CN116073736A - 电动机控制装置和电动机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供电动机控制装置和电动机驱动系统。本发明的电动机控制装置包括：逆变器电路，其具有由6个开关元件构成的功率转换电路；及开关控制部，其对开关元件进行导通关断控制，在判定为逆变器电路处于异常状态的情况下，根据电动机的动作状态，基于电动机的至少1个永磁体的温度，来选择执行将所有上级侧的开关元件或所有下级侧的开关元件设为导通的三相短路处理和将所有开关元件设为关断的6开关断开处理中的某一个。

Description

电动机控制装置和电动机驱动系统

技术领域

本申请涉及电动机控制装置和电动机驱动系统。

背景技术

以往，已知以交流电动机为驱动力源的电动车，该电动车中，在行驶时使交流电动机进行功率运行来产生行驶驱动转矩，在制动时使交流电动机再生运行来产生再生制动转矩。

这里，电动车的驱动系统构成为包括：直流电源，该直流电源由以锂离子电池为代表的充电电池构成；逆变器电路，该逆变器电路由电容器和多个半导体开关元件构成，并连接到直流电源；以及交流电动机，该交流电动机作为负载连接到逆变器电路。

逆变器电路以规定的开关频率对多个半导体元件进行导通关断，从而将直流电源的直流电转换为规定的交流电，并调节作为负载的交流电动机的转矩和转速。此外，交流电动机根据动作状况作为发电机进行动作，并利用通过发电而产生的再生电力对直流电源进行充电。另外，作为应用于电动车的交流电动机，经常使用效率较高的永磁体三相同步电动机。

在使用了三相同步电动机的驱动系统中，逆变器电路由串联连接上级侧开关元件和下级侧开关元件而得的3组串联电路分别与直流电源并联连接而构成，3组串联电路各自的中点与三相同步电动机的U相、V相、W相各自的输入相连接。

此外，使设置于逆变器电路的各相的开关元件依次导通或关断，从而向三相同步电动机的各相提供相位彼此具有120度不同的交流电来驱动三相同步电动机。以下，除非另有说明，否者电动机指三相同步电动机。另外，关于逆变器电路的动作原理，一般广为人知，因此这里省略说明。

为了保护作为直流电源的电池不受过电压或过电流的影响，在电动车的驱动系统中设有开闭单元，其根据需要将电池和逆变器电路分离。作为断开该开闭单元的条件，可举出在电动机的再生运行时电池的电压为规定值以上的情况、因电池的消耗而导致电池电压为规定值以下的情况、或流过电池的电流为规定值以上的情况。此外，由于车辆的故障或碰撞，开闭单元有时也被断开。

这样的驱动系统中，在电动机的再生运行中有时开闭单元被断开，逆变器电路从电池分离。此外，即使是没有开闭单元的驱动系统，由于电池与逆变器电路之间的电力线发生断线，逆变器电路有时从电池分离。

此外，该情况下，从电动机流入逆变器电路的再生电力无法对电池进行充电，而是对逆变器电路的电容器进行充电，有时过电压会施加到电容器而使电容器损坏。

因此，在逆变器电路与直流电源分离的情况下，有时执行将逆变器电路的所有半导体开关断开来使逆变器动作停止的6开关断开处理。然而，在执行该6开关断开处理的情况下，累积在电动机的定子线圈中的电力经由反向并联连接到开关元件的续流二极管(FWD)对电容器充电，从而电容器的端子间电压有时急剧上升。若为了应对该电容器端子间电压的上升而实现电容器的大容量化、高耐压化，则会导致电容器的尺寸增大。此外，逆变器电路的结构部件也需要高耐压化，实现逆变器电路的小型化、低成本化较为困难。这对于实现需要布置在有限的车辆空间内的电动车用的逆变器电路的小型化是一个很大的问题。

因此，作为其对策，公开了如下方法：在逆变器电路与直流电源分离的情况下不执行6开关断开处理，而是将逆变器电路的所有上级侧开关元件、或所有下级侧开关元件导通来执行使电动机的各相彼此短路的三相短路处理，从而不在电容器中再生电力(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平9－47055号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，如上述那样，若在逆变器电路与直流电源分离的情况下，将逆变器电路的所有半导体开关断开来停止逆变器动作，则电容器的端子间电压有时急剧上升，为此需要使电容器大容量化、高耐压化。其结果是，会导致电容器的尺寸的增大，并成为实现逆变器电路的小型化、低成本化的障碍。

此外，在专利文献1的电动车的电气系统中，在使电动机的各相三相短路的情况下，能抑制电容器的端子间电压的上升，但由于累积在电动机的定子线圈中的电力而产生过渡性的电流。由此产生的过渡性的电流沿着使电动机的永磁体退磁的方向流动，由此，有时在电动机的永磁体中产生不可逆退磁。若产生不可逆退磁，则无法从电动机得到所需的转矩，其结果是存在如下问题：无法得到在将该电气系统应用于电动车的情况下所要求的加减速特性。

本申请是为了解决上述问题而完成的，其目的在于以小型、低成本的方式提供一种电动机控制装置，在逆变器电路或电动机产生故障的情况下，抑制电容器的端子间电压的上升和流过电动机的各相的相电流的上升，并抑制逆变器电路或电动机的故障的产生。

