モータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置
【課題】複数のモータを備えたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置において、１つのモータの異常発生時に実行される他のモータを用いた退避運転での過電流発生の防止および退避運転による移動距離の増加を両立する。
【解決手段】インバータ１４に短絡故障が発生した場合には、モータジェネレータＭＧ２による退避運転が実行される。ＭＧＥＣＵ３００は、退避運転時には、位置センサ２２の検出値から算出したモータジェネレータＭＧ１の回転数が所定の基準回転数を超える場合には、電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべてオンさせる。回転数が基準回転数以下の場合には、ＭＧＥＣＵ３００は、短絡故障したスイッチング素子と直列接続されるスイッチング素子のみをオンさせる。これにより、退避運転を制限することなく、インバータ１４における過電流の発生を防止できる。
【解決手段】インバータ１４に短絡故障が発生した場合には、モータジェネレータＭＧ２による退避運転が実行される。ＭＧＥＣＵ３００は、退避運転時には、位置センサ２２の検出値から算出したモータジェネレータＭＧ１の回転数が所定の基準回転数を超える場合には、電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべてオンさせる。回転数が基準回転数以下の場合には、ＭＧＥＣＵ３００は、短絡故障したスイッチング素子と直列接続されるスイッチング素子のみをオンさせる。これにより、退避運転を制限することなく、インバータ１４における過電流の発生を防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置に関し、より特定的には、共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数のモータを含んで構成されたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００３】
このようなハイブリッド自動車の一種として、たとえば特開２００７−２８７３３号公報（特許文献１）には、いわゆるパラレルハイブリッド車両が開示される。パラレルハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力は、第１のモータジェネレータを有する動力分割機構を介することにより、その一部が駆動軸に伝達され、残りの動力が第１のモータジェネレータにより電力として回生される。この電力は、バッテリ充電や、エンジン以外の動力源としての第２のモータジェネレータの駆動に用いられる。
【０００４】
しかしながら、このようなパラレルハイブリッド車両では、エンジンまたは第１のモータジェネレータに異常が生じた場合には、エンジンを主動力源とした通常の車両走行が不可能となる。このため、特許文献１には、エンジンまたは第１のモータジェネレータの異常時に、二次電池の充電量に応じて決定された性能範囲の中で第２のモータジェネレータを用いた退避運転を行なうことにより、退避運転による移動距離を延ばす技術が開示されている。
【０００５】
このような退避運転時においては、第１および第２のモータジェネレータが同一の出力軸に連結されるため、第２のモータジェネレータの回転に伴なって第１のモータジェネレータも回転する。このため、第１のモータジェネレータに接続されたインバータ内に短絡故障が発生している場合は、退避運転時に、第１のモータジェネレータに発生した誘起電圧により、インバータ内に短絡電流が発生するおそれがある。
【０００６】
そのため、特許文献１では、退避運転中に、第１のモータジェネレータに接続されたインバータを流れる電流が過大となった場合には、第２のモータジェネレータによる退避運転を制限する構成とする。これにより、過大な短絡電流により、インバータ構成部品の耐熱温度を超える高温の発生によって、さらなる素子損傷が発生するのを防止している。
【特許文献１】特開２００７−２８７３３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７０１２０号公報
【特許文献３】特開２００７−２４５９６６号公報
【特許文献４】特開平８−１８２１０５号公報
【特許文献５】特開２００７−２４４１２６号公報
【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、特許文献１のように、第１のモータジェネレータに接続されたインバータを流れる電流に応じて、第２のモータジェネレータの運転を制限する構成では、過大な短絡電流によるさらなる素子損傷の発生を防止できる一方で、退避運転による移動距離の増加に限界が生じることになる。そのため、車両を安全な場所まで避難させることができない可能性がある。
【０００８】
したがって、異常発生時の車両の安全性を保障するフェイルセーフ機能をより一層充実させるためには、インバータの素子保護と退避運転による移動距離の増加との両立が求められる。
【０００９】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、共通の出力軸へ連結された複数のモータを備えたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置において、１つのモータの異常発生時に他のモータを用いた退避運転を実行する場合において、異常モータに対応するモータ駆動回路の素子保護と退避運転による移動距離の増加とを両立することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、モータ駆動装置は、共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数の多相交流モータと、複数の多相交流モータにそれぞれ接続された複数の電力変換装置と、複数の電力変換装置を制御する制御装置とを備える。複数の電力変換装置の各々は、各々が、多相交流モータの各相コイルに接続される複数のアーム回路を含む。複数のアーム回路の各々は、第１および第２電源線間に各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有する。制御装置は、複数の電力変換装置のうちの第１の電力変換装置の異常時に、第１の電力変換装置と接続された第１の多相交流モータとは異なる第２の多相交流モータを用いた異常時運転を指示する異常制御手段と、異常時運転において、第２の多相交流モータの運転に伴なって、第１の電力変換装置を流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出手段と、異常時運転において、短絡故障したスイッチング素子と接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、第１の電力変換装置を流れる電流を制御する第１のモータ制御手段と、異常時運転において、電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、第１の電力変換装置を流れる電流を制御する第２のモータ制御手段と、第１の多相交流モータの回転数に応じて、第１のモータ制御手段および第２のモータ制御手段を選択的に設定する選択手段とを含む。
【００１１】
好ましくは、選択手段は、第１の多相交流モータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、第１のモータ制御手段を選択し、第１の多相交流モータの回転数が所定の基準回転数を超える場合には、第２のモータ制御手段を選択する。
【００１２】
好ましくは、第１のモータ制御手段の実行時において、第１の多相交流モータは、第２の多相交流モータの運転に伴なって発生する制動トルクが、第１の多相交流モータの回転数が高くなるにつれて小さくなる第１の特性を有する。第２のモータ制御手段の実行時において、第１の多相交流モータは、第２の多相交流モータの運転に伴なって発生する制動トルクが、第１の多相交流モータの回転数が高くなるにつれて大きくなる第２の特性を有する。選択手段は、第１および第２の特性を予め有しており、第１の特性と第２の特性とで第１の多相交流モータに発生する制動トルクが一致するときの第１の多相交流モータの回転数を、所定の基準回転数に設定する。
【００１３】
この発明によるハイブリッド駆動装置は、燃料の燃焼によって作動するエンジンと、第１のモータジェネレータと、動力を出力するための出力部材と、出力部材、エンジンの出力軸および第１のモータジェネレータの出力軸を相互に連結する動力分割機構と、出力部材に連結された第２のモータジェネレータと、直流電源と第１のモータジェネレータとの間に接続されて、第１のモータジェネレータを駆動制御する第１のインバータと、直流電源と第２のモータジェネレータとの間に接続されて、第２のモータジェネレータを駆動制御する第２のインバータと、第１および第２のモータジェネレータの運転を制御する制御装置とを備える。第１のインバータは、各々が、第１のモータジェネレータの各相コイルに接続される第１の複数のアーム回路を含む。第２のインバータは、各々が、第２のモータジェネレータの各相コイルに接続される第２の複数のアーム回路を含む。第１および第２の複数のアーム回路の各々は、第１および第２電源線間に各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有する。制御装置は、第１のインバータの異常時に、第２のモータジェネレータを用いた異常時運転を指示する異常制御手段と、異常時運転において、第２のモータジェネレータの運転に伴なって、第１のインバータを流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出手段と、異常時運転において、短絡故障したスイッチング素子と接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、第１のインバータを流れる電流を制御する第１のモータ制御手段と、異常時運転において、電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、第１のインバータを流れる電流を制御する第２のモータ制御手段と、第１のモータジェネレータの回転数に応じて、第１のモータ制御手段および第２のモータ制御手段を選択的に設定する第１の選択手段とを含む。
【００１４】
好ましくは、第１の選択手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、第１のモータ制御手段を選択し、第１のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数を超える場合には、第２のモータ制御手段を選択する。
【００１５】
好ましくは、異常制御手段は、第２のインバータの異常時に、エンジンおよび第１のモータジェネレータを用いた異常時運転を指示する。短絡検出手段は、異常時運転において、第２のモータジェネレータの回転に伴なって、第２のインバータを流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する。制御装置は、異常時運転において、短絡故障したスイッチング素子と接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、第２のインバータを流れる電流を制御する第３のモータ制御手段と、異常時運転において、電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、第２のインバータを流れる電流を制御する第４のモータ制御手段と、第２のモータジェネレータの回転数に応じて、第３のモータ制御手段および第４のモータ制御手段を選択的に設定する第２の選択手段とをさらに含む。
【００１６】
好ましくは、第２の選択手段は、第２のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、第３のモータ制御手段を選択し、第２のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数を超える場合には、第４のモータ制御手段を選択する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、共通の出力軸へ連結された複数のモータを備えたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置において、１つのモータの異常発生時に他のモータを用いた退避運転を実行する場合において、異常モータに対応するモータ駆動回路の素子保護と退避運転による移動距離の増加とを両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置１００を備えたハイブリッド自動車１０の概略構成を示すブロック図である。なお、ハイブリッド駆動装置１００は、共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数のモータと、これら複数のモータにそれぞれ接続された複数のモータ駆動回路とを備えたモータ駆動回路の代表例として示されるものである。
【００２０】
図１を参照して、ハイブリッド自動車１０は、ハイブリッド駆動装置１００と、ディファレンシャルギヤ３０と、駆動軸４０と、駆動輪５０とを備える。
【００２１】
ハイブリッド駆動装置１００は、内部にエンジン（内燃機関）および２つのモータジェネレータを内蔵し、エンジンおよびモータジェネレータの協調制御により出力を発生する。ハイブリッド駆動装置１００の出力は、ディファレンシャルギヤ３０を介して駆動軸４０に伝達されて、駆動輪５０の回転駆動に用いられる。ディファレンシャルギヤ３０は、路面からの抵抗の差を利用して駆動輪５０の左右間の回転差を吸収する。
【００２２】
図２は、図１に示したハイブリッド駆動装置１００の構成を詳細に説明するブロック図である。
【００２３】
図２を参照して、ハイブリッド駆動装置１００は、燃料の燃焼によって作動する内燃機関などのエンジンＥＮＧと、そのエンジンＥＮＧの回転変動を吸収するスプリング式のダンパ装置１１４と、そのダンパ装置１１４を介して伝達されるエンジンＥＮＧの出力をモータジェネレータＭＧ１および出力部材１１８に機械的に分配する遊星歯車式の動力分割機構ＰＳＤと、出力部材１１８に回転力を加えるモータジェネレータＭＧ２とを備えている。
【００２４】
エンジンＥＮＧ、ダンパ装置１１４、動力分割機構ＰＳＤ、およびモータジェネレータＭＧ１は同軸上において軸方向に並んで配置されており、モータジェネレータＭＧ２は、ダンパ装置１１４および動力分割機構ＰＳＤの外周側に同心に配設されている。
【００２５】
動力分割機構ＰＳＤは、シングルピニオン型の遊星歯車装置で、３つの回転要素としてモータジェネレータＭＧ１のモータ軸１２４に連結されたサンギヤ１２０ｓと、ダンパ装置１１４に連結されたキャリア１２０ｃと、モータジェネレータＭＧ２のロータ１２２ｒと連結されたリングギヤ１２０ｒとを含む。
【００２６】
出力部材１１８は、モータジェネレータＭＧ２のロータ１２２ｒとボルトなどによって一体的に固設されており、そのロータ１２２ｒを介して動力分割機構ＰＳＤのリングギヤ１２０ｒに連結されている。出力部材１１８には出力歯車１２６が設けられており、中間軸１２８の大歯車１３０および小歯車１３２を介して傘歯車式のディファレンシャルギヤ３０が減速回転させられて、図１に示した駆動輪５０に動力が分配される。
【００２７】
出力歯車１２６には、出力部材１１８からの出力をロックするためのパーキングロックブレーキ機構（図示せず）が設けられる。パーキングロックブレーキ機構は、運転者によるパーキングポジション（Ｐポジション）選択時に、出力歯車１２６をロックすることにより、ハイブリッド駆動装置１００からの駆動力出力を制限する。
【００２８】
モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は、それぞれ、インバータ１４およびインバータ３１を介して、直流電源１４０に電気的に接続されている。
【００２９】
これらのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、直流電源１４０からの電気エネルギーが供給されて所定のトルクで回転駆動される回転駆動状態と、回転制動（モータジェネレータ自体の電気的な制動トルク）により発電機として機能して直流電源１４０に電気エネルギーを充電する充電状態と、モータ軸１２４やロータ１２２ｒが自由回転することを許容する無負荷状態との間で動作を切換えられる。
【００３０】
ＨＶＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００は、予め設定されたプログラムに従って信号処理を行なうことにより、運転状況に応じて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による走行モードを、モータ走行、充電走行やエンジン・モータ走行等の間で切換える。
