JP7441135B2 - 回転電機の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数相に対応する複数の巻線を有する回転電機に適用される、回転電機の駆動装置に関する。

回転電機の駆動装置において、駆動回路に流れる電流を検出する電流センサの故障を検出する技術が知られている。特許文献１には、駆動回路の各相をインバータと接続する相接続線に、駆動電流を検出する電流センサをそれぞれ２つずつ設置し、２つの電流センサから取得する同一の相接続線に流れる電流の検出値を互いに比較することにより、一方の電流センサの故障を診断する。

特開２００６－２５８７３８号公報

特許文献１では、各相接続線に流れる電流を検出するための第１の電流センサに加えて、第１電流センサの故障を診断するための第２の電流センサが設定される。例えば、回転電機が３相である場合には、駆動回路には６個の電流センサが設置される。駆動装置の小型化や低コスト化のためには、駆動回路に設置する電流センサの個数を低減することが好ましい。このため、３相を対称にＹ結線接続した駆動回路においては、所定の周波数成分である特定周波数成分において各相の電流波が互いに打ち消し合い、瞬時値のベクトル和が零となること（いわゆる三相和零）を利用して、３相のうちの１相について、電流センサの設置を省略する技術が知られている。

しかしながら、回転電機についてＨ駆動を実行する駆動回路においては、各相の電流波が互いに打ち消し合い、瞬時値のベクトル和が零となるような状態が得られないため、これを利用して電流センサの設置を省略することができない。

上記に鑑み、本発明は、Ｈ駆動を実行する駆動回路において、電流センサの故障診断と、電流センサの個数低減とを両立可能な技術を提供することを目的とする。

本発明は、複数相に対応する複数の巻線を有する回転電機に適用される、回転電機の駆動装置を提供する。この駆動装置は、直流電源に接続され、前記巻線の一端に相ごとに接続された上アームスイッチ及び下アームスイッチを備える第１インバータと、前記巻線の他端に相ごとに接続された上アームスイッチ及び下アームスイッチを備える第２インバータと、前記第１インバータと前記第２インバータとを前記相ごとに接続する複数の相接続線のそれぞれに１つずつ設けられた相電流センサと、前記第１インバータの直流高電位側と前記第２インバータの直流高電位側とを接続する高電位接続線と、前記第１インバータの直流低電位側と前記第２インバータの直流低電位側とを接続する低電位接続線と、を含み、前記回転電機のＨ駆動が可能な駆動回路と、前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの開閉を制御することにより前記第１インバータと前記第２インバータの作動を制御可能な制御部と、を備える。前記制御部は、前記回転電機のＨ駆動時に前記相電流センサが検出する相電流に基づいて算出した各相電流の総和である総和電流に基づいて、前記相電流センサの故障診断を実行する。

本発明者は、Ｈ駆動時に各相電流の総和である総和電流を演算した場合には、例えば「三相和零」のように、複数相を対称にＹ結線接続した際には各相電流が互いに打ち消される特定周波数成分においても、総和電流は零にはならないことに着目した。そして、各相電流の電流波形に異常が生じた場合には、総和電流の電流波形にも異常が生じるという知見を得て、これに基づいて、総和電流を監視することにより相電流センサの故障診断を実行することに想到した。

本発明に係る駆動装置では、第１インバータと第２インバータとを相ごとに接続する複数の相接続線のそれぞれに、１つずつ相電流センサが設けられている。制御部は、回転電機のＨ駆動時に相電流センサが検出する相電流に基づいて算出した各相電流の総和である総和電流に基づいて、相電流センサの故障診断を実行する。Ｈ駆動時には、特定周波数成分においても総和電流が零にならないため、総和電流を監視することにより、相電流センサの故障を診断できる。このため、相接続線を流れる相電流センサを相ごとに１つずつ設置するだけで、相電流センサのいずれかが故障した場合には、これを診断により判定できる。Ｈ駆動を実行する駆動回路において、相電流センサの故障診断のために追加する電流センサの個数を低減でき、電流センサの故障診断と、電流センサの個数低減とを両立できる。

第１実施形態に係る回転電機の駆動装置。 相電流センサが検出する相電流と、その３次成分の総和とを比較する図。 相電流センサが検出するＷ相電流と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３次成分の総和とを比較する図。 相電流センサが検出する相電流の波形が正常から異常に変化する前後を示す図。 図４に示す相電流の正常な波形についてそれぞれ周波数解析を行った図。 図４に示す相電流の正常な波形の総和を示す図。 図６に示す相電流の正常な波形の総和について周波数解析を行った図。 図４に示す相電流の異常な波形についてそれぞれ周波数解析を行った図。 図４に示す相電流の異常な波形の総和を示す図。 図９に示す相電流の異常な波形の総和について周波数解析を行った図。 第１実施形態に係る故障診断処理のフローチャート。 第２実施形態に係る回転電機の駆動装置。 第２実施形態に係る故障診断処理の概要を示す図。 第２実施形態に係る故障診断処理のフローチャート。

