(57)【要約】【課題】オープン故障にともなう電動機のトルク変動を抑制する。【解決手段】中性点電圧操作部２８は、オープン故障判定部２７によってオープン故障が判定された場合、電動機１０が回生駆動中であることを条件に、ＰＷＭ演算部３０に入力される各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を補正する。例えば、上側のアームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐのスイッチング素子がオープン故障している場合、中性点電圧を基準電圧から減少させる方向にオフセットさせることにより、各相の電圧指令値のそれぞれを補正する。【選択図】図２
2010178449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の正極側に接続される上側のスイッチング素子と前記電源の負極側に接続される下側のスイッチング素子との直列回路を多相交流電動機の各相に対応して複数備え、前記直列回路のそれぞれにおいて一対のスイッチング素子の相互接続点が前記多相交流電動機の対応する相巻線に接続されたインバータを介して、前記多相交流電動機を制御する電動機制御装置において、
前記多相交流電動機に要求されるトルク指令値に基づいて、前記多相交流電動機の各相に印加する電圧の指令値であって、中性点電圧を振幅の中心電圧として周期的に変動する電圧指令値をそれぞれ算出する演算手段と、
前記インバータのスイッチング素子がオフし続けるオープン故障を判定する故障判定手段と、
基準電圧を中心として周期的に変動するキャリアの電圧レベルと、各相の電圧指令値との比較に基づいて、前記インバータを駆動する駆動信号を生成する駆動手段と、
前記故障判定手段によってオープン故障が判定された場合、前記電動機が回生駆動中であることを条件に、前記駆動手段に入力される各相の電圧指令値を補正する補正手段とを有し、
前記補正手段は、
いずれかの相において上側のスイッチング素子がオープン故障している場合、前記中性点電圧を前記基準電圧から減少させる方向にオフセットさせることにより、前記各相の電圧指令値のそれぞれを補正し、
いずれかの相において下側のスイッチング素子がオープン故障している場合、前記中性点電圧を前記基準電圧から増加させる方向にオフセットさせることにより、前記各相の電圧指令値のそれぞれを補正することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、
前記中性点電圧を前記基準電圧から減少させる方向にオフセットさせる場合、各相の電圧指令値のうちの最小の電圧指令値の絶対値と、前記電源電圧の半分の値との差に応じて、前記中性点電圧を減少方向にオフセットさせ、
前記中性点電圧を前記基準電圧から増加させる方向にオフセットさせる場合、各相の電圧指令値のうちの最大の電圧指令値と、前記電源電圧の半分の値との差に応じて、前記中性点電圧を増加方向にオフセットさせることを特徴とする請求項１に記載された電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インバータを介して３相交流電動機といった多相交流電動機を制御する電動機制御装置が知られている。インバータは、電源の正極側に接続される上側のスイッチング素子と電源の負極側に接続される下側のスイッチング素子との直列回路を多相交流電動機の各相に対応して複数備えており、各直列回路における一対のスイッチング素子の相互接続点が電動機の各相巻線にそれぞれ接続されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、インバータのスイッチング素子がオフし続けるオープン故障を判定した際に、ベクトル制御を継続し、電動機にトルクを発生することができる３相交流電動機の制御装置が開示されている。例えば、オープン故障した相が、Ｕ相の上側スイッチング素子の場合、３相電圧指令値が負から正になるタイミングで電圧ベクトルを固定する。その後、ｑ軸電流が０になったことを条件として、電圧ベクトルを１８０度反転させる。これにより、何らかの正トルクを発生させることを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９４８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、電圧位相を１８０度反転させるため、過渡状態においてｄ軸およびｑ軸電流が乱れ、トルクの変動を生じさせる可能性がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、オープン故障にともなう電動機のトルク変動を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するために、本発明は、いずれかの相において電源の正極側のスイッチング素子がオープン故障している場合、電動機が回生駆動中であることを条件に、中性点電圧を基準電圧から減少させる方向にオフセットさせることにより、各相の電圧指令値のそれぞれを補正する。