JP6416414B2 - 交流回転機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数相の巻線を複数組設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有する交流回転機の制御装置に関するものである。

電気自動車やハイブリッド自動車といった電動車両に搭載され、交流回転機と接続される電力変換器（インバータ）は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して交流回転機を駆動したり、交流回転機の発生する交流電力を直流電力に変換して直流電源を充電したりする電力変換機能を有している。

こうした電力変換機能を実現するために、電力変換器にはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）といったスイッチング素子が一般的に使用されている。電力変換器は、スイッチング素子のオン状態とオフ状態を適切に切り替えることで電力変換を行っている。

スイッチング素子が故障し、オン状態のまま(短絡故障)、又はオフ状態のまま(開放故障)となった場合には、正規の状態で電力変換を行うことは困難となり、そのままでは意図しないトルクの発生や意図しない充電が行われてしまう。

スイッチング素子の故障時でも継続して交流回転機の駆動を行う技術として、例えば、下記の特許文献１の技術が開示されている。特許文献１の技術では、スイッチング素子の短絡故障又は開放故障を検出した場合に、故障した組の電力変換器について、各相の同電位側のスイッチング素子を故障と同じ状態に設定すると共に、故障していない組の電力変換器について、スイッチング素子のオンオフ制御を継続するように構成されている。

国際公開第２０１３／１２５０５７号

しかしながら、故障した組では、ブレーキトルク等の故障した組の巻線に関わる交流回転機の状態が、望ましくない状態になる場合がある。特許文献１の技術では、故障していない組のスイッチング素子のオンオフ制御において、故障した組の巻線に関わる交流回転機の状態は考慮されていない。

そこで、故障した組の巻線に関わる交流回転機の状態を考慮して、故障していない組のスイッチング素子のオンオフ制御を行うことができる交流回転機の制御装置が望まれる。

本発明に係る交流回転機の制御装置は、ｎ相（ｎは２以上の自然数）の巻線をｍ組（ｍは２以上の自然数）設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有する交流回転機の制御装置であって、直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記巻線に接続される直列回路を、前記ｎ相各相に対応してｎセット設けた、前記ｍ組の電力変換器と、各組について、前記永久磁石のＮ極の向きに定めたｄ軸及び前記ｄ軸より電気角で９０°進んだ方向に定めたｑ軸からなるｄｑ軸の回転座標系上で、前記巻線に流れる電流を制御するｄｑ軸電流制御を実行して、前記スイッチング素子のそれぞれをオンオフ制御するスイッチング制御部と、前記スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出部と、前記スイッチング素子が故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態を検出する運転状態検出部と、を備え、前記スイッチング制御部は、前記故障検出部により前記スイッチング素子の故障が検出された場合に、前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組については、前記ｄｑ軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を停止し、少なくとも、故障した前記スイッチング素子と同じ正極側又は負極側の各相の前記スイッチング素子を、短絡故障の場合はオンにさせ、開放故障の場合はオフにさせ、前記スイッチング素子が故障していない前記電力変換器の組については、前記ｄｑ軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を継続すると共に、前記運転状態検出部により検出した故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態に応じて、前記ｄ軸の電流成分を変化させ、
前記故障検出部により正極側の前記スイッチング素子の短絡故障又は負極側の前記スイッチング素子の開放故障が検出された場合に、
前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組について、各相の正極側の前記スイッチング素子をオンさせると共に各相の負極側の前記スイッチング素子をオフさせ、
前記故障検出部により正極側の前記スイッチング素子の開放故障又は負極側の前記スイッチング素子の短絡故障が検出された場合に、
前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組について、各相の正極側の前記スイッチング素子をオフさせると共に各相の負極側の前記スイッチング素子をオンさせ、
前記運転状態検出部は、故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態として、故障した組の前記巻線により生じるブレーキトルクを検出し、
前記スイッチング制御部は、
前記スイッチング素子が故障していない前記電力変換器の組について、前記運転状態検出部により検出した前記ブレーキトルクの大きさが減少するように、前記ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるものである。

スイッチング素子が故障した電力変換器の組が制御するｎ相巻線により、交流回転機に望ましくないトルク変動が発生することを抑制できる。一方、スイッチング素子が故障していない電力変換器の組が制御するｎ相巻線により、通常通り、交流回転機にトルクを発生させることができる。この際、故障していない組のｎ相巻線に係るｄ軸の電流成分を変化させることにより、永久磁石の磁束が存在するｄ軸方向の磁束を変化させることができる。すなわち、見かけ上、永久磁石によるｄ軸方向の鎖交磁束を変化させることができる。このｄ軸方向の鎖交磁束の変化は、故障した組のｎ相巻線にも作用する。ｄ軸の電流成分は、故障した組のｎ相巻線に関わる交流回転機の状態に応じて変化されるため、故障した組のｎ相巻線に関わる交流回転機の状態を適切に変化させることができる。よって、スイッチング素子が故障した場合でも、適切に交流回転機を駆動することができる。

本発明の実施の形態１に係る交流回転機及び制御装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る制御器のハードウェア構成図である。 本発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る交流回転機の制御装置の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る交流回転機の制御装置の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る交流回転機の制御装置の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係る交流回転機の制御装置の処理を示すフローチャートである。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転機２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２及び制御装置１の概略構成図である。

交流回転機２は、ｎ相（ｎは２以上の自然数）の巻線をｍ組（ｍは２以上の自然数）設けたステータと、永久磁石を設けたロータと、を有する永久磁石同期交流回転機とされている。交流回転機２は、非回転部材に固定された１つのステータと、当該ステータの径方向内側に配置され、非回転部材に対して回転可能に支持された１つのロータと、を備えている。１つのステータに、ｍ組のｎ相巻線が設けられており、１つのロータに、単数又は複数の極対数の永久磁石が設けられている。１つのステータに設けられたｍ組のｎ相巻線の各組が作り出す回転磁界は、１つのロータに設けられた単数又は複数の極対数の永久磁石に作用し、１つのロータに設けられた単数又は複数の極対数の永久磁石が作り出す磁界は、１つのステータに設けられたｍ組のｎ相巻線の各組に作用する。

本実施の形態は、ｎ＝３、ｍ＝２とされており、１つのステータに、３相の巻線が２組設けられている。第１組の３相巻線は、Ｕ相巻線Ｃｕ、Ｖ相巻線Ｃｖ、Ｗ相巻線Ｃｗから構成される。第２組の３相巻線は、Ｕ相巻線Ｃｕ、Ｖ相巻線Ｃｖ、Ｗ相巻線Ｃｗから構成される。各組の３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗは、スター結線とされている。なお、３相巻線は、デルタ結線とされてもよい。

