JP2020096453A - 交流回転機の制御装置、車両用交流回転機装置、及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３相の第１巻線と３相の第２巻線とのそれぞれにおいて、２相の電流検出を行うことにより、故障の発生を判定することができる交流回転機の制御装置を提供する。【解決手段】第１巻線の第１相及び第２相の電流検出値、及び第２巻線の第１相及び第２相の電流検出値に基づいて、故障の発生を判定し、第１巻線の第１相の巻線と第２巻線の第１相の巻線とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっており、第１巻線の第２相の巻線と第２巻線の第２相の巻線とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっている交流回転機の制御装置。【選択図】図１

Description

本願は、交流回転機の制御装置、車両用交流回転機装置、及び電動パワーステアリング装置に関するものである。

交流回転機の制御装置を、例えば車両用の発電電動機で使用する場合は、出力トルクが車両の駆動力となるので、所望のトルクが得られなければ期待通りに加速せず、運転者の快適性が低下する。検出した電流と出力トルクは比例的な関係があるため、所望のトルクを得るためには検出した電流値と真の電流値のずれを抑制することが重要である。

また、交流回転機の制御装置を、運転者の操舵をアシストする電動パワーステアリング装置で使用する場合は、出力トルクの変動は運転者にハンドルを通して伝わるとともに、車両を伝達して車室内に不快な音を伝達する。トルク変動を抑制するためには検出した電流値と真の電流値の誤差に含まれる振動成分を小さくする必要がある。

特許文献１の電流検出装置では、第１相の電流値を検出するタイミングから所定時間だけ前後するタイミングにおいて第２相の電流値を合わせて２回検出し、第２相の電流値を両タイミングに検出した電流値の平均値とすることで、検出した電流値の誤差を抑制している。また、第３相の電流値を検出する場合には、第１相の電流値を検出するタイミングから所定時間の倍だけ前後するタイミングにおいて第３相の電流値を合わせて２回検出し、第３相の電流値を両タイミングに検出した電流値の平均値とすることで、検出した電流値の誤差を抑制している。

特許文献２のモータ制御装置では、最大相のスイッチングノイズによる中間相及び最小相の電流検出精度の悪化を抑制するために、最大相の高電位側のスイッチング素子をオン、低電位側のスイッチング素子をオフしたままとしている。

特許文献３の交流電動機制御装置では、平均電流と差電流により制御することで非干渉化を図っている。回転２軸座標系において、各インバータの出力電流の平均値と平均電流指令の偏差に基づいて平均電圧指令を求め、各インバータの出力電流の差と差電流指令の偏差に基づいて差電圧指令を求める。平均電圧指令及び差電圧指令を各巻線組の電圧指令に戻して出力することにより、不平衡電流を低減している。

特許文献４の回転機の制御装置では、一方の系統の２相の電流検出値から他方の系統の１相の電流推定値を相毎に算出して、その電流推定値と実際の電流検出値との差分によって故障を判定している。

特開２００６−６０７６号公報 特開２０１０−２２０４１４号公報 特開平４−３２５８９３号公報 特開２０１３−３８９５０号公報

特許文献１の電流検出装置では、基準とする第１相の電流値を検出するタイミングで検出することができない第２相を、基準タイミングＺに対して対称なタイミングで検出している。特許文献１の図２において、Δｔが十分に小さい場合には、時刻ｔｖａからｔｖｂまでのＶ相電流値はモータの回転に応じてほぼ線形に変化しているとみなすことができるため、時刻ｔｖａに検出した電流値Ｉｖａと時刻ｔｖｂに検出した電流値Ｉｖｂの平均値によりＩｖ０を推定している。

特許文献１の電流検出装置を、３相の第１巻線と３相の第２巻線を有する交流回転機に適用した場合、２相の電流を得るためには３回の検出、３相全ての電流を得るためには５回の検出が必要である。ｔｕでの電気角での角度がθであり、電気角での角速度がωであるのときのＩｕ０、Ｉｖ０、Ｉｗ０は、式（１）となる。

式（１）においてωΔｔが十分に小さい場合は、式（２）が成立し、Ｉｕ０、Ｉｖ０、Ｉｗ０は式（３）で与えられる。高回転になりωΔｔ又は２ωΔｔが大きくなれば、式（２）の近似による誤差が増加し、２ωΔｔが式に表れるＩｗ０の電流検出誤差は、ωΔｔが式に表れるＩｖ０に比べて大きい。つまり、検出回数が多くなるほど最初の検出タイミングから最後の検出タイミングまでの経過時間が長くなり、検出された電流値の精度が悪化する。

特許文献２のモータ制御装置では、電流検出可能相は、Ｄｍａｘ以下のＤｕｔｙである必要があり、Ｄｍａｘより大きいＤｕｔｙを出力する電流検出不能相のスイッチングノイズによって電流検出可能相の相電流値に誤差が生じることが述べられている。複数回の電流検出によって相電流値を得る場合、回数が多いほどＤｍａｘは更に小さい値となる。その場合には、特許文献２の図８のような電圧指令では検出誤差の小さい相電流値を得ることは難しくなる。つまり、電流検出可能相のＤｕｔｙの上限であるＤｍａｘを大きくするためには、検出回数を抑制する必要がある。

特許文献３の交流電動機制御装置では、平均電流をフィードバックして電圧指令を生成するため、電流検出タイミングが異なることによって生じる電流検出誤差の影響によって平均電流が変動する。

特許文献４の回転機の制御装置では、３相電流を相毎に検出しており、２系統合わせて６個の電流検出器を備えているが、廉価なシステム構成を考えた場合、電流検出器は最小限としたい。また、全相の電流推定を行うと推定頻度によって程度は異なるが、処理負荷は増大する。

本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、３相の第１巻線と３相の第２巻線とのそれぞれにおいて、２相の電流検出を行うことにより、故障の発生を判定することを目的としている。

本願に係る交流回転機の制御装置は、互いに位相が電気角で３０＋ｎ×６０ｄｅｇ（ｎは整数）異なる３相の第１巻線と３相の第２巻線とを有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
前記第１巻線の第１相及び第２相の巻線、及び前記第２巻線の第１相及び第２相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
電流指令及び電流検出値に基づいて、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に印加する電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
前記電圧指令と搬送波信号とを比較することにより、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に電圧を印加する電圧印加部と、
前記第１巻線の第１相及び第２相の電流検出値、及び前記第２巻線の第１相及び第２相の電流検出値に基づいて、故障の発生を判定する故障判定部と、を備え、
前記第１巻線の第１相の巻線と前記第２巻線の第１相の巻線とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっており、前記第１巻線の第２相の巻線と前記第２巻線の第２相の巻線とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっているものである。

また、本願に係る車両用交流回転機装置は、上記の交流回転機の制御装置と、車輪の駆動力源となる交流回転機と、を備えたものである。

また、本願に係る電動パワーステアリング装置は、上記の交流回転機の制御装置と、車輪の操舵装置の駆動力源となる交流回転機と、を備えたものである。

本願に係る交流回転機の制御装置によれば、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なる第１巻線の第１相及び第２巻線の第１相の電流検出値、及び互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なる第１巻線の第２相及び第２巻線の第２相の電流検出値に基づいて、故障を判定することができる。

