(57)【要約】【課題】インバータが故障したときでも二次故障を生じない範囲で電動機を駆動する。【解決手段】モータに印加される矩形波電圧の目標電圧位相ψｔｍｐが位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘのいずれかになって異常カウンタＣ１がインバータ異常判定閾値Ｃ１ｒｅｆ以上に至ったときにインバータに異常が生じていると判定し（Ｓ１００〜１５０）、この状態でモータ温度ｔｍが所定温度ｔｒｅｆを超えて異常カウンタＣ２が駆動系異常判定閾値Ｃ２ｒｅｆに至ったときに駆動系に異常が生じていると判定する（Ｓ１６０〜Ｓ２１０）。これにより、インバータが故障したときでもモータの不可逆減磁などの二次故障が生じない範囲でモータを駆動することができる。【選択図】図４
2010166712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流により駆動される電動機と、該電動機を駆動するインバータと、前記電動機のトルク指令と前記電動機から出力されているトルクとの偏差に基づくフィードバック制御により前記電動機に印加する矩形波電圧の電圧位相を制御に許容される電圧位相の上下限値の範囲内で変化させて前記電動機から出力されるトルクを変化させるよう前記インバータを制御する制御手段と、前記電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相が前記制御に許容される電圧位相の上下限値のいずれかになることに基づいて前記インバータの異常を判定する異常判定手段と、を備える駆動装置において、
前記異常判定手段は、前記インバータの異常を判定している状態で前記電動機の温度が所定温度を超えて所定時間が経過したときに前記電動機と前記インバータとを含む駆動系の異常を判定する手段である、
ことを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の駆動装置としては、三相モータと三相モータを駆動するインバータとを備え、三相モータの各相に流れる電流の各相毎の積算値に基づいてインバータが有する複数のスイッチング素子のうちオープン故障したスイッチング素子を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、いずれかのスイッチング素子のオープン故障を検出した場合でも、合成電圧ベクトルを固定したベクトル制御を継続することで三相モータから殆どの領域で何らかのトルクを発生させることを可能にしている。また、モータとインバータと各相のマイナス側配線にヒューズとを備え、インバータのスイッチング素子の短絡故障や誤動作に基づく過大電流によりヒューズが溶断したときには、三相短絡にするものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この駆動装置では、モータの高速回転時にインバータの異常が発生した場合に生じうるモータの磁石の不可逆減磁を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９４８７３号公報
【特許文献２】特開２００７−１８９７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした駆動装置を車両に搭載した場合には、インバータが故障したときでも待避走行をするためにモータを駆動することが必要とされるが、インバータが故障した状態でモータを駆動すると上述のようにモータの不可逆減磁が生じるなどの二次故障を生じることがある。
【０００５】
本発明の駆動装置は、インバータが故障したときでも二次故障を生じない範囲で電動機を駆動することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の駆動装置は、
三相交流により駆動される電動機と、該電動機を駆動するインバータと、前記電動機のトルク指令と前記電動機から出力されているトルクとの偏差に基づくフィードバック制御により前記電動機に印加する矩形波電圧の電圧位相を制御に許容される電圧位相の上下限値の範囲内で変化させて前記電動機から出力されるトルクを変化させるよう前記インバータを制御する制御手段と、前記電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相が前記制御に許容される電圧位相の上下限値のいずれかになったことに基づいて前記インバータの異常を判定する異常判定手段と、を備える駆動装置において、
前記異常判定手段は、前記インバータの異常を判定している状態で前記電動機の温度が所定温度を超えて所定時間が経過したときに前記電動機と前記インバータとを含む駆動系の異常を判定する手段である、
