(57)【要約】【課題】多相回転機における短絡故障が「駆動部」及び「電流検出部」にいずれで生じているのかを特定可能な電力変換器を提供する。【解決手段】モータ１０の各相に流れる電流をシャント抵抗３１〜３３、オペアンプ３４〜３６、及び、演算装置６０によって検出すると共に、電源遮断機４０に流れる電流を演算装置６０によって検出する。これによって、モータ１０に流れる電流が過大となっている場合で、かつ、電源遮断機４０に流れる電流は過大でない場合、シャント抵抗３１〜３３、オペアンプ３４〜３６、及び、演算装置６０で構成される電流検出部の故障と判断する。一方、モータ１０に流れる電流が過大となっている場合で、かつ、電源遮断機４０に流れる電流も過大である場合、ＦＥＴ２１〜２６、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、及び、Ｗ相コイル１３で構成される駆動部の故障と判断する。【選択図】      図１
2010028984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相以上の複数相で構成される多相回転機に用いられる電力変換器であって、
前記多相回転機の各相に対応するスイッチング素子対で構成され、前記多相回転機に対する駆動電流を電源から供給するためのスイッチング手段と、
前記スイッチング手段のスイッチング素子を導通状態又は非導通状態に制御して前記多相回転機へ駆動電流を供給する電流供給制御手段と、
前記多相回転機の各相に流れる電流を検出可能な第１電流検出手段と、
前記電源と前記スイッチング手段との間に介在し、前記電源と前記スイッチング素子とを電気的に遮断可能な遮断手段と、
前記遮断手段の抵抗値を利用して、当該遮断手段に流れる電流を検出可能な第２電流検出手段と、
を備えていることを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換器において、
前記電流供給制御手段は、前記第１電流検出手段及び前記第２電流検出手段の両方にて過電流が検出された場合、前記スイッチング素子を非導通状態とする、又は、前記遮断手段を制御して前記電源と前記スイッチング素子とを電気的に遮断することを特徴とする電力変換器。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換器において、
前記多相回転機を前記スイッチング手段から電気的に遮断可能な回転機遮断手段を備え、
前記電流供給制御手段は、前記遮断手段による前記電源の遮断と共に、前記回転機遮断手段を制御して前記多相回転機と前記スイッチング手段とを遮断することを特徴とする電力変換器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換器において、
前記遮断手段は、半導体リレーで構成されていることを特徴とする電力変換器。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換器において、
前記半導体リレーは、前記多相回転機の力行回生に対応させて複数設けられていることを特徴とする電力変換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換器において、
前記第２電流検出手段は、温度によって変化する前記遮断手段の抵抗値を推定する抵抗値推定手段を有していることを特徴とする電力変換器。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換器において、
前記抵抗値推定手段は、入力電力に効率を乗じたものと出力電力とが等しいものとして、前記遮断手段の抵抗値を推定することを特徴とする電力変換器。
【請求項８】
請求項６に記載の電力変換器において、
前記抵抗値推定手段は、遮断手段に流れる電流に基づき温度を推定し、当該温度に基づいて前記遮断手段の抵抗値を推定することを特徴とする電力変換器。
【請求項９】
請求項６に記載の電力変換器において、
前記抵抗値推定手段は、対になっている２つのスイッチング素子を同時にオンとしたときに流れる電流に基づいて、前記遮断手段の抵抗値を推定することを特徴とする電力変換器。
【請求項１０】
請求項６に記載の電力変換器において、
前記電流供給制御手段は、前記多相回転機の各相に対応する電圧指令信号を作成し、当該電圧指令信号及びＰＷＭ信号に基づき、前記スイッチング手段を制御するよう構成されており、
前記抵抗値推定手段は、前記スイッチング手段の特定状態において、第１電流検出手段にて検出される電流と第２電流検出手段にて検出される電流とが等しいものとして、前記遮断手段の抵抗値を推定することを特徴とする電力変換器。
【請求項１１】
請求項６に記載の電力変換器において、
前記電流供給制御手段は、前記多相回転機の各相に対応する電圧指令信号を作成し、当該電圧指令信号及びＰＷＭ信号に基づき、前記スイッチング手段を制御するよう構成されており、
