JP6342043B1 - 電動機制御装置および電動機制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３相短絡処理が実施された場合の相電流の上昇を抑制するとともに、小型化、低コスト化を図った上で、電力変換回路が直流電源から切り離された場合であってもコンデンサ端子間電圧の上昇および電動機の各相に流れる相電流の上昇を抑制し、電力変換回路や電動機の破壊を防止する。【解決手段】電力変換回路１２と、スイッチング制御部９とを有する電動機制御装置１であって、スイッチング制御部９は、電力変換回路１２を構成する上段側スイッチング素子１４、１６、１８の全てもしくは下段側スイッチング素子１５、１７、１９の全てをオンする３相短絡処理を実施する場合に、３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、移行期間において、３相短絡処理の実施後に３相同期電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できるように制御する。【選択図】図２

Description

この発明は、交流電動機を駆動制御する電動機制御装置および電動機制御方法に関するものである。

従来から、走行時には交流電動機を力行運転して走行駆動トルクを発生させ、制動時には交流電動機を回生運転して回生制動トルクを発生させる交流電動機を駆動力源とする電気自動車が知られている。

電気自動車の駆動システムは、リチウムイオンバッテリーなどの二次電池による直流電源に、コンデンサと複数の半導体スイッチング素子からなるインバータが接続され、このインバータには、負荷として交流電動機が接続される。インバータは、複数の半導体スイッチング素子を所定のスイッチング周波数でオン・オフすることにより、直流電源の直流電力を所定の交流電力に変換して、負荷である交流電動機のトルクや回転数を調節する。

交流電動機は、動作状況によっては発電機として動作し、発電によって生じる回生電力を直流電源に充電する。また、交流電動機は、電気自動車の用途では、効率が良い永久磁石３相同期電動機がよく用いられる。

３相同期電動機を用いた駆動システムでは、インバータは、上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子が直列に接続された直列回路が３組、それぞれ直流電源に並列に接続されて構成されている。また、３組の直列回路のそれぞれの中点と、３相同期電動機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの入力とが接続される。

そして、インバータは、各相に設けられるスイッチング素子を順次オン・オフさせることにより、３相同期電動機の各相に互いに位相が１２０度ずつ異なる交流電力を供給し、３相同期電動機を駆動させる。以下、特に断らない限り、電動機は３相同期電動機を示している。なお、インバータの動作原理については、広く一般的であるので、ここでは説明を省略する。

電気自動車の駆動システムでは、直流電源であるバッテリを過電圧や過電流から保護するために、必要に応じてバッテリとインバータとを切り離す開閉手段が設けられる。この開閉手段の開放条件としては、電動機の回生運転時にバッテリの電圧が所定値以上になった場合、またはバッテリの消耗によりバッテリ電圧が所定値以下になった場合、あるいはバッテリに流れる電流が所定値以上になった場合、などがある。また、車両の故障や衝突などによって、開閉手段の開放が実施される場合もある。

このようなシステムでは、電動機を回生運転中に開閉手段が開放され、直流電源とインバータとが切り離されることがある。また、開閉手段を具備しないシステムであっても、直流電源とインバータとの間の電力線が断線することにより、インバータが直流電源と切り離される場合がある。

このような場合、電動機からインバータに流入する回生電力をバッテリに充電することができず、インバータのコンデンサに充電することとなる。この結果、コンデンサに過電圧がかかり、コンデンサが破損するおそれがある。

このため、インバータが直流電源と切り離された場合には、インバータの全ての半導体スイッチング素子をオフしてインバータ動作を停止させる、所謂、６スイッチ開放処理が実施される場合がある。しかしながら、この６スイッチ開放処理が実施された場合、電動機のステータコイルに蓄積された電力が、スイッチング素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）を介してコンデンサを充電することになり、コンデンサ端子間電圧が急峻に上昇する場合がある。

このコンデンサ端子間電圧の上昇に備えて、コンデンサを大容量化、高耐圧化すると、コンデンサ体格の増大に繋がる。また、インバータ回路の構成部品の高耐圧化も必要となり、インバータの小型化、低コスト化の障害となる。特に、限られた車両スペースに配置する必要がある電気自動車用のインバータにとって、小型化への障害は大きな課題である。

この対策として、例えば特開２０１０−１１００９９号公報（特許文献１）には、電動機からインバータに流入する回生電力を発熱させて消費する放電回路を付設し、コンデンサに過大に流入する回生電力を放電回路で消費する手法が開示されている。

また、別の対策として、例えば特開平９−４７０５５号公報（特許文献２）には、インバータが直流電源と切り離された場合に、６スイッチ開放処理を実施せずに、インバータの上段側スイッチング素子の全てもしくは下段側スイッチング素子の全てをオンし、電動機の各相を互いに短絡させる３相短絡処理を実施することにより、コンデンサに電力を回生させない手法が開示されている。

特開２０１０−１１００９９号公報 特開平９−４７０５５号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような課題がある。即ち、上述の通り、インバータが直流電源から切り離された場合に、インバータの全ての半導体スイッチング素子をオフしてインバータ動作を停止させると、コンデンサ端子間電圧が急峻に上昇する場合がある。このためこれに備えて、コンデンサを大容量化、高耐圧化する必要があった。その結果、コンデンサ体格の増大につながり、インバータの小型化、低コスト化の障害となっていた。

この課題に対し、特許文献１に開示された手法によれば、コンデンサ端子間電圧の上昇は抑制できるが、放電回路を付設する分、インバータ回路のサイズが大きくなる。特に、放電回路で消費すべき回生電力が大きい場合には、耐電力の大きい素子を使用して放電回路を構成する必要がある。この結果、インバータの回路規模の大型化や、価格の上昇につながる課題がある。

