JP2022067168A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】過電流の検出に伴って半導体スイッチを遮断する際に、直流端子間電圧の急激な上昇を抑制する必要があった。【解決手段】モータジェネレータの複数相に電力を供給する第１の電力変換回路、前記第１の電力変換回路を流れる電流を検出する電流検出回路、前記モータジェネレータの界磁コイルを励磁する界磁コイル励磁用電力変換回路、前記第１の電力変換回路と前記界磁コイル励磁用電力変換回路とを制御する制御回路、および前記モータジェネレータに発生する誘導起電力を検出する検出手段を備え、前記制御回路は、前記第１の電力変換回路に過電流が検出された場合に、過電流が検出された前記第１の電力変換回路の相のスイッチングと前記界磁コイル励磁用電力変換回路のスイッチングとをオフとし、前記モータジェネレータによる誘導起電力の値が所定値以下になった後に前記第１の電力変換回路の全相の電力の供給を停止するようにしたものである。【選択図】図１
Description
本願は、電力変換装置に関するものである。
電力変換装置は、バッテリなどの直流電源の直流電力を交流電力に変換してモータの駆動に使われる一方、モータによって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリなどの直流電源に供給することに使われる。
電力変換装置において、短絡等による故障が生じた場合には、電力変換回路の半導体スイッチをオフにして、電力変換装置の破壊等を防止することが行われている。例えば、特許文献１には、複数の半導体スイッチのオン・オフによるパルスノイズを吸収するために設けられたコモンコンデンサを利用して、コモンコンデンサの端子電圧あるいは充放電電流の変化から異常を検出して、半導体スイッチをすべてオフに制御することによって、過電流による破壊を防止することが提案されている。
電力変換装置において、短絡等による故障が生じた場合には、電力変換回路の半導体スイッチをオフにして、電力変換装置の破壊等を防止することが行われている。例えば、特許文献１には、複数の半導体スイッチのオン・オフによるパルスノイズを吸収するために設けられたコモンコンデンサを利用して、コモンコンデンサの端子電圧あるいは充放電電流の変化から異常を検出して、半導体スイッチをすべてオフに制御することによって、過電流による破壊を防止することが提案されている。
しかしながら、異常を検出した後に半導体スイッチを全て遮断すると、モータのステータコイルに誘起された誘導起電力による電流がバッテリ側に流入することで、電力変換装置の直流端子間の電圧が上昇し、電力変換装置の素子耐圧を超過することによって電力変換装置を破壊する可能性がある。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、電力変換装置の直流端子間の電圧の上昇を抑制することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、電力変換装置の直流端子間の電圧の上昇を抑制することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。
本願に開示される電力変換装置は、モータジェネレータに接続され前記モータジェネレータに複数相の電力を供給する第１の電力変換回路、前記電力変換回路を流れる電流を検出する電流検出回路、前記モータジェネレータの界磁コイルを励磁する界磁コイル励磁用電力変換回路、前記第１の電力変換回路および前記界磁コイル励磁用電力変換回路のスイッチング動作を制御する制御回路、および前記制御回路に設けられ前記モータジェネレータに発生する誘導起電力を検出する検出手段を備え、前記電流検出回路によって前記第１の電力変換回路に過電流が検出された場合に、前記制御回路は過電流が検出された前記第１の電力変換回路の相のスイッチングをオフとし、前記界磁コイル励磁用電力変換回路の相のスイッチングをオフとし、前記モータジェネレータによる誘導起電力の値が予め定められた値以下になった後に前記第１の電力変換回路による前記モータジェネレータへの全相の電力の供給を停止するように制御するようにしたものである。
本願に開示される電力変換装置によれば、電力変換回路のスイッチング動作を停止した際に、モータのステータコイルに生じる誘導起電力による電圧の上昇に配慮した制御を行なう電力変換装置が得られる。
実施の形態１．
実施の形態１について、図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一符号は各々同一または相当部分を示している。
実施の形態１による電力変換装置１は、図１に概略的な構成を示すとおり、バッテリ１０とモータジェネレータ１１との間に接続され、バッテリ１０の電力を変換してモータジェネレータ１１に供給する。また、モータジェネレータ１１によって発生した電力を変換してバッテリ１０に供給する機能を備えている。
実施の形態１について、図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一符号は各々同一または相当部分を示している。
実施の形態１による電力変換装置１は、図１に概略的な構成を示すとおり、バッテリ１０とモータジェネレータ１１との間に接続され、バッテリ１０の電力を変換してモータジェネレータ１１に供給する。また、モータジェネレータ１１によって発生した電力を変換してバッテリ１０に供給する機能を備えている。
