(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相以上である巻線（１１、１２、１３）を有する回転電機（１０）の電力を変換する電力変換装置であって、
高電位側に接続される第１上アーム素子（２１〜２３）および前記第１上アーム素子の低電位側に接続される第１下アーム素子（２４〜２６）を有し、前記巻線の一端（１１１、１２１、１３１）および第１電圧源（４１）に接続される第１インバータ（２０）と、
高電位側に接続される第２上アーム素子（３１〜３３）および前記第２上アーム素子の低電位側に接続される第２下アーム素子（３４〜３６）を有し、前記巻線の他端（１１２、１２２、１３２）および第２電圧源（４２）に接続される第２インバータ（３０）と、
前記第１上アーム素子の高電位側を接続する第１高電位側配線（４６）と前記第２上アーム素子の高電位側を接続する第２高電位側配線（４８）とを接続する高電位側接続線（５５）、および、前記第１下アーム素子の低電位側を接続する第１低電位側配線（４７）と前記第２下アーム素子の低電位側を接続する第２低電位側配線（４９）とを接続する低電位側接続線（５７）の少なくとも一方であるインバータ接続線（５５、５７）と、
前記インバータ接続線に設けられる開閉器（５６、５８、１５８、１５９）と、
前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御するインバータ制御手段（７１）、前記開閉器の開閉を制御する開閉器制御手段（７２）、前記第１インバータおよび前記第２インバータの異常を検出する異常検出手段（７３）、ならびに、前記第１電圧源および前記第２電圧源の残容量を検出する容量検出手段（７４）を有する制御部（７０）と、
を備え、
前記開閉器制御手段は、前記第１インバータおよび前記第２インバータの異常状態、ならびに、前記第１電圧源および前記第２電圧源の残容量に基づき、前記開閉器の開閉を制御し、
前記インバータ制御手段は、前記第１インバータおよび前記第２インバータの異常状態、ならびに、前記第１電圧源および前記第２電圧源の残容量に基づき、前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
異常が検出された前記第１インバータまたは前記第２インバータの一方を異常インバータ、正常である前記第１インバータまたは前記第２インバータの他方を正常インバータとし、前記異常インバータと接続される前記第１電圧源または前記第２電圧源を異常側電圧源、前記正常インバータと接続される前記第１電圧源または前記第２電圧源を正常側電圧源とすると、
前記正常側電圧源の残容量が前記異常側電圧源の残容量より大きい場合、
前記開閉器制御手段は、前記開閉器を開とし、
前記インバータ制御手段は、前記異常インバータを中性点化し、前記回転電機の駆動要求に応じて前記正常インバータを制御し、
前記正常側電圧源の残容量が前記異常側電圧源の残容量以下である場合、
前記開閉器制御手段は、前記開閉器を閉とし、
前記インバータ制御手段は、異常が生じている相以外の相を用いた減相駆動となるように前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記巻線の相数は、３相であって、
前記インバータ制御手段は、異常が生じている相以外の２相に流れる電流の位相差が６０度となるように前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
３相以上である巻線（１１、１２、１３）を有する回転電機（１０）の電力を変換する電力変換装置であって、
高電位側に接続される第１上アーム素子（２１〜２３）および前記第１上アーム素子の低電位側に接続される第１下アーム素子（２４〜２６）を有し、前記巻線の一端（１１１、１２１、１３１）および第１電圧源（４１）に接続される第１インバータ（２０）と、
高電位側に接続される第２上アーム素子（３１〜３３）および前記第２上アーム素子の低電位側に接続される第２下アーム素子（３４〜３６）を有し、前記巻線の他端（１１２、１２２、１３２）および第２電圧源（４２）に接続される第２インバータ（３０）と、
前記第１上アーム素子の高電位側を接続する第１高電位側配線（４６）と前記第２上アーム素子の高電位側を接続する第２高電位側配線（４８）とを接続する高電位側接続線（５５）、および、前記第１下アーム素子の低電位側を接続する第１低電位側配線（４７）と前記第２下アーム素子の低電位側を接続する第２低電位側配線（４９）とを接続する低電位側接続線（５７）の少なくとも一方であるインバータ接続線（５５、５７）と、
前記インバータ接続線に設けられる開閉器（５６、５８、１５８、１５９）と、
前記第１電圧源と前記第１インバータとの間に接続される第１コンデンサ（４３）と、
前記第２電圧源と前記第２インバータとの間に接続される第２コンデンサ（４４）と、
前記第１電圧源と前記第１コンデンサとの間に設けられる第１電源側開閉器（５１）と、
前記第２電圧源と前記第２コンデンサとの間に設けられる第２電源側開閉器（５２）と、
を備え、
前記高電位側接続線および前記低電位側接続線が、前記インバータ接続線として設けられ、
前記高電位側接続線に設けられる高電位側開閉器、および、前記低電位側接続線に設けられる低電位側開閉器が、前記開閉器として設けられることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御するインバータ制御手段（７１）、前記第１電源側開閉器、前記第２電源側開閉器、前記高電位側開閉器および前記低電位側開閉器の開閉を制御する開閉器制御手段（７２）、前記第１インバータおよび前記第２インバータの異常を検出する異常検出手段（７３）、ならびに、前記第１電圧源および前記第２電圧源の残容量を検出する容量検出手段（７４）を有する制御部（７０）をさらに備え、
開閉器制御手段は、前記第１インバータおよび前記第２インバータの異常状態、ならびに、前記第１電圧源および前記第２電圧源の残容量に基づき、前記第１電源側開閉器、前記第２電源側開閉器、前記高電位側開閉器および前記低電位側開閉器の開閉を制御し、
前記インバータ制御手段は、前記第１インバータおよび前記第２インバータの異常状態、ならびに、前記第１電圧源および前記第２電圧源の残容量に基づき、前記第１インバータおよび前記第２インバータを制御することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
異常が検出された前記第１インバータまたは前記第２インバータの一方を異常インバータ、正常である前記第１インバータまたは前記第２インバータの他方を正常インバータとし、前記正常インバータと接続される前記第１電圧源または前記第２電圧源を正常側電圧源、前記正常インバータ側に設けられる前記第１コンデンサまたは前記第２コンデンサを正常側コンデンサとし、前記異常インバータ側に設けられ前記第１電源側開閉器または前記第２電源側開閉器を異常側開閉器とし、前記正常インバータ側に設けられる前記第１電源側開閉器または前記第２電源側開閉器を正常側開閉器とすると、
前記正常側電圧源の残容量が給電可能下限値より大きい場合、
前記開閉器制御手段は、前記正常側開閉器を閉、前記高電位側開閉器および前記低電位側開閉器を開とし、
前記インバータ制御手段は、前記異常インバータを中性点化し、前記回転電機の駆動要求に応じて前記正常インバータを制御し、
前記正常側電圧源の残容量が前記給電可能下限値以下である場合、
前記開閉器制御手段は、前記異常側開閉器を閉、前記正常側開閉器を開とし、前記異常インバータの上アーム素子をオン固定する場合、前記低電位側開閉器を閉、前記高電位側開閉器を開とし、前記異常インバータの下アーム素子をオン固定する場合、前記高電位側開閉器を閉、前記低電位側開閉器を開とし、
前記インバータ制御手段は、前記異常インバータを中性点化し、前記正常側コンデンサの蓄電量に基づき、前記正常インバータにおける有効電圧ベクトルの期間とゼロ電圧ベクトルの期間との比率を制御することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記正常側電圧源の残容量が前記給電可能下限値以下である場合、
