(57)【要約】【課題】逆変換部が停止することにより事故等を引き起こす恐れのある電動機制御システムにおいて、各スイッチング素子のいくつかにおいて異常が生じても、電動機を駆動させることが要求される。【解決手段】上アームと下アームとに備えられたスイッチング素子を直列接続してなる直列回路が各相それぞれ複数個並列に接続された逆変換部ＩＮＶにより、直流電力が交流電力に電力変換されて電動機Ｍに出力される電動機制御システムにおいて、前記電動機Ｍの巻線を各相それぞれ少なくとも２つ備えるとともに、前記逆変換部ＩＮＶにおける直列回路を各相それぞれ少なくとも２つのブロックに区別し、前記それぞれの巻線に少なくとも１つのブロックの直列回路を接続する。また、ゲート駆動回路６を少なくとも２つ備え、前記ブロック毎にスイッチング素子を制御する【選択図】図１
2010051100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上アームと下アームとに備えられたスイッチング素子を直列接続してなる直列回路が各相それぞれ複数個並列に接続された逆変換部を備え、前記スイッチング素子がゲート駆動回路によってオンオフ制御されることにより、前記逆変換部において直流電力が交流電力に電力変換されて電動機に出力される電動機制御システムであって、
前記電動機の巻線を各相それぞれ少なくとも２つ備えるとともに、
前記逆変換部における直列回路を各相それぞれ少なくとも２つのブロックに区別し、
前記それぞれの巻線に少なくとも１つのブロックの直列回路を接続し、
前記ゲート駆動回路を少なくとも２つ備え、前記ブロック毎にスイッチング素子を制御することを特徴とする電動機制御システム。
【請求項２】
前記複数のゲート駆動回路のうち少なくとも１つから出力されたゲート信号により、少なくとも１つのブロックのスイッチング素子がオンオフ制御されて電動機が駆動されることを特徴とする請求項１記載の電動機制御システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の電動機制御システムを備えた電気自動車であって、前記電動機は電気自動車の車輪を駆動させることを特徴とする電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＶ等に備えられた電動機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の少ない「地球に優しい車」としてＥＶ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅ：電気エネルギー（電気モータ）を動力に変換して走行する電気自動車）やＨＥＶ（ｈｙｂｒｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅ：ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関と電気モータを搭載した自動車）が脚光を浴びている。
【０００３】
図３は、一般的なＥＶに備えられる電動機制御システムの一例を示す回路構成図である。図３に示すように、三相交流電流は整流回路１および平滑コンデンサＣを介して整流および平滑化される。その整流および平滑化された直流電力はスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ等）Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚを備えた逆変換部ＩＮＶに入力され、各相それぞれ上アーム側と下アーム側のスイッチング素子を交互にオン状態，オフ状態とすることにより、所望の電圧および所望の周波数の交流電力に変換され電動機Ｍに出力される。電動機Ｍにおいては、巻線２，３，４に交流電圧が印加されることにより駆動される。
【０００４】
また、逆変換部ＩＮＶと電動機Ｍとの間には電流検出器ＣＴが設けられ、電動機Ｍに出力される電流値（以下、検出電流値と称する）が検出されるとともに、その検出電流値が制御回路５に出力される。
【０００５】
上記のような電動機制御システムにおいて電動機Ｍに大電力を供給する場合、スイッチング素子における電流容量の制約から、複数のスイッチング素子を並列に接続して大電流に適用できる構成にする必要がある。例えば、Ｕ相の場合、図３に示すように、スイッチング素子Ｇｕはスイッチング素子Ｇｕ１とスイッチング素子Ｇｕ２とを並列接続した構成とし、スイッチング素子Ｇｘはスイッチング素子Ｇｘ１とスイッチング素子Ｇｘ２とを並列接続した構成とする。換言すると、各相それぞれにおいて上アームに備えられたスイッチング素子（例えば、スイッチング素子Ｇｕ１）と下アームに備えられたスイッチング素子（例えば、スイッチング素子Ｇｘ１）とを直列接続してなる直列回路を複数個並列に設ける。また、平滑コンデンサＣも必要に応じて複数個並列接続した構成にしてもよい（例えば、特許文献１）。
