JP6965725B2 - 異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、多相回転機に電力供給する電力変換器の異常を検出する異常検出装置に関する。

従来、多相回転機の駆動開始前のイニシャルチェックにおいて、直流電源から電力変換器までの電流経路を遮断する電源リレーや、電力変換器を構成するスイッチ素子等の異常を検出する異常検出装置が知られている。

例えば特許文献１に開示された電力変換装置は、多相巻線組の中性点電圧を検出し、その中性点電圧が所定の範囲内に無いとき、電力変換器のいずれかのスイッチ素子が異常であると判定する。中性点電圧を検出することにより、各相の電圧を検出する構成に対して端子電圧検出数を低減している。

特許第５１５８５２８号公報

特許文献１に開示されたメイン実施形態では、３相巻線組の中性点電圧が検出される。この場合、３相のうち１相のスイッチ素子が異常であるとき、異常検出可能なように正常判定範囲が設定される。しかし、中性点電圧は、正常相の電圧と異常相の電圧とを平均するものであるため、チェック対象の相の数が増えるほど、１相が異常時の電圧と正常時の電圧との差が小さくなる。そのため、設定可能な正常判定範囲が狭くなり、各部品の物性ばらつき等との関係から、異常検出精度が低下するおそれがある。この問題は、複数の３相巻線に電力供給する複数の３相電力変換器を並列接続してユニット化した構成においても同様に生じ得る。

本発明は上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、少ない端子電圧検出数で電力変換器の異常を検出可能であり、且つ、相の数が増加しても同等の異常検出精度を確保可能な異常検出装置を提供することにある。

本発明の異常検出装置は、電力変換器（６０）と、プルアップ抵抗（Ｒｐ）と、モニタ用ダイオード（Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗ）と、負側検出用抵抗（Ｒｄ）と、ハイセレクト端子電圧検出部（４４）と、異常検出部（４０）と、を備える。電力変換器は、直流電源（１５）の正側及び負側に配置された複数のスイッチ素子がブリッジ接続されて構成され、直流電源の電力を変換して多相回転機の各相巻線に供給する。プルアップ抵抗は、多相回転機の１相以上の巻線と直流電源の正側とを接続する。

複数のモニタ用ダイオード（Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗ）は、電力変換器において各相の直流電源の正側に配置されたスイッチ素子と直流電源の負側に配置されたスイッチ素子との接続点であるアーム間接続点（Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗ）にアノードが接続される。負側検出用抵抗は、各相のモニタ用ダイオードのカソード同士の接続点である集合点（Ａ）と直流電源の負側とを接続する。

ハイセレクト端子電圧検出部は、集合点の電圧であるハイセレクト端子電圧（Ｖａ）を検出する。異常検出部は、直流電源からの入力電圧（Ｖｐｉｇ）、モニタ用ダイオードによる電圧降下（Ｖｆ）、プルアップ抵抗の抵抗値、及び、負側検出用抵抗の抵抗値に基づいて設定された閾値電圧と、ハイセレクト端子電圧とを比較し、少なくとも電力変換器の異常を検出する。

本発明では、ハイセレクト端子電圧に基づいて異常検出することで、複数相の異常検出のための端子電圧検出数を一つにすることができる。したがって、異常検出のための部品点数を低減し、回路を小型化することができる。また、ハイセレクト端子電圧は、各相のアーム間接続点の電圧のうち最も高い電圧が反映されるため、いずれか１相が異常のとき、相の数にかかわらず同じ電圧が検出される。したがって、相の数が増加しても異常時と正常時との電圧差は変わらないため、同等の異常検出精度を確保可能である。

また、以下の構成要素（ａ）〜（ｃ）を含む一群のユニットを「並列電力変換ユニット（１００、２００）」と定義する。
（ａ）多相回転機が有する複数の多相巻線のうち少なくとも一部の複数の多相巻線に電力供給する複数の電力変換器（６０１、６０２）
（ｂ）各電力変換器に設けられる複数のプルアップ抵抗
（ｃ）各電力変換器の各相に設けられ、それぞれのカソードが一つの集合点に接続されるモニタ用ダイオード

本発明の一態様では、一つ以上の並列電力変換ユニットを備え、一つの並列電力変換ユニットに対し、対応する検出用抵抗を伴う一つのハイセレクト端子電圧検出部、及び、一つの異常検出部が設けられる。各並列電力変換ユニットにおいて異常検出部は、集合点の電圧に基づき、その並列電力変換ユニットに含まれる各電力変換器の異常を検出する。

この態様でも、特許文献１の従来技術では、一つの並列電力変換ユニットに含まれる相の数の合計が増えると、異常時の電圧と正常時の電圧との差が小さくなり、異常検出精度が低下するおそれがある。それに対しハイセレクト端子電圧を用いて異常検出する本発明では、一つのユニット内で並列接続される電力変換器の数にかかわらず、同等の異常検出精度を確保可能である。よって、異常検出装置の搭載スペースが制約され、且つ、高精度なイニシャルチェックが要求される電動パワーステアリング装置では特に有効である。

