(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相インバータの各相に対応する一対の高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子をオンオフ操作することで多相回転機を制御する多相回転機の制御装置において、
各相に対応する前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子の直列接続体には、バッテリが並列接続されており、
各相に対応する前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子の接続点には、各相に対応する前記回転機のコイルが接続されており、
前記インバータが備える全ての前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子がオフ操作される状況下、前記インバータ及び前記回転機の間を流れる各相電流を、サンプリング周期の整数倍の周期が前記各相電流の半周期と一致するサンプリング周期でサンプリングし、各相のそれぞれについて、前記相電流の１周期内においてサンプリングした前記相電流の平均値又は合計値のいずれかである直流成分相当量を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された各相の前記直流成分相当量のうち絶対値が最も大きいものに対応する相の前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子のいずれかに短絡故障が生じている旨特定する短絡故障特定手段とを備えることを特徴とする多相回転機の制御装置。
【請求項２】
多相インバータの各相に対応する一対の高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子をオンオフ操作することで多相回転機を制御する多相回転機の制御装置において、
前記多相インバータは、３相インバータであり、
前記多相回転機は、３相回転機であり、
各相に対応する前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子の直列接続体には、バッテリが並列接続されており、
各相に対応する前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子の接続点には、各相に対応する前記回転機のコイルが接続されており、
前記インバータが備える全ての前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子のうち一方の電位側の前記スイッチング素子を全てオン操作する処理を３相短絡処理とし、
前記インバータが備える全ての前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子がオフ操作される状況下、前記インバータ及び前記回転機の間を流れる各相電流のうち少なくとも１つの相電流の絶対値が０でないことと、前記少なくとも１つの相電流の絶対値が前記３相短絡処理の実行時における相電流の絶対値の想定変動量の範囲内であることとに基づき、前記インバータが備える前記スイッチング素子に短絡故障が生じている旨判断する短絡判断手段と、
前記短絡判断手段により短絡故障が生じている旨判断されたことを条件として、前記インバータが備える全ての前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子がオフ操作される状況下、前記インバータ及び前記回転機の間を流れる各相電流について、前記回転機の電気角と関係付けられた複数のタイミングのそれぞれにおける値に基づき直流成分相当量を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された各相の前記直流成分相当量のうち絶対値が最も大きいものに対応する相の前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子のいずれかに短絡故障が生じている旨特定する短絡故障特定手段とを備えることを特徴とする多相回転機の制御装置。
【請求項３】
前記算出手段は、前記直流成分相当量として、前記複数のタイミングのそれぞれにおける値の平均値、又は前記複数のタイミングのそれぞれにおける値の合計値を算出する請求項２記載の多相回転機の制御装置。
【請求項４】
前記算出手段は、各相電流について、該相電流の最大値及び最小値の１組又は複数組に基づき、これら最大値及び最小値の中央値を前記直流成分相当量として算出することを特徴とする請求項２記載の多相回転機の制御装置。
【請求項５】
前記算出手段は、前記相電流の１周期内における該相電流に基づき、前記直流成分相当量を算出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項６】
多相インバータの各相に対応する一対の高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子をオンオフ操作することで多相回転機を制御する多相回転機の制御装置において、
前記多相インバータは、３相インバータであり、
前記多相回転機は、３相回転機であり、
各相に対応する前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子の直列接続体には、バッテリが並列接続されており、
各相に対応する前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子の接続点には、各相に対応する前記回転機のコイルが接続されており、
前記インバータが備える全ての前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子のうち一方の電位側の前記スイッチング素子を全てオン操作する処理を３相短絡処理とし、
前記インバータが備える全ての前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子がオフ操作される状況下、前記インバータ及び前記回転機の間を流れる各相電流のうち少なくとも１つの相電流の絶対値が０でないことと、前記少なくとも１つの相電流の絶対値が前記３相短絡処理の実行時における相電流の絶対値の想定変動量の範囲内であることとに基づき、前記インバータが備える前記スイッチング素子に短絡故障が生じている旨判断する短絡判断手段を備えることを特徴とする多相回転機の制御装置。
