特許7088200モータ制御方法、電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-13
(45)【発行日】2022-06-21
(54)【発明の名称】モータ制御方法、電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
(51)【国際特許分類】
H02P 27/06 20060101AFI20220614BHJP
H02P 25/16 20060101ALI20220614BHJP
H02M 7/493 20070101ALI20220614BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20220614BHJP
B62D 5/04 20060101ALI20220614BHJP
【ＦＩ】
H02P27/06
H02P25/16
H02M7/493
H02M7/48 F
B62D5/04
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2019543415
(86)(22)【出願日】2018-06-15
(86)【国際出願番号】 JP2018022990
(87)【国際公開番号】W WO2019058668
(87)【国際公開日】2019-03-28
【審査請求日】2021-04-01
(31)【優先権主張番号】P 2017180913
(32)【優先日】2017-09-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000232302
【氏名又は名称】日本電産株式会社
(72)【発明者】
【氏名】アハマッド ガデリー
【審査官】尾家 英樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－６４３７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２１９９５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平６－２３３４５０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２７／０６
Ｈ０２Ｐ ２５／１６
Ｈ０２Ｍ ７／４９３
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｂ６２Ｄ ５／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換し、前記ｎ相の巻線の一端に接続される第１インバータおよび前記ｎ相の巻線の他端に接続される第２インバータを備える電力変換装置に用いるモータ制御方法であって、前記第１インバータのｎ個のレグに含まれるｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流、前記第１インバータのＧＮＤラインに設けられた第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流、前記第２インバータのｎ個のレグに含まれるｎ個の第３シャント抵抗に流れるｎ相電流、および、前記第２インバータのＧＮＤラインに設けられた第４シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流を獲得する電流獲得ステップと、
前記ｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流および前記第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流に基づいて、前記第１インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す第１故障信号を生成し、かつ、前記ｎ個の第３シャント抵抗に流れるｎ相電流および前記第４シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流に基づいて、前記第２インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す第２故障信号を生成する故障信号生成ステップと、
前記第１故障信号および前記第２故障信号のレベルの組と複数の制御モードの間の関係を表すテーブルを参照して、前記複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択する制御モード選択ステップと、
選択された前記制御モードに従って前記モータを制御するモータ制御ステップと、
を包含するモータ制御方法。
【請求項2】
前記故障信号生成ステップは、前記ｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流の総和と前記第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流との差分の第１絶対値を算出することと、
前記ｎ個の第３シャント抵抗に流れるｎ相電流の総和と前記第４シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流との差分の第２絶対値を算出することと、
を包含する請求項１に記載のモータ制御方法。
【請求項3】
前記故障信号生成ステップは、さらに、前記第１絶対値と第１許容限度値の比較結果に基づいて前記第１故障信号を生成することと、
前記第２絶対値と第２許容限度値の比較結果に基づいて前記第２故障信号を生成することと、
を包含する請求項２に記載のモータ制御方法。
【請求項4】
前記故障信号生成ステップにおいて、前記第１絶対値が前記第１許容限度値を超える場合、前記第１インバータにおけるシャント抵抗の故障を示す前記第１故障信号を生成し、前記第１絶対値が前記第１許容限度値未満である場合、前記第１インバータにおけるシャント抵抗の無故障を示す前記第１故障信号を生成し、
前記第２絶対値が前記第２許容限度値を超える場合、前記第２インバータにおけるシャント抵抗の故障を示す前記第２故障信号を生成し、前記第２絶対値が前記第２許容限度値未満である場合、前記第２インバータにおけるシャント抵抗の無故障を示す前記第２故障信号を生成する、請求項３に記載のモータ制御方法。
【請求項5】
前記複数の制御モードは、前記第１および第２インバータを用いて、または、前記第１および第２インバータの一方の中性点および他方を用いて前記ｎ相の巻線を通電する第１制御モードと、
前記第１および第２インバータの故障したシャント抵抗を含む一方の中性点および他方を用いて前記ｎ相の巻線を通電する第２制御モードと、
前記ｎ相の巻線の通電をシャットダウンする第３制御モードと、
を備える、請求項１から４のいずれかに記載のモータ制御方法。
【請求項6】
前記制御モード選択ステップにおいて、前記第１故障信号は、前記第１インバータにおけるシャント抵抗の無故障を示し、かつ、前記第２故障信号は、前記第２インバータにおけるシャント抵抗の無故障を示す場合には、前記制御モードとして前記第１制御モードを選択し、
前記第１故障信号は、前記第１インバータにおけるシャント抵抗の無故障を示し、かつ、前記第２故障信号は、前記第２インバータにおけるシャント抵抗の故障を示す場合、または、前記第１故障信号は、前記第１インバータにおけるシャント抵抗の故障を示し、かつ、前記第２故障信号は、前記第２インバータにおけるシャント抵抗の無故障を示す場合には、前記制御モードとして前記第２制御モードを選択し、
前記第１故障信号は、前記第１インバータにおけるシャント抵抗の故障を示し、かつ、前記第２故障信号は、前記第２インバータにおけるシャント抵抗の故障を示す場合には、前記制御モードとして前記第３制御モードを選択する、請求項５に記載のモータ制御方法。
【請求項7】
電源からの電力をｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換し、前記ｎ相の巻線に接続されるインバータを備える電力変換装置に用いるモータ制御方法であって、前記インバータのｎ個のレグに含まれるｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流、および、前記インバータのＧＮＤラインに設けられた第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流を獲得する電流獲得ステップと、
