JP2008011683A

JP2008011683A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2008011683A
Application number: JP2006181833A
Authority: JP
Inventors: Kenshiro Shiba; 健史郎芝; Takashi Tanaka; 貴志田中; Nobuyuki Tanaka; 信享田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: WO2008001949A1; CN101485080B; CN101485080A; US20090251831A1; US8045301B2; DE112007001594T5; JP4747968B2

Abstract

【課題】簡易かつ低廉な装置構成で、インバータ異常検出時のモータの安全性と出力性能とを確保可能なモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】Ｕ相１５の上アームが短絡故障したときには、その対向アームであるＶ相１６およびＷ相１７の下アームをスイッチング動作させる。Ｖ相１６の下アームのみをオンしたとき、Ｖ相コイルからＩＧＢＴ素子Ｑ６を通過するモータ電流Ｉｕの経路が形成されるため、短絡故障した相に帰還するモータ電流Ｉｕが低減する。また、短絡故障アームの対向アームをスイッチング動作させることにより、モータジェネレータＭＧ２には交流電流が誘起される。したがって、新たな装置構成を追加することなく、短絡故障した相の通過電流の増大を抑えながら、モータジェネレータＭＧ２を継続して駆動することが可能となる。この結果、車両の退避走行が確保される。
【選択図】図７

Description

この発明は、モータ駆動装置に関し、特に、モータを駆動制御する駆動回路の短絡故障時にモータの運転継続が可能なモータ駆動装置に関する。

最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。

また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

このようなハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるモータ駆動装置においては、通常、インバータを構成するスイッチング素子が短絡故障する等の異常が検出されると、インバータの運転を停止させて、短絡故障したスイッチング素子に過大な電流が通過することにより当該スイッチング素子に接続されるが過熱されるのを防止している。

このとき、車両の駆動軸に連結されるモータにはその回転数に応じた逆起電力が発生するため、モータが高回転数のときには、高い逆起電力を受けてインバータの通過電流が増大するという問題が起こり得る。そのため、ある種の車両においては、インバータの異常が検出されたことに応じて、駆動軸とモータとの間に配されたクラッチを切断して駆動軸からモータへの動力伝達を遮断し、クラッチが切断された状態で、車両を他の車両や歩行者等の妨げにならない場所まで退避させるための走行、いわゆる退避走行に移行させることが行なわれている。

しかしながら、このときの退避走行は、駆動軸に対する動力供給がなされないため、駆動輪に作用する慣性力にのみ依存したものとなる。そのため、車両を確実に退避させるだけの走行距離を確保することが困難となる。

そこで、最近では、退避走行に必要なトルクを確保する技術として、たとえば特許文献１は、インバータを構成するスイッチング素子の故障時においても、三相交流モータの運転を継続することができる三相交流モータ駆動用インバータ装置を開示する。

これによれば、三相交流モータ駆動用インバータ装置は、交流電源の出力を整流する整流回路を含む直流電源回路と、各々が直列接続された２つの半導体スイッチ素子を含む第１〜第３のアーム回路が並列に接続されて構成され、直流電源回路からの直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ回路と、インバータ回路をＰＷＭ（パルス幅変調）制御するためのＰＷＭ制御器とを備え、三相分の励磁巻線が星型結線された三相交流モータを駆動する。

そして、当該インバータ装置において、直流電源回路は、整流回路の出力電圧を等分して中性点に出力する分圧回路を有し、第１〜第３のアーム回路はそれぞれ、２つの半導体スイッチ素子の接続点により構成される第１〜第３の出力点を有する。中性点と第１〜第３の出力点との間には、中性点と第１〜第３の出力点のいずれか１つとを選択的に接続す
るための中性点接続スイッチ回路が配置される。

以上の構成において、インバータ回路を構成する複数の半導体スイッチ素子のいずれかに故障が検出されると、中性点接続スイッチ回路により、故障した半導体スイッチ素子を含むアーム回路の出力点と中性点とが接続される。これにより、三相交流モータの励磁巻線は健全な二相の励磁巻線がＶ結線されたのと同じ状態となる。この状態において、ＰＷＭ制御器は、Ｖ結線された二相の励磁巻線に流れる電流を制御する２つのアーム回路に含まれる４つの半導体スイッチ素子をＰＷＭ制御し、三相平衡の出力電流を生成して交流モータを駆動する。

また、特許文献２は、３相モータの各相に流れる電流をそれぞれ検出する３個の電流センサ、もしくは電流センサからの検出電流に基づきフィードバック制御を実行する電流制御回路のいずれかに異常が検出された場合には、モータ制御回路の代わりに補助モータ制御手段としての故障診断回路にモータ駆動制御を実行させる電気車制御装置を開示する。

これによれば、代替モータ駆動制御手段である故障診断回路として、本来のモータ制御回路を構成するマイコンとは別に、バックアップ用マイコンが搭載される。
特開２００４−１２０８８３号公報特開平９−２３５０１号公報特開２００５−１５３５７０号公報特開２００５−１０２４４３号公報特開平１１−３３２００２号公報特開平９−１９１６５４号公報特開２００１−３２８８９４号公報特開２００１−３２０８０６号公報

しかしながら、上述した特許文献１の三相交流モータ駆動用インバータ装置によれば、半導体スイッチ素子の故障が検出された以降においても三相交流モータの運転を継続するためには、短絡故障した半導体スイッチ素子を含むアーム回路の出力点を直流電源回路の中性点に接続するための中性点接続スイッチ回路が必要となる。そのため、インバータ装置が大型なものとならざるを得ない。また、装置コストの増加を招くことになる。

また、特許文献２の電気車制御装置においては、電流センサ等の正常時と異常時とのそれぞれに対応して制御回路が設けられるため、上記特許文献１と同様に、装置規模および装置コストの点に問題が残る。さらに、他の特許文献においても、既存の装置構成のみによって短絡故障が生じたインバータを駆動制御するための方策については開示されていない。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易かつ低廉な装置構成で、インバータ異常検出時のモータの安全性と出力性能とを確保可能なモータ駆動装置を提供することである。

この発明によれば、モータ駆動装置は、三相交流モータと、第１および第２電源線へ直流電力を供給可能に設けられた電源と、第１および第２電源線と三相交流モータとの間で電力変換を行なう電力変換装置と、三相交流モータの出力が目標出力に一致するように電力変換装置を制御する制御装置とを備える。電力変換装置は、三相交流モータの第１相から第３相のコイルにそれぞれ接続される第１から第３の回路を含む。第１から第３の回路
の各々は、三相交流モータの各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有する。制御装置は、第１から第３の回路の中から短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出部と、短絡検出部で短絡故障したスイッチング素子が検出されたことに応じて、短絡故障したスイッチング素子と接続点を介して対向して配置される少なくとも１つ以上のスイッチング素子のスイッチング動作により、三相交流モータの各相コイルを流れる電流を制御するモータ駆動制御部とを含む。

上記のモータ駆動装置によれば、第１から第３の回路の１つ、または２つにスイッチング素子の短絡故障が生じたときには、当該スイッチング素子を含まない正常な回路に属し、かつ当該スイッチング素子が構成するアームとは異なるアームを構成するスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、短絡故障した回路の通過電流が増大するの抑えながら、三相交流モータを継続して駆動することができる。したがって、従来短絡故障対応として設けられていた中性点接続スイッチ回路や補助モータ制御手段などを新たに追加することなく、既存の装置構成のみでモータの安全性と出力性能とを両立させることができる。