前記インバータ制御手段は、前記正常側コンデンサの蓄電量に基づき、ゼロ電圧ベクトルの期間における下アーム素子が全相オンとなるＶ０電圧ベクトル期間と、上アーム素子が全相オンとなるＶ７電圧ベクトル期間との比率を制御することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つのインバータによりモータの電力を変換するインバータ駆動システムが知られている。例えば特許文献１では、高電圧時において、第１のインバータシステムと第２のインバータシステムのパルス幅変調信号（以下、パルス幅変調を「ＰＷＭ」という。）の基本波成分の位相を１８０［°］ずらすことで２つの電源が電気的に直列接続され、２つの電源電圧の和によりモータを駆動する。また、特許文献１では、低電圧時において、第１のインバータシステムまたは第２のインバータシステムの一方の上アームまたは下アームのいずれかを３相同時オンし、他方をＰＷＭ駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のインバータ駆動システムにおいて、例えば、一方のインバータ側に異常が生じた場合、異常が生じた側のインバータを中性点化可能であれば、他方のインバータを用いてモータの駆動を継続可能である。しかしながら、この場合、異常が生じていない側の電池容量が少なくなると、モータの駆動を継続できなくなる。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、１つの回転電機に２つのインバータを設ける構成にて、一方のインバータに異常が生じた場合であっても、２つの電圧源の電力を用いて回転電機を駆動可能な電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電力変換装置は、３相以上である巻線を有する回転電機の電力を変換するものであって、第１インバータと、第２インバータと、インバータ接続線と、開閉器と、制御部とを備える。
第１インバータは、高電位側に接続される第１上アーム素子、および、第１上アーム素子の低電位側に接続される第１下アーム素子を有し、巻線の一端および第１電圧源に接続される。
第２インバータは、高電位側に接続される第２上アーム素子、および、第２上アーム素子の低電位側に接続される第２下アーム素子を有し、巻線の他端および第２電圧源に接続される。
【０００６】
インバータ接続線は、第１上アーム素子の高電位側を接続する第１高電位側配線と第２上アーム素子の高電位側を接続する第２高電位側配線とを接続する高電位側接続線、および、第１下アーム素子の低電位側を接続する第１低電位側配線と第２下アーム素子の低電位側を接続する第２低電位側配線とを接続する低電位側接続線の少なくとも一方である。
開閉器は、インバータ接続線に設けられる。
制御部は、第１インバータおよび第２インバータを制御するインバータ制御手段、開閉器の開閉を制御する開閉器制御手段、第１インバータおよび第２インバータの異常を検出する異常検出手段、ならびに、第１電圧源および第２電圧源の残容量を検出する容量検出手段を有する。
開閉器制御手段は、第１インバータおよび第２インバータの異常状態、ならびに、第１電圧源および第２電圧源の残容量に基づき、開閉器の開閉を制御する。
インバータ制御手段は、第１インバータおよび第２インバータの異常状態、ならびに、第１電圧源および第２電圧源の残容量に基づき、第１インバータおよび第２インバータを制御する。
本発明では、インバータ接続線および開閉器が設けられており、開閉器を閉とすることで、第１インバータまたは第２インバータの一方に異常が生じた場合であっても、第１電圧源および第２電圧源の電力を用いて回転電機の駆動を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるコイルの配置を説明する説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態による片側駆動動作を説明する説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態による反転駆動動作を説明する説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態において、第１インバータに異常が生じた場合の制御を説明する説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態による２相駆動時のスイッチングパターンおよび相電流を説明する説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態による２相駆動時のトルク変動を説明する説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。
【図９】本発明の第３実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第３実施形態において、第１インバータに異常が生じた場合の制御を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第３実施形態において、異常が生じた第１インバータの上アーム素子をオン固定するときの制御を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第３実施形態において、異常が生じた第１インバータの下アーム素子をオン固定するときの制御を説明する説明図である。
【図１３】本発明の第３実施形態において、正常である第２インバータの制御に係るベクトルパターンを説明する説明図である。
【図１４】本発明の第３実施形態において、Ｕ１上アーム素子が短絡故障している場合の制御を説明する説明図である。
【図１５】本発明の第３実施形態において、Ｕ１下アーム素子が短絡故障している場合の制御を説明する説明図である。
【図１６】本発明の第３実施形態における相電流を説明する説明図である。
【図１７】本発明の他の実施形態による電力変換装置を示す概略構成図である。
【図１８】参考例による電力変換装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明による電力変換装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による電力変換装置を図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示すように、回転電機駆動システム１は、回転電機としてのモータジェネレータ１０、および、電力変換装置１５を備える。
【０００９】
モータジェネレータ１０は、例えば電気自動車やハイブリッド車両等の電動自動車に適用され、図示しない駆動輪を駆動するためのトルクを発生する、所謂「主機モータ」である。モータジェネレータ１０は、駆動輪を駆動するための電動機としての機能、および、図示しないエンジンや駆動輪から伝わる運動エネルギによって駆動されて発電する発電機としての機能を有する。本実施形態では、モータジェネレータ１０が電動機として機能する場合を中心に説明する。
【００１０】
モータジェネレータ１０は、３相交流の回転機であって、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２、および、Ｗ相コイル１３を有する。Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３が「巻線」に対応し、以下適宜、Ｕ相コイル１１、Ｖ相コイル１２およびＷ相コイル１３を「コイル１１〜１３」という。コイル１１〜１３は、図２に示すように、電気角１２０度の間隔にて配置される。なお、図２は、コイル１１〜１３を模式的に示しており、図中のＨｕはＵ相コイル１１による回転磁界、ＨｖはＶ相コイル１２による回転磁界、ＨｗはＷ相コイル１３による回転磁界を示す。
【００１１】
本実施形態では、Ｕ相コイル１１に流れる電流をＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相コイル１２に流れる電流をＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相コイル１３に流れる電流をＷ相電流Ｉｗとする。また、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、および、Ｗ相電流Ｉｗを、適宜、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗという。本実施形態では、第１インバータ２０側から第２インバータ３０側へ流れる電流を正、第２インバータ３０側から第１インバータ２０側へ流れる電流を負とする。
【００１２】
電力変換装置１５は、モータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０、第２インバータ３０、インバータ接続線としての低電位側接続線５７、開閉器としての低電位側開閉器５８および、制御部７０等を備える。
第１インバータ２０は、コイル１１〜１３への通電を切り替える３相インバータであり、６つのスイッチング素子であるＵ１上アーム素子２１、Ｖ１上アーム素子２２、Ｗ１上アーム素子２３、Ｕ１下アーム素子２４、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６を有する。以下適宜、Ｕ１上アーム素子２１、Ｖ１上アーム素子２２、Ｗ１上アーム素子２３、Ｕ１下アーム素子２４、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６を「（第１）スイッチング素子２１〜２６」という。
