JP2008054420A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡故障に起因する過電流からインバータおよび電源線を保護可能なモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ１の駆動時にインバータ１４のＩＧＢＴ素子のいずれかに過電流が検出されたことに応じて、インバータ１４の異常と判定する。制御装置３０は、異常判定に応じてインバータ１４を運転停止状態とすると共に、電流センサ２４からのモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいて短絡相を特定する。制御装置３０は、車両の停止制御時に実行されるコンデンサＣ２のディスチャージ処理において、短絡相の上下アームを構成する２つのＩＧＢＴ素子を同時にオンさせる。これにより、当該２つのＩＧＢＴ素子は、過大な短絡電流を受けて熱損失が急増し、短絡故障に至る。その結果、車両の牽引時にモータジェネレータＭＧ１に発生した逆起電力によりインバータおよび電源線が過電流となるのが抑制される。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータ駆動装置に関し、特に、電力変換装置の短絡故障に起因する過熱を防止可能なモータ駆動装置に関する。

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）が注目されている。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。

このようなハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるモータ駆動装置においては、通常、インバータを構成するスイッチング素子が短絡故障する等の異常が検出されると、インバータの運転を停止させて、短絡故障したスイッチング素子に過大な電流が通過することにより当該スイッチング素子が過熱されるのを防止している。

たとえば特許文献１には、インバータ装置の地絡異常を検出してインバータ素子の破壊等を防止する技術が開示される。

これによれば、インバータは、車載バッテリから電力の供給を受けて車両駆動用モータを駆動制御する。車載バッテリの負極側に接続されているインバータの負極母線と接地電位との間には、パルスノイズを吸収するためのコモンコンデンサが接続されている。短絡検出装置は、コモンデンサの端子電圧および充放電電流に基づいて地絡の発生を検出する。そして、短絡検出装置から地絡の発生を指示する異常信号が出力されると、モータ制御処理部は、直ちにインバータの全てのスイッチング素子をオフとすることにより、地絡電流による素子破壊を防止する。
特開２００４−２８９９０３号公報 特開２００２−１０６９４号公報 特開２００３−３４８８５６号公報

しかしながら、特許文献１のようにインバータの全てのスイッチング素子をオフする構成では、車両を退避走行させたときに車両駆動用モータに発生する逆起電力により、インバータ内部およびモータの中性点とインバータの各相とを接続する導電線であるワイヤハーネス（Ｗ／Ｈ）を短絡電流が通過する可能性がある。モータに発生する逆起電力はモータの回転数に比例するため、モータの回転数が上昇すると、スイッチング素子およびワイヤハーネスの熱的限界等によって定められている設定電流値を超えた電流がインバータおよび導電線を通過することになり、これらを熱破壊させるおそれがある。

このような不具合は、特に、車両を退避走行させて緊急停止させた後に車両を修理工場等まで牽引運搬する際に得てして起こり得る。すなわち、車両の牽引時においては、駆動軸に対する動力供給が制限される退避走行時と比較して、モータの回転数が高く、かつ、走行時間が相対的に長くなる傾向がある。このように車両の牽引時には、モータには大きな逆起電力が継続して発生することから、インバータおよびワイヤハーネスを過電流状態に至らしめる可能性が高くなる。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、短絡故障に起因する過電流からインバータおよび導電線を保護可能なモータ駆動装置を提供することである。

この発明によれば、モータ駆動装置は、多相モータと、第１および第２電源線へ直流電圧を供給可能に設けられた電源と、第１および第２電源線と多相モータとの間で電力変換を行なう電力変換装置と、多相モータの出力が目標出力に一致するように電力変換装置を制御する制御装置とを備える。電力変換装置は、各々が、導電線を介して多相モータの各相コイルに接続される複数のアーム回路を含む。複数のアーム回路の各々は、第１および第２電源線間に各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有する。制御装置は、複数のアーム回路の中から短絡故障したアーム回路が検出されたことに応じて、短絡故障したアーム回路の第１および第２のスイッチングを導通状態に固定する。

上記のモータ駆動装置によれば、多相モータに発生した逆起電力によって電力変換器および導電線が過電流となるのを防止することができる。

好ましくは、モータ駆動装置は、第１および第２電源線間に接続され、直流電圧を平滑化して電力変換器に入力する容量素子をさらに備える。制御装置は、短絡故障したアーム回路の第１および第２のスイッチング素子を導通状態として容量素子に蓄えられた電力を放電させる。

