JP7294102B2

JP7294102B2 - モータシステム

Info

Publication number: JP7294102B2
Application number: JP2019223936A
Authority: JP
Inventors: 拓実鳥井; 英也松永; 健司清水
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: JP2021093863A

Description

この明細書における開示は、モータシステムに関する。

特許文献１は、インバータ回路とモータとの間にフェールセーフ用回路を備えたモータ駆動装置を開示している。モータ駆動装置は、異常が発生した場合に、インバータ回路の半導体スイッチング素子をオフしてから、フェールセーフ回路の半導体スイッチング素子をオフしている。これにより、モータで発生した逆起電力をインバータ回路で吸収している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

また、モータで発生する逆起電力の対策として、許容熱容量が大きい半導体スイッチング素子を採用することも可能である。ただし、許容熱容量が大きい分、半導体スイッチング素子の値段が高価になりやすい。

特開２０１１－２３９４８９号公報

モータシステムに用いられるモータで発生する逆起電力に対しては、様々な方法で対策がとられている。しかしながら、モータシステムに用いられるモータの種類、モータシステムの用途、モータシステムの使用環境などの様々な要因により有効な対策は異なる。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、モータシステムにはさらなる改良が求められている。

開示される１つの目的は、モータで発生した逆起電力を安定して処理可能なモータシステムを提供することにある。

ここに開示されたモータシステムは、三相分のコイル部材（５５ｕ、５５ｖ、５５ｗ）がスター結線された三相交流モータ（５０）と、電源（４）と三相交流モータの中性点（５１）とを接続している中性点配線（１１）と、中性点配線に設けられているリレー（１２）と、電源と三相交流モータの中性点とは反対側とを接続し、三相交流モータの各相に対応した複数の高圧側配線部材（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）を有する高圧側配線（２１）と、高圧側配線に設けられ、三相交流モータの各相に対応した複数の高圧側スイッチング素子（２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ）を有する高圧側スイッチ（２２）と、三相交流モータの中性点とは反対側とグランドとを接続し、三相交流モータの各相に対応した複数の低圧側配線部材（３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ）を有する低圧側配線（３１）と、低圧側配線に設けられ、三相交流モータの各相に対応した複数の低圧側スイッチング素子（３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ）を有する低圧側スイッチ（３２）と、リレーと高圧側スイッチと低圧側スイッチとの制御を行う制御部（９０）とを備え、制御部は、低圧側スイッチング素子をオンからオフに切り替えた際に、オンからオフに切り替えた低圧側スイッチング素子と同相の高圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替え、制御部は、リレーをオンする信号を出力した後、各相の低圧側スイッチング素子に対して順にオフからオンに切り替えるパルス信号を出力する信号出力部（９１）と、各相の高圧側スイッチング素子がすべてオフの状態、かつ、各相の低圧側スイッチング素子のいずれかがオンの状態での各相の電流値を取得する電流取得部（９２）と、電流取得部で取得した電流値からショート故障の有無を判定する判定部（９３）とを備え、判定部は、電流値の立ち上がり時間が閾値未満の相と同相の高圧側スイッチング素子はショート故障していると判定する。

開示されたモータシステムによると、低圧側スイッチング素子をオンからオフに切り替えた際に、オンからオフに切り替えた低圧側スイッチング素子と同相の高圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替える制御部を備えている。このため、三相交流モータのコイル部材で発生した逆起電力による電流を電源側に戻すことができる。したがって、モータで発生した逆起電力を安定して処理可能なモータシステムを提供できる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

シフトバイワイヤシステムの概略構成を示す構成図である。モータシステムの回路構成を示す回路図である。モータシステムの制御に関するブロック図である。モータシステムの制御に関するフローチャートである。ショート故障検知に関するフローチャートである。高圧側スイッチがショート故障していない場合のショート故障検知に関するタイミングチャートである。高圧側スイッチの一部がショート故障している場合のショート故障検知に関するタイミングチャートである。オープン故障検知に関するフローチャートである。高圧側スイッチがオープン故障していない場合のオープン故障検知に関するタイミングチャートである。高圧側スイッチの一部がオープン故障している場合のオープン故障検知に関するタイミングチャートである。通常駆動モードにおける高圧側スイッチと低圧側スイッチの切り替え制御を示すタイミングチャートである。フェールセーフ駆動モードにおける高圧側スイッチと低圧側スイッチの切り替え制御を示すタイミングチャートである。第２実施形態におけるショート故障検知に関するフローチャートである。第２実施形態における高圧側スイッチがショート故障していない場合のショート故障検知に関するタイミングチャートである。第２実施形態における高圧側スイッチの一部がショート故障している場合のショート故障検知に関するタイミングチャートである。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

第１実施形態
図１において、シフトバイワイヤシステム１は、三相交流モータ５０、シフトレンジ切り替え機構６０、パーキングロック機構７０を備えている、三相交流モータ５０は、スイッチトリラクタンスモータである。

シフトレンジ切り替え機構６０は、マニュアルシャフト６１、ディテントプレート６２、ディテントスプリング６５、マニュアルバルブ６８、バルブボディ６９を備えている。シフトレンジ切り替え機構６０で切り替えるシフトレンジには、パーキングレンジとパーキングレンジ以外のシフトレンジである非パーキングレンジとが含まれる。非パーキングレンジは、例えばドライブレンジやニュートラルレンジなどのシフトレンジである。この明細書および図面において、パーキングをＰと表記し、非パーキングをＮｏｔＰと表記することがある。

マニュアルシャフト６１は、三相交流モータ５０の出力軸を構成している。このため、三相交流モータ５０が回転することで、マニュアルシャフト６１も回転することとなる。ディテントプレート６２は、マニュアルシャフト６１に取り付けられている。ディテントプレート６２は、マニュアルシャフト６１から径方向外側に延びている。ディテントプレート６２は、マニュアルシャフト６１の回転に応じて回動する。ディテントプレート６２がディテントスプリング６５の基部から離れる方向を正回転方向とし、基部に近づく方向を逆回転方向としている。

マニュアルバルブ６８は、ディテントプレート６２にピンを介して取り付けられている。マニュアルバルブ６８は、三相交流モータ５０の回転運動を直線運動に変換している。マニュアルバルブ６８は、バルブボディ６９に接続されている。マニュアルバルブ６８が直線的な往復運動を行うことで、油圧クラッチへの油圧供給経路が切り替えられ、シフトレンジが切り替えられることとなる。

ディテントプレート６２のディテントスプリング６５側には複数の凹部６３が設けられている。凹部６３は、Ｐレンジに対応した位置と、ＮｏｔＰレンジに対応した位置とのそれぞれに設けられている。

ディテントスプリング６５は、弾性変形可能な板状部材である。ディテントスプリング６５の先端には、ストッパ６６が設けられている。ディテントスプリング６５は、ストッパ６６をディテントプレート６２の回動中心方向に付勢している。ディテントプレート６２に所定以上の回転力が加わると、ディテントスプリング６５が弾性変形して、ストッパ６６の位置が複数の凹部６３間を移動することとなる。

ストッパ６６は、凹部６３に嵌まり込むことでディテントプレート６２の揺動を規制している。これにより、マニュアルバルブ６８の位置やパーキングロック機構７０の状態が安定して維持される。言い換えると、シフトレンジの位置が安定して固定される。ストッパ６６は、Ｐレンジの場合とＮｏｔＰレンジの場合とで、異なる凹部６３に嵌まり込むこととなる。

パーキングロック機構７０は、パーキングロッド７１、テーパカム７２、パーキングポール７３、パーキングギア７５を備えている。パーキングロッド７１は、略Ｌ字形状に形成されている。パーキングロッド７１の一端は、ディテントプレート６２に固定されている。パーキングロッド７１の他端には、円錐状のテーパカム７２が設けられている。ディテントプレート６２が回動することで、テーパカム７２が軸方向に移動する。テーパカム７２の側面には、パーキングポール７３が接触している。このため、パーキングロッド７１が往復運動することで、テーパカム７２を介してパーキングポール７３がポール軸部７４を中心に回動することとなる。

