JP2020115700A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ装置に関し、詳しくは、中性点クランプ型の3レベルインバータを備えるインバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device, and more particularly to an inverter device including a neutral point clamp type three-level inverter.
従来、この種のインバータ装置としては、3相モータを駆動する中性点クランプ型の3レベルインバータを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。ここで、この3レベルインバータは、U相、V相、W相の第1〜第4スイッチおよび第1〜第4ダイオードと、第1〜第6クランプダイオードと、第1,第2コンデンサとを有する。U相、V相、W相の第1〜第4スイッチは、それぞれ、直流側の正極ラインおよび負極ラインに対してこの順に直列に接続されている。U相、V相、W相の第1〜第4スイッチには、それぞれ、U相、V相、W相の第1〜第4ダイオードが並列に接続されている。U相、V相、W相の第2,第3スイッチの接続点には、それぞれ、モータのU相、V相、W相が接続されている。U相、V相、W相の第1,第2スイッチの接続点には、それぞれ、第1、第3、第5クランプダイオードのカソードが接続されている。第1、第3、第5クランプダイオードのアノードには、それぞれ、第2、第4、第6クランプダイオードのカソードが接続されている。第2、第4、第6クランプダイオードのアノードには、それぞれ、U相、V相、W相の第3,第4スイッチの接続点が接続されている。第1,第2コンデンサは、正極ラインおよび負極ラインに対してこの順に直列に接続されている。第1,第2コンデンサの接続点(中性点)には、第1,第2クランプダイオードの接続点と、第3,第4クランプダイオードの接続点と、第5,第6クランプダイオードの接続点とが接続されている。 Conventionally, as this type of inverter device, a device provided with a neutral point clamp type three-level inverter for driving a three-phase motor has been proposed (for example, refer to Patent Document 1). Here, the three-level inverter includes U-phase, V-phase, and W-phase first to fourth switches and first to fourth diodes, first to sixth clamp diodes, and first and second capacitors. Have. The U-phase, V-phase, and W-phase first to fourth switches are connected in series in this order to the positive electrode line and the negative electrode line on the DC side, respectively. U-phase, V-phase, and W-phase first to fourth diodes are connected in parallel to the U-phase, V-phase, and W-phase first to fourth switches, respectively. The U-phase, V-phase, and W-phase of the motor are connected to the connection points of the U-phase, V-phase, and W-phase second and third switches, respectively. The cathodes of the first, third, and fifth clamp diodes are connected to the connection points of the U-phase, V-phase, and W-phase first and second switches, respectively. The cathodes of the second, fourth and sixth clamp diodes are connected to the anodes of the first, third and fifth clamp diodes, respectively. The connection points of the U-phase, V-phase, and W-phase third and fourth switches are connected to the anodes of the second, fourth, and sixth clamp diodes, respectively. The first and second capacitors are connected in series in this order to the positive electrode line and the negative electrode line. At the connection point (neutral point) of the first and second capacitors, the connection point of the first and second clamp diodes, the connection point of the third and fourth clamp diodes, and the connection of the fifth and sixth clamp diodes. The points and are connected.
こうしたインバータ装置において、U相、V相、W相の第1〜第4スイッチおよび第1〜第4ダイオードと、第1〜第6クランプダイオードのうちの何れかが短絡故障したときでも、3相モータをある程度の精度で駆動することが求められている。 In such an inverter device, even when one of the U-phase, V-phase, W-phase first to fourth switches and the first to fourth diodes and any of the first to sixth clamp diodes is short-circuited, the three-phase It is required to drive a motor with a certain degree of accuracy.
本発明のインバータ装置は、インバータの各相の各素子のうちの何れかが短絡故障したときでも、3相モータをある程度の精度で駆動可能にすることを主目的とする。 The main purpose of the inverter device of the present invention is to enable the three-phase motor to be driven with a certain degree of accuracy even when any one of the elements of each phase of the inverter has a short circuit failure.
本発明のインバータ装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The inverter device of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本発明のインバータ装置は、
各相の各素子として複数のスイッチング素子および複数のダイオードを有し、3相モータを駆動する中性点クランプ型の3レベルインバータと、
前記3相モータの各相に3レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御する制御装置と、
を備えるインバータ装置であって、
前記制御装置は、前記各相の各素子のうちの何れかが短絡故障したときには、前記各相の各素子のうち短絡故障していない素子を用いて、前記3相モータの各相に2レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御する、
ことを要旨とする。
The inverter device of the present invention is
A neutral point clamp type three-level inverter that has a plurality of switching elements and a plurality of diodes as each element of each phase and drives a three-phase motor,
A controller for controlling the three-level inverter so that three-level voltage is applied to each phase of the three-phase motor;
An inverter device comprising:
When any one of the elements of each of the phases has a short circuit failure, the controller uses two elements of each of the phases of the three-phase motor by using two elements of each phase of the three-phase motor. Controlling the three-level inverter so that the voltage of
That is the summary.
この本発明のインバータ装置では、各相の各素子(複数のスイッチング素子および複数のダイオード)のうちの何れかが短絡故障したときには、各相の各素子のうち短絡故障していない素子を用いて、3相モータの各相に2レベルの電圧が印加されるように3レベルインバータを制御する。これにより、複数のスイッチング素子および複数のダイオードのうちの何れかが短絡故障したときでも、3相モータをある程度の精度で駆動することができる。 In this inverter device of the present invention, when any one of the elements of each phase (a plurality of switching elements and a plurality of diodes) has a short-circuit failure, the elements not having a short-circuit failure among the elements of each phase are used. The 3-level inverter is controlled so that 2-level voltage is applied to each phase of the 3-phase motor. Accordingly, even when any one of the plurality of switching elements and the plurality of diodes has a short circuit failure, the three-phase motor can be driven with a certain degree of accuracy.
ここで、前記3レベルインバータは、前記複数のスイッチング素子としてのU相、V相、W相の第1〜第4スイッチング素子と、前記複数のダイオードとしての前記U相、V相、W相の第1〜第4ダイオードおよび第1〜第6クランプダイオードと、第1,第2コンデンサとを有する。前記U相、V相、W相の前記第1〜第4スイッチング素子は、それぞれ、直流側の正極ラインおよび負極ラインに対してこの順に直列に接続されている。前記U相、V相、W相の前記第1〜第4スイッチング素子には、それぞれ、前記U相、V相、W相の前記第1〜第4ダイオードが並列に接続されている。前記U相、V相、W相の前記第2,第3スイッチング素子の接続点には、それぞれ、前記モータのU相、V相、W相が接続されている。前記U相、V相、W相の前記第1,第2スイッチング素子の接続点には、それぞれ、前記第1、第3、第5クランプダイオードのカソードが接続されている。前記第1、第3、第5クランプダイオードのアノードには、それぞれ、前記第2、第4、第6クランプダイオードのカソードが接続されている。前記第2、第4、第6クランプダイオードのアノードには、それぞれ、前記U相、V相、W相の前記第3,第4スイッチング素子の接続点が接続されている。前記第1,第2コンデンサは、前記正極ラインおよび前記負極ラインに対してこの順に直列に接続されている。前記第1,第2コンデンサの接続点(中性点)には、前記第1,第2クランプダイオードの接続点と、前記第3,第4クランプダイオードの接続点と、前記第5,第6クランプダイオードの接続点とが接続されている。 Here, the three-level inverter includes U-phase, V-phase, and W-phase first to fourth switching elements as the plurality of switching elements, and the U-phase, V-phase, and W-phase as the plurality of diodes. It has 1st-4th diodes and 1st-6th clamp diodes, and 1st, 2nd capacitors. The U-phase, V-phase, and W-phase first to fourth switching elements are connected in series in this order to the positive electrode line and the negative electrode line on the DC side. The first to fourth diodes of the U phase, V phase, and W phase are connected in parallel to the first to fourth switching elements of the U phase, V phase, and W phase, respectively. The U-phase, V-phase, and W-phase of the motor are connected to the connection points of the U-phase, V-phase, and W-phase second and third switching elements, respectively. The cathodes of the first, third, and fifth clamp diodes are connected to connection points of the U-phase, V-phase, and W-phase first and second switching elements, respectively. The cathodes of the second, fourth, and sixth clamp diodes are connected to the anodes of the first, third, and fifth clamp diodes, respectively. The connection points of the U-phase, V-phase, and W-phase third and fourth switching elements are connected to the anodes of the second, fourth, and sixth clamp diodes, respectively. The first and second capacitors are connected in series with the positive electrode line and the negative electrode line in this order. At the connection point (neutral point) of the first and second capacitors, the connection point of the first and second clamp diodes, the connection point of the third and fourth clamp diodes, and the fifth and sixth The connection point of the clamp diode is connected.
