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JP2010158089A - 電動機の制御装置 - Google Patents

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JP2010158089A JP2008333639A JP2008333639A JP2010158089A JP 2010158089 A JP2010158089 A JP 2010158089A JP 2008333639 A JP2008333639 A JP 2008333639A JP 2008333639 A JP2008333639 A JP 2008333639A JP 2010158089 A JP2010158089 A JP 2010158089A
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Abstract

【課題】電動機の制御が停止されている状態であってもインバータの短絡故障を検知可能な電動機の制御装置を提供すること。
【解決手段】スイッチング素子及び当該スイッチング素子と並列に接続された還流ダイオードを含むスイッチ部が各相のアームの正極側及び負極側に設けられた複数相のインバータを介して直流電源から電力が供給される電動機の制御装置は、インバータと電動機の間を流れる各相電流を検出する相電流検出部と、各相電流の直流成分を導出する直流成分導出部と、直流成分導出部が導出した相電流の直流成分の内、少なくとも１つが閾値を超えた場合、インバータに短絡故障が発生したと判断する短絡故障判断部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、スイッチング素子及び当該スイッチング素子と並列に接続された還流ダイオードを含むスイッチ部が各相のアームの正極側及び負極側に設けられた複数相のインバータを介して直流電源から電力が供給される電動機の制御装置に関する。
ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、内燃機関及び／又は電動機の駆動力によって走行する。図１４は、ＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１４に示すＨＥＶ（以下、単に「車両」という）では、内燃機関(ENG)１０７及び／又は電動機(MOT)１０１からの駆動力がギアボックス１０９及び駆動軸１５１を介して駆動輪１５３に伝達される。なお、図１４に示す車両では、電動機１０１の回転子が内燃機関１０７の駆動軸に直結されている。したがって、内燃機関１０７を運転すると電動機１０１の回転子も回転する。
内燃機関１０７は、車両が走行するための駆動力（出力トルク）を発生する。エンジンＥＣＵ(ENG ECU)１１７は、内燃機関１０７の運転を制御する。電動機１０１は、例えば３相交流モータであって、車両が走行するための駆動力（出力トルク）を発生する。モータＥＣＵ(MOT ECU)１１９は、電動機１０１の動作を制御する。蓄電器(BATT)１０３は、直流電源であって、インバータ１０５を介して電動機１０１に電力を供給する。なお、蓄電器１０３の出力電圧は高電圧（例えば１００〜２００Ｖ）である。インバータ(INV)１０５は、蓄電器１０３からの直流電流を３相交流電流に変換する。インバータＥＣＵ(INV ECU)１１１は、インバータ１０５を制御する。
クラッチ１１３は、マネジメントＥＣＵ１１５からの指示に基づいて、内燃機関１０７及び／又は電動機１０１から駆動輪１５３までの駆動力の伝達経路を断接する。クラッチ１１３が切断状態であれば駆動力は駆動輪１５３に伝達されず、クラッチ１１３が接続状態であれば駆動力は駆動輪１５３に伝達される。ギアボックス１０９は、内燃機関１０７及び／又は電動機１０１からの駆動力を、所望の変速比での回転数及びトルクに変換して、駆動軸１５１に伝達する変速機である。
マネジメントＥＣＵ(MG ECU)１１５は、内燃機関１０７、電動機１０１及びインバータ１０５の制御、クラッチ１１３に対する断接指示、及びギアボックス１０９に対する変速比の変更指示等を行う。
図１５は、図１４に示した車両に設けられた電動機１０１を駆動するシステムを示すブロック図である。図１５に示すように、インバータ１０５では、電動機１０１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応するアーム１ｕ，１ｖ，１ｗが、電源端子２ａ，２ｂの間で平滑コンデンサＣと並列に接続されている。アーム１ｕ，１ｖ，１ｗの各中点は、電動機１０１のＵ相電機子Ａｕ、Ｖ相電機子Ａｖ、Ｗ相電機子Ａｗにそれぞれ接続されている。
