JP4784478B2 - 多相回転電機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、インバータのスイッチング素子を操作することで多相回転電機の出力を制御する多相回転電機の制御装置に関する。

３相モータの３相のそれぞれと電源電圧の正極側及び負極側とのいずれかとを導通させる３つのアームを備えるインバータのスイッチング素子を操作することで、同モータの出力トルクを制御する制御装置が周知である。この制御装置による制御時において、インバータのいずれかのアームのスイッチング素子に短絡異常が生じるときには、アームを貫通電流が流れることにより、トルクが変動したりインバータの発熱量が増大したりするおそれがある。

そこで従来、下記特許文献１に見られるように、インバータの各アームを流れる電流を検出する手段を備え、これにより、インバータのいずれかのアームのスイッチング素子に短絡異常が生じているか否かを判断するものも提案されている。更に、下記特許文献１では、インバータと電源との間に遮断回路を備えて、短絡異常時に短絡した相についてインバータと電源との間を遮断することも提案されている。
特開平６−３１９２６３号公報

ただし、上記従来の制御装置では、短絡異常時のトルク変動や発熱の問題を回避するために遮断回路を備えるため、部品点数の増加やインバータ回路の大型化が無視できない。

また、近年、３相モータ及び３相発電機の回転軸と内燃機関の出力軸とを動力分割機構により連結したハイブリッド車用のシステムが実用化されている。このシステムでは、内燃機関の停止時には、インバータを操作することで３相モータの出力トルクを制御し、この出力トルクにより車両を走行させる。また、内燃機関の稼動時等において、インバータを操作することで３相発電機の発電量を制御する。

上記システムにおいても、３相発電機のインバータのいずれかのアームに短絡異常が生じるときには、発電機のトルク変動やインバータの発熱量の増大が問題となる。更に、このシステムにおいては、発電機及び電動機のトルクが動力分割機構を介して内燃機関の出力軸に伝達されると、内燃機関の停止時であっても内燃機関の出力軸が回転し、ひいては上記システムの動力伝達系統に振動が生じるおそれもある。更に、３相電動機のインバータのいずれかのアームに短絡異常が生じるときには、内燃機関の出力トルクを駆動力としてリンプホーム処理をすることが望まれるが、この際、３相電動機に負荷トルクが生じ、内燃機関の出力トルクを駆動輪へと適切に伝達させることが困難となるおそれもある。

しかし、上記従来の制御装置では、上記ハイブリッド車用のシステムにおけるこうした問題については何ら触れられていない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、インバータのスイッチング素子を操作することで多相回転電機の出力を制御する多相回転電機の制御装置にあって、インバータの異常時により適切に対処することのできる多相回転電機の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、前記インバータに異常があると判断されて且つ前記内燃機関が非稼動状態であるとき、前記動力分割機構を介して伝達される前記回転機の動力による前記内燃機関の出力軸の回転を前記多相回転電機の電気的な状態の操作によって制限する制限手段を備えることを特徴とする。

上記構成において、インバータに異常があるときには、多相回転電機の回転軸のトルク制御を適切に行うことができないおそれがある。こうした状況下、回転機が稼動しているときには、その動力（回転軸のトルク）が動力分割機構によって内燃機関の出力軸に伝達され、内燃機関の非稼動時であっても出力軸が回転するおそれがある。この点、上記構成では、インバータの異常時のフェールセーフ処理として多相回転電機の電気的な状態を操作することで出力軸の回転を制限する。このため、多相回転電機のインバータの異常時であってもシステムの動力伝達系統に振動が生じる等の不都合を好適に抑制することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制限手段は、前記異常があると判断されるとき、前記内燃機関の出力軸の回転速度がゼロより大きく前記内燃機関のアイドル回転速度未満の回転速度領域に入ることを制限することを特徴とする。

上記構成では、内燃機関の出力軸の回転速度がゼロよりも大きくアイドル回転速度未満の回転速度領域に入ることを制限する。これにより、内燃機関の出力軸の回転速度が通常の稼動状態ではほとんどとりえない回転速度となることを好適に抑制することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記内燃機関はフライホイールダンパを備え、前記制限手段は、前記内燃機関の出力軸の回転速度が前記フライホイールダンパの共振周波数に相当する回転速度領域に入ることを制限することを特徴とする。

上記構成では、内燃機関の出力軸の回転速度が上記共振周波数に相当する回転速度領域に入ることを制限することで、システムに生じる振動を好適に抑制することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸のトルクを、前記内燃機関の出力軸を停止させるトルクとするものであることを特徴とする。

上記構成では、内燃機関の出力軸を停止させるように多相回転電機の回転軸のトルクが制御されるために、内燃機関の出力軸の回転に伴う不都合を好適に回避することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記制限手段は、前記インバータのスイッチング操作により前記制限を行うことを特徴とする。

上記構成では、インバータのスイッチング素子の操作により上記制限をするために、フェールセーフ処理に際して多相回転電機の電流の連続性を保つことができる。このため、多相回転電機の電流を強制的にゼロとする場合に生じるアーク電流の発生等を好適に回避することができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記インバータの異常が１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子の短絡であり、前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が所定速度以上であるとき、異常のない相のスイッチング素子のうち、前記一方のスイッチング素子と接続される側の前記インバータの入力端と接続される全てのスイッチング素子を導通状態とすることを特徴とする。

上記構成では、所定速度以上であるときに上記一方のスイッチング素子と接続される側のインバータの入力端を介して、多相回転電機の全ての相を短絡する。これにより、多相回転電機に流れる電流は逆起電力によって流れる電流となり、また、このときの逆起電力と電流とは略直交する関係となる。このため、多相回転電機を流れる電流が大きな値になることや、多相回転電機のトルクの絶対値が大きい値になること、更にはトルクが変動することを抑制することができる。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が前記所定速度よりも遅い規定速度以下であるとき、前記インバータのスイッチング素子のうち異常の無いものを全て非導通状態とすることを特徴とする。

上述した一方のスイッチング素子と接続される側のインバータの入力端を介して多相回転電機の全ての相を短絡する制御によれば、回転速度が大きいときにはトルクの絶対値の増大を回避することができる。しかし、この制御によれば、回転速度が小さいときにはトルクの絶対値が大きくなるおそれがある。これは、回転速度が小さいときには、多相回転電機を流れる電流と逆起電力との位相差がゼロに近似し、力率が大きくなるためである。ここで、上記構成では、回転速度が規定速度以下であるとき、インバータのスイッチング素子のうち異常の無いもの全てを非導通状態とする。これにより、回転速度が規定速度以下のときに多相回転電機のトルクの絶対値が大きくなることを抑制することができる。したがって、上記構成では、回転速度が規定速度以下である領域及び所定速度以上である領域において、多相回転電機のトルクの絶対値を抑制することができ、ひいては内燃機関の出力軸の回転を制限することができる。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が前記所定速度及び前記規定速度間にあるとき、前記所定速度以上及び前記規定速度以下のいずれかに移行させる制御を行うことを特徴とする。

上述した一方のスイッチング素子と接続される側のインバータの入力端を介して多相回転電機の全ての相を短絡する制御によれば、回転速度が小さいときにはトルクの絶対値が大きくなる。一方、インバータのスイッチング素子のうち異常の無いもの全てを非導通状態とする制御では、回転速度が大きいときには、トルクの絶対値が大きくなる。この点、上記構成では、上記規定速度より大きく所定速度未満となるときに、上記規定速度以下又は所定速度以上に移行させる制御を行うことで、多相回転電機のトルクの絶対値の増大を好適に抑制することができる。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記多相回転電機が３相回転電機であり、前記多相回転電機の前記回転軸のトルクを所望のトルクに制御するための３相の指令電圧を算出する算出手段を更に備え、前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が前記所定速度及び前記規定速度間にあるとき、前記３相の相間電圧が前記算出手段によって算出される前記３相の指令電圧によって定まる相間電圧となるように前記異常のある相以外の２相の指令電圧を変調する２相変調手段を備えることを特徴とする。

上記構成において、１相の一方のスイッチング素子に異常が生じるとその相の電圧はインバータの正極電位又は負極電位のいずれかに固定されるため、多相回転電機の実際の電圧を上記３相の指令電圧に制御することができない。そこで上記構成では、残りの２相の指令電圧を変調することで、３相の相間電圧を３相の指令電圧によって定まるものと一致させる。これにより、回転軸のトルクを所望のトルクに制御することができ、ひいては規定速度以下又は所定速度以上に迅速に移行させることができる。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記制限手段は、前記３相の指令電圧の周期の「１／３」の期間、前記２相変調手段による制御を行うことを特徴とする。

