JP7283291B2 - 電力変換器の制御方法、及び、電力変換器の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換器の制御方法、及び、電力変換器の制御装置に関するものである。

特許文献１には、スイッチングを行う半導体素子を複数備える電力変換器において、半導体素子のゲート抵抗の抵抗値を切り替えることにより、スイッチング速度を変化させる技術が開示されている。例えば、半導体素子が高温である場合には、抵抗値を低抵抗値に切り替えることにより、スイッチング速度を高速化させてスイッチング時間を短くすることにより、スイッチング損失の低減を図ることができる（特許文献１）。

特開２００２－１９９７００号公報

特許文献１に開示されている技術によれば、ゲート抵抗の抵抗値の切り替えにより電力変換器を構成する半導体素子のスイッチング速度が変化し、電力変換器を含む全体のシステムの制御の最適化が行われている。しかしながら、抵抗値の切り替えが正常に行われていない場合において、抵抗値の切り替えが行われることを前提としてシステム全体の制御を行ってしまうと、損失が増大するおそれがある。そのため、抵抗値の切り替え機能が正常に動作しているか否かを診断する技術の必要性がある。

本発明の電力変換器の制御方法は、半導体素子を複数備え、半導体素子がスイッチングされることにより直流電力と交流電力との間の相互の電力変換を行う電力変換回路と、半導体素子の温度を取得する温度センサと、を有する電力変換器において、半導体素子のゲート部のインピーダンスを切り替えることによりスイッチングの速度を制御する。電力変換器の制御方法においては、温度センサによって、インピーダンスが第１の値である場合の半導体素子の温度である第１温度を取得し、インピーダンスを第１の値とは異なる第２の値に切り替え、温度センサによって、インピーダンスが第２の値である場合の半導体素子の温度である第２温度を取得し、第１温度と第２温度との温度差が閾値を下回る場合には、インピーダンスの切り替え機能が異常であると診断する。

本発明のモータの制御方法によれば、ハードウェア構成を追加することなく、電力変換器を構成する半導体素子のゲート抵抗について、抵抗値の切り替え機能が正常に動作しているか否かの診断を行うことができる。

図１は、第１実施形態のモータシステムの概略構成図である。 図２は、診断部における診断制御の概略説明図である。 図３は、診断制御のフローチャートである。 図４は、診断可否の判断に用いられるグラフである。 図５は、第１変形例におけるモータシステムの概略構成図である。 図６は、第２実施形態のモータシステムの概略構成図である。 図７は、診断部における診断制御の概略説明図である。 図８は、診断制御のフローチャートである。 図９は、診断可否の判断に用いられるグラフである。 図１０は、第２変形例の制御が行われる場合の磁極位置を示すグラフである。

本発明の実施形態に係る電力変換器の制御方法、及び、電力変換器の制御装置について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の電力変換器、及び、その制御装置を備えるモータシステムの概略構成図である。なお、このモータシステムは、車両に搭載される。

モータシステム２００において、電力変換器１０は、バッテリ１の正極ラインと負極ラインとの間に設けられるインバータであり、バッテリ１から供給される直流電力を交流電力に変換して、モータ２に供給する。バッテリ１と電力変換器１０との間にはリレー３が設けられており、リレー３が操作されることで、バッテリ１から電力変換器１０への電力供給が制御される。これにより、モータシステム２００の起動／停止が制御される。また、電力変換器１０とモータ２との間には電流センサ４が設けられており、モータ２に供給される電流を検出可能に構成されている。また、モータ２には、レゾルバ５が設けられており、モータ２の回転子の磁極位置θｅを検出する。

電力変換器１０は、電力変換回路１１を備えており、電力変換回路１１は、スイッチング機能を有する半導体素子１２を複数有する。本実施形態においては、モータ２は３相で駆動する。また、電力変換回路１１は、３相６アーム、すなわち、ＵＶＷの３相のそれぞれにおいて上アームと下アームとにより構成されており、６つの半導体素子１２（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ、ＷＰ、ＷＮ）を備える。なお、このようなモータ２、及び、電力変換回路１１の構成は一例であって、本実施形態に限定されるものではない。

半導体素子１２には、それぞれ、抵抗値Ｒｇが可変のゲート抵抗１３が設けられている。なお、この図においては、可読性のために、図左側の２つの半導体素子１２（ＵＰ、ＵＮ）にのみゲート抵抗１３が設けられているが、電力変換回路１１を構成する６つの半導体素子１２（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ、ＷＰ、ＷＮ）の全てにゲート抵抗１３が設けられている。

半導体素子１２は、制御装置１００から出力されるＳＷ信号（オン／オフのスイッチング信号）に応じてゲート抵抗１３への印加電圧が制御されることで、スイッチングが行われる。また、半導体素子１２においては、制御装置１００から出力されるＲ信号（抵抗値の切り替え信号）に応じて、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが基準抵抗値と低抵抗値との間で切り替えられることで、スイッチング速度が制御される。具体的には、抵抗値Ｒｇが小さくなるほどスイッチング速度が速くなる。

電力変換回路１１の筐体には、温度センサ１４が設けられている。電力変換回路１１の筐体の温度と、その内部に配置される電力変換回路１１を構成する半導体素子１２の素子温度Ｔｓとは略同一であるとみなすことができるため、温度センサ１４は、筐体の温度を測定することにより、素子温度Ｔｓを取得する。なお、本実施形態においては、温度センサ１４は、電力変換回路１１に対して１つ設けられている。また、温度センサ１４を半導体素子１２ごとに複数設ける例については、後の第１変形例に記載する。

電力変換器１０においては、バッテリ１の正極ラインと負極ラインとの間において、電力変換回路１１と並列に、電力変換回路１１に対してバッテリ１側に、キャパシタ１５が設けられている。キャパシタ１５は、半導体素子１２のスイッチングに起因するリプルを平滑化する。また、キャパシタ１５の両端には電圧センサ１６が設けられており、電圧センサ１６は、電力変換器１０へ入力される直流電圧Ｖ_dcを検出する。

次に、制御装置１００の構成について説明する。制御装置１００は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータによって、所定のプログラムを実行可能に構成される。制御装置１００を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

制御装置１００には、上位装置である車両コントローラ６からトルク指令値Ｔ^*が入力される。なお、車両コントローラ６は、入力センサ７から、キー、シフトレバー、ブレーキペダル、アクセルペダルなどのドライバーによる操作情報の入力を受け付けると、それらの操作情報に応じてトルク指令値Ｔ^*を算出する。また、車両コントローラ６は、制御装置１００にから入力される診断結果に基づいて、トルク指令値Ｔ^*に対して所定の条件で制限を行う。

制御装置１００は、電流指令値演算部１０１、電流制御部１０２、ｄｑ／ｕｖｗ相変換部１０３、信号変換部１０４、ｕｖｗ／ｄｑ相変換部１０５、電気角速度磁極位置検出部１０６、及び、診断部１０７を備える。これらの複数の機能部は、制御装置１００の内部に論理的に配置されてもよいし、異なるマイクロコンピュータにより構成されてもよい。

電流指令値演算部１０１は、車両コントローラ６からのトルク指令値Ｔ^*、電圧センサ１６からの直流電圧Ｖ_dc、及び、後述の電気角速度磁極位置検出部１０６からの電気角速度ωの入力を受け付ける。電流指令値演算部１０１は、これらの入力に基づいて、予め記憶しているマップを用いて電流指令値ｉ_d ^*、ｉ_q ^*を算出すると、算出した電流指令値ｉ_d ^*、ｉ_q ^*を電流制御部１０２に出力する。

