JP6407382B1 - 電動機制御装置および電動機制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 三相短絡が実行された場合の交流電動機のｄ軸電流の負方向への過剰な振幅上昇を抑制するとともに、インバータ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を最小限に抑制し、インバータ回路や電動機の破壊を防止することができる電動機制御装置を得る。【解決手段】 電力変換回路の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は、上段側スイッチング素子のすべてまたは下段側スイッチング素子のすべてをオンする三相短絡を実行する場合に、三相短絡の実行後の交流電動機のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないかどうかを判定し、電動機の永久磁石を減磁させないと判定した場合に三相短絡を開始する三相短絡処理指令を生成する三相短絡処理指令生成部を備えたものである。【選択図】 図４

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。

交流電動機を駆動力源とする電気自動車は、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等の二次電池からなる直流電源と、直流電源に接続されるインバータ回路と、インバータ回路に負荷として接続された交流電動機とから構成されている。

インバータ回路は、コンデンサと複数の半導体スイッチとからなり、複数の半導体スイッチ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、交流電動機のトルクや回転数を調節している。また、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している。なお、電気自動車に適用される交流電動機としては、効率の良い永久磁石式三相同期電動機が一般的に用いられている。

三相同期電動機を用いた駆動システムの場合、インバータ回路は、上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子とが直列に接続された３組の直列回路が、それぞれ直流電源と並列に接続されて構成され、３組の直列回路のそれぞれの中点と三相同期電動機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの入力とが接続された構成となっている。
そして、インバータ回路の各相に設けられるスイッチング素子を順次オンおよびオフさせることにより、互いに位相が１２０度ずつ異なる交流電力を三相同期電動機の各相に供給して三相同期電動機を駆動させる。以下、特に断らない限り、電動機は三相同期電動機を指すものとする。なお、インバータ回路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。

この電気自動車の駆動システムには、リチウムイオンバッテリ等の二次電池からなる直流電源を過電圧や過電流から保護するために、必要に応じて直流電源とインバータ回路とを切り離す開閉手段が設けられている。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直流電源の電圧が所定値以上になった場合、直流電源の消耗によって直流電源電圧が所定値以下になった場合、直流電源に流れる電流が所定値以上になった場合等がある。また、車両の故障や衝突等によって、開閉手段が開放されることもある。

このような開閉手段を備えた駆動システムでは、電動機の回生運転中に開閉手段が開放され、インバータ回路が直流電源から電気的に切り離されることがある。また、開閉手段を有しない駆動システムであっても、直流電源とインバータ回路との間の電力線が断線することにより、インバータ回路が直流電源から切り離されることがある。

このようにインバータ回路が直流電源から切り離された場合、電動機からインバータ回路に流入する回生電力を直流電源に充電することができず、インバータ回路のコンデンサに充電することとなり、コンデンサが過電圧によって破損する恐れがある。そのため、インバータ回路が直流電源から切り離された場合には、インバータ回路の上段側スイッチング素子のすべてまたは下段側スイッチング素子のすべてをオンする三相短絡にする。ところが、この三相短絡が実行されると、電動機のステータコイルに蓄積された電力によって、ステータコイルに流れる電流が急峻に上昇し、このとき、ステータコイルに流れる電流によって、電動機の永久磁石が不可逆減磁するという問題が発生する。

この問題を解決するために、例えば、特許文献１においては、永久磁石同期電動機コイルの電流の最大電流値を設定し、電動機コイルの電流が最大電流値未満になるように制御する方法が提案されている。この特許文献１に示されている制御では、電動機コイルの電流の最大電流値の設定を、永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生電流値及び三相短絡の際に発生する過渡的な電流の組と、永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生磁界の強さ及び三相短絡の際に発生する永久磁石同期電動機の永久磁石の減磁界の強さの組と、のうちのいずれか一方の組に基づいて、永久磁石同期電動機の回転数ごとに決定するようにしている。

特開２０１４−５４０６４号公報

特許文献１の永久磁石同期電動機のインバータ制御装置にあっては、前述したように、三相短絡の際に発生する過渡的な電流により生じうる電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止するために、電動機コイルに流れる電流の最大電流値を設定しているが、この最大電流値を、永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生電流値及び三相短絡の際に発生する過渡的な電流の組と、前記永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生磁界の強さ及び三相短絡の際に発生する電動機の永久磁石の減磁界の強さの組と、のうちのいずれか一方の組に基づいて、電動機の回転数ごとに決定しており、電動機の電流値が前記最大電流値未満になるように電動機の電流を制御されるため、電動機から所望の要求トルクが出力できなくなり、その結果、このインバータ制御装置を電気自動車に適用した場合には、所望の加減速特性が得られないといった課題があった。

また、特許文献１の電動機のインバータ制御装置では、永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生電流値及び三相短絡の際に発生する過渡的な電流の組をあらかじめ有限要素法で求めて、これらの関係を示すテーブルを作成する必要があり、テーブルの作成に多大な工数を要するとともに、テーブルを格納するためのメモリ容量が十分確保できない演算装置を用いた場合には、テーブル自体のサイズが小さくなり、不可逆減磁発生電流の精度が粗くなる、もしくは不可逆減磁発生電流自体が求められなくなるという課題があった。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、三相短絡が実行された場合の相電流の上昇を抑制するとともに、通常の三相短絡しない状態においては、最大電流の過剰な制限を防止して、加減速時に所望の最大トルクを発生可能とする電動機制御装置および電動機制御方法を提供することを目的とする。