パーキングポール７３には、凸部７３ａが設けられている。Ｐレンジが選択されている状態では、凸部７３ａがパーキングギア７５の歯車にかみ合い、パーキングギア７５の回転が規制される。これにより、自動変速機の出力軸の回転をロックするパーキングロックが行われる。一方、ＮｏｔＰレンジが選択されている状態では、凸部７３ａがパーキングギア７５の歯車から外れ、パーキングギア７５が回転可能となる。これにより、パーキングロックが解除される。このようにして、パーキングロック機構７０は、ロック状態と非ロック状態とを切り替える。

三相交流モータ５０の駆動制御について、以下に説明する。図２において、モータシステム５は、三相交流モータ５０と、三相交流モータ５０に電力を供給するための配線と、配線に設けられたスイッチの切り替え制御を行う制御部９０とを備えている。

三相交流モータ５０は、Ｕ相コイル部材５５ｕとＶ相コイル部材５５ｖとＷ相コイル部材５５ｗとを備えている。言い換えると、三相交流モータ５０は、三相分のコイル部材を備えている。Ｕ相コイル部材５５ｕとＶ相コイル部材５５ｖとＷ相コイル部材５５ｗとは、スター結線されている。Ｕ相コイル部材５５ｕは、コイル部材の一例を提供する。Ｖ相コイル部材５５ｖは、コイル部材の一例を提供する。Ｗ相コイル部材５５ｗは、コイル部材の一例を提供する。

電源４と三相交流モータ５０の中性点５１とは、中性点配線１１によって電気的に接続されている。中性点配線１１には、リレー１２が設けられている。リレー１２がオンであれば、中性点配線１１を介して三相交流モータ５０に電力供給可能な状態となり、中性点５１が電源４に等しい高電圧となる。一方、リレー１２がオフであれば、少なくとも中性点配線１１を介した三相交流モータ５０への電力供給が不可能な状態となる。

三相交流モータ５０の中性点５１とは反対側には、電源４に接続するための高圧側配線２１と、グランドに接続するための低圧側配線３１とが設けられている。高圧側配線２１は、Ｕ相高圧側配線部材２１ｕとＶ相高圧側配線部材２１ｖとＷ相高圧側配線部材２１ｗとを備えている。Ｕ相高圧側配線部材２１ｕは、電源４とＵ相コイル部材５５ｕとを電気的に接続している。Ｖ相高圧側配線部材２１ｖは、電源４とＶ相コイル部材５５ｖとを電気的に接続している。Ｗ相高圧側配線部材２１ｗは、電源４とＷ相コイル部材５５ｗとを電気的に接続している。Ｕ相高圧側配線部材２１ｕは、高圧側配線部材の一例を提供する。Ｖ相高圧側配線部材２１ｖは、高圧側配線部材の一例を提供する。Ｗ相高圧側配線部材２１ｗは、高圧側配線部材の一例を提供する。

高圧側配線２１には、高圧側スイッチ２２が設けられている。高圧側スイッチ２２は、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖとＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗとを備えている。Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖとＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗとは、半導体を用いたスイッチング素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴを採用可能である。ただし、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子などを採用してもよい。

Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕは、Ｕ相高圧側配線部材２１ｕに設けられている。Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖは、Ｖ相高圧側配線部材２１ｖに設けられている。Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗは、Ｗ相高圧側配線部材２１ｗに設けられている。Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕは、高圧側スイッチング素子の一例を提供する。Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖは、高圧側スイッチング素子の一例を提供する。Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗは、高圧側スイッチング素子の一例を提供する。

Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕがオンの場合、Ｕ相高圧側配線部材２１ｕが通電可能な状態となる。一方、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕがオフの場合、Ｕ相高圧側配線部材２１ｕが通電不可能な状態となる。Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖがオンの場合、Ｖ相高圧側配線部材２１ｖが通電可能な状態となる。一方、Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖがオフの場合、Ｖ相高圧側配線部材２１ｖが通電不可能な状態となる。Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗがオンの場合、Ｗ相高圧側配線部材２１ｗが通電可能な状態となる。一方、Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗがオフの場合、Ｗ相高圧側配線部材２１ｗが通電不可能な状態となる。

低圧側配線３１は、Ｕ相低圧側配線部材３１ｕとＶ相低圧側配線部材３１ｖとＷ相低圧側配線部材３１ｗとを備えている。Ｕ相低圧側配線部材３１ｕは、グランドとＵ相コイル部材５５ｕとを電気的に接続している。Ｖ相低圧側配線部材３１ｖは、グランドとＶ相コイル部材５５ｖとを電気的に接続している。Ｗ相低圧側配線部材３１ｗは、グランドとＷ相コイル部材５５ｗとを電気的に接続している。Ｕ相低圧側配線部材３１ｕは、低圧側配線部材の一例を提供する。Ｖ相低圧側配線部材３１ｖは、低圧側配線部材の一例を提供する。Ｗ相低圧側配線部材３１ｗは、低圧側配線部材の一例を提供する。

低圧側配線３１には、低圧側スイッチ３２が設けられている。低圧側スイッチ３２は、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕとＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖとＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗとを備えている。Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕとＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖとＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗとは、半導体を用いたスイッチング素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴを採用可能である。ただし、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子などを採用してもよい。

Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕは、Ｕ相低圧側配線部材３１ｕに設けられている。Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖは、Ｖ相低圧側配線部材３１ｖに設けられている。Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗは、Ｗ相低圧側配線部材３１ｗに設けられている。Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕは、低圧側スイッチング素子の一例を提供する。Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖは、低圧側スイッチング素子の一例を提供する。Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗは、低圧側スイッチング素子の一例を提供する。

Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕがオンの場合、Ｕ相低圧側配線部材３１ｕが通電可能な状態となる。一方、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕがオフの場合、Ｕ相低圧側配線部材３１ｕが通電不可能な状態となる。Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖがオンの場合、Ｖ相低圧側配線部材３１ｖが通電可能な状態となる。一方、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖがオフの場合、Ｖ相低圧側配線部材３１ｖが通電不可能な状態となる。Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗがオンの場合、Ｗ相低圧側配線部材３１ｗが通電可能な状態となる。一方、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗがオフの場合、Ｗ相低圧側配線部材３１ｗが通電不可能な状態となる。

高圧側スイッチ２２がオフ、かつ、リレー１２がオンの状態で、低圧側スイッチ３２のオンオフを切り替えることで、三相交流モータ５０に通電している状態と、通電していない状態とを切り替えることができる。より詳細には、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕをオンにすることで、Ｕ相コイル部材５５ｕに電流を流すことができる。Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖをオンにすることで、Ｖ相コイル部材５５ｖに電流を流すことができる。Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗをオンにすることで、Ｗ相コイル部材５５ｗに電流を流すことができる。例えば、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕとＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖとの２つがオンであれば、Ｕ相コイル部材５５ｕとＶ相コイル部材５５ｖとの２つに電流を流す二相通電の状態とすることができる。

Ｕ相コイル部材５５ｕとＶ相コイル部材５５ｖとＷ相コイル部材５５ｗとは、三相交流モータ５０の固定子として機能する。三相交流モータ５０の回転子は、複数の突極を有する鉄心を備えている。三相交流モータ５０は、固定子で発生した磁界に対して磁気抵抗が最も小さくなるように回転子が回転するスイッチトリラクタンスモータである。

