JP6203326B1 - 交流回転機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリドライバＩＣが機能を停止した場合に、交流回転機の不安定な状態が継続しないように処置することが可能な交流回転機の制御装置を提供する。【解決手段】ゲートに駆動信号を与えるプリドライバＩＣ２０、３０の異常状態を検知した演算処理装置１０からの遮断信号にもとづき動作して、プリドライバＩＣ２０、３０から電力変換用のスイッチング素子のゲートに与えられている駆動信号を遮断するプリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３、３３と、プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３、３３によりプリドライバＩＣ２０、３０からの駆動信号が遮断されているとき、演算処理装置１０からの信号にもとづき導通して電力変換用のスイッチング素子の下アーム素子２２Ｕ〜２２Ｗ，３２Ｕ〜３２Ｗの全てのゲートに電源回路４０からの駆動信号を与えるゲートドライバ回路２５、３５を設けた。【選択図】図１

Description

この発明は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両に搭載されている駆動用モータ等の交流回転機を駆動制御する交流回転機の制御装置に関するものである。

従来の交流回転機の制御装置は、直流電源から供給される交流回転機駆動用の直流電力を交流電力に変換したり、交流回転機が発生した交流電力を直流電源充電用の直流電力に変換したりする電力変換機能を有している。こうした電力変換機能を実現するために、電力変換装置では、ブリッジ接続されたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子が一般的に使用されている。これらのスイッチング素子はマイクロコンピュータなどの演算処理装置からの指令を受けたプリドライバＩＣによって駆動されるが、このプリドライバＩＣは、スイッチング素子の駆動機能の他、スイッチング素子の短絡故障検出などの多機能が集積化されている。即ち、プリドライバＩＣは、電流検知手段を具備し、プリドライバＩＣが故障した際には、該当回路部の異常電流部分を遮断、かつ、プリドライバＩＣの出力が非活性となるように、プリドライバ回路の出力をＬｏｗ固定またはＨｉ固定する機能を備えているものが提案されている。（例えば、特許文献１）

国際公開ＷＯ２０１５／１０４９２１ Ａ１

従来の交流回転機の制御装置においては、プリドライバＩＣに機能として組み込まれている異常電流などの故障モードが予め想定されていることが前提であり、予め想定していない故障モードが発生した場合に対する処置ができない。また、温度やノイズ等の周辺環境の影響によりプリドライバＩＣが誤作動し機能を停止した場合に、プリドライバＩＣが正常に動作可能になるよう再度設定しないといけないような場合の処置について述べられておらず、対応処置ができないという課題があった。

この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、プリドライバＩＣが予め想定していない故障モードや、温度やノイズ等の周辺環境の影響により誤動作等で異常な状態となり、機能を停止した場合に、交流回転機の不安定な状態が継続しないように処置することが可能な交流回転機の制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る交流回転機の制御装置は、交流回転機の各相に対してブリッジ接続されて上アーム素子と下アーム素子とを構成するスイッチング素子と、前記交流回転機を制御するための制御信号を出力する演算処理装置と、前記演算処理装置から出力された制御信号にもとづき前記スイッチング素子のゲートに駆動信号を与えるプリドライバＩＣと、前記プリドライバＩＣの異常状態を検知した前記演算処理装置からの遮断信号により動作して、前記プリドライバＩＣから前記スイッチング素子のゲートに与えられている駆動信号を遮断するプリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子と、前記プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子により前記プリドライバＩＣからの駆動信号が遮断されているとき、前記演算処理装置からの信号にもとづき導通して前記スイッチング素子の上アーム素子または下アーム素子のいずれか一方の全アーム素子のゲートに駆動信号を与えるゲートドライバ回路を備え、前記演算処理装置は、前記プリドライバＩＣの異常状態を解除した後、前記プリドライバＩＣから前記スイッチング素子のゲートに与えるＰＷＭ駆動信号のデューティ比を直前の異常状態解除中と同じ出力となるよう設定した状態で、前記プリドライバＩＣを通常運転状態に復帰させることを特徴とするものである。

