JP2015006021A - モータ駆動装置及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動装置に搭載されたインバータにおいてスイッチング素子が短絡したときにモータを適切に保護する
【解決手段】モータジェネレータＭＧ１の各相のコイルにそれぞれ接続されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のレグを備えたインバータ２２において、インバータ２２に含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際に、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子も短絡させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車等に搭載されるモータ駆動装置及びモータに関する。

ハイブリッド自動車に搭載されたモータジェネレータを制御するモータ駆動装置において、インバータのスイッチング素子のいずれかに過電流が流れる異常に対する対策が施されている。

例えば、過電流の検出に応じて、インバータを運転停止状態とすると共に、電流センサからのモータ電流に基づいて短絡相を特定し、コンデンサの放電処理において短絡相の上下アームを構成する２つのスイッチング素子を同時にオンさせることにより、車両の牽引時にモータジェネレータに発生した逆起電力によりインバータ及び電源線が過電流となることを抑制する技術が開示されている（特許文献１）。

特開２００８−５４４２０号公報

短絡相の上下アームのオン状態を継続させることによってスイッチング素子を短絡することによって、スイッチング素子に過電流が流れることがある。その過電流が検知されると、スイッチング素子の自己保護機能によって、スイッチング素子が自動的にオフ状態となってしまうことがある。したがって、オフ状態となる現象に対する対策が必要である。

また、コンデンサの放電処理によってスイッチング素子を短絡するためには大きな容量のコンデンサを搭載する必要があり、装置の大型化や製造コストの増大を招くおそれがある。さらに、何らかの原因によりコンデンサが十分に充電されていなかった場合、必要な電流を得ることができず、スイッチング素子を短絡できないおそれがある。

本発明の一つの態様は、多相のモータ（モータジェネレータ）の各相のコイルにそれぞれ接続される多相のレグを備え、各相のレグは上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子を有するインバータと、前記スイッチング素子を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記多相のレグに含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際に、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子も短絡させる短絡手段を持つことを特徴とするモータ駆動装置及びモータである。

例えば、前記短絡手段として、前記制御装置は、前記多相のレグに含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際に、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子を通常のスイッチングにおけるキャリア周波数より高い周波数でスイッチングさせる。

また、例えば、前記短絡手段として、前記制御装置は、前記多相のレグに含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際に、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子をハーフオンさせる。

ここで、前記多相のレグに含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際にバッテリから電力を供給しつつ、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子も短絡させることがより好適である。

例えば、前記短絡手段として、前記制御装置は、前記スイッチング素子のいずれかが短絡故障した際に、短絡故障したスイッチング素子と異なるスイッチング素子を短絡させてもよい。

本発明によれば、モータ駆動装置に搭載されたインバータにおいてスイッチング素子が短絡したときにモータを適切に保護することができる。

本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置の機能ブロックを示す図である。 本発明の実施の形態における高速スイッチングによる保護処理のフローチャートである。 短絡異常が発生したときの状態を説明する図である。 保護処理が完了したときの状態を説明する図である。 本発明の実施の形態における高速スイッチングによる保護処理の別例のフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるハーフオンによる保護処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるハーフオンによる保護処理の別例のフローチャートである。

本発明の実施の形態に係るモータ駆動装置１００は、図１に示すように、直流電源１０、電圧センサ１２、システムリレー１４，１６、コンデンサ１８、昇降圧コンバータ２０、インバータ２２，２４、電流センサ２６，２８及び制御装置３０を備える。

エンジンＥＮＧは、駆動力を発生する。エンジンＥＮＧの発生する駆動力は、動力分割機構ＰＳＤによって２つの経路に分割され、一方は減速機を介して車輪を駆動する駆動軸に伝達され、他方はモータジェネレータＭＧ１へ伝達される。

