JP6324426B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明はモータ駆動装置に関し、特に、モータ回転速度またはモータの誘起電圧に基づいて三相短絡か全相遮断かを選択して切り替えるモータ駆動装置に関する。
近年、省エネルギー及び環境を考慮した車両として、ハイブリッド車および電気自動車が注目されている。ハイブリッド車は、従来のエンジンに加え、モータを動力源としている。また、電気自動車は、モータを動力源としている。双方とも、バッテリに蓄電された直流電力をインバータ回路で交流電力に変換して、モータを駆動し、走行する。
また、ハイブリッド車においては、発電機能を持つモータ・ジェネレータが設けられている。モータ・ジェネレータは、エンジンが駆動した時に生じる回転エネルギーを用いて、発電を行う。また、モータ・ジェネレータは、惰行走行でのタイヤからの回転エネルギーを用いて、回生発電する。このようにしてモータ・ジェネレータで発電された電力は、バッテリに蓄電される。
上記のような構成の車両に搭載された従来のモータ駆動装置において、モータが駆動しておらず、発電状態である時に、バッテリが故障する、あるいは、モータ駆動装置とバッテリとを接続するコネクタが外れる、あるいは、コネクタ間に挿入された遮断器等が解放状態になる、といった何等かの不具合が生じると、モータ駆動装置の制御回路の充電経路には急激な電圧上昇が発生する。その結果、当該電圧上昇による大きな過電圧が発生し、その過電圧は、モータ制御装置内の平滑コンデンサなどの回路素子に印加され、あるいは、直流電源の負荷として接続されている各装置に印可されて、当該回路素子または当該各装置の劣化や破損などのトラブルを発生する。
これに対し、例えば特許文献1の制御装置では、回転電機の出力回路の過電圧を判定する過電圧判定手段と、過電圧判定手段が過電圧と判定した時に、発電電力指令値と界磁電流指令値とをゼロに移行させる指令値演算手段とを備えることが提案されている。特許文献１では、過電圧判定手段が過電圧と判定した時に、電力変換装置を制御して、回転電機を相短絡状態とすることにより、回転電機に短絡電流が流れるようにすることで、過電圧の最高値を抑制するとともに、過電圧を速やかに低下させる構成となっている。また、制御装置に使用する回路素子または回転電機の負荷を、過電圧による劣化や破損などから保護することを可能としている。
特許第４６７５２９９号公報
しかしながら、前記特許文献１のように過電圧を判定してから、電力変換装置を制御して相短絡状態にするのでは、過電圧の状態である時間が経過してしまい、その時間内において、制御装置に使用する回路素子または回転電機の負荷を過電圧による劣化や破損などから保護することができないことが考えらえる。また、過電圧判定を行う処理が複雑で、コストがかかる可能性がある。
また、エンジンとモータとがドライブシャフトで直結されたシステムにおいては、エンジンによりモータが回されることにより誘起電圧が発生し、回生発電することになる。しかしながら、電源の故障または満充電時等により、電源側へ電流を流せない場合がある。
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、過電圧を判定してから制御の切り換えを行うのではなく、過電圧とならないように前もって三相短絡／全相遮断に切り替えるようにすることにより、直流電源装置およびインバータの保護を行うことが可能な、モータ駆動装置を得ることを目的とする。
本発明は、エンジンとモータとが直結された車両に搭載されるモータ駆動装置であって、前記車両は、前記モータに電力を供給し、また、前記モータの出力により充電される直流電源装置を備え、前記モータ駆動装置は、前記直流電源装置からの直流電力を交流電力に変換するとともに、前記モータから得られた交流電力を直流電力に変換するインバータと、前記インバータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記インバータ及び前記直流電源装置の少なくとも一方が故障しているかを判定することにより、前記モータから前記直流電源装置へ電流を流せないか否かを判定する故障判定部と、前記直流電源装置が満充電であるか否かを判定する直流電源状態判定部と、前記故障判定部もしくは前記直流電源状態判定部により、前記モータから前記直流電源装置へ電流を流せないと判定された場合に、前記モータのモータ回転速度を、前記モータの誘起電圧が前記直流電源装置の直流リンク電圧を上回らないように設定された第１の閾値と比較した比較結果に基づいて、前記インバータにおいて全相遮断を行うか三相短絡を行うかを切り替える切替部とを有し、前記モータ及び前記モータを駆動する前記インバータは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相からなる１群と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相からなる２群とからそれぞれ構成され、前記制御装置は、前記インバータが前記三相短絡を行っている時に、三相短絡トルクの減少量が第４の閾値以上の場合に、前記１群及び前記２群のいずれか一方で力行し、他方で回生させることで、直流電流の増減がゼロとなるように制御する三相短絡処理部をさらに備えた、モータ駆動装置である。