この発明によれば、交流回転機の各相に対してブリッジ接続されて上アーム素子と下アーム素子とを構成するスイッチング素子と、前記交流回転機を制御するための制御信号を出力する演算処理装置と、前記演算処理装置から出力された制御信号にもとづき前記スイッチング素子のゲートに駆動信号を与えるプリドライバＩＣと、前記プリドライバＩＣの異常状態を検知した前記演算処理装置からの遮断信号により動作して、前記プリドライバＩＣから前記スイッチング素子のゲートに与えられている駆動信号を遮断するプリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子と、前記プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子により前記プリドライバＩＣからの駆動信号が遮断されているとき、前記演算処理装置からの信号にもとづき導通して前記スイッチング素子の上アーム素子または下アーム素子のいずれか一方の全アーム素子のゲートに駆動信号を与えるゲートドライバ回路を備え、前記演算処理装置は、前記プリドライバＩＣの異常状態を解除した後、前記プリドライバＩＣから前記スイッチング素子のゲートに与えるＰＷＭ駆動信号のデューティ比を直前の異常状態解除中と同じ出力となるよう設定した状態で、前記プリドライバＩＣを通常運転状態に復帰させることを特徴とするため、プリドライバＩＣが予め想定していない故障モードや、温度やノイズ等の周辺環境の影響により誤動作等で異常な状態となり、機能を停止した場合に、交流回転機の不安定な状態が継続しないように処置することが可能であるとともに、復帰切替え時の変動がなく安定な状態を保つことが出来る交流回転機の制御装置を得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の演算処理装置の内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の演算処理装置内の誘起電圧演算手段の動作を説明するフロー図である。 この発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の異常発生時の各部の状態を説明する説明図である。 この発明の実施の形態２における交流回転機の制御装置の演算処理装置の内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２における交流回転機の制御装置の異常発生時の各部の状態を説明する説明図である。 この発明の実施の形態３における交流回転機の制御装置の演算処理装置の内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３における交流回転機の制御装置の演算処理装置内の回転速度演算手段の動作を説明するフロー図である。 この発明の実施の形態３における交流回転機の制御装置の異常発生時の各部の状態を説明する説明図である。

以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置を示す概略構成図、図２はこの発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の演算処理装置の内部構成を示すブロック図、図３はこの発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の演算処理装置内の誘起電圧演算手段の動作を説明するフロー図、図４はこの発明の実施の形態１における交流回転機の制御装置の異常発生時の各部の状態を説明する説明図である。

図１において、電子制御装置１は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両に搭載され、駆動モータおよび発電機として動作する多相（図１では２つの巻線組からなる二重三相モータ）の交流回転機２を制御する。交流回転機２は第一巻線組３と第二巻線組４を有している。電子制御装置１には、交流回転機２の第一巻線組３の各相に対してブリッジ接続され外部の直流電源７からの電力を変換する電力変換用のスイッチング素子２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗと、交流回転機２の第二巻線組４の各相に対してブリッジ接続され外部の直流電源７からの電力を変換する電力変換用のスイッチング素子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ，３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗと、交流回転機２を駆動制御するための制御信号を出力する演算処理装置１０と、演算処理装置１０から出力された制御信号５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗに基づいてスイッチング素子２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗのゲート端子に駆動信号を出力する第一巻線組プリドライバＩＣ２０と、演算処理装置１０から出力された制御信号６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗに基づいてスイッチング素子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ，３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗのゲート端子に駆動信号を出力する第二巻線組プリドライバＩＣ３０が設けられている。

演算処理装置１０には、交流回転機２の回転軸の回転角度を検出する回転角度センサ５で検出した回転角度と、交流回転機２に駆動電力を供給するとともに交流回転機２の発電電力を蓄電する直流電源７の電圧を測定する電圧センサ６で測定した電圧値と、プリドライバＩＣから出力されて、第一巻線組上アーム用のスイッチング素子２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗのゲート端子に与えられている駆動信号２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗと、第一巻線組下アーム用のスイッチング素子２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗのゲート端子に与えられている駆動信号２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗと、第二巻線組上アーム用のスイッチング素子３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗのゲート端子に与えられている駆動信号３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗと、第二巻線組下アーム用のスイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗのゲート端子に与えられている駆動信号３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗが入力されてモニタされている。

また、演算処理装置１０と第一巻線組プリドライバＩＣ２０および第二巻線組プリドライバＩＣ３０との間には、それぞれのプリドライバＩＣの駆動を初期化するため、第一巻線組プリドライバＩＣ２０用のイネーブル信号線２８と第二巻線組プリドライバＩＣ３０用のイネーブル信号線３８が接続されており、演算処理装置１０からの指令にもとづき通常運転時にＨｉｇｈに設定されているイネーブル信号を一度所定時間Ｌｏｗ（例えば１０マイクロ秒）にするとプリドライバＩＣが再起動されて初期化される。さらに、演算処理装置１０と第一巻線組プリドライバＩＣ２０および第二巻線組プリドライバＩＣ３０との間には、それぞれのプリドライバＩＣの内部設定や内部状態および異常情報を演算処理装置１０とやり取りするための通信（例えばＳＰＩ通信）を行うため、第一巻線組プリドライバＩＣ２０用の通信路２９および第２巻線組プリドライバＩＣ３０用の通信路３９が設けられている。

