JP2013121256A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の短絡故障時に他のスイッチング素子をＯＮするための電力を確保できる電力変換装置を提供することを課題とする。
【解決手段】交流モータ７の各相に対応して設けられるスイッチング素子５ｕ_１，５ｕ_２，５ｖ_１，５ｖ_２，５ｗ_１，５ｗ_２を備え、直流電力を交流モータ７に供給する交流電力に変換する電力変換装置５であって、各相のスイッチング素子のうちの任意の相のスイッチング素子が短絡故障した場合に交流モータ７に発生する逆起電力を利用して短絡故障した相以外の相を含むスイッチング素子の駆動電力を生成するために、交流モータ７の各相に繋がる電力変換装置５の回路の一部を一次側の１ターンコイル５ａ_１とする１ターンコイルトランス５ａと、このトランス５ａの二次側コイル５ａ_２から出力される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を各相のスイッチング素子の制御端子に供給する電源回路５ｂを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流モータの各相に対応して設けられるスイッチング素子を備え、直流電力を交流モータに供給する交流電力に変換する電力変換装置に関する。

近年、環境に配慮した車両としてハイブリッド車両や電気自動車が開発されており、これらの車両は駆動源としてモータを備えている。モータとしては三相交流モータが用いられ、インバータによって直流電力を三相交流電力に変換して、三相交流電力によってモータを駆動している。インバータは、一般に、各相に応じてアームが並列接続され、各アームの上側と下側にＩＧＢＴ[Insulated Gate Bipolar Transistor]等のスイッチング素子及び還流ダイオードがそれぞれ並列接続される。このようなインバータにおいて、ある一相のスイッチング素子が導通状態になる短絡故障が発生した場合、その短絡故障した一相に電流が集中して過電流が流れるので、過電流を防止する必要がある。特許文献１に記載の電動機の制御装置では、各相のアームの中点と交流モータの各相のコイルとの間に設けられた電流センサの検出値に基づいてある相のスイッチング素子の短絡故障を検出した場合、その短絡故障したスイッチング素子が正極側（上側）か負極側（下側）かを判断し、短絡故障したスイッチング素子と同極側で並列接続される全てのスイッチング素子をＯＮすることにより、短絡故障したスイッチング素子に過電流が流れるのを防止する。なお、このような三相ＯＮを実施する場合、スイッチング素子の制御端子に駆動電圧を印加する必要があるので、駆動電圧を印加するためにインバータの駆動回路やモータ制御用のＥＣＵ[Electronic Control Unit]が通電され、動作可能な状態に限られる。

特開２００８−２２００４５号公報 特開２００９−１９５０２６号公報 特開２００８−５４４２０号公報

インバータのスイッチング素子が一相短絡故障した場合、車両の駆動源となる交流モータを使用できないので、車両の使用を停止し、修理するために修理工場等まで車両を牽引する必要がある。車両牽引時に、駆動輪が回転すると交流モータが外力によって回転し、そのモータ回転によって逆起電力が発生し、その逆起電力による電流が短絡故障している一相に集中し、過電流が流れる。車両牽引時には、通常、車両の制御電源がＯＦＦ（イグニッションスイッチＯＦＦ）されるので、インバータの駆動回路やＥＣＵに通電されない。そのため、特許文献１に開示されているような一相短絡故障時の対策処理を実施できない。この際、車載のバッテリからインバータの駆動回路やＥＣＵを通電することも考えられるが、駆動回路やＥＣＵは車載の発電機による発電やＤＣ／ＤＣコンバータからの通電を前提として設計されているので、車載のバッテリだけで長時間通電することはできない。

そこで、本発明は、スイッチング素子の短絡故障時に他のスイッチング素子をＯＮするための電力を確保できる電力変換装置を提供することを課題とする。

本発明に係る電力変換装置は、交流モータの各相に対応して設けられるスイッチング素子を備え、直流電力を交流モータに供給する交流電力に変換する電力変換装置であって、各相に対応するスイッチング素子のうちの任意の相のスイッチング素子が短絡故障した場合、交流モータに発生する逆起電力を利用して、短絡故障した相以外の相を含むスイッチング素子の駆動電力を生成することを特徴とする。