制御装置１は、複数のスイッチング素子を有し、直流電源４と３相巻線との間で直流交流変換を行う電力変換器１０を備えている。電力変換器１０は、３相巻線の各組に１つずつ、合計２組設けられている。各組の電力変換器１０は、直流電源４の正極に接続される正極側電線１１と、直流電源４の負極に接続される負極側電線１２と、を備えている。各組の電力変換器１０は、直流電源４の正極側（正極側電線１１）に接続される正極側のスイッチング素子３Ｈ（上アーム）と直流電源４の負極側（負極側電線１２）に接続される負極側のスイッチング素子３Ｌ（下アーム）とが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。すなわち、各組の電力変換器１０は、３つの正極側のスイッチング素子３ＨＵ、３ＨＶ、３ＨＷと、３つの負極側のスイッチング素子３ＬＵ、３ＬＶ、３ＬＷとの、合計６つのスイッチング素子を備えている。そして、正極側のスイッチング素子３Ｈと負極側のスイッチング素子３Ｌとが直列接続されている接続点が、対応する相の巻線に接続されている。

具体的には、各相の直列回路において、正極側のスイッチング素子３Ｈのコレクタ端子は、正極側電線１１に接続され、正極側のスイッチング素子３Ｈのエミッタ端子は、負極側のスイッチング素子３Ｌのコレクタ端子に接続され、負極側のスイッチング素子３Ｌのエミッタ端子は、負極側電線１２に接続されている。正極側のスイッチング素子３Ｈと負極側のスイッチング素子３Ｌとの接続点は、対応する相の巻線に接続される。スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。電力変換器１０は、各スイッチング素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオード５を備えている。

各組の電力変換器１０は、スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路１６を備えている。ゲート駆動回路１６は、各スイッチング素子の制御端子であるゲート端子に接続されている（不図示）。ゲート駆動回路１６は、制御器３０からフォトカプラ等を介して伝達された制御信号に応じて、各スイッチング素子に対してオン電圧信号又はオフ電圧信号を出力して、各スイッチング素子をオン状態又はオフ状態にさせる。

各組の電力変換器１０は、各巻線に流れる電流を検出するための電流センサ１４を備えている。電流センサ１４は、スイッチング素子の直列回路と巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。電力変換器１０は、正極側電線１１と負極側電線１２との間に接続された平滑コンデンサ１３を備えている。電力変換器１０は、正極側電線１１及び負極側電線１２との間の電圧（システム電圧）を検出するための電圧センサ１５を備えている。交流回転機２は、ロータの回転角速度及び回転角度（磁極位置）を検出するためのレゾルバ等の回転速度センサ６を備えている。また、交流回転機２は、各組の巻線の温度を検出するための巻線温度センサ７を備えている。

直流電源４には、充放電可能な蓄電装置（例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ）が用いられる。なお、直流電源４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４には、直流電源４に流れる電流を検出するための電源電流センサ８が備えられている。これら電流センサ１４、電圧センサ１５、回転速度センサ６、巻線温度センサ７、及び電源電流センサ８等の各種センサの出力信号は、制御器３０に入力される。

制御装置１は、２組の電力変換器１０を制御することにより、交流回転機２を制御する制御器３０を備えている。制御器３０は、後述するスイッチング制御部３１、故障検出部３２、及び運転状態検出部３３等の機能部を備えている。制御器３０の各機能は、制御器３０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御器３０は、図２に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）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。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）や、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、電流センサ１４等の各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサや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、ゲート駆動回路１６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。本実施の形態では、入力回路９２には、電流センサ１４、電圧センサ１５、回転速度センサ６、巻線温度センサ７、及び電源電流センサ８等が接続されている。出力回路９３には、電力変換器１０（ゲート駆動回路１６）等が接続されている。

そして、制御器３０が備える各制御部３１〜３３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。
以下、制御器３０の各機能について詳細に説明する。

運転状態検出部３３は、各組について、電流センサ１４の出力信号に基づいて、電力変換器１０から交流回転機２の各相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。運転状態検出部３３は、回転速度センサ６の出力信号に基づいて、ロータの回転角速度及び回転角度（磁極位置）を検出する。運転状態検出部３３は、電圧センサ１５の出力信号に基づいて、入力電圧（システム電圧）を検出する。

スイッチング制御部３１は、各組について、ｄｑ軸の回転座標系上で、巻線に流れる電流を制御するｄｑ軸電流制御を実行して、スイッチング素子のそれぞれをオンオフ制御するｄｑ軸電流制御部３５を備えている。ｄｑ軸の回転座標系は、ロータに設けられた永久磁石のＮ極の向き（磁極位置）に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定めたｑ軸からなる、ロータの電気角での回転に同期して回転する２軸の回転座標系である。

本実施の形態では、図３のブロック図に示すように、ｄｑ軸電流制御部３５は、各組について、基本電流指令算出部４０、電流フィードバック制御部４１、電圧座標変換部４２、ＰＷＭ信号生成部４３、及び電流座標変換部４４等を備えている。

基本電流指令算出部４０は、各組の３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗに流す電流の基本指令値をｄｑ軸の回転座標系で表したｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂ及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｃｂを算出する。例えば、基本電流指令算出部４０は、目標トルクを交流回転機２に出力させるようなｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂ及びｑ軸基本電流指令値Ｉｑｃｂを算出する。基本電流指令算出部４０は、最大トルク電流制御、弱め磁束制御、Ｉｄ＝０制御、及び最大トルク磁束制御などの電流ベクトル制御方法に従って、ｄｑ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂ、Ｉｑｃｂを演算する。最大トルク電流制御では、同一電流に対して発生トルクを最大にするようなｄｑ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂ、Ｉｑｃｂを算出する。弱め磁束制御では、目標トルクに応じて、定誘起電圧楕円上を、ｄｑ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂ、Ｉｑｃｂを移動させる。Ｉｄ＝０制御では、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂを０に設定し、目標トルク等に応じて、ｑ軸基本電流指令値Ｉｑｃｂを変化させる。最大トルク磁束制御では、同一トルク発生時に鎖交磁束が最小となるようなｄｑ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂ、Ｉｑｃｂを算出する。

いずれの組のスイッチング素子にも故障が発生していない正常な場合には、ｄｑ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂ、Ｉｑｃｂは、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃとして、そのまま電流フィードバック制御部４１に入力される。一方、本組のスイッチング素子には故障が発生していないが、他の組のスイッチング素子に故障が発生しているため、ｄ軸電流補正部４５によりｄ軸の電流成分を変化させる場合は、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂを、ｄ軸電流補正部４５により変化させた後のｄ軸電流指令値Ｉｄｃが電流フィードバック制御部４１に入力される。

