(57)【要約】【課題】  放電抵抗器などの放電回路を設けず、車体に衝撃を与えずにコンデンサーを放電する。【解決手段】  ＤＣリンクコンデンサーＣ２の両端電圧Ｖdcを検出し、イグニッションオフ後に、ＤＣリンクコンデンサーＣ２の両端電圧Ｖdcが所定電圧Ｖ１以下になるまでは、コンバーター２によりＤＣリンクコンデンサーＣ２の残留電荷をバッテリーＢに供給して放電させ、ＤＣリンクコンデンサーＣ２の両端電圧Ｖdcが所定電圧Ｖ１以下になった後は、モーターコントローラー５のベクトル制御によりモーターＭに励磁分電流ｉdを流してＤＣリンクコンデンサーＣ２の残留電荷を放電させる。【選択図】  図２
2006187085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力入力側にコンデンサーを備え、入力した直流電力を交流電力に変換してモーターに供給するとともに、モーターに誘起した交流電力を直流電力に逆変換して回生するインバーターと、
直流電源の電圧を昇圧して前記インバーターへ直流電力を供給するとともに、前記インバーターの回生直流電力を降圧して前記直流電源へ供給するコンバーターと、
前記インバーターのベクトル制御を行い、前記モーターに流れる電流を励磁分電流とトルク分電流に分けて制御するベクトル制御回路とを備えたインバーター装置のコンデンサー放電回路であって、
前記コンデンサーの両端電圧を検出する電圧センサーと、
イグニッションオフ後に、前記電圧センサーの検出電圧が所定電圧以下になるまでは、前記コンバーターにより前記コンデンサーの残留電荷を前記直流電源に供給して放電させ、前記電圧センサーの検出電圧が前記所定電圧以下になった後は、前記ベクトル制御回路により前記モーターに励磁分電流を流して前記コンデンサーの残留電荷を放電させる放電制御回路とを備えることを特徴とするインバーター装置のコンデンサー放電回路。
【請求項２】
請求項１に記載のインバーター装置のコンデンサー放電回路において、
前記所定電圧を、前記インバーターにより前記コンデンサーの残留電荷の放電を開始したときに、前記モーターへトルク分電流が流れても前記モーターの発生トルクにより車体に衝撃が発生しない電圧を設定することを特徴とするインバーター装置のコンデンサー放電回路。
【請求項３】
直流電力入力側にコンデンサーを備え、入力した直流電力を交流電力に変換してモーターに供給するとともに、モーターに誘起した交流電力を直流電力に逆変換して回生するインバーターと、
直流電源の電圧を昇圧して前記インバーターへ直流電力を供給するとともに、前記インバーターの回生直流電力を降圧して前記直流電源へ供給するコンバーターと、
前記インバーターのベクトル制御を行い、前記モーターに流れる電流を励磁分電流とトルク分電流に分けて制御するベクトル制御回路とを備えたインバーター装置のコンデンサー放電方法であって、
前記コンデンサーの両端電圧を検出し、イグニッションオフ後に、前記コンデンサーの両端電圧が所定電圧以下になるまでは、前記コンバーターにより前記コンデンサーの残留電荷を前記直流電源に供給して放電させ、前記コンデンサーの両端電圧が前記所定電圧以下になった後は、前記ベクトル制御回路により前記モーターに励磁分電流を流して前記コンデンサーの残留電荷を放電させることを特徴とするインバーター装置のコンデンサー放電方法。
【請求項４】
請求項３に記載のインバーター装置のコンデンサー放電方法において、
前記所定電圧を、前記インバーターにより前記コンデンサーの残留電荷の放電を開始したときに、前記モーターへトルク分電流が流れても前記モーターの発生トルクにより車体に衝撃が発生しない電圧を設定することを特徴とするインバーター装置のコンデンサー放電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバーターの直流電源側に設置されたコンデンサーの放電回路および放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバーターの直流電源側に設置されたコンデンサーの残留電荷を、インバーターを介してモーターへｄ軸電流（励磁分電流）を流して放電させるようにしたインバーターのコンデンサー放電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