JP5699912B2

JP5699912B2 - Inverter for electric vehicle

Info

Publication number: JP5699912B2
Application number: JP2011253546A
Authority: JP
Inventors: 英司北野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: JP2013110839A

Description

本発明は、車輪駆動用の電動機（モータ）を備える電気自動車用のインバータに関する。本明細書における「電気自動車」には、燃料電池車、及び、車輪駆動用のモータとエンジンを共に備えるハイブリッド車も含まれる。 The present invention relates to an inverter for an electric vehicle provided with an electric motor (motor) for driving wheels. The “electric vehicle” in the present specification includes a fuel cell vehicle and a hybrid vehicle including both a wheel driving motor and an engine.

車輪駆動用のモータを備える電気自動車では、不具合が発生しても、可能な限りモータを駆動し、走行できることが好ましい。そうすれば、安全な場所まで車両を移動できるからである。特許文献１には、モータを駆動するインバータのスイッチング回路群の一つに不具合が生じ、交流３相出力のうち１相が制御不能となっても残り２相でモータを駆動することのできるインバータが開示されている。 In an electric vehicle including a wheel driving motor, it is preferable that the motor can be driven and driven as much as possible even if a problem occurs. This is because the vehicle can be moved to a safe place. Patent Document 1 discloses an inverter that can drive a motor with the remaining two phases even if one of the switching circuits of the inverter that drives the motor has a problem and one of the AC three-phase outputs becomes uncontrollable. Is disclosed.

特許文献１に開示された技術によると、インバータは、直流入力側（３相の交流電流を発生する６個のスイッチング回路群の入力側）にて正極線と負極線の間で直列に接続される２個のコンデンサを備えている。２個のコンデンサの接続点は「中性点」と呼ばれる。そして、そのインバータは、３相のアームのいずれかに不具合が発生した場合、不具合が発生したアームを中性点に接続し、残りの正常な２相でモータを駆動する。 According to the technique disclosed in Patent Document 1, the inverter is connected in series between the positive electrode line and the negative electrode line on the DC input side (the input side of the six switching circuit groups generating three-phase AC current). Two capacitors are provided. The connection point between the two capacitors is called the “neutral point”. When a failure occurs in any of the three-phase arms, the inverter connects the arm where the failure has occurred to a neutral point, and drives the motor with the remaining two normal phases.

特許文献１の技術を電気自動車に適用すると、インバータのＵＶＷ３相出力のうち１相が故障しても走行することが可能となる。 When the technique of Patent Document 1 is applied to an electric vehicle, it is possible to travel even if one phase of the inverter UVW three-phase output fails.

特開２００４−１２０８８３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-120883

特許文献１の技術では、故障した１相をインバータ入力側の中性点に接続する。中性点は、正極線と負極線の間に直列に接続された２個のコンデンサ間の接続点であるため、インバータの正常な残り２相の交流出力により、中性点の電圧（基準電位に対する中性点の電位）が変動してしまう。中性点の電圧が変動すると、正常な２相の交流出力（出力電流波形）が乱れ、モータの駆動効率が低下する。特許文献１では、中性点の電圧変動を考慮した補正をモータ駆動信号に加えることによって、中性点の電圧変動によるモータ駆動効率の低下を抑制している。 In the technique of Patent Document 1, one faulty phase is connected to a neutral point on the inverter input side. Since the neutral point is a connection point between two capacitors connected in series between the positive electrode line and the negative electrode line, the neutral point voltage (reference potential) is generated by the normal two-phase AC output of the inverter. The potential of the neutral point) with respect to. When the voltage at the neutral point fluctuates, normal two-phase AC output (output current waveform) is disturbed, and the drive efficiency of the motor is reduced. In Patent Document 1, a reduction in motor driving efficiency due to voltage fluctuation at the neutral point is suppressed by adding correction considering the voltage fluctuation at the neutral point to the motor driving signal.

本明細書は、直接に中性点の電圧変動を抑制することにより、特許文献１のようにモータ駆動信号に特別な補正を加えることなく、モータ駆動効率低下を抑制することのできる技術を提供する。 The present specification provides a technique capable of suppressing a decrease in motor driving efficiency without adding a special correction to a motor driving signal as in Patent Document 1 by directly suppressing a voltage fluctuation at a neutral point. To do.

本明細書が開示するインバータは、バッテリの直流電力を交流電力に変換して車輪駆動用モータに供給する装置である。そのインバータは、３相の交流電流を発生する６個のスイッチング回路群の入力側にて正極線と負極線の間に直列に接続されている第１及び第２コンデンサを備えている。スイッチング回路とは、例えば、ＩＧＢＴなどのトランジスタである。スイッチング回路群は、３相交流電流を出力するインバータの主回路に相当する。なお、スイッチング回路にはトランジスタに加え、他の要素、例えば、トランジスタと逆並列に接続される還流ダイオードなどが付随していてもよい。また、第１及び第２コンデンサは、容量が等しいことが好ましい。インバータはさらに、モータから出ているＵＶＷ３相の各モータ線の接続先を切り換えるリレーを備える、そのリレーは、各モータ線の夫々の接続先を、個別に、インバータの対応する出力端（ＵＶＷ各相の出力端）から第１及び第２コンデンサの間の接続点（中性点）へと切り換える。リレーは、通常はモータ線をインバータ出力端に接続している。 The inverter disclosed in the present specification is a device that converts DC power of a battery into AC power and supplies it to a wheel driving motor. The inverter includes first and second capacitors connected in series between a positive electrode line and a negative electrode line on the input side of six switching circuit groups that generate a three-phase alternating current. The switching circuit is, for example, a transistor such as an IGBT. The switching circuit group corresponds to a main circuit of an inverter that outputs a three-phase alternating current. In addition to the transistor, the switching circuit may be accompanied by other elements such as a freewheeling diode connected in reverse parallel to the transistor. The first and second capacitors preferably have the same capacity. The inverter further includes a relay for switching the connection destination of each UVW three-phase motor wire coming out of the motor. The relay individually connects each connection destination of each motor wire to the corresponding output terminal (UVW each of the inverters). Switch from the phase output end) to the connection point (neutral point) between the first and second capacitors. The relay usually has a motor wire connected to the inverter output terminal.

本明細書が開示するインバータのコントローラは、スイッチング回路群のいずれかが故障した場合、モータのＵＶＷ３相の各モータ線のうち故障したスイッチング素子に接続されているモータ線の接続先を中性点へ切り換えるようにリレーを制御するとともに、２相でモータを駆動するための所定の駆動信号を故障していないスイッチング素子に与える。なお、モータがＰＷＭ駆動タイプの場合は、モータへの駆動信号はＰＷＭ信号となる。モータがＰＡＭ駆動タイプの場合は、駆動信号はＰＡＭ信号となる。２相でモータを駆動するための駆動信号の一例（ＰＷＭタイプの場合）は、特許文献１を参照されたい。 In the inverter controller disclosed in this specification, when any of the switching circuit groups fails, the connection destination of the motor wire connected to the failed switching element among the motor wires of the UVW three-phase motor is neutral. The relay is controlled so as to switch to, and a predetermined drive signal for driving the motor in two phases is given to a switching element that has not failed. When the motor is a PWM drive type, the drive signal to the motor is a PWM signal. When the motor is a PAM drive type, the drive signal is a PAM signal. For an example of a drive signal for driving a motor in two phases (in the case of a PWM type), refer to Patent Document 1.

