JP2019170045A

JP2019170045A - システム

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Publication number: JP2019170045A
Application number: JP2018055320A
Authority: JP
Inventors: 清隆松原; Kiyotaka Matsubara; 中村　誠; Makoto Nakamura; 誠中村; 大悟野辺; Daigo Nobe; 隆士小俣; Takashi Omata
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-10-03
Also published as: CN110299886A; CN110299886B; US11211889B2; US20190296676A1

Abstract

【課題】適切な状態で３相オン状態とする。【解決手段】制御部２４は、モータ１０についての出力要求に応じたモータ電圧ベクトルを、第１インバータ１２の出力についての第１インバータ電圧ベクトルと、第２インバータ１４の出力についての第２インバータ電圧ベクトルに分配するとともに、３相オンの切り替え条件を満たすか否かを判定する。そして、３相オンの判定結果が満たすである場合に、一方のインバータにおける前記複数の上スイッチング素子または前記複数の下スイッチング素子のいずれかのすべてをオンし前記モータの各相コイルの一端を共通接続する３相オンに切り替え、他方のインバータの出力のみで前記モータを駆動する。ここで、３相オンの切り替え条件は、一方のインバータが故障していること、２つのインバータは故障しておらず一方のインバータの出力についてのインバータ電圧ベクトルが０近傍であること、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、２つの電源と、２つのインバータを有し、２つのインバータの出力で１つのモータを駆動するシステムに関する。

特許文献１には、２つのエネルギー源と、２つのインバータを有し、２つのインバータの出力で１つのモータを駆動するモータシステムが記載されている。このシステムでは、１つのエネルギー源からの電力のみでモータを駆動する場合に、他のエネルギー源についてのインバータにおいて上側または下側のすべてのスイッチング素子をオンしてモータに人為的なＹ字型接続（スター結線）を形成することが示されている。

なお、特許文献２にも、特許文献１と同様に、１つのインバータのスイッチング素子のオンオフによりモータをスター結線とすることが記載されている。

特開２００６−２３８６８６号公報特開２００５−５３５２７６号公報

特許文献１，２では、２つのインバータを持つシステムで、一方のインバータのみを使用する場合に、他方のインバータによってモータをスター結線とする。しかし、どのような条件において、スター結線とするかが明確でない。

本発明に係るシステムは、上スイッチング素子と下スイッチング素子の直列接続からなるアームを複数有し、前記複数のアームの両端に第１電源からの直流電力が供給され前記複数のアームの中間点から交流電力を出力する第１インバータと、上スイッチング素子と下スイッチング素子の直列接続からなるアームを複数有し、前記複数のアームの両端に第２電源からの直流電力が供給され前記複数のアームの中間点から交流電力を出力する第２インバータと、前記第１インバータおよび第２インバータからの交流電力によって駆動されるモータと、前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御する制御部と、を含み、前記制御部は、前記モータについての出力要求に応じたモータ電圧ベクトルを、前記第１インバータの出力についての第１インバータ電圧ベクトルと、前記第２インバータの出力についての第２インバータ電圧ベクトルに分配するとともに、３相オンの切り替え条件を満たすか否かを判定し、判定結果が満たすである場合に、一方のインバータにおける前記複数の上スイッチング素子または前記複数の下スイッチング素子のいずれかのすべてをオンし前記モータの各相コイルの一端を共通接続する３相オンに切り替え、他方のインバータの出力のみで前記モータを駆動し、前記３相オンの切り替え条件は、一方のインバータが故障していること、２つのインバータは故障しておらず一方のインバータの出力についてのインバータ電圧ベクトルが０近傍であること、を含む。

また、前記制御部は、前記一方のインバータにおいて、１つのスイッチング素子が短絡故障している場合において、故障しているスイッチング素子が上スイッチング素子であれば、上スイッチング素子のすべて、故障しているスイッチング素子が下スイッチング素子であれば下スイッチング素子のすべてをオンするとよい。

また、前記制御部は、２つのインバータは故障しておらず一方のインバータの出力についてのインバータ電圧ベクトルが０近傍である場合においても、前記モータ電圧ベクトルの変化が所定以上である場合には、３相オンへの切り替えを禁止するとよい。

