WO2019058671A1 - 故障診断方法、モータ制御方法、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

故障診断方法、モータ制御方法、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

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phase
failure
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motor
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アハマッド ガデリー
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日本電産株式会社
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    • 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

Definitions

  • n is an integer of 3 or more
  • the control circuit 300 can achieve closed loop control by controlling the target position, rotational speed, current, and the like of the rotor of the motor 200.
  • Control circuit 300 may include a torque sensor instead of angle sensor 320. In this case, the control circuit 300 can control the target motor torque.
  • the power supply circuit 310 generates power supply voltages (for example, 3 V, 5 V) necessary for each block in the circuit based on, for example, a voltage of 12 V of the power supply 101.
  • the drive circuit 350 is typically a predriver (sometimes referred to as a "gate driver").
  • the drive circuit 350 generates a control signal (gate control signal) for controlling the switching operation of each switching element in the first and second inverters 120 and 130 of the inverter unit 100 according to the PWM signal, and controls the gate of each switching element give.
  • gate control signal gate control signal
  • the pre-driver may not be required. In that case, the function of the pre-driver may be implemented in the controller 340.
  • the fuses ISW_ 11 and ISW_ 12 are connected between the power supply 101 and the first inverter 120.
  • the fuses ISW_11 and ISW_12 can interrupt a large current that can flow from the power supply 101 to the first inverter 120.
  • the fuses ISW 21 and ISW 22 are connected between the power supply 101 and the second inverter 130.
  • the fuses ISW_ 21 and ISW_ 22 can interrupt a large current that can flow from the power supply 101 to the second inverter 130.
  • a relay or the like may be used instead of the fuse.
  • the first shunt resistor S_A1 is used to detect an A-phase current IA1 flowing through the A-phase winding M1, and is connected, for example, between the low side switching element SW_A1L and the GND line GL.
  • the first shunt resistor S_B1 is used to detect the B-phase current IB1 flowing through the B-phase winding M2, and is connected, for example, between the low side switching element SW_B1L and the GND line GL.
  • the first shunt resistor S_C1 is used to detect the C-phase current IC1 flowing through the C-phase winding M3, and is connected, for example, between the low side switching element SW_C1L and the GND line GL.
  • the three shunt resistors S_A1, S_B1, and S_C1 are commonly connected to the GND line GL of the first inverter 120.
  • the A phase leg of the first inverter 120 (specifically, the node between the high side switching element SW_A1H and the low side switching element SW_A1L) is connected to one end A1 of the A phase winding M1 of the motor 200, and the second inverter The 130 A-phase leg is connected to the other end A2 of the A-phase winding M1.
  • the B-phase leg of the first inverter 120 is connected to one end B1 of the B-phase winding M2 of the motor 200, and the B-phase leg of the second inverter 130 is connected to the other end B2 of the winding M2.
  • the C-phase leg of the first inverter 120 is connected to one end C1 of the C-phase winding M3 of the motor 200, and the C-phase leg of the second inverter 130 is connected to the other end C2 of the winding M3.
  • part of the current flowing from the switching element SW_A1H to the winding M1 may flow to the switching element SW_A2H. That is, the current flowing from the switching element SW_A1H to the winding M1 may branch to the switching element SW_A2L and the switching element SW_A2H and flow. Similarly, part of the current flowing from the switching element SW_A2H to the winding M1 may flow to the switching element SW_A1H.
  • a part of the current flowing from the switching element SW_C1H to the winding M3 may flow to the switching element SW_C2H. Further, part of the current flowing from the switching element SW_C2H to the winding M3 may flow to the switching element SW_C1H.
  • the failure is roughly classified into “open failure” and “short failure".
  • Open fault refers to a fault in which the source-drain of the FET is open (in other words, the source-drain resistance is always in a high impedance state).
  • Short circuit failure refers to a failure in which the source-drain of the FET is constantly shorted. In the failure diagnosis of the present embodiment, an open failure of the switching element is detected.
  • each block in the functional block diagram is shown not in hardware but in functional block.
  • the software used for motor control and failure diagnosis may be, for example, a module that configures a computer program for executing specific processing corresponding to each functional block.
  • Such computer programs are stored, for example, in the ROM 360.
  • the controller 340 can read an instruction from the ROM 360 and sequentially execute each process.
  • the controller 340 receives the current value detected by the current sensor 150 via the input circuit 330 (FIG. 1).
  • the current sensor 150 detects the current flowing in each phase using the above-described shunt resistor, so that the current flowing in each of the plurality of switching elements provided in the first and second inverters 120 and 130 can be grasped.
  • the voltage detection circuit 380 (FIG. 1) detects the voltage applied to each of the plurality of switching elements included in the first and second inverters 120 and 130, for example, and outputs the voltage to the controller 340.
  • the controller 340 includes, for example, a fault diagnosis unit 800 and a motor control unit 900.
  • the failure diagnosis unit 800 diagnoses the presence or absence of a failure using current and / or voltage information on each of the plurality of switching elements.
  • the failure diagnosis unit 800 outputs a signal indicating the diagnosis result of the presence or absence of a failure to the motor control unit 900.
  • the motor control unit 900 switches control of the first and second inverters 120 and 130 according to the diagnosis result. Specifically, the motor control unit 900 can determine the on / off operation of the switching elements of the first and second inverters 120 and 130 based on the diagnosis result. The motor control unit 900 can further determine the on / off operation of the fuses ISW_11, ISW_12, ISW_21 and ISW_22 based on the diagnosis result.
  • each functional block may be referred to as a unit for convenience of explanation. Naturally, this notation is not used with the intention of limiting interpretation of each functional block to hardware or software.
  • the failure diagnosis unit 800 includes 12 switching elements SW_A1H, SW_A1L, SW_B1H, SW_B1L, SW_C1H, SW_C1L, SW_A2H, SW_A2L, SW_A2L, SW_B2H, SW_B2L, SW_C2H, and 12 of the first and second inverters 120 and 130. , Execute the fault diagnosis of the present embodiment.
  • the switching element SW_A1H when the switching element SW_A1H is not broken, that is, normal, a current of 10 mA or more flows in the switching element SW_A1H to which the gate control signal is supplied.
  • the switching element SW_A1H has an open failure, the current flowing through the switching element SW_A1H to which the gate control signal is supplied is less than 10 mA.
  • step S102 If it is determined in step S102 that the detected current is less than 10 mA, the process proceeds to step S103.
  • step S103 when the switching element SW_A1H is controlled to be in the on state, the failure diagnosis unit 800_I detects the time when the current flowing through the switching element SW_A1H is less than 10 mA.
  • the failure diagnosis unit 800_I determines whether the detected time is equal to or longer than a predetermined time (step S104).
  • the predetermined time is, for example, 50 ⁇ s. Note that 50 ⁇ s is an example, and the embodiment of the present disclosure is not limited thereto.
  • the predetermined time may be set in accordance with the structure and rotational speed of motor 200.
  • the failure diagnosis unit 800_I determines that the switching element SW_A1H is normal (step S108).
  • the failure diagnosis unit 800_I outputs a signal indicating that the switching element SW_A1H is normal to the motor control unit 900, and returns to the process of step S101.
  • the failure diagnosis unit 800_I determines that the switching element SW_A1H is normal (step S108).
  • the failure diagnosis unit 800_I outputs a signal indicating that the switching element SW_A1H is normal to the motor control unit 900, and returns to the process of step S101.
  • the control mode at the time of abnormality is, for example, a control mode in which the neutral point of the winding is formed in the failed inverter, and the motor 200 is driven by the non-failed inverter.
  • the motor control unit 900 performs control to turn off the fuses ISW_11 and ISW_12. Accordingly, the first inverter 120 including the failed switching element SW_A1H is separated from the power supply and the GND. Then, for example, the switching elements SW_A1H, SW_B1H, and SW_C1H are turned off, and the switching elements SW_A1L, SW_B1L, and SW_C1L are turned on, whereby the first inverter 120 is configured with a neutral point. By using this neutral point, the motor 200 can be driven by the second inverter 130 which has not failed.
  • the control mode at the time of abnormality may be shutdown.
  • the shutdown is control for stopping the operation of the motor 200.
  • the fault diagnosis unit 800 _I executes the same fault diagnosis as the fault diagnosis for the switching element SW_A1H with respect to switching elements other than the switching elements SW_A1H in the plurality of switching elements included in the first and second inverters 120 and 130. .
  • failure diagnosis of the present embodiment when a failure occurs in a switching element, it is possible to identify which of the plurality of switching elements has failed. By identifying the failed switching element, appropriate control can be performed according to the failure point.
  • the failure diagnosis unit 800_I illustrated in FIG. 6 is a failure diagnosis unit 800 that diagnoses the presence or absence of a failure of the switching element using the value of the current flowing through the detected switching element.
  • a failure diagnosis unit 800 that diagnoses the presence or absence of a failure of the switching element using the value of the current flowing through the detected switching element.
  • the fault diagnosis unit 800 _I executes the same fault diagnosis as the fault diagnosis for the switching element SW_A1H with respect to switching elements other than the switching elements SW_A1H in the plurality of switching elements included in the first and second inverters 120 and 130. .
  • failure diagnosis unit 800_V determines that the detected voltage is not 0.5 V or more, it determines that switching element SW_A1H is normal (step S108). Failure diagnosis unit 800_V outputs a signal indicating that switching element SW_A1H is normal to motor control unit 900, and returns to the process of step S111.
  • the OR block 861 determines that the switching element SW_A1H is normal if both of the signals output from the failure diagnosis units 800_I and 800_V are normal. When it is determined that the switching element SW_A1H is normal, the OR block 861 outputs a signal (for example, “0”) indicating that the switching element SW_A1H is normal to the motor control unit 900.
  • the OR block 861 determines that the switching element SW_A1H is out of order if at least one of the signals output from the failure diagnosis units 800_I and 800_V indicates an abnormality. If it is determined that the switching element SW_A1H is faulty, the OR block 861 outputs a signal (for example, “1”) indicating that the switching element SW_A1H is faulty to the motor control unit 900. When receiving a signal indicating that the switching element SW_A1H is broken, the motor control unit 900 changes the control mode of the motor 200 from the normal control mode to the abnormal control mode.
  • FIG. 13 shows another example of the functional block of the fault diagnosis unit 800_IV.
  • the fault diagnosis unit 800_IV shown in FIG. 13 includes a fault diagnosis unit 800_I, a fault diagnosis unit 800_V, and an AND block 862.
  • fault diagnosis units 800_I and 800_IV shown in FIG. 13 is similar to the operation of fault diagnosis units 800_I and 800_IV shown in FIG. In the example shown in FIG. 13, the output of each of the fault diagnosis units 800 _I and 800 _IV is input to an AND block 862.
  • the controller 340 includes a fault diagnosis unit 800P_I as the fault diagnosis unit 800.
  • the failure diagnosis unit 800P_I diagnoses the presence or absence of a phase failure using the value of the current flowing through the switching element.
  • FIG. 19 shows an example of a functional block of the failure diagnosis unit 800P_VA.
  • Failure diagnosis unit 800P_VA shown in FIG. 19 includes failure diagnosis units 800_V1H, 800_V1L, 800_V2H, 800_V2L, and an OR block 870_V.
  • the OR block 881B determines that the B phase is normal if both of the signals output from the failure diagnosis units 800P_IB and 800P_VB are normal. If it is determined that the B phase is normal, the OR block 881B outputs a signal indicating that the B phase is normal to the motor control unit 900.
  • the OR block 881 C determines that the C phase is normal if both of the signals output from the failure diagnosis units 800 P_IC and 800 P_VC indicate that they are normal. If it is determined that the C phase is normal, the OR block 881C outputs a signal indicating that the C phase is normal to the motor control unit 900.
  • the controller 340 controls the motor 200 by, for example, three-phase conduction control.
  • the controller 340 performs control to stop the driving of the motor 200, for example.
  • the ECU 542 includes, for example, the controller 340 and the drive circuit 350 according to the first embodiment.
  • an electronic control system is built around an ECU.
  • a motor drive unit is constructed by the ECU 542, the motor 543 and the inverter 545.
  • the motor module 2000 by Embodiment 1 can be used suitably for the system.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

