(57)【要約】  交流回転電機に回生動作を行わせている状態で、直流電源とインバータとの電気的接続が予期せず切断された場合に、早期にシステム電圧の上昇を抑制する動作を行うことができるインバータ装置が望まれる。直流電源とインバータを接続する電線を流れる電流を検出する電流センサと、交流回転電機に電力を発電させる回生動作を行わせている場合における電流センサにより検出された電流に基づいて、複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させるか否かを判定する制御装置と、を備えたインバータ装置。
2015011941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源及び平滑コンデンサと交流回転電機との間に介在されて複数のスイッチング素子を備えたインバータと、前記複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御装置と、を備えたインバータ装置であって、
前記直流電源と前記インバータとを接続する電線を流れる電流を検出する電流センサを更に備え、
前記制御装置は、前記交流回転電機に電力を発電させる回生動作を行わせている場合における前記電流センサにより検出された電流に基づいて、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させるか否かを判定するインバータ装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記複数のスイッチング素子を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御すると共に、前記駆動部を制御して前記交流回転電機に予め定められた判定電力以上の電力を発電させる回生動作を行わせている場合に、回生信号を出力する駆動制御部と、
前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させるか否かを判定し、停止させると判定した場合は、前記駆動部に対して、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させる信号である遮断信号を出力する遮断判定部と、を備え、
前記遮断判定部は、前記駆動制御部から前記回生信号が出力されている状態で、前記電流センサにより検出された電流が、予め定められた電流判定閾値より小さい回生中電流低下状態であるか否かを判定する電流判定部を備え、前記電流判定部の判定結果に基づいて、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させるか否かを判定する請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記遮断判定部は、前記電流判定部が前記回生中電流低下状態であると判定した場合に、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させると判定し、前記駆動部に対して前記遮断信号を出力する請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記遮断判定部は、前記直流電源と前記インバータとを接続する正極側の前記電線と負極側の前記電線との間の電圧が、予め定められた電圧判定閾値より大きくなった場合に、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させると判定し、
前記遮断判定部は、前記電流判定部が前記回生中電流低下状態であると判定している場合に、前記電流判定部が前記回生中電流低下状態であると判定していない場合に比べて、前記電圧判定閾値を低い値とする請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記電流判定部は、前記電流センサにより検出された電流が前記電流判定閾値より小さい場合に低電流信号を出力する比較器と、前記低電流信号と前記回生信号との双方が入力された場合に、前記回生中電流低下状態であることを表す回生中電流低下信号を出力する論理回路と、を備える請求項２から４のいずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記平滑コンデンサは、前記直流電源と前記インバータとを接続する正極側の前記電線と負極側の前記電線との間に接続され、
前記電流センサは、正極側又は負極側の前記電線における、前記平滑コンデンサとの接続部分よりも前記直流電源側に備えられている請求項１から５いずれか一項に記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記直流電源は、前記インバータとの電気的な接続を切り離すことが可能なリレーを備え、
前記電流センサは、前記電線における、前記リレーと、前記平滑コンデンサとの接続部分と、の間に備えられている請求項６に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源及び平滑コンデンサと交流回転電機との間に介在されて複数のスイッチング素子を備えたインバータと、前記複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御装置と、を備えたインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなインバータ装置として、例えば、下記の特許文献１、２に記載された装置が既に知られている。特許文献１の技術では、直流電源とインバータとを電気的に接続するリレーが開状態にされた場合に、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電するために、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との双方をオン状態にすることで、平滑コンデンサの両端子を短絡させるように構成されている。【０００３】