本発明のインバータ装置において、前記制御装置は、前記U相、V相、W相の前記第1〜第4スイッチング素子と前記U相、V相、W相の前記第1〜第4ダイオードと前記第1〜第6クランプダイオードとのうちの何れも短絡故障していないときには、前記3相モータの各相にハイレベル、ミドルレベル、ローレベルの3レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御するものとしてもよい。 In the inverter device of the present invention, the control device includes the U-phase, V-phase, W-phase first to fourth switching elements and the U-phase, V-phase, W-phase first to fourth diodes and the When none of the first to sixth clamp diodes has a short circuit fault, the three-level voltage of three levels of high level, middle level, and low level is applied to each phase of the three-phase motor. The inverter may be controlled.
この場合、前記U相、V相、W相の前記第1スイッチング素子および前記第1ダイオードのうちの何れかが短絡故障したときには、前記3相モータの各相にハイレベル、ローレベルの2レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御するものとしてもよい。前記U相、V相、W相の前記第2スイッチング素子および前記第2ダイオードのうちの何れかが短絡故障したときには、前記3相モータの各相にハイレベル、ミドルレベルの2レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御するものとしてもよい。 In this case, when any one of the first switching element of the U phase, the V phase, and the W phase and the first diode fails due to a short circuit, each phase of the three-phase motor has two levels of high level and low level. The three-level inverter may be controlled so that the voltage of 3 is applied. When any one of the U-phase, V-phase, and W-phase second switching elements and the second diode is short-circuited, a high-level voltage and a middle-level voltage of two levels are applied to each phase of the three-phase motor. The three-level inverter may be controlled to be applied.
前記U相、V相、W相の前記第3スイッチング素子および前記第3ダイオードのうちの何れかかが短絡故障したときには、前記3相モータの各相にミドルレベル、ローレベルの2レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御するものとしてもよい。前記U相、V相、W相の前記第4スイッチング素子および前記第4ダイオードのうちの何れかが短絡故障したときには、前記3相モータの各相にハイレベル、ローレベルの2レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御するものとしてもよい。 When any one of the U-phase, V-phase, W-phase third switching element and the third diode has a short-circuit fault, each phase of the three-phase motor has a middle-level and low-level two-level voltage. The three-level inverter may be controlled so that When any one of the U-phase, V-phase, and W-phase fourth switching elements and the fourth diode is short-circuited, a high-level and low-level two-level voltage is applied to each phase of the three-phase motor. The three-level inverter may be controlled to be applied.
前記第1、第3、第5クランプダイオードのうちの何れかが短絡故障したときには、前記3相モータの各相にミドルレベル、ローレベルの2レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御するものとしてもよい。前記第2、第4、第6クランプダイオードのうちの何れかが短絡故障したときには、前記3相モータの各相にハイレベル、ミドルレベルの2レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御するものとしてもよい。 When any one of the first, third, and fifth clamp diodes has a short-circuit fault, the three-level inverter is configured to apply a two-level voltage of a middle level and a low level to each phase of the three-phase motor. May be controlled. When any one of the second, fourth, and sixth clamp diodes has a short-circuit fault, the three-level inverter is configured to apply a two-level voltage of high level or middle level to each phase of the three-phase motor. May be controlled.
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。 Next, modes for carrying out the present invention will be described using examples.
図1は、本発明の一実施例としてのインバータ装置を備える駆動装置20の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置は、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、図示するように、走行用のモータ22と、モータ22を駆動するインバータ24と、インバータ24に電力ライン28を介して接続されるバッテリ26と、インバータ24を制御する電子制御ユニット(以下、「ECU」という)30とを備える。ここで、「インバータ装置」としては、主として、インバータ24およびECU30が相当する。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a drive device 20 including an inverter device as an embodiment of the present invention. The drive device of the embodiment is mounted on an electric vehicle or a hybrid vehicle, and as shown in the drawing, a traveling motor 22, an inverter 24 for driving the motor 22, and a battery connected to the inverter 24 via a power line 28. 26 and an electronic control unit (hereinafter, referred to as “ECU”) 30 that controls the inverter 24. Here, the "inverter device" mainly corresponds to the inverter 24 and the ECU 30.
モータ22は、3相同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込めまれた回転子と、固定子コアに3相コイルが巻回された固定子とを有する。バッテリ26は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。 The motor 22 is configured as a three-phase synchronous generator motor, and has a rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor core, and a stator in which a three-phase coil is wound around the stator core. The battery 26 is configured as, for example, a lithium ion secondary battery or a nickel hydrogen secondary battery.
インバータ24は、中性点クランプ型の3レベルインバータとして構成されており、U相、V相、W相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4およびダイオードDu1〜Du4,Dv1〜Dv4,Dw1〜Dw4と、クランプダイオードDc1〜Dc6と、コンデンサC1,C2とを有する。スイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4としては、例えば、IGBTが用いられる。 The inverter 24 is configured as a neutral-point clamp type three-level inverter, and includes U-phase, V-phase, and W-phase switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4, and diodes Du1 to Du4, Dv1 to Dv4. , Dw1 to Dw4, clamp diodes Dc1 to Dc6, and capacitors C1 and C2. As the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4, for example, IGBTs are used.
U相のスイッチング素子Su1〜Su4は、電力ライン28の正極ライン28pおよび負極ライン28nに対してこの順に直列に接続されている。U相のスイッチング素子Su1〜Su4には、それぞれ、U相のダイオードDu1〜Du4が並列に(電力ライン28の負極ライン28n側から正極ライン28p側が順方向となるように)接続されている。U相のスイッチング素子Su2,Su3の接続点には、モータ22のU相が接続されている。U相のスイッチング素子Su1,Su2の接続点には、クランプダイオードDc1のカソードが接続されている。クランプダイオードDc1のアノードには、クランプダイオードDc2のカソードが接続されている。クランプダイオードDc2のアノードには、U相のスイッチング素子Su3,Su4の接続点が接続されている。 The U-phase switching elements Su1 to Su4 are connected in series to the positive electrode line 28p and the negative electrode line 28n of the power line 28 in this order. The U-phase switching elements Su1 to Su4 are respectively connected in parallel with U-phase diodes Du1 to Du4 (so that the negative line 28n side of the power line 28 to the positive line 28p side is in the forward direction). The U phase of the motor 22 is connected to the connection point of the U phase switching elements Su2, Su3. The cathode of the clamp diode Dc1 is connected to the connection point of the U-phase switching elements Su1 and Su2. The cathode of the clamp diode Dc2 is connected to the anode of the clamp diode Dc1. The connection point of the U-phase switching elements Su3 and Su4 is connected to the anode of the clamp diode Dc2.
