(57)【要約】      （修正有）【課題】高電圧電源側に接続された電気部品の故障に対応できるインバータ制御装置を提供する。【解決手段】モータの各部の絶縁低下、インバータの回路部品の絶縁低下など高電圧側部品に故障があるかを判定するＳ１。車両の走行を継続できる程度の故障であるかを判定するＳ２。走行を継続できる故障であれば、モータの磁石の減磁処理を行うＳ４。減磁が完了したかを判定しＳ５、減磁が完了していれば、電源システムの切替処理を行うＳ７。この切替処理により、電源システムを低電圧電源に切り替える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用のモータを制御するインバータを備えたインバータ制御装置であって、
前記インバータは、前記モータに電力を供給する高電圧電源の使用を制限する場合に、前記モータの磁石を減磁するように電流を制御するインバータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータは、前記高電圧電源が低電圧電源に切り替わる前に、前記モータの磁石を減磁するように電流を制御するインバータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータは、前記モータの前記磁石に渦電流を生じさせて、ｄ軸方向の磁束の向きが変化するように電流を制御するインバータ制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータは、前記モータの前記磁石に渦電流を生じさせて、ｄ軸方向の磁束が周方向に変化するように電流を制御するインバータ制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載のインバータ制御装置において、
前記高電圧電源と前記低電圧電源とを切り替える切替回路を備え、
前記インバータは、前記モータの磁石を減磁した後に、前記切替回路により前記高電圧電源を前記低電圧電源に切り替えるインバータ制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のインバータ制御装置において、
前記高電圧電源に電気的に接続される高電圧側部品の故障を検出する検出部を備え、
前記インバータは、前記検出部により高電圧側部品の故障が検出された場合に、前記モータの磁石を減磁するように電流を制御するインバータ制御装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のインバータ制御装置において、
前記インバータは、前記車両の廃棄が指定された場合に、前記モータの磁石を減磁するように電流を制御する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、インバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境意識の高まりを背景に市場規模を拡大するハイブリッド自動車や電気自動車にはモータが備えられている。車両用のモータは、電源から供給された直流電圧を交流電圧に変換するインバータによって駆動される。そして、電源として高電圧電源が用いられるが、高電圧電源側に接続された電気部品が故障した場合、例えば、モータの絶縁低下、回路部品の絶縁低下等が発生した場合は、高電圧電源を継続して印加し続けることはできない。
特許文献１には、異常な電池を切り離し、残りの健全な電池により、充放電などの電池システムの機能を停止することなく縮退しながら電池の機能を提供する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１２４０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した、特許文献１の発明は、故障した電池を切り離した電池システムを提供するが、高電圧電源側に接続された電気部品の故障に対応することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるインバータ制御装置は、車両用のモータを制御するインバータを備えたインバータ制御装置であって、前記インバータは、前記モータに電力を供給する高電圧電源の使用を制限する場合に、前記モータの磁石を減磁するように電流を制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高電圧電源側に接続された電気部品の故障に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】インバータ制御装置の回路構成図である。
【図２】インバータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）減磁１の例を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）減磁２の例を示す図である。