前記ｎ相電流および前記ＧＮＤ電流に基づいて、前記インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す故障信号を生成する故障信号生成ステップと、 前記故障信号のレベルと複数の制御モードの間の関係を表すテーブルを参照して、前記複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択する制御モード選択ステップと、
選択された前記制御モードに従って前記モータを制御するモータ制御ステップと、
を包含するモータ制御方法。
【請求項8】
前記電力変換装置は、ローサイドスイッチ素子、ハイサイドスイッチ素子および第３シャント抵抗を含む中性点用レグであって、前記ｎ相の巻線の一端をＹ結線する前記モータの中性点ノードに接続される中性点用レグをさらに備え、前記電流獲得ステップにおいて、前記第３シャント抵抗を流れる電流をさらに獲得し、
前記故障信号生成ステップにおいて、前記第３シャント抵抗を流れる電流、前記ｎ相電流および前記ＧＮＤ電流に基づいて、前記インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す故障信号を生成する、請求項７に記載のモータ制御方法。
【請求項9】
電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、各々がローサイドスイッチ素子、ハイサイドスイッチ素子および第１シャント抵抗を含むｎ個のレグを有し、前記ｎ相の巻線の一端に接続される第１インバータであって、ＧＮＤ電流を検出するための第２シャント抵抗がＧＮＤラインに設けられた第１インバータと、
各々がローサイドスイッチ素子、ハイサイドスイッチ素子および第３シャント抵抗を含むｎ個のレグを有し、前記ｎ相の巻線の他端に接続される第２インバータであって、ＧＮＤ電流を検出するための第４シャント抵抗がＧＮＤラインに設けられた第２インバータと、
前記第１および第２インバータのスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路であって、
前記第１インバータのｎ個のレグに含まれるｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流、前記第１インバータの前記第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流、前記第２インバータのｎ個のレグに含まれるｎ個の第３シャント抵抗に流れるｎ相電流、および、前記第２インバータの前記第４シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流を獲得し、
前記ｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流および前記第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流に基づいて、前記第１インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す第１故障信号を生成し、かつ、前記ｎ個の第３シャント抵抗に流れるｎ相電流および前記第４シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流に基づいて、前記第２インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す第２故障信号を生成し、
前記第１故障信号および前記第２故障信号のレベルの組と複数の制御モードの間の関係を表すテーブルを参照して、前記複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択し、
選択された前記制御モードに従って、前記第１および第２インバータのスイッチ素子のスイッチング動作を制御する、制御回路と、
を備える電力変換装置。
【請求項10】
電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換する電力変換装置であって、各々がローサイドスイッチ素子、ハイサイドスイッチ素子および第１シャント抵抗を含むｎ個のレグを有し、前記ｎ相の巻線に接続されるインバータであって、ＧＮＤ電流を検出するための第２シャント抵抗がＧＮＤラインに設けられたインバータと、
前記インバータのスイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御回路であって、
前記ｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流および前記第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流を獲得し、
前記ｎ相電流および前記ＧＮＤ電流に基づいて、前記インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す故障信号を生成し、
前記故障信号のレベルと複数の制御モードの間の関係を表すテーブルを参照して、前記複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択し、
選択された前記制御モードに従って、前記インバータのスイッチ素子のスイッチング動作を制御する、制御回路と、
を備える電力変換装置。
【請求項11】
ローサイドスイッチ素子およびハイサイドスイッチ素子を含む中性点用レグであって、前記ｎ相の巻線の一端をＹ結線する前記モータの中性点ノードに接続される中性点用レグをさらに備える、請求項１０に記載の電力変換装置。【請求項12】
前記中性点用レグは、前記インバータのｎ個のレグを接続するローサイド側およびハイサイド側のノードの間に接続される、請求項１１に記載の電力変換装置。【請求項13】
前記中性点用レグは第３シャント抵抗を有する、請求項１２に記載の電力変換装置。【請求項14】
モータと、請求項９から１３のいずれかに記載の電力変換装置と、
を備えるモータモジュール。
【請求項15】
請求項１４に記載のモータモジュールを備える電動パワーステアリング装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、モータ制御方法、電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電動モータ（以下、単に「モータ」と表記する。）、インバータおよびＥＣＵが一体化された機電一体型モータが開発されている。特に車載分野において安全性の観点から高い品質保証が要求される。そのため、部品の一部が故障した場合でも安全動作を継続できる冗長設計が取り入れられている。冗長設計の一例として、１つのモータに対して２つの電力変換装置を設けることが検討されている。他の一例として、メインのマイクロコントローラにバックアップ用マイクロコントローラを設けることが検討されている。
【0003】
特許文献１は、第１系統および第２系統を有するモータ駆動装置を開示する。第１系統は、モータの第１巻線組に接続され、第１インバータ部、電源リレーおよび逆接続保護リレーなどを有する。第２系統は、モータの第２巻線組に接続され、第２インバータ部、電源リレーおよび逆接続保護リレーなどを有する。モータ駆動装置に故障が生じていないとき、第１系統および第２系統の両方を用いてモータを駆動することが可能である。これに対し、第１系統および第２系統の一方、または、第１巻線組および第２巻線組の一方に故障が生じたとき、電源リレーは、電源から、故障した系統、または、故障した巻線組に接続された系統への電力供給を遮断する。故障していない他方の系統を用いてモータ駆動を継続させることが可能である。
【0004】
特許文献２および３も、第１系統および第２系統を有するモータ駆動装置を開示する。一方の系統または一方の巻線組が故障したとしても、故障していない系統によってモータ駆動を継続させることができる。
【0005】
