(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流モータへ駆動電流を供給する電力変換装置の異常を検出するための異常検出装置であって、
前記電力変換装置は、
電源から直流電力を供給するための第１および第２電源線と、
前記第１電源線と前記第２電源線との間に並列接続され、前記交流モータの第１相から第ｎ相（ｎは自然数）のコイルにそれぞれ接続される第１から第ｎのスイッチング回路とを含み、
前記第１から第ｎのスイッチング回路の各々は、前記多相交流モータの各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有し、
前記異常検出装置は、
第ｉ（ｉはｎ以下の自然数）のスイッチング回路の第１のスイッチング素子を第１の所定時間オンさせるための第１のスイッチング制御手段と、
前記第１の所定時間内に所定の閾値を超える過電流が検出された場合に、前記第ｉのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する短絡故障判定手段とを備え、
前記第１の所定時間は、前記第ｉのスイッチング回路の残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子に短絡故障が発生している場合に、前記第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子をターンオンさせた時点から、前記第１電源線から前記交流モータおよび前記残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子を経由して前記第２電源線に至る短絡経路を流れる電流が前記所定の閾値に達する時点までの時間よりも短くなるように設定され、
前記電源は、昇圧動作によって前記第１および第２電源線に供給する直流電圧を可変制御可能に構成された電圧変換器を含み、
前記異常検出装置は、異常検出の実行中に前記昇圧動作を停止させるための電圧変換制御手段をさらに備える、電力変換装置の異常検出装置。
【請求項２】
前記第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子を、前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間オンさせるための第２のスイッチング制御手段をさらに備え、
前記短絡故障判定手段は、前記第１の所定時間内に過電流が検出されず、かつ、前記第２の所定時間内に過電流が検出された場合に、前記残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する、請求項１に記載の電力変換装置の異常検出装置。
【請求項３】
前記第１相から前記第ｎ相のコイルの各々に供給される前記駆動電流を検知するための電流センサをさらに備え、
前記短絡故障判定手段は、前記第１の所定時間内に過電流が検出されず、かつ、前記電流センサにより第ｋ相（ｋはｉとは異なるｎ以下の自然数）のコイルに供給される前記駆動電流が検知された場合に、前記第ｋのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する、請求項１に記載の電力変換装置の異常検出装置。
【請求項４】
前記第１の所定時間内に過電流が検出されなかった場合に、前記第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子を前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間オンさせるための第２のスイッチング制御手段と、
前記第２の所定時間内に過電流が検出された場合に、第ｋ（ｋはｉとは異なるｎ以下の自然数）のスイッチング回路の第１のスイッチング素子を前記第１の所定時間オンさせるための第３のスイッチング制御手段とをさらに備え、
前記短絡故障判定手段は、前記第１の所定時間内に過電流が検出された場合に、前記第ｋのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する、請求項１に記載の電力変換装置の異常検出装置。
【請求項５】
交流モータへ駆動電流を供給する電力変換装置の異常を検出するための異常検出方法であって、
前記電力変換装置は、
電源から直流電力を供給するための第１および第２電源線と、
前記第１電源線と前記第２電源線との間に並列接続され、前記交流モータの第１相から第ｎ相（ｎは自然数）のコイルにそれぞれ接続される第１から第ｎのスイッチング回路とを含み、
前記電源は、昇圧動作によって前記第１および第２電源線に供給する直流電圧を可変制御可能に構成された電圧変換器を含み、
前記第１から第ｎのスイッチング回路の各々は、前記多相交流モータの各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有し、
前記異常検出方法は、
第ｉ（ｉはｎ以下の自然数）のスイッチング回路の第１のスイッチング素子を第１の所定時間オンさせるようにスイッチング制御を行なう第１のステップと、
前記第１の所定時間内に所定の閾値を超える過電流が検出された場合に、前記第ｉのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する第２のステップとを備え、
前記第１の所定時間は、前記第ｉのスイッチング回路の残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子に短絡故障が発生している場合に、前記第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子をターンオンさせた時点から、前記第１電源線から前記交流モータおよび前記残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子を経由して前記第２電源線に至る短絡経路を流れる電流が前記所定の閾値に達する時点までの時間よりも短くなるように設定され、
前記異常検出方法は、異常検出の実行中に前記昇圧動作を停止させるためのステップをさらに備える、電力変換装置の異常検出方法。
【請求項６】
前記第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子を、前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間オンさせるようにスイッチング制御を行なう第３のステップをさらに備え、
前記第２のステップは、前記第１の所定時間内に過電流が検出されず、かつ、前記第２の所定時間内に過電流が検出された場合に、前記残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定するステップを含む、請求項５に記載の電力変換装置の異常検出方法。
【請求項７】
前記電力変換装置は、前記第１相から前記第ｎ相のコイルの各々に供給される前記駆動電流を検知するための電流センサをさらに含み、
前記第２のステップは、前記第１の所定時間内に過電流が検出されず、かつ、前記電流センサにより第ｋ相（ｋはｉとは異なるｎ以下の自然数）のコイルに供給される前記駆動電流が検知された場合に、前記第ｋのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定するステップを含む、請求項５に記載の電力変換装置の異常検出方法。
【請求項８】
前記第１の所定時間内に過電流が検出されなかった場合に、前記第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子を前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間オンさせるようにスイッチング制御を行なう第４のステップと、
前記第２の所定時間内に過電流が検出された場合に、第ｋ（ｋはｉとは異なるｎ以下の自然数）のスイッチング回路の第１のスイッチング素子を前記第１の所定時間オンさせるようにスイッチング制御を行なう第５のステップとをさらに備え、
前記第２のステップは、前記第１の所定時間内に過電流が検出された場合に、前記第ｋのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定するステップを
