JP2006014541A - 車両用モータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源から電動機へ電力を供給する給電系における車両の衝突による短絡を正確に検知し、電源を迅速に保護可能な車両用モータ装置を提供する。
【解決手段】 制御装置４０は、電圧センサー１０，１５，１６，１８，１９，２１から受けた電圧Ｖ１〜Ｖ６および／または電流センサー１３，１４，１７，２４から受けた電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴが車両の衝突を示す所定の波形からなるかまたは車両の衝突を示す所定のレベルに到達したかを判定し、電圧Ｖ１〜Ｖ６および／または電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴが所定の波形からなるときまたは所定のレベルに到達したとき、コイル１１，１２に供給する電流を停止し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２を遮断する。また、制御装置４０は、電圧Ｖ１〜Ｖ６および／または電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴに基づいて衝突部位を特定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両用モータ装置に関し、特に、車両の衝突による高圧ケーブルの短絡から電池を保護する車両用モータ装置に関するものである。

最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。

このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

このような電気自動車においては、車両の衝突をエアバッグシステムの衝突センサーによって検出すると、直流電源と、交流電動機を駆動するインバータ回路との間に設けられた開閉器を遮断することが行なわれている（特許文献１）。すなわち、従来の電気自動車においては、車両の衝突を衝突センサーによって検出し、衝突センサーによって車両の衝突を検知すると、開閉器を遮断する。
特開平７−１２３５０４号公報 特開平７−２７７１３２号公報

しかし、交流電動機を駆動するインバータ回路へ電源から高電圧を供給する高圧ケーブルが車両の衝突により切断され、短絡した場合、この高圧ケーブルの短絡を衝突センサーによって検知することは困難である。すなわち、高圧ケーブルが車両の衝突により切断され、短絡した場合でも衝突センサーが衝突を検知しない場合があるため、衝突センサーによって高圧ケーブルの衝突による短絡を検知できない可能性がある。たとえば、衝突センサーの設置位置と衝突部位とが離れている場合、衝突部位において高圧ケーブルが切断により短絡していても、衝突センサーが衝突を検知しない場合もある。また、電源が車両の衝突によって短絡した場合も同様の問題がある。

したがって、特許文献１に開示された方法では、交流モータを駆動するモータ駆動システムにおける電源または高圧ケーブルの衝突による短絡を検出することが困難である。

また、衝突の検知から開閉器の遮断までに所定の時間を要するため、直流電源からの高電圧の供給を迅速に遮断することが困難であり、電源を迅速に保護できないという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電源から電動機へ電力を供給する給電系における車両の衝突による短絡を正確に検知し、電源を迅速に保護可能な車両用モータ装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、衝突部位を特定可能な車両用モータ装置を提供することである。

この発明によれば、車両用モータ装置は、電動機と、電源と、遮断リレーと、制御回路とを備える。電動機は、車両の駆動に用いられる。遮断リレーは、電源からの電力を電動機に給電する給電経路に設けられる。制御回路は、給電経路に生じた電圧および／または電流が車両の衝突を示す所定の波形からなるときまたは車両の衝突を示す所定のレベルに達したとき、給電経路を遮断するように遮断リレーを制御する。

好ましくは、車両用モータ装置は、衝突部位判定手段をさらに備える。衝突部位判定手段は、給電経路の各部位に生じた電圧および／または電流が所定の波形からなることまたは所定のレベルに達したことを検出することによって衝突部位を判定する。

好ましくは、車両用モータ装置は、昇圧回路と、駆動回路とをさらに備える。昇圧回路は、給電経路に設けられ、電源からの電源電圧を昇圧する。駆動回路は、給電経路に設けられ、昇圧回路から出力される電圧に基づいて電動機を駆動する。そして、衝突部位判定手段は、電源と昇圧回路との間の第１の部位における第１の電圧および／または第１の電流が前記所定の波形からなるときまたは所定のレベルに達したとき、第１の部位を衝突部位と判定し、昇圧回路と駆動回路との間の第２の部位における第２の電圧および／または第２の電流が所定の波形からなるときまたは所定のレベルに達したとき、第２の部位を衝突部位と判定し、駆動回路の出力側の第３の部位における第３の電圧および／または第３の電流が所定の波形からなるときまたは所定のレベルに達したとき、第３の部位を衝突部位と判定する。また、制御回路は、第１から第３の電圧の少なくとも１つおよび／または第１から第３の電流の少なくとも１つが所定の波形からなるときまたは所定のレベルに達したとき、給電経路を遮断するように遮断リレーを制御する。