本発明に係るモータ駆動装置によれば、インバータ及び直流電源装置の少なくとも一方が故障していて、モータから直流電源装置へ電流を流せないと判定した場合に、モータのモータ回転速度または誘起電圧に基づいて、インバータにおいて全相遮断を行うか三相短絡を行うかを切り替えるようにしたので、過電圧を判定してから制御の切り換えを行うのではなく、過電圧とならないように前もって三相短絡／全相遮断に切り替えることができ、直流電源装置およびインバータの保護を行うことができる。
本発明の実施の形態１〜３に係る車両の概略構成図である。 本発明の実施の形態１〜３に係るモータ駆動装置の代表的な概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置のＰＷＭの許可／不許可を判定する処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置のモータ回転速度により三相短絡と全相遮断の切り替えを判定する処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るモータ駆動装置の誘起電圧により三相短絡と全相遮断の切り替えを判定する処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係るモータ駆動装置の推定誘起電圧により三相短絡と全相遮断の切り替えを判定する処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置の三相短絡処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置の三相短絡／全相遮断を切り替える第１の閾値の設定方法を示す説明図である。
以下、本発明に係る車両のモータ駆動装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。各図において同一または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
本発明の各実施の形態に係るモータ駆動装置の説明を行う前に、当該モータ駆動装置の駆動対象となるモータの構成、及び、当該モータが搭載される車両の構成について説明する。ここで説明するモータの構成及び車両の構成については、各実施の形態において共通であるとする。
図１は、本発明の各実施の形態に係る車両の概略構成図である。図１において、エンジン１により発電機（図示せず）が駆動される。それにより発電機が発電し、その発電された電力はインバータ５を経由して、バッテリ６に充電される。
そして、発電機が発電した電力、もしくは、バッテリ６に蓄電された直流電力を、インバータ５が交流電力に変換して、モータ８に供給することで、モータ８を駆動する。こうして、モータ８を介してタイヤ４を駆動して、車両を走行させる。
また、車両の減速時などはタイヤ４によりモータ８が回され、モータ８が回生発電を行う。モータ８で発電された電力はインバータ５を介してバッテリ６に充電される。
また、インバータ５は、バッテリ６に蓄電された直流電力を交流電力に変換して発電機を駆動し、エンジン１を始動することも行う。
また、エンジン１とモータ８との間に設けられたクラッチ２を結合することにより、エンジン１の駆動力を、モータ８を介してタイヤ４に伝えることで、車両を走行させることもできる。
後述する各実施の形態では、上記のようなシリーズ式ハイブリッド車を例に挙げて説明するが、その場合に限らず、パラレル式ハイブリッド車であってもよい。なお、シリーズ式ハイブリッド車とは、上述したように、エンジン動力で発電した電力をバッテリに蓄電し、当該バッテリの電気でモータを回し、タイヤ４を駆動する方式のハイブリッド車のことである。このように、シリーズ式ハイブリッド車は、エンジンで走行しないため、動力で分類すると、電気自動車の一種とされることもある。一方、パラレル式ハイブリッド車とは、モータとエンジンの２つの動力で車輪を駆動する方式のハイブリッド車のことである。
また、上記の発電機及びモータ８は、駆動と発電を兼ね備えるモータ・ジェネレータであってもよい。
また、後述する各実施の形態では、一つのバッテリと一つのインバータとを有するもので説明するが、異なる電圧の複数のバッテリを備え、発電機とインバータとの間、または、バッテリとインバータとの間に、電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ等を有するものであってもよい。
図２は、本発明の各実施の形態に係るモータ駆動装置の概略構成図である。図２では、モータ駆動装置として、交流回転機用制御装置を備えたモータ・インバータシステムを例に挙げて示している。
図２において、二重三相モータ２０５０は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相からなる第１巻線群（１群）２０５１と、Ｘ相，Ｙ相，Ｚ相の３相からなる第２巻線群（２群）２０５２とから構成され、第１巻線群２０５１と第２巻線群２０５２とは個別に制御されることが可能である。二重三相モータ２０５０は、図１のモータ８に相当する。また、二重三相モータ２０５０に対して、各相の電流値を測定するために、Ｕ相電流センサ２０３３、Ｖ相電流センサ２０３４、Ｗ相電流センサ２０３５、Ｘ相電流センサ２０３６、Ｙ相電流センサ２０３７、Ｚ相電流センサ２０３８が設けられている。
