(57)【要約】【課題】放電抵抗における損失が小さいインバータ装置を提供する。【解決手段】制御装置３０は、信号ＰＷＭＢを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。昇圧コンバータ１２は、信号ＰＷＭＢに応じて、コンデンサＣ２に蓄積された電力を直流電源Ｂにチャージバックする。そして、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが基準値以下になると、放電手段２０において、ツェナーダイオード２０６は、ノードＮ１からノードＮ２へ電流を流すのを停止し、ＮＰＮトランジスタ２０３はオフされる。そして、ノードＮ３上の電圧が上昇し、ＮＰＮトランジスタ２０２はオンされる。その結果、コンデンサＣ２に蓄積された電力は、放電抵抗２０１を介して放電される。【選択図】        図１
2004194475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から出力された直流電圧を出力電圧に変換する電圧変換器と、
前記出力電圧に基づいて電気負荷を駆動するインバータと、
前記インバータの入力側に設けられたコンデンサと、
前記コンデンサの両端の電圧が基準値以下になると、前記コンデンサの残留電荷を放電させる放電手段とを備えるインバータ装置。
【請求項２】
前記放電手段は、
前記コンデンサの残留電荷を放電するための放電抵抗と、
前記コンデンサの両端の電圧が前記基準値以下になると、前記放電抵抗を前記コンデンサの両端に接続する接続手段とを含む、請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記コンデンサの両端の電圧が前記基準値以下になるまで前記コンデンサの残留電荷を前記電圧変換器を介して前記直流電源にチャージバックするチャージバック手段をさらに備え、
前記接続手段は、前記チャージバック手段によるチャージバックの終了後、前記放電抵抗を前記コンデンサの両端に接続する、請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記放電手段は、前記インバータが駆動停止された後に前記残留電荷を放電させる、請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記接続手段は、前記コンデンサの両端を接続する電気経路に設けられたスイッチである、請求項３または請求項４に記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記放電手段は、両端に印加される電圧が高いほど抵抗値が大きい抵抗体である、請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項７】
前記電圧変換器は、一組のスイッチング素子をオン／オフ制御することにより電圧変換を行なうチョッパ回路によって構成される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【請求項８】
前記電気負荷は、車両に搭載されたモータである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、残留電荷の放電機能を有するインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）および電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【０００３】
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車または電気自動車は、たとえば、図７に示すようなモータ駆動装置３００を搭載している（特開２００２−１７１６０６号公報）。図７を参照して、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲと、昇圧コンバータ３１０と、コンデンサ３２０と、インバータ３３０とを備える。
【０００５】
昇圧コンバータ３１０は、リアクトル３１１と、ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３と、ダイオード３１４，３１５とを含む。
【０００６】
ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３は、インバータ３３０の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ３１２は、コレクタが電源ラインに接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタ３１３のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタ３１３のエミッタは、アースラインに接続される。
【０００７】
ダイオード３１４，３１５は、エミッタからコレクタへ電流が流れるようにそれぞれＮＰＮトランジスタ３１２，３１３に並列に接続される。
【０００８】
リアクトル３１１は、その一方端が直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端がＮＰＮトランジスタ３１２とＮＰＮトランジスタ３１３との中間点に接続される。
【０００９】
直流電源Ｂは、直流電圧を出力する。システムリレーＳＲは、制御装置（図示せず）からの制御信号によってオンされると、直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。昇圧コンバータ１２は、制御装置（図示せず）によってＮＰＮトランジスタ３１２，３１３がオン／オフされ、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサ３２０に供給する。また、昇圧コンバータ３１０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１によって発電され、インバータ３３０によって変換された直流電圧を降圧して直流電源Ｂへ供給する。
【００１０】
コンデンサ３２０は、昇圧コンバータ３１０から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ３３０へ供給する。
【００１１】
