JP2010246281A - 回転電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機制御装置として、比較的低コストで、永久磁石形回転電機に接続される電源回路を構成する素子であるコンデンサに過電圧がかかることを抑制することである。
【解決手段】回転電機制御システム８は、回転電機４０と、電源回路１０と、回転電機制御装置５０とを含んで構成され、電源回路１０は、蓄電装置１２と、システムメインリレー１４と、蓄電装置１２側の平滑コンデンサ１６と、コンバータ１８と、インバータ２２側の平滑コンデンサ２０と、半導体スイッチング素子３０と、インバータ２２を含んで構成される。回転電機制御装置５０は、インバータ２２の作動停止によって回転電機４０による誘起電圧が上昇し、予め定めた所定電圧となるタイミングで半導体スイッチング素子３０をオフにするスイッチング処理部５４を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機制御装置に係り、特にコンデンサとインバータを含む電源回路に接続される回転電機の動作を制御する回転電機制御装置に関する。

回転電機を駆動する電源装置には、直交変換回路であるインバータと、低電圧と高電圧との間で昇降圧を行うコンバータが設けられものがある。コンバータとインバータとの間にはコンデンサが設けられ、高電圧側の電圧の平滑化等を図っている。

回転電機が永久磁石を含む回転子を備える構成であるとき、上記の構成の電源回路を用いて回転電機を動作させると、回転する永久磁石によって固定子のコイルに誘起電圧が発生し、インバータの両端電圧に重畳する。電源回路が正常に動作するときは、この誘起電圧を考慮して回転電機の駆動が行なわれるが、何かの理由でインバータの動作をオフにすると、この誘起電圧がそのままインバータ、コンデンサにかかることになり、場合によってはこれらの耐圧を超える恐れがある。

例えば、特許文献１には、永久磁石形同期電動機電車の駆動回路として電動機の各相コイルとインバータの各相出力との間に負荷接触器と設ける場合に、電車が回生運転中に架線が停電し、インバータをオフしたときに、電車が惰性で動いている限り、永久磁石形電動機は誘起電圧を発生してコンデンサが過電圧となるので、その場合には負荷接触器を遮断することが述べられている。ところで、電車の架線には、切替ポイントが数１０ｋｍ単位で設けられているので、そのたびに架線の停電が生じ、負荷接触器の遮断が頻繁に生じることになる。そこで、コンデンサ耐圧と電動機の誘起電圧を比較して、後者が高くなるまで、負荷接触器を遮断しないことにして、遮断回数を低減することが述べられている。

また、特許文献２には、同期電動機に接続されるインバータ装置の保護方法として、インバータの出力端子を、インバータの耐圧を超えるとオフするＢ接点を有する電磁開閉器を介して同期電動機の入力端子に接続することが開示されている。

また、特許文献３は、永久磁石形同期電動機の駆動方法として、電動機運転中に主スイッチが開放された場合にインバータの直流側の平滑コンデンサに過電圧が印加されることを防止するため、主スイッチの両端にダイオードを設け、平滑コンデンサからダイオードを介して直流電源に至る回路を形成することが述べられている。

また、特許文献４には、磁石式同期モータ用電力変換装置として、電力変換装置を構成するアームのうち、少なくとも電源側のアームの各相が逆方向スイッチング素子を備える構成が開示されている。

特開２０００−５０４１０号公報 特開平１１−１５５２３１号公報 特開平８−１８２３８８号公報 特開２００７−２３６０８０号公報

従来技術のうち、特許文献１，２，４の方法は、各相ごとに新たに素子を設ける必要があり、コストがアップする。また、特許文献３では直流電源に過電圧を吸収させているが、例えば、車両に搭載される回転電機のように大出力の場合は、誘起電圧による電力も大きく蓄電装置で吸収しきれないことがある。さらに、回転電機からの誘起電圧を考慮して、コンデンサ等の構成素子、新たに誘起電圧対策の素子を設けるときはその素子の耐圧も考慮に入れる必要がある。

本発明の目的は、比較的低コストで、永久磁石形回転電機に接続される電源回路を構成する素子であるコンデンサに過電圧がかかることを抑制することを可能とする回転電機制御装置を提供することである。他の目的は、永久磁石形回転電機に接続される電源回路を構成する素子であるコンデンサに過電圧がかかることを抑制するために設けられるスイッチング素子に要求される耐圧も抑制することを可能にする回転電機制御装置を提供することである。