好ましくは、モータ駆動制御部は、第１の回路の第１のスイッチング素子に短絡故障が検出されたことに応じて、第２および第３の回路の第２のスイッチング素子のスイッチング動作により三相交流モータの各相コイルを流れる電流を制御する。

上記のモータ駆動装置によれば、第１および第３の回路のいずれか１つを構成するスイッチング素子に短絡故障が生じたときには、正常な残りの２つの回路を構成するスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、正常な回路の通過電流が増大するの抑えながら、三相交流モータを継続して駆動することができる。

好ましくは、短絡検出部は、三相交流モータの各相コイルを流れる電流の振幅に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する。

より好ましくは、短絡検出部は、三相交流モータの第１相のコイルを流れる電流が、第１極性の方向に三相交流モータの定常運転時の振幅を超えてオフセットされたことに応じて、第１の回路の第１のスイッチング素子が短絡故障したと判定する。

上記のモータ駆動装置によれば、合計６個のスイッチング素子の中から短絡故障した単一のスイッチング素子を簡易に特定することができる。この結果、スイッチング動作させるスイッチング素子を容易に選出して三相交流モータを駆動し続けることができる。

好ましくは、モータ駆動制御部は、各第１および第２の回路の第１のスイッチング素子に短絡故障が検出されたことに応じて、第３の回路の第２のスイッチング素子のスイッチング動作により三相交流モータの各相コイルを流れる電流を制御する。

好ましくは、モータ駆動制御部は、第１の回路の第１のスイッチング素子と第２の回路の第２のスイッチング素子とに短絡故障が検出されたことに応じて、第３の回路の第１および第２のスイッチング素子のスイッチング動作により三相交流モータの各相コイルを流れる電流を制御する。

上記のモータ駆動装置によれば、第１〜第３の回路のうちの２つの回路を構成するスイッチング素子に短絡故障が生じたときには、正常な残りの１つの回路を構成するスイッチング素子をスイッチング動作させることにより、正常な回路の通過電流が増大するの抑えながら、三相交流モータを継続して駆動することができる。したがって、短絡故障時のモータの出力性能をより一層向上させることができる。

好ましくは、短絡検出部は、三相交流モータの相間電圧の振幅に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する。

より好ましくは、短絡検出部は、定常運転時の三相交流モータの相間電圧の振幅に基づいて予め設定された所定の上限閾値および下限閾値を有し、各三相交流モータの相間電圧の振幅と上限閾値および下限閾値との大小関係に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する。

上記のモータ駆動装置によれば、最大６個の短絡故障したスイッチング素子を簡易に特定することができる。この結果、スイッチング動作させるスイッチング素子を容易に選出して三相交流モータを駆動し続けることができる。

好ましくは、短絡検出部は、各第１から第３の回路を構成する第１および第２のスイッチング素子の端子間電圧に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する。

好ましくは、三相交流モータは、車両の駆動軸に連結される。
上記のモータ駆動装置によれば、駆動回路を構成するスイッチング素子に短絡故障が生じたときでも、既存の装置構成のみで三相交流モータの駆動を継続して車両の退避走行を確保することができる。この結果、簡易かつ低廉に信頼性の高い車両を実現することができる。

この発明によれば、簡易かつ低廉な装置構成で、インバータ異常検出時のモータの安全性と出力性能とを確保することができる。この結果、この発明によるモータ駆動装置を搭載した車両においては、簡易かつ低廉に退避走行時の走行性能を確保でき、その信頼性を高めることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両のモータジェネレータ制御に関する構成を示すブロック図である。

図１を参照して、車両は、エンジンＥＮＧと、バッテリＢと、トランスアクスル５０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット（Power Control Unit：ＰＣＵ）２０と、駆動軸５２と、車輪５４と、制御装置３０とを備える。

エンジンＥＮＧは、ガソリン等の燃料の燃焼エネルギを源として駆動力を発生する。バッテリＢは、パワー制御ユニット２０へ電力を供給する。バッテリＢは、充電可能な二次電池で構成され、代表的にはニッケル水素電池やリチウムイオン電池や大容量コンデンサ（キャパシタ）等が適用される。

トランスアクスル５０は、トランスミッションとアクスル（車軸）とを一体構造として
備えており、動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、ディファレンシャルギヤ（ＤＧ）５３と、モータジェネレータＭＧ１と、モータジェネレータＭＧ２と、クラッチ５１とを有する。

パワー制御ユニット２０は、バッテリＢから供給された直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧ２へ出力する。あるいは、パワー制御ユニット２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２から供給された交流電力を直流電力に変換してバッテリＢへ出力する。

動力分割機構ＰＳＤは、エンジンＥＮＧによって生じた駆動力を減速機ＲＤおよびＤＧ５３を介して車輪５４駆動用の駆動軸５２へ伝達する経路と、モータジェネレータＭＧ１へ伝達する経路とに分割可能である。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１は概ね発電機として動作することが多いため「発電機」と呼ばれることがあり、モータジェネレータＭＧ２は主として電動機として動作するため「電動機」と呼ばれることがある。

モータジェネレータＭＧ１は、動力分割機構ＰＳＤを介して伝達されたエンジンＥＮＧからの駆動力によって回転されて発電する。モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、パワー制御ユニット２０に供給され、バッテリＢの充電電力として、あるいはモータジェネレータＭＧ２の駆動電力として用いられる。

モータジェネレータＭＧ２は、パワー制御ユニット２０から供給された交流電力によって回転駆動される。モータジェネレータＭＧ２によって生じた駆動力は、クラッチ５１、減速機ＲＤおよびＤＧ５３を介して駆動軸５２へ伝達される。なお、クラッチ５１は、油圧クラッチおよび電磁クラッチ等から構成され、制御装置３０からの制御指令に応じたトルク伝達率でモータジェネレータＭＧ２の出力トルクを減速機ＲＤおよびＤＧ５３を介して車輪５４に伝達する。

また、回生制動動作時にモータジェネレータＭＧ２が車輪５４の減速に伴なって回転される場合には、モータジェネレータＭＧ２に生じた起電力（交流電力）がパワー制御ユニット２０へ供給される。この場合には、パワー制御ユニット２０が供給された交流電力を直流電力に変換してバッテリＢへ出力することにより、バッテリＢが充電される。

図２は、本実施の形態に係るモータ駆動装置の概略回路図である。
図２を参照して、モータ駆動装置１００は、バッテリＢと、電圧センサ１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４，３１と、電流センサ２４，２８と、制御装置３０とを備える。図２において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ１４，３１と、インバータ１４，３１に共通して設けられる昇圧コンバータ１２とは、図１におけるパワー制御ユニット２０を構成する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、３相交流同期電動機からなり、バッテリＢに蓄えられた電力およびエンジンＥＮＧの駆動力によって駆動される。モータジェネレータＭＧ２は、車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンＥＮＧに対して電動機として動作し、たとえばエンジンＥＮＧを始動し得るようなモータである。

昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の一方端はバッテリＢの電源ラインに接続され、他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１とＩＧＢＴ素子Ｑ２との中間点、すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタとＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタとの間に接続される。

ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源ラインＶＬとアースラインＳＬとの間に直列に接続される。ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタは電源ラインＶＬに接続され、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタはアースラインＳＬに接続される。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配されている。

インバータ１４は、車輪５４を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ１４は、回生制動に伴ない、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相１５と、Ｖ相１６と、Ｗ相１７とからなる。Ｕ相１５、Ｖ相１６およびＷ相１７は、電源ラインＶＬとアースラインＳＬとの間に並列に設けられる。

Ｕ相１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４からなる。Ｖ相１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６からなる。Ｗ相１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８からなる。また、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。

