(57)【要約】【課題】発電機と電動機の間にバッテリを設けないシステムにおいて、発電機に余剰電力が発生した場合でも、インバータの構成部品を過電圧から容易に保護できる電動機の制御装置及び車載用電動機駆動システムを提供することにある。【解決手段】インバータ３２は、発電機２１の直流発電出力を交流電力に変換し、交流電動機４０に供給する。コントローラ１００は、インバータ３２における直流−交流変換を制御する。過電圧検出回路３６と半導体スイッチ３８からなる阻止手段は、インバータ３２の停止時に、発電機２１の発電出力が、インバータ３２に供給されるのを阻止する。【選択図】図１
2007325388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって駆動される発電機の発電出力を直接受けて電動機が駆動される電機システムに用いられるものであって、
前記発電機の直流発電出力を交流電力に変換するインバータを備え、このインバータによって変換された交流電力を交流電動機に供給するインバータ装置と、
このインバータ装置における直流−交流変換を制御する制御手段と、
前記インバータの停止時に、前記発電機の発電出力が、前記インバータに供給されるのを阻止する阻止手段を有することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、
前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段と、
前記発電機と前記インバータとの間の直流電圧ラインに設けられ、直流電圧を消費する電圧吸収手段と、
前記過電圧検出手段によって過電圧が検出されると、前記電圧吸収手段によって過電圧を消費することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、さらに、
前記過電圧検出手段が過電圧を検出すると、前記制御手段から前記発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止する界磁停止手段を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、さらに、
前記過電圧検出手段は、前記インバータの入力電圧が第２の所定値より小さいことを検出するものであり、
第２の所定値よりも小さいことを検出すると、前記電圧吸収手段による過電圧の消費を停止することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項２記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、さらに、
前記インバータに流れる電流が所定値以上であることを検出する過電流検出手段を備え、
前記過電流検出手段が過電流を検出すると、前記制御手段から前記発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止する界磁停止手段を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、
前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段と、
前記発電機と前記インバータとの間の直流電圧ラインに設けられ、前記発電機から前記インバータへの電力供給を遮断するスイッチ手段を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、
前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段と、
前記発電機と前記インバータとの間の直流電圧ラインをアース電位に接地するスイッチ手段と、
前記前記発電機と前記インバータとの間の直流電圧ラインに配置されたヒューズとを備え、
前記スイッチ手段により前記直流電圧ラインを接地したとき前記ヒューズを溶断することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項８】
請求項１記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段を備え、
前記発電機の発電出力を整流する整流素子としてサイリスタを備え、
前記過電圧検出手段が過電圧を検出すると、前記サイリスタをオフすることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項９】
請求項１記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記発電機の発電出力を吸収するサージアブソーバを備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１０】
