電力変換装置
【課題】電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】 電源の正負両端に接続される電源線Ｐ、Ｎの間に、接続されたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の順方向導通時に流れる電流の向きと逆方向で、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の低電位側端子とダイオードＤ１〜Ｄ６のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子側に接続され、電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された検出電流に基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の故障を検出する故障検出手段とを備える。
【解決手段】 電源の正負両端に接続される電源線Ｐ、Ｎの間に、接続されたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の順方向導通時に流れる電流の向きと逆方向で、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の低電位側端子とダイオードＤ１〜Ｄ６のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子側に接続され、電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって検出された検出電流に基づいてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の故障を検出する故障検出手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各相に備えられたスイッチング素子を用いて、電動機の各相に電圧を印加することで電動機の各相に電流を流して電動機を駆動するインバータと、インバータの各相のスイッチング素子にそれぞれ直列に配置された電流検出器と、インバータのスイッチング素子をＯＮする所定の組み合せを示すテストパターンを記憶し、このテストパターンと当該テストパターンの応答として電流検出器で検出される各相の電流検出値とに基づいて短絡故障箇所を特定する短絡箇所特定手段とを備えた電動機装置であって、インバータの各相の上側又は下側のいずれか１つのスイッチング素子をオンさせると共に、他のスイッチング素子をオフさせて、下側スイッチング素子のグランド側に直列に接続された電流検出値が過電流を示す値より大きい場合に、当該他のスイッチング素子が故障した、と判断するものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２９６５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スイッチング素子に接続されたダイオードが短絡故障した場合でも、当該スイッチング素子が故障していると判定してしまう問題があった。
【０００５】
本発明は、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定することができる電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、スイッチング素子の低電位側端子と、ダイオードのアノード端子との接続点よりもスイッチング素子側に接続され、電流を検出する電流検出手段を備えることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スイッチング素子の故障の有無に応じて、電流検出手段の検出電流が変化するため、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図２】図１のインバータのＵ相の回路を示す回路図である。
【図３】図１のモータ制御システムの回路図である。
【図４】図１の電力変換装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の電力変換装置の制御手順のうち、上アーム回路における故障検知の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】図１の電力変換装置の制御手順のうち、下アーム回路における故障検知の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の変形例に係る電力変換装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を含むモータ制御システムを示すブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ１０２を走行駆動源として走行する車両であり、モータ１０２は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）にも本発明を適用可能であり、車両以外の装置の電力変換装置にも適用可能である。
【００１１】
本例のモータ駆動システムは、上述した三相交流モータ１０２と、モータ１０２の電源であるバッテリ１０１と、当該バッテリ１０１の直流電力を交流電力に変換するインバータ１００と、を備える。インバータ１００の回路内はバスバーで接続されており、バッテリ１０１とインバータ１００との接続及びインバータ１００とモータ１０２との接続は例えば強電ハーネスで接続されている。
【００１２】
バッテリ１０１は、直流電源であって、インバータ１００に接続されている。バッテリ１０１には、例えばリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。バッテリ１０１とインバータ１００との間には、図示しないリレーが接続されており、当該リレーは車両のキースイッチ（図示しない）のＯＮ／ＯＦＦ操作に連動して駆動する。なお、モータ１０２は発電機としても作用し、モータ１０２により発電された交流電力は、インバータ１００により直流に変換され、バッテリ１０１に入力され、バッテリ１０１が充電される。
【００１３】
インバータ１００は、上アーム回路１０、３０、５０と、下アーム回路２０、４０、６０と、平滑用のコンデンサ７１と、放電抵抗７２と、駆動回路８０と、制御部９０とを有し、バッテリ１０１の直流電力を交流電力に変換して、モータ１０２に供給する。上アーム回路１０、３０、５０は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５とダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５とをそれぞれ並列に接続した回路であり、下アーム回路２０、４０、６０は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６とダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６とをそれぞれ対応して並列に接続した回路である。本例では、２つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を直列に接続した３対の回路が、電源線Ｐ及び電源線Ｎとの間に接続されることにより、バッテリ１０１に並列に接続され、各対のスイッチング素子を接続する各接続点とモータ１０２の三相入力部とがそれぞれ電気的に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、例えば、絶縁ゲートパイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または、ＭＯＳＦＥＴが用いられる。各ダイオードＤ１〜Ｄ６には、例えばＦＲＤ（Ｆａｓｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｄｉｏｄｅ）が用いられ、以下、本例では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６として、ＩＧＢＴを用いる。
【００１４】
図１に示す例でいえば、スイッチング素子Ｑ１とＱ２、スイッチング素子Ｑ３とＱ４、スイッチング素子Ｑ５とＱ６がそれぞれ対になって直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の間とモータ４のＵ相、スイッチング素子Ｑ３とＱ４の間とモータ４のＶ相、スイッチング素子Ｑ５とＱ６の間とモータ４のＷ相がそれぞれ接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御部９０により制御され、高周波でスイッチングされる。
【００１５】
スイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子はダイオードＤ１のカソード端子に接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子はダイオードＤ１のアノード端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲート端子は駆動回路８０に接続されている。他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６の各端子も同様に、ダイオードＤ２〜Ｄ６の各端子及びコントローラ１０８に接続されている。各ダイオードＤ１〜Ｄ６は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の順方向に対して、逆方向に接続されている。
【００１６】
上アーム回路１０、３０、５０には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のエミッタ電流を検出するための電流センサ１１、３１、５１と、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のコレクタ電流を検出するための電流センサ１２、３２、５２が設けられている。下アーム回路２０、４０、６０には、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のエミッタ電流を接続するための電流センサ２１、４１、６１が設けられている。また、電源線Ｐ及び電源線Ｎの間の中間電位を測定するための電圧センサ７３が、上アーム回路１０と下アーム回路２０との間に接続されている。
【００１７】
電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１は、例えばシャント抵抗、ホール効果素子、オンチップセンサ等を用いて、電流を検出する。また電圧センサ７３は、バスバーに対して抵抗値の高い、例えば直径を細くしたワイヤなどを接続して電圧を検出する、あるいは、四端子方、四端子対法などを用いて電圧を検出する。
【００１８】
ここで、図１及び図２を用いて、電流センサ１１、１２、２１及び電圧センサ７３の接続について、説明する。図２は、図１に示すインバータ１００の回路のうち、Ｕ相部分の回路を示す回路図である。なお、上アーム回路３０、下アーム回路４０における、電流センサ３１、３２、４１の接続、及び、上アーム回５０及び下アーム回路６０における、電流センサ５１、５２、６１の接続は、上アーム回路１０、下アーム回路２０における、電流センサ１１、１２、２１の接続と同様であるため、説明を省略する。
【００１９】
図２に示すように、電流センサ１１は、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子とダイオードＤ１のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ１側に接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子に流れる電流を検出する。言い換えると、電流センサ１１とスイッチング素子Ｑ１との接続点が、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子とダイオードＤ１のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ１側にある。なお、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と電流センサ１１の接続端子とを接続する場合には、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と電流センサ１１の接続端子との接続点は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間の接続線とダイオードＤ１のアノード端子との接続点より、スイッチング素子Ｑ１側にあればよい。
【００２０】
電流センサ１２は、電源線Ｐと、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子及びダイオードＤ１のカソード端子の接続点との間に接続され、電源線Ｐとスイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子及びダイオードＤ１のカソード端子との間に流れる電流を検出する。
【００２１】
電流センサ２１は、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子と、ダイオードＤ２のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ２側に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子に流れる電流を検出する。言い換えると、電流センサ２１とスイッチング素子Ｑ２との接続点が、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子とダイオードＤ２のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ２側にある。なお、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子と電流センサ２１の接続端子とを接続する場合には、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子と電流センサ２１の接続端子との接続点は、スイッチング素子Ｑ２と電源線Ｎとの間の接続線とダイオードＤ２のアノード端子との接続点より、スイッチング素子Ｑ２側にあればよい。
【００２２】
電圧センサ７３は、上アーム回路１０及び下アーム回路２０の直列回路とモータ１０２のＵ相入力部との接続点と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端及びダイオードＤ２のカノード端子の接続点との間に接続され、上アーム回路１０と下アーム回路２０との間であって、モータ１０２の三相入力部との接続点における電位を検出する。
【００２３】
これにより、本例は、電流センサ１１、１２とスイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１とを対応させて接続し、電流センサ２１とスイッチング素子Ｑ２及びダイオードＤ２とを対応させ、電流センサ３１、３２とスイッチング素子Ｑ３及びダイオードＤ３とを対応させ、電流センサ４１とスイッチング素子Ｑ４及びダイオードＤ４を対応させ、電流センサ５１、５２とスイッチング素子Ｑ５及びダイオードＤ５とを対応させ、電流センサ６１とスイッチング素子Ｑ６及びダイオードＤ６を対応させて接続する。
【００２４】
図１に戻り、駆動回路８０は、制御部９０により生成されるスイッチング信号に基づいて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート端子に駆動信号を送信することで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン及びオフを切り換えるための駆動回路である。
【００２５】
制御部９０は、ユーザによるアクセル操作等に基づき、外部から入力されるトルク指令と、モータ１０２に設けられた回転子位置センサ（図示しない）の検出値、モータ１０２の各相の相電流を検出する電流センサ（図示しない）の検出電流、及び、バッテリ１０１の電圧を検出する電圧センサ（図示しない）の検出電圧を読み込み、モータ１０２からの出力トルクがトルク指令と一致させるよう、スイッチング信号（ＰＷＭ信号）を生成し、駆動回路８０に送信する。
【００２６】
また制御部９０は、電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１の検出値及び電圧センサ７３の検出値に基づき、インバータ１００の回路における故障箇所を特定する。
【００２７】
