JP7162194B2 - 回転機制御装置、および、制御方法 - Google Patents

回転機制御装置、および、制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、回転機制御装置、および、制御方法に関する。
燃費規制やＣＯ２規制によって、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＰＨＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＦＣＶ（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などのように車両の電動化が進んでいる。また、車両の電気効率を向上するため、車両を駆動するモータとして永久磁石同期モータが使用されることが多くなっている。
永久磁石同期モータは、励磁電流を必要としないために高効率であるが、永久磁石の界磁磁束によって発生する誘起電圧が回転数（以下の説明において、回転速度、あるいは角速度ともいう）に比例して上昇し、一定の回転数以上になると誘起電圧がインバータの出力電圧を超えてしまう。そのため、永久磁石同期モータを高速回転させる際は、永久磁石の界磁磁束によって発生する誘起電圧を抑制するための弱め磁束制御が行われる。
一方、永久磁石同期モータの回転によって発生する大きな誘起電圧によって、インバータのスイッチ素子が破壊されることがある。
その対策として、永久磁石同期モータの三相を短絡状態として、永久磁石同期モータから誘起される電圧をほぼ０（ゼロ）にする三相短絡制御が行われる。その三相短絡制御の一例として特許文献１には、永久磁石同期モータを駆動するインバータと、インバータに発生する過電圧などの異常を検出する異常検出部と、インバータを三相短絡制御の状態とするための三相短絡回路とを備える車両駆動装置が記載されている。この車両駆動装置では、異常検出部が異常を検出した場合に、インバータを三相ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御の状態から三相短絡制御の状態に切り替えることで、インバータにかかる過電圧を低減している。
特開２０１５－１９８５０３号公報
しかしながら、インバータを三相ＰＷＭ制御の状態から三相短絡制御の状態に切り替える際にトルクの急峻な変動が生ずることがあるという問題がある。
そこで、本発明は、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避し得る回転機制御装置を提供する。
本発明の一態様に係る回転機制御装置は、Ｕ相スイッチング回路、Ｖ相スイッチング回路及びＷ相スイッチング回路を有する、三相回転機を駆動するインバータと、前記三相回転機のロータ位置を検出するロータ位置検出器と、前記ロータ位置検出器、および、前記インバータと電気的に接続される制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記三相回転機の電流またはトルクが指令電流または指令トルクに追従するように、前記インバータを用いて前記三相回転機に電圧を印加する第一制御部と、前記インバータを用いて前記三相回転機を制御する第二制御部と、前記第一制御部と前記第二制御部とを切り替える切替部とを有し、前記第二制御部は、（ａ）前記ロータ位置検出器が検出した前記ロータ位置から得られるロータ角度が、前記三相回転機のＵ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＵ相の第二期間とし、隣接する前記Ｕ相の第二期間に挟まれた期間をＵ相の第一期間と定義し、（ｂ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＶ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＶ相の第二期間とし、隣接する前記Ｖ相の第二期間に挟まれた期間をＶ相の第一期間と定義し、（ｃ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＷ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＷ相の第二期間とし、隣接する前記Ｗ相の第二期間に挟まれた期間をＷ相の第一期間と定義したときに、前記ロータ角度に基づいて前記インバータを駆動することにより前記三相回転機を制御し、前記インバータの駆動では、（ｉ）前記Ｕ相の第一期間の全期間において前記Ｕ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｖ相の第一期間の全期間において前記Ｖ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｗ相の第一期間の全期間において前記Ｗ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となるように前記インバータを駆動し、かつ、（ｉｉ）前記Ｕ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｕ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｖ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｖ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｗ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｗ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となるように前記インバータを駆動する。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本発明の回転機制御装置は、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