特許文献４は、４つの電気的分離手段、および、２つのインバータを有し、三相モータに供給する電力を変換するモータ駆動装置を開示する。１つのインバータに対し、電源およびインバータの間に１つの電気的分離手段が設けられ、インバータおよびグランド（以下、ＧＮＤと表記する。）の間に１つの電気的分離手段が設けられている。故障したインバータにおける巻線の中性点を用いて、故障していないインバータによってモータを駆動することが可能である。そのとき、故障したインバータに接続された２つの電気的分離手段を遮断状態にすることによって、故障したインバータは電源およびＧＮＤから分離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１６－３４２０４号公報
【文献】特開２０１６－３２９７７号公報
【文献】特開２００８－１３２９１９号公報
【文献】特許第５７９７７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述した従来の技術では、相電流の検出に用いられるシャント抵抗の故障を適切に検出することが求められていた。
【0008】
本開示の実施形態は、シャント抵抗の故障を適切に検出することが可能な故障検知方法を有するモータ制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の例示的なモータ制御方法は、電源からの電力を、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換し、前記ｎ相の巻線の一端に接続される第１インバータおよび前記ｎ相の巻線の他端に接続される第２インバータを備える電力変換装置に用いるモータ制御方法であって、前記第１インバータのｎ個のレグに含まれるｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流、前記第１インバータのＧＮＤラインに設けられた第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流、前記第２インバータのｎ個のレグに含まれるｎ個の第３シャント抵抗に流れるｎ相電流、および、前記第２インバータのＧＮＤラインに設けられた第４シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流を獲得する電流獲得ステップと、前記ｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流および前記第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流に基づいて、前記第１インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す第１故障信号を生成し、かつ、前記ｎ個の第３シャント抵抗に流れるｎ相電流および前記第４シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流に基づいて、前記第２インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す第２故障信号を生成する故障信号生成ステップと、前記第１故障信号および前記第２故障信号のレベルの組と複数の制御モードの間の関係を表すテーブルを参照して、前記複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択する制御モード選択ステップと、選択された前記制御モードに従って前記モータを制御するモータ制御ステップと、を包含する。
【0010】
本開示の例示的な他のモータ制御方法は、電源からの電力を、一端同士がＹ結線されたｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力に変換し、前記ｎ相の巻線の他端に接続されるインバータを備える電力変換装置に用いるモータ制御方法であって、前記インバータのｎ個のレグに含まれるｎ個の第１シャント抵抗に流れるｎ相電流、および、前記インバータのＧＮＤラインに設けられた第２シャント抵抗を流れるＧＮＤ電流を獲得する電流獲得ステップと、前記ｎ相電流および前記ＧＮＤ電流に基づいて、前記インバータにおけるシャント抵抗の故障の有無を示す故障信号を生成する故障信号生成ステップと、前記故障信号のレベルと複数の制御モードの間の関係を表すテーブルを参照して、前記複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択する制御モード選択ステップと、選択された前記制御モードに従って前記モータを制御するモータ制御ステップと、を包含する。
【発明の効果】
【0011】
本開示の例示的な実施形態によると、シャント抵抗の故障を検出することによって、複数の制御モードの中から適切な制御モードを選択し、シャント抵抗の故障時においてもモータ駆動を継続することが可能なモータ制御方法、電力変換装置、当該電力変換装置を備えるモータモジュールおよび当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示のモータ制御方法、電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
【0014】
本明細書において、電源からの電力を、三相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の巻線を有する三相モータに供給する電力に変換する電力変換装置を例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのｎ相（ｎは４以上の整数）の巻線を有するｎ相モータに供給する電力に変換する電力変換装置、およびその装置に用いるモータ制御方法も本開示の範疇である。
【0015】
【0016】
モータモジュール２０００は、典型的に、インバータユニット１００と制御回路３００とを有する電力変換装置１０００およびモータ２００を備える。モータモジュール２０００は、モジュール化され、例えば、モータ、センサ、ドライバおよびコントローラを有する機電一体型モータとして製造および販売され得る。
【0017】
電力変換装置１０００は、電源１０１（図２を参照）からの電力をモータ２００に供給する電力に変換することが可能である。電力変換装置１０００は、モータ２００に接続される。例えば、電力変換装置１０００は、直流電力を、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換することが可能である。本明細書において、部品（構成要素）同士の間の「接続」とは、主に電気的な接続を意味する。
【0018】
モータ２００は、例えば三相交流モータである。モータ２００は、Ａ相の巻線Ｍ１、Ｂ相の巻線Ｍ２およびＣ相の巻線Ｍ３を備え、インバータユニット１００の第１インバータ１２０と第２インバータ１３０とに接続される。具体的に説明すると、第１インバータ１２０はモータ２００の各相の巻線の一端に接続され、第２インバータ１３０は各相の巻線の他端に接続される。
【0019】
制御回路３００は、例えば、電源回路３１０と、角度センサ３２０と、入力回路３３０と、コントローラ３４０と、駆動回路３５０と、ＲＯＭ３６０とを備える。制御回路３００の各部品は、例えば１枚の回路基板（典型的にはプリント基板）に実装される。制御回路３００は、インバータユニット１００に接続され、電流センサ１５０および角度センサ３２０からの入力信号に基づいてインバータユニット１００を制御する。その制御手法として、例えばベクトル制御、パルス幅変調（ＰＷＭ）または直接トルク制御（ＤＴＣ）がある。ただし、モータ制御手法（例えばセンサレス制御）によっては、角度センサ３２０は不要な場合がある。
【0020】
制御回路３００は、目的とする、モータ２００のロータの位置、回転速度、および電流などを制御してクローズドループ制御を実現することができる。なお、制御回路３００は、角度センサ３２０に代えてトルクセンサを備えてもよい。この場合、制御回路３００は、目的とするモータトルクを制御することができる。
【0021】
電源回路３１０は、電源１０１の例えば１２Ｖの電圧に基づいて回路内の各ブロックに必要な電源電圧（例えば３Ｖ、５Ｖ）を生成する。
【0022】
角度センサ３２０は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。または、角度センサ３２０は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。角度センサ３２０は、ロータの回転角（以下、「回転信号」と表記する。）を検出し、回転信号をコントローラ３４０に出力する。