次に、図１及び図３を用いて、制御部９０の制御内容のうち、回路の故障箇所を検知する制御について、説明する。ここで、図３に示すように、電流センサ１１はＵ相のうち、Ｐ側（正極側）のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ電流を検出するセンサであるため、電流センサ１１の検出電流をＩｓｐｅ（ｕ）とし、電流センサ１２の検出電流をＩｓｐｃ（ｕ）と称し、電流センサ２１の検出電流をＩｓｎｅ（ｕ）２１とする。そして、Ｖ相、Ｗ相についても、電流センサ３１の検出電流をＩｓｐｅ（ｖ）３１とし、電流センサ３２の検出電流をＩｓｐｃ（ｖ）、電流センサ４１の検出電流をＩｓｎｅ（ｖ）、電流センサ５１の検出電流をＩｓｐｅ（ｗ）と称し、電流センサ５２の検出電流をＩｓｐｃ（ｗ）、電流センサ６１の検出電流をＩｓｎｅ（ｗ）とする。また、電圧センサ７３の検出電圧をＶｓｎｃとする。図３は、本例のモータ制御システムの回路図であって、電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１の各検出電流及び電圧センサ７２の検出電圧に付された記号を説明するための図である。
【００２８】
まず、弱電系の制御回路を電気的に導通させることで、本例のモータ制御システムを起動させて、インバータ１００とバッテリ１０１との間の図示しないリレースイッチをオンさせることで、インバータ１００とバッテリ１０１との間を導通させて、モータ１０２を制御する前に（すなわちスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のいずれもオフの状態で）、以下の故障箇所の検知制御を開始する。
【００２９】
制御部９０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６の故障箇所を特定するために、電圧センサ７３の検出電圧（Ｖｓｎｃ）を用いて、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のどちらの回路で短絡故障が生じているか否かを判定する。
【００３０】
制御部９０には、上アーム回路１０、３０、５０で故障が生じていることを示す閾値電圧（Ｖｐｎ）及び下アーム回路２０、４０、６０で故障が生じていることを示す閾値電圧（０（Ｖ））が予め設定されている。例えば、スイッチング素子Ｑ１またはダイオードＤ１で短絡故障が生じている場合には、上アーム回路１０と電源線Ｐとの接続点から、上アーム回路１０と下アーム回路２０との接続点との間が短絡するため、Ｖｓｎｃは、バッテリ１０１の電圧である強電電圧（Ｖｐｎ）を検出する。上アーム回路３０に含まれるスイッチング素子Ｑ３またはダイオードＤ３が短絡故障した場合、あるいは、上アーム回路５０に含まれるスイッチング素子Ｑ５またはダイオードＤ５が短絡故障した場合にも、同様に、上アーム回路３０内、あるいは、上アーム回路５０内で短絡し、モータ１０２のＵ相の接続線を介して、電圧センサ７３の接続点まで導通する。そのため、Ｖｓｎｃは、バッテリ１０１の電圧である強電電圧（Ｖｐｎ）を検出する。すなわち、制御部９０は、ＶｓｎｃがＶｐｎである場合に、上アーム回路１０、３０、５０で故障が生じていると判断する。
【００３１】
また、例えば、スイッチング素子Ｑ２またはダイオードＤ２で短絡故障が生じている場合には、下アーム回路２０の正極側から下アーム回路２０と電源線Ｎとの接続点まで短絡するため、Ｖｓｎｃは、バッテリ１０１の負極側の電位である０（Ｖ）を検出する。下アーム回路４０に含まれるスイッチング素子Ｑ４またはダイオードＤ４が短絡故障した場合、あるいは、下アーム回路６０に含まれるスイッチング素子Ｑ６またはダイオードＤ６が短絡故障した場合にも、同様に、下アーム回路４０内、あるいは、下アーム回路６０内で短絡し、電源線Ｎからモータ１０２のＵ相の接続線を介して、電圧センサ７３の接続点まで導通する。そのため、Ｖｓｎｃは、０（Ｖ）を検出する。すなわち、制御部９０は、Ｖｓｎｃが０（Ｖ）である場合に、下アーム回路２０、４０、６０で故障が生じていると判断する。
【００３２】
制御部９０は、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のいずれかで短絡故障が生じていることを特定すると、上アーム回路１０、３０、５０が故障している場合には、Ｉｓｐｃ（ｕ）、Ｉｓｐｃ（ｖ）、Ｉｓｐｃ（ｗ）、Ｉｓｐｅ（ｕ）、Ｉｓｐｅ（ｖ）及びＩｓｐｅ（ｗ）に基づいて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５及びダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のどの素子で短絡故障が生じているかを特定し、下アーム回路１０、３０、５０が故障している場合には、Ｉｓｐｃ（ｕ）、Ｉｓｐｃ（ｖ）、Ｉｓｐｃ（ｗ）、Ｉｓｎｅ（ｕ）、Ｉｓｎｅ（ｖ）及びＩｓｎｅ（ｗ）に基づいて、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６及びダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６のどの素子で短絡故障が生じているかを特定する。
【００３３】
上アーム回路１０、３０、５０における故障箇所の検知制御について説明する。制御部９０は、上アーム回路１０、３０、５０で故障していると検知した場合には、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ４またはスイッチング素子Ｑ６のいずれかの素子のゲート端子に検知パルスを印加することにより、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ４またはスイッチング素子Ｑ６のいずれかをオン状態として、上アーム回路１０、３０、５０の回路内に含まれる素子の導通状態を検知する。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６への検知パルスの入力は、Ｕ相から始まり、Ｖ相、Ｗ相に順に入力する。制御部９０は、Ｕ相のスイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加している場合には、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１での短絡故障を検知し、Ｖ相のスイッチング素子Ｑ４に検知パルスを入力している場合には、スイッチング素子Ｑ３及びダイオードＤ３での短絡故障を、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ６に検知パルスを入力している場合には、スイッチング素子Ｑ５及びダイオードＤ５での短絡故障を検知する。
【００３４】
検知パルスは、故障箇所を特定するためにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン及びオフを切り換えるための信号（検知パルスをスイッチング素子のゲート端子に供給することによりオンさせ、供給しないことによりオフさせる信号）であり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を破壊しない程度の電流をスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流すための故障検知用の信号である。また検知パルスのオン時間（供給時間）は、パルスをスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート端子に入力して電流を流すことで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が発熱しない程度の時間に設定されている。
【００３５】
スイッチング素子Ｑ１で短絡故障が生じている場合に、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加すると、バッテリ１０１からの微少電流が、電源線Ｐからスイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子及びエミッタ端子を通り、スイッチング素子Ｑ２を通り、電源線Ｎへ流れ、電流センサ１１、１２が当該電流を検出する。そのため、制御部９０は、Ｉｓｐｃ（ｕ）及びＩｓｐｅ（ｕ）がゼロでない場合には、スイッチング素子Ｑ１で短絡故障が生じていると判断する。
【００３６】
また、ダイオードＤ１で短絡故障が生じている場合に、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加すると、バッテリ１０１からの微少電流が、電源線ＰからダイオードＤ１を通り、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子に入り、スイッチング素子Ｑ２を通り、電源線Ｎへ流れる。この時、電流センサ１２は当該電流を検出するが、電流センサ１１はダイオードＤ１の接続点よりスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子側に接続されているため、電流センサ１１は当該電流を検出しない。そのため、制御部９０は、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロではなく、かつ、Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロである場合には、ダイオードＤ１で短絡故障が生じていると判断する。
【００３７】
また、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１で故障が生じていない場合に、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加すると、バッテリ１０１からの微少電流は、オフ状態のスイッチング素子Ｑ１、及び、当該微少電流に対し逆向きのダイオードＤ１を流れず、電流センサ１１、１２は電流を検出しない。そのため、制御部９０は、Ｉｓｐｃ（ｕ）及びＩｓｐｅ（ｕ）がゼロである場合には、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１は正常であると判断する。そして、Ｕ相において、短絡故障が検知されない場合には、制御部９０は、検知していない他の相に移行し、上アーム回路３０、５０の故障検知を行う。
【００３８】
上アーム回路３０、５０における短絡故障検知は、Ｕ相である上アーム回路１０での検知方法と同様であり、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ４に検知パルスを印加し、Ｉｓｐｃ（ｖ）及びＩｓｐｅ（ｖ）がゼロでない場合にはスイッチング素子Ｑ３で短絡故障が生じていると判断し、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロではなく、かつ、Ｉｓｐｅ（ｖ）がゼロである場合には、ダイオードＤ３で短絡故障が生じていると判断し、Ｉｓｐｃ（ｖ）及びＩｓｐｅ（ｖ）がゼロである場合には、スイッチング素子Ｑ３及びダイオードＤ３は正常であると判断する。
【００３９】
また、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ６に検知パルスを印加し、Ｉｓｐｃ（ｗ）及びＩｓｐｅ（ｗ）がゼロでない場合にはスイッチング素子Ｑ５で短絡故障が生じていると判断し、Ｉｓｐｃ（ｗ）がゼロではなく、かつ、Ｉｓｐｅ（ｗ）がゼロである場合には、ダイオードＤ５で短絡故障が生じていると判断し、Ｉｓｐｃ（ｗ）及びＩｓｐｅ（ｗ）がゼロである場合には、スイッチング素子Ｑ５及びダイオードＤ５は正常であると判断する。これにより、制御部９０は、電流センサ１１、１２、３１、３２、５１、５２の検出電流に基づいて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５及びダイオードＤ１，Ｄ３、Ｄ５の故障箇所を特定する。
【００４０】
次に、下アーム回路２０、４０、６０における故障箇所の検知制御について説明する。下アーム回路２０、４０、６０で故障していると検知した場合には、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ３またはスイッチング素子Ｑ５のいずれかの素子のゲート端子に検知パルスを印加して、下アーム回路２０、４０、６０の回路内に含まれるスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の導通状態を検知し、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ４またはスイッチング素子Ｑ６のいずれかの素子のゲート端子に検知パルスを印加して、下アーム回路２０、４０、６０の回路内に含まれるダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６の導通状態を検知する。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５への検知パルスの入力、及び、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６への検知パルスの入力は、Ｕ相から始まり、Ｖ相、Ｗ相に順に入力する。
【００４１】
制御部９０は、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加している場合には、スイッチング素子Ｑ２の短絡故障を検知し、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加している場合には、ダイオードＤ２の短絡故障を検知する。また制御部９０は、スイッチング素子Ｑ３及びスイッチング素子Ｑ５にそれぞれ検知パルスを印加している場合にはスイッチング素子Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ６の短絡故障をそれぞれ検知し、スイッチング素子Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ６にそれぞれ検知パルスを印加している場合にはダイオードＤ４及びダイオードＤ６の短絡故障をそれぞれ検知する。
【００４２】
スイッチング素子Ｑ２で短絡故障が生じている場合に、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加すると、バッテリ１０１からの微少電流が、電源線Ｐからスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２を通り、電源線Ｎへ流れ、電流センサ２１が当該電流を検出する。そのため、制御部９０は、Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロでない場合には、スイッチング素子Ｑ２で短絡故障が生じていると判断する。一方、Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロである場合には、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ２が正常であると判断し、検知していない他の相の下アーム回路４０、６０の故障検知、あるいは、ダイオードＤ２の故障検知に移行する。
【００４３】
ダイオードＤ２で短絡故障が生じている場合に、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加することで、モータ１０２からダイオードＤ１に還流電流が流れている状態からスイッチング素子Ｑ２をターンオンさせると、還流ダイオードであるダイオードＤ１の順方向に流れていた電流が、リカバリ電流として逆方向に流れ出し、短絡しているダイオードＤ２とを通って電源線Ｎと下アーム回路２０との接続点まで流れ、電流センサ１２が当該リカバリ電流を検出する。そのため、制御部９０は、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロでない場合には、ダイオードＤ２で短絡故障が生じていると判断する。一方、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロである場合には、制御部９０は、ダイオードＤ２が正常であると判断し、検知していない他の相の下アーム回路４０、６０の故障検知に移行し、あるいは、スイッチング素子Ｑ２の故障検知を行っていない場合にはスイッチング素子Ｑ２の故障検知に移行する。
【００４４】
下アーム回路４０、６０における短絡故障検知は、Ｕ相である下アーム回路２０での検知方法と同様であり、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ３に検知パルスを印加し、Ｉｓｎｅ（ｖ）がゼロでない場合にはスイッチング素子Ｑ４で短絡故障が生じていると判断し、スイッチング素子Ｑ４に検知パルスを印加し、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロでない場合にはダイオードＤ４で短絡故障が生じていると判断する。また、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ５に検知パルスを印加し、Ｉｓｎｅ（ｗ）がゼロでない場合にはスイッチング素子Ｑ６で短絡故障が生じていると判断し、スイッチング素子Ｑ６に検知パルスを印加し、Ｉｓｐｃ（ｗ）がゼロでない場合にはダイオードＤ６で短絡故障が生じていると判断する。これにより、制御部９０は、電流センサ１１、３１、５１、２２、４２、６２の検出電圧に基づいて、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６及びダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６の故障箇所を特定する。
