(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源からの直流電圧を平滑コンデンサにより平滑してインバータに供給し、インバータの上側及び下側のトランジスタのスイッチング動作を制御して所定の交流電流をモータコイルに出力する電源回路において、上記主電源を遮断する際に、イグニションスイッチがオフされたことを検出した時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルスを徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルに流して消費させるようにしたことを特徴とする電源回路の遮断方法。
【請求項２】
主電源からの直流電圧を平滑する平滑コンデンサと、インバータの上側及び下側のトランジスタから構成される各アームのスイッチング動作を制御する制御装置とを備え、所定の交流電流をモータコイルに出力する電源回路において、上記主電源の遮断時に、上記制御装置により、イグニションスイッチがオフされたことを検出し、この時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルス幅を徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルヘ流して消費させるようにしたことを特徴とする電源回路。
【請求項３】
制御装置は、主電源の遮断時に、上記オン状態のトランジスタに所定の電流を流すように上記トランジスタを制御するようにしたことを特徴とする請求項２記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主電源からの直流電圧を平滑コンデンサにより平滑してインバータに供給し、インバータから所定の交流電流をモータのステータコイルに出力する電源回路とその遮断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車などにおいては、バッテリからの直流電圧をインバータで所定の交流電流に変換し、モータを駆動している。そして、アクセル操作等に応じて、インバータ内のトランジスタのスイッチング動作を制御し、上記モータの出力トルクを制御している。このような制御を行うためには、インバータに供給される直流電圧の変動を抑制することが必要であり、通常平滑コンデンサを利用して、主電源（バッテリ）から供給される直流電圧の変動を抑制している。
【０００３】
一方、点検整備などの主電源の遮断時において、平滑コンデンサに蓄積電荷が残留している状態は好ましくない。そこで、実開平３−１１３９３号公報では、ホーロー抵抗等の大きな体積を持つ耐熱性の放電用抵抗を設け、主電源の遮断時に平滑コンデンサの両電極間をこの放電用抵抗で接続し、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を消費するようにしている。
また、特開平９−２０１０６５号公報には、インバータ内に放電専用回路を設けて、平滑コンデンサに蓄積された電荷をスイッチング用のトランジスタに流して消費する技術が開示されている。これは、図４に示すように、インバータの少なくとも１つのアームにおいて、上側のトランジスタ１のゲートに接続される抵抗を切換えるスイッチＳを設け、主電源の遮断時に上記スイッチＳを操作して、上記トランジスタ１のゲートに接続される抵抗を小さな抵抗Ｒｌから大きな抵抗Ｒ２に切り換えるとともに、上側のトランジスタ１の制御用トランジスタＴｒ１と、下側トランジスタ４の制御用トランジスタＴｒ３とをともにオン状態として、上記トランジスタ１，４をオン状態とし、平滑コンデンサ１３の蓄積電荷が、トランジスタ１，４を介し流れ消費されるようにしたものである。このとき、上記トランジスタ１における電流（コレクタ電流）は、そのゲートに印加される電圧を上記大きな抵抗Ｒ２により制限しているので、トランジスタ１の活性領域の所定値に抑制することができる。
このように、主電源の遮断時において、放電用の抵抗による放電または、放電専用回路による放電によって、平滑コンデンサに蓄積された電荷を放電することにより、回路の電源ラインがいつまでも高電圧に維持されるのを防止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気自動車等では、十分な出力トルクを得るために、かなりの高電圧の主電源（バッテリ）が採用され、この電圧を一定に維持するために、平滑コンデンサも大きな容量のものが用いられている。このような大容量の平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費するためには、放電用抵抗を使用する場合であれば、放電用抵抗の体積が更に大きくなり、回路が全体として大型になり、また製造コストも高くなってしまうという問題点があった。