実施形態にかかる故障診断方法は、電気機器が備えるオンとオフの切替えが繰り返されるスイッチング素子の故障の有無を診断する。故障診断方法は、スイッチング素子がオン状態に制御されたときにスイッチング素子を流れる電流が所定電流未満であるか判定するステップと、スイッチング素子を流れる電流が所定電流未満である場合、スイッチング素子を流れる電流が所定電流未満になる時間を検出するステップと、検出した時間が所定時間以上であるか判定するステップと、検出した時間が所定時間以上である場合、検出した時間が所定時間以上になる回数をカウントするステップと、カウントした合計回数が所定回数以上であるか判定するステップと、カウントした合計回数が所定回数以上である場合、スイッチング素子は故障していると判定するステップとを含む。

Description

故障診断方法、モータ制御方法、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
本開示は、故障診断方法、モータ制御方法、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。）、インバータおよびＥＣＵ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つの電力変換装置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。
特許文献１は、第１系統および第２系統を有するモータ駆動装置を開示する。第１系統は、モータの第１巻線組に接続され、第１インバータ部、電源リレーおよび逆接続保護リレーなどを有する。第２系統は、モータの第２巻線組に接続され、第２インバータ部、電源リレーおよび逆接続保護リレーなどを有する。モータ駆動装置に故障が生じていないとき、第１系統および第２系統の両方を用いてモータを駆動することが可能である。これに対し、第１系統および第２系統の一方、または、第１巻線組および第２巻線組の一方に故障が生じたとき、電源リレーは、電源から、故障した系統、または、故障した巻線組に接続された系統への電力供給を遮断する。故障していない他方の系統を用いてモータ駆動を継続させることが可能である。　
特許文献２および３も、第１系統および第２系統を有するモータ駆動装置を開示する。一方の系統または一方の巻線組が故障したとしても、故障していない系統によってモータ駆動を継続させることができる。　
特許文献４は、４つの電気的分離手段、および、２つのインバータを有し、三相モータに供給する電力を変換するモータ駆動装置を開示する。１つのインバータに対し、電源およびインバータの間に１つの電気的分離手段が設けられ、インバータおよびグランド（以下、ＧＮＤと表記する。）の間に１つの電気的分離手段が設けられている。故障したインバータにおける巻線の中性点を用いて、故障していないインバータによってモータを駆動することが可能である。そのとき、故障したインバータに接続された２つの電気的分離手段を遮断状態にすることによって、故障したインバータは電源およびＧＮＤから分離される。
特開２０１６－３４２０４号公報 特開２０１６－３２９７７号公報 特開２００８－１３２９１９号公報 特許第５７９７７５１号公報
上記のような電力変換装置を用いてモータを駆動する装置において、電力変換装置に故障が発生した場合には、その故障箇所を特定することが求められる。　
例えば、電力変換装置が備えるスイッチング素子に故障が発生した場合、複数のスイッチング素子のうちのどのスイッチング素子が故障したのかを特定することが求められる。また、例えば、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を備えるモータに電力を供給する電力変換装置に故障が発生した場合、複数の相のうちのどの相が故障したのかを特定することが求められる。　
本開示の実施形態は、故障が発生した場合に、複数のスイッチング素子のうちのどのスイッチング素子が故障したのかを特定することが可能な故障診断方法を提供する。　
また、本開示の実施形態は、故障が発生した場合に、複数の相のうちのどの相が故障したのかを特定することが可能な故障診断方法を提供する。
本開示の例示的な故障診断方法は、電気機器が備えるオンとオフの切替えが繰り返されるスイッチング素子の故障の有無を診断する故障診断方法であって、前記スイッチング素子がオン状態に制御されたときに前記スイッチング素子を流れる電流が所定電流未満であるか判定するステップと、前記スイッチング素子を流れる電流が前記所定電流未満である場合、前記スイッチング素子を流れる電流が前記所定電流未満になる時間を検出するステップと、前記検出した時間が所定時間以上であるか判定するステップと、前記検出した時間が前記所定時間以上である場合、前記検出した時間が前記所定時間以上になる回数をカウントするステップと、前記カウントした合計回数が所定回数以上であるか判定するステップと、前記カウントした合計回数が前記所定回数以上である場合、前記スイッチング素子は故障していると判定するステップとを含む。
本開示の実施形態によれば、故障が発生した場合に、複数のスイッチング素子のうちのどのスイッチング素子が故障したのかを特定することができる。
また、本開示の実施形態によれば、故障が発生した場合に、複数の相のうちのどの相が故障したのかを特定することができる。
図１は、例示的な実施形態１によるモータモジュール２０００の典型的なブロック構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、例示的な実施形態１によるインバータユニット１００の回路構成を模式的に示す回路図である。 図３は、三相通電制御に従ってインバータユニット１００を制御したときにモータ２００のＡ相、Ｂ相およびＣ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、モータ制御全般を行うためのコントローラ３４０の機能ブロックを例示する機能ブロック図である。 図５は、スイッチング素子を流れる電流の値を用いて、スイッチング素子の故障の有無を診断する動作を示すフローチャートである。 図６は、スイッチング素子を流れる電流の値を用いて、スイッチング素子の故障の有無を診断する動作の一例を説明する図である。 図７は、ＡＮＤブロック８２２の出力値、積分器８３１の出力値、比較器８４１の出力値の関係を示す図である。 図８は、ＡＮＤブロック８２２の出力値、積分器８３１の出力値、比較器８５１の出力値の関係を示す図である。 図９は、スイッチング素子にかかる電圧の値を用いて、スイッチング素子の故障の有無を診断する動作を示すフローチャートである。 図１０は、スイッチング素子にかかる電圧の値を用いて、スイッチング素子の故障の有無を診断する動作の一例を説明する図である。 図１１は、電流値および電圧値の両方を用いてスイッチング素子の故障の有無を診断するコントローラ３４０を示す図である。 図１２は、故障診断ユニット８００＿ＩＶの機能ブロックの一例を示す図である。 図１３は、故障診断ユニット８００＿ＩＶの機能ブロックの別の例を示す図である。 図１４は、電流値を用いて相の故障の有無を診断するコントローラ３４０を示す図である。 図１５は、故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｉの機能ブロックの一例を示す図である。 図１６は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡの機能ブロックの一例を示す図である。 図１７は、電圧値を用いて相の故障の有無を診断するコントローラ３４０を示す図である。 図１８は、故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｖの機能ブロックの一例を示す図である。 図１９は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＡの機能ブロックの一例を示す図である。 図２０は、電流値および電圧値の両方を用いて相の故障の有無を診断するコントローラ３４０を示す図である。 図２１は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶの機能ブロックの一例を示す図である 図２２は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶの機能ブロックの別の例を示す図である 図２３は、実施形態１の変形例による、単体のインバータ１４０を有するインバータユニット１００Ａの回路構成を模式的に示す回路図である。 図２４は、実施形態２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。
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の故障診断方法、モータ制御方法、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（Ａ相、Ｂ相、Ｃ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、およびその装置に用いるモータ制御方法も本開示の範疇である。　