各アームの正極側及び負極側には、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子と、各スイッチング素子に並列接続された還流ダイオードとから構成されたスイッチ部が設けられている。例えば、各アームの正極側には、スイッチング素子３ａと還流ダイオード４ａとから構成されたスイッチ部５ａが設けられ、各アームの負極側には、スイッチング素子３ｂと還流ダイオード４ｂとから構成されたスイッチ部５ｂが設けられている。各アームの正極側に設けられたスイッチング素子３ａのコレクタ及び還流ダイオード４ａのカソードは、正極側の電源端子２ａに接続されている。一方、各アームの負極側に設けられたスイッチング素子３ｂのエミッタ及び還流ダイオード４ｂのアノードは、負極側の電源端子２ｂに接続されている。なお、正極側の電源端子２ａには、コンタクタＳＷを介して蓄電器１０３の正極が接続されている。
各スイッチング素子は、インバータＥＣＵ１１１からの制御信号によってオンオフ制御される。各スイッチング素子のゲート端子にはゲート抵抗Ｒが接続されており、インバータＥＣＵ１１１からの制御信号はゲート抵抗Ｒを介してゲート端子に入力される。
ゲート抵抗Ｒの抵抗値が増大する故障が発生すると、スイッチング素子のスイッチング速度が遅くなるためスイッチング損失は大きくなり、スイッチング素子の温度が上昇する。その結果、スイッチング素子は熱暴走して短絡故障に至る可能性が高くなる。さらに、短絡故障したスイッチング素子を含むインバータ１０５を使用し続けると、通常よりも大きな電流が流れるため電動機１０１や３相線等の破損に至る可能性が高くなる。したがって、特許文献１に記載の発明では、インバータ１０５に短絡故障が発生した際に電動機１０１や３相線等の不具合の発生を防ぐため、インバータ１０５に大電流が流れるのを防止している。
例えば、特許文献１に記載の発明では、Ｕ相電流が流れるスイッチ部５ｂのスイッチング素子が短絡故障すると、インバータＥＣＵ１１１は、負極側に設けられたスイッチ部５ｂの各スイッチング素子をオン制御し、かつ、正極側に設けられたスイッチ部５ａの各スイッチング素子をオフ制御する。したがって、電動機１０１の各相の電機子Ａｕ，Ａｖ，Ａｗのインバータ１０５側の一端が実質的に相互に短絡された状態になる。以下、この状態を「３相短絡状態」という。また、電動機１０１が３相短絡状態となるよう制御することを「３相短絡制御」という。図１６は、内燃機関１０７の駆動によって３相短絡状態の電動機１０１の回転子が回転される際に発生する各相電流の波形の一例を示す図である。
特開２００８−２２００４５号公報
電動機１０１の運転時、インバータＥＣＵ１１１は、インバータ１０５の各アームの２つのスイッチング素子３ａ，３ｂが同時にオン状態（導通状態）とはならないようにインバータ１０５をＰＷＭ制御する。このとき、いずれかのスイッチ部に短絡故障が発生すると、その短絡故障状態のスイッチ部を含むアームの両スイッチ部５ａ，５ｂが同時に導通する状態が発生する。電動機１０１の運転時、蓄電器１０３と電動機１０１の間で電力の授受が行われている。したがって、短絡故障状態のスイッチ部を含むアームの両スイッチ部５ａ，５ｂには大電流（短絡電流）が流れる。上記説明した特許文献１に記載の発明では、電動機１０１の運転時、インバータ１０５のいずれかの相に対応するアームの正極側のスイッチ部５ａと負極側のスイッチ部５ｂとが同時に導通状態になると、インバータ１０５の短絡故障が検知される。
図１４に示した車両では、内燃機関１０７からの駆動力のみによる走行時に、モータＥＣＵ１１９は電動機１０１の制御を全く行わない場合がある。このとき、インバータＥＣＵ１１１は、インバータ１０５の全てのスイッチング素子をオフ制御し、かつ、蓄電器１０３と正極側の電源端子２ａの間に設けられたコンタクタＳＷを開く。この状態では、いずれかの相に対応するアームの両スイッチ部５ａ，５ｂが同時に導通状態とはならないため、特許文献１に記載の発明が有する短絡検知機能によってはインバータ１０５の短絡故障が検知されない。インバータ１０５が短絡故障状態であるにもかかわらず短絡故障が検知されないとインバータＥＣＵ１１１は上述した３相短絡制御を行わないため、最終的には電動機１０１や３相線等に不具合が発生する。
本発明の目的は、電動機の制御が停止されている状態であってもインバータの短絡故障を検知可能な電動機の制御装置を提供することである。