また、特許文献２に開示された手法によれば、コンデンサ端子間電圧の上昇は抑制できる。しかしながら、今まで電動機を駆動させるために各相に流れていた電流が瞬間的に大きくなり、スイッチング素子や電動機の耐電流量を超え、破壊されるおそれがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、３相短絡処理が実施された場合の相電流の上昇を抑制するとともに、小型化、低コスト化を図った上で、電力変換回路が直流電源から切り離された場合であってもコンデンサ端子間電圧の上昇および電動機の各相に流れる相電流の上昇を抑制し、電力変換回路や電動機の破壊を防止することのできる電動機制御装置および電動機制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係る電動機制御装置は、直流電力源と３相同期電動機との間に接続され、直流と３相交流との電力変換を行う電力変換回路と、前記電力変換回路を構成する半導体スイッチング素子をオン・オフ制御するスイッチング制御部と、を備え、前記３相同期電動機の駆動制御および回生制御を行う電動機制御装置であって、
前記半導体スイッチング素子は、交流１相分のアームが上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子との直列回路により構成されており、
前記スイッチング制御部は、前記上段側スイッチング素子の全てもしくは前記下段側スイッチング素子の全てをオンする３相短絡処理を実施する場合に、前記３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、前記移行期間において、前記３相同期電動機の各相電流が前記３相短絡処理の実施後の定常状態における各相電流に近づくように移行期間用制御指令値を設定し、前記移行期間用制御指令値に基づいて制御するものである。

また、この発明に係る電動機制御方法は、直流電力源と３相同期電動機との間に接続され、直流と３相交流との電力変換を行う電力変換回路を構成する半導体スイッチング素子をオン・オフ制御して前記３相同期電動機を制御する電動機制御方法であって、
前記半導体スイッチング素子は、交流１相分のアームが上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子との直列回路で形成されており、かつ、前記上段側スイッチング素子の全てもしくは前記下段側スイッチング素子の全てをオンする３相短絡処理を実施する場合に、前記３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、前記移行期間において、前記３相同期電動機の各相電流が前記３相短絡処理の実施後の定常状態における各相電流に近づくように制御するものである。

この発明によれば、３相短絡処理を実施する場合に、３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、この移行期間において、３相短絡処理実施後に３相同期電動機の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できるように制御する構成を備えている。この結果、３相短絡処理が実施された場合の相電流の過渡的な上昇を抑制するとともに、小型化、低コスト化を図った上で、電力変換回路が直流電源から切り離された場合であってもコンデンサ端子間電圧の上昇および電動機の各相に流れる相電流の上昇を抑制し、電力変換回路や電動機の破壊を防止することができる。

この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置のシステム構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置のスイッチング制御部の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置の３相短絡処理指令生成部による処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置のコンデンサ端子間電圧および相電流の上昇を抑制する効果を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る電動機制御装置のスイッチング制御部の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る電動機制御装置の３相短絡処理指令生成部による処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電動機制御装置のコンデンサ端子間電圧および相電流の上昇を抑制する効果を示す図である。

以下、この発明に係る電動機制御装置および電動機制御方法の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

一般に、電動機（モータ）は、電力を駆動力に変換して力行運転するものであるが、そのままの構造で駆動力を電力に逆変換して回生運転することが可能である。また、発電機（ジェネレーター）は、駆動力を電力に変換して発電するものであるが、そのままの構造で電力を駆動力に逆変換して力行運転することが可能である。

すなわち、電動機と発電機は、基本的に同一構造であり、どちらも力行運転と回生運転が可能である。この明細書では、電動機と発電機の双方の機能を持つ回転電機を、単に電動機と言うことにする。

実施の形態１．
図１から図４は、この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置を説明する図で、図１は、電動機制御装置のシステム構成図である。説明の都合上、この図１では、インバータ回路に直流電力を供給するとともに、回生電力で充電されるバッテリなどの直流電源および制御対象の３相同期電動機を含んで図示している。

図１において、電動機制御装置１は、電力開閉器２を介して直流母線３ａ、３ｂにより直流電源４と接続され、駆動電力および回生電力を直流電源４と授受する。また、電動機制御装置１は、交流母線５により電動機６と接続され、駆動電力および回生電力を電動機６と授受する。また、電動機６は、電動機６の回転角を検出する回転角センサ７を備えている。なお、電動機６は、負荷を回転駆動するとともに、負荷の回転エネルギーを電気エネルギーとして回生可能な電動機である。従って、この電動機６としては、永久磁石３相交流同期モータや３相ブラシレスモータが使用される。

電動機制御装置１は、インバータ回路８とスイッチング制御部９を備えて構成されている。インバータ回路８は、電源入力側の直流母線３ａ、３ｂ間に接続されたコンデンサ１０、インバータ回路８の直流母線電圧を検出する電圧検出回路１１、後述する複数のスイッチング素子で構成され直流／交流の電力変換をする電力変換回路１２、および交流母線５に流れる電動機６の電流値を検出する電動機電流検出回路１３を備えている。

電力変換回路１２のスイッチング素子は、例えば、図１に示すようなＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、あるいは、ＭＯＳＦＥＴ以外にも、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが用いられる。

電力変換回路１２は、一般的によく知られている６つのスイッチング素子をフルブリッジ接続したインバータである。すなわち、図１に示すように、Ｕ相用のスイッチング素子１４、１５、Ｖ相用のスイッチング素子１６、１７、およびＷ相用のスイッチング素子１８、１９は、それぞれ互いに直列に接続され、直流電源４に並列に接続されている。

また、スイッチング素子１４、１５の中点は、電動機６のＵ相の入力と接続され、スイッチング素子１６、１７の中点は、電動機６のＶ相の入力と接続され、スイッチング素子１８、１９の中点は、電動機６のＷ相の入力と接続されている。

ここで、直流電源４の正極側（直流母線３ａ）に接続されるスイッチング素子１４、１６、１８を上段側スイッチング素子と称し、直流電源４の負極側（直流母線３ｂ）に接続されるスイッチング素子１５、１７、１９を下段側スイッチング素子と称す。

なお、各スイッチング素子１４、１５、１６、１７、１８，１９には、直流電源の負極側から正極側へ向かう方向（下段側から上段側へ向かう方向）を順方向として、並列にフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）が備えられている。

電力開閉器２は、直流電源４と電動機制御装置１の電力授受を制御するものである。電力開閉器２は、電動機６の回生運転時に直流電源４の電圧が予め設定された値以上になった場合、直流電源４の消耗などにより直流電源４の電圧が予め設定された値以下となった場合、直流電源４に流れる電流が予め決められた値以上になった場合、あるいは車両の故障や衝突が検出された場合、などに、図示しない上位のシステムにより開放状態に制御される。なお、電力開閉器２は、スイッチング制御部９により制御される構成としても何ら問題ない。

インバータ回路８のコンデンサ１０は、直流母線電圧のリップルを抑制する働き、インバータ回路８の電源インピーダンスを低下させてインバータ回路８の交流電流駆動能力を向上させる働き、サージ電圧を吸収する働き、などがある。