【００１３】
Ｕ１上アーム素子２１はＵ１下アーム素子２４の高電位側に接続され、Ｖ１上アーム素子２２はＶ１下アーム素子２５の高電位側に接続され、Ｗ１上アーム素子２３はＷ１下アーム素子２６の高電位側に接続される。以下適宜、高電位側に接続されるＵ１上アーム素子２１、Ｖ１上アーム素子２２およびＷ１上アーム素子２３を「（第１）上アーム素子２１〜２３」、低電位側に接続されるＵ１下アーム素子２４、Ｖ１下アーム素子２５およびＷ１下アーム素子２６を「（第１）下アーム素子２４〜２６」という。
【００１４】
第１インバータ２０は、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１と第１電圧源としての第１バッテリ４１との間に接続される。具体的には、対になるＵ１上アーム素子２１とＵ１下アーム素子２４との接続点２７がＵ相コイル１１の一端１１１に接続され、Ｖ１上アーム素子２２とＶ１下アーム素子２５との接続点２８がＶ相コイル１２の一端１２１に接続され、Ｗ１上アーム素子２３とＷ１下アーム素子２６との接続点２９がＷ相コイル１３の一端１３１に接続される。また、第１上アーム素子２１〜２３の高電位側を接続する第１高電位側配線４６が第１バッテリ４１の正極と接続され、第１下アーム素子２４〜２６の低電位側を接続する第１低電位側配線４７が第１バッテリ４１の負極と接続される。
【００１５】
第２インバータ３０は、コイル１１〜１３への通電を切り替える３相インバータであり、６つのスイッチング素子であるＵ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２、Ｗ２上アーム素子３３、Ｕ２下アーム素子３４、Ｖ２下アーム素子３５、および、Ｗ２下アーム素子３６を有する。以下適宜、Ｕ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２、Ｗ２上アーム素子３３、Ｕ２下アーム素子３４、Ｖ２下アーム素子３５、および、Ｗ２下アーム素子３６を「（第２）スイッチング素子３１〜３６」という。
【００１６】
Ｕ２上アーム素子３１はＵ２下アーム素子３４の高電位側に接続され、Ｖ２上アーム素子３２はＶ２下アーム素子３５の高電位側に接続され、Ｗ２上アーム素子３３はＷ２下アーム素子３６の高電位側に接続される。以下適宜、高電位側に接続されるＵ２上アーム素子３１、Ｖ２上アーム素子３２およびＷ２上アーム素子３３を「（第２）上アーム素子３１〜３３」、低電位側に接続されるＵ２下アーム素子３４、Ｖ２下アーム素子３５およびＷ２下アーム素子３６を「（第２）下アーム素子３４〜３６」という。
【００１７】
第２インバータ３０は、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２と第２電圧源としての第２バッテリ４２との間に接続される。具体的には、対になるＵ２上アーム素子３１とＵ２下アーム素子３４との接続点３７がＵ相コイル１１の他端１１２に接続され、Ｖ２上アーム素子３２とＶ２下アーム素子３５との接続点３８がＶ相コイル１２の他端１２２に接続され、Ｗ２上アーム素子３３とＷ２下アーム素子３６との接続点３９がＷ相コイル１３の他端１３２に接続される。また、第２上アーム素子３１〜３３の高電位側を接続する第２高電位側配線４８が第２バッテリ４２の正極と接続され、第２下アーム素子３４〜３６の低電位側を接続する第２低電位側配線４９が第２バッテリ４２の負極と接続される。
このように、本実施形態では、第１インバータ２０および第２インバータ３０がコイル１１〜１３の両側に接続される。
【００１８】
本実施形態では、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であって、いずれも還流ダイオードを有する。すなわち、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６がオンされると、高電位側から低電位側へ電流が流れ、オフされると、高電位側から低電位側への電流が遮断される。また、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、オンオフ状態によらず、還流ダイオードを経由して、低電位側から高電位側への通電が許容される。すなわち、本実施形態のスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、低電位側から高電位側への通電を許容する還流機能を有している、といえる。スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６は、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）等としてもよい。
【００１９】
第１バッテリ４１は、リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源であり、第１インバータ２０と接続され、第１インバータ２０を経由してモータジェネレータ１０と電力を授受可能に設けられる。
第２バッテリ４２は、リチウムイオン電池等の充放電可能な直流電源であり、第２インバータ３０と接続され、第２インバータ３０を経由してモータジェネレータ１０と電力を授受可能に設けられる。
【００２０】
第１コンデンサ４３は、第１高電位側配線４６と第１低電位側配線４７とに接続される。第１コンデンサ４３は、第１バッテリ４１から第１インバータ２０側への電流、または、第１インバータ２０から第１バッテリ４１側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
第２コンデンサ４４は、第２高電位側配線４８と第２低電位側配線４９とに接続される。第２コンデンサ４４は、第２バッテリ４２から第２インバータ３０側への電流、または、第２インバータ３０側から第２バッテリ４２側への電流を平滑化する平滑コンデンサである。
【００２１】
低電位側接続線５７は、第１低電位側配線４７と第２低電位側配線４９とを接続する。
低電位側開閉器５８は、低電位側接続線５７に設けられる。低電位側開閉器５８が閉のとき、低電位側接続線５７の通電が許容され、低電位側開閉器５８が開のとき、低電位側接続線５７の通電が遮断される。
【００２２】
制御部７０は、通常のコンピュータとして構成されており、内部にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、および、これらの構成を接続するバスライン等を備える。制御部７０における各処理は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
【００２３】
制御部７０は、機能ブロックとして、インバータ制御部７１、開閉器制御部７２、異常検出部７３、および、容量検出部７４等を有する。
インバータ制御部７１は、トルク指令値や電流指令値等のモータジェネレータ１０の駆動に係る指令値に基づき、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のオンオフ作動を制御する制御信号を生成し、図示しないドライバ回路等を経由して、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６のゲートに出力する。これにより、インバータ制御部７１は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
【００２４】
開閉器制御部７２は、低電位側開閉器５８の開閉を制御する。
異常検出部７３は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常を検出する。
容量検出部７４では、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の残容量を検出する。残容量の単位は、例えば［Ｗｈ］である。
【００２５】
まず、第１インバータ２０および第２インバータ３０がいずれも正常である場合の通常制御について、図３および図４に基づいて説明する。図３および図４中においては、オンされる素子を実線、オフされる素子を破線で示す。また、制御部７０等、一部の構成や符号の記載を適宜省略する。図５等についても同様とする。
【００２６】
第１インバータ２０および第２インバータ３０がいずれも正常である場合、低電位側開閉器５８を開とする。