あるいは、いずれかの相において電源の負極側のスイッチング素子がオープン故障している場合、電動機が回生駆動中であることを条件に、中性点電圧を基準電圧から増加させる方向にオフセットさせることにより、各相の電圧指令値のそれぞれを補正する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、オープン故障したスイッチング素子をオンするシーンが抑制される。そのため、オープン故障したスイッチング素子に対応する還流を他方のスイッチング素子に対応する還流に移すことができ、所定の線間電圧を電動機に与えることができる。これにより、オープン故障したスイッチング素子の影響を抑制し、電動機のトルク変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電動機１０およびその制御システムを模式的に示す構成図
【図２】コントローラ２０の構成を模式的に示す説明図
【図３】中性点電圧および基準電圧の説明図
【図４】Ｕ相の電圧指令値Ｖｕ*およびキャリアの推移を示す説明図
【図５】電動機１０の各相の線間電圧の推移を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施形態にかかる電動機１０およびその制御システムを模式的に示す構成図である。本実施形態では、電気自動車の駆動用モーターとして適用された電動機１０を制御する制御システムについて説明を行う。電気自動車は、電動機１０、コントローラ２０およびインバータ４０を含む電動機制御システムと、電源５０とを備えている。
【００１１】
電動機１０は、例えば、中性点を中心に星形結線された複数の相巻線（本実施形態では、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる３つの相巻線）を有する３相交流電動機である。この電動機１０は、インバータ４０内で変換された３相の交流電力が各相巻線に供給されることにより生じる磁界と、回転子の永久磁石が作る磁界との相互作用により駆動する。
【００１２】
コントローラ２０は、インバータ４０を介して電動機１０を制御する電動機制御装置であり、具体的には、インバータ４０を構成するスイッチング素子を制御することにより、電動機１０の出力トルクを制御する。コントローラ２０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。なお、コントローラ２０の機能の詳細については後述する。
【００１３】
インバータ４０は、コントローラ２０から出力される駆動信号に応じてＰＷＭ制御されることにより、電源５０から供給される直流電力を、多相交流電力（本実施形態では、Ｕ相交流電力、Ｖ相交流電力およびＷ相交流電力で構成される３相交流電力）に変換し、当該３相の交流電力を電動機１０の各相巻線に供給する。
【００１４】
インバータ４０は、電動機１０の各相に対応する３つのスイッチング回路を主体に構成されている。インバータ４０は、電源５０の正極に接続される正極母線と、電源５０の負極に接続される負極母線との間に、Ｕ相用のスイッチング回路と、Ｖ相用のスイッチング回路と、Ｗ相用のスイッチング回路とを備える。また、正極母線と負極母線との間には、各相用のスイッチング回路よりも電源５０側に、平滑コンデンサＣが接続されている。
【００１５】
Ｕ相用のスイッチング回路は、互いに直列接続された一対のアーム（スイッチ）Ｕｐ，Ｕｎを主体に構成されており、Ｖ相用のスイッチング回路は、互いに直列接続された一対のアーム（スイッチ）Ｖｐ，Ｖｎを主体に構成されている。また、Ｗ相用のスイッチング回路は、互いに直列接続された一対のアーム（スイッチ）Ｗｐ，Ｗｎを主体に構成されている。個々のアームＵｐ〜Ｗｎは、ＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチング素子を主体に構成されており、個々のトランジスタには、コレクタ・エミッタ間に還流ダイオードがそれぞれ並列接続されている。
【００１６】
Ｕ相用の一対のアームＵｐ，Ｕｎの相互接続点、Ｖ相用の一対のアームＶｐ，Ｖｎの相互接続点、および、Ｗ相用の一対のアームＷｐ，Ｗｎの相互接続点は、それぞれが各相電流の出力点として機能している。各出力点には、電動機１０の対応する相巻線がそれぞれ接続される。
【００１７】
なお、本明細書では、各スイッチング回路において、正極母線側、すなわち、電源５０の正極側に接続するアームＵｐ、Ｖｐ、Ｗｐを上側アームＵｐ、Ｖｐ、Ｗｐという。また、各スイッチング回路において、負極母線側、すなわち、電源５０の負極側に接続するアームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎを下側アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎという。また、インバータ４０により生成される３相交流電流をそれぞれＵ相交流電流Ｉｕ、Ｖ相交流電流ＩｖおよびＷ相交流電流Ｉｗとする。各交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、電動機１０側へ電流が流れる方向を正とする。