含む、請求項５に記載の電力変換装置の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力変換装置の異常検出装置および異常検出方法に関し、特に、電力変換装置を構成するスイッチング素子の短絡故障を検出するための異常検出装置および異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００３】
また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるモータ駆動装置においては、通常、インバータを構成するスイッチング素子が短絡故障する等の異常が検出されると、インバータの運転を停止させて、短絡故障したスイッチング素子に過大な電流が通過することにより当該スイッチング素子が過熱されるのを防止している。
【０００５】
たとえば特開平８−３０８２４４号公報（特許文献１）には、直列接続された２個のスイッチング素子からなるスイッチングアームを直流電源間に３組並列に有し、該スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を３相交流電力に変換する電力変換部を備えた電力変換装置において、上記電力変換部の６個のスイッチング素子を、予め定めてある所定の複数の組合せパターンに従って順次導通させてゆき、このときのスイッチング素子の導通組合せパターンに応じて電力変換部の出力又は入力電流に現われる変化に基づいて短絡故障しているスイッチング素子を判定する異常判定方法が開示される。
【０００６】
これによれば、６個のスイッチング素子を順次オン状態としていったときに、出力電流検出器に電流が検出されるのは、破壊しているスイッチング素子が存在するアームとは別の２対のアームにおいて、上下が反対の方にあるアームのスイッチング素子をオン状態にしたときだけであることに基づいて、スイッチング素子の短絡故障判定に必要なパターンと、判定に用いる論理表とが定められている。
【０００７】
また、特開平７−７１８０５号公報（特許文献２）には、インバータ部のスイッチング素子の任意素子をオンさせる任意素子オン手段と、インバータ部に流入する過電流を検出する過電流検出手段と、任意素子をオンさせ、インバータ部に流入する過電流を検出することで、スイッチング素子のショートチェックを行なう自己診断手段とを備える空気調和機の制御装置が開示されている。
【０００８】
これによれば、任意素子をオンさせたときに、該任意素子に直列接続されるスイッチング素子がショート故障の場合には、任意素子から該スイッチング素子の経路で短絡電流が流れる。過電流検出回路は、スイッチング素子と平滑コンデンサとの間に接続された電流検出機の検出値を受けて過電流検出信号をマイコンに出力する。マイコンは、過電流検出信号を受付けて該スイッチング素子をショート故障と判断する。
【０００９】
さらに、特開２００５−２１０８３０号公報（特許文献３）には、モータに複数相の駆動電圧を供給する複数の配線と、複数の配線のそれぞれに正側の駆動電圧を供給する複数の正アーム素子と、複数相の配線のそれぞれに負側の駆動電圧を供給する複数の負アーム素子とを備えたインバータにおいて、複数の負アーム素子を順次スイッチングするステップと、該ステップの後に複数の正アーム素子を順次スイッチングするステップと、複数の負アーム素子および複数の正アーム素子の各々をスイッチングする度に、演算処理装置が、電流信号またはバス電流信号に基づき複数の配線またはバスラインの通電状態を判定するステップと、複数の配線およびバスラインのいずれかに電流が流れた場合に、演算処理装置が複数の素子のいずれかの「短絡故障」を判定し、第１エラー信号を出力するステップとを有する異常検出方法が開示される。
【特許文献１】特開平８−３０８２４４号公報
【特許文献２】特開平７−７１８０５号公報
【特許文献３】特開２００５−２１０８３０号公報
【特許文献４】特開２００５−２７８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した特許文献１〜３に開示される異常検出方法はいずれも、任意のスイッチング素子をオンさせたときにインバータを流れる電流に現われる変化に基づいて短絡故障しているスイッチング素子を判定するものである。
【００１１】
しかしながら、このような構成では、任意のスイッチング素子（たとえばＵ相アームの上アームとする）をオンさせたときには、当該スイッチング素子に直列接続されるスイッチング素子（Ｕ相アームの下アーム）が短絡故障している場合、および、異なる相のアームに属しており、かつ、上下が反対となるスイッチング素子（Ｖ相の下アームあるいはＷ相の下アーム）が短絡故障している場合のいずれにおいても、過電流が検出されることになる。そのため、過電流の検出結果からでは、短絡故障しているスイッチング素子を正確に特定できないという問題がある。
【００１２】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、短絡故障しているスイッチング素子を正確に特定可能な電力変換装置の異常検出装置を提供することである。
【００１３】
この発明の別の目的は、短絡故障しているスイッチング素子を正確に特定可能な電力変換装置の異常検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明によれば、電力変換装置の異常検出装置は、交流モータへ駆動電流を供給する電力変換装置の異常を検出するための異常検出装置である。電力変換装置は、電源から直流電力を供給するための第１および第２電源線と、第１電源線と第２電源線との間に並列接続され、交流モータの第１相から第ｎ相（ｎは自然数）のコイルにそれぞれ接続される第１相から第ｎ相のスイッチング回路とを含む。第１から第ｎのスイッチング回路の各々は、多相交流モータの各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有する。異常検出装置は、第ｉ（ｉはｎ以下の自然数）のスイッチング回路の第１のスイッチング素子を第１の所定時間オンさせるための第１のスイッチング制御手段と、第１の所定時間内に所定の閾値を超える過電流が検出された場合に、第ｉのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する短絡故障判定手段とを備える。第１の所定時間は、第ｉのスイッチング回路の残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子に短絡故障が発生している場合に、第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子をターンオンさせた時点から、第１電源線から交流モータおよび残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子を経由して第２電源線に至る短絡経路を流れる電流が所定の閾値に達する時点までの時間よりも短くなるように設定される。
【００１５】
また、この発明によれば、電力変換装置の異常検出方法は、交流モータへ駆動電流を供給する電力変換装置の異常を検出するための異常検出方法である。電力変換装置は、電源から直流電力を供給するための第１および第２電源線と、第１電源線と第２電源線との間に並列接続され、交流モータの第１相から第ｎ相（ｎは自然数）のコイルにそれぞれ接続される第１から第ｎのスイッチング回路とを含む。第１から第ｎのスイッチング回路の各々は、多相交流モータの各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有する。異常検出方法は、第ｉ（ｉはｎ以下の自然数）のスイッチング回路の第１のスイッチング素子を第１の所定時間オンさせるようにスイッチング制御を行なう第１のステップと、第１の所定時間内に所定の閾値を超える過電流が検出された場合に、第ｉのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する第２のステップとを備える。第１の所定時間は、第ｉのスイッチング回路の残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子に短絡故障が発生している場合に、第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子をターンオンさせた時点から、第１電源線から交流モータおよび残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子を経由して第２電源線に至る短絡経路を流れる電流が所定の閾値に達する時点までの時間よりも短くなるように設定される
