特開 2024-121667 電力変換装置および駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121667

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】電力変換装置および駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240830BHJP

   H02P 21/14 20160101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02P21/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023028886

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】稲田 遼一

(72)【発明者】

【氏名】重田 哲

(72)【発明者】

【氏名】中野 洋

(72)【発明者】

【氏名】金川 信康

【テーマコード（参考）】

5H505

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H505AA16

5H505DD08

5H505EE41

5H505EE49

5H505HB01

5H505JJ03

5H505JJ04

5H505LL22

5H505LL24

5H505LL28

5H505LL41

5H505LL45

5H505LL55

5H505MM12

5H770BA02

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA41

5H770EA01

5H770HA02Y

5H770HA03W

5H770HA06Z

5H770HA07Z

5H770LB05

5H770LB07

(57)【要約】

【課題】電力変換回路が故障した状態においても正しい直流電流値を計算することができる電力変換装置の提供。
【解決手段】電力変換装置は、直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換して、三相交流電流をモータに出力する電力変換回路と、三相交流電流Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄｑ軸電流Ｉd，Ｉqに変換する３相－２相変換部８０５と、直流電力の直流電圧値Ｖdcを検出する直流電圧センサと、モータのモータパラメータおよびｄｑ軸電流Ｉd，Ｉqに基づいてｄｑ軸電圧Ｖd，Ｖqを計算すると共に、ｄｑ軸電圧Ｖd，Ｖq、ｄｑ軸電流Ｉd，Ｉqおよび直流電圧値Ｖdcに基づいて直流電力の直流電流計算値Ｉdc1を計算する直流電流計算部８０７と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換して、三相交流電流をモータに出力する電力変換回路と、
前記三相交流電流をｄｑ軸電流に変換する３相－２相変換部と、
前記直流電力の直流電圧値を検出する直流電圧検出部と、
前記モータのモータパラメータおよび前記ｄｑ軸電流に基づいてｄｑ軸電圧を計算すると共に、該ｄｑ軸電圧、前記ｄｑ軸電流および前記直流電圧値に基づいて前記直流電力の第１の直流電流値を計算する第１の演算部と、
を備える電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１の演算部は、少なくとも前記電力変換回路に設けられたスイッチング素子が故障の場合に、前記第１の直流電流値の計算を実施する、電力変換装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記三相交流電流の交流電流値を検出する交流電流検出部と、
前記ＰＷＭ制御における３相分のデューティと前記交流電流値とに基づいて、前記直流電力の第２の直流電流値を計算する第２の演算部と、をさらに備え、
前記電力変換装置の動作状態および／または故障状態に応じて、前記第１の直流電流値および前記第２の直流電流値のいずれか一方を選択して使用する、電力変換装置。

【請求項4】

請求項３に記載の電力変換装置において、
前記動作状態が３相短絡または３相開放である場合には、前記第１の演算部による第１の直流電流値を選択して使用する、電力変換装置。

【請求項5】

請求項３に記載の電力変換装置において、
前記電力変換回路が故障している場合には、前記第１の演算部による前記第１の直流電流値を選択して使用する、電力変換装置。

【請求項6】

請求項３に記載の電力変換装置において、
前記モータは、モータ回転角度を測定するモータ角度センサと、モータ温度を測定するモータ温度センサとを有し、
前記直流電圧検出部、前記モータ角度センサおよび前記モータ温度センサのいずれかが故障している場合には、前記第２の演算部による前記第２の直流電流値を選択して使用する、電力変換装置。

【請求項7】

請求項３に記載の電力変換装置において、
前記交流電流検出部が故障した場合には、前記第１および第２の直流電流値の代わりに、前記第１および第２の直流電流値に信頼性が無いことを報知する代替情報を使用する、電力変換装置。

【請求項8】

請求項３に記載の電力変換装置において、
前記電力変換装置の動作状態および／または故障状態に応じて、使用する直流電流値を前記第１の直流電流値から前記第２の直流電流値へ、または、前記第２の直流電流値から前記第１の直流電流値へ切り替える際には、
前記使用する直流電流値を、前記第１の直流電流値と前記第２の直流電流値との間の第３の直流電流値に遷移させた後に、切り替え後の直流電流値へと遷移させる、電力変換装置。

【請求項9】

請求項８に記載の電力変換装置において、
大きさの異なる前記第３の直流電流値を複数設定し、切り替え前の直流電流値から切り替え後の直流電流値へと段階的に近づくように、前記使用する直流電流値を遷移させる、電力変換装置。

【請求項10】

モータと、
直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換して、三相交流電流を前記モータに供給する請求項１に記載の電力変換装置と、
を備える駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置および駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド自動車や電気自動車のようにモータを車両走行に用いる車両では、直流電源から供給される直流電力を車載用の電力変換装置により交流電力に変換してモータ等を駆動している。このような電力変換装置において、直流電源の状態監視や電力変換装置内部の診断を実施するために、直流電源から電力変換装置に供給される直流電流を計算する技術が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、ｄｑ軸電圧指令とｄｑ軸電流指令とから交流電力を計算し、その交流電力をもとに直流電流を計算する技術が開示されている。また、特許文献２には、交流電流値とデューティ値を用いて直流電流を計算する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－３３９７０号公報