実施の形態１に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る交流回転機の制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係る第１巻線及び第２巻線の各相の位相を示す模式図である。 実施の形態１に係る駆動信号の生成を説明するタイムチャートである。 実施の形態１に係る電流ベクトルの位相を説明する図である。 実施の形態１に係る故障判定の原理を説明するための図である。 実施の形態１に係る第１巻線の第１相及び第２相、及び第２巻線の第１相及び第２相の設定パターンを説明する図である。 実施の形態１に係るｎに応じた結合係数の設定値を説明する図である。 実施の形態１に係る基準タイミングを基準にした、各相の電流の検出タイミングの定義を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態１に係る第１タイミング及び第２タイミングの設定例を説明するタイムチャートである。 実施の形態１に係る電流検出タイミングの設定パターンを説明する図である。 実施の形態１に係る車両用交流回転機装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転機の制御装置１（以下、単に制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転機１０及び制御装置１の概略構成図である。

１−１．交流回転機
交流回転機１０は、ステータ１８と、ステータ１８の径方向内側に配置されたロータ１４と、を備えている。交流回転機１０は、永久磁石型の同期回転機とされており、ステータ１８に巻線が巻装され、ロータ１４に極対数Ｐｒの永久磁石が設けられている。なお、交流回転機１０は、ロータ１４に電磁石が設けられた界磁巻線型の同期回転機とされてもよい。

交流回転機１０は、３相の第１巻線１１及び３相の第２巻線１２を有している。図４に模式図を示すように、第１巻線１１は、順番に位相が電気角で１２０ｄｅｇずつずれたＵ１相、Ｖ１相、及びＷ１相の３相の巻線を有している。第２巻線１２は、順番に位相が電気角で１２０ｄｅｇずつずれたＵ２相、Ｖ２相、及びＷ２相の３相の巻線を有している。第１巻線１１及び第２巻線１２は、互いに位相が電気角で３０＋ｎ×６０ｄｅｇ（ｎは整数）異なっている。本実施の形態では、ｎ＝０であり、３相の第１巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ２は、３相の第２巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に対して位相が電気角で３０ｄｅｇ進んでいる。なお、ｎは、・・・−３、−２、−１、１、２、３・・・等に設定されてもよい。電気角は、ロータ１４の機械角に極対数Ｐｒを乗算した角度になる。なお、第１巻線１１及び第２巻線１２は、１つのステータ１８に巻装されている。

ロータ１４には、ロータ１４の回転角度（磁極位置）を検出する角度センサ１５が設けられている。角度センサ１５の出力信号は、制御装置１に入力される。角度センサ１５には、各種のセンサが用いられる。例えば、角度センサ１５には、レゾルバ、ホール素子、ＴＭＲ素子、又はＧＭＲ素子などの位置検出器、電磁式、磁電式、又は光電式などの回転検出器が用いられる。

１−２．インバータ
直流電源１６の直流電力と３相の第１巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に供給する交流電力とを変換する第１インバータ２１と、直流電源１６の直流電力と第２巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に供給する交流電力とを変換する第２インバータ２２と、が備えられている。

第１インバータ２１及び第２インバータ２２は、それぞれ、直流電源１６の正極側に接続される正極側のスイッチング素子２３と、直流電源１６の負極側に接続される負極側のスイッチング素子２４と、が直列接続された直列回路を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の巻線に接続される。

スイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置１に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置１から出力される駆動信号によりオン又はオフされる。

直流電源１６には、鉛蓄電池又はリチウムイオン電池等の蓄電装置が用いられる。なお、直流電源１６には、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力変換器であるＤＣ−ＤＣコンバータが設けられてもよい。直流電源１６の電源電圧を検出するための電圧センサ１７が備えられている。電圧センサ１７の出力信号は、制御装置１に入力される。

第１及び第２インバータ２１、２２は、それぞれ、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１の巻線、並びに第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ１３を備えている。本実施の形態では、第１巻線の第１相Ａ１は、Ｕ１相とされており、第１巻線の第２相Ｂ１は、Ｖ１相とされており、第２巻線の第１相Ａ２は、Ｗ２相とされており、第２巻線の第２相Ｂ２は、Ｕ２相とされている。電流センサ１３は、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１、並びに第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２のそれぞれについて、スイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ電線上に備えられたホール素子等とされている。或いは、電流センサ１３は、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１、並びに第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２それぞれの直列回路に直列接続されたシャント抵抗であってもよい。各シャント抵抗の両端電位差が、制御装置１に入力される。例えば、各シャント抵抗は、負極側のスイッチング素子の負極側に直列接続される。なお、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１に設定される２相、第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２に設定される２相に、電流センサ１３が設けられればよい。

１−３．制御装置１
制御装置１は、第１インバータ２１及び第２インバータ２２のスイッチング素子を介して、交流回転機１０を制御する。制御装置１は、図２に示すように、回転検出部３１、電源電圧検出部３２、電流検出部３３、電圧指令演算部３４、電圧印加部３５、及び故障判定部３６等の制御部を備えている。制御装置１の各機能は、制御装置１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、及び演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、角度センサ１５、電圧センサ１７、電流センサ１３等の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、第１インバータ２１及び第２インバータ２２のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

そして、制御装置１が備える各制御部３１〜３６等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１〜３６等が用いる設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１の各機能について詳細に説明する。

１−３−１．回転検出部３１
回転検出部３１は、ロータ１４の電気角での回転角度（磁極位置）、及び回転速度を検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、角度センサ１５の出力信号に基づいて、電気角での回転角度（磁極位置）及び回転速度を検出する。なお、回転検出部３１は、電流指令に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、角度センサを用いずに、回転角度（磁極位置）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。

１−３−２．電源電圧検出部３２
電源電圧検出部３２は、直流電源１６の電源電圧を検出する。本実施の形態では、電源電圧検出部３２は、電圧センサ１７の出力信号に基づいて、電源電圧を検出する。

１−３−３．電流検出部３３
電流検出部３３は、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１の巻線（本例では、Ｕ１相及びＶ１相の巻線）及び第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２（本例では、Ｗ２相及びＵ２相の巻線）に流れる電流を検出する。本実施の形態では、電流検出部３３は、電流センサ１３の出力信号に基づいて、第１インバータ２１から第１巻線のＵ１相及びＶ１相に流れる電流ｉｕ１＿ｄｅｔ、ｉｖ１＿ｄｅｔを検出すると共に、第２インバータ２２から第２巻線のＵ２相、Ｗ２相に流れる電流ｉｕ２＿ｄｅｔ、ｉｗ２＿ｄｅｔを検出する。本実施の形態では、電流検出部３３は、後述するタイミングで、各相の電流を検出する。

１−３−４．電圧指令演算部３４
電圧指令演算部３４は、電流指令、電流検出値、及び回転角度に基づいて、第１巻線及び第２巻線の各相に印加する電圧指令を演算する。本実施の形態では、電圧指令演算部３４は、電流指令演算部３４１、電流変換部３４２、電流フィードバック制御部３４３、及び電圧指令変換部３４４を備えている。