第一巻線組プリドライバＩＣ２０および第二巻線組プリドライバＩＣ３０の後段出力側には、それぞれのプリドライバＩＣの出力を遮断するための第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と、第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３が設けられており、演算処理装置１０の指令にもとづき、それぞれのプリドライバＩＣからの出力である上下アーム素子用の全てのスイッチング信号を一括して遮断することが可能である。さらに、プリドライバＩＣを介することなく第一巻線組下アーム用のスイッチング素子２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗおよび、第二巻線組下アーム用のスイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの全ゲート端子に、電源回路４０からの駆動信号を与えるゲートドライバ回路を構成する第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５と第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５が設けられており、演算処理装置１０からの指令にもとづき導通して、第一巻線組および第二巻線組それぞれで下アーム用のスイッチング素子２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗ，３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを、プリドライバＩＣを介することなく一括して全てオンにすることができる。

演算処理装置１０の内部構成の一例について図２にもとづき説明する。
演算処理装置１０は、回転角度センサ５で検出した回転角度から交流回転機２の回転軸の角速度ω［ｒａｄ／秒］を演算する回転速度演算手段１１と、回転速度演算手段１１で演算された角速度ωと予め保有している交流回転機２の電機子鎖交磁束φ［ｗｂ］に基づいて誘起電圧Ｖｉｎｄ［Ｖ］をＶｉｎｄ＝√２×ω×φで演算し、電圧センサ６で測定した電圧値により決定される所定値と比較した結果に基づいて、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と、第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３と、第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５および第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５に対する開閉指令信号を出力する誘起電圧演算手段１２と、プリドライバＩＣを任意のオペレーションモードに設定するためのオペレーションモード設定手段１３と、プリドライバＩＣにオペレーションモードが正常に設定されているか確認するオペレーションモード演算手段１４と、周期的（例えば１ミリ秒毎）に通信路２９，３９を介してプリドライバＩＣの設定状態や内部状態を確認することで、プリドライバＩＣの異常発生を検知して、異常発生を検知した場合には誘起電圧演算手段１２を起動するとともに、イネーブル信号線２８，３８にイネーブル信号を出力してプリドライバＩＣを起動または再起動するプリドライバＩＣ異常検知手段１５と、通常運転時の交流回転機２をＰＷＭ制御するための制御信号５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ，６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗを生成出力するスイッチング制御信号生成手段１６とで構成されている。

次に動作について図４に基づき説明する。図４は横軸方向の時刻における各部の信号状態を示す説明図である。
通常の起動時に演算処理装置１０は、イネーブル信号線２８，３８にＨｉｇｈのイネーブル信号を出力して第一巻線組プリドライバＩＣ２０および第二巻線組プリドライバＩＣ３０を駆動状態とし、通信路２９，３９を介して設定を送信することで、スイッチング制御信号生成手段１６から出力した制御信号５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ，６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗに基づき、第一巻線組プリドライバＩＣ２０および第二巻線組プリドライバＩＣ３０からブリッジ接続された電力変換用のスイッチング素子２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗ，３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ，３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗのゲート端子にＰＷＭ駆動信号を出力する。

図４に示す時刻ｔ１１より前のプリドライバＩＣが正常に動作している場合、演算処理装置１０は交流回転機２を制御するために必要な上下アーム素子用の制御信号を出力し、プリドライバＩＣを介して出力されるＰＷＭ駆動信号によりスイッチング素子をＰＷＭ駆動する。この時、第１巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と、第２巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３はオン（導通）状態で、第１巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５と第２巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５に対してオフを出力し、プリドライバＩＣからスイッチング素子のゲート端子に対して出力される駆動信号を阻害しないようにする。

次に、図４の時刻ｔ１１からｔ１５までに示す異常状態の場合について説明する。
時刻ｔ１１にて、プリドライバＩＣが温度やノイズ等の周辺環境により誤動作し、意図しないオペレーションモードの遷移が発生すると、演算処理装置１０のプリドライバＩＣ異常検知手段１５は、プリドライバＩＣとの通信路２９，３９を介して取得したプリドライバＩＣの内部情報から異常状態を検知するか、または取得した内部情報からオペレーションモード演算手段１４を用いてオペレーションモードを推定し、オペレーションモード設定手段１３で設定されているオペレーションモードと推定したオペレーションモードとをプリドライバＩＣ異常検知手段１５で比較して不一致の場合にプリドライバＩＣの異常を検知する。

