JP2014011812A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、バッテリから電力の供給を受けられない場合に備え、インバータのスイッチング素子が短絡故障し、その状態でモータが発電する場合にスイッチング素子を制御できるように、バッテリ以外の電源を確保する技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する電気自動車は、走行用のモータと電源回路とコントローラを備える。電源回路は、ジェネレータとしてのモータが発生する交流を直流に変換するデバイスである。コントローラは、電源回路から電力の供給を受けてインバータのスイッチング素子を制御する。電源回路は、一次コイルがモータに接続されるトランスと、トランスの二次コイルの出力を所定の直流電圧に調整する電圧レギュレータを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車に関する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や、燃料電池車を含む。

電気自動車は、バッテリの直流電力をモータ駆動に適した周波数の交流電力に変換するインバータを備える。また、多くの電気自動車では、制動の際に車両の慣性エネルギを利用してモータに発電させ、発電した電力をインバータが直流に変換し、バッテリを充電する。

例えば３相交流モータの場合、インバータは位相が異なるＵＶＷの３相の交流電流を出力する。直流電力から３相交流を生成するため、インバータは、主たる回路として、２個のスイッチング素子が直列に接続された回路を３セット並列に接続した構成を備える。２個のスイッチング素子の直列接続の中間点からモータの出力線が延びる。直列に接続された２個のスイッチング素子は「アーム」と呼ばれる。さらに、直列に接続された２個のスイッチング素子のうち、電圧の高い側のスイッチング素子を通る電流経路を「上アーム」と呼び、電圧の低い側のスイッチング素子を通る電流経路を「下アーム」と呼ぶことがある。

車両のタイプによってはインバータとモータが常時電気的に接続しているものがある。そのようなタイプの電気自動車においては、１つのスイッチング素子が短絡故障し、その状態でモータが発電すると、短絡故障したスイッチング素子、あるいは別の特定の部位に過大な電流が流れ、回路がダメージを受ける虞がある。あるいは、過大な電流がモータに逆流することによって、モータケーブルが損傷したり、モータの永久磁石が減磁してしまう虞もある。

そのようなダメージを回避する技術の一例が特許文献１−３に開示されている。特許文献１、２は、スイッチング素子が短絡故障した場合には単純にモータとインバータの接続を遮断するというものである。特許文献３の技術は、インバータの上アームのスイッチング素子が短絡故障した場合には他の上アームのスイッチング素子を短絡させ、下アームのスイッチング素子が短絡故障した場合には他の下アームのスイッチング素子を短絡させてモータが発生した電流を分散させるというものである。

特開２００７−３０６７２０号公報 特開２００８−１８２８４２号公報 特開２０１０−０６８６８９号公報

特許文献３の技術を採用する場合、スイッチング素子を制御するための電力が必要となる。通常、インバータのコントローラはバッテリから制御用の電力を得る。バッテリから電力が供給される場合はよいが、そうでない状況があり得る。例えば、インバータだけでなくバッテリも故障するか、または、バッテリとインバータの間のケーブルが切断した場合である。あるいは、車両を長時間にわたり牽引するとインバータに電力を供給するバッテリが電力不足になり、コントローラに十分な電力が供給できなくなる虞がある。なお、特定のタイプの電気自動車の場合、モータに電力を供給する高電圧のメインバッテリと、インバータの制御回路やルームランプなど、補機と称される低電圧デバイスに電力を供給する補機バッテリを備え、メインバッテリの電圧を降圧して補機に電力を供給する構成を有していることもある。そのようなタイプの電気自動車では、車両のメインスイッチがＯＦＦされている場合、あるいは、シフトセレクタがニュートラルレンジの場合、メインバッテリの電圧を降圧する降圧コンバータを停止することがある。それゆえ、牽引中はインバータの制御回路へ電力を供給するバッテリは補機バッテリだけとなり、長時間牽引を続けられると、補機バッテリが電力不足に陥り、インバータが動作できなくなる虞がある。