本発明によれば、一方のインバータが故障している状態や、ひとつのインバータは故障しておらず一方のインバータの出力についてのインバータ電圧ベクトルが０近傍である状態など適切な状態で、３相オンとすることが可能になる。

実施形態に係るシステムの全体構成を示す図である。制御部の構成を示す図である。インバータのスイッチング波形（分配比５０：５０）を示す図であり、（ａ）は第１インバータの上スイッチング素子、（ｂ）は対応する第２インバータの下スイッチング素子の波形である。モータの１相の印加電圧と対応する電流の波形を示す図である。電圧ベクトルの分配を説明する図であり、（ａ）は１インバータの場合、（ｂ）は２インバータで異なる大きさで分配した場合を示す。インバータのスイッチング波形（分配比６０：４０）を示す図であり、（ａ）は第１インバータの上スイッチング素子、（ｂ）は対応する第２インバータの下スイッチング素子の波形である。電圧ベクトルの分配を説明する図であり、（ａ）は力行で分配比同一の場合、（ｂ）は力行で分配比が異なる場合、（ｃ）は回生で分配比同一の場合、（ｄ）は回生で分配比が異なる場合を示す。電圧ベクトルの分配を説明する図であり、力行状態で１つの電圧ベクトルを回生とした場合を示す。電圧ベクトルの分配を説明する図であり、回生状態で１つの電圧ベクトルを力行とした場合を示す。電圧ベクトルの分配を説明する図であり、（ａ）２つのインバータで一方の出力は励磁成分（ｄ軸）のみ、他方の出力はトルク成分（ｑ軸）のみとした場合、（ｂ）は一方の出力の位相を電流ベクトルと一致させ、他方の出力は励磁成分のみとした場合、（ｃ）は一方の出力の位相を電流ベクトルと一致させ、他方の出力は残りの励磁成分およびトルク成分とした場合を示す。システムにおいて、第２インバータ１４の３つの下スイッチング素子をオンした３相オンの状態を説明する図である。３相オンを実施する動作のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

「システム構成」
図１は、一実施形態に係るシステムの構成を示す図である。モータ１０は３相のモータであり、３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗを有している。各コイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗは、リアクトル成分、抵抗成分、誘起電力（逆起電力）成分からなるため、図においてはこれらを直列接続したものとして示している。なお、システムは車両に搭載され、モータ１０は車両走行の駆動力を発生するモータであることを想定している。

３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの一端には、直流電力を交流電力に変換する第１インバータ１２が接続され、３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの他端には、第２インバータ１４が接続されている。また、第１インバータ１２（各アームの両端）には、第１コンデンサ１６および第１電池１８が並列接続され、第２インバータ１４（各アームの両端）には、第２コンデンサ２０および第２電池２２が並列接続されている。この例では、第１電源および第２電源として、第１および第２電池１８，２２を採用しているが、キャパシタなどの蓄電装置を採用してもよい。

第１インバータ１２、第２インバータ１４の構成は同一であり、２つのスイッチング素子が直列接続された３つ（３相）のアームを有し、各相のアームの中間点が対応する相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗにそれぞれ接続されている。従って、力行の際には、第１電池１８からの電力が第１インバータ１２を介しモータ１０に供給され、回生（発電）の際にはモータ１０からの電力が第１インバータ１２を介し第１電池１８に供給される。また、第２インバータ１４、第２電池２２もモータ１０と同様の電力のやり取りを行う。

スイッチング素子は、ＩＧＢＴなどのトランジスタと、逆流ダイオードが並列接続されたものであり、上側トランジスタをオンすることで対応するコイルに向けて電流が流れ、下側トランジスタをオンすることで対応相のコイルから電流が引き抜かれる。

そして、制御部２４が電池情報、モータ情報、車両情報などに基づき、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチング信号を作成し、これらのスイッチングを制御する。

「制御部の構成」
図２には、制御部２４の構成が示されている。車両制御部３０には、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作量、車速など車両走行についての情報、第１電池１８および第２電池２２の充電状態（ＳＯＣ１，ＳＯＣ２）、温度（Ｔ１，Ｔ２）などの電池情報が供給される。なお、道路状況や、目的地などのナビゲーション情報なども車両制御部３０に供給されるとよい。