そして、本明細書が開示するインバータはさらに、電力調整回路を備える。電力調整回路は、２個の入力端と３個の出力端を備える。その入力端はバッテリに接続されており、３個の出力端は、正極線、負極線、及び、中性点に接続されている。その電力調整回路は、第１コンデンサ両端電圧と第２コンデンサ両端電圧との電圧差が予め定められた電圧差許容範囲を超えた場合に、その電圧差を電圧差許容範囲に戻す。第１と第２コンデンサの容量が等しい場合には、電力調整回路は、両コンデンサの分圧が等しくなるように動作する。上記のインバータは、正常な残りの２相が交流電流を出力しても電力調整回路が中性点の電位（基準電位に対する電位）を維持するので、モータの効率が低下しない。 The inverter disclosed in this specification further includes a power adjustment circuit. The power adjustment circuit includes two input terminals and three output terminals. The input end is connected to a battery, and the three output ends are connected to a positive electrode line, a negative electrode line, and a neutral point. When the voltage difference between the voltage across the first capacitor and the voltage across the second capacitor exceeds a predetermined voltage difference allowable range, the power adjustment circuit returns the voltage difference to the voltage difference allowable range. When the capacities of the first and second capacitors are equal, the power adjustment circuit operates so that the divided voltages of both capacitors are equal. In the above inverter, even if the remaining two normal phases output an alternating current, the power adjustment circuit maintains the neutral point potential (potential with respect to the reference potential), so that the motor efficiency does not decrease.

電力調整回路の一例は次の通りである。電力調整回路は、バッテリの正極をインバータの正極線に接続するとともにバッテリの負極をインバータの負極線に接続する。そして、正極線と負極線の間に２個のスイッチング回路が直列に接続されている。２個のスイッチング回路の中間点がリアクトルを介して中性点に接続している。 An example of the power adjustment circuit is as follows. The power adjustment circuit connects the positive electrode of the battery to the positive electrode line of the inverter and connects the negative electrode of the battery to the negative electrode line of the inverter. Two switching circuits are connected in series between the positive electrode line and the negative electrode line. The midpoint of the two switching circuits is connected to the neutral point via the reactor.

ところで、自動車の走行中にインバータ出力の１相に不具合が発生し、３相による制御から２相の制御に切り換える際、モータが回転中であるため、逆起電力が発生している。このとき、インバータの上アームのスイッチング回路が短絡故障（スイッチング回路がＯＮしたまま動かなくなる状態）を起こしていると、バッテリからの電流も加わり、不具合を生じた相に大きな電流が流れる。従って、モータ線の接続先を切り換えるリレーには、大電流に耐えられるだけの容量が要求される。容量が小さいと、切換時にアークが発生しリレーが損傷する虞がある。モータ駆動用のバッテリは大出力であり、さらに、車輪駆動用のモータは大出力タイプであるため逆起電力も大きい。そのため、想定し得る最大電流に耐え得る容量のリレーを採用するとコストが嵩む。そこで、故障した相のリレー切換時に大電流が流れないように、コントローラは次の通りに動作することが好ましい。即ち、コントローラは、スイッチング回路の故障が開放故障の場合は直ちにリレー切換信号を出力する。なお、開放故障とは、典型的には、断線、あるいは、スイッチング素子がＯＦＦのままの状態となることである。開放故障の場合は故障したアームには電流は流れないので直ちにリレーを切り換えてもよい。他方、短絡故障の場合、コントローラは、故障していないスイッチング回路の全てをＯＮ状態に保持した後、短絡故障したスイッチング素子に流れる電流を計測する。スイッチング素子に流れる電流は、逆起電力に起因する交流成分（誘導電流成分）を有している。コントローラは、交流成分の経時変化を計測し、そのゼロクロスタイミングを特定する。そしてコントローラは、実際にリレーが切り換わるタイミングが誘導電流のゼロクロスタイミングに一致するようにリレー切換信号を出力する。別言すれば、コントローラは、リレー切換信号を出力してから実際にリレーが駆動するまでの遅延時間を考慮し、誘導電流のゼロクロスタイミングよりも遅延時間だけ先行するタイミングでリレー切換信号を出力する。そのような処理を行うことで、リレーが切り換わった際に大電流がリレーに流れることが防止できる。逆にいえば、容量の小さいリレーを採用することができる。 By the way, a malfunction occurs in one phase of the inverter output during traveling of the automobile, and when switching from the three-phase control to the two-phase control, the motor is rotating, and thus back electromotive force is generated. At this time, if the switching circuit of the upper arm of the inverter has a short-circuit fault (a state in which the switching circuit does not move with the switching circuit turned on), a current from the battery is also added, and a large current flows in the phase in which the malfunction occurred. Accordingly, a relay that switches the connection destination of the motor line is required to have a capacity that can withstand a large current. If the capacity is small, an arc may occur at the time of switching and the relay may be damaged. The battery for driving the motor has a large output, and the motor for driving the wheel is a large output type, so that the back electromotive force is large. Therefore, if a relay having a capacity that can withstand the maximum current that can be assumed is employed, the cost increases. Therefore, it is preferable that the controller operates as follows so that a large current does not flow when the relay of the failed phase is switched. That is, the controller immediately outputs a relay switching signal when the failure of the switching circuit is an open failure. The open failure is typically a disconnection or a state where the switching element remains OFF. In the case of an open failure, no current flows through the failed arm, so the relay may be switched immediately. On the other hand, in the case of a short-circuit failure, the controller measures the current flowing through the short-circuited switching element after holding all the non-failed switching circuits in the ON state. The current flowing through the switching element has an AC component (inductive current component) due to the back electromotive force. The controller measures the change over time of the AC component and specifies the zero cross timing. Then, the controller outputs a relay switching signal so that the timing at which the relay is actually switched coincides with the zero cross timing of the induced current. In other words, the controller considers the delay time from when the relay switching signal is output until the relay is actually driven, and outputs the relay switching signal at a timing preceding the zero cross timing of the induced current by the delay time. . By performing such processing, it is possible to prevent a large current from flowing through the relay when the relay is switched. Conversely, a relay with a small capacity can be employed.

遅延時間を考慮するコントローラの好適な一例は次の通りである。インバータはリレーを駆動する電圧を計測する電圧センサを備え、コントローラは、電圧センサによって計測された電圧に基づいて、リレー切換信号出力から実際にリレーが切り換わるまでの遅延時間を特定する。そしてコントローラは、特定した遅延時間に基づいて、実際にリレーが切り換わるタイミングが誘導電流のゼロクロスタイミングに一致するようにリレー切換信号を出力する。 A preferred example of a controller that considers the delay time is as follows. The inverter includes a voltage sensor that measures a voltage for driving the relay, and the controller specifies a delay time from the relay switching signal output until the relay is actually switched based on the voltage measured by the voltage sensor. Based on the specified delay time, the controller outputs a relay switching signal so that the timing at which the relay actually switches matches the zero cross timing of the induced current.

本明細書が開示する技術の一つは、３相出力のうちの１相に不具合が生じて残り２相でモータを駆動する際、モータ駆動効率低下を抑制する。また、本明細書が開示する技術の他の一つは、故障したアームに相当するモータ線の接続先を中性点に切り換える際にリレーに大きな電流が流れることを防止する。 One of the technologies disclosed in this specification suppresses a decrease in motor drive efficiency when a problem occurs in one phase of the three-phase outputs and the motor is driven with the remaining two phases. Further, another technique disclosed in the present specification prevents a large current from flowing through the relay when the connection destination of the motor wire corresponding to the failed arm is switched to the neutral point.

