JP7238777B2 - 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7238777B2
JP7238777B2 JP2019541919A JP2019541919A JP7238777B2 JP 7238777 B2 JP7238777 B2 JP 7238777B2 JP 2019541919 A JP2019541919 A JP 2019541919A JP 2019541919 A JP2019541919 A JP 2019541919A JP 7238777 B2 JP7238777 B2 JP 7238777B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
inverter
failure
level
side switch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019541919A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2019054026A1 (ja
Inventor
貴 小池上
雄飛 中田
貴宏 菊一
純 勝俣
弘徳 高野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec America Corp
Original Assignee
Nidec America Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec America Corp filed Critical Nidec America Corp
Publication of JPWO2019054026A1 publication Critical patent/JPWO2019054026A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7238777B2 publication Critical patent/JP7238777B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0484—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures for reaction to failures, e.g. limp home
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B62D5/0487—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures detecting motor faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0077—Plural converter units whose outputs are connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Description

本開示は、電源からの電力を電動モータに供給する電力に変換する電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置に関する。
近年、電動モータ（以下、単に「モータ」と表記する。）およびＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が一体化された機電一体型モータが開発されている。特に車載分野において、安全性の観点から高い品質保証が要求される。そのため、部品の一部が故障した場合でも安全動作を継続できる冗長設計が取り入れられている。冗長設計の一例として、１つのモータに対して２つのインバータを設けることが検討されている。他の一例として、メインのマイクロコントローラにバックアップ用マイクロコントローラを設けることが検討されている。
特開２０１７－０６３５７１号公報
２つのインバータを用いてモータを駆動する装置において、インバータに故障が発生した場合、その故障箇所を可能な限り短い時間で特定することが求められる。
特許文献１は、Ｙ結線された巻線を有するモータを１つのインバータで駆動する装置（以降、「シングルインバータタイプの装置」と表記する。）を開示している。特許文献１では、予め定められた通電パターンにおいて検出された信号を、予め定められた異常種類対応表に照合して、配線の断線および短絡を検出することが開示されている。
しかしながら、特許文献１の技術では、インバータが備えるスイッチ素子に故障が発生した場合に、複数のスイッチ素子のうちのどのスイッチ素子が故障したのかを特定することはできない。また、測定した電流値および電圧値を用いて、配線の断線などの故障検知がなされるため、故障検知および故障個所の特定に時間がより費やされることとなる。
本開示の実施形態は、相電圧の測定結果に基づいて通電経路の故障診断を実行することが可能な電力変換装置、当該電力変換装置を備えるモータモジュールおよび当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置を提供する。
本開示の例示的な電力変換装置は、電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、前記モータの各相の巻線の一端に接続される第１インバータであって、各々がローサイドスイッチ素子およびハイサイドスイッチ素子を有するｎ個のレグを有する第１インバータと、前記第１インバータにおけるｎ個のローサイドスイッチ素子およびｎ個のハイサイドスイッチ素子のオン・オフ動作を制御し、かつ、前記ｎ相の巻線の断線故障を診断する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記第１インバータにおける前記ｎ個のローサイドスイッチ素子のうちの第１特定相の１個をオンして、残りのｎ－１個をオフし、かつ、前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子を全てオフする制御信号を生成し、前記モータの中性点が構成された状態で、前記ｎ個のローサイドスイッチ素子および前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子に前記制御信号を与え、前記ｎ相の巻線の前記断線故障のパターンに応じて変化するｎ相電圧を測定し、前記断線故障のパターンとｎ相電圧レベルとを関連付けるテーブルを参照して、測定した前記ｎ相電圧に基づいて前記断線故障を診断する、第１故障診断を実行する。
本開示の例示的な実施形態によると、相電圧の測定結果に基づいて通電経路の故障診断を実行することが可能な電力変換装置、当該電力変換装置を備えるモータモジュールおよび当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置が提供される。
図１は、例示的な実施形態１によるインバータユニット１００の回路構成を示す回路図である。 図２は、例示的な実施形態１によるモータモジュール２０００のブロック構成を示し、主として電力変換装置１０００のブロック構成を示すブロック構成図である。 図３は、三相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示するグラフである。 図４は、例示的な実施形態１による、各種の故障パターンと三相電圧レベルとを関連付けるルックアップテーブルの内容を示す表である。 図５は、巻線Ｍ１が断線した場合、二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＶ相、Ｗ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示するグラフである。 図６は、巻線Ｍ２が断線した場合、二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｗ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示するグラフである。 図７は、巻線Ｍ３が断線した場合、二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｖ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示するグラフである。 図８は、例示的な実施形態２によるインバータユニット１００Ａの回路構成を示す回路図である。 図９は、例示的な実施形態２による、各種の故障パターンと三相電圧レベルとを関連付けるルックアップテーブルの内容を示す表である。 図１０は、例示的な実施形態３による電動パワーステアリング装置３０００の典型的な構成を示す模式図である。
添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
本明細書において、電源からの電力を、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線を有する三相モータに供給する電力に変換する電力変換装置を例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのｎ相（ｎは４以上の整数）の巻線を有するｎ相モータに供給する電力に変換する電力変換装置も本開示の範疇である。
（実施形態１）図１は、本実施形態によるインバータユニット１００の回路構成を模式的に示している。
インバータユニット１００は、電源遮断回路１１０、第１インバータ１２０および第２インバータ１３０を備える。インバータユニット１００は、電源１０１Ａ、１０１Ｂからの電力を、モータ２００に供給する電力に変換することができる。例えば、第１および第２インバータ１２０、１３０は、直流電力を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換することが可能である。
モータ２００は、例えば、三相交流モータである。モータ２００は、Ｕ相の巻線Ｍ１、Ｖ相の巻線Ｍ２およびＷ相の巻線Ｍ３を備え、第１インバータ１２０と第２インバータ１３０とに接続される。具体的に説明すると、第１インバータ１２０はモータ２００の各相の巻線の一端に接続され、第２インバータ１３０は各相の巻線の他端に接続される。本明細書において、部品（構成要素）同士の間の「接続」は、主に電気的な接続を意味する。
第１インバータ１２０は、各相に対応した端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿ＬおよびＷ＿Ｌを有する。第２インバータ１３０は、各相に対応した端子Ｕ＿Ｒ、Ｖ＿ＲおよびＷ＿Ｒを有する。第１インバータ１２０の端子Ｕ＿Ｌは、Ｕ相の巻線Ｍ１の一端に接続され、端子Ｖ＿Ｌは、Ｖ相の巻線Ｍ２の一端に接続され、端子Ｗ＿Ｌは、Ｗ相の巻線Ｍ３の一端に接続される。第１インバータ１２０と同様に、第２インバータ１３０の端子Ｕ＿Ｒは、Ｕ相の巻線Ｍ１の他端に接続され、端子Ｖ＿Ｒは、Ｖ相の巻線Ｍ２の他端に接続され、端子Ｗ＿Ｒは、Ｗ相の巻線Ｍ３の他端に接続される。このようなモータ結線は、いわゆるスター結線およびデルタ結線とは異なる。
電源遮断回路１１０は、第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４を有する。インバータユニット１００において、第１インバータ１２０は、電源遮断回路１１０によって電源１０１ＡとＧＮＤとに電気的に接続可能である。第２インバータ１３０は、電源遮断回路１１０によって電源１０１ＢとＧＮＤとに電気的に接続可能である。具体的に説明すると、第１スイッチ素子１１１は、第１インバータ１２０とＧＮＤとの接続・非接続を切替える。第２スイッチ素子１１２は、電源１０１と第１インバータ１２０との接続・非接続を切替える。第３スイッチ素子１１３は、第２インバータ１３０とＧＮＤとの接続・非接続を切替える。第４スイッチ素子１１４は、電源１０１と第２インバータ１３０との接続・非接続を切替える。
第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４のオン・オフは、例えばマイクロコントローラまたは専用ドライバによって制御され得る。第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４は、双方向の電流を遮断することが可能である。第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４として、例えば、サイリスタ、アナログスイッチＩＣ、または寄生ダイオードが内部に形成された電界効果トランジスタ（典型的にはＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチ、および、メカニカルリレーなどを用いることができる。ダイオードおよび絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの組み合わせを用いても構わない。本明細書の図面には、第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４として、ＭＯＳＦＥＴを用いる例を例示する。以降、第１から第４スイッチ素子１１１、１１２、１１３および１１４を、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４とそれぞれ表記する場合がある。
ＳＷ１１１は、内部の寄生ダイオードに順方向電流が第１インバータ１２０に向けて流れるよう配置される。ＳＷ１１２は、寄生ダイオードに順方向電流が電源１０１Ａに向けて流れるよう配置される。ＳＷ１１３は、寄生ダイオードに順方向電流が第２インバータ１３０に向けて流れるよう配置される。ＳＷ１１４は、寄生ダイオードに順方向電流が電源１０１Ｂに向けて流れるよう配置される。
電源遮断回路１１０は、図示するように、逆接続保護用の第５および第６スイッチ素子１１５、１１６をさらに有していることが好ましい。第５および第６スイッチ素子１１５、１１６は、典型的に、寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴの半導体スイッチである。第５スイッチ素子１１５は、ＳＷ１１２に直列に接続され、寄生ダイオードにおいて第１インバータ１２０に向けて順方向電流が流れるよう配置される。第６スイッチ素子１１６は、ＳＷ１１４に直列に接続され、寄生ダイオードにおいて第２インバータ１３０に向けて順方向電流が流れるよう配置される。電源１０１Ａ、１０１Ｂが逆向きに接続された場合でも、逆接続保護用の２つのスイッチ素子によって逆電流を遮断することができる。
図示する例に限られず、使用するスイッチ素子の個数は、設計仕様などを考慮して適宜決定される。特に車載分野においては、安全性の観点から高い品質保証が要求されるので、各インバータ用として複数のスイッチ素子を設けておくことが好ましい。
電源は、第１インバータ１２０用の電源１０１Ａおよび第２インバータ１３０用の電源１０１Ｂを備えることができる。電源１０１Ａ、１０１Ｂは所定の電源電圧（例えば、１２Ｖ）を生成する。電源として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源は、ＡＣ－ＤＣコンバータおよびＤＣ－ＤＣコンバータであってもよいし、バッテ
リー（蓄電池）であっても良い。また、電源１０１は、第１および第２インバータ１２０、１３０に共通の単一電源であってもよい。


