(57)【要約】【課題】平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電させるため、電力変換器と電動機に規定周波数の電流が流れるよう制御する電力変換器を得る。【解決手段】電力変換器３は、直列接続されたスイッチング素子で構成され電動機４に印加される電圧を制御する複数の電圧変換回路３３、３４、３５と、電力変換器に印加される電圧を平滑化するための平滑コンデンサ３１と、スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段３７を備え、制御手段は、電圧変換回路の駆動信号を生成するモータ制御部Ｃ１と放電制御部Ｃ２を有し、平滑コンデンサ３１に蓄電された電荷の放電時に、放電制御部Ｃ２は、電圧変換回路の高電位側に接続された２つ以上のスイッチング素子３３ａ、３４ａの駆動信号として、オン比率が同じで、かつ位相差を設けた信号を生成し、電動機にスイッチング周波数の交流電流を流すようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と電動機の間で直流−交流変換を行う電力変換器であって、
前記電力変換器は、直列接続されたスイッチング素子で構成され前記電動機に印加される電圧を制御する複数の電圧変換回路と、前記電力変換器に印加される電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記電圧変換回路の駆動信号を生成するモータ制御部と放電制御部を有し、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷の放電時に、前記放電制御部は、前記複数の電圧変換回路のスイッチング素子の駆動信号として、オン比率が同じで、かつ位相差を設けた信号を生成し、前記電動機にスイッチング周波数の交流電流を流すようにしたことを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
前記電源と前記電力変換器との接続を開閉するコンタクタを設け、前記コンタクタが閉状態の時は前記モータ制御部で生成された駆動信号で前記電圧変換回路を駆動し、前記コンタクタが開状態の時は前記放電制御部で生成された駆動信号で前記電圧変換回路を駆動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換器。
【請求項３】
前記電圧変換回路は３つの電圧変換回路で構成され、前記制御手段は、第１の電圧変換回路に入力する駆動信号の位相を基準とし、第２の電圧変換回路に入力する駆動信号は前記第１の電圧変換回路の駆動信号よりも進み位相とし、第３の電圧変換回路に入力する駆動信号は第１の電圧変換回路の駆動信号よりも遅れ位相としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換器。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電圧変換回路の低電位側に接続されたスイッチング素子の駆動信号は、高電位側に接続されたスイッチング素子の駆動信号とそれぞれ相補の関係でオンするようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項５】
前記制御手段は、前記電圧変換回路の直列接続されたスイッチング素子が同時にオンしないデッドタイムを設けて駆動信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項６】
前記電動機の角度位置を検出する角度位置取得手段を備え、前記制御手段は前記角度位置取得手段で得られた角度位置情報に基づいて前記駆動信号の位相差を変えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項７】
前記制御手段は、前記角度位置取得手段から得られた情報に基づき演算される電動機回転速度が予め定められた値より増加した際に、前記駆動信号の位相差を無くすことを特徴とする請求項６に記載の電力変換器。
【請求項８】
前記制御手段は、前記角度位置取得手段から得られた情報に基づき演算される電動機回転速度が予め定められた値より増加した際に、全てのスイッチング素子の駆動信号をオフとすることを特徴とする請求項６に記載の電力変換器。
【請求項９】
