(57)【要約】【課題】インバータと直流電源とを接続するコンタクタが開放状態となった際に、インバータの直流リンク電圧の上昇や、還流電流の総量を抑制する。【解決手段】インバータ制御装置は、全てのスイッチング素子３をオフ状態とするプレシャットダウン制御を実行し、さらに、プレシャットダウン制御の開始後に、何れか１相のアームである対象アームの電流Ｉｕがゼロとなる際に、対象アームとは別のアームの内、少なくとも１相のアームの上段側スイッチング素子３、又は下段側スイッチング素子３をオン状態とするパーシャルアクティブショート制御を実行し、その後、対象アームとは別の２相のアームの電流Ｉｖ，Ｉｗが共にゼロとなる際に残りの全てのアームにおいてオン状態に制御されているスイッチング素子３をオフ状態とするように制御するフルシャットダウン制御を実行する。【選択図】図３
2015198461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源にコンタクタを介して接続されると共に交流の回転電機に接続されて直流と３相交流との間で電力変換を行うものであって交流１相分のアームが上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子との直列回路により構成されたインバータと、前記インバータの直流側の電圧である直流リンク電圧を平滑化する直流リンクコンデンサと、を備える回転電機駆動装置を制御対象として、前記インバータを構成するスイッチング素子をスイッチング制御するインバータ制御装置であって、
前記回転電機の回転中に前記コンタクタが開放状態となった場合に、全ての前記スイッチング素子をオフ状態とするプレシャットダウン制御を実行し、
さらに、前記プレシャットダウン制御の開始後に、何れか１相の前記アームである対象アームの電流がゼロとなる際に、前記対象アームとは別の前記アームの内、少なくとも１相の前記アームの前記上段側スイッチング素子、又は前記下段側スイッチング素子をオン状態とするパーシャルアクティブショート制御を実行し、
その後、前記対象アームとは別の２相の前記アームの電流が共にゼロとなる際に残りの全ての前記アームにおいてオン状態に制御されているスイッチング素子をオフ状態とするように制御するフルシャットダウン制御を実行するインバータ制御装置。
【請求項２】
前記プレシャットダウン制御の開始後に、前記パーシャルアクティブショート制御でオン状態とされるスイッチング素子は、前記対象アームの電流がゼロとなる際に相電流が流れている相の内、少なくとも１相の前記アームを構成する前記スイッチング素子である請求項１に記載のインバータ制御装置。
【請求項３】
前記インバータは、下段側から上段側へ向かう方向を順方向として各スイッチング素子に並列に接続されたフリーホイールダイオードを備えるものであり、
前記パーシャルアクティブショート制御の実行に際してオン状態とされるスイッチング素子は、前記対象アームとは別の前記アームの内、前記順方向に非導通状態の前記フリーホイールダイオードを有する前記アームの当該フリーホイールダイオードに並列接続されているスイッチング素子を少なくとも含む、請求項１又は２に記載のインバータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流の回転電機を駆動制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの動力に用いられる大出力の交流の回転電機は高い電圧で駆動される。また、このような自動車に搭載される高電圧の電源は、直流のバッテリであるから、スイッチング素子を用いたインバータ回路によって例えば３相交流に変換される。回転電機は、電気エネルギーにより車両を駆動する動力を出力するモータとしての機能に留まらず、車両や内燃機関などの運動エネルギーにより発電を行う発電機としての機能も併せ持っている。回転電機により発電された電力は、バッテリに回生されて蓄電される。
【０００３】
ところで、バッテリと回転電機の間、より具体的にはバッテリとインバータとの間には、開閉装置（コンタクタ）が備えられている場合がある。コンタクタは、例えばリレーを用いて構成されたシステムメインリレー（ＳＭＲ）であり、車両のイグニッションキー（ＩＧキー）がオン状態（有効状態）の際に接点が閉じて導通状態となり、ＩＧキーがオフ状態（非有効状態）の際に接点が開いて非導通状態となる。即ち、ＳＭＲが閉状態においてバッテリとインバータ（及び回転電機）とが電気的に接続され、ＳＭＲが開状態においてバッテリとインバータ（及び回転電機）との電気的接続が遮断される。通常動作時には、ＩＧキーの状態に応じてＳＭＲの開閉状態も制御される。しかし、ＩＧキーがオン状態の際に、車両の故障や衝突等によって、ＳＭＲが開放される場合がある。例えば、ＳＭＲへの電源供給が遮断された場合、ＳＭＲの駆動回路に異常が生じた場合、ＳＭＲが振動・衝撃やノイズ等によって機械的に故障した場合、ＳＭＲ周辺の回路に断線が生じた場合、等にＳＭＲの接点が開状態となり、コンタクタが開放状態となる可能性がある。
【０００４】