そして、車両制御部３０は、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作量などから、モータ１０の出力要求（目標出力トルク）についてのトルク指令を算出する。

算出されたトルク指令は、モータ制御ブロック３２の電流指令生成部３４に供給される。電流指令生成部３４は、トルク指令に基づいて、モータ１０のベクトル制御における目標となる電流指令であるｄ軸、ｑ軸電流ｉｄｃｏｍ，ｉｑｃｏｍを算出する。３相／２相変換部３６には、第１コンデンサ１６、第２コンデンサ２０のコンデンサ電圧ＶＨ１，ＶＨ２、モータ１０のロータ回転角θ、現在の各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが供給される。３相／２相変換部３６は、検出された各相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ，ｉｑに変換する。電流指令生成部３４からの目標となる電流指令（ｄ軸、ｑ軸電流）ｉｄｃｏｍ，ｉｑｃｏｍと、３相／２相変換部３６からの現在のｄ軸、ｑ軸電流ｉｄ，ｉｑは、ＰＩ制御部３８に供給され、電圧ベクトル（ｄ軸励磁電圧指令ｖｄ、ｑ軸トルク電圧指令ｖｑ）が算出される。ＰＩ制御部３８は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御などのフィードバック制御により電圧指令（モータ電圧ベクトルＶ（ｖｄ，ｖｑ））を算出する。なお、予測制御などのフィードフォワード制御を組み合わせてもよい。

算出されたモータ電圧ベクトルＶ（電圧指令ｖｄ，ｖｑ）は、分配部４０に供給される。分配部４０は、モータ電圧ベクトルＶ（電圧指令ｖｄ，ｖｑ）を、第１インバータ１２用の第１インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）（電圧指令ｖｄ１，ｖｑ１）と、第２インバータ１４用の第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）（電圧指令ｖｄ２，ｖｑ２）に分配する。なお、分配部４０の分配については後述する。

分配部４０からの電圧指令ｖｄ１，ｖｑ１は２相／３相変換部４２に供給され、ここで第１インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に変換されて出力され、電圧指令ｖｄ２，ｖｑ２は、２相／３相変換部４４に供給され、ここで第２インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２に変換されて出力される。なお、電流指令生成部３４、３相／２相変換部３６、ＰＩ制御部３８、分配部４０、２相／３相変換部４２，４４がモータ制御ブロック３２に含まれる。

２相／３相変換部４２からの第１インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は第１インバータ制御部４６に供給され、第２インバータ用の３相の電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２は、第２インバータ制御部４８に供給される。第１インバータ制御部４６には、ロータ回転角θ、第１インバータ入力電圧ＶＨ１が供給されており、ＰＷＭキャリア（三角波）と電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の比較によって第１インバータ１２におけるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第１インバータ１２に供給する。第２インバータ制御部４８も同様にして、第２インバータ１４におけるスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ用のスイッチング信号を生成し、これを第２インバータ１４に供給する。

このようにして、制御部２４からの信号によって、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチングが制御され、これらの出力が合計され、所望の電流がモータ１０に供給される。

「スイッチング波形」
図３（ａ），（ｂ）には、第１インバータ制御部４６、第２インバータ制御部４８におけるスイッチング信号の生成について示してある。この例で、図３（ａ）は、上側が第１インバータ１２のｕ相上スイッチング素子のための電圧指令Ｖｕ１と三角波の比較を示し、下側が比較結果によるスイッチング波形を示している。図３（ｂ）は、第２インバータ１４のｕ相下スイッチング素子についてのもので、図３（ａ）と同一の波形になっている。このようなスイッチングによって第１インバータ１２のｕ相上スイッチング素子から、モータ１０のｕ相コイル１０ｕを介し、第２インバータ１４のｕ相下スイッチング素子に電流が流れる。なお、第１インバータ１２のｕ相下スイッチング素子、第２インバータ１４のｕ相上スイッチング素子のスイッチング波形は、基本的に図３（ａ），（ｂ）の反転である。また、モータ１０のｕ相コイル１０ｕ、ｖ相コイル１０ｖ、ｗ相コイル１０ｗに互いに１２０°位相が異なる電流が流れるように、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチングが制御される。なお、この例は、電圧指令値が継続して三角波を上回る期間が存在し、過変調ＰＷＭ制御になっている。