各実施形態の異常検出装置が適用される電動パワーステアリング装置の全体構成図。 第１実施形態の異常検出装置の構成図。 第１実施形態によるイニシャルチェックのステップを示す図。 図３のイニシャルチェックでの正常時及び異常時のハイセレクト端子電圧を示す図。 図４における正常時及び異常時の電圧の近似を説明する図。 第２実施形態の異常検出装置の構成図。 第２実施形態によるイニシャルチェックのステップを示す図。 図７のイニシャルチェックでの正常時及び異常時のハイセレクト端子電圧を示す図。 第３実施形態の異常検出装置の構成図。 第４実施形態の異常検出装置の構成図。

以下、異常検出装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態で、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態の異常検出装置は、車両の電動パワーステアリング装置において、操舵アシストモータの駆動を制御する装置のイニシャルチェックに用いられ、インバータのスイッチ素子や電源リレー、モータリレー等の異常を検出する。高い信頼性が要求される電動パワーステアリング装置では、正常な動作を保証するイニシャルチェックが特に重要となる。

［電動パワーステアリング装置の構成］
図１に、電動パワーステアリング装置９０を含むステアリングシステム９９の全体構成を示す。なお、図１に示す電動パワーステアリング装置９０はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。ステアリングシステム９９は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９２、操舵トルクセンサ９４、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、及び、電動パワーステアリング装置９０等を含む。

ハンドル９１にはステアリングシャフト９２が接続されている。ステアリングシャフト９２の先端に設けられたピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が設けられる。運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によりラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。操舵トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、運転者の操舵トルクＴｓを検出する。

電動パワーステアリング装置９０は、ＥＣＵ１０、モータ８０、及び減速ギア８９等を含む。「多相回転機」としてのモータ８０は、例えば３相交流ブラシレスモータである。なお、他の実施形態では４相以上の多相回転機が用いられてもよい。本実施形態のＥＣＵ１０は、モータ制御装置としての機能、及び、異常検出装置としての機能を兼ね備える。

モータ制御装置として機能するＥＣＵ１０は、操舵トルクＴｓに基づいて、モータ８０が所望のアシストトルクを発生するようにモータ８０の駆動を制御する。具体的に、ＥＣＵ１０は、モータ電流及び電気角の検出値を取得し、電流フィードバック制御により「電力変換器」としてのインバータを駆動する。インバータは、「直流電源」としてのバッテリの直流電力を３相交流電力に変換してモータ８０へ供給する。一般的なモータ制御は周知技術であるため詳細な説明を省略する。モータ８０が出力したアシストトルクは、減速ギア８９を介してステアリングシャフト９２に伝達される。

一方、異常検出装置として機能するＥＣＵ１０は、車両スイッチのＯＮ後、モータ駆動開始前のイニシャルチェックとして、インバータのスイッチ素子等の異常を検出する。例えば特許文献１（特許第５１５８５２８号公報）には、３相巻線組の中性点電圧に基づいて、インバータのレッグ数よりも少ない数の電圧検出により異常検出を行う装置が開示されている。しかし、中性点電圧は、正常相の電圧と異常相の電圧とを平均するものであるため、チェック対象の相の数が増えるほど、１相が異常時の電圧と正常時の電圧との差が小さくなる。そこで、本実施形態は、少ない端子電圧検出数でインバータの異常を検出可能であり、且つ、相の数が増加しても同等の異常検出精度を確保可能とすることを目的とするものである。

次に、ＥＣＵ１０の具体的構成、及び、イニシャルチェックにおける異常検出の詳細について実施形態毎に説明する。各実施形態のＥＣＵの符号には、「１０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。各実施形態のモータの符号には、「８０」に続く３桁目に、モータが有する３相巻線の数を付して区別する。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図２〜図５を参照して説明する。図２に示すように、第１実施形態のＥＣＵ１０１は、一組の３相巻線８１、８２、８３を有するモータ８０１に適用される。なお、３相巻線８１、８２、８３と共に図示された交流電源の記号は、逆起電圧の発生源であることを示す。電動パワーステアリング装置では、モータ８０１の非駆動時においても、運転者のハンドル操作や転舵輪に加わる外力によってモータ８０１に逆起電圧が発生する場合がある。

ＥＣＵ１０１は、モータ制御装置の機能として、電源リレー３１、逆接リレー３２、平滑コンデンサ３５、インバータ６０、各相モータリレー７１、７２、７３等を備える。また、ＥＣＵ１０１は、異常検出装置の機能として、回路中に各相モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗ、プルアップ抵抗Ｒｐ、正側検出用抵抗Ｒｕ、負側検出用抵抗Ｒｄ等を備える。さらにＥＣＵ１０１は、リレー後電圧検出部４３、ハイセレクト端子電圧検出部４４、異常検出部４０を備える。

インバータ６０は、バッテリ１５の正側と電源線を介して接続され、バッテリ１５の負側とグランド線を介して接続される。インバータ６０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上アームのスイッチ素子６１、６２、６３、及び、下アームのスイッチ素子６４、６５、６６がブリッジ接続されて構成され、バッテリ１５の電力を変換して多相回転機の各相巻線に供給する。上アームのスイッチ素子６１、６２、６３は、「直流電源の正側に配置された複数のスイッチ素子」であり、下アームのスイッチ素子６４、６５、６６は、「直流電源の負側に配置された複数のスイッチ素子」である。