上記構成において、３相のうち異常のある相の実際の電圧はインバータの正極電位又は負極電位に固定されている。ここで、インバータの正極電位に固定されているときには、この相の電圧よりも他の相の電圧を大きくすることはできない。また、インバータの負極電位に固定されているときには、この相の電圧よりも他の相の電圧を小さくすることはできない。したがって、２相の指令電圧を変調することで３相の指令電圧によって定まる相間電圧が実現できるのは、異常のある相の指令電圧が３相の指令電圧の中で固定される電位側に最も近い期間に限られる。すなわち、指令電圧の周期の「１／３」の期間に限られる。上記構成では、こうした観点から、３相の指令電圧によって定まる相間電圧とする制御が実現可能な期間に限って２相変調による制御をすることで、多相回転電機のトルクを所望のトルクに好適に制御することができる。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が前記所定速度及び前記規定速度間にあるときであって且つ前記２相変調手段による制御を行う期間以外は、前記インバータのスイッチング素子のうち異常の無いものを全て非導通状態とすることを特徴とする。

上記構成では、２相変調による制御を行う期間以外では、インバータのスイッチング素子のうち異常の無いものを全て非導通状態とする制御を行うために、異常のない全ての相の対応するスイッチング素子を導通状態とする制御を行う場合と比較して、トルクの絶対値の増大を抑制することができる。

請求項１２記載の発明は、請求項５又は６記載の発明において、前記多相回転電機が３相回転電機であり、前記インバータの異常が１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子の短絡であり、前記多相回転電機の前記回転軸のトルクを所望のトルクに制御するための３相の指令電圧を算出する算出手段を更に備え、前記制限手段は、前記多相回転電機の回転軸の回転速度が所定速度未満であるとき、前記３相の相間電圧が前記算出手段によって算出される前記３相の指令電圧によって定まる相間電圧となるように前記異常のある相以外の２相の指令電圧を変調する２相変調手段を備えることを特徴とする。

上記構成において、１相の一方のスイッチング素子に異常が生じるとその相の電圧はインバータの正極電位又は負極電位のいずれかに固定されるため、多相回転電機の実際の電圧を上記３相の指令電圧に制御することができない。そこで上記構成では、残りの２相の指令電圧を変調することで、３相の相間電圧を３相の指令電圧によって定まるものと一致させる。これにより、回転軸のトルクを所望のトルクに制御することができ、ひいては回転軸の負荷トルクを制限できる。このため、内燃機関の出力軸の回転を好適に制限することができる。

請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明において、前記制限手段は、前記３相の指令電圧の周期の「１／３」の期間、前記２相変調手段による制御を行うことを特徴とする。

上記構成において、３相のうち異常のある相の実際の電圧はインバータの正極電位又は負極電位に固定されている。ここで、インバータの正極電位に固定されているときには、この相の電圧よりも他の相の電圧を大きくすることはできない。また、インバータの負極電位に固定されているときには、この相の電圧よりも他の相の電圧を小さくすることはできない。したがって、２相の指令電圧を変調することで３相の指令電圧によって定まる相間電圧が実現できるのは、異常のある相の指令電圧が３相の指令電圧の中で固定される電位側に最も近い期間に限られる。すなわち、指令電圧の周期の「１／３」の期間に限られる。上記構成では、こうした観点から、３相の指令電圧によって定まる相間電圧とする制御が実現可能な期間に限って２相変調による制御をすることで、多相回転電機のトルクを所望のトルクに好適に制御することができる。

請求項１４記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記多相回転電機と前記インバータとの間には、導通状態を制御する導通制御手段が設けられ、前記制限手段は、前記異常があると判断されるとき、前記導通制御手段を非導通状態に操作することを特徴とする。

上記構成では、異常があると判断されるとき、多相回転電機とインバータとの間を遮断することで、多相回転電機の各相の間を絶縁する。これにより、多相回転電機を流れる電流をゼロとすることができるため、トルクを略ゼロとすることができ、ひいては内燃機関の出力軸の回転を抑制することができる。

請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記動力分割機構が遊星歯車機構を備えて構成され、前記多相回転電機の回転軸がサンギアと、前記回転機の回転軸がリングギアと、前記内燃機関の出力軸がプラネタリギアとそれぞれ接続されてなることを特徴とする。

上記構成では、内燃機関の回転速度は、共線図において、多相回転電機の回転速度と回転機の回転速度とを結ぶ線上の値となる。このため、回転機の回転速度が上昇するほど多相回転電機の回転速度を逆方向に上昇させることで、内燃機関の出力軸の回転速度を制限することができる。

請求項１６記載の発明は、請求項１〜１５のいずれかに記載の発明において、前記多相回転電機が、磁石磁界回転電機であることを特徴とする。

上記構成では、多相回転電機が磁石界磁回転電機であるため、多相回転電機の全てのスイッチング素子をオフ状態としたとしても、逆起電力により多相回転電機に電流が流れ得る構成となっている。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる多相回転電機の制御装置をハイブリッド車に搭載される多相回転電機の制御装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、上記ハイブリッド車の動力伝達システムの全体構成を示す。

図示されるように、内燃機関１には、その振動を抑制するフライホイールダンパ２が設けられている。内燃機関１の動力は、動力分割機構３を介して第１のモータジェネレータ（発電機４）と、第２のモータジェネレータ（電動機５）とに分配される。詳しくは、動力分割機構３は、遊星歯車機構を備えて構成されており、そのプラネタリギア３ｐが内燃機関１の出力軸と、サンギア３ｓが発電機４の回転軸と、リングギア３ｒが電動機５の回転軸とそれぞれ接続されている。なお、上記発電機４及び電動機５は、いずれもＤＣブラシレスモータにて構成されている。

発電機４の負荷トルクや電動機５の出力トルクは、パワーコントロールユニット６によって制御される。パワーコントロールユニット６には、バッテリ７が接続されている。そして、発電機４の発電エネルギがパワーコントロールユニット６を介してバッテリ７に充電され、また、バッテリ７の電力により、電動機５が稼動する。そして、電動機５の出力トルクは、車両の駆動輪に伝えられる。

図２に、パワーコントロールユニット６のうち、特に発電機４の制御に関する部分を示す。

図示されるように、発電機４の３つの相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）には、インバータ１０が接続されている。このインバータ１０は、３相インバータであり、３つの相のそれぞれとバッテリ７の正極側又は負極側とを導通させるべく、スイッチング素子１２，１４（Ｕ相アーム）とスイッチング素子１６，１８（Ｖ相アーム）とスイッチング素子２０，２２（Ｗ相アーム）との並列接続体を備えて構成されている。更に、インバータ１０は、各スイッチング素子１２〜２２に逆並列に接続されたフライホイールダイオード２４〜３４を備えている。そして、スイッチング素子１２及びスイッチング素子１４を直列接続する接続点が発電機４のＵ相と接続されている。また、スイッチング素子１６及びスイッチング素子１８を直列接続する接続点が発電機４のＶ相と接続されている。更に、スイッチング素子２０及びスイッチング素子２２を直列接続する接続点が発電機４のＷ相と接続されている。ちなみに、これらスイッチング素子１２〜２２は、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）によって構成されている。

インバータ１０の各１組のスイッチング素子１２，１４とスイッチング素子１６，１８とスイッチング素子２０，２２との両端には、平滑コンデンサ４０が接続されている。

一方、マイクロコンピュータ５０は、発電機４の出力軸の回転角度を検出する位置センサ５２や、Ｕ相及びＶ相に流れる電流を検出する電流センサ５４，５６の検出結果を取り込む。そして、マイクロコンピュータ５０は、Ｗ相に流れる電流を、キルヒホッフの法則に基づき、Ｕ相を流れる電流とＶ相を流れる電流とから算出する。そして、マイクロコンピュータ５０は、上記発電機４の出力軸の回転角度や３つの相を流れるそれぞれの電流等に基づき、ゲート駆動回路６０〜７０を介してスイッチング素子１２〜２２を操作する。更に、マイクロコンピュータ５０は、各スイッチング素子１２〜２２を流れる電流をノードＮａ〜Ｎｆを流れる電流として検出し、これに基づきインバータ１０の異常の有無を検出する機能を有する。

