(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の相に対応する巻線、および、当該巻線毎に設けられる入力部を有し、電源からの電力が前記入力部に入力されることで駆動する電動機を制御する電動機制御装置であって、
前記電動機の各相に対応する高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子からなるスイッチング素子対、および、当該スイッチング素子対毎に設けられる出力部を有する電力変換器と、
前記電動機の各相毎に前記出力部と前記入力部とを接続する接続部と、
前記スイッチング素子対のオンおよびオフの切り替えを制御することで方形状のパルス波を生成するパルス波生成手段を有し、当該パルス波生成手段により生成した前記パルス波を前記出力部から出力し前記接続部を経由して前記入力部に入力することで前記電動機の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記パルス波生成手段は、所定の条件を満たすとき、前記出力部から一度に出力される前記パルス波が、第１パルスと、当該第１パルスの立ち上がりから「前記第１パルスのパルス幅よりも長い所定の期間」遅れて立ち上がる第２パルスと、から構成されるよう前記スイッチング素子対の作動を制御し、前記所定の期間を、前記入力部のリンギング周期の１／２に対応する長さに設定することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
複数の相に対応する巻線、および、当該巻線毎に設けられる入力部を有し、電源からの電力が前記入力部に入力されることで駆動する電動機を制御する電動機制御装置であって、
前記電動機の各相に対応する高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子からなるスイッチング素子対、および、当該スイッチング素子対毎に設けられる出力部を有する電力変換器と、
前記電動機の各相毎に前記出力部と前記入力部とを接続する接続部と、
前記スイッチング素子対のオンおよびオフの切り替えを制御することで方形状のパルス波を生成するパルス波生成手段を有し、当該パルス波生成手段により生成した前記パルス波を前記出力部から出力し前記接続部を経由して前記入力部に入力することで前記電動機の駆動を制御する制御部と、
前記入力部の電圧を検出可能な電圧検出手段と、を備え、
前記パルス波生成手段は、所定の条件を満たすとき、前記出力部から一度に出力される前記パルス波が、第１パルスと、当該第１パルスの立ち上がりから「前記第１パルスのパルス幅よりも長い所定の期間」遅れて立ち上がる第２パルスと、から構成されるよう前記スイッチング素子対の作動を制御し、前記電圧検出手段により検出した電圧に基づき、前記所定の期間の長さ、および、前記第１パルスのパルス幅を設定することを特徴とする電動機制御装置。
【請求項３】
前記所定の条件とは、「前記電源の電圧値が所定値よりも大きい場合」であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機制御装置と、
前記電動機制御装置により駆動が制御される前記電動機と、を備えた電動機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機制御装置、および、これを用いた電動機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のスイッチング素子からなる電力変換器のオンおよびオフの切り替えを制御することにより、電動機の駆動を制御する電動機制御装置が公知である。このような電動機制御装置および電動機からなる電動機システムにおいて、電力変換器から出力される電圧に関する信号は、例えばケーブル等を経由して電動機に入力される。電力変換器から出力される信号は、出力直後は方形状のパルス波であるが、電動機に入力される時点では、ケーブル等の回路共振に起因して波打った形状の波（リンギング波）に変化する。このとき、定常状態での電圧を越える電圧（以下、「サージ電圧」という）が電動機に入力されることが懸念される。電動機の入力部に大きなサージ電圧が生じた場合、電動機の巻線間で部分放電が発生することがある。部分放電が継続すると、巻線の皮膜が浸食され、やがて巻線間が短絡するおそれがある。
【０００３】
そこで、特許文献１に開示された電動機制御装置では、半導体サージ吸収素子を電動機の動力線に接続することにより、電動機でのサージ電圧の発生を抑制している。しかしながら、特許文献１の電動機制御装置では、「半導体サージ吸収素子が発熱することで電力の損失が増大する」および「設置する半導体サージ吸収素子の分、部品コストが増大する」といった問題がある。
【０００４】