電力変換装置１の内部には、第１の電力変換回路２、界磁コイル励磁用電力変換回路３、制御回路４、電流検出回路５、電圧制限回路６、回転数検出回路７を備えている。第１の電力変換回路２は、制御回路４によって制御され、モータジェネレータ１１のステータコイル１２との間で電流の送受を行う。また、界磁コイル励磁用電力変換回路３は、単相ブリッジ型の電力変換回路であって、制御回路４によって制御され、モータジェネレータ１１の界磁コイル１３に電流を供給する。
第１の電力変換回路２の出力の状況は、電流検出回路５によって検出されて制御回路４に送られる。モータジェネレータ１１の動作状況は、回転数検出回路７によって検出されて制御回路４に送られる。
第１の電力変換回路２の出力の状況は、電流検出回路５によって検出されて制御回路４に送られる。モータジェネレータ１１の動作状況は、回転数検出回路７によって検出されて制御回路４に送られる。
制御回路４は、誘導起電力検出手段４０を備え、モータジェネレータ１１による誘導起電力を検出している。モータジェネレータ１１が回転動作をする場合、ステータコイル１２の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルのうち相電圧が印加されないコイルに逆起電力（誘導起電力）が発生する。誘導起電力検出手段４０は、この誘導起電力を検出することができる。
制御回路４は、電流検出回路５によって過電流が検出された場合に、全ての相をオフとするのではなく、過電流が検出された相（異常状態が検出された相）の出力のみをオフにして、さらに界磁コイル励磁用電力変換回路３の相のスイッチングをオフにして誘導起電力の検出値が予め定められた値以下に低下した後に他の相の出力をオフにするように制御している。このように制御することによって、誘導起電力による電圧の急激な上昇を抑制しながら電力変換装置を停止することができる。
なお、制御回路４は、ハードウエアの一例を図２に示すように、プロセッサ１００と記憶装置１０１から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備えている。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を備えてもよい。プロセッサ１００は、記憶装置１０１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１００は、演算結果等のデータを記憶装置１０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
図３は、実施の形態１の電力変換装置１の構成を詳細に示した回路構成図である。図に示すように電力変換装置１には、配線インダクタンス９、バッテリ１０、モータジェネレータ１１が接続されている。
電力変換装置１は、第１の電力変換回路２、界磁コイル励磁用電力変換回路３、制御回路４、電流検出回路５、電圧制限回路６、回転数検出回路７、平滑コンデンサ８を備えている。
電力変換装置１は、第１の電力変換回路２、界磁コイル励磁用電力変換回路３、制御回路４、電流検出回路５、電圧制限回路６、回転数検出回路７、平滑コンデンサ８を備えている。
第１の電力変換回路２は、半導体スイッチとしてＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆを用いて構成された電力変換回路であり、ここでは、２直列３並列で構成される３相ブリッジ型の電力変換回路を示している。
また、界磁コイル励磁用電力変換回路３は、半導体スイッチとしてＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ３ａ～３ｄを用いて構成された単相ブリッジ型の電力変換回路である。
また、界磁コイル励磁用電力変換回路３は、半導体スイッチとしてＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ３ａ～３ｄを用いて構成された単相ブリッジ型の電力変換回路である。
電力変換装置１の動作について説明する。バッテリ１０の直流電力は、第１の電力変換回路２によって交流電力に変換され、第１のステータコイル１２に交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが流れることで回転磁界が発生し、モータジェネレータ１１が駆動される。この時、界磁コイル１３は界磁コイル励磁用電力変換回路３によって励磁電流Ｉｆが供給されている。モータジェネレータ１１が発電した交流電力は、第１の電力変換回路２によって直流電力に変換され、バッテリ１０へ供給される。
電力変換装置１の高電位側直流端子Ｂと低電位側直流端子Ｅとにはバッテリ１０の正極端子と負極端子がそれぞれ接続される。なお、配線インダクタンス９は電力変換装置１とバッテリ１０を接続する高電位側および低電位側の配線による寄生インダクタンスの総和を表している
電力変換装置１の高電位側直流端子Ｂと低電位側直流端子Ｅとにはバッテリ１０の正極端子と負極端子がそれぞれ接続される。なお、配線インダクタンス９は電力変換装置１とバッテリ１０を接続する高電位側および低電位側の配線による寄生インダクタンスの総和を表している
第１の電力変換回路２は、２直列の両端および中点が電力変換装置１の直流側端子Ｂ、Ｅおよび交流側端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されている。
界磁コイル励磁用電力変換回路３は、２直列の両端および中点が電力変換装置１の直流側端子Ｂ、Ｅおよび界磁コイル１３の両端に接続されている。
パワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆおよびパワーＭＯＳＦＥＴ３ａ～３ｄは、第１の主端子（ドレイン）、第２の主端子（ソース）、および制御端子（ゲート）を有し、ゲート・ソース間の電圧によりオン・オフ制御される。これらのパワーＭＯＳＦＥＴは、オン時にはドレイン・ソース間を双方向に通電可能な抵抗素子となり、オフ時には、ソースからドレインの方向のみに通電可能なダイオード素子となる。
界磁コイル励磁用電力変換回路３は、２直列の両端および中点が電力変換装置１の直流側端子Ｂ、Ｅおよび界磁コイル１３の両端に接続されている。
パワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆおよびパワーＭＯＳＦＥＴ３ａ～３ｄは、第１の主端子（ドレイン）、第２の主端子（ソース）、および制御端子（ゲート）を有し、ゲート・ソース間の電圧によりオン・オフ制御される。これらのパワーＭＯＳＦＥＴは、オン時にはドレイン・ソース間を双方向に通電可能な抵抗素子となり、オフ時には、ソースからドレインの方向のみに通電可能なダイオード素子となる。
モータジェネレータ１１は、第１のステータコイル１２と界磁コイル１３によって構成される界磁巻線型モータジェネレータであり、モータジェネレータ１１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線１２ｕ～１２ｗは第１の電力変換回路２の交流側端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。
制御回路４は、上位ＥＣＵ（図示していない）からの指令と、電流検出回路５と回転数検出回路７、および様々なセンサ情報（図示していない）を基に第１の電力変換回路２のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆおよび界磁コイル励磁用電力変換回路３のパワーＭＯＳＦＥＴ３ａ～３ｄのオン・オフ制御を行う。
制御回路４は、上位ＥＣＵ（図示していない）からの指令と、電流検出回路５と回転数検出回路７、および様々なセンサ情報（図示していない）を基に第１の電力変換回路２のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆおよび界磁コイル励磁用電力変換回路３のパワーＭＯＳＦＥＴ３ａ～３ｄのオン・オフ制御を行う。
電流検出回路５は、第１の電力変換回路２の各相を流れる電流を検出し、各相の電流情報を制御回路４へ伝達する。また、第１の電力変換回路２の各相を流れる電流の値が予め定められた値よりも大きい状態が予め定められた時間以上継続した場合に過電流が検出されたとして、制御回路４へ過電流検出を指令する。
回転数検出回路７は、モータジェネレータ１１の回転数を検出し、回転数情報を制御回路４へ伝達する。
回転数検出回路７は、モータジェネレータ１１の回転数を検出し、回転数情報を制御回路４へ伝達する。
電力変換装置１の直流側端子Ｂ－Ｅ間には、電圧制限回路６が接続されている。この電圧制限回路６は、バッテリ１０から第１の電力変換回路２へ大電流が供給された場合に、直流側端子Ｂ－Ｅ間の電圧Ｖｂｅを予め定められた値以下の電圧に制限する役割を担っている。この電圧制限回路６は、例えば、ツェナーダイオードを用いた電圧制限機能を有する回路が挙げられる。
また、電力変換装置１の直流側端子Ｂ－Ｅ間には、平滑コンデンサ８が接続されている。この平滑コンデンサ８は、バッテリ１０から第１の電力変換回路２へ供給される電力を平滑化すると共に、パワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆのスイッチングに起因する高周波ノイズを低減する役割を担っている。
また、電力変換装置１の直流側端子Ｂ－Ｅ間には、平滑コンデンサ８が接続されている。この平滑コンデンサ８は、バッテリ１０から第１の電力変換回路２へ供給される電力を平滑化すると共に、パワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆのスイッチングに起因する高周波ノイズを低減する役割を担っている。
次に、図３の構成において、モータジェネレータ１１を駆動した場合について、任意の相が短絡故障によって過電流が検出された場合の各部の動作波形について説明する。図４は、実施の形態１における各部の動作波形を表している。
図４において、ＵＨ、ＵＬ，ＶＨ、ＶＬ，ＷＨ、ＷＬは、制御回路４によって制御される第１の電力変換回路２のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆのオン・オフ論理を示したものであり、ハイがオン状態を、ローがオフ状態を示している。なお、同相のパワーＭＯＳＦＥＴ（２ａと２ｂ、２ｃと２ｄ、２ｅと２ｆ）のオン・オフが切り換わるタイミングでは、同時オンによる同相アーム短絡を防止するための時間（デッドタイム）が確保されている。
また、ＦＨ１、ＦＬ４は、制御回路４によって制御される界磁コイル励磁用電力変換回路３のパワーＭＯＳＦＥＴ３ａ、３ｄのオン・オフ論理を示したものであり、ハイがオン状態を、ローがオフ状態を示す。なお、図４には記載していないが、パワーＭＯＳＦＥＴ３ｂ、３ｃは制御回路４から常時オフを指令してダイオード素子として使用し、パワーＭＯＳＦＥＴ３ａ、３ｄがオフ期間中に界磁コイルに流れる電流をバッテリ１０へ循環させる。
また、Ｖｂｅは、電力変換装置１の直流側端子Ｂ－Ｅ間の電圧を示している。また、Ｉｄｃは第１の電力変換回路２の高電位側直流ラインを流れる電流を示し、Ｉｆは、界磁コイル励磁用電力変換回路３から界磁コイル１３へ流れる電流を示す。さらに、Ｎは、モータジェネレータ１１の回転数を示している。
