JP2012039718A - モータ制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】故障したスイッチング素子に電流が集中して流れること防止するモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することである。
【解決手段】
直流電源の両端に電源線を介して接続された複数対のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、複数対のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のそれぞれに並列に接続された整流素子と、複数対のスイッチング素子の接続点に接続される多相モータと、スイッチング素子の短絡故障を検出する短絡故障検出手段と、多相モータの各相の相電圧を検出する相電圧検出手段と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン及びオフを制御して、直流電源の直流電力を交流電力に変換する制御手段とを備え、制御手段は、短絡故障検出手段によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障を検出した場合に、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む第１の相の第１の相電圧と、第１の相とは異なる第２の相の第２の相電圧とに応じて、第２の相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関するものである。

電源から供給される直流電圧を、第１及び第２電源線と多相モータとの間で電力変換する電力変換装置において、当該各相モータの各相コイルとの接続点を介し直列接続された第１及び第２のスイッチング素子を有する複数のアーム回路の中から短絡故障したアーム回路が検出されたことに応じて、当該短絡故障したアーム回路の当該第１及び第２のスイッチング素子を導通状態に固定する電力変換装置が知られている。

特開２００８−５４４２０号公報

しかしながら、上記従来の電力変換装置では、前記第１及び第２のスイッチング素子のうち、故障したスイッチング素子と故障していないスイッチング素子との間で抵抗値が異なる場合があり、当該故障したスイッチング素子の方に電流が集中する可能性があった。

本発明が解決しようとする課題は、故障したスイッチング素子に電流が集中して流れること防止するモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することである。

本発明は、短絡故障検出手段により検出されたスイッチング素子を含む第１の相の相電圧と第２の相の相電圧とに応じて、当該第２の相のスイッチング素子を制御することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、短絡故障が検出されたスイッチング素子に流れる電流が、当該第２の相のスイッチング素子に分流されるため、当該短絡故障が検出されたスイッチング素子に電流が集中して流れることを防ぐことができる、という効果を奏する。

本発明の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。 スイッチング素子が短絡故障した場合における、図１のインバータ及びモータの回路図である。 スイッチング素子が短絡故障した場合における、図１のインバータ及びモータの回路図である。 スイッチング素子が短絡故障した場合における、図１のインバータ及びモータの回路図である。 スイッチング素子が短絡故障した場合における、図１のインバータ及びモータの回路図である。 図１のモータ制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 図１のモータ制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 スイッチング素子が短絡故障した場合における、図１の等価回路の回路である。 図７の上アーム回路及び下アーム回路における、時間に対する電圧特性を示すグラフである。 図７の回路における、時間に対する相電圧の電流特性を示すグラフである。 図７の回路における、時間に対するコンデンサの電圧特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置を示すブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ１０３を走行駆動源として走行する車両であり、モータ１０３は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）にも本発明を適用可能である。

本例のモータ制御装置は、上述した三相交流モータ１０３と、モータ１０３の電源である、バッテリ１０１と、当該バッテリ１０１の直流電力を交流電力に変換するインバータ１１１と、電圧センサ１０５と、電圧センサ１０６と、を備える。

バッテリ１０１は、直流電源であって、インバータ１１１に接続されている。バッテリ１０１には、例えばリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。バッテリ１０１とインバータ１１１との間には、図示しないリレーが接続されており、当該リレーは車両のキースイッチ（図示しない）のＯＮ／ＯＦＦ操作に連動して駆動する。なお、モータ１０３は発電機としても作用し、モータ１０３により発電された交流電力は、インバータ１１１により直流に変換され、バッテリ１０１に入力され、バッテリ１０１が充電される。

インバータ１１１は、上アーム回路１０４１、１０４３、１０４５と、下アーム回路１０４２、１０４４、１０４６と、平滑用のコンデンサ１０２と、コントローラ１０８とを有し、バッテリ１０１の直流電力を交流電力に変換して、モータ１０３に供給する。上アーム回路１０４１、１０４３、１０４５は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５とダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５とをそれぞれ並列に接続した回路であり、下アーム回路１０４２、１０４４、１０４６は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６とダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６とをそれぞれ並列に接続した回路である。本例では、２つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を直列に接続した３対の回路が、電源線Ｐ及び電源線Ｎとの間に接続されることにより、バッテリ１０１に並列に接続され、各対のスイッチング素子を接続する各接続点とモータ４の三相入力部とがそれぞれ電気的に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、例えば、絶縁ゲートパイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または、ＭＯＳＦＥＴが用いられる。各ダイオードＤ１〜Ｄ６には、例えばＦＲＤ（Ｆａｓｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。

