(57)【要約】【課題】インバータ装置内のスイッチング素子が１個、故障した場合であっても、該インバータ装置を停止させることなく、モータに、できるだけ大きなトルクを安定して出力させることのできるインバータ装置を提供する。【解決手段】３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち１個のスイッチング素子（41）の故障を検出するスイッチング素子故障検出部（50b）と、スイッチング素子（41）の故障が検出された場合、二相の出力電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、残りのスイッチング素子（41）を動作させるように構成されたスイッチング制御部（50a）と、を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個のスイッチング素子（41,41）が直列接続されてなる上下アーム（42,43,44）を３組、備えており、負荷（3）に対して三相の交流電流を流すように構成されたインバータ装置であって、
上記３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）の故障を検出するスイッチング素子故障検出手段（50b）と、
上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、二相の出力電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、故障していない残りのスイッチング素子（41）を動作させるように構成されたスイッチング制御手段（50a）と、
を備えていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記スイッチング制御手段（50a）は、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、当該スイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、上記スイッチング素子（41）が故障していない場合にＯＮ−ＯＦＦの切り換え動作を行う電気角度よりも大きい電気角度で行うように構成されていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記スイッチング制御手段（50a）は、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、当該スイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、電気角度で略９０度毎に行うように構成されていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項４】
油圧ポンプ（23）を備えた油圧機構（21）によって操舵補助力を発生させる車両のパワーステアリング装置であって、
上記油圧ポンプ（23）は、モータ（3）によって駆動され、
上記モータ（3）は、上記請求項１から３のいずれか一つのインバータ装置（4）によって駆動制御されることを特徴とする車両のパワーステアリング装置。
【請求項５】
請求項４において、
車両の停止を検出する車両停止検出手段（52）をさらに備えていて、
上記インバータ装置（4）は、上記車両停止検出手段（52）によって車両の停止が検出された場合に、駆動を停止するように構成されていることを特徴とする車両の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、スイッチング素子が直列接続されてなる上下アームを３組、有しており、負荷に対して３相の交流電流を通電可能に構成されたインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、モータの駆動制御用として、３相の交流電流をモータに流すように構成されたインバータ装置が知られている。このようなインバータ装置は、例えば特許文献１に開示されるように、２個のスイッチング素子が直列接続されてなる上下アームを３組、備えていて、該各上下アームの接続点からモータに三相の交流電流を流すように構成されている。
【０００３】
上述のようなインバータ装置では、各相の出力電流を検出することにより、出力の欠相の判定、すなわち、各アームを構成する上記スイッチング素子の故障の判定を行えるように構成されている。そして、上記インバータ装置では、上記スイッチング素子の故障が判定されると、全てのスイッチング素子の動作を停止させるように構成されていて、これにより、モータを安全に停止させることができるようになっている。
【０００４】
このような構成を有するインバータ装置の用途としては、さまざまなものが考えられるが、例えば、車両のパワーステアリング装置のモータを駆動制御するために利用することが考えられる。すなわち、従来より、車両のステアリング機構には、油圧機構によってステアリングの操作時に操舵補助力を発生させて操舵性を向上させるパワーステアリング装置が用いられているが、近年、エンジンの出力によってパワーステアリング装置用の油圧ポンプを駆動するのではななく、例えば特許文献２に開示されるように、モータによって油圧ポンプを駆動するものが知られており、このモータを上述のようなインバータ装置によって駆動制御することが考えられる。
【特許文献１】特開２００７−３７２１５号公報
