JPWO2019102539A1 - 回転電機制御装置及び電動車両 - Google Patents

Abstract

１相異常時に、正常な２相の巻線の電流を制御することで回転電機にトルクを出力させつつ、インバータから直流電源に入出力される直流電力が、上限入出力電力を超えないようにできる回転電機制御装置及び電動車両を提供する。１相異常と判定された場合に、電流指令値及び３相電流の検出値に基づいて、正常な２相各相の巻線に流れる電流を制御し、１相異常と判定された場合に、インバータから直流電源に入出力される直流電力が、予め設定された上限入出力電力を超えないように、電流指令値の大きさを上限制限する回転電機制御装置。

Description

本発明は、直流電源と、３相巻線を有する回転電機との間で、直流電力と交流電力との電力変換を行うインバータを制御する回転電機制御装置に関するものである。

従来から、回転電機を駆動力源とする電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が知られており、これらの電動車両では、走行時に回転電機を力行運転して走行駆動トルクを発生させ、制動時に回転電機を回生運転して回生制動トルクを発生させている。

インバータは、複数のスイッチング素子を所定のスイッチング周波数でオンオフすることにより、直流電源の直流電力を所定の交流電力に変換して回転電機に供給し、回転電機のトルクや回転速度を調節する。また、回転電機は、動作状況によっては発電機として動作し、発電によって生じる回生電力を直流電源に充電する。なお、電動車両に適用される回転電機として、効率が良い永久磁石同期型の３相回転電機がよく用いられる。

３相同期回転電機のインバータは、直流電源の正極に接続される正極側のスイッチング素子と、直流電源の負極に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、３相各相に対応して３セット設けている。３相同期回転電機では、インバータのスイッチング素子を順次オンオフさせることにより、３相各相の巻線に、互いに位相が１２０度ずつ異なる交流電力を供給して、回転電機を駆動する。

例えば、特許文献１には、ハイブリッド自動車に、１つのコンバータと２つのインバータ及び回転電機を備え、回転電機制御装置によりこれらを制御する技術が開示されている。

特許文献２には、インバータのスイッチング素子が１つ以上常時オフするような異常が発生した場合に、異常電流や異常トルクの発生を防止するために、インバータの各相のスイッチング素子をすべてオフする、若しくは、インバータの正極側のスイッチング素子の全て又は負極側のスイッチング素子の全てをオンして３相巻線を短絡する３相短絡を行っている。

特許文献３には、実施の形態７において、インバータ又は回転電機の１相分が故障した場合でも、回転電機にトルクを出力させるために、正常な２相の巻線の電流を制御する方法が開示されている。特許文献３の技術は、電動パワーステアリングに適用されている。

特開２０１７−１６３６４３号公報 特願２０１７−１８４４４８号公報 特開２００３−２６０２０号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、インバータ及び回転電機が正常である場合の制御方法のみを開示しており、インバータ及び回転電機に異常が発生した場合に対応できない。

特許文献２の技術では、インバータのスイッチング素子の異常が発生した場合に、インバータの各相のスイッチング素子をすべてオフする、又は３相短絡を行うため、インバータに異常が発生した場合に、回転電機にトルクを出力させることができなくなる。そのため、走行中にスイッチング素子の異常が発生すると、電動車両を停止せざるを得なくなり、電動車両を路肩に待避させる等の退避運転を行うことが困難になるおそれがあった。

また、特許文献３の技術では、インバータ又は回転電機の１相分が故障した場合でも、正常な２相の巻線の電流を制御して、回転電機にトルクを発生させることができるが、回転電機の回転速度の上昇により、回転電機が発生する誘起電圧が上昇し、直流電源の直流電圧を超える場合に、どのような対処を行うか開示されておらず、直流電源への過剰な電力回生や異常トルクを発生するおそれがある。

直流電源には、入出力可能な上限電力があり、この上限入出力電力を超えて、直流電源からインバータに直流電力が供給されると、直流電源の出力電圧が低下し、制御が不安定になり、場合によっては、異常トルクが発生するおそれがある。また、上限入出力電力を超えて電力供給が行われると、直流電源が故障したり、直流電源とインバータとの間に設けられたリレー回路がオフしたりする。そのため、回転電機にトルクを発生できなくなり、走行中に電動車両を停止せざるを得なくなり、電動車両を路肩に待避させる等の退避運転を行うことが困難になるおそれがあった。しかし、特許文献３の技術では、１相異常時に、正常な２相の巻線の電流を制御する場合に、直流電源の上限入出力電力が考慮されていない。特に、この１相異常時は、正常時よりも出力トルクが低下するため、出力トルクを増加させるために、回転電機の出力を増加させると、正常時よりも上限入出力電力を超え易くなり、上記の問題が生じ易くなる。

そこで、３相巻線の１相に流れる電流を制御できない異常状態になっても、正常な２相の巻線の電流を制御することで回転電機にトルクを出力させつつ、インバータから直流電源に入出力される直流電力が、上限入出力電力を超えないようにできる回転電機制御装置及び電動車両が望まれる。

本発明に係る回転電機制御装置は、直流電源と、３相巻線を有する回転電機との間で、直流電力と交流電力との電力変換を行うインバータを制御する回転電機制御装置であって、
前記回転電機及び前記インバータは、１組以上設けられ、
前記直流電源は、１組以上の前記回転電機及び前記インバータに対して、１つ設けられ、
前記回転電機制御装置は、各組の前記回転電機及び前記インバータについて、
３相各相の巻線に流れる３相電流を検出する電流検出部と、
３相全ての相の巻線に流れる電流を制御できる３相正常の状態であるか、いずれか１相の巻線に流れる電流を制御できない１相異常の状態であるかを判定する異常判定部と、
前記回転電機の出力トルクに相関する電流指令値を算出する電流指令算出部と、
前記３相正常と判定された場合に、前記電流指令値及び前記３相電流の検出値に基づいて、３相各相の巻線に流れる電流を制御する正常時電流制御部と、
前記１相異常と判定された場合に、前記電流指令値及び前記３相電流の検出値に基づいて、正常な２相各相の巻線に流れる電流を制御する異常時電流制御部と、
前記１相異常と判定された場合に、前記インバータから前記直流電源に入出力される直流電力が、予め設定された上限入出力電力を超えないように、前記電流指令値の大きさを上限制限する異常時出力制限部と、を備えたものである。

本発明に係る電動車両は、上記のような回転電機制御装置と、前記直流電源と、１組以上の前記回転電機及び前記インバータと、１組以上の前記回転電機の駆動力を車輪に伝達する駆動力伝達機構と、を備えたものである。

本発明に係る回転電機制御装置及び電動車両によれば、１相異常時に、電流指令値及び３相電流の検出値に基づいて、正常な２相各相の巻線に流れる電流を制御するので、１相異常時にも回転電機にトルクを出力させることができる。また、１相異常時に、インバータから直流電源に入出力される直流電力が、上限入出力電力を超えないように、電流指令値の大きさを上限制限するので、直流電源の出力電圧が低下することを抑制でき、異常トルクが発生することを抑制でき、直流電源が故障することを抑制できる。また、１相異常時に、上限入出力電力の超過により、回転電機にトルクを発生できなくことを抑制し、電動車両の退避運転をより確実に行えるようにできる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機駆動装置及び回転電機制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機駆動装置及び回転電機制御装置の概略ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る第１のインバータ制御部のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る電流制御部のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る正常時電流制御部のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る異常時電流制御部のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る１相異常時の電流制御挙動を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る異常時３相短絡制御部の処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る異常時出力制限部の処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る電圧指令算出部のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る３相正常時と１相異常時の回転電機のトルク−回転速度特性を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る回転電機制御装置のハードウェア構成図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る回転電機を駆動する回転電機駆動装置１０００を制御する回転電機制御装置４００（以下、単に制御装置４００と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る回転電機、回転電機駆動装置１０００、及び制御装置４００の概略構成図である。