インバータ３３０は、コンデンサ３２０から直流電圧が供給されると制御装置（図示せず）からの制御に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３３０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置からの制御に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサ３２０を介して昇圧コンバータ３１０へ供給する。
【００１２】
このように、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧して交流モータＭ１を駆動するとともに、交流モータＭ１が発電した電力により直流電源Ｂを充電する。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−１７１６０６号公報
【００１４】
【特許文献２】
特開昭６３−１６１８７１号公報
【００１５】
【特許文献３】
特開平１１−３３２２４８号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
モータ駆動装置３００において交流モータＭ１の駆動を停止する場合、インバータ３３０の入力側に設けられたコンデンサ３２０の残留電荷を放電する必要がある。
【００１７】
しかし、モータ駆動装置３００においては、コンデンサ３２０は、直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧した電圧を受けるので、コンデンサ３２０の両端の電圧は高い。その結果、コンデンサ３２０の残留電荷を放電するための放電抵抗における損失が大きくなるという問題がある。また、放電抵抗は体格が大きくなり、特に、小型化が要求される自動車用には適さない。
【００１８】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、放電抵抗における損失が小さいインバータ装置を提供することである。
【００１９】
また、この発明の別の目的は、小型化に適したインバータ装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、インバータ装置は、電圧変換器と、インバータと、インバータと、放電手段とを備える。電圧変換器は、直流電源から出力された直流電圧を出力電圧に変換する。インバータは、出力電圧に基づいて電気負荷を駆動する。コンデンサは、インバータの入力側に設けられる。放電手段は、コンデンサの両端の電圧が基準値以下になると、コンデンサの残留電荷を放電させる。
【００２１】
好ましくは、放電手段は、放電抵抗と、接続手段とを含む。放電抵抗は、コンデンサの残留電荷を放電するために用いられる。接続手段は、コンデンサの両端の電圧が基準値以下になると、放電抵抗をコンデンサの両端に接続する。
【００２２】
好ましくは、インバータ装置は、チャージバック手段を備える。チャージバック手段は、コンデンサの両端の電圧が基準値以下になるまでコンデンサの残留電荷を電圧変換器を介して直流電源にチャージバックする。そして、接続手段は、チャージバック手段によるチャージバックの終了後、放電抵抗をコンデンサの両端に接続する。
【００２３】
好ましくは、放電手段は、インバータが駆動停止された後に残留電荷を放電させる。
【００２４】
好ましくは、接続手段は、コンデンサの両端を接続する電気経路に設けられたスイッチである。
【００２５】
好ましくは、放電手段は、両端に印加される電圧が高いほど抵抗値が大きい抵抗体である。
【００２６】
好ましくは、電圧変換器は、一組のスイッチング素子をオン／オフ制御することにより電圧変換を行なうチョッパ回路によって構成される。
【００２７】
好ましくは、電気負荷は、車両に搭載されたモータである。
この発明によるインバータ装置においては、電気負荷を駆動するインバータの入力側に設けられるコンデンサの両端の電圧が基準値以下になるまで、コンデンサに蓄積された電力は直流電源へチャージバックされる。そして、コンデンサの両端の電圧が基準値以下に低下すると、コンデンサに蓄積された電荷は、放電手段により放電される。
【００２８】
したがって、この発明によれば、コンデンサの残留電荷を放電するための放電抵抗の体格を小さくできる。また、放電抵抗における損失を小さくできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３０】
［実施の形態１］
図１を参照して、この発明の実施の形態１によるインバータ装置を備えるモータ駆動装置１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０Ａ，１３と、温度センサー１０Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、昇圧コンバータ１２と、インバータ１４と、電流センサー１８，２４と、放電手段２０と、制御装置３０とを備える。
【００３１】
交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、交流モータＭ１は、ハイブリッド自動車の場合にはエンジンの出力軸に対して補助的に駆動トルクを発生するための駆動モータであってもよい。あるいは、このモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【００３２】
昇圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２は、インバータ１４の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＭＯＳトランジスタＱ１は、ドレイン端子が電源ラインに接続され、ソース端子がＭＯＳトランジスタＱ２のドレイン端子に接続される。また、ＭＯＳトランジスタＱ２のソース端子は、アースラインに接続される。
【００３３】
各ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２のソース端子−ドレイン端子間には、ソース端子側からドレイン端子側へ電流が流れるように、それぞれ、ダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。
【００３４】