バッテリから電力供給を受けられなくなっては、モータが発生する電流の集中を防止するようにスイッチング素子を制御することができなくなる。本明細書は、バッテリから電力の供給を受けられない場合に備え、インバータのスイッチング素子が短絡故障し、その状態でモータが発電する場合にスイッチング素子を制御できるように、バッテリ以外の電源を確保する技術を提供する。

本明細書が開示する電気自動車の一実施形態は、インバータの出力によって走行用のモータを駆動する電気自動車に関する。モータは走行用のトルクを発生するだけでなく、ジェネレータとしても機能する。その電気自動車は、ジェネレータとしてのモータが発生する交流を直流に変換する電源回路と、電源回路から電力の供給を受けてインバータのスイッチング素子を制御するコントローラを備える。その電源回路は、一次コイルがモータに接続されるトランスと、トランスの二次コイルの出力を所定の（一定の）直流電圧に調整する電圧レギュレータを備える。

本明細書が開示する電気自動車は、モータを駆動するための電力を蓄えるメインバッテリや補機を駆動するための電力を蓄える補機バッテリの他に、モータが発生する交流を受けて直流電力を出力する電源回路を備える。インバータのコントローラは、メインバッテリや補機バッテリから電力供給が受けられない場合であってもモータが回転しているときには電源回路から電力供給を受けてスイッチング素子を制御することができる。

上記の電源回路は、メインバッテリや補機バッテリから電力供給が受けられない場合であってもモータが回転しているとき、即ち、非常時にコントローラに電力を供給するための回路である。特に、そのような非常時には、コントローラは、モータが発生する電流がインバータ内の所定の箇所に過度に流れないようにインバータのスイッチング素子を制御する。なお、電源回路の入力端（即ち、トランスの一次コイルの端子）は、一例として、インバータの出力端とモータの間に直列に接続される。

上記の非常時の典型は、インバータが少なくとも１つのスイッチング素子の短絡故障を起こしており、電気自動車のシフトセレクタにおいてＮレンジ（ニュートラルレンジ）が選択されており、さらにモータが外力によって（例えば牽引などによって）回転している場合である。そのような場合であってメインバッテリや補機バッテリから電源供給が受けられない場合に、コントローラは、電源回路から電力供給を受けて、モータが発生する電流がインバータ内の所定の箇所に過度に流れないようにインバータのスイッチング素子を制御する。

上記非常時におけるスイッチング素子制御の典型は、上アームのスイッチング素子が短絡故障した場合は他の上アームのスイッチング素子をONにし、下アームのスイッチング素子が短絡故障した場合は他の下アームのスイッチング素子をONにすることである。なお、非常時におけるスイッチング素子制御の別の例としては、上アームのスイッチング素子が短絡故障した場合は下アームの３相のスイッチング素子を全てＯＮにし、下アームのスイッチング素子が短絡故障した場合は上アームの３相のスイッチング素子を全てＯＮにする制御もあり得る。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電気自動車の電力系のブロック図である。 電源回路の一例のブロック図である。 電源回路の出力電圧と車速の関係を示すグラフである。

図面を参照して実施例の電気自動車２を説明する。図１に、電気自動車２の電力系のブロック図を示す。実施例の電気自動車２は、走行用のモータ６を有する。モータ６は、制動時にはジェネレータとして機能し、発電する。電気自動車２は、モータ６を駆動する電力を蓄えるメインバッテリ３の他に、補機バッテリ２４を備える。メインバッテリ３の出力は１００ボルト以上である。補機バッテリ２４は、メインバッテリ３よりも出力電圧が低く（通常５０ボルト以下）、補機に電力を供給するために備えられている。ここで、「補機」とは、モータの駆動電圧よりも低い電圧で駆動するデバイスであり、例えば、ルームランプ９１、ナビゲーション装置９２、インバータ５内のスイッチング素子を制御するコントローラ（インバータコントローラ９）、車両全体を統括制御するメインコントローラ２２などが含まれる。なお、補機バッテリ２４の負極はグランドとして車両のボディに接続している。それゆえ、ルームランプ９１やインバータコントローラ９などの補機も、負極はグランドに接続している。図１において、補機バッテリ２４の正極から延びている線ＰＢは、各補機へ電力を供給するための電力供給線を表している。図示した以外にも別の補機が多数存在するが、電力供給線ＰＢはその途中から図示を省略してある。