この発明に係る電動機制御装置および電動機制御方法は、直流電源と交流電動機との間に接続され、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機を駆動制御する電動機制御装置であって、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た電力変換回路と、前記電力変換回路の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、前記スイッチング制御部が、前記上段側スイッチング素子のすべてまたは前記下段側スイッチング素子のすべてをオンする三相短絡を実行する場合に、前記三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないかどうかを判定する判定部と、電動機の永久磁石を減磁させないと判定した場合に前記三相短絡を開始する三相短絡処理指令を生成し出力する三相短絡処理指令生成部を有することを特徴とするものである。

この発明に係る電動機制御装置および電動機制御方法によれば、電動機の動力線を三相短絡した場合に発生する過渡的な電流による電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止することができ、電動機の永久磁石の減磁によるトルク低下を防止することができる。
さらに、三相短絡モードへの移行判定されていない場合に、過剰な最大トルクの抑制がされないため、電源の正常時には電動機から所望の要求トルクに相当するトルクが出力可能となる。これにより、たとえば電気自動車においては、上位コントローラからの加減速要求に対応したトルクが出力可能となり、これにより所望の加減速特性を実現することが可能となる。

この発明の実施の形態１，２に係る電動機制御装置が搭載された駆動システムを示すブロック構成図である。 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を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置の三相短絡時の電流の時間波形を示す特性図である。 この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置の三相短絡処理指令生成部の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スイッチング制御部を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態２に係る電動機制御装置の三相短絡処理指令生成部の処理を示すフローチャートである。

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き図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
一般に、モータとも称される電動機は、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、ジェネレータとも称される発電機は、駆動力を電力に変換して回生運転するものであるが、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、電動機と発電機とは、基本的に同一構造であり、どちらも力行運転および回生運転が可能である。そこで、この明細書では、電動機および発電機の双方の機能を持つ回転電機を単に電動機と称する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置および電動機制御方法を図１から図４に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置および電動機制御方法が搭載されたシステムを示すブロック構成図である。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等の直流電源９０、および制御対象の三相同期電動機１０を含んで図示している。

図１において、電動機制御装置８０は、電力開閉器７０を介して正極側の直流母線１ａと負極側の直流母線１ｂとによって直流電源９０と接続され、駆動電力や回生電力を直流電源９０と授受する。また、電動機制御装置８０は、交流母線２により電動機１０と接続され、駆動電力や回生電力を電動機１０と授受する。

また、電動機１０には、電動機の回転角θｍを検出する回転角センサ３０が設けられている。なお、電動機１０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り、例えば永久磁石三相交流同期モータや三相ブラシレスモータが使用される。
また、電動機制御装置８０は、インバータ回路２０とスイッチング制御部６０とで構成されている。インバータ回路２０は、電源入力側の正極側の直流母線１ａと負極側の直流母線１ｂとの間に接続されたコンデンサ２１と、インバータ回路２０の直流母線電圧を検出する電圧検出部２４と、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２５と、交流母線２に流れる電動機１０の電流を検出する電動機電流検出部２６とを備えている。

コンデンサ２１は、直流母線電圧のリップルを抑制する機能や、インバータ回路２０の電源インピーダンスを低下させてインバータ回路２０の交流電流駆動能力を向上させる機能、サージ電圧を吸収する機能等を有している。また、電圧検出部２４は、直流母線電圧を分圧抵抗等によりスイッチング制御部６０で読み込める電圧に分圧し、スイッチング制御部６０に直流母線電圧情報を出力する。

電力変換回路２５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に示されるように、スイッチング素子３１、３２、スイッチング素子３３、３４、スイッチング素子３５、３６は、それぞれ上段側のスイッチング素子と下段側のスイッチング素子が直列に接続され、直流電源９０に対して並列に接続されている。
また、スイッチング素子３１、３２の中点は電動機１０のＵ相の入力と接続され、スイッチング素子３３、３４の中点は電動機１０のＶ相の入力と接続され、スイッチング素子３５、３６の中点は電動機１０のＷ相の入力と接続されている。

なお、直流電源９０の正極側の直流母線１ａに接続されているスイッチング素子３１、３３、３５を上段側スイッチング素子と称し、直流電源の負極側の直流母線１ｂに接続されているスイッチング素子３２、３４、３６を下段側スイッチング素子と称している。
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）や、ＭＯＳＦＥＴ以外にもＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が用いられる。
また、スイッチング素子の各ＭＯＳＦＥＴには、直流電源９０の負極側から正極側へ向かう方向、すなわち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）が設けられている。

電動機電流検出部２６は、交流母線２を流れる電動機電流を検出するものであり、電流を電圧に変換して電動機電流情報をスイッチング制御部６０に出力する。図１では、シャント抵抗により電流を検出する構成を示している。なお、電動機電流検出部２６は、ホール素子等を用いた電流センサとしてもよい。