ことを特徴とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置では、インバータの異常を判定している状態で電動機の温度が所定温度を超えて所定時間が経過したときに電動機とインバータとを含む駆動系の異常を判定する。即ち、電動機に印加される矩形波電圧の電圧位相が制御に許容される電圧位相の上下限値のいずれかになったことに基づいてインバータの異常を判定するが、その状態で少なくとも電動機の温度が所定温度を超えるまでは駆動系の異常を判定しないのである。これにより、インバータが故障したときでも二次故障を生じない範囲で電動機を駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】電子制御ユニット５０により実行される矩形波制御の制御ブロック図の一例を示す説明図である。
【図３】矩形波制御を実行する運転領域およびモータ３０から出力されるモータトルクとモータ回転数との関係を示す説明図である。
【図４】電子制御ユニット５０によって実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】インバータ３２のスイッチング素子の一つがオープン故障したときの電圧位相指令ψ＊とモータ温度ｔｍの時間変化の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の駆動装置２０は、同期発電電動機として構成されたモータ３０と、複数のスイッチング素子のオンオフによりモータ３０を駆動するインバータ３２と、バッテリ３４と、バッテリ３４が接続された低圧側とインバータ３２が接続された高圧側との間で電圧を変換して電力のやり取りが可能な昇圧コンバータ３６と、バッテリ３４と昇圧コンバータ３６との接続を切り離し可能なシステムメインリレー３８と、モータ３０の回転子の回転位置を検出するレゾルバ４０からの回転位置θやモータ３０の温度を検出する温度センサ４２からのモータ温度ｔｍ，モータ３０の３相コイルのＶ相およびＷ相を流れる電流をそれぞれ検出する電流センサ４４Ｖ，４４Ｗからの相電流ｉｖ，ｉｗを入力すると共にインバータ３２や昇圧コンバータ３６，システムメインリレー３８を制御するための制御信号を出力する電子制御ユニット５０と、を備える。
【００１２】
実施例の駆動装置２０では、モータ３０の回転数が比較的高いときには、矩形波制御によりモータ３０を駆動している。図２は、電子制御ユニット５０により実行される矩形波制御の制御ブロック図の一例を示す説明図であり、図３は、矩形波制御を実行する駆動範囲およびモータ３０から出力されるモータトルクとモータ回転数との関係を示す説明図である。矩形波制御を行なう際に電子制御ユニット５０は、図２に示すように、電流センサ４４Ｖ，４４Ｗからの相電流ｉｖ，ｉｗとレゾルバ４０からの回転位置θとに基づいて相電流ｉｖ，ｉｗをｄ軸電流ｉｄおよびｑ軸電流ｉｑに座標変換し、変換されたｄ軸電流ｉｄ，ｑ軸電流ｉｑに基づいてモータ３０から出力されているトルクの推定値（以下、推定トルクＴｒｑという）を演算する。次に、モータ３０から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｒｑｃｏｍと推定トルクＴｒｑとの偏差ΔＴｒｇに基づくフィードバック制御により推定トルクＴｒｑがトルク指令Ｔｒｑｃｏｍに近づくようにモータ３０に印加する矩形波電圧の目標電圧位相ψｔｍｐを設定し、制御に許容される電圧位相の上下限値としての位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘで目標電圧位相ψｔｍｐを制限して電圧位相指令ψ＊を設定する。そして、電圧位相指令ψ＊に応じた矩形波電圧がモータ３０に印加されるようにインバータ３２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。ここで、モータ３０から出力されるモータトルクは、モータ３０に印加する矩形波電圧の電圧位相が値０のときに値０となり、電圧位相が値０より大きいときには電圧位相が大きいほど大きくなってモータ３０の仕様に応じた正の値の所定の電圧位相のときに最大となり、電圧位相が値０より小さいときには電圧位相が小さいほど小さくなってモータ３０の仕様に応じた負の値の所定の電圧位相のときに最小（負の値としては最大）となる。実施例の駆動装置２０は、こうしたモータ３０の特性を利用した矩形波制御により、モータ３０から出力されるトルクがトルク指令Ｔｒｑｃｏｍに近づくようにモータ３０を駆動する。なお、位相リミッタψｍａｘとしてはモータトルクが最大となるときの電圧位相以下の値を用いることができ、位相リミッタψｍｉｎとしてはモータトルクが最小となるときの電圧位相以上の値を用いることができる。