本実施の形態では、電圧指令演算部３４は、ｄｑ軸回転座標系で電流フィードバック制御を行うように構成されている。ｄｑ軸回転座標は、交流回転機１０のロータ１４の磁束方向に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角でπ／２進んだ方向に定めたｑ軸からなる回転座標とされている。本実施の形態では、ロータ１４の磁束方向は、ロータ１４に設けられた永久磁石のＮ極の向きとされている。第１巻線を基準にした磁極位置θ１は、第１巻線のＵ１相の巻線を基準としたｄ軸の進み角とされ、第２巻線を基準にした磁極位置θ２は、第２巻線のＵ２相の巻線を基準としたｄ軸の進み角とされている。

＜電流指令演算部３４１＞
電流指令演算部３４１は、第１巻線に流す電流指令、及び第２巻線に流す電流指令を演算する。電流指令演算部３４１は、第１巻線のｄ軸電流指令Ｉｄ１＿ｔｇｔ及びｑ軸電流指令Ｉｑ１＿ｔｇｔを演算すると共に、第２巻線のｄ軸電流指令Ｉｄ２＿ｔｇｔ及びｑ軸電流指令Ｉｑ２＿ｔｇｔを演算する。

電流指令演算部３４１は、合計のｄ軸電流指令Ｉｄ＿ｔｇｔ及びｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｔｇｔを演算し、合計のｄｑ軸電流指令Ｉｄ＿ｔｇｔ、Ｉｑ＿ｔｇｔを、第１巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ１＿ｔｇｔ、Ｉｑ１＿ｔｇｔ及び第２巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ２＿ｔｇｔ、Ｉｑ２＿ｔｇｔに分配する。本実施の形態では、電流指令演算部３４１は、合計のｄｑ軸電流指令Ｉｄ＿ｔｇｔ、Ｉｑ＿ｔｇｔの０．５倍値を、それぞれ、第１巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ１＿ｔｇｔ、Ｉｑ１＿ｔｇｔ、及び第２巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ２＿ｔｇｔ、Ｉｑ２＿ｔｇｔに設定する。

電流指令演算部３４１は、目標トルク、電源電圧、及び回転速度等に基づいて、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、及びＩｄ＝０制御などの電流ベクトル制御方法に従って、合計のｄｑ軸電流指令Ｉｄ＿ｔｇｔ、Ｉｑ＿ｔｇｔを演算する。目標トルクは、外部の装置から伝達されてもよいし、電流指令演算部３４１内で演算されてもよい。

＜電流変換部３４２＞
電流変換部３４２は、次式に示すように、第１巻線の３相の電流検出値の合計が０になるように、第１巻線のＵ１相及びＶ１相の電流検出値ｉｕ１＿ｄｅｔ、ｉｖ１＿ｄｅｔに基づいて、残りのＷ１相の電流検出値ｉｗ１＿ｄｅｔを推定する。また、電流変換部３４２は、次式に示すように、第２巻線の３相の電流検出値の合計が０になるように、第２巻線のＵ２相及びＷ２相の電流検出値ｉｕ２＿ｄｅｔ、ｉｗ２＿ｄｅｔに基づいて、残りのＶ２相の電流検出値ｉｖ２＿ｄｅｔを推定する。ここで、推定した残りの１相の電流も、説明の容易化のため、電流検出値と称する。

電流変換部３４２は、第１巻線の各相の電流検出値ｉｕ１＿ｄｅｔ、ｉｖ１＿ｄｅｔ、ｉｗ１＿ｄｅｔを、第１巻線基準の磁極位置θ１に基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄｑ軸回転座標系で表した第１巻線のｄ軸電流検出値Ｉｄ１＿ｄｅｔ及びｑ軸電流検出値Ｉｑ１＿ｄｅｔに変換する。同様に、電流変換部３４２は、第２巻線の各相の電流検出値ｉｕ２＿ｄｅｔ、ｉｖ２＿ｄｅｔ、ｉｗ２＿ｄｅｔを、第２巻線基準の磁極位置θ２に基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄｑ軸回転座標系で表した第２巻線のｄ軸電流検出値Ｉｄ２＿ｄｅｔ及びｑ軸電流検出値Ｉｑ２＿ｄｅｔに変換する。なお、式（４）によって、ｉｗ１＿ｄｅｔ及びｉｖ２＿ｄｅｔを算出することは必須ではない。

＜電流フィードバック制御部３４３＞
電流フィードバック制御部３４３は、第１巻線のｄｑ軸電流検出値Ｉｄ１＿ｄｅｔ、Ｉｑ１＿ｄｅｔが、第１巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ１＿ｔｇｔ、Ｉｑ１＿ｔｇｔに近づくように、ＰＩ制御等により、第１巻線のｄ軸電圧指令Ｖｄ１及びｑ軸電圧指令Ｖｑ１を変化させるフィードバック制御を行う。同様に、電流フィードバック制御部３４３は、第２巻線のｄｑ軸電流検出値Ｉｄ２＿ｄｅｔ、Ｉｑ２＿ｄｅｔが、第２巻線のｄｑ軸電流指令Ｉｄ２＿ｔｇｔ、Ｉｑ２＿ｔｇｔに近づくように、ＰＩ制御等により、第２巻線のｄ軸電圧指令Ｖｄ２及びｑ軸電圧指令Ｖｑ２を変化させるフィードバック制御を行う。

＜電圧指令変換部３４４＞
電圧指令変換部３４４は、第１巻線のｄｑ軸電圧指令Ｖｄ１、Ｖｑ１を、第１巻線基準の磁極位置θ１に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、第１巻線の各相の電圧指令ｖｕ１、ｖｖ１、ｖｗ１に変換する。同様に、電圧指令変換部３４４は、第２巻線のｄｑ軸電圧指令Ｖｄ２、Ｖｑ２を、第２巻線基準の磁極位置θ２に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、第２巻線の各相の電圧指令ｖｕ２、ｖｖ２、ｖｗ２に変換する。

１−３−５．電圧印加部３５
電圧印加部３５は、第１巻線の各相の電圧指令ｖｕ１、ｖｖ１、ｖｗ１及び第２巻線の各相の電圧指令ｖｕ２、ｖｖ２、ｖｗ２と搬送波信号とを比較することにより、第１巻線及び第２巻線の各相に電圧を印加する。

図５に示すように、本実施の形態では、搬送波信号は、電源電圧の振幅を有する三角波とされており、電圧指令が三角波を上回った場合は、駆動信号をオンし、電圧指令が三角波を下回った場合は、駆動信号をオフする。正極側のスイッチング素子２３には、駆動信号がそのまま伝達され、負極側のスイッチング素子２４には、駆動信号を反転させた駆動信号が伝達される。各駆動信号は、ゲート駆動回路を介して、第１及び第２インバータ２１、２２の各スイッチング素子のゲート端子に入力され、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。

１−３−６．故障判定部３６
故障判定部３６は、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１、及び第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２の電流検出値に基づいて、故障の発生を判定する。第１巻線の第１相Ａ１の巻線と第２巻線の第１相Ａ２の巻線とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっており、第１巻線の第２相Ｂ１の巻線と第２巻線の第２相Ｂ２の巻線とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっている。本実施形態では、第１巻線の第１相Ａ１は、Ｕ１相とされており、第１巻線の第２相Ｂ１は、Ｖ１相とされており、第２巻線の第１相Ａ２は、Ｗ２相とされており、第２巻線の第２相Ｂ２は、Ｕ２相とされている。以下で、故障判定の原理を説明する。