【００１８】
電源５０は、直流電力を出力する直流電源であり、電力を蓄電または放電する、ニッケル水素電池あるいはリチウムイオン電池といったバッテリである。
【００１９】
以下、本実施形態の特徴の一つであるコントローラ２０の詳細について説明する。このコントローラ２０は、電動機１０の実トルクが、電動機１０において発生させるトルクの指令値であるトルク指令値となるようにインバータ４０の３相の各アームＵｐ〜Ｗｎ（具体的には、スイッチング素子）をそれぞれ制御する。具体的には、コントローラ２０は、トルク指令値に基づいて３相の電圧指令値をそれぞれ算出し、電動機１０の各相に印加される電圧が算出された３相の電圧指令値とそれぞれ一致するように、インバータ４０の各相のアームＵｐ〜Ｗｎを駆動するための駆動信号を生成する。そして、コントローラ２０は、生成した駆動信号でインバータ４０を構成するアームＵｐ〜Ｗｎをそれぞれ制御する。
【００２０】
このコントローラ２０には、インバータ４０を制御するために、各種の情報が入力されている。レゾルバ１１は電動機１０の回転子の位置を検出し、この検出結果（回転子情報Ｉｍ）はコントローラ２０によって読み込まれる。電流センサ１２は、各相に対応して設けられており、電動機１０の各相の交流電流、すなわち、Ｕ相交流電流Ｉｕと、Ｖ相交流電流Ｉｖと、Ｗ相交流電流Ｉｗとをそれぞれ検出し、検出した電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、コントローラ２０によって読み込まれる。また、電圧センサ４１は、インバータ４０におけるコンデンサＣの直流電圧、すなわち、電源５０の直流電圧Ｖdcを検出し、検出した直流電圧Ｖdcは、コントローラ２０によって読み込まれる。また、コントローラ２０には、上位装置において演算されるトルク指令値Ｔ*が入力される。
【００２１】
図２は、コントローラ２０の構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、コントローラ２０は、Ｉｄ・Ｉｑ指令値演算部２１と、Ｖｄ・Ｖｑ指令値演算部２２と、電流フィードバック制御部（電流Ｆ／Ｂ制御部）２３と、回転数・位相検出部２４と、３相／２相変換部２５と、２相／３相変換部２６と、オープン故障判定部２７と、中性点電圧操作部２８と、デッドタイム補正部２９と、ＰＷＭ演算部３０とを有している。本実施形態において、Ｉｄ・Ｉｑ指令値演算部２１、Ｖｄ・Ｖｑ指令値演算部２２、電流フィードバック制御部２３、回転数・位相検出部２４、３相／２相変換部２５および２相／３相変換部２６は、トルク指令値Ｔ*に基づいて、電動機１０の各相に印加する電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*をそれぞれ算出する演算手段としての機能を担っている。
【００２２】
Ｉｄ・Ｉｑ指令値演算部２１は、トルク指令値Ｔ*と、電動機１０の回転数Ｎｍと、電源５０の直流電圧Ｖdcとに基づいて、トルク指令値Ｔ*に一致するトルクを電動機１０が出力するためのｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*とをそれぞれ演算する。演算されたｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*は、電流フィードバック制御部２３に出力される。Ｉｄ・Ｉｑ指令値演算部２１は、トルク指令値Ｔ*、電動機１０の回転数Ｎｍおよび電源５０の直流電圧Ｖdcの各パラメータと、ｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*との対応関係を記述したマップを保持しており、当該マップを参照することにより、ｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*を演算する。この対応関係を記述したマップは、実験やシミュレーションを通じて予め取得されている。
【００２３】
ここで、ｄｑ軸座標系は、電動機１０の機械的な回転速度の整数倍の電気的な回転速度で回転するｄ軸とｑ軸から成る直交座標系である。３相同期モーターである電動機１０の場合は、ｄｑ軸座標系はモーター回転に同期して回転する。ｄｑ軸座標系により、電動機１０の固定子巻線に供給される電流は、界磁分電流（ｄ軸電流）とトルク分電流（ｑ軸電流）とに分けてベクトル表示される。また、電動機１０の回転数Ｎｍは、レゾルバ１１から出力される検出信号Ｉｍに基づいて回転数・位相検出部２４において演算されており、この演算結果がＩｄ・Ｉｑ指令値演算部２１に入力されている。
【００２４】