図３に、マイクロコンピュータ５０の行なう処理についてのブロック線図を示す。本実施形態では、基本的には、三角波ＰＷＭ制御によって、発電機４の負荷トルクを要求トルクに制御する。以下では、まず、図３に示す処理のうち、特に三角波ＰＷＭ制御に関する処理について説明する。

３相２相変換部８０は、上記電流センサ５４，５６によって検出されるＵ相を流れる実電流ｉｕ及びＶ相を流れる実電流ｉｖと、これらに基づき算出されるＷ相を流れる実電流ｉｗとを、ｄｑ軸に座標変換して実電流ｉｄ及び実電流ｉｑを生成する部分である。ちなみに、この座標変換に際しては、発電機４の回転角度が用いられるために、３相２相変換部８０には、位置センサ５２によって検出される回転角度θが入力される。一方、指令電流生成部８２は、要求トルクや回転角度θの時間微分値としての回転速度Ｎｍ等に応じて指令電流ｉｑｃ，ｉｄｃを生成する部分である。この指令電流ｉｑｃ，ｉｄｃは、ｄｑ軸上での指令値となっている。

これら指令電流ｉｄｃと実電流ｉｄとの差に基づき、ＰＩ制御部８４によって比例項と積分項とが算出される。そして、この算出値は、第１指令電圧ｖｄ１としてＰＩ制御部８４から出力される。また、指令電流ｉｑｃと実電流ｉｑとの差に基づき、ＰＩ制御部８６によって比例項と積分項とが算出される。そして、この算出値は、第１指令電圧ｖｑ１としてＰＩ制御部８６によって出力される。ここで、これら第１指令電圧ｖｄ１，ｖｑ１の振る舞いについて説明する。

上記３つの相のそれぞれに印加される電圧ｖｕ，ｖｖ，ｖｗ、これら３相のそれぞれに生じる逆起電力ｅｕ，ｅｖ，ｅｗ、発電機４の抵抗Ｒ、自己インダクタンスＬ´、相互インダクタンスＭ、時間微分演算子Ｐとの関係は下式となる。

ｖｕ＝（Ｒ＋ＰＬ´）×ｉｕ −１／２×ＰＭ×ｉｖ −１／２×ＰＭ×ｉｗ＋ｅｕ
ｖｖ＝−１／２×ＰＭ×ｉｕ＋（Ｒ＋ＰＬ´）×ｉｖ −１／２×ＰＭ×ｉｗ＋ｅｖ
ｖｗ＝−１／２×ＰＭ×ｉｕ −１／２×ＰＭ×ｉｖ＋（Ｒ＋ＰＬ´）×ｉｗ＋ｅｗ

ここで、ｄｑ軸変換を行なうと、ｄ軸及びｑ軸の電圧ｖｄ，ｖｑは、回転速度ωと、インダクタンスＬ（＝Ｌ´＋３／２×Ｍ）と、逆起電力ωφとを用いて下式（ｃｄ）及び（ｃｑ）となる。

ｖｄ＝（Ｒ＋ＰＬ）×ｉｄ −ωＬ×ｉｑ …（ｃｄ）
ｖｑ＝ ωＬ×ｉｄ＋（Ｒ＋ＰＬ）×ｉｑ ＋ωφ …（ｃｑ）

上式（ｃｄ）、（ｃｑ）に示されるように、発電機４に印加される電圧の各軸成分は、発電機４を流れる電流のうち同一の軸成分に比例する項のみならず、異なる軸成分に比例する項や逆起電力ωφ（以下、これらを干渉項という）を含む。

そこで、本実施形態では、非干渉化制御部８８により、これら干渉項を、実電流ｉｄ及び実電流ｉｑに基づき算出して第０指令電圧ｖｄ０，ｖｑ０を算出する。そして、第１指令電圧ｖｄ１と第０指令電圧ｖｄ０との和としてｄ軸の指令電圧ｖｄｃを算出し、第１指令電圧ｖｑ１と第０指令電圧ｖｑ０との和としてｑ軸の指令電圧ｖｑｃを算出する。

ｄ軸の指令電圧ｖｄｃとｑ軸の指令電圧ｖｑｃとは、２相３相変換部９２に取り込まれる。２相３相変換部９２では、ｄ軸の指令電圧ｖｄｃとｑ軸の指令電圧ｖｑｃとを、Ｕ相の指令電圧ｖｕｃと、Ｖ相の指令電圧ｖｖｃと、Ｗ相の指令電圧ｖｗｃとに変換する。これら指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃは、発電機４の各相に指令電流を流すときに各相に印加すべき電圧となっている。これら指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃは、正弦波となって且つその電圧の中心がゼロとなっている。なお、発電機４の各相の上記指令電流とは、上記指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃによって定まる３相のそれぞれにおける指令電流を意味する。

これら指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃは、切替部９４を介して、各々比較器９６，９８，１００の非反転入力端子に印加される。比較器９６，９８，１００では、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃと、三角波生成部１０２によって生成される三角形状の搬送波との大小が比較される。そして、これら各比較器９６、９８、１００の出力信号ｇｕ、ｇｖ、ｇｗは、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを各々パルス幅変調（ＰＷＭ）したものとなる。

出力信号ｇｕ，ｇｖ，ｇｗは、切替部１０４に取り込まれる。そして、切替部１０４から出力される信号及びインバータ１０６，１０８，１１０によるそれらの反転信号が、Ｄｅａｄｔｉｍｅ生成部１１２に取り込まれる。Ｄｅａｄｔｉｍｅ生成部１１２では、上記出力される各信号とこれに対応する上記反転信号とを、これらのエッジ部分同士のタイミングの重なりを避けるように波形整形する。そして、波形整形された信号は、Ｕ相のスイッチング素子１２を操作する操作信号ｇｕｐ、Ｕ相のスイッチング素子１４を操作する操作信号ｇｕｎ、Ｖ相のスイッチング素子１６を操作する操作信号ｇｖｐ、Ｖ相のスイッチング素子１８を操作する操作信号ｇｖｎ、Ｗ相のスイッチング素子２０を操作する操作信号ｇｗｐ、Ｗ相のスイッチング素子２２を操作する操作信号ｇｗｎとなる。

上記構成において切替部１０４により出力信号ｇｕ，ｇｖ，ｇｗが選択されているときには、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを指令電流ｉｄｃ，ｉｑｃによって定まる３相の電流（指令電流）に追従させるべく、ＰＩ制御によりスイッチング素子１２〜２２の操作がなされる。この際には、３相に印加される電圧は、指令電圧ｖｕｃ、ｖｖｃ、ｖｗｃに追従するため、その振幅中心がゼロとなる正弦波となる。図４（ａ）に、上記ＰＷＭ制御による実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの推移を、図４（ｂ）に、発電機４のトルクの推移を示す。ここでは、発電機４の回転軸のトルクが正となる例を、換言すれば発電機４が電動機として機能している例を示している。

次に、マイクロコンピュータ５０の行なう処理のうち、特に、インバータ１０のいずれかのアーム（スイッチング素子１２，１４の直列接続体、スイッチング素子１６，１８の直列接続体、スイッチング素子２０，２２の直列接続体）のいずれかのスイッチング素子１２〜２２が常時導通状態となる短絡異常が生じる場合の処理について説明する。本実施形態では、まず先の図２に示したノードＮａ〜Ｎｆを流れる電流に基づき、上記アームの２つのスイッチング素子を貫通する貫通電流が流れるか否かを判断する。そして、貫通電流が流れるときには、当該アームに異常が生じているおそれがあるとして、全てのスイッチング素子１２〜２２をオフ操作する。これにより、スイッチング素子１２〜２２のうち短絡異常のないものについては、全て非導通状態となる。ただし、スイッチング素子１２〜２２のうちのいずれか１つに短絡異常があるときには、これと、フライホイールダイオード２４〜３４のいくつかと、発電機４と、バッテリ７とによって閉ループ回路が構成されるため、発電機４に電流が流れる。

