(57)【要約】【課題】バッテリに過大な電力が入力されたり昇降圧回路よりもインバータ側の電圧が過大になったりするのを抑制する。【解決手段】モータやインバータを含む駆動系に異常が生じてインバータがゲート遮断されたとき（Ｓ１００）、モータの回転によって発生する逆起電力である第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆより高く且つバッテリに入力される電力であるバッテリ電力Ｐｂが所定電力Ｐｒｅｆより大きい状態が所定時間に亘って継続したときに（Ｓ１１０〜Ｓ１４０）、インバータが三相短絡の状態になるようインバータを制御する（Ｓ１５０）。これにより、バッテリに過大な電力が入力されるのを抑制することができると共に高電圧系の電圧が過大になるのを抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングによって前記三相交流電動機を駆動するインバータと、二次電池と、前記二次電池が接続された電池電圧系とインバータが接続された高電圧系との間で電圧の調整を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧回路と、を備える駆動装置において、
前記三相交流電動機および前記インバータを含む駆動系に異常が生じて前記インバータがゲート遮断されたときにおいて、前記三相交流電動機の回転によって発生する逆起電力が前記高電圧系の電圧以上の所定電圧より高く且つ前記二次電池に入力される電力が前記二次電池を充電する際の制御上の最大許容電力を超えているのを確認したときには、前記インバータが三相短絡の状態になるよう該インバータを制御する制御手段、
を備える駆動装置。
【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、三相交流により駆動するモータジェネレータと、モータジェネレータを駆動するインバータと、バッテリと、バッテリの電力を昇圧してインバータに供給する昇圧コンバータと、を備えるものにおいて、昇圧コンバータの昇圧後の電圧が所定の過電圧判定値を超えるか否かを検出する過電圧検出保護部に異常が生じたときに、昇圧コンバータの上アームをオン状態で固定すると共に下アームをオフ状態で固定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、このように制御することにより、昇圧コンバータで電圧を変換せずに、バッテリからインバータに電力を供給できると共にモータでの発電電力をバッテリに供給できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０６０７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の駆動装置では、モータジェネレータが高回転数で回転している最中にインバータに異常が生じてインバータがゲート遮断されると、モータの回転によって発生する逆起電力による電力がバッテリに流れるが、モータジェネレータの回転数によってはこの逆起電力による電力が大きくなり、バッテリに過大な電力が入力されてしまう場合が生じる。この不都合を解消するために、昇圧コンバータをゲート遮断することも考えられるが、この場合、昇圧コンバータよりもインバータ側の電圧が想定範囲を超えて上昇してしまう可能性がある。
【０００５】
本発明の駆動装置は、バッテリに過大な電力が入力されたり昇降圧回路よりもインバータ側の電圧が過大になったりするのを抑制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、
三相交流電動機と、複数のスイッチング素子のスイッチングによって前記三相交流電動機を駆動するインバータと、二次電池と、前記二次電池が接続された電池電圧系とインバータが接続された高電圧系との間で電圧の調整を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧回路と、を備える駆動装置において、
前記三相交流電動機および前記インバータを含む駆動系に異常が生じて前記インバータがゲート遮断されたときにおいて、前記三相交流電動機の回転によって発生する逆起電力が前記高電圧系の電圧以上の所定電圧より高く且つ前記二次電池に入力される電力が前記二次電池を充電する際の制御上の最大許容電力を超えているのを確認したときには、前記インバータが三相短絡の状態になるよう該インバータを制御する制御手段、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置では、三相交流電動機およびインバータ含む駆動系に異常が生じてインバータがゲート遮断されたときにおいて、三相交流電動機の回転によって発生する逆起電力が高電圧系の電圧以上の所定電圧より高く且つ二次電池に入力される電力が二次電池を充電する際の制御上の最大許容電力を超えているのを確認したときには、インバータが三相短絡の状態になるようインバータを制御する。これにより、逆起電力による電力が昇降圧回路側に供給されるのを抑制することができ、二次電池に過大な電力が入力されるのを抑制することができる。また、昇降圧回路をゲート遮断する必要もなく、昇降圧回路よりもインバータ側の電圧が過大になるのを抑制することもできる。ここで、駆動系に異常が生じたときとしては、弱め界磁制御を行なうことができないときなどがある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の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により実行される異常時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】第１駆動系に異常が生じたときにおける、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１，高逆起電力状態か否か，大電力入力状態か否か，インバータ２４がゲート遮断状態か否か，インバータ２４が三相短絡状態か否かの時間変化の様子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、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、図示するように、外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成された二つのモータＭＧ１，ＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動し電力ライン２８を共用するインバータ２４，２５と、バッテリ２６と、バッテリ２６が接続された電力ライン２７とインバータ２４，２５が接続された電力ライン２８とに接続されバッテリ２６側の電力を昇圧してインバータ２４，２５側に供給したりインバータ２４，２５側の電力を降圧してバッテリ２６側に供給したりする昇圧コンバータ３０と、昇圧コンバータ３０からみてインバータ２４，２５に並列に接続され昇圧後の電圧を平滑する平滑コンデンサ３２と、昇圧コンバータ３０からみてバッテリ２６に並列に接続され昇圧前の電圧を平滑する平滑コンデンサ３４と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット５０と、を備える。