リアクトルＬ１は、一方端が直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端がＭＯＳトランジスタＱ１とＭＯＳトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＭＯＳトランジスタＱ１のソース端子とＭＯＳトランジスタＱ２のドレイン端子との間に接続される。
【００３５】
インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とから成る。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、インバータ１４の電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
【００３６】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。また、各ＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ８のソース端子−ドレイン端子間には、ソース端子側からドレイン端子側へ電流を流すダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。
【００３７】
各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点に共通接続されて構成され、Ｕ相コイルの他端がＭＯＳトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他端がＭＯＳトランジスタＱ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他端がＭＯＳトランジスタＱ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続されている。
【００３８】
放電手段２０は、放電抵抗２０１と、ＮＰＮトランジスタ２０２，２０３と、抵抗２０４，２０５，２０７，２０８と、ツェナーダイオード２０６とを含む。
【００３９】
放電抵抗２０１およびＮＰＮトランジスタ２０２は、コンデンサＣ２の両端に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ２０２は、コレクタが放電抵抗２０１に接続され、エミッタがアースラインに接続される。
【００４０】
抵抗２０７，２０８は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。抵抗２０５およびツェナーダイオード２０６は、ノードＮ１とアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ２０３および抵抗２０４は、ノードＮ１とアースラインとの間に直列に接続される。
【００４１】
ＮＰＮトランジスタ２０３および抵抗２０４は、抵抗２０５およびツェナーダイオード２０６に対して並列に接続される。ＮＰＮトランジスタ２０３は、エミッタがアースラインに接続され、コレクタがノードＮ３に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタ２０３は、抵抗２０５とツェナーダイオード２０６との間のノードＮ２上の電圧によってオン／オフされる。また、ＮＰＮトランジスタ２０２は、ＮＰＮトランジスタ２０３と抵抗２０４との間のノードＮ３上の電圧によってオン／オフされる。
【００４２】
放電手段２０においては、ノードＮ１上の電圧ＶN1は、コンデンサＣ２の両端の電圧を抵抗２０７，２０８によって分圧した電圧であり、ツェナーダイオード２０６にマイナス電圧として印加される。そして、電圧ＶN1がツェナーダイオード２０６の降伏電圧ＶBKよりも低いとき、ツェナーダイオード２０６はノードＮ１からノードＮ２の方向へ電流を流さず、電圧ＶN1が降伏電圧ＶBK以上であるとき、ツェナーダイオード２０６はノードＮ１からノードＮ２の方向へ電流を流す。
【００４３】
ツェナーダイオード２０６がノードＮ１からノードＮ２の方向へ電流を流さないとき、ノードＮ２上の電圧は、接地電圧ＧＮＤになり、ＮＰＮトランジスタ２０３はオフされる。そうすると、ノードＮ３は、アースラインから切り離され、ノードＮ１から抵抗２０４を介して電流が供給され、ノードＮ３上の電圧ＶN3は、上昇する。その結果、ＮＰＮトランジスタ２０２はオンされ、コンデンサＣ２の残留電荷は、放電抵抗２０１およびＮＰＮトランジスタ２０２を介してアースラインに放電される。
【００４４】
一方、ツェナーダイオード２０６がノードＮ１からノードＮ２へ電流を流すとき、ノードＮ２上の電圧ＶN2は上昇し、ＮＰＮトランジスタ２０３はオンされる。その結果、ノードＮ３上の電圧ＶN3は、接地電圧ＧＮＤになり、ＮＰＮトランジスタ２０２はオフされ、コンデンサＣ２の残留電荷は、放電されない。
【００４５】
このように、放電手段２０は、ノードＮ１上の電圧ＶN1が高いとき、すなわち、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが高いとき、コンデンサＣ２に蓄積された電荷を放電抵抗２０１およびＮＰＮトランジスタ２０２を介してアースラインに放電させず、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが基準値以下になると、コンデンサＣ２に蓄積された電荷を放電抵抗２０１およびＮＰＮトランジスタ２０２を介して放電させる。
【００４６】
そして、基準値は、ノードＮ１上の電圧ＶN1がツェナーダイオード２０６の降伏電圧ＶBKに等しくなる電圧であり、ツェナーダイオード２０６の降伏電圧ＶBK、および抵抗２０７，２０８を調整することにより任意に設定できる。
【００４７】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１０Ａは、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。温度センサー１０Ｂは、直流電源Ｂの温度Ｔｂを検出し、その検出した温度Ｔｂを制御装置３０へ出力する。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からのＨ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、制御装置３０からのＬ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。
【００４８】