図５（ａ）に、Ｗ相アームのスイッチング素子２０に短絡異常があるときについて、スイッチング素子１２〜１８，２２をオフ状態としたときの実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの推移を示し、図５（ｂ）に、このときの発電機４のトルクを示す。図示されるように、この場合、実電流ｉｗの平均値が、実電流ｉｕ，ｉｖの平均値に対して所定のオフセット量だけ大きな電流となっている。これに対し、例えばスイッチング素子２２に短絡異常があるときには、実電流ｉｕ，ｉｖの平均値に対し、実電流ｉｗの平均値が所定のオフセット量だけ小さい値となる。このため、いずれかの相の実電流の平均値が他の２相の実電流の平均値に対してオフセットしているときに、そのオフセット量に基づき、スイッチング素子１２〜２２のいずれに短絡異常が生じているかを判断することができる。

こうしてスイッチング素子１２〜２２のいずれかに短絡異常があると判断されるときには、異常のない他の２相のアームについて、異常のあるスイッチング素子と対応するスイッチング素子を全て導通状態とする。例えばＷ相のスイッチング素子２０に短絡異常がある場合、図６に示すように、スイッチング素子１２，１６をオン操作し、残りをオフ操作する。これにより、発電機４の３相全てを短絡させることができる（３相短絡制御）。これにより、発電機４に生じる逆起電力によって発電機４に電流が流れるものの、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは３相とも位相ずれを除けば互いに略等しい電流となり、発電機４の動作が安定する。

図７（ａ）に、上記３相短絡制御による電動機５の実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの推移を示し、図７（ｂ）に、このときの発電機４の回転軸のトルクの推移を示す。図示されるように、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは互いに振幅及び振幅中心が等しい正弦波となっており、安定している。そして、発電機４のトルクの絶対値も低トルクで安定している。このため、スイッチング素子２０に短絡異常が生じた場合であっても、トルク変動や発熱の問題を好適に回避することが可能となり、更に、スイッチング素子２２をオフ状態で固定することで貫通電流を回避することもできる。

ただし、上記３相短絡制御では、発電機４の低回転速度領域において、トルクの絶対値が増大する。図８（ａ）に、３相短絡制御時における回転速度と相電流（実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ）との関係を示し、図８（ｂ）に、３相短絡制御における回転速度とトルクの絶対値との関係を示す。なお、図８（ｂ）において、トルクは、負荷トルク（＜０：回転軸の回転を停止させる側のトルク）を示している。図示されるように、回転速度が低下するにつれて、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは低下し、トルクは増加する。これは、回転速度が上昇するときには、電圧Ｖｄ，Ｖｑのインダクタンス成分（上記の式（ｃｄ）、（ｃｑ）のＰＬ）が増加すること及びこれが電流ｉｑ，ｉｄと直交することから、回転速度が上昇するにつれて力率が減少するためである。

このように、低回転速度領域において３相短絡制御を用いると、発電機４の負荷トルクが増大する。そして、この際、内燃機関１が非稼動状態（燃料噴射制御停止）とされ、電動機５が稼動しているときには、内燃機関１の出力軸の回転を誘起するおそれがある。すなわち、図９の共線図に示すように、電動機５、内燃機関１、発電機４の各回転速度は、直線で結ばれる関係となるため、内燃機関１を停止させたまま電動機５の回転速度を上昇させていくためには、図中、２点鎖線にて示されるように、発電機４の回転速度を上昇させる必要がある。しかし、低回転速度領域では、負荷トルクが大きいために発電機４の回転速度を上昇させることができず、結果として、図９に破線にて示すように、内燃機関１の回転速度が上昇することとなる。そしてこの場合、内燃機関１の回転速度が、アイドル回転速度よりも低い回転速度（＞０）で彷徨うおそれがある。

一方、アイドル回転速度以下の領域には、上記フライホイールダンパ２の共振周波数に相当する回転速度領域がある。このため、発電機４の低回転速度領域において上記３相短絡制御をすると、内燃機関１の回転速度が上記共振周波数に相当する回転速度領域に入り、顕著な振動が生じるおそれがある。

これに対し、発電機４の低回転速度領域においては、スイッチング素子１２〜２２のうち短絡異常のないもの全てを非導通状態とすべく、オフ操作をすることが考えられる（１相短絡制御）。この１相短絡制御によれば、発電機４の低回転速度領域において、発電機４の負荷トルクを小さくすることができる。ただし、これら１相短絡制御及び３相短絡制御によっても、内燃機関１の出力軸の回転を開始させる発電機４の回転速度領域が存在する。

図１０に、上記１相短絡制御及び３相短絡制御によって発電機４に生じる負荷トルクと回転速度との関係を示す。図示されるように、１相短絡制御によれば、発電機４の回転速度が小さい領域では負荷トルクが小さいが、回転速度の上昇とともに負荷トルクが増加する。そして、回転速度Ｎ１において、図中一点鎖線にて示す内燃機関１のフリクショントルクと釣り合うトルクとなる。ここで、フリクショントルクと釣り合うトルクとは、内燃機関１のフリクションに打ち勝って内燃機関１の出力軸の回転を開始させる最小トルクである。すなわち、１相短絡制御によって発電機４の回転速度が回転速度Ｎ１を上回ると、力学の法則にしたがい、動力分割機構３を介して伝達される電動機５の動力が、発電機４の負荷トルクに抗して発電機４の回転軸を加速させることなく、内燃機関１のフリクショントルクに抗して内燃機関１の出力軸を加速させることとなる。このため、電動機５の回転速度の上昇に伴い、内燃機関１の回転が開始される。

一方、３相短絡制御によれば、発電機４の回転速度が大きい領域では負荷トルクが小さいが、回転速度が低下するにつれて負荷トルクが上昇する。そして、回転速度Ｎ１よりも大きい回転速度Ｎ２において、発電機４の負荷トルクが上記フリクションと釣り合うトルクとなる。このため、先の図９に示したように、電動機５の回転速度を徐々に上昇させていくに際し、１相短絡制御から３相短絡制御へと移行させたとしても、回転速度Ｎ１及び回転速度Ｎ２の間の領域で内燃機関１の出力軸の回転が開始される。このため、電動機５の回転速度の上昇は、内燃機関１の回転速度の上昇を招き、発電機４の回転速度を回転速度Ｎ２まで上昇させることができない。

そこで本実施形態では、電動機５の回転速度が上昇することで発電機４の回転速度が上昇する際、回転速度Ｎ１から回転速度Ｎ２へと移行させるべく、図１１に示す処理を行なう。図１１において、一点鎖線は、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃである。図示されるように、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃは、それぞれ一周期の「１／３」の期間に渡って他の相よりもインバータ１０の正極電位側に近くなり、また、一周期の「１／３」の期間に渡って他の相よりもインバータ１０の負極電位側に近くなる。

ここで、例えばＷ相のスイッチング素子２０に短絡異常が生じると、図示されるようにＷ相の電圧ｖｗがインバータ１０の正極電位側に固定される。ここで、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃのうちの各２つによって定まる各相間電圧と実際の相間電圧とを等しくするなら、指令電流ｉｑｃ，ｉｄｃによって定まる３相の指令電流を実際に流すことが可能である。しかし、図示されるように、Ｗ相の電圧ｖｗが正極電位側に固定されているため、Ｕ相やＶ相の電圧をＷ相の電圧ｖｗよりも高い電圧とすることはできない。このため、指令電圧ｖｕｃや指令電圧ｖｖｃが指令電圧ｖｗｃよりも高い場合には、実際の相間電圧を、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃのうちの各２つによって定まる各相間電圧とすることはできない。

このため、図中、Ｗ相の指令電圧ｖｗｃが他の２相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃよりも正極電位に近くなる「１２０°」の区間においてのみ、実際の相間電圧を、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃのうちの各２つによって定まる各相間電圧とすることが可能となる。したがって、この区間において、実際の相間電圧を、３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃのうちの各２つによって定まる各相間電圧とすることができるように、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃを変調する。図中、変調した指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃである指令電圧ｖｕｍ，ｖｖｍを実線にて示した。

以下、先の図３に示す処理のうち、特にインバータ１０の短絡異常時の処理について説明する。

２相変調部１２０は、上記２相３相変換部９２の出力する３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃのうち、短絡異常のない２相を変調する部分である。そして、切替部９４では、２相３相変換部９２の出力する３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃと、変調された指令電圧ｖｕｍ，ｖｖｍ，ｖｗｍとのいずれかを選択する。