実施例のインバータの回路図である。It is a circuit diagram of the inverter of an Example. 故障を検知したときにコントローラが実行する処理のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the process which a controller performs when a failure is detected. 大電流が流れていないときにリレーを切り換える処理のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the process which switches a relay when the heavy current is not flowing. Ｕ相上アーム短絡故障時の各相に流れる電流波形のグラフである（他のスイッチング回路はＯＦＦ状態）It is a graph of the current waveform which flows into each phase at the time of a U-phase upper arm short circuit fault (other switching circuits are in an OFF state) Ｕ相上アーム短絡故障時の各相に流れる電流波形のグラフである（全てのスイッチング回路がＯＮ状態）It is a graph of the current waveform which flows into each phase at the time of U-phase upper arm short circuit failure (all switching circuits are in ON state) 電流波形とリレー切換信号と実際のリレー動作の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an electric current waveform, a relay switching signal, and actual relay operation | movement. 大電流が流れていないときにリレーを切り換える処理のフローチャート図である（変形例）。It is a flowchart figure of the process which switches a relay when the heavy current is not flowing (modified example). リレーを駆動する励磁電圧と遅延時間の関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the excitation voltage which drives a relay, and delay time.

図１に、実施例に係るインバータ１００の回路図を示す。インバータ１００は、電気自動車に搭載され、バッテリ９の直流電力を使って車輪駆動用のモータ６に交流電力を供給する装置である。インバータ１００は、電力調整回路３、インバータ主回路４、リレー回路５、２個のコンデンサ（第１コンデンサＣｐ、第２コンデンサＣｎ）、及び、コントローラ２を主たる構成要素として備える。その他、インバータ１００は、電圧センサ１２と電流センサ１３を備える。 FIG. 1 shows a circuit diagram of an inverter 100 according to the embodiment. The inverter 100 is a device that is mounted on an electric vehicle and supplies AC power to the wheel driving motor 6 using the DC power of the battery 9. The inverter 100 includes a power adjustment circuit 3, an inverter main circuit 4, a relay circuit 5, two capacitors (a first capacitor Cp and a second capacitor Cn), and a controller 2 as main components. In addition, the inverter 100 includes a voltage sensor 12 and a current sensor 13.

インバータ１００の回路構成を詳しく説明する。インバータ主回路４は、６個のスイッチング回路Ｓｗ１〜Ｓｗ６で構成される。即ち、ここでは、バッテリ９の直流電力から３相の交流電力を発生する６個のスイッチング回路群をインバータ主回路４と称している。各スイッチング回路Ｓｗ１〜Ｓｗ６は、ＩＧＢＴとダイオード（還流ダイオード）が逆並列に接続された回路構成を有している。なお、電流許容値の小さいＩＧＢＴで大電流を許容するスイッチング回路を構成するために、複数のＩＧＢＴを並列につないで一つのスイッチング回路を構成することもある。 The circuit configuration of the inverter 100 will be described in detail. The inverter main circuit 4 includes six switching circuits Sw1 to Sw6. That is, here, six switching circuit groups that generate three-phase AC power from the DC power of the battery 9 are referred to as the inverter main circuit 4. Each of the switching circuits Sw1 to Sw6 has a circuit configuration in which an IGBT and a diode (freewheeling diode) are connected in antiparallel. In order to configure a switching circuit that allows a large current with an IGBT having a small allowable current value, a single switching circuit may be configured by connecting a plurality of IGBTs in parallel.

インバータ主回路４では、２個のスイッチング回路が直列に接続された組が３組並列に接続されており、直列の２個のスイッチング回路の接続点からモータへインバータ出力線が伸びている。インバータ主回路４の出力は、ＵＶＷの３本であり、その３本の出力線は、リレー回路５を通じてモータのＵＶＷ各線（モータ線１４）に接続されている。３本の出力線の夫々と、その出力線に対応するスイッチング回路の組は「アーム」と呼ばれる。 In the inverter main circuit 4, three sets in which two switching circuits are connected in series are connected in parallel, and an inverter output line extends from the connection point of the two switching circuits in series to the motor. The outputs of the inverter main circuit 4 are three UVWs, and the three output lines are connected to each UVW line (motor line 14) of the motor through the relay circuit 5. Each of the three output lines and a set of switching circuits corresponding to the output lines are called “arms”.

リレー回路５は、モータから出ているＵＶＷ３相の各モータ線１４の接続先を、インバータの対応する出力端から中性点Ｎｐ（後述）へ切り換えるためのスイッチである。リレー回路５は、３個のリレー５ａ、５ｂ、及び、５ｃで構成され、モータ線１４の各線の接続先を個別に、インバータ出力から中性点へ切り換えることができる。どのリレーを切り換えるかは、コントローラ２が指令する。各リレーは電力が供給されていない状態ではモータ線１４をインバータの出力線に接続しており、リレーのコイルに所定の電圧を加えるとモータ線の接続先を中性点Ｎｐに切り換える。 The relay circuit 5 is a switch for switching the connection destination of each UVW three-phase motor wire 14 coming out of the motor from a corresponding output end of the inverter to a neutral point Np (described later). The relay circuit 5 includes three relays 5a, 5b, and 5c, and the connection destination of each line of the motor line 14 can be individually switched from the inverter output to the neutral point. The controller 2 instructs which relay to switch. Each relay connects the motor line 14 to the output line of the inverter when power is not supplied. When a predetermined voltage is applied to the coil of the relay, the connection destination of the motor line is switched to the neutral point Np.

リレー回路５には電圧センサ１２が備えられている。この電圧センサ１２は、リレー駆動時にリレーの電磁石コイルに供給される電圧（励磁電圧）を計測するために設けられている。なお、電圧センサ１２は、本実施例の変形例を説明するために図１に描いてある。 The relay circuit 5 is provided with a voltage sensor 12. The voltage sensor 12 is provided for measuring a voltage (excitation voltage) supplied to the electromagnetic coil of the relay when the relay is driven. The voltage sensor 12 is illustrated in FIG. 1 for explaining a modification of the present embodiment.

その他、センサとして、モータ線１４各線に流れる電流を計測する電流センサ１３と、モータの回転数を計測する回転数センサ１５が備えられている。電圧センサ１２、電流センサ１３、及び、回転数センサ１５のセンサデータはコントローラ２に送られる。また、図示を省略しているが、インバータ１００には、第１コンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐと第２コンデンサＣｎの両端電圧Ｖｃｎを計測する電圧センサも備えられている。 In addition, a current sensor 13 that measures the current flowing through each line of the motor line 14 and a rotation speed sensor 15 that measures the rotation speed of the motor are provided as sensors. The sensor data of the voltage sensor 12, the current sensor 13, and the rotation speed sensor 15 are sent to the controller 2. Although not shown, the inverter 100 is also provided with a voltage sensor that measures the voltage Vcp across the first capacitor Cp and the voltage Vcn across the second capacitor Cn.

インバータ主回路４の入力端は、電力調整回路３を通じてバッテリ９に接続されている。図１では、バッテリ９の上側の線が正極線１０ａであり、下側の線が負極線１０ｂである。 The input terminal of the inverter main circuit 4 is connected to the battery 9 through the power adjustment circuit 3. In FIG. 1, the upper line of the battery 9 is the positive electrode line 10a, and the lower line is the negative electrode line 10b.

インバータ主回路４の入力側（スイッチング回路群の入力側）において正極線と負極線の間に２個のコンデンサＣｐとＣｎが直列に接続されている。２個のコンデンサＣｐとＣｎの容量は等しい。この２個のコンデンサＣｐ、Ｃｎは、スイッチング回路群（インバータ主回路４）のスイッチング動作の影響による入力電流の脈動を抑制するために挿入されている。そのため、このコンデンサＣｐ、Ｃｎは、平滑化コンデンサと呼ばれることがある。 On the input side of the inverter main circuit 4 (input side of the switching circuit group), two capacitors Cp and Cn are connected in series between the positive electrode line and the negative electrode line. The capacitances of the two capacitors Cp and Cn are equal. These two capacitors Cp and Cn are inserted in order to suppress the pulsation of the input current due to the influence of the switching operation of the switching circuit group (inverter main circuit 4). Therefore, the capacitors Cp and Cn are sometimes called smoothing capacitors.