また、実施例では、フィードバック制御により設定される目標電圧位相ψｔｍｐが継続して位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘを超えることがないように、電圧位相が位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘのときのモータトルク（位相リミッタ時トルク）よりも小さい許容最大トルク以下の矩形波制御領域の範囲内でトルク指令Ｔｒｑｃｏｍが設定されて矩形波制御が実行されるものとした（図３参照）。したがって、駆動装置２０が正常に動作しているときに、目標電圧位相ψｔｍｐは、トルク指令Ｔｒｑｃｏｍが急変するなどした場合に過渡的に位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘを超えることはあるが、継続して位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘを超えることはない。
【００１３】
次に、実施例の駆動装置２０の矩形波制御におけるインバータ３２の異常やモータ３０やインバータ３２を含む駆動系の異常を判定する際の動作について説明する。図４は、電子制御ユニット５０によって実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。異常判定ルーチンが実行されると、まず、電子制御ユニット５０は、電圧位相指令ψ＊を入力し（ステップＳ１００）、インバータ３２に異常が生じている可能性があるか否かを判定するために電圧位相指令ψ＊が位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘのいずれかに等しいか否かを調べる（ステップＳ１１０）。インバータ３２のスイッチング素子の一つがオープン故障すると、推定トルクＴｒｑの絶対値は小さくなり偏差ΔＴｒｇの絶対値が大きくなって目標電圧位相ψｔｍｐが上述のフィードバック制御により位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘを超えるため、電圧位相指令ψ＊は位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘで制限される。したがって、電圧位相指令ψ＊が位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘのいずれかに等しいか否かを調べることによりインバータ３２に異常が生じている可能性があるか否かを判定することができる。そして、電圧位相指令ψ＊が位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘのいずれかに等しくないときには、インバータ３２に異常は生じていないと判断して、インバータ３２の異常を判定する際に用いられる異常カウンタＣ１を値０にリセットして（ステップＳ１２０）、ステップＳ１００に戻り、電圧位相指令ψ＊が位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘのいずれかに等しいときには、インバータ３２に異常が生じている可能性があると判断して、異常カウンタＣ１を値１だけ加算し（ステップＳ１３０）、異常カウンタＣ１をインバータ異常判定用閾値Ｃ１ｒｅｆと比較し（ステップＳ１４０）、異常カウンタＣ１がインバータ異常判定用閾値Ｃ１ｒｅｆ以上になるまでステップＳ１００〜Ｓ１４０の処理を繰り返し、異常カウンタＣ１がインバータ異常判定用閾値Ｃ１ｒｅｆ以上に至ると、インバータ３２に異常が生じていると判定する（ステップＳ１５０）。ここで、インバータ異常判定用閾値Ｃ１ｒｅｆは、インバータ３２に異常が生じているか否かを判定するために用いられる異常カウンタＣ１の閾値であり、電圧位相指令ψ＊が過渡的に位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘのいずれかに等しくなったことに基づいてインバータ３２の異常を誤判定しないように用いられるものである。したがって、インバータ異常判定用閾値Ｃ１ｒｅｆは、こうした誤判定を生じない程度の値が用いられる。このようにして、電圧位相指令ψ＊に基づいてインバータ３２の異常を判定できる。
【００１４】