【００４５】
次に、図４〜図６を用いて、本例の制御部９０における故障箇所検知の制御手順を説明する。図４は制御部９０における故障箇所検知の制御手順を示すフローチャートであり、図５は制御部９０における上アーム回路１０、３０、５０の故障箇所検知の制御手順を示すフローチャートであり、図６は制御部９０における下アーム回路２０、４０、６０の故障箇所検知の制御手順を示すフローチャートである。なお、図５及び図６において、スイッチング素子Ｑ１はＵ相で電源線Ｐ側のＩＧＢＴであるため、ＩＧＢＴ（ＵＰ）と称しており、他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６についても、同様に、ＩＧＢＴ（ＵＮ）、ＩＧＢＴ（ＶＰ）、ＩＧＢＴ（ＶＮ）、ＩＧＢＴ（ＷＰ）、ＩＧＢＴ（ＷＮ）と称している。またダイオードＤ１〜Ｄ６についても、同様に称している。
【００４６】
ステップＳ１にて、本例のモータ制御システムは、制御部９０を含む弱電系の制御回路を駆動させる。ステップＳ２にて、制御部９０は、バッテリ１０１とインバータ１００との間のリレースイッチ（図示しない）をオンにし、インバータ１００とバッテリ１０１との間を導通させる。ステップＳ３にて、制御部９０は、電圧センサ７３の検出電圧（Ｖｓｎｃ）を検出する。ステップＳ４にて、制御部９０は、Ｖｓｎｃが閾値電圧（Ｖｐｎ）と等しいか否かを判断する。ＶｓｎｃがＶｐｎと等しい場合には、図５に示す上アーム回路１０、３０、５０の故障箇所の検知制御に遷る。
【００４７】
一方、ＶｓｎｃがＶｐｎと等しくない場合には、制御部９０は、Ｖｓｎｃが閾値電圧（０（Ｖ））と等しいか否かを判断する（ステップＳ５）。Ｖｓｎｃが０（Ｖ）と等しい場合には、図６に示す下アーム回路２０、４０、６０の故障箇所検知制御に遷る。一方、Ｖｓｎｃが０（Ｖ）と等しくない場合には、制御部９０は、インバータ１００に含まれる回路に短絡故障が生じていないと判断し、故障箇所の検知制御を終了する。
【００４８】
次に、図５を用いて、上アーム回路１０、３０、５０の故障箇所の検知制御の制御手順について説明する。ステップＳ４０１にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加する。ステップＳ４０２にて、制御部９０は電流センサ１２の検出電流（Ｉｓｐｃ（ｕ））を検出する。ステップＳ４０３にて、制御部９０はＩｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４０９に遷る。
【００４９】
一方、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しくない場合には、ステップＳ４０４にて、制御部９０は電流センサ１１の検出電流（Ｉｓｐｅ（ｕ））を検出する。ステップＳ４０５にて、制御部９０はＩｓｐｅ（ｕ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４０８に遷る。
【００５０】
一方、Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ１が短絡故障していると判断する（ステップＳ４０６）。そして、ステップＳ４０７にて、制御部９０は、フェールセーフ制御処理として、インバータ１００とバッテリ１０１との間のリレースイッチ（図示しない）をオフにし、ユーザに対して、短絡故障が生じている旨の通知を行い、本例の制御を終了する。なお、制御部９０は短絡故障を通知する際に、特定した故障箇所が分かるように通知してもよい。
【００５１】
ステップＳ４０５に戻り、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、制御部９０は、ダイオードＤ１が短絡故障していると判断し（ステップＳ４０８）、ステップＳ４０７へ遷る。
【００５２】
ステップＳ４０３に戻り、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４０９にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ４に検知パルスを印加する。ステップＳ４１０にて、制御部９０は電流センサ３２の検出電流（Ｉｓｐｃ（ｖ））を検出する。ステップＳ４１１にて、制御部９０はＩｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４１６に遷る。
【００５３】
一方、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しくない場合には、ステップＳ４１２にて、制御部９０は電流センサ３１の検出電流（Ｉｓｐｅ（ｖ））を検出する。ステップＳ４１３にて、制御部９０はＩｓｐｅ（ｖ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｅ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４１５に遷る。
【００５４】
一方、Ｉｓｐｅ（ｖ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障していると判断し（ステップＳ４１４）、ステップＳ４０７に遷る。
【００５５】
ステップＳ４１３に戻り、Ｉｓｐｅ（ｖ）がゼロと等しい場合には、制御部９０は、ダイオードＤ３が短絡故障していると判断し（ステップＳ４１５）、ステップＳ４０７へ遷る。
【００５６】
ステップＳ４１１に戻り、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４１６にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ６に検知パルスを印加する。ステップＳ４１７にて、制御部９０は電流センサ５１の検出電流（Ｉｓｐｅ（ｗ））を検出する。ステップＳ４１８にて、制御部９０はＩｓｐｅ（ｗ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｅ（ｗ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４２０に遷る。
【００５７】
一方、Ｉｓｐｅ（ｗ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ５が短絡故障していると判断し（ステップＳ４１９）、ステップＳ４０７に遷る。
【００５８】
ステップＳ４１８に戻り、Ｉｓｐｅ（ｗ）がゼロと等しい場合には、制御部９０は、ダイオードＤ５が短絡故障していると判断し（ステップＳ４２０）、ステップＳ４０７へ遷る。
【００５９】
次に、図６を用いて、下アーム回路２０、４０、６０の故障箇所の検知制御の制御手順について説明する。ステップＳ５０１にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加する。ステップＳ５０２にて、制御部９０は電流センサ２１の検出電流（Ｉｓｎｅ（ｕ））を検出する。ステップＳ５０３にて、制御部９０はＩｓｎｅ（ｕ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５０６に遷る。
【００６０】
一方、Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ２が短絡故障していると判断する（ステップＳ５０４）。そして、ステップＳ５０７にて、制御部９０はフェールセーフ制御処理を行い、本例の制御を終了する。
【００６１】
ステップＳ５０３に戻り、Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５０６にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ３に検知パルスを印加する。ステップＳ５０７にて、制御部９０は電流センサ４１の検出電流（Ｉｓｎｅ（ｖ））を検出する。ステップＳ５０８にて、制御部９０はＩｓｎｅ（ｖ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｎｅ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１０に遷る。
【００６２】
一方、Ｉｓｎｅ（ｖ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ４が短絡故障していると判断し（ステップＳ５０９）、ステップＳ５０５に遷る。
【００６３】
ステップＳ５０８に戻り、Ｉｓｎｅ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１０にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ５に検知パルスを印加する。ステップＳ５１１にて、制御部９０は電流センサ６１の検出電流（Ｉｓｎｅ（ｗ））を検出する。ステップＳ５１２にて、制御部９０はＩｓｎｅ（ｗ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｎｅ（ｗ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１４に遷る。
【００６４】
一方、Ｉｓｎｅ（ｗ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ６が短絡故障していると判断し（ステップＳ５１３）、ステップＳ５０５に遷る。
【００６５】
ステップＳ５１２に戻り、Ｉｓｎｅ（ｗ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１４にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加する。ステップＳ５１５にて、制御部９０は電流センサ１２の検出電流（Ｉｓｐｃ（ｕ））を検出する。ステップＳ５１６にて、制御部９０はＩｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１８に遷る。
【００６６】
一方、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はダイオードＤ２が短絡故障していると判断し（ステップＳ５１７）、ステップＳ５０５に遷る。
【００６７】
ステップＳ５１６に戻り、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１８にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ４に検知パルスを印加する。ステップＳ５１９にて、制御部９０は電流センサ３２の検出電流（Ｉｓｐｃ（ｖ））を検出する。ステップＳ５２０にて、制御部９０はＩｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５２２に遷る。
【００６８】
一方、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はダイオードＤ４が短絡故障していると判断し（ステップＳ５１７）、ステップＳ５０５に遷る。ステップＳ５２０に戻り、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しい場合には、制御部９０は残りのダイオードＤ６が短絡故障していると判断し（ステップＳ５２２）、ステップＳ５０５に遷る。
【００６９】
上記のように、本例は、正極側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５の低電位側端子と、正極側ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５側に電流センサ１１、３１、５１を接続し、負極側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の低電位側端子と、負極側ダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６側に電流センサ２１、４１、６１を接続する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６の故障箇所を流れる電流の経路によって、電流センサ１１、２１、３１、４１、５１、６１の検出値が異なるため、検出値のパターン応じて、インバータ１００の回路における短絡故障の箇所を特定することができる。
【００７０】
また本例は、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０との間に、電源線ＰＮ間の中間電位を検出する電圧センサ７３を接続する。これにより、電圧センサ７３の検出電圧から、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか判断することができる。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に検知パルスを印加する前に、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか判断することができるため、具体的に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６のどの素子で短絡故障が生じているか特定する際の制御ステップを減少させることができ、その結果として、故障箇所の特定するための時間を短縮化させることができる。また、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか特定することができれば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の故障箇所を流れる電流の経路によって、電流センサ１１、２１、３１、４１、５１、６１の検出値が異なるため、検出値のパターン応じて、少なくともスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のどの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７１】
また本例は、電源線Ｐと、正極側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５の高電位側端子であるコレクタ端子及び正極側ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のカソード端子との間に、電流センサ１２、３２、５２を接続する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６の故障箇所を流れる電流の経路によって、電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１の検出値が異なるため、検出値のパターン応じて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６のどの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７２】
また本例において、制御部９０は、電圧センサ７３の検出電圧から上アーム回路１０、３０、５０が故障していると判断した時には、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６に検知パルスを印加して、電流センサ１１、３１、５１の検出電流に基づいて、上アーム回路１０、３０、５０の故障箇所を特定する。これにより、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５及びダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のどの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７３】
また本例において、制御部９０は、電流センサ１１、２１、３１、４１、５１、６１の検出電流及び電圧センサ７３の検出電圧に基づいて、インバータ１００の中から故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を特定する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち、どの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７４】
また本例において、制御部９０は、電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１の検出電流及び電圧センサ７３の検出電圧に基づいて、インバータ１００の中から故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６を特定する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６のうち、どの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７５】