、バッテリーとインバーターとの間にコンバーターを設置し、バッテリー電圧を昇圧してインバーターへ供給するとともに、インバーターからの回生電圧を降圧してバッテリーへ供給するインバーターにおいて、インバーターの直流電源側に設置されたコンデンサーの残留電荷をコンバーターを介してバッテリーへチャージバックし、コンデンサーの両端電圧が基準値以下になったら、コンデンサーと並列に接続された放電抵抗器へ残留電荷を流して放電させるようにした放電装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開平０９−０７０１９６号公報、
【特許文献２】特開２００４−１９４４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した前者の放電装置では、モーターの初期位相が確定していない場合には、ｄ軸電流（励磁分電流）の他にｑ軸電流（トルク分電流）が流れてしまい、モーターに瞬間的にトルクが発生して車体に衝撃が加わることがある。
また、上述した後者の放電装置では、インバーターの高圧直流電源側に放電抵抗器を含む高圧放電回路を設置しなければならず、回路が煩雑になって装置が大型になってしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
直流電力入力側にコンデンサーを備え、入力した直流電力を交流電力に変換してモーターに供給するとともに、モーターに誘起した交流電力を直流電力に逆変換して回生するインバーターと、直流電源の電圧を昇圧してインバーターへ直流電力を供給するとともに、インバーターの回生直流電力を降圧して直流電源へ供給するコンバーターと、インバーターのベクトル制御を行い、モーターに流れる電流を励磁分電流とトルク分電流に分けて制御するベクトル制御回路とを備えたインバーター装置において、コンデンサーの両端電圧を検出し、イグニッションオフ後に、コンデンサーの両端電圧が所定電圧以下になるまでは、コンバーターによりコンデンサーの残留電荷を直流電源に供給して放電させ、コンデンサーの両端電圧が所定電圧以下になった後は、ベクトル制御回路によりモーターに励磁分電流を流してコンデンサーの残留電荷を放電させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、インバーターの直流電力入力側にコンデンサーの放電抵抗器を含む放電回路を設ける必要がなく、車体への衝撃を抑制しながら短時間でコンデンサーを放電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本願発明のインバーターのコンデンサー放電装置を電気自動車（ＥＶ）のインバーターに適用した一実施の形態を説明する。なお、本願発明は電気自動車のインバーターに限定されず、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）のインバーターをはじめ、昇降圧コンバーターを備えたあらゆるインバーターに適用することができる。
【０００９】
図１は一実施の形態の構成を示す図である。安全器１はリレーＲｙ１，Ｒｙ２を備え、バッテリーＢとその負荷、すなわちコンバーター２、インバーター３およびモーターＭとを断接する。コンバーター２はコンデンサーＣ１、リアクトルＬ１およびスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を備え、スイッチング素子Ｑ２をオン、オフすることによってバッテリーＢの電圧を昇圧してインバーター３へ供給するとともに、スイッチング素子Ｑ１をオン、オフすることによってインバーター３の直流電源母線ＰとＮ（以下、ＤＣリンクと呼ぶ）の電圧（以下、ＤＣリンク電圧と呼ぶ）Ｖdcを降圧してバッテリーＢへ供給する。
【００１０】
コンバーター２のコンデンサーＣ１は、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をオン、オフしたときに、バッテリーＢの内部抵抗による両端電圧の変動を抑制するための電源電圧平滑用として用いられる。なお、この一実施の形態ではトランジスターとダイオードを逆並列に接続したスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を例に上げて説明するが、トランジスターの代わりにＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスターなどを用いてスイッチング素子を構成してもよい。