請求項９記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、さらに、
前記インバータに流れる電流が所定値以上であることを検出する過電流検出手段を備え、
前記過電流検出手段が過電流を検出すると、前記制御手段から前記発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止する界磁停止手段を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１１】
請求項９記載の電動機の制御装置において、
前記阻止手段は、さらに、
前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段と、
前記過電圧検出手段が過電圧を検出すると、前記制御手段から前記発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止する界磁停止手段を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１２】
エンジンにより駆動される車輪とは異なる車輪を電動機により駆動する車両に用いられるものであって、
エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
前記発電機の直流発電出力を交流電力に変換するインバータを備え、このインバータによって変換された交流電力を交流電動機に供給するインバータ装置と、
このインバータ装置における直流−交流変換を制御する制御手段と、
前記インバータの停止時に、前記発電機の発電出力が、前記インバータに供給されるのを阻止する阻止手段とを有することを特徴とする車載用電動機駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の制御装置及び車載用電動機駆動システムに係り、特に、自動車用の発電機のようにエンジンによって駆動され、発電機で発生した電力をバッテリに蓄えずに直接インバータ及び電動機で消費する発電機−電動機システムに用いるに好適な電動機の制御装置及び車載用電動機駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車のようにエンジンで発電機を駆動し、発電機の発電電力で電動機を駆動する場合、一般的には、発電電力をバッテリに充電した上で使用するようにしている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
【０００３】
なお、参考までに、フォイスト等の荷役機械の駆動源として、誘導電動機を用い、この誘導電動機を商用電源で駆動するものにおいて、貨物を下降させるときは誘導電動機が発電機として動作し、その発電電力を平滑コンデンサに充電し、また、放電抵抗により放電するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３４０６０５号公報
【特許文献２】特開平１０−１９１５０３号公報
【特許文献３】特開平２００１−２６８９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、システムの簡素化やコストダウンのため、発電機と電動機の間にバッテリを用いないバッテリレスの車載電動機の駆動システムが実用化されている。このようなバッテリレスの車載電動機の駆動システムでは、発電機の発電電力は、すべて電動機に供給され、消費されるように、発電機の発電電力が制御される。
【０００６】
ここで、発電電力と消費電力，すなわち、電動機の負荷が等しくないと、偏差分が直流電圧を変動させることとなる。
【０００７】
通常は、両者が等しくなるように、発電電力が制御される。発電電力は、発電機の回転数と界磁電流で調整可能であるが、回転数はエンジンによって車輪と共に駆動されているため走行中に変化させることができない。従って、発電電力は界磁電流で調整することとなるが、界磁コイルのインダクタンス成分が大きいため、数十〜数百ｍｓの時定数を持った変化となる。
【０００８】
一方、消費電力側は、電動機に供給する電力を可変するためにインバータが用いられ、このインバータが任意の電圧，周波数，位相で電動機を駆動可能であるため時間遅れの殆どない変化が可能である。
【０００９】
