(57)【要約】【課題】故障箇所の特定診断時におけるトルク抜けを回避する。【解決手段】電力変換装置の一態様は、電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、上記巻線の一端に接続される第１インバータと、上記一端に対する他端に接続される第２インバータと、上記第１インバータと並列で上記巻線の上記一端に接続され、かつ、上記一端同士の接続・非接続を切替える第１中性点リレー回路と、上記第２インバータと並列で上記巻線の上記他端に接続され、かつ、上記他端同士の接続・非接続を切替える第２中性点リレー回路と、上記第１インバータおよび上記第２中性点リレー回路を制御する第１制御回路と、上記第２インバータおよび上記第１中性点リレー回路を制御する第２制御回路と、を備える。【選択図】      図１
2020092491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、
前記巻線に接続されるインバータと、
前記インバータおよび前記巻線に接続され、前記ｎ相の巻線に対する中性点を形成する中性点回路と、
前記インバータおよび前記中性点回路それぞれの内部電位を検出する検出器と、
を備えた回路系を、前記巻線の一端と他端とのそれぞれに備え、
前記巻線の一端側の検出器に接続され、当該一端側のインバータおよび前記巻線の他端側の中性点回路を制御する第１制御回路と、
前記巻線の他端側の検出器に接続され、当該他端側のインバータおよび前記巻線の一端側の中性点回路を制御する第２制御回路と、
を更に備える電力変換装置。
【請求項２】
前記回路系が、前記インバータとグランドとの接続・非接続を切替えるスイッチ素子を更に備え、
前記検出器が、前記スイッチ素子と前記インバータとを接続する接続ラインの電位も検出する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記回路系の一方に故障の兆候が生じた場合は、前記第１制御回路および前記第２制御回路のうち、当該一方の回路系のインバータを制御する制御回路が故障時用の動作を選択し、その後、当該回路系における故障の有無は、前記第１制御回路および前記第２制御回路の協働によって確認する請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記回路系のそれぞれが、互いに独立な電源から電力を供給される請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記検出器が、前記電源の電圧も検出する請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記検出器により前記インバータについて異常な内部電位が検出された場合、当該インバータと同じ回路系に備えられた前記中性点回路によって中性点が形成されて故障時用の動作に移行する請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記検出器により前記中性点回路について異常な内部電位が検出された場合、当該中性点回路と同じ回路系に備えられた前記インバータによって中性点が形成されて故障時用の動作に移行する請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１制御回路および前記第２制御回路は相互に通信し、一方が他方の通信不能を検知した場合には、当該一方が制御する中性点回路で中性点を形成させて故障時用の動作に移行する請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記一端側のインバータおよび前記他端側の中性点回路が第１基板上に実装され、
前記他端側のインバータおよび前記一端側の中性点回路が、前記第１基板とは別の第２基板上に実装される請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記一端側のインバータおよび前記他端側の中性点回路が基板の第１面上に実装され、
前記他端側のインバータおよび前記一端側の中性点回路が、前記第１面の裏側の第２面上に実装される請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、
を備える駆動装置。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、
前記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、
を備えるパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つのインバータによりモータの電力を変換するインバータ駆動システムが知られている。また、モータの各巻線の両端それぞれにインバータが接続され各巻線について独立に電力を供給するタイプのインバータ駆動システムも知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には２つのインバータ部を有する電力変換装置が開示されている。特許文献１では、故障検出手段によりスイッチング素子の故障が検出される。そして、スイッチング素子に故障が生じた場合、回転電機(モータ)の駆動継続のため、スイッチング素子のオンオフ作動制御が正常時制御から故障時制御に切り替えられて回転電機が駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１９２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の装置では、故障箇所を特定する診断の間にトルク抜けが起きてしまう場合があった。
そこで、本発明は、故障箇所の特定診断時におけるトルク抜けを回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電力変換装置の一態様は、電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、上記巻線の一端に接続される第１インバータと、上記一端に対する他端に接続される第２インバータと、上記第１インバータと並列で上記巻線の上記一端に接続され、かつ、上記一端同士の接続・非接続を切替える第１中性点リレー回路と、上記第２インバータと並列で上記巻線の上記他端に接続され、かつ、上記他端同士の接続・非接続を切替える第２中性点リレー回路と、上記第１インバータおよび上記第２中性点リレー回路を制御する第１制御回路と、上記第２インバータおよび上記第１中性点リレー回路を制御する第２制御回路と、を備える。
また、本発明に係る駆動装置の一態様は、上記電力変換装置と、上記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、を備える。
【０００７】
また、本発明に係るパワーステアリング装置の一態様は、上記電力変換装置と、上記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、上記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電源の一方における異常時に他方の電源で電力供給を継続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニットの回路構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、正常時におけるモータ駆動ユニットの動作を示す図である。
【図３】図３は、正常時におけるモータの各相の各コイルに流れる電流値を示す図である。
【図４】図４は、故障検出の際に制御回路で実行される処理手順を表すフローチャートである。
【図５】図５は、仮駆動中の出力調整を示す図である。
【図６】図６は、異常検出と駆動パターンとの対応関係を示す図である。
【図７】図７は、故障パターンのパターン１が生じた状態を示す図である。
【図８】図８は、延焼防止状態に移行した状態を示す図である。
【図９】図９は、故障パターンがパターン１の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【図１０】図１０は、故障パターンのパターン２が生じた状態を示す図である。
【図１１】図１１は、故障パターンがパターン２の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【図１２】図１２は、インバータ内での中性点形成の変形例を示す図である。
【図１３】図１３は、故障パターンのパターン３が生じた状態を示す図である。
【図１４】図１４は、故障パターンがパターン３の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【図１５】図１５は、故障パターンのパターン４が生じた状態を示す図である。
【図１６】図１６は、故障パターンがパターン４の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【図１７】図１７は、故障パターンのパターン５が生じた状態を示す図である。
【図１８】図１８は、故障パターンがパターン５の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【図１９】図１９は、２相駆動でモータの各相の各コイルに流れる電流値を示す図である。
【図２０】図２０は、故障パターンのパターン６が生じた状態を示す図である。