電源１０１Ａ、１０１Ｂと電源遮断回路１１０との間にコイル１０２が設けられている。コイル１０２は、ノイズフィルタとして機能し、各インバータに供給する電圧波形に含まれる高周波ノイズ、または各インバータで発生する高周波ノイズを電源側に流出させないように平滑化する。
各インバータの電源端子には、コンデンサ１０３が接続される。コンデンサ１０３は、いわゆるバイパスコンデンサであり、電圧リプルを抑制する。コンデンサ１０３は、例えば電解コンデンサであり、容量および使用する個数は設計仕様などによって適宜決定される。
第１インバータ１２０は、３個のレグを有するブリッジ回路を備える。各レグは、ローサイドスイッチ素子およびハイサイドスイッチ素子を有する。Ｕ相レグは、ローサイドスイッチ素子１２１Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１２１Ｈを有する。Ｖ相レグは、ローサイドスイッチ素子１２２Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１２２Ｈを有する。Ｗ相レグは、ローサイドスイッチ素子１２３Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１２３Ｈを有する。スイッチ素子として、例えばＦＥＴまたはＩＧＢＴを用いることができる。以下、スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる例を説明し、スイッチ素子をＳＷと表記する場合がある。例えば、スイッチ素子１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌは、ＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌと表記される。
第１インバータ１２０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ１５０（図３を参照）として、３個のシャント抵抗１２１Ｒ、１２２Ｒおよび１２３Ｒを備える。電流センサ１５０は、各シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出回路（不図示）を含む。例えば、シャント抵抗１２１Ｒ、１２２Ｒおよび１２３Ｒは、第１インバータ１２０の３個のレグに含まれる３個のローサイドスイッチ素子とＧＮＤとの間にそれぞれ接続される。具体的には、シャント抵抗１２１ＲはＳＷ１２１ＬとＳＷ１１１との間に電気的に接続され、シャント抵抗１２２ＲはＳＷ１２２ＬとＳＷ１１１との間に電気的に接続され、シャント抵抗１２３ＲはＳＷ１２３ＬとＳＷ１１１との間に電気的に接続される。シャント抵抗の抵抗値は、例えば０．５ｍΩ～１．０ｍΩ程度である。
第２インバータ１３０は、第１インバータ１２０と同様に、３個のレグを有するブリッジ回路を備える。Ｕ相レグは、ローサイドスイッチ素子１３１Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１３１Ｈを有する。Ｖ相レグは、ローサイドスイッチ素子１３２Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１３２Ｈを有する。Ｗ相レグは、ローサイドスイッチ素子１３３Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１３３Ｈを有する。第２インバータ１３０は、３個のシャント抵抗１３１Ｒ、１３２Ｒおよび１３３Ｒを備える。それらのシャント抵抗は、３個のレグに含まれる３個のローサイドスイッチ素子とＧＮＤとの間に接続される。
各インバータに対し、シャント抵抗の数は３つに限られない。例えば、Ｕ相、Ｖ相用の２つのシャント抵抗、Ｖ相、Ｗ相用の２つのシャント抵抗、および、Ｕ相、Ｗ相用の２つのシャント抵抗を用いることが可能である。使用するシャント抵抗の数およびシャント抵抗の配置は、製品コストおよび設計仕様などを考慮して適宜決定される。
上述したとおり、第２インバータ１３０は、第１インバータ１２０の構造と実質的に同じ構造を備える。図１では、説明の便宜上、紙面の左側のインバータを第１インバータ１２０と表記し、右側のインバータを第２インバータ１３０と表記している。ただし、このような表記は、本開示を限定する意図で解釈されてはならない。第１および第２インバータ１２０、１３０は、インバータユニット１００の構成要素として区別なく用いられ得る。

図２は本実施形態によるモータモジュール２０００のブロック構成を模式的に示し、主として電力変換装置１０００のブロック構成を模式的に示す。
モータモジュール２０００は、インバータユニット１００および制御回路３００を有する電力変換装置１０００と、モータ２００とを備える。
モータモジュール２０００は、モジュール化され、例えば、モータ、センサ、ドライバおよびコントローラを有する機電一体型モータとして製造および販売され得る。また、モータ２００以外の電力変換装置１０００もモジュール化されて製造および販売され得る。
制御回路３００は、例えば、電源回路３１０と、角度センサ３２０と、入力回路３３０と、コントローラ３４０と、駆動回路３５０と、ＲＯＭ３６０とを備える。制御回路３００は、インバータユニット１００に接続され、インバータユニット１００を制御することによりモータ２００を駆動する。
具体的には、制御回路３００は、目的とするモータ２００のロータの位置、回転速度、および電流などを制御してクローズドループ制御を実現することができる。なお、制御回路３００は、角度センサ３２０に代えてトルクセンサを備えてもよい。この場合、制御回路３００は、目的とするモータトルクを制御することができる。
電源回路３１０は、回路内の各ブロックに必要なＤＣ電圧（例えば３Ｖ、５Ｖ）を生成する。角度センサ３２０は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。または、角度センサ３２０は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。角度センサ３２０は、ロータの回転角（以下、「回転信号」と表記する。）を検出し、回転信号をコントローラ３４０に出力する。
入力回路３３０は、電流センサ１５０によって検出されたモータ電流値（以下「実電流値」とする。）を受け取り、実電流値のレベルをコントローラ３４０の入力レベルに必要に応じて変換し、実電流値をコントローラ３４０に出力する。入力回路３３０は例えばアナログデジタル変換回路である。
コントローラ３４０は、電力変換装置１０００の全体を制御する集積回路であり、例えば、マイクロコントローラまたはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）である。
コントローラ３４０は、インバータユニット１００の第１および第２インバータ１２０、１３０における各ＳＷのスイッチング動作（ターンオンまたはターンオフ）を制御する。コントローラ３４０は、実電流値およびロータの回転信号などに従って目標電流値を設定してＰＷＭ信号を生成し、それを駆動回路３５０に出力する。また、コントローラ３４０は、インバータユニット１００の電源遮断回路１１０における各ＳＷのオン・オフを制御することができる。
駆動回路３５０は、典型的にはゲートドライバ（またはプリドライバ）である。駆動回路３５０は、第１および第２インバータ１２０、１３０における各ＳＷのＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作を制御する制御信号（ゲート制御信号）をＰＷＭ信号に従って生成し、各ＳＷのゲートに制御信号を与える。また、駆動回路３５０は、電源遮断回路１１０における各ＳＷのオン・オフを制御する制御信号を、コントローラ３４０からの指示に従って生成することができる。駆動対象が低電圧で駆動可能なモータであるとき、ゲートドライバは必ずしも必要とされない場合がある。その場合、ゲートドライバの機能は、コントローラ３４０に実装され得る。
ＲＯＭ３６０は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ）または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ３６０は、コントローラ３４０に電力変換装置１０００を制御させるための命令群、および、後述する各種の故障診断を実行させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にＲＡＭ（不図示）に一旦展開される。
電力変換装置１０００の正常時の制御方法の具体例を説明する。正常とは、第１インバータ１２０、第２インバータ１３０および電源遮断回路１１０の各ＳＷは故障しておらず、モータ２００の三相の巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３のいずれも故障していない状態を指す。本明細書では、電源遮断回路１１０の逆接続保護用のＳＷ１１５、１１６は常時オン状態であるとする。
正常時において、制御回路３００は、電源遮断回路１１０のＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４を全てオンする。これにより、電源１０１Ａと第１インバータ１２０とが電気的に接続され、かつ、電源１０１Ｂと第２インバータ１３０とが電気的に接続される。また、第１インバータ１２０とＧＮＤとが電気的に接続され、かつ、第２インバータ１３０とＧＮＤとが電気的に接続される。この接続状態において、制御回路３００は、第１および第２インバータ１２０、１３０の両方を用いて巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を通電することによりモータ２００を駆動する。本明細書において、三相の巻線を通電することを「三相通電制御」と呼び、二相の巻線を通電することを「二相通電制御」と呼ぶこととする。
図３は、三相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示している。横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。図３の電流波形において、電気角３０°毎に電流値をプロットしている。Ｉｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表す。
図３に示される電流波形において、電流の向きを考慮した三相の巻線に流れる電流の総和は電気角毎に「０」となる。ただし、電力変換装置１０００の回路構成によれば、三相の巻線に流れる電流を独立に制御することができるため、電流の総和が「０」とはならない制御を行うことも可能である。例えば、制御回路３００は、図３に示される電流波形が得られるＰＷＭ制御によって第１および第２インバータ１２０、１３０の各スイッチ素子のスイッチング動作を制御する。
異常とは、主として、（１）各インバータのスイッチ素子の故障、および、（２）モータ２００の巻線の故障を意味する。（１）各インバータのスイッチ素子の故障には、大きく分けて「オフ故障（オープン故障）」と「オン故障（ショート故障）」とがある。「オフ故障」は、ＦＥＴのソース－ドレイン間が開放する故障（換言すると、ソース－ドレイン間の抵抗ｒｄｓがハイインピーダンスになること）を指し、「オン故障」は、ＦＥＴのソース－ドレイン間が短絡する故障を指す。（２）モータ２００の巻線の故障は、主に、巻線の断線を指す。
電力変換装置１０００を長期間使用すると、２つのインバータの複数のＳＷおよび三相の巻線の中で少なくとも１つが故障する可能性がある。これらの故障は、製造時に発生し得る製造故障とは異なる。複数のスイッチ素子のうちの１つでも故障すると、正常時の三相通電制御は不可能となる。また、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３のうちの１つでも断線すると、正常時の三相通電制御は不可能となる。
制御回路３００（主にコントローラ３４０）は、駆動回路（ゲートドライバ）３５０が故障していないことを前提に、巻線の断線故障およびインバータ内のＳＷのオンまたはオフ故障を診断することができる。コントローラ３４０は、典型的には、電力変換装置１０００に電源が投入されて制御回路３００が起動するときにＳＷ故障および巻線故障の初期診断を行うことが好ましい。ただし、コントローラ３４０は、正常時の制御において、ＳＷ故障および巻線故障の診断を定期的に行ってもよい。その場合、モータ制御に影響を与えないよう、診断時間を可能な限り短くすることが望ましい。例えば、診断時間を３０ｍｓ以下に抑えるとよい。



