JP2002017098A - 電動機制御装置 - Google Patents

電動機制御装置

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JP2002017098A
JP2002017098A JP2000197193A JP2000197193A JP2002017098A JP 2002017098 A JP2002017098 A JP 2002017098A JP 2000197193 A JP2000197193 A JP 2000197193A JP 2000197193 A JP2000197193 A JP 2000197193A JP 2002017098 A JP2002017098 A JP 2002017098A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電用抵抗器及び放電制御用スイッチング素
子を用いることなく過電圧からインバータ及びコンデン
サを保護する。 【解決手段】 リレー制御回路３は、強電リレーＪＢの
オン・オフを制御する。電圧検出回路２はインバータ回
路５の電源電圧または回生時の整流電圧を検出し、電流
検出回路４は高電圧電源Ｖinとインバータ回路５との間
の電流方向及び電流値を検出し、それぞれＣＰＵ１に伝
える。ＣＰＵ１は、電流方向により駆動状態か回生状態
かを判定し、回生状態で異常電圧が検出されたとき、モ
ータ６の複数の相を直列に接続するようインバータ回路
５のスイッチング素子、Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６を位置センサ
８が検出する回転位置に応じてオンさせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機制御装置に
係り、特に回生時の異常電圧保護機能を備えた電動機制
御装置及びコンデンサの放電機能を備えた電動機制御装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電気自動車、電気−内燃機関ハ
イブリッド自動車等における直流−交流変換器（以下、
インバータと呼ぶ）の直流電源端子には、通常並列に大
容量コンデンサが接続され、サージ電圧の吸収や、電源
インピーダンス低下による過渡的な大電流供給能力の向
上が図られている。
【０００３】蓄電池等の直流電源からは、停車中の電力
消費節減や保守作業時の安全のために、電源リレー等を
介して、前記インバータ及びコンデンサに電源が供給さ
れる。そして、このようなインバータ及びコンデンサを
過電圧から保護するために、例えば特開平１０−２６２
３７６号公報記載の放電回路が設けられている。
【０００４】この放電回路は、放電用抵抗器と放電制御
スイッチング用半導体とが直列に接続された回路とし
て、前記コンデンサ及び前記インバータと並列に設ける
ことにより、過電圧からインバータやコンデンサを保護
するための放電や電源リレーＯＦＦ後のコンデンサ電荷
放電が行えるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電動機制御装置の放電回路においては、異常時の電
圧上昇に伴う過剰エネルギーを単に放電用抵抗器で消費
させるという構成になっていたため、放電回路に使用す
る放電抵抗器及び放電制御用スイッチング素子の耐電力
を大きくする必要があり、小型化・コスト低減の障害に
なるという問題点があった。
【０００６】また従来の電動機制御装置においては、電
源リレーオフ後、コンデンサの放電が終了するまでに長
時間を必要とし、電源リレーオフ後直ちに保守作業を始
められないという問題点があった。
【０００７】以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、放
電用抵抗器及び放電制御用スイッチング素子を用いるこ
となく過電圧からインバータ及びコンデンサを保護する
ことのできる電動機制御装置を提供することである。
【０００８】また本発明の目的は、小型軽量で低コスト
の電動機制御装置を提供することである。さらに本発明
の目的は、電源リレーオフ後、直ちに保守作業を開始で
きる電動機制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明は、駆動状態及び回生状態の両状態
が可能な電動機を制御する電動機制御装置において、電
動機が駆動状態のとき電源から電動機の駆動電流を供給
するとともに電動機が回生状態のときに電動機から回生
電流を前記電源へ供給する駆動回路と、電動機が回生状
態であることを検出し、回生状態である場合に電動機の
端子電圧が所定値以上になった場合に前記駆動回路を制
御して電動機に電流を流す制御手段と、を備えたことを
要旨とする。
【００１０】上記目的を達成するため請求項２記載の発
明は、請求項１記載の電動機制御装置において、前記電
動機は永久磁石回転子を有する同期電動機であり、前記
駆動回路はインバータ回路であり、前記制御手段は、前
記回生状態である場合の電動機の端子電圧が所定値以上
となった場合に、前記インバータ回路のスイッチング素
子と前記誘導電動機の複数相とによる直列回路を形成す
ることを要旨とする。