本発明に係る回転電機制御装置は、 永久磁石を含む回転電機に接続されるインバータと、回転電機側とは反対側でインバータに並列に接続されて設けられるコンデンサと、コンデンサとインバータの間に設けられる半導体スイッチング素子と、インバータの作動停止によって回転電機による誘起電圧が上昇し、予め定めた所定電圧となるタイミングで半導体スイッチング素子をオフにするスイッチング処理手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機制御装置において、回転電機は２つ設けられ、インバータは各回転電機のそれぞれに対しコンデンサを共通として互いに並列に接続されて配置され、半導体スイッチング素子は、２つのインバータが並列に接続される接続位置とコンデンサとの間に共通として１つ設けられることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御装置において、回転電機は２つ設けられ、インバータは各回転電機のそれぞれに対しコンデンサを共通として互いに並列に接続されて配置され、半導体スイッチング素子は、２つのインバータが並列に接続されるそれぞれの接続位置とコンデンサとの間にそれぞれ１つずつ設けられることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御装置において、スイッチング処理手段は、 インバータが作動停止となるときのコンデンサ端子間電圧を所定電圧とし、そのコンデンサ端子間電圧を誘起電圧が超えるときに半導体スイッチング素子をオフにすることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機制御装置において、スイッチング処理手段は、所定電圧をシステムの最大電圧値として半導体スイッチング素子をオフにすることが好ましい。

上記構成により、回転電機制御装置は、コンデンサとインバータの間に半導体スイッチング素子が設けられ、インバータの作動停止によって回転電機による誘起電圧が上昇し、予め定めた所定電圧となるタイミングで半導体スイッチング素子をオフにする。このように、誘起電圧対策用の素子を各相ごとに設けなくてもすむので、比較的低コストで、コンデンサに所定電圧を超える誘起電圧がかかることがないようにできる。

また、回転電機制御装置において、２つ回転電機のそれぞれにインバータが設けられる場合に、半導体スイッチング素子は、２つのインバータが並列に接続される接続位置とコンデンサとの間に共通として１つ設けられる。この構成においても、比較的低コストで、コンデンサに所定電圧を超える誘起電圧がかかることがないようにできる。

また、回転電機制御装置において、２つ回転電機のそれぞれにインバータが設けられる場合に、半導体スイッチング素子は、２つのインバータが並列に接続されるそれぞれの接続位置とコンデンサとの間にそれぞれ１つずつ設けられる。この構成においても、比較的低コストで、コンデンサに所定電圧を超える誘起電圧がかかることがないようにできる。

また、回転電機制御装置において、インバータが作動停止となるときのコンデンサ端子間電圧を所定電圧とし、そのコンデンサ端子間電圧を誘起電圧が超えるときに半導体スイッチング素子をオフにする。したがって、コンデンサには、その端子間電圧であるシステム電圧を超えて誘起電圧がかかることがないようにできる。

また、回転電機制御装置において、所定電圧をシステムの最大電圧値として半導体スイッチング素子をオフにする。例えば、システム電圧を誘起電圧の最大値の１／２とすれば、半導体スイッチング素子にかかる最大電圧とコンデンサにかかる最大電圧を同じ大きさとできる。このように、誘起電圧を考慮してシステム電圧を設定することで、コンデンサに要求される耐圧と半導体スイッチに要求される耐圧をバランスよく設定することが可能になる。

本発明に係る実施の形態における回転電機制御装置を含む回転電機制御システムの構成を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、回転電機の誘起電圧の特性を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、コンデンサにかかる電圧がシステム電圧で抑制される様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、コンデンサにかかる電圧がシステム電圧の最大値となる様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、２つの回転電機と２つのインバータを用いるときの半導体スイッチング素子の配置を説明する図である。 図５とは別の半導体スイッチング素子の配置例を説明する図である。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機制御装置が用いられるものとして、回転電機が搭載される車両を説明するが、これは例示であって、少なくともインバータによって駆動される回転電機を用いるものであればよい。

また、この車両には、回転電機として、モータ機能と発電機機能とを有するモータ・ジェネレータを１台または２台用いるものとして説明するが、これは例示であって、モータ・ジェネレータを３台以上用いるものとしてもよい。また、モータ機能のみを有する回転電機と発電機機能のみを有する回転電機を適当な台数で用いるものとしてもよい。なお、車両としては、回転電機の他に、エンジンを搭載するものとしてもよい。