一方、特許文献２に開示された手法では、３レベルインバータ等の１つのアームにつき複数のスイッチング素子を設け、スイッチング素子間のスイッチングタイミングを、信号の伝送経路における電圧反射によるリンギング位相が１８０°ずれる（遅延する）ような２段階の波形を形成するよう制御することで、「リンギングの抑制」および「伝送品質の向上」を図っている。しかしながら、３レベルインバータを電動機制御装置に適用した場合、部品（スイッチング素子）のコストが増大するおそれがある。また、電動機システムの電力変換器と電動機とを接続するケーブルは、特許文献２の手法における伝送経路に比べて短い。そのため、電動機の入力部には、電圧反射は生じない。よって、電動機システムのように、電圧反射が無く、回路共振に起因して生じるサージ電圧に対しては、伝送経路の遅延のみを考慮する特許文献２の手法では、リンギング抑制の効果は得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７４２６３６号明細書
【特許文献２】特開平７−３２７０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で、電動機に生じるサージ電圧を抑制可能な電動機制御装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、電動機の絶縁性能が高い電動機システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、複数の相に対応する巻線、および、当該巻線毎に設けられる入力部を有し、電源からの電力が前記入力部に入力されることで駆動する電動機を制御する電動機制御装置であって、電力変換器と、接続部と、制御部と、を備えている。電力変換器は、電動機の各相に対応する高電位側スイッチング素子および低電位側スイッチング素子からなるスイッチング素子対、および、当該スイッチング素子対毎に設けられる出力部を有する。接続部は、電動機の各相毎に前記出力部と前記入力部とを接続する。制御部は、スイッチング素子対のオンおよびオフの切り替えを制御することで方形状のパルス波を生成するパルス波生成手段を有し、当該パルス波生成手段により生成したパルス波を前記出力部から出力し接続部を経由して前記入力部に入力することで電動機の駆動を制御する。ここで、電力変換器の出力部から出力された方形状のパルス波は、接続部を経由することにより、電動機の入力部では波打った形状の波（リンギング波）に変化する。特に、電源の電圧値が比較的大きい場合、リンギング波の振幅は大きくなる傾向にある。
【０００８】
パルス波生成手段は、所定の条件を満たすとき、前記出力部から一度に出力されるパルス波が、第１パルスと、当該第１パルスの立ち上がりから「第１パルスのパルス幅よりも長い所定の期間」遅れて立ち上がる第２パルスと、から構成されるようスイッチング素子対の作動を制御する。これにより、第１パルスと第２パルスとの間には、前記所定の期間から第１パルスのパルス幅を引いた長さのオフ期間が形成される。すなわち、電力変換器の出力部から一度に出力されるパルス波は、前記オフ期間を挟む第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成される。そのため、例えば、第１パルスの前記入力部におけるリンギング波の正方向または負方向に振れる部分と、第２パルスの前記入力部におけるリンギング波の負方向または正方向に振れる部分と、が略一致するよう、前記所定の期間が設定された場合、前記２つのリンギング波の振幅は、互いに打ち消される。したがって、簡単な構成で、電動機の入力部に生じるサージ電圧を抑制することができる。
【０００９】
なお、前記所定の期間および第１パルスのパルス幅は電動機および接続部の長さ等により最適な値が異なるが、第１パルスの前記入力部におけるリンギング波の正方向または負方向に振れる部分と、第２パルスの前記入力部におけるリンギング波の負方向または正方向に振れる部分と、が正確に一致しなくても、電動機の入力部に生じるサージ電圧を抑制することは可能である。
【００１０】
また、本発明では、前記所定の条件を満たすときのみ、パルス波が第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成されるようスイッチング素子対の作動を制御する。これにより、スイッチング素子対のスイッチング回数を低減でき、スイッチング回数の増加によるインバータ損失の増大を抑えることができる。
【００１２】