１．回転電機及び回転電機駆動装置
回転電機駆動装置１０００は、直流電力を供給する直流電源１４と、直流電源１４と回転電機との間に設けられ、直流電力と交流電力との電力変換を行うインバータと、を備えている。

本実施の形態では、回転電機は、駆動力伝達機構を介して車輪に連結されており、回転電機は、車輪の駆動力源とされている。回転電機、回転電機駆動装置１０００及び制御装置４００は、電動車両に搭載されている。回転電機及びインバータは、1組以上（本例では２組）設けられている。直流電源１４は、１組以上の回転電機及びインバータに対して、１つ設けられている。以下、第１組を「第１」と称し、第２組を「第２」と称す。

本実施の形態では、第１の回転電機ＭＧ１は、図示省略する内燃機関によって駆動される発電機として動作すると共に、内燃機関の始動を行なう電動機として動作する。第２の回転電機ＭＧ２は、図示省略する出力軸及び減速機を介して車輪に連結されており、車輪を駆動する電動機として動作すると共に、車輪の駆動力により回生発電を行う発電機として動作する。

＜直流電源１４＞
本実施の形態では、直流電源１４は、蓄電装置Ｂと、蓄電装置Ｂの直流電力を電力変換するコンバータ１５と、を備えている。

蓄電装置Ｂには、ニッケル水素又はリチウムイオン等の二次電池が用いられる。なお、蓄電装置Ｂに、電気二重層キャパシタ等が用いられてもよい。蓄電装置Ｂの正極端子は、コンバータ１５の電源側正極電線６に接続され、蓄電装置Ｂの負極端子は、コンバータ１５の電源側負極電線５に接続される。蓄電装置Ｂの電源電圧Ｖｂを検出するための電源電圧センサ１０が設けられている。電源電圧センサ１０の出力信号は、制御装置４００へ入力される。

コンバータ１５は、蓄電装置Ｂとシステム電圧線７、８との間に接続され、直流電力を変換するＤＣ−ＤＣコンバータとされている。本実施の形態では、コンバータ１５は、蓄電装置Ｂの電源電圧Ｖｂを昇圧してシステム電圧線７、８に出力する昇圧チョッパの機能と、システム電圧線７、８の直流電圧であるシステム電圧ＶＨを降圧して蓄電装置Ｂに出力する降圧チョッパの機構と、を有した昇降圧コンバータとされている。コンバータ１５は、少なくとも、リアクトルと、スイッチング素子と、フリーホイールダイオードと、を備えている。

コンバータ１５は、電源側正極電線６と電源側負極電線５との間に接続された平滑コンデンサＣ１を備えている。なお、蓄電装置Ｂの正極端子及び電源側正極電線６の間、並びに、蓄電装置Ｂの負極端子及び電源側負極電線５の間には、車両運転時にオンされ、システムの異常を検出し、運転を継続できない条件になった場合やドライバの意思による運転停止を含めた車両運転停止時にオフされるリレー（図示せず）が設けられる。

本実施の形態では、コンバータ１５は、昇圧チョッパ及び降圧チョッパ共用の１つのリアクトルＬ１と、２つのスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４と、２つのフリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２と、２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２と、２つのフリーホイールダイオードＤ３、Ｄ４と、平滑コンデンサＣ０と、を備えている。４つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、正極側のシステム電圧線７と負極側のシステム電圧線８との間に、正極側からＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の順に直列接続されている。４つのフリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４のそれぞれは、４つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに逆並列接続されている。４つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４は、それぞれ、制御装置４００から出力されるコンバータ制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４によってオンオフ制御される。

リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ２及びスイッチング素子Ｑ３の接続ノードと、電源側正極電線６との間に接続されている。コンデンサＣ２が、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２の接続ノードと、スイッチング素子Ｑ３及びスイッチング素子Ｑ４の接続ノードとの間に接続されている。平滑コンデンサＣ０が、正極側のシステム電圧線７と負極側のシステム電圧線８との間に接続されている。正極側のシステム電圧線７と負極側のシステム電圧線８との間に、システム電圧線７、８のシステム電圧ＶＨを検出するためのシステム電圧センサ１３が設けられている。システム電圧センサ１３の出力信号は、制御装置４００へ入力される。

＜インバータ＞
第１のインバータＩＮ１及び第２のインバータＩＮ２の直流電圧側は、共通のシステム電圧線７、８を介して、直流電源１４（本例では、コンバータ１５）に接続されている。

第１のインバータＩＮ１は、正極側のシステム電圧線７に接続される正極側のスイッチング素子（上アーム）と負極側のシステム電圧線８に接続される負極側のスイッチング素子（下アーム）とが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。すなわち、第１のインバータＩＮ１は、３つの正極側のスイッチング素子Ｑ１１Ｕ、Ｑ１１Ｖ、Ｑ１１Ｗと、３つの負極側のスイッチング素子Ｑ１２Ｕ、Ｑ１２Ｖ、Ｑ１２Ｗとの、合計６つのスイッチング素子を備えている。各スイッチング素子Ｑ１１Ｕ、Ｑ１１Ｖ、Ｑ１１Ｗ、Ｑ１２Ｕ、Ｑ１２Ｖ、Ｑ１２Ｗには、それぞれ、フリーホイールダイオードＤ１１Ｕ、Ｄ１１Ｖ、Ｄ１１Ｗ、Ｄ１２Ｕ、Ｄ１２Ｖ、Ｄ１２Ｗが逆並列接続されている。そして、各相の正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子の接続ノードが、第１の回転電機ＭＧ１における対応する相の巻線に接続されている。各相の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ２７が、スイッチング素子の接続ノードと巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。電流センサ２７の出力信号は、制御装置４００へ入力される。スイッチング素子Ｑ１１Ｕ、Ｑ１１Ｖ、Ｑ１１Ｗ、Ｑ１２Ｕ、Ｑ１２Ｖ、Ｑ１２Ｗは、それぞれ、制御装置４００から出力される第１のインバータ制御信号Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６によってオンオフ制御される。

同様に、第２のインバータＩＮ２は、正極側のシステム電圧線７に接続される正極側のスイッチング素子（上アーム）と負極側のシステム電圧線８に接続される負極側のスイッチング素子（下アーム）とが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。すなわち、第２のインバータＩＮ２は、３つの正極側のスイッチング素子Ｑ２１Ｕ、Ｑ２１Ｖ、Ｑ２１Ｗと、３つの負極側のスイッチング素子Ｑ２２Ｕ、Ｑ２２Ｖ、Ｑ２２Ｗとの、合計６つのスイッチング素子を備えている。各スイッチング素子Ｑ２１Ｕ、Ｑ２１Ｖ、Ｑ２１Ｗ、Ｑ２２Ｕ、Ｑ２２Ｖ、Ｑ２２Ｗには、それぞれ、フリーホイールダイオードＤ２１Ｕ、Ｄ２１Ｖ、Ｄ２１Ｗ、Ｄ２２Ｕ、Ｄ２２Ｖ、Ｄ２２Ｗが逆並列接続されている。そして、各相の正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子の接続ノードが、第２の回転電機ＭＧ２における対応する相の巻線に接続されている。各相の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ２７が、スイッチング素子の接続ノードと巻線とをつなぐ各相の電線上に備えられている。電流センサ２７の出力信号は、制御装置４００へ入力される。スイッチング素子Ｑ２１Ｕ、Ｑ２１Ｖ、Ｑ２１Ｗ、Ｑ２２Ｕ、Ｑ２２Ｖ、Ｑ２２Ｗは、それぞれ、制御装置４００から出力される第２のインバータ制御信号Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６によってオンオフ制御される。