図７に示すように、Ｕ１相の方向の単位ベクトルＩＵ１からＶ１相の方向の単位ベクトルＩＶ１を減算したベクトルは、Ｖ２相の反対方向の大きさ√３のベクトルとなる。一方、Ｗ２相の方向の単位ベクトルＩＷ２とＵ２相の方向の単位ベクトルＩＵ２とを合計したベクトルは、Ｖ２相の反対方向の単位ベクトルとなる。よって、減算したベクトルと合計したベクトルとは、大きさが√３倍異なる同じ方向のベクトルとなる。この関係から逸脱する場合に、故障が発生すると判定できる。また、Ｕ１相とＷ２相とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっており、Ｖ１相とＵ２相とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっている。

式導出により、詳細に説明する。第１巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１を流れる電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１および第２巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２を流れる電流ｉｕ２、ｉｖ２、ｉｗ２は、式（５）で与えられる。ここで、βは、図６に示すように、ｄｑ軸の電流ベクトルＩのｑ軸からの位相を表し、Ｉｒｍｓは電流実効値を表す。また、第２巻線の各相の電流ｉｕ２、ｉｖ２、ｉｗ２を、第２巻線基準の磁極位置θ２の代わりに、第１巻線基準の磁極位置θ１を用いて表している。第２巻線基準の磁極位置θ２は、第１巻線基準の磁極位置θ１に対して、位相が電気角で３０ｄｅｇ（π／６）遅れる（θ２＝θ１−π／６）。

Ｕ１相の電流ｉｕ１からＶ１相の電流ｉｖ１を減算した電流差は、式（６）で与えられ、式（５）のＶ２相の電流ｉｖ２の−√３倍になっている。すなわち、ｉｕ１とｉｖ１との電流差は、ｉｖ２の反対方向の√３倍となっている。

Ｗ２相の電流ｉｗ２とＵ２相の電流ｉｕ２とを合計した電流和は、式（７）で与えられ、式（５）のＶ２相の電流ｉｖ２の−１倍になっている。すなわち、ｉｗ２とｉｕ２との電流和は、ｉｖ２の反対方向の１倍となっている。

式（６）及び式（７）から、式（８）が成り立つ。

故障がない場合は、式（８）の左辺の算出値が０になるが、故障が生じると、式（８）の左辺の算出値が０から逸脱する。故障は、電流センサ、巻線、スイッチング素子、制御装置等の電流の制御系統に故障が生じた場合に生じる。なお、温度特性、個体差、経年変化、後述する電流検出タイミングのずれによる電流検出誤差等の様々なばらつき要因によって、故障がない場合でも、式（８）の左辺の算出値が０から多少変動する。

よって、本実施の形態では、故障判定部３６は、式（９）に示すように、第１巻線の第１相Ａ１であるＵ１相の電流検出値ｉｕ１＿ｄｅｔと第１巻線の第２相Ｂ１であるＶ１相の電流検出値ｉｖ１＿ｄｅｔとの差（ｉｕ１＿ｄｅｔ−ｉｖ１＿ｄｅｔ）、及び第２巻線の第１相Ａ２であるＷ２相の電流検出値ｉｗ２＿ｄｅｔと第２巻線の第２相Ｂ２であるＵ２相の電流検出値ｉｕ２＿ｄｅｔとの和（ｉｗ２＿ｄｅｔ＋ｉｕ２＿ｄｅｔ）に基づいて、故障の発生を判定する。

具体的には、故障判定部３６は、式（９）の左辺の算出値の絶対値が、０より大きい値に設定された判定閾値Ｉｔｈを超えた場合は、故障が発生したと判定し、判定閾値Ｉｔｈを超えていない場合は、故障が発生していないと判定する。判定閾値Ｉｔｈの設定値は、ばらつき要因を考慮して、誤判定がないように設定される。

故障判定部３６は、故障が発生したと判定した場合は、故障の発生を電圧指令演算部３４及び電圧印加部３５等に伝達し、電圧指令演算部３４及び電圧印加部３５は、故障発生時の制御を行う。例えば、電圧指令演算部３４及び電圧印加部３５は、第１巻線及び第２巻線への電圧印加を停止するために、全てのスイッチング素子を強制オフしたり、正極側及び負極側の一方の全てのスイッチング素子を強制オフし、他方の全てのスイッチング素子を強制オンしたりする。

或いは、故障判定部３６は、式（１０）に示すように、第１巻線の第１相Ａ１であるＵ１相の電流検出値ｉｕ１＿ｄｅｔと第１巻線の第２相Ｂ１であるＶ１相の電流検出値ｉｖ１＿ｄｅｔとの和（ｉｕ１＿ｄｅｔ＋ｉｖ１＿ｄｅｔ）、及び第２巻線の第１相Ａ２であるＷ２相の電流検出値ｉｗ２＿ｄｅｔと第２巻線の第２相Ｂ２であるＵ２相の電流検出値ｉｕ２＿ｄｅｔとの差（ｉｗ２＿ｄｅｔ−ｉｕ２＿ｄｅｔ）に基づいて、故障の発生を判定してもよい。

なお、故障判定部３６は、式（９）又は式（１０）の左辺の絶対値を算出する前の値が、正の値に設定された判定閾値以上になった場合、又は負の値に設定された判定閾値以下になった場合に、故障が発生したと判定し、それ以外の場合は、故障が発生していないと判定するように構成されてもよい。この場合は、正の値に設定された判定閾値と負の値に設定された判定閾値の絶対値とが異なる値であってもよい。

以上では、第１巻線の第１相Ａ１がＵ１相であり、第１巻線の第２相Ｂ１がＶ１相であり、第２巻線の第１相Ａ２がＷ２相であり、第２巻線の第２相Ｂ２がＵ２相である場合を例に説明した。しかし、第１巻線の第１相Ａ１の巻線と第２巻線の第１相Ａ２の巻線とが、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっており、第１巻線の第２相Ｂ１の巻線と第２巻線の第２相Ｂ２の巻線とが、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっていれば、他の相の組み合わせについても同様のことが成り立つ。

具体的には、図８の（１）〜（３）の３パターンについて、同様のことが成り立つ。図８の（１）は、上述したパターンである。図８の（２）のパターンでは、第１巻線の第１相Ａ１がＶ１相であり、第１巻線の第２相Ｂ１がＷ１相であり、第２巻線の第１相Ａ２がＵ２相であり、第２巻線の第２相Ｂ２がＶ２相である。図４に示すように、第１巻線の第１相Ａ１としてのＶ１相と、第２巻線の第１相Ａ２としてのＵ２相とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっている。第１巻線の第２相Ｂ１としてのＷ１相と第２巻線の第２相Ｂ２としてのＶ２相とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっている。この場合も、Ｖ１相の電流ｉｖ１とＷ１相の電流ｉｗ１との差（又は和）と、Ｕ２相の電流ｉｕ２とＶ２相の電流ｉｖ２との和（又は差）とが、所定の関係になる。よって、故障判定部３６は、式（９）（又は式（１０））と同様の式を用い、Ｖ１相の電流検出値ｉｖ１＿ｄｅｔとＷ１相の電流検出値ｉｗ１＿ｄｅｔとの差（又は和）、及びＵ２相の電流検出値ｉｕ２＿ｄｅｔとＶ２相の電流検出値ｉｖ２＿ｄｅｔとの和（又は差）に基づいて、故障の発生を判定してもよい。

