチング素子のオフ故障（開故障）が生じると、第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフの期間であるにもかかわらず、第２スイッチング素子に逆並列で設けられたダイオードを介して、還流電流検出部に還流電流（第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きとなる電流）が流れることが考えられる。したがって、デューティ信号により第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフとなる状態下での還流電流検出値を監視することにより、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

第８の手段では、前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に加え、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら各スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、前記第３スイッチング素子を常時オフ、前記第４スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフすることにより前記界磁巻線の通電電流を制御する回転電機制御装置であって、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子を常時オフ、前記第２スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を交互にオンオフさせて前記界磁巻線の逆励磁を行わせる。

上記構成によれば、第１スイッチング素子のオフ故障（開故障）に起因して、デューティ信号により第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフとなる状態下で還流電流が流れている場合に、フェイルセーフ処理として、第１スイッチング素子を常時オフ、第２スイッチング素子を常時オンとする状態で第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子を交互にオンオフして逆励磁を行うことにより、界磁巻線の通電電流が制御される。これにより、第１スイッチング素子のオフ故障が生じた後において、界磁電流制御を継続的に実施できる。

第９の手段では、前記界磁回路において、前記並列経路部には、前記界磁巻線と前記第２スイッチング素子のグランド側の端部との間に、前記界磁巻線を流れる界磁電流を検出する界磁電流検出部（５５）が設けられるとともに、前記第２スイッチング素子の両端の電気経路のうちグランド側の電気経路には、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンとなる状態で流れる還流電流を検出する還流電流検出部（５６）が設けられており、前記取得部は、前記界磁電流検出部により検出された界磁電流検出値を取得するとともに、前記還流電流検出部により検出された還流電流検出値を取得し、前記異常診断部は、前記デューティ信号のデューティ比が小さくなっても前記界磁電流検出値が減少変化せず、かつ前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以下のままであることに基づいて、前記異常診断を実施する。

界磁回路において、第１スイッチング素子のオン故障（閉故障）が生じると、第１スイッチング素子を介して電源部側と界磁巻線とが接続されたままの状態になり、界磁巻線に過剰な電流が継続的に流れることが考えられる。また、通電電流の還流（第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの通電）が生じなくなると考えられる。したがって、デューティ信号のデューティ比が小さくなっても界磁電流検出値が減少変化せず、かつ第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの還流電流検出値が所定以下のままであることにより、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

第１０の手段では、前記界磁回路は、前記電源部と前記第１スイッチング素子との間に、これら電源部と第１スイッチング素子との間を導通又は遮断する遮断スイッチ（５０）を有しており、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号のデューティ比が小さくなっても前記界磁電流検出値が減少変化せず、かつ前記還流電流検出値がゼロであると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフすることに代えて、前記遮断スイッチ及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフする。

フェイルセーフ処理として、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を交互にオンオフすることに代えて、遮断スイッチ及び第２スイッチング素子を交互にオンオフする構成とした。これにより、第１スイッチング素子のオン故障（閉故障）が生じた場合において、故障発生前と同等の界磁電流制御の実施が可能となり、適切なフェイルセーフ処理の実施が可能となる。

第１１の手段では、前記異常診断部は、所定時間内における前記電流検出値の変動量が所定以上であるか否かの判定、又は所定時間内における前記デューティ信号のデューティ比の変動量が所定以上であるか否かの判定により、前記異常診断を実施する。

界磁回路において、第２スイッチング素子のオフ故障（開故障）が生じると、還流電流が流れなくなるため、各スイッチング素子のオンオフに伴う通電電流の変動量（電流リプル）が大きくなることが考えられる。また、目標通電電流と電流検出値とに基づいてデューティ信号のデューティ比を算出する構成にあっては、通電電流の変動に起因してデューティ比の変動量が大きくなることが考えられる。したがって、所定時間内における電流検出値の変動量が所定以上になること、又は所定時間内におけるデューティ比の変動量が所定以上になることに基づいて、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

なお、第２スイッチング素子のオフ故障（開故障）以外に、界磁巻線の中間部分で短絡が生じると（中間ショートが生じると）、界磁回路の経路抵抗が意図せず小さくなり、それに起因して、デューティ比の変動量が大きくなることが考えられる。この場合、上記のとおり電流検出値の変動量や、デューティ比の変動量に基づいて異常診断を実施するとよい。

第１２の手段では、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、所定時間内における前記電流検出値の変動量が所定以上であると判定された場合、又は所定時間内における前記デューティ比の変動量が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記界磁巻線に流れる通電電流に制限を付加する。

フェイルセーフ処理として、界磁巻線に流れる通電電流に制限を付加するようにした。これにより、第２スイッチング素子のオフ故障（開故障）に起因して通電電流の変動量（電流リプル）が大きくなったり、デューティ比の変動量が大きくなったりした場合において適切なフェイルセーフ処理を実施できる。

なお、第２スイッチング素子においてダイオード（例えば寄生ダイオード）を逆並列に設ける場合、すなわちカソードを電源側、アノードをグランド側として第２スイッチング素子において並列にダイオードを設ける場合には、界磁巻線に流れる通電電流に制限を付加することにより、ダイオードに流れる電流が制限される。したがって、第２スイッチング素子のオフ故障時におけるダイオードの保護を図ることができる。

第１３の手段では、前記界磁回路において、前記第２スイッチング素子の両端の電気経路のうちグランド側の電気経路には、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンとなる状態で流れる還流電流を検出する還流電流検出部（５６）が設けられており、前記取得部は、前記還流電流検出部により検出された還流電流検出値を取得し、前記異常診断部は、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じて電源部側からグランド側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であるか否かの判定により、前記異常診断を実施する。

界磁回路において、第２スイッチング素子のオン故障（閉故障）が生じると、第１スイッチング素子がオンされる状態で、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を通じて過大な電流（第２スイッチング素子を通じて電源部側からグランド側への向きの貫通電流）が流れることが考えられる。この場合、デューティ信号により第１スイッチング素子がオン、第２スイッチング素子がオフとなる状態下での還流電流検出値を監視することにより、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

第１４の手段では、前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に加え、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら各スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、前記第３スイッチング素子を常時オフ、前記第４スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフすることにより前記界磁巻線の通電電流を制御する回転電機制御装置であって、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じて電源部側からグランド側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子を常時オフ、前記第２スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を交互にオンオフさせて前記界磁巻線の逆励磁を行わせる。

上記構成によれば、第２スイッチング素子のオン故障（閉故障）に伴う異常診断時において、フェイルセーフ処理として、第１スイッチング素子を常時オフ、第２スイッチング素子を常時オンとする状態で第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子を交互にオンオフして逆励磁を行うことにより、界磁巻線の通電電流が制御される。これにより、第２スイッチング素子のオン故障が生じた後において、界磁電流制御を継続的に実施できる。

第１５の手段では、前記界磁回路は、前記電源部と前記第１スイッチング素子との間に、これら電源部と第１スイッチング素子との間を導通又は遮断する遮断スイッチ（５０）を有しており、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じて電源部側からグランド側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記遮断スイッチを遮断状態にする。

フェイルセーフ処理として、電源部と第１スイッチング素子との間に設けられた遮断スイッチを遮断状態にするようにした。これにより、第２スイッチング素子のオン故障（閉故障）が生じた場合において適切なフェイルセーフ処理を実施できる。

第１６の手段では、前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に加え、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら各スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、前記第３スイッチング素子を常時オフ、前記第４スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフすることにより前記界磁巻線の通電電流を制御する回転電機制御装置であって、前記異常診断部は、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の直列経路に所定以上の電流が流れたか否かを判定することにより、前記異常診断を実施する。

界磁回路において、第３スイッチング素子のオン故障（閉故障）が生じると、第４スイッチング素子が常時オンになっているために、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子を通じて過大な電流（貫通電流）が流れることが考えられる。この場合、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子の直列経路に所定以上の電流が流れたか否かを判定することにより、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

第１７の手段では、前記界磁回路は、前記電源部と前記第１スイッチング素子との間に、これら電源部と第１スイッチング素子との間を導通又は遮断する遮断スイッチ（５０）を有しており、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の直列経路に所定以上の電流が流れたと判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子を常時オフ、前記第２スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記遮断スイッチ及び前記第４スイッチング素子を交互にオンオフさせて前記界磁巻線の逆励磁を行わせる。

上記構成によれば、第３スイッチング素子のオン故障（閉故障）に起因して、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子を通じて過大な電流（貫通電流）が流れる場合に、フェイルセーフ処理として、第１スイッチング素子を常時オフ、第２スイッチング素子を常時オンとする状態で遮断スイッチ及び第４スイッチング素子を交互にオンオフして逆励磁を行うことにより、界磁巻線の通電電流が制御される。これにより、第３スイッチング素子のオン故障が生じた後において、界磁電流制御を継続的に実施できる。