コントローラ３４０は、インバータのＳＷ故障の診断を行う。具体的には、コントローラ３４０は、第１および第２インバータ１２０、１３０の１２個のＳＷの中からオンまたはオフ故障したＳＷを特定することができる。ＳＷ故障診断は、ＳＷのオン故障を診断する第１故障診断およびＳＷのオフ故障を診断する第２故障診断を有する。
例えば、コントローラ３４０は、第１インバータ１２０に対して第１故障診断を実行し、次に、第２インバータ１３０に対して第１故障診断を実行する。第１故障診断が完了すると、コントローラ３４０は、第１インバータ１２０に対して第２故障診断を実行し、次に、第２インバータ１３０に対して第２故障診断を実行する。
第１故障診断は、以下のステップを包含する。（１）コントローラ３４０は、第１および第２インバータ１２０、１３０の一方（診断対象のインバータ）における３個のローサイドスイッチ素子および３個のハイサイドスイッチ、他方（診断非対象のインバータ）における３個のローサイドスイッチ素子および３個のハイサイドスイッチを全てオフする制御信号を生成する。
（２）駆動回路３５０はコントローラ３４０の制御の下で、第１および第２インバータ１２０、１３０の全てのＳＷに制御信号を与える。コントローラ３４０は、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の一端に現れる三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗを測定する。例えば、コントローラ３４０は、診断対象であるインバータの端子（例えば、端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿ＬおよびＷ＿Ｌ）の端子電圧を測定することにより、三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗを取得することができる。第１故障診断では、三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗは、ＳＷのオン故障のパターンに応じて変化する。
（３）コントローラ３４０は、ＳＷのオン故障のパターンと三相電圧レベルとを関連付けるルックアップテーブル（以下、「ＬＵＴ」と表記する。）を参照して、測定した三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗに基づいて診断対象のインバータにおける３個のローサイドスイッチ素子および３個のハイサイドスイッチのオン故障を診断する。
以下、第１インバータ１２０を診断対象とする場合を例に、第１故障診断を詳細に説明する。図４は、各種の故障パターンと三相電圧レベルとを関連付けるＬＵＴの具体例を示す。
ＬＵＴはＳＷのオン故障のパターンと三相電圧レベルＶｕ、ＶｖおよびＶｗとを関連付ける、例えば図４に示す故障診断情報を有する。ＳＷのオン故障のパターンは主に３パターンである：インバータのＵ相レグのハイサイドスイッチ素子またはローサイドスイッチ素子のオン故障、Ｖ相レグのハイサイドスイッチ素子またはローサイドスイッチ素子のオン故障、および、Ｗ相レグのハイサイドスイッチ素子またはローサイドスイッチ素子のオン故障。
三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗの各々のレベルは、第１レベル（低レベル：Ｌレベル）、第２レベル（中間レベル：Ｍレベル）および第３レベル（高レベル：Ｈレベル）のいずれかのレベルであり得る。電源電圧を１２．０Ｖとした場合、第１レベルはＧＮＤレベルよりも高く、例えば１．０Ｖ程度である。第２レベルは第１レベルよりも高く、例えば９．０Ｖ程度である。第３レベルは第２レベルよりも高く、かつ、電源の電圧レベル以下である。第３レベルは、例えば１２．０Ｖ程度である。
コントローラ３４０は、第１故障診断時は、電源遮断回路１１０のＳＷ１１１、１１２をオンする制御信号を生成する。駆動回路３５０からＳＷ１１１、１１２に制御信号が与えられ、ＳＷ１１１、１１２はオン状態となる。ここで、第１故障診断時にＳＷ１１１、１１２をオンすることを「電源遮断回路１１０をオンする」と呼ぶ場合がある。一方、コントローラ３４０は、電源遮断回路１１０のＳＷ１１３、１１４をオフする制御信号を生成する。駆動回路３５０からＳＷ１１３、１１４に制御信号が与えられ、ＳＷ１１３、１１４はオフ状態となる。これにより、第１インバータ１２０は電源１０１ＡおよびＧＮＤに接続され、第２インバータ１３０は電源１０１ＢおよびＧＮＤから切り離される。なお、第１故障診断では、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４は故障していないことが前提条件である。
コントローラ３４０は、第１および第２インバータ１２０、１３０の全てのＳＷをオフする制御信号を生成する。駆動回路３５０からＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌ、１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、１３１Ｌ、１３２Ｌ、１３３Ｌ、１３１Ｈ、１３２Ｈおよび１３３Ｈにそれらをオフするゲート制御信号が与えられる。
測定した三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗの各々が中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータ１２０のＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌ、１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈの全てはオン故障していないと判定することができる。
図示していないが、第１インバータ１２０の端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿Ｌ、Ｗ＿Ｌ、第２インバータ１３０の端子Ｕ＿Ｒ、Ｖ＿ＲおよびＷ＿Ｒのそれぞれには分圧抵抗が設けられている。その分圧抵抗は、各相のレグのハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子が共にオフ状態であるとき、端子電圧が電源電圧の中間電圧（例えば６Ｖ）付近になる抵抗値を有する。そのため、第１および第２インバータ１２０、１３０の全てのＳＷはオフ状態である場合、つまり、オン故障していな場合、第１インバータ１２０の端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿ＬおよびＷ＿Ｌの端子電圧は、中間レベルを示す。
三相のうちの一相の相電圧は低レベルを示し、かつ、残りの二相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、低レベルを示す相電圧の相のローサイドスイッチ素子のオン故障を検知することができる。これは、ローサイドスイッチ素子がオン故障すると、低レベルの電圧はそのＳＷを介して、オン故障した相のインバータの端子に現れるためである。
Ｕ相の相電圧は低レベルを示し、かつ、Ｖ、Ｗ相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＵ相レグのＳＷ１２１Ｌのオン故障を検知する。Ｕ相と同様に、Ｖ相の相電圧は低レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｗ相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＶ相レグのＳＷ１２２Ｌのオン故障を検知する。Ｗ相の相電圧は低レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｖ相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＷ相レグのＳＷ１２３Ｌのオン故障を検知する。
三相のうちの一相の相電圧は高レベルを示し、かつ、残りの二相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、高レベルを示す相電圧の相のハイサイドスイッチ素子のオン故障を検知することができる。これは、ハイサイドスイッチ素子がオン故障すると、高レベルの電圧はそのＳＷを介して、オン故障した相のインバータの端子に現れるためである。
Ｕ相の相電圧は高レベルを示し、かつ、Ｖ、Ｗ相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＵ相レグのＳＷ１２１Ｈのオン故障を検知する。Ｕ相と同様に、Ｖ相の相電圧は高レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｗ相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＶ相レグのＳＷ１２２Ｈのオン故障を検知する。Ｗ相の相電圧は高レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｖ相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＷ相レグのＳＷ１２３Ｈのオン故障を検知する。
第２故障診断は、ローサイドスイッチ素子のオフ故障を診断するための以下のステップを包含する。（１）コントローラ３４０は、第１および第２インバータ１２０、１３０の一方（診断対象のインバータ）における３個のローサイドスイッチ素子をオンして３個のハイサイドスイッチをオフする制御信号を生成し、かつ、他方（診断非対象のインバータ）における３個のローサイドスイッチ素子および３個のハイサイドスイッチを全てオフする制御信号を生成する。
（２）駆動回路３５０はコントローラ３４０の制御の下で、第１および第２インバータ１２０、１３０の全てのＳＷに制御信号を与える。コントローラ３４０は、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の一端に現れる三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗを測定する。例えば、コントローラ３４０は、診断対象のインバータの端子（例えば、端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿ＬおよびＷ＿Ｌ）の端子電圧を測定することにより、三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗを取得することができる。
（３）コントローラ３４０は、ローサイド側のＳＷのオフ故障のパターンと三相電圧レベルとを関連付けるＬＵＴを参照して、測定した三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗに基づいて診断対象のインバータにおける３個のローサイドスイッチ素子のオフ故障を診断する。
第２故障診断は、さらに、ハイサイドスイッチ素子のオフ故障を診断するための以下のステップを包含する。（４）コントローラ３４０は、第１および第２インバータ１２０、１３０の一方（診断対象のインバータ）における３個のハイサイドスイッチ素子をオンして３個のローサイドスイッチをオフする制御信号を生成し、かつ、他方（診断非対象のインバータ）における３個のローサイドスイッチ素子および３個のハイサイドスイッチを全てオフする制御信号を生成する。
（５）駆動回路３５０はコントローラ３４０の制御の下で、第１および第２インバータ１２０、１３０の全てのＳＷに制御信号を与える。コントローラ３４０は、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の一端に現れる三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗを測定する。
（６）コントローラ３４０は、ハイサイド側のＳＷのオフ故障のパターンと三相電圧レベルとをさらに関連付けるＬＵＴを参照して、測定した三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗに基づいて診断対象のインバータにおける３個のハイサイドスイッチ素子のオフ故障を診断する。第２故障診断では、三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗは、ＳＷのオフ故障のパターンに応じて変化する。
以下、第１インバータ１２０を診断対象とする場合を例に、第２故障診断を詳細に説明する。ＬＵＴは、ＳＷのオフ故障のパターンと三相電圧レベルＶｕ、ＶｖおよびＶｗとをさらに関連付ける、例えば図４に示す故障診断情報を有する。ＳＷのオフ故障のパターンは、主に３パターンである：インバータのＵ相レグのハイサイドスイッチ素子またはローサイドスイッチ素子のオフ故障、Ｖ相レグのハイサイドスイッチ素子またはローサイドスイッチ素子のオフ故障、および、Ｗ相レグのハイサイドスイッチ素子またはローサイドスイッチ素子のオフ故障。
コントローラ３４０は、第２故障診断時は、電源遮断回路１１０のＳＷ１１１、１１２をオンする制御信号を生成する。駆動回路３５０からＳＷ１１１、１１２に制御信号が与えられ、ＳＷ１１１、１１２はオン状態となる。一方、コントローラ３４０は、電源遮断回路１１０のＳＷ１１３、１１４をオフする制御信号を生成する。駆動回路３５０からＳＷ１１３、１１４に制御信号が与えられ、ＳＷ１１３、１１４はオフ状態となる。なお、第２故障診断においても、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４は故障していないことが前提条件である。


