JP2009106025A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータの短絡故障発生時においてインバータおよびモータ間を接続するケーブルも確実に保護することが可能なモータ制御装置の構成を提供する。
【解決手段】ＥＣＵは、ステップＳ１００により、インバータを構成するスイッチング素子に短絡故障が発生しているかどうかを判断する。そして、短絡故障の検知時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１１０により、スイッチング素子を開放故障に導くような温度上昇措置を実行する。ステップＳ１１０では、たとえば、スイッチング素子の冷却機構の冷却水ポンプが停止される。これにより、インバータを構成するスイッチング素子に短絡故障が発生しても、当該スイッチング素子を温度上昇させて熱破壊による開放故障に速やかに導くことにより、大きな短絡電流が発生することを防止できる。
【選択図】図９

Description

この発明は、モータ制御装置に関し、より特定的には、複数のスイッチング素子により構成されたインバータを備えたモータ制御装置に関する。

インバータによりモータを制御するモータ制御装置において、インバータを構成する電力用半導体スイッチング素子に短絡故障が発生すると、モータの回転によって発生した逆起電力により、モータ巻線、インバータおよび両者を接続するケーブルによって構成される電流経路に短絡電流が発生する。この短絡電流が過大である場合には、機器損傷が発生することが懸念される。

たとえば、特開２００７−１８１３４５号公報（特許文献１）には、自動車の走行モータに交流電流を供給するインバータに短絡故障が発生することによって、走行モータからインバータに逆起電流が供給され、この逆起電流によって走行モータとインバータとを接続するケーブルが発熱することによって溶損する可能性があることが指摘されている。

そして、特許文献１には、インバータの短絡状態が検知されると、インバータから走行モータへ交流電流を出力するためのケーブル群を冷却するために、ラジエータファンを駆動させる構成が開示されている。
特開２００７−１８１３４５号公報

しかしながら、特許文献１の構成のようなケーブルの冷却による対応では、ケーブルを短絡電流が通過する以上、ケーブルの溶損を確実に防止することはできず、かつ、冷却機構の設置によるシステム構成の大型化や、既設の冷却機構（特許文献１でのラジエータファン）を利用するためにケーブル配設に制約が生じることが懸念される。

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、大型化やケーブル配設の制約を抑制しつつ、インバータの短絡故障発生時においてインバータおよびモータ間を接続するケーブルを確実に保護することが可能なモータ制御装置の構成を提供することである。

この発明によるモータ制御装置は、給電線を介してモータと接続されたインバータと、インバータを構成する複数のスイッチング素子の短絡故障を検知する短絡検知部と、制御部とを備える。制御部は、短絡検知部による短絡故障の検知時に、同一の電流通過に対する各スイッチング素子の温度上昇を、短絡故障の非検知時と比較して相対的に増大させるように構成される。

上記モータ制御装置によれば、インバータを構成する電力用半導体スイッチング素子（スイッチング素子）の短絡故障発生時には、スイッチング素子の温度上昇を促進して、熱破壊によって開放故障状態に移行させることができる。これにより、短絡電流経路を遮断して、給電線（ケーブル）に過大電流が流れることを防止できるので、大型化やケーブル配設の制約を抑制しつつインバータの短絡故障発生時に給電線を確実に保護することが可能となる。

また、開放故障状態とされたスイッチング素子によって過大な短絡電流の発生そのものが防止されるので、給電線の径大化、あるいは、短絡電流に対応した専用ヒューズの設置によるコストアップを招くことなく、給電線を確実に保護できる。

好ましくは、モータ制御装置は、複数のスイッチング素子を冷却するための冷却機構をさらに備える。そして、制御部は、短絡故障の検知時において、冷却機構による冷却能力を非検知時と比較して相対的に低下させる。

さらに好ましくは、冷却機構は、複数のスイッチング素子と熱交換可能に形成された循環冷媒通路と、循環冷媒通路に冷媒を循環させるための冷媒供給ポンプとを含む。そして、制御部は、短絡故障の検知時において、冷媒供給ポンプによる冷媒供給量を、通常時と比較して相対的に減少させる。さらに好ましくは、制御部は、短絡故障の検知時において、冷媒供給ポンプを停止させる。