【0023】
入力回路３３０は、電流センサ１５０によって検出された相電流（以下、「実電流値」と表記する場合がある。）を受け取って、実電流値のレベルをコントローラ３４０の入力レベルに必要に応じて変換し、実電流値をコントローラ３４０に出力する。入力回路３３０は、例えばアナログデジタル変換回路である。
【0024】
コントローラ３４０は、電力変換装置１０００の全体を制御する集積回路であり、例えば、マイクロコントローラまたはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）である。コントローラ３４０は、インバータユニット１００の第１および第２インバータ１２０、１３０における各スイッチ素子（典型的には半導体スイッチ素子）のスイッチング動作（ターンオンまたはターンオフ）を制御する。コントローラ３４０は、実電流値およびロータの回転信号などに従って目標電流値を設定してＰＷＭ信号を生成し、それを駆動回路３５０に出力する。
【0025】
駆動回路３５０は、典型的にはプリドライバ（「ゲートドライバ」と呼ばれることもある。）である。駆動回路３５０は、インバータユニット１００の第１および第２インバータ１２０、１３０における各スイッチ素子のスイッチング動作を制御する制御信号（ゲート制御信号）をＰＷＭ信号に従って生成し、各スイッチ素子のゲートに制御信号を与える。駆動対象が低電圧で駆動可能なモータであるとき、プリドライバは必ずしも必要とされない場合がある。その場合プリドライバの機能はコントローラ３４０に実装され得る。
【0026】
ＲＯＭ３６０は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ）または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ３６０は、コントローラ３４０に電力変換装置１０００を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にＲＡＭ（不図示）に一旦展開される。
【0027】
図２を参照し、インバータユニット１００の具体的な回路構成を説明する。
【0028】
図２は、本実施形態によるインバータユニット１００の回路構成を模式的に示している。
【0029】
電源１０１は、所定の電源電圧（例えば１２Ｖ）を生成する。電源１０１として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源１０１は、ＡＣ－ＤＣコンバータまたはＤＣ―ＤＣコンバータであってもよいし、バッテリー（蓄電池）であってもよい。電源１０１は、図示するように、第１および第２インバータ１２０、１３０に共通の単一電源であってもよいし、第１インバータ１２０用の第１電源（不図示）および第２インバータ１３０用の第２電源（不図示）を備えていてもよい。
【0030】
ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２が、電源１０１と第１インバータ１２０との間に接続される。ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２は、電源１０１から第１インバータ１２０に流れ得る大電流を遮断することができる。ヒューズＩＳＷ＿２１、ＩＳＷ＿２２が、電源１０１と第２インバータ１３０との間に接続される。ヒューズＩＳＷ＿２１、ＩＳＷ＿２２は、電源１０１から第２インバータ１３０に流れ得る大電流を遮断することができる。ヒューズの代わりにリレーなどを用いてもよい。
【0031】
図示されていないが、電源１０１と第１インバータ１２０の間、および、電源１０１と第２インバータ１３０の間にコイルが設けられる。コイルは、ノイズフィルタとして機能し、各インバータに供給する電圧波形に含まれる高周波ノイズ、または各インバータで発生する高周波ノイズを電源１０１側に流出させないように平滑化する。また、各インバータの電源端子には、コンデンサが接続される。コンデンサは、いわゆるバイパスコンデンサであり、電圧リプルを抑制する。コンデンサは、例えば電解コンデンサであり、容量および使用する個数は設計仕様などによって適宜決定される。
【0032】
第１インバータ１２０は、３個のレグから構成されるブリッジ回路を有する。各レグは、ハイサイドスイッチ素子、ローサイドスイッチ素子およびシャント抵抗を有する。Ａ相レグは、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ａ１Ｌおよび第１シャント抵抗Ｓ＿Ａ１を有する。Ｂ相レグは、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｂ１Ｈ、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｂ１Ｌおよび第１シャント抵抗Ｓ＿Ｂ１を有する。Ｃ相レグは、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｃ１Ｈ、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｃ１Ｌおよび第１シャント抵抗Ｓ＿Ｃ１を有する。
【0033】
スイッチ素子として、例えば、寄生ダイオードが内部に形成された電界効果トランジスタ（典型的にはＭＯＳＦＥＴ）、または、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とそれに並列接続された還流ダイオードとの組み合わせを用いることができる。
【0034】
第１シャント抵抗Ｓ＿Ａ１は、Ａ相の巻線Ｍ１を流れるＡ相電流ＩＡ１を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ａ１ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。第１シャント抵抗Ｓ＿Ｂ１は、Ｂ相の巻線Ｍ２を流れるＢ相電流ＩＢ１を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｂ１ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。第１シャント抵抗Ｓ＿Ｃ１は、Ｃ相の巻線Ｍ３を流れるＣ相電流ＩＣ１を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｃ１ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。さらに、ＧＮＤラインＧＬに、そのラインを流れるＧＮＤ電流ＩＺ１を検出するために用いられる第２シャント抵抗Ｓ＿Ｚ１が設けられている。４個のシャント抵抗Ｓ＿Ａ１、Ｓ＿Ｂ１、Ｓ＿Ｃ１およびＳ＿Ｚ１は、第１インバータ１２０のＧＮＤラインＧＬと共通に接続されている。
【0035】
第２インバータ１３０は、３個のレグから構成されるブリッジ回路を有する。各レグは、ハイサイドスイッチ素子、ローサイドスイッチ素子およびシャント抵抗を有する。Ａ相レグは、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ａ２Ｈ、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ａ２Ｌおよびシャント抵抗Ｓ＿Ａ２を有する。Ｂ相レグは、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｂ２Ｈ、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｂ２Ｌおよびシャント抵抗Ｓ＿Ｂ２を有する。Ｃ相レグは、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｃ２Ｈ、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｃ２Ｌおよびシャント抵抗Ｓ＿Ｃ２を有する。
【0036】