次に、第１の電力変換回路２の任意の相が短絡故障し、過電流が検出された場合の各部の動作について説明する。例として、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａが誤オンして、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａとＵＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｂが同時オン状態となり、電力変換装置１の直流側端子Ｂ－Ｅ間が短絡された場合について説明する。
モータジェネレータ１１の駆動動作中のＡ点（図４参照）にて、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａが誤オンしてバッテリ１０からＵ相に短絡電流が流れた場合、短絡電流が増大してその値が予め定められた値以上の電流が予め定められた時間以上継続することで、電流検出回路５によってＵ相の過電流が検出される。この時、電流検出回路５から制御回路４へＵ相の過電流状態が伝達される。
次に、Ｂ点（図４参照）にて、過電流が検出されたＵ相のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ、２ｂをオフとする。さらに、過電流が検出されなかったＶ相およびＷ相については、ＶＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｃとＷＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｅとをオフとして、ＶＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｄとＷＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｆをオンとする。このようなスイッチング制御を行うことによって、Ｕ相のステータコイル１２ｕに誘起された誘導起電力によって流れる電流は、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａのボディダイオードを通過してバッテリ１０へ流れ込む。
しかし、Ｖ相のステータコイル１２ｖおよびＷ相のステータコイル１２ｗに誘起された誘導起電力によって流れる電流は、ＶＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｄ、ＷＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｆを通過して、各ステータコイル１２ｖ、１２ｗを循環することにより、熱として電流が消費される。
したがって、Ｂ点（図４参照）にて配線インダクタンス９で発生する逆起電力サージは、短絡したＵ相のステータコイル１２ｕからバッテリ１０へ流入する電流のみによって発生し、全相のパワーＭＯＳＦＥＴを一斉にオフにする制御と比較して、直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができる。
したがって、Ｂ点（図４参照）にて配線インダクタンス９で発生する逆起電力サージは、短絡したＵ相のステータコイル１２ｕからバッテリ１０へ流入する電流のみによって発生し、全相のパワーＭＯＳＦＥＴを一斉にオフにする制御と比較して、直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができる。
また同時にＢ点（図４参照）にて、界磁コイル励磁用パワーＭＯＳＦＥＴ３ａ（ＦＨ１）、３ｄ（ＦＬ４）をオフにして、励磁電流Ｉｆを低下させる。さらに、モータジェネレータ１１の回転数Ｎも低下させる。
次に、Ｃ点（図４参照）にて、励磁電流Ｉｆおよび回転数Ｎの値が予め定められた値以下に低下し、界磁コイル１３から第１のステータコイル１２に誘起される誘導起電力の値が予め定められた値以下に低下してから、第１の電力変換回路２のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆをオフにすることで、第１のステータコイル１２からバッテリ１０へ流入する電流を抑制し、電力変換装置１を停止させる際にも直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができる。なお、誘導起電力は、制御回路４によって励磁電流Ｉｆと回転数Ｎ、およびステータコイル１２のインダクタンス値から推定される。
以上のように、実施の形態１によれば、第１の電力変換回路２にて過電流が検出された場合に、過電流が検出された相の上下パワーＭＯＳＦＥＴをオフし、過電流が検出されなかった相は上アームパワーＭＯＳＦＥＴをオフかつ下アームパワーＭＯＳＦＥＴをオンし、界磁コイル励磁用パワーＭＯＳＦＥＴ３ａ、３ｄをオフし、界磁コイル１３から第１のステータコイル１２に誘起される誘導起電力の値が予め定められた値以下に低下した後に第１の電力変換回路２のパワーＭＯＳＦＥＴをオフすることで、過電流検出直後に全てのパワーＭＯＳＦＥＴをオフにする場合に比較して直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができ、素子破壊を防止しつつ安全に電力変換装置１を停止させることができる。
実施の形態２．
実施の形態１では、１組の３相ブリッジ型の電力変換回路を有する電力変換装置において、過電流検出時の電力変換装置の停止方法について説明した。これに対して、実施の形態２では、２組の３相ブリッジ型の電力変換回路を有する電力変換装置について説明する。
図５は、実施の形態２に係る２組の３相ブリッジ型の電力変換回路を備えた電力変換装置の構成を表している。