各相の中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。なお、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４にそれぞれ含まれるスイッチング素子は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１〜Ｑ８に限定されず、ＭＯＳＦＥＴ等の他のパワー素子で構成しても良い。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流ＭＣＲＴ２（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）を検出して制御装置３０へ出力する。

インバータ３１は、昇圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列に接続される。インバータ３１は、モータジェネレータＭＧ１に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ３１は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンＥＮＧを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。

また、インバータ３１は、エンジンＥＮＧのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ３１の内部構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明
は繰返さない。電流センサ２８は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流ＭＣＲＴ１を検出して制御装置３０へ出力する。

クラッチ５１は、図１で述べたように、モータジェネレータＭＧ２の回転軸と減速機ＲＤ（図示せず）との間に配置される。クラッチ５１は、制御装置３０からの制御指令により、モータジェネレータＭＧ２の回転軸を駆動軸５２に連結／切断する。

バッテリＢは、充放電可能な二次電池であり、例えば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどからなる。また、バッテリＢに代えて、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタを用いても良い。電圧センサ１０は、バッテリＢから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。

システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。

コンデンサＣ１は、バッテリＢから供給された直流電圧Ｖｂを平滑化し、その平滑化した直流電圧Ｖｂを昇圧コンバータ１２へ出力する。

昇圧コンバータ１２は、バッテリＢから供給された直流電圧Ｖｂを昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＣを受けると、信号ＰＷＭＣによってＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。

また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＣを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４（または３１）から供給された直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。

コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４，３１へ供給する。電圧センサ１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ（インバータ１４，３１への入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出し、その検出した出力電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの信号ＤＲＶ２に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＤＲＶ２に基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。

インバータ３１は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると、制御装置３０からの信号ＤＲＶ１に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定された要求トルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＤＲＶ１に基づいて直流電圧に変換し、変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。

なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドラ
イバーによるフットブレーキ操作があった場合との回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車速を減速（または加速を中止）させることを含む。

制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electric Control Unit）からトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を受け、電圧センサ１３から出力電圧Ｖｍを受け、電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂを受け、電流センサ２４からモータ電流ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２を受ける。そして、制御装置３０は、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、後述する方法によりインバータ１４がモータジェネレータＭＧ２を駆動するときにインバータ１４のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＤＲＶ２を生成し、その生成した信号ＤＲＶ２をインバータ１４へ出力する。

また、制御装置３０は、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいて、インバータ３１がモータジェネレータＭＧ１を駆動するときにインバータ３１のＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＤＲＶ１を生成し、その生成した信号ＤＲＶ１をインバータ３１へ出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４（または３１）がモータジェネレータＭＧ２（またはＭＧ１）を駆動するとき、直流電圧Ｖｂ、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２（またはＴＲ１）およびモータ回転数ＭＲＮ２（またはＭＲＮ１）に基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ１２のＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＣを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。

さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。

図３は、図２の制御装置３０の機能ブロック図である。
図３を参照して、制御装置３０は、インバータ１４の制御手段として、モータ制御用相電圧演算部３２と、インバータ用駆動信号変換部３４と、インバータ異常検出部３６と、短絡箇所検出部３８と、動力伝達制御部４２とを含む。なお、図示は省略するが、制御装置３０は、インバータ３１および昇圧コンバータ１２の制御手段をさらに含む。

モータ制御用相電圧演算部３２は、インバータ１４の入力電圧Ｖｍを電圧センサ１３から受け、モータジェネレータＭＧ２の各相に流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを電流センサ２４から受け、トルク指令値ＴＲ２を外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部３２は、これらの入力信号に基づいて、モータジェネレータＭＧ２の各相のコイルに印加する電圧の操作量（以下、電圧指令とも称する。）Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を計算し、その計算した結果をインバータ用駆動信号変換部３４へ出力する。

インバータ用駆動信号変換部３４は、モータ制御用相電圧演算部３２からの各相コイルの電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、実際にインバータ１４の各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をオン／オフする信号ＤＲＶ２を生成し、その生成した信号ＤＲＶ２を各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８へ出力する。

これにより、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、モータジェネレータＭＧ２が指令されたトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ２の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流ＭＣＲＴ２が制御され、トルク指令値ＴＲ２に応じたモータトルクが出力される。

インバータ異常検出部３６は、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御時においてインバータ１４に発生した異常を検出する。インバータ１４の異常検出は、たとえば、インバータ１４の各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８に内蔵された電流センサの検出値に基づいて行なわれる。このとき、インバータ異常検出部３６は、電流センサの検出値のいずれかに過電流が検出されたことに応じて、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障による異常と判定し、その判定した結果を示す信号ＦＩＮＶを生成する。そして、インバータ異常検出部３６は、その生成した信号ＦＩＮＶを短絡箇所検出部３８およびインバータ用駆動信号変換部３４へ出力する。

なお、インバータ１４の異常検出は、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８に内蔵された温度センサの検出値に基づいて行なうこともできる。この場合、温度センサの検出値のいずれかが高温であり、ＩＧＢＴ素子の過熱が検出されたことに応じて、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障による異常が判定される。

短絡箇所検出部３８は、インバータ異常検出部３６から信号ＦＩＮＶを受けると、電流センサ２４からのモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて短絡故障が発生したＩＧＢＴ素子の特定を行なう。短絡箇所検出部３８は、後述する方法により、短絡故障が発生した相と、その相における短絡故障が生じたアーム（上アームおよび下アームのいずれか）とを特定する。そして、短絡箇所検出部３８は、その特定した短絡箇所を示す信号ＤＥを生成して動力伝達制御部４２およびインバータ用駆動信号変換部３４へ出力する。

動力伝達制御部４２は、短絡箇所検出部３８から信号ＤＥを受けると、クラッチ５１を切断して、モータジェネレータＭＧ２と駆動軸５２との間の動力伝達を遮断する。これは、モータジェネレータＭＧ２が車輪５４からの動力伝達を受けて高回転となり、大きな逆起電力を発生してモータ駆動電流を増大させるのを回避するためである。そのため、動力伝達制御部４２は、意図的にクラッチ５１を切断してモータ回転数を直ちに低下させることとする。

なお、動力伝達制御部４２は、後述するように、一旦モータ回転数ＭＲＮ２が所定値以下に低下すると、再びクラッチ５１を連結させる。これにより、車両はモータジェネレータＭＧ２を駆動力源とした退避走行に移行する。

このとき、インバータ用駆動信号変換部３４は、インバータ１４の異常検出後は、モータ制御用相電圧演算部３２から受ける各相コイルの電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊、および短絡箇所検出部３８からの信号ＤＥに基づいてインバータ１４の各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＤＲＶ２を生成し、その生成した信号ＤＲＶ２をインバータ１４へ出力する。この結果、インバータ１４は短絡故障発生後においても、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御を継続して行なうことが可能となるため、車両の退避走行を確保することができる。

なお、インバータ１４の短絡故障時における信号ＤＲＶ２については、後述するように、短絡故障したアームのＩＧＢＴ素子に過電流が流れないように、短絡故障したアームが属する相とは異なる相をスイッチング動作させるように生成される。これにより、インバータ１４を過熱から保護しながら、車両を安全な場所まで退避させることが可能となる。

以上のように、この発明によるモータ駆動装置１００は、インバータ１４の異常が検出されたことに応じて、インバータ１４を構成する３相１５〜１７の中から短絡故障したアームを特定することを第１の特徴とする。

さらに、モータ駆動装置１００は、インバータ１４の異常検出後において、短絡故障し
たアームが属する相以外の相をスイッチング制御することにより、モータジェネレータＭＧ２を継続して駆動させることを第２の特徴とする。