メインバッテリ３は、システムメインリレー４を介してインバータ５に接続している。また、メインバッテリ３は、システムメインリレー４を介して降圧コンバータ２１に接続しており、降圧コンバータ２１の出力（正極出力）は電力供給線ＰＢに接続している（負極出力はグランドに接続している）。降圧コンバータ２１は、メインバッテリ３の出力電圧を補機バッテリ２４の充電に適した電圧に下げる。即ち、補機バッテリ２４は、メインバッテリ３の電力によって充電される。なお、メインバッテリ３は、モータ６が発電した電力によって充電されたり、外部の電源（例えば商用電源）によって充電されることもある。

インバータ５は、昇降圧回路７とインバータ回路８を含む。昇降圧回路７は、メインバッテリ３の電圧を昇圧してインバータ回路８へ供給する機能と、モータ６が発電しインバータ回路８によって直流に変換された電力の電圧をメインバッテリ３の充電に適した電圧まで降圧する機能を有する。昇降圧回路７の低電圧側（バッテリ側）には、電流平滑用のフィルタコンデンサＣ２が接続されている。昇降圧回路７は、図１に示すように、２つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）の直列接続の中間点にリアクトルが接続した構造を有している。各スイッチング素子には電流の逆流を許容する還流ダイオードが逆並列に接続している。図１に示す昇降圧回路７の回路構成は良く知られているので詳しい説明は省略する。

昇降圧回路７の高電圧側の端子は、平滑化コンデンサＣ１を介してインバータ回路８に接続している。平滑化コンデンサＣ１は、インバータ回路８に入力される電流を平滑化するために備えられている。

インバータ回路８は、良く知られているように、２個のスイッチング素子の直列接続（例えばスイッチング素子Ｔ１とＴ２）のセットが３セット並列に接続した構成を有している。即ち、インバータ回路８は、６個のスイッチング素子Ｔ１−Ｔ６を有している。スイッチング素子は、典型的にはＩＧＢＴである。それぞれのスイッチング素子には、電流の逆流を許容する還流ダイオードが逆並列に接続している（例えば、スイッチング素子Ｔ１に対して還流ダイオードＤ１が逆並列に接続している）。２個のスイッチング素子の直列接続の中間点から交流電流が出力される。直列接続が３セットでＵＶＷの３相交流が出力される。そのＵＶＷ３相交流出力がモータ６を駆動する電力となる。

直列に接続された２個のスイッチング素子は、一般に「アーム」と呼ばれる。さらに、２個のスイッチング素子のうち、高電圧側（図１中の正極線Ｐの側）に接続しているスイッチング素子（Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５）は、「上アーム」と呼ばれ、低電圧側（図１中の負極線Ｎの側）に接続しているスイッチング素子（Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６）は「下アーム」と呼ばれる。

インバータ回路８は、昇降圧回路７によって昇圧されたメインバッテリの電力をモータ駆動に適した交流に変換する機能と、モータ６が生成した交流電力を直流に変換する機能を備える。

昇降圧回路７とインバータ回路８のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせる制御信号（ＰＷＭ信号）は、インバータコントローラ９が与える。インバータコントローラ９が与えるＰＷＭ信号により、昇降圧回路７は昇圧動作あるいは降圧動作を行い、インバータ回路８は、ＤＣＡＣ変換あるいはＡＣＤＣ変換を行う。インバータコントローラ９は、車速、アクセル開度、ブレーキ踏み込み量、あるいは、メインバッテリ３の残量などのデータに基づいて適宜のＰＷＭ信号を生成する。なお、先に述べたように、インバータコントローラ９は、通常は、補機バッテリ２４から（あるいは降圧コンバータ２１を介してメインバッテリ３から）電力の供給を受けて動作する。