本実施形態では、インバータ６０のスイッチ素子６１−６６として、ＭＯＳＦＥＴが用いられる。以下、上アームのスイッチ素子を「上ＭＯＳ６１−６３」と記し、下アームのスイッチ素子を「下ＭＯＳ６４−６６」と記す。各相の上ＭＯＳ６１−６３と下ＭＯＳ６４−６６との接続点を「アーム間接続点Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗ」と定義する。アーム間接続点Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗは、各相巻線８１、８２、８３に接続される。また、ＭＯＳ６１−６６は、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが、素子内部の寄生ダイオードとして構成されている。

電源リレー３１及び逆接リレー３２は、バッテリ１５とインバータ６０との間の電源線の途中に直列接続される。バッテリ１５側に設けられる電源リレー３１は、インバータ６０側からバッテリ１５側への電流を許容する還流ダイオードを有する。インバータ６０側に設けられる逆接リレー３２は、バッテリ１５側からインバータ６０側への電流を許容する還流ダイオードを有する。本実施形態では、電源リレー３１及び逆接リレー３２もＭＯＳＦＥＴで構成されている。

電源リレー３１は、バッテリ１５が正規の向きに取り付けられたとき、バッテリ１５から電源線を経由してインバータ６０に流れる電流を遮断する。逆接リレー３２は、バッテリ１５が正規と逆向きに取り付けられたとき、バッテリ１５からグランド線を逆回りに経由してインバータ６０に流れる電流を遮断する。逆接リレー３２は、正式には「逆接続保護リレー」、又は「逆接続防止リレー」等と称されるものであるが、本明細書では、当該技術分野における通称である「逆接リレー」の用語を使用する。平滑コンデンサ３５は、インバータ６０への入力電圧を平滑化する。

各相のモータリレー７１、７２、７３は、各相のアーム間接続点Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗ
と、各相巻線８１、８２、８３との間に設けられる。例えばモータ８０１に過大な逆起電圧が生じたとき、モータリレー７１、７２、７３を遮断することで、インバータ６０の上下ＭＯＳ６１−６６に過電圧が印加されることが防止される。なお、他の実施形態では、モータリレーが設けられなくてもよい。以下、「モータリレー７１、７２、７３」、「３相巻線８１、８２、８３」を適宜「モータリレー７１−７３」、「３相巻線８１−８３」というように省略して記載する。

プルアップ抵抗Ｒｐは、電源線を介して、モータ８０１の１相以上の巻線とバッテリ１５の正側とを接続する。図２の構成例では、Ｕ相巻線８１にプルアップ抵抗Ｒｐが接続されている。他の実施例では、Ｖ相巻線８２もしくはＷ相巻線８３、又は、いずれか２相又は３相の巻線にプルアップ抵抗Ｒｐが接続されてもよい。例えばプルアップ抵抗Ｒｐの抵抗値は１．３ｋΩに設定される。

モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗは、それぞれのアノードが各相のアーム間接続点Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗに接続され、カソード同士が一点に接続される。この接続点を集合点Ａと定義する。集合点Ａには各相のアーム間接続点Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗの電圧のうち最も高い電圧が印加されるため、集合点Ａの電圧を「ハイセレクト端子電圧Ｖａ」という。

正側検出用抵抗Ｒｕは、集合点Ａと電源線、すなわちバッテリ１５の正側とを接続し、負側検出用抵抗Ｒｄは、集合点Ａとグランド線、すなわちバッテリ１５の負側とを接続する。例えば正側検出用抵抗Ｒｕ及び負側検出用抵抗Ｒｄの抵抗値は、いずれも１０ｋΩに設定される。以下、プルアップ抵抗Ｒｐ、正側検出用抵抗Ｒｕ及び負側検出用抵抗Ｒｄの記号Ｒｐ、Ｒｕ、Ｒｄは、抵抗素子の符号として用いられると同時に、その抵抗素子の抵抗値を表す。

リレー後電圧検出部４３は、逆接リレー３２とインバータ６０との間の電源線とグランド線との間のリレー後電圧Ｖｐｉｇを検出する。リレー後電圧Ｖｐｉｇは、バッテリ１５からインバータ６０への入力電圧に相当する。図２の構成例では、電源線とグランド線との間に接続された抵抗３３、３４の接続点Ｐの分圧に基づいて、リレー後電圧Ｖｐｉｇが検出される。例えば抵抗３３、３４の抵抗値は、１００ｋΩ及び３３ｋΩに設定される。

ハイセレクト端子電圧検出部４４は、集合点Ａの電圧であるハイセレクト端子電圧Ｖａを検出する。異常検出部４０は、イニシャルチェックにおいて、閾値電圧とハイセレクト端子電圧Ｖａとを比較し、インバータ６０等の異常を検出する。このとき、異常検出部４０は、破線矢印で示すように、電源リレー３１、逆接リレー３２、モータリレー７１−７３、インバータＭＯＳ６１−６６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えながら、ハイセレクト端子電圧Ｖａを取得する。図２において、異常検出部４０は、各リレー及びインバータＭＯＳにゲート電圧を印加するプリドライバの機能を含む。なお、イニシャルチェックは、モータ回転数が低く、逆起電圧の影響を受けない条件で実施されることが好ましく、所定の回転数以下であることをモータリレーオープン異常のチェックなど各ステップのイニシャルチェックの前提条件に加えてもよい。