【００３１】
たとえばモータ走行では、ハイブリッド自動車１０は、モータジェネレータＭＧ１を無負荷状態とするとともにモータジェネレータＭＧ２を回転駆動状態とし、そのモータジェネレータＭＧ２のみを動力源として走行する。また、充電走行では、モータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させるとともにモータジェネレータＭＧ２を無負荷状態としてエンジンＥＮＧのみを駆動力源として走行しながら、モータジェネレータＭＧ１によって直流電源１４０が充電される。
【００３２】
あるいは、エンジン・モータ走行では、モータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させる一方で、エンジンＥＮＧおよびモータジェネレータＭＧ２の両方を動力源として走行しながらモータジェネレータＭＧ１によって直流電源１４０が充電される。
【００３３】
また、上記モータ走行時にモータジェネレータＭＧ２を発電機として機能させて回生制動する回生制動制御や、車両停止時にモータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させるとともにエンジンＥＮＧを作動させ、もっぱらモータジェネレータＭＧ１によって直流電源１４０を充電する充電制御などもＨＶＥＣＵ２００によって行なわれる。
【００３４】
ＨＶＥＣＵ２００は、各走行モードにおいて、所望の駆動力発生や発電が行なわれるように、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値を発生する。また、エンジンＥＮＧは、車両停止時には自動的に停止される一方で、その始動タイミングは、運転状況に応じてＨＶＥＣＵ２００によって制御される。
【００３５】
具体的には、発進時ならびに低速走行時あるいは緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、エンジン効率の悪い領域を避けるために、エンジンＥＮＧを起動させることなく、モータジェネレータＭＧ２による駆動力で走行する。そして、一定以上の駆動力が必要な運転状態となったときには、エンジンＥＮＧが始動される。但し、暖気等のためにエンジンＥＮＧの駆動が必要な場合には、エンジンＥＮＧは発進時に無負荷状態で始動されて、所望の暖機が実現するまでアイドリング回転数で駆動される。また、車両駐車時に上記充電制御を行なう場合にも、エンジンＥＮＧが始動される。
【００３６】
図３は、図２に示されたハイブリッド駆動装置１００の電気的な構成を示す回路図である。
【００３７】
図３を参照して、ハイブリッド駆動装置１００は、直流電源１４０と、電圧センサ１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑用コンデンサＣ２と、インバータ１４，３１と、電流センサ２４，２８と、位置センサ２２，２６と、ＭＧＥＣＵ３００とをさらに備えている。
【００３８】
直流電源１４０は、蓄電装置（図示せず）を含んで構成され、電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬの間に直流電圧を出力する。たとえば、直流電源１４０を、二次電池および昇降圧コンバータの組合せにより、二次電池の出力電圧を変換して電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬに出力する構成とすることが可能である。この場合には、昇降圧コンバータを双方向の電力変換可能なように構成して、電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬ間の直流電圧を二次電池の充電電圧に変換する。
【００３９】
システムリレーＳＲ１は、直流電源１４０の正極と電源ラインＶＬとの間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源１４０の負極とアースラインＳＬとの間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、ＭＧＥＣＵ３００からの信号ＳＥによりオン／オフされる。
【００４０】
電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬの間には、平滑用コンデンサＣ２が接続されている。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ（インバータ１４，３１の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出してＭＧＥＣＵ３００へ出力する。
【００４１】
モータジェネレータＭＧ１と接続されるインバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とからなる。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ラインＶＬとアースラインＳＬとの間に並列に設けられる。
【００４２】
Ｕ相アーム１５は、直列接続された電力用半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも称する）Ｑ１，Ｑ２からなる。Ｖ相アーム１６は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなる。Ｗ相アーム１７は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６からなる。また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。この実施の形態におけるスイッチング素子としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＭＧＥＣＵ３００からのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１に対応してオン・オフ制御、すなわちスイッチング制御される。
【００４３】
各相アームの中間点は、導電線（ワイヤハーネス）を介してモータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端が導電線１８を介してＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２の中間点に、Ｖ相コイルの他端が導電線１９を介してＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｗ相コイルの他端が導電線２０を介してＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点にそれぞれ接続されている。
【００４４】
導電線１８〜２０の各々には、電流センサ２４が介挿されている。電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流ＭＣＲＴ１を検出する。なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（瞬時値）の和は零であることから、２相に電流センサ２４を配置することによって各相のモータ電流を検出する構成としてもよい。電流センサ２４による電流検出値ＭＣＲＴ１は、ＭＧＥＣＵ３００へ送出される。
【００４５】
モータジェネレータＭＧ１には、回転子（図示せず）の回転角を検出する位置センサ２２がさらに配置される。位置センサ２２によって検出された回転角は、ＭＧＥＣＵ３００へ送出される。
【００４６】
モータジェネレータＭＧ２と接続されるインバータ３１は、インバータ１４と同様の構成からなる。すなわち、インバータ３１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、ダイオードＤ１〜Ｄ６とを含む。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＭＧＥＣＵ３００からのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ２に対応してオン・オフ制御（スイッチング制御）される。
【００４７】
モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成された３相の永久磁石モータである。インバータ３１の各相アームの中間点は、導電線を介してモータジェネレータＭＧ２のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルとそれぞれ電気的に接続される。
【００４８】
そして、インバータ３１とモータジェネレータＭＧ２の各相コイルとを結ぶ導電線には、電流センサ２４と同様の電流センサ２８が介挿されている。さらに、モータジェネレータＭＧ２にも、位置センサ２２と同様の位置センサ２６が配置される。電流センサ２８による電流検出値ＭＣＲＴ２および位置センサによる検出値は、ＭＧＥＣＵ３００へ送出される。
【００４９】
なお、ＭＧＥＣＵ３００へは、電流センサ２４，２８および位置センサ２２，２６の検出値の他にも、電圧センサ１３によって検出された、各インバータ１４，３１への入力電圧Ｖｍ、および適宜設けられたセンサ（図示せず）によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のコイル端子間電圧等が入力されてモータ駆動制御に用いられる。
【００５０】
ＭＧＥＣＵ３００は、図示しないＨＶＥＣＵ２００からモータジェネレータＭＧ１の運転指令を受ける。この運転指令には、モータジェネレータＭＧ１の運転許可／禁止指示や、トルク指令値ＴＲ１、回転数指令ＭＲＮ１等が含まれる。ＭＧＥＣＵ３００は、電流センサ２４および位置センサ２２の検出値に基づくフィードバック制御により、ＨＶＥＣＵ２００からの運転指令に従ってモータジェネレータＭＧ１が動作するように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を制御するスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を発生する。
【００５１】
たとえば、ＨＶＥＣＵ２００によりモータジェネレータＭＧ１の運転指示が発せられている場合には、ＭＧＥＣＵ３００は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１に応じた各相モータ電流が供給されるように、電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬ間の直流電圧をモータジェネレータＭＧ１の各相コイルに印加される交流電圧に変換するためのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を発生する。
【００５２】
また、モータジェネレータＭＧ１の回生制動時には、ＭＧＥＣＵ３００は、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電圧を電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬ間の直流電圧に変換するように、スイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を発生する。これらの際に、スイッチング制御信号ＰＷＭＩ１は、たとえば周知のＰＷＭ制御方式に従う、センサ検出値を用いたフィードバック制御により生成される。
【００５３】
一方、ＭＧＥＣＵ３００は、ＨＶＥＣＵ２００からモータジェネレータＭＧ１の運転禁止指示が発せられた場合には、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各々がスイッチング動作を停止（すべてオフ）するように、スイッチング制御信号ＳＴＰを生成する。
【００５４】
さらに、ＭＧＥＣＵ３００は、ＨＶＥＣＵ２００からモータジェネレータＭＧ２の運転指令を受けると、上述したモータジェネレータＭＧ１の制御と同様に、電流センサ２８および位置センサ２６の検出値に基づくフィードバック制御により、ＨＶＥＣＵ２００からの運転指令に従ってモータジェネレータＭＧ２が動作するように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を制御するスイッチング制御信号ＰＷＭＩ２を発生する。
【００５５】
また、ＭＧＥＣＵ３００によって検知された、インバータ１４，３１の異常に関する情報は、ＨＶＥＣＵ２００に対して送出される。ＨＶＥＣＵ２００は、これらの異常情報をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転指令へ反映することが可能なように構成されている。
【００５６】
図２および図３に示した構成において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、本発明における「複数の多相交流モータ」に対応し、インバータ１４，３１は、本発明における「複数の電力変換装置」に対応する。また、ＭＧＥＣＵ３００およびＨＶＥＣＵ２００は、本発明における「制御装置」に対応する。
【００５７】
（ハイブリッド自動車の退避運転）
以上の構成からなるハイブリッド自動車１０において、モータジェネレータＭＧ１に接続されたインバータ１４の異常によりモータジェネレータＭＧ１が使用不能である場合には、特許文献１にも記載されるように、エンジンＥＮＧおよびモータジェネレータＭＧ１の動作を停止して、モータジェネレータＭＧ２による動力を用いた「異常時運転」によってハイブリッド自動車１０の「退避運転」が実行可能である。
【００５８】
このような退避運転時には、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２が動力分割機構ＰＳＤを介して互いに連結されているので、モータジェネレータＭＧ２を運転（回転）するのに伴なって、モータジェネレータＭＧ１も回転される。
【００５９】
そして、図４に示すように、このような退避運転時のモータジェネレータＭＧ１の回転に伴なって、その回転子に装着された磁石ＰＭが回転する。これにより、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに誘起電圧が発生する。
【００６０】
図４には、オン状態を維持して制御不能となる短絡故障がスイッチング素子Ｑ１に発生したケースが、インバータ１４中の短絡故障の一例として示される。
【００６１】
このようなケースでは、スイッチング制御信号ＳＴＰにより、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を停止（オフ状態）するように制御しても、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１を介した短絡経路が形成される。具体的には、電源ラインＶＬ〜スイッチング素子Ｑ１（短絡故障）〜Ｕ相コイルを経由してＵ相モータ電流Ｉｕが流れる。そして、Ｕ相モータ電流Ｉｕは、モータジェネレータＭＧ１の中性点において、Ｖ相コイル〜Ｖ相アーム１６の中間点〜ダイオードＤ３〜電源ラインＶＬに至る経路Ｒｔ１と、Ｗ相コイル〜Ｗ相アーム１７の中間点〜ダイオードＤ５〜電源ラインＶＬに至る経路Ｒｔ２とに分岐される。このため、誘起電圧および当該短絡経路の電気抵抗に応じた短絡電流が発生する。
【００６２】
ここで、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに発生する誘起電圧は、モータジェネレータＭＧ１の回転数に比例するので、退避運転時におけるモータジェネレータＭＧ２の回転数が上昇すれば、モータジェネレータＭＧ１に発生する誘起電圧も高くなり、インバータ１４中の短絡電流も増大する。短絡電流が過大となると、インバータ１４の構成部品の耐熱温度を超える高温の発生によって、さらなる素子損傷を発生してしまう可能性がある。
【００６３】
そのため、上述したように特許文献１では、インバータ１４内を流れる短絡電流のレベルを監視することによって、インバータ１４内に過大な短絡電流が流れる場合には、モータジェネレータＭＧ２による退避運転を制限する制御構成とする。これにより、退避運転の実行によってインバータ内にさらなる素子損傷が発生するのを防止する。
【００６４】
しかしながら、このような制御構成では、インバータの素子保護を図ることができる一方で、退避運転による移動距離の増加には限界が生じてしまう。そのため、車両を安全な場所まで避難させることができない可能性がある。
【００６５】
そこで、本実施の形態に従うハイブリッド駆動装置１００では、モータジェネレータＭＧ１の回転数に応じて、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御する構成とする。かかる構成によれば、回転数の上昇による短絡電流の増大が抑えられる。その結果、インバータの素子保護と退避運転時の移動距離の増加とを両立させることが可能となる。
