(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの誘起電圧を駆動源として動作する誘起電圧抑制装置であって、
前記誘起電圧に基づく直流の駆動電圧を生成する直流電圧源と、
前記誘起電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路によって前記誘起電圧が閾値を越えたことが検出された場合に、前記駆動電圧を用いて前記モータの三相短絡を行う短絡回路と、
前記モータの誘起電圧を整流して直流電圧を出力する整流回路と、
前記整流回路からの直流電圧または前記モータを駆動するインバータ回路からの直流電圧のいずれかを選択する選択回路とを備え、
前記誘起電圧抑制装置は、前記インバータ回路と前記モータとの間に、前記インバータ回路に対して電気的に並列に接続され、
前記直流電圧源は、前記選択回路により選択された直流電圧を蓄積することで前記駆動電圧を生成する誘起電圧抑制装置。
【請求項２】
請求項１に記載された誘起電圧抑制装置において、
前記インバータ回路は、前記誘起電圧による前記インバータ回路の過電圧を検出する過電圧検出回路を有し、
前記短絡回路は、前記過電圧検出回路による前記過電圧の検出に応答して前記モータの三相短絡を行う誘起電圧抑制装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された誘起電圧抑制装置と、
前記モータとを備えたモータシステム。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載された誘起電圧抑制装置と、
前記インバータ回路とを備えた電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘起電圧抑制装置、モータシステム、および電力変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やプラグインハイブリッド車が普及している。これらの車両には、モータが用いられる。モータは、界磁に永久磁石を用いて高回転まで動作する。このような永久磁石を備えたモータは、励磁電流を必要としない一方で、永久磁石の界磁により発生する誘起電圧が回転数に比例して上昇していく。この現象により、モータが一定の回転数以上の高回転になると、発生する誘起電圧がインバータの出力電圧を超えるため、モータ高回転時での制御には、ＰＷＭ制御による弱めの界磁制御などを用いて、インバータの出力電圧を抑制する手法が用いられる。【０００３】
特許文献１では、通常時はモータをＰＷＭ駆動するが、インバータに何らかの異常が発生した場合に、三相のスイッチング素子をＰＷＭ駆動から三相短絡駆動に切替えることで、直流電源電圧を所定の電圧範囲に抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９８５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した、特許文献１に記載の装置では、インバータのスイッチング素子が故障等により正常に動作しない場合には三相短絡することができず、誘起電圧を抑制できない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様による誘起電圧抑制装置は、モータの誘起電圧を駆動源として動作する誘起電圧抑制装置であって、前記誘起電圧に基づく直流の駆動電圧を生成する直流電圧源と、前記誘起電圧を検出する電圧検出回路と、前記電圧検出回路によって前記誘起電圧が閾値を越えたことが検出された場合に、前記駆動電圧を用いて前記モータの三相短絡を行う短絡回路と、前記モータの誘起電圧を整流して直流電圧を出力する整流回路と、前記整流回路からの直流電圧または前記モータを駆動するインバータ回路からの直流電圧のいずれかを選択する選択回路とを備え、前記誘起電圧抑制装置は、前記インバータ回路と前記モータとの間に、前記インバータ回路に対して電気的に並列に接続され、前記直流電圧源は、前記選択回路により選択された直流電圧を蓄積することで前記駆動電圧を生成する。
本発明の第２の態様によるモータシステムは、第１の態様による誘起電圧抑制装置と、前記モータとを備えた。
本発明の第３の態様による電力変換システムは、第１の態様による誘起電圧抑制装置と、前記インバータ回路とを備えた。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、インバータに異常が発生した場合でも誘起電圧を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係わるモータ制御装置の回路図である。