好ましくは、電動機は、多相交流モータである。衝突部位判定手段は、多相交流モータの相間電圧が所定の波形からなるときまたは所定のレベルに達したとき、第３の部位を衝突部位と判定する。制御回路は、相間電圧が所定の波形からなるときまたは所定のレベルに達したとき、給電経路を遮断するように遮断リレーを制御する。

この発明による車両用モータ装置においては、電源から電動機へ電力を供給する給電経路または電源の衝突による短絡が給電経路に生じた電圧および／または電流の波形またはレベルによって検知される。そして、その検知された電圧および／または電流が車両の衝突を示す所定の波形からなるときまたは車両の衝突を示す所定のレベルに達したとき、電源から電動機への電力の供給が遮断される。

したがって、この発明によれば、電源から電動機へ電力を供給する給電系における短絡を正確に検知でき、電源を迅速に保護できる。

また、この発明による車両用モータ装置においては、給電経路の各部位に生じた電圧および／または電流のうち、いずれの電圧および／または電流が所定の波形からなるかまたは所定のレベルに達したかが検出される。

したがって、この発明によれば、衝突部位を特定できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による車両用モータ装置の概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による車両用モータ装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０，１５，１６，１８，１９，２１と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コイル１１，１２と、電流センサー１３，１４，１７，２４と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ２０と、インバータ３０と、制御装置４０と、交流モータＭ１とを備える。

交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。また、この交流モータＭ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を有し、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなモータとしてハイブリッド自動車に搭載されるようにしてもよい。

システムリレーＳＲ１は、直流電源Ｂの正極とコンデンサＣ１の正極との間に接続される。システムリレーＳＲ２は、直流電源Ｂの負極とコンデンサＣ１の負極との間に接続される。コイル１１は、システムリレーＳＲ１に近接して設けられ、制御装置４０と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。コイル１２は、システムリレーＳＲ２に近接して設けられ、制御装置４０と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。

昇圧コンバータ２０は、リアクトルＬ１と、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。リアクトルＬ１の一方端は直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端はＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとの間に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配置されている。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３１と、Ｖ相アーム３２と、Ｗ相アーム３３とから成る。Ｕ相アーム３１、Ｖ相アーム３２、およびＷ相アーム３３は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム３１は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム３２は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム３３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。

直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される電圧Ｖ１を検出し、その検出した電圧Ｖ１を制御装置４０へ出力する。電流センサー１３は、直流電源Ｂに入出力する電流Ｉ１を検出し、その検出した電流Ｉ１を制御装置４０へ出力する。

システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、それぞれ、コイル１１，１２に電流が供給／停止されると、オン／オフされる。そして、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、オンされると、直流電源Ｂからの直流電圧をコンデンサＣ１へ供給し、コンデンサＣ１からの直流電圧を直流電源Ｂへ供給する。

コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから出力される直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ２０へ出力する。電流センサー１４は、直流電源Ｂと昇圧コンバータ２０との間に流れる電流Ｉ２を検出し、その検出した電流Ｉ２を制御装置４０へ出力する。電圧センサー１５は、直流電源Ｂと昇圧コンバータ２０との間における電圧Ｖ２を検出し、その検出した電圧Ｖ２を制御装置４０へ出力する。

昇圧コンバータ２０は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ２０は、制御装置４０から信号ＰＷＣを受けると、信号ＰＷＣによってＮＰＮトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。また、昇圧コンバータ２０は、制御装置４０から信号ＰＷＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ３０から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ２０からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ３０へ供給する。電圧センサー１６は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ２０の出力電圧Ｖ３（インバータ３０への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖ３を制御装置４０へ出力する。電流センサー１７は、昇圧コンバータ２０とインバータ３０との間に流れる電流Ｉ３を検出し、その検出した電流Ｉ３を制御装置４０へ出力する。

インバータ３０は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置４０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、車両用モータ装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置４０からの信号ＰＷＭに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ２０へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