また本例において、制御部９０は、モータ１０２を制御する前に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に検知パルスを印加して、故障箇所を特定する。これにより、モータ１０２のモータ制御、当該モータ制御のための電力変換を行う制御の前に故障検知を行うことによって、短絡故障が起きているものに対して、安全に検査し、その後のフェール動作へ移行させることができる。
【００７６】
また本例において、制御部９０は検知パルスを、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が発熱する時間より短い時間、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子であるゲート端子に印加する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の保護を図ることができる。
【００７７】
なお、電圧センサ７３は、上アーム回路３０と下アーム回路４０との間、または、上アーム回路５０と下アーム回路６０との間に接続してもよい。また電圧センサ７３の基準電位は、必ずしも負極側の電位とする必要はなく、弱電のグランドを基準電位としてもよい。また本例は閾値電圧をＶｐｎにしたが、Ｖｐｎより低い電圧を閾値としてもよい。本例は閾値電圧を０（Ｖ）にしたが、０（Ｖ）より高い電圧を閾値としてもよい。
【００７８】
なお、本例において、インバータ１００は３相の変換回路としたが必ずしも３相にする必要はなく、多相であってもよい。また本例は、上アーム回路１０及び下アーム回路２０のみの直列回路に適用することもできる。すなわち、例えば、電圧センサ７３の検出電圧に基づき、上アーム回路１０あるいは下アーム回路２０のどちらで短絡故障が生じているか否かを判断する。そして、例えば上アーム回路１０で短絡故障が生じていることが特定された場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加して、電流センサ１１の電流を検出する。Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロでない場合には、オフであるはずのスイッチング素子Ｑ１が導通していることになるから、スイッチング素子Ｑ１で短絡故障が生じていると判断する。一方、Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロである場合には、短絡故障を特定した上アーム回路１０の回路素子のうち残りの素子であるダイオードＤ１で短絡故障していると判断する。下アーム回路２０の短絡故障の特定方法は、上アーム回路１０の方法と基本的に同じであり、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加して、電流センサ２１の検出電流に基づいて、短絡箇所を特定すればよい。
【００７９】
また本例において、電流センサ１２、３２、５２を接続しなくても、少なくともスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち、どのスイッチング素子で故障が生じているかを特定することができる。すなわち、例えば、電圧センサ７３の検出電圧に基づいて上アーム回路１０、３０、５０あるいは下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか否かを判断する。そして、例えば上アーム回路１０、３０、５０で短絡故障が生じていることが特定された場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加して、電流センサ１１の電流を検出する。Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロでない場合には、スイッチング素子Ｑ１で短絡故障が生じていると判断する。一方、Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロである場合には、スイッチング素子Ｑ１が正常であることが検知されるため、制御部９は、他の相であるＶ相、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ５について、同様な短絡箇所の検知制御を行えばよい。下アーム回路２０、４０、６０の短絡故障の特定方法は、上アーム回路１０、３０、５０の方法と基本的に同じであり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５に検知パルスを印加して、電流センサ２１、４１、６１の検出電流に基づいて、短絡箇所を特定すればよい。
【００８０】
なお、本例は、図７に示すように、電圧センサ７３の代わりに電流センサ７４を、上アーム回路１０及び下アーム回路２０の直列回路とモータ１０２のＵ相入力部との接続点と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端及びダイオードＤ２のカノード端子の接続点との間に接続してよく、電流センサ７４はモータ１０２のＵ相入力部から下アーム回路２０に流れる電流を検出するセンサである。図７は、本発明の変形例に係る電力変換装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【００８１】
例えば、スイッチング素子Ｑ１またはダイオードＤ１で短絡故障している場合には、制御部９０がスイッチングＱ２に検知パルスを印加することで、微小電流が、短絡故障の上アーム回路１０及びスイッチング素子Ｑ２を流れるため、電流センサ７４及び電流センサ２１は当該電流を検出する。また、スイッチング素子Ｑ３またはダイオードＤ３、あるいは、スイッチング素子Ｑ５またはダイオードＤ５で短絡故障している場合には、制御部９０がスイッチングＱ２に検知パルスを印加することで、微小電流が、短絡故障の上アーム回路３０又は上アーム回路５０を通り、モータ１０２を介して、スイッチング素子Ｑ２を流れるため、電流センサ７４及び電流センサ２１は当該電流を検出する。
【００８２】
下アーム回路２０、４０、６０で短絡故障が生じているか否かを検出する場合には、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加し、電流センサ１１及び電流センサ１２の検出電流に基づき、判断すればよい。すなわち、例えば下アーム回路２０で短絡故障が生じている場合には、制御部９０がスイッチングＱ１に検知パルスを印加することで、スイッチング素子Ｑ１及び短絡故障の下アーム回路２０を流れるため、電流センサ１１及び電流センサ１２は当該電流を検出する。また、スイッチング素子Ｑ２またはダイオードＤ２、あるいは、スイッチング素子Ｑ４またはダイオードＤ６で短絡故障している場合には、制御部９０がスイッチングＱ１に検知パルスを印加することで、微小電流が、スイッチング素子Ｑ１を通り、モータを介して、短絡故障の下アーム回路４０又は上アーム回路６０を流れるため、電流センサ１１及び電流センサ１２は当該電流を検出する。
【００８３】
これにより、本例は、電流センサ７４の検出電流と、電流センサ１１、１２の検出電流に基づいて、上アーム回路１０、３０、５０及び下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか特定することができる。そして、上アーム回路１０、３０、５０及び下アーム回路２０、４０、６０のいずれの回路が故障したか特定した後は、図５に示す検知制御処理及び図６に示す検知制御処理をそれぞれ行うことで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６のどの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。なお、図７に示す回路において、下アーム回路２０、４０、６０の故障を特定する場合には、電流センサ３１、３２又は電流センサ５１、５２の検出電流に基づいて特定してもよい。
【００８４】
なお、本例の電流センサ１１、３１、５１が本発明の「第１の電流検出手段」に相当し、電流センサ１２、３２、５２が「第２の電流検出手段」に、電流センサ２１、４１、６１が「第３の電流検出手段」に、電圧センサ７３が「電圧検出手段」に、電流センサ７４が「第４の電流検出手段」に、制御部９０が「故障検出手段」及び「故障特定手段」に、インバータ１００の回路が「変換回路」に相当する。
【符号の説明】
【００８５】
１００…インバータ
１０、３０、５０…上アーム回路
２０、４０、６０…下アーム回路
Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード
１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１、７４…電流センサ
７１…平滑コンデンサ
７２…放電抵抗
７３…電圧センサ
８０…駆動回路
９０…制御部
１０１…バッテリ
１０２…モータ
Ｐ、Ｎ…電源線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各相に備えられたスイッチング素子を用いて、電動機の各相に電圧を印加することで電動機の各相に電流を流して電動機を駆動するインバータと、インバータの各相のスイッチング素子にそれぞれ直列に配置された電流検出器と、インバータのスイッチング素子をＯＮする所定の組み合せを示すテストパターンを記憶し、このテストパターンと当該テストパターンの応答として電流検出器で検出される各相の電流検出値とに基づいて短絡故障箇所を特定する短絡箇所特定手段とを備えた電動機装置であって、インバータの各相の上側又は下側のいずれか１つのスイッチング素子をオンさせると共に、他のスイッチング素子をオフさせて、下側スイッチング素子のグランド側に直列に接続された電流検出値が過電流を示す値より大きい場合に、当該他のスイッチング素子が故障した、と判断するものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２９６５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スイッチング素子に接続されたダイオードが短絡故障した場合でも、当該スイッチング素子が故障していると判定してしまう問題があった。
【０００５】
本発明は、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定することができる電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、スイッチング素子の低電位側端子と、ダイオードのアノード端子との接続点よりもスイッチング素子側に接続され、電流を検出する電流検出手段を備えることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スイッチング素子の故障の有無に応じて、電流検出手段の検出電流が変化するため、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図２】図１のインバータのＵ相の回路を示す回路図である。
【図３】図１のモータ制御システムの回路図である。
【図４】図１の電力変換装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の電力変換装置の制御手順のうち、上アーム回路における故障検知の制御手順を示すフローチャートである。
【図６】図１の電力変換装置の制御手順のうち、下アーム回路における故障検知の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の変形例に係る電力変換装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置を含むモータ制御システムを示すブロック図である。詳細な図示は省略するが、本例の電気自動車は、三相交流電力の永久磁石モータ１０２を走行駆動源として走行する車両であり、モータ１０２は電気自動車の車軸に結合されている。以下、電気自動車を例に説明するが、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）にも本発明を適用可能であり、車両以外の装置の電力変換装置にも適用可能である。
【００１１】
本例のモータ駆動システムは、上述した三相交流モータ１０２と、モータ１０２の電源であるバッテリ１０１と、当該バッテリ１０１の直流電力を交流電力に変換するインバータ１００と、を備える。インバータ１００の回路内はバスバーで接続されており、バッテリ１０１とインバータ１００との接続及びインバータ１００とモータ１０２との接続は例えば強電ハーネスで接続されている。
【００１２】
バッテリ１０１は、直流電源であって、インバータ１００に接続されている。バッテリ１０１には、例えばリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。バッテリ１０１とインバータ１００との間には、図示しないリレーが接続されており、当該リレーは車両のキースイッチ（図示しない）のＯＮ／ＯＦＦ操作に連動して駆動する。なお、モータ１０２は発電機としても作用し、モータ１０２により発電された交流電力は、インバータ１００により直流に変換され、バッテリ１０１に入力され、バッテリ１０１が充電される。
【００１３】
インバータ１００は、上アーム回路１０、３０、５０と、下アーム回路２０、４０、６０と、平滑用のコンデンサ７１と、放電抵抗７２と、駆動回路８０と、制御部９０とを有し、バッテリ１０１の直流電力を交流電力に変換して、モータ１０２に供給する。上アーム回路１０、３０、５０は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５とダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５とをそれぞれ並列に接続した回路であり、下アーム回路２０、４０、６０は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６とダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６とをそれぞれ対応して並列に接続した回路である。本例では、２つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を直列に接続した３対の回路が、電源線Ｐ及び電源線Ｎとの間に接続されることにより、バッテリ１０１に並列に接続され、各対のスイッチング素子を接続する各接続点とモータ１０２の三相入力部とがそれぞれ電気的に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、例えば、絶縁ゲートパイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、または、ＭＯＳＦＥＴが用いられる。各ダイオードＤ１〜Ｄ６には、例えばＦＲＤ（Ｆａｓｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｄｉｏｄｅ）が用いられ、以下、本例では、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６として、ＩＧＢＴを用いる。
【００１４】
図１に示す例でいえば、スイッチング素子Ｑ１とＱ２、スイッチング素子Ｑ３とＱ４、スイッチング素子Ｑ５とＱ６がそれぞれ対になって直列に接続され、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の間とモータ４のＵ相、スイッチング素子Ｑ３とＱ４の間とモータ４のＶ相、スイッチング素子Ｑ５とＱ６の間とモータ４のＷ相がそれぞれ接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御部９０により制御され、高周波でスイッチングされる。
【００１５】
スイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子はダイオードＤ１のカソード端子に接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子はダイオードＤ１のアノード端子に接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲート端子は駆動回路８０に接続されている。他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６の各端子も同様に、ダイオードＤ２〜Ｄ６の各端子及びコントローラ１０８に接続されている。各ダイオードＤ１〜Ｄ６は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の順方向に対して、逆方向に接続されている。
【００１６】