用于解决技术问题的技术手段

本申请所公开的电动机控制装置的特征在于，包括：逆变器电路，该逆变器电路具有功率转换电路，所述功率转换电路向具有永磁体的电动机提供交流驱动电力，并且三相的臂分别由上级侧的开关元件和下级侧的开关元件的串联电路构成；以及开关控制部，该开关控制部对所述功率转换电路的所述开关元件进行导通关断控制，所述开关控制部具有：异常判定部，该异常判定部判定所述逆变器电路是否处于异常状态；以及异常对应处理选择部，该异常对应处理选择部在由所述异常判定部判定为处于异常状态的情况下，根据所述电动机的动作状态，来选择执行将所有所述上级侧的开关元件或所有所述下级侧的开关元件设为导通的三相短路处理和将所述功率转换电路的所有开关元件设为关断的6开关断开处理中的某一个，所述异常对应处理选择部从安装于所述电动机的温度传感器获取所述电动机的至少1个所述永磁体的温度，并基于所述永磁体的温度来选择执行所述三相短路处理和所述6开关断开处理中的某一个。

发明效果

根据本申请所公开的电动机控制装置，在判定为电动机控制装置的异常是电源侧的异常所引起的情况下，根据电动机的动作状态，执行使功率转换电路的所有开关元件导通的三相短路处理和6开关断开处理的某一个，由此具有如下效果：即使在逆变器电路从直流电源分离的情况下，也能抑制电容器的端子间电压的上升和流过电动机的各相的相电流的上升，能低成本地实现可抑制逆变器电路或电动机的故障的产生的小型电动机控制装置。

附图说明

图1是示出搭载了实施方式1所涉及的电动机控制装置的电动机驱动系统的结构的框图。

图2是示出实施方式1所涉及的电动机控制装置的开关控制部的结构例的框图。

图3是示出作为电动机的永磁体来使用的稀土类磁体的磁特性的一个示例的图。

图4是示出实施方式1所涉及的电动机控制装置的动作的流程图。

图5是示出搭载了实施方式2所涉及的电动机控制装置的电动机的驱动系统的结构的框图。

图6是示出实施方式2所涉及的电动机控制装置的动作的流程图。

图7是示出电动机的最大负载时的驱动模式的一个示例、和执行与之对应的转速下的三相短路处理时的相电流的最大值之间的关系的图。

具体实施方式

以下，使用附图对本申请所涉及的电动机控制装置和电动机驱动系统的优选实施方式进行说明，对于各图中的相同或相当的部分标注相同标号。

一般，也被称为马达(motor)的电动机将电力转换为驱动力来进行功率运行，但也能直接利用其构造将驱动力逆转换为电力来进行再生运行。此外，也被称为generator的发电机将驱动力转换为电力来进行再生运行，但也能直接利用其构造将电力逆转换为驱动力来进行功率运行。即，电动机和发电机基本上具有相同构造，它们均能进行功率运行和再生运行。因此，本说明书中，将具有电动机和发电机双方的功能的旋转电机简称为电动机。

实施方式1.

图1是示出搭载了实施方式1所涉及的电动机控制装置1的电动机驱动系统100的结构的框图。图1中，将向逆变器电路20提供直流电并利用再生电力来充电的例如以电池为代表的直流电源90、以及作为控制对象的电动机10的三相同步电动机包含在内来图示出。图2是示出实施方式1所涉及的电动机控制装置1的开关控制部40的结构例的框图。

首先，使用图1，对实施方式1所涉及的电动机控制装置1的结构和动作进行说明。

电动机控制装置1经由电力开关器70通过直流母线21a、21b与直流电源90连接，驱动电力或再生电力与直流电源90进行交换。此外，电动机控制装置1通过交流母线2与电动机10连接，驱动电力或再生电力与电动机10进行交换。

此外，电动机10包括检测电动机10的永磁体的温度的温度检测部(温度传感器)50、根据电动机10的转子的旋转角来检测转速的转速检测部(旋转角传感器)60。

另外，电动机10是对负载进行旋转驱动并且能将负载的旋转能量作为电能来再生的电动机10，例如使用以永磁体三相交流同步电动机为代表的三相无刷电动机等。

此外，电动机控制装置1由逆变器电路20和开关控制部40构成。

逆变器电路20由连接在电源输入侧的直流母线21a、21b间的电容器22、对逆变器电路20的直流母线21a、21b间的电压进行检测的电压检测部23以及多个开关元件31、32、33、34、35、36构成，包括进行直流/交流的功率转换的功率转换电路30、和对流过电动机10的交流母线2的电流进行检测的电流检测部24。

电容器22具有抑制直流母线电压的纹波的功能、使逆变器电路20的电源阻抗降低来使逆变器电路20的交流电流驱动能力提高的功能、或者吸收浪涌电压的功能。此外，电压检测部23例如通过分压电阻将直流母线21a、21b间的电压分压为开关控制部40所能读取的电压，并将直流母线电压信息输出到开关控制部40。

功率转换电路30由一般众所周知的6个开关元件进行全桥连接而得的逆变器电路所构成。即，如图1所示，开关元件31和开关元件32、开关元件33和开关元件34以及开关元件35和开关元件36分别彼此串联连接而形成臂，且相对于直流电源90并联连接。此外，开关元件31和开关元件32的中点连接到电动机10的U相的输入，开关元件33和开关元件34的中点连接到电动机10的V相的输入，开关元件35和开关元件36的中点连接到电动机10的W相的输入。这里，将连接至直流电源90的正极侧即直流母线21a的开关元件31、33、35称为上级侧开关元件，将连接至直流电源90的负极侧即直流母线21b的开关元件32、34、36称为下级侧开关元件。

作为开关元件，例如，一般使用图1所示的MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)，但除此以外也使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)。

另外，开关元件的各MOSFET中，以从直流电源90的负极侧朝向正极侧的方向、即从下级侧朝向上级侧的方向为正方向而并联地设有续流二极管(FWD：Free Wheel Diode)。