インバータＩＮ１、ＩＮ２は、制御装置４００のスイッチング制御により、システム電圧線７、８の直流電圧を３相交流電圧に変換して回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に出力し、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２を電動機として機能させることができる。また、インバータＩＮ１、ＩＮ２は、制御装置４００のスイッチング制御により、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２が発電した３相交流電圧を直流電圧に変換して、システム電圧線７、８に出力することができる。

コンバータ１５、及び第１及び第２のインバータＩＮ１、ＩＮ２のスイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ、ＳｉＣ、ＧａＮ等が用いられる。

＜回転電機＞
第１及び第２の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のそれぞれは、非回転部材に固定された固定子と、当該固定子の径方向内側に配置され、回転可能に支持された回転子と、を備えている。本実施の形態では、第１及び第２の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のそれぞれは、永久磁石同期型の回転電機とされており、固定子に３相の巻線が設けられ、回転子に永久磁石が設けられている。第１及び第２の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のそれぞれは、電動機及び発電機の機能を併せもつ。

第１及び第２の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２には、それぞれ、回転子の回転角度を検出するための回転角センサ２８（本例ではレゾルバ）が設けられている。それぞれの回転角センサ２８の出力信号は、制御装置４００に入力される。制御装置４００は、それぞれの回転角センサ２８の出力信号に基づいて、第１の回転電機ＭＧ１の第１の回転角度θ１、及び第２の回転電機ＭＧ２の第２の回転角度θ２を検出し、第１及び第２の回転角度θ１、θ２のそれぞれに基づいて、第１の回転電機ＭＧ１の第１の回転速度ω１、及び第２の回転電機ＭＧ２の第２の回転速度ω２（本例では、回転角速度）を算出する。

２．制御装置
制御装置４００は、後述するコンバータ制御部７５０、電圧指令算出部７００、及びインバータ制御部６００等の機能部を備えている。制御装置４００の各機能は、制御装置４００が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置４００は、図１２に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）や、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、電源電圧センサ１０、１３等の各種のセンサやスイッチが接続され、これらセンサやスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

本実施の形態では、入力回路９２には、電源電圧センサ１０、システム電圧センサ１３、電流センサ２７、回転角センサ２８等が接続されている。出力回路９３には、コンバータ１５のスイッチング素子（ゲート駆動回路）、第１及び第２のインバータＩＮ１、ＩＮ２のスイッチング素子（ゲート駆動回路）等が接続されている。

そして、制御装置４００が備える図２の各制御部７５０、７００、６００等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置４００の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部７５０、７００、６００等が用いる上限入出力電力、マップデータ等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置４００の各機能について詳細に説明する。

２−１．インバータ制御部６００
まず、インバータ制御部６００は、インバータのスイッチング素子をオンオフ制御することにより回転電機の動作制御を行う。インバータ制御部６００は、トルク指令値のトルクを回転電機が出力するようにインバータのスイッチング素子をオンオフ制御する。トルク指令値は、制御装置４００の外部の制御装置、又は制御装置４００の内部の他の制御部から伝達される。

本実施の形態では、インバータ制御部６００は、第１のインバータＩＮ１及び第１の回転電機ＭＧ１の制御を行う第１のインバータ制御部６０１と、第２のインバータＩＮ２及び第２の回転電機ＭＧ２の制御を行う第２のインバータ制御部６０２と、を備えている。

第１及び第２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１、Ｔｑｃｏｍ２は、それぞれ運転状態に応じて正又は負に設定される。特に、インバータの正常時において、電動車両の回生制動時には、第２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ２は負に設定される（Ｔｑｃｏｍ２＜０）。この場合には、第２のインバータＩＮ２は、第２のインバータ制御信号Ｓ２１〜Ｓ２６に応答したスイッチング動作により、第２の回転電機ＭＧ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、直流電圧（システム電圧ＶＨ）を直流電源１４（コンバータ１５）へ供給する。

２−１−１．第１のインバータ制御部６０１
第１のインバータ制御部６０１と第２のインバータ制御部６０２とは、同様の構成であるため、以下では、第１のインバータ制御部６０１を代表して説明する。

図３に示すように、第１のインバータ制御部６０１は、電流検出部６０５、回転速度検出部６３０、異常判定部６２０、電流指令算出部６１０、電流制御部６４０、ＰＷＭ信号生成部６６０、異常時出力制限部６８０、及び異常時３相短絡制御部６９０を備えている。

２−１−１−１．電流検出部６０５
電流検出部６０５は、第１の回転電機ＭＧ１の電流センサ２７の出力信号に基づいて、第１の回転電機ＭＧ１の３相各相の巻線に流れる３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。

２−１−１−２．回転速度検出部６３０
回転速度検出部６３０は、第１の回転電機ＭＧ１の回転角センサ２８の出力信号に基づいて、第１の回転電機ＭＧ１のロータの第１の回転角度θ１（磁極位置）及び第１の回転角速度ω１を検出する。

２−１−１−３．異常判定部６２０
異常判定部６２０は、第１の回転電機ＭＧ１及び第１のインバータＩＮ１について、３相全ての相の巻線に流れる電流を制御できる３相正常の状態であるか、いずれか１相の巻線に流れる電流を制御できない１相異常の状態であるかを判定する。

１相異常の状態は、第１のインバータＩＮ１について、１つの相の正極側及び負極側スイッチング素子の一方又は双方が故障した場合、もしくは、第１の回転電機ＭＧ１について、１相の巻線に、断線やコネクタはずれにより電流が流れない場合に生じる。３相正常の状態は、第１のインバータＩＮ１について、全ての相の正極側及び負極側スイッチング素子が正常な場合、及び第１の回転電機ＭＧ１について、全ての相の巻線に電流が流れる場合に生じる。

本実施の形態では、異常判定部６２０は、３相各相の巻線に流れる３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、各相の巻線に正常に電流が流れている否かを判定し、判定結果に基づいて、３相正常であるか、１相異常であるかを判定する。例えば、異常判定部６２０は、電流制御中に、各相の電流検出値が０になっている期間が、予め設定した判定期間に到達したか否かを判定し、判定期間に到達した相の巻線に、電流が流れていないと判定する。

異常判定部６２０は、第１の回転電機ＭＧ１の３相の巻線に電流が流れていると判定した場合は、第１の異常判定信号Ｆｉｎｖ１を、３相正常を表す「０」に設定し、１つの相の巻線に電流が流れていないと判定した場合は、第１の異常判定信号Ｆｉｎｖ１を、１相異常を表す「１」に設定する。なお、異常判定部６２０は、２つ以上の相の巻線に電流が流れていないと判定した場合は、第１の異常判定信号Ｆｉｎｖ１を、複数相異常を表す「２」に設定する。第１の異常判定信号Ｆｉｎｖ１には、異常があった相、スイッチング素子の情報も含まれる。第１の異常判定信号Ｆｉｎｖ１は、異常時電流制御部６４２及び切替部６４４等に出力される。

また、各スイッチング素子の故障を検出する故障検出回路が設けられている場合は、異常判定部６２０は、故障検出回路による故障検出結果に基づいて、３相正常であるか、１相異常であるか、を判定してもよい。