実施の形態１では、１組の３相ブリッジ型の電力変換回路を有する電力変換装置において、過電流検出時の電力変換装置の停止方法について説明した。これに対して、実施の形態２では、２組の３相ブリッジ型の電力変換回路を有する電力変換装置について説明する。
図５は、実施の形態２に係る２組の３相ブリッジ型の電力変換回路を備えた電力変換装置の構成を表している。
この実施の形態２において、電力変換装置１は、実施の形態１の電力変換装置１に対して、第２の電力変換回路１４を備えている。
第２の電力変換回路１４は、半導体スイッチとしてＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ１４ａ～１４ｆを用いて、２直列３並列に構成された３相ブリッジ型の電力変換回路である。この第２の電力変換回路１４は、２直列の両端および中点が電力変換装置１の直流側端子Ｂ、Ｅおよび交流側端子Ｘ、Ｙ、Ｚに接続されている。
第２の電力変換回路１４は、半導体スイッチとしてＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ１４ａ～１４ｆを用いて、２直列３並列に構成された３相ブリッジ型の電力変換回路である。この第２の電力変換回路１４は、２直列の両端および中点が電力変換装置１の直流側端子Ｂ、Ｅおよび交流側端子Ｘ、Ｙ、Ｚに接続されている。
モータジェネレータ１１は、第１のステータコイル１２と第２のステータコイル１５、および界磁コイル１３によって構成される界磁巻線型モータジェネレータであり、モータジェネレータ１１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線１２ｕ～１２ｗは第１の電力変換回路２の交流側端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続され、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相のステータ巻線１５ｘ～１５ｚは第２の電力変換回路１４の交流側端子Ｘ、Ｙ、Ｚに接続される。
次に、図５の構成において、モータジェネレータ１１を駆動した場合について、任意の相が短絡故障することによって過電流が検出された場合の各部の動作波形について説明する。
図６は、実施の形態２における各部の動作波形を表している。
図６において、ＸＨ、ＸＬ，ＹＨ、ＹＬ，ＺＨ、ＺＬは、制御回路４によって制御される第２の電力変換回路１４のパワーＭＯＳＦＥＴ１４ａ～１４ｆのオン・オフ論理を示したものであり、ハイがオン状態を、ローがオフ状態を示す。なお、同相のパワーＭＯＳＦＥＴ（１４ａと１４ｂ、１４ｃと１４ｄ、１４ｅと１４ｆ）のオン・オフが切り換わるタイミングでは、同時オンによる同相アーム短絡を防止するための時間（デッドタイム）が確保されている。
図６は、実施の形態２における各部の動作波形を表している。
図６において、ＸＨ、ＸＬ，ＹＨ、ＹＬ，ＺＨ、ＺＬは、制御回路４によって制御される第２の電力変換回路１４のパワーＭＯＳＦＥＴ１４ａ～１４ｆのオン・オフ論理を示したものであり、ハイがオン状態を、ローがオフ状態を示す。なお、同相のパワーＭＯＳＦＥＴ（１４ａと１４ｂ、１４ｃと１４ｄ、１４ｅと１４ｆ）のオン・オフが切り換わるタイミングでは、同時オンによる同相アーム短絡を防止するための時間（デッドタイム）が確保されている。
次に、第１の電力変換回路２の任意相が短絡故障し、過電流が検出された場合の各部の動作について説明する。例として、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａが誤オンして、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａとＵＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｂが同時オン状態となり、電力変換装置１の直流側端子Ｂ－Ｅ間が短絡された場合を説明する。
モータジェネレータ１１の駆動動作中のＤ点（図６参照）にて、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａが誤オンしてバッテリ１０からＵ相に短絡電流が流れた場合、短絡電流が増大してその値が予め定められた値以上の電流が予め定められた時間以上継続することで、電流検出回路５によってＵ相の過電流が検出される。この時、電流検出回路５から制御回路４へＵ相の過電流状態を伝達する。
モータジェネレータ１１の駆動動作中のＤ点（図６参照）にて、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａが誤オンしてバッテリ１０からＵ相に短絡電流が流れた場合、短絡電流が増大してその値が予め定められた値以上の電流が予め定められた時間以上継続することで、電流検出回路５によってＵ相の過電流が検出される。この時、電流検出回路５から制御回路４へＵ相の過電流状態を伝達する。
次に、Ｅ点（図６参照）にて、過電流が検出されたＵ相のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ、２ｂをオフする。また、過電流が検出されていないＶ相、Ｗ相は、ＶＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｃとＷＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｅをオフし、ＶＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｄとＷＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｆをオンする。さらに、過電流が検出されなかった第２の電力変換回路については、上アームパワーＭＯＳＦＥＴ１４ａ、１４ｃ、１４ｅをオフし、下アームパワーＭＯＳＦＥＴ１４ｂ、１４ｄ、１４ｆをオンする。
