JP2007028733A - モータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のモータを備えたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置において、１つのモータの異常発生時に実行される他のモータを用いた異常時運転（退避運転）での過電流発生を防止する。
【解決手段】 第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２は、共通の出力部材１１８に連結される。第１モータジェネレータＭＧ１が正常運転不能である場合には、第２モータジェネレータＭＧ２による退避運転が実行される。ハイブリッドＥＣＵ３００は、退避運転時には、インバータであるＭＧ１駆動回路２４０内を流れる電流を監視して、基準値以上の短絡電流の発生時には、第２モータジェネレータＭＧ２の運転を制限する。これにより、退避運転時に、第２モータジェネレータＭＧ２の運転に伴う第１モータジェネレータＭＧ１の連れ回りによって、ＭＧ１駆動回路２４０での過大な短絡電流の発生による素子損傷を防止できる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、モータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置に関し、より特定的には、共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数のモータを含んで構成されたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置に関する。

近年、エンジンおよびモータを動力源とするハイブリッド車両が提案されている。ハイブリッド車両の一種として、特開２００１−３０２８０６号公報（特許文献１）等に開示されるいわゆるパラレルハイブリッド車両がある。パラレルハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力は、第１のモータジェネレータを有する動力分割機構を介することにより、その一部が駆動軸に伝達され、残りの動力が第１のモータジェネレータにより電力として回生される。この電力はバッテリ充電や、エンジン以外の動力源としての第２のモータジェネレータの駆動に用いられる。

上記ハイブリッド車両は、上記の動力の伝達過程において、第１および第２のモータジェネレータを制御することによって、エンジンから出力された動力を任意の回転数およびトルクで駆動軸に出力することができる。駆動軸から出力すべき要求出力に拘らずエンジンを運転効率の高い運転点を選択して運転することができるため、ハイブリッド車両は、エンジンのみを駆動源とする従来の車両に比べて省資源性および排気浄化性に優れている。
特開２００１−３０２８０６号公報

このようなパラレルハイブリッド車両では、エンジンまたは第１のモータジェネレータに異常が生じた場合には、エンジンを主動力源とした通常の車両走行が不可能となる。このため、特許文献１には、エンジンまたは第１のモータジェネレータの異常時に、二次電池の充電量（ＳＯＣ：State of Charge）に応じて決定された性能範囲の中で第２のモータジェネレータを用いた退避走行を行なうことにより、退避走行による移動距離を延ばす技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されたハイブリッド構成では、第１および第２のモータジェネレータが同一の出力軸に連結されるため、退避運転時には、第２のモータジェネレータの回転に伴って第１のモータジェネレータも回転する。このため、第１のモータジェネレータに接続されたインバータ内に短絡故障が発生している場合は、退避運転時に、第１のモータジェネレータの回転に伴って発生した誘起電圧により、インバータ内に短絡電流が発生するおそれがある。この短絡電流が過大なものとなると、インバータ構成部品の耐熱温度を超える高温の発生によって、さらなる素子損傷を発生してしまう可能性がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、共通の出力軸へ連結された複数のモータを備えたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置において、１つのモータの異常発生時に他のモータを用いた異常時運転（退避運転）を実行する場合において、異常モータに対応するモータ駆動回路（インバータ）における過電流の発生を防止することである。

この発明によるモータ駆動装置は、複数のモータと、複数のモータにそれぞれ接続された複数のモータ駆動回路と、複数のモータの運転を制御する制御回路とを備える。複数のモータは、共通の出力軸へ動力を出力可能に連結される。制御回路は、異常制御手段と、異常時運転制限手段とを含む。異常制御手段は、複数のモータのうちの第１のモータの正常運転不能時に、第１のモータとは異なる第２のモータを用いた異常時運転を指示する。異常時運転制限手段は、異常時運転において、第２のモータの運転に伴って、第１のモータと接続された第１のモータ駆動回路を流れる電流に応じて、第２のモータの運転を制限する。

上記モータ駆動装置によれば、第１のモータの正常運転不能時には第２のモータを用いた異常時運転を実行できるとともに、異常時運転中に、第２のモータと共通の出力軸へ連結された第１のモータが回転されることにより生じる誘起電圧によって第１のモータ駆動回路を流れる電流が過大となった場合には、第２のモータによる異常時運転を制限することができる。このため、異常時運転において、第１のモータ駆動回路内での短絡故障の発生による過大な短絡電流により、素子損傷が発生することを防止できる。

好ましくは、この発明によるモータ駆動装置では、複数のモータ駆動回路の各々は、電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された電力変換器であり、異常時運転において、第１のモータ駆動回路の各電力用半導体スイッチング素子は動作を停止される。

上記モータ駆動装置によれば、電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された電力変換器であるモータ駆動回路内にスイッチング素子の短絡故障が発生している場合に、し第１のモータ駆動回路の各電力用半導体スイッチング素子の動作を停止しても第２のモータの回転に伴う第１のモータの回転によって生じる短絡電流を防止して、素子損傷の発生を防止することができる。

また好ましくは、この発明によるモータ駆動装置では、異常時運転制限手段は、異常時運転において、第１のモータ駆動回路に流れる電流が所定の基準値以上であれば、第２のモータの運転を禁止する手段を有する。

上記モータ駆動装置によれば、異常時運転における第１のモータ駆動回路を流れる電流が基準値以上である場合には、素子損傷に至る可能性のある異常時運転（第２のモータの運転）を禁止することができる。これにより、確実にモータ駆動回路の素子保護が図られる。