前記制御手段は、前記電圧変換回路を構成するスイッチング素子がオフ固定となる故障を検知する故障判断部を備え、前記故障判断部は、いずれかの相がオフ固定の故障であると判断した場合、前記放電制御部は、故障した相の電圧変換回路の駆動信号のみオフ固定とすることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記電圧変換回路を構成するスイッチング素子がオフ固定となる故障を検知する故障判断部を備え、前記故障判断部は、いずれかの相がオフ固定の故障であると判断した場合、前記放電制御部は、故障した相の電圧変換回路の駆動信号は位相を固定し、故障相とは異なる相の電圧変換回路の駆動信号は進み位相または遅れ位相とすることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記電圧変換回路を構成するスイッチング素子がオン固定または短絡となる故障、または前記角度位置取得手段の故障を検知する故障判断部を備え、前記故障判断部が、前記角度位置取得手段の故障、または前記スイッチング素子がオン固定または短絡となる故障を検出した場合、前記放電制御部は駆動信号の出力を行わないことを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１２】
前記電動機、前記複数の電力変換回路を構成する少なくとも一つのスイッチング素子、及び前記平滑コンデンサのうちの何れかの温度を検出する温度センサを備え、
前記放電制御部は、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷の放電時に、前記温度センサにより検出された温度が予め定めた上限値を超えた場合、前記スイッチング素子を駆動するスイッチング周波数を変えることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１３】
前記放電制御部は、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷の放電時に、前記温度センサにより検出された温度が予め定めた上限値を超えた場合、前記スイッチング素子の駆動信号の位相差を零に相当する値に設定することを特徴とする請求項１２に記載の電力変換器。
【請求項１４】
前記放電制御部のスイッチング周波数は、前記モータ制御部で使用するスイッチング周波数よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、直列接続されたスイッチング素子で構成された複数の電圧変換回路を有する電力変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車またはハイブリッド自動車などの電動化車両には、電力変換器などに使用されているコンデンサの電荷を即時に放電するために、インバータ回路を駆動してインバータ部またはモータ部で熱消費させる手段が用いられる。
【０００３】
インバータ内部の蓄電手段の放電装置として特許文献１が知られている。この特許文献１は、インバータが直流電源に接続されているとき、励磁電流指令及びトルク電流指令を、必要なモータ出力に応じそれぞれ設定する手段と、インバータから永久磁石励磁型のモータに供給されるモータ電流のうち、モータ励磁用の永久磁石と共にモータを励磁する励磁電流成分を励磁電流指令に従い、モータにトルクを付与するトルク電流成分をトルク電流指令に従い、それぞれ制御する手段と、を備える制御装置において使用され、インバータが直流電源に接続されていないとき、インバータ内部の蓄電手段が放電終了したことを示す所定の条件が成立するまで、モータ巻線に電流を流すべく励磁電流指令を非ゼロに、モータのトルクをゼロにすべくトルク電流指令を実質的にゼロに、それぞれ設定してモータ巻線にて放電電流によるジュール熱を発生させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２８９５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、モータ巻線の抵抗を利用して蓄電手段から放電させる際には、モータのトルク制御時と同様の制御を用いて、トルクをゼロにすべくトルク電流指令値Ｉｑ＊をゼロに設定する手段を使用している。しかしながら、モータ制御の演算は複雑なため、ゲート波形または演算結果から放電動作を確実に実行しているかを判断することは困難であった。
【０００６】
本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、モータ制御の演算をすることなく、コンデンサに蓄電された電荷を放電するようにした電力変換器を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に係る電力変換器は、電源と電動機の間で直流−交流変換を行う電力変換器であって、電力変換器は、直列接続されたスイッチング素子で構成され電動機に印加される電圧を制御する複数の電圧変換回路と、電力変換器に印加される電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段を備え、制御手段は、電圧変換回路の駆動信号を生成するモータ制御部と放電制御部を有し、平滑コンデンサに蓄電された電荷の放電時に、放電制御部は、電圧変換回路の高電位側に接続された２つ以上のスイッチング素子の駆動信号として、オン比率が同じで、かつ位相差を設けた信号を生成し、電動機にスイッチング周波数の交流電流を流すようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本願は、平滑コンデンサに蓄電された電荷の放電時に、スイッチング素子の駆動信号をオン比率と位相差により生成して、電動機の巻線に電流を流して放電することで、放電動作を簡易にし、放電移行したことを判断しやすい電力変換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る電力変換器の構成図である。