电流检测部24对流过交流母线2的电动机电流进行检测，将电流转换为电压并将电动机电流信息输出至开关控制部40。图1中，作为示例，示出了通过分流电阻来检测电流的结构。另外，作为电流检测部24，也可以是使用了霍尔元件的电流传感器。

电力开关器70对直流电源90和电动机控制装置1之间的电力交换进行控制。具体而言，电力开关器70在以下情况下通过未图示的上位系统被控制为断开状态，即：在电动机10的再生运行时直流电源90的电压成为设定值以上的情况；直流电源90的电压因直流电源90的损耗而成为设定值以下的情况；流过直流电源90的电流成为设定值以上的情况；或检测到车辆的故障或碰撞的情况。另外，电力开关器70可以采用由开关控制部40来控制的结构。

此外，旋转角传感器60通过旋转变压器或编码器等对电动机10的转子的旋转角进行检测。旋转角传感器60所检测出的转子的旋转角被输出到开关控制部40。转子的旋转角在开关控制部40中作为转速来使用。

温度传感器50例如由热敏电阻构成，对电动机10的永磁体的温度进行检测。该检测出的永磁体的温度被输出到开关控制部40。

开关控制部40负责电动机控制装置1的整体控制，其由以微控制器为代表的驱动电路所构成，具有开关控制信号生成部41、异常判定部42和异常对应处理选择部43。

开关控制信号生成部41生成导通关断控制信号，其用于对构成功率转换电路30的多个开关元件31至36进行导通关断控制。此外，异常判定部42判定是否处于无法使来自电动机10的再生电力对直流电源90进行充电的电源侧的异常状态。

在由异常判定部42判定为电源侧处于异常状态的情况下，异常对应处理选择部43根据判定出的时刻下的电动机10的动作状态，选择执行使功率转换电路30的所有上级侧开关元件31、33、35或所有下级侧开关元件32、34、36导通的三相短路处理、或使功率转换电路30的所有开关元件31至36关断的6开关断开处理。

具体而言，异常判定部42基于从电压检测部23输入的直流母线电压信息来判定电源侧是否处于异常状态，并将该判定结果输出到异常对应处理选择部43。

此外，在来自温度传感器50的电动机10的永磁体的温度、来自异常判定部42的电源侧的异常状态的判定结果被输入，且基于这些输入信息判定为电源侧处于异常状态的情况下，异常对应处理选择部43选择三相短路处理和6开关断开处理的某一个，并作为异常对应处理指令输出到开关控制信号生成部41。

从电压检测部23输入直流母线电压信息，从旋转角传感器60输入电动机10的旋转角信息(转速)，从电流检测部24输入电动机电流信息，从异常对应处理选择部43输入异常对应处理指令，开关控制信号生成部41按照这些输入信息以及从外部输入的电动机10的转矩指令值和电流指令值，生成针对功率转换电路30的各开关元件31至36的导通关断控制信号，并向功率转换电路30输出导通关断控制信号。

开关元件31至36分别通过来自开关控制信号生成部41的导通关断控制信号来进行导通关断动作，将直流电转换为交流电提供给电动机10，并且将在电动机10的再生状态下产生的再生电力充电到直流电源90。

这里，使用图2对实施方式1的开关控制部40的结构例进行说明。如图2所示，开关控制部40所具备的开关控制信号生成部41、异常判定部42和异常对应处理选择部43具体而言可以由处理装置44、存储装置45、输入装置46和输出装置47来实现。

这里，处理装置44可以是专用的硬件，也可以是执行存储在存储装置45中的程序的CPU(也称为Central Processing Unit：中央处理单元、中央运算装置、微处理器、微机、处理器、DSP)。

在处理装置44是专用的硬件的情况下，处理装置44例如相当于单一电路、复合电路、程序化处理器、并联程序化处理器、ASIC、FPGA、或它们的组合。开关控制信号生成部41、异常判定部42和异常对应处理选择部43的各部分的功能可以分别由处理装置44来实现，也可以汇总各部分的功能并由处理装置44来实现。

在处理装置44为CPU的情况下，开关控制信号生成部41、异常判定部42和异常对应处理选择部43的各部分的功能由软件、固件、或软件和固件的组合来实现。软件和固件以处理程序的形式来表述，并储存于存储装置45。处理装置44读取储存于存储装置45的处理程序并执行，由此来实现各部分的功能。

即，开关控制部40具备用于存储处理程序的存储装置45，该处理程序在由处理装置44执行时，执行如下处理工序：用于将来自检测逆变器电路20的直流母线电压的电压检测部23的信号输入送至异常判定部42和开关控制信号生成部41的处理工序；用于将来自检测逆变器电路20的交流母线电流的电流检测部24和来自检测电动机10的旋转角的旋转角传感器60的信号输入送至开关控制信号生成部41的处理工序；用于将来自检测电动机10的永磁体的温度的温度传感器50的信号输入送至异常对应处理选择部43的处理工序；基于异常判定部42所得出的判定结果从异常对应处理选择部43将异常对应处理指令输出到开关控制信号生成部41的处理工序；以及经由输出装置47输出由开关控制信号生成部41所生成的给功率转换电路30的开关元件的导通关断信号的处理工序。

此外，这些处理程序可以说是使计算机执行开关控制部40的操作步骤或方法的程序。这里，存储装置45例如相当于RAM、ROM、闪存、EPROM、EEPROM之类的非易失性或易失性的半导体存储器、以及磁盘、软盘、光盘、压缩光盘、迷你光盘或DVD等。