電圧検出回路１１は、直流母線電圧を分圧抵抗などによりスイッチング制御部９で読み込める電圧に分圧し、スイッチング制御部９に直流母線電圧情報を出力する。

電動機電流検出回路１３は、交流母線５を流れる電動機電流値を検出するものであり、電流値を電圧に変換してスイッチング制御部９に出力する。図１では、シャント抵抗１３ａ、１３ｂ、１３ｃにより電流値を検出する構成を示している。なお、電動機電流検出回路１３は、ホール素子などを用いた電流センサとしてもよい。

回転角センサ７は、レゾルバやエンコーダなどにより電動機６のロータ回転角を検出するものである。検出されたロータ回転角は、スイッチング制御部９に出力される。なお、ロータ回転角θｍは、電動機６の永久磁石の極対数を基に、電気角θｅに換算される。

スイッチング制御部９は、電動機制御装置１の全体の制御を司るものであり、図示しないマイクロコントローラや駆動回路などから構成される。図２は、実施の形態１に係るスイッチング制御部９の機能ブロック図である。スイッチング制御部９は、正常時用電流指令生成部９ａ、三相二相変換部９ｂ、電流制御部９ｃ、二相三相変換部９ｄ、デューティ変換部９ｅ、ＰＷＭ信号生成部９ｆ、３相短絡処理指令生成部９ｇ、電源側異常判定部９ｈ、電流指令選択部９ｉ、および角速度演算部９ｊで構成されている。

まず、正常時用電流指令生成部９ａには、電動機６が発生すべきトルク指令値Ｔｒｑ＊が、スイッチング制御部９の上位の図示しない制御装置あるいは制御プログラムから入力される。そして、正常時用電流指令生成部９ａは、このトルク指令値Ｔｒｑ＊に対して、正常時用ｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊、正常時用ｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊を決定する。

ここで、ｄ軸は電動機の磁極位置（磁束）の方向、ｑ軸は電気的にｄ軸に直交する方向を示しており、ｄ−ｑ軸座標系を構成する。磁石を有する電動機のロータが回転すると、ｄ−ｑ軸座標系も回転するものである。

三相二相変換部９ｂには、電動機電流検出回路１３からＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗが入力され、回転角センサ７から電気角θｅが入力される。そして、三相二相変換部９ｂは、座標変換により、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗを、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑに変換する。

なお、本実施の形態１では、電動機電流検出回路１３で検出される電流は、３つの相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗであるが、２つの相電流が分かれば、残りの相電流は求めることができる。従って、電動機電流検出回路１３は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのうち、２つの相電流を検出する構成としてもよい。

電源側異常判定部９ｈには、電圧検出回路１１から直流母線電圧Ｖｐｎが入力される。そして、電源側異常判定部９ｈは、直流母線電圧Ｖｐｎに基づいて、電源側異常状態であるか否かを判定し、電源側異常判定結果Ｅｒｒを生成する。

角速度演算部９ｊは、回転角センサ７から電気角θｅが入力され、電気角θｅを時間微分することにより、電気角速度ωを算出する。

３相短絡処理指令生成部９ｇには、角速度演算部９ｊから電気角速度ωが入力され、三相二相変換部９ｂからｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑが入力され、電源側異常判定部９ｈから電源側異常判定結果Ｅｒｒが入力される。そして、３相短絡処理指令生成部９ｇは、これらの入力に基づいて、後述するように、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳを生成する。

電流指令選択部９ｉには、正常時用電流指令生成部９ａから正常時用ｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊、正常時用ｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊が入力され、３相短絡処理指令生成部９ｇから３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊が入力される。そして、電流指令選択部９ｉは、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥに基づいて、正常時用ｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊と移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊のどちらかを選択してｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を生成し、正常時用ｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊と移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊のどちらかを選択してｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。

より具体的には、電流指令選択部９ｉは、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥが移行禁止モードである場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊として正常時用ｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊を選択し、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として正常時用ｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊を選択する。一方、電流指令選択部９ｉは、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥが移行許可モードである場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊として移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊を選択し、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を選択する。

電流制御部９ｃには、電流指令選択部９ｉからｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が入力され、三相二相変換部９ｂからｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑが入力される。そして、電流制御部９ｃは、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸電流検出値Ｉｄとのｄ軸電流偏差、およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸電流検出値Ｉｑとのｑ軸電流偏差を演算する。さらに、電流制御部９ｃは、それぞれの電流偏差に対して、比例・積分制御演算によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を算出する。

二相三相変換部９ｄには、電流制御部９ｃからｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊が入力され、回転角センサ７から電気角θｅが入力される。そして、二相三相変換部９ｄは、これらの入力に基づいて、静止座標系の３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算する。

デューティ変換部９ｅには、二相三相変換部９ｄから３相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊が入力され、電圧検出回路１１から直流母線電圧Ｖｐｎが入力される。そして、デューティ変換部９ｅは、これらの入力に基づいて、デューティ指令値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを算出する。

ＰＷＭ信号生成部９ｆには、デューティ変換部９ｅから各相のデューティ指令値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗが入力され、３相短絡処理指令生成部９ｇから３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが入力される。そして、ＰＷＭ信号生成部９ｆは、これらの入力に基づいて、電力変換回路１２の各スイッチング素子１４〜１９へのオン・オフ制御信号を演算し、電力変換回路１２へオン・オフ制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを出力する。

より具体的には、ＰＷＭ信号生成部９ｆは、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが３相短絡不実施指令である場合には、各相のデューティ指令値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに応じた各スイッチング素子１４〜１９へのオン・オフ制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを出力する。

一方、ＰＷＭ信号生成部９ｆは、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが３相短絡実施指令である場合には、電力変換回路１２の上段側スイッチング素子１４、１６、１８の全て、もしくは下段側スイッチング素子１５、１７、１９の全て、のどちらか一方をオンする３相短絡状態となるように、各スイッチング素子１４〜１９へのオン・オフ制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、Ｗを出力する。

電力変換回路１２のスイッチング素子１４〜１９は、それぞれ、スイッチング制御部９から入力されるオン・オフ制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬにより、オン・オフ動作する。この結果、電力変換回路１２は、直流電力を交流電力に変換し、電動機６に供給するとともに、電動機６が回生状態において発生する回生電力を直流電源４に充電する。