【００１１】上記目的を達成するため請求項３記載の発
明は、請求項１記載の電動機制御装置において、前記電
動機は誘導電動機であり、前記駆動回路はインバータ回
路であり、前記制御手段は、前記回生状態である場合の
電動機の端子電圧が所定値以上となった場合に、前記イ
ンバータ回路の複数のスイッチング素子と前記誘導電動
機の複数相とによる直列回路を形成し、前記スイッチン
グ素子の少なくとも一つをデューティ制御することを要
旨とする。
【００１２】上記目的を達成するため請求項４記載の発
明は、請求項３記載の電動機制御装置において、前記制
御手段は、前記電動機の端子電圧の大きさに基づいて、
デューティ比の異なる制御モードを切り替えることを要
旨とする。
【００１３】上記目的を達成するため請求項５記載の発
明は、駆動状態及び回生状態の両状態が可能な電動機を
制御する電動機制御装置において、電動機を駆動する駆
動回路と、前記駆動回路の電源端子間に並列接続された
コンデンサと、直流電源と前記駆動回路との間に直列接
続された電動機電源リレーと、前記電動機電源リレーの
オフを検出し、オフになってから所定時間経過しても前
記コンデンサの端子間電圧が所定値以上の場合に、前記
駆動回路を制御して電動機に電流を流す制御手段と、を
備えたことを要旨とする。
【００１４】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、駆動状態
及び回生状態の両状態が可能な電動機を制御する電動機
制御装置において、電動機が駆動状態のとき電源から電
動機の駆動電流を供給するとともに電動機が回生状態の
ときに電動機から回生電流を前記電源へ供給する駆動回
路と、電動機が回生状態であることを検出し、回生状態
である場合に電動機の端子電圧が所定値以上になった場
合に前記駆動回路を制御して電動機に電流を流す制御手
段と、を備えたことにより、回生状態で電動機の端子電
圧が過電圧となった場合に駆動回路を制御して電動機に
電流を流して過電圧を抑制することができるようにな
り、従来のような専用の放電回路を設けることなく異常
電圧を抑制でき、電動機制御装置の小型化、低コスト化
に寄与できるという効果がある。
【００１５】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加えて、前記電動機は永久磁石回転子
を有する同期電動機であり、前記駆動回路はインバータ
回路であり、前記制御手段は、前記回生状態である場合
の電動機の端子電圧が所定値以上となった場合に、前記
インバータ回路のスイッチング素子と前記同期電動機の
複数相とによる直列回路を形成するようにしたので、同
期電動機びインバータ回路の発熱を抑制しながら過電圧
保護を行うことができるという効果がある。
【００１６】請求項３記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加えて、前記電動機は誘導電動機であ
り、前記駆動回路はインバータ回路であり、前記制御手
段は、前記回生状態である場合の電動機の端子電圧が所
定値以上となった場合に、前記インバータ回路の複数の
スイッチング素子と前記誘導電動機の複数相とによる直
列回路を形成し、前記スイッチング素子の少なくとも一
つをデューティ制御するようにしたので、誘導電動機及
びインバータ回路の発熱を抑制しながら過電圧保護を行
うことができるという効果がある。
【００１７】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の発明の効果に加えて、前記制御手段は、前記電動機
の端子電圧の大きさに基づいて、デューティ比の異なる
制御モードを切り替えるようにしたので、インバータ回
路の構成要素を安全動作領域内の安全性が高い領域で動
作させることができ、電動機制御装置の信頼性を高く保
持することができる。
【００１８】請求項５記載の発明によれば、駆動状態及
び回生状態の両状態が可能な電動機を制御する電動機制
御装置において、電動機を駆動する駆動回路と、前記駆
動回路の電源端子間に並列接続されたコンデンサと、直
流電源と前記駆動回路との間に直列接続された電動機電
源リレーと、前記電動機電源リレーのオフを検出し、オ
フになってから所定時間経過しても前記コンデンサの端
子間電圧が所定値以上の場合に、前記駆動回路を制御し
て電動機に電流を流す制御手段と、を備えたので、電源
リレーオフ後、所定時間経過してもコンデンサ電圧が所
定値を超えていれば、電動機を抵抗負荷としてコンデン
サから放電電流を流すことにより、サービス入庫した
際、作業者がコンデンサの残留電荷の放電作業を気にす
ること無く作業に入れる為、保守性が大幅に向上すると
いう効果がある。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 〔第１の実施形態〕図１は、本発明に係る電動機制御装
置の第１の実施形態の構成を示すシステム構成図であ
り、説明の都合上、インバータ回路に直流電圧を供給す
るとともに回生電力で充電されるバッテリ等の高電圧電
源及び制御対象の永久磁石回転子型同期電動機（モー
タ）を含んで図示している。
【００２０】図１において、電動機制御装置は、高電圧
電源Ｖinからインバータ回路５への電流供給を制御する