前記抵抗値推定手段は、前記電圧指令信号をオフセットすることで前記スイッチング手段の特定の状態を所定のタイミングで作り出し、当該タイミングにおいて、第１電流検出手段にて検出される電流と第２電流検出手段にて検出される電流とが等しいものとして、前記遮断手段の抵抗値を推定することを特徴とする電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相回転機を駆動制御する電力変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動パワーステアリング装置として、ステアリングの操舵トルクをトルクセンサで検出し、当該ステアリングの操作を必要に応じてモータでアシスト制御するものが知られている。
ここでモータとしては、一般に、複数相のモータが用いられる。このとき、モータは電力変換器によって駆動制御される。具体的には、モータの相数に応じたスイッチング素子対をＰＷＭ信号に応じてスイッチング動作させることによって駆動制御する。
【０００３】
このような電動パワーステアリング装置では、可及的にモータによるアシスト制御を続行することが望まれる。これは、アシスト制御が停止されてしまうと、ステアリング操作が極端に重くなるなど困難になってしまう虞があるためである。そこで、故障が生じた場合に、フィードバック制御をオープンループ制御に切り換える制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、このような制御を行う前提として、モータの故障検出が不可欠となる。そこで、複数相モータのスイッチング素子対にそれぞれシャント抵抗を配置し、モータの各相の故障及びスイッチング素子対で構成される「駆動部」の故障を検出する装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８８８７７号公報
【特許文献２】特開２００５−２１０８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載の装置では、シャント抵抗等で構成される「電流検出部」が故障した場合、故障箇所が「駆動部」であるのか「電流検出部」であるのかを特定することができない。また、一度「電流検出部」が故障すると、その後の制御において「駆動部」の故障を検出することができない。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、多相回転機における短絡故障が「駆動部」及び「電流検出部」にいずれに生じているのかを推定可能な電力変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電力変換器は、三相以上の複数相で構成される多相回転機に用いられる。この多相回転機へ駆動電流を供給するのが、電流供給制御手段である。電流供給制御手段は、スイッチング手段のスイッチング素子を導通状態又は非導通状態に制御して駆動電流を供給する。スイッチング手段は、多相回転機の各相に対応するスイッチング素子対で構成されている。導通状態とは、スイッチング素子が駆動電流を導通させるＯＮの状態をいい、非導通状態とは、スイッチング素子が駆動電流を遮断するＯＦＦの状態をいう。
【０００８】
このとき、第１電流検出手段によって、多相回転機の各相に流れる電流が検出可能となっている。また、電源とスイッチング手段との間に介在し、電源とスイッチング手段とを電気的に遮断可能な遮断手段を備えており、第２電流検出手段によって、遮断手段の抵抗値を利用して、当該遮断手段に流れる電流が検出可能となっている。尚ここで、いずれの電流検出手段においても「電流を検出可能」としたのは、結果的に電流検出が可能な構成、例えば電圧値のみを検出する構成などを含める趣旨である。
【０００９】
本発明では、多相回転機の各相に流れる電流を第１電流検出手段によって検出すると共に、遮断手段に流れる電流を第２電流検出手段によって検出する。これによって、第１電流検出手段のみによって過電流が検出され、第２電流検出手段によっては過電流が検出されない場合には、電流検出部に故障が生じたものと推定できる。一方、第１電流検出手段及び第２電流検出手段の両方で過電流が検出された場合には、多相回転機の駆動部に故障が生じたものと推定できる。結果として、多相回転機における短絡故障が「駆動部」及び「電流検出部」にいずれに生じているのかを推定できる。
【００１０】
しかも、本発明では、第２電流検出手段は、遮断手段の抵抗値を利用して電流を検出する。すなわち、遮断手段自体の抵抗を利用して電流を検出する構成であるため、シャント抵抗を別途設ける構成と比較して、部品点数が少なくなる。
【００１１】
なお、第１電流検出手段は、シャント抵抗で構成することが例示される。三相の回転機であれば、例えば各相にそれぞれ対応させてシャント抵抗を設ける構成にするという具合である。また例えば、二相にのみシャント抵抗を設ける構成とし、残りの一相に流れる電流については、他の二相に流れる電流から算出するようにしてもよい。後者のように２つのシャント抵抗で第１電流検出手段を構成してもよいことから、三相の各相に対応させてシャント抵抗を設ける構成とした場合、第１電流検出手段の故障によっていずれか一相の電流が正常に検出できない事態となっても、何ら制御に支障を生じない。いずれにしても、本発明では、「電流検出部」に故障を生じたのち多相回転機の制御を続行したとしても、当該制御において、多相回転機の各相の故障（「駆動部」の故障）を、第２電流検出手段にて検出される電流から判断することができる。