インバータ５は、補機バッテリ２４（あるいはメインバッテリ３）から電力の供給を受けられないときに備えて、独自の電源回路１６を備えている。この電源回路１６は、モータが発電した交流電力をトランス１２で受け、整流平滑回路１３で直流に変換し、電圧レギュレータ１５によって安定した一定電圧を出力する。電源回路１６は、その出力がインバータコントローラ９の駆動に適した電圧となるように設定されている。トランス１２の一次コイル１２ａの一端はインバータ回路８の一つの出力（図１ではＷ相の出力）に接続しており、他端は、スイッチ１１を介してモータのＷ相に接続している。なお、電源回路１６の具体的な構成の例は後述する。

スイッチ１１は、モータＷ相の接続先を、インバータ回路８のＷ相出力端と一次コイル１２ａのいずれかに切り換えるスイッチであり、通常（異常が発生していないとき）はモータのＷ相をインバータ回路８のＷ相出力端に接続している。スイッチ１１は、特定の異常が発生するとモータのＷ相の接続先をインバータ回路８のＷ相出力端から一次コイル１２ａに切り換える。モータのＷ相の接続先が一次コイル１２ａに切り換えられると、トランス１２の一次コイル１２ａは、インバータの出力端とモータの間に直列に接続されることになる。

通常の場合（インバータに異常が発生していない場合）、電源回路１６はインバータ回路８とモータ６から切り離されている。インバータに異常が発生し、モータ６が外力によって回転して発電しているとき（例えば車両が慣性走行している間や牽引されているとき）に、スイッチ１１がモータのＷ相の接続先をインバータ回路８のＷ相出力端から一次コイル１２ａに切り換えると、電源回路１６が動作し、インバータコントローラ９に電力が供給される。即ち、このとき、インバータコントローラ９は、補機バッテリ２４やメインバッテリ３から電力の供給を受けずとも動作することができる。即ち、電源回路１６は、インバータコントローラ９がメインバッテリ３からも補機バッテリ２４からも電力の供給を受けられないときに、インバータコントローラ９に電力を供給するために備えられている。詳しくは後述するが、電源回路１６は、特に、モータ６が外部から駆動されて回転して発電を行っており（すなわち電流を発生しており）、かつ、スイッチング素子が短絡故障しているときに、バッテリに頼らずに残りの正常なスイッチング素子を制御するための電力を供給する。

スイッチング素子の短絡故障の影響について説明する。モータ６が外部から駆動されて回転して発電していると、生成された電流がインバータ回路８へと流れる。ここで、インバータ回路８のスイッチング素子のいずれか１つが短絡故障していると、そのスイッチング素子に電流が集中して流れ、インバータ５の回路の特定の箇所に過電流が流れる虞がある。また、短絡故障したスイッチング素子に流れ込んだ電流は、別のスイッチング素子に逆並列に接続された還流ダイオードを通じてモータ６に戻る。モータ６に過度の電流が流れる可能性があり、そうするとモータケーブルが損傷したり永久磁石が減磁してしまう虞もある。そのような場合、正常な他のスイッチング素子を制御して電流の集中を防止することが好ましい。スイッチング素子が短絡故障した場合の制御については後に詳しく説明する。

電気自動車２が備えている他のデバイス群（メインコントローラ２２、シフトセレクタ２３、メインスイッチ２５、車速センサ２６、電圧センサ２７）について説明する。メインコントローラ２２は、電気自動車２の電気系全体を統括管理するコントローラである。メインスイッチ２５とシフトセレクタ２３の信号はメインコントローラ２２に入力される。メインスイッチ２５は、いわゆるイグニッションスイッチであり、車両システムのメインスイッチに相当する。メインスイッチ２５をＯＮすると、メインコントローラ２２は、システムメインリレー４を閉じ、メインバッテリを車両の電気回路に接続する。図１の符号Ｃ１がその制御信号線を示している。なお、メインコントローラ２２には、補機バッテリ２４から電源が供給されている。