【特許文献２】特開平６−１８３３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のようなインバータ装置の構成では、該インバータ装置を構成するスイッチング素子が１個でも故障すると、すぐに全てのスイッチング素子の動作を停止させてモータの駆動を停止させることになるため、例えば車両のパワーステアリング装置において、油圧ポンプを駆動させるモータの駆動制御に上述のようなインバータ装置を用いると、該インバータ装置内の１個のスイッチング素子の故障により、油圧ポンプが停止してパワーステアリング装置による操舵補助力が得られなくなり、操舵性が急激に悪化するという問題が生じる。
【０００６】
特に、車両重量の重いトラックやバス等の大型車両においては、上述のようにインバータ装置内のスイッチング素子の故障により操舵補助力が得られなくなると、乗員がステアリングを十分に操作できなくなり、車両の運転制御が不能になる虞もある。
【０００７】
一方、上述のような問題を解消するために、スイッチング素子が１個、故障してもインバータ装置を駆動し続けることが考えられるが、その場合には、スイッチング素子が故障した上下アームでは、モータに半波分しか電流を流すことができないため、図４に示すように、モータのｑ軸電流がゼロになる電気角度の範囲が生じる。そうすると、モータに安定してトルクを出力させることができず、結果として、十分な操舵補助力が得られないという問題が発生する。
【０００８】
本発明は、かかる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インバータ装置内のスイッチング素子が１個、故障した場合であっても、該インバータ装置を停止させることなく、モータにできるだけ大きなトルクを安定して出力させることのできるインバータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るインバータ装置（4）では、３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）の故障が検出された場合に、二相の交流電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）のスイッチング素子（41）を動作制御する。これにより、ｑ軸電流の低下をできるだけ防止して、モータ（3）の出力トルクの低下を防止することができる。
【００１０】
具体的には、第１の発明は、２個のスイッチング素子（41,41）が直列接続されてなる上下アーム（42,43,44）を３組、備えており、負荷（3）に対して三相の交流電流を流すように構成されたインバータ装置を対象とする。
【００１１】
そして、上記３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）の故障を検出するスイッチング素子故障検出手段（50b）と、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、二相の出力電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、故障していない残りのスイッチング素子（41）を動作させるように構成されたスイッチング制御手段（50a）と、を備えているものとする。
【００１２】
以上の構成により、スイッチング素子故障検出手段（50b）によって、３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）が故障したことを検出することができる。そして、上記スイッチング素子故障検出手段（50a）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合に、二相の出力電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように故障していない残りのスイッチング素子（41）を動作させることで、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲でｑ軸電流がゼロになるのを極力防止することができる。
【００１３】
すなわち、一般的なインバータ装置のスイッチング制御では、上記故障したスイッチング素子（41）が動作しないことで、ある電気角度の範囲では、すべての相の電流が流れなくなり、当該範囲でｑ軸電流がゼロになるが、上述のように、二相の出力電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけるように残りのスイッチング素子（41）を動作させることで、ｑ軸電流がゼロになる範囲を狭くすることができる。よって、上述のような構成にすることで、通常のスイッチング制御に比べて、モータ（3）に、大きなトルクを安定して出力させることが可能となる。
【００１４】
上述の構成において、上記スイッチング制御手段（50a）は、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、当該スイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、上記スイッチング素子（41）が故障していない場合にＯＮ−ＯＦＦの切り換え動作を行う電気角度よりも大きい電気角度で行うように構成されているものとする（第２の発明）。
【００１５】
これにより、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲において、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）に電流の流れる電気角度の範囲を拡げることができ、その分、二相の交流電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけることができる。よって、通常のタイミングでスイッチング素子（41）の動作を切り換える場合よりも、ｑ軸電流がゼロになる範囲を狭くすることができ、これにより、モータ（3）に、大きなトルクを安定して出力させることができる。