これらの特徴により、モータ駆動装置１００を搭載した車両は、インバータ１４の過熱を防止しながら、退避走行を確保することができる。以下に、上記第１および第２の特徴について詳細に説明する。

最初に、この発明の第１の特徴であるインバータ１４の短絡故障アームを特定する方法について説明する。

図４は、インバータ１４の短絡故障したアームを特定する方法を説明するための図である。

図４を参照して、インバータ１４を構成する３相１５〜１７のうち、Ｕ相１５の上アーム（すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ３）が短絡故障したものと仮定する。

このとき、ＩＧＢＴ素子Ｑ３に内蔵される電流センサによって過電流が検出されたことに応じて、インバータ異常検出部３６は、信号ＦＩＮＶをインバータ用駆動信号変換部３４へ出力し、インバータ１４の運転を停止する。しかしながら、このとき、モータジェネレータＭＧ２は駆動輪５４の回転を受けて未だ回転しているため、その回転数に応じた逆起電力がモータジェネレータＭＧ２に発生する。これにより、インバータ１４の短絡故障したＵ相１５に過大な短絡電流が誘起されることとなる。

詳細には、ＩＧＢＴ素子Ｑ３の短絡によってインバータ１４の電源ラインＶＬがＵ相１５の中間点と導通すると、図中に示すように、電源ラインＶＬ〜Ｕ相１５の中間点〜モータジェネレータＭＧのＵ相コイルを経路としてＵ相モータ電流Ｉｕが流れる。そして、Ｕ相モータ電流Ｉｕは、モータジェネレータＭＧ２の中点において、Ｖ相コイル〜Ｖ相１６の中間点〜ダイオードＤ５〜電源ラインＶＬに至る第１の経路Ｒｔ１と、Ｗ相コイル〜Ｗ相１７の中間点〜ダイオードＤ７〜電源ラインＶＬに至る第２の経路Ｒｔ２とに分岐される。

すなわち、３相１５〜１７において、短絡故障したＵ相１５の上アームと、ＶおよびＷ相１６，１７のダイオードＤ５，Ｄ７との間には、モータジェネレータＭＧ２を介在して閉回路が形成されることになる。そして、この閉回路において、３相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの間には、式（１）の関係が成立する。
｜Ｉｕ｜＝｜Ｉｖ｜＋｜Ｉｗ｜（１）
これによれば、短絡故障したＵ相１５には、図５に示すように、定常運転時の略２倍の電流値に相当する過大な短絡電流が流れることになる。

図５は、短絡故障したＵ相１５を流れるモータ電流Ｉｕの出力波形を示す図である。
図５から明らかなように、モータ電流Ｉｕは、定常運転時には、一定の振幅（振幅Ａ）からなる交流波形を示す。なお、図示しないモータ電流Ｉｖ，Ｉｗについても同様に振幅Ａの交流波形を示し、各々がモータ電流Ｉｕに対して＋１２０°または−１２０°の位相差を有している。

これに対して、短絡故障の発生時以降においては、モータ電流Ｉｕは、上述したように、モータ電流Ｉｖとモータ電流Ｉｗとの和に相当することとなり、図中に示すように、高電流側にオフセットされた電流波形となる。なお、このときのオフセット値の絶対値は定常運転時の振幅Ａを上回る値となる。

そこで、本発明の実施の形態は、電流センサ２４にて検出されるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの各々についてオフセット値を検出し、その検出されたオフセット値の絶対値が定常運転時の振幅Ａを上回るか否かを判定する構成とする。本構成によれば、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれかについてオフセット値の絶対値が振幅Ａを上回ると判定されたことに応じて、当該モータ電流に対応する相の短絡故障が検出される。

そして、オフセット値と振幅Ａとの大小関係に基づいて短絡故障した相が検出されると、さらに、オフセット値の極性に基づいて当該相の中から短絡故障したアームが特定される。

詳細には、モータ電流がインバータ１４の各相１５〜１７からモータジェネレータＭＧ２へ流れる方向を正方向とし、かつ、モータジェネレータＭＧ２から各相１５〜１７へ流れる方向を負方向としたときに、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値が正方向に増加したこと、すなわち、オフセット値の極性が正であることに応じて、上アームが短絡故障したと判定される。一方、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値が負方向に増加したこと、すなわち、オフセット値の極性が負であることに応じて、下アームが短絡故障したと判定される。

以上のように、電流センサ２４により各相コイルを流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出し、その検出値から定常運転時の電流波形に対するオフセット値の絶対値および極性を検出することにより、短絡故障が生じたアームを特定することが可能となる。

なお、インバータ１４における短絡故障のパターンには、図４のように３相のうちの１相のみが短絡故障する以外に、２相、もしくは３相が短絡故障する場合がある。しかしながら、２相、もしくは３相が短絡故障した場合には、図６に示すように、電流センサ２４にて検出されるモータ電流は、オフセット値の絶対値が図５で示した１相短絡故障に対して相対的に小さく、かつ、定常運転時の振幅Ａを下回るため、１相短絡故障と識別することができる。

次に、この発明の第２の特徴であるインバータの異常検出後におけるモータジェネレータＭＧ２の駆動制御について説明する。

図７および図８は、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御を説明するための図である。なお、図７および図８は、図４と同様に、Ｕ相１５の上アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ３）が短絡故障したことを前提としている。

図７および図８を参照して、Ｕ相１５の上アームが短絡故障したときには、Ｖ相１６の下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ６）およびＷ相１７の下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ８）をスイッチング動作させることによってモータジェネレータＭＧを駆動する。

なお、スイッチング制御されるＶ相１６の下アームおよびＷ相１７の下アームは、短絡故障しているＵ相１５とは異なる正常な相に属し、かつＵ相１５の上アームとの位置関係において、各相１５〜１７の中間点を挟んで対向している。この発明は、このように、短絡故障している相とは異なる相に属し、かつ短絡故障したアームとの位置関係において各相１５〜１７の中間点を挟んで対向しているアームを、単に「対向アーム」とも称する。

詳細には、図７に示すように、Ｖ相１６の下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ６）のみをオンした状態では、モータ電流Ｉｕの経路は、モータジェネレータＭＧのＶ相コイルからダイオードＤ５を介して電源ラインＶＬに至る経路Ｒｔ１から、Ｖ相コイルからＩＧＢＴ素子Ｑ６を介して接地ラインＧＬに至る経路Ｒｔ１０に切換えられる。したがって、Ｕ相１５の
上アームとＶおよびＷ相１６，１７のダイオードＤ５，Ｄ７との間で形成される閉回路において、ダイオードＤ７を通過したモータ電流Ｉｗのみが帰還されることになる。この結果、モータ電流Ｉｕが低減する。

図８についても同様に、Ｗ相１７の下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ８）のみをオンした状態では、モータ電流Ｉｕの経路は、モータジェネレータＭＧ２のＷ相コイルからダイオードＤ７を介して電源ラインＶＬに至る経路Ｒｔ２から、Ｗ相コイルからＩＧＢＴ素子Ｑ８を介して接地ラインＧＬに至る経路Ｒｔ１２に切換えられる。これにより、Ｕ相１５の上アームとＶおよびＷ相１６，１７のダイオードＤ５，Ｄ７との間に形成される閉回路において、ダイオードＤ５を通過したモータ電流Ｉｖのみが帰還することとなるため、モータ電流Ｉｕが低減する。