電圧センサー１８は、交流モータＭ１のＵ相とＶ相との間の相間電圧Ｖ４を検出し、その検出した相間電圧Ｖ４を制御装置４０へ出力する。電圧センサー１９は、交流モータＭ１のＶ相とＷ相との間の相間電圧Ｖ５を検出し、その検出した相間電圧Ｖ５を制御装置４０へ出力する。電圧センサー２１は、交流モータＭ１のＷ相とＵ相との間の相間電圧Ｖ６を検出し、その検出した相間電圧Ｖ６を制御装置４０へ出力する。

電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置４０へ出力する。

制御装置４０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）からトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮを受け、電圧センサー１０，１５，１６，１８，１９，２１からそれぞれ電圧Ｖ１〜Ｖ６を受け、電流センサー１３，１４，１７，２４からそれぞれ電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴを受ける。

そして、制御装置４０は、トルク指令値ＴＲ、モータ回転数ＭＲＮ、電圧Ｖ１，Ｖ３、およびモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ２０を駆動するための信号ＰＷＣとインバータ３０を駆動するための信号ＰＷＭとを生成し、その生成した信号ＰＷＣおよび信号ＰＷＭをそれぞれ昇圧コンバータ２０およびインバータ３０へ出力する。

信号ＰＷＣは、昇圧コンバータ２０が直流電源Ｂとインバータ３０との間で電圧変換を行なう場合に昇圧コンバータ２０を駆動するための信号である。そして、制御装置４０は、昇圧コンバータ２０が直流電源Ｂからの直流電圧Ｖ１を出力電圧Ｖ３に変換する場合に、出力電圧Ｖ３をフィードバック制御し、出力電圧Ｖ３が電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍになるように昇圧コンバータ２０を駆動するための信号ＰＷＣを生成する。信号ＰＷＣの生成方法については後述する。

また、制御装置４０は、ハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動モードにおいて、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭを生成してインバータ３０へ出力する。この場合、インバータ３０のＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭによってスイッチング制御され、インバータ３０は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ２０へ供給する。

さらに、制御装置４０は、ハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動モードにおいて、インバータ３０から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ２０へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。

さらに、制御装置４０は、コイル１１，１２に電流を供給／停止してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフする。

さらに、制御装置４０は、電圧Ｖ１〜Ｖ６および／または電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法によって車両用モータ装置１００における衝突を検知し、車両用モータ装置１００における衝突を検知するとコイル１１，１２への電流の供給を停止してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフする。

さらに、制御装置４０は、電圧Ｖ１〜Ｖ６および／または電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法によって車両用モータ装置１００における衝突部位を特定し、その特定した衝突部位を記憶する。

なお、ケーブルＬＮ１〜ＬＮ６は、直流電源Ｂから交流モータＭ１へ電力を供給する給電経路を構成する。

図２は、図１に示す制御装置４０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置４０は、インバータ制御手段４０１と、コンバータ制御手段４０２と、リレー制御手段４０３とを含む。

インバータ制御手段４０１は、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲおよび昇圧コンバータ２０の出力電圧Ｖ３に基づいて、交流モータＭ１の各相に印加する電圧を計算し、その計算した交流モータＭ１の各相に印加する電圧に基づいて、実際にインバータ３０の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭを生成し、その生成した信号ＰＷＭを各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、インバータ３０の各ＮＰＮトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。

コンバータ制御手段４０２は、モータ回転数ＭＲＮおよびトルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受け、電圧Ｖ１，Ｖ３をそれぞれ電圧センサー１０，１６から受ける。そして、コンバータ制御手段４０２は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍに電圧Ｖ３を設定するためのフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂを演算し、さらに、電圧Ｖ１およびフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂに基づいて、電圧Ｖ３をフィードバック電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍ＿ｆｂに設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて、実際に昇圧コンバータ２０のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成して昇圧コンバータ２０のＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

なお、昇圧コンバータ２０の下側のＮＰＮトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。

また、この信号ＰＷＣは、直流電源Ｂから供給された直流電圧Ｖ１を出力電圧Ｖ３が電圧指令Ｖｄｃ＿ｃｏｍになるように昇圧するための信号、またはインバータ３０から供給された直流電圧を降圧するための信号である。したがって、昇圧コンバータ２０は、信号ＰＷＣに応じて昇圧動作または降圧動作を行なう。このように、昇圧コンバータ２０は、双方向コンバータの機能を有するものである。

