JP2009225500A - モータ駆動装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの過回転を確実に抑制可能なモータ駆動装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置３０は、回転角センサ２５からの回転角θに基づいて交流モータＭ１の回転速度を演算し、回転速度が予め設定された所定の閾値を超える場合には、交流モータＭ１に回転異常が生じていると判定する。この場合、制御装置３０は、インバータ１４のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をゲート遮断することにより、インバータ１４を運転停止状態とする。さらに制御装置３０は、交流モータＭ１の回転速度に基づいて、交流モータＭ１に発生する回生トルクＴｒｑが最大となるときのインバータ１４の入力電圧ＶＨを演算し、その演算した入力電圧ＶＨをインバータ入力電圧の目標値である電圧指令ＶＨ＊に設定する。そして、制御装置３０は、電圧指令ＶＨ＊に従ってコンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング制御を実行する。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータ駆動装置およびその制御方法に関し、より特定的には、モータの過回転を抑制するためのモータ駆動制御技術に関する。

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）が注目されている。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。

このようなハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるモータ駆動装置においては、モータの駆動制御が破綻することなどに起因して、モータが過回転となる回転異常が生じると、モータの構成部品の磨耗や損傷といった不具合が生じる可能性がある。

このようなモータの過回転を抑制するための方策として、たとえば特開２００６−２３００５１号公報（特許文献１）には、モータの回転数が所定範囲外にあるときには、モータに想定外トルクが発生したものとみなし、インバータのスイッチング素子がすべてオフ状態（遮断状態）となるように制御することにより、バッテリからモータへの電力供給を遮断する動力出力装置が開示される。これによれば、インバータのスイッチング素子を遮断することにより、モータからトルクが出力されなくなるため、モータの回転数の上昇が抑えられる。

また、特開２００７−１１８８３５号公報（特許文献２）には、モータが過回転となるおそれがあると判断された場合には、インバータのスイッチング素子のゲート遮断を行なうとともに、モータ回転数上昇率に応じて、エンジンのアイドリング運転と燃料カットとのうち一方を選択してエンジンを制御する動力出力装置が開示される。
特開２００６−２３００５１号公報 特開２００７−１１８８３５号公報

しかしながら、上記特許文献１および２には、インバータのスイッチング素子をゲート遮断することによりモータの回転数を低下させる技術が開示されるものの、ゲート遮断後のモータの回転数の低下については、モータの回転慣性に任せており、積極的にモータの回転数を低下させるためのモータの制御については何ら言及されていない。その結果、モータが慣性で回転し続けた場合には、モータの磨耗や損傷といった不具合を確実に防止することができない可能性が生じる。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータの過回転を確実に抑制可能なモータ駆動装置およびその制御方法を提供することである。

この発明によれば、モータ駆動装置は、モータと、出力電圧を可変制御可能に構成された直流電源と、直流電源からの直流電圧をモータの駆動電圧に変換するインバータと、直流電源およびインバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、モータの回転速度を検知する回転速度検知手段と、検知されたモータの回転速度が所定の閾値を超える場合に、モータの回転異常を検出する異常検出手段と、モータの回転異常が検出されたときに、インバータの運転を停止する運転停止手段と、モータの運転停止後において、インバータの入力電圧が、モータに発生する回生トルクが最大となる電圧となるように、モータの回転速度に基づいて直流電源を制御する電源制御手段とを含む。

好ましくは、直流電源は、蓄電機構と、蓄電機構の出力電圧を電圧指令値に従った直流電圧に変換して出力するコンバータとを含む。電源制御手段は、電圧指令値を、モータに発生する回生トルクが最大となる電圧に設定する。

この発明の別の局面によれば、モータと、出力電圧を可変制御可能に構成された直流電源と、直流電源からの直流電圧をモータの駆動電圧に変換するインバータとを含むモータ駆動装置の制御方法であって、モータの回転速度を検知するステップと、検知されたモータの回転速度が所定の閾値を超える場合に、モータの回転異常を検出するステップと、モータの回転異常が検出されたときに、インバータの運転を停止するステップと、モータの運転停止後において、インバータの入力電圧が、モータに発生する回生トルクが最大となる電圧となるように、モータの回転速度に基づいて直流電源を制御するステップとを備える。