【特許文献2】特開２０１７－２０８８９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、電力変換回路が故障して指令通りの電圧出力ができない場合には、指令と実際の出力電圧が乖離してしまう。そのため、特許文献１，２に記載の技術のように電圧指令値やデューティ値といった指令に相当する値を使用して直流電流を計算する方法では、正しい直流電流値を計算することができないという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様による電力変換装置は、直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換して、三相交流電流をモータに出力する電力変換回路と、前記三相交流電流をｄｑ軸電流に変換する３相－２相変換部と、前記直流電力の直流電圧値を検出する直流電圧検出部と、前記モータのモータパラメータおよび前記ｄｑ軸電流に基づいてｄｑ軸電圧を計算すると共に、該ｄｑ軸電圧、前記ｄｑ軸電流および前記直流電圧値に基づいて前記直流電力の第１の直流電流値を計算する第１の演算部と、を備える。
本発明の態様による駆動装置は、モータと、直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換して、三相交流電流を前記モータに供給する上記電力変換装置と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、電力変換回路が故障した状態においても正しい直流電流値を計算することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、車両の模式図である。

【図2】図２は、駆動装置の概略構成を示す図である。

【図3】図３は、電力変換回路の構成例を示す図である。

【図4】図４は、制御回路の機能の詳細を示す制御ブロック図である。

【図5】図５は、本発明の第２の実施形態を説明する図である。

【図6】図６は、動作状態と選択される直流電流計算値との対応を示す図である。

【図7】図７は、選択部の動作の一例を示す図である。

【図8】図８は、切り替え動作を多段階で行う場合の一例を示す図である。

【図9】図９は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。

【図10】図１０は、第３の実施形態における選択部の動作を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。また、以下の説明では、同一または類似の要素および処理には同一の符号を付し、重複説明を省略する場合がある。なお、以下に記載する内容はあくまでも本発明の実施の形態の一例を示すものであって、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではなく、他の種々の形態でも実施する事が可能である。

【0010】

（第１の実施形態）
図１～４を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、モータ（不図示）で走行する車両の模式図である。車両１は直流電源５から電力が供給される駆動装置２を備える。図示は省略するが、駆動装置２は電力変換装置とモータと減速器を有する。モータの駆動力は、減速器を介して車輪３ａが設けられた車軸４へと伝えられる。

【0011】

なお、図１に示す例では、前輪（車輪３ａ）の車軸４に駆動装置２を設置しているが、後輪（車輪３ｂ）の車軸に設置してもよい。また、前後輪の車軸４に駆動装置２をそれぞれ設置してもよいし、車軸ではなく左右の各車輪３ａ，３ｂにそれぞれ独立した駆動装置２を設置してもよい。また、車軸４に対して図１で記載した駆動装置２とは別に、内燃機関を用いた駆動装置を駆動装置２と並列に設置してもよい。

【0012】

図２は、駆動装置２の概略構成を示す図である。駆動装置２の周辺には、直流電源５、制御装置６、故障通知装置７が設けられている。制御装置６は、駆動装置２に対して目標トルクτsや動作モード情報Ｓｍなどを送信する。また、制御装置６は、駆動装置２から出力される出力トルク計算値τや直流電流計算値Ｉdcを受け取る。本実施形態では、制御装置６を１つのみ記載しているが、情報の送受信を複数の制御装置が実施してもよい。また、この制御装置６は、上述した内燃機関を用いた駆動装置の制御機能も備えている。

【0013】

直流電源５は駆動装置２内のモータ９を駆動させるための電源であり、例えばバッテリなどが該当する。故障通知装置７は、駆動装置２からの故障検知信号Ｓfを受け付け、搭乗者に対して故障の発生を通知する。故障の通知方法としては、例えば、ランプを点灯させる、警告音を発生させる、音声で通知するなどの方法が挙げられる。

【0014】

駆動装置２は、電力変換装置８、モータ９および不図示の減速機を備えている。減速器はモータ９の駆動力を増幅し、車軸４（もしくは車輪３ａ，３ｂ）へ伝える役割を持つ。モータ９は内部に３個の巻き線を有した３相電動機であり、例えば永久磁石を用いた同期モータや永久磁石を用いない誘導モータが該当する。

【0015】

モータ９は、モータ角度センサ９１およびモータ温度センサ９２を備えている。モータ角度センサ９１は、モータロータの回転角度を測定し、測定した角度をモータ角度センサ値θｍとして電力変換装置８に出力する。モータ温度センサ９２は、モータ９の温度を測定し、測定した温度をモータ温度センサ値Ｔｍとして電力変換装置８に出力する。

【0016】

電力変換装置８は、制御装置６から入力される目標トルク等に基づいて、直流電源５から供給される直流電力を交流電力に変換しモータ９に供給する。また、電力変換装置８は、モータ９の動力を直流電力に変換して直流電源５を充電する機能も有する。

【0017】

電力変換装置８は、制御回路８０、ドライバ回路８１、電力変換回路８２、直流電圧センサ８３および交流電流センサ８４を備えている。制御回路８０は、制御装置６からの目標トルクτsおよび動作モード情報Ｓｍに基づいて、電力変換装置８から出力されるＵ，Ｖ，Ｗ相の各相の電流を所定の値に制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号ｐｗｍを生成する。なお、制御回路８０の詳細は後述する。ドライバ回路８１は、制御回路８０が出力するＰＷＭ信号ｐｗｍに基づいて、電力変換回路３０に設けられた複数のパワー半導体のオン／オフを切り替えるための駆動信号を出力する。