２−１−１−４．電流指令算出部６１０
電流指令算出部６１０は、回転電機の出力トルクに相関する電流指令値を算出する。本実施の形態では、電流指令算出部６１０は、第１の回転電機ＭＧ１の３相巻線に流す電流の指令値を、第１の回転電機ＭＧ１のｄ軸及びｑ軸の回転座標系で表したｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｃｏｍを算出する。ｄ軸及びｑ軸の回転座標系は、第１の回転電機ＭＧ１のロータに設けられた永久磁石のＮ極の向き（磁極位置）に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に定めたｑ軸からなる、ロータの電気角での回転に同期して回転する２軸の回転座標系である。

本実施の形態では、電流指令算出部６１０は、後述する異常時出力制限部６８０の処理後の第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１に基づいて、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍを演算する。電流指令算出部６１０は、第１のインバータＩＮ１及び回転電機ＭＧ１が３相正常な場合において、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１を第１の回転電機ＭＧ１に出力させるようなｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍを算出する。電流指令算出部６１０は、最大トルク電流制御、弱め界磁制御などの電流ベクトル制御方法に従って、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍを演算する。最大トルク電流制御では、インバータが３相正常な場合に同一電流に対して発生トルクを最大にするようなｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍを算出する。

弱め界磁制御では、最大トルク電流制御により算出されるｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍよりも、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍを負の方向に増加させる。弱め界磁制御では、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１に応じて、システム電圧ＶＨに応じた定誘起電圧楕円（電圧制限楕円）上を、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍを移動させる。弱め界磁制御では、基本波成分の振幅がほぼ固定されるようにトルク制御が実行される。

電流指令算出部６１０は、制御方式毎に第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１とｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍとの関係が予め設定されたマップデータを用い、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１に対応するｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍを算出する。

電流指令算出部６１０は、最大トルク電流制御を実行可能な運転条件では、最大トルク電流制御によりｄ軸及びｑ軸電流指令値を算出し、電圧制限楕円の制限により最大トルク電流制御によるｄ軸及びｑ軸電流指令値の算出を実行できない運転条件では、弱め界磁制御によりｄ軸及びｑ軸電流指令値を算出するように構成されている。

２−１−１−５．ＰＷＭ信号生成部６６０
ＰＷＭ信号生成部６６０は、後述する電流制御部６４０により算出された３相交流電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗのそれぞれと、システム電圧ＶＨの振動幅を有し、キャリア周波数で振動するキャリア波（三角波）とを比較し、交流電圧指令値がキャリア波を上回った場合は、矩形パルス波をオンさせ、交流電圧指令値がキャリア波を下回った場合は、矩形パルス波をオフさせる。ＰＷＭ信号生成部６６０は、３相各相の矩形パルス波に基づいて、第１のインバータ制御信号Ｓ１１〜Ｓ１６を生成し、第１のインバータＩＮ１に出力する。

２−１−１−６．電流制御部６４０
図４に示すように、電流制御部６４０は、３相正常と判定された場合に、電流指令値及び３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、３相各相の巻線に流れる電流を制御する正常時電流制御部６４１と、１相異常と判定された場合に、電流指令値及び３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、正常な２相の巻線に流れる電流を制御する異常時電流制御部６４２と、正常時電流制御部６４１及び異常時電流制御部６４２を切り替える切替部６４４と、を備えている。

＜切替部６４４＞
切替部６４４は、異常判定部６２０が３相正常である判定した場合（Ｆｉｎｖ１＝０）は、正常時電流制御部６４１が算出した３相交流電圧指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３を最終的な３相交流電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして出力し、異常判定部６２０が１相異常（又は複数相異常）である判定した場合（Ｆｉｎｖ１＝１（又は２））は、異常時電流制御部６４２が算出した３相交流電圧指令値Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２を最終的な３相交流電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして出力する。

＜正常時電流制御部６４１＞
正常時電流制御部６４１は、上記のように、３相正常と判定された場合に、電流指令値及び３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、３相各相の巻線に流れる電流を制御する。本実施の形態では、正常時電流制御部６４１は、ｄｑ軸回転座標系上で電流を制御するベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行うように構成されている。

図５に示すように、正常時電流制御部６４１は、２相変換部６４９、ｄｑ軸電流フィードバック制御部６５０、及び３相変換部６５１を備えている。２相変換部６４９は、電流センサ２７の出力信号に基づいて検出した各相の巻線に流れる３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、第１の磁極位置θ１に基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑに変換する。ｄｑ軸電流フィードバック制御部６５０は、ｄ軸及びｑ軸電流Ｉｄ、Ｉｑが、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍに近づくように、第１の回転電機ＭＧ１に印加する電圧の指令信号をｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸電圧指令値Ｖｄｃｏｍ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑｃｏｍを、ＰＩ制御等により変化させる電流フィードバック制御を行う。３相変換部６５１は、ｄ軸及びｑ軸電圧指令値Ｖｄｃｏｍ、Ｖｑｃｏｍを、第１の磁極位置θ１に基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、正常時の３相各相の巻線への交流電圧指令値である３相交流電圧指令値Ｖｕ３、Ｖｖ３、Ｖｗ３に変換する。

＜異常時電流制御部６４２＞
異常時電流制御部６４２は、上記のように、１相異常と判定された場合に、電流指令値及び３相電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、正常な２相各相の巻線に流れる電流を制御する。本実施の形態では、異常時電流制御部６４２は、正常な２相の電流指令値を算出し、正常な２相の電流検出値が、それぞれ、正常な２相の電流指令値に近づくように、正常な２相の交流電圧指令値を変化させる２相個別電流フィードバック制御を行う。

図６に示すように、異常時電流制御部６４２は、３相電流指令算出部６５５、Ｕ相電流制御部６５６、Ｖ相電流制御部６５７、及びＷ相電流制御部６５８を備えている。

３相電流指令算出部６５５は、異常と判定された相の交流電流指令値を０に設定し、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍを、第１の磁極位置θ１に基づいて、正常と判定された２相の交流電圧指令値に変換する。この時、３相電流指令算出部６５５は、正常な２相の交流電圧指令値を、互いに逆符号で絶対値が等しくなる値に設定する。

Ｕ相が異常と判定され、Ｖ相及びＷ相が正常と判定されている場合の例について説明する。次式に示すように、３相電流指令算出部６５５は、異常と判定されたＵ相の交流電流指令値Ｉｕｃｏｍを０に設定し、異常なＵ相の次の相であるＶ相の交流電流指令値Ｉｖｃｏｍを、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍに応じた電流値（本例では、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍの電流ベクトルの大きさ／√２）を、異常なＵ相巻線の位相θ１の余弦値で除算した値を、±電流制限値Ｉｌｉｍ／√２で上下限制限した値に設定し、残りのＷ相の交流電流指令値Ｉｗｃｏｍを、Ｖ相の交流電流指令値Ｉｖｃｏｍの正負を反転した値（位相を反転した値）に設定する。ここで、ＭＩＮ（Ａ、Ｂ）は、Ａ、Ｂのうち、小さい方の値を出力する関数であり、ＭＡＸ（Ａ、Ｂ）は、Ａ、Ｂのうち、大きい方の値を出力する関数である。また、電流制限値Ｉｌｉｍは、スイッチング素子、巻線等に流すことのできる上限電流（定格電流）に応じて設定される。この時の挙動を図７の上段に示す。