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に蓄えられた電力及びエンジン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として使用されると共に、エンジンＥＮＧを始動する等の電動機として使用される。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（バッテリ）を含んで構成され、電源ラインＶＬ及びアースラインＳＬの間に直流電力を供給する。システムリレー１４は、直流電源１０の正極と電源ラインＶＬとの間に接続される。システムリレー１６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１４，１６は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフ制御される。直流電源１０及び昇降圧コンバータ２０の組合せにより、直流電圧を昇圧して電源ラインＶＬ及びアースラインＳＬに出力する。この場合、昇降圧コンバータ２０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及びアースラインＳＬ間の直流電圧を二次電池の充電電圧として供給することもできる。また、電源ラインＶＬ及びアースラインＳＬの間には、平滑用コンデンサ１８が接続される。電圧センサ１２は、コンデンサ１８の両端の電圧Ｖｍ（インバータ２２，２４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２２は、Ｕ相レグ２２Ｕ、Ｖ相レグ２２Ｖ及びＷ相レグ２２Ｗを含む。Ｕ相レグ２２Ｕ、Ｖ相レグ２２Ｖ及びＷ相レグ２２Ｗ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相レグ２２Ｕは、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１からなる上アーム並びにスイッチング素子Ｑ２及びダイオードＤ２からなる下アームを直列接続して構成される。Ｖ相レグ２２Ｖは、スイッチング素子Ｑ３及びダイオードＤ３からなる上アーム並びにスイッチング素子Ｑ４及びダイオードＤ４からなる下アームを直列接続して構成される。Ｗ相レグ２２Ｗは、スイッチング素子Ｑ５及びダイオードＤ５からなる上アーム並びにスイッチング素子Ｑ６及びダイオードＤ６からなる下アームを直列接続して構成される。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間にエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにそれぞれ接続される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ等のパワー素子とすればよい。

各相アームの中間点は、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る。すなわち、３相の永久磁石モータであるモータジェネレータＭＧ１の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る。Ｕ相コイルの他端はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の中間点に、Ｖ相コイルの他端はスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｗ相コイルの他端はスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点にそれぞれ接続される。また、インバータ２４は、インバータ２２と同様の構成からなる。

インバータ２２は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ_１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ＴＲ_１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２２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ＰＷＭＩ_１に基づいて直流電圧に変換し、コンデンサ１８を介して変換した直流電圧を直流電源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２４は、制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ_２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ＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ_２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２４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ＰＷＭＩ_２に基づいて直流電圧に変換し、コンデンサ１８を介して変換した直流電圧を直流電源１０へ供給する。

電流センサ２６は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流ＭＣＲＴ_１（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ＭＣＲＴ_２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ＴＲ（ＴＲ_１，ＴＲ_２）及びモータ回転数ＭＲＭ（ＭＲＮ_１，ＭＲＮ_２）を受け、電圧センサ１２から電圧Ｖｍを受け、電流センサ２６，２８からモータ電流ＭＣＲＴ_１，ＭＣＲＴ_２を受ける。

制御装置３０は、電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ_１及びモータ電流ＭＣＲＴ_１に基づいて、インバータ２２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ_１を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ_１をインバータ２２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ１が駆動される。また、制御装置３０は、電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ_２及びモータ電流ＭＣＲＴ_２に基づいて、インバータ２４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ_２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ_２をインバータ２４へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ２が駆動される。さらに、制御装置３０は、システムリレー１４，１６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１４，１６へ出力する。

以下、図２の機能ブロックを参照して、制御装置３０によるモータ駆動装置１００の制御について説明する。

制御装置３０は、モータ制御用相電圧演算部３２、インバータ用駆動信号変換部３４、インバータ異常検出部３６及び短絡相検出部３８を含む。また、図示しないが、制御装置３０は、同様の構成からなるインバータ２４の制御手段を含む。

モータ制御用相電圧演算部３２は、電圧センサ１２からインバータ２２の電圧Ｖｍ、電流センサ２６から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、外部ＥＣＵ２００からトルク指令値ＴＲ_１を受ける。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ＭＧ１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^＊を算出し、その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２２の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフする信号ＰＷＭＩ_１を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ_１を各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へ出力する。

これにより、インバータ２２の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がスイッチング制御され、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の各相に流れる電流が制御される。そして、モータ電流ＭＣＲＴ_１が制御され、トルク指令値ＴＲ_１に応じたモータトルクがモータジェネレータＭＧ１から出力される。図示しないが、インバータ２４についても制御装置３０にて同様に制御される。

このようにして、通常時のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御が行われる。次に、図３のフローチャートを参照して、インバータ２２のいずれかのアームのスイッチング素子に短絡が生じたときの保護制御について説明する。

なお、本実施の形態では、短絡とは、スイッチング素子が導通状態に固定された状態を意味するものとする。すなわち、スイッチング素子が故障により短絡した状態のみならず、何らかの原因によってスイッチング素子が導通状態に維持されている状態のことを短絡という。

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２２に発生した異常を検出する（ステップＳ１０）。インバータ２２の異常検出は、電流センサ２６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。

図４は、インバータ２２の短絡相を特定する方法を説明するための図である。以下、インバータ２２を構成するＵ，Ｖ，Ｗ相レグ２２Ｕ〜２２Ｗのうち、Ｕ相レグ２２Ｕの下アームスイッチング素子Ｑ２が短絡したものとして説明を行う。ただし、他の相のレグに短絡が生じた場合も同様に処理することができる。