電流制御部１０２は、電流指令値演算部１０１からの電流指令値ｉ_d ^*、ｉ_q ^*、及び、後述のｕｖｗ／ｄｑ相変換部１０５からの電流測定値ｉ_d、ｉ_qの入力を受け付ける。電流制御部１０２は、電流指令値ｉ_d ^*、ｉ_q ^*と電流測定値ｉ_d、ｉ_qとの偏差がゼロとなるように、電圧指令値ｖ_d ^*、ｖ_q ^*を決定する。決定された電圧指令値ｖ_d ^*、ｖ_q ^*は、ｄｑ／ｕｖｗ相変換部１０３へと出力される。

電流制御部１０２においては、例えば、以下に示されるようなＰＩ制御が行われる。
ｖ_d ^*＝Ｋ_pd（ｉ_d ^*－ｉ_d）＋Ｋ_id∫（ｉ_d ^*－ｉ_d）ｄｔ－ωＬ_q・ｉ_q
ｖ_q ^*＝Ｋ_pq（ｉ_q ^*－ｉ_q）＋Ｋ_iq∫（ｉ_q ^*－ｉ_q）ｄｔ＋ω（Ｌ_d・ｉ_d＋φ）

ただし、各パラメータは、以下に示す値である。
Ｋ_pd：ｄ軸比例ゲイン
Ｋ_pq：ｑ軸比例ゲイン
Ｋ_id：ｄ軸積分ゲイン
Ｋ_iq：ｑ軸積分ゲイン
Ｌ_d：ｄ軸インダクタンス
Ｌ_q：ｑ軸インダクタンス
φ：モータ２の回転子に設けられる永久磁石の永久磁石鎖交磁束数

ｄｑ／ｕｖｗ相変換部１０３は、電流制御部１０２から出力される電圧指令値ｖ_d ^*、ｖ_q ^*に対して、電気角速度磁極位置検出部１０６から出力される磁極位置θｅに基づいた相変換を行うことで、電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*を算出する。算出された電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*は、信号変換部１０４へと出力される。

信号変換部１０４は、電圧指令値ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*と、キャリア搬送波（一般に数ｋＨｚ～１０数ｋＨｚ程度の三角波）とを比較して、電力変換器１０の半導体素子１２のスイッチング制御に用いるＳＷ信号を出力する。電力変換器１０は、ＳＷ信号に応じて半導体素子１２が操作されることによって、バッテリ１から供給される直流電力をモータ２に印加する３相の交流電力に変換する。

また、信号変換部１０４は、半導体素子１２のスイッチング速度を変化させるために、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを切り替えるＲ信号を出力する。信号変換部１０４には、温度センサ１４により取得された素子温度Ｔｓが入力されており、例えば、素子温度Ｔｓが高い場合には、抵抗値Ｒｇを基準抵抗値から低抵抗値に切り替えることにより、スイッチング速度を高速化して電力変換回路１１の発熱量を抑制する。さらに、信号変換部１０４は、後述のように、診断部１０７からの診断信号Ｄに応じても、基準抵抗値と低抵抗値とを切り替える。

ｕｖｗ／ｄｑ相変換部１０５は、電流センサ４により測定されたｕｖｗ相の電流測定値ｉ_u、ｉ_v、ｉ_wに対して、電気角速度磁極位置検出部１０６からの磁極位置θｅの入力に基づいた相変換を行うことで、ｄｑ軸の電流測定値ｉ_d、ｉ_qを算出する。算出された電流測定値ｉ_d、ｉ_qは、電流制御部１０２、及び、診断部１０７に出力される。

診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇについて、基準抵抗値と低抵抗値との切り替え機能が正常に動作しているか否かの診断制御を行うブロックである。診断部１０７は、トルク指令値Ｔ^*、電気角速度ω、直流電圧Ｖ_dc、電流測定値ｉ_d、ｉ_q、素子温度Ｔｓの入力を受け付けると、これらの入力に基づいて、診断制御の実行の可否や中止の要否を判定する。そして、診断部１０７は、診断制御を行う場合には、診断信号Ｄを出力して、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの基準抵抗値と低抵抗値との切り替えを行う。診断部１０７は、抵抗値Ｒｇの切り替え前後における素子温度Ｔｓの温度差ΔＴｓを用いて、切り替えが正常に行われているか否かを診断する。そして、診断部１０７は、診断結果を車両コントローラへ送信する。なお、この診断制御については、図２及び図３を用いて説明する。

次に、制御装置１００による診断制御について説明する。

図２は、主に、制御装置１００が備える診断部１０７により行われる診断制御の概略の説明図である。この図においては、診断開始からの各パラメータの経時変化が示されており、上段に、トルク指令値Ｔ^*、モータ２の電気角速度ω、及び、直流電圧Ｖ_dcが示され、中段に、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが示され、下段に半導体素子１２の素子温度Ｔｓが示されている。なお、これらのパラメータは時間ｔに応じて変化するものとし、例えば、時刻ｔにおける素子温度Ｔｓは、Ｔｓ（ｔ）と示されるものとする。

上段に示されるように、トルク指令値Ｔ^*、電気角速度ω、及び、直流電圧Ｖ_dcが、点線で示される所定の変動許容範囲内にある場合に、診断部１０７は診断制御を行う。一方で、これらのパラメータが変動し、いずれか１つのパラメータが変動許容範囲にない場合には、素子温度Ｔｓが変化する可能性が高く、検出される温度変化の中から診断に起因する温度変化が支配的とならないため、診断制御を開始せず、また、開始している場合には中断する。

診断制御においては、中下段に示されるように、診断制御の開始（ｔ＝０）から、抵抗値Ｒｇが基準抵抗値である状態で時間τ経過させた後、素子温度Ｔｓ（τ）が取得される。その後、抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替え、さらに時間τだけ経過し、すなわち、診断開始から２τ経過した時点で素子温度Ｔｓ（２τ）が取得される。なお、時間τは電力変換回路１１の温度変化に関する時定数であり、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替え後の時間τ経過すると、電力変換回路１１の温度は略安定しているものとする。

そして、診断部１０７は、両者の温度差であるΔＴｓ（＝Ｔｓ（２τ）－Ｔｓ（τ））を算出する。ここで、抵抗値Ｒｇの切り替えが正常に行われている場合には、ΔＴｓは所定の閾値であるＴｓα以上となる。一方で、抵抗値Ｒｇの切り替え機能が正常に動作しておらず、抵抗値Ｒｇが基準抵抗値または低抵抗値のいずれかに固着しているような場合には、両者の温度差は極めて小さく、ΔＴｓはＴｓαよりも小さくなる。そこで、診断部１０７は、ΔＴｓがＴｓα以上であるか否かを判断することにより、抵抗値Ｒｇの切り替え機能の正常／異常を診断できる。

図３は、制御装置１００により行われる診断制御のフローチャートである。また、制御装置１００は、制御装置１００が記憶しているプログラムを実行することで診断制御を実行するとともに、この診断制御を所定のタイミングで繰り返し行うことにより、一連の診断制御を実行する。なお、診断制御は、制御装置１００が備える診断部１０７が主体となって行われるため、以下のフローチャートにおける各処理は、主に、診断部１０７により実行されるものとして説明する。

ステップＳ１０１において、診断部１０７は、トルク指令値Ｔ^*及びモータ２の電気角速度ωを用いて、図４に示される領域に基づいて、診断が実施可能な領域内であるか否かを診断する。

ここで、図４は、トルク指令値Ｔ^*と電気角速度ωとに基づいた運転点を示す図である。この図に示されるように、第１実施形態においては、トルク指令値Ｔ^*及び電気角速度ωは共に、上限値及び下限値の近傍でないような診断領域において、診断制御の実行が可能と判断される。