【００６６】
以下に、本実施の形態に従うハイブリッド駆動装置１００における退避運転時のインバータのスイッチング制御を実現するための制御構造について説明する。
【００６７】
（制御構造）
図５は、この発明の実施の形態に従うＭＧＥＣＵ３００における制御構造を示すブロック図である。図５に示す各機能ブロックは、代表的にＭＧＥＣＵ３００が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。
【００６８】
図５を参照して、ＭＧＥＣＵ３００は、インバータ１４の制御手段として、モータ制御用相電圧演算部３２と、インバータ用駆動信号変換部３４と、インバータ異常検出部３６と、短絡素子検出部３８とを含む。なお、図示は省略するが、ＭＧＥＣＵ３００は、図５と同様の構成からなるインバータ３１の制御手段をさらに含む。
【００６９】
モータ制御用相電圧演算部３２は、ＨＶＥＣＵ２００からモータジェネレータＭＧ１の運転指令としてのトルク指令値ＴＲ１および回転数指令ＭＲＮ１を受け、電圧センサ１３からインバータ１４の入力電圧Ｖｍを受け、電流センサ２４からモータジェネレータＭＧ１の各相に流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部３２は、これらの入力信号に基づいて、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに印加する電圧の操作量（以下、電圧指令とも称する）Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算し、その演算結果をインバータ用駆動信号変換部３４へ出力する。
【００７０】
インバータ用駆動信号変換部３４は、モータ制御用相電圧演算部３２からの各相コイルの電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、実際にインバータ１４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン・オフするためのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を生成し、その生成したスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１をインバータ１４へ送出する。
【００７１】
これにより、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、スイッチング制御され、モータジェネレータＭＧ１が指令されたトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ電流ＭＣＲＴ１が制御され、トルク指令値ＴＲ１に応じたモータトルクが出力される。
【００７２】
インバータ異常検出部３６は、モータジェネレータＭＧ１の運転時においてインバータ１４に発生した異常を検知する。インバータ１４の異常検知は、インバータ１４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に内蔵された自己保護回路からの過電流検知信号ＯＶＣに基づいて行なわれる。
【００７３】
具体的には、自己保護回路は、電流センサ（または温度センサ）を含んで構成され、センサ出力に過電流（または過熱）が検出されたことに応じて過電流検知信号ＯＶＣを出力する。インバータ異常検出部３６は、インバータ１４から過電流検知信号ＯＶＣを受けると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障による異常と判定し、その判定した結果を示す異常信号ＦＩＮＶを生成する。そして、インバータ異常検出部３６は、その生成した異常信号ＦＩＮＶをＨＶＥＣＵ２００および短絡素子検出部３８へ送出する。
【００７４】
ＨＶＥＣＵ２００は、異常信号ＦＩＮＶを受けると、モータジェネレータＭＧ２による退避運転を指示する。このとき、ＨＶＥＣＵ２００は、インバータ用駆動信号変換部３４に対して、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作の停止指示を発する。
【００７５】
これに応答して、インバータ用駆動信号変換部３４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を停止（オフ状態）するためのスイッチング制御信号ＳＴＰを生成してインバータ１４へ出力する。これにより、インバータ１４は運転停止状態となる。
【００７６】
短絡素子検出部３８は、インバータ異常検出部３６から異常信号ＦＩＮＶを受けると、電流センサ２４によるインバータ１４およびモータジェネレータＭＧ１間の各相電流の検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づき、異常が発生したインバータから短絡故障したスイッチング素子を検出する。このとき、一例として、短絡素子検出部３８は、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流波形の各々について、定常運転時からのオフセット値を検出し、その検出したオフセット値の大きさと極性とに基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する。そして、短絡素子検出部３８は、検出した短絡故障したスイッチング素子を示す信号ＤＥを生成してインバータ用駆動信号変換部３４へ送出する。
【００７７】
インバータ用駆動信号変換部３４は、短絡素子検出部３８から信号ＤＥを受けると、位置センサ２２の検出値から導出されるモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１に応じて、スイッチング制御信号Ｔｏｎ１およびスイッチング制御信号Ｔｏｎ２のいずれか一方を発生する。
【００７８】
詳細には、スイッチング制御信号Ｔｏｎ１は、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち、短絡故障したスイッチング素子と直列接続されるスイッチング素子のみをオンするように、スイッチング動作を制御する信号である。これにより、短絡故障したスイッチング素子とこれに直列接続されるスイッチング素子とがオンされるため、これら２つのスイッチング素子により構成される相が短絡する。以下では、このように短絡故障したスイッチング素子が所属する相を短絡させるためのスイッチング制御を、単に「一相短絡制御」とも称する。
【００７９】
これに対して、スイッチング制御信号Ｔｏｎ２は、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち、短絡故障したスイッチング素子と電源ライン（またはアースライン）に対して並列接続される全てのスイッチング素子をオンするように、スイッチング動作を制御する信号である。これにより、電源ライン（またはアースライン）に対して並列接続される三相すべてのスイッチング素子がオンされる。以下では、このように電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をオンさせるためのスイッチング制御を、単に「三相オン制御」とも称する。
【００８０】
そして、インバータ用駆動信号変換部３４は、位置センサ２２の検出値から導出したモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１に応じて、一相短絡制御および三相オン制御を切り換えて実行する。以下に、各々のスイッチング制御の詳細について説明する。
【００８１】
図６は、一相短絡制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【００８２】
図６を参照して、短絡故障がスイッチング素子Ｑ１に発生している場合には、スイッチング制御信号Ｔｏｎ１により、スイッチング素子Ｑ１と直列接続されるスイッチング素子Ｑ２のみがオンされる。その結果、Ｕ相アーム１５が短絡されるため、Ｕ相モータ電流Ｉｕの経路は、図４で述べた経路Ｒｔ１，Ｒｔ２に加えて、電源ラインＶＬ〜Ｕ相アーム１５の中間点〜アースラインＳＬに至る新たな経路Ｒｔ３が形成されることになる。これにより、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ３，Ｄ５との間で形成される短絡経路を流れる電流が低減される。このとき、各相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、モータジェネレータＭＧ１の正常運転時と同様に、略同じ振幅からなる交流波形となる。なお、後述するように、各相モータ電流の振幅は、モータジェネレータＭＧ１の回転数を上昇させることによって大きくなる。
【００８３】
図７は、三相オン制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【００８４】
図７を参照して、図６と同様に短絡故障がスイッチング素子Ｑ１に発生している場合には、スイッチング制御信号Ｔｏｎ２により、電源ラインＶＬに対してスイッチング素子Ｑ１と並列接続されるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５のみがオンされる。これにより、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ３，Ｄ５との間で形成される短絡経路に加えて、スイッチング素子Ｑ３とダイオードＤ１，Ｄ５との間で形成される経路、およびスイッチング素子Ｑ５とダイオードＤ１，Ｄ３との間で形成される経路が新たに形成されることになる。
【００８５】
図８は、三相オン制御の実行時に発生するモータ電流の出力波形を示す図である。なお、図８の出力波形は、図７に示す回路構成においてモータジェネレータＭＧ１を所定の回転数で回転させたときに誘起されるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをシミュレーションすることにより得られたものである。
【００８６】
図８から明らかなように、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、略同じ振幅の交流波形を示している。なお、後述するように、モータ電流の振幅は、モータジェネレータＭＧ１の回転数を上昇させることによってもほとんど変化しないことがシミュレーション結果から得られている。
【００８７】
図９は、一相短絡制御および三相オン制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流とモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係を示す図である。図９に示す関係は、図６および図７に示す回路構成において、それぞれ、モータジェネレータＭＧ１を様々な回転数で回転させたときに、各回転数において誘起されるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをシミュレーションすることにより得られたものである。なお、図９において、ラインＬＮ１は一相短絡制御を行なったときの短絡電流を示し、ラインＬＮ２は三相オン制御を行なったときの短絡電流を示す。
【００８８】
図９を参照して、一相短絡制御の実行時には、インバータ１４内を流れる短絡電流は、モータジェネレータＭＧ１の回転数が上昇するにつれて増大する。これに対して、三相オン制御の実行時には、インバータ１４内を流れる短絡電流は、相対的に低い回転数域では、モータジェネレータＭＧ１の回転数の上昇に伴なって増大するが、相対的に高い回転数域では、回転数の上昇によってもほとんど変化していない。
【００８９】
なお、三相オン制御の実行時において、回転数の上昇によっても短絡電流が増大しないのは、三相オン制御によって形成される短絡経路の電気抵抗のうち、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルのインダクタンス成分が回転数の上昇に伴なって高くなることが一因として挙げられる。
【００９０】
さらに、図９からは、一相短絡制御の実行時の短絡電流と三相オン制御の実行時の短絡電流とは、相対的に低い所定の回転数において交差しており、当該所定の回転数を境として大小関係が反転していることが分かる。したがって、図９に示した短絡電流とモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係によれば、低回数域においては一相短絡制御を実行する一方で、高回転数域においては三相オン制御を実行する構成とすれば、インバータ１４内を流れる短絡電流が増大するのを効果的に抑制できることが分かる。
【００９１】
その一方で、モータジェネレータＭＧ１においては、モータジェネレータＭＧ２の回転に伴なって回転することにより制動トルクが発生する。この制動トルクは、モータジェネレータＭＧ１の回転抵抗によって車両に作用する制動トルクであることから、以下では、「引きずりトルク」とも称する。そして、この引きずりトルクは、モータジェネレータＭＧ１の回転数との間に図１０に示すような関係が成立する。
【００９２】
図１０は、一相短絡制御および三相オン制御の実行時にモータジェネレータＭＧ１に発生する引きずりトルクとモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係を示す図である。図１０に示す関係は、一相短絡制御および三相オン制御の各々について、図９の短絡電流が流れているときにモータジェネレータＭＧ１に発生する引きずりトルクを、磁場解析を用いたシミュレーションすることによって得られたものである。なお、引きずりトルクは、モータジェネレータＭＧ１の力行制御時に生じるトルクと区別するために負の値で表わされている。
【００９３】
図１０において、ラインＬＮ３は一相短絡制御を行なったときの引きずりトルクを示し、ラインＬＮ４は三相オン制御を行なったときの引きずりトルクを示す。
【００９４】
図１０からは、一相短絡制御の実行時には、モータジェネレータＭＧ１の回転数が上昇するにつれて、引きずりトルク（絶対値）が大きくなることが分かる。これに対して、三相オン制御の実行時には、引きずりトルクは、低回転数域の所定の回転数において極値を有しており、この所定の回転数から上昇するにつれて、小さくなる傾向を示している。
【００９５】
すなわち、一相短絡制御の実行時と三相オン制御の実行時とでは、引きずりトルクは互いに異なる特性を示しており、図中の所定の基準回転数Ｎｔｈを境として、大小関係が反転している。これによれば、所定の基準回転数Ｎｔｈよりも低い回転数においては、三相オン制御を行なうことで、却って一相短絡制御の実行時よりも引きずりトルクを増加させてしまうこととなる。特に、ハイブリッド自動車１０の発進時には、引きずりトルクがモータジェネレータＭＧ２の発生するトルクを上回ることによって、運転性が低下する可能性がある。
【００９６】
したがって、モータジェネレータＭＧ１の回転数が所定の基準回転数Ｎｔｈ以下となる場合には、一相短絡制御を行なう一方で、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈよりも高い場合には、三相オン制御を行なう構成とすれば、モータジェネレータＭＧ１の回転数に拘らず、引きずりトルクを小さく抑えることができる。
【００９７】
さらに、図９に示した短絡電流とモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係に照らせば、所定の基準回転数Ｎｔｈよりも高い回転数域においては、過大な短絡電流の発生を防止することが可能となる。
【００９８】
実際には、再び図５を参照して、インバータ用駆動信号変換部３４は、短絡素子検出部３８から信号ＤＥを受けると、位置センサ２２の検出値からモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１を導出し、その導出した回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈを超えるか否かを判定する。このとき、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈ以下である場合には、インバータ用駆動信号変換部３４は、一相短絡制御を行なうためのスイッチング制御信号Ｔｏｎ１を発生する。その一方で、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈを超える場合には、インバータ用駆動信号変換部３４は、三相オン制御を行なうためのスイッチング制御信号Ｔｏｎ２を発生する。なお、所定の基準回転数Ｎｔｈについては、予め図１０に示す関係をシミュレーションすることで求めておくことができる。
【００９９】
図１１は、本発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置におけるＭＧ１異常時の退避運転を説明するフローチャートである。なお、図１１に示す各ステップの処理は、ＭＧＥＣＵ３００およびＨＶＥＣＵ２００が図５に示す各機能ブロックとして機能することで実現される。