２個のコンデンサＣｐ、Ｃｎの接続点が中性点Ｎｐに相当する。２個のコンデンサＣｐ、Ｃｎの容量は等しいため、インバータ主回路４が動作していない状態では、中性点Ｎｐの電位は、バッテリ９の電圧の半分である。他方、インバータ主回路４の出力側からみると、中性点Ｎｐの電位は、インバータ主回路４が出力する交流電圧における平均電圧に相当する。 A connection point between the two capacitors Cp and Cn corresponds to the neutral point Np. Since the two capacitors Cp and Cn have the same capacity, the potential of the neutral point Np is half of the voltage of the battery 9 when the inverter main circuit 4 is not operating. On the other hand, when viewed from the output side of the inverter main circuit 4, the potential at the neutral point Np corresponds to the average voltage in the AC voltage output from the inverter main circuit 4.

電力調整回路３が、コンデンサＣｐ、Ｃｎとバッテリ９の間に接続されている。電力調整回路３の入力端がバッテリ９に接続されており、３個の出力端が正極線１０ａ、負極線１０ｂ、及び、中性点Ｎｐに接続されている。より詳しくは、電力調整回路３は、２個のスイッチング回路ＳｗａとＳｗｂ、及び、リアクトルＬで構成されている。スイッチング回路Ｓｗａ、Ｓｗｂはともに、インバータ主回路４内のスイッチング回路と構成は同じであり、ＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路で構成されている。２個のスイッチング回路ＳｗａとＳｗｂは、バッテリ９の正極線１０ａと負極線１０ｂの間に直列に接続されている。２個のスイッチング回路ＳｗａとＳｗｂの接続点ＭｐがリアクトルＬの一端に接続しており、そのリアクトルＬの他端が中性点Ｎｐに接続している。 The power adjustment circuit 3 is connected between the capacitors Cp and Cn and the battery 9. The input terminal of the power adjustment circuit 3 is connected to the battery 9, and the three output terminals are connected to the positive electrode line 10a, the negative electrode line 10b, and the neutral point Np. More specifically, the power adjustment circuit 3 includes two switching circuits Swa and Swb and a reactor L. Both the switching circuits Swa and Swb have the same configuration as the switching circuit in the inverter main circuit 4, and are configured by an antiparallel circuit of IGBT and diode. The two switching circuits Swa and Swb are connected in series between the positive electrode line 10 a and the negative electrode line 10 b of the battery 9. A connection point Mp between the two switching circuits Swa and Swb is connected to one end of the reactor L, and the other end of the reactor L is connected to the neutral point Np.

電力調整回路３は、インバータ主回路４の３相出力のうち１相に不具合が生じ、残り２相でモータを駆動する際にモータ駆動効率が低下することを防止する。その機能を説明する。コントローラ２は、インバータ主回路４のいずれかのスイッチング回路が故障し、ＵＶＷ３相のうち１相に不具合が発生すると、不具合が発生したインバータ出力に接続されているモータ線の接続先を中性点に切り換え、残りの正常な２相で交流電力をモータ６に供給し、モータ６を駆動する。正常な２相は切り換えられたリレーを介して中性点と繋がるから、正常な２相に流れる交流電力の影響で中性点の電位が変動する。逆に、電流の下流側である中性点の電位が変化すると、モータ６に流れる交流電流の波形が乱れるのでモータの駆動効率が低下する。そこで、電力調整回路３が中性点の電位を一定に保持するように動作し、モータの駆動率の低下を防止する。 The power adjustment circuit 3 prevents a problem in one phase of the three-phase output of the inverter main circuit 4 and prevents the motor drive efficiency from being lowered when driving the motor with the remaining two phases. The function will be described. When one of the switching circuits of the inverter main circuit 4 fails and a failure occurs in one of the UVW three phases, the controller 2 sets the connection destination of the motor line connected to the inverter output where the failure occurs to a neutral point. Then, AC power is supplied to the motor 6 in the remaining two normal phases, and the motor 6 is driven. Since the normal two phases are connected to the neutral point via the switched relay, the neutral point potential fluctuates due to the influence of the AC power flowing in the normal two phases. Conversely, if the potential at the neutral point on the downstream side of the current changes, the waveform of the alternating current flowing through the motor 6 is disturbed, and the drive efficiency of the motor decreases. Therefore, the power adjustment circuit 3 operates so as to keep the neutral point potential constant, thereby preventing a reduction in the driving rate of the motor.

電力調整回路３は、コンデンサＣｐとＣｎのそれぞれの両端電圧の差に応じて動作する。また、電力調整回路３はコントローラ２によって制御される。電力調整回路３の動作を概説する。なお、コンデンサＣｐの両端電圧を「Ｖｃｐ」で表し、コンデンサＣｎの両端電圧を「Ｖｃｎ」と表す。図示を省略しているが、コンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐを計測する電圧センサとコンデンサＣｎの両端電圧Ｖｃｎを計測する電圧センサが備えられており、それら電圧センサのデータもコントローラ２に送られる。例えば、Ｖｃｐ＞Ｖｃｎの場合、コントローラ２は、図１の上側のスイッチング回路ＳｗａをＯＮにする（下側のスイッチング回路ＳｗｂはＯＦＦに維持する）。そうすると、第１コンデンサＣｐに蓄えられた電荷がスイッチング回路Ｓｗａを通じて流れ、リアクトルＬに電気エネルギが蓄積される。コントローラ２が上側のスイッチング回路ＳｗａをＯＦＦに切り換えると、下側スイッチング回路Ｓｗｂに挿入された還流ダイオードの働きにより、リアクトルＬに蓄積された電気エネルギは、第２コンデンサＣｎへと移る。コントローラ２は、スイッチング回路ＳｗａのＯＮ時間を調整することで、第１コンデンサＣｐから第２コンデンサＣｎへ移す電荷量を調整できる。こうして、第１コンデンサＣｐの電荷が第２コンデンサＣｎに移動し、電圧差が是正される。即ち、コンデンサＣｐに蓄えられた容量とＣｎに蓄えられた容量のアンバランスが解消し、２個のコンデンサの分圧ＶｃｐとＶｃｎがほぼ等しく保たれる。Ｖｃｐ＜Ｖｃｎの場合も同様である。なお、２個のコンデンサの分圧ＶｃｐとＶｃｎは完全に等しくなくともよく、電力調整回路３は、電圧差｜Ｖｃｐ−Ｖｃｎ｜を所定の電圧差許容範囲Ｖｔｈに維持できればよい。即ち、電圧調整回路３は、電圧差｜Ｖｃｐ−Ｖｃｎ｜が予め定められた電圧差許容範囲Ｖｔｈを超えた場合に、その電圧差を電圧差許容範囲Ｖｔｈに戻すように動作する。電圧差許容範囲Ｖｔｈは、コンデンサの容量や、電圧差の大きさに対するモータの出力低下の程度など、個々の車両システムの特性に応じて予め定めればよい。 The power adjustment circuit 3 operates according to the difference between the voltages at both ends of the capacitors Cp and Cn. The power adjustment circuit 3 is controlled by the controller 2. The operation of the power adjustment circuit 3 will be outlined. The voltage across the capacitor Cp is represented by “Vcp”, and the voltage across the capacitor Cn is represented by “Vcn”. Although not shown, a voltage sensor for measuring the voltage Vcp across the capacitor Cp and a voltage sensor for measuring the voltage Vcn across the capacitor Cn are provided, and data of these voltage sensors are also sent to the controller 2. For example, in the case of Vcp> Vcn, the controller 2 turns on the upper switching circuit Swa in FIG. 1 (the lower switching circuit Swb is kept off). Then, the electric charge stored in the first capacitor Cp flows through the switching circuit Swa, and electric energy is stored in the reactor L. When the controller 2 switches the upper switching circuit Swa to OFF, the electrical energy accumulated in the reactor L is transferred to the second capacitor Cn by the action of the freewheeling diode inserted in the lower switching circuit Swb. The controller 2 can adjust the amount of charge transferred from the first capacitor Cp to the second capacitor Cn by adjusting the ON time of the switching circuit Swa. Thus, the charge of the first capacitor Cp moves to the second capacitor Cn, and the voltage difference is corrected. In other words, the unbalance between the capacity stored in the capacitor Cp and the capacity stored in Cn is eliminated, and the divided voltages Vcp and Vcn of the two capacitors are kept substantially equal. The same applies to the case of Vcp <Vcn. The divided voltages Vcp and Vcn of the two capacitors may not be completely equal, and the power adjustment circuit 3 only needs to maintain the voltage difference | Vcp−Vcn | within a predetermined voltage difference allowable range Vth. That is, when the voltage difference | Vcp−Vcn | exceeds a predetermined voltage difference allowable range Vth, the voltage adjustment circuit 3 operates to return the voltage difference to the voltage difference allowable range Vth. The allowable voltage difference range Vth may be determined in advance according to the characteristics of the individual vehicle system, such as the capacitance of the capacitor and the degree of motor output reduction with respect to the magnitude of the voltage difference.