Ｖｄ・Ｖｑ指令値演算部２２は、トルク指令値Ｔ*と、電動機１０の回転数Ｎｍと、電源５０の直流電圧Ｖdcとに基づいて、所定のｄ軸電圧指令値Ｖｄ''*と、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ''*とを演算する。Ｖｄ・Ｖｑ指令値演算部２２は、トルク指令値Ｔ*、電動機１０の回転数Ｎｍおよび電源５０の直流電圧Ｖdcの各パラメータと、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖｄ''*，Ｖｑ''*との対応関係を記述したマップを保持しており、当該マップを参照することにより、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖｄ''*，Ｖｑ''*を演算する。対応関係を記述したマップは、実験やシミュレーションを通じて予め取得されている。このＶｄ・Ｖｑ指令値演算部２２では、後述する電流フィードバック制御部２３のようにフィードバック制御を行わず、トルク指令値Ｔ*、電動機１０の回転数Ｎｍおよび電源５０の直流電圧Ｖdcに応じて一義的に定まる固定的なｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖｄ''*，Ｖｑ''*をそれぞれ演算する。
【００２５】
３相／２相変換部２５は、位相（電気角）θに基づいて、検出された３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑに座標変換を行う。３相／２相変換部２５の演算において必要となる位相θは、回転子の位置を電気的な位相として表すものであり、レゾルバ１１の検出結果Ｉｍに基づいて回転数・位相検出部２４において求められる。３相／２相変換部２５において演算されたｄ軸およびｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑは、電流フィードバック制御部２３に出力される。
【００２６】
電流フィードバック制御部２３は、３相／２相変換部２５からのｄ軸およびｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑと、Ｉｄ・Ｉｑ指令値演算部２１からのｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*とに基づいて、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖｄ'*，Ｖｑ'*を演算する。電流フィードバック制御部２３は、ｄ軸およびｑ軸電流Ｉｄ，Ｉｑと、ｄ軸およびｑ軸電流指令値Ｉｄ*，Ｉｑ*との偏差が小さくなるように、ＰＩ制御或いはＰＩＤ制御等の制御則を用いて、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖｄ'*，Ｖｑ'*を演算する。電流フィードバック制御部２３から出力されるｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖｄ'*，Ｖｑ'*は、Ｖｄ・Ｖｑ指令値演算部２２から出力されるｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖｄ''*，Ｖｑ''*と加算され、加算されたｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*は、２相／３相変換部２６へ入力される。
【００２７】
２相／３相変換部２６は、位相θに基づいて、ｄ軸およびｑ軸電圧指令値Ｖｄ*，Ｖｑ*を、各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*に座標変換を行う。Ｉｄ・Ｉｑ指令値演算部２１から２相／３相変換部２６を通じて算出された各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*は、基本的に、後述するＰＷＭ演算部３０に入力され、インバータ４０の駆動信号Ｓidを生成するためにキャリアと比較される。しかしながら、本実施形態では、オープン故障時のトルク変動の抑制およびデッドタイム補正の観点から中性点電圧操作部２８およびデッドタイム補正部２９を経由して、必要時に応じて補正された上で、ＰＷＭ演算部３０に入力される。
【００２８】
オープン故障判定部２７は、インバータ４０のアームＵｐ〜Ｗｎ（具体的には、スイッチング素子）がオフし続けるオープン故障を検出する故障判定手段としての機能を担っている。具体的には、オープン故障判定部２７は、位相θに基づいて演算される位相変化量より、電動機１０の回転子に関する現在の回転方向を求める。オープン故障判定部２７は、故障診断の開始タイミングにおける位相θを記憶しておき、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の上側アームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐと下側アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎの各々について、回転子が同一方向に１回転するまでの位相で３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの積分を行う（∫ｉ・ｄθ）。回転子が１回転した場合、演算した積分値のそれぞれを処理対象として、予め設定した閾値Ｔｈ（閾値は０より大きな値）と比較する。この比較結果において、ある相の上側アームまたは下側アームの積分値が閾値以下であり、かつ、その状態が所定の回転数継続した場合、閾値を下回ったアームをオープン故障のアームと判断する。