リレー制御手段４０３は、電圧センサー１０，１５，１６，１８，１９，２１からそれぞれ電圧Ｖ１〜Ｖ６を受け、電流センサー１３，１４，１７，２４からそれぞれ電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴを受ける。そして、リレー制御手段４０３は、電圧Ｖ１〜Ｖ６および／または電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴに基づいて、直流電源Ｂから交流モータＭ１へ電力を供給する給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂが衝突により短絡したか否かを判定し、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂが衝突により短絡したと判定した場合、コイル１１，１２にそれぞれ供給する駆動電流ＩＤＲ１，２を停止する。また、リレー制御手段４０３は、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂが衝突により短絡していないと判定した場合、コイル１１，１２にそれぞれ駆動電流ＩＤＲ１，２を供給する。

さらに、リレー制御手段４０３は、電圧Ｖ１〜Ｖ６および／または電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴに基づいて、車両用モータ装置１００において衝突が生じた衝突部位を特定し、その特定した衝突部位を記憶する。

給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂが衝突により短絡したか否かを判定する方法について具体的に説明する。

図３は、電圧および電流のタイミングチャートである。図３を参照して、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂは、タイミングｔ１までは衝突により短絡せず、タイミングｔ１において衝突により短絡する。その結果、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６を流れる電流Ｉ（Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴ）は、タイミングｔ１までの間、所定の電流値ＶＡＬ１に保持され、タイミングｔ１で瞬間的に増加してレベルＬＶ１に到達する。また、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６における電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ６）は、タイミングｔ１までの間、所定の電圧値ＶＡＬ２に保持され、タイミングｔ１で瞬間的にレベルＬＶ２まで低下する。なお、レベルＬＶ１は、数千Ａを越えるレベルであり、レベルＬＶ２は、０Ｖである。

このように、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂが衝突により短絡すると、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６を流れる電流Ｉ（Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴ）は、瞬間的に数千Ａ以上のレベルＬＶ１に到達し、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６における電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ６）は、瞬間的に０ＶのレベルＬＶ２まで低下する。そして、このような衝突よる短絡が生じた場合の電流の急激な増加および電圧の急激な低下は、衝突による短絡部位が給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６のいずれの部位または直流電源Ｂであっても、同じように生じる。つまり、衝突による短絡が生じた場合、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６に生じる電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴの各々は、瞬間的にレベルＬＶ１まで到達し、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６に生じる電圧Ｖ１〜Ｖ６の各々は、瞬間的にレベルＬＶ２まで低下する。

したがって、この発明においては、リレー制御手段４０３は、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６に生じる電圧Ｖ１〜Ｖ６および／または電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴが所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に到達したか否かを判定することにより、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂが衝突により短絡したか否かを判定する。

そして、リレー制御手段４０３は、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴのいずれかがレベルＬＶ１に到達したか否かを判定することにより、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂが衝突により短絡したか否かを判定してもよいし、電圧Ｖ１〜Ｖ６のいずれかがレベルＬＶ２に到達したか否かを判定することにより、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂが衝突により短絡したか否かを判定してもよいし、さらに、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴのいずれかがレベルＬＶ１に到達し、かつ、電圧Ｖ１〜Ｖ６のいずれかがレベルＬＶ２に到達したか否かを判定することにより、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂが衝突により短絡したか否かを判定してもよい。

したがって、リレー制御手段４０３が電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴに基づいて衝突による短絡の発生の有無を判定する場合、車両用モータ装置１００は、電流センサー１３，１４，１７，２４を備え、電圧センサー１５，１８，１９，２１を備えない。また、リレー制御手段４０３が電圧Ｖ１〜Ｖ６に基づいて衝突による短絡の発生の有無を判定する場合、車両用モータ装置１００は、電圧センサー１０，１５，１６，１８，１９，２１を備え、電流センサー１３，１４，１７を備えない。さらに、リレー制御手段４０３が電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび電圧Ｖ１〜Ｖ６に基づいて衝突による短絡の発生の有無を判定する場合、車両用モータ装置１００は、電流センサー１３，１４，１７，２４および電圧センサー１０，１５，１６，１８，１９，２１を備える。

また、リレー制御手段４０３は、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６のいずれが所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に到達したか否かを判定することにより、車両用モータ装置１００の衝突による短絡部位を特定する。