また、請求項１に記載の発明では、パルス波生成手段は、前記所定の期間を、前記入力部のリンギング周期の１／２に対応する長さに設定する。これにより、第１パルスの前記入力部におけるリンギング波の正方向に振れる部分と第２パルスの前記入力部におけるリンギング波の負方向に振れる部分とが略一致する。そのため、前記２つのリンギング波の振幅は、互いに打ち消される。したがって、電動機の入力部に生じるサージ電圧を確実に抑制することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明では、電動機の入力部の電圧を検出可能な電圧検出手段をさらに備えている。そして、パルス波生成手段は、電圧検出手段により検出した電圧に基づき、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅を設定する。例えば、電圧検出手段により検出した電圧の最大値が所定の値よりも大きい場合、パルス波生成手段は、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅をその時点の値とは別の値に変更する。そして、再度、電圧検出手段により電動機の入力部の電圧を検出し、検出した電圧の最大値が所定の値よりも大きい場合、パルス波生成手段は、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅をさらに別の値に変更する。このように、パルス波生成手段は、電動機の入力部の電圧の最大値（サージ電圧）が小さくなるよう、電圧検出手段による検出値をフィードバックして前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅を設定する。すなわち、本発明では、電動機の入力部に生じるサージ電圧を抑制するために、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅を予め設定しておく必要がなく、これらの値はフィードバックにより適宜調整される。つまり、事前に、電動機および接続部の特性を試験等により調べ、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅を設定しておく必要がない。また、電動機の使用中、何らかの原因により前記特性が変化しても、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅は、入力部に生じるサージ電圧を抑制するのに最適な値に調整される。
また、請求項３に記載の発明では、前記所定の条件とは、「電源の電圧値が所定値よりも大きい場合」である。すなわち、本発明では、電源の電圧値が所定値よりも大きいときのみ、パルス波が第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成されるようスイッチング素子対の作動を制御する。よって、電源の電圧値が比較的大きい場合に大きな値となるサージ電圧を効果的に抑制することができる。また、前記所定値の設定次第で、スイッチング素子対のスイッチング回数を低減でき、スイッチング回数の増加によるインバータ損失の増大を抑えることができる。例えば、前記所定値を比較的大きく設定した場合、スイッチング回数を少なくできる。一方、前記所定値を比較的小さく設定した場合、スイッチング回数は多くなる。さらに、前記所定値を０に設定した場合、電源の電圧値が０より大きな、如何なる値であっても、出力部からは第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成されるパルス波が出力される。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機制御装置と、当該電動機制御装置により駆動が制御される電動機と、を備えた電動機システムである。上述のように請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機制御装置では、電動機の入力部に生じるサージ電圧を抑制することができる。よって、本発明では、巻線間の放電を抑えることができ、電動機の絶縁性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態による電動機制御装置および電動機システムを示す概略図。
【図２】本発明の第１実施形態による電動機制御装置から出力されるパルス波を説明するための図であって、（Ａ）は制御信号に関するパルス波を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のパルス波に基づき出力される、電圧に関するパルス波を示す図、（Ｃ）は（Ｂ）のパルス波により電動機の入力部に生じるリンギング波を示す図、（Ｄ）は（Ａ）のパルス波に基づく、制御信号に関するパルス波を示す図。