強電リレーＪＢと、インバータ回路５の電源入力側に並
列に接続された大容量の電解コンデンサＣ１，Ｃ２と、
強電リレーＪＢがオフとなったときにＣ１、Ｃ２の電荷
を放電する放電抵抗ＲＬと、電動機制御装置全体を制御
するとともに特許請求の範囲記載の第１及び第２の制御
手段を兼ねるマイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵと略
す）１と、インバータ回路５の電源電圧又は回生電圧を
検出する電圧検出回路２と、強電リレーＪＢを制御する
リレー制御回路３と、高電圧電源Ｖinとインバータ回路
５との間の電流方向及び電流値を検出する電流検出回路
４と、高電圧電源Ｖinの直流電圧を交流３相電圧に変換
してモータ６に供給すると共にモータ６が回生状態にお
いて発生する回生交流電流を整流して高電圧電源Ｖinを
充電するインバータ回路５と、回転子の回転位置を検出
する位置センサ８と、を備えている。
【００２１】強電リレーＪＢは、高電圧電源Ｖinからイ
ンバータ回路５への電流供給を制御するものであり、そ
の接点は、高電圧電源Ｖinの正極とインバータ回路５の
電源入力とを断続できるようになっている。また強電リ
レーＪＢのコイルの一端は１２Ｖ電源Ｖignに接続さ
れ、他端はリレー制御回路３に接続され、リレー制御回
路３が強電リレーＪＢの駆動電流を制御するようになっ
ている。
【００２２】大容量の電解コンデンサＣ１、Ｃ２は、イ
ンバータ回路５の電源インピーダンスを低下させて、イ
ンバータ回路５の交流電流駆動能力を向上させるととも
に、サージ電圧を吸収してインバータ回路５に加わる異
常電圧のピーク値を下げる働きをする。本実施形態で
は、必ずしもＣ１，Ｃ２の並列接続である必要はなく、
Ｃ１またはＣ２のいずれか一方の容量が必要容量を満た
せば、他方は不要である。
【００２３】ＣＰＵ１は、電圧検出回路２に接続された
入力端子Ａ１と、電流検出回路４に接続された入力端子
Ａ２と、インバータ回路５の各トランジスタＱ１〜Ｑ６
をそれぞれ駆動する出力端子Ｏ１〜Ｏ６と、リレー制御
回路３を駆動する出力端子Ｏ７を備えている。
【００２４】そしてＣＰＵ１は、特許請求の範囲に記載
の第１及び第２の制御手段を兼ねるものである。即ち、
モータ６が負荷の駆動状態である場合、第１の制御手段
として、インバータ回路５を制御してモータ６の各相の
巻線に電流を流して回転制御させるとともに、モータ６
が負荷の回転エネルギーの回生状態である場合、回生電
圧が所定値以上となる異常を検出すると、第２の制御手
段として、インバータ回路５を制御してモータ６に電流
を流し回生エネルギーを消費させるように制御する。
【００２５】電圧検出回路２は、インバータ回路５の電
源電圧を検出する回路であり、前記電源電圧を分圧する
分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４と、Ｒ４に並列接続された平滑コン
デンサＣ３と、前記分圧された電圧をＶccとＧＮＤとの
間に振幅制限するリミッタダイオードＤ７、Ｄ８とを備
えて構成され、前記分圧された電圧をＣＰＵ１のＡ１端
子へ入力している。
【００２６】リレー制御回路３は、ＣＰＵ１の出力端子
Ｏ７からの出力電流を強電リレーＪＢの駆動電流まで増
幅するコンプリメンタリ接続されたトランジスタＱ７、
Ｑ８を備えている。
【００２７】電流検出回路４は、コンデンサＣ１、Ｃ２
の正極側とインバータ回路５の電源入力端子との間の電
流の方向及びその電流値を検出する回路であり、ホール
素子等を用いた電流センサＩsenと、電流センサＩsenが
検出した電流を電圧に変換してＣＰＵ１のＡ２端子へ入
力する演算増幅器ＩＣと、演算増幅器ＩＣに基準電圧を
供給するＶrefとを備えている。
【００２８】インバータ回路５は、モータ６のｉｕ、ｉ
ｖ、ｉｗの各端子へそれぞれ電流を供給するトランジス
タ（ＩＧＢＴ）Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５と、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ
の各端子からそれぞれ電流を引き出すトランジスタ（Ｉ
ＧＢＴ）Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６と、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの各端
子とインバータ回路５の電源端子及び接地端子とを接続
し回生時の交流電流を整流するフライバックダイオード
Ｄ１〜Ｄ６と、により３相ブリッジとして構成され、Ｑ
１〜Ｑ６のそれぞれのゲート端子は、それぞれＣＰＵ１
の出力端子Ｏ１〜Ｏ６に接続されている。
【００２９】モータ６は、負荷を回転駆動するととも
に、負荷の回転エネルギーを電気エネルギーとして回生
可能なモータであり、永久磁石回転子型三相交流同期モ
ータ、またはブラシレス３相ＤＣモータが使用されてい
る。具体的には、電気自動車用モータや、ハイブリッド
車用のモータが相当する。
【００３０】位置センサ８は、光学式エンコーダや磁気
式エンコーダ等を利用してモータ６の回転子の回転位置
を検出するものである。この検出された回転位置は、Ｃ
ＰＵ１に伝えられ、回転子の回転位置に応じた位相のコ