特許文献２の技術では、交流回転電機により生じた回生電力により平滑コンデンサの端子間の電圧が上昇すると、過電圧保護回路に備えられたスイッチング素子がオンし、平滑コンデンサの端子間が抵抗を介して接続され、電圧の上昇が抑制されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０８３１２３号公報
【特許文献２】特開平４−０６９０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、交流回転電機に回生動作を行わせているときに、何らかの要因によりリレーが閉状態から開状態になる故障が生じるなど、直流電源とインバータとの電気的接続が予期せず切断される可能性がある。インバータの制御装置が、このような切断を検出できず、回生動作を継続すると、正極側の電線と負極側の電線との間のシステム電圧が急速に上昇する。システム電圧が、スイッチング素子の耐圧を超えるまで上昇すると、スイッチング素子が破損するおそれがある。
そこで、できるだけ早期に切断を検出し、回生動作を停止させて、システム電圧の上昇を抑制することが望ましい。【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術は、リレーが開状態にされたことを正常に検出した後、平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電する技術であり、リレーが開状態にされたことを検出できないなど、異常が生じた場合において、システム電圧の急速な上昇を効果的に抑制することには対応できない。【０００７】
また、特許文献２の技術は、通常の回生動作におけるシステム電圧の上昇を抑制できると考えられる。しかし、特許文献２の技術は、システム電圧を観測しているため、直流電源とインバータとの電気的接続が切断された場合に、システム電圧が急速に上昇することを抑制するのに限界があると考えられる。
これは、切断が生じた後のシステム電圧の上昇には、平滑コンデンサの平滑化効果により応答遅れが生じるため、システム電圧を観測する方法では、切断が生じた後、システム電圧の上昇を抑制する動作を行うまでの判定遅れが大きくなると考えられるためである。【０００８】
そこで、交流回転電機に回生動作を行わせている状態で、直流電源とインバータとの電気的接続が予期せず切断された場合に、早期にシステム電圧の上昇を抑制する動作を行うことができるインバータ装置の実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る、直流電源及び平滑コンデンサと交流回転電機との間に介在されて複数のスイッチング素子を備えたインバータと、前記複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御装置と、を備えたインバータ装置の特徴構成は、
前記直流電源と前記インバータとを接続する電線を流れる電流を検出する電流センサを更に備え、
前記制御装置は、前記交流回転電機に電力を発電させる回生動作を行わせている場合における前記電流センサにより検出された電流に基づいて、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させるか否かを判定する点にある。【００１０】
回生動作中に直流電源とインバータとの電気的接続が切断された場合、正極側の電線と負極側の電線との間のシステム電圧が急速に上昇し、直流電源とインバータとを接続する電線を流れる電流が急速に低下する。このとき、システム電圧の上昇には平滑コンデンサの平滑化効果による応答遅れが生じるが、電流の低下にはこのような応答遅れは生じ難い。
上記の特徴構成によれば、インバータ装置は、直流電源とインバータとを接続する電線を流れる電流を検出する電流センサを更に備えているため、電流センサにより、直流電源とインバータとの電気的接続の切断による接続電線を流れる電流の低下を直接検出することができる。制御装置は、システム電圧よりも切断後の応答遅れが小さい、電流センサにより検出された電流に基づいて判定しているので、直流電源とインバータとの電気的接続が切断されてから、スイッチング素子の駆動を停止させるまでの遅れを、システム電圧に基づいて判定する場合よりも短くできる。よって、直流電源とインバータとの電気的接続が切断された後、システム電圧の上昇を効果的に抑制することができる。
これにより、平滑コンデンサの容量を減少させたり、スイッチング素子の耐圧を低下させたりして、装置の低コスト化、小型化を図ることができる。【００１１】
ここで、前記制御装置は、前記複数のスイッチング素子を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御すると共に、前記駆動部を制御して前記交流回転電機に予め定められた判定電力以上の電力を発電させる回生動作を行わせている場合に、回生信号を出力する駆動制御部と、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させるか否かを判定し、停止させると判定した場合は、前記駆動部に対して、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させる信号である遮断信号を出力する遮断判定部と、を備え、前記遮断判定部は、前記駆動制御部から前記回生信号が出力されている状態で、前記電流センサにより検出された電流が、予め定められた電流判定閾値より小さい回生中電流低下状態であるか否かを判定する電流判定部を備え、前記電流判定部の判定結果に基づいて、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させるか否かを判定すると好適である。【００１２】
交流回転電機に発電させる電力に比例して、直流電源とインバータとの電気的接続が切断された後のシステム電圧の上昇速度が大きくなる。そのため、特に発電電力が大きい場合に、早期に電気的接続の切断を検出して、全てのスイッチング素子の駆動を停止させる必要性が高くなる。上記の構成によれば、交流回転電機の発電電力が判定電力以上に大きい場合に、切断後の応答遅れが小さい電流センサの検出電流に基づいて、電気的接続の切断後、早期にスイッチング素子の駆動を停止させ、システム電圧の上昇を効果的に抑制することができる。