次に、交流電力を発生するインバータ主回路４のスイッチング回路に故障が発生した場合の処理を詳しく説明する。図２に、いずれかのスイッチング回路に故障が発生した場合にコントローラ２が実行する処理のフローチャート図を示す。なお、故障の検知は、例えば、モータの回転数の脈動や、電流センサ１３のセンサデータから検知することができる。コントローラ２は、モータ回転数の脈動幅（振幅）が所定の振幅上限値を超えた場合、あるいは、ＵＶＷ３相のいずれかの相（アーム）に流れる電流が所定の電流範囲を外れた場合に、故障が発生したと判断する。あるいは、各スイッチング回路に故障検知器（具体的には例えば温度センサ）が備えられていてもよい。 Next, a process when a failure occurs in the switching circuit of the inverter main circuit 4 that generates AC power will be described in detail. FIG. 2 shows a flowchart of processing executed by the controller 2 when a failure occurs in any of the switching circuits. The failure can be detected from, for example, pulsation of the rotation speed of the motor or sensor data of the current sensor 13. When the pulsation width (amplitude) of the motor rotational speed exceeds a predetermined amplitude upper limit value, or when the current flowing in any phase (arm) of the UVW3 phase is out of the predetermined current range, the controller 2 Judge that a failure has occurred. Alternatively, each switching circuit may be provided with a failure detector (specifically, for example, a temperature sensor).

コントローラ２は、スイッチング回路群のいずれかのスイッチング回路に故障を検知すると（３相のうちの１相が制御不能となると）、リレー回路５の３個のリレーのうち、制御不能の相のリレーを切り換え、その相のモータ線を中性点Ｎｐに接続する（Ｓ２）。次にコントローラ２は、正常な残り２つの相を使ってモータを駆動する（Ｓ３）。なお、３相のうちの２相でモータを駆動する制御については、例えば、特開２００４−１２０８８３号公報（特許文献１）、特開２００８−０６７４２９号公報、あるいは特開２００４−０２８００７号公報などに開示された方法を採用すればよいので、ここでは詳しい説明は省略する。 When the controller 2 detects a failure in any of the switching circuits in the switching circuit group (when one of the three phases becomes uncontrollable), the relay of the uncontrollable phase among the three relays of the relay circuit 5 And the motor wire of the phase is connected to the neutral point Np (S2). Next, the controller 2 drives the motor using the remaining two normal phases (S3). Regarding the control for driving the motor in two of the three phases, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-120883 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-067429, or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-028007. Therefore, the detailed description is omitted here.

コントローラ２は、車両が停止するまで、２相によるモータ制御を行う（Ｓ４：ＮＯ）。コントローラ２は、第１コンデンサＣｐの両端電圧Ｖｃｐと第２コンデンサＣｎの両端電圧Ｖｃｎの電圧差ｄＶ＝｜Ｖｃｐ−Ｖｃｎ｜が所定の電圧差許容範囲Ｖｔｈ内であるか否かを監視する（Ｓ５）。電圧差ｄＶが電圧差許容範囲Ｖｔｈであれば、コントローラ２は、そのまま２相でのモータ制御を続行する（Ｓ５：ＹＥＳ、Ｓ３）。他方、電圧差ｄＶが電圧差許容範囲Ｖｔｈを外れている場合、コントローラ２は、電力調整回路３を駆動し、電圧差ｄＶを小さくする（Ｓ５：ＮＯ、Ｓ６）。電力調整回路の動作については前述したとおりである。 The controller 2 performs two-phase motor control until the vehicle stops (S4: NO). The controller 2 monitors whether or not the voltage difference dV = | Vcp−Vcn | between the voltage Vcp across the first capacitor Cp and the voltage Vcn across the second capacitor Cn is within a predetermined voltage difference allowable range Vth (S5). ). If the voltage difference dV is the voltage difference allowable range Vth, the controller 2 continues the motor control in two phases as it is (S5: YES, S3). On the other hand, when the voltage difference dV is outside the voltage difference allowable range Vth, the controller 2 drives the power adjustment circuit 3 to reduce the voltage difference dV (S5: NO, S6). The operation of the power adjustment circuit is as described above.

電力調整回路３の働きによって、電圧差ｄＶが電圧差許容範囲Ｖｔｈに収まれば、コントローラ２は、２相でのモータ制御を続行する（Ｓ７：ＹＥＳ、Ｓ３）。他方、電力調整回路３によっても電圧差ｄＶが電圧差許容範囲Ｖｔｈに収まらない場合、コントローラ２は、インバータの出力（正常な２相の出力電流の大きさ）を制限する（Ｓ８）。インバータの出力を制限すれば、中性点Ｎｐの電位の変動も小さくなり、電圧差ｄＶが小さくなるからである。 If the voltage difference dV is within the voltage difference allowable range Vth by the action of the power adjustment circuit 3, the controller 2 continues the motor control in two phases (S7: YES, S3). On the other hand, if the voltage difference dV does not fall within the voltage difference allowable range Vth even by the power adjustment circuit 3, the controller 2 limits the output of the inverter (normal two-phase output current magnitude) (S8). This is because if the output of the inverter is limited, the fluctuation of the potential at the neutral point Np is also reduced, and the voltage difference dV is reduced.

以上の処理により、インバータ１００は、３相のうちの１相が制御不能になっても、正常な２相の出力によりモータ６を駆動し続けることができる。３相のうちの２相でモータを駆動するので本来のトルクを出力することはできないが、車両をゆっくり走行する程度のトルクは出力することができる。低速であっても車両を動かすことができれば、安全な場所まで移動できる。インバータ１００は、電力調整回路３の働きにより、２相でモータを駆動する際、中性点の電位変動を抑制し、モータを可能な限り効率良く駆動することができる。 With the above processing, the inverter 100 can continue to drive the motor 6 with the normal two-phase output even if one of the three phases becomes uncontrollable. Since the motor is driven by two of the three phases, the original torque cannot be output, but a torque that allows the vehicle to travel slowly can be output. If the vehicle can be moved even at low speeds, it can be moved to a safe place. The inverter 100 can drive the motor as efficiently as possible by suppressing the potential fluctuation at the neutral point when the motor is driven in two phases by the action of the power adjustment circuit 3.