イルにインバータ回路５から駆動電流を流すことによ
り、モータ６の回転子が同期駆動される。
【００３１】次に、本第１実施形態の動作を説明する。
まず通常の駆動時には、高電圧電源Ｖinから供給される
高電圧は強電リレーＪＢを介してコンデンサＣ１、Ｃ２
を充電しているとともに、インバータ回路５の電源端子
に供給されている。このため、電流検出回路４が検出す
る電流方向は、図１中の−方向（高電圧電源Ｖin、コン
デンサＣ１，Ｃ２からインバータ回路５への方向）とな
り、モータ６から負荷を駆動する駆動状態である。この
とき、位置センサ８が検出した回転位置に基づいてＣＰ
Ｕ１がｕ，ｖ，ｗのいずれの位相を駆動すべきかを判断
し、インバータ回路５のトランジスタＱ１〜Ｑ６を選択
的に駆動する。こうして回転子の回転と駆動コイルによ
り形成される磁界の回転とが同期するようになってい
る。
【００３２】エネルギー回生の通常時、エネルギー回生
状態におけるモータ６の端子ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに生じる
３相交流電圧は、インバータ回路５のフライバックダイ
オードＤ１〜Ｄ６により、３相ブリッジ整流されて、コ
ンデンサＣ１，Ｃ２及び高電圧電源Ｖinを充電する。こ
のため、電流検出回路４が検出する電流方向は、図１中
の＋方向（インバータ回路５から高電圧電源Ｖinの方
向）となる。
【００３３】エネルギー回生の異常電圧発生時、電圧検
出回路２が異常に高い電圧を検出して、ＣＰＵ１の端子
Ａ１に伝える。ＣＰＵ１は、異常電圧による高電圧電源
Ｖinへの充電を防止するために強電リレーＪＢをＯＦＦ
させるように、リレー制御回路３へ出力するとともに、
異常電圧をモータ６により吸収させるべく、位置センサ
８が検出した回転位置に応じて、Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６を選
択的に導通させるように出力Ｏ２、Ｏ４、Ｏ６を出力す
る。例えば、いまｕ相に異常電圧が発生しているとする
と、Ｑ２を導通させることにより、ｉｕ→Ｑ２→Ｄ４
（またはＤ６）→ｉｖ（またはｉｗ）の経路で電流が流
れ、異常高電圧を発生させているエネルギーがモータ６
のコイル抵抗により消費される。
【００３４】このとき、Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６は、単純に異
常電圧が無くなるまでＯＮさせてもよいし、あるＤＵＴ
Ｙ比でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス駆動としても良
い。パルス駆動する際には、スイッチング素子としての
安全動作領域（ＡＳＯ）の規格に基づいて、素子に加え
られる電流、電圧を考慮して、１回当たりのＯＮ時間を
規制すると良い。
【００３５】〔第２の実施形態〕図２は、本発明に係る
電動機制御装置の第２の実施形態の構成を示すシステム
構成図であり、説明の都合上、インバータ回路に直流電
圧を供給するとともに回生電力で充電されるバッテリ等
の高電圧電源及び制御対象の誘導電動機（モータ）を含
んで図示している。
【００３６】図２において、電動機制御装置は、高電圧
電源Ｖinからインバータ回路５への電流供給を制御する
強電リレーＪＢと、インバータ回路５の電源入力側に並
列に接続された大容量の電解コンデンサＣ１、Ｃ２と、
強電リレーＪＢがオフとなったときにＣ１、Ｃ２の電荷
を放電する放電抵抗ＲＬと、電動機制御装置全体を制御
するとともに特許請求の範囲記載の第１及び第２の制御
手段を兼ねるマイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵと略
す）１と、インバータ回路５の電源電圧又は回生電圧を
検出する電圧検出回路２と、強電リレーＪＢを制御する
リレー制御回路３と、高電圧電源Ｖinとインバータ回路
５との間の電流方向及び電流値を検出する電流検出回路
４と、高電圧電源Ｖinの直流電圧を交流３相電圧に変換
してモータ６に供給すると共にモータ６が回生状態にお
いて発生する回生交流電流を整流して高電圧電源Ｖinを
充電するインバータ回路５とを備えている。
【００３７】強電リレーＪＢは、高電圧電源Ｖinからイ
ンバータ回路５への電流供給を制御するものであり、そ
の接点は、高電圧電源Ｖinの正極とインバータ回路５の
電源入力とを断続できるようになっている。また強電リ
レーＪＢのコイルの一端は１２Ｖ電源Ｖignに接続さ
れ、他端はリレー制御回路３に接続され、リレー制御回
路３が強電リレーＪＢの駆動電流を制御するようになっ
ている。
【００３８】大容量の電解コンデンサＣ１、Ｃ２は、イ
ンバータ回路５の電源インピーダンスを低下させて、イ
ンバータ回路５の交流電流駆動能力を向上させるととも
に、サージ電圧を吸収してインバータ回路５に加わる異
常電圧のピーク値を下げる働きをする。
【００３９】ＣＰＵ１は、電圧検出回路２に接続された
入力端子Ａ１と、電流検出回路４に接続された入力端子
Ａ２と、インバータ回路５の各トランジスタＱ１〜Ｑ６
をそれぞれ駆動する出力端子Ｏ１〜Ｏ６と、リレー制御
回路３を駆動する出力端子Ｏ７を備えている。
【００４０】そしてＣＰＵ１は、特許請求の範囲に記載
の第１及び第２の制御手段を兼ねるものである。即ち、