コンデンサＣ１は、直流電源Ｂから供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧を昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００４９】
昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ１から供給された直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＵを受けると、信号ＰＷＭＵによってＭＯＳトランジスタＱ２がオンされた期間に応じて直流電圧を昇圧してコンデンサＣ２に供給する。この場合、ＭＯＳトランジスタＱ１は、信号ＰＷＭＵによってオフされている。
【００５０】
また、昇圧コンバータ１２は、制御装置３０から信号ＰＷＭＤを受けると、コンデンサＣ２を介してインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂを充電する。
【００５１】
コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。
【００５２】
電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍ、すなわち、昇圧コンバータ１２の出力電圧（インバータ１４の入力電圧に相当する。）を検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。
【００５３】
インバータ１４は、コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩに基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ１４は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００５４】
電流センサー１８は、直流電源Ｂを充電するときの電流ＢＣＲＴを検出し、その検出した電流ＢＣＲＴを制御装置３０へ出力する。電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴを制御装置３０へ出力する。
【００５５】
制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）から入力されたトルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮ、電圧センサー１０Ａからの直流電圧Ｖｂ、電圧センサー１３からの出力電圧Ｖｍ、および電流センサー２４からのモータ電流ＭＣＲＴに基づいて、後述する方法により昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵとインバータ１４を駆動するための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００５６】
信号ＰＷＭＵは、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に昇圧コンバータ１２を駆動するための信号である。そして、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２が直流電圧Ｖｂを出力電圧Ｖｍに変換する場合に、出力電圧Ｖｍをフィードバック制御し、出力電圧Ｖｍが指令された電圧指令Ｖｄｃｃｏｍになるように昇圧コンバータ１２を駆動するための信号ＰＷＭＵを生成する。信号ＰＷＭＵの生成方法については後述する。
【００５７】
また、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。この場合、インバータ１４のＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ８は、信号ＰＷＭＣによってスイッチング制御される。これにより、インバータ１４は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２へ供給する。
【００５８】
さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流モータＭ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００５９】
さらに、制御装置３０は、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車が停止されると、イグニッションキーがオフされたことを示す信号ＩＧＯＦＦを外部ＥＣＵから受ける。そして、制御装置３０は、信号ＩＧＯＦＦを受けると、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍと電圧センサー１０Ａからの電圧Ｖｂとに基づいて、電圧Ｖｍが電圧Ｖｂとの間で所定の関係を満たすとき、コンデンサＣ２に蓄積された電力を直流電源Ｂにチャージバックするように昇圧コンバータ１２を制御する。
【００６０】
なお、コンデンサＣ２に蓄積された電力を直流電源Ｂにチャージバックする場合、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２がコンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを降圧して直流電源Ｂに供給するための信号ＰＷＭＢを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。コンデンサＣ２に蓄積された電力をチャージバックする場合の条件および詳細な動作については後述する。
【００６１】
さらに、制御装置３０は、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオン／オフするための信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【００６２】
図２は、制御装置３０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置３０は、モータトルク制御手段３０１と、電圧変換制御手段３０２とを含む。
【００６３】