このようにすると、スイッチング素子に対応して設けられる冷却機構において、循環冷媒流量の低下あるいは冷媒供給ポンプの停止といった簡易な制御によって冷却能力を低減することにより、新たな機構を設けることなく、インバータの短絡故障発生時にスイッチング素子を開放故障に導くことができる。

また好ましくは、各スイッチング素子は、封止材によって覆われた状態で、ケース内に格納される。

このような構成とすることにより、インバータの短絡故障発生時にスイッチング素子を熱破壊させても、インバータ以外の部位に悪影響を及ぼすことを防止できる。

好ましくは、モータは、車両に搭載されて、車輪の駆動軸とモータの回転軸との間は相互に回転力を伝達可能に機械的に連結される。

このように構成すると、車両に搭載された走行用モータを制御するインバータに短絡故障が発生した場合にも、待避運転等の継続により車輪が回転する際にモータに発生する逆起電力によって、過大電流が給電線を流れて給電線が溶損することを防止できる。特に、短絡電流からの保護のために給電線を径大化する必要がないので、給電線の重量アップによる車両の燃費悪化を回避できる。

あるいは好ましくは、モータは、ロータに永久磁石が取り付けられた永久磁石モータにより構成される。

このように構成すると、回転に伴う逆起電力が大きく、インバータ短絡故障時に大きな短絡電流が流れる傾向にある永久磁石モータを制御するモータ制御装置においても、給電線に過大な電流が流れて溶損に至ることを防止できる。

この発明によるモータ制御装置によれば、大型化やケーブル配設の制約を抑制しつつ、インバータの短絡故障発生時においてインバータおよびモータ間を接続する給電線（ケーブル）を確実に保護することができる。

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、以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に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モータ制御装置を搭載した電動車両１０の概略構成を示すブロック図である。なお、以下では、電動車両１０としてハイブリッド車両を例示するが、本実施の形態において、電動車両は、ハイブリッド自動車に限らず、電気自動車や燃料電池自動車等、車輪の駆動軸との間で回転力を伝達可能に機械的に連結されたモータ（モータジェネレータを含む）により車両駆動力を発生する車両を意味するものとする。

図１を参照して、電動車両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、車輪（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、車輪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車輪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。好ましくは、ロータ１２２ｒには、永久磁石１２３が装着されており、第２モータジェネレータＭＧ２は出力特性に優れた永久磁石モータにより構成される。図示しないが、第１モータジェネレータＭＧ１についても永久磁石モータにより構成されることが好ましい。

また、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に示した車輪に動力が分配される。このように、第２モータジェネレータＭＧ２の回転軸と、車輪の駆動軸４０との間は相互に回転力を伝達可能に機械的に連結されている。

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）１００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ＥＣＵ１００によって行なわれる。

ハイブリッドＥＣＵ１００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ＥＣＵ１００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、平滑コンデンサ２２２が接続される。

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の間で、その構成、駆動回路の構成、および制御方式についてはそれぞれ同様である。したがって、以下では、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を総括的にモータジェネレータＭＧ♯と表記し、かつ、ＭＧ１駆動回路２４０およびＭＧ２駆動回路２５０を総括的にＭＧ駆動回路２４０♯と表記する。そして、ＭＧ駆動回路２４０♯によるモータジェネレータＭＧ♯の制御について以下に説明する。

ＭＧ駆動回路２４０♯は、一般的な三相インバータを構成する、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〜Ｑ１６と、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６にそれぞれ対応して設けられた逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６とを含む。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−ＥＣＵ１１０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。以下では、ＭＧ駆動回路２４０♯を単にインバータ２４０♯とも称する。

一般的に、インバータ２４０♯は、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６、および、駆動回路Ｔ１１〜Ｔ１６が一体化されたＩＰＭ（Intelligent Power Module）として設けられる。ＩＰＭには、温度センサ等の各種センサが内蔵されて、各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６の異常検出を実行可能である。すなわち、ＩＰＭからの出力信号に基づいて、各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６について、短絡故障が発生したことを検知できる。