好ましくは、直流電源は、蓄電機構と、蓄電機構の出力電圧を電圧指令値に従った直流電圧に変換して出力するコンバータとを含む。直流電源を制御するステップは、電圧指令値を、モータに発生する回生トルクが最大となる電圧に設定する。

この発明によれば、モータの過回転を確実に抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態によるモータ駆動装置１００の構成を説明する概略ブロック図である。

図１を参照して、この発明の実施の形態に従うモータ駆動装置１００は、蓄電機構Ｂと、電圧センサ１０，１３と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンバータ１２と、平滑コンデンサＣ２と、インバータ１４と、電流センサ２４と、交流モータＭ１と、制御装置３０とを備える。

交流モータＭ１は、たとえば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車両駆動用電動機として用いられる。あるいは、交流モータＭ１はエンジンにて駆動される発電機の機能を持つよう構成されてもよく、駆動輪の回転方向と反対方向の出力トルクを発生することにより回生発電を行なうように電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。さらに、交流モータＭ１は、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。

蓄電機構Ｂは、たとえばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池を含んで構成され、電源ライン６およびアースライン５の間に直流電圧を出力する。電圧センサ１０は、蓄電機構Ｂから出力される直流電圧（以下、バッテリ電圧Ｖｂとも称す）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。

システムリレーＳＲ１は、蓄電機構Ｂの正極端子および電源ライン６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、蓄電機構Ｂの負極端子およびアースライン５の間に接続される。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。

コンバータ１２は、一例として、昇降圧チョッパ回路により構成され、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも称する）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電源ライン７とアースライン５との間に直列接続される。リアクトルＬ１は、電源ライン６とスイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードとの間に接続される。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のエミッタ／コレクタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すように、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続されている。

スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２によって制御される。この実施の形態におけるスイッチング素子としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。

平滑コンデンサＣ２は、電源ライン７およびアースライン５の間に接続される。
インバータ１４は、電源ライン７およびアースライン５の間に並列に接続される、Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７から成る。各相アームは、電源ライン７およびアースライン５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ／エミッタ間には、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８によって制御される。

各相アーム１５〜１７の中間点は、交流モータＭ１のＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの一端側とそれぞれ電気的に接続される。たとえば、交流モータＭ１は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが中性点に共通接続されて構成された、３相永久磁石モータである。

電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れるモータ電流を検出し、その検出したモータ電流を制御装置３０へ出力する。なお、三相モータ電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配設すれば足りる。

回転角センサ２５は、交流モータＭ１の回転軸に組み付けられており、交流モータＭ１の回転子（ロータ）の回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置３０へ出力する。

コンバータ１２は、昇圧動作時には、蓄電機構Ｂから供給された直流電圧を昇圧してインバータ１４へ供給する。より具体的には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のオン期間およびＱ２のオン期間が交互に設けられ、昇圧比はこれらのオン期間の比に応じたものとなる。

また、コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサ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蓄電機構Ｂを充電する。より具体的には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティー比に応じたものとなる。

平滑コンデンサＣ２は、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。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧ＶＨ、すなわち、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。以下同じ。）を検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、平滑コンデンサＣ２から直流電圧が供給されると、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答した、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により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。

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、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、交流モータＭ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を平滑コンデンサＣ２を介してコンバータ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なう制動や、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速を減速（または加速を中止）させることを含む。

制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（Electrical Control Unit）からトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍを受け、電圧センサ１０から直流電圧Ｖｂを受け、電圧センサ１３から電圧ＶＨを受け、電流センサ２４からモータ電流ｉｖ，ｉｗを受け、回転角センサ２５から回転角θを受ける。制御装置３０は、これらの入力信号に基づいて、後述する方法により交流モータＭ１がトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、コンバータ１２およびインバータ１４の動作を制御する。すなわち、コンバータ１２およびインバータ１４を上記のように制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ８を生成して、コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

図２は、図１における制御装置３０のブロック図である。
図２を参照して、制御装置３０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、モータ異常検出部６０とを含む。