また、交流回転電機に発電させる電力が小さいと、直流電源とインバータとの電気的接続が切断されていない正常状態でも、直流電源とインバータとの接続電線を流れる電流が小さくなり、電気的接続が切断された状態に近づくため、電流センサの検出電流に基づく判定精度が悪化する。上記の構成によれば、交流回転電機に発電させる電力が判定電力以上に大きく、電気的接続が切断されていない正常状態において、接続電線を流れる電流が大きくなる条件において、電流センサの検出電流に基づいて、電気的接続が切断されているか否かの判定を精度よく行い、スイッチング素子の駆動を停止させることができる。よって、交流回転電機の発電電力が小さい場合に、電気的接続が切断していないにもかかわらず、全てのスイッチング素子の駆動が停止され、交流回転電機の発電が停止されることを抑制できる。【００１３】
ここで、前記遮断判定部は、前記電流判定部が前記回生中電流低下状態であると判定した場合に、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させると判定し、前記駆動部に対して前記遮断信号を出力すると好適である。【００１４】
この構成によれば、回生動作中に電流センサにより検出した電流が電流判定閾値より小さいと判定された後、速やかに、駆動部に対して遮断信号を出力し、スイッチング素子の駆動を停止させることができる。【００１５】
ここで、前記遮断判定部は、前記直流電源と前記インバータとを接続する正極側の前記電線と負極側の前記電線との間の電圧が、予め定められた電圧判定閾値より大きくなった場合に、前記複数のスイッチング素子の全ての駆動を停止させると判定し、
前記遮断判定部は、前記電流判定部が前記回生中電流低下状態であると判定している場合に、前記電流判定部が前記回生中電流低下状態であると判定していない場合に比べて、前記電圧判定閾値を低い値とすると好適である。【００１６】
この構成によれば、回生動作中に電流センサにより検出した電流が電流判定閾値より小さいと判定された場合に、電圧判定値が低下されるので、システム電圧に基づいて判定する場合でも、スイッチング素子の駆動を停止させるまでの遅れを短くできる。【００１７】
ここで、前記電流判定部は、前記電流センサにより検出された電流が前記電流判定閾値より小さい場合に低電流信号を出力する比較器と、前記低電流信号と前記回生信号との双方が入力された場合に、前記回生中電流低下状態であることを表す回生中電流低下信号を出力する論理回路と、を備えると好適である。【００１８】
この構成によれば、ハードウェア回路を用いて判定するので、処理速度を速くすることができ、スイッチング素子の駆動を停止させるまでの遅れを短くできる。【００１９】
ここで、前記平滑コンデンサは、前記直流電源と前記インバータとを接続する正極側の前記電線と負極側の前記電線との間に接続され、
前記電流センサは、正極側又は負極側の前記電線における、前記平滑コンデンサとの接続部分よりも前記直流電源側に備えられていると好適である。【００２０】
この構成によれば、直流電源とインバータとの電気的接続が切断された後も、平滑コンデンサの平滑化効果により、スイッチング素子側から平滑コンデンサに回生発電により生じた電流が流入する。この場合でも、電流センサは、平滑コンデンサの接続部よりも直流電源側の電線に設けられているので、スイッチング素子側から平滑コンデンサに流入する電流を検出しないようにできる。よって、直流電源とインバータとの電気的接続が切断され、切断部において電流が流れなくなった場合に、電流センサにより検出される電流も、それに応じて低下するので、電流の遮断を迅速に検出できる。【００２１】
ここで、前記直流電源は、前記インバータとの電気的な接続を切り離すことが可能なリレーを備え、前記電流センサは、前記電線における、前記リレーと、前記平滑コンデンサとの接続部分と、の間に備えられていると好適である。【００２２】
この構成によれば、何らかの要因によりリレーが閉状態から開状態になる故障が生じた場合に、リレーと平滑コンデンサとの接続部分との間に備えられた電流センサにより、電流の遮断を迅速に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るインバータ装置などの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電流判定部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の比較例に係るタイムチャートである。
【図４】本発明の第一構成例に係るタイムチャートである。
【図５】本発明の第二構成例に係る遮断判定部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第二構成例に係るタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明に係るインバータ装置２の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るインバータＩＮ及び制御装置１を備えるインバータ装置２などの概略構成を示す模式図である。
インバータＩＮは、直流電源ＤＣ及び平滑コンデンサ５と交流回転電機ＭＧとの間に介在されて複数のスイッチング素子３を備えている。制御装置１は、複数のスイッチング素子３の駆動を制御する。
インバータ装置２は、直流電源ＤＣとインバータＩＮを接続する電線４を流れる電流を検出する電流センサ６を備えている。
制御装置１は、交流回転電機ＭＧに電力を発電させる回生動作を行わせている場合における電流センサ６により検出された電流に基づいて、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させるか否かを判定するように構成されている。
【００２５】
１．インバータＩＮの構成
インバータＩＮは、直流電源ＤＣに係る直流電力と、交流回転電機ＭＧに係る交流電力とを変換する。