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の電動機の制御装置は、スイッチング素子（例えば、実施の形態でのスイッチング素子３ａ，３ｂ）及び当該スイッチング素子と並列に接続された還流ダイオード（例えば、実施の形態での還流ダイオード４ａ，４ｂ）を含むスイッチ部（例えば、実施の形態でのスイッチ部５ａ，５ｂ）が各相のアーム（例えば、実施の形態でのアーム１ｕ，１ｖ，１ｗ）の正極側及び負極側に設けられた複数相のインバータ（例えば、実施の形態でのインバータ２０１，２０３）を介して直流電源（例えば、実施の形態での蓄電器１０３）から電力が供給される電動機（例えば、実施の形態での電動機１０１）の制御装置であって、前記インバータと前記電動機の間を流れる各相電流を検出する相電流検出部（例えば、実施の形態での相電流センサ４０１）と、各相電流の直流成分を導出する直流成分導出部（例えば、実施の形態での直流成分導出部５０１）と、前記直流成分導出部が導出した相電流の直流成分の内、少なくとも１つが閾値を超えた場合、前記インバータに短絡故障が発生したと判断する短絡故障判断部（例えば、実施の形態での短絡故障判断部５０３）と、を備えたことを特徴としている。
さらに、請求項２に記載の発明の電動機の制御装置では、前記インバータに含まれるスイッチング素子の内、正極側及び負極側のいずれか一方に設けられた全てのスイッチング素子をオン制御し、オン制御されたスイッチング素子の極とは逆極側に設けられた全てのスイッチング素子をオフ制御するスイッチ切替制御部（例えば、実施の形態での３相短絡制御部５０５）を備えたことを特徴としている。
さらに、請求項３に記載の発明の電動機の制御装置では、各相の正極側及び負極側に設けられた２つのスイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出部（例えば、実施の形態での電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗ，Ｓｅ）を備え、前記電流検出部によって検出された電流値が閾値以上のとき、前記スイッチ切替制御部は、オン制御されている極側の全てのスイッチング素子をオフ制御し、かつ、オフ制御されている極側の全てのスイッチング素子をオン制御することを特徴としている。
さらに、請求項４に記載の発明の電動機の制御装置では、前記インバータに含まれる全てのスイッチング素子がオフ制御されているとき、前記電動機に発生した逆起電力による各相電流の正負に基づいて、短絡故障が発生したスイッチ部の極性を判断する短絡故障極性判断部（例えば、実施の形態での短絡故障極性判断部５０７）を備え、前記スイッチ切替制御部は、前記インバータに含まれるスイッチング素子の内、前記短絡故障極性判断部によって判断された極性と同極側に設けられた全てのスイッチング素子をオン制御し、逆極側に設けられた全てのスイッチング素子をオフ制御することを特徴としている。
さらに、請求項５に記載の発明の電動機の制御装置では、スイッチング素子（例えば、実施の形態でのスイッチング素子３ａ，３ｂ）及び当該スイッチング素子と並列に接続された還流ダイオード（例えば、実施の形態での還流ダイオード４ａ，４ｂ）を含むスイッチ部（例えば、実施の形態でのスイッチ部５ａ，５ｂ）が各相のアーム（例えば、実施の形態でのアーム１ｕ，１ｖ，１ｗ）の正極側及び負極側に設けられた３相のインバータ（例えば、実施の形態でのインバータ２０１，２０３）を介して直流電源（例えば、実施の形態での蓄電器１０３）から電力が供給される電動機（例えば、実施の形態での電動機１０１）の制御装置であって、前記インバータと前記電動機の間を流れる各相電流を検出する３つのセンサから構成された相電流検出部（例えば、実施の形態での相電流センサ４０１）と、各相電流の直流成分を導出する直流成分導出部（例えば、実施の形態での直流成分導出部５０１）と、前記直流成分導出部が導出した３相電流の直流成分の内、少なくとも２つが閾値を超えた場合、前記インバータに短絡故障が発生したと判断する短絡故障判断部（例えば、実施の形態での短絡故障判断部５０３）と、を備えたことを特徴としている。
さらに、請求項６に記載の発明の電動機の制御装置では、前記短絡故障判断部は、前記３相電流の直流成分の全てが前記閾値を超えた場合、前記インバータに短絡故障が発生したと判断し、前記３相電流の直流成分の内、２つが前記閾値を超えた場合、前記インバータに短絡故障が発生したと判断し、かつ、前記相電流検出部を構成するセンサの１つが故障したと判断することを特徴としている。
さらに、請求項７に記載の発明の電動機の制御装置では、前記インバータに含まれるスイッチング素子の内、正極側及び負極側のいずれか一方に設けられた全てのスイッチング素子をオン制御し、オン制御されたスイッチング素子の極とは逆極側に設けられた全てのスイッチング素子をオフ制御するスイッチ切替制御部を備えたことを特徴としている。
さらに、請求項８に記載の発明の電動機の制御装置では、各相の正極側及び負極側に設けられた２つのスイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出部を備え、前記電流検出部によって検出された電流値が閾値以上のとき、前記スイッチ切替制御部は、オン制御されている極側の全てのスイッチング素子をオフ制御し、かつ、オフ制御されている極側の全てのスイッチング素子をオン制御することを特徴としている。