【請求項７】
前記回転機の回転速度に基づき、前記想定変動量の範囲を可変設定する手段を備えることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項８】
前記短絡故障特定手段は、各相の前記直流成分相当量の極性に基づき、前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子のいずれに短絡故障が生じているかを特定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多相回転機の制御装置。
【請求項９】
前記短絡故障特定手段によって短絡故障が生じた旨特定された場合、高電位側及び低電位側のうち短絡故障が生じた旨特定された側の前記スイッチング素子を全てオン操作する短絡手段を更に備えることを特徴とする請求項８記載の多相回転機の制御装置。
【請求項１０】
前記短絡手段は、前記短絡故障特定手段によって短絡故障が生じた旨特定されてから該短絡故障が解消されるまで前記全てオン操作することを継続することを特徴とする請求項９記載の多相回転機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相インバータの各相に対応する一対の高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子をオンオフ操作することで多相回転機を制御する多相回転機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電源に接続されたインバータの各相に対応する一対のスイッチング素子をオンオフ操作することで、３相モータを制御する技術が周知である。ここで、インバータが備えるスイッチング素子のいずれかに短絡故障が生じる場合、短絡故障が生じたスイッチング素子と、このスイッチング素子に直列接続されるスイッチング素子との双方がオン状態とされることで、直流電源からこれらスイッチング素子に貫通電流が流れ、スイッチング素子等の信頼性が低下するおそれがある。
【０００３】
こうした事態を回避すべく、下記特許文献１に見られるように、スイッチング素子の短絡故障が生じる場合、インバータが備える全てのスイッチング素子をオフ操作する技術が知られている。
【０００４】
ところで、下記特許文献１には、インバータが備えるスイッチング素子のうち短絡故障が生じたスイッチング素子を特定する技術も記載されている。この技術は、インバータが備える全てのスイッチング素子がオフ操作されてかつ、モータが無負荷で回転される状況下、短絡故障の生じたスイッチング素子の相に流れる電流の直流成分の絶対値が短絡故障の生じていないスイッチング素子の相に流れる電流の直流成分の絶対値よりも大きくなること、及び短絡故障の生じたスイッチング素子の相に流れる電流の直流成分の極性が短絡故障の生じていないスイッチング素子の相に流れる電流の直流成分の極性と相違することを利用したものである。
【０００５】
詳しくは、この技術では、まず、スムージング処理（ローパスフィルタ）によって各相電流からこれら相電流の直流成分に相当する値をなまし値として算出し、算出されたこれらなまし値のうち最も大きいものに対応する相（最大電流相）を判別する。そして、最大電流相と、上記なまし値の極性とに基づき、短絡故障が生じたスイッチング素子を特定する。
【０００６】
なお、相電流の直流成分の絶対値及び極性に基づき短絡故障が生じたスイッチング素子を特定する技術としては、下記特許文献２に記載されたものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２７８７９１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５８０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１に記載された技術では、上述したように、相電流からなまし値を算出するためにローパスフィルタを用いている。ここで、相電流の周波数はモータの回転速度が高くなるほど高くなる傾向にある。このため、相電流の周波数に応じて相電流からなまし値を適切に算出するためには、ローパスフィルタの時定数を相電流の周波数に応じて設定することが要求される。この場合、ローパスフィルタの設計時における適合工数の増大が懸念される。一方、適合工数の増大を回避すべく、例えば、ローパスフィルタの時定数を固定値とする場合、相電流からなまし値を算出可能なモータの回転速度領域が制約され、ひいてはスイッチング素子の短絡故障箇所を特定可能な上記回転速度領域が制約される懸念がある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スイッチング素子の短絡故障箇所を特定可能な回転機の回転速度領域の制約を好適に回避できる多相回転機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【００１１】
第１の発明は、多相インバータの各相に対応する一対の高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子をオンオフ操作することで多相回転機を制御する多相回転機の制御装置において、前記インバータが備える全ての前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子がオフ操作される状況下、前記インバータ及び前記回転機の間を流れる各相電流について、前記回転機の電気角と関係付けられた複数のタイミングのそれぞれにおける値に基づき直流成分相当量を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された各相の前記直流成分相当量に基づき、前記インバータが備える前記スイッチング素子の短絡故障箇所を特定する短絡故障特定手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記発明では、算出手段を備えることで、インバータが備える全てのスイッチング素子がオフ操作される状況下、各相電流について、回転機の電気角と関係付けられた複数のタイミングのそれぞれにおける値に基づき直流成分相当量を算出する。上記直流成分相当量は、例えば所定時間毎にサンプリングされた相電流に基づき算出されるものではなく、電気角と関係付けられた複数のタイミングのそれぞれにおける相電流に基づき算出されることから、相電流の周波数にかかわらず、相電流の直流成分に応じた値となる。