プリドライバＩＣの内部状態の異常を検知したプリドライバＩＣ異常検知手段１５は、誘起電圧演算手段１２とスイッチング制御信号生成手段１６に対し、プリドライバＩＣの異常発生を通知するとともに、イネーブル信号線２８，３８から所定時間Ｌｏｗのイネーブル信号を出力して、プリドライバＩＣを再起動することにより初期化する。この状態がプリドライバＩＣ初期化要求ありの状態である。
プリドライバＩＣの異常発生通知を受けた誘起電圧演算手段１２は、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３に対しスイッチング素子オフ（遮断）を指令して、プリドライバＩＣから出力され電力変換用のスイッチング素子のゲート端子に与えられているＰＷＭ駆動信号を遮断するとともに、所定時間間隔で図３に示すフロー図の動作を実行することで交流回転機２を安定した状態に保つ。
また、プリドライバＩＣの異常発生通知を受けたスイッチング制御信号生成手段１６は制御信号の生成出力を停止する。

ここで、誘起電圧演算手段１２の動作について、図３にもとづき説明する。
ステップＳ１０１において、誘起電圧演算手段１２は、電圧センサ６を用いて直流電源７の電圧Ｖｐｎを計測して所定値を決定する。ここでは電圧Ｖｐｎを所定値とし、図４に破線で示す４８Ｖがこれに相当する。
ステップＳ１０２において、回転角度センサ５の計測値を用いて回転速度演算手段１１で角速度ωを演算して誘起電圧演算手段１２に入力する。
ステップＳ１０３において、誘起電圧演算手段１２は、回転速度演算手段１１で演算された角速度ωと予め保有している交流回転機２の電機子鎖交磁束φに基づいて誘起電圧Ｖｉｎｄを演算してステップ１０４に進む。
ステップＳ１０４において、誘起電圧演算手段１２は、演算した誘起電圧Ｖｉｎｄと所定値の電源電圧Ｖｐｎとの大小関係を比較して、誘起電圧Ｖｉｎｄが電源電圧Ｖｐｎより大きいと判断される場合にはステップＳ１０５に進み、誘起電圧Ｖｉｎｄが電源電圧Ｖｐｎより小さいと判断される場合にはステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５において、誘起電圧演算手段１２は、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３はスイッチング素子オフ状態のままで、第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５と第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５に対する駆動指令をオン（導通）にすることで、第一巻線組下アーム用のスイッチング素子２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗおよび、第二巻線組下アーム用のスイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの全ゲート端子に、電源回路４０からの駆動信号を与える。この結果、上アームのゲート端子電圧は全てオフとなり、下アームのゲート端子電圧は全てオンとなる。このため下アーム用のスイッチング素子が全て導通して交流回転機２は三相短絡状態となり、発電されなくなるため電力が直流電源７に流れ込むことがなく、交流回転機２も安定した状態となる。この状態は図４に示す電源電圧Ｖｐｎよりも誘起電圧Ｖｉｎｄの値が大きい時刻ｔ１２からｔ１３の範囲である。

ステップＳ１０６において、誘起電圧演算手段１２は、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３はスイッチング素子オフ状態のままで、第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５と第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５に対する駆動指令をオフ（遮断）にする。この結果、上アームのゲート端子電圧は全てオフとなり、下アームのゲート端子電圧も全てオフとなる。このため、交流回転機２と直流電源７の接続は全て遮断状態となり、交流回転機２で発電された電力が直流電源７に流れ込むことがなく、交流回転機２も安定した状態となる。この状態は図４に示す時刻ｔ１１からｔ１２の範囲、および再度誘起電圧Ｖｉｎｄが低下した時刻ｔ１３からｔ１４の範囲である。
なお、上記説明では電圧の所定値が電源電圧Ｖｐｎの場合について説明したが、誘起電圧と所定値電圧との比較はハンチングを防止するため、所定値電圧にヒステリシスを設けてもよい。

次に、図４の時刻ｔ１４にて、演算処理装置１０は、通信路２９，３９を介して取得したプリドライバＩＣの内部情報から、オペレーションモード演算手段１４を用いてオペレーションモードを推定し、オペレーションモード設定手段１３で設定されているオペレーションモードと一致した場合、再起動による初期化が完了してプリドライバＩＣが正常動作可能になったと判定し、プリドライバＩＣ初期化要求を要求なしに変更する。