こうして、インバータ３２に異常が生じていると判定すると、温度センサ４２からモータ温度ｔｍを入力し（ステップＳ１６０）、モータ温度ｔｍが所定温度ｔｒｅｆ以上か否かを調べる（ステップＳ１７０）。ここで、所定温度ｔｒｅｆは、モータ３０の磁石の不可逆減磁が生じる前にモータ３０やインバータ３２を含む駆動系を異常と判定するために用いられるモータ温度ｔｍの閾値であり、モータ３０の不可逆減磁が生じる温度の下限値よりも若干小さな値などを用いることができる。そして、モータ温度ｔｍが所定温度ｔｒｅｆ以下のときには異常カウンタＣ２を値０にリセットして（ステップＳ１８０）、ステップＳ１６０に戻り、モータ温度ｔｍが所定温度ｔｒｅｆより大きいときには、異常カウンタＣ２を値１だけ加算し（ステップＳ１９０）、異常カウンタＣ２を駆動系異常判定用閾値Ｃ２ｒｅｆと比較して（ステップＳ２００）、異常カウンタＣ２が駆動系異常判定用閾値Ｃ２ｒｅｆ以上に至るまでステップＳ１６０〜Ｓ２００の処理を繰り返し、異常カウンタＣ２が駆動系異常判定用閾値Ｃ２ｒｅｆ以上に至ると、駆動系を異常と判定して（ステップＳ２１０）、異常判定ルーチンを終了する。ここで、駆動系異常判定用閾値Ｃ２ｒｅｆは、駆動系を異常と判定するために用いられる異常カウンタＣ２の閾値であり、モータ３０の不可逆減磁が生じない程度にできるだけ長い時間に相当する値を用いることができる。なお、こうして駆動系が異常であると判断されると、ハイブリッド自動車２０では、モータ３０の不可逆減磁などの二次故障を防止するためにシステムメインリレー３８を遮断するなどの処理が行なわれる。これにより、インバータ３２が故障したときでも二次故障を生じない範囲でモータ３０を駆動することができる。
【００１５】
矩形波制御を実行しているときにインバータ３２のスイッチング素子の一つがオープン故障したときの電圧位相指令ψ＊とモータ温度ｔｍの時間変化の一例を図５に示す。インバータ３２のスイッチング素子の一つがオープン故障して電圧位相指令ψ＊が徐々に大きくなって位相リミッタψｍａｘに至った時刻ｔ０以降は、電圧位相指令ψ＊が位相リミッタψｍａｘで制限され、時刻ｔ０からインバータ異常判定時間（異常カウンタＣ１がインバータ異常判定閾値Ｃ１ｒｅｆに至るまでの時間）が経過した時刻ｔ１にインバータ３２に異常が生じていると判定する。そして、インバータ３２の故障に伴って生じるオフセット電流により渦電流が発生してモータ温度ｔｍが徐々に高くなり、インバータ３２に異常が生じていると判定している状態でモータ温度ｔｍが所定温度ｔｒｅｆを超えた時刻ｔ２から駆動系異常判定時間（異常カウンタＣ２が駆動系異常判定閾値Ｃ２ｒｅｆに至るまでの時間）が経過した時刻ｔ３に駆動系を異常と判定する。したがって、インバータ３２に異常が生じていると判定した時刻ｔ１から駆動系を異常と判定した時刻ｔ３までの間はインバータ３２に異常が生じていると判定されるもののモータ３０の磁石の不可逆減磁を生じない範囲でモータ３０を駆動することができる。また、実施例の駆動装置２０を車両に搭載した場合、インバータ３２が故障しても待避走行が可能となる。
【００１６】
以上説明した実施例の駆動装置２０では、モータに印加される矩形波電圧の目標電圧位相ψｔｍｐが位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘのいずれかになってインバータ異常判定時間が経過したときにインバータ３２に異常が生じていると判定し、この状態でモータ温度ｔｍが所定温度ｔｒｅｆを超えて駆動系異常判定時間が経過したときに駆動系に異常が生じていると判定する。これにより、インバータ３２が故障したときでもモータ３０の不可逆減磁などの二次故障を生じない範囲でモータ３０を駆動することができる。
【００１７】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３０が「電動機」に相当し、インバータ３２が「インバータ」に相当し、モータ３０のトルク指令Ｔｒｑｃｏｍとモータ３０の推定トルクＴｒｑとの偏差ΔＴｒｑに基づくフィードバック制御によりモータ３０に印加する矩形波電圧の電圧位相指令ψ＊を位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘの範囲内で変化させてモータ３０から出力されるトルクを変化させるようインバータ３２を制御する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当し、モータ３０に印加される矩形波電圧の電圧位相指令ψ＊が位相リミッタψｍｉｎ，ψｍａｘのいずれかになった状態でインバータ異常判定時間が経過したときにインバータ３２の異常を判定し、インバータ３２の異常を判定している状態でモータ３０のモータ温度ｔｍが所定温度ｔｒｅｆを超えて駆動系異常判定時間が経過したときにモータ３０とインバータ３２とを含む駆動系の異常を判定する電子制御ユニット５０が「異常判定手段」に相当する。
【００１８】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２０】
２０  駆動装置、３０  モータ、３２  インバータ、３４  バッテリ、３６  昇圧コンバータ、３８  システムメインリレー、４０  レゾルバ、４２  温度センサ、４４Ｖ，４４Ｗ  電流センサ、５０  電子制御ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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