上記の電力変換装置の異常検出装置および異常検出方法によれば、第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子がオンされる時間を第１の所定時間に制限することにより、故障素子が残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子である場合には、過電流を検出することがない。これにより、第ｉのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障しているか否かを、残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子の短絡故障と切り分けて判定することが可能となる。その結果、短絡故障しているスイッチング素子を正確に特定することができる。
【００１６】
好ましくは、異常検出装置は、第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子を、第１の所定時間よりも長い第２の所定時間オンさせるための第２のスイッチング制御手段をさらに備える。短絡故障判定手段は、第１の所定時間内に過電流が検出されず、かつ、第２の所定時間内に過電流が検出された場合に、残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する。
【００１７】
好ましくは、異常検出方法は、第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子を、第１の所定時間よりも長い第２の所定時間オンさせるようにスイッチング制御を行なう第３のステップをさらに備える。第２のステップは、第１の所定時間内に過電流が検出されず、かつ、第２の所定時間内に過電流が検出された場合に、残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定するステップを含む。
【００１８】
上記の電力変換装置の異常検出装置および異常検出方法によれば、第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子がオンされる時間をさらに第２の所定時間まで広げることにより、残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障しているか否かを判定することが可能となる。その結果、短絡故障判定に必要なスイッチング素子のオン回数が減少するため、スイッチング素子に与える損傷を抑えることができる。
【００１９】
好ましくは、異常検出装置は、第１相から第ｎ相のコイルの各々に供給される駆動電流を検知するための電流センサをさらに備える。短絡故障判定手段は、第１の所定時間内に過電流が検出されず、かつ、電流センサにより第ｋ相（ｋはｉとは異なるｎ以下の自然数）のコイルに供給される駆動電流が検知された場合に、第ｋのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する。
【００２０】
好ましくは、電力変換装置は、第１相から第ｎ相のコイルの各々に供給される駆動電流を検知するための電流センサをさらに含む。異常検出方法の第２のステップは、第１の所定時間内に過電流が検出されず、かつ、電流センサにより第ｋ相（ｋはｉとは異なるｎ以下の自然数）のコイルに供給される駆動電流が検知された場合に、第ｋのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定するステップを含む。
【００２１】
上記の電力変換装置の異常検出装置および異常検出方法によれば、第１の所定時間内に交流モータを流れる電流を検出することにより、第ｉのスイッチング回路の第２のスイッチング素子の短絡故障の判定と残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子の短絡故障の判定とを一度にかつ正確に行なうことができる。その結果、短絡故障判定に必要なスイッチング素子のオン回数が減少するため、スイッチング素子に与える損傷を抑えることができる。
【００２２】
好ましくは、異常検出装置は、第１の所定時間内に過電流が検出されなかった場合に、第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子を第１の所定時間よりも長い第２の所定時間オンさせるための第２のスイッチング制御手段と、第２の所定時間内に過電流が検出された場合に、第ｋ（ｋはｉとは異なるｎ以下の自然数）のスイッチング回路の第１のスイッチング素子を第１の所定時間オンさせるための第３のスイッチング制御手段とをさらに備える。短絡故障判定手段は、第１の所定時間内に過電流が検出された場合に、第ｋのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定する。
【００２３】
好ましくは、異常検出方法は、第１の所定時間内に過電流が検出されなかった場合に、第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子を第１の所定時間よりも長い第２の所定時間オンさせるようにスイッチング制御を行なう第４のステップと、第２の所定時間内に過電流が検出された場合に、第ｋ（ｋはｉとは異なるｎ以下の自然数）のスイッチング回路の第１のスイッチング素子を第１の所定時間オンさせるようにスイッチング制御を行なう第５のステップとをさらに備える。第２のステップは、第１の所定時間内に過電流が検出された場合に、第ｋのスイッチング回路の第２のスイッチング素子が短絡故障していると判定するステップを含む。
【００２４】
上記の電力変換装置の異常検出装置および異常検出方法によれば、第ｉのスイッチング回路の第１のスイッチング素子がオンされる時間をさらに第２の所定時間まで広げることにより、残余のスイッチング回路の第２のスイッチング素子のいずれか１つが短絡故障していることを判定することができる。さらに、該残余のアームの第１のスイッチング素子を第１の所定時間オンさせることにより、短絡故障しているスイッチング素子を特定することができる。その結果、短絡故障判定に必要なスイッチング素子のオン回数が減少するため、スイッチング素子に与える損傷を抑えることができる。
【００２５】
好ましくは、電源は、昇圧動作によって第１および第２電源線に供給する直流電圧を可変制御可能に構成された電圧変換器を含む。異常検出装置は、異常検出の実行中に昇圧動作を停止させるための電圧変換制御手段をさらに備える。
【００２６】
好ましくは、電源は、昇圧動作によって第１および第２電源線に供給する直流電圧を可変制御可能に構成された電圧変換器を含む。異常検出方法は、異常検出の実行中に昇圧動作を停止させるための第６のステップをさらに備える。
【００２７】
上記の電力変換装置の異常検出装置および異常検出方法によれば、電力変換装置の入力電圧が電源電圧レベルに抑えられるため、スイッチング素子に過大な短絡電流が通過するのを防止することができる。その結果、スイッチング素子に与える損傷を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、インバータを構成する複数個のスイッチング素子の中から短絡故障しているスイッチング素子を正確に特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３０】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電源システムの全体構成を示す回路図である。
【００３１】
図１を参照して、電源システム１０は、直流電源であるバッテリＢと、インバータ１４と、インバータ１４の入力側に接続されたコンデンサＣ２と、三相交流モータＭ１と、制御装置３０とを備える。
【００３２】
バッテリＢの正極は電源ラインＬＮ１と接続され、バッテリＢの負極は接地ラインＬＮ２と接続される。バッテリＢは、充放電可能な二次電池であり、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどからなる。また、バッテリＢに代えて、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、たとえばキャパシタを用いても良い。