【図５】モータの誘起電圧を示す図である。
【図６】電源システムの切替処理を示す図である。
【図７】インバータ電圧の時間経過を示す図である。
【図８】インバータ制御装置の動作の変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、本実施形態に係わるインバータ制御装置の回路構成図である。以下、インバータ制御装置の回路構成について、図１を参照して説明する。
電源システム１０には、電池モジュール１１、１２が直列に接続され、スイッチ１３、１４が閉じている場合に高電圧電源として機能する。電池モジュール１１と電池モジュール１２の中間接続点から正側及び負側の出力点へそれぞれスイッチ１５、１６が接続され、電源システム１０を低電圧電源に切り替える場合に使用される。具体的には、電池モジュール１１の電圧を低電圧電源として出力する場合は、スイッチ１３、１６を閉じ、スイッチ１４、１５を開ける。また、電池モジュール１２の電圧を低電圧電源として出力する場合は、スイッチ１４、１５を閉じ、スイッチ１３、１６を開ける。なお、説明を分かり易くするために電池モジュール１１、１２が２個の場合の例を示したが、複数個設けても良く、その個数に合わせてスイッチを設ければよい。
【０００９】
電源システム１０の電力はインバータ２０に供給され、インバータ２０によって電源システム１０の電力を直流から交流に変換してモータ３０に供給する。また、モータ３０がエンジン等の外力で回転された場合には、モータ３０に回生エネルギーが発生し、これをインバータ２０によって交流から直流に変換して電源システム１０を充電する。
【００１０】
インバータ２０は、コンデンサ２１、インバータ回路２２より成る。インバータ回路２２は、直流電圧を交流電圧に変換する回路であり、トランジスタやＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体スイッチで構成されている。
【００１１】
モータ３０には、モータ３０の回転角度及び速度を検出するための回転角度検出器３１が備えられており、モータ３０の回転角度及び速度は回転角度検出信号として制御部４０へ送られる。更に、モータ３０には、モータ３０を流れる３相の電流を検出するモータ電流センサ３２が備えられ、検出された検出電流信号は制御部４０へ送られる。
【００１２】
制御部４０は、ベクトル制御によってモータ３０の制御を行う。ベクトル制御では、３相交流電流を直交座標系のd軸とq軸に座標変換し、磁束を制御するd軸の成分とトルクを制御するq軸の成分それぞれを分離独立して制御する。制御部４０は、このベクトル制御のd軸電流idとq軸電流iqの配分をｄ軸の指令値Idとｑ軸の指令値Iqに基づいて決定する。そして、決定したd軸電流idとq軸電流iqに基づいてＰＷＭ信号を生成し、インバータ２０へ出力する。
【００１３】
制御部４０は、モータ３０の各部の絶縁低下、インバータ２０の回路部品の絶縁低下などの故障を検出する。具体的には、制御部４０からの制御指令に対するモータ３０の回転角度検出器３１やモータ電流センサ３２からの応答状態や、インバータ２０の各回路の電圧や電流の応答から故障を検出する。
【００１４】
制御部４０は、故障を検出すると、後述するモータ３０の減磁を実行する。減磁が完了すると、制御部４０は、電源システム１０のスイッチ１３、１４、１５、１６を開閉制御して、電源システム１０を低電圧電源に切り替える。この場合に、電池モジュール１１、１２の何れかに異常が有ればその電池モジュールを切り離し、残りの健全な電池モジュールを使用するように切り替える。電池モジュールの異常は制御部４０、若しくは電源システム１０内の図示省略したバッテリーコントローラによって検出する。また、制御部４０は、図示省略した上位ユニット４１と接続されており、上位ユニット４１からの指令を受けて、インバータ２０等を制御する。
【００１５】
次に、インバータ制御装置の動作を、図２に示すフローチャートを参照して説明する。図２に示すフローチャートは制御部４０が実行する制御を示す。
ステップＳ１では、高電圧システムに故障があるかを判定する。電源システム１０は、通常時は、スイッチ１３、１４が閉じられ、スイッチ１５、１６が開かれており、電源システム１０から高電圧電源が供給されている。この高電圧電源が供給されている状態を高電圧システムと称する。この高電圧システムにおいて、制御部４０は、モータ３０の各部の絶縁低下、インバータ２０の回路部品の絶縁低下など高電圧側部品に故障があるかを判定する。故障が有ればステップＳ２へ進み、故障が無ければこのフローチャートの処理を終了する。
【００１６】