本実施形態では、直流電源ＤＣから供給された直流電力を複数相（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交流回転電機ＭＧに供給すると共に、交流回転電機ＭＧが発電（回生）した交流電力を直流電力に変換して直流電源ＤＣに供給するように構成されている。
【００２６】
インバータＩＮは、複数のスイッチング素子３を備えている。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）などのパワー半導体素子が用いられる。
【００２７】
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ＩＮ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ＩＮにおける正極側電線４ａと、負極側電線４ｂとの間に２つのスイッチング素子３が直列に接続されて１つのアーム１０Ｌが構成される。ここで、交流回転電機ＭＧとの接続部よりも正極側電線４ａ側に接続されるスイッチング素子３を上段側スイッチング素子３Ｕ（上段側スイッチング素子又はハイサイドスイッチ）と称し、交流回転電機ＭＧとの接続部よりも負極側電線４ｂ側に接続されるスイッチング素子３を下段側スイッチング素子３Ｌ（負極側スイッチング素子又はローサイドスイッチ）と称す。なお、正極側電線４ａ及び極側電線４ｂには、バスバーも含まれる。
【００２８】
３相交流の場合には、この直列回路（１つのアーム１０Ｌ）が３回線（３相：１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ）並列接続される。つまり、交流回転電機ＭＧのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイルのそれぞれに一組の直列回路（アーム１０Ｌ）が対応したブリッジ回路が構成される。各相の上段側スイッチング素子３Ｕのコレクタ端子は正極側電線４ａに接続され、エミッタ端子は各相の下段側スイッチング素子３Ｌのコレクタ端子に接続される。また、各相の下段側スイッチング素子３Ｌのエミッタ端子は、負極側電線４ｂに接続される。対となる各相のスイッチング素子３による直列回路（アーム１０Ｌ）の中間点、つまり、上段側スイッチング素子３Ｕと下段側スイッチング素子３Ｌとの接続点は、交流回転電機ＭＧのステータコイルにそれぞれ接続される。
【００２９】
なお、スイッチング素子３には、それぞれフリーホイールダイオード３９（回生ダイオード）が並列に接続される。フリーホイールダイオード３９は、カソード端子がスイッチング素子３のコレクタ端子に接続され、アノード端子がスイッチング素子３のエミッタ端子に接続される形で、各スイッチング素子３に対して並列に接続される。
【００３０】
＜平滑コンデンサ５＞
平滑コンデンサ５は、正極側電線４ａと負極側電線４ｂとの間に接続されており、正極側電線４ａと負極側電線４ｂとの間の直流電圧（システム電圧Ｖｄｃ）を平滑化する。
平滑コンデンサ５は、図１に示すように、スイッチング素子３が備えられたインバータＩＮの本体部と直流電源ＤＣとの間に並列に設けられる。平滑コンデンサ５の正極端子は、正極側電線４ａに接続され、負極端子は、負極側電線４ｂに接続される。
平滑コンデンサ５は、交流回転電機ＭＧの消費電力の変動やスイッチング素子３のオンオフ動作に応じて変動する直流電圧を平滑化し安定化させる。平滑コンデンサ５の容量が大きいほど、平滑化作用が大きくなる。
【００３１】
２．直流電源ＤＣの構成
本実施形態では、直流電源ＤＣは、バッテリなどの蓄電装置とされる。
なお、直流電源ＤＣには、ＤＣ−ＤＣコンバータが備えられていてもよい。ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力（直流電圧）の変換器である。ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング素子やコイルなどから構成される。
【００３２】
直流電源ＤＣは、インバータＩＮとの電気的な接続を切り離すことが可能なリレー９を備えている。リレー９は、直流電源ＤＣ（蓄電装置）とインバータＩＮとの間の電気的な接続を、接続状態又は切断状態に切り替えることができるスイッチである。本実施形態では、リレー９には、電磁石により接点を物理的に動かして開閉する電磁リレーが用いられている。リレー９は、例えば、システム全体の電源のオンオフに連動して開閉される、システムメインリレー（ＳＭＲ：system main relay）とされる。
【００３３】
リレー９は、直流電源ＤＣ（蓄電装置）とインバータＩＮと接続する電線４に設けられている。本実施形態では、リレー９は、正極側電線４ａにおける、平滑コンデンサ５の接続部分８と直流電源ＤＣとの間に設けられている。なお、リレー９は、負極側電線４ｂに設けられてもよく、或いは正極側電線４ａ及び負極側電線４ｂの双方に設けられてもよい。
【００３４】
３．制御装置１の構成
制御装置１は、複数のスイッチング素子３の駆動を制御する。
制御装置１は、交流回転電機ＭＧに電力を発電させる回生動作を行わせている場合における電流センサ６により検出された電流に基づいて、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させるか否かを判定するように構成されている。制御装置１は、停止させると判定した場合は、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させるように構成されている。
【００３５】
本実施形態では、制御装置１は、駆動部２０、駆動制御部３０、及び遮断判定部４０を備えている。
３−１．駆動部２０
駆動部２０は、複数のスイッチング素子３を駆動する。
駆動部２０は、複数のスイッチング素子３のそれぞれに対応する複数の駆動回路を備えている。すなわち、駆動回路は、スイッチング素子３と同数設けられている。
各スイッチング素子３の制御端子であるゲート端子は、対応する駆動回路に接続されている。