【００１３】
ここで、各相の上記直流成分相当量は、スイッチング素子の短絡故障箇所を特定するパラメータとなる。これは、以下の理由による。インバータが備える全てのスイッチング素子に短絡故障が生じていない状況下においてこれらスイッチング素子をオフ状態とすると、基本的には相電流が流れない。これに対し、いずれかのスイッチング素子に短絡故障が生じる状況下においては、相電流が流れることとなる。ここでは、全てのスイッチング素子のうちいずれに短絡故障が生じているかによって、各相の電流の直流成分の絶対値及び極性が定まる。このため、各相の上記直流成分相当量は、短絡故障箇所を特定するパラメータとなる。
【００１４】
このように、上記発明では、相電流の周波数にかかわらず相電流の直流成分に応じた値となる各相の直流成分相当量に基づき、スイッチング素子の短絡故障箇所を特定することができる。これにより、スイッチング素子の短絡故障箇所を特定可能な回転機の回転速度領域が制約されることを好適に回避することができる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、前記算出手段は、前記直流成分相当量として、前記複数のタイミングのそれぞれにおける値の平均値を算出し、前記短絡故障特定手段は、前記算出された各相の前記平均値に基づき、前記スイッチング素子の短絡故障箇所を特定することを特徴とする。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明において、前記算出手段は、前記直流成分相当量として、前記複数のタイミングのそれぞれにおける値の合計値を算出し、前記短絡故障特定手段は、前記算出された各相の前記合計値に基づき、前記スイッチング素子の短絡故障箇所を特定することを特徴とする。
【００１７】
第４の発明は、第１〜３のいずれか１つの発明において、前記算出手段は、各相電流について、該相電流の半周期を奇数倍した時間間隔だけ離間した一対の値の一組又は複数組に基づき前記直流成分相当量を算出することを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、各相電流について、相電流（例えば、相電流の基本波成分）の半周期を奇数倍した時間間隔だけ離間した一対の値の一組又は複数組に基づき直流成分相当量を算出する。こうして算出される直流成分相当量によれば、相電流の周波数にかかわらず、相電流の直流成分に関する値をいっそう適切に把握することができる。
【００１９】
なお、上記発明が第２の発明の発明特定事項を有する場合、上記算出手段は、上記直流成分相当量として、上記一対の値の一組又は複数組の平均値を算出すればよい。こうして算出される上記平均値は、相電流の直流成分に近似する。
【００２０】
また、上記発明が第３の発明の発明特定事項を有する場合、上記算出手段は、上記直流成分相当量として、上記一対の値の一組又は複数組の合計値を算出すればよい。こうして算出される上記合計値は、相電流の直流成分に比例した値となる。
【００２１】
第５の発明は、第１の発明において、前記算出手段は、各相電流について、該相電流の最大値及び最小値の１組又は複数組に基づき、これら最大値及び最小値の中央値を前記直流成分相当量として算出し、前記短絡故障特定手段は、前記算出された各相の前記中央値に基づき、前記スイッチング素子の短絡故障箇所を特定することを特徴とする。
【００２２】
上記発明では、各相電流について、相電流の最大値及び最小値の１組又は複数組に基づき、これら最大値及び最小値の中央値を算出する。こうして算出される上記中央値は、相電流の直流成分に近似する。
【００２３】
第６の発明は、第１〜５のいずれか１つの発明において、前記算出手段は、前記相電流の１周期内における該相電流に基づき、前記直流成分相当量を算出することを特徴とする。
【００２４】
上記発明では、上記態様にて直流成分相当量を算出することで、直流成分相当量の更新周期が長くなることを回避でき、ひいてはスイッチング素子の短絡故障箇所の特定を迅速に行うことができる。
【００２５】
第７の発明は、第１〜６のいずれか１つの発明において、前記短絡故障特定手段は、各相の前記直流成分相当量のうち絶対値が最も大きいものに対応する相の前記スイッチング素子に短絡故障が生じている旨特定することを特徴とする。
【００２６】
短絡故障の生じたスイッチング素子の相に対応する直流成分相当量の絶対値は、短絡故障の生じていないスイッチング素子の相に対応する直流成分相当量の絶対値よりも大きくなる。この点に鑑み、上記発明では、各相の直流成分相当量のうち絶対値が最も大きいものに対応する相の高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子のいずれかに短絡故障が生じている旨特定することができる。
【００２７】
第８の発明は、第１〜７のいずれか１つの発明において、前記短絡故障特定手段は、各相の前記直流成分相当量の極性に基づき、前記高電位側スイッチング素子及び前記低電位側スイッチング素子のいずれに短絡故障が生じているかを特定することを特徴とする。
【００２８】
短絡故障の生じたスイッチング素子の相に対応する直流成分相当量の極性は、短絡故障の生じていないスイッチング素子の相に対応する直流成分相当量の極性と相違する。この点に鑑み、上記発明では、各相の直流成分相当量の極性に基づき、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子のいずれに短絡故障が生じているかを特定することができる。
【００２９】
第９の発明は、第８の発明において、前記短絡故障特定手段によって短絡故障が生じた旨特定された場合、高電位側及び低電位側のうち短絡故障が生じた旨特定された側の前記スイッチング素子を全てオン操作する短絡手段を更に備えることを特徴とする。
【００３０】