シャント抵抗Ｓ＿Ａ２は、Ａ相電流ＩＡ２を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ａ２ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。シャント抵抗Ｓ＿Ｂ２は、Ｂ相電流ＩＢ２を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｂ２ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。シャント抵抗Ｓ＿Ｃ２は、Ｃ相電流ＩＣ２を検出するために用いられ、例えば、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ｃ２ＬとＧＮＤラインＧＬの間に接続される。さらに、ＧＮＤラインＧＬに、そのラインを流れるＧＮＤ電流ＩＺ２を検出するために用いられる第４シャント抵抗Ｓ＿Ｚ２が設けられている。４個のシャント抵抗Ｓ＿Ａ２、Ｓ＿Ｂ２、Ｓ＿Ｃ２,Ｓ＿Ｚ２は、第２インバータ１３０のＧＮＤラインＧＬと共通に接続されている。
【0037】
上述した電流センサ１５０は、例えば、シャント抵抗Ｓ＿Ａ１、Ｓ＿Ｂ１、Ｓ＿Ｃ１、Ｓ＿Ｚ１、Ｓ＿Ａ２、Ｓ＿Ｂ２、Ｓ＿Ｃ２、Ｓ＿Ｚ２および各シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出回路（不図示）を備える。
【0038】
第１インバータ１２０のＡ相レグ（具体的には、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ａ１Ｈおよびローサイドスイッチ素子ＳＷ＿Ａ１Ｌの間のノード）は、モータ２００のＡ相の巻線Ｍ１の一端Ａ１に接続され、第２インバータ１３０のＡ相レグは、Ａ相の巻線Ｍ１の他端Ａ２に接続される。第１インバータ１２０のＢ相レグは、モータ２００のＢ相の巻線Ｍ２の一端Ｂ１に接続され、第２インバータ１３０のＢ相レグは、巻線Ｍ２の他端Ｂ２に接続される。第１インバータ１２０のＣ相レグは、モータ２００のＣ相の巻線Ｍ３の一端Ｃ１に接続され、第２インバータ１３０のＣ相レグは、巻線Ｍ３の他端Ｃ２に接続される。
【0039】
〔２．シャント抵抗の故障検出を有するモータ制御方法〕
図３および図４を参照しながら、図１に示す電力変換装置１０００を例に、電力変換装置に用いるモータ制御方法の具体例を説明し、シャント抵抗の故障を検知する手法を主として説明する。ただし、本開示のモータ制御方法は、インバータの各相のレグおよびＧＮＤラインにシャント抵抗を備える電力変換装置に好適に用いることができる。
【0040】
モータ制御方法を説明する前に、本発明の基礎になった知見を説明する。
【0041】
例えば、図１に示す電力変換装置１０００において巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を通電する制御（「三相通電制御」と表記する。）では、各相の巻線に流れる電流を独立に制御できるため、三相のうちの二相（例えばＡ相、Ｂ相）の巻線を通電することにより、モータ駆動を行うことが可能となる。本発明者は、インバータのＧＮＤラインに流れるＧＮＤ電流と三相電流との関係に着目し、シャント抵抗の故障を検知する手法を検討した。
【0042】
シャント抵抗の故障検出を有するモータ制御方法の概要は、下記のとおりである。
【0043】
先ず、第１インバータ１２０の３個のレグに含まれる３個の第１シャント抵抗Ｓ＿Ａ１、Ｓ＿Ｂ１およびＳ＿Ｃ１に流れる三相電流ＩＡ１、ＩＢ１およびＩＣ１、第１インバータ１２０のＧＮＤラインＧＬに設けられた第２シャント抵抗Ｓ＿Ｚ１を流れるＧＮＤ電流ＩＺ１、第２インバータ１３０の３個のレグに含まれる３個の第３シャント抵抗Ｓ＿Ａ２、Ｓ＿Ｂ２およびＳ＿Ｃ２に流れる三相電流ＩＡ２、ＩＢ２およびＩＣ２、および、第２インバータ１３０のＧＮＤラインＧＬに設けられた第４シャント抵抗Ｓ＿Ｚ２を流れるＧＮＤ電流ＩＺ２を獲得する（電流獲得ステップ）。
【0044】
次に、三相電流ＩＡ１、ＩＢ１およびＩＣ１およびＧＮＤ電流ＩＺ１に基づいて、第１インバータ１２０におけるシャント抵抗の故障の有無を示す第１故障信号を生成し、かつ、三相電流ＩＡ２、ＩＢ２およびＩＣ２およびＧＮＤ電流ＩＺ２に基づいて、第２インバータ１３０におけるシャント抵抗の故障の有無を示す第２故障信号を生成する（故障信号生成ステップ）。
【0045】
次に、第１故障信号および第２故障信号のレベルの組と複数の制御モードの間の関係を表すルックアップテーブル（ＬＵＴ）を参照して、複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択する（制御モード選択ステップ）。
【0046】
次に、選択された制御モードに従ってモータ２００を制御する（モータ制御ステップ）。
【0047】
上記の電流獲得ステップ、故障信号生成ステップ、制御モード選択ステップおよびモータ制御ステップは、例えば、電流センサ１５０によって各相電流を測定する周期に同期して繰り返し実行される。
【0048】
本実施形態によるモータ制御方法を実現するためのアルゴリズムは、例えばマイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはＦＰＧＡなどのハードウェアのみで実現することもできるし、ハードおよびソフトウェアの組み合わせによっても実現することができる。
【0049】
【0050】
本明細書において、機能ブロック図における各ブロックは、ハードウェア単位ではなく機能ブロック単位で示される。モータ制御およびシャント抵抗の故障検知に用いるソフトウェアは、例えば、各機能ブロックに対応した特定の処理を実行させるためのコンピュータプログラムを構成するモジュールであり得る。そのようなコンピュータプログラムは、例えばＲＯＭ３６０に格納される。コントローラ３４０は、ＲＯＭ３６０から命令を読み出して各処理を逐次実行することができる。
【0051】
コントローラ３４０は、例えば、故障検知ユニット８００およびモータ制御ユニット９００を有する。
【0052】
故障検知ユニット８００は、インバータユニット１００の第１インバータ１２０側で検出された三相電流ＩＡ１、ＩＢ１、ＩＣ１およびＧＮＤ電流ＩＺ１を獲得し、かつ、インバータユニット１００の第２インバータ１３０側で検出された三相電流ＩＡ２、ＩＢ２、ＩＣ２およびＧＮＤ電流ＩＺ２を獲得して、複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択する。故障検知ユニット８００は、選択した制御モードに応じたモード信号ｍｏｄｅをモータ制御ユニット９００に出力する。
【0053】
モータ制御ユニット９００は、例えばベクトル制御を用いて、第１および第２インバータ１２０、１３０のスイッチ素子のスイッチング動作の全般を制御するＰＷＭ信号をモード信号ｍｏｄｅに基づいて生成する。モータ制御ユニット９００は、ＰＷＭ信号を駆動回路３５０に出力する。
【0054】
モータ制御ユニット９００は、第１および第２インバータ１２０、１３０の制御をモード信号ｍｏｄｅに応じて切替える。具体的に説明すると、モータ制御ユニット９００は、第１および第２インバータ１２０、１３０のスイッチ素子の、スイッチング動作を含むオン・オフ状態をモード信号ｍｏｄｅに基づいて決定することが可能である。モータ制御ユニット９００は、さらにヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２、ＩＳＷ＿２１、ＩＳＷ＿２２のオン・オフ状態をモード信号ｍｏｄｅに基づいて決定することが可能である。
【0055】
本明細書において、説明の便宜上、各機能ブロックをユニットと表記する場合がある。当然に、この表記は、各機能ブロックを、ハードウェアまたはソフトウェアに限定解釈する意図で用いられない。
【0056】
各機能ブロックはソフトウェアとしてコントローラ３４０に実装される場合、そのソフトウェアの実行主体は、例えばコントローラ３４０のコアであり得る。上述したように、コントローラ３４０は、ＦＰＧＡによって実現され得る。その場合、全てまたは一部の機能ブロックは、ハードウェアで実現され得る。
【0057】
複数のＦＰＧＡを用いて処理を分散させることにより、特定のコンピュータの演算負荷を分散させることができる。その場合、図３および図４に示される機能ブロックの全てまたは一部は、複数のＦＰＧＡに分散して実装され得る。複数のＦＰＧＡは、例えば車載のコントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）によって互いに通信可能に接続され、データの送受信を行うことが可能である。
【0058】