上アーム回路１０、３０、５０には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のエミッタ電流を検出するための電流センサ１１、３１、５１と、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５のコレクタ電流を検出するための電流センサ１２、３２、５２が設けられている。下アーム回路２０、４０、６０には、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のエミッタ電流を接続するための電流センサ２１、４１、６１が設けられている。また、電源線Ｐ及び電源線Ｎの間の中間電位を測定するための電圧センサ７３が、上アーム回路１０と下アーム回路２０との間に接続されている。
【００１７】
電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１は、例えばシャント抵抗、ホール効果素子、オンチップセンサ等を用いて、電流を検出する。また電圧センサ７３は、バスバーに対して抵抗値の高い、例えば直径を細くしたワイヤなどを接続して電圧を検出する、あるいは、四端子方、四端子対法などを用いて電圧を検出する。
【００１８】
ここで、図１及び図２を用いて、電流センサ１１、１２、２１及び電圧センサ７３の接続について、説明する。図２は、図１に示すインバータ１００の回路のうち、Ｕ相部分の回路を示す回路図である。なお、上アーム回路３０、下アーム回路４０における、電流センサ３１、３２、４１の接続、及び、上アーム回５０及び下アーム回路６０における、電流センサ５１、５２、６１の接続は、上アーム回路１０、下アーム回路２０における、電流センサ１１、１２、２１の接続と同様であるため、説明を省略する。
【００１９】
図２に示すように、電流センサ１１は、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子とダイオードＤ１のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ１側に接続され、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子に流れる電流を検出する。言い換えると、電流センサ１１とスイッチング素子Ｑ１との接続点が、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子とダイオードＤ１のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ１側にある。なお、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と電流センサ１１の接続端子とを接続する場合には、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と電流センサ１１の接続端子との接続点は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間の接続線とダイオードＤ１のアノード端子との接続点より、スイッチング素子Ｑ１側にあればよい。
【００２０】
電流センサ１２は、電源線Ｐと、スイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子及びダイオードＤ１のカソード端子の接続点との間に接続され、電源線Ｐとスイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子及びダイオードＤ１のカソード端子との間に流れる電流を検出する。
【００２１】
電流センサ２１は、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子と、ダイオードＤ２のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ２側に接続され、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子に流れる電流を検出する。言い換えると、電流センサ２１とスイッチング素子Ｑ２との接続点が、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子とダイオードＤ２のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ２側にある。なお、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子と電流センサ２１の接続端子とを接続する場合には、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子と電流センサ２１の接続端子との接続点は、スイッチング素子Ｑ２と電源線Ｎとの間の接続線とダイオードＤ２のアノード端子との接続点より、スイッチング素子Ｑ２側にあればよい。
【００２２】
電圧センサ７３は、上アーム回路１０及び下アーム回路２０の直列回路とモータ１０２のＵ相入力部との接続点と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端及びダイオードＤ２のカノード端子の接続点との間に接続され、上アーム回路１０と下アーム回路２０との間であって、モータ１０２の三相入力部との接続点における電位を検出する。
【００２３】
これにより、本例は、電流センサ１１、１２とスイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１とを対応させて接続し、電流センサ２１とスイッチング素子Ｑ２及びダイオードＤ２とを対応させ、電流センサ３１、３２とスイッチング素子Ｑ３及びダイオードＤ３とを対応させ、電流センサ４１とスイッチング素子Ｑ４及びダイオードＤ４を対応させ、電流センサ５１、５２とスイッチング素子Ｑ５及びダイオードＤ５とを対応させ、電流センサ６１とスイッチング素子Ｑ６及びダイオードＤ６を対応させて接続する。
【００２４】
図１に戻り、駆動回路８０は、制御部９０により生成されるスイッチング信号に基づいて、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート端子に駆動信号を送信することで、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン及びオフを切り換えるための駆動回路である。
【００２５】
制御部９０は、ユーザによるアクセル操作等に基づき、外部から入力されるトルク指令と、モータ１０２に設けられた回転子位置センサ（図示しない）の検出値、モータ１０２の各相の相電流を検出する電流センサ（図示しない）の検出電流、及び、バッテリ１０１の電圧を検出する電圧センサ（図示しない）の検出電圧を読み込み、モータ１０２からの出力トルクがトルク指令と一致させるよう、スイッチング信号（ＰＷＭ信号）を生成し、駆動回路８０に送信する。
【００２６】
また制御部９０は、電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１の検出値及び電圧センサ７３の検出値に基づき、インバータ１００の回路における故障箇所を特定する。
【００２７】
次に、図１及び図３を用いて、制御部９０の制御内容のうち、回路の故障箇所を検知する制御について、説明する。ここで、図３に示すように、電流センサ１１はＵ相のうち、Ｐ側（正極側）のスイッチング素子Ｑ１のエミッタ電流を検出するセンサであるため、電流センサ１１の検出電流をＩｓｐｅ（ｕ）とし、電流センサ１２の検出電流をＩｓｐｃ（ｕ）と称し、電流センサ２１の検出電流をＩｓｎｅ（ｕ）２１とする。そして、Ｖ相、Ｗ相についても、電流センサ３１の検出電流をＩｓｐｅ（ｖ）３１とし、電流センサ３２の検出電流をＩｓｐｃ（ｖ）、電流センサ４１の検出電流をＩｓｎｅ（ｖ）、電流センサ５１の検出電流をＩｓｐｅ（ｗ）と称し、電流センサ５２の検出電流をＩｓｐｃ（ｗ）、電流センサ６１の検出電流をＩｓｎｅ（ｗ）とする。また、電圧センサ７３の検出電圧をＶｓｎｃとする。図３は、本例のモータ制御システムの回路図であって、電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１の各検出電流及び電圧センサ７２の検出電圧に付された記号を説明するための図である。
【００２８】
まず、弱電系の制御回路を電気的に導通させることで、本例のモータ制御システムを起動させて、インバータ１００とバッテリ１０１との間の図示しないリレースイッチをオンさせることで、インバータ１００とバッテリ１０１との間を導通させて、モータ１０２を制御する前に（すなわちスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のいずれもオフの状態で）、以下の故障箇所の検知制御を開始する。
【００２９】
制御部９０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６の故障箇所を特定するために、電圧センサ７３の検出電圧（Ｖｓｎｃ）を用いて、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のどちらの回路で短絡故障が生じているか否かを判定する。
【００３０】
制御部９０には、上アーム回路１０、３０、５０で故障が生じていることを示す閾値電圧（Ｖｐｎ）及び下アーム回路２０、４０、６０で故障が生じていることを示す閾値電圧（０（Ｖ））が予め設定されている。例えば、スイッチング素子Ｑ１またはダイオードＤ１で短絡故障が生じている場合には、上アーム回路１０と電源線Ｐとの接続点から、上アーム回路１０と下アーム回路２０との接続点との間が短絡するため、Ｖｓｎｃは、バッテリ１０１の電圧である強電電圧（Ｖｐｎ）を検出する。上アーム回路３０に含まれるスイッチング素子Ｑ３またはダイオードＤ３が短絡故障した場合、あるいは、上アーム回路５０に含まれるスイッチング素子Ｑ５またはダイオードＤ５が短絡故障した場合にも、同様に、上アーム回路３０内、あるいは、上アーム回路５０内で短絡し、モータ１０２のＵ相の接続線を介して、電圧センサ７３の接続点まで導通する。そのため、Ｖｓｎｃは、バッテリ１０１の電圧である強電電圧（Ｖｐｎ）を検出する。すなわち、制御部９０は、ＶｓｎｃがＶｐｎである場合に、上アーム回路１０、３０、５０で故障が生じていると判断する。
【００３１】
また、例えば、スイッチング素子Ｑ２またはダイオードＤ２で短絡故障が生じている場合には、下アーム回路２０の正極側から下アーム回路２０と電源線Ｎとの接続点まで短絡するため、Ｖｓｎｃは、バッテリ１０１の負極側の電位である０（Ｖ）を検出する。下アーム回路４０に含まれるスイッチング素子Ｑ４またはダイオードＤ４が短絡故障した場合、あるいは、下アーム回路６０に含まれるスイッチング素子Ｑ６またはダイオードＤ６が短絡故障した場合にも、同様に、下アーム回路４０内、あるいは、下アーム回路６０内で短絡し、電源線Ｎからモータ１０２のＵ相の接続線を介して、電圧センサ７３の接続点まで導通する。そのため、Ｖｓｎｃは、０（Ｖ）を検出する。すなわち、制御部９０は、Ｖｓｎｃが０（Ｖ）である場合に、下アーム回路２０、４０、６０で故障が生じていると判断する。
【００３２】
制御部９０は、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のいずれかで短絡故障が生じていることを特定すると、上アーム回路１０、３０、５０が故障している場合には、Ｉｓｐｃ（ｕ）、Ｉｓｐｃ（ｖ）、Ｉｓｐｃ（ｗ）、Ｉｓｐｅ（ｕ）、Ｉｓｐｅ（ｖ）及びＩｓｐｅ（ｗ）に基づいて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５及びダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のどの素子で短絡故障が生じているかを特定し、下アーム回路１０、３０、５０が故障している場合には、Ｉｓｐｃ（ｕ）、Ｉｓｐｃ（ｖ）、Ｉｓｐｃ（ｗ）、Ｉｓｎｅ（ｕ）、Ｉｓｎｅ（ｖ）及びＩｓｎｅ（ｗ）に基づいて、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６及びダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６のどの素子で短絡故障が生じているかを特定する。
【００３３】
上アーム回路１０、３０、５０における故障箇所の検知制御について説明する。制御部９０は、上アーム回路１０、３０、５０で故障していると検知した場合には、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ４またはスイッチング素子Ｑ６のいずれかの素子のゲート端子に検知パルスを印加することにより、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ４またはスイッチング素子Ｑ６のいずれかをオン状態として、上アーム回路１０、３０、５０の回路内に含まれる素子の導通状態を検知する。スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６への検知パルスの入力は、Ｕ相から始まり、Ｖ相、Ｗ相に順に入力する。制御部９０は、Ｕ相のスイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加している場合には、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１での短絡故障を検知し、Ｖ相のスイッチング素子Ｑ４に検知パルスを入力している場合には、スイッチング素子Ｑ３及びダイオードＤ３での短絡故障を、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ６に検知パルスを入力している場合には、スイッチング素子Ｑ５及びダイオードＤ５での短絡故障を検知する。
【００３４】
検知パルスは、故障箇所を特定するためにスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオン及びオフを切り換えるための信号（検知パルスをスイッチング素子のゲート端子に供給することによりオンさせ、供給しないことによりオフさせる信号）であり、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を破壊しない程度の電流をスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に流すための故障検知用の信号である。また検知パルスのオン時間（供給時間）は、パルスをスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート端子に入力して電流を流すことで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が発熱しない程度の時間に設定されている。
【００３５】
スイッチング素子Ｑ１で短絡故障が生じている場合に、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加すると、バッテリ１０１からの微少電流が、電源線Ｐからスイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子及びエミッタ端子を通り、スイッチング素子Ｑ２を通り、電源線Ｎへ流れ、電流センサ１１、１２が当該電流を検出する。そのため、制御部９０は、Ｉｓｐｃ（ｕ）及びＩｓｐｅ（ｕ）がゼロでない場合には、スイッチング素子Ｑ１で短絡故障が生じていると判断する。
【００３６】
また、ダイオードＤ１で短絡故障が生じている場合に、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加すると、バッテリ１０１からの微少電流が、電源線ＰからダイオードＤ１を通り、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子に入り、スイッチング素子Ｑ２を通り、電源線Ｎへ流れる。この時、電流センサ１２は当該電流を検出するが、電流センサ１１はダイオードＤ１の接続点よりスイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子側に接続されているため、電流センサ１１は当該電流を検出しない。そのため、制御部９０は、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロではなく、かつ、Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロである場合には、ダイオードＤ１で短絡故障が生じていると判断する。
【００３７】
また、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１で故障が生じていない場合に、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加すると、バッテリ１０１からの微少電流は、オフ状態のスイッチング素子Ｑ１、及び、当該微少電流に対し逆向きのダイオードＤ１を流れず、電流センサ１１、１２は電流を検出しない。そのため、制御部９０は、Ｉｓｐｃ（ｕ）及びＩｓｐｅ（ｕ）がゼロである場合には、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１は正常であると判断する。そして、Ｕ相において、短絡故障が検知されない場合には、制御部９０は、検知していない他の相に移行し、上アーム回路３０、５０の故障検知を行う。