先ず、コントローラ３４０は、第１および第２インバータ１２０、１３０のＳＷの中で第１インバータ１２０のＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌのみをオンし、残りのＳＷをオフする制御信号を生成する。駆動回路３５０からＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌにそれらをオンするゲート制御信号が与えられる。駆動回路３５０からＳＷ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、１３１Ｌ、１３２Ｌ、１３３Ｌ、１３１Ｈ、１３２Ｈおよび１３３Ｈにそれらをオフするゲート制御信号が与えられる。
測定した三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗの各々が低レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータ１２０のＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌはオフ故障していないと判定することができる。これは、全てのローサイドスイッチ素子がオン状態になると、低レベルの電圧はそれらのＳＷを介して、第１インバータ１２０の三相の端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿Ｌ、Ｗ＿Ｌに現れるためである。
三相のうちの一相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、残りの二相の相電圧は低レベルを示す場合、コントローラ３４０は、中間レベルを示す相電圧の相のローサイドスイッチ素子のオフ故障を検知することができる。これは、ローサイドスイッチ素子がオフ故障すると、低レベルの電圧ではなく上述した分圧抵抗の電圧が、第１インバータ１２０のオフ故障した相の端子に現れるためである。
Ｕ相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、Ｖ、Ｗ相の相電圧は低レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＵ相レグのＳＷ１２１Ｌのオフ故障を検知する。Ｕ相と同様に、Ｖ相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｗ相の相電圧は低レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＶ相レグのＳＷ１２２Ｌのオフ故障を検知する。Ｗ相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｖ相の相電圧は低レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＷ相レグのＳＷ１２３Ｌのオフ故障を検知する。
次に、コントローラ３４０は、第１および第２インバータ１２０、１３０のＳＷの中で第１インバータ１２０のＳＷ１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈのみをオンし、残りのＳＷをオフする制御信号を生成する。駆動回路３５０からＳＷ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈにそれらをオンするゲート制御信号が与えられる。駆動回路３５０からＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌ、１３１Ｌ、１３２Ｌ、１３３Ｌ、１３１Ｈ、１３２Ｈおよび１３３Ｈにそれらをオフするゲート制御信号が与えられる。
測定した三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗの各々が高レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータ１２０のＳＷ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈはオフ故障していないと判定することができる。これは、全てのハイサイドスイッチ素子がオン状態になると、高レベルの電圧はそれらのＳＷを介して、第１インバータ１２０の三相の端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿Ｌ、Ｗ＿Ｌに現れるためである。
三相のうちの一相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、残りの二相の相電圧は高レベルを示す場合、コントローラ３４０は、中間レベルを示す相電圧の相のハイサイドスイッチ素子のオフ故障を検知することができる。これは、ハイサイドスイッチ素子がオフ故障すると、高レベルの電圧ではなく上述した分圧抵抗の電圧が、第１インバータ１２０のオフ故障した相の端子に現れるためである。
Ｕ相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、Ｖ、Ｗ相の相電圧は高レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＵ相レグのＳＷ１２１Ｈのオフ故障を検知する。Ｕ相と同様に、Ｖ相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｗ相の相電圧は高レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＶ相レグのＳＷ１２２Ｈのオフ故障を検知する。Ｗ相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｖ相の相電圧は高レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１インバータのＷ相レグのＳＷ１２３Ｈのオフ故障を検知する。
オン故障の診断を先に行ってからオフ故障の診断を行うことが好ましい。例えば、第１インバータ１２０のＵ相レグのＳＷ１２１Ｈがオン故障していたと仮定する。その場合、オフ故障の診断においてＳＷ１２１Ｌをオンすると、Ｕ相レグのハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子が共にオンになり、通電経路はショートする可能性がある。上記の診断順番によりこれを避けることができる。
オフ故障診断はオン故障診断においてＳＷのオン故障が２箇所以上ないことが前提である。ただし、診断非対象のインバータにおける遮断用のスイッチ素子がオン故障していても、ハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子の全てをオフ状態にできればオン故障診断を行うことができる。
コントローラ３４０は、ＳＷのオンまたはオフ故障の診断を完了すると、モータ２００の中性点を利用して巻線の断線故障の診断を行う。具体的には、コントローラ３４０は、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の中から断線した巻線を特定することができる。ＳＷのオン・オフ故障の診断が完了していることが、巻線の断線故障の診断の前提条件となる。
巻線の断線故障の診断は、第３故障診断を有する。コントローラ３４０は、第１および第２インバータ１２０、１３０の一方（例えば第２インバータ１３０）にあるノードをモータ２００の中性点として機能させた状態で、他方（例えば第１インバータ１２０）のスイッチ素子を所定のパターンでオンまたはオフすることにより、第３故障診断を実行する。
第３故障診断は、以下のステップを包含する。（１）コントローラ３４０は、当該他方のインバータにおける３個のローサイドスイッチ素子のうちの第１特定相の１個をオンして、残りの２個をオフし、かつ、３個のハイサイドスイッチ素子を全てオフする制御信号を生成する。第１特定相は、Ｕ、ＶおよびＷ相のうちの任意の一相であってよい。
（２）駆動回路３５０はコントローラ３４０の制御の下で、当該一方のインバータにモータ２００の中性点が構成された状態で、当該他方のインバータの３個のローサイドスイッチ素子および３個のハイサイドスイッチ素子に制御信号を与える。コントローラ３４０は、巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の一端に現れる三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを測定する。第３故障診断では、三相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは巻線の断線故障パターンに応じて変化する。
コントローラ３４０は、当該一方のインバータのスイッチ素子を所定のパターンでオンまたはオフすることによって、そのインバータ内のノードをモータ２００の中性点として機能させる。所定のパターンによると、当該一方のインバータの３個のレグにおけるハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子の間の３個のノード（例えば図１における第２インバータ１３０の中のノードｎ１、ｎ２およびｎ３）の電位は等しくなる。
（３）コントローラ３４０は、巻線の断線故障のパターンと三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗのレベルとを関連付けるＬＵＴを参照して、測定した三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗに基づいて断線故障を診断する。
再び図４を参照する。ＬＵＴは、巻線の断線故障のパターンと三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗのレベルとを関連付ける故障診断情報をさらに有する。巻線の断線故障のパターンは、主に３パターンである：Ｕ相の巻線Ｍ１の断線、Ｖ相の巻線Ｍ２の断線およびＷ相の巻線Ｍ３の断線。
以下、第２インバータ１３０内のノードをモータ２００の中性点として機能させて第３故障診断を実行する具体的な診断ステップを説明する。第１インバータ１２０内のノードをモータ２００の中性点として機能させて第３故障診断を実行することも可能である。
コントローラ３４０は、電源遮断回路１１０のＳＷ１１１、１１２をオンし、ＳＷ１１３、１１４をオフする制御信号を生成する。ここで、第３故障診断を実行するときにＳＷ１１１、１１２をオンすることを「電源遮断回路１１０をオンする」と呼ぶ場合がある。駆動回路３５０からＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４に制御信号が与えられ、ＳＷ１１１、１１２はオン状態となり、ＳＷ１１３、１１４はオフ状態となる。これにより、第１インバータ１２０は電源１０１ＡおよびＧＮＤに接続され、第２インバータ１３０は電源１０１ＢおよびＧＮＤから切り離される。なお、第３故障診断においても、ＳＷ１１１、１１２、１１３および１１４は故障していないことが前提条件である。
コントローラ３４０は所定のパターンで第２インバータ１３０のスイッチ素子をオンまたはオフすることにより、インバータのノードをモータ２００の中性点として機能させる。所定のパターンは、例えば、第２インバータ１３０のハイサイド側のＳＷ１３１Ｈ、１３２Ｈおよび１３３Ｈをオンしてローサイド側のＳＷ１３１Ｌ、１３２Ｌおよび１３３ＬをオフするパターンＡと、ハイサイド側のＳＷ１３１Ｈ、１３２Ｈおよび１３３Ｈをオフしてローサイド側のＳＷ１３１Ｌ、１３２Ｌおよび１３３ＬをオンするパターンＢと、第２インバータ１３０の全てのＳＷをオンするパターンＣとを含み得る。
本実施形態では、コントローラ３４０は、パターンＡを用いて第２インバータ１３０内のノードを中性点として機能させる。換言すると、コントローラ３４０は、パターンＡを用いて第２インバータ１３０のノードｎ１、ｎ２およびｎ３の電位を等しくする。駆動回路３５０から第２インバータのＳＷにゲート制御信号が与えられる。
コントローラ３４０は、第１インバータ１２０のハイサイド側のＳＷ１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈをオフする制御信号を生成する。本実施形態では、第１特定相はＵ相である。上述したように、第１特性相は、ＶまたはＷ相であってもよい。コントローラ３４０は、さらに、第１インバータ１２０のＵ相のローサイド側のＳＷ１２１Ｌをオンし、かつ、残り二相のＳＷ１２２Ｌ、１２３Ｌをオフする。駆動回路３５０からＳＷ１２１Ｌにオンするゲート制御信号が与えられ、ＳＷ１２２Ｌ、１２３Ｌ、１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈにそれらをオフするゲート制御信号が与えられる。
測定した三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗの各々が低レベルを示す場合、コントローラ３４０は、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３は断線していないと判定する。換言すると、三相の通電経路は正常であると判定することができる。第２インバータ１３０内のノードが中性点として機能した状態で、第１特定相であるＵ相のＳＷ１２１Ｌがオンすると、低レベルの電圧は、巻線Ｍ２、Ｍ３を介して第１インバータ１２０の端子Ｌ＿Ｖ、Ｌ＿Ｗに現れる。
三相のうちの一相の相電圧は低レベルを示し、かつ、残りの二相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、第１特定相の巻線の断線故障を検知する。具体的には、コントローラ３４０は、第１特定相であるＵ相の相電圧は低レベルを示し、Ｖ、Ｗ相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、Ｕ相の巻線Ｍ１の断線故障を検知することができる。これは、Ｕ相の巻線Ｍ１が断線すると、Ｕ相のＳＷ１２１Ｌがオンしても、低レベルの電圧は、巻線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を介して第１インバータ１２０の端子Ｌ＿Ｖ、Ｌ＿Ｗに現れないためである。代わりに、上述した分圧抵抗の電圧が、端子Ｌ＿Ｖ、Ｌ＿Ｗに現れる。