以下、昇圧コンバータ３０よりもインバータ２４，２５側を高電圧系といい、昇圧コンバータ３０よりもバッテリ２６側を電池電圧系という。
【００１２】
インバータ２４，２５は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ２４，２５が電力ライン２８として共用する正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。以下、トランジスタＴ１１〜Ｔ１３をまとめて「第１上アーム」、トランジスタＴ１４〜Ｔ１６をまとめて「第１下アーム」、トランジスタＴ２１〜Ｔ２３をまとめて「第２上アーム」、トランジスタＴ２４〜Ｔ２６をまとめて「第２下アーム」と称することがある。
【００１３】
昇圧コンバータ３０は、２つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとからなる。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ２４，２５に接続された電力ライン２８の正極母線，負極母線に接続されており、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点にリアクトルＬが接続されている。
【００１４】
電子制御ユニット５０には、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転位置を検出する回転位置検出センサ４０，４１からの回転位置θｍ１，θｍ２や、モータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイルのＶ相，Ｗ相に印加される相電流を検出する電流センサ４２Ｖ，４２Ｗ，４３Ｖ，４３Ｗからの相電流Ｉｖ１，Ｉｗ１，Ｉｖ２，Ｉｗ２，平滑コンデンサ３２の端子間に取り付けられた電圧センサ４４からの電圧（高電圧系の電圧）ＶＨ，バッテリ２６の端子間に設置された電圧センサ４６からの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ２６の出力端子に取り付けられた電流センサ４８からの充放電電流Ｉｂなどが入力されている。また、電子制御ユニット５０からは、インバータ２４，２５のスイッチング素子へのスイッチング信号や、昇圧コンバータ３０のスイッチング素子へのスイッチング信号などが出力されている。なお、電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ４０，４１からの回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の電気角θｅ１，θｅ２やモータ２２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。
【００１５】
実施例の駆動装置２０では、電子制御ユニット５０により、モータＭＧ１，ＭＧ２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に基づいてインバータ２４，２５が制御されると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊や回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２に基づいて昇圧コンバータ３０が制御される。ここで、インバータ２４，２５の制御は、正弦波制御方式と矩形波制御方式とを選択して行なうものとした。正弦波制御方式は、正弦波電圧指令信号と搬送波であるキャリア信号（三角波信号）とを用いて生成したＰＷＭ信号に基づくスイッチング制御によって正弦波状の基本波成分をもった出力電圧を得る方式である。また、矩形波制御方式は、最大の振幅をもった矩形波電圧の電圧位相をトルク指令に応じて変化させた振幅一定の基本波成分をもった出力電圧を得る方式であり、正弦波制御に比して電圧利用率を向上させることができる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２の高回転数の領域では、主として矩形波制御方式が選択されるが、この場合、高電圧系の電圧ＶＨがモータＭＧ１，ＭＧ２の回転によって発生する逆起電力よりも高くなるように弱め界磁電流を供給するいわゆる弱め界磁制御が行なわれる。
【００１６】
次に、こうして構成された実施例の駆動装置２０の動作、特に、モータＭＧ１やインバータ２４を含む第１駆動系や、モータＭＧ２やインバータ２５を含む第２駆動系に異常が生じたときの動作について説明する。以下、例として、第１駆動系に異常が生じたときの動作に説明するが、第２駆動系に異常が生じたときについても同様に考えることができる。図２は、第１駆動系に異常が生じたときに電子制御ユニット５０により実行される異常時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。ここで、第１駆動系に異常が生じたときとしては、例えば、弱め界磁制御を行なうことができないときなどがある。
【００１７】
異常時制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、まず、インバータ２４のスイッチング制御を正常に行なうことができない可能性があると判断し、インバータ２４をゲート遮断する（ステップＳ１００）。
【００１８】