【００１６】
また、上記スイッチング制御手段（50a）は、上記スイッチング素子故障検出手段（50b）によってスイッチング素子（41）の故障が検出された場合、当該スイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、電気角度で略９０度毎に行うように構成されているのが好ましい（第３の発明）。
【００１７】
こうすることで、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲において、できるだけ広い電気角度の範囲で２組の上下アーム（43,44）に二相の交流電流を流すことができ、該二相の交流電流の波形をより確実に正弦波に近づけることができる。よって、ｑ軸電流がゼロになる電気角度の範囲をできるだけ狭くすることができ、モータ（3）に、より大きなトルクをより安定して出力させることができる。
【００１８】
第４の発明は、油圧ポンプ（23）を備えた油圧機構（21）によって操舵補助力を発生させる車両のパワーステアリング装置を対象とする。そして、上記油圧ポンプ（23）は、モータ（3）によって駆動され、上記モータ（3）は、上記請求項１から３のいずれか一つのインバータ装置（4）によって駆動制御されるものとする。
【００１９】
以上の構成により、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）の１個が故障した場合でも、該インバータ装置（4）の駆動をすぐに停止することなくそのまま動作させて、モータ（3）によって油圧ポンプ（23）を駆動させることができる。すなわち、故障していない残りのスイッチング素子（41）の動作を制御して、二相の交流電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけることで、通常のスイッチング制御を行っている場合に比べてｑ軸電流がゼロになる範囲を狭くして、モータ（3）に、より大きなトルクをできるだけ安定して出力させることができる。
【００２０】
したがって、上記インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）の１個が故障しても、パワーステアリング装置（2）で操舵補助力を発生し続けることができ、これにより、車両の操舵性能が急激に悪化するのを防止することができる。
【００２１】
上述の構成において、車両の停止を検出する車両停止検出手段（52）をさらに備えていて、上記インバータ装置（4）は、上記車両停止検出手段（52）によって車両の停止が検出された場合に、駆動を停止するように構成されているのが好ましい（第５の発明）。
【００２２】
これにより、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）の１個が故障した場合、車両が停止するまでは該インバータ装置（4）を駆動させてパワーステアリング装置（2）から操舵補助力を得ることができ、走行中の車両の操舵性能が急激に悪化するのを防止できる一方、車両が停止した後、上記インバータ装置（4）を停止することで、安全な状態でインバータ装置（4）を速やかに停止させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上より、本発明に係るインバータ装置（4）によれば、３組の上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち１個のスイッチング素子（41）が故障した場合には、スイッチング制御手段（50a）によって、二相の出力電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、故障していない残りのスイッチング素子（41）を動作させることで、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲内で、すべての相の電流がゼロになる領域をできるだけ狭くすることができる。これにより、ｑ軸電流が大きく低下するのを防止することができ、通常のスイッチング制御に比べて、モータ（3）に、より大きなトルクをできるだけ安定して出力させることができる。したがって、上記インバータ装置（4）を車両のパワーステアリング装置（2）のモータ駆動に用いれば、１個のスイッチング素子（41）の故障で該モータ（3）が停止することなく、そのまま操舵補助力を発生させ続けることができ、走行中の車両の操舵性能が急激に悪化するのを防止できる。
【００２４】
また、第２の発明によれば、上記スイッチング制御手段（50a）は、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲内で、残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ切り換え動作を、上記スイッチング素子（41）が故障していない場合よりも大きい電気角度で行うように構成されているため、二相の出力電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけることができ、ｑ軸電流がゼロになる電気角度の範囲を狭くすることができる。したがって、１個のスイッチング素子（41）が故障した状態で通常のスイッチング制御を行う場合に比べて、モータ（3）に、大きなトルクを安定して出力させることができる。
【００２５】
