JP2010246221A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータが回転駆動されている最中にモータに故障が生じたときにバッテリやインバータに二次故障が生じるのを抑制する
【解決手段】モータＭＧ２が故障してインバータ２４がゲート遮断されたときには、バッテリ２６の充電が可能でないときには昇圧コンバータ２８をゲート遮断し（Ｓ１３０，Ｓ１４０）、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ２以上のときには昇圧コンバータ２８のトランジスタＴ１（上アーム）をオンとすると共にトランジスタＴ２（下アーム）をオフとし（Ｓ１６０，Ｓ１７０）、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ２未満のときには昇圧最大で昇圧コンバータ２８を駆動する（Ｓ１８０）。これにより、モータＭＧ２に故障が生じてもインバータ２４やバッテリ２６に二次故障が生じるのを抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、三相交流により駆動されるモータと、モータを駆動するインバータと、バッテリと、バッテリの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、バッテリの端子間電圧を検出する第１電圧センサと、昇圧コンバータの昇圧前の電圧を検出する第２電圧センサと、昇圧後の電圧を検出する第３電圧センサとが取り付けられており、第３電圧センサに異常が生じたときには、昇圧コンバータの上アームをオン状態で固定すると共に下アームをオフ状態で固定することにより、第３電圧センサの電圧値を正常な第１電圧センサや第２電圧センサで置き換えることができるとしている。

特開２００７−３３００８９号公報

上述した駆動装置では、電圧センサに故障が生じたときの対処については考慮されているものの、モータに故障が生じたときの対処については言及されていない。モータに故障が生じたときにはインバータをゲート遮断することが考えられるが、モータが比較的高回転数で駆動されている状態でインバータをゲート遮断したときには、インバータや昇圧コンバータ，バッテリに二次故障が生じないようにする必要がある。

本発明の駆動装置は、モータが回転駆動されている最中にモータに故障が生じたときにバッテリやインバータに二次故障が生じるのを抑制することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
三相交流により駆動する電動機と、該電動機を駆動するインバータと、バッテリと、該バッテリの電圧を昇圧して前記インバータに供給する昇圧コンバータと、該昇圧コンバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置であって、
前記制御手段は、前記電動機を含む電気駆動系に故障が生じて前記インバータがゲート遮断されているときには、前記バッテリの充電が可能でない場合には前記昇圧コンバータをゲート遮断し、前記電動機の回転数が所定回転数以上の場合には前記バッテリの電圧が昇圧されないよう前記昇圧コンバータを制御し、前記電動機の回転数が前記所定回転数未満の場合には前記バッテリの電圧が昇圧されるよう前記昇圧コンバータを制御する手段である
ことを特徴とする。

この本発明の駆動装置では、電動機を含む電気駆動系に故障が生じてインバータがゲート遮断されているときには、バッテリの充電が可能でない場合には昇圧コンバータをゲート遮断し、電動機の回転数が所定回転数以上の場合にはバッテリの電圧が昇圧されないよう昇圧コンバータを制御し、電動機の回転数が所定回転数未満のときにはバッテリの電圧が昇圧されるよう昇圧コンバータを制御する。したがって、電動機が比較的高い回転数で故障が生じてもインバータやバッテリの二次故障が生じるのを抑制することができる。

本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット４０により実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ電流Ｉｂと回転数Ｎｍ２と昇圧後電圧ＶＨとの関係を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、永久磁石が貼り付けられた回転子と３相コイルが巻回された固定子とからなる同期発電電動機として構成された二つのモータＭＧ１，ＭＧ２と、複数のスイッチング素子のオンオフによりモータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動し電力ライン２１（正極母線２１ａおよび負極母線２１ｂ）を共用する二つのインバータ２２，２４と、バッテリ２６と、バッテリ２６が接続された低圧側とインバータ２２，２４が接続された高圧側との間で電圧を変換して電力のやり取りが可能な昇圧コンバータ２８と、昇圧コンバータ２８に対して高圧側に取り付けられた平滑用のコンデンサ３２と、昇圧コンバータ２８に対して低圧側に取り付けられた平滑用のコンデンサ３４と、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出するレゾルバ３６，３８からの回転位置θやモータＭＧ１，ＭＧ２の３相コイルの各相を流れる電流を検出する図示しない電流センサからの相電流，バッテリ２６を流れる電流を検出する電流センサ３９からのバッテリ電流Ｉｂを入力すると共にインバータ２２，２４や昇圧コンバータ２８を制御するための制御信号を出力する電子制御ユニット４０と、を備える。なお、昇圧コンバータ２８は、正極母線２１ａに接続されたトランジスタＴ１および負極母線２１ｂに接続されたトランジスタＴ２と、このトランジスタＴ１，Ｔ２の各々に逆並列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２と、トランジスタＴ１，Ｔ２同士の接続点に接続されると共にバッテリ２６の正極側に接続されたリアクトルＬとからなる周知のコンバータとして構成されている。

実施例の駆動装置２０では、図示しないが、エンジンと、モータＭＧ１と、エンジンの出力軸とモータＭＧ１の回転軸と車軸とに３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、車軸に接続されたモータＭＧ２とを備えるハイブリッド自動車に搭載されている。

次に、実施例の駆動装置２０の動作、特に、車軸に接続されたモータＭＧ２が回転駆動されている最中にモータＭＧ２に故障が生じて対応するインバータ２４がゲート遮断された際の昇圧コンバータ２８の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット４０によって実行される昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、遊星歯車機構を介してエンジンの出力軸と車軸とに接続されたモータＭＧ１が回転駆動されている最中にモータＭＧ１に故障が生じると、エンジンを停止してモータＭＧ１を回転停止させる。