【００１１】
インバーター３はコンデンサーＣ２とスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を備え、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をオン、オフすることによって、コンバーター２から供給された直流電力を交流電力に変換してモーターＭに供給するとともに、モーターＭに誘起した交流電力を直流電力に逆変換してコンバーター２を介してバッテリーＢへ回生する。インバーター３のＤＣリンクに設置されるコンデンサー（以下、ＤＣリンクコンデンサーと呼ぶ）Ｃ２は、コンバーター２からの直流電源の平滑用として用いられる。
【００１２】
なお、この一実施の形態ではモーターＭに三相同期電動機を用いた例を示す。また、この一実施の形態ではトランジスターとダイオードを逆並列に接続したスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を例に上げて説明するが、トランジスターの代わりにＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスターなどを用いてスイッチング素子を構成してもよい。
【００１３】
コンバーターコントローラー４はＣＰＵ、メモリ、通信回路などから構成され、コンバーター２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン、オフして昇降圧動作を制御する。スイッチング素子Ｑ１をオフしたままスイッチング素子Ｑ２のオン、オフを繰り返すと、オン・デューティーに応じてバッテリーＢの直流電圧を昇圧し、ＤＣリンクコンデンサーＣ２およびインバーター３へ直流電力を供給する。一方、スイッチング素子Ｑ２をオフしたままスイッチング素子Ｑ１のオン、オフを繰り返すと、オン・デューティーに応じてインバーター３のＤＣリンク電圧Ｖdcを降圧し、バッテリーＢへ供給して充電する。コンバーターコントローラー４には、インバーター３のＤＣリンク電圧Ｖdcを検出する電圧センサーＶＳが接続される。
【００１４】
モーターコントローラー５はＣＰＵ、メモリ、通信回路などから構成され、インバーター３のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をオン、オフして電力変換動作を制御する。モーターコントローラー５は、モーターＭの回転軸に連結されるパルスセンサーＰＳからの信号に基づいてモーターＭの磁極位置θmと回転速度Ｎmを検出するとともに、電流センサーＣＴによりインバーター３の三相交流Ｕ、Ｖ、Ｗの出力電流ｉu、ｉv、ｉwを検出し、後述する車両コントローラー６からのトルク指令Ｔ＊にしたがってインバーター３のベクトル制御を行う。すなわち、モーターＭに流れる三相交流電流を、モーター内部に磁束を生成するための励磁分電流（ｄ軸電流）ｉdと、モータートルクを発生させるためのトルク分電流（ｑ軸電流）ｉqとに分けて制御する。
【００１５】
このベクトル制御については周知であり、詳細な説明を省略するが、モーターＭに励磁分電流（ｄ軸電流）ｉdを流した上でトルク分電流（ｑ軸電流）ｉqを流すと、モーターＭがトルクを発生して回転する。トルク分電流ｉqを０にし、励磁分電流ｉdだけを流してもモーターＭにトルクは発生しない。
【００１６】
車両コントローラー６はＣＰＵ、メモリ、通信回路などから構成され、コンバーターコントローラー４とモーターコントローラー５を制御してモーターＭの回転速度およびトルクを制御するとともに、後述する制御プログラムを実行してＤＣリンクコンデンサーＣ２の放電制御を行う。車両コントローラー６にはイグニッションスイッチ７、アクセルセンサー８、車速センサー９などが接続される。イグニッションスイッチ７はイグニッションキーがＯＮ位置またはSTART位置に設定されるとオンし、ＯＦＦ位置に設定されるとオフする。アクセルセンサー８はアクセルペダル（不図示）の踏み込み量を検出する。また、車速センサー９は車両の走行速度Ｖspを検出する。