その結果、発電電力と消費電力の変化時間に差があるため、電力の過不足が発生するという問題が生じる。例えば、過電流あるいは過温度を検知した場合、インバータや電動機保護のため、インバータを速やかに停止させるため、消費電力はインバータ停止と共に零となるが、発電機は前述の如く界磁電流の減衰期間中は発電を持続するため、余剰電力が発生する。この余剰電力により、発電機の出力である直流電圧が上昇すると、インバータの半導体や平滑コンデンサ等の構成部品が過電圧で破損する恐れがある。
【００１０】
この問題に対して、耐電圧の高い構成部品を使用する方法も考えられるが、この方法では、半導体の損失が増加するとともに、装置が大型化する。
【００１１】
本発明の目的は、発電機と電動機の間にバッテリを設けないシステムにおいて、発電機に余剰電力が発生した場合でも、インバータの構成部品を過電圧から容易に保護できる電動機の制御装置及び車載用電動機駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンによって駆動される発電機の発電出力を直接受けて電動機が駆動される電機システムに用いられるものであって、前記発電機の直流発電出力を交流電力に変換するインバータを備え、このインバータによって変換された交流電力を交流電動機に供給するインバータ装置と、このインバータ装置における直流−交流変換を制御する制御手段と、前記インバータの停止時に、前記発電機の発電出力が、前記インバータに供給されるのを阻止する阻止手段を有するものである。  
かかる構成により、発電機に余剰電力が発生した場合でも、インバータの構成部品を過電圧から容易に保護し得るものとなる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記阻止手段は、前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段と、前記発電機と前記インバータとの間の直流電圧ラインに設けられ、直流電圧を消費する電圧吸収手段と、前記過電圧検出手段によって過電圧が検出されると、前記電圧吸収手段によって過電圧を消費するようにしたものである。
【００１４】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記阻止手段は、さらに、前記過電圧検出手段が過電圧を検出すると、前記制御手段から前記発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止する界磁停止手段を備えるようにしたものである。
【００１５】
（４）上記（２）において、好ましくは、前記阻止手段は、さらに、前記過電圧検出手段は、前記インバータの入力電圧が第２の所定値より小さいことを検出するものであり、第２の所定値よりも小さいことを検出すると、前記電圧吸収手段による過電圧の消費を停止するようにしたものである。
【００１６】
（５）上記（２）において、好ましくは、前記阻止手段は、さらに、前記インバータに流れる電流が所定値以上であることを検出する過電流検出手段を備え、前記過電流検出手段が過電流を検出すると、前記制御手段から前記発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止する界磁停止手段を備えるようにしたものである。
【００１７】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記阻止手段は、前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段と、前記発電機と前記インバータとの間の直流電圧ラインに設けられ、前記発電機から前記インバータへの電力供給を遮断するスイッチ手段を備えるようにしたものである。
【００１８】
（７）上記（１）において、好ましくは、前記阻止手段は、前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段と、前記発電機と前記インバータとの間の直流電圧ラインをアース電位に接地するスイッチ手段と、前記前記発電機と前記インバータとの間の直流電圧ラインに配置されたヒューズとを備え、前記スイッチ手段により前記直流電圧ラインを接地したとき前記ヒューズを溶断するようにしたものである。
【００１９】
（８）上記（１）において、好ましくは、前記阻止手段は、前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段を備え、前記発電機の発電出力を整流する整流素子としてサイリスタを備え、前記過電圧検出手段が過電圧を検出すると、前記サイリスタをオフするようにしたものである。
【００２０】
（９）上記（１）において、好ましくは、前記阻止手段は、前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記発電機の発電出力を吸収するサージアブソーバを備えるようにしたものである。