続いて、モータＭＧ１の回転によって発生する逆起電力である第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１や、バッテリ２６に入力される電力であるバッテリ電力Ｐｂ（充電側を正、放電側を負）を入力し（ステップＳ１１０）、入力した第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１を所定電圧Ｖｒｅｆと比較する共に（ステップＳ１２０）、バッテリ電力Ｐｂを所定電力Ｐｒｅｆ（充電側の値）と比較する（ステップＳ１３０）。ここで、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１は、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１との関係として回転数Ｎｍ１が高いほど第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が高くなるように定められたマップに対して、回転位置検出センサ４０からの回転位置θｍ１に基づいて演算された回転数Ｎｍ１を適用して得られる値を入力するものとした。また、バッテリ電力Ｐｂは、電圧センサ４６からのバッテリ２６の端子間電圧Ｖｂに電流センサ４８からのバッテリ２６の充放電電流Ｉｂ（充電側を正、放電側を負）を乗じて得られる値を入力するものとした。さらに、所定電圧Ｖｒｅｆは、高電圧系の電圧ＶＨやそれよりも若干高い電圧などを用いるものとし、所定電力Ｐｒｅｆは、バッテリ２６を充電する際の制御上の最大許容電力を用いるものとした。いま、インバータ２４がゲート遮断されている状態でモータＭＧ１が回転しているときを考える。このとき、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が高電圧系の電圧ＶＨ以下のときにはこの第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１による電力は昇圧コンバータ３０側には供給されない。しかし、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が高電圧系の電圧ＶＨよりも高いときには、インバータ２４のダイオードが全波整流回路として機能するため、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１による電力が昇圧コンバータ３０側に供給されることになり、昇圧コンバータ３０のスイッチング制御を行なっていると、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１の大きさによっては昇圧コンバータ３０を介して過大な電力がバッテリ２６に入力される場合が生じる。ステップＳ１２０，Ｓ１３０の判定は、このように第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１による過大な電力がバッテリ２６に入力されているか否かを判定する処理である。なお、この場合、バッテリ２６に過大な電力が入力されるのを回避しようと昇圧コンバータ３０をゲート遮断すると、高電圧系の電圧ＶＨが過大に上昇してしまう可能性がある。
【００１９】
第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆ以下のときや、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆより高くてもバッテリ電力Ｐｂが所定電力Ｐｒｅｆ以下のときには、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１による電力が昇圧コンバータ３０側に供給されないか供給されたとしてもバッテリ２６に過大な電力は入力されていないと判断し、本ルーチンを終了する。この場合、インバータ２４のゲート遮断を継続することになる。
【００２０】
ステップＳ１２０，Ｓ１３０で第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆより高く且つバッテリ電力Ｐｂが所定電力Ｐｒｅｆより大きいときには、その状態の確認に要する時間としての所定時間（例えば、１秒や２秒など）に亘ってその状態が継続しているか否かを判定し（ステップＳ１４０）、その状態が未だ所定時間に亘って継続していないと判定されたときには、ステップＳ１１０に戻る。そして、ステップＳ１４０で、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆより高く且つバッテリ電力Ｐｂが所定電力Ｐｒｅｆより大きい状態が所定時間に亘って継続していると判定されたときには、その状態を確認したと判断し、インバータ２４が三相短絡（三相オン）の状態になるようインバータ２４を制御する三相オン制御を実行する（ステップＳ１５０）。ここで、三相オン制御は、具体的には、インバータ２４の上アーム（トランジスタＴ１１〜Ｔ１３）がオフで且つ下アーム（トランジスタＴ１４〜Ｔ１６）がオンの状態にするか、上アームがオンで且つ下アームがオフの状態にする制御である。これにより、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１による電力が昇圧コンバータ３０側に供給されるのを抑制することができ、バッテリ２６に過大な電力が入力されるのを抑制することができる。また、バッテリ２６への過大な電力の入力を抑制するための昇圧コンバータ３０のゲート遮断を行なう必要もなく、高電圧系の電圧ＶＨが過大になるのも抑制することができる。なお、モータＭＧ２やインバータ２５を含む第２駆動系に異常が生じてインバータ２５をゲート遮断したときについても、モータＭＧ２の回転によって発生する逆起電力である第２モータ逆起電力Ｖｂｅ２が所定電圧Ｖｒｅｆより高く且つバッテリ電力Ｐｂが所定電力Ｐｒｅｆより大きいときには、インバータ２５が三相短絡（三相オン）の状態になるようインバータ２５を制御することにより、同様の効果を奏することができる。
【００２１】