上記発明では、短絡手段を備えることで、スイッチング素子の短絡故障が生じる状況下、高電位側及び低電位側のうち短絡故障が生じた旨特定された側のスイッチング素子を全てオン操作する。これにより、高電位側及び低電位側のうち短絡故障が生じた旨特定された側のスイッチング素子が全てオン状態とされ、短絡故障が生じた旨特定されていない側のスイッチング素子が全てオフ状態とされる。この結果、各相の相電流の直流成分が０近傍とされ、相電流の絶対値のピーク値を小さくすることができる。これにより、例えば回転機のコイルに大きな電流が流れることに起因してコイルが断線する等、回転機やインバータの信頼性が低下することを回避できる。
【００３１】
第１０の発明は、第９の発明において、前記短絡手段は、前記短絡故障特定手段によって短絡故障が生じた旨特定されてから該短絡故障が解消されるまで前記全てオン操作することを継続することを特徴とする。
【００３２】
上記発明では、スイッチング素子の短絡故障が解消されるまで、相電流の絶対値のピーク値が大きくなることを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】短絡故障発生時の相電流を示す図。
【図３】第１の実施形態にかかる３相短絡処理を示す図。
【図４】同実施形態にかかるインバータの異常判断処理の手順を示すフローチャート。
【図５】同実施形態にかかる相電流の実効値及びモータジェネレータの回転速度の関係を示す図。
【図６】同実施形態にかかる短絡故障特定処理の手順を示すフローチャート。
【図７】同実施形態にかかる相電流のサンプリング態様を示す図。
【図８】スイッチング素子の短絡箇所及び相電流の直流成分の関係を示す図。
【図９】第１の実施形態にかかる短絡故障特定処理の一例を示すタイムチャート。
【図１０】第２の実施形態にかかる相電流のサンプリング態様を示す図。
【図１１】第３の実施形態にかかる相電流のサンプリング態様を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる制御装置を車載主機として回転機及び内燃機関を備えるハイブリッド車に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
図１に、本実施形態にかかるシステムの全体構成を示す。
【００３６】
図示されるように、モータジェネレータ１０は、３相回転機（例えば埋め込み永久磁石同期モータ）であり、Ｕ相コイル１０ｕ、Ｖ相コイル１０ｖ及びＷ相コイル１０ｗを有する図示しないステータと、永久磁石を有する図示しないロータとを備えて構成されている。これらコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗは、それぞれの一端同士が中性点Ｎで接続されることによりＹ結線されている。
【００３７】
モータジェネレータ１０の出力軸（ロータ）は、図示しない動力伝達機構を介して、エンジン１２の出力軸（クランク軸１２ａ）と、駆動輪１４とに機械的に連結されている。
【００３８】
また、モータジェネレータ１０は、インバータＩＶに電気的に接続されている。インバータＩＶは、高圧バッテリ１６（例えばリチウムイオン蓄電池）に接続され、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎの直列接続体（Ｕ相アーム）、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎの直列接続体（Ｖ相アーム）、及びスイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの直列接続体（Ｗ相アーム）が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら一対のスイッチング素子Ｓｊｐ（ｊ＝ｕ，ｖ，ｗ）及びスイッチング素子Ｓｊｎの接続点のそれぞれが、モータジェネレータ１０の各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗにそれぞれ接続されている。
【００３９】
なお、本実施形態では、上記スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いている。また、本実施形態では、以降、スイッチング素子Ｓｊｐを高電位側のスイッチング素子（又は上アーム）と称し、スイッチング素子Ｓｊｎを低電位側のスイッチング素子（又は下アーム）と称すこととする。
【００４０】
高電位側のスイッチング素子Ｓｊｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓｊｎのそれぞれの入出力端子間（コレクタ及びエミッタ間）には、高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｊｐ及び低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｊｎのカソード及びアノードが接続されている。
【００４１】
スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎは、ドライブユニットＤＵによってオンオフ操作される。ドライブユニットＤＵは、スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎの導通制御端子（ゲート）等に接続され、スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎのコレクタ及びエミッタ間の電位差を検出する機能、及び検出された電位差をインターフェース１８を介して制御装置２０に送信する機能等を有している。なお、インターフェース１８は、インバータＩＶ等にて構成される高圧システムと、制御装置２０等にて構成される低圧システムとを絶縁しつつ、これらシステム間で情報をやり取りする手段である。
【００４２】
制御装置２０は、マイクロコンピュータを主体として構成されてかつ、高圧バッテリ１６の端子電圧（例えば百Ｖ以上）よりも低電圧の低圧バッテリ２１を電力供給源とし、モータジェネレータ１０の制御量（例えばトルク）を所望に制御すべくインバータＩＶを操作する。詳しくは、制御装置２０は、インバータＩＶの入力端子の電圧（コンデンサ２３の電圧）を検出する電圧センサ２２や、モータジェネレータ１０のＵ相，Ｗ相の電流ｉｕ，ｉｗを検出する電流センサ２４，２６、モータジェネレータ１０の電気角θを検出する回転角センサ２８（例えばレゾルバ）等の検出値を取り込む。そして、制御装置２０は、電流センサ２４，２６によって検出されたＵ相，Ｗ相の電流ｉｕ，ｉｗに基づきＶ相の電流ｉｖを算出する処理を行う。また、制御装置２０は、上記各種センサの検出値に基づき、インバータＩＶのＵ相、Ｖ相及びＷ相のそれぞれについてのスイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎを交互にオン状態とする操作信号ｇｊｐ，ｇｊｎを生成し、ドライブユニットＤＵへ出力する処理を行う。これにより、スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎは、ドライブユニットＤＵを介して制御装置２０によりオンオフ操作される。