上記のモータ駆動装置によれば、短絡故障したアーム回路の第１および第２のスイッチング素子を容易に導通状態に固定することができる。

好ましくは、短絡検出部は、各相コイルに流れる電流の大きさに基づいて短絡故障したアーム回路を検出する。

上記のモータ駆動装置によれば、短絡故障したアーム回路を容易に特定することができる。

好ましくは、多相モータは、車両の駆動軸に連結される。
上記のモータ駆動装置によれば、駆動軸の回転力により多相モータに発生する逆起電力によって電力変換器および導電線が過電流となるのを防止することができる。

好ましくは、多相モータは、内燃機関に連結され、車両の駆動軸に連結された車両駆動用モータと、内燃機関の出力軸、多相モータの出力軸および駆動軸を相互に連結する動力分割機構とをさらに備える。

上記のモータ駆動装置によれば、車両駆動用モータの回転に伴なって回転する多相モータに発生する逆起電力によって電力変換器および導電線が過電流となるのを防止することができる。

この発明によれば、モータ駆動装置において、インバータの短絡故障に起因する過電流からインバータおよび導電線を保護することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の概略ブロック図である。
図１を参照して、モータ駆動装置１００は、直流電源１０と、電圧センサ１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ２と、インバータ１４，３１と、電流センサ２４，２８と、制御装置３０とを備える。

エンジンＥＮＧは、ガソリンなどの燃料の燃焼エネルギーを源として駆動力を発生する。エンジンＥＮＧの発生する駆動力は、図１の太斜線で示すように、動力分割機構ＰＳＤにより、２つの経路に分割される。一方は、図示しない減速機を介して車輪を駆動する駆動軸に伝達する経路である。もう一方は、モータジェネレータＭＧ１へ伝達する経路である。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、３相交流同期電動機からなり、直流電源１０に蓄えられた電力およびエンジンＥＮＧの駆動力によって駆動される。モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンＥＮＧに対して電動機として動作し、たとえばエンジンＥＮＧを始動し得るようなモータである。モータジェネレータＭＧ２は、車両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。

直流電源１０は、蓄電装置（図示せず）を含んで構成されて、電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬの間に直流電圧を出力する。たとえば、直流電源１０を、二次電池および昇降圧コンバータの組合せにより、二次電池の出力電圧を変換して電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬ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ＶＬおよびアースラインＳＬ間の直流電圧を二次電池の充電電圧に変換する。

システムリレーＳＲ１は、直流電源１０の正極と電源ラインＶＬとの間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源１０の負極とアースラインＳＬとの間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。

電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬの間には、平滑用コンデンサＣ２が接続されている。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ（インバータ１４，３１の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出して制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とからなる。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ラインＶＬとアースラインＳＬとの間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｑ１，Ｑ２からなる。Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４からなる。Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６からなる。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６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〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。

各相アームの中間点は、導電線（ワイヤハーネス）を介してモータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１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性点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端が導電線１８を介してＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２の中間点に、Ｖ相コイルの他端が導電線１９を介してＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｗ相コイルの他端が導電線２０を介してＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点にそれぞれ接続されている。なお、インバータ１４に含まれるスイッチング素子は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６に限定されず、ＭＯＳＦＥＴ等の他のパワー素子で構成しても良い。

インバータ３１は、インバータ１４と同様の構成からなる。
インバータ１４は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電源１０の出力する直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。

また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して直流電源１０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。

インバータ３１は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電源１０の出力する直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ２によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。

また、インバータ３１は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して直流電源１０へ供給する。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流ＭＣＲＴ１（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を検出して制御装置３０へ出力する。電流センサ２８は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流ＭＣＲＴ２を検出して制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electronic Control Unit）からトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を受け、電圧センサ１３から電圧Ｖｍを受け、電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を受ける。そして、制御装置３０は、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいて、インバータ１４がモータジェネレータＭＧ２を駆動するときにインバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ１をインバータ１４へ出力する。

また、制御装置３０は、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、インバータ３１がモータジェネレータＭＧ２を駆動するときにインバータ３１のＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ２をインバータ３１へ出力する。

さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

図２は、図１の制御装置３０の機能ブロック図である。
図２を参照して、制御装置３０は、インバータ１４の制御手段として、モータ制御用相電圧演算部３２と、インバータ用駆動信号変換部３４と、インバータ異常検出部３６と、短絡相検出部３８とを含む。なお、図示は省略するが、制御装置３０は、図２と同様の構成からなるインバータ３１の制御手段をさらに含む。

モータ制御用相電圧演算部３２は、インバータ１４の入力電圧Ｖｍを電圧センサ１３から受け、モータジェネレータＭＧ１の各相に流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを電流センサ２４から受け、トルク指令値ＴＲ１を外部ＥＣＵ２００から受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部３２は、これらの入力信号に基づいて、モータジェネレータＭＧ２の各相のコイルに印加する電圧の操作量（以下、電圧指令とも称する。）Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を計算し、その計算した結果をインバータ用駆動信号変換部３４へ出力する。

インバータ用駆動信号変換部３４は、モータ制御用相電圧演算部３２からの各相コイルの電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、実際にインバータ１４の各ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフする信号ＰＷＭＩ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ１を各ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６へ出力する。

これにより、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６は、スイッチング制御され、モータジェネレータＭＧ１が指令されたトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ電流ＭＣＲＴ１が制御され、トルク指令値ＴＲ１に応じたモータトルクが出力される。

インバータ異常検出部３６は、モータジェネレータＭＧ１の駆動制御時においてインバータ１４に発生した異常を検出する。インバータ１４の異常検出は、電流センサ２４から入力されるモータジェネレータＭＧ１のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて行なわれる。このとき、インバータ異常検出部３６は、電流センサの検出値のいずれかに過電流が検出されたことに応じて、ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障による異常と判定し、その判定した結果を示す信号ＦＩＮＶを生成する。そして、インバータ異常検出部３６は、その生成した信号ＦＩＮＶを短絡相検出部３８、インバータ用駆動信号変換部３４および外部ＥＣＵ２００へ出力する。

インバータ用駆動信号変換部３４は、インバータ異常検出部３６から信号ＦＩＮＶを受けると、インバータ１４の各ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を停止（オフ状態）するための信号ＳＴＰを生成し、その生成した信号ＳＴＰをＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６へ出力する。これにより、インバータ１４は運転停止状態となる。

外部ＥＣＵ２００は、インバータ異常検出部３６から信号ＦＩＮＶを受けると、モータ駆動装置１００を搭載したハイブリッド車両の走行停止制御へと移行する。

短絡相検出部３８は、インバータ異常検出部３６から信号ＦＩＮＶを受けると、電流センサ２４からのモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて短絡故障が発生した相（以下、短絡相とも称する）の特定を行なう。そして、短絡相検出部３８は、その特定した短絡相を示す信号ＤＥを生成してインバータ用駆動信号変換部３４へ出力する。

インバータ用駆動信号変換部３４は、短絡相検出部３８から信号ＤＥを受けると、外部ＥＣＵ２００による一連の車両の停止制御において実行されるコンデンサＣ２のディスチャージ処理において、後述する方法によって短絡相を構成する２つのＩＧＢＴ素子を同時にオンするための信号Ｔｏｎを生成し、その生成した信号Ｔｏｎをインバータ１４へ出力する。これにより、コンデンサＣ２に蓄積された電荷は、短絡相の短絡電流として消費される。通常、平滑用のコンデンサＣ２としては、直流電源１０の高電圧を受けて大容量のものが用いられる。そのため、コンデンサＣ２のディスチャージにおいては、大きな短絡電流が短期間に短絡相を流れることとなり、２つのＩＧＢＴ素子は急増する熱損失によって短絡故障に至る。

以上に述べたように、この発明によるモータ駆動装置は、インバータの異常が検出されたことに応じて、インバータを構成する３相アームの中から短絡相を特定するとともに、その特定した短絡相の上下アームを導通状態に固定することを特徴とする。

かかる特徴を具備することにより、モータ駆動装置１００を搭載した車両は、インバータ１４の異常検出後にモータジェネレータＭＧ１に誘起される逆起電力によりインバータ１４および導電線１８〜２０が過熱されるのを防止することが可能となる。以下に、上記の特徴について詳述する。