各駆動回路は、駆動制御部３０から伝達された、各スイッチング素子３のオン指令又はオフ指令に応じて、対応するスイッチング素子３に対してオン電圧信号又はオフ電圧信号を出力して、スイッチング素子３をオン状態又はオフ状態にさせる。
【００３６】
駆動部２０は、遮断判定部４０から遮断信号ＳＳが出力されている場合は、駆動制御部３０からオン指令又はオフ指令が伝達されているかに関わらず、強制的に全ての駆動回路にオフ電圧信号を出力させて、全てのスイッチング素子３をオフ状態にさせる。
【００３７】
３−２．駆動制御部３０
駆動制御部３０は、駆動部２０に指令して、スイッチング素子３をオンオフ制御する。
駆動制御部３０は、複数のスイッチング素子３（駆動回路）のそれぞれに対応する、オン指令又はオフ指令を駆動部２０に伝達する。
駆動制御部３０は、ＣＰＵ等の演算処理装置を中核部材として備えるとともに、当該演算処理装置からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）や、演算処理装置からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）等の記憶装置等を有して構成されている。そして、駆動制御部３０のＲＯＭ等に記憶されたソフトウェア（プログラム）又は別途設けられた演算回路等のハードウェア、或いはそれらの両方により、インバータＩＮ及び交流回転電機ＭＧを制御する機能部などが構成されている。
例えば、駆動制御部３０は、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、駆動部２０及びインバータＩＮを介して交流回転電機ＭＧを制御する各種機能部を備えている。
【００３８】
＜回生信号ＳＧの出力＞
駆動制御部３０は、駆動部２０を制御して交流回転電機ＭＧに予め定められた判定電力以上の電力を発電させる回生動作を行わせている場合に、回生信号ＳＧを出力するように構成されている。判定電力は、ゼロより大きい予め定められた値に設定される。
本実施形態では、判定電力は、後述する直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続が切断されていない正常状態で、直流電源ＤＣとインバータＩＮとを接続する電線４を流れる電流が、電流判定部４１において設定される電流判定閾値より大きい値になるような電力に設定される。例えば、判定電力は、１より大きい所定倍数（例えば２倍）を電流判定閾値に乗算した電流と、正常状態におけるシステム電圧Ｖｄｃと、を乗算した電力に設定される。
【００３９】
本実施形態では、駆動制御部３０は、交流回転電機ＭＧに予め定められた判定電力以上の電力を発電させる回生動作を行わせている場合は、回生信号ＳＧとして所定の高電圧（例えば１Ｖ）を出力し、それ以外の場合は、所定の低電圧（例えば０Ｖ）を出力することで、回生信号ＳＧ（所定の高電圧）を出力しないように構成されている。
【００４０】
３−３．遮断判定部４０
遮断判定部４０は、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させるか否かを判定し、停止させると判定した場合は、駆動部２０に対して、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させる信号である遮断信号ＳＳを出力する。
本実施形態では、遮断判定部４０は、停止させると判定した場合は、遮断信号ＳＳとして所定の高電圧（例えば１Ｖ）を出力し、停止させないと判定した場合は、所定の低電圧（例えば０Ｖ）を出力することで、遮断信号ＳＳ（所定の高電圧）を出力しないように構成されている。
【００４１】
＜電流判定部４１＞
遮断判定部４０は、駆動制御部３０から回生信号ＳＧが出力されている状態で、電流センサ６により検出された電流（絶対値）が、予め定められた電流判定閾値より小さくなった回生中電流低下状態であるか否かを判定する電流判定部４１を備えている。
遮断判定部４０は、電流判定部４１の判定結果に基づいて、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させるか否かを判定するように構成されている。
電流判定閾値は、ゼロより大きい値に予め設定されている。
【００４２】
本実施形態では、電流判定部４１は、図２に示すように、電流センサ６により検出された電流（絶対値）が電流判定閾値より小さい場合に低電流信号ＳＬを出力する比較器４２と、低電流信号ＳＬと回生信号ＳＧとの双方が入力された場合に、回生中電流低下状態であることを表す回生中電流低下信号ＳＧＬを出力する論理回路４３と、を備えている。
【００４３】
比較器４２には、入力された２つの電圧又は電流信号を比較し、どちらが大きいかで出力信号が切り替わる素子（例えば、オペアンプ）が用いられる。
比較器４２には、電流センサ６により検出された電流（絶対値）に比例する電圧信号ＳＩ（電流検出信号ＳＩと称す）と、電流判定閾値に比例する電圧信号ＳＩｔｈ（電流閾値信号ＳＩｔｈと称す）と、が入力される。そして、比較器４２は、電流検出信号ＳＩが電流閾値信号ＳＩｔｈより小さい場合に、低電流信号ＳＬとして所定の高電圧（例えば１Ｖ）を出力し、電流検出信号ＳＩが電流閾値信号ＳＩｔｈより大きい場合は、所定の低電圧（例えば０Ｖ）を出力することで、低電流信号ＳＬ（所定の高電圧）を出力しないように構成されている。
【００４４】
図２に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば、５Ｖ）とグランドＧＮＤとの間に、二つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２が直列接続され、抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との接続部の電圧が、電流閾値信号ＳＩｔｈとされる（ＳＩｔｈ＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｖｒｅｆ）。電流判定閾値に対応する電圧（電流閾値信号ＳＩｔｈ）が生成されるように、抵抗器Ｒ２の抵抗値と抵抗器Ｒ２の抵抗値とのバランスが予め調整されて各抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値が設定されている。