「モータ電圧、電流」
図４（ａ）には、モータ１０の１相に対する印加電圧、図４（ｂ）には、モータ電流（相電流）を示してある。モータ１０の各相に印加される電圧は、モータ１０の作り出す誘起電圧（逆起電圧）、第１および第２インバータ１２，１４の出力電圧（スイッチング素子のオンオフにより出力される電圧）から形成される。すなわち、図３（ａ），（ｂ）に示すようなスイッチング信号によって、第１インバータ１２、第２インバータ１４のスイッチング素子がオンオフされ、第１インバータ１２から第２インバータ１４に流れる電流のための一方向の電圧がモータ１０の１相に印加される。そして、相電流は、印加される電圧に依存するため、図４（ａ）のような電圧印加によって、モータ１０の１相において、図４（ｂ）のような相電流が流れる。

なお、相電流の形状、リプルは、印加される電圧に依存する。例えば、ＰＷＭ制御のキャリア（三角波）の周波数が低ければ、リプルは大きくなる。

「２つのインバータにおける電圧ベクトルの分配」
図２における分配部４０は、上位の制御部である車両制御部３０から供給される各種情報（分配用情報）や、第１および第２インバータ１２，１４の動作状態を示すインバータ情報などに基づいて、モータ電圧ベクトルの第１および第２インバータ電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）に任意の比率で分配する。この任意の比率での分配は、モータ電圧ベクトルを維持しつつ、２つのインバータ電圧ベクトルに分配することで、大きさの変更、位相の変更、正負の変更を含む。

＜出力の分配比率の変更＞
図５（ａ）には、１つのインバータによる通常のモータ駆動の際の電圧、電流のベクトル制御について示してある。モータの出力要求等に応じて、モータ電圧ベクトルＶ（ｄ軸電圧ｖｄ、ｑ軸電圧ｖｑ）、モータ電流ベクトルＩ（ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ）が決定される。そして、モータ電圧×モータ電流が出力（電力）になる。

ここで、本実施形態のシステムでは、第１インバータ１２、第２インバータ１４の２つのインバータを有している。従って、２つのインバータからの出力を均等にしないこともできる。図５（ｂ）では、第１インバータ１２の出力についての電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）（第１インバータ電圧ベクトル）と、第２インバータの出力についての電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）（第２インバータ電圧ベクトル）について、その位相は変更せず大きさを異ならせている。この場合、モータ１０の出力（電力）に変化はないが、第１インバータ１２と、第２インバータ１４におけるスイッチング信号の形状（波形）が変化する。なお、第１および第２インバータ１２，１４の出力のｄ軸成分をｖｄ（ＩＮＶ１），ｖｄ（ＩＮＶ２）とすると、ｄ軸成分ｖｄ＝ｖｄ（ＩＮＶ１）＋ｖｄ（ＩＮＶ２）であり、ｑ軸成分ｖｑ＝ｖｑ（ＩＮＶ１）＋ｖｑ（ＩＮＶ２）である。

図６には、図５（ｂ）において、電力の分配比率を６０：４０とした場合のスイッチング信号の波形を示してある。図６（ａ）が６０％、図６（ｂ）が４０％である。この例では、電圧指令が大きく、図６（ａ）では、矩形波制御となっている。図６（ｂ）では、スイッチング回数が多くなっている。

図５（ｂ）に示すように、２つのインバータ出力である、電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつ、分配の比率を変更することで、図６に示すように、スイッチング信号の波形が変化する。従って、モータ１０への相電圧の形状が変化し、またスイッチング回数が増減しパルス幅も変化する。

また、第１および第２インバータ１２，１４における出力や、損失も変化し、第１および第２インバータ１２，１４において発生する熱も変化する。さらに、相電圧の形状が変化すると、相電流の形状も変化することになり、発生する音、電池電流も変化する。