（第１実施形態）
図１に、回転電機の駆動制御を実行する駆動装置１０を示す。回転電機は、中性点が開放されたオープン巻線の３相回転電機であり、Ｕ相巻線Ｕと、Ｖ相巻線Ｖと、Ｗ相巻線Ｗとを備えている。駆動装置１０は、駆動回路１１と、制御部１２と、直流電源ＶＤＣとを備えている。駆動回路１１は、第１インバータＩＮＶ１と、第２インバータＩＮＶ２と、高電位接続線Ｌａと、低電位接続線Ｌｂと、接続線スイッチＳＣと、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷを備えている。

第１インバータＩＮＶ１は、３相インバータであり、直流電源ＶＤＣに接続されており、回転電機のＵ相巻線Ｕの一端に接続された上アームスイッチＳＵ１ａ及び下アームスイッチＳＵ１ｂと、Ｖ相巻線Ｖの一端に接続された上アームスイッチＳＶ１ａ及び下アームスイッチＳＶ１ｂと、Ｗ相巻線Ｗの一端に接続された上アームスイッチＳＷ１ａ及び下アームスイッチＳＷ１ｂとを備える。

第２インバータＩＮＶ２は、３相インバータであり、回転電機のＵ相巻線Ｕの他端に接続された上アームスイッチＳＵ２ａ及び下アームスイッチＳＵ２ｂと、Ｖ相巻線Ｖの他端に接続された上アームスイッチＳＶ２ａ及び下アームスイッチＳＶ２ｂと、Ｗ相巻線Ｗの他端に接続された上アームスイッチＳＷ２ａ及び下アームスイッチＳＷ２ｂとを備える。

高電位接続線Ｌａは、第１インバータＩＮＶ１の直流高電位側と第２インバータＩＮＶ２の直流高電位側とを接続する配線である。低電位接続線Ｌｂは、第１インバータＩＮＶ１の直流低電位側と前記第２インバータの直流低電位側とを接続する。

第１インバータＩＮＶ１において、各相の上アームスイッチＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａの高電位側端子は直流電源ＶＤＣの正極端子に接続され、各相の下アームスイッチＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂの低電位側端子は直流電源ＶＤＣの負極端子に接続されている。上アームスイッチＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａ及び下アームスイッチＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂは、それぞれ半導体スイッチング素子である。

第２インバータＩＮＶ２において、各相の上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａの高電位側端子は高電位接続線Ｌａに接続され、各相の下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂの低電位側端子は低電位接続線Ｌｂに接続されている。上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａ及び下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂは、それぞれ半導体スイッチング素子である。なお、半導体スイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、逆並列に接続された還流ダイオードを有するＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を例示できる。

第１インバータＩＮＶ１において、各相の上アームスイッチＳＵ１ａ，ＳＶ１ａ，ＳＷ１ａと下アームスイッチＳＵ１ｂ，ＳＶ１ｂ，ＳＷ１ｂとの間の中間点は、それぞれ、第１相接続線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１によって、巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの一端（第２インバータＩＮＶ２と接続されていない一端）と接続されている。第２インバータＩＮＶ２において、各相の上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａと下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂとの間の中間点は、それぞれ、第２相接続線ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２によって、巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの一端（第１インバータＩＮＶ１と接続されていない一端）と接続されている。第１相接続線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１には、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷとして、それぞれ１つずつの電流センサが設置されている。

接続線スイッチＳＣは、高電位接続線Ｌａに設けられており、高電位接続線Ｌａを導通または遮断することにより、第１インバータＩＮＶ１と第２インバータＩＮＶ２とを導通または遮断する。接続線スイッチＳＣが閉状態（オン状態）の場合には、駆動回路１１は、Ｈブリッジ回路として利用することができ、回転電機のＨ駆動が可能となる。

接続線スイッチＳＣが開状態（オフ状態）の場合には、駆動回路１１によって回転電機のＹ駆動が可能となる。例えば、第２インバータＩＮＶ２の全ての上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａを閉状態とするとともに全ての下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂを開状態とすることにより、回転電機のＹ駆動が可能となる。すなわち、回転電機のＵ相巻線Ｕと、Ｖ相巻線Ｖと、Ｗ相巻線ＷとをＹ結線で接続することができる。この場合、上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａは、Ｙ結線（星形結線）の中性点を構成する中性点構成スイッチに相当する。