さらに、二重三相モータ２０５０に対して、回転角度センサ２００６、第１のコイル温度センサ２０７１、および、第２のコイル温度センサ２０７２が設けられている。回転角度センサ２００６は、第１巻線群２０５１及び第２巻線群２０５２のモータ回転角度またはモータ回転速度を測定する。また、第１のコイル温度センサ２０７１は、第１巻線群２０５１のモータ温度を測定する。同様に、第２のコイル温度センサ２０７２は、第２巻線群２０５２のモータ温度を測定する。二重三相モータ２０５０には、二重三相インバータ２０３０が接続されている。
二重三相インバータ２０３０は、上アームスイッチング素子３ＵＨ，３ＶＨ，３ＷＨ，３ＸＨ，３ＹＨ，３ＺＨと、下アームスイッチング素子３ＵＬ，３ＶＬ，３ＷＬ，３ＸＬ，３ＹＬ，３ＺＬとの、上下６組からなり、それぞれ、３ＵＨ，３ＵＬ，３ＶＨ，３ＶＬ，３ＷＨ，３ＷＬが第１巻線群２０５１用、３ＸＨ，３ＸＬ，３ＹＨ，３ＹＬ，３ＺＨ，３ＺＬが第２巻線群２０５２用である。以下、これらのスイッチング素子を纏めて呼ぶ場合には、単に、スイッチング素子３とする。各スイッチング素子３は、ＩＧＢＴやＦＥＴなどのスイッチング素子と、還流ダイオードとから成っている。二重三相インバータ２０３０は、図１のインバータ５に相当する。二重三相インバータ２０３０には、バッテリ（ＤＣ電源装置）２００２が接続されている。
二重三相インバータ２０３０は、各スイッチング素子３をＯＮ、ＯＦＦすることで、バッテリ２００２から得られる直流電力を交流電力に変換し、また、二重三相モータ２０５０から得られる交流電力を直流電力に変換する。バッテリ２００２は、図１のバッテリ６に相当する。
バッテリ２００２に対して、平滑コンデンサ２０３１、電圧センサ２０３２、および、電流センサ２００４が設けられている。平滑コンデンサ２０３１は、バッテリ２００２の直流電圧を平滑化する。電圧センサ２０３２は、バッテリ２００２のＤＣリンク電圧を測定する。電流センサ２００４は、バッテリ２００２に流れる電流を測定する。
ここで、各スイッチング素子３のＯＮとＯＦＦとを繰り返すことを、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御すると呼ぶ。
なお、後述する各実施の形態では、３相を２群備えた二重三相モータ２０５０に関して説明するが、その場合に限らず、３相以上あるいは２群以上であってもよい。
ＭＣＵ（制御装置）２００１は、Ｕ相電流センサ２０３３、Ｖ相電流センサ２０３４、Ｗ相電流センサ２０３５、Ｘ相電流センサ２０３６、Ｙ相電流センサ２０３７、Ｚ相電流センサ２０３８により検出した、各相の電流値に基づいて電流制御を行う。ＭＣＵ２００１が電流制御を行うことで、二重三相モータ２０５０に所望のトルクを発生させる。
以下、本発明の各実施の形態に係るモータ駆動装置について説明する。以下の各実施の形態においては、図１および図２に示したモータを駆動させるモータ駆動装置を例に挙げて説明する。モータ駆動装置は、ＭＣＵ２００１と二重三相インバータ２０３０とから構成されている。
実施の形態１．
図３は、本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置におけるＰＷＭ制御の許可／不許可を判定するための処理のフローチャートである。すなわち、図３のフローの処理により、ＭＣＵ２００１が、二重三相インバータ２０３０がＰＷＭ制御を行うか否かの判定を行う。ＭＣＵ２００１は、図示しないメモリを有しており、メモリ内に、ＰＷＭ許可/不可フラグを格納している。ＭＣＵ２００１は、図３のフローにおける判定の結果に基づき、メモリに格納されているＰＷＭ許可/不可フラグを許可または不可に設定する。図３のフローの処理は、ＭＣＵ２００１に設けられた、図示しない故障判定部において行われる。以下に詳細に説明する。
まず、ステップＳ３００１において、ＭＣＵ２００１は、二重三相インバータ２０３０が故障しているかどうかを判定する。二重三相インバータ２０３０の故障とは、例えば、電流センサ２００４の故障、電圧センサ２０３２の故障、各スイッチング素子３のいずれかの故障、および、図示しない各スイッチング素子３の温度を計測する温度センサの故障が考えられる。
ステップＳ３００１においてＭＣＵ２００１が二重三相インバータ２０３０が故障であると判定した場合は、ステップＳ３１０１へ進み、ＰＷＭ許可/不可フラグを不可に設定し、図３のフローの処理を終了する。
一方、ステップＳ３００１においてＭＣＵ２００１が二重三相インバータ２０３０が故障していないと判定した場合は、ステップＳ３００２へ進む。
ステップＳ３００２において、ＭＣＵ２００１は、バッテリ２００２が故障しているかどうかを判定する。バッテリ２００２が故障していると判定した場合は、ステップＳ３１０１へ進み、ＰＷＭ許可／不可フラグを不可に設定し、図３のフローの処理を終了する。故障していないと判定した場合は、ステップＳ３００３へ進む。また、ステップＳ３００２においては、ＭＣＵ２００１が、バッテリ２００２が満充電で、かつ、バッテリ２００２が発電の為にＰＷＭ制御しているかも判定し、そうである場合には、ステップＳ３１０１へ進み、ＰＷＭ許可/不可フラグを不可に設定し、図３のフローの処理を終了する。そうでない場合は、ステップＳ３００３へ進む。また、ステップＳ３００２においては、ＭＣＵ２００１が、バッテリ２００２と二重三相インバータ２０３０との間にある図示していない電源スイッチまたはコネクタが故障しているかの判定も行い、いずれかが故障していると判定した場合には、ステップＳ３１０１へ進み、ＰＷＭ許可/不可フラグを不可に設定し、図３のフローの処理を終了する。いずれも故障していない場合は、ステップＳ３００３へ進む。
ステップＳ３００３で、ＭＣＵ２００１は、ＰＷＭ許可/不可フラグを許可に設定し、図３のフローの処理を終了する。