【００１２】
ところで、第１電流検出手段及び第２電流検出手段の両方で過電流が検出された場合、スイッチング素子を非導通状態とすることが例示される。両方の電流検出手段にて過電流が検出された場合は「駆動部」に短絡故障が生じたものと推定されるため、例えば短絡故障の生じた多相回転機の特定相への通電を行わないようにするという具合である。あるいは、遮断手段を制御して電源とスイッチング素子とを電気的に遮断する構成としてもよい。
【００１３】
このように遮断手段によって電源からの切り離しを行ったとしても、ブリッジ接続されたスイッチング手段には多相回転機の力行回生によって電流が流れる可能性があり、特に電動パワーステアリング装置を念頭においた場合、ステアリング操作が極端に困難になることが懸念される。
【００１４】
そこで、多相回転機をスイッチング手段から電気的に遮断可能な回転機遮断手段を備える構成とし、電流供給制御手段が、遮断手段による電源の遮断と共に、回転機遮断手段を制御して多相回転機とスイッチング手段とを遮断する構成とすることが好ましい。このようにすれば、スイッチング手段から多相回転機が切り離されるため、一応のステアリング操作を行える可能性が高くなる。
【００１５】
ところで、本発明の特徴である遮断手段は、機械式のリレーで構成することが考えられる。また、半導体リレーで構成することが考えられる。駆動電流が大きなものになることを考えると、後者のような半導体リレーで構成することが望ましい。半導体リレーで構成する場合、多相回転機の力行回生に対応させて複数のリレーを設けるようにしてもよい。例えばＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor  field-effect  transistor ）をリレーとして用いる場合、ＯＦＦの状態にあっても、そのダイオードによって一方向へは電流が流れることになる。そこで、ダイオードの向きが互い違い（詳しくは電流の通過方向が互いに外向き）になるようにして２つのＭＯＳＦＥＴを配置することが例示される。
【００１６】
なお、本発明は遮断手段の抵抗値を利用することで遮断手段に流れる電流を検出することを特徴とするものであるが、遮断手段の温度によって遮断手段の抵抗値が変化することが考えられる。この場合は、正確な電流が検出できない虞がある。
【００１７】
そこで、第２電流検出手段が抵抗値推定手段を有する構成とし、この抵抗値推定手段にて、温度によって変化する遮断手段の抵抗値が推定されるようにしてもよい。このようにすれば、遮断手段の抵抗値が推定されるため、より正確に電流を検出することができる。
【００１８】
具体的には、入力電力に効率を乗じたものと出力電力とが等しいものとして、遮断手段の抵抗値を推定することが例示される。また、遮断手段に流れる電流に基づき温度を推定し、当該温度に基づいて遮断手段の抵抗値を推定することが例示される。さらにまた、対になっている２つのスイッチング素子を同時にオンとしたときに流れる電流に基づいて、遮断手段の抵抗値を推定することが例示される。また、上述した電流供給制御手段が、多相回転機の各相に対応する電圧指令信号を作成し、当該電圧指令信号及びＰＷＭ信号に基づき、スイッチング手段を制御することを前提に、スイッチング手段の特定状態において、第１電流検出手段にて検出される電流と第２電流検出手段にて検出される電流とが等しいものとして、遮断手段の抵抗値を推定することが例示される。さらにまた、電流供給制御手段が多相回転機の各相に対応する電圧指令信号を作成し当該電圧指令信号及びＰＷＭ信号に基づきスイッチング手段を制御することを前提に、電圧指令信号をオフセットすることでスイッチング手段の特定の状態を所定のタイミングで作り出し、当該タイミングにおいて、第１電流検出手段にて検出される電流と第２電流検出手段にて検出される電流とが等しいものとして、遮断手段の抵抗値を推定することが例示される。電圧指令信号のオフセットとは、最大のデューティー比が１００パーセントとなるようにオフセットすることが例示される。また、最小のデューティー比が０パーセントとなるようにオフセットすることが例示される。いずれの構成を採用するにしても、これらの構成を採用することで、遮断手段に流れる電流をより正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す本実施形態の電力変換器１は、モータ１０を駆動制御するものである。そして特に、電力変換器１は、モータ１０と共に、車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に採用されるものである。
【００２０】