電流座標変換部４４は、運転状態検出部３３により検出した各相の巻線に流れる３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、磁極位置に基づいて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ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。電流フィードバック制御部４１は、ｄｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑが、ｄｑ軸電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃに近づくように、交流回転機２に印加する電圧の指令信号をｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑを、ＰＩ制御等により変化させる電流フィードバック制御を行う。その後、電圧座標変換部４２は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを、磁極位置に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相各相の巻線への交流電圧指令値である３相交流電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。

ＰＷＭ信号生成部４３は、３相交流電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗのそれぞれと、システム電圧の振動幅を有し、キャリア周波数で振動するキャリア波（三角波）とを比較し、交流電圧指令値がキャリア波を上回った場合は、矩形パルス波をオンさせ、交流電圧指令値がキャリア波を下回った場合は、矩形パルス波をオフさせる。ＰＷＭ信号生成部４３は、３相各相の矩形パルス波を、３相各相のインバータ制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗとして電力変換器１０に出力する。

故障検出部３２は、各組の電力変換器１０について、スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する。本実施の形態では、故障検出部３２は、各組について、電流センサ１４により検出した各相の巻線に流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、各スイッチング素子をオン又はオフさせるインバータ制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗの設定値と、に基づいて、故障を判定するように構成されている。故障検出部３２は、スイッチング素子にオン信号を指令しているにもかかわらず、当該スイッチング素子に電流が流れていないと判定できる場合は、スイッチング素子が開放故障していると判定する。一方、故障検出部３２は、スイッチング素子にオフ信号を指令しているにもかかわらず、当該スイッチング素子に電流が流れていると判定できる場合は、スイッチング素子が短絡故障していると判定する。例えば、故障検出部３２は、各相のインバータ制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗのオンオフ設定値と、各スイッチング素子が短絡故障又は開放故障している場合の各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗとの関係が予め記憶された故障パターンと、実際のインバータ制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗのオンオフ設定値及び実際の各相の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、を比較することにより、故障を判定する。

或いは、各スイッチング素子に電流センサが備えられており、故障検出部３２は、各スイッチング素子のオン又はオフ信号の設定値と、電流センサにより検出した各スイッチング素子を流れる電流値と、に基づいて、故障を判定するように構成されてもよい。

運転状態検出部３３は、スイッチング素子が故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態を検出するように構成されている。そして、スイッチング制御部３１は、故障検出部３２によりスイッチング素子の故障が検出された場合に、スイッチング素子が故障した電力変換器１０の組については、ｄｑ軸電流制御によるスイッチング素子のオンオフ制御を停止し、少なくとも、故障したスイッチング素子と同じ正極側又は負極側の各相のスイッチング素子を、短絡故障の場合はオンにさせ、開放故障の場合はオフにさせる故障オンオフ制御を実行する。また、スイッチング制御部３１は、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組については、ｄｑ軸電流制御によるスイッチング素子のオンオフ制御を継続すると共に、運転状態検出部３３により検出した故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態に応じて、ｄ軸の電流成分を変化させるｄ軸電流補正を実行する。

この構成によれば、スイッチング素子が故障した電力変換器１０の組が制御する３相巻線により、交流回転機２にトルク脈動等のトルク変動が発生することを抑制できる。一方、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組が制御する３相巻線により、通常通り、交流回転機２にトルクを発生させることができる。この際、故障していない組の３相巻線に係るｄ軸の電流成分を変化させることにより、永久磁石の磁束が存在するｄ軸方向の磁束を変化させることができる。すなわち、見かけ上、永久磁石によるｄ軸方向の鎖交磁束を変化させることができる。このｄ軸方向の鎖交磁束の変化は、故障した組の３相巻線にも作用する。上記の構成によれば、ｄ軸の電流成分は、故障した組の３相巻線に関わる交流回転機２の状態に応じて変化されるため、故障した組の３相巻線に関わる交流回転機２の状態を適切に変化させることができる。よって、スイッチング素子が故障した場合でも、適切に交流回転機２を駆動することができる。

本実施の形態では、スイッチング制御部３１は、図３のブロック図に示すように、スイッチング素子が故障した組については、ｄｑ軸電流制御部３５がｄｑ軸電流制御を実行することによるスイッチング素子のオンオフ制御から、故障オンオフ制御部３６が故障オンオフ制御を実行することによるスイッチング素子のオンオフ制御に切り替えるように構成されている。一方、スイッチング素子が故障していない組については、ｄｑ軸電流制御部３５がｄｑ軸電流制御を実行することによるスイッチング素子のオンオフ制御を継続すると共に、ｄ軸電流補正部４５がｄ軸電流補正を実行することにより、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂを補正するように構成されている。ｄ軸電流補正部４５は、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを算出し、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃにより、基本電流指令算出部４０により算出されたｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂを補正する（Ｉｄｃ＝Ｉｄｃｂ＋ΔＩｄｃ）。

ところで、永久磁石同期交流回転機では、ロータが回転すると、ロータに取り付けられた永久磁石により、故障した組の巻線にも誘起電圧が発生する。この誘起電圧Ｖｉｎｄは、ロータの電気角速度をω[rad/s]とし、永久磁石による鎖交磁束をΦａ[Wb]とすると、式（１）のように表せる。
Ｖｉｎｄ＝ω×Φａ ・・・（１）

式（１）からロータの電気角速度ωが増加するに従って、故障した組の巻線に生じる誘起電圧Ｖｉｎｄも増加することがわかる。巻線から電力変換器１０に印加される誘起電圧Ｖｉｎｄが増加し過ぎると、スイッチング素子の耐圧限界を超えるおそれがあり、好ましくない。

本実施の形態では、故障オンオフ制御部３６は、故障検出部３２により正極側のスイッチング素子の短絡故障又は負極側のスイッチング素子の開放故障が検出された場合に、スイッチング素子が故障した電力変換器１０の組について、各相の正極側のスイッチング素子をオンさせると共に各相の負極側のスイッチング素子をオフさせる故障オンオフ制御を実行するように構成されている。

この構成によれば、正極側のスイッチング素子の短絡故障が発生した場合には、３相全ての正極側のスイッチング素子が、短絡故障が発生した状態と同様のオン状態にされると共に、３相全ての負極側のスイッチング素子が、オフ状態にされる。一方、負極側のスイッチング素子の開放故障が発生した場合には、３相全ての正極側のスイッチング素子が、オン状態にされると共に、３相全ての負極側のスイッチング素子が、開放故障が発生した状態と同様のオフ状態にされる。

