JP6610586B2

JP6610586B2 - 駆動装置

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Publication number: JP6610586B2
Application number: JP2017047268A
Authority: JP
Inventors: 健司内田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: US20180262149A1; CN108574405B; US10340834B2; CN108574405A; JP2018152986A

Description

本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、モータとインバータと蓄電装置とを備える駆動装置に関する。

従来、この種の駆動装置としては、モータと、複数のスイッチング素子（トランジスタ）および複数のスイッチング素子に並列に接続された複数のダイオードを有すると共に複数のスイッチング素子のスイッチングによりモータを駆動するインバータと、インバータに電力ラインを介して接続されたバッテリと、を備える駆動装置において、インバータがゲート遮断状態で、モータの回転に伴って発生する逆起電圧がインバータの直流側電圧よりも高く且つバッテリに入力される電力が所定電力よりも大きいときには、インバータを三相オン（三相短絡）状態に移行させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、こうした制御により、バッテリに過大な電力が入力されたり、インバータの直流側電圧が過大になったりするのを抑制している。

特開２０１１−１７２３４３号公報

上述の駆動装置において、インバータをゲート遮断状態から三相オン状態に移行させる際に、上アーム（下アーム）のスイッチング素子の全てを略同時にオンにすると、各相のうちそのタイミングで下アーム（上アーム）のダイオードに電流が流れている相について、上下アームを介して電力ラインの正極側ラインと負極側ラインとが短絡し、その相の素子に大電流が流れて素子が故障する可能性がある。

本発明の駆動装置は、モータを駆動するインバータの各素子の故障をより抑制することを主目的とする。

本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の駆動装置は、
モータと、
複数のスイッチング素子および前記複数のスイッチング素子に並列に接続された複数のダイオードを有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記モータの各相の相電流を検出する電流センサを備え、
前記制御装置は、
前記インバータをゲート遮断状態から三相オン状態に移行させる際には、
前記各相について前記相電流を用いて上アームのダイオードに電流が流れていると判定したときに前記上アームのスイッチング素子をオンにすることにより、上アーム三相オン状態に移行させる、または、
前記各相について前記相電流を用いて下アームのダイオードに電流が流れていると判定したときに前記下アームのスイッチング素子をオンにすることにより、下アーム三相オン状態に移行させる、
ことを要旨とする。

この本発明の駆動装置では、インバータをゲート遮断状態から三相オン状態に移行させる際には、各相について相電流を用いて上アームのダイオードに電流が流れていると判定したときに上アームのスイッチング素子をオンにすることにより、上アーム三相オン状態に移行させる、または、各相について相電流を用いて下アームのダイオードに電流が流れていると判定したときに下アームのスイッチング素子をオンにすることにより、下アーム三相オン状態に移行させる。これにより、上アーム三相オン状態に移行させるときには、各相について、上アームのスイッチング素子をオンにするときに、その相で上下アームを介して電力ラインの正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを回避することができ、その相の素子に大電流が流れるのを回避することができる。また、下アーム三相オン状態移行させるときには、各相について、下アームのスイッチング素子をオンにするときに、その相で上下アームを介して電力ラインの正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを回避することができ、その相の素子に大電流が流れるのを回避することができる。これらの結果、インバータの各素子の故障をより抑制することができる。

こうした本発明の駆動装置において、前記制御装置は、前記インバータが前記ゲート遮断状態で、前記モータの回転に伴って発生する逆起電圧が前記インバータの直流側電圧よりも高いときに、前記インバータを前記三相オン状態に移行させるものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記インバータが前記ゲート遮断状態で、前記蓄電装置に入力される電力が所定電力よりも大きいときに、前記インバータを前記三相オン状態に移行させるものとしてもよい。これらのようにすれば、バッテリに過大な電力が入力されたり、電力ラインの電圧が過大になったりするのを抑制することができる。

また、本発明の駆動装置において、前記電力ラインに設けられたリレーを更に備え、前記制御装置は、前記インバータを前記三相オン状態に移行させた後に、前記リレーをオフにするものとしてもよい。こうすれば、インバータからバッテリに電力が供給されていない状態でリレーをオフにすることができ、リレーが溶着するのを抑制することができる。

この場合、前記電力ラインには、コンデンサが取り付けられており、前記制御装置は、前記インバータが前記三相オン状態で、前記モータの温度が第１所定温度よりも高くなったときおよび／または前記インバータの温度が第２所定温度よりも高くなったときに、前記リレーをオフにし、その後に前記インバータを前記ゲート遮断状態に移行させるものとしてもよい。リレーをオフにした後にインバータをゲート遮断状態に移行させると、その直前にモータの逆起電圧がコンデンサの電圧よりも高いときにはコンデンサの電圧が迅速に（極短時間で）上昇して両者が等しくなってインバータの各素子に電流が流れなくなり、その直前にモータの逆起電圧がコンデンサの電圧以下のときにはインバータの各素子には直ちに電流が流れなくなる。したがって、インバータの各素子の過熱を抑制することができる。