この場合も、衝突による短絡の発生の有無を判定する場合と同じように、リレー制御手段４０３は、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび電圧Ｖ１〜Ｖ６のいずれか一方に基づいて、衝突による短絡部位を特定してもよいし、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび電圧Ｖ１〜Ｖ６の両方に基づいて、衝突による短絡部位を特定してもよい。

電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴに基づいて衝突による短絡部位を特定する場合、リレー制御手段４０３は、電流Ｉ１がレベルＬＶ１に到達すれば、直流電源Ｂを衝突による短絡部位と特定し、電流Ｉ２がレベルＬＶ１に到達すれば、直流電源Ｂと昇圧コンバータ２０との間を衝突による短絡部位と特定し、電流Ｉ３がレベルＬＶ１に到達すれば、昇圧コンバータ２０とインバータ３０との間を衝突による短絡部位と特定し、電流ＭＣＲＴがレベルＬＶ１に到達すれば、インバータ３０の出力側を衝突による短絡部位と特定する。

また、電圧Ｖ１〜Ｖ６に基づいて衝突による短絡部位を特定する場合、リレー制御手段４０３は、電圧Ｖ１がレベルＬＶ２まで低下すれば、直流電源Ｂを衝突による短絡部位と特定し、電圧Ｖ２がレベルＬＶ２まで低下すれば、直流電源Ｂと昇圧コンバータ２０との間を衝突による短絡部位と特定し、電圧Ｖ３がレベルＬＶ２まで低下すれば、昇圧コンバータ２０とインバータ３０との間を衝突による短絡部位と特定し、相間電圧Ｖ４〜Ｖ６のいずれかがレベルＬＶ２まで低下すれば、インバータ３０の出力側を衝突による短絡部位と特定する。

そして、相間電圧Ｖ４〜Ｖ６に基づいてインバータ３０の出力側を衝突による短絡部位と特定した場合、電圧Ｖ４〜Ｖ６のいずれがレベルＬＶ２まで低下しているかを判定することによって交流モータＭ１のうち、どの相間で衝突による短絡が発生しているかを特定できる。すなわち、リレー制御手段４０３は、相間電圧Ｖ４がレベルＬＶ２まで低下すれば、交流モータＭ１のＵ相とＶ相との間を衝突による短絡部位と特定し、相間電圧Ｖ５がレベルＬＶ２まで低下すれば、交流モータＭ１のＶ相とＷ相との間を衝突による短絡部位と特定し、相間電圧Ｖ６がレベルＬＶ２まで低下すれば、交流モータＭ１のＷ相とＵ相との間を衝突による短絡部位と特定する。

さらに、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび電圧Ｖ１〜Ｖ６に基づいて衝突による短絡部位を特定する場合、リレー制御手段４０３は、電流Ｉ１がレベルＬＶ１に到達し、かつ、電圧Ｖ１がレベルＬＶ２まで低下すれば、直流電源Ｂを衝突による短絡部位と特定し、電流Ｉ２がレベルＬＶ１に到達し、かつ、電圧Ｖ２がレベルＬＶ２まで低下すれば、直流電源Ｂと昇圧コンバータ２０との間を衝突による短絡部位と特定し、電流Ｉ３がレベルＬＶ１まで到達し、かつ、電圧Ｖ３がレベルＬＶ２まで低下すれば、昇圧コンバータ２０とインバータ３０との間を衝突による短絡部位と特定し、電流ＭＣＲＴがレベルＬＶ１まで到達し、かつ、電圧Ｖ４〜Ｖ６のいずれかがレベルＬＶ２まで低下すれば、インバータ３０の出力側を衝突による短絡部位と特定する。

上記においては、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６に生じた電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび電圧Ｖ１〜Ｖ６が所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に到達したか否かを判定することにより、衝突による短絡の発生の有無の判定と、衝突による短絡部位の特定とを行なうと説明したが、この発明においては、これに限らず、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６に生じた電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６が所定の波形からなるか否かを判定することにより、衝突による短絡の発生の有無の判定と、衝突による短絡部位の特定とを行なってもよい。