【０００６】
図４は、前記スイッチング素子における一般的なゲート駆動回路６の一例を示す回路構成図である。通常運転時においては、制御回路５からゲート駆動回路６に対してスイッチング素子Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚの制御信号が出力されるとともに、イネーブル端子ＥＮＢに対してイネーブル信号が出力される。イネーブル信号が入力されることにより、ゲート駆動回路６はイネーブル状態となり、ゲート駆動回路６から各スイッチング素子に対してゲート信号が出力される。なお、同相同アームのスイッチング素子（例えば、Ｇｕ１とＧｕ２）に対しては、同じゲート信号が出力される。
【特許文献１】特開平２００８−５６３６号公報（段落［００１４］、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＥＶはＨＥＶとは異なり、電気エネルギーのみで駆動されているため、電動機制御システムに故障が発生すると走行できなくなる可能性が生じる。
【０００８】
例えば、図３に示すような電動機制御システムの場合、一つのゲート駆動回路６から全てのスイッチング素子に対してゲート信号が出力されているため、それらスイッチング素子のうち１個でも破損（例えば、ショート）した場合、イネーブル端子ＥＮＢに入力するイネーブル信号を停止して逆変換部ＩＮＶ全体を停止するしかない。電動機Ｍと逆変換部ＩＮＶとは１対１で接続されているため、逆変換部ＩＮＶが停止するとＥＶは駆動源を失い、結果的にＥＶ自体もその場で停止することとなる。例えば、逆変換部ＩＮＶが道路等で停止した場合、ＥＶを路肩などの安全な場所に移動する必要があるが、後続車両が存在する場合や高速道路走行中の場合は交通事故等を引き起こす恐れがある。
【０００９】
以上示したようなことから、逆変換部が停止することにより事故等を引き起こす恐れのある電動機制御システムにおいては、各スイッチング素子のいくつかにおいて異常が発生しても、電動機を駆動できることが要求される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、請求項１記載の発明は、上アームと下アームとに備えられたスイッチング素子を直列接続してなる直列回路が各相それぞれ複数個並列に接続された逆変換部を備え、前記スイッチング素子がゲート駆動回路によってオンオフ制御されることにより、前記逆変換部において直流電力が交流電力に電力変換されて電動機に出力される電動機制御システムであって、前記電動機の巻線を各相それぞれ少なくとも２つ備えるとともに、前記逆変換部における直列回路を各相それぞれ少なくとも２つのブロックに区別し、前記それぞれの巻線に少なくとも１つのブロックの直列回路を接続し、前記ゲート駆動回路を少なくとも２つ備え、前記ブロック毎にスイッチング素子を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数のゲート駆動回路のうち少なくとも１つから出力されたゲート信号により、少なくとも１つのブロックのスイッチング素子がオンオフ制御されて電動機が駆動されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の電動機制御システムを備えた電気自動車であって、前記電動機は電気自動車の車輪を駆動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明で明らかなように、請求項１または２記載の発明によれば、スイッチング素子のいくつかにおいて異常が生じても、電動機を駆動させることが可能となる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、スイッチング素子のいくつかにおいて異常が生じても、電動機を駆動しＥＶを移動することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本実施形態の電動機制御システムの一例を図１の回路構成図に基づいて説明する。図１の電動機制御システムは、従来の電動機制御システム（図３に記載の電動機制御システム）において、電動機Ｍの巻線２，３，４をそれぞれ２分割（２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに２分割）するとともに、各相それぞれ並列に備えられた直列回路（スイッチング素子を直列接続してなる直列回路）を各相それぞれ２つのブロック（本実施例では、ＡブロックとＢブロック）に区別して、そのブロックごとに各相２つ備えられた（分割された）巻線と接続されたものが適用される。