本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット５０により実行される異常時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。上アーム三相オン移行処理の一例を示すフローチャートである。インバータ３４をゲート遮断状態から上アーム三相オン状態に移行させる際の様子の一例を示す説明図である。下アーム三相オン移行処理の一例を示すフローチャートである。

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。

図１は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、システムメインリレーＳＭＲと、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられると共に電力ライン３８を介してバッテリ３６に接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極ラインと負極ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。また、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、電力ライン３８の負極ライン側から正極ライン側の方向が順方向となるようにトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のそれぞれに並列に接続されている。インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。以下、トランジスタＴ１１〜Ｔ１３およびダイオードＤ１１〜Ｄ１３を「上アーム」といい、トランジスタＴ１４〜Ｔ１６およびダイオードＤ１４〜Ｄ１６を「下アーム」という。電力ライン３８の正極ラインと負極ラインとには、平滑用のコンデンサ４０が取り付けられている。

バッテリ３６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おり、上述したように、電力ライン３８を介してインバータ３４に接続されている。電力ライン３８には、インバータ３４やバッテリ３６に加えて、空調装置における空調用インバータ４２や、電力ライン３８の電力を降圧して補機バッテリや補機に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４４なども接続されている。

システムメインリレーＳＭＲは、電力ライン３８におけるインバータ３４やコンデンサ４０，空調用インバータ４２，ＤＣ／ＤＣコンバータ４４よりもバッテリ３６側に設けられており、電子制御ユニット５０によってオンオフ制御されることにより、インバータ３４やコンデンサ４０，空調用インバータ４２，ＤＣ／ＤＣコンバータ４４とバッテリ３６との接続および接続の解除を行なう。

電子制御ユニット５０は、図示しないが、ＣＰＵ５２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、ＣＰＵ５２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ５６，入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０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ている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖ，３２ｗからのモータ３２の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，モータ３２の温度（例えばコイル温度）を検出する温度センサ３２ｔからのモータ３２の温度ｔｍ，インバータ３４の温度（例えば素子温度）を検出する温度センサ３４ｔからのインバータ３４の温度ｔｉを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからのバッテリ３６の電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂ，コンデンサ４０の端子間に取り付けられた電圧センサ４０ａからの電力ライン３８（コンデンサ４０）の電圧ＶＬも挙げることができる。加えて、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。また、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速Ｖも挙げることができる。電子制御ユニット５０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や、システムメインリレーＳＭＲへのオンオフ制御信号，空調用インバータ４２への制御信号，ＤＣ／ＤＣコンバータ４４への制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや角速度ωｍ，回転数Ｎｍを演算している。また、電子制御ユニット５０は、電流センサからのバッテリ３６の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量の割合である。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、モータ３２や回転位置検出センサ３２ａに異常が生じたときの動作について説明する。図２は、このときに電子制御ユニット５０により実行される異常時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、本ルーチンの実行開始時には、空調用インバータ４２やＤＣ／ＤＣコンバータ４４の駆動を停止するものとした。

図２の異常時処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、インバータ３４を、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の全てがオフのゲート遮断状態にする（ステップＳ１００）。続いて、電力ライン３８（コンデンサ４０）の電圧ＶＬやモータ３２の回転に伴って発生する逆起電圧Ｖｃｅｆなどのデータを入力する（ステップＳ１１０）。ここで、電力ライン３８（コンデンサ４０）の電圧ＶＬは、電圧センサ４０ａにより検出された値を入力するものとした。モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆは、回転位置検出センサ３２ａにより検出されたモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づくモータ３２の角速度ωｍに起電圧定数Ｋｍを乗じて演算された値を入力するものとした。なお、モータ３２の角速度ωｍは、車速Ｖに換算係数を乗じて演算するものとしてもよい。