図１に示す例でいえば、スイッチング素子Ｑ１とＱ２、スイッチング素子Ｑ３とＱ４、スイッチング素子Ｑ５とＱ６がそれぞれ対になって直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の間とモータ４のＵ相、スイッチング素子Ｑ３とＱ４の間とモータ４のＶ相、スイッチング素子Ｑ５とＱ６の間とモータ４のＷ相がそれぞれ接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、コントローラ１０８により制御され、高周波でスイッチングされる。

スイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子はダイオードＤ１のカソード端子に接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子はダイオードＤ１のアノード端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲート端子はコントローラ１０８に接続されている。他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６の各端子も同様に、ダイオードＤ２〜Ｄ６の各端子及びコントローラ１０８に接続されている。各ダイオードＤ１〜Ｄ６は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の順方向に対して、逆方向に接続されている。

電流センサ１０５は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に流れる相電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を検出するセンサであり、インバータ１１１とモータ１０３との間を接続する導電線に接続されている。電圧センサ１０６はＵ相、Ｖ相及びＷ相の相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）をそれぞれ検出するセンサであり、インバータ１１１とモータ１０３との間を接続する導電線に接続されている。なお、各相の相電圧は、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続点、スイッチング素子Ｑ３とＱ４の接続点及びスイッチング素子Ｑ５とＱ６の接続点の電圧に相当する。電流センサ１０５及び電圧センサ１０６の検出データは、コントローラ１０８に送信される。

コントローラ１０８には、短絡故障検出部１０７が設けられている。短絡故障検出部１０７は、電流センサ１０５により検出された相電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）に基づいて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障を検出する。例えばスイッチング素子Ｑ１で短絡故障が生じた場合、全ての各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオフにする用制御したとしても、インバータ１１１の回路内で、短絡部分であるスイッチング素子Ｑ１を含めた閉回路が形成されてしまう。そして、例えば、モータ１０３が回転して発生する起電力により、Ｕ相電流が電源線Ｐ線から短絡部分（スイッチング素子Ｑ１）を通り、スイッチング素子Ｑ１とＱ２との接続点を介して、モータ１０３のＵ相コイルに流れ、Ｖ相コイル及びＷ相コイルに分流する。そして、分流されたＶ相電流及びＷ相電流が、ダイオードＤ３及びダイオードＤ５を流れ、電源線Ｐに流れる。また、他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６の短絡故障についても同様に、短絡故障が生じた場合には、インバータ１１１の回路内に閉回路が形成され、過電流が流れる。そのため、電流センサ１０５が短絡故障時に流れる過電流を検出し、短絡故障検出部１０７が検出した各相の相電流を比較することで、短絡故障が生じているスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を特定することができる。

コントローラ１０８は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート端子に対して制御信号を送り、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調により、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。また、コントローラ１０８は、短絡故障検出部１０７によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障が生じた場合に、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相以外の相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンにして、後述するように、当該短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流れる短絡電流を分流する。

次に、スイッチング素子Ｑ４が短絡故障した場合を例として、図２を用いて、本例のモータ制御装置の制御内容を説明する。図２は、スイッチング素子Ｑ４が短絡故障した場合における、本例の制御処理を説明するために概略した回路であって、図１に対してバッテリ１０１等を省略した回路図である。なお図２中の点線の矢印は電流の流れを示す。

短絡故障検出部１０７により、下アーム回路１０４４のスイッチング素子Ｑ４の短絡故障を検出した場合に、モータ１０３が回転し、電流がインバータ１１１内に流れる。そして、コンデンサ１０２のディスチャージにおいて、コントローラ１０８は以下の制御を行う。

まず、コントローラ１０８は電圧センサ１０６に基づき各相の相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出し、各相の相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）をそれぞれ比較する。相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗより高い場合に、コントローラ１０８は上アーム回路１０４５のスイッチング素子Ｑ５をオンにする。スイッチング素子Ｑ５がオンになると、スイッチング素子Ｑ５〜スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点〜Ｗ相コイル及びＶ相コイル〜スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点〜ダイオードＤ３〜電源線Ｐ〜スイッチング素子Ｑ５による閉回路が形成される。コントローラ１０８の制御により当該閉回路が形成されると、図２に示すように、相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗより高いため、モータ１０３からスイッチング素子Ｑ３及びスイッチング素子Ｑ４との接続点に向けて流れる電流は、ダイオードＤ３〜スイッチング素子５〜スイッチング素子５及びスイッチング素子６の接続点に向かって流れる。すなわち、短絡故障したスイッチング素子Ｑ４に流れる電流がダイオードＤ３の順方向に分流され、スイッチング素子Ｑ４に流れる電流が制限され、コンデンサ１０２に蓄積された電荷が放電される。これにより、コントローラ１０８は、相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）の比較結果に応じて、スイッチング素子Ｑ５をオンにして、短絡電流を分流するための閉回路に短絡故障のスイッチング素子Ｑ４が含まれないように制御する。