車両の走行中、即ち、モータ６が車軸側から駆動されていると、逆起電力が発生し、モータ線１４に逆起電力による交流電流（誘導電流）が流れる。このとき、上アームのスイッチング回路（図１のＳｗ１、Ｓｗ３、Ｓｗ５のいずれか）が短絡故障（スイッチング回路がＯＮのまま動かなくなった状態）を起こした場合は、バッテリ９からも電流が流れるので、故障した相には大きな電流が流れることになる。そのため、モータの回転中にリレー回路５を切り換えると、切り換えたリレーが損傷する虞がある。例えば大電流が流れている最中にリレーを切り換えるとアークが発生し、接点が焼け付く可能性がある。損傷を避けるために容量の大きいリレーを採用するとコストが嵩む。次に、リレー切換時に流れる電流を抑制する技術について説明する。 When the vehicle is traveling, that is, when the motor 6 is driven from the axle side, a counter electromotive force is generated, and an alternating current (inductive current) due to the counter electromotive force flows through the motor line 14. At this time, if the switching circuit of the upper arm (any of Sw1, Sw3, and Sw5 in FIG. 1) causes a short-circuit fault (a state in which the switching circuit does not move while being ON), current also flows from the battery 9. A large current flows in the failed phase. Therefore, if the relay circuit 5 is switched while the motor is rotating, the switched relay may be damaged. For example, if the relay is switched while a large current is flowing, an arc may be generated and the contact may be burned. Adopting a relay with a large capacity to avoid damage increases the cost. Next, a technique for suppressing the current flowing when the relay is switched will be described.

図３に、大きな電流が流れていないタイミングでリレーを切り換える処理のフローチャート図を示す。図３の処理は、図２の処理に先だって実行される。 FIG. 3 shows a flowchart of processing for switching the relay at a timing when a large current is not flowing. The process of FIG. 3 is executed prior to the process of FIG.

スイッチング回路群のいずれかに故障が発見されると、コントローラ２は、まずインバータ主回路４を停止する（Ｓ１２）。即ち、全てのスイッチング回路をＯＦＦにする。ここで、故障した相に電流が流れれば、その故障は短絡故障（故障したスイッチング回路がＯＮのまま動かなくなった状態）であることが判明する。他方、故障した相に電流が流れなければ、その故障は開放故障（故障したスイッチング回路がＯＦＦのまま動かなくなった状態）であることが判明する。コントローラ２は、電流センサ１３によって各相の電流をモニタし、故障のタイプを判別する（Ｓ１３）。故障が開放故障の場合は、リレー回路５に大電流が流れる虞がないので、直ちに故障した相のモータ線の接続先を中性点Ｎｐに切り換えるようにリレー回路５を制御する。即ち、開放故障の場合は図２のステップＳ２へ移行する（Ｓ１３：開放故障）。以後の処理は前述したとおりである。 When a failure is found in any of the switching circuit groups, the controller 2 first stops the inverter main circuit 4 (S12). That is, all switching circuits are turned off. Here, if a current flows through the faulty phase, it is found that the fault is a short-circuit fault (a state in which the faulty switching circuit remains on). On the other hand, if no current flows in the failed phase, it is determined that the failure is an open failure (a state in which the failed switching circuit remains in an OFF state). The controller 2 monitors the current of each phase with the current sensor 13 and determines the type of failure (S13). When the failure is an open failure, there is no possibility that a large current flows through the relay circuit 5, and therefore the relay circuit 5 is controlled so that the connection destination of the motor line of the failed phase is immediately switched to the neutral point Np. That is, in the case of an open failure, the process proceeds to step S2 in FIG. 2 (S13: open failure). Subsequent processing is as described above.

他方、故障が短絡故障の場合、コントローラ２は、モータ回転数（即ち車速）が所定の回転数閾値以下になるまで待機する（Ｓ１４）。これは、逆起電力に起因する交流電流（誘導電流）の周波数が所定の値以下となるまで待つためである。交流電流の周波数が高いと、大電流が流れていないタイミングでリレーを作動させる際のそのタイミングの精度が低くなるからである。 On the other hand, if the failure is a short-circuit failure, the controller 2 waits until the motor rotational speed (that is, the vehicle speed) falls below a predetermined rotational speed threshold (S14). This is to wait until the frequency of the alternating current (inductive current) caused by the counter electromotive force becomes a predetermined value or less. This is because when the frequency of the alternating current is high, the accuracy of the timing when the relay is operated at a timing when a large current is not flowing is lowered.

モータ回転数が回転数閾値以下となったら、コントローラ２はインバータ主回路４の全てのスイッチング回路（Ｓｗ１〜Ｓｗ６）をＯＮにする（Ｓ１５）。全てのスイッチング回路をＯＮにする理由を説明する。図４は、Ｕ相の上アームのスイッチング回路（図１のＳｗ１）が短絡故障を起こし、他のスイッチング回路が開放されているとき（スイッチング回路ＯＦＦ）に逆起電力に起因して各相に流れる交流電流の波形である。Ｕ相上アームにはバッテリ９からの電流が加わるため電流値が大きくなる。図４の例の場合、１５０［Ａ］がバッテリ９の寄与であり、±７５［Ａ］の交流成分が逆起電力による電流（誘導電流）である。他方、Ｖ相、Ｗ相は、Ｕ相とは反対に直流成分が負側にシフトする。図４の例の場合、Ｕ相を切り換えるリレー５ａ（図１参照）に最大２００［Ａ］以上の電流が流れる可能性がある。 When the motor rotational speed is equal to or lower than the rotational speed threshold, the controller 2 turns on all the switching circuits (Sw1 to Sw6) of the inverter main circuit 4 (S15). The reason for turning on all the switching circuits will be described. FIG. 4 shows that when the U-phase upper arm switching circuit (Sw1 in FIG. 1) causes a short-circuit failure and other switching circuits are open (switching circuit OFF), each phase is caused by the back electromotive force. It is the waveform of the alternating current which flows. Since the current from the battery 9 is applied to the U-phase upper arm, the current value increases. In the example of FIG. 4, 150 [A] is the contribution of the battery 9, and the AC component of ± 75 [A] is the current (inductive current) due to the back electromotive force. On the other hand, in the V phase and the W phase, the direct current component is shifted to the negative side as opposed to the U phase. In the case of the example of FIG. 4, there is a possibility that a current of 200 [A] or more flows through the relay 5a (see FIG. 1) for switching the U phase.

インバータ主回路４の全てのスイッチング回路をＯＮに切り換えると、各相に流れる電流波形は図５の通りとなる。全ての相の電流が平均化され、電流値ゼロを中心に正負に振れる交流電流となる。このように全てのスイッチング回路をＯＮにするだけで、短絡故障した相に流れる電流を抑制することができる。本実施例のインバータは、リレー切換時に流れる電流をさらに小さくする。 When all the switching circuits of the inverter main circuit 4 are switched ON, the current waveform flowing in each phase is as shown in FIG. The currents of all phases are averaged, and an alternating current that swings positive and negative around a current value of zero is obtained. Thus, the current flowing in the short-circuited phase can be suppressed by simply turning on all the switching circuits. The inverter of this embodiment further reduces the current that flows when the relay is switched.

一般にリレーは電磁コイルに電流を流し、接点を駆動する。そのため、リレーに切換信号を出力してから実際にリレーが作動するまで遅延時間Ｔｒｄが存在する。リレーの機械的特性とコイルを駆動する電圧の大きさが既知であれば、遅延時間Ｔｒｄも特定できる。コントローラ２は、予め定められた遅延時間Ｔｒｄを記憶している。 In general, a relay applies a current to an electromagnetic coil to drive a contact. For this reason, there is a delay time Trd from when the switching signal is output to the relay until the relay actually operates. If the mechanical characteristics of the relay and the magnitude of the voltage for driving the coil are known, the delay time Trd can also be specified. The controller 2 stores a predetermined delay time Trd.