次に、図３を参照し、第１実施形態のイニシャルチェックのステップを順に説明する。図３には、各ステップ（図中「ＳＴＥＰ」）の名称、前提条件、異常判定条件及び対象故障が記載されている。前提条件の電圧、及び、異常判定条件の欄に記載された閾値Ａ〜Ｈは、抵抗等の回路定数や電圧降下に基づき適宜設定される閾値である。そのうち、ステップ３〜６で用いられる閾値Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、図４に示す正常時の電圧と異常時の電圧との中間の値となるように設定される。以下、「リレー後電圧Ｖｐｉｇ」、「ハイセレクト端子電圧Ｖａ」の名称の記載を適宜省略し、単に「Ｖｐｉｇ」、「Ｖａ」と記載する。

イニシャルチェックはステップ１からステップ６まで順に実施され、各ステップで正常と判定されれば次のステップに移行する。つまり、ステップ２以下は、それ以前のステップのチェック対象故障について正常であることを前提として実施される。番号が数字のみのステップ１、２、３、６は第２実施形態と共通であり、末尾に「Ａ」を付したステップ４Ａ、５Ａは、第１実施形態に特有のステップである。なお、いずれかのステップで異常が検出された場合、車両の他のＥＣＵへの異常通知や、運転者への異常警報が行われてもよい。

＜ステップ１：プリチャージ機能異常＞
ステップ１は、電源リレー３１がＯＮ、逆接リレー３２及び各相モータリレー７１−７３がＯＦＦ、各相上下ＭＯＳ６１−６６がＯＦＦ、「ＩＧ電圧＞閾値Ａ」の前提条件で実施される。本願では図示しないが、ＩＧ電圧は、例えば特許文献１の図１に参照されるプリチャージ回路の制御回路に印加される電圧である。対象故障は、リレー後地絡であり、異常判定条件は「Ｖｐｉｇ＞閾値Ｂ」である。正常判定された場合、ステップ２を実施するための適正なプリチャージ電圧が回路に印加される。

＜ステップ２：電源リレー、逆接リレーの異常チェック＞
ステップ２は、例えば特許５３１１２３３号公報に記載の方法等により実施される。

＜ステップ３：モータリレーショート異常＞
ステップ３は、電源リレー３１がＯＮ、逆接リレー３２及び各相モータリレー７１−７３がＯＦＦ、各相上下ＭＯＳ６１−６６がＯＦＦ、「Ｖｐｉｇ＞閾値Ｃ」の前提条件で実施される。対象故障は、１相以上のモータリレー７１−７３のショート、又は、１相以上の上ＭＯＳ６１−６３のショートであり、異常判定条件は「Ｖａ＞Ｖｐｉｇ×閾値Ｅ」である。

＜ステップ４Ａ：＃相検出回路ショート異常＞
ステップ４Ａ、５Ａの欄の「＃相」は「Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相」を意味する。＃相のモニタ用ダイオードを「Ｄ＃」と記す。ステップ４Ａ、５Ａは、相毎に各３回実施される。前提条件の各相上下ＭＯＳについて、ある＃相の下ＭＯＳ又は上ＭＯＳが「ＯＮ」のとき、それ以外のＭＯＳはＯＦＦである。

ステップ４Ａは、電源リレー３１がＯＮ、逆接リレー３２及び各相モータリレー７１−７３がＯＦＦ、＃相下ＭＯＳがＯＮ、「Ｖｐｉｇ＞閾値Ｃ」の前提条件で実施される。対象故障は、＃相モニタ用ダイオードＤ＃のショートであり、異常判定条件は「Ｖａ＜Ｖｐｉｇ×閾値Ｆ」である。

＜ステップ５Ａ：＃相検出回路オープン異常＞
ステップ５Ａは、電源リレー３１がＯＮ、逆接リレー３２及び各相モータリレー７１−７３がＯＦＦ、＃相上ＭＯＳがＯＮ、「Ｖｐｉｇ＞閾値Ｃ」の前提条件で実施される。対象故障は、＃相モニタ用ダイオードＤ＃のオープンであり、異常判定条件は「Ｖａ＜Ｖｐｉｇ×閾値Ｇ」である。

＜ステップ６：モータリレーオープン異常＞
ステップ６は、電源リレー３１がＯＮ、逆接リレー３２及び各相モータリレー７１−７３がＯＮ、各相上下ＭＯＳ６１−６６がＯＦＦ、「Ｖｐｉｇ＞閾値Ｄ」の前提条件で実施される。ステップ６のＶｐｉｇに対する閾値Ｄがステップ３、４Ａ、５Ａに対する閾値Ｃと違うのは、逆接リレーがＯＦＦであるため、逆接リレーの電圧降下分を考慮した電圧とするためである。対象故障は、全相モータリレー７１−７３のオープン、又は、１相以上の下ＭＯＳ６４−６６のショートであり、異常判定条件は「Ｖａ＜Ｖｐｉｇ×閾値Ｈ」である。