こうしてデータを入力すると、モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆを電力ライン３８の電圧ＶＬと比較する（ステップＳ１２０）。モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆが電力ライン３８の電圧ＶＬよりも高いときには、モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆに基づく電力がインバータ３４のダイオードＤ１１〜Ｄ１６により整流されて電力ライン３８を介してバッテリ３６に供給される。このため、バッテリ３６に過大な電力が入力されたり、電力ライン３８の電圧ＶＬが過大になったりする可能性がある。ステップＳ１２０の処理は、こうした可能性があるか否かを判断する処理である。モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆが電力ライン３８の電圧ＶＬ以下のときには、こうした可能性はないと判断し、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１２０でモータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆが電力ライン３８の電圧ＶＬよりも高いときには、上述の可能性があると判断し、インバータ３４をゲート遮断状態から三相オン状態に移行させる（ステップＳ１３０）。ここで、三相オン状態には、上アームのトランジスタＴ１１〜Ｔ１３の全てがオンの上アーム三相オン状態と、下アームのトランジスタＴ１４〜Ｔ１６の全てがオンの下アーム三相オン状態と、がある。実施例では、図３の上アーム三相オン移行処理により、インバータ３４をゲート遮断状態から上アーム三相オン状態に移行させるものとした。インバータ３４を三相オン状態（上アーム三相オン状態）に移行させることにより、モータ３２とインバータ３４との間で電流が循環するようになってインバータ３４から電力ライン３８側に電力が供給されなくなるから、バッテリ３６に過大な電力が入力されたり、電力ライン３８の電圧ＶＬが過大になったりするのを抑制することができる。これにより、バッテリ３６やコンデンサ４０，空調用インバータ４２，ＤＣ／ＤＣコンバータ４４を保護することができる。以下、図２の異常時処理ルーチンの説明を中断し、図３のの上アーム三相オン移行処理について説明する。

図３の上アーム三相オン移行処理では、電子制御ユニット５０は、トランジスタＴ１１がオンかオフかを判定する（ステップＳ２００）。トランジスタＴ１１がオフのときには、Ｕ相の相電流Ｉｕを入力し（ステップＳ２１０）、入力したＵ相の相電流Ｉｕを負の閾値Ｉｕｒｅｆ１と比較する（ステップＳ２２０）。ここで、Ｕ相の相電流Ｉｕは、電流センサ３２ｕにより検出された値（インバータ３４側からモータ３２側の方向が正の値）を入力するものとした。トランジスタＴ１１，Ｔ１４がオフのときにおいて、相電流Ｉｕが正の値のときには、ダイオードＤ１４に電流が流れており、相電流Ｉｕが負の値のときには、ダイオードＤ１１に電流が流れていると考えられる。閾値Ｉｕｒｅｆ１は、ダイオードＤ１１，Ｄ１４のうちダイオードＤ１１に電流が流れていると判断できる値として、例えば、電流センサ３２ｕの検出誤差を考慮して−５Ａや−７Ａ，−１０Ａなどを用いることができる。

ステップＳ２２０でＵ相の相電流Ｉｕが閾値Ｉｕｒｅｆ１よりも大きいときには、トランジスタＴ１１をオフで保持し（ステップＳ２３０）、Ｕ相の相電流Ｉｕが閾値Ｉｕｒｅｆ１以下のときには、トランジスタＴ１１をオンにする（ステップＳ２４０）。ステップＳ２００でトランジスタＴ１１がオンのときには、それを保持する（ステップＳ２４０）。即ち、トランジスタＴ１１がオフでＵ相の相電流Ｉｕが閾値Ｉｕｒｅｆ１以下に至ると、トランジスタＴ１１をオンにしてそれを保持するのである。

続いて、トランジスタＴ１２がオンかオフかを判定する（ステップＳ２５０）。トランジスタＴ１２がオフのときには、Ｖ相の相電流Ｉｖを入力し（ステップＳ２６０）、入力したＶ相の相電流Ｉｖを負の閾値Ｉｖｒｅｆ１と比較する（ステップＳ２７０）。ここで、Ｖ相の相電流Ｉｖは、電流センサ３２ｖにより検出された値（インバータ３４側からモータ３２側の方向が正の値）を入力するものとした。トランジスタＴ１２，Ｔ１５がオフのときにおいて、相電流Ｉｖが正の値のときには、ダイオードＤ１５に電流が流れており、相電流Ｉｖが負の値のときには、ダイオードＤ１２に電流が流れていると考えられる。閾値Ｉｖｒｅｆ１は、ダイオードＤ１２，Ｄ１５のうちダイオードＤ１２に電流が流れていると判断できる値として、例えば、電流センサ３２ｖの検出誤差を考慮して−５Ａや−７Ａ，−１０Ａなどを用いることができる。

ステップＳ２７０でＵ相の相電流Ｉｖが閾値Ｉｖｒｅｆ１よりも大きいときには、トランジスタＴ１２をオフで保持し（ステップＳ２８０）、Ｖ相の相電流Ｉｖが閾値Ｉｖｒｅｆ１以下のときには、トランジスタＴ１２をオンにする（ステップＳ２９０）。ステップＳ２５０でトランジスタＴ１２がオンのときには、それを保持する（ステップＳ２９０）。即ち、トランジスタＴ１２がオフでＶ相の相電流Ｉｖが閾値Ｉｖｒｅｆ１以下に至ると、トランジスタＴ１２をオンにしてそれを保持するのである。