図９は、Ｕ相１５の上アームの対向アームであるＶ相１６の下アームおよびＷ相１７の下アームをスイッチング動作させるための制御信号のタイミングチャートである。

図９に示すように、Ｖ相１６の下アームとＷ相１７の下アームとは、所定のデューティ比でオン／オフされる。このように、Ｖ相１６の下アームとＷ相１７の下アームとをオン／オフすることにより、各相１６，１７の中間点には、所定のデューティ比からなる矩形波状に電源電圧と接地電圧とに切換わる電圧波形が誘起される。この結果、モータジェネレータＭＧ２には、連続した交流電流が流れることになる。

なお、図９に示すスイッチング動作においては、Ｖ相１６の下アームとＷ相１７の下アームとはともに、電源ラインと導通しているモータジェネレータＭＧ２の中点と接地ラインとの間に直列に接続されているため、同時にオンすることを防止する必要がある。そのため、制御信号には、両アームが同時にオンされるのを防止するための所定のデッドタイムが設けられている。

以上に述べたように、短絡故障アームの対向アームをスイッチング動作させてモータジェネレータＭＧ２を駆動することにより、短絡故障した相を通過する電流の増大を抑えながら、モータジェネレータＭＧ２を継続して駆動することが可能となる。これにより、モータジェネレータＭＧ２を継続駆動させるための新たな装置を必要とすることなく、既存の装置構成のみでモータ駆動装置１００を搭載した車両の退避走行を確保することができる。

ここで、車両が退避走行に移行した後においては、走行距離を確保するために、モータジェネレータＭＧ２の消費電力量が制限される。具体的には、制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ２を低トルクおよび低回転数で駆動するように、インバータ１４を制御する。このとき、制御装置３０のインバータ用駆動信号変換部３４は、車両の退避走行を確保するのに必要なモータジェネレータＭＧ２のトルクおよびモータ回転数に基づいてキャリア周波数ｆｃを設定する。

図１０は、Ｕ相１５の上アームが短絡故障したときに、Ｖ相１６およびＷ相１７をそれぞれ流れるモータ電流Ｉｖ，Ｉｗの出力波形を示す図である。

図１１は、この発明によるモータ駆動制御により各相１５〜１７を流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの出力波形を示す図である。図１１は、図６および図７で述べたように、Ｕ相１５の上アームが短絡故障したときに、対向アームであるＶ相１６の下アームおよびＷ相１７の下アームをスイッチング制御することにより得られたものである。

図１０と図１１とを対比すると、Ｕ相１５を通過するモータ電流Ｉｕについては、上ア
ームが短絡故障することにより生じるオフセットは、対向アームをスイッチング制御することにより、その絶対値が減少することが分かる。これによれば、短絡故障した相の通過電流の増大を抑えながら、モータジェネレータＭＧ２を駆動することが可能となる。

図１２は、この発明の実施の形態１によるモータ駆動制御を説明するためのフローチャートである。

図１２を参照して、インバータ異常検出部３６は、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御時において、各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８に内蔵された電流センサの検出値に基づいてインバータ１４に発生した異常を検出する（ステップＳ０１）。このとき、インバータ異常検出部３６は、電流センサの検出値のいずれかに過電流が検出されたことに応じて、ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８の短絡故障による異常と判定し、その判定した結果を示す信号ＦＩＮＶを生成する。生成された信号ＦＩＮＶは、短絡箇所検出部３８およびインバータ用駆動信号変換部３４へそれぞれ出力される。

インバータ用駆動信号変換部３４は、信号ＦＩＮＶを受けると、過電流からＩＧＢＴ素子を保護するために、一旦、インバータ１４の各ＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８をスイッチング制御するための信号ＤＲＶの生成を停止して、インバータ１４を運転停止状態とする（ステップＳ０２）。

次に、短絡箇所検出部３８は、信号ＦＩＮＶを受けたことに応じて、上述した方法により、電流センサ２４からのモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて短絡故障が発生したＩＧＢＴ素子の特定を行なう（ステップＳ０３）。短絡箇所検出部３８は、短絡故障が発生した相と、その相における短絡故障が生じたアーム（上アームおよび下アームのいずれか）とを特定すると、その特定した短絡箇所を示す信号ＤＥを生成してインバータ用駆動信号変換部３４および動力伝達制御部４２へ出力する。

動力伝達制御部４２は、短絡箇所検出部３８から信号ＤＥを受けると、クラッチ５１を切断して、モータジェネレータＭＧ２と駆動軸５２との間の動力伝達を遮断する（ステップＳ０４）。これにより、モータ回転数が急激に低下されるため、モータジェネレータＭＧ２に大きな逆起電力が発生するのが防止される。なお、モータ回転数が所定の回転数以下であるときには、クラッチ５１を切断しない場合もある。

さらに、動力伝達制御部４２およびインバータ用駆動信号変換部３４は、それぞれ、短絡箇所検出部３８からの信号ＤＥに基づいて、短絡故障した相が１相のみか否かを判定する（ステップＳ０５）。そして、短絡故障した相が１相のみと判定されると、動力伝達制御部４２は、モータ回転数ＭＲＮ２が所定値ＭＲＮ＿ｓｔｄ以下に低下するのを待って（ステップＳ０６）、再びクラッチ５１を連結させる（ステップＳ０７）。これにより、車両はモータジェネレータＭＧ２を駆動力源とした退避走行に移行する。

また、インバータ用駆動信号変換部３４は、短絡箇所検出部３８からの信号ＤＥに基づいて短絡故障した相が１相のみと判定されると、キャリア信号のキャリア周波数を、正常時のキャリア周波数からインバータ異常検出時のキャリア周波数に変更する（ステップＳ０８）。

さらに、車室内では、ユーザに対して車両が退避走行に移行したことを報知するための警告灯が点灯される（ステップＳ０９）。

インバータ用駆動信号変換部３４は、モータ制御用相電圧演算部３２から受ける各相コイルの電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊、および変更されたキャリア周波数ｆｃを有する
キャリア信号に基づいて、短絡故障アームの対向アームをスイッチング制御するための信号ＤＲＶ２を生成し、その生成した信号ＤＲＶ２をインバータ１４へ出力する（ステップＳ１０）。

この結果、インバータ１４は短絡故障発生後においても、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御を継続して行ない、車両の退避走行が確保される（ステップＳ１１）。

なお、ステップＳ０５において短絡故障した相が複数相であると判定されたときには、動力伝達制御部４２によるクラッチ５１の連結が行なわれず、通常の車両停止制御へと移行する（ステップＳ１２）。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、インバータの異常が検出されたことに応じて、短絡故障したアームを特定し、特定された短絡故障アームの対向アームをスイッチング動作させてモータジェネレータの駆動を継続させることにより、短絡故障したアームに過電流が流れるのを防止しながら、車両の退避走行を確保することが可能となる。この結果、簡易かつ低廉な装置構成で、インバータ異常検出時のモータの安全性と出力性能とを両立させることができる。

［実施の形態２］
この発明の第１の特徴であるインバータ１４の短絡故障アームを特定する方法については、上述したインバータ１４のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいた特定方法以外に、以下に述べるように、モータジェネレータＭＧの各相間電圧に基づいた特定も行なうことができる。

図１３は、この発明の実施の形態２によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。なお、モータ駆動装置１００Ａは、図１のモータ駆動装置１００に対して、モータジェネレータＭＧ２の相間電圧を検出するための電圧センサ１８〜２０を付加し、かつ、制御装置３０を制御装置３０Ａに変更したものである。よって、図１と重複する部分についての詳細な説明は省略する。