【図３】本発明の第１実施形態による電動機制御装置から出力されるパルス波により電動機の入力部に生じるリンギング波の違いを説明するための図であって、（Ａ）は第１パルスを示す図、（Ｂ）は（Ａ）の第１パルスにより電動機の入力部に生じるリンギング波を示す図、（Ｃ）は第２パルスを示す図、（Ｄ）は（Ｃ）の第２パルスにより電動機の入力部に生じるリンギング波を示す図、（Ｅ）は第１パルスと第２パルスとからなるパルス波を示す図、（Ｆ）は（Ｅ）のパルス波により電動機の入力部に生じるリンギング波を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態による電動機制御装置および電動機システムを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による電動機制御装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の第１実施形態による電動機制御装置１は、電動機としてのモータ１０を駆動制御するものである。電動機制御装置１は、モータ１０とともに、例えば車両の車輪を回転駆動させるための電動機システム５に採用される。
【００１７】
モータ１０は、三相ブラシレスモータであり、図示しないロータおよびステータを有している。ロータは、円板状の部材であり、その表面に永久磁石が貼り付けられ、磁極を有している。ステータは、ロータを内部に収容するとともに、回転可能に支持している。ステータは、径内方向へ所定角度毎に突出する突出部を有し、この突出部に図１に示すＵコイル１１、Ｖコイル１２、および、Ｗコイル１３が巻回されている。Ｕコイル１１、Ｖコイル１２、および、Ｗコイル１３は、それぞれＵ相、Ｖ相、および、Ｗ相に対応する巻線であり、全体で巻線組１８を構成している。Ｕコイル１１、Ｖコイル１２、および、Ｗコイル１３は、Ｙ結線されている。すなわち、Ｕコイル１１、Ｖコイル１２、および、Ｗコイル１３の一端は互いに接続されている。Ｕコイル１１、Ｖコイル１２、および、Ｗコイル１３の他端には、それぞれ入力部５１、入力部５２、および、入力部５３が設けられている。つまり、入力部５１、入力部５２、および、入力部５３は、各相に対応する巻線毎に設けられている。以下、適宜、入力部５１、入力部５２、および、入力部５３をまとめて入力部５０という。
【００１８】
電動機制御装置１は、電力変換器としてのインバータ部２０、接続部としてのケーブル４１〜４３、および、制御部７０等を備えている。
インバータ部２０は、３相インバータであり、巻線組１８のＵコイル１１、Ｖコイル１２、Ｗコイル１３のそれぞれへの通電を切り替えるべく、６つのスイッチング素子２１〜２６がブリッジ接続されている。スイッチング素子２１〜２６は、本実施形態においては、例えば電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）をゲート部に組み込んだＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。以下、スイッチング素子２１〜２６を、ＩＧＢＴ２１〜２６という。
【００１９】
３つのＩＧＢＴ２１〜２３は、ドレインが、電源としてのバッテリ８０の正極側に接続される上母線２に結線されている。また、ＩＧＢＴ２１〜２３のソースが、それぞれＩＧＢＴ２４〜２６のドレインに接続されている。ＩＧＢＴ２４〜２６のソースは、バッテリ８０の負極側に接続された下母線３に結線されている。また、下母線３は、グランドに接続されている。
【００２０】
ここで、ＩＧＢＴ２１〜２３がインバータ部２０における「高電位側スイッチング素子」に対応している。また、ＩＧＢＴ２４〜２６がインバータ部２０における「低電位側スイッチング素子」に対応している。さらに、以下では、適宜、ＩＧＢＴ２１とＩＧＢＴ２４との組み合わせを「スイッチング素子対２７」、ＩＧＢＴ２２とＩＧＢＴ２５との組み合わせを「スイッチング素子対２８」、ＩＧＢＴ２３とＩＧＢＴ２６との組み合わせを「スイッチング素子対２９」という。
【００２１】
図１に示すように、インバータ部２０は、出力部３１、出力部３２、および、出力部３３を有している。そして、対になっているＩＧＢＴ２１とＩＧＢＴ２４との接続点は、出力部３１に接続している。また、対になっているＩＧＢＴ２２とＩＧＢＴ２５との接続点は、出力部３２に接続している。さらにまた、対になっているＩＧＢＴ２３とＩＧＢＴ２６との接続点は、出力部３３に接続している。このように、出力部３１、出力部３２、および、出力部３３は、各相に対応するスイッチング素子対毎に設けられている。以下、適宜、出力部３１、出力部３２、および、出力部３３をまとめて出力部３０という。
出力部３１は、ケーブル４１を経由してモータ１０の入力部５１に接続している。また、出力部３２は、ケーブル４２を経由してモータ１０の入力部５２に接続している。さらにまた、出力部３３は、ケーブル４３を経由してモータ１０の入力部５３に接続している。以下、適宜、ケーブル４１、ケーブル４２、および、ケーブル４３をまとめて接続部４０という。
【００２２】
このように、本実施形態では、電動機制御装置１は、１つの系統のインバータ（インバータ部２０）を有している。インバータ部２０は、後述する制御部７０により、その作動が制御され、バッテリ８０からモータ１０へ供給する電力を、モータ１０が回転可能なよう変換する。