【００２９】
上側アームについてオープン故障が判断された場合、オープン故障判定部２７は、中性点電圧を基準電圧から減少させる方向へオフセットさせる指令を含む情報Ｓｄｉを中性点電圧操作部２８に出力する。また、下側アームがオープン故障と判断した場合、オープン故障判定部２７は、中性点電圧を基準電圧から増大させる方向へオフセットさせる指令を含む情報Ｓｄｉを中性点電圧操作部に出力する。なお、オープン故障の判定方法は、これ以外にも、アームＵｐ〜Ｗｎのそれぞれにオープン故障を検知するための機能を持たせ、これをオープン故障判定部２７によってモニタリングするなどしてもよい。
【００３０】
中性点電圧操作部２８は、オープン故障判定部２７によってオープン故障が検出された場合、電動機１０が回生駆動中であることを条件に、ＰＷＭ演算部３０に入力される各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を補正する補正手段としての機能を担っている。ここで、図３は、中性点電圧および基準電圧の説明図である。上述したＩｄ・Ｉｑ指令値演算部２１〜２相／３相変換部２６は、中性点電圧を振幅の中心電圧として周期的に変動する値（正弦波）Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗとして、各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を演算している。この中性点電圧は、通常、後述するＰＷＭ演算部３０において用いられるキャリアＬｃの振幅中心となる基準電圧（一般に、０Ｖ）と対応するように設定されている（同図（ａ）参照）。ここで、キャリアＬｃは、基準電圧を中心として、電源５０の直流電圧Ｖdcの半分の値（Ｖdc／２）を振幅として変動する搬送波であり、例えば、三角波などを用いることができる。
【００３１】
中性点電圧操作部２８は、オープン故障判定部２７からの情報Ｓdiに基づいて、いずれかの相において上側アームＵｐ，Ｖｐ、Ｗｐがオープン故障している場合、中性点電圧を基準電圧から減少させる方向へオフセットさせる。すなわち、中性点電圧の減少方向へのオフセットにともない、各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*も減少方向へと同程度にオフセットさせられる。これにより、各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*のそれぞれが補正されることとなる。同図（ｂ）は、中性点電圧を基準電圧から減少方向にオフセットさせた状態を示している。一方、中性点電圧操作部２８は、オープン故障判定部２７からの情報Ｓdiに基づいて、いずれかの相において下側アームＵｎ，Ｖｎ、Ｗｎがオープン故障している場合、中性点電圧を基準電圧から増加させる方向へオフセットさせる。すなわち、中性点電圧の増加方向へのオフセットにともない、各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*も増加方向へと同程度にオフセットさせられる。これにより、各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*のそれぞれが補正されることとなる。
【００３２】
ここで、基準電圧からの中性点電圧のオフセット量は、以下に述べる最大オフセット量を限度として、任意の値を設定することができる。例えば、上側アームＵｐ，Ｖｐ、Ｗｐがオープン故障している場合、すなわち、中性点電圧を減少方向へオフセットさせる場合、最大オフセット量は、２相／３相変換部２６から出力される各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*のうちの最小の電圧指令値（絶対値）と、キャリアＬｃとして取り得る最小電位（絶対値）、すなわち、電源５０の直流電源Ｖdcの半分の値（Ｖdc／２）との差となる（同図（ｃ）参照）。これに対して、下側アームＵｎ，Ｖｎ、Ｗｎがオープン故障している場合、すなわち、中性点電圧を増加方向へオフセットさせる場合、最大オフセット量は、２相／３相変換部２６から出力される各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*のうちの最大の電圧指令値と、キャリアとして取り得る最大電位、すなわち、電源５０の直流電源Ｖdcの半分の値（Ｖdc／２）との差とすることができる。
【００３３】
本実施形態において、中性点電圧操作部２８は、最大オフセット量にて中性点電圧をオフセットさせるものとする。すなわち、中性点電圧操作部２８は、中性点電圧の最大オフセット量を演算した上で、この最大オフセット量に基づいて各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を補正（オフセット）することにより、各相の電圧指令値Ｖuo*，Ｖvo*，Ｖwo*を新たに演算する。演算された各相の電圧指令値Ｖuo*，Ｖvo*，Ｖwo*は、デッドタイム補正部２９に出力される。