よって、正極側のスイッチング素子の短絡故障又は負極側のスイッチング素子の開放故障が発生した場合は、３相全ての正極側のスイッチング素子がオン状態とされ、３相全ての負極側のスイッチング素子がオフ状態とされる。この３相の正極側全オン状態及び負極側全オフ状態になると、故障した組の電力変換器１０と巻線との間で電流が還流し、巻線から電力変換器１０に印加される誘起電圧を低下させることができる。よって、ロータの電気角速度の増加に対して、誘起電圧の増加を抑制することができ、印加電圧がスイッチング素子の耐圧を超えることを抑制できる。

一方で、３相の正極側全オン状態及び負極側全オフ状態では、故障した組の巻線に還流電流が流れるため、ロータに負のトルクとなるブレーキトルクが発生する。交流回転機２のトルクＴは、ｄｑ軸回転座標系において、式（２）のように表せる。
Ｔ＝Ｐｎ×Φａ×Ｉｑ＋Ｐｎ×（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ×Ｉｑ・・（２）

ここで、Ｐｎは、永久磁石の極対数であり、Ｌｄは、ｄ軸インダクタンスであり、Ｌｑは、ｑ軸インダクタンスである。一般的に、Ｌｄ、Ｌｑは、Ｉｄ、Ｉｑに比較して十分に小さいため、式（２）の第１項、すなわちｑ軸電流Ｉｑが支配的になる。

また、ｄｑ軸回転座標系における電圧と電流の関係式は、式（３）及び式（４）のように表せる。
Ｖｄ＝Ｒａ×Ｉｄ−ω×Ｌｑ×Ｉｑ ・・・（３）
Ｖｑ＝Ｒａ×Ｉｑ＋ω×（Ｌｄ×Ｉｄ＋Φａ） ・・・（４）

ここで、Ｖｄは、ｄ軸電圧であり、Ｖｑは、ｑ軸電圧であり、Ｒａは、１相あたりの巻線の抵抗である。

３相の正極側全オン状態及び負極側全オフ状態の場合は、Ｖｄ＝０、Ｖｑ＝０になるため、その時のＩｄ、Ｉｑは、式（３）及び式（４）から、式（５）及び式（６）のように導出される。
Ｉｄ＝−（Φａ×ω^２×Ｌｑ）／（Ｒａ^２＋ω^２×Ｌｄ×Ｌｑ）・・（５）
Ｉｑ＝−（Φａ×ω×Ｒａ）／（Ｒａ^２＋ω^２×Ｌｄ×Ｌｑ）・・（６）

前述のとおり、３相の正極側全オン状態及び負極側全オフ状態の場合は、ｑ軸電流Ｉｑが支配的であるため、式（６）で表せる、故障した組の巻線を流れるｑ軸電流Ｉｑの大きさ（絶対値）を減少させることで、故障した組の巻線によるブレーキトルクの大きさ（絶対値）を減少させることができる。

ところで、故障していない組の巻線を流れるｄ軸電流Ｉｄを負方向に増加させると、見かけ上、永久磁石による鎖交磁束Φａを減少させることができる。鎖交磁束Φａを減少させると、式（６）から、故障した組の巻線を流れるｑ軸電流Ｉｑの大きさを減少させることができ、ブレーキトルクの大きさを減少させることができる。

そこで、運転状態検出部３３は、故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態として、故障した組の巻線によりロータに生じるブレーキトルクを検出するように構成されている。そして、ｄ軸電流補正部４５は、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組について、運転状態検出部３３により検出したブレーキトルクの大きさ（絶対値）が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を行うように構成されている。ここで、「ｄ軸の電流成分を負方向に増加させる」とは、ｄ軸の電流成分を減少させることを意味する。

この構成によれば、故障していない組の巻線を流れるｄ軸の電流成分を負方向に増加させて、見かけ上、永久磁石による鎖交磁束Φａを減少させ、故障した組の巻線によるブレーキトルクを適切に減少させることができる。

ｄ軸電流補正部４５による補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄｃは、基本電流指令算出部４０により算出されたｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂよりも負方向に増加する。すなわち、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂを補正するｄ軸電流補正値ΔＩｄｃが負の値になる。

運転状態検出部３３は、故障していない組のｄ軸電流Ｉｄｒにより、見かけ上、減磁された後の永久磁石による鎖交磁束（Φａ＋Ｌｄｒ×Ｉｄｒ）と、故障している組のｑ軸電流Ｉｑｆとに基づき、式（７）を用いて、故障した組の巻線により生じるブレーキトルクＴｆを算出する。ここで、Ｌｄｒは、故障していない組の巻線のｄ軸インダクタンスである。
Ｔｆ＝Ｐｎ×（Φａ＋Ｌｄｒ×Ｉｄｒ）×Ｉｑｆ ・・・（７）

ｄ軸電流補正部４５は、ブレーキトルクＴｆの大きさ（絶対値）が予め定めた上限トルク値以下になるように、故障していない組のｄ軸の電流成分を負方向に増加させるように構成されている。ｄ軸電流補正部４５は、ブレーキトルクＴｆの大きさ（絶対値）が、上限トルク値以下になるまで、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを負方向に増加させる。なお、ロータの電気角速度ωに応じてｑ軸電流Ｉｑｆが変化し、ｑ軸電流Ｉｑｆに応じてブレーキトルクＴｆが変化することに対応するため、ｄ軸電流補正部４５は、ブレーキトルクＴｆの大きさ（絶対値）が上限トルク値よりも小さくなった場合に、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを正方向に増加させてもよい。ｄ軸電流補正部４５は、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを０で上限制限する。この場合でも、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃは負の値となり、ｄ軸電流補正部４５は、ｄ軸電流Ｉｄを、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂよりも負方向に増加させる。

故障時の制御装置１の処理の手順について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。図４のフローチャートの処理は、制御器３０の演算処理装置９０が、記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行することにより、例えば一定の演算周期毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ０１で、故障検出部３２は、各組の電力変換器１０について、スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出処理を実行する。ステップＳ０２で、故障検出部３２は、正極側のスイッチング素子の短絡故障又は負極側のスイッチング素子の開放故障が検出されたか否かを判定する。故障検出部３２は、正極側の短絡故障及び負極側の開放故障のいずれも検出しなかった場合（ステップＳ０２：Ｎｏ）は、ステップＳ０１に戻り、故障検出処理を継続する。

故障オンオフ制御部３６は、正極側のスイッチング素子の短絡故障又は負極側のスイッチング素子の開放故障が検出された場合（ステップＳ０２：Ｙｅｓ）は、ステップＳ０３で、スイッチング素子が故障した電力変換器１０の組について、各相の正極側のスイッチング素子をオンさせると共に各相の負極側のスイッチング素子をオフさせる故障オンオフ制御処理を実行する。