請求項１〜８に記載の発明の電動機の制御装置によれば、電動機の制御が停止されている状態であってもインバータの短絡故障を検知できる。
請求項２〜４及び請求項７〜８に記載の発明の電動機の制御装置によれば、電動機を３相短絡制御できる。
請求項３及び４並びに請求項８に記載の発明の電動機の制御装置によれば、短絡故障したスイッチ部に大電流を流さずに電動機を３相短絡制御できる。
請求項６に記載の発明の電動機の制御装置によれば、確実にインバータの短絡故障を検知できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）は、内燃機関及び／又は電動機の駆動力によって走行する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る電動機の制御装置を備えたＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示すＨＥＶ（以下、単に「車両」という）は、電動機(MOT)１０１と、蓄電器(BATT)１０３と、インバータ(INV)２０１と、内燃機関(ENG)１０７と、マネジメントＥＣＵ(MG ECU)１１５と、エンジンＥＣＵ(ENG ECU)１１７と、モータＥＣＵ(MOT ECU)１１９と、インバータＥＣＵ(INV ECU)３０１と、相電流センサ４０１と、クラッチ１１３と、ギアボックス１０９と、駆動軸１５１と、駆動輪１５３とを備える。なお、インバータ２０１、インバータＥＣＵ３０１及び相電流センサ４０１以外の構成要素は、図１４の車両に設けられた対応する各構成要素と同じである。したがって、図１において、図１４と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。
図１に示す車両では、図１４に示した車両と同様に、内燃機関１０７及び／又は電動機１０１からの駆動力がギアボックス１０９及び駆動軸１５１を介して駆動輪１５３に伝達される。なお、図１に示す車両では、電動機１０１の回転子が内燃機関１０７の駆動軸に直結されている。したがって、内燃機関１０７を運転すると電動機１０１の回転子も回転する。
図２は、図１に示した車両に設けられた電動機１０１を駆動するシステムを示すブロック図である。電動機１０１は、例えば３相交流モータである。蓄電器１０３は、直流電源であって、インバータ２０１を介して電動機１０１に電力を供給する。なお、蓄電器１０３の出力電圧は高電圧（例えば１００〜２００Ｖ）である。インバータ２０１は、蓄電器１０３からの直流電流を３相交流電流に変換する。また、インバータ２０１は、各相のスイッチング素子３ａ及び３ｂを流れる電流を検出する電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗを有する。電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗは、負極側の電源端子２ｂと各スイッチ部５ｂの間に設けられている。電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗによって検出された電流を示す信号は、インバータＥＣＵ３０１に送られる。
インバータＥＣＵ３０１は、インバータ２０１を制御する。本実施形態のインバータＥＣＵ３０１は、図２に示すように、直流成分導出部５０１と、短絡故障判断部５０３と、３相短絡制御部５０５とを有する。各要素の動作の詳細については後述する。相電流センサ４０１は、電動機１０１の各相電流を検出する３つのセンサから構成されている。相電流センサ４０１によって検出された各相電流を示す信号は、インバータＥＣＵ３０１に送られる。図２に示したインバータ２０１の電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗ、インバータＥＣＵ３０１及び相電流センサ４０１以外の構成要素は、図１５に示した各構成要素と同じである。したがって、図２でも、図１５と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。
以下、本実施形態のインバータＥＣＵ３０１によるインバータ２０１の制御について、図２を参照して説明する。モータＥＣＵ１１９によって制御されている電動機１０１の運転時、インバータＥＣＵ３０１は、インバータ２０１の各アームの２つのスイッチング素子３ａ，３ｂが同時にオン状態（導通状態）とはならないようインバータ２０１をＰＷＭ制御する。なお、電動機１０１の運転時には、蓄電器１０３と電動機１０１の間で電力の授受が行われている。一方、モータＥＣＵ１１９による電動機１０１の制御が全く行われていないとき、インバータＥＣＵ３０１は、インバータ２０１の全てのスイッチング素子をオフ制御し、かつ、コンタクタＳＷを開く。