ステップＳ２では、車両の走行を継続できる故障であるかを判定する。即ち、ステップＳ１で判定された故障が、モータ３０の各部の絶縁低下、インバータ２０の回路部品の絶縁低下の故障であれば、車両の走行が継続可能と判定する。継続可能と判定した場合はステップＳ３へ進む。一方、重度の故障であれば車両の走行が継続不可能と判定し、ステップＳ８へ進む。
【００１７】
ステップＳ３では、減磁処理の回数を判定する。減磁処理の詳細は後述のステップＳ４で説明するが、モータ３０の磁石５２の減磁処理を行う。ステップＳ３では、ステップＳ４で処理した減磁処理の回数がＮ回以下であれば、ステップＳ４に進み、Ｎ回を超えていれば、ステップＳ６に進む。
【００１８】
ステップＳ４では、モータ３０の磁石５２の減磁処理を行う。減磁処理は二つの例があり、以下に説明する。なお、車両が故障した後は低電圧電源でインバータ２０を制御する。この場合、モータ３０が車両のエンジン等の外力で回された場合の誘起電圧を低減する必要がある。そのためにモータ３０の磁石５２の減磁処理を行う。
【００１９】
（減磁１）
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、減磁１の例を示す図である。図３（Ａ）は、モータ３０の回転子５０の一部分を模式的に図示したもので、回転子５０は軸５１を中心に回転する。回転子５０は、磁束が通りやすい電磁鋼板や低炭素鋼などで構成される。回転子５０には磁石５２が設けられている。磁石５２は、モータトルクを発生させるための磁束を出力する部品である。図中の矢印ａはｄ軸方向の磁束変化を示す。ｄ軸方向の磁束変化は、磁石５２に渦電流を発生させるための磁束変化方向を表している。ｄ軸方向の磁束変化により渦電流が発生し、磁石５２が所定温度以上に加熱された場合はｄ軸方向の磁束変化を停止する。
【００２０】
図３（Ｂ）、（Ｃ）は、夫々ｄ軸の指令値Id、ｑ軸の指令値Iqの時間変化を示す。指令値Idは、磁石５２に対して電気角が０度方向の磁束成分を発生させる電流指令値である。指令値Iqは、磁石５２に対して電気角が９０度方向の磁束成分を発生させる電流指令値である。ステップＳ４の減磁処理を開始する前は、指令値Idはマイナスの所定値、指令値Iqはプラスの所定値である。そして、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示す時間ｔで、ステップＳ４の減磁処理を開始する。  
減磁処理開始後は、指令値Idを正負に交互に切替え、指令値Iqは０にする。これらの指令値Id、指令値Iqの制御は、制御部４０により行う。制御部４０は、これらの指令値Id、指令値Iqに基づいてインバータ２０を制御し、インバータ２０は、モータ３０の磁石を減磁するように電流を制御する。
【００２１】
このように、モータ３０の固定子コイルに流れるｄ軸電流がモータ３０の径方向で変化するようにインバータ２０を制御する。これにより、モータ３０の回転子５０や磁石５２に磁束変化が発生し、渦電流が流れることでモータ３０の回転子５０および磁石５２を加熱する。磁束変化のサイクルが速いほどモータ３０の回転子５０および磁石５２を過熱することができる。モータ３０の磁石５２が加熱し、不可逆性能が低下した状態で、モータ３０の磁石５２が減磁する方向に電流を通電することで、モータ３０の磁石５２は減磁状態となる。
【００２２】
（減磁２）
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、減磁２の例を示す図である。図４（Ａ）は、モータ３０の回転子５０の一部分を模式的に図示したもので、図３（Ａ）と同様の構成である。図中の矢印ｂは周方向の磁束変化を示す。周方向の磁束変化は、磁石５２に渦電流を発生させるための磁束変化方向を表している。モータ軸角度αは、モータ軸の角度を表している。
【００２３】
図４（Ｂ）、（Ｃ）は、夫々ｄ軸の指令値Id、ｑ軸の指令値Iqの時間変化を、（Ｄ）は、モータ軸角度αの時間変化を示す。ステップＳ４の減磁処理を開始する前は、指令値Idはマイナスの所定値、指令値Iqはプラスの所定値である。そして、図４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示す時間ｔで、ステップＳ４の減磁処理を開始する。減磁処理開始後は、指令値Idを減磁方向に最大値に、指令値Iqを０にし、この状態で、モータ軸角度αに対して磁石５２の周方向角度の１／２を加減算することで、回転子５０を周方向に高速で微動（回転及び半回転の繰り返し）させて周方向の磁束変化を実施する。周方向の磁束変化は、磁石５２の両端まで渦電流が発生するような範囲とする。周方向の磁束変化は、モータ３０の軸が回転しないようにするため、高周波数で変化する。これらの指令値Id、指令値Iq、モータ軸角度αの制御は、制御部４０により行う。制御部４０は、これらの指令値Id、指令値Iq、モータ軸角度αに基づいてインバータ２０を制御し、インバータ２０は、モータ３０の磁石を減磁するように電流を制御する。