【００４３】
特に、制御装置２０は、スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎのいずれかに短絡故障が生じた（インバータ異常が生じた）場合、全てのスイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎを強制的にオフ操作する短絡保護処理を行う。この処理は、同相アームにおけるスイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎの双方がオン状態とされることで、高圧バッテリ１６の正負極端子間が短絡され、スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎ等に貫通電流が流れることを防止するための処理である。ちなみに、インバータ異常が生じたか否かは、例えば、同相アームにおいて一対のスイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎの双方の入出力端子間の電位差が非常に小さい（０である）か否かで判断すればよい。また、短絡保護処理が実行される場合、その後、車両の走行動力源はエンジン１２のみとなる。
【００４４】
ところで、短絡保護処理が行われてかつ、駆動輪１４及びモータジェネレータ１０の間が動力伝達状態とされる状況下、車両の走行によってモータジェネレータ１０のロータが回転されると、各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗに誘起電圧が印加される。この結果、インバータＩＶと各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗのそれぞれとの間において、互いに位相が１２０°ずれた相電流が流れることとなる。
【００４５】
図２は、Ｕ相アームのうち高電位側のスイッチング素子Ｓｕｐに短絡故障が生じた場合の各相電流の推移を示す。なお、図中、インバータＩＶからモータジェネレータ１０の各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗへと向かう方向に流れる相電流を正と定義している。
【００４６】
スイッチング素子Ｓｕｐの短絡故障により、スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｕ相コイル１０ｕ、中性点Ｎ、Ｖ相コイル１０ｖ及びフリーホイールダイオードＦＤｖｐを通る経路で電流が流れてかつ、スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｕ相コイル１０ｕ、中性点Ｎ、Ｗ相コイル１０ｗ及びフリーホイールダイオードＦＤｗｐを通る経路で電流が流れる。こうした状況下では、図２に示すように、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗのそれぞれの直流成分が０から乖離する現象が生じ、各相電流の絶対値のピーク値が大きくなる。
【００４７】
ここで、モータジェネレータ１０のロータが備える永久磁石の磁力が大きかったり、各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの巻き数が多かったりする等、モータジェネレータ１０の構造によっては、短絡故障による各相電流の絶対値のピーク値の増大が顕著となり得る。この場合、各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗが断線する等、モータジェネレータ１０やインバータＩＶの信頼性が低下するおそれがある。
【００４８】
こうした問題に対処すべく、本実施形態では、インバータＩＶが備えるスイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎのうちいずれに短絡故障が生じているかを特定する短絡故障特定処理を行い、高電位側及び低電位側のうち短絡故障が生じた旨特定された側の全てのスイッチング素子をオン操作する３相短絡処理を行う。この処理によれば、各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの両端のうち中性点Ｎ側でない側が互いに短絡される。これにより、図３に示すように、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗのそれぞれの直流成分が０近傍とされることで、各相電流の絶対値のピーク値を小さくすることができる。
【００４９】
次に、本実施形態にかかる上記短絡故障特定処理を含むインバータＩＶの異常判断処理について説明する。
【００５０】
図４に、上記異常判断処理の手順を示す。この処理は、制御装置２０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００５１】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、上述したインバータ異常の発生によって、インバータＩＶが備える全てのスイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎを強制的にオフ操作する上記短絡保護処理が実行されているか否かを判断する。
【００５２】
ステップＳ１０において肯定判断された場合には、ステップＳ１２に進み、スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎのいずれかに短絡故障が生じているか否かを判断する。本実施形態では、相電流の絶対値が０でないことに基づき、短絡故障が生じている旨判断する。この判断手法は、スイッチング素子の短絡故障が生じていない状況下において全てのスイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎがオフ状態とされる場合、基本的には相電流が流れないことに基づくものである。