【００１７】
図２(ａ)は車両コントローラー６で実行する放電制御プログラムを示すフローチャート、図２(ｂ)はコンバーターコントローラー４で実行するコンバーター制御プログラムを示すフローチャート、図２(ｃ)はモーターコントローラー５で実行するモーター制御プログラムを示すフローチャートである。これらのフローチャートにより、一実施の形態のＤＣリンクコンデンサーＣ２の放電動作を説明する。
【００１８】
車両コントローラー６は所定時間ごとに図２(ａ)に示す放電制御プログラムを実行する。ステップ１においてイグニッションスイッチ７がオフしたか否かを確認し、オフしたらステップ２へ進む。ステップ２では車速センサー９により検出した車速Ｖspを停止判定基準値Ｖ１と比較し、車速Ｖspが基準値Ｖ１以下に低下したら車両が停止した判定する。イグニッションオフと車両の停止が確認されたら、ＤＣリンクコンデンサーＣ２の放電制御を開始する。
【００１９】
まず、ステップ３においてコンバーターコントローラー４とモーターコントローラー５にシステム停止要求を送信する。コンバーターコントローラー４はシステム停止要求を受信するとコンバーター２の昇降圧動作を停止し、システム停止完了を車両コントローラー６へ送信する（不図示）。また、モーターコントローラー５はシステム停止要求を受信するとインバーター３の電力変換動作を停止し、システム停止完了を車両コントローラー６へ送信する（不図示）。
【００２０】
車両コントローラー６は、ステップ４でコンバーターコントローラー４とモーターコントローラー５からシステム停止完了通知の受信を確認する。システム停止完了通知を受信したらステップ５へ進み、コンバーターコントローラー４へチャージバック要求を送信する。チャージバックとは、コンデンサーＣ２の両端電圧、すなわちＤＣリンク電圧Ｖdcを下げるために、ＤＣリンクコンデンサーＣ２の残留電荷をコンバーター２を介してバッテリーＢへ回生し、バッテリーＢを充電することである。
【００２１】
チャージバック要求を受信したコンバーターコントローラー４は、ステップ１１でチャージバックを実行する。すなわち、コンバーター２のスイッチング素子Ｑ２をオフしたまま、スイッチング素子Ｑ１のオン、オフを繰り返し、ＤＣリンクコンデンサーＣ２の残留電荷をバッテリーＢへ回生し、ＤＣリンク電圧Ｖdcを下げる。続くステップ１２で電圧センサーＶＳによりＤＣリンク電圧Ｖdcを検出し、ＤＣリンク電圧Ｖdcが所定電圧Ｖ１以下まで低下したか否かを確認する。
【００２２】
この一実施の形態では、イグニッションオフ後にＤＣリンクコンデンサーＣ２の残留電荷を放電してＤＣリンク電圧Ｖdcを低減するために、ＤＣリンク電圧Ｖdcが所定電圧Ｖ１以下に低下するまではコンバーター２によりコンデンサーＣ２の残留電荷をバッテリーＢへ回生して放電し、それ以降は、インバーター３によりモーターＭにｄ軸電流（励磁分電流）ｉdを流してコンデンサーＣ２の残留電荷を放電する。
【００２３】
コンバーター２による放電からインバーター３による放電へ切り替える際の、切り替え条件となるＤＣリンク電圧Ｖdcの所定電圧Ｖ１［Ｖ］は、次のようにして決定する。上述したように、モーターＭにｑ軸電流（トルク分電流）ｉqを流さない限り、ｄ軸電流をいくら流してもモーターＭにトルクは発生しない。ところが、モーターコントローラー５によるインバーター３のベクトル制御では、パルスセンサーＰＳからの磁極位置θmの信号に基づいてモーターＭの初期位相が確定するまでの間は、ベクトル制御が完全に機能していないためにｑ軸電流ｉqが流れる可能性がある。そうすると、モーターＭにトルクが発生して回転し、車両が動くか、動かないまでも車体に衝撃を与えることになる。
【００２４】
そこで、この一実施の形態では、コンバーター２による放電からインバーター３による放電に切り替えたときに、ベクトル制御の遅れによりインバーター３からモーターＭにｑ軸電流ｉqが流れた場合でも、車両が動かず、また、車体に加わる衝撃も乗員に不快感を感じさせない十分に低い程度となるような切り替え条件、すなわちＤＣリンク電圧Ｖdcの所定電圧Ｖ１を決定する。
【００２５】
ＤＣリンクコンデンサーＣ２の放電によってＤＣリンク電圧Ｖdcが所定電圧Ｖ１以下にまで低下したら、コンバーターコントローラー４は、ステップ１３でコンバーター２のチャージバック動作を停止し、車両コントローラー６にチャージバック終了を通知する。
【００２６】
車両コントローラー６は、コンバーターコントローラー４からチャージバック終了通知を受信すると、ステップ６で安全器１のリレーＲy１、Ｒy２をオフし、バッテリーＢをコンバーター２およびインバーター３から解放する。安全器１をオフした後、ステップ７でモーターコントローラー５へＤＣリンクコンデンサーＣ２の放電要求を出力する。
【００２７】
放電要求を受信したモーターコントローラー５は、ステップ２１でインバーター３のベクトル制御を行ってモーターＭにｄ軸電流ｉdを流し、ＤＣリンクコンデンサーＣ２の残留電荷を放電する。続くステップ２２で電圧センサーＶＳによりＤＣリンク電圧Ｖdcを検出し、ＤＣリンク電圧Ｖdcが所定電圧Ｖ２以下まで低下したか否かを確認する。
【００２８】
ここで、所定電圧Ｖ２は、上記所定電圧Ｖ１よりも低い電圧であり、ＤＣリンクコンデンサーＣ２が実質的に放電完了したとみなせる、感電のおそれのない安全な電圧である。ＤＣリンク電圧Ｖdcが所定電圧Ｖ２以下まで低下したらステップ２３へ進み、インバーター３による放電動作を停止し、車両コントローラー６へ放電終了を通知する。
【００２９】
車両コントローラー６は、モーターコントローラー５から放電終了通知を受信したら、ステップ８でＤＣリンクコンデンサーＣ２の放電完了を表示または音声により乗員に報知し、放電制御を終了する。
【００３０】
このように一実施の形態によれば、ＤＣリンクコンデンサーＣ２の両端電圧Ｖdcを検出し、イグニッションオフ後に、ＤＣリンクコンデンサーＣ２の両端電圧Ｖdcが所定電圧Ｖ１以下になるまでは、コンバーター２によりＤＣリンクコンデンサーＣ２の残留電荷をバッテリーＢに供給して放電させ、ＤＣリンクコンデンサーＣ２の両端電圧Ｖdcが所定電圧Ｖ１以下になった後は、モーターコントローラー５のベクトル制御によりモーターＭに励磁分電流ｉdを流してＤＣリンクコンデンサーＣ２の残留電荷を放電させるようにしたので、インバーター３の直流電力入力側にコンデンサーの放電抵抗器を含む放電回路を設ける必要がなく、車体への衝撃を抑制しながら短時間でコンデンサーを放電することができる。
【００３１】
また、一実施の形態によれば、所定電圧Ｖ１を、インバーター３によりＤＣリンクコンデンサーＣ２の残留電荷の放電を開始したときに、モーターＭへトルク分電流ｉqが流れてもモーターＭの発生トルクにより車体に衝撃が発生しない電圧を設定するようにしたので、インバーター３によるＤＣリンクコンデンサーＣ２の放電を開始したときに、インバーター３のベクトル制御が遅れてインバーター３からモーターＭへトルク分電流ｉqが流れた場合でも、車体に衝撃が加わって乗員に不快感を与えるのを防止することができる。
【００３２】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、ＤＣリンクコンデンサーＣ２がコンデンサーを、インバーター３がインバーターを、コンバーター２がコンバーターを、モーターコントローラー５がベクトル制御回路を、電圧センサーＶＳが電圧センサーを、車両コントローラー６が放電制御回路をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項との対応関係になんら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】一実施の形態の放電動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１  安全器
２  コンバーター
３  インバーター
４  コンバーターコントローラー
５  モーターコントローラー
６  車両コントローラー
７  イグニッションスイッチ
８  アクセルセンサー
９  車速センサー
Ｂ  バッテリー
Ｒy１、Ｒy２  リレー
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサー
Ｌ１  リアクトル
Ｑ１〜Ｑ８  スイッチング素子
Ｍ  モーター
ＶＳ  電圧センサー
ＰＳ  パルスセンサー
ＣＴ  電流センサー
【図１】
2006187085.tif 000003
【図２】
2006187085.tif 000004