（実施形態１）



〔１．モータモジュール２０００および電力変換装置１０００の構造〕



　図１は、本実施形態によるモータモジュール２０００の典型的なブロック構成を模式的に示している。　
モータモジュール２０００は、典型的に、電力変換装置１０００およびモータ２００を備える。電力変換装置１０００は、インバータユニット１００と制御回路３００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。　
電力変換装置１０００は、電源１０１（図２を参照）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可能である。電力変換装置１０００は、モータ２００に接続される。例えば、電力変換装置１０００は、直流電力を、Ａ相、Ｂ相およびＣ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。本明細書において、部品（構成要素）同士の間の「接続」とは、主に電気的な接続を意味する。　
モータ２００は、例えば三相交流モータである。モータ２００は、Ａ相の巻線Ｍ１、Ｂ相の巻線Ｍ２およびＣ相の巻線Ｍ３を備え、インバータユニット１００の第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。　
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の各部品は、例えば１枚の回路基板（典型的にはプリント基板）に実装される。制御回路３００は、インバータユニット１００に接続され、電流センサ１５０および角度センサ３２０からの入力信号に基づいてインバータユニット１００を制御する。その制御手法として、例えばベクトル制御、パルス幅変調（ＰＷＭ）または直接トルク制御（ＤＴＣ）がある。ただし、モータ制御手法（例えばセンサレス制御）によっては、角度センサ３２０は不要な場合がある。　
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、電源１０１の例えば１２Ｖの電圧に基づいて回路内の各ブロックに必要な電源電圧（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相電流（以下、「実電流値」と表記する場合がある。）を受け取って、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における各スイッチング素子（典型的には半導体スイッチング素子）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。　
駆動回路３５０は、典型的にはプリドライバ（「ゲートドライバ」と呼ばれることもある。）である。駆動回路３５０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における各スイッチング素子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、各スイッチング素子のゲートに制御信号を与える。駆動対象が低電圧で駆動可能なモータであるとき、プリ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、プリドライバの機能は、コントローラ３４０に実装され得る。　
駆動回路３５０は、電圧検出回路３８０を備える。電圧検出回路３８０は、例えば、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子のそれぞれにかかる電圧を検出する。例えば、スイッチング素子がＦＥＴである場合は、電圧検出回路３８０は、各ＦＥＴのソース－ドレイン間の電圧を検出する。　
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。　
図２を参照して、インバータユニット１００の具体的な回路構成を説明する。　
図２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。　
電源１０１は、所定の電源電圧（例えば１２Ｖ）を生成する。電源１０１として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源１０１は、ＡＣ－ＤＣコンバータまたはＤＣ―ＤＣコンバータであってもよいし、バッテリー（蓄電池）であってもよい。電源１０１は、図示するように、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し、第１インバータ１２０用の第１電源（不図示）および第２インバータ１３０用の第２電源（不図示）を備えていてもよい。　
ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２が、電源１０１と第１インバータ１２０との間に接続される。ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２は、電源１０１から第１インバータ１２０に流れ得る大電流を遮断することができる。ヒューズＩＳＷ＿２１、ＩＳＷ＿２２が、電源１０１と第２インバータ１３０との間に接続される。ヒューズＩＳＷ＿２１、ＩＳＷ＿２２は、電源１０１から第２インバータ１３０に流れ得る大電流を遮断することができる。ヒューズの代わりにリレーなどを用いてもよい。　
図示されていないが、電源１０１と第１インバータ１２０の間、および、電源１０１と第２インバータ１３０の間にコイルが設けられる。コイルは、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１０１側に流出させないように平滑化する。また、各インバータの電源端子には、コンデンサが接続される。コンデンサは、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個のレグから構成されるブリッジ回路を有する。各レグは、ハイサイドスイッチング素子、ローサイドスイッチング素子およびシャント抵抗を有する。Ａ相レグは、ハイサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌおよび第１シャント抵抗Ｓ＿Ａ１を有する。Ｂ相レグは、ハイサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｈ、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｌおよび第１シャント抵抗Ｓ＿Ｂ１を有する。Ｃ相レグは、ハイサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｈ、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｌおよび第１シャント抵抗Ｓ＿Ｃ１を有する。　
スイッチング素子として、例えば、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）、または、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とそれに並列接続された還流ダイオードとの組み合わせを用いることができる。　
第１シャント抵抗Ｓ＿Ａ１は、Ａ相の巻線Ｍ１を流れるＡ相電流ＩＡ１を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。第１シャント抵抗Ｓ＿Ｂ１は、Ｂ相の巻線Ｍ２を流れるＢ相電流ＩＢ１を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。第１シャント抵抗Ｓ＿Ｃ１は、Ｃ相の巻線Ｍ３を流れるＣ相電流ＩＣ１を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。３個のシャント抵抗Ｓ＿Ａ１、Ｓ＿Ｂ１、Ｓ＿Ｃ１は、第１インバータ１２０のＧＮＤラインＧＬと共通に接続されている。　
第２インバータ１３０は、３個のレグから構成されるブリッジ回路を有する。各レグは、ハイサイドスイッチング素子、ローサイドスイッチング素子およびシャント抵抗を有する。Ａ相レグは、ハイサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈ、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌおよびシャント抵抗Ｓ＿Ａ２を有する。Ｂ相レグは、ハイサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｈ、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｌおよびシャント抵抗Ｓ＿Ｂ２を有する。Ｃ相レグは、ハイサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｈ、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｌおよびシャント抵抗Ｓ＿Ｃ２を有する。　
シャント抵抗Ｓ＿Ａ２は、Ａ相電流ＩＡ２を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ａ２ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。シャント抵抗Ｓ＿Ｂ２は、Ｂ相電流ＩＢ２を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。シャント抵抗Ｓ＿Ｃ２は、Ｃ相電流ＩＣ２を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。３個のシャント抵抗Ｓ＿Ａ２、Ｓ＿Ｂ２、Ｓ＿Ｃ２は、第２インバータ１３０のＧＮＤラインＧＬと共通に接続されている。　
上述した電流センサ１５０は、例えば、シャント抵抗Ｓ＿Ａ１、Ｓ＿Ｂ１、Ｓ＿Ｃ１、Ｓ＿Ａ２、Ｓ＿Ｂ２、Ｓ＿Ｃ２および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）を備える。　
第１インバータ１２０のＡ相レグ（具体的には、ハイサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈおよびローサイドスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌの間のノード）は、モータ２００のＡ相の巻線Ｍ１の一端Ａ１に接続され、第２インバータ１３０のＡ相レグは、Ａ相の巻線Ｍ１の他端Ａ２に接続される。第１インバータ１２０のＢ相レグは、モータ２００のＢ相の巻線Ｍ２の一端Ｂ１に接続され、第２インバータ１３０のＢ相レグは、巻線Ｍ２の他端Ｂ２に接続される。第１インバータ１２０のＣ相レグは、モータ２００のＣ相の巻線Ｍ３の一端Ｃ１に接続され、第２インバータ１３０のＣ相レグは、巻線Ｍ３の他端Ｃ２に接続される。　
制御回路３００は、第１および第２インバータ１２０、１３０の両方を用いて三相通電制御することによってモータ２００を駆動する。具体的に、制御回路３００は、第１インバータ１１０のスイッチング素子と第２インバータ１４０のスイッチング素子とを互いに逆位相（位相差＝１８０°）でスイッチング制御することにより三相通電制御を行う。このとき、ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２、ＩＳＷ＿２１、ＩＳＷ＿２２はオンにする。例えば、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ＳＷ＿Ａ２ＬおよびＳＷ＿Ａ２Ｈを含むＨブリッジに着目すると、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌがオンすると、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌはオフし、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌがオフすると、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌはオンする。これと同様に、スイッチング素子
ＳＷ＿Ａ１Ｈがオンすると、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈはオフし、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオフすると、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈはオンする。電源１０１から出力された電流は、ハイサイドスイッチング素子、巻線、ローサイドスイッチング素子を通ってＧＮＤラインＧＬに流れる。電力変換装置１００の結線は、オープン結線と称される場合がある。　
ここで、Ａ相の巻線Ｍ１を流れる電流の経路の例を説明する。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌがオンであり、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、巻線Ｍ１、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌ、ＧＮＤラインＧＬの順に流れる。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌがオンであり、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈ、巻線Ｍ１、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＧＮＤラインＧＬの順に流れる。　
なお、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈから巻線Ｍ１へ流れた電流の一部が、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈへ流れる場合がある。すなわち、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈから巻線Ｍ１へ流れた電流が、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌとスイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈとに分岐して流れる場合がある。同様に、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈから巻線Ｍ１へ流れた電流の一部が、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈへ流れる場合がある。　
次に、Ｂ相の巻線Ｍ２を流れる電流の経路の例を説明する。スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｌがオンであり、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｈ、巻線Ｍ２、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｌ、ＧＮＤラインＧＬの順に流れる。スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｌがオンであり、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｈ、巻線Ｍ２、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｌ、ＧＮＤラインＧＬの順に流れる。　
なお、上記と同様に、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｈから巻線Ｍ２へ流れた電流の一部が、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｈへ流れる場合がある。また、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ２Ｈから巻線Ｍ２へ流れた電流の一部が、スイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｈへ流れる場合がある。　
次に、Ｃ相の巻線Ｍ３を流れる電流の経路の例を説明する。スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｌがオンであり、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｈ、巻線Ｍ３、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｌ、ＧＮＤラインＧＬの順に流れる。スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｌがオンであり、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｈ、巻線Ｍ３、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｌ、ＧＮＤラインＧＬの順に流れる。　
なお、上記と同様に、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｈから巻線Ｍ３へ流れた電流の一部が、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｈへ流れる場合がある。また、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ２Ｈから巻線Ｍ３へ流れた電流の一部が、スイッチング素子ＳＷ＿Ｃ１Ｈへ流れる場合がある。　
図３は、三相通電制御に従ってインバータユニット１００を制御したときにモータ２００のＡ相、Ｂ相およびＣ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）を示している。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）を表している。例えば、制御回路３００は、図３に示す電流波形を得るためのＰＷＭ信号を生成することができる。　