スイッチング素子Ｑ２が短絡すると、スイッチング素子Ｑ２に内蔵される電流センサによって過電流が検出される。

過電流が検出された際には、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ことができる。その後、車両は、修理工場等に牽引運搬等されることになる。エンジンＥＮＧ、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２は動力分割機構ＰＳＤを介して互いに連結されているので、退避走行や牽引運搬においてモータジェネレータＭＧ２が回転するのに伴って、モータジェネレータＭＧ１も強制的に回転させられる。

このとき、インバータ２２が運転停止状態とされていると、モータジェネレータＭＧ１の回転に伴って、その回転子に装着された磁石ＰＭが回転し、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。Ｕ相レグ２２Ｕのスイッチング素子Ｑ２（下アーム）が短絡しているケースでは、各スイッチング素子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相レグ２２Ｕを介した短絡経路が形成される。

具体的には、スイッチング素子Ｑ２の短絡によってインバータ２２のアースラインＳＬがＵ相レグ２２Ｕの中間点Ｘｕと導通すると、図中に示すように、アースラインＳＬ〜ダイオードＤ４〜Ｖ相レグ２２Ｖの中間点Ｘｖ〜導電線〜Ｖ相コイルに至る第１の経路Ｒｔ１と、アースラインＳＬ〜ダイオードＤ６〜Ｗ相レグ２２Ｗの中間点Ｘｗ〜導電線〜Ｗ相コイルに至る第２の経路Ｒｔ２に流れる電流が合流して、モータジェネレータＭＧ１のＵ相コイル〜導電線〜Ｕ相レグ２２Ｕの中間点〜アースラインＳＬを経路としてＵ相モータ電流Ｉｕが流れる。このように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相レグ２２Ｕ〜２２Ｗにおいて、短絡したＵ相レグ２２Ｕの下アームと、Ｖ相レグ２２Ｖ及びＷ相レグ２２ＷのダイオードＤ４，Ｄ６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）

すなわち、当該閉回路には、Ｖ相モータ電流Ｉｖ及びＷ相モータ電流Ｉｗの大きさの和に相当する大きな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２２及び導電線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、モータジェネレータＭＧ１のコイル及び導電線の耐熱温度を超える高温の発生によって、短絡した相のモータジェネレータＭＧ１のコイル及び導電線が焼損してしまう可能性がある。

本発明の実施の形態は、電流センサ２６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したものとして特定される。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することが好適である。

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場合、過電流が検出されたスイッチング素子が短絡故障したものか否かを判定する（ステップＳ１２）。短絡故障であればステップＳ１４に処理を移行させ、そうでなければステップＳ２０に処理を移行させる。

このとき、インバータ異常検出部３６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のいずれかに短絡故障による異常が発生したと判定した場合、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及び外部ＥＣＵ２００へ出力する。

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停止制御へと移行する。

また、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２６からのモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ及びその電流の向きに基づいて短絡故障が発生した相及びアーム（以下、短絡相及び短絡アームと称する）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及びアームを示す信号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を実行する。

また、短絡相検出部３８は、システムリレー１４，１６を閉状態に維持する信号ＳＥを出力し、直流電源１０からインバータ２２への電源供給を継続させる（ステップＳ１４）。このとき、昇降圧コンバータ２０により直流電源１０を昇圧して供給してもよいし、昇圧を行うことなく電力を供給してもよい。

次に、インバータ用駆動信号変換部３４は、スイッチング素子の高速スイッチング処理を行う（ステップＳ１６）。これは、短絡故障が発生したスイッチング素子と別の相のレグに含まれ、短絡故障が発生したスイッチング素子と同一のアーム側のスイッチング素子を強制的に短絡故障させる処理である。ここでの処理が短絡手段による処理に相当する。

Ｕ相レグ２２Ｕのスイッチング素子Ｑ２（下アーム）が短絡故障している場合、インバータ用駆動信号変換部３４は、スイッチング素子Ｑ２とは別の相のレグにおける下アーム側のスイッチング素子、すなわちＶ相レグ２２Ｖのスイッチング素子Ｑ４及びＷ相レグ２２Ｗのスイッチング素子Ｑ６のゲートに高速スイッチング用の信号Ｔａｂｎを出力する。

ここで、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６のゲートに印加される信号は、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６がスイッチングにより短絡故障する程度の高速スイッチングが行われる周波数とし、通常時のインバータ２２のスイッチングのキャリア周波数よりも高い周波数とすることが好適である。特に、通常時のインバータ２２のスイッチングのキャリア周波数の２倍以上の周波数とすることが好適である。