また、放電専用回路を使用する場合でも、放電専用回路の占有面積だけ回路の規模が大きくなり、コストも高くなってしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、主電源の遮断時に、放電用抵抗や放電専用回路を用いることなく、平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費することのできる電源回路と電源回路の遮断方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の電源回路の遮断方法は、主電源を遮断する際に、イグニションスイッチがオフされたことを検出した時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルス幅を徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルに流して消費させるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の電源回路は、主電源の遮断時に、インバータの上側及び下側のトランジスタから構成される各アームのスイッチング動作を制御する制御装置により、イグニションスイッチがオフされたことを検出し、この時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルス幅を徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルヘ流して消費させるようにしたものである。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の電源回路は、主電源の遮断時に、上記オン状態のトランジスタに流す電流を所定の値に制御するようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係わるモータシステムの構成を示す回路図で、主電源であるバッテリ１２は、インバータ１０を介してモータ１４に接続されている。インバータ１０は、スイッチング用のトランジスタ１，３，５から成る上側トランジスタ８と、スイッチング用のトランジスタ２，４，６から成る下側トランジスタ９のそれぞれの直列接続からなる３本のアーム（１−４，２−５，３−６）を有し、制御装置１１により、所定のトランジスタ１〜６の各ゲート電圧を制御し、トランジスタ１〜６をスイッチングモード順にオン・オフさせることによって、モータ１４のステータコイル１４ｕ，１４ｖ，１４ｗに三相の交流電流を順次供給し、モータ１４の図示しないロータを回転させる。
例えば、電圧形ＰＷＭインバータのスイッチングモードは、図２に示すように、各相につき、同一アームの上側トランジスタ８と下側トランジスタ９のどちらかのトランジスタ１〜６がオンしているかにより各２通りであるため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相で８通りとなる。モータ１４の駆動時には、インバータ１０は、この８通りのスイッチングモードを順次切換えて、６０度ずつ位相がずれたステップ的に回転するベクトルで表わされるインバータ電圧をモータ１４のステータコイル１４ｕ，１４ｖ，１４ｗに出力する。なお、上記各トランジスタ１〜６は、ＩＧＢＴ（  Insulated  Gate  Bipolar  Transistor  ）で構成されており、それぞれのコレクタ−エミッタ間には逆起電流を流すためのフィードバックダイオード７が接続されている。
また、制御装置１１には、トルク指令や回転センサ１５からのモータ１４の回転数などの情報が供給され、制御装置１１はこれらの情報に基づいて、トランジスタ１〜６のスイッチング動作を制御し、モータ１４の駆動を制御する。なお、本例では、電流センサ１７を設け、インバータに流れる電流を検出し、検出結果の信号を上記制御装置１１に供給している。
更に、インバータ１０の電源・アース間には、平滑コンデンサ１３が接続され、バッテリ１２から供給される直流電圧の変動を抑制している。また、メインスイッチ１６は、電気自動車のイグニッションスイッチのオフにより、バッテリ１２をインバータ１０から切離すものである。
【００１０】
次に、動作について説明する。電気自動車のイグニッションスイッチ（図示せず）がオフされた場合、制御装置１１は、トランジスタ１〜６を、上側トランジスタ８と下側トランジスタ９がともにオンしているスイッチングモードｂ〜ｇのいずれかに固定した後、メインスイッチ１６をオフして平滑コンデンサ１３の放電準備に入る。例えば、図３に示すように、スイッチングモードがａのときイグニッションスイッチがオフされたとすると、制御装置１１は、制御区間Ａにおいて、スイッチングモードをｂへ切換えて固定するとともに、上記スイッチングモードｂを記憶する。すなわち、イグニッションスイッチがオフ時には、トランジスタ１がオフで、トランジスタ６，２がオン状態にあるので、制御装置１１は、トランジスタ６，２をオン状態に保持するとともに、トランジスタ１のスイッチングのパルス幅を徐々に増加させてトランジスタ１をオン状態にする。このとき、トランジスタ１と同一アームであるトランジスタ４のスイッチングのパルス幅は徐々に減少し、トランジスタ４はオフ状態となる。制御装置１１は、メインスイッチ１６のオフ後、記憶したスイッチングモードｂのトランジスタ１，６，２に、平滑コンデンサ１３の放電電流が流れるようにゲート電圧を与え、上記トランジスタ１，６，２に流れるコレクタ電流を制御する。したがって、平滑コンデンサ１３の蓄積電荷は、インバータ１０を介しモータ１４のステータコイル１４ｕ，１４ｖ，１４ｗにて消費される。ここで、平滑コンデンサ１３の放電時間は、上記トランジスタ１，６，２のゲート電圧を調整することにより、適宜設定することができる。なお、インバータに流れる電流、すなわち、電流センサ１７の検出電流が０になったとき、所定の放電が終了したものとして、トランジスタ１，６，２をオフし放電処理を終了する。