制御部１２は、ＣＰＵや各種メモリからなるマイコンを備えており、回転電機における各種の検出情報や、力行駆動及び発電の要求に基づいて、第１インバータＩＮＶ１および第２インバータＩＮＶ２における各スイッチの開閉（オンオフ）により通電制御を実施する。回転電機の検出情報には、例えば、レゾルバ等の角度検出器により検出される回転子の回転角度（電気角情報）や、電圧センサにより検出される電源電圧（インバータ入力電圧）、電流センサにより検出される各相の通電電流が含まれる。

制御部１２は、さらに、接続線スイッチＳＣの開閉を制御する。制御部１２は、Ｈ駆動時には、接続線スイッチＳＣを閉状態に制御し、Ｙ駆動時には、接続線スイッチＳＣを開状態に制御する。制御部１２は、第１インバータＩＮＶ１および第２インバータＩＮＶ２の各スイッチおよび接続線スイッチＳＣを操作する操作信号を生成して出力する。

制御部１２は、回転電機をＨ駆動する際には、接続線スイッチＳＣを閉状態に制御して、例えば、交互ＰＷＭ駆動を実行することができる。交互ＰＷＭ駆動は、第１インバータＩＮＶ１と第２インバータＩＮＶ２とを交互に作動させる非対称スイッチング制御の一例である。

制御部１２は、回転電機をＹ駆動する際には、接続線スイッチＳＣを開状態に制御し、第２インバータＩＮＶ２の上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａを閉状態に制御し、第２インバータＩＮＶ２の下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂを開状態に制御することにより、回転電機のＵ相巻線Ｕと、Ｖ相巻線Ｖと、Ｗ相巻線Ｗとは、Ｙ結線された状態となる。より具体的には、巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの第２インバータＩＮＶ２側の巻線端子が、それぞれ上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａを介して接続されることにより、Ｙ結線が実現される。第２インバータＩＮＶ２を利用してＹ結線を構成するとともに、第１インバータＩＮＶ１についてＰＷＭ制御等を実行することにより、回転電機をＹ駆動させることができる。上アームスイッチＳＵ２ａ，ＳＶ２ａ，ＳＷ２ａは、Ｙ結線の中性点を構成する中性点構成スイッチに相当する。下アームスイッチＳＵ２ｂ，ＳＶ２ｂ，ＳＷ２ｂは、中性点を構成しないため、非中性点構成スイッチに相当する。

回転電機のＵ，Ｖ，Ｗ相は、Ｙ駆動時には対称に結線された状態となり、所定の周波数成分において電流波形が互いに打ち消されて、瞬時ベクトル和が零の状態となる。すなわち、回転電機のＹ駆動時には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相について三相和が零の状態を利用することができる。この三相和が零の状態となる所定の周波数成分を、本明細書では、特定周波数成分と称する。

下記式（１）は、相電流の電流波形についてフーリエ級数展開を行って得られる周波数関数ｆ（ｘ）を示す式である。Ｙ駆動時には、３，９，１５次成分においてＵ，Ｖ，Ｗ相が互いに同位相となるため、三相和が零の状態となることが知られている。すなわち、３相の回転電機においては、３，９，１５次成分において三相和が零となり、３，９，１５次成分を特定周波数成分として用いることができる。

上記のとおり、Ｙ駆動時には、特定周波数成分においてＵ，Ｖ，Ｗ相の各相電流が互いに打ち消される場合であっても、Ｈ駆動時には、同じ特定周波数成分においてもＵ，Ｖ，Ｗ相の各相電流が互いに打ち消されない。このため、回転電機のＨ駆動時には、各相電流の総和である総和電流を演算した場合には、総和電流は零にはならない。

図２（ａ）は、回転電機のＨ駆動時に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷが検出するＵ，Ｖ，Ｗ相の相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷをそれぞれ示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの３次成分の総和電流ＩＳを示している。図２に示すように、回転電機のＨ駆動時に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷが検出するＵ，Ｖ，Ｗ相の相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷは同位相にならないため打ち消し合うことがない。その結果、図２（ｂ）に示すように、３次成分の総和電流ＩＳは零にはならず、正常時には正弦波形となる。なお、制御部１２は、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷから、図２（ａ）に示すような相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを取得し、３次成分の総和を演算することにより、図２（ｂ）に示すような総和電流ＩＳを得ることができる。また、図２（ａ），（ｂ）は、同じ時間軸により同時期の電流波形を比較表示したものである。

上記の知見に基づき、制御部１２は、回転電機のＨ駆動時には、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷが検出する各相の相電流に基づいて、特定周波数成分において電流波の総和である総和電流ＩＳを算出し、この総和電流ＩＳを監視する。