このため、コンタクタが開放状態となった場合には、インバータを構成するスイッチング素子を全てオフ状態とするシャットダウン制御（ＳＤ制御）が実施される場合がある。インバータの直流側（直流リンク部）には、直流電圧（直流リンク電圧）を平滑化する平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ）が備えられていることが多いが、ＳＤ制御が実施された場合、ステータコイルに蓄積された電力が、スイッチング素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）を介して平滑コンデンサを充電する。このため、平滑コンデンサの端子間電圧（直流リンク電圧）が短時間で上昇する可能性がある。直流リンク電圧の上昇に備えて平滑コンデンサを大容量化、高耐圧化すると、平滑コンデンサの体格の増大につながる。また、インバータの高耐圧化も必要となる。その結果、回転電機駆動装置の小型化の妨げとなり、部品コスト、製造コスト、製品コストにも影響する。
【０００５】
また、コンタクタが開放状態となった場合に、いくつかのスイッチング素子をオン状態にして電流を還流させるアクティブショート制御（アクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ制御））〜例えばゼロベクトルシーケンス制御（ＺＶＳ制御）〜が実行される場合もある。例えば、特開２０１１−５５５８２号公報（特許文献１）には、インバータの上段側のスイッチング素子を全てオフ状態とし、下段側のスイッチング素子の何れか１つ以上をオン状態とする制御方法が開示されている（特許文献１：図２、第１５８、１５９、１６５段落等）。ＡＳＣ制御では、直流リンク電圧の上昇は抑制できるが、スイッチング素子やステータコイルを大電流（還流電流）が流れることになる。また、熱等によってステータコイルに蓄積された電力が消費されるまで、大電流が流れ続けることになる。このため、スイッチング素子やステータコイルを消耗させ、寿命を低下させる可能性がある。また、大電流に対応したスイッチング素子などを用いる必要が生じて、部品コスト、製造コスト、製品コストにも影響する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５５５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記背景に鑑みて、インバータと直流電源とを接続するコンタクタが開放状態となった際に、インバータの直流リンク電圧の上昇や、還流電流の総量を抑制しつつ、回転電機に流れる電流をゼロにする技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑みた本発明に係るインバータ制御装置の特徴構成は、
直流電源にコンタクタを介して接続されると共に交流の回転電機に接続されて直流と３相交流との間で電力変換を行うものであって交流１相分のアームが上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子との直列回路により構成されたインバータと、前記インバータの直流側の電圧である直流リンク電圧を平滑化する直流リンクコンデンサと、を備える回転電機駆動装置を制御対象として、前記インバータを構成するスイッチング素子をスイッチング制御するインバータ制御装置であって、
前記回転電機の回転中に前記コンタクタが開放状態となった場合に、全ての前記スイッチング素子をオフ状態とするプレシャットダウン制御を実行し、
さらに、前記プレシャットダウン制御の開始後に、何れか１相の前記アームである対象アームの電流がゼロとなる際に、前記対象アームとは別の前記アームの内、少なくとも１相の前記アームの前記上段側スイッチング素子、又は前記下段側スイッチング素子をオン状態とするパーシャルアクティブショート制御を実行し、
その後、前記対象アームとは別の２相の前記アームの電流が共にゼロとなる際に残りの全ての前記アームにおいてオン状態に制御されているスイッチング素子をオフ状態とするように制御するフルシャットダウン制御を実行する
点にある。
【０００９】
この構成によれば、コンタクタが開放状態となった後、プレシャットダウン制御、パーシャルアクティブショート制御、フルシャットダウン制御が時系列に適切なタイミングで実行される。シャットダウン制御では直流リンクコンデンサの端子間電圧（直流リンク電圧）が大きく上昇し、アクティブショート制御では大電流が還流し続けるという課題を有する。しかし、この構成のように、シャットダウン制御とアクティブショート制御とが時系列に適切なタイミングで実行されることによって、シャットダウン制御による電圧上昇を抑制し、アクティブショート制御による電流を抑制することができる。プレシャットダウン制御においてエネルギーが直流リンクコンデンサに供給されるので、パーシャルアクティブショート制御へ移行した際の還流電流が減少する。また、パーシャルアクティブショート制御からフルシャットダウン制御への移行時には、シャットダウンされるアームの電流がゼロであるから、シャットダウンによって直流リンク電圧の上昇を招くことが抑制される。このように、本構成によれば、インバータと直流電源とを接続するコンタクタが開放状態となった際に、インバータの直流リンク電圧の上昇や、還流電流の総量を抑制しつつ、回転電機に流れる電流をゼロにすることができる。
【００１０】
ここで、前記プレシャットダウン制御の開始後に、前記パーシャルアクティブショート制御でオン状態とされるスイッチング素子は、前記対象アームの電流がゼロとなる際に相電流が流れている相の内、少なくとも１相の前記アームを構成する前記スイッチング素子であると好適である。一般的に、インバータは、フリーホイールダイオードを備えて構成されており、当該フリーホイールダイオードに順方向バイアスが印加される条件では順方向電流が流れるから、スイッチング素子がオフ状態であっても相電流が流れる。パーシャルアクティブショート制御でオン状態とされるスイッチング素子が、パーシャルアクティブショート制御の開始時に（対象アームの電流がゼロとなる際に）、フリーホイールダイオードを介して相電流が流れている相のスイッチング素子であると、スイッチング素子を介して直接的に相電流の流れ方を制御することができる。