あるいは好ましくは、この発明によるモータ駆動装置では、異常時運転制限手段は、電力制限手段を有する。電力制限手段は、異常時運転において、第１のモータ駆動回路に流れる電流が所定の基準値以上であれば、電源から第２のモータ駆動回路への出力電力を制限する。

上記モータ駆動装置によれば、第２のモータを用いた異常時運転において第１のモータに接続された第１のモータ駆動回路に基準値以上の電流（短絡電流）が流れる場合には、第２のモータの駆動電力に相当する電源から第２のモータ駆動回路への出力電力を制限することにより、短絡電流が過大となって素子損傷を引き起こさない範囲で異常時運転を継続することができる。

さらに好ましくは、この発明によるモータ駆動装置では、電力制限手段は、第２のモータの回転数が所定値を超えない範囲内で、第２のモータの回転数に応じて、電源から第２のモータ駆動回路への出力電力の制限値を設定する。

上記モータ駆動装置によれば、異常時運転における第２のモータの回転数が所定値を超えない範囲内で、第２のモータの駆動電力（電源からの出力電力）をモータの回転数に応じて可変設定することができる。このため、特に、第２のモータの低回転数領域において第２のモータの出力トルクを確保できるので、異常時運転における第２のモータの運転領域を拡大できる。

この発明によるハイブリッド駆動装置は、エンジンと、第１モータジェネレータと、動力を出力するための出力部材と、動力分割機構と、第２モータジェネレータと、第１のモータ駆動回路と、第２のモータ駆動回路と、異常制御手段と、異常運転制限手段とを備える。エンジンは、燃料の燃焼によって作動する。動力分割機構は、出力部材、エンジンの出力軸および第１のモータジェネレータの出力軸を相互に連結する。第２モータジェネレータは、出力部材と連結される。第１のモータ駆動回路は、直流電源と第１のモータジェネレータとの間に接続されて、第１のモータジェネレータを駆動制御する。第２のモータ駆動回路と、直流電源と第２のモータジェネレータとの間に接続されて、第１のモータジェネレータを駆動制御する。異常制御手段は、第１のモータの正常運転不能時に、第２のモータジェネレータによる退避運転を指示する。異常運転制限手段は、退避運転時に、第２のモータジェネレータの運転に伴って、第１のモータジェネレータと接続された第１のモータ駆動回路に流れる電流に応じて、第２のモータジェネレータの運転を制限する。

上記ハイブリッド駆動装置によれば、第１のモータジェネレータに接続された第１のモータ駆動回路の異常検知時には、第２のモータジェネレータを用いた退避運転を実行できるとともに、退避運転中に、第２のモータジェネレータと共通の出力部材へ連結された第１のモータジェネレータが回転されることにより生じる誘起電圧によって第１のモータ駆動回路を流れる電流が過大となった場合には、第２のモータジェネレータによる退避運転を制限することができる。このため、退避運転時に、第１のモータ駆動回路内での短絡故障の発生による過大な短絡電流により、素子損傷が発生することを防止できる。

好ましくは、この発明によるハイブリッド駆動装置では、第１および第２のモータ駆動回路の各々は、電力用半導体スイッチング素子を含んで構成されたインバータであり、退避運転時に、第１のモータ駆動回路の各電力用半導体スイッチング素子は動作を停止される。

上記ハイブリッド駆動装置によれば、電力用半導体スイッチング素子を含んで構成されたインバータであるモータ駆動回路内にスイッチング素子の短絡故障が発生している場合に、第１のモータ駆動回路の各電力用半導体スイッチング素子の動作を停止しても第２のモータジェネレータの回転に伴う第１のモータジェネレータの回転によって生じる短絡電流を防止して、素子損傷の発生を防止することができる。

また好ましくは、この発明によるハイブリッド駆動装置では、異常運転制限手段は、退避運転時に、第１のモータ駆動回路に流れる電流が所定の基準値以上であれば、第２のモータジェネレータの運転を禁止する手段を有する。

上記ハイブリッド駆動装置によれば、退避運転時における第１のモータ駆動回路を流れる電流が基準値以上である場合には、素子損傷に至る可能性のある異常時運転（第２のモータジェネレータの運転）を禁止することができる。これにより、確実にモータ駆動回路の素子保護が図られる。

あるいは好ましくは、この発明によるハイブリッド駆動装置では、異常運転制限手段は、電力制限手段を有する。電力制限手段は、退避運転時に、第１のモータ駆動回路に流れる電流が所定の基準値以上であれば、直流電源から第２のモータ駆動回路への出力電力を制限する。

上記ハイブリッド駆動装置によれば、第２のモータジェネレータを用いた退避運転において第１のモータジェネレータに接続された第１のモータ駆動回路に基準値以上の電流（短絡電流）が流れる場合には、第２のモータジェネレータの駆動電力に相当する電源から第２のモータ駆動回路への出力電力を制限することにより、短絡電流が過大となって素子損傷を引き起こさない範囲で異常時運転を継続することができる。

さらに好ましくは、この発明によるハイブリッド駆動装置では、電力制限手段は、第２のモータジェネレータの回転数が所定値を超えない範囲内で、第２のモータジェネレータの回転数に応じて、直流電源から第２のモータ駆動回路への出力電力の制限値を設定する。

上記ハイブリッド駆動装置によれば、退避運転における第２のモータジェネレータの回転数が所定値を超えない範囲内で、第２のモータジェネレータの駆動電力（電源からの出力電力）を回転数に応じて可変設定することができる。このため、特に、第２のモータジェネレータの低回転数領域において出力トルクを確保できるので、退避運転時における第２のモータジェネレータの運転領域を拡大して、登坂力を確保できる。