図３に示すように、衝突による短絡が発生した場合、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６に生じた電流Ｉ（Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴ）は、タイミングｔ１において瞬間的にレベルＬＶ１まで到達し、その後、減少する波形ＷＶ１からなり、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６に生じた電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ６）は、タイミングｔ１で瞬間的にレベルＬＶ２まで低下し、その後、レベルＬＶ２を保持する波形ＷＶ２からなる。

したがって、この発明においては、リレー制御手段４０３は、電流Ｉ（Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴ）および／または電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ６）が所定の波形（波形ＷＶ１，ＷＶ２）からなるか否かを判定することにより、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂにおける衝突による短絡の発生の有無の判定と、車両用モータ装置１００における衝突による短絡部位の特定とを行なう。

つまり、この発明においては、リレー制御手段４０３は、電流Ｉ（Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴ）および／または電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ６）が所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に到達したか否かを判定することにより、または電流Ｉ（Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴ）および／または電圧Ｖ（Ｖ１〜Ｖ６）が所定の波形（波形ＷＶ１，ＷＶ２）からなるか否かを判定することにより、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂにおける衝突による短絡の発生の有無の判定と、車両用モータ装置１００における衝突による短絡部位の特定とを行なう。

図４は、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂの衝突による短絡の発生と短絡部位とを判定／特定する動作を説明するためのフローチャートである。図４を参照して、一連の動作が開始されると、電流センサー１３，１４，１７，２４は、それぞれ、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴを検出し、その検出した電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴを制御装置４０へ出力する。また、電圧センサー１０，１５，１６，１８，１９，２１は、それぞれ、電圧Ｖ１〜Ｖ６を検出し、その検出した電圧Ｖ１〜Ｖ６を制御装置４０へ出力する（ステップＳ１）。

そして、制御装置４０のリレー制御手段４０３は、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６が所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に到達したか否かを判定し（ステップＳ２）、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６が所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に到達していないとき、ステップＳ１，Ｓ２が繰り返し実行される。

一方、ステップＳ２において、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６が所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に到達したと判定されたとき、リレー制御手段４０３は、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂの衝突による短絡を検知し（ステップＳ３）、コイル１１，１２への駆動電流ＩＤＲ１，２を停止してシステムリレーＳＲ１，２をオフする（ステップＳ４）。

引き続いて、リレー制御手段４０３は、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴのいずれがレベルＬＶ１に到達したか否かを判定し、および／または電圧Ｖ１〜Ｖ６のいずれがレベルＬＶ２に到達したか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、リレー制御手段４０３は、その判定結果に応じて、車両用モータ装置１００における短絡部位を特定し（ステップＳ６）、その特定した短絡部位を記憶する（ステップＳ７）。これによって、一連の動作は終了する。

なお、レベルＬＶ１，ＬＶ２に代えてそれぞれ波形ＷＶ１，ＷＶ２が用いられる場合も、図４に示すフローチャートに従って給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６または直流電源Ｂの衝突による短絡の発生が判定され、車両用モータ装置１００における短絡部位が特定される。

このように、この発明においては、車両用モータ装置１００において直流電源Ｂから交流モータＭ１へ電力を供給する給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６の各部位における電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６を検出し、その検出した電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６が所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に到達したかまたは所定の波形（波形ＷＶ１，ＷＶ２）からなるかを判定することによって、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６および直流電源Ｂの衝突による短絡を検知してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフするとともに、車両用モータ装置１００の衝突による短絡部位を特定することを特徴とする。

この特徴により、車両用モータ装置１００は、衝突センサー等を用いなくても、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６および直流電源Ｂの衝突による短絡を正確に検知できるとともに、車両用モータ装置１００における衝突による短絡部位を特定できる。

車両用モータ装置１００を車両（ハイブリッド自動車または電気自動車）に搭載する場合について説明する。図５は、車両の平面図である。図５の（ａ）を参照して、車両２００は、車両用モータ装置１００と、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒと、後輪２２０Ｌ，２２０Ｒと、エンジン２３０とを備える。

車両用モータ装置１００のうち、直流電源Ｂ、昇圧コンバータ２０およびインバータ３０は、車両２００の後輪２２０Ｌ，２２０Ｒ側に配置され、交流モータＭ１は、車両２００の前輪２１０Ｌ，２１０Ｒ側に配置される。また、エンジン２３０も車両２００の前輪２１０Ｌ，２１０Ｒ側に配置される。そして、エンジン２３０および交流モータＭ１は、前輪２１０Ｌ，２１０Ｒを駆動する。