切り替え機能の正常／異常の診断は、抵抗値Ｒｇの切り替え前後における素子温度Ｔｓの差であるΔＴｓに基づいて行われるため、モータ２の駆動状態が安定している必要がある。トルク指令値Ｔ^*、及び、電気角速度ωは、ともにモータ２の駆動に関するパラメータ（モータパラメータ）である。

トルク指令値Ｔ^*が小さすぎる場合には、モータ２に大きな電流が流れないので半導体素子１２の温度変化が小さく、ΔＴｓの変化の検出が困難になる。また、電気角速度ωが小さすぎる場合には、モータ２への電流の周波数も低く（例えば、周期が熱時定数より長いような場合）、半導体素子温度上昇が全相均一とならないことから、各相のΔＴｓの変化も均一ではなくなり検出が困難になる。一方、トルク指令値Ｔ^*や電気角速度ωが大きすぎる場合には、比較的大きな電流が必要な領域であり、主機能である温度によるゲート抵抗の抵抗値の切り替え制御と重なる可能性があるため、診断制御には適さない。そのため、図４に示される診断領域において診断可能と判断される。

なお、診断部１０７は、トルク指令値Ｔ^*及び電気角速度ωに加えて、電流指令値演算部１０１からの電流指令値ｉ_d ^*、ｉ_q ^*や、電流センサ４により取得される電流測定値ｉ_d、ｉ_qなど用いて、モータ２の駆動状態に応じて診断制御の可否を判断してもよい。

また、図４においては、トルク指令値Ｔ^*が大きい部分に、制限領域が示されている。この制限領域においては、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替えることにより、半導体素子１２のスイッチングを高速化し、電力変換回路１１の発熱量を抑制する。しかしながら、診断部１０７が、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替えが正常に行われていないと診断する場合には、車両コントローラ６は、後述の処理において（図３のステップＳ１１３）、運転制限を行う。

再び図３を参照すれば、診断部１０７は、運転点が診断領域内にあると判断すると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、診断制御を継続するために、次に、ステップＳ１０２の処理を行う。診断部１０７は、運転点が診断領域内にないと判断すると（Ｓ１０１：Ｎｏ）、診断が困難と判断して、一連の診断制御を終了するために、次に、ステップＳ１１４に示される終了処理を行う。

ステップＳ１０２において、診断部１０７は、初期値の設定がない状態であるか否かを判定する。診断部１０７は、初期値が設定されてない場合には（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、初期値を設定するために、次に、ステップＳ１０３の処理を行う。一方、診断部１０７は、初期値が設定されている場合には（Ｓ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０３の処理をスキップし、次に、ステップＳ１０４の処理を行う。

ステップＳ１０３は、診断の開始時に行われる処理である。診断部１０７は、その時刻におけるトルク指令値Ｔ^*、電気角速度ω、及び、直流電圧Ｖ_dcを、診断開始時の初期値として設定する。これらのパラメータは、時刻ｔに応じて変化するため、Ｔ^*（ｔ）、ω（ｔ）、及び、Ｖ_dc（ｔ）と示されるものとし、診断部１０７は、ｔ＝０における、Ｔ^*（０）、ω（０）、及び、Ｖ_dc（０）を初期値として設定する。

この初期値の設定の有無の判定（Ｓ１０２）、及び、初期値の設定（Ｓ１０３）は、本フローの診断制御が繰り返されて、一連の診断制御が実行されることに起因している。

例えば、後述のステップＳ１０５、Ｓ１０９における時間経過の判定処理において、ある時間経過していないと判定される場合には（Ｓ１０５、Ｓ１０９：Ｎｏ）、一連の診断制御のうちの１つの処理であるその診断制御を終了させるが、一連の診断制御の全体を終了させるものではない。そのような場合には、次の診断制御においては、一連の診断制御の開始時に設定された初期値を用いる必要がある。そのため、ステップＳ１０２は、一連の診断制御の開始可否の判定に相当し、ステップＳ１０３は、一連の診断制御の開始処理に相当する。なお、診断制御が繰り返し行われている間では、ステップＳ１０２は、一連の診断制御の完了前における終了の要否の判定を行う。

次に、ステップＳ１０４において、診断部１０７は、現在時刻ｔにおけるトルク指令値Ｔ^*（ｔ）と、初期値であるトルク指令値Ｔ^*（０）との差分ΔＴ^*（＝｜Ｔ^*（ｔ）－Ｔ^*（０）｜）を算出し、その差分ΔＴ^*が許容値よりも小さいか否かを判定する。

同様に、診断部１０７は、ω（ｔ）とω（０）との差分Δω（＝｜ω（ｔ）－ω（０）｜）を算出し、Δωが許容値よりも小さいか否かを判定するとともに、Ｖ_dc（ｔ）とＶ_dc（０）との差分ΔＶ_dc（＝｜Ｖ_dc（ｔ）－Ｖ_dc（０）｜）が許容値よりも小さいか否かを判定する。直流電圧Ｖ_dcについては、ここでは診断開始の診断領域判断条件には用いていないが、電圧変動に応じて半導体素子のスイッチング損失が変わるため、診断開始からの差分ΔＶ_dcが小さいことを判断している。

診断部１０７は、差分ΔＴ^*、Δω、及び、ΔＶ_dcの全てがそれぞれと対応する許容値よりも小さいと判断する場合には（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、図２（ａ）に示されるような状態であり、これらのパラメータの変動が小さく、診断可能と判断して、次に、ステップＳ１０５の処理を行う。一方、診断部１０７は、差分ΔＴ^*、Δω、及び、差分ΔＶ_dcのうちの少なくとも１つが許容値以上であると判断する場合には（Ｓ１０４：Ｎｏ）、パラメータの変動が大きく、診断が困難と判断して、一連の診断制御を終了するために、ステップＳ１１４に示される終了処理を行う。なお、ステップＳ１０４において、ΔＴ^*、Δω、及び、ΔＶ_dcと比較される許容値は、予め実験などにより求められるものとする。

ステップＳ１０５において、診断部１０７は、診断開始時からの経過時間ｔが時定数τよりも大きいか否かを判定する。診断部１０７は、経過時間ｔが時定数τよりも大きい場合には（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、所定の時間τが経過しているため、次に、ステップＳ１０６の処理を行う。診断部１０７は、経過時間ｔが時定数τよりも大きくない場合には（Ｓ１０５：Ｎｏ）、所定の時間τが経過していないので、診断制御を中断する。なお、その後、診断部１０７は、次の診断制御を行うことで、一連の診断制御が再開される。

ステップＳ１０６において、診断部１０７は、Ｔｓ（τ）の設定がないか否かを判定する。診断部１０７は、Ｔｓ（τ）が設定されていない場合には（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、Ｔｓ（τ）の温度を取得するために、次にステップＳ１０７の処理を実行する。一方、診断部１０７は、Ｔｓ（τ）が設定されている場合には（Ｓ１０６：Ｎｏ）、すでに過去の診断制御においてＴｓ（τ）が設定されているため、ステップＳ１０７の処理をスキップし、ステップＳ１０８の処理を実行する。

ステップＳ１０７においては、診断部１０７は、その時刻ｔで取得した素子温度Ｔｓを、Ｔｓ（τ）として設定する。同時に、診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを低抵抗値に変化させる旨の診断信号Ｄを信号変換部１０４に送信する。信号変換部１０４は、診断信号Ｄに応じて、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替える。