次式に示すように、電流制限値Ｉｌｉｍで上下限制限する前の、３相交流電圧指令値Ｉｕｃｏｍ、Ｉｖｃｏｍ、Ｉｗｃｏｍを、３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄ軸及びｑ軸電流Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を算出すると、回転電機の出力トルクに比例するｑ軸電流Ｉｑ＊が、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍの電流ベクトルの大きさの一定値になる。これは、式（１）に示したように、電流値を第１の磁極位置θ１の余弦値で除算することにより、Ｖ相の交流電流指令値Ｉｖｃｏｍを増加させ、Ｕ相に電流が流れていないことにより、出力トルクが低下しないようにしているためである。よって、図７の下段に示すように、第１の回転電機ＭＧ１に第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１に近いトルクを出力させることができる。しかし、第１の磁極位置θ１の余弦値が０に近づくと、Ｖ相の交流電流指令値Ｉｖｃｏｍが大きくなり過ぎるため、電流制限値ＩｌｉｍによりＶ相の交流電流指令値Ｉｖｃｏｍが上下限制限されている。電流制限値Ｉｌｉｍにより上下限制限されている期間では、上限制限幅に応じて、回転電機の出力トルクが低下し、第１の磁極位置θ１が９０ｄｅｇ、２７０ｄｅｇでは、回転電機の出力トルクが０になる。

また、Ｖ相が異常と判定され、Ｕ相及びＷ相が正常と判定されている場合は、３相電流指令算出部６５５は、次式に示すように、異常と判定されたＶ相の交流電流指令値Ｉｖｃｏｍを０に設定し、異常なＶ相の次の相であるＷ相の交流電流指令値Ｉｗｃｏｍを、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍの電流ベクトルの大きさ／√２を、異常なＶ相巻線の位相（θ１−２／３π）の余弦値で除算した値を、±電流制限値Ｉｌｉｍ／√２で上下限制限した値に設定し、残りのＵ相の交流電流指令値Ｉｕｃｏｍを、Ｗ相の交流電流指令値Ｉｗｃｏｍの正負を反転した値に設定する。

また、Ｗ相が異常と判定され、Ｕ相及びＶ相が正常と判定されている場合は、３相電流指令算出部６５５は、次式に示すように、異常と判定されたＷ相の交流電流指令値Ｉｗｃｏｍを０に設定し、異常なＶ相の次の相であるＵ相の交流電流指令値Ｉｕｃｏｍを、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍの電流ベクトルの大きさ／√２を、異常なＷ相巻線の位相（θ１＋２／３π）の余弦値で乗算した値を、±電流制限値Ｉｌｉｍ／√２で上下限制限した値に設定し、正常と判定されたＶ相の交流電流指令値Ｉｖｃｏｍを、Ｕ相の交流電流指令値Ｉｕｃｏｍの正負を反転した値に設定する。

なお、３相電流指令算出部６５５は、式（１）、式（３）、式（４）とは異なる方法により、１相異常時の３相交流電圧指令値Ｉｕｃｏｍ、Ｉｖｃｏｍ、Ｉｗｃｏｍを算出してもよい。

そして、Ｕ相電流制御部６５６は、ＰＩ制御等により、Ｕ相電流検出値ＩｕがＵ相の交流電流指令値Ｉｕｃｏｍに近くづくように、Ｕ相交流電圧指令値Ｖｕ２を変化させるフィードバック制御を行う。Ｖ相電流制御部６５７は、ＰＩ制御等により、Ｖ相電流検出値ＩｖがＶ相の交流電流指令値Ｉｖｃｏｍに近くづくように、Ｖ相交流電圧指令値Ｖｖ２を変化させるフィードバック制御を行う。Ｗ相電流制御部６５８は、ＰＩ制御等により、Ｗ相電流検出値ＩｗがＷ相の交流電流指令値Ｉｗｃｏｍに近くづくように、Ｗ相交流電圧指令値Ｖｗ２を変化させるフィードバック制御を行う。なお、異常が判定された相の交流電圧指令値は０に設定され、異常が判定された相の正極側及び負極側のスイッチング素子は常時オフされる。

なお、異常時電流制御部６４２は、複数相異常と判定されている場合（Ｆｉｎｖ１＝２）は、３相交流電圧指令値Ｖｕ２、Ｖｖ２、Ｖｗ２を０に設定し、全ての相の正極側及び負極側のスイッチング素子は常時オフさせる。

このように、１相異常が生じた場合でも、正常時電流制御部６４１の代わりに異常時電流制御部６４２によって電流制御を継続することで、回転電機のトルク出力を継続させることができる。

＜異常時３相短絡制御部６９０＞
異常時３相短絡制御部６９０は、１相異常と判定された場合、かつ、第１の回転電機ＭＧ１の端子電圧が、システム電圧ＶＨを超えると判定した場合に、第１のインバータＩＮ１の正極側のスイッチング素子の全て、又は負極側のスイッチング素子の全てをオンする３相短絡を実行する。

本実施の形態に係る異常時３相短絡制御部６９０の処理を、図８のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップＳ１０１で、異常時３相短絡制御部６９０は、第１の回転角速度ω１、第１の磁極位置θ１、第１の異常判定信号Ｆｉｎｖ１、システム電圧ＶＨ、ｄ軸及びｑ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍ、Ｉｑｃｏｍ、１相異常時の３相交流電圧指令値Ｉｕｃｏｍ、Ｉｖｃｏｍ、Ｉｗｃｏｍ等の各種制御情報を読み込む。

次に、ステップＳ１０２で、異常時３相短絡制御部６９０は、ステップＳ１０１で読み込んだ情報に基づいて、第１の回転電機ＭＧ１の最大端子電圧Ｖｍｇ＿ｍａｘを算出する。

本実施の形態では、１相異常時に第１の回転電機ＭＧ１に流れる電流Ｉａは周期的に変動する。異常時３相短絡制御部６９０は、１相異常時に第１の回転電機ＭＧ１に流れる電流Ｉａの交流周期間の最大電流Ｉｍａｘを算出する。そして、異常時３相短絡制御部６９０は、最大電流Ｉｍａｘ及び第１の回転角速度ω１に基づいて、第１の回転電機ＭＧ１の最大端子電圧Ｖｍｇ＿ｍａｘを算出する。

本実施の形態では、異常時３相短絡制御部６９０は、１相異常時の３相交流電圧指令値Ｉｕｃｏｍ、Ｉｖｃｏｍ、Ｉｗｃｏｍをｄｑ軸回転座標系で表したｄ軸及びｑ軸電流Ｉｄ＊、Ｉｑ＊の合成ベクトルの大きさを、電流Ｉａとして算出する。例えば、次式に示すように、異常時３相短絡制御部６９０は、１相異常時の３相交流電圧指令値Ｉｕｃｏｍ、Ｉｖｃｏｍ、Ｉｗｃｏｍに対して３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄ軸及びｑ軸電流Ｉｄ＊、Ｉｑ＊を算出し、その後、ｄ軸及びｑ軸電流Ｉｄ＊、Ｉｑ＊の合成ベクトルを算出する。

異常時３相短絡制御部６９０は、次式に示すように、電流Ｉａに基づいて交流周期間の電流Ｉａの最大電流Ｉｍａｘを算出する。ここで、ＭＡＸ（Ａ）は、１交流周期間のＡの最大値を出力する関数である。

本実施の形態では、１相異常時の３相交流電圧指令値Ｉｕｃｏｍ、Ｉｖｃｏｍ、Ｉｗｃｏｍは、式（１）、式（３）、式（４）のように算出されるので、電流制限値Ｉｌｉｍにより上下限制限されていない期間のｄ軸及びｑ軸電流Ｉｄ＊、Ｉｑ＊は、式（２）のようになるため、電流Ｉａの大きさは、次式のように算出される。よって、交流周期間の最大電流Ｉｍａｘは、電流制限値Ｉｌｉｍになる。そのため、異常時３相短絡制御部６９０は、電流制限値Ｉｌｉｍを最大電流Ｉｍａｘとして算出できる。なお、式（５）及び式（６）は、１相異常時の３相交流電圧指令値Ｉｕｃｏｍ、Ｉｖｃｏｍ、Ｉｗｃｏｍが、式（１）、式（３）、式（４）以外の方法で算出される場合に用いればよい。