次に、図１に示した車両が内燃機関１０７からの駆動力のみによって走行しており、かつ、電動機１０１の制御が全く行われていないときの電動機１０１の相電流（Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流）について説明する。なお、上述したように、電動機１０１の回転子は内燃機関１０７の駆動軸に直結されている。このため、内燃機関１０７が運転時には電動機１０１の回転子も回転する。このとき、電動機１０１には逆起電力が発生する。
インバータ２０１が正常状態のとき、インバータＥＣＵ３０１の制御によってインバータ２０１の全てのスイッチング素子がオフ状態である。したがって、内燃機関１０７の運転によって電動機１０１に逆起電力が発生しても、電動機１０１の各相電流は略０である。
一方、インバータ２０１が短絡故障状態のとき、電動機１０１の各相電流は略０とはならない。図３は、電動機１０１に逆起電力が発生しているときにインバータ２０１のアーム１ｕの負極側に設けられたスイッチ部５ｂが短絡故障した場合の、ある瞬間のインバータ２０１を流れる各相電流の経路、向き及び大きさを示す図である。また、図４は、図３に示した各相電流の経時変化を示す図である。スイッチ部が短絡故障した場合、電動機１０１に発生した逆起電力による相電流が流れる。なお、インバータ２０１から電動機１０１への相電流の向きを正、電動機１０１からインバータ２０１への相電流の向きを負とした。
図３及び図４に示すように、アーム１ｕの負極側に設けられたスイッチ部５ｂが短絡故障した場合、このスイッチ部５ｂには逆起電力によるＵ相電流ＩＵが流れ、他相の各スイッチ部５ｂの還流ダイオード４ｂには、Ｕ相電流ＩＵと位相がそれぞれ正負に１２０度ずれたＶ相電流ＩＶ及びＷ相電流ＩＷが流れる。なお、Ｕ相電流ＩＵの直流成分は、図４に示すように、Ｖ相電流ＩＶ及びＷ相電流ＩＷの各直流成分とは逆の極性にオフセットする。
本実施形態のインバータＥＣＵ３０１は、このときの各相電流の特性に基づいてインバータ２０１の短絡故障を検知する。相電流センサ４０１によって検出された各相電流を示す信号は、インバータＥＣＵ３０１に送られる。インバータＥＣＵ３０１の直流成分導出部５０１は、各相電流の直流成分値を導出する。なお、相電流の直流成分は、インバータＥＣＵ３０１が、相電流の平均値、実効値又は中心値を算出するか、相電流をローパスフィルタ処理することによって得られる。インバータＥＣＵ３０１の短絡故障判断部５０３は、図５に示すように、各直流成分値の絶対値の少なくとも１つが閾値Ｉｔｈを超えたとき、インバータ２０１が短絡故障したと判断する。
インバータＥＣＵ３０１がインバータ２０１の短絡故障を検知した後、インバータＥＣＵ３０１の３相短絡制御部５０５は、インバータ２０１の各アームの正極側及び負極側のいずれか一方に設けられた全てのスイッチング素子をオン制御し、これとは逆極側に設けられた全てのスイッチング素子をオフ制御する。図６は、Ｕ相の負極側のスイッチ部５ｂが短絡故障している状態で、正極側の全てのスイッチング素子３ａをオン制御したときの相電流の経路を示す図である。オン制御されたスイッチング素子は導通状態となるため、電動機１０１は３相短絡状態となる。この制御の結果、インバータ２０１の電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗによって検出された電流の全てが閾値以下であれば、インバータＥＣＵ３０１はこの状態を維持する。なお、この後も、短絡故障したスイッチ部に大電流は流れない。
なお、インバータＥＣＵ３０１が上記制御を行ったときに、いずれかの相のスイッチング素子３ａ及び３ｂを流れる電流は平滑コンデンサＣの電荷量に依存する。すなわち、短絡故障しているスイッチ部、及び当該スイッチ部とは逆極側に設けられたオン制御されたスイッチング素子には、平滑コンデンサＣの電荷量に応じた電流が流れる。なお、内燃機関１０７の運転によって回転される電動機１０１の回転数が高いとき、平滑コンデンサＣに蓄積される電荷量は多い。
上記制御を行った結果、電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗによって検出された電流のいずれか１つでも閾値を超えたとき、インバータＥＣＵ３０１の３相短絡制御部５０５は、このときオン制御されている極側の全てのスイッチング素子をオフ制御し、かつ、これとは逆極側の全てのスイッチング素子をオン制御する。図７は、Ｕ相の負極側のスイッチ部５ｂが短絡故障している状態で、図６とは逆に負極側の全てのスイッチング素子３ｂをオン制御したときの相電流の経路を示す図である。インバータＥＣＵ３０１はこの状態を維持する。