また、インバータ用駆動信号変換部３４は、スイッチング素子Ｑ２とは別の相のレグにおける上アーム側のスイッチング素子、すなわちＶ相レグ２２Ｖのスイッチング素子Ｑ３及びＷ相レグ２２Ｗのスイッチング素子Ｑ５のゲートに通常の制御で使用される範囲内の周波数の信号Ｔａｂｎを出力する。さらに、Ｕ相レグ２２Ｕのスイッチング素子Ｑ２と同相の上アーム側のスイッチング素子Ｑ１はオフ状態とする信号Ｔａｂｎを出力する。

これにより、表１に示すように、短絡故障した相の上アームのスイッチング素子Ｑ１はオフされ、短絡故障していない相の上アームのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５は通常の周波数でパルス駆動され、短絡故障していない相の下アームのスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６は通常よりも高い周波数でパルス駆動される。

Ｖ相レグ２２Ｖ及びＷ相レグ２２Ｗには直流電源１０から電源が供給されつつ下アーム側のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６は高速スイッチングによりオン及びオフが繰り返され、その高速スイッチングによって発生する電力損失によってスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６も短絡故障させることができる。

インバータ異常検出部３６及び短絡相検出部３８は、ステップＳ１６の高速スイッチング処理を継続しつつ、電流センサの検出値から短絡故障が発生したスイッチング素子と別の相のレグに含まれ、短絡故障が発生したスイッチング素子と同一のアーム側のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６が短絡故障したか否かを判定する（ステップＳ１８）。スイッチング素子Ｑ４及びＱ６が短絡故障したと判定された場合にはステップＳ２０に処理を移行させ、未だ短絡故障していない場合にはステップＳ１６の処理を繰り返す。

スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６が短絡故障したと判定された場合、インバータ異常検出部３６は、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のすべてが短絡故障したことを示す信号ＦＩＮＶを生成し、インバータ用駆動信号変換部３４及び外部ＥＣＵ２００へ出力する（ステップＳ２０）。

インバータ用駆動信号変換部３４は、インバータ２２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングを停止させる。また、外部ＥＣＵ２００は、ドライバー等に車両の保護制御が終了したことを示す情報を示してもよい。

このように、短絡故障が生じたスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子を強制的に短絡故障させることによって、図５に示すように、Ｕ相レグ２２Ｕ、Ｖ相レグ２２Ｖ及びＷ相レグ２２Ｗのいずれの相にも平均的に略等しい電流が流れることになり、いずれかの相に電流が集中することがなくなる。したがって、電流の集中によるモータジェネレータＭＧ１のコイルや導電線の焼損を防ぐことができる。

また、従来のように、コンデンサ１８からの放電を利用して短絡故障を生じさせるのではなく、直流電源１０から電力を供給しつつ短絡故障を生じさせるので、処理中に電力が不足して保護が不十分となることを防ぐことができる。

なお、図６のフローチャートに示すように、ステップＳ１２における短絡故障の判定をしなくてもよい。この場合、ステップＳ１０において短絡アームが検出された場合には故障であるか否かに関わらず、短絡が発生したスイッチング素子と別の相のレグに含まれ、短絡が発生したスイッチング素子と同一のアーム側のスイッチング素子を短絡させる処理を行ってもよい。

また、ステップＳ１８における短絡故障の判定をすることなく、代わりにステップＳ２２を設けて、短絡異常が発生したスイッチング素子と別の相のレグに含まれ、短絡異常が発生したスイッチング素子と同一のアーム側のスイッチング素子が短絡したか否かを判定するものとしてもよい。すなわち、必ずしも短絡故障に至るまで処理をせず、短絡状態が維持された状態とすればよい。

また、図７のフローチャートに示すように、ステップＳ１４において高速スイッチングを行う代わりに、ステップＳ２４を設けて、スイッチング素子をハーフオンさせるようにしてもよい。

この場合、Ｕ相レグ２２Ｕのスイッチング素子Ｑ２（下アーム）が短絡故障している場合、インバータ用駆動信号変換部３４は、スイッチング素子Ｑ２とは別の相のレグにおける下アーム側のスイッチング素子、すなわちＶ相レグ２２Ｖのスイッチング素子Ｑ４及びＷ相レグ２２Ｗのスイッチング素子Ｑ６のゲートに通常の半分程度のゲート電圧を印加して通常のパルス振幅の半分程度の振幅の電流が継続して流れるようにする信号Ｔａｂｎを生成して出力する。また、インバータ用駆動信号変換部３４は、スイッチング素子Ｑ２とは別の相のレグにおける上アーム側のスイッチング素子、すなわちＶ相レグ２２Ｖのスイッチング素子Ｑ３及びＷ相レグ２２Ｗのスイッチング素子Ｑ５のゲートに通常の制御で使用される範囲内の周波数の信号Ｔａｂｎを出力する。さらに、Ｕ相レグ２２Ｕのスイッチング素子Ｑ２と同相の上アーム側のスイッチング素子Ｑ１はオフ状態とする信号Ｔａｂｎを出力する。