Ｕ相低圧側配線部材３１ｕには、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕとグランドとの間にＵ相シャント抵抗３３ｕが設けられている。Ｕ相シャント抵抗３３ｕの両端電圧を計測することで、Ｕ相低圧側配線部材３１ｕを流れる電流の大きさを算出することができる。Ｖ相低圧側配線部材３１ｖには、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖとグランドとの間にＶ相シャント抵抗３３ｖが設けられている。Ｖ相シャント抵抗３３ｖの両端電圧を計測することで、Ｖ相低圧側配線部材３１ｖを流れる電流の大きさを算出することができる。Ｗ相低圧側配線部材３１ｗには、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗとグランドとの間にＷ相シャント抵抗３３ｗが設けられている。Ｗ相シャント抵抗３３ｗの両端電圧を計測することで、Ｗ相低圧側配線部材３１ｗを流れる電流の大きさを算出することができる。

制御部９０は、リレー１２と高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とに対してオンオフの切り替えを制御するための信号を出力する。制御部９０は、高圧側スイッチ２２を構成しているＵ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖとＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗとのそれぞれに個別に信号を出力する。制御部９０は、低圧側スイッチ３２を構成しているＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕとＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖとＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗとのそれぞれに個別に信号を出力する。

図３において、制御部９０は、Ｕ相電流センサ３４ｕとＶ相電流センサ３４ｖとＷ相電流センサ３４ｗとに接続している。Ｕ相電流センサ３４ｕは、Ｕ相低圧側配線部材３１ｕを流れる電流であるＵ相電流の大きさを計測するためのセンサである。Ｕ相電流センサ３４ｕとしては、Ｕ相シャント抵抗３３ｕの両端電圧を計測する電圧計を採用可能である。Ｖ相電流センサ３４ｖは、Ｖ相低圧側配線部材３１ｖを流れる電流であるＶ相電流の大きさを計測するためのセンサである。Ｖ相電流センサ３４ｖとしては、Ｖ相シャント抵抗３３ｖの両端電圧を計測する電圧計を採用可能である。Ｗ相電流センサ３４ｗは、Ｗ相低圧側配線部材３１ｗを流れる電流であるＷ相電流の大きさを計測するためのセンサである。Ｗ相電流センサ３４ｗとしては、Ｗ相シャント抵抗３３ｗの両端電圧を計測する電圧計を採用可能である。

Ｕ相電流センサ３４ｕとＶ相電流センサ３４ｖとＷ相電流センサ３４ｗとは、シャント抵抗の両端電圧を計測する電圧計に限られない。例えば、ホール素子や磁気抵抗効果素子を用いて配線部材を流れる電流の大きさを計測してもよい。この場合、非接触で電流の大きさを計測することができる。

制御部９０は、Ｕ相電流センサ３４ｕで計測したＵ相電流の大きさを取得する。制御部９０は、Ｖ相電流センサ３４ｖで計測したＶ相電流の大きさを取得する。制御部９０は、Ｗ相電流センサ３４ｗで計測したＷ相電流の大きさを取得する。

制御部９０は、リレー１２と高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とに接続している。制御部９０は、リレー１２のオンオフを制御する。制御部９０は、高圧側スイッチ２２のオンオフを制御する。制御部９０は、低圧側スイッチ３２のオンオフを制御する。

制御部９０は、信号出力部９１と電流取得部９２と判定部９３とを備えている。信号出力部９１は、リレー１２や高圧側スイッチ２２や低圧側スイッチ３２のオンオフを切り替えるための信号を出力する。電流取得部９２は、Ｕ相電流センサ３４ｕやＶ相電流センサ３４ｖやＷ相電流センサ３４ｗで計測した電流値を取得する。判定部９３は、高圧側スイッチ２２におけるオープン故障やショート故障といった故障の有無を判定する。

モータシステム５の故障検知に関する制御について、以下に説明する。以下では、高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２として、ノーマリオフ型の半導体スイッチング素子を採用した場合を例に説明する。この場合、高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とは、オン信号が入力されている間のみオン状態となり、オン信号が入力されていない間はオフ状態となる。

図４において、車両のパワースイッチが押されるなどして、モータシステム５の駆動制御が開始されると、ステップＳ１１０で高圧側スイッチ２２のショート故障検知を行う。ショート故障検知は、制御部９０の制御によらずスイッチング素子が常にオンされた状態となる故障のことである。

図５において、ショート故障検知を開始すると、ステップＳ１１１でリレー１２をオフの状態とする。これにより、中性点配線１１を通電不可能な状態とする。リレー１２をオフした後、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２では、低圧側スイッチ３２にスイッチをオンするためのパルス信号を出力する。低圧側スイッチ３２にパルス信号が入力され、低圧側スイッチ３２が短時間オンの状態となる。パルス信号は、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕとＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖとＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗとに時間をずらして順番に出力される。このため、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕのみがオンの状態と、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖのみがオンの状態と、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗのみがオンの状態とに制御される。

低圧側スイッチ３２にパルス信号を出力している間、高圧側スイッチ２２にはパルス信号は出力されていない。言い換えると、高圧側スイッチ２２は、ショート故障していなければオフの状態が維持された状態である。低圧側スイッチ３２にパルス信号を出力した後、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３では、パルス信号を出力している間における電流値を取得する。より詳細には、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕがオンの状態でのＵ相電流を取得する。また、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖがオンの状態でのＶ相電流を取得する。また、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗがオンの状態でのＷ相電流を取得する。

図６は、高圧側スイッチ２２がショート故障していない場合における電流波形を示している。ＴｕのタイミングでＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕにパルス信号が出力されている。このパルス信号は、Ｔｖのタイミングよりも前の時点でゼロになっている。ＴｖのタイミングでＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖにパルス信号が出力されている。このパルス信号は、Ｔｗのタイミングよりも前の時点でゼロになっている。ＴｗのタイミングでＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗにパルス信号が出力されている。

ＴｕとＴｖとＴｗとの３つのパルス信号が出力されたタイミングを含むすべての時間において、Ｕ相電流とＶ相電流とＷ相電流とは常にゼロである。言い換えると、取得された電流値はすべて閾値未満の状態である。

図７は、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖとは正常であり、Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗがショート故障している場合における電流波形を示している。Ｕ相において、ＴｕのタイミングでＵ相電流が流れ始めている。これは、ショート故障しているＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗから、Ｗ相コイル部材５５ｗ、Ｕ相コイル部材５５ｕ、パルス信号によりオンされているＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕの順に電流が流れたことによる電流波形である。Ｗ相コイル部材５５ｗとＵ相コイル部材５５ｕとを電流が流れているため、各コイル部材での逆起電力の影響によりＵ相電流の立ち上がりに時間を要している。

Ｕ相電流と同様に、ＴｖのタイミングでＶ相電流が流れ始めている。これは、ショート故障しているＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗから、Ｗ相コイル部材５５ｗ、Ｖ相コイル部材５５ｖ、パルス信号によりオンされているＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖの順に電流が流れたことによる電流波形である。Ｗ相コイル部材５５ｗとＶ相コイル部材５５ｖとを電流が流れているため、各コイル部材での逆起電力の影響によりＶ相電流の立ち上がりに時間を要している。

ＴｗのタイミングでＷ相電流が流れ始めている。これは、ショート故障しているＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗからパルス信号によりオンされているＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗに電流が流れたことによる電流波形である。この場合のＷ相電流においては、コイル部材を経由せずに電流が流れているため、コイル部材での逆起電力の影響がない。言い換えると、電源４とグランドとが瞬間的に短絡している状態である。このため、Ｗ相電流は、パルス信号を出力したＴｗと略同時のタイミングで立ち上がりが完了している。Ｗ相電流は、コイル部材を経由して電流が流れるＵ相電流やＶ相電流に比べて、立ち上がり時間が短く、かつ、電流の大きさも大きい。パルス信号の出力に対応して各相の電流値を取得した後、ステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１１４では、電流値が閾値未満であるか否かを判定する。Ｕ相電流とＶ相電流とＷ相電流とのすべてにおいて電流値が閾値未満であれば、ステップＳ１１５に進む。一方、Ｕ相電流とＶ相電流とＷ相電流との１つでも電流値が閾値以上であれば、ステップＳ１１６に進む。