続いて図４、図５を参照する。図４には、図３のイニシャルチェックにおける各部位のオープン又はショートの故障モードの検出可否、検出可の場合のステップ番号、並びに、正常時及び異常時のハイセレクト端子電圧Ｖａを示す。Ｖα１、Ｖα２、Ｖβ１、Ｖβ２は、下式（１）〜（４）で算出される。式（３）、（４）中のＶｆは、モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗによる電圧降下を示す。

「Ｒｐ、Ｒｕ、Ｒｄ≠０」を前提とすると、「Ｖα１＞Ｖα２」、「Ｖβ１＞Ｖβ２」の関係は自明である。ただし、Ｖｐｉｇに対するＶｆの値によって、Ｖα１、Ｖα２とＶβ１、Ｖβ２との大小関係は決まらない。そこで、第１実施形態では、モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗは、「Ｖα１＞Ｖβ２＞Ｖα２」となるような電圧降下Ｖｆを有するものが選定される。

Ｖα２は、ステップ３の正常時に、モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗから電流が流れない状態で、リレー後電圧Ｖｐｉｇが正側検出用抵抗Ｒｕ及び負側検出用抵抗Ｒｄにより分圧される電圧である。ステップ４Ａで、＃相下ＭＯＳがＯＮされた状態でも同様である。

Ｖβ１は、ステップ５Ａの正常時に、＃相上ＭＯＳ及び＃相モニタ用ダイオードＤ＃を経由して電流が流れる状態での集合点Ａの電圧である。モニタ用ダイオードＤ＃による電圧降下Ｖｆが正側検出用抵抗Ｒｕによる電圧降下に対して十分に小さいことを前提とすると、Ｖβ１はＶｐｉｇからＶｆを差し引いた値となる。

ステップ６の正常時のＶａは、図５の中段に示すように、プルアップ抵抗Ｒｐ、モニタ用ダイオードＤｕ、正側検出用抵抗Ｒｕ、負側検出用抵抗Ｒｄからなる回路で示される。ただし計算が複雑となるため、図５の中段回路のＶａが下段回路のＶａであるＶβ２より大きく、上段回路のＶａであるＶα１より小さいと考える。下段回路のＶβ２は、Ｖβ１がプルアップ抵抗Ｒｐ及び負側検出用抵抗Ｒｄにより分圧される電圧である。

図４中、「※」を付した欄のＶａは、図５の関係に基づいて近似した値を示す。異常を確実に検出する観点から、ステップ６の正常時のＶａは、最大側のＶα１で近似される。モータリレーオープン異常をチェックするステップ３の異常時のＶａは、最小側のＶβ２で近似される。

現実の設計では、正常時及び異常時のＶａの差をできるだけ大きく確保できるように、各抵抗Ｒｐ、Ｒｕ、Ｒｄが設定されることが好ましい。一例として、Ｒｐ＝１．３ｋΩ、Ｒｕ＝１０ｋΩ、Ｒｄ＝１０ｋΩとすると、Ｖα１、Ｖα２、Ｖβ２は以下のように表される。
Ｖα１≒Ｖｐｉｇ×０．９０
Ｖα２≒Ｖｐｉｇ×０．５０
Ｖβ２≒（Ｖｐｉｇ−Ｖｆ）×０．８８

こうして算出された正常時のＶａ及び異常時のＶａの間の値が図３の閾値Ｅ〜Ｈとして設定される。なお、インバータ下ＭＯＳ６４−６６のオープン故障は第１実施形態のイニシャルチェックでは検出できないため、通常制御中に検出されるようにすることが好ましい。本実施形態では逆接リレー及びモータリレーのＯＮ回路が共通であることを想定し、逆接リレー及びモータリレーのＯＮ又はＯＦＦの状態が同じになるように構成したが、例えばステップ２からステップ５は逆接リレーをＯＦＦとして異常チェックしてもよい。

異常検出のために各相の端子電圧を検出すると、端子電圧検出数が増えるという問題がある。第１実施形態では、ハイセレクト端子電圧Ｖａに基づいて異常検出することで、３相の異常検出のための端子電圧検出数を一つにすることができる。したがって、異常検出のための部品点数を低減し、回路を小型化することができる。特に、搭載スペースの制約が厳しい電動パワーステアリング装置では有効である。

また、第１実施形態のハイセレクト端子電圧検出部４４は、インバータ６０のモニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗを経由して得られた３相の電圧のうち最も高い電圧に基づいて、いずれかの部位の異常を検出する。中性点電圧に基づいて異常を検出する特許文献１の従来技術では、チェック対象の相の数が増加するほど、正常時と異常時との電圧差が小さくなるため、異常検出精度が低下するおそれがある。それに対し、ハイセレクト端子電圧を用いて異常検出する本実施形態では、インバータの相の数にかかわらず、同等の異常検出精度を確保可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態について、図６〜図８を参照して説明する。図６に示すように第２実施形態のＥＣＵ１０２は、第１実施形態のＥＣＵ１０１に対し正側検出用抵抗Ｒｕが設けられていない点のみが異なる。各相モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗのカソード同士の接続点である集合点Ａのハイセレクト端子電圧Ｖａに基づき、インバータＭＯＳ６１−６６等の異常を検出する基本的な構成は、第１実施形態と同様である。第２実施形態では、例えばプルアップ抵抗Ｒｐ及び負側検出用抵抗Ｒｄの抵抗値は、いずれも４．７ｋΩに設定される。