【図２】実施の形態１に係る電力変換器の制御手段の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る電力変換器の動作を説明する波形図である。
【図４】実施の形態２に係る電力変換器の制御手段の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態２に係る電力変換器の動作を説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１における電力変換器を図１から図３に基づいて説明する。図１は実施の形態１に係る電力変換器の構成図、図２は制御手段の構成を示すブロック図、図３はスイッチング素子の駆動信号と電流センサで検出される三相電流波形を示す波形図である。
【００１１】
図１に示す電力変換器３は、直流電源となるバッテリ１に直列に接続されたコンタクタ２と電動機４との間に、コンタクタ２を介してバッテリ１に接続されている。電力変換器３は、電力変換器３に入力された電圧を平滑化する平滑コンデンサ３１と、平滑コンデンサ３１に印加される電圧を検出する電圧センサ３２と、第１の電圧変換回路３３（Ｕ相）と第２の電圧変換回路３４（Ｖ相）と第３の電圧変換回路３５（Ｗ相）からなる電圧変換部と、電動機４に流れる電流を検出する電流センサ３６と、第１から第３の電圧変換回路３３〜３５を制御する制御手段３７とで構成されている。３相交流モータなどの電動機４は電力変換器３から出力される交流電力により駆動される。
【００１２】
また、電力変換器３の第１の電圧変換回路３３は、直列に接続された第１のスイッチング素子３３ａ（ＵＨ）と第２のスイッチング素子３３ｂ（ＵＬ）で構成され、第２の電圧変換回路３４は、直列に接続された第３のスイッチング素子３４ａ（ＶＨ）と第４のスイッチング素子３４ｂ（ＶＬ）で構成され、第３の電圧変換回路３５は、直列に接続された第５のスイッチング素子３５ａ（ＷＨ）と第６のスイッチング素子３５ｂ（ＷＬ）で構成されている。スイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂは、例えばＩＧＢＴ（Isolated Gete Bipolar Transistor）が使用される。また、第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂはそれぞれ並列にダイオードを有している。
【００１３】
第１のスイッチング素子３３ａと第２のスイッチング素子３３ｂとの接続点は第１の接続部３３ｃとなり、第３のスイッチング素子３４ａと第４のスイッチング素子３４ｂとの接続点は第２の接続部３４ｃとなり、第５のスイッチング素子３５ａと第６のスイッチング素子３５ｂとの接続点は第３の接続部３５ｃとなり、第１の接続部３３ｃと第２の接続部３４ｃと第３の接続部３５ｃは、それぞれ電動機４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相巻線に接続される。
また、電動機４には回転子の角度位置を検出する角度位置取得手段である角度センサ５と電動機の温度を検出する温度センサ６が設けられている。角度位置取得手段は、レゾルバまたはエンコーダなどの専用の位置検出器でも良いし、あるいは部品を追加せずに、電流センサ３６で取得された電流情報または接続部３３ｃ、３４ｃ、３５ｃに印加される電圧情報をもとに推定された角度位置情報θを用いても良い。
【００１４】
電力変換器３の平滑コンデンサ３１は、直流側の高電位側の端子と低電位側の端子に接続される。第１の電圧変換回路３３（Ｕ相）と第２の電圧変換回路３４（Ｖ相）と第３の電圧変換回路３５（Ｗ相）は、各々平滑コンデンサ３１に並列に接続され、直流側の高圧端子がコンタクタ２に、低圧側の端子がバッテリ１の低圧側の端子に接続され、交流側の３つの端子である接続部３３ｃ、３４ｃ、３５ｃが電動機４に接続される。電力変換器３はインバータ回路であって、バッテリ１の蓄積エネルギーを電動機４へ供給する駆動動作と、電動機４で発生したエネルギーをバッテリ１へ供給する発電動作を行う。
【００１５】