図８の（３）のパターンでは、第１巻線の第１相Ａ１がＷ１相であり、第１巻線の第２相Ｂ１がＵ１相であり、第２巻線の第１相Ａ２がＶ２相であり、第２巻線の第２相Ｂ２がＷ２相である。図４に示すように、第１巻線の第１相Ａ１としてのＷ１相と、第２巻線の第１相Ａ２としてのＶ２相とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっている。第１巻線の第２相Ｂ１としてのＵ１相と第２巻線の第２相Ｂ２としてのＷ２相とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっている。この場合も、Ｗ１相の電流ｉｗ１とＵ１相の電流ｉｕ１との差（又は和）と、Ｖ２相の電流ｉｖ２とＷ２相の電流ｉｗ２との和（又は差）とが、所定の関係になる。よって、故障判定部３６は、式（９）（又は式（１０））と同様の式を用い、Ｗ１相の電流検出値ｉｗ１＿ｄｅｔとＵ１相の電流検出値ｉｕ１＿ｄｅｔとの差（又は和）、及びＶ２相の電流検出値ｉｖ２＿ｄｅｔとＷ２相の電流検出値ｉｗ２＿ｄｅｔとの和（又は差）に基づいて、故障の発生を判定してもよい。

また、本実施の形態では、３相の第１巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ２は、３相の第２巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に対して位相が電気角で３０ｄｅｇ進んでいる場合を例に説明した。しかし、第１巻線１１及び第２巻線１２は、互いに位相が電気角で３０＋ｎ×６０ｄｅｇ（ｎは整数）異なっていればよく、ｎは、０以外の、・・・−３、−２、−１、１、２、３・・・等に設定されてもよい。この場合でも、第１巻線の第１相Ａ１の巻線と第２巻線の第１相Ａ２の巻線とが、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっており、第１巻線の第２相Ｂ１の巻線と第２巻線の第２相Ｂ２の巻線とが、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっていればよい。

この場合でも、故障判定部３６は、式（１１）に示すように、第１巻線の第１相Ａ１の電流検出値ｉａ１＿ｄｅｔと第１巻線の第２相Ｂ１の電流検出値ｉｂ１＿ｄｅｔとの差、及び第２巻線の第１相Ａ２の電流検出値ｉａ２＿ｄｅｔと第２巻線の第２相Ｂ２の電流検出値ｉｂ２＿ｄｅｔとの和に基づいて、故障を判定すればよい。故障判定部３６は、式（１１）の左辺の算出値の絶対値が、判定閾値Ｉｔｈを超えた場合は、故障が発生したと判定し、判定閾値Ｉｔｈを超えていない場合は、故障が発生していないと判定する。

或いは、故障判定部３６は、式（１２）に示すように、第１巻線の第１相Ａ１の電流検出値ｉａ１＿ｄｅｔと第１巻線の第２相Ｂ１の電流検出値ｉｂ１＿ｄｅｔとの和、及び第２巻線の第１相Ａ２の電流検出値ｉａ２＿ｄｅｔと第２巻線の第２相Ｂ２の電流検出値ｉｂ２＿ｄｅｔとの差に基づいて、故障を判定すればよい。故障判定部３６は、式（１２）の左辺の算出値の絶対値が、判定閾値Ｉｔｈを超えた場合は、故障が発生したと判定し、判定閾値Ｉｔｈを超えていない場合は、故障が発生していないと判定する。

式（１１）及び式（１２）における、Ｋａは、結合係数であり、図９に示すように、ｎに応じて、√３、又は−√３に設定されている。例えば、本実施の形態のようにｎ＝０の場合は、結合係数Ｋａは、√３に設定され、ｎ＝１の場合は、結合係数Ｋａは、−√３に設定され、ｎ＝２の場合は、結合係数Ｋａは、√３に設定されている。すなわち、ｎが偶数の場合は、結合係数Ｋａは、√３に設定され、ｎが奇数の場合は、結合係数Ｋａは、−√３に設定される。

１−３−７．電流検出タイミング
本実施の形態では、電流検出部３３は、第１タイミングＸで、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１（本例では、Ｕ１相及びＶ１相）の電流を検出し、第２タイミングＹで、第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２（本例では、Ｗ２相及びＵ２相）の電流を検出し、第１タイミングＸと第２タイミングＹとを基準タイミングＺに対して前後対称に設定している。

以下で、電流検出部３３において、同一タイミングで検出する相の組み合わせについて原理を説明する。

＜６相の電流を同一タイミングで検出する理想的な場合＞
まず、６相の電流を全て同一タイミングで検出する理想的な場合について説明する。第１巻線の各相を流れる電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１、及び第２巻線の各相を流れる電流ｉｕ２、ｉｖ２、ｉｗ２は、式（１３）で与えられる。ここで、βは、図６に示すように、ｄｑ軸の電流ベクトルＩのｑ軸からの位相を表し、Ｉｒｍｓは電流実効値を表す。また、第２巻線の各相の電流ｉｕ２、ｉｖ２、ｉｗ２を、第２巻線基準の磁極位置θ２の代わりに、第１巻線基準の磁極位置θ１を用いて表している。第２巻線基準の磁極位置θ２は、第１巻線基準の磁極位置θ１に対して、位相が電気角で３０ｄｅｇ（π／６）遅れる（θ２＝θ１−π／６）。

式（１３）の第１巻線の各相の電流及び第２巻線の各相の電流を、それぞれ、３相２相変換及び回転座標変換することにより、ｄｑ軸回転座標系で表した第１巻線のｄ軸電流Ｉｄ１及びｑ軸電流Ｉｑ１、及び第２巻線のｄ軸電流Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ２は、式（１４）のように与えられる。

このとき交流回転機１０の出力トルクＴは、式（１５）となる。ここで、Ｌｄはｄ軸自己インダクタンスを表し、Ｌｑはｑ軸自己インダクタンスを表し、φは磁束を表す。なお、ここでは相互インダクタンスの無い式としているが、相互インダクタンスがある場合にも同様の効果が得られる。

第１巻線及び第２巻線のｄｑ軸電流は、和よりも差が小さい状態で制御されており、式（１６）をみたす。このとき、交流回転機１０の出力トルクＴは、式（１７）のように近似でき、第１巻線及び第２巻線のｄｑ軸電流の和に比例したものになる。

＜各相の電流検出タイミングを同一にできない場合＞
式（１３）から式（１７）が成り立つには、６相の電流を同一タイミングで検出する必要がある。しかし、廉価なマイコンでは、同時にＡ／Ｄ変換できるチャンネル数が少なく、全てを同一タイミングで検出できない。また、電流を検出する相数を減らすことによって、電流センサ及びマイコンのコスト低減が可能になる。