最初に、この発明のモータ駆動装置によるインバータの短絡相を特定する方法について説明する。

図３は、インバータ１４の短絡相を特定する方法を説明するための図である。
図３を参照して、インバータ１４を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相アーム１５〜１７のうち、Ｕ相アーム１５（たとえばＩＧＢＴ素子Ｑ１）が短絡故障したものと仮定する。

このとき、ＩＧＢＴ素子Ｑ３に内蔵される電流センサによって過電流が検出されたことに応じて、インバータ１４が運転停止状態とされる。そして、直流電源１０の充電量によって決定される性能範囲の中でモータジェネレータＭＧ２を駆動力源とした退避走行を行なうことにより、車両を他の車両や歩行者等の妨げにならない場所まで退避させる。その後車両は、修理工場等に牽引運搬される。

このような退避走行や牽引運搬においては、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２が動力分割機構ＰＳＤを介して互いに連結されているので、モータジェネレータＭＧ２が回転するのに伴なって、モータジェネレータＭＧ１も回転される。

そして、図３に示すように、モータジェネレータＭＧ１の回転に伴なって、その回転子（図示せず）に装着された磁石ＰＭが回転することにより、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに逆起電圧が発生する。

このとき、図５のようにＵ相アーム１５のＩＧＢＴ素子Ｑ１（上アーム）が短絡故障しているケースでは、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を停止するように制御しても、短絡相であるＵ相アーム１５を介した短絡経路が形成される。

具体的には、ＩＧＢＴ素子Ｑ３の短絡によってインバータ１４の電源ラインＶＬがＵ相アーム１５の中間点と導通すると、図中に示すように、電源ラインＶＬ〜Ｕ相アーム１５の中間点〜導電線１８〜モータジェネレータＭＧ１のＵ相コイルを経路としてＵ相モータ電流Ｉｕが流れる。そして、Ｕ相モータ電流Ｉｕは、モータジェネレータＭＧ１の中性点において、Ｖ相コイル〜導電線１９〜Ｖ相アーム１６の中間点〜ダイオードＤ５〜電源ラインＶＬに至る第１の経路Ｒｔ１と、Ｗ相コイル〜導電線２０〜Ｗ相アーム１７の中間点〜ダイオードＤ７〜電源ラインＶＬに至る第２の経路Ｒｔ２とに分岐される。

このように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相アーム１５〜１７において、短絡故障したＵ相アーム１５の上アームと、ＶおよびＷ相アーム１６，１７のダイオードＤ５，Ｄ７との間には、モータジェネレータＭＧ１を介在して閉回路が形成されることになる。そして、この閉回路において、３相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの間には、式（１）の関係が成立する。
｜Ｉｕ｜＝｜Ｉｖ｜＋｜Ｉｗ｜ （１）
これによれば、当該閉回路には、Ｖ相モータ電流ＩｖおよびＷ相モータ電流Ｉｗの大きさの和に相当する短絡電流が流れることになる。モータジェネレータＭＧ１に発生する逆起電圧は、モータジェネレータＭＧ１の回転数に比例するので、モータジェネレータＭＧ２の回転数が上昇すれば、モータジェネレータＭＧ１に発生する逆起電圧も高くなり、インバータ１４および導電線１８〜２０を通過する短絡電流も増大してしまう。短絡電流が過大となると、インバータおよび導電線の耐熱温度を超える高温の発生によって、インバータおよび導電線が熱破壊してしまう可能性がある。

そこで、本発明の実施の形態は、電流センサ２４にて検出されるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの各々について、電流の大きさが所定の閾値Ｉ＿ｓｔｄを上回るか否かを判定する構成とする。本構成によれば、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれかについて電流の大きさが所定の閾値Ｉ＿ｓｔｄを上回ると判定されたことに応じて、当該モータ電流に対応する相が短絡相として特定される。なお、所定の閾値Ｉ＿ｓｔｄは、モータジェネレータＭＧ１が出力可能な最大トルクを出力しているときに検出されるモータ電流よりも高い電流値に設定される。

次に、この発明のモータ駆動装置における、短絡相の上下アームを導通状態に固定させる方法について説明する。

図４は、コンデンサＣ２のディスチャージ処理における電流経路を示す図である。なお、図３と同様に、Ｕ相アーム１５のＩＧＢＴ素子Ｑ１（上アーム）が短絡故障しているケースを仮定する。