【図２１】図２１は、故障パターンがパターン６の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【図２２】図２２は、モータ駆動ユニットのハードウェア構成を模式的に示す図である。
【図２３】図２３は、第１実装基板および第２実装基板のハードウェア構成を模式的に示す図である。
【図２４】図２４は、実装基板のハードウェア構成の変形例を模式的に示す図である。
【図２５】図２５は、本実施形態によるパワーステアリング装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、駆動装置および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。
【００１１】
本明細書において、電源からの電力を、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線（「コイル」と表記する場合がある。）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も本開示の範疇である。
（モータ駆動ユニット１０００の構造）
図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニット１０００の回路構成を模式的に示す図である。
【００１２】
モータ駆動ユニット１０００は、インバータ１１１、１１２と、中性点リレー回路１２１、１２２と、モータ２００と、制御回路３０１、３０２と、インバータ駆動回路３１１、３１２と、スイッチ駆動回路３１３、３１４と、を備える。
【００１３】
本明細書では、構成要素としてモータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００を説明する。モータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００は、本発明の駆動装置の一例に相当する。ただし、モータ駆動ユニット１０００は、構成要素としてモータ２００を備えない、モータ２００を駆動するための装置であってもよい。モータ２００を備えないモータ駆動ユニット１０００は、本発明の電力変換装置の一例に相当する。
【００１４】
モータ２００は、例えば三相交流モータである。モータ２００は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルを有する。コイルの巻き方は、例えば集中巻きまたは分布巻きである。
【００１５】
モータ駆動ユニット１０００は電源に接続される。電源は、それぞれ独立した第１電源４０３と第２電源４０４を備える。電源４０３、４０４は所定の電源電圧（例えば１２Ｖ）を生成する。電源４０３、４０４として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源４０３、４０４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。図１では、一例として、第１インバータ１１１用の第１電源４０３および第２インバータ１１２用の第２電源４０４が示されるが、モータ駆動ユニット１０００は、第１インバータ１１１および第２インバータ１１２に共通の単一電源に接続されてもよい。また、モータ駆動ユニット１０００は、内部に電源を備えていてもよい。
【００１６】
モータ駆動ユニット１０００が備える２つのインバータ１１１、１１２は共通のグランドに接続される。このため、２つの電源４０３、４０４から供給される電流は、２つのインバータ１１１、１１２のどちら側からでもグランドへと流れることができる。
【００１７】
モータ駆動ユニット１０００はコンデンサ１０５を備える。コンデンサ１０５は、いわゆる平滑コンデンサであり、モータ２００で発生する環流電流を吸収することで電源電圧を安定化させてトルクリップルを抑制する。コンデンサ１０５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。
【００１８】
モータ駆動ユニット１０００は、２つのインバータ１１１、１１２によって、電源４０３、４０４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。例えば、モータ駆動ユニット１０００は、直流電力を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ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。
【００１９】
２つのインバータ１１１、１１２のうち第１インバータ１１１は、モータ２００のコイルの一端２１０に接続され、第２インバータ１１２は、モータ２００のコイルの他端２２０に接続される。本明細書において、部品（構成要素）同士の「接続」とは、特に断らない限り電気的な接続を意味する。
【００２０】
各インバータ１１１、１１２は、３個のレグを有するブリッジ回路を備える。各インバータ１１１、１１２に備えられた３個のレグは、モータ２００のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線それぞれに接続される。各レグは、電源とモータ２００との間に接続されたハイサイドスイッチ素子１１３およびモータ２００とグランドとの間に接続されたローサイドスイッチ素子１１４を備える。図示の煩雑を避けるため２つのインバータ１１１、１１２の１つについて符号が付されるが、各インバータ１１１、１１２にハイサイドスイッチ素子１１３およびローサイドスイッチ素子１１４が３つずつ備えられる。スイッチ素子としては、例えば電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴなど）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられる。なお、スイッチ素子がＩＧＢＴである場合には、スイッチ素子と逆並列にダイオード（フリーホイール）が接続される。
【００２１】
中性点リレー回路１２１、１２２は、インバータ１１１、１１２と並列に、モータ２００のコイルに接続される。中性点リレー回路１２１、１２２は、モータ２００のコイル同士の接続・非接続を切替えることが可能である。言い換えると中性点リレー回路１２１、１２２は、インバータ１１１、１１２およびモータ２００のコイルに接続され、３相の巻線に対する中性点を形成する。各中性点リレー回路１２１、１２２は、一端がノードに共通に接続され、かつ、他端がモータ２００の各相のコイルに接続される３個のスイッチ素子を備える。上述したスイッチ素子としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ素子またはメカニカルリレーが用いられる。
【００２２】
モータ駆動ユニット１０００は、更に、インバータ１１１、１１２と電源との接続・非接続を切替える分離スイッチ１１５と、インバータ１１１、１１２とグランドとの接続・非接続を切替える分離スイッチ１１６とを備える。
【００２３】
制御回路３０１、３０２は例えばＣＰＵであり、例えばパワーステアリング装置の制御用コンピュータなどといった外部装置からモータ２００の目標トルクなどが入力される。
【００２４】
制御回路３０１、３０２は、図示を省略した角度センサなどで検出されるモータ２００の回転信号と、上記目標トルクや後述する電位センサの検出結果などに基づいて目標電流値を設定し、インバータ１１１、１１２によるモータ２００の駆動を制御する。制御回路３０１、３０２はインバータ駆動回路３１１、３１２を介してインバータ１１１、１１２の駆動を制御する。具体的には、制御回路３０１、３０２は、インバータ１１１、１１２に備えられた各スイッチ素子におけるオンオフ動作を制御するためのＰＷＭ信号を目標電流値に従って生成し、そのＰＷＭ信号をインバータ駆動回路３１１、３１２に与えることでインバータ１１１、１１２の駆動を制御する。
【００２５】
インバータ駆動回路３１１、３１２は、例えばゲートドライバである。インバータ駆動回路３１１、３１２は、インバータ１１１、１１２における各スイッチ素子のオンオフ動作を制御する制御信号（例えば、ゲート制御信号）をＰＷＭ信号に従って生成し、生成した制御信号を各スイッチ素子に与える。
【００２６】
制御回路３０１、３０２は、スイッチ駆動回路３１３、３１４を介して、分離スイッチ１１５、１１６および中性点リレー回路１２１、１２２の動作を制御する。２つの制御回路３０１、３０２による制御対象の分担については後述する。スイッチ駆動回路３１３、３１４は、制御回路３０１、３０２からの、各中性点リレー回路１２１、１２２のオン・オフの状態を決定する信号に従って、各中性点リレー回路１２１、１２２における各スイッチ素子をオン・オフする制御信号を生成し、生成した制御信号を各スイッチ素子に与える。
【００２７】
なお、制御回路３０１、３０２は、インバータ駆動回路３１１、３１２やスイッチ駆動回路３１３、３１４の機能を有してもよい。その場合、インバータ駆動回路３１１、３１２やスイッチ駆動回路３１３、３１４は省かれる。
【００２８】
モータ駆動ユニット１０００は、更に電位センサを備える。電位センサとしては、Ｕ相電位センサ４１１と、Ｖ相電位センサ４１２と、Ｗ相電位センサ４１３と、供給電位センサ４１４と、電源電位センサ４１５と、グランド電位センサ４１６と、中性点電位センサ４１７が備えられる。なお、図示の煩雑を避けるため、図１の左方側のインバータ１１１周辺のみに電位センサが図示されるが、電位センサは図２の右方側のインバータ１１２周辺にも同様に備えられる。