ステップＳ１１５では、高圧側スイッチ２２は、ショート故障していないと判定する。また、リレー１２についても、高圧側スイッチ２２と同様にショート故障していないと判定できる。高圧側スイッチ２２とリレー１２とがともにショート故障していないため、三相交流モータ５０に対して電力供給を停止することができる状態である。高圧側スイッチ２２がショート故障していないと判定したことで、高圧側スイッチ２２に対するショート故障検知を終了する。

ステップＳ１１６では、電流値の立ち上がり時間が閾値未満であるか否かを判定する。ここで、立ち上がり時間としては、例えば電流が流れ始めてから電流値がピーク値の９０％の大きさを超えるまでの所要時間とすることができる。ただし、立ち上がり時間の設定方法は上述の方法に限られない。例えば、電流が流れ始めてから所定の電流値を超えるまでの所要時間としてもよい。

高圧側スイッチ２２がショート故障している場合には、ショート故障しているスイッチング素子と同相の低圧側スイッチング素子をオンにした瞬間に短絡状態となる。このため、電流波形の立ち上がり時間は、極めて短くなる。一方、ショート故障しているスイッチング素子と異なる相の低圧側スイッチング素子をオンにした場合には、コイル部材を経由して電流が流れることになる。このため、電流波形の立ち上がり時間は、短絡状態に比べて長くなる。以上により、電流波形の立ち上がり時間からどの相の高圧側スイッチング素子がショート故障しているかを判断できる。立ち上がり時間が閾値未満の電流波形が１つでもあればステップＳ１１７に進む。一方、立ち上がり時間が閾値未満の電流波形が１つもなければステップＳ１１８に進む。

ステップＳ１１７では、高圧側スイッチ２２がショート故障していると判定する。より詳細には、立ち上がり時間が閾値未満の電流波形が取得された相と同相の高圧側スイッチング素子がショート故障していると判定する。また、立ち上がり時間が閾値以上の電流波形が取得された相と同相の高圧側スイッチング素子は、ショート故障していないと判定する。高圧側スイッチ２２のショート故障を判定したことで、高圧側スイッチ２２に対するショート故障検知を終了する。

ステップＳ１１８では、リレー１２がショート故障していると判定する。仮に、リレー１２と高圧側スイッチ２２とが同時にショート故障している場合には、ショート故障している高圧側スイッチング素子と同相の低圧側スイッチング素子をオンした際に、短絡状態となり、立ち上がり時間が閾値未満の電流波形が含まれることとなる。このため、立ち上がり時間が閾値未満の電流波形が１つもない場合は、高圧側スイッチ２２はショート故障しておらず、リレー１２がショート故障していると判定できることとなる。リレー１２のショート故障を判定したことで、高圧側スイッチ２２に対するショート故障検知を終了する。ショート故障検知の完了後、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、高圧側スイッチ２２のオープン故障検知を行う。図８において、オープン故障検知を開始すると、ステップＳ１２１でリレー１２をオフの状態とする。これにより、中性点配線１１を通電不可能な状態とする。リレー１２をオフした後、ステップＳ１２２に進む。

ステップＳ１２２では、高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２にスイッチをオンするためのパルス信号を出力する。高圧側スイッチ２２にパルス信号を出力するとともに、低圧側スイッチ３２にパルス信号を出力することで、高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とを同時にオンする。

パルス信号は、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖとＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗとに時間をずらして順番に出力される。また、パルス信号は、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕとＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖとＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗとに時間をずらして順番に出力される。ただし、高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とは、同相のスイッチング素子が同時にオンになることのないようにパルス信号を出力する。このため、高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とで、異なる相のスイッチング素子が同時にオンされる。

１つの高圧側スイッチング素子にパルス信号を出力している間、残りの高圧側スイッチング素子にはパルス信号を出力しない。例えば、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕにパルス信号を出力している間、Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖとＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗとには、パルス信号を出力しない。１つの低圧側スイッチング素子にパルス信号を出力している間、残りの低圧側スイッチング素子にはパルス信号を出力しない。例えば、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗにパルス信号を出力している間、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕとＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖとには、パルス信号を出力しない。高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２にパルス信号を出力した後、ステップＳ１２３に進む。

ステップＳ１２３では、パルス信号を出力している間における電流値を取得する。より詳細には、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕがオンの状態でのＵ相電流を取得する。また、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖがオンの状態でのＶ相電流を取得する。また、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗがオンの状態でのＷ相電流を取得する。

図９は、高圧側スイッチ２２がオープン故障していない場合における電流波形を示している。ＴｕのタイミングでＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗとＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕにパルス信号が出力されている。このパルス信号は、Ｔｖのタイミングよりも前の時点でゼロになっている。ＴｖのタイミングでＵ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖにパルス信号が出力されている。このパルス信号は、Ｔｗのタイミングよりも前の時点でゼロになっている。ＴｗのタイミングでＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖとＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗにパルス信号が出力されている。

Ｕ相において、ＴｕのタイミングでＵ相電流が流れ始めている。これは、オンされているＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗから、Ｗ相コイル部材５５ｗ、Ｕ相コイル部材５５ｕ、オンされているＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕの順に電流が流れたことによる電流波形である。Ｗ相コイル部材５５ｗとＵ相コイル部材５５ｕとを電流が流れているため、各コイル部材での逆起電力の影響によりＵ相電流の立ち上がりに時間を要している。

Ｕ相電流と同様に、ＴｖのタイミングでＶ相電流が流れ始めている。これは、オンされているＵ相高圧側スイッチング素子２２ｕから、Ｕ相コイル部材５５ｕ、Ｖ相コイル部材５５ｖ、オンされているＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖの順に電流が流れたことによる電流波形である。Ｕ相コイル部材５５ｕとＶ相コイル部材５５ｖとを電流が流れているため、各コイル部材での逆起電力の影響によりＶ相電流の立ち上がりに時間を要している。

Ｕ相電流およびＶ相電流と同様に、ＴｗのタイミングでＷ相電流が流れ始めている。これは、オンされているＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖから、Ｖ相コイル部材５５ｖ、Ｗ相コイル部材５５ｗ、オンされているＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗの順に電流が流れたことによる電流波形である。Ｖ相コイル部材５５ｖとＷ相コイル部材５５ｗとを電流が流れているため、各コイル部材での逆起電力の影響によりＶ相電流の立ち上がりに時間を要している。

図１０は、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖとは正常であり、Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗがオープン故障している場合における電流波形を示している。Ｕ相電流は、Ｔｕのタイミングを含め常にゼロである。これは、オープン故障しているＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗを電流が流れることができなかったためである。一方、Ｖ相電流とＷ相電流とは、高圧側スイッチ２２が正常な場合と同様の波形を示している。パルス信号の出力に対応して各相の電流値を取得した後、ステップＳ１２４に進む。

ステップＳ１２４では、電流値が閾値以上であるか否かを判定する。Ｕ相電流とＶ相電流とＷ相電流とのすべてにおいて電流値が閾値以上であれば、ステップＳ１２５に進む。一方、Ｕ相電流とＶ相電流とＷ相電流との１つでも電流値が閾値未満であれば、ステップＳ１２７に進む。

ステップＳ１２５では、高圧側スイッチ２２は、オープン故障していないと判定する。高圧側スイッチ２２がオープン故障していないと判定したことで、高圧側スイッチ２２に対するオープン故障検知を終了する。