そして、トランジスタＴ１３がオンかオフかを判定する（ステップＳ３００）。トランジスタＴ１３がオフのときには、Ｗ相の相電流Ｉｗを入力し（ステップＳ３１０）、入力したＷ相の相電流Ｉｗを負の閾値Ｉｗｒｅｆ１と比較する（ステップＳ３２０）。ここで、Ｗ相の相電流Ｉｗは、電流センサ３２ｗにより検出された値（インバータ３４側からモータ３２側の方向が正の値）を入力するものとした。トランジスタＴ１３，Ｔ１６がオフのときにおいて、相電流Ｉｗが正の値のときには、ダイオードＤ１６に電流が流れており、相電流Ｉｗが負の値のときには、ダイオードＤ１２に電流が流れていると考えられる。閾値Ｉｗｒｅｆ１は、ダイオードＤ１３，Ｄ１６のうちダイオードＤ１３に電流が流れていると判断できる値として、例えば、電流センサ３２ｗの検出誤差を考慮して−５Ａや−７Ａ，−１０Ａなどを用いることができる。

ステップＳ３２０でＷ相の相電流Ｉｗが閾値Ｉｗｒｅｆ１よりも大きいときには、トランジスタＴ１３をオフで保持し（ステップＳ３３０）、Ｗ相の相電流Ｉｗが閾値Ｉｗｒｅｆ１以下のときには、トランジスタＴ１３をオンにする（ステップＳ３４０）。ステップＳ３００でトランジスタＴ１３がオンのときには、それを保持する（ステップＳ３４０）。即ち、トランジスタＴ１３がオフでＷ相の相電流Ｉｗが閾値Ｉｗｒｅｆ１以下に至ると、トランジスタＴ１３をオンにしてそれを保持するのである。

そして、インバータ３４の上アーム三相オン状態（上アームのトランジスタＴ１１〜Ｔ１３の全てがオンの状態）への移行が完了したか否かを判定し（ステップＳ３５０）、インバータ３４の上アーム三相オン状態への移行が完了していない（上アームのトランジスタＴ１１〜Ｔ１３のうちオフのトランジスタがある）と判定したときには、ステップＳ２００に戻る。そして、ステップＳ２００〜Ｓ３５０の処理を繰り返し実行して、ステップＳ３５０で、インバータ３４の上アーム三相オン状態への移行が完了した（上アームのトランジスタＴ１１〜Ｔ１３の全てがオンになった）と判定したときに、本ルーチンを終了する。

インバータ３４をゲート遮断状態から上アーム三相オン状態に移行させる際に、上アームのトランジスタの全てを略同時にオンにすると、各相のうちそのタイミングで下アームのダイオードに電流が流れている相について、上下アームを介して電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとが短絡し、その相の素子に大電流が流れて素子が故障する可能性がある。これに対して、実施例では、Ｕ相の上アームのトランジスタＴ１１については、Ｕ相の相電流Ｉｕが閾値Ｉｕｒｅｆ１以下のとき（ダイオードＤ１１に電流が流れていると判定したとき）にオンにし、Ｖ相の上アームのトランジスタＴ１２については、Ｖ相の相電流Ｉｖが閾値Ｉｖｒｅｆ１以下のとき（ダイオードＤ１２に電流が流れていると判定したとき）にオンにし、Ｗ相の上アームのトランジスタＴ１３についてはＷ相の相電流Ｉｗが閾値Ｉｗｒｅｆ１以下のとき（ダイオードＤ１３に電流が流れていると判定したとき）にオンにすることにより、上アーム三相オン状態に移行させる。これにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の何れの相でも、上アームのトランジスタをオンにするときにその相で上下アームを介して電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを回避することができる。この結果、インバータ３４の各素子の故障をより抑制することができる。

図３の上アーム三相オン移行処理について説明した。図２の異常時処理ルーチンの説明に戻る。上アーム三相オン移行処理を完了すると、電力ライン３８の電圧ＶＬやモータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆ，モータ３２の温度ｔｍ，インバータ３４の温度ｔｉなどのデータを入力する（ステップＳ１４０）。電力ライン３８の電圧ＶＬやモータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆの入力方法については上述した。モータ３２の温度ｔｍは、温度センサ３２ｔにより検出された値を入力するものとした。インバータ３４の温度ｔｉは、温度センサ３４ｔにより検出された値を入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、モータ３２の温度ｔｍを閾値ｔｍｒｅｆと比較すると共に（ステップＳ１５０）、インバータ３４の温度ｔｉを閾値ｔｉｒｅｆと比較する（ステップＳ１６０）。ここで、閾値ｔｍｒｅｆは、モータ３２の過熱温度よりも若干低い許容温度として、例えば、１６０℃や１８０℃，２００℃など用いることができる。閾値ｔｉｒｅｆは、インバータ３４の過熱温度よりも若干低い許容温度として、例えば、１２０℃や１４０℃，１６０℃などを用いることができる。