【００１６】
前記電動機Ｍの巻線における２分割の意味するところは、単に一つの巻線を中間で切断して二つに分けるということに限定されるものではない。例えば、巻線２ａ，３ａ，４ａまたは、巻線２ｂ，３ｂ，４ｂの一方に電流が流れることによって電動機が駆動するように、巻線の線径や巻数について適宜選択する（最適なものを選択し直す）等の場合を含んでいる。
【００１７】
本実施例における電動機Ｍの巻線２ａと２ｂ，３ａと３ｂ，４ａと４ｂは、互いに近接した場所に位置することから、それぞれに同じ向きの電流が流れたときに電動機から発生されるトルクの大きさは、従来例における電動機Ｍの巻線２，３，４に電流が流れた場合のトルクの大きさと比較するとほぼ相似形である。なお、電動機Ｍの巻線２ａ，３ａ，４ａと巻線２ｂ，３ｂ，４ｂは互いに絶縁されている。
【００１８】
上記のように構成することにより、Ａブロック，Ｂブロックそれぞれにおいて逆変換部ＩＮＶが形成され、それぞれが電動機Ｍの各相に２つ備えられた巻線と接続されることとなる。
【００１９】
図２は、本実施例の前記スイッチング素子におけるゲート駆動回路を示す回路構成図である。本実施例においては、２つに区別されたブロックごとにスイッチング素子を制御するため、ゲート駆動回路が２つ（ゲート駆動回路６ａ，６ｂ）備えられる。
【００２０】
通常運転時においては、制御回路５からスイッチング素子Ｇｕ，Ｇｖ，Ｇｗ，Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚに対する制御信号が分割されて前記ゲート駆動回路６ａ，６ｂに入力されるとともに、前記ゲート駆動回路６ａ，６ｂのイネーブル端子ＥＮＢ１，ＥＮＢ２に対してイネーブル信号が入力される。このイネーブル信号が入力されると、ゲート駆動回路６ａ，６ｂはイネーブル状態となり、前記ゲート駆動回路６ａからは、Ａブロックのスイッチング素子Ｇｕ１，Ｇ≡１，Ｇｗ１，Ｇｘ１，Ｇｙ１，Ｇｚ１に対するゲート信号が出力され、前記ゲート駆動回路６ｂからは、Ｂブロックのスイッチング素子Ｇｕ２，Ｇｖ２，Ｇｗ２，Ｇｘ２，Ｇｙ２，Ｇｚ２に対するゲート信号が出力される。なお、従来例と同様に同相同アームのスイッチング素子に対しては、同じゲート信号が入力される。
【００２１】
次に、本実施例の電動機制御システムにおいて過電流故障（例えば、スイッチング素子がショートしたことに起因する過電流故障）が発生した場合の制御方法について説明する。
【００２２】
まず、従来と同様にゲート信号を遮断し（例えば、イネーブル端子ＥＮＢ１，ＥＮＢ２に対するイネーブル信号の出力を停止してゲート信号を遮断し）、一定時間後に再起動（全ブロックのスイッチング素子に対してゲート信号を出力）する。この時、再度過電流故障が発生した際には、スイッチング素子や電動機Ｍの巻線２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂに異常があると判断して、自己診断処理および故障解析処理を開始する。
【００２３】
以下、自己診断処理および故障解析処理の動作について具体的に説明する。
【００２４】
（１）始めに、イネーブル端子ＥＮＢ１に対しイネーブル信号を出力してゲート駆動回路６ａからゲート信号を出力し、Ａブロックのスイッチング素子Ｇｕ１，Ｇｖ１，Ｇｗ１，Ｇｘ１，Ｇｙ１，Ｇｚ１をオンオフ制御させ、Ｂブロックのスイッチング素子Ｇｕ２，Ｇｖ２，Ｇｗ２，Ｇｘ２，Ｇｙ２，Ｇｚ２をオフ制御にする。
【００２５】
（２）前記Ａブロックのスイッチング素子Ｇｕ１，Ｇｖ１，Ｇｗ１，Ｇｘ１，Ｇｙ１，Ｇｚ１がオンオフ制御されている状態で、過電流異常の有無を確認（例えば、電流検出器ＣＴ等で確認）する（以下、自己診断処理と称する）。
【００２６】
（３）（２）の結果にかかわらず、ゲート駆動回路６ａのイネーブル端子ＥＮＢ１に対するイネーブル信号の出力を停止し、Ａブロックのスイッチング素子Ｇｕ１，Ｇｖ１，Ｇｗ１，Ｇｘ１，Ｇｙ１，Ｇｚ１をターンオフさせる。また、イネーブル端子ＥＮＢ２に対しイネーブル信号を出力してゲート駆動回路６ｂからゲート信号を出力し、Ｂブロックのスイッチング素子Ｇｕ２，Ｇｖ２，Ｇｗ２，Ｇｘ２，Ｇｙ２，Ｇｚ２をオンオフ制御させる。
【００２７】
（４）Ｂブロックのスイッチング素子Ｇｕ２，Ｇｖ２，Ｇｗ２，Ｇｘ２，Ｇｙ２，Ｇｚ２がオンオフ制御されている状態で、自己診断処理を実施する。
【００２８】
（５）（４）の結果にかかわらず、ゲート駆動回路６ｂのイネーブル端子ＥＮＢ２に対するイネーブル信号の出力を停止し、Ｂブロックのスイッチング素子Ｇｕ２，Ｇｖ２，Ｇｗ２，Ｇｘ２，Ｇｙ２，Ｇｚ２をターンオフさせる。その後、（２）および（４）で行った自己診断処理の結果に基づいて、故障解析を行う。
【００２９】