故障検知ユニット８００は、例えば、加算器８１１、８１２、減算器８２１、８２２、絶対値ユニット８３１、８３２、比較器８４１、８４２およびＬＵＴを有する。
【0059】
加算器８１１は、三相電流ＩＡ１、ＩＢ１、ＩＣ１の総和ｓｕｍ１（＝ＩＡ１＋ＩＢ１＋ＩＣ１）を算出する。加算器８１２は、三相電流ＩＡ２、ＩＢ２およびＩＣ２の総和ｓｕｍ２（＝ＩＡ２＋ＩＢ２＋ＩＣ２）を算出する。
【0060】
減算器８２１は、三相電流ＩＡ１、ＩＢ１およびＩＣ１の総和ｓｕｍ１とＧＮＤ電流ＩＺ１との差分ｄｉｆｆ１を求める。減算器８２２は、三相電流ＩＡ２、ＩＢ２およびＩＣ２の総和ｓｕｍ２とＧＮＤ電流ＩＺ２との差分ｄｉｆｆ２を求める。
【0061】
絶対値ユニット８３１は、差分ｄｉｆｆ１の第１絶対値ａｂｓ１（＝｜ＩＡ１＋ＩＢ１＋ＩＣ１－ＩＺ１｜）を求める。絶対値ユニット８３２は、差分ｄｉｆｆ２の第２絶対値ａｂｓ２（＝｜ＩＡ２＋ＩＢ２＋ＩＣ２－ＩＺ２｜を求める。
【0062】
比較器８４１、８４２は、例えばヒステリシスコンパレータである。ヒステリシスコンパレータによれば、入力信号にノイズが乗ったとしても出力信号のジッタを抑制することができる。比較器８４１は、第１絶対値ａｂｓ１と第１許容限度値の比較結果に基づいて第１故障信号ｆａｕｌｔ１を生成する。比較器８４２は、第２絶対値ａｂｓ２と第２許容限度値の比較結果に基づいて第２故障信号ｆａｕｌｔ２を生成する。換言すると、比較器８４１は、第１絶対値ａｂｓ１が許容される範囲内にあるか否かを判定する。比較器８４２は、第２絶対値ａｂｓ２が許容される範囲内にあるか否かを判定する。
【0063】
第１許容限度値は、第１シャント抵抗Ｓ＿Ａ１、Ｓ＿Ｂ１およびＳ＿Ｃ１のそれぞれの性能に依存する値である。第２許容限度値は、第３シャント抵抗Ｓ＿Ａ２、Ｓ＿Ｂ２およびＳ＿Ｃ２のそれぞれの性能に依存する値である。典型的には、第１シャント抵抗Ｓ＿Ａ１、Ｓ＿Ｂ１、Ｓ＿Ｃ１、第３シャント抵抗Ｓ＿Ａ２、Ｓ＿Ｂ２およびＳ＿Ｃ２として同じ性能のシャント抵抗が用いられるので、第１および第２許容限度値は、同じ値を示す。
【0064】
比較器８４１は、第１絶対値ａｂｓ１が第１許容限度値を超える場合、第１インバータ１２０におけるシャント抵抗の故障を示す第１故障信号ｆａｕｌｔ１を生成し、第１絶対値ａｂｓ１が第１許容限度値未満である場合、第１インバータ１２０におけるシャント抵抗の無故障を示す第１故障信号ｆａｕｌｔ１を生成する。第１インバータ１２０におけるシャント抵抗の故障とは、第１シャント抵抗Ｓ＿Ａ１、Ｓ＿Ｂ１およびＳ＿Ｃ１の少なくとも１つの故障を示す。例えば、シャント抵抗の故障を示す第１故障信号ｆａｕｌｔ１に「１（ハイレベル）」を割り当て、シャント抵抗の無故障を示す第１故障信号ｆａｕｌｔ１に「０（ローレベル）」を割り当てることができる。
【0065】
比較器８４２は、第２絶対値ａｂｓ２が第２許容限度値を超える場合、第２インバータ１３０におけるシャント抵抗の故障を示す第２故障信号ｆａｕｌｔ２を生成し、第２絶対値ａｂｓ２が第２許容限度値未満である場合、第２インバータ１３０におけるシャント抵抗の無故障を示す第２故障信号ｆａｕｌｔ２を生成する。第２インバータ１３０におけるシャント抵抗の故障とは、第３シャント抵抗Ｓ＿Ａ２、Ｓ＿Ｂ２およびＳ＿Ｃ２の少なくとも１つの故障を示す。第１故障信号ｆａｕｌｔ１と同様に、例えば、シャント抵抗の故障を示す第２故障信号ｆａｕｌｔ２に「１（ハイレベル）」を割り当て、シャント抵抗の無故障を示す第２故障信号ｆａｕｌｔ２に「０（ローレベル）」を割り当てることができる。
【0066】
本開示の故障検知手法によれば、シャント抵抗が故障していない場合、三相電流ＩＡ１、ＩＢ１およびＩＣ１の総和ｓｕｍ１はＧＮＤ電流ＩＺ１に理論上等しくなり、三相電流ＩＡ２、ＩＢ２およびＩＣ２の総和ｓｕｍ２はＧＮＤ電流ＩＺ２に理論上等しくなる。ただし、実際は、これらの値は等しくならないので、その誤差を考慮して許容限度値を設けている。一方、シャント抵抗が故障した場合、この平衡関係が崩れる。この平衡関係の崩れを監視することにより、シャント抵抗の故障を検知することが可能となる。
【0067】
ルックアップテーブル（ＬＵＴ）８５０は、第１故障信号ｆａｕｌｔ１および第２故障信号ｆａｕｌｔ２のレベルの組と複数の制御モードの間の関係を表す。表１は、ルックアップテーブルの内容を例示している。ＬＵＴ８５０は、さらに、第１および第２インバータ１２０、１３０のスイッチ素子の制御方式と、ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２、ＩＳＷ＿２１およびＩＳＷ＿２２のオン・オフ状態とを制御モード毎に表す。
【0068】
【表1】
【0069】
複数の制御モードは、第１から第３制御モードを含む。第１制御モードは、シャント抵抗が故障していない場合に用いる正常時の制御モードである。具体的には、第１制御モードは、第１および第２インバータ１２０、１３０の両方を用いて巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を通電する制御モードである。または、第１制御モードは、第１および第２インバータ１２０、１３０の一方の中性点および他方を用いて巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を通電する制御モードであり得る。
【0070】
第２制御モードは、第１および第２インバータ１２０、１３０の一方のシャント抵抗が故障した場合に用いる異常時の制御モードである。第２制御モードは、第１および第２インバータ１２０、１３０の故障したシャント抵抗を含む一方の中性点および他方を用いて巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を通電する制御モードである。
【0071】
第３制御モードは、第１および第２インバータ１２０、１３０の両方のシャント抵抗が故障した場合に用いる異常時の制御モードである。第３制御モードは、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の通電をシャットダウンする制御モードである。
【0072】
表１のＬＵＴによれば、第１および第２故障信号ｆａｕｌｔ１、ｆａｕｌｔ２のレベルが共に「０」を示す場合、第１制御モードが選択される。選択した制御モードに対応したモード信号ｍｏｄｅが故障検知ユニット８００から出力される。モード信号ｍｏｄｅは、例えば２ビットで表現することができる。例えば、第１制御モードのモード信号ｍｏｄｅに「００」を割り当てることができる。
【0073】
第１故障信号ｆａｕｌｔ１のレベルは「１」を示し、第２故障信号ｆａｕｌｔ２のレベルは「０」を示すとき、第２制御モードが選択される。その場合、例えば、第２制御モードのモード信号ｍｏｄｅに「１０」を割り当てることができる。さらに、第１故障信号ｆａｕｌｔ１のレベルは「０」を示し、第２故障信号ｆａｕｌｔ２のレベルは「１」を示すとき、第２制御モードが選択される。例えば、第２制御モードのモード信号ｍｏｄｅに「０１」を割り当てることができる。
【0074】
第１および第２故障信号ｆａｕｌｔ１、ｆａｕｌｔ２のレベルが共に「１」を示すとき、第３制御モードが選択される。例えば、第３制御モードのモード信号ｍｏｄｅに「１１」を割り当てることができる。
【0075】
モード信号ｍｏｄｅは、モータ制御ユニット９００に出力される。モータ制御ユニット９００は、故障検知ユニット８００と同じＬＵＴを共有することができる。モータ制御ユニット９００は、そのＬＵＴを参照し、第１および第２インバータ１２０、１３０の制御方法をモード信号ｍｏｄｅに応じて切替えることができる。
【0076】
モータ制御ユニット９００は、「００」を示すモード信号ｍｏｄｅを受信したとき、ＬＵＴを参照して、第１制御モードを選択する。モータ制御ユニット９００は、第１および第２インバータ１２０、１３０の両方の全てのスイッチ素子のスイッチング動作を制御するＰＷＭ信号を生成し、駆動回路３５０（図１を参照）に出力する。これにより、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３を通電して（三相通電制御によって）モータ２００を駆動することが可能となる。
【0077】