次に、ステップＳ０４で、運転状態検出部３３は、故障した組の巻線により生じるブレーキトルクを検出する処理を実行する。ステップＳ０５で、ｄ軸電流補正部４５は、ブレーキトルクの大きさ（絶対値）が上限トルク値以下であるか否かを判定する。そして、ｄ軸電流補正部４５は、ブレーキトルクが上限トルク値以下でない場合（ステップＳ０５：Ｎｏ）に、ステップＳ０６で、故障していない組のｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を実行した後、ステップＳ０４に戻る。一方、ｄ軸電流補正部４５は、ブレーキトルクが上限トルク値以下である場合（ステップＳ０５：Ｙｅｓ）に、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を終了する。

２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機２及び制御装置１の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様であるが、スイッチング制御部３１が対応するスイッチング素子の故障パターンと、故障判定時のスイッチング素子のオンオフパターンが異なる。

本実施の形態では、故障オンオフ制御部３６は、故障検出部３２により正極側のスイッチング素子の開放故障又は負極側のスイッチング素子の短絡故障が検出された場合に、スイッチング素子が故障した電力変換器１０の組について、各相の正極側のスイッチング素子をオフさせると共に各相の負極側のスイッチング素子をオンさせる故障オンオフ制御を実行するように構成されている。

この構成によれば、正極側のスイッチング素子の開放故障が発生した場合には、３相全ての正極側のスイッチング素子が、開放故障が発生した状態と同様のオフ状態にされると共に、３相全ての負極側のスイッチング素子が、オン状態にされる。一方、負極側のスイッチング素子の短絡故障が発生した場合には、３相全ての正極側のスイッチング素子が、オフ状態にされると共に、３相全ての負極側のスイッチング素子が、短絡故障が発生した状態と同様のオン状態にされる。

よって、正極側のスイッチング素子の開放故障又は負極側のスイッチング素子の短絡故障が発生した場合は、３相全ての正極側のスイッチング素子がオフ状態にされ、３相全ての負極側のスイッチング素子をオン状態にされる。この３相の正極側全オフ状態及び負極側全オン状態になると、上記の実施の形態１の場合と同様に、故障した組の電力変換器１０と巻線との間で電流が還流し、巻線から電力変換器１０に印加される誘起電圧を低下させることができる。よって、ロータの電気角速度の増加に対して、誘起電圧の増加を抑制することができ、印加電圧がスイッチング素子の耐圧を超えることを抑制できる。

運転状態検出部３３は、上記の実施の形態１と同様に、故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態として、故障した組の巻線により生じるブレーキトルクを検出するように構成されている。そして、ｄ軸電流補正部４５は、上記の実施の形態１と同様に、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組について、運転状態検出部３３により検出したブレーキトルクの大きさ（絶対値）が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を行うように構成されている。

この構成によれば、上記の実施の形態１の場合と同様に、故障していない組の巻線を流れるｄ軸の電流成分を負方向に増加させて、見かけ上、永久磁石による鎖交磁束Φａを減少させ、故障した組の巻線によるブレーキトルクを適切に減少させることができる。

次に本実施の形態に係る図５のフローチャートについて説明する。まず、ステップＳ１１で、故障検出部３２は、各組の電力変換器１０について、スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出処理を実行する。ステップＳ１２で、故障検出部３２は、正極側のスイッチング素子の開放故障又は負極側のスイッチング素子の短絡故障が検出されたか否かを判定する。故障オンオフ制御部３６は、正極側のスイッチング素子の開放故障又は負極側のスイッチング素子の短絡故障が検出された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）は、ステップＳ１３で、スイッチング素子が故障した電力変換器１０の組について、各相の正極側のスイッチング素子をオフさせると共に各相の負極側のスイッチング素子をオンさせる故障オンオフ制御処理を実行する。

次に、ステップＳ１４で、運転状態検出部３３は、故障した組の巻線により生じるブレーキトルクを検出する処理を実行する。ステップＳ１５で、ｄ軸電流補正部４５は、ブレーキトルクの大きさ（絶対値）が上限トルク値以下であるか否かを判定する。そして、ｄ軸電流補正部４５は、ブレーキトルクが上限トルク値以下でない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）に、ステップＳ１６で、故障していない組のｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を実行した後、ステップＳ１４に戻る。一方、ｄ軸電流補正部４５は、ブレーキトルクが上限トルク値以下である場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）に、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を終了する。

３．実施の形態３
次に、実施の形態３に係る制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機２及び制御装置１の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様であるが、スイッチング制御部３１が対応するスイッチング素子の故障パターンと、故障判定時のスイッチング素子のオンオフパターンが異なる。

本実施の形態では、故障オンオフ制御部３６は、同じ組の電力変換器１０について、故障検出部３２により正極側のスイッチング素子の開放故障及び負極側のスイッチング素子の開放故障が検出された場合に、スイッチング素子が故障した電力変換器１０の組について、各相の正極側のスイッチング素子をオフさせると共に各相の負極側のスイッチング素子をオフさせる故障オンオフ制御を実行するように構成されている。ここで、開放故障が検出された正極側のスイッチング素子の相と、負極側のスイッチング素子の相とは、同じ相であってもよく、異なる相であってもよい。

正極側及び負極側のスイッチング素子の双方に開放故障が生じると、上記の実施の形態１及び２のように、正極側全オン状態及び負極側全オフ状態、又は正極側全オフ状態及び負極側全オン状態にすることができない。上記の構成によれば、同じ組の電力変換器１０に、正極側及び負極側のスイッチング素子の双方に開放故障が生じた場合は、故障した組の全てのスイッチング素子をオフ状態にして、交流回転機２にトルク脈動等のトルク変動が発生することを防止できる。

一方、故障した組の全てのスイッチング素子がオフ状態になるため、故障した組の巻線には電流が流れない。よって、上記の実施の形態１及び２のように、電力変換器１０と巻線との間で電流を還流させることにより、巻線から電力変換器１０に印加される誘起電圧を低下させることができない。そのため、式（１）に示す通り、ロータの電気角速度ωが増加するに従って、誘起電圧が増加する。誘起電圧が、電源電圧よりも低い場合は、スイッチング素子が開放状態であるため電流が流れない。一方、誘起電圧が、電源電圧よりも高くなると、各スイッチング素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオード５を通り、巻線側から直流電源側に電流が流れる。

そこで、本実施の形態では、運転状態検出部３３は、故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態として、故障した組の巻線から直流電源４側に流れる充電電流を検出するように構成されている。そして、ｄ軸電流補正部４５は、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組について、運転状態検出部３３により検出した充電電流が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を行うように構成されている。