異常時３相短絡制御部６９０は、次式を用い、最大電流Ｉｍａｘ及び第１の回転角速度ω１に基づいて、最大端子電圧Ｖｍｇ＿ｍａｘを算出する。最大端子電圧Ｖｍｇ＿ｍａｘは、巻線抵抗による電圧降下、誘起電圧の合計値になる。第１の回転角速度ω１が増加すると誘起電圧が上昇し、最大端子電圧Ｖｍｇ＿ｍａｘが増加する。

ここで、Ｒは予め設定された第１の回転電機ＭＧ１の抵抗値であり、Ｌは予め設定された第１の回転電機ＭＧ１のインダクタンスであり、Ｋｅは予め設定された第１の回転電機ＭＧ１の誘起電圧定数である。

次に、ステップＳ１０３で、異常時３相短絡制御部６９０は、１相異常と判定されており（Ｆｉｎｖ１＝１）、かつ第１の回転電機の最大端子電圧Ｖｍｇ＿ｍａｘがシステム電圧ＶＨよりも大きい場合は、ステップＳ１０４に進み、それ以外の場合は、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０４で、異常時３相短絡制御部６９０は、３相短絡判定信号Ｓ３ＰＳを、３相短絡の実施指令を表す「１」に設定する。一方、ステップＳ１０５で、異常時３相短絡制御部６９０は、３相短絡判定信号Ｓ３ＰＳを、３相短絡の不実施指令を表す「０」に設定する。

３相短絡判定信号Ｓ３ＰＳはＰＷＭ信号生成部６６０に送られる。ＰＷＭ信号生成部６６０は、３相短絡判定信号Ｓ３ＰＳが３相短絡の実施指令を表す１である場合は、正極側スイッチング素子の全て、又は負極側スイッチング素子の全てをオンする３相短絡を実行する。なお、第１のインバータＩＮ１の１つのスイッチング素子がオンできない状態で故障している場合であって、故障しているスイッチング素子が正極側である場合は、負極側のスイッチング素子の全てがオンにされ、故障しているスイッチング素子が負極側である場合は、正極側のスイッチング素子の全てがオンにされる。ＰＷＭ信号生成部６６０は、３相短絡判定信号Ｓ３ＰＳが３相短絡の不実施指令を表す０である場合は、通常のＰＷＭ制御を行う。

このように１相異常が発生し、かつ、回転電機の回転速度が上昇して回転電機の端子電圧がシステム電圧ＶＨを超える場合に、１相異常が発生しているインバータの３相短絡を行う。これにより、インバータのスイッチング素子の状態にかかわらず、ダイオードを通じて直流電源１４に入出力される電流の発生を防止できるので、蓄電装置Ｂの過充電のような想定以上の電力の回生を防止できるとともに、異常トルクの発生を防止することができる。

なお、直流電源１４にコンバータ１５を備えないように構成した場合であっても、３相短絡を行うことによって、蓄電装置Ｂの過充電を防止できると共に、異常トルクの発生を防止できる。

２−１−１−７．異常時出力制限部６８０
異常時出力制限部６８０は、１相異常と判定された場合に、第１のインバータＩＮ１から直流電源１４（本例では、コンバータ１５）に入出力される直流電力が、予め設定された上限入出力電力Ｐｌｉｍを超えないように、電流指令値の大きさを上限制限する。本実施の形態では、異常時出力制限部６８０は、いずれかの組の回転電機及びインバータについて１相異常と判定された場合に、第１のインバータＩＮ１から直流電源１４に入出力される直流電力が、上限入出力電力Ｐｌｉｍを超えないように、電流指令値の大きさを上限制限するように構成されている。

なお、異常時出力制限部６８０は、自分の組の回転電機及びインバータについて１相異常と判定された場合のみに、第１のインバータＩＮ１から直流電源１４に入出力される直流電力が、上限入出力電力Ｐｌｉｍを超えないように、電流指令値の大きさを上限制限するように構成されてもよい。

本実施の形態では、異常時出力制限部６８０は、上限入出力電力Ｐｌｉｍを第１の回転角速度ω１で除算して算出した上限トルク指令値により、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１の大きさを上限制限するように構成されている。すなわち、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１の大きさを上限制限することで、電流指令値の大きさを上限制限するように構成されている。本実施の形態に係る異常時出力制限部６８０の処理を、図９のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ２０１で、異常時出力制限部６８０は、第１の異常判定信号Ｆｉｎｖ１、第２の異常判定信号Ｆｉｎｖ２、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１、第１の回転角速度ω１等の各種制御情報を読み込む。次に、ステップＳ２０２で、異常時出力制限部６８０は、第１のインバータＩＮ１及び回転電機ＭＧ１、及び第２のインバータＩＮ２及び回転電機ＭＧ２のいずれかの組が１相異常と判定された場合（Ｆｉｎｖ１＝１、又はＦｉｎｖ２＝１）は、ステップＳ２０３に進み、それ以外の場合（Ｆｉｎｖ１＝０、及びＦｉｎｖ２＝０）は、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０３で、異常時出力制限部６８０は、入力された第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１の絶対値が、予め設定された上限入出力電力Ｐｌｉｍを第１の回転角速度ω１で除算した値である上限トルク指令値を超えると判定した場合は、ステップＳ２０４に進み、それ以外の場合は、ステップＳ２０５に進む。

図７に示したように、１相異常時も、交流電流指令値が電流制限値Ｉｌｉｍにより上下限制限されていない期間では、第１の回転電機ＭＧ１に第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１に近いトルクを出力させることができる。よって、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１のトルクが出力されている期間では、第１のインバータＩＮ１から直流電源１４（コンバータ１５）に入出力される直流電力は、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１に第１の回転角速度ω１を乗算した値に近くなる。すなわち、１相異常時は、直流電力は交流周期で変動し、その最大値は、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１に第１の回転角速度ω１を乗算した値に近くなる。よって、１相異常時も、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１の大きさを上限制限することにより、交流周期で変動する直流電力の最大値を上限制限することができる。

ステップＳ２０４で、異常時出力制限部６８０は、次式に示すように、上限入出力電力Ｐｌｉｍを回転角速度ω１で除算した上限トルク指令値に、入力された第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１と同じ正又は負の符号を乗算した値を、新たな第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１として出力する。すなわち、第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１の大きさが、上限トルク指令値により上限制限される。よって、１相異常時に、交流周期で変動する直流電力の最大値を、上限入出力電力Ｐｌｉｍに上限制限することができる。

ここで、ｓｉｇｎ（Ａ）は、Ａと同じ正又は負の符号（＋１又は−１）を出力する関数である。一方、ステップＳ２０５では、異常時出力制限部６８０は、入力された第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１をそのまま出力する。

１相異常が発生した場合に、上限入出力電力Ｐｌｉｍ以下となるように回転電機の出力を制限できるため、直流電源１４（コンバータ１５）の出力電圧の低下や故障の発生、インバータの制御の不安定化、回転電機の異常トルクの発生、直流電源１４の故障を防止することができる。なお、上限入出力電力Ｐｌｉｍは、第１及び第２の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２毎に異なる値に設定されてもよい。

なお、直流電源１４にコンバータ１５を備えないように構成した場合であっても、上限入出力電力Ｐｌｉｍを蓄電装置Ｂの上限入出力電力に設定すれば、１相異常時にトルク指令値の制限を行うことによって、蓄電装置Ｂの出力電圧の低下、故障の発生、回転電機の異常トルクの発生、蓄電装置Ｂの故障を防止できる。