前記故障解析の結果に基づいて、逆変換部ＩＮＶにおけるその後の動作が決定されるが、具体例として以下に示す４つの条件による動作が挙げられる。
【００３０】
〈条件１：（２）および（４）において正常であることが確認された場合〉
制御回路５からゲート駆動回路６ａ，６ｂへ制御信号を出力するとともに、イネーブル端子ＥＮＢ１，ＥＮＢ２にイネーブル信号を出力し、両ブロック（ＡブロックとＢブロック）のスイッチング素子（Ｇｕ１，Ｇｕ２，Ｇｖ１，Ｇｖ２，Ｇｗ１，Ｇｗ２，Ｇｘ１，Ｇｘ２，Ｇｙ１，Ｇｙ２，Ｇｚ１，Ｇｚ２）をオンオフ制御させる。すなわち、通常運転に復帰する。
【００３１】
〈条件２：（２）で正常が確認，（４）で異常が確認された場合〉
制御回路５からゲート駆動回路６ａ，６ｂへ制御信号を出力するとともに、イネーブル端子ＥＮＢ１にイネーブル信号を出力し、Ａブロックのスイッチング素子Ｇｕ１，Ｇｖ１，Ｇｗ１，Ｇｘ１，Ｇｙ１，Ｇｚ１をオンオフ制御させる。また、Ｂブロックのスイッチング素子Ｇｕ２，Ｇｖ２，Ｇｗ２，Ｇｘ２，Ｇｙ２，Ｇｚ２のうち何れか（（４）で実施した自己診断処理）が異常だったことを警報出力する。
【００３２】
〈条件３：（２）で異常が確認，（４）で正常が確認された場合〉
制御回路５からゲート駆動回路６ａ，６ｂへ制御信号を出力するとともに、イネーブル端子ＥＮＢ２にイネーブル信号を出力し、Ｂブロックのスイッチング素子Ｇｕ２，Ｇｖ２，Ｇｗ２，Ｇｘ２，Ｇｙ２，Ｇｚ２をオンオフ制御させる。また、Ａブロックのスイッチング素子Ｇｕ１，Ｇｖ１，Ｇｗ１，Ｇｘ１，Ｇｙ１，Ｇｚ１のうち何れか（（２）で実施した自己診断処理）が異常だったことを警報出力する。
【００３３】
〈条件４：（２）および（４）で異常が確認された場合〉
共に異常状態であり、その他（スイッチング素子以外）の要因が考えられる。そのため、制御回路５からゲート駆動回路６ａ，６ｂへの制御信号を停止させるか、あるいはイネーブル端子ＥＮＢ１，ＥＮＢ２に対してのイネーブル信号を停止させ、両方のブロック（ＡブロックとＢブロック）のスイッチング素子をターンオフさせる。
【００３４】
上記のような構成および制御とすることにより、従来では故障扱いにして停止するしかなかった条件２および条件３において、過電流異常が生じたブロックのスイッチング素子をオフ制御とし、過電流異常が生じなかったブロックのスイッチング素子をオンオフ制御させて、電動機Ｍを駆動することが可能となる。なお、電動機Ｍのトルクが半分になってしまうものの、ＥＶは徐行運転等により路肩などの安全な場所まで移動（すなわち、電動機Ｍを駆動源として自力で移動）することができ、故障時の危険を抑制することが可能となる。
【００３５】
また、自己診断処理および故障解析処理を行うことにより、破損箇所の拡大を抑制することが可能となる。さらに、大幅な変更や大きなコストアップを要することなく故障発生時の危険回避を可能とする。
【００３６】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【００３７】
例えば、実施例においては、ＥＶに備えられた電動機制御システムについて詳細に説明したが、上アームに備えらえたスイッチング素子と下アームに備えられたスイッチング素子とを直列接続してなる直列回路を各相それぞれ複数個並列に設けた電動機制御システムであれば適用可能である。
【００３８】
また、実施例においては、電動機Ｍの巻線を各相それぞれ２つ備え、ゲート駆動回路を２つ備えた電動機制御システムについて説明したが、巻線においては少なくとも２つ以上備え、ゲート駆動回路においては２つ以上備えていれば適用可能である。
【００３９】
さらに、実施例においては直列回路（スイッチング素子を直列接続してなる直列回路）を各相それぞれ２つのブロックに区別したが、２つ以上のブロックであればブロックはいくつのものでも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施例における電動機制御システムを示す回路構成図。
【図２】本実施例のスイッチングにおけるゲート駆動回路を示す回路構成図。
【図３】一般的なＥＶに備えられる電動機制御システムの一例を示す回路構成図。
【図４】一般的なゲート駆動回路の一例を示す回路構成図。
【符号の説明】
【００４１】
２，２ａ，２ｂ，３，３ａ，３ｂ，４，４ａ，４ｂ…巻線
６，６ａ，６ｂ…ゲート駆動回路
Ｍ…電動機
ＩＮＶ…逆変換部
ＥＮＢ，ＥＮＢ１，ＥＮＢ２…イネーブル端子
Ｇｕ，Ｇｕ１，Ｇｕ２，Ｇｖ，Ｇｖ１，ＧＶ２，Ｇｗ，Ｇｗ１，Ｇｗ２，Ｇｘ，Ｇｘ１，Ｇｘ２，Ｇｙ，Ｇｙ１，Ｇｙ２，Ｇｚ，Ｇｚ１，Ｇｚ２…スイッチング素子
【図１】
2010051100.tif 000003
【図２】
2010051100.tif 000004
【図３】
2010051100.tif 000005
【図４】
2010051100.tif 000006