本発明によれば、共通の出力軸へ連結された複数のモータを備えたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置において、１つのモータの異常発生時に他のモータを用いた異常時運転（退避運転）を実行する場合において、異常モータに対応するモータ駆動回路（インバータ）における過電流の発生を防止できる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置２０を備えたハイブリッド車両１０の概略構成を示すブロック図である。なお、ハイブリッド駆動装置２０は、以下の説明で明らかになるように、共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数のモータと、これら複数のモータにそれぞれ接続された複数のモータ駆動回路とを備えたモータ駆動装置の代表例として示されるものである。

図１を参照して、ハイブリッド車両１０は、ハイブリッド駆動装置２０と、ディファレンシャルギヤ３０と、駆動軸４０と、駆動輪５０とを備える。

ハイブリッド駆動装置２０は、内部にエンジン（内燃機関）および２つのモータジェネレータを内蔵し、モータおよびモータジェネレータの協調制御により出力を発生する。ハイブリッド駆動装置２０の出力は、ディファレンシャルギヤ３０を介して駆動軸４０に伝達されて、駆動輪５０の回転駆動に用いられる。ディファレンシャルギヤ３０は、路面からの抵抗の差を利用して駆動輪５０の左右間の回転差を吸収する。

図２は、図１に示したハイブリッド駆動装置２０の構成を詳細に説明するブロック図である。

図２を参照して、ハイブリッド駆動装置２０は、燃料の燃焼によって作動する内燃機関などのエンジン１１２と、そのエンジン１１２の回転変動を吸収するスプリング式のダンパ装置１１４と、そのダンパ装置１１４を介して伝達されるエンジン１１２の出力を第１モータジェネレータＭＧ１および出力部材１１８に機械的に分配する遊星歯車式の動力分割機構１２０と、出力部材１１８に回転力を加える第２モータジェネレータＭＧ２とを備えている。

エンジン１１２、ダンパ装置１１４、動力分割機構１２０、および第１モータジェネレータＭＧ１（ＭＧ１）は同軸上において軸方向に並んで配置されており、第２モータジェネレータＭＧ２は、ダンパ装置１１４および動力分割機構１２０の外周側に同心に配設されている。

動力分割機構１２０は、シングルピニオン型の遊星歯車装置で、３つの回転要素として第１モータジェネレータＭＧ１のモータ軸１２４に連結されたサンギヤ１２０ｓと、ダンパ装置１１４に連結されたキャリア１２０ｃと、第２モータジェネレータＭＧ２のロータ１２２ｒと連結されたリングギヤ１２０ｒとを含む。

出力部材１１８は、第２モータジェネレータＭＧ２のロータ１２２ｒとボルトなどによって一体的に固設されており、そのロータ１２２ｒを介して動力分割機構１２０のリングギヤ１２０ｒに連結されている。出力部材１１８には出力歯車１２６が設けられており、中間軸１２８の大歯車１３０および小歯車１３２を介して傘歯車式のディファレンシャルギヤ３０が減速回転させられて、図１に示した駆動輪５０に動力が分配される。

出力歯車１２６には、出力部材１１８からの出力をロックするためのパーキングロックブレーキ機構（図示せず）が設けられる。パーキングロックブレーキ機構は、運転者によるパーキングポジション（Ｐポジション）選択時に、出力歯車１２６をロックすることにより、ハイブリッド駆動装置２０からの駆動力出力を制限する。

第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２は、それぞれ、ＭＧ１駆動回路２４０およびＭＧ２駆動回路２５０を介して、電源である蓄電装置（バッテリ）１４０に電気的に接続されている。

これらのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、蓄電装置１４０からの電気エネルギが供給されて所定のトルクで回転駆動される回転駆動状態と、回転制動（モータジェネレータ自体の電気的な制動トルク）により発電機として機能して蓄電装置１４０に電気エネルギを充電する充電状態と、モータ軸１２４やロータ１２２ｒが自由回転することを許容する無負荷状態との間で動作を切換えられる。

ハイブリッドＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００は、予め設定されたプログラムに従って信号処理を行なうことにより、運転状況に応じて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による走行モードを、モータ走行、充電走行やエンジン・モータ走行等の間で切換える。

たとえばモータ走行では、ハイブリッド車両は、第１モータジェネレータＭＧ１を無負荷状態とするとともに第２モータジェネレータＭＧ２を回転駆動状態とし、その第２モータジェネレータＭＧ２のみを動力源として走行する。また、充電走行では、第１モータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させるとともに第２モータジェネレータＭＧ２を無負荷状態としてエンジン１１２のみを駆動力源として走行しながら、第１モータジェネレータＭＧ１によって蓄電装置１４０が充電される。

あるいは、エンジン・モータ走行では、第１モータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させる一方で、エンジン１１２および第２モータジェネレータＭＧ２の両方を動力源として走行しながら第１モータジェネレータＭＧ１によって蓄電装置１４０が充電される。

また、上記モータ走行時に第２モータジェネレータＭＧ２を発電機として機能させて回生制動する回生制動制御や、車両停止時に第１モータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させるとともにエンジン１１２を作動させ、もっぱら第１モータジェネレータＭＧ１によって蓄電装置１４０を充電する充電制御などもハイブリッドＥＣＵ３００によって行なわれる。

ハイブリッドＥＣＵ３００は、各走行モードにおいて、所望の駆動力発生や発電が行なわれるように、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値を発生する。また、エンジン１１２は、車両停止時には自動的に停止される一方で、その始動タイミングは、運転状況に応じてハイブリッドＥＣＵ３００２０によって制御される。