V相のスイッチング素子Sv1〜Sv4は、電力ライン28の正極ライン28pおよび負極ライン28nに対してこの順に直列に接続されている。V相のスイッチング素子Sv1〜Sv4には、それぞれ、V相のダイオードDv1〜Dv4が並列に(電力ライン28の負極ライン28n側から正極ライン28p側が順方向となるように)接続されている。V相のスイッチング素子Sv2,Sv3の接続点には、モータ22のV相が接続されている。V相のスイッチング素子Sv1,Sv2の接続点には、クランプダイオードDc3のカソードが接続されている。クランプダイオードDc3のアノードには、クランプダイオードDc4のカソードが接続されている。クランプダイオードDc4のアノードには、V相のスイッチング素子Sv3,Sv4の接続点が接続されている。 The V-phase switching elements Sv1 to Sv4 are connected in series in this order to the positive electrode line 28p and the negative electrode line 28n of the power line 28. The V-phase switching elements Sv1 to Sv4 are respectively connected with V-phase diodes Dv1 to Dv4 in parallel (so that the negative line 28n side of the power line 28 to the positive line 28p side is in the forward direction). The V-phase of the motor 22 is connected to the connection point of the V-phase switching elements Sv2 and Sv3. The cathode of the clamp diode Dc3 is connected to the connection point of the V-phase switching elements Sv1 and Sv2. The cathode of the clamp diode Dc4 is connected to the anode of the clamp diode Dc3. The connection point of the V-phase switching elements Sv3 and Sv4 is connected to the anode of the clamp diode Dc4.
W相のスイッチング素子Sw1〜Sw4は、電力ライン28の正極ライン28pおよび負極ライン28nに対してこの順に直列に接続されている。W相のスイッチング素子Sw1〜Sw4には、それぞれ、W相のダイオードDw1〜Dw4が並列に(電力ライン28の負極ライン28n側から正極ライン28p側が順方向となるように)接続されている。W相のスイッチング素子Sw2,Sw3の接続点には、モータ22のW相が接続されている。W相のスイッチング素子Sw1,Sw2の接続点には、クランプダイオードDc5のカソードが接続されている。クランプダイオードDc5のアノードには、クランプダイオードDc6のカソードが接続されている。クランプダイオードDc6のアノードには、W相のスイッチング素子Sw3,Sw4の接続点が接続されている。 The W-phase switching elements Sw1 to Sw4 are connected in series to the positive electrode line 28p and the negative electrode line 28n of the power line 28 in this order. The W-phase switching elements Sw1 to Sw4 are respectively connected with W-phase diodes Dw1 to Dw4 in parallel (so that the negative line 28n side of the power line 28 to the positive line 28p side is in the forward direction). The W-phase of the motor 22 is connected to the connection point of the W-phase switching elements Sw2 and Sw3. The cathode of the clamp diode Dc5 is connected to the connection point of the W-phase switching elements Sw1 and Sw2. The cathode of the clamp diode Dc6 is connected to the anode of the clamp diode Dc5. The connection point of the W-phase switching elements Sw3 and Sw4 is connected to the anode of the clamp diode Dc6.
コンデンサC1,C2は、定格容量が互いに同一に構成されており、電力ライン28の正極ライン28pおよび負極ライン28nに対してこの順に直列に接続されている。コンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)には、クランプダイオードDc1,Dc2の接続点と、クランプダイオードDc3,Dc4の接続点と、クランプダイオードDc5,Dc6の接続点とが接続されている。 The capacitors C1 and C2 have the same rated capacity, and are connected in series in this order to the positive electrode line 28p and the negative electrode line 28n of the power line 28. The connection points of the capacitors C1 and C2 (neutral point NP) are connected to the connection points of the clamp diodes Dc1 and Dc2, the connection points of the clamp diodes Dc3 and Dc4, and the connection points of the clamp diodes Dc5 and Dc6. ..
ECU30は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMや、データを一時的に記憶するRAM、入出力ポートを備える。ECU30には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。ECU30に入力される信号としては、例えば、モータ22の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ22aからの回転位置θmや、モータ22の各相の電流を検出する電流センサ22u,22vからの各相の電流Iu,Ivを挙げることができる。インバータ24の各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4およびダイオードDu1〜Du4,Dv1〜Dv4,Dw1〜Dw4やクランプダイオードDc1〜Dc6のそれぞれに取り付けられた図示しない温度センサからのそれぞれの温度も挙げることができる。さらに、バッテリ26の電圧を検出する電圧センサ26aからの電圧Vbや、バッテリ26の電流を検出する電流センサ26bからの電流Ibを挙げることもできる。 Although not shown, the ECU 30 is configured as a microprocessor centered on a CPU, and includes, in addition to the CPU, a ROM for storing a processing program, a RAM for temporarily storing data, and an input/output port. Signals from various sensors are input to the ECU 30 via input ports. The signals input to the ECU 30 include, for example, the rotational position θm from the rotational position sensor 22a that detects the rotational position of the rotor of the motor 22 and the current sensors 22u and 22v that detect the current of each phase of the motor 22. The current Iu and Iv of each phase can be mentioned. Switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 and diodes Du1 to Du4, Dv1 to Dv4, Dw1 to Dw4 and clamp diodes Dc1 to Dc6 of the respective phases of the inverter 24 are supplied from temperature sensors (not shown). Each temperature can also be mentioned. Furthermore, the voltage Vb from the voltage sensor 26a that detects the voltage of the battery 26 and the current Ib from the current sensor 26b that detects the current of the battery 26 can also be mentioned.
ECU30からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力される。ECU30から出力される信号としては、例えば、インバータ24の各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4への制御信号が出力ポートを介して出力される。ECU30は、回転位置センサ22aからのモータ22の回転子の回転位置θmに基づいてモータ22の電気角θeや回転数Nmを演算したり、電流センサ26bからのバッテリ26の電流Ibに基づいてバッテリ26の蓄電割合SOCを演算したりする。 Various control signals are output from the ECU 30 via the output port. As a signal output from the ECU 30, for example, a control signal to the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 of each phase of the inverter 24 is output via the output port. The ECU 30 calculates the electrical angle θe and the rotational speed Nm of the motor 22 based on the rotational position θm of the rotor of the motor 22 from the rotational position sensor 22a, and the battery based on the current Ib of the battery 26 from the current sensor 26b. The storage ratio SOC of 26 is calculated.
こうして構成された実施例の駆動装置20では、ECU30は、モータ22がトルク指令Tm*で駆動されるようにパルス幅変調制御(PWM制御)によりインバータ24のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のスイッチング制御を行なう。 In the drive device 20 of the embodiment configured in this way, the ECU 30 causes the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4 of the inverter 24 by pulse width modulation control (PWM control) so that the motor 22 is driven by the torque command Tm*. Switching control of Sw1 to Sw4 is performed.
インバータ24の制御では、最初に、モータ22の各相に流れる電流の総和が値0であるとして、モータ22の電気角θeを用いてU相、V相の電流Iu,Ivをd軸,q軸の電流Id,Iqに座標変換(3相−2相変換)する。続いて、モータ22のトルク指令Tm*に基づいてd軸,q軸の電流指令Id*,Iq*を設定し、d軸,q軸の電流Id,Iqと電流指令Id*,Iq*との差分が打ち消されるようにd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*を設定する。そして、モータ22の電気角θeを用いてd軸,q軸の電圧指令Vd*,Vq*をU相、V相、W相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に座標変換(2相−3相変換)する。そして、U相、V相、W相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいてU相、V相、W相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPWM信号を生成し、生成したスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPMW信号を用いてスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のスイッチング制御を行なう。 In the control of the inverter 24, first, assuming that the sum of the currents flowing in the respective phases of the motor 22 is 0, the electric angles θe of the motor 22 are used to calculate the currents Iu and Iv of the U phase and the V phase in the d-axis and q-axis. Coordinate conversion (three-phase to two-phase conversion) is performed on the axis currents Id and Iq. Then, the d-axis and q-axis current commands Id* and Iq* are set based on the torque command Tm* of the motor 22, and the d-axis and q-axis currents Id and Iq and the current commands Id* and Iq* are set. The d-axis and q-axis voltage commands Vd* and Vq* are set so that the difference is canceled. Then, using the electrical angle θe of the motor 22, the d-axis and q-axis voltage commands Vd*, Vq* are coordinate-converted into U-phase, V-phase, W-phase voltage commands Vu*, Vv*, Vw* (two-phase). -3 phase conversion). Then, based on the U-phase, V-phase, and W-phase voltage commands Vu*, Vv*, and Vw*, the PWM signals of the U-phase, V-phase, and W-phase switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, and Sw1 to Sw4 are generated. Switching control of the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 is performed using the generated PMW signals of the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4.