電力開閉器７０は、直流電源９０と電動機制御装置８０との電力授受を制御するものである。具体的には、電力開閉器７０は、電動機１０の回生運転時に直流電源９０の電圧が設定値以上になった場合、直流電源９０の消耗等により直流電源９０の電圧が設定値以下になった場合、直流電源９０に流れる電流が設定値以上になった場合、車両の故障や衝突が検出された場合等に、上位のシステム（図示していない）により開放状態に制御される。なお、電力開閉器７０は、スイッチング制御部６０により制御される構成としてもよい。

また、回転角センサ３０は、レゾルバやエンコーダ等により電動機１０のロータ回転角θｍを検出するものである。回転角センサ３０で検出されたロータ回転角θｍは、スイッチング制御部６０に出力される。なお、ロータ回転角θｍは、電動機１０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６０は、電動機制御装置全体の制御を司るもので、マイクロコントローラや駆動回路等から構成される。
図２は、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を示すブロック構成図である。

図２において、スイッチング制御部６０は、電流指令生成部６１、三相二相変換部６２、電流制御部６３、二相三相変換部６４、デューティ変換部６５、ＰＷＭ信号生成部６６、三相短絡処理指令生成部６７、電源側異常判定部６８、電流指令選択部６９を有している。

電流指令生成部６１には、上位のシステム（図示していない）からトルク指令Ｔｒｑ＊が入力される。電流指令生成部６１は、このトルク指令値Ｔｒｑ＊に基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。
ここで、ｄ軸は、電動機１０の磁極位置、すなわち磁束の方向を示し、ｑ軸は、電気的にｄ軸と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１０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。

電流指令選択部６９には、電流指令生成部６１からｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、後述の電源側異常判定部６８からの電源側異常判定結果Ｅｒｒが入力され、最終ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊および最終ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を生成する。

電流指令選択部６９の詳細について説明する。電流指令選択部６９の内部には、切り替えスイッチ１０２、異常時ｄ軸電流指令発生器１００、異常時ｑ軸電流指令発生器１０１で構成されている。切り替えスイッチ１０２は、後述の電源側異常判定部６８からの電源側異常判定結果Ｅｒｒの信号を受けて、電流指令生成部６１からｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と、異常時ｄ軸電流指令発生器１００からの異常時ｄ軸電流指令値Ｉｄ０＊、異常時ｑ軸電流指令発生器１０１からの異常時ｑ軸電流指令値Ｉｑ０＊とを切り替えて、最終ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊および最終ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を出力する。なお、異常時ｄ軸電流指令発生器１００および異常時ｑ軸電流指令発生器１０１の設定値については後述で詳細に説明する。

三相二相変換部６２は、電動機電流検出部２６から入力されるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗと、回転角センサ３０から入力される電気角θｅに基づいて、座標変換によりＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖおよび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、この発明の実施の形態１では、電動機電流検出部２６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ので、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。

電流制御部６３には、電流指令選択部６９から最終ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊および最終ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊が入力されると共に、三相二相変換部６２からｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑが入力される。そして、電流制御部６３は、電流指令生成部６１の出力のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊と、三相二相変換部６２の出力の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軸電流偏差を演算し、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＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊を演算する。

二相三相変換部６４は、電流制御部６３からの出力のｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊と、回転角センサ３０によって得られた電気角θｅの情報を受け、これらに基づいて静止座標系の三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を演算し、デューティ変換部６５に出力する。

デューティ変換部６５は、二相三相変換部６４からの三相電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊と、電圧検出部２４からの直流母線電圧Ｖｐｎを受けて、これらに基づいてデューティ指令値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを演算し、ＰＷＭ信号生成部６６に出力する。

電源側異常判定部６８は、電圧検出部２４から直流母線電圧Ｖｐｎが入力され、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。

三相短絡処理指令生成部６７は、三相二相変換部６２からの出力のｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑと、電源側異常判定部６８からの出力の電源側異常判定結果Ｅｒｒを受け、これらに基づいて三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳを生成する。
具体的には、三相短絡処理指令生成部６７は、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側正常状態であると判定した結果を示している場合には、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡不実行指令を生成し、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定した結果を示している場合には、ｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑおよび直流母線電圧Ｖｐｎに基づいて、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡実行指令を生成する。

ＰＷＭ信号生成部６６は、デューティ変換部６５からの各相のデューティ指令値Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗと、三相短絡処理指令生成部６７からの三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが入力され、これらに基づいて電力変換回路２５の各スイッチング素子へのオンオフ制御信号を演算し、電力変換回路２５へオンオフ制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを出力する。
具体的には、ＰＷＭ信号生成部６６は、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが三相短絡不実行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へのオンオフ制御信号を出力し、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが三相短絡実行指令である場合には、電力変換回路２５の上段側スイッチング素子のすべてまたは下段側スイッチング素子のすべてをオンする三相短絡状態となるよう、各スイッチング素子へのオンオフ制御信号を出力する。

電力変換回路２５のスイッチング素子３１〜３６は、それぞれスイッチング制御部６０からのオンオフ制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬによりオンオフ動作し、直流電力を交流電力に変換し電動機１０に供給するとともに、電動機１０が回生状態において発生する回生電力を直流電源９０に充電する。

ここで、この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置の特徴とする点は、スイッチング制御部６０に三相短絡処理指令生成部６７、電源側異常判定部６８、および電流指令選択部６９を設け、電源側異常判定部６８において電源側が異常状態であると判定された場合には、電流指令選択部６９の出力である最終ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊および最終ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊をそれぞれ、ｄ軸電流指令Ｉｄ＊を異常時ｄ軸電流指令発生器１００の出力「−Φ／Ｌｄ」に切り替え、ｑ軸電流指令Ｉｑ＊を異常時ｑ軸電流指令発生器１０１の出力「０」に切替えるとともに、ｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑに基づいて、三相短絡処理指令生成部６７において三相短絡実行指令を生成し、三相短絡を実行する点である。