シフトセレクタ２３は、車両の駆動状態に関して、「ドライブ」、「ニュートラル」、「リバース」、及び、「パーキング」のいずれかを選択するデバイスである。選択された状態はメインコントローラ２２に通知される。

車速センサ２６は、車両の速度を検出する。電気自動車２では、駆動輪とモータ６が常に連結されているので、車速センサ２６のデータはモータ６の回転数も表す。また、電圧センサ２７は、補機バッテリ２４の電力供給線ＰＢからインバータコントローラ９に供給される電力の電圧を計測する。車速センサ２６と電圧センサ２７のセンサデータもメインコントローラ２２に送られる。

また、インバータコントローラ９とメインコントローラ２２は相互に通信し、データの授受を行う。

インバータ回路８が備えるスイッチング素子の短絡故障時の処理について説明する。インバータコントローラ９は、通常は、車速やアクセル開度の情報に基づきモータ６の目標出力を決定し、その目標出力が実現されるように、昇降圧回路７とインバータ回路８のスイッチング素子を制御する。また、制動時は、要求される制動力に応じて昇降圧回路７とインバータ回路のスイッチング素子を制御し、ジェネレータとしてモータが発生する交流電力を直流に変換し、さらに降圧してメインバッテリ３を充電する。通常時、上記の処理と同時にインバータコントローラ９は、スイッチング素子の動作をモニタし、いずれかのスイッチング素子が短絡故障を起こしていないかチェックする。短絡故障の検知方法は、例えば、特開２０１０−６８６８９号公報、特開２００８−１８２８４２号公報、あるいは、特開２００７−３０６７２０号公報に記載されている技術を利用する。インバータコントローラ９は、スイッチング素子が短絡故障していることを検知する際、故障を生じているスイッチング素子が上アームの素子であるか、下アームの素子であるかも判定する。この判定も、一例として、前述した特開２０１０−６８６８９号公報に記載されている技術を利用すればよい。

インバータコントローラ９は、スイッチング素子の短絡故障を検知すると、インバータ回路８の動作を停止するとともに、そのことをメインコントローラ２２に通知する。メインコントローラ２２は、インバータ回路８が故障により停止したことを知らせる警告灯（運転席のインパネに備えられている警告灯）を点灯させる。同時に、メインコントローラ２２は、車速センサ２６のセンサデータに基づき、車速がゼロでない場合、即ち、モータ６が回転している場合、次の処理を行う。なお、上述したように、モータを駆動するためのインバータ動作は停止しているので、ここで「モータが回転している」とは、「外力によってモータが回転している場合」を意味する。

メインコントローラ２２（及びインバータコントローラ９）が実施する制御は次のとおりである。すなわち、短絡故障しているスイッチング素子が上アームのスイッチング素子である場合、インバータ回路内の全ての上アームのスイッチング素子をＯＮにするようにインバータコントローラ９に指令を送る。インバータコントローラ９は、その指令に基づき、全ての上アームのスイッチング素子をＯＮにし、全ての下アームのスイッチング素子をＯＦＦにする駆動指令（ＰＷＭ信号）を生成し、各スイッチング素子へ送る（短絡故障しているスイッチング素子は駆動指令に関わらずにＯＮのままである）。逆に、短絡故障しているスイッチング素子が下アームのスイッチング素子である場合、メインコントローラ２２は、インバータ回路内の全ての下アームのスイッチング素子をＯＮにするようにインバータコントローラ９に指令を送る。インバータコントローラ９は、その指令に基づき、全ての下アームのスイッチング素子をＯＮにし、全ての上アームのスイッチング素子をＯＦＦにする駆動指令（ＰＷＭ信号）を生成し、各スイッチング素子へ送る。なお、別の例として、上アームのスイッチング素子が短絡故障した場合は下アームの３相のスイッチング素子を全てＯＮにする制御もあり得る。同様に、下アームのスイッチング素子が短絡故障した場合は上アームの３相のスイッチング素子を全てＯＮにする制御もあり得る。