コンデンサＣ２のディスチャージ処理は、外部ＥＣＵ２００による一連の車両停止制御において、直流電源１０からの直流電圧の遮断時に実行される。直流電圧の遮断は、制御装置３０がシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２に出力することにより行なわれる。

この発明によるモータ駆動装置は、上述したように、このコンデンサＣ２のディスチャージ処理を行なう際に、制御装置３０からの信号Ｔｏｎによって短絡相であるＵ相アーム１５の上下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２）を同時にオンさせることとする。これにより、コンデンサＣ２に蓄積された電荷は、図中の経路Ｒｔ４に沿ってＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２の短絡電流として消費される。このときの短絡電流の大きさは、コンデンサＣ２の大容量に比例して大きなものとなるため、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２に発生する熱損失が急激に増加する。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、熱破壊を引き起して短絡故障に至った結果、導通状態に固定される。

このように、短絡相の上下アームを導通状態に固定させたことにより、これ以降に行なわれる車両の牽引時においては、モータジェネレータＭＧ１に発生した逆起電圧によってインバータ１４および導電線１８〜２０を流れる短絡電流を低減することが可能となる。

詳細には、図５に示すように、Ｕ相アーム１５の上アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ１）および下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ２）が短絡故障した状態では、Ｕ相モータ電流Ｉｕの経路は、上述した経路Ｒｔ１，Ｒｔ２に加えて、電源ラインＶＬ〜Ｕ相アーム１５の中間点〜アースラインＳＬに至る経路Ｒｔ３が新たに形成されることとなる。これにより、Ｕ相アーム１５の上アームとＶおよびＷ相アーム１６，１７のダイオードＤ５，Ｄ７との間で形成される閉回路を流れる短絡電流が低減される。

図６は、短絡相（Ｕ相アーム１５）の上下アームを短絡故障させた状態でのモータ電流の出力波形を示す図である。なお、図６の出力波形は、図５に示す回路構成においてモータジェネレータＭＧ１を所定の回転数で回転させたときに誘起されるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをシミュレーションすることにより得られたものである。

図６から明らかなように、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、略同じ振幅の交流波形を示している。なお、モータジェネレータＭＧ１の回転数を増加させることによっても、モータ電流の振幅はほとんど変化しないことが演算結果から得られている。したがって、車両の牽引時において、インバータ内の短絡故障により過大な短絡電流が流れることにより、インバータおよび導電線が過熱されるのを防止することができる。

図７は、本発明の実施の形態に従うインバータ短絡故障時の駆動制御を説明するフローチャートである。

図７を参照して、インバータ異常検出部３６は、モータジェネレータＭＧ１の駆動制御時において、電流センサ２４からのモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの検出値に基づいてインバータ１４に発生した異常を検出する（ステップＳ０１）。このとき、インバータ異常検出部３６は、電流センサ２４の検出値のいずれかに過電流が検出されたことに応じて、ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障による異常と判定し、その判定した結果を示す信号ＦＩＮＶを生成する。生成された信号ＦＩＮＶは、インバータ用駆動信号変換部３４、短絡相検出部３８および外部ＥＣＵ２００へそれぞれ出力される。

インバータ用駆動信号変換部３４は、信号ＦＩＮＶを受けると、過電流からインバータ１４および導電線１８〜２０を保護するために、インバータ１４の各ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を停止するための信号ＳＴＰを生成してインバータ１４へ出力する。これにより、インバータ１４は運転停止状態となる（ステップＳ０２）。

次に、短絡相検出部３８は、信号ＦＩＮＶを受けたことに応じて、上述した方法により電流センサ２４からのモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて短絡相の特定を行なう（ステップＳ０３）。短絡相検出部３８は、特定した短絡相を示す信号ＤＥを生成してインバータ用駆動信号変換部３４へ出力する。

外部ＥＣＵ２００では、信号ＦＩＮＶを受けたことに応じて車両の停止制御を実行する。このとき、外部ＥＣＵ２００は、表示手段への車両の走行許可“ＲＥＡＤＹ”の出力を停止（オフ状態）とすることにより、車両の走行を禁止する（ステップＳ０４）。そして、モータジェネレータＭＧ２を駆動力源とした退避走行を行なうことにより、車両を他の車両や歩行者等の妨げにならない場所まで退避させた後に、車両を停止させる（ステップＳ５）。