第１制御モードにおいて、例えば、モータ制御ユニット９００は、ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２、ＩＳＷ＿２１およびＩＳＷ＿２２を全てオンする。これにより、モータ２００は、第１インバータ１２０および第２インバータ１３０を介して電源１０１に接続される。本実施形態では、ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２、ＩＳＷ＿２１およびＩＳＷ＿２２は、モータ制御ユニット９００によって制御される。ただし、これらのヒューズは、例えば駆動回路３５０によっても制御され得る。
【0078】
図５は、三相通電制御に従ってインバータユニット１００を制御したときにモータ２００のＡ相、Ｂ相およびＣ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示している。横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示す。図５の電流波形において、電気角３０°毎に電流値をプロットしている。Ｉｐｋは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表す。例えば、モータ制御ユニット９００は、図５に示す電流波形を得るためのＰＷＭ信号を生成することができる。
【0079】
モータ制御ユニット９００は、第１制御モードを選択するとき、中性点を用いた三相通電制御を行ってもよい。モータ制御ユニット９００は、ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２をオフし、ＩＳＷ＿２１、ＩＳＷ＿２２をオンすることができる。モータ制御ユニット９００は、その状態で、例えば第１インバータ１２０の全てのスイッチ素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ＳＷ＿Ｂ１Ｈ、ＳＷ＿Ｃ１Ｈ、ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ｂ１Ｌ、ＳＷ＿Ｃ１Ｌをオンしてもよい。これにより、第１インバータ１２０内のノードの全ては等電位となり、等電位のノードを中性点として機能させることができる。モータ制御ユニット９００は、この状態で、第２インバータ１３０のスイッチ素子のスイッチング動作を制御するＰＷＭ信号を生成し、駆動回路３５０に出力する。このようにモータ制御ユニット９００は、モータのＹ結線の場合と同様に、中性点を用いた三相通電制御によってモータ２００を駆動することが可能となる。
【0080】
モータ制御ユニット９００は、ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２をオンし、ＩＳＷ＿２１、ＩＳＷ＿２２をオフすることができる。モータ制御ユニット９００は、第２インバータ１３０の全てのスイッチ素子ＳＷ＿Ａ２Ｈ、ＳＷ＿Ｂ２Ｈ、ＳＷ＿Ｃ２Ｈ、ＳＷ＿Ａ２Ｌ、ＳＷ＿Ｂ２ＬおよびＳＷ＿Ｃ２Ｌをオンしてもよい。モータ制御ユニット９００は、第２インバータ１３０のノードを中性点として機能させた状態で、第１インバータ１２０のスイッチ素子のスイッチング動作を制御するＰＷＭ信号を生成し、駆動回路３５０に出力することも可能である。
【0081】
モータ制御ユニット９００は、「１０」を示すモード信号ｍｏｄｅを受信したとき、ルックアップテーブルを参照して、第２制御モードを選択する。モータ制御ユニット９００は、ヒューズＩＳＷ＿１１およびＩＳＷ＿１２をオフし、かつ、ＩＳＷ＿２１およびＩＳＷ＿２２をオンする。これにより、モータ２００は、故障したシャント抵抗を含む第１インバータ１２０から電気的に分離され、第２インバータ１３０を介して電源１０１に接続される。
【0082】
第１インバータ１２０のシャント抵抗が故障すると、第１インバータ１２０の相電流を測定できなくなるために、第１インバータ１２０のスイッチ素子をＰＷＭ制御することは困難となる。そこで、モータ制御ユニット９００は、第１インバータ１２０の全てのスイッチ素子ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ＳＷ＿Ｂ１Ｈ、ＳＷ＿Ｃ１Ｈ、ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ｂ１ＬおよびＳＷ＿Ｃ１Ｌをオンする。モータ制御ユニット９００は、第１インバータ１２０のノードを中性点として機能させた状態で、第２インバータ１３０のスイッチ素子のスイッチング動作を制御するＰＷＭ信号を生成し、駆動回路３５０に出力する。
【0083】
モータ制御ユニット９００は、「０１」を示すモード信号ｍｏｄｅを受信したとき、ルックアップテーブルを参照して、第２制御モードを選択する。モータ制御ユニット９００は、ヒューズＩＳＷ＿１１およびＩＳＷ＿１２をオンし、かつ、ＩＳＷ＿２１およびＩＳＷ＿２２をオフする。これにより、モータ２００は、第１インバータ１２０を介して電源１０１に接続され、故障したシャント抵抗を含む第２インバータ１３０から電気的に分離される。
【0084】
第２インバータ１３０のシャント抵抗が故障すると、第２インバータ１３０の相電流を測定できなくなるために、第２インバータ１３０のスイッチ素子をＰＷＭ制御することは困難となる。そこで、モータ制御ユニット９００は、第２インバータ１３０の全てのスイッチ素子ＳＷ＿Ａ２Ｈ、ＳＷ＿Ｂ２Ｈ、ＳＷ＿Ｃ２Ｈ、ＳＷ＿Ａ２Ｌ、ＳＷ＿Ｂ２ＬおよびＳＷ＿Ｃ２Ｌをオンする。モータ制御ユニット９００は、第２インバータ１３０のノードを中性点として機能させた状態で、第１インバータ１２０のスイッチ素子のスイッチング動作を制御するＰＷＭ信号を生成し、駆動回路３５０に出力する。
【0085】
モータ制御ユニット９００は、「１１」を示すモード信号ｍｏｄｅを受信したとき、ルックアップテーブルを参照して、第３制御モードを選択する。モータ制御ユニット９００は、ヒューズＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２、ＩＳＷ＿２１およびＩＳＷ＿２２を全てオフする。これにより、モータ２００は、電源１０１から電気的に分離される。
【0086】
第１および第２インバータ１２０、１３０の両方のシャント抵抗が故障すると、三相通電制御は不可能となる。そのため、モータ制御ユニット９００は、三相通電制御をシャットダウンする。例えば、モータ制御ユニット９００は、三相通電制御をシャットダウンするシャットダウン回路（図６を参照）にシャットダウン通知信号を出力するようにしてもよい。モータ制御モードが第３制御モードに切り替わると、例えば電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置の制御モードは、トルクのアシストモードからマニュアルステアリングモードに切り替わる。
【0087】
本実施形態によると、あるシャント抵抗が故障した場合、第１および第２インバータ１２０、１３０のどちらのインバータで故障が発生したかを特定することができる。故障検知ユニット８００の出力に従って、適切な制御モードを選択することにより、モータ駆動を継続することが可能となる。
【0088】
本開示によるモータ制御方法は、図２に示すような３個のＨブリッジを有するインバータユニット１００を備える電力変換装置１０００に限られず、巻線の一端同士がＹ結線されたモータを駆動する電力変換装置にも好適に用いることができる。
【0089】
図６は、本実施形態の変形例による、単体のインバータ１４０を有するインバータユニット１００Ａの回路構成を模式的に示している。
【0090】
インバータユニット１００Ａは、一端同士がＹ結線された三相の巻線を有するモータに接続される。なお本開示は、三相電流を検知できるモータに利用可能であり、一端同士がデルタ結線された巻線を有するモータにも利用可能である。インバータ１４０のＡ相レグは、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＡＬ、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＡＨおよび第１シャント抵抗Ｓ＿Ａを有する。Ｂ相レグは、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＢＬ、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＢＨおよび第１シャント抵抗Ｓ＿Ｂを有する。Ｃ相レグは、ローサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＣＬ、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＣＨおよび第１シャント抵抗Ｓ＿Ｃを有する。ＧＮＤ電流を検出するための第２シャント抵抗Ｓ＿Ｚが、インバータ１４０のＧＮＤラインＧＬに設けらる。