【００２１】
（１０）上記（９）において、好ましくは、前記阻止手段は、さらに、前記インバータに流れる電流が所定値以上であることを検出する過電流検出手段を備え、前記過電流検出手段が過電流を検出すると、前記制御手段から前記発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止する界磁停止手段を備えるようにしたものである。
【００２２】
（１１）上記（９）において、好ましくは、前記阻止手段は、さらに、前記発電機と前記インバータとの間に配置され、前記インバータの入力電圧が所定値より大きいことを検出する過電圧検出手段と、前記過電圧検出手段が過電圧を検出すると、前記制御手段から前記発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止する界磁停止手段を備えるようにしたものである。
【００２３】
（１２）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンにより駆動される車輪とは異なる車輪を電動機により駆動する車両に用いられるものであって、エンジンにより駆動されて発電する発電機と、前記発電機の直流発電出力を交流電力に変換するインバータを備え、このインバータによって変換された交流電力を交流電動機に供給するインバータ装置と、このインバータ装置における直流−交流変換を制御する制御手段と、前記インバータの停止時に、前記発電機の発電出力が、前記インバータに供給されるのを阻止する阻止手段とを有するものである。  
かかる構成により、発電機に余剰電力が発生した場合でも、インバータの構成部品を過電圧から容易に保護し得るものとなる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、発電機と電動機の間にバッテリを設けないシステムにおいて、発電機に余剰電力が発生した場合でも、インバータの構成部品を過電圧から容易に保護できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
最初、図１〜図４を用いて、本発明の第１の実施形態による電動機の制御装置の構成及び動作について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態による電動機の制御装置によって制御される発電機の出力電圧−出力電流特性の説明図である。図３は、インバータの停止時の発電機の出力電圧−出力電流の変化の説明図である。図２，図３の横軸は出力電流を示し、縦軸は出力電圧を示している。図４は、本発明の第１の実施形態による電動機の制御装置によって制御された場合の平滑コンデンサの電圧の説明図である。
【００２６】
図１に示す発電機−電動機システムは、エンジン１０によって駆動される発電機２１を含む発電装置２０と、インバータ装置３０とコントローラ１００からなる電動機の制御装置と、電動機４０とから構成されている。インバータ装置３０とコントローラ１００からなる電動機の制御装置と、電動機４０とによって、電動機駆動システムが構成される。この発電機−電動機システムでは、発電機の発電出力を蓄積するバッテリ等の蓄積手段は用いられず、発電機の発電出力が直接電動機に供給される構成となっている。
【００２７】
発電装置２０は、発電機２１と、界磁コイル２３と、整流器２５と、平滑コンデンサ２７と、半導体スイッチ２９とを備えている。発電機２１は、エンジン１０により駆動され、３相交流電力を出力する。発電機２１の回転子には、界磁コイル２３が巻回されている。界磁コイル２３には、バッテリ等の直流電源Ｂから界磁電流が供給される。直流電源Ｂから供給される電流は、コントローラ１００によって半導体スイッチ２９をオンオフ制御（ＰＷＭ制御）することで可変され、その結果、発電機２１の出力電圧が可変される。なお、励磁方式としては、外部の直流電源Ｂを用いる他励式を示しているが、直流電源Ｂの電圧以上の出力電圧を得る場合には、発電機２１の出力を界磁電流の電源とする自励式を用いることができる。
【００２８】
整流器２５は、２個の直列接続されたダイオード対が３並列接続された全波整流回路を構成し、発電機２１の出力の３相交流電力を全波整流する。整流器２５の出力に含まれるリップル電圧は、平滑コンデンサ２７によって平滑化される。発電装置２０が出力する直流電力は、インバータ装置３０に供給される。
【００２９】