図４は、本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置において、ＭＣＵ２００１が、各種条件を元に、全相遮断／三相短絡／ＰＷＭ制御のいずれかに切り替えて、それを実行する処理のフローチャートである。図４のフローの処理は、図３のフローの実行後に、実行される。図４のフローの処理は、ＭＣＵ２００１に設けられた、図示しない切替部により、実行される。
なお、ここで、全相遮断とは、二重三相インバータ２０３０のすべてのスイッチング素子３をオープン（ＯＦＦ）にすることである。
また、三相短絡は、二重三相インバータ２０３０の上アームスイッチング素子３をオープン（ＯＦＦ）し、同時に、下アームスイッチング素子３をクローズ（ＯＮ）して、相短絡状態にし、二重三相モータ２０５０に短絡電流が流れるようにすることである。
以下に、詳細に説明する。
まず、ステップＳ４００１において、ＭＣＵ２００１は、バッテリ２００２と二重三相インバータ２０３０との間にある図示していない電源スイッチがＯＮされているか判定する。電源スイッチがＯＦＦの場合は、ステップＳ４００４へ進む。
ステップＳ４００４で、全相遮断、すなわち、二重三相インバータ２０３０のすべてのスイッチング素子３をオープン(ＯＦＦ)にし、図４のフローの処理を終了する。
一方、ステップＳ４００１においてバッテリ２００２と二重三相インバータ２０３０との間にある図示していない電源スイッチがＯＮされていると判断した場合は、ステップＳ４００２へ進む。
ステップＳ４００２においては、ＭＣＵ２００１は、図３のＰＷＭの許可／不許可判定処理で設定されたメモリ内のＰＷＭ許可／不可フラグが不可であるか判定する。不可でない場合は、ステップＳ４２０１に進み、通常のＰＷＭ処理を行い、二重三相モータ２０５０による力行または発電を行い、図４のフローの処理を終了する。
一方、ステップＳ４００２において不可である場合は、ステップＳ４００３に進む。
ステップＳ４００３においては、ＭＣＵ２００１が、モータ回転速度が、予め設定された第１の閾値以下であるかどうかを判定する。モータ回転速度が第１の閾値以下であった場合は、ステップＳ４００４へ進む。
ステップＳ４００４では、ＭＣＵ２００１が、全相遮断、すなわち、二重三相インバータ２０３０のすべてのスイッチング素子３をオープン(ＯＦＦ)にし、図４のフローの処理を終了する。
一方、ステップＳ４００３において、モータ回転速度が第１の閾値以下でなかった場合は、ステップＳ４１０１へ進む。
ステップＳ４１０１では、ＭＣＵ２００１が、三相短絡、すなわち、二重三相インバータ２０３０の上アームスイッチング素子３をオープン（ＯＦＦ）し、同時に、下アームスイッチング素子３をクローズ（ＯＮ）して、図４のフローの処理を終了する。
なお、上記の第１の閾値は、二重三相モータ２０５０の特性および実験結果により、適宜、予め設定しておく。例えば、第１の閾値は、二重三相モータ２０５０が回転している時に発生する二重三相モータ２０５０の誘起電圧が、バッテリ２００２のＤＣリンク電圧を上回らない範囲の回転速度以下に設定する。
第１の閾値をそのように設定することにより、二重三相インバータ２０３０のすべてのスイッチング素子３をオープンにした全相遮断の状態であっても、二重三相モータ２０５０の誘起電圧が、バッテリ２００２のＤＣリンク電圧よりも上回ることはない。そのため、各スイッチング素子３の還流ダイオードを通って二重三相モータ２０５０からバッテリ２００２に大電流が流れることを阻止することができ、バッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。
また、第１の閾値は、複数のＤＣリンク電圧毎に実験・設定したマップ値であってもよい。すなわち、実験により、ＤＣリンク電圧毎に、二重三相モータ２０５０が回転している時に発生する二重三相モータ２０５０の誘起電圧が、バッテリ２００２のＤＣリンク電圧を上回らない範囲の回転速度を求め、ＤＣリンク電圧毎に当該回転速度を第１の閾値として設定したマップを予め用意しておき、当該マップから、ＤＣリンク電圧の値に基づいて第１の閾値を求めるようにしてもよい。この時、ＤＣリンク電圧は電圧センサ２０３２にて計測した電圧値を用いる。
また、三相短絡／全相遮断／ＰＷＭの切り替え時に、バッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されるような過電圧が発生することが実験によりわかっている場合は、第１の閾値を過電圧の発生しない値に設定してもよい。
このことを、例えば、図８を用いて説明する。図８において、横軸はモータ回転速度、縦軸はＤＣリンク電圧である。図８に示すように、ＤＣリンク電圧が３６[Ｖ]の時は、第１の閾値を１０００[ｒｐｍ]以下の値を設定し、ＤＣリンク電圧が４５[Ｖ]の時は、第１の閾値として、第１’の閾値１１００[ｒｐｍ]以下の値を設定し、ＤＣリンク電圧が５２[Ｖ]の時は、第１の閾値として、第１’’の閾値１１５０[ｒｐｍ]以下の値を設定する。
また、本実施の形態においては、モータ回転速度が第１の閾値よりも大きく、二重三相モータ２０５０の誘起電圧が、バッテリ２００２のＤＣリンク電圧を上回っていた場合あるいは上回る可能性がある場合には、三相短絡の状態にすることにより、二重三相モータ２０５０に短絡電流を流すことで、バッテリ２００２に電流が流れることを阻止することができるので、バッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。