【００１１】
パーシャルアクティブショート制御に際しては、対象アームの電流がゼロとなる際に、対象アームとは別のアームの内、少なくとも１相のアームの上段側スイッチング素子、又は下段側スイッチング素子がオン状態に制御される。但し、インバータが、フリーホイールダイオードを備えており、あるアームにおいて電流がフリーホイールダイオードを流れている状態では、当該フリーホイールダイオードに並列に接続されたスイッチング素子がオフ状態であっても、そのアームには電流が流れる。従って、パーシャルアクティブショート制御に際しては、フリーホイールダイオードを介して電流が流れ続けるのであれば、スイッチング素子がオフ状態を維持していても問題はない。パーシャルアクティブショート制御では大電流が還流するので、フリーホイールダイオードを介して電流が流れているアームのスイッチング素子をオフ状態のまま維持することによって、当該スイッチング素子の寿命の低下を抑制することができる。換言すれば、パーシャルアクティブショート制御に際しては、対象アームとは別のアームの内、オン状態としなければ電流が流れないアームのスイッチング素子をオン状態とすれば足りる。即ち、前記インバータが、下段側から上段側へ向かう方向を順方向として各スイッチング素子に並列に接続されたフリーホイールダイオードを備えている場合、前記パーシャルアクティブショート制御の実行に際してオン状態とされるスイッチング素子は、前記対象アームとは別の前記アームの内、前記順方向に非導通状態の前記フリーホイールダイオードを有する前記アームの当該フリーホイールダイオードに並列接続されているスイッチング素子を少なくとも含むと好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】回転電機駆動装置のシステム構成を模式的に示す回路ブロック図
【図２】コンタクタ開放時の制御例を模式的に示す波形図
【図３】Ｐｈａｓｅ１におけるＩＧＢＴの制御例と電流の流れを示す等価回路図
【図４】Ｐｈａｓｅ２におけるＩＧＢＴの制御例と電流の流れを示す等価回路図
【図５】Ｐｈａｓｅ２におけるＩＧＢＴの制御例と電流の流れを示す等価回路図
【図６】コンタクタ開放時に適した制御方法と回転電機の動作状態との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のインバータ制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。インバータ制御装置２０は、図１に示すように、インバータ１０と直流リンクコンデンサ４とを備える回転電機駆動装置１を制御対象とし、回転電機駆動装置１を介して回転電機８０を駆動制御する。後述するように、インバータ１０は、直流電源（１１）にコンタクタ９を介して接続されると共に、交流の回転電機８０に接続されて直流と多相交流（ここでは３相交流）との間で電力変換を行う電力変換装置であり、交流１相分のアームが上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子との直列回路により構成されている。直流リンクコンデンサ４は、このインバータ１０の直流側の電圧である直流リンク電圧Ｖｄｃを平滑化する。回転電機駆動装置１及びインバータ制御装置２０による駆動対象の回転電機８０は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両の駆動力源となる回転電機である。車両の駆動力源としての回転電機８０は、多相交流（ここでは３相交流）により動作する回転電機であり、電動機としても発電機としても機能することができる。
【００１４】
鉄道のように架線から電力の供給を受けることができない自動車のような車両では、回転電機８０を駆動するための電力源としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどの直流電源を搭載している。本実施形態では、回転電機８０に電力を供給するための大電圧大容量の直流電源として、例えば電源電圧２００〜４００［Ｖ］の高圧バッテリ１１（直流電源）が備えられている。回転電機８０は、交流の回転電機であるから、高圧バッテリ１１と回転電機８０との間には、直流と交流（ここでは３相交流）との間で電力変換を行うインバータ１０が備えられている。インバータ１０の直流側の正極電源ラインＰと負極電源ラインＮとの間の電圧は、以下“直流リンク電圧Ｖｄｃ”と称する。高圧バッテリ１１は、インバータ１０を介して回転電機８０に電力を供給可能であると共に、回転電機８０が発電して得られた電力を蓄電可能である。
【００１５】