このようにスイッチング制御を行うことによって、Ｕ相のステータコイル１２ｕに誘起された誘導起電力によって流れる電流は、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａのボディダイオードを通過してバッテリ１０へ流れ込む。しかし、Ｖ相のステータコイル１２ｖ、Ｗ相のステータコイル１２ｗ、およびＸ相のステータコイル１５ｘ、Ｙ相のステータコイル１５ｙ、およびＺ相のステータコイル１５ｚに誘起された誘導起電力によって流れる電流は、それぞれＶＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｄ、ＷＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｆ、ＸＬのパワーＭＯＳＦＥＴ１４ｂ、ＹＬのパワーＭＯＳＦＥＴ１４ｄ、およびＺＬのパワーＭＯＳＦＥＴ１４ｆを通過して、Ｖ相のステータコイル１２ｖ、Ｗ相のステータコイル１２ｗ、Ｘ相のステータコイル１５ｘ、Ｙ相のステータコイル１５ｙ、およびＺ相のステータコイル１５ｚを循環することにより、熱として電流が消費される。
よって、Ｅ点（図６参照）にて配線インダクタンス９で発生する逆起電力サージは、短絡したＵ相のステータコイル１２ｕからバッテリ１０へ流入する電流のみによって発生し、全相のパワーＭＯＳＦＥＴを一斉にオフにする制御と比較して、直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができる。
また同時にＥ点（図６参照）にて、界磁コイル励磁用パワーＭＯＳＦＥＴ３ａ（ＦＨ１）、３ｄ（ＦＬ４）をオフにし、励磁電流Ｉｆを低下させる。さらに、モータジェネレータ１１の回転数Ｎも低下させる。
また同時にＥ点（図６参照）にて、界磁コイル励磁用パワーＭＯＳＦＥＴ３ａ（ＦＨ１）、３ｄ（ＦＬ４）をオフにし、励磁電流Ｉｆを低下させる。さらに、モータジェネレータ１１の回転数Ｎも低下させる。
次に、Ｆ点（図６参照）にて、励磁電流Ｉｆおよび回転数Ｎの値が予め定められた値以下に低下し、界磁コイル１３から第１のステータコイル１２と第２のステータコイル１５に誘起される誘導起電力の値が予め定められた値以下に低下してから、第１の電力変換回路２のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆ、および第２の電力変換回路１４のパワーＭＯＳＦＥＴ１４ａ～１４ｆをオフにすることで、第１のステータコイル１２、および第２のステータコイル１５からバッテリ１０へ流入する電流を抑制し、電力変換装置１を停止させる際にも直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができる。
以上のように、実施の形態２によれば、第１の電力変換回路２にて過電流が検出された場合に、過電流が検出された相の上下パワーＭＯＳＦＥＴをオフし、過電流が検出されなかった相については、上アームパワーＭＯＳＦＥＴをオフかつ下アームパワーＭＯＳＦＥＴをオンし、過電流が検出されなかった第２の電力変換回路１４については、上アームパワーＭＯＳＦＥＴをオフかつ下アームパワーＭＯＳＦＥＴをオンし、界磁コイル励磁用パワーＭＯＳＦＥＴ３ａ、３ｄをオフとする。
界磁コイル１３から第１のステータコイル１２および第２のステータコイル１５に誘起される誘導起電力の値が予め定められた値以下に低下した後に、第１の電力変換回路２および第２の電力変換回路１４のパワーＭＯＳＦＥＴをオフすることで、過電流検出直後に全てのパワーＭＯＳＦＥＴをオフにする場合と比較して直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができ、素子破壊を防止しつつ安全に電力変換装置１を停止させることができる。
実施の形態３．
先の実施の形態２では、２組の３相ブリッジ型の電力変換回路を有する電力変換装置において過電流が検出された時の電力変換装置の停止について説明した。これに対して実施の形態３では、実施の形態２と同じ回路構成にて、過電流が検出された電力変換回路のパワーＭＯＳＦＥＴの動作を異なった制御によって同様の効果を得る場合について説明する。
先の実施の形態２では、２組の３相ブリッジ型の電力変換回路を有する電力変換装置において過電流が検出された時の電力変換装置の停止について説明した。これに対して実施の形態３では、実施の形態２と同じ回路構成にて、過電流が検出された電力変換回路のパワーＭＯＳＦＥＴの動作を異なった制御によって同様の効果を得る場合について説明する。
実施の形態３に係る２組の３相ブリッジ型の電力変換回路を備えた電力変換装置の構成図は、先の図５と同様である。
図５の構成において、モータジェネレータ１１を駆動した場合について、任意の相において短絡故障によって過電流が検出された場合の各部の動作波形について説明する。図７は、実施の形態３における各部の動作波形を示している。
図５の構成において、モータジェネレータ１１を駆動した場合について、任意の相において短絡故障によって過電流が検出された場合の各部の動作波形について説明する。図７は、実施の形態３における各部の動作波形を示している。