【００２９】
Ｕ相電位センサ４１１は、インバータ１１１、１１２のＵ相用のレグとモータ２００のＵ相の巻線とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。Ｖ相電位センサ４１２は、インバータ１１１、１１２のＶ相用のレグとモータ２００のＶ相の巻線とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。Ｗ相電位センサ４１３は、インバータ１１１、１１２のＷ相用のレグとモータ２００のＷ相の巻線とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。なお、図示は省略されるが、ＵＶＷ各相については、電流センサも備えられており、ＵＶＷ各相における電流値も検出される。
【００３０】
供給電位センサ４１４は、電源側の分離スイッチ１１５とインバータ１１１、１１２とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。電源電位センサ４１５は、電源４０３、４０４と電源側の分離スイッチ１１５とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。グランド電位センサ４１６は、グランド側の分離スイッチ１１６とインバータ１１１、１１２とを繋ぐ接続ライン上の電位を検出する。中性点電位センサ４１７は、中性点リレー回路１２１、１２２内の電位を検出する。
【００３１】
グランド電位センサ４１６で電位が検出されることにより、グランド分離用の分離スイッチ１１６における故障とインバータ１１１、１１２内のスイッチ素子における故障とが切り分けられる。また、電源電位センサ４１５によって電源４０３、４０４の電圧が検出されることにより、電源４０３、４０４の故障と回路系の故障とが切り分けられる。
【００３２】
Ｕ相電位センサ４１１、Ｖ相電位センサ４１２、Ｗ相電位センサ４１３および中性点電位センサ４１７は、インバータ１１１、１１２および中性点リレー回路１２１、１２２それぞれの内部電位を検出する検出器の一例に相当する。
【００３３】
モータ駆動ユニット１０００は、モータ２００のコイル（巻線）の一端２１０側に対応した第１系統と、モータ２００のコイル（巻線）の他端２２０側に対応した第２系統とを備える。即ち、モータ駆動ユニット１０００は、インバータと中性点リレー回路と上記検出器とを備えた回路系を、モータ２００の巻線の一端２１０と他端２２０とのそれぞれに備える。第１系統のインバータ１１１には第１系統の電源４０３から電力が供給され、第系統インバータ１１２には第２系統の電源４０４から電力が供給される。
【００３４】
第１系統のインバータ１１１と、分離スイッチ１１５、１１６は、第１系統の制御回路３０１によって動作が制御され、第２系統のインバータ１１２と、分離スイッチ１１５、１１６は、第２系統の制御回路３０２によって動作が制御される。電源と制御回路を含んだ駆動系が、電源も含めて冗長化されるので、後述するように、一方の系統における電源の故障時にも、他方の系統によって電力供給が継続される。
【００３５】
また、第１系統の各電位センサ４１１〜４１７の検出値は第１系統の制御回路３０１に入力され、第２系統の各電位センサ４１１〜４１７の検出値は第２系統の制御回路３０２に入力される。
【００３６】
これらに対し、第１系統の中性点リレー回路１２１については、第２系統の制御回路３０２によって動作が制御され、第２系統の中性点リレー回路１２２については、第１系統の制御回路３０１によって動作が制御される。
【００３７】
即ち、第１系統の制御回路３０１は、モータ２００の巻線の一端２１０側の検出器に接続され、当該一端２１０側のインバータ１１１およびモータ２００の巻線の他端２２０側の性点リレー回路１２２を制御する。第２系統の制御回路３０２は、モータ２００の巻線の他端２２０側の検出器に接続され、当該他端２２０側のインバータ１１２およびモータ２００の巻線の一端２１０側の性点リレー回路１２１を制御する。
【００３８】
また、２つの制御回路３０１、３０２は相互に通信可能であり、２つの制御回路３０１、３０２の協働によって２つのインバータ１１１、１１２の動作を制御する場合がある。但し制御回路３０１、３０２の相互通信の速度は、インバータ駆動回路３１１、３１２およびスイッチ駆動回路３１３、３１４を介して各スイッチ素子の動作を制御する速度や、各電位センサ４１１〜４１７から検出値を取得する速度に較べると低速である。
制御回路３０１、３０２によるインバータ１１１、１１２の駆動制御には正常時の制御および故障時の制御がある。
【００３９】
制御回路３０１、３０２は、インバータ１１１、１１２の制御を正常時の制御と故障時の制御との間で切替えることができる。ここで正常とは、電源４０３、４０４と、制御回路３０１、３０２と、インバータ１１１、１１２と、中性点リレー回路１２１、１２２と、分離スイッチ１１５、１１６と、モータ２００のいずれもが正しく機能する状態を指す。そして、故障とは、これらのいずれかで機能が失われた状態を指す。
以下、モータ駆動ユニット１０００の動作の具体例を説明し、主としてインバータ１１１、１１２の動作の具体例を説明する。
（正常時の制御）
図２は、正常時におけるモータ駆動ユニット１０００の動作を示す図である。
【００４０】
正常時において、制御回路３０１、３０２は、２つの中性点リレー回路１２１、１２２の双方をオフする。これにより、モータ２００の各相のコイルは互いに非接続となる。「中性点リレー回路１２１（１２２）がオフする」とは、中性点リレー回路１２１（１２２）に備えられた３つのスイッチ素子が全てオフすることを意味する。
【００４１】
第１系統の中性点リレー回路１２１がオフすると、モータ２００の各相のコイルの一端２１０同士は絶縁され、第２系統の中性点リレー回路１２２がオフすると、モータ２００の各相のコイルの他端２２０同士は絶縁される。
【００４２】
また、制御回路３０１、３０２は、分離スイッチ１１５、１１６をいずれもオンする。これにより、２つのインバータ１１１、１１２が電源４０３、４０４およびグランドと接続される。
【００４３】
この接続状態において、制御回路３０１、３０２は、２つのインバータ１１１、１１２それぞれのスイッチ素子に対してＰＷＭ制御を行い三相通電制御することによってモータ２００を駆動する。図２には、特定時点でモータ２００の１つの相に流れる電流の経路が一例として示されており、この例では２つの系統のうち第２系統の電源４０４から第２系統のインバータ１１２へと供給された電流がモータ２００の巻線を通り、第１系統のインバータ１１１からグランドに流れる。電流は、第１系統側から供給されて第２系統側に流れる場合もあるし、図２に示された相以外の相の巻線に流れる場合もある。
図３は、正常時におけるモータ２００の各相の各コイルに流れる電流値を示す図である。
【００４４】
図３には、正常時の三相通電制御に従ってインバータ１１１、１１２が制御されたときにモータ２００のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各コイル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）が例示される。図３の横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。Ｉｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表す。なお、インバータ１１１、１１２は、図３に例示した正弦波以外に、例えば矩形波を用いてモータ２００を駆動することも可能である。
【００４５】
図３に示される電流波形において、電流の向きを考慮した三相のコイルに流れる電流の総和は電気角毎に「０」となる。ただし、インバータ１１１、１１２の回路構成によれば、三相のコイルに流れる電流は独立に制御される。このため、インバータ１１１、１１２は電流の総和が「０」以外の値となる駆動動作を行うことも可能である。
（故障の検出）
【００４６】
例えばパワーステアリング機構などでは、モータ駆動ユニット１０００に故障が生じた場合でも、故障時の制御によってモータ２００の駆動を継続することが求められる。このため、制御回路３０１、３０２は、正常時の制御中に各電位センサ４１１〜４１７から得られる各箇所の電位検出値やインバータ駆動回路３１１、３１２およびスイッチ駆動回路３１３、３１４から得られる各スイッチ素子の応答結果を解析し、故障の兆候を検出する。つまり、制御回路３０１，３０２は、電源４０３、４０４からモータ２００に至る駆動システムについて故障の兆候を検出する故障検出部としての機能を有する。また、本実施形態では、制御回路３０１，３０２は、上記駆動システム内の複数箇所それぞれにおける状態値（例えば電位検出値や応答結果）の異常を検出することで当該駆動システムにおける故障の兆候を検出する。
【００４７】
このような解析は、故障の発生を速やかに検出することができるが、この解析によって検出されるのは故障発生の兆候であって、誤検出の場合が有り得る。そのため、故障検出後は、故障が生じた箇所を確認する処理が行われ、誤検出であった場合には正常時の制御が実行される。
【００４８】
故障箇所の確認処理は、２つの制御回路３０１、３０２の協働による動作制御が必要な場合もあるため時間を要する。このため、本実施形態では、確認処理の間にモータ２００のトルク抜けが生じないための工夫が施される。
図４は、故障検出の際に制御回路３０１、３０２で実行される処理手順を表すフローチャートである。
【００４９】