〔２．故障診断〕



次に、本実施形態による故障診断方法を説明する。ここでは、図１に示す電力変換装置１０００を例に、スイッチング素子の故障の有無を診断する方法を説明する。　
スイッチング素子がＦＥＴである場合、故障には大きく分けて「オープン故障」と「ショート故障」とがある。「オープン故障」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－ドレイン間の抵抗が常時ハイインピーダンスになること）を指す。「ショート故障」は、ＦＥＴのソース－ドレイン間が常時短絡する故障を指す。本実施形態の故障診断では、スイッチング素子のオープン故障を検出する。　
本実施形態による故障診断方法を実現するためのアルゴリズムは、例えばマイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはＦＰＧＡなどのハードウェアのみで実現することもできるし、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによっても実現することができる。　
図４は、モータ制御全般を行うためのコントローラ３４０の機能ブロックを例示している。図５は、コントローラ３４０が実行する故障診断の一例を示すフローチャートである。　
本明細書において、機能ブロック図における各ブロックは、ハードウェア単位ではなく機能ブロック単位で示される。モータ制御および故障診断に用いるソフトウェアは、例えば、各機能ブロックに対応した特定の処理を実行させるためのコンピュータプログラムを構成するモジュールであり得る。そのようなコンピュータプログラムは、例えばＲＯＭ３６０に格納される。コントローラ３４０は、ＲＯＭ３６０から命令を読み出して各処理を逐次実行することができる。　
コントローラ３４０は、入力回路３３０（図１）を介して、電流センサ１５０が検出した電流値を受け取る。電流センサ１５０が上記のシャント抵抗を用いて各相を流れる電流を検出することで、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子のそれぞれを流れる電流を把握することができる。電圧検出回路３８０（図１）は、例えば、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子のそれぞれにかかる電圧を検出して、コントローラ３４０へ出力する。　
コントローラ３４０は、例えば、故障診断ユニット８００およびモータ制御ユニット９００を有する。故障診断ユニット８００は、複数のスイッチング素子のそれぞれに関する電流および／または電圧の情報を用いて、故障の有無を診断する。故障診断ユニット８００は、故障の有無の診断結果を示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
モータ制御ユニット９００は、例えばベクトル制御を用いて、第１および第２インバータ１２０、１３０のスイッチング素子のスイッチング動作の全般を制御するＰＷＭ信号を、診断結果に基づいて生成する。モータ制御ユニット９００は、ＰＷＭ信号を駆動回路３５０に出力する。　
モータ制御ユニット９００は、第１および第２インバータ１２０、１３０の制御を診断結果に応じて切替える。具体的に説明すると、モータ制御ユニット９００は、第１および第２インバータ１２０、１３０のスイッチング素子のオン・オフ動作を診断結果に基づいて決定することが可能である。モータ制御ユニット９００は、さらに、ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２、ＩＳＷ＿２１およびＩＳＷ＿２２のオン・オフ動作を診断結果に基づいて決定することが可能である。　
本明細書において、説明の便宜上、各機能ブロックをユニットと表記する場合がある。当然に、この表記は、各機能ブロックを、ハードウェアまたはソフトウェアに限定解釈する意図で用いられない。　
各機能ブロックはソフトウェアとしてコントローラ３４０に実装される場合、そのソフトウェアの実行主体は、例えばコントローラ３４０のコアであり得る。上述したように、コントローラ３４０は、ＦＰＧＡによって実現され得る。その場合、全てまたは一部の機能ブロックは、ハードウェアで実現され得る。　
複数のＦＰＧＡを用いて処理を分散させることにより、特定のコンピュータの演算負荷を分散させることができる。その場合、図示される機能ブロックの全てまたは一部は、複数のＦＰＧＡに分散して実装され得る。複数のＦＰＧＡは、例えば車載のコントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）によって互いに通信可能に接続され、データの送受信を行うことが可能である。　
第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子に故障が発生していないとき、制御回路３００は、正常時の制御モードとして上記の三相通電制御を実行する。三相通電制御において、複数のスイッチング素子のそれぞれは、オンとオフの切替えを繰り返す。故障診断ユニット８００は、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える１２個のスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ｂ１Ｈ、ＳＷ＿Ｂ１Ｌ、ＳＷ＿Ｃ１Ｈ、ＳＷ＿Ｃ１Ｌ、ＳＷ＿Ａ２Ｈ、ＳＷ＿Ａ２Ｌ、ＳＷ＿Ｂ２Ｈ、ＳＷ＿Ｂ２Ｌ、ＳＷ＿Ｃ２Ｈ、ＳＷ＿Ｃ２Ｌのそれぞれに対して、本実施形態の故障診断を実行する。　



〔２－１．電流値を用いたスイッチング素子の故障診断〕



図５を参照しながら、スイッチング素子を流れる電流を検出してスイッチング素子の故障の有無を診断する動作を説明する。スイッチング素子がＦＥＴである場合、スイッチング素子を流れる電流は、ＦＥＴのソースとドレインとの間を流れる電流である。ここでは、スイッチング素子を流れる電流の値を用いてスイッチング素子の故障の有無を診断する故障診断ユニット８００を故障診断ユニット８００＿Ｉと表現する。　
ここでは、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子のうちの１つであるスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈの故障の有無を診断する例を説明する。この故障診断は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈをオンにする動作を行う毎に繰り返し実行され得る。　
故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオン状態に制御されたときにスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流を検出する（ステップＳ１０１）。例えば、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌがオンであり、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈおよびスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、巻線Ｍ１、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌ、シャント抵抗Ｓ＿Ａ２、ＧＮＤラインＧＬの順に流れる。シャント抵抗Ｓ＿Ａ２を流れる電流の大きさは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流の大きさに該当する。故障診断ユニット８００＿Ｉは、例えば、シャント抵抗Ｓ＿Ａ２を流れる電流からスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流の大きさを検出することができる。　
次に、故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオン状態に制御されたときにスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流が所定電流未満であるか判定する（ステップＳ１０２）。所定電流は例えば１０ｍＡである。なお、１０ｍＡは一例であり、本開示の実施形態はそれに限定されない。　
この例では、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していない、すなわち正常である場合は、ゲート制御信号が供給されたスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈには１０ｍＡ以上の電流が流れる。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオープン故障している場合、ゲート制御信号が供給されたスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流は１０ｍＡ未満になる。　
故障診断ユニット８００＿Ｉは、検出した電流は１０ｍＡ未満でないと判定した場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定する（ステップＳ１０８）。故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力し、ステップＳ１０１の処理に戻る。　
ステップＳ１０２において、検出した電流が１０ｍＡ未満であると判定した場合、ステップＳ１０３の処理に進む。ステップＳ１０３において、故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオン状態に制御されたときに、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流が１０ｍＡ未満になる時間を検出する。次に、故障診断ユニット８００＿Ｉは、検出した時間が所定時間以上であるか判定する（ステップＳ１０４）。所定時間は例えば５０μｓである。なお、５０μｓは一例であり、本開示の実施形態はそれに限定されない。所定時間は、モータ２００の構造および回転数に応じて設定され得る。　
スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常である場合であっても、ノイズ等の外乱により、オン状態のスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流が１０ｍＡ未満になることが短時間発生し得る。このようなノイズに起因した異常値に基づいて、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは異常であると判定してしまうと、正しい判定ができない。そこで、本実施形態では、電流が１０ｍＡ未満になる時間が短時間（例えば５０μｓ未満）である場合は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定する。　
故障診断ユニット８００＿Ｉは、検出した時間が５０μｓ以上でないと判定した場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定する（ステップＳ１０８）。故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力し、ステップＳ１０１の処理に戻る。　
ステップＳ１０４において、検出した時間が５０μｓ以上であると判定した場合、ステップＳ１０５の処理に進む。ステップＳ１０５において、故障診断ユニット８００＿Ｉは、検出した時間が５０μｓ以上になる回数をカウントする。次に、故障診断ユニット８００＿Ｉは、カウントした合計回数が所定回数以上であるか判定する（ステップＳ１０６）。所定回数は例えば３回である。なお、３回は一例であり、本開示の実施形態はそれに限定されない。所定回数は複数回数であればよく、２回でもよいし、４回以上であってもよい。　
検出した時間が５０μｓ以上である場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈはオープン故障している可能性があるが、それを１回検出したのみの段階では、未だ故障とは判定しない。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが本当にオープン故障している場合、制御回路３００がスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈにゲート制御信号を供給するたびに、ステップＳ１０４の処理において、検出した時間は５０μｓ以上であると判定される。検出した時間は５０μｓ以上であるとの判定が複数回（例えば３回）行われた場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈはオープン故障していると判定する。　
ステップＳ１０６において、カウントした合計回数が３回以上でないと判定した場合、故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定する（ステップＳ１０８）。故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力し、ステップＳ１０１の処理に戻る。　
ステップＳ１０６において、カウントした合計回数が３回以上であると判定した場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈはオープン故障していると判定する（ステップＳ１０７）。故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力した後、ステップＳ１０１の処理に戻ってもよい。　
モータ制御ユニット９００は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していることを示す信号を受け取ると、モータ２００の制御モードを正常時の制御モードから異常時の制御モードに変更する。　
異常時の制御モードは、例えば、故障したインバータに巻線の中性点を構成し、故障していないインバータによってモータ２００を駆動する制御モードである。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障している場合、モータ制御ユニット９００は、ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２をオフにする制御を行う。これにより、故障したスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを備える第１インバータ１２０は、電源およびＧＮＤから分離される。そして、例えば、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ＳＷ＿Ｂ１Ｈ、ＳＷ＿Ｃ１Ｈをオフにし、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ｂ１Ｌ、ＳＷ＿Ｃ１Ｌをオンにすることで、第１インバータ１２０に中性点が構成される。この中性点を用いることで、故障していない第２インバータ１３０によってモータ２００を駆動することができる。　
また、異常時の制御モードは、二相通電制御であってもよい。Ａ相に属するスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障している場合、モータ制御ユニット９００は、Ａ相に属する全てのスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ａ２Ｈ、ＳＷ＿Ａ２Ｌをオフにする。そして、Ｂ相およびＣ相に属するスイッチング素子ＳＷ＿Ｂ１Ｈ、ＳＷ＿Ｂ１Ｌ、ＳＷ＿Ｂ２Ｈ、ＳＷ＿Ｂ２Ｌ、ＳＷ＿Ｃ１Ｈ、ＳＷ＿Ｃ１Ｌ、ＳＷ＿Ｃ２Ｈ、ＳＷ＿Ｃ２Ｌを用いて、二相通電制御を行う。このように、故障していない相を用いてモータ２００を駆動することができる。　
なお、異常時の制御モードは、シャットダウンであってもよい。シャットダウンは、モータ２００の動作を停止させる制御である。　
故障診断ユニット８００＿Ｉは、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子におけるスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ以外のスイッチング素子に対しても、上記のスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈに対する故障診断と同様の故障診断を実行する。　
本実施形態の故障診断では、スイッチング素子に故障が発生した場合、複数のスイッチング素子のうちのどのスイッチング素子が故障したのかを特定することができる。故障したスイッチング素子を特定できることにより、故障箇所に応じた適切な制御を行うことができる。　
次に、図６を用いて、検出したスイッチング素子を流れる電流を検出してスイッチング素子の故障の有無を診断する動作の一例を説明する。　
図６に示す故障診断ユニット８００＿Ｉは、検出したスイッチング素子を流れる電流の値を用いて、スイッチング素子の故障の有無を診断する故障診断ユニット８００である。ここでは、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子のうちの１つであるスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈの故障の有無を診断する例を説明する。　
故障診断ユニット８００＿Ｉには、検出したスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈの電流値（図６中の“Ｉ”）が入力される。また、故障診断ユニット８００＿Ｉには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈをオンにするゲート制御信号（図６中の“Ｓ”）が入力される。絶対値ブロック８１１は、検出したスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈの電流の絶対値を求める。比較器（Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）８１２は、得られた絶対値と、予め決められた電流下限値とを比較する。この電流下限値は、図５に示すステップＳ１０２の処理において用いる所定電流に相当し、例えば１０ｍＡである。なお、１０ｍＡは一例であり、本開示の実施形態はそれに限定されない。　
比較器８１２は、電流の絶対値が１０ｍＡ以上である場合は１を出力し、１０ｍＡ未満である場合は０を出力する。ＮＯＴブロック８２１は、“ＮＯＴ”の論理演算を行い、比較器８１２の出力値を反転させる。　
ＡＮＤブロック８２２には、ＮＯＴブロック８２１の出力値とゲート制御信号とが入力される。ここで、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１ＨをオンにするためのＨｉｇｈレベルのゲート制御信号を１とし、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１ＨをオフにするためのＬｏｗレベルのゲート制御信号を０とする。ＡＮＤブロック８２２は、“ＡＮＤ”の論理演算を行う。ＡＮＤブロック８２２は、ＮＯＴブロック８２１の出力値およびゲート制御信号の両方が１のときに、１を出力する。すなわち、ＡＮＤブロック８２２は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオン状態に制御されたときにスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流が下限値未満である場合に、１を出力する。それ以外の場合は、ＡＮＤブロック８２２は０を出力する。　
ＯＲブロック８３２には、ＡＮＤブロック８２２の出力値と比較器８４１の出力値とが入力される。ＯＲブロック８３２は、“ＯＲ”の論理演算を行う。比較器８４１が出力する初期値は０である。ＯＲブロック８３２は、ＡＮＤブロック８２２の出力値および比較器８４１の出力値の少なくとも一方が１のときは、１を出力する。ＯＲブロック８３２は、ＡＮＤブロック８２２の出力値および比較器８４１の出力値の両方が０のときは、０を出力する。ＮＯＴブロック８３３は、“ＮＯＴ”の論理演算を行い、ＯＲブロック８３２の出力値を反転させる。　
積分器（Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）８３１は、ＡＮＤブロック８２２の出力値を積算して出力する。比較器８４１は、積分器８３１の出力値と第１基準値とを比較する。比較器８５１は、積分器８
３１の出力値と第２基準値とを比較する。　
図７は、ＡＮＤブロック８２２の出力値、積分器８３１の出力値、比較器８４１の出力値の関係を示す図である。図７の横軸は時間を表している。第１基準値は、図５に示すステップＳ１０４の処理において用いる所定時間に相当する値である。例えば、所定時間５０μｓに相当する積分器８３１の出力値を１０とする。積分器８３１がハードウェアである場合等、積分器８３１の出力値を電圧で表すと、出力値“１０”は、例えば積分器８３１の出力電圧１．０Ｖに相当する。　
上述したように、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常である場合であっても、ノイズ等の外乱により、オン状態のスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流が１０ｍＡ未満になることが短時間発生し得る。図７の例では、ＡＮＤブロック８２２が１を１０μｓの時間出力している部分がノイズに該当する。積分器８３１は、１０μｓの期間、ＡＮＤブロック８２２の出力値を積算した値を出力する。図７の例では、積分器８３１は２を出力する。比較器８４１は、積分器８３１の出力値“２”は第１基準値“１０”未満であることから、０を出力する。　
スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオフになると、ＡＮＤブロック８２２は０を出力する。ＯＲブロック８３２は、ＡＮＤブロック８２２の出力値および比較器８４１の出力値の両方が０のときは、０を出力する。これに応じて、ＮＯＴブロック８３３は１を出力する。積分器８３１は、ＮＯＴブロック８３３から１が入力されると、積算した値をリセットする。　
一方、ＡＮＤブロック８２２が１を出力する時間が５０μｓ以上になると、積分器８３１が積算して出力する値は１０以上になる。比較器８４１は、積分器８３１の出力値が第１基準値“１０”以上であることから、１を出力する。　
比較器８４１の出力値が１になることにより、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオフになっても、ＯＲブロック８３２は１を出力し、ＮＯＴブロック８３３は０を出力する。積分器８３１は、ＮＯＴブロック８３３から０が入力されると、積算した値を保持したまま積算を続ける。積算値のリセットは行わない。　
図８は、ＡＮＤブロック８２２の出力値、積分器８３１の出力値、比較器８５１の出力値の関係を示す図である。図８の横軸は時間を表している。第２基準値は、図５に示すステップＳ１０６の処理において用いる所定回数に相当する値である。例えば、カウント回数３回に相当する積分器８３１の出力値を３０とする。　
比較器８４１の出力値が１になった場合、積分器８３１は、ＡＮＤブロック８２２の出力値を積算し続ける。比較器８５１は、積分器８３１の出力値が第２基準値“３０”未満である間は、０を出力する。比較器８５１は、積分器８３１の出力値が第２基準値“３０”以上になると１を出力する。この比較器８５１の出力値“１”が、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していることを示す信号となり、モータ制御ユニット９００に入力される。　
積分器８３１の出力値が第２基準値“３０”未満である間は、比較器８５１は０を出力する。この比較器８５１の出力値“０”が、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であることを示す信号となり、モータ制御ユニット９００に入力される。
なお、比較器８４１の出力値が１になった後、一定時間（例えば数秒間）が経過しても、積分器８３１の出力値が第２基準値“３０”未満である場合は、積分器８３１は積算した値をリセットしてもよい。ＡＮＤブロック８２２が１を５０μｓ以上出力した場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障している可能性がある。しかし、ＡＮＤブロック８２２が１を５０μｓ以上出力することが連続しない場合は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していないとみなし、積分器８３１をリセットして故障診断を継続してもよい。
このように、故障診断ユニット８００＿Ｉは、検出したスイッチング素子を流れる電流の値を用いて、スイッチング素子の故障の有無を診断することができる。　
故障診断ユニット８００＿Ｉは、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子におけるスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ以外のスイッチング素子に対しても、上記のスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈに対する故障診断と同様の故障診断を実行する。　
本実施形態の故障診断では、スイッチング素子に故障が発生した場合、複数のスイッチング素子のうちのどのスイッチング素子が故障したのかを特定することができる。故障したスイッチング素子を特定できることにより、故障箇所に応じた適切な制御を行うことができる。　