次に、第１の電力変換回路２の任意の相が短絡故障し、過電流が検出された場合の各部の動作について説明する。例として、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａが誤オンして、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａとＵＬのパワーＭＯＳＦＥＴ２ｂが同時オン状態となり、電力変換装置１の直流側端子Ｂ－Ｅ間が短絡された場合を説明する。
モータジェネレータ１１の駆動動作中のＧ点（図７参照）にて、ＵＨのパワーＭＯＳＦＥＴ２ａが誤オンしてバッテリ１０からＵ相に短絡電流が流れた場合、短絡電流が増大して予め定められた値以上の電流が予め定められた時間以上継続することで、電流検出回路５によってＵ相の過電流が検出される。この時、電流検出回路５から制御回路４へＵ相の過電流状態を伝達する。
次に、Ｈ点（図５参照）にて、過電流が検出された第１の電力変換回路２のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆをオフする。さらに、過電流が検出されなかった第２の電力変換回路については、上アームパワーＭＯＳＦＥＴ１４ａ、１４ｃ、１４ｅをオフとし、下アームパワーＭＯＳＦＥＴ１４ｂ、１４ｄ、１４ｆをオンとする。このようにスイッチング制御を行うことにより、第１の電力変換回路２に接続されるステータコイル１２に誘起された誘導起電力によって流れる電流は、第１の電力変換回路２の上アームパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ、２ｃ、２ｅのボディダイオードを通過してバッテリ１０へ流れ込む。
しかし、Ｘ相のステータコイル１５ｘ、Ｙ相のステータコイル１５ｙ、およびＺ相のステータコイル１５ｚに誘起された誘導起電力によって流れる電流は、それぞれＸＬのパワーＭＯＳＦＥＴ１４ｂ、ＹＬのパワーＭＯＳＦＥＴ１４ｄ、ＺＬのパワーＭＯＳＦＥＴ１４ｆを通過して、Ｘ相のステータコイル１５ｘ、Ｙ相のステータコイル１５ｙ、およびＺ相のステータコイル１５ｚをそれぞれ循環することにより、熱として電流が消費される。よって、Ｈ点（図７参照）にて配線インダクタンス９で発生する逆起電力サージは、過電流が検出された第１の電力変換回路２に接続されるステータコイル１２からバッテリ１０へ流入する電流のみによって発生し、全相のパワーＭＯＳＦＥＴを一斉にオフにする制御と比較して、直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができる。
また同時にＨ点（図７参照）にて、界磁コイル励磁用パワーＭＯＳＦＥＴ３ａ（ＦＨ１）、３ｄ（ＦＬ４）をオフにし、励磁電流Ｉｆを低下させる。さらに、モータジェネレータ１１の回転数Ｎも低下させる。
次に、Ｉ点（図７参照）にて、励磁電流Ｉｆおよび回転数Ｎの値が予め定められた値以下に低下し、界磁コイル１３から第１のステータコイル１２と第２のステータコイル１５に誘起される誘導起電力の値が予め定められた値以下に低下してから、第１の電力変換回路２のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆ、および第２の電力変換回路１４のパワーＭＯＳＦＥＴ１４ａ～１４ｆをオフにすることで、第１のステータコイル１２、および第２のステータコイル１５からバッテリ１０へ流入する電流を抑制し、電力変換装置１を停止させる際にも直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができる。
次に、Ｉ点（図７参照）にて、励磁電流Ｉｆおよび回転数Ｎの値が予め定められた値以下に低下し、界磁コイル１３から第１のステータコイル１２と第２のステータコイル１５に誘起される誘導起電力の値が予め定められた値以下に低下してから、第１の電力変換回路２のパワーＭＯＳＦＥＴ２ａ～２ｆ、および第２の電力変換回路１４のパワーＭＯＳＦＥＴ１４ａ～１４ｆをオフにすることで、第１のステータコイル１２、および第２のステータコイル１５からバッテリ１０へ流入する電流を抑制し、電力変換装置１を停止させる際にも直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができる。
以上のように、実施の形態３によれば、第１の電力変換回路２にて過電流が検出された場合に、第１の電力変換回路２の上下パワーＭＯＳＦＥＴをオフし、過電流が検出されなかった第２の電力変換回路１４については、上アームパワーＭＯＳＦＥＴをオフかつ下アームパワーＭＯＳＦＥＴをオンし、界磁コイル励磁用パワーＭＯＳＦＥＴ３ａ、３ｄをオフし、界磁コイル１３から第１のステータコイル１２および第２のステータコイル１５に誘起される誘導起電力の値が予め定められた値以下に低下した後に第１の電力変換回路２および第２の電力変換回路１４のパワーＭＯＳＦＥＴをオフとする．このように制御することによって、過電流検出直後に全てのパワーＭＯＳＦＥＴをオフにする場合と比較して直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができ、素子破壊を防止しつつ安全に電力変換装置１を停止させることができる。
なお、実施の形態１～３では、過電流が検出されない相については、上アームパワーＭＯＳＦＥＴをオフかつ下アームパワーＭＯＳＦＥＴをオンする場合について説明したが、この説明とは反対に、過電流が検出されない相については、上アームパワーＭＯＳＦＥＴをオンかつ下アームパワーＭＯＳＦＥＴをオフにすることでも、過電流が検出されなかった相のステータコイルを流れる電流がバッテリ１０へ流入することなくステータコイル内を循環することで、配線インダクタンス９で発生する逆起電力サージが抑制され、過電流検出時における直流端子間電圧Ｖｂｅの上昇を抑制することができる。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１ 電力変換装置、２ 第１の電力変換回路、２ａ～２ｆ パワーＭＯＳＦＥＴ、