以下では、回転電機に接続される電源回路として、蓄電装置、システムメインリレー、コンバータ、平滑コンデンサ、インバータを含む構成を説明するが、これは全体構成の例であって、高電圧側の平滑コンデンサとインバータを含む構成であればよい。例えば、低電圧側の構成、コンバータである電圧変換器の配置構成、低電圧側の平滑コンデンサの配置構成等は、以下の説明と異なるものであっても構わない。また、電源回路全体の構成も例示であって、これら以外の要素を含むものとしてもよい。例えば低電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ等を含むことができる。また、蓄電装置とは別に、燃料電池を電源として含むものとしてもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、車両に搭載される回転電機についての回転電機制御システム８についてその構成を示す図である。回転電機制御システム８は、回転電機４０と、これに接続される電源回路１０と、これらの構成要素の動作を全体として制御する回転電機制御装置５０とを含んで構成される。

回転電機４０は、車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（ＭＧ）であって、電源回路１０に含まれる蓄電装置１２から電力が供給されるときはモータとして機能し、図示されていないエンジンによる駆動時、あるいは車両の制動時には発電機として機能する３相同期型回転電機である。

電源回路１０は、回転電機４０と接続される回路であり、回転電機４０が駆動モータとして機能するときにこれに電力を供給し、あるいは回転電機４０が発電機として機能するときは回生電力を受け取って蓄電装置１２を充電する機能を有する。電源回路１０は、２次電池である蓄電装置１２と、システムメインリレー１４と、蓄電装置１２側の平滑コンデンサ１６と、電圧変換器であるコンバータ１８と、インバータ２２側の平滑コンデンサ２０と、半導体スイッチング素子３０と、インバータ２２を含んで構成される。

蓄電装置１２としては、例えば、約２００Ｖの端子間電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。

システムメインリレー１４は、回転電機４０の運転停止等のときに、高圧の電源系を回転電機４０等から切り離すことができるようにするための遮断と接続の切替が可能なリレーである。

蓄電装置１２側の平滑コンデンサ１６は、蓄電装置１２側の正極母線と負極母線との間における電圧、電流の変動を抑制し平滑化する機能を有する。

電圧変換器であるコンバータ１８は、蓄電装置１２側の電圧をリアクトルのエネルギ蓄積作用を利用して例えば約６５０Ｖに昇圧する機能を有する回路である。なお、コンバータ１８は双方向機能を有し、インバータ２２側からの電力を蓄電装置１２側に充電電力として供給するときには、インバータ２２側の高圧を蓄電装置１２に適した電圧に降圧する作用も有する。

インバータ２２側の平滑コンデンサ２０は、インバータ２２側の正極母線と負極母線との間における電圧、電流の変動を抑制し平滑化する機能を有する。インバータ２２側の正極母線と負極母線の間の電圧は、インバータ２２にかかる直流電圧で、この大きさで、インバータ２２から出力されて回転電機４０に供給される交流駆動電圧の振幅も決まる。この意味から、インバータ２２側の正極母線と負極母線の間の電圧は、システム電圧Ｖ_Hと呼ばれる。したがって、平滑コンデンサ２０の両端子間電圧は、システム電圧Ｖ_Hである。

平滑コンデンサ２０とインバータ２２との間に設けられる半導体スイッチング素子３０は、インバータの作動停止によって回転電機による誘起電圧が上昇したときに、回転電機制御装置５０の制御の下でオフにされるスイッチである。半導体スイッチング素子３０は、詳しくは、インバータ２２側の正極母線に、インバータ２２と平滑コンデンサ２０との間に接続されて配置される。

半導体スイッチング素子３０は、インバータ２２側がコレクタまたはドレイン、平滑コンデンサ２０側がエミッタまたはソースとなるＮ型スイッチングトランジスタと、平滑コンデンサ２０側からインバータ２２側へ、つまりコンバータ１８側からインバータ２２側へ向かう方向を順方向とするダイオードとが並列接続された構成を有する。Ｎ型スイッチングトランジスタとしては、Ｎ型のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等を用いることができる。

したがって、スイッチングトランジスタがオンのときは、コンバータ１８側とインバータ２２側との間の正極母線が導通状態となる。一方、スイッチングトランジスタがオフのときは、インバータ２２側から平滑コンデンサ２０側、つまり回転電機４０側から平滑コンデンサ２０側へは、遮断状態となるが、そのときでも、ダイオードの作用によって、コンバータ１８側からインバータ２２側に電力供給を行なうことができる。