【０１００】
図１１を参照して、インバータ異常検出部３６（図５）として機能するＭＧＥＣＵ３００は、モータジェネレータＭＧ１と接続されたインバータ１４に異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ０１）。このとき、ＭＧＥＣＵ３００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に内蔵された自己保護回路からの過電流検知信号ＯＣＶを受けているか否かを判定する。インバータ１４から過電流検知信号ＯＣＶを受けていない場合には、ＭＧＥＣＵ３００は、インバータ１４に異常が発生していないと判定し（ステップＳ０１でＮＯ判定）、退避運転を指示することなく（ステップＳ０２）、退避運転に関する制御処理を終了する。
【０１０１】
一方、インバータ１４から過電流検知信号ＯＣＶを受けている場合には、ＭＧＥＣＵ３００は、インバータ１４に異常が発生していると判定し（ステップＳ０１でＹＥＳ判定）、異常信号ＦＩＮＶを発する。これにより、ＨＶＥＣＵ２００は、モータジェネレータＭＧ２による退避運転を指示する（ステップＳ０３）。このとき、ＨＶＥＣＵ２００は、ＭＧＥＣＵ３００に対して、インバータ１４を構成する各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作の停止指示を発する。これに応答して、ＭＧＥＣＵ３００からのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１はオフ状態とされる。
【０１０２】
さらに、短絡素子検出部３８として機能するＭＧＥＣＵ３００は、異常信号ＦＩＮＶを受けると、電流センサ２４によるインバータ１４およびモータジェネレータＭＧ１間の各相電流の検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づき、異常が発生したインバータから短絡故障したスイッチング素子を検出する（ステップＳ０４）。そして、短絡素子検出部３８として機能するＭＧＥＣＵ３００は、検出した短絡故障したスイッチング素子を示す信号ＤＥを生成してインバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００へ送出する。
【０１０３】
次に、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、短絡素子検出部３８から信号ＤＥを受けると、位置センサ２２の検出値に基づいてモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１を取得する（ステップＳ０５）。そして、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈを超えるか否かを判定する（ステップＳ０６）。
【０１０４】
回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈを超える場合（ステップＳ０６においてＹＥＳの場合）には、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、三相オン制御を実行する（ステップＳ０７）。具体的には、ＭＧＥＣＵ３００は、スイッチング制御信号Ｔｏｎ２を生成してインバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へ出力する。これにより、電源ライン（またはアースライン）に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されたスイッチング素子が全てオン状態とされる。
【０１０５】
一方、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈ以下となる場合（ステップＳ０６においてＮＯの場合）には、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、一相短絡制御を実行する（ステップＳ０８）。具体的には、ＭＧＥＣＵ３００は、スイッチング制御信号Ｔｏｎ１を生成してインバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へ出力する。これにより、短絡故障したスイッチング素子と直列接続されたスイッチング素子がオン状態とされる。
【０１０６】
そして、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、モータジェネレータＭＧ２による退避運転が継続されているか否かを判定する（ステップＳ０９）。退避運転が継続されている場合（ステップＳ０９においてＹＥＳの場合）には、処理はステップＳ０５に戻される。
【０１０７】
一方、退避運転が継続されていない場合（ステップＳ０９においてＮＯの場合）には、ＭＧＥＣＵ３００は、退避運転に関する制御処理を終了する。
【０１０８】
このような制御構成とすることにより、退避運転時におけるモータジェネレータＭＧ２の回転数が上昇する場面においても、インバータ１４内に過大な短絡電流が流れるのを防止することができる。これにより、インバータ内に素子損傷を発生させることなく、退避運転による移動距離を延ばすことができる。
【０１０９】
また、退避運転時におけるモータジェネレータＭＧ２の回転数が低い場面においては、モータジェネレータＭＧ２の回転に伴なってモータジェネレータＭＧ１に発生する引きずりトルクを小さくすることができる。これにより、ハイブリッド自動車１０の発進時において、引きずりトルクがモータジェネレータＭＧ２の発生するトルクを上回り、運転性の低下を抑制することができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、モータジェネレータＭＧ１と接続された電力変換装置であるインバータ１４に異常が発生したことにより、モータジェネレータＭＧ２を用いた退避運転を行なう場合について説明したが、モータジェネレータＭＧ２と接続された電力変換装置であるインバータ３１に異常が発生した場合においても、図８に示したフローチャートと同様の処理を行なうことによって、エンジンＥＮＧおよびモータジェネレータＭＧ１を用いた退避運転の実行によって、インバータ３１内に過大な短絡電流が流れるのを防止しながら、退避運転による移動距離を延ばすことができる。
【０１１１】
また、本実施の形態では、動力分割機構によって相互に連結された２つのモータを備えるハイブリッド自動車におけるモータ駆動装置を例示したが、本発明の適用はこのような形式に限定されるものでなく、退避運転に１つのモータを運転することによって他のモータがこれに伴なって回転される構成であれば、いわゆる電気分配式等の任意の形式のハイブリッド駆動装置、ならびに、複数モータを備えて構成されるハイブリッド駆動装置以外のモータ駆動装置に対しても適用可能である。
【０１１２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】この発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置を備えたハイブリッド自動車１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したハイブリッド駆動装置の構成を詳細に説明するブロック図である。
【図３】図２に示されたハイブリッド駆動装置電気的な構成を示す回路図である。
【図４】短絡故障発生時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態に従うＭＧＥＣＵにおける制御構造を示すブロック図である。
【図６】一相短絡制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【図７】三相オン制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【図８】三相オン制御の実行時に発生するモータ電流の出力波形を示す図である。
【図９】一相短絡制御および三相オン制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流とモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係を示す図である。
【図１０】一相短絡制御および三相オン制御の実行時にモータジェネレータＭＧ１に発生する引きずりトルクとモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置におけるＭＧ１異常時の退避運転を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１４】
１０ ハイブリッド自動車、１３ 電圧センサ、１４，３１ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、１８〜２０ 導電線、２２，２６ 位置センサ、２４，２８ 電流センサ、３０ ディファレンシャルギヤ、３２ モータ制御用相電圧演算部、３４ インバータ用駆動信号変換部、３６ インバータ異常検出部、３８ 短絡素子検出部、４０ 駆動軸、５０ 駆動輪、１００ ハイブリッド駆動装置、１１４ ダンパ装置、１１８ 出力部材、１２０ｃ キャリア、１２０ｓ サンギヤ、１２０ｒ リングギヤ、１２２ｒ ロータ、１２４ モータ軸、１２６ 出力歯車、１２８ 中間軸、１３０ 大歯車、１３２ 小歯車、１４０ 直流電源、２００ ＨＶＥＣＵ、３００ ＭＧＥＣＵ、Ｃ２ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード、ＥＮＧ エンジン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＭ 磁石、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子、ＳＬ アースライン、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、ＶＬ 電源ライン。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置に関し、より特定的には、共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数のモータを含んで構成されたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００３】
このようなハイブリッド自動車の一種として、たとえば特開２００７−２８７３３号公報（特許文献１）には、いわゆるパラレルハイブリッド車両が開示される。パラレルハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力は、第１のモータジェネレータを有する動力分割機構を介することにより、その一部が駆動軸に伝達され、残りの動力が第１のモータジェネレータにより電力として回生される。この電力は、バッテリ充電や、エンジン以外の動力源としての第２のモータジェネレータの駆動に用いられる。
【０００４】
しかしながら、このようなパラレルハイブリッド車両では、エンジンまたは第１のモータジェネレータに異常が生じた場合には、エンジンを主動力源とした通常の車両走行が不可能となる。このため、特許文献１には、エンジンまたは第１のモータジェネレータの異常時に、二次電池の充電量に応じて決定された性能範囲の中で第２のモータジェネレータを用いた退避運転を行なうことにより、退避運転による移動距離を延ばす技術が開示されている。
【０００５】
このような退避運転時においては、第１および第２のモータジェネレータが同一の出力軸に連結されるため、第２のモータジェネレータの回転に伴なって第１のモータジェネレータも回転する。このため、第１のモータジェネレータに接続されたインバータ内に短絡故障が発生している場合は、退避運転時に、第１のモータジェネレータに発生した誘起電圧により、インバータ内に短絡電流が発生するおそれがある。
【０００６】
そのため、特許文献１では、退避運転中に、第１のモータジェネレータに接続されたインバータを流れる電流が過大となった場合には、第２のモータジェネレータによる退避運転を制限する構成とする。これにより、過大な短絡電流により、インバータ構成部品の耐熱温度を超える高温の発生によって、さらなる素子損傷が発生するのを防止している。
【特許文献１】特開２００７−２８７３３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７０１２０号公報
【特許文献３】特開２００７−２４５９６６号公報
【特許文献４】特開平８−１８２１０５号公報
【特許文献５】特開２００７−２４４１２６号公報
【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、特許文献１のように、第１のモータジェネレータに接続されたインバータを流れる電流に応じて、第２のモータジェネレータの運転を制限する構成では、過大な短絡電流によるさらなる素子損傷の発生を防止できる一方で、退避運転による移動距離の増加に限界が生じることになる。そのため、車両を安全な場所まで避難させることができない可能性がある。
【０００８】
したがって、異常発生時の車両の安全性を保障するフェイルセーフ機能をより一層充実させるためには、インバータの素子保護と退避運転による移動距離の増加との両立が求められる。
【０００９】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、共通の出力軸へ連結された複数のモータを備えたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置において、１つのモータの異常発生時に他のモータを用いた退避運転を実行する場合において、異常モータに対応するモータ駆動回路の素子保護と退避運転による移動距離の増加とを両立することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明によれば、モータ駆動装置は、共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数の多相交流モータと、複数の多相交流モータにそれぞれ接続された複数の電力変換装置と、複数の電力変換装置を制御する制御装置とを備える。複数の電力変換装置の各々は、各々が、多相交流モータの各相コイルに接続される複数のアーム回路を含む。複数のアーム回路の各々は、第１および第２電源線間に各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有する。制御装置は、複数の電力変換装置のうちの第１の電力変換装置の異常時に、第１の電力変換装置と接続された第１の多相交流モータとは異なる第２の多相交流モータを用いた異常時運転を指示する異常制御手段と、異常時運転において、第２の多相交流モータの運転に伴なって、第１の電力変換装置を流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出手段と、異常時運転において、短絡故障したスイッチング素子と接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、第１の電力変換装置を流れる電流を制御する第１のモータ制御手段と、異常時運転において、電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、第１の電力変換装置を流れる電流を制御する第２のモータ制御手段と、第１の多相交流モータの回転数に応じて、第１のモータ制御手段および第２のモータ制御手段を選択的に設定する選択手段とを含む。
【００１１】
好ましくは、選択手段は、第１の多相交流モータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、第１のモータ制御手段を選択し、第１の多相交流モータの回転数が所定の基準回転数を超える場合には、第２のモータ制御手段を選択する。
【００１２】
好ましくは、第１のモータ制御手段の実行時において、第１の多相交流モータは、第２の多相交流モータの運転に伴なって発生する制動トルクが、第１の多相交流モータの回転数が高くなるにつれて小さくなる第１の特性を有する。第２のモータ制御手段の実行時において、第１の多相交流モータは、第２の多相交流モータの運転に伴なって発生する制動トルクが、第１の多相交流モータの回転数が高くなるにつれて大きくなる第２の特性を有する。選択手段は、第１および第２の特性を予め有しており、第１の特性と第２の特性とで第１の多相交流モータに発生する制動トルクが一致するときの第１の多相交流モータの回転数を、所定の基準回転数に設定する。
【００１３】