〔２－２．電圧値を用いたスイッチング素子の故障診断〕



次に、図９を参照しながら、スイッチング素子にかかる電圧を検出して、スイッチング素子の故障の有無を診断する動作を説明する。ここでは、スイッチング素子にかかる電圧の値を用いてスイッチング素子の故障の有無を診断する故障診断ユニット８００を故障診断ユニット８００＿Ｖと表現する。図９は、スイッチング素子にかかる電圧の値を用いて、スイッチング素子の故障の有無を診断する動作を示すフローチャートである。スイッチング素子がＦＥＴである場合、スイッチング素子にかかる電圧は、ＦＥＴのソース－ドレイン間電圧である。図９に示すステップＳ１０５からＳ１０８の動作は、図５に示すステップＳ１０５からＳ１０８の動作と同様である。　
ここでは、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子のうちの１つであるスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈの故障の有無を診断する例を説明する。この故障診断は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈをオンにする動作を行う毎に繰り返し実行され得る。　
故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオン状態に制御されたときのスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧を検出する（ステップＳ１１１）。例えば、故障診断ユニット８００＿Ｖは、電圧検出回路３８０（図１）の出力信号を用いて、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧を検出することができる。　
次に、故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオン状態に制御されたときのスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧が所定電圧以上であるか判定する（ステップＳ１１２）。所定電圧は例えば０．５Ｖである。なお、０．５Ｖは一例であり、本開示の実施形態はそれに限定されない。　
この例では、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していない、すなわち正常である場合は、ゲート制御信号が供給されたスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧は、０．５Ｖ未満になる。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオープン故障している場合、ゲート制御信号が供給されたスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧は０．５Ｖ以上になる。　
故障診断ユニット８００＿Ｖは、検出した電圧は０．５Ｖ以上でないと判定した場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定する（ステップＳ１０８）。故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力し、ステップＳ１１１の処理に戻る。　
ステップＳ１１２において、検出した電圧が０．５Ｖ以上であると判定した場合、ステップＳ１１３の処理に進む。ステップＳ１１３において、故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオン状態に制御されたときに、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧が０．５Ｖ以上になる時間を検出する。次に、故障診断ユニット８００＿Ｖは、検出した時間が所定時間以上であるか判定する（ステップＳ１１４）。所定時間は例えば５０μｓである。なお、５０μｓは一例であり、本開示の実施形態はそれに限定されない。　
スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常である場合であっても、ノイズ等の外乱により、オン状態のスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧が０．５Ｖ以上になることが短時間発生し得る。このようなノイズに起因した異常値に基づいて、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは異常であると判定してしまうと、正しい判定ができない。そこで、本実施形態では、電圧が０．５Ｖ以上になる時間が短時間（例えば５０μｓ未満）である場合は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定する。　
故障診断ユニット８００＿Ｖは、検出した時間が５０μｓ以上でないと判定した場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定する（ステップＳ１０８）。故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力し、ステップＳ１１１の処理に戻る。　
ステップＳ１１４において、検出した時間が５０μｓ以上であると判定した場合、ステップＳ１０５の処理に進む。図９に示すステップＳ１０５からＳ１０８の動作は、図５に示すステップＳ１０５からＳ１０８の動作と同様であるので、ここでは、その詳細な説明の繰り返しは省略する。　
図９の例では、ステップＳ１０８において、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定した場合、故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力し、ステップＳ１１１の処理に戻る。ステップＳ１０７において、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈはオープン故障していると判定した場合、故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力した後、ステップＳ１１１の処理に戻ってもよい。　
モータ制御ユニット９００は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していることを示す信号を受け取ると、モータ２００の制御モードを正常時の制御モードから異常時の制御モードに変更する。　
故障診断ユニット８００＿Ｖは、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子におけるスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ以外のスイッチング素子に対しても、上記のスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈに対する故障診断と同様の故障診断を実行する。　
本実施形態の故障診断では、スイッチング素子に故障が発生した場合、複数のスイッチング素子のうちのどのスイッチング素子が故障したのかを特定することができる。故障したスイッチング素子を特定できることにより、故障箇所に応じた適切な制御を行うことができる。　
次に、図１０を用いて、スイッチング素子にかかる電圧を検出して、スイッチング素子の故障の有無を診断する動作の一例を説明する。　
図１０に示す故障診断ユニット８００＿Ｖは、検出したスイッチング素子にかかる電圧の値を用いて、スイッチング素子の故障の有無を診断する故障診断ユニット８００である。ここでは、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子のうちの１つであるスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈの故障の有無を診断する例を説明する。　
故障診断ユニット８００＿Ｖには、検出したスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧（図１０中の“Ｖ”）が入力される。また、故障診断ユニット８００＿Ｖには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈをオンにするゲート制御信号（図１０中の“Ｓ”）が入力される。絶対値ブロック８１３は、検出したスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧の絶対値を求める。比較器８１４は、得られた絶対値と、予め決められた電圧下限値とを比較する。この電圧下限値は、図９に示すステップＳ１１２の処理において用いる所定電圧に相当し、例えば０．５Ｖである。なお、０．５Ｖは一例であり、本開示の実施形態はそれに限定されない。　
比較器８１４は、電圧の絶対値が０．５Ｖ以上である場合は１を出力し、０．５Ｖ未満である場合は０を出力する。ＡＮＤブロック８２２には、比較器８１４の出力とゲート制御信号とが入力される。ＡＮＤブロック８２２は、比較器８１４の出力値およびゲート制御信号の両方が１のときに、１を出力する。すなわち、ＡＮＤブロック８２２は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈがオン状態に制御されたときのスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈのソース－ドレイン間電圧が下限値以上である場合に、１を出力する。それ以外の場合は、ＡＮＤブロック８２２は０を出力する。ＡＮＤブロック８２２の出力は、積分器８３１およびＯＲブロック８３２に入力される。　
積分器８３１、ＯＲブロック８３２、ＮＯＴブロック８３３、比較器８４１、比較器８５１の動作は、図６から図８を用いて説明した動作と同様であるため、ここではその詳細な説明の繰り返しは省略する。　
比較器８４１の出力値が１になった場合、積分器８３１は、ＡＮＤブロック８２２の出力値を積算し続ける。比較器８５１は、積分器８３１の出力値が第２基準値“３０”未満である間は、０を出力する。比較器８５１は、積分器８３１の出力値が第２基準値“３０”以上になると１を出力する。　
このように、故障診断ユニット８００＿Ｖは、検出したスイッチング素子にかかる電圧の値を用いて、スイッチング素子の故障の有無を診断することができる。　
故障診断ユニット８００＿Ｖは、第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子におけるスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ以外のスイッチング素子に対しても、上記のスイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈに対する故障診断と同様の故障診断を実行する。　
本実施形態の故障診断では、スイッチング素子に故障が発生した場合、複数のスイッチング素子のうちのどのスイッチング素子が故障したのかを特定することができる。故障したスイッチング素子を特定できることにより、故障箇所に応じた適切な制御を行うことができる。　