ステップＳ１０８においては、ステップＳ１０４と同様に、診断部１０７は、ΔＴ^*、Δω、ΔＶ_dcを算出し、これらの差分が許容値よりも小さいか否かを判定する。診断部１０７は、ΔＴ^*、Δω、及び、差分ΔＶ_dcの全てが許容値よりも小さいと判断する場合には（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、診断可能と判断して、次に、ステップＳ１０９の処理を行う。一方、診断部１０７は、ΔＴ^*、Δω、及び、差分ΔＶ_dcのうちの少なくとも１つが許容値以上であると判断する場合には（Ｓ１０８：Ｎｏ）、診断が困難と判断して、一連の診断制御を終了するために、ステップＳ１１４に示される終了処理を行う。

ステップＳ１０９において、診断部１０７は、経過時間ｔが電力変換回路１１の時定数τの２倍（２τ）よりも大きいか否かを判定する。この判定処理により、ステップＳ１０７のゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの低抵抗値への切り替えからさらにτ経過したか否かが判断される。診断部１０７は、経過時間ｔが２τよりも大きい場合には（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、診断制御を進めるために、次に、ステップＳ１１０の処理を行う。診断部１０７は、経過時間ｔが２τよりも大きくない場合には（Ｓ１０９：Ｎｏ）、所定の時間２τが経過していないので、診断制御を中断する。なお、その後、診断部１０７は、次の診断制御を行うことで、一連の診断制御が再開される。

ステップＳ１１０において、診断部１０７は、その時刻２ｔで取得した素子温度Ｔｓを、Ｔｓ（２τ）として設定する。同時に、診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを基準抵抗値に変化させる旨の診断信号Ｄを信号変換部１０４に送信する。信号変換部１０４は、診断信号Ｄに応じて、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを基準抵抗値に切り替える。

ステップＳ１１１において、診断部１０７は、Ｔｓ（τ）からＴｓ（２τ）を減じることでΔＴｓ（＝Ｔｓ（τ）－Ｔｓ（２τ））を算出し、ΔＴｓがＴｓα以上であるか（ΔＴｓ≧Ｔｓα）否かを判定する。Ｔｓαは、予め記憶された値であって、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが基準抵抗値から低抵抗値に正常に切り替えられる場合における、Ｔｓ（τ）とＴｓ（２τ）との差であり、複数回の測定における最小値である。

診断部１０７は、ΔＴｓがＴｓα以上となる場合には（Ｓ１１１：Ｙｅｓ）、ΔＴｓは十分に大きく、抵抗値Ｒｇの切り替え機能が正常に動作していると診断し、次に、ステップＳ１１２の処理を行う。一方、診断部１０７は、ΔＴｓがＴｓα以上とならない場合には（Ｓ１１１：Ｎｏ）、ΔＴｓは十分に大きくなく、抵抗値Ｒｇの切り替え機能が正常に動作していない（異常）と診断し、ステップＳ１１３の処理を行う。

ステップＳ１１２においては、診断部１０７は、全ての半導体素子１２のゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替え機能が正常であると診断し、その診断結果を車両コントローラ６に出力する。車両コントローラ６は、診断部１０７の診断結果を受けて、制限領域（図４）も含めた領域で運転指令し、制御装置においては電力変換器の温度などの状態に応じてゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替えることで、発熱量を抑制する。

ステップＳ１１３においては、診断部１０７は、いずれかの半導体素子１２の抵抗値Ｒｇの切り替え機能が異常と診断し、その診断結果を車両コントローラ６に出力する。車両コントローラ６は、診断部１０７の診断結果を受けて、制限領域にモータ２の運転点が入らないように、運転制限を行う。

ステップＳ１１４においては、診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを基準抵抗値に切り替えるとともに、初期値であるＴ^*（０）、ω（０）、Ｖ_dc（０）をクリアする。なお、Ｔ^*（τ）、ω（τ）、Ｖ_dc（τ）が設定されている場合には、診断部１０７は、これらの値をクリアする。この処理によって、一連の診断制御が終了される。

このような診断制御にすることで、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替えが正常であるか否かが診断でき（Ｓ１１１）、切り替えが正常でない（異常）と診断される場合には（Ｓ１１１：Ｎｏ）、運転制限を行うことで（Ｓ１１３）、モータ２の運転効率の低減を抑制することができる。

なお、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇは、抵抗成分のみにより構成されず、コイル成分を含む場合には、インピーダンスＺとなる。このような場合には、インピーダンスＺを変更することで、半導体素子１２のスイッチング速度を変更できる。また、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇは、基準抵抗値と低抵抗値との間の切り替えに限られず、複数のレベルで切り替えるように構成されてもよい。そのため、診断制御において、基準抵抗値から高抵抗値に切り替えてΔＴｓを算出してもよい。この場合には、Ｔｓ（２τ）はＴｓ（τ）よりも大きくなる。

第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

第１実施形態の電力変換器１０によれば、診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが基準抵抗値（第１の値）である場合において、素子温度Ｔｓ（τ）（第１温度）を取得すると、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを低抵抗値（第２の値）に変化させる（Ｓ１０７）。そして、診断部１０７は、抵抗値Ｒｇが低抵抗値である場合の素子温度Ｔｓ（２τ）（第２温度）を取得する。最終的に、診断部１０７は、第１温度と第２温度との温度差であるΔＴｓ（＝Ｔｓ（τ）－Ｔｓ（２τ））を算出し、ΔＴｓがＴｓαを下回る場合には、抵抗値Ｒｇの切り替え機能が異常であると診断する。

このような診断は、診断用に新たにハードウェアを追加することなく行うことなく、既存のハードウェア構成に準ずる簡易な構成で実行することができる。また、診断結果を用いることで、モータシステム２００の制御の最適化を図ることができる。例えば、抵抗値Ｒｇの切り替え機能が正常に動作している場合においては、図２に示される制限領域においては、抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替えてモータ２を制御する。しかしながら、抵抗値Ｒｇの切り替え機能が異常である場合には、制限領域において抵抗値Ｒｇの低抵抗値への切り替えができないため、モータ２を、制限領域に運転点が含まれないように制御する。これにより、モータシステム２００の全体における損失の増大を抑制することができる。

第１実施形態の電力変換器１０によれば、診断部１０７は、半導体素子１２の温度変化に寄与するパラメータ（温度寄与パラメータ）が、所定の許容範囲で変動するか否かを判断し、所定の範囲にない場合には一連の診断制御を終了する。本診断制御は、抵抗値Ｒｇの切り替え後の時定数τにおける素子温度Ｔｓの安定が前提となっている。そのため、素子温度Ｔｓが安定していない場合には、ΔＴｓにおける抵抗値Ｒｇの切り替えの寄与が支配的とならないため、誤診断をするおそれがある。そこで、素子温度Ｔｓが安定してないおそれがある場合には、一連の診断制御を終了することにより、誤診断の発生を抑制できる。

温度寄与パラメータは、半導体素子１２に関するパラメータ（半導体素子パラメータ）として、例えば、半導体素子１２からモータ２に出力される電流ｉ_{_d}、ｉ_{_q}や、電力変換に用いられる直流電圧Ｖ_dcなどを含んでもよい。これらのパラメータが所定の範囲で変動している場合には（Ｓ１０４、Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、半導体素子１２の駆動状態が安定しており、素子温度Ｔｓの変化において抵抗値Ｒｇの切り替えによる半導体素子１２のスイッチングに起因する損失が支配的になるので、誤診断の発生を抑制できる。

また、温度寄与パラメータは、モータ２に関するパラメータ（モータパラメータ）として、例えば、トルク指令値Ｔ^*やモータ２の回転数（電気角速度ω）などを含んでもよい。これらのパラメータが所定の範囲で変動している場合には（Ｓ１０１、Ｓ１０４、Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、モータ２の駆動状態が安定しており、素子温度Ｔｓの変化において半導体素子１２のスイッチングに起因する損失が支配的になるので、誤診断の発生を抑制できる。