一方、切替部１０４では、比較器９６，９８，１００の出力する信号ｇｕ，ｇｖ，ｇｗと論理「Ｈ」の信号と論理「Ｌ」の信号とのいずれかを選択する。

フェールセーフ処理部１２２は、上記１相短絡制御、３相短絡制御、及び２相変調制御を行うべく、切替部９４，１０４を操作する。

ここで、フェールセーフ処理部１２２や２相変調部１２０によって行われる処理について、更に詳述する。

図１２に、短絡異常にかかる処理の手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理においては、まずステップＳ１２において、３相のうちの１つのアームのいずれか一方のスイッチング素子に短絡異常があるか否かを判断する。この処理は、上述した手法を用いて図示しない別のロジックで行われる短絡異常診断処理において、短絡異常であると判断されているか否かを判断するものである。短絡異常があると判断されると、ステップＳ１４において、内燃機関１が非稼動状態であって且つ電動機５が稼動状態であるか否かを判断する。この判断は、内燃機関１が稼動されていないにもかかわらず、発電機４の負荷トルクによっては内燃機関１の回転が開始されるおそれがある状況であるか否かを判断するためのものである。

内燃機関１が非稼動状態で且つ電動機５が稼動状態であるときには、ステップＳ１６において発電機４の回転速度が回転速度Ｎ２以上であるか否かを、また、ステップＳ１８において発電機４の回転速度が回転速度Ｎ１以下であるか否かをそれぞれ判断する。そして、発電機４の回転速度Ｎｍが回転速度Ｎ１より大きく回転速度Ｎ２未満であるときには、ステップＳ２０において、電動機５の回転速度が上昇中であるか否かを判断する。

そして、発電機４の回転速度Ｎｍが回転速度Ｎ１以下であるときや、回転速度Ｎｍが回転速度Ｎ１より大きく回転速度Ｎ２未満であって且つ電動機５の回転速度が上昇中でない（下降中である）ときには、ステップＳ２６において、１相短絡制御を行う。ここで、電動機５の回転速度が下降中であるときには、電動機５の回転速度の低下にかかわらず内燃機関１を停止させるべく、発電機４の回転速度を低下させていく必要がある。このため、このときには、発電機４の負荷トルクが大きいことは、内燃機関１の回転を開始させないための条件と矛盾しない。このため、回転速度Ｎ１より大きく回転速度Ｎ２未満であって且つ電動機５の回転速度が下降中であるときには、１相短絡制御を行う。

また、回転速度Ｎｍが回転速度Ｎ２以上であるとき、及び内燃機関１が稼動中であるときには、ステップＳ２２において、３相短絡制御を行う。ここで、内燃機関１の稼動中に３相短絡制御を行うのは、３相短絡制御によって負荷トルクを低減することができるためである。

そして、回転速度Ｎ１よりも大きく回転速度Ｎ２未満であって且つ電動機５の回転速度が上昇中であるときには、ステップＳ２４において、２相変調にかかる処理を行なう。

図１３に、上記ステップＳ２４の処理内容を示す。ここでは、Ｗ相のいずれかのスイッチング素子１２，１４に短絡異常がある場合の処理について記載する。他の２相については、Ｗ相の場合と同様であるため、その説明を割愛する。

ここでは、まずステップＳ２４ａにおいて、Ｗ相に異常があるか否かを判断する。そして、Ｗ相に異常があると判断されると、ステップＳ２４ｂにおいて、Ｗ相の指令電圧ｖｗｃが、他の２相の指令電圧ｖｕｃ、ｖｖｃ以上であるか、又はＷ相の指令電圧ｖｗｃが他の２相の指令電圧ｖｕｃ、ｖｖｃ以下であるかを判断する。なお、ここで、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃは、発電機４の回転速度を回転速度Ｎ２以上となるように加速させることができる値とされている。

そして、ステップＳ２４ｂにおいて否定判断される間は、ステップＳ２４ｃにおいて１相短絡制御をして待機する。そして、ステップＳ２４ｂにおいて肯定判断されると、ステップＳ２４ｄにおいて、実際の相間電圧が、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃによって定まる相間電圧となるように、Ｕ相及びＶ相の指令電圧ｖｕｃ、ｖｖｃを変調する。詳しくは、例えば先の図１１に示した例では、インバータ１０の正極電位側の電圧ｖｐを用いて、変調後のＵ相及びＶ相の指令電圧ｖｕｍ，ｖｖｍを、下記に変調する。

ｖｕｍ＝ｖｐ−ｖｗｃ＋ｖｕｃ
ｖｖｍ＝ｖｐ−ｖｗｃ＋ｖｖｃ
なお、上記ステップＳ２４ａにおいて否定判断されるときには、Ｕ相及びＶ相について同様の処理を行う。また、ステップＳ２４ｃ、Ｓ２４ｄの処理が完了すると、先の図１２のステップＳ２４に戻る。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）発電機４のインバータ１０に短絡異常があると判断されて且つ内燃機関１が稼動されていないとき、動力分割機構３を介して伝達される電動機５の動力による出力軸の回転を発電機４の電気的な状態の操作によって制限した。これにより、発電機４のインバータ１０の異常時であってもハイブリッドシステムに振動が生じることを好適に抑制することができる。

（２）発電機４のインバータ１０の短絡異常時、発電機４の負荷トルクを内燃機関１の出力軸の回転を停止させるトルクとなるように制御した。これにより、内燃機関１の出力軸の回転に伴う不都合を好適に回避することができる。

（３）発電機４のインバータ１０の短絡異常時における内燃機関１の回転制限を、インバータ１０のスイッチング操作によって行った。このため、発電機４の電流の連続性を保つことができ、ひいては発電機４の電流を強制的にゼロとする場合に生じるアーク電流の発生等を好適に回避することができる。

（４）発電機４のインバータ１０の短絡異常時、発電機４の回転速度が回転速度Ｎ２以上であるとき、他の全てのアームについて、対応するスイッチング素子を導通状態とする３相短絡制御を行った。これにより、発電機４を流れる電流が大きな値になることや、発電機４のトルクの絶対値が大きい値になること、更には発電機４のトルクが変動することを抑制することができる。

（５）発電機４の回転速度が回転速度Ｎ１以下であるとき、インバータ１０のスイッチング素子のうち異常の無いものを全て非導通状態とする１相短絡制御を行った。これにより、回転速度Ｎ１以下のときの発電機４の負荷トルクの絶対値が大きい値となることやトルクが変動することを抑制することができる。

（６）発電機４の回転速度が回転速度Ｎ１より大きく且つ回転速度Ｎ２未満であって且つ電動機５の回転速度が上昇中であるとき、発電機４の回転速度を回転速度Ｎ２以上となるように加速制御した。これにより、発電機４の回転速度が回転速度Ｎ１より大きく回転速度Ｎ２未満である領域で彷徨うことで内燃機関１の回転が開始されることを好適に抑制することができる。

（７）発電機４の回転速度が回転速度Ｎ１より大きく且つ回転速度Ｎ２未満であって且つ電動機５の回転速度が上昇中であるとき、３相の相間電圧が、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃによって定まる相間電圧となるように異常のある相以外の２相の指令電圧を変調した。これにより、発電機４の回転軸のトルクを所望のトルクに制御することができ、ひいては回転速度Ｎ２以上の領域まで迅速に移行させることができる。

（８）３相の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃの周期の「１／３」の期間、２相変調による制御を行った。これにより、発電機４のトルクを所望のトルクに好適に制御することができる。

（９）発電機４の回転速度が回転速度Ｎ１より大きく且つ回転速度Ｎ２未満であって且つ電動機５の回転速度が上昇中であるときにおいて、２相変調による制御を行う期間以外は、１相短絡制御を行った。これにより、２相変調による制御とすべく待機する期間において、トルクの絶対値の増大を抑制することができる。

（１０）発電機４の回転軸をサンギアと、電動機５の回転軸をリングギアと、内燃機関１の出力軸をプラネタリギアとそれぞれ接続した。これにより、電動機５の回転速度が上昇するほど発電機４の回転速度を逆方向に上昇させることで、内燃機関１の出力軸の回転速度を制限することができる。

（１１）発電機４を、ＤＣブラシレスモータとすることで、３相短絡制御時であっても、逆起電力により発電機４に電流が流れる構成となっている。ここで、回転速度Ｎ２以下のときには、２相変調制御や１相短絡制御をすることで、発電機４の負荷トルクの増大を好適に抑制することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１４に、本実施形態にかかる発電機４、インバータ１０、及びマイクロコンピュータ５０を示す。なお、図１４において、先の図２と同一の機能を有する部材については、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、インバータ１０の各アームの出力と発電機４の３相とを接続する開閉回路１３０，１３２，１３４を備えている。これら開閉回路１３０，１３２，１３４は、ノーマリークローズ式のものであるが、一度オープン状態となると閉状態とならないものであることが望ましい。これら開閉回路１３０，１３２，１３４は、例えば出力バスバーの備えるリレーとすればよい。