另外，关于开关控制部40的功能，可以由专用的硬件来实现一部分，并由软件或固件来实现一部分。例如，对于输入装置46、输出装置47，可利用作为专用硬件的处理装置44来实现其功能，对于开关控制信号生成部41、异常判定部42和异常对应处理选择部43，可由处理装置44读取储存于存储装置45的程序并执行来实现其功能。

由此，处理装置44能够利用硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述各功能。

存储装置45除了存储执行上述处理工序的程序以外，还存储从上位系统取得到的数据、异常发生时的数据及其处理结果。

此外，输入装置46相当于开关控制信号生成部41、异常判定部42和异常对应处理选择部43的一部分功能，并获取从未图示的上位系统输出的信息。输出装置47相当于开关控制信号生成部41的一部分功能。

本实施方式1所涉及的电动控制装置的特征在于，开关控制部40设有异常对应处理选择部43，在判断为电源侧处于异常状态的情况下，基于电动机10的永磁体的温度信息，选择执行三相短路处理或执行6开关断开处理来进行处理。

根据该结构，即使在逆变器电路20从直流电源90分离的情况下，也能兼顾电容器22的端子间电压的上升的抑制、以及伴随电动机10的相电流的上升的不可逆退磁产生的抑制。以下，对其理由以及更详细的结构进行说明。

如上所述，若由于在电动机10的再生运行中电力开关器70断开、或直流电源90与逆变器电路20之间的电力线断线而导致逆变器电路20从直流电源90分离，则无法将从电动机10流入逆变器电路20的再生电力充电到直流电源90，而是充电到逆变器电路20的电容器22，有时产生因过电压施加到电容器22而导致电容器22损坏的故障。

因此，作为对策，具有执行使逆变器动作停止的6开关断开处理的方式。然而，在执行该6开关断开处理的情况下，累积在电动机的定子线圈中的电力经由反向并联连接到开关元件的续流二极管(FWD)对电容器充电，从而电容器的端子间电压有时急剧上升。

具有电动机的转速变得越高，则该电容器的端子间电压的上升变得越大的倾向。电动机的感应电压与转速具有比例关系，转速越高则电动机的感应电压越高，因此，该感应电压所引起的对电容器的再生能量增加，电容器的端子间电压的上升变大。

另一方面，作为其它方式，具有如下方法：将逆变器电路的所有上级侧开关元件或所有下级侧开关元件设为导通，来执行使电动机的各相彼此短路的三相短路处理，从而不使电容器对再生电力进行蓄电。然而，若执行三相短路处理，则电动机的各相成为经由较小的电阻彼此连接的状态，因此，各相中流过的相电流分别瞬间变大。该瞬间变大的相电流沿着使电动机具有的永磁体退磁的方向流动。

一般而言，作为电动机的永磁体来使用的稀土类磁体具有能量积较大的特征，但众所周知，在超过坡折点的区域中使用时，会引起不可逆退磁而导致特性下降。对励磁线圈通上较大的电流、对磁体施加较大的退磁场而导致永磁体退磁，因此，通常控制为施加到永磁体的退磁方向的磁通不超过规定的值。

然而，在执行三相短路处理的情况下，将所有上级侧开关元件或所有下级侧开关元件设为导通来使电动机的各相彼此短路，因此，难以控制电流以使得退磁方向的磁通不超过规定的值。因此，在执行三相短路处理的情况下，若因流过的瞬间大电流而产生的对永磁体的退磁场超过永磁体的不可逆退磁产生磁场，则会产生不可逆退磁。

图3中示出经常作为电动机的永磁体来使用的稀土类磁体的磁特性的一个示例。一般来说，永磁体的温度变得越高，则坡折点越向低磁场侧移动。换言之，永磁体的温度变得越高，则越容易发生不可逆退磁，可以说在更小的相电流下就会发生不可逆退磁。反之，越是变得低温，则坡折点越向高磁场侧移动，越不容易产生不可逆退磁，即使是更大的相电流也不会产生不可逆退磁。这里，将绝对值较小的一侧定义为低磁场，反之，将负方向上值较大的一侧定义为高磁场。

此外，永磁体的温度变得越高，则残留磁通密度Br越是减少，越是变得低温，则残留磁通密度Br越是增加。换言之，永磁体的温度变得越高，则感应电压越是下降，永磁体的温度变得越低，则感应电压越是上升。

即，在磁体温度较高的情况下，在执行6开关断开处理时，电容器的端子间电压的上升变小，但在执行三相短路处理时，容易发生不可逆退磁。另一方面，在磁体温度较低的情况下，在执行6开关断开处理时，电容器的端子间电压的上升变大，但在执行三相短路处理时，不容易发生不可逆退磁。

接着，参照图4所示的流程图来说明本实施方式1所涉及的电动机控制装置1的动作。

首先异常判定部42基于从电压检测部23输入的直流母线电压，来判定电源侧的异常状态是否是无法将再生电力充电到直流电源90的电源侧的异常状态。具体而言，异常判定部42在直流母线电压为预先确定的设定值以上的情况下，判定为电源侧处于异常状态，无法将再生电力充电到直流电源90，除此以外的情况下判定为电源侧处于正常状态。

由此，在电力开关器70的断开状态下，在电动机10进行再生动作从而再生电力蓄电在电容器22中、电容器22的两端电压即直流母线电压成为在通常动作中不会产生的高电压状态的情况下，或者在即使电力开关器70为导通状态直流电源90也成为通常动作中不会产生的高电压状态的情况下，无法将再生电力充电到直流电源90时，能判定为电源侧处于异常状态。