図１は、実施の形態１における回転機制御装置を備える電気車両を例示する概略図である。 図２は、実施の形態１における回転機制御装置の構成を例示する回路図である。 図３は、実施の形態１における制御回路の構成を示す概略図である。 図４は、実施の形態１におけるロータ位置とコイルとの位置関係を例示する概念図である。 図５は、実施の形態１における回転機の座標軸とロータ角度とを示す説明図である。 図６は、実施の形態１における第二モードにおけるスイッチングパターンを示す説明図である。 図７は、実施の形態１における第三モードにおけるスイッチングパターンを示す説明図である。 図８は、実施の形態１における第一モードおよび第二モードにおけるスイッチングパターンを示すタイミング図である。 図９は、実施の形態１における制御回路の第一例を示す回路図である。 図１０は、実施の形態１における制御回路の第一例の処理を示すフロー図である。 図１１は、実施の形態１における制御回路の第二例を示す回路図である。 図１２は、実施の形態１における制御回路の第二例の処理を示すフロー図である。 図１３は、実施の形態１における回転機制御装置により制御されたモータのトルク、電圧および電流の時間的変化の一例を示す説明図である。 図１４は、実施の形態２における第二モードおよび第三モードにおけるスイッチングパターンを示すタイミング図である。 図１５は、実施の形態２における制御回路の例を示す回路図である。 図１６は、実施の形態２における制御回路の処理を示すフロー図である。 図１７は、各実施の形態の変形例１における回転機制御装置により制御されたモータのトルク、電圧および電流の時間的変化の第一例を示す説明図である。 図１８は、各実施の形態の変形例２における制御回路の処理を示すフロー図である。 図１９は、各実施の形態の変形例２における回転機制御装置により制御されたモータのトルク、電圧および電流の時間的変化の第二例を示す説明図である。
本発明の一態様に係る回転機制御装置は、Ｕ相スイッチング回路、Ｖ相スイッチング回路及びＷ相スイッチング回路を有する、三相回転機を駆動するインバータと、前記三相回転機のロータ位置を検出するロータ位置検出器と、前記ロータ位置検出器、および、前記インバータと電気的に接続される制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記三相回転機の電流またはトルクが指令電流または指令トルクに追従するように、前記インバータを用いて前記三相回転機に電圧を印加する第一制御部と、前記インバータを用いて前記三相回転機を制御する第二制御部と、前記第一制御部と前記第二制御部とを切り替える切替部とを有し、前記第二制御部は、（ａ）前記ロータ位置検出器が検出した前記ロータ位置から得られるロータ角度が、前記三相回転機のＵ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＵ相の第二期間とし、隣接する前記Ｕ相の第二期間に挟まれた期間をＵ相の第一期間と定義し、（ｂ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＶ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＶ相の第二期間とし、隣接する前記Ｖ相の第二期間に挟まれた期間をＶ相の第一期間と定義し、（ｃ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＷ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＷ相の第二期間とし、隣接する前記Ｗ相の第二期間に挟まれた期間をＷ相の第一期間と定義したときに、前記ロータ角度に基づいて前記インバータを駆動することにより前記三相回転機を制御し、前記インバータの駆動では、（ｉ）前記Ｕ相の第一期間の全期間において前記Ｕ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｖ相の第一期間の全期間において前記Ｖ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｗ相の第一期間の全期間において前記Ｗ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となるように前記インバータを駆動し、かつ、（ｉｉ）前記Ｕ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｕ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｖ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｖ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｗ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｗ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となるように前記インバータを駆動する。