コントローラ１０８は、上記のように、スイッチング素子Ｑ５をオンにし、電流を流している間も、電圧センサ１０６により相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出している。そして、コントローラ１０８は、相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗ以下になると、オンにしていたスイッチング素子Ｑ５をオフにする。

なお、コントローラ１０８は、スイッチング素子Ｑ４が短絡故障し相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｕより高い場合には、スイッチング素子Ｑ１をオンにすることで、上記と同様に、スイッチング素子Ｑ４に流れる電流を制限することができる。

次に、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障した場合を例として、図３を用いて、本例のモータ制御装置の制御内容を説明する。図３は、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障した場合における、本例の制御処理を説明するために概略した回路であって、図１に対してバッテリ１０１等を省略した回路図である。なお図３中の点線の矢印は電流の流れを示す。

短絡故障検出部１０７により、上アーム回路１０４３のスイッチング素子Ｑ３の短絡故障を検出した場合に、コンデンサ１０２のディスチャージにおいて、コントローラ１０８は以下の制御を行う。

まず、コントローラ１０８は電圧センサ１０６に基づき各相の相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出し、各相の相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）をそれぞれ比較する。相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗより低い場合に、コントローラ１０８は下アーム回路１０４６のスイッチング素子Ｑ６をオンにする。スイッチング素子Ｑ６がオンになると、スイッチング素子Ｑ６〜電源線Ｎ〜ダイオードＤ４〜スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点〜Ｖ相コイル及びＷ相コイル〜スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点〜スイッチング素子Ｑ６による閉回路が形成される。コントローラ１０８の制御により当該閉回路が形成されると、図３に示すように、相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗより低いため、モータ１０３からスイッチング素子Ｑ５及びスイッチング素子Ｑ６との接続点に向けて流れる電流は、スイッチング素子Ｑ６〜電源線Ｎに向かって流れる。すなわち、モータ１０３からスイッチング素子Ｑ５及びスイッチング素子Ｑ６との接続点に向けて流れる電流を、ダイオードＤ５〜電源線Ｐ〜スイッチング素子Ｑ３に流すのではなく、スイッチング素子Ｑ６に流すことにより、短絡故障したスイッチング素子Ｑ３に流れる電流を制限する。これにより、コントローラ１０８は、相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）の比較結果に応じて、スイッチング素子Ｑ６をオンにして、電流を分流するための閉回路に短絡故障のスイッチング素子Ｑ４が含まれないように制御し、スイッチング素子Ｑ３に流れる電流を分流する。

コントローラ１０８は、上記のように、スイッチング素子Ｑ６をオンにし、電流を流している間も、電圧センサ１０６により相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出している。そして、コントローラ１０８は、相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗ以上になると、オンにしていたスイッチング素子Ｑ６をオフにする。

なお、コントローラ１０８は、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障し相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｕより小さい場合には、スイッチング素子Ｑ２をオンにすることで、上記と同様に、スイッチング素子Ｑ３に流れる電流を制限することができる。

次に、スイッチング素子Ｑ４が短絡故障した場合を例として、図４を用いて、本例のモータ制御装置の制御内容を説明する。図４は、スイッチング素子Ｑ４が短絡故障した場合における、本例の制御処理を説明するために概略した回路であって、図１に対してバッテリ１０１等を省略した回路図である。なお図４中の点線の矢印は電流の流れを示す。

短絡故障検出部１０７により、下アーム回路１０４４のスイッチング素子Ｑ４の短絡故障を検出した場合に、コンデンサ１０２のディスチャージにおいて、コントローラ１０８は以下の制御を行う。