インバータ１０と高圧バッテリ１１との間には、インバータ１０の直流側の正負両極間電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）を平滑化する平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ４）が備えられている。直流リンクコンデンサ４は、回転電機８０の消費電力の変動に応じて変動する直流電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）を安定化させる。直流リンクコンデンサ４と高圧バッテリ１１との間には、直流リンクコンデンサ４から回転電機８０までの回路と、高圧バッテリ１１との電気的な接続を切り離すことが可能なコンタクタ９が備えられている。本実施形態において、このコンタクタ９は、車両の最も上位の制御装置の１つである車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０からの指令に基づいて開閉するメカニカルリレーであり、例えばシステムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）と称される。コンタクタ９は、車両のイグニッションキー（ＩＧキー）がオン状態（有効状態）の際にＳＭＲの接点が閉じて導通状態（接続状態）となり、ＩＧキーがオフ状態（非有効状態）の際にＳＭＲの接点が開いて非導通状態（開放状態）となる。インバータ１０は、高圧バッテリ１１と回転電機８０との間にコンタクタ９を介して介在され、コンタクタ９が接続状態において高圧バッテリ１１とインバータ１０（及び回転電機８０）とが電気的に接続され、コンタクタ９が開放状態において高圧バッテリ１１とインバータ１０（及び回転電機８０）との電気的接続が遮断される。
【００１６】
インバータ１０は、直流リンク電圧Ｖｄｃを有する直流電力を複数相（ｎを自然数としてｎ相、ここでは３相）の交流電力に変換して回転電機８０に供給すると共に、回転電機８０が発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源に供給する。インバータ１０は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET）やＳｉＣ−ＳＩＴ（SiC - Static Induction Transistor）、ＧａＮ−ＭＯＳＦＥＴ（Gallium Nitride - MOSFET）などの高周波での動作が可能なパワー半導体素子を適用すると好適である。図１に示すように、本実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴ３が用いられる。
【００１７】
例えば直流と多相交流（ここでは３相交流）との間で電力変換するインバータ１０は、よく知られているように多相（ここでは３相）のそれぞれに対応する数のアームを有するブリッジ回路により構成される。つまり、図１に示すように、インバータ１０の直流正極側（直流電源の正極側の正極電源ラインＰ）と直流負極側（直流電源の負極側の負極電源ラインＮ）との間に２つのＩＧＢＴ３が直列に接続されて１つのアームが構成される。３相交流の場合には、この直列回路（１つのアーム）が３回線（３相）並列接続される。つまり、回転電機８０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイル８のそれぞれに一組の直列回路（アーム）が対応したブリッジ回路が構成される。
【００１８】
対となる各相のＩＧＢＴ３による直列回路（アーム）の中間点、つまり、正極電源ラインＰの側のＩＧＢＴ３（上段側ＩＧＢＴ（上段側スイッチング素子）３１，３３，３５：図３等参照）と負極電源ラインＮ側のＩＧＢＴ３（下段側ＩＧＢＴ（下段側スイッチング素子）３２，３４，３６：図３等参照）との接続点は、回転電機８０のステータコイル８（８ｕ，８ｖ，８ｗ：図３等参照）にそれぞれ接続される。尚、各ＩＧＢＴ３には、負極“Ｎ”から正極“Ｐ”へ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向として、並列にフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）５が備えられている。
【００１９】
図１に示すように、インバータ１０は、インバータ制御装置２０により制御される。インバータ制御装置２０は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材として構築されている。例えば、インバータ制御装置２０は、車両ＥＣＵ９０等の他の制御装置等からＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して要求信号として提供される回転電機８０の目標トルクＴＭに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ１０を介して回転電機８０を制御する。回転電機８０の各相のステータコイル８を流れる実電流は電流センサ１２により検出され、インバータ制御装置２０はその検出結果を取得する。また、回転電機８０のロータの各時点での磁極位置は、例えばレゾルバなどの回転センサ１３により検出され、インバータ制御装置２０はその検出結果を取得する。インバータ制御装置２０は、電流センサ１２及び回転センサ１３の検出結果を用いて、電流フィードバック制御を実行する。インバータ制御装置２０は、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。電流フィードバック制御については、公知であるのでここでは詳細な説明は省略する。
【００２０】
車両には、高圧バッテリ１１の他に、高圧バッテリ１１よりも低電圧の電源である低圧バッテリ（不図示）も搭載されている。低圧バッテリの電源電圧は、例えば１２〜２４［Ｖ］である。低圧バッテリと高圧バッテリ１１とは、互いに絶縁されており、互いにフローティングの関係にある。低圧バッテリは、インバータ制御装置２０や車両ＥＣＵ９０の他、オーディオシステムや灯火装置、室内照明、計器類のイルミネーション、パワーウィンドウなどの電装品や、これらを制御する制御装置に電力を供給する。車両ＥＣＵ９０やインバータ制御装置２０などの電源電圧は、例えば５［Ｖ］や３．３［Ｖ］である。