第１特定相以外の相のうちの一相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、残りの二相の相電圧は低レベルを示す場合、コントローラ３４０は、中間レベルを示す相の巻線の断線を検知する。具体的には、コントローラ３４０は、Ｖ相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｗ相の相電圧は低レベルを示す場合、Ｖ相の巻線Ｍ２の故障を検知することができる。コントローラ３４０は、Ｗ相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、Ｕ、Ｖ相の相電圧は低レベルを示す場合、Ｗ相の巻線Ｍ３の故障を検知することができる。例えば、Ｖ相の巻線Ｍ２が断線すると、Ｕ相のＳＷ１２１Ｌがオンすると、低レベルの電圧は、巻線Ｍ１、Ｍ３を介して第１インバータ１２０の端子Ｌ＿Ｗには現れ、一方、巻線Ｍ１、Ｍ２を介して端子Ｌ＿Ｖには現れないためである。
例えば、コントローラ３４０は、ＳＷのオンまたはオフ故障の診断において、第２インバータのハイサイド側のＳＷ１３１Ｈがオフ故障している、または、ローサイド側のＳＷ１３１Ｌがオン故障していると判定した場合、ローサイド側のＳＷ１３１Ｌ、１３２Ｌおよび１３３Ｌをオンすることにより、第２インバータ内のノードを中性点として機能させることができる。このように、コントローラ３４０は、例えば上述した３つのパターンの中からいずれを用いるかをＳＷのオンまたはオフ故障のパターンに基づいて選択することができる。
例えば、第１インバータ１２０において、ＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌ、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌのうちの１個がオン故障若しくはオフ故障し、または、第３および第４スイッチ素子１１３、１１４の少なくとも１個がオン故障しているとする。その場合、コントローラ３４０は、第３故障診断を第２インバータ１３０に適用することによって、第１インバータ１２０内のノードをモータ２００の前記中性点として機能させた状態で、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の他端に現れる三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗを測定することができる。
第１から第３故障診断において、ＳＷのオンまたはオフ故障および巻線の断線故障の少なくとも１つが検知された場合、コントローラ３４０は、モータの通電制御を三相通電制御から二相通電制御に切替えることができる。
図５は、巻線Ｍ１が断線した場合、二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＶ相、Ｗ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示している。図６は、巻線Ｍ２が断線した場合、二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｗ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示している。図７は、巻線Ｍ３が断線した場合、二相通電制御に従って電力変換装置１０００を制御したときにモータ２００のＵ相、Ｖ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を例示している。横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。図５から図７の電流波形において、電気角３０°毎に電流値をプロットしている。Ｉｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表す。
例えば、コントローラ３４０は、第１インバータ１２０のＳＷ１２１Ｌのオン故障を特定した場合、または、巻線Ｍ１の断線故障を特定した場合、Ｕ相のＨブリッジは用いることができない。そこで、コントローラ３４０は、Ｕ相のＨブリッジ以外のＶ相、Ｗ相のＨブリッジを用いて二相通電制御を行うことができる。
Ｕ、ＶおよびＷ相のＨブリッジを備える電力変換装置１０００には、複数の通電経路があり、その選択の自由度が存在する。そのため、オンまたはオフ故障したＳＷ、断線した巻線を特定できれば、利用可能な通電経路を選択してモータ駆動を継続することが可能となる。本実施形態の故障診断手法によれば、オンまたはオフ故障したＳＷ、断線した巻線を特定することができる。コントローラ３４０は、その診断結果に基づいて適切な通電経路を選択することが可能となる。
本実施形態によれば、各種の故障診断は相電圧を必要とし、電流値を必要としない。そのため、電流値および電圧値に基づく従来の故障診断に比べ、故障診断（具体的には故障検知および故障箇所の特定）をより短時間で実行することが可能となる。
（実施形態２）本実施形態による電力変換装置１０００は、第１インバータ１２０を有し、かつ、第２インバータ１３０を有しないインバータユニット１００Ａを備える、シングルインバータタイプの装置である。以下、実施形態１による電力変換装置１０００との差異点を主に説明する。