【0018】

直流電圧センサ８３は、直流電源５の出力電圧を測定するセンサであり、測定した電圧値を直流電圧センサ値Ｖdcとして制御回路８０に出力する。交流電流センサ８４は、モータ９の各相(Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相)に流れる交流電流を測定するセンサである。交流電流センサ８４が測定した各相の交流電流値は、交流電流センサ値Ｉu，Iv，Iwとして制御回路８０に入力される。なお、図２に示す例では、交流電流センサ８４は各相に１つずつセンサを備えているが、２相分のみに設けても良い。「Ｕ相電流＋Ｖ相電流＋Ｗ相電流＝０」の関係が成り立つので、２相にセンサを設ける構成の場合には、制御回路８０において残り１相分の交流電流センサ値を計算によって算出する。

【0019】

電力変換回路８２は、ドライバ回路８１からの駆動信号を受けて内部のパワー半導体を駆動し、モータ９に流れる電流を制御する。図３は、電力変換回路８２の構成の一例を示す図である。電力変換回路８２は、内部に平滑コンデンサ８２１と６つのパワー半導体８２２を有する。相(Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相)ごとに、上アームおよび下アームを構成する２つのパワー半導体８２２がそれぞれ設けられている。各相の上下アームの出力端子は、モータ９の対応する相の巻き線に接続される。

【0020】

パワー半導体８２２はドライバ回路８１から入力される駆動信号に応じてオン／オフを切り替え、直流電力と交流電力の変換を行う。このパワー半導体８２２には、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが該当する。図３に示す例では、パワー半導体８２２としてＩＧＢＴを用いている。

【0021】

平滑コンデンサ８２１は、パワー半導体８２２のオン／オフによって生じる電流を平滑化し、直流電源５から電力変換回路８２へ供給される直流電流のリップルを抑制するためのコンデンサである。平滑コンデンサ８２１には、例えば電解コンデンサやフィルムコンデンサが使用される。

【0022】

なお、本実施形態では、モータ中性点は浮遊状態であるが、グラウンド（図示せず）と接続しても良い。モータ中性点をグラウンドと接続する際の方法には、直接接地方式、抵抗接地方式、補償リアクトル接地方式、消弧リアクトル接地方式がある。

【0023】

図４は、制御回路８０の機能の詳細を示す制御ブロック図である。制御回路８０は内部に不図示のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、通信回路等を備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより後述する各部の機能を実現する。ＲＯＭは、電気的に書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）やフラッシュＲＯＭでも良い。

【0024】

制御回路８０は、状態制御部８０１、目標電流計算部８０２、電流制御部８０３、ＰＷＭ信号生成部８０４、３相－２相変換部８０５、モータ速度計算部８０６、直流電流計算部８０７、出力トルク計算部８０８および診断部８０９を有する。

【0025】

モータ速度計算部８０６は、モータ角度センサ値θｍの変化からモータ角速度ω0を計算する。計算したモータ角速度ω0は、目標電流計算部８０２、直流電流計算部８０７および出力トルク計算部８０８に入力される。

【0026】

３相－２相変換部８０５は、モータ角度センサ値θｍに基づいて３相の交流電流センサ値Ｉu，Ｉv，Ｉwに対して次式（１）のようなｄｑ変換を行い、ｄ軸電流値Ｉdおよびｑ軸電流値Ｉqを算出する。算出したｄ軸電流値Ｉdおよびｑ軸電流値Ｉqは、電流制御部８０３および直流電流計算部８０７に出力される。

【数1】

【0027】

式（１）において、Ｉu、Ｉv、Ｉwは、それぞれ交流電流センサ８４により測定されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流センサ値である。θはモータ９の電気角である。電気角θは、モータ角度センサ９１で測定したモータ角度センサ値θｍにモータ９の極対数をかけることで計算できる。なお、式（１）では、絶対変換の係数を用いてｄｑ変換の計算を実施しているが、相対変換の係数を用いて計算してもよい。

【0028】

状態制御部８０１は、動作モード情報Ｓｍと診断部８０９が出力する故障検知信号Ｓfを用いて電力変換装置８の動作状態を遷移させ、現在の動作状態をＰＷＭ信号生成部８０４に出力する。動作状態の例としては、例えばＰＷＭ状態、３相短絡状態、３相開放状態などが挙げられる。

【0029】

目標電流計算部８０２は、目標トルクτs、直流電圧センサ値Ｖdcおよびモータ角速度ω0を用いて、モータ９が目標トルクτsと同じトルクを出力するために必要な目標電流値を計算する。目標電流値は電流制御部８０３に出力される。目標電流値は、例えば、ｄ軸目標電流値とｑ軸目標電流値の形で表される。

【0030】

電流制御部８０３は、目標電流値、ｄ軸電流値Ｉd、ｑ軸電流値Ｉq、直流電圧センサ値Ｖdcを用いて、ｄ軸電流値Ｉdおよびｑ軸電流値Ｉqが目標電流値に追従するようにフィードバック制御を行い、ＰＷＭ制御における３相分のデューティＤu，Ｄv，Ｄwを計算する。デューティＤu，Ｄv，Ｄwは、ＰＷＭ信号生成部８０４に入力される。