【００３３】
コンデンサＣ２は、電源ラインＬＮ１と接地ラインＬＮ２との間に接続され、電圧変動に起因するインバータ１４に対しての影響を低減する。
【００３４】
「電力変換装置」の代表例として示される三相のインバータ１４は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８と、ダイオードＤ３〜Ｄ８と、過電流検出装置５０とを含む。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８としては、代表的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴなどの電力用半導体素子が用いられる。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、制御装置３０からのゲート制御信号に基づいてオン・オフされる。ダイオードＤ３〜Ｄ８は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の逆並列ダイオードとしてそれぞれ設けられる。
【００３５】
スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８によって、「スイッチング回路」に相当するＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相アームが構成される。たとえば、スイッチング素子Ｑ３およびＱ４は、電源ラインＬＮ１と接地ラインＬＮ２との間に直列接続されて、Ｕ相アーム１５を構成する。同様にして、スイッチング素子Ｑ５およびＱ６によってＶ相アーム１６が構成され、スイッチング素子Ｑ７およびＱ８によってＷ相アーム１７が構成される。
【００３６】
スイッチング素子Ｑ３およびＱ４の接続ノードは出力導体２０ｕと接続され、スイッチング素子Ｑ５およびＱ６の接続ノードは出力導体２０ｖと接続され、スイッチング素子Ｑ７およびＱ８の接続ノードは出力導体２０ｗと接続される。
【００３７】
三相交流モータＭ１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイル４２ｕ，４２ｖ，４２ｗを含む。Ｕ相コイル４２ｕは、中性点４０と出力導体２０ｕとの間に接続される。同様に、Ｖ相コイル４２ｖは中性点４０および出力導体２０ｖの間に接続され、Ｗ相コイル４２ｗは中性点４０および出力導体２０ｗの間に接続される。
【００３８】
過電流検出装置５０は、インバータ１４の保護機能として、接地ラインＬＮ２に設けられる。過電流検出装置５０は、インバータ１４に流れる電流を検出し、その検出値が所定の閾値を超えた場合に過電流を検出する。この場合、過電流検出装置５０は、過電流検出信号ＯＩＨを生成して制御装置３０へ出力する。
【００３９】
制御装置３０は、三相交流モータＭ１をトルク指令等のモータ指令値に従って駆動するように、センサ出力（モータ回転数、各種電圧・電流等）を基に、インバータ１４を制御する。これにより、インバータ１４から三相交流モータＭ１へは、三相交流モータＭ１をモータ指令値に従って駆動可能な交流電圧が供給される。
【００４０】
また、制御装置３０は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチングパターンと過電流検出装置５０からの過電流検出信号ＯＩＨとに基づいて、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する。以下では、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する方法について説明する。
【００４１】
図２は、インバータ１４のスイッチングパターンにおけるインバータ電流の一例を説明する回路図である。図２では、一例として、Ｖ相の上アーム素子であるスイッチング素子Ｑ５がターンオンされるスイッチングパターンが示される。同図を用いて、たとえば同相の下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ６に短絡故障が発生した場合に、インバータ電流がどのように変化するかについて説明する。
【００４２】
図２を参照して、故障素子と同相の上アーム素子であるスイッチング素子Ｑ５がターンオンされるスイッチングパターンでは、ターンオンされたスイッチング素子Ｑ５および短絡故障のスイッチング素子Ｑ６を介して電源ラインＬＮ１および接地ラインＬＮ２の間に短絡経路２００が形成される。これにより大きな短絡電流が発生し、インバータ電流が急激に増大する。
【００４３】
これに対して、図２に示されるのと同じスイッチングパターンであっても、ターンオンされたスイッチング素子Ｑ５と異なる相の下アーム素子であるスイッチング素子に短絡故障が発生した場合では、インバータ電流は図３に示されるように変化する。
【００４４】
図３は、インバータ１４のスイッチングパターンにおけるインバータ電流の他の例を説明する回路図である。
【００４５】
図３を参照して、たとえばＷ相の下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ８に短絡故障が発生した場合には、故障素子と異相の上アーム素子であるスイッチング素子Ｑ５がターンオンされることにより、電源ラインＬＮ１と接地ラインＬＮ２との間には、スイッチング素子Ｑ５−出力導体２０ｖ−Ｖ相コイル４２ｖ−中性点４０−Ｗ相コイル４２ｗ−出力導体２０ｗ−スイッチング素子Ｑ８を経る短絡経路２１０が形成される。この場合も、大きな短絡電流が発生するため、インバータ電流が増大する。
【００４６】
このように任意のスイッチング素子Ｑ５をターンオンさせたときには、故障素子が同相の下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ６である場合、および、故障素子が異相の下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ８（またはＱ７）である場合のいずれにおいても、短絡電流が発生してインバータ電流が増大する。そのため、過電流検出装置５０からの過電流検出信号ＯＩＨに基づいてスイッチング素子の短絡故障を検出する方法では、上記いずれの場合においても過電流検出信号ＯＩＨが出力されるため、短絡故障しているスイッチング素子を正確に特定することができないという問題が起こる。
【００４７】
ここで、図２の短絡経路２００と図３の短絡経路２１０とを比較すると、短絡経路２００は、スイッチング素子Ｑ５およびＱ６のインダクタンスＬｄと抵抗Ｒｄとの直列回路で表わされるのに対して、短絡経路２１０は、これらの成分Ｌｄ，Ｒｄに、さらに三相交流モータＭ１のインダクタンスＬｍと抵抗Ｒｍとがそれぞれ付加された直列回路で表わされる。そして、各々の回路に直流電圧が加えられると、インバータ電流は対応するインダクタンスおよび抵抗から決まる時定数に従って増大する。
【００４８】
このとき、図２の短絡経路２００と図３の短絡経路２１０とでは、時定数が異なる。通常、スイッチング素子のインダクタンスＬｄおよび抵抗Ｒｄは、三相交流モータＭ１のインダクタンスＬｍおよび抵抗Ｒｍよりも十分に小さいことから、図３の短絡経路２１０の方がより大きな時定数となる。そのため、スイッチング素子Ｑ５をターンオンした時刻以降において、それぞれの経路を流れるインバータ電流の時間的変化に違いが生じる。具体的には、図２の短絡経路２００を流れるインバータ電流は立上り速度が速く、図３の短絡経路２１０を流れるインバータ電流は立上り速度が緩やかになる。
【００４９】
そこで、本実施の形態では、このようなインバータ電流の時間的変化の違いを利用して、短絡故障しているスイッチング素子を検出する。具体的には、インバータ１４の１個のスイッチング素子（たとえばＱ５とする）のみをオンさせるスイッチングパターンにおいて、該スイッチング素子Ｑ５をオンさせる時間ｔ１を、図３の短絡経路２１０でインバータ電流が、過電流となる所定の閾値に達するまでの時間よりも十分に短くなるように予め設定する。そして、この設定された所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出された場合には、図２の短絡経路２００が形成されたと判断し、スイッチング素子Ｑ５と同相の下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ６に短絡故障が発生していると判定する。一方、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されない場合には、スイッチング素子Ｑ６は正常である（短絡故障していない）と判定する。