実施の形態１に係る電動機制御装置１の技術的特徴は、スイッチング制御部９に３相短絡処理指令生成部９ｇおよび電流指令選択部９ｉを有し、電源側異常状態である場合に、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳを生成する構成を備え、３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、この移行期間において、３相短絡処理の実施後に３相同期電動機の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる制御指令値を生成する点にある。

以下に、実施の形態１に係る電動機制御装置１の特徴である３相短絡処理指令生成部９ｇおよび電流指令選択部９ｉの動作について詳細に説明する。

まず、電源側異常判定部９ｈは、電圧検出回路１１から入力された直流母線電圧Ｖｐｎに基づいて、回生電力を直流電源４に回生することが不可か否かを判定する。さらに、電源側異常判定部９ｈは、この判定結果を電源側異常判定結果Ｅｒｒとして、３相短絡処理指令生成部９ｇに出力する。

具体的には、電源側異常判定部９ｈは、直流母線電圧Ｖｐｎが予め定められた所定値以上である場合に、回生電力を直流電源４に回生不可である電源側異常状態と判定する。一方、電源側異常判定部９ｈは、それ以外の場合には電源側正常状態と判定する。

これにより、電源側異常判定部９ｈは、以下の２ケースで例示されるような回生電力を直流電源４に回生できない場合に、電源側異常状態と判定できる。
（１）電力開閉器２が開放状態中に電動機６が回生動作することで、回生電力がコンデンサ１０に蓄電され、コンデンサ１０の両端電圧、すなわち直流母線電圧が通常動作ではなり得えない高電圧状態となっている場合。
（２）電力開閉器２が導通状態であっても、直流電源４が通常動作ではなり得ない高電圧状態である場合。

電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側正常状態である場合には、何ら問題なく電動機６を力行運転および回生運転できる状態である。そこで、この場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、後述する方法で３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥとして移行禁止モードを生成し、電流指令選択部９ｉに対して出力する。また、後述する方法で３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして３相短絡不実施指令を生成し、ＰＷＭ信号生成部９ｆに対して出力する。

電流指令選択部９ｉは、前述の通り、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥが移行禁止モードである場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊として正常時用ｄ軸電流指令値Ｉｄ１＊を選択し、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として正常時用ｑ軸電流指令値Ｉｑ１＊を選択する。

ＰＷＭ信号生成部９ｆは、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが３相短絡不実施指令である場合には、インバータ駆動で広く一般的に実施される三角波比較方式などにより、各相のデューティ指令値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに応じた各スイッチング素子１４〜１９へのオン・オフ制御信号を出力する。三角波比較方式は、公知であるので詳細な説明は省略する。

上述の動作により、何ら問題なく電動機６を力行運転および回生運転できる状態である場合には、正常時に実施される通常の制御によりインバータが駆動される。

一方、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態である場合には、直流電源４に回生電力を回生できない状態である。そこで、この場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、後述する方法で、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥとして移行許可モードを生成するとともに、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を生成し、電流指令選択部９ｉに対して出力する。また、後述する方法で、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして３相短絡実施指令を生成し、ＰＷＭ信号生成部９ｆに対して出力する。

電流指令選択部９ｉは、前述の通り、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥが移行許可モードである場合には、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊として移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊を選択し、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を選択する。

ＰＷＭ信号生成部９ｆは、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが３相短絡実施指令である場合には、上段側スイッチング素子１４、１６、１８をオンし、下段側スイッチング素子１５、１７、１９をオフするように、電力変換回路１２へオン・オフ制御信号を出力する。

なお、３相短絡するスイッチング素子は、上段側スイッチング素子１４、１６、１８ではなく、下段側スイッチング素子１５、１７、１９としてもなんら問題ない。すなわち、ＰＷＭ信号生成部９ｆは、上段側スイッチング素子１４、１６、１８をオフし、下段側スイッチング素子１５、１７、１９をオンするように、電力変換回路１２へオン・オフ制御信号を出力するようにしてもよい。

ここで、以下に、３相短絡処理指令生成部９ｇにおける３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳの生成方法を図３のフローチャートを用いて詳述する。

最初のステップＳ１０１（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す）において、３相短絡処理指令生成部９ｇは、３相短絡実施中であるか否かを判断する。そして、３相短絡実施中である場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）には、Ｓ１０２の処理に移行し、３相短絡処理指令生成部９ｇは、３相短絡状態を継続するように、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして３相短絡実施指令を生成する。なお、３相短絡実施指令が生成された場合、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥによらず３相短絡処理が実施されることとなるため、Ｓ１０２では、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥは移行許可モードあるいは移行禁止モードのどちらを生成しても問題ない。図３のフローチャートでは、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥとして移行許可モードを生成した場合を示している。

一方、３相短絡実施中でない場合（Ｓ１０１：ＮＯ）には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、Ｓ１０３の処理へ移行する。

Ｓ１０３に進んだ場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、３相短絡移行期間中であるか否かを判断する。そして、３相短絡移行期間中である場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）には、Ｓ１０４の処理に移行する。一方、３相短絡移行期間中でない場合（Ｓ１０３：ＮＯ）には、Ｓ１０５の処理に移行する。

Ｓ１０５に進んだ場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、電源側異常判定部９ｈから入力された電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であるか否かを判断し、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態である場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）には、Ｓ１０４の処理へ移行する。一方、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態でない場合（Ｓ１０５：ＮＯ）には、３相短絡処理を実施する必要がない状態であるため、Ｓ１０６の処理に移行し、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥとして移行禁止モードを生成し、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして３相短絡不実施指令を生成する。

Ｓ１０４に進んだ場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、３相短絡処理の実施後に電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を後述する方法で設定し、Ｓ１０７の処理へ移行する。

ここで、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊の設定方法を詳細に説明する。本願の発明者は、３相短絡処理の実施後に電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制するには、３相短絡処理を実施する前に電動機６に流れるｄ軸電流およびｑ軸電流を、３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓ、およびｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓに近づけておくことが効果的な方法であることを明らかにした。なお、３相短絡処理を実施する前に電動機６に流れるｄ軸電流およびｑ軸電流を、３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓおよびｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓに近づけておくことは、３相短絡処理を実施する前に電動機６の各相電流を、３相短絡処理の実施後の定常状態における各相電流に近づけておくことと等価である。

そこで、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊には、後述する方法で演算する３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓを設定し、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊には、後述する方法で演算する３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓを設定する。