電力変換器１の制御対象となるモータ１０は、三相ブラシレスモータであり、ロータ及びステータを有している（いずれも不図示）。ロータは、円板状の部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。このようなロータを内部に収容し、回転可能に支持するのが、ステータである。このステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有しており、この突出部に、図１に示すＵ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、及び、Ｗ相コイル１３が巻回されており、スター結線されている。
【００２１】
電力変換器１は、スイッチング素子がブリッジ接続されてなるインバータ２０、３つのシャント抵抗３１、３２、３３、３つのオペアンプ３４、３５、３６、電源遮断機４０、モータ側遮断機５０、及び、演算装置６０を備えている。
【００２２】
インバータ２０は、電界効果トランジスタの一種である６つのＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor  field-effect  transistor ）２１、２２、２３、２４、２５、２６で構成されている。これらＭＯＳＦＥＴ２１〜２６は、スイッチング素子として機能し、ゲートの電位により、ドレイン−ソース間がＯＮ（導通）またはＯＦＦ（遮断）される。以下、ＭＯＳＦＥＴ２１〜２６を、単に、ＦＥＴ２１〜２６と記述する。また、６つのＦＥＴ２１〜２６を区別する必要があるときは、図１中の記号を用い、ＦＥＴ（Ｓｕ＋）２１、ＦＥＴ（Ｓｖ＋）２２、ＦＥＴ（Ｓｗ＋）２３、ＦＥＴ（Ｓｕ−）２４、ＦＥＴ（Ｓｖ−）２５、ＦＥＴ（Ｓｗ−）２６と記述する。
【００２３】
ここで、これらＦＥＴ２１〜２６の接続について説明しておく。
３つのＦＥＴ２１〜２３のドレインが、電源遮断機４０を経由して外部の電源７０に接続されている。電源７０はいわゆるバッテリである。
【００２４】
また、これらＦＥＴ２１〜２３のソースがそれぞれ、残り３つのＦＥＴ２４〜２６のドレインに接続されている。さらにまた、これらＦＥＴ２４〜２６のソースのそれぞれがシャント抵抗３１〜３３を経由して接地されている。
【００２５】
そして、対になっているＦＥＴ（Ｓｕ＋）２１とＦＥＴ（Ｓｕ−）２４との接続点が、モータ側遮断機５０を介して、Ｕ相コイル１１の一端に接続されている。また、対になっているＦＥＴ（Ｓｖ＋）２２とＦＥＴ（Ｓｖ−）２５との接続点が、モータ側遮断機５０を介して、Ｖ相コイル１２の一端に接続されている。さらにまた、ＦＥＴ（Ｓｗ＋）２３とＦＥＴ（Ｓｗ−）２６との接続点が、モータ側遮断機５０を介して、Ｗ相コイル１３の一端に接続されている。したがって、モータ１０の各相を流れる電流は、シャント抵抗３１〜３３の両端の電位差として取り出すことが可能である。
【００２６】
シャント抵抗３１〜３３は、上述したように、ＦＥＴ２４〜２６のソースにそれぞれ接続されている。そして、シャント抵抗３１〜３３の両端の電圧が入力されるのが、オペアンプ３４〜３６である。オペアンプ３４〜３６の出力端子は、演算装置６０に接続されている。これにより、オペアンプ３４〜３６により、シャント抵抗３１〜３３の両端の電位差が、それぞれ増幅されて演算装置６０へ入力される。
【００２７】
インバータ２０と電源７０との間に介在する電源遮断機４０は、インバータ２０を構成するものと同様の２つのＭＯＳＦＥＴ４１、４２で構成されている。これらＭＯＳＦＥＴ４１、４２は、スイッチング素子として機能し、ゲートの電位により、ドレイン−ソース間がＯＮ（導通）またはＯＦＦ（遮断）される。ＭＯＳＦＥＴ４１、４２を以下、単にＦＥＴ４１、４２と記述する。さらに、電源７０側のＦＥＴ４１を「Ａ−ＦＥＴ４１」、インバータ２０側のＦＥＴ４２を「Ｂ−ＦＥＴ４２」と記述して、適宜区別する。本実施形態では、Ｂ−ＦＥＴ４２の両端が演算装置６０に接続されている。これにより、Ｂ−ＦＥＴ４２の両端の電圧Ｖ１、Ｖ２が、演算装置６０へ入力される。また、Ａ−ＦＥＴ４１は、そのダイオード４１ａの電流通過方向が電源７０側を向くように配置されている。Ｂ−ＦＥＴ４２は、そのダイオード４２ａの電流通過方向がインバータ２０側を向くように配置されている。つまり、２つのＦＥＴ４１、４２は、それぞれのダイオード４１ａ、４２ａが互い違いになるように配置されている。
【００２８】
一方、インバータ２０とモータ１０との間に介在するモータ側遮断機５０は、機械式のリレーで構成されている。このモータ側遮断機５０によって、モータ１０をインバータ２０から電気的に切り離すことが可能となる。
【００２９】
演算装置６０は、電力変換器１全体の制御を司る。煩雑になることを避けるため特に制御線を図示していないが、演算装置６０は、インバータ２０の６つのＦＥＴ２１〜２６のゲートの電位、電源遮断機４０の２つのＦＥＴ４１、４２のゲートの電位、及び、モータ側遮断機５０を制御する。
【００３０】
次に、演算装置６０によるモータ１０の駆動制御について説明する。