この電力変換装置は、交流モータの各相に対応してスイッチング素子を備えており、直流電力を交流モータに供給する交流電力に変換する。特に、この電力変換装置は、各相のスイッチング素子のうち任意の相のスイッチング素子が短絡故障した場合、外力によって回転する交流モータに発生する逆起電力を利用して、短絡故障した相以外の相を含むスイッチング素子の駆動電力を生成し、その各駆動電力によって短絡故障した相以外の相のスイッチング素子をそれぞれＯＮする。このように短絡故障した相以外の相のスイッチング素子がＯＮすることによって、交流モータに発生している逆起電力による電流が短絡故障した相以外の相にも分散する。その結果、短絡故障している一相に逆起電流が集中することがなく、短絡故障している一相のワイヤハーネスや交流モータ内に部品等の故障を防止できる。このように、電力変換装置では、交流モータに発生する逆起電力を利用してスイッチング素子の駆動電力を生成することにより、スイッチング素子の短絡故障時に他のスイッチング素子をＯＮするための電力を確保できる。

本発明の上記電力変換装置では、交流モータの各相に繋がる電力変換装置の回路の一部を一次側の１ターンコイルとする１ターンコイルトランスと、１ターンコイルトランスの二次側のコイルから出力される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を各相のスイッチング素子の制御端子に供給する電源回路とを備える構成としてもよい。

この電力変換装置は、１ターンコイルトランスと電源回路を備えている。１ターンコイルトランスは、交流モータの各相に繋がる電力変換装置の回路の一部を一次側の１ターンコイルとするトランスであり、その電力変換装置の回路の一部に交流電流が流れた場合に二次側のコイルに交流電力を発生し、その交流電力を出力する。電源回路は、交流電力を直流電力に変換する回路であり、入力側に１ターンコイルトランスの二次側のコイルが接続されており、出力側に各相のスイッチング素子の制御端子が接続されている。したがって、短絡故障中に外力によって回転する交流モータに逆起電力が発生した場合、１ターンコイルトランスの１ターンコイルに交流電流が流れ、その交流電流に応じた二次側のコイルに交流電流が流れ、交流電力が二次側のコイルから電源回路に入力し、電源回路でその交流電力を直流電力に変換し、その直流電力が各相のスイッチング素子の制御端子に供給される。これによって、短絡故障した相以外の相のスイッチング素子もＯＮし、交流モータで発生している逆起電力による電流が短絡故障した相以外の相にも分散する。このように、電力変換装置では、電力変換装置の回路の一部を利用した１ターンコイルトランスと電源回路による簡単な回路構成によって、交流モータに発生する逆起電力を利用してスイッチング素子の駆動電力を生成することができる。

本発明の上記電力変換装置では、交流モータは、車両に搭載され、車両の車輪の回転に応じた外部トルクによって交流モータが回転し、交流モータに逆起電力が発生する場合に適用すると好適である。

この電力変換装置は、車両に搭載される交流モータに交流電力を供給する装置である。電力変換装置では、任意の相のスイッチング素子が短絡故障しているときに車両牽引等によって車輪が回転し、その回転に応じた外部トルクによって交流モータに逆起動力が発生した場合に、交流モータに発生する逆起電力を利用して短絡故障した相以外の相を含むスイッチング素子の駆動電力を生成する。この電力変換装置では、このような場合に適用されることによって、車両牽引時等において電力変換装置の駆動装置や制御装置等が通電されていないときでも、スイッチング素子の短絡故障時に他のスイッチング素子をＯＮするための電力を確保できる。

本発明によれば、交流モータに発生する逆起電力を利用してスイッチング素子の駆動電力を生成することにより、スイッチング素子の短絡故障時に他のスイッチング素子をＯＮするための電力を確保できる。