モータ２００は、先ず、正常時の制御で駆動され (ステップＳ１０１）、上述したように電位検出値などの解析によって故障の兆候の検出が行われる(ステップＳ１０２）。故障の兆候が検出されない場合には(ステップＳ１０２；ＮＯ）、正常時の制御によるモータ２００の駆動が継続される。
【００５０】
故障の兆候が検出された場合には(ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、故障がモータ駆動ユニット１０００内の他の箇所に広がることを防止するため、インバータ１１１、１１２の全てのスイッチ素子が一時的にオフされる(ステップＳ１０３）。以下、このように全てのスイッチ素子がオフになった状態を延焼防止状態と称する場合がある。
【００５１】
そして、故障時にモータ２００の駆動を継続するために実行されるインバータ１１１、１１２の動作（駆動パターン）が、延焼防止状態の間に、複数種類（ここでは一例として３種類）の動作（駆動パターン）から選定されて(ステップＳ１０４）実行される（ステップＳ１０５〜Ｓ１０７）。ここで選定された駆動パターンによるモータ２００の駆動を、以下では仮駆動と称する。仮駆動における駆動パターンは、故障の兆候が見られた際の制御における駆動パターンであり、正常時の制御における駆動パターンとは異なる駆動パターンである。なお、以下「故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）」とは、故障の兆候が見られてから故障が確定するまでの駆動パターンを指し、後述する故障が確定した後の「故障回避動作（リカバリ駆動の駆動パターン）」とは定義が異なるものとして説明する。
【００５２】
駆動パターンの選定については後で詳述するが、本実施形態では、駆動パターンの１つとして、一方の中性点リレー回路１２１、１２２で中性点が形成されるＹ１駆動（ステップＳ１０５）が採用される。また、本実施形態では、駆動パターンとして、一方のインバータ１１１、１１２内のスイッチ素子によって当該インバータ１１１、１１２が中性点化されるＹ３駆動（ステップＳ１０６）と、ＵＶＷ３相のうち２相で駆動が行われる２相駆動（ステップＳ１０７）も採用される。本発明の電力変換装置では、これら３つの駆動パターンのうち少なくとも２つを含んだ複数種類の動作から故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）が選択されて実行されることが望ましい。
【００５３】
インバータ１１１、１１２は、制御回路３０１、３０２が故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）を選択する間、全てのスイッチ素子がオフの延焼防止状態になるのでモータ２００に電流が流れないが、駆動パターンの選定は、各電位センサ４１１〜４１７から得られる各箇所の電位検出値に基づいて短時間に行われるのでモータ２００のトルク抜けは回避される。
【００５４】
本実施形態では、上記３つの駆動パターンのいずれかによってモータ２００が駆動されながら、モータ駆動ユニット１０００における故障箇所の確認が行われる。つまり、制御回路３０１、３０２は、故障の兆候が検出された場合、インバータ１１１、１１２に故障時用の動作を実行させることでモータ２００へ電力を供給させながら、電源４０３、４０４からモータ２００に至る駆動システムにおける故障の有無を確認する。上述した様に確認処理には時間を要するが、仮駆動によってモータ２００の駆動が継続されるためトルク抜けは回避される。このような仮駆動の継続時間は例えば数十ｍｓである。
仮駆動における駆動パターンは、故障の兆候が検出された場合に、モータ２００の駆動を継続しつつ、より正確な故障診断を行うことが可能な駆動パターンである。このような仮駆動では、故障の兆候がある箇所を停止してモータ駆動ユニット１０００を安全な状態に維持した状態で故障有無および故障箇所の確認を行う。このため、モータ駆動ユニット１０００には、一部の機能を使わずに駆動継続できる冗長性が必要になる。中性点リレー回路１２１、１２２がインバータ１１１、１１２についた回路構造がそのような冗長性の一例である。
【００５５】
確認処理の結果として、故障箇所が見つからなかった場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）は、故障検出が誤検出であったのでステップＳ１０１に戻り、正常時の制御によってモータ２００が駆動される。つまり、制御回路３０１、３０２は、故障確認の結果として故障の非存在が確認された場合、インバータ１１１、１１２に正常時の動作を実行させる。一方、確認処理の結果、故障箇所が確定した場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）は、ステップＳ１０９に進み、リカバリ駆動によってモータ２００の駆動が継続される。
【００５６】
このリカバリ駆動は、確定した故障箇所の利用を回避した駆動である。言い換えると、制御回路３０１、３０２は、故障の存在が確認された場合、インバータ１１１、１１２に、当該故障を生じた箇所の利用を回避した故障回避動作を実行させることでモータ２００へ電力を供給させる。
【００５７】
リカバリ駆動と仮駆動とでは駆動制御が異なっていてもよいが、本実施形態では、リカバリ駆動と仮駆動とで同一の駆動制御が実行される。これにより、制御の変更が少なくて済む。なお、本発明の電力変換装置では、仮駆動が常に例えばＹ１駆動で、リカバリ駆動がＹ１駆動とＹ３駆動と２相駆動から選択されてもよい。
【００５８】
リカバリ駆動によるモータ２００の駆動は故障箇所の利用を回避した駆動であるため、モータ駆動ユニット１０００の全体を利用する正常時の制御によるモータ２００の駆動に較べて出力の上限が低下する。リカバリ駆動に移行した場合に急激な出力変化が生じることは避けたいので、本実施形態では仮駆動中に出力が調整される。
図５は、仮駆動中の出力調整を示す図である。
【００５９】
モータ駆動ユニット１０００は、仮駆動に移行した直後は、正常時の駆動における出力と同等の高い出力を一時的に維持する。そして、仮駆動の継続中に出力を次第に低下させ、リカバリ駆動における出力上限以内の低出力に到達させる。その後、その低出力でリカバリ駆動が継続される。このような出力調整により、出力の急激な変化が回避され、モータ２００の円滑な駆動やパワーステアリング装置における滑らかなパワーアシストが実現する。
（駆動パターンの選択）
以下、駆動パターンの選定方法について詳細に説明する。
【００６０】
上述した様に、制御回路３０１、３０２は、正常時の制御中に各電位センサ４１１〜４１７から得られる各箇所の電位検出値やインバータ駆動回路３１１、３１２およびスイッチ駆動回路３１３、３１４から得られる各スイッチ素子の応答結果を解析し、故障の兆候を検出する。本実施形態では、電位検出値や応答結果の検出箇所とレジスタのビットが対応付けられており、制御回路３０１、３０２は、レジスタのビットのうち状態値（例えば電位検出値や応答結果）の異常を検出した箇所に対応したビットを立てる。そして、制御回路３０１、３０２は、故障時用の動作（仮駆動）として、複数種類の動作（駆動パターン）のうちレジスタの値に対応した動作を実行させる。
図６は、異常検出と駆動パターンとの対応関係を示す図である。
【００６１】
図６に示す対応表の左端列には、制御回路３０１、３０２が状態値の異常として検出する検出条件が示される。検出条件としては、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常と、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常と、ＵＶＷ各相における電位検出値の異常（相電位値異常）と、インバータ駆動回路３１１、３１２における上記以外の応答異常（ＰｒＤｒ制御異常その他）が含まれる。また、検出条件としては、供給電位センサ４１４における電位検出値の異常（ＶＲ値異常）と、ＵＶＷ各相における電流検出値の異常（相電流値異常）も含まれる。さらに、検出条件としては、グランド電位センサ４１６における電位検出値の異常（Ｖｇ値異常）と、中性点電位センサ４１７における電位検出値の異常（Ｖｎ値異常）も含まれる。
【００６２】
対応表の左から２列目に示されるように、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常には、レジスタの第０ビットが割り当てられる。ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常には、レジスタの第１ビットが割り当てられる。ＵＶＷ各相における電位検出値の異常には、レジスタの第２ビットが割り当てられる。インバータ駆動回路３１１、３１２における上記以外の応答異常には、レジスタの第３ビットが割り当てられる。供給電位センサ４１４における電位検出値の異常には、レジスタの第４ビットが割り当てられる。ＵＶＷ各相における電流検出値の異常には、レジスタの第５ビットが割り当てられる。グランド電位センサ４１６における電位検出値の異常には、レジスタの第６ビットが割り当てられる。中性点電位センサ４１７における電位検出値の異常には、レジスタの第７ビットが割り当てられる。
【００６３】
本実施形態のモータ駆動ユニット１０００では、一例としてパターン０からパターン６までの７種類の故障パターンが想定される。発生原因が同一で発生箇所が回路的に対称な箇所である複数の故障については同一の故障パターンであり、発生原因が異なるか、あるいは発生箇所が回路的に非対称な箇所である複数の故障については異なる故障パターンである。具体的な故障パターンについては後で詳述する。