インバータ２０は、いわゆるＰＷＭ制御で駆動される。すなわち、図示しない回路からＰＷＭ制御のための三角波が送出される。演算装置６０は、各相に対応する電圧指令信号を作成する。そして、各相に対応する電圧指令信号と三角波との大小関係によって、インバータ２０のＦＥＴ２１〜２６をＯＮ／ＯＦＦする。これについて具体的に説明する。
【００３１】
図２（ａ）に、ＰＷＭ制御における三角波Ｔと電圧指令信号Ｕ、Ｖ、Ｗとを示した。なお、電圧指令信号Ｕは、Ｕ相の電圧指令信号を示しており、図中で実線となっている。同様に、電圧指令信号Ｖは、Ｖ相の電圧指令信号を示しており、図中で破線となっている。また、電圧指令信号Ｗは、Ｗ相の電圧指令信号を示しており、図中で一点鎖線となっている。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）中の記号Ｔ１で示す部分の拡大模式図である。
【００３２】
図２（ｂ）は、直線で示す各相の電圧指令信号（Ｄｕｔｙ）と三角波Ｔとの大小関係、ＦＥＴ２１〜２３のＯＮ／ＯＦＦ状態、及び、電圧ベクトルパターンの対応関係を示す。図２（ｂ）から分かるように、三角波Ｔが電圧指令信号よりも上に位置する期間では、対応するＦＥＴ２１〜２３がＯＦＦとされ、三角波Ｔが電圧指令信号よりも下に位置する期間では、対応するＦＥＴ２１〜２３がＯＮとされる。なお、ＦＥＴ２１〜２３と対になっているＦＥＴ２４〜２６は、その逆になる。例えば、ＦＥＴ（Ｓｕ＋）２１がＯＮの場合は、ＦＥＴ（Ｓｕ−）２４がＯＦＦになるという具合である。
【００３３】
具体的に、例えば期間Ｋ１では、三角波Ｔが電圧指令信号Ｕよりも下に位置し、電圧指令信号Ｖ、Ｗよりも上に位置する。したがって、このときは、ＦＥＴ（Ｓｕ＋）２１がＯＮとなり、ＦＥＴ（Ｓｖ＋）２２がＯＦＦとなり、ＦＥＴ（Ｓｗ＋）２３がＯＦＦとなる。そして、それぞれ対になっているＦＥＴ（Ｓｕ−）２４がＯＦＦとなり、ＦＥＴ（Ｓｖ−）２５がＯＮとなり、ＦＥＴ（Ｓｗ−）２６がＯＮとなる。同様に、例えば期間Ｋ２では、ＦＥＴ２１〜２６はそれぞれ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＦＦ、ＯＮ、ＯＮ、ＯＮとなる。
【００３４】
図２（ｂ）に示す電圧ベクトルパターンは、６つのＦＥＴ２１〜２６のうちのいずれの３つがＯＮになっているかを示すパターンであり、図３に示すごとく、８つの電圧ベクトルパターンＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７に区分できる。ここで、電圧ベクトルパターンＶ０では、インバータ２０の下側に位置するＦＥＴ２４〜２６が全てＯＮとなり、電圧ベクトルパターンＶ７では、インバータ２０の上側に位置するＦＥＴ２１〜２３が全てＯＮとなる（図１参照）。したがって、モータ１０を駆動するのに有効な電圧ベクトルパターンは、Ｖ１〜Ｖ６となっている。以下、これらの電圧ベクトルパターンＶ１〜Ｖ６を「有効パターン」という。上述した例で言えば、図２（ｂ）の期間Ｋ１は有効パターンである電圧ベクトルパターンＶ１となり、期間Ｋ２は電圧ベクトルパターンＶ０となる。
【００３５】
本実施形態ではこのようにして演算装置６０によるモータ１０の駆動制御が行われるのであるが、演算装置６０は、あるタイミングで電流検出を行うことを特徴としている。そこで次に、演算装置６０による電流検出について説明する。
【００３６】
演算装置６０は、図２（ｂ）中の時刻ｔ１において電流検出を行う。すなわち、電圧ベクトルパターンがＶ０となる三角波Ｔの山部で電流検出を行う。具体的には、このタイミングで、オペアンプ３４、３５、３６からの出力を取り込みモータ１０の各相（各シャント抵抗３１〜３３）に流れる電流を検出すると共に、電源遮断機４０（Ｂ−ＦＥＴ４２の両端）の電圧Ｖ１、Ｖ２を取り込み電源遮断機４０に流れる電流を検出する。このタイミングでは電圧ベクトルパターンがＶ０となっているため、モータ１０の各相に流れる電流を並行して検出することができる。
【００３７】
そして、演算装置６０は、ここで検出される電流に基づいて次のような制御を行う。
（１）シャント抵抗３１〜３３に流れる電流のうち少なくとも１つが過大となっている場合で、かつ、電源遮断機４０に流れる電流は過大でない場合、シャント抵抗３１〜３３、オペアンプ３４〜３６、及び、演算装置６０で構成される電流検出部の故障と判断する。この場合は、モータ１０の駆動制御をそのまま続行する。なお、この場合、続行する制御において、電源遮断機４０に流れる電流を監視し、この電流が過大になった場合には、後述するような停止処理を行う。また、３つのシャント抵抗３１〜３３の１つに過電流が検出されたような場合、その後は、残りの２つから電流を推定して算出することも可能である。
【００３８】