モータジェネレータ１０を比較的軽負荷で駆動する場合、第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力によりモータジェネレータ１０を駆動する。第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力で駆動する動作を、片側駆動動作とする。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、第１バッテリ４１の電力にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、第２上アーム素子３１〜３３の全相または第２下アーム素子３４〜３６の全相の一方をオン、他方をオフし、第２インバータ３０を中性点化する。また、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、ＰＷＭ制御等により第１インバータ２０を制御する。ＰＷＭ制御には、指令に応じた基本波の振幅が三角波等のキャリア波の振幅以下である「正弦波ＰＷＭ制御」、および、基本波の振幅がキャリア波の振幅よりも大きい「過変調ＰＷＭ制御」を含むものとする。
【００２８】
図３（ａ）に示す例では、第２上アーム素子３１〜３３の全相がオン、第２下アーム素子３４〜３６の全相がオフされることにより、第２インバータ３０が中性点化される。また、第１インバータ２０において、Ｕ１上アーム素子２１、Ｖ１下アーム素子２５、および、Ｗ１下アーム素子２６がオンされると、２点鎖線の矢印で示す経路の電流が流れる。
【００２９】
図３（ｂ）に示すように、第２バッテリ４２の電力にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相または第１下アーム素子２４〜２６の全相の一方をオン、他方をオフし、第１インバータ２０を中性点化する。また、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、ＰＷＭ制御等により第２インバータ３０を制御する。
【００３０】
図３（ｂ）に示す例では、第１上アーム素子２１〜２３の全相がオン、第１下アーム素子２４〜２６の全相がオフされることにより、第１インバータ２０が中性点化される。また、第２インバータ３０において、Ｕ２上アーム素子３１、Ｖ２下アーム素子３５、および、Ｗ２下アーム素子３６がオンされると、２点鎖線の矢印で示す経路の電流が流れる。
【００３１】
第２インバータ３０側を中性点化する場合、スイッチング素子３１〜３６の熱劣化等に応じ、第２上アーム素子３１〜３３がオンされる状態と、第２下アーム素子３４〜３６がオンされる状態とを適宜切り替えてもよい。第１インバータ２０側を中性点化する場合も同様である。
中性点化するインバータは、スイッチング素子２１〜２６、３１〜３６の熱劣化等に応じ、適宜切り替えてもよい。また、中性点化しない側のインバータは、ＰＷＭ制御に限らず、矩形波制御等、どのように制御してもよい。
【００３２】
片側駆動動作では、一方のインバータが中性点化される。これにより、２つのインバータ２０、３０のスイッチング素子２１〜２６、３１〜３６をスイッチングする後述の反転駆動動作等と比較し、スイッチング損失が低減されるので、低出力時の効率を高めることができる。
また、第１バッテリ４１の電圧と第２バッテリ４２の電圧とが異なる場合、電圧が低い方の出力で駆動要求を満たせる場合、高電圧側を中性点化し、低電圧側で駆動することで、スイッチング損失をより低減することができる。
【００３３】
第１バッテリ４１または第２バッテリ４２の電力にて駆動要求を満たせない比較的高負荷にてモータジェネレータ１０を駆動する場合、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とが直列接続される状態とし、両側電源を用いた両側電源駆動とする。本実施形態では、両側電源駆動とすべく、第１インバータ２０および第２インバータ３０を反転駆動動作させる。
ここで、第１インバータ２０は、第１基本波Ｆ１とキャリア波との比較によりＰＷＭ制御され、第２インバータ３０が、第２基本波Ｆ２とキャリア波との比較によりＰＷＭ制御されるものとする。
【００３４】
反転駆動動作では、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２の位相が反転されている。換言すると、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２とは、位相が略１８０［°］ずれている。これにより、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とが直列接続されている状態とみなすことができ、第１バッテリ４１の電圧と第２バッテリ４２の電圧との和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加可能である。
【００３５】
なお、第１基本波Ｆ１と第２基本波Ｆ２との位相差は、１８０［°］とするが、第１バッテリ４１の電圧および第２バッテリ４２の電圧の和に相当する電圧をモータジェネレータ１０に印加可能な程度のずれは許容されるものとする。
また、第１基本波Ｆ１の振幅と、第２基本波Ｆ２の振幅とは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【００３６】
また、第１基本波Ｆ１および第２基本波Ｆ２は、ともに正弦波であるように同様の波形であってもよいし、第１インバータ２０または第２インバータ３０の一方を正弦波ＰＷＭ制御し、他方を過変調ＰＷＭ制御するといった場合のように、異なる波形であってもよい。また、振幅を無限大とみなし、基本波Ｆ１、Ｆ２の半周期ごとにオンオフが切り替えられる矩形波制御としてもよい。矩形波制御は、１８０度通電制御ともいえる。また、矩形波制御に替えて、基本波Ｆ１、Ｆ２に基づく１２０度通電制御としてもよい。
【００３７】
第１基本波Ｆ１および第２基本波Ｆ２の振幅および波形が等しい場合、各相にてオンされる素子が第１インバータ２０と第２インバータ３０とで上下反対になる。図４に示す例では、Ｕ１上アーム素子２１、Ｖ１下アーム素子２５、Ｗ１下アーム素子２６、Ｖ２上アーム素子３２、Ｗ２上アーム素子３３、および、Ｕ２下アーム素子３４がオンされると、２点鎖線の矢印で示す経路の電流が流れる。
なお、反転駆動動作において、基本波Ｆ１、Ｆ２の振幅や波形が異なる場合、各相にてオンされる素子は、第１インバータ２０と第２インバータ３０とで必ずしも上下反対にならない。
このように、第１インバータ２０および第２インバータ３０が正常である場合、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて、片側駆動動作と反転駆動動作とを切り替えることで、モータジェネレータ１０を高効率に駆動することができる。
【００３８】
次に、第１インバータ２０または第２インバータ３０に異常が生じた場合について説明する。ここでは、第１インバータ２０に異常が生じ、第２インバータ３０が正常である場合を例に説明する。なお、第２インバータ３０に異常が生じた場合は、第１インバータ２０側の制御と第２インバータ３０側の制御とを入れ替えればよいので、説明を割愛する。後述の実施形態についても同様である。
【００３９】
例えばＵ１上アーム素子２１の短絡故障等、第１インバータ２０に異常が生じた場合、第１インバータ２０を中性点化し、第２インバータ３０をモータジェネレータ１０の駆動要求に応じて制御することで、第２バッテリ４２の電力を用いてモータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。この場合、第２バッテリ４２のＳＯＣ（State Of Charge）が低下すると、モータジェネレータ１０の３相駆動が継続できなくなる。
【００４０】
また、異常が生じている相（以下適宜、「故障相」という。）が１相（例えばＵ相）であれば、異常が生じていない相（以下適宜、「非故障相」という。）を用いた２相駆動とすることで、第１バッテリ４１の電力を使用することができる。しかしながら、図１８に示す参考例のように、低電位側接続線５７および低電位側開閉器５８がない電力変換装置１９において、非故障相を用いた２相駆動を行う場合、非故障相に流れる電流の位相差を１８０度以外とすることができない。通電位相差１８０度にて２相駆動すると、通常の３相駆動と比較して、トルク変動が大きい。また、トルクがゼロとなる点が生じるため、例えばモータジェネレータ１０が車両の主機モータである場合、走行継続ができなくなる虞がある。なお、図１８においては、制御部に係る構成の記載を省略した。
【００４１】