【００５０】
そして、インバータ１４の６個のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を順次、所定時間ｔ１だけオンさせるようにインバータ１４のスイッチングパターンを設定しておき、１個のスイッチング素子がオンされる度に所定時間ｔ１内に過電流が検出されたか否か判定することにより、短絡故障しているスイッチング素子の検出を行なうことができる。
【００５１】
次に、インバータ１４のスイッチングパターンにおいて、上述した所定時間ｔ１を設定する方法について説明する。
【００５２】
まず、図３の短絡経路２１０に対して、スイッチング素子Ｑ５をターンオンした時刻をｔ＝０として直流電圧Ｖを与えた場合において、当該経路を流れるインバータ電流ｉの時間的変化を考える。
【００５３】
図３の短絡経路２１０をインダクタンスＬおよび抵抗Ｒの直列回路とし、この直列回路に直流電圧Ｖを与えた場合、次式が成立する。
【００５４】
Ｖ＝Ｌｄｉ／ｄｔ＋Ｒｉ      （１）
そして、式（１）の微分方程式を、ｔ＝０の初期電流ｉ（０）＝０を用いて解くことによって、
ｉ（ｔ）＝Ｖ／Ｒ・｛１−ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ）｝      （２）
が得られる。
【００５５】
次に、式（２）を用いて、このインバータ電流ｉが過電流である所定の閾値Ｉｔｈとなる時刻ｔを求めると、
ｔ＝−Ｌ／Ｒ・ｌｏｇ（１−Ｒ・Ｉｔｈ／Ｖ）      （３）
となる。ここで、インダクタンスＬおよび抵抗Ｒは、実質的に三相交流モータＭ１のインダクタンスＬｍおよび抵抗Ｒｍとみなすことができることから、この式（３）からインバータ電流ｉが所定の閾値Ｉｔｈに達するまでの時間Ｔは、
Ｔ＝−Ｌｍ／Ｒ・ｌｏｇ（１−Ｒｍ・Ｉｔｈ／Ｖ）      （４）
となる。
【００５６】
したがって、インバータ１４のスイッチングパターンにおいて、所定時間ｔ１をこの時間Ｔよりも短くなるように設定することによって、故障素子がターンオンされたスイッチング素子Ｑ５と異相の下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ８（またはＱ７）である場合には、インバータ電流が所定の閾値Ｉｔｈを下回るため、過電流検出装置５０が過電流を検出することがない。言い換えれば、故障素子がスイッチング素子Ｑ５と同相の下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ６である場合にのみ過電流検出装置５０により過電流が検出される。その結果、過電流検出装置５０からの過電流検出信号ＯＩＨに基づいて短絡故障しているスイッチング素子を正確に特定することができる。
【００５７】
図４は、この発明の実施の形態１に係るインバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。
【００５８】
図４を参照して、一連の動作が開始されると、制御装置３０は、予め設定されたインバータ１４のスイッチングパターンに従って、Ａ相の第１アームを構成するスイッチング素子を所定時間ｔ１オンする（ステップＳ０１）。なお、Ａ相とはＵ，Ｖ，Ｗ相のうちのいずれか１つの相であり、第１アームとは上アームおよび下アームのいずれかである。
【００５９】
そして、制御装置３０は、過電流検出装置５０から受ける過電流検出信号ＯＩＨに基づいて、この所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ０２）。
【００６０】
所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出された場合、制御装置３０は、Ａ相の第２アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ０３）。なお、第２アームとは、上述した第１アームとは上下が反対するアームである。
【００６１】
一方、ステップＳ０２において、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ａ相の第２アームが正常である（短絡故障していない）と判定する（ステップＳ０４）。
【００６２】
ステップＳ０３，Ｓ０４の後、制御装置３０は、再びステップＳ０１へ戻る。そして、Ａ相および第１アームの一方を、前回の処理のときの相およびアームとは異なるように変更する。たとえば前回の処理がＵ相の上アームを構成するスイッチング素子Ｑ３に対して行なわれた場合には、処理の対象をＵ相の下アーム、あるいはＶ相の上アームを構成するスイッチング素子Ｑ４またはＱ５に変更する。そして、変更後のスイッチング素子を所定時間ｔ１オンさせたときに過電流が検出されるか否かを判定することにより、当該スイッチング素子と同相で上下が反対するアームを構成するスイッチング素子の短絡故障を判定する。そして、ステップＳ０１〜Ｓ０４の処理が６個のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の全てに対して行なわれた後、制御装置３０は一連の動作を終了する。
【００６３】
なお、制御装置３０によるスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障の検出は、実際には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行され、ＣＰＵは、図４に示す各ステップを備えるプログラムをＲＯＭ（Read Only Memory）から読出し、図４に示す各ステップを実行してスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を判定する。
【００６４】
したがって、ＲＯＭは、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する制御をコンピュータ（ＣＰＵ）に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読取り可能な記録媒体に相当する。
【００６５】
また、この発明においては、バッテリＢ、コンデンサＣ２およびインバータ１４は、この発明による「電力変換装置」を構成する。そして、過電流検出装置５０および制御装置３０は、この発明による「異常検出装置」を構成する。
【００６６】
［実施の形態２］
図５は、この発明の実施の形態２による電源システムの全体構成を示す回路図である。
【００６７】
図５の電源システム１０Ａは、図１の電源システム１０におけるバッテリＢとコンデンサＣ２との間に、「電圧変換器」であるコンバータ１２を新たに設けたものである。よって、図１と共通する部分についての詳細な説明は繰返さない。
【００６８】
コンバータ１２は、バッテリＢから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。また、コンバータ１２は、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧してバッテリＢへ供給する。
【００６９】
より具体的には、コンバータ１２は、一例として昇降圧チョッパ回路により構成されており、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。
【００７０】
リアクトルＬ１の一方端はバッテリＢの電源ラインに接続され、他方端はスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との中間点、すなわち、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。
【００７１】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインＬＮ１と接地ラインＬＮ２との間に直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１のコレクタは電源ラインＬＮ１に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは接地ラインＬＮ２に接続される。また、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配されている。