また、本実施の形態においては、このように過電圧を判定してから三相短絡／全相遮断の切り替えを行うのでなく、過電圧とならないように前もって三相短絡／全相遮断に切り替えるので、三相短絡／全相遮断の切り替えが間に合わず、過電圧の為にバッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。また、過電圧判定を行う処理も不要となり、その結果、処理が複雑化せず、さらにコストが大きくならない、モータ駆動装置を実現できる。
図７は、本発明の実施の形態１に係るモータ駆動装置における三相短絡処理のフローチャートである。図７のフローの処理は、ＭＣＵ２００１に設けられた、図示しない三相短絡処理により実行される。
図７において、まず、ＭＣＵ２００１は、ステップＳ７００１にて、現在、二重三相インバータ２０３０が、三相短絡中であるかを判定する。三相短絡している場合は、ステップＳ７００２に進む。三相短絡していなかった場合は、ステップＳ７２０１に進む。
ステップＳ７２０１において、ＭＣＵ２００１は、二重三相インバータ２０３０を制御して、第１巻線群２０５１と第２巻線群２０５２の両方において三相短絡を行う。さらに、ステップＳ７２０２にて、ＭＣＵ２００１は、三相短絡した結果として発生した今回三相短絡トルクを、メモリ内に、前回三相短絡トルクの値として記憶し、図７のフローの処理を終了する。なお、三相短絡トルクは、第１巻線群２０５１および第２巻線群２０５２のそれぞれに対して設けられた、図示しないトルクセンサにより計測される。または、三相短絡トルクは、トルクセンサの代わりに電流センサにより計測された電流値から算出した推定トルクを用いてもよい。または、三相短絡トルクは、トルクセンサの代わりにPWMの電圧指令値もしくは実電圧から算出した推定トルクを用いてもよい。
ステップＳ７００２においては、ＭＣＵ２００１は、二重三相インバータ２０３０の第１巻線群２０５１と第２巻線群２０５２共に三相短絡しているかを判定する。第１巻線群２０５１と第２巻線群２０５２共に三相短絡している場合は、ステップＳ７００３へ進む。第１巻線群２０５１と第２巻線群２０５２共に三相短絡していない場合は、ステップＳ７００４へ進む。
ステップＳ７００３においては、ＭＣＵ２００１が、前回三相短絡トルクの絶対値と今回三相短絡トルクの絶対値との差と、予め設定された第４の閾値とを比較し、当該差が第４の閾値以上の場合は、すなわち、三相短絡トルクの減少量が第４の閾値以上の場合は、ステップＳ７００４へ進み、第４の閾値未満の場合はステップＳ７２０１へ進む。なお、第４の閾値は、二重三相モータ２０５０の特性および実験結果により、適宜、予め設定しておく。例えば、第４の閾値は、ＤＣ電流の収支をゼロにできる範囲の、制動トルクの減少量以下に設定する。
ステップＳ７００４において、ＭＣＵ２００１は、二重三相インバータ２０３０の第１巻線群２０５１は力行し、第２巻線群２０５２は回生するように、二重三相インバータ２０３０を制御する。これにより、三相短絡時の制動トルクが減少したと判断した場合に、ＤＣ電流の収支がゼロとなるように制御することができる。尚、この時、逆に、第１巻線群２０５１を回生し、第２巻線群２０５２を力行するように制御しても、同様の効果を得ることができる。
次に、ステップＳ７００５において、ＭＣＵ２００１は、メモリ内の前回三相短絡トルクに０[Ｎｍ]を記憶し、図７のフローの処理を終了する。
以上のように、本実施の形態においては、二重三相インバータ２０３０が故障またはバッテリ２００２が故障または満充電（もしくはそれに近い状態）で、二重三相モータ２０５０からバッテリ２００２側へ電流が流せないと判定した場合に、ＰＷＭ制御を不可にし、二重三相インバータ２０３０において、三相短絡または全相遮断を行う。また、三相短絡／全相遮断の切り替え時の二重三相モータ２０５０のモータ回転速度が第１の閾値よりも大きく、すなわち、二重三相モータ２０５０の誘起電圧がバッテリ２００２のＤＣリンク電圧を上回っていた場合あるいは上回る可能性がある場合は、全相遮断してもバッテリ２００２側に電流が流れる可能性があると判断して、三相短絡の状態に切り替えることにより、二重三相モータ２０５０に短絡電流を流すことで、特別な装置を追加することなく、二重三相モータ２０５０が誘起電圧により回生発電しても、二重三相モータ２０５０からバッテリ２００２側に電流が流れることを阻止することができ、バッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。その結果、バッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０の保護が行える。
また、本実施の形態においては、第１の閾値を、切り替え時のＤＣリンク電圧により切り替えるようにしたので、ＤＣリンク電圧が高く、モータ回転速度が低い領域での三相短絡による制動トルクの発生を抑えることができる。
また、本実施の形態においては、過電圧であることを判定してから三相短絡／全相遮断の切り替えを行うのでなく、過電圧とならないように前もって三相短絡／全相遮断に切り替えるので、三相短絡／全相遮断の切り替えが間に合わず、過電圧の為にバッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。また、過電圧判定を行う処理も不要となり、その結果、処理が複雑化せず、さらにコストが大きくならないモータ駆動装置を実現することができる。