これにより、表２に示すように、短絡故障した相の上アームのスイッチング素子Ｑ１はオフされ、短絡故障していない相の上アームのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５は通常の周波数でパルス駆動され、短絡故障していない相の下アームのスイッチング素子Ｑ４，Ｑ６はハーフオンした状態が維持されるように駆動される。

このような処理によって、ハーフオンされたスイッチング素子では抵抗損失による発熱により短絡故障が生ずる。これにより、短絡故障が発生したスイッチング素子と別の相のレグに含まれ、短絡故障が発生したスイッチング素子と同一のアーム側のスイッチング素子を強制的に短絡故障させることができる。

なお、図８のフローチャートに示すように、ステップＳ１２における短絡故障の判定をすることなく、ステップＳ１０において短絡アームが存在した場合には故障であるか否かに関わらず他のスイッチング素子を短絡させる処理を行ってもよい。また、ステップＳ１８における短絡故障の判定をすることなく、代わりにステップＳ２２を設けて、短絡異常が発生したスイッチング素子と別の相のレグに含まれ、短絡異常が発生したスイッチング素子と同一のアーム側のスイッチング素子が短絡したか否かを判定するものとしてもよい。

本実施の形態では下アーム側のスイッチング素子が短絡した場合について説明したが、上アーム側のスイッチング素子が短絡した場合も同様に処理することができる。すなわち、本実施の形態において上アームと下アームとを入れ替えて処理することにより、短絡が発生したスイッチング素子と別の相のレグに含まれ、短絡が発生したスイッチング素子と同一のアーム側（上アーム）のスイッチング素子を強制的に短絡させればよい。

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と別の相の同一のアーム側のスイッチング素子を短絡させる。これにより、上下アームの短絡を防ぐことができ、各スイッチング素子に過電流が流れることを抑制することができる。したがって、モータジェネレータＭＧ１に逆起電力が生じたときであっても特定の相に電流が集中することを避けることができ、モータジェネレータＭＧ１のコイルや導電線の焼損を防ぐことができる。

特に、高速スイッチングやハーフオンによって短絡させることによって、より好適に過電流の発生を抑制することができる。

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、例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。

本発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車、電気自動車に搭載されるモータ駆動装置及びモータに限定されるものではなく、逆起電力の印加により故障する可能性があるモータを備えた装置全般のモータ駆動装置及びモータに適用することができる。

１０ 直流電源、１２ 電圧センサ、１４，１６ システムリレー、１８ 平滑用コンデンサ、２０ 昇降圧コンバータ、２２，２４ インバータ、２２Ｕ Ｕ相レグ、２２Ｖ Ｖ相レグ、２２Ｗ Ｗ相レグ、２６，２８ 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、Ｑ１-Ｑ６ スイッチング素子。

Claims (6)

1. 多相のモータの各相のコイルにそれぞれ接続される多相のレグを備え、各相のレグは上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子を有するインバータと、
   前記スイッチング素子を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記多相のレグに含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際に、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子も短絡させる短絡手段を持つことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記短絡手段として、前記制御装置は、前記多相のレグに含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際に、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子を通常のスイッチングにおけるキャリア周波数より高い周波数でスイッチングさせることを特徴とするモータ駆動装置。
3. 請求項１に記載のモータ駆動装置であって、
   前記短絡手段として、前記制御装置は、前記多相のレグに含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際に、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子をハーフオンさせることを特徴とするモータ駆動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、
   前記多相のレグに含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際にバッテリから電力を供給しつつ、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子も短絡させることを特徴とするモータ駆動装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置であって、
   前記短絡手段として、前記制御装置は、前記スイッチング素子のいずれかが短絡故障した際に、短絡故障したスイッチング素子と異なるスイッチング素子を短絡させることを特徴とするモータ駆動装置。
6. 多相のモータの各相のコイルにそれぞれ接続される多相のレグを備え、各相のレグは上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子を有するインバータと、
   前記スイッチング素子を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記多相のレグに含まれるスイッチング素子のいずれかが短絡した際に、短絡したスイッチング素子と異なる相のレグに含まれ、短絡したスイッチング素子と同じアーム側のスイッチング素子も短絡させる短絡手段を持つことを特徴とするモータ。

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