さらに、第１実施形態の電力変換器１０によれば、上記のパラメータが所定の範囲にある場合には、素子温度Ｔｓの変動幅は、診断判定（Ｓ１１１）に用いられる閾値であるＴｓαよりも小さい。そのため、素子温度Ｔｓの温度変化において、パラメータの変動に起因する温度変化を無視することができるので、ΔＴｓにおいて、抵抗値Ｒｇの切り替えに起因する温度変化が支配的となり、診断精度の向上を図ることができる。

さらに、第１実施形態の電力変換器１０によれば、素子温度Ｔｓ（τ）の取得は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが基準抵抗値（第１の値）に切り替えられてから少なくとも時定数τ経過した時に行われる。また、素子温度Ｔｓ（２τ）の取得は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが低抵抗値（第２の値）に切り替えられた時刻τから、さらに時定数τだけ経過した時刻２τにて行われる。

このように制御することで、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替え後に素子温度Ｔｓが安定して定常状態となった後に、素子温度Ｔｓを検出するようになる。そのため、抵抗値Ｒｇが基準抵抗値、及び、低抵抗値に切り替えられた後に、変化中の素子温度Ｔｓを検出するおそれが低減し、素子温度Ｔｓの測定精度が向上するので、誤診断の発生を抑制できる。

さらに、第１実施形態の電力変換器１０によれば、診断部１０７が抵抗値Ｒｇの切り替え機能が正常と診断した場合であって、制限領域（図４）のようにモータ２が高負荷の場合には、制御装置１００は抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替える。これにより、電力変換回路１１の発熱量が抑制され、安定的に制御することができる。

一方、診断部１０７が抵抗値Ｒｇの切り替え機能が異常と診断すると、車両コントローラ６は、抵抗値Ｒｇが低抵抗値に切り替えられる制限領域（図４）に運転点が入らないように、運転制限を行う。

制限領域（図４）にモータ２の運転点が入る場合には、抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替えて発熱量の抑制をすることが好ましい。しかしながら、切り替え機能が異常である場合において抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替えられることが前提となる制御を行ってしまうと、モータ２を適切に制御できなくなるおそれがある。そこで、制限領域にモータ２の運転点が入らないように運転制限を行うことにより、モータ２の不適切な制御を避けることができる。

（第１変形例）
第１実施形態によれば、電力変換回路１１に対して１つの温度センサ１４が設けられる例について示したが、これに限らない。第１変形例においては、電力変換回路１１を構成する半導体素子１２（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ、ＷＰ、ＷＮ）のそれぞれと対応するように、複数（６個）の温度センサ１４が設けられる例ついて説明する。これらの温度センサ１４は、対応する半導体素子１２の温度を取得する。

図５は、本変形例の診断制御の概要を示す図である。この図の例においては、２つの半導体素子１２（ＵＰ、ＵＮ）と対応して、２つの温度センサ１４ＵＰ、１４ＵＮが設けられている。そして、図５（ｃ）には、温度センサ１４ＵＰにより取得される素子温度Ｔｓ＿ＵＰ（ｔ）、及び、温度センサ１４ＵＮにより取得される素子温度Ｔｓ＿ＵＮ（ｔ）が示されている。

この診断制御においては、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替え前後における半導体素子１２（ＵＰ）の温度差ΔＴｓ＿ＵＰ、及び、半導体素子１２（ＵＮ）の温度差ΔＴｓ＿ＵＮが取得される。これらの温度差がＴｓαを上回る場合には、診断部１０７は、その温度差と対応する半導体素子１２のゲート抵抗１３において、抵抗値Ｒｇの切り替えが正常に行われたと診断する。

また、本変形例においては、図３の診断制御においては、Ｓ１０７において、半導体素子１２（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ、ＷＰ、ＷＮ）のそれぞれについて、時刻τにおける素子温度Ｔｓ（τ）（Ｔｓ＿ＵＰ（τ）、Ｔｓ＿ＵＮ（τ）、Ｔｓ＿ＶＰ（τ）、Ｔｓ＿ＶＮ（τ）、Ｔｓ＿ＷＰ（τ）、Ｔｓ＿ＷＮ（τ））が取得され、Ｓ１１０において、時刻２τにおける素子温度Ｔｓ（２τ）（Ｔｓ＿ＵＰ（２τ）、Ｔｓ＿ＵＮ（２τ）、Ｔｓ＿ＶＰ（２τ）、Ｔｓ＿ＶＮ（２τ）、Ｔｓ＿ＷＰ（２τ）、Ｔｓ＿ＷＮ（２τ））が取得される。

そして、Ｓ１１１において、半導体素子１２のそれぞれについて、Ｔｓ（τ）とＴｓ（２τ）との差であるΔＴｓ（ΔＴｓ＿ＵＰ、ΔＴｓ＿ＵＮ、ΔＴｓ＿ＶＰ、ΔＴｓ＿ＶＮ、ΔＴｓ＿ＷＰ、ΔＴｓ＿ＷＮ）が算出される。

診断部１０７は、これらの６つの温度差ΔＴｓのそれぞれについてＴｓα以上となるか否かを判定する。温度差ΔＴｓがＴｓα以上とならないものがある場合には、診断部１０７は、温度差ΔＴｓがＴｓα以上とならない半導体素子１２について、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替えが正常に行えないと診断する。

例えば、ΔＴｓ＿ＵＰがＴｓα以上とならない場合には、診断部１０７は、半導体素子１２（ＵＰ）のゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替えが正常に行えないと診断する。

このような場合には、さらに、診断部１０７は、Ｔｓ＿ＵＰ（τ）を、時刻τにおける他の半導体素子１２（例えば、ＵＮ）の素子温度Ｔｓ（例えば、Ｔｓ＿ＵＮ（τ））と比較し、両者の差分ΔＴｓ＿ＵＮ＿ＵＰ（τ）を算出する（＝｜Ｔｓ＿ＵＰ（τ）－Ｔｓ＿ＵＮ（τ）｜）。そして、ΔＴｓ＿ＵＮ＿ＵＰ（τ）が、所定の閾値であるＴｓβよりも大きい場合には、診断部１０７は、半導体素子１２（ＵＰ）のゲート抵抗１３は、その抵抗値Ｒｇが低抵抗値に固着しており、通常抵抗値に切り替えることができないと診断する。このような低抵抗値側での固着である場合には、スイッチング速度が速く、半導体素子１２に流れる電流が大きくかつ直流電圧が高い場合においてサージ電圧が高く発生しやすいため、車両コントローラ６は、直流電圧Ｖ_dcが高い場合において運転制限を行う。

さらに、診断部１０７は、Ｔｓ＿ＵＰ（２τ）を、時刻２τにおける他の半導体素子１２の素子温度Ｔｓ＿ＵＮ（２τ）と比較し、両者の差分ΔＴｓ＿ＵＮ＿ＵＰ（２τ）を算出する（｜Ｔｓ＿ＵＰ（２τ）－Ｔｓ＿ＵＮ（２τ）｜）。そして、ΔＴｓ＿ＵＮ＿ＵＰ（２τ）が、所定の閾値Ｔｓβよりも大きい場合には、診断部１０７は、半導体素子１２（ＵＰ）のゲート抵抗１３は、その抵抗値Ｒｇが通常抵抗値に固着しており、低抵抗値に切り替えることができないと診断する。このような通常抗値側での固着である場合には、スイッチング速度が速く電力変換回路１１の温度が上昇しやすいため、素子温度Ｔｓが高い状態において運転制限を行う。