モータ６が負荷の駆動状態である場合、第１の制御手段
として、インバータ回路５を制御してモータ６の各相の
巻線に電流を流して回転制御させるとともに、モータ６
が負荷の回転エネルギーの回生状態である場合、回生電
圧が所定値以上となる異常を検出すると、第２の制御手
段として、インバータ回路５を制御してモータ６に電流
を流し回生エネルギーを消費させるように制御する。
【００４１】電圧検出回路２は、インバータ回路５の電
源電圧を検出する回路であり、前記電源電圧を分圧する
分圧抵抗Ｒ３、Ｒ４と、Ｒ４に並列接続された平滑コン
デンサＣ３と、前記分圧された電圧をＶccとＧＮＤとの
間に振幅制限するリミッタダイオードＤ７、Ｄ８とを備
えて構成され、前記分圧された電圧をＣＰＵ１のＡ１端
子へ入力している。
【００４２】リレー制御回路３は、ＣＰＵ１の出力端子
Ｏ７からの出力電流を強電リレーＪＢの駆動電流まで増
幅するコンプリメンタリ接続されたトランジスタＱ７、
Ｑ８を備えている。
【００４３】電流検出回路４は、コンデンサＣ１、Ｃ２
の正極側とインバータ回路５の電源入力端子との間の電
流の方向及びその電流値を検出する回路であり、ホール
素子等を用いた電流センサＩsenと、電流センサＩsenが
検出した電流を電圧に変換してＣＰＵ１１のＡ２端子へ
入力する演算増幅器ＩＣと、演算増幅器ＩＣに基準電圧
を供給するＶrefとを備えている。
【００４４】インバータ回路５は、モータ６のｉｕ、ｉ
ｖ、ｉｗの各端子へそれぞれ電流を供給するトランジス
タ（ＩＧＢＴ）Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５と、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ
の各端子からそれぞれ電流を引き出すトランジスタ（Ｉ
ＧＢＴ）Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６と、ｉｕ、ｉｖ、ｉｗの各端
子とインバータ回路５の電源端子及び接地端子とを接続
し回生時の交流電流を整流するフライバックダイオード
Ｄ１〜Ｄ６と、により３相ブリッジとして構成され、Ｑ
１〜Ｑ６のそれぞれのゲート端子は、それぞれＣＰＵ１
の出力端子Ｏ１〜Ｏ６に接続されている。
【００４５】モータ６は、エンジン起動用及び回生電力
供給用のモータであり、三相交流誘導モータが使用され
ている。
【００４６】次に、本実施形態の動作を説明する。通常
制御では、まず、エンジン起動の為、モータから出力さ
せるべきトルクの値（トルク指令）を実現する為に必要
な電流成分Ｉｑと、所定のモータ回転数に応じて定めた
励磁電流成分Ｉｄとを用い、モータ電流指令値ＩｓをＣ
ＰＵ１で算出する。
【００４７】電流指令値Ｉｓ＝√（Ｉｄ２＋Ｉｑ２） この電流指令値の他にＣＰＵ１では、モータの回転角周
波数Ｗｒ、モータ負荷によって定まるすべり周波数Ｗｓ
を算出し、これらから各相の制御パターンを決定しイン
バータ回路５を制御している。
【００４８】一方、回生時にはモータ６で発生した三相
交流電流を、インバータ回路５のフライバックダイオー
ドＤ１〜Ｄ６にて直流変換し、バッテリである高電圧電
源Ｖin及びコンデンサＣ１，Ｃ２へ還流させる。
【００４９】この際、例えば、下り坂で常に回生され、
しかもバッテリが満充電であるような場合、過剰の回生
エネルギーが発生しインバータ回路５の電源端子電圧が
異常電圧となる可能性がある。
【００５０】本発明においては、エンジン起動時、回生
時の異常電圧抑制の為、（１）高電圧電源Ｖinからの線
電流の流れる方向とＣＰＵでの判断結果を照合し、電流
異常有無を判断する。即ち、次に示す表１にて状態２，
３の時に電流異常と判断する。
【００５１】
【表１】 （２）表１の状態４の時、即ちモータが回生状態にあ
り、モータから高電圧電源Ｖinへ電流が流れる時のみ、
端子電圧を測定し、高電圧異常、低電圧異常の判断を行
なう。ここで、低電圧Ｖign異常の時は、電源異常（低
電圧）と判断する。
【００５２】（３）高電圧異常で、且つ、回生時の通常
制御（モータで発生した三相交流電流を前述のインバー
タにて直接変換し、バッテリである高電圧電源Ｖin及び
電解コンデンサＣ１，Ｃ２へ還流させる制御）を中止
し、インバータ回路５のＯＮ・ＯＦＦパターンを、高電
圧電源Ｖinからの線電流の流れる方向、発生電圧の大き
さ、制御装置の判断結果から、高電圧電源Ｖin及び電解
コンデンサＣ１，Ｃ２への還流を行なわず、モータ６を
抵抗負荷として使用する異常電圧抑制制御への切り替え
を行なう。
【００５３】（４）実際の異常電圧抑制制御の動作とし
ては、電流成分Ｉｑのみ印加するものとし更に、端子電
圧の発生電圧の大きさから、発生エネルギーの量を推測
し、異常電圧抑制制御１，２の切換を行なう。
【００５４】〔異常電圧抑制制御１〕端子電圧に発生し
ている電圧が既定値以上の時、例えばＱ１をＯＮままに
し、Ｑ４をＯＮ／ＯＦＦ制御（ＰＷＭ制御）すること
で、モータ６、インバータ回路５の発熱を抑制しつつ、
過剰エネルギーをモータの抵抗分で消費させる。
【００５５】〔異常電圧抑制制御２〕端子電圧に発生し
ている電圧が規定値以下の時、Ｑ１，Ｑ４を規定時間Ｏ
Ｎままとし電圧を抑制する。
【００５６】尚、どちらの場合でも、端子電圧が正常復