本実施の形態に係るモータシステムの構成図である。 図１のインバータにおいて一相短絡故障時の電流の流れの一例を示す図である。 図１のインバータにおいて一相短絡故障時の１ターンコイルトランス及び電源回路の動作を示す図である。 図１のインバータにおいて一相短絡故障時に三相ＯＮによる電流の流れの一例を示す図である。 図１のインバータにおいて一相短絡故障時の動作の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る電力変換装置の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施の形態では、本発明に係る電力変換装置を、交流モータを駆動源に持つ車両（例えば、ハイブリッド車両、電気自動車）に搭載されるモータシステムのインバータに適用する。本実施の形態に係るモータシステムは、交流モータが三相交流のモータジェネレータであり、モータ駆動時にはインバータによって直流電力を三相交流電力に変換してモータジェネレータに供給する。本実施の形態では、モータシステムの基本的な構成については従来と同様の構成なので簡単に説明し、インバータにおける一相短絡故障時に対応する構成について詳細に説明する。

図１を参照して、本実施の形態に係るモータシステム１について説明する。図１は、本実施の形態に係るモータシステムの構成図である。

モータシステム１は、バッテリ２、システムメインリレー３、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、インバータ５、駆動回路６、モータジェネレータ７及びモータＥＣＵ８を備えている。正常時、モータシステム１では、システムメインリレー３がＯＮされており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、駆動回路６及びモータＥＣＵ８が通電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４からインバータ５に高電圧の直流電力を供給するとともにモータＥＣＵ８によるモータ制御によって駆動回路６からインバータ５の各スイッチング素子（ＩＧＢＴ）に駆動電圧を印加し、インバータ５で直流電力を三相交流電力に変換し、その三相交流電力をモータジェネレータ７に供給する。インバータ５における一相短絡故障時、システムメインリレー３がＯＮしている間、モータシステム１では、モータＥＣＵ８による故障時制御によって駆動回路６から短絡故障している相以外の相の各スイッチング素子に駆動電圧を印加する。システムメインリレー３がＯＦＦしている場合（車両牽引中等）、モータシステム１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、駆動回路６及びモータＥＣＵ８が非通電となり、インバータ５内の故障時対応回路（自己給電回路）によって下側アームの全てのスイッチング素子に駆動電圧を印加する。

バッテリ２は、直流電源であり、電極に鉛を用いた二次電池である。バッテリ２とＤＣ／ＤＣコンバータ４との間にはメインシステムリレー３が設けられ、メインシステムリレー３がＯＮ時にバッテリ２からＤＣ／ＤＣコンバータ４等に直流電力を供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、メインシステムリレー３を介したバッテリ２とインバータ５との間に設けられ、バッテリ２の低電圧の直流電力をインバータ５の高電圧の直流電力に変換するコンバータ回路である。

インバータ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４とモータジェネレータ７との間に設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４からの高電圧の直流電力を三相交流電力に変換する回路である。インバータ５には、モータジェネレータ７の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に応じてＵ相アーム５ｕ、Ｖ相アーム５ｖ、Ｗ相アーム５ｗが並列接続される。Ｕ相アーム５ｕには、上側と下側にＩＧＢＴ５ｕ_１とＩＧＢＴ５ｕ_２が直列接続され、各ＩＧＢＴ５ｕ_１、５ｕ_２に還流ダイオード５ｕ_３，５ｕ_４がそれぞれ並列接続される。Ｖ相アーム５ｖには、上側と下側にＩＧＢＴ５ｖ_１とＩＧＢＴ５ｖ_２が直列接続され、各ＩＧＢＴ５ｖ_１、５ｖ_２に還流ダイオード５ｖ_３，５ｖ_４がそれぞれ並列接続される。Ｗ相アーム５ｗには、上側と下側にＩＧＢＴ５ｗ_１とＩＧＢＴ５ｗ_２が直列接続され、各ＩＧＢＴ５ｗ_１、５ｗ_２に還流ダイオード５ｗ_３，５ｗ_４がそれぞれ並列接続される。各相のアーム５ｕ，５ｖ，５ｗの中間点（上側のＩＧＢＴのエミッタと下側のＩＧＢＴのコレクタとの接続点）は、ワイヤハーネスやバスバーを介してモータジェネレータ７の各相のコイル７ｕ，７ｖ，７ｗの一端にそれぞれ接続される。各相のアーム５ｕ，５ｖ，５ｗの中間点とコイル７ｕ，７ｖ，７ｗとの間には、電流センサ９ｕ，９ｖ，９ｗがそれぞれ設けられる。