【００５３】
なお、上述した３相短絡処理が実行される場合に相電流が流れることに加えて、各相コイルに印加される誘起電圧が高圧バッテリ１６の電圧を上回る場合に相電流が流れ得る。このとき、相電流の絶対値が０でないことに基づき短絡故障が生じている旨判断する手法を採用すると、スイッチング素子の短絡故障が生じていないにもかかわらず、相電流の検出によって短絡故障が生じている旨誤判断されるおそれがある。こうした事態を回避すべく、上記判断手法として、例えば、実際の相電流の絶対値が、３相短絡処理の実行時における相電流の絶対値の想定変動量の範囲内であることに基づき短絡故障が生じている旨判断する手法を採用してもよい。これは、３相短絡処理の実行時における相電流の値と、各相コイルに印加される誘起電圧が高圧バッテリ１６の電圧を上回る場合における相電流の値とが通常、重ならないことによるものである。
【００５４】
ちなみに、本ステップの処理に用いられる相電流は、Ｕ，Ｖ及びＷ相のうち少なくとも１つに対応するものとすればよい。また、モータジェネレータ１０の回転速度が高くなるほど、相電流が大きくなる傾向にある（図５参照）。このため、例えば、回転角センサ２８の検出値から算出されるモータジェネレータ１０の回転速度に基づき、短絡故障の判断に用いる上記相電流の絶対値の想定変動量の範囲を可変設定してもよい。
【００５５】
ステップＳ１２において肯定判断された場合には、ステップＳ１４に進み、短絡故障特定処理を行う。
【００５６】
図６に、本実施形態にかかる短絡故障特定処理の手順を示す。この処理は、制御装置２０によって実行される。
【００５７】
この一連の処理では、ステップＳ１００において、電流センサ２４，２６の検出値に基づき、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のそれぞれの判定電流Ｉｊｄｅを算出する。本実施形態では、図７に示すように、モータジェネレータ１０の電気角９０°毎にＵ，Ｗ相の電流をサンプリングし、Ｕ，Ｗ相のそれぞれについて、電流の１周期Ｔｃｒにおいてサンプリングされた４つの相電流（例えば、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４でサンプリングされた相電流）の平均値として判定電流Ｉｊｄｅを算出する。すなわち、相電流の半周期「Ｔｃｒ／２」だけ離間した一対の相電流の複数組（時刻ｔ１，ｔ３の相電流の組と、時刻ｔ２，ｔ４の相電流の組）の平均値として判定電流Ｉｊｄｅを算出する。こうして算出される判定電流Ｉｊｄｅは、図中一点鎖線にて示す相電流の直流成分Ｉａｖｅに近似する。
【００５８】
なお、図７では、相電流の波形として、略正弦波状の波形（例えば、相電流の基本波成分）を示しているが、実際には、相電流には基本波成分の他に高調波成分も含まれ得る。
【００５９】
ちなみに、本実施形態では、Ｕ，Ｗ相電流のサンプリングタイミングは、互いに同期されているものとする。また、Ｖ相に対応する判定電流Ｉｊｄｅは、電流センサ２４，２６によるＵ，Ｖ相の電流の検出値から算出されるＶ相電流ｉｖに基づき算出すればよい。
【００６０】
図６の説明に戻り、続くステップＳ１０２〜Ｓ１０８では、インバータＩＶが備えるスイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎのうちいずれに短絡故障が生じているかを特定する。以下、図８を用いて、短絡故障が生じているスイッチング素子の特定原理について説明する。
【００６１】
図８は、スイッチング素子の短絡故障の発生箇所及び相電流の直流成分の関係を示す図である。なお、図中、縦軸に相電流の直流成分を示し、横軸に時間を示す。また、図中、上述したように、インバータＩＶからモータジェネレータ１０の各相コイルへと向かう方向に流れる相電流を正と定義している。
【００６２】
図示されるように、短絡故障が生じたスイッチング素子の相に対応する相電流の直流成分の絶対値は、残余２つの相に対応する相電流の直流成分の絶対値よりも大きくなる。例えば、スイッチング素子Ｓｕｐに短絡故障が生じた場合、Ｕ相電流ｉｕの直流成分の絶対値は、Ｖ，Ｗ相の電流ｉｖ，ｉｗの直流成分の絶対値よりも大きくなる。
【００６３】
また、短絡故障が生じたスイッチング素子の相に対応する相電流の直流成分の極性は、残余２つの相に対応する相電流の直流成分の極性と相違する。例えば、スイッチング素子Ｓｕｐに短絡故障が生じた場合、Ｕ相電流ｉｕの直流成分の極性（正）は、Ｖ，Ｗ相電流iｖ，ｉｗの直流成分の極性（負）と相違する。
【００６４】
こうした点を利用して、相電流の平均値としての判定電流Ｉｊｄｅの絶対値及び極性に基づき、短絡故障が生じたスイッチング素子を特定することができる。
【００６５】
先の図６に戻り、ステップＳ１０２では、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の判定電流Ｉｊｄｅのうち絶対値が最大となるものに対応する相を判別する。
【００６６】
続くステップＳ１０４では、絶対値が最大となる判定電流Ｉｊｄｅの極性が正であるか否かを判断する。
【００６７】
ステップＳ１０４において極性が正であると判断された場合には、ステップＳ１０６に進み、判定電流Ｉｊｄｅの絶対値が最大となる相であってかつ、高電位側のスイッチング素子に短絡故障が生じている旨特定する。
【００６８】
一方、上記ステップＳ１０４において極性が負であると判断された場合には、ステップＳ１０８に進み、判定電流Ｉｊｄｅの絶対値が最大となる相であってかつ、低電位側のスイッチング素子Ｓｊｎに短絡故障が生じている旨特定する。
【００６９】
なお、ステップＳ１０６、Ｓ１０８の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００７０】
先の図４の説明に戻り、ステップＳ１６ではフェールセーフ処理を行う。本実施形態では、フェールセーフ処理として上記３相短絡処理を行う。
【００７１】
ちなみに、３相短絡処理は、短絡故障特定処理によってスイッチング素子の短絡故障箇所が特定されてから、車両の修理工場においてインバータＩＶの修理がなされる等、スイッチング素子の短絡故障が解消されるまで継続されることとなる。