【0031】

ＰＷＭ信号生成部８０４は、状態制御部８０１から出力される動作状態に応じて、ドライバ回路８１に出力する信号を切り替える。ＰＷＭ信号生成部８０４は内部にタイマ(図示せず)を有しており、動作状態がＰＷＭ状態である場合には、このタイマ値と電流制御部８０３が出力する各相のデューティＤu，Ｄv，Ｄwを用いてＰＷＭ信号ｐｗｍを生成する。そして、ＰＷＭ信号生成部８０４は、生成したＰＷＭ信号ｐｗｍをドライバ回路８１へ出力する。

【0032】

一方、動作状態が３相開放状態である場合は、電力変換回路８２内の６個のパワー半導体８２２（図３参照）をすべてオフにするＰＷＭ信号ｐｗｍを生成する。また、動作状態が３相短絡状態である場合は、電力変換回路８２内の６個のパワー半導体８２２の内、上アームのパワー半導体８２２をすべてオフにし、下アームのパワー半導体８２２をすべてオンにするＰＷＭ信号ｐｗｍ、あるいは、上アームのパワー半導体８２２をすべてオンにし下アームのパワー半導体８２２をすべてオフにするＰＷＭ信号ｐｗｍを生成する。

【0033】

直流電流計算部８０７は、ｄ軸電流値Ｉd、ｑ軸電流値Ｉq、モータ角速度ω0およびモータパラメータＲ，Ｌd，Ｌq，Φに基づき、次式（２）によりｄ軸電圧値Ｖdおよびｑ軸電圧値Ｖqを計算する。

【数2】

【0034】

式（２）において、Ｒはモータ９の巻き線抵抗値を、Ｌdはモータ９のｄ軸インダクタンス値を、Ｌqはモータ９のｑ軸インダクタンス値を、ωはモータ９の電気角速度を、Φはモータ９の磁束をそれぞれ表す。電気角速度ωは、モータ角速度ω0にモータ極対数をかけることで計算できる。なお、Ｐは微分計算を表す記号である。

【0035】

モータパラメータＲ，Ｌd，Ｌq，Φは、事前にモータ９の特性を測定しておき、その測定結果に基づいて設定する。また、巻き線抵抗値Ｒおよび磁束Φはモータ９の温度によっても変化するので、本実施形態では計算精度向上のために、モータ温度センサ値Ｔｍを用いて巻き線抵抗値Ｒおよび磁束Φを補正している。なお、ｄ軸電流値Ｉdおよびｑ軸電流値Ｉqがほぼ一定である条件下では、微分項が計算結果に与える影響は小さくなるので、計算処理低減のために微分項の計算を省略してもよい。

【0036】

次いで、直流電流計算部８０７は、算出したｄ軸電圧値Ｖdおよびｑ軸電圧値Ｖqと、ｄ軸電流値Ｉd、ｑ軸電流値Ｉqおよび直流電圧センサ値Ｖdcとに基づいて、次式（３）により直流電流計算値Ｉdcを計算する。式（３）は、電力変換回路８２に入力される直流電力と電力変換回路８２が出力する交流電力とがほぼ等しいという関係から導出した式である。式（３）において、右辺の分子＝ＶdＩd＋ＶqＩqは電力変換回路８２が出力する交流電力を表している。直流電流計算部８０７は、計算した直流電流計算値Ｉdcを出力トルク計算部８０８および外部の制御装置６へ出力する。

【数3】

【0037】

直流電流計算部８０７の計算では、実際に測定した交流電流センサ値Ｉu，Ｉv，Ｉwを変換したｄ軸電流値Ｉdおよびｑ軸電流値Ｉqと、ｄ軸電流値Ｉdおよびｑ軸電流値Ｉqと式（２）から計算されるｄ軸電圧値Ｖdおよびｑ軸電圧値Ｖqとを用いて交流電力を計算している。そのため、仮に電力変換回路８２が故障して、電流制御部８０３が出力したデューティＤu，Ｄv，Ｄw通りの交流電圧や交流電流を出力できない状態であっても、実際に出力している交流電力と実際に流れる直流電流とを正しく計算することができる。

【0038】

出力トルク計算部８０８は、直流電圧センサ値Ｖdc、直流電流計算値Ｉdcおよびモータ角速度ω0に基づいて、モータ９が出力する出力トルクτを計算する。算出された出力トルクτは、診断部８０９と外部の制御装置６に出力される。

【0039】

診断部８０９は、電力変換装置８内部の故障を診断する。診断部８０９は診断により故障を検知した場合には、故障箇所の内容を故障検知信号Ｓfとして状態制御部８０１や外部の故障通知装置７に出力する。例えば、目標トルクτsと出力トルクτとを比較し、出力トルクτが目標トルクτsから一定以上逸脱していた場合には、診断部８０９は故障と判定する。もちろん、診断部８０９が実施する診断はこれのみに限らず、各種センサ値を用いてセンサや電力変換回路８２の診断を実施するが、詳細説明は省略する。

【0040】

ところで、電力変換回路８２に故障が発生した後でも車両１の運転を継続したい場合には、安全を担保する観点から、さらなる故障が発生した場合にはそれを検知して車両１を安全に停止させる機能が必要となる。上述したように、本実施形態では、電力変換回路８２に故障が発生した場合でも正しい直流電流を計算することができ、モータ９の出力トルクτも正しく計算できる。そのため、故障後も、診断部８０９は目標トルクτsと出力トルクτとの乖離を診断することができる。このように、電力変換回路８２の故障後にさらに別の故障が発生した場合に、その故障を診断部８０９によって検知することができる。その結果、電力変換回路８２の故障後も、リンプホームのように一部機能を縮退しつつ車両１の運転を継続することができる。