ステップＳ１２７では、高圧側スイッチ２２がオープン故障していると判定する。より詳細には、電流値が閾値未満の電流波形が取得された相と同じタイミングでパルス信号を受信した高圧側スイッチング素子がオープン故障していると判定する。また、電流値が閾値以上の電流波形が取得された相と同じタイミングでパルス信号を受信した高圧側スイッチング素子は、オープン故障していないと判定する。高圧側スイッチ２２のオープン故障を判定したことで、高圧側スイッチ２２に対するオープン故障検知を終了する。オープン故障検知の完了後、ステップＳ１４１に進む。

ステップＳ１４１では、高圧側スイッチ２２が正常であるか否かを判定する。高圧側スイッチ２２が故障しておらず、正常である場合にはステップＳ１５０に進む。高圧側スイッチ２２がオープン故障またはショート故障している場合には、通常通りに三相交流モータ５０を駆動することができないと判断してステップＳ１６１に進む。

ステップＳ１５０では、通常駆動モードを実行する。通常駆動モードでは、リレー１２をオンにした状態で低圧側スイッチ３２のオンオフを切り替えることで、三相交流モータ５０に通電する。低圧側スイッチ３２のオンオフを切り替える際に、高圧側スイッチ２２のオンオフも切り替える。これは、低圧側スイッチ３２をオンからオフに切り替えた際に、コイル部材の逆起電力の影響を低減するためである。逆起電力は、コイル部材に流れる電流の変化を妨害するように作用する。

図２に示すモータシステム５において、三相交流モータ５０を駆動した場合、低圧側スイッチ３２のオンからオフへの切り替え時にコイル部材に逆起電力が生じることになる。例えば、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕをオンしている間は、Ｕ相コイル部材５５ｕにおいて、中性点５１からＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕに向かう電流が流れる。ここで、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕをオフに切り替えると、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕを電流が流れることができなくなる。それと同時に、Ｕ相コイル部材５５ｕにおいては、現在の電流を維持しようと逆起電力が発生する。ここで、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕがオフの状態であると、Ｕ相コイル部材５５ｕで発生した逆起電力はどこにも流れることができず、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕで熱としてエネルギーが消費されることとなる。言い換えると、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕに対して大きな熱負荷が加えられてしまう。

半導体のスイッチング素子には、許容熱容量が設定されており、許容熱容量の範囲内で使用する必要がある。このため、大きな熱負荷が加えられるスイッチング素子には、許容熱容量の高い比較的高価なスイッチング素子を採用するなど、熱負荷への対策が求められる。

通常駆動モードにおける高圧側スイッチ２２を用いた逆起電力への対策について、以下に説明する。リレー１２がオンの状態を維持して、図１１に示すように高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とを切り替えることで三相交流モータ５０を回転駆動することができる。

三相交流モータ５０の駆動を開始するタイミングであるＴ０では、Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖとＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗとＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕとをオフからオンに切り替える。また、残りのスイッチング素子については、オフの状態を維持する。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｕ相コイル部材５５ｕを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＵ相に一相通電している状態である。

次のタイミングであるＴ１では、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗをオフからオンに切り替える。それと同時にＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗをオンからオフに切り替える。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｕ相コイル部材５５ｕとＷ相コイル部材５５ｗとを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＵ相とＷ相とに二相通電している状態である。

次のタイミングであるＴ２では、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕをオンからオフに切り替える。それと同時にＵ相高圧側スイッチング素子２２ｕをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｗ相コイル部材５５ｗを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＷ相に一相通電している状態である。

さらに、Ｕ相コイル部材５５ｕでは、逆起電力が発生している。この逆起電力は、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕを通過して電源４側に戻る。電源４が充電可能なバッテリであれば、逆起電力が電源４に充電される。一方、電源４が充電不可能であれば、逆起電力が電源４において熱として処理されることとなる。まとめると、発生した逆起電力は、電源４において電気エネルギーまたは熱エネルギーとして処理されることとなる。

逆起電力によってＵ相高圧側スイッチング素子２２ｕに電流が流れている。しかし、オン状態のＵ相高圧側スイッチング素子２２ｕの電気抵抗は、非常に小さい。このため、逆起電力に起因して流れる電流の大部分は、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕではなく、電源４で処理されることとなる。これにより、Ｕ相コイル部材５５ｕで発生した逆起電力を電源４に戻すことによって処理することができる。

次のタイミングであるＴ３では、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖをオフからオンに切り替える。それと同時にＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖをオンからオフに切り替える。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｖ相コイル部材５５ｖとＷ相コイル部材５５ｗとを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＶ相とＷ相とに二相通電している状態である。

次のタイミングであるＴ４では、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗをオンからオフに切り替える。それと同時にＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｖ相コイル部材５５ｖを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＶ相に一相通電している状態である。

さらに、Ｗ相コイル部材５５ｗでは、逆起電力が発生している。この逆起電力は、Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗを通過して電源４側に戻り、電源４で処理される。ここで、オン状態のＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗの電気抵抗は、非常に小さい。このため、逆起電力に起因して流れる電流の大部分は、Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗではなく、電源４で処理されることとなる。これにより、Ｗ相コイル部材５５ｗで発生した逆起電力を電源４に戻すことによって処理することができる。

次のタイミングであるＴ５では、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕをオフからオンに切り替える。それと同時にＵ相高圧側スイッチング素子２２ｕをオンからオフに切り替える。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｕ相コイル部材５５ｕとＶ相コイル部材５５ｖとを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＵ相とＶ相とに二相通電している状態である。

次のタイミングであるＴ６では、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖをオンからオフに切り替える。それと同時にＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｕ相コイル部材５５ｕを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＵ相に一相通電している状態である。

さらに、Ｖ相コイル部材５５ｖでは、逆起電力が発生している。この逆起電力は、Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖを通過して電源４側に戻り、電源４で処理される。ここで、オン状態のＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖの電気抵抗は、非常に小さい。このため、逆起電力に起因して流れる電流の大部分は、Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖではなく、電源４で処理されることとなる。これにより、Ｖ相コイル部材５５ｖで発生した逆起電力を電源４に戻すことによって処理することができる。

このように、低圧側スイッチ３２のオンオフを切り替えるタイミングで、同相の高圧側スイッチ２２を低圧側スイッチ３２とはオンオフが逆になるように制御している。例えば、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕとは、Ｔ０からＴ７までのすべてのタイミングにおいて、一方がオンであれば他方がオフとなっている。言い換えると、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕとが同時にオンになるタイミングが存在しない。また、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕとが同時にオフになるタイミングが存在しない。ただし、逆起電力の処理が完了していれば、高圧側スイッチ２２をオフにしてもよい。したがって、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕとが同時にオフになるタイミングが存在するように制御してもよい。

Ｔ６の完了後における各スイッチのオンオフと、Ｔ０の完了後における各スイッチのオンオフとは、同じ状態である。このため、Ｔ６の完了後はＴ１のように各スイッチング素子のオンオフを切り替えることで三相交流モータ５０の回転駆動を維持することができる。言い換えると、三相交流モータ５０の回転駆動を維持する間は、Ｔ１からＴ６までの一連のサイクルを繰り返すこととなる。

通常駆動モードにおけるＴ０からＴ６までの各スイッチング素子のオンオフ切り替えによって、三相交流モータ５０の回転子の位置をＵ相コイル部材５５ｕに突極が正対する位置に移動させることができる。したがって、三相交流モータ５０の回転子と固定子との相対的な位置関係を把握することができる。