【００２４】
このように、モータ３０の固定子コイルに流れるｄ軸電流がモータ３０の回転軸周方向で変化するようにインバータ２０を制御する。これにより、モータ３０の回転子５０や磁石５２に磁束変化を発生させ、渦電流が流れることでモータ３０の回転子５０および磁石５２を加熱する。磁束変化のサイクルが速いほどモータ３０の回転子５０および磁石５２を過熱することができる。モータ３０の磁石５２が加熱し、不可逆性能が低下した状態で、モータ３０の磁石５２が減磁する方向にモータ３０の電流を通電することで、モータ３０の磁石５２は減磁状態を継続する。
【００２５】
図２に示すフローチャートの説明に戻る。ステップＳ４では、以上に説明した減磁１若しくは減磁２の何れかを用いて減磁処理を実行する。なお、この２つに限定せず、これ以外の減磁処理を行っても良い。
【００２６】
次に、ステップＳ５で、制御部４０は減磁が完了したかを判定する。モータ３０の減磁の状態は、モータ３０の誘起電圧を検出することによって行う。図５は、モータ３０の誘起電圧を示す図であり、横軸にモータ回転数を、縦軸に誘起電圧を示す。モータ上限回転数制限値Ｎａは、モータ３０の機械的な最高回転数、またはモータ３０に接続される車両で決まるモータ３０の最高回転数である。上限電圧Ｖａは、電源システム１０を低電圧電源に切り替えて使用する場合の上限電圧であり、この電圧は車両を安全に使うための上限電圧になる。例えば、車両を安全に使うための上限電圧は、車体に漏電しても人体に影響が小さい電圧である。
【００２７】
一般に、誘起電圧は、モータ回転数に比例して上昇する。図５の実線で示す通常時は、モータ磁石の磁束により、モータ回転数に比例した誘起電圧が発生する。一点鎖線で示す減磁時は、モータ磁石の磁束が低下しているので、誘起電圧は通常時より低くなる。
【００２８】
ステップＳ５で、減磁が完了したかを判定する場合は、モータ３０の回転数とその時の誘起電圧を検知し、図５の一点鎖線で示す情報と照合して、減磁が完了したかを判定する。なお、図５の一点鎖線で示す情報は制御部４０に予め記憶されているものとする。減磁が完了していなければ、減磁処理の回数をカウントアップしてステップＳ３に戻る。減磁が完了していればステップＳ７に進む。
【００２９】
ステップＳ３で、減磁処理の回数がＮ回を超えていると判定されると、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、モータ上限回転数の制限処理を行う。具体的には、モータ３０の磁石５２を確実に減磁できないので、電源システム１０を低電圧電源に切り替えて使用する場合に、低電圧電源の上限電圧Ｖａ値未満になるように、モータ上限回転数を制限する。その後、ステップＳ７に進む。
【００３０】
ステップＳ７では、電源システム１０の切替処理を行う。この切替処理により、電源システム１０を低電圧電源に切り替える。図６は、電源システム１０のスイッチ１３〜１６の開閉状態を示す図である。時間ｔ1までは、電池モジュール１１、１２を直列に接続し、電源システム１０は高電圧電源として機能している。この状態では、スイッチ１３、１４が閉じている。時間ｔ1で、図２のステップＳ１以下の処理において高電圧システムに故障があると判定されると、スイッチ１３が開かれる。そして、時間ｔ1から所定時間経過後の時間ｔ2でスイッチ１５が閉じられる。したがって、時間ｔ2以降は電源システム１０は低電圧電源として機能する。なお、時間ｔ1から時間ｔ2まで所定時間を設けたが、これは電池モジュールの短絡を防止するためであり、極短い時間である。また、電源システム１０は低電圧電源として電池モジュール１２を使用するようにしたが、電池モジュール１１を使用するようにしても良い。更に、電池モジュール１１、１２の電池状態を検出して、正常に機能している何れかの電池モジュールを優先して使用するようにしても良い。なお、スイッチ１３〜１６は半導体スイッチで構成してもよい。この切替処理により、電源システム１０を低電圧電源に切り替えて、車両を継続して走行することができる。この場合、モータ３０が、ステップＳ６で制限したモータ上限回転数を超えないように制御する。
【００３１】
ステップＳ２で、車両の走行が継続不可能と判定した場合は、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、電源システム１０の停止処理を行う。具体的には、電源システム１０のスイッチ１３、１４、１５、１６を全て開き、電源システム１０をインバータ２０から切り離す。
【００３２】