【0041】

また、ハイブリッド自動車などで、例えばエンジンなどの別の駆動装置が車両１に搭載されている場合には、複数の駆動装置での出力トルクを協調して制御する必要がある。本実施形態では、電力変換回路８２に故障が発生した後も、正しい出力トルクτを外部の制御装置６に送信できる。そのため、電力変換回路８２の故障発生後も、制御装置６は出力トルクτに基づいて別の駆動装置との協調制御を継続することができる。

【0042】

（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態を説明する図であり、上述した図４の場合と同様に制御回路８０の制御ブロック図である。なお、制御回路８０以外の構成については第１の実施形態と同一構成である。また、図５において、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、以下では、主に異なる部分について説明する。

【0043】

第２の実施形態においては、制御回路８０は、図４に示した構成に加えて直流電流計算部８１０および選択部８１１をさらに備える。直流電流計算部８０７は、第１の実施形態の場合と同様に式（２），（３）により直流電流計算値Ｉdcを計算する。一方、直流電流計算部８１０は、直流電流計算部８０７とは異なり、交流電流センサ８４により測定された交流電流センサ値Ｉu，Ｉv，Ｉwを用いて次式（４）により直流電流計算値Ｉdcを計算する。

【数4】

【0044】

式（４）において、Ｄu，Ｄv，Ｄwは電流制御部８０３により生成されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相のデューティである。直流電流計算部８１０には交流電流センサ値Ｉu，Ｉv，ＩwおよびデューティＤu，Ｄv，Ｄwが入力され、直流電流計算部８１０は式（４）に基づいて直流電流計算値Ｉdcを計算する。以下では、直流電流計算部８０７で計算される直流電流計算値を符号Ｉdc1で表し、直流電流計算部８１０で計算される直流電流計算値を符号Ｉdc2で表すことにする。

【0045】

選択部８１１には、直流電流計算値として、直流電流計算部８０７からＩdc1が入力され、直流電流計算部８１０からＩdc2が入力される。また、選択部８１１には、状態制御部８０１から電力変換装置８の動作状態（例えば、ＰＷＭ状態、３相短絡状態、３相開放状態など）が入力される。選択部８１１は、状態制御部８０１が出力する動作状態に応じて、直流電流計算値Ｉdc1およびＩdc2のいずれか一方を選択し、直流電流計算値Ｉdcとして出力トルク計算部８０８や外部の制御装置６に出力する。

【0046】

図６は、動作状態と選択部８１１で選択される直流電流計算値との対応を示す図である。電力変換装置８がＰＷＭ動作状態である場合には、直流電流計算値Ｉdc2が選択される。電力変換装置８が３相開放状態もしくは３相短絡状態である場合には、直流電流計算値Ｉdc1が選択される。

【0047】

式（２）に示したように、直流電流計算部８０７の計算にはモータパラメータＲ，Ｌd，Ｌq，Φを使用している。そのため、実際のモータ９のモータ定数とのパラメータずれの影響を受けやすく、直流電流計算値Ｉdc1は直流電流計算値Ｉdc2と比べて精度が劣る場合がある。そのため、電力変換装置８がＰＷＭ動作状態である場合は、より計算精度の高い直流電流計算値Ｉdc2を用いる。

【0048】

電力変換装置８が３相開放状態の場合には、６個のパワー半導体８２２（図３参照）はすべてオフ状態になる。そのため、式（４）におけるデューティＤu，Ｄv，Ｄwは全て０になり、直流電流計算値Ｉdc2は０［Ａ］となる。また、３相短絡状態において上アームのパワー半導体８２２をオフとする場合には、３相開放時と同じくデューティＤu，Ｄv，Ｄwは全て０となり、直流電流計算値Ｉdc2は０［Ａ］となる。一方、３相短絡状態において上アームのパワー半導体８２２をオンとする場合には、デューティＤu，Ｄv，Ｄwは全て１となり、直流電流値は交流電流センサ値Ｉu，Ｉv，Ｉwの総和となる。しかし、キルヒホッフの法則により３相交流電流の和は０［Ａ］であるため、この場合も直流電流計算値Ｉdc2は０［Ａ］となる。

【0049】

このように、３相開放状態および３相短絡状態では、直流電流計算値Ｉdc2は常に０［Ａ］となる。そのため、実際には直流電流がわずかに流れているとすると、直流電流計算値Ｉdc1の方が、精度が良い場合がある。そこで、３相開放状態および３相短絡状態では、直流電流計算部８０７の計算結果である直流電流計算値Ｉdc1を用いる。このように、２つの直流電流計算部８０７および８１０を設けて、電力変換装置８の動作状態に応じてより精度が高い直流電流計算値を選択して使用することで、正しい直流電流値を使用することができる。

【0050】

ところで、使用する直流電流計算値を選択部８１１により切り替える際に、切り替え前後の直流電流計算値の差が大きい場合には、切り替え動作が出力トルク計算に影響を与える場合がある。そこで、選択部８１１は、切り替え前後の直流電流計算値の差が所定値より大きい場合には、直流電流計算値Ｉdc1と直流電流計算値Ｉdc2との間の値を出力した後に、直流電流計算値Ｉdc1，Ｉdc2に切り替えることで切り替え動作の影響を低減するようにした。