この発明によるハイブリッド駆動装置は、燃料の燃焼によって作動するエンジンと、第１のモータジェネレータと、動力を出力するための出力部材と、出力部材、エンジンの出力軸および第１のモータジェネレータの出力軸を相互に連結する動力分割機構と、出力部材に連結された第２のモータジェネレータと、直流電源と第１のモータジェネレータとの間に接続されて、第１のモータジェネレータを駆動制御する第１のインバータと、直流電源と第２のモータジェネレータとの間に接続されて、第２のモータジェネレータを駆動制御する第２のインバータと、第１および第２のモータジェネレータの運転を制御する制御装置とを備える。第１のインバータは、各々が、第１のモータジェネレータの各相コイルに接続される第１の複数のアーム回路を含む。第２のインバータは、各々が、第２のモータジェネレータの各相コイルに接続される第２の複数のアーム回路を含む。第１および第２の複数のアーム回路の各々は、第１および第２電源線間に各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有する。制御装置は、第１のインバータの異常時に、第２のモータジェネレータを用いた異常時運転を指示する異常制御手段と、異常時運転において、第２のモータジェネレータの運転に伴なって、第１のインバータを流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出手段と、異常時運転において、短絡故障したスイッチング素子と接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、第１のインバータを流れる電流を制御する第１のモータ制御手段と、異常時運転において、電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、第１のインバータを流れる電流を制御する第２のモータ制御手段と、第１のモータジェネレータの回転数に応じて、第１のモータ制御手段および第２のモータ制御手段を選択的に設定する第１の選択手段とを含む。
【００１４】
好ましくは、第１の選択手段は、第１のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、第１のモータ制御手段を選択し、第１のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数を超える場合には、第２のモータ制御手段を選択する。
【００１５】
好ましくは、異常制御手段は、第２のインバータの異常時に、エンジンおよび第１のモータジェネレータを用いた異常時運転を指示する。短絡検出手段は、異常時運転において、第２のモータジェネレータの回転に伴なって、第２のインバータを流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する。制御装置は、異常時運転において、短絡故障したスイッチング素子と接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、第２のインバータを流れる電流を制御する第３のモータ制御手段と、異常時運転において、電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、第２のインバータを流れる電流を制御する第４のモータ制御手段と、第２のモータジェネレータの回転数に応じて、第３のモータ制御手段および第４のモータ制御手段を選択的に設定する第２の選択手段とをさらに含む。
【００１６】
好ましくは、第２の選択手段は、第２のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、第３のモータ制御手段を選択し、第２のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数を超える場合には、第４のモータ制御手段を選択する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、共通の出力軸へ連結された複数のモータを備えたモータ駆動装置およびハイブリッド駆動装置において、１つのモータの異常発生時に他のモータを用いた退避運転を実行する場合において、異常モータに対応するモータ駆動回路の素子保護と退避運転による移動距離の増加とを両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置１００を備えたハイブリッド自動車１０の概略構成を示すブロック図である。なお、ハイブリッド駆動装置１００は、共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数のモータと、これら複数のモータにそれぞれ接続された複数のモータ駆動回路とを備えたモータ駆動回路の代表例として示されるものである。
【００２０】
図１を参照して、ハイブリッド自動車１０は、ハイブリッド駆動装置１００と、ディファレンシャルギヤ３０と、駆動軸４０と、駆動輪５０とを備える。
【００２１】
ハイブリッド駆動装置１００は、内部にエンジン（内燃機関）および２つのモータジェネレータを内蔵し、エンジンおよびモータジェネレータの協調制御により出力を発生する。ハイブリッド駆動装置１００の出力は、ディファレンシャルギヤ３０を介して駆動軸４０に伝達されて、駆動輪５０の回転駆動に用いられる。ディファレンシャルギヤ３０は、路面からの抵抗の差を利用して駆動輪５０の左右間の回転差を吸収する。
【００２２】
図２は、図１に示したハイブリッド駆動装置１００の構成を詳細に説明するブロック図である。
【００２３】
図２を参照して、ハイブリッド駆動装置１００は、燃料の燃焼によって作動する内燃機関などのエンジンＥＮＧと、そのエンジンＥＮＧの回転変動を吸収するスプリング式のダンパ装置１１４と、そのダンパ装置１１４を介して伝達されるエンジンＥＮＧの出力をモータジェネレータＭＧ１および出力部材１１８に機械的に分配する遊星歯車式の動力分割機構ＰＳＤと、出力部材１１８に回転力を加えるモータジェネレータＭＧ２とを備えている。
【００２４】
エンジンＥＮＧ、ダンパ装置１１４、動力分割機構ＰＳＤ、およびモータジェネレータＭＧ１は同軸上において軸方向に並んで配置されており、モータジェネレータＭＧ２は、ダンパ装置１１４および動力分割機構ＰＳＤの外周側に同心に配設されている。
【００２５】
動力分割機構ＰＳＤは、シングルピニオン型の遊星歯車装置で、３つの回転要素としてモータジェネレータＭＧ１のモータ軸１２４に連結されたサンギヤ１２０ｓと、ダンパ装置１１４に連結されたキャリア１２０ｃと、モータジェネレータＭＧ２のロータ１２２ｒと連結されたリングギヤ１２０ｒとを含む。
【００２６】
出力部材１１８は、モータジェネレータＭＧ２のロータ１２２ｒとボルトなどによって一体的に固設されており、そのロータ１２２ｒを介して動力分割機構ＰＳＤのリングギヤ１２０ｒに連結されている。出力部材１１８には出力歯車１２６が設けられており、中間軸１２８の大歯車１３０および小歯車１３２を介して傘歯車式のディファレンシャルギヤ３０が減速回転させられて、図１に示した駆動輪５０に動力が分配される。
【００２７】
出力歯車１２６には、出力部材１１８からの出力をロックするためのパーキングロックブレーキ機構（図示せず）が設けられる。パーキングロックブレーキ機構は、運転者によるパーキングポジション（Ｐポジション）選択時に、出力歯車１２６をロックすることにより、ハイブリッド駆動装置１００からの駆動力出力を制限する。
【００２８】
モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は、それぞれ、インバータ１４およびインバータ３１を介して、直流電源１４０に電気的に接続されている。
【００２９】
これらのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、直流電源１４０からの電気エネルギーが供給されて所定のトルクで回転駆動される回転駆動状態と、回転制動（モータジェネレータ自体の電気的な制動トルク）により発電機として機能して直流電源１４０に電気エネルギーを充電する充電状態と、モータ軸１２４やロータ１２２ｒが自由回転することを許容する無負荷状態との間で動作を切換えられる。
【００３０】
ＨＶＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００は、予め設定されたプログラムに従って信号処理を行なうことにより、運転状況に応じて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による走行モードを、モータ走行、充電走行やエンジン・モータ走行等の間で切換える。
【００３１】
たとえばモータ走行では、ハイブリッド自動車１０は、モータジェネレータＭＧ１を無負荷状態とするとともにモータジェネレータＭＧ２を回転駆動状態とし、そのモータジェネレータＭＧ２のみを動力源として走行する。また、充電走行では、モータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させるとともにモータジェネレータＭＧ２を無負荷状態としてエンジンＥＮＧのみを駆動力源として走行しながら、モータジェネレータＭＧ１によって直流電源１４０が充電される。
【００３２】
あるいは、エンジン・モータ走行では、モータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させる一方で、エンジンＥＮＧおよびモータジェネレータＭＧ２の両方を動力源として走行しながらモータジェネレータＭＧ１によって直流電源１４０が充電される。
【００３３】
また、上記モータ走行時にモータジェネレータＭＧ２を発電機として機能させて回生制動する回生制動制御や、車両停止時にモータジェネレータＭＧ１を発電機として機能させるとともにエンジンＥＮＧを作動させ、もっぱらモータジェネレータＭＧ１によって直流電源１４０を充電する充電制御などもＨＶＥＣＵ２００によって行なわれる。
【００３４】
ＨＶＥＣＵ２００は、各走行モードにおいて、所望の駆動力発生や発電が行なわれるように、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値を発生する。また、エンジンＥＮＧは、車両停止時には自動的に停止される一方で、その始動タイミングは、運転状況に応じてＨＶＥＣＵ２００によって制御される。
【００３５】
具体的には、発進時ならびに低速走行時あるいは緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、エンジン効率の悪い領域を避けるために、エンジンＥＮＧを起動させることなく、モータジェネレータＭＧ２による駆動力で走行する。そして、一定以上の駆動力が必要な運転状態となったときには、エンジンＥＮＧが始動される。但し、暖気等のためにエンジンＥＮＧの駆動が必要な場合には、エンジンＥＮＧは発進時に無負荷状態で始動されて、所望の暖機が実現するまでアイドリング回転数で駆動される。また、車両駐車時に上記充電制御を行なう場合にも、エンジンＥＮＧが始動される。
【００３６】
図３は、図２に示されたハイブリッド駆動装置１００の電気的な構成を示す回路図である。
【００３７】
図３を参照して、ハイブリッド駆動装置１００は、直流電源１４０と、電圧センサ１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、平滑用コンデンサＣ２と、インバータ１４，３１と、電流センサ２４，２８と、位置センサ２２，２６と、ＭＧＥＣＵ３００とをさらに備えている。
【００３８】
直流電源１４０は、蓄電装置（図示せず）を含んで構成され、電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬの間に直流電圧を出力する。たとえば、直流電源１４０を、二次電池および昇降圧コンバータの組合せにより、二次電池の出力電圧を変換して電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬに出力する構成とすることが可能である。この場合には、昇降圧コンバータを双方向の電力変換可能なように構成して、電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬ間の直流電圧を二次電池の充電電圧に変換する。
【００３９】
システムリレーＳＲ１は、直流電源１４０の正極と電源ラインＶＬとの間に接続され、システムリレーＳＲ２は、直流電源１４０の負極とアースラインＳＬとの間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、ＭＧＥＣＵ３００からの信号ＳＥによりオン／オフされる。
【００４０】
電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬの間には、平滑用コンデンサＣ２が接続されている。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ（インバータ１４，３１の入力電圧に相当する。以下同じ。）を検出してＭＧＥＣＵ３００へ出力する。
【００４１】
モータジェネレータＭＧ１と接続されるインバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とからなる。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、電源ラインＶＬとアースラインＳＬとの間に並列に設けられる。
【００４２】
Ｕ相アーム１５は、直列接続された電力用半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも称する）Ｑ１，Ｑ２からなる。Ｖ相アーム１６は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなる。Ｗ相アーム１７は、直列接続されたスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６からなる。また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１〜Ｄ６がそれぞれ接続されている。この実施の形態におけるスイッチング素子としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＭＧＥＣＵ３００からのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１に対応してオン・オフ制御、すなわちスイッチング制御される。
【００４３】
各相アームの中間点は、導電線（ワイヤハーネス）を介してモータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通に接続されて構成される。Ｕ相コイルの他端が導電線１８を介してＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２の中間点に、Ｖ相コイルの他端が導電線１９を介してＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｗ相コイルの他端が導電線２０を介してＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の中間点にそれぞれ接続されている。
【００４４】
導電線１８〜２０の各々には、電流センサ２４が介挿されている。電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流ＭＣＲＴ１を検出する。なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（瞬時値）の和は零であることから、２相に電流センサ２４を配置することによって各相のモータ電流を検出する構成としてもよい。電流センサ２４による電流検出値ＭＣＲＴ１は、ＭＧＥＣＵ３００へ送出される。
【００４５】
モータジェネレータＭＧ１には、回転子（図示せず）の回転角を検出する位置センサ２２がさらに配置される。位置センサ２２によって検出された回転角は、ＭＧＥＣＵ３００へ送出される。
【００４６】
モータジェネレータＭＧ２と接続されるインバータ３１は、インバータ１４と同様の構成からなる。すなわち、インバータ３１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、ダイオードＤ１〜Ｄ６とを含む。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＭＧＥＣＵ３００からのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ２に対応してオン・オフ制御（スイッチング制御）される。
【００４７】
モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成された３相の永久磁石モータである。インバータ３１の各相アームの中間点は、導電線を介してモータジェネレータＭＧ２のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルとそれぞれ電気的に接続される。
【００４８】