モータトルク制御手段３０１は、トルク指令値ＴＲ（車両におけるアクセルペダルの踏み込み度合い、ハイブリッド車両においてはエンジンの動作状態をも考慮しながらモータに与えるべきトルク指令を演算して得られている）、直流電源Ｂから出力された直流電圧Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ、モータ回転数ＭＲＮおよび出力電圧Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータ１２のＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵと、インバータ１４のＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩとを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵおよび信号ＰＷＭＩをそれぞれ昇圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。
【００６４】
電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣを生成してインバータ１４へ出力する。
【００６５】
また、電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータ１２へ出力する。このように、昇圧コンバータ１２は、直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤにより電圧を降圧させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。
【００６６】
さらに、電圧変換制御手段３０２は、イグニッションキーがオフされたことを示す信号ＩＧＯＦＦを外部ＥＣＵから受けると、電流センサー１８からの電流ＢＣＲＴの積算値と温度センサー１０Ｂからの温度Ｔｂとに基づいて、直流電源Ｂの残容量を求める。そして、電圧変換制御手段３０２は、信号ＩＧＯＦＦ、直流電源Ｂの残容量、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍ、および電圧センサー１０Ａからの電圧Ｖｂに基づいて、コンデンサＣ２に蓄積された直流電圧をチャージバックさせるときのチャージバック条件を満たすか否かを判定し、チャージバック条件を満たすとき、コンデンサＣ２に蓄積された直流電圧をチャージバックさせるための信号ＰＷＭＢを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。チャージバック条件については後述する。
【００６７】
図３は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。図３を参照して、モータトルク制御手段３０１は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、コンバータ用デューティー比演算部５２と、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４とを含む。
【００６８】
モータ制御用相電圧演算部４０は、昇圧コンバータ１２の出力電圧Ｖｍ、すなわち、インバータ１４への入力電圧を電圧センサー１３から受け、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴを電流センサー２４から受け、トルク指令値ＴＲを外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータＭ１の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。
【００６９】
インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータ１４の各ＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするための信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４の各ＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ８へ出力する。
【００７０】
これにより、各ＭＯＳトランジスタＱ３〜Ｑ８は、スイッチング制御され、交流モータＭ１が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲに応じたモータトルクが出力される。
【００７１】
一方、インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）を演算し、その演算した最適値をコンバータ用デューティー比演算部５２へ出力する。
【００７２】
コンバータ用デューティー比演算部５２は、電圧センサー１０Ａから出力された直流電圧Ｖｂ（「バッテリ電圧Ｖｂ」とも言う。）に基づいて、電圧センサー１３からの入力電圧Ｖｍを、インバータ入力電圧指令演算部５０から出力される最適値に設定するためのデューティー比を演算する。
【００７３】
コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４は、コンバータ用デューティー比演算部５２からのデューティー比に基づいて昇圧コンバータ１２のＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００７４】
なお、昇圧コンバータ１２の下側のＭＯＳトランジスタＱ２のオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＭＯＳトランジスタＱ１のオンデューティーを大きくすることにより電源ラインの電圧が下がる。そこで、ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、電源ラインの電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【００７５】
コンデンサＣ２に蓄積された電力を直流電源Ｂにチャージバックさせるときのチャージバック条件について説明する。チャージバック条件は、
（１）イグニッションキーがオフされていること
（２）直流電源Ｂの残容量が所定量以下であること
（３）コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍと直流電源Ｂの出力電圧Ｖｂとの電圧差Ｖｍ−Ｖｂが所定値α以上であること