【0051】

図７は、選択部８１１による切り替え動作の一例を示す図である。図７に示す例では、タイミングｔ１までは入力される動作状態がＰＷＭ動作状態であって、タイミングｔ２において動作状態が３相短絡状態または３相開放状態となった場合の切り替え動作を示している。タイミングｔ１までは、ＰＷＭ動作状態に適した直流電流計算値Ｉdc2が選択されている。

【0052】

次のタイミングｔ２では動作状態が３相短絡状態または３相開放状態に変化しているが、直ちに直流電流計算値Ｉdc1に切り替えないで、選択部８１１は、直流電流計算値Ｉdc1と直流電流計算値Ｉdc2との平均値（Ｉdc1＋Ｉdc2）／２を直流電流計算値Ｉdcとして出力する。そして、さらに次のタイミングｔ３に、おいて直流電流計算値Ｉdc1に切り替える。このように、切り替え前後の差が小さくなるように段階的に切り替え動作を行うことで、切り替え動作による影響を低減することができる。

【0053】

なお、図７に示す例では、Ｉdc2→（Ｉdc1＋Ｉdc2）／２→Ｉdc1のように切り替えているが、切り替えの態様はこれに限定されるものではない。例えば、より多数の段階を設けて、Ｉdc2からＩdc1へ遷移させるようにしても良い。具体的には、図８に示すように、Ｉdc1とＩdc2との比率をｔ１（０：１０）→ｔ２（２：８）→ｔ３（５：５）→ｔ４（８：２）→ｔ５（１０：０）のように多段階で変化させながら、使用する直流電流値を直流電流計算値Ｉdc2から直流電流計算値Ｉdc1へと切り替えるようにしても良い。その結果、切り替え動作の影響をより小さく抑えることができる。

【0054】

（第３の実施形態）
図９は本発明の第３の実施形態を説明する図であり、制御回路８０の制御ブロック図である。なお、制御回路８０以外の構成については第２の実施形態と同一構成である。上述した第２の実施形態の図５に示した制御回路８０の構成では、選択部８１１に対して、状態制御部８０１から電力変換装置８の動作状態（例えば、ＰＷＭ状態、３相短絡状態、３相開放状態など）が入力された。一方、図９に示す制御回路８０では、選択部８１１に対して、診断部８０９から電力変換装置８内部の故障状態に関する情報が入力される。その他の構成については、上述した図５に示す制御回路８０と同様である。以下では、主に第２の実施の形態と異なる部分について説明する。

【0055】

選択部８１１には、直流電流計算部８０７，８１０から直流電流計算値Ｉdc1，Ｉdc2がそれぞれ入力されると共に、上述したように診断部８０９から故障状態が入力される。選択部８１１は、入力された故障状態に応じて、直流電流計算値Ｉdc1、直流電流計算値Ｉdc2および他の代替値のいずれか一つを選択する。そして、選択部８１１は、選択した値を直流電流計算値Ｉdcとして出力トルク計算部８０８や外部の制御装置６に出力する。図１０は、選択部８１１の動作を説明する図である。図１０には、故障個所に応じて、直流電流計算部８０７，８１０における計算の可不可、および、選択する値が記載されている。

【0056】

（電力変換回路８２が故障した場合）
まず、電力変換回路８２が故障した場合について説明する。電力変換回路８２が故障した場合、直流電流計算部８１０の計算では、式（４）におけるデューティＤu，Ｄv，Ｄwと実際のパワー半導体８２２のオンオフ状態が乖離してしまうため、直流電流計算値Ｉdc2は正しい値にならない。一方、直流電流計算部８０７の計算結果である直流電流計算値Ｉdc1は、実測した交流電流センサ値Ｉu，Ｉv，Ｉwに基づいているので正しい値となる。そのため、電力変換回路８２が故障した場合には、選択部８１１は直流電流計算値Ｉdc1を選択して出力する。

【0057】

（センサ９１，９２，８３の故障およびモータパラメータのずれが生じた場合）
次に、モータ角度センサ９１、モータ温度センサ９２および直流電圧センサ８３が故障した場合や、モータパラメータＲ，Ｌd，Ｌq，Φが実際とずれた場合について説明する。ｄ軸電流値Ｉdおよびｑ軸電流値Ｉqを計算する式（１）における電気角θは、モータ角度センサ９１で測定したモータ角度センサ値θｍから算出される。また、ｄ軸電圧値Ｖdおよびｑ軸電圧値Ｖqを計算する式（２）では、モータパラメータＲ，Ｌd，Ｌq，Φおよびモータ角度センサ値θｍに基づく電気角速度ωが用いられている。その際、モータ温度センサ値Ｔｍを用いて巻き線抵抗値Ｒおよび磁束Φを補正している。直流電流計算値Ｉdcを計算する式（３）では、直流電圧センサ値Ｖdcが用いられている。