故障していない組の巻線を流れるｄ軸電流Ｉｄを負方向に増加させると、見かけ上、永久磁石による鎖交磁束Φａを減少させることができる。鎖交磁束Φａを減少させると、式（１）から、故障した組の巻線に生じる誘起電圧を減少させることができ、充電電流を減少させることができる。よって、故障していない組のｄ軸の電流成分を負方向に増加させることにより、故障した組の誘起電圧による充電電流を適切に低下させることができる。

本実施の形態では、運転状態検出部３３は、故障した組の電流センサ１４により検出した電流値に基づいて、故障した組の巻線から直流電源４側に流れる充電電流を検出するように構成されている。ｄ軸電流補正部４５は、充電電流の大きさ（絶対値）が予め定めた上限電流値以下になるように、故障していない組のｄ軸の電流成分を負方向に増加させるように構成されている。ｄ軸電流補正部４５は、充電電流の大きさ（絶対値）が、上限電流値以下になるまで、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを負方向に増加させる。なお、ロータの電気角速度ωに応じて誘起電圧が変化し、誘起電圧に応じて充電電流が変化することに対応するため、ｄ軸電流補正部４５は、充電電流の大きさ（絶対値）が上限電流値よりも小さくなった場合に、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを正方向に増加させてもよい。ｄ軸電流補正部４５は、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを０で上限制限する。この場合でも、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃは負の値となり、ｄ軸電流補正部４５は、ｄ軸電流Ｉｄを、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂよりも負方向に増加させる。

ｄ軸電流補正部４５は、直流電源４の充電状態に応じて、上限電流値を変化させてもよい。例えば、ｄ軸電流補正部４５は、直流電源４に充電を行いたい場合は、上限電流値を増加させ、直流電源４に充電を行いたくない場合は、上限電流値を０に設定する。

次に本実施の形態に係る図６のフローチャートについて説明する。まず、ステップＳ２１で、故障検出部３２は、各組の電力変換器１０について、スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出処理を実行する。ステップＳ２２で、故障検出部３２は、同じ組の電力変換器１０について、故障検出部３２により正極側のスイッチング素子の開放故障及び負極側のスイッチング素子の開放故障が検出されたか否かを判定する。故障オンオフ制御部３６は、正極側及び負極側のスイッチング素子の開放故障が検出された場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）は、ステップＳ２３で、スイッチング素子が故障した電力変換器１０の組について、各相の正極側のスイッチング素子をオフさせると共に各相の負極側のスイッチング素子をオフさせる故障オンオフ制御を実行する。

次に、ステップＳ２４で、運転状態検出部３３は、故障した組の巻線から直流電源４側に流れる充電電流を検出する処理を実行する。ステップＳ２５で、ｄ軸電流補正部４５は、充電電流の大きさ（絶対値）が上限電流値以下であるか否かを判定する。そして、ｄ軸電流補正部４５は、充電電流が上限電流値以下でない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）に、ステップＳ２６で、故障していない組のｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を実行した後、ステップＳ２４に戻る。一方、ｄ軸電流補正部４５は、充電電流が上限電流値以下である場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）に、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を終了する。

４．実施の形態４
次に、実施の形態４に係る制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機２及び制御装置１の基本的な構成及び処理は実施の形態１と同様であるが、運転状態検出部３３が検出する、故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態が異なる。

上記の実施の形態１と同様に、故障した組について、３相全ての正極側のスイッチング素子をオン状態とし、３相全ての負極側のスイッチング素子をオフ状態とした場合では、故障した組の巻線に還流電流が流れるため、ジュール熱が発生し、巻線の温度が上昇する。巻線の温度が上昇し、上限の温度を超えると、巻線が故障するおそれがある。

巻線の発熱量Ｗｃは、式（８）に示すように、巻線に流れている電流Ｉａの２乗に比例する。
Ｗｃ＝Ｒａ×Ｉａ^２ ・・・（８）

巻線電流Ｉａは、式（９）で表され、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑが減少すると、巻線電流Ｉａは減少する。ここで、Ｉｅは、各相に流れる電流の実効値である。
Ｉａ＝√３×Ｉｅ＝√（Ｉｄ^２＋Ｉｑ^２） ・・・（９）

上記の実施の形態１で説明したように、故障していない組の巻線を流れるｄ軸電流Ｉｄを負方向に増加させると、見かけ上、永久磁石による鎖交磁束Φａを減少させることができる。鎖交磁束Φａを減少させると、故障した組の巻線を流れるｑ軸電流Ｉｑの大きさを減少させることができる。よって、故障した組の巻線電流Ｉａを減少させることができ、故障した組の巻線の発熱量Ｗｃを低減させることができる。

そこで、本実施の形態では、運転状態検出部３３は、故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態として、故障した組の巻線の温度を検出するように構成されている。そして、ｄ軸電流補正部４５は、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組について、運転状態検出部３３により検出した故障した組の巻線の温度が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を行うように構成されている。

この構成によれば、故障していない組の巻線を流れるｄ軸の電流成分を負方向に増加させて、見かけ上、永久磁石による鎖交磁束Φａを減少させ、故障した組の巻線電流を減少させることにより、故障した組の巻線の温度を適切に減少させることができる。

運転状態検出部３３は、故障した組の巻線に設けられた巻線温度センサ７の出力信号に基づいて、故障した組の巻線温度を検出する。ｄ軸電流補正部４５は、故障した組の巻線温度が予め定めた上限温度値以下になるように、故障していない組のｄ軸の電流成分を負方向に増加させるように構成されている。ｄ軸電流補正部４５は、故障した組の巻線温度が、上限温度値以下になるまで、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを負方向に増加させる。なお、ロータの電気角速度ωに応じてｑ軸電流Ｉｑが変化し、ｑ軸電流Ｉｑに応じて巻線の発熱量が変化することに対応するため、ｄ軸電流補正部４５は、故障した組の巻線温度が、上限温度値よりも小さくなった場合に、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを正方向に増加させてもよい。ｄ軸電流補正部４５は、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを０で上限制限する。この場合でも、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃは負の値となり、ｄ軸電流補正部４５は、ｄ軸電流Ｉｄを、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂよりも負方向に増加させる。

次に本実施の形態に係る図７のフローチャートについて説明する。まず、ステップＳ３１で、故障検出部３２は、各組の電力変換器１０について、スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出処理を実行する。ステップＳ３２で、故障検出部３２は、故障検出部３２により正極側のスイッチング素子の短絡故障又は負極側のスイッチング素子の開放故障が検出されたか否かを判定する。故障オンオフ制御部３６は、正極側のスイッチング素子の短絡故障又は負極側のスイッチング素子の開放故障が検出された場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）は、ステップＳ３３で、スイッチング素子が故障した電力変換器１０の組について、各相の正極側のスイッチング素子をオンさせると共に各相の負極側のスイッチング素子をオフさせる故障オンオフ制御処理を実行する。