具体的には、発進時ならびに低速走行時あるいは緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、エンジン効率の悪い領域を避けるために、エンジン１１２を起動させることなく、第２モータジェネレータＭＧ２による駆動力で走行する。そして、一定以上の駆動力が必要な運転状態となったときには、エンジン１１２が始動される。但し、暖気等のためにエンジン１１２の駆動が必要な場合には、エンジン１１２は発進時に無負荷状態で始動されて、所望の暖機が実現するまでアイドリング回転数で駆動される。また、車両駐車時に上記充電制御を行なう場合にも、エンジン１１２が始動される。

図３は、図２に示されたモータジェネレータを駆動する駆動回路の電気的な構成を示す回路図である。

図３を参照して、直流電源２１０は、図２に示した蓄電装置（バッテリ）１４０を含んで構成されて、電源ライン２２０およびアースライン２３０の間に直流電圧を出力する。たとえば、直流電源２１０を二次電池（バッテリ）および昇降圧コンバータの組合わせにより、二次電池の出力電圧を変換して電源ライン２２０およびアースライン２３０の間に出力する構成とすることが可能である。この場合には、昇降圧コンバータを双方向の電力変換可能なように構成して、電源ライン２２０およびアースライン２３０間の直流電圧を二次電池の充電電圧に変換する。

電源ライン２２０およびアースライン２３０の間には、放電用抵抗２２１および平滑コンデンサ２２２が並列に接続されている。放電用抵抗２２１は、図示しないリレーによって直流電源２１０が電源ライン２２０およびアースライン２３０から切り離された場合等に、平滑コンデンサ２２２に保持された電荷を放電するために設けられる。

第１モータジェネレータＭＧ１と接続されるＭＧ１駆動回路２４０は、一般的な３相インバータの構成を有するので、以下では、ＭＧ１駆動回路２４０を単にインバータ２４０とも称する。

インバータ２４０は、Ｕ相アームを構成する電力用半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも称する）Ｑ１１，Ｑ１２と、Ｖ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４と、Ｗ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６とを含む。また、各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６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逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。この実施の形態におけるスイッチング素子としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６は、対応の駆動回路Ｔ１１〜Ｔ１６によって、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０からのスイッチング制御信号ＳＧ１１〜ＳＧ１６にそれぞれ対応してオン・オフ制御、すなわちスイッチング制御される。

第１モータジェネレータＭＧ１は、Ｕ相コイル巻線２７０Ｕ、Ｖ相コイル巻線２７０ＶおよびＷ相コイル巻線２７０Ｗが中性点Ｎ１に共通接続されて構成された３相永久磁石モータである。 スイッチング制御によりＵ相電圧が発生される、スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の中間点は、Ｕ相コイル巻線２７０Ｕと電気的に接続される。同様に、Ｖ相電圧が発生される、スイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の中間点は、Ｖ相コイル巻線２７０Ｖと電気的に接続され、Ｗ相電圧が発生される。さらに、Ｗ相電圧が発生される、スイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６の中間点は、Ｗ相コイル巻線２７０Ｗと電気的に接続される。

インバータ回路２４０の各相アームと第１モータジェネレータＭＧ１の各相コイルとを結ぶ配線には、少なくとも２相において電流センサ２４１，２４２がそれぞれ設けられる。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のモータ駆動電流（瞬時値）の和はゼロであることから、２相に電流センサ２４１，２４２を配置することによって各相のモータ電流を検出することができる。電流センサ２４１，２４２は、代表的にはホール素子を用いた半導体磁気センサで構成され、対応の配線の通過電流に応じた出力電圧を発生する。電流センサ２４１，２４２による出力電圧（電流検出値）は、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０へ送出される。

第１モータジェネレータＭＧ１には、回転子（図示せず）の回転角を検出する位置センサ２４３がさらに配置される。位置センサ２４３によって検出された回転角は、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０へ送出される。

第２モータジェネレータＭＧ２と接続されるＭＧ２駆動回路２５０は、ＭＧ１駆動回路２４０と同様に一般的な３相インバータの構成を有する。以下では、ＭＧ２駆動回路２５０についても単にインバータ２５０とも称する。

インバータ２５０は、スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６と、逆並列ダイオードＤ２１〜Ｄ２６とを含む。スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６は、対応の駆動回路Ｔ２１〜Ｔ２６によって、ＭＧ２−ＥＣＵ３２０からのスイッチング制御信号ＳＧ２１〜ＳＧ２６にそれぞれ対応してオン・オフ制御（すなわちスイッチング制御）される。

第２モータジェネレータＭＧ２は、第１モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ相コイル巻線２８０Ｕ、Ｖ相コイル巻線２８０ＶおよびＷ相コイル巻線２８０Ｗが中性点Ｎ２に共通接続されて構成された３相永久磁石モータである。インバータ２５０の各相アームの中間点は、第２モータジェネレータＭＧ２のＵ相コイル巻線２８０Ｕ、Ｖ相コイル巻線２８０ＶおよびＷ相コイル巻線２８０Ｗとそれぞれ電気的に接続される。

インバータ２５０の各相アームと第２モータジェネレータＭＧ２の各相コイルとを結ぶ配線には、少なくとも２相において、電流センサ２４１，２４２と同様の電流センサ２５１，２５２がそれぞれ設けられる。さらに、第２モータジェネレータＭＧ２にも、位置センサ２４３と同様の位置センサ２５３がさらに配置される。電流センサ２５１，２５２および位置センサ２５３による検出値は、ＭＧ２−ＥＣＵ３２０へ送出される。