６相の電流を同一タイミングで検出できない場合は、式（１７）において、第１巻線及び第２巻線のｑ軸電流の和（Ｉｑ１＋Ｉｑ２）、及びｄ軸電流の和（Ｉｄ１＋Ｉｄ２）に誤差が生じ、出力トルクの誤差が生じるおそれがある。よって、各相の電流を同一タイミングで検出できない場合でも、電流を検出する相数を６相から４相に減らすと共に、４相の電流検出タイミングを調整することによって、ｑ軸電流の和（Ｉｑ１＋Ｉｑ２）及びｄ軸電流の和（Ｉｄ１＋Ｉｄ２）の誤差を低減することが考えられる。

＜ｄｑ軸電流の和の誤差低減の条件導出＞
以下で、ｄｑ軸電流の和の誤差を低減するための条件を導出する。図１０は、搬送波信号の基準タイミングＺ（本例では、山の頂点）を基準にした、第１巻線のＵ１相、Ｖ１相、及び第２巻線のＵ２相、Ｗ２相の電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｕ２、ｉｗ２の検出タイミングｔｕ１、ｔｖ１、ｔｕ２、ｔｗ２の定義を示している。基準タイミングＺ（山の頂点）を基準にした、第１巻線のＵ１相の電流ｉｕ１の検出タイミングをｔｕ１とし、第１巻線のＶ１相の電流ｉｖ１の検出タイミングをｔｖ１とし、第２巻線のＵ２相の電流ｉｕ２の検出タイミングをｔｕ２とし、第２巻線のＷ２相の電流ｉｗ２の検出タイミングをｔｗ２としている。

ところで、図５に示したように、各スイッチング素子のオンオフ駆動信号は、搬送波信号の山の頂点又は谷の頂点に対して、ほぼ左右対称になる。そのため、搬送波信号の山の頂点又は谷の頂点付近で電流を検出することで、オン期間の電流の平均値又はオフ期間の電流の平均値を検出することができ、電流リプルの影響を受け難く、電流の検出精度を向上させることができる。本実施の形態では、搬送波信号の基準タイミングＺは、搬送波信号の山の頂点及び谷の頂点の一方又は双方（本例では、山の頂点）に設定されている。なお、搬送波信号の山の頂点及び谷の頂点以外のタイミングを、基準タイミングＺに設定してもよい。また、搬送波信号は、のこぎり波等、三角波以外の他の形状であってもよく、この場合でも同様の効果が得られる。

各検出タイミングｔｕ１〜ｔｗ２で検出した検出電流は式（１８）で与えられる。なお、θ１は、基準タイミングＺにおける第１巻線基準の磁極位置を表し、ωは、電気角での回転速度を表す。

このとき、推定する残りのＷ１相の電流検出値ｉｗ１＿ｄｅｔ、Ｖ２相の電流検出値ｉｖ２＿ｄｅｔは、式（１９）によって与えられる。

基準タイミングＺで同時に６相の電流を検出した場合に得られる第１巻線及び第２巻線のｄｑ軸電流を、それぞれ、Ｉｄ１＿ｉｄｅａｌ、Ｉｑ１＿ｉｄｅａｌ、Ｉｄ２＿ｉｄｅａｌ、Ｉｑ２＿ｉｄｅａｌとする。また、各相の検出タイミングｔｕ１〜ｔｗ２で各相の電流を検出した場合に、式（１８）及び式（１９）から得られる第１巻線及び第２巻線のｄｑ軸電流を、それぞれ、Ｉｄ１＿ｄｅｔ、Ｉｑ１＿ｄｅｔ、Ｉｄ２＿ｄｅｔ、Ｉｑ２＿ｄｅｔとする。そうすると、式（２０）〜式（２３）が成り立つ。

式（２０）〜式（２３）において、第２項以降の誤差成分は、cosβ又はsinβに比例する直流のオフセット成分と、cos(2θ1+β)又はsin(2θ1+β)に比例する磁極位置θ１の２次の交流成分とからなる。

式（２０）のＩｄ１＿ｄｅｔと式（２１）のＩｄ２＿ｄｅｔとを合計したｄ軸電流の和Ｉｄ＿ｓｕｍと、式（２２）のＩｑ１＿ｄｅｔと式（２３）のＩｑ１＿ｄｅｔとを合計したｑ軸電流の和Ｉｑ＿ｓｕｍは、式（２４）で与えられる。また、式（２０）のＩｄ１＿ｄｅｔから式（２１）のＩｄ２＿ｄｅｔを減算したｄ軸電流の差Ｉｄ＿ｄｉｆｆと、式（２２）のＩｑ１＿ｄｅｔから式（２３）のＩｑ２＿ｄｅｔを減算したｑ軸電流の差Ｉｑ＿ｄｉｆｆは、式（２５）で与えられる。

式（２４）のｄ軸電流の和Ｉｄ＿ｓｕｍ及びｑ軸電流の和Ｉｑ＿ｓｕｍにおいて、第２項以降の誤差成分をゼロとするためには、式（２６）が成り立てばよい。

式（２６）式から、ｄ軸電流の和Ｉｄ＿ｓｕｍ及びｑ軸電流の和Ｉｑ＿ｓｕｍの誤差成分をゼロにするための関係式は、式（２７）で与えられる。

すなわち、図１１に示すように、電流検出部３３は、第１巻線のＵ１相及びＶ１相の電流検出タイミングｔｕ１、ｔｖ１を同じ第１タイミングＸに設定し、第２巻線のＵ２相及びＷ２相の電流検出タイミングｔｕ２、ｔｗ２を同じ第２タイミングＹに設定し、第１タイミングＸと第２タイミングＹとを基準タイミングＺに対して前後対称に設定する。基準タイミングＺが搬送波信号の山の頂点又は谷の頂点に設定されている場合は、電流リプルによる電流検出精度の悪化を最小限に抑制することができる。

以上では、第１巻線についてＵ１相及びＶ１相の巻線電流を検出し、第２巻線についてＵ２相及びＷ２相の巻線電流を検出する場合を例に説明した。しかし、図８に示したように、第１巻線について第１相Ａ１及び第２相Ｂ１に設定された２つの相の巻線電流を検出し、第２巻線について第１相Ａ２及び第２相Ｂ２に設定された２つの相の巻線電流を検出する場合についても同様のことが成り立つ。すなわち、電流検出部３３は、第１タイミングＸで、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１の巻線の電流を検出し、第２タイミングＹで、第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２の巻線の電流を検出し、第１タイミングＸと第２タイミングＹとを基準タイミングＺに対して前後対称に設定すればよい。

具体的には、図１２の（１）〜（３）の３パターンになる。電流検出部３３は、図１２の（１）〜（３）のいずれか１つのパターンの電流検出タイミングで、第１巻線の２相及び第２巻線の２相の巻線電流を検出する。ここで、第２タイミングＹに対する第１タイミングＸの相対時刻が２×δである。本実施の形態ように、第２タイミングＹが第１タイミングＸよりも前の場合は、δは正の値になる。本実施の形態とは逆に、第２タイミングＹが第１タイミングＸよりも後の場合は、δは負の値になる。よって、本実施の形態では、図１２中の−δは、第２タイミングＹが基準タイミングＺよりもδだけ前に設定されていることを示し、δは、第１タイミングＸが基準タイミングＺよりもδだけ後に設定されていることを示す。なお、第１タイミングＸが基準タイミングＺよりも前になり、第２タイミングＹが基準タイミングＺよりも後になってもよく、δが負の値になってもよい。