昇圧コンバータ２０は、２相高圧ケーブル２４０によって直流電源Ｂに接続され、インバータ３０は、３相高圧ケーブル２５０によって交流モータＭ１に接続される。

このように、車両用モータ装置１００が車両２００に搭載される場合、直流電源Ｂ、昇圧コンバータ２０およびインバータ３０は、交流モータＭ１と離れた位置に配置される。その結果、インバータ３０を交流モータＭ１に接続する３相高圧ケーブル２５０は、長くなる。

そして、車両２００において衝突が発生した場合、車両２００の前後に配設された３相高圧ケーブル２５０が衝突による短絡を最も生じ易い。

図５の（ｂ）を参照して、車両３００は、車両用モータ装置１００と、前輪３１０Ｌ，３１０Ｒと、後輪３２０Ｌ，３２０Ｒと、エンジン３３０と、動力分割機構３４０とを備える。

なお、図５の（ｂ）においては、車両用モータ装置１００のインバータ３０は、インバータ３０Ａ，３０Ｂからなり、交流モータＭ１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２からなる。そして、昇圧コンバータ２０およびインバータ３０Ａ，３０Ｂは、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｉｎｔ）として１つのケースに収納される。

車両３００においては、車両用モータ装置１００のうち、直流電源Ｂは、後輪３２０Ｌ，３２０Ｒ側に配置され、ＰＣＵ（昇圧コンバータ２０およびインバータ３０Ａ，３０Ｂ）およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、前輪３１０Ｌ，３１０Ｒ側に配置される。そして、昇圧コンバータ２０は、２相高圧ケーブル３５０によって直流電源Ｂに接続される。また、インバータ３０Ａは、モータジェネレータＭＧ１に対応して配置され、３相高圧ケーブル３６０によってモータジェネレータＭＧ１に接続される。さらに、インバータ３０Ｂは、モータジェネレータＭＧ２に対応して配置され、３相高圧ケーブル３７０によってモータジェネレータＭＧ２に接続される。

モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構３４０を介してエンジン３３０に連結され、モータジェネレータＭＧ２およびエンジン３３０は、動力分割機構３４０を介して前輪３１０Ｌ，３１０Ｒに連結される。

車両３００に搭載された車両用モータ装置１００においては、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン３００を始動するとともに、エンジン３３０の回転力によって交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をインバータ３０Ａに供給する。また、モータジェネレータＭＧ２は、前輪３１０Ｌ，３１０Ｒを駆動するとともに、前輪３１０Ｌ，３１０Ｒの回転力によって交流電圧を発電し、その発電した交流電圧をインバータ３０Ｂに供給する。

車両３００において衝突が発生した場合、車両３００の前後に配設された２相高圧ケーブル３５０が衝突による短絡を最も生じ易い。

このように、車両用モータ装置１００は、搭載される車両の種類によって衝突による短絡が発生し易い場所が異なる。したがって、図１に示すように、給電経路ＬＮ１〜ＬＮ６の各部位に電圧センサー１０，１５，１６，１８，１９，２１および電流センサー１３，１４，１７，２４を配置することによって、車両用モータ装置１００をどのような種類の車両に搭載しても、衝突による短絡部位を特定できる。

上述したように、車両用モータ装置１００が搭載される車種によって衝突による短絡が発生し易い場所は異なるが、車両用モータ装置１００を車両２００および３００のいずれに搭載した場合も、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６が所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に到達したか否かを判定し、または電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６が所定の波形（ＷＶ１，ＷＶ２）からなるか否かを判定することによって衝突部位を特定することは可能である。

なお、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、「遮断リレー」を構成する。

また、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６が所定の波形（波形ＷＶ１，ＷＶ２）からなるときまたは所定のレベル（レベルＬＶ１，ＬＶ２）に達したとき、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフするリレー制御手段４０３は、電源から電動機への給電経路に生じた電圧および／または電流が車両の衝突を示す所定の波形からなるときまたは車両の衝突を示す所定のレベルに達したとき、給電経路を遮断するように遮断リレー（システムリレーＳＲ１，ＳＲ２）を制御する「制御回路」を構成する。