なお、図示されていないが、システム電圧Ｖ_Hを検出するために、半導体スイッチング素子３０のいずれか側に、正極母線と負極母線との間の電圧を検出する手段が設けられる。例えば、半導体スイッチング素子３０のエミッタまたはソース側のシステム電圧Ｖ_Hを検出する手段を設けるものとできる。または、半導体スイッチング素子３０のコレクタまたはドレイン側のシステム電圧Ｖ_Hを検出する手段を設けるものとしてもよい。検出されたデータは適当な信号線で回転電機制御装置５０に伝送される。

インバータ２２は、回転電機制御装置５０の制御の下で作動する複数のスイッチング素子を含んで構成され，交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路である。インバータ２２は、車両が力行のとき、蓄電装置１２側からの直流電力を交流３相駆動電力に変換し、回転電機４０に駆動電力として供給する直交変換機能と、車両が制動のとき、逆に回転電機４０からの交流３相回生電力を直流電力に変換し、蓄電装置１２側に充電電流として供給する交直変換機能とを有する。

かかるインバータ２２は、複数のスイッチング素子とダイオードとを組み合わせた回路で、上アームスイッチング素子に上アームダイオードを逆並列接続したものを上アーム素子とし、下アームスイッチング素子に下アームダイオードを逆並列接続したものを下アーム素子としてこれらを直列接続したものを１つの相の単位として、複数相並列に接続して構成される。例えば、３相交流回転電機には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応して、それぞれ上アーム素子と下アーム素子とを直列接続された各相用アームが３相分並列接続されたインバータが用いられる。

例えば、Ｕ相用アームの上スイッチング素子と下スイッチング素子との接続点から引き出された配線が回転電機のＵ相コイルに接続される。同様に、Ｖ相用アームの上スイッチング素子と下スイッチング素子との接続点から引き出された配線が回転電機のＶ相コイルに接続され、Ｗ相用アームの上スイッチング素子と下スイッチング素子との接続点から引き出された配線が回転電機のＷ相コイルに接続される。図１の例では、回転電機４０において、各相コイルは中性点で共通接続されているので、インバータ２２の各相用アームから引き出された配線は、各コイルの中性点でない方の端子にそれぞれ接続されることになる。

このようにして、インバータ２２のそれぞれの各相アームから回転電機４０の各相コイルに配線が行なわれる。そして、この配線を通して、回転電機駆動時にはインバータ側から駆動電流が回転電機側に供給され、回生時には回転電機側から発電電流がインバータ側に供給される。このように回転電機４０の各相に流れる電流は、インバータ２２と回転電機４０とを接続する各配線を通る。例えば、インバータ２２がオフするときは、回転電機４０の誘起電圧は、これらの配線を通ってインバータ２２を介し、インバータ２２側の正極母線と負極母線の間に設けられた平滑コンデンサ２０に影響を及ぼすことになる。

回転電機制御装置５０は、車両に搭載される回転電機４０の作動を全体として制御する機能を有する。特にここでは、回転電機４０からの誘起電圧によって平滑コンデンサ２０に過電圧がかかることを効果的に防止する制御を行う機能を有する。かかる回転電機制御装置５０は、車両搭載に適したコンピュータ等で構成することができる。回転電機制御装置５０の機能は、他の車両搭載コンピュータの機能の一部とすることもできる。例えば、車両全体の制御を行うハイブリッドＥＣＵ等に、回転電機制御装置５０の機能を持たせることができる。

回転電機制御装置５０は、電源回路１０等の制御を通して、回転電機４０の作動を全体として制御する駆動制御処理部５２と、インバータ２２の作動停止によって回転電機４０による誘起電圧が上昇し、予め定めた所定電圧となるタイミングで半導体スイッチング素子３０をオフにするスイッチング処理部５４を含んで構成される。

上記構成の作用、特に、回転電機４０の誘起電圧と、平滑コンデンサ２０の保護のために予め設定される所定電圧との関係について、図２から図４を用いて詳細に説明する。

図２は、回転電機４０の回転数Ｎと誘起電圧６０との関係を示す図で、横軸が回転数Ｎ、縦軸が電圧である。この図に示されるように、回転電機４０の誘起電圧６０は、回転子の永久磁石と固定子のコイルとの間の相対速度である回転電機４０の回転数Ｎに比例する。したがって、回転電機４０の回転数Ｎが上昇すればするほど誘起電圧６０は大きくなる。図２でＶ_CMAXとして示される電圧は、平滑コンデンサ２０の耐圧であり、回転電機４０の回転数がその電圧に相当する回転数Ｎ₀を超えると、平滑コンデンサ２０が損傷する恐れがある。