第１８の手段では、前記回転電機ユニットは、前記回転電機の回転位相に応じて前記電機子巻線に通電電流を流すインバータ回路（２２）を備えており、前記フェイルセーフ処理部は、前記インバータ回路における前記電機子巻線の電流位相を１８０度ずらした状態で、前記逆励磁を行わせる。

フェイルセーフ処理として、インバータ回路における電機子巻線の電流位相を１８０度ずらした状態で、界磁巻線の逆励磁を行うようにしたため、フェイルセーフ処理の実施後においても回転電機の回転状態を良好に保つことができる。

第１９の手段では、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常発生の旨が判定された場合に、少なくとも前記界磁巻線を流れる通電電流が一旦ゼロになる時間幅を有する所定時間の経過後に、前記逆励磁を開始する。

界磁巻線の逆励磁を行う場合には、界磁巻線における通電電流の向きが通常励磁とは逆になる。この点において、異常発生の旨が判定された場合に、少なくとも界磁巻線を流れる通電電流が一旦ゼロになる時間幅を有する所定時間の経過後に、逆励磁を開始するようにしたため、通常励磁から逆励磁への移行を適正に実施できる。

第２０の手段では、前記界磁回路は、前記電源部と前記第１スイッチング素子との間に、これら電源部と第１スイッチング素子との間を導通又は遮断する遮断スイッチ（５０）を有しており、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の直列経路に所定以上の電流が流れたと判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記遮断スイッチを遮断状態にする。

フェイルセーフ処理として、電源部と第１スイッチング素子との間に設けられた遮断スイッチを遮断状態にするようにした。これにより、第３スイッチング素子のオン故障（閉故障）が生じた場合において適切なフェイルセーフ処理を実施できる。

第２１の手段では、前記フェイルセーフ処理部は、前記フェイルセーフ処理として、前記遮断スイッチを遮断状態にし、前記界磁巻線を流れる通電電流がゼロになった後に、前記各スイッチング素子を全てオフする。

フェイルセーフ処理として、遮断スイッチを遮断状態にし、界磁巻線を流れる通電電流がゼロになった後に、各スイッチング素子を全てオフするようにした。これにより、界磁巻線を含む通電経路に未だ大電流が流れている状態で経路遮断が行われ、それに起因してスイッチング素子がサージ破壊されるといった不都合を抑制できる。

第２２の手段では、前記界磁回路において、前記並列経路部には、前記界磁巻線と前記第２スイッチング素子のグランド側の端部との間に、前記界磁巻線を流れる界磁電流を検出する界磁電流検出部（５５）が設けられるとともに、前記第２スイッチング素子の両端の電気経路のうちグランド側の電気経路には、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンとなる状態で流れる還流電流を検出する還流電流検出部（５６）が設けられており、前記取得部は、前記界磁電流検出部により検出された界磁電流検出値を取得するとともに、前記還流電流検出部により検出された還流電流検出値を取得し、前記異常診断部は、前記デューティ信号のデューティ比が大きくなっても前記界磁電流検出値がゼロであり、かつ前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であることに基づいて、前記異常診断を実施する。

界磁回路において、界磁巻線の両端の電気経路のうち第２スイッチング素子のグランド側端子（ローサイド端子）に接続される電気経路でグランドショート（地絡）が生じると、電源部とグランドとの間における界磁巻線の通電やその後の通電電流の還流（第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの通電）は生じるものの、界磁電流検出部での電流検出が行えなくなることが考えられる。したがって、デューティ比が大きくなっても界磁電流検出値がゼロであり、かつ還流電流検出値が所定以上であることにより、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

第２３の手段では、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号のデューティ比が大きくなっても前記界磁電流検出値がゼロであり、かつ前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子をオフする。

フェイルセーフ処理として第１スイッチング素子をオフする構成とした。これにより、界磁巻線の両端の電気経路のうち第２スイッチング素子のローサイド端子の側でグランドショートが生じた場合における適切なフェイルセーフ処理の実施が可能となる。

第２４の手段では、前記異常診断部は、前記デューティ信号のデューティ比が小さくなっても前記電流検出値が減少変化しないことに基づいて、前記異常診断を実施する。

界磁回路において、界磁巻線の両端の電気経路のうち第２スイッチング素子の電源側端子（ハイサイド端子）に接続される電気経路で電源ショート（天絡）が生じると、電源部と界磁巻線とが常に接続された状態になり、界磁巻線に過剰な電流が継続的に流れることが考えられる。したがって、デューティ信号のデューティ比が小さくなる場合において電流検出値の変化を監視することにより、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

また、界磁巻線の両端の電気経路のうち第２スイッチング素子のグランド側端子（ローサイド端子）に接続される電気経路で電源ショート（天絡）が生じる場合にも、デューティ信号に関係なく過剰な電流が継続的に流れることとなる。ゆえに、デューティ信号のデューティ比が小さくなる場合において電流検出値の変化を監視することにより、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

第２５の手段では、前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号のデューティ比が小さくなっても前記電流検出値が減少変化しないと判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第２スイッチング素子をオフする。

フェイルセーフ処理として第２スイッチング素子をオフする構成とした。これにより、界磁巻線の両端の電気経路のうち第２スイッチング素子のハイサイド端子の側で電源ショートが生じた場合において適切なフェイルセーフ処理を実施できる。

第２６の手段では、前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に加え、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら各スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオンオフすることに代えて、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子をオンオフすることで前記界磁巻線の逆励磁を行わせる逆励磁制御部を備え、前記異常診断部は、前記逆励磁を行っている状態での前記電流検出値の変化に基づいて、前記異常診断を実施する。

Ｈブリッジ構成の界磁回路において、仮に第２スイッチング素子のオフ故障（開故障）や第３スイッチング素子のオフ故障（開故障）が生じても、界磁巻線の通電は継続される。つまり、第２，第３スイッチング素子のいずれかがオフ故障しても、界磁電流が正常範囲内で検出される。そのため、第２，第３スイッチング素子のオフ故障の判定が困難になることが考えられる。かかる場合において、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子をオンオフすることに代えて、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子をオンオフすることで逆励磁を行わせ、その逆励磁を行っている状態での電流検出値の変化を監視することにより、界磁回路の異常診断を好適に実施することができる。

車両システムを示す電気回路図。 回転電機ユニットの電気的構成を示す回路図。 界磁回路における通電経路を示す回路図。 デューティ比と界磁電流との相関を示す図。 異常診断及びフェイルセーフの処理手順を示すフローチャート。 電源電圧と回転電機の温度と異常判定値との関係を示す図。 別の実施形態において異常診断の処理手順を示すフローチャート。 ハーフブリッジ構成の界磁回路を示す回路図。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、エンジン（内燃機関）を駆動源として走行する車両の各種機器に電力を供給する車両システムにおいて、当該システムの異常診断を実施する異常診断装置を具体化するものとしている。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

図１に示すように、車両システムは、電源部として鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを有する２電源システムである。各蓄電池１１，１２からは、スタータ１３や、各種の電気負荷１４，１５、回転電機ユニット１６への給電が可能となっている。また、各蓄電池１１，１２に対しては、回転電機ユニット１６による充電が可能となっている。本システムでは、回転電機ユニット１６及び電気負荷１４，１５のそれぞれに対して、鉛蓄電池１１及びリチウムイオン蓄電池１２が並列に接続されている。

鉛蓄電池１１は周知の汎用蓄電池である。リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１に比べて、充放電における電力損失が少なく、出力密度、及びエネルギ密度の高い高密度蓄電池である。リチウムイオン蓄電池１２は、鉛蓄電池１１に比べて充放電時のエネルギ効率が高い蓄電池であることが望ましい。このリチウムイオン蓄電池１２は、それぞれ複数の単電池を有してなる組電池として構成されている。これら各蓄電池１１，１２の定格電圧はいずれも同じであり、例えば１２Ｖである。

リチウムイオン蓄電池１２は、収容ケースに収容されて基板一体の電池ユニットＵとして構成されている。電池ユニットＵは、出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を有しており、このうち出力端子Ｐ１，Ｐ３に鉛蓄電池１１とスタータ１３と電気負荷１４とが接続され、出力端子Ｐ２に電気負荷１５と回転電機ユニット１６とが接続されている。

各電気負荷１４，１５は、各蓄電池１１，１２からの供給電力の電圧に対する要求が相違するものである。このうち電気負荷１４には、供給電力の電圧が一定又は少なくとも所定範囲内で変動するよう安定であることが要求される定電圧要求負荷が含まれる。これに対し、電気負荷１５は、定電圧要求負荷以外の一般的な電気負荷である。