さらに、本実施の形態においては、二重三相インバータ２０３０が三相短絡を行っている時に、三相短絡トルクの減少量が第４の閾値以上の場合に、１群及び２群のいずれか一方で力行し、他方で回生させるようにしたので、三相短絡時の制動トルクが減少した場合に、ＤＣ電流の収支がゼロとなるように制御することができる。
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るモータ駆動装置において、各種条件を元に、全相遮断／三相短絡／ＰＷＭを切り替えて実行する処理のフローチャートである。図５のフローの処理は、ＭＣＵ２００１に設けられた、図示しない切替部によって実行される。他の構成および動作については、実施の形態１と同じである。
図５において、ステップＳ５００１、Ｓ５００２、Ｓ５００４、Ｓ５１０１，Ｓ５２０１は、それぞれ、図４のステップＳ４００１、Ｓ４００２、Ｓ４００４、Ｓ４１０１，Ｓ４２０１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
本実施の形態においては、ステップＳ５００３において、ＭＣＵ２００１が、二重三相モータ２０５０の誘起電圧が、予め設定された第２の閾値以下であるか判定する。誘起電圧が第２の閾値以下でなかった場合は、ステップＳ５１０１へ進み、三相短絡となる処理を行い、図５のフローの処理を終了する。誘起電圧が第２の閾値以下の場合には、ステップＳ５００４へ進み、全相遮断となる処理を行い、図５のフローの処理を終了する。
上記の第２の閾値は、二重三相モータ２０５０の特性および実験結果により、適宜、予め設定しておく。例えば、第２の閾値は、二重三相モータ２０５０が回転している時に発生する二重三相モータ２０５０の誘起電圧がバッテリ２００２のＤＣリンク電圧を上回らない値に設定する。そのようにすることにより、二重三相インバータ２０３０のすべてのスイッチング素子３をオープンした全相遮断の状態であっても、二重三相モータ２０５０の誘起電圧がＤＣリンク電圧を上回ることがないので、各スイッチング素子３の還流ダイオードを通って二重三相モータ２０５０からバッテリ２００２に大電流が流れることを阻止することができ、バッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。また、第２の閾値は、複数のＤＣリンク電圧毎に実験・設定したマップ値であってもよい。
また、本実施の形態では、三相短絡／全相遮断の切り替え時の二重三相モータ２０５０の誘起電圧が第２の閾値よりも大きく、すなわち、二重三相モータ２０５０の誘起電圧がバッテリ２００２のＤＣリンク電圧を上回っていた場合あるいは上回る可能性がある場合は、三相短絡の状態にすることにより、二重三相モータ２０５０に短絡電流を流すことで、バッテリ２００２に電流が流れることを阻止することができ、バッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。
また、実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、過電圧であることを判定してから三相短絡／全相遮断の切り替えを行うのでなく、過電圧とならないように前もって三相短絡／全相遮断に切り替えるので、三相短絡／全相遮断の切り替えが間に合わず、過電圧の為にバッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。また、過電圧判定を行う処理も不要となり、その結果、処理が複雑化せず、さらにコストが大きくならないモータ駆動装置を実現することができる。
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態に係る車両のモータ駆動装置において、各種条件を元に、全相遮断／三相短絡／ＰＷＭを切り替えて実行する処理のフローチャートである。図６のフローの処理は、ＭＣＵ２００１に設けられた、図示しない切替部によって実行される。他の構成および動作については、上述の実施の形態１または２と同じである。
図６において、ステップＳ６００１、Ｓ６００２、Ｓ６００４、Ｓ６１０１、Ｓ６２０１は、それぞれ、図４のステップＳ４００１、Ｓ４００２、Ｓ４００４、Ｓ４１０１、Ｓ４２０１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。
本実施の形態においては、ステップＳ６００３において、ＭＣＵ２００１が、二重三相モータ２０５０の推定誘起電圧を求め、当該推定誘起電圧が、予め設定された第３の閾値以下かを判定する。当該推定誘起電圧が第３の閾値以下でなかった場合は、ステップＳ６１０１へ進み、三相短絡となる処理を行い、図６のフローの処理を終了する。当該推定誘起電圧が第３の閾値以下であった場合は、ステップＳ６００４へ進み、全相遮断となる処理を行い、図６のフローの処理を終了する。
二重三相モータ２０５０の推定誘起電圧は、例えば以下の方法により求める。まず、モータ回転速度毎、及び、モータ温度毎に、二重三相モータ２０５０の特性および実験結果により、二重三相モータ２０５０の誘起電圧の値を求める。そうして、モータ回転速度毎、及び、モータ温度毎に、二重三相モータ２０５０の誘起電圧の値を定めた、３次元のマップを生成する。当該マップは、ＭＣＵ２００１のメモリ内に予め格納される。ＭＣＵ２００１は、全相遮断／三相短絡／ＰＷＭの切り替え時に、モータ回転速度及びモータ温度を元に当該マップを参照して、当該マップから、二重三相モータ２０５０の推定誘起電圧を求める。