このように、それぞれの半導体素子１２に温度センサ１４を設けることで、どの半導体素子１２のゲート抵抗１３において、抵抗値Ｒｇが通常抵抗値、又は、低抵抗値に固着しているか、を診断することができる。なお、閾値Ｔｓβは、電力変換回路１１を構成する半導体素子１２の任意の組み合わせにおける、素子温度Ｔｓの最大値と最小値との差とすればよい。

（第２実施形態）
第１実施形態においては、モータ２が通常の駆動状態において、抵抗値Ｒｇの切り替え前後における素子温度Ｔｓに応じた診断を行う例について説明した。しかしながら、モータ２の回転数が低い状態などにおいては、半導体素子１２における発熱量が小さく、抵抗値Ｒｇの切り替え前後における素子温度Ｔｓに応じた診断を行うことが困難である。そこで、第２実施形態においては、モータ２が低トルク、低回転状態などにおいて、診断用の高周波電流をモータ２の駆動電流に重畳させて診断を行う。

図６は、第２実施形態のモータシステム２００の概略構成図である。

このモータシステム２００は、図１に示された第１実施形態のモータシステム２００と比較すると、診断部１０７が高周波電流指令値ｉ_{d_h} ^*，ｉ_{q_h} ^*を出力する点と、高周波電流指令値ｉ_{d_h} ^*，ｉ_{q_h} ^*が加算される加算器２０１、２０１が設けられている点と、診断部１０７が電気角速度磁極位置検出部１０６からのモータ２の回転子の磁極位置θｅの入力を受け付ける点とが異なる。なお、磁極位置θｅは、第２変形例の診断制御において用いられる。

診断部１０７から出力された高周波電流指令値ｉ_{d_h} ^*、ｉ_{q_h} ^*は、加算器２０１、２０２おいて、電流指令値ｉ_d ^*、ｉ_q ^*に加算される。これにより、電流制御部１０２には、加算器２０１、２０２から電流指令値ｉ_{d_r} ^*，ｉ_{q_r} ^*が入力される。なお、電流制御部１０２においては、電流指令値ｉ_{d_r} ^*、ｉ_{q_r} ^*と電流測定値ｉ_d、ｉ_qとの偏差がゼロとなるように、電圧指令値ｖ_d ^*、ｖ_q ^*を決定する。このようにすることで、最終的に、モータ２において流れる電流ｉ_d、ｉ_qに、診断用の高周波電流ｉ_{d_h}、ｉ_{q_h}が重畳される。

また、診断部１０７は、診断用の高周波電流ｉ_{d_h}、ｉ_{q_h}が重畳された状態で、信号変換部１０４を介して、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを切り替える。診断部１０７は、抵抗値Ｒｇの切り替え前後における素子温度Ｔｓの温度差であるΔＴｓにより、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替えが正常に行われているか否かを診断する。この診断制御については、図７、及び、図８を用いて説明する。

図７は、診断部１０７により行われる診断制御の概要を示す図である。この図においては、上段に、電流値ｉが示され、中段に、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが示され、下段に半導体素子１２の素子温度Ｔｓが示されている。診断制御中においては、電流値ｉは、高周波電流が重畳されているため振動する。

モータ２が低回転であり印加される電流値ｉが小さい状態であっても、高周波電流が重畳されることにより、素子温度Ｔｓは変化する。そこで、診断部１０７は、高周波電流が重畳された状態で、第１実施形態と同様に、素子温度Ｔｓ（τ）、Ｔｓ（２τ）の取得、及び、ΔＴｓ（＝Ｔｓ（２τ）－Ｔｓ（τ））の算出を行い、ΔＴｓがＴｓα以上であるか否かを判断することにより切り替え機能の正常／異常を診断する。

図８は、診断部１０７により行われる診断制御のフローチャートである。

ステップＳ２０１において、診断部１０７は、トルク指令値Ｔ^*及びモータ２の電気角速度ωを用いて、図９に示される領域に基づいて、本診断制御を行う領域であるか否かを診断する。

ここで、図９は、トルク指令値Ｔ^*と電気角速度ωとに基づいた運転点を示す図である。第２実施形態においては、モータ２が低トルク、低回転である状態、すなわち、この図に示されるように、トルク指令値Ｔ^*及び電気角速度ωは、共に下限値の近傍である状態において、診断制御を行うと判断される。具体的には、｜Ｔ^*｜＜Ｔ^*αかつ｜ω｜＜ωβである場合には、診断部１０７は、診断制御を実施すると判断する。

なお、電気角速度ωが、重畳させる高周波電流の電気角速度ω_hに対して十分に小さいため、高周波電流の重畳によるモータ２のトルクへの影響は小さい。また、高周波電流の振幅Ｉ_aは、素子温度Ｔｓを変化させる程度の大きさであるが、モータ２のトルクへの影響が小さい値とする。

｜Ｔ^*｜＜Ｔ^*α、及び、｜ω｜＜ωβの両者が満たされる場合には（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、診断部１０７は、診断可能と判断して、次にステップＳ２０２へと進む。なお、判定に用いられる閾値Ｔ^*α、ωβは、重畳させる高周波電流の振幅Ｉ_aと電気角速度ω_hとから予め求めることができる。一方、｜Ｔ^*｜＜Ｔ^*α、及び、｜ω｜＜ωβの少なくとも一方が満たされない場合には（Ｓ２０１：Ｎｏ）、診断部１０７は、診断が困難と判断して、一連の診断制御を終了するために、次に、ステップＳ２１２に示される終了処理を行う。

ステップＳ２０２において、診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが、基準抵抗値であるか低抵抗値であるかを判定する。ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが基準抵抗値である場合には（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、診断制御を進めるために、次に、ステップＳ２０３の処理を行う。抵抗値Ｒｇが低抵抗値である場合には（Ｓ２０２：Ｎｏ）、抵抗値Ｒｇが低抵抗値である場合の処理を行うために、次に、ステップＳ２０７の処理を行う。

この抵抗値Ｒｇの判定（Ｓ２０２）は、本診断制御が繰り返されることにより一連の診断制御が実行されることに起因している。すなわち、本診断制御は、抵抗値が基準抵抗値である場合の処理（Ｓ２０３～Ｓ２０６）と、低抵抗値である場合の処理（Ｓ２０８～Ｓ２１１）とを含んでおり、これらの処理の切り替えがＳ２０２における判定処理においてなされている。

ステップＳ２０３においては、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが基準抵抗値である。このような場合において、診断部１０７は、診断を開始するために、高周波電流指令値ｉ_{d_h} ^*、ｉ_{q_h} ^*を出力する。なお、高周波電流指令値ｉ_{d_h} ^*、ｉ_{q_h} ^*が既に出力されている場合には、診断部１０７は、その出力を継続する。これにより、モータ２に印加される電流ｉ_d、ｉ_qに、次式で示される高周波電流ｉ_{d_h}、ｉ_{q_h}を重畳させることができる。

ｉ_{d_h}＝Ｉ_a・ｓｉｎ（ω_h・ｔ）
ｉ_{q_h}＝Ｉ_a・ｃｏｓ（ω_h・ｔ）

なお、各パラメータは、以下に示す値である。
Ｉ_a：高周波電流の振幅
ω_h：高周波電流の電気角速度

ここで、重畳される高周波電流の振幅Ｉ_aは、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切替えにより素子温度Ｔｓの変化が有意に現れる値とする。また、電気角速度ω_hはモータ２の回転駆動に影響を与えないような（脱調するような）高周波数であって、振幅Ｉ_aとなる電流を重畳させた場合に生じるトルク脈動がドライバーに違和感のないレベルとなる高周波数である。振幅Ｉ_a及び電気角速度ω_hは、予め実験的に求めることができる。