さらに、インバータ５には、故障時対応回路（非通電時にモータジェネレータ７に逆起電力が発生した場合に自己給電回路として機能）として、１ターンコイルトランス５ａと電源回路５ｂが設けられる。１ターンコイルトランス５ａは、１ターンコイル（一次側コイル）５ａ_１、コア、二次側コイル５ａ_２からなる。１ターンコイル５ａ_１は、インバータ５の三相のアーム５ｕ，５ｖ，５ｗの中間点とモータジェネレータ７のコイル７ｕ，７ｖ，７ｗの一端とを結ぶワイヤハーネス又はバスバーのうちの一相のワイヤハーネス又はバスバーが利用され、その一相のワイヤハーネス又はバスバーをコアの中空部に通すことによって構成される。図１の例では、Ｗ相のワイヤハーネス又はバスバーが１ターンコイル５ａ_１となっている。二次側コイル５ａ_２は、コアに電線を複数回巻きつけることによって構成され、その出力端に電源回路５ｂが接続される。１ターンコイルトランス５ａでは、１ターンコイル５ａ_１に交流電流が流れると、それに応じて二次側コイル５ａ_２に交流電流（交流電力）が流れる。

電源回路５ｂは、１ターンコイルトランス５ａから出力される交流を直流に変換する回路（例えば、ダイオードブリッジで構成される整流回路）である。電源回路５ｂには、入力側に１ターンコイルトランス５ａの二次側コイル５ａ_２の出力端が接続されるとともに、出力側に各相の下側アームのＩＧＢＴ５ｕ_２，５ｖ_２，５ｗ_２のゲート（制御端子）が接続される。電源回路５ｂでは、１ターンコイルトランス５ａの二次側コイル５ａ_２から交流電力が入力すると、自動的に起動し、その交流電力を直流電力に整流し、その直流電力を駆動電力（駆動電圧）として三相の下側アームのＩＧＢＴ５ｕ_２，５ｖ_２，５ｗ_２のゲートに出力する。また、電源回路５ｂには、回路を停止するためのスイッチが設けられている。電源回路５ｂでは、システムメインリレー３がＯＮ中（通常時）、モータＥＣＵ８からスイッチがＯＦＦされ、停止する。したがって、電源回路５ｂは、システムメインリレー３がＯＦＦ中かつ１ターンコイル５ａ_１に交流電流が流れている時しか動作しない。

駆動回路６は、インバータ５の各相のＩＧＢＴ５ｕ_１，５ｕ_２，５ｖ_１，５ｖ_２，５ｗ_１，５ｗ_２に駆動電力を供給する回路である。駆動回路６は、モータＥＣＵ８に接続されるとともに、インバータ５の各相のＩＧＢＴ５ｕ_１，５ｕ_２，５ｖ_１，５ｖ_２，ｗ_１，５ｗ_２のゲート（制御端子）にそれぞれ接続される。駆動回路６では、モータＥＣＵ８から各相のＰＷＭ信号を受信すると、Ｕ相のＰＷＭ信号に基づいてＵ相のＩＧＢＴ５ｕ_１，５ｕ_２をＯＮ／ＯＦＦするための駆動電力を生成し、Ｖ相のＰＷＭ信号に基づいてＶ相のＩＧＢＴ５ｖ_１，５ｖ_２をＯＮ／ＯＦＦするための駆動電力を生成し、Ｗ相のＰＷＭ信号に基づいてＷ相のＩＧＢＴ５ｗ_１，５ｗ_２をＯＮ／ＯＦＦするための駆動電力を生成し、その各駆動電力（各駆動電圧）をＩＧＢＴ５ｕ_１，５ｕ_２，５ｖ_１，５ｖ_２，５ｗ_１，５ｗ_２の各ゲートに出力する。また、駆動回路６では、モータＥＣＵ８から故障時制御信号を受信すると、その故障時制御信号に基づいて短絡故障しているＩＧＢＴが上側アームの場合には上側アームの短絡故障している以外の他の２個のＩＧＢＴを常時ＯＮし、下側アームの場合には下側アームの短絡故障している以外の他の２個のＩＧＢＴを常時ＯＮする。