なお、上記したように、第２のインバータ制御部６０２も、第１のインバータ制御部６０１と同様に構成され、第２のインバータ制御部６０２の異常判定部６２０は、第２の回転電機ＭＧ２及び第２のインバータＩＮ２について、３相正常の状態であるか、１相異常の状態であるかを判定して、第２の異常判定信号Ｆｉｎｖ２を算出する。

２−２．コンバータ制御部７５０
コンバータ制御部７５０は、電圧指令値ＶＨ＃が電源電圧Ｖｂよりも大きい場合に、システム電圧線７、８の直流電圧であるシステム電圧ＶＨが電圧指令値ＶＨ＃に近づくようにコンバータ１５を制御する。本実施の形態１では、コンバータ制御部７５０は、電源電圧センサ１０の出力信号に基づいて電源電圧Ｖｂを検出し、システム電圧センサ１３の出力信号に基づいてシステム電圧ＶＨを検出する。コンバータ制御部７５０は、システム電圧ＶＨ及び電圧指令値ＶＨ＃に基づき、ＰＷＭ制御方式に従って、コンバータ制御信号Ｓ１〜Ｓ４のデューティ比を変化させる。

コンバータ制御部７５０は、電圧指令値ＶＨ＃が電源電圧Ｖｂ以下である場合は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を全てオフにさせ、蓄電装置Ｂとシステム電圧線７、８とを直結状態にする。

コンバータ１５は、昇圧動作時には、蓄電装置Ｂから供給された電源電圧Ｖｂを昇圧したシステム電圧ＶＨを第１及び第２のインバータＩＮ１、ＩＮ２へ共通に供給する。コンバータ１５は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介して第１及び第２のインバータＩＮ１、ＩＮ２から供給されたシステム電圧ＶＨを降圧して蓄電装置Ｂに供給する。

２−３．電圧指令算出部７００
電圧指令算出部７００は、コンバータ１５からインバータ側に出力される直流電圧（システム電圧ＶＨ）の電圧指令値ＶＨ♯を算出する。電圧指令算出部７００は、電源電圧Ｖｂ以上であってコンバータ１５の最大出力電圧Ｖｍａｘ以下の範囲で電圧指令値ＶＨ＃を算出する。本実施の形態では、図１０に示すように、電圧指令算出部７００は、正常時電圧算出部７０１、異常時電圧算出部７０２、電圧切替部７０３、及び電圧制限部７０４を備えている。

＜正常時電圧算出部７０１＞
回転電機は、回転速度及びトルクが増加すると、回転電機の逆起電力が増加して誘起電圧が高くなるため、３相正常時に、回転電機の最大トルク電流制御を行う場合に必要な最小のシステム電圧ＶＨである必要最小電圧ＶＨＬが高くなる。３相正常時に最大トルク電流制御を行うためには、システム電圧ＶＨを、必要最小電圧ＶＨＬよりも高くする必要がある。一方で、コンバータ１５の昇圧には限界があり、コンバータ１５の出力電圧（システム電圧ＶＨ）には上限値（最大出力電圧Ｖｍａｘ）がある。

正常時電圧算出部７０１は、第１のインバータＩＮ１及び回転電機ＭＧ１、及び第２のインバータＩＮ２及び回転電機ＭＧ２の双方が３相正常と判定された場合（Ｆｉｎｖ１＝０、及びＦｉｎｖ２＝０）に、現在の第１及び第２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１、Ｔｑｃｏｍ２、及び第１及び第２の回転角速度ω１、ω２の条件下で、第１及び第２の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２について最大トルク電流制御を行う場合に必要な最小のシステム電圧ＶＨである必要最小電圧ＶＨＬを算出する。

本実施の形態では、正常時電圧算出部７０１は、第１の回転電機ＭＧ１について、現在の第１のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ１及び第１の回転角速度ω１の条件下で、第１の回転電機ＭＧ１の最大トルク電流制御を行う場合に必要な最小のシステム電圧ＶＨである第１の必要電圧Ｖｍｇ１を算出する。また、正常時電圧算出部７０１は、第２の回転電機ＭＧ２について、現在の第２のトルク指令値Ｔｑｃｏｍ２及び回転角速度ω２の条件下で、第２の回転電機ＭＧ２の最大トルク電流制御を行う場合に必要な最小のシステム電圧ＶＨである第２の必要電圧Ｖｍｇ２を算出する。そして、正常時電圧算出部７０１は、第１の必要電圧Ｖｍｇ１及び第２の必要電圧Ｖｍｇ２の中の最大値を必要最小電圧ＶＨＬに設定する。

＜異常時電圧算出部７０２＞
図１１に、３相正常時と１相異常時の最大トルク領域を説明するための、トルク−回転速度特性を示す。縦軸が回転電機のトルク、横軸が回転電機の回転速度である。図中の破線は３相正常時の最大トルクライン、実線は１相異常時の最大トルクラインを示す。３相正常時は、回転速度が基底回転速度以下である場合は、回転電機の最大出力トルクは、回転電機の電流が定格電流に制限されて定まり、回転速度の変化に対して一定値となる。回転角速度が基底回転速度より大きくなると、回転電機の最大出力トルクは、回転電機の線間電圧がシステム電圧ＶＨに制限されて定まり、回転速度が増加するに従って減少していく。

複数の実線カーブは、システム電圧ＶＨを変化させたときの、１相異常時の最大トルクラインの変化を図示したものである。１相異常時は、システム電圧ＶＨを電源電圧Ｖｂから最大出力電圧Ｖｍａｘまで昇圧させるに従って、１相異常時の最大トルクライン及び基底回転速度を高回転速度側にシフトさせることができ、最大トルク領域を拡大させることができる。システム電圧ＶＨが最大出力電圧Ｖｍａｘである場合に、基底回転速度が最も高くなり、トルク発生可能領域が最も広くなる。

１相異常時には、式（５）を用いて説明したように、回転電機の電流Ｉａが周期的に電流制限値Ｉｌｉｍまで増加するため、回転電機の端子電圧が３相正常時よりも大きく増加する。よって、１相異常時には、回転電機の端子電圧が増加しても回転電機を動作させるために、システム電圧ＶＨを増加させることが望ましい。

なお、１相異常時は、図７に示したように、交流電流指令値が電流制限値Ｉｌｉｍにより上下限制限されている期間で、出力トルクがトルク指令値から低下するため、出力トルクの平均値がトルク指令値から低下し、３相正常時よりも最大トルクラインが低下する。また、１相異常時は、回転電機の最大端子電圧Ｖｍｇ＿ｍａｘがシステム電圧ＶＨに到達する基底回転速度よりも高い回転速度では、３相短絡されるため、出力トルクは０になる。

そこで、異常時電圧算出部７０２は、第１のインバータＩＮ１及び回転電機ＭＧ１、及び第２のインバータＩＮ２及び回転電機ＭＧ２のいずれかの組が１相異常と判定された場合（Ｆｉｎｖ１＝１、又はＦｉｎｖ２＝１）に、３相正常と判定されたと仮定した場合に算出される電圧指令値（本例では、正常時電圧算出部７０１が算出した必要最小電圧ＶＨＬ）よりも高い電圧を、システム電圧指令ＶＨＬＦとして算出する。