以上のような電流検出タイミングに設定することにより、巻線の相数に比べて、Ａ／Ｄ変換器のチャンネル数が少なく、同一タイミングで検出できる相数が少ない場合に、電流を検出する相数を３相から２相に減らすと共に、相間の電流検出タイミングのずれによって生じる、ｄｑ軸電流の和の誤差を減少させ、出力トルクの誤差を減少させることができる。

＜同一タイミングの許容範囲＞
なお、第１タイミングＸ又は第２タイミングＹにおいて、２相の巻線の電流検出タイミングが厳密に同一タイミングでは無い場合について、以下で説明する。式（２８）に示すように、第１又は第２タイミングにおいて、２相の巻線間で、電流検出タイミングがηずれている場合を考える。式（１７）のリラクタンストルク成分があっても同様の考え方を適用できるが、説明を簡単にするため出力トルクＴは式（２９）のように与えられるものとする。

このとき、式（２４）より、ｄｑ軸電流の和Ｉｄ＿ｓｕｍ、Ｉｑ＿ｓｕｍは、式（３０）のようにオフセット成分を含む式で与えられる。

例えば、交流回転機１０が車輪の駆動力源となる場合は、交流回転機１０及び制御装置１は、車両用交流回転機装置５０を構成する。交流回転機１０のロータ１４の回転軸は、動力伝達機構５１を介して車輪５２に連結される。例えば、図１３に示すように、交流回転機１０の回転軸は、プーリ及びベルト機構５３を介して、内燃機関５４のクランク軸に連結され、内燃機関５４及び変速装置５５を介して車輪５２に連結される。或いは、交流回転機１０は、電気自動車の車輪の駆動力源として用いられてもよい。この場合は、交流回転機１０の回転軸は、変速装置を介して車輪に連結される。これらの場合は、電流指令演算部３４１は、車両を駆動するために要求されている車両要求トルク、又は要求発電電力等に基づいて、目標トルクを算出し、目標トルクに基づいて電流指令を算出する。

そのため、交流回転機１０の出力トルクの誤差は、定められた許容値Ｔｔｈ１以下である必要がある。つまり、式（２９）及び式（３０）より、ηは式（３１）をみたせばよい。Ｔｍａｘは、誤差がない場合の交流回転機１０の出力トルクである。

例えば、許容トルク精度が１％以下であり、極対数が５であり、回転速度が１００００ｒｐｍである場合には、同じセットの２相間の電流検出タイミングのずれηは、１．９μｓ以下であればよい。一方、第１又は第２タイミングと基準タイミングＺとの時間差δは、搬送波信号の周期よりも十分に短い必要があるため、数μｓ程度である。つまり、第１又は第２タイミングにおける２相間の電流検出タイミングのずれηを、第１又は第２タイミングと基準タイミングＺとの時間差δに対して一桁小さいレベル、例えば１／１０以下に設定すれば、出力トルクの精度要求を満足できる。

交流回転機１０が、車輪６２の操舵装置６３の駆動力源となる場合は、交流回転機１０及び制御装置１は、電動パワーステアリング装置６０を構成する。交流回転機１０のロータ１４の回転軸は、駆動力伝達機構６１を介して車輪６２の操舵装置６３に連結される。例えば、図１４に示すように、電動パワーステアリング装置６０は、運転者が左右に回転するハンドル６４と、ハンドル６４に連結されて、ハンドル６４による操舵トルクを車輪６２の操舵装置６３に伝達するシャフト６５と、シャフト６５に取り付けられ、ハンドル６４による操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ６６と、交流回転機１０の回転軸をシャフト６５に連結するウォームギヤ機構等の駆動力伝達機構６１と、を備えている。トルクセンサ６６の出力信号は、制御装置１（入力回路９２）に入力され、制御装置１は、トルクセンサ６６の出力信号に基づいて、運転者の操舵トルクＴｓを検出する。そして、電流指令演算部３４１は、操舵トルクＴｓに基づいて、操舵トルクＴｓを補助するための電流指令を算出する。例えば、電流指令演算部３４１は、操舵トルクＴｓに、係数Ｋｔを乗算して、ｑ軸電流指令Ｉｑ＿ｔｇｔを算出する（Ｉｑ＿ｔｇｔ＝Ｋｔ×Ｔｓ）。なお、公知の各種の制御方法が用いられてもよい。

交流回転機１０の出力軸は、駆動力伝達機構６１及びシャフト６５を介してハンドル６４に接続されているため、交流回転機１０の出力トルクのトルクリプルはハンドル６４を経由して運転者に伝達される。そのため、交流回転機１０の出力トルクのトルクリプルは、定められた許容値Ｔｔｈ２以下である必要がある。つまり、式（２９）及び式（３０）より、ηは式（３２）をみたせばよい。Ｔｍａｘは、誤差がない場合の交流回転機１０の出力トルクである。

例えば、許容トルクリプルが１％以下であり、極対数が５であり、回転速度が１００００ｒｐｍである場合には、第１又は第２タイミングにおける２相間の電流検出タイミングのずれηは、３．３μｓ以下であればよい。一方、第１又は第２タイミングと基準タイミングＺとの時間差δは、搬送波信号の周期よりも十分に短い必要があるため、数μｓ程度である。つまり、第１又は第２タイミングにおける２相間の電流検出タイミングのずれηを、第１又は第２タイミングと基準タイミングＺとの時間差δに対して一桁小さいレベル、例えば１／１０以下に設定すれば、出力トルクの精度要求を満足できる。

上記の２つの例を用いて説明したように、第１タイミングＸ又は第２タイミングＹにおける、２相の巻線の電流検出タイミングは、時間ずれがゼロの場合に限定するものでは無く、許容される出力トルクの精度、又は許容されるトルクリプルに対して、問題の無い程度の時間ずれも含む。これらの例を勘案して、第１タイミングＸ又は第２タイミングＹにおける、２相の巻線の電流検出タイミングは、少なくとも、第１又は第２タイミングにおける２相間の電流検出タイミングのずれηが、第１又は第２タイミングと基準タイミングＺとの時間差δの１／１０以下であればよい。

理想的には、第１タイミングＸ又は第２タイミングＹにおける、２相の巻線の電流検出タイミングは、Ａ／Ｄ変換器の最大チャンネル数の範囲内のチャンネル数を、トリガ信号により一斉にＡ／Ｄ変換するタイミングであればよい。