次に、こうして構成された実施例の駆動装置20の動作、特に、各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPWM信号を生成してこれらのスイッチング制御を行なう際の制御モードの設定処理について説明する。図2は、ECU30により実行される制御モード設定ルーチン一例を示す説明図である。このルーチンは、繰り返し実行される。 Next, the operation of the driving device 20 of the embodiment thus configured, in particular, the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 of each phase based on the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* of each phase. A control mode setting process for generating the PWM signal and performing the switching control will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a control mode setting routine executed by the ECU 30. This routine is repeatedly executed.
図2の制御モード設定ルーチンが実行されると、インバータ24の各相の各素子(スイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4およびダイオードDu1〜Du4,Dv1〜Dv4,Dw1〜Dw4やクランプダイオードDc1〜Dc6)のうちの何れかが短絡故障したか否かを判定する(ステップS100)。この処理は、例えば、インバータ24の各相の各素子に取り付けられた図示しない温度センサからの温度を閾値と比較することにより行なうことができる。これは、インバータ24の各相の各素子の短絡故障の要因として、過熱による熱破壊が考えられるためである。 When the control mode setting routine of FIG. 2 is executed, each phase element of the inverter 24 (switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 and diodes Du1 to Du4, Dv1 to Dv4, Dw1 to Dw4 and clamps). It is determined whether any of the diodes Dc1 to Dc6) has a short circuit failure (step S100). This process can be performed, for example, by comparing the temperature from a temperature sensor (not shown) attached to each element of each phase of the inverter 24 with a threshold value. This is because thermal destruction due to overheating can be considered as a factor of a short circuit failure of each element of each phase of the inverter 24.
ステップS100でインバータ24の各相の各素子のうちの何れも短絡故障していないと判定したときには、制御モードに通常モードを設定して(ステップS110)、本ルーチンを終了する。制御モードに通常モードを設定すると、モータ22の各相にハイレベル(Hレベル)、ミドルレベル(Mレベル)、ローレベル(Lレベル)の3レベルの電圧が印加されるように、各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPWM信号を生成してこれらのスイッチング制御を行なう。 When it is determined in step S100 that none of the elements of each phase of the inverter 24 are short-circuited, the control mode is set to the normal mode (step S110), and this routine is ended. When the control mode is set to the normal mode, three phases of high level (H level), middle level (M level) and low level (L level) voltages of each phase are applied to each phase of the motor 22. Based on the voltage commands Vu*, Vv*, Vw*, PWM signals of the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 of each phase are generated to perform switching control thereof.
ここで、U相のスイッチング素子Su1〜Su4のオンオフとモータ22のU相の電圧Vuとの関係について説明する。スイッチング素子Su1,Su2をオンにすると共にスイッチング素子Su3,Su4をオフにすると、電力ライン28の正極ライン28pからスイッチング素子Su1,Su2を介してモータ22のU相に電流が流れる。このとき、モータ22のU相の入力端子の電位は、電力ライン28の正極ライン28pの電位に略等しくなり、モータ22のU相の電圧Vuは、ハイレベルになる。 Here, the relationship between ON/OFF of the U-phase switching elements Su1 to Su4 and the U-phase voltage Vu of the motor 22 will be described. When the switching elements Su1 and Su2 are turned on and the switching elements Su3 and Su4 are turned off, a current flows from the positive line 28p of the power line 28 to the U phase of the motor 22 via the switching elements Su1 and Su2. At this time, the potential of the U-phase input terminal of the motor 22 becomes substantially equal to the potential of the positive electrode line 28p of the power line 28, and the U-phase voltage Vu of the motor 22 becomes high level.
スイッチング素子Su3,Su4をオンにすると共にスイッチング素子Su1,Su2をオフにすると、モータ22のU相の入力端子からスイッチング素子Su3,Su4を介して電力ライン28の負極ライン28nに電流が流れる。このとき、モータ22のU相の入力端子の電位は、電力ライン28の負極ライン28nの電位に略等しくなり、モータ22のU相の電圧Vuは、ローレベルになる。 When the switching elements Su3, Su4 are turned on and the switching elements Su1, Su2 are turned off, a current flows from the U-phase input terminal of the motor 22 to the negative line 28n of the power line 28 via the switching elements Su3, Su4. At this time, the potential of the U-phase input terminal of the motor 22 becomes substantially equal to the potential of the negative line 28n of the power line 28, and the U-phase voltage Vu of the motor 22 becomes low level.
スイッチング素子Su2,Su3をオンにすると共にスイッチング素子Su1,Su4をオフにすると、コンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)からクランプダイオードDc1およびスイッチング素子Su2を介してモータ22の入力端子に電流が流れたり、モータ22の入力端子からスイッチング素子Su3およびクランプダイオードDc2を介してコンデンサC1,C2の接続点に電流が流れたりする。このとき、モータ22のU相の入力端子の電位は、コンデンサC1,C2の接続点の電位に略等しくなり、モータ22のU相の電圧Vuは、ミドルレベルになる。 When the switching elements Su2, Su3 are turned on and the switching elements Su1, Su4 are turned off, from the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1, C2 to the input terminal of the motor 22 via the clamp diode Dc1 and the switching element Su2. A current may flow, or a current may flow from the input terminal of the motor 22 to the connection point between the capacitors C1 and C2 via the switching element Su3 and the clamp diode Dc2. At this time, the potential of the U-phase input terminal of the motor 22 becomes substantially equal to the potential of the connection point of the capacitors C1 and C2, and the U-phase voltage Vu of the motor 22 becomes the middle level.
V相のスイッチング素子Sv1〜Sv4のオンオフとモータ22のV相の電圧Vvとの関係や、W相のスイッチング素子Sw1〜Sw4のオンオフとモータ22のW相の電圧Vwとの関係も同様である。 The same applies to the relationship between ON/OFF of the V-phase switching elements Sv1 to Sv4 and the V-phase voltage Vv of the motor 22, and the relationship between the ON/OFF of the W-phase switching elements Sw1 to Sw4 and the W-phase voltage Vw of the motor 22. ..
ステップS100でインバータ24の各相の各素子のうちの何れかが短絡故障したと判定したときには、インバータ24の各相の各素子のうちの何れが故障したかを判定する(ステップS120)。この処理は、ステップS100の処理と同様に(またはまとめて)行なうことができる。 When it is determined in step S100 that one of the elements of each phase of the inverter 24 has a short circuit failure, it is determined which of each element of each phase of the inverter 24 has a failure (step S120). This process can be performed in the same manner (or collectively) as the process of step S100.
ステップS120で、スイッチング素子Su1,Sv1,Sw1およびダイオードDu1,Dv1,Dw1のうちの何れかが短絡故障したと判定したときには、制御モードにHLモードを設定して(ステップS130)、本ルーチンを終了する。制御モードにHLモードを設定すると、モータ22の各相にハイレベルおよびローレベルの2レベルの電圧が印加されるように、各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPWM信号を生成してこれらのスイッチング制御を行なう。 When it is determined in step S120 that one of the switching elements Su1, Sv1, Sw1 and the diodes Du1, Dv1, Dw1 has a short-circuit fault, the control mode is set to the HL mode (step S130), and this routine ends. To do. When the HL mode is set as the control mode, each phase of the motor 22 is applied based on the voltage command Vu*, Vv*, Vw* of each phase so that two levels of voltage of high level and low level are applied to each phase. PWM signals of the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 are generated to perform switching control of these.