定電圧要求負荷である電気負荷１４の具体例としては、ナビゲーション装置やオーディオ装置、メータ装置、エンジンＥＣＵ等の各種ＥＣＵが挙げられる。この場合、供給電力の電圧変動が抑えられることで、上記各装置において不要なリセット等が生じることが抑制され、安定動作が確保される。電気負荷１４として、電動ステアリング装置やブレーキ装置等の走行系アクチュエータが含まれていてもよい。電気負荷１５の具体例としては、シートヒータやリヤウインドウのデフロスタ用ヒータ、ヘッドライト、フロントウインドウのワイパ、空調装置の送風ファン等が挙げられる。

回転電機ユニット１６は、回転電機２１と、インバータ２２と、界磁回路２３と、回転電機２１の作動を制御する回転電機ＥＣＵ２４とを備えている。回転電機ユニット１６は、モータ機能付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。回転電機ユニット１６の詳細については後述する。

電池ユニットＵには、ユニット内電気経路として、各出力端子Ｐ１，Ｐ２を繋ぐ電気経路Ｌ１と、電気経路Ｌ１上の点Ｎ１とリチウムイオン蓄電池１２とを繋ぐ電気経路Ｌ２とが設けられている。このうち電気経路Ｌ１にスイッチ３１が設けられ、電気経路Ｌ２にスイッチ３２が設けられている。

また、電池ユニットＵには、スイッチ３１を迂回するバイパス経路Ｌ３が設けられている。バイパス経路Ｌ３は、出力端子Ｐ３と電気経路Ｌ１上の点Ｎ１とを接続するようにして設けられている。出力端子Ｐ３は、ヒューズ３５を介して鉛蓄電池１１に接続されている。このバイパス経路Ｌ３によって、スイッチ３１を介さずに、鉛蓄電池１１と電気負荷１５及び回転電機ユニット１６との接続が可能となっている。バイパス経路Ｌ３には、例えば常閉式の機械式リレーからなるバイパススイッチ３６が設けられている。バイパススイッチ３６をオン（閉鎖）することで、スイッチ３１がオフ（開放）されていても鉛蓄電池１１と電気負荷１５及び回転電機ユニット１６とが電気的に接続される。

電池ユニットＵは、各スイッチ３１，３２のオンオフ（開閉）を制御する電池ＥＣＵ３７を備えている。電池ＥＣＵ３７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。電池ＥＣＵ３７は、各蓄電池１１，１２の蓄電状態や、上位制御装置であるエンジンＥＣＵ４０からの指令値に基づいて、各スイッチ３１，３２のオンオフを制御する。これにより、鉛蓄電池１１とリチウムイオン蓄電池１２とを選択的に用いて充放電が実施される。例えば、電池ＥＣＵ３７は、リチウムイオン蓄電池１２のＳＯＣ（State Of Charge）を算出し、ＳＯＣが所定の使用範囲内に保持されるようにリチウムイオン蓄電池１２への充電量及び放電量を制御する。

回転電機ユニット１６の回転電機ＥＣＵ２４や、電池ユニットＵの電池ＥＣＵ３７には、各ＥＣＵ２４，３７を統括的に管理する上位制御装置としてのエンジンＥＣＵ４０が接続されている。エンジンＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されており、都度のエンジン運転状態や車両走行状態に基づいてエンジン４２の運転を制御する。各ＥＣＵ２４，３７，４０や、その他図示しない各種の車載ＥＣＵは、ＣＡＮ等の通信ネットワークを構築する通信線４１により接続されて相互に通信可能となっており、所定周期で双方向の通信が実施される。これにより、各ＥＣＵ２４，３７，４０に記憶される各種データを互いに共有できるものとなっている。

次に、回転電機ユニット１６の電気的構成について図２を用いて説明する。回転電機２１は３相交流モータであり、３相電機子巻線２５としてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗと、界磁巻線２６とを備えている。各相巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗは星形結線され、中性点にて互いに接続されている。回転電機２１の回転軸は、図示しないエンジン出力軸に対してベルトにより駆動連結されており、エンジン出力軸の回転によって回転電機２１の回転軸が回転する一方、回転電機２１の回転軸の回転によってエンジン出力軸が回転する。つまり、回転電機２１は、エンジン出力軸や車軸の回転により発電（回生発電）を行う発電機能と、エンジン出力軸に回転力を付与する力行機能とを備えている。例えば、アイドリングストップ制御でのエンジン再始動時や車両加速のための動力アシスト時に、回転電機２１が力行駆動される。

インバータ２２は、各相巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗから出力される交流電圧を直流電圧に変換して電池ユニットＵに対して出力する。また、インバータ２２は、電池ユニットＵから入力される直流電圧を交流電圧に変換して各相巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗへ出力する。インバータ２２は、相巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路であり、３相全波整流回路を構成している。インバータ２２は、回転電機２１に供給される電力を調節することで回転電機２１を駆動する駆動回路を構成している。

インバータ２２は、相ごとに上アームスイッチＳｐ及び下アームスイッチＳｎを備えており、各相のスイッチＳｐ，Ｓｎが互い違いにオンオフされることにより、相ごとに時系列の通電が行われる。本実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上アームスイッチＳｐには、上アームダイオードＤｐが逆並列に接続され、下アームスイッチＳｎには、下アームダイオードＤｎが逆並列に接続されている。すなわち、各ダイオードＤｐ，Ｄｎは、カソードを電源側、アノードをグランド側とする向きでそれぞれ設けられている。本実施形態では、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとして、各スイッチＳｐ，Ｓｎの寄生ダイオードを用いている。なお、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとしては、寄生ダイオードに限らず、例えば各スイッチＳｐ，Ｓｎとは別部品のダイオードであってもよい。各相におけるスイッチＳｐ，Ｓｎの直列接続体の中間点は、各相巻線２５Ｕ，２５Ｖ，２５Ｗの一端にそれぞれ接続されている。

インバータ２２には、相ごとの電流経路に、各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する電流検出部２９が設けられている。電流検出部２９は、例えばシャント抵抗やカレントトランスを備える構成を有する。

界磁回路２３は、複数のスイッチング素子のオンオフに応じて界磁巻線２６を通電させるものである。界磁回路２３は、１つの遮断スイッチ５０と、４つの界磁スイッチ５１，５２，５３，５４とを有してなり、界磁スイッチ５１〜５４によりＨブリッジ整流回路が構成されている。各スイッチ５０〜５４の基本構成はインバータ２２の各スイッチと同じであり、各々において半導体スイッチング素子にはダイオードＤｉが逆並列に接続されている。

界磁回路２３では、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子としての界磁スイッチ５１，５２が、電源部（図２では電池ユニットＵ）とグランドとの間に直列接続されるとともに、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子としての界磁スイッチ５３，５４が、電源部とグランドとの間に直列接続されている。そして、界磁スイッチ５１，５３のハイサイドどうし、界磁スイッチ５１，５２及び界磁スイッチ５３，５４の中間点どうし、界磁スイッチ５２，５４のローサイドどうしがそれぞれ電気的に接続されることで、各界磁スイッチ５１〜５４がＨブリッジ状に接続されている。この場合、界磁スイッチ５３は界磁スイッチ５１に並列に設けられ、界磁スイッチ５４は界磁スイッチ５２に並列に設けられている。なお以下においては、説明の便宜上、界磁スイッチ５１〜５４を、それぞれ第１スイッチ５１、第２スイッチ５２、第３スイッチ５３、第４スイッチ５４とも称する。

界磁巻線２６は、界磁スイッチ５１，５２の中間点と界磁スイッチ５３，５４の中間点とを繋ぐ経路部分に設けられている。第２スイッチ５２を基準にして言えば、界磁巻線２６は、第２スイッチ５２の両端に接続され第２スイッチ５２と並列となる並列経路部に設けられている。界磁巻線２６の両端のうち一方は界磁スイッチ５１，５２の中間点であるＦ＋端子に接続され、他方は界磁スイッチ５３，５４の中間点であるＦ−端子に接続されている。Ｆ＋端子が電源側端子（ハイサイド端子）であり、Ｆ−端子がグランド側端子（ローサイド端子）である。なお、界磁巻線２６は、図示しないブラシを介してＦ＋端子、Ｆ−端子にそれぞれ接続されている。

遮断スイッチ５０は、電源部と第１スイッチ５１との間、より詳しくは、電池ユニットＵに繋がる母線と第１スイッチ５１及び第３スイッチ５３の分岐点との間に設けられている。遮断スイッチ５０のオンオフにより、界磁回路２３に対する電力供給と電力遮断とが切り替えられる。