図１５に、本実施形態における短絡異常時の処理の手順を示す。この処理は、マイクロコンピュータ５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。図示されるように、インバータ１０のスイッチング素子１２〜２２のいずれかに短絡異常があるとき（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、開閉回路１３０，１３２，１３４を開操作する（ステップＳ３２）。

これにより、発電機４の３相は、開ループとなるため、逆起電力も生じず、発電機４の負荷トルクを略ゼロとすることができる。このため、電動機５の回転速度が上昇したとしても、これに応じて、内燃機関１の停止を保つように発電機４の回転速度が変化する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）及び（２）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１２）短絡異常があると判断されるとき、開閉回路１３０，１３２，１３４を非導通状態とした。これにより、発電機４のトルクを略ゼロとすることができ、ひいては内燃機関１の出力軸の回転を抑制することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１６に、本実施形態における短絡異常時の処理の手順を示す。この処理は、マイクロコンピュータ５０により、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、インバータ１０のスイッチング素子１２〜２２のいずれか１つに短絡異常がある旨判断されているとき（ステップＳ４０）、ステップＳ４２において、既に開閉回路１３０，１３２，１３４の開操作がなされているか否かを判断する。ここでは、開閉回路１３０，１３２，１３４として、一度オープン状態となると閉状態とならないものを想定している。このため、一度開操作がなされている場合には、この図１６に示す一連の処理を終了する。

一方、開操作が未だなされていないときには、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの全てがゼロであるか否かを判断する。そして、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの全てがゼロであるであるときには、ステップＳ４６において、開閉回路１３０，１３２，１３４を開操作する。これに対し、ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの全てがゼロではないときには、ステップＳ４８において、上記第１の実施形態と同様の処理を行う。

ここで、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの全てがゼロであるときに開閉回路１３０，１３２，１３４を開操作するのは、以下の理由による。すなわち、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流れているときに開閉回路１３０，１３２，１３４によって強制的に実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをゼロとする場合には、アーク電流が発生するため、開閉回路１３０，１３２，１３４にアーク電流を減衰させる機能を設ける必要が生じる。このため、こうした構成とする場合には、開閉回路１３０，１３２，１３４に上記機能を備えることで、インバータ１０の大型化が避けられない。

これに対し、本実施形態によれば、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの全てがゼロであるときに開閉回路１３０，１３２，１３４を開操作するために、こうした問題を回避することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）及び（２）の効果、先の第２の実施形態の上記（１２）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１３）実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの全てがゼロであるときに開閉回路１３０，１３２，１３４を開操作することで、アーク電流の発生を回避することができ、開閉回路１３０，１３２，１３４にアーク電流を減衰させる機能を備える必要性を解消することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

上記第１の実施形態では、発電機４の回転速度に応じて１相短絡制御、２相変調制御、３相短絡制御を切り替えることで、内燃機関１の回転速度がフライホイールダンパ２の共振周波数に相当する回転速度領域となることを回避した。しかし、上記制御を行なったとしても、内燃機関１が極めて低い回転速度で回転するおそれがあることが、第１の実施形態の実施によって発明者らによって見出されている。

その要因としては、発電機４が内燃機関１のフリクショントルク以下の負荷トルクを発生していたとしても、フライホイールダンパ２が必ずしも停止しないことが考えられる。このため、フライホイールダンパ２により内燃機関１の出力軸にトルクが加わる可能性がある。また、１相短絡制御によって発電機４に生じる負荷トルクは、先の図５（ｂ）に示したように、実際には時間に対して顕著に変動することも要因となり得る。すなわち、１相短絡制御による発電機４の負荷トルクと回転速度とについての先の図１０に示した関係は、時間軸上で変動する負荷トルクに対していかに定義するかについて自由度があるが、ここで各回転速度における時間平均値を負荷トルクとする場合には、実際には内燃機関１のフリクショントルクを超えることが有りえることとなる。これらについて、要因が完全に究明されいているわけではないが、内燃機関１が極めて低い回転速度で回転する現象は発明者らによって実際に観察されている。

特に車両が極低速（例えば「０〜数キロ」）で走行するときには、発電機４は「１００ｒｐｍ」前後で回転する。そしてこのとき、図１７に示すように、発電機４の負荷トルクにより内燃機関１が非常に低い回転速度で回転する現象が生じ得る。このように非常に低い回転速度で回転するときには、内燃機関１のフリクショントルクの変化、すなわち、ピストンによる圧縮、膨張の周期的な変化に起因するフリクショントルクの変化は、「０〜１０Hz」程度の周波数を有する周期的な変動となる。この周波数は、内燃機関１から駆動輪８までの駆動系の共振帯と一致するため、これにより、車両に前後振動が生じるおそれがある。

そこで本実施形態では、図１８に示すように、回転速度Ｎ２未満であるときには、２相変調を行うことで発電機４の負荷トルクを低減する。

図１９に、本実施形態にかかる短絡異常時の処理手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１９において、先の図１２に示した処理と同一の処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１６において、発電機４の回転速度が回転速度Ｎ２未満であると判断されると、ステップＳ２４において２相変調を行なう。なお、この際の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃは、上記インバータ１０の１相短絡異常時のフェールセーフ処理として適切な値を予め実験等によって定めておく。なお、この際、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを、例えば電動機５に対する要求トルクや電動機５の回転速度に応じて可変設定するようにしてもよい。ただし、ここでは、電動機５の回転速度が上昇中であるときと上昇中でないときとで、各別に指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを設定することが望ましい。すなわち、電動機５の回転速度が上昇中であるときには、上記第１の実施形態のように、発電機４の回転速度を回転速度Ｎ２以上に加速する処理を行う。これに対し、減速中等にあっては、発電機４の負荷トルクを極力低減するうえで適切な処理を行なう。なお、これらいずれにせよ発電機４の負荷トルクを低減するという点では同一である。

この２相変調処理は、先の図１３に示した処理と同様、指令電圧の周期の「１／３」の期間、換言すれば電気角「１２０°」の期間に限って行なわれる。そして、残りの期間については、１相短絡制御及び３相短絡制御のいずれかを行う。なお、１相短絡制御及び３相短絡制御のいずれにするかについては、発電機４の構造によって定まる負荷トルク特性と、内燃機関１の構造（排気量や気筒数等）によって定まるフリクション特性に応じて、内燃機関１の回転をより低減できる方を、車両毎に選択すればよい。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（４）、（７）、（１０）、（１１）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１４）発電機４の回転軸の回転速度が回転速度Ｎ２未満であるとき、異常のある相以外の２相の指令電圧を変調する２相変調処理を行なった。これにより、発電機４の回転軸のトルクを所望のトルクに制御することができ、ひいては回転軸の負荷トルクを制限できる。また、発電機４の回転速度が回転速度Ｎ２以上であるときには３相短絡制御をすることで、全回転速度領域にわたって、発電機４の負荷トルクを好適に低減することができる。このため、発電機４の全回転速度領域に渡って内燃機関１の出力軸の回転を好適に制限することができる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、電動機５の出力制御をする際に操作対象となるインバータの異常時、フェールセーフ処理を行なう。

図２０に、パワーコントロールユニット６のうち、特に電動機５の制御に関する部分を示す。なお、図２０において、先の図２に示した部材と対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。

インバータ１０のいずれか１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子に短絡異常が生じるときには、電動機５の出力トルクを高精度に制御することができない。このため、こうした状況下、本実施形態では、内燃機関１によるリンプホーム処理を行なう。ただし、この際、電動機５の負荷トルクが大きくなると、内燃機関１の駆動力を駆動輪８に適切に伝達させることができなくなるおそれがある。また、電動機５やインバータ１０に過大な電流が流れるおそれもある。