【図２】第２の実施形態に係わるモータ制御装置の回路図である。
【図３】第３の実施形態に係わるモータシステムの回路図である。
【図４】第４の実施形態に係わる電力変換システムの回路図である。
【図５】第５の実施形態に係わるモータ制御装置の回路図である。
【図６】モータの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わるモータ制御装置の回路図である。
電力変換装置１は、上アームと呼ばれるスイッチング素子１１と、下アームと呼ばれるスイッチング素子１１とを上下直列に接続し、６個のスイッチング素子１１から構成されるインバータ回路を備えている。インバータ回路は、上下アームの接続点に負荷となるモータ２の巻き線を接続している。インバータ回路は、直流電圧端子であるP端子、N端子を介し、図示していないバッテリに接続される。コンデンサＣ１は、インバータ回路の直流電圧を安定させるためにP端子、N端子の間に接続される。
【００１０】
電力変換装置１は、インバータ回路の他に、図示省略したが、制御部および駆動部を有する。制御部は、モータ２の三相（U相、V相、W相）の巻き線に供給される電流を検出する電流センサー（図示省略）からの電流値がフィードバックされ、電流フィードバック制御を行う。駆動部は、制御部からの駆動信号に応じてＰＷＭ駆動信号をスイッチング素子１１に入力し、インバータ回路の上下アームを交互にＯＮさせて巻き線に流す電流を制御する。このように構成される電力変換装置１は、バッテリ側の直流とモータ２側の三相交流間で電力変換を行う。
【００１１】
モータ２は、電力変換装置１と三相配線で接続され、力行および回生を行う。なお、電力変換装置１とモータ２とが一体の構造体である、いわゆる機電一体の場合は、配線という形態ではなく、例えば、バスバーと呼ばれる接続部材で接続される。
【００１２】
誘起電圧抑制装置３は、電力変換装置１とモータ２との間の三相配線に、電力変換装置１に対して電気的に並列に接続される。誘起電圧抑制装置３は、整流回路３１、直流電圧源３２、電圧検出回路３３、短絡回路３４より成る。
【００１３】
整流回路３１は、三相のダイオードブリッジ回路で構成され、モータ２の誘起電圧である三相交流電圧を直流電圧に整流する。直流電圧源３２は、コンデンサＣ２で構成され、整流回路３１で整流された直流電圧を電気エネルギーとして蓄積し、これを用いて直流の駆動電圧を生成する。これにより、モータ２の誘起電圧を駆動源として誘起電圧抑制装置３が動作する。なお、直流電圧源３２は、コンデンサＣ２に限らず、電気エネルギーを蓄積するものであればよい。
【００１４】
電圧検出回路３３は、直流電圧源３２の両端に、ツェナーダイオードＺｄと抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とダイオードＤが直列に接続される。更に、ツェナーダイオードＺｄと抵抗Ｒ２との間にトランジスタＴｒのコレクタが、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の間にトランジスタＴｒのベースが接続される。トランジスタＴｒのエミッタは抵抗Ｒ４を介して、コンデンサＣ２に接続される。電圧検出回路３３は、モータ２の誘起電圧が所定の閾値を超えることでツェナーダイオードＺｄに掛かる電圧が降伏電圧を超えると電流が流れ、トランジスタＴｒをオンすることにより電圧検出を行う。
【００１５】
短絡回路３４は、三相配線に接続されたトランジスタＴ１〜Ｔ３により構成され、電圧検出回路３３のトランジスタＴｒがオンすると、トランジスタＴ１〜Ｔ３がオンし、三相の短絡動作を実施し、モータ２の誘起電圧を抑制する。すなわち、短絡回路３４は、電圧検出回路３３によって誘起電圧が閾値を越えたことが検出された場合に、直流電圧源３２からの駆動電圧を用いてモータ２の三相短絡を行う。
なお、整流回路３１、直流電圧源３２、電圧検出回路３３、短絡回路３４の上記回路例は一例であり、その他の回路構成により同様の機能を実現してもよい。
【００１６】
本実施形態では、誘起電圧抑制装置３を電力変換装置１とは別に設けると共に、誘起電圧抑制装置３は、モータ２の誘起電圧により自励的に直流電圧を確保して駆動源としているため、電力変換装置１を含む制御系の電源が喪失するような場合や、電力変換装置１に異常が発生した場合でも、すなわち、電力変換装置１の駆動が停止された状態でも、誘起電圧を所望の電圧範囲に抑制できる。また、電力変換装置１の直流電圧が安全規格等で定められた上限電圧を超えないように制御することも出来る。