界磁回路２３により界磁巻線２６の通電を行う際には、以下のように各スイッチ５０〜５４がオンオフされる。図３には界磁回路２３における通電経路を示す。回転電機２１の作動に伴う界磁巻線２６の通電時には、遮断スイッチ５０が常時オン（オン固定）されるとともに、第３スイッチ５３が常時オフ（オフ固定）、第４スイッチ５４が常時オン（オン固定）とされる。そして、その状態下で第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２が相反する期間でオンオフされる。この場合、第１スイッチ５１がオン、第２スイッチ５２がオフとなる状態では、図３に破線で示すように、遮断スイッチ５０→第１スイッチ５１→界磁巻線２６→第４スイッチ５４→グランドの順となる経路Ｙ１で電流が流れる。また、その後、第１スイッチ５１がオフ、第２スイッチ５２がオンとなる状態では、図３に二点鎖線で示すように、界磁巻線２６→第４スイッチ５４→第２スイッチ５２→界磁巻線２６の順となる還流経路Ｙ２で電流（還流電流）が流れる。

ここで、第４スイッチ５４の両端の電気経路のうちグランド側には、界磁巻線２６を流れる界磁電流Ｉｆを検出する界磁電流検出部５５が設けられている。また、第２スイッチ５２の両端の電気経路のうちグランド側には、第１スイッチ５１がオフ、第２スイッチ５２がオンとなる状態で流れる還流電流Ｉｒを検出する還流電流検出部５６が設けられている。なお、電源側からグランドに流れる向きを正とすると、界磁電流Ｉｆは正の電流として検出され、還流電流Ｉｒは負の電流として検出される。電流検出部５５，５６は、例えばシャント抵抗やカレントトランスを備える構成を有する。

図２に戻り、インバータ２２の高圧側経路には、インバータ２２の入出力の電圧（すなわち電源電圧）を検出する電圧センサ４５が設けられている。回転電機２１には、回転電機２１の温度として例えばステータの温度を検出する温度センサ４６が設けられている。温度センサ４６は、半導体スイッチング素子の温度を検出するものであってもよい。これらを含め各センサの検出信号は回転電機ＥＣＵ２４に適宜入力される。

インバータ２２及び界磁回路２３を構成する各スイッチは、ドライバ２７を介してそれぞれ独立にオン／オフ駆動が切り替えられる。

回転電機ＥＣＵ２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンにより構成されている。回転電機ＥＣＵ２４は、その内部の図示しないＩＣレギュレータにより、界磁巻線２６に流す励磁電流を調整する。これにより、回転電機ユニット１６の発電電圧（電池ユニットＵに対する出力電圧）が制御される。また、回転電機ＥＣＵ２４は、通電位相に応じて各相のスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフを制御するとともに、各相の通電時にオンオフ比率（例えばデューティ比）を調整することで通電電流を制御する。ここで、回転電機ＥＣＵ２４は、車両の走行開始後にインバータ２２を制御して回転電機２１を駆動させて、エンジンの駆動力をアシストする。回転電機２１は、エンジン始動時にクランク軸に初期回転を付与することが可能であり、エンジン始動装置としての機能も有している。

回転電機ＥＣＵ２４による界磁電流制御について補足する。回転電機ＥＣＵ２４は、上位制御装置であるエンジンＥＣＵ４０からの力行トルク指令値や発電電圧指令値に基づいて、目標界磁電流を算出し、その目標界磁電流と実際の界磁電流（界磁電流検出部５５の電流検出値）との偏差に基づいて、制御デューティ信号のデューティ比を算出する。そして、この制御デューティ信号により、第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２を各々オンオフさせる。これにより、界磁電流がフィードバック制御される。

次に、本システムで実施される異常診断処理と、異常診断内容に応じて実施されるフェイルセーフ処理について説明する。回転電機ＥＣＵ２４は、処理の概要として、界磁回路２３に流れる通電電流についてその電流検出値を取得するとともに、制御デューティ信号と電流検出値とに基づいて、界磁回路２３の異常診断を実施する。また、界磁回路２３の異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施する。

本実施形態では、界磁回路２３において以下に示す形態の異常を診断することとしており、それらについて説明する。

（異常１）デューティ増加側の相関ずれ異常
界磁回路２３において、例えば第１スイッチ５１又は第４スイッチ５４がフルオンできなくなる素子故障や、摩耗によるブラシの接触抵抗増加が生じると、それに起因して、界磁回路２３の経路抵抗が意図せず大きくなる。この場合、制御デューティ信号のデューティ比と界磁電流との相関において、実際のデューティ比が所定の正常範囲に対して大きくなる側に外れることで相関ずれが生じるため、その相関ずれに基づいて界磁回路２３の異常診断を実施する。

図４は、制御デューティ信号のデューティ比とそのデューティ比に対応する界磁電流との相関を示す図である。デューティ比と界磁電流とは基本的に図４に実線で示す関係にあり、デューティ比が大きくなるほど界磁電流が比例的に増加する。また、界磁電流がフィードバック制御されることからすると、界磁電流（実電流）が大きくなるほどデューティ比が比例的に増加する。かかる場合において、界磁回路２３の経路抵抗が増加する異常が生じると、デューティ比と界磁電流との相関が破線のＡ１のように変化する。この相関ずれに基づいて界磁回路２３の異常診断を実施する。

（異常２）デューティ減少側の相関ずれ異常
界磁回路２３において、例えば界磁巻線２６の中間部分で短絡が生じると（中間ショートが生じると）、それに起因して、界磁回路２３の経路抵抗が意図せず小さくなる。この場合、制御デューティ信号のデューティ比と界磁電流との相関において、実際のデューティ比が所定の正常範囲に対して小さくなる側に外れることで相関ずれが生じるため、その相関ずれに基づいて界磁回路２３の異常診断を実施する。

図４においては、界磁回路２３の経路抵抗が減少する異常が生じると、デューティ比と界磁電流との相関が二点鎖線のＡ２のように変化する。この相関ずれに基づいて界磁回路２３の異常診断を実施する。

（異常３）第１スイッチ５１のオフ故障
界磁回路２３において、第１スイッチ５１のオフ故障（開故障）が生じると、それに起因して、制御デューティ信号のデューティ比が大きくなっても界磁電流が流れない又は減少する。この場合、デューティ比が大きくなる際の界磁電流検出値（Ｉｆ）の変化を監視することにより、界磁回路２３の異常診断を実施する。

なお、第１スイッチ５１のオフ故障（開故障）以外に、第４スイッチ５４のオフ故障（開故障）や、界磁巻線２６の断線、界磁巻線２６のコンミテータの結線外れが生じる場合にも、上記同様、デューティ比が大きくなる際において界磁電流が流れない又は減少することが考えられる。かかる場合にも、デューティ比が大きくなる際の界磁電流検出値の変化を監視することにより、界磁回路２３の異常診断を実施できる。

（異常４）第１スイッチ５１のオフ故障
界磁回路２３において、界磁巻線２６に界磁電流が流れている状態下で第１スイッチ５１のオフ故障（開故障）が生じると、第１スイッチ５１がオン、第２スイッチ５２がオフの期間であるにもかかわらず、第２スイッチ５２に逆並列で設けられたダイオードＤｉを介して、還流電流検出部５６に還流電流（第２スイッチ５２を通じてグランド側から電源部側への向きとなる電流）が流れる。この場合、制御デューティ信号により第１スイッチ５１がオン、第２スイッチ５２がオフとなる状態下での還流電流検出値（Ｉｒ）を監視することにより、界磁回路２３の異常診断を実施する。

（異常５）第１スイッチ５１のオン故障
界磁回路２３において、第１スイッチ５１のオン故障（閉故障）が生じると、第１スイッチ５１を介して電源部側と界磁巻線２６とが接続されたままの状態になり、界磁巻線２６に過剰な電流が継続的に流れる。また、界磁電流の還流（第２スイッチ５２を通じてグランド側から電源部側への向きの通電）が生じなくなる。この場合、制御デューティ信号のデューティ比が小さくなっても界磁電流検出値（Ｉｆ）が減少変化せず、かつ第２スイッチ５２を通じてグランド側から電源部側への向きの還流電流検出値（Ｉｒ）が所定以下のままであることにより、界磁回路２３の異常診断を実施する。

（異常６）第２スイッチ５２のオフ故障
界磁回路２３において、第２スイッチ５２のオフ故障（開故障）が生じると、還流電流が流れなくなるため、第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２のオンオフに伴う通電電流の変動量（電流リプル）が大きくなる。また、目標界磁電流と界磁電流検出値とに基づいて制御デューティ信号のデューティ比を算出する場合において、界磁電流の変動に起因してデューティ比の変動量が大きくなる。この場合、所定時間内における界磁電流検出値（Ｉｆ）の変動量が所定以上になること、又は所定時間内におけるデューティ比の変動量が所定以上になることに基づいて、界磁回路２３の異常診断を実施する。