図３は、回転電機制御装置５０のスイッチング処理部５４の機能によって、半導体スイッチング素子３０をオフすることで、回転電機４０の誘起電圧６０が高くても、平滑コンデンサ２０にかかる電圧を抑制できる様子を説明する図である。図３において横軸は時間、縦軸は電圧である。

通常の回転電機４０に対する駆動制御は、半導体スイッチング素子３０がオン状態とされ、回転電機制御装置５０の駆動制御処理部５２の機能によって次のように実行される。なお、このとき、半導体スイッチング素子３０は通常状態であるオン状態とされる。したがって、コンバータ１８とインバータ２２が直接的に接続された状態となっている。

そこで、図１において図示されていない車両のアクセルペダル、ブレーキペダル等の操作によって回転電機４０に対する要求トルク等が指示されると、コンバータ１８は、その要求に必要な直流電力を蓄電装置１２の直流電力を昇圧してインバータ２２に供給する。そのときの出力電圧がシステム電圧Ｖ_Hである。したがって、システム電圧Ｖ_Hは回転電機４０の作動状態に応じて変更される電圧である。

このときに、回転電機４０に生じる誘起電圧６０が考慮されて、システム電圧Ｖ_Hの設定と、これに伴うインバータ２２における各スイッチング素子のスイッチングタイミングが制御される。この通常時の駆動制御によって、回転電機４０の誘起電圧６０は、インバータ２２の正極母線の電圧に重畳しないようにされ、若干の変動は平滑コンデンサ２０の機能によって平滑化される。したがって、通常の駆動制御状態においては、平滑コンデンサ２０の両端子間電圧はシステム電圧Ｖ_Hとなる。

ここで、何らかの異常によって、あるいは制御上の理由等によって、インバータ２２の動作がオフされたとする。インバータ２２のオフのときは、通常の駆動制御が行われないが、回転電機４０の回転が即座に停止するわけでもないので、回転電機４０のそのときの回転数Ｎに応じた誘起電圧がインバータ２２のオフに伴って、正極母線の電圧に重畳してくることになる。

したがって、そのままでは、平滑コンデンサ２０にシステム電圧Ｖ_Hを超える電圧がかかることになる。そこで、回転電機制御装置５０のスイッチング処理部５４の機能によって、半導体スイッチング素子３０がオフとされる。オフとされるタイミングは、インバータ２２がオフとされ作動停止によって回転電機４０による誘起電圧６０によって平滑コンデンサ２０の両端子間電圧が上昇し、予め定めた所定電圧となるタイミングである。

予め定めた所定電圧は、平滑コンデンサ２０の耐圧を含め、電源回路１０の構成要素の耐圧特性を全体的に考慮して設定することができる。図３では、この予め定めた所定電圧として、インバータ２２が作動停止となるときの平滑コンデンサ２０の端子間電圧を用い、そのコンデンサ端子間電圧を誘起電圧が超えるときに半導体スイッチング素子をオフにする。インバータ２２が作動停止となるときの平滑コンデンサ２０の端子間電圧は、そのときのシステム電圧Ｖ_Hである。

図３では、時間ｔ₀においてインバータ２２が作動停止し、そのために、そのままでは時間ｔ₀以降において、回転電機４０の誘起電圧６０のために平滑コンデンサ２０の両端子間電圧が上昇する。その様子が破線（６０）の電圧値Ｖ_Rで示されている。ここで、スイッチング処理部５４は、インバータ２２の作動停止によって回転電機４０による誘起電圧６０が上昇し、予め定めた所定電圧としてそのときのシステム電圧Ｖ_Hとなるタイミングで半導体スイッチング素子３０をオフにする。

いまの場合、実際には時間ｔ₀で誘起電圧６０の影響を含んで平滑コンデンサ２０の両端子間電圧はＶ_Hであるので、インバータ２２が作動停止となる時間ｔ₀で半導体スイッチング素子３０がオフとされる。これによって、インバータ２２側と平滑コンデンサ２０との間の正極母線が遮断される。したがって、平滑コンデンサ２０には回転電機４０の誘起電圧６０の影響が及ばなくなる。これによって、時間ｔ₀以降も、平滑コンデンサ２０の両端子間電圧６２は、システム電圧Ｖ_Hのままを維持する。