（２）シャント抵抗３１〜３３に流れる電流のうち少なくとも１つが過大となっている場合で、かつ、電源遮断機４０に流れる電流も過大である場合、ＦＥＴ２１〜２６、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、及び、Ｗ相コイル１３で構成される駆動部の故障と判断する。この場合は、電源遮断機４０によってインバータ２０を電源７０から切り離す。具体的には、２つのＦＥＴ４１、４２をともにＯＦＦとする。また、これとともに、モータ側遮断機５０によってモータ１０をインバータ２０から切り離す。なお、ここでは電源遮断機４０によってインバータ２０を電源７０から切り離すようにしたが、このような制御に代え、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、及び、Ｗ相コイル１３のうち故障した相に対応するＦＥＴ２１〜２６をＯＦＦするようにしてもよい。
【００３９】
なお、ここでは短絡故障を判断しそれに応じて制御を続行したり停止したりしているが、例えばシャント抵抗３１〜３３に流れる電流のうちの１つが「０」となったような場合、断線故障と判断する構成としてもよい。このとき、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２及びＷ相コイル１３のうちのいずれかに断線が生じていることが判断できれば、残りの２つによってモータ１０の駆動制御を継続することも可能である。
【００４０】
このような本実施形態におけるモータ１０が「多相回転機」を構成し、インバータ２０が「スイッチング手段」を構成し、ＦＥＴ２１〜２６が「スイッチング素子」を構成し、演算装置６０が「電流供給制御手段」を構成する。また、シャント抵抗３１〜３３、オペアンプ３４〜３６及び演算装置６０が「第１電流検出手段」を構成し、電源遮断機４０が「遮断手段」を構成し、演算装置６０が「第２電流検出手段」を構成する。さらにまた、モータ側遮断機５０が「回転機遮断手段」を構成する。
【００４１】
以上詳述したように、本実施形態では、モータ１０の各相に流れる電流をシャント抵抗３１〜３３、オペアンプ３４〜３６、及び、演算装置６０によって検出すると共に、電源遮断機４０に流れる電流を演算装置６０によって検出する。これによって、モータ１０に流れる電流が過大となっている場合で、かつ、電源遮断機４０に流れる電流は過大でない場合、シャント抵抗３１〜３３、オペアンプ３４〜３６、及び、演算装置６０で構成される電流検出部の故障と判断する。一方、モータ１０に流れる電流が過大となっている場合で、かつ、電源遮断機４０に流れる電流も過大である場合、ＦＥＴ２１〜２６、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、及び、Ｗ相コイル１３で構成される駆動部の故障と判断する。結果として、電力変換器１における短絡故障が「駆動部」及び「電流検出部」のいずれで生じているのかを推定できる。
【００４２】
しかも、本発明では、電源遮断機４０に流れる電流が、Ｂ−ＦＥＴ４２の両端の電位差に基づいて検出される。すなわち、電源遮断機４０を構成するＢ−ＦＥＴ４２の抵抗値を利用して電流を検出する構成であるため、シャント抵抗を別途設ける構成と比較して部品点数が少なくなる。
【００４３】
また、本実施形態では、モータ１０に流れる電流が過大となっている場合で、かつ、電源遮断機４０に流れる電流も過大である場合、電源遮断機４０によってインバータ２０を電源７０から切り離す。したがって、過電流が流れ続けることがない。また、これとともに、モータ側遮断機５０によってモータ１０がインバータ２０から切り離されるため、モータ１０の力行回生の影響を受けず、一応のステアリング操作が可能となる。
【００４４】
さらにまた、本実施形態では、電源遮断機４０がＦＥＴ４１、４２で構成されている。これにより、大電流に耐え得るという点で有利である。また、電源遮断機４０は２つのＦＥＴ４１、４２で構成され、ＦＥＴ４１、４２は、そのダイオード４１ａ、４２ａが互い違いになるように配置されている。これにより、モータ１０の力行回生に対応可能となっている。
【００４５】
なお、電源遮断機４０を２つのＦＥＴ４１、４２で構成することにより、電源遮断機４０の異常を判断することもできる。
具体的には、図示しない電源がインバータ２０とＢ−ＦＥＴ４２との間に接続されることを前提とし、Ａ−ＦＥＴ４１をＯＦＦにしておき、Ｂ−ＦＥＴ４２をＯＮ／ＯＦＦすることで当該Ｂ−ＦＥＴ４２の動作確認を行う。次に、Ｂ−ＦＥＴ４２をＯＦＦにしておき、Ａ−ＦＥＴ４１をＯＮ／ＯＦＦすることで当該Ａ−ＦＥＴ４１の動作確認を行う。このようにすれば、モータ１０の駆動制御に際し、電源遮断機４０が正常であるか否かを予め判断することができる。このような動作確認は、例えばＢ−ＦＥＴ４２と電源７０との間、および、Ｂ−ＦＥＴ４２とＡ−ＦＥＴ４１との間の電圧を検出することで行われるが、この電圧検出の機能は、電源遮断機４０に流れる電流を検出するための電圧検出と共通化することができる。
【００４６】
ところで、本実施形態では、電源遮断機４０を構成するＦＥＴ４１、４２のうちＢ−ＦＥＴ４２の両端の電圧に基づいて、電源遮断機４０を流れる電流を検出している。しかしながら、Ｂ−ＦＥＴ４２の抵抗値は、通常、温度特性を有する。
【００４７】
そこで、Ｂ−ＦＥＴ４２の抵抗値を演算装置６０が推測する構成を採用してもよい。具体的には、以下に示す構成（Ａ）〜（Ｄ）が例示される。
【００４８】