【００１７】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係わるモータ制御装置の回路図である。図２では、第１の実施形態で示した図１と同一部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。また、誘起電圧抑制装置３は、図１と同様に、整流回路３１、直流電圧源３２、電圧検出回路３３、短絡回路３４より成る。
図２において、電力変換装置１のＰ端子からの電圧がダイオードＤ１を介して、また、整流回路３１からの電圧がダイオードＤ２を介して、双方がＯＲ結合されて直流電圧源３２へ入力される。
【００１８】
ダイオードＤ１、Ｄ２により、誘起電圧抑制装置３内の整流回路３１からの直流電圧と電力変換装置１からの直流電圧とのいずれか電位が高い側の電圧が選択され、直流電圧源３２に印加される。直流電圧源３２は、印加されたいずれかの直流電圧を蓄積して、誘起電圧抑制装置３の駆動源としての駆動電圧を生成する。したがって、一方の直流電圧源に何らかの不具合が生じても誘起電圧抑制装置３は正常に動作する。
【００１９】
本実施形態では、誘起電圧抑制装置３内の整流回路３１からの直流電圧に何らかの異常が生じても、誘起電圧抑制装置３の駆動源が確保され、モータ２の誘起電圧による過電圧を抑制することが出来る。また、電力変換装置１に異常が発生した場合でも誘起電圧を抑制することができる。
【００２０】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係わるモータシステムの回路図である。図３では、第１の実施形態で示した図１と同一部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。また、誘起電圧抑制装置３は、図１と同様に、整流回路３１、直流電圧源３２、電圧検出回路３３、短絡回路３４より成る。
図３では、誘起電圧抑制装置３をモータ２と一体的に組み込んだモータシステム２０を示す。誘起電圧抑制装置３は、例えば、モータ２の三相AC端子ボックス内やコイルエンドの結線部に設けることで、モータ２と一体化されてモータシステム２０を構成する。モータシステム２０は、モータ２が内包された筐体内に設けられ、この筐体から三相配線が引き出され、図示省略した電力変換装置１と接続される。
【００２１】
本実施形態によれば、誘起電圧抑制装置３をモータ２と一体的にモータシステム２０内に組み込むことで、誘起電圧抑制機能を持たない電力変換装置１と接続した場合にも、誘起電圧を所望の電圧範囲に抑制できる。また、接続した電力変換装置１に異常が発生した場合でも誘起電圧を抑制することができる。
【００２２】
（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係わる電力変換システムの回路図である。図４では、第１の実施形態で示した図１と同一部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。また、誘起電圧抑制装置３は、図１と同様に、整流回路３１、直流電圧源３２、電圧検出回路３３、短絡回路３４より成る。
【００２３】
図４は、誘起電圧抑制装置３を電力変換装置１と一体的に組み込んだ電力変換システム１０である。誘起電圧抑制装置３は、電力変換装置１から出力される三相配線に接続されて、電力変換装置１と一体的に電力変換システム１０内に組み込まれ、その三相配線はモータ２に接続される。
【００２４】
本実施形態では、誘起電圧抑制装置３を電力変換装置１と一体的に電力変換システム１０内に組み込んでいるので、電力変換装置１が誘起電圧抑制機能を持たない場合でも、誘起電圧を所望の電圧範囲に抑制できる。また、電力変換装置１が誘起電圧抑制機能を持つ場合に、電力変換装置１が故障した場合でも、誘起電圧を所望の電圧範囲に抑制できる。
【００２５】
（第５の実施形態）
図５は、第５の実施形態に係わるモータ制御装置の回路図である。図５では、第１の実施形態で示した図１と同一部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。また、誘起電圧抑制装置３は、図１と同様に、整流回路３１、直流電圧源３２、電圧検出回路３３、短絡回路３４より成り、更に、論理回路３５を備える。