スイッチング素子Su1が短絡故障したときについて説明する。このときに、スイッチング素子Su2をオンにすると、電力ライン28の正極ライン28pからスイッチング素子Su1,Su2を介してモータ22のU相に電流が流れ、モータ22のU相の電圧Vuはハイレベルになる。また、スイッチング素子Su3,Su4をオンにすると、モータ22のU相の入力端子からスイッチング素子Su3,Su4を介して電力ライン28の負極ライン28nに電流が流れ、モータ22のU相の電圧Vuはローレベルになる。 A case where the switching element Su1 has a short circuit fault will be described. At this time, when the switching element Su2 is turned on, current flows from the positive line 28p of the power line 28 to the U phase of the motor 22 via the switching elements Su1 and Su2, and the voltage Vu of the U phase of the motor 22 becomes high level. Become. When the switching elements Su3, Su4 are turned on, a current flows from the U-phase input terminal of the motor 22 to the negative line 28n of the power line 28 via the switching elements Su3, Su4, and the voltage Vu of the U-phase of the motor 22 becomes Become low level.
しかし、スイッチング素子Su2,Su3をオンにすると、スイッチング素子Su1,Su2,Su3およびクランプダイオードDc2を介して電力ライン28の正極ライン28pとコンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)とが短絡してしまう。このため、モータ22のU相の電圧Vuをミドルレベルにすることができない。スイッチング素子Sv1,Sw1およびダイオードDu1,Dv1,Dw1のうちの何れかが短絡故障したときも同様に考えることができる。こうした理由により、スイッチング素子Su1,Sv1,Sw1およびダイオードDu1,Dv1,Dw1のうちの何れかが短絡故障したときには、制御モードにHLモードを設定するものとした。これにより、スイッチング素子Su1,Sv1,Sw1およびダイオードDu1,Dv1,Dw1のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 However, when the switching elements Su2, Su3 are turned on, the positive line 28p of the power line 28 and the connection point (the neutral point NP) of the capacitors C1, C2 are short-circuited via the switching elements Su1, Su2, Su3 and the clamp diode Dc2. Resulting in. Therefore, the U-phase voltage Vu of the motor 22 cannot be set to the middle level. The same can be considered when any one of the switching elements Sv1 and Sw1 and the diodes Du1, Dv1 and Dw1 has a short circuit failure. For this reason, when any one of the switching elements Su1, Sv1, Sw1 and the diodes Du1, Dv1, Dw1 has a short-circuit fault, the control mode is set to the HL mode. Accordingly, even when any one of the switching elements Su1, Sv1, Sw1 and the diodes Du1, Dv1, Dw1 has a short circuit failure, the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy.
ステップS120で、スイッチング素子Su2,Sv2,Sw2およびダイオードDu2,Dv2,Dw2のうちの何れかが短絡故障したと判定したときには、制御モードにHMモードを設定して(ステップS140)、本ルーチンを終了する。制御モードにHMモードを設定すると、モータ22の各相にハイレベルおよびミドルレベルの2レベルの電圧が印加されるように各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPWM信号を生成してこれらのスイッチング制御を行なう。 When it is determined in step S120 that one of the switching elements Su2, Sv2, Sw2 and the diodes Du2, Dv2, Dw2 has a short-circuit fault, the control mode is set to the HM mode (step S140), and this routine ends. To do. When the HM mode is set as the control mode, the PWM signals of the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 of the respective phases are applied so that the two-level voltages of the high level and the middle level are applied to the respective phases of the motor 22. Are generated to perform switching control of these.
スイッチング素子Su2が短絡故障したときについて説明する。このときに、スイッチング素子Su1をオンにすると、電力ライン28の正極ライン28pからスイッチング素子Su1,Su2を介してモータ22のU相に電流が流れ、モータ22のU相の電圧Vuはハイレベルになる。また、スイッチング素子Su3をオンにすると、コンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)からクランプダイオードDc1およびスイッチング素子Su2を介してモータ22の入力端子に電流が流れたり、モータ22の入力端子からスイッチング素子Su3およびクランプダイオードDc2を介してコンデンサC1,C2の接続点に電流が流れたりして、モータ22のU相の電圧Vuはミドルレベルになる。 A case where the switching element Su2 has a short circuit fault will be described. At this time, when the switching element Su1 is turned on, a current flows from the positive line 28p of the power line 28 to the U phase of the motor 22 via the switching elements Su1 and Su2, and the voltage Vu of the U phase of the motor 22 becomes high level. Become. When the switching element Su3 is turned on, current flows from the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1 and C2 to the input terminal of the motor 22 via the clamp diode Dc1 and the switching element Su2, or the input terminal of the motor 22. Current flows through the switching element Su3 and the clamp diode Dc2 to the connection point of the capacitors C1 and C2, and the U-phase voltage Vu of the motor 22 becomes a middle level.
しかし、スイッチング素子Su3,Su4をオンにすると、クランプダイオードDc1およびスイッチング素子Su2,Su3,Su4を介してコンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)と電力ライン28の負極ライン28nとが短絡してしまう。このため、モータ22のU相の電圧Vuをローレベルにすることができない。スイッチング素子Sv2,Sw2およびダイオードDu2,Dv2,Dw2のうちの何れかが短絡故障したときも同様に考えることができる。こうした理由により、スイッチング素子Su2,Sv2,Sw2およびダイオードDu2,Dv2,Dw2のうちの何れかが短絡故障したときには、制御モードにHMモードを設定するものとした。これにより、スイッチング素子Su2,Sv2,Sw2およびダイオードDu2,Dv2,Dw2のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 However, when the switching elements Su3, Su4 are turned on, the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1, C2 and the negative line 28n of the power line 28 are short-circuited via the clamp diode Dc1 and the switching elements Su2, Su3, Su4. Resulting in. Therefore, the U-phase voltage Vu of the motor 22 cannot be set to the low level. The same can be considered when any one of the switching elements Sv2, Sw2 and the diodes Du2, Dv2, Dw2 has a short circuit failure. For this reason, when any one of the switching elements Su2, Sv2, Sw2 and the diodes Du2, Dv2, Dw2 has a short circuit fault, the control mode is set to the HM mode. Accordingly, even when any one of the switching elements Su2, Sv2, Sw2 and the diodes Du2, Dv2, Dw2 has a short circuit failure, the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy.
ステップS120で、スイッチング素子Su3,Sv3,Sw3およびダイオードDu3,Dv3,Dw3のうちの何れかが短絡故障したと判定したときには、制御モードにMLモードを設定して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。制御モードにMLモードを設定すると、モータ22の各相にミドルレベルおよびローレベルの2レベルの電圧が印加されるように、各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPWM信号を生成してこれらのスイッチング制御を行なう。 When it is determined in step S120 that one of the switching elements Su3, Sv3, Sw3 and the diodes Du3, Dv3, Dw3 has a short-circuit fault, the control mode is set to the ML mode (step S150), and this routine ends. To do. When the ML mode is set as the control mode, each phase of the motor 22 is applied based on the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* of each phase so that a voltage of two levels of a middle level and a low level is applied to each phase. PWM signals of the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 are generated to perform switching control of these.
スイッチング素子Su3が短絡故障したときについて説明する。このときに、スイッチング素子Su2をオンにすると、コンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)からクランプダイオードDc1およびスイッチング素子Su2を介してモータ22の入力端子に電流が流れたり、モータ22の入力端子からスイッチング素子Su3およびクランプダイオードDc2を介してコンデンサC1,C2の接続点に電流が流れたりして、モータ22のU相の電圧Vuはミドルレベルになる。また、スイッチング素子Su4をオンにすると、モータ22のU相の入力端子からスイッチング素子Su3,Su4を介して電力ライン28の負極ライン28nに電流が流れ、モータ22のU相の電圧Vuはローレベルになる。 A case where the switching element Su3 has a short circuit fault will be described. At this time, when the switching element Su2 is turned on, current flows from the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1 and C2 to the input terminal of the motor 22 via the clamp diode Dc1 and the switching element Su2, or the motor 22 A current flows from the input terminal to the connection point of the capacitors C1 and C2 via the switching element Su3 and the clamp diode Dc2, and the U-phase voltage Vu of the motor 22 becomes a middle level. When the switching element Su4 is turned on, a current flows from the U-phase input terminal of the motor 22 to the negative line 28n of the power line 28 via the switching elements Su3, Su4, and the U-phase voltage Vu of the motor 22 is at a low level. become.