なお、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０およびＭＧ２−ＥＣＵ３２０へは、電流センサ２４１，２４１，２５１，２５２および位置センサ２４３，２５３による検出値の他にも、適宜設けられたセンサ（図示せず）によって検出された、各インバータ２４０，２５０への入力電圧、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のコイル端子電圧等が入力されてモータ駆動制御に用いられる。

次に、図３に示した駆動回路によりモータジェネレータの制御構成について説明する。
ハイブリッド駆動装置２０全体の動作を制御するハイブリッドＥＣＵ３００は、第１モータジェネレータＭＧ１の運転指令を生成して、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０へ送出する。この運転指令には、第１モータジェネレータＭＧ１の運転許可／禁止指示や、トルク指令値、回転数指令等が含まれる。ＭＧ１−ＥＣＵ３１０は、電流センサ２４１，２４２および位置センサ２４３からの検出値に基づくフィードバック制御により、ハイブリッドＥＣＵ３００からの指令に従って第１モータジェネレータＭＧ１が動作するように、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作を制御する制御信号ＳＧ１１〜ＳＧ１６を発生する。

たとえば、ハイブリッドＥＣＵ３００からモータジェネレータＭＧ１の運転禁止指示が発せられた場合には、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０は、インバータ２４０を構成するスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６の各々がスイッチング動作を停止（すべてオフ）するように、スイッチング制御信号ＳＧ１１〜ＳＧ１６を生成する。

一方、ハイブリッドＥＣＵ３００によりモータジェネレータＭＧ１の運転指示が発せられている場合には、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０は、第１モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値に応じた各相モータ電流が供給されるように、電源ライン２２０およびアースライン２３０間の直流電圧を第１モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに印加される交流電圧に変換するためのスイッチング制御信号ＳＧ１１〜ＳＧ１６を発生する。なお、第１モータジェネレータＭＧ１の回生制動制御時には、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０は、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電圧を電源ライン２２０およびアースライン２３０間の直流電圧に変換するように、スイッチング制御信号ＳＧ１１〜ＳＧ１６を発生する。これらの際に、スイッチング制御信号ＳＧ１１〜ＳＧ１６は、たとえば周知のＰＷＭ制御方式に従う、センサ検出値を用いたフィードバック制御により生成される。

ＭＧ２−ＥＣＵ３２０は、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０と同様の機能を有し、ハイブリッドＥＣＵ３００からの運転指令に従って第２モータジェネレータＭＧ２が動作するように、スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のスイッチング動作を制御する制御信号ＳＧ２１〜ＳＧ２６を発生する。

また、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０およびＭＧ２−ＥＣＵ３２０によって検知された、インバータ２４０，２５０の異常に関する情報は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転指令とは反対方向に、ハイブリッドＥＣＵ３００に対して送出される。ハイブリッドＥＣＵ３００は、これらの異常情報をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転指令へ反映することが可能なように構成されている。

図２および図３に示した構成において、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、本発明における「複数のモータ」に対応し、インバータ２４０，２５０は、本発明における「複数のモータ駆動回路」に対応する。また、ハイブリッドＥＣＵ３００は、本発明における「制御回路」に対応する。

再び図２を参照して、特許文献１にも記載されるように、第１モータジェネレータＭＧ１に接続されたインバータ２４０の異常により第１モータジェネレータが使用不能である場合には、エンジン１１２および第１モータジェネレータＭＧ１の動作を停止して、第２モータジェネレータＭＧ２による動力を用いた「異常時運転」によってハイブリッド車両の「退避運転」が実行可能である。

このような退避運転時には、第１モータジェネレータＭＧ１および第２モータジェネレータＭＧ２が動力分割機構１２０を介して互いに連結されているので、第２のモータジェネレータＭＧ２を運転（回転）するのに伴って、第１のモータジェネレータＭＧ１も回転される。

図４の共線図に示されるように、エンジン１１２が停止している（エンジン回転数Ｎｅｇ＝０）の状態で、第２モータジェネレータＭＧ２を回転数Ｎｍｇ２で回転させる退避運転を行なうと、第１モータジェネレータＭＧ１は、逆回転方向に回転数Ｎｍｇ２に比例した回転数Ｎｍｇ１（Ｎｍｇ１∝Ｎｍｇ２）で共に回転する。

図５に示すように、このような退避運転時の第１モータジェネレータＭＧ１の回転に伴って、その回転子（図示せず）に装着された磁石２７５が回転する。これにより、モータジェネレータＭＧ１のコイル巻線２７０Ｕ，２７０Ｖ，２７０Ｗに誘起電圧が発生する。

図５には、オン状態を維持して制御不能となる短絡故障がスイッチング素子Ｑ１２に発生したケースが、インバータ２４０中の短絡故障の一例として示される。

このようなケースでは、スイッチング制御信号ＳＧ１１〜ＳＧ１６により、各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作を停止（オフ状態）するように制御しても、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１２を介した短絡経路が形成される。具体的には、コイル巻線２７０Ｕ〜スイッチング素子Ｑ１２（短絡故障）〜アースライン２３０〜ダイオードＤ１４〜コイル巻線２７０Ｖ〜中性点Ｎ１〜コイル巻線２７０Ｕを経由する、アースライン２３０を介した短絡経路が形成される。このため、誘起電圧および当該短絡経路の電気抵抗に応じた異常電流Ｉａｂが発生する。