また、演算処理装置１０は、復帰前に第一巻線組プリドライバＩＣ２０および第二巻線組プリドライバＩＣ３０の設定を、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と、第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３、第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５、第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５によって出力されている直前のゲート駆動状態と一致させてから、第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５と第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５がオフの状態で、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３をオン（導通）して、プリドライバＩＣからゲート端子に対して出力される駆動信号を阻害しないようにする。

具体的には、例えば図４の場合には、時刻ｔ１４の直前において全上下アームのスイッチング素子のゲート端子電圧は全てオフの状態であるから、プリドライバＩＣにおいてＰＷＭ駆動する場合のデューティ比を全て零％に設定した状態で、時刻ｔ１４において復帰させるものである。
また、仮に復帰時点の直前の状態が、図４のｔ１２からｔ１３の間のように、全上アームのスイッチング素子のゲート端子電圧は全てオフで、全下アームのスイッチング素子のゲート端子電圧は全てオンであった場合には、ＰＷＭ駆動する場合のデューティ比を上アーム用は全て零％に設定し、下アーム用は全て１００％に設定した状態で、復帰させるものである。
このようにすることで復帰切替え時の変動がなく、安定な状態を保つことが出来る。

次に、図４の時刻ｔ１５において、プリドライバＩＣが正常動作に復帰後、演算処理装置１０は、スイッチング制御信号生成手段１６から交流回転機２を制御するために必要な上下アームの制御信号を出力し、プリドライバＩＣを介して出力されるＰＷＭ駆動信号をブリッジ接続された電力変換用のスイッチング素子のゲート端子に与えることによりスイッチング素子を駆動する。時刻ｔ１５以降は正常に運転されている状態である。

以上説明したように、プリドライバＩＣがあらかじめ想定していない故障モードや、温度やノイズ等の周辺環境の影響により誤動作し、ゲート端子への出力機能を停止した場合であっても、交流回転機を安定した状態に遷移および保持し、その間にプリドライバＩＣの再設定を実施することで、交流回転機の不安定な状態が継続することなく、安定した状態を保持することが可能となる。また、安定した状態を保持している間に、プリドライバＩＣを初期化、再設定することにより正常な動作に復帰させることができるため、ドライバビリティの悪化も防止できる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２における交流回転機の制御装置の演算処理装置の内部構成を示すブロック図、図６はこの発明の実施の形態２における交流回転機の制御装置の異常発生時の各部の状態を説明する説明図である。
上記実施の形態１では、プリドライバＩＣ異常検知手段１５は、プリドライバＩＣとの通信路２９，３９を介して取得したプリドライバＩＣの内部情報からプリドライバＩＣの異常を検知する場合について説明したが、実施の形態２では、図５に示すようにプリドライバＩＣ異常検知手段１５が、周期的にモニタしたプリドライバＩＣの出力信号２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ，２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ，３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ，３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗと、スイッチング制御信号生成手段１６で生成されてプリドライバＩＣに与えられている制御信号５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ，６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗを比較して、不一致のときプリドライバＩＣの異常を検知する構成の場合について説明する。
なお、他の部分については、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

次に実施の形態２の場合の動作について図６に基づき説明する。
図６に示す時刻ｔ２１より前のプリドライバＩＣが正常に動作している場合については、実施の形態１の時刻ｔ１１より前と同様の動作であるため、説明を省略する。

時刻ｔ２１にて、プリドライバＩＣが温度やノイズ等の周辺環境により誤動作し、意図しないオペレーションモードの遷移が発生すると、演算処理装置１０のプリドライバＩＣ異常検知手段１５は、周期的にモニタしたプリドライバＩＣの出力信号２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ，２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ，３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ，３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗと、スイッチング制御信号生成手段１６で生成されてプリドライバＩＣに与えられている制御信号５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗ，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ，６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ，６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗを比較して、不一致のときプリドライバＩＣの異常を検知する。

プリドライバＩＣの出力信号の異常を検知したプリドライバＩＣ異常検知手段１５は、誘起電圧演算手段１２とスイッチング制御信号生成手段１６に対し、プリドライバＩＣの異常発生を通知するとともに、イネーブル信号線２８，３８から所定時間Ｌｏｗのイネーブル信号を出力して、プリドライバＩＣを再起動することにより初期化する。この状態がプリドライバＩＣ初期化要求ありの状態である。
プリドライバＩＣの異常発生通知を受けた誘起電圧演算手段１２は、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３に対しスイッチング素子オフ（遮断）を指令して、プリドライバＩＣから出力され電力変換用のスイッチング素子のゲート端子に与えられているＰＷＭ駆動信号を遮断するとともに、所定時間間隔で図３に示すフロー図の動作を実行することで交流回転機２を安定した状態に保つ。
また、プリドライバＩＣの異常発生通知を受けたスイッチング制御信号生成手段１６は制御信号の生成出力を停止する。