モータジェネレータ７は、三相の交流モータである。モータジェネレータ７は、永久磁石（図示せず）と各相のコイル７ｕ，７ｖ，７ｗを備えている。コイル７ｕ，７ｖ，７ｗは、上記したように一端がインバータ５のアーム５ｕ，５ｖ，５ｗの中間点にそれぞれ接続され、他端同士が接続される。モータジェネレータ７は、インバータ５からの三相交流電力が各相のコイル７ｕ，７ｖ，７ｗに供給されると、回転駆動する。また、モータジェネレータ７は、車輪の回転によって外部からの回転トルクが加えられると、逆起電力を発生し、各相のコイル７ｕ，７ｖ，７ｗに逆起電流が流れる。この逆起電流は、ワイヤハーネスやバスバーを介して、インバータ５の各相のアーム５ｕ，５ｖ，５ｗの中間点に流れる。

モータＥＣＵ８は、マイクロコンピュータ（マイコン）や各種メモリ等からなる電子制御ユニットであり、モータ制御や故障時制御等を行う。モータＥＣＵ８は、駆動回路６が接続されるとともに、電流センサ９ｕ，９ｖ，９ｗやモータジェネレータ７内に設けられる位置センサ（図示せず）等の各種センサが接続される。モータＥＣＵ８では、正常時、車両の運転状況に応じて各相のＰＷＭ信号を生成し、各相のＰＷＭ信号を駆動回路６に送信する。また、モータＥＣＵ８では、電流センサ９ｕ，９ｖ，９ｗからの各相の電流の検出値に基づいてインバータ５のＩＧＢＴ５ｕ_１，５ｕ_２，５ｖ_１，５ｖ_２，５ｗ_１，５ｗ_２のいずれかが短絡故障しているか否かを判定し、あるＩＧＢＴが短絡故障していると判定した場合にはそのＩＧＢＴが上側アームの場合には上側アームの他の２個のＩＧＢＴを常時ＯＮするための故障時制御信号を生成し、そのＩＧＢＴが下側アームの場合には下側アームの他の２個のＩＧＢＴを常時ＯＮするための故障時制御信号を生成し、その故障時制御信号を駆動回路６に送信する。また、モータＥＣＵ８では、システムメインリレー３がＯＮされて通電中、インバータ５内の電源回路５ｂのスイッチをＯＦＦし、電源回路５ｂを停止する。

図１〜図４を参照して、モータシステム１（特に、インバータ５）における一相短絡故障時の動作について図５のフローチャートに沿って説明する。図２は、図１のインバータにおいて一相短絡故障時の電流の流れの一例を示す図である。図３は、図１のインバータにおいて一相短絡故障時の１ターンコイルトランス及び電源回路の動作を示す図である。図４は、図１のインバータにおいて一相短絡故障時に三相ＯＮによる電流の流れの一例を示す図である。図５は、図１のインバータにおいて一相短絡故障時の動作の流れを示すフローチャートである。ここでは、インバータ５のＵ相の下側アームのＩＧＢＴ５ｕ_２が短絡故障した場合で説明する。

Ｕ相の下側アームのＩＧＢＴ５ｕ_２が短絡故障した場合（Ｓ１）、モータＥＣＵ８でその短絡故障を検知すると、モータＥＣＵ８による故障時制御によって他のＶ相、Ｗ相の下側アームのＩＧＢＴ５ｖ_２，５ｗ_２がＯＮされる（制御による三相ＯＮを実施）。この際、車両では一相短絡故障に応じて警報等が出力され、運転者は車両を停止させる（Ｓ１）。そして、車両停止中、メインシステムリレー３はＯＦＦされ、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、駆動回路６、モータＥＣＵ８には通電されない。したがって、インバータ５内の電源回路５ｂは、停止状態が解除されている。