【００７２】
なお、ステップＳ１０，Ｓ１２において否定判断された場合や、ステップＳ１６の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００７３】
図９に、本実施形態にかかる短絡故障特定処理の一例を示す。詳しくは、図９（ａ）に、相電流の推移を示し、図９（ｂ）に、判定電流Ｉｊｄｅの推移を示す。なお、図９には、モータジェネレータ１０の回転速度が一定の場合における相電流等の推移を示している。
【００７４】
図示される例では、時刻ｔ１においてスイッチング素子の短絡故障が生じることで、短絡保護処理が行われる。そしてその後、時刻ｔ２において、短絡故障特定処理によって短絡故障が生じたスイッチング素子が特定されてかつ、３相短絡処理が開始される。なお、図９に示した例では、スイッチング素子の短絡故障が生じてから３相短絡処理が開始されるまでの期間ＴＡ（時刻ｔ１〜ｔ２）が電気角２周期程度であった。
【００７５】
ここで、図９に、従来技術にかかる短絡故障が生じたスイッチング素子の特定処理を併せて示す。なお、この場合におけるモータジェネレータ１０の回転速度は、本願発明について説明した回転速度と同じである。
【００７６】
従来技術では、相電流にローパスフィルタ処理を施すことによって判定電流を算出している。こうした判定電流の算出では、スイッチング素子に短絡故障が生じたタイミング（時刻ｔ１）から、Ｕ相電流ｉｕ、Ｖ相電流ｉｖ及びＷ相電流ｉｗのうち絶対値が最大となる相電流を判別できるタイミング（時刻ｔ３）までの期間が、上記期間ＴＡよりも長くなることとなる。この場合、３相短絡処理を迅速に開始させることができず、各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗに大電流が流れる時間が長くなることに起因して、３相短絡処理を開始する以前にこれらコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗが断線するおそれがある。
【００７７】
なお、こうした事態を回避するには、例えば、ローパスフィルタの時定数を小さくすることも考えられる。しかしながら、時定数を小さくすると、モータジェネレータ１０の低回転時において相電流から直流成分を算出することができない等、短絡故障箇所を特定可能なモータジェネレータ１０の回転速度領域が制約されるおそれがある。
【００７８】
また、上記事態を回避するには、例えば、ローパスフィルタの時定数を相電流の周波数に応じて可変とすることも考えられる。しかしながら、この場合、ローパスフィルタの設計時における適合工数が増大するおそれがある。
【００７９】
このように、本実施形態では、上記態様の短絡故障特定処理を行うことで、短絡故障箇所を特定可能なモータジェネレータ１０の回転速度領域が制約されることを回避しつつ、いずれのスイッチング素子に短絡故障が生じているかを迅速に特定することができる。
【００８０】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００８１】
（１）相電流の１周期Ｔｃｒにおいて電気角が９０°ずつ離間したタイミングに対応する４つの相電流の平均値として判定電流Ｉｊｄｅを算出した。これにより、例えばローパスフィルタによって相電流の直流成分を算出する手法と比較して、判定電流Ｉｊｄｅを算出するための制御ロジック設計時における適合工数の増大を抑制したり、スイッチング素子の短絡故障箇所を特定可能なモータジェネレータ１０の回転速度領域が制約されることを回避したりすることができる。
【００８２】
そして、上記態様にて算出された判定電流Ｉｊｄｅの絶対値と極性とに基づき、短絡故障したスイッチング素子を特定した。これにより、短絡故障が生じたスイッチング素子を迅速に特定することができ、ひいては短絡故障が生じてから３相短絡処理に迅速に移行させることができる。
【００８３】
（２）短絡故障特定処理によってスイッチング素子の短絡故障箇所が特定されてからスイッチング素子の短絡故障が解消されるまで３相短絡処理を継続した。これにより、例えば、車両が修理工場に到着するまでに各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗが断線することを回避することなどができる。
【００８４】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８５】
本実施形態では、図１０に示すように、相電流の１周期Ｔｃｒにおいてサンプリングされた４つの相電流の合計値Ｓとして判定電流Ｉｊｄｅを算出する。こうして算出される判定電流Ｉｊｄｅは、相電流の直流成分Ｉａｖｅに比例した値となる。
【００８６】
なお、上記態様にて算出される判定電流Ｉｊｄｅに基づく短絡故障特定処理の手順は、先の図６に示した手順に準ずる。
【００８７】
このように、本実施形態では、相電流の１周期Ｔｃｒにおいてサンプリングされた４つの相電流の合計値Ｓとして判定電流Ｉｊｄｅを算出した。こうして算出された判定電流Ｉｊｄｅに基づく短絡故障特定処理を行うことによっても、いずれのスイッチング素子に短絡故障が生じているかを迅速に特定することができる。
【００８８】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００８９】
本実施形態では、図１１に示すように、相電流の１周期ＴｃｒにおいてＵ，Ｗ相電流の最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎをサンプリングし、下式（ｅ１）のように、サンプリングされた相電流の最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎの中央値として判定電流Ｉｊｄｅを算出する。
Ｉｊｄｅ＝（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）／２…（ｅ１）
相電流（例えば、相電流の基本波成分）は、その略半周期「Ｔｃｒ／２」毎に交互に最大及び最小となる。このため、こうして算出される判定電流Ｉｊｄｅは、図中一点鎖線にて示す相電流の直流成分Ｉａｖｅに近似する。
【００９０】