この構成により、後述するように、電源側異常判定部６８の異常判定後の三相短絡を実行する際に、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値になるタイミングで三相短絡を開始することができる。すなわち、電力変換回路２５の上段側スイッチング素子のすべてまたは下段側スイッチング素子のすべてをオンとする三相短絡を実行する場合に、三相短絡の実行後の相電流絶対値の最大値が電動機の永久磁石を減磁させないかどうかを判定し、電動機の永久磁石を減磁させないと判定した場合に前記三相短絡を開始するもので、電動機の永久磁石を減磁させると判定した場合には、電源側が異常であるとの判定を行うものである。

以下に、この発明の実施の形態１に係る電動機制御装置の特徴である三相短絡処理指令生成部６７の動作について、詳細に説明する。

まず、電源側異常判定部６８は、電圧検出部２４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９０に回生させることが不可である電源側異常状態であるか否かを判定し、この判定結果を電源側異常判定結果Ｅｒｒとして三相短絡処理指令生成部６７および電流指令選択部６９に出力する。
具体的には、電源側異常判定部６８は、直流母線電圧Ｖｐｎがあらかじめ定められた設定値以上である場合に、回生電力を直流電源９０に回生不可である電源側異常状態であると判定し、それ以外の場合は電源側正常状態であると判定する。

これにより、電力開閉器７０の開放状態において電動機１０が回生動作することで回生電力がコンデンサ２１に蓄電され、コンデンサ２１の両端電圧すなわち直流母線電圧が通常動作では生じえない高電圧状態になっている場合や、電力開閉器７０が導通状態であっても直流電源９０が通常動作では生じえない高電圧状態になっている場合等、回生電力を直流電源９０に回生できないときに電源側異常状態であると判定することができる。

電源側異常判定部６８により電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側正常状態であると判定された場合には、何ら問題なく電動機１０を力行運転および回生運転できる状態であり、三相短絡処理指令生成部６７は、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡不実行指令を生成し、ＰＷＭ信号生成部６６に対して出力する。

ＰＷＭ信号生成部６６は、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが三相短絡不実行指令である場合には、インバータ駆動で広く一般的に実行される三角波比較方式等により、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へのオンオフ制御信号を出力する。なお、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。
電源側異常判定部６８により電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された場合には、三相短絡処理指令生成部６７は、後述する方法で三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡実行指令を生成し、ＰＷＭ信号生成部６６に対して出力する。

ＰＷＭ信号生成部６６は、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳが三相短絡実行指令である場合には、上段側スイッチング素子３１、３３、３５をオンし、下段側スイッチング素子３２、３４、３６をオフするよう電力変換回路２５へオンオフ制御信号を出力する。
なお、ＰＷＭ信号生成部６６は、三相短絡するスイッチング素子を下段側スイッチング素子としてもよく、上段側スイッチング素子３１、３３、３５をオフし、下段側スイッチング素子３２、３４、３６をオンするよう電力変換回路２５へオンオフ制御信号を出力するようにしてもよい。

前述した動作により、電動機１０の回生運転中にインバータ回路２０が直流電源９０から切り離された場合等、回生電力を直流電源９０に回生できないときに、インバータ回路２０の上段側スイッチング素子のすべてまたは下段側スイッチング素子のすべてをオンし、電動機１０の各相を互いに短絡させる三相短絡を実行することとなり、コンデンサ２１に電力が過大に回生されてコンデンサ端子間電圧が過大に上昇することを防止することができる。

ここで、三相短絡処理指令生成部６７は、三相短絡実行指令を生成する場合に、三相短絡処理実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値になるタイミングで三相短絡実行指令を生成する。

以下に、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された場合、すなわち三相短絡処理指令生成部６７で三相短絡実行指令を生成する場合の三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳの生成方法について詳述する。
まず、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値になるタイミングについて説明する。

電動機の永久磁石としてよく用いられる希土類磁石はエネルギー積が大きい特徴を持っているが、クニック点を越える領域で使用すると不可逆減磁を起こし特性が低下することがよく知られている。励磁コイルに大きな電流を通電し、磁石に大きな反磁界が印加されることで永久磁石が減磁してしまうため、通常は永久磁石に印加されるｄ軸方向の磁束が所定の値を越えないように制御される。

電動機の駆動では、永久磁石に作用するｄ軸方向磁束Φｄは次式（１）で表される。

ここで、Φｄは電動機のｄ軸方向磁束、Ｌｄは電動機のｄ軸インダクタンス、Φは電動機の永久磁石の磁束、ｉｄは電動機のｄ軸電流である。

式（１）に示すように、ｄ軸方向磁束φｄはｄ軸電流に依存することがわかる。永久磁石が減磁するのはｄ軸方向磁束Φｄが負方向に大きくなった場合であり、ｄ軸電流が負方向に過剰に大きく発生する場合が永久磁石の減磁する条件に相当する。このため、電動機のｄ軸電流が所定の電流値以上に負方向に作用しないように電流指令が設定され、電流制御される。しかし、三相短絡の実行後は、インバータ回路２０の上段側スイッチング素子のすべてまたは下段側スイッチング素子のすべてをオンし、電動機１０の各相を互いに短絡させるため、ｄ軸電流を所定の値以下に電流制御することが不可能となる。このため、従来の特許文献１では、あらかじめ最大トルクを制限することで、三相短絡の実行後のｄ軸電流が所定の値を超えないようにしている。しかし、このような方法では通常の運転状態でも最大トルクが過剰に制限されるため、正常時に出したい所望のトルクが得られない場合が発生する。