ステップＳ２０４において、診断部１０７は、診断開始時からの経過時間ｔが時定数τよりも大きいか否かを判定する。診断部１０７は、経過時間ｔが時定数τよりも大きい場合には（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、所定の時間τが経過しているため、次に、ステップＳ２０５の処理を行う。診断部１０７は、経過時間ｔが時定数τよりも大きくない場合には（２０４：Ｎｏ）、所定の時間τが経過していないので、診断制御を中断する。なお、その後、診断部１０７は、次の診断制御を行うことで、一連の診断制御が再開される。

ステップＳ２０５において、診断部１０７は、その時刻ｔで取得した素子温度Ｔｓを、Ｔｓ（τ）として設定する。そして、診断部１０７は、次に、ステップＳ２０６の処理を行う。

ステップＳ２０６において、診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを低抵抗値に変化させる旨の診断信号Ｄを信号変換部１０４に送信する。信号変換部１０４は、診断信号Ｄに応じて、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替える。この状態において、診断部１０７は、高周波電流指令値ｉ_{d_h} ^*、ｉ_{q_h} ^*の出力を継続しており、高周波電流ｉ_{d_h}、ｉ_{q_h}の重畳がされている。

ステップＳ２０７において、診断部１０７は、経過時間ｔが２τよりも大きいか否かを判定する。診断部１０７は、経過時間ｔが２τよりも大きい場合には（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）、所定の時間２τが経過しているので、次に、ステップＳ２０８の処理を行う。診断部１０７は、経過時間ｔが２τよりも大きくない場合には（Ｓ２０７：Ｎｏ）、所定の時間２τが経過していないので、診断制御を中断する。その後、診断部１０７は、次の診断制御を行うことで、一連の診断制御が再開される。

ステップＳ２０８においては、診断部１０７は、その時刻２τで取得した素子温度Ｔｓを、Ｔｓ（２τ）として設定する。そして、診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを基準抵抗値に変化させる旨の診断信号Ｄを信号変換部１０４に送信する。信号変換部１０４は、診断信号Ｄに応じて、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを基準抵抗値に切り替える。

さらに、診断部１０７は、高周波電流指令値ｉ_{d_h} ^*、ｉ_{q_h} ^*の出力を停止する。これにより、高周波電流ｉ_{d_h}、ｉ_{q_h}の重畳が終了する。そして、診断部１０７は、次に、ステップＳ２０９の処理を行う。

ステップＳ２０９において、診断部１０７は、Ｔｓ（τ）からＴｓ（２τ）を減じることでΔＴｓ（＝Ｔｓ（τ）－Ｔｓ（２τ））を算出し、ΔＴｓがＴｓγ以上であるか（ΔＴｓ≧Ｔｓγ）否かを判定する。ここで、Ｔｓγは予め記憶された値であって、高周波電流が重畳されている状態において、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇが基準抵抗値から低抵抗値に正常に切り替えられる場合における、Ｔｓ（τ）とＴｓ（２τ）との差であり、複数回の測定における最小値である。なお、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替えに起因する素子温度Ｔｓの差ΔＴｓを、電気角速度ω、トルク指令値Ｔ^*、直流電圧Ｖ_dcと対応させてマップ化してもよい。

診断部１０７は、ΔＴｓがＴｓγ以上となる場合には（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）、ΔＴｓは十分に大きく、全ての半導体素子１２の抵抗値Ｒｇの切り替え機能が正常に動作していると診断し、次に、ステップＳ２１０の処理を行う。一方、診断部１０７は、ΔＴｓがＴｓγ以上とならない場合には（Ｓ２０９：Ｎｏ）、ΔＴｓは十分に大きくなく、いずれかの半導体素子１２の抵抗値Ｒｇの切り替えが異常であると診断し、次に、ステップＳ２１１の処理を行う。

ステップＳ２１０においては、診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替え機能が正常であると診断し、その診断結果を車両コントローラ６に出力する。車両コントローラ６は、診断部１０７の診断結果を受けて、制限領域（図９）も含めた領域で運転指令し，制御装置においては電力変換器の温度などの状態に応じてゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを低抵抗値に切り替えることで、発熱量を抑制する。

ステップＳ２１１においては、診断部１０７は、抵抗値Ｒｇの切り替え機能が異常と診断し、その診断結果を車両コントローラ６に出力する。車両コントローラ６は、診断部１０７の診断結果を受けて、制限領域に運転点が入らないように、運転制限を行う。

ステップＳ２１２においては、診断部１０７は、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇを基準抵抗値に変化させるとともに、初期値であるＴ^*（０）、ω（０）、Ｖ_dc（０）をクリアする。なお、Ｔ^*（τ）、ω（τ）、Ｖ_dc（τ）が設定されている場合には、診断部１０７は、これらの値をクリアする。

このように，診断部１０７が診断用の高周波電流指令値ｉ_{d_h} ^*、ｉ_{q_h} ^*を出力することで、電流ｉ_{_d}、ｉ_{_q}に診断用の高周波電流ｉ_{d_h、}ｉ_{q_h}が重畳される。電流ｉ_{_d}、ｉ_{_q}が比較的小さな診断領域においては素子温度Ｔｓの変化が小さく、第１実施形態のように単に抵抗値を切り替えるだけの方法では診断が困難である。しかしながら、本実施形態においては、診断用に高周波電流ｉ_{d_h}、ｉ_{q_h}を重畳させることで、素子温度Ｔｓの変化を検出できるので、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切り替え機能の正常／異常の診断を行うことができる。

なお、第１実施形態の第１変形例と同様に、電力変換回路１１を構成する半導体素子１２（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ、ＶＮ、ＷＰ、ＷＮ）のそれぞれと対応するように、複数の温度センサ１４が設けられてもよい。

第２実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

第２実施形態の電力変換器１０によれば、診断部１０７は、モータ２に印加される電流ｉ_d、ｉ_qに高周波電流ｉ_{d_h}、ｉ_{q_h}を重畳させ、重畳させた状態において、素子温度Ｔｓ（τ）、Ｔｓ（２τ）を取得し、それの差分である温度差ΔＴｓをＴｓγと比較することで、切り替え機能の正常／異常の診断を行う。

モータ２が低トルク、低回転数である状態などにおいては、半導体素子１２に流れる電流が小さく、その発熱量が小さい。第１実施形態のように単に抵抗値Ｒｇを切り替える場合においては、温度差ΔＴｓが小さく、ΔＴｓをＴｓγと比較することにより切り替えの診断を行うことが困難である。これに対し、本実施形態では、診断用にモータ２の回転駆動に影響を与えないような高周波電流を重畳させることにより、一定の発熱量が見込めるので、モータ２が低トルク、低回転状態であっても、温度差ΔＴｓをＴｓγと比較することで切り替え機能の正常／異常の診断を行うことができる。

また、意図的に高周波電流を重畳させることにより、それぞれの半導体素子１２において高周波電流に応じた発熱がなされる。その結果、３相２アームにより構成される６つの半導体素子１２の温度の平均化がなされるので、診断の精度が向上する。さらに、モータ２の回転駆動への影響が小さいので、ドライバーへの違和感も抑制できる。

さらに、第１実施形態の電力変換器１０によれば、重畳される高周波電流の振幅Ｉ_aは、ゲート抵抗１３の抵抗値Ｒｇの切替えにより素子温度Ｔｓの変換が有意に現れる値とする。また、電気角速度ω_hはモータ２の回転駆動に影響を与えないような（脱調するような）高周波数であって、振幅Ｉ_aとなる電流を重畳させた場合に生じるトルク脈動がドライバーに違和感のないレベルとなる高周波数である。このようにすることで、モータ２の回転駆動への影響を抑制しながら、診断を行うことができる。