【００２３】
本実施形態では、電動機制御装置１には、コンデンサ６０が設けられている。コンデンサ６０は、一端が上母線２のバッテリ８０とＩＧＢＴ２１との間に接続され、他端が下母線３のグランドとＩＧＢＴ２４との間に接続されている。すなわち、コンデンサ６０は、バッテリ８０とインバータ部２０との間に設けられている。コンデンサ６０は、電荷を蓄えることで、ＩＧＢＴ２１〜２６への電力供給を補助したり、バッテリ８０からモータ１０へ電力を供給する際に生じるリップル電流を抑制したりする。
【００２４】
制御部７０は、電動機制御装置１全体の制御を司るものであって、マイコン７１、駆動回路７２等で構成される。マイコン７１は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ等の記憶手段を有する小型のコンピュータである。マイコン７１は、記憶手段に格納されたプログラムに従い種々の処理を実行する。マイコン７１と駆動回路７２とは接続されている。また、駆動回路７２は、ＩＧＢＴ２１〜２６のそれぞれに接続している。図１では、図が煩雑になることを避けるため、駆動回路７２とＩＧＢＴ２１〜２６との接続線については省略している。
【００２５】
マイコン７１は、ＰＷＭ制御により、モータ１０のトルクおよび回転数を調節する。マイコン７１は、図示しない制御信号発生部を有している。制御信号発生部は、ＰＷＭ制御に基づく制御信号を発生する。制御信号発生部で発生した制御信号は、駆動回路７２に伝送される。駆動回路７２は、マイコン７１から伝送された制御信号に基づき、オンまたはオフに関する制御信号をＩＧＢＴ２１〜２６に伝送する。ＩＧＢＴ２１〜２６のそれぞれは、駆動回路７２から伝送された制御信号に基づき、オンまたはオフの状態に切り替え制御される。
【００２６】
本実施形態では、通常、図２（Ａ）に示すような制御信号に関するパルス波１００（１つのパルス波）がマイコン７１から駆動回路７２に伝送される。パルス波１００が駆動回路７２に伝送されると、駆動回路７２は、パルス波１００と同様のパルス波を例えばスイッチング素子対２７に伝送する。これにより、出力部３１から、パルス波１００に対応する、図２（Ｂ）に示すような電圧に関する方形のパルス波１１０が出力される。このパルス波１１０がケーブル４１を経由してモータ１０の入力部５１に到達するとＵコイル１１に電流が流れ、モータ１０が回転する。同じように、出力部３２および３３からもパルス波が出力され、これらのパルス波がモータ１０の回転に寄与する。ここで、制御部７０は、特許請求の範囲における「パルス波生成手段」に対応する。
【００２７】
マイコン７１は、上母線２のバッテリ８０とコンデンサ６０との間に接続されている。これにより、マイコン７１は、バッテリ８０の電圧を検出することができる。なお、バッテリ８０とコンデンサ６０との間に、バッテリ８０の電圧を昇圧する昇圧回路を設けてもよい。この場合、マイコン７１は、上母線２の昇圧回路とコンデンサ６０との間に接続される。これにより、マイコン７１は、バッテリ８０の昇圧後の電圧を検出することができる。
【００２８】
次に、出力部３０から出力されたパルス波が、接続部４０を経由することで入力部５０においてどのように変化するかを説明する。ここでは、出力部３１から出力されるパルス波についてのみ説明し、出力部３２および出力部３３から出力されるパルス波については説明を割愛する。
【００２９】
例えば、図２（Ｂ）に示すような電圧に関するパルス波１１０が出力部３１から出力された場合、パルス波１１０は、ケーブル４１を経由するとケーブル４１等の回路共振に起因して、モータ１０の入力部５１では波打った形状の波（リンギング波）１２０に変化する（図２（Ｃ）参照）。そのため、入力部５１では、定常状態における電圧ａを越える電圧ｂが生じる。この、電圧ａを越える電圧ｂがサージ電圧である。特に、バッテリ８０の電圧値が比較的大きい場合、リンギング波１０１の振幅が大きくなるため、サージ電圧は大きくなる。入力部５１に大きなサージ電圧が生じた場合、Ｕコイル１１を構成する巻線間で部分放電が発生することがある。部分放電が継続すると、巻線の皮膜が浸食され、やがて巻線間が短絡するおそれがある。
【００３０】
そこで、本実施形態では、制御部７０は、所定の条件を満たすとき、出力部３１から一度に出力されるパルス波が、第１パルスと、当該第１パルスの立ち上がりから「第１パルスのパルス幅よりも長い所定の期間」遅れて立ち上がる第２パルスと、から構成されるようスイッチング素子対２７の作動を制御する。本実施形態では、前記所定の条件とは、「バッテリ８０の電圧値またはバッテリ８０の昇圧後の電圧値が所定値よりも大きい場合」である。
【００３１】