ステップＳ１５０，Ｓ１６０で、モータ３２の温度ｔｍが閾値ｔｍｒｅｆ以下で且つインバータ３４の温度ｔｉが閾値ｔｉｒｅｆ以下のときには、モータ３２もインバータ３４も許容温度以下であると判断し、モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆを電力ライン３８の電圧ＶＬと比較する（ステップＳ１７０）。そして、モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆが電力ライン３８の電圧ＶＬよりも高いときには、ステップＳ１４０に戻る。この場合、インバータ３４を三相オン状態（上アーム三相オン状態）で保持する。一方、モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆが電力ライン３８の電圧ＶＬ以下のときには、インバータ３４をゲート遮断状態に移行させて（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１５０でモータ３２の温度ｔｍが閾値ｔｍｒｅｆよりも高いときや、ステップＳ１６０でインバータ３４の温度ｔｉが閾値ｔｉｒｅｆよりも高いときには、モータ３２やインバータ３４が許容温度を超えていると判断し、システムメインリレーＳＭＲをオフにし（ステップＳ１８０）、インバータ３４をゲート遮断状態に移行させて（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。いま、空調用インバータ４２やＤＣ／ＤＣコンバータ４４の駆動を停止しており、且つ、インバータ３４が三相オン状態（上アーム三相オン状態）のときを考えている。このとき、モータ３２とインバータ３４の上アームとで電流が循環しており、電力ライン３８には電流が流れていない。したがって、システムメインリレーＳＭＲをオフにする際に溶着するのを抑制することができる。また、システムメインリレーＳＭＲをオフにした後にインバータ３４をゲート遮断状態に移行させることにより、その直前にモータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆがコンデンサ４０の電圧ＶＬよりも高いときにはコンデンサ４０の電圧ＶＬが迅速に（極短時間で）上昇して両者が等しくなってインバータ３４の各素子に電流が流れなくなり、その直前にモータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆがコンデンサ４０の電圧ＶＬ以下のときにはインバータ３４の各素子には直ちに電流が流れなくなる。したがって、インバータ３４の各素子の過熱を抑制することができる。

図４は、インバータ３４をゲート遮断状態から上アーム三相オン状態に移行させる際の様子の一例を示す説明図である。図４では、各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，各相で上アームおよび下アームのダイオードのうち何れのダイオードに電流が流れているか，各相の上アームのトランジスタがオンかオフか，バッテリ３６の電流Ｉｂ（バッテリ３６から放電するときが正の値）について示す。図示するように、インバータ３４がゲート遮断状態で、時刻ｔ１１にＷ相で上アームのダイオードＤ１３に電流が流れるようになると上アームのトランジスタＴ１３をオンにし、時刻ｔ１２にＵ相で上アームのダイオードＤ１１に電流が流れるようになると上アームのトランジスタＴ１１をオンにし、時刻ｔ１３にＶ相で上アームのダイオードＤ１２に電流が流れるようになると上アームのトランジスタＴ１２をオンにし、上アーム三相オン状態への移行を完了する。これにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の何れの相でも、上アームのトランジスタをオンにするときにその相で上下アームを介して電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを回避することができる。そして、インバータ３４が上アーム三相オン状態になると、バッテリ３６の電流Ｉｂが値０になる。

以上説明した実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、インバータ３４をゲート遮断状態から三相オン状態に移行させる際には、Ｕ相の上アームのトランジスタＴ１１については、Ｕ相の相電流Ｉｕが閾値Ｉｕｒｅｆ１以下のとき（ダイオードＤ１１に電流が流れていると判定したとき）にオンにし、Ｖ相の上アームのトランジスタＴ１２については、Ｖ相の相電流Ｉｖが閾値Ｉｖｒｅｆ１以下のとき（ダイオードＤ１２に電流が流れていると判定したとき）にオンにし、Ｗ相の上アームのトランジスタＴ１３についてはＷ相の相電流Ｉｗが閾値Ｉｗｒｅｆ１以下のとき（ダイオードＤ１３に電流が流れていると判定したとき）にオンにすることにより、上アーム三相オン状態に移行させる。これにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の何れの相でも、上アームのトランジスタをオンにするときにその相で上下アームを介して電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを回避することができる。この結果、インバータ３４の各素子の故障をより抑制することができる。