次に、ステップＳ３４で、運転状態検出部３３は、故障した組の巻線温度を検出する処理を実行する。ステップＳ３５で、ｄ軸電流補正部４５は、故障した組の巻線温度が上限温度値以下であるか否かを判定する。そして、ｄ軸電流補正部４５は、故障した組の巻線温度が上限温度値以下でない場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）に、ステップＳ３６で、故障していない組のｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を実行した後、ステップＳ３４に戻る。一方、ｄ軸電流補正部４５は、故障した組の巻線温度が上限温度値以下である場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）に、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を終了する。

〔その他の実施の形態〕
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施の形態１から３においては、スイッチング制御部３１が対応するスイッチング素子の故障パターン、及び故障判定時のスイッチング素子のオンオフパターンが異なる場合を、それぞれ異なる実施の形態として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、上記の実施の形態１から３が、任意に組み合わされた実施の形態とされ、複数のスイッチング素子の故障パターンに対応できるように構成されてもよい。例えば、実施の形態１と２が組み合わされて、正極側のスイッチング素子が開放故障又は短絡故障した場合、負極側のスイッチング素子が開放故障又は短絡故障した場合に対応できるようにされてもよく、実施の形態１から３が全て組み合わされて、更に、正極側及び負極側のスイッチング素子の開放故障した場合に対応できるようにされてもよい。

（２）上記の実施の形態４においては、スイッチング制御部３１が対応するスイッチング素子の故障パターンと、故障判定時のスイッチング素子のオンオフパターンとが、実施の形態１と同様に構成され、故障した組の巻線の温度が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、スイッチング制御部３１が対応するスイッチング素子の故障パターンと、故障判定時のスイッチング素子のオンオフパターンとが、実施の形態２又は３と同様に構成され、故障した組の巻線の温度が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるように構成されてもよい。

（３）上記の実施の形態３においては、運転状態検出部３３は、故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態として、故障した組の巻線から直流電源４側に流れる充電電流を検出し、ｄ軸電流補正部４５は、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組について、充電電流が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を行うように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、上記の実施の形態３において、運転状態検出部３３は、故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態として、スイッチング素子の故障が発生した組の巻線によりロータに生じる誘起電圧を検出するように構成され、ｄ軸電流補正部４５は、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組について、運転状態検出部３３により検出した誘起電圧が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるｄ軸電流補正を行うように構成されてもよい。この場合、運転状態検出部３３は、故障していない組のｄ軸電流Ｉｄｒにより、見かけ上、減磁された後の永久磁石による鎖交磁束（Φａ＋Ｌｄｒ×Ｉｄｒ）と、ロータの電気角速度ωとに基づき、式（１０）を用いて、故障した組の巻線により生じる誘起電圧Ｖｉｎｄｆを算出する。
Ｖｉｎｄｆ＝ω×（Φａ＋Ｌｄｒ×Ｉｄｒ） ・・・（１０）

また、ｄ軸電流補正部４５は、誘起電圧が予め定めた上限誘起電圧値以下になるように、故障していない組のｄ軸の電流成分を負方向に増加させるように構成されてもよい。ｄ軸電流補正部４５は、誘起電圧が、上限誘起電圧値以下になるまで、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを負方向に増加させる。なお、ロータの電気角速度ω等に応じて誘起電圧が変化することに対応するため、ｄ軸電流補正部４５は、誘起電圧が上限誘起電圧値よりも小さくなった場合に、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを正方向に増加させてもよい。ｄ軸電流補正部４５は、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃを０で上限制限する。この場合でも、ｄ軸電流補正値ΔＩｄｃは負の値となり、ｄ軸電流補正部４５は、ｄ軸電流Ｉｄを、ｄ軸基本電流指令値Ｉｄｃｂよりも負方向に増加させる。

（４）上記の実施の形態１及び２においては、スイッチング制御部３１は、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組について、ブレーキトルクの大きさが減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるように構成され、実施の形態３においては、充電電流（又は誘起電圧）が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるように構成され、実施の形態４においては、巻線温度が減少するように、ｄ軸の電流成分を負方向に増加させるように構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、スイッチング制御部３１は、スイッチング素子が故障していない電力変換器１０の組について、故障した組の巻線に関わる交流回転機２の状態に応じて、ｄ軸の電流成分を変化させるように構成されればよく、ブレーキトルクの大きさが増加するように、ｄ軸の電流成分を正方向に増加させるように構成されてもよく、充電電流（又は誘起電圧）が増加するように、ｄ軸の電流成分を正方向に増加させるように構成されてもよく、巻線温度が増加するように、ｄ軸の電流成分を正方向に増加させるように構成されてもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

この発明は、複数のスイッチング素子を備えて直流電源と交流回転電機との間で電力変換を行うインバータを制御する回転電機制御装置に好適に利用することができる。

１：交流回転機の制御装置、２：交流回転機、４：直流電源、１０：電力変換器、３１：スイッチング制御部、３２：故障検出部、３３：運転状態検出部

Claims (5)