或いは、電流閾値信号ＳＩｔｈは、駆動制御部３０から出力された電圧信号とされてもよい。この場合は、駆動制御部３０は、電流判定閾値に対応する電圧信号を出力する。
【００４５】
論理回路４３は、論理積回路とされている。論理回路４３は、回生信号ＳＧ（所定の高電圧）が入力されており、且つ低電流信号ＳＬ（所定の高電圧）が入力されている場合に、回生中電流低下信号ＳＧＬとして所定の高電圧（例えば１Ｖ）を出力する。論理回路４３は、それ以外の場合は、所定の低電圧（例えば０Ｖ）を出力することで、回生中電流低下信号ＳＧＬ（所定の高電圧）を出力しないように構成されている。
【００４６】
＜電流センサ６＞
図１に示すように、直流電源ＤＣとインバータＩＮとを接続する電線４には、当該電線４を流れる電流を検出する電流センサ６が備えられている。
本実施形態では、電流センサ６は、正極側又は負極側（ここでは正極側）の電線４における、平滑コンデンサ５との接続部分８よりも直流電源ＤＣ側に備えられている。
本実施形態では、電流センサ６は、電線４における、平滑コンデンサ５との接続部分８とリレー９との間に備えられている。
電流センサ６は、正極側電線４ａにおける、インバータＩＮの正極側の外部接続端子Ｐと、平滑コンデンサ５との接続部分８ａと、の間に設けられている。ここで、正極側の外部接続端子Ｐ及び負極側の外部接続端子Ｎは、インバータＩＮの外部接続端子であり、直流電源ＤＣに接続される。
なお、電流センサ６は、負極側電線４ｂにおける、平滑コンデンサ５との接続部分８ｂよりも直流電源ＤＣ側に備えられてもよい。また、電流センサ６は、制御装置１を構成するものとしてもよいし、インバータＩＮを構成するものとしてもよい。
【００４７】
＜電流判定部４１の必要性＞
交流回転電機ＭＧに回生動作を行わせているときに、何らかの要因によりリレー９が閉状態から開状態になる故障が生じたり、直流電源ＤＣとインバータＩＮとを接続する電線４が断線したり、当該電線４を構成する一部の端子の接続が外れたりする等により、直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続が予期せず切断される場合がある。
このように電気的接続が切断された後、交流回転電機ＭＧに回生動作をさせると、回生発電により生じた電力が直流電源ＤＣの蓄電装置に充電されないため、行き場のない電力が平滑コンデンサ５の両端に印加される。そのため、図３のタイムチャートに示すように、時刻ｔ１１で直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続が切断された後、正極側電線４ａと負極側電線４ｂとの間のシステム電圧Ｖｄｃが、切断されていない正常状態の電圧から急速に上昇していく（時刻ｔ１１以降）。システム電圧Ｖｄｃが、スイッチング素子３の耐圧Ｖｍｘを超えるまで上昇すると、スイッチング素子３が破損するおそれがある。なお、交流回転電機ＭＧに力行動作を行わせているときに、上記の切断が生じると、システム電圧Ｖｄｃは、低下するため、スイッチング素子３の耐圧Ｖｍｘを超えるおそれはない。
そのため、交流回転電機ＭＧに回生動作を行わせている場合は、直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続の切断を早期に検出して、交流回転電機ＭＧの回生動作を停止させる必要がある。
交流回転電機ＭＧの発電電力に応じて、切断時のシステム電圧Ｖｄｃの上昇速度が大きくなるので、特に、発電電力が大きい場合に、早期に切断を検出する必要性が高くなる。駆動制御部３０における判定電力は、早期に切断を検出する必要性が高くなる発電電力の値に合わせて設定されてもよい。
【００４８】
これに対して、システム電圧Ｖｄｃの上昇を観測することにより、交流回転電機ＭＧの回生動作を停止させることが考えられる。
しかし、本実施形態とは異なり、システム電圧Ｖｄｃの上昇のみを観測することにより、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させるか否かを判定するように構成されている比較例の場合では以下の課題がある。すなわち、この比較例の場合は、直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続が切断されてから、停止させると判定するまでの期間が長くなる。
これは、図３に示すように、切断後のシステム電圧Ｖｄｃの上昇は、平滑コンデンサ５の平滑化効果により応答遅れを有するためである。すなわち、切断後、システム電圧Ｖｄｃが判定閾値に到達するまで（時刻ｔ１１から時刻ｔ１２）には、平滑コンデンサ５による応答遅れが生じるため、切断から停止判定されるまでの判定遅れ（時刻ｔ１１から時刻ｔ１２）が長くなる。そのため、システム電圧Ｖｄｃの上昇のみを観測する比較例の構成では、判定遅れの間におけるシステム電圧Ｖｄｃの上昇量が大きくなり、システム電圧Ｖｄｃがスイッチング素子３の耐圧Ｖｍｘに到達する可能性が高くなる。
【００４９】
＜電流判定部４１による早期切断検出＞
一方、電流センサ６により検出された電流には、システム電圧Ｖｄｃのような応答遅れが生じない。
特に、本実施形態では、電流センサ６は、正極側又は負極側の電線４における、平滑コンデンサ５との接続部分８よりも直流電源ＤＣ側に備えられているので、電流センサ６により検出された電流の応答遅れは小さくなる。
これは、直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続が切断された後も、平滑コンデンサ５の平滑化効果により、スイッチング素子３側から平滑コンデンサ５に回生発電により生じた電流が流入する。この場合でも、電流センサ６は、平滑コンデンサ５の接続部よりも直流電源ＤＣ側の電線４に設けられているので、スイッチング素子３側から平滑コンデンサ５に流入する電流を検出しないようにできる。よって、直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続が切断され、切断部において電流が流れなくなった場合に、電流センサ６により検出される電流も、それに応じて低下し、電流の遮断を応答遅れなく検出できる。