図３（ａ）（ｂ）は、相電流ＩＷと、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの３次成分の総和電流ＩＳとを同じ時間軸により比較表示したものである。なお、図３（ａ）は、相電流センサＤＷの出力電圧についても図示している。図３（ａ）に示すように、相電流センサＤＷが故障して出力電圧が０からＶｅｒｒにステップ状に変化すると、相電流センサＤＷが検出する相電流ＩＷの電流波形が正常な正弦波形から異常な波形へと変化する。相電流ＩＷの電流波形が異常に変化した時点で、図３（ｂ）に示すように、３次成分の総和電流ＩＳもまた、正常な正弦波形から異常な波形へと変化する。相電流ＩＵ，ＩＶについても、同様に、その電流波形が正常な正弦波形から異常な波形へと変化した時点で、３次成分の総和電流が正弦波形から異常な波形へと変化する。

制御部１２は、図３（ｂ）に示すような総和電流ＩＳが正常な正弦波形から異常な波形へと変化することを監視することにより、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障を診断することができる。図３（ｂ）に示すように、異常な波形においては、電流の振幅が大きくなる。このため、制御部１２は、例えば、総和電流ＩＳが、所定の電流閾値を超えた時間の累計が所定の時間閾値を超えた場合に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちの少なくともいずれかが故障したと判定するように構成することができる。

制御部１２は、総和電流ＩＳの所定の次数成分を監視することにより、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障を診断するように構成されていてもよい。この故障診断について、図４～１０を用いて、より具体的に説明する。なお、図４，６，９において、縦軸は電流を示し、横軸は時間を示している。また、図５，７，８，１０において、縦軸は電流を示し、横軸は周波数を示し、波形のピーク近傍に付された１，２，３の数字は、それぞれ１次成分、２次成分、３次成分を示している。

図４は、図１に示すＵ，Ｖ，Ｗ相を有するオープン巻線の３相回転電機をＨ駆動し、交互ＰＷＭ駆動を実行した際に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷが検出した相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを示している。図４に示すように、時間ｔｃにおいて、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷが正常な正弦波から異常波形に変化している。

図５は、時間ｔｃ以前の正常状態において、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷについてそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により周波数解析を行った結果を示している。なお、図５においても、図４と同様に、実線、破線、一点鎖線は、それぞれ、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの周波数解析結果を示している。図５に示すように、正常状態においては、１次成分が最も大きく、その次に３次成分が大きい。

図６は、時間ｔｃ以前の正常状態において、図４に示す相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷから得られた総和電流ＩＳを示している。図７は、図６に示す総和電流ＩＳについて高速フーリエ変換により周波数解析を行った結果を示している。図７に示すように、正常状態の総和電流ＩＳにおいては、３次成分が最も大きい。

図８は、時間ｔｃ以後の異常状態において、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷについてそれぞれ高速フーリエ変換により周波数解析を行った結果を示している。なお、図８においても、図４と同様に、実線、破線、一点鎖線は、それぞれ、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの周波数解析結果を示している。図８に示すように、異常状態においては、正常状態においては現れなかった２次成分のピークが出現しており、３次成分のピークよりも大きくなっている。

図９は、時間ｔｃ以後の異常状態において、図４に示す相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷから得られた総和電流ＩＳを示している。図１０は、図９に示す総和電流ＩＳについて高速フーリエ変換により周波数解析を行った結果を示している。図１０に示すように、異常状態においては、正常状態においては現れなかった２次成分のピークが出現している。このように、総和電流ＩＳを周波数解析すると、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷに故障が生じた場合には、総和電流ＩＳにおいて次数が偶数である周波数成分のピーク（例えば、２次成分のピーク）が出現する傾向がある。このため、制御部１２は、例えば、総和電流を周波数解析し、次数が偶数である周波数成分のピークが所定以上となった場合に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちの少なくともいずれかが故障したと判定するように構成することができる。

図１１に、制御部１２が実行する故障診断処理のフローチャートの一例を示す。図１１に示す処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷから、電流の検出値である相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを取得する。その後、ステップＳ１０２に進み、ステップＳ１０１において取得した相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷに基づいて、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの総和である総和電流ＩＳを算出する。その後、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で算出した総和電流ＩＳが、所定の電流閾値Ｘ１を超えた状態である累計時間Ｔ１が所定の時間閾値Ｙ１を超えたか否かを判定する。例えば、ＩＳ＞Ｘ１かつＴ１＞Ｙ１である場合には、ステップＳ１０３において肯定判定され、ステップＳ１０４に進み、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちの少なくともいずれかが故障したと診断する。一方、ＩＳ≦Ｘ１またはＴ１≦Ｙ１である場合には、ステップＳ１０３において否定判定され、ステップＳ１０５に進み、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷについて故障なしと診断する。ステップＳ１０４，Ｓ１０５の後、処理を終了する。