図８は、本実施形態によるインバータユニット１００Ａの回路構成を模式的に示している。モータ２００の巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の他端同士はＹ結線されている。巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の他端同士を接続するノードＮＰはモータの中性点として機能する。
インバータユニット１００Ａは、電源遮断回路１１０Ａと、第１インバータ１２０と、３個の相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷと、を備える。電源遮断回路１１０Ａは、第２および第５スイッチ素子１１２、１１５を有する。
相分離リレー１２１＿ＩＳＷは、巻線Ｍ１の一端と第１インバータ１２０のＵ相レグとの間に接続され、巻線Ｍ１の一端とＵ相レグとの接続・非接続を切替える。相分離リレー１２２＿ＩＳＷは、巻線Ｍ２の一端と第１インバータ１２０のＶ相レグとの間に接続され、巻線Ｍ２の一端とＶ相レグとの接続・非接続を切替える。相分離リレー１２３＿ＩＳＷは、巻線Ｍ３の一端と第１インバータ１２０のＷ相レグとの間に接続され、巻線Ｍ３の一端とＷ相レグとの接続・非接続を切替える。
相分離リレーとして、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチを用いることができる。サイリスタ、アナログスイッチＩＣなどの他の半導体スイッチまたはメカニカルリレーを用いても構わない。また、ＩＧＢＴおよびダイオードの組み合わせを用いることができる。相分離リレーをオン・オフする制御信号は、例えばコントローラ３４０の制御の下で駆動回路３５０によって生成され得る。
相分離リレーを設けることにより、例えばモータが回転しているときに故障診断を行う場合、部品の故障により及び得るモータの逆起電力の影響を抑制することが可能となる。また、後述する電動パワーステアリング装置に本実施形態による電力変換装置１０００を実装することを想定すると、巻線の相間短絡故障が発生した場合、モータが電気ブレーキとして機能し、ステアリングがロックされるおそれがある。相分離リレーを設けることにより、そのロックを防止することができる。
制御回路３００は、正常時の制御において、ＳＷ１１２をオンし、かつ、３個の相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷをオンした状態で、例えば、第１インバータ１２０のスイッチ素子をＰＷＭ制御することにより、三相通電制御を行うことができる。
コントローラ３４０は、ＳＷのオンまたはオフ故障、巻線の断線故障を検知すると、例えばモータ制御をシャットダウンする。これは、実施形態１とは異なり、三相のうちの一相のレグが故障し、または、巻線が断線すると、二相通電制御によってモータ駆動を継続することは困難となるためである。
コントローラ３４０は、第１インバータ１２０の６個のＳＷの中からオンまたはオフ故障したＳＷを特定することができる。実施形態１と同様に、ＳＷ故障診断は、ＳＷのオン故障を診断する第１故障診断およびＳＷのオフ故障を診断する第２故障診断を有する。コントローラ３４０は、上述した診断手順に従って第１および第２故障診断を実行する。
コントローラ３４０は、第１故障診断において、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷをオフする制御信号する。コントローラ３４０は、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷをオフした状態で、第１故障診断を実行する。第１故障診断の上記のステップ（２）において、例えば、コントローラ３４０は、各相のレグにおけるハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子の間のノード電位（または、レグと相分離リレーの間のノード電位）を測定することによって、三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗを取得する。
図９は、各種の故障パターンと三相電圧レベルとを関連付けるＬＵＴの具体例を示す。ＬＵＴは、ＳＷのオン故障のパターンと三相電圧レベルＶｕ、ＶｖおよびＶｗとを関連付ける、例えば図９に示す故障診断情報を有する。ＳＷのオン故障のパターンは、実施形態１で説明したとおりである。
コントローラ３４０は実施形態１と同様に、第１故障診断を実行した後、第２故障診断を実行する。コントローラ３４０は、第２故障診断において、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷをオフする制御信号する。コントローラ３４０は、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷをオフした状態で、第２故障診断を実行する。ＳＷのオフ故障のパターンは、実施形態１で説明した通りである。
コントローラ３４０は、ＳＷのオン・オフ故障の診断が完了すると、巻線の断線故障の診断を行う。ＳＷのオン・オフ故障の診断が完了していることが、巻線の断線故障の診断の前提条件となる。
本実施形態では、上述したように、巻線のノードＮＰはモータ２００の中性点として機能する。コントローラ３４０は、巻線のノードＮＰ、つまりモータ２００の中性点を利用して、上述した診断手順に従って第３故障診断を実行する。コントローラ３４０は、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷをオンした状態で、第３故障診断を実行する。
シングルインバータタイプの装置において、巻線の断線故障の診断のシーケンスだけでは相分離リレーのオフ故障を検出できない場合がある。そのため、相分離リレーのオフ故障の診断のシーケンスを以下で説明するように追加的に実施することが好ましい。
コントローラ３４０は、巻線の断線故障の診断を完了すると、相分離リレーのオフ故障の診断をさらに行うことができる。具体的には、コントローラ３４０は、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷの中からオフ故障した相分離リレーを特定することができる。巻線の断線故障の診断が完了していることが、相分離リレーのオフ故障の診断の前提条件となる。
相分離リレーのオフ故障の診断は、第４故障診断を有する。コントローラ３４０は、モータ２００の中性点を用いて、第１インバータ１２０のスイッチ素子を所定のパターンでオンまたはオフすることにより、第４故障診断を実行する。
第４故障診断は、以下のステップを包含する。（１）コントローラ３４０は、第１インバータ１２０におけるハイサイドスイッチ素子１２１Ｈ、１２２Ｈおよび１２３Ｈのうちの、第２特定相の１個をオンして、残りの２個をオフし、かつ、ローサイドスイッチ素子１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌを全てオフし、かつ、電源遮断回路１１０Ａをオンする制御信号を生成する。コントローラ３４０は、さらに、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷをオンする制御信号を生成する。相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷは、共通の制御信号線に接続され、共通の制御信号によって制御され得る。第２特定相は、第１特定相と同様に、Ｕ、ＶおよびＷ相のうちの任意の一相であってよい。ただし、第２特定相は、第１特定相と同じ相である。
（２）駆動回路３５０は、モータ２００の中性点が構成された状態で、ローサイドスイッチ素子１２１Ｌ、１２２Ｌ、１２３Ｌ、ハイサイドスイッチ素子１２１Ｈ、１２２Ｈ、１２３Ｈ、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷ、１２３＿ＩＳＷ、および、電源遮断回路１１０ＡのＳＷ１１２に制御信号を与える。コントローラ３４０は、三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗを測定する。例えば、コントローラ３４０は、各相のレグにおけるハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子の間のノード電位を測定することによって、三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗを取得する。第４故障診断では、三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗは、相分離リレーのオフ故障のパターンに応じて変化する。
（３）コントローラ３４０は、相分離リレーのオフ故障のパターンとｎ相電圧レベルとをさらに関連付けるＬＵＴを参照して、測定した三相電圧に基づいて、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷのうちの第２特定相以外の２個の相分離リレーのオフ故障を診断する。
再び図９を参照する。ＬＵＴは、相分離リレーのオフ故障のパターンと三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗのレベルとを関連付ける故障診断情報をさらに有する。相分離リレーのオフ故障のパターンは、主に３パターンである：Ｕ相の相分離リレー１２１＿ＩＳＷのオフ故障、Ｖ相の相分離リレー１２２＿ＩＳＷのオフ故障およびＷ相の相分離リレー１２３＿ＩＳＷのオフ故障。
コントローラ３４０は、巻線のノードＮＰを利用して、第４故障診断を実行する。コントローラ３４０は、電源遮断回路１１０のＳＷ１１２をオンし、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷをオンする制御信号を生成する。駆動回路３５０からＳＷ１１２、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷに制御信号が与えられ、これらのＳＷは全てオンする。
コントローラ３４０は、第１インバータ１２０のローサイド側のＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌをオフする制御信号を生成する。本実施形態では、第１および第２特定相はＵ相である。ただし、第２特定相は、第１特定相とは異なっていてもよい。コントローラ３４０は、さらに、第１インバータ１２０のＵ相のハイサイド側のＳＷ１２１Ｈをオンし、かつ、残り二相のＳＷ１２２Ｈ、１２３Ｈをオフする。駆動回路３５０からＳＷ１２１Ｈにオンするゲート制御信号が与えられ、ＳＷ１２２Ｈ、１２３Ｈ、１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌにそれらをオフするゲート制御信号が与えられる。
測定した三相電圧Ｖｕ、ＶｖおよびＶｗの各々が高レベルを示す場合、コントローラ３４０は、相分離リレー１２１＿ＩＳＷ、１２２＿ＩＳＷおよび１２３＿ＩＳＷはオフ故障していないと判定する。第２特定相であるＵ相のＳＷ１２１Ｈがオンすると、高レベルの電圧は、巻線Ｍ２、相分離リレー１２２＿ＩＳＷを介して、Ｖ相レグにおけるハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子の間のノードに現れる。さらに、高レベルの電圧は、巻線Ｍ３、相分離リレー１２３＿ＩＳＷを介して、Ｗ相レグにおけるハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子の間のノードに現れる。
第２特定相以外の相のうちの一相の相電圧は中間レベルを示し、かつ、残りの二相の相電圧は高レベルを示す場合、コントローラ３４０は、相電圧が中間レベルを示す相の相分離リレーのオフ故障を検知する。具体的には、コントローラ３４０は、Ｕ相およびＷ相の相電圧は高レベルを示し、Ｖ相の相電圧は中間レベルを示す場合、コントローラ３４０は、Ｖ相の相分離リレー１２２＿ＩＳＷのオフ故障を検知することができる。これは、相分離リレー１２２＿ＩＳＷがオフ故障した場合、ＳＷ１２１Ｈがオンしても、高レベルの電圧は、巻線Ｍ２、相分離リレー１２２＿ＩＳＷを介して、Ｖ相レグにおけるハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子の間のノードに現れないためである。
第２特定相の相分離リレーのオフ故障は、上述した巻線の断線故障の診断、つまり第３故障診断において検知することができる。第３故障診断における特定相が例えばＵ相である場合、Ｖ、Ｗ相の相電圧Ｖｖ、Ｖｗとして確認される中間レベルは、Ｕ相の巻線Ｍ１の断線故障またはＵ相の相分離リレー１２１＿ＩＳＷのオフ故障の可能性を示唆している。これは、特定相における巻線の故障と相分離リレーのオフ故障を区別することは困難となるためである。このように、コントローラ３４０は、特定相の相分離リレーのオフ故障の可能性を第３故障診断において検知することができる。
本実施形態によると、シングルインバータタイプの装置において、オンまたはオフ故障したＳＷ、断線した巻線、および、オフ故障した相分離リレーの少なくとも１つを特定することができる。コントローラ３４０は、上記のいずれかの故障を検知した場合、モータ制御をシャット
ダウンすることができる。または、例えば、四相モータに電力を供給する、四相のレグを有するシングルインバータの装置において故障した相を特定できれば、故障した相以外の三相のレグを用いて三相通電制御を行うことができる。
（実施形態３）図１０は、本実施形態による電動パワーステアリング装置３０００の典型的な構成を模式的に示している。
自動車等の車両は一般に、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置を有する。本実施形態による電動パワーステアリング装置３０００は、ステアリングシステム５２０、および補助トルクを生成する補助トルク機構５４０を有する。電動パワーステアリング装置３０００は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリングシステムの操舵トルクを補助する補助トルクを生成する。補助トルクにより、運転者の操作の負担は軽減される。
ステアリングシステム５２０は、例えば、ステアリングハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを備える。
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）５４２、モータ５４３および減速機構５４４を備える。操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングシステム５２０における操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１の検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータ５４３は、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成する。モータ５４３は、減速機構５４４を介してステアリングシステム５２０に、生成した補助トルクを伝達する。
ＥＣＵ５４２は、例えば、実施形態１によるコントローラ３４０および駆動回路３５０などを有する。自動車ではＥＣＵを核とした電子制御システムが構築される。電動パワーステアリング装置３０００では、例えば、ＥＣＵ５４２、モータ５４３およびインバータ５４５によって、モータ駆動ユニットが構築される。そのユニットに、実施形態１または２によるモータモジュール２０００を好適に用いることができる。
本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫および電動パワーステアリング装置などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。