モータジェネレータＭＧ♯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。インバータ２４０♯の各相の上アーム素子（Ｑ１１，Ｑ１３，Ｑ１５）および下アーム素子（Ｑ１２，Ｑ１４，Ｑ１６）の中間点は、パワーケーブル２８０によって、各相コイル巻線２７０Ｕ、２７０Ｖ，２７０Ｗと電気的に接続される。

Ｕ，Ｖ，Ｗ相のうちの少なくとも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、対応相の通過電流に応じた出力電圧を発生して、ＭＧ−ＥＣＵ１１０へ送出する。

モータジェネレータＭＧ♯には、ロータ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、ＭＧ−ＥＣＵ１１０へ送出される。なお、モータジェネレータＭＧに対して、電流センサ２４１，２４２および位置センサ２４３の他にも適宜センサを設けて、このセンサによる出力をＭＧ−ＥＣＵ１１０へ送出してモータ駆動制御に用いてもよい。

次に、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ＥＣＵ１００は、モータジェネレータＭＧ♯の運転指令を生成して、ＭＧ−ＥＣＵ１１０へ送出する。この運転指令には、モータジェネレータＭＧ♯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。ＭＧ−ＥＣＵ１１０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ＥＣＵ１００からの指令に従ってモータジェネレータＭＧ♯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。

ハイブリッドＥＣＵ１００からモータジェネレータＭＧ♯の運転禁止指示が発せられた場合には、ＭＧ−ＥＣＵ１１０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ＥＣＵ１００によりモータジェネレータＭＧ♯の運転指示が発せられている場合には、ＭＧ−ＥＣＵ１１０は、モータジェネレータＭＧ♯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間の直流電圧をモータジェネレータＭＧ♯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、モータジェネレータＭＧ♯の回生制動制御時には、ＭＧ−ＥＣＵ１１０は、モータジェネレータＭＧ♯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。

なお、図３では包括的に表記されているが、上記運転指令は第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について独立に生成され、モータ駆動制御について独立に実行される。すなわち、制御信号ＳＧ１１〜ＳＧ１６についても、インバータ２４０，２５０（図２）のそれぞれについて別個に生成される点について確認的に記載する。

また、ＭＧ−ＥＣＵ１１０によって検知された、インバータ２４０♯（すなわち、インバータ２４０，２５０の双方）の異常に関する情報は、モータジェネレータＭＧ♯の運転指令とは反対方向に、ハイブリッドＥＣＵ１００に対して送出される。ハイブリッドＥＣＵ１００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，ＭＧ♯は、本発明における「モータ」に対応し、インバータ２４０♯，２４０，２５０は、本発明における「インバータ」に対応する。また、パワーケーブル２８０は、本発明における「給電線」に対応する。

図４は、インバータを構成するスイッチング素子の実装例を説明する断面図である。
図４を参照して、インバータ２４０♯の構成部品３１１〜３１４は、基板３１０上に搭載される。構成部品３１１〜３１４は、代表的には、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６に相当する。

スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６は、オンオフ時に発生する電力損失により発熱する。このため、スイッチング素子を冷却するための冷却機構が必要とされる。したがって、基板３１０は、冷却水通路３０５が設けられたケース３００の上に配置される。

さらに、基板３１０上に搭載された構成部品群のうち、少なくともスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６は、樹脂等の封止材３２０によって封止される。たとえば、ゲル状の封止材３２０が用いられる。そして、基板３１０の上部には、固定部材３４０によってケース３００に固定された蓋部３３０がさらに設けられてもよい。

図５には、スイッチング素子の冷却機構の構成が概略的に示される。
図５を参照して、冷却水通路３０５は、冷却水ポンプ３５０、冷却水配管３６０およびラジエータ３７０と共に、スイッチング素子の「冷却機構」である循環冷却系を構成している。すなわち、冷却水ポンプ３５０によって循環され、かつ、ラジエータ３７０により放熱される冷却水（冷媒の代表例）が冷却水通路３０５を通過する。