ここで、３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓおよびｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓの演算方法を説明する。まず、電動機の電圧方程式は、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、電動機の電機子巻線抵抗Ｒ、電動機のｄ軸インダクタンスＬｄ、電動機のｑ軸インダクタンスＬｑ、電動機のｄ軸電機子鎖交磁束数Φｍ、電動機の回転速度ωにより、次式（１）のように表される。

３相短絡処理の実施後の定常状態は、上式（１）においてｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑが０となる状態であり、３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓ、ｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓを用いて、次式（２）のように表される。

上式（２）より、３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓおよびｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓは、次式（３）（４）のように表される。

以上を整理すると、Ｓ１０４では、３相短絡処理指令生成部９ｇは、次式（５）（６）に示すように、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊には、電動機の電機子巻線抵抗Ｒ、電動機のｄ軸インダクタンスＬｄ、電動機のｑ軸インダクタンスＬｑ、電動機のｄ軸電機子鎖交磁束数Φｍ、電動機の回転速度ωにより演算される３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓを設定し、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊には、電動機の電機子巻線抵抗Ｒ、電動機のｄ軸インダクタンスＬｄ、電動機のｑ軸インダクタンスＬｑ、電動機のｄ軸電機子鎖交磁束数Φｍ、電動機の回転速度ωにより演算される３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓを設定する。

なお、上式（５）（６）で演算に用いた電動機の電機子巻線抵抗Ｒ、電動機のｄ軸インダクタンスＬｄ、電動機のｑ軸インダクタンスＬｑ、電動機のｄ軸電機子鎖交磁束数Φｍは、電動機６によって決まる既知の値である。また、電動機の回転速度ωは角速度演算部９ｊから入力される値である。

Ｓ１０７に進んだ場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、三相二相変換部９ｂからから入力されたｄ軸電流検出値Ｉｄが、Ｓ１０４で設定された移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊の近傍であり、かつ、三相二相変換部９ｂから入力されたｑ軸電流検出値Ｉｑが、Ｓ１０４で設定された移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊の近傍であるか否かを判断する。

そして、ｄ軸電流検出値Ｉｄが、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊の近傍であり、かつ、ｑ軸電流検出値Ｉｑが、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊の近傍である場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）には、３相短絡処理の実施後に電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる状態であるため、Ｓ１０２の処理に移行し、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして３相短絡実施指令を生成する。なお、３相短絡実施指令が生成された場合、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥによらず３相短絡処理が実施されることとなるため、Ｓ１０２では、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥは移行許可モードあるいは移行禁止モードのどちらを生成しても問題ない。図３のフローチャートでは、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥとして移行許可モードを生成した場合を示している。

一方、ｄ軸電流検出値Ｉｄが、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊の近傍であり、かつ、ｑ軸電流検出値Ｉｑが、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊の近傍ではない場合（Ｓ１０７：ＮＯ）には、３相短絡への移行期間を継続する必要がある状態であるため、Ｓ１０８の処理に移行し、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥとして移行許可モードを生成し、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして３相短絡不実施指令を生成する

以上の図３のフローチャートに従って、３相短絡処理指令生成部９ｇが、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳを生成することにより、電源側異常状態でない場合には通常制御を継続するように移行禁止モードおよび３相短絡不実施指令を生成し、電源側異常状態である場合には、３相短絡処理の実施後に電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を設定した上で移行許可モードを生成し、電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる状態で３相短絡実施指令を生成することができる。

以上の実施の形態１による効果を示す図として、実施の形態１を適用した場合のコンデンサ端子間電圧および相電流の挙動を、従来技術である６スイッチ開放処理を適用した場合および従来技術である移行期間を設けずに３相短絡処理を適用した場合と対比して図４に示す。図４に示されるように、本実施の形態１により、コンデンサ端子間電圧の上昇を、６スイッチ開放処理を適用した場合よりも抑制しつつ、３相短絡処理を実施した時の相電流の過渡的な上昇を、移行期間を設けずに３相短絡処理を適用した場合よりも抑制することができる。

以上のように、実施の形態１に係る電動機制御装置１によれば、３相短絡処理を実施する場合に、３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、この移行期間において、３相短絡処理の実施後に３相同期電動機の各相電流が過渡的に上昇することを抑制制御できる構成を備えている。より詳細には、移行期間において、ｄ軸電流およびｑ軸電流が３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値およびｑ軸電流値に近づくように制御した後に、３相短絡処理を実施させる構成を備えている。この結果、３相短絡処理を実施した場合の相電流の過渡的な上昇を抑制することができる。

また、電源側異常状態と判定されたときに３相短絡処理を実施する構成としている。この結果、インバータが直流電源から切り離された場合のコンデンサ端子間電圧の上昇を抑制するために３相短絡処理を実施する場合においても、電動機６の相電流の過渡的な上昇を抑制することができる。

すなわち、実施の形態１によれば、インバータが直流電源から切り離された場合のコンデンサ端子間電圧の上昇、および電動機６の各相に流れる相電流の過渡的な上昇を抑制できる。この結果、インバータや電動機６の破壊を防止する電動機制御装置１を小型、低コストで実現することができる。

なお、上述した実施の形態１では、３相短絡処理指令生成部９ｇにて移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を設定する処理として、上式（５）（６）を用いる処理について説明した（Ｓ１０４）。しかしながら、この発明は、このような処理に限定されるものではなく、本質的に同等の算出方法であれば、特に、上式（５）（６）に限定されるものではない。

例えば、一般的に電動機の電機子巻線抵抗Ｒは無視できるほど小さいことから、上式（５）（６）における電機子巻線抵抗Ｒを０とおいて近似した次式（７）（８）を用いて、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を設定する処理としても良い。

このような処理を採用した場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、上式（５）（６）を用いる場合と比較して、簡単な処理で、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を設定することができる。

また、例えば、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊は、３相短絡処理の実施後の各相電流の過渡的な上昇が過大とならない限りにおいて、上式（５）（６）で求められる移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊から所定範囲内の値に設定される処理としてもなんら問題ない。

また、実施の形態１では、３相短絡処理指令生成部９ｇにて、ｄ軸電流検出値Ｉｄが移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊の近傍であり、かつ、ｑ軸電流検出値Ｉｑが移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊の近傍である場合に移行期間を終了する処理について説明した（Ｓ１０７）。しかしながら、この発明は、このような処理に限定されるものではなく、移行期間用制御指令値に電流が追従したことを判定できる処理であれば、特に限定されるものではない。