さらに、電流Ｉ１〜Ｉ３，ＭＣＲＴおよび／または電圧Ｖ１〜Ｖ６のいずれが所定の波形（波形ＷＶ１，ＷＶ２）からなるかまたは所定のレベル（ＬＶ１，ＬＶ２）に達したかを判定することによって車両用モータ装置１００における衝突による短絡部位を特定するリレー制御手段４０３は、「衝突部位判定手段」を構成する。

さらに、昇圧コンバータ２０は、「昇圧回路」を構成し、インバータ３０は、「駆動回路」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、電源から電動機へ電力を供給する給電系における車両の衝突による短絡を正確に検知し、電源を迅速に保護可能な車両用モータ装置に適用される。また、この発明は、衝突部位を特定可能な車両用モータ装置に適用される。

この発明の実施の形態による車両用モータ装置の概略図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 電圧および電流のタイミングチャートである。 給電経路または直流電源の衝突による短絡の発生と短絡部位とを判定／特定する動作を説明するためのフローチャートである。 車両の平面図である。

符号の説明

１０，１５，１６，１８，１９，２１ 電圧センサー、１１，１２ コイル、１３，１４，１７，２４ 電流センサー、２０ 昇圧コンバータ、３０ インバータ、３１ Ｕ相アーム、３２ Ｖ相アーム、３３ Ｗ相アーム、４０ 制御装置、１００ 車両用モータ装置、２００，３００ 車両、２１０Ｌ，２１０Ｒ，３１０Ｌ，３１０Ｒ 前輪、２２０Ｌ，２２０Ｒ，３２０Ｌ，３２０Ｒ 後輪、２３０，３３０ エンジン、２４０，３５０ ２相高圧ケーブル、２５０，３６０，３７０ ３相高圧ケーブル、３４０ 動力分割機構、４０１ インバータ制御手段、４０２ コンバータ制御手段、４０３ リレー制御手段、Ｂ 直流電源、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ８ ＮＰＮトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流モータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (4)

1. 車両駆動用の電動機と、
   電源と、
   前記電源からの電力を前記電動機に給電する給電経路に設けられた遮断リレーと、
   前記給電経路に生じた電圧および／または電流が車両の衝突を示す所定の波形からなるときまたは前記車両の衝突を示す所定のレベルに達したとき、前記給電経路を遮断するように前記遮断リレーを制御する制御回路とを備える車両用モータ装置。
2. 前記給電経路の各部位に生じた電圧および／または電流が前記所定の波形からなることまたは前記所定のレベルに達したことを検出することによって衝突部位を判定する衝突部位判定手段をさらに備える、請求項１に記載の車両用モータ装置。
3. 前記給電経路に設けられ、前記電源からの電源電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記給電経路に設けられ、前記昇圧回路から出力される電圧に基づいて前記電動機を駆動する駆動回路とをさらに備え、
   前記衝突部位判定手段は、前記電源と前記昇圧回路との間の第１の部位における第１の電圧および／または第１の電流が前記所定の波形からなるときまたは前記所定のレベルに達したとき、前記第１の部位を前記衝突部位と判定し、前記昇圧回路と前記駆動回路との間の第２の部位における第２の電圧および／または第２の電流が前記所定の波形からなるときまたは前記所定のレベルに達したとき、前記第２の部位を前記衝突部位と判定し、前記駆動回路の出力側の第３の部位における第３の電圧および／または第３の電流が前記所定の波形からなるときまたは前記所定のレベルに達したとき、前記第３の部位を前記衝突部位と判定し、
   前記制御回路は、前記第１から第３の電圧の少なくとも１つおよび／または前記第１から第３の電流の少なくとも１つが前記所定の波形からなるときまたは前記所定のレベルに達したとき、前記給電経路を遮断するように前記遮断リレーを制御する、請求項２に記載の車両用モータ装置。
4. 前記電動機は、多相交流モータであり、
   前記衝突部位判定手段は、前記多相交流モータの相間電圧が前記所定の波形からなるときまたは前記所定のレベルに達したとき、前記第３の部位を前記衝突部位と判定し、
   前記制御回路は、前記相間電圧が前記所定の波形からなるときまたは前記所定のレベルに達したとき、前記給電経路を遮断するように前記遮断リレーを制御する、請求項３に記載の車両用モータ装置。

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