こうしてインバータ２４を三相短絡の状態にしている最中に、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が低下して第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆ以下の所定電圧Ｖｒｅｆ以下に至ると（ステップＳ１６０）、インバータ２４をゲート遮断して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。インバータ２４が三相短絡の状態では、モータＭＧ１の回転によって発生する逆起電力に応じたトルク（引きずりトルク）が回転数Ｎｍ１が比較的低い領域で極大となるため、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が低く第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が低い領域でインバータ２４をゲート遮断することにより、引きずりトルクの影響を低減することができる。なお、このとき、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆ以下であるため、バッテリ２６に過大な電力は入力されない。
【００２２】
図３は、第１駆動系に異常が生じたときにおける、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１，第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆより高い高逆起電力状態か否か，バッテリ電力Ｐｂが所定電力Ｐｒｅｆより大きい大電力入力状態か否か，インバータ２４がゲート遮断状態か否か，インバータ２４が三相短絡状態か否かの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図示するように、モータＭＧ１が高回転数で回転している最中に第１駆動系に異常が生じ（時刻ｔ１）、インバータ２４をゲート遮断したことによって高逆起電力状態で且つ大電力入力状態になったときには（時刻ｔ２）、高逆起電力状態で且つ大電力入力状態が所定時間に亘って継続したときに（時刻ｔ３）、インバータ２４を三相短絡の状態にすることによってバッテリ２６側に電力が供給されるのを抑制して大電力入力状態を解消し、その後に、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が低下して高逆起電力状態でなくなると（時刻ｔ４）、インバータ２４をゲート遮断する。
【００２３】
以上説明した実施例の駆動装置２０によれば、モータＭＧ１やインバータ２４を含む第１駆動系に異常が生じてインバータ２４がゲート遮断されたときにおいて、モータＭＧ１の回転によって発生する逆起電力である第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆより高く且つバッテリ２６に入力される電力であるバッテリ電力Ｐｂが所定電力Ｐｒｅｆより大きいのを確認したときには、インバータ２４が三相短絡の状態になるようインバータ２４を制御するから、バッテリ２６に過大な電力が入力されるのを抑制することができると共に高電圧系の電圧ＶＨが過大になるのを抑制することができる。
【００２４】
実施例の駆動装置２０では、インバータ２４をゲート遮断しているときにおいて、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆより高く且つバッテリ電力Ｐｂが所定電力Ｐｒｅｆより大きいのを確認したときに、インバータ２４をゲート遮断するものとしたが、これに代えて、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆより高く且つバッテリ２６の端子間電圧Ｖｂが許容電圧よりも高いのを確認したときに、インバータ２４を三相短絡の状態にするものとしてもよい。
【００２５】
実施例の駆動装置２０では、インバータ２４を三相短絡の状態にしているときにおいて、第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆ以下に至ったときに、インバータ２４をゲート遮断するものとしたが、これに加えて、インバータ２４を三相短絡の状態にすることによってモータＭＧ１やインバータ２４が許容温度よりも高くなったときにも、インバータ２４をゲート遮断するものとしてもよい。こうすれば、モータＭＧ１やインバータ２４の過度の温度上昇を抑制することができる。
【００２６】
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ＭＧ１やモータＭＧ２が「三相交流電動機」に相当し、インバータ２４やインバータ２５が「インバータ」に相当し、バッテリ２６が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ３０が「昇降圧回路」に相当し、モータＭＧ１やインバータ２４を含む第１駆動系に異常が生じてインバータ２４がゲート遮断されたときにおいて、モータＭＧ１の回転によって発生する逆起電力である第１モータ逆起電力Ｖｂｅ１が所定電圧Ｖｒｅｆより高く且つバッテリ２６に入力される電力であるバッテリ電力Ｐｂが所定電力Ｐｒｅｆより大きいのを確認したときに、インバータ２４が三相短絡の状態になるようインバータ２４を制御する図２の異常時制御ルーチンを実行する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。
【００２７】
なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２８】
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】
【００２９】
本発明は、駆動装置の製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
２０  駆動装置、２４，２５  インバータ、２６  バッテリ、２７，２８  電力ライン、３０  昇圧コンバータ、３２，３４  平滑コンデンサ、４０，４１  回転位置検出センサ、４２Ｖ，４２Ｗ，４３Ｖ，４３Ｗ，４８  電流センサ、４４，４６  電圧センサ、５０  電子制御ユニット、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２  ダイオード、Ｌ  リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ３１，Ｔ３２  トランジスタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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