在由异常判定部42判定为电源侧处于正常状态的情况下，没有任何问题，电动机10处于能进行功率运行或再生运行的状态，不从异常对应处理选择部43对开关控制信号生成部41输出异常对应处理指令。因此，在不从异常对应处理选择部43输入异常对应处理指令的情况下，开关控制信号生成部41执行通常的逆变器电路的驱动控制。

简单来说，电动机10的目标转矩或目标电流经由CAN(Controller Area Network：控制器局域网)输入到未图示的以车辆ECU为代表的其它控制装置，使用从电压检测部23输入的直流母线电压信息、从旋转角传感器60输入的电动机10的旋转角信息以及从电流检测部24输入的电动机电流信息来执行电流反馈控制，运算针对功率转换电路30的各开关元件31至36的导通关断控制信号以得到电动机10的目标转矩或目标电流，并向功率转换电路30输出导通关断控制信号。另外，关于电流反馈控制，由于是公知的，因此这里省略详细说明。

在来自温度传感器50的电动机10的永磁体的温度信息以及来自异常判定部42的电源侧的异常状态判定结果被输入，且基于这些输入信息判断为电源侧处于异常状态的情况下，异常对应处理选择部43选择三相短路处理和6开关断开处理中的某一个，并作为异常对应处理指令输出到开关控制信号生成部41。

更详细而言，在判定为电源侧为异常状态的情况下，异常对应处理选择部43在电动机10的永磁体的温度比三相短路处理执行温度要高的情况下选择6开关断开处理，在电动机10的永磁体的温度比三相短路执行温度要低的情况下选择三相短路处理，并生成和输出异常对应处理指令。

这里，三相短路处理执行温度设定为在执行三相短路处理的情况下，因增大的相电流的最大值而产生的对永磁体的退磁场不超过永磁体的坡折点的永磁体的温度的上限值。此外，在该三相短路处理执行温度下执行6开关断开处理的情况下，选定电容器，以使得上升的电容器22的端子间电压的最大值比过电压阈值要小。过电压阈值如一般由电动机控制装置所设定的那样，设定为不超过电容器和逆变器电路的结构部件的耐压的电压值。

另外，在三相短路处理作为异常对应处理指令从异常对应处理选择部43被输入的情况下，开关控制信号生成部41向功率转换电路30输出导通关断控制信号，以使得将上级侧开关元件31、33、35设为导通，将下级侧开关元件32、34、36设为关断。或者，在三相短路处理作为异常对应处理指令从异常对应处理选择部43被输入的情况下，开关控制信号生成部41向功率转换电路30输出导通关断控制信号，以使得将上级侧开关元件31、33、35设为关断，将下级侧开关元件32、34、36设为导通。

此外，在6开关断开处理作为异常对应处理指令从异常对应处理选择部43被输入的情况下，开关控制信号生成部41向功率转换电路30输出导通关断控制信号，以使得将开关元件31至36全部设为关断。

通过采用这种结构，由异常判定部42来判定是否处于无法根据直流母线21a、21b的电压将再生电力充电到直流电源90的状态，在处于无法将再生电力充电到直流电源90的状态的情况下，能根据电动机10的永磁体的温度来恰当地进行异常对应处理，因此，能兼顾电容器22的端子间电压的上升的抑制、以及伴随电动机10的相电流的上升的不可逆退磁发生的抑制。

详细而言，在执行三相短路处理的情况下，在永磁体的退磁耐量较低、有可能产生电动机的永磁体的不可逆退磁的永磁体的温度较高的情况下，通过执行6开关断开处理，从而能抑制在执行三相短路处理的情况下因相电流的上升而产生的电动机的永磁体的不可逆退磁的产生。

此外，在执行6开关断开处理的情况下，在向电容器的再生能量流入较大、永磁体的温度较低的情况下，通过执行三相短路处理，从而能抑制在执行6开关断开处理的情况下因电容器的端子间电压的上升而产生的电容器和逆变器电路的结构部件的故障的发生。

换言之，执行6开关断开处理的电动机的动作状态限于向电容器的再生能量流入相对较小、永磁体的温度较高的情况，因此，电容器容量为能承受相对较小的再生能量流入的小容量即可，其结果是，能将电容器的尺寸设定得较小。

此外，执行三相短路处理的电动机的动作状态限于不容易产生永磁体的不可逆退磁、永磁体的温度较低的情况，因此，电动机的永磁体的退磁耐量相对较小即可，其结果是，能将电动机的尺寸设定得较小。

一般而言，为了防止不可逆退磁，具有使永磁体的磁化方向的厚度增大的方法。此外，具有使永磁体的矫顽力增加的方法，但永磁体的矫顽力和残留磁通密度具有折衷的关系，若为了防止不可逆退磁而使矫顽力增加，则残留磁通密度会减少。其结果是，电动机的输出转矩下降，导致为了得到同等的输出特性而需要增加磁体量或增大电动机的尺寸，妨碍了电动机的小型化、低成本化。与此相对，本申请中，不使永磁体的矫顽力增加就能防止不可逆退磁。

由此，根据实施方式1所涉及的电动机控制装置，在无法将再生电力充电到直流电源的情况下，在执行三相短路处理时有可能产生永磁体的不可逆退磁的永磁体的温度较高的情况下，执行6开关断开处理，而在执行6开关断开处理时向电容器的再生能量流入较大、永磁体的温度较低的情况下，执行三相短路处理，由此具有如下效果：无需附加新的电路就能兼顾电容器的端子间电压的上升的抑制和电动机的永磁体的不可逆退磁产生的抑制，即使在再生运行中逆变器电路与直流电源分离的情况下，也能以小型、低成本的方式来实现不会使逆变器电路发生故障的电动机控制装置。