上記のとおり、第１実施形態によれば、第１インバータＩＮＶ１と第２インバータＩＮＶ２とを相ごとに接続する複数の第１相接続線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１のそれぞれに、１つずつ相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷが設けられている。制御部１２は、ステップＳ１０１，Ｓ１０２に示すように、回転電機のＨ駆動時に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷによる検出値である相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを取得し、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの総和である総和電流ＩＳを算出する。そして、制御部１２は、ステップＳ１０３～Ｓ１０５に示すように、総和電流ＩＳが、電流閾値Ｘ１を超えた累計時間Ｔ１が時間閾値Ｙ１を超えた場合に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちの少なくともいずれかが故障したと判定する。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ごとに１つずつ相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷを設置するだけで、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのいずれかが故障した場合には、これを診断により判定できる。Ｈ駆動を実行する駆動回路において、相電流センサの故障診断のために追加する電流センサの個数を低減でき、電流センサの故障診断と、電流センサの個数低減とを両立できる。

（変形例）
制御部１２は、さらに、駆動回路１１において接続線スイッチＳＣを開状態に制御して回転電機をＹ駆動する際にも、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障診断を実行可能に構成されていてもよい。

例えば、回転電機のＹ駆動時には、３，９，１５次成分に例示される特定周波数成分において、三相和が零の状態となる。この知見に基づいて、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちの１つを代替監視センサとして選定する。そして、代替監視センサ以外の他の相電流センサの相電流を取得して、特定周波数成分において２つの相電流センサの検出値の和を算出し、三相和が零となることに基づいて、代替監視センサとして選定した相電流を算出する。そして、代替監視センサの算出値と、代替監視センサが実測する検出値とを比較することにより、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障診断を行う。

具体的には、制御部１２は、回転電機のＹ駆動時に、相電流センサＤＷを代替監視センサとして選定する。そして、相電流センサＤＵ，ＤＶの検出値である相電流ＩＵ，ＩＶを取得する。特定周波数成分においては、三相和が零となるため、相電流ＩＵと相電流ＩＶから、Ｗ相の相電流の算出値ＩＷｃを算出できる。より具体的には、下記式（２）より、算出値ＩＷｃを算出できる。

ＩＷｃ＋ＩＵ＋ＩＶ＝０ ・・（２）

制御部１２は、算出値ＩＷｃと、代替監視センサとしての相電流センサＤＷが検出する相電流の検出値ＩＷｄとを比較する。そして、算出値ＩＷｃと検出値ＩＷｄとが略一致する場合に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷについて故障なしと診断し、算出値ＩＷｃと検出値ＩＷｄとが乖離する場合に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷについて故障ありと診断する。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る駆動装置１０は、図１２に示すように、３つの第１相接続線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１に流れる全電流を一括して検出可能な１つの電流センサを監視センサＤＴとしてさらに備えている。制御部１２は、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷが検出する相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷと、監視センサＤＴが検出する全電流ＩＴをと取得し、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷと、全電流ＩＴとに基づいて、駆動回路１１の故障診断を実行する。その他の図１２に示す駆動装置１０の各構成は、図１に示す駆動装置１０と同様であるため、説明を省略する。

図１３に示すように、制御部１２は、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの総和電流ＩＳ（三相和演算値）を算出し、その電流波形を、監視センサＤＴの検出値である全電流ＩＴの電流波形と比較する。制御部１２は、総和電流ＩＳと全電流ＩＴとの双方が、異常波形である（正常な正弦波形ではない）場合には、素子故障（例えば、各インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を構成するスイッチング素子の故障）などの故障モードに該当し、駆動回路１１において、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷおよび監視センサＤＴではなく、他の部位の故障であると判断する。

また、制御部１２は、総和電流ＩＳが異常波形であり、かつ、全電流ＩＴが正常波形である場合には、相電流センサ故障の故障モードに該当し、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの少なくともいずれかが故障したと判断する。

また、制御部１２は、総和電流ＩＳが正常波形であり、かつ、全電流ＩＴが異常波形である場合には、監視センサ故障の故障モードに該当し、監視センサＤＴが故障したと判断する。

また、制御部１２は、図１３のいずれの故障モードにも該当しない場合、すなわち、総和電流ＩＳと全電流ＩＴとの双方が正常な正弦波形である場合には、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷおよび監視センサＤＴの全てが正常であると判断する。

図１４に、制御部１２が実行する故障診断処理のフローチャートを示す。図１１に示す処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１では、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷから、電流の検出値である相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを取得するとともに、監視センサＤＴから、電流の検出値である全電流ＩＴを取得する。その後、ステップＳ２０２に進み、ステップＳ２０１において取得した相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷに基づいて、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの総和である総和電流ＩＳを算出する。その後、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で算出した総和電流ＩＳが、所定の電流閾値Ｘ１を超えた状態である累計時間Ｔ１が所定の時間閾値Ｙ１を超えたか否かを判定する。例えば、ＩＳ＞Ｘ１かつＴ１＞Ｙ１である場合には、ステップＳ２０３において肯定判定され、ステップＳ２０４に進む。一方、ＩＳ≦Ｘ１またはＴ１≦Ｙ１である場合には、ステップＳ２０３において否定判定され、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０１で算出した全電流ＩＴが、所定の電流閾値Ｘ２を超えた状態である累計時間Ｔ２が所定の時間閾値Ｙ２を超えたか否かを判定する。例えば、ＩＴ＞Ｘ２かつＴ２＞Ｙ２である場合には、ステップＳ２０４において肯定判定され、ステップＳ２０５に進み、素子故障あり（素子故障モードである）と診断し、処理を終了する。一方、ＩＴ≦Ｘ２またはＴ２≦Ｙ２である場合には、ステップＳ２０４において否定判定され、ステップＳ２０６に進み、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷについて故障あり（相電流センサ故障モードである）と診断し、処理を終了する。