【００２１】
ところで、インバータ１０を構成する各ＩＧＢＴ３の制御端子であるゲート端子は、ドライバ回路３０を介してインバータ制御装置２０に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。回転電機８０を駆動するための高圧系回路と、マイクロコンピュータなどを中核とするインバータ制御装置２０などの低圧系回路とは、動作電圧（回路の電源電圧）が大きく異なる。このため、このため、各ＩＧＢＴ３に対するゲート駆動信号（スイッチング制御信号）の駆動能力（例えば電圧振幅や出力電流など、後段の回路を動作させる能力）をそれぞれ高めて中継するドライバ回路３０（制御信号駆動回路）が備えられている。低圧系回路のインバータ制御装置２０により生成されたＩＧＢＴ３のゲート駆動信号は、ドライバ回路３０を介して高圧回路系のゲート駆動信号としてインバータ１０に供給される。ドライバ回路３０は、例えばフォトカプラやトランスなどの絶縁素子やドライバＩＣを利用して構成される。
【００２２】
上述したように、コンタクタ９は、車両のイグニッションキー（ＩＧキー）がオン状態（有効状態）の際に接続状態となり、ＩＧキーがオフ状態（非有効状態）の際に開放状態となる。通常動作時には、ＩＧキーの状態に応じてコンタクタ９の開閉状態も制御される。しかし、ＩＧキーがオン状態の際に、車両の故障や衝突等によって、コンタクタ９が開放状態となる場合がある。例えば、コンタクタ９への電源供給が遮断された場合、コンタクタ９の駆動回路に異常が生じた場合、コンタクタ９が振動・衝撃やノイズ等によって機械的に故障した場合、コンタクタ９周辺の回路に断線が生じた場合、等にコンタクタ９が開放状態となる可能性がある。コンタクタ９が開放状態となると、高圧バッテリ１１からインバータ１０側への電力の供給は直ちに遮断される。同様に、回転電機８０からインバータ１０を介して高圧バッテリ１１への電力の回生もコンタクタ９によって遮断される。
【００２３】
このため、コンタクタ９が開放状態となった場合には、インバータ１０を構成するＩＧＢＴ３を全てオフ状態とするシャットダウン制御（ＳＤ制御）が実施される場合がある。ＳＤ制御が実施された場合、ステータコイル８に蓄積された電力が、ＦＷＤ５を介して直流リンクコンデンサ４を充電する。このため、直流リンクコンデンサ４の端子間電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）が短時間で上昇する可能性がある。直流リンク電圧Ｖｄｃの上昇に備えて直流リンクコンデンサ４を大容量化、高耐圧化すると、コンデンサの体格の増大につながる。また、インバータ１０の高耐圧化も必要となる。その結果、回転電機駆動装置１の小型化の妨げとなり、部品コスト、製造コスト、製品コストにも影響する。
【００２４】
また、コンタクタ９が開放状態となった場合に、いくつかのＩＧＢＴ３をオン状態にして電流を還流させるアクティブショート制御（アクティブショートサーキット制御（ＡＳＣ制御））〜例えばゼロベクトルシーケンス制御（ＺＶＳ制御）〜が実行される場合もある。電流（還流電流）の有するエネルギーは、ＩＧＢＴ３やステータコイル８などにおいて熱などによって消費される。ＡＳＣ制御では、直流リンク電圧Ｖｄｃの上昇は抑制できるが、ＩＧＢＴ３やステータコイル８を大電流が流れることになる。還流電流は、ステータコイル８に蓄積された電力が消費されるまで流れ続けるので、ＩＧＢＴ３やステータコイル８の寿命を低下させる可能性がある。また、大電流に対応した素子などを用いる必要が生じて、部品コスト、製造コスト、製品コストにも影響する可能性がある。また、大電流等によって発生する熱によって、回転電機８０のロータに備えられた永久磁石が減磁し、回転電機８０の耐久性が低下する可能性もある。
【００２５】
本実施形態のインバータ制御装置２０は、ＳＤ制御とＡＳＣ制御とを組み合わせて、回生電力を抑制しつつ、回転電機８０に流れる電流をゼロにする制御（回生電力抑制制御）を実行する点に特徴を有する。即ち、インバータ制御装置２０は、インバータ１０と高圧バッテリ１１とを接続するコンタクタ９が開放状態となった際に、直流リンク電圧Ｖｄｃの上昇や、還流電流の総量を抑制しつつ、回転電機８０に流れる電流をゼロにする。尚、上述したように、高圧バッテリ１１とは別に、不図示の低圧バッテリが備えられており、インバータ制御装置２０や車両ＥＣＵ９０は、低圧バッテリから電力を供給されて動作する。本実施形態においては、コンタクタ９が開放状態となっても、低圧バッテリからインバータ制御装置２０や車両ＥＣＵ９０への電力供給は維持されているものとして説明する。
【００２６】
図１及び図３等に示すように、インバータ１０は、交流１相分のアームが、相補的にスイッチング制御される上段側スイッチング素子（上段側ＩＧＢＴ（３１，３３，３５））と下段側スイッチング素子（下段側ＩＧＢＴ（３２，３４，３６））との直列回路により構成される。インバータ制御装置２０は、回転電機８０の回転中にコンタクタ９が開放状態となった場合に、３相全てのスイッチング素子３をオフ状態とするプレシャットダウン制御（ＰＳＤ制御）を実行する（図２：Ｐｈａｓｅ１）。さらに、インバータ制御装置２０は、ＰＳＤ制御の開始後に、何れか１相のアームである対象アームの電流がゼロとなる際に、対象アームとは別のアームの内、少なくとも１相のアームの上段側ＩＧＢＴ（３１，３３，３５）、又は下段側ＩＧＢＴ（３２，３４，３６）をオン状態とするパーシャルアクティブショート制御（ＰＡＳＣ制御）を実行する（図２：Ｐｈａｓｅ２）。換言すれば、ＰＳＤ制御の開始後に、ＰＡＳＣ制御でオン状態とされるスイッチング素子は、少なくとも１相のアームで相電流が流れているＩＧＢＴ３である。その後、対象アームとは別の２相のアームの電流が共にゼロとなる際に残りの全てのアームにおいてオン状態に制御されているＩＧＢＴ３をオフ状態とするように制御するフルシャットダウン制御（ＦＳＤ制御）を実行する（図２：Ｐｈａｓｅ３）。