本発明では、電源側異常判定結果Ｅｒｒが判定されない場合には最大トルクに過剰な制限をかけず、電源側異常判定結果Ｅｒｒが判定された場合に電流指令（最終ｄ軸電流指令値、最終ｑ軸電流指令値）を三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）が小さくなる方向に指令を与える。そして、三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）が所定の値以下になることが判定されたときに三相短絡処理指令を有効にして三相短絡を実行させる。このようにすることで、電動機の最大トルクが過剰に制限されることを防止することが可能である。

次に、三相短絡後のｄ軸電流が所定の値以下であることを判定する際に用いる三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）を求める式について説明する。三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）は、三相短絡前に電動機１０に流れているｄ軸電流、ｑ軸電流から求めることができる。
より具体的には、三相短絡前とその直後における電動機１０の総磁束Ψが連続となる条件から求めることができる。

三相短絡前における電動機１０の総磁束Ψは、次式（２）である。

ここで、Φは永久磁石の磁束、ｉｄ＿ｐｒｅは三相短絡処理前のｄ軸電流、Ｌｄは電動機１０のｄ軸インダクタンス、Ｌｑは電動機１０のｑ軸インダクタンス、ｉｑ＿ｐｒｅは三相短絡処理前のｑ軸電流である。

次に、三相短絡直後にｄ軸電流が最小値となるとき、ｑ軸電流は零となるため、電動機１０の総磁束Ψは、次式（３）となる。

ここで、三相短絡後にｄ軸電流が最小値（負方向の振幅最大値）となるときのｄ軸電流をｉｄ＿３ｐｓとした。

三相短絡前とその直後において、電動機１０の磁束が連続となる条件は次式（４）である。

式（４）を変形することで、電動機１０の三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）ｉｄ＿３ｐｓが次式（５）で求まる。

式（５）において、Φ、Ｌｄ、Ｌｑはモータの特性によって決まるため、その代表値はあらかじめ磁界解析や実機の測定によって容易に把握できる。三相短絡前の動作状態のおけるｉｄ＿ｐｒｅ、ｉｑ＿ｐｒｅの値は三相二相変換部６２からのｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑでわかるため、式（５）から電動機１０の動作状態における三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）ｉｄ＿３ｐｓが逐次求めることが可能であることがわかる。

図３は、電動機１０の三相短絡直後の電動機１０のｄ軸電流の波形とｑ軸電流の波形とを示す図であり、式（５）で求めたｄ軸電流値をあわせて示している。ｑ軸電流が零をよぎる瞬間にｄ軸電流が負方向にその大きさが最大値となり、その大きさは式（５）で求めたｉｄ＿３ｐｓとおおよそ一致している。
次に、電流指令選択部６９において、電源側異常判定部６８からの電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常と判定したときの、最終ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊および最終ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊の生成方法について説明する。

式（５）より、三相短絡前のｄ軸電流が-Φ／Ｌｄ、ｑ軸電流が零となる方向に電動機１０の電流を制御することで、三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）ｉｄ＿３ｐｓの絶対値を小さくできることがわかる。
このため、本発明では、電流指令選択部６９において、電源側異常判定部６８からの電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常と判定したとき、最終ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊を-Φ／Ｌｄ、最終ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を零に設定する。このようにすることで、三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）ｉｄ＿３ｐｓの絶対値が確実に小さくなる方向に制御することができる。

本発明では、最終ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊を−Φ／Ｌｄ、最終ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊を零に設定した後、三相二相変換部６２からのｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑとから式（５）で求めた三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅が最大となる値）ｉｄ＿３ｐｓが、電動機１０の永久磁石が減磁しないようにあらかじめ三相短絡処理指令生成部６７に設定したｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍを上回ったタイミングで三相短絡を有効とすることで、電動機１０の永久磁石の不可逆減磁を防止可能する。

以下、図４のフローチャートを参照しながら、三相短絡処理指令生成部６７の詳細な処理について説明する。
まず、最初のステップＳ１０１では、三相短絡実行中であるか否かを判定する。なお、これ以降、「ステップ」を省略して、単に記号「Ｓ」で示す。
三相短絡実行中であると判定された場合、すなわち、Ｓ１０１でＹＥＳと判定された場合、三相短絡状態を継続するように、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡実行指令を生成するＳ１０５へ移行する。

一方、三相短絡実行中でないと判定された場合、すなわち、Ｓ１０１でＮＯと判定された場合、Ｓ１０２へ移行する。
三相短絡実行中でないと判定された場合に移行するＳ１０２では、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定する。
電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された場合、すなわち、Ｓ１０２でＹＥＳと判定された場合、Ｓ１０３へ移行する。
電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態でないと判定された場合、すなわち、Ｓ１０２でＮＯと判定された場合、三相短絡を実行する必要がない状態であり、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡不実行指令を生成するＳ１０６へ移行する。