そのため、参考例において、第１インバータ２０に異常が生じた場合、第２バッテリ４２の容量が低下すると、実質的に走行を継続できない。特に、第１バッテリ４１と第２バッテリ４２とで特性が異なっており、例えば、第１バッテリ４１が低出力、高容量型の電源であり、第２バッテリ４２が高出力、低容量型の電源であって、第１インバータ２０に異常が生じた場合、第２インバータ３０に異常が生じた場合と比較し、退避走行可能な走行距離が短くなることが懸念される。
【００４２】
そこで本実施形態では、低電位側接続線５７および低電位側開閉器５８を設け、低電位側開閉器５８を閉とすることで、第１インバータ２０または第２インバータ３０に異常が生じた場合であっても、両方のバッテリ４１、４２を用いて、モータジェネレータ１０の駆動を継続可能としている。
【００４３】
本実施形態による第１インバータ２０の異常時における制御を説明する。
まず、第１バッテリ４１の残容量Ｅ１と第２バッテリ４２の残容量Ｅ２とを比較する。正常側の電源である第２バッテリ４２の残容量Ｅ２が故障側の電源である第１バッテリ４１の残容量Ｅ１より大きい場合、図５（ａ）に示すように、低電位側開閉器５８を開とする。また、第１インバータ２０を中性点化し、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて第２インバータ３０を制御する。第２インバータ３０の制御は、正常時の片側駆動時と同様、３相制御とする。これにより、モータジェネレータ１０は、第２バッテリ４２の電力を用いて、正常時と同様に３相駆動が可能である。
【００４４】
図５（ａ）は、Ｕ１上アーム素子２１が短絡故障した場合の例である。第１上アーム素子２１〜２３の少なくとも１つが短絡故障した場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオン、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオフすることで、第１インバータ２０を中性点化する。また、第１下アーム素子２４〜２６の少なくとも１つが開放故障した場合も同様に、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオン、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオフすることで、第１インバータ２０を中性点化する。
【００４５】
第１上アーム素子２１〜２３の少なくとも１つが開放故障した場合、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオン、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオフすることで、第１インバータ２０を中性点化する。また、第１下アーム素子２４〜２６の少なくとも１つが短絡故障した場合も同様に、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオン、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオフすることで、第１インバータ２０を中性点化する。
ここで、「短絡故障」は、各素子の電流を遮断できなくなる故障であって、素子自体の故障に加え、制御部７０からの信号異常や、ドライバ回路の異常等も含むものとする。「開放故障」は、各素子を導通できなくなる故障であって、素子自体の故障に加え、制御部７０からの信号異常や、ドライバ回路の異常等も含むものとする。
【００４６】
第２バッテリ４２の残容量Ｅ２が第１バッテリ４１の残容量Ｅ１以下である場合、図５（ｂ）に示すように、低電位側開閉器５８を閉にする。また、第１インバータ２０および第２インバータ３０の故障相のスイッチング素子をオフとし、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じ、非故障相を用いた２相駆動とする。図５（ｂ）の例では、故障相がＵ相であるので、非故障相であるＶ相およびＷ相を用いた２相駆動とする。
【００４７】
本実施形態では、低電位側開閉器５８を閉とし、第１インバータ２０と第２インバータ３０の低電位側を接続して同電位とすることで、任意の位相差での２相駆動が可能となる。そのため、トルクがゼロとなる点がある１８０度または０度以外の位相差で２相駆動を行うことで、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の電力を用いて、モータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
【００４８】
本実施形態では、モータジェネレータ１０のコイル１１〜１３は、電気角１２０度で配置されている（図２参照）。電気角１２０度で配置されるＶ相コイル１２およびＷ相コイル１３において、Ｖ相コイル１２への通電により生じる回転磁界と、Ｗ相コイル１３への通電により生じる回転磁界との合成回転磁界は、理論上、通電位相差が６０度のとき、１周期で歪みのない円形となる。
そこで本実施形態では、Ｖ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗの位相差を６０度として２相駆動を行う。３相駆動時のＶ相電流Ｉｖの位相が（θ−１２０）、Ｗ相電流Ｉｗの位相が（θ＋１２０）、すなわち（θ−２４０）である場合、例えば、Ｖ相電流Ｉｖの位相を３相駆動時と同様に（θ−１２０）とし、Ｗ相電流Ｉｗの位相を変更し、（θ−１８０）とする。
【００４９】
２相駆動の詳細を図６に基づいて説明する。図６中では、第１バッテリ４１を「電源１」、第２バッテリ４２を「電源２」と記載した。
本実施形態では、Ｖ相において、Ｖ１上アーム素子２２とＶ２下アーム素子３５とを同期させ、Ｖ１下アーム素子２５とＶ２上アーム素子３２とを同期させてスイッチングする。詳細には、Ｖ１上アーム素子２２およびＶ２下アーム素子３５をスイッチングし、Ｖ１下アーム素子２５およびＶ２上アーム素子３２をオフする期間と、Ｖ１下アーム素子２５およびＶ２上アーム素子３２をスイッチングし、Ｖ１上アーム素子２２およびＶ２下アーム素子３５をオフする期間と、を切り替える。
【００５０】
また、Ｗ相において、Ｗ１上アーム素子２３とＷ２下アーム素子３６とを同期させ、Ｗ１下アーム素子２６とＷ２上アーム素子３３とを同期させてスイッチングする。詳細には、Ｗ１上アーム素子２３およびＷ２下アーム素子３６をスイッチングし、Ｗ１下アーム素子２６およびＷ２上アーム素子３３をオフする期間と、Ｗ１下アーム素子２６およびＷ２上アーム素子３３をスイッチングし、Ｗ１上アーム素子２３およびＷ２下アーム素子３６をオフする期間とを、Ｖ相との位相差が６０度となるように切り替える。
スイッチングする期間のデューティおよびパルスパターンは、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて設定される。
【００５１】
Ｖ１上アーム素子２２およびＶ２下アーム素子３５がスイッチングされているとき、Ｖ相の出力は、第１バッテリ４１の電力による。一方、Ｖ１下アーム素子２５およびＶ２上アーム素子３２がスイッチングされているとき、Ｖ相の出力は、第２バッテリ４２の電力による。
また、図示はしていないが、Ｗ１上アーム素子２３およびＷ２下アーム素子３６がスイッチングされているとき、Ｗ相の出力は、第１バッテリ４１の電力による一方、Ｗ１下アーム素子２６およびＷ２上アーム素子３３がスイッチングされているとき、Ｗ相の出力は、第２バッテリ４２の電力による。
【００５２】
すなわち、本実施形態の２相駆動では、相毎にみれば、第１バッテリ４１の電力と第２バッテリ４２の電力とを交互に用いている。これにより、故障箇所によらず、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の電力を最大限に使用してモータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。モータジェネレータ１０が車両の主機モータである場合、適切に退避走行させることができる。
【００５３】
本実施形態では、２相駆動時において、非故障相に通電される電流の位相差を６０度としている。図７は、位相差６０度で２相駆動した場合の出力トルクを実線Ｌ１、位相差１８０度で２相駆動した場合の出力トルクを破線Ｌ２、通常時における３相駆動時の出力トルクを実線Ｌ３で示す。図７に示すように、位相差６０度で２相駆動する場合、実線Ｌ３で示す３相駆動時と比較して、出力は低下するものの、位相差１８０度で２相駆動する場合のようにトルクがゼロとなることがなく、位相差１８０度の場合と比較して、トルク変動が抑制される。
【００５４】
以上詳述したように、本実施形態の電力変換装置１５は、３相以上であるコイル１１〜１３を有するモータジェネレータ１０の電力を変換するものであって、第１インバータ２０と、第２インバータ３０と、低電位側接続線５７と、低電位側開閉器５８と、制御部７０と、を備える。