本実施形態のインバータＥＣＵ３０１がインバータ２０１の短絡故障を検知した後、インバータＥＣＵ３０１が上記説明した３相短絡制御を行うことによって、図８に示すように、全ての相電流は０Ａを中心とした波形となる。
なお、電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗの代わりに、図９に示すように、負極側に設けられた全てのスイッチ部５ｂと平滑コンデンサＣの間に電流検出部Ｓｅを設けても良い。この場合、インバータＥＣＵ３０１の３相短絡制御部５０５が、インバータ２０３の正極側及び負極側のいずれか一方の全てのスイッチング素子をオン制御したとき、電流検出部Ｓｅによって検出された電流が閾値以下であれば、インバータＥＣＵ３０１はその状態を維持する。しかし、電流検出部Ｓｅによって検出された電流が閾値を超えれば、インバータＥＣＵ３０１の３相短絡制御部５０５は、先の説明と同様に、このときオン制御されている極側の全てのスイッチング素子をオフ制御し、かつ、反対極側の全てのスイッチング素子をオン制御する。
また、各相のスイッチング素子３ａ及び３ｂとして電流検出機能を有するスイッチング素子が用いられる場合、電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗ又は電流検出部Ｓｅの代わりに、各スイッチング素子の電流検出機能を利用しても良い。
また、インバータＥＣＵは、各相電流の特性に基づいてインバータ２０１,２０３の短絡故障を検知する際、短絡故障が発生したスイッチ部が正極側か負極側かを判断しても良い。図１０は、短絡故障が発生したスイッチ部が正極側か負極側かを判断する短絡故障極性判断部５０７を有するインバータＥＣＵ３０３を含む、電動機１０１を駆動するシステムを示すブロック図である。上述したように、相電流センサ４０１によって検出された各相電流を示す信号は、インバータＥＣＵ３０３に送られる。インバータＥＣＵ３０３の短絡故障極性判断部５０７は、各相電流値の正負に基づいて、短絡故障が発生したスイッチ部の極性を判断する。
負極側のスイッチ部が短絡故障した場合、図３〜図５に示したように、３つの相電流の内、２つの相電流（Ｖ相電流及びＷ相電流）が正値、残る１つの相電流（Ｕ相電流）が負値である。逆に、正極側のスイッチ部が短絡故障した場合、図１１に示したように、３つの相電流の内、２つの相電流（Ｖ相電流及びＷ相電流）が負値、残る１つの相電流（Ｕ相電流）が正値である。したがって、インバータＥＣＵ３０３の短絡故障極性判断部５０７は、３つの相電流の内、極性が同じ２つの相電流が正か負かに応じて、短絡故障が発生したスイッチ部の極性を判断する。
インバータＥＣＵ３０３の短絡故障極性判断部５０７が、短絡故障が発生したスイッチ部の極性を判断した場合、インバータＥＣＵ３０３の３相短絡制御部５０５は、短絡故障が発生したスイッチ部の極性と同極側に設けられたスイッチング素子をオン制御し、逆極側に設けられたスイッチング素子をオフ制御する。このとき、短絡故障したスイッチ部に大電流は流れない。したがって、この場合、インバータＥＣＵ３０３の３相短絡制御部５０５は、電流検出部Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗ又はＳｅによって検出された電流に基づいてスイッチング素子のオンオフ制御を切り替える必要はない。
以上説明したように、本実施形態によれば、車両が内燃機関１０７からの駆動力のみによって走行しており、かつ、電動機１０１の制御が全く行われていないときにインバータ２０１，２０３が短絡故障すると、インバータＥＣＵ３０１，３０３は、相電流センサ４０１からの信号に基づいて当該短絡故障を検知する。さらに、インバータＥＣＵ３０１,３０３は、短絡故障したスイッチ部に大電流が流れることなく電動機１０１が３相短絡状態となるよう、インバータ２０１,２０３の各スイッチング素子をオンオフ制御する。このように、本実施形態によれば、電動機１０１の制御が停止されている状態であってもインバータ２０１,２０３の短絡故障を検知して３相短絡制御を行うことができる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態のインバータＥＣＵ３０１,３０３は、相電流センサ４０１が故障した場合、インバータ２０１,２０３の短絡故障を正確に検知できない可能性がある。例えば、相電流センサ４０１によって検出された相電流値が、図１２に示すように、図４に示した閾値Ｉｔｈよりも大きな値に固着してしまう故障が相電流センサ４０１に発生した場合、インバータＥＣＵ３０１,３０３は、インバータ２０１,２０３に短絡故障が発生したと誤判断してしまう。