このように、モータ電圧ベクトルについて、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルに任意の比率で分配することで、システムに対する要求に応えることが可能となる。

＜電圧ベクトルの大きさの変更＞
図７（ａ），（ｂ）には、力行状態（エネルギー消費状態）において、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつその大きさを変更した場合が示してある。図７（ａ）は、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさを同一とし、等分に分配しているが、図７（ｂ）では、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を大きく、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を小さくしている。これによって、第１インバータ１２の負担が大きく、第２インバータ１４の負担が小さくなる。また、上述したようにスイッチング波形なども両者で異なる。

図７（ｃ），（ｄ）には、回生状態（エネルギー回収状態）において、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の位相を維持しつつその大きさを変更した場合が示してある。図７（ｃ）は、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の大きさを同一としているが、図７（ｄ）では、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を大きく、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を小さくしている。これによって、第１インバータ１２の負担が大きく、第２インバータ１４の負担が小さくなる。また、上述したようにスイッチング波形なども両者で異なることになる。

なお、図７、その他の図において、ベクトルが重なる場合には、適宜ずらして、見やすくしている。

＜電圧ベクトルの正負（符号）を変更＞
モータ電圧ベクトルＶは変更せずに、第１および第２インバータ１２，１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）のいずれかの正負を変更することも可能である。

図８では、電圧ベクトルＶに対し、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を所定量大きくし、その分第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を回生側にする。これによって、２つのインバータの一方では、エネルギー消費状態、他方ではエネルギーの流入状態となる。この例では、電圧ベクトルＶ（力行状態）は変更することなく、第２インバータ１４において、発電して第２電池２２を充電することができる。

図９では、回生状態において、その電圧ベクトルＶに対し、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）を回生側で所定量大きくし、その分第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を力行側にする。これによって、電圧ベクトルＶ（回生状態）は変更することなく、第２インバータ１４において、力行状態としてエネルギーを消費する。

＜電圧ベクトルの位相の変更＞
第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）および第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）の位相を変更することもできる。これによって、２つのインバータからの出力における力率が変更される。

図１０（ａ）では、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）をｑ軸電圧のみ、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）をｄ軸電圧のみとして、電圧ベクトルＶ、電流ベクトルを維持しつつ、２つのインバータの役割分担を変更している。

図１０（ｂ），（ｃ）では、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）の位相を電流ベクトル位相に合致させている。そして、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）を電圧ベクトルＶとの差分とすることで、電圧ベクトル、電流ベクトルを維持しつつ、第１インバータ１２の電圧ベクトルＶの位相を電流ベクトルの位相と同じにしている。

例えば、第１インバータ１２と、第２インバータ１４とで効率が異なり、第１インバータ１２を利用した方が効率がよい場合には、図１０（ｂ），（ｃ）のように、第１インバータ１２の電圧ベクトルと電流ベクトルの位相を一致させて第１インバータ１２による駆動の力率を向上させ、トータルとしての効率を上昇できる場合もある。

このように、２つのインバータからの電圧ベクトルの位相を変更することで、これら出力における力率が変化し、電圧ベクトルの大きさの変化も合わせて、電力も変化させることが可能である。

「３相オン」
上述した、図７（ｂ），図７（ｄ）に示す駆動の場合、一方のインバータ（例えば、第２インバータ１４）の出力を小さくして負担を軽減している。このような場合、一方のインバータ（例えば、第２インバータ１４）の出力の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）が０（実質的に０であることを意味し、０近傍も含む）になる場合もある。

例えば、図１１には、このような状態を示してある。この例では、第２インバータ１４における６つのスイッチング素子の３つの上スイッチング素子をスイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、３つの下スイッチング素子をスイッチング素子Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６とする。例えば、スイッチング素子Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をオンに固定し、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をオフに固定する。これによって、モータ１０の３相のコイル１０ｕ，１０ｖ，１０ｗは、その一端がスイッチング素子Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を介し共通接続され、スター結線になる。この状態を３相オンと呼ぶ。３相オンでは、第１インバータ１２によって、モータ１０に出力要求に応じた電力を供給することで、モータ１０が駆動される。なお、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をオンに固定し、スイッチング素子Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をオフに固定してもよい。なお、第１インバータ１２と、第２インバータ１４のＧＮＤは切り離しておくことが好適である。