帰後は、通常制御へ戻ることとし、端子電圧が規定回数
以上（例えば、３回以上）、ＮＧの時は、電源異常（高
電圧）として判断する。
【００５７】ここで、異常電圧抑制制御１，２の切り替
えに使用する規定電圧、規定時間（制御時間）について
の一例を示す。
【００５８】規定電圧設定は、インバータ回路５の各素
子の耐圧、モータ６の最高使用電圧の何れかの低い方の
電圧とインバータ回路５へ印加する高圧電源Ｖinの電圧
値から設定する。
【００５９】例えば、素子の耐圧が１５０Ｖ、Ｖｉｎ＝
４２Ｖ、モータの最高使用電圧３００Ｖであれば、規定
電圧は、ＯＮ／ＯＦＦ時のノイズによる誤判断などを考
慮し、Ｖｔｈ＝Ｖｉｎ×２＋（１５０−Ｖｉｎ×２）／
２＝１１７Ｖとする。
【００６０】次に、上記にて算出した電圧にて、Ｑ１，
Ｑ４をＯＮし、モータ６、駆動トランジスタＱ１〜Ｑ６
が故障しない時間を実験より求めておくことで、制御時
間（Ｑ１，Ｑ４共にＯＮする時間）を設定する。
【００６１】また、前述の電圧より高い場合、素子の耐
圧を上限に、印加されている電圧に応じてＤＵＴＹを可
変することで発熱量を制御する（異常電圧抑制制御
１）。
【００６２】例えば、制御時間＝５００μｓ、Ｒｏｎ＝
１００ｍΩ、Ｖｔｈ＝１１７Ｖとすれば、発生している
電力Ｐ０＝（Ｖｔｎ／Ｒｏｎ）２×Ｒｏｎ×５００μｓ
＝６８．４Ｗと算出でき、発生電圧上昇に伴い、Ｑ４を
ＯＮ／ＯＦＦ制御し、一周期あたりの電力量を可変と
し、Ｐ０以上にならない様に制御することで発熱を抑制
しつつ異常電圧を抑制できる。
【００６３】具体的には、ＯＮ／ＯＦＦ周波数ｆ＝１０
ＫＨｚ、Ｖｔｈ＝１５０Ｖとすれば、（１５０／１００
ｍΩ）２×１００ｍΩ×Ｔ＝６８．４Ｗより、Ｔ＝３０
４μＳ Ｔ：印加時間総和 つまり、前述の５００μｓ
に対して印加時間を６０．８％に低減すればよく、すな
わち、１周期当たりの制御周期が１００μｓなので、Ｄ
ＵＴＹを６０．８％に低減することで実現することが可
能となる。
【００６４】（∵印加回数は５回なので１周期では６
０．８μｓとなる。つまり、ＤＵＴＹは６０．８％） 最後に、強電リレーＪＢをＯＦＦした後、規定時間（τ
＝（Ｃ１＋Ｃ２）×ＲＬ）たっても、端子電圧が規定電
圧（ex.Ｖｉｎ×０．８）以上の時、Ｑ１，Ｑ４をＯＮ
し素早く電荷を放電させることができる。
【００６５】次に、図３のフローチャートを参照して、
本実施形態の動作を説明する。まず、イグニッション
（ＩＧＮ）・スイッチがＯＮされると（ステップ１０、
以下ステップをＳと略す）、初期診断が行われ（Ｓ１
２）、初期診断が正常終了すると続いて強電リレーＪＢ
がＯＮされ、コンデンサＣ１、Ｃ２に充電され、充電が
完了するとインバータ回路５が動作可能となる（Ｓ１
４）。
【００６６】次いで、モータ６に対する通常制御が開始
され（Ｓ１６）、走行中か否かが判定される（Ｓ１
８）。走行中でなければ、停車中か（強電リレーがＯＦ
Ｆでないか）否かが判定され（Ｓ２０）、停車中であれ
ば発進に備えてＳ１６へ戻り通常制御を続ける。強電リ
レーＪＢがＯＦＦであれば、強電リレーＯＦＦ後コンデ
ンサＣ１、Ｃ２の端子電圧が規定値以下か否かを判定し
（Ｓ２２）、規定値以下であれば図外の終了処理へ移
る。
【００６７】Ｓ２２の判定で規定値以下でなければ、Ｃ
ＰＵからインバータ回路５のトランジスタＱ１、Ｑ４を
ＯＮすることにより、モータ６の複数相の端子を直列接
続してコンデンサＣ１、Ｃ２の電荷の放電経路を構成す
る（Ｓ２４）。次いで、コンデンサの端子電圧が規定値
まで下がったかどうかを判定し（Ｓ２６）、下がってい
なければＳ２４へ戻る。規定値まで下がっていれば、放
電完了として図外の終了処理へ移る。
【００６８】Ｓ１８の判定で、走行中であれば、次いで
電流方向はモータからバッテリ方向かが判定され（Ｓ２
８）、モータからバッテリ方向であれば、端子電圧は正
常かどうかを判定し（Ｓ３２）、正常であればＳ１８へ
移る。
【００６９】Ｓ２８の判定で電流方向がモータからバッ
テリ方向でなければ、ＣＰＵは力行制御判断をしている
かどうかを判定し（Ｓ３０）、力行判断していればＳ１
８へ戻り、力行判断していなければ電流異常と判断して
図外の電流異常処理をおこなう。
【００７０】Ｓ３２の判定で端子電圧が正常でなけれ
ば、電源異常の種類は高電圧か否かを判定し（Ｓ３
４）、高電圧でなければ図外の低電圧の電源異常処理へ
移る。
【００７１】Ｓ３４の判定で電源異常の種類が高電圧で
あれば、通常制御を抜けられるか否かを判定し（Ｓ３
６）、抜けられなければ図外の高電圧の電源異常処理へ
移る。
【００７２】Ｓ３６の判定で通常制御を抜けられるなら
ば、発生電圧は規定電圧（異常電圧制御１、２を切り換
えるための判断値）以上か否かを判定し（Ｓ３８）、規
定電圧以上であれば異常電圧抑制制御１を行うために、
ＯＮ／ＯＦＦ制御するトランジスタをインバータ回路５
のトランジスタＱ１〜Ｑ６から選択する（Ｓ４０）。次
いで選択した電源側トランジスタ（例えばＱ１）をＯＮ
し（Ｓ４２）、規定時間接地側トランジスタ（例えばＱ
４）をＤＵＴＹを制御するＰＷＭ制御によりＯＮ・ＯＦ
Ｆ制御し（Ｓ４４）、Ｓ５０へ移る。このＤＵＴＹ制御
時に、発生電圧に対して例えば図４に示すようなＤＵＴ
Ｙ制御を行う。
【００７３】Ｓ３８の判定で、発生電圧は規定電圧以上