第１インバータ２０は、高電位側に接続される第１上アーム素子２１〜２３、および、第１上アーム素子２１〜２３の低電位側に接続される第１下アーム素子２４〜２６を有する。第１インバータ２０は、コイル１１、１２、１３の一端１１１、１２１、１３１および第１バッテリ４１に接続される。
【００５５】
第２インバータ３０は、高電位側に接続される第２上アーム素子３１〜３３、および、第２上アーム素子３１〜３３の低電位側に接続される第２下アーム素子３４〜３６を有する。第２インバータ３０は、コイル１１、１２、１３の他端１１２、１２２、１３２および第２バッテリ４２に接続される。
【００５６】
低電位側接続線５７は、第１下アーム素子２４〜２６の低電位側を接続する第１低電位側配線４７と、第２下アーム素子３４〜３６の低電位側を接続する第２低電位側配線４９とを接続する。
低電位側開閉器５８は、低電位側接続線５７に設けられる。
本実施形態では、低電位側接続線５７および低電位側開閉器５８が設けられており、低電位側開閉器５８を閉とすることで、第１インバータ２０または第２インバータ３０の一方に異常が生じた場合であっても、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の電力を用いてモータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
【００５７】
電力変換装置１５は、制御部７０を備える。制御部７０は、インバータ制御部７１、開閉器制御部７２、異常検出部７３、および、容量検出部７４を有する。
インバータ制御部７１は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
開閉器制御部７２は、低電位側開閉器５８の開閉を制御する。
異常検出部７３は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常を検出する。
容量検出部７４は、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の残容量を検出する。
【００５８】
開閉器制御部７２は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常状態、ならびに、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の残容量に基づき、低電位側開閉器５８の開閉を制御する。インバータ制御部７１は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常状態、ならびに、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の残容量に基づき、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
インバータ２０、３０の異常状態、および、バッテリ４１、４２の残容量に基づいて第１インバータ２０、第２インバータ３０、および、低電位側開閉器５８を制御することで、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の電力を用いて、適切にモータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
【００５９】
ここで、異常が検出された第１インバータ２０または第２インバータ３０を異常インバータ、正常である第１インバータ２０または第２インバータ３０を正常インバータとする。また、異常インバータと接続される第１バッテリ４１または第２バッテリ４２を異常側電圧源、正常インバータと接続される第１バッテリ４１または第２バッテリ４２を正常側電圧源とする。
【００６０】
正常側電圧源の残容量が異常側電圧源の残容量より大きい場合、開閉器制御部７２は、低電位側開閉器５８を開とし、インバータ制御部７１は、異常インバータを中性点化し、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて正常インバータを制御する。
また、正常側電圧源の残容量が異常側電圧源の残容量以下である場合、開閉器制御部７２は、低電位側開閉器５８を閉とし、インバータ制御部７１は、異常が生じている相以外の相を用いた減相駆動となるように、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
これにより、正常側電圧源の残容量が少なくなったとしても、異常側電圧源の電力も用いて、適切にモータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
【００６１】
コイル１１〜１３の相数は、３相である。
インバータ制御部７１は、異常が生じている相以外の２相に流れる電流の位相差が６０度となるように第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
２相駆動における通電位相差を６０度とすると、トルクがゼロとなる点がなく、モータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。また、他の位相差で２相駆動する場合と比較し、トルク変動を抑制することができる。
【００６２】
本実施形態では、インバータ制御部７１が「インバータ制御手段」に対応し、開閉器制御部７２が「開閉器制御手段」に対応し、異常検出部７３が「異常検出手段」に対応し、容量検出部７４が「容量検出手段」に対応する。また、低電位側接続線５７が「インバータ接続線」に対応し、低電位側開閉器５８が「開閉器」に対応する。
また、本実施形態では、第１インバータ２０が「異常インバータ」、第２インバータ３０が「正常インバータ」、第１バッテリ４１が「異常側電圧源」、第２バッテリ４２が「正常側電圧源」として説明した。
【００６３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図８に基づいて説明する。
図８に示すように、本実施形態の回転電機駆動システム２は、モータジェネレータ１０、および、電力変換装置１６を備える。
電力変換装置１６は、上記実施形態の低電位側接続線５７および低電位側開閉器５８に替えて、高電位側接続線５５および高電位側開閉器５６を備える。
高電位側接続線５５は、第１高電位側配線４６と第２高電位側配線４８とを接続する。
高電位側開閉器５６は、高電位側接続線５５に設けられる。高電位側開閉器５６が閉のとき、高電位側接続線５５の通電が許容され、高電位側開閉器５６が開のとき、高電位側接続線５５の通電が遮断される。
高電位側開閉器５６は、開閉器制御部７２により開閉が制御される。なお、煩雑になることを避けるため、図８においては、高電位側開閉器５６への制御線は省略した。
【００６４】
高電位側開閉器５６は、低電位側開閉器５８と同様に制御される。すなわち、第１インバータ２０および第２インバータ３０が正常である場合、および、正常側の電源の残容量が故障側の電源の残容量より大きい場合、高電位側開閉器５６を開とする。正常側の電源の残容量が故障側の電源の残容量以下である場合、高電位側開閉器５６を閉とし、非故障相を用いた２相駆動とする。高電位側開閉器５６を閉とし、第１インバータ２０と第２インバータ３０の高電位側を接続して同電位とすることで、任意の位相差での２相駆動が可能となる。
第１インバータ２０および第２インバータ３０の制御は、第１実施形態と同様である。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、高電位側接続線５５が「インバータ接続線」に対応し、高電位側開閉器５６が「開閉器」に対応する。
【００６５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９〜図１６に基づいて説明する。
図９に示すように、本実施形態の回転電機駆動システム３は、モータジェネレータ１０、および、電力変換装置１７を備える。
電力変換装置１７は、第１実施形態の構成に加え、第１電源側開閉器５１、第２電源側開閉器５２、高電位側接続線５５および高電位側開閉器５６を備える。
【００６６】
第１電源側開閉器５１は、第１バッテリ４１の正極と第１インバータ２０の高電位側との間であって、第１コンデンサ４３が接続される箇所よりも、第１バッテリ４１側に設けられる。
第２電源側開閉器５２は、第２バッテリ４２の正極と第２インバータ３０の高電位側との間であって、第２コンデンサ４４が接続される箇所よりも、第２バッテリ４２側に設けられる。
第１電源側開閉器５１、第２電源側開閉器５２、高電位側開閉器５６、および、低電位側開閉器５８は、開閉器制御部７２により開閉が制御される。なお、煩雑になることを避けるため、図９においては、制御線の一部を省略した。
【００６７】