さらに、直流電源１０からの直流電圧の遮断時において、コンデンサＣ２のディスチャージ処理が実行される。このとき、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２に出力する。さらに、制御装置３０内部のインバータ用駆動信号変換部３４は、信号ＤＥにより指示される短絡相の上下アームを構成する２つのＩＧＢＴ素子を同時にオンするための信号Ｔｏｎを生成してインバータ１４へ出力する（ステップＳ０６）。

これにより、コンデンサＣ２に蓄積された電荷は、オンされた２つのＩＧＢＴ素子の短絡電流として消費される（ステップＳ０７）。２つのＩＧＢＴ素子は、熱損失の急増により熱破壊を引き起して短絡故障に至る。

短絡相の上下アームを導通状態に固定したことにより、ステップＳ０７以降に実行される車両の牽引時には、インバータ内部を過大な短絡電流が流れるのが抑制される。その結果、インバータおよび導電線を過熱から保護することができる。

なお、本実施の形態では、コンデンサＣ２のディスチャージ処理において短絡相のＩＧＢＴ素子を短絡故障させる構成を示したが、制御装置３０から当該ＩＧＢＴ素子を同時にオンするための信号Ｔｏｎを継続的に出力させるように構成しても良い。

また、本実施の形態では、動力分割機構によって相互に連結された２つのモータを備えるハイブリッド車両におけるモータ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なく、たとえば走行駆動用モータを備える電動車両における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、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、ハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるモータ駆動装置に利用することができる。

この発明の実施の形態に係るモータ駆動装置の概略ブロック図である。 図１の制御装置の機能ブロック図である。 インバータの短絡相を特定する方法を説明するための図である。 平滑用コンデンサのディスチャージ処理における電流経路を示す図である。 短絡相の上下アームを短絡故障させたときの電流経路を示す図である。 短絡相の上下アームを短絡故障させた状態でのモータ電流の出力波形を示す図である。 本発明の実施の形態に従うインバータ短絡故障時の駆動制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ 直流電源、１３ 電圧センサ、１４，３１ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、１８〜２０ 導電線、２４，２８ 電流センサ、３０ 制御装置、３２ モータ制御用相電圧演算部、３４ インバータ用駆動信号変換部、３６ インバータ異常検出部、３８ 短絡相検出部、１００ モータ駆動装置、２００ 外部ＥＣＵ、Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード、Ｑ１〜Ｑ６ ＩＧＢＴ素子、ＥＮＧ エンジン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＭ 磁石、ＰＳＤ 動力分割機構、ＶＬ 電源ライン、ＳＬ アースライン、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。

Claims (5)

1. 多相モータと、
   第１および第２電源線へ直流電圧を供給可能に設けられた電源と、
   前記第１および第２電源線と前記多相モータとの間で電力変換を行なう電力変換装置と、
   前記多相モータの出力が目標出力に一致するように前記電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
   前記電力変換装置は、
   各々が、導電線を介して前記多相モータの各相コイルに接続される複数のアーム回路を含み、
   前記複数のアーム回路の各々は、前記第１および第２電源線間に前記各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有し、
   前記制御装置は、前記複数のアーム回路の中から短絡故障したアーム回路が検出されたことに応じて、前記短絡故障したアーム回路の前記第１および第２のスイッチングを導通状態に固定する、モータ駆動装置。
2. 前記第１および第２電源線間に接続され、前記直流電圧を平滑化して前記電力変換器に入力する容量素子をさらに備え、
   前記制御装置は、前記短絡故障したアーム回路の前記第１および第２のスイッチング素子を導通状態として前記容量素子に蓄えられた電力を放電させる、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記短絡検出部は、前記各相コイルに流れる電流の大きさに基づいて前記短絡故障したアーム回路を検出する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記多相モータは、車両の駆動軸に連結される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記多相モータは、内燃機関に連結され、
   車両の駆動軸に連結された車両駆動用モータと、
   前記内燃機関の出力軸、前記多相モータの出力軸および前記駆動軸を相互に連結する動力分割機構とをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

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