運転者は修理するために牽引車を呼び、車両を修理工場等まで牽引させる（Ｓ２）。車両牽引等によって駆動輪が回転すると、モータジェネレータ７に外部トルクが加わる（Ｓ２）。この外部トルクによってモータジェネレータ７のロータが回転するため、逆起電力が発生する（Ｓ３）。この逆起電力によって三相のコイル７ｕ，７ｖ，７ｗに電流が流れる（Ｓ３）。この際、モータジェネレータ７における回転の状態によってコイル７ｕ，７ｖ，７ｗに流れる電流の向きが変化する。図２に示す例では、Ｕ相のコイル７ｕとＶ相のコイル７ｖにはインバータ５に向けて電流が流れ、Ｗ相にはインバータ５から電流が流れている。この場合、インバータ５のＵ相の下側アームのＩＧＢＴ５ｕ_２が短絡しているので、ＩＧＢＴ５ｕ_２のコレクタからエミッタに電流が流れるが、Ｖ相の下側アームのＩＧＢＴ５ｖ_２はＯＦＦしているので電流が流れず、Ｗ相の下側アームの還流ダイオード５ｗ_４に電流が流れる。上記したようにモータジェネレータ７における回転の状態によってコイル７ｕ，７ｖ，７ｗに流れる電流の向きが時々刻々と変化するが、いずれの状態も短絡しているＵ相には電流が流れる。そのため、故障しているＵ相に電流が集中し、Ｕ相のワイヤハーネスやモータジェネレータ７のＵ相のコイル７ｕ等には過電流が流れる。

この際、図３に示すように、１ターンコイルトランス５ａの１ターンコイル（Ｗ相のワイヤハーネス又はバスバー）５ａ_１には、交流電流が流れる（Ｓ４）。１ターンコイルトランス５ａでは、一次側の１ターンコイル５ａ_１に流れる交流電流に応じて二次側コイル５ａ_２に交流電流が流れる。この二次側コイル５ａ_２の交流電流（交流電力）に応じて、電源回路５ｂが起動する（Ｓ４）。

図４に示すように、電源回路５ｂでは、入力される交流電力を直流電力に変換し、直流電力（駆動電圧）をインバータ５の下側アームの三相のＩＧＢＴ５ｕ_２，５ｖ_２，５ｗ_２のゲートにそれぞれ供給する（Ｓ５）。これによって、短絡故障しているＵ相のＩＧＢＴ５ｕ_２以外のＶ相、Ｗ相のＩＧＢＴ５ｖ_２，５ｗ_２もＯＮし、下側アームでは三相が全て駆動状態（ＯＮ状態）となる（Ｓ５）。その結果、下側アームにおいてＵ相以外のＶ相とＷ相にも電流が連続的に流れ、下側アームの三相に電流が分散し、Ｕ相に集中しない。図４に示す状態では、Ｕ相のコイル７ｕとＶ相のコイル７ｖにはインバータ５に向けて電流が流れ、Ｗ相にはインバータ５から電流が流れており、インバータ５のＵ相の下側アームのＩＧＢＴ５ｕ_２が短絡しているのでＩＧＢＴ５ｕ_２のコレクタからエミッタに電流が流れ、Ｖ相の下側アームのＩＧＢＴ５ｖ_２はＯＮしているのでＩＧＢＴ５ｖ_２のコレクタからエミッタに電流が流れ、Ｗ相の下側アームの還流ダイオード５ｗ_４に電流が流れる。

この状態が車両牽引中は継続され、モータジェネレータ７に発生する逆起電力による電流は、インバータ５の下側アームの三相に分散して流れ続ける。なお、車両牽引が終了すると、モータジェネレータ７には外部トルクが加わらないので、モータジェネレータ７には逆起電力が発生しない。

なお、下側アームの他の相（Ｖ相、Ｗ相）のＩＧＢＴ５ｖ_２，ｗ_２が短絡故障した場合も、同様の動作となり、下側アームで三相ＯＮ状態となり、下側アームで電流が分散される。あるいは、上側アームの三相のＩＧＢＴ５ｕ_１，ｖ_１，ｗ_１のうちのいずれかのＩＧＢＴが短絡故障した場合も、同様の動作となり、下側アームで三相ＯＮ状態となり、下側アームで電流が分散される。