上記のごとく、短絡故障したスイッチング素子と上下同じ側のアーム（上アーム側もしくは下アーム側）の他のスイッチング素子を全てＯＮとすることで、インバータ回路あるいはモータの所定箇所に電流が集中することを回避することができる。なお、短絡した側のスイッチング素子を全てのＯＮとする制御については、特開２０１０−６８６８９号公報に詳しいのでそちらを参照されたい。

なお、上記処理の間、インバータコントローラ９は、補機バッテリ２４から、あるいは、降圧コンバータ２１を介してメインバッテリ３から電力供給を受けられればそれでよい。次に、補機バッテリ２４とメインバッテリ３から電力供給を受けられない可能性がある場合について説明する。

メインコントローラ２２は、シフトセレクタ２３をモニタしており、スイッチング素子の短絡故障を検出した状態で、シフトセレクタ２３がＮレンジ（ニュートラルレンジ）を選択している場合、スイッチ１１を操作し、トランス１２の一次コイル１２ａをモータ６に接続する。すなわち、メインコントローラ２２は、電源回路１６を作動させ、電源回路１６からインバータコントローラ９へ電力を供給させる。車両が牽引されている場合、“Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ”が選択され、システムメインリレー４がＯＦＦとなっているため、降圧コンバータ２１は停止しており、補機バッテリ２４だけでは、いずれ電力残量（ＳＯＣ）が低下し、インバータコントローラ９が電力不足で停止する可能性があるからである。電源回路１６を作動させることによって、仮に補機バッテリ２４の残量（ＳＯＣ）がインバータコントローラ９を動作させられないほどに低下しても、電源回路１６が電力を供給するのでインバータコントローラ９が動作不能となることはない。降圧コンバータ２１が動作せずに長時間モータが回転し続けるという状態は、典型的には、シフトセレクタ２３がＮレンジを選択し、駆動輪を接地したまま長時間、電気自動車２が牽引される場合に起こり得る。実施例の電気自動車２は、そのような場合であっても、モータ６が生成した電流が特定の箇所に集中することを回避することができる。

上記の制御の変形例を説明する。上記のメインコントローラ２２は、インバータ回路８が少なくとも１つのスイッチング素子の短絡故障を起こしており、シフトセレクタ２３においてニュートラルレンジが選択されており、かつ、モータ６が回転している場合に、電源回路１６をモータ６に接続し、モータ６が発電した交流を直流に変換してインバータコントローラ９に供給させる。メインコントローラ２２は、実施例の構成に代えて次のように構成されてもよい。メインコントローラ２２は、シフトセレクタ２３をモニタせず、補機の電力供給線ＰＢからインバータコントローラ９に供給される電力の電圧（その電圧は電圧センサ２７によって計測される）をモニタする。メインコントローラ２２は、電力供給線ＰＢの電圧が所定の閾値（インバータコントローラ９を動作させることのできる最低限の電圧値、あるいはそれに近い値）を下回ったら電源回路１６を作動させる。電源回路１６は、補機の電力給線ＰＢから電力供給が受けられなくなったときのバックアップ電源である。それゆえ、上記のごとく、補機の電力供給線ＰＢの電圧が所定の閾値を下回ったら電源回路１６を作動させるようにすることも好適である。

少なくとも一つのスイッチング素子が短絡故障を起こし、モータ６が回転を続けている場合、短絡故障したスイッチング素子と同側アームのスイッチング素子を全てＯＮとする制御の代わりに、短絡故障したスイッチング素子と同側アームの健全なスイッチング素子を交互にＯＮさせるようにしてもよい。そのように制御しても、モータ６が発生する電流の集中を回避できる。あるいは、短絡故障したスイッチング素子の側とは反対の側のスイッチング素子を適宜にＯＮ／ＯＦＦして電流の集中を抑制するようにしてもよい。