ステップＳ２０７では、ステップＳ２０４と同様に、全電流ＩＴが、所定の電流閾値Ｘ２を超えた状態である累計時間Ｔ２が所定の時間閾値Ｙ２を超えたか否かを判定する。ＩＴ＞Ｘ２かつＴ２＞Ｙ２である場合には、ステップＳ２０７において肯定判定され、ステップＳ２０８に進み、監視センサＤＴについて故障あり（監視センサ故障モードである）と診断し、処理を終了する。一方、ＩＴ≦Ｘ２またはＴ２≦Ｙ２である場合には、ステップＳ２０７において否定判定され、ステップＳ２０９に進み、故障なしと診断し、処理を終了する。

上記のとおり、第２実施形態によれば、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷに加えて、３つの第１相接続線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１に流れる全電流を一括して検出可能な監視センサＤＴをさらに備えている。

制御部１２は、ステップＳ２０１に示すように、回転電機のＨ駆動時に、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷに加えて、監視センサＤＴの検出値である全電流ＩＴを取得する。そして、ステップＳ２０３～Ｓ２０９に示すように、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの総和である総和電流ＩＳと、全電流ＩＴとに基づいて、故障診断を実行する。このため、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ごとに１つずつの相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷと、１つの監視センサＤＴとを設置するだけで、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのいずれかが故障した場合には、これを診断により判定できる。さらには、監視センサＤＴの故障診断も併せて実行できる。Ｈ駆動を実行する駆動回路において、相電流センサの故障診断のために追加する電流センサの個数を低減でき、電流センサの故障診断と、電流センサの個数低減とを両立できる。

（変形例）
図１２に示す駆動装置１０においては、制御部１２は、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの少なくともいずれかが故障したと判断した場合に、さらに、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちいずれが故障したかを特定するように構成されていてもよい。制御部１２は、例えば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相接続線について１相のみを通電した状態で、総和電流ＩＳの電流波形と、全電流ＩＴの電流波形とを比較することにより、故障した相電流センサを特定することができる。Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうち１相のみを通電すると、相電流センサが正常である相については、総和電流ＩＳと全電流ＩＴとが略一致する。Ｕ，Ｖ，Ｗ相について、１相ずつ順番に通電し、総和電流ＩＳの電流波形と全電流ＩＴの電流波形とが乖離した相を特定する処理を実行することにより、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちいずれが故障したかを特定することができる。駆動装置１０が、車両に搭載される回転電機の駆動装置である場合においては、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちいずれが故障したかを特定することにより、故障時の退避走行が可能となる。

なお、上記の各実施形態では、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷと、監視センサＤＴとは、第１相接続線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１に設置されていたが、第２相接続線ＬＵ２，ＬＶ２，ＬＷ２に接続されていてもよい。また、接続線スイッチＳＣは、低電位接続線Ｌｂにのみ備えられていてもよく、高電位接続線Ｌａと低電位接続線Ｌｂの双方に備えられていてもよい。

また、制御部１２は、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷ等の故障診断について、故障診断を常時実行する常時故障診断モードと、故障診断を所定の診断条件時にのみ実行する非常時故障診断モードとを、回転電機の駆動状態に基づいて切り替えるように構成されていてもよい。例えば、駆動装置１０が、車両に搭載される回転電機の駆動装置である場合においては、車速が高速である場合に常時故障診断モードを実行し、低速である場合に非常時故障診断モードを実行するように切り替えてもよい。より具体的には、車速が所定の速度閾値以上である場合に常時故障診断モードを実行し、車速が所定の速度閾値未満である場合に非常時故障診断モードを実行するように切り替えてもよい。

上記の各実施形態によれば、下記の効果を得ることができる。

回転電機の駆動装置１０は、複数相に対応する複数の巻線を有する回転電機に適用される。駆動装置１０は、駆動回路１１と、制御部１２とを備えている。駆動回路１１は、直流電源ＶＤＣに接続された第１インバータＩＮＶ１と、第２インバータＩＮＶ２と、第１インバータＩＮＶ１と第２インバータＩＮＶ２とを相ごとに接続する複数の第１相接続線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１のそれぞれに１つずつ設けられた相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷと、高電位接続線Ｌａと、低電位接続線Ｌｂと、を含み、回転電機のＨ駆動を実行可能に構成されている。制御部１２は、その上アームスイッチ及び下アームスイッチの開閉を制御することにより第１インバータＩＮＶ１と第２インバータＩＮＶ２の作動を制御可能に構成されている。