の全ての条件が満たされることである。
【００７６】
チャージバックの１つの条件である「イグニッションキーがオフされていること」は、制御装置３０が外部ＥＣＵから信号ＩＧＯＦＦを受けることによって満たされる。
【００７７】
また、チャージバックの場合の１つの条件である「直流電源Ｂの残容量が所定量以下であること」は、電流センサー１８からの電流ＢＣＲＴを積算した積算値と、温度センサー１０Ｂからの直流電源Ｂの温度Ｔｂとに基づいて直流電源Ｂの現在の容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を求めることにより判定される。
【００７８】
より具体的には、電圧変換制御手段３０２は、電流センサー１８からの電流ＢＣＲＴを積算し、その積算値に基づいて直流電源Ｂの現在の容量ＳＯＣを推定する。そして、電圧変換制御手段３０２は、積算した積算値を温度センサー１０Ｂからの温度Ｔｂによって補正することにより直流電源Ｂの残容量を検出し、残容量が所定量以下であるか否かを判定する。
【００７９】
電流センサー１８からの電流ＢＣＲＴを積算した積算値を温度により補正するのは次の理由による。直流電源Ｂの出力電圧Ｖｂおよび容量ＳＯＣは、図４に示す関係を満たす。すなわち、出力電圧Ｖｂと容量ＳＯＣとの関係は、直流電源Ｂの温度Ｔｂによって曲線ｋ１〜ｋ３のように変化する。特に、容量ＳＯＣが満充電量の２０〜８０％になるときの電圧Ｖｂと容量ＳＯＣとの関係は直流電源Ｂの温度Ｔｂによって大きく変化する。したがって、電流ＢＣＲＴを積算した積算値は、電流ＢＣＲＴが直流電源Ｂから流れ出るときは直流電源Ｂから放電された容量を意味し、電流ＢＣＲＴが直流電源Ｂに供給されるときは直流電源Ｂが充電された容量を意味するので、積算値から推定した現在の容量ＳＯＣが満充電量の２０〜８０％の範囲に入るとき、その推定した現在の容量ＳＯＣが曲線ｋ１〜ｋ３のいずれの曲線上にあるかを温度Ｔｂによって補正する必要があるからである。この場合、積算値から推定した現在の容量ＳＯＣを温度Ｔｂにより補正することは、積算値が直流電源Ｂに充放電された容量を意味するので、積算値を補正することに相当する。
【００８０】
電圧変換制御手段３０２は、図４に示す電圧Ｖｂと容量ＳＯＣとの曲線ｋ１〜ｋ３を保持しており、電流センサー１８からの電流ＢＣＲＴを積算し、その積算した積算値を温度Ｔｂによって補正して直流電源Ｂの残容量を求める。そして、電圧変換制御手段３０２は、その求めた残容量が所定量以下であるか否かを判定する。
【００８１】
電圧変換制御手段３０２は、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍと電圧センサー１０Ａからの電圧Ｖｂとの差が所定値α以上であるか否かを判定するが、所定値αは、コンデンサＣ２に蓄積された電力を有効利用できない程度に決定される。また、所定値αは、電圧センサー１０Ａと電圧センサー１３との誤差に相当するように決定されてもよい。
【００８２】
なお、電圧変換制御手段３０２は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが直流電源Ｂの出力電圧Ｖｂよりも所定値α以上であると判定したとき、コンデンサＣ２に蓄積された電力を直流電源Ｂにチャージバックすることにしたのは、放電抵抗２０１による損失の少ない放電を実現するために有効利用可能な電力だけを直流電源Ｂにチャージバックすることにしたものである。
【００８３】
また、直流電源Ｂの残容量が所定値以下であることがチャージバック条件の１つであるが、直流電源Ｂの残容量が所定値以下ではないと判定された場合でも、直流電源Ｂの容量を大きくし、コンデンサＣ２に蓄積された電力を吸収するようにできるので、イグニッションキーがオフされると、通常、上述したチャージバック条件は満たされる。
【００８４】
上述したように、電圧変換制御手段３０２は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが直流電源Ｂの出力電圧Ｖｂよりも所定値α以上であるとき、コンデンサＣ２に蓄積された電力を直流電源Ｂにチャージバックする。
【００８５】
再び、図１を参照して、モータ駆動装置１００における全体動作について説明する。全体の動作が開始されると、制御装置３０は、Ｈレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，２へ出力し、システムリレーＳＲ１，２がオンされる。直流電源Ｂは、直流電圧ＶｂをシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２を介して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００８６】
電圧センサー１０Ａは、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。また、電圧センサー１３は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。さらに、電流センサー１８は、直流電源Ｂから流出または流入する電流ＢＣＲＴを検出して制御装置３０へ出力し、温度センサー１０Ｂは直流電源Ｂの温度Ｔｂを検出して制御装置３０へ出力する。さらに、電流センサー２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出して制御装置３０へ出力する。そして、制御装置３０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮを受ける。
【００８７】
そうすると、制御装置３０は、電圧Ｖｍ，Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲおよびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により信号ＰＷＭＩを生成し、その生成した信号ＰＷＭＩをインバータ１４へ出力する。また、制御装置３０は、電圧Ｖｍ，Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ、トルク指令値ＴＲ、およびモータ回転数ＭＲＮに基づいて、上述した方法により昇圧コンバータ１２のＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２をスイッチング制御するための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００８８】