まず、コントローラ１０８は電圧センサ１０６に基づき各相の相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出し、各相の相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）をそれぞれ比較する。相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｕより低い場合に、コントローラ１０８は下アーム回路１０４２のスイッチング素子Ｑ２をオンにする。スイッチング素子Ｑ２がオンになると、スイッチング素子Ｑ２〜電源線Ｎ〜ダイオードＤ６〜スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点〜Ｗ相コイル及びＵ相コイル〜スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点〜スイッチング素子Ｑ２による閉回路が形成される。コントローラ１０８の制御により当該閉回路が形成されると、図４に示すように、相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｕより低いため、モータ１０３からスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２との接続点に向けて流れる電流は、スイッチング素子Ｑ２〜電源線Ｎ〜ダイオードＤ６〜スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点〜Ｗ相コイル及びＵ相コイルに向かって流れる。すなわち、モータ１０３からインバータ１１１に内部に向かって流れる電流は、モータ１０３〜スイッチング素子Ｑ３及びスイッチング素子Ｑ４の接続点に向かって流れず、モータ１０３からスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２との接続点に向かって流れる。そのため、短絡故障したスイッチング素子Ｑ４に流れる電流が制限される。これにより、コントローラ１０８は、相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）の比較結果に応じて、スイッチング素子Ｑ２をオンにして、電流を分流するための閉回路に短絡故障のスイッチング素子Ｑ４が含まれないように制御し、スイッチング素子Ｑ４に流れる電流を分流する。

コントローラ１０８は、上記のように、スイッチング素子Ｑ２をオンにし、電流を流している間も、電圧センサ１０６により相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出している。そして、コントローラ１０８は、相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｕ以上になると、オンにしていたスイッチング素子Ｑ２をオフにする。

なお、コントローラ１０８は、スイッチング素子Ｑ４が短絡故障し相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗより低い場合には、スイッチング素子Ｑ６をオンにすることで、上記と同様に、スイッチング素子Ｑ４に流れる電流を制限することができる。

次に、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障した場合を例として、図５を用いて、本例のモータ制御装置の制御内容を説明する。図５は、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障した場合における、本例の制御処理を説明するために概略した回路であって、図１に対してバッテリ１０１等を省略した回路図である。なお図５中の点線の矢印は電流の流れを示す。

短絡故障検出部１０７により、上アーム回路１０４３のスイッチング素子Ｑ３の短絡故障を検出した場合に、コンデンサ１０２のディスチャージにおいて、コントローラ１０８は以下の制御を行う。

まず、コントローラ１０８は電圧センサ１０６に基づき各相の相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出し、各相の相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）をそれぞれ比較する。相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｕより高い場合に、コントローラ１０８は上アーム回路１０４１のスイッチング素子Ｑ１をオンにする。スイッチング素子Ｑ１がオンになると、スイッチング素子Ｑ１〜スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点〜Ｕ相コイル及びＷ相コイル〜スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点〜ダイオードＤ５〜電源線Ｐ〜スイッチング素子Ｑ１による閉回路が形成される。コントローラ１０８の制御により当該閉回路が形成されると、図５に示すように、相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｕより高いため、モータ１０３からスイッチング素子Ｑ５及びスイッチング素子Ｑ６との接続点に向けて流れる電流は、ダイオードＤ５〜電源線Ｐ〜スイッチング素子Ｑ１に向かって流れる。すなわち、モータ１０３からスイッチング素子Ｑ５及びスイッチング素子Ｑ６との接続点とダイオードＤ５を介して電源線Ｐに流れる電流を、スイッチング素子Ｑ１に流すことにより、短絡故障したスイッチング素子Ｑ３に流れる電流を制限する。これにより、コントローラ１０８は、相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）の比較結果に応じて、スイッチング素子Ｑ１をオンにして、電流を分流するための閉回路に短絡故障のスイッチング素子Ｑ３が含まれないように制御し、スイッチング素子Ｑ３に流れる電流を分流する。

コントローラ１０８は、上記のように、スイッチング素子Ｑ１をオンにし、電流を流している間も、電圧センサ１０６により相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出している。そして、コントローラ１０８は、相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗ以上になると、オンにしていたスイッチング素子Ｑ６をオフにする。

なお、コントローラ１０８は、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障し相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗより高い場合には、スイッチング素子Ｑ５をオンにすることで、上記と同様に、スイッチング素子Ｑ３に流れる電流を制限することができる。

上記のように本例は、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のインバータにおける接続位置と、接続点の相電圧の大小関係により、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含まない相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンにする。すなわち、多相の中で一の相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が短絡故障した場合に、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む当該一の相の相電圧と、他の相の相電圧とを比較し、相電圧の大小関係に応じて、他の相の上アーム回路又は下アーム回路のいずれか一方のスイッチング素子をオンにして、コンデンサ１０２をディスチャージする。また、言い換えると、多相の中で一の相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が短絡故障した場合に、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む当該一の相の相電圧と、他の相の相電圧とを比較し、相電圧の大小関係に応じて、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と同じ電源線Ｐ、Ｎに接続されているスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、または、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と異なる電源線Ｐ、Ｎに接続されているスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のいずれか一方のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンにして、コンデンサ１０２をディスチャージする。これにより、コントローラ１０８は、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流れる電流を制限しつつ、コンデンサ１０２をディスチャージする制御を行う。