インバータ装置３０は、インバータ３２と、平滑コンデンサ３４と、過電圧検出回路３６と、半導体スイッチ３８とを備えている。インバータ３２は、２個の直列接続されたＭＯＳ−ＦＥＴによって上アームと下アームを構成し、この上アームと下アームの対が３並列接続され、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相のスイッチング素子を構成している。６個のＭＯＳ−ＦＥＴのゲート端子には、コントローラ１００からゲート制御信号が供給され、オン・オフ制御される。これによって、インバータ３２は、発電装置１０から供給される直流電力を、３相交流電力に変換して、電動機４０の固定子巻線に電機子電流として供給する。なお、インバータ３２を構成するスイッチング素子としては、ＩＧＢＴを用いることもできる。
【００３０】
平滑コンデンサ３４は、インバータ３２のスイッチング動作によって生じるサージ電圧を平滑する。過電圧検出回路３６の動作については後述するが、平滑コンデンサ３４の両端電圧を、基準電圧と比較して、基準電圧よりも平滑コンデンサ３４の両端電圧が高いとき、半導体スイッチ３８をオフする制御信号を出力する。半導体スイッチ３８は、発電装置２０とインバータ３２を結ぶ電源ライン上に配置されており、通常はオンしているが、過電圧検出回路３６からの制御信号によりオフすると、発電装置２０からインバータ３２への電力供給を阻止する。
【００３１】
電動機４０は、交流電力によって駆動される同期電動機である。
【００３２】
コントローラ１００は、インバータ３２の各スイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ信号を出力し、インバータ３２は、発電装置２０から供給される直流電圧から、任意の周波数，電圧の交流電圧を発生させ、電動機７を駆動する。
【００３３】
ここで、図２を用いて、本実施形態による電動機の制御装置によって制御される発電機２１の出力電圧−出力電流特性について説明する。
【００３４】
発電機２１の出力電圧−出力電流特性は、界磁コイル２３に流れる界磁電流の値によって異なる。図２において、実線ＦＣ−０．５は、界磁電流が０．５Ａのとき、発電機２１の出力電圧及び出力電流が取りうる値を示している。同様にして、実線ＦＣ−１．０は、界磁電流が１．０Ａのとき、発電機２１の出力電圧及び出力電流が取りうる値を示し、実線ＦＣ−１．５は、界磁電流が１．５Ａのとき、発電機２１の出力電圧及び出力電流が取りうる値を示し、実線ＦＣ−３．０は、界磁電流が３．０Ａのとき、発電機２１の出力電圧及び出力電流が取りうる値を示している。
【００３５】
例えば、界磁電流が１．５Ａのときは、出力電流が２００Ａで出力電圧３０Ｖや、出力電流が１５０Ａで出力電圧８０Ｖというように、図示の実線ＦＣ−１．５上の値を取ることができる。
【００３６】
ここで、発電機２１は、例えば、直流電圧は通常６０Ｖ以下で使用され、それに対して、インバータ３２に用いる半導体スイッチング素子としては、６０Ｖの直流電圧に対して十分に耐圧を有する定格電圧が１００Ｖのものを使用する。
【００３７】
次に、図３を用いて、インバータ３２の停止時の発電機２１の出力電圧−出力電流の変化について説明する。
【００３８】
図３の実線は、図２に示した界磁電流が１．５Ａの場合の出力電圧−出力電流を抜き出したものである。ここで、例えば、発電機２１の界磁電流が１．５Ａで、３０Ｖ，２００Ａの電力を供給していたものとする。
【００３９】
この発電機２１の運転状態において、図１に示したインバータ３２が何らかの異常により停止した場合、図３の発電特性上では破線の軌跡で示すように、出力電圧が上昇し、出力最大電圧になった後、０Ｖに低下するように移動する。この理由は、インバータ３２が何らかの異常により停止した場合、コントローラ１００は、半導体スイッチ２９をオフして、界磁電流の制御を停止しても、界磁コイルの時定数が長く、界磁電流が減衰する前に発電機２１から平滑コンデンサ２７と平滑コンデンサ３４に流入する電流が、直流電圧を上昇させるため、破線の軌跡で出力電圧が変化する。
【００４０】
図３に示すように、発電機２１の出力電圧が上昇すると、図１に示した過電圧検出回路３６は、平滑コンデンサ３４の電圧上昇を検出して半導体スイッチ１０をオフする。その結果、図４に示すように、平滑コンデンサ２７の電圧Ｖ２７は、図３の破線で示した発電機２１の出力電圧の推移と同様に上昇するが、平滑コンデンサ３４の電圧Ｖ３４は、半導体スイッチ１０をオフした時点の電圧に保持されるため、インバータ側の直流電圧も同様の電圧に保持される。なお、図示の例では、過電圧検出回路３６の基準電圧を６５Ｖとしているため、図４に示すように、平滑コンデンサ３４の電圧Ｖ３４は６５Ｖに保持される。インバータ３２を構成するスイッチング素子の耐圧として１００Ｖのものを用いれば、スイッチング素子が破壊されることを防止することができる。
【００４１】