これによって、回転電機４０の誘起電圧による電力の逆流を防止し、平滑コンデンサ２０、コンバータ１８を構成する素子等に要求される耐圧を低く設定することが可能となる。また、スイッチとして、リレー等の電磁スイッチではなく、半導体スイッチング素子３０を用いることで、さらなる応答性と信頼性とを確保することができる。

このように半導体スイッチング素子３０を１つインバータ２２側の正極母線にインバータ２２と平滑コンデンサ２０との間に設け、インバータ２２の作動停止のときに半導体スイッチング素子３０をオフにすることで、平滑コンデンサ２０に過電圧がかかることを防止できる。

予め定めた所定電圧を適切に設定すると、半導体スイッチング素子３０に要求される耐圧と、平滑コンデンサ２０に要求される耐圧とのバランスを取ることが可能となる。図４はその一例を説明する図である。図４の縦軸、横軸は図３と同じである。ここでは、時間ｔ₀でインバータ２２の作動が停止し、回転電機４０の誘起電圧（６０）の上昇によって平滑コンデンサ２０の両端子間電圧が上昇し、システム電圧最大値Ｖ_HMAXになった時間ｔ₁のタイミングで半導体スイッチング素子３０がオフとされる。すなわち、ここでは、予め定めた所定電圧としてシステム電圧最大値Ｖ_HMAXが用いられる。

この場合には、平滑コンデンサ２０の両端子間電圧は、時間ｔ₀のときのシステム電圧Ｖ_Hからシステム電圧最大値Ｖ_HMAXまで上昇するが、それを超えることはない。それは、平滑コンデンサ２０の両端子間電圧が上昇してシステム電圧最大値Ｖ_HMAXとなったときに半導体スイッチング素子３０がオフとされて、インバータ２２側と平滑コンデンサ２０との間の正極母線が遮断されるからである。したがって、この場合、平滑コンデンサ２０の両端子間電圧６４は、時間ｔ₁以降最大値Ｖ_aとして、システム電圧最大値Ｖ_HMAXを維持する。

一方で、半導体スイッチング素子３０のインバータ２２側であるコレクタまたはドレインには、回転電機４０の誘起電圧（６０）であるＶ_Rがかかり、平滑コンデンサ２０側のエミッタまたはソースには、システム電圧最大値Ｖ_HMAXがかかっている。したがって、この場合、半導体スイッチング素子３０の両端子間にかかる電圧の最大値Ｖ_bは、（Ｖ_R−Ｖ_HMAX）である。

ここで、半導体スイッチング素子３０に要求される耐圧と、平滑コンデンサ２０に要求される耐圧とのバランスを取るには、Ｖ_a＝Ｖ_bとすることがよい。上記の例では、Ｖ_HMAX＝（Ｖ_R−Ｖ_HMAX）とすればよい。このことから、Ｖ_HMAX＝Ｖ_R／２と設定することがよいことが分かる。

すなわち、回転電機４０の誘起電圧の最大値Ｖ_Rを予め想定し、その１／２となるようにシステム電圧最大値Ｖ_HMAXを設定する。回転電機４０の誘起電圧の最大値Ｖ_Rは、回転電機４０の最大回転数によって定めることができる。そして、インバータ２２が作動停止するときは、回転電機４０の誘起電圧がシステム電圧最大値Ｖ_HMAXとなるタイミングで、半導体スイッチング素子３０をオフとする制御を行う。このようにすることで、平滑コンデンサ２０と半導体スイッチング素子３０の耐圧仕様をバランスのとれた適切なものとできる。

上記では、回転電機とこれに接続するインバータをぞれぞれ１つとして説明したが、車両に搭載される回転電機が２つで、平滑コンデンサ２０を共通とする構成でもよい。図５、図６はそのような場合の半導体スイッチの配置方法を説明する図である。
図５における回転電機制御システム８は、２つの回転電機４０，４２を備える。例えば、回転電機４０を図示されていないエンジンに接続される発電用とし、回転電機４２を車両の走行用として用いることができる。電源回路１０において、回転電機４０，４２のそれぞれに対応して２つのインバータ２２，２４が設けられる。２つのインバータ２２，２４は，各回転電機４０，４２のそれぞれに対し、平滑コンデンサ２０を共通として互いに並列に接続されて配置される。