【００３８】
上アーム回路３０、５０における短絡故障検知は、Ｕ相である上アーム回路１０での検知方法と同様であり、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ４に検知パルスを印加し、Ｉｓｐｃ（ｖ）及びＩｓｐｅ（ｖ）がゼロでない場合にはスイッチング素子Ｑ３で短絡故障が生じていると判断し、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロではなく、かつ、Ｉｓｐｅ（ｖ）がゼロである場合には、ダイオードＤ３で短絡故障が生じていると判断し、Ｉｓｐｃ（ｖ）及びＩｓｐｅ（ｖ）がゼロである場合には、スイッチング素子Ｑ３及びダイオードＤ３は正常であると判断する。
【００３９】
また、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ６に検知パルスを印加し、Ｉｓｐｃ（ｗ）及びＩｓｐｅ（ｗ）がゼロでない場合にはスイッチング素子Ｑ５で短絡故障が生じていると判断し、Ｉｓｐｃ（ｗ）がゼロではなく、かつ、Ｉｓｐｅ（ｗ）がゼロである場合には、ダイオードＤ５で短絡故障が生じていると判断し、Ｉｓｐｃ（ｗ）及びＩｓｐｅ（ｗ）がゼロである場合には、スイッチング素子Ｑ５及びダイオードＤ５は正常であると判断する。これにより、制御部９０は、電流センサ１１、１２、３１、３２、５１、５２の検出電流に基づいて、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５及びダイオードＤ１，Ｄ３、Ｄ５の故障箇所を特定する。
【００４０】
次に、下アーム回路２０、４０、６０における故障箇所の検知制御について説明する。下アーム回路２０、４０、６０で故障していると検知した場合には、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ３またはスイッチング素子Ｑ５のいずれかの素子のゲート端子に検知パルスを印加して、下アーム回路２０、４０、６０の回路内に含まれるスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の導通状態を検知し、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ４またはスイッチング素子Ｑ６のいずれかの素子のゲート端子に検知パルスを印加して、下アーム回路２０、４０、６０の回路内に含まれるダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６の導通状態を検知する。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５への検知パルスの入力、及び、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６への検知パルスの入力は、Ｕ相から始まり、Ｖ相、Ｗ相に順に入力する。
【００４１】
制御部９０は、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加している場合には、スイッチング素子Ｑ２の短絡故障を検知し、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加している場合には、ダイオードＤ２の短絡故障を検知する。また制御部９０は、スイッチング素子Ｑ３及びスイッチング素子Ｑ５にそれぞれ検知パルスを印加している場合にはスイッチング素子Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ６の短絡故障をそれぞれ検知し、スイッチング素子Ｑ４及びスイッチング素子Ｑ６にそれぞれ検知パルスを印加している場合にはダイオードＤ４及びダイオードＤ６の短絡故障をそれぞれ検知する。
【００４２】
スイッチング素子Ｑ２で短絡故障が生じている場合に、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加すると、バッテリ１０１からの微少電流が、電源線Ｐからスイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２を通り、電源線Ｎへ流れ、電流センサ２１が当該電流を検出する。そのため、制御部９０は、Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロでない場合には、スイッチング素子Ｑ２で短絡故障が生じていると判断する。一方、Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロである場合には、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ２が正常であると判断し、検知していない他の相の下アーム回路４０、６０の故障検知、あるいは、ダイオードＤ２の故障検知に移行する。
【００４３】
ダイオードＤ２で短絡故障が生じている場合に、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加することで、モータ１０２からダイオードＤ１に還流電流が流れている状態からスイッチング素子Ｑ２をターンオンさせると、還流ダイオードであるダイオードＤ１の順方向に流れていた電流が、リカバリ電流として逆方向に流れ出し、短絡しているダイオードＤ２とを通って電源線Ｎと下アーム回路２０との接続点まで流れ、電流センサ１２が当該リカバリ電流を検出する。そのため、制御部９０は、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロでない場合には、ダイオードＤ２で短絡故障が生じていると判断する。一方、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロである場合には、制御部９０は、ダイオードＤ２が正常であると判断し、検知していない他の相の下アーム回路４０、６０の故障検知に移行し、あるいは、スイッチング素子Ｑ２の故障検知を行っていない場合にはスイッチング素子Ｑ２の故障検知に移行する。
【００４４】
下アーム回路４０、６０における短絡故障検知は、Ｕ相である下アーム回路２０での検知方法と同様であり、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ３に検知パルスを印加し、Ｉｓｎｅ（ｖ）がゼロでない場合にはスイッチング素子Ｑ４で短絡故障が生じていると判断し、スイッチング素子Ｑ４に検知パルスを印加し、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロでない場合にはダイオードＤ４で短絡故障が生じていると判断する。また、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ５に検知パルスを印加し、Ｉｓｎｅ（ｗ）がゼロでない場合にはスイッチング素子Ｑ６で短絡故障が生じていると判断し、スイッチング素子Ｑ６に検知パルスを印加し、Ｉｓｐｃ（ｗ）がゼロでない場合にはダイオードＤ６で短絡故障が生じていると判断する。これにより、制御部９０は、電流センサ１１、３１、５１、２２、４２、６２の検出電圧に基づいて、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６及びダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６の故障箇所を特定する。
【００４５】
次に、図４〜図６を用いて、本例の制御部９０における故障箇所検知の制御手順を説明する。図４は制御部９０における故障箇所検知の制御手順を示すフローチャートであり、図５は制御部９０における上アーム回路１０、３０、５０の故障箇所検知の制御手順を示すフローチャートであり、図６は制御部９０における下アーム回路２０、４０、６０の故障箇所検知の制御手順を示すフローチャートである。なお、図５及び図６において、スイッチング素子Ｑ１はＵ相で電源線Ｐ側のＩＧＢＴであるため、ＩＧＢＴ（ＵＰ）と称しており、他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６についても、同様に、ＩＧＢＴ（ＵＮ）、ＩＧＢＴ（ＶＰ）、ＩＧＢＴ（ＶＮ）、ＩＧＢＴ（ＷＰ）、ＩＧＢＴ（ＷＮ）と称している。またダイオードＤ１〜Ｄ６についても、同様に称している。
【００４６】
ステップＳ１にて、本例のモータ制御システムは、制御部９０を含む弱電系の制御回路を駆動させる。ステップＳ２にて、制御部９０は、バッテリ１０１とインバータ１００との間のリレースイッチ（図示しない）をオンにし、インバータ１００とバッテリ１０１との間を導通させる。ステップＳ３にて、制御部９０は、電圧センサ７３の検出電圧（Ｖｓｎｃ）を検出する。ステップＳ４にて、制御部９０は、Ｖｓｎｃが閾値電圧（Ｖｐｎ）と等しいか否かを判断する。ＶｓｎｃがＶｐｎと等しい場合には、図５に示す上アーム回路１０、３０、５０の故障箇所の検知制御に遷る。
【００４７】
一方、ＶｓｎｃがＶｐｎと等しくない場合には、制御部９０は、Ｖｓｎｃが閾値電圧（０（Ｖ））と等しいか否かを判断する（ステップＳ５）。Ｖｓｎｃが０（Ｖ）と等しい場合には、図６に示す下アーム回路２０、４０、６０の故障箇所検知制御に遷る。一方、Ｖｓｎｃが０（Ｖ）と等しくない場合には、制御部９０は、インバータ１００に含まれる回路に短絡故障が生じていないと判断し、故障箇所の検知制御を終了する。
【００４８】
次に、図５を用いて、上アーム回路１０、３０、５０の故障箇所の検知制御の制御手順について説明する。ステップＳ４０１にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加する。ステップＳ４０２にて、制御部９０は電流センサ１２の検出電流（Ｉｓｐｃ（ｕ））を検出する。ステップＳ４０３にて、制御部９０はＩｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４０９に遷る。
【００４９】
一方、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しくない場合には、ステップＳ４０４にて、制御部９０は電流センサ１１の検出電流（Ｉｓｐｅ（ｕ））を検出する。ステップＳ４０５にて、制御部９０はＩｓｐｅ（ｕ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４０８に遷る。
【００５０】
一方、Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ１が短絡故障していると判断する（ステップＳ４０６）。そして、ステップＳ４０７にて、制御部９０は、フェールセーフ制御処理として、インバータ１００とバッテリ１０１との間のリレースイッチ（図示しない）をオフにし、ユーザに対して、短絡故障が生じている旨の通知を行い、本例の制御を終了する。なお、制御部９０は短絡故障を通知する際に、特定した故障箇所が分かるように通知してもよい。
【００５１】
ステップＳ４０５に戻り、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、制御部９０は、ダイオードＤ１が短絡故障していると判断し（ステップＳ４０８）、ステップＳ４０７へ遷る。
【００５２】
ステップＳ４０３に戻り、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４０９にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ４に検知パルスを印加する。ステップＳ４１０にて、制御部９０は電流センサ３２の検出電流（Ｉｓｐｃ（ｖ））を検出する。ステップＳ４１１にて、制御部９０はＩｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４１６に遷る。
【００５３】
一方、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しくない場合には、ステップＳ４１２にて、制御部９０は電流センサ３１の検出電流（Ｉｓｐｅ（ｖ））を検出する。ステップＳ４１３にて、制御部９０はＩｓｐｅ（ｖ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｅ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４１５に遷る。
【００５４】
一方、Ｉｓｐｅ（ｖ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ３が短絡故障していると判断し（ステップＳ４１４）、ステップＳ４０７に遷る。
【００５５】
ステップＳ４１３に戻り、Ｉｓｐｅ（ｖ）がゼロと等しい場合には、制御部９０は、ダイオードＤ３が短絡故障していると判断し（ステップＳ４１５）、ステップＳ４０７へ遷る。
【００５６】
ステップＳ４１１に戻り、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４１６にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ６に検知パルスを印加する。ステップＳ４１７にて、制御部９０は電流センサ５１の検出電流（Ｉｓｐｅ（ｗ））を検出する。ステップＳ４１８にて、制御部９０はＩｓｐｅ（ｗ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｅ（ｗ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ４２０に遷る。
【００５７】
一方、Ｉｓｐｅ（ｗ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０は、スイッチング素子Ｑ５が短絡故障していると判断し（ステップＳ４１９）、ステップＳ４０７に遷る。
【００５８】
ステップＳ４１８に戻り、Ｉｓｐｅ（ｗ）がゼロと等しい場合には、制御部９０は、ダイオードＤ５が短絡故障していると判断し（ステップＳ４２０）、ステップＳ４０７へ遷る。
【００５９】
次に、図６を用いて、下アーム回路２０、４０、６０の故障箇所の検知制御の制御手順について説明する。ステップＳ５０１にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加する。ステップＳ５０２にて、制御部９０は電流センサ２１の検出電流（Ｉｓｎｅ（ｕ））を検出する。ステップＳ５０３にて、制御部９０はＩｓｎｅ（ｕ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５０６に遷る。
【００６０】
一方、Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ２が短絡故障していると判断する（ステップＳ５０４）。そして、ステップＳ５０７にて、制御部９０はフェールセーフ制御処理を行い、本例の制御を終了する。
【００６１】
ステップＳ５０３に戻り、Ｉｓｎｅ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５０６にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ３に検知パルスを印加する。ステップＳ５０７にて、制御部９０は電流センサ４１の検出電流（Ｉｓｎｅ（ｖ））を検出する。ステップＳ５０８にて、制御部９０はＩｓｎｅ（ｖ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｎｅ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１０に遷る。
【００６２】
一方、Ｉｓｎｅ（ｖ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ４が短絡故障していると判断し（ステップＳ５０９）、ステップＳ５０５に遷る。
【００６３】
ステップＳ５０８に戻り、Ｉｓｎｅ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１０にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ５に検知パルスを印加する。ステップＳ５１１にて、制御部９０は電流センサ６１の検出電流（Ｉｓｎｅ（ｗ））を検出する。ステップＳ５１２にて、制御部９０はＩｓｎｅ（ｗ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｎｅ（ｗ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１４に遷る。
【００６４】
一方、Ｉｓｎｅ（ｗ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ６が短絡故障していると判断し（ステップＳ５１３）、ステップＳ５０５に遷る。
【００６５】