なお、マップは、上述した３次元のマップに限らず、モータ回転速度毎に二重三相モータ２０５０の誘起電圧の値を定めた２次元のマップ、あるいは、モータ温度毎に二重三相モータ２０５０の誘起電圧の値を定めた２次元のマップを、用いるようにしてもよい。また、モータ回転速度およびモータ温度に限らず、二重三相モータ２０５０の状態を示す他のパラメータを用いたマップを使用するようにしてもよい。
また、上記の第３の閾値は、二重三相モータ２０５０の特性および実験結果により適宜予め設定しておく。例えば、第３の閾値は、モータが回転している時に発生するモータの推定誘起電圧がバッテリ２００２のＤＣリンク電圧を上回らない値に設定する。そのようにすることにより、二重三相インバータ２０３０のすべてのスイッチング素子３をオープンした全相遮断の状態であっても、二重三相モータ２０５０の誘起電圧がバッテリ２００２のＤＣリンク電圧を上回ることがないので、各スイッチング素子３の還流ダイオードを通って二重三相モータ２０５０からバッテリ２００２に大電流が流れることを阻止することができ、バッテリ２００２および二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。また、第３の閾値は複数のＤＣリンク電圧毎に実験・設定したマップ値であってもよい。
また、本実施の形態においては、三相短絡／全相遮断の切り替え時の二重三相モータ２０５０の推定誘起電圧が第３の閾値よりも大きく、すなわち、二重三相モータ２０５０の推定誘起電圧がバッテリ２００２のＤＣリンク電圧を上回っていた場合あるいは上回る可能性がある場合は、三相短絡の状態にすることにより、二重三相モータ２０５０に短絡電流を流すことで、バッテリ２００２に電流が流れることを阻止することができ、バッテリ２００２及び二重三相インバータ２０３０が破壊されることが無い。
また、実施の形態１，２と同様に、本実施の形態においても、過電圧を判定してから三相短絡／全相遮断の切り替えを行うのでなく、過電圧とならないように前もって三相短絡／全相遮断に切り替えるので、三相短絡／全相遮断の切り替えが間に合わず、過電圧の為にＤＣ電源装置やインバータが破壊されることが無い。また、過電圧判定を行う処理も不要となり、その結果、処理が複雑化せず、さらにコストが大きくならないモータ駆動装置を実現できる。また、本実施の形態においては、二重三相モータ２０５０の誘起電圧をマップを用いて推定するようにしたので、二重三相モータ２０５０の誘起電圧を計測する装置が不要となり、さらにコストが大きくならないモータ駆動装置を実現できる。
１ エンジン、２ クラッチ、３ スイッチング素子、３ＵＨ Ｕ相上アームスイッチング素子、３ＵＬ Ｕ相下アームスイッチング素子、３ＶＨ Ｖ相上アームスイッチング素子、３ＶＬ Ｖ相下アームスイッチング素子、３ＷＨ Ｗ相上アームスイッチング素子、３ＷＬ Ｗ相下アームスイッチング素子、３ＸＨ Ｘ相上アームスイッチング素子、３ＸＬ Ｘ相下アームスイッチング素子、３ＹＨ Ｙ相上アームスイッチング素子、３ＹＬ Ｙ相下アームスイッチング素子、３ＺＨ Ｚ相上アームスイッチング素子、３ＺＬ Ｚ相下アームスイッチング素子、４ タイヤ、５ インバータ、６ バッテリ、８ モータ、２００１ ＭＣＵ（制御装置）、２００２ バッテリ（直流電源装置）、２００４ 電流センサ、２００６ 回転角度センサ、２０３０ 二重三相インバータ、２０３１ 平滑コンデンサ、２０３２ 電圧センサ、２０３３ Ｕ相電流センサ、２０３４ Ｖ相電流センサ、２０３５ Ｗ相電流センサ、２０３６ Ｘ相電流センサ、２０３７ Ｙ相電流センサ、２０３８ Ｚ相電流センサ、２０５０ 二重三相モータ、２０５１ 第１巻線群、２０５２ 第２巻線群、２０７１ 第１のコイル温度センサ、２０７２ 第２のコイル温度センサ。

Claims (5)

  1. エンジンとモータとが直結された車両に搭載されるモータ駆動装置であって、
    前記車両は、
    前記モータに電力を供給し、また、前記モータの出力により充電される直流電源装置
    を備え、
    前記モータ駆動装置は、
    前記直流電源装置からの直流電力を交流電力に変換するとともに、前記モータから得られた交流電力を直流電力に変換するインバータと、
    前記インバータを制御する制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記インバータ及び前記直流電源装置の少なくとも一方が故障しているかを判定することにより、前記モータから前記直流電源装置へ電流を流せないか否かを判定する故障判定部と、
    前記直流電源装置が満充電であるか否かを判定する直流電源状態判定部と、
    前記故障判定部もしくは前記直流電源状態判定部により、前記モータから前記直流電源装置へ電流を流せないと判定された場合に、前記モータのモータ回転速度を、前記モータの誘起電圧が前記直流電源装置の直流リンク電圧を上回らないように設定された第１の閾値と比較した比較結果に基づいて、前記インバータにおいて全相遮断を行うか三相短絡を行うかを切り替える切替部と
    を有し、
    前記モータ及び前記モータを駆動する前記インバータは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相からなる１群と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相からなる２群とからそれぞれ構成され、
    前記制御装置は、