另外，上述实施方式1的说明中，采用如下结构：三相短路处理执行温度设定为在执行了三相短路处理的情况下，因增大的相电流的最大值而产生的对永磁体的退磁场不超过永磁体的坡折点的永磁体的温度的上限值，但三相短路处理执行温度只要是在执行了6开关断开处理的情况下上升的电容器的端子间电压的最大值比过电压阈值要小的磁体温度，则设定为比上述上限值要小的永磁体的温度也没有任何问题。

此外，上述实施方式1的说明中，采用如下结构：开关控制部40的异常判定部42基于从电压检测部23输入的直流母线21a、21b的电压信息来判定电源侧是否处于异常状态，但作为其它结构，例如，可以从未图示的车辆ECU或外部的控制装置传递电力开关器70处于断开状态的情况，并在电力开关器70为断开状态的情况下判定为电源侧处于异常状态。

实施方式2.

图5是示出搭载了实施方式2所涉及的电动机控制装置1的电动机驱动系统100的结构的框图。与实施方式1的不同点在于，实施方式1的电动机控制装置1中，进行是否处于能根据直流母线电压将再生电力充电到直流电源90的状态的判定，在处于无法将再生电力充电到直流电源90的状态的情况下，异常对应处理选择部43基于电动机10的永磁体的温度，从6开关断开处理和三相短路处理中选择异常对应处理，与此相对，实施方式2的电动机控制装置1中，异常对应处理选择部43基于电动机10的永磁体的温度和转子的旋转角，从6开关断开处理和三相短路处理中选择异常对应处理。其它与实施方式1相同，因此省略说明。

接着，对于本实施方式2所涉及的电动机控制装置1的动作，基于图5至图7，以与实施方式1的差异为中心进行详细说明。

图5中，将向逆变器电路20提供直流电并利用再生电力来充电的例如直流电源90即电池、以及作为控制对象的电动机10的三相同步电动机包含在内来图示出。图5中，电动机控制装置1与上述实施方式1同样地由逆变器电路20和开关控制部40所构成，但对开关控制部40向异常对应处理选择部43的输入信号追加了旋转角传感器60所检测出的电动机10的转子的旋转角。

以下，参照图6所示的电动机控制装置1的动作流程图来说明实施方式2中的电动机控制装置中1的动作。

这里，以下部分与实施方式1相同：异常判定部42基于从电压检测部23输入的直流母线电压，来判定是否处于无法将来自电动机10的再生电力充电到直流电源90的电源侧的异常状态。

此外，在由异常判定部42判定为电源侧处于异常状态的情况下，异常对应处理选择部43利用后述的方法选择三相短路处理和6开关断开处理中的某一个，并作为异常对应处理指令输出到开关控制信号生成部41，这部分与实施方式1相同，但异常对应处理选择部43选择三相短路处理或6开关断开处理的方法与实施方式1不同。

实施方式2所涉及的电动机控制装置1的特征在于，开关控制部40设有异常对应处理选择部43，在判断为电源侧处于异常状态的情况下，基于电动机10的旋转角信息和磁体温度信息来选择执行三相短路处理或执行6开关断开处理。根据该结构，即使在逆变器电路20从直流电源90分离的情况下，也能兼顾电容器22的端子间电压的上升的抑制、以及伴随电动机10的相电流的上升的不可逆退磁产生的抑制。

以下，对于能利用本实施方式2的结构来兼顾电容器22的端子间电压的上升的抑制和伴随电动机10的相电流的上升的不可逆退磁产生的抑制的理由，进一步进行详细说明。

在判定为电源侧处于异常状态的情况下，异常对应处理选择部43在由旋转角信息运算出的电动机10的转速比基于永磁体的温度来设定的三相短路执行转速要小的情况下，选择6开关断开处理，在电动机10的转速比三相短路执行转速要大的情况下，选择三相短路处理。

图7中，示出由FEM分析而明确的电动机的最大负载时的驱动模式的一个示例(图7(a))、以及在与之相对应的各转速下执行了三相短路处理时的过渡性上升的相电流的最大值(图7(b))。从该图可以看出，在低速旋转时，三相短路处理执行后的相电流的最大值随着转速的增加而增加，但在经过一次极值后，转速越高则变得越小，转速越低则变得越大。

因此，在电动机10的转速较大的情况下，在执行了6开关断开处理的情况下，虽然电容器22的端子间电压的上升变大，但在执行了三相短路处理的情况下，相电流的最大值变小。另一方面，在执行了三相短路处理的情况下相电流的最大值取极值的转速以上，在电动机10的转速较小的情况下，当执行了6开关断开处理时，电容器22的端子间电压的上升变小，但在执行了三相短路处理的情况下，相电流的最大值变大。

因此，如上所述，在判定为电源侧处于异常状态的情况下，异常对应处理选择部43在由旋转角信息运算出的电动机10的转速比基于永磁体的温度来设定的三相短路执行转速要小的情况下，选择6开关断开处理，在电动机10的转速比三相短路执行转速要大的情况下，选择三相短路处理。

这里，在执行了三相短路处理的情况下，三相短路执行转速设定为相电流的最大值取极值的转速以上，且设定为相对于由根据永磁体的温度而变化的坡折点所决定的不可逆退磁产生磁场，在增大的相电流的最大值下产生的退磁场不会变大的转速的下限。