このインバータ５によれば、インバータ５の回路の一部を利用した１ターンコイルトランス５ａと電源回路５ｂによる簡単な回路構成より、インバータ５のＩＧＢＴの一相短絡故障時に車両牽引時等によってモータジェネレータ７の逆起電力が発生した場合でも、その逆起電力を利用して下側アームの全ての相のＩＧＢＴｕ_２，ｖ_２，ｗ_２をＯＮするための電力を確保でき、下側アームで三相ＯＮ状態を実施できる。その結果、短絡故障している相に電流が集中して流れることがなく（過電流を防止）、短絡故障している相のワイヤハーネスやモータジェネレータ７のコイル７ｕ等の部品の故障を防止できる。

また、インバータ５によれば、下側アームにおいて三相ＯＮを実施する構成としているので、三相うちの一相のみに対して１ターンコイルトランス５ａと電源回路５ｂを設ければよいので、コストを低減できる。さらに、インバータ５によれば、モータジェネレータ７の逆起電力を利用した自己給電回路なので、三相ＯＮを実施するためのバックアップ電源を設ける必要がなく、コストを低減できる。モータジェネレータ７の逆起電力を利用した自己給電回路なので、車両牽引等が長時間になっても、三相ＯＮを実施するための電力が不足することはない。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では車両に搭載されるモータシステムのインバータに適用したが、スイッチング素子の短絡故障時に駆動回路や制御装置に通電していない場合に外力によってモータが回転するような状況になるような他のモータシステムのインバータ（電力変換装置）にも適用可能である。

また、本実施の形態では１ターンコイルトランスと電源回路によって交流モータで発生する逆起電力を利用して短絡故障した相以外の相を含むスイッチング素子の駆動電力を生成する構成としたが、他の回路構成によって構成してもよい。

また、本実施の形態では下側アームの三相のスイッチング素子を全てＯＮする構成としたが、上側アームの三相のスイッチング素子を全てＯＮする構成としてもよいし、あるいは、上側アーム及び下側アームの三相のスイッチング素子を全てＯＮする構成としてもよい。なお、上側アームの三相のスイッチング素子を全てＯＮする場合、各相に対して電源が必要となるので、例えば、三相全てに対して１ターンコイルトランス及び電源回路をそれぞれ構成する。

また、本実施の形態では１個の三相交流モータジェネレータを備える構成に適用したが、複数の交流モータを備える構成にも適用可能であり、また、三相以外の交流モータにも適用可能である。また、本実施の形態ではインバータのスイッチング素子をＩＧＢＴとしたが、ＭＯＳＦＥＴ等の他のスイッチング素子でもよい。

１…モータシステム、２…バッテリ、３…システムメインリレー、４…ＤＣ／ＤＣコンバータ、５…インバータ、５ａ…１ターンコイルトランス、５ａ_１…１ターンコイル、５ａ_２…二次側コイル、５ｂ…電源回路、５ｕ_１，５ｕ_２，５ｖ_１，５ｖ_２，５ｗ_１，５ｗ_２…ＩＧＢＴ、５ｕ_３，５ｕ_４，５ｖ_３，５ｖ_４，５ｗ_３，５ｗ_４…還流ダイオード、６…駆動回路、７…モータジェネレータ、７ｕ，７ｖ，７ｗ…コイル、８…モータＥＣＵ、９ｕ，９ｖ，９ｗ…電流センサ。

Claims (3)

1. 交流モータの各相に対応して設けられるスイッチング素子を備え、直流電力を交流モータに供給する交流電力に変換する電力変換装置であって、
   前記各相に対応するスイッチング素子のうちの任意の相のスイッチング素子が短絡故障した場合、前記交流モータに発生する逆起電力を利用して、短絡故障した相以外の相を含むスイッチング素子の駆動電力を生成することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記交流モータの各相に繋がる前記電力変換装置の回路の一部を一次側の１ターンコイルとする１ターンコイルトランスと、
   前記１ターンコイルトランスの二次側のコイルから出力される交流電力を直流電力に変換し、前記変換した直流電力を各相のスイッチング素子の制御端子に供給する電源回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記交流モータは、車両に搭載され、
   前記車両の車輪の回転に応じた外部トルクによって前記交流モータが回転し、前記交流モータに逆起電力が発生する場合に適用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。

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