【0058】

このように、直流電流計算値Idc1の計算には、モータ角度センサ９１、モータ温度センサ９２、直流電圧センサ８３の測定結果およびモータパラメータＲ，Ｌd，Ｌq，Φが用いられる。そのため、モータ角度センサ９１、モータ温度センサ９２および直流電圧センサ８３が故障した場合や、モータパラメータＲ，Ｌd，Ｌq，Φが実際のモータ定数からずれている場合には、直流電流計算部８０７は正しい計算ができなくなる。そのような場合には、選択部８１１は、直流電流計算部８１０から入力された直流電流計算値Ｉdc2を選択して出力する。

【0059】

（交流電流センサ８４が故障した場合）
交流電流センサ値Ｉu，Ｉv，Ｉwは、式（１），（４）に示すように直流電流計算部８０７および直流電流計算部８１０の両方で使用されている。そのため、交流電流センサ８４が故障すると、直流電流計算部８０７，８１０はともに直流電流計算値を正しく計算できなくなる。そこで、交流電流センサ８４が故障した場合には、選択部８１１は、予め設定された代替値を選択して出力する。

【0060】

なお、代替値に関しては、直流電流計算部８０７，８１０の計算結果が信頼できない場合に、選択部８１１から代替値が出力されるものと事前に取り決めておく。また、代替値を出力する処理として、直流電流計算値（Ｉdc1またはＩdc2）と信頼性情報をセットで出力するようにしても良い。信頼性情報としては、例えば、直流電流計算値が信頼できる場合には１を出力し、信頼できない場合には０を出力する。

【0061】

このように、直流電流値が正しく計算できない場合の代替値を事前に設定しておくことで、出力トルク計算部８０８や外部の制御装置６は、代替値が出力された際に計算結果が信頼できないことを判定することができる。そして、後段の処理において、直流電流計算値を使用しないなどの対応を取ることが可能となる。

【0062】

以上のように、第３の実施形態では、選択部８１１は、電力変換装置８の故障状態に応じて、直流電流計算部８０７，８１０の計算結果および代替情報のいずれかを選択して出力する。その結果、故障状態に応じて適切に直流電流計算値を使用することができる。さらに、交流電流センサ８４が故障した場合のように直流電流計算値Ｉdc1，Ｉdc2が計算できない場合には、代替値を選択部８１１から出力することで、信頼性の無い直流電流計算値の使用を防止することができる。

【0063】

なお、上述した第１～３の実施の形態において、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置やＩＣカードやＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

【0064】

以上説明した本発明の第１～３の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

【0065】

（Ｃ１）図２，４等に示すように、電力変換装置８は、直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換して、三相交流電流をモータ９に出力する電力変換回路８２と、三相交流電流Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄｑ軸電流（ｄ軸電流Ｉdおよびｑ軸電流Ｉq）に変換する３相－２相変換部８０５と、直流電力の直流電圧値Ｖdcを検出する直流電圧検出部（直流電圧センサ８３）と、モータ９のモータパラメータおよびｄｑ軸電流Ｉd，Ｉqに基づいてｄｑ軸電圧（ｄ軸電圧Ｖdおよびｑ軸電圧Ｖq）を計算すると共に、ｄｑ軸電圧Ｖd，Ｖq、ｄｑ軸電流Ｉd，Ｉqおよび直流電圧値Ｖdcに基づいて直流電力の第１の直流電流値（直流電流計算値Ｉdc1）を計算する第１の演算部（直流電流計算部８０７）と、を備える。

【0066】

上述のように、モータパラメータと、実測した三相交流電流Ｉu，Ｉv，Ｉwおよび直流電圧値Ｖdcとに基づいて直流電流計算値Ｉdc1を計算しているので、正常動作時(ＰＷＭ動作時、３相開放動作時、３相短絡動作時)や電力変換回路８２の故障時にも、正しい直流電流値を計算することができる。その結果、直流電流値を用いて行われる処理を、適切に行わせることができる。

【0067】

（Ｃ２）上記（Ｃ１）において、図４等に示すように、直流電流計算部８０７は、少なくとも電力変換回路８２に設けられたスイッチング素子（パワー半導体８２２）が故障の場合に、直流電流計算値Ｉdc1の計算を実施する。このように、電力変換回路８２に設けられたパワー半導体８２２が故障した場合に、直流電流計算部８０７により直流電流計算値Ｉdc1を計算することで、正しい直流電流値を計算することができる。

【0068】

（Ｃ３）上記（Ｃ１）において、図５，９等に示すように、電力変換装置８は、三相交流電流の交流電流値（交流電流センサ値Ｉu，Ｉv，Ｉw）を検出する交流電流検出部（交流電流センサ８４）と、ＰＷＭ制御における３相分のデューティＤu，Ｄv，Ｄwと交流電流センサ値Ｉu，Ｉv，Ｉwとに基づいて、直流電力の第２の直流電流値（直流電流計算値Ｉdc2）を計算する第２の演算部（直流電流計算部８１０）と、をさらに備え、電力変換装置８の動作状態および／または故障状態に応じて、直流電流計算値Ｉdc1およびＩdc2のいずれか一方を選択して使用する。

【0069】

そのため、直流電流計算値Ｉdc1が正しく計算できない状態（モータ角度センサ９１、モータ温度センサ９２および直流電圧センサ８３の故障、モータパラメータの実際からのずれ）や計算精度が劣る状態（ＰＷＭ動作）の場合には、直流電流計算値Ｉdc2を選択して使用する。一方、直流電流計算値Ｉdc2が正しく計算できない状態（３相開放、３相短絡、電力変換回路８２の故障）の場合には、直流電流計算値Ｉdc1を選択して使用する。このように、電力変換装置８の動作状態および／または故障状態に応じて、直流電流計算値Ｉdc1およびＩdc2のいずれか一方を選択して使用することで、様々な状態において直流電流値を正しく計算することができる。