即，虽然永磁体的退磁耐量较低，有可能产生永磁体的不可逆退磁，但在执行了6开关断开处理的情况下，在向电容器的再生能量流入较小的状态下、即永磁体的温度较高的状态下，将三相短路执行转速设定在高转速侧。虽然永磁体的退磁耐量较高，产生永磁体的不可逆退磁的可能性较小，但在执行了6开关断开处理的情况下，在向电容器的再生能量流入较大、永磁体的温度较低的情况下，将三相短路执行转速设定在低转速侧。

通过采用这种结构，在执行了三相短路处理的情况下，由于相电流的最大值较大，并且永磁体的退磁耐量较低，因此，在有可能产生永磁体的不可逆退磁的转速较低、永磁体的温度较高的电动机的动作状态下执行6开关断开处理，能抑制伴随三相短路处理的执行因相电流的上升而产生的电动机的永磁体的不可逆退磁的发生。此外，在执行了6开关断开处理的情况下，在向电容器的再生能量流入较大的状态、即转速较高且永磁体的温度较低的电动机的动作状态下，执行三相短路处理，能抑制随着6开关断开处理的执行因电容器的端子间电压的上升而产生的电容器和逆变器电路的结构部件的故障的发生。

换言之，执行6开关断开处理的电动机的动作状态限于向电容器的再生能量流入相对较小的状态、即转速较低且永磁体的温度较高的电动机的动作状态，因此，电容器容量为能承受相对较小的再生能量流入的小容量即可，其结果是，能将电容器的尺寸设定得更小。此外，执行了三相短路处理时的电动机的动作状态限于不容易发生永磁体的不可逆退磁、相电流的最大值较小、转速较高且电动机的永磁体的温度较低的情况，因此，电动机的永磁体的退磁耐量能设得相对较小，其结果是，能将电动机的尺寸设定得更小。

由此，根据实施方式2所涉及的电动机控制装置，在无法将再生电力充电到直流电源的情况下，在执行三相短路处理时有可能产生永磁体的不可逆退磁的永磁体的温度较高、转速较低的情况下，执行6开关断开处理，而在执行6开关断开处理时向电容器的再生能量流入较大的情况、即永磁体的温度较低且转速较高的情况下，执行三相短路处理，由此具有如下效果：无需附加新的电路就能兼顾电容器的端子间电压的上升的抑制和电动机的永磁体的不可逆退磁产生的抑制，即使在再生运行中逆变器电路与直流电源分离的情况下，也能以小型、低成本的方式来实现不会使故障产生的电动机控制装置。

另外，上述实施方式2的说明中，采用了如下结构：三相短路处理转速设定为在执行了三相短路处理的情况下相电流的最大值取极值的转速以上，且设定为相对于由根据永磁体的温度而变化的坡折点所决定的不可逆退磁产生磁场，由在执行了三相短路处理的情况下增大的相电流的最大值所产生的退磁场不会变大的转速的下限值，但只要是在三相短路执行转速下执行了6开关断开处理的情况下上升的电容器的端子间电压的最大值变得比过电压阈值要小的磁体温度所对应的转速，则设定为比上述下限值要高的转速也没有任何问题。

另外，上述实施方式1和2中，由温度传感器50获取的电动机10的磁体温度优选为获取电动机10具有的多个永磁体内、成为最高温的永磁体的温度。一般磁体温度越高则退磁耐量越低，因此，通过由温度传感器来获取磁通中成为最高温的部分的温度，从而能可靠地抑制不可逆退磁。

另外，应用于功率转换电路30的开关元件31至36的半导体的种类并没有特别限定，但例如能使用宽带隙半导体。作为宽带隙半导体元件，例如可以使用由以碳化硅(SiC)为代表、氮化镓(GaN)类材料或金刚石(C)所形成的元件。

在由这样的宽带隙半导体形成的开关元件所构成的逆变器电路中，与由现有的硅(Si)形成的开关元件所构成的逆变器电路相比，具有高耐压、低损耗，且能进行高频驱动的特征。以下，将由宽带隙半导体形成的开关元件所构成的逆变器电路称为宽带隙逆变器电路，将由硅(Si)形成的开关元件所构成的逆变器电路称为硅逆变器电路。

因此，在使用了宽带隙逆变器电路的电动机控制装置中，与使用了硅逆变器电路的电动机控制装置相比，开关元件具有高耐压，因此，开关元件对电容器的端子间电压的上限电压的电压限制得到缓解，6开关断开处理执行时的电容器的端子间电压的上升比较被允许。即，在三相短路执行温度下，在执行了6开关断开处理的情况下，上升的电容器的端子间电压的允许最大值能设得相对较大。

此外，在使用了宽带隙逆变器电路的电动机控制装置中，与使用了硅逆变器电路的电动机控制装置相比，能进行高频驱动，因此，能使成为在电动机的永磁体中产生的涡电流的发生原因的高频磁通的振幅减小。由此，能降低电动机驱动时的永磁体的温度，因此，能将三相短路执行转速设定在更低速侧。因此，仅在更低的转速下执行6开关断开处理，并且能扩大电容器的端子间电压的上升的允许范围，因此，能将电容器的容量设得更小，能减小电容器的尺寸。

另外，上述实施方式1和2只不过示出一个示例，只要能应用本申请，则并不受上述实施方式的任何限定。例如，上述实施方式1和2中，说明了将直流电源90和电动机控制装置1直接连接的情况，但可以构成为在直流电源90与电动机控制装置1之间配置进行升压或降压的DC/DC转换器，也可以构成为经由将交流电源的交流电转换为直流电的整流器或AC/DC转换器与交流电源相连接。