【００６４】
想定される７種類の故障パターンに対し、故障箇所の利用が回避されるように、Ｙ１駆動とＹ３駆動と２相駆動とのいずれかの駆動パターンが割り当てられる。図６に示す対応表の上端の２行には、故障パターンに対する駆動パターンの割り当てが示される。
【００６５】
図６の対応表に示された数値「１」は、想定された故障パターンで故障が生じた場合に検出される異常を表し、数値「０」は、故障パターンと異常とが対応しないことを表す。例えばパターン３の場合には、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常と、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常が検出される。
【００６６】
図６の対応表の左端列に示された検出条件のいずれかについて異常が検出された場合、対応表の左から２列目に示された割当ビットが立てられる。そして、レジスタの値が３１以下であると仮駆動の駆動パターンとしてＹ１駆動が選定され、レジスタの値が３２以上１２７以下であると仮駆動の駆動パターンとして２相駆動が選定され、レジスタの値が１２８以上であると仮駆動の駆動パターンとしてＹ３駆動が選定される。このようにレジスタが用いられて駆動パターンが選定されることにより、フローチャートによる選定よりも短時間で選定が行われる。制御回路３０１、３０２が、自己の制御下にあるインバータ１１１、１１２と相手側の制御下にある中性点リレー回路１２１、１２２とについて内部電位を得るので、駆動パターンの速やかな選定が可能となり、トルク抜けを回避することができる。
【００６７】
なお、図６の対応表に数値「１」で示された対応関係により、検出された異常から故障パターンを特定することができるので、複数種類の故障パターンそれぞれを区別した故障の兆候検出が行われてもよい。このような故障の兆候検出が行われる場合は、複数種類の動作（駆動パターン）のうち故障パターンに応じた動作（駆動パターン）が選択されて実行される。
【００６８】
また、図６の対応表の左端列に示された検出条件のうち、レジスタの第０ビットから第４ビットが割り当てられた検出条件については、駆動パターンの選定に用いられるとともに、正常駆動中における故障の兆候検出にも用いられる。即ち、レジスタの第０ビットから第４ビットが割り当てられた検出条件のいずれかについて正常駆動中に異常が検出された場合には、モータ駆動ユニット１０００のどこかに故障が生じたものとして延焼防止状態となる。
（具体的な故障パターン）
以下、具体的な故障パターンを例示し、対応する具体的な駆動パターンについて説明する。
図７は、故障パターンのパターン１が生じた状態を示す図である。
【００６９】
故障パターンのパターン１では、モータ駆動ユニット１０００のいずれかの分離スイッチ１１５、１１６がオフ故障となる。図６の対応表にも示すように、パターン１では、分離スイッチ１１５、１１６に故障が生じた系統の供給電位センサ４１４で電位検出値が異常となる。また、図６の対応表には示されていないが、電源電位センサ４１５で電位検出値が異常となる場合もある。
このような異常が制御回路３０１、３０２による解析で検出されると、上述したようにモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。
図８は、延焼防止状態に移行した状態を示す図である。
【００７０】
延焼防止状態では、モータ駆動ユニット１０００が備える両系統のインバータ１１１、１１２で全てのスイッチ素子がオフとなる。また、モータ駆動ユニット１０００が備える全ての分離スイッチ１１５、１１６もオフとなる。更に、中性点リレー回路１２１、１２２については正常時の制御で全てのスイッチ素子がオフであり、延焼防止状態でも全てのスイッチ素子がオフのままとなる。
【００７１】
このような延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン１である場合は、図６に示すように、駆動パターンとしてＹ１駆動が選定される。
図９は、故障パターンがパターン１の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【００７２】
上述したように、本実施形態のモータ駆動ユニット１０００は、インバータとして、モータ２００の巻線の一端２１０に接続された第１系統のインバータ１１１と、当該巻線の他端２２０に接続された第２系統のインバータ１１２とを備える。そして、制御回路３０１、３０２は、電源４０３、４０４からモータ２００に至る駆動システムにおける故障の兆候を検出するに当たり、第１系統のインバータ１１１に関わる故障の兆候と第２系統のインバータ１１２に関わる故障の兆候とを区別して検出する。
【００７３】
Ｙ１駆動は、中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成される駆動パターンであり、第１系統のインバータ１１１を分離する分離スイッチ１１５、１１６に故障が生じた場合には、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。また、第２系統のインバータ１１２を分離する分離スイッチ１１５、１１６に故障が生じた場合には、第２系統の中性点リレー回路１２２によって中性点が形成される。即ち、制御回路３０１、３０２は、故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）として、複数種類の動作のうち故障に関わるインバータ１１１、１１２に応じた動作を選択して実行させる。
【００７４】
第１系統および第２系統の回路系の一方に故障の兆候が生じた場合は、制御回路３０１、３０２のうち、当該一方の回路系のインバータ１１１、１１２を制御する制御回路３０１、３０２が故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）を速やかに選択する。その後、当該回路系における故障の有無は、制御回路３０１、３０２の協働によって確認する。
【００７５】
図９に示す例では、第１系統の分離スイッチ１１５、１１６でオフ故障が生じるので、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。このように中性点が形成されると、制御回路３０１、３０２は、正常な第２系統のインバータ１１２によって三相通電制御を行い、モータ２００の駆動を継続する。
【００７６】
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、故障の兆候が検出された系統（一例として図９では第１系統）について、２つの分離スイッチ１１５、１１６やインバータ１１１の各スイッチ素子に対する個別の制御が行われる。そして、応答結果や電位検出値によって各スイッチ素子における故障の有無が個別に確認される。このような個別の確認によって故障箇所が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ちＹ１駆動）でリカバリ駆動が行われる。
次に、故障パターンのパターン２について説明する。
図１０は、故障パターンのパターン２が生じた状態を示す図である。
【００７７】
故障パターンのパターン２では、モータ駆動ユニット１０００が備える中性点リレー回路１２１、１２２のスイッチ素子がオン故障となる。図１０に示す例では、第１系統の中性点リレー回路１２１でスイッチ素子のオン故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン２では、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常や、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常が生じる。
【００７８】
このような異常が制御回路３０１、３０２による解析で検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン２である場合は、中性点電位センサ４１７でも電位検出値が異常となるので、図６に示すように、駆動パターンとしてＹ３駆動が選定される。
図１１は、故障パターンがパターン２の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【００７９】
Ｙ３駆動は、インバータ１１１、１１２内で中性点が形成される駆動パターンであり、第１系統の中性点リレー回路１２１で電位検出値の異常が生じた（即ち第１系統で故障の兆候が検出された）場合には、第１系統のインバータ１１１で中性点が形成される。また、第２系統の中性点リレー回路１２２で電位検出値の異常が生じた（即ち第２系統で故障の兆候が検出された）場合には、第２系統のインバータ１１２で中性点が形成される。
【００８０】
即ち、中性点電位センサ４１７により中性点リレー回路１２１、１２２について異常な内部電位が検出された場合、当該中性点リレー回路１２１、１２２と同じ回路系に備えられたインバータ１１１、１１２によって中性点が形成されて故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）に移行する。
また、中性点が形成された系統の分離スイッチ１１５、１１６はオフとなり、インバータ１１１、１１２が電源およびグランドから分離される。
【００８１】