【００２７】
以下、このような回生電力抑制制御について説明する。図２は、コンタクタ９の開放時の制御例を模式的に示す波形図であり、図３は、上述したＰｈａｓｅ１におけるＩＧＢＴ３の制御例と電流の流れを示す等価回路図であり、図４は、同じくＰｈａｓｅ２におけるＩＧＢＴ３の制御例と電流の流れを示す等価回路図である。図２に示す時刻“ｔ０”は、コンタクタ９が開放状態となった時刻を示している。コンタクタ９が開放状態となると、直流リンク電圧Ｖｄｃが上昇し始める。インバータ制御装置２０は、コンタクタ９が開放状態（コンタクタオープン）であると判定すると、回生電力抑制制御を開始する。コンタクタオープンであるとの判定は、例えば、車両ＥＣＵ９０からの通信に基づいて実施されても良いし、直流リンク電圧Ｖｄｃを検出する電圧センサ１４の検出結果に基づいて実施されても良い。また、コンタクタオープンであるとの判定は、バッテリ電流センサ１５により検出された高圧バッテリ１１の電流（バッテリ電流）の急激な変化に基づいて判定されてもよい。ここでは、電圧センサ１４により検出された直流リンク電圧Ｖｄｃが、回生電力抑制制御の要否を判定する判定しきい値を超えているか否かによって、回生電力抑制制御の開始が判定されるものとする。
【００２８】
回生電力抑制制御が開始されると、まず、ＰＳＤ制御が実行される。ＰＳＤ制御では、３相全てのスイッチング素子３がオフ状態に制御され、直流リンク電圧Ｖｄｃが上昇する。本実施形態においては、コンタクタ９が開放状態となったことによって直流リンク電圧Ｖｄｃが上昇すると共に、ＰＳＤ制御によっても直流リンク電圧Ｖｄｃが上昇する。従って、説明を容易にするために、図２では、コンタクタオープンの時刻“ｔ０”と、ＰＳＤ制御を開始する時刻“ｔ１”とを区別することなく例示し、コンタクタオープンからＰＳＤ制御が実行される期間（Ｐｈａｓｅ１）に亘って直流リンク電圧Ｖｄｃが上昇している。
【００２９】
図３は、Ｐｈａｓｅ１におけるＩＧＢＴ３の制御例と電流の流れを示している。図３において、破線で示すＩＧＢＴ３は、オフ状態にスイッチング制御されていることを示し、実線で示すＩＧＢＴ３はオン状態に制御されていることを示す。また、破線で示すＦＷＤ５は非導通状態であることを示し、実線で示すＦＷＤ５は導通状態であることを示す。図３に示すように、ＰＳＤ制御においては、全てのＩＧＢＴ３がオフ状態に制御されている。Ｕ相電流ＩｕはＵ相上段側ＦＷＤ５１を流れ、Ｖ相電流ＩｖはＶ相上段側ＦＷＤ５３を流れ、Ｗ相電流ＩｗはＷ相下段側ＦＷＤ５６を流れて直流リンクコンデンサ４を充電する。これにより、直流リンク電圧Ｖｄｃは、電圧“Ｖ１”まで上昇する。
【００３０】
Ｐｈａｓｅ１の期間において、つまり、ＰＳＤ制御の実行中に、何れか１相のアームである対象アームの電流がゼロとなる際に、ＰＡＳＣ制御が実行される。ＰＡＳＣ制御は、図２に示す時刻“ｔ２”において実行されると好適であるが、厳密ではなく、時刻“ｔ２”の前後において実行されればよい。電流がゼロとなったことを検出した後では、ＰＡＳＣ制御の実行が遅れるため、例えば、ＰＡＳＣ制御は、相電流がゼロの時を予想して実行されると好適である。図２においては、Ｐｈａｓｅ１の期間においてＵ相電流Ｉｕがゼロとなる際にＰＡＳＣ制御が実行される形態を例示している。従って、対象アームはＵ相アームであり、図４に示すように、Ｕ相アームとは別のアームであるＶ相下段側ＩＧＢＴ３４及びＷ相下段側ＩＧＢＴ３６がオン状態に制御される。換言すれば、ＰＳＤ制御の開始後に、ＰＡＳＣ制御でオン状態とされるＩＧＢＴ３は、ＰＡＳＣ制御の開始時に（対象アームの電流がゼロとなる際に）、相電流が流れている相のアームを構成するＩＧＢＴ３である。この状態は、３相の内の２相のみが、オン状態とされている状態であるから、２相スイッチング（Tow Phase Switching）制御と称することができる。これにより、Ｖ相とＷ相との２相による部分的なアクティブショート回路が実現される。尚、後述するように、ＰＳＤ制御の開始後に、ＰＡＳＣ制御でオン状態とされるＩＧＢＴ３は、ＰＡＳＣ制御の開始時に（対象アームの電流がゼロとなる際に）、相電流が流れている両方の相のアームを構成するＩＧＢＴ３ではなく、相電流が流れている相の内の少なくとも１相のアームを構成するＩＧＢＴ３であってもよい。詳細については後述する。
【００３１】
Ｕ相はシャットダウンされた状態のままである。つまり、Ｕ相によって部分的なシャットダウンが実現されている。シャットダウンでは、ステータコイル８に蓄積された電力が、ＦＷＤ５を介して直流リンクコンデンサ４を充電するが、相電流（Ｉｕ）がゼロの状態で他の２相の電流を平衡させて還流させているため、時刻ｔ２以降にはＵ相電流Ｉｕは流れず、直流リンク電圧Ｖｄｃの上昇は電圧“Ｖ１”で停止する。
【００３２】