モータ制御用相電圧演算部４０は、外部ＥＣＵからトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍを受け、電圧センサ１３からコンバータ１２の出力電圧ＶＨ、すなわち、インバータ１４の入力電圧を受け、電流センサ２４からモータ電流ｉｖ，ｉｗを受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力信号に基づいて、交流モータＭ１の各相コイルに印加する電圧（モータ駆動電圧）の操作量Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊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へ出力する。

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から受けた各相コイル巻線の電圧操作量Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、実際にインバータ１４の各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ１４へ出力する。

これにより、各スイッチング素子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の各相コイル巻線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Ｔｒｑｃｏｍに応じたモータトルクが出力される。

インバータ入力電圧指令演算部５０は、外部ＥＣＵからのトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍおよび回転角センサ２５からの回転角θに基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち、電圧指令ＶＨ＊を演算し、その演算した電圧指令ＶＨ＊をコンバータ用デューティー比演算部５２へ出力する。

コンバータ用デューティー比演算部５２は、インバータ入力電圧指令演算部５０から電圧指令ＶＨ＊を受け、電圧センサ１０から直流電圧（バッテリ電圧）Ｖｂを受けると、電圧センサ１３からの出力電圧ＶＨを電圧指令ＶＨ＊に設定するためのデューティ比を演算する。そして、コンバータ用デューティー比演算部５２は、その演算したデューティー比をコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４へ出力する。

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コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフするためのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成してコンバータ１２へ出力する。

なお、コンバータ１２の下側のスイッチング素子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の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、上側のスイッチング素子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、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のデューティー比を制御することで、インバータ１４の入力電圧ＶＨを、蓄電機構Ｂの出力電圧を下限として、スイッチング素子の素子耐圧などを基に設定された上限値までの任意の電圧に制御可能である。

そして、このようなコンバータ１２の制御を行なうことによってインバータ１４の入力電圧ＶＨを交流モータＭ１の動作状態に応じて可変させることにより、モータ駆動装置１００で発生する損失（モータ損失、インバータ損失およびコンバータ損失を含む）を最小限に抑え、モータ駆動効率を高めることができる。なお、蓄電機構Ｂおよびコンバータ１２は、本発明における「直流電源」を構成する。

モータ異常検出部６０は、回転角センサ２５からの回転角θに基づいて、交流モータＭ１の回転異常を検出する。具体的には、モータ異常検出部６０は、回転角センサ２５からの回転角θに基づいて交流モータＭ１の回転速度ωを演算する。そして、その演算した回転速度ωが、予め設定された所定の閾値ωｔｈを超えた場合には、モータ異常検出部６０は、交流モータＭ１に過回転となる回転異常が生じていると判定し、その判定結果を示すモータ回転異常信号ＯＶＲを生成する。モータ異常検出部６０は、その生成したモータ回転異常信号ＯＶＲをインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２およびインバータ入力電圧指令演算部５０へ出力する。

なお、所定の閾値ωｔｈは、交流モータＭ１が過回転しているおそれがあるか否かを判定するために用いられる回転速度であり、たとえば、交流モータＭ１の特性などに基づいて、交流モータＭ１の制御上の許容回転速度またはそれよりも若干低い値に設定されている。

インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ異常検出部６０からモータ回転異常信号ＯＶＲを受けると、インバータ１４の各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をゲート遮断するための信号ＳＴＰを生成し、その生成した信号ＳＴＰをインバータ１４へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作は停止（オフ）され、インバータ１４は運転停止状態となる。

ここで、インバータ１４が運転停止状態となると、交流モータＭ１への電力供給が遮断されるため、交流モータＭ１においては、回生トルクの発生を伴なって回転速度が徐々に低下してくる。これにより、交流モータＭ１の回転速度の上昇が抑えられる。なお、この回生トルクは、駆動輪の回転方向と反対方向の出力トルクであって、交流モータＭ１の回転を押さえ込む方向に作用するトルクである。

しかしながら、その一方で、電力供給遮断後の交流モータＭ１の回転速度は、その回転慣性のため、ゆっくりとしか低下しない。そのため、交流モータＭ１の構成部品の磨耗や損傷を確実に防止できないという不具合が起こり得る。