先に説明した第１の実施形態のインバータＥＣＵ３０１,３０３は、３つの相電流の各直流成分値の絶対値の少なくとも１つが閾値Ｉｔｈを超えたとき、インバータ２０１,２０３が短絡故障したと判断する。しかし、第２の実施形態のインバータＥＣＵ３０５は、３つの相電流の各直流成分値の絶対値と閾値Ｉｔｈを比較した結果が以下に示すどのケースに該当するかによって、インバータ２０１,２０３の短絡故障を判断する。
ケース１： ３つの相電流の各直流成分値の絶対値の全てが閾値Ｉｔｈを上回る。
ケース２： ３つの相電流の各直流成分値の絶対値の内、２つが閾値Ｉｔｈを上回り、残る１つが閾値Ｉｔｈ以下。
ケース３： ３つの相電流の各直流成分値の絶対値の内、１つが閾値Ｉｔｈを上回り、残る２つが閾値Ｉｔｈ以下。
比較結果がケース１に該当する場合、インバータＥＣＵ３０５は、相電流センサ４０１は正常であり、インバータ２０１,２０３に短絡故障が発生したと判断する。この後、インバータＥＣＵ３０５は、第１の実施形態と同様に、電動機１０１を３相短絡制御する。
比較結果がケース２に該当する場合、インバータＥＣＵ３０５は、インバータ２０１,２０３に短絡故障が発生したと判断する。このとき、インバータＥＣＵ３０５は、インバータ２０１,２０３に短絡故障が発生しているが、相電流センサ４０１を構成するセンサの１つが故障しているために、３つの絶対値の１つが閾値Ｉｔｈ以下であると判断する。なお、このときは、相電流センサ４０１を構成するセンサの２つが故障している可能性もあるが、インバータＥＣＵ３０５は、インバータ２０１,２０３に短絡故障が発生したとみなして、電動機１０１を３相短絡制御する。
比較結果がケース３に該当する場合、インバータＥＣＵ３０５は、インバータ２０１,２０３に短絡故障は発生していないと判断する。このとき、インバータＥＣＵ３０５は、相電流センサ４０１を構成するセンサの１つが故障しているために、３つの絶対値の１つが閾値Ｉｔｈを上回ったと判断する。
このように、本実施形態のインバータＥＣＵ３０５は、相電流センサ４０１の状態を鑑みてインバータ２０１,２０３の短絡故障の判断を行うため、インバータ２０１,２０３の短絡故障をより正確に検知することができる。
上記説明した実施形態の図１に示した車両では、電動機１０１の回転子が内燃機関１０７の駆動軸に直結されている。しかし、図１３に示すように、内燃機関１０７の駆動軸はクラッチ１１３を介してギアボックス１０９及び駆動軸１５１に連結し、電動機１０１の駆動軸はクラッチ１１３を介さずにギアボックス１０９及び駆動軸１５１に連結した車両であっても良い。
本発明に係る電動機の制御装置を備えたＨＥＶの内部構成を示すブロック図 図１に示した車両に設けられた電動機１０１を駆動するシステムを示すブロック図 電動機１０１に逆起電力が発生しているときにインバータ２０１のアーム１ｕの負極側に設けられたスイッチ部５ｂが短絡故障した場合の、インバータ２０１を流れる各相電流の経路、向き及び大きさを示す図 図３に示した各相電流の経時変化を示す図 図３に示した各相電流及び各相電流の直流成分の経時変化を示す図 Ｕ相の負極側のスイッチ部５ｂが短絡故障している状態で、正極側の全てのスイッチング素子３ａをオン制御したときの相電流の経路を示す図 Ｕ相の負極側のスイッチ部５ｂが短絡故障している状態で、図６とは逆に負極側の全てのスイッチング素子３ｂをオン制御したときの相電流の経路を示す図 インバータ２０１が短絡故障時にインバータＥＣＵ３０１が３相短絡制御を行った際の各相電流を示す図 他の形態のインバータ２０３を含む電動機１０１を駆動するシステムを示すブロック図 他の形態のインバータＥＣＵ３０３を含む電動機１０１を駆動するシステムを示すブロック図 電動機１０１に逆起電力が発生しているときにインバータ２０１のアーム１ｕの正極側に設けられたスイッチ部５ａが短絡故障した場合の、インバータ２０１を流れる各相電流の経路、向き及び大きさを示す図 相電流センサ４０１が故障した場合の相電流を示す図 他の形態のＨＥＶの内部構成を示すブロック図 ＨＥＶの内部構成を示すブロック図 図１４に示した車両に設けられた電動機１０１を駆動するシステムを示すブロック図 内燃機関１０７の駆動によって３相短絡状態の電動機１０１の回転子が回転される際に発生する各相電流の波形の一例を示す図
符号の説明
１０１ 電動機(MOT)
１０３ 蓄電器(BATT)
１０７ 内燃機関(ENG)
１０９ ギアボックス
１１３ クラッチ
１１５ マネジメントＥＣＵ(MG ECU)
１１７ エンジンＥＣＵ(ENG ECU)
１１９ モータＥＣＵ(MOT ECU)
１５１ 駆動軸
１５３ 駆動輪
２０１,２０３ インバータ(INV)
３０１,３０３,３０５ インバータＥＣＵ(INV ECU)
４０１ 相電流センサ
５０１ 直流成分導出部
５０３ 短絡故障判断部
５０５ ３相短絡制御部
５０７ 短絡故障極性判断部
ＳＷ コンタクタ
Ｃ 平滑コンデンサ
１ｕ，１ｖ，１ｗ アーム
３ａ，３ｂ スイッチング素子
４ａ，４ｂ 還流ダイオード