図４は、Ｐｈａｓｅ２におけるＩＧＢＴ３の制御例と電流の流れを示している。図４に示すように、Ｖ相電流Ｉｖは、Ｖ相下段側ＩＧＢＴ３４を流れ、Ｗ相電流Ｉｗは、Ｗ相下段側ＩＧＢＴ３６を流れると共に、Ｗ相下段側ＩＧＢＴ３６に逆並列に接続されたＷ相下段側ＦＷＤ５６も流れる。Ｕ相がシャットダウンされているため、Ｖ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗとは平衡する。従って、図２に示すように、Ｖ相電流ＩｖとＷ相電流Ｉｗとは同じ時刻（ここでは時刻“ｔ３”）においてゼロとなる。インバータ制御装置２０は、対象アーム（ここではＵ相）とは別の２相のアーム（ここではＶ相、Ｗ相）の電流が共にゼロとなる際に残りの全てのアームにおいてオン状態に制御されているＩＧＢＴ３（ここでは“３４，３６”）をオフ状態とするように制御するＦＳＤ制御を実行する（図２：Ｐｈａｓｅ３）。シャットダウンが実施された場合には、ステータコイル８に蓄積された電力が、ＦＷＤ５を介して直流リンクコンデンサ４を充電するが、相電流（Ｉｖ，Ｉｗ）がゼロの状態でシャットダウンを行っているため、直流リンク電圧Ｖｄｃは上昇しない。
【００３３】
ところで、Ｐｈａｓｅ２では、全てのＩＧＢＴ３がオフ状態に制御された状態から、部分的に還流ループを生成するようにＩＧＢＴ３をオン状態に制御するため、この制御をパーシャルアクティブショート制御（ＰＡＳＣ制御）と称している。しかし、見方を変えれば、Ｕ相がシャットダウンされた状態であるから、部分的にシャットダウン制御（ＳＤ制御）が実行されているということもできる。従って、時刻“ｔ２”から実行される制御（Ｐｈａｓｅ２で実行される制御）は、パーシャルシャットダウン制御（ＰＳＤ制御）と称することもできる。
【００３４】
上述したように、ＰＡＳＣ制御に際しては、対象アームとは別のアームの内、少なくとも１相のアームの上段側ＩＧＢＴ（３１，３３，３５）、又は下段側ＩＧＢＴ（３２，３４，３６）がオン状態に制御される。上記では、図４を参照して、対象アームがＵ相であり、Ｖ相下段側ＩＧＢＴ３４と、Ｗ相下段側ＩＧＢＴ３６とがオン状態に制御される形態を例示した。しかし、図５に示す用に、Ｖ相上段側ＩＧＢＴ３３と、Ｗ相上段側ＩＧＢＴ３５とがオン状態に制御されてもよい。この場合には、Ｖ相電流Ｉｖは、Ｖ相上段側ＩＧＢＴ３３及びＶ相上段側ＦＷＤ５３を流れ、Ｗ相電流Ｉｗは、Ｗ相上段側ＩＧＢＴ３５を流れて還流することになる。
【００３５】
また、上記説明では、対象アームとは別のアームの双方の上段側ＩＧＢＴ（３１，３３，３５）、又は下段側ＩＧＢＴ（３２，３４，３６）がオン状態に制御される例を示したが、少なくとも１相のアームの上段側ＩＧＢＴ（３１，３３，３５）、又は下段側ＩＧＢＴ（３２，３４，３６）がオン状態に制御されれば足りる。つまり、上記においては、対象アームがＵ相であり、Ｖ相下段側ＩＧＢＴ３４と及びＷ相下段側ＩＧＢＴ３６とがオン状態に制御される形態（図４参照）、及び、Ｖ相上段側ＩＧＢＴ３３及びＷ相上段側ＩＧＢＴ３５とがオン状態に制御される形態（図５参照）を例示した。しかし、対象アームがＵ相であり、Ｖ相下段側ＩＧＢＴ３４のみがオン状態に制御される形態、及び、Ｗ相上段側ＩＧＢＴ３５のみがオン状態に制御される形態であってもよい。
【００３６】
例えば、対象アームがＵ相であり、Ｖ相下段側ＩＧＢＴ３４のみがオン状態に制御された場合、Ｖ相下段側ＩＧＢＴ３４及びＷ相下段側ＦＷＤ５６を経由して、図４に示した還流ループが形成される。同様に、対象アームがＵ相であり、Ｗ相上段側ＩＧＢＴ３５のみがオン状態に制御された場合には、Ｖ相上段側ＦＷＤ５３及びＷ相上段側ＩＧＢＴ３５を経由して、図５に示した還流ループが形成される。即ち、ＰＡＳＣ制御の実行に際してオン状態とされるＩＧＢＴ３は、対象アームとは別のアームの内、順方向に非導通状態のＦＷＤ５を有するアームの当該ＦＷＤ５に並列接続されているＩＧＢＴ３を少なくとも含んでいればよい。
【００３７】
図３を参照すれば、対象アーム（Ｕ相）とは別のアーム（Ｖ相、Ｗ相）の内、順方向に非導通状態のＦＷＤ５を有するアームの当該ＦＷＤ５は、Ｖ相下段側ＦＷＤ５４、又は、Ｗ相上段側ＦＷＤ５５である。従って、順方向に非導通状態のＦＷＤ５に並列接続されているＩＧＢＴ３は、Ｖ相下段側ＦＷＤ５４に並列接続されたＶ相下段側ＩＧＢＴ３４、又は、Ｗ相上段側ＩＧＢＴ３５である。順方向に導通状態のＦＷＤ５に並列接続されているＩＧＢＴ３は、改めてオン状態に制御されてなくても、導通状態のＦＷＤ５を介して還流ループが形成される。例えば、オン状態に制御されるＶ相下段側ＩＧＢＴ３４は、既に導通状態のＷ相下段側ＦＷＤ５６を介して還流ループを形成することができるので、Ｖ相下段側ＩＧＢＴ３４と共に、必ずしもＷ相下段側ＩＧＢＴ３６がオン状態に制御されなくてもよい。同様に、オン状態に制御されるＷ相上段側ＩＧＢＴ３５は、既に導通状態のＶ相上段側ＦＷＤ５３を介して還流ループを形成することができるので、Ｗ相上段側ＩＧＢＴ３５と共に、必ずしもＶ相上段側ＩＧＢＴ３３がオン状態に制御されなくてもよい。このように、３相の内の１相のみが、オン状態とされている状態は、１相スイッチング（Single phase switching）制御と称することもできる。
【００３８】
このように、１相だけをオン状態とすることによって、ＡＳＣ制御による大電流をＦＷＤ５に逃がし、大電流が流れることによるＩＧＢＴ３の消耗を抑制し、寿命に与える影響を低減することもできる。当然ながら、ＰＡＳＣ制御において１相だけのＩＧＢＴ３がオン状態に制御された場合には、その後のＦＳＤ制御において当該１相だけのＩＧＢＴ３がオフ状態に制御されれば、全てのＩＧＢＴ３をオフ状態とすることができる。
【００３９】