また、実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、インバータ３４が三相オン状態（上アーム三相オン状態）で、モータ３２の温度ｔｍが閾値ｔｍｒｅｆよりも高いときやインバータ３４の温度ｔｉが閾値ｔｉｒｅｆよりも高いときには、システムメインリレーＳＭＲをオフにし、その後にインバータ３４をゲート遮断状態に移行させる。空調用インバータ４２やＤＣ／ＤＣコンバータ４４の駆動を停止しており且つインバータ３４が三相オン状態のときにシステムメインリレーＳＭＲをオフにすることにより、システムメインリレーＳＭＲが溶着するのを抑制することができる。また、システムメインリレーＳＭＲをオフにした後にインバータ３４をゲート遮断状態に移行させることにより、インバータ３４の各素子の過熱を抑制することができる。

実施例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、電子制御ユニット５０は、図２の異常時処理ルーチンのステップＳ１３０の処理、即ち、インバータ３４をゲート遮断状態から三相オン状態に移行させる処理として、図３の上アーム三相オン移行処理により上アーム三相オン状態に移行させる処理を実行するものとした。しかし、これに代えて、図５の下アーム三相オン移行処理により下アーム三相オン状態に移行させる処理を実行するものとしてもよい。

図５の下アーム三相オン移行処理では、電子制御ユニット５０は、トランジスタＴ１４がオンかオフかを判定する（ステップＳ４００）。トランジスタＴ１４がオフのときには、Ｕ相の相電流Ｉｕを入力し（ステップＳ４１０）、入力したＵ相の相電流Ｉｕを正の閾値Ｉｕｒｅｆ２と比較する（ステップＳ４２０）。上述したように、トランジスタＴ１１，Ｔ１４がオフのときにおいて、相電流Ｉｕが正の値のときには、ダイオードＤ１４に電流が流れており、相電流Ｉｕが負の値のときには、ダイオードＤ１１に電流が流れていると考えられる。閾値Ｉｕｒｅｆ２は、ダイオードＤ１１，Ｄ１４のうちダイオードＤ１４に電流が流れていると判断できる値として、例えば、電流センサ３２ｕの検出誤差を考慮して５Ａや７Ａ，１０Ａなどを用いることができる。

ステップＳ４２０でＵ相の相電流Ｉｕが閾値Ｉｕｒｅｆ２未満のときには、トランジスタＴ１４をオフで保持し（ステップＳ４３０）、Ｕ相の相電流Ｉｕが閾値Ｉｕｒｅｆ２以上のときには、トランジスタＴ１４をオンにする（ステップＳ４４０）。ステップＳ４００でトランジスタＴ１４がオンのときには、それを保持する（ステップＳ４４０）。即ち、トランジスタＴ１４がオフでＵ相の相電流Ｉｕが閾値Ｉｕｒｅｆ２以上に至ると、トランジスタＴ１４をオンにしてそれを保持するのである。

続いて、トランジスタＴ１５がオンかオフかを判定する（ステップＳ４５０）。トランジスタＴ１５がオフのときには、Ｖ相の相電流Ｉｖを入力し（ステップＳ４６０）、入力したＶ相の相電流Ｉｖを正の閾値Ｉｖｒｅｆ２と比較する（ステップＳ４７０）。上述したように、トランジスタＴ１２，Ｔ１５がオフのときにおいて、相電流Ｉｖが正の値のときには、ダイオードＤ１５に電流が流れており、相電流Ｉｖが負の値のときには、ダイオードＤ１２に電流が流れていると考えられる。閾値Ｉｖｒｅｆ２は、ダイオードＤ１２，Ｄ１５のうちダイオードＤ１５に電流が流れていると判断できる値として、例えば、電流センサ３２ｖの検出誤差を考慮して５Ａや７Ａ，１０Ａなどを用いることができる。

ステップＳ４７０でＵ相の相電流Ｉｖが閾値Ｉｖｒｅｆ２未満のときには、トランジスタＴ１５をオフで保持し（ステップＳ４８０）、Ｖ相の相電流Ｉｖが閾値Ｉｖｒｅｆ２以上のときには、トランジスタＴ１５をオンにする（ステップＳ４９０）。ステップＳ４５０でトランジスタＴ１５がオンのときには、それを保持する（ステップＳ４９０）。即ち、トランジスタＴ１５がオフでＶ相の相電流Ｉｖが閾値Ｉｖｒｅｆ２以上に至ると、トランジスタＴ１５をオンにしてそれを保持するのである。