そして、インバータ３１とモータジェネレータＭＧ２の各相コイルとを結ぶ導電線には、電流センサ２４と同様の電流センサ２８が介挿されている。さらに、モータジェネレータＭＧ２にも、位置センサ２２と同様の位置センサ２６が配置される。電流センサ２８による電流検出値ＭＣＲＴ２および位置センサによる検出値は、ＭＧＥＣＵ３００へ送出される。
【００４９】
なお、ＭＧＥＣＵ３００へは、電流センサ２４，２８および位置センサ２２，２６の検出値の他にも、電圧センサ１３によって検出された、各インバータ１４，３１への入力電圧Ｖｍ、および適宜設けられたセンサ（図示せず）によって検出されたモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のコイル端子間電圧等が入力されてモータ駆動制御に用いられる。
【００５０】
ＭＧＥＣＵ３００は、図示しないＨＶＥＣＵ２００からモータジェネレータＭＧ１の運転指令を受ける。この運転指令には、モータジェネレータＭＧ１の運転許可／禁止指示や、トルク指令値ＴＲ１、回転数指令ＭＲＮ１等が含まれる。ＭＧＥＣＵ３００は、電流センサ２４および位置センサ２２の検出値に基づくフィードバック制御により、ＨＶＥＣＵ２００からの運転指令に従ってモータジェネレータＭＧ１が動作するように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を制御するスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を発生する。
【００５１】
たとえば、ＨＶＥＣＵ２００によりモータジェネレータＭＧ１の運転指示が発せられている場合には、ＭＧＥＣＵ３００は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１に応じた各相モータ電流が供給されるように、電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬ間の直流電圧をモータジェネレータＭＧ１の各相コイルに印加される交流電圧に変換するためのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を発生する。
【００５２】
また、モータジェネレータＭＧ１の回生制動時には、ＭＧＥＣＵ３００は、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電圧を電源ラインＶＬおよびアースラインＳＬ間の直流電圧に変換するように、スイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を発生する。これらの際に、スイッチング制御信号ＰＷＭＩ１は、たとえば周知のＰＷＭ制御方式に従う、センサ検出値を用いたフィードバック制御により生成される。
【００５３】
一方、ＭＧＥＣＵ３００は、ＨＶＥＣＵ２００からモータジェネレータＭＧ１の運転禁止指示が発せられた場合には、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各々がスイッチング動作を停止（すべてオフ）するように、スイッチング制御信号ＳＴＰを生成する。
【００５４】
さらに、ＭＧＥＣＵ３００は、ＨＶＥＣＵ２００からモータジェネレータＭＧ２の運転指令を受けると、上述したモータジェネレータＭＧ１の制御と同様に、電流センサ２８および位置センサ２６の検出値に基づくフィードバック制御により、ＨＶＥＣＵ２００からの運転指令に従ってモータジェネレータＭＧ２が動作するように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を制御するスイッチング制御信号ＰＷＭＩ２を発生する。
【００５５】
また、ＭＧＥＣＵ３００によって検知された、インバータ１４，３１の異常に関する情報は、ＨＶＥＣＵ２００に対して送出される。ＨＶＥＣＵ２００は、これらの異常情報をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転指令へ反映することが可能なように構成されている。
【００５６】
図２および図３に示した構成において、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、本発明における「複数の多相交流モータ」に対応し、インバータ１４，３１は、本発明における「複数の電力変換装置」に対応する。また、ＭＧＥＣＵ３００およびＨＶＥＣＵ２００は、本発明における「制御装置」に対応する。
【００５７】
（ハイブリッド自動車の退避運転）
以上の構成からなるハイブリッド自動車１０において、モータジェネレータＭＧ１に接続されたインバータ１４の異常によりモータジェネレータＭＧ１が使用不能である場合には、特許文献１にも記載されるように、エンジンＥＮＧおよびモータジェネレータＭＧ１の動作を停止して、モータジェネレータＭＧ２による動力を用いた「異常時運転」によってハイブリッド自動車１０の「退避運転」が実行可能である。
【００５８】
このような退避運転時には、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２が動力分割機構ＰＳＤを介して互いに連結されているので、モータジェネレータＭＧ２を運転（回転）するのに伴なって、モータジェネレータＭＧ１も回転される。
【００５９】
そして、図４に示すように、このような退避運転時のモータジェネレータＭＧ１の回転に伴なって、その回転子に装着された磁石ＰＭが回転する。これにより、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに誘起電圧が発生する。
【００６０】
図４には、オン状態を維持して制御不能となる短絡故障がスイッチング素子Ｑ１に発生したケースが、インバータ１４中の短絡故障の一例として示される。
【００６１】
このようなケースでは、スイッチング制御信号ＳＴＰにより、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を停止（オフ状態）するように制御しても、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１を介した短絡経路が形成される。具体的には、電源ラインＶＬ〜スイッチング素子Ｑ１（短絡故障）〜Ｕ相コイルを経由してＵ相モータ電流Ｉｕが流れる。そして、Ｕ相モータ電流Ｉｕは、モータジェネレータＭＧ１の中性点において、Ｖ相コイル〜Ｖ相アーム１６の中間点〜ダイオードＤ３〜電源ラインＶＬに至る経路Ｒｔ１と、Ｗ相コイル〜Ｗ相アーム１７の中間点〜ダイオードＤ５〜電源ラインＶＬに至る経路Ｒｔ２とに分岐される。このため、誘起電圧および当該短絡経路の電気抵抗に応じた短絡電流が発生する。
【００６２】
ここで、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに発生する誘起電圧は、モータジェネレータＭＧ１の回転数に比例するので、退避運転時におけるモータジェネレータＭＧ２の回転数が上昇すれば、モータジェネレータＭＧ１に発生する誘起電圧も高くなり、インバータ１４中の短絡電流も増大する。短絡電流が過大となると、インバータ１４の構成部品の耐熱温度を超える高温の発生によって、さらなる素子損傷を発生してしまう可能性がある。
【００６３】
そのため、上述したように特許文献１では、インバータ１４内を流れる短絡電流のレベルを監視することによって、インバータ１４内に過大な短絡電流が流れる場合には、モータジェネレータＭＧ２による退避運転を制限する制御構成とする。これにより、退避運転の実行によってインバータ内にさらなる素子損傷が発生するのを防止する。
【００６４】
しかしながら、このような制御構成では、インバータの素子保護を図ることができる一方で、退避運転による移動距離の増加には限界が生じてしまう。そのため、車両を安全な場所まで避難させることができない可能性がある。
【００６５】
そこで、本実施の形態に従うハイブリッド駆動装置１００では、モータジェネレータＭＧ１の回転数に応じて、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をスイッチング制御する構成とする。かかる構成によれば、回転数の上昇による短絡電流の増大が抑えられる。その結果、インバータの素子保護と退避運転時の移動距離の増加とを両立させることが可能となる。
【００６６】
以下に、本実施の形態に従うハイブリッド駆動装置１００における退避運転時のインバータのスイッチング制御を実現するための制御構造について説明する。
【００６７】
（制御構造）
図５は、この発明の実施の形態に従うＭＧＥＣＵ３００における制御構造を示すブロック図である。図５に示す各機能ブロックは、代表的にＭＧＥＣＵ３００が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。
【００６８】
図５を参照して、ＭＧＥＣＵ３００は、インバータ１４の制御手段として、モータ制御用相電圧演算部３２と、インバータ用駆動信号変換部３４と、インバータ異常検出部３６と、短絡素子検出部３８とを含む。なお、図示は省略するが、ＭＧＥＣＵ３００は、図５と同様の構成からなるインバータ３１の制御手段をさらに含む。
【００６９】
モータ制御用相電圧演算部３２は、ＨＶＥＣＵ２００からモータジェネレータＭＧ１の運転指令としてのトルク指令値ＴＲ１および回転数指令ＭＲＮ１を受け、電圧センサ１３からインバータ１４の入力電圧Ｖｍを受け、電流センサ２４からモータジェネレータＭＧ１の各相に流れるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部３２は、これらの入力信号に基づいて、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに印加する電圧の操作量（以下、電圧指令とも称する）Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を演算し、その演算結果をインバータ用駆動信号変換部３４へ出力する。
【００７０】
インバータ用駆動信号変換部３４は、モータ制御用相電圧演算部３２からの各相コイルの電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、実際にインバータ１４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン・オフするためのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を生成し、その生成したスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１をインバータ１４へ送出する。
【００７１】
これにより、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、スイッチング制御され、モータジェネレータＭＧ１が指令されたトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ電流ＭＣＲＴ１が制御され、トルク指令値ＴＲ１に応じたモータトルクが出力される。
【００７２】
インバータ異常検出部３６は、モータジェネレータＭＧ１の運転時においてインバータ１４に発生した異常を検知する。インバータ１４の異常検知は、インバータ１４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に内蔵された自己保護回路からの過電流検知信号ＯＶＣに基づいて行なわれる。
【００７３】
具体的には、自己保護回路は、電流センサ（または温度センサ）を含んで構成され、センサ出力に過電流（または過熱）が検出されたことに応じて過電流検知信号ＯＶＣを出力する。インバータ異常検出部３６は、インバータ１４から過電流検知信号ＯＶＣを受けると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の短絡故障による異常と判定し、その判定した結果を示す異常信号ＦＩＮＶを生成する。そして、インバータ異常検出部３６は、その生成した異常信号ＦＩＮＶをＨＶＥＣＵ２００および短絡素子検出部３８へ送出する。
【００７４】
ＨＶＥＣＵ２００は、異常信号ＦＩＮＶを受けると、モータジェネレータＭＧ２による退避運転を指示する。このとき、ＨＶＥＣＵ２００は、インバータ用駆動信号変換部３４に対して、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作の停止指示を発する。
【００７５】
これに応答して、インバータ用駆動信号変換部３４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作を停止（オフ状態）するためのスイッチング制御信号ＳＴＰを生成してインバータ１４へ出力する。これにより、インバータ１４は運転停止状態となる。
【００７６】
短絡素子検出部３８は、インバータ異常検出部３６から異常信号ＦＩＮＶを受けると、電流センサ２４によるインバータ１４およびモータジェネレータＭＧ１間の各相電流の検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づき、異常が発生したインバータから短絡故障したスイッチング素子を検出する。このとき、一例として、短絡素子検出部３８は、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流波形の各々について、定常運転時からのオフセット値を検出し、その検出したオフセット値の大きさと極性とに基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する。そして、短絡素子検出部３８は、検出した短絡故障したスイッチング素子を示す信号ＤＥを生成してインバータ用駆動信号変換部３４へ送出する。
【００７７】
インバータ用駆動信号変換部３４は、短絡素子検出部３８から信号ＤＥを受けると、位置センサ２２の検出値から導出されるモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１に応じて、スイッチング制御信号Ｔｏｎ１およびスイッチング制御信号Ｔｏｎ２のいずれか一方を発生する。
【００７８】
詳細には、スイッチング制御信号Ｔｏｎ１は、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち、短絡故障したスイッチング素子と直列接続されるスイッチング素子のみをオンするように、スイッチング動作を制御する信号である。これにより、短絡故障したスイッチング素子とこれに直列接続されるスイッチング素子とがオンされるため、これら２つのスイッチング素子により構成される相が短絡する。以下では、このように短絡故障したスイッチング素子が所属する相を短絡させるためのスイッチング制御を、単に「一相短絡制御」とも称する。
【００７９】
これに対して、スイッチング制御信号Ｔｏｎ２は、インバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうち、短絡故障したスイッチング素子と電源ライン（またはアースライン）に対して並列接続される全てのスイッチング素子をオンするように、スイッチング動作を制御する信号である。これにより、電源ライン（またはアースライン）に対して並列接続される三相すべてのスイッチング素子がオンされる。以下では、このように電源線に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をオンさせるためのスイッチング制御を、単に「三相オン制御」とも称する。
【００８０】
そして、インバータ用駆動信号変換部３４は、位置センサ２２の検出値から導出したモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１に応じて、一相短絡制御および三相オン制御を切り換えて実行する。以下に、各々のスイッチング制御の詳細について説明する。
【００８１】
図６は、一相短絡制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【００８２】
図６を参照して、短絡故障がスイッチング素子Ｑ１に発生している場合には、スイッチング制御信号Ｔｏｎ１により、スイッチング素子Ｑ１と直列接続されるスイッチング素子Ｑ２のみがオンされる。その結果、Ｕ相アーム１５が短絡されるため、Ｕ相モータ電流Ｉｕの経路は、図４で述べた経路Ｒｔ１，Ｒｔ２に加えて、電源ラインＶＬ〜Ｕ相アーム１５の中間点〜アースラインＳＬに至る新たな経路Ｒｔ３が形成されることになる。これにより、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ３，Ｄ５との間で形成される短絡経路を流れる電流が低減される。このとき、各相モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、モータジェネレータＭＧ１の正常運転時と同様に、略同じ振幅からなる交流波形となる。なお、後述するように、各相モータ電流の振幅は、モータジェネレータＭＧ１の回転数を上昇させることによって大きくなる。