シフトバイワイヤシステム１においては、三相交流モータ５０を通常駆動モードなどの駆動モードで駆動することでＰ壁位置検出やＰ壁戻しといった制御を行う。ここで、Ｐ壁位置検出とは、Ｐレンジを維持可能な三相交流モータ５０の回転数を決めるための制御である。Ｐ壁位置検出では、Ｐレンジに対応した凹部６３にストッパ６６が位置している状態で、三相交流モータ５０の回転数を上昇させ、ディテントプレート６２を正回転方向に回動させる。これにより、Ｐレンジを維持できる三相交流モータ５０の回転数の上限を検出する。ＮｏｔＰレンジからＰレンジにシフトレンジを変更する際には、Ｐレンジの状態でこの回転数の上限を超えないように三相交流モータ５０を制御することとなる。

Ｐ壁戻しとは、ストッパ６６の位置がＰレンジに対応した凹部６３の中心位置に合うように調整する制御である。Ｐ壁戻しは、Ｐ壁位置検出を完了した後に行う制御である。Ｐ壁戻しでは、三相交流モータ５０を回転させ、ディテントプレート６２を逆回転方向に回動させる。シフトバイワイヤシステム１は、Ｐ壁位置検出とＰ壁戻しとの２つの制御を経て、実際にシフトレンジを変更可能な状態に遷移する。通常駆動モードの実行後、通常駆動モードを維持した状態でステップＳ１８１に進む。

図４のステップＳ１６１では、高圧側スイッチ２２の故障報知を行う。故障報知では、シフトバイワイヤシステム１が故障していることを報知するためのランプを点灯させることで乗員に故障を報知することができる。ただし、故障報知方法は、上述の方法に限られない。例えば、車両に設けられたディスプレイに警告を表示することで故障を報知してもよい。例えば、車両に設けられたアラームを鳴らすことで故障を報知してもよい。例えば、インターネット通信を利用して車両の所有者に対してメールを送信することで故障を報知してもよい。あるいは、複数の故障報知方法を組み合わせて故障を報知してもよい。また、シフトバイワイヤシステム１全体の故障として故障報知するのではなく、故障箇所を特定して故障報知を行ってもよい。故障報知の完了後、ステップＳ１６２に進む。

ステップＳ１６２では、故障している高圧側スイッチング素子の数が１つか否かを判定する。故障している高圧側スイッチング素子の数が１つであれば、ステップＳ１７０に進む。一方、故障している高圧側スイッチング素子の数が２つ以上であればステップＳ１９０に進む。

ステップＳ１７０では、フェールセーフ駆動モードを実行する。フェールセーフ駆動モードでは、リレー１２をオンにした状態で高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とのオンオフを切り替えることで、三相交流モータ５０に通電する。フェールセーフ駆動モードでは、故障していない相の高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２のみを用いて三相交流モータ５０を駆動する。言い換えると、故障している相の高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とに対しては、パルス信号を出力しない。

リレー１２がオンの状態を維持して、図１２に示すように高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とを切り替えることで三相交流モータ５０を回転駆動することができる。三相交流モータ５０の駆動を開始するタイミングであるＴ０では、Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖとＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗとＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕとをオフからオンに切り替える。また、残りのスイッチング素子については、オフの状態を維持する。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｕ相コイル部材５５ｕを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＵ相に一相通電している状態である。

次のタイミングであるＴ２では、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕをオンからオフに切り替える。それと同時にＵ相高圧側スイッチング素子２２ｕをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｗ相コイル部材５５ｗを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＷ相に一相通電している状態である。さらに、Ｕ相コイル部材５５ｕでは、逆起電力が発生している。この逆起電力は、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕを通過して電源４側に戻り、電源４で処理される。

次のタイミングであるＴ３では、各スイッチング素子のオンオフを変更せずＴ２後の状態を維持する。言い換えると、三相交流モータ５０のＷ相に一相通電している状態を維持している。

次のタイミングであるＴ４では、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗをオンからオフに切り替える。それと同時にＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗをオフからオンに切り替える。この状態では、各コイル部材に電流が流れることのできない状態となる。言い換えると、三相交流モータ５０に０相通電している状態である。さらに、Ｗ相コイル部材５５ｗでは、逆起電力が発生している。この逆起電力は、Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗを通過して電源４側に戻り、電源４で処理される。

次のタイミングであるＴ６では、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖをオンからオフに切り替える。それと同時にＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点５１側からグランドに向かって、Ｕ相コイル部材５５ｕを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ５０のＵ相に一相通電している状態である。さらに、Ｖ相コイル部材５５ｖでは、逆起電力が発生している。この逆起電力は、Ｖ相高圧側スイッチング素子２２ｖを通過して電源４側に戻り、電源４で処理される。

Ｔ６の完了後とＴ０の完了後は、同じ状態である。このため、Ｔ６の完了後はＴ１のように各スイッチング素子のオンオフを切り替えることで三相交流モータ５０の回転駆動を維持することができる。言い換えると、三相交流モータ５０の回転駆動を維持する間は、Ｔ１からＴ６までの一連のサイクルを繰り返すこととなる。

ステップＳ１８１では、モータシステム５を駆動する駆動要求があるか否かを判定する。例えば、乗員の操作によって車両のパワースイッチがオフされた場合には駆動要求がない状態となる。駆動要求がない場合には、ステップＳ１９０に進む。一方、駆動要求がある場合には、現在の駆動モードを維持した状態でステップＳ１１０に戻り、一連の故障検知を繰り返し実行する。これにより、車両の走行中にトラブルが発生して高圧側スイッチ２２に故障が生じた場合であっても、故障を検知することができる。

ステップＳ１９０では、駆動停止モードを実行する。駆動停止モードは、三相交流モータ５０を駆動させないモードである。リレー１２と高圧側スイッチ２２と低圧側スイッチ３２とをすべてオフの状態とする。駆動停止モードの実行後、駆動停止モードの状態を維持してモータシステム５の駆動制御を終了する。

上述した実施形態によると、制御部９０は、低圧側スイッチング素子をオンからオフに切り替えた際に、オンからオフに切り替えた低圧側スイッチング素子と同相の高圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替える。このため、コイル部材で発生した逆起電力をオンに切り替えられた高圧側スイッチング素子を流れる電流として電源４側に戻すことができる。したがって、逆起電力の影響で低圧側スイッチ３２に大きな熱負荷が加えられてしまうことを抑制できる。よって、三相交流モータ５０で発生した逆起電力を安定して処理可能なモータシステム５を提供できる。

制御部９０は、三相交流モータ５０を通常駆動する前に、高圧側スイッチ２２の故障を検知する故障検知を実行する。このため、高圧側スイッチ２２が故障した状態で三相交流モータ５０を通常駆動することを防止できる。あるいは、三相交流モータ５０を通常駆動する前に、高圧側スイッチ２２が故障していることを乗員に報知することができる。したがって、三相交流モータ５０を通常駆動する前に、高圧側スイッチ２２の故障に対応することができる。特に、高圧側スイッチ２２が故障している場合、三相交流モータ５０を通常駆動モードなどで駆動してしまうと、逆起電力や短絡で生じた電流によって低圧側スイッチ３２に大きな熱負荷が加えられ得る。よって、三相交流モータ５０を通常駆動する前に高圧側スイッチ２２の故障を検知することは非常に重要である。

リレー１２をオフした状態でのショート故障検知において、判定部９３は、各相の電流値がすべて閾値未満であれば、高圧側スイッチ２２はショート故障していないと判定する。一方、各相の電流値がすべて閾値以上であれば、リレー１２または高圧側スイッチ２２はショート故障していると判定する。このため、電流値の大きさに基づいて適切にショート故障の有無を判定できる。

ショート故障検知において、判定部９３は、電流値の立ち上がり時間が閾値以上の相と同相の高圧側スイッチング素子はショート故障していないと判定する。一方、電流値の立ち上がり時間が閾値未満の相と同相の高圧側スイッチング素子はショート故障していると判定する。このため、電流値の立ち上がり時間に基づいて適切にショート故障の有無を判定できる。したがって、高圧側スイッチ２２がショート故障していることを判定した場合に、高圧側スイッチング素子毎にショート故障しているか否かを判定できる。

