JP5906679B2 - 電力変換装置、および過電流保護回路 - Google Patents
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Description
(A:第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態の電力変換装置20Aの構成例を示す図である。
図1に示す電力変換装置20Aは、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載され、それらの車両の動力源たる電動機の可変速制御を行うためのものである。図1には、電力変換装置20Aとともに、電力変換装置20Aに直流電力を供給する直流電源10と、電力変換装置20Aによる可変速制御の対象となる電動機30が図示される。電力変換装置20Aは、直流電源10から供給される直流電力を任意の周波数および任意の電圧の交流電力に変換して電動機30に供給する。電動機30に供給する交流電力の周波数または電圧(或いはその両方)を調整することで、電動機30の可変速制御が実現される。
上記第1実施形態では、電動機30の運転状態(駆動運転状態であるのか、それとも制動運転状態であるのか)を電動機30に供給される三相交流電流に三相二相変換および座標変換を施して得られるq軸電流の符号に基づいて判別した。しかし、他の方法を用いて、電動機30の運転状態を判別することも可能である。具体的には、電動機30の運転状態をユーザに指示させるための操作子(例えば、電気自動車におけるアクセルペダル)の操作量に基づいて電動機30の運転状態を判別する態様が考えられる。アクセルペダルを踏み込んでいる状態では駆動運転状態であると判別し、逆に、アクセルペダルの踏み込みを緩めた状態では制動運転状態にあると判定する、といった具合である。本実施形態の電力変換装置20Bは、電動機30の運転状態を指示するための操作子の操作量に基づいて電動機30の運転状態を判別するように構成されている点が、第1実施形態の電力変換装置20Aと異なる。
次いで本発明の第3実施形態について説明する。前述した第1および第2実施形態では、過電流保護機能を働かせるか否かを判定するための閾値を電動機30の運転状態(駆動運転状態であるのかそれとも制動運転状態であるのか)に応じて設定した。これに対して、本実施形態では、直流電源10から電力変換装置の直流部に印加される直流電圧の大きさに応じて上記閾値を設定する点に特徴がある。より詳細に説明すると、本実施形態では、直流電源10から電力変換装置の直流部に印加される直流電圧が高いほど、上記閾値を低く設定するのである。このようにした理由は以下の通りである。
上述した第1および第2実施形態では、電動機30の運転状態として、駆動運転状態であるのか、それとも制動運転状態であるのかに着目し、制動運転状態において過電流保護機能を働かせるか否かを判定するための閾値を駆動運転状態における同閾値よりも低く設定した。また、第3実施形態では、電力変換装置の直流部に印加される直流電圧に応じて上記閾値を設定した。これに対して本実施形態では、電動機30の運転状態として、駆動運転状態であるのか、それとも制動運転状態にあるのかに加えて電動機30の回転数に着目し、さらに、電動機30の運転状態と電力変換装置の直流部に印加される直流電圧の両者に応じて上記閾値を設定するようにした点に特徴がある。前掲図7に示すように、コンデンサ220の電極間電圧が耐圧を超える電流値は、直流部に印加される直流電圧と電動機30の回転数の両者に依存し、回転数が同一であれば直流電圧が高いほど、また、直流電圧が同一であれば回転数が高いほど当該電流値は低くなり、かかる電流値は駆動運転状態に比較して制動運転状態の方が低くなるからである。
図12は本発明の第5実施形態の電力変換装置20Eの構成例を示す図である。図12では図10と同一の構成要素には同一の符号が付されている。図12と図10を比較すれば明らかなように、電力変換装置20Eの構成は制御部240Dに換えて制御部240Eを設けた点が電力変換装置20Dの構成と異なる。そして、制御部240Eの構成は、第2閾値設定部2500を設けた点と、スイッチング制御部2420に換えてスイッチング制御部2422を設けた点が制御部240Dの構成と異なる。なお、図12では図面が煩雑になることを避けるために詳細な図示は省略したが、制御部240Eにおいても座標変換部2440からスイッチング制御部2422にd軸成分Id、およびq軸成分Iqの各々を示す信号が与えられ、スイッチング制御部2422は上記d軸成分Id、およびq軸成分Iqの示すトルクとトルク指令の示すトルクとの差が解消されるように電力変換部230におけるスイッチングを制御する。
以上本発明の第1〜第5実施形態について説明したが、これら実施形態を以下のように変形しても勿論良い。
(1)上記第1実施形態では、電動機30が駆動運転状態であるのかそれとも制動運転状態であるのかを電動機30に供給する三相交流電流のq軸成分の符号に基づいて判別した。しかし、q軸成分の絶対値の時間変化の態様に基づいて電動機30が駆動運転状態であるのかそれとも制動運転状態であるのかを判別しても良い。例えば、q軸成分の絶対値が減少傾向にあり、かつ予め定められた時間内に負の値となると推測される場合には制動状態であると判定し、その他の場合(q軸成分の絶対値が増加傾向である場合、ほとんど増減していない場合、或いはq軸成分の絶対値は減少傾向であるものの、予め定められた時間内には負の値にならないと推測される場合)には駆動状態であると判定する態様が考えられる。