【００３４】
なお、中性点電圧操作部２８は、オープン故障の判定がいずれのアームＵｐ〜Ｗｎにおいてなされていない場合、あるいは、オープン故障が判定されたとしても電動機１０が力行駆動中である場合には、上述のような中性点電圧のオフセット操作を行わず、２相／３相変換部２６から出力される各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を、各相の電圧指令値Ｖuo*，Ｖvo*，Ｖwo*としてそのまま出力する。
【００３５】
デッドタイム補正部２９は、中性点電圧操作部２８から出力される各相の電圧指令値Ｖuo*，Ｖvo*，Ｖwo*を補正して、新たな各相の電圧指令値Ｖuoa*，Ｖvoa*，Ｖwoa*を演算する。この補正により、各相において上側アームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐと下側アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎとが同時にオンして短絡することを抑制するために、オン／オフの切替の際に、上側アームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐと下側アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎとが同時にオフとなる時間（いわゆる、デッドタイム）を設けられる。演算された各相の電圧指令値Ｖuoa*，Ｖvoa*，Ｖwoa*は、ＰＷＭ演算部３０に出力される。なお、デッドタイムの存在に起因し、コントローラ２０より出力される電圧指令値と実際に出力される電圧との間に誤差が発生し、出力電圧に歪みが生じることがある。そのため、デッドタイム補正部２９は、電圧指令値に対して一定値の補償電圧を加算することで、誤差電圧を補償したりしてもよい（なお、当該技術の詳細については、特開２００８−１４１９３７号公報などを参照されたい）。
【００３６】
ＰＷＭ演算部３０は、基準電圧を中心として周期的に変動するキャリアの電圧レベルと、各相の電圧指令値Ｖuoa*，Ｖvoa*，Ｖwoa*との比較に基づいて、インバータ４０を駆動する駆動信号Ｓidを生成する駆動手段としての機能を担っている。具体的には、ＰＷＭ演算部３０は、各相毎に、電圧指令値Ｖuoa*，Ｖvoa*，Ｖwoa*と、キャリアとを比較し、電圧指令値Ｖuoa*，Ｖvoa*，Ｖwoa*よりもキャリアの電圧レベルの方が小さい場合には、対応するアームＵｐ〜Ｗｎをオンする駆動信号Ｓidを生成し、一方、キャリアの電圧レベルよりも電圧指令値Ｖuoa*，Ｖvoa*，Ｖwoa*の方が小さい場合には、対応するアームＵｐ〜Ｗｎをオフする駆動信号Ｓidを生成する。そして、ＰＷＭ演算部３０は駆動信号Ｓidをインバータ４０に対して出力する。インバータ４０は、この駆動信号Ｓidに応じたＰＷＭ波電圧を生成して電動機１０へ印加し、これにより、電動機１０を駆動する。
【００３７】
このように本実施形態によれば、中性点電圧操作部２８は、オープン故障判定部２７によってオープン故障が判定された場合、電動機１０が回生駆動中であることを条件に、ＰＷＭ演算部３０に入力される各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*を補正する。この場合、中性点電圧操作部２８は、上側アームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐのスイッチング素子がオープン故障している場合、中性点電圧を基準電圧から減少させる方向にオフセットさせることにより、各相の電圧指令値のそれぞれを補正する。一方、中性点電圧操作部２８は、下側アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎがオープン故障している場合、中性点電圧を基準電圧から増加させる方向にオフセットさせることにより、各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*のそれぞれを補正する。
【００３８】
図４は、Ｕ相の電圧指令値Ｖｕ*およびキャリアの推移を示す説明図である。交流電流Ｉｕが正となる区間において、通常、上側アームＵｐのオン指令に対して、上側アームＵｐから電流を流し、正電圧を印加する必要がある。ところで、上側アームＵｐがオープン故障している場合には、下側アームＵｎからの還流となり負電圧を印加してしまう。これにより、正弦波電流が乱れる可能性がある。
【００３９】