そして、冷却水通路３０５の冷却水と基板３１０との熱交換により、スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６は冷却される。たとえば、循環冷却系に設けられた温度センサ（図示せず）による検出温度に基づいて、必要な冷却能力が確保されるように、冷却水ポンプ３５０による冷却水供給量やラジエータファン（図示せず）の運転等が制御される。

なお、図５に示した冷却水配管３６０は、インバータ２４０♯のみでなく、モータジェネレータＭＧ♯の構成部品についても冷却可能なように構成することが好ましい。また、上述のスイッチング素子の冷却機構について、エンジンの冷却機構との間で、冷却水ポンプ３５０を共有するように構成してもよい。

再び図３を参照して、インバータ２４０♯を構成するスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６のいずれかに短絡故障が発生すると、モータジェネレータＭＧ♯の回転に伴って発生する逆起電力により、大きな短絡電流が発生する可能性がある。そして、この短絡電流が継続的に発生することにより、特許文献１にも記載されるように、パワーケーブル２８０が発熱し溶損に至ることが懸念される。特に、モータジェネレータＭＧ♯が永久磁石モータによって構成されることにより、逆起電力が大きくなり短絡電流も大きくなる。

また、電動車両１０に搭載されるモータジェネレータＭＧ♯では、車輪５０の回転に伴って回転されることにより短絡電流が発生してしまう。しかしながら、異常発生時に安全確保可能な位置までの最低限の車両移動を確保するための退避走行の必要性から、パワーケーブル２８０がある程度までは短絡電流に耐えられるように設計する必要が生じる。このため、パワーケーブル２８０の径大化が必要となることにより、コストアップおよび重量アップによる通常走行時の燃費低下を招いてしまう。

このため、本実施の形態によるモータ制御装置は、パワーケーブル２８０の径大化を行うことなく短絡電流による溶損を防止できるように、スイッチング素子の短絡故障に以下のように対処する。

図６は、本発明の実施の形態によるモータ制御装置の概略構成を説明するブロック図である。

図６を参照して、本発明によるモータ制御装置は、制御部４００と短絡検知部４１０を含む。

短絡検知部４１０は、たとえば、ＩＰＭとして設けられたインバータ２４０♯の異常検知機能によって実現される。すなわち、インバータを構成するスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６の故障発生については、ＩＰＭに内蔵された、過電流センサ、過電圧センサ、温度センサ等によって検知され、その情報が制御部４００に送出される。あるいは、これ以外の手法により、たとえば、電流センセ２４１，２４２の検出値に基づいて短絡検知信号ＦＬＴを発生してもよい。

制御部４００は、短絡検知部４１０から短絡検知信号ＦＬＴが発生されると、冷却機構（図５）によるスイッチング素子の冷却能力を低下させることによって、同一の通過電流に対するスイッチング素子の温度上昇を増大させる。代表的には、図６に示すように、冷却水ポンプ３５０に対して停止指令ＳＴＰを発生することによって、冷却能力の低下が実現される。制御部４００は、ＭＧ−ＥＣＵ１１０あるいはハイブリッドＥＣＵ１００によるソフトウェア処理あるいはハードェア処理により実現される。

次に図７および図８を用いて、インバータの短絡故障発生時および開放故障発生時における短絡電流の違いについて説明する。

図７に示すように、モータジェネレータＭＧ♯の回転に伴って、ロータ（図示せず）に装着された永久磁石１２３が回転することにより、モータジェネレータＭＧ♯のコイル巻線２７０Ｕ，２７０Ｖ，２７０Ｗに誘起電圧が発生する。

図７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♯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短絡電流Ｉａｂが発生する。

この際に、短絡電流による各素子の温度上昇量は、ジュール熱（Ｉａｂ²×Ｒ）と熱抵抗との積に比例する。各スイッチング素子では熱抵抗も低く設計されており、かつ、短絡故障時の抵抗値Ｒも比較的低い。このため、冷却機構が通常の冷却能力を発揮している状態では、短絡電流Ｉａｂが大きくなっても、熱破壊が発生せず、短絡状態が維持される可能性がある。