なお、発電機に余剰電力が発生する場合、すなわち、平滑コンデンサ３４の電圧Ｖ３４が上昇するのは、インバータ３２が何らかの異常により停止した場合だけでなく、次のような場合にも生じる。例えば、前輪をエンジン１０で駆動し、後輪を電動機４０で駆動する電動４輪駆動車両において、前輪がスリップし、エンジン１０の回転数が極端に上昇し、結果として、発電機２１の出力電圧が上昇する。このような場合にも、過電圧検出回路３６は動作し、高電圧がインバータ３２に供給されるのを阻止することができる。
【００４２】
図１に示した半導体スイッチ３８の耐圧としては、前述の例では、６５Ｖ以上あればよいものである。したがって、インバータ３２のスイッチング素子と同様に耐圧１００Ｖのものを用いることができる。その結果、インバータ３２と半導体スイッチ３８を一体化することができる。
【００４３】
また、平滑コンデンサとしては、半導体スイッチ３８よりも発電機２１側に配置した平滑コンデンサ２７と、半導体スイッチ３８よりもインバータ３２側に配置した平滑コンデンサ３４とに分割して配置しているので、発電機側と、インバータ側のサージ電圧をそれぞれ吸収することができる。
【００４４】
本実施形態によれば、インバータ３２の入力電圧が過電圧となった場合には、半導体スイッチ３８をオフして、高電圧がインバータ３２に供給されることを阻止できるので、発電機に余剰電力が発生した場合でも、インバータの構成部品を過電圧から容易に保護できるものとなる。
【００４５】
また、半導体スイッチ３８の耐圧を低くして、インバータ３２と半導体スイッチ３８を一体化することができる。
【００４６】
さらに、平滑コンデンサを分割して配置しているので、発電機側と、インバータ側のサージ電圧をそれぞれ吸収することができる。
【００４７】
次に、図５を用いて、本発明の第２の実施形態による電動機の制御装置の構成及び動作について説明する。  
図５は、本発明の第２の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００４８】
本実施形態において、インバータ装置３０Ａは、図１の半導体スイッチ３８に代えて、半導体スイッチ３８Ａと、ヒューズ３９を備えている。半導体スイッチ３８Ａは、発電装置２０とインバータ３２を結ぶ電源ラインと、アースラインの間に設けられている。半導体スイッチ３８Ａは、図１の半導体スイッチ３８に比べて高電圧高電流に耐えられる高圧タイプのサイリスタ等が用いられている。ヒューズ３９は、発電装置２０とインバータ３２を結ぶ電源ライン上に配置されている。過電圧検出回路３６Ａは、平滑コンデンサ３４の両端電圧が基準電圧よりも低いときは、半導体スイッチ３８Ａをオフし、平滑コンデンサ３４の両端電圧が基準電圧よりも高くなると、半導体スイッチ３８Ａをオンする制御信号を出力する。
【００４９】
本実施形態では、過電圧検出回路３６Ａが平滑コンデンサ３４の電圧上昇を検出すると、半導体スイッチ３８Ａをオンすることで、発電装置２０が出力する直流電圧を短絡し、インバータ３２に供給されるのを阻止する。このため、平滑コンデンサ２７に蓄積された電荷はヒューズ３９を通して急速に放電されるので、ヒューズ３９が溶断し、発電機２１の電圧がインバータ側に伝わらないようにできる。
【００５０】
本実施形態では、図１に示した半導体スイッチ３８に代えて、半導体スイッチ３８Ａを用いるため、図１の半導体スイッチ３８における発熱の問題を回避することができる。
【００５１】
また、平滑コンデンサとしては、半導体スイッチ３８よりも発電機２１側に配置した平滑コンデンサ２７と、半導体スイッチ３８よりもインバータ３２側に配置した平滑コンデンサ３４とに分割して配置しているので、発電機側と、インバータ側のサージ電圧をそれぞれ吸収することができる。
【００５２】
本実施形態によれば、インバータ３２の入力電圧が過電圧となった場合には、半導体スイッチ３８Ａをオンして、高電圧がインバータ３２に供給されることを阻止できるので、発電機に余剰電力が発生した場合でも、インバータの構成部品を過電圧から容易に保護できるものとなる。
【００５３】
また、半導体スイッチ３８Ａは、発熱の問題を回避できる。
【００５４】
さらに、平滑コンデンサを分割して配置しているので、発電機側と、インバータ側のサージ電圧をそれぞれ吸収することができる。
【００５５】
次に、図６を用いて、本発明の第３の実施形態による電動機の制御装置の構成及び動作について説明する。  
図６は、本発明の第３の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００５６】