図１３を参照して、電圧センサ１８は、モータジェネレータＭＧ２のＵ相とＶ相との間の相間電圧Ｖｖｕを検出し、その検出した相間電圧Ｖｖｕを制御装置３０Ａへ出力する。電圧センサ１９は、モータジェネレータＭＧ２のＶ相とＷ相との間の相間電圧Ｖｗｖを検出し、その検出した相間電圧Ｖｗｖを制御装置３０Ａへ出力する。電圧センサ２０は、モータジェネレータＭＧ２のＷ相とＵ相との間の相間電圧Ｖｕｗを検出し、その検出した相間電圧Ｖｕｗを制御装置３０Ａへ出力する。

図１４は、図１３の制御装置３０Ａの機能ブロック図である。図１３の制御装置３０Ａは、図２の制御装置３０に対して、短絡箇所検出部３８を短絡箇所検出部３８Ａに変更したものである。よって、図２と重複する部分についての詳細な説明は省略する。

図１４を参照して、短絡箇所検出部３８Ａは、インバータ異常検出部３６から信号ＩＮＶを受けると、以下に述べる方法により、上述した電圧センサ１８〜２０から入力されるモータジェネレータＭＧ２の各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗに基づいて短絡箇所が発生した相と、その相における短絡故障が生じたアーム（上アームおよび下アームのいずれか）とを特定する。そして、短絡箇所検出部３８Ａは、その特定した短絡箇所を示す信号ＤＥを生成してインバータ用駆動信号変換部３４および動力伝達制御部４２へ出力する。

最初に、本発明の実施の形態による短絡箇所の特定方法に用いる各相間電圧の定義を示す。

図１５は、モータジェネレータＭＧ２の各相間電圧の定義を説明するための図である。
図１５を参照して、モータジェネレータＭＧ２のＵ相とＶ相との間の相間電圧Ｖｖｕは、Ｖ相がＵ相よりも高電位となるときを正とし、かつ、Ｕ相がＶ相よりも高電位となるときを負とする。モータジェネレータＭＧ２のＶ相とＷ相との間の相間電圧Ｖｗｖは、Ｗ相がＶ相よりも高電位となるときを正とし、かつ、Ｖ相がＷ相よりも高電位となるときを負とする。モータジェネレータＭＧ２のＷ相とＵ相との間の相間電圧Ｖｕｗは、Ｗ相がＵ相よりも高電位となるときを正とし、Ｕ相がＷ相よりも高電位となるときを負とする。

したがって、電圧センサ１８〜２０は、対応する２つの相の電位に応じて、正または負の相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗを出力する。

図１６は、一例としてＷ相１７の上アームが短絡故障したときの各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗの出力波形を示す図である。

図１６を参照して、各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗは、定常運転時には、一定の振幅からなる交流波形を示す。

これに対して、Ｗ相１７の上アームが短絡故障した時点以降においては、短絡故障相を含まないＵ相とＶ相との間の相間電圧Ｖｖｕは、図中［１］で示す波形パターンを示すようになる。すなわち、振幅が予め設定された上限閾値および下限閾値を超えて正方向および負方向にそれぞれ増加する波形を示す。

一方、Ｖ相と短絡故障相に対応するＷ相との相間電圧Ｖｗｖは、図中［２］で示す波形パターンを示すようになる。すなわち、振幅が正方向にのみ増加する波形を示す。これは、短絡故障したＷ相１７の通過電流が増加したことによってＷ相の電位が上昇したことによる。

また、短絡故障相１７に対応するＷ相とＵ相との間の相間電圧Ｖｕｗは、図中［３］で示す波形パターンを示すようになる。すなわち、振幅が負方向にのみ増加する波形を示す。これは、上記［２］の電圧波形パターンと同様に、短絡故障したＷ相１７の通過電流が増加したことによってＷ相の電位が上昇したことによる。

以上のように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相１５〜１７のいずれか１つが短絡故障した場合、モータジェネレータＭＧ２の各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗは、短絡故障相を含まない２相の相間電圧は、正および負方向にそれぞれ振幅が増加する。これに対し、一方に短絡故障相１７を含む２相の相間電圧は、短絡故障相に応じて正方向または負方向のいずれかに振幅が増加する。図１７は、モータジェネレータＭＧ２の各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗの波形パターンと短絡故障相および短絡故障アームとの関係を示す図である。図１７から分かるように、短絡故障相および短絡故障アームごとに、電圧波形パターン［１］〜［３］の組合せが異なる。

そこで、本発明の実施の形態は、電圧センサ１８〜２０にて検出される相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗの振幅が上限閾値および下限閾値を超えるか否かを判定する構成とする。本構成によれば、各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗのいずれか１つの振幅が上限閾値および下限閾値を超えたこと、かつ、残り２つの相間電圧の振幅が上限閾値または下限閾値を超えたことに応じて、短絡故障した相と当該相の中から短絡故障したアームとを特定することができる。

実際には、制御装置３０Ａの短絡箇所検出部３８Ａが図１７のモータジェネレータＭＧ
２の各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗの波形パターンと短絡故障相および短絡故障アームとの関係を予め記憶領域に格納しており、電圧センサ１８〜２０からの各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗの振幅と上限閾値および下限閾値とを比較した結果と図１７の関係とを照合することにより短絡故障相と短絡故障アームとを特定する。

さらに、本発明の実施の形態によれば、モータジェネレータＭＧ２の相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗの振幅に基づいて、上述した１相のみが短絡故障したとき以外に、２相、もしくは３相が短絡故障したときであっても、その短絡故障相と短絡故障アームとを特定することが可能となる。

詳細には、複数相が短絡故障したとき、モータジェネレータＭＧ２の相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗは、上述した図１６の電圧波形パターン［１］〜［３］に、図１８に示す電圧波形パターン［４］〜［６］を加えた合計６パターンのうちのいずれかを示すようになる。

図１８は、複数相が短絡故障したときの各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗの出力波形を示す図である。

図１８を参照して、電圧波形パターン［４］は、定常運転時には一定の振幅からなる交流波形を示すが、複数相が短絡故障した時点以降では、振幅が次第に減少する波形を示す。

電圧波形パターン［５］は、定常運転時には一定振幅からなる交流波形を示すが、複数相が短絡故障した時点以降では、正方向のみに振幅が増加する波形を示す。なお、増加後の振幅は上限閾値よりも低い。

電圧波形パターン［６］は、定常運転時には一定振幅からなる交流波形を示すが、複数相が短絡故障した時点以降では、負方向にのみ振幅が増加する波形を示す。なお、増加後の振幅は下限閾値よりも低い。

そして、３相のうちのいずれか２相が短絡故障した場合、モータジェネレータＭＧ２の各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗはそれぞれ、図１６および図１８に示す電圧波形パターン［１］〜［６］のうちの１つを示す。電圧波形パターンの組合せは、図１９に示すように、その短絡故障した相ごとに異なる。

たとえば、図１９を参照して、Ｗ相１７の上アームとＶ相１６の上アームとが短絡故障した場合には、短絡相であるＶ相と非短絡相であるＵ相との間の相間電圧Ｖｖｕは、電圧波形パターン［２］を示し、その振幅が上限閾値を超える。また、短絡相であるＷ相と非短絡相であるＵ相との間の相間電圧Ｖｗｕは、電圧波形パターン［３］を示し、その振幅が下限閾値を超える。これに対し、短絡相であるＶ相とＷ相との間の相間電圧Ｖｗｖは、電圧波形パターン［４］を示し、その振幅が次第に減少する。

さらに、３相の全てが短絡故障した場合には、各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗは、各相の短絡故障アームに応じて、図２０で示す電圧波形パターンの組合せを示す。