第１インバータ２０および第２インバータ３０が正常である場合、第１電源側開閉器５１および第２電源側開閉器５２を閉、高電位側開閉器５６および低電位側開閉器５８を閉とする。第１インバータ２０および第２インバータ３０の制御は、上記実施形態と同様である。
【００６８】
次に、第１インバータ２０に異常が生じた場合の例を説明する。
図１０に示すように、正常側の電源である第２バッテリ４２の残容量Ｅ２が給電可能下限値Ｅｔｈより大きい場合、第１電源側開閉器５１、高電位側開閉器５６および低電位側開閉器５８を開とし、第２電源側開閉器５２を閉とする。また、第１インバータ２０を中性点化し、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて第２インバータ３０を制御する。第１インバータ２０において、高電位側を全相オンにするか、低電位側を全相オンにするかは、短絡故障であるか開放故障であるか、および、故障箇所に応じ、第１実施形態と同様とする。なお、第１電源側開閉器５１は、閉であってもよい。
【００６９】
第２バッテリ４２の残容量Ｅ２が給電可能下限値Ｅｔｈ以下となった場合、高電位側開閉器５６または低電位側開閉器５８を閉とし、第１バッテリ４１の電力を第２インバータ３０側に移動させつつ、モータジェネレータ１０を駆動する。
まず、異常が生じている第１インバータ２０および開閉器５１、５２、５６、５８の制御について、図１１および図１２に基づいて説明する。
【００７０】
図１１および図１２に示すように、第１インバータ２０にて故障が生じ、正常側である第２バッテリ４２の残容量Ｅ２が給電可能下限値Ｅｔｈ以下となった場合、第１インバータ２０内での故障箇所によらず、第１電源側開閉器５１を閉、第２電源側開閉器５２を開とする。第２インバータ３０にて故障が生じ、正常側である第１バッテリ４１の残容量Ｅ１が給電可能下限値Ｅｔｈ以下となった場合、第１電源側開閉器５１を開、第２電源側開閉器５２を閉とする。なお、第１バッテリ４１の駆動可能判定に係る閾値と第２電源の駆動可能判定に係る閾値とは、同じでもよいし、各電源の特性に応じて異なる値に設定してもよい。
【００７１】
図１１（ａ）は、Ｕ１上アーム素子２１が短絡故障した場合の例である。第１上アーム素子２１〜２３の少なくとも１つが短絡故障した場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオン、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオフすることで、第１インバータ２０を中性点化する。
図１１（ｂ）は、Ｕ１下アーム素子２４が開放故障した場合の例である。第１下アーム素子２４〜２６の少なくとも１つが開放故障した場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオン、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオフすることで、第１インバータ２０を中性点化する。
第１上アーム素子２１〜２３をオン固定することで第１インバータ２０を中性点化する場合、高電位側開閉器５６を開、低電位側開閉器５８を閉とする。
【００７２】
図１２（ａ）は、Ｕ１下アーム素子２４が短絡故障した場合の例である。第１下アーム素子２４〜２６の少なくとも１つが短絡故障した場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオフ、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオンすることで、第１インバータ２０を中性点化する。
図１２（ｂ）は、Ｕ１上アーム素子２１が開放故障した場合の例である。第１上アーム素子２１〜２３の少なくとも１つが開放故障した場合、第１上アーム素子２１〜２３の全相をオフ、第１下アーム素子２４〜２６の全相をオンすることで、第１インバータ２０を中性点化する。
第１下アーム素子２４〜２６をオン固定することで第１インバータ２０を中性点化する場合、高電位側開閉器５６を閉、低電位側開閉器５８を開とする。
【００７３】
なお、第２インバータ３０にて故障が生じた場合、第１インバータ２０にて故障が生じた場合と同様、第２上アーム素子３１〜３３をオン固定して第２インバータ３０を中性点化する場合、高電位側開閉器５６を開、低電位側開閉器５８を閉とする。また、第２下アーム素子３４〜３６をオン固定して第２インバータ３０を中性点化する場合、高電位側開閉器５６を閉、低電位側開閉器５８を開とする。
【００７４】
次に、正常である第２インバータ３０の制御を説明する。図１３に示すように、第２インバータ３０では、８つの電圧ベクトルパターンを切り替える。図１３では、Ｕ２上アーム素子３１をＳ１、Ｖ２上アーム素子３２をＳ２、Ｗ２上アーム素子３３をＳ３、Ｕ２下アーム素子３４をＳ４、Ｖ２下アーム素子３５をＳ５、Ｗ２下アーム素子３６をＳ６として記載した。
本実施形態では、ゼロ電圧ベクトルであるＶ０電圧ベクトルとＶ７電圧ベクトルとを切り替えることによるチョッパ動作により、第１バッテリ４１の電力を正常側コンデンサである第２コンデンサ４４に移動させる。チョッパ動作において、コイル１１〜１３がリアクトルとして機能する。
【００７５】
チョッパ動作の詳細を図１４および図１５に基づいて説明する。
図１４は、Ｕ１上アーム素子２１が短絡故障している場合の例である。図１４に示すように、第１上アーム素子２１〜２３をオン固定して第１インバータ２０を中性点化する場合、第２インバータ３０において、Ｖ０電圧ベクトルにて、コイル１１〜１３にエネルギが蓄積され、Ｖ０電圧ベクトルからＶ７電圧ベクトルに切り替わると、コイル１１〜１３に蓄積されたエネルギが放出され、第２コンデンサ４４が充電される。これにより、第１バッテリ４１の電力が第２コンデンサ４４に移動される。
【００７６】
図１５は、Ｕ１下アーム素子２４が短絡故障している場合の例である。図１５に示すように、第１下アーム素子２４〜２６をオン固定して第１インバータ２０を中性点化する場合、第２インバータ３０において、Ｖ７電圧ベクトルにて、コイル１１〜１３にエネルギが蓄積され、Ｖ７電圧ベクトルからＶ０電圧ベクトルに切り替わると、コイル１１〜１３に蓄積されたエネルギが放出され、第２コンデンサ４４が充電される。これにより、第１バッテリ４１の電力が第２コンデンサ４４に移動される。
なお、チョッパ動作における電圧ベクトルＶ０および電圧ベクトルＶ７にてコイル１１〜１３に流れる電流である零相電流は、トルクには影響しない。
【００７７】
また、第２コンデンサ４４の電力を用い、Ｖ１電圧ベクトル〜Ｖ６電圧ベクトルを切り替えることで、モータジェネレータ１０を駆動する。
図１６に示すように、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、零相電流分がオフセットされた波形となる。このオフセット分の電力が、第１バッテリ４１から第２コンデンサ４４へ移動する。
第１バッテリ４１から第２コンデンサ４４へ移動される電力量は、ゼロ電圧ベクトルであるＶ０電圧ベクトルおよびＶ７電圧ベクトルの期間と有効電圧ベクトルであるＶ１電圧ベクトル〜Ｖ６電圧ベクトルの期間との比、ならびに、ゼロ電圧ベクトル期間におけるＶ０電圧ベクトルの期間とＶ７電圧ベクトルの期間との比に応じて調整可能である。本実施形態では、第２コンデンサ４４の蓄電量に基づき、ゼロ電圧ベクトルの期間と有効電圧ベクトルの期間との比率、および、Ｖ０電圧ベクトルの期間とＶ７電圧ベクトルの期間との比率を制御する。
第２コンデンサ４４の蓄電量は、制御部７０により直接的に検出するようにしてもよいし、第１バッテリ４１の残容量およびモータジェネレータ１０における使用電力量等に基づいて推定してもよい。
【００７８】
本実施形態では、電力変換装置１６は、第１コンデンサ４３と、第２コンデンサ４４と、第１電源側開閉器５１と、第２電源側開閉器５２と、をさらに備える。
第１コンデンサ４３は、第１バッテリ４１と第１インバータ２０との間に接続される。第２コンデンサ４４は、第２バッテリ４２と第２インバータ３０との間に接続される。
第１電源側開閉器５１は、第１バッテリ４１と第１コンデンサ４３との間に設けられる。第２電源側開閉器５２は、第２バッテリ４２と第２コンデンサ４４との間に設けられる。
本実施形態では、高電位側接続線５５および低電位側接続線５７がインバータ接続線として設けられ、高電位側開閉器５６および低電位側開閉器５８が開閉器として設けられる。
これにより、第１インバータ２０または第２インバータ３０の一方に異常が生じた場合であっても、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の電力を用いてモータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