上記態様によれば、回転機制御装置は、第一制御部から第二制御部へ切り替えることにより、トルクの急峻な変動を抑制することができる。第二制御部は、三相回転機が発生させる電力の少なくとも一部が無効電力となるようにインバータを駆動することにより、インバータの直流母線部の電圧の上昇を抑制する。また、第一制御部から第二制御部への切り替えの際にトルクの急峻な変動の発生が抑制されている。これにより、回転機制御装置は、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
例えば、前記第二制御部および前記切替部の少なくとも一方は、論理回路で構成されていてもよい。
上記態様によれば、回転機制御装置は、第二制御部および切替部の少なくとも一方が論理回路で構成されているので、演算装置又はプロセッサで構成される場合に比べて、故障に対する耐性が高い。よって、回転機制御装置は、故障に対する耐性を向上させ、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
例えば、前記切替部は、前記インバータの直流母線部に電気的に接続された遮断器が非導通となるか、または、前記直流母線部に電気的に接続された過電圧検出回路から過電圧検出信号が出力された場合に、前記第一制御部から前記第二制御部に切替えてもよい。
上記態様によれば、回転機制御装置は、原則として第一制御部により三相回転機を制御するとともに、上記遮断器の切断、又は、上記直流母線部の過電圧を実際に検出した場合に第二制御部への切り替えを行うことができる。これにより、回転機制御装置は、通常時には第一制御部による制御を行うとともに、必要に応じて第二制御部による制御を行うことで、三相回転機を適切に制御することができる。これにより、回転機制御装置は、第二制御部による制御が必要であるときに第二制御部による制御を行うことにより、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
例えば、前記制御回路は、前記Ｕ相スイッチング回路、前記Ｖ相スイッチング回路及び前記Ｗ相スイッチング回路における、それぞれの前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチの一方が導通状態になり、他方が非導通状態になるように前記インバータを制御する第三制御部を、さらに備え、前記切替部は、前記第一制御部と前記第二制御部とに加えて、前記第三制御部とも切替え、前記切替部は、前記直流母線部における電圧が所定電圧を超える場合に、前記第二制御部から前記第三制御部に切り替えてもよい。
上記態様によれば、回転機制御装置は、第三制御つまり三相短絡制御により三相回転機を制御することでインバータに過電圧がかかることを抑制することができる。また、上記の三相短絡制御は、インバータの直流母線部の過電圧を実際に検出した場合になされる。これにより、回転機制御装置は、第一制御部又は第二制御部による制御を行っているときであっても、必要に応じて第三制御部による制御を行うことで、インバータに過電圧がかかることを抑制できる。これにより、回転機制御装置は、三相短絡制御をさらに用いることにより、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
例えば、前記切替部は、前記第三制御部が前記インバータを駆動しているときに、前記ロータ位置検出器からの出力に基づいて前記三相回転機の回転数を算出し、算出した前記回転数が所定回転数以下になれば、前記第三制御部から前記第二制御部に切替えてもよい。
上記態様によれば、回転機制御装置は、三相回転機の回転数が所定回転数以下であるときに第三制御部から第二制御部へ切り替えるので、第三制御つまり三相短絡制御において回転機の低速時に発生する負荷トルクを抑制し、インバータの素子の破壊を回避することができる。
例えば、前記制御回路は、前記Ｕ相スイッチング回路、前記Ｖ相スイッチング回路及び前記Ｗ相スイッチング回路における、それぞれの前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチの一方が導通状態になり、他方が非導通状態になるように前記インバータを制御する第三制御部を、さらに備え、前記切替部は、前記第一制御部と前記第二制御部とに加えて、前記第三制御部とも切替え、前記切替部は、前記インバータの直流母線部に電気的に接続された遮断器が非導通となるか、または、前記直流母線部に電気的に接続された過電圧検出回路から過電圧検出信号が出力された場合に、前記第一制御部から前記第三制御部に切替えてもよい。
上記態様によれば、回転機制御装置は、原則として第一制御部により三相回転機を制御するとともに、上記遮断器の切断、又は、上記直流母線部の過電圧を実際に検出した場合に第三制御部への切り替えを行うことができる。これにより、回転機制御装置は、通常時には第一制御部による制御を行うとともに、必要に応じて第三制御部による制御を行うことで、三相回転機を適切に制御することができる。これにより、回転機制御装置は、第三制御部による制御が必要であるときに第三制御部による制御を行うことにより、インバータの素子の破壊を回避することができる。
例えば、前記切替部は、前記第三制御部が前記インバータを駆動しているときに、前記ロータ位置検出器からの出力に基づいて前記三相回転機の回転数を算出し、算出した前記回転数が所定回転数以下になれば、前記第三制御部から前記第二制御部に切替えてもよい。
上記態様によれば、回転機制御装置は、三相回転機の回転数が所定回転数以下であるときに第三制御部から第二制御部へ切り替えるので、第三制御つまり三相短絡制御において回転機の低速時に発生する負荷トルクを抑制し、インバータの素子の破壊を回避することができる。
例えば、前記第三制御部は、論理回路で構成されていてもよい。