しかし、スイッチング素子Su1,Su2をオンにすると、スイッチング素子Su1,Su2,Su3およびクランプダイオードDc2を介して電力ライン28の正極ライン28pとコンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)とが短絡してしまう。このため、モータ22のU相の電圧Vuをハイレベルにすることができない。スイッチング素子Sv3,Sw3およびダイオードDu3,Dv3,Dw3のうちの何れかが短絡故障したときも同様に考えることができる。こうした理由により、スイッチング素子Su3,Sv3,Sw3およびダイオードDu3,Dv3,Dw3のうちの何れかが短絡故障したときには、制御モードにMLモードを設定するものとした。これにより、スイッチング素子Su3,Sv3,Sw3およびダイオードDu3,Dv3,Dw3のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 However, when the switching elements Su1, Su2 are turned on, the positive line 28p of the power line 28 and the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1, C2 are short-circuited via the switching elements Su1, Su2, Su3 and the clamp diode Dc2. Resulting in. Therefore, the U-phase voltage Vu of the motor 22 cannot be set to the high level. The same can be considered when any of the switching elements Sv3, Sw3 and the diodes Du3, Dv3, Dw3 has a short circuit failure. For these reasons, when any one of the switching elements Su3, Sv3, Sw3 and the diodes Du3, Dv3, Dw3 has a short circuit failure, the control mode is set to the ML mode. As a result, even if any of the switching elements Su3, Sv3, Sw3 and the diodes Du3, Dv3, Dw3 has a short circuit failure, the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy.
ステップS120で、スイッチング素子Su4,Sv4,Sw4およびダイオードDu4,Dv4,Dw4のうちの何れかが短絡故障したと判定したときには、制御モードにHLモードを設定して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。制御モードにHLモードを設定すると、モータ22の各相にハイレベルおよびローレベルの2レベルの電圧が印加されるように、各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPWM信号を生成してこれらのスイッチング制御を行なう。 When it is determined in step S120 that any of the switching elements Su4, Sv4, Sw4 and the diodes Du4, Dv4, Dw4 has a short-circuit fault, the control mode is set to the HL mode (step S160), and this routine is ended. To do. When the HL mode is set as the control mode, each phase of the motor 22 is applied based on the voltage command Vu*, Vv*, Vw* of each phase so that two levels of voltage of high level and low level are applied to each phase. PWM signals of the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 are generated to perform switching control of these.
スイッチング素子Su4が短絡故障したときについて説明する。このときに、スイッチング素子Su1,Su2をオンにすると、電力ライン28の正極ライン28pからスイッチング素子Su1,Su2を介してモータ22のU相に電流が流れ、モータ22のU相の電圧Vuはハイレベルになる。また、スイッチング素子Su3をオンにすると、モータ22のU相の入力端子からスイッチング素子Su3,Su4を介して電力ライン28の負極ライン28nに電流が流れ、モータ22のU相の電圧Vuはローレベルになる。 A case where the switching element Su4 has a short circuit fault will be described. At this time, when the switching elements Su1 and Su2 are turned on, current flows from the positive line 28p of the power line 28 to the U phase of the motor 22 via the switching elements Su1 and Su2, and the voltage Vu of the U phase of the motor 22 becomes high. Become a level. When the switching element Su3 is turned on, a current flows from the U-phase input terminal of the motor 22 to the negative line 28n of the power line 28 via the switching elements Su3 and Su4, and the voltage Vu of the U-phase of the motor 22 is at a low level. become.
しかし、スイッチング素子Su2,Su3をオンにすると、クランプダイオードDc1およびスイッチング素子Su2,Su3,Su4を介してコンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)と電力ライン28の負極ライン28nとが短絡してしまう。このため、モータ22のU相の電圧Vuをミドルレベルにすることができない。スイッチング素子Sv4,Sw4およびダイオードDu4,Dv4,Dw4のうちの何れかが短絡故障したときも同様に考えることができる。こうした理由により、スイッチング素子Su4,Sv4,Sw4およびダイオードDu4,Dv4,Dw4のうちの何れかが短絡故障したときには、制御モードにHLモードを設定するものとした。これにより、スイッチング素子Su4,Sv4,Sw4およびダイオードDu4,Dv4,Dw4のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 However, when the switching elements Su2, Su3 are turned on, the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1, C2 and the negative line 28n of the power line 28 are short-circuited via the clamp diode Dc1 and the switching elements Su2, Su3, Su4. Resulting in. Therefore, the U-phase voltage Vu of the motor 22 cannot be set to the middle level. The same can be considered when any of the switching elements Sv4, Sw4 and the diodes Du4, Dv4, Dw4 has a short circuit failure. For this reason, when any one of the switching elements Su4, Sv4, Sw4 and the diodes Du4, Dv4, Dw4 has a short-circuit fault, the control mode is set to the HL mode. As a result, even when any one of the switching elements Su4, Sv4, Sw4 and the diodes Du4, Dv4, Dw4 has a short circuit failure, the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy.
ステップS120で、クランプダイオードDc1,Dc3,Dc5のうちの何れかが短絡故障したと判定したときには、制御モードにMLモードを設定して(ステップS170)、本ルーチンを終了する。制御モードにMLモードを設定すると、モータ22の各相にミドルレベルおよびローレベルの2レベルの電圧が印加されるように、各相の電圧指令Vu*,Vv*,Vw*に基づいて各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPWM信号を生成してこれらのスイッチング制御を行なう。 When it is determined in step S120 that any one of the clamp diodes Dc1, Dc3, Dc5 has a short-circuit fault, the control mode is set to the ML mode (step S170), and this routine ends. When the ML mode is set as the control mode, each phase of the motor 22 is applied based on the voltage commands Vu*, Vv*, Vw* of each phase so that a voltage of two levels of a middle level and a low level is applied to each phase. PWM signals of the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 are generated to perform switching control of these.
クランプダイオードDc1が短絡故障したときについて説明する。このときに、スイッチング素子Su2,Su3をオンにすると、コンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)からクランプダイオードDc1およびスイッチング素子Su2を介してモータ22の入力端子に電流が流れたり、モータ22の入力端子からスイッチング素子Su3およびクランプダイオードDc2を介してコンデンサC1,C2の接続点に電流が流れたりして、モータ22のU相の電圧Vuはミドルレベルになる。また、スイッチング素子Su3,Su4をオンにすると、モータ22のU相の入力端子からスイッチング素子Su3,Su4を介して電力ライン28の負極ライン28nに電流が流れ、モータ22のU相の電圧Vuはローレベルになる。 A case where the clamp diode Dc1 has a short circuit fault will be described. At this time, if the switching elements Su2, Su3 are turned on, current may flow from the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1, C2 to the input terminal of the motor 22 via the clamp diode Dc1 and the switching element Su2, or A current flows from the input terminal of 22 through the switching element Su3 and the clamp diode Dc2 to the connection point of the capacitors C1 and C2, and the U-phase voltage Vu of the motor 22 becomes the middle level. When the switching elements Su3, Su4 are turned on, a current flows from the U-phase input terminal of the motor 22 to the negative line 28n of the power line 28 via the switching elements Su3, Su4, and the U-phase voltage Vu of the motor 22 becomes Become low level.
しかし、スイッチング素子Su1,Su2をオンにすると、スイッチング素子Su1およびクランプダイオードDc1を介して電力ライン28の正極ライン28pとコンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)とが短絡してしまう。このため、モータ22のU相の電圧Vuをハイレベルにすることができない。クランプダイオードDc3,Dc5のうちの何れかが短絡故障したときも同様に考えることができる。こうした理由により、クランプダイオードDc1,Dc3,Dc5のうちの何れかが短絡故障したときには、制御モードにMLモードを設定するものとした。これにより、クランプダイオードDc1,Dc3,Dc5のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 However, when the switching elements Su1 and Su2 are turned on, the positive line 28p of the power line 28 and the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1 and C2 are short-circuited via the switching element Su1 and the clamp diode Dc1. Therefore, the U-phase voltage Vu of the motor 22 cannot be set to the high level. The same can be considered when any one of the clamp diodes Dc3 and Dc5 has a short circuit failure. For this reason, when any of the clamp diodes Dc1, Dc3, Dc5 has a short circuit fault, the control mode is set to the ML mode. Accordingly, even when any of the clamp diodes Dc1, Dc3, Dc5 has a short circuit failure, the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy.