〔２－３．電流値および電圧値の両方を用いたスイッチング素子の故障診断〕



次に、スイッチング素子を流れる電流の値およびスイッチング素子にかかる電圧の値の両方を用いてスイッチング素子の故障の有無を診断する動作を説明する。この例では、図１１に示すように、コントローラ３４０は、故障診断ユニット８００として、故障診断ユニット８００＿ＩＶを備える。故障診断ユニット８００＿ＩＶは、スイッチング素子を流れる電流の値およびスイッチング素子にかかる電圧の値の両方を用いてスイッチング素子の故障の有無を診断する。　
図１２は、故障診断ユニット８００＿ＩＶの機能ブロックの一例を示している。図１２に示す故障診断ユニット８００＿ＩＶは、故障診断ユニット８００＿Ｉと、故障診断ユニット８００＿Ｖと、ＯＲブロック８６１とを備える。　
故障診断ユニット８００＿Ｉは、図５から図８を参照しながら説明した、電流値を用いた診断を行う。但し、この例では、図５に示すステップＳ１０８において、故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流は正常であると判定する。この場合、故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流は正常であることを示す信号（例えば“０”）をＯＲブロック８６１に出力し、ステップＳ１０１の処理に戻る。また、図５に示すステップＳ１０７において、故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流は異常であると判定する。故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流は異常であることを示す信号（例えば“１”）をＯＲブロック８６１に出力する。　
また、この例では、図６に示す比較器８５１の出力値“０”は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流は正常であることを示す信号となる。比較器８５１の出力値“１”は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流は異常であることを示す信号となる。比較器８５１の出力は、ＯＲブロック８６１に入力される。　
このように、図１２に示す故障診断ユニット８００＿Ｉは、スイッチング素子を流れる電流の異常の有無を判定する。　
故障診断ユニット８００＿Ｖは、図９および図１０を参照しながら説明した、電圧値を用いた診断を行う。但し、この例では、図９に示すステップＳ１０８において、故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈにかかる電圧は正常であると判定する。この場合、故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈにかかる電圧は正常であることを示す信号（例えば“０”）をＯＲブロック８６１に出力し、ステップＳ１１１の処理に戻る。また、図９に示すステップＳ１０７において、故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈにかかる電圧は異常であると判定する。故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈにかかる電圧は異常であることを示す信号（例えば“１”）をＯＲブロック８６１に出力する。　
また、この例では、図１０に示す比較器８５１の出力値“０”は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈにかかる電圧は正常であることを示す信号となる。比較器８５１の出力値“１”は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈにかかる電圧は異常であることを示す信号となる。比較器８５１の出力は、ＯＲブロック８６１に入力される。　
このように、図１２に示す故障診断ユニット８００＿Ｖは、スイッチング素子にかかる電圧の異常の有無を判定する。　
ＯＲブロック８６１は、故障診断ユニット８００＿Ｉおよび８００＿Ｖが出力する信号の両方が正常であることを示す場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定する。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定した場合、ＯＲブロック８６１は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であることを示す信号（例えば“０”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＯＲブロック８６１は、故障診断ユニット８００＿Ｉおよび８００＿Ｖが出力する信号の少なくとも一方が異常であることを示す場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していると判定する。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していると判定した場合、ＯＲブロック８６１は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していることを示す信号（例えば“１”）をモータ制御ユニット９００に出力する。モータ制御ユニット９００は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していることを示す信号を受け取ると、モータ２００の制御モードを正常時の制御モードから異常時の制御モードに変更する。　
図１２に示す例では、故障診断ユニット８００＿ＩＶは、検出した電流値および電圧値の両方を用いて故障診断を行う。そして、検出した電流値および電圧値のうちの少なくとも一方が異常である場合に、スイッチング素子は故障していると判定する。例えば、電流センサ１５０が故障した場合はスイッチング素子を流れる電流は検出できなくなるが、この場合でも、検出した電圧値を用いて故障の有無を診断することができる。また、例えば、電圧検出回路３８０が故障した場合はスイッチング素子にかかる電圧は検出できなくなるが、この場合でも、検出した電流値を用いて故障の有無を診断することができる。　
図１３は、故障診断ユニット８００＿ＩＶの機能ブロックの別の例を示している。図１３に示す故障診断ユニット８００＿ＩＶは、故障診断ユニット８００＿Ｉと、故障診断ユニット８００＿Ｖと、ＡＮＤブロック８６２とを備える。　
図１３に示す故障診断ユニット８００＿Ｉおよび８００＿ＩＶの動作は、図１２に示す故障診断ユニット８００＿Ｉおよび８００＿ＩＶの動作と同様である。図１３に示す例では、故障診断ユニット８００＿Ｉおよび８００＿ＩＶのそれぞれの出力は、ＡＮＤブロック８６２に入力される。　
ＡＮＤブロック８６２は、故障診断ユニット８００＿Ｉおよび８００＿Ｖが出力する信号の少なくとも一方が正常であることを示す場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定する。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定した場合、ＡＮＤブロック８６２は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であることを示す信号（例えば“０”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＡＮＤブロック８６２は、故障診断ユニット８００＿Ｉおよび８００＿Ｖが出力する信号の両方が異常であることを示す場合、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していると判定する。スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していると判定した場合、ＡＮＤブロック８６２は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していることを示す信号（例えば“１”）をモータ制御ユニット９００に出力する。モータ制御ユニット９００は、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが故障していることを示す信号を受け取ると、モータ２００の制御モードを正常時の制御モードから異常時の制御モードに変更する。　
図１３に示す例では、故障診断ユニット８００＿ＩＶは、検出した電流値および電圧値の両方を用いて故障診断を行う。そして、検出した電流値および電圧値の両方が異常である場合に、スイッチング素子は故障していると判定する。電流値および電圧値の両方が異常である場合に故障と判定することにより、故障という判定の信頼性を高めることができる。　
上記の説明では、電力変換装置１０００を例に、スイッチング素子の故障の有無を診断する方法を説明した。本開示の実施形態にかかるスイッチング素子の故障の有無を診断する故障診断方法は、電力変換装置１０００以外の様々な装置に適用することができる。例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータなどの各種コンバータ、風力発電システムなどの各種発電システムにもこれらの故障診断方法を適用することができる。本開示の実施形態かかるスイッチング素子の故障の有無を診断する故障診断方法は、オンとオフの切替えが繰り返されるスイッチング素子を備える電気機器に適用することができる。　



〔２－４．電流値を用いた相の故障診断〕



次に、本実施形態による相の故障の有無を診断する故障診断方法を説明する。ここでは、図１に示す電力変換装置１０００を例に、相の故障の有無を診断する方法を説明する。　
第１および第２インバータ１２０、１３０が備える複数のスイッチング素子は、モータ２００が備えるＡ相の巻線Ｍ１、Ｂ相の巻線Ｍ２、Ｃ相の巻線Ｍ３に接続される。故障が発生した場合、その故障がＡ相、Ｂ相、Ｃ相のうちの何れの相で発生しているのか特定することができれば、その故障箇所に応じた適切な制御を行うことができる。例えば、Ａ相に故障が発生していることが特定できれば、残りのＢ相、Ｃ相を用いて二相通電制御を行うことができる。　
この例では、図１４に示すように、コントローラ３４０は、故障診断ユニット８００として、故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｉを備える。故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｉは、スイッチング素子を流れる電流の値を用いて相の故障の有無を診断する。　
図１５は、故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｉの機能ブロックの一例を示している。図１５に示す故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｉは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡ、８００Ｐ＿ＩＢ、８００Ｐ＿ＩＣを備える。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡは、Ａ相に属するスイッチング素子を流れる電流の値を用いてＡ相の故障診断を行う。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢは、Ｂ相に属するスイッチング素子を流れる電流の値を用いてＢ相の故障診断を行う。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＣは、Ｃ相に属するスイッチング素子を流れる電流の値を用いてＣ相の故障診断を行う。　
図１６は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡの機能ブロックの一例を示している。図１６に示す故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡは、故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｈ、８００＿Ｉ１Ｌ、８００＿Ｉ２Ｈ、８００＿Ｉ２Ｌと、ＯＲブロック８７０＿Ｉとを備える。　
図２に示す例では、Ａ相の巻線Ｍ１には、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ａ２Ｈ、ＳＷ＿Ａ２Ｌが接続される。