なお、第２スイッチのオフ故障（開故障）以外に、界磁巻線の中間部分で短絡が生じると（中間ショートが生じると）、界磁回路２３の経路抵抗が意図せず小さくなり、それに起因して、デューティ比の変動量が大きくなることが考えられる。この場合、上記のとおり界磁電流検出値の変動量や、デューティ比の変動量に基づいて異常診断を実施するとよい。

（異常７）第２スイッチ５２のオン故障
界磁回路２３において、第２スイッチ５２のオン故障（閉故障）が生じると、第１スイッチ５１がオンされる状態で、第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２を通じて過大な電流（第２スイッチ５２を通じて電源部側からグランド側への向きの貫通電流）が流れる。この場合、制御デューティ信号により第１スイッチ５１がオン、第２スイッチ５２がオフとなる状態下での還流電流検出値（Ｉｒ）を監視することにより、界磁回路２３の異常診断を実施する。

（異常８）第３スイッチ５３のオン故障
界磁回路２３において、第３スイッチ５３のオン故障（閉故障）が生じると、第４スイッチ５４が常時オンになっているために、第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４を通じて過大な電流（貫通電流）が流れる。この場合、第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４の直列経路に所定以上の電流が流れたか否かを界磁電流検出値（Ｉｆ）により判定することで、界磁回路２３の異常診断を実施する。

（異常９）Ｆ−端子の地絡故障
界磁回路２３において、界磁巻線２６のＦ−端子（ローサイド端子）でグランドショート（地絡）が生じると、電源部とグランドとの間における界磁巻線２６の通電やその後の通電電流の還流（第２スイッチ５２を通じてグランド側から電源部側への向きの通電）は生じるものの、界磁電流検出部５５での電流検出が行えなくなる。この場合、デューティ比が大きくなっても界磁電流検出値（Ｉｆ）がゼロであり、かつ還流電流検出値（Ｉｒ）が所定以上であることにより、界磁回路２３の異常診断を実施する。

（異常１０）Ｆ＋端子の天絡故障
界磁回路２３において、界磁巻線２６のＦ＋端子（ハイサイド端子）で電源ショート（天絡）が生じると、電源部と界磁巻線２６とが常に接続された状態になり、界磁巻線２６に過剰な電流が継続的に流れる。この場合、制御デューティ信号のデューティ比が小さくなる場合において界磁電流検出値（Ｉｆ）の変化を監視することにより、界磁回路２３の異常診断を実施する。

また、界磁巻線２６のＦ−端子（ローサイド端子）で電源ショートが生じる場合にも、制御デューティ信号に関係なく過剰な電流が継続的に流れることとなる。ゆえに、制御デューティ信号のデューティ比が小さくなる場合において界磁電流検出値（Ｉｆ）の変化を監視することにより、界磁回路２３の異常診断を実施する。

次に、上記の各異常の対応するフェイルセーフ処理について説明する。

（フェイルセーフ１）
上記の異常１、すなわちデューティ増加側の相関ずれ異常、又は上記の異常２、すなわちデューティ減少側の相関ずれ異常が生じていると判定された場合に、フェイルセーフ処理として、界磁巻線２６に流れる界磁電流に制限を付加する。

デューティ増加側の相関ずれ異常が生じている場合に界磁巻線２６の通電を通常どおりに実施すると、界磁回路２３における発熱量が増加することが懸念される。この点、フェイルセーフ処理として界磁電流に制限を付加することにより、界磁回路２３における発熱が抑制される。

また、デューティ減少側の相関ずれ異常が生じている場合に界磁巻線２６の通電を通常どおりに実施すると、界磁回路２３の通電電流が意図せず上昇することが懸念される。この点、フェイルセーフ処理として界磁電流に制限を付加することにより、界磁電流が適正に制御される。

（フェイルセーフ２）
上記の異常３、すなわち第１スイッチ５１のオフ故障が生じていると判定された場合に、フェイルセーフ処理として、第１スイッチ５１を常時オフ、第２スイッチ５２を常時オンとする状態で、制御デューティ信号により、第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４を交互にオンオフさせて界磁巻線２６の逆励磁を行わせる。

上記構成によれば、第１スイッチ５１のオフ故障に起因して、制御デューティ信号のデューティ比が大きくなっても界磁電流が流れない又は減少する場合に、第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２の制御と、第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４の制御とを入れ替えて逆励磁を行うことで、界磁電流が制御される。これにより、第１スイッチ５１のオフ故障が生じた後において、界磁電流制御が継続的に実施される。

このフェイルセーフ処理（フェイルセーフ２）においては、インバータ２２における電機子巻線２５の電流位相を１８０度ずらした状態で逆励磁を行わせるとよい。これにより、フェイルセーフ処理の実施後においても回転電機２１の回転状態が良好に保たれる。

また、異常発生の旨の判定後には、少なくとも界磁巻線２６を流れる界磁電流が一旦ゼロになる時間幅を有する所定時間の経過後に、逆励磁を開始するとよい。界磁巻線２６の逆励磁を行う場合には、界磁巻線２６における通電電流の向きが通常励磁とは逆になる。この点において、異常発生の旨が判定された場合に、少なくとも界磁電流が一旦ゼロになる時間幅を有する所定時間の経過後に逆励磁を開始することで、通常励磁から逆励磁への移行を適正に実施できる。

なお、上記の異常４として第１スイッチ５１のオフ故障が生じていると判定された場合にも、上記同様、界磁巻線２６の逆励磁によるフェイルセーフ処理（フェイルセーフ２）が実施されるとよい。

（フェイルセーフ３）
上記の異常５、すなわち第１スイッチ５１のオン故障が生じていると判定された場合に、フェイルセーフ処理として、第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２を交互にオンオフすることに代えて、遮断スイッチ５０及び第２スイッチ５２を交互にオンオフする。これにより、第１スイッチ５１のオン故障の発生前と同等の界磁電流制御の実施が可能となる。

（フェイルセーフ４）
上記の異常６、すなわち第２スイッチ５２のオフ故障が生じていると判定された場合に、フェイルセーフ処理として、界磁巻線２６に流れる界磁電流に制限を付加する。この場合、界磁電流の変動量（電流リプル）が大きくなったり、デューティ比の変動量が大きくなったりすることに起因して回転電機２１の動作が不安定になるといった不都合が抑制される。

なお、第２スイッチ５２には逆並列にダイオードＤｉが接続されているため、第２スイッチ５２がオフ故障していても、ダイオードＤｉを介して還流電流が流れると考えられる。この点、界磁電流を制限することによりダイオードＤｉに流れる電流が制限され、ダイオードＤｉの保護が図られる。

（フェイルセーフ５）
上記の異常７、すなわち第２スイッチ５２のオン故障が生じていると判定された場合に、フェイルセーフ処理として、第１スイッチ５１を常時オフ、第２スイッチ５２を常時オンとする状態で、制御デューティ信号により、第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４を交互にオンオフさせて界磁巻線２６の逆励磁を行わせる。

フェイルセーフ５においては、フェイルセーフ２と同様に、インバータ２２における電機子巻線２５の電流位相を１８０度ずらした状態で逆励磁を行わせるとよい。また、異常発生の旨の判定後において、少なくとも界磁巻線２６を流れる界磁電流が一旦ゼロになる時間幅を有する所定時間の経過後に、逆励磁を開始するとよい。

（フェイルセーフ６）
上記の異常７、すなわち第２スイッチ５２のオン故障が生じていると判定された場合において、フェイルセーフ５に代えて、フェイルセーフ６を実施することも可能である。本フェイルセーフ処理では、遮断スイッチ５０を遮断状態にする。

このフェイルセーフ処理（フェイルセーフ６）においては、遮断スイッチ５０を遮断状態にし、界磁巻線２６を流れる還流電流がゼロになった後に、界磁スイッチ５１〜５４を全てオフするとよい。例えば、還流電流検出値（Ｉｒ）がゼロになるのを待って、界磁スイッチ５１〜５４を全てオフする。これにより、界磁巻線２６を含む通電経路に未だ大電流が流れている状態で経路遮断が行われ、それに起因してスイッチがサージ破壊されるといった不都合が抑制される。

（フェイルセーフ７）
上記の異常８、すなわち第３スイッチ５３のオン故障が生じていると判定された場合に、フェイルセーフ処理として、第１スイッチ５１を常時オフ、第２スイッチ５２を常時オンとする状態で、制御デューティ信号により、遮断スイッチ５０及び第４スイッチ５４を交互にオンオフさせて界磁巻線２６の逆励磁を行わせる。