上記態様によれば、回転機制御装置は、第三制御部が論理回路で構成されているので、演算装置又はプロセッサで構成される場合に比べて、故障に対する耐性が高い。よって、回転機制御装置は、故障に対する耐性を向上させ、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
例えば、前記切替部は、前記回転数が前記所定回転数以下であり、かつ、前記直流母線部における電圧が前記所定電圧以上である場合に、前記第二制御部から前記第三制御部に切替えてもよい。
上記態様によれば、回転機制御装置は、第三制御つまり三相短絡制御により三相回転機を制御することでインバータに過電圧がかかることを抑制することができる。また、上記の三相短絡制御は、直流母線部の電圧が所定電圧以上である場合になされる。これにより、回転機制御装置は、第二制御部による制御を行っているときであっても、必要に応じて第三制御部による制御を行うことで、インバータに過電圧がかかることを抑制できる。これにより、回転機制御装置は、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
本発明の一態様に係る制御方法は、回転機制御装置の制御方法であって、前記回転機制御装置は、Ｕ相スイッチング回路、Ｖ相スイッチング回路及びＷ相スイッチング回路を有する、三相回転機を駆動するインバータと、前記三相回転機のロータ位置を検出するロータ位置検出器と、前記ロータ位置検出器、および、前記インバータと電気的に接続される制御回路と、を備え、前記制御方法は、前記三相回転機の電流またはトルクが指令電流または指令トルクに追従するように、前記インバータを用いて前記三相回転機に電圧を印加する第一制御ステップと、前記インバータを用いて前記三相回転機を制御する第二制御ステップと、前記第一制御ステップと前記第二制御ステップとを切り替える切替ステップとを有し、前記第二制御ステップは、（ａ）前記ロータ位置検出器が検出した前記ロータ位置から得られるロータ角度が、前記三相回転機のＵ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＵ相の第二期間とし、隣接する前記Ｕ相の第二期間に挟まれた期間をＵ相の第一期間と定義し、（ｂ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＶ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＶ相の第二期間とし、隣接する前記Ｖ相の第二期間に挟まれた期間をＶ相の第一期間と定義し、（ｃ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＷ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＷ相の第二期間とし、隣接する前記Ｗ相の第二期間に挟まれた期間をＷ相の第一期間と定義したときに、前記ロータ角度に基づいて前記インバータを駆動することにより前記三相回転機を制御し、前記インバータの駆動では、（ｉ）前記Ｕ相の第一期間の全期間において前記Ｕ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｖ相の第一期間の全期間において前記Ｖ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｗ相の第一期間の全期間において前記Ｗ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となるように前記インバータを駆動し、かつ、（ｉｉ）前記Ｕ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｕ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｖ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｖ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｗ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｗ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となるように前記インバータを駆動する。
上記態様によれば、上記回転機制御装置と同様の効果を奏する。
例えば、前記制御方法は、前記インバータを用いて前記三相回転機を制御する第三制御ステップを、さらに有し、前記第三制御ステップは、前記Ｕ相スイッチング回路、前記Ｖ相スイッチング回路および前記Ｗ相スイッチング回路における、それぞれの前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチの一方が導通状態となり、他方が非導通状態となるように前記インバータを駆動してもよい。
上記態様によれば、上記回転機制御装置と同様の効果を奏する。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
（実施の形態１）
［１－１．車両駆動装置の構成］
まず、本実施の形態による回転機制御装置５の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態における回転機制御装置５を備える電気車両１を例示する図である。電気車両１は、駆動輪２と、動力伝達機構３と、モータＭ１と、インバータ１０と、電池Ｐ１とを備えている。これらの構成のうち、回転機制御装置５は、モータＭ１、インバータ１０および電池Ｐ１によって構成されている。