ここで、このような３相オンを実施するか否かは、制御部２４において行う。この判定の動作を図１２に示す。

まず、第１および第２インバータ１２，１４のいずれか一方が短絡故障かを判定する（Ｓ１１）。なお、通常１つのスイッチング素子が故障するため、第１および第２インバータ１２，１４の１つのスイッチング素子が短絡することを想定している。この判定でＹＥＳであれば、３相オンを実施する（Ｓ１２）。このようにインバータの１つのスイッチング素子が短絡故障すると、そのアームの他方のスイッチング素子をオンするとアームが短絡して短絡電流により各種の部品が故障する。そこで、インバータの運転が不可能になる。本実施形態では、この場合、短絡故障したスイッチング素子と同じ側（上または下）のスイッチング素子をオンに固定する。例えば、図１１におけるスイッチング素子Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６のうちの１つが短絡故障となった場合には、残りの２つのスイッチング素子をオンに固定し、３相オンとする。また、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のうちの１つが短絡故障となった場合には、残りの２つのスイッチング素子をオンに固定する。

このようにし、故障していないインバータの出力で、モータ１０を駆動することができ、フェールセーフが成り立つ。

Ｓ１１の判定で、ＮＯの場合には、電圧ベクトルが０か否かを判定する（Ｓ１３）。例えば、第２インバータ１４が３相オンの対象であれば、第２インバータ１４における電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ２）＝０を判定する。上述したように、第１および第２インバータ１２，１４の出力の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１），Ｖ（ＩＮＶ２）の一方のインバータ出力の電圧ベクトルが０となる場合がある。なお、第２インバータ１４を３相オンにする場合であれば、第１インバータ１２の能力、すなわち、第１電池１８の電圧や第１インバータ１２の能力などから第１インバータ１２からの出力の最大値が、モータ１０の出力要求より大きいことが１つの条件となる。なお、上述したように、第２インバータ１４を３相オンすれば、ここにおけるスイッチング素子のスイッチングにおけるエネルギーロスを防止できるため、第２インバータ１４の電圧ベクトルＶ（ＩＮＶ１）が所定以下である場合にはこれを０にしてもよい。また、２つのインバータ出力の電圧ベクトルが反対方向であっても、一方が非常に小さい場合には、これを０にしてもよい。

このように、本実施形態では、スイッチング素子の故障と、電圧ベクトルが０という２つの条件を３相オンのための切り替え条件としている。

Ｓ１３の判定でＮＯの場合には、３相オンを実施しない（Ｓ１４）。電圧ベクトルが０でないときに３相オンすると、電圧ベクトルの変化によってモータ１０の出力が変化する。そこで、電圧ベクトルが０でない場合には、３相オンへの切り替えを行わない。

Ｓ１３の判定でＹＥＳであれば、次に３相オンの対象となっているインバータの電圧ベクトル（例えば、Ｖ（ＩＮＶ２））が急変しているかを判定する（Ｓ１５）。これは、電圧ベクトルの微分値などで判断する。ある程度の時間（例えば、数秒）における変化量でもよい。そして、このＳ１５の判定においてＹＥＳであれば、Ｓ１４に進み３相オンにしない。すなわち、電圧ベクトルが急変している状態については、例えば（ｉ）車両が、スリップやグリップしている、（ｉｉ）大きな加速度（力行大）で走行している、（ｉｉｉ）ブレーキで減速している（回生大）状態で走行している、などの状況が考えられる。

こういった状況では、電圧指令自体が変動し、それに対する応答が求められる。３相オンの実施、実施しないの切り替えには、ある程度の時間が必要であり、モータの出力要求に対する遅れが発生することは好ましくない。特に、電圧ベクトルの大きさなどが滑らかにつながらない状況が発生し、振動、ショックなどが発生することが懸念される。従って、電圧ベクトルが急変している場合に、切り替えを禁止することで、モータ出力を出力要求に追従させて走行の制御性を維持することができる。