上記構成によれば、第３スイッチ５３のオン故障の発生時において、第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２のオンオフ制御に代えて、遮断スイッチ５０及び第４スイッチ５４のオンオフ制御を実施することで、界磁電流制御が継続的に実施される。

フェイルセーフ７においては、フェイルセーフ２と同様に、インバータ２２における電機子巻線２５の電流位相を１８０度ずらした状態で逆励磁を行わせるとよい。また、異常発生の旨の判定後において、少なくとも界磁巻線２６を流れる界磁電流が一旦ゼロになる時間幅を有する所定時間の経過後に、逆励磁を開始するとよい。

（フェイルセーフ８）
上記の異常８、すなわち第３スイッチ５３のオン故障が生じていると判定された場合において、フェイルセーフ７に代えて、フェイルセーフ８を実施することも可能である。本
フェイルセーフ処理では、遮断スイッチ５０を遮断状態にする。

このフェイルセーフ処理（フェイルセーフ８）においては、遮断スイッチ５０を遮断状態にし、界磁巻線２６を流れる界磁電流がゼロになった後に、界磁スイッチ５１〜５４を全てオフするとよい。例えば、界磁電流検出値（Ｉｆ）がゼロになるのを待って、界磁スイッチ５１〜５４を全てオフする。これにより、界磁巻線２６を含む通電経路に未だ大電流が流れている状態で経路遮断が行われ、それに起因してスイッチがサージ破壊されるといった不都合が抑制される。

（フェイルセーフ９）
上記の異常９、すなわちＦ−端子の地絡故障が生じていると判定された場合に、フェイルセーフ処理として、第１スイッチ５１をオフする。

（フェイルセーフ１０）
上記の異常１０、すなわちＦ＋端子の天絡故障が生じていると判定された場合に、フェイルセーフ処理として、第２スイッチ５２をオフする。

次に、回転電機ＥＣＵ２４により実施される異常診断処理及びフェイルセーフ処理を図５のフローチャートを用いて説明する。本処理は、回転電機ＥＣＵ２４により所定周期で繰り返し実施される。

図５において、ステップＳ１１では、異常１としてデューティ増加側の相関ずれ異常が生じているか否かを判定する。また、ステップＳ１２では、異常２としてデューティ減少側の相関ずれ異常が生じているか否かを判定する。ステップＳ１１，１２では、例えば図４の相関において界磁電流に応じてデューティ比の正常範囲を定めておき、その正常範囲の境界値（上限値及び下限値）からなる異常判定値を現デューティ比と比較することにより、相関ずれ異常の有無を判定する。なお、異常判定値は電源電圧や回転電機２１の温度に応じて可変に定められるとよい。例えば図６の関係に基づいて、異常判定値Ｄｔｈが定められる。

そして、ステップＳ１１，Ｓ１２のいずれかが肯定されると、ステップＳ２１に進み、フェイルセーフ１を実施する。ステップＳ２１では、界磁巻線２６に流れる界磁電流に制限を付加する。電流制限として界磁電流Ｉｆの上限値を定める場合、その上限値は固定値であってもよいし、相関のずれ量に応じて可変であってもよい。例えば相関のずれ量（正常範囲に対するデューティ比ずれ量）が大きいほど電流制限の上限値を小さくする（制限を強くする）。又は、電流制限の幅を目標界磁電流に応じて可変にしてもよい（例えば目標電流が大きいほど電流制限の上限値を大きくする）。

ステップＳ１３では、異常３として第１スイッチ５１のオフ故障が生じているか否かを判定する。このとき、制御デューティ信号のデューティ比が大きくなっても界磁電流検出値（Ｉｆ）がゼロのままであるか否か、又は界磁電流検出値（Ｉｆ）が減少変化する場合に、異常発生の旨を判定する。

また、ステップＳ１４では、異常４として第１スイッチ５１のオフ故障が生じているか否かを判定する。このとき、制御デューティ信号により第１スイッチ５１がオン、第２スイッチ５２がオフとなる状態下で、グランド側から電源部側への向きにおいて還流電流検出値が所定以上（−Ｉｒ≧Ｉｔｈ１）になっている場合に、異常発生の旨を判定する。なお、「−Ｉｒ」はグランド側から電源部側への向きに還流電流が流れることを示す。ステップＳ１３，Ｓ１４はいずれも第１スイッチ５１のオフ故障を判定するものであり、いずれか一方のみを実施する構成であってもよい。

そして、ステップＳ１３，Ｓ１４のいずれかが肯定されると、ステップＳ２２に進み、フェイルセーフ２を実施する。ステップＳ２２では、第１スイッチ５１を常時オフ、第２スイッチ５２を常時オンとする状態で、制御デューティ信号により、第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４を交互にオンオフさせて界磁巻線２６の逆励磁を実施する。

ステップＳ１５では、異常５として第１スイッチ５１のオン故障が生じているか否かを判定する。このとき、制御デューティ信号のデューティ比が小さくなっても界磁電流検出値（Ｉｆ）が減少変化せず、かつグランド側から電源部側への向きにおいて還流電流検出値が所定以下（−Ｉｒ≦Ｉｔｈ２）のままである場合に、異常発生の旨を判定する。

そして、ステップＳ１５が肯定されると、ステップＳ２３に進み、フェイルセーフ３を実施する。ステップＳ２３では、第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２を交互にオンオフすることに代えて、遮断スイッチ５０及び第２スイッチ５２を交互にオンオフする。

ステップＳ１６では、異常６として第２スイッチ５２のオフ故障が生じているか否かを判定する。このとき、所定時間内における界磁電流検出値（Ｉｆ）の変動量が所定以上になる場合、又は所定時間内におけるデューティ比の変動量が所定以上になる場合に、異常発生の旨を判定する。なお、所定時間は、制御デューティ信号の周期（例えばキャリア周期）に相当する時間であるとよい。又は、所定時間は、回転電機２１の回転に相関のある周期であってもよい。

そして、ステップＳ１６が肯定されると、ステップＳ２４に進み、フェイルセーフ４を実施する。ステップＳ２３では、界磁巻線２６に流れる界磁電流に制限を付加する。電流制限の上限値は固定値であってもよいし、目標界磁電流に応じて可変であってもよい（例えば目標電流が大きいほど電流制限の上限値を大きくする）。

ステップＳ１７では、異常７として第２スイッチ５２のオン故障が生じているか否かを判定する。このとき、制御デューティ信号により第１スイッチ５１がオン、第２スイッチ５２がオフとなる状態下で、電源部側からグランド側への向きにおいて還流電流検出値が所定以上（Ｉｒ≧Ｉｔｈ３）になっている場合に、異常発生の旨を判定する。

そして、ステップＳ１７が肯定されると、ステップＳ２５に進み、フェイルセーフ５を実施する。ステップＳ２５では、第１スイッチ５１を常時オフ、第２スイッチ５２を常時オンとする状態で、制御デューティ信号により、第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４を交互にオンオフさせて界磁巻線２６の逆励磁を実施する。

ステップＳ２５では、フェイルセーフ５に代えて、フェイルセーフ６を実施してもよい。この場合、フェイルセーフ処理として遮断スイッチ５０を遮断状態にする。

ステップＳ１８では、異常８として第３スイッチ５３のオン故障が生じているか否かを判定する。このとき、第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４の直列経路に所定以上の電流が流れた場合、すなわち界磁電流検出値（Ｉｆ）が所定以上となる場合に、異常発生の旨を判定する。

そして、ステップＳ１８が肯定されると、ステップＳ２６に進み、フェイルセーフ７を実施する。ステップＳ２６では、第１スイッチ５１を常時オフ、第２スイッチ５２を常時オンとする状態で、制御デューティ信号により、遮断スイッチ５０及び第４スイッチ５４を交互にオンオフさせて界磁巻線２６の逆励磁を実施する。

ステップＳ２６では、フェイルセーフ７に代えて、フェイルセーフ８を実施してもよい。この場合、フェイルセーフ処理として遮断スイッチ５０を遮断状態にする。

ステップＳ１９では、異常９としてＦ−端子の地絡故障が生じているか否かを判定する。このとき、デューティ比が大きくなっても界磁電流検出値（Ｉｆ）がゼロであり、かつグランド側から電源部側への向きにおいて還流電流検出値が所定以上（−Ｉｒ≧Ｉｔｈ１）である場合に、異常発生の旨を判定する。そして、ステップＳ１９が肯定されると、ステップＳ２７に進み、フェイルセーフ９として、第１スイッチ５１をオフする。