　故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｈには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈを流れる電流Ｉ＿Ａ１Ｈと、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈをオンにするゲート制御信号Ｓ＿Ａ１Ｈとが入力される。故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｌには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌを流れる電流Ｉ＿Ａ１Ｌと、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌをオンにするゲート制御信号Ｓ＿Ａ１Ｌとが入力される。故障診断ユニット８００＿Ｉ２Ｈには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈを流れる電流Ｉ＿Ａ２Ｈと、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈをオンにするゲート制御信号Ｓ＿Ａ２Ｈとが入力される。故障診断ユニット８００＿Ｉ２Ｌには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌを流れる電流Ｉ＿Ａ２Ｌと、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌをオンにするゲート制御信号Ｓ＿Ａ２Ｌとが入力される。
故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｈは、図５から図８を参照しながら説明した、電流値を用いた故障診断を行う。図５のステップＳ１０８において、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定した場合、故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｈは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常であることを示す信号（例えば“０”）をＯＲブロック８７０＿Ｉに出力し、ステップＳ１０１の処理に戻る。ステップＳ１０７において、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していると判定した場合、故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｈは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していることを示す信号（例えば“１”）をＯＲブロック８７０＿Ｉに出力する。　
故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｈと同様に、故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｌ、８００＿Ｉ２Ｈ、８００＿Ｉ２Ｌも、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ａ２Ｈ、ＳＷ＿Ａ２Ｌの故障診断を行う。４個の故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｈ、８００＿Ｉ１Ｌ、８００＿Ｉ２Ｈ、８００＿Ｉ２Ｌのそれぞれの出力は、ＯＲブロック８７０＿Ｉに入力される。　
ＯＲブロック８７０＿Ｉは、４個の故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｈ、８００＿Ｉ１Ｌ、８００＿Ｉ２Ｈ、８００＿Ｉ２Ｌの出力の全てが正常を示していた場合、Ａ相は正常であると判定する。Ａ相は正常であると判定した場合、ＯＲブロック８７０＿Ｉは、Ａ相は正常であることを示す信号（例えば“０”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＯＲブロック８７０＿Ｉは、４個の故障診断ユニット８００＿Ｉ１Ｈ、８００＿Ｉ１Ｌ、８００＿Ｉ２Ｈ、８００＿Ｉ２Ｌの出力信号のいずれかが故障を示していた場合、Ａ相に故障が発生していると判定する。Ａ相に故障が発生していると判定した場合、ＯＲブロック８７０＿Ｉは、Ａ相に故障が発生していることを示す信号（例えば“１”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡと同様に、図１５に示す故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢ、８００Ｐ＿ＩＣも、Ｂ相およびＣ相の故障の有無の診断を行う。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢ、８００Ｐ＿ＩＣは、故障診断の結果を示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
モータ制御ユニット９００は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡ、８００Ｐ＿ＩＢ、８００Ｐ＿ＩＣの出力信号から、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の故障の有無を判定することができる。また、故障が発生した場合、モータ制御ユニット９００は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡ、８００Ｐ＿ＩＢ、８００Ｐ＿ＩＣの出力信号から、どの相に故障が発生しているのかを特定することができる。故障している相が特定できることにより、モータ制御ユニット９００は、故障箇所に応じた適切な制御を行うことができる。例えば、モータ制御ユニット９００は、故障相以外の残りの二相を用いて二相通電制御を行うことができる。　



〔２－５．電圧値を用いた相の故障診断〕



次に、電圧値を用いて相の故障の有無を診断する故障診断方法を説明する。ここでは、図１に示す電力変換装置１０００を例に、相の故障の有無を診断する方法を説明する。　
この例では、図１７に示すように、コントローラ３４０は、故障診断ユニット８００として、故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｖを備える。故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｖは、スイッチング素子にかかる電圧の値を用いて相の故障の有無を診断する。　
図１８は、故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｖの機能ブロックの一例を示している。図１８に示す故障診断ユニット８００Ｐ＿Ｖは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＡ、８００Ｐ＿ＶＢ、８００Ｐ＿ＶＣを備える。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＡは、Ａ相に属するスイッチング素子にかかる電圧の値を用いてＡ相の故障診断を行う。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＢは、Ｂ相に属するスイッチング素子にかかる電圧の値を用いてＢ相の故障診断を行う。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＣは、Ｃ相に属するスイッチング素子にかかる電圧の値を用いてＣ相の故障診断を行う。　
図１９は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＡの機能ブロックの一例を示している。図１９に示す故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＡは、故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｈ、８００＿Ｖ１Ｌ、８００＿Ｖ２Ｈ、８００＿Ｖ２Ｌと、ＯＲブロック８７０＿Ｖとを備える。　
故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｈには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈにかかる電圧Ｖ＿Ａ１Ｈと、ゲート制御信号Ｓ＿Ａ１Ｈとが入力される。故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｌには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌにかかる電圧Ｖ＿Ａ１Ｌと、ゲート制御信号Ｓ＿Ａ１Ｌとが入力される。故障診断ユニット８００＿Ｖ２Ｈには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｈにかかる電圧Ｖ＿Ａ２Ｈと、ゲート制御信号Ｓ＿Ａ２Ｈとが入力される。故障診断ユニット８００＿Ｖ２Ｌには、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ２Ｌにかかる電圧Ｖ＿Ａ２Ｌと、ゲート制御信号Ｓ＿Ａ２Ｌとが入力される。　
故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｈは、図９および図１０を参照しながら説明した、電圧値を用いた故障診断を行う。図９のステップＳ１０８において、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは正常であると判定した場合、故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｈは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈが正常であることを示す信号（例えば“０”）をＯＲブロック８７０＿Ｖに出力し、ステップＳ１１１の処理に戻る。図９のステップＳ１０７において、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していると判定した場合、故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｈは、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｈは故障していることを示す信号（例えば“１”）をＯＲブロック８７０＿Ｖに出力する。　
故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｈと同様に、故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｌ、８００＿Ｖ２Ｈ、８００＿Ｖ２Ｌも、スイッチング素子ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ａ２Ｈ、ＳＷ＿Ａ２Ｌの故障診断を行う。４個の故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｈ、８００＿Ｖ１Ｌ、８００＿Ｖ２Ｈ、８００＿Ｖ２Ｌのそれぞれの出力は、ＯＲブロック８７０＿Ｖに入力される。　
ＯＲブロック８７０＿Ｖは、４個の故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｈ、８００＿Ｖ１Ｌ、８００＿Ｖ２Ｈ、８００＿Ｖ２Ｌの出力信号の全てが正常を示していた場合、Ａ相は正常であると判定する。Ａ相は正常であると判定した場合、ＯＲブロック８７０＿Ｖは、Ａ相は正常であることを示す信号（例えば“０”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＯＲブロック８７０＿Ｖは、４個の故障診断ユニット８００＿Ｖ１Ｈ、８００＿Ｖ１Ｌ、８００＿Ｖ２Ｈ、８００＿Ｖ２Ｌの出力信号のいずれかが故障を示していた場合、Ａ相に故障が発生していると判定する。Ａ相に故障が発生していると判定した場合、ＯＲブロック８７０＿Ｖは、Ａ相に故障が発生していることを示す信号（例えば“１”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＡと同様に、図１８に示す故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＢ、８００Ｐ＿ＶＣも、Ｂ相およびＣ相の故障の有無の診断を行う。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＢ、８００Ｐ＿ＶＣは、故障診断の結果を示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
モータ制御ユニット９００は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＡ、８００Ｐ＿ＶＢ、８００Ｐ＿ＶＣの出力信号から、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の故障の有無を判定することができる。また、故障が発生した場合、モータ制御ユニット９００は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＡ、８００Ｐ＿ＶＢ、８００Ｐ＿ＶＣの出力信号から、どの相に故障が発生しているのかを特定することができる。故障している相が特定できることにより、モータ制御ユニット９００は、故障箇所に応じた適切な制御を行うことができる。例えば、モータ制御ユニット９００は、故障相以外の残りの二相を用いて二相通電制御を行うことができる。　



〔２－６．電流値および電圧値の両方を用いた相の故障診断〕



次に、電流値および電圧値の両方を用いて相の故障の有無を診断する故障診断方法を説明する。この例では、図２０に示すように、コントローラ３４０は、故障診断ユニット８００として、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶを備える。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶは、スイッチング素子を流れる電流の値およびスイッチング素子にかかる電圧の値の両方を用いて相の故障の有無を診断する。　
図２１は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶの機能ブロックの一例を示している。図２１に示す故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡおよび８００Ｐ＿ＶＡと、ＯＲブロック８８１Ａとを備える。
故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡは、図１５および図１６を参照しながら説明した、電流値を用いた診断を行う。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＡは、図１８および図１９を参照しながら説明した、電圧値を用いた診断を行う。
ＯＲブロック８８１Ａは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡおよび８００Ｐ＿ＶＡが出力する信号の両方が正常であることを示す場合、Ａ相は正常であると判定する。Ａ相は正常であると判定した場合、ＯＲブロック８８１Ａは、Ａ相は正常であることを示す信号（例えば“０”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＯＲブロック８８１Ａは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡおよび８００Ｐ＿ＶＡが出力する信号の少なくとも一方が異常であることを示す場合、Ａ相は故障していると判定する。Ａ相は故障していると判定した場合、ＯＲブロック８８１Ａは、Ａ相が故障していることを示す信号（例えば“１”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢおよび８００Ｐ＿ＶＢと、ＯＲブロック８８１Ｂとをさらに備える。

　故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢは、図１５および図１６を参照しながら説明した、電流値を用いた診断を行う。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＢは、図１８および図１９を参照しながら説明した、電圧値を用いた診断を行う。
ＯＲブロック８８１Ｂは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢおよび８００Ｐ＿ＶＢが出力する信号の両方が正常であることを示す場合、Ｂ相は正常であると判定する。Ｂ相は正常であると判定した場合、ＯＲブロック８８１Ｂは、Ｂ相は正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＯＲブロック８８１Ｂは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢおよび８００Ｐ＿ＶＢが出力する信号の少なくとも一方が異常であることを示す場合、Ｂ相は故障していると判定する。Ｂ相は故障していると判定した場合、ＯＲブロック８８１Ｂは、Ｂ相が故障していることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＣおよび８００Ｐ＿ＶＣと、ＯＲブロック８８１Ｃとをさらに備える。