コイル巻線に発生する誘起電圧は、第１モータジェネレータＭＧ１の回転数に比例するので、退避運転時における第２モータジェネレータＭＧ２の回転数が上昇すれば、第１モータジェネレータＭＧ１に発生する誘起電圧も高くなり、インバータ２４０中の異常電流（短絡電流）Ｉａｂも増大してしまう。異常電流Ｉａｂが過大となると、インバータの構成部品の耐熱温度を超える高温の発生によって、さらなる素子損傷を発生してしまう可能性がある。

これに対して、インバータ２４０中のスイッチング素子がオフ状態を維持して制御不能となる開放故障の発生時には、図５に示すような大きな異常電流は発生しない。

図６には、図５と同様のスイッチング素子Ｑ１２が開放故障を起こした場合における異常電流Ｉａｂの経路が示される。

各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作を停止（オフ状態）することにより、各コイル巻線およびアースライン２３０を含む短絡経路は形成されず、各コイル巻線に発生した誘起電圧は、上アームのダイオードＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５を介して電源ライン２２０に接続された平滑コンデンサ２２２の充電電圧となる。

このため、インバータ２４０内に開放故障が発生した場合には、過大な異常電流Ｉａｂの発生によってインバータ内の素子損傷が発生するおそれは小さい。

一般に、インバータを構成するスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６の異常発生については、対応の制御回路Ｔ１１〜Ｔ１６によって検知可能であり、その情報をＭＧ１−ＥＣＵ３１０経由で送出することが可能であるが、発生した異常が開放故障および短絡故障のいずれであるかを識別することは困難である。

したがって、第１モータジェネレータＭＧ１の運転が禁止された退避運転時には、第１モータジェネレータＭＧ１に発生した誘起電圧によって生じる、インバータ２４０内を流れる電流（すなわち、異常電流Ｉａｂ）のレベルを監視することによって、インバータ２４０内に過大な異常電流（短絡電流）の発生を招く、短絡故障が発生しているか否かを検知することができる。なお、この判定に用いる異常電流Ｉａｂは、図５，６に示されるように、通常動作時のモータ制御に用いられる電流センサ２４１，２４２によって検知する可能である。

図７は、本発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置におけるＭＧ１異常時の退避運転を説明するフローチャートである。図７に示したフローチャートは、図３に示したハイブリッドＥＣＵ３００にプログラムされた一連の制御処理として実行される。

図７を参照して、ハイブリッドＥＣＵ３００は、ステップＳ１００では、第１モータジェネレータＭＧ１が正常運転可能であるかどうかをチェックする。たとえば、第１モータジェネレータＭＧ１と接続されたモータ駆動回路であるインバータ２４０に異常が発生している場合に、第１モータジェネレータＭＧ１は運転不能となる。また、エンジン１１２や、動力分割機構１２０中の遊星歯車機構等に機械的故障が発生している場合には、インバータ２４０が正常であっても、第１モータジェネレータＭＧ１は正常運転不能となる。

ハイブリッドＥＣＵ３００は、第１モータジェネレータＭＧ１が正常運転可能である場合（ステップＳ１００でのＹＥＳ判定時）には、異常時運転（退避運転）を指示することなく（ステップＳ１１０）、退避運転に関する制御処理を終了する。

一方、第１モータジェネレータＭＧ１が正常運転不能である場合（ステップＳ１００でのＮＯ判定時）には、ハイブリッドＥＣＵ３００は、第２モータジェネレータＭＧ２による退避運転を指示する。このとき、ハイブリッドＥＣＵ３００は、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０に対して、インバータ２４０を構成する各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のスイッチング動作の停止指示を発する。これに応答して、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０からのスイッチング制御信号ＳＧ１１〜ＳＧ１６はすべてオフ状態とされる（ステップＳ１２０）。

退避運転の実行中には、ＭＧ１−ＥＣＵ３１０によって取得された電流センサ２４１，２４２による電流検出値が、ハイブリッドＥＣＵ３００へ伝達される。ハイブリッドＥＣＵ３００は、このようにして取得されたインバータ２４０および第１モータジェネレータＭＧ１間の各相電流に基づき、異常電流Ｉａｂ（図５）を監視する。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ３００は、異常電流Ｉａｂが基準値Ｉｔｈ以上であるかどうかをチェックする（ステップＳ１３０）。

異常電流Ｉａｂが基準値Ｉｔｈ未満（Ｉａｂ＜Ｉｔｈ）である場合（ステップＳ１３０のＮＯ判定時）には、インバータ２４０内に過大電流が生じていないため、現状のまま第２モータジェネレータＭＧ２による退避運転が継続される（ステップＳ１４０）。

一方、異常電流Ｉａｂが基準電流Ｉｔｈ以上（Ｉａｂ≧Ｉｔｈ）である場合（ステップＳ１３０のＹＥＳ判定時）、すなわち、インバータ２４０内に短絡故障が発生していることを認識した場合には、ハイブリッドＥＣＵ３００は、第２モータジェネレータＭＧ２の運転を禁止する指示をＭＧ２−ＥＣＵ３２０に対して発生する。これに応答して、ＭＧ２−ＥＣＵ３２０は、インバータ２５０の各スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６のスイッチング動作を停止する（常時オフ）するように、制御信号ＳＧ２１〜ＳＧ２６を発生する。

このような制御構成とすることにより、第２モータジェネレータＭＧ２を用いた退避運転に伴う第１モータジェネレータＭＧ１の回転によって、インバータ２４０内の短絡故障により短絡経路に過大な短絡電流が流れる場合には、退避運転の継続を禁止する。これにより、退避走行の実行によってインバータ（モータ駆動回路）内に機器損傷が発生することを防止できる。