また、第３の発明によれば、上記スイッチング制御手段（50a）は、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲内で、残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦの切り換え動作を、電気角度で略９０度毎に行うように構成されているため、二相の出力電流の波形をより確実に正弦波に近づけることができ、ｑ軸電流がゼロになる電気角度の範囲をできるだけ狭くすることができる。したがって、モータ（3）に、より大きなトルクをできるだけ安定して出力させることができる。
【００２６】
本発明に係るパワーステアリング装置（2）によれば、操舵補助力を発生する油圧機構（21）の油圧ポンプ（23）は、モータ（3）によって駆動され、該モータ（3）は、上記第１から第３の発明のいずれか一つのインバータ装置（4）によって駆動制御されるため、該インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が１個、故障した場合でも、モータ（3）を比較的、安定して駆動させることができ、上記油圧機構（21）によって操舵補助力を得ることができる。したがって、走行中の車両の操舵性が急激に悪化するのを確実に防止することができる。
【００２７】
また、第５の発明によれば、車両の停止を検出する車両停止検出手段（52）をさらに備えていて、上記インバータ装置（4）は車両の停止が検出された場合に駆動を停止するように構成されているため、車両停止まではインバータ装置（4）を駆動させて、油圧機構（21）によって操舵補助力を得る一方、車両停止後は、安全な状態でインバータ装置（4）を速やかに停止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２９】
本発明の実施形態に係るインバータ装置（4）は、図１に示すように、ステアリング機構（1）に設けられたパワーステアリング装置（2）のモータ（3）（負荷）を駆動制御するために用いられている。まず、ステアリング機構（1）全体について説明した後、インバータ装置（4）の具体的な構成等について説明する。
【００３０】
−ステアリング機構の全体構成−
上記ステアリング機構（1）は、運転者によって操作されるステアリングホイール（11）と、該ステアリングホイール（11）に連結された操舵軸部（12）と、両端部にタイロッド（図示省略）及びナックル（図示省略）を介して操舵輪（15,15）が連結されたラック軸部（13）と、操舵軸部（12）とラック軸部（13）とを連結するラック・ピニオン機構（14）とを備えている。つまり、運転者がステアリングホイール（11）を回転操作することによって、その回転がラック・ピニオン機構（14）を介してラック軸部（13）にその軸方向に沿った直線運動として伝達され、操舵輪（15,15）が転舵する。
【００３１】
上記パワーステアリング装置（2）は、上述のような運転者によるステアリングホイール（11）の操作の際に、操舵補助力を発生するための装置である。詳しくは、上記パワーステアリング装置（2）は、ラック軸部（13）に操舵補助力を供給するためのパワーシリンダ（20）と、該パワーシリンダ（20）を作動させるための油圧機構（21）とを備えている。
【００３２】
上記パワーシリンダ（20）は、ラック軸部（13）に一体的に設けられたピストン（20a）と、内部空間を該ピストン（20a）によって右室（20c）と左室（20d）とに仕切られたシリンダ（20b）とを有している。
【００３３】
上記油圧機構（21）は、リザーバタンク（22）内の作動油を上記パワーシリンダ（20）に供給するための油圧ポンプ（23）と、ステアリングホイール（11）の操作に応じて上記パワーシリンダ（20）へ供給する油量や油圧を調節するコントロールバルブ（24）と、上記油圧ポンプ（23）を駆動するモータユニット（7）とを備えている。
【００３４】
上記油圧ポンプ（23）には、吸入配管（23a）及び吐出配管（23b）が接続されている。この吸入配管（23a）の上流端は上記リザーバタンク（22）に接続されている一方、吐出配管（23b）の下流端は上記コントロールバルブ（24）に接続されている。そして、上記油圧ポンプ（23）は、モータ（3）で駆動されることによって、吸入配管（23a）を介してリザーバタンク（22）内の作動油を吸い上げ、その作動油を吐出配管（23b）及びコントロールバルブ（24）を介してパワーシリンダ（20）に供給するように構成されている。
【００３５】
上記コントロールバルブ（24）は、操舵軸部（12）の回転が直接的又は間接的に入力されるように構成されているとともに、その操舵軸部（12）の回転、即ち、ステアリングホイール（11）の操作に応じて、油圧ポンプ（23）から配管（25a,25b）を介してパワーシリンダ（20）の右室（20c）又は左室（20d）へ供給される作動油の油量、油圧、供給方向を調節するように構成されている。具体的には、上記コントロールバルブ（24）は、ステアリングホイール（11）が一方向に回転操作されたときには、油圧ポンプ（23）から圧送された作動油を配管（25a,25b）の一方を介してシリンダ（20b）の右室（20c）及び左室（20d）の一方へ供給する。また、上記コントロールバルブ（24）は、ステアリングホイール（11）が他方向に回転操作されたときには、油圧ポンプ（23）から圧送された作動油を配管（25a,25b）の他方を介してシリンダ（20b）の右室（20c）及び左室（20d）の他方へ供給する。なお、上記パワーシリンダ（20）の左右室（20c,20d）の一方に作動油が供給されると、他方の室内の作動油は、配管（25a,25b）の一方を介してコントロールバルブ（24）に戻り、戻り配管（24a）を介してリザーバタンク（22）へ戻される。