電流センサ３６は電力変換器３の交流側の３つの端子を通じて電動機４に流れる電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。
平滑コンデンサ３１に印加される電圧を検出する電圧センサ３２で検出された電圧Ｖｉｎ、電流センサ３６で検出された電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、その他コンタクタ２の開閉情報であるコンタクタ情報、電動機４の角度位置を検出する角度センサ５からの出力である角度位置情報θ、電動機４の温度を検出する温度センサ６からの出力である温度情報Ｔは、それぞれ制御手段３７に入力され、制御手段３７は第１〜第３の電圧変換回路３３〜３５の第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂを制御する。
なお、温度センサ６は電動機４の温度以外に、複数の電力変換回路を構成する少なくとも一つのスイッチング素子、または平滑コンデンサ３１のうちの何れかの温度を検出するようにしてもよい。
【００１６】
図２は制御手段３７の構成を示すブロック図で、モータ制御部Ｃ１と放電制御部Ｃ２と切替器Ｃ３を備えている。
モータ制御部Ｃ１は、三相の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと角度位置情報θと電圧値Ｖｉｎを用いて、モータ制御のための第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂの駆動信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂ、Ｇａｔｅ＿３４ａ、Ｇａｔｅ＿３４ｂ、Ｇａｔｅ＿３５ａ、Ｇａｔｅ＿３５ｂを生成する。電動機４は駆動信号により制御される電力変換器３から出力される交流電力により駆動される
放電制御部Ｃ２は、あらかじめ定められた放電制御中の周波数ｆｓｗと、放電制御中のＨｉ側スイッチング素子（第１、第３、第５のスイッチング素子）のオン期間Ｔｏｎ、放電制御中の位相シフト時間Ｔｄｉｓとから放電制御のための駆動信号を生成する。
なお、放電制御部Ｃ２のスイッチング周波数は、モータ制御部Ｃ１で使用するスイッチング周波数よりも高くすることが望ましい。
【００１７】
また、制御手段３７のモータ制御部Ｃ１および放電制御部Ｃ２は、第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂのオンまたはオフ制御を行う処理回路を備えている。制御手段３７の処理回路は、コンパレータ、オペアンプ、差動増幅回路等のアナログ電子回路から構成されてもよいし、演算処理装置、記憶装置等のデジタル電子回路により構成されてもよいし、デジタル電子回路及びアナログ電子回路の双方により構成されてもよい。
【００１８】
切替器Ｃ３は、例えばコンタクタ２の開閉状態を検出し、コンタクタ２が閉状態であればモータ制御部Ｃ１で生成された駆動信号を選択し、コンタクタ２が開状態であれば放電制御部Ｃ２で生成された駆動信号を選択し、第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂの駆動信号とする。平滑コンデンサ３１に蓄積された電荷を放電する場合は、コンタクタ２は「開」となるため、放電制御部Ｃ２で生成された駆動信号で制御されることになる。
【００１９】
ここでモータ制御部Ｃ１は速度制御またはトルク制御であり、制御はフィードフォワード制御またはフィードバック制御（Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御等）のいずれの制御でもよい。また、モータ制御部Ｃ１における周波数ｆｓｗは一定でもよく、状態に応じて可変にしてもよい。
【００２０】
図３は制御手段３７の放電制御部Ｃ２にて生成される、第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂの駆動信号と電流センサ３６で検出される三相電流波形を示す波形図である。
制御手段３７は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により、第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂを、それぞれオンまたはオフ制御（開閉動作）する、駆動信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂ、Ｇａｔｅ＿３４ａ、Ｇａｔｅ＿３４ｂ、Ｇａｔｅ＿３５ａ、Ｇａｔｅ＿３５ｂを生成し、それぞれのオンデューティ比及びオン期間Ｔｏｎの位相を制御する。
【００２１】