そこで、このような不具合を回避するために、本実施の形態に従うモータ駆動装置では、上述したコンバータ１２における入力電圧ＶＨの可変制御を利用して、交流モータＭ１に回生トルクを積極的に発生させるようにトルク制御を行なう構成とする。これにより、単に交流モータへの電力供給を遮断する従来のモータ駆動装置と比較して、より迅速に回転速度を低下させることが可能となる。

（回転異常時トルク制御）
以下に、本実施の形態に従う交流モータＭ１に回転異常が生じた場合の交流モータＭ１のトルク制御を実現するための制御構造について説明する。

図２を参照して、インバータ入力電圧指令演算部５０は、モータ異常検出部６０からモータ回転異常信号ＯＶＲを受けると、回転角センサ２５からの回転角θに基づいて電圧指令ＶＨ＊を演算する。

具体的には、インバータ入力電圧指令演算部５０は、回転角センサ２５からの回転角θに基づいて交流モータＭ１の回転速度ωを演算すると、その演算した回転速度ωを用いて、以下に述べる方法によって交流モータＭ１に発生する回生トルクが最大となるときのインバータ１４の入力電圧ＶＨを演算する。そして、その演算した入力電圧ＶＨを、コンバータ１２の電圧指令ＶＨ＊に設定する。

図３は、交流モータＭ１に回転異常が生じたときのモータ駆動装置１００の構成を概略的に示す図である。

図３に示すように、交流モータＭ１の回転異常に応じてスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の全てがオフ状態とされることにより、インバータ１４では、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８によって三相全波整流回路が構成される。これにより、交流モータＭ１により回生される電力は、この三相全波整流回路によって直流電圧に変換されて平滑コンデンサＣ２へ供給されることになる。

このとき、三相全波整流回路からの出力電圧は、インバータ１４を平滑コンデンサＣ２から切り離した状態（無負荷状態）での開放電圧（無負荷開放電圧）Ｖｏで表わすと、次式（１）で示される。

式（１）において、Ｐは交流モータＭ１の極対数を示し、φは磁石による鎖交磁束数を示し、ωは交流モータＭ１の回転速度を示す。なお、ωは回転角センサ２５からの回転角θに基づいて演算されるのに対し、Ｐおよびφは交流モータＭ１の回路定数として交流モータＭ１の構成に従って一意に決定される。

この三相全波整流回路の無負荷開放電圧Ｖｏと平滑コンデンサＣ２の端子間電圧（すなわち、インバータ１４の入力電圧ＶＨ）との間には、回転速度ωに応じた電圧差（＝Ｖｏ−ＶＨ）が生じることから、図中の矢印で示す方向に電流Ｉが流れることになる。

そして、この電流Ｉは、交流モータＭ１の等価負荷抵抗Ｒが、交流モータＭ１のインダクタンスをＬとしたときに式（２）となることを用いると、式（３）で示される。

ここで、交流モータＭ１により回生される電力Ｐｍは、電流Ｉとインバータ１４の入力電圧ＶＨとを用いて、Ｐｍ＝Ｉ・ＶＨで示される。よって、交流モータＭ１に発生するトルクＴｒｑは、回転速度ωを用いて、式（４）に従って演算することができる。

この式（４）から導出されるトルク（回生トルク）Ｔｒｑは、上述したように、交流モータＭ１の回転を押さえ込む方向に作用するトルクである。このトルクＴｒｑは、式（４）から明らかなように、インバータ１４の入力電圧ＶＨの関数で与えられる。

図４は、交流モータＭ１で発生するトルクＴｒｑとインバータ１４の入力電圧ＶＨとの関係を説明する概念図である。なお、回生トルクは、交流モータＭ１の力行制御時に生じる力行トルクと区別するために負の値で表わされている。

図４から明らかなように、交流モータＭ１の回生トルクＴｒｑは、入力電圧ＶＨの二次関数で与えられており、ＶＨ＝Ｐωφ／２のときに絶対値が最大となっている。したがって、入力電圧ＶＨを、この回生トルクＴｒｑが最大となるときの電圧値（＝Ｐωφ／２）に調整すれば、交流モータＭ１を効率良く制動させることができる。その結果、短時間で交流モータＭ１の回転速度を低下させることが可能となる。