以下、図６の時刻ｔ２１以降の動作については、実施の形態１の図４における時刻ｔ１１以降の動作と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、実施の形態２では、プリドライバＩＣがあらかじめ想定していない故障モードや、温度やノイズ等の周辺環境の影響により誤動作した場合には、プリドライバＩＣの内部情報を通信路等から取得することなく、プリドライバＩＣの出力からプリドライバＩＣの異常を検知することが可能となる。
その他の効果については、実施の形態１の効果と同様のため、説明を省略する。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３における交流回転機の制御装置の演算処理装置の内部構成を示すブロック図、図８はこの発明の実施の形態３における交流回転機の制御装置の演算処理装置内の回転速度演算手段の動作を説明するフロー図、図９はこの発明の実施の形態３における交流回転機の制御装置の異常発生時の各部の状態を説明する説明図である。
上記実施の形態１では、誘起電圧演算手段１２で演算した誘起電圧が電圧センサ６で検出した直流電源７の電圧にもとづく設定電圧よりも大きい場合に、第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５と第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５に対する駆動指令をオン（導通）にする場合について説明したが、実施の形態３では、図７に示すように、回転速度演算手段１１が回転角度センサ５により周期的（例えば１００マイクロ秒毎）に検出した回転角度から交流回転機２の回転数Ｓｐｄを演算し、予め試験により求めた誘起電圧に基づき設定された回転数の設定値Ｓｐｄ＿ｔｈよりも演算した回転数Ｓｐｄが大きい場合に、第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５と第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５に対する駆動指令をオン（導通）にする場合について説明する。
なお、他の部分については、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

次に実施の形態３の場合の動作について図９に基づき説明する。
図９に示す時刻ｔ３１より前のプリドライバＩＣが正常に動作している場合については、実施の形態１の時刻ｔ１１より前と同様の動作であるため、説明を省略する。

図９の時刻ｔ３１からｔ３５までに示す異常状態の場合について説明する。
時刻ｔ３１にて、プリドライバＩＣが温度やノイズ等の周辺環境により誤動作し、意図しないオペレーションモードの遷移が発生すると、演算処理装置１０のプリドライバＩＣ異常検知手段１５は、プリドライバＩＣとの通信路２９，３９を介して取得したプリドライバＩＣの内部情報から異常状態を検知するか、または取得した内部情報からオペレーションモード演算手段１４を用いてオペレーションモードを推定し、オペレーションモード設定手段１３で設定されているオペレーションモードと推定したオペレーションモードとをプリドライバＩＣ異常検知手段１５で比較して不一致の場合にプリドライバＩＣの異常を検知する。

プリドライバＩＣの内部状態の異常を検知したプリドライバＩＣ異常検知手段１５は、回転速度演算手段１１とスイッチング制御信号生成手段１６に対し、プリドライバＩＣの異常発生を通知するとともに、イネーブル信号線２８，３８から所定時間Ｌｏｗのイネーブル信号を出力して、プリドライバＩＣを再起動することにより初期化する。この状態がプリドライバＩＣ初期化要求ありの状態である。
プリドライバＩＣの異常発生通知を受けた回転速度演算手段１１は、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３に対しスイッチング素子オフ（遮断）を指令して、プリドライバＩＣから出力され電力変換用のスイッチング素子のゲート端子に与えられているＰＷＭ駆動信号を遮断するとともに、所定時間間隔で図８に示すフロー図の動作を実行することで交流回転機２を安定した状態に保つ。
また、プリドライバＩＣの異常発生通知を受けたスイッチング制御信号生成手段１６は制御信号の生成出力を停止する。