＜第１巻線と第２巻線との位相差が３０ｄｅｇ以外の場合＞
本実施の形態では、第１巻線と第２巻線との位相差が電気角で３０ｄｅｇである場合を説明した。しかし、第１巻線と第２巻線との位相差が電気角で３０ｄｅｇ以外である場合も、第１タイミングＸで、第１巻線の２相の巻線の電流を検出し、第２タイミングＹで、第２巻線の２相の巻線の電流を検出し、第１タイミングＸと第２タイミングＹとを基準タイミングＺに対して前後対称に設定すれば、同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態１では、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１に設定される２相、第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２に設定される２相に、電流センサ１３が設けられ、電流検出部３３が、電流センサ１３が設けられた第１巻線の２相及び第２巻線の２相の電流を検出する場合を例に説明した。しかし、第１巻線の３相、第２巻線の３相に電流センサが設けられてもよく、電流検出部３３が、第１巻線の３相及び第２巻線の３相の電流を検出するように構成されてもよい。この場合でも、故障判定部３６は、第１巻線の３相及び第２巻線の３相から、図８の（１）〜（３）のパターンのように、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なる第１巻線の第２相Ｂ１と第２巻線の第２相Ｂ２とを設定し、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なる第１巻線の第２相Ｂ１と第２巻線の第２相Ｂ２とを設定し、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１、及び第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２の電流検出値に基づいて、故障の発生を判定してもよい。

また、実施の形態１では、電流検出部３３は、第１タイミングＸで、第１巻線の第１相Ａ１及び第２相Ｂ１の電流を検出し、第２タイミングＹで、第２巻線の第１相Ａ２及び第２相Ｂ２の電流を検出し、第１タイミングＸと第２タイミングＹとを基準タイミングＺに対して前後対称に設定している場合を例に説明した。しかし、電流検出部３３は、実施の形態１とは異なるタイミングで、各相の巻線の電流を検出してもよい。例えば、電流検出部３３は、基準タイミングで、４相全ての電流を検出してもよい。

また、本願に係る交流回転機１０及び交流回転機の制御装置１は、上述したように、車両用交流回転機装置５０又は電動パワーステアリング装置６０を構成してもよく、或いは、各種の用途の交流回転機及びその制御装置とされてもよい。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１ 交流回転機の制御装置、１０ 交流回転機、１３ 電流センサ、１５ 角度センサ、１６ 直流電源、１７ 電圧センサ、２１ 第１インバータ、２２ 第２インバータ、２３ 正極側のスイッチング素子、２４ 負極側のスイッチング素子、３１ 回転検出部、３２ 電源電圧検出部、３３ 電流検出部、３４ 電圧指令演算部、３５ 電圧印加部、３６ 故障判定部、５０ 車両用交流回転機装置、６０ 電動パワーステアリング装置、ｉｕ１ 第１巻線のＵ１相の電流、ｉｖ１ 第１巻線のＶ１相の電流、ｉｗ１ 第１巻線のＷ１相の電流、ｉｕ２ 第２巻線のＵ２相の電流、ｉｖ２ 第２巻線のＶ２相の電流、ｉｗ２ 第２巻線のＷ２相の電流、ｔｕ１ 第１巻線のＵ１相の電流検出タイミング、ｔｖ１ 第１巻線のＶ１相の電流検出タイミング、ｔｕ２ 第２巻線のＵ２相の電流検出タイミング、ｔｗ２ 第２巻線のＷ２相の電流検出タイミング、Ｘ 第１タイミング、Ｙ 第２タイミング、Ｚ 基準タイミング、Ｉｄ１＿ｄｅｔ 第１巻線のｄ軸電流検出値、Ｉｑ１＿ｄｅｔ 第１巻線のｑ軸電流検出値、Ｉｄ２＿ｄｅｔ 第２巻線のｄ軸電流検出値、Ｉｑ２＿ｄｅｔ 第２巻線のｑ軸電流検出値、Ｉｄ＿ｄｉｆｆ ｄ軸電流検出値の差、Ｉｑ＿ｄｉｆｆ ｑ軸電流検出値の差、Ｉｄ＿ｓｕｍ ｄ軸電流検出値の和、Ｉｑ＿ｓｕｍ ｑ軸電流検出値の和、Ａ１ 第１巻線の第１相、Ｂ１ 第１巻線の第２相、Ａ２ 第２巻線の第１相、Ｂ２ 第２巻線の第２相、Ｋａ 結合係数

Claims (8)

1. 互いに位相が電気角で３０＋ｎ×６０ｄｅｇ（ｎは整数）異なる３相の第１巻線と３相の第２巻線とを有する交流回転機を制御する交流回転機の制御装置であって、
   前記第１巻線の第１相及び第２相の巻線、及び前記第２巻線の第１相及び第２相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
   電流指令及び電流検出値に基づいて、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に印加する電圧指令を演算する電圧指令演算部と、
   前記電圧指令と搬送波信号とを比較することにより、前記第１巻線及び前記第２巻線の各相に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記第１巻線の第１相及び第２相の電流検出値、及び前記第２巻線の第１相及び第２相の電流検出値に基づいて、故障の発生を判定する故障判定部と、を備え、
   前記第１巻線の第１相の巻線と前記第２巻線の第１相の巻線とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっており、前記第１巻線の第２相の巻線と前記第２巻線の第２相の巻線とは、互いに位相が電気角で９０ｄｅｇ異なっている交流回転機の制御装置。
2. 前記故障判定部は、
   前記第１巻線の第１相の電流検出値と前記第１巻線の第２相の電流検出値との差、及び前記第２巻線の第１相の電流検出値と前記第２巻線の第２相の電流検出値との和に基づいて、故障を判定する、又は
   前記第１巻線の第１相の電流検出値と前記第１巻線の第２相の電流検出値との和、及び前記第２巻線の第１相の電流検出値と前記第２巻線の第２相の電流検出値との差に基づいて、故障を判定する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
3. 前記故障判定部は、前記第１巻線の第１相の電流検出値をｉａ１＿ｄｅｔとし、前記第１巻線の第２相の電流検出値をｉｂ１＿ｄｅｔとし、前記第２巻線の第１相の電流検出値をｉａ２＿ｄｅｔとし、前記第２巻線の第２相の電流検出値をｉｂ２＿ｄｅｔとし、結合係数をＫａとし、
   （ｉａ１＿ｄｅｔ−ｉｂ１＿ｄｅｔ）−Ｋａ×（ｉａ２＿ｄｅｔ＋ｉｂ２＿ｄｅｔ）
   又は
   （ｉａ２＿ｄｅｔ−ｉｂ２＿ｄｅｔ）＋Ｋａ×（ｉａ１＿ｄｅｔ＋ｉｂ１＿ｄｅｔ）
   の算出値の絶対値が、判定閾値を超えた場合に、故障が発生したと判定する請求項１又は２に記載の交流回転機の制御装置。
4. 前記結合係数は、√３、又は−√３に設定されている請求項３に記載の交流回転機の制御装置。
5. 前記電流検出部は、第１タイミングで、前記第１巻線の第１相及び第２相の巻線の電流を検出し、第２タイミングで、前記第２巻線の第１相及び第２相の巻線の電流を検出し、
   前記第１タイミングと前記第２タイミングとを基準タイミングに対して前後対称に設定している請求項１から４のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
6. 前記基準タイミングは、三角波とされた前記搬送波信号の山の頂点及び谷の頂点の一方又は双方に設定されている請求項５に記載の交流回転機の制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置と、
   車輪の駆動力源となる前記交流回転機と、を備えた車両用交流回転機装置。
8. 請求項１から６のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置と、
   車輪の操舵装置の駆動力源となる前記交流回転機と、を備えた電動パワーステアリング装置。

Images