電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された場合に移行するＳ１０３では、三相二相変換部６２から入力されたｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑから、前記式（５）により三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）ｉｄ＿３ｐｓを演算し、Ｓ１０４へ移行する。

式（５）で求めた三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅が最大となる値）ｉｄ＿３ｐｓが、電動機１０の永久磁石が減磁しないようにあらかじめ三相短絡処理指令生成部６７に設定したｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍを上回ったと判定した場合（負方向の振幅が小さくなった場合）、すなわち、Ｓ１０４でＹＥＳと判定された場合、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となるタイミングであるので、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡実行指令を生成するＳ１０５へ移行する。

三相短絡処理実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値でないと判定された場合、すなわち、Ｓ１０４でＮＯと判定された場合、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となっていないので、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡不実行指令を生成するＳ１０６へ移行する。

以上のフローチャートに示す処理により、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された場合、すなわち三相短絡処理指令生成部６７で三相短絡実行指令を生成する場合に、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となるようなタイミングで三相短絡実行指令を生成することができる。すなわち、三相短絡を実行する場合に、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となるタイミングで三相短絡を開始することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、三相短絡を実行する場合に、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機１０の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となる三相短絡開始タイミングを、ｄ軸電流、ｑ軸電流に基づいて判断して三相短絡を開始できるので、電動機の動力線を三相短絡した場合に発生する過渡的な電流による電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止することができ、電動機の永久磁石の減磁によるトルク低下を防止することができる。また、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態でないと判定されている状態において過剰な最大トルクの抑制がされないため、電源の正常時には電動機から所望の要求トルクが出力可能となる。

これにより、本発明による電動機制御装置を電気自動車に適用した場合、所望の加減速特性を得ることが可能となるとともに、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された後に三相短絡を実行した場合においては電動機１０の永久磁石の減磁を防止することができる。

また、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機１０の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値は前記式（５）のような簡易な式を用いているため、永久磁石温度に対応する不可逆減磁発生電流値及び三相短絡の際に発生する過渡的な電流の組をあらかじめ有限要素法で求める必要がなく、制御の設定が簡素になるとともに、有限要素法で求める必要が無いため、制御の設定、調整にかける工数も低減できる利点もある。

また、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機１０の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値は前記式（５）のような簡易な式を用いているため、各動作点における膨大なテーブルを作成したり、膨大なデータをメモリに記憶しておく必要がなく、メモリ容量が十分でない演算装置での構成が可能である。これにより、メモリ容量が十分でない安価な演算装置を用いた電動機制御装置においても、不可逆減磁の発生が防止できるとともに、演算装置の低コストで構成できるため、電動機制御装置を低コストで提供することが可能である。

なお、前記実施の形態１では、三相短絡処理指令生成部６７で、三相短絡の実行後の相ｄ軸電流の最小値が電動機１０の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値を演算する処理として、前記式（５）により演算する処理としたが、本質的に同等の演算方法であれば、特にこの数式に限定されるものではない。

また、前記実施の形態１では、電流指令値選択部６９で、電源側異常状態であると判定された場合に最終ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、最終ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を−Φ／Ｌｄ、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を０にそれぞれ切替える処理としたが、本質的に同等の演算方法であれば、特にこの数式に限定されるものではない。すなわち、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値を小さくするように、すなわちｄ軸電流の最小値の負の方向の振幅最大値が小さくなるように、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を変更するものであれば、特にこの数式に限定されるものではない。

また、前記実施の形態１では、スイッチング制御部６０の電源側異常判定部６８は、電圧検出部２４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としたが、その他の構成として、例えば図示しない車両ＥＣＵ等外部の制御装置から電力開閉器７０の開放状態が通信され、電力開閉器７０が開放状態である場合に電源側異常状態であると判定してもよい。

また、電力変換回路２５のスイッチング素子は、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、ダイヤモンド等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、本発明の実施の形態２に係る電動機制御装置を図５から図６に基づいて詳細に説明する。本実施の形態２に係る電動機制御装置は、先の実施の形態１の図１に示すシステム構成と同様に、インバータ回路２０とスイッチング制御部６０で構成されている。ただし、本実施の形態２は、先の実施の形態１と比較して、スイッチング制御部６０の機能ブロック構成が一部異なっており、また、三相短絡処理生成部６７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、本発明の実施の形態２におけるスイッチング制御部６０の機能ブロック図である。図５に示すように、本実施の形態２に係るスイッチング制御部６０の機能ブロックにおいては、先の実施の形態１における図２に示した機能ブロック図と比較すると、三相短絡処理指令生成部６７に関して、電圧検出部２４から直流母線電圧Ｖｐｎの入力が追加されている点のみが異なる。

また、三相短絡処理指令生成部６７での三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳの生成方法が、先の実施の形態１と異なる。その他の構成や動作は、先の実施の形態１と同じであるので、先の実施の形態１と同一または相当する部分については、説明を省略し、先の実施の形態１と異なる三相短絡処理指令生成部６７について、詳細に説明する。
本実施の形態２の三相短絡処理指令生成部６７は、三相二相変換部６２からｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑ、電圧検出部２４から直流母線電圧Ｖｐｎ、電源側異常判定部６８から電源側異常判定結果Ｅｒｒが入力され、これらに基づいて三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳを生成する。