ここで、インバータ１４の入力電圧ＶＨの調整は、インバータ入力電圧指令演算部５０が、電圧指令ＶＨ＊を、回生トルクＴｒｑが最大となるときの電圧値に設定することによって、容易に行なうことができる。ただし、回生トルクＴｒｑが最大となる電圧値が蓄電機構Ｂの出力電圧を下回る場合には、電圧指令ＶＨ＊は蓄電機構Ｂの出力電圧に設定される。

インバータ入力電圧指令演算部５０により電圧指令ＶＨ＊が設定されると、コンバータ用デューティー比演算部５２が電圧センサ１３からの出力電圧ＶＨを電圧指令ＶＨ＊に設定するためのデューティー比を演算し、かつ、コンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４がそのデューティー比に従ってコンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御する。これにより、インバータ１４の入力電圧ＶＨは、電圧指令値ＶＨ＊に調整される。

なお、実際の入力電圧ＶＨの調整では、式（４）から算出される回生トルクＴｒｑを回生トルクの実測値に適合させる補正項を予め実験的に取得しておき、上記電圧値（＝Ｐωφ／２）に対して当該補正項を加算する構成としてもよい。

さらに、補正後の電圧値と交流モータＭ１の回転速度ωの関係を、電圧指令値ＶＨ＊の設定用マップとして予め所有しておく構成とすれば、当該マップを参照することによって回転速度ωに対応する電圧値を電圧指令値ＶＨ＊として簡易に設定することができる。

このように、本実施の形態に従う回転異常時トルク制御によれば、コンバータ１２の可変電圧制御を利用することにより、既存の装置構成を用いて交流モータＭ１に積極的に回生トルクを発生させることができる。その結果、交流モータＭ１の回転数を迅速に低下させ、交流モータＭ１を過回転に伴なう磨耗や損傷から確実に保護することが可能となる。

図５は、この発明の実施の形態によるモータ駆動装置１００における回転異常時トルク制御処理を説明するためのフローチャートである。図５に示したフローチャートに従う制御処理は、制御装置３０が予め格納されたプログラムを所定周期毎に実行することにより実現される。

図５を参照して、モータ異常検出部６０として機能する制御装置３０は、回転角センサ２５からの回転角θを受けると、その回転角θに基づいて交流モータＭ１の回転速度ωを演算する（ステップＳ０１）。

そして、モータ異常検出部６０として機能する制御装置３０は、その演算した回転速度ωが予め設定された所定の閾値ωｔｈ以下であるか否かを判定する（ステップＳ０２）。なお、所定の閾値ωｔｈは、たとえば交流モータＭ１の制御上の許容回転速度に予め設定されている。

回転速度ωが所定の閾値ωｔｈ以下である場合（ステップＳ０２においてＹＥＳの場合）には、モータ異常検出部６０として機能する制御装置３０は、交流モータＭ１が正常であると判断する。これにより、通常のモータ駆動制御が行なわれ（ステップＳ０８）、交流モータＭ１からはトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じたトルクが出力される。

これに対して、回転速度ωが所定の閾値ωｔｈを超える場合（ステップＳ０２においてＮＯの場合）には、モータ異常検出部６０として機能する制御装置３０は、交流モータＭ１に回転異常が生じていると判定し、その判定結果を示すモータ回転異常信号ＯＶＲをインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２として機能する制御装置３０へ送出する。インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２として機能する制御装置３０は、モータ回転異常信号ＯＶＲを受けると、インバータ１４のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８をゲート遮断することにより、インバータ１４を運転停止状態とする（ステップＳ０３）。

さらに、インバータ入力電圧指令演算部５０として機能する制御装置３０は、モータ回転異常信号ＯＶＲを受けると、上述した方法によって交流モータＭ１に発生する回生トルクＴｒｑが最大となるときの電圧値を演算し、その演算した電圧値を電圧指令ＶＨ＊に設定する（ステップＳ０４）。コンバータ用デューティー比演算部５２およびコンバータ用ＰＷＭ信号変換部５４として機能する制御装置３０は、設定された電圧指令ＶＨ＊に従って、コンバータ１２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング制御する（ステップＳ０５）。