しかしながら、本実施形態では、上側アームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐがオープン故障している場合には、中性点電圧を基準電圧から減少させる方向にオフセットさせている。中性点電圧のオフセットにともない電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*も減少方向へと相対的にオフセットさせられる。そのため、交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが正となるシーンにおいて、キャリアが電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*よりも小さくなるシーン、すなわち、上側アームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐをオンとするシーンが抑制される。これにより、本来上側アームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐで行われる還流を下側アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎに移すことができる。その結果、図５の一点鎖線領域における実線波形で示されるように、想定どおりの線間電圧を電動機１０に与えることができ、オープン故障したスイッチング素子の影響を抑制し、電動機１０のトルク変動を抑制することができる。ここで、図５は、電動機１０の各相の線間電圧の推移を示す説明図であり、（ａ）は、中性点電圧をオフセットさせない手法に関する説明図であり、（ｂ）は、中性点電圧をオフセットさせる手法に関する説明図である。
【００４０】
また、下側アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎがオープン故障している場合には、中性点電圧を基準電圧から増加させる方向にオフセットさせている。中性点電圧のオフセットにともない電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*も増加方向へと相対的にオフセットさせられる。そのため、交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが負となるシーンにおいて、キャリアが電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*よりも大きくなるシーン、すなわち、下側アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎをオンとするシーンが抑制される。これにより、本来下側アームＵｎ，Ｖｎ，Ｗｎで行われる還流を上側アームＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐに移すことができる。これにより、想定どおりの線間電圧を電動機１０に与えることができ、電動機のトルク変動を抑制することができる。
【００４１】
もっとも、上述した手法により上側アームおよび下側アームによる代替可能なパターンは、各相の交流電流が正となるシーンにおいては、上側アームで還流している電流を下側アームに置き換える場合のみであり、直流電源から流れ込む電流を代替可能なものではない。このことは、電圧位相と電流位相が反転している場合を意味し、モーター回転方向とトルク方向が反対となる回生駆動の場合のみ有効である。
【００４２】
また、本実施形態によれば、中性点電圧操作部２８は、中性点電圧を基準電圧から減少させる方向にオフセットさせる場合、各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*のうちの最小の電圧指令値の絶対値と、電源電圧Ｖdcの半分の値と（Ｖdc／２）の差に応じて、中性点電圧を減少方向にオフセットさせる。一方、中性点電圧操作部２８は、中性点電圧を基準電圧から増加させる方向にオフセットさせる場合、各相の電圧指令値Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*のうちの最大の電圧指令値と、電源電圧Ｖdcの半分の値（Ｖdc／２）との差に応じて、中性点電圧を増加方向にオフセットさせる。
【００４３】
かかる構成によれば、電動機１０における各相の線間電圧を維持したまた、オープン故障したスイッチング素子をオンするシーンをもっとも抑制することができる。このため、モーターのトルクを維持して、オープン故障した素子の影響をより小さくできるので、トルクの変動を更に抑制することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…電動機
１１…レゾルバ
１２…電流センサ
２０…コントローラ
２１…Ｉｄ・Ｉｑ指令値演算部
２２…Ｖｄ・Ｖｑ指令値演算部
２３…電流フィードバック制御部
２４…回転数・位相検出部
２５…３相／２相変換部
２６…２相／３相変換部
２７…オープン故障判定部
２８…中性点電圧操作部
２９…デッドタイム補正部
３０…ＰＷＭ演算部
４０…インバータ
４１…電圧センサ
５０…電源
【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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