　故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＣは、図１５および図１６を参照しながら説明した、電流値を用いた診断を行う。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＶＣは、図１８および図１９を参照しながら説明した、電圧値を用いた診断を行う。
ＯＲブロック８８１Ｃは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＣおよび８００Ｐ＿ＶＣが出力する信号の両方が正常であることを示す場合、Ｃ相は正常であると判定する。Ｃ相は正常であると判定した場合、ＯＲブロック８８１Ｃは、Ｃ相は正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＯＲブロック８８１Ｃは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＣおよび８００Ｐ＿ＶＣが出力する信号の少なくとも一方が異常であることを示す場合、Ｃ相は故障していると判定する。Ｃ相は故障していると判定した場合、ＯＲブロック８８１Ｃは、Ｃ相が故障していることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
モータ制御ユニット９００は、ＯＲブロック８８１Ａ、８８１Ｂ、８８１Ｃの出力信号から、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の故障の有無を判定することができる。故障が発生した場合、モータ制御ユニット９００は、どの相に故障が発生しているのかを特定することができる。故障している相が特定できることにより、モータ制御ユニット９００は、故障箇所に応じた適切な制御を行うことができる。例えば、モータ制御ユニット９００は、故障相以外の残りの二相を用いて二相通電制御を行うことができる。　
図２１に示す例では、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶは、検出した電流値および電圧値の両方を用いて故障診断を行う。例えば、電流センサ１５０が故障した場合はスイッチング素子を流れる電流は検出できなくなるが、この場合でも、検出した電圧値を用いて故障の有無を診断することができる。また、例えば、電圧検出回路３８０が故障した場合はスイッチング素子にかかる電圧は検出できなくなるが、この場合でも、検出した電流値を用いて故障の有無を診断することができる。　
図２２は、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶの機能ブロックの別の例を示している。図２１に示す故障診断ユニット８００＿ＩＶと比較して、図２２に示す故障診断ユニット８００＿ＩＶは、ＯＲブロック８８１Ａ、８８１Ｂおよび８８１Ｃの代わりに、ＡＮＤブロック８８２Ａ、８８２Ｂおよび８８２Ｃを備える。　
図２２に示す例では、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡおよび８００Ｐ＿ＶＡのそれぞれの出力は、ＡＮＤブロック８８２Ａに入力される。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢおよび８００Ｐ＿ＶＢのそれぞれの出力は、ＡＮＤブロック８８２Ｂに入力される。故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＣおよび８００Ｐ＿ＶＣのそれぞれの出力は、ＡＮＤブロック８８２Ｃに入力される。　
ＡＮＤブロック８８２Ａは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡおよび８００Ｐ＿ＶＡが出力する信号の少なくとも一方が正常であることを示す場合、Ａ相は正常であると判定する。Ａ相は正常であると判定した場合、ＡＮＤブロック８８２Ａは、Ａ相は正常であることを示す信号（例えば“０”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＡＮＤブロック８８２Ａは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＡおよび８００Ｐ＿ＶＡが出力する信号の両方が異常であることを示す場合、Ａ相は故障していると判定する。Ａ相は故障していると判定した場合、ＡＮＤブロック８８２Ａは、Ａ相が故障していることを示す信号（例えば“１”）をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＡＮＤブロック８８２Ｂは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢおよび８００Ｐ＿ＶＢが出力する信号の少なくとも一方が正常であることを示す場合、Ｂ相は正常であると判定する。Ｂ相は正常であると判定した場合、ＡＮＤブロック８８２Ｂは、Ｂ相は正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＡＮＤブロック８８２Ｂは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＢおよび８００Ｐ＿ＶＢが出力する信号の両方が異常であることを示す場合、Ｂ相は故障していると判定する。Ｂ相は故障していると判定した場合、ＡＮＤブロック８８２Ｂは、Ｂ相が故障していることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＡＮＤブロック８８２Ｃは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＣおよび８００Ｐ＿ＶＣが出力する信号の少なくとも一方が正常であることを示す場合、Ｃ相は正常であると判定する。Ｃ相は正常であると判定した場合、ＡＮＤブロック８８２Ｃは、Ｃ相は正常であることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
ＡＮＤブロック８８２Ｃは、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＣおよび８００Ｐ＿ＶＣが出力する信号の両方が異常であることを示す場合、Ｃ相は故障していると判定する。Ｃ相は故障していると判定した場合、ＡＮＤブロック８８２Ｃは、Ｃ相が故障していることを示す信号をモータ制御ユニット９００に出力する。　
モータ制御ユニット９００は、ＯＲブロック８８２Ａ、８８２Ｂ、８８２Ｃの出力信号から、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の故障の有無を判定することができる。故障が発生した場合、モータ制御ユニット９００は、どの相に故障が発生しているのかを特定することができる。故障している相が特定できることにより、モータ制御ユニット９００は、故障箇所に応じた適切な制御を行うことができる。　
図２２に示す例では、故障診断ユニット８００Ｐ＿ＩＶは、検出した電流値および電圧値の両方を用いて故障診断を行う。電流値および電圧値の両方が異常である場合に故障と判定することにより、故障という判定の信頼性を高めることができる。　
本開示の実施形態にかかる故障診断方法は、図２に示すような３個のＨブリッジを有するインバータユニット１００を備える電力変換装置１０００に限られず、巻線の一端同士がＹ結線されたモータを駆動する電力変換装置にも好適に用いることができる。　
図２３は、本実施形態の変形例による、単体のインバータ１４０を有す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。　
この例では、インバータユニット１００Ａは、一端同士がＹ結線された三相の巻線を有するモータ２００に接続される。実施形態にかかる故障診断方法は、例えば三相電流を用いるモータに適用可能であり、一端同士がデルタ結線された巻線を有するモータにも適用可能である。インバータ１４０のＡ相レグは、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＡＬ、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＡＨおよびシャント抵抗Ｓ＿Ａを有する。Ｂ相レグは、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＢＬ、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＢＨおよびシャント抵抗Ｓ＿Ｂを有する。Ｃ相レグは、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＣＬ、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＣＨおよびシャント抵抗Ｓ＿Ｃを有する。　
コントローラ３４０は、上述した故障診断方法と同様の方法で、インバータ１４０が備える複数のスイッチング素子の故障の有無を診断することができる。また、コントローラ３４０は、上述した故障診断方法と同様の方法で、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の故障の有無を診断することができる。　
インバータ１４０に故障が発生していないときは、コントローラ３４０は、例えば、三相通電制御でモータ２００を制御する。インバータ１４０に故障が発生したとき、コントローラ３４０は、例えば、モータ２００の駆動を停止させる制御を行う。　
このように、コントローラ３４０は、インバータ１４０が正常であるか異常であるかに応じて、モータ２００の制御を変更することができる。　



（実施形態２）



図２４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す。
自動車等の車両は一般に、電動パワーステアリング装置を有する。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から構成され得る。　
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などから構成される。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。そのシステムに、実施形態１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、シフトバイワイヤ、ステアリングバイワイヤ、ブレーキバイワイヤなどのエックスバイワイヤおよびトラクションモータなどのモータ制御システムにも好適に用いられる。例えば、本開示の実施形態によるモータ制御方法を実装したＥＰＳは、日本政府および米国運輸省道路交通安全局（ＮＨＴＳＡ）によって定められたレベル０から４（自動化の基準）に対応した自動運転車に搭載され得る。
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。
１００、１００Ａ：インバータユニット、１０１：電源、１２０：第１インバータ、１３０：第２インバータ、１４０：インバータ、１５０：電流センサ、２００：モータ、３００：制御回路、３１０：電源回路、３２０：角度センサ、３３０：入力回路、３４０：マイクロコントローラ、３５０：駆動回路、３６０：ＲＯＭ、１０００：電力変換装置、２０００：モータモジュール、３０００：電動パワーステアリング装置

Claims (11)

  1. 電気機器が備えるオンとオフの切替えが繰り返されるスイッチング素子の故障の有無を診断する故障診断方法であって、

    　前記スイッチング素子がオン状態に制御されたときに前記スイッチング素子を流れる電流が所定電流未満であるか判定するステップと、

    　前記スイッチング素子を流れる電流が前記所定電流未満である場合、前記スイッチング素子を流れる電流が前記所定電流未満になる時間を検出するステップと、

    　前記検出した時間が所定時間以上であるか判定するステップと、

    　前記検出した時間が前記所定時間以上である場合、前記検出した時間が前記所定時間以上になる回数をカウントするステップと、

    　前記カウントした合計回数が所定回数以上であるか判定するステップと、

    　前記カウントした合計回数が前記所定回数以上である場合、前記スイッチング素子は故障していると判定するステップと、

    　を含む、故障診断方法。
  2. 前記スイッチング素子を流れる電流が前記所定電流未満でない場合、前記スイッチング素子は正常であると判定するステップをさらに含む、請求項１に記載の故障診断方法。


  3. 前記検出した時間が所定時間以上でない場合、前記スイッチング素子は正常であると判定するステップをさらに含む、請求項１または２に記載の故障診断方法。


  4. 前記カウントした合計回数が前記所定回数以上でない場合、前記スイッチング素子は正常であると判定するステップをさらに含む、請求項１から３のいずれかに記載の故障診断方法。


  5. 前記スイッチング素子はトランジスタであり、

    前記スイッチング素子を流れる電流は、前記トランジスタのソースとドレインとの間を流れる電流である、請求項１から４のいずれかに記載の故障診断方法。
  6. 前記電気機器は、電源からの電力をモータに供給する電力に変換する電力変換装置であり、

    前記スイッチング素子は、前記電力変換装置が備えるスイッチング素子である、請求項１から５のいずれかに記載の故障診断方法。
  7. 請求項６に記載の故障診断方法を実行するモータ制御方法であって、

    　前記スイッチング素子は故障していないと判定したときは、第１制御モードで前記モータを制御し、

    　前記スイッチング素子は故障していると判定したときは、前記第１の制御モードとは異なる第２制御モードで前記モータを制御する、モータ制御方法。


  8. スイッチング素子と、

    前記スイッチング素子のオンとオフの切替え動作を制御する制御回路と、

    を備え、

    　前記制御回路は、

    　前記スイッチング素子がオン状態に制御されたときに前記スイッチング素子を流れる電流が所定電流未満であるか判定し、

    　前記スイッチング素子を流れる電流が前記所定電流未満である場合、前記スイッチング素子を流れる電流が前記所定電流未満になる時間を検出し、

    　前記検出した時間が所定時間以上であるか判定し、

    　前記検出した時間が前記所定時間以上である場合、前記検出した時間が前記所定時間以上になる回数をカウントし、

    　前記カウントした合計回数が所定回数以上であるか判定し、

    　前記カウントした合計回数が前記所定回数以上である場合、前記スイッチング素子は故障していると判定する、電気機器。
  9. 前記電気機器は、電源からの電力をモータに供給する電力に変換する電力変換装置であり、



    　前記スイッチング素子は、前記電力変換装置が備えるスイッチング素子である、請求項８に記載の電気機器。


  10. モータと、

    請求項９に記載の電気機器と、

    を備えるモータモジュール。
  11. 請求項１０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。
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