ステップＳ５１２に戻り、Ｉｓｎｅ（ｗ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１４にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加する。ステップＳ５１５にて、制御部９０は電流センサ１２の検出電流（Ｉｓｐｃ（ｕ））を検出する。ステップＳ５１６にて、制御部９０はＩｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１８に遷る。
【００６６】
一方、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はダイオードＤ２が短絡故障していると判断し（ステップＳ５１７）、ステップＳ５０５に遷る。
【００６７】
ステップＳ５１６に戻り、Ｉｓｐｃ（ｕ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５１８にて、制御部９０は、駆動回路８０を介して、スイッチング素子Ｑ４に検知パルスを印加する。ステップＳ５１９にて、制御部９０は電流センサ３２の検出電流（Ｉｓｐｃ（ｖ））を検出する。ステップＳ５２０にて、制御部９０はＩｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しいか否かを判断する。Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しい場合には、ステップＳ５２２に遷る。
【００６８】
一方、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しくない場合には、制御部９０はダイオードＤ４が短絡故障していると判断し（ステップＳ５１７）、ステップＳ５０５に遷る。ステップＳ５２０に戻り、Ｉｓｐｃ（ｖ）がゼロと等しい場合には、制御部９０は残りのダイオードＤ６が短絡故障していると判断し（ステップＳ５２２）、ステップＳ５０５に遷る。
【００６９】
上記のように、本例は、正極側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５の低電位側端子と、正極側ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５側に電流センサ１１、３１、５１を接続し、負極側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６の低電位側端子と、負極側ダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６のアノード端子との接続点よりもスイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６側に電流センサ２１、４１、６１を接続する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６の故障箇所を流れる電流の経路によって、電流センサ１１、２１、３１、４１、５１、６１の検出値が異なるため、検出値のパターン応じて、インバータ１００の回路における短絡故障の箇所を特定することができる。
【００７０】
また本例は、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０との間に、電源線ＰＮ間の中間電位を検出する電圧センサ７３を接続する。これにより、電圧センサ７３の検出電圧から、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか判断することができる。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に検知パルスを印加する前に、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか判断することができるため、具体的に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６のどの素子で短絡故障が生じているか特定する際の制御ステップを減少させることができ、その結果として、故障箇所の特定するための時間を短縮化させることができる。また、上アーム回路１０、３０、５０と下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか特定することができれば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の故障箇所を流れる電流の経路によって、電流センサ１１、２１、３１、４１、５１、６１の検出値が異なるため、検出値のパターン応じて、少なくともスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のどの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７１】
また本例は、電源線Ｐと、正極側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５の高電位側端子であるコレクタ端子及び正極側ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のカソード端子との間に、電流センサ１２、３２、５２を接続する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６の故障箇所を流れる電流の経路によって、電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１の検出値が異なるため、検出値のパターン応じて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６のどの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７２】
また本例において、制御部９０は、電圧センサ７３の検出電圧から上アーム回路１０、３０、５０が故障していると判断した時には、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６に検知パルスを印加して、電流センサ１１、３１、５１の検出電流に基づいて、上アーム回路１０、３０、５０の故障箇所を特定する。これにより、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５及びダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のどの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７３】
また本例において、制御部９０は、電流センサ１１、２１、３１、４１、５１、６１の検出電流及び電圧センサ７３の検出電圧に基づいて、インバータ１００の中から故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を特定する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち、どの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７４】
また本例において、制御部９０は、電流センサ１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１の検出電流及び電圧センサ７３の検出電圧に基づいて、インバータ１００の中から故障したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６を特定する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６のうち、どの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。
【００７５】
また本例において、制御部９０は、モータ１０２を制御する前に、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に検知パルスを印加して、故障箇所を特定する。これにより、モータ１０２のモータ制御、当該モータ制御のための電力変換を行う制御の前に故障検知を行うことによって、短絡故障が起きているものに対して、安全に検査し、その後のフェール動作へ移行させることができる。
【００７６】
また本例において、制御部９０は検知パルスを、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が発熱する時間より短い時間、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子であるゲート端子に印加する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の保護を図ることができる。
【００７７】
なお、電圧センサ７３は、上アーム回路３０と下アーム回路４０との間、または、上アーム回路５０と下アーム回路６０との間に接続してもよい。また電圧センサ７３の基準電位は、必ずしも負極側の電位とする必要はなく、弱電のグランドを基準電位としてもよい。また本例は閾値電圧をＶｐｎにしたが、Ｖｐｎより低い電圧を閾値としてもよい。本例は閾値電圧を０（Ｖ）にしたが、０（Ｖ）より高い電圧を閾値としてもよい。
【００７８】
なお、本例において、インバータ１００は３相の変換回路としたが必ずしも３相にする必要はなく、多相であってもよい。また本例は、上アーム回路１０及び下アーム回路２０のみの直列回路に適用することもできる。すなわち、例えば、電圧センサ７３の検出電圧に基づき、上アーム回路１０あるいは下アーム回路２０のどちらで短絡故障が生じているか否かを判断する。そして、例えば上アーム回路１０で短絡故障が生じていることが特定された場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加して、電流センサ１１の電流を検出する。Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロでない場合には、オフであるはずのスイッチング素子Ｑ１が導通していることになるから、スイッチング素子Ｑ１で短絡故障が生じていると判断する。一方、Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロである場合には、短絡故障を特定した上アーム回路１０の回路素子のうち残りの素子であるダイオードＤ１で短絡故障していると判断する。下アーム回路２０の短絡故障の特定方法は、上アーム回路１０の方法と基本的に同じであり、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加して、電流センサ２１の検出電流に基づいて、短絡箇所を特定すればよい。
【００７９】
また本例において、電流センサ１２、３２、５２を接続しなくても、少なくともスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち、どのスイッチング素子で故障が生じているかを特定することができる。すなわち、例えば、電圧センサ７３の検出電圧に基づいて上アーム回路１０、３０、５０あるいは下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか否かを判断する。そして、例えば上アーム回路１０、３０、５０で短絡故障が生じていることが特定された場合には、制御部９０はスイッチング素子Ｑ２に検知パルスを印加して、電流センサ１１の電流を検出する。Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロでない場合には、スイッチング素子Ｑ１で短絡故障が生じていると判断する。一方、Ｉｓｐｅ（ｕ）がゼロである場合には、スイッチング素子Ｑ１が正常であることが検知されるため、制御部９は、他の相であるＶ相、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ５について、同様な短絡箇所の検知制御を行えばよい。下アーム回路２０、４０、６０の短絡故障の特定方法は、上アーム回路１０、３０、５０の方法と基本的に同じであり、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５に検知パルスを印加して、電流センサ２１、４１、６１の検出電流に基づいて、短絡箇所を特定すればよい。
【００８０】
なお、本例は、図７に示すように、電圧センサ７３の代わりに電流センサ７４を、上アーム回路１０及び下アーム回路２０の直列回路とモータ１０２のＵ相入力部との接続点と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端及びダイオードＤ２のカノード端子の接続点との間に接続してよく、電流センサ７４はモータ１０２のＵ相入力部から下アーム回路２０に流れる電流を検出するセンサである。図７は、本発明の変形例に係る電力変換装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【００８１】
例えば、スイッチング素子Ｑ１またはダイオードＤ１で短絡故障している場合には、制御部９０がスイッチングＱ２に検知パルスを印加することで、微小電流が、短絡故障の上アーム回路１０及びスイッチング素子Ｑ２を流れるため、電流センサ７４及び電流センサ２１は当該電流を検出する。また、スイッチング素子Ｑ３またはダイオードＤ３、あるいは、スイッチング素子Ｑ５またはダイオードＤ５で短絡故障している場合には、制御部９０がスイッチングＱ２に検知パルスを印加することで、微小電流が、短絡故障の上アーム回路３０又は上アーム回路５０を通り、モータ１０２を介して、スイッチング素子Ｑ２を流れるため、電流センサ７４及び電流センサ２１は当該電流を検出する。
【００８２】
下アーム回路２０、４０、６０で短絡故障が生じているか否かを検出する場合には、スイッチング素子Ｑ１に検知パルスを印加し、電流センサ１１及び電流センサ１２の検出電流に基づき、判断すればよい。すなわち、例えば下アーム回路２０で短絡故障が生じている場合には、制御部９０がスイッチングＱ１に検知パルスを印加することで、スイッチング素子Ｑ１及び短絡故障の下アーム回路２０を流れるため、電流センサ１１及び電流センサ１２は当該電流を検出する。また、スイッチング素子Ｑ２またはダイオードＤ２、あるいは、スイッチング素子Ｑ４またはダイオードＤ６で短絡故障している場合には、制御部９０がスイッチングＱ１に検知パルスを印加することで、微小電流が、スイッチング素子Ｑ１を通り、モータを介して、短絡故障の下アーム回路４０又は上アーム回路６０を流れるため、電流センサ１１及び電流センサ１２は当該電流を検出する。
【００８３】
これにより、本例は、電流センサ７４の検出電流と、電流センサ１１、１２の検出電流に基づいて、上アーム回路１０、３０、５０及び下アーム回路２０、４０、６０のどちらで短絡故障が生じているか特定することができる。そして、上アーム回路１０、３０、５０及び下アーム回路２０、４０、６０のいずれの回路が故障したか特定した後は、図５に示す検知制御処理及び図６に示す検知制御処理をそれぞれ行うことで、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６及びダイオードＤ１〜Ｄ６のどの素子で短絡故障が生じているか特定することができる。なお、図７に示す回路において、下アーム回路２０、４０、６０の故障を特定する場合には、電流センサ３１、３２又は電流センサ５１、５２の検出電流に基づいて特定してもよい。
【００８４】
なお、本例の電流センサ１１、３１、５１が本発明の「第１の電流検出手段」に相当し、電流センサ１２、３２、５２が「第２の電流検出手段」に、電流センサ２１、４１、６１が「第３の電流検出手段」に、電圧センサ７３が「電圧検出手段」に、電流センサ７４が「第４の電流検出手段」に、制御部９０が「故障検出手段」及び「故障特定手段」に、インバータ１００の回路が「変換回路」に相当する。
【符号の説明】
【００８５】
１００…インバータ
１０、３０、５０…上アーム回路
２０、４０、６０…下アーム回路
Ｑ１〜Ｑ６…スイッチング素子
Ｄ１〜Ｄ６…ダイオード
１１、１２、２１、３１、３２、４１、５１、５２、６１、７４…電流センサ
７１…平滑コンデンサ
７２…放電抵抗
７３…電圧センサ
８０…駆動回路
９０…制御部
１０１…バッテリ
１０２…モータ
Ｐ、Ｎ…電源線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の正負両端にそれぞれ接続される電源線の間に、接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の順方向導通時に流れる電流の向きと逆方向で、前記スイッチング素子と並列に接続されたダイオードと、
前記スイッチング素子の低電位側端子と、前記ダイオードのアノード端子との接続点よりも前記スイッチング素子側に接続され、電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された検出電流に基づいて前記スイッチング素子の故障を検出する故障検出手段と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、
前記電源線の間に、直列接続された複数のスイッチング素子であり、
前記ダイオードは
前記複数のスイッチング素子にそれぞれ対応して接続された複数のダイオードであり、
前記電流検出手段は、