インバータ１１１、１１２内での中性点形成としては、３つのハイサイドスイッチ素子１１３がオンとなる中性点形成と３つのローサイドスイッチ素子１１４がオンとなる中性点形成が可能である。ハイサイドスイッチ素子に較べてローサイドスイッチ素子１１４の方がオン状態を維持するための電力が少なくて済むので、本実施形態におけるＹ３駆動では、グランドと巻線との間に接続されたローサイドスイッチ素子１１４によってインバータ１１１、１１２が中性点化される。
【００８２】
図１１に示す例では、第１系統の中性点リレー回路１２１でオン故障が生じるので、第１系統のインバータ１１１内で中性点が形成される。このように中性点が形成されると、制御回路３０１、３０２は、正常な第２系統のインバータ１１２によって三相通電制御を行い、モータ２００の駆動を継続する。
【００８３】
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、故障の兆候が検出された系統（一例として図１１では第１系統）について、中性点リレー回路１２１の各スイッチ素子に対する個別の制御が行われる。そして、応答結果や電位検出値によって各スイッチ素子における故障の有無が個別に確認される。このような個別の確認によって故障箇所が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ちＹ３駆動）でリカバリ駆動が行われる。
なお、インバータ１１１、１１２内での中性点形成としては、以下の変形例が考えられる。
図１２は、インバータ１１１、１１２内での中性点形成の変形例を示す図である。
【００８４】
図１２に示す変形例でも、第１系統の中性点リレー回路１２１で電位検出値の異常が生じ、第１系統のインバータ１１１内で中性点が形成される。しかし、インバータ１１１のハイサイドスイッチ素子１１３もローサイドスイッチ素子１１４もオン状態には固定されず、ＰＷＭ制御が行われることで中性点における電位が制御される。
次に、故障パターンのパターン３について説明する。
図１３は、故障パターンのパターン３が生じた状態を示す図である。
【００８５】
故障パターンのパターン３では、モータ駆動ユニット１０００が備えるインバータ１１１、１１２のスイッチ素子がオン故障となる。図１３に示す例では、第１系統のインバータ１１１でオン故障が生じ、ハイサイドスイッチ素子１１３の１つでオン故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン３では、ローサイドスイッチ素子１１４における制御の応答異常、あるいは、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常が生じる。
【００８６】
このような異常が、インバータ駆動回路３１１、３１２を介して制御回路３０１、３０２によって検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン３である場合は、図６に示すように、駆動パターンとしてＹ１駆動が選定される。
【００８７】
モータ駆動ユニット１０００には、電位センサとして中性点電位センサ４１７が備えられるので、制御回路３０１、３０２は、駆動パターン選定の段階で、パターン２とパターン３とを区別することができる。この結果、仮駆動としてＹ１駆動とＹ３駆動とのうち適切な駆動パターンを選定することができる。
図１４は、故障パターンがパターン３の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【００８８】
上述したように、Ｙ１駆動は、中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成される駆動パターンであり、第１系統のインバータ１１１に故障が生じた場合には、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。また、第２系統のインバータ１１２に故障が生じた場合には、第２系統の中性点リレー回路１２２によって中性点が形成される。また、中性点が形成された系統の分離スイッチ１１５、１１６はオフとなり、インバータ１１１、１１２が電源およびグランドから分離される。
【００８９】
図１４に示す例では、第１系統のインバータ１１１内のスイッチ素子でオン故障が生じるので、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。このように中性点が形成されると、制御回路３０１、３０２は、正常な第２系統のインバータ１１２によって三相通電制御を行い、モータ２００の駆動を継続する。
【００９０】
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、故障の兆候が検出された系統（一例として図１４では第１系統）について、インバータ１１１内の各スイッチ素子に対する個別の制御が行われる。そして、応答結果や電位検出値によって各スイッチ素子における故障の有無が個別に確認される。即ち、制御回路３０１、３０２は、故障の有無の確認として、インバータ１１１内の複数のスイッチ素子における故障の有無を個別に確認する。このような個別の確認によって故障箇所が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ちＹ１駆動）でリカバリ駆動が行われる。
次に、故障パターンのパターン４について説明する。
図１５は、故障パターンのパターン４が生じた状態を示す図である。
【００９１】
故障パターンのパターン４では、モータ駆動ユニット１０００が備えるインバータ１１１、１１２のスイッチ素子がオフ故障となる。図１５に示す例では、第１系統のインバータ１１１でオフ故障が生じ、ハイサイドスイッチ素子１１３の１つでオフ故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン４では、Ｕ相電位センサ４１１、Ｖ相電位センサ４１２、およびＷ相電位センサ４１３のうち、スイッチ素子にオフ故障が生じた相の電位センサで電位検出値が異常となる。図１５に示す例では、Ｕ相の電位検出値に異常が生じる。
【００９２】
このような異常が制御回路３０１、３０２によって検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン４である場合は、図６に示すように、駆動パターンとしてＹ１駆動が選定される。
図１６は、故障パターンがパターン４の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【００９３】
上述したように、Ｙ１駆動は、中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成される駆動パターンであり、第１系統のインバータ１１１に故障が生じた場合には、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。また、第２系統のインバータ１１２に故障が生じた場合には、第２系統の中性点リレー回路１２２によって中性点が形成される。即ち、電位センサ４１１〜４１３によりインバータ１１１、１１２について異常な内部電位が検出された場合、当該インバータ１１１、１１２と同じ回路系に備えられた中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成されて故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）に移行する。また、中性点が形成された系統の分離スイッチ１１５、１１６はオフとなり、インバータ１１１、１１２が電源およびグランドから分離される。
【００９４】
図１６に示す例では、第１系統のインバータ１１１内のスイッチ素子でオフ故障が生じるので、第１系統の中性点リレー回路１２１によって中性点が形成される。このように中性点が形成されると、制御回路３０１、３０２は、正常な第２系統のインバータ１１２によって三相通電制御を行い、モータ２００の駆動を継続する。
【００９５】
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、故障の兆候が検出された系統（一例として図１６では第１系統）について、インバータ１１１内の各スイッチ素子に対する個別の制御が行われる。そして、応答結果や電位検出値によって各スイッチ素子における故障の有無が個別に確認される。即ち、制御回路３０１、３０２は、故障の有無の確認として、インバータ１１１内の複数のスイッチ素子における故障の有無を個別に確認する。このような個別の確認によって故障箇所が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ちＹ１駆動）でリカバリ駆動が行われる。
次に、故障パターンのパターン５について説明する。
図１７は、故障パターンのパターン５が生じた状態を示す図である。
【００９６】
故障パターンのパターン５では、モータ２００の巻線に断線故障が生じる。図１７に示す例では、モータ２００の巻線のうちＵ相の巻線に断線故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン５では、Ｕ相電位センサ４１１、Ｖ相電位センサ４１２、およびＷ相電位センサ４１３のうち、断線故障が生じた相の電位センサで電位検出値が異常となる。
【００９７】
このような異常が制御回路３０１、３０２によって検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン５である場合は、ＵＶＷ各相のうち断線故障が生じた相について電流検出値も異常（電流ゼロ）となるので、図６に示すように、駆動パターンとして２相駆動が選定される。