図２０を参照して、たとえば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の上アームが全て短絡故障した場合には、モータジェネレータＭＧ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相は略等電位となるため、各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗは、いずれも電圧波形パターン［４］を示し、その振幅が次第に減少することになる。

以上のことから、モータジェネレータＭＧ２の各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗの波形パターンが、図１８および図２０に示す組合せのいずれに該当するかを判定することにより、短絡故障した複数の相およびそのアームを特定することが可能となる。

なお、実際には、短絡箇所検出部３８Ａが電圧センサ１８〜２０から入力された各相間電圧Ｖｖｕ，Ｖｗｖ，Ｖｕｗの振幅と上限閾値および下限閾値とを比較し、その比較した結果に該当する電圧波形パターンの組合せを図１８および図２０から選出することにより、短絡故障した相とそのアームとが特定される。

［変更例］
図２１は、本実施の形態の変更例による短絡箇所の特定方法を説明するための図である。

図２１を参照して、Ｕ相１５、Ｖ相１６およびＷ相１７を構成するＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８には、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥ３〜ＶＣＥ８をそれぞれ検出するための電圧センサ２１〜２６が配される。電圧センサ２１〜２６の各々は、対応するＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥ３〜ＶＣＥ８を検出して図示しない制御装置３０内部の短絡箇所特定部３８Ａへ出力する。

短絡箇所特定部３８Ａは、電圧センサ２１〜２６からそれぞれコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥ３〜ＶＣＥ８を受けると、コレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥ３〜ＶＣＥ８の各々が所定の閾値電圧以上であるか否かを判定する。このとき、短絡箇所特定部３８Ａは、コレクタ−エミッタ電圧ＶＣＥ３〜ＶＣＥ８のいずれか（たとえばＶＣＥ３とする）が閾値電圧を所定の期間継続して下回ったと判定されたことに応じて、当該コレクタ−エミッタ電圧に対応するＩＧＢＴ素子（すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ３）が短絡故障していると判断する。したがって、本変更例に係る短絡箇所の特定方法によっても、複数相が短絡故障したときであっても、その短絡故障相と短絡故障アームとを特定することが可能となる。

なお、本発明の実施の形態２で述べた短絡箇所の特定方法は、実際には、図１２で示す一連のモータ駆動制御において、ステップＳ０３の“モータ電流による短絡箇所検出”の代替えとして実行されるものである。したがって、本発明の実施の形態２に係る特定方法により１相のみの短絡が判定されると、ステップＳ０６以降に示すモータ駆動制御が行なわれて車両の退避走行が確保されることとなる。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、インバータの異常検出時において、短絡故障アームの特定をより詳細に行なうことが可能となる。

［実施の形態３］
先の実施の形態２に係る短絡箇所の特定方法によれば、単相のみならず、複数相についても、各相に含まれる短絡故障アームを特定することが可能となる。これによれば、３相のうちのいずれか２相が短絡故障した場合であっても、以下に述べるように、残された正常な１相をスイッチング動作させることにより、インバータ１４を過熱から保護しながら、モータジェネレータＭＧ２を継続して駆動することが可能となる。

以下に、２相の短絡故障検出後におけるモータジェネレータＭＧ２の駆動制御について説明する。

図２２は、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御を説明するための図である。なお、図２２は、Ｕ相１５の上アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ３）およびＶ相１６の上アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ５）が短絡故障したことを前提としている。

図２２を参照して、Ｕ相１５およびＶ相１６の上アームがともに短絡故障したときには、短絡故障アームの対向アームであるＷ相１７の下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ８）をスイッチング動作させることによってモータジェネレータＭＧ２を駆動する。

詳細には、図２２に示すように、Ｗ相１７の下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ８）のみをオンした状態では、モータ電流Ｉｕの経路は、モータジェネレータＭＧ２のＷ相コイルからダイオードＤ７を介して電源ラインＶＬに至る経路Ｒｔ３から、Ｗ相コイルからＩＧＢＴ素子Ｑ８を介して接地ラインＧＬに至る経路Ｒｔ１３に切換えられる。同様に、モータ電流Ｉｖの経路は、モータジェネレータＭＧ２のＷ相コイルからダイオードＤ７を介して電源ラインＶＬに至る経路Ｒｔ４から、Ｗ相コイルからＩＧＢＴ素子Ｑ８を介して接地ラインＧＬに至る経路Ｒｔ１３に切換えられる。

これにより、Ｕ相１５およびＶ相１６の上アームとＷ相１７のダイオードＤ７との間に形成される閉回路において、ダイオードＤ７を通過するモータ電流Ｉｗが低減する。

図２３は、Ｕ相１５およびＶ相１６の上アームの対向アームであるＷ相１７の下アームをスイッチング動作させるための制御信号のタイミングチャートである。

図２３に示すように、Ｗ相１７の下アームは、所定のデューティ比でオン／オフされる。このように、Ｗ相１７の下アームがオン／オフされることにより、Ｗ相１７の中間点には、所定のデューティ比からなる矩形波状に電源電圧と接地電圧とに切換わる電圧波形が誘起される。この結果、モータジェネレータＭＧ２には、連続した交流電流が流れることになる。

以上に述べたように、短絡故障アームの対向アームをスイッチング動作させてモータジェネレータＭＧ２を駆動することにより、正常な相を通過する電流の増大を抑えながら、モータジェネレータＭＧ２を継続して駆動することが可能となる。したがって、インバータ１４を過熱から保護しながら、モータ駆動装置１００を搭載した車両の退避走行を確保することができる。

ここで、車両が退避走行に移行した後においては、走行距離を確保するために、制御装置３０は、モータジェネレータＭＧを低トルクおよび低回転数で駆動するように、インバータ１４を制御する。

このとき、上述したように、制御装置３０のインバータ用駆動信号変換部３４は、短絡箇所検出部３８Ａから信号ＤＥを受けると、キャリア周波数を、正常時のキャリア周波数ｆ１からインバータ異常検出時のキャリア周波数ｆ２に変更する。そして、インバータ用駆動信号変換部３４は、キャリア周波数ｆ２に変更されたキャリア信号を用いて図２３で示す対向アームをスイッチング制御するための信号ＤＲＶ２を生成し、その生成した信号ＤＲＶ２を対向アームのＩＧＢＴ素子へ出力する。

なお、図２３および図２３では、Ｕ相１５の上アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ３）およびＶ相１６の上アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ５）が短絡故障したときを一例として説明したが、他の例として、Ｕ相１５の上アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ３）およびＶ相１６の下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ６）が短絡故障したときには、Ｕ相１５の上アームの対向アームに該当するＷ相１７の下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ８）と、Ｖ相１６の下アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ６）の対向アームに該当するＷ相１７の上アーム（ＩＧＢＴ素子Ｑ７）とをスイッチング動作させることによりモータジェネレータＭＧ２を駆動する。

図２４は、この発明の実施の形態３によるモータ駆動制御を説明するためのフローチャートである。なお、図２４のフローチャートは、図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ０５で短絡故障した相が１相のみでないと判定されたときに実行される車両停止制御（ステップＳ１２）を、モータ駆動制御を実行するステップＳ０５１〜Ｓ１２に置き換えたものである。

詳細には、図２４を参照して、短絡箇所検出部３８Ａからの信号ＤＥにより短絡故障した相が１相のみでないと判定されると（ステップＳ０５で“Ｎｏ”）、動力伝達制御部４２およびインバータ用駆動信号変換部３４は、さらに、短絡故障した相が２相であるか否かを判定する（ステップＳ０５１）。そして、短絡故障した相が２相と判定されると、動力伝達制御部４２は、モータ回転数ＭＲＮ２が所定値ＭＲＮ＿ｓｔｄ以下に低下するのを待って（ステップＳ０６）、再びクラッチ５１を連結させる（ステップＳ０７）。これにより、車両はモータジェネレータＭＧ２を駆動力源とした退避走行に移行する。