そこで本実施形態では、図２１に示すように、電動機５の回転速度が回転速度Ｎ３以上であるときには３相短絡制御を行い、回転速度Ｎ３未満であるときには２相変調制御によって電動機５の負荷トルクを制限する。図２２に、本実施形態にかかる電動機５側のインバータ１０の短絡異常時の処理手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ５０において、電動機５側のインバータ１０のいずれか１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子に短絡異常があるか否かを判断する。この処理は、先の第１の実施形態において説明した手法にて図示しないロジックで行なわれる短絡異常診断処理にて、短絡異常であると判断されているか否かを判断するものである。短絡異常があると判断されると、ステップＳ５２において、内燃機関１が非稼動状態であるか否かを判断する。この判断は、電動機５に代えて、内燃機関１による駆動力の供給が可能な状態か否かを判断するものである。そして、内燃機関１が非稼動状態であると判断されるときには、ステップＳ５４において、内燃機関１を稼動させる。

ステップＳ５２において否定判断されるときや、ステップＳ５４の処理が完了するときには、ステップＳ５６に移行する。ステップＳ５６では、電動機５の回転速度が回転速度Ｎ３以上であるか否かを判断する。ここで回転速度Ｎ３は、３相短絡制御によって電動機５に生じる負荷トルクが、内燃機関１による駆動輪８への駆動力の供給の妨げになることのない回転速度に設定されている。このため、ステップＳ５６において肯定判断されるときには、ステップＳ５８において３相短絡制御を行う。

これに対し、ステップＳ５６において否定判断されるときには、ステップＳ６０に移行する。ここでは、電動機５の負荷トルクを低減するように２相変調制御を行う。なお、この際の指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃは、上記インバータ１０の１相短絡異常時のフェールセーフ処理として適切な値を予め実験等によって定めておく。この際、指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃを、例えば電動機５に対する要求トルクや電動機５の回転速度に応じて可変設定するようにしてもよい。ここで要求トルクとは、リンプホーム時の要求トルクである。また、回転速度については、回転速度が高いほど電動機５に生じる逆起電力が大きくなることに鑑み、回転速度が高いほど指令電圧ｖｕｃ，ｖｖｃ，ｖｗｃの振幅を大きくする。

この２相変調処理は、先の図１３に示した処理と同様、指令電圧の周期の「１／３」の期間、換言すれば電気角「１２０°」の期間に限って行なわれる。そして、残りの期間については、１相短絡制御及び３相短絡制御のいずれかを行う。なお、１相短絡制御及び３相短絡制御のいずれにするかについては、電動機５の構造によって定まる負荷トルク特性に応じて、車両毎に選択すればよい。

以上説明した本実施形態によれば、電動機５の短絡異常時に適切にリンプホーム処理を行なうことができる。

（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図２３に、本実施形態にかかる電動機５、インバータ１０、及びマイクロコンピュータ５０を示す。なお、図２３において、先の図１４と対応する部材には、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、インバータ１０の各アームの出力と電動機５との間に、開閉回路１３０，１３２，１３４を備える。そして、インバータ１０のいずれか１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子が短絡する異常等が生じたときには、開閉回路１３０，１３２，１３４を開操作する。これにより、電動機５の３相を開ループとすることができ、ひいては逆起電力の発生を回避し、電動機５の負荷トルクを略ゼロとすることができる。なお、開閉回路１３０，１３２，１３４の開操作手法としては、先の第３の実施形態の手法を採用してもよい。

（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態について、先の第５の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図２４に、本実施形態にかかるハイブリッドシステムの全体構成を示す。なお、図２４において、先の図１に示した部材と対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態にかかるハイブリッド車は、４輪駆動車である。そして、後輪８Ｒに動力を伝達すべく、第２の電動機９（ＭＧ３）を備えている。第２の電動機９も、ＤＣブラシレスモータである。この場合、第２の電動機９側のインバータのいずれか１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子に短絡異常があるときには、第２の電動機９に負荷トルクが発生することで、後輪８Ｒに負荷トルクが生じ、ひいては車両の走行にとって意図しない制動力が生じるおそれがある。

そこで本実施形態では、第２の電動機９側のインバータのいずれか１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子に短絡異常があるときには、先の第５の実施形態に準じたフェールセーフ処理を行なう。図２５に、本実施形態にかかる第２の電動機９側のインバータの短絡異常時の処理手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ７０において、第２の電動機９側のインバータのいずれか１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子に短絡異常があるか否かを判断する。この処理は、先の図２２のステップＳ５０の処理と同様の処理である。そして、異常があると判断されるときには、ステップＳ７２に移行する。ステップＳ７２においては、第２の電動機９の回転速度が回転速度Ｎ４以上であるか否かを判断する。ここで回転速度Ｎ４は、３相短絡制御によって第２の電動機９に生じる負荷トルクが、車両の走行に支障をきたすことのない回転速度に設定されている。そして、回転速度Ｎ３以上であるときには、ステップＳ７４において３相短絡制御を行う。これに対し、回転速度Ｎ３未満であると判断されるときには、ステップＳ７６において、２相変調制御を行う。この処理は、先の図２２のステップＳ６０の処理に準じたものである。

上記ステップＳ７０において否定判断されるときや、ステップＳ７４、Ｓ７６の処理が完了するときには、この一連の処理を一旦終了する。なお、後輪８Ｒのみを駆動輪として走行するモードを有する場合には、ステップＳ７０において肯定判断されるとき、内燃機関２及び電動機５の少なくとも一方を稼動させ、駆動輪８による走行を行なうようにすることが望ましい。

以上説明した本実施形態によれば、第２の電動機９側のインバータの短絡異常に適切に対処することができる。

（第８の実施形態）
以下、第８の実施形態について、先の第７の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図２６に、本実施形態にかかる第２の電動機９側のインバータの短絡異常時の処理手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図２６において、先の図２５に示した処理と対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付した。

図示されるように、本実施形態では、第２の電動機９側のインバータの短絡異常時、その回転速度にかかわらず、３相短絡制御を行う。

（第９の実施形態）
以下、第９の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図２７に、本実施形態にかかる第２の電動機９、インバータ１０、及びマイクロコンピュータ５０を示す。なお、図２７において、先の図２３と対応する部材には、便宜上、同一の符号を付している。

本実施形態では、インバータ１０の各アームの出力と第２の電動機９との間に、開閉回路１３０，１３２，１３４を備える。そして、インバータ１０のいずれか１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子が短絡する異常等が生じたときには、開閉回路１３０，１３２，１３４を開操作する。これにより、第２の電動機９の３相を開ループとすることができ、ひいては逆起電力の発生を回避し、第２の電動機９の負荷トルクを略ゼロとすることができる。なお、開閉回路１３０，１３２，１３４の開操作手法としては、先の第３の実施形態の手法を採用してもよい。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・第７の実施形態において、第２の電動機９の回転速度が回転速度Ｎ４よりも低速の所定速度以下であるときには、１相短絡制御を行ってもよい。また、第８の実施形態において、回転速度Ｎ４未満であるときに１相短絡制御を行ってもよい。

・第２の実施形態や第６の実施形態において、開閉回路１３０，１３２，１３４としては、ノーマリークローズタイプのものに限らず、ノーマリーオープンタイプのものであってもよい。

・上記第１の実施形態について、回転速度が回転速度Ｎ１よりも大きく回転速度Ｎ２未満であって２相変調を行わない待機期間において、３相短絡制御を行っても、上記（１）〜（８）、（１０）、（１１）の効果を得ることはできる。

・上記第１の実施形態において、電動機５の回転速度が低下するときにも、発電機４の回転速度が回転速度Ｎ１より大きく回転速度Ｎ２未満であるなら、回転速度Ｎ１以下とするように、発電機４の負荷トルクを２相変調によって制御してもよい。

・上記第１の実施形態では、内燃機関１の回転速度がゼロとなるように発電機４のトルクを制御したが、これに限らず、例えばフライホイールダンパの共振周波数に相当する回転速度領域に内燃機関１の回転速度が入らないように発電機４のトルクを制御してもよい。

・上記第１の実施形態において、内燃機関１が通常アイドル回転速度以上で運転されることに鑑みれば、内燃機関１の回転速度がアイドル回転速度未満であってゼロより大きい回転速度とならないように発電機４のトルクを制御することで、内燃機関１の出力軸の回転による不都合を好適に抑制することができると考えられる。

・フライホイールダンパの共振周波数に相当する回転速度領域がアイドル回転速度未満の領域に無い場合であっても、内燃機関１の非稼動時に意図せずして内燃機関１の出力軸が回転を開始することを制限することは有効である。

・短絡異常時における発電機４のトルクの制御手法としては、先の第１の実施形態等で例示したものに限らない。例えば全ての回転速度領域において、２相変調による処理によって発電機４のトルクを内燃機関１の回転を制限するように制御してもよい。この場合、発電機４を流れる電流が過度に大きくならないように、実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを監視することが望ましい。