図１８は、故障パターンがパターン５の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【００９８】
２相駆動は、ＵＶＷ相のうち２相のみが用いられる駆動パターンであり、断線故障が生じた相を避けた２相が用いられる。Ｕ相の巻線で断線故障が生じた場合にはＶ相とＷ相の２相が用いられ、Ｖ相の巻線で断線故障が生じた場合にはＵ相とＷ相の２相が用いられ、Ｗ相の巻線で断線故障が生じた場合にはＵ相とＶ相の２相が用いられる。つまり、制御回路３０１、３０２は、電源４０３、４０４からモータ２００に至る駆動システムにおける故障の兆候を検出するに当たり、モータ２００の各相に関わる故障の兆候を区別して検出する。そして、制御回路３０１、３０２は、故障時用の動作として、複数種類の動作のうち故障に関わる相に応じた動作を選択して実行させる。
【００９９】
図１８に示す例では、Ｕ相の巻線で断線故障が生じるので、制御回路３０１、３０２は、Ｕ相の利用を避けたＶ相とＷ相の２相による駆動制御を行いモータ２００の駆動を継続する。
図１９は、２相駆動でモータ２００の各相の各コイルに流れる電流値を示す図である。
２相駆動では、故障の兆候が検出された例えばＵ相では常に電流値がゼロとなり、その他のＶ相とＷ相の２相では例えば正弦波の電流波形で電流が流れる。
【０１００】
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、故障の兆候が検出された相（一例として図１８ではＵ相）について電流検出値が再び解析されて断線故障の有無が確認される。このような再解析によって断線故障の存在が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ち２相駆動）でリカバリ駆動が行われる。
次に、故障パターンのパターン６について説明する。
図２０は、故障パターンのパターン６が生じた状態を示す図である。
【０１０１】
故障パターンのパターン６では、モータ２００の巻線にグランドとの短絡故障が生じる。図２０に示す例では、モータ２００の巻線のうちＵ相の巻線に短絡故障が生じる。図６の対応表にも示すように、パターン６では、ハイサイドスイッチ素子１１３における制御の応答異常が生じる。
【０１０２】
このような異常が制御回路３０１、３０２によって検出されるとモータ駆動ユニット１０００は延焼防止状態に移行する。そして、延焼防止状態で制御回路３０１、３０２は上記のように仮駆動の駆動パターンを選定する。故障パターンがパターン６である場合は、グランド電位センサ４１６の電位検出値にも異常が生じるので、図６に示すように、駆動パターンとして２相駆動が選定される。
図２１は、故障パターンがパターン６の場合における仮駆動の状態を示す図である。
【０１０３】
上述した様に２相駆動は、ＵＶＷ相のうち２相のみが用いられる駆動パターンであり、断線故障が生じた相を避けた２相が用いられる。図２１に示す例では、Ｕ相の巻線で断線故障が生じるので、制御回路３０１、３０２は、Ｕ相の利用を避けたＶ相とＷ相の２相による駆動制御を行いモータ２００の駆動を継続する。
【０１０４】
このような仮駆動によるモータ２００の駆動中に、制御回路３０１、３０２は、故障の兆候が検出された相（一例として図２１ではＵ相）での一時的な通電制御などを行いながら、当該相の通電時におけるグランド電位センサ４１６の電位検出値を確認する。このような電位検出値の確認によって、当該相における短絡故障の有無が確認される。そして短絡故障の存在が確定した場合には、仮駆動の駆動パターンと同じ駆動パターン（即ち２相駆動）でリカバリ駆動が行われる。
【０１０５】
以上説明した故障パターンの他に、本実施形態では、２つの制御回路３０１、３０２の一方が故障する故障パターンも想定される。この故障パターンは、一方の制御回路が相手の制御回路から通信の応答を得られなくなることで故障検出される。そして、この故障パターンでは、相手側のインバータが制御不能になったものとして、相手側の系統の中性点リレー回路１２１、１２２によって中性点が形成されてＹ１駆動による仮駆動が行われる。即ち、制御回路３０１、３０２は相互に通信し、一方が他方の通信不能を検知した場合には、当該一方が制御する中性点リレー回路１２１、１２２で中性点を形成させて故障時用の動作（仮駆動の駆動パターン）に移行する。
【０１０６】
なお、上記実施形態では２つの制御回路３０１、３０２によってインバータ１１１、１１２の制御や故障の検出が行われるが、本発明にいう制御部は、例えば１つのＣＰＵであってもよい。
（モータ駆動ユニット１０００のハードウェア構成）
次に、モータ駆動ユニット１０００のハードウェア構成について説明する。
図２２は、モータ駆動ユニット１０００のハードウェア構成を模式的に示す図である。
【０１０７】
モータ駆動ユニット１０００は、ハードウェア構成として、上述したモータ２００と、第１実装基板１００１と、第２実装基板１００２と、ハウジング１００３と、コネクタ１００４、１００５とを備える。
【０１０８】
モータ２００からは、コイルの一端２１０と他端２２０が突き出して実装基板１００１、１００２に向かって延びる。コイルの一端２１０と他端２２０との双方は、第１実装基板１００１および第２実装基板１００２の一方に接続されると共に、一端２１０と他端２２０との双方が第１実装基板１００１および第２実装基板１００２の当該一方を貫通して他方に接続される。具体的には、コイルの一端２１０と他端２２０との双方が例えば第２実装基板１００２に接続される。また、コイルの一端２１０と他端２２０との双方が、第２実装基板１００２を貫通して第１実装基板１００１に接続される。
【０１０９】
第１実装基板１００１と第２実装基板１００２とは基板面が互いに対向する。その基板面が対向した方向に、モータ２００の回転軸が延びる。第１実装基板１００１と第２実装基板１００２とモータ２００は、ハウジング１００３内に収容されることで互いの位置が固定される。
【０１１０】
第１実装基板１００１には、第１電源４０３からの電源コードが接続されるコネクタ１００４が取り付けられる。第２実装基板１００２には、第２電源４０４からの電源コードが接続されるコネクタ１００５が取り付けられる。
図２３は、第１実装基板１００１および第２実装基板１００２のハードウェア構成を模式的に示す図である。
【０１１１】
第１実装基板１００１には、コイルの一端２１０側の第１インバータ１１１および他端２２０側の第２中性点リレー回路１２１が実装される。また、第１実装基板１００１とは別の第２実装基板１００２には、コイルの他端２２０側の第２インバータ１１２および一端２１０側の第１中性点リレー回路１２２が実装される。第１系統と第２系統とに冗長化された各系統の回路が２枚の実装基板１００１、１００２に振り分けられるので、２枚の実装基板について回路規模が同程度の効率的な素子配置が可能となる。
【０１１２】
第１実装基板１００１には、第１の制御回路３０１も実装される。第２実装基板１００２には、第２の制御回路３０２も実装される。各制御回路３０１、３０２が、各制御回路３０１、３０２による制御対象のインバータ１１１、１１２および中性点リレー回路１２１、１２２と同一の実装基板上に実装されるので制御のための配線が基板内に納まる。よって効率的な素子配置が可能である。
【０１１３】
第１実装基板１００１上の第１インバータ１１１と第２実装基板１００２上の第１中性点リレー回路１２２は、第１実装基板１００１と第２実装基板１００２との対向方向で見た場合に互いに重なり合う位置に実装される。また、第１実装基板１００１上の第２中性点リレー回路１２１と第２実装基板１００２上の第２インバータ１１２は、第１実装基板１００１と第２実装基板１００２との対向方向で見た場合に互いに重なり合う位置に実装される。このような回路配置により、コイルの一端２１０と他端２２０に対する配線経路が簡素化された効率的な素子配置が可能となる。
【０１１４】
第１実装基板１００１と第２実装基板１００２との対向方向で見た場合に、第１実装基板１００１上の第１インバータ１１１と第２実装基板１００２上の第２インバータ１１２とが互いに対称な配置である。また、第１実装基板１００１と第２実装基板１００２との対向方向で見た場合に、第１実装基板１００１上の第２中性点リレー回路１２１と第２実装基板１００２上の第１中性点リレー回路１２２とが互いに対称な配置である。このような対称な配置により、２枚の実装基板１００１、１００２について基板設計が共通化できる。
(変形例)
図２４は、実装基板のハードウェア構成の変形例を模式的に示す図である。
【０１１５】
図２４に示された変形例では、１枚の両面実装基板１００６が備えられる。両面実装基板１００６の表裏両面のうち一方の面にコイルの一端２１０側の第１インバータ１１１および他端２２０側の第２中性点リレー回路１２１が実装される。一方の面に対する他方の面にコイルの他端２２０側の第２インバータ１１２および一端２１０側の第１中性点リレー回路１２２が実装される。表裏両面のうち一方の面には、第１の制御回路３０１も実装される。他方の面には第２の制御回路３０２も実装される。第１系統と第２系統とに冗長化された各系統の回路が両面実装基板の表裏両面に振り分けられるので、表裏両面について回路規模が均された効率的な素子配置が可能となる。
【０１１６】
両面実装基板１００６の表裏両面における具体的な回路配置は、一方の面における回路配置が、図２３に示された第１実装基板１００１上の回路配置と同様であり、他方の面における回路配置が、図２３に示された第２実装基板１００２上の回路配置と同様である。このため、コイルの一端２１０と他端２２０に対する配線経路が簡素化された効率的な素子配置が可能であるとともに、両面実装基板１００６の表裏両面について基板設計が共通化できる。