なお、本実施形態では、Ｕ，Ｗ相電流のそれぞれを都度サンプリングし、サンプリングされた相電流から最大値及び最小値を取得するものとする。また、Ｖ相電流の最大値及び最小値は、Ｕ，Ｗ相電流から算出されるＶ相電流に基づき算出すればよい。
【００９１】
このように、本実施形態では、上記態様にて判定電流Ｉｊｄｅを算出した。こうして算出された判定電流Ｉｊｄｅに基づく短絡故障特定処理を行うことによっても、いずれのスイッチング素子に短絡故障が生じているかを迅速に特定することができる。
【００９２】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００９３】
・上記第１の実施形態では、各相に対応する判定電流Ｉｊｄｅの絶対値及び極性の双方に基づき、スイッチング素子Ｓｊｐ，Ｓｊｎの短絡故障箇所を特定したがこれに限らない。例えば、各相に対応する判定電流Ｉｊｄｅの絶対値及び極性のうちいずれかに基づきスイッチング素子の短絡故障箇所を特定してもよい。上記絶対値に基づく短絡故障箇所の特定手法を採用する場合、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうちいずれの相に対応する一対のスイッチング素子のいずれかに短絡故障が生じているかを特定することはできる。
【００９４】
一方、上記極性に基づく短絡故障箇所の特定手法を採用する場合、高電位側スイッチング素子Ｓｊｐ及び低電位側スイッチング素子Ｓｊｎのうちいずれに短絡故障が生じているかを特定することはできる。なお、極性に基づく特定手法は、例えば、相電流が電流センサの検出可能範囲を超える事態が生じてかつ、各相に対応する判定電流の極性と短絡故障箇所との関係が先の図８に示した関係を満たす状況下において用いることができる。
【００９５】
・フェールセーフ処理としては、３相短絡処理に限らない。例えば、モータジェネレータ１０の回転速度を低下させ、各相コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗに印加される誘起電圧を低下させる処理としてもよい。具体的には、例えば、駆動輪１４とモータジェネレータ１０の出力軸との間に介在する上記動力伝達機構によって、駆動輪１４及びモータジェネレータ１０の出力軸の間の動力を遮断する処理とすればよい。こうした処理は、例えば、判定電流Ｉｊｄｅの絶対値のみに基づく短絡故障特定処理が採用される場合に採用すればよい。これは、高電位側のスイッチング素子Ｓｊｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓｊｎのうちいずれに短絡故障が生じているかを特定できず、３相短絡処理が実行できないことによる。
【００９６】
・判定電流Ｉｊｄｅ（直流成分相当量）の算出手法としては、上記各実施形態に例示したものに限らない。
【００９７】
例えば、上記第１の実施形態において、電気角９０°毎に代えて、電気角１８０°毎に相電流をサンプリングし、電気角１周期においてサンプリングされた一対の相電流（例えば、先の図７の時刻ｔ１，ｔ３の相電流の組）の平均値として判定電流Ｉｊｄｅを算出する手法を採用してもよい。なお、こうした手法は、上記第２の実施形態における判定電流Ｉｊｄｅの算出手法にも適用できる。
【００９８】
なお、上記第1，第２の実施形態において、判定電流Ｉｊｄｅの算出に用いる相電流のサンプリング周期は、電気角９０°，１８０°に限らず、それ以外の周期であってもよい。ここで、サンプリング周期の整数倍の周期が相電流の半周期（電気角１８０°）と一致するサンプリング周期（例えば、電気角４５°）を採用するならば、上記第1の実施形態に示したように、相電流の平均値は相電流の直流成分に近似し、また、上記第２の実施形態に示したように、相電流の合計値は相電流の直流成分に比例した値となる。一方、サンプリング周期の整数倍の周期が相電流の半周期と一致しないサンプリング周期（例えば、電気角５０°）を採用する場合であっても、例えば、各相コイルに印加される誘起電圧が高圧バッテリ１６の電圧を上回らない限りは、判定電流Ｉｊｄｅの極性に基づき、高電位側スイッチング素子Ｓｊｐ及び低電位側スイッチング素子Ｓｊｎのうちいずれに短絡故障が生じているかを特定することはできる。
【００９９】
また、例えば、上記第1の実施形態で示したように、電気角１周期においてサンプリングされた相電流の平均値として判定電流Ｉｊｄｅを算出する手法に代えて、電気角Ｎ周期（Ｎは２以上の整数）においてサンプリングされた相電流の平均値として判定電流Ｉｊｄｅを算出する手法を採用してもよい。具体的には、例えば、電気角２周期における先の図７の時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７の相電流の組の平均値として判定電流Ｉｊｄｅを算出すればよい。ただし、スイッチング素子の短絡故障を迅速に特定することを優先する場合には、上記第１の実施形態に示した手法で判定電流Ｉｊｄｅを算出することが望ましい。
【０１００】
さらに、例えば、互いに離間する電気角周期のそれぞれでサンプリングされた一対の相電流の複数組の平均値として判定電流Ｉｊｄｅを算出する手法を採用してもよい。具体的には、例えば、先の図７の時刻ｔ１，ｔ３の相電流の組と、時刻ｔ９，ｔ１１の相電流の組や、時刻ｔ１，ｔ７の相電流の組の平均値として判定電流Ｉｊｄｅを算出すればよい。
【０１０１】
・インバータＩＶが備えるスイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴであってもよい。
【０１０２】
・本願発明が適用される車両としては、ハイブリッド車に限らない。例えば、車載主機として回転機のみを備える電気自動車や燃料電池車等であってもよい。また、本願発明の適用対象としては、車両に限らない。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…モータジェネレータ、１６…高圧バッテリ、２０…制御装置、２４，２６…電流センサ、ＩＶ…インバータ、Ｓｊｐ，Ｓｊｎ…スイッチング素子、ＦＤｊｐ，ＦＤｊｎ…フリーホイールダイオード。
【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】
0005923955.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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