制御手段３７は、第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂを、それぞれオンまたはオフ制御して、電動機４のトルクまたは回転速度を制御する電動機制御を実行する。なお、オンデューティ比（オン比率）は、スイッチング周期Ｔｓｗに対するオン期間Ｔｏｎの比である（＝オン期間Ｔｏｎ／スイッチング周期Ｔｓｗ）となる。
それぞれ直列接続された第１のスイッチング素子３３ａと第２のスイッチング素子３３ｂ、および第３のスイッチング素子３４ａと第４のスイッチング素子３４ｂ、および第５のスイッチング素子３５ａと第６のスイッチング素子３５ｂは、同時にオンしないようにデッドタイムを設けたスイッチングパターンとする。
【００２２】
図３に示された波形図に基づいて、駆動信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、〜Ｇａｔｅ＿３５ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂ〜Ｇａｔｅ＿３５ｂと電流センサ３６で検出された電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗについて説明する。
まず、第１のスイッチング素子３３ａ、第３のスイッチング素子３４ａ、および第５のスイッチング素子３５ａは、スイッチング周期Ｔｓｗ（Ｔｓｗ＝１／ｆｓｗ）の間に期間Ｔｏｎだけオンする。この時、第１のスイッチング素子３３ａ、第３のスイッチング素子３４ａ、および第５のスイッチング素子３５ａのオン比率は同じにする。さらに第３のスイッチング素子３４ａは第１のスイッチング素子３３ａに対して位相ずれ量Ｔｄｉｓｃ１だけ進み位相となるよう、先んじてオンする。また、第５のスイッチング素子３５ａは第１のスイッチング素子３３ａに対して位相ずれ量Ｔｄｉｓｃ２だけ遅れ位相となるよう、遅れてオンする。このように高電位側に接続されたスイッチング素子の駆動信号にそれぞれ位相差を設ける。
【００２３】
第２のスイッチング素子３３ｂは第１のスイッチング素子３３ａの、第４のスイッチング素子３４ｂは第３のスイッチング素子３４ａの、第６のスイッチング素子３５ｂは第５のスイッチング素子３５ａの、それぞれ相補の関係でオンするよう駆動信号を生成する。即ち、相補の関係とは、第１のスイッチング素子３３ａがオンの時は第２のスイッチング素子３３ｂはオフとなり、第１のスイッチング素子３３ａがオフの時は第２のスイッチング素子３３ｂはオンとなる関係である。なお、第４のスイッチング素子３４ｂおよび第６のスイッチング素子３５ｂも第２のスイッチング素子３４ｂと同様である。
相補のゲートを生成する際にゲート信号の遅れ等による直列接続されたスイッチング素子の同時オンを回避するために、同時オフとするデッドタイム期間を設けても良い。
【００２４】
次に放電制御中の駆動信号Ｇａｔｅ＿３３ａ〜Ｇａｔｅ＿３５ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂ〜Ｇａｔｅ＿３５ｂで、第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂを駆動した場合の交流電流波形の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを説明する。（電動機４のインダクタンス成分によって電流波形の形状が変わるため、各相のインダクタンス成分が同じである場合の一例として説明する。）
【００２５】
第１のスイッチング素子３３ａを基準として、第３のスイッチング素子３４ａを進み位相とし、第５のスイッチング素子３５ａを遅れ位相としているため、第２の電圧変換回路３４の接続部３４ｃに接続された交流端子に流れる電流値Ｉｖと、第３の電圧変換回路３５の接続部３５ｃに接続された交流端子に流れる電流値Ｉｗに、主として交流電流が流れるような電流波形となる。
【００２６】
このように位相差を設けて第１、第２、第３の電圧変換回路３３〜３５を駆動することにより、電動機４へスイッチング周波数ｆｓｗの電流波形を流すことが可能であり、位相差がない場合と比較して、第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂで発生する損失、または第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂに並列に接続されたダイオードの損失が増加し、また電動機４による損失が加わるため、放電制御を実行してから平滑コンデンサ３１に蓄積された電荷を所定電圧まで放電するまでの時間を短縮することが可能である。
【００２７】
また、図３の波形図では電動機４のインダクタンス成分が各相ですべて同じ場合について説明したが、電動機４の構成によっては電動機４の角度位置に応じて電流波形が変化する場合がある。角度センサ５で検出された角度位置情報θに応じて、各相に流れる電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御するために位相ずれ量Ｔｄｉｓｃ１とＴｄｉｓｃ２を変えてもよい。このように角度位置ごとに位相ずれ量（位相差）を制御して電流値を変化させることで、いかなる角度位置で放電が開始（すなわち、コンタクタ２の開状態の情報を受信）した場合においても、放電するまでの時間を同等にすることが可能である。