オープン故障検知において、判定部９３は、電流値が閾値以上であれば、その電流値を取得したタイミングでオンに切り替えるパルス信号を受信した高圧側スイッチング素子はオープン故障していないと判定する。一方、電流値が閾値未満であれば、その電流値を取得したタイミングでオンに切り替えるパルス信号を受信した高圧側スイッチング素子はオープン故障していると判定する。このため、電流値の大きさに基づいて適切にオープン故障の有無を判定できる。

オープン故障検知において、オンに切り替えた低圧側スイッチング素子とは異なる相の高圧側スイッチング素子にパルス信号を出力している。このため、高圧側スイッチ２２が正常な場合には、２つのコイル部材を経由して電流が流れることとなる。したがって、コイル部材を経由せずに短絡させる場合に比べて、スイッチング素子に加えられる熱負荷を低減しやすい。

制御部９０は、故障していると判定された高圧側スイッチング素子の数が１つの場合には、故障していないと判定された２つの高圧側スイッチング素子を用いて三相交流モータ５０をフェールセーフ駆動する。このため、三相交流モータ５０を駆動してシフトレンジを変更することができる。したがって、１つでも高圧側スイッチング素子が故障していると判定した場合に三相交流モータ５０を強制的に停止させる場合に比べて、シフトバイワイヤシステム１を駆動可能な時間を長く確保できる。例えば、ＮｏｔＰレンジの状態で高圧側スイッチング素子の１つが故障した場合であっても、フェールセーフ駆動によってＮｏｔＰレンジからＰレンジに切り替えることができる。

制御部９０は、故障していると判定された高圧側スイッチング素子の数が２つ以上の場合には、三相交流モータ５０を強制的に停止させる。このため、故障している高圧側スイッチング素子の影響で低圧側スイッチング素子が故障してしまうことを防止しやすい。

制御部９０は、高圧側スイッチ２２が故障していると判定された場合に、高圧側スイッチ２２が故障していることを報知する。このため、乗員が高圧側スイッチ２２の故障によってモータシステム５が正常に動作していない状態であることを認識できる。したがって、故障箇所を修理するなどの対応を乗員が速やかにとることができる。特に、フェールセーフ駆動で三相交流モータ５０が駆動している場合には、高圧側スイッチ２２が故障していることを乗員が認識しにくい。このため、高圧側スイッチ２２が故障していることを報知することは非常に重要である。

三相交流モータ５０は、スイッチトリラクタンスモータである。このため、永久磁石を用いることなく駆動可能な構成であり、磁石の割れや磁力の低下などによってモータとしての性能が低下することがない。したがって、モータとしての所定の性能を安定して発揮しやすい。

故障検知において、信号出力部９１は、各スイッチング素子に対してオフからオンに切り替えるパルス信号を出力している。このため、高圧側スイッチ２２がショート故障している場合であっても、故障検知の際に短絡する時間を短くすることができる。したがって、低圧側スイッチ３２に加えられる熱負荷の量を低減しやすい。パルス信号を出力している時間は、電流波形が適切に取得できる範囲で、可能な限り短い時間とすることが好ましい。

ステップＳ１１０のショート故障検知を行うことで、リレー１２のショート故障の有無を判定することができる。このため、リレー１２のショート故障を別途行う必要がない。したがって、リレー１２のショート故障と高圧側スイッチ２２のショート故障とを別々に検知する場合に比べて、三相交流モータ５０を通常駆動する前の準備に要する時間を短くしやすい。

通常駆動モードにおける各スイッチング素子の制御内容は、図１１に示す方法に限られない。例えば、Ｕ相の一相通電の後に、Ｕ相とＷ相との二相通電を行うのではなく、Ｕ相とＶ相との二相通電を行うなどしてもよい。また、フェールセーフ駆動モードにおける各スイッチング素子の制御内容は、図１２に示す方法に限られない。

第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、リレー１２をオンした状態で高圧側スイッチ２２のショート故障検知を行う。

図１３において、ショート故障検知を開始すると、ステップＳ２１１でリレー１２をオンの状態とする。これにより、中性点配線１１を通電可能な状態とする。リレー１２をオンした後、ステップＳ２１２に進む。

ステップＳ２１２では、低圧側スイッチ３２にスイッチをオンするためのパルス信号を出力する。低圧側スイッチ３２にパルス信号が入力され、低圧側スイッチ３２が短時間オンの状態となる。パルス信号は、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕとＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖとＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗとに時間をずらして順番に出力される。このため、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕのみがオンの状態と、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖのみがオンの状態と、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗのみがオンの状態とに制御される。

低圧側スイッチ３２にパルス信号を出力している間、高圧側スイッチ２２にはパルス信号は出力されていない。言い換えると、高圧側スイッチ２２は、ショート故障していなければオフの状態が維持された状態である。低圧側スイッチ３２にパルス信号を出力した後、ステップＳ２１３に進む。

ステップＳ２１３では、パルス信号を出力している間における電流値を取得する。より詳細には、Ｕ相低圧側スイッチング素子３２ｕがオンの状態でのＵ相電流を取得する。また、Ｖ相低圧側スイッチング素子３２ｖがオンの状態でのＶ相電流を取得する。また、Ｗ相低圧側スイッチング素子３２ｗがオンの状態でのＷ相電流を取得する。

図１４は、高圧側スイッチ２２がショート故障していない場合における電流波形を示している。ＴｕのタイミングでＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕにパルス信号が出力されている。このパルス信号は、Ｔｖのタイミングよりも前の時点でゼロになっている。ＴｖのタイミングでＶ相低圧側スイッチング素子３２ｖにパルス信号が出力されている。このパルス信号は、Ｔｗのタイミングよりも前の時点でゼロになっている。ＴｗのタイミングでＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗにパルス信号が出力されている。

Ｕ相において、ＴｕのタイミングでＵ相電流が流れ始めている。これは、オンされているリレー１２から、Ｕ相コイル部材５５ｕ、パルス信号によりオンされているＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕの順に電流が流れたことによる電流波形である。Ｕ相コイル部材５５ｕを電流が流れているため、Ｕ相コイル部材５５ｕでの逆起電力の影響によりＵ相電流の立ち上がりに時間を要している。

Ｖ相において、ＴｖのタイミングでＶ相電流が流れ始めている。Ｖ相電流は、Ｕ相電流と同様の電流波形である。Ｗ相において、ＴｗのタイミングでＷ相電流が流れ始めている。Ｗ相電流は、Ｕ相電流と同様の電流波形である。まとめると、Ｕ相電流とＶ相電流とＷ相電流とは、すべて各コイル部材の逆起電力の影響により、立ち上がりに閾値を超える時間を要している。

図１５は、Ｕ相高圧側スイッチング素子２２ｕとＶ相高圧側スイッチング素子２２ｖとは正常であり、Ｗ相高圧側スイッチング素子２２ｗがショート故障している場合における電流波形を示している。Ｕ相において、ＴｕのタイミングでＵ相電流が流れ始めている。これは、オンされているリレー１２から、Ｕ相コイル部材５５ｕ、パルス信号によりオンされているＵ相低圧側スイッチング素子３２ｕの順に電流が流れたことによる電流波形である。Ｕ相コイル部材５５ｕを電流が流れているため、Ｕ相コイル部材５５ｕでの逆起電力の影響によりＵ相電流の立ち上がりに時間を要している。Ｖ相において、ＴｖのタイミングでＶ相電流が流れ始めている。Ｖ相電流は、Ｕ相電流と同様の電流波形である。