ここで、回転速度演算手段１１の動作について、図８にもとづき説明する。
ステップＳ３０１において、回転速度演算手段１１は、回転角度センサ５により周期的（例えば１００マイクロ秒毎）に検出した回転角度から交流回転機２の回転数Ｓｐｄを演算する。
ステップＳ３０２において、回転速度演算手段１１は、予め試験により求めた誘起電圧に基づき設定された回転数Ｓｐｄ＿ｔｈを読み出す。例えば回転数Ｓｐｄ＿ｔｈは、試験により求めた誘起電圧が直流電源７の電圧になる回転数に設定されるものであり、図９の一番上に破線で示す１５００ｒｐｍに設定されている。
ステップＳ３０３において、回転速度演算手段１１は、演算した回転数Ｓｐｄと設定された回転数Ｓｐｄ＿ｔｈとの大小関係を比較して、演算した回転数Ｓｐｄが設定された回転数Ｓｐｄ＿ｔｈより大きいと判断される場合にはステップＳ３０４に進み、演算した回転数Ｓｐｄが設定された回転数Ｓｐｄ＿ｔｈより小さいと判断される場合にはステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０４において、回転速度演算手段１１は、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３はスイッチング素子オフ状態のままで、第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５と第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５に対する駆動指令をオン（導通）にすることで、第一巻線組下アーム用のスイッチング素子２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗおよび、第二巻線組下アーム用のスイッチング素子３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの全ゲート端子に、電源回路４０からの駆動信号を与える。この結果、上アームのゲート端子電圧は全てオフとなり、下アームのゲート端子電圧は全てオンとなる。このため下アーム用のスイッチング素子が全て導通して交流回転機２は三相短絡状態となり、発電されなくなるため電力が直流電源７に流れ込むことがなく、交流回転機２も安定した状態となる。この状態は図９に示す設定回転数Ｓｐｄ＿ｔｈよりも演算した回転数Ｓｐｄが大きい時刻ｔ３２からｔ３３の範囲である。

ステップＳ３０５において、回転速度演算手段１１は、第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３はスイッチング素子オフ状態のままで、第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子２５と第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子３５に対する駆動指令をオフ（遮断）にする。この結果、上アームのゲート端子電圧は全てオフとなり、下アームのゲート端子電圧も全てオフとなる。このため、交流回転機２と直流電源７の接続は全て遮断状態となり、交流回転機２で発電された電力が直流電源７に流れ込むことがなく、交流回転機２も安定した状態となる。この状態は図９に示す時刻ｔ３１からｔ３２の範囲、および再度回転速度が低下した時刻ｔ３３からｔ３４の範囲である。
なお、上記説明では設定された回転数Ｓｐｄ＿ｔｈが一定の場合について説明したが、演算した回転数Ｓｐｄと設定された回転数Ｓｐｄ＿ｔｈとの比較はハンチングを防止するため、設定された回転数Ｓｐｄ＿ｔｈにヒステリシスを設けてもよい。

次に、図９の時刻ｔ３４以降の動作については、実施の形態１の図４の時刻ｔ１４以降での説明と同様のため説明を省略する。

以上説明したように、実施の形態３では、プリドライバＩＣがあらかじめ想定していない故障モードや、温度やノイズ等の周辺環境の影響により誤動作し、ゲート端子への出力機能を停止した場合であっても、実施の形態１のように誘起電圧を求めることなく、回転速度演算手段１１で回転数を求めて、交流回転機を安定した状態に遷移および保持し、その間にプリドライバＩＣの再設定を実施することで、交流回転機の不安定な状態が継続することなく、安定した状態を保持することが可能となるため、演算処理装置１０の内部構成が実施の形態１の図２から実施の形態３では図７に示すように簡易な構成にすることが可能となる。また、安定した状態を保持している間に、プリドライバＩＣを初期化、再設定することにより正常な動作に復帰させることができるため、ドライバビリティの悪化も防止できる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において各実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能であり、上記実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、上記実施の形態の説明においては、交流回転機２が多相で二組の巻線組を有する場合について説明したが、交流回転機２は、単相あるいはより多くの相を有しているものであってもよく、巻線組も一組あるいは複数の巻線組の場合であってもよい。また、複数の巻線組のそれぞれに対応するプリドライバＩＣを搭載している場合、全てを同時に同一の制御を行う必要はなく、異常を検知したプリドライバＩＣ毎に異常時の制御を実施してもよい。

さらに、上記実施の形態では、三相短絡を下アーム素子により実現する場合について説明したが、三相短絡は上アーム素子により実現してもよい。
また、プリドライバＩＣがあらかじめ想定していない故障モードや、温度やノイズ等の周辺環境の影響により誤動作し、ゲートドライバ回路への出力機能を停止した場合に、プリドライバＩＣの出力がプリドライバＩＣの保有する機能で上下アームともに全てオフにできる場合には、上記実施形態で説明した第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子２３と、第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子３３を設けなくてもよい。