【0070】

（Ｃ４）上記（Ｃ３）において、図５，６等に示すように、例えば、電力変換装置８の動作状態が３相短絡または３相開放である場合には、直流電流計算部８１０では正しく計算できないので、電力変換装置８は、直流電流計算部８０７による直流電流計算値Ｉdc1を選択して使用する。

【0071】

（Ｃ５）上記（Ｃ３）において、図９，１０等に示すように、例えば、電力変換回路８２が故障している場合には、直流電流計算部８１０では正しく計算できないので、電力変換装置８は、直流電流計算部８０７による直流電流計算値Ｉdc1を選択して使用する。

【0072】

（Ｃ６）上記（Ｃ３）において、図２，９，１０等に示すように、モータ９は、モータ回転角度（モータ角度センサ値θｍ）を測定するモータ角度センサ９１と、モータ温度（モータ温度センサ値Ｔｍ）を測定するモータ温度センサ９２とを有し、電力変換装置８は、直流電圧検出部（直流電圧センサ８３）、モータ角度センサ９１およびモータ温度センサ９２のいずれかが故障している場合には、直流電流計算部８０７では正しく計算できないので、電力変換装置８は、直流電流計算部８１０による直流電流計算値Ｉdc2を選択して使用する。

【0073】

（Ｃ７）上記（Ｃ３）において、図９，１０等に示すように、交流電流検出部（交流電流センサ８４）が故障した場合には、直流電流計算部８０７，８１０では直流電流値を正しく計算できないので、電力変換装置８は、直流電流計算値Ｉdc1，Ｉdc2を使用する代わりに、直流電流計算値Ｉdc1，Ｉdc2に信頼性が無いことを報知する代替情報を使用する。例えば、直流電流計算値Ｉdc1，Ｉdc2に代えて、代替値（信頼性なしと定義された値）を選択部８１１から出力する。

【0074】

（Ｃ８）上記（Ｃ３）において、図７等に示すように、前記電力変換装置８の動作状態および／または故障状態に応じて、使用する直流電流値を直流電流計算値Ｉdc1から直流電流計算値Ｉdc2へ、または、直流電流計算値Ｉdc2から直流電流計算値Ｉdc1へ切り替える際には、使用する直流電流値を、直流電流計算値Ｉdc2と直流電流計算値Ｉdc1との間の第３の直流電流値に遷移させた後に、切り替え後の直流電流値へと遷移させる。

【0075】

例えば、図７に示す例のように、第３の直流電流値をそれらの平均値＝（Ｉdc1＋Ｉdc2）／２に設定する。切り替えの際に、このように使用する直流電流値を遷移させることにより、切り替えの際の直流電流値の時間的な変化を緩やかにすることで、切り替え動作の影響を抑えることができる。

【0076】

（Ｃ９）さらに、上記（Ｃ８）において、図８に示すように、切替区間のタイミングｔ２～ｔ４において、大きさの異なる第３の直流電流値を複数設定し、切り替え前の直流電流計算値Ｉdc1から切り替え後の直流電流計算値Ｉdc2へと段階的に近づくように、使用する直流電流値を遷移させるようにしても良い。図８では、ｔ２，ｔ３，ｔ４におけるＩdc1とＩdc2との比率を（２：８），（５：５），（８：２）のように設定している。このように、使用する直流電流値を多段階で直流電流計算値Ｉdc2から直流電流計算値Ｉdc1へ遷移させることで、各タイミング間の直流電流値の変化をより緩やかにすることができる。その結果、切り替え動作の影響を抑えることができる。

【0077】

（Ｃ１０）図２，３等に示すように、駆動装置２は、モータ９と、直流電力をＰＷＭ制御により交流電力に変換して、三相交流電流をモータ９に供給する上記（Ｃ１）に記載の電力変換装置８と、を備える。上記（Ｃ１）に記載のように、駆動装置２が備える電力変換装置８は、正常動作時(ＰＷＭ動作時、３相開放動作時、３相短絡動作時)や電力変換回路８２の故障時にも、正しい直流電流値を計算することができる。その結果、駆動装置２において、直流電流値を用いて行われる処理を、適切に行わせることができる。

【0078】

以上説明した各実施形態はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。例えば、図９の選択部８１１に、診断部８０９からの故障状態だけでなく図５のように状態制御部８０１の動作状態も入力させ、故障状態と動作状態との両方に基づいて選択処理を行うような構成としても良い。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0079】

１…車両、２…駆動装置、５…直流電源、６…制御装置、７…故障通知装置、８…電力変換装置、９…モータ、８０…制御回路、８１…ドライバ回路、８２…電力変換回路、８３…直流電圧センサ、８４…交流電流センサ、９１…モータ角度センサ、９２…モータ温度センサ、８０１…状態制御部、８０２…目標電流計算部、８０３…電流制御部、８０４…ＰＷＭ信号生成部、８０５…３相－２相変換部、８０６…モータ速度計算部、８０７，８１０…直流電流計算部、８０８…出力トルク計算部、８０９…診断部、８１１…選択部、８２２…パワー半導体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】