制御部１２は、さらに、回転電機のＨ駆動時に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷが検出する相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷに基づいて各相電流の総和である総和電流ＩＳを算出する。そして、総和電流ＩＳに基づいて、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障診断を実行する。Ｈ駆動時には、特定周波数成分においても総和電流ＩＳが零にならないため、総和電流ＩＳを監視することにより、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障を診断できる。駆動装置１０によれば、第１相接続線ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１を流れる相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷを相ごとに１つずつ設置するだけで、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのいずれかが故障した場合には、これを診断により判定できる。Ｈ駆動を実行する駆動回路１１において、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障診断のために追加する電流センサの個数を低減でき、電流センサの故障診断と、電流センサの個数低減とを両立できる。

例えば、制御部１２は、総和電流ＩＳが、所定の電流閾値Ｘ１を超えた時間の累計（Ｔ１）が所定の時間閾値Ｙ１を超えた場合に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちの少なくともいずれかが故障したと判定するように構成されていてもよい。

また、制御部１２は、総和電流ＩＳを周波数解析し、次数が偶数である周波数成分のピークが所定以上となった場合に、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちの少なくともいずれかが故障したと判定するように構成されていてもよい。

駆動回路１１は、複数の相接続線に流れる全電流を一括して検出可能な１つの電流センサを監視センサＤＴとしてさらに備えていてもよい。この場合、制御部１２は、相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの電流波形と、監視センサＤＴが検出する全電流ＩＴの電流波形とに基づいて、相電流センサの故障診断を実行するように構成されていてもよい。具体的には、制御部１２は、総和電流ＩＳと全電流ＩＴとの双方が正常な正弦波形である場合には、正常と判断してもよい。また、総和電流ＩＳと全電流ＩＴとの双方が正常な正弦波形ではない場合には、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷおよび監視センサＤＴ以外の他の駆動回路１１の部位が故障したと判断してもよい。また、総和電流ＩＳが正常な正弦波形ではなく、かつ、全電流ＩＴが正常な正弦波形である場合には、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの少なくともいずれかが故障したと判断してもよい。また、総和電流ＩＳが正常な正弦波形であり、かつ、全電流ＩＴが正常な正弦波形ではない場合には、監視センサＤＴが故障したと判断してもよい。

駆動回路１１が監視センサＤＴを備える場合、制御部１２は、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの少なくともいずれかが故障したと判断した場合に、さらに、各相接続線について１相のみを通電した状態で、総和電流ＩＳの電流波形と、全電流ＩＴの電流波形とを比較することにより、故障した相電流センサを特定するように構成されていてもよい。駆動装置１０が、車両に搭載される回転電機の駆動装置である場合においては、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちいずれが故障したかを特定することにより、故障時の退避走行が可能となる。

制御部１２は、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障診断を常時実行する常時故障診断モードと、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障診断を所定の診断条件時にのみ実行する非常時故障診断モードとを、回転電機の駆動状態に基づいて切り替え可能に構成されていてもよい。

また、駆動回路１１は、第１インバータＩＮＶ１と第２インバータＩＮＶ２とを導通または遮断する接続線スイッチＳＣをさらに備え、回転電機のＨ駆動とＹ駆動とを切り替え可能に構成されている。この場合、制御部１２は、回転電機のＹ駆動時には、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷのうちの１つを代替監視センサとして選定し、代替監視センサ以外の他の相電流センサの相電流の総和と、代替監視センサが検出する電流とに基づいて、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障診断を実行するように構成されていてもよい。駆動装置１０によれば、回転電機のＨ駆動時とＹ駆動時のいずれの場合においても、３つの相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷを用いて、その故障診断を実行することができる。Ｈ駆動時とＹ駆動時のいずれの場合においても、相電流センサＤＵ，ＤＶ，ＤＷの故障診断のために追加する電流センサの個数を低減でき、電流センサの故障診断と、電流センサの個数低減とを両立できる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至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及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至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及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一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。

１０…駆動装置、１１…駆動回路、１２…制御部

Claims (13)