【００８３】
図７は、三相オン制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【００８４】
図７を参照して、図６と同様に短絡故障がスイッチング素子Ｑ１に発生している場合には、スイッチング制御信号Ｔｏｎ２により、電源ラインＶＬに対してスイッチング素子Ｑ１と並列接続されるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ５のみがオンされる。これにより、短絡故障したスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ３，Ｄ５との間で形成される短絡経路に加えて、スイッチング素子Ｑ３とダイオードＤ１，Ｄ５との間で形成される経路、およびスイッチング素子Ｑ５とダイオードＤ１，Ｄ３との間で形成される経路が新たに形成されることになる。
【００８５】
図８は、三相オン制御の実行時に発生するモータ電流の出力波形を示す図である。なお、図８の出力波形は、図７に示す回路構成においてモータジェネレータＭＧ１を所定の回転数で回転させたときに誘起されるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをシミュレーションすることにより得られたものである。
【００８６】
図８から明らかなように、モータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗは、略同じ振幅の交流波形を示している。なお、後述するように、モータ電流の振幅は、モータジェネレータＭＧ１の回転数を上昇させることによってもほとんど変化しないことがシミュレーション結果から得られている。
【００８７】
図９は、一相短絡制御および三相オン制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流とモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係を示す図である。図９に示す関係は、図６および図７に示す回路構成において、それぞれ、モータジェネレータＭＧ１を様々な回転数で回転させたときに、各回転数において誘起されるモータ電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをシミュレーションすることにより得られたものである。なお、図９において、ラインＬＮ１は一相短絡制御を行なったときの短絡電流を示し、ラインＬＮ２は三相オン制御を行なったときの短絡電流を示す。
【００８８】
図９を参照して、一相短絡制御の実行時には、インバータ１４内を流れる短絡電流は、モータジェネレータＭＧ１の回転数が上昇するにつれて増大する。これに対して、三相オン制御の実行時には、インバータ１４内を流れる短絡電流は、相対的に低い回転数域では、モータジェネレータＭＧ１の回転数の上昇に伴なって増大するが、相対的に高い回転数域では、回転数の上昇によってもほとんど変化していない。
【００８９】
なお、三相オン制御の実行時において、回転数の上昇によっても短絡電流が増大しないのは、三相オン制御によって形成される短絡経路の電気抵抗のうち、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルのインダクタンス成分が回転数の上昇に伴なって高くなることが一因として挙げられる。
【００９０】
さらに、図９からは、一相短絡制御の実行時の短絡電流と三相オン制御の実行時の短絡電流とは、相対的に低い所定の回転数において交差しており、当該所定の回転数を境として大小関係が反転していることが分かる。したがって、図９に示した短絡電流とモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係によれば、低回数域においては一相短絡制御を実行する一方で、高回転数域においては三相オン制御を実行する構成とすれば、インバータ１４内を流れる短絡電流が増大するのを効果的に抑制できることが分かる。
【００９１】
その一方で、モータジェネレータＭＧ１においては、モータジェネレータＭＧ２の回転に伴なって回転することにより制動トルクが発生する。この制動トルクは、モータジェネレータＭＧ１の回転抵抗によって車両に作用する制動トルクであることから、以下では、「引きずりトルク」とも称する。そして、この引きずりトルクは、モータジェネレータＭＧ１の回転数との間に図１０に示すような関係が成立する。
【００９２】
図１０は、一相短絡制御および三相オン制御の実行時にモータジェネレータＭＧ１に発生する引きずりトルクとモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係を示す図である。図１０に示す関係は、一相短絡制御および三相オン制御の各々について、図９の短絡電流が流れているときにモータジェネレータＭＧ１に発生する引きずりトルクを、磁場解析を用いたシミュレーションすることによって得られたものである。なお、引きずりトルクは、モータジェネレータＭＧ１の力行制御時に生じるトルクと区別するために負の値で表わされている。
【００９３】
図１０において、ラインＬＮ３は一相短絡制御を行なったときの引きずりトルクを示し、ラインＬＮ４は三相オン制御を行なったときの引きずりトルクを示す。
【００９４】
図１０からは、一相短絡制御の実行時には、モータジェネレータＭＧ１の回転数が上昇するにつれて、引きずりトルク（絶対値）が大きくなることが分かる。これに対して、三相オン制御の実行時には、引きずりトルクは、低回転数域の所定の回転数において極値を有しており、この所定の回転数から上昇するにつれて、小さくなる傾向を示している。
【００９５】
すなわち、一相短絡制御の実行時と三相オン制御の実行時とでは、引きずりトルクは互いに異なる特性を示しており、図中の所定の基準回転数Ｎｔｈを境として、大小関係が反転している。これによれば、所定の基準回転数Ｎｔｈよりも低い回転数においては、三相オン制御を行なうことで、却って一相短絡制御の実行時よりも引きずりトルクを増加させてしまうこととなる。特に、ハイブリッド自動車１０の発進時には、引きずりトルクがモータジェネレータＭＧ２の発生するトルクを上回ることによって、運転性が低下する可能性がある。
【００９６】
したがって、モータジェネレータＭＧ１の回転数が所定の基準回転数Ｎｔｈ以下となる場合には、一相短絡制御を行なう一方で、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈよりも高い場合には、三相オン制御を行なう構成とすれば、モータジェネレータＭＧ１の回転数に拘らず、引きずりトルクを小さく抑えることができる。
【００９７】
さらに、図９に示した短絡電流とモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係に照らせば、所定の基準回転数Ｎｔｈよりも高い回転数域においては、過大な短絡電流の発生を防止することが可能となる。
【００９８】
実際には、再び図５を参照して、インバータ用駆動信号変換部３４は、短絡素子検出部３８から信号ＤＥを受けると、位置センサ２２の検出値からモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１を導出し、その導出した回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈを超えるか否かを判定する。このとき、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈ以下である場合には、インバータ用駆動信号変換部３４は、一相短絡制御を行なうためのスイッチング制御信号Ｔｏｎ１を発生する。その一方で、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈを超える場合には、インバータ用駆動信号変換部３４は、三相オン制御を行なうためのスイッチング制御信号Ｔｏｎ２を発生する。なお、所定の基準回転数Ｎｔｈについては、予め図１０に示す関係をシミュレーションすることで求めておくことができる。
【００９９】
図１１は、本発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置におけるＭＧ１異常時の退避運転を説明するフローチャートである。なお、図１１に示す各ステップの処理は、ＭＧＥＣＵ３００およびＨＶＥＣＵ２００が図５に示す各機能ブロックとして機能することで実現される。
【０１００】
図１１を参照して、インバータ異常検出部３６（図５）として機能するＭＧＥＣＵ３００は、モータジェネレータＭＧ１と接続されたインバータ１４に異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ０１）。このとき、ＭＧＥＣＵ３００は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に内蔵された自己保護回路からの過電流検知信号ＯＣＶを受けているか否かを判定する。インバータ１４から過電流検知信号ＯＣＶを受けていない場合には、ＭＧＥＣＵ３００は、インバータ１４に異常が発生していないと判定し（ステップＳ０１でＮＯ判定）、退避運転を指示することなく（ステップＳ０２）、退避運転に関する制御処理を終了する。
【０１０１】
一方、インバータ１４から過電流検知信号ＯＣＶを受けている場合には、ＭＧＥＣＵ３００は、インバータ１４に異常が発生していると判定し（ステップＳ０１でＹＥＳ判定）、異常信号ＦＩＮＶを発する。これにより、ＨＶＥＣＵ２００は、モータジェネレータＭＧ２による退避運転を指示する（ステップＳ０３）。このとき、ＨＶＥＣＵ２００は、ＭＧＥＣＵ３００に対して、インバータ１４を構成する各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチング動作の停止指示を発する。これに応答して、ＭＧＥＣＵ３００からのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１はオフ状態とされる。
【０１０２】
さらに、短絡素子検出部３８として機能するＭＧＥＣＵ３００は、異常信号ＦＩＮＶを受けると、電流センサ２４によるインバータ１４およびモータジェネレータＭＧ１間の各相電流の検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づき、異常が発生したインバータから短絡故障したスイッチング素子を検出する（ステップＳ０４）。そして、短絡素子検出部３８として機能するＭＧＥＣＵ３００は、検出した短絡故障したスイッチング素子を示す信号ＤＥを生成してインバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００へ送出する。
【０１０３】
次に、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、短絡素子検出部３８から信号ＤＥを受けると、位置センサ２２の検出値に基づいてモータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｍｇ１を取得する（ステップＳ０５）。そして、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈを超えるか否かを判定する（ステップＳ０６）。
【０１０４】
回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈを超える場合（ステップＳ０６においてＹＥＳの場合）には、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、三相オン制御を実行する（ステップＳ０７）。具体的には、ＭＧＥＣＵ３００は、スイッチング制御信号Ｔｏｎ２を生成してインバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へ出力する。これにより、電源ライン（またはアースライン）に対して短絡故障したスイッチング素子と並列接続されたスイッチング素子が全てオン状態とされる。
【０１０５】
一方、回転数Ｎｍｇ１が所定の基準回転数Ｎｔｈ以下となる場合（ステップＳ０６においてＮＯの場合）には、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、一相短絡制御を実行する（ステップＳ０８）。具体的には、ＭＧＥＣＵ３００は、スイッチング制御信号Ｔｏｎ１を生成してインバータ１４を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６へ出力する。これにより、短絡故障したスイッチング素子と直列接続されたスイッチング素子がオン状態とされる。
【０１０６】
そして、インバータ用駆動信号変換部３４として機能するＭＧＥＣＵ３００は、モータジェネレータＭＧ２による退避運転が継続されているか否かを判定する（ステップＳ０９）。退避運転が継続されている場合（ステップＳ０９においてＹＥＳの場合）には、処理はステップＳ０５に戻される。
【０１０７】
一方、退避運転が継続されていない場合（ステップＳ０９においてＮＯの場合）には、ＭＧＥＣＵ３００は、退避運転に関する制御処理を終了する。
【０１０８】
このような制御構成とすることにより、退避運転時におけるモータジェネレータＭＧ２の回転数が上昇する場面においても、インバータ１４内に過大な短絡電流が流れるのを防止することができる。これにより、インバータ内に素子損傷を発生させることなく、退避運転による移動距離を延ばすことができる。
【０１０９】
また、退避運転時におけるモータジェネレータＭＧ２の回転数が低い場面においては、モータジェネレータＭＧ２の回転に伴なってモータジェネレータＭＧ１に発生する引きずりトルクを小さくすることができる。これにより、ハイブリッド自動車１０の発進時において、引きずりトルクがモータジェネレータＭＧ２の発生するトルクを上回り、運転性の低下を抑制することができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、モータジェネレータＭＧ１と接続された電力変換装置であるインバータ１４に異常が発生したことにより、モータジェネレータＭＧ２を用いた退避運転を行なう場合について説明したが、モータジェネレータＭＧ２と接続された電力変換装置であるインバータ３１に異常が発生した場合においても、図８に示したフローチャートと同様の処理を行なうことによって、エンジンＥＮＧおよびモータジェネレータＭＧ１を用いた退避運転の実行によって、インバータ３１内に過大な短絡電流が流れるのを防止しながら、退避運転による移動距離を延ばすことができる。
【０１１１】
また、本実施の形態では、動力分割機構によって相互に連結された２つのモータを備えるハイブリッド自動車におけるモータ駆動装置を例示したが、本発明の適用はこのような形式に限定されるものでなく、退避運転に１つのモータを運転することによって他のモータがこれに伴なって回転される構成であれば、いわゆる電気分配式等の任意の形式のハイブリッド駆動装置、ならびに、複数モータを備えて構成されるハイブリッド駆動装置以外のモータ駆動装置に対しても適用可能である。
【０１１２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】この発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置を備えたハイブリッド自動車１０の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したハイブリッド駆動装置の構成を詳細に説明するブロック図である。
【図３】図２に示されたハイブリッド駆動装置電気的な構成を示す回路図である。
【図４】短絡故障発生時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態に従うＭＧＥＣＵにおける制御構造を示すブロック図である。
【図６】一相短絡制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【図７】三相オン制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流を説明する図である。
【図８】三相オン制御の実行時に発生するモータ電流の出力波形を示す図である。
【図９】一相短絡制御および三相オン制御の実行時に発生するインバータ内部の短絡電流とモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係を示す図である。
【図１０】一相短絡制御および三相オン制御の実行時にモータジェネレータＭＧ１に発生する引きずりトルクとモータジェネレータＭＧ１の回転数との関係を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態に従うハイブリッド駆動装置におけるＭＧ１異常時の退避運転を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１４】