一方で、パワーケーブル２８０は、スイッチング素子の短絡時抵抗値Ｒよりも抵抗値が高く、かつ、熱抵抗を抑制する設計も通常施されないため、上記のような短絡状態が長期間維持されると、発熱が増大して溶損に至る可能性がある。また、インバータの短絡故障に対して、上述の退避走行を一定距離確保しようとすれば、パワーケーブル２８０を径大化する必要が生じる。

これに対して、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インバータの開放故障の発生時には、図７に示すような大きな異常電流は発生しない。

図８には、図７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短絡電流Ｉａｂの経路が示される。

図８を参照して、開放故障の発生時には、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、開放故障時に発生する異常電流Ｉａｂ♯は、図７での短絡電流Ｉａｂよりも低く、この異常電流Ｉａｂ♯により、パワーケーブル２８０が溶損に至る可能性は低い。

したがって、本発明の実施の形態によるモータ制御装置では、図６に示した構成により、図９のフローチャートに示すような制御処理を実現する。たとえば、図９による制御処理は、図３に示したＭＧ−ＥＣＵ１１０あるいはハイブリッドＥＣＵ１００（以下、包括的にＥＣＵと表記する）によるソフトウェア処理によって実現できる。または、専用のハードウェア（電子回路）によって、図９に従う制御を実行してもよい。

図９を参照して、ＥＣＵは、ステップＳ１００により、インバータを構成するスイッチング素子に短絡故障が発生しているかどうかを判断する。ステップＳ１００による処理は、たとえば図６に示した短絡検知部４１０からの短絡検知信号ＦＬＴの発生有無により判断される。

そして、ＥＣＵは、短絡故障の検知時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１１０により、スイッチング素子を開放故障に導くような温度上昇措置を実行する。上述のように、ステップＳ１１０の処理は、冷却機構（図５）における冷却水流量の低下、好ましくは、冷却水ポンプ３５０の停止によって実現される。

各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６の熱容量は小さいため、上記のように冷却能力を低下させることによって、短絡故障したスイッチング素子を、短絡電流により発生するジュール熱により速やかに熱破壊させて開放故障状態とすることができる。

一方、ＥＣＵは、短絡故障の非検知時（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、ステップＳ１１０の処理を実行しない。この結果、冷却機構では通常の冷却能力が確保されて、通常運転中のインバータ２４０，２５０のスイッチング素子が熱故障しないように十分な冷却能力が確保される。すなわち、ステップＳ１００，Ｓ１１０による処理は、図６の制御部４００の機能に相当する。

このような構成とすることにより、インバータを構成するスイッチング素子に短絡故障が発生しても、当該スイッチング素子を温度上昇させて熱破壊による開放故障に速やかに導くことにより、図７に示したような大きな短絡電流が発生することを防止できる。

この結果、パワーケーブル２８０を短絡電流に対処して径大化することなく、あるいは、短絡電流に対処するための新たなヒューズ素子等を設けることなく、短絡電流によるパワーケーブル２８０の溶損を防止できる。すなわち、コストアップおよび重量アップによる燃費低下を回避しつつ、インバータの短絡故障発生時にパワーケーブル２８０を確実に溶損から保護できる。なお、当該制御の実行時には、所定のダイアグコードを発生することにより、故障発生による部品交換対象のインバータを特定することができる。

また、図４に示すように、インバータを構成する各スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６を、封止材３２０によって封止された状態でケース３００内に配置することにより、熱破壊によって開放故障させても、インバータ（ＩＰＭ）以外の部位に悪影響を及ぼすことを防止できる。

なお、短絡検知部４１０からの短絡検知信号ＦＬＴについては、短絡故障と開放故障とを特に識別することなく、故障発生を示す信号としてもよい。このようにすると、いずれの故障形態にせよスイッチング素子の交換が必要となる点を考慮して、短絡故障および開放故障が正確に識別できなかった場合にも、パワーケーブル２８０の保護に関してフェールセーフ化を図ることができる。