このようにして交流モータＭ１から発生する回生トルクの制御が開始されると、モータ異常検出部６０として機能する制御装置３０は、交流モータＭ１の回転速度ωが所定の閾値ωｔｈ以下に低下したか否かを判定する（ステップＳ０６）。回転速度ωが所定の閾値ωｔｈ以下に低下していない場合（ステップＳ０６においてＮＯの場合）には、モータ異常検出部６０として機能する制御装置３０は、モータ回転異常信号ＯＶＲの出力を継続する。これにより、ステップＳ０４およびＳ０５に示す処理が繰り返し実行される。

これに対して、交流モータＭ１の回転速度ωが所定の閾値ωｔｈ以下に低下している場合（ステップＳ０６においてＹＥＳの場合）には、モータ異常検出部６０として機能する制御装置３０は、交流モータＭ１が回転異常から正常状態に復帰したと判断し、モータ回転異常信号ＯＶＲの出力を停止する。これにより、インバータ１４は運転が許可（運転停止状態が解除）され（ステップＳ０７）、通常のモータ駆動制御が実行される（ステップＳ０８）。

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説明ではなく、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。

この発明の実施の形態によるモータ駆動装置の構成を説明する概略ブロック図である。 図１における制御装置のブロック図である。 交流モータに回転異常が生じたときのモータ駆動装置の構成を概略的に示す図である。 交流モータで発生するトルクＴｒｑとインバータの入力電圧ＶＨとの関係を説明する概念図である。 この発明の実施の形態によるモータ駆動装置における回転異常時トルク制御処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

５ アースライン、６，７ 電源ライン、１０，１３ 電圧センサ、１２ コンバータ、１４ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２４ 電流センサ、２５ 回転角センサ、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、６０ モータ異常検出部、１００ モータ駆動装置、Ｂ 蓄電機構、Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ 逆並列ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流モータ、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。

Claims (4)

1. モータと、
   出力電圧を可変制御可能に構成された直流電源と、
   前記直流電源からの直流電圧を前記モータの駆動電圧に変換するインバータと、
   前記直流電源および前記インバータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記モータの回転速度を検知する回転速度検知手段と、
   検知された前記モータの回転速度が所定の閾値を超える場合に、前記モータの回転異常を検出する異常検出手段と、
   前記モータの回転異常が検出されたときに、前記インバータの運転を停止する運転停止手段と、
   前記モータの運転停止後において、前記インバータの入力電圧が、前記モータに発生する回生トルクが最大となる電圧となるように、前記モータの回転速度に基づいて前記直流電源を制御する電源制御手段とを含む、モータ駆動装置。
2. 前記直流電源は、
   蓄電機構と、
   前記蓄電機構の出力電圧を電圧指令値に従った直流電圧に変換して出力するコンバータとを含み、
   前記電源制御手段は、前記電圧指令値を、前記モータに発生する回生トルクが最大となる電圧に設定する、請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. モータと、出力電圧を可変制御可能に構成された直流電源と、前記直流電源からの直流電圧を前記モータの駆動電圧に変換するインバータとを含むモータ駆動装置の制御方法であって、
   前記モータの回転速度を検知するステップと、
   検知された前記モータの回転速度が所定の閾値を超える場合に、前記モータの回転異常を検出するステップと、
   前記モータの回転異常が検出されたときに、前記インバータの運転を停止するステップと、
   前記モータの運転停止後において、前記インバータの入力電圧が、前記モータに発生する回生トルクが最大となる電圧となるように、前記モータの回転速度に基づいて前記直流電源を制御するステップとを備える、モータ駆動装置の制御方法。
4. 前記直流電源は、蓄電機構と、前記蓄電機構の出力電圧を電圧指令値に従った直流電圧に変換して出力するコンバータとを含み、
   前記直流電源を制御するステップは、前記電圧指令値を、前記モータに発生する回生トルクが最大となる電圧に設定する、請求項３に記載のモータ駆動装置の制御方法。

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