【００２８】
また、放電制御を実行した際に温度センサ６で取得された温度情報Ｔがあらかじめ定められた値よりも増加した場合には、放電制御部Ｃ２は、ただちに放電制御の駆動信号をすべてオフとする、またはスイッチング周波数ｆｓｗを高くする、または位相シフト時間Ｔｄｉｓ（位相差）を零または零に相当するような小さい値に設定し、スイッチング素子を駆動したことにより電動機４に流れる電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを零にする、などの損失を抑えて温度上昇を抑制することが可能である。
【００２９】
実施の形態１は、例えば電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載され、バッテリ１は自動車に搭載された直流電源であり、コンタクタ２はバッテリ１の過充電保護および電力変換器３との電気的接続を切り離すためのリレー回路であり、電動機４は車両駆動用のモータまたはエンジン発電用のモータジェネレータであり、電力変換器３はモータまたはモータジェネレータを制御するためのインバータである、モータ駆動システムである。
【００３０】
実施の形態２．
次に、本願の実施の形態２における電力変換器を図４および図５に基づいて説明する。
図４は実施の形態２における制御手段の構成を示すブロック図、図５はスイッチング素子の駆動信号と電流センサで検出される三相電流波形を示す波形図である。
実施の形態１は電力変換器３が通常通りの動作をする場合について説明したが、実施の形態２における電力変換器は、例えば実施の形態１のシステムで故障が発生している場合の対処を行うようにしたものである。
【００３１】
図４において、制御手段３７には、角度位置情報θおよび第１〜第６のスイッチング素子３３ａ〜３５ａ、３３ｂ〜３５ｂのオンオフ等の情報を入力して、角度位置取得手段またはスイッチング素子の故障を判断する故障判断部Ｃ４が設けられている。その他の構成は図２と同じにつき、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
図５は第３のスイッチング素子３４ａの駆動回路またはスイッチング素子３４ａ事態の故障によりオンできないと判断された場合の、放電制御部Ｃ２にて生成された駆動信号Ｇａｔｅ＿３３ａ、〜Ｇａｔｅ＿３５ａ、Ｇａｔｅ＿３３ｂ〜Ｇａｔｅ＿３５ｂと電流センサ３６で検出された電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを説明する波形図である。
【００３２】
制御手段３７の故障判断部Ｃ４には、モータ制御中にスイッチング素子がオンできない故障を判断する手段が実装されており、例えば第３のスイッチング素子３４ａがオンできないオフ固定の故障が生じた場合、故障判断部Ｃ４はスイッチング素子３４ａの故障と判断する。このときコンタクタ情報が開状態となった場合、図５に示すように、第３のスイッチング素子３４ａおよび第４のスイッチング素子３４ｂの駆動信号であるＧａｔｅ＿３４ａおよびＧａｔｅ＿３４ｂはオフ状態を維持する。したがって故障した相の第３のスイッチング素子３４ａおよび第４のスイッチング素子３４ｂの駆動信号の位相は固定される。
【００３３】
一方で、第１のスイッチング素子３３ａの駆動信号であるＧａｔｅ＿３３ａを位相ずれ量Ｔｄｉｓｃ１だけ進み位相とし、第５のスイッチング素子３５ａの駆動信号であるＧａｔｅ＿３５ａを位相ずれ量Ｔｄｉｓｃ２だけ遅れ位相とする。このようにオンできないスイッチング素子を判断して駆動信号の生成方法を変えてスイッチング素子を駆動することで、図３では電流値ＩｖとＩｗに流れていたスイッチング周波数ｆｓｗの電流波形と同等の電流が電流値ＩｕとＩｗに流れることとなり、同等の放電時間の短縮効果を得ることができる。
【００３４】
また、電動機の構成によっては回転速度に比例して誘導起電圧が発生し、交流端子に交流電圧が印加されるため、放電制御を実行しても平滑コンデンサ３１の電圧Ｖｉｎが下がらない場合がある。角度センサ５で検出された角度位置情報θから得られた回転速度があらかじめ定められた回転速度よりも高い場合には、故障判断部Ｃ４は故障と判断して、放電制御部Ｃ２は、放電制御中のスイッチング素子の駆動信号をすべてオフ固定（またはＨｉ側かＬｏ側のスイッチング素子のすべてをオン固定）とし、回転速度が定められた回転速度よりも低くなってから、放電制御中の駆動信号を出力する。
【００３５】