（第２変形例）
第２実施形態においては、診断部１０７は、ｄ軸及びｑ軸の双方に高周波電流ｉ_{d_h}、ｉ_{q_h}を重畳させたが、これに限らない。ｄ軸にのみ高周波電流ｉ_{d_h}のみを重畳させる例について、第２変形例において説明する。

図１０は、ｄ軸にのみ高周波電流ｉ_{d_h}のみを重畳させる場合における、モータ２におけるＵＶＷ相の電流を示す図である。この図を用いて、ｄ軸電流へ高周波電流ｉ_{d_h}を重畳させて診断制御を行う場合における、モータ２の状態を説明する。

この図に示されるような、磁極位置θ₁～θ₆の近傍においては、高周波電流ｉ_{d_h}を重畳させることにより、切り替えの診断を行うことができる。そこで、本変形例においては、診断部１０７は、モータ２の各相において最大電流となる回転子の磁極位置θ₁～θ₆において、ｄ軸の高周波電流ｉ_{d_h}を重畳させる。

θ₁とθ₂の中点、θ₂とθ₃の中点、θ₃とθ₄の中点、θ₅とθ₆の中点、θ₆とθ₁の中点のように、いずれか１相の電流がゼロとなるような磁極位置θの近傍では、その１相において電流が流れない。これは、その相と対応する上下アームを構成する半導体素子１２においては電流が流れないことを意味する。そのため、素子温度Ｔｓが上昇せずに診断が困難である。そこで、これらの中点と離間する磁極位置θ₁～θ₆において診断を行う。

第２変形例の電力変換器１０によれば、診断部１０７は、モータ２に印加される電流ｉ_d、ｉ_qのうち、ｄ軸の電流ｉ_dに対して高周波電流ｉ_{d_h}を重畳させる。このようにすることで、トルクに影響を与えるｑ軸には高周波電流が重畳されないので、高周波電流の重畳に起因するモータ２におけるトルクの変動を抑制することができる。

さらに、第２変形例の電力変換器１０によれば、診断部１０７は、モータ２の３相のいずれの相においても電流が流れている状態で、ｄ軸の電流ｉ_dに対して高周波電流ｉ_{d_h}を重畳させる。第２実施形態のようなモータ２が低回転状態においては、ある相に電流が流れないモータ２の状態があり（図１０のθ_nとθ_n+1の中点）、このような状態においては、その相の電流の経路となる半導体素子１２においては素子温度Ｔｓが上昇せずに診断が困難である。そこで、このような状態とはならない磁極位置θ_nにおいて、診断を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

２ モータ
４ 電流センサ
１０ 電力変換器
１１ 電力変換回路
１２ 半導体素子
１３ ゲート抵抗
１４ 温度センサ
１６ 電圧センサ
１００ 制御装置
１０７ 診断部
２００ モータシステム

Claims (14)

1. 半導体素子を複数備え、前記半導体素子がスイッチングされることにより直流電力と交流電力との間の相互の電力変換を行う電力変換回路と、前記半導体素子の温度を取得する温度センサと、を有する電力変換器において、前記半導体素子のゲート部のインピーダンスを切り替えることにより前記スイッチングの速度を制御する、電力変換器の制御方法において、
   前記温度センサによって、前記インピーダンスが第１の値である場合の前記半導体素子の温度である第１温度を取得し、
   前記インピーダンスを前記第１の値とは異なる第２の値に切り替え、
   前記温度センサによって、前記インピーダンスが前記第２の値である場合の前記半導体素子の温度である第２温度を取得し、
   前記第１温度と前記第２温度との温度差が閾値を下回る場合には、前記インピーダンスの切り替え機能が異常であると診断する、電力変換器の制御方法。
2. 請求項１に記載の電力変換器の制御方法であって、
   さらに、前記半導体素子の温度変化に寄与する温度寄与パラメータが、所定の範囲で変動しているか否かを判定し、
   前記温度寄与パラメータが変動許容範囲にない場合には、前記診断を終了する、電力変換器の制御方法。
3. 請求項２に記載の電力変換器の制御方法であって、
   前記温度寄与パラメータは、前記半導体素子の駆動に関する半導体素子パラメータを含む、電力変換器の制御方法。
4. 請求項３に記載の電力変換器の制御方法であって、
   前記半導体素子パラメータは、前記半導体素子に流れる電流、及び、前記電力変換に用いられる前記直流電力の電圧値のうちの少なくとも１つを含む、電力変換器の制御方法。
5. 請求項２に記載の電力変換器の制御方法であって、
   前記電力変換器は、モータに対して交流電流を出力し、
   前記温度寄与パラメータは、前記モータの駆動に関するモータパラメータを含む、電力変換器の制御方法。
6. 請求項５に記載の電力変換器の制御方法であって、
   前記モータパラメータは、前記モータに対するトルク指令値、前記モータの回転数、及び、前記モータに駆動電圧を供給するための直流電圧の少なくとも１つを含む、電力変換器の制御方法。
7. 請求項２から６のいずれか１項に記載の電力変換器の制御方法であって、
   前記温度寄与パラメータが前記所定の範囲で変動する場合における前記半導体素子の温度の変動幅は、前記診断に用いる前記閾値よりも小さい、電力変換器の制御方法。
8. 請求項１に記載の電力変換器の制御方法であって、
   さらに、前記電力変換器から出力される印加電流に高周波電流を重畳させ、
   前記高周波電流が重畳されている状態において、前記第１温度、及び、前記第２温度を取得する、電力変換器の制御方法。
9. 請求項８に記載の電力変換器の制御方法であって、
   前記電力変換回路において変換された交流電流は、モータに印加され、
   前記高周波電流の周波数は、前記モータの回転周波数とは異なる、電力変換器の制御方法。
10. 請求項９に記載の電力変換器の制御方法であって、
    前記高周波電流はｄ軸の前記印加電流に重畳される、電力変換器の制御方法。
11. 請求項１０に記載の電力変換器の制御方法であって、
    前記モータは、複数の相で駆動し、
    前記複数の相のいずれにも前記印加電流が流れる状態で、前記高周波電流はｄ軸の前記印加電流に重畳される、電力変換器の制御方法。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の電力変換器の制御方法であって、
    前記半導体素子の温度の取得は、前記インピーダンスの切り替え後、前記半導体素子の温度変化に関する時定数以上の時間だけ経過した後に行う、電力変換器の制御方法。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の電力変換器の制御方法であって、
    さらに、前記インピーダンスの切り替え機能が正常であると診断された場合には、前記電力変換回路から電力が供給される機器が高負荷で運転する場合に前記インピーダンスをより低い値に設定し、
    前記インピーダンスの切り替え機能が異常であると診断された場合には、前記機器が高負荷で運転しないように制御する、電力変換器の制御方法。
14. 半導体素子を複数備え、前記半導体素子がスイッチングされることにより直流電力と交流電力との間の相互の電力変換を行う電力変換回路と、前記半導体素子の温度を取得する温度センサと、を有する電力変換器において、前記半導体素子のゲート部のインピーダンスを切り替えることにより前記スイッチングの速度を制御する、電力変換器の制御装置であって、
    前記温度センサによって、前記インピーダンスが第１の値である場合の前記半導体素子の温度である第１温度を取得し、
    前記インピーダンスを第２の値に切り替え、
    前記温度センサによって、前記インピーダンスが前記第１の値とは異なる前記第２の値である場合の前記半導体素子の温度である第２温度を取得し、
    前記第１温度と前記第２温度との温度差が閾値を下回る場合には、前記インピーダンスの切り替え機能が異常であると診断する、電力変換器の制御装置。

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