次に、電源回路１６の構成の一例を説明する。図２に電源回路１６の一例のブロック図を示す。電源回路１６は、トランス１２、整流平滑回路１３、遮断回路１４、電圧レギュレータ１５（シリーズレギュレータ）の直列接続で構成される。前述したように、トランス１２の一次コイルの入力端子４１の一方がスイッチ１１を介してモータ６に接続しており、他端がインバータの出力端に接続している。トランス１２の二次コイル１２ｂには、整流平滑回路１３が接続している。整流平滑回路１３は、図２に示すように、４個のダイオードを使ったブリッジ整流回路３１であり、この回路は、二次コイル１２ｂが出力する交流を直流に整流する。コンデンサ３２は整流後の電流を平滑化するために備えられている。以下の説明では、整流平滑回路１３の出力電圧を入力電圧Ｖｙと称する。遮断回路１４は、入力電圧Ｖｙが過大となったときに電圧レギュレータ１５（後述）を保護する回路であり、入力電圧Ｖｙが所定の大きさを超えると、出力を停止する。電圧レギュレータ１５は、三端子レギュレータ３４を使ったシリーズドロッパ方式のレギュレータ回路である。なお、コンデンサ３６は、発振防止用に挿入されている。図２に示したブリッジ回路やレギュレータ回路は良く知られているので詳しい説明は省略する。

図２に示す回路図から明らかなとおり、この電源回路１６は、制御用の電力供給を受けることなく受動的に電圧を調整する回路である。即ち、電源回路１６は、入力端子４１に交流を与えるだけで一定電圧を出力する。電源回路１６は、補機バッテリ２４やメインバッテリ３から電力の供給を受けることなく、回転しているモータ６に一次コイル１２ａを接続するだけで直流電力を出力することができるので、補機バッテリ２４やメインバッテリ３が使用不可の場合のバックアップバッテリに適している。電源回路１６は、メインバッテリ３や補機バッテリ２４からの電力供給を必要とせずに、モータ６が発生した交流電力を、インバータコントローラ９を駆動するのに適した直流電力に変換することができる。

電圧レギュレータ１５の出力電圧（出力端子４２の電圧）、即ち、電源回路１６の出力電圧を出力電圧Ｖｘと称する。図３に、入力電圧Ｖｙ及び出力電圧Ｖｘの車速との関係を示す。車速が増加するほど、モータ６の回転数が上がるので、入力電圧Ｖｙは車速とともに増加する。電圧レギュレータ１５は、出力電圧を一定（図３の場合はＶｄ）に維持する。ここで、出力電圧Ｖｘ＝Ｖｄは、インバータコントローラ９を駆動するに適した電圧に設定されている。車速が増大し、車速ＳＰ１のとき、入力電圧はＶｙ＝Ｖｍとなる。この値は、電圧レギュレータ１５の上限電圧に相当する。遮断回路１４は、入力電圧ＶｙがＶｍを超えると出力を停止するように構成されている。それゆえ、車速がＳＰ１以上の場合は、遮断回路１４が作動し、出力電圧Ｖｘはゼロとなる。このようにして遮断回路１４は電圧レギュレータ１５を保護する。

