(57)【要約】【課題】多相モータによる誘起電圧が、インバータのスイッチング素子の耐圧を超える可能性がある場合に、誘起電圧を抑制することができるインバータ制御装置及びインバータ制御方法を提供することを目的としている。【解決手段】インバータ制御装置１１０は、電流センサ１０７の出力信号に基づき相電流値を取得する相電流取得部１１１と、各相の相電流値の正負を判定する相電流値正負判定部１１２と、全相の相電流値の絶対値の和が所定値以下であるか否かを判定する相電流値ゼロ判定部１１３と、相電流値正負判定部１１２及び相電流値ゼロ判定部１１３の出力信号に基づいてインバータ１０１のスイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓに制御信号を出力するインバータ制御部１１４と、で構成され、三相導通状態時に、相電流値の正負から決定された相を遮断する部分相遮断を実行した後、全相遮断を実行することにより、直流母線の電圧の跳ね上がりを抑制する。【選択図】図1
2018082508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相モータに設けられるとともに、相電流を検出する相電流検出手段と、
前記相電流検出手段から相電流値を取得する相電流値取得手段と、
前記相電流値の各相の正負を判定する相電流値正負判定手段と、
前記相電流値の全相の絶対値の和が所定値以下であるか否かを判定する相電流値ゼロ判定手段と、
前記多相モータを駆動するインバータのスイッチング素子を制御するインバータ制御手段と、を備え、
前記インバータ制御手段は、
前記インバータの正極側の前記スイッチング素子と負極側の前記スイッチング素子のいずれか一方が導通されている場合において、
前記相電流値の正負に基づいて、遮断する相の前記スイッチング素子を決定するとともに、当該スイッチング素子を遮断し、さらに、全相の前記スイッチング素子の前記相電流値の絶対値の和が所定値以下となった場合に残りの相の前記スイッチング素子を遮断することを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
前記相電流検出手段は、前記多相モータの相電流を検出する電流センサであり、前記相電流値取得手段は、前記電流センサから前記相電流値を取得するものであることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記相電流検出手段は、前記多相モータのロータの回転角を検出する回転角センサであり、前記相電流値取得手段は、前記回転角から電気角を算出し、前記電気角に基づいて前記相電流値を取得するものであることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
正極側の前記スイッチング素子が導通されている場合には、前記相電流値が負の１相あるいは２相の前記スイッチング素子を遮断し、負極側の前記スイッチング素子が短絡されている場合には、前記相電流値が正の１相あるいは２相の前記スイッチング素子を遮断することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。
【請求項５】
多相モータを駆動するインバータの正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子のいずれか一方が導通されている場合において、前記多相モータの相電流値を取得し、取得された前記相電流値の正負に基づいて、遮断する相の前記スイッチング素子を決定するとともに、当該スイッチング素子を遮断し、さらに、全相の前記スイッチング素子の前記相電流値の絶対値の和が所定値以下となった場合に残りの相の前記スイッチング素子を遮断することを特徴とするインバータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、モータ制御装置に用いられる直流電流を交流電流に変換するインバータを制御するインバータ制御装置及びインバータ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド自動車の電動車両に搭載されて駆動用モータと接続されるインバータを用いた電力変換装置では、直流電源から供給されたモータ駆動用の直流電力を交流電力に変換したり、モータにより発生した交流電力を直流電源の充電用直流電力に変換したりする電力変換機能を有している。こうした電力変換機能を実現するために、電力変換装置では、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子が一般的に使用されている。このスイッチング素子は、予め定められた耐圧を超える電圧が印加されると耐圧破壊を起こして破損する可能性がある。そのため、スイッチング素子にかかる電圧が耐圧を超えないように対策を講じる必要がある。
【０００３】
そのため、モータとして永久磁石同期モータが搭載された電動車両の場合には、モータ回転数が上がるのに従ってロータに取り付けられている磁石によって生じる誘起電圧が上昇するので、電力変換装置には、この誘起電圧がスイッチング素子の耐圧を超えないように抑制する手段が設けられている。
【０００４】
そこで、スイッチング素子にかかる誘起電圧を抑制する方法として、例えば、特許文献１の永久磁石同期モータの駆動装置においては、三相交流インバータを有し、特に、回生時に誘起電圧によりスイッチング素子にかかる電圧が所定値以上である場合に、直流母線の高電圧側に接続された上アーム（正極側）のスイッチング素子と直流母線の低電圧側（負極側）に接続された下アームのスイッチング素子のいずれか一方をすべて導通（オン）状態とし、三相導通状態とすることでモータとインバータ間で電流を還流させて過電圧の抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８４７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の永久磁石同期モータの駆動装置では、三相導通状態においては、永久磁石同期モータは負荷となるため、モータの回転数が下がり、誘起電圧がスイッチング素子耐圧より十分に低くなった場合に、三相導通状態から上アームあるいは下アームのスイッチング素子を遮断（オフ）する全相遮断状態に移行する。このとき、図８に示すように、誘起電圧により直流母線の電圧が跳ね上がり、スイッチング素子耐圧を超えてしまう可能性があるという課題があった。
【０００７】
これは、三相導通中に永久磁石同期モータのコイルに流れる電流により磁気エネルギーが蓄えられ、三相導通状態から全相遮断状態へ切り替わる際に、磁気エネルギーが、スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードを通り電源側に放出されるが、この時流れる電流は瞬間的であり、高周波成分となるため、一般に高周波インピーダンスの小さいインバータ内部の平滑コンデンサに蓄電されることによるものである。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、多相モータによる誘起電圧が、インバータのスイッチング素子の耐圧を超える可能性がある場合に、スイッチング素子を保護するために、誘起電圧を抑制することができるインバータ制御装置及びインバータ制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、多相モータに設けられるとともに、相電流を検出する相電流検出手段と、前記相電流検出手段から相電流値を取得する相電流値取得手段と、前記相電流値の各相の正負を判定する相電流値正負判定手段と、前記相電流値の全相の絶対値の和が所定値以下であるか否かを判定する相電流値ゼロ判定手段と、前記多相モータを駆動するインバータのスイッチング素子を制御するインバータ制御手段と、を備え、前記インバータ制御手段は、前記インバータの正極側の前記スイッチング素子と負極側の前記スイッチング素子のいずれか一方が導通されている場合において、前記相電流値の正負に基づいて、遮断する相の前記スイッチング素子を決定するとともに、当該スイッチング素子を遮断し、さらに、全相の前記スイッチング素子の前記相電流値の絶対値の和が所定値以下となった場合に残りの相の前記スイッチング素子を遮断することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のインバータ制御方法は、多相モータを駆動するインバータの正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子のいずれか一方が導通されている場合において、前記多相モータの相電流値を取得し、取得された前記相電流値の正負に基づいて、遮断する相の前記スイッチング素子を決定するとともに、当該スイッチング素子を遮断し、さらに、全相の前記スイッチング素子の前記相電流値の絶対値の和が所定値以下となった場合に残りの相の前記スイッチング素子を遮断することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のインバータ制御装置及びインバータ制御方法によれば、三相導通状態から全相遮断状態に移行する際に、まず、上アーム及び下アームのスイッチング素子の内、導通されている方の三相のうち１相あるいは２相を遮断する部分相遮断を実行し、その後に、三相全てのスイッチング素子を遮断する全相遮断を実行することにより、三相導通中にモータに流れる電流を平滑コンデンサに流すことなく、永久磁石同期モータに還流させることで、全相遮断時に永久磁石同期モータの誘起電圧による直流母線電圧の跳ね上がりを抑制し、スイッチング素子の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインバータ制御装置を含むモータ制御システムの概略構成図である。
【図２】三相導通状態における電気角と相電流値との関係を示す図である。
【図３】実施の形態１に係るインバータ制御装置による１相のスイッチング素子が遮断された場合の相電流の変化の例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るインバータ制御装置による２相のスイッチング素子が遮断された場合の相電流の変化の例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るインバータ制御装置による直流母線電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１に係るインバータ制御装置による部分相遮断条件と遮断相との関係を示す図である。
【図７】実施の形態１に係るインバータ制御装置による三相導通状態から部分相遮断を経て全相遮断が実行された場合の相電流及び直流母線電圧の変動を示す図である。
【図８】従来の制御方法による三相導通状態から全相遮断が実行された場合の相電流及び直流母線電圧の変動を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るインバータ制御装置を含むモータ制御システムの概略構成図である。
【図１０】実施の形態２に係るインバータ制御装置による直流母線電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態２に係るインバータ制御装置による三相導通状態における電気角と相電流値の正負との関係を示す図である。
【図１２】実施の形態２に係るインバータ制御装置による部分相遮断と全相遮断条件における各相の相電流の電気角との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るインバータ制御装置を含むモータ制御システムの概略構成図であり、図２は、三相導通状態における電気角と相電流との関係を示す図である。図３は、三相導通状態において、１相のスイッチング素子が遮断された場合の相電流の変化の例を示す図であり、図４は、２相のスイッチング素子が遮断された場合の相電流の変化の例を示す図である。図５は、直流母線電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法を示すフローチャートである。図６は、部分相遮断条件と遮断相との関係を示す図である。また、図７は、三相導通状態から部分相遮断を経て全相遮断された場合の相電流及び直流母線電圧の変動を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、モータ制御システム１は、永久磁石同期モータ１００と、永久磁石同期モータ１００に三相の駆動電流を給電するインバータ１０１と、永久磁石同期モータ１００の三相それぞれの相電流を検出する相電流検出手段である電流センサ１０７と、インバータ１０１を制御するインバータ制御装置１１０と、インバータ１０１に直流電力を供給する直流電源１０６と、直流電源１０６とインバータ１０１とを通電接続する直流母線１０５と、直流母線１０５と接地の間に接続され、インバータ１０１の制御時に発生するサージ電圧の吸収や力行回生時の電源電圧を平滑化する平滑コンデンサ１０４と、で構成されている。
【００１５】
ここで、インバータ１０１は、上アーム（正極側）のスイッチング素子１０２ｓと下アーム（負極側）のスイッチング素子１０３ｓを対とする３組（三相分）と、これら各相のスイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓのそれぞれに逆並列に接続されたダイオード１０２ｄ，１０３ｄと、から構成されており、インバータ制御装置１１０により、各相のスイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓを導通／遮断（オン／オフ）制御することで、直流電源１０６から供給された直流電力が三相交流電力へ変換され、あるいは、回生時に永久磁石同期モータ１００で発生する三相交流電力が直流電力へ変換される。
【００１６】
また、図１に示すように、インバータ制御装置１１０は、電流センサ１０７からの出力信号に基づき相電流値を取得する相電流値取得部１１１と、相電流値取得部１１１から出力された各相の相電流値の正負を判定する相電流値正負判定手段である相電流値正負判定部１１２と、相電流値取得部１１１から出力された各相の相電流値の絶対値の和が所定値以下であるか否かを判定する相電流値ゼロ判定手段である相電流値ゼロ判定部１１３と、相電流値正負判定部１１２及び相電流値ゼロ判定部１１３の出力信号に基づいてインバータ１０１の上アームのスイッチング素子１０２ｓ及び下アームのスイッチング素子１０３ｓに導通／遮断の制御信号を出力するインバータ制御手段であるインバータ制御部１１４と、で構成されている。
【００１７】
まず、本実施の形態に係るインバータ制御装置１１０による直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法の動作の原理について説明する。
直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法は、三相導通状態
で流れている相電流を永久磁石同期モータ１００に還流させることにより、平滑コンデンサ１０４に電流が流れることを抑止するものである。直流母線１０５の電圧の跳ね上がりの抑制するインバータ１０１の制御の実行時は、前提として、永久磁石同期モータ１００による誘起電圧よりも直流母線１０５の電圧の方が高いため、相電流値が “０” （ゼロ）である定常状態においては、全相のスイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓを遮断しても平滑コンデンサ１０４には電流は流れない。しかし、定常状態に至る前においては、遮断時の全相のスイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓの相電流の位相によっては、相電流が流れることにより電圧降下が生じ、インバータ１０１の端子電圧は、直流母線１０５の電圧よりも大きくなり、平滑コンデンサ１０４には電流が流れる。
【００１８】
この平滑コンデンサ１０４に電流が流れる現象を抑止するには、ある相が遮断された際に、その相を流れる相電流値が“０”であればよい。ところで、各相のスイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓには、逆並列にダイオード１０２ｄ，１０３ｄが接続されているので、相電流がこのダイオード１０２ｄ，１０３ｄの順方向に流れている期間に、スイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓが遮断されても相電流値に変化は生じない。つまり、相電流がダイオード１０２ｄ，１０３ｄの順方向に流れている期間中に、スイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓを遮断すれば、次に相電流値が“０”になった後は、ダイオード１０２ｄ，１０３ｄにより相電流が阻止されるので、その状態が一定期間継続される。したがって、ダイオード１０２ｄ，１０３ｄの順方向に相電流が流れている期間に、スイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓを遮断することで、相電流値が“０”になった瞬間に遮断するのと同等の効果を得ることができる。
【００１９】
ところで、上アームの三相のスイッチング素子１０２ｓが導通されている場合には、ダイオード１０２ｄの順方向に相電流が流れる期間は、相電流値が負の場合であり、逆に、下アームの三相のスイッチング素子１０３ｓが導通されている場合には、ダイオード１０３ｄの順方向に相電流が流れる期間は、相電流値が正の場合である。ここで、三相導通状態では、インバータ１０１の上アームのスイッチング素子１０２ｓと下アームのスイッチング素子１０３ｓのいずれか一方が導通されている。したがって、以下においては、下アームの三相のスイッチング素子１０３ｓが導通されている場合について説明する。なお、上アームの三相のスイッチング素子１０２ｓが導通されている場合についても同様に考えることができる。
【００２０】
三相導通時には、永久磁石同期モータ１００から、図２に示すような三相交流の相電流が流れる。この時、常に三相のうち１相の相電流値は正であり、２相同時に相電流値が正となる期間が存在する。また、相電流値が正であれば、遮断されるスイッチング素子１０３ｓの相の数が異なっても同様の動作となる。したがって、１相のスイッチング素子１０３ｓを遮断する場合と、２相のスイッチング素子１０３ｓを同時、または共に相電流値が正である区間内で別々に遮断する場合とが存在する。このため、三相のスイッチング素子１０３ｓの内、始めに１相もしくは２相のスイッチング素子１０３ｓが遮断される部分相遮断が実行され、一定時間経過後に、残りの相のスイッチング素子１０３ｓが遮断される全相遮断が実行される。
【００２１】
図３は、部分相遮断において、１相のスイッチング素子が遮断された場合の相電流の変化の例を示す図である。
図３（ａ）は、図中に示すタイミングで、Ｕ相のスイッチング素子１０３ｓが遮断された場合の各相の相電流の波形である。この図に示すように、遮断後にＵ相の相電流値が“０”となった後は、他のＶ相、Ｗ相に電流が還流するため、このＶ相とＷ相の相電流値の絶対値は等しく、符号が逆となる。そして、一定時間経過後に、このＶ相とＷ相の相電流値がほぼ“０”となり、三相全ての相電流値が、ほぼ“０”となる時間が現れる。図３（ｂ）に示すように、この時間に、このＶ相及びＷ相のスイッチング素子１０３ｓを遮断し、全相遮断に移行することにより、平滑コンデンサ１０４に電流が流れることなく、全相遮断に移行することができる。
【００２２】
また、図４は、部分相遮断において、２相のスイッチング素子が遮断された場合の相電流の変化の例を示す図である。
図４（ａ）は、図中に示すタイミングで、Ｕ相とＶ相の２相のスイッチング素子１０３ｓが同時に遮断された場合の各相の相電流の波形である。図４（ａ）と同様に、遮断後にＵ相の相電流値が“０”となった後は、他のＶ相、Ｗ相に電流が還流するため、このＶ相とＷ相の相電流値の絶対値は等しく、符号が逆となる。そして、一定時間経過後に、このＶ相とＷ相の相電流値がほぼ“０”となり、三相全ての相電流値が、ほぼ“０”となる時間が現れる。図４（ｂ）に示すように、この時間に、Ｗ相のスイッチング素子１０３ｓを遮断し、全相遮断に移行することにより、平滑コンデンサ１０４に電流が流れることなく、全相遮断に移行することができる。
【００２３】
次に、本実施の形態１に係るインバータ制御装置１１０による直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、下アームのスイッチング素子１０３ｓが三相導通状態である場合について説明する。
このフローチャートは、インバータ制御部１１４により実行される三相導通状態から部分相遮断を経て全相遮断に移行する際の直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法の一例を示すものである。
【００２４】
このフローチャートでは、インバータ１０１のスイッチング素子１０３ｓが既に三相導通状態にあることを前提としている。直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制する制御方法が実行されると、最初に、永久磁石同期モータ１００が三相導通状態であるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。ここで、インバータ制御部１１４からインバータ１０１のスイッチング素子１０３ｓが三相導通状態であると判定された場合には、電流センサ１０７の出力信号から相電流値取得部１２１により相電流値が取得される（ステップＳ１０２）。
【００２５】
その後、ステップＳ１０３では、永久磁石同期モータ１００に電流を還流させるために、三相のうち１相あるいは２相のスイッチング素子１０３ｓが遮断される部分相遮断条件が成立しているか否かが判定される。この部分相遮断条件は、前述したように、上アームのスイッチング素子１０２ｓと下アームのスイッチング素子１０３ｓのどちらが三相導通状態であるか、そして部分的に遮断する相の数が１つか２つのどちらかであるか、の２つの要素で決定される。したがって、４通りの場合に分類することができる（図６を参照。）。
【００２６】
ここで、図６は、移行前の三相導通状態と部分相遮断条件との関係を示したものである。すなわち、三相導通状態（上アームのスイッチング素子１０２ｓか下アームのスイッチング素子１０３ｓのどちらが三相導通状態であるか。）により、始めに部分的に遮断する相の数（１相か、２相か。）に対応して、部分相遮断条件（各相の相電流値の正負）から遮断される相を記したものである。前述したように、４通りの場合が考えられるが、予め、遮断する相の数は、用途や目的により選択することができる。
【００２７】
ステップＳ１０３において、相電流値正負判定部１１２により、予め決められた遮断相数で相電流値が正であるか否か（なお、ここでは、下アームが三相導通の場合であるので、相電流値が正である相）を判定し、部分相遮断条件が成立していると判定された場合には、インバータ制御部１１４により、指定された相のスイッチング素子１０３ｓの遮断が実行され（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０１に戻る。また、部分遮断条件が成立していないと判定された場合には、そのままステップＳ１０１に戻る。本来、部分遮断条件は、スイッチング素子１０２ｓ，１０３ｓと逆並列に接続されているダイオード１０２ｄ，１０３ｄの順方向に電流が流れているかに基づき定めるべきであるが、本実施の形態では、電流センサ１０７の出力信号から相電流値正負判定部１１２にて相電流値の正負を判定し、相電流値の正負に基づき部分遮断条件を定めている。図６において、上アームが三相導通である場合と下アームが三相導通である場合とで部分遮断条件及び遮断相が異なるのは、上アームが三相導通である場合と下アームが三相導通である場合とでは、ダイオード１０２ｄ，１０３ｄの順方向と相電流値正負判定部１１２にて得られる相電流値の正負との関係が逆になるためである。なお、ここでは、インバータ１０１から永久磁石同期モ―タ１００に電流が流れる向きを正としている。
【００２８】
ステップＳ１０１において、三相導通状態ではないと判定された場合には、電流センサ１０７の出力信号から相電流値取得部１２１により相電流値が取得される（ステップＳ１０５）。さらに、ステップＳ１０６では、相電流値ゼロ判定部１１３により、相電流値が全相遮断に移行する全相遮断条件が成立しているか否かが判定される。この全相遮断条件とは、三相の相電流値が、“０”近傍であるか否かである。三相の相電流値が、“０”近傍であるか否かであるかの判定の一例として、具体的には、三相の相電流値の絶対値の和が所定値以下であるか否かを判定することが考えられる。ここで、三相の相電流値が、“０”近傍となる所定値としては、全相遮断しても、直流母線で生じる電圧の跳ね上がりがスイッチング素子１０３ｓに損傷を与えない値に設定しておけばよい。
【００２９】
この全相遮断条件が成立していると判定された場合には、インバータ制御部１１４により、インバータ１０１の全相のスイッチング素子１０３ｓの遮断（部分相遮断により遮断された相以外の残りの相の遮断）が実行され（ステップＳ１０７）、処理が終了される。また、この全相遮断条件が成立していないと判定された場合には、そのままステップＳ１０１に戻る。
【００３０】
図７は、実施の形態１に係るインバータ制御装置１１０により、直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制する制御方法において、三相導通状態から部分相遮断を経て全相遮断が実行された場合における三相の相電流（図７（ｂ））及び直流母線１０５で生じる電圧（図７（ａ））の変動を示す図である。図８は、従来の制御方法による三相導通状態から全相遮断が実行された場合における三相の相電流（図８（ｂ））及び直流母線１０５で生じる電圧（図８（ａ））の変動を示す図である。図７と図８を比較すると、本実施の形態によるインバータ１０１の制御方法では、直流母線１０５の電圧の跳ね上がりが観測されず、電圧の変動が抑制されていることが分かる。このことから、インバータ１０１のスイッチング素子１０３ｓを破損から保護することが可能となる。
【００３１】
このように、実施の形態１に係るインバータ制御装置では、三相導通状態から全相遮断を実行する際に、永久磁石同期モータに設けられた電流センサにより取得した相電流値の正負から遮断する相を決定し、部分相遮断を実行した後、全相遮断を実行することにより、直流母線の電圧の跳ね上がりを抑制することができ、インバータを構成するスイッチング素子を破損から保護することができるという顕著な効果がある。
【００３２】
実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係るインバータ制御装置を含むモータ制御システムの概略構成図である。実施の形態２に係るインバータ制御装置と実施の形態１に係るインバータ制御装置との相違点は、図１に示すように実施の形態１のインバータ制御装置１１０では、永久磁石同期モータ１００の三相それぞれの相電流を検出する相電流検出手段として電流センサ１０７が設けられているのに対して、図９に示すように実施の形態２のモータ制御システム２のインバータ制御装置１２０では、相電流検出手段として電流センサ１０７の替
わりに永久磁石同期モータ１００のロータの回転角度を検出する回転角センサ１０８が設けられ、相電流値取得部１２１は、回転角センサ１０８の出力信号に基づき電気角から相電流値を取得している点である。相電流値正負判定部１１２に相当する相電流値正負判定部１２２、相電流値ゼロ判定部１１３に相当する相電流値ゼロ判定部１２３を含む、モータ制御システム２の他の構成要素は、実施の形態１の図１と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
また、図１０は、直流母線電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法を示すフローチャートである。図１１は、三相導通状態における電気角と相電流値の正負との関係を示す図である。図１２は、部分相遮断と全相遮断条件における各相の電気角との関係を示す図である。
【００３４】
次に、本実施の形態２に係るインバータ制御装置１２０による直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、下アームのスイッチング素子１０３ｓが三相導通状態である場合について説明する。
このフローチャートは、インバータ制御部１２４により実行される三相導通状態から部分相遮断を経て全相遮断に移行する際の直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制するインバータの制御方法の一例を示すものである。図２は、三相導通状態における電気角と相電流値との関係を示す図である。
【００３５】
このフローチャートにおいても、インバータ１０１のスイッチング素子１０３ｓが既に三相導通状態にあることを前提としている。直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制する制御方法が実行されると、最初に、永久磁石同期モータ１００が三相導通状態であるか否かが判定される（ステップＳ２０１）。ここで、インバータ制御部１２４からインバータ１０１のスイッチング素子１０３ｓが三相導通状態であると判定された場合には、回転角センサ１０８の出力信号から相電流値取得部１２１により、ロータの回転角から電気角を算出し、この電気角に基づいて、図２に示す三相導通状態における電気角と相電流値との関係を用いて相電流値が取得される（ステップＳ２０２）。
【００３６】
その後、ステップＳ２０３では、永久磁石同期モータ１００に電流を還流させるために、三相のうち１相あるいは２相のスイッチング素子１０３ｓが遮断される部分相遮断条件が成立しているか否かが判定される。この部分相遮断条件は、実施の形態１の説明と同様である（図６を参照。）。なお、この部分相遮断条件の判定において、各相の相電流値の正負は、図１１に示す三相導通状態における電気角と相電流値の正負との関係を参照して求める。
【００３７】
ステップＳ２０３において、相電流値正負判定部１２２により、予め決められた遮断相数で相電流値が正であるか否か（なお、ここでは、下アームが三相導通の場合であるので、相電流値が正である相）を判定し、部分相遮断条件が成立していると判定された場合には、インバータ制御部１２４により、指定された相のスイッチング素子１０３ｓの遮断が実行され（ステップＳ２０４）、ステップＳ２０１に戻る。また、部分遮断条件が成立していないと判定された場合には、そのままステップＳ２０１に戻る。
【００３８】
ステップＳ２０１において、三相導通状態ではないと判定された場合には、回転角センサ１０８の出力信号から相電流値取得部１２１により、図２に示す三相導通状態における電気角θと相電流との関係を用いて、相電流値が取得される（ステップＳ２０５）。さらに、ステップＳ２０６では、相電流値ゼロ判定部１２３により、相電流値が全相遮断に移行する全相遮断条件が成立しているか否かが判定される。この全相遮断条件とは、三相の相電流値が、“０”近傍であるか否かである。三相の相電流値が、“０”近傍であるか否
かであるかの判定の一例として、具体的には、三相の相電流値の絶対値の和が所定値以下であるか否かを判定することが考えられる。すなわち、ここでは、三相の相電流値の絶対値の和が所定値以下となる相電流の電気角θが、所定の範囲内であるか否かを判定すればよい。ここで、三相の相電流値が、“０”近傍となる電気角θとしては、全相遮断しても、直流母線で生じる電圧の跳ね上がりがスイッチング素子１０３ｓに損傷を与えない値に設定しておけばよい。すなわち、実施の形態２では、電気角θが図１２に示す全相遮断条件を満たしていればよい。
【００３９】
ここで、図１２は、移行前の三相導通状態における部分相遮断と全相遮断条件との関係を示したものである。ここで、全相遮断条件としては、部分相遮断における遮断相の相電流の電気角θが、図１２に示す条件を満たせばよい。すなわち、図１２は、各相を遮断した場合に、三相の相電流値がゼロクロスする電気角θを示している。なお、図１２における幅αは、１５°程度である。実際には、実験的に決定すればよい。これは、図４に示すように、最初に２相遮断が実行された場合は、三相の相電流値がほぼ“０”となる期間が幅を持ち、その期間内に全相遮断に移行すればよいためである。
【００４０】
この全相遮断条件が成立していると判定された場合には、インバータ制御部１２４により、インバータ１０１の全相のスイッチング素子１０３ｓの遮断（部分相遮断により遮断された相以外の残りの相の遮断）が実行され（ステップＳ２０７）、処理が終了される。また、この全相遮断条件が成立していないと判定された場合には、そのままステップＳ２０１に戻る。
【００４１】
これにより、本実施の形態に係るインバータ制御装置１２０により、直流母線１０５の電圧の跳ね上がりを抑制する制御方法においても、実施の形態１の場合と同様、図７に示すように、三相導通状態から部分相遮断を経て全相遮断が実行された場合に直流母線１０５で生じる電圧の跳ね上がりが観測されず、電圧の変動を抑制することができる。このことから、インバータ１０１のスイッチング素子１０３ｓを破損から保護することが可能となる。
【００４２】
なお、この全相遮断において、図１２に示す全相遮断条件を厳密に満たす必要はなく、直流母線１０５の電圧の跳ね上がりが許容される範囲内であれば、電気角θが前後してもよい。
【００４３】
このように、実施の形態２に係るインバータ制御装置では、三相導通状態から全相遮断を実行する際に、永久磁石同期モータのロータの回転角における相電流値と電気角との関係から求めた相電流値の正負により遮断する相を決定し、部分相遮断を実行した後、全相遮断を実行することにより、実施の形態１と同様、直流母線の電圧の跳ね上がりを抑制することができ、インバータを構成するスイッチング素子を破損から保護することができるという顕著な効果がある。
【００４４】
なお、本発明のインバータ制御装置として、本実施の形態では、一つの直流電源に対して一つのインバータと永久磁石同期モータで構成する例を示したが、一つの直流電源に対して、複数のインバータと永久磁石同期モータを同一の直流母線に接続して構成することもできる。この場合には、図５のステップＳ１０１の条件にて、複数の永久磁石同期モータ及びインバータに対して順位付けを行い、個々に移行させることにより、全てを同時に切替える場合よりも直流母線の電圧の跳ね上がりを小さくすることができる。
【００４５】
また、本発明のインバータ制御装置において、インバータに使用されるスイッチング素子としてトランジスタやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を適用することができる。
【００４６】
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【００４７】
また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１，２  モータ制御システム、１００  永久磁石同期モータ、１０１  インバータ、１０２ｓ，１０３ｓ  スイッチング素子、１０２ｄ，１０３ｄ  ダイオード、１０４  平滑コンデンサ、１０５  直流母線、１０６  直流電源、１０７  電流センサ、１０８  回転角センサ、１１０，１２０  インバータ制御装置、１１１，１２１  相電流値取得部、１１２，１２２  相電流値正負判定部、１１３，１２３  相電流値ゼロ判定部、１１４，１２４  インバータ制御部
【図１】
2018082508.tif 000003
【図２】
2018082508.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年9月5日(2017.9.5)
【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】
多相モータに設けられるとともに、相電流を検出する相電流検出手段と、
前記相電流検出手段から相電流値を取得する相電流値取得手段と、
前記相電流値の各相の正負を判定する相電流値正負判定手段と、
前記相電流値の全相の絶対値の和が所定値以下であるか否かを判定する相電流値ゼロ判定手段と、
前記多相モータを駆動するインバータのスイッチング素子を制御するインバータ制御手段と、を備え、
前記インバータ制御手段は、
前記インバータの正極側の前記スイッチング素子と負極側の前記スイッチング素子のいずれか一方が導通されている場合において、
前記相電流値の正負に基づいて、遮断する相の前記スイッチング素子を決定するとともに、当該スイッチング素子を遮断し、さらに、全相の前記スイッチング素子の前記相電流値の絶対値の和が所定値以下となった場合に残りの相の前記スイッチング素子を遮断することを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
前記相電流検出手段は、前記多相モータの相電流を検出する電流センサであり、前記相電流値取得手段は、前記電流センサから前記相電流値を取得するものであることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記相電流検出手段は、前記多相モータのロータの回転角を検出する回転角センサであり、前記相電流値取得手段は、前記回転角から電気角を算出し、前記電気角に基づいて前記相電流値を取得するものであることを特徴とする請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項４】
正極側の前記スイッチング素子が導通されている場合には、前記相電流値が負の１相あるいは２相の前記スイッチング素子を遮断し、負極側の前記スイッチング素子が導通されている場合には、前記相電流値が正の１相あるいは２相の前記スイッチング素子を遮断することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインバータ制御装置。
【請求項５】
多相モータを駆動するインバータの正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子のいずれか一方が導通されている場合において、前記多相モータの相電流値を取得し、取得された前記相電流値の正負に基づいて、遮断する相の前記スイッチング素子を決定するとともに、当該スイッチング素子を遮断し、さらに、全相の前記スイッチング素子の前記相電流値の絶対値の和が所定値以下となった場合に残りの相の前記スイッチング素子を遮断することを特徴とするインバータ制御方法。