具体的には、三相短絡処理指令生成部６７は、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側正常状態であると判定された場合には、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡不実行指令を生成し、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された場合には、ｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑおよび直流母線電圧Ｖｐｎに基づいて、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡実行指令を生成する。

ここで、この発明の実施の形態２に係る電動機制御装置の特徴とする点は、スイッチング制御部６０に三相短絡処理指令生成部６７と電流指令選択部６９とを設け、電源側異常状態であると判定された場合に、最終ｄ軸電流指令値Ｉｄ２＊、最終ｑ軸電流指令値Ｉｑ２＊をｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を−Φ／Ｌｄ、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を０にそれぞれ切替えるとともに、ｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑ、直流母線電圧Ｖｐｎに基づいて三相短絡実行指令を生成し、三相短絡を実行する点である。

この構成により、後述するように、電源側異常判定部６８の異常判定後の三相短絡を実行する際に、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値になるタイミングで三相短絡を開始することができる。また、直流電圧が想定外に過剰になった場合に電動機制御装置の破壊を防止するように三相短絡実行指令を生成することができる。

以下、図６のフローチャートを参照しながら、三相短絡処理指令生成部６７の詳細な処理について説明する。
まず、最初のステップＳ２０１では、三相短絡実行中であるか否かを判定する。なお、これ以降、「ステップ」を省略して、単に記号「Ｓ」で示す。
三相短絡実行中であると判定された場合、すなわち、Ｓ２０１でＹＥＳと判定された場合、三相短絡状態を継続するように、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡実行指令を生成するＳ２０５へ移行する。

一方、三相短絡実行中でないと判定された場合、すなわち、Ｓ２０１でＮＯと判定された場合には、Ｓ２０２へ移行する。
三相短絡実行中でないと判定された場合に移行するＳ２０２では、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定する。
電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された場合、すなわち、Ｓ２０２でＹＥＳと判定された場合、Ｓ２０３へ移行する。
電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態でないと判定された場合、すなわち、Ｓ２０２でＮＯと判定された場合、三相短絡を実行する必要がない状態であり、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡不実行指令を生成するＳ２０６へ移行する。

電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された場合に移行するＳ２０３では、三相二相変換部６２から入力されたｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑから、前記式（５）により三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅最大値）ｉｄ＿３ｐｓを演算し、Ｓ２０４へ移行する。

式（５）で求めた三相短絡後のｄ軸電流の最小値（負方向の振幅が最大となる値）ｉｄ＿３ｐｓが、電動機１０の永久磁石が減磁しないようにあらかじめ三相短絡処理指令生成部６７に設定したｄ軸電流制限値Ｉｄ＿ｌｉｍを上回ったと判定した場合（負方向の振幅が小さくなった場合）、または、直流電圧Ｖｐｎがあらかじめ設定している直流電圧制限値Ｖｐｎ＿ｌｉｍを超えたと判定した場合、すなわち、Ｓ２０４でＹＥＳと判定された場合、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡実行指令を生成するＳ２０５へ移行する。前者を判定した場合は三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となるタイミングである。後者の判定をした場合は直流電圧Ｖｐｎがあらかじめ設定している直流電圧制限値Ｖｐｎ＿ｌｉｍより大きいと判定した場合であり、永久磁石の減磁よりも電動機制御装置の高電圧発生による破壊の防止を優先して三相短絡を動作させるタイミングである。

三相短絡処理実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値でないと判定された場合、かつ、直流電圧Ｖｐｎがあらかじめ設定している直流電圧制限値Ｖｐｎ＿ｌｉｍより小さいと判定した場合、すなわち、Ｓ２０４でＮＯと判定された場合、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となっておらず、また、直流電圧Ｖｐｎも直流電圧制限値Ｖｐｎ＿ｌｉｍ以下であるので、三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡不実行指令を生成するＳ２０６へ移行する。

以上のフローチャートに示す処理により、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された場合、すなわち三相短絡処理指令生成部６７で三相短絡実行指令を生成する場合に、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となるようなタイミングで三相短絡実行指令を生成することができる。すなわち、三相短絡を実行する場合に、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となるタイミングで三相短絡を開始することができる。また、直流電圧Ｖｐｎがあらかじめ設定している直流電圧制限値Ｖｐｎ＿ｌｉｍと判定した場合も三相短絡処理指令Ｓ３ＰＳとして三相短絡実行指令を生成することができる。すなわち、直流電圧が想定外に過剰になった場合に電動機制御装置の破壊を防止するように三相短絡実行指令を生成することができる。具体的には、直流電圧があらかじめ設定している直流電圧上限値を超えたと判定した場合には、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が前記交流電動機の永久磁石を減磁させないかどうかの判定によらず、三相短絡を開始するものである。

以上のように、実施の形態２によれば、三相短絡を実行する場合に、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機１０の永久磁石を減磁させないｄ軸電流値となる三相短絡開始タイミングを、ｄ軸電流、ｑ軸電流、および直流電圧に基づいて判断して三相短絡を開始できるので、電動機の動力線を三相短絡した場合に発生する過渡的な電流による電動機の永久磁石の不可逆減磁を防止することができ、電動機の永久磁石の減磁によるトルク低下を防止することができる。また、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態でないと判定されている状態において過剰な最大トルクの抑制がされないため、電源の正常時には電動機から所望の要求トルクが出力可能となる。さらに、直流電圧が想定外に過剰になった場合には、永久磁石の減磁よりも電動機制御装置の高電圧発生による破壊の防止を優先して動作させることができる。