（パワーステアリング装置の実施形態）
【０１１７】
自動車等の車両は一般的に、パワーステアリング装置を備える。パワーステアリング装置は、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系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ＥＣＵ、モータおよび減速機構などから構成される。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ＥＣＵは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータは、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し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。
【０１１８】
上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００は、パワーステアリング装置に好適に利用される。図２５は、本実施形態によるパワーステアリング装置２０００の構成を模式的に示す図である。
電動パワーステアリング装置２０００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構５４０を備える。
【０１１９】
ステアリング系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（「ステアリングコラム」とも称される。）、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、および回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）を備える。
【０１２０】
また、ステアリング系５２０は、例えば、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（例えば左右の前輪）５２９Ａ、５２９Ｂを備える。
【０１２１】
ステアリングハンドル５２１は、ステアリングシャフト５２２と自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂとを介して回転軸５２４に連結される。回転軸５２４にはラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６が連結される。ラックアンドピニオン機構５２５は、回転軸５２４に設けられたピニオン５３１と、ラック軸５２６に設けられたラック５３２とを有する。ラック軸５２６の右端には、ボールジョイント５５２Ａ、タイロッド５２７Ａおよびナックル５２８Ａをこの順番で介して右の操舵車輪５２９Ａが連結される。右側と同様に、ラック軸５２６の左端には、ボールジョイント５５２Ｂ、タイロッド５２７Ｂおよびナックル５２８Ｂをこの順番で介して左の操舵車輪５２９Ｂが連結される。ここで、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。
【０１２２】
ステアリング系５２０によれば、運転者がステアリングハンドル５２１を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構５２５を介して左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。
【０１２３】
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、ＥＣＵ５４２、モータ５４３、減速機構５４４および電力供給装置５４５を備える。補助トルク機構５４０は、ステアリングハンドル５２１から左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに至るステアリング系５２０に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。
【０１２４】
ＥＣＵ５４２としては、例えば図１などに示された制御回路３０１、３０２が用いられる。また、電力供給装置５４５としては、例えば図１などに示されたインバータ１１１、１１２が用いられる。また、モータ５４３としては、例えば図１などに示されたモータ２００が用いられる。ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力供給装置５４５が、一般的に「機電一体型モータ」と称されるユニットを構成する場合には、当該ユニットとしては、例えば図２２に示されたハードウェア構成のモータ駆動ユニット１０００が好適に用いられる。図２５に示された各要素のうち、ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力供給装置５４５を除いた要素で構成された機構は、モータ５４３によって駆動されるパワーステアリング機構の一例に相当する。
【０１２５】
操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングハンドル５２１によって付与されたステアリング系５２０の操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１からの検出信号（以下、「トルク信号」と表記する。）に基づいてモータ５４３を駆動するための駆動信号を生成する。モータ５４３は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構５４４を介してステアリング系５２０の回転軸５２４に伝達される。減速機構５４４は、例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸５２４からラックアンドピニオン機構５２５に伝達される。
【０１２６】
パワーステアリング装置２０００は、補助トルクがステアリング系５２０に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類される。図２５には、ピニオンアシスト型のパワーステアリング装置２０００が示される。ただし、パワーステアリング装置２０００は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等にも適用される。
【０１２７】
ＥＣＵ５４２には、トルク信号だけでなく、例えば車速信号も入力され得る。ＥＣＵ５４２のマイクロコントローラは、トルク信号や車速信号などに基づいてモータ５４３をベクトル制御することができる。
【０１２８】
ＥＣＵ５４２は、少なくともトルク信号に基づいて目標電流値を設定する。ＥＣＵ５４２は、車速センサによって検出された車速信号を考慮し、さらに角度センサによって検出されたロータの回転信号を考慮して、目標電流値を設定することが好ましい。ＥＣＵ５４２は、電流センサによって検出された実電流値が目標電流値に一致するように、モータ５４３の駆動信号、つまり、駆動電流を制御することができる。
【０１２９】
パワーステアリング装置２０００によれば、運転者の操舵トルクにモータ５４３の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸５２６によって左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。特に、上述した機電一体型モータに、上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００が利用されることにより、正常時および故障時のいずれにおいても適切な電流制御が可能となる。この結果、正常時および故障時のいずれにおいてもパワーステアリング装置におけるパワーアシストが継続される。
【０１３０】
なお、ここでは、本発明の電力変換装置および駆動装置における使用方法の一例としてパワーステアリング装置が挙げられるが、本発明の電力変換装置および駆動装置の使用方法は上記に限定されず、ポンプ、コンプレッサなど広範囲に使用可能である。
【０１３１】
上述した実施形態及び変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３２】
１１１    ：第１インバータ
１１２    ：第２インバータ
１１５、１１６    ：分離スイッチ
１２１    ：第２中性点リレー回路
１２２    ：第１中性点リレー回路
２００    ：モータ
３０１、３０２    ：制御回路
３１１、３１２    ：インバータ駆動回路
３１３、３１４    ：スイッチ駆動回路
４０３、４０４    ：電源
４１１    ：Ｕ相電位センサ
４１２    ：Ｖ相電位センサ
４１３    ：Ｗ相電位センサ
４１４    ：供給電位センサ
４１５    ：電源電位センサ
４１６    ：グランド電位センサ
４１７    ：中性点電位センサ
１０００    ：モータ駆動ユニット
１００１、１００２、１００７    ：実装基板
１００６    ：両面実装基板
２０００    ：パワーステアリング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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