【００７２】
そして、コンバータ１２は、制御装置３０Ａから制御信号を受けると、制御信号によってスイッチング素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。このようにコンバータ１２を用いて電池電圧を昇圧して用いることにより、バッテリＢの電圧を２００Ｖ程度に低減しつつ、かつ３相交流モータＭ１を５００Ｖを超える高電圧で駆動することが可能となる。これにより、電力供給を小電流で行なうことにより電気損失を抑制し、かつモータの高出力を実現することができる。
【００７３】
しかしながら、コンバータ１２によって電池電圧が昇圧された状態で、上述したスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する動作が行なわれると、高電圧を受けて過大な短絡電流がインバータ１４を流れることになり、故障素子以外のスイッチング素子をも損傷させる可能性がある。
【００７４】
そこで、本実施の形態２では、コンバータ１２の昇圧動作を停止させた後に、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障の検出動作を行なう構成とする。これにより、インバータ１４の入力電圧は電池電圧レベルに抑えられるため、短絡故障の検出動作によってスイッチング素子が損傷するのを抑制することができる。
【００７５】
図６は、この発明の実施の形態２に係るインバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。図６のフローチャートは、図４に示したフローチャートにおけるステップＳ０１の前に、ステップＳ０１１を追加したものである。よって、図４と重複するステップＳ０１〜Ｓ０４についての詳細な説明は省略する。
【００７６】
図６のステップＳ０１１を参照して、制御装置３０Ａは、一連の動作が開始されると、コンバータ１２の運転を停止させる。より具体的には、制御装置３０は、コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をともにオフさせるための制御信号を生成してコンバータ１２へ出力する。これにより、バッテリＢの電池電圧がリアクトルＬ１およびダイオードＤ１を経由してインバータ１４に供給される。
【００７７】
制御装置３０Ａは、インバータ１４に電池電圧が供給されている状態で以降のステップＳ０１〜Ｓ０４に示される処理を行なうことにより、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する。
【００７８】
［実施の形態３］
上述した実施の形態１および２では、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を順次オンさせるようにスイッチングパターンを設定しておき、過電流検出信号ＯＩＨとスイッチングパターンとの関係に基づいて、短絡故障しているスイッチング素子を特定するものであった。
【００７９】
これによれば、全てのスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を順次オンさせることで故障素子を正確に特定することができる。その反面、スイッチング素子のオン回数が素子数に比例して多くなるため、スイッチング素子をオンするたびに過大な短絡電流が流れることによってスイッチング素子が大きな損傷を受ける可能性がある。特に、同相の上下アームを構成するスイッチング素子を介して短絡経路が形成された場合（図２参照）には、短絡電流が急峻に増大するため、故障素子の損傷を加速させることになる。
【００８０】
そこで、以下の実施の形態３および４では、スイッチング素子のオン回数を可能な限り減らしてスイッチング素子の損傷を抑えながら、故障素子の正確な特定を可能とする検出方法について説明する。
【００８１】
図７は、本実施の形態３に係るスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する動作を説明するための回路図である。
【００８２】
図７を参照して、たとえばＷ相の下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ８に短絡故障が発生した場合には、故障素子と異相の上アーム素子であるスイッチング素子Ｑ５がターンオンされることにより、電源ラインＬＮ１と接地ラインＬＮ２との間には、スイッチング素子Ｑ５−出力導体２０ｖ−Ｖ相コイル４２ｖ−中性点４０−Ｗ相コイル４２ｗ−出力導体２０ｗ−スイッチング素子Ｑ８を経る短絡経路２１０が形成される。そして、この短絡経路２１０に大きな短絡電流が発生するため、インバータ電流が増大する。
【００８３】
ここで、出力導体２０ｕには、Ｕ相コイル４２ｕを流れるモータ電流Ｉｕを検出するための電流センサ６０ｕが設けられている。同様にして、出力導体２０ｗには、Ｗ相コイル４２ｗを流れるモータ電流Ｉｗを検出するための電流センサ６０ｗが設けられている。
【００８４】
なお、図７においては、電流センサ６０ｕ，６０ｗは２個しか示されていない。三相交流モータＭ１の場合、２つの相に流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｗを検出すれば、その検出されたモータ電流Ｉｕ，Ｉｗに基づいて残りの相に流れるモータ電流Ｉｖを演算できるからである。したがって、３相コイル４２ｕ，４２ｖ，４２ｗの各々に流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを独自に検出する場合、さらに、Ｖ相コイル４２ｖを流れるモータ電流Ｉｖを検出するための電流センサを設けてもよい。
【００８５】
図示しない制御装置３０（図示せず）は、電流センサ６０ｕ，６０ｗからモータ電流Ｉｕ，Ｉｗを受ける。そして、制御装置３０は、三相交流モータＭ１のトルク指令を電流指令に変換し、実際の電流値（センサ値に相当）がこれらの電流指令と一致するようにＰＩ制御によってフィードバックをかける、いわゆる電流制御を実行する。
【００８６】
本実施の形態では、過電流検出装置５０からの過電流検出信号ＯＩＨに加えて、この電流センサ６０ｕ，６０ｗの検出値に基づいて短絡故障しているスイッチング素子を検出する。具体的には、インバータ１４の１個のスイッチング素子（たとえばＱ５とする）のみを所定時間ｔ１オンさせるスイッチングパターンにおいて、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出された場合には、スイッチング素子Ｑ５と同相の下アーム素子であるスイッチング素子Ｑ６に短絡故障が発生していると判定する。
【００８７】
一方、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されない場合には、スイッチング素子Ｑ６は正常である（短絡故障していない）と判定するとともに、さらに電流センサ６０ｕ，６０ｗにモータ電流Ｉｕ，Ｉｗが検出されたか否かを判定する。そして、図７のように電流センサ６０ｗにモータ電流Ｉｗが検出された場合には、スイッチング素子Ｑ８に短絡故障が発生していると判定する。
【００８８】
なお、図示は省略するが、電流センサ６０ｕにモータ電流Ｉｕが検出された場合には、スイッチング素子Ｑ４に短絡故障が発生していると判定する。
【００８９】
このように１個のスイッチング素子Ｑ５のみを所定時間ｔ１オンさせるスイッチングパターンにおいて、過電流検出装置５０からの過電流検出信号ＯＩＨと電流センサ６０ｕ，６０ｗの検出値とに基づいて、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８の短絡故障の判定を行なうことができる。したがって、さらに、スイッチング素子Ｑ６のみを所定時間ｔ１オンさせてスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７の短絡故障の判定を行なうことにより、合計２回のオン回数で全てのスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８について短絡故障の判定を行なうことができる。これにより、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン回数が著しく減少するため、スイッチング素子の損傷を抑えることができる。