次に、図６ａ及び図６ｂを用いて、本例の制御手順を説明する。図６ａ及び図６ｂは、本例の制御手順を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１にて、短絡検出部１０７によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障を検出する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障が検出されると、ステップＳ２にて、コントローラ１０８は、モータ１０３の回転を検出する。モータ１０３の回転は、例えばモータ１０３のコイルの角速度センサ、又はモータ１０３の回転より発生する電流又は電圧を電流センサ１０５又は電圧センサ１０６などにより検出すればよい。

ステップＳ３にて、コントローラ１０８は、電圧センサ１０６に基づき、相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出する。ステップＳ４にて、コントローラ１０８は、ステップＳ１により検出された短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が下アーム回路１０４２、１０４４、１０４６のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６であるか否かを特定する。コントローラ１０８は、各相に設けられた電流センサ１０５の検出電流から、どのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６で短絡故障が生じているか把握する。短絡故障が下アーム回路のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６で生じている場合には、ステップＳ５に遷り、短絡故障が上アーム回路のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５で生じている場合には、ステップＳ４１に遷る。

ステップＳ５にて、コントローラ１０８は、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相の相電圧（Ｖａ）と、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含まない相の相電圧（Ｖｂ）とを比較する。例えば、スイッチング素子Ｑ２で生じている場合には、Ｕ相の相電圧がＶａに相当し、Ｖ相及びＷ相の相電圧がＶｂに相当する。そして、相電圧（Ｖａ）が相電圧（Ｖｂ）より高い場合には、ステップＳ６に遷り、相電圧（Ｖａ）が相電圧（Ｖｂ）以下の電圧である場合には、ステップＳ５１に遷る。

ステップＳ６にて、コントローラ１０８は、ステップＳ５により相電圧（Ｖｂ）の相の、上アーム回路１０４１、１０４３、１０４５のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５をオンにする。例えば、短絡故障がスイッチングＱ１で生じ、相電圧（Ｖｕ）が相電圧（Ｖｖ）より高い場合には、スイッチング素子Ｑ３をオンにする。そして、ステップＳ７にて、コンデンサ１０２の蓄積電荷がディスチャージされる。ステップＳ８にて、コントローラ１０８は、電圧センサ１０６により、各相の相電圧を検出する。なお、ステップＳ８にてコントローラ１０８は、必ずしも全ての相の相電圧を検出する必要はなく、少なくとも短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相の相電圧と、ステップＳ６によりオンされたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５を含む相の相電圧を検出すればよい
ステップＳ９にて、コントローラ１０８は、ステップＳ８により検出された相電圧をそれぞれ比較する。相電圧（Ｖａ）が相電圧（Ｖｂ）より高い場合、言い換えると、ステップＳ５による相電圧（Ｖａ）及び相電圧（Ｖｂ）の大小関係が変わっていない場合には、ステップＳ８に戻る。一方、相電圧（Ｖａ）が相電圧（Ｖｂ）の電圧以下である場合、言い換えると、ステップＳ５による相電圧（Ｖａ）及び相電圧（Ｖｂ）の大小関係が変わった場合には、ステップＳ１０に遷る、そして、ステップＳ１０にて、コントローラ１０８は、ステップＳ６によりオンにしていたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５をオフにし、制御処理を終える。なお、ステップＳ６〜ステップＳ１０の制御処理は、図２を用いて上述した制御内容に相当する。

ステップＳ５により、相電圧（Ｖａ）が相電圧（Ｖｂ）以下の電圧である場合には、ステップＳ５１にて、コントローラ１０８は、ステップＳ５により相電圧（Ｖｂ）の相のうち、下アーム回路１０４２、１０４４、１０４６のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をオンにする。例えば、短絡故障がスイッチングＱ１で生じ、相電圧（Ｖｕ）が相電圧（Ｖｖ）以下の電圧である場合には、スイッチング素子Ｑ４をオンにする。そして、ステップＳ５２にて、コンデンサ１０２の蓄積電荷がディスチャージされる。ステップＳ５３にて、コントローラ１０８は、電圧センサ１０６により、各相の相電圧を検出する。なお、ステップＳ５３にてコントローラ１０８は、必ずしも全ての相の相電圧を検出する必要はなく、少なくとも短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相の相電圧と、ステップＳ５１によりオンされたスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６を含む相の相電圧を検出すればよい。
ステップＳ５４にて、コントローラ１０８は、ステップＳ８により検出された相電圧をそれぞれ比較する。相電圧（Ｖａ）が相電圧（Ｖｂ）以下の電圧である場合、言い換えると、ステップＳ５による相電圧（Ｖａ）及び相電圧（Ｖｂ）の大小関係が変わっていない場合には、ステップＳ５３に戻る。一方、相電圧（Ｖａ）が相電圧（Ｖｂ）より高い場合、言い換えると、ステップＳ５による相電圧（Ｖａ）及び相電圧（Ｖｂ）の大小関係が変わった場合には、ステップＳ５５に遷る、そして、ステップＳ５５にて、コントローラ１０８は、ステップＳ５１によりオンにしていたスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６をオフにし、制御処理を終える。なお、ステップＳ５１〜ステップＳ５５の制御処理は、図４を用いて上述した制御内容に相当する。