Ｗ相において、ＴｗのタイミングでＷ相電流が流れ始めている。これは、ショート故障しているＷ相高圧側スイッチング素子２２ｗからパルス信号によりオンされているＷ相低圧側スイッチング素子３２ｗに電流が流れたことによる電流波形である。この場合のＷ相電流においては、コイル部材を経由せずに電流が流れているため、コイル部材での逆起電力の影響がない。言い換えると、電源４とグランドとが瞬間的に短絡している状態である。このため、Ｗ相電流は、パルス信号を出力したＴｗと略同時のタイミングで立ち上がりが完了している。Ｗ相電流は、コイル部材を経由して電流が流れるＵ相電流やＷ相電流に比べて、立ち上がり時間が短く、かつ、電流の大きさも大きい。パルス信号の出力に対応して各相の電流値を取得した後、ステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２１４では、電流値の立ち上がり時間が閾値以上であるか否かを判定する。高圧側スイッチ２２がショート故障している場合には、ショート故障しているスイッチング素子と同相の低圧側スイッチング素子をオンにした瞬間に短絡状態となる。このため、電流波形の立ち上がり時間は、極めて短くなる。一方、ショート故障しているスイッチング素子と異なる相の低圧側スイッチング素子をオンにした場合には、コイル部材を経由して電流が流れることになる。このため、電流波形の立ち上がり時間は、短絡状態に比べて長くなる。以上により、電流波形の立ち上がり時間からどの相の高圧側スイッチング素子がショート故障しているかを判断できる。すべての電流波形について、立ち上がり時間が閾値以上であればステップＳ２１５に進む。一方、立ち上がり時間が閾値未満の電流波形が１つでも含まれていればステップＳ２１７に進む。

ステップＳ２１５では、高圧側スイッチ２２は、ショート故障していないと判定する。高圧側スイッチ２２がショート故障していないと判定したことで、高圧側スイッチ２２に対するショート故障検知を終了する。

ステップＳ２１７では、高圧側スイッチ２２がショート故障していると判定する。より詳細には、立ち上がり時間が閾値未満の電流波形が取得された相と同相の高圧側スイッチング素子がショート故障していると判定する。また、立ち上がり時間が閾値以上の電流波形が取得された相と同相の高圧側スイッチング素子は、ショート故障していないと判定する。高圧側スイッチ２２のショート故障を判定したことで、高圧側スイッチ２２に対するショート故障検知を終了する。

上述した実施形態によると、リレー１２をオンした状態でのショート故障検知において、判定部９３は、電流値の立ち上がり時間が閾値以上の相と同相の高圧側スイッチング素子はショート故障していないと判定する。一方、電流値の立ち上がり時間が閾値未満の相と同相の高圧側スイッチング素子はショート故障していると判定する。このため、高圧側スイッチング素子毎に電流値の立ち上がり時間に基づいて適切にショート故障の有無を判定できる。

ショート故障検知のステップＳ２１２を行う際に、通常駆動モードでのＴ０からＴ６までの制御に相当する制御を実行してもよい。この場合、Ｔ０とＴ１とＴ３との３つのタイミングで各相の電流が立ち上がることになるので、この電流の立ち上がりのタイミングで各相の電流値を取得する。取得された電流波形の立ち上がり時間から、高圧側スイッチ２２がショート故障しているか否かを判定できる。これによると、ショート故障検知と三相交流モータ５０の回転子と固定子との相対的な位置関係を掴む処理とを同時に実行することができる。この場合、通常駆動モードでは、三相交流モータ５０の回転子と固定子との相対的な位置関係を掴む処理を省略して、速やかに三相交流モータ５０の回転駆動を開始することができる。

他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

本開示に記載の制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つないしは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置およびその手法は、専用ハードウェア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置およびその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと１つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された１つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１シフトバイワイヤシステム、４電源、５モータシステム、１１中性点配線、１２リレー、２１高圧側配線、２１ｕＵ相高圧側配線部材（高圧側配線部材）、２１ｖＶ相高圧側配線部材（高圧側配線部材）、２１ｗＷ相高圧側配線部材（高圧側配線部材）、２２高圧側スイッチ、２２ｕＵ相高圧側スイッチング素子（高圧側スイッチング素子）、２２ｖＶ相高圧側スイッチング素子（高圧側スイッチング素子）、２２ｗＷ相高圧側スイッチング素子（高圧側スイッチング素子）、３１低圧側配線、３１ｕＵ相低圧側配線部材（低圧側配線部材）、３１ｖＶ相低圧側配線部材（低圧側配線部材）、３１ｗＷ相低圧側配線部材（低圧側配線部材）、３２低圧側スイッチ、３２ｕＵ相低圧側スイッチング素子（低圧側スイッチング素子）、３２ｖＶ相低圧側スイッチング素子（低圧側スイッチング素子）、３２ｗＷ相低圧側スイッチング素子（低圧側スイッチング素子）、５０三相交流モータ、５１中性点、５５ｕＵ相コイル部材（コイル部材）、５５ｖＶ相コイル部材（コイル部材）、５５ｗＷ相コイル部材（コイル部材）、９０制御部、９１信号出力部、９２電流取得部、９３判定部

Claims

三相分のコイル部材（５５ｕ、５５ｖ、５５ｗ）がスター結線された三相交流モータ（５０）と、
電源（４）と前記三相交流モータの中性点（５１）とを接続している中性点配線（１１）と、
前記中性点配線に設けられているリレー（１２）と、
前記電源と前記三相交流モータの前記中性点とは反対側とを接続し、前記三相交流モータの各相に対応した複数の高圧側配線部材（２１ｕ、２１ｖ、２１ｗ）を有する高圧側配線（２１）と、
前記高圧側配線に設けられ、前記三相交流モータの各相に対応した複数の高圧側スイッチング素子（２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ）を有する高圧側スイッチ（２２）と、
前記三相交流モータの前記中性点とは反対側とグランドとを接続し、前記三相交流モータの各相に対応した複数の低圧側配線部材（３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ）を有する低圧側配線（３１）と、
前記低圧側配線に設けられ、前記三相交流モータの各相に対応した複数の低圧側スイッチング素子（３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ）を有する低圧側スイッチ（３２）と、
前記リレーと前記高圧側スイッチと前記低圧側スイッチとの制御を行う制御部（９０）とを備え、
前記制御部は、前記低圧側スイッチング素子をオンからオフに切り替えた際に、オンからオフに切り替えた前記低圧側スイッチング素子と同相の前記高圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替え、
前記制御部は、
前記リレーをオンする信号を出力した後、各相の前記低圧側スイッチング素子に対して順にオフからオンに切り替えるパルス信号を出力する信号出力部（９１）と、
各相の前記高圧側スイッチング素子がすべてオフの状態、かつ、各相の前記低圧側スイッチング素子のいずれかがオンの状態での各相の電流値を取得する電流取得部（９２）と、
前記電流取得部で取得した電流値からショート故障の有無を判定する判定部（９３）とを備え、
前記判定部は、電流値の立ち上がり時間が閾値未満の相と同相の前記高圧側スイッチング素子はショート故障していると判定するモータシステム。
前記制御部は、
故障していると判定された前記高圧側スイッチング素子の数が１つの場合には、故障していないと判定された２つの前記高圧側スイッチング素子を用いて前記三相交流モータをフェールセーフ駆動し、
故障していると判定された前記高圧側スイッチング素子の数が２つ以上の場合には、前記三相交流モータを強制的に停止させる請求項１に記載のモータシステム。
前記制御部は、前記高圧側スイッチが故障していると判定された場合に、前記高圧側スイッチが故障していることを報知する請求項１または請求項２に記載のモータシステム。
前記制御部は、前記三相交流モータを通常駆動する前に、前記高圧側スイッチの故障を検知する故障検知を実行する請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータシステム。
前記三相交流モータは、スイッチトリラクタンスモータである請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータシステム。