(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータ制御によるモータの回転数制御およびコンデンサに蓄積された電荷の放電制御において、インバータが駆動制御温度を超過し、破壊に至るという問題がある。【解決手段】電源１０とモータ６０との間に接続され、電源から出力される電圧を交流電圧に変換するためのインバータ４０の温度を検出する温度検出手段４３と、電源とインバータとの間の端子間電圧を平滑するコンデンサ５０の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、インバータを制御するインバータ制御手段７２と、モータ６０の回転数を検出する回転数検出手段６１と、モータ６０に供給される電流を検出する電流検出手段６２と、コンデンサに蓄積された電荷を放電する指示を出す放電判定指示手段７４とを備える。インバータ４０の温度、モータ６０の回転数およびモータ６０に供給される電流に応じて、モータ６０の回転数低下制御とコンデンサの放電制御とを行う。【選択図】図１
2019103288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源とモータとの間に接続され、前記電源から出力される電圧を交流電圧に変換するためのインバータと、インバータの温度を検出する温度検出手段と、前記電源と前記インバータとの間の端子間電圧を平滑するコンデンサと、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータを制御するインバータ制御手段と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段と、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する指示を出す放電判定指示手段とを備え、前記インバータの温度、前記モータの回転数、および前記モータに供給される電流に応じて、前記モータの回転数低下制御を行った後に、前記コンデンサの放電制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記モータの回転数が予め定められた閾値を超過している場合に、前記インバータ制御手段によって前記回転数低下制御を行い、前記回転数低下制御中に、前記インバータの温度が駆動制限温度を超過した場合には、前記回転数低下制御を停止し、インバータの温度が駆動可能温度まで低下した場合には、前記回転数低下制御を再開することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記モータの回転数が予め定められた閾値未満の場合に、前記インバータ制御手段によって前記コンデンサの放電制御を行い、前記放電制御中に、前記インバータの温度が予め設定された閾値を超過した場合には、前記放電制御を停止し、前記インバータの温度が前記閾値未満となった場合に、前記放電制御を再開することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記回転数低下制御の停止は、所定時間を超えないとし、前記回転数が前記閾値未満に低下した場合には、前記放電制御を行い、前記放電制御中に前記インバータの温度が駆動制限温度を超過した場合には前記放電制御を停止することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記放電制御の停止は、所定時間を超えないことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記回転数低下制御と前記放電制御との移行を前記電流検出手段によって検出された電流値によって設定することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記回転数検出手段が正常でない場合で、前記電流検出手段により検出される電流値が予め設定された閾値を超過している場合に、前記インバータ制御手段によって前記回転数低下制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記回転数検出手段が正常でない場合で、前記電流検出手段により検出される電流値が予め設定された閾値未満の場合に、前記インバータ制御手段によって前記放電制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記回転数低下制御時に前記回転数検出手段および前記電流検出手段が正常でない場合には、予め設定された時間の間、前記回転数低下制御を行った後に、前記放電制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するもので、特に、コンデンサに蓄えられた電荷の放電を制御する装置を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、充放電可能な直流電源から供給される直流電圧を昇圧する昇圧コンバータと、直流電源と昇圧コンバータとの間の電圧を平滑化する一次平滑コンデンサと、昇圧コンバータから出力される高圧の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、昇圧コンバータとインバータとの間の電圧を平滑化する二次平滑コンデンサとを備え、インバータから出力される交流電圧をモータに供給する機能を備えている。
【０００３】
この電力変換装置を搭載している車両では、車両の衝突時や動力の停止時に、感電を防止するため、二次平滑コンデンサに蓄えられた電荷を速やかに放電している。この放電は、インバータの複数のスイッチング素子のうち、上アームの全てまたは下アームの全てがオンになるように制御するインバータの三相オン制御によって行われる。しかし、この時、モータが回転していると、モータからの誘起電圧によって二次平滑コンデンサの電圧が上昇するため、放電時間が長くなり、インバータの温度が駆動制限温度まで上昇する場合がある。
【０００４】
そこで、特許文献１においては、モータからの誘起電圧による電圧上昇を抑制するため、三相オン制御の実行中に、インバータの温度が、駆動制限温度から、放電制御での推定上昇温度を減じた閾値以上に至った時には、三相オン制御を中止することが提案されている。
しかし、特許文献１において提案されている技術では、モータの回転数が検出できない場合の対応について考慮されておらず、回転数の検出ができない時には放電制御の実施ができなくなってしまうという問題があり、また、三相オン制御を中止した後、温度低下が緩やかで放電制御の実行時間が長くなることについての考慮がされていないという問題があり、さらに、三相オン制御を中止する判断の閾値が、駆動制限温度より低い値に設定されていることから、早い段階で三相オン制御を中止と判断するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６-１１１７５４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、以上のような従来の問題に鑑み、車両の衝突後や動力停止後におけるモータの回転数低下制御中及び急速放電中に、検出手段が正常でない場合でも動作停止させることなく動作継続ができ、インバータ素子の温度上昇による故障が発生することなく、二次平滑コンデンサに蓄えられた高電圧の電荷を速やかに放電することができる電力変換装置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】
【０００７】
本発明は、電源とモータとの間に接続され、前記電源から出力される電圧を交流電圧に変換するためのインバータと、インバータの温度を検出する温度検出手段と、前記電源と前記インバータとの間の端子間電圧を平滑するコンデンサと、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記インバータを制御するインバータ制御手段と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段と、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する指示を出す放電判定指示手段とを備え、前記インバータの温度、前記モータの回転数、および前記モータに供給される電流に応じて、前記モータの回転数低下制御を行った後に、前記コンデンサの放電制御を行うことを特徴とする電力変換装置を構成している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、電力変換装置において、温度の上昇によるインバータの故障を回避しつつ、モータの回転数低下制御およびコンデンサに蓄えられた電荷の放電動作を完了させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力変換装置を示す構成図である。
【図２】本発明の電力変換装置の昇圧コンバータの構成を示す回路図である。
【図３】本発明の電力変換装置のインバータの構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電力変換装置の回転数低下制御および急速放電制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る電力変換装置の回転数低下制御を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係る電力変換装置の急速放電制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る電力変換システムの放電装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態では、電力変換装置が自動車に搭載されている場合について説明するが、電力変換装置は、自動車以外の車両に搭載されてもよい。
【００１１】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を示す構成図である。図１において、本発明の電力変換装置は、点線で囲った範囲の構成であって、直流電源１０と三相交流モータ６０との間に接続され、昇圧コンバータ２０、一次平滑コンデンサ３０、インバータ４０、二次平滑コンデンサ５０、電圧センサ５１、モータの回転数センサ６１、電流センサ６２、放電制御装置７０を備えている。
【００１２】
直流電源１０は、充放電可能でありインバータ４０を介して三相交流モータ６０と電力をやり取りする。昇圧コンバータ２０は、直流電源１０とインバータ４０との間に設けられ、直流電源１０から供給される直流電圧を、ＤＣ／ＤＣ変換により昇圧する。（直流電源の出力電圧が十分である場合は、昇圧コンバータ２０を省いてもよい。）一次平滑コンデンサ３０は、直流電源１０と昇圧コンバータ２０との間に接続され、直流電源１０と昇圧コンバータ２０との間の電圧を平滑化する。
【００１３】
インバータ４０は、昇圧コンバータ２０から出力される高圧の直流電圧を、ＤＣ／ＡＣ変換により交流電圧に変換する。二次平滑コンデンサ５０は昇圧コンバータ２０とインバータ４０との間に接続され、昇圧コンバータ２０とインバータ４０との間の電圧を平滑化する。電圧センサ５１は、二次平滑コンデンサ５０の高電圧側ノードと低電圧側ノードとの間の電圧を計測する。
【００１４】
三相交流モータ６０は、インバータ４０から出力される交流電圧が印加されることにより、車両の駆動力や制動力の制御や車両制御のための発電を行う。モータの回転数センサ６１は、回転数検出手段であって、三相交流モータ６０の回転数を計測する。電流センサ６２は、電流検出手段であって、三相交流モータ６０に流れる電流値を計測する。
【００１５】
放電制御装置７０は、コンバータ制御部７１、インバータ制御部７２、放電判定指示部７３を有している。放電判定指示部７３は、放電判定部７４により車両の衝突を検知した場合や、車速制御部７５により動力を停止状態とする場合に、インバータ制御手段としてのインバータ制御部７２に対して二次平滑コンデンサ５０に蓄えられた電荷を放電するように指示を出す。また、同時にコンバータ制御部７１に一次平滑コンデンサ３０および昇圧コンバータ２０内のエネルギー移行用コンデンサ２３（図２に示す）に蓄えられた電荷を放電するよう指示を出す。なお、放電判定部７４による車両の衝突の検知は、衝突時に発生する車両の様々な状態変化に基づいて間接的に行われるものである。
昇圧コンバータ２０は、パワー半導体素子を４つ直列接続したアームを備えている。
【００１６】
コンバータ制御部７１は、図２にその構成を示している昇圧コンバータ２０に含まれるパワー半導体素子の構成要素である半導体スイッチ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄのスイッチング動作を制御し、昇圧コンバータ２０でのＤＣ／ＤＣ変換を行う。また、インバータ制御部７２は、図３にその構成を示しているインバータ４０に含まれるスイッチングアームの上アーム側パワー半導体素子４４ａおよび下アーム側パワー半導体素子４４ｂ内の半導体スイッチ素子４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆのスイッチング動作を制御し、インバータ４０でのＤＣ／ＡＣ変換を行う。
【００１７】
昇圧コンバータ２０およびインバータ４０において、パワー半導体素子は、半導体スイッチ素子と半導体整流素子とを相互に逆並列に接続したものを単位とする。また、パワー半導体素子の直列接続体をアームと称する。
【００１８】
図２に示すように、昇圧コンバータ２０のアームは、半導体スイッチ素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄとして、Ｓｉを材料としたＩＧＢＴを用い、半導体整流素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄとして、同じくＳｉを材料としたＰｉＮダイオードを用いている。
【００１９】
半導体スイッチ素子２１ａのコレクタ電極Ｃには、半導体整流素子２２ａのカソード電極Ｋが接続され、半導体スイッチ素子２１ａのエミッタ電極Ｅには、半導体整流素子２２ａのアノード電極Ａが接続され、相互に逆並列に接続されて、パワー半導体素子の一単位になっている。ここで、半導体スイッチ素子２１ｄのエミッタ電極Ｅは、一次平滑コンデンサ３０の低電圧側ノードＮ１と接続され、かつ二次平滑コンデンサ５０の低電圧側ノードＮ２と接続されている。また、低電圧側ノードＮ２は、インバータ４０の下アーム側パワー半導体素子４４ｂのノードＮｕ、Ｎｖ、Ｎｗと接続されている。
【００２０】
したがって、直流電源１０の低電圧側出力端子、低電圧側ノードＮ１、Ｎ２およびインバータ４０の下アーム側パワー半導体素子４４ｂのノードＮｕ、Ｎｖ、Ｎｗは、すべて同電位（代表して、電位Ｖｎ）となる。
【００２１】
また、半導体スイッチ素子２１ｄのコレクタ電極Ｃは、半導体スイッチ素子２１ｃのエミッタ電極Ｅおよびエネルギー移行用コンデンサ２３の低電圧側ノードと接続されている。半導体スイッチ素子２１ｃのコレクタ電極Ｃは、半導体スイッチ素子２１ｂのエミッタ電極Ｅおよびリアクトル２４のコイルの一端と接続されている。また、半導体スイッチ素子２１ｂのコレクタ電極Ｃは、半導体スイッチ素子２１ａのエミッタ電極Ｅおよびエネルギー移行用コンデンサ２３の高電圧側ノードと接続されている。
【００２２】
一方、半導体スイッチ素子２１ａのコレクタ電極Ｃは、二次平滑コンデンサ５０の高電圧側ノードＰ２と接続されている。また、高電圧側ノードＰ２は、インバータ４０の上アーム側パワー半導体素子４４ａのノードＰｕ、Ｐｖ、Ｐｗと接続されている。したがって、高電圧側ノードＰ２およびインバータ４０の上アーム側パワー半導体素子４４ａのノードＰｕ、Ｐｖ、Ｐｗは、すべて同電位（代表して、電位Ｖｐ）となる。
【００２３】
インバータ４０については、図３に示すように構成されている。インバータ４０内のアームは、駆動する三相交流モータ６０の相数に対応する本数が設けられており、ここでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つのスイッチングアーム４５ａ、４５ｂ、４５ｃで構成されている。
【００２４】
インバータ４０のＵ相スイッチングアーム４５ａは、半導体スイッチ素子４１ａ、４１ｂとして、例えば、Ｓｉを材料とした絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用い、半導体整流素子４２ａ、４２ｂとして、同じくＳｉを材料としたＰｉＮダイオードを用いている。
【００２５】
半導体スイッチ素子４１ａのコレクタ電極Ｃには、半導体整流素子４２ａのカソード電極Ｋが接続され、半導体スイッチ素子４１ａのエミッタ電極Ｅには、半導体整流素子４２ａのアノード電極Ａが接続され、相互に逆並列に接続されて、パワー半導体素子の一単位になっている。また、同様に、半導体スイッチ素子４１ｂのコレクタ電極Ｃには、半導体整流素子４２ｂのカソード電極Ｋが接続され、半導体スイッチ素子４１ｂのエミッタ電極Ｅには、半導体整流素子４２ｂのアノード電極Ａが接続されている。このように、インバータ４０のＵ相スイッチングアーム４５ａは、半導体スイッチ素子４１ａおよび半導体整流素子４２ａからなるパワー半導体素子と、半導体スイッチ素子４１ｂおよび半導体整流素子４２ｂからなるパワー半導体素子とが直列接続されて構成されている。
【００２６】
なお、インバータ４０のＶ相スイッチングアーム４５ｂおよびＷ相スイッチングアーム４５ｃも、半導体スイッチ素子４１ｃおよび半導体整流素子４２ｃからなるパワー半導体素子と、半導体スイッチ素子４１ｄおよび半導体整流素子４２ｄからなるパワー半導体素子との直列接続、並びに半導体スイッチ素子４１ｅおよび半導体整流素子４２ｅからなるパワー半導体素子と、半導体スイッチ素子４１ｆおよび半導体整流素子４２ｆからなるパワー半導体素子との直列接続により構成されている。また、インバータ制御部７２は、インバータ４０に含まれるスイッチングアーム４５ａ、４５ｂ、４５ｃの上アーム側パワー半導体素子４４ａおよび下アーム側パワー半導体素子４４ｂ内の半導体スイッチ素子のスイッチング動作を制御して、三相交流モータ６０との接続ノードＵａｃ、Ｖａｃ、Ｗａｃの電位を調整することで、三相交流モータ６０に流れる電流量を制御する。
【００２７】
この結果、三相交流モータ６０が車両の駆動力や制動力の制御や車両制御のための発電を行うこととなる。また、インバータ制御部７２は、三相交流モータ６０の回転情報を回転数センサ６１から取得する。
【００２８】
次に、車両の衝突時や動力の停止時における電力変換装置の動作について説明する。まず、放電制御装置７０は、放電判定部７４により、車両の衝突を検知した場合や、車速制御部７５により、車両の使用を終了し動力の停止状態とする場合に、車両を安全に停車させる。
【００２９】
続いて、直流電源１０からの電力供給を停止し、放電判定指示部７３は、インバータ制御部７２に対して、放電動作の実行を指示する。放電判定指示部７３による放電動作の実行の指示に従い、インバータ制御部７２は、まず、インバータ４０内の半導体スイッチ素子をすべてオフ（開）状態となるように制御するとともに、モータの回転数センサ６１より回転情報を取得する。
【００３０】
ここで、前記の制御を行ったにもかかわらず、モータの回転数センサ６１からの回転情報が、三相交流モータ６０が回転中であることを示している場合には、車両の駆動輪（図示せず）が路面から浮いている状態で空転しているか、または衝突後も車両が完全に停止していない等、外的要因で三相交流モータ６０が回転し続けている可能性がある。
【００３１】
このような場合には、三相交流モータ６０に逆起電力が発生し、インバータ４０内のパワー半導体素子に電流が流れることにより、本来は放電すべき二次平滑コンデンサ５０が蓄電される恐れがある。そこで、もし車両が衝突し、何らかの要因の救護処置や車両の事故後処理を行うべきであるにもかかわらず、三相交流モータ６０が回転し、逆起電力が発生している状況となった場合、三相交流モータ６０の回転数を速やかに低下させ、二次平滑コンデンサ５０に蓄電しないように放電制御する。なお、放電制御は、安全性能向上のため、通常の車両停止においても実施する。
なお、この実施の形態においては、図３に示すように、インバータ４０の上アーム側パワー半導体素子４４ａおよび下アーム側パワー半導体素子４４ｂの温度を取得するために、温度センサ４３ａ、４３ｂを設けている。
【００３２】
次に、図４に示したフローチャートを参照しながら、インバータ制御部７２によって二次平滑コンデンサ５０の電荷を放電する放電動作について説明する。
【００３３】
まず、開始（ステップＳ１００）後、放電判定指示部７３は、放電判定部７４（例えば、加速度センサ）から車両の衝突検知情報を取得し、車両衝突を検知した場合は、インバータ制御部７２に放電指示を出力し、ステップ４００へ移行する。車両衝突を検知しなかった場合、ステップＳ１０７へ移行する。
【００３４】
ステップＳ１０７では、車速制御部７５より車速情報を取得し、車両の停止を検知した場合は、インバータ制御部７２に放電指示を出力し、ステップＳ４００へ移行する。車両の停止を検知しない場合は、前記ステップＳ１０１に戻る。
ステップＳ４００においては、モータの回転数センサ６１が正常であることを確認し、正常である場合には、ステップ１０２へ移行し、正常でない場合には、ステップＳ４０１において、電流センサ６２が正常であることを確認する。電流センサ６２が正常である場合には、ステップＳ４１１においてモータ電流値Ｉｍｏｔを取得する。ステップＳ４０１において、電流センサ６２が正常でないために電流値を検出できないと判断される場合には、ステップＳ４１２において所定の時間、モータの回転数低下制御を行う。その後、急速放電制御を行うことによって、放電を完了させる。
【００３５】
ステップＳ１０２においては、回転数センサ６１によって回転数情報Ｒｍｏｔを取得し、ステップＳＡに示すように、モータの回転数Ｒｍｏｔが予め設定されている閾値Ｒｔｈ未満になるように回転数低下制御を実施する。ステップＳ４００において、回転数センサ６１が正常でない場合には、回転数センサ６１による回転数の代わりに、電流センサ６２によって検出される電流値を使用する。すなわち、電流センサ６２によって検出される電流値が予め設定された閾値を超過している場合には、インバータ制御手段（インバータ制御部７２）によって回転数低下制御を継続する。ステップＳＡの後、ステップＳ１０４において、端子間電圧Ｖｃを取得し、ステップＳＢに示すように、コンデンサの端子間電圧Ｖｃが閾値Ｖｔｈ未満になるように急速放電制御を実施し、その後、ステップＳ１０６で終了となる。
【００３６】
ステップＳＡの具体的内容は、図５に示すようになる。すなわち、ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で得られた回転数Ｒｍｏｔと予め設定されている閾値Ｒｔｈを比較する。所定閾値Ｒｔｈは、三相交流モータ６０の回転数を低下させる必要があるか否かを判断する設定値となり、Ｒｍｏｔ＞Ｒｔｈと判定された場合には、所定回転数を超過しているとして、モータの回転数低下制御を開始することになり、ステップＳ２００に移行する。一方、Ｒｍｏｔ＞Ｒｔｈと判定されなかった場合、すなわち、所定回転数未満であると判定された場合には、ステップＳ１０４へ移行する。回転数センサ６１が正常でない場合で、電流センサ６２によって検出された電流値が予め設定された閾値未満の場合には、所定回転数未満の場合と同様に、ステップＳ１０４へ移行し、インバータ制御手段（インバータ制御部７２）によって放電制御を行う。
【００３７】
ステップＳ２００では、モータの回転数低下制御を開始する。モータの回転数低下制御は、三相交流モータ６０の回転数を抑制するために行われる放電制御である。例えば、上アーム側パワー半導体素子４４ａを全てＯＦＦ、同時に下アーム側パワー半導体素子４４ｂを全てＯＮの状態により行われる。
【００３８】
ステップＳ２０１では、モータの回転数低下制御を実施しているときの回転数Ｒｍｏｔを回転数センサ６１より取得し、ステップＳ２０２へ移行する。
【００３９】
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で得られた回転数Ｒｍｏｔと予め設定されている所定閾値Ｒｔｈと比較する。Ｒｍｏｔ＞Ｒｔｈと判定された場合には、モータの回転数低下制御を継続することになり、ステップＳ２１０へ移行する。一方、Ｒｍｏｔ＞Ｒｔｈと判定されなかった場合は、ステップＳ２０３へ移行し、モータの回転数低下制御を終了し、ステップＳ１０４へ移行する。ステップＳ１０３とステップＳ２０２で比較する閾値Ｒｔｈは同じ設定値としてもよいし、異なる設定値としてもよい。
【００４０】
ステップＳ２１０では、温度センサ４３ｂよりインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖを取得し、ステップＳ２１１へ移行する。
【００４１】
ステップＳ２１１では、ステップＳ２１０で得られたインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖと予め設定されている所定閾値ＴＭｔｈ１（駆動制限温度）と比較する。ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ１と判定された場合には、下アーム側パワー半導体素子４４ｂの温度が上昇し、下アーム側パワー半導体素子４４ｂが故障に至る可能性があると判断し、ステップＳ２１２へ移行し、モータの回転数低下制御を一時停止する。一方、ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ１と判定されなかった場合は、下アーム側パワー半導体素子４４ｂの温度は適正であり、モータの回転数低下制御を継続することになり、ステップＳ２０１へ移行する。
【００４２】
ステップＳ２１２では、モータの回転数低下制御を一時停止する停止時間Ｔｔｈ１を算出し、ステップＳ２１３に移行する。停止時間の算出方法は、例えば、次のような式、Ｔｔｈ１＝ｄ１×ＴＭｉｎｖ（ｄ１はパラメータの影響度係数）によって求められる。
【００４３】
ステップＳ２１３では、モータの回転数低下制御を一時停止し、停止経過時間のカウントを開始する。これにより下アーム側パワー半導体素子４４ｂを全てＯＦＦの状態となり、下アーム側パワー半導体素子４４ｂの温度が低下する。
【００４４】
ステップＳ２１４では、停止経過時間Ｔｓｔｏｐを取得し、ステップＳ２１５に移行する。
【００４５】
ステップＳ２１５では、ステップＳ２１４で得られた停止経過時間ＴｓｔｏｐとステップＳ２１２で算出された停止時間Ｔｔｈ１と比較する。Ｔｓｔｏｐ＞Ｔｔｈ１と判定された場合には、モータの回転数低下制御を再開することになり、ステップＳ２００へ移行する。一方、Ｔｓｔｏｐ＞Ｔｔｈ１と判定されなかった場合は、モータの回転数低下制御の一時停止継続となり、ステップＳ２２０に移行する。
【００４６】
ステップＳ２２０では、温度センサ４３ａ、４３ｂよりインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖを取得し、ステップＳ２２１へ移行する。
【００４７】
ステップＳ２２１では、ステップＳ２２０で得られたインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖと予め設定されている所定閾値ＴＭｔｈ２（駆動可能温度）と比較する。ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ２と判定された場合には、下アーム側パワー半導体素子４４ｂの温度がモータの回転数低下制御の再開に適正な温度ではないと判断し、ステップＳ２１４へ移行し、モータの回転数低下制御の一時停止を継続する。一方、ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ２と判定されなかった場合は、下アーム側パワー半導体素子４４ｂの温度は適正であり、モータの回転数低下制御を再開することになり、ステップＳ２００へ移行する。ＴＭｔｈ１とＴＭｔｈ２は、ＴＭｔｈ１＞ＴＭｔｈ２の関係にあり、一時停止時間を経過する前に下アーム側パワー半導体素子４４ｂの温度がＴＭｔｈ２を超過している場合に、モータの回転数低下制御を再開する。
【００４８】
ステップＳＢの具体的内容は、図６に示すようになる。すなわち、ステップＳ１０４では、電圧センサ５１より二次平滑コンデンサ５０の端子間電圧Ｖｃを取得し、ステップＳ１０５へ移行する。
【００４９】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で得られた端子間電圧Ｖｃと予め設定されている所定閾値Ｖｔｈを比較する。Ｖｔｈは三相交流モータ６０の回転数を二次平滑コンデンサの端子間電圧を低下させる必要があるか否かを判断する設定値となり、Ｖｃ＞Ｖｔｈと判定された場合には急速放電制御を開始することになりステップＳ３００に移行する。一方、Ｖｃ＞Ｖｔｈと判定されなかった場合は、ステップＳ１０６へ移行し、処理を終了する。
【００５０】
ステップＳ３００では、急速放電制御を開始する。急速放電制御は、二次平滑コンデンサの電荷を急速に放電するために行われる放電制御である。例えば、上アーム側パワー半導体素子４４ａを全てＯＦＦ、同時に下アーム側パワー半導体素子４４ｂを全てＯＮの状態と上アーム側パワー半導体素子４４ａを全てＯＮ、同時に下アーム側パワー半導体素子４４ｂを全てＯＦＦの状態をスイッチングすることにより行われる。
【００５１】
ステップＳ３０１では、急速放電制御を実施しているときの端子間電圧Ｖｃを電圧センサ５１より取得し、ステップＳ３０２へ移行する。
【００５２】
ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１で得られた端子間電圧Ｖｃと予め設定されている所定閾値Ｖｔｈと比較する。Ｖｃ＞Ｖｔｈと判定された場合には、急速放電制御を継続することになり、ステップＳ３１０へ移行する。一方、Ｖｃ＞Ｖｔｈと判定されなかった場合は、ステップＳ３０３へ移行し、急速放電制御を終了し、ステップＳ１０６へ移行し、処理を終了する。
なお、ステップＳ１０５とステップＳ３０２で比較する閾値Ｖｔｈは、同じ設定値としてもよいし、異なる設定値としてもよい。
【００５３】
ステップＳ３１０では、温度センサ４３ａ、４３ｂよりインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖを取得し、ステップＳ３１１へ移行する。
【００５４】
ステップＳ３１１では、ステップＳ３１０で得られたインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖと予め設定されている所定閾値ＴＭｔｈ３（駆動制限温度）と比較する。ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ３と判定された場合には、半導体スイッチ素子４４ａ、４４ｂの温度が上昇し、半導体スイッチ素子４４ａ、４４ｂが故障に至る可能性があると判断し、ステップＳ３１２へ移行し、急速放電制御を一時停止する。一方、ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ３と判定されなかった場合は、半導体スイッチ素子４４ａ、４４ｂの温度は適正であり、急速放電制御を継続することになり、ステップＳ３０１へ移行する。
【００５５】
ステップＳ３１２では、急速放電制御を一時停止する停止時間Ｔｔｈ２を算出し、ステップＳ３１３に移行する。停止時間の算出方法は、例えば、次のような式、Ｔｔｈ２＝ｄ２×ＴＭｉｎｖ（ｄ２はパラメータの影響度係数）を用いることによって求められる。
【００５６】
ステップＳ３１３では、急速放電制御を一時停止し、停止経過時間のカウントを開始する。これにより半導体スイッチ素子４４ａ、４４ｂのスイッチングが停止され、半導体スイッチ素子４４ａ、４４ｂの温度が低下する。
【００５７】
ステップＳ３１４では、停止経過時間Ｔｓｔｏｐを取得し、ステップＳ３１５に移行する。
【００５８】
ステップＳ３１５では、ステップＳ３１４で得られた停止経過時間ＴｓｔｏｐとステップＳ３１２で算出された停止時間Ｔｔｈ２と比較する。Ｔｓｔｏｐ＞Ｔｔｈ２と判定された場合には、急速放電制御を再開することになり、ステップＳ３００へ移行する。一方、Ｔｓｔｏｐ＞Ｔｔｈ２と判定されなかった場合は、急速放電制御の一時停止継続となり、ステップＳ３２０に移行する。
【００５９】
ステップＳ３２０では、温度センサ４３ａ、４３ｂよりインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖを取得し、ステップＳ３２１へ移行する。
【００６０】
ステップＳ３２１では、ステップＳ３２０で得られたインバータ４０の温度情報ＴＭｉｎｖと予め設定されている所定閾値ＴＭｔｈ４（駆動可能温度）と比較する。ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ４と判定された場合には、半導体スイッチ素子４４ａ、４４ｂの温度が急速放電制御の再開に適正な温度ではないと判断し、ステップＳ３１４へ移行し、急速放電制御の一時停止を継続する。一方、ＴＭｉｎｖ＞ＴＭｔｈ４と判定されなかった場合は、インバータの温度が駆動可能温度まで低下したとして、半導体スイッチ素子４４ａ、４４ｂの温度は適正であり、急速放電制御を再開することになり、ステップＳ３００へ移行する。ＴＭｔｈ３とＴＭｔｈ４はＴＭｔｈ３＞ＴＭｔｈ４の関係にあり、一時停止時間を経過する前に半導体スイッチ素子４４ａ、４４ｂの温度がＴＭｔｈ４未満となった場合に、インバータの温度が駆動可能温度まで低下したとして、急速放電制御を再開する。
【００６１】
以上のように、三相交流モータ６０の回転数低下制御および二次平滑コンデンサ５０の急速放電制御を行うことにより、インバータの温度上昇による故障を回避しながら三相交流モータ６０が十分に低い回転数になるまで制御し、速やかな二次平滑コンデンサ５０の放電を行うことができる。
【００６２】
また、ステップＳ４００において、モータの回転数検出手段が正常でなく、回転数検出ができない場合、ステップＳ４０１において電流値を用いることでモータの回転数低下制御を継続させることができる。
この場合は、ステップＳ１０３以降のモータの回転数低下制御の閾値をモータ回転数の代わりに電流値を用いて実施する。
【００６３】
また、ステップＳ４００およびステップＳ４０１において、モータ回転数検出手段および電流検出手段のいずれもが正常でなくて検出ができない場合、ステップＳ４１２において予め設定された一定時間Ｔｃｏｎｔの間モータの回転数低下制御を継続した後、急速放電制御を開始するためステップＳ１０４へ移行することで放電動作を実施することができる。
【００６４】
なお、前述した二次平滑コンデンサ５０の放電と同時に一次平滑コンデンサ３０及びエネルギー移行用コンデンサ２３の放電制御をコンバータ制御部７１で行ってもよい。
【００６５】
なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素を適宜組み合わせ、あるいは、適宜、変更または省略することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  直流電源、２０  昇圧コンバータ、
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  半導体スイッチ素子、
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  半導体整流素子、
２３  エネルギー移行用コンデンサ、２４  リアクトル、
３０  一次平滑コンデンサ、４０  インバータ、
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ  半導体スイッチ素子、
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ、４２ｆ  半導体整流素子、
４３ａ、４３ｂ  温度センサ、４４ａ  上アーム側パワー半導体素子、
４４ｂ  下アーム側パワー半導体素子、４５ａ  Ｕ相スイッチングアーム、
４５ｂ  Ｖ相スイッチングアーム、４５ｃ  Ｗ相スイッチングアーム、
５０  二次平滑コンデンサ、５１  電圧センサ、６０  三相交流モータ、
６１  回転数センサ、６２  電流センサ、７０  放電制御装置、
７１  コンバータ制御部、７２  インバータ制御部、７３  放電判定指示部、
７４  放電判定部、７５  車速制御部
【図１】
2019103288.tif 000003
【図２】
2019103288.tif 000004
【図３】
2019103288.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年11月13日(2018.11.13)
【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】
電源とモータとの間に接続され、前記電源から出力される電圧を交流電圧に変換するためのインバータと、インバータの温度を検出する温度検出手段と、前記電源と前記インバータとの間の端子間電圧を平滑するコンデンサと、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータの回転数低下制御及び前記コンデンサの放電制御を前記インバータの制御によって行うインバータ制御手段と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ制御手段に対して前記コンデンサに蓄積された電荷を放電するように指示を出す放電判定指示手段とを備え、前記インバータの温度、前記モータの回転数、および前記モータに供給される電流に応じて、前記モータの回転数低下制御が完了した後に、前記コンデンサの放電制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記モータの回転数が予め定められた閾値を超過している場合に、前記インバータ制御手段によって前記回転数低下制御を行い、前記回転数低下制御中に、前記インバータの温度が駆動制限温度を超過した場合には、前記回転数低下制御を停止し、インバータの温度が駆動可能温度まで低下した場合には、前記回転数低下制御を再開することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記モータの回転数が予め定められた閾値未満の場合に、前記インバータ制御手段によって前記コンデンサの放電制御を行い、前記放電制御中に、前記インバータの温度が予め設定された閾値を超過した場合には、前記放電制御を停止し、前記インバータの温度が前記閾値未満となった場合に、前記放電制御を再開することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記回転数低下制御の停止は、所定時間を超えないとし、前記回転数が前記閾値未満に低下した場合には、前記放電制御を行い、前記放電制御中に前記インバータの温度が駆動制限温度を超過した場合には前記放電制御を停止することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記放電制御の停止は、所定時間を超えないことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記回転数低下制御と前記放電制御との移行にあたり、回転数が正確に検出されない場合に前記電流検出手段によって検出された電流値によってその移行を設定することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記回転数検出手段が正常でない場合で、前記電流検出手段により検出される電流値が予め設定された閾値を超過している場合に、前記インバータ制御手段によって前記回転数低下制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記回転数検出手段が正常でない場合で、前記電流検出手段により検出される電流値が予め設定された閾値未満の場合に、前記インバータ制御手段によって前記放電制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記回転数低下制御時に前記回転数検出手段および前記電流検出手段が正常でない場合には、予め設定された時間の間、前記回転数低下制御を行った後に、前記放電制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【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】
本発明は、電源とモータとの間に接続され、前記電源から出力される電圧を交流電圧に変換するためのインバータと、インバータの温度を検出する温度検出手段と、前記電源と前記インバータとの間の端子間電圧を平滑するコンデンサと、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータの回転数低下制御及び前記コンデンサの放電制御を前記インバータの制御によって行うインバータ制御手段と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段と、前記インバータ制御手段に対して前記コンデンサに蓄積された電荷を放電するように指示を出す放電判定指示手段とを備え、前記インバータの温度、前記モータの回転数、および前記モータに供給される電流に応じて、前記モータの回転数低下制御が完了した後に、前記コンデンサの放電制御を行うことを特徴とする電力変換装置を構成している。
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月1日(2019.4.1)
【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】
電源とモータとの間に接続され、前記電源から出力される電圧を交流電圧に変換するためのインバータ、インバータの温度を検出する温度検出手段と、前記電源と前記インバータとの間の端子間電圧を平滑するコンデンサ、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段、前記モータの回転数低下制御及び前記コンデンサの放電制御を前記インバータの制御によって行うインバータ制御手段、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段、及び前記インバータ制御手段に対して前記コンデンサに蓄積された電荷を放電するように指示を出す放電判定指示手段を備え、前記放電判定指示手段から出力される放電指示に従い前記モータの回転数低下制御を開始し、前記インバータの温度、前記モータの回転数、及び前記モータに供給される電流に応じて、前記モータの回転数低下制御が完了した後に、前記コンデンサの放電制御を行い、前記モータの回転数が予め定められた閾値を超過している場合に、前記インバータ制御手段によって前記回転数低下制御を行い、前記回転数低下制御中に、前記インバータの温度が駆動制限温度を超過した場合には、前記回転数低下制御を停止し、インバータの温度が駆動可能温度まで低下した場合には、前記回転数低下制御を再開し、前記回転数低下制御の停止は、所定時間を超えないとし、前記回転数が前記閾値未満に低下した場合には、前記放電制御を行い、前記放電制御中に前記インバータの温度が駆動制限温度を超過した場合には前記放電制御を停止することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
電源とモータとの間に接続され、前記電源から出力される電圧を交流電圧に変換するためのインバータ、インバータの温度を検出する温度検出手段、前記電源と前記インバータとの間の端子間電圧を平滑するコンデンサ、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段、前記モータの回転数低下制御及び前記コンデンサの放電制御を前記インバータの制御によって行うインバータ制御手段、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段、及び前記インバータ制御手段に対して前記コンデンサに蓄積された電荷を放電するように指示を出す放電判定指示手段を備え、前記放電判定指示手段から出力される放電指示に従い前記モータの回転数低下制御を開始し、前記インバータの温度、前記モータの回転数、及び前記モータに供給される電流に応じて、前記モータの回転数低下制御が完了した後に、前記コンデンサの放電制御を行い、前記モータの回転数が予め定められた閾値未満の場合に、前記インバータ制御手段によって前記コンデンサの放電制御を行い、前記放電制御中に、前記インバータの温度が予め設定された閾値を超過した場合には、前記放電制御を停止し、前記インバータの温度が前記閾値未満となった場合に、前記放電制御を再開することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記放電制御の停止は、所定時間を超えないことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記回転数検出手段が正常でない場合で、前記電流検出手段により検出される電流値が予め設定された閾値未満の場合に、前記インバータ制御手段によって前記放電制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
電源とモータとの間に接続され、前記電源から出力される電圧を交流電圧に変換するためのインバータ、インバータの温度を検出する温度検出手段、前記電源と前記インバータとの間の端子間電圧を平滑するコンデンサ、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段、前記モータの回転数低下制御及び前記コンデンサの放電制御を前記インバータの制御によって行うインバータ制御手段、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段、及び前記インバータ制御手段に対して前記コンデンサに蓄積された電荷を放電するように指示を出す放電判定指示手段を備え、前記放電判定指示手段から出力される放電指示に従い前記モータの回転数低下制御を開始し、前記インバータの温度、前記モータの回転数、及び前記モータに供給される電流に応じて、前記モータの回転数低下制御が完了した後に、前記コンデンサの放電制御を行い、前記回転数低下制御時に前記回転数検出手段及び前記電流検出手段が正常でない場合には、予め設定された時間の間、前記回転数低下制御を行った後に、前記放電制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
【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】
本発明は、電源とモータとの間に接続され、前記電源から出力される電圧を交流電圧に変換するためのインバータ、インバータの温度を検出する温度検出手段と、前記電源と前記インバータとの間の端子間電圧を平滑するコンデンサ、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段、前記モータの回転数低下制御及び前記コンデンサの放電制御を前記インバータの制御によって行うインバータ制御手段、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段、前記モータに供給される電流を検出する電流検出手段、及び前記インバータ制御手段に対して前記コンデンサに蓄積された電荷を放電するように指示を出す放電判定指示手段を備え、前記放電判定指示手段から出力される放電指示に従い前記モータの回転数低下制御を開始し、前記インバータの温度、前記モータの回転数、及び前記モータに供給される電流に応じて、前記モータの回転数低下制御が完了した後に、前記コンデンサの放電制御を行い、前記モータの回転数が予め定められた閾値を超過している場合に、前記インバータ制御手段によって前記回転数低下制御を行い、前記回転数低下制御中に、前記インバータの温度が駆動制限温度を超過した場合には、前記回転数低下制御を停止し、インバータの温度が駆動可能温度まで低下した場合には、前記回転数低下制御を再開し、前記回転数低下制御の停止は、所定時間を超えないとし、前記回転数が前記閾値未満に低下した場合には、前記放電制御を行い、前記放電制御中に前記インバータの温度が駆動制限温度を超過した場合には前記放電制御を停止することを特徴とする電力変換装置を構成している。