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制御装置を搭載した電動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。 図３に示されたスイッチング素子の実装例を説明する断面図である。 スイッチング素子の冷却機構の構成を説明する概略図である。 本発明の実施の形態によるモータ制御装置の概略構成を説明するブロック図である。 インバータの短絡故障発生時における短絡電流の発生を説明する図である。 インバータの開放故障発生時における短絡電流の発生を説明する図である。 本発明の実施の形態によるモータ制御装置による制御処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ 電動車両、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 車輪（駆動輪）、１００ ハイブリッドＥＣＵ、１１０ ＭＧ−ＥＣＵ、１１２ エンジン、１１４ ダンパ装置、１１８ 出力部材、１２０ 動力分割機構、１２０ｃ キャリア、１２０ｓ サンギヤ、１２０ｒ リングギヤ、１２２ｒ ロータ、１２３ 永久磁石、１２４ モータ軸、１２６ 出力歯車、１２８ 中間軸、１３０ 大歯車、１３２ 小歯車、１４０ 蓄電装置、２１０ 直流電源、２２０ 電源ライン、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）、２４０♯ ＭＧ駆動回路（インバータ）、２４１，２４２ 電流センサ、２４３ 位置センサ、２５０ ＭＧ２駆動回路（インバータ）、２７０Ｕ，２７０Ｖ，２７０Ｗ コイル巻線、２８０ パワーケーブル、３００ ケース、３０５ 冷却水通路、３１０ 基板、３１１〜３１４ 構成部品、３２０ 封止材、３３０ 蓋部、３４０ 固定部材、３５０ 冷却水ポンプ、３６０ 冷却水配管、３７０ ラジエータ、４００ 制御部、４１０ 短絡検知部、Ｄ１１〜Ｄ１６ 逆並列ダイオード、ＦＬＴ 短絡検知信号、Ｉａｂ 短絡電流、Ｉａｂ♯ 異常電流、ＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ♯ モータジェネレータ（モータ）、Ｎ１ 中性点、Ｑ１１〜Ｑ１６ 電力用半導体スイッチング素子、ＳＧ１１〜ＳＧ１６ スイッチング制御信号、ＳＴＰ 停止指令（冷却水ポンプ）、Ｔ１１〜Ｔ１６ 駆動回路（スイッチング素子）。

Claims (7)

1. 給電線を介してモータと接続されたインバータと、
   前記インバータを構成する複数のスイッチング素子の短絡故障を検知する短絡検知部と、
   前記短絡検知部による前記短絡故障の検知時に、同一の電流通過に対する各前記スイッチング素子の温度上昇を、前記短絡故障の非検知時と比較して相対的に増大させるように構成された制御部とを備える、モータ制御装置。
2. 前記複数のスイッチング素子を冷却するための冷却機構をさらに備え、
   前記制御部は、前記短絡故障の検知時において、前記冷却機構による冷却能力を前記非検知時と比較して相対的に低下させる、請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記冷却機構は、
   前記複数のスイッチング素子と熱交換可能に形成された循環冷媒通路と、
   前記循環冷媒通路に冷媒を循環させるための冷媒供給ポンプとを含み、
   前記制御部は、前記短絡故障の検知時において、前記冷媒供給ポンプによる冷媒供給量を、前記通常時と比較して相対的に減少させる、請求項２記載のモータ制御装置。
4. 前記制御部は、前記短絡故障の検知時において、前記冷媒供給ポンプを停止させる、請求項３記載のモータ制御装置。
5. 各前記スイッチング素子は、封止材によって覆われた状態で、ケース内に格納される、請求項１に記載のモータ制御装置。
6. 前記モータは、車両に搭載されて、車輪の駆動軸と前記モータの回転軸との間は相互に回転力を伝達可能に機械的に連結される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記モータは、ロータに永久磁石が取り付けられた永久磁石モータにより構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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