ステップＳ２０では、異常１０としてＦ＋端子の天絡故障が生じているか否かを判定する。このとき、制御デューティ信号のデューティ比が小さくなっても界磁電流検出値（Ｉｆ）が減少変化しない場合に、異常発生の旨を判定する。そして、ステップＳ２０が肯定されると、ステップＳ２８に進み、フェイルセーフ１０として、第２スイッチ５２をオフする。なお、ステップＳ２１〜Ｓ２８では、異常の形態ごとに異常発生を表すダイアグ情報がメモリにそれぞれ記憶されるとよい。

以上詳述した本実施形態の上記構成によれば、制御デューティ信号と電流検出値とによって界磁回路２３の異常診断が適正に実施されるとともに、その異常診断の結果に基づいてフェイルセーフ処理が適正に実施される。制御デューティ信号に応じて界磁回路２３に電流が流れる点を考慮することで、界磁回路２３の異常診断を適正に実施できる。その結果、回転電機２１の異常を適正に把握し、ひいては回転電機２１を適正に駆動させることができる。

また、界磁回路２３における各種の異常を想定し、その異常に応じて診断手法を設定したため、回転電機２１の使用に際して生じうる種々の異常に好適に対応することが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・上記以外に、異常診断処理及びフェイルセーフ処理として、以下の処理を実施してもよい。Ｈブリッジ構成の界磁回路２３において、仮に第２スイッチ５２のオフ故障や第３スイッチ５３のオフ故障が生じても、界磁巻線２６の通電は継続される。つまり、第２，第３スイッチ５２，５３のいずれかがオフ故障しても、界磁電流が正常範囲内で検出される。そのため、第２，第３スイッチ５２，５３のオフ故障の判定が困難になることが考えられる。そこで、回転電機ＥＣＵ２４は、第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２をオンオフすることに代えて、第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４をオンオフすることで逆励磁を行わせ、その逆励磁を行っている状態での電流検出値の変化を監視することにより、界磁回路２３の異常診断を実施する。回転電機ＥＣＵ２４による異常診断処理を図７に示す。

図７において、ステップＳ３１では、今現在、イグニッションスイッチのオン直後であるか否かを判定し、ＹＥＳである場合に、ステップＳ３２で界磁巻線２６の逆励磁を実施する。このとき、予め定めたデューティ比により第３スイッチ５３及び第４スイッチ５４をオンオフするとよい。その後、ステップＳ３３では、逆励磁を実施している状態で電流検出値（界磁電流検出値、還流電流検出値）を取得し、続くステップＳ３４では、電流検出値に基づいて、第２スイッチ５２が正常動作しているか否か、又は第３スイッチ５３が正常動作しているか否かを判定する。逆励磁を行っている状態では、第２スイッチ５２が、通常励磁の場合の第４スイッチ５４に相当し、第３スイッチ５３が、通常励磁の場合の第１スイッチ５１に相当する。そのため、上述した異常診断手法のうち、異常３に関する異常診断手法や又は異常４に関する異常診断手法を用いることで、第２スイッチ５２のオフ故障や第３スイッチ５３のオフ故障の判定が可能となる。なお、異常３に関する異常診断を行う際には、意図的に制御デューティ信号のデューティ比を徐々に大きくし、その際の電流検出値を取得するとよい。

そして、第２スイッチ５２又は第３スイッチ５３でオフ故障が生じていなければ、ステップＳ３５において正常である旨を判定し、第２スイッチ５２又は第３スイッチ５３でオフ故障が生じていれば、ステップＳ３６において異常である旨を判定する。

第２スイッチ５２のオフ故障が判定された場合には、フェイルセーフ処理として、遮断スイッチ５０を遮断状態にする。第３スイッチ５３でオフ故障が判定された場合には、フェイルセーフ処理としては何も実施せず、異常発生を示すダイアグ情報の記憶のみが行われる。なお、上記図７の異常診断は、回転電機２１の非作動時に行われればよく、上記以外に、イグニッションスイッチのオフ操作直後において実施されてもよい。

・上記実施形態では、界磁回路２３をＨブリッジ回路にて構成したが、これに代えて、界磁回路２３をハーフブリッジ回路にて構成してもよい。図８に、ハーフブリッジ回路構成の界磁回路２３を示す。図８の界磁回路２３では、電源部とグランドとの間に第１スイッチ５１と第２スイッチ５２とが直列接続され、第２スイッチ５２と並列となる並列経路部に界磁巻線２６が設けられている。本構成においても、第１スイッチ５１及び第２スイッチ５２が相反する期間でオンオフ制御されるとともに、上述の異常診断手法による異常診断が適宜実施される。

・上記実施形態では、第１スイッチ５１のハイサイドに遮断スイッチ５０を設ける構成としたが、これに限られず、第２スイッチ５２のローサイド（より詳しくは、グランドに繋がる母線と第２スイッチ５２及び第４スイッチ５４の分岐点との間）に遮断スイッチ５０を設ける構成であってもよい。

・上記実施形態では、回転電機２１として３相交流モータを用いる場合について説明したが、例えば６相交流モータ等のような３相交流モータ以外のものに適用してもよい。

・上記実施形態では、発電動作と力行動作とを行う回転電機について説明したが、発電動作及び力行動作のいずれかのみを行う回転電機にも適用することができる。

・本発明が適用される電源システムを、車両以外の用途、例えば船舶、航空機、ロボット等の用途に用いることも可能である。

・上記の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散して実現したり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素で実現したりしてもよい。

１１…鉛蓄電池、１２…リチウムイオン蓄電池、１６…回転電機ユニット、２１…回転電機、２５…電機子巻線、２６…界磁巻線、５１…第１スイッチ、５２…第２スイッチ、２４…回転電機ＥＣＵ。

Claims (21)