ステップＳ４により、短絡故障が上アーム回路１０４１、１０４３、１０４５のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５で生じている場合には、ステップＳ４１にて、コントローラ１０８は、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相の相電圧（Ｖａ）と、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含まない相の相電圧（Ｖｂ）とを比較する。そして、相電圧（Ｖａ）と相電圧（Ｖｂ）との大小関係に応じて、コントローラ１０８は、ステップＳ４１〜ステップＳ４７又はステップＳ４１１〜Ｓ４１５の制御処理を行う。ステップＳ４１〜ステップＳ４７の制御処理はステップＳ６〜Ｓ１０の制御処理と同様であり、ステップＳ４１１〜ステップＳ４１５の制御処理はステップＳ５１〜Ｓ５５の制御処理と同様であるため、説明を省略する。なお、ステップＳ４２〜ステップＳ４７の制御処理は図５を用いて上述した制御内容に相当し、ステップＳ４１１〜ステップＳ４１５の制御処理は図３を用いて上述した制御内容に相当する。

上記のように、本例において、短絡故障検出部１０７がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障を検出した場合に、コントローラ１０８は、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相（本発明の「第１の相」に相当）の相電圧（本発明の「第１の相電圧」に相当）と、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相とは異なる相（本発明の「第２の相」に相当）の相電圧（本発明の「第２の相電圧」に相当）とに応じて、当該短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相とは異なる相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する。例えば、本例において、短絡故障検出部１０７がスイッチング素子Ｑ１の短絡故障を検出した場合に、コントローラ１０８は、Ｕ相（本発明の「第１の相」に相当）の相電圧Ｖｕ（本発明の「第１の相電圧」に相当）と、Ｖ相又はＷ相（本発明の「第２の相」に相当）の相電圧Ｖｖ又はＶｗ（本発明の「第２の相電圧」に相当）とに応じて、Ｖ相又はＷ相のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６を制御する。

ここで、本例とは異なり、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と同じ相のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンにし、電源線Ｐと電源線Ｎとの間を短絡させる場合について、説明する。短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の抵抗値は、材料特性や素子構造により変化する。そのため、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の抵抗値は、短絡故障していないスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の抵抗値と異なるため、短絡させた、複数のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の間で、電流の分配（抵抗比）に偏りが生じ、短絡電流が短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に集中し、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６における発熱量が多くなる可能性がある。

一方、本例では、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の相と異なる相のスイッチング素子をオンにして、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流れる電流を制限し、また短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に加わる電圧を下げ、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にかかる電力負荷を抑制している。そのため、電流が短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に集中することを防ぎ、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６における発熱量を抑制することができる。

また、本例において、コントローラ１０８は、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相の相電圧と、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相とは異なる相の相電圧との大小関係に応じて、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含む相とは異なる相における、上アーム回路１０４１、１０４３、１０４５のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５又は下アーム回路１０４２、１０４４、１０４６のスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の少なくとも一方のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオンにする。これにより、電流が短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に集中することを防ぎ、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６における発熱量を抑制することができる。

なお、本例では、電圧センサ１０６により、相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を検出するが、モータ１０３の中間電位（Ｖｔ）を検出する電圧センサにより、相電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を測定してもよい。例えばＵ相について、モータ１０３の内部抵抗をＲｕとすると、相電圧Ｖｕは、式１により算出される。

[式１]
Ｖｕ＝Ｒｕ×Ｉｕ＋Ｖｕ （式１）
相電流（Ｉｕ）は電流センサ１０５により検出され、内部抵抗（Ｒｕ）はモータ１０３の設計段階で予め設定される抵抗値である。そのため、電圧センサ１０６の代わりに、中間電位（Ｖｔ）を検出する電圧センサを用いれば、相電圧（Ｖｕ）を検出することができる。他の相（Ｖ相及びＷ相）についても、同様に、中間電位（Ｖｔ）を検出する電圧センサを用いればよい。