昇圧制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０は、まず、インバータ２４がゲート遮断されているか否かを判定し（ステップＳ１００）、ゲート遮断されていないときには、通常昇圧制御を実行し（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。ここで、通常昇圧制御としては、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令や回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２に基づいてコンデンサ３２の目標電圧ＶＨ＊を設定し、コンデンサ３２の電圧が設定した目標電圧ＶＨ＊となるようフィードバック制御により昇圧コンバータ２８のトランジスタＴ１，Ｔ２をスイッチング制御することにより行なわれる。

インバータ２４がゲート遮断されているときには、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とバッテリ２６の残容量ＳＯＣを入力する（ステップＳ１２０）。ここで、回転数Ｎｍ２は、レゾルバ３８により検出された回転位置θに基づいて演算されたものを入力するものとし、残容量ＳＯＣは電流センサ３９により検出されたバッテリ電流Ｉｂを積算することにより演算されたものを入力するものとした。データを入力すると、入力した残容量ＳＯＣが所定量Ｓｒｅｆ未満か否かを判定し（ステップＳ１３０）、残容量ＳＯＣが所定量Ｓｒｅｆ未満でないときには昇圧コンバータ２８をゲート遮断して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。ここで、所定量Ｓｒｅｆは、残容量ＳＯＣにバッテリ２６を充電できるだけの余裕があるか否かを判定するための閾値であり、例えば、８０％などのように定められる。いま、インバータ２４がゲート遮断されている状態を考えているから、昇圧コンバータ２８をゲート遮断すると、バッテリ２６を充電する方向に対してバッテリ２６がインバータ２４から切り離され、モータＭＧ２の回転に伴って生じる逆起電圧はコンデンサ３２に作用する。残容量ＳＯＣが所定量Ｓｒｅｆ未満のときには、さらに入力した回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ１以上か否かを判定し（ステップＳ１５０）、回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ１以上でないときには昇圧コンバータ２８をゲート遮断して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。ここで、所定回転数Ｎｒｅｆ１は、モータＭＧ２の逆起電圧によってインバータ２４に耐圧を超える過電圧が作用しない程度の回転数として定められている。したがって、回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ１未満のときには昇圧コンバータ２８をゲート遮断してもインバータ２４に二次故障は生じない。回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ１以上のときにはさらに回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ２未満か否かを判定し（ステップＳ１６０）、回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ２未満でないときには昇圧コンバータ２８のトランジスタＴ１（上アーム）をオンとすると共にトランジスタＴ２（下アーム）をオフとし（ステップＳ１７０）、回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ２未満のときには昇圧が最大となるよう昇圧コンバータ２８を制御して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。ここで、所定回転数Ｎｒｅｆ２は、昇圧コンバータ２８を昇圧したときにバッテリ２８に流れる電流が過大となるか否かを判定するための閾値である。

図３は、バッテリ電流Ｉｂと回転数Ｎｍ２と昇圧後電圧ＶＨとの関係を示す説明図である。図示するように、モータＭＧ２に故障が生じてインバータ２４がゲート遮断されると、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が比較的高回転数のときには昇圧後電圧ＶＨ（コンデンサ３２の電圧）を低くした方がバッテリ２６を流れる電流が小さくなり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が比較的低回転数のときには昇圧後電圧ＶＨを高くした方がバッテリ２６を流れる電流が小さくなる。実施例では、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ２以上のときにはトランジスタＴ１（上アーム）をオンとすると共にトランジスタＴ２（下アーム）をオフとしてバッテリ２６とコンデンサ３２とを同電圧とし、回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ２未満のときには昇圧最大で昇圧コンバータ２８のトランジスタＴ１，Ｔ２をスイッチング制御することにより回転数Ｎｍ２に拘わらずバッテリ２６を流れる電流が過大となるのを抑制し、バッテリ２６に二次故障が生じるのを抑制しているのである。

以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、モータＭＧ２が故障してインバータ２４がゲート遮断されたときには、バッテリ２６の充電が可能でないときには昇圧コンバータ２８をゲート遮断し、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ２以上のときには昇圧コンバータ２８のトランジスタＴ１（上アーム）をオンとすると共にトランジスタＴ２（下アーム）をオフとし、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が所定回転数Ｎｒｅｆ２未満のときには昇圧最大で昇圧コンバータ２８を駆動するから、モータＭＧ２に故障が生じてもインバータ２４やバッテリ２６に二次故障が生じるのを抑制することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、インバータ２４が「インバータ」に相当し、バッテリ２６が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ２８が「昇圧コンバータ」に相当し、電子制御ユニット４０が「制御手段」に相当する。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、に利用可能である。

２０ 駆動装置、２１ 電力ライン、２１ａ 正極母線、２１ｂ 負極母線、２２，２４ インバータ、２６ バッテリ、２８ 昇圧コンバータ、３２，３４ コンデンサ、３６，３８ レゾルバ、３９ 電流センサ、４０ 電子制御ユニット、Ｔ１，Ｔ２ トランジスタ、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード。

Claims (1)

1. 三相交流により駆動する電動機と、該電動機を駆動するインバータと、バッテリと、該バッテリの電圧を昇圧して前記インバータに供給する昇圧コンバータと、該昇圧コンバータを制御する制御手段と、を備える駆動装置であって、
   前記制御手段は、前記電動機を含む電気駆動系に故障が生じて前記インバータがゲート遮断されているときには、前記バッテリの充電が可能でない場合には前記昇圧コンバータをゲート遮断し、前記電動機の回転数が所定回転数以上の場合には前記バッテリの電圧が昇圧されないよう前記昇圧コンバータを制御し、前記電動機の回転数が前記所定回転数未満の場合には前記バッテリの電圧が昇圧されるよう前記昇圧コンバータを制御する手段である
   ことを特徴とする駆動装置。

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