本実施形態において、発電装置２０Ｂの整流器２５Ｂは、２個のダイオードの直列回路に代えて、サイリスタＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３とダイオードの直列回路を用いている。過電圧検出回路３６Ｂは、平滑コンデンサ３４の両端電圧が基準電圧よりも高くなると、サイリスタＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３のゲートを停止する制御信号を出力する。
【００５７】
これによって、過電圧検出回路３６Ａが平滑コンデンサ３４の電圧上昇を検出すると、サイリスタＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３のゲートを停止することで、発電機２１の出力電圧を遮断して、インバータ３２に供給されるのを阻止する。
【００５８】
なお、サイリスタの配置は、図５に示した上アームに配置したものだけでなく、下アームのみとしてもよいものである。
【００５９】
サイリスタは、ダイオードと大きさや、発熱量は同程度であるため、両者の素子の置き換えは容易である。
【００６０】
本実施形態によれば、インバータ３２の入力電圧が過電圧となった場合には、サイリスタＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３のゲートを停止することで、発電機２１の出力電圧を遮断して、インバータ３２に供給されるのを阻止できるので、発電機に余剰電力が発生した場合でも、インバータの構成部品を過電圧から容易に保護できるものとなる。
【００６１】
次に、図７及び図８を用いて、本発明の第４の実施形態による電動機の制御装置の構成及び動作について説明する。  
図７は、本発明の第４の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。図８は、本発明の第４の実施形態による電動機の制御装置の動作説明図である。
【００６２】
本実施形態において、インバータ装置３０Ｃは、図１の半導体スイッチ３８に代えて、半導体スイッチ３８Ｃと、抵抗器３７の直列回路を備えている。半導体スイッチ３８Ｃと抵抗器３７との直列回路は、発電装置２０とインバータ３２を結ぶ電源ラインと、アースラインの間に設けられている。抵抗器３７の抵抗値は、インバータ３２のインピーダンスに比べて十分に小さい値のものである。過電圧検出回路３６Ｃは、平滑コンデンサ３４の両端電圧が基準電圧よりも低いときは、半導体スイッチ３８Ｃをオフし、平滑コンデンサ３４の両端電圧が基準電圧よりも高くなると、半導体スイッチ３８Ｃをオンする制御信号を出力する。
【００６３】
また、界磁停止手段３５と、過電流検出回路３３を備えている。
【００６４】
本実施形態では、過電圧検出回路３６Ｃが平滑コンデンサ３４の電圧上昇を検出すると、半導体スイッチ３８Ｃをオンすることで、発電装置２０が出力する直流電圧は、抵抗器３７に流れ、抵抗器３７で吸収され、熱に変換されることで、インバータ３２に供給されるのを阻止する。
【００６５】
発電機２１の時定数は、前述のように、数十〜数百ｍｓと短時間である。したがって、抵抗器３７は、最大３００Ａの電流が数百ｍｓ流れた場合の耐量を有するものであれば十分に用いることができる。抵抗器３７としては、例えば、０．５Ωのものを用いることができる。抵抗器３７として、例えば、０．５ｍｍ角の絶縁被覆銅線をコイル状に巻回したものを用いた場合、抵抗器３７の大きさは、１００ｍｍ×６０ｍｍ×２０ｍｍ程度であり、インバータ装置３０Ｃを収納するケース内に十分収容可能なものである。
【００６６】
また、過電流検出回路３３は、インバータ３２に過電流が流れたか否かを判定する。過電流検出回路３３は、過電流が流れたことを検出すると、界磁停止手段３５に対して、ローレベルの信号を出力する。例えば、前輪をエンジン１０で駆動し、後輪を電動機４０で駆動する電動４輪駆動車両において、後輪が溝や段差でロックした場合、コントローラ１００は、電動機４０の出力トルクがさらに大きくなるように、インバータ３２に対してさらに大電流を流すように指令する。コントローラ１００が通常のＰＷＭ信号を出力して界磁コイル２３を流れる界磁電流を制御していても、界磁停止手段３５としてアンド回路を用いれば、界磁停止手段３５の出力はローレベルとなり、半導体スイッチ２９をオフにして、界磁電流を０にすることができる。
【００６７】
また、過電圧検出回路３６Ｃが過電圧を検出すると、界磁停止手段３５に対して、ローレベルの信号を出力する。前述したように、例えば、前輪をエンジン１０で駆動し、後輪を電動機４０で駆動する電動４輪駆動車両において、前輪がスリップし、エンジン１０の回転数が極端に上昇し、結果として、発電機２１の出力電圧が上昇した場合、コントローラ１００が通常のＰＷＭ信号を出力して界磁コイル２３を流れる界磁電流を制御しているが、このとき、界磁停止手段３５としてアンド回路を用いれば、界磁停止手段３５の出力はローレベルとなり、半導体スイッチ２９をオフにして、界磁電流を０にすることができる。