【0091】
本実施形態によるコントローラ３４０は、上述した故障検知方法と同様な方法で、以下の処理を実行することができる。
【0092】
コントローラ３４０は、３個の第１シャント抵抗Ｓ＿Ａ、Ｓ＿ＢおよびＳ＿Ｃに流れる三相電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣおよび第２シャント抵抗Ｓ＿Ｚを流れるＧＮＤ電流Ｉｚを獲得する。
【0093】
コントローラ３４０は、三相の相電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣおよびＧＮＤ電流Ｉｚに基づいて、インバータ１４０におけるシャント抵抗の故障の有無を示す故障信号を生成する。コントローラ３４０は、例えば、図４に示す機能ブロックの上側のブロックを用いて故障信号を生成することができる。
【0094】
コントローラ３４０は、故障信号のレベルと複数の制御モードの間の関係を表すテーブルを参照して、複数の制御モードの中から１つの制御モードを選択する。複数の制御モードは、例えば、正常時に三相通電制御を行う制御モード（第１制御モードに相当）と、異常時に三相通電制御をシャットダウンする制御モード（第３制御モードに相当）とを含み得る。
【0095】
コントローラ３４０は、選択された制御モードに従って、インバータ１４０のスイッチ素子のスイッチング動作を制御する。
【0096】
図６に示すインバータユニット１００Ａの構成では、三相電流ＩＡ、ＩＢおよびＩＣの総和とＧＮＤ電流Ｉｚを比較することにより、それらの差分が許容範囲内であればシャント抵抗は故障していないと判定することができる。その差分が許容範囲を超えると、３個のシャント抵抗Ｓ＿Ａ、Ｓ＿ＢおよびＳ＿Ｃの少なくとも１つは故障していると判定することができる。その判定結果に基づいて制御モードを切替えることが可能となる。シャント抵抗の故障を検知した場合、三相通電制御をシャットダウンする制御モードに切替えればよい。図６に示すように、故障検知ユニット８００からのモード信号ｍｏｄｅは、モータ２００とインバータ１４０の接続を切り離すシャットダウン回路ＳＤＣに出力され得る。
【0097】
【0098】
図７に示すように、インバータユニット１００Ａは、中性点用レグＤをさらに備えていてもよい。中性点用レグＤは、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＮＨおよびローサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＮＬを有する。モータ２００における結線方式がＹ結線の場合、中性点用レグＤ、具体的には、ハイサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＮＨおよびローサイドスイッチ素子ＳＷ＿ＮＬの間のノードは、巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の一端をＹ結線するモータの中性点ノードＮＰに接続される。中性点用レグＤは、インバータ１３０の３個のレグを接続するローサイド側およびハイサイド側のノードの間に接続される。
【0099】
この変形例による構成において、上述した場合と同様に、故障検知ユニット８００は、シャント抵抗の故障を検知することができる。図７には、シャント抵抗を有しない中性点用レグＤを例示している。しかしながら、中性点用レグＤも、インバータ１４０のレグと同様に、シャント抵抗（不図示）を有し得る。その場合、故障検知ユニット８００は、中性点用レグＤのシャント抵抗により検知された電流と、シャント抵抗Ｓ＿Ａ、Ｓ＿ＢおよびＳ＿Ｃにより検知された各電流とを比較して、各シャント抵抗の故障の有無を判別することが可能である。
【0100】
故障検知ユニット８００は、中性点用レグＤのシャント抵抗により検知された電流値と、シャント抵抗Ｓ＿Ｚにより検知された電流とを比較して、シャント抵抗Ｓ＿Ｚの故障を検知することができる。さらに、故障検知ユニット８００は、中性点用レグＤのシャント抵抗、シャント抵抗Ｓ＿Ａ、Ｓ＿Ｂ、Ｓ＿ＣおよびＳ＿Ｚにより検知された電流値を互いに比較して、各シャント抵抗の故障を検知することができる。
【0101】
【0102】
自動車等の車両は一般に、電動パワーステアリング装置を有する。本実施形態による電動パワーステアリング装置３０００は、ステアリングシステム５２０および補助トルクを生成する補助トルク機構５４０を有する。電動パワーステアリング装置３０００は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリングシステムの操舵トルクを補助する補助トルクを生成する。補助トルクにより、運転者の操作の負担は軽減される。
【0103】
ステアリングシステム５２０は、例えばステアリングハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂから構成され得る。
【0104】
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）５４２、モータ５４３および減速機構５４４などから構成される。操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングシステム５２０における操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１の検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータ５４３は、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成する。モータ５４３は、減速機構５４４を介してステアリングシステム５２０に、生成した補助トルクを伝達する。
【0105】
ＥＣＵ５４２は、例えば、実施形態１によるコントローラ３４０および駆動回路３５０などを有する。自動車ではＥＣＵを核とした電子制御システムが構築される。電動パワーステアリング装置３０００では、例えば、ＥＣＵ５４２、モータ５４３およびインバータ５４５によって、モータ駆動ユニットが構築される。そのシステムに、実施形態１によるモータモジュール２０００を好適に用いることができる。
【0106】
本開示の実施形態は、シフトバイワイヤ、ステアリングバイワイヤ、ブレーキバイワイヤなどのエックスバイワイヤおよびトラクションモータなどのモータ制御システムにも好適に用いられる。例えば、本開示の実施形態によるモータ制御方法を実装したＥＰＳは、日本政府および米国運輸省道路交通安全局（ＮＨＴＳＡ）によって定められたレベル０から４（自動化の基準）に対応した自動運転車に搭載され得る。
【産業上の利用可能性】
【0107】
本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫および電動パワーステアリング装置などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。
【符号の説明】
【0108】
１００、１００Ａ：インバータユニット、１０１：電源、１２０：第１インバータ、１３０：第２インバータ、１４０：インバータ、１５０：電流センサ、２００：モータ、３００：制御回路、３１０：電源回路、３２０：角度センサ、３３０：入力回路、３４０：マイクロコントローラ、３５０：駆動回路、３６０：ＲＯＭ、１０００：電力変換装置、２０００：モータモジュール、３０００：電動パワーステアリング装置、ＩＳＷ＿１１、ＩＳＷ＿１２、ＩＳＷ＿２１、ＩＳＷ＿２２：ヒューズ、ＳＷ＿Ａ１Ｈ、ＳＷ＿Ｂ１Ｈ、ＳＷ＿Ｃ１Ｈ、ＳＷ＿Ａ１Ｌ、ＳＷ＿Ｂ１Ｌ、ＳＷ＿Ｃ１Ｌ、ＳＷ＿ＡＨ、ＳＷ＿ＢＨ、ＳＷ＿ＣＨ：スイッチ素子、Ｓ＿Ａ１、Ｓ＿Ｂ１、Ｓ＿Ｃ１、Ｓ＿Ａ２、Ｓ＿Ｂ２、Ｓ＿Ｃ２、Ｓ＿Ａ、Ｓ＿Ｂ、Ｓ＿Ｃ、Ｓ＿Ｚ１、Ｓ＿Ｚ２、Ｓ＿Ｚ：シャント抵抗
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】