１ 電子制御装置、２ 交流回転機、３ 第一巻線組、４ 第二巻線組、５ 回転角度センサ、６ 電圧センサ、７ 直流電源、１０ 演算処理装置、１１ 回転速度演算手段、１２ 誘起電圧演算手段、１３ オペレーションモード設定手段、１４ オペレーションモード演算手段、１５ プリドライバＩＣ異常検知手段、１６ スイッチング制御信号生成手段、２０ 第一巻線組プリドライバＩＣ、２１Ｕ スイッチング素子、２１Ｖ スイッチング素子、２１Ｗ スイッチング素子、２２Ｕ スイッチング素子、２２Ｖ スイッチング素子、２２Ｗ スイッチング素子、２３ 第一巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子、２５ 第一巻線組下アーム全オン用スイッチング素子、２８ イネーブル信号線、２９ 通信路、３０ 第二巻線組プリドライバＩＣ、３１Ｕ スイッチング素子、３１Ｖ スイッチング素子、３１Ｗ スイッチング素子、３２Ｕ スイッチング素子、３２Ｖ スイッチング素子、３２Ｗ スイッチング素子、３３ 第二巻線組プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子、３５ 第二巻線組下アーム全オン用スイッチング素子、３８ イネーブル信号線、３９ 通信路、４０ 電源回路

Claims (10)

1. 交流回転機の各相に対してブリッジ接続されて上アーム素子と下アーム素子とを構成するスイッチング素子と、前記交流回転機を制御するための制御信号を出力する演算処理装置と、前記演算処理装置から出力された制御信号にもとづき前記スイッチング素子のゲートに駆動信号を与えるプリドライバＩＣと、前記プリドライバＩＣの異常状態を検知した前記演算処理装置からの遮断信号により動作して、前記プリドライバＩＣから前記スイッチング素子のゲートに与えられている駆動信号を遮断するプリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子と、前記プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子により前記プリドライバＩＣからの駆動信号が遮断されているとき、前記演算処理装置からの信号にもとづき導通して前記スイッチング素子の上アーム素子または下アーム素子のいずれか一方の全アーム素子のゲートに駆動信号を与えるゲートドライバ回路を備え、前記演算処理装置は、前記プリドライバＩＣの異常状態を解除した後、前記プリドライバＩＣから前記スイッチング素子のゲートに与えるＰＷＭ駆動信号のデューティ比を直前の異常状態解除中と同じ出力となるよう設定した状態で、前記プリドライバＩＣを通常運転状態に復帰させることを特徴とする交流回転機の制御装置。
2. 前記演算処理装置は、前記交流回転機の誘起電圧を演算する誘起電圧演算手段を有しており、前記誘起電圧演算手段で演算された誘起電圧が所定値よりも大きい場合に前記ゲートドライバ回路を導通させることを特徴とする請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
3. 前記誘起電圧演算手段で使用される電圧の所定値は、前記交流回転機に前記スイッチング素子を介して接続された直流電源の電圧にもとづき設定されていることを特徴とする請求項２に記載の交流回転機の制御装置。
4. 前記演算処理装置は、前記交流回転機の回転速度を演算する回転速度演算手段を有しており、前記回転速度演算手段で演算された回転速度が所定値よりも大きい場合に前記ゲートドライバ回路を導通させることを特徴とする請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
5. 前記回転速度演算手段で使用される回転速度の所定値は、予め試験して求めた前記交流回転機の誘起電圧が前記交流回転機に前記スイッチング素子を介して接続された直流電源の電圧になる回転数にもとづき設定されていることを特徴とする請求項４に記載の交流回転機の制御装置。
6. 前記交流回転機は複数の巻線組を有しており、前記複数の巻線組ごとに前記スイッチング素子と、前記プリドライバＩＣと、前記プリドライバＩＣ出力遮断用スイッチング素子と、前記ゲートドライバ回路が設けられており、前記演算処理装置は前記巻線組ごとのプリドライバＩＣの異常状態を別々に検知することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
7. 前記演算処理装置は、通信線を介して入力したプリドライバＩＣの内部情報が異常なときに、プリドライバＩＣの異常状態を検知するプリドライバＩＣ異常検知手段を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
8. 前記演算処理装置は、前記プリドライバＩＣに対して設定指示したオペレーションモードと前記プリドライバＩＣに設定されたオペレーションモードを比較して不一致のときに前記プリドライバＩＣが異常状態であると検知するプリドライバＩＣ異常検知手段を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
9. 前記演算処理装置は、前記交流回転機を制御するために出力した制御信号と前記プリドライバＩＣから出力され前記スイッチング素子のゲートに与えられている駆動信号を比較して不一致のときに前記プリドライバＩＣが異常状態であると検知するプリドライバＩＣ異常検知手段を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
10. 前記演算処理装置は、前記プリドライバＩＣを再起動する初期化手段を備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。

Images