1. ｎ相（ｎは２以上の自然数）の巻線をｍ組（ｍは２以上の自然数）設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有する交流回転機の制御装置であって、
   直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記巻線に接続される直列回路を、前記ｎ相各相に対応してｎセット設けた、前記ｍ組の電力変換器と、
   各組について、前記永久磁石のＮ極の向きに定めたｄ軸及び前記ｄ軸より電気角で９０°進んだ方向に定めたｑ軸からなるｄｑ軸の回転座標系上で、前記巻線に流れる電流を制御するｄｑ軸電流制御を実行して、前記スイッチング素子のそれぞれをオンオフ制御するスイッチング制御部と、
   前記スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出部と、
   前記スイッチング素子が故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態を検出する運転状態検出部と、を備え、
   前記スイッチング制御部は、
   前記故障検出部により前記スイッチング素子の故障が検出された場合に、
   前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組については、前記ｄｑ軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を停止し、少なくとも、故障した前記スイッチング素子と同じ正極側又は負極側の各相の前記スイッチング素子を、短絡故障の場合はオンにさせ、開放故障の場合はオフにさせ、
   前記スイッチング素子が故障していない前記電力変換器の組については、前記ｄｑ軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を継続すると共に、前記運転状態検出部により検出した故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態に応じて、前記ｄ軸の電流成分を変化させ、
   前記故障検出部により正極側の前記スイッチング素子の短絡故障又は負極側の前記スイッチング素子の開放故障が検出された場合に、
   前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組について、各相の正極側の前記スイッチング素子をオンさせると共に各相の負極側の前記スイッチング素子をオフさせ、
   前記故障検出部により正極側の前記スイッチング素子の開放故障又は負極側の前記スイッチング素子の短絡故障が検出された場合に、
   前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組について、各相の正極側の前記スイッチング素子をオフさせると共に各相の負極側の前記スイッチング素子をオンさせ、
   前記運転状態検出部は、故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態として、故障した組の前記巻線により生じるブレーキトルクを検出し、
   前記スイッチング制御部は、
   前記スイッチング素子が故障していない前記電力変換器の組について、前記運転状態検出部により検出した前記ブレーキトルクの大きさが減少するように、前記ｄ軸の電流成分を負方向に増加させる交流回転機の制御装置。
2. 前記運転状態検出部は、故障した組の前記巻線により生じる前記ブレーキトルクをＴｆとし、前記永久磁石の極対数をＰｎとし、前記永久磁石による鎖交磁束をΦａとし、故障していない組の前記巻線の前記ｄ軸のインダクタンスをＬｄｒとし、故障していない組の前記ｄ軸の電流をＩｄｒとし、故障している組の前記ｑ軸の電流をＩｑｆとし、
   Ｔｆ＝Ｐｎ×（Φａ＋Ｌｄｒ×Ｉｄｒ）×Ｉｑｆ
   の算出式により、故障した組の前記巻線により生じる前記ブレーキトルクを算出する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
3. ｎ相（ｎは２以上の自然数）の巻線をｍ組（ｍは２以上の自然数）設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有する交流回転機の制御装置であって、
   直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記巻線に接続される直列回路を、前記ｎ相各相に対応してｎセット設けた、前記ｍ組の電力変換器と、
   各組について、前記永久磁石のＮ極の向きに定めたｄ軸及び前記ｄ軸より電気角で９０°進んだ方向に定めたｑ軸からなるｄｑ軸の回転座標系上で、前記巻線に流れる電流を制御するｄｑ軸電流制御を実行して、前記スイッチング素子のそれぞれをオンオフ制御するスイッチング制御部と、
   前記スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出部と、
   前記スイッチング素子が故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態を検出する運転状態検出部と、を備え、
   前記スイッチング制御部は、
   前記故障検出部により前記スイッチング素子の故障が検出された場合に、
   前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組については、前記ｄｑ軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を停止し、少なくとも、故障した前記スイッチング素子と同じ正極側又は負極側の各相の前記スイッチング素子を、短絡故障の場合はオンにさせ、開放故障の場合はオフにさせ、
   前記スイッチング素子が故障していない前記電力変換器の組については、前記ｄｑ軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を継続すると共に、前記運転状態検出部により検出した故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態に応じて、前記ｄ軸の電流成分を変化させ、
   同じ組の前記電力変換器について、前記故障検出部により正極側の前記スイッチング素子の開放故障及び負極側の前記スイッチング素子の開放故障が検出された場合に、
   前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組について、各相の正極側の前記スイッチング素子をオフさせると共に各相の負極側の前記スイッチング素子をオフさせ、
   前記運転状態検出部は、故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態として、故障した組の前記巻線から前記直流電源に流れる充電電流、又は故障した組の前記巻線に生じる誘起電圧を検出し、
   前記スイッチング制御部は、
   前記スイッチング素子が故障していない前記電力変換器の組について、前記運転状態検出部により検出した前記充電電流又は前記誘起電圧が減少するように、前記ｄ軸の電流成分を負方向に増加させる交流回転機の制御装置。
4. 前記運転状態検出部は、故障した組の前記巻線により生じる前記誘起電圧をＶｉｎｄｆとし、前記ロータの電気角速度をωとし、前記永久磁石による鎖交磁束をΦａとし、故障していない組の前記巻線の前記ｄ軸のインダクタンスをＬｄｒとし、故障していない組の前記ｄ軸の電流をＩｄｒとし、
   Ｖｉｎｄｆ＝ω×（Φａ＋Ｌｄｒ×Ｉｄｒ）
   の算出式により、故障した組の前記巻線により生じる前記誘起電圧を算出する請求項３に記載の交流回転機の制御装置。
5. ｎ相（ｎは２以上の自然数）の巻線をｍ組（ｍは２以上の自然数）設けたステータと永久磁石を設けたロータとを有する交流回転機の制御装置であって、
   直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記巻線に接続される直列回路を、前記ｎ相各相に対応してｎセット設けた、前記ｍ組の電力変換器と、
   各組について、前記永久磁石のＮ極の向きに定めたｄ軸及び前記ｄ軸より電気角で９０°進んだ方向に定めたｑ軸からなるｄｑ軸の回転座標系上で、前記巻線に流れる電流を制御するｄｑ軸電流制御を実行して、前記スイッチング素子のそれぞれをオンオフ制御するスイッチング制御部と、
   前記スイッチング素子のそれぞれの短絡及び開放の故障を検出する故障検出部と、
   前記スイッチング素子が故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態を検出する運転状態検出部と、を備え、
   前記スイッチング制御部は、
   前記故障検出部により前記スイッチング素子の故障が検出された場合に、
   前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組については、前記ｄｑ軸電流制御による前記スイッチング素子のオンオフ制御を停止し、少なくとも、故障した前記スイッチング素子と同じ正極側又は負極側の各相の前記スイッチング素子を、短絡故障の場合はオンにさせ、開放故障の場合はオフにさせ、
   前記故障検出部により正極側の前記スイッチング素子の短絡故障又は負極側の前記スイッチング素子の開放故障が検出された場合に、
   前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組について、各相の正極側の前記スイッチング素子をオンさせると共に各相の負極側の前記スイッチング素子をオフさせ、
   前記故障検出部により正極側の前記スイッチング素子の開放故障又は負極側の前記スイッチング素子の短絡故障が検出された場合に、
   前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組について、各相の正極側の前記スイッチング素子をオフさせると共に各相の負極側の前記スイッチング素子をオンさせ、
   同じ組の前記電力変換器について、前記故障検出部により正極側の前記スイッチング素子の開放故障及び負極側の前記スイッチング素子の開放故障が検出された場合に、
   前記スイッチング素子が故障した前記電力変換器の組について、各相の正極側の前記スイッチング素子をオフさせると共に各相の負極側の前記スイッチング素子をオフさせ、
   前記運転状態検出部は、故障した組の前記巻線に関わる前記交流回転機の状態として、故障した組の前記巻線の温度を検出し、
   前記スイッチング制御部は、
   前記スイッチング素子が故障していない前記電力変換器の組について、前記運転状態検出部により検出した故障した組の前記巻線の温度が減少するように、前記ｄ軸の電流成分を負方向に増加させる交流回転機の制御装置。

Images