また、放電制御を実行後に角度位置情報θの時間変化量である角速度があらかじめ定められた値よりも増加（回転速度の増加）したと故障判断部Ｃ４が判断された場合には、放電制御部Ｃ２は、位相シフト時間Ｔｄｉｓを零または零に相当するような小さい値に設定し、スイッチング素子を駆動したことにより電動機４に流れる電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを零にする。
これにより、放電制御を実行したことにより電動機４にトルクが発生した場合においても、放電状態を継続したままでトルク発生を抑えることが可能である。
【００３６】
また、放電制御を実行した際に回転速度があらかじめ定められた値よりも増加した場合には、放電制御部Ｃ２は、ただちに放電制御の駆動信号をすべてオフとする。これにより放電制御実行により予期せぬトルク印加を即時停止させることが可能である。
さらに、角度位置取得手段である角度センサ５などの故障により回転速度が正しく読めないと判断された場合には、放電制御部Ｃ２は、駆動信号の出力は行わず放電制御を実行しないように制御してもよい。これにより、回転速度が定められた速度よりも高い場合に放電制御を実行して損失を増加させることで、予期せぬブレーキトルクを発生することを回避することができる。
また、スイッチング素子がオフ固定となる故障に関して説明したが、スイッチング素子がオン固定または短絡となる故障が発生した場合は、駆動信号の出力は行わず放電制御を実行しない。これにより放電制御実行による２次故障を回避することが可能である。
【００３７】
以上のように実施の形態によれば、機械系の応答速度よりも高いスイッチング周波数の電流を電動機の巻線に流し、電動機の回転駆動力にならずに、インバータである電力変換器のスイッチング損失と電動機の鉄損を増加させることが可能となり、強制放電時間の短縮に寄与する。また、角度位置情報または電流情報を用いずに、スイッチング素子の駆動信号を生成できるので、角度位置取得手段または電流センサの故障時にも放電できる。
【００３８】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
１：バッテリ、２：コンタクタ、３：電力変換器、４：電動機、
５：角度センサ（角度位置取得手段）、６：温度センサ、３１：平滑コンデンサ、
３２：電圧センサ、３３：第１の電圧変換回路、３４：第２の電圧変換回路、
３５：第３の電圧変換回路、３６：電流センサ、３７：制御手段、
Ｃ１：モータ制御部、Ｃ２：放電制御部、Ｃ３：切替器、Ｃ４：故障判断部。
【図１】
2020182308.tif 000003
【図２】
2020182308.tif 000004
【図３】
2020182308.tif 000005
【図４】
2020182308.tif 000006
【図５】
2020182308.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月21日(2020.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と電動機の間で直流−交流変換を行う電力変換器であって、
前記電力変換器は、直列接続されたスイッチング素子で構成され前記電動機に印加される電圧を制御する３つの電圧変換回路と、前記電力変換器に印加される電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記電圧変換回路の駆動信号を生成するモータ制御部と放電制御部を有し、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷の放電時に、前記放電制御部は、前記３つの電圧変換回路のスイッチング素子の駆動信号として、オン比率が同じで、かつ第１の電圧変換回路に入力する駆動信号の位相を基準とし、第２の電圧変換回路に入力する駆動信号は前記第１の電圧変換回路の駆動信号よりも進み位相とし、第３の電圧変換回路に入力する駆動信号は前記第１の電圧変換回路の駆動信号よりも遅れ位相とした位相差を設けた信号を生成し、前記電動機にスイッチング周波数と同じ周波数の交流電流を流すようにしたことを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
前記電源と前記電力変換器との接続を開閉するコンタクタを設け、前記コンタクタが閉状態の時は前記モータ制御部で生成された駆動信号で前記電圧変換回路を駆動し、前記コンタクタが開状態の時は前記放電制御部で生成された駆動信号で前記電圧変換回路を駆動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換器。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電圧変換回路の低電位側に接続されたスイッチング素子の駆動信号は、高電位側に接続されたスイッチング素子の駆動信号とそれぞれ相補の関係でオンするようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換器。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電圧変換回路の直列接続されたスイッチング素子が同時にオンしないデッドタイムを設けて駆動信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項５】