でなければ、異常電圧抑制制御２を行うために、ＯＮ／
ＯＦＦ制御するトランジスタをインバータ回路５のトラ
ンジスタＱ１〜Ｑ６から選択し（Ｓ４６）、選択した電
源側トランジスタ（例えばＱ１）と接地側トランジスタ
（例えばＱ４）をＯＮし（Ｓ４８）、Ｓ５０へ移る。
【００７４】Ｓ５０では、端子電圧が正常値に戻ったか
否かを判定し、正常値に戻っていれば、異常電圧抑制を
終了し、通常制御へ移る。Ｓ５０の判定で、端子電圧が
正常値に戻っていなければ、規定回数（例えば３回）以
上か否かを判定し（Ｓ５２）、規定回数未満であればＳ
３８を繰り返す。規定回数であれば、図外の高電圧電源
異常処理へ移る。
【００７５】以上説明したように、本発明によれば、駆
動（力行）状態と回生状態を有する電動機（モータ）の
電動機制御装置において、モータを制御するインバータ
回路のＯＮ／ＯＦＦパターンを、電動機電源からの線電
流の流れる方向、発生電圧の大きさ、マイクロコンピュ
ータでの力行・回生判断結果から、通常制御とは別に設
けた異常電圧抑制制御への切り替え判断を行ない、モー
タを抵抗負荷として使用することで、特別なエネルギー
吸収回路を持つこと無く、異常電圧抑制が行なえ、小型
化に寄与できることができる。
【００７６】又、発生した異常電圧の大きさから、発生
エネルギーの量を推測し、単にモータの複数相を直列接
続して異常電圧を吸収させるか、直列接続した複数相を
インバータでＤＵＴＹ制御しながらＯＮ／ＯＦＦ制御す
るかを切り換えることにより、モータ及びインバータ回
路の発熱低減も併せて図り、強電リレーＯＦＦ後、規定
時間たっても端子電圧が規定電圧以上の時、通常制御と
は別に設けた制御を行い、モータを抵抗負荷として素早
く電荷を放電させることで、保守性をも向上させること
ができる。
【００７７】〔第３の実施形態〕図５は、本発明に係る
電動機制御装置の第３の実施形態の構成を示すシステム
構成図であり、説明の都合上、インバータ回路に直流電
圧を供給するとともに回生電力で充電されるバッテリ等
の高電圧電源及び制御対象の誘導電動機（モータ）を含
んで図示している。
【００７８】第３実施形態の構成を示す図５と、第２実
施形態の構成を示す図２との相違は、図５において、電
解コンデンサＣ１，Ｃ２の接続状態を並列と直列とに切
り替えるスイッチＳＷ１〜ＳＷ３と、エネルギー吸収回
路７とが追加されていることである。その他の構成は、
第２、第３実施形態ともに同じなので、重複する説明は
省略する。
【００７９】エネルギー吸収回路７は、インバータ回路
５の電源入力端子と接地との間に接続され、電源入力端
子側に一端が接続されたエネルギー吸収抵抗Ｒ９と、エ
ネルギー吸収抵抗Ｒ９の他端にコレクタが接続されエミ
ッタが接地されたトランジスタＱ９と、トランジスタＱ
９のベースにアノードが接続されカソードが前記電源入
力端子に接続されたツェナーダイオードＺＤ１と、トラ
ンジスタＱ９のベースと接地間に接続された抵抗Ｒ１０
とにより構成されている。
【００８０】次に、本第３実施形態の動作を説明する。
エネルギー吸収回路７は、インバータ回路５の電源端子
電圧をツェナーダイオードＤＺ１のツェナー電圧（以
下、ＶＺと略す）に制限する回路であり、通常時は、前
記端子電圧はＶＺ以下であるので、ＺＤ１に電流が流れ
ずＲ１０の両端の電圧は０であり、従ってトランジスタ
Ｑ９はオフの状態である。異常時に前記端子電圧がＶＺ
を超え始めると、ツェナーダイオードＺＤ１に電流が流
れ始め、Ｒ１０の電圧降下がトランジスタＱ９のエミッ
タ−ベース間導通開始電圧を超えるとトランジスタＱ９
がＯＮして、抵抗Ｒ９に電流が流れる。これにより異常
電圧によるエネルギーを吸収させるものである。
【００８１】ＳＷ１〜ＳＷ３は、コンデンサＣ１、Ｃ２
の接続状態を並列接続と直列接続とに切り替えるもので
あり、次に示す表２の動作パターンによる。
【００８２】
【表２】 第３の実施形態では、大容量の電解コンデンサの接続を
ＳＷ１，２，３で、並列〜直列接続に変換できる様にす
ることで、異常電圧時の大容量コンデンサの耐圧アップ
に関し、素子そのものの耐圧を変更すること無く対応
し、更に信頼性向上も図るものである。
【００８３】（１）通常動作 通常動作時には、大容量の電解コンデンサＣ１，Ｃ２
は、並列接続されている。
【００８４】（２）残留電荷放電 強電リレーＪＢオフ後の残留電荷放電時には、ＳＷ１〜
ＳＷ３を切り替えて、コンデンサＣ１，Ｃ２の２個をシ
リアルに結線しなおし、放電時間を１／２に短縮し、保
守性を大きく改善する。
【００８５】（３）異常電圧抑制 電流方向がモータ６からバッテリである高電圧電源Ｖin
方向で、端子電圧が規定値以上の時、特に大きさに影響
のあるコンデンサを直列結線とすることで、個々のコン
デンサーの耐圧アップをせずに耐圧を×２化することが
出来、信頼性を向上させ、コンデンサの大型化を回避す
ると共に、エネルギー吸収回路の設定電圧（検知電圧）
をも高く設定することで、エネルギー吸収抵抗の負荷率
を軽減できる。これらにより信頼性向上・小型化を実現
しつつ、異常電圧を抑制する。
【００８６】〔負荷率低減〕次に、エネルギー吸収抵抗
の負荷率低減の例を説明する。例えば、異常発生電圧を
９０Ｖとし、これを４５Ｖに抑制する場合、使用するエ
ネルギー吸収抵抗Ｒ９の抵抗値を１００Ωとした場合、