【００５０】
本実施形態では、上記のように、遮断判定部４０は、駆動制御部３０から回生信号ＳＧが出力されている状態で、電流センサ６により検出された電流（絶対値）が、予め定められた電流判定閾値より小さくなった回生中電流低下状態であるか否かを判定する電流判定部４１を備えており、電流判定部４１の判定結果に基づいて、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させるか否かを判定するように構成されている。
よって、本実施形態では、図４のタイムチャートに示すように、システム電圧Ｖｄｃよりも切断後の応答遅れが小さい、電流センサ６により検出された電流に基づいて判定しているので、時刻２１で直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続が切断されてから、停止させると判定するまでの判定遅れ（時刻ｔ２１から時刻２２）を、図３に示したシステム電圧Ｖｄｃのみを用いて判定する場合よりも短くできる。
【００５１】
＜平滑コンデンサ５の容量低減＞
また、本実施形態に係わる駆動部２０では、遮断判定部４０から遮断信号ＳＳが出力されてから、実際に、駆動部２０が、駆動制御部３０の指令に応じた回生のためのスイッチング素子３のオンオフ駆動を停止して、全てのスイッチング素子３を強制的にオフ状態にさせるまでには、所定の停止遅れ時間（図３における時刻ｔ１２から時刻ｔ１３、図４における時刻ｔ２２から時刻ｔ２３）が生じる。そのため、遮断判定部４０が遮断信号ＳＳを出力した後も、全てのスイッチング素子３がオフ状態にされるまでは、システム電圧Ｖｄｃが上昇し続ける。
【００５２】
この所定の停止遅れ時間の間に、システム電圧Ｖｄｃがスイッチング素子３の耐圧Ｖｍｘまで上昇しないようにするためには、平滑コンデンサ５の容量を増加させる方法がある。
システム電圧Ｖｄｃの上昇の応答遅れ（時定数）は、平滑コンデンサ５の容量に比例して大きくなる。よって、平滑コンデンサ５の容量を大きくすることで、同じ停止遅れ時間でも、システム電圧Ｖｄｃの上昇量を減少させ、スイッチング素子の耐圧に達しないようにすることができる。
しかし、平滑コンデンサ５の容量を、大きくすると、平滑コンデンサ５が大型化、高コスト化するという問題があった。
【００５３】
上記したシステム電圧Ｖｄｃのみを観測する比較例では、判定遅れが長くなり、判定遅れの間におけるシステム電圧Ｖｄｃの上昇量が大きくなるので、スイッチング素子３の耐圧Ｖｍｘに達しないようにするために必要な平滑コンデンサ５の容量が大きくならざるを得ない。
【００５４】
しかし、電流を観測する本実施形態では、判定遅れを短縮させることができるので、その分だけ、比較例に比べて平滑コンデンサ５の容量を小さくすることができる。これにより、本実施形態では、平滑コンデンサの小型化、軽量化や低コスト化を図ることができる。
【００５５】
或いは、平滑コンデンサの容量を維持する場合には、スイッチング素子３の耐圧Ｖｍｘを低下させることができる。よって、スイッチング素子３の低コスト化を図ることができる。
【００５６】
３−３−１．遮断判定部４０の第一構成例
遮断判定部４０の第一構成例について説明する。
遮断判定部４０は、電流判定部４１が回生中電流低下状態であると判定した場合に、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させると判定し、駆動部２０に対して遮断信号ＳＳを出力するように構成されている。
【００５７】
本例では、図２に示すように、遮断判定部４０は、電流判定部４１が出力した回生中電流低下信号ＳＧＬをそのまま遮断信号ＳＳとして出力するように構成されている。
よって、図４を用いて説明したように、第一構成例では、判定遅れを減少させることができ、判定遅れの間におけるシステム電圧Ｖｄｃの上昇量を減少させることができる。
【００５８】
３−３−２．遮断判定部４０の第二構成例
次に、遮断判定部４０の第二構成例について説明する。
遮断判定部４０は、直流電源ＤＣとインバータＩＮとを接続する正極側電線４ａと負極側電線４ｂとの間の電圧であるシステム電圧Ｖｄｃが、予め定められた電圧判定閾値より大きくなった場合に、複数のスイッチング素子３の全ての駆動を停止させると判定し、駆動部２０に対して遮断信号ＳＳを出力する電圧判定部５０を更に備えている。
そして、電圧判定部５０は、電流判定部４１が回生中電流低下状態であると判定している場合に、電流判定部４１が回生中電流低下状態であると判定していない場合に比べて、電圧判定閾値を低い値とするように構成されている。
【００５９】
本実施形態では、電圧判定部５０は、図５に示すように、電圧検出部７により検出されたシステム電圧Ｖｄｃが電圧判定閾値より大きい場合に遮断信号ＳＳを出力する比較器５２と、電流判定部４１から回生中電流低下信号ＳＧＬが出力された場合に、回生中電流低下信号ＳＧＬが出力されていない場合に比べて、電圧判定閾値を低下させる出力切替器５４と、を備えている。
すなわち、回生中電流低下状態と判定されている場合の電圧判定閾値は、回生中電流低下状態と判定されていない場合の電圧判定閾値より小さくされる。
【００６０】
比較器５２には、入力された２つの電圧又は電流信号を比較し、どちらが大きいかで出力信号が切り替わる素子（例えば、オペアンプ）が用いられる。
比較器５２には、電圧検出部７により検出された、システム電圧Ｖｄｃに比例する電圧信号ＳＶ（電圧検出信号ＳＶと称す）と、電圧判定閾値に比例する電圧信号ＳＶｔｈ（電圧閾値信号ＳＶｔｈと称す）と、が入力される。そして、比較器５２は、電圧検出信号ＳＶが電圧閾値信号ＳＶｔｈより大きい場合に、遮断信号ＳＳとして所定の高電圧（例えば１Ｖ）を出力し、電圧検出信号ＳＶが電圧閾値信号ＳＶｔｈより小さい場合は、所定の低電圧（例えば０Ｖ）を出力することで、遮断信号ＳＳ（所定の高電圧）を出力しないように構成されている。
【００６１】