また、インバータ用駆動信号変換部３４は、短絡故障した相が２相のみと判定されたことに応じて、キャリア信号のキャリア周波数を、正常時のキャリア周波数からインバータ異常検出時のキャリア周波数に変更する（ステップＳ０８）。

インバータ用駆動信号変換部３４は、モータ制御用相電圧演算部３２から受ける各相コイルの電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊、および変更されたキャリア周波数ｆｃを有するキャリア信号に基づいて、正常な１相における短絡故障アームの対向アームをスイッチング制御するための信号ＤＲＶ２を生成し、その生成した信号ＤＲＶ２をインバータ１４へ出力する（ステップＳ１０）。

この結果、インバータ１４の２相に短絡故障が発生した後においても、モータジェネレータＭＧ２の駆動制御が継続して行なわれ、車両の退避走行が確保される（ステップＳ１１）。

なお、ステップＳ０５１において短絡故障した相が３相全てであると判定されたときには、動力伝達制御部４２によるクラッチ５１の連結が行なわれず、通常の車両停止制御へと移行する（ステップＳ１２）。

以上のように、この発明の実施の形態３によれば、複数相の短絡故障が特定された場合であっても、少なくとも１相が正常である限りにおいて、特定された短絡故障アームの対向アームをスイッチング動作させてモータジェネレータの駆動を継続させることにより、正常な相に過電流が流れるのを防止しながら、車両の退避走行を確保することが可能となる。この結果、簡易かつ低廉な装置構成で、インバータ異常検出時のモータの安全性と出力性能とを両立させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、車両の駆動軸に連結されるモータを駆動するためのモータ駆動装置に利用することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両のモータジェネレータ制御に関する構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１によるモータ駆動装置の概略回路図である。図２の制御装置の機能ブロック図である。インバータの短絡故障したアームを特定する方法を説明するための図である。短絡故障したＵ相を流れるモータ電流の出力波形を示す図である。短絡故障した複数相を流れるモータ電流の出力波形を示す図である。モータジェネレータの駆動制御を説明するための図である。モータジェネレータの駆動制御を説明するための図である。Ｕ相の上アームの対向アームをスイッチング動作させるための制御信号のタイミングチャートである。Ｕ相の上アームが短絡故障したときに、Ｖ相およびＷ相をそれぞれ流れるモータ電流の出力波形を示す図である。この発明によるモータ駆動制御により各相を流れるモータ電流の出力波形を示す図である。この発明の実施の形態１によるモータ駆動制御を説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態２によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。図１３の制御装置の機能ブロック図である。モータジェネレータの各相間電圧の定義を説明するための図である。Ｗ相の上アームが短絡故障したときの各相間電圧の出力波形を示す図である。モータジェネレータの各相間電圧の波形パターンと短絡故障相および短絡故障アームとの関係を示す図である。複数相が短絡故障したときのモータジェネレータの各相間電圧の出力波形を示す図である。モータジェネレータの各相間電圧の波形パターンと短絡故障相および短絡故障アームとの関係を示す図である。モータジェネレータの各相間電圧の波形パターンと短絡故障相および短絡故障アームとの関係を示す図である。本実施の形態の変更例による短絡箇所の特定方法を説明するための図である。モータジェネレータの駆動制御を説明するための図である。Ｕ相およびＶ相の上アームの対向アームであるＷ相の下アームをスイッチング動作させるための制御信号のタイミングチャートである。この発明の実施の形態３によるモータ駆動制御を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０，１３，１８〜２６電圧センサ、１２昇圧コンバータ、１４，３１インバータ、１５Ｕ相、１６Ｖ相、１７Ｗ相、２４，２８電流センサ、３０制御装置、３２モータ制御用相電圧演算部、３４インバータ用駆動信号変換部、３６インバータ異常検出部、３８，３８Ａ短絡箇所検出部、４２動力伝達制御部、５１クラッチ、５２駆動軸、５３ディファレンシャルギヤ、５４車輪、１００，１００Ａモータ駆動装置、Ｂバッテリ、ＥＮＧエンジン、ＭＧ１，ＭＧ２モータジェネレータ、ＰＳＤ動力分割機構、ＲＤ減速機、ＳＲ１，ＳＲ２システムリレー、Ｌ１リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８ＩＧＢＴ素子、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、
ＶＬ電源ライン、ＳＬ接地ライン。

Claims

三相交流モータと、
第１および第２電源線へ直流電力を供給可能に設けられた電源と、
前記第１および第２電源線と前記三相交流モータとの間で電力変換を行なう電力変換装置と、
前記三相交流モータの出力が目標出力に一致するように前記電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
前記電力変換装置は、前記三相交流モータの第１相から第３相のコイルにそれぞれ接続される第１から第３の回路を含み、
前記第１から第３の回路の各々は、前記三相交流モータの各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有し、
前記制御装置は、
前記第１から第３の回路の中から短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出部と、
前記短絡検出部で短絡故障したスイッチング素子が検出されたことに応じて、前記短絡故障したスイッチング素子と前記接続点を介して対向して配置される少なくとも１つ以上のスイッチング素子のスイッチング動作により、前記三相交流モータの各相コイルを流れる電流を制御するモータ駆動制御部とを含む、モータ駆動装置。
前記モータ駆動制御部は、前記第１の回路の前記第１のスイッチング素子に短絡故障が検出されたことに応じて、前記第２および第３の回路の前記第２のスイッチング素子のスイッチング動作により前記三相交流モータの各相コイルを流れる電流を制御する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記短絡検出部は、前記三相交流モータの各相コイルを流れる電流の振幅に基づいて、前記短絡故障したスイッチング素子を検出する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
前記短絡検出部は、前記三相交流モータの前記第１相のコイルを流れる電流が、第１極性の方向に前記三相交流モータの定常運転時の振幅を超えてオフセットされたことに応じて、前記第１の回路の前記第１のスイッチング素子が短絡故障したと判定する、請求項３に記載のモータ駆動装置。
前記モータ駆動制御部は、各前記第１および前記第２の回路の前記第１のスイッチング素子に短絡故障が検出されたことに応じて、前記第３の回路の前記第２のスイッチング素子のスイッチング動作により前記三相交流モータの各相コイルを流れる電流を制御する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記モータ駆動制御部は、前記第１の回路の前記第１のスイッチング素子と前記第２の回路の前記第２のスイッチング素子とに短絡故障が検出されたことに応じて、前記第３の回路の前記第１および第２のスイッチング素子のスイッチング動作により前記三相交流モータの各相コイルを流れる電流を制御する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
前記短絡検出部は、前記三相交流モータの相間電圧の振幅に基づいて、前記短絡故障したスイッチング素子を検出する、請求項２、請求項５および請求項６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
前記短絡検出部は、前記定常運転時の前記三相交流モータの相間電圧の振幅に基づいて予め設定された所定の上限閾値および下限閾値を有し、各前記三相交流モータの相間電圧の振幅と前記上限閾値および下限閾値との大小関係に基づいて、前記短絡故障したスイッ
チング素子を検出する、請求項７に記載のモータ駆動装置。
前記短絡検出部は、各前記第１から第３の回路を構成する前記第１および第２のスイッチング素子の端子間電圧に基づいて、前記短絡故障したスイッチング素子を検出する、請求項２、請求項５および請求項６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
前記三相交流モータは、車両の駆動軸に連結される、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。