（Ａ）電力変換器１の出力電力と電力変換器１の入力電力に電力変換器１の効率を乗じたものとが等しいものとして、Ｂ−ＦＥＴ４２の抵抗値を推定する。
演算装置６０が、電圧ベクトルパターンがＶ０となる三角波Ｔの山部で電流検出を行うことは既に述べた（図２参照）。
【００４９】
図４に示すように、Ｂ−ＦＥＴ４２の抵抗値をＲｒとすると、Ｂ−ＦＥＴ４２に流れる電流値Ｉｒは、次の式１で表される。
Ｉｒ＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒｒ  …式１
【００５０】
一方、電源７０の電圧をＶｐ、対になっているＦＥＴ２１〜２６の接続点の電圧をそれぞれＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗ、電圧変換器１の効率をηとすると、回路に流れる電流Ｉｒ’は、次の式２で表される。
Ｉｒ’＝｛（Ｉｕ×Ｖｕ＋Ｉｖ×Ｖｖ＋Ｉｗ×Ｖｗ）×η｝／Ｖｐ  …式２
【００５１】
ここで、Ｉｒ＝Ｉｒ’であるため、上記式１から、Ｂ−ＦＥＴ４２の抵抗値Ｒｒは、次の式３で表される。
Ｒｒ＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｉｒ’  …式３
【００５２】
（Ｂ）Ｂ−ＦＥＴ４２に流れる電流（あるいは電力値）から温度を推定して、ＦＥＴ４２の抵抗値を推定する。
この場合、
【００５３】
（Ｂ−１）まずＢ−ＦＥＴ４２の両端の電圧Ｖ１、Ｖ２から求められる電位差と、ＦＥＴ４２の抵抗値Ｒｒとから、電流を検出する。
（Ｂ−２）続いて、検出した電流から温度を推定する。
（Ｂ−３）次に、推定した温度に基づき、Ｂ−ＦＥＴ４２の抵抗値Ｒｒを推定（補正）する。
【００５４】
（Ｃ）インバータ２０のＦＥＴ２１〜２６のうち、対になっているものを所定時間間隔で同時にＯＮとし、このときに流れる電流に基づいて、Ｂ−ＦＥＴ４２の抵抗値Ｒｒを推定する。例えば、Ｖ相に対応するＦＥＴ２２、２５を同時にＯＮにするという具合である。具体的には、次に示すごとくである。
【００５５】
（Ｃ−１）Ｖ相に対応するＦＥＴ２２、２５を同時にＯＮとし、残りのＦＥＴ２１、２３、２４、２６をＯＦＦにし、電流値Ｉｖ及びＩｒを検出する。
（Ｃ−２）Ｉｖ＝Ｉｒから、Ｒｒを推定する。Ｒｒは、次の式４で表される。
Ｒｒ＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｉｖ  …式４
【００５６】
（Ｄ）有効パターンで電流を検出し、Ｂ−ＦＥＴ４２の抵抗値Ｒｒを推定する。
この場合、各相に対応する電圧指令信号をオフセットして、有効パターンを作り出す。
例えば、図５（ａ）に示すように、最大のデューティー比が１００パーセントとなるように電圧指令信号を上方へオフセットすることが例示される。このときは、有効パターンが、ＰＷＭ制御における三角波Ｔの山部で現れる。すなわち、図５（ａ）及び（ｂ）のｔ２において、三角波ＴがＵ相の電圧指令値よりも下に位置する。ここでは図５（ｂ）から分かるように、ＦＥＴ（Ｓｕ＋）２１がＯＮ、ＦＥＴ（Ｓｖ＋）２２がＯＦＦ、ＦＥＴ（Ｓｗ＋）２３がＯＦＦとなる。このときは、対になっているＦＥＴ（Ｓｕ−）２４がＯＦＦ、ＦＥＴ（Ｓｖ−）２５がＯＮ、ＦＥＴ（Ｓｗ−）がＯＮとなる。これは、電圧ベクトルパターンがＶ１の有効パターンになることを意味する。
【００５７】
したがって、図６から分かるように、Ｉｒ＝Ｉｖ＋Ｉｗであるため、次の式５が成立する。
（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒｒ＝Ｉｖ＋Ｉｗ  …式５
この式５から、Ｒｒは、次の式６で表される。
Ｒｒ＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｉｖ＋Ｉｗ）  …式６
なお、電圧指令信号のオフセットは、例えば図７のようにしてもよい。
【００５８】
また例えば、図８（ａ）に示すように、最小のデューティー比が０パーセントとなるように電圧指令信号を下方へオフセットするようにしてもよい。この場合、有効パターンが、ＰＷＭ制御における三角波の谷部に現れる。すなわち、図８（ａ）中の時刻ｔ４では、三角波ＴがＷ相の電圧指令値よりも上に位置する。ここでは図８（ｂ）から分かるように、ＦＥＴ（Ｓｕ＋）２１がＯＮ、ＦＥＴ（Ｓｖ＋）２２がＯＮ、ＦＥＴ（Ｓｗ＋）２３がＯＦＦとなる。このときは、対になっているＦＥＴ（Ｓｕ−）２４がＯＦＦ、ＦＥＴ（Ｓｖ−）２５がＯＦＦ、ＦＥＴ（Ｓｗ−）２６がＯＮとなる。これは、電圧ベクトルパターンがＶ２の有効パターンになることを意味する。
【００５９】
したがって、図９から分かるように、Ｉｒ＝Ｉｗであるため、次の式７が成立する。
（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒｒ＝Ｉｗ  …式７
この式７から、Ｒｒは、次の式８で表される。
Ｒｒ＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｉｗ  …式８