３ 界磁コイル励磁用電力変換回路、３ａ～３ｄ パワーＭＯＳＦＥＴ、４ 制御回路、５ 電流検出回路、６ 電圧制限回路、７ 回転数検出回路、８ 平滑コンデンサ、
９ 配線インダクタンス、１０ バッテリ、１１ モータジェネレータ、
１２ 第１のステータコイル、１３ 界磁コイル、１４ 第２の電力変換回路、
１５ 第２のステータコイル、４０ 誘導起電力検出手段
３ 界磁コイル励磁用電力変換回路、３ａ～３ｄ パワーＭＯＳＦＥＴ、４ 制御回路、５ 電流検出回路、６ 電圧制限回路、７ 回転数検出回路、８ 平滑コンデンサ、
９ 配線インダクタンス、１０ バッテリ、１１ モータジェネレータ、
１２ 第１のステータコイル、１３ 界磁コイル、１４ 第２の電力変換回路、
１５ 第２のステータコイル、４０ 誘導起電力検出手段
Claims (7)
- モータジェネレータに接続され前記モータジェネレータに複数相の電力を供給する第１の電力変換回路、前記電力変換回路を流れる電流を検出する電流検出回路、前記モータジェネレータの界磁コイルを励磁する界磁コイル励磁用電力変換回路、前記第１の電力変換回路および前記界磁コイル励磁用電力変換回路のスイッチング動作を制御する制御回路、および前記制御回路に設けられ前記モータジェネレータに発生する誘導起電力を検出する検出手段を備え、前記電流検出回路によって前記第１の電力変換回路に過電流が検出された場合に、前記制御回路は過電流が検出された前記第１の電力変換回路の相のスイッチングをオフとし、前記界磁コイル励磁用電力変換回路の相のスイッチングをオフとして、前記モータジェネレータによる誘導起電力の値が予め定められた値以下になった後に前記第１の電力変換回路による前記モータジェネレータへの全相の電力の供給を停止するように制御することを特徴とする電力変換装置。
- 前記第１の電力変換回路が、半導体スイッチで構成されたｎ相ブリッジ型の電力変換回路（ｎは３以上の整数）であって、前記制御回路は、前記電流検出回路によって前記ｎ相ブリッジ型の電力変換回路の半導体スイッチを流れる電流に過電流が検出された場合、過電流が検出された相の上下アーム半導体スイッチをオフとし、過電流が検出されなかった相の上アーム半導体スイッチをオフとしかつ下アーム半導体スイッチをオンとする、あるいは上アーム半導体スイッチをオンとしかつ下アーム半導体スイッチをオフとして、前記検出手段によって検出された誘導起電力が予め定められた値以下に低下した後に前記ｎ相ブリッジ型の電力変換回路の全相の半導体スイッチをオフとすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
- 前記第１の電力変換回路が、半導体スイッチで構成されたｎ相ブリッジ型の電力変換回路（ｎは３以上の整数）を２組以上有し、前記制御回路は、前記電流検出回路によって過電流が検出された場合、過電流が検出された相を有する前記ｎ相ブリッジ型の電力変換回路について、前記過電流が検出された相の上下アーム半導体スイッチをオフとし、過電流が検出されなかった相の上アーム半導体スイッチをオフとしかつ下アーム半導体スイッチをオンとする、あるいは上アーム半導体スイッチをオンとしかつ下アーム半導体スイッチをオフとして、前記過電流が検出された相を有する前記ｎ相ブリッジ型の電力変換回路以外については、上アーム半導体スイッチをオフとしかつ下アーム半導体スイッチをオンとする、あるいは上アーム半導体スイッチをオンとしかつ下アーム半導体スイッチをオフとすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
- 前記第１の電力変換回路が、半導体スイッチで構成されたｎ相ブリッジ型の電力変換回路（ｎは３以上の整数）を２組以上有し、前記制御回路は、前記電流検出回路によって過電流が検出された場合、過電流が検出された相を有する前記ｎ相ブリッジ型の電力変換回路について、上下アーム半導体スイッチをオフとし、前記過電流が検出された相を有する前記ｎ相ブリッジ型の電力変換回路以外については、上アーム半導体スイッチをオフとしかつ下アーム半導体スイッチをオンとする、あるいは上アーム半導体スイッチをオンとしかつ下アーム半導体スイッチをオフすることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
- 前記制御回路は、前記モータジェネレータの界磁コイルからステータコイルに誘起される誘導起電力の値が予め定められた値以下に低下した後に前記第１の電力変換回路の全相の半導体スイッチをオフとすることを特徴とした請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 前記制御回路は、前記モータジェネレータの回転数が予め定められた値以下に低下し、前記モータジェネレータの界磁コイルからステータコイルに誘起される誘導起電力の値が予め定められた値以下に低下した後に前記第１の電力変換回路の全相の半導体スイッチをオフすることを特徴とした請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
- 前記電流検出回路は、前記第１の電力変換回路を流れる電流の値が予め定められた値よりも大きい状態が予め定められた時間以上継続した場合に過電流が検出されたとすることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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