此外，上述实施方式1和2中，说明了作为电动机控制装置的特征和动作，但也可以应用于包含电动机控制装置1和电动机10的电动机驱动系统100，该情况下能同时享受电动机控制装置1的小型化和电动机10的小型化的优点。

此外，上述实施方式1和2中，作为不将再生电力充电到电容器22的异常对应处理，选择了三相短路处理，但也可以构成为根据电动机10的驱动状况将上级侧开关元件31、33、35中的2个或下级侧开关元件32、34、36中的2个开关元件均设为导通，来取代上述三相短路处理。此外，上述实施方式1和2中，作为电动机10设为三相同步电动机，但也可以是将二相或四相以上的电动机设为对象的情况。

此外，上述实施方式1和2中，作为电动机控制装置1的异常，举出无法将再生电力充电到直流电源90的电源侧的异常状态的示例并进行了说明，但不限于此，例如，也可以是应用于电动机控制装置1的过热异常时的情况。

另外，上述实施方式1和2中，使用温度传感器50来获取电动机10的永磁体的温度，但并不限于此，例如，可以获取永磁体以外的温度并根据该值来运算永磁体的温度，可以预先使用与电动机10的驱动状态相对应的磁体温度推定值，或者也可以从电动机10的相间电压的信息来推定永磁体的温度。

此外，上述实施方式1和2中，举出电动车的示例进行了说明，但也可以应用于并用发动机和电动机的混合动力车辆，甚至不限于车辆。

虽然本申请记载了各种示例性的实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。

因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、添加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。

标号说明

1 电动机控制装置

10 电动机

2 交流母线

20 逆变器电路

21a、21b 直流母线

22 电容器

23 电压检测部

24 电流检测部

30 功率转换电路

31～36 开关元件

40 开关控制部

41 开关控制信号生成部

42 异常判定部

43 异常对应处理选择部

50 温度传感器

60 旋转角传感器

70 电力开关器

90 直流电源

100 电动机驱动系统。

Claims (15)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，包括：

逆变器电路，该逆变器电路具有功率转换电路，所述功率转换电路向具有永磁体的电动机提供交流驱动电力，并且三相的臂分别由上级侧的开关元件和下级侧的开关元件的串联电路构成；以及

开关控制部，该开关控制部对所述功率转换电路的所述开关元件进行导通关断控制，

所述开关控制部具有：

异常判定部，该异常判定部判定所述逆变器电路或所述逆变器电路的电源侧是否处于异常状态；以及

异常对应处理选择部，该异常对应处理选择部在由所述异常判定部判定为处于异常状态的情况下，根据所述电动机的动作状态，来选择执行将所有所述上级侧的开关元件或所有所述下级侧的开关元件设为导通的三相短路处理和将所述功率转换电路的所有开关元件设为关断的6开关断开处理中的某一个，

所述异常对应处理选择部获取所述电动机的至少1个所述永磁体的温度，并基于所述永磁体的温度来选择执行所述三相短路处理和所述6开关断开处理中的某一个。

2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述异常判定部判定是否处于无法将来自所述电动机的再生电力充电到向所述逆变器电路提供电力的直流电源的异常状态。

3.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述异常判定部在所述功率转换电路的直流母线电压为预先确定的设定值以上的情况下判定为处于异常状态。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述异常对应处理选择部在所述永磁体的温度比三相短路执行温度要高的情况下选择6开关断开处理，在比三相短路执行温度要低的情况下选择所述三相短路处理。

5.如权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述三相短路执行温度设定为执行所述三相短路处理的情况下产生的过渡性的所述电动机的相电流的最大值比产生不可逆退磁的电流要小的所述永磁体的温度。

6.如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述三相短路执行温度设定为执行所述三相短路处理的情况下产生的过渡性的所述电动机的相电流的最大值比产生所述不可逆退磁的电流要小的所述永磁体的温度的上限值。

7.如权利要求1至3中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述异常对应处理选择部利用安装于所述电动机的旋转角传感器来获取所述电动机的转速，并基于所述永磁体的温度和所述转速，来选择执行所述三相短路处理和所述6开关断开处理中的某一个。

8.如权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述异常对应处理选择部在所述转速比三相短路执行转速要小的情况下选择所述6开关断开处理，在所述转速比三相短路执行转速要大的情况下选择所述三相短路处理，并且所述三相短路执行转速根据所述永磁体的温度来设定。

9.如权利要求8所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述三相短路执行转速随着所述永磁体的温度的上升设定在高转速侧，随着所述永磁体的温度的下降设定在低转速侧。

10.如权利要求9所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述三相短路执行转速设定为在执行了所述三相短路处理的情况下产生的过渡性的所述电动机的相电流的最大值不会比对应于所述永磁体的温度的产生不可逆退磁的相电流要大的转速。

11.如权利要求9所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述三相短路执行转速设定为规定的转速以上、且设定为在执行了所述三相短路处理的情况下产生的过渡性的所述电动机的相电流的最大值不会比对应于所述永磁体的温度的产生不可逆退磁的相电流要大的转速的下限。

12.如权利要求11所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述规定的转速设定为在以最大负载驱动所述电动机时、执行了所述三相短路处理的情况下产生的过渡性的所述电动机的相电流的最大值取极值的转速。

13.如权利要求1至12中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述永磁体的温度获取成为最高温的部分的温度。

14.如权利要求1至13中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

构成所述功率转换电路的所述开关元件由宽带隙半导体所形成。

15.一种电动机驱动系统，其特征在于，

包括所述电动机、以及权利要求1至14中任一项所记载的所述电动机控制装置。

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