【００６８】
本実施形態では、コントローラ１００の制御出力とは別に、個別の異常検出時点で界磁停止手段３５を経由して界磁コイル２３に流れる電流を直接遮断することで、発電電力を早く減衰させ、抵抗器３７の消費電力を低減させている。過電圧検出回路３６Ｃが動作するのは、過電流検出手段３３の動作でインバータ２１が停止し、平滑コンデンサ３４の電圧が上昇してからなので、半導体スイッチ３８Ｃをオンさせる前に界磁電流を遮断できる。
【００６９】
さらに、過電圧検出回路３６Ｃは、平滑コンデンサ３４の電圧が一定値以下に下がったときに、半導体スイッチ３８Ｃをオフすることで、抵抗器３７の消費電力を低減できる。
【００７０】
すなわち、図８に示すように、後輪ロック時などに、過電流検出回路３３が過電流Ｉｍａｘを検出すると、半導体スイッチ２９をオフにして、界磁電流を０にするが、平滑コンデンサ３４の両端電圧が上昇し、過電圧検出回路３６Ｃが過電圧Ｖｍａｘ（例えば、６５Ｖ）を検出すると、半導体スイッチ３８Ｃをオンして抵抗器３７に電流を流して吸収することで、電圧が降下する。そして、平滑コンデンサ３４の電圧が３０Ｖ以下となった時点で、半導体スイッチ３８Ｃをオフにすると、電圧が再び上昇するものの過電圧検出レベルまで至らず、抵抗器３７で３０Ｖから０Ｖまでの放電を省略できる。したがって、抵抗器３７の発熱量を低減することができる。
【００７１】
本実施形態によれば、インバータ３２の入力電圧が過電圧となった場合には、半導体スイッチ３８Ｃをオンして、発電機２１の出力電圧を抵抗器３７で吸収して、高電圧がインバータ３２に供給されることを阻止できるので、発電機に余剰電力が発生した場合でも、インバータの構成部品を過電圧から容易に保護できるものとなる。
【００７２】
また、半導体スイッチ３８Ａは、発熱の問題を回避できる。
【００７３】
さらに、インバータの異常停止以外に、過電圧や過電流を検出した場合、速やかに界磁電流を０にして、発電機の発電を停止することができる。
【００７４】
次に、図９を用いて、本発明の第５の実施形態による電動機の制御装置の構成及び動作について説明する。  
図９は、本発明の第５の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００７５】
本実施形態において、インバータ装置３０Ｄは、図７の半導体スイッチ３８Ｃと抵抗器３７との直列回路に代えて、サージアブソーバ３１を備えている。サージアブソーバ３１は、発電装置２０とインバータ３２を結ぶ電源ラインと、アースラインの間に設けられている。発電機２１および電動機４０の出力電力が小さい用途では、サージアブソーバ３１で吸収可能な場合に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による電動機の制御装置によって制御される発電機の出力電圧−出力電流特性の説明図である。
【図３】インバータの停止時の発電機の出力電圧−出力電流の変化の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による電動機の制御装置によって制御された場合の平滑コンデンサの電圧の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態による電動機の制御装置の動作説明図である。
【図９】本発明の第５の実施形態による電動機の制御装置を用いた発電機−電動機システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０…エンジン
２０…発電装置
２１…発電機
２３界磁コイル
２５…整流器
２７，３４…平滑コンデンサ
２９，３８…半導体スイッチ
３０…インバータ装置
３１…サージアブソーバ
３２…インバータ
３５…界磁停止手段
３６…過電圧検出回路
３７…抵抗器
３９…ヒューズ
４０…電動機
１００…コントローラ
【図１】
2007325388.tif 000003
【図２】
2007325388.tif 000004
【図３】
2007325388.tif 000005
【図４】
2007325388.tif 000006
【図５】
2007325388.tif 000007
【図６】
2007325388.tif 000008
【図７】
2007325388.tif 000009
【図８】
2007325388.tif 000010
【図９】
2007325388.tif 000011