そうすると、昇圧コンバータ１２は、信号ＰＷＭＵに応じて、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを昇圧し、その昇圧した直流電圧をコンデンサＣ２に供給する。そして、インバータ１４は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩによって交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これによって、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲによって指定されたトルクを発生する。
【００８９】
また、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置３０は、外部ＥＣＵから信号ＲＧＥを受け、その受けた信号ＲＧＥに応じて、信号ＰＷＭＣを生成してそれぞれインバータ１４へ出力し、信号ＰＷＭＤを生成して昇圧コンバータ１２へ出力する。
【００９０】
そうすると、インバータ１４は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣに応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２へ供給する。そして、昇圧コンバータ１２は、コンデンサＣ２からの直流電圧を受け、その受けた直流電圧を信号ＰＷＭＤによって降圧し、その降圧した直流電圧を直流電源Ｂに供給する。これにより、交流モータＭ１によって発電された電力が直流電源Ｂに充電される。
【００９１】
さらに、モータ駆動装置１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車が停止されたとき、制御装置３０は、外部ＥＣＵから信号ＩＧＯＦＦを受け、その受けた信号ＩＧＯＦＦに応じて、上述した方法によって、チャージバック条件を満たすか否かを判定する。
【００９２】
そして、制御装置３０は、チャージバック条件を満たすと判定した場合、インバータ１４を停止するとともに、信号ＰＷＭＢを生成して昇圧コンバータ１２へ出力し、コンデンサＣ２に蓄積された電力を直流電源Ｂにチャージバックする。
【００９３】
この場合、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが直流電源Ｂの両端の電圧Ｖｂよりも高いとき、ツェナーダイオード２０６は、ノードＮ１からノードＮ２へ電流を流すので、コンデンサＣ２に蓄積された電荷は、放電抵抗２０１を介して放電されない。
【００９４】
そして、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが直流電源Ｂの両端の電圧Ｖｂに一致する程度に低下すると（すなわち、チャージバックが完了すると）、ツェナーダイオード２０６は、ノードＮ１からノードＮ２へ電流を流さず、上述した動作によって、ＮＰＮトランジスタ２０２は、オンされる。その結果、放電手段２０は、コンデンサＣ２に蓄積された電力を放電させる。
【００９５】
このように、この発明においては、コンデンサＣ２に蓄積された電力の直流電源Ｂへのチャージバックが完了すると、放電手段２０によりコンデンサＣ２に残留した残留電荷を放電することを特徴とする。
【００９６】
また、ＮＰＮトランジスタ２０２は、コンデンサＣ２に蓄積された電力の直流電源Ｂへのチャージバックが完了すると、放電抵抗２０１をコンデンサＣ２の両端に接続することを特徴とする。
【００９７】
なお、この場合、制御装置３０は、Ｌレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフさせる。また、制御装置３０は、昇圧コンバータ１２も停止させる。
【００９８】
この発明においては、ＮＰＮトランジスタ２０２は、放電抵抗２０１をコンデンサＣ２の両端に接続する「接続手段」を構成する。
【００９９】
また、ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２および電圧変換制御手段３０２は、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが基準値以下になるまでコンデンサＣ２の残留電荷を昇圧コンバータ１２を介して直流電源Ｂにチャージバックする「チャージバック手段」を構成する。
【０１００】
さらに、昇圧コンバータ１２、コンデンサＣ２、インバータ１４および制御装置３０は、「インバータ装置」を構成する。
【０１０１】
さらに、交流モータＭ１は、「電気負荷」を構成する。
上記においては、コンデンサＣ２に蓄積された電力を直流電源Ｂにチャージバックする場合、昇圧コンバータ１２のＭＯＳトランジスタＱ１をオン／オフしてチャージバックすると説明したが、この発明においては、これに限らず、ＭＯＳトランジスタＱ１をオンしたまま、すなわち、オンデューティーを１００％に保持してコンデンサＣ２に蓄積された電力を直流電源Ｂにチャージバックしてもよい。
【０１０２】
また、上記においては、交流モータが１個の場合について説明したが、この発明は、これに限らず、複数の交流モータを駆動するモータ駆動装置についても適用可能である。その場合、複数の交流モータに対応して設けられた複数のインバータは、コンデンサＣ２の両端に並列に接続される。そして、複数のインバータの各々は、コンデンサＣ２を介して昇圧コンバータ１２から受けた出力電圧Ｖｍを交流電圧に変換して対応する交流モータを駆動する。
【０１０３】
さらに、昇圧コンバータ１２およびインバータ１４を構成するスイッチング素子は、ＭＯＳトランジスタに限られるものではなく、ＮＰＮトランジスタであってもよい。
【０１０４】
さらに、コンデンサＣ２に蓄積された電荷を放電手段２０により放電する場合、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２はオフされるが、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２をオフするタイミングは、タイマーによる時間管理、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍの検出、およびチャージバックするときの電流ＢＣＲＴの検出等のいずれの方法を用いてもよい。