    前記インバータが前記三相短絡を行っている時に、三相短絡トルクの減少量が第４の閾値以上の場合に、前記１群及び前記２群のいずれか一方で力行し、他方で回生させることで、直流電流の増減がゼロとなるように制御する三相短絡処理部
    をさらに備えた、
    モータ駆動装置。
  2. 前記切替部は、
    前記モータ回転速度が前記第１の閾値以下の場合に、前記インバータにおいて前記全相遮断を行い、
    前記モータ回転速度が前記第１の閾値より大きい場合に、前記インバータにおいて前記三相短絡を行う、
    請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記第１の閾値は、前記直流電源装置の直流リンク電圧によって切り替えられる、
    請求項２に記載のモータ駆動装置。
  4. エンジンとモータとが直結された車両に搭載されるモータ駆動装置であって、
    前記車両は、
    前記モータに電力を供給し、また、前記モータの出力により充電される直流電源装置
    を備え、
    前記モータ駆動装置は、
    前記直流電源装置からの直流電力を交流電力に変換するとともに、前記モータから得られた交流電力を直流電力に変換するインバータと、
    前記インバータを制御する制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記インバータ及び前記直流電源装置の少なくとも一方が故障しているかを判定することにより、前記モータから前記直流電源装置へ電流を流せないか否かを判定する故障判定部と、
    前記直流電源装置が満充電であるか否かを判定する直流電源状態判定部と、
    前記故障判定部もしくは前記直流電源状態判定部により、前記モータから前記直流電源装置へ電流を流せないと判定された場合に、前記モータのモータ回転速度に基づいてまたは前記モータの誘起電圧と前記モータの直流リンク電圧とに基づいて、前記インバータにおいて全相遮断を行うか三相短絡を行うかを切り替える切替部と
    を有し、
    前記切替部は、
    前記モータの前記誘起電圧が前記直流リンク電圧以下の場合に、前記インバータにおいて前記全相遮断を行い、
    前記モータの前記誘起電圧が前記直流リンク電圧より大きい場合に、前記インバータにおいて前記三相短絡を行い、
    前記モータ及び前記モータを駆動する前記インバータは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相からなる１群と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相からなる２群とからそれぞれ構成され、
    前記制御装置は、
    前記インバータが前記三相短絡を行っている時に、三相短絡トルクの減少量が第４の閾値以上の場合に、前記１群及び前記２群のいずれか一方で力行し、他方で回生させることで、直流電流の増減がゼロとなるように制御する三相短絡処理部
    をさらに備えた、
    モータ駆動装置。
  5. エンジンとモータとが直結された車両に搭載されるモータ駆動装置であって、
    前記車両は、
    前記モータに電力を供給し、また、前記モータの出力により充電される直流電源装置
    を備え、
    前記モータ駆動装置は、
    前記直流電源装置からの直流電力を交流電力に変換するとともに、前記モータから得られた交流電力を直流電力に変換するインバータと、
    前記インバータを制御する制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記インバータ及び前記直流電源装置の少なくとも一方が故障しているかを判定することにより、前記モータから前記直流電源装置へ電流を流せないか否かを判定する故障判定部と、
    前記直流電源装置が満充電であるか否かを判定する直流電源状態判定部と、
    前記故障判定部もしくは前記直流電源状態判定部により、前記モータから前記直流電源装置へ電流を流せないと判定された場合に、前記モータのモータ回転速度に基づいてまたは前記モータの誘起電圧と前記モータの直流リンク電圧とに基づいて、前記インバータにおいて全相遮断を行うか三相短絡を行うかを切り替える切替部と
    を有し、
    前記モータの前記誘起電圧は、
    前記モータの前記モータ回転速度および前記モータのモータ温度の少なくともいずれか一方に基づいて求められる推定誘起電圧であり、
    前記切替部は、
    前記モータの前記推定誘起電圧が前記直流リンク電圧以下の場合に、前記インバータにおいて前記全相遮断を行い、
    前記モータの前記推定誘起電圧が前記直流リンク電圧より大きい場合に、前記インバータにおいて前記三相短絡を行い、
    前記モータ及び前記モータを駆動する前記インバータは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相からなる１群と、Ｘ，Ｙ，Ｚ相からなる２群とからそれぞれ構成され、
    前記制御装置は、
    前記インバータが前記三相短絡を行っている時に、三相短絡トルクの減少量が第４の閾値以上の場合に、前記１群及び前記２群のいずれか一方で力行し、他方で回生させることで、直流電流の増減がゼロとなるように制御する三相短絡処理部
    をさらに備えた、
    モータ駆動装置。
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