本実施形態では、図５に示すように、電力変換装置１の過電圧を検出する過電圧検出回路１２を設けた。過電圧検出回路１２は、電力変換装置１のＰ端子とＮ端子の間に、両端子間の電圧を分圧する抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７を設け、分圧した電圧と基準電圧Ｖｒとを比較器ＯＰで比較する。モータ２の誘起電圧がスイッチング素子１１に並列に設けられた不図示の還流ダイオードを介してＰ端子に印加されることで、Ｐ端子の電圧が上昇して電力変換装置１が過電圧となった場合に、比較器ＯＰの出力が誘起電圧抑制装置３の論理回路３５に入力される。
【００２６】
誘起電圧抑制装置３は、電圧検出回路３３と短絡回路３４との間に論理回路３５を備えている。論理回路３５は、電圧検出回路３３からの信号または過電圧検出回路１２からの信号のいずれかの信号が入力されれば、短絡回路３４を動作させる。すなわち、モータ２の誘起電圧による電力変換装置１の過電圧が検出されると、誘起電圧抑制装置３は、この過電圧の検出に応答して短絡回路３４がモータ２の三相短絡を行うことで、誘起電圧を所望の電圧範囲に抑制する。
【００２７】
本実施形態によれば、誘起電圧抑制装置３の電圧検出回路３３が何らかの異常で正常に動作できなくても、電力変換装置１の過電圧を検出して、誘起電圧による過電圧を抑制することが出来る。また、電力変換装置１に異常が発生した場合でも誘起電圧を抑制することができる。
【００２８】
上述の第１〜第５の実施形態において、モータ２の誘起電圧を抑制する誘起電圧抑制装置３について説明した。以下に、モータ２の誘起電圧が増加する要因について説明する。
【００２９】
図６は、モータ２の特性を示す図である。この図では、横軸にモータ２の回転数Ｎを、縦軸にモータ２のトルクＴと誘起電圧Ｅを示す。図６では、モータ２の高トルク化を目的にモータ２の磁石量を増量した場合に、トルクＴと誘起電圧Ｅがどの様に変化するかを示した。
【００３０】
図６において、モータ２の磁石量を増量する前のトルクＴの変化を破線Ｔａで、誘起電圧Ｅの変化を破線Ｅａで示す。モータ２の磁石量を増量する前は、誘起電圧Ｅは安全規格等で定められる上限値Ｅｍａｘを超えることはない。
【００３１】
図６において、モータ２の磁石量を増量した後のトルクＴの変化を実線Ｔｂで、誘起電圧Ｅの変化を実線Ｅｂで示す。磁石量を増量すると、実線Ｔｂで示すようにトルクＴが上昇するが、誘起電圧Ｅも上昇する。このため、モータ２の回転数Ｎが所定の回転数Ｎｐを超える高回転の領域で、誘起電圧Ｅが安全規格等で定められる上限値Ｅｍａｘを超える可能性がある。これを抑制するために、上述の第１〜第５の実施形態で説明した誘起電圧抑制装置３により、誘起電圧Ｅが閾値を超えると三相短絡を実施することで、誘起電圧Ｅが上限値Ｅｍａｘを超えないように制御する。
このように第１〜第５の実施形態によれば、モータ２のトルクＴを上昇させる目的で磁石量を増量した場合であっても、誘起電圧を所望の電圧範囲に抑制できる。
【００３２】
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）本発明の誘起電圧抑制装置３は、モータ２の誘起電圧を駆動源として動作するものであって、モータ２の誘起電圧に基づく直流の駆動電圧を生成する直流電圧源３２と、モータ２の誘起電圧を検出する電圧検出回路３３と、電圧検出回路３３によって誘起電圧が閾値を越えたことが検出された場合に、直流電圧源３２からの駆動電圧を用いてモータ２の三相短絡を行う短絡回路３４とを備え、誘起電圧抑制装置３は、モータ２を駆動するインバータ回路とモータ２との間に、インバータ回路に対して電気的に並列に接続される。これにより、インバータに異常が発生した場合でも誘起電圧を抑制できる。
【００３３】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の各実施形態を組み合わせた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  電力変換装置
２  モータ
３  誘起電圧抑制装置
１１  スイッチング素子
３１  整流回路
３２  直流電圧源
３３  電圧検出回路
３４  短絡回路
Ｃ１、Ｃ２  コンデンサ
Ｚｄ  ツェナーダイオード
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ６、Ｒ７  抵抗
Ｄ  ダイオード
Ｔｒ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３  トランジスタ
【図１】
0006629452.tif 000002
【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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