図７は、電源システム１０からインバータ２０へ供給されるインバータ電圧の時間経過を示す図である。時間ｔ0は、ステップＳ１で高電圧システムに故障があると判定され、さらに、ステップＳ２で車両の走行を継続できる故障であると判定された時点である。時間ｔ1は、ステップＳ７で電源システム１０の切替処理が行われた時点である。インバータ電圧は、時間ｔ1までは、通常の電圧範囲として高電圧電源の状態にある。時間ｔ1以降は、故障時の電圧範囲として低電圧電源の状態にある。ステップＳ４の減磁処理では高電圧電源の状態にある。このように高電圧電源の状態で減磁処理を実施することで、低電圧時よりも確実にモータ３０の磁石５２を減磁させることができる。すなわち、モータ３０の磁石５２を減磁するためには、磁石５２に対して反磁界を与える必要があるため、大出力が使える高電圧電源の状態で磁石５２の減磁処理を実施する。
【００３３】
モータ３０の磁石５２の減磁処理が終了後、インバータ２０の上限電圧値が低電圧電源の上限電圧Ｖａ以下になることで、低電圧電源の車両として安全に走行継続が可能となる。例えば、漏電などで高電圧システムの状態で車両走行継続が困難になった場合の緊急措置として、低電圧電源として車両走行を継続する。また、モータ３０の磁石５２を減磁することで、モータ軸上の回転数上限を制限する必要がなくなり、車両性能を低下させずに車両を走行継続することができる。  
【００３４】
（変形例）
図８は、インバータ制御装置の動作の変形例を示すフローチャートである。図２のフローチャートと同一の処理は同一の符号を附してその説明を省略する。図８に示すフローチャートは制御部４０が実行する制御を示す。
ステップＳ１では、車両廃棄要求の指令を受けたかを判定する。車両廃棄要求の指令は、車両の廃棄が指定された場合に、上位ユニット４１から制御部４０へ送られる。車両廃棄要求の指令を受信した場合は、ステップＳ３以下の処理を実行する。すなわち、モータ３０の減磁処理を行い、電源システム１０を低電圧電源に切り替える。これにより、車両を安全な状態にして廃棄することができる。
【００３５】
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）車両用のモータ３０を制御するインバータ２０を備えたインバータ制御装置であって、インバータ２０は、モータ３０に電力を供給する高電圧電源の使用を制限する場合に、モータ３０の磁石５２を減磁するように電流を制御する。これにより、高電圧電源側に接続された電気部品の故障に対応することが可能となる。
【００３６】
（２）インバータ２０は、高電圧電源が低電圧電源に切り替わる前に、モータ３０の磁石５２を減磁するように電流を制御する。これにより、高電圧電源の状態で減磁処理を実施することで、低電圧時よりも確実にモータ３０の磁石５２を減磁させることができる。
【００３７】
（３）インバータ２０は、モータ３０の磁石５２に渦電流を生じさせて、ｄ軸方向の磁束の向きが変化するように電流を制御する。これにより、電流を制御してモータ３０の減磁処理を行うことができる。
【００３８】
（４）インバータ２０は、モータ３０の磁石５２に渦電流を生じさせて、ｄ軸方向の磁束が周方向に変化するように電流を制御する。これにより、電流を制御してモータ３０の減磁処理を行うことができる。
【００３９】
（５）高電圧電源と低電圧電源とを切り替える切替回路（スイッチ１３〜１６）を備え、インバータ２０は、モータ３０の磁石５２を減磁した後に、切替回路（スイッチ１３〜１６）により高電圧電源を低電圧電源に切り替える。これにより、高電圧側部品に故障が発生しても車両の走行を継続することができる。
【００４０】
（６）高電圧電源に電気的に接続される高電圧側部品の故障を検出する検出部（制御部４０）を備え、インバータ２０は、検出部により高電圧側部品の故障が検出された場合に、モータ３０の磁石５２を減磁するように電流を制御する。これにより、高電圧側部品に故障が発生しても車両の走行を継続することができる。
【００４１】
（７）インバータ２０は、車両の廃棄が指定された場合に、モータ３０の磁石５２を減磁するように電流を制御する。これにより、車両を安全な状態にして廃棄することができる。
【００４２】
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、上述の実施形態と変形例を組み合わせた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０  電源システム
１１、１２  電池モジュール
１３、１４、１５、１６  スイッチ
２０  インバータ
２２  インバータ回路
３０  モータ
３１  回転角度検出器
３２  モータ電流センサ
４０  制御部
５０  回転子
５１  軸
５２  磁石
【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】
2017112680.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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