このように、ＳＤ制御とＡＳＣ制御とを組み合わせることによって、適切に回転電機８０に流れる電流をゼロにする制御を実行することができる。発明者によるシミュレーションによれば、例えば、コンタクタオープンに応答して単純にＳＤ制御を実行した場合と比較して、直流リンクコンデンサ４の静電容量を概ね３／４程度としても、直流リンク電圧Ｖｄｃの上昇電圧は４／５程度となることが確認されている。つまり、回生電力抑制制御によって直流リンク電圧Ｖｄｃの上昇が抑制され、直流リンクコンデンサ４の小型化も可能となる。また、コンタクタオープンに応答して単純にＡＳＣ制御を実行した場合と比べて、相電流の最大値は概ね１／２程度に収まっている。つまり、回生電力抑制制御によって相電流も抑制されている。従って、ステータコイル８やＩＧＢＴ３の消耗による寿命の低下を抑制することができる。即ち、シミュレーションによって、最大の回生電力ポイントと、インバータ１０の最大電圧の条件で、定格電流と耐圧電圧とを満足することが確認されている。
【００４０】
本実施形態のインバータ制御装置２０は、ＳＤ制御とＡＳＣ制御とを組み合わせて、適切に回転電機８０に流れる電流をゼロにする回生電力抑制制御（ＳＤ−ＡＳＣ混合制御）を実行する。ＳＤ制御、ＡＳＣ制御、ＳＤ−ＡＳＣ混合制御には、コンタクタオープンの際の回転電機８０の動作状態に応じてそれぞれ適した領域が存在する。図６は、回転電機８０の回転速度とトルクとによって表された動作マップ上において、それぞれの制御方式が適した領域を示している。回転速度が高い領域、図６における領域“ｄｅｆｇ”（領域“Ｒ２”）は、回転電機８０による起電力（ＥＭＦ：Electromotive Force）が高いため、ＡＳＣ制御が適している。線“ｄｇ”は、逆起電圧（ＢＥＭＦ：Back Electromotive Force）が、直流リンク電圧Ｖｄｃ以上となる境界を表している。回転速度が低い領域、図６における領域“０ａｃｄｇ”（領域“Ｒ１＋Ｒ３”）は、ＳＤ制御が適している。即ち、ＳＤ制御は、直流リンク電圧Ｖｄｃが回転電機８０による起電力よりも大きい場合に実行される。
【００４１】
このＳＤ制御が適している領域“０ａｃｄｇ”の全てにおいてＳＤ制御が可能なようにインバータ制御装置２０を構築すると、当該領域における直流リンク電圧Ｖｄｃの上昇に鑑みた設計が必要となる。例えば、ＩＧＢＴ３などのスッチング素子に高い耐圧が求められ、直流リンクコンデンサ４にも大きな容量や高い耐圧が求められる。しかし、回転速度及びトルクが高い領域“ｂｃｄ”（領域“Ｒ３”）において、直流リンク電圧Ｖｄｃの上昇を抑制できれば、それらの要求を緩和することができる。従って、上述した回生電力抑制制御は、図６における領域“ｂｃｄ”（領域“Ｒ３”）において適用されると好適である。
【００４２】
〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００４３】
上述したように、コンタクタ９が開放状態となると直流リンク電圧Ｖｄｃが直ぐに上昇する。従って、インバータ制御装置２０は、コンタクタ９が開放状態となったことを迅速に判定して、回生電力抑制制御を開始することが望ましい。従って、上記説明においては、一般的に通信時間を要するＣＡＮなどを利用して車両ＥＣＵ９０経由でコンタクタ９の状態を取得するのではなく、直流リンク電圧Ｖｄｃの検出結果に基づいて、迅速にコンタクタ９が開放状態となったことを判定できる例を示した。また、他の１つの態様として、高圧バッテリ１１と直流リンクコンデンサ４との間に設けられたバッテリ電流センサ１５により検出された高圧バッテリ１１の電流（バッテリ電流）の急激な変化に基づいてコンタクタオープンが判定されてもよい。コンタクタ９が開放状態となると、高圧バッテリ１１と、その後段の回路（直流リンクコンデンサ４、インバータ１０、回転電機８０等）との電気的な接続状態が急激に変化する。このため、高圧バッテリ１１を出入りする電流も急激に変化する。従って、この場合も、ＣＡＮなどを利用して車両ＥＣＵ９０経由でコンタクタ９の状態を取得するよりも、インバータ制御装置２０は、高圧バッテリ１１の電流の検出結果に基づいて、コンタクタ９が開放状態となったことを迅速に判定することができる。このように、コンタクタオープンによって平滑コンデンサ（直流リンクコンデンサ４）の端子間電圧（直流リンク電圧Ｖｄｃ）が短時間で上昇するのを防止するためには、コンタクタオープンを迅速に検出することが特に肝要である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、インバータを介して交流の回転電機を駆動制御するインバータ制御装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１        ：回転電機駆動装置
３        ：ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
４        ：直流リンクコンデンサ
５        ：フリーホイールダイオード
９        ：コンタクタ
１０      ：インバータ
１１      ：高圧バッテリ（直流電源）
２０      ：インバータ制御装置
３１〜３６：ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
５１〜５６：フリーホイールダイオード
８０      ：回転電機
Ｖｄｃ    ：直流リンク電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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