ステップS120で、クランプダイオードDc2,Dc4,Dc6のうちの何れかが短絡故障したと判定したときには、制御モードにHMモードを設定して(ステップS140)、本ルーチンを終了する。制御モードにHMモードを設定すると、モータ22の各相にハイレベルおよびミドルレベルの2レベルの電圧が印加されるように各相のスイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4のPWM信号を生成してこれらのスイッチング制御を行なう。 When it is determined in step S120 that any one of the clamp diodes Dc2, Dc4, Dc6 has a short circuit failure, the control mode is set to the HM mode (step S140), and this routine is ended. When the HM mode is set as the control mode, the PWM signals of the switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 of the respective phases are applied so that the two-level voltages of the high level and the middle level are applied to the respective phases of the motor 22. Are generated to perform switching control of these.
クランプダイオードDc2が短絡故障したときについて説明する。このときに、スイッチング素子Su1,Su2をオンにすると、電力ライン28の正極ライン28pからスイッチング素子Su1,Su2を介してモータ22のU相に電流が流れ、モータ22のU相の電圧Vuはハイレベルになる。スイッチング素子Su2,Su3をオンにすると、コンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)からクランプダイオードDc1およびスイッチング素子Su2を介してモータ22の入力端子に電流が流れたり、モータ22の入力端子からスイッチング素子Su3およびクランプダイオードDc2を介してコンデンサC1,C2の接続点に電流が流れたりして、モータ22のU相の電圧Vuはミドルレベルになる。 A case where the clamp diode Dc2 has a short circuit fault will be described. At this time, when the switching elements Su1 and Su2 are turned on, current flows from the positive line 28p of the power line 28 to the U phase of the motor 22 via the switching elements Su1 and Su2, and the voltage Vu of the U phase of the motor 22 becomes high. Become a level. When the switching elements Su2, Su3 are turned on, current flows from the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1, C2 to the input terminal of the motor 22 via the clamp diode Dc1 and the switching element Su2, or the input terminal of the motor 22. Current flows to the connection point between the capacitors C1 and C2 via the switching element Su3 and the clamp diode Dc2, and the U-phase voltage Vu of the motor 22 becomes a middle level.
しかし、スイッチング素子Su3,Su4をオンにすると、クランプダイオードDc2およびスイッチング素子Su4を介してコンデンサC1,C2の接続点(中性点NP)と電力ライン28の負極ライン28nとが短絡してしまう。このため、モータ22のU相の電圧Vuをローレベルにすることができない。クランプダイオードDc4,Dc6のうちの何れかが短絡故障したときも同様に考えることができる。こうした理由により、クランプダイオードDc2,Dc4,Dc6のうちの何れかが短絡故障したときには、制御モードにHMモードを設定するものとした。これにより、クランプダイオードDc2,Dc4,Dc6のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 However, when the switching elements Su3, Su4 are turned on, the connection point (neutral point NP) of the capacitors C1, C2 and the negative line 28n of the power line 28 are short-circuited via the clamp diode Dc2 and the switching element Su4. Therefore, the U-phase voltage Vu of the motor 22 cannot be set to the low level. The same can be considered when any one of the clamp diodes Dc4 and Dc6 has a short circuit failure. For this reason, when any of the clamp diodes Dc2, Dc4, Dc6 has a short circuit failure, the HM mode is set as the control mode. Accordingly, even when any one of the clamp diodes Dc2, Dc4, Dc6 has a short circuit failure, the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy.
図3は、制御モードに通常モードを設定したときの各相の電圧Vu,Vv,Vwおよび電流Iu,Iv,Iwの一例を示す説明図である。図示するように、各相の電圧Vu,Vv,Vwは、ハイレベル、ミドルレベル、ローレベルの3レベルで変化しており、各相の電流Iu,Iv,Iwは、120度ずつずれた正弦波になっていることが分かる。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the voltages Vu, Vv, Vw and the currents Iu, Iv, Iw of the respective phases when the normal mode is set as the control mode. As shown in the figure, the voltages Vu, Vv, Vw of each phase change at three levels of high level, middle level, and low level, and the currents Iu, Iv, Iw of each phase are sine shifted by 120 degrees. You can see that it is a wave.
図4は、スイッチング素子Su1,Sv1,Sw1およびダイオードDu1,Dv1,Dw1のうちの何れかが短絡故障し、制御モードにHLモードを設定したときの各相の電圧Vu,Vv,Vwおよび電流Iu,Iv,Iwの一例を示す説明図である。図示するように、各相の電圧Vu,Vv,Vwは、ハイレベルおよびローレベルの2レベルで変化しており、各相の電流Iu,Iv,Iwは、通常モードに比してリプルが増加するものの、120度ずつずれた正弦波になっていることが分かる。したがって、スイッチング素子Su1,Sv1,Sw1およびダイオードDu1,Dv1,Dw1のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。また、スイッチング素子Su4,Sv4,Sw4およびダイオードDu4,Dv4,Dw4のうちの何れかが短絡故障したときにも、制御モードにHLモードを設定するから、同様に、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 FIG. 4 shows the voltage Vu, Vv, Vw and the current Iu of each phase when one of the switching elements Su1, Sv1, Sw1 and the diodes Du1, Dv1, Dw1 has a short-circuit fault and the control mode is set to the HL mode. It is explanatory drawing which shows an example of Iv, Iw. As shown in the figure, the voltages Vu, Vv, Vw of each phase change at two levels of high level and low level, and the currents Iu, Iv, Iw of each phase have more ripples than in the normal mode. However, it can be seen that the sine wave is shifted by 120 degrees. Therefore, even if any of the switching elements Su1, Sv1, Sw1 and the diodes Du1, Dv1, Dw1 has a short circuit failure, the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy. Further, even when any one of the switching elements Su4, Sv4, Sw4 and the diodes Du4, Dv4, Dw4 has a short-circuit fault, the control mode is set to the HL mode, and thus the motor 22 is similarly driven with a certain degree of accuracy. can do.
図5は、スイッチング素子Su2,Sv2,Sw2およびダイオードDu2,Dv2,Dw2のうちの何れかが短絡故障し、制御モードにHMモードを設定したときの各相の電圧Vu,Vv,Vwおよび電流Iu,Iv,Iwの一例を示す説明図である。図示するように、各相の電圧Vu,Vv,Vwは、ハイレベルおよびミドルレベルの2レベルで変化しており、各相の電流Iu,Iv,Iwは、乱れ(歪み)が発生するものの、引き摺りトルクの原因となる短絡相の過電流等が発生せずに、120度ずつずれた正弦波になっていることが分かる。したがって、スイッチング素子Su2,Sv2,Sw2およびダイオードDu2,Dv2,Dw2のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。また、クランプダイオードDc2,Dc4,Dc6のうちの何れかが短絡故障したときにも、制御モードにHMモードを設定するから、同様に、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 FIG. 5 shows that any one of the switching elements Su2, Sv2, Sw2 and the diodes Du2, Dv2, Dw2 has a short circuit fault and the voltages Vu, Vv, Vw and the current Iu of each phase when the HM mode is set as the control mode. It is explanatory drawing which shows an example of Iv, Iw. As shown in the figure, the voltages Vu, Vv, Vw of each phase are changed at two levels of high level and middle level, and the currents Iu, Iv, Iw of each phase are disturbed (distorted), It can be seen that the sine wave is shifted by 120 degrees without the occurrence of overcurrent in the short-circuit phase that causes dragging torque. Therefore, even when any one of the switching elements Su2, Sv2, Sw2 and the diodes Du2, Dv2, Dw2 has a short circuit failure, the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy. Further, even when any one of the clamp diodes Dc2, Dc4, Dc6 has a short circuit failure, the control mode is set to the HM mode, and thus the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy in the same manner.