【００３６】
以上の構成により、パワーシリンダ（20）のシリンダ（20b）の右室（20c）及び左室（20d）の何れか一方に作動油が供給されると、シリンダ（20b）内のピストン（20a）に油圧が作用し、ラック軸部（13）に操舵補助力が作用することになる。
【００３７】
上記モータユニット（7）は、油圧ポンプ（23）を駆動するブラシレスＤＣモータ（3）（以下、単にモータともいう）と、後述するように該モータ（3）の駆動制御を行うインバータ装置（4）とを備えている。
【００３８】
上記モータ（3）は、特に図示しないが、永久磁石が設けられたロータと該ロータの周囲に配設され且つ巻線を有するステータとを備えている。このロータに設けられた永久磁石は、例えば希土類磁石である。上記モータ（3）は、インバータ装置（4）からステータの巻線に三相交流が供給されることによって駆動される。
【００３９】
−インバータ装置の構成−
上記インバータ装置（4）は、図２に示すように、コンバータ部（30）と、インバータ部（40）と、制御部（50）とを備えている。すなわち、上記インバータ装置（4）は、交流電力をコンバータ部（30）によって整流し、その直流をインバータ部（40）によって三相交流に変換して上記モータ（3）へ供給するものである。
【００４０】
上記コンバータ部（30）は、交流電源（5）に接続され、交流電力を整流するように構成されている。具体的には、上記コンバータ部（30）は、交流電源（5）に対して接続されるブリッジ回路（31）と、該ブリッジ回路（31）の出力側に接続される平滑回路（32）と、を備えている。
【００４１】
上記ブリッジ回路（31）は、例えば４つのダイオードがブリッジ状に結線された一般的な構成のダイオードブリッジ回路である。つまり、このブリッジ回路（31）は、整流回路を構成している。上記平滑回路（32）は、上記ブリッジ回路（31）の出力側に設けられていて、電圧を平滑化するためのコンデンサ（C）を備えている。
【００４２】
上記インバータ部（40）は、上記コンデンサ（C）の直流を三相交流に変換し、モータ（3）へ供給するように構成されている。詳しくは、上記インバータ部（40）は、複数のスイッチング素子（41,41,…）を有していて、これらのスイッチング素子（41,41,…）のスイッチング動作によって、上記コンバータ部（30）から出力される直流電圧を三相交流電圧へ変換するように構成されている。
【００４３】
具体的には、上記インバータ部（40）では、６個のスイッチング素子（41,41,…）を有していて、それらが三相ブリッジ結線されている。つまり、上記インバータ部（40）は、互いに直列に接続された２個のスイッチング素子(41,41）からなる３組の上下アーム（42,43,44）が並列に接続されていて、各上下アーム（42,43,44）の中間点が上記モータ（3）の三相に接続されている。したがって、各上下アーム（42,43,44）を流れる電流が三相の各相の電流に対応している。
【００４４】
ここで、上記図２において、符号42a、43a、44aは、コンデンサ（C）の正極側に位置するスイッチング素子（41）を備えた上アームを、符号42b、43b、44bは、コンデンサ（C）の負極側に位置するスイッチング素子（41）を備えた下アームを、それぞれ示している。
【００４５】
上記各スイッチング素子（41）は、例えばＩＧＢＴによって構成されている。なお、このスイッチング素子（41）は、スイッチング動作できるものであれば、ユニポーラ型トランジスタのＭＯＳＦＥＴなどであってもよい。
【００４６】
また、上記各スイッチング素子（41）には、それぞれ、ダイオード（45）が逆並列に設けられているとともに、該スイッチング素子（41）を駆動するためのゲート駆動回路（46）も設けられている。このゲート駆動回路（46）は、後述するように上記制御部（50）から出力された信号（ゲート信号）に応じて、上記スイッチング素子（41）にＯＮ−ＯＦＦ動作を行わせるように構成されている。
【００４７】
上記制御部（50）は、上記モータ（3）をベクトル制御できるように、インバータ部（40）の動作を制御可能に構成されている。具体的には、上記制御部（50）は、上記モータ（3）に流れる電流を検出する電流検出センサ（51）の検出信号に基づいて、該モータ（3）に図３に示すような三相の交流電流が流れるように、上記ゲート駆動回路（46）に対してゲート信号を出力するよう構成されている。
【００４８】
また、上記制御部（50）は、上述のように上記電流検出センサ（51）の検出信号に基づいてゲート信号を出力するスイッチング制御部（50a）（スイッチング制御手段）と、該電流検出センサ（51）の検出信号に基づいて上記インバータ部（40）のスイッチング素子（41）の故障検出を行うスイッチング素子故障検出部（50b）（スイッチング素子故障検出手段）と、を備えている。ここで、スイッチング素子（41）の故障とは、ゲート駆動回路（46）を動作させても、該スイッチング素子（41）をＯＮ状態に切り換えできない状態を意味する。
【００４９】
上記スイッチング故障検出部（50b）は、上記電流検出センサ（51）の検出信号に基づいて、モータ（3）の出力の欠相を検出するとともに、上記スイッチング制御部（50a）から出力されるゲート信号と上記検出信号との比較により、どのスイッチング素子（41）が故障しているかを検出できるように構成されている。この欠相の検出方法及び故障しているスイッチング素子（41）の検出方法は、従来と同じなので、詳しい説明については省略する。