例えば、３相短絡処理指令生成部９ｇは、その他の処理として、ｄ軸電流検出値Ｉｄが移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊の近傍である場合に移行期間を終了する処理としても良いし、ｑ軸電流検出値Ｉｑが移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊の近傍である場合に移行期間を終了する処理としても良い。また、ｄ軸電流検出値Ｉｄが移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊の近傍であるか、もしくは、ｑ軸電流検出値Ｉｑが移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊の近傍である場合に移行期間を終了する処理としても良い。

また、実施の形態１では、スイッチング制御部９の電源側異常判定部９ｈが、電圧検出回路１１から入力された直流母線電圧情報をもとに電源側異常状態であるか否かを判定する構成について説明した。しかしながら、電源側異常判定部９ｈは、このような構成に限定されるものではない。

電源側異常判定部９ｈは、その他の構成として、例えば、図示しない車両ＥＣＵなど外部の制御装置から電力開閉器２の開放状態が通信され、電力開閉器２が開放状態である場合に、電源側異常状態と判定してもよい。

また、電力変換回路１２のスイッチング素子１４〜１９は、どのような素子を用いてもよいが、例えば、ワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドなどにより形成されたものが挙げられる。

このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子で構成されたワイドバンドギャップインバータは、従来のＳｉ（シリコン）によって形成されたスイッチング素子で構成されたＳｉインバータと比較して、高耐電圧、低損失であり、高周波駆動が可能である特徴がある。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る電動機制御装置を図５から図７に基づいて詳細に説明する。実施の形態２に係る電動機制御装置は、図１に示す実施の形態１のシステム構成と同様に、インバータ回路８とスイッチング制御部９で構成されている。ただし、実施の形態２は、実施の形態１と比較して、スイッチング制御部９の機能ブロック構成が一部異なっており、また、３相短絡処理指令生成部９ｇの処理が一部異なっている。そこで、この相違点を中心に、以下に説明する。

図５は、実施の形態２に係るスイッチング制御部９の機能ブロック図である。図５に示すように、実施の形態２に係るスイッチング制御部９の機能ブロックにおいては、実施の形態１における図２に示した機能ブロック図と比較すると、３相短絡処理指令生成部９ｇに関して、三相二相変換部９ｂからのｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑの入力が削除されている点が異なる。

また、３相短絡処理指令生成部９ｇでの３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳの生成方法が、実施の形態１と異なる。その他の構成や動作は、実施の形態１と同じであるので、実施の形態１と同一符号を付与し、説明を省略する。ここでは、実施の形態１と異なるスイッチング制御部９について、詳細に説明する。

図５に示すスイッチング制御部９は、正常時用電流指令生成部９ａ、三相二相変換部９ｂ、電流制御部９ｃ、二相三相変換部９ｄ、デューティ変換部９ｅ、ＰＷＭ信号生成部９ｆ、３相短絡処理指令生成部９ｇ、電源側異常判定部９ｈ、電流指令選択部９ｉ、および角速度演算部９ｊで構成される。

ここで、正常時用電流指令生成部９ａ、三相二相変換部９ｂ、電流制御部９ｃ、二相三相変換部９ｄ、デューティ変換部９ｅ、ＰＷＭ信号生成部９ｆ、電源側異常判定部９ｈ、電流指令選択部９ｉ、および角速度演算部９ｊは、実施の形態１と同一であるので、説明を省略する。

実施の形態２に係る電動機制御装置１の３相短絡処理指令生成部９ｇは、角速度演算部９ｊから電気角速度ωが入力され、電源側異常判定部９ｈから電源側異常判定結果Ｅｒｒが入力される。そして、３相短絡処理指令生成部９ｇは、これらの入力に基づいて、後述するように、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳを生成する。

実施の形態２に係る電動機制御装置１の技術的特徴は、スイッチング制御部９に３相短絡処理指令生成部９ｇおよび電流指令選択部９ｉを有し、電源側異常状態である場合に、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳを生成する構成を備え、３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、移行期間において、３相短絡処理の実施後に３相同期電動機の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる制御指令値を生成する点にある。

以下に、実施の形態２に係る電動機制御装置１の特徴である３相短絡処理指令生成部９ｇの動作について詳細に説明する。なお、電流指令選択部９ｉの動作は、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。

また、３相短絡処理指令生成部９ｇの動作において、実施の形態１と異なるのは、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳの生成方法である。従って、以下では、実施の形態１と重複する説明は省略し、３相短絡処理指令生成部９ｇにおける３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳの生成方法を図６のフローチャートを用いて詳述する。

図６のフローチャートにおいて、実施の形態１の図３のフローチャートとの相違点はＳ１０４とＳ１０７のみである。従って、実施の形態１と重複するステップの説明は省略し、Ｓ１０４とＳ１０７の処理を説明する。

Ｓ１０４に進んだ場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、３相短絡処理の実施後に電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を後述する方法で設定し、Ｓ１０７の処理へ移行する。

ここで、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊の設定方法を詳細に説明する。実施の形態１で説明したように、本願の発明者は、３相短絡処理の実施後に電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制するには、３相短絡処理を実施する前に電動機６に流れるｄ軸電流およびｑ軸電流を、３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓ、およびｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓに近づけておくことが効果的な方法であることを明らかにした。

また、本願の発明者は、３相短絡処理の実施後に電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制しつつ、コンデンサ端子間電圧の上昇を極力抑制するには、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊を３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓよりも負の方向に大きくすることが効果的な方法であることを明らかにした。

そこで、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊には、実施の形態１で説明した方法で演算する３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓよりも負の方向に大きな値を設定し、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊には、実施の形態１で説明した方法で演算する３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓを設定する。

以上を整理すると、Ｓ１０４では、３相短絡処理指令生成部９ｇは、次式（９）（１０）に示すように、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊には、電動機の電機子巻線抵抗Ｒ、電動機のｄ軸インダクタンスＬｄ、電動機のｑ軸インダクタンスＬｑ、電動機のｄ軸電機子鎖交磁束数Φｍ、電動機の回転速度ωにより演算される３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓよりも負の方向に大きな値を設定し、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊には、電動機の電機子巻線抵抗Ｒ、電動機のｄ軸インダクタンスＬｄ、電動機のｑ軸インダクタンスＬｑ、電動機のｄ軸電機子鎖交磁束数Φｍ、電動機の回転速度ωにより演算される３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｑ軸電流値Ｉｑ３ｐｓを設定する