Claims (15)

  1. 電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、



    前記モータの各相の巻線の一端に接続される第１インバータであって、各々がローサイドスイッチ素子およびハイサイドスイッチ素子を有するｎ個のレグを有する第１インバータと、



    前記第１インバータにおけるｎ個のローサイドスイッチ素子およびｎ個のハイサイドスイッチ素子のオン・オフ動作を制御し、かつ、前記ｎ相の巻線の断線故障を診断する制御回路と、



    を備え、



    前記制御回路は、



    前記第１インバータにおける前記ｎ個のローサイドスイッチ素子のうちの第１特定相の１個をオンして、残りのｎ－１個をオフし、かつ、前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子を全てオフする制御信号を生成し、



    前記モータの中性点が構成された状態で、前記ｎ個のローサイドスイッチ素子および前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子に前記制御信号を与え、前記ｎ相の巻線の前記断線故障のパターンに応じて変化するｎ相電圧を測定し、



    前記断線故障のパターンとｎ相電圧レベルとを関連付けるテーブルを参照して、測定した前記ｎ相電圧に基づいて前記断線故障を診断する、第１故障診断を実行する、電力変換装置。
  2. 前記第１特定相は、前記ｎ相のうちの任意の一相である、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記制御回路は、前記テーブルに従って、



    前記ｎ相電圧の各々は第１レベルを示す場合、前記ｎ相の巻線は断線していないと判定し、



    ｎ相のうちの一相の相電圧は前記第１レベルを示し、かつ、残りのｎ－１相の相電圧は第２レベルを示す場合、前記第１特定相の巻線の断線を検知し、



    前記第１特定相以外の相のうちの一相の相電圧は前記第２レベルを示し、かつ、残りのｎ－１相の相電圧は前記第１レベルを示す場合、相電圧が前記第２レベルを示す相の巻線の断線を検知し、



    ここで、前記第１レベルはグランドレベルよりも高く、前記第２レベルは前記第１レベルよりも高く、第３レベルは前記第２レベルよりも高く、かつ、前記電源の電圧レベルよりも低い、請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 前記電源と前記第１インバータとの接続・非接続を切替える電源遮断回路をさらに備え、
    前記制御回路は、前記第１故障診断を実行するとき前記電源遮断回路をオンする、請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記モータの各相の巻線の他端同士はＹ結線されており、前記巻線の他端同士を接続するノードが前記モータの前記中性点として機能し、



    前記第１インバータの前記ｎ個のレグと前記巻線の一端との接続・非接続を切替えるｎ個の相分離リレーをさらに備え、



    前記制御回路は、前記ｎ個の相分離リレーのオフ故障をさらに診断する、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 前記断線故障の診断において、前記第１特定相の相電圧は前記第１レベルを示し、かつ、残りのｎ－１相の相電圧は前記第２レベルを示す場合、前記制御回路は、前記第１特定相の巻線の断線または前記第１特定相の相分離リレーのオフ故障を検知する、請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 前記制御回路は、前記第１故障診断を実行して前記断線故障を診断した後で、



    前記第１インバータにおける前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子のうちの、前記第１特定相と同じ第２特定相の１個をオンし、残りのｎ－１個をオフし、かつ、前記ｎ個のローサイドスイッチ素子を全てオフし、かつ、前記ｎ個の相分離リレーをオンし、かつ、前記電源遮断回路をオンする制御信号を生成し、



    前記モータの中性点が構成された状態で、前記ｎ個のローサイドスイッチ素子、前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子、前記ｎ個の相分離リレーおよび前記電源遮断回路に前記制御信号を与えて、前記ｎ個の相分離リレーのオフ故障のパターンに応じて変化するｎ相電圧を測定し、