1. 電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５４）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
   前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられるとともに、前記複数のスイッチング素子としてさらに、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら第１〜第４スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、
   前記第３スイッチング素子を常時オフ、前記第４スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を、デューティ信号により交互にオンオフして前記界磁巻線の通電電流を制御するものであり、
   前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
   前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
   前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
   を備え、
   前記異常診断部は、前記デューティ信号のデューティ比が大きくなる際に前記電流検出値がゼロのままであるか否か又は前記電流検出値が減少変化するか否かを判定することにより、前記異常診断を実施し、
   前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号のデューティ比が大きくなる際に前記電流検出値がゼロのままである又は前記電流検出値が減少変化すると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子を常時オフ、前記第２スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を交互にオンオフさせて前記界磁巻線の逆励磁を行わせる回転電機制御装置。
2. 電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５４）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
   前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられ、前記第２スイッチング素子には、グランド側から電源部側への電流の流れを許容する向きでダイオード（Ｄｉ）が並列に接続されており、前記各スイッチング素子が相反する期間でオンされるようにデューティ信号によりそれぞれオンオフ制御されるものであり、
   前記界磁回路において、前記第２スイッチング素子の両端の電気経路のうちグランド側の電気経路には、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンとなる状態で流れる還流電流を検出する還流電流検出部（５６）が設けられており、
   前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
   前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
   前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
   を備え、
   前記取得部は、前記還流電流検出部により検出された還流電流検出値を取得し、
   前記異常診断部は、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であるか否かを判定することにより、前記異常診断を実施する回転電機制御装置。
3. 前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に加え、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら各スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、
   前記第３スイッチング素子を常時オフ、前記第４スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフすることにより前記界磁巻線の通電電流を制御する回転電機制御装置であって、
   前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子を常時オフ、前記第２スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を交互にオンオフさせて前記界磁巻線の逆励磁を行わせる請求項２に記載の回転電機制御装置。
4. 電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５４）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
   前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられ、前記各スイッチング素子が相反する期間でオンされるようにデューティ信号によりそれぞれオンオフ制御されるものであり、
   前記界磁回路において、前記並列経路部には、前記界磁巻線と前記第２スイッチング素子のグランド側の端部との間に、前記界磁巻線を流れる界磁電流を検出する界磁電流検出部（５５）が設けられるとともに、前記第２スイッチング素子の両端の電気経路のうちグランド側の電気経路には、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンとなる状態で流れる還流電流を検出する還流電流検出部（５６）が設けられており、
   前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
   前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
   前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
   を備え、
   前記取得部は、前記界磁電流検出部により検出された界磁電流検出値を取得するとともに、前記還流電流検出部により検出された還流電流検出値を取得し、
   前記異常診断部は、前記デューティ信号のデューティ比が小さくなっても前記界磁電流検出値が減少変化せず、かつ前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以下のままであることに基づいて、前記異常診断を実施する回転電機制御装置。
5. 前記界磁回路は、前記電源部と前記第１スイッチング素子との間に、これら電源部と第１スイッチング素子との間を導通又は遮断する遮断スイッチ（５０）を有しており、
   前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号のデューティ比が小さくなっても前記界磁電流検出値が減少変化せず、かつ前記還流電流検出値がゼロであると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフすることに代えて、前記遮断スイッチ及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフする請求項４に記載の回転電機制御装置。
6. 電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５４）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
   前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられ、前記各スイッチング素子が相反する期間でオンされるようにデューティ信号によりそれぞれオンオフ制御されるものであり、
   前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
   前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
   前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
   を備え、
   前記異常診断部は、所定時間内における前記電流検出値の変動量が所定以上であるか否かの判定、又は所定時間内における前記デューティ信号のデューティ比の変動量が所定以上であるか否かの判定により、前記異常診断を実施する回転電機制御装置。
7. 前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、所定時間内における前記電流検出値の変動量が所定以上であると判定された場合、又は所定時間内における前記デューティ比の変動量が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記界磁巻線に流れる通電電流に制限を付加する請求項６に記載の回転電機制御装置。
8. 電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５４）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
   前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられ、前記各スイッチング素子が相反する期間でオンされるようにデューティ信号によりそれぞれオンオフ制御されるものであり、
   前記界磁回路において、前記第２スイッチング素子の両端の電気経路のうちグランド側の電気経路には、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンとなる状態で流れる還流電流を検出する還流電流検出部（５６）が設けられており、
   前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
   前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
   前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
   を備え、
   前記取得部は、前記還流電流検出部により検出された還流電流検出値を取得し、
   前記異常診断部は、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じて電源部側からグランド側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であるか否かの判定により、前記異常診断を実施する回転電機制御装置。
9. 前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子に加え、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら各スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、
   前記第３スイッチング素子を常時オフ、前記第４スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を交互にオンオフすることにより前記界磁巻線の通電電流を制御する回転電機制御装置であって、
   前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じて電源部側からグランド側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子を常時オフ、前記第２スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を交互にオンオフさせて前記界磁巻線の逆励磁を行わせる請求項８に記載の回転電機制御装置。
10. 前記界磁回路は、前記電源部と前記第１スイッチング素子との間に、これら電源部と第１スイッチング素子との間を導通又は遮断する遮断スイッチ（５０）を有しており、
    前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号により前記第１スイッチング素子がオン、前記第２スイッチング素子がオフとなる状態下で、前記第２スイッチング素子を通じて電源部側からグランド側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記遮断スイッチを遮断状態にする請求項８に記載の回転電機制御装置。
11. 電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５４）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
    前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられるとともに、前記複数のスイッチング素子としてさらに、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら第１〜第４スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、
    前記第３スイッチング素子を常時オフ、前記第４スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子を、デューティ信号により交互にオンオフして前記界磁巻線の通電電流を制御するものであり、
    前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
    前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
    前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
    を備え、
    前記異常診断部は、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の直列経路に所定以上の電流が流れたか否かを判定することにより、前記異常診断を実施する回転電機制御装置。
12. 前記界磁回路は、前記電源部と前記第１スイッチング素子との間に、これら電源部と第１スイッチング素子との間を導通又は遮断する遮断スイッチ（５０）を有しており、
    前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の直列経路に所定以上の電流が流れたと判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子を常時オフ、前記第２スイッチング素子を常時オンとする状態で、前記デューティ信号により、前記遮断スイッチ及び前記第４スイッチング素子を交互にオンオフさせて前記界磁巻線の逆励磁を行わせる請求項１１に記載の回転電機制御装置。
13. 前記回転電機ユニットは、前記回転電機の回転位相に応じて前記電機子巻線に通電電流を流すインバータ回路（２２）を備えており、
    前記フェイルセーフ処理部は、前記インバータ回路における前記電機子巻線の電流位相を１８０度ずらした状態で、前記逆励磁を行わせる請求項１，３，９，１２のいずれか１項に記載の回転電機制御装置。
14. 前記フェイルセーフ処理部は、前記異常発生の旨が判定された場合に、少なくとも前記界磁巻線を流れる通電電流が一旦ゼロになる時間幅を有する所定時間の経過後に、前記逆励磁を開始する請求項１３に記載の回転電機制御装置。
15. 前記界磁回路は、前記電源部と前記第１スイッチング素子との間に、これら電源部と第１スイッチング素子との間を導通又は遮断する遮断スイッチ（５０）を有しており、
    前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子の直列経路に所定以上の電流が流れたと判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記遮断スイッチを遮断状態にする請求項１１に記載の回転電機制御装置。
16. 前記フェイルセーフ処理部は、前記フェイルセーフ処理として、前記遮断スイッチを遮断状態にし、前記界磁巻線を流れる通電電流がゼロになった後に、前記各スイッチング素子を全てオフする請求項１０又は請求項１５に記載の回転電機制御装置。
17. 電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５４）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
    前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられ、前記各スイッチング素子が相反する期間でオンされるようにデューティ信号によりそれぞれオンオフ制御されるものであり、
    前記界磁回路において、前記並列経路部には、前記界磁巻線と前記第２スイッチング素子のグランド側の端部との間に、前記界磁巻線を流れる界磁電流を検出する界磁電流検出部（５５）が設けられるとともに、前記第２スイッチング素子の両端の電気経路のうちグランド側の電気経路には、前記第１スイッチング素子がオフ、前記第２スイッチング素子がオンとなる状態で流れる還流電流を検出する還流電流検出部（５６）が設けられており、
    前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
    前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
    前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
    を備え、
    前記取得部は、前記界磁電流検出部により検出された界磁電流検出値を取得するとともに、前記還流電流検出部により検出された還流電流検出値を取得し、
    前記異常診断部は、前記デューティ信号のデューティ比が大きくなっても前記界磁電流検出値がゼロであり、かつ前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であることに基づいて、前記異常診断を実施する回転電機制御装置。
18. 前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号のデューティ比が大きくなっても前記界磁電流検出値がゼロであり、かつ前記第２スイッチング素子を通じてグランド側から電源部側への向きの前記還流電流検出値が所定以上であると判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第１スイッチング素子をオフする請求項１７に記載の回転電機制御装置。
19. 電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５４）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
    前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられ、前記各スイッチング素子が相反する期間でオンされるようにデューティ信号によりそれぞれオンオフ制御されるものであり、
    前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
    前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
    前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
    を備え、
    前記異常診断部は、前記デューティ信号のデューティ比が小さくなっても前記電流検出値が減少変化しないことに基づいて、前記異常診断を実施する回転電機制御装置。
20. 前記フェイルセーフ処理部は、前記異常診断部により、前記デューティ信号のデューティ比が小さくなっても前記電流検出値が減少変化しないと判定された場合に、前記フェイルセーフ処理として、前記第２スイッチング素子をオフする請求項１９に記載の回転電機制御装置。
21. 電機子巻線（２５）及び界磁巻線（２６）を有する回転電機（２１）と、複数のスイッチング素子（５１〜５４）を有し当該スイッチング素子のオンオフに応じて前記界磁巻線を通電させる界磁回路（２３）とを備える回転電機ユニット（１６）に適用される回転電機制御装置（２４）であって、
    前記界磁回路は、前記複数のスイッチング素子として、電源部（１１，１２）とグランドとの間に直列接続された第１スイッチング素子（５１）と第２スイッチング素子（５２）とを有しており、それら各スイッチング素子のうちグランド側の前記第２スイッチング素子の両端に接続され当該第２スイッチング素子と並列となる並列経路部に前記界磁巻線が設けられるとともに、前記複数のスイッチング素子としてさらに、前記第１スイッチング素子に並列に設けられる第３スイッチング素子（５３）と、前記第２スイッチング素子に並列に設けられる第４スイッチング素子（５４）とを有しており、これら第１〜第４スイッチング素子がＨブリッジ状に接続されて設けられており、
    前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子が相反する期間でオンされるようにデューティ信号によりそれぞれオンオフ制御されるものであり、
    前記界磁回路に流れる通電電流についてその電流検出値を取得する取得部と、
    前記デューティ信号と前記電流検出値とに基づいて、前記界磁回路の異常診断を実施する異常診断部と、
    前記異常診断部により異常発生の旨が診断された場合に、所定のフェイルセーフ処理を実施するフェイルセーフ処理部と、
    前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子をオンオフすることに代えて、前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子をオンオフすることで前記界磁巻線の逆励磁を行わせる逆励磁制御部と、
    を備え、
    前記異常診断部は、前記逆励磁を行っている状態での前記電流検出値の変化に基づいて、前記異常診断を実施する回転電機制御装置。

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