なお、電圧指令信号のオフセットは、例えば図１０（ａ）又は図１０（ｂ）のようにしてもよい。
【００６０】
このような構成（Ａ）〜（Ｄ）にて、電源遮断機４０を構成するＢ−ＦＥＴ４２の抵抗値Ｒｒを推定すれば、より正確に電流検出が行えるという点で有利である。なお、上述した構成（Ａ）〜（Ｄ）においては、演算装置６０が「抵抗値推定手段」を構成する。
【００６１】
以上、本発明は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施可能である。
【００６２】
（イ）上記実施形態の構成に加え、図１１に示すように、Ｂ−ＦＥＴ４２の両端の電圧Ｖ１、Ｖ２の差分を増幅するオペアンプ３７を設ける構成としてもよい。このようにすれば、電位差（Ｖ１−Ｖ２）が微小な場合であっても、適切な検出が可能となり、電源遮断機４０を流れる電流の検出に寄与する。なお、この場合、オペアンプ３７及び演算装置６０が「第２電流検出手段」を構成する。
【００６３】
（ロ）上記実施形態では、電源遮断機４０を２つのＦＥＴ４１、４２にて構成していた。
これに対し、図１２に示すような機械式リレー４３で構成するようにしてもよい。このとき、図１３に示すように、機械式リレー４３の両端の電圧Ｖ１、Ｖ２の差分を増幅するオペアンプ３８を設ける構成としてもよい。このようにすれば、電位差（Ｖ１−Ｖ２）が微小な場合であっても、適切な検出が可能となり電流の検出に寄与する。なお、オペアンプ３８を設ける構成では、オペアンプ３８及び演算装置６０が「第２電流検出手段」を構成する。
【００６４】
（ハ）上記実施形態では、モータ１０の各相に対応させて３つのシャント抵抗３１〜３３を備える構成であった。
これに対し、２つのシャント抵抗で構成するようにしてもよい。例えば図１４に示すように、Ｖ相及びＷ相に対応する２つのシャント抵抗３２、３３及びこれらに対応するオペアンプ３５、３６で構成するという具合である。この場合、Ｕ相の電流値Ｉｕを、Ｖ相及びＷ相の電流値Ｉｖ、Ｉｗから算出することが考えられる。なお、この場合、シャント抵抗３２、３３、オペアンプ３５、３６及び演算装置６０が「第１電流検出手段」を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態の電力変換器の電気的構成を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）はＰＷＭ制御における三角波と各相に対応する電圧指令信号との関係を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大模式図である。
【図３】ＦＥＴの制御で作出される電圧ベクトルパターンを示す説明図である。
【図４】電流検出を説明するための説明図である。
【図５】（ａ）はＰＷＭ制御における三角波に対し各相に対応する電圧指令信号を上方へオフセットした様子を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大模式図である。
【図６】所定の電圧ベクトルパターンにおける電流の流れを示す説明図である。
【図７】ＰＷＭ制御における三角波に対し各相に対応する電圧指令信号をオフセットした様子を示す説明図である。
【図８】（ａ）はＰＷＭ制御における三角波に対し各相に対応する電圧指令信号を下方へオフセットした様子を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大模式図である。
【図９】所定の電圧ベクトルパターンにおける電流の流れを示す説明図である。
【図１０】ＰＷＭ制御における三角波に対し各相に対応する電圧指令信号をオフセットした様子を示す説明図である。
【図１１】本発明の別実施形態の電力変換器の電気的構成を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の別実施形態の電力変換器の電気的構成を示す概略構成図である。
【図１３】本発明の別実施形態の電力変換器の電気的構成を示す概略構成図である。
【図１４】本発明の別実施形態の電力変換器の電気的構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…電圧変換器（電力変換器）、１０…モータ（多相回転機）、１１…Ｕ相コイル、１２…Ｖ相コイル、１３…Ｗ相コイル、２０…インバータ（スイッチング手段）、３１〜３３…シャント抵抗、３４〜３８…オペアンプ、４０…電源遮断機（遮断機）、４１ａ、４１ｂ…ダイオード、４３…機械式リレー（遮断機）、５０…モータ側遮断機（回転機遮断手段）、６０…演算装置（電流供給制御手段）、７０…電源（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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【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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