図３に戻り説明を続ける。コントローラ２は、逆起電力に起因する交流電流の周波数と位相を特定する（Ｓ１６）。それらは、電流センサ１３（図１参照）のセンサデータから得られる。図６（Ａ）に、特定したＵ相の電流波形の一例を示す。なお、図６（Ｂ）は、リレー切換信号の出力タイミングＴｓを示しており、図６（Ｃ）は、実際にリレーが動作するタイミングＴｘを示している。図５にて示したように、全てのスイッチング回路をＯＮにしたので、Ｕ相を流れる交流電流もゼロを中心として正負に振れる正弦波となる。コントローラ２は、電流センサ１３のセンサデータから、ゼロクロス点Ｚｘを検知し、電流の周波数ｆと位相（ゼロクロス点Ｚｘのタイミング）を特定する。 Returning to FIG. 3, the description will be continued. The controller 2 specifies the frequency and phase of the alternating current resulting from the back electromotive force (S16). They are obtained from the sensor data of the current sensor 13 (see FIG. 1). FIG. 6A shows an example of the specified U-phase current waveform. FIG. 6B shows the output timing Ts of the relay switching signal, and FIG. 6C shows the timing Tx at which the relay actually operates. As shown in FIG. 5, since all the switching circuits are turned on, the alternating current flowing through the U phase also becomes a sine wave that swings positively and negatively around zero. The controller 2 detects the zero cross point Zx from the sensor data of the current sensor 13 and specifies the frequency f and phase (timing of the zero cross point Zx) of the current.

この正弦波のゼロクロス点Ｚｘにてリレー５ａを切り換えることができれば、流れる電流がゼロ（あるいは微小）のときにリレーを切り換えることができる。そこで、コントローラ２は、ゼロクロス点ＺｘとなるタイミングＴｘでリレー５ａが作動するように、タイミングＴｘよりも遅延時間Ｔｒｄだけ先行する時刻Ｔｓでリレー切換信号を出力する。より具体的には、コントローラ２は、特定した電流の周波数ｆから、遅延時間Ｔｒｄに相当する電流位相Ｐｈ（＝２π×Ｔｒｄ／ｆ）を算出する。コントローラ２は、ゼロクロス点Ｚｘから位相（２π−Ｐｈ）を経過した時点をリレー切換タイミングとして決定する（Ｓ１７）。コントローラ２は、電流センサ１３のセンサデータからゼロクロス点Ｚｘを検知し、ゼロクロス点Ｚｘから位相（２π−Ｐｈ）経過したタイミング（即ちリレー切換タイミングＴｓ）でリレー切換信号を出力する（Ｓ１８、図６（Ｂ））。そうすると、リレー５ａは遅延時間Ｔｒｄ（位相はＰｈ）だけ遅れて動作するから、次のゼロクロス点Ｚｘ（タイミングＴｘ）でリレー５ａは切り換わる。即ち、リレー５ａが切り換わるタイミングでは流れる電流はほぼゼロとなる。リレーを切り換えた後は、図３のステップ３へと移行すればよい。なお、リレー切換タイミングＴｓは、別言すれば、ゼロクロスタイミングから時間（１／ｆ−Ｔｒｄ）経過後に相当する。 If the relay 5a can be switched at the zero cross point Zx of the sine wave, the relay can be switched when the flowing current is zero (or very small). Therefore, the controller 2 outputs a relay switching signal at time Ts preceding the timing Tx by the delay time Trd so that the relay 5a operates at the timing Tx when the zero cross point Zx is reached. More specifically, the controller 2 calculates a current phase Ph (= 2π × Trd / f) corresponding to the delay time Trd from the identified frequency f of the current. The controller 2 determines the time when the phase (2π−Ph) has elapsed from the zero cross point Zx as the relay switching timing (S17). The controller 2 detects the zero cross point Zx from the sensor data of the current sensor 13, and outputs a relay switching signal at a timing (ie, relay switching timing Ts) when the phase (2π−Ph) has elapsed from the zero cross point Zx (S18, FIG. 6). (B)). Then, since the relay 5a operates with a delay of the delay time Trd (phase is Ph), the relay 5a is switched at the next zero cross point Zx (timing Tx). That is, the flowing current becomes almost zero at the timing when the relay 5a is switched. After switching the relay, the process may be shifted to step 3 in FIG. In other words, the relay switching timing Ts corresponds to the time after the elapse of time (1 / f-Trd) from the zero cross timing.

例えばモータが６０００［ｒｐｍ］で回転していると、電流周波数ｆは１００［Ｈｚ］となり、その周期は１０［ｍｓｅｃ］となる。従ってリレー切換タイミングを１［ｍｓｅｃ］のオーダーで特定できなければ効果は小さい。遅延時間Ｔｒｄは、リレーを駆動する電圧（励磁電圧）に依存し、励磁電圧は回路全体の電圧事情に依存する。そこで、より正確にリレー切換タイミングを特定するためには、遅延時間Ｔｒｄ、即ち、励磁電圧の大きさをリアルタイムで特定できるのがよい。図３の処理の改良として、励磁電圧をリアルタイムに計測し、その結果に基づいてリレー切換タイミングを特定する処理を図７に示す。 For example, when the motor rotates at 6000 [rpm], the current frequency f is 100 [Hz], and the cycle is 10 [msec]. Therefore, if the relay switching timing cannot be specified on the order of 1 [msec], the effect is small. The delay time Trd depends on the voltage (excitation voltage) for driving the relay, and the excitation voltage depends on the voltage situation of the entire circuit. Therefore, in order to specify the relay switching timing more accurately, it is preferable that the delay time Trd, that is, the magnitude of the excitation voltage can be specified in real time. As an improvement of the process of FIG. 3, FIG. 7 shows a process of measuring the excitation voltage in real time and specifying the relay switching timing based on the result.

図７の処理は、図３の処理のステップＳ１６とＳ１７の間にステップＳ２１とＳ２２を加えたものである。コントローラ２は、リレー回路５に備えられた電圧センサ１２のセンサデータに基づいて、励磁電圧Ｖｅｘを計測する（Ｓ２１）。励磁電圧Ｖｅｘと遅延時間Ｔｒｄの間には、特定の関係がある。図８にその一例を示す。傾向として、励磁電圧Ｖｅｘが大きいほど遅延時間は小さい。この関係は予め特定することができるので、図８のグラフ（あるいはグラフに相当する関係式）をコントローラ２は予め記憶している。コントローラ２は、計測された励磁電圧Ｖｅｘと図８の関係から、遅延時間Ｔｒｄをリアルタイムに特定する（Ｓ２２）。遅延時間Ｔｒｄが特定されれば、後は前述したステップＳ１７、Ｓ１８の処理に従ってリレー切換信号を出力する。図７の処理によれば、図３の処理よりも、電流のゼロクロス点により近いタイミングでリレーを切り換えることができる。 The process of FIG. 7 is obtained by adding steps S21 and S22 between steps S16 and S17 of the process of FIG. The controller 2 measures the excitation voltage Vex based on the sensor data of the voltage sensor 12 provided in the relay circuit 5 (S21). There is a specific relationship between the excitation voltage Vex and the delay time Trd. An example is shown in FIG. As a tendency, the larger the excitation voltage Vex, the smaller the delay time. Since this relationship can be specified in advance, the controller 2 stores the graph of FIG. 8 (or a relational expression corresponding to the graph) in advance. The controller 2 specifies the delay time Trd in real time from the relationship between the measured excitation voltage Vex and FIG. 8 (S22). If the delay time Trd is specified, a relay switching signal is output in accordance with the processing of steps S17 and S18 described above. According to the process of FIG. 7, the relay can be switched at a timing closer to the zero cross point of the current than the process of FIG.

図３あるいは図７の処理を備えるインバータ１００は、故障した相のリレーを切り換える際にリレーに流れる電流が小さい。従ってインバータ１００は、リレー回路５が損傷する可能性が小さいという利点を有する。 In the inverter 100 having the processing of FIG. 3 or FIG. 7, the current flowing through the relay is small when switching the relay of the failed phase. Therefore, the inverter 100 has an advantage that the possibility that the relay circuit 5 is damaged is small.