【００５０】
上記スイッチング制御部（50a）は、詳しくは後述するように、通常時にはモータ（3）に三相の交流電流が流れるように所定のタイミングでゲート信号を出力する一方、上記インバータ部（40）のスイッチング素子（41）が１個、故障した場合には、二相の電流の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、残りのスイッチング素子（41）に対してゲート信号を出力するように構成されている。また、上記スイッチング制御部（50a）は、車両の停止を検出する車両停止検出手段（52）（例えば速度センサやクランク角センサなど）から、車両が停止した状態を示す停止信号が入力された場合には、すべてのゲート信号の出力を停止して、インバータ装置（4）の駆動を停止するように構成されている。このように、上記車両停止検出手段（52）からの停止信号に応じてインバータ装置（4）の駆動を停止することで、詳しくは後述するように、車両が停止した後、安全な状態でインバータ装置（4）を速やかに停止させることができる。
【００５１】
ここで、上記スイッチング制御部（50a）は、通常、モータ（3）に流れる各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流が正弦波の波形（図３参照）になるようにインバータ部（40）の動作を制御している。すなわち、一般的に、ｄｑ軸で考えれば、ｄ軸方向の電流はゼロに、ｑ軸方向の電流（iq）（ｑ軸電流）はモータ（3）の所望のトルクに比例した電流に制御するのがもっとも効率のよいモータ（3）の出力制御となるが、この場合には、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流波形が正弦波となるからである。
【００５２】
ところが、例えば三相のうちＵ相の上アーム（42a）のスイッチング素子（41）が何らかの原因で故障して通電不能になると、図４に示すように、Ｕ相のプラス方向（モータへ流れる方向）の電流が流れなくなるうえ、Ｖ相、Ｗ相でも該Ｕ相の上アーム（42a）を介して下アーム（43b,44b）に流れるパターンでは電流が流れなくなってしまう。そのため、上記図４に示すように、電気角度で６０〜１２０度の範囲では、モータ（3）に電流の流れない状態が発生し、ｑ軸電流（iq）もこの範囲ではゼロになる。そうすると、モータ（3）に、安定してトルクを出力させることができなくなり、油圧ポンプ（23）によって油圧機構（21）で十分な操舵補助力を生じさせることができなくなる。
【００５３】
ところで、上述のようにインバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が１個でも故障した場合には、該インバータ装置（4）の駆動を停止するのが一般的だが、車両のパワーステアリング装置（2）のモータ（3）に用いられるインバータ装置（4）を、車両の走行中にすぐに停止させると、操舵補助力が急激に失われて車両の操舵性が著しく悪化するため、安全性上好ましくない。
【００５４】
そこで、本発明の特徴部分として、上記スイッチング素子故障検出部（50b）によって、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が１個、故障したことが検出された場合であっても、故障していない残りのスイッチング素子（41）を用いて、モータ（3）にできるだけ大きいトルクを安定して出力させるようにした。
【００５５】
具体的には、上記残りの２組の上下アーム（43,44）に流れる二相の交流電流（iv,iw）ができるだけ正弦波に近づくように、スイッチング制御部（50a）によって残りのスイッチング素子（41）の動作を制御するようにした。その一例を図５に示す。この図５のケースでは、Ｕ相の上アーム（42a）のスイッチング素子（41）が故障しているため、残りのＵ相の下アーム（42b）及びＶ、Ｗ相の上下アーム（43,44）のスイッチング素子（41）を用いて、Ｖ、Ｗ相に流れる電流（iv,iw）の波形がなるべく正弦波に近づくようにした。これにより、上記図５に示すように、ｑ軸電流（iq）がゼロになる電気角度の範囲が、上記図４に示す範囲よりも狭くなり、モータ（3）に、より大きなトルクを安定して出力させることができる。
【００５６】
上記残りのスイッチング素子（41）のうち、スイッチング素子（41）が故障していない２組の上下アーム（43,44）のスイッチング素子（41）の制御について、上記図５の場合を例にして、以下でより詳しく説明する。
【００５７】
すなわち、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲（例えば３６０〜４８０度）では、通常（スイッチング素子の正常時）、電気角度で略６０度毎に切り換えるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ状態を、略９０度毎に切り換えるようにした。具体的には、上述の電気角度の範囲において、Ｗ相の上アーム（44a）のスイッチング素子（41）を電気角度で略９０度（通常は６０度）の範囲でＯＮにする一方、同じくＶ相の下アーム（43b）のスイッチング素子（41）を電気角度で略９０度（通常は６０度）の範囲でＯＮにする。その後、上記Ｗ相の上アーム（44a）及びＶ相の下アーム（43b）のスイッチング素子（41）をＯＦＦにするとともに、Ｗ相の下アーム（44b）及びＶ相の上アーム(43a）のスイッチング素子（41）をそれぞれ電気角度で略９０度の範囲でＯＮにする。
【００５８】