５ａ，５ｂ スイッチ部
Ｓｅｕ，Ｓｅｖ，Ｓｅｗ，Ｓｅ 電流検出部

Claims (8)

  1. スイッチング素子及び当該スイッチング素子と並列に接続された還流ダイオードを含むスイッチ部が各相のアームの正極側及び負極側に設けられた複数相のインバータを介して直流電源から電力が供給される電動機の制御装置であって、
    前記インバータと前記電動機の間を流れる各相電流を検出する相電流検出部と、
    各相電流の直流成分を導出する直流成分導出部と、
    前記直流成分導出部が導出した相電流の直流成分の内、少なくとも１つが閾値を超えた場合、前記インバータに短絡故障が発生したと判断する短絡故障判断部と、
    を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
  2. 請求項１に記載の電動機の制御装置であって、
    前記インバータに含まれるスイッチング素子の内、正極側及び負極側のいずれか一方に設けられた全てのスイッチング素子をオン制御し、オン制御されたスイッチング素子の極とは逆極側に設けられた全てのスイッチング素子をオフ制御するスイッチ切替制御部を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
  3. 請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
    各相の正極側及び負極側に設けられた２つのスイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出部を備え、
    前記電流検出部によって検出された電流値が閾値以上のとき、前記スイッチ切替制御部は、オン制御されている極側の全てのスイッチング素子をオフ制御し、かつ、オフ制御されている極側の全てのスイッチング素子をオン制御することを特徴とする電動機の制御装置。
  4. 請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
    前記インバータに含まれる全てのスイッチング素子がオフ制御されているとき、前記電動機に発生した逆起電力による各相電流の正負に基づいて、短絡故障が発生したスイッチ部の極性を判断する短絡故障極性判断部を備え、
    前記スイッチ切替制御部は、前記インバータに含まれるスイッチング素子の内、前記短絡故障極性判断部によって判断された極性と同極側に設けられた全てのスイッチング素子をオン制御し、逆極側に設けられた全てのスイッチング素子をオフ制御することを特徴とする電動機の制御装置。
  5. スイッチング素子及び当該スイッチング素子と並列に接続された還流ダイオードを含むスイッチ部が各相のアームの正極側及び負極側に設けられた３相のインバータを介して直流電源から電力が供給される電動機の制御装置であって、
    前記インバータと前記電動機の間を流れる各相電流を検出する３つのセンサから構成された相電流検出部と、
    各相電流の直流成分を導出する直流成分導出部と、
    前記直流成分導出部が導出した３相電流の直流成分の内、少なくとも２つが閾値を超えた場合、前記インバータに短絡故障が発生したと判断する短絡故障判断部と、
    を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
  6. 請求項５に記載の電動機の制御装置であって、
    前記短絡故障判断部は、
    前記３相電流の直流成分の全てが前記閾値を超えた場合、前記インバータに短絡故障が発生したと判断し、
    前記３相電流の直流成分の内、２つが前記閾値を超えた場合、前記インバータに短絡故障が発生したと判断し、かつ、前記相電流検出部を構成するセンサの１つが故障したと判断することを特徴とする電動機の制御装置。
  7. 請求項５又は６に記載の電動機の制御装置であって、
    前記インバータに含まれるスイッチング素子の内、正極側及び負極側のいずれか一方に設けられた全てのスイッチング素子をオン制御し、オン制御されたスイッチング素子の極とは逆極側に設けられた全てのスイッチング素子をオフ制御するスイッチ切替制御部を備えたことを特徴とする電動機の制御装置。
  8. 請求項７に記載の電動機の制御装置であって、
    各相の正極側及び負極側に設けられた２つのスイッチング素子を流れる電流を検出する電流検出部を備え、
    前記電流検出部によって検出された電流値が閾値以上のとき、前記スイッチ切替制御部は、オン制御されている極側の全てのスイッチング素子をオフ制御し、かつ、オフ制御されている極側の全てのスイッチング素子をオン制御することを特徴とする電動機の制御装置。
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