本実施の形態では、異常時電圧算出部７０２は、システム電圧指令ＶＨＬＦとして、コンバータ１５からインバータ側に出力可能な最大出力電圧Ｖｍａｘを算出する。１相異常時に、コンバータ１５の最大出力電圧Ｖｍａｘを電圧指令値ＶＨ＃に設定するので、回転電機の回転速度が上昇し、回転電機の端子電圧がシステム電圧ＶＨを超えて制御不能となるトルク発生不可能領域を減らし、トルク発生可能領域を増加させることができる。

＜電圧切替部７０３＞
また、電圧切替部７０３は、第１のインバータＩＮ１及び回転電機ＭＧ１、及び第２のインバータＩＮ２及び回転電機ＭＧ２の双方が３相正常と判定された場合（Ｆｉｎｖ１＝０、及びＦｉｎｖ２＝０）に、正常時電圧算出部７０１が算出した必要最小電圧ＶＨＬを、選択後のシステム電圧指令ＶＨＬ＊として出力し、第１のインバータＩＮ１及び回転電機ＭＧ１、及び第２のインバータＩＮ２及び回転電機ＭＧ２のいずれかの組が１相異常と判定された場合（Ｆｉｎｖ１＝１、又はＦｉｎｖ２＝１）に、異常時電圧算出部７０２が算出したシステム電圧指令ＶＨＬＦを、選択後のシステム電圧指令ＶＨＬ＊として出力する。

＜電圧制限部７０４＞
また、電圧制限部７０４は、電圧切替部７０３が算出した選択後のシステム電圧指令ＶＨＬ＊を、最大出力電圧Ｖｍａｘにより上限制限した電圧を、電圧指令値ＶＨ＃として算出する。

〔その他の実施の形態〕
本発明のその他の実施の形態について説明する。以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施の形態１においては、回転電機及びインバータは、２組設けられ、制御装置４００は、第１組、第２組に合わせて構成されている場合を例として説明した。しかし、回転電機及びインバータは、１組設けられてもよく、３組以上設けられてもよい。制御装置４００は、組数に合わせて適切に構成される。

（２）上記の実施の形態１においては、コンバータ１５は、昇圧チョッパ用に２つのスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を備え、降圧チョッパ用に２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を備えている場合を例として説明した。しかし、コンバータ１５は、昇圧チョッパ用に１つのスイッチング素子を備え、降圧チョッパ用に１つのスイッチング素子を備えるなど、回路構成が変更されてもよい。

（３）上記の実施の形態１においては、直流電源１４は、蓄電装置Ｂとコンバータ１５とを備えている場合を例として説明した。しかし、直流電源１４は、コンバータ１５を備えておらず、蓄電装置Ｂと第１及び第２のインバータＩＮ１、ＩＮ２とが直接接続されるように構成されてもよい。

（４）上記の実施の形態１においては、回転電機及び回転電機駆動装置１０００が内燃機関を備えた電動車両に搭載される場合を例として説明した。しかし、回転電機及び回転電機駆動装置１０００は、内燃機関を備えていない電動車両（電気自動車）に搭載されてもよく、或いは、電動車両以外の他の装置の駆動力源とされてもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１４ 直流電源、１５ コンバータ、４００ 回転電機制御装置、６０５ 電流検出部、６１０ 電流指令算出部、６２０ 異常判定部、６４１ 正常時電流制御部、６４２ 異常時電流制御部、６８０ 異常時出力制限部、６９０ 異常時３相短絡制御部、７００ 電圧指令算出部、Ｆｉｎｖ１ 第１の異常判定信号、Ｆｉｎｖ２ 第２の異常判定信号、ＩＮ１ 第１のインバータ、ＩＮ２ 第２のインバータ、ＭＧ１ 第１の回転電機、ＭＧ２ 第２の回転電機、Ｐｌｉｍ 上限入出力電力、Ｔｑｃｏｍ１ 第１のトルク指令値、Ｔｑｃｏｍ２ 第２のトルク指令値

Claims (8)

1. 直流電源と、３相巻線を有する回転電機との間で、直流電力と交流電力との電力変換を行うインバータを制御する回転電機制御装置であって、
   前記回転電機及び前記インバータは、１組以上設けられ、
   前記直流電源は、１組以上の前記回転電機及び前記インバータに対して、１つ設けられ、
   前記回転電機制御装置は、各組の前記回転電機及び前記インバータについて、
   ３相各相の巻線に流れる３相電流を検出する電流検出部と、
   ３相全ての相の巻線に流れる電流を制御できる３相正常の状態であるか、いずれか１相の巻線に流れる電流を制御できない１相異常の状態であるかを判定する異常判定部と、
   前記回転電機の出力トルクに相関する電流指令値を算出する電流指令算出部と、
   前記３相正常と判定された場合に、前記電流指令値及び前記３相電流の検出値に基づいて、３相各相の巻線に流れる電流を制御する正常時電流制御部と、
   前記１相異常と判定された場合に、前記電流指令値及び前記３相電流の検出値に基づいて、正常な２相各相の巻線に流れる電流を制御する異常時電流制御部と、
   前記１相異常と判定された場合に、前記インバータから前記直流電源に入出力される直流電力が、予め設定された上限入出力電力を超えないように、前記電流指令値の大きさを上限制限する異常時出力制限部と、を備えた回転電機制御装置。
2. 前記回転電機及び前記インバータは、２組以上設けられ、
   前記異常時出力制限部は、いずれかの組の前記回転電機及び前記インバータについて前記１相異常と判定された場合に、前記インバータから前記直流電源に入出力される直流電力が、前記上限入出力電力を超えないように、前記電流指令値の大きさを上限制限する請求項１に記載の回転電機制御装置。
3. 前記回転電機制御装置は、各組の前記回転電機及び前記インバータについて、前記回転電機のトルク指令値に基づいて、前記電流指令値を算出する電流指令算出部を更に備え、
   前記異常時出力制限部は、前記上限入出力電力を前記回転電機の回転角速度で除算して算出した上限トルク指令値により、前記トルク指令値の大きさを上限制限する請求項１又は２に記載の回転電機制御装置。
4. 前記インバータは、前記直流電源の正極に接続される正極側のスイッチング素子と、前記直流電源の負極に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、３相各相に対応して３セット設け、
   前記回転電機制御装置は、各組の前記回転電機及び前記インバータについて、前記１相異常と判定された場合、かつ、前記回転電機の端子電圧が、前記直流電源の直流電圧を超えると判定した場合に、前記正極側のスイッチング素子の全て、又は前記負極側のスイッチング素子の全てをオンする３相短絡を実行する異常時３相短絡制御部を更に備えた請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
5. 前記直流電源は、蓄電装置と、前記蓄電装置の直流電力を電力変換するコンバータと、を設け、
   前記異常時出力制限部は、前記１相異常と判定された場合に、前記インバータから前記コンバータに入出力される直流電力が、前記上限入出力電力を超えないように、前記電流指令値を上限制限する請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
6. 前記回転電機制御装置は、前記コンバータから前記インバータ側に出力される直流電圧の電圧指令値を算出する電圧指令算出部を更に備え、
   前記電圧指令算出部は、いずれかの組の前記回転電機及び前記インバータについて、前記１相異常と判定された場合に、前記３相正常と判定されたと仮定した場合に算出される前記電圧指令値よりも高い電圧を、前記電圧指令値として算出する請求項５に記載の回転電機制御装置。
7. 前記電圧指令算出部は、前記１相異常と判定された場合に、前記コンバータから前記インバータ側に出力可能な最大出力電圧を、前記電圧指令値として算出する請求項６に記載の回転電機制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機制御装置と、
   前記直流電源と、
   １組以上の前記回転電機及び前記インバータと、
   １組以上の前記回転電機の駆動力を車輪に伝達する駆動力伝達機構と、を備えた電動車両。

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