これにより、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになる電気角度の範囲で、Ｖ相及びＷ相の電流（iv,iw）はより正弦波に近い波形を描くようになるため、ｑ軸電流（iq）がゼロになる範囲をできるだけ狭くすることができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、Ｕ相の上アーム（42a）のスイッチング素子（41）が故障した場合について説明したが、それ以外のアームのスイッチング素子（41）が故障した場合でも、同様に、二相（Ｖ相、Ｗ相）の電流波形が正弦波になるように、残りのスイッチング素子（41）を制御するようにすればよい。この場合、スイッチング素子（41）が１個、故障した場合のスイッチング制御のパターンは、どのアームのスイッチング素子（41）が故障したかによって異なるが、すべてのパターンが上記制御部（50）内に予め記憶されているものとする。
【００６０】
−パワーステアリング装置の動作−
次に、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が故障した際のパワーステアリング装置（2）の動作について、図６のフローに基づいて説明する。
【００６１】
上記図６のフローがスタートすると、まず、ステップＳ１において、スイッチング制御部（50a）から出力されているゲート信号がＯＮであるにもかかわらず、電流の流れていない相があるかどうかの判定を行う。具体的には、スイッチング素子故障検出部（50b）において、モータ（3）に流れる電流を検出する電流検出センサ（51）の出力に基づき、ゲート信号に対応して各相で所望の電流値が得られているかどうかの判定を行う。
【００６２】
上記ステップＳ１で電流の流れていない相がないと判定された場合（ＮＯの場合）には、電流の流れていない相があると判定されるまで該ステップＳ１の判定を繰り返す一方、上記ステップＳ１で電流の流れていない相があると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ２で故障しているアームを検出し、ステップＳ３で乗員に対してエラー信号を発信する。なお、このエラー信号は、例えば図示しない運転席の計器パネルに設けられた警告ランプを点灯させるような信号であってもよいし、音声によって乗員に報知するような信号であってもよい。このように、エラー信号を発信することで、乗員に対して、パワーステアリング装置（3）のインバータ装置（4）に異常が発生して、操舵補助力が若干、低下する旨を報知することができる。
【００６３】
続くステップＳ４では、故障しているアーム（42a）のスイッチング素子（41）をＯＮ動作させることなく、二相の電流（iv,iw）の波形がそれぞれ正弦波に近づくような通電パターンに変更する。具体的には、故障しているスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、通常の電気角度（略６０度）よりも大きい電気角度（略９０度）で、スイッチング素子が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作の切り換えを行うようにする。これにより、図５に示すように、二相の電流の波形をそれぞれ正弦波に近づけてｑ軸電流（iq）がゼロになる電気角度の範囲をできるだけ狭くすることができる。したがって、モータ（3）にできるだけ大きなトルクを安定して出力させることが可能となるため、パワーステアリング装置（2）の油圧機構（21）で操舵補助力を得ることができ、車両の操舵性が急激に悪化するのを確実に防止することができる。
【００６４】
続くステップＳ５では、車両が停止したかどうかを、車両停止検出手段（52）から停止信号が出力されたかどうかによって判定する。このステップＳ５で、車両が停止していないと判定された場合（ＮＯの場合）には、車両が停止するまでこのステップＳ５の判定を繰り返す一方、車両が停止したと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ６に進んで、インバータ装置（4）の駆動を停止するとともに、起動しないように設定し、且つ乗員に対してアラーム信号を発信する。その後、このフローを終了する（エンド）。
【００６５】
なお、上記アラーム信号も、上記エラー信号と同様、例えば図示しない運転席の計器パネルに設けられた警告ランプを点灯させるような信号であってもよいし、音声によって乗員に報知するような信号であってもよい。このように、アラーム信号を発信することで、乗員に対して、パワーステアリング装置（2）の操舵補助力が得られない状態であることを報知しつつ、インバータ装置（4）の修理を促すことができる。
【００６６】
−実施形態の効果−
以上より、この実施形態によれば、２個のスイッチング素子（41）を直列に接続してなる上下アーム（42,43,44）を３組、備え、モータ（3）に３相の交流電流を通電可能に構成されたインバータ装置（4）において、該上下アーム（42,43,44）を構成するスイッチング素子（41）のうち、１個のスイッチング素子（41）が故障した場合、二相の電流（iv,iw）の波形がそれぞれ正弦波に近づくように、残りのスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作をスイッチング制御部（50a）によって制御することで、通常のスイッチング制御の場合（図４参照）に比べて、ｑ軸電流（iq）がゼロになる電気角度の範囲を狭くすることができ（図５参照）、モータ（3）にできるだけ大きなトルクを安定して出力させることができる。
【００６７】