図１２について、第１および第２インバータ１２，１４の両方を含めて、説明したが、それぞれ単独に判定した方が処理が容易である。

「その他の構成」
上述のような３相オンの判定部を、図２の分配部４０の前段に配置することも好適である。この場合、モータ電圧ベクトルの分配前なので、インバータ電圧ベクトルについての判定はできないため、それ以外の判定を行い、その判定結果のフラグを分配部４０に渡し、分配部４０において、３相オンの処理を行うとよい。

モータ電圧ベクトルの分配前に、モータ電圧ベクトルＶ（ｖｄ，ｖｑ）において、３相オンを行うか否かを判定してもよい。

図２において、モータ制御ブロック３２は、上位の制御部となる車両制御部３０と別の構成とした。しかし、車両制御部３０がモータ制御ブロック３２の機能を実施してもよい。また、モータ制御ブロック３２を下位のマイコンで構成してもよい。さらに、モータ制御ブロック３２の一部または全部をハードで構成してもよい。

モータ制御ブロック３２を複数のＣＰＵで構成することができ、この場合機能を各ＣＰＵに分けて実施するとよい。また、複数ＣＰＵで構成する場合、各ＣＰＵが処理全体を実施できるように構成してもよい。

上述の実施形態では、２電源２インバータとしたが、３以上の電源、３以上のインバータを持つシステムとし、トータル電圧に基づいて複数のインバータを制御してもよい。

２電源２インバータシステムで、トータル電圧に基づいて、２つのインバータを制御してもよいが、２電源２インバータシステムで、トータル電圧に基づいて、２つのＣＰＵを用いて、インバータを制御することも好適である。このような構成によれば、１つのＣＰＵが故障しても他のＣＰＵのみでモータ駆動が可能となる。

１０モータ、１２第１インバータ、１４第２インバータ、１６，２０コンデンサ、１８第１電池、２２第２電池、２４制御部、３０車両制御部、３２モータ制御ブロック、３４電流指令生成部、３６３相／２相変換部、３８ＰＩ制御部、４０分配部、４２，４４２相／３相変換部、４６第１インバータ制御部、４８第２インバータ制御部。

Claims

上スイッチング素子と下スイッチング素子の直列接続からなるアームを複数有し、前記複数のアームの両端に第１電源からの直流電力が供給され前記複数のアームの中間点から交流電力を出力する第１インバータと、
上スイッチング素子と下スイッチング素子の直列接続からなるアームを複数有し、前記複数のアームの両端に第２電源からの直流電力が供給され前記複数のアームの中間点から交流電力を出力する第２インバータと、
前記第１インバータおよび第２インバータからの交流電力によって駆動されるモータと、
前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御する制御部と、
を含み、
前記制御部は、
前記モータについての出力要求に応じたモータ電圧ベクトルを、前記第１インバータの出力についての第１インバータ電圧ベクトルと、前記第２インバータの出力についての第２インバータ電圧ベクトルに分配するとともに、３相オンの切り替え条件を満たすか否かを判定し、判定結果が満たすである場合に、一方のインバータにおける前記複数の上スイッチング素子または前記複数の下スイッチング素子のいずれかのすべてをオンし前記モータの各相コイルの一端を共通接続する３相オンに切り替え、他方のインバータの出力のみで前記モータを駆動し、
前記３相オンの切り替え条件は、一方のインバータが故障していること、２つのインバータは故障しておらず一方のインバータの出力についてのインバータ電圧ベクトルが０近傍であること、を含む、
システム。
請求項１に記載のシステムであって、
前記制御部は、
前記一方のインバータにおいて、１つのスイッチング素子が短絡故障している場合において、故障しているスイッチング素子が上スイッチング素子であれば、上スイッチング素子のすべて、故障しているスイッチング素子が下スイッチング素子であれば下スイッチング素子のすべてをオンする、
システム。
請求項１または２に記載のシステムであって、
前記制御部は、
２つのインバータは故障しておらず一方のインバータの出力についてのインバータ電圧ベクトルが０近傍である場合においても、前記モータ電圧ベクトルの変化が所定以上である場合には、３相オンへの切り替えを禁止する、
システム。