あるいは、実施の形態の変形例として、図８に示すように、インバータ２４０内の異常電流Ｉａｂが基準値Ｉｔｈ以上である場合に、異常電流が過大とならない範囲で退避運転を継続する制御構成とすることも可能である
図８を参照して、本発明の実施の形態の変形例に従う異常時運転（退避運転）では、図７に示したフローチャートと比較して、ステップＳ１５０に代えてステップＳ１５０♯が実行される。その他の制御処理については、図７に示したフローチャートと同様であるので詳細な説明は繰り返さない。

ハイブリッドＥＣＵ３００は、インバータ２４０内の異常電流Ｉａｂが基準電流Ｉｔｈ以上となることにより、インバータ２４０内に短絡故障が発生していることを認識した場合（ステップＳ１３０におけるＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０♯により、第２モータジェネレータＭＧ２運転用電源（図２におけるバッテリ１４０）からの出力電力（バッテリ出力電力）を制限する。これにより、第２モータジェネレータＭＧ２の駆動電力が制限されるため、第２モータジェネレータＭＧ２が所定回転数以上となることを防止できる。

図９は、ステップＳ１５０♯におけるバッテリ出力電力制限値の設定手法例を説明する図である。

図９を参照して、第２モータジェネレータＭＧ２は、回転数を横軸、トルク（電流）を縦軸とする二次元平面上において、最大出力線４００の内部領域で動作する。

図４の共線図で説明したように、退避運転時における第１モータジェネレータＭＧ１の回転数は、第２モータジェネレータＭＧ２の回転数に比例する。したがって、第１モータジェネレータＭＧ１と接続されたインバータ２４０内の異常電流Ｉａｂは、第２モータジェネレータＭＧ２の回転数の上昇に伴って増加する。

このため、異常電流Ｉａｂによってインバータ２４０内部で発生する熱量を考慮して、素子保護の観点から定められる限界値に異常電流Ｉａｂが達する回転数Ｎ２ｍａｘを、退避運転時における第２モータジェネレータＭＧ２の許容最大回転数と定めることができる。

第１の例としては、特性線４１０に示すように、退避走行時における走行抵抗を考慮して、第２モータジェネレータＭＧ２の回転数が許容最大回転数Ｎ２ｍａｘを超えることがない一定の許容最大トルク値を決定し、この許容最大トルク値に対応させてバッテリ１４０からの出力電力制限値を設定することができる。この場合には、許容最大トルク値、すなわちバッテリ出力電力制限値は、モータジェネレータＭＧ２の回転数によらず、特性線４１０に従って一定値に設定される。

あるいは、第２の例として、特性線４２０に示すように、退避運転時における第２モータジェネレータＭＧ２の許容最大トルク値を回転数に応じて変化させてもよい。具体的には、低回転数領域では許容最大トルク値をある程度確保する一方で、回転数の上昇に応じて許容最大トルク値を減少させて、許容最大回転数Ｎ２ｍａｘ以上の領域では出力トルクがゼロとなるように設定する。実際には、退避運転時用のＭＧ２回転数に対するバッテリ出力電力制限値のマップを予め作成しておき、ステップＳ１５０♯において、その時点のＭＧ２回転数に応じたバッテリ出力電力制限値を逐次決定することによって、符号４２０に示した領域内に制限した退避運転を実行できる。

これにより、インバータ２４０内の異常電流Ｉａｂが限界値を超えない範囲で、退避運転時における第２モータジェネレータＭＧ２の運転可能領域を拡大できる。特性線４１０および４２０の比較により、特性線４２０に従ったトルク制限（出力電力制限）を行なう場合の方が、低回転数域すなわち低速域における出力トルクが確保され、退避運転時の登坂力を確保することが可能となることが理解される。

ここで図７および図８に示したフローチャートと本発明の対応について説明すると、ステップＳ１５０，Ｓ１５０♯は、本発明における「異常時運転制限手段」に対応し、特にステップＳ１５０♯は、本発明における「電力制限手段」に対応する。また、ステップＳ１２０は、本発明における「異常制御手段」に対応する。

なお、本実施の形態では、動力分割機構としてプラネタリギアを用いるいわゆる機械分配式のハイブリッド駆動装置を例示したが、本発明の適用はこのような形式に限定されるものではなく、異常時運転（退避運転）に１つのモータを運転することによって他のモータがこれに伴って回転される構成であれば、いわゆる電気分配式等の任意の形式のハイブリッド駆動装置、ならびに、複数モータを備えて構成されるハイブリッド駆動装置以外のモータ駆動装置に対しても適用可能である。

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。

本発明の実施の形態に従うモータ駆動装置の代表例として示されるハイブリッド駆動装置を備えたハイブリッド車両の概略構成を示すブロック図である。 図１に示したハイブリッド駆動装置の構成を詳細に説明するブロック図である。 図２に示されたモータジェネレータを駆動する駆動回路の電気的な構成を示す回路図である。 第２モータジェネレータのみを用いた異常時運転（退避運転）における共線図である。 短絡故障発生時に発生するインバータ内部の異常電流を説明する図である。 開放故障発生時に発生するインバータ内部の異常電流を説明する図である。 本発明の実施の形態に従う異常時運転（退避運転）を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例に従う異常時運転（退避運転）を説明するフローチャートである。 図８に示す異常時運転におけるバッテリ出力電力制限値の設定手法例を説明する図である。