【００７９】
電力変換装置１５は、制御部７０を備える。制御部７０は、インバータ制御部７１、開閉器制御部７２、異常検出部７３、および、容量検出部７４を有する。
インバータ制御部７１は、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
開閉器制御部７２は、第１電源側開閉器５１、第２電源側開閉器５２、高電位側開閉器５６および低電位側開閉器５８の開閉を制御する。
異常検出部７３は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常を検出する。
容量検出部７４は、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の残容量を検出する。
【００８０】
開閉器制御部７２は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常状態、ならびに、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の残容量に基づき、第１電源側開閉器５１、第２電源側開閉器５２、高電位側開閉器５６および低電位側開閉器５８の開閉を制御する。インバータ制御部７１は、第１インバータ２０および第２インバータ３０の異常状態、ならびに、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の残容量に基づき、第１インバータ２０および第２インバータ３０を制御する。
【００８１】
インバータ２０、３０の異常状態、および、バッテリ４１、４２の残容量に基づいて第１インバータ２０、第２インバータ３０、および、第１電源側開閉器５１、第２電源側開閉器５２、高電位側開閉器５６および低電位側開閉器５８を制御することで、第１バッテリ４１および第２バッテリ４２の電力を用いて、適切にモータジェネレータ１０の駆動を継続することができる。
【００８２】
本実施形態では、異常が検出された第１インバータ２０または第２インバータ３０を異常インバータ、正常である第１インバータ２０または第２インバータ３０を正常インバータとする。また、異常インバータと接続される第１バッテリ４１または第２バッテリ４２を異常側電圧源、正常インバータと接続される第１バッテリ４１または第２バッテリ４２を正常側電圧源、正常インバータ側に設けられるコンデンサを正常側コンデンサとする。さらにまた、異常インバータ側に設けられる第１電源側開閉器５１または第２電源側開閉器を異常側開閉器とし、正常インバータ側に設けられる第１電源側開閉器５１または第２電源側開閉器を正常側開閉器とする。
【００８３】
正常側電圧源の残容量が給電可能下限値Ｅｔｈより大きい場合、開閉器制御部７２は、正常側開閉器を閉、高電位側開閉器５６および低電位側開閉器５８を開とする。インバータ制御部７１は、異常インバータを中性点化し、モータジェネレータ１０の駆動要求に応じて正常インバータを制御する。
正常側電圧源の残容量が給電可能下限値Ｅｔｈ以下である場合、開閉器制御部７２は、異常側開閉器を閉、正常側開閉器を開とする。また、開閉器制御部７２は、異常インバータの上アーム素子をオン固定する場合、低電位側開閉器５８を閉、高電位側開閉器５６を開とし、異常インバータの下アーム素子をオン固定する場合、高電位側開閉器５６を閉、低電位側開閉器５８を開とする。インバータ制御手段は、異常インバータを中性点化し、正常側コンデンサの蓄電量に基づき、正常インバータにおける有効電圧ベクトルの期間とゼロ電圧ベクトルの期間との比率を制御する。また、正常側電圧源の残容量が給電可能下限値Ｅｔｈ以下である場合、インバータ制御部７１は、正常側コンデンサの蓄電量に基づき、ゼロ電圧ベクトル期間における下アーム素子が全相オンとなるＶ０電圧ベクトル期間と、上アーム素子が全相オンとなるＶ７電圧ベクトル期間との比率を制御する。
【００８４】
正常側インバータにおいて、Ｖ０電圧ベクトルおよびＶ７電圧ベクトルを交互に行い、コイル１１〜１３をリアクトルとみなしたチョッパ動作とすることで、異常インバータ側の電圧源の電力を、正常インバータ側のコンデンサに適切に移動させることができる。これにより、正常側コンデンサに蓄えられた電力を用い、モータジェネレータ１０の駆動を適切に継続することができる。
【００８５】
（他の実施形態）
（ア）２相駆動
第１実施形態では、一方のインバータにて異常が生じている場合における正常インバータでの２相駆動時の通電位相差は、６０度の例を説明した。他の実施形態では、２相駆動時の通電位相差は、トルクがゼロとなる点が存在する位相差０度および１８０度を除き、６０度以外の位相差としてもよい。例えば、位相差１２０度等とし、車両挙動に影響を与えない程度にトルクを変動させることにより、運転者に異常が生じていることを感知させるようにしてもよい。
【００８６】
（イ）開閉器
上記実施形態では、開閉器をいずれもメカリレーとして図示した。他の実施形態では、メカリレーに替えて、半導体リレーとしてもよい。図１７（ａ）に示す低電位側開閉器１５８は、２つのＩＧＢＴを組み合わせたものであり、図１７（ｂ）に示す低電位側開閉器１５９は、１つのＩＧＢＴと４つのダイオードを組み合わせたものである。開閉器として半導体リレーを用いる場合、図１７に例示したもののように、閉としたときに双方向に通電可能なデバイスを用いる。なお、図１７では、低電位側開閉器１５８、１５９について例示しているが、第１電源側開閉器、第２電源側開閉器、および、高電位側開閉器についても同様である。
また、複数の開閉器が設けられる場合、開閉器の種類が異なっていてもよい。
【００８７】
（ウ）第１電圧源、第２電圧源
上記実施形態では、第１電圧源および第２電圧源として、リチウムイオン電池等を例示した。他の実施形態では、第１電圧源および第２電圧源は、リチウムイオン電池以外の鉛蓄電池、燃料電池等であってもよい。また、第１電圧源と第２電圧源とで、同一の種類、特性のものを用いてもよいし、異なる種類、特性のものを用いてもよい。また、第１電圧源または第２電圧源の一方を電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタとしてもよい。また、第１電圧源または第２電圧源の一方を、エンジン等の駆動源により駆動されて発電する発電機等としてもよい。
【００８８】
（エ）回転電機
上記実施形態では、回転電機はモータジェネレータである。他の実施形態では、回転電機は、発電機の機能を持たない電動機であってもよいし、電動機の機能を持たない発電機であってもよい。また、上記実施形態の回転電機は３相である。他の実施形態では、回転電機は、４相以上としてもよい。また、上記実施形態では、回転電機駆動システムは、グランドと接続されていないが、他の実施形態では、回転電機駆動システムを、グランドと接続してもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、回転電機が電動車両の主機モータである。他の実施形態では、回転電機は、主機モータに限らず、例えばスタータ機能とオルタネータ機能とを併せ持つ、所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）や、補機モータであってもよい。また、電力変換装置を車両以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１０・・・モータジェネレータ（回転電機）
１１〜１３・・・コイル（巻線）
１５〜１７・・・電力変換装置
２０・・・第１インバータ              ３０・・・第２インバータ
５５・・・高電位側接続線（インバータ接続線）
５７・・・低電位側接続線（インバータ接続線）
５６・・・高電位側開閉器（開閉器）
５８、１５８、１５９・・・低電位側開閉器（開閉器）
７０・・・制御部
【図１】
0006401090.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006401090.tif 000007
【図７】
0006401090.tif 000008
【図８】
0006401090.tif 000009
【図９】
0006401090.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0006401090.tif 000013
【図１３】
0006401090.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0006401090.tif 000016
【図１６】
0006401090.tif 000017
【図１７】
0006401090.tif 000018
【図１８】
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