なお、上式（６）で演算に用いた電動機の電機子巻線抵抗Ｒ、電動機のｄ軸インダクタンスＬｄ、電動機のｑ軸インダクタンスＬｑ、電動機のｄ軸電機子鎖交磁束数Φｍは、電動機６によって決まる既知の値である。また、電動機の回転速度ωは角速度演算部９ｊから入力される値である。また、αは予め定められた所定値である。

Ｓ１０７に進んだ場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、移行期間が予め定められた所定時間以上経過したか否かを判断する。

そして、移行期間が予め定められた所定時間以上経過した場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）には、３相短絡処理の実施後に電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる状態であるため、Ｓ１０２の処理に移行し、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして３相短絡実施指令を生成する。なお、３相短絡実施指令が生成された場合、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥによらず３相短絡処理が実施されることとなるため、Ｓ１０２では、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥは移行許可モードあるいは移行禁止モードのどちらを生成しても問題ない。図６のフローチャートでは、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥとして移行許可モードを生成した場合を示している。

一方、移行期間が予め定められた所定時間以上経過していない場合（Ｓ１０７：ＮＯ）には、３相短絡への移行期間を継続する必要がある状態であるため、Ｓ１０８の処理に移行し、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥとして移行許可モードを生成し、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして３相短絡不実施指令を生成する

以上の図６のフローチャートに従って、３相短絡処理指令生成部９ｇが、３相短絡移行モード指令ＳＰＲＥ、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊、３相短絡処理指令Ｓ３ＰＳを生成することにより、電源側異常状態でない場合には通常制御を継続するよう移行禁止モードおよび３相短絡不実施指令を生成し、電源側異常状態である場合には、３相短絡処理の実施後に電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を設定した上で移行許可モードを生成し、電動機６の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できる状態で３相短絡実施指令を生成することができる。

以上の実施の形態２に係る電動機制御装置１による効果を示す図として、実施の形態２を適用した場合のコンデンサ端子間電圧および相電流の挙動を、従来技術である６スイッチ開放処理を適用した場合および従来技術である移行期間を設けずに３相短絡処理を適用した場合と対比して図７に示す。図７に示されるように、実施の形態２に係る電動機制御装置１により、コンデンサ端子間電圧の上昇を、６スイッチ開放処理を適用した場合よりも抑制しつつ、３相短絡処理を実施した時の相電流の過渡的な上昇を、移行期間を設けずに３相短絡処理を適用した場合よりも抑制することができる。また、実施の形態１と比較して、コンデンサ端子間電圧の上昇をより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、３相短絡処理を実施する場合に、３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、移行期間において、３相短絡処理の実施後に３相同期電動機の各相電流が過渡的に上昇することを抑制できるように制御することができる構成を備えている。より詳細には、移行期間において、ｄ軸電流を３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値よりも負の方向に大きく、ｑ軸電流を３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｑ軸電流値に近づくよう制御した後に、３相短絡処理を実施させる構成を備えている。この結果、３相短絡処理を実施した場合の相電流の過渡的な上昇を抑制することができる。

また、電源側異常状態と判定されたときに３相短絡処理を実施する構成としている。この結果、インバータが直流電源から切り離された場合のコンデンサ端子間電圧の上昇を抑制するために３相短絡処理を実施する場合においても、電動機６の相電流の過渡的な上昇を抑制することができる。

すなわち、実施の形態２によれば、インバータが直流電源から切り離された場合のコンデンサ端子間電圧の上昇、および電動機６の各相に流れる相電流の過渡的な上昇を抑制できる。この結果、インバータや電動機６の破壊を防止する電動機制御装置１を小型、低コストで実現することができる。

特に、実施の形態２によれば、移行期間において、ｄ軸電流を３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値に制御する方法の実施の形態１に比較して、移行期間において、ｄ軸電流を３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値よりも負の方向に大きな値に制御する。この結果、実施の形態２に係る電動機制御装置１は、実施の形態１に係る電動機制御装置１と比較して、移行期間中のコンデンサ端子間電圧の上昇をより抑制することができる。

また、特に、実施の形態２によれば、ｄ軸電流検出値およびｑ軸電流検出値と移行期間用制御指令値とに基づいて移行期間を終了するかどうかを判断する方法の実施の形態１に比較して、移行期間が所定時間以上経過したかどうかにより移行期間を終了するかどうかを判断する。この結果、実施の形態２に係る電動機制御装置１は、実施の形態１に係る電動機制御装置１と比較して、ｄ軸電流検出値およびｑ軸電流検出値へのノイズの影響を受けることなく、移行期間を終了するかどうかを判断することができる。なお、所定時間は、ｄ軸電流およびｑ軸電流が移行期間用制御指令値に追従できるように、電流制御の時定数より大きな時間に設定されることが好ましい。

なお、上述した実施の形態２では、３相短絡処理指令生成部９ｇにて移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を設定する処理として、上式（９）（１０）を用いる処理について説明した（Ｓ１０４）。しかしながら、この発明は、このような処理に限定されるものではなく、本質的に同等の算出方法であれば、特に、上式（９）（１０）に限定されるものではない。

例えば、一般的に電動機の電機子巻線抵抗Ｒは無視できるほど小さいことから、上式（９）（１０）における電機子巻線抵抗Ｒを０とおいて近似した次式（１１）（１２）を用いて、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を設定する処理としても良い。

このような処理を採用した場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、上式（９）（１０）を用いる場合と比較して、簡単な処理で、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を設定することができる。

また、例えば、移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊は、３相短絡処理の実施後の各相電流の過渡的な上昇が過大とならない限りにおいて、上式（９）（１０）で求められる移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、移行期間用ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊から所定範囲内の値に設定される処理としてもなんら問題ない。

また、実施の形態２では、３相短絡処理指令生成部９ｇにて移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊を設定する処理として、上式（９）（１０）に示すように３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値Ｉｄ３ｐｓから所定値α分だけ負の方向に大きな値に設定する処理としたが、このような処理に限定されるものではない。例えば、ｄ軸電流指令値として取り得る範囲の中で最も負の方向に大きな値を移行期間用ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊に設定する処理としても良い。

このような処理を採用した場合には、３相短絡処理指令生成部９ｇは、上式（９）（１０）を用いる場合と比較して、コンデンサ端子間電圧の上昇をより抑制する効果が得られる。