符号の説明

１０ ハイブリッド車両、 ２０ ハイブリッド駆動装置、３０ ディファレンシャルギヤ、４０ 駆動軸、５０ 駆動輪、１１２ エンジン、１１４ ダンパ装置、１１８ 出力部材、１２０ｃ キャリア、１２０ｓ サンギヤ、１２０ｒ リングギヤ、１２０ 動力分割機構、１２２ｒ ロータ（ＭＧ２）、１２４ モータ軸（ＭＧ１）、１２６ 出力歯車、１２８ 中間軸、１３０ 大歯車、１３２ 小歯車、１４０ 蓄電装置（バッテリ）、２１０ 直流電源、２２０ 電源ライン、２２１ 放電用抵抗、２２２ 平滑コンデンサ、２３０ アースライン、２４０ ＭＧ１駆動回路（インバータ）、２５０ ＭＧ２駆動回路（インバータ）、２４１，２４１，２５１，２５２ 電流センサ、２４３，２５３ 位置センサ、２７０Ｕ，２７０Ｖ，２７０Ｗ コイル巻線、２７０Ｕ，２８０Ｕ Ｕ相コイル巻線（固定子）、２７０Ｖ，２８０Ｖ Ｖ相コイル巻線（固定子）、２７０Ｗ，２８０Ｗ Ｗ相コイル巻線（固定子）、２７５ 永久磁石（回転子）、３００ ハイブリッドＥＣＵ、３１０ ＭＧ１−ＥＣＵ、３２０ ＭＧ２−ＥＣＵ、４００ 最大出力線（ＭＧ２）、４１０，４２０ 特性線、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ 逆並列ダイオード、Ｉａｂ 異常電流、Ｉｔｈ 基準電流、ＭＧ１ 第１モータジェネレータ、ＭＧ２ 第２モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点（固定子）、Ｎ２ｍａｘ 許容最大回転数、Ｎｅｇ エンジン回転数、Ｎｍｇ１ ＭＧ１回転数、Ｎｍｇ２ ＭＧ２回転数、Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ スイッチング素子、ＳＧ１１〜ＳＧ１６，ＳＧ２１〜ＳＧ２６ スイッチング制御信号、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６ 駆動回路。

Claims (10)

1. 共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数のモータと、
   前記複数のモータにそれぞれ接続された複数のモータ駆動回路と、
   前記複数のモータの運転を制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路は、
   前記複数のモータのうちの第１のモータの正常運転不能時に、前記第１のモータとは異なる第２のモータを用いた異常時運転を指示する異常制御手段と、
   前記異常時運転において、前記第２のモータの運転に伴って、前記第１のモータと接続された前記第１のモータ駆動回路を流れる電流に応じて、前記第２のモータの運転を制限する異常時運転制限手段とを含む、モータ駆動装置。
2. 前記複数のモータ駆動回路の各々は、電力用半導体スイッチング素子を含んで構成された電力変換器であり、
   前記異常時運転において、前記第１のモータ駆動回路の各前記電力用半導体スイッチング素子は動作を停止される、請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記異常時運転制限手段は、前記異常時運転において、前記第１のモータ駆動回路に流れる電流が所定の基準値以上であれば、前記第２のモータの運転を禁止する手段を有する、請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 前記異常時運転制限手段は、前記異常時運転において、前記第１のモータ駆動回路に流れる電流が所定の基準値以上であれば、電源から前記第２のモータ駆動回路への出力電力を制限する電力制限手段を有する、請求項１記載のモータ駆動装置。
5. 前記電力制限手段は、前記第２のモータの回転数が所定値を超えない範囲内で、前記第２のモータの回転数に応じて、前記電源から前記第２のモータ駆動回路への出力電力の制限値を設定する、請求項４記載のモータ駆動装置。
6. 燃料の燃焼によって作動するエンジンと、
   第１モータジェネレータと、
   動力を出力するための出力部材と、
   前記出力部材、前記エンジンの出力軸および前記第１のモータジェネレータの出力軸を相互に連結する動力分割機構と、
   前記出力部材と連結された第２モータジェネレータと、
   直流電源と前記第１のモータジェネレータとの間に接続されて、前記第１のモータジェネレータを駆動制御する第１のモータ駆動回路と、
   前記直流電源と前記第２のモータジェネレータとの間に接続されて、前記第１のモータジェネレータを駆動制御する第２のモータ駆動回路と、
   前記第１のモータの正常運転不能時に、前記第２のモータジェネレータによる退避運転を指示する異常制御手段と、
   前記退避運転時に、前記第２のモータジェネレータの運転に伴って、前記第１のモータジェネレータと接続された前記第１のモータ駆動回路に流れる電流に応じて、前記第２のモータジェネレータの運転を制限する異常運転制限手段とを備える、ハイブリッド駆動装置。
7. 前記第１および第２のモータ駆動回路の各々は、電力用半導体スイッチング素子を含んで構成されたインバータであり、
   前記退避運転時に、前記第１のモータ駆動回路の各前記電力用半導体スイッチング素子は動作を停止される、請求項６記載のハイブリッド駆動装置。
8. 前記異常運転制限手段は、前記退避運転時に、前記第１のモータ駆動回路に流れる電流が所定の基準値以上であれば、前記第２のモータジェネレータの運転を禁止する手段を有する、請求項６記載のハイブリッド駆動装置。
9. 前記異常運転制限手段は、前記退避運転時に、前記第１のモータ駆動回路に流れる電流が所定の基準値以上であれば、前記直流電源から前記第２のモータ駆動回路への出力電力を制限する電力制限手段を有する、請求項６記載のハイブリッド駆動装置。
10. 前記電力制限手段は、前記第２のモータジェネレータの回転数が所定値を超えない範囲内で、前記第２のモータジェネレータの回転数に応じて、前記直流電源から前記第２のモータ駆動回路への出力電力の制限値を設定する、請求項６記載のハイブリッド駆動装置。

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