具体的には、上記スイッチング制御部（50a）は、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作の切り換えを、上記スイッチング素子（41）が故障していない場合に切り換えるときの電気角度よりも大きい略９０度毎に行うことで、二相（Ｖ相、Ｗ相）の電流波形をより確実に正弦波に近づけることができる。
【００６８】
また、モータ（3）によって油圧ポンプ（23）を駆動し、該油圧ポンプ（23）を含む油圧機構（21）で操舵補助力を得るように構成されたパワーステアリング装置（2）において、上述のような構成のインバータ装置（4）を用いて上記モータ（3）を駆動することで、該インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が１個、故障した場合でも、残りのスイッチング素子（41）によって、モータ（3）にほぼ安定してトルクを出力させることができる。したがって、車両の走行中に上記インバータ装置（4）を停止することなく、乗員のステアリングホイール（11）の操作に応じて操舵補助力を発生し続けることができ、車両の操舵性が急激に悪化するのを防止することができる。これにより、車両走行時の安全性を確保することができる。
【００６９】
さらに、上記インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が故障した場合、車両停止検出手段（52）によって車両が停止したことを検出した後、該インバータ装置（4）は駆動を停止するように構成されているため、上述のように、車両の走行中に急に操舵補助力がなくなるのを防止しつつ、車両が停止した後の安全な状態でインバータ装置（4）の駆動を速やかに停止することができる。なお、インバータ装置（4）内のスイッチング素子（41）が故障した際や、車両停止後に該インバータ装置（4）の駆動を停止した際などに、エラー信号やアラーム信号を発信することで、乗員に異常を確実に報知することができる。
【００７０】
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００７１】
すなわち、上記実施形態では、故障したスイッチング素子（41）が正常時にＯＮになるような電気角度の範囲では、スイッチング素子（41）が故障していない残り２組の上下アーム（43,44）におけるスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作の切り換えを、電気角度で略９０度毎に行うようにしているが、この限りではなく、スイッチング素子（41）が故障していない場合にＯＮ−ＯＦＦ動作を切り換える電気角度（略６０度毎）よりも大きい電気角度であれば、何度であってもよい。なお、９０度よりも小さい電気角度で切り換える場合には、図５のように同じ電気角度でスイッチング素子（41）のＯＮ−ＯＦＦ動作の切り換えが行われなくなるため、二相の電流（上記実施形態では、Ｖ相、Ｗ相）がゼロになる電気角度の範囲が生じるが、その範囲は図４の場合よりも狭いことから、モータ（3）に、図４の場合よりも大きなトルクを安定して出力させることができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、車両のパワーステアリング装置（2）において、油圧機構（21）の油圧ポンプ（23）を駆動するモータ（3）の駆動制御用として、上記インバータ装置（4）を用いているが、この限りではなく、例えば、電車やエレベータなどのモータの駆動制御用として上記インバータ装置（4）を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上説明したように、本発明は、２個のスイッチング素子が直列に接続されてなる上下アームを３組、備え、負荷に対して三相の交流電流を通電可能に構成されたインバータ装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る車両のステアリング機構の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、インバータ装置の概略構成を示す図である。
【図３】図３は、正常時の電流波形を示す図である。
【図４】図４は、スイッチング素子が１個、故障した際に、従来と同様のスイッチング制御を行った場合の電流波形を示す図である。
【図５】図５は、スイッチング素子が１個、故障した際に、本発明の実施形態に係るインバータ装置でスイッチング制御を行った場合の図４相当図である。
【図６】図６は、インバータ装置内のスイッチング素子が１個、故障した場合のパワーステアリング装置の動作を示すフローである。
【符号の説明】
【００７５】
2       パワーステアリング装置
3       ブラシレスＤＣモータ（負荷、モータ）
4       インバータ装置
21      油圧機構
23      油圧ポンプ
41      スイッチング素子
42,43,44  上下アーム
50      制御部
50a     スイッチング制御部（スイッチング制御手段）
50b     スイッチング素子故障検出部（スイッチング素子故障検出手段）
52      車両停止検出手段
【図１】
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【図２】
2009071975.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009071975.tif 000006
【図５】
2009071975.tif 000007
【図６】
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