前記電動機の角度位置を検出する角度位置取得手段を備え、前記制御手段は前記角度位置取得手段で得られた角度位置情報に基づいて前記駆動信号の位相差を変えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項６】
前記制御手段は、前記角度位置取得手段から得られた情報に基づき演算される電動機回転速度が予め定められた値より増加した際に、前記駆動信号の位相差を無くすことを特徴とする請求項５に記載の電力変換器。
【請求項７】
前記制御手段は、前記角度位置取得手段から得られた情報に基づき演算される電動機回転速度が予め定められた値より増加した際に、全てのスイッチング素子の駆動信号をオフとすることを特徴とする請求項５に記載の電力変換器。
【請求項８】
前記制御手段は、前記電圧変換回路を構成するスイッチング素子がオフ固定となる故障を検知する故障判断部を備え、前記故障判断部は、いずれかの相がオフ固定の故障であると判断した場合、前記放電制御部は、故障した相の電圧変換回路の駆動信号のみオフ固定とすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項９】
前記制御手段は、前記電圧変換回路を構成するスイッチング素子がオフ固定となる故障を検知する故障判断部を備え、前記故障判断部は、いずれかの相がオフ固定の故障であると判断した場合、前記放電制御部は、故障した相の電圧変換回路の駆動信号は位相を固定し、故障相とは異なる相の電圧変換回路の駆動信号は進み位相または遅れ位相とすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記電圧変換回路を構成するスイッチング素子がオン固定または短絡となる故障、または前記角度位置取得手段の故障を検知する故障判断部を備え、前記故障判断部が、前記角度位置取得手段の故障、または前記スイッチング素子がオン固定または短絡となる故障を検出した場合、前記放電制御部は駆動信号の出力を行わないことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１１】
前記電動機、前記３つの電圧変換回路を構成する少なくとも一つのスイッチング素子、及び前記平滑コンデンサのうちの何れかの温度を検出する温度センサを備え、
前記放電制御部は、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷の放電時に、前記温度センサにより検出された温度が予め定めた上限値を超えた場合、前記スイッチング素子を駆動するスイッチング周波数を高くすることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１２】
前記放電制御部は、前記平滑コンデンサに蓄電された電荷の放電時に、前記温度センサにより検出された温度が予め定めた上限値を超えた場合、前記スイッチング素子の駆動信号の位相差を零に相当する値に設定することを特徴とする請求項１１に記載の電力変換器。
【請求項１３】
前記放電制御部のスイッチング周波数は、前記モータ制御部で使用するスイッチング周波数よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電力変換器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本願に係る電力変換器は、電源と電動機の間で直流−交流変換を行う電力変換器であって、電力変換器は、直列接続されたスイッチング素子で構成され電動機に印加される電圧を制御する３つの電圧変換回路と、電力変換器に印加される電圧を平滑化するための平滑コンデンサと、スイッチング素子のオンオフを制御する制御手段を備え、制御手段は、電圧変換回路の駆動信号を生成するモータ制御部と放電制御部を有し、平滑コンデンサに蓄電された電荷の放電時に、放電制御部は、３つの電圧変換回路のスイッチング素子の駆動信号として、オン比率が同じで、かつ第１の電圧変換回路に入力する駆動信号の位相を基準とし、第２の電圧変換回路に入力する駆動信号は第１の電圧変換回路の駆動信号よりも進み位相とし、第３の電圧変換回路に入力する駆動信号は第１の電圧変換回路の駆動信号よりも遅れ位相とした位相差を設けた信号を生成し、電動機にスイッチング周波数と同じ周波数の交流電流を流すようにしたものである。