実施例のインバータ１００についての留意点を述べる。実施例のモータ６は、ＰＷＭ駆動タイプであり、インバータ１００が出力するモータ駆動信号はＰＷＭ信号であった。モータはＰＷＭ駆動タイプに限られない。例えば、ＰＡＭ駆動タイプや他の駆動タイプであってもよい。また、実施例のインバータ１００は、１モータの電気自動車用の装置であった。本明細書が開示する技術は、車輪を駆動するモータとエンジンを備えるハイブリッド車に適用することも好適である。また、図１に示した電力調整回路３の回路構成は一例であり、電力回路構成として他の回路構成も取り得ることに留意されたい。 Points to note about the inverter 100 of the embodiment will be described. The motor 6 of the example is a PWM drive type, and the motor drive signal output from the inverter 100 is a PWM signal. The motor is not limited to the PWM drive type. For example, it may be a PAM drive type or another drive type. Moreover, the inverter 100 of the Example was an apparatus for 1-motor electric vehicles. The technology disclosed in this specification is also preferably applied to a hybrid vehicle including a motor that drives wheels and an engine. It should be noted that the circuit configuration of the power adjustment circuit 3 illustrated in FIG. 1 is an example, and other circuit configurations may be used as the power circuit configuration.

実施例では、いくつかのフローチャートを説明した。フローチャートにおける処理の順番は、本明細書が開示する技術的思想を超えない範囲で変更してもよい。例えば、図３のフローチャートでは、インバータの主回路を停止した後に（Ｓ１２）、故障のタイプを判別する（Ｓ１３）。そのような処理の順番に代えて、故障のタイプを判別した後にインバータの主回路を停止してもよい。なお、その場合は、故障のタイプが開放故障と短絡故障のいずれであってもインバータ主回路を停止するように図３のフローチャートは修正されることに留意されたい。 In the embodiment, several flowcharts have been described. The order of processing in the flowchart may be changed within a range not exceeding the technical idea disclosed in the present specification. For example, in the flowchart of FIG. 3, after stopping the main circuit of the inverter (S12), the type of failure is determined (S13). Instead of such processing order, the main circuit of the inverter may be stopped after determining the type of failure. In this case, it should be noted that the flowchart of FIG. 3 is modified so that the inverter main circuit is stopped regardless of whether the failure type is an open failure or a short-circuit failure.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

２：コントローラ
３：電力調整回路
４：インバータ主回路（スイッチング回路群）
５：リレー回路
５ａ、５ｂ、５ｃ：リレー
６：モータ
９：バッテリ
１０ａ：正極線
１０ｂ：負極線
１２：電圧センサ
１３：電流センサ
１４：モータ線
１５：回転数センサ
１００：インバータ
Ｃｐ：第１コンデンサ
Ｃｎ：第２コンデンサ
Ｌ：リアクトル
Ｎｐ：中性点
Ｓｗ：スイッチング回路 2: Controller 3: Power adjustment circuit 4: Inverter main circuit (switching circuit group)
5: Relay circuit 5a, 5b, 5c: Relay 6: Motor 9: Battery 10a: Positive line 10b: Negative line 12: Voltage sensor 13: Current sensor 14: Motor line 15: Speed sensor 100: Inverter Cp: First capacitor Cn: second capacitor L: reactor Np: neutral point Sw: switching circuit

Claims

バッテリの直流電力を交流電力に変換して車輪駆動用モータに供給するインバータであり、
３相の交流電流を出力するスイッチング回路群の入力側にて正極線と負極線の間に直列に接続されている第１及び第２コンデンサと、
モータから出ているＵＶＷ３相の各モータ線の接続先を切り換えるリレーであり、各モータ線の接続先を、個別に、インバータの対応する出力端から第１及び第２コンデンサの間の接続点（中性点）へ切り換えるリレーと、
前記スイッチング回路群のいずれかが故障した場合に、モータのＵＶＷ３相の各モータ線のうち故障したスイッチング回路に接続されているモータ線の接続先を前記中性点へ切り換えるように前記リレーを制御するとともに、２相でモータを駆動するための駆動信号を故障していないスイッチング回路に与えるコントローラと、
入力端がバッテリに接続されているとともに、３個の出力端が正極線、負極線、及び、前記中性点に接続されており、第１コンデンサ両端電圧と第２コンデンサ両端電圧との電圧差が予め定められた電圧差許容範囲を超えた場合に、当該電圧差を前記電圧差許容範囲に戻すように動作する電力調整回路と、
を備え、
コントローラは、
スイッチング回路の故障が開放故障の場合は直ちにリレー切換信号を出力し、
短絡故障の場合は、故障していないスイッチング回路の全てをＯＮ状態に保持した後、短絡故障したスイッチング回路に流れる電流を計測し、実際にリレーが切り換わるタイミングが前記電流のゼロクロスタイミングに一致するようにリレー切換信号を出力することを特徴とする電気自動車用インバータ。 It is an inverter that converts the DC power of the battery into AC power and supplies it to the wheel drive motor,
A first capacitor and a second capacitor connected in series between a positive electrode line and a negative electrode line on an input side of a switching circuit group that outputs a three-phase alternating current;
A relay for switching the connection destination of each UVW three-phase motor wire coming out of the motor. The connection destination of each motor wire is individually connected to the connection point between the first and second capacitors from the corresponding output terminal of the inverter ( A relay to switch to the neutral point)
When one of the switching circuit groups fails, the relay is controlled to switch the connection destination of the motor line connected to the failed switching circuit among the UVW three-phase motor lines of the motor to the neutral point. And a controller that provides a drive signal for driving the motor in two phases to a switching circuit that has not failed,
The input terminal is connected to the battery, and the three output terminals are connected to the positive line, the negative line, and the neutral point, and the voltage difference between the voltage across the first capacitor and the voltage across the second capacitor A power adjustment circuit that operates to return the voltage difference to the allowable voltage difference when the voltage difference exceeds a predetermined allowable voltage difference;
Equipped with a,
The controller
If the switching circuit failure is an open failure, immediately output a relay switching signal,
In the case of a short-circuit failure, after all of the non-failed switching circuits are held in the ON state, the current flowing through the short-circuit failure switching circuit is measured, and the timing at which the relay actually switches matches the zero-cross timing of the current. electric vehicle inverter, wherein also be output from the relay switching signal as.

リレーを駆動する電圧を計測する電圧センサをさらに備え、
コントローラは、
電圧センサによって計測された電圧に基づいて、リレー切換信号出力から実際にリレーが切り換わるまでの遅延時間を特定し、
特定した遅延時間に基づいて、実際にリレーが切り換わるタイミングが前記ゼロクロスタイミングに一致するようにリレー切換信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用インバータ。 A voltage sensor for measuring a voltage for driving the relay;
The controller
Based on the voltage measured by the voltage sensor, specify the delay time from the relay switching signal output until the relay actually switches,
2. The electric vehicle inverter according to claim 1 , wherein a relay switching signal is output based on the specified delay time so that a timing at which the relay is actually switched coincides with the zero cross timing.

前記電力調整回路は、
バッテリの正極をスイッチング回路群の正極線に接続するとともにバッテリの負極をスイッチング回路群の負極線に接続し、
正極線と負極線の間に２個のスイッチング回路が直列に接続され、
２個のスイッチング回路の中間点を、前記中性点に接続する、
構成を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気自動車用インバータ。 The power adjustment circuit includes:
Connect the positive electrode of the battery to the positive line of the switching circuit group and connect the negative electrode of the battery to the negative line of the switching circuit group,
Two switching circuits are connected in series between the positive line and the negative line,
Connecting the midpoint of the two switching circuits to the neutral point;
Electric vehicle inverter according to claim 1 or 2, characterized in that it has a structure.