Claims (10)
- 直流電源から入力される直流電力をスイッチングすることにより交流電力に変換して電動機に供給する電力変換部と、
前記直流電源から前記電力変換部に印加される直流電圧を平滑化するコンデンサと、
前記電力変換部から前記電動機へ供給される電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流と過電流保護機能を働かせるか否かを判定するための閾値とを比較し、前者が後者を上回っている場合に過電流検知信号を出力する過電流検知部と、
前記過電流検知部から過電流検知信号を受け取ったことを契機として、前記電力変換部におけるスイッチングを停止させるスイッチング制御部と、
前記閾値を設定する閾値設定部と、
前記直流電源から前記電力変換部に印加される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、を備え、
前記閾値設定部は、前記直流電圧検出部により検出された電圧が高いほど、前記閾値を低く設定する
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記閾値設定部は、前記電動機が制動運転されている場合の前記閾値を駆動運転されている場合よりも低く設定することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記電力変換部は、前記直流電源から入力される直流電力をスイッチングすることにより三相交流電力に変換して前記電動機に供給し、
前記電力変換部から前記電動機へ供給される三相交流電流に対して三相二相変換および座標変換を施して得られるq軸電流に基づいて前記電動機が制動運転されているのか、それとも駆動運転されているのかを判別する駆動制動判別部を備え、
前記閾値設定部は、前記駆動制動判別部による判別結果に応じて前記閾値を設定することを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記電動機が制動運転されているのか、それとも駆動運転されているのかを、前記電動機の運転状態を指示するための操作子の操作量に応じて判別する駆動制動判別部を備え、
前記閾値設定部は、前記駆動制動判別部による判別結果に応じて前記閾値を設定することを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記閾値設定部は、前記電動機の回転数が高いほど、前記閾値を低く設定することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の電力変換装置。
- 前記電動機の回転数を検出する回転数検出部を備え、
前記閾値設定部は、前記回転数検出部により検出された回転数が高いほど、前記閾値を低く設定することを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記電動機に与えられる電流を参照して前記電動機の回転数を推定する回転数推定部を備え、
前記閾値設定部は、前記回転数推定部により推定された回転数が高いほど、前記閾値を低く設定することを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記過電流検知部は、前記電力変換部から前記電動機へ出力される各相の電流毎に、前記閾値設定部により設定された閾値よりも低い第2の閾値を上回ったか否かを判定し、
前記スイッチング制御部は、前記第2の閾値を上回ったと前記過電流検知部によって判定された相に関するスイッチングを停止若しくは当該相のパルスを低減させる制御、または前記電動機のトルクを低減させる制御を行うことを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の電力変換装置。 - 過電流保護機能を働かせるか否かを判定するための閾値が前記閾値設定部によって設定されるのに連動させて前記第2の閾値を設定する第2閾値設定部を有し、
前記過電流検知部は、前記電動機へ出力される各相の電流毎に、前記第2閾値設定部により設定された第2の閾値を上回っているか否かを判定することを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。 - 直流電源から平滑化用コンデンサを介して入力される直流電力をスイッチングすることにより交流電力に変換して電動機に供給する電力変換装置を過電流による破損から保護する過電流保護回路において、
前記電力変換装置から前記電動機へ供給される電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流と過電流保護機能を働かせるか否かを判定するための閾値とを比較し、前者が後者を上回っている場合に、スイッチングの停止を指示する過電流検知信号を前記電力変換装置に出力する過電流検知部と、
前記直流電源から前記電力変換装置に印加される直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
前記直流電圧検出部により検出された電圧が高いほど、前記閾値を低く設定する閾値設定部と、
を具備することを特徴とする過電流保護回路。
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