図７、図８は、第１実施形態の図３、図４に対応する。第２実施形態では、図７に示すイニシャルチェックのステップのうち、ステップ４Ｂ及び５Ｂが第１実施形態と異なる。なお、図７のステップ３及び６の異常判定条件について、ステップ３は「Ｖａ＞Ｖｐｉｇ×閾値Ｉ」、ステップ６は「Ｖａ＜Ｖｐｉｇ×閾値Ｌ」というように、閾値の記号のみ、図３と異なる。なお、閾値Ｉ、閾値Ｌとして、それぞれ第１実施形態の閾値Ｅ、閾値Ｈと同じ値を用いてもよい。

＜ステップ４Ｂ：＃相上ＭＯＳオープン異常＞
第１実施形態と同様にステップ４Ｂ、５Ｂは、相毎に各３回実施される。前提条件の各相上下ＭＯＳについて、ある＃相の下ＭＯＳ又は上ＭＯＳが「ＯＮ」のとき、それ以外のＭＯＳはＯＦＦである。

ステップ４Ｂは、電源リレー３１がＯＮ、逆接リレー３２及び各相モータリレー７１−７３がＯＦＦ、＃相上ＭＯＳがＯＮ、「Ｖｐｉｇ＞閾値Ｃ」の前提条件で実施される。対象故障は、＃相上ＭＯＳのオープン、又は、＃相モニタ用ダイオードＤ＃のオープンであり、異常判定条件は「Ｖａ＜Ｖｐｉｇ×閾値Ｊ」である。

＜ステップ５Ｂ：＃相下ＭＯＳオープン異常＞
ステップ５Ｂは、電源リレー３１がＯＮ、逆接リレー３２及び各相モータリレー７１−７３がＯＦＦ、＃相下ＭＯＳがＯＮ、「Ｖｐｉｇ＞閾値Ｃ」の前提条件で実施される。対象故障は、＃相下ＭＯＳのオープンであり、異常判定条件は「Ｖａ＞Ｖｐｉｇ×閾値Ｋ」である。

続いて図８を参照する。正側検出用抵抗Ｒｕの無い第２実施形態では、正常時及び異常時のＶａは、Ｖβ１、Ｖβ２、ＧＮＤの３値のみとなる。「Ｒｐ、Ｒｄ≠０」を前提とすると、「Ｖβ１＞Ｖβ２」の関係は自明である。

Ｖβ１は、ステップ４Ｂの正常時に、＃相上ＭＯＳ及び＃相モニタ用ダイオードＤ＃を経由して電流が流れる状態での集合点Ａの電圧である。Ｖβ２は、ステップ５Ｂの正常時に、プルアップ抵抗Ｒｐ及び＃相モニタ用ダイオードＤ＃を経由して電流が流れる状態での集合点Ａの電圧である。Ｖβ２は、Ｖβ１がプルアップ抵抗Ｒｐ及び負側検出用抵抗Ｒｄにより分圧される電圧である。

こうして算出された正常時のＶａ及び異常時のＶａの間の値が図７の閾値Ｉ〜Ｌとして設定される。なお、モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗのショート故障は第２実施形態のイニシャルチェックでは検出できないため、通常制御中に検出されるようにすることが好ましい。第２実施形態では、第１実施形態よりも簡略的な構成で、第１実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することができる。また、第２実施形態においてもステップ２からステップ５は逆接リレーをＯＦＦとして異常チェックしてもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態について、図９を参照して説明する。第３実施形態のＥＣＵ１０３は、二組の３相巻線８１−８３を有するモータ８０２に適用される。ＥＣＵ１０３は、各３相巻線８１−８３に電力供給する二つのインバータ６０１、６０２が電源リレー３１及び逆接リレー３２の後に並列に接続されている。各インバータ６０１、６０２には、第１、第２実施形態と同様のプルアップ抵抗Ｒｐ及びモニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗが設けられている。また、各インバータ６０１、６０２に各相のモータリレー７１−７３が設けられている。なお、インバータ６０１、６０２の各構成要素は実質的に同一であるため、区別せず同一の符号を付す。また、異常検出部４０から各リレー３１、３２、７１−７３及びスイッチ素子６１−６６へのＯＮ／ＯＦＦ信号の図示を省略する。

図９に示すように、並列接続された２つのインバータ６０１、６０２、二つのプルアップ抵抗Ｒｐ、二組の各相モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗ、及び、二組の各相モータリレー７１−７３を含む一群のユニットを「並列電力変換ユニット」と定義する。第３実施形態の異常検出装置は、一つの並列電力変換ユニット１００を有する。ここで、二組の各相モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗのそれぞれのカソードは、一つの集合点Ａに接続される。つまり、並列電力変換ユニットと集合点Ａとは一対一に対応する。さらに、本実施形態では、入力部の電源リレー３１、逆接リレー３２及び平滑コンデンサ３５の一セットと一つの並列電力変換ユニットとが対応している。