    前記オフ故障のパターンとｎ相電圧レベルとをさらに関連付ける前記テーブルを参照して、測定した前記ｎ相電圧に基づいて、前記ｎ個の相分離リレーのうちの前記第２特定相以外のｎ－１個の相分離リレーのオフ故障を診断する、第２故障診断を実行する、請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 前記制御回路は、前記テーブルに従って、



    前記ｎ相電圧の各々は前記第３レベルを示す場合、前記ｎ－１個の相分離リレーはオフ故障していないと判定し、



    前記第２特定相以外の相のうちの一相の相電圧は前記第２レベルを示し、かつ、残りのｎ－１相の相電圧は前記第３レベルを示す場合、相電圧が前記第２レベルを示す相の相分離リレーのオフ故障を検知する、請求項７に記載の電力変換装置。
  9. 前記モータの各相の巻線の他端に接続される第２インバータであって、各々がローサイドスイッチ素子およびハイサイドスイッチ素子を有するｎ個のレグを有する第２インバータをさらに備え、



    前記第２インバータのｎ個のレグにおける前記ハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子の間のｎ個のノードの電位を等しくすることによって、前記第２インバータ内のノードを前記モータの前記中性点として機能させる、請求項４に記載の電力変換装置。
  10. 前記電源遮断回路は、



    前記第１インバータとグランドとの接続・非接続を切替える第１スイッチ素子と、



    前記第１インバータと前記電源との接続・非接続を切替える第２スイッチ素子と、



    前記第２インバータと前記グランドとの接続・非接続を切替える第３スイッチ素子と、



    前記第２インバータと前記電源との接続・非接続を切替える第４スイッチ素子と、



    を有する、請求項９に記載の電力変換装置。
  11. 前記制御回路は、前記断線故障の診断において、



    前記第１および第２スイッチ素子をオンし、前記第３および第４スイッチ素子をオフする制御信号をさらに生成し、



    前記第２インバータ内のノードを前記モータの前記中性点として機能させた状態で、前記第１インバータにおける前記ｎ個のローサイドスイッチ素子、前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子および前記電源遮断回路に前記制御信号を与えて、前記第１故障診断を実行する、請求項１０に記載の電力変換装置。
  12. 前記第１インバータにおいて、前記ｎ個のローサイドスイッチ素子および前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子のうちの１個がオン故障またはオフ故障している場合、または、前記第３および第４スイッチ素子の少なくとも１個がオン故障している場合、前記制御回路は、前記第１故障診断を前記第２インバータに適用することによって、前記第１インバータ内のノードを前記モータの前記中性点として機能させた状態で、前記第２インバータにおける前記ｎ個のローサイドスイッチ素子、前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子および前記電源遮断回路に前記制御信号を与えて、前記第１故障診断を実行する、請求項１０に記載の電力変換装置。
  13. 前記第２インバータにおいて、ｎ個のローサイドスイッチ素子およびｎ個のハイサイドスイッチ素子を全てオンすること、前記ｎ個のローサイドスイッチ素子を全てオンすること、または、前記ｎ個のハイサイドスイッチ素子を全てオンすることにより、前記第２インバータ内のノードを前記モータの前記中性点として機能させる、請求項９から１２のいずれかに記載の電力変換装置。
  14. モータと、



    請求項１から１３のいずれかに記載の電力変換装置と、



    を備える、モータモジュール。
  15. 請求項１４に記載のモータモジュールを備える電動パワーステアリング装置。
JP2019541919A 2017-09-13 2018-07-10 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置 Active JP7238777B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017176129 2017-09-13
JP2017176129 2017-09-13
PCT/JP2018/026001 WO2019054026A1 (ja) 2017-09-13 2018-07-10 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019054026A1 JPWO2019054026A1 (ja) 2020-10-29
JP7238777B2 true JP7238777B2 (ja) 2023-03-14

Family

ID=65722613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019541919A Active JP7238777B2 (ja) 2017-09-13 2018-07-10 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11063545B2 (ja)
JP (1) JP7238777B2 (ja)
CN (1) CN111034024B (ja)
DE (1) DE112018005104T5 (ja)
WO (1) WO2019054026A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111034006B (zh) * 2017-09-13 2023-06-13 日本电产株式会社 电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置
US11108292B2 (en) * 2018-10-31 2021-08-31 Hamilton Sundstrand Corporation Inverter driven motor winding life extension
US11128241B2 (en) * 2019-04-04 2021-09-21 Mando Corporation Motor control system and method for selectively shorting motor windings
JP2022093137A (ja) * 2020-12-11 2022-06-23 日本電産株式会社 モータの制御装置、制御方法、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
JP7415969B2 (ja) * 2021-02-05 2024-01-17 株式会社アイシン 回転電機制御システム
JP2024044521A (ja) * 2022-09-21 2024-04-02 株式会社デンソー モータ制御装置
WO2024090982A1 (ko) * 2022-10-26 2024-05-02 삼성전자 주식회사 모터 구동 장치를 포함하는 공기 조화기

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006160030A (ja) 2004-12-06 2006-06-22 Nsk Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2015089292A (ja) 2013-10-31 2015-05-07 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 負荷駆動装置
WO2015156090A1 (ja) 2014-04-10 2015-10-15 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動モータの制御装置及び制御方法
JP2016123222A (ja) 2014-12-25 2016-07-07 株式会社日本自動車部品総合研究所 電力変換装置
JP2017063571A (ja) 2015-09-25 2017-03-30 株式会社デンソー モータ駆動異常種類判別装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3383100B2 (ja) * 1995-02-07 2003-03-04 三菱電機株式会社 電力変換器の異常検出装置
JPH118992A (ja) 1997-06-13 1999-01-12 Aisin Seiki Co Ltd 多相電気モータのコイル異常検出装置
JP2004254445A (ja) * 2003-02-20 2004-09-09 Fanuc Ltd 電動機
EP1826899A1 (en) 2004-11-24 2007-08-29 NSK Steering Systems Co., Ltd. Non-connection motor, its drive control device and mortorized power steering device using drive control device of non-connection motor
CN101005206A (zh) * 2005-09-21 2007-07-25 国际整流器公司 用于永磁同步电机弱磁运行的保护电路
JP2009229291A (ja) * 2008-03-24 2009-10-08 Denso Corp Ｓｒモータ駆動装置
KR101356313B1 (ko) * 2009-12-28 2014-01-28 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 교류 전동기의 구동 제어장치
DE102010006437B9 (de) * 2010-02-01 2012-07-19 Austriamicrosystems Ag Spannungswandleranordnung und Verfahren zur Spannungswandlung
JP5696485B2 (ja) * 2011-01-12 2015-04-08 株式会社安川電機 インバータ装置および電動機ドライブシステム
JP5833360B2 (ja) * 2011-07-04 2015-12-16 株式会社ジェイテクト モータ制御装置及び車両用操舵装置
JP5532065B2 (ja) * 2012-02-29 2014-06-25 株式会社デンソー 電動機駆動装置
EP3176943B1 (en) * 2014-09-04 2019-10-30 Nsk Ltd. Motor control device, failure detection method, electric power steering device equipped with same, and vehicle
JP6358104B2 (ja) * 2015-01-14 2018-07-18 株式会社デンソー 回転電機制御装置
CN206004563U (zh) * 2016-09-27 2017-03-08 山东大学 一种无位置传感器无刷直流电机换向相位实时校正系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006160030A (ja) 2004-12-06 2006-06-22 Nsk Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2015089292A (ja) 2013-10-31 2015-05-07 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 負荷駆動装置
WO2015156090A1 (ja) 2014-04-10 2015-10-15 日立オートモティブシステムズ株式会社 電動モータの制御装置及び制御方法
JP2016123222A (ja) 2014-12-25 2016-07-07 株式会社日本自動車部品総合研究所 電力変換装置
JP2017063571A (ja) 2015-09-25 2017-03-30 株式会社デンソー モータ駆動異常種類判別装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111034024B (zh) 2023-09-05
DE112018005104T5 (de) 2020-08-27
CN111034024A (zh) 2020-04-17
JPWO2019054026A1 (ja) 2020-10-29
US11063545B2 (en) 2021-07-13
WO2019054026A1 (ja) 2019-03-21
US20200186075A1 (en) 2020-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7238777B2 (ja) 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
WO2017150641A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP7136110B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP7070575B2 (ja) 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
US11081997B2 (en) Power conversion device, motor drive unit, and electric power steering device
JP7063322B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
WO2018061818A1 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP7070548B2 (ja) 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
WO2019021647A1 (ja) 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
CN212258835U (zh) 电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置
CN211830634U (zh) 电力转换装置、马达模块以及电动助力转向装置
JP7052801B2 (ja) 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
WO2019064830A1 (ja) 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
WO2019049449A1 (ja) 電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
CN216146261U (zh) 电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置
CN213367657U (zh) 电力转换装置、马达驱动单元以及电动助力转向装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210615

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220531

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220715

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221011

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221017

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230131

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230213

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7238777

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151