・発電機４、電動機５及び内燃機関１と遊星歯車機構の各ギアとの連結態様は、上記実施形態で例示したものに限らない。更に、動力分割機構３としては、上記遊星歯車機構を備えるものに限らない。要は、発電機４のインバータ１０の短絡異常時において、内燃機関１が稼動されていないにもかかわらず、電動機５の動力が動力分割機構３によって内燃機関１の出力軸に伝達されることで内燃機関１の出力軸が回転するおそれがあるなら、本発明の適用は有効である。

・インバータの短絡異常時にトルク制御の対象となる多相回転電機（多相発電機、多相電動機）としては、ＤＣブラシレスモータに限らない。ただし、磁石界磁式回転電機のように３相短絡制御によって逆起電力が生じる構成であるなら、発電機４の回転速度が回転速度Ｎ２未満となるときや、電動機５の回転速度が回転速度Ｎ３未満となるとき等には３相短絡制御によって不都合が生じるため、上記各実施形態やその変形例の適用は有効である。

・PI制御部８４，８６のゲインの設定を調節するなどして、非干渉化制御部８８を割愛してもよい。

・多相回転電機の制御装置としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らない。例えば電気自動車に搭載されるものであっても、インバータの短絡異常時に３相短絡制御をすることは有効である。また、この場合であっても、インバータの短絡異常時に、第９の実施形態を適用することも有効である。

第１の実施形態にかかるハイブリッド車用システムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかる発電機、インバータ、及びマイコンの構成を示す図。 同実施形態にかかるマイコン内の処理を示す機能ブロック図。 同実施形態における正常時の発電機の電流とトルクの推移を例示するタイムチャート。 同実施形態における１相短絡制御時の発電機の電流とトルクの推移を例示するタイムチャート。 ３相短絡制御の態様を示す回路図。 上記実施形態における３相短絡制御時の発電機の電流とトルクの推移を例示するタイムチャート。 ３相短絡制御による電流及びトルクと回転速度との関係を示す図。 上記実施形態における発電機、内燃機関及び電動機の回転速度の関係を定める共線図。 １相短絡制御及び３相短絡制御における回転速度と負荷との関係を示す図。 上記実施形態における２相変調の態様を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる短絡異常時のフェールセーフ処理の手順を示すフローチャート。 上記フェールセーフ処理のうちの２相変調処理の手順を示すフローチャート。 第２の実施形態にかかる発電機、インバータ、及びマイコンの構成を示す図。 同実施形態にかかる短絡異常時のフェールセーフ処理の手順を示すフローチャート。 第３の実施形態にかかる短絡異常時のフェールセーフ処理の手順を示すフローチャート。 第４の実施形態にかかる問題点を説明する共線図。 同実施形態にかかるフェールセーフ処理の切替態様を示す図。 同実施形態にかかる短絡異常時のフェールセーフ処理の手順を示すフローチャート。 第５の実施形態にかかる電動機、インバータ、及びマイコンの構成を示す図。 同実施形態にかかるフェールセーフ処理の切替態様を示す図。 同実施形態にかかる短絡異常時のフェールセーフ処理の手順を示すフローチャート。 第６の実施形態にかかる電動機、インバータ、及びマイコンの構成を示す図。 第７の実施形態にかかるハイブリッド車用システムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかる短絡異常時のフェールセーフ処理の手順を示すフローチャート。 第８の実施形態にかかる短絡異常時のフェールセーフ処理の手順を示すフローチャート。 第９の実施形態にかかる電動機、インバータ、及びマイコンの構成を示す図。

符号の説明

１…内燃機関、２…フライホイールダンパ、３…動力分割機構、４…発電機、５…電動機、１０…インバータ、５０…マイクロコンピュータ（多相回転電機の制御装置の一実施形態）。

Claims (16)

1. 多相回転電機の回転軸と回転機の回転軸と内燃機関の出力軸とが動力分割機構を介して連結されたシステムに適用され、前記多相回転電機の前記回転軸のトルクをインバータを介して制御する多相回転電機の制御装置において、
   前記インバータに異常があると判断されて且つ前記内燃機関が非稼動状態であるとき、前記動力分割機構を介して伝達される前記回転機の動力による前記内燃機関の出力軸の回転を前記多相回転電機の電気的な状態の操作によって制限する制限手段を備えることを特徴とする多相回転電機の制御装置。
2. 前記制限手段は、前記異常があると判断されるとき、前記内燃機関の出力軸の回転速度がゼロより大きく前記内燃機関のアイドル回転速度未満の回転速度領域に入ることを制限することを特徴とする請求項１記載の多相回転電機の制御装置。
3. 前記内燃機関はフライホイールダンパを備え、
   前記制限手段は、前記内燃機関の出力軸の回転速度が前記フライホイールダンパの共振周波数に相当する回転速度領域に入ることを制限することを特徴とする請求項２記載の多相回転電機の制御装置。
4. 前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸のトルクを、前記内燃機関の出力軸を停止させるトルクとするものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多相回転電機の制御装置。
5. 前記制限手段は、前記インバータのスイッチング操作により前記制限を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多相回転電機の制御装置。
6. 前記インバータの異常が１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子の短絡であり、
   前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が所定速度以上であるとき、異常のない相のスイッチング素子のうち、前記一方のスイッチング素子と接続される側の前記インバータの入力端と接続される全てのスイッチング素子を導通状態とすることを特徴とする請求項５記載の多相回転電機の制御装置。
7. 前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が前記所定速度よりも遅い規定速度以下であるとき、前記インバータのスイッチング素子のうち異常の無いものを全て非導通状態とすることを特徴とする請求項６記載の多相回転電機の制御装置。
8. 前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が前記所定速度及び前記規定速度間にあるとき、前記所定速度以上及び前記規定速度以下のいずれかに移行させる制御を行うことを特徴とする請求項７記載の多相回転電機の制御装置。
9. 前記多相回転電機が３相回転電機であり、
   前記多相回転電機の前記回転軸のトルクを所望のトルクに制御するための３相の指令電圧を算出する算出手段を更に備え、
   前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が前記所定速度及び前記規定速度間にあるとき、前記３相の相間電圧が前記算出手段によって算出される前記３相の指令電圧によって定まる相間電圧となるように前記異常のある相以外の２相の指令電圧を変調する２相変調手段を備えることを特徴とする請求項８記載の多相回転電機の制御装置。
10. 前記制限手段は、前記３相の指令電圧の周期の「１／３」の期間、前記２相変調手段による制御を行うことを特徴とする請求項９記載の多相回転電機の制御装置。
11. 前記制限手段は、前記多相回転電機の前記回転軸の回転速度が前記所定速度及び前記規定速度間にあるときであって且つ前記２相変調手段による制御を行う期間以外は、前記インバータのスイッチング素子のうち異常の無いものを全て非導通状態とすることを特徴とする請求項１０記載の多相回転電機の制御装置。
12. 前記多相回転電機が３相回転電機であり、
    前記インバータの異常が１相のアームのいずれか一方のスイッチング素子の短絡であり、
    前記多相回転電機の前記回転軸のトルクを所望のトルクに制御するための３相の指令電圧を算出する算出手段を更に備え、
    前記制限手段は、前記多相回転電機の回転軸の回転速度が所定速度未満であるとき、前記３相の相間電圧が前記算出手段によって算出される前記３相の指令電圧によって定まる相間電圧となるように前記異常のある相以外の２相の指令電圧を変調する２相変調手段を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の多相回転電機の制御装置。
13. 前記制限手段は、前記３相の指令電圧の周期の「１／３」の期間、前記２相変調手段による制御を行うことを特徴とする請求項１２記載の多相回転電機の制御装置。
14. 前記多相回転電機と前記インバータとの間には、導通状態を制御する導通制御手段が設けられ、
    前記制限手段は、前記異常があると判断されるとき、前記導通制御手段を非導通状態に操作することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多相回転電機の制御装置。
15. 前記動力分割機構が遊星歯車機構を備えて構成され、
    前記多相回転電機の回転軸がサンギアと、前記回転機の回転軸がリングギアと、前記内燃機関の出力軸がプラネタリギアとそれぞれ接続されてなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の多相回転電機の制御装置。
16. 前記多相回転電機が、磁石磁界回転電機であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の多相回転電機の制御装置。

Images