1. 複数相に対応する複数の巻線を有する回転電機に適用される、回転電機の駆動装置（１０）であって、
   直流電源に接続され、前記巻線の一端に相ごとに接続された上アームスイッチ及び下アームスイッチを備える第１インバータ（ＩＮＶ１）と、
   前記巻線の他端に相ごとに接続された上アームスイッチ及び下アームスイッチを備える第２インバータ（ＩＮＶ２）と、
   前記第１インバータと前記第２インバータとを前記相ごとに接続する複数の相接続線（ＬＵ１，ＬＶ１，ＬＷ１）のそれぞれに１つずつ設けられた相電流センサ（ＤＵ，ＤＶ，ＤＷ）と、
   前記第１インバータの直流高電位側と前記第２インバータの直流高電位側とを接続する高電位接続線（Ｌａ）と、
   前記第１インバータの直流低電位側と前記第２インバータの直流低電位側とを接続する低電位接続線（Ｌｂ）と、
   を含み、前記回転電機のＨ駆動が可能な駆動回路（１１）と、
   前記上アームスイッチ及び前記下アームスイッチの開閉を制御することにより前記第１インバータと前記第２インバータの作動を制御可能な制御部（１２）と、を備え、
   前記制御部は、前記回転電機のＨ駆動時に前記相電流センサが検出する相電流に基づいて算出した各相電流の総和である総和電流に基づいて、前記相電流センサの故障診断を実行する回転電機の駆動装置。
2. 前記回転電機のＨ駆動時に前記相電流センサが検出する相電流に基づいて算出した各相電流の総和である零ではない総和電流に基づいて、前記相電流センサの故障診断を実行する請求項１に記載の回転電機の駆動装置。
3. 前記制御部は、前記総和電流が、所定の電流閾値を超えた時間の累計が所定の時間閾値を超えた場合に、前記相電流センサのうちの少なくともいずれかが故障したと判定する請求項１または２に回転電機の駆動装置。
4. 前記制御部は、前記総和電流を周波数解析し、次数が偶数である周波数成分のピークが所定以上となった場合に、前記相電流センサのうちの少なくともいずれかが故障したと判定する請求項１～３のいずれかに回転電機の駆動装置。
5. 前記回転電機は、中性点が開放されたオープン巻線の３相回転電機であり、前記第１インバータおよび前記第２インバータは、３相インバータである請求項１～４のいずれかに記載の回転電機の駆動装置。
6. 前記駆動回路は、前記複数の相接続線に流れる全電流を一括して検出可能な１つの電流センサを監視センサとしてさらに備え、
   前記制御部は、前記相電流の電流波形と、前記監視センサが検出する全電流の電流波形とに基づいて、前記相電流センサの故障診断を実行する請求項１～５のいずれかに記載の回転電機の駆動装置。
7. 前記制御部は、
   前記総和電流と前記全電流との双方が正常な正弦波形である場合には、正常と判断し、
   前記総和電流と前記全電流との双方が正常な正弦波形ではない場合には、前記相電流センサおよび前記監視センサ以外の他の前記駆動回路の部位が故障したと判断する請求項６に記載の回転電機の駆動装置。
8. 前記総和電流が正常な正弦波形ではなく、かつ、前記全電流が正常な正弦波形である場合には、前記相電流センサの少なくともいずれかが故障したと判断する請求項６または７に記載の回転電機の駆動装置。
9. 前記総和電流が正常な正弦波形であり、かつ、前記全電流が正常な正弦波形ではない場合には、前記監視センサが故障したと判断する請求項６～８のいずれかに記載の回転電機の駆動装置。
10. 前記制御部は、前記相電流センサの少なくともいずれかが故障したと判断した場合に、さらに、各相接続線について１相のみを通電した状態で、前記総和電流の電流波形と、全電流の電流波形とを比較することにより、故障した前記相電流センサを特定する請求項６～９のいずれかに記載の回転電機の駆動装置。
11. 前記制御部は、前記相電流センサの故障診断を常時実行する常時故障診断モードと、前記相電流センサの故障診断を所定の診断条件時にのみ実行する非常時故障診断モードとを、前記回転電機の駆動状態に基づいて切り替える請求項６～１０のいずれかに記載の回転電機の駆動装置。
12. 前記回転電機は、車両に搭載され、
    前記制御部は、前記相電流センサの故障診断を常時実行する常時故障診断モードと、前記相電流センサの故障診断を所定の診断条件時にのみ実行する非常時故障診断モードとを、前記車両の車速に基づいて切り替える請求項６～１０のいずれかに記載の回転電機の駆動装置。
13. 前記駆動回路は、前記高電位接続線および前記低電位接続線の少なくとも一方に備えられた、前記第１インバータと前記第２インバータとを導通または遮断する接続線スイッチ（ＳＣ）をさらに備え、前記回転電機のＨ駆動とＹ駆動とを切り替え可能であり、
    前記制御部は、
    前記回転電機のＹ駆動時には、前記複数の相電流センサのうちの１つを代替監視センサとして選定し、
    前記代替監視センサ以外の他の前記相電流センサの相電流の総和と、前記代替監視センサが検出する電流とに基づいて、前記駆動回路の故障診断を実行する請求項１～１２のいずれかに記載の回転電機の駆動装置。

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