【０１０５】
すなわち、制御装置３０は、信号ＰＷＵＢを昇圧コンバータ１２へ出力してからの時間をタイマーにより計測し、その計測した時間が所定時間に達すると、Ｌレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【０１０６】
また、制御装置３０は、電圧センサー１３からの電圧Ｖｍが基準値以下に達すると、Ｌレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。
【０１０７】
さらに、制御装置３０は、電流センサー１８からの電流ＢＣＲＴが基準値以下になると、Ｌレベルの信号ＳＥを生成してシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２へ出力する。チャージバックが完了する直前には、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが直流電源Ｂの両端の電圧Ｖｂまで低下し、チャージバックしているときの電流ＢＣＲＴが殆ど流れなくなるので、電流ＢＣＲＴが基準値以下になったか否かを判定することによりチャージバックの完了を検知できるからである。
【０１０８】
実施の形態１によれば、インバータ装置は、交流モータを駆動するインバータの入力側に設けられたコンデンサの両端の電圧が所定値以下になると、コンデンサの残留電荷を放電させる放電手段を備えるので、コンデンサの残留電荷を放電するための放電抵抗の体格を小さくできる。また、放電抵抗における損失を小さくできる。
【０１０９】
［実施の形態２］
図５を参照して、実施の形態２によるインバータ装置を備えるモータ駆動装置１００Ａは、モータ駆動装置１００の放電手段２０を放電手段２０Ａに代えたものであり、その他は、モータ駆動装置１００と同じである。
【０１１０】
放電手段２０Ａは、コンデンサＣ２の両端に並列に接続される。放電手段２０Ａは、両端に印加される電圧が高くなるとともに抵抗値が高くなり、両端に印加される電圧が低くなるとともに抵抗値が低くなる抵抗体から成る。すなわち、放電手段２０Ａを構成する抵抗値は、図６に示すような抵抗と電圧との関係を有する。
【０１１１】
したがって、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが所定値よりも高いとき、コンデンサＣ２に蓄積された電荷は、放電手段２０Ａにより殆ど放電されない。そして、コンデンサＣ２に蓄積された電力が直流電源Ｂにチャージバックされ、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖｍが所定値以下に低くなると、コンデンサＣ２に蓄積された電荷は、放電手段２０Ａを介して放電される。
【０１１２】
その他は、実施の形態１と同じである。
実施の形態２によれば、インバータ装置は、交流モータを駆動するインバータの入力側に設けられたコンデンサの両端の電圧が所定値以下になると、コンデンサの残留電荷を放電させる放電手段を備えるので、コンデンサの残留電荷を放電するための放電抵抗の体格を小さくできる。また、放電抵抗における損失を小さくできる。
【０１１３】
この発明は、上述した実施の形態に記載した内容以外にも、種々のハイブリッド自動車または電気自動車に適用できることは言うまでもない。たとえば、コンデンサＣ２に対して複数のインバータおよびモータを並列に接続し、それぞれのモータ（またはモータジェネレータ）を独立に駆動するようにしてもよい。この場合、１つのモータを後輪駆動用として用い、他のモータを前輪駆動用として用いてもよい。また、遊星ギア機構を用いたハイブリッド自動車としては、１つのモータジェネレータを遊星ギア機構のサンギアに接続し、エンジンを遊星ギア機構のキャリアに接続し、もう１つのモータジェネレータをリングギアに接続するものも公知であるが、この発明を、このようなハイブリッド自動車にも適用できる。
【０１１４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図３】図２に示すモータトルク制御手段の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図４】図１に示す直流電源の出力電圧と電池容量との関係図である。
【図５】実施の形態２によるモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【図６】図５に示す放電手段における電圧と抵抗との関係図である。
【図７】従来のモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１０Ａ，１３  電圧センサー、１０Ｂ  温度センサー、１２，３１０  昇圧コンバータ、１４，３３０  インバータ、１５  Ｕ相アーム、１６  Ｖ相アーム、１７  Ｗ相アーム、１８，２４  電流センサー、２０  放電手段、３０  制御装置、４０  モータ制御用相電圧演算部、４２  インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０  インバータ入力電圧指令演算部、５２  コンバータ用デューティー比演算部、５４  コンバータ用ＰＷＭ信号変換部、１００，１００Ａ，３００  モータ駆動装置、２０１  放電抵抗、２０２，２０３，３１２，３１３  ＮＰＮトランジスタ、２０４，２０５，２０７，２０８  抵抗、２０６  ツェナーダイオード、３０１  モータトルク制御手段、３０２  電圧変換制御手段、Ｂ  直流電源、ＳＲ１，ＳＲ２  システムリレー、Ｃ１，Ｃ２，３２０  コンデンサ、Ｌ１，３１１  リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８  ＭＯＳトランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８，３１４，３１５  ダイオード、Ｍ１  交流モータ。
【図１】
2004194475.tif 000003
【図２】
2004194475.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004194475.tif 000006
【図５】
2004194475.tif 000007
【図６】
2004194475.tif 000008
【図７】
2004194475.tif 000009