なお、上述した実施の形態１あるいは２は、あくまで一実施の形態であり、この発明が適用できるものであれば、実地の形態１あるいは２に何ら限定されない。例えば、実施の形態１あるいは２では、直流電源４と電動機制御装置１を直接接続している。しかしながら、直流電源４と電動機制御装置１との間に昇圧や降圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータを配置する構成としてもよい。また、交流電源の交流電力を直流電力に変換する整流器や、ＡＣ／ＤＣコンバータを介して交流電源と接続される構成としてもよい。

また、実施の形態１あるいは２では、電気自動車への適用を例として説明したが、エンジンと電動機を併用するハイブリット車両に適用してもよい。さらには、この発明に係る電動機制御装置は、その適用対象が車両に限定されるものでもない。

上述したように、この発明は、実施の形態１あるいは２に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、実施の形態１あるいは２を自由に組み合わせたり、適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 電動機制御装置、２ 電力開閉器、３ａ、３ｂ 直流母線、４ 直流電源、５ 交流母線、６ 電動機、７ 回転角センサ、８ インバータ回路、９ スイッチング制御部、９ａ 正常時用電流指令生成部、９ｂ 三相二相変換部、９ｃ 電流制御部、９ｄ 二相三相変換部、９ｅ デューティ変換部、９ｆ ＰＷＭ信号生成部、９ｇ ３相短絡処理指令生成部、９ｈ 電源側異常判定部、９ｉ 電流指令選択部、９ｊ 角速度演算部、１０ コンデンサ、１１ 電圧検出回路、１２ 電力変換回路、１３ 電動機電流検出回路、１４〜１９ スイッチング素子

Claims (15)

1. 直流電力源と３相同期電動機との間に接続され、直流と３相交流との電力変換を行う電力変換回路と、
   前記電力変換回路を構成する半導体スイッチング素子をオン・オフ制御するスイッチング制御部と、を備え、
   前記３相同期電動機の駆動制御および回生制御を行う電動機制御装置であって、
   前記半導体スイッチング素子は、交流１相分のアームが上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子との直列回路により構成されており、
   前記スイッチング制御部は、前記上段側スイッチング素子の全てもしくは前記下段側スイッチング素子の全てをオンする３相短絡処理を実施する場合に、
   前記３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、前記移行期間において、前記３相同期電動機の各相電流が前記３相短絡処理の実施後の定常状態における各相電流に近づくように移行期間用制御指令値を設定し、前記移行期間用制御指令値に基づいて制御することを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記移行期間用制御指令値は、
   前記３相同期電動機の永久磁石の磁束方向をｄ軸、前記ｄ軸と電気的に直交する方向をｑ軸としたｄ−ｑ軸座標系上でのｄ軸電流およびｑ軸電流を制御するｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値であり、前記３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値およびｑ軸電流値に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記移行期間用制御指令値は、
   前記ｄ軸電流指令値として前記３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値が設定され、前記ｑ軸電流指令値として前記３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｑ軸電流値が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 前記移行期間用制御指令値は、
   前記ｄ軸電流指令値として前記３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値から所定範囲内の値が設定され、前記ｑ軸電流指令値として前記３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｑ軸電流値から所定範囲内の値が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
5. 前記移行期間用制御指令値は、
   前記ｄ軸電流指令値として前記３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値より負の方向に大きな値が設定され、前記ｑ軸電流指令値として前記３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｑ軸電流値から所定範囲内の値が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
6. 前記移行期間用制御指令値は、
   前記ｄ軸電流指令値として取り得る範囲の中で最も負の方向に大きな値が設定されていることを特徴とする請求項５に記載の電動機制御装置。
7. 前記スイッチング制御部は、
   前記３相同期電動機の永久磁石の磁束方向をｄ軸、前記ｄ軸と電気的に直交する方向をｑ軸としたｄ−ｑ軸座標系上でのｄ軸電流およびｑ軸電流に関し、
   前記移行期間におけるｄ軸電流検出値およびｑ軸電流検出値と、前記移行期間用制御指令値とに基づいて前記移行期間を終了す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電動機制御装置。
8. 前記スイッチング制御部は、
   前記移行期間におけるｄ軸電流検出値と前記移行期間用制御指令値のｄ軸電流指令値の偏差が所定範囲内であり、かつ、前記移行期間におけるｑ軸電流検出値と前記移行期間用制御指令値のｑ軸電流指令値の偏差が所定範囲内である場合に、前記移行期間を終了することを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置。
9. 前記スイッチング制御部は、
   前記移行期間を予め設定された所定時間が経過後に終了することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
10. 前記所定時間は、
    前記スイッチング制御部の制御時定数より大きな時間であることを特徴とする請求項９に記載の電動機制御装置。
11. 前記３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値およびｑ軸電流値は、
    前記３相同期電動機のｄ軸インダクタンスおよびｑ軸インダクタンスと、前記３相同期電動機の回転速度と、前記３相同期電動機のｄ軸電機子鎖交磁束数と、前記３相同期電動機の電機子巻線抵抗値と、に基づいて演算されることを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
12. 前記３相短絡処理の実施後の定常状態におけるｄ軸電流値およびｑ軸電流値は、
    前記３相同期電動機のｄ軸インダクタンスと、前記３相同期電動機のｄ軸電機子鎖交磁束数と、に基づいて演算されることを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
13. 前記スイッチング制御部は、
    前記３相同期電動機からの回生エネルギーを前記直流電力源に回生することが不可である電源側異常状態であるかを判定する電源側異常判定部を有し、
    前記電源側異常判定部により電源側異常状態と判定した場合に、前記３相短絡処理を実施することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
14. 前記電源側異常判定部は、前記電力変換回路の直流母線電圧があらかじめ設定された閾値以上となった場合に前記電源側異常状態と判定することを特徴とする請求項１３に記載の電動機制御装置。
15. 直流電力源と３相同期電動機との間に接続され、直流と３相交流との電力変換を行う電力変換回路を構成する半導体スイッチング素子をオン・オフ制御して前記３相同期電動機を制御する電動機制御方法であって、
    前記半導体スイッチング素子は、交流１相分のアームが上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子との直列回路で形成されており、かつ、前記上段側スイッチング素子の全てもしくは前記下段側スイッチング素子の全てをオンする３相短絡処理を実施する場合に、
    前記３相短絡処理を実施する前に移行期間を設け、前記移行期間において、前記３相同期電動機の各相電流が前記３相短絡処理の実施後の定常状態における各相電流に近づくように制御することを特徴とする電動機制御方法。

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