図6は、クランプダイオードDc1,Dc3,Dc5のうちの何れかが短絡故障し、制御モードにMLモードを設定したときの各相の電圧Vu,Vv,Vwおよび電流Iu,Iv,Iwの一例を示す説明図である。図示するように、各相の電圧Vu,Vv,Vwは、ミドルレベルおよびローレベルの2レベルで変化しており、各相の電流Iu,Iv,Iwは、乱れ(歪み)が発生するものの、引き摺りトルクの原因となる短絡相の過電流等が発生せずに、120度ずつずれた正弦波になっていることが分かる。したがって、クランプダイオードDc1,Dc3,Dc5のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。また、スイッチング素子Su3,Sv3,Sw3およびダイオードDu3,Dv3,Dw3のうちの何れかが短絡故障したときにも、制御モードにMLモードを設定するから、同様に、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 FIG. 6 shows an example of the voltages Vu, Vv, Vw and the currents Iu, Iv, Iw of the respective phases when one of the clamp diodes Dc1, Dc3, Dc5 has a short-circuit fault and the control mode is set to the ML mode. It is an explanatory view shown. As shown in the figure, the voltages Vu, Vv, Vw of each phase change at two levels of the middle level and the low level, and the currents Iu, Iv, Iw of each phase are disturbed (distorted), It can be seen that the sine wave is shifted by 120 degrees without the occurrence of overcurrent in the short-circuit phase that causes dragging torque. Therefore, even when any one of the clamp diodes Dc1, Dc3, Dc5 has a short circuit failure, the motor 22 can be driven with a certain degree of accuracy. Further, even when any one of the switching elements Su3, Sv3, Sw3 and the diodes Du3, Dv3, Dw3 has a short circuit failure, the control mode is set to the ML mode, and thus the motor 22 is similarly driven with a certain degree of accuracy. can do.
以上説明した実施例の駆動装置20では、インバータ24の各相の各素子(スイッチング素子Su1〜Su4,Sv1〜Sv4,Sw1〜Sw4およびダイオードDu1〜Du4,Dv1〜Dv4,Dw1〜Dw4やクランプダイオードDc1〜Dc6)のうちの何れかが短絡故障したときには、短絡故障した素子を除く残余の素子を用いて、モータ22の各相にハイレベル、ミドルレベル、ローレベルのうちの何れか2つのレベルの電圧が印加されるようにインバータ24を制御する。これにより、各相の各素子のうちの何れかが短絡故障したときでも、モータ22をある程度の精度で駆動することができる。 In the drive device 20 of the embodiment described above, each phase element of the inverter 24 (switching elements Su1 to Su4, Sv1 to Sv4, Sw1 to Sw4 and diodes Du1 to Du4, Dv1 to Dv4, Dw1 to Dw4 and clamp diode Dc1). ~Dc6) when a short circuit failure occurs, the remaining elements other than the short circuit failure element are used, and any two levels of high level, middle level and low level are applied to each phase of the motor 22. The inverter 24 is controlled so that the voltage is applied. This allows the motor 22 to be driven with a certain degree of accuracy even when any one of the elements of each phase has a short circuit failure.
実施例の駆動装置20では、図1に示したように、インバータ24は、6つのクランプダイオードDc1〜Dc6を有するものとした。しかし、インバータ24の6つのクランプダイオードDc1〜Dc6を6つのクランプスイッチング素子に置き換えるものとしてもよい。この場合、モータ22に印加すべき電圧(ハイレベル、ミドル、ローレベル)に応じて6つのクランプスイッチング素子をスイッチング制御すればよい。 In the drive device 20 of the embodiment, as shown in FIG. 1, the inverter 24 has six clamp diodes Dc1 to Dc6. However, the six clamp diodes Dc1 to Dc6 of the inverter 24 may be replaced with six clamp switching elements. In this case, the six clamp switching elements may be switching-controlled according to the voltage (high level, middle level, low level) to be applied to the motor 22.
実施例の駆動装置20では、図1に示したように、インバータ24がコンデンサC1,C2を有し、更にバッテリ26も有するものとした。しかし、図7の変形例の駆動装置120に示すような構成としてもよい。駆動装置120は、インバータ24のコンデンサC1,C2をバッテリ125,126に置き換えた点や、バッテリ26を備えない点を除いて、図1の駆動装置20と同一である。バッテリ125,126は、定格容量がコンデンサC1,C2よりも十分に大きく且つ互いに同一に構成されている。こうした構成とすることにより、コンデンサC1,C2を用いるものに比して、中性点NPの電位の変動を抑制することができ、モータ22に印加されるミドルレベルの電圧の変動を抑制することができる。 In the drive device 20 of the embodiment, as shown in FIG. 1, the inverter 24 has the capacitors C1 and C2 and further has the battery 26. However, the configuration may be as shown in the drive device 120 of the modified example of FIG. 7. The drive device 120 is the same as the drive device 20 of FIG. 1 except that the capacitors C1 and C2 of the inverter 24 are replaced with batteries 125 and 126 and the battery 26 is not provided. The batteries 125 and 126 have a rated capacity sufficiently larger than those of the capacitors C1 and C2 and are configured to be the same as each other. With such a configuration, it is possible to suppress fluctuations in the potential of the neutral point NP and suppress fluctuations in the middle-level voltage applied to the motor 22, as compared with those using the capacitors C1 and C2. You can
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、インバータ24が「3レベルインバータ」に相当し、ECU30が「制御装置」に相当する。 Correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem will be described. In the embodiment, the inverter 24 corresponds to a “three-level inverter” and the ECU 30 corresponds to a “control device”.
なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the section of means for solving the problem is the same as the embodiment described in the section of the means for solving the problem. This is an example for specifically explaining the mode for carrying out the invention, and does not limit the elements of the invention described in the column of means for solving the problem. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be made based on the description in that column, and the embodiment is the invention of the invention described in the column of means for solving the problem. This is just a specific example.
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。 The embodiments for carrying out the present invention have been described above with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments are possible within the scope not departing from the gist of the present invention. Of course, it can be implemented.
本発明は、インバータ装置の製造産業などに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in the manufacturing industry of inverter devices.
20,120 駆動装置、22 モータ、22a 回転位置センサ、22u,22v 電流センサ、24 インバータ、26,125,126 バッテリ、26a 電圧センサ、26b 電流センサ、28 電力ライン、28n 負極ライン、28p 正極ライン、30 電子制御ユニット(ECU)、C1,C2 コンデンサ、Dc1〜Dc6 クランプダイオード、Du1〜Du6,Dv1〜Dv6,Dw1〜Dw6 ダイオード、Su1〜Su6,Sv1〜Sv6,Sw1〜Sw6 スイッチング素子。 20, 120 drive device, 22 motor, 22a rotational position sensor, 22u, 22v current sensor, 24 inverter, 26, 125, 126 battery, 26a voltage sensor, 26b current sensor, 28 power line, 28n negative line, 28p positive line, 30 electronic control unit (ECU), C1 and C2 capacitors, Dc1 to Dc6 clamp diodes, Du1 to Du6, Dv1 to Dv6, Dw1 to Dw6 diodes, Su1 to Su6, Sv1 to Sv6, Sw1 to Sw6 switching elements.
Claims (1)
前記3相モータの各相に3レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御する制御装置と、
を備えるインバータ装置であって、
前記制御装置は、前記各相の各素子のうちの何れかが短絡故障したときには、前記各相の各素子のうち短絡故障していない素子を用いて、前記3相モータの各相に2レベルの電圧が印加されるように前記3レベルインバータを制御する、
インバータ装置。 A neutral point clamp type three-level inverter that has a plurality of switching elements and a plurality of diodes as each element of each phase and drives a three-phase motor,
A controller for controlling the three-level inverter so that three-level voltage is applied to each phase of the three-phase motor;
An inverter device comprising:
When any one of the elements of each of the phases has a short circuit failure, the controller uses two elements of each of the phases of the three-phase motor by using two elements of each phase of the three-phase motor. Controlling the three-level inverter so that the voltage of
Inverter device.
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