また、制御装置１１は、自分自身で電源オン・オフの制御を行うため、トランジスタ１〜６のスイッチングモードを車両停止直前に固定することで、放電中のモータ１４の回転を防止している。
【００１１】
このように、本実施の形態によれば、主電源であるバッテリ１２の遮断時に、インバータ１０のスイッチングモードを、上側のトランジスタ８と下側のトランジスタ９とがともにオンしているスイッチングモード（ｂ〜ｇ）の一つに固定するよう各トランジスタ１〜６を制御し、平滑コンデンサ１３の放電電流をモータ１４のステータコイル１４ｕ，１４ｖ，１４ｗヘ流すようにしたので、放電用抵抗や放電専用回路を用いることなく平滑コンデンサ１３に蓄積された電荷を短時間で消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。なお、放電時のスイッチングモードは、同一モードに固定されているので、モータ１４は回転せず、車両が動き出すことはないので、安全である。
【００１２】
なお、上記実施の形態では、放電の終了の判定は、電流センサ１７の検出電流により行ったが、平滑コンデンサ１３の両端子電圧を監視することにより判定しても良い。また、上記例ではトランジスタ１〜６としてＩＧＢＴを用いたが、ＩＰＭ（  Intelligent  Power  Modules  ）等の電力用半導体デバイスを用いてもよい。また、上記実施の形態では、電圧形ＰＷＭインバータによるインバータの制御について説明したが、他のインバータ制御でもよい。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、主電源を遮断する際に、イグニションスイッチがオフされたことを検出した時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルス幅を徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルに流して消費させるようにしたので、例えば、放電用抵抗や放電専用回路を用いることなく平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明によれば、主電源の遮断時に、インバータの上側及び下側のトランジスタから構成される各アームのスイッチング動作を制御する制御装置により、イグニションスイッチがオフされたことを検出し、この時点で上記トランジスタのスイッチングモードを記憶し、このスイッチングモードが上側または下側のトランジスタのみオンしているスイッチングモードである場合には、トランジスタがオフしている側のトランジスタのうちの特定のトランジスタのスイッチングのパルス幅を徐々に増加させて上記特定トランジスタをオンさせ、この特定トランジスタと同一アームにある別のトランジスタは逆にスイッチングのパルス幅を徐々に減少させてオフさせ、上記平滑コンデンサに蓄積された電荷を上記モータコイルヘ流して消費させるようにしたので、放電用抵抗や放電専用回路を用いることなく、かつ安全に、平滑コンデンサに蓄積された電荷を短時間で消費することができ、回路の小型化、低コスト化を達成することができる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明によれば、主電源の遮断時に、上記オン状態のトランジスタに流す電流を所定の値に制御するようにしたので、平滑コンデンサの放電時間の設定を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態に係わるモータシステムの構成を示す回路図である。
【図２】  インバータのスイッチングモードを示す図である。
【図３】  本実施の形態に係わる電源回路の遮断時の動作を示すタイムチャートである。
【図４】  従来の電源回路における放電専用回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１〜６  トランジスタ、７  ダイオード、８  上側トランジスタ、
９  下側トランジスタ、１０  インバータ、１１  制御装置、１２  バッテリ、
１３  平滑コンデンサ、１４  モータ、１５  回転センサ、
１６  メインスイッチ、１７  電流センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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