より具体的には、制御部７０は、「バッテリ８０の電圧値またはバッテリ８０の昇圧後の電圧値が所定値よりも大きい場合」、まず、マイコン７１から駆動回路７２に対し図２（Ａ）に示すようなＰＷＭ制御に基づくパルス波１００を伝送する。駆動回路７２は、マイコン７１から伝送されたパルス波１００に基づき、図２（Ｄ）に示すような制御信号に関するパルス波２００をスイッチング素子対２７に伝送する。ここで、パルス波２００は、第１パルス２０１と第２パルス２０２とからなる。これにより、パルス波２００に対応する、図３（Ｅ）に示すような電圧に関するパルス波２１０が出力部３１から出力される。
【００３２】
図３（Ｅ）において、第１パルス２１１の立ち上がりの時刻をｔ１、立ち下がりの時刻をｔ２、第２パルス２１２の立ち上がりの時刻をｔ３とすると、第２パルス２１２は、第１パルス２１１の立ち上がりから所定の期間（ｔ３−ｔ１）遅れて立ち上がるよう生成される。また、第１パルス２１１のパルス幅を、便宜上、時間で表すと、ｔ２−ｔ１である。本実施形態では、前記所定の期間（ｔ３−ｔ１）は、第１パルス２１１のパルス幅（ｔ２−ｔ１）よりも長くなるよう設定されている。すなわち、（ｔ３−ｔ１）−（ｔ２−ｔ１）＝ｔ３−ｔ２＞０である。
【００３３】
なお、本発明では、第１パルス２１１のパルス幅（ｔ２−ｔ１）は、前記所定の期間（ｔ３−ｔ１）の約半分であることが望ましい。すなわち、（ｔ２−ｔ１）／（ｔ３−ｔ１）≒１／２であることが望ましい。
【００３４】
このように、本実施形態では、第１パルス２１１と第２パルス２１２との間には、前記所定の期間（ｔ３−ｔ１）から第１パルス２１１のパルス幅（ｔ２−ｔ１）を引いた長さのオフ期間Ｔ（ｔ３−ｔ２）が形成される。すなわち、出力部３１から一度に出力されるパルス波２１０は、オフ期間Ｔを挟む第１パルス２１１と第２パルス２１２との２つのパルスで構成される。
【００３５】
次に、第１パルス２１１および第２パルス２１２が出力部３１からそれぞれ単独で出力された場合、ならびに、第１パルス２１１と第２パルス２１２との２つのパルスで構成されたパルス波２１０が出力部３１から出力された場合（本実施形態の場合）に入力部５１に生じる電圧について、図３に基づいて説明する。
【００３６】
図３（Ａ）に示すような第１パルス２１１が出力部３１から単独で出力された場合、入力部５１では、図３（Ｂ）に示すような電圧に関するリンギング波２２１が生じる。このリンギング波２２１は、立ち上がり直後の振幅が比較的大きく、徐々にその振幅が減衰する形状をなしている。
【００３７】
図３（Ｃ）に示すような第２パルス２１２が出力部３１から単独で出力された場合、入力部５１では、図３（Ｄ）に示すような電圧に関するリンギング波２２２が生じる。このリンギング波２２２は、リンギング波２２１と同様、立ち上がり直後の振幅が比較的大きく、徐々にその振幅が減衰する形状をなしている。また、リンギング波２２２の最大値ｃは、入力部５１の定常状態における電圧ａを越えた値となる。
【００３８】
図３（Ｅ）に示すような第１パルス２１１と第２パルス２１２との２つのパルスで構成されたパルス波２１０が出力部３１から出力された場合、入力部５１では、図３（Ｆ）に示すような電圧に関するリンギング波２３０が生じる。
本実施形態では、前記所定の期間（ｔ３−ｔ１）は、入力部５１のリンギング周期の１／２に対応する長さになるよう設定されている。前記リンギング周期はケーブル４１およびモータ１０の共振周波数によって決まり、図３（Ｂ）に示すリンギング波２２１と図３（Ｄ）に示すリンギング波２２２とは同じ周波数となる。そのため、入力部５１における、パルス波２１０の第１パルス２１１によるリンギング波（図３（Ｂ）に示すリンギング波２２１と同様のリンギング波）の正方向または負方向に振れる部分と、パルス波２１０の第２パルス２１２によるリンギング波（図３（Ｄ）に示すリンギング波２２２と同様のリンギング波）の負方向または正方向に振れる部分と、が略一致する。その結果、２つのリンギング波の振幅は互いに打ち消され、入力部５１には、図３（Ｆ）に示すような比較的振幅の小さなリンギング波２３０が生じる。
【００３９】
上述したように、図２（Ｂ）に示すような電圧に関する１つのパルス波が出力部３０から出力された場合、モータ１０の入力部５０では比較的大きなサージ電圧が生じる（図２（Ｃ）参照）。本実施形態では、前記所定の条件を満たすとき、オフ期間を挟む第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成されるパルス波を出力部３０から出力する（図３（Ｅ）参照）。これにより、入力部５０に生じるサージ電圧を抑制することができる（図３（Ｆ）参照）。
【００４０】