そして、トランジスタＴ１６がオンかオフかを判定する（ステップＳ５００）。トランジスタＴ１６がオフのときには、Ｗ相の相電流Ｉｗを入力し（ステップＳ５１０）、入力したＷ相の相電流Ｉｗを正の閾値Ｉｗｒｅｆ２と比較する（ステップＳ５２０）。上述したように、トランジスタＴ１３，Ｔ１６がオフのときにおいて、相電流Ｉｗが正の値のときには、ダイオードＤ１６に電流が流れており、相電流Ｉｗが負の値のときには、ダイオードＤ１２に電流が流れていると考えられる。閾値Ｉｗｒｅｆ２は、ダイオードＤ１３，Ｄ１６のうちダイオードＤ１６に電流が流れていると判断できる値として、例えば、電流センサ３２ｗの検出誤差を考慮して５Ａや７Ａ，１０Ａなどを用いることができる。

ステップＳ５２０でＷ相の相電流Ｉｗが閾値Ｉｗｒｅｆ２未満のときには、トランジスタＴ１６をオフで保持し（ステップＳ５３０）、Ｗ相の相電流Ｉｗが閾値Ｉｗｒｅｆ２以上のときには、トランジスタＴ１６をオンにする（ステップＳ５４０）。ステップＳ５００でトランジスタＴ１６がオンのときには、それを保持する（ステップＳ５４０）。即ち、トランジスタＴ１６がオフでＷ相の相電流Ｉｗが閾値Ｉｗｒｅｆ２以上に至ると、トランジスタＴ１６をオンにしてそれを保持するのである。

そして、インバータ３４の下アーム三相オン状態（下アームのトランジスタＴ１４〜Ｔ１６の全てがオンの状態）への移行が完了したか否かを判定し（ステップＳ５５０）、インバータ３４の下アーム三相オン状態への移行が完了していない（下アームのトランジスタＴ１４〜Ｔ１６のうちオフのトランジスタがある）と判定したときには、ステップＳ４００に戻る。そして、ステップＳ４００〜Ｓ５５０の処理を繰り返し実行して、ステップＳ５５０で、インバータ３４の下アーム三相オン状態への移行が完了した（下アームのトランジスタＴ１４〜Ｔ１６の全てがオンになった）と判定したときに、本ルーチンを終了する。

この変形例では、インバータ３４をゲート遮断状態から三相オン状態に移行させる際には、Ｕ相の下アームのトランジスタＴ１４については、Ｕ相の相電流Ｉｕが閾値Ｉｕｒｅｆ２以上のとき（ダイオードＤ１４に電流が流れていると判定したとき）にオンにし、Ｖ相の下アームのトランジスタＴ１５については、Ｖ相の相電流Ｉｖが閾値Ｉｖｒｅｆ２以上のとき（ダイオードＤ１５に電流が流れていると判定したとき）にオンにし、Ｗ相の下アームのトランジスタＴ１６についてはＷ相の相電流Ｉｗが閾値Ｉｗｒｅｆ２以上のとき（ダイオードＤ１６に電流が流れていると判定したとき）にオンにすることにより、下アーム三相オン状態に移行させる。これにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の何れの相でも、下アームのトランジスタをオンにするときにその相で上下アームを介して電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとが短絡するのを回避することができる。この結果、インバータ３４の各素子の故障をより抑制することができる。

実施例や変形例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、インバータ３４がゲート遮断状態でモータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆが電力ライン３８の電圧ＶＬよりも大きいときに、インバータ３４を三相オン状態（上アーム三相オン状態または下アーム三相オン状態）に移行させるものとした。しかし、インバータ３４がゲート遮断状態でバッテリ３６に入力される電力Ｐｃｈが閾値Ｐｃｈよりも大きいときに、インバータ３４を三相オン状態に移行させるものとしてもよいし、インバータ３４がゲート遮断状態で、モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆが電力ライン３８の電圧ＶＬよりも大きく且つバッテリ３６に入力される電力Ｐｃｈが閾値Ｐｃｈよりも大きいときに、インバータ３４を三相オン状態に移行させるものとしてもよい。ここで、バッテリ３６に入力される電力Ｐｃｈは、電圧センサ３６ａにより検出されるバッテリ３６の電圧Ｖｂと、電流センサ３６ｂにより検出されるバッテリ３６の電流Ｉｂ（充電するときが正の値）と、の積により計算することができる。これらの場合でも、バッテリ３６に過大な電力が入力されたり、電力ライン３８の電圧ＶＬが過大になったりするのを抑制することができる。

実施例や変形例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、インバータ３４がゲート遮断状態で、モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆが電力ライン３８の電圧ＶＬよりも大きいときなどに、インバータ３４を三相オン状態（上アーム三相オン状態または下アーム三相オン状態）に移行させるものとした。しかし、インバータ３４がゲート遮断状態のときには、モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆなどに拘わらずに、インバータ３４を三相オン状態に移行させるものとしてもよい。