【００９０】
図８および図９は、この発明の実施の形態３に係るインバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。
【００９１】
図８を参照して、一連の動作が開始されると、制御装置３０は、予め設定されたインバータ１４のスイッチングパターンに従って、Ａ相の第１アームを構成するスイッチング素子を所定時間ｔ１オンする（ステップＳ０１）。なお、Ａ相とはＵ，Ｖ，Ｗ相のうちのいずれか１つの相であり、第１アームとは上アームおよび下アームのいずれかである。
【００９２】
そして、制御装置３０は、過電流検出装置５０から受ける過電流検出信号ＯＩＨに基づいて、この所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ０２）。
【００９３】
所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出された場合、制御装置３０は、Ａ相の第２アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ０３）。なお、第２アームとは、上述した第１アームとは上下が反対するアームである。
【００９４】
一方、ステップＳ０２において、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ａ相の第２アームが正常である（短絡故障していない）と判定する。さらに、制御装置３０は、電流センサ６０ｕ，６０ｗからの検出値Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、Ｂ相のモータ電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ０５）。なお、Ｂ相とはＵ，Ｖ，Ｗ相のいずれか１つの相であり、かつ上記Ａ相とは異なる相である。
【００９５】
Ｂ相のモータ電流が検出された場合、制御装置３０は、Ｂ相の第２アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ０６）。
【００９６】
一方、ステップＳ０５において、Ｂ相のモータ電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ｂ相の第２アームが正常である（短絡故障していない）と判定する。さらに、制御装置３０は、電流センサ６０ｕ，６０ｗからの検出値Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、Ｃ相のモータ電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ０７）。なお、Ｃ相とはＵ，Ｖ，Ｗ相のいずれか１つの相であり、かつ上記Ａ相およびＢ相とは異なる相である。
【００９７】
Ｃ相のモータ電流が検出された場合、制御装置３０は、Ｃ相の第２アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ０８）。一方、ステップＳ０７において、Ｃ相のモータ電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ｃ相の第２アームが正常である（短絡故障していない）と判定し、処理をステップＳ０９（図９）へ進める。
【００９８】
ステップＳ０９において、制御装置３０は、Ａ相の第２アームを構成するスイッチング素子を所定時間ｔ１オンする。そして、このステップＳ０９以降において、制御装置３０は、ステップＳ０１〜Ｓ０８で示される一連の動作と同様の動作を実行することにより、Ａ，Ｂ，Ｃ相の第１アームの短絡故障を判定する。
【００９９】
具体的には、制御装置３０は、過電流検出装置５０から受ける過電流検出信号ＯＩＨに基づいて、この所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【０１００】
所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出された場合、制御装置３０は、Ａ相の第１アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ１１）。
【０１０１】
一方、ステップＳ１０において、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ａ相の第１アームが正常である（短絡故障していない）と判定する。さらに、制御装置３０は、電流センサ６０ｕ，６０ｗからの検出値Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、Ｂ相のモータ電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１２）。そして、Ｂ相のモータ電流が検出された場合、制御装置３０は、Ｂ相の第１アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ１３）。
【０１０２】
一方、ステップＳ１２において、Ｂ相のモータ電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ｂ相の第１アームが正常である（短絡故障していない）と判定する。さらに、制御装置３０は、電流センサ６０ｕ，６０ｗからの検出値Ｉｕ，Ｉｗに基づいて、Ｃ相のモータ電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【０１０３】
Ｃ相のモータ電流が検出された場合、制御装置３０は、Ｃ相の第１アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ１５）。一方、ステップＳ１４において、Ｃ相のモータ電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ａ，Ｂ，Ｃ相の全てのアームが正常である（短絡故障していない）と判定し（ステップＳ１６）、一連の動作を終了する。
【０１０４】
［実施の形態４］
本実施の形態４では、電流センサ６０ｕ，６０ｗ（図７）の検出値を用いることなく、少ないスイッチング素子のオン回数で故障素子の正確な特定を可能とする検出方法について説明する。
【０１０５】
図１０および図１１は、この発明の実施の形態４に係るインバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。
【０１０６】
図１０を参照して、一連の動作が開始されると、制御装置３０は、予め設定されたインバータ１４のスイッチングパターンに従って、Ａ相の第１アームを構成するスイッチング素子を所定時間ｔ１オンする（ステップＳ０１）。なお、Ａ相とはＵ，Ｖ，Ｗ相のうちのいずれか１つの相であり、第１アームとは上アームおよび下アームのいずれかである。
【０１０７】
そして、制御装置３０は、過電流検出装置５０から受ける過電流検出信号ＯＩＨに基づいて、この所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ０２）。
【０１０８】
所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出された場合、制御装置３０は、Ａ相の第２アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ０３）。なお、第２アームとは、上述した第１アームとは上下が反対するアームである。
【０１０９】
一方、ステップＳ０２において、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ａ相の第２アームが正常である（短絡故障していない）と判定するとともに、Ａ相の第１アームを構成するスイッチング素子を、所定時間ｔ１よりも長い所定時間ｔ２オンする（ステップＳ２０）。
【０１１０】
このときの所定時間ｔ２は、上述した図３の短絡経路２１０でインバータ電流が、過電流となる所定の閾値Ｉｔｈに達するまでの時間Ｔ（式（４）参照）よりも十分に長くなるように予め設定される。
【０１１１】