１０ ハイブリッド自動車、１３ 電圧センサ、１４，３１ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、１８〜２０ 導電線、２２，２６ 位置センサ、２４，２８ 電流センサ、３０ ディファレンシャルギヤ、３２ モータ制御用相電圧演算部、３４ インバータ用駆動信号変換部、３６ インバータ異常検出部、３８ 短絡素子検出部、４０ 駆動軸、５０ 駆動輪、１００ ハイブリッド駆動装置、１１４ ダンパ装置、１１８ 出力部材、１２０ｃ キャリア、１２０ｓ サンギヤ、１２０ｒ リングギヤ、１２２ｒ ロータ、１２４ モータ軸、１２６ 出力歯車、１２８ 中間軸、１３０ 大歯車、１３２ 小歯車、１４０ 直流電源、２００ ＨＶＥＣＵ、３００ ＭＧＥＣＵ、Ｃ２ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード、ＥＮＧ エンジン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＭ 磁石、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子、ＳＬ アースライン、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、ＶＬ 電源ライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数の多相交流モータと、
前記複数の多相交流モータにそれぞれ接続された複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
前記複数の電力変換装置の各々は、各々が、前記多相交流モータの各相コイルに接続される複数のアーム回路を含み、
前記複数のアーム回路の各々は、第１および第２電源線間に前記各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有し、
前記制御装置は、
前記複数の電力変換装置のうちの第１の電力変換装置の異常時に、前記第１の電力変換装置と接続された第１の多相交流モータとは異なる第２の多相交流モータを用いた異常時運転を指示する異常制御手段と、
前記異常時運転において、前記第２の多相交流モータの運転に伴なって、前記第１の電力変換装置を流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出手段と、
前記異常時運転において、前記短絡故障したスイッチング素子と前記接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、前記第１の電力変換装置を流れる電流を制御する第１のモータ制御手段と、
前記異常時運転において、電源線に対して前記短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、前記第１の電力変換装置を流れる電流を制御する第２のモータ制御手段と、
前記第１の多相交流モータの回転数に応じて、前記第１のモータ制御手段および前記第２のモータ制御手段を選択的に設定する選択手段とを含む、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記選択手段は、前記第１の多相交流モータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、前記第１のモータ制御手段を選択し、前記第１の多相交流モータの回転数が前記所定の基準回転数を超える場合には、前記第２のモータ制御手段を選択する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記第１のモータ制御手段の実行時において、前記第１の多相交流モータは、前記第２の多相交流モータの運転に伴なって発生する制動トルクが、前記第１の多相交流モータの回転数が高くなるにつれて小さくなる第１の特性を有し、
前記第２のモータ制御手段の実行時において、前記第１の多相交流モータは、前記第２の多相交流モータの運転に伴なって発生する制動トルクが、前記第１の多相交流モータの回転数が高くなるにつれて大きくなる第２の特性を有し、
前記選択手段は、前記第１および第２の特性を予め有しており、前記第１の特性と前記第２の特性とで前記第１の多相交流モータに発生する制動トルクが一致するときの前記第１の多相交流モータの回転数を、前記所定の基準回転数に設定する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
燃料の燃料によって作動するエンジンと、
第１のモータジェネレータと、
動力を出力するための出力部材と、
前記出力部材、前記エンジンの出力軸および前記第１のモータジェネレータの出力軸を相互に連結する動力分割機構と、
前記出力部材に連結された第２のモータジェネレータと、
直流電源と前記第１のモータジェネレータとの間に接続されて、前記第１のモータジェネレータを駆動制御する第１のインバータと、
前記直流電源と前記第２のモータジェネレータとの間に接続されて、前記第２のモータジェネレータを駆動制御する第２のインバータと、
前記第１および第２のモータジェネレータの運転を制御する制御装置とを備え、
前記第１のインバータは、各々が、前記第１のモータジェネレータの各相コイルに接続される第１の複数のアーム回路を含み、
前記第２のインバータは、各々が、前記第２のモータジェネレータの各相コイルに接続される第２の複数のアーム回路を含み、
前記第１および第２の複数のアーム回路の各々は、第１および第２電源線間に前記各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有し、
前記制御装置は、
前記第１のインバータの異常時に、前記第２のモータジェネレータを用いた異常時運転を指示する異常制御手段と、
前記異常時運転において、前記第２のモータジェネレータの運転に伴なって、前記第１のインバータを流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出手段と、
前記異常時運転において、前記短絡故障したスイッチング素子と前記接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、前記第１のインバータを流れる電流を制御する第１のモータ制御手段と、
前記異常時運転において、電源線に対して前記短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、前記第１のインバータを流れる電流を制御する第２のモータ制御手段と、
前記第１のモータジェネレータの回転数に応じて、前記第１のモータ制御手段および前記第２のモータ制御手段を選択的に設定する第１の選択手段とを含む、ハイブリッド駆動装置。
【請求項５】
前記第１の選択手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、前記第１のモータ制御手段を選択し、前記第１のモータジェネレータの回転数が前記所定の基準回転数を超える場合には、前記第２のモータ制御手段を選択する、請求項４に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項６】
前記異常制御手段は、第２のインバータの異常時に、前記エンジンおよび前記第１のモータジェネレータを用いた異常時運転を指示し、
前記短絡検出手段は、前記異常時運転において、前記第２のモータジェネレータの回転に伴なって、前記第２のインバータを流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出し、
前記制御装置は、
前記異常時運転において、前記短絡故障したスイッチング素子と前記接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、前記第２のインバータを流れる電流を制御する第３のモータ制御手段と、
前記異常時運転において、電源線に対して前記短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、前記第２のインバータを流れる電流を制御する第４のモータ制御手段と、
前記第２のモータジェネレータの回転数に応じて、前記第３のモータ制御手段および前記第４のモータ制御手段を選択的に設定する第２の選択手段とをさらに含む、請求項４に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項７】
前記第２の選択手段は、前記第２のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、前記第３のモータ制御手段を選択し、前記第２のモータジェネレータの回転数が前記所定の基準回転数を超える場合には、前記第４のモータ制御手段を選択する、請求項６に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項１】
共通の出力軸へ動力を出力可能に連結された複数の多相交流モータと、
前記複数の多相交流モータにそれぞれ接続された複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置を制御する制御装置とを備え、
前記複数の電力変換装置の各々は、各々が、前記多相交流モータの各相コイルに接続される複数のアーム回路を含み、
前記複数のアーム回路の各々は、第１および第２電源線間に前記各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有し、
前記制御装置は、
前記複数の電力変換装置のうちの第１の電力変換装置の異常時に、前記第１の電力変換装置と接続された第１の多相交流モータとは異なる第２の多相交流モータを用いた異常時運転を指示する異常制御手段と、
前記異常時運転において、前記第２の多相交流モータの運転に伴なって、前記第１の電力変換装置を流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出手段と、
前記異常時運転において、前記短絡故障したスイッチング素子と前記接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、前記第１の電力変換装置を流れる電流を制御する第１のモータ制御手段と、
前記異常時運転において、電源線に対して前記短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、前記第１の電力変換装置を流れる電流を制御する第２のモータ制御手段と、
前記第１の多相交流モータの回転数に応じて、前記第１のモータ制御手段および前記第２のモータ制御手段を選択的に設定する選択手段とを含む、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記選択手段は、前記第１の多相交流モータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、前記第１のモータ制御手段を選択し、前記第１の多相交流モータの回転数が前記所定の基準回転数を超える場合には、前記第２のモータ制御手段を選択する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記第１のモータ制御手段の実行時において、前記第１の多相交流モータは、前記第２の多相交流モータの運転に伴なって発生する制動トルクが、前記第１の多相交流モータの回転数が高くなるにつれて小さくなる第１の特性を有し、
前記第２のモータ制御手段の実行時において、前記第１の多相交流モータは、前記第２の多相交流モータの運転に伴なって発生する制動トルクが、前記第１の多相交流モータの回転数が高くなるにつれて大きくなる第２の特性を有し、
前記選択手段は、前記第１および第２の特性を予め有しており、前記第１の特性と前記第２の特性とで前記第１の多相交流モータに発生する制動トルクが一致するときの前記第１の多相交流モータの回転数を、前記所定の基準回転数に設定する、請求項２に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
燃料の燃料によって作動するエンジンと、
第１のモータジェネレータと、
動力を出力するための出力部材と、
前記出力部材、前記エンジンの出力軸および前記第１のモータジェネレータの出力軸を相互に連結する動力分割機構と、
前記出力部材に連結された第２のモータジェネレータと、
直流電源と前記第１のモータジェネレータとの間に接続されて、前記第１のモータジェネレータを駆動制御する第１のインバータと、
前記直流電源と前記第２のモータジェネレータとの間に接続されて、前記第２のモータジェネレータを駆動制御する第２のインバータと、
前記第１および第２のモータジェネレータの運転を制御する制御装置とを備え、
前記第１のインバータは、各々が、前記第１のモータジェネレータの各相コイルに接続される第１の複数のアーム回路を含み、
前記第２のインバータは、各々が、前記第２のモータジェネレータの各相コイルに接続される第２の複数のアーム回路を含み、
前記第１および第２の複数のアーム回路の各々は、第１および第２電源線間に前記各相コイルとの接続点を介して直列接続された第１および第２のスイッチング素子を有し、
前記制御装置は、
前記第１のインバータの異常時に、前記第２のモータジェネレータを用いた異常時運転を指示する異常制御手段と、
前記異常時運転において、前記第２のモータジェネレータの運転に伴なって、前記第１のインバータを流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出する短絡検出手段と、
前記異常時運転において、前記短絡故障したスイッチング素子と前記接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、前記第１のインバータを流れる電流を制御する第１のモータ制御手段と、
前記異常時運転において、電源線に対して前記短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、前記第１のインバータを流れる電流を制御する第２のモータ制御手段と、
前記第１のモータジェネレータの回転数に応じて、前記第１のモータ制御手段および前記第２のモータ制御手段を選択的に設定する第１の選択手段とを含む、ハイブリッド駆動装置。
【請求項５】
前記第１の選択手段は、前記第１のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、前記第１のモータ制御手段を選択し、前記第１のモータジェネレータの回転数が前記所定の基準回転数を超える場合には、前記第２のモータ制御手段を選択する、請求項４に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項６】
前記異常制御手段は、第２のインバータの異常時に、前記エンジンおよび前記第１のモータジェネレータを用いた異常時運転を指示し、
前記短絡検出手段は、前記異常時運転において、前記第２のモータジェネレータの回転に伴なって、前記第２のインバータを流れる電流に基づいて、短絡故障したスイッチング素子を検出し、
前記制御装置は、
前記異常時運転において、前記短絡故障したスイッチング素子と前記接続点を介して直列接続されるスイッチング素子を導通させることにより、前記第２のインバータを流れる電流を制御する第３のモータ制御手段と、
前記異常時運転において、電源線に対して前記短絡故障したスイッチング素子と並列接続されるスイッチング素子をすべて導通させることにより、前記第２のインバータを流れる電流を制御する第４のモータ制御手段と、
前記第２のモータジェネレータの回転数に応じて、前記第３のモータ制御手段および前記第４のモータ制御手段を選択的に設定する第２の選択手段とをさらに含む、請求項４に記載のハイブリッド駆動装置。
【請求項７】
前記第２の選択手段は、前記第２のモータジェネレータの回転数が所定の基準回転数以下の場合には、前記第３のモータ制御手段を選択し、前記第２のモータジェネレータの回転数が前記所定の基準回転数を超える場合には、前記第４のモータ制御手段を選択する、請求項６に記載のハイブリッド駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１９５０２６（Ｐ２００９−１９５０２６Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３４２６（Ｐ２００８−３３４２６）
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【特許番号】特許第４２４０１４９号（Ｐ４２４０１４９）
【特許公報発行日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【特許番号】特許第４２４０１４９号（Ｐ４２４０１４９）
【特許公報発行日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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