実施例や変形例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、インバータ３４が三相オン状態（上アーム三相オン状態または下アーム三相オン状態）で、モータ３２の逆起電圧Ｖｃｅｆが電力ライン３８の電圧ＶＬ以下のときには、インバータ３４をゲート遮断状態に移行させるものとした。しかし、インバータ３４を三相オン状態で保持するものとしてもよい。この場合、モータ３２が回転停止したときなどに、インバータ３４をゲート遮断状態に移行させるものとしてもよい。

実施例や変形例の電気自動車２０に搭載される駆動装置では、インバータ３４が三相オン状態（上アーム三相オン状態または下アーム三相オン状態）で、モータ３２の温度ｔｍが閾値ｔｍｒｅｆよりも高いときやインバータ３４の温度ｔｉが閾値ｔｉｒｅｆよりも高いときには、システムメインリレーＳＭＲをオフにし、その後に、インバータ３４をゲート遮断状態に移行させるものとした。しかし、インバータ３４が三相オン状態のときには、モータ３２の温度ｔｍやインバータ３４の温度ｔｉに拘わらずに、システムメインリレーＳＭＲをオフにするまたはオンで保持するものとしてもよい。モータ３２の温度ｔｍやインバータ３４の温度ｔｉに拘わらずにシステムメインリレーＳＭＲをオフにする場合、その後に、モータ３２の温度ｔｍが閾値ｔｍｒｅｆ以下のときやインバータ３４の温度ｔｉが閾値ｔｉｒｅｆ以下のときには、インバータ３４を三相オン状態で保持し、モータ３２の温度ｔｍが閾値ｔｍｒｅｆよりも高いときやインバータ３４の温度ｔｉが閾値ｔｉｒｅｆよりも高いときには、インバータ３４をゲート遮断状態に移行させるものとしてもよい。

実施例や変形例では、電気自動車２０に搭載される駆動装置の構成とした。しかし、モータとインバータと蓄電装置とを備える構成であればよく、ハイブリッド自動車に搭載される駆動装置の構成としたり、建設設備などの移動しない設備に搭載される駆動装置の構成としたりしてもよい。

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、モータ３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。また、システムメインリレーＳＭＲが「リレー」に相当する。

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。

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。

本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３２ａ回転位置検出センサ、３２ｔ，３４ｔ温度センサ、３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ，３６ｂ電流センサ、３４インバータ、３６バッテリ、３６ａ，４０ａ電圧センサ、３８電力ライン、４０コンデンサ、４２空調用インバータ、４４ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０電子制御ユニット、５２ＣＰＵ、５４ＲＯＭ、５６ＲＡＭ、６０イグニッションスイッチ、６１シフトレバー、６２シフトポジションセンサ、６３アクセルペダル、６４アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６トランジスタ。

Claims

モータと、
複数のスイッチング素子および前記複数のスイッチング素子に並列に接続された複数のダイオードを有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、
前記インバータを制御する制御装置と、
を備える駆動装置であって、
前記モータの各相の相電流を検出する電流センサを備え、
前記制御装置は、
前記インバータをゲート遮断状態から三相オン状態に移行させる際には、
前記各相について前記相電流を用いて上アームのダイオードに電流が流れていると判定したときに前記上アームのスイッチング素子をオンにすることにより、上アーム三相オン状態に移行させる、または、
前記各相について前記相電流を用いて下アームのダイオードに電流が流れていると判定したときに前記下アームのスイッチング素子をオンにすることにより、下アーム三相オン状態に移行させる、
駆動装置。
請求項１記載の駆動装置であって、
前記制御装置は、前記インバータが前記ゲート遮断状態で、前記モータの回転に伴って発生する逆起電圧が前記インバータの直流側電圧よりも高いときに、前記インバータを前記三相オン状態に移行させる、
駆動装置。
請求項１記載の駆動装置であって、
前記制御装置は、前記インバータが前記ゲート遮断状態で、前記蓄電装置に入力される電力が所定電力よりも大きいときに、前記インバータを前記三相オン状態に移行させる、
駆動装置。
請求項１ないし３のうちの何れか１つの請求項に記載の駆動装置であって、
前記電力ラインに設けられたリレーを更に備え、
前記制御装置は、前記インバータを前記三相オン状態に移行させた後に、前記リレーをオフにする、
駆動装置。
請求項４記載の駆動装置であって、
前記電力ラインには、コンデンサが取り付けられており、
前記制御装置は、前記インバータが前記三相オン状態で、前記モータの温度が第１所定温度よりも高くなったときおよび／または前記インバータの温度が第２所定温度よりも高くなったときに、前記リレーをオフにし、その後に前記インバータを前記ゲート遮断状態に移行させる、
駆動装置。