これにより、本発明による電動機制御装置を電気自動車に適用した場合、所望の加減速特性を得ることが可能となるとともに、電源側異常判定結果Ｅｒｒが電源側異常状態であると判定された後に三相短絡を実行した場合においては電動機１０の永久磁石の減磁を防止することができる。
なお、前述した実施の形態１、２は、あくまで一例であり、本発明が適用できるものであれば、実地の形態１、２に何ら限定されない。例えば、実施の形態１、２では、直流電源９０と電動機制御装置８０を直接接続していた。しかしながら、直流電源９０と電動機制御装置８０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、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、本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。
前述したように、本発明は、実施の形態１、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、各実施の形態１、２を自由に組み合わせたり、各実施の形態１、２を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ａ、１ｂ 直流母線、２ 交流母線、１０ 電動機、２０ インバータ回路、
２１ コンデンサ、２４ 電圧検出部、２５ 電力変換回路、２６ 電動機電流検出部、
３０ 回転角センサ（回転速度検出部）、３１〜３６ スイッチング素子、
６０ スイッチング制御部、６１ 電流指令生成部、６２ 三相二相変換部、
６３ 電流制御部、６４ 二相三相変換部、６５ デューティ変換部、
６６ ＰＷＭ信号生成部、６７ 三相短絡処理指令生成部、６８ 電源側異常判定部、
６９ 電流指令選択部、７０ 電力開閉器、８０ 電動機制御装置、９０ 直流電源、
１００ 異常時ｄ軸電流指令発生器、１０１ 異常時ｑ軸電流指令発生器、
１０２ 切り替えスイッチ。

Claims (12)

1. 直流電源と交流電動機との間に接続され、前記直流電源の直流電力を交流電力に変換して前記交流電動機を駆動制御する電動機制御装置であって、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た電力変換回路と、前記電力変換回路の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、前記スイッチング制御部が、前記上段側スイッチング素子のすべてまたは前記下段側スイッチング素子のすべてをオンする三相短絡を実行する場合に、前記三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないかどうかを判定する判定部と、電動機の永久磁石を減磁させないと判定した場合に前記三相短絡を開始する三相短絡処理指令を生成し出力する三相短絡処理指令生成部を有することを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記スイッチング制御部は、前記交流電動機のｄ軸電流検出値およびｑ軸電流検出値に基づいて、前記三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が前記交流電動機の永久磁石を減磁させないかどうかを判定す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. 前記スイッチング制御部は、三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値を演算により求め、前記三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が前記交流電動機の永久磁石を減磁させないかどうかを判定す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. 前記スイッチング制御部は、前記ｄ軸電流の最小値が、前記交流電動機の永久磁石が減磁しないようにあらかじめ設定されたｄ軸電流制限値を上回った場合に、前記三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないと判定することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
5. 前記スイッチング制御部は、前記交流電動機に流れるｄ軸電流検出値およびｑ軸電流検出値に基づいて、下式
   

   

   
   （ただし、ｉｄ＿３ｐｓ：電動機の動作状態における三相短絡後のｄ軸電流の最小値、Φ：永久磁石の磁束、ｉｄ＿ｐｒｅ：三相短絡の処理前のｄ軸電流、Ｌｄ：電動機のｄ軸インダクタンス、Ｌｑ：電動機のｑ軸インダクタンス、ｉｑ＿ｐｒｅ：三相短絡の処理前のｑ軸電流）
   により三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値を求めることを特徴とする請求項３または４に記載の電動機制御装置。
6. 前記スイッチング制御部は、前記三相短絡を実行する場合に、前記三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値の負の方向の振幅最大値が小さくなるように、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を変更することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項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ｄ軸電流指令値および前記ｑ軸電流指令値を、三相短絡の実行後におけるｄ軸電流値およびｑ軸電流値に近づくように変更することを特徴とする請求項６に記載の電動機制御装置。
8. 前記スイッチング制御部は、前記三相短絡を実行する場合に、前記ｄ軸電流指令値を−Φ／Ｌｄに変更し、前記ｑ軸電流指令値を零に変更することを特徴とする請求項６または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、直流電圧があらかじめ設定している直流電圧上限値を超えたと判定した場合には、前記三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が前記交流電動機の永久磁石を減磁させないかどうかの判定によらず、三相短絡を開始することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
10. 前記スイッチング制御部は、前記交流電動機からの回生電力を前記直流電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、前記三相短絡の処理の制御を開始することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
11. 前記電力変換回路を構成する前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
12. 直流電源と交流電動機との間に接続され、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、前記上段側スイッチング素子と前記下段側スイッチング素子をオンオフ制御することによって直流と三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た電動機制御装置の前記交流電動機の駆動および回生の制御において、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三相短絡を実行する場合に、前記三相短絡の実行後のｄ軸電流の最小値が電動機の永久磁石を減磁させないかどうかを判定し、電動機の永久磁石を減磁させないと判定した場合に前記三相短絡を開始することを特徴とする電動機制御方法。

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