そして、制御装置３０は、過電流検出装置５０から受ける過電流検出信号ＯＩＨに基づいて、この所定時間ｔ２内にインバータ１４に過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ２１）。
【０１１２】
所定時間ｔ２内にインバータ１４に過電流が検出された場合、制御装置３０は、Ｂ相およびＣ相の第２アームを構成するスイッチング素子のいずれかに短絡故障が発生していると判断する。そこで、制御装置３０は、Ｂ相の第１アームを構成するスイッチング素子を所定時間ｔ１オンし（ステップＳ２２）、過電流検出装置５０から受ける過電流検出信号ＯＩＨに基づいて、この所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ２３）。
【０１１３】
所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出された場合、制御装置３０は、Ｂ相の第２アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ２４）。一方、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ｃ相の第２アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ２５）。
【０１１４】
再びステップＳ２１に戻って、所定時間ｔ２内にインバータ１４に過電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ｂ相およびＣ相の第２アームを構成するスイッチング素子がいずれも正常（短絡故障していない）と判断し、処理をステップＳ２６へ進める。
【０１１５】
ステップＳ２６において、制御装置３０は、Ａ相の第２アームを構成するスイッチング素子を所定時間ｔ１オンする。そして、このステップＳ０９以降において、制御装置３０は、ステップＳ０１〜Ｓ２５で示される一連の動作と同様の動作を実行することにより、Ａ，Ｂ，Ｃ相の第１アームの短絡故障を判定する。
【０１１６】
具体的には、制御装置３０は、過電流検出装置５０から受ける過電流検出信号ＯＩＨに基づいて、この所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ２７）。
【０１１７】
所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出された場合、制御装置３０は、Ａ相の第１アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ２８）。
【０１１８】
一方、ステップＳ２７において、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ａ相の第１アームが正常である（短絡故障していない）と判定するとともに、Ａ相の第２アームを構成するスイッチング素子を、所定時間ｔ２オンする（ステップＳ２９）。そして、制御装置３０は、過電流検出装置５０から受ける過電流検出信号ＯＩＨに基づいて、この所定時間ｔ２内にインバータ１４に過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ３０）。
【０１１９】
所定時間ｔ２内にインバータ１４に過電流が検出された場合、制御装置３０は、Ｂ相およびＣ相の第１アームを構成するスイッチング素子のいずれかに短絡故障が発生していると判断する。そこで、制御装置３０は、Ｂ相の第２アームを構成するスイッチング素子を所定時間ｔ１オンし（ステップＳ３１）、過電流検出装置５０から受ける過電流検出信号ＯＩＨに基づいて、この所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されたか否かを判定する（ステップＳ３２）。
【０１２０】
所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出された場合、制御装置３０は、Ｂ相の第１アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ３３）。一方、所定時間ｔ１内にインバータ１４に過電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ｃ相の第１アームを構成するスイッチング素子が短絡故障していると判定する（ステップＳ３４）。
【０１２１】
再びステップＳ３０に戻って、所定時間ｔ２内にインバータ１４に過電流が検出されなかった場合には、制御装置３０は、Ｂ相およびＣ相の第１アームを構成するスイッチング素子がいずれも正常である（短絡故障していない）と判定する。そして、制御装置３０は、Ａ，Ｂ，Ｃ相の全てのアームが正常である（短絡故障していない）と判定し（ステップＳ３５）、一連の動作を終了する。
【０１２２】
今回開示された実施の形態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説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ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。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
この発明は、電源システムに搭載されるインバータに発生したスイッチング素子の短絡故障による異常を検出するための異常検出装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】この発明の実施の形態１による電源システムの全体構成を示す回路図である。
【図２】インバータのスイッチングパターンにおけるインバータ電流の一例を説明する回路図である。
【図３】インバータのスイッチングパターンにおけるインバータ電流の他の例を説明する回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るインバータを構成するスイッチング素子の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態２による電源システムの全体構成を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るインバータを構成するスイッチング素子の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態３に係るスイッチング素子の短絡故障を検出する動作を説明するための回路図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るインバータを構成するスイッチング素子の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態３に係るインバータを構成するスイッチング素子の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態４に係るインバータを構成するスイッチング素子の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るインバータを構成するスイッチング素子の短絡故障を検出する動作を説明するためのフローチャートである。ある。
【符号の説明】
【０１２５】
１０，１０Ａ  電源システム、１２  コンバータ、１４  インバータ、１５  Ｕ相アーム、１６  Ｖ相アーム、１７  Ｗ相アーム、２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ  出力導体、３０，３０Ａ  制御装置、４０  中性点、４２ｕ  Ｕ相コイル、４２ｖ  Ｖ相コイル、４２ｗ  Ｗ相コイル、５０  過電流検出装置、６０ｕ，６０ｗ  電流センサ、２００，２１０  短絡経路、Ｂ  バッテリ、Ｃ２  コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード、Ｌ１  リアクトル、ＬＮ１  電源ライン、ＬＮ２  接地ライン、Ｍ１  三相交流モータ、Ｑ１〜Ｑ８  スイッチング素子。
【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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