実施例で説明した技術の留意点を述べる。実施例では、スイッチ１１は、メインコントローラ２２によって切り換えられた。具体的には、メインコントローラ２２は、インバータ回路８が少なくとも１つのスイッチング素子の短絡故障を起こしており、シフトセレクタ２３においてＮレンジが選択されており、さらにはモータ６が回転している場合に、モータ６と電源回路１６を接続するようにスイッチ１１を切り換える。そのような構成に代えて、スイッチ１１は、補機バッテリの電力供給線ＰＢの電圧が所定の値よりも低くなった場合に自動的にモータ６と電源回路１６を接続するように構成してもよい。そのような動作を実現する構成の一例を説明する。スイッチ１１はリレーであり、ノーマルクローズの端子（電力供給がない場合に閉じる端子）が一次コイル１２ａに接続しており、ノーマルオープンの端子（電力供給がない場合に開く端子）がインバータ回路８の出力端に接続している。ノーマルオープンの端子とノーマルクローズの端子のいずれかと接続する接点には、モータ６から延びているケーブルが接続している。そして、補機の電力供給線ＰＢから、そのリレーに電力が供給される。そのように構成すると、電力供給線ＰＢの電圧が所定値（補機を駆動するのに必要な最低限の電圧）よりも大きければ、電源回路１６はモータ６から切り離され、電力供給線ＰＢの電圧が所定値を下回ると電源回路１６がモータ６と接続されることになる。この構成は、補機バッテリ２４の残量低下に伴って自動的にスイッチ１１が切り換わるという利点を有している。

実施例のインバータコントローラ９は、通常走行においてモータ駆動のためにインバータ回路８を制御する機能と、スイッチング素子が短絡故障したときに他のスイッチング素子を制御する機能を兼ね備えている。そのような構成に代えて、通常走行においてインバータ回路８を制御するコントローラと、スイッチング素子が短絡故障したときに他のスイッチング素子を制御する異常時用コントローラが別物であってもよい。

実施例の電源回路１６では、その一次コイルがインバータの出力端（２個のスイッチング素子の直列接続の中間点）とモータ６の間に直列に接続されていた。そのような構成に代えて、インバータとは別に、一次コイルがモータに接続されていてもよい。例えば、モータの３相端子のいずれか２つの端子に一次コイルが接続されていてもよい。

実施例のメインコントローラ２２とインバータコントローラ９を合わせたものが、「コントローラ」の一例に相当する。「コントローラ」が物理的に一つであるか、物理的に複数の筐体が協働して一つの「コントローラ」を実現するかは、どちらでもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車
３：メインバッテリ
４：システムメインリレー
５：インバータ
６：モータ
７：昇降圧回路
８：インバータ回路
９：インバータコントローラ
１１：スイッチ
１２：トランス
１２ａ：一次コイル
１２ｂ：二次コイル
１３：整流平滑回路
１４：遮断回路
１５：電圧レギュレータ
１６：電源回路
２１：降圧コンバータ
２２：メインコントローラ
２３：シフトセレクタ
２４：補機バッテリ
２５：メインスイッチ
２６：車速センサ
２７：電圧センサ
３１：ブリッジ整流回路
３２：コンデンサ
３４：三端子レギュレータ
３６：コンデンサ

Claims (5)

1. インバータの出力により走行用のモータを駆動する電気自動車であり、
   ジェネレータとしてのモータが発生する交流を直流に変換する電源回路と、
   電源回路から電力の供給を受けてインバータのスイッチング素子を制御するコントローラと、を備えており、
   電源回路は、
   一次コイルがモータに接続されるトランスと、
   トランスの二次コイルの出力を所定の直流電圧に調整する電圧レギュレータを備えていることを特徴とする電気自動車。
2. 一次コイルは、インバータの出力とモータの間に直列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
3. 前記コントローラは、モータが発生する電流がインバータ内の所定の箇所に過度に流れないようにインバータのスイッチング素子を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車。
4. 前記インバータは、複数の上アームと下アームを備えており、
   前記コントローラは、上アームのスイッチング素子が短絡故障した場合は他の上アームのスイッチング素子をＯＮにし、下アームのスイッチング素子が短絡故障した場合は他の下アームのスイッチング素子をＯＮにすることを特徴とする請求項３に記載の電気自動車。
5. 前記電源回路は、インバータが少なくとも１つのスイッチング素子の短絡故障を起こしており、当該電気自動車のシフトセレクタにおいてニュートラルレンジが選択されており、かつ、モータが回転している場合に、モータが発電した交流を直流に変換してコントローラに供給することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気自動車。

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