半導体スイッチング素子３０は、図１と同様に１つ設けられる。ここでは、半導体スイッチング素子３０は、２つのインバータ２２，２４が並列に接続される接続位置と、平滑コンデンサ２０との間に、共通として１つ設けられる。

このような構成において、回転電機制御装置５０のスイッチング処理部５４は、図３，４に関連して説明したように、回転電機４０，４２による誘起電圧が予め定めた所定電圧となるタイミングで半導体スイッチング素子３０をオフとする。

この構成によれば、２つのインバータのうち１つが異常となって作動停止となっても、１つの半導体スイッチング素子３０によって、いずれのインバータの異常に対しても対応できる。

図６における回転電機制御システム８も図５と同様に２つの回転電機４０，４２と２つのインバータ２２，２４とを備える。ここでは２つの半導体スイッチング素子３０，３２がそれぞれのインバータ２２，２４ごとに設けられる。すなわち、半導体スイッチング素子３０，３２は、２つのインバータ２２，２４が並列に接続されるそれぞれの接続位置と平滑コンデンサ２０との間にそれぞれ１つずつ設けられる。

このような構成において、回転電機制御装置５０のスイッチング処理部５４は、図３，４に関連して説明したように、回転電機４０，４２による誘起電圧が予め定めた所定電圧となるタイミングで半導体スイッチング素子３０，３２をオフとする。

この構成によれば、半導体スイッチング素子３０，３２をそれぞれのインバータ２２，２４ごとに設けたので、何らかの異常で何れかのインバータが作動停止した場合、異常の方のインバータを半導体スイッチング素子で切り離し、もう一方の正常なインバータで回転電機の作動を継続することができる。これによって、例えば車両を安全な場所に退避走行させることができる。

このように、上記構成によれば、回転電機の誘起電圧の影響を平滑コンデンサ等の構成要素に及ぼさないようにできるので、回転電機の永久磁石をさらに強力なものとすることも可能となり、同じトルクを出力するのに必要な電流を低減できる。これによって、さらに高効率で低コストな回転電機制御システムとできる。

本発明に係る回転電機制御装置は、永久磁石を含む回転電機の制御に利用することができる。

８ 回転電機制御システム、１０ 電源回路、１２ 蓄電装置、１４ システムメインリレー、１６，２０ 平滑コンデンサ、１８ コンバータ、２２，２４ インバータ、３０，３２ 半導体スイッチング素子、４０，４２ 回転電機、５０ 回転電機制御装置、５２ 駆動制御処理部、５４ スイッチング処理部、６０ 誘起電圧、６２，６４ 両端子間電圧。

Claims (5)

1. 永久磁石を含む回転電機に接続されるインバータと、
   回転電機側とは反対側でインバータに並列に接続されて設けられるコンデンサと、
   コンデンサとインバータの間に設けられる半導体スイッチング素子と、
   インバータの作動停止によって回転電機による誘起電圧が上昇し、予め定めた所定電圧となるタイミングで半導体スイッチング素子をオフにするスイッチング処理手段と、
   を備えることを特徴とする回転電機制御装置。
2. 請求項１に記載の回転電機制御装置において、
   回転電機は２つ設けられ、
   インバータは各回転電機のそれぞれに対しコンデンサを共通として互いに並列に接続されて配置され、
   半導体スイッチング素子は、２つのインバータが並列に接続される接続位置とコンデンサとの間に共通として１つ設けられることを特徴とする回転電機制御装置。
3. 請求項１に記載の回転電機制御装置において、
   回転電機は２つ設けられ、
   インバータは各回転電機のそれぞれに対しコンデンサを共通として互いに並列に接続されて配置され、
   半導体スイッチング素子は、２つのインバータが並列に接続されるそれぞれの接続位置とコンデンサとの間にそれぞれ１つずつ設けられることを特徴とする回転電機制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載に記載の回転電機制御装置において、
   スイッチング処理手段は、
   インバータが作動停止となるときのコンデンサ端子間電圧を所定電圧とし、そのコンデンサ端子間電圧を誘起電圧が超えるときに半導体スイッチング素子をオフにすることを特徴とする回転電機制御システム。
5. 請求項１から３のいずれか１に記載に記載の回転電機制御装置において、
   スイッチング処理手段は、
   所定電圧をシステムの最大電圧値として半導体スイッチング素子をオフにすることを特徴とする回転電機制御システム。

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