インバータ部２０の損失は、スイッチング素子のスイッチング速度（ｄＶ／ｄｔ）を高めるほど、低下させることができる。従来のように電圧に関する１つのパルス波（オフ期間無し）をインバータ部の出力部から出力する場合、スイッチング速度を高めるほどモータの入力部５０に生じるサージ電圧が上昇するため、モータの絶縁性能が低下するおそれがある。一方、本実施形態では、インバータ部２０のスイッチング速度を最大限に高めても入力部５０に生じるサージ電圧を抑制できる。よって、「インバータ部２０の効率向上（損失低下）」および「モータ１０の絶縁性能向上（サージ電圧抑制）」といった２つの効果を両立できる。
【００４１】
また、本実施形態では、出力部３０から出力されるパルス波にオフ期間を設けても（図３（Ｅ）参照）、入力部５０に生じる電圧には０となる期間は生じない（図３（Ｆ）参照）。そのため、モータ１０に流れる電流は従来と変わらず、モータ１０の性能が低下することはない。
【００４２】
なお、前記所定の期間（ｔ３−ｔ１）および第１パルスのパルス幅（ｔ２−ｔ１）は、モータ１０および接続部４０の長さ等により最適な値が異なる。そのため、本実施形態では、前記所定の期間および第１パルスのパルス幅として、電動機システム５の構成毎に決められた所定の値を用いる。すなわち、本実施形態では、予め決められた前記所定の期間および第１パルスのパルス幅の値が、マイコン７１の記憶手段に記憶されている。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態では、制御部７０は、所定の条件を満たすとき、出力部３０から一度に出力されるパルス波が、第１パルスと、当該第１パルスの立ち上がりから「第１パルスのパルス幅よりも長い所定の期間」遅れて立ち上がる第２パルスと、から構成されるようスイッチング素子対２７〜２９の作動を制御する。これにより、第１パルスと第２パルスとの間には、前記所定の期間から第１パルスのパルス幅を引いた長さのオフ期間が形成される。すなわち、出力部３０から一度に出力されるパルス波は、前記オフ期間を挟む第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成される。また、本実施形態では、前記所定の期間は、入力部５０のリンギング周期の１／２に対応する長さに設定されている。そのため、第１パルスの入力部５０におけるリンギング波の正方向または負方向に振れる部分と第２パルスの入力部５０におけるリンギング波の負方向または正方向に振れる部分とが略一致する。これにより、前記２つのリンギング波の振幅は、互いに打ち消される。したがって、モータ１０の入力部５０に生じるサージ電圧を抑制することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、前記所定の条件を満たすときのみ、パルス波が第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成されるようスイッチング素子対２７〜２９の作動を制御する。これにより、スイッチング素子対２７〜２９のスイッチング回数を低減でき、スイッチング回数の増加によるインバータ損失の増大を抑えることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、前記所定の条件とは、「バッテリ８０の電圧値またはバッテリ８０の昇圧後の電圧値が所定値よりも大きい場合」である。すなわち、本実施形態では、バッテリ８０の電圧値またはバッテリ８０の昇圧後の電圧値が所定値よりも大きいときのみ、パルス波が第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成されるようスイッチング素子対２７〜２９の作動を制御する。よって、バッテリ８０の電圧値が比較的大きい場合に大きな値となるサージ電圧を効果的に抑制することができる。また、前記所定値の設定次第で、スイッチング素子対２７〜２９のスイッチング回数を低減でき、スイッチング回数の増加によるインバータ損失の増大を抑えることができる。例えば、前記所定値を比較的大きく設定した場合、スイッチング回数を少なくできる。一方、前記所定値を比較的小さく設定した場合、スイッチング回数は多くなる。さらに、前記所定値を０に設定した場合、バッテリ８０の電圧値が０より大きな、如何なる値であっても、出力部３０からは第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成されるパルス波が出力される。
【００４６】
上述した電動機システム５は、本実施形態による電動機制御装置１０とモータ１０とを備えている。電動機制御装置１０は、モータ１０の入力部５０に生じるサージ電圧を抑制することができる。よって、電動機システム５では、Ｕコイル１１、Ｖコイル１２およびＷコイル１３の巻線間の放電を抑えることができ、モータ１０の絶縁性能を向上することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による電動機制御装置について、図４を用いて説明する。第２実施形態は、モータの入力部の電圧を検出可能な電圧検出手段をさらに備える点で、第１実施形態と異なる。