一つの並列電力変換ユニットにおいて並列接続されるインバータの数は三つ以上でもよく、その場合、インバータの数に応じた数のプルアップ抵抗Ｒｐ、各相モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗ、各相モータリレー７１−７３が設けられる。なお、他の実施形態では、並列電力変換ユニットにモータリレー７１−７３が含まれなくてもよい。また、各インバータの２相以上にプルアップ抵抗Ｒｐが設けられてもよい。

一つの並列電力変換ユニット１００に対して、一つのハイセレクト端子電圧検出部４４、及び、一つの異常検出部４０が設けられる。また、ハイセレクト端子電圧検出部４４の検出構成に応じて、第１実施形態を基本とする構成では、一組の正側検出用抵抗Ｒｕ及び負側検出用抵抗Ｒｄが設けられる。これに代えて、第２実施形態を基本とする構成では、正側検出用抵抗Ｒｕが無く、負側検出用抵抗Ｒｄのみが設けられてもよい。

第３実施形態では、モータ８０２を二つの３相巻線８１−８３で構成することにより、一つの３相巻線あたりの出力トルクが全体の（１／２）になる。そのため、各インバータ６０１、６０２のＭＯＳ６１−６６の電流定格を小さくし、負荷や発熱を分散することができる。また、一つのインバータの上下アームの各相を並列接続した二つのＭＯＳで構成する場合、ＭＯＳ同士の特性ばらつきが問題になりやすいのに対し、インバータ全体を並列接続することで、ばらつきの影響を低減することができる。

このような並列接続の構成で異常検出のために各相の端子電圧を検出すると、端子電圧検出数が増え、回路規模が大きくなるという問題がある。つまり、インバータ部自体は並列化により小型化するものの、端子電圧検出部はかえって大きくなる。その点、第３実施形態では、一つの並列電力変換ユニット１００に対して端子電圧検出数を一つにすることができるため、回路規模が大きくなることを回避することができる。

また、第３実施形態のハイセレクト端子電圧検出部４４は、二つのインバータ６０１、６０２のモニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗを経由して得られた６相の電圧のうち最も高い電圧に基づいて、並列電力変換ユニット１００のいずれかの部位の異常を検出する。中性点電圧に基づいて異常を検出する特許文献１の従来技術では、チェック対象の相の数が増加するほど、正常時と異常時との電圧差が小さくなるため、異常検出精度が低下するおそれがある。それに対し、ハイセレクト端子電圧を用いて異常検出する本実施形態では、一つのユニット内で並列接続されるインバータの数にかかわらず、同等の異常検出精度を確保可能である。

（第４実施形態）
第４実施形態について、図１０を参照して説明する。第４実施形態は、四組の３相巻線８１−８３を有するモータ８０４に適用され、図９に示す第３実施形態の並列電力変換ユニットが、一つのバッテリ１５に対して更に二並列に接続されている。二つの並列電力変換ユニットの符号を「１００」及び「２００」と記す。各並列電力変換ユニット１００、２００内の構成要素の符号は図９と同様であるため省略する。

第１の並列電力変換ユニット１００に対応して、接続点Ｐ１の分圧によりリレー後電圧Ｖｐｉｇ１を検出するリレー後電圧検出部４３１、集合点Ａ１のハイセレクト端子電圧Ｖａ１を検出するハイセレクト端子電圧検出部４４１、及び、異常検出部４０１が設けられる。また、第２の並列電力変換ユニット２００に対応して、接続点Ｐ２の分圧によりリレー後電圧Ｖｐｉｇ２を検出するリレー後電圧検出部４３２、集合点Ａ２のハイセレクト端子電圧Ｖａ２を検出するハイセレクト端子電圧検出部４４２、及び、異常検出部４０２が設けられる。

例えば、第１の並列電力変換ユニット１００内のいずれかのインバータ６０１、６０２の各相上下ＭＯＳ６１−６６のうち、いずれかの異常が検出された状況を仮定する。このとき、異常検出部４０１は、第１の並列電力変換ユニット１００内の全てのインバータ６０１、６０２の各相ＭＯＳ６１−６６をＯＦＦする。第２の並列電力変換ユニット２００に異常が検出されない場合、イニシャルチェックの終了後、ＥＣＵ１０４は、モータ制御装置の機能として、第２の並列電力変換ユニット２００のみを用いてモータ８０４の駆動を開始する。

各相上下ＭＯＳ６１−６６のいずれかが故障している場合、過電流による回路の過熱が生じたり、指令通りの電力変換動作が不能となったりするおそれがある。そこで、複数の並列電力変換ユニット１００、２００が冗長的に設けられる構成とすることで、一部のユニットに異常が検出されたとき、ＥＣＵ１０４は、異常なユニットの動作を停止し、正常なユニットのみでモータ８０４を駆動することができる。このように、冗長構成における駆動の一単位として機能する一つの並列電力変換ユニットは、いわゆる複数系統の構成における「一系統」に相当するものである。

なお、電源リレー３１、逆接リレー３２又はモータリレー７１−７３の故障の場合、モータ駆動中に過電流が発生したとき等に、迅速に通電を遮断することができないおそれがある。また、モニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗの故障の場合には、イニシャルチェックのステップが正常に実行されないこととなり、ＭＯＳやリレーの故障を検出し損なうおそれがある。したがって、いずれかのリレー３１、３２、７１−７３又はモニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗの異常が検出された場合にも、その並列電力変換ユニット内の全てのインバータ６０１、６０２の各相ＭＯＳ６１−６６をＯＦＦするようにしてもよい。