出力切替器５４は、基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば、５Ｖ）とグランドＧＮＤとの間に直列接続された、３つの抵抗器Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５を備えており、抵抗器Ｒ３と抵抗器Ｒ４との接続部の電圧が、電圧閾値信号ＳＶｔｈとされる。また、出力切替器５４は、スイッチング素子５１を備えており、スイッチング素子５１は、電流判定部４１から回生中電流低下信号ＳＧＬが出力された場合に、抵抗器Ｒ４と抵抗器Ｒ５との接続部をグランドＧＮＤに接続する。
よって、電流判定部４１から回生中電流低下信号ＳＧＬが出力されている場合の電圧閾値信号ＳＶｔｈである第二電圧閾値信号ＳＶｔｈＬは、抵抗器Ｒ３の抵抗値と抵抗器Ｒ４の抵抗値とのバランスにより定まる（ＳＶｔｈＬ＝Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）×Ｖｒｅｆ）。電流判定部４１から回生中電流低下信号ＳＧＬが出力されていない場合の電圧閾値信号ＳＶｔｈである第一電圧閾値信号ＳＶｔｈＨは、抵抗器Ｒ３の抵抗値と抵抗器Ｒ４及び抵抗器Ｒ５の抵抗値とのバランスにより定まる（ＳＶｔｈＨ＝（Ｒ４＋Ｒ５）／（Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５）×Ｖｒｅｆ）。
【００６２】
回生中電流低下状態と判定されていない場合の電圧閾値信号ＳＶｔｈである第一電圧閾値信号ＳＶｔｈＨと、回生中電流低下状態と判定されている場合の電圧閾値信号ＳＶｔｈである第二電圧閾値信号ＳＶｔｈＬが生成されるように、抵抗器Ｒ３の抵抗値と抵抗器Ｒ４の抵抗値と抵抗器Ｒ５の抵抗値とのバランスが予め調整されて各抵抗器Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の抵抗値が設定されている。
【００６３】
電圧検出部７には、入力されたシステム電圧Ｖｄｃに比例する電圧検出信号ＳＶを出力する、オペアンプ５３を備えた差動増幅回路とされている。電圧検出信号ＳＶは、システム電圧Ｖｄｃに応じて、基準電圧ＶｒｅｆとグランドＧＮＤとの間で変化する。
【００６４】
＜タイムチャート＞
第二構成例では、図６のタイムチャートに示すように、時刻ｔ３１で直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続が切断された後、電流判定部４１が、電流センサ６の検出電流が電流判定閾値より小さくなり、回生中電流低下状態と判定した場合に（時刻ｔ３２）、電圧閾値信号ＳＶｔｈが、回生中電流低下状態と判定されていない場合の第一電圧閾値信号ＳＶｔｈＨから、回生中電流低下状態と判定されている場合の第二電圧閾値信号ＳＶｔｈＬに低下されている（時刻ｔ３２）。
電流低下の検出により、電圧閾値信号ＳＶｔｈが低下されたので、図３に示した比較例の場合より、直流電源ＤＣとインバータＩＮとの電気的接続が切断されてから、全てのスイッチング素子３の駆動を停止させると判定されるまでの判定遅れ（時刻ｔ３１から時刻ｔ３３）を短くすることができている。従って、第二構成例でも、切断検出の早期化により、平滑コンデンサ５の容量を低減させることができたり、スイッチング素子３の耐圧Ｖｍｘを低下させることができたりする。
【００６５】
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、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。
【００６６】
（１）上記の実施形態においては、電流判定部４１は、比較器４２と論理回路４３とにより構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、電流判定部４１は、演算処理装置により構成され、電流判定部４１の判定機能がソフトウェアにより構成されてもよい。
【００６７】
（２）上記の実施形態においては、電圧判定部５０は、比較器５２と出力切替器５４とにより構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、電圧判定部５０は、演算処理装置により構成され、電圧判定部５０の判定機能や判定閾値の切替機能がソフトウェアにより構成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、直流電源及び平滑コンデンサと交流回転電機との間に介在されて複数のスイッチング素子を備えたインバータと、前記複数のスイッチング素子の駆動を制御する制御装置と、を備えたインバータ装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１        ：制御装置
２        ：インバータ装置
３        ：スイッチング素子
４        ：電線
４ａ      ：正極側電線
４ｂ      ：負極側電線
５        ：平滑コンデンサ
６        ：電流センサ
７        ：電圧検出部
９        ：リレー
２０      ：駆動部
３０      ：駆動制御部
４０      ：遮断判定部
４１      ：電流判定部
４２      ：比較器
４３      ：論理回路
５０      ：電圧判定部
ＤＣ      ：直流電源
ＩＮ      ：インバータ
ＭＧ      ：交流回転電機
ＳＧ      ：回生信号
ＳＧＬ    ：回生中電流低下信号
ＳＩ      ：電流検出信号
ＳＩｔｈ  ：電流閾値信号
ＳＬ      ：低電流信号
ＳＳ      ：遮断信号
ＳＶ      ：電圧検出信号
ＳＶｔｈ  ：電圧閾値信号
Ｖｄｃ    ：システム電圧
Ｖｍｘ    ：耐圧
【図１】
2015011941.tif 000003
【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】
2015011941.tif 000008
【国際調査報告】
2015011941.tif 000009
2015011941.tif 000010
2015011941.tif 000011
2015011941.tif 000012