なお、本例のステップＳ５において、相電圧（Ｖａ）と相電圧（Ｖｂ）が等しい場合には、ステップＳ５１に遷るが、ステップＳ６に遷ってもよく、また、ステップＳ３に戻り、相電圧（Ｖａ）と相電圧（Ｖｂ）との間で大小関係が生じるまで、ステップＳ３〜ステップＳ５を繰り返してもよい。

なお、本例において、相電圧（Ｖａ）と相電圧（Ｖｂ）と大小関係を比較する場合に、相電圧（Ｖａ）と相電圧（Ｖｂ）との差を比較してもよい。例えば、相電圧（Ｖａ）と相電圧（Ｖｂ）との差が、予め設定されている所定の電圧差より高い場合に、相電圧（Ｖａ）が相電圧（Ｖｂ）より高い場合として、判断すればよい。

また本例において、短絡故障検出手段１０７をコントローラ１０８の一部とするが、コントローラ１０８とは異なる別の制御部にしてもよい。

なお、本例のダイオードＤ１〜Ｄ６が本発明の「整流素子」に相当し、モータ１０３が「多相モータ」に、電流センサ１０５及び短絡故障検出手段１０７が「短絡故障検出手段」に、電圧センサ１０６が「相電圧検出手段」に、コントローラ１０８が「制御手段」に相当する。

以下、本発明をさらに具体化した実施例を説明する。

《評価方法》
スイッチング素子Ｑ４が短絡故障した場合を想定し、図７の等価回路で評価を行った。図７は、本発明を評価するための等価回路の回路である。

図７に示すように、短絡故障のスイッチング素子Ｑ４の部分に、短絡を想定した抵抗Ｒ（抵抗値１ｍΩ）を接続した。上アーム回路及び下アーム回路に流れる電流を検出するために、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３、Ｑ５及びＱ６のコレクタ端子に電流計７１〜７３、７５、７６を接続し、抵抗Ｒに電流計７４を接続した。電源線Ｎはアース接地されており、相電圧を検出する電圧計７７〜７９をモータ１０３の各相の導電線と電源線Ｎとの間に接続した。平滑用のコンデンサＣ１は、容量６００μＦで、初期電圧０Ｖ〜４００Ｖまで充放電可能なものを採用した。モータ１０３の回転条件は５００ｒｐｍとした。駆動回路８１〜８３、８５、８６は各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３、Ｑ５及びＱ６に接続され、コントローラ１０８（図示しない）の制御信号に基づき、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３、Ｑ５及びＱ６をスイッチングする。電流計７１〜７６の検出電流をＡＭ１〜ＡＭ６とし、電圧計７７〜７９の検出電圧をＶＭ１〜ＶＭ３とする。検出電圧ＶＭ１は相電圧Ｖｕに相当し、ＶＭ２はＶｖに、ＶＭ３はＶｗに相当する。

コントローラ１０８は、スイッチング素子Ｑ４の短絡故障を検出したとし、検出電圧ＶＭ１〜ＶＭ３に応じて、上記の実施形態と同様に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ５のスイッチングを制御した。そして、コントローラ１０８の制御の下、上アーム回路１０４１、１０４３、１０４５及び下アーム回路１０４２、１０４４、１０４６に流れる電流の変化、各相の相電圧の変化及びコンデンサＣ１の電圧の変化を計測した。計測結果を図８〜図１０に示す。図８は各電流計７１〜７６における時間に対する電流特性を示し、図９は各電圧計７７〜７９における時間に対する電圧特性を示し、図１０はコンデンサＣ１における時間に対する電圧特性を示す。

また、短絡故障を想定した抵抗Ｒに流れる電流（ＡＭ４に相当）のピーク電流値と、相電圧Ｖｖ（ＶＭ２に相当）のピーク電圧値と、負荷電力を測定した結果を表１にしめす。なお、負荷電力は、モータ極対数と回転数により決まる電気角速度１周期分にて電力変換した電力である。

《考察》
図８に示すように、例えば１１５〜１３５（ｍｓｅｃ）の間、ＶＭ２はＶＭ３より高くなっている。本例の制御では、下アーム回路１０４２、１０４４、１０４６のスイッチング素子Ｑ４が故障し、相電圧Ｖｖが相電圧Ｖｗより高い場合に相当するため、スイッチング素子Ｑ５をオンにする制御が行われ、ダイオードＤ３の順方向に電流が流れる、ことになる（図２を参照）。図９に示すように、１１５〜１３５（ｍｓｅｃ）の間、ＡＭ３は、負方向に電流が流れることを示している。これにより、本例の制御を行うことで、モータ１０３から上アーム回路１０４３と下アーム回路１０４４との中間点に向けて流れる電流が、ダイオードＤ３の順方向を通るため、抵抗Ｒに流れる電流が分流されていることが分かる。