また、異常検出部４０１及び異常検出部４０２は、各並列電力変換ユニット１００、２００の異常検出情報を、破線矢印で示すように相互に通知してもよい。これにより、ＥＣＵ１０４は、モータ制御装置の機能として、１ユニットでの駆動モードと２ユニットでの駆動モードを切り替える等、状況に応じて駆動条件を適切に選択することが可能となる。

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態のイニシャルチェックでは、インバータ上下ＭＯＳ６１−６６に加え、電源リレー３１、逆接リレー３２、モータリレー７１−７３及びモニタ用ダイオードＤｕ、Ｄｖ、Ｄｗのチェックが一連のステップで実施される。ただし、インバータ上下ＭＯＳ６１−６６以外のチェックは、例えば、事前に別のプロセスで実施されてもよい。

（ｂ）本発明の制御対象の多相回転機は、電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータに限らず、他の用途のモータであってもよい。特に異常検出装置の搭載スペースが制約され、且つ、高精度なイニシャルチェックが要求されるシステムにおいて、本発明は有効である。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１０（１０１−１０４）・・・ＥＣＵ（異常検出装置、モータ制御装置）、
１５ ・・・バッテリ（直流電源）、
４０（４０１、４０２）・・・異常検出部、
４４（４４１、４４２）・・・ハイセレクト端子電圧検出部、
６０（６０１、６０２）・・・インバータ（電力変換器）、
６１−６６ ・・・ＭＯＳ（スイッチ素子）、
８０（８０１、８０２、８０４）・・・モータ（多相回転機）、
Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗ・・・モニタ用ダイオード、
Ｒｄ・・・負側検出用抵抗、 Ｒｐ・・・プルアップ抵抗。

Claims (6)

1. 直流電源（１５）の正側及び負側に配置された複数のスイッチ素子（６１−６６）がブリッジ接続されて構成され、前記直流電源の電力を変換して多相回転機（８０）の各相巻線に供給する電力変換器（６０）と、
   前記多相回転機の１相以上の巻線と前記直流電源の正側とを接続するプルアップ抵抗（Ｒｐ）と、
   前記電力変換器において各相の前記直流電源の正側に配置されたスイッチ素子と前記直流電源の負側に配置されたスイッチ素子との接続点であるアーム間接続点（Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗ）にアノードが接続される複数のモニタ用ダイオード（Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗ）と、
   各相の前記モニタ用ダイオードのカソード同士の接続点である集合点（Ａ）と前記直流電源の負側とを接続する負側検出用抵抗（Ｒｄ）と、
   前記集合点の電圧であるハイセレクト端子電圧（Ｖａ）を検出するハイセレクト端子電圧検出部（４４）と、
   前記直流電源からの入力電圧（Ｖｐｉｇ）、前記モニタ用ダイオードによる電圧降下（Ｖｆ）、前記プルアップ抵抗の抵抗値、及び、前記負側検出用抵抗の抵抗値に基づいて設定された閾値電圧と、前記ハイセレクト端子電圧とを比較し、少なくとも前記電力変換器の異常を検出する異常検出部（４０）と、
   を備える異常検出装置。
2. 前記集合点と前記直流電源の正側とを接続する正側検出用抵抗（Ｒｕ）をさらに備え、
   前記異常検出部は、さらに前記正側検出用抵抗の抵抗値に基づいて前記閾値電圧を設定する請求項１に記載の異常検出装置。
3. 前記多相回転機が有する複数の多相巻線のうち少なくとも一部の複数の多相巻線に電力供給する複数の前記電力変換器（６０１、６０２）と、
   各前記電力変換器に設けられる複数の前記プルアップ抵抗と、
   各前記電力変換器の各相に設けられ、それぞれのカソードが一つの前記集合点に接続される前記モニタ用ダイオードと、
   を含む一群のユニットを並列電力変換ユニット（１００、２００）と定義すると、
   一つ以上の前記並列電力変換ユニットを備え、
   一つの前記並列電力変換ユニットに対して、対応する前記検出用抵抗を伴う一つの前記ハイセレクト端子電圧検出部、及び、一つの前記異常検出部が設けられ、
   各前記並列電力変換ユニットにおいて前記異常検出部は、前記集合点の電圧に基づき、少なくともその前記並列電力変換ユニットに含まれる各前記電力変換器の異常を検出する請求項１または２に記載の異常検出装置。
4. 複数の前記並列電力変換ユニット（１００、２００）、並びに、複数の前記ハイセレクト端子電圧検出部（４４１、４４２）及び複数の前記異常検出部（４０１、４０２）を備える請求項３に記載の異常検出装置。
5. 対応する前記並列電力変換ユニット内のいずれか一つ以上の前記電力変換器の異常を検出した前記異常検出部は、その前記並列電力変換ユニットの全ての前記電力変換器の各相のスイッチ素子をＯＦＦする請求項４に記載の異常検出装置。
6. 車両の電動パワーステアリング装置において、前記多相回転機としての操舵アシストモータの駆動を制御する装置のイニシャルチェックに用いられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の異常検出装置。

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