前記複数のスイッチング素子のうち正極側のスイッチング素子の低電位側端子と、前記複数のダイオードのうち正極側のダイオードのアノード端子との接続点よりも前記正極側のスイッチング素子側に接続され、電流を検出する第１の電流検出手段と、
前記複数のスイッチング素子のうち負極側のスイッチング素子の低電位側端子と、前記複数のダイオードのうち負極側のダイオードのアノード端子との接続点よりも前記負極側のスイッチング素子側に接続され、電流を検出する第２の電流検出手段とを有し、
前記故障検出手段は、
前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と、前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流とに基づいて前記スイッチング素子の故障を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記正極側のスイッチング素子及び前記正極側のダイオードを含む上アーム回路と、前記負極側スイッチング素子及び前記負極側ダイオードを含む下アーム回路との間に接続され、前記両端の中間電位を検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記故障検出手段は前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流及び電圧検出手段によって検出された検出電圧に基づいて前記スイッチング素子及びダイオードの故障を検出する
ことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
正極側の前記電源線と、前記正極側のスイッチング素子の高電位側端子及び前記正極側のダイオードのカソード端子との間に接続され、電流を検出する第３の電流検出手段をさらに備え、
前記故障検出手段は前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流、前記第３の電流検出手段によって検出された検出電流及び電圧検出手段によって検出された検出電圧に基づいて前記スイッチング素子及びダイオードの故障を検出する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記正極側のダイオードのアノード端子と、前記負極側スイッチング素子の高電位側端子及び前記負極側ダイオードのカソード端子との間に接続され、電流を検出する第４の電流検出手段をさらに備え、
前記故障検出手段は前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流、前記第４の電流検出手段によって検出された検出電流及び電圧検出手段によって検出された検出電圧に基づいて前記スイッチング素子及びダイオードの故障を検出する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
正極側の前記電源線と、前記正極側のスイッチング素子の高電位側端子及び前記正極側のダイオードのカソード端子との間に接続され、電流を検出する第３の電流検出手段と、
前記正極側のダイオードのアノード端子と、前記負極側スイッチング素子の高電位側端子及び前記負極側ダイオードのカソード端子との間に接続され、電流を検出する第４の電流検出手段とをさらに備え、
前記故障検出手段は前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流、前記第３の電流検出手段によって検出された検出電流及び前記第４の電流検出手段によって検出された検出電流に基づいて前記スイッチング素子及びダイオードの故障を検出する
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記故障検出手段は、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記電圧検出手段の検出電圧から前記上アーム回路が故障している判断した時には、前記負極側スイッチング素子のオン及びオフを切り換える信号を前記負極側スイッチング素子に出力し、前記第１の電流検出手段により検出される検出電流に基づいて前記上アーム回路の故障箇所を特定する
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電源線の間で、前記複数のスイッチング素子を並列に複数接続し、前記複数のダイオード、前記第１の電流検出手段及び前記第２の電流検出手段を、前記複数接続されたそれぞれのスイッチング素子と対応させて接続した多相の変換回路を備えると共に、
前記故障検出手段は、前記変換回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記第１の電流検出手段の検出電流、前記第２の電流検出手段の検出電流及び前記電圧検出手段の検出電圧に基づいて、前記変換回路に含まれる前記複数のスイッチング素子の中から、故障したスイッチング素子を特定する
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記電源線の間で、前記複数のスイッチング素子を並列に複数接続し、前記複数のダイオード、前記第１の電流検出手段、前記第２の電流検出手段、及び、前記第３の電流検出手段を、前記複数接続されたそれぞれのスイッチング素子と対応させて接続した多相の変換回路を備えると共に、
前記故障検出手段は前記変換回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記第１の電流検出手段の検出電流、前記第２の電流検出手段の検出電流、前記第３の電流検出手段の検出電流、及び、前記電圧検出手段の検出電圧に基づいて、前記変換回路に含まれる前記複数のスイッチング素子及び前記複数のダイオードの中から、故障したスイッチング素子及びダイオードを特定する
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電源線の間で、前記複数のスイッチング素子を並列に複数接続し、前記複数のダイオード、前記第１の電流検出手段、前記第２の電流検出手段、及び、前記第３の電流検出手段を、前記複数接続されたそれぞれのスイッチング素子と対応させて接続した多相の変換回路を備えると共に、
前記故障検出手段は、前記変換回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記第１の電流検出手段の検出電流、前記第２の電流検出手段の検出電流、前記第３の電流検出手段の検出電流、及び、前記第４の電流検出手段の検出電流に基づいて、前記変換回路に含まれる前記複数のスイッチング素子及び前記複数のダイオードの中から、故障したスイッチング素子及びダイオードを特定する
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記複数のスイッチング素子の間の接続点に接続されるモータ備えるとともに、
前記故障検出手段は、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記モータが制御される前に、前記スイッチング素子のオン及びオフを切り換える信号を前記スイッチング素子に印加して、前記故障箇所を特定する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記故障検出手段は、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定する故障特定手段とをさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記故障箇所を特定するために前記スイッチング素子のオン及びオフを切り換える信号を、前記スイッチング素子が発熱する時間より短い時間、前記スイッチング素子の制御端子に印加する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１】
電源の正負両端にそれぞれ接続される電源線の間に、接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の順方向導通時に流れる電流の向きと逆方向で、前記スイッチング素子と並列に接続されたダイオードと、
前記スイッチング素子の低電位側端子と、前記ダイオードのアノード端子との接続点よりも前記スイッチング素子側に接続され、電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された検出電流に基づいて前記スイッチング素子の故障を検出する故障検出手段と、を備える
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、
前記電源線の間に、直列接続された複数のスイッチング素子であり、
前記ダイオードは
前記複数のスイッチング素子にそれぞれ対応して接続された複数のダイオードであり、
前記電流検出手段は、
前記複数のスイッチング素子のうち正極側のスイッチング素子の低電位側端子と、前記複数のダイオードのうち正極側のダイオードのアノード端子との接続点よりも前記正極側のスイッチング素子側に接続され、電流を検出する第１の電流検出手段と、
前記複数のスイッチング素子のうち負極側のスイッチング素子の低電位側端子と、前記複数のダイオードのうち負極側のダイオードのアノード端子との接続点よりも前記負極側のスイッチング素子側に接続され、電流を検出する第２の電流検出手段とを有し、
前記故障検出手段は、
前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と、前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流とに基づいて前記スイッチング素子の故障を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記正極側のスイッチング素子及び前記正極側のダイオードを含む上アーム回路と、前記負極側スイッチング素子及び前記負極側ダイオードを含む下アーム回路との間に接続され、前記両端の中間電位を検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記故障検出手段は前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流及び電圧検出手段によって検出された検出電圧に基づいて前記スイッチング素子及びダイオードの故障を検出する
ことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
正極側の前記電源線と、前記正極側のスイッチング素子の高電位側端子及び前記正極側のダイオードのカソード端子との間に接続され、電流を検出する第３の電流検出手段をさらに備え、
前記故障検出手段は前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流、前記第３の電流検出手段によって検出された検出電流及び電圧検出手段によって検出された検出電圧に基づいて前記スイッチング素子及びダイオードの故障を検出する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記正極側のダイオードのアノード端子と、前記負極側スイッチング素子の高電位側端子及び前記負極側ダイオードのカソード端子との間に接続され、電流を検出する第４の電流検出手段をさらに備え、
前記故障検出手段は前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流、前記第４の電流検出手段によって検出された検出電流及び電圧検出手段によって検出された検出電圧に基づいて前記スイッチング素子及びダイオードの故障を検出する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
正極側の前記電源線と、前記正極側のスイッチング素子の高電位側端子及び前記正極側のダイオードのカソード端子との間に接続され、電流を検出する第３の電流検出手段と、
前記正極側のダイオードのアノード端子と、前記負極側スイッチング素子の高電位側端子及び前記負極側ダイオードのカソード端子との間に接続され、電流を検出する第４の電流検出手段とをさらに備え、
前記故障検出手段は前記第１の電流検出手段によって検出された検出電流と前記第２の電流検出手段によって検出された検出電流、前記第３の電流検出手段によって検出された検出電流及び前記第４の電流検出手段によって検出された検出電流に基づいて前記スイッチング素子及びダイオードの故障を検出する
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記故障検出手段は、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記電圧検出手段の検出電圧から前記上アーム回路が故障している判断した時には、前記負極側スイッチング素子のオン及びオフを切り換える信号を前記負極側スイッチング素子に出力し、前記第１の電流検出手段により検出される検出電流に基づいて前記上アーム回路の故障箇所を特定する
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電源線の間で、前記複数のスイッチング素子を並列に複数接続し、前記複数のダイオード、前記第１の電流検出手段及び前記第２の電流検出手段を、前記複数接続されたそれぞれのスイッチング素子と対応させて接続した多相の変換回路を備えると共に、
前記故障検出手段は、前記変換回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記第１の電流検出手段の検出電流、前記第２の電流検出手段の検出電流及び前記電圧検出手段の検出電圧に基づいて、前記変換回路に含まれる前記複数のスイッチング素子の中から、故障したスイッチング素子を特定する
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記電源線の間で、前記複数のスイッチング素子を並列に複数接続し、前記複数のダイオード、前記第１の電流検出手段、前記第２の電流検出手段、及び、前記第３の電流検出手段を、前記複数接続されたそれぞれのスイッチング素子と対応させて接続した多相の変換回路を備えると共に、
前記故障検出手段は前記変換回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記第１の電流検出手段の検出電流、前記第２の電流検出手段の検出電流、前記第３の電流検出手段の検出電流、及び、前記電圧検出手段の検出電圧に基づいて、前記変換回路に含まれる前記複数のスイッチング素子及び前記複数のダイオードの中から、故障したスイッチング素子及びダイオードを特定する
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電源線の間で、前記複数のスイッチング素子を並列に複数接続し、前記複数のダイオード、前記第１の電流検出手段、前記第２の電流検出手段、及び、前記第３の電流検出手段を、前記複数接続されたそれぞれのスイッチング素子と対応させて接続した多相の変換回路を備えると共に、
前記故障検出手段は、前記変換回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記第１の電流検出手段の検出電流、前記第２の電流検出手段の検出電流、前記第３の電流検出手段の検出電流、及び、前記第４の電流検出手段の検出電流に基づいて、前記変換回路に含まれる前記複数のスイッチング素子及び前記複数のダイオードの中から、故障したスイッチング素子及びダイオードを特定する
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記複数のスイッチング素子の間の接続点に接続されるモータ備えるとともに、
前記故障検出手段は、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定する故障特定手段をさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記モータが制御される前に、前記スイッチング素子のオン及びオフを切り換える信号を前記スイッチング素子に印加して、前記故障箇所を特定する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記故障検出手段は、電力変換装置に含まれる回路の故障箇所を特定する故障特定手段とをさらに備え、
前記故障特定手段は、
前記故障箇所を特定するために前記スイッチング素子のオン及びオフを切り換える信号を、前記スイッチング素子が発熱する時間より短い時間、前記スイッチング素子の制御端子に印加する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９９１８７（Ｐ２０１３−９９１８７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１９９６（Ｐ２０１１−２４１９９６）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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