また表１に示すように、本例の制御を行っている場合の抵抗Ｒの電流ピーク値及び電圧ピーク値は、本例の制御を行っていない場合の抵抗Ｒの電流ピーク値及び電圧ピーク値と比べて、低くなっている。これにより、短絡故障の部位である、抵抗Ｒに流れる電流が分流され、短絡故障部位に流れ込む電流が制限されていることが分かる。

また、本例の制御を行っている場合の負荷電力は、本例の制御を行っていない場合の負荷電力と比べて低くなっている。これにより、本例の制御を行うことで、短絡故障部位にかかる負荷電力を約半減させることが分かる。

以上の結果により、本例の制御を行うことで、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流れる電流を制限し、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６における負荷を軽減することが確認された。

１０１…バッテリ
１０２…コンデンサ
１０３…モータ
１０４１、１０４３、１０４５…上アーム回路
１０４２、１０４４、１０４６…下アーム回路
１０５…電流センサ
１０６…電圧センサ
１０７…短絡故障検出部
１０８…コントローラ
１１１…インバータ
Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード
７１〜７６…電流計
７７〜７９…電圧計
８１〜８３、８５、８６…駆動回路
Ｃ１…コンデンサ
Ｒ…抵抗
Ｐ、Ｑ…電源線

Claims (7)

1. 直流電源の両端に電源線を介して接続された複数対のスイッチング素子と、
   前記複数対のスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された整流素子と、
   前記複数対のスイッチング素子の接続点に接続される多相モータと、
   前記スイッチング素子の短絡故障を検出する短絡故障検出手段と、
   前記多相モータの各相の相電圧を検出する相電圧検出手段と、
   前記スイッチング素子のオン及びオフを制御して、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記短絡故障検出手段により前記スイッチング素子の短絡故障を検出した場合に、
   前記短絡故障したスイッチング素子を含む第１の相の第１の相電圧と、前記第１の相とは異なる第２の相の第２の相電圧とに応じて、前記第２の相の前記スイッチング素子を制御する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記第１の相電圧と前記第２の相電圧との大小関係に応じて、前記第２の相の上アーム回路の前記スイッチング素子及び前記第２の相の前記スイッチング素子のうち少なくとも一方の前記スイッチング素子をオンにする
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記制御手段は、
   前記短絡故障検出手段が下アーム回路の前記スイッチング素子の短絡故障を検出し、かつ、前記第１の相電圧が前記第２の相電圧より高い場合に、
   前記第２の相の上アーム回路の前記スイッチング素子をオンにする
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
4. 前記制御手段は、
   前記短絡故障検出手段が上アーム回路の前記スイッチング素子の短絡故障を検出し、かつ、前記第１の相電圧が前記第２の相電圧より低い場合に、
   前記第２の相の下アーム回路の前記スイッチング素子をオンにする
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
5. 前記制御手段は、
   前記短絡故障検出手段が下アーム回路の前記スイッチング素子の短絡故障を検出し、かつ、前記第１の相電圧が前記第２の相電圧より低い場合に、
   前記第２の相の下アーム回路の前記スイッチング素子をオンにする
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
6. 前記制御手段は、
   前記短絡故障検出手段が上アーム回路の前記スイッチング素子の短絡故障を検出し、かつ、前記第１の相電圧が前記第２の相電圧より高い場合に、
   前記第２の相の上アーム回路の前記スイッチング素子をオンにする
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
7. 直流電源の両端に電源線を介して接続され、複数のダイオードにそれぞれ並列に接続された複数対のスイッチング素子のオン及びオフを制御して、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換し、前記複数対のスイッチング素子の接続点に接続される多相モータに前記交流電力を出力する工程と、
   前記スイッチング素子の短絡故障を検出する短絡故障検出工程と、
   前記多相モータの各相の相電圧を検出する相電圧検出工程と、
   前記短絡故障検出工程により前記スイッチング素子の短絡故障を検出した場合に、前記短絡故障したスイッチング素子を含む第１の相の第１の相電圧と、前記相電圧前記第１の相とは異なる第２の相の第２の相電圧とに応じて、前記第２の相に含まれる前記スイッチング素子を制御する工程とを含む
   ことを特徴とするモータ制御方法。

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