【００４８】
図４に示すように、第２実施形態では、電動機制御装置は、電圧検出手段としての電圧センサ９０を備えている。電圧センサ９０は、モータ１０の入力部５０と制御部７０のマイコン７１とを接続している。電圧センサ９０は、入力部５０の電圧を検出可能である。これにより、マイコン７１は、入力部５０の電圧を検出可能である。
【００４９】
本実施形態では、第１実施形態と同様、所定の条件を満たすとき（例えば「バッテリ８０の電圧値が所定値よりも大きい場合」）、オフ期間を挟む第１パルスと第２パルスとの２つのパルスで構成されるパルス波を出力部３０から出力する（図３（Ｅ）参照）。本実施形態では、電圧センサ９０による検出値に基づき、第１パルスの立ち上がりから第２パルスの立ち上がりまでの所定の期間、および、第１パルスのパルス幅を適宜調節することを特徴とする。
【００５０】
例えば、マイコン７１は、電圧センサ９０により検出した電圧の最大値が所定の値よりも大きい場合、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅をその時点の値とは別の値に変更する。そして、再度、電圧センサ９０により入力部５０の電圧を検出し、検出した電圧の最大値が所定の値よりも大きい場合、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅をさらに別の値に変更する。このように、マイコン７１は、入力部５０の電圧の最大値（サージ電圧）が小さくなるよう、電圧センサ９０による検出値をフィードバックして前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅を設定する。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態では、モータ１０の入力部５０に生じるサージ電圧を抑制するために、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅を予め設定しておく必要がなく、これらの値はフィードバックにより適宜調整される。つまり、事前に、モータ１０および接続部４０の特性を試験等により調べ、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅を設定しておく必要がない。また、モータ１０の使用中、何らかの原因により前記特性が変化しても、前記所定の期間の長さ、および、第１パルスのパルス幅は、入力部５０に生じるサージ電圧を抑制するのに最適な値に調整される。
【００５２】
（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、出力部が出力する、第１パルスの立ち上がりから第２パルスの立ち上がりまでの所定の期間は、「入力部のリンギング周期の１／２に対応する長さ」とは異なる長さに設定されていてもよい。前記所定の期間が「入力部のリンギング周期の１／２に対応する長さ」とは異なる長さであっても、第１パルスによるリンギング波の位相と第２パルスによるリンギング波の位相とがずれていれば、電動機の入力部に生じるサージ電圧を抑制することは可能である。
【００５３】
上述の実施形態の説明では、モータを、車両の車輪を回転駆動させるための電動機として使用し、電動機制御装置により前記モータの駆動を制御する例を示した。ここで、前記モータは、外力により回転することで発電する発電機として機能してもよい。
【００５４】
本発明は、Ｙ結線のモータに限らず、Δ結線のモータにも適用することができる。
また、本発明は、３相モータに限らず、３相以外の相で駆動するモータにも適用することができる。
また、本発明は、車両の車輪を回転駆動させるためのモータに限らず、電動パワーステアリング装置に用いられるモータ、エアコンのコンプレッサに用いられるモータ等、種々のモータに適用することができる。
【００５５】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１：電動機制御装置、１０：モータ（電動機）、１１、１２、１３：コイル（巻線）、１８：巻線組、２０：インバータ部（電力変換器）、２１〜２３：ＩＧＢＴ（高電位側スイッチング素子）、２４〜２６：ＩＧＢＴ（低電位側スイッチング素子）、２７〜２９：スイッチング素子対、３０〜３３：出力部、４０：接続部、４１〜４３：ケーブル（接続部）、５０〜５３：入力部、７０：制御部（パルス波生成手段）、７１：マイコン（制御部）、７２：駆動回路（制御部）、８０：バッテリ（電源）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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