必要な耐電力は、次の式により２０．２Ｗとなる。
【００８７】Ｐ＝（９０−４５）２／Ｒ９＝２０２５／
Ｒ９＝２０．２Ｗ 一方、コンデンサＣ１，Ｃ２を直列接続して、耐圧向上
により、７５Ｖで抑制することになれば、 Ｐ＝（９０−７５）２／Ｒ９＝２２５／Ｒ９＝２．２５
Ｗ となり、ほぼ１／９の耐電力となり、抵抗Ｒ９を小型化
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動機制御装置の第１の実施形態
の構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明に係る電動機制御装置の第２の実施形態
の構成を示すシステム構成図である。
【図３】第２実施形態における異常電圧抑制並びに残留
電荷放電の動作を説明するフローチャートである。
【図４】第２実施形態における異常発生電圧とトランジ
スタ通電ＤＵＴＹとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る電動機制御装置の第３の実施形態
の構成を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１ マイクロコンピュータ ２ 電圧検出回路 ３ リレー制御回路 ４ 電流検出回路 ５ インバータ回路 ６ モータ ７ エネルギー吸収回路 ８ 位置センサ Ｖin 高電圧電源（バッテリ） Ｖign １２Ｖ電源 ＪＢ 強電リレー Ｃ１，Ｃ２ 電解コンデンサ ＲＬ 放電抵抗 Ｑ１〜Ｑ６ パワートランジスタ（ＩＧＢＴ） Ｄ１〜Ｄ６ フライバックダイオード Ｑ７，Ｑ８ トランジスタ Ｄ７，Ｄ８ ダイオード Ｒ１〜Ｒ８ 抵抗 Ｉsen 電流センサー Ｖref 基準電圧 ＩＣ 演算増幅器
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H007 AA17 BB01 BB06 CA01 CB05 CC01 DA05 DA06 DB01 DB12 DC02 DC05 FA01 FA12 FA19 5H115 PA08 PC06 PG04 PI16 PU09 PU10 PU19 PV09 PV23 QE10 QI04 QN02 QN05 RB22 SE03 TD17 TO13 TR14 TU05 TZ01 5H576 AA15 BB03 BB06 BB07 CC02 DD02 DD04 DD07 EE01 EE09 HA04 HB02 JJ03 LL22 LL24 LL30 LL41 LL55 MM03 MM06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動状態及び回生状態の両状態が可能な
    電動機を制御する電動機制御装置において、 電動機が駆動状態のとき電源から電動機の駆動電流を供
    給するとともに電動機が回生状態のときに電動機から回
    生電流を前記電源へ供給する駆動回路と、 電動機が回生状態であることを検出し、回生状態である
    場合に電動機の端子電圧が所定値以上になった場合に前
    記駆動回路を制御して電動機に電流を流す制御手段と、 を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
  2. 【請求項２】 前記電動機は永久磁石回転子を有する同
    期電動機であり、 前記駆動回路はインバータ回路であり、 前記制御手段は、前記回生状態である場合の電動機の端
    子電圧が所定値以上となった場合に、前記インバータ回
    路のスイッチング素子と前記誘導電動機の複数相とによ
    る直列回路を形成することを特徴とする請求項１記載の
    電動機制御装置。
  3. 【請求項３】 前記電動機は誘導電動機であり、 前記駆動回路はインバータ回路であり、 前記制御手段は、前記回生状態である場合の電動機の端
    子電圧が所定値以上となった場合に、前記インバータ回
    路の複数のスイッチング素子と前記誘導電動機の複数相
    とによる直列回路を形成し、前記スイッチング素子の少
    なくとも一つをデューティ制御することを特徴とする請
    求項１記載の電動機制御装置。
  4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記電動機の端子電圧
    の大きさに基づいて、デューティ比の異なる制御モード
    を切り替えることを特徴とする請求項３記載の電動機制
    御装置。
  5. 【請求項５】 駆動状態及び回生状態の両状態が可能な
    電動機を制御する電動機制御装置において、 電動機を駆動する駆動回路と、 前記駆動回路の電源端子間に並列接続されたコンデンサ
    と、 直流電源と前記駆動回路との間に直列接続された電動機
    電源リレーと、 前記電動機電源リレーのオフを検出し、オフになってか
    ら所定時間経過しても前記コンデンサの端子間電圧が所
    定値以上の場合に、前記駆動回路を制御して電動機に電
    流を流す制御手段と、 を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
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