モータＭ１は、電気車両１の駆動輪２を駆動する三相交流式の永久磁石同期モータであり、例えば、埋込磁石同期モータまたは表面磁石同期モータなどである。モータＭ１は、三相回転機に相当する。
動力伝達機構３は、例えば、ディファレンシャルギアおよびドライブシャフトによって構成され、モータＭ１と駆動輪２との間にて動力を伝達する。モータＭ１の回転力は、動力伝達機構３を経由して駆動輪２に伝達される。また、駆動輪２の回転力は、動力伝達機構３を経由してモータＭ１に伝達される。なお、電気車両１は、動力伝達機構３を備えていなくてもよく、モータＭ１と駆動輪２とが直結された構造であってもよい。
電池Ｐ１は、例えば、リチウムイオン電池などの直流電源である。電池Ｐ１は、モータＭ１を駆動させるための電力を供給し、および、この電力を蓄積する。
インバータ１０は、電池Ｐ１から供給された直流電力を例えば三相の交流電力に変換して、その交流電力をモータＭ１に供給する。このように回転機制御装置５は、電池Ｐ１の電力を用いて三相交流式のモータＭ１を駆動するように構成されている。
図２は、回転機制御装置５の構成を例示する回路図である。
図２に示されるように、回転機制御装置５は、モータＭ１と、インバータ１０と、電池Ｐ１とを備える。インバータ１０は、三相ブリッジ回路４０と、ドライブ回路３０と、制御回路２０とを備える。
なお、図２には、三相ブリッジ回路４０に印加される電圧を平滑化する平滑コンデンサＣ１と、インバータ１０の直流母線部に電気的に接続された遮断器３２も図示されている。図２に示される電圧Ｖｐは電源電圧であり、電圧Ｖｇは接地電圧である。
三相ブリッジ回路４０は、電池Ｐ１から供給された直流電力をスイッチング動作により三相の交流電力に変換して、その交流電力をモータＭ１に供給し、モータＭ１を駆動する回路である。三相ブリッジ回路４０の、スイッチング動作制御用の入力側はドライブ回路３０に接続され、電力の入力側は電池Ｐ１に接続され、出力側はモータＭ１に接続されている。
三相ブリッジ回路４０は、図２の紙面上の上側に位置する上側アーム群に設けられたスイッチ素子（ハイサイドスイッチともいう）Ｓ１、Ｓ２及びＳ３と、図２の紙面上の下側に位置する下側アーム群に設けられたスイッチ素子（ローサイドスイッチともいう）Ｓ４、Ｓ５及びＳ６とを備えている。例えば、スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などによって構成される。また、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成されてもよい。
各スイッチ素子Ｓ１、Ｓ２及びＳ３は、モータＭ１の３つの端子（またはこの端子に接続された出力線）と、電池Ｐ１の正極に接続された電源線Ｌｐとの間に接続されている。各スイッチ素子Ｓ４、Ｓ５及びＳ６は、上記３つの端子（または出力線）と電池Ｐ１の負極に接続された接地線Ｌｇとの間に接続されている。また、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６には、還流ダイオードが並列接続されている。還流ダイオードは、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６に寄生する寄生ダイオードであってもよい。
各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、ドライブ回路３０に接続され、ドライブ回路３０から出力された制御信号によって駆動する。モータＭ１は、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６の駆動に基づいて、力行、回生、惰行または停止などの状態で駆動される。
ドライブ回路３０は、制御回路２０からの信号に基づいて、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６を駆動するための信号を出力する。
制御回路２０は、インバータ１０を用いてモータＭ１に電圧を印加する制御を行うための回路である。制御回路２０は、回転機制御装置５の外部の装置から取得する指令電流又は指令トルクと、モータＭ１に流れる電流を検知する電流センサＣＳｕ、ＣＳｖ及びＣＳｗから得られる電流値ｉｕ、ｉｖ及びｉｗと、モータＭ１に設けられた回転位置センサＲＳから得られるロータ角度とを取得し、上記制御を行う。回転位置センサＲＳは、モータＭ１のロータ位置を検出するロータ位置検出器に相当する。
制御回路２０の構成について、図３を参照しながら詳しく説明する。
図３は、本実施の形態における制御回路２０の構成を示す概略図である。
図３に示されるように、制御回路２０は、第一制御部２１と、第二制御部２２と、第三制御部２３と、切替部２４とを有する。
第一制御部２１は、インバータ１０を用いてモータＭ１に電圧を印加する制御を行うための制御部である。第一制御部２１による制御を第一制御ともいう。第一制御部２１が出力する信号によってモータＭ１が駆動している状態を第一モードともいう。
同様に、第二制御部２２および第三制御部２３は、それぞれ、インバータ１０を用いてモータＭ１の制御を行うための制御部である。第二制御部２２および第三制御部２３による制御を、それぞれ、第二制御および第三制御ともいう。第二制御部２２および第三制御部２３が出力する信号によってモータＭ１が駆動している状態を、それぞれ、第二モードおよび第三モードともいう。
第一制御部２１は、モータＭ１の電流が指令電流に追従するように、又は、モータＭ１のトルクが指令トルクに追従するように、インバータ１０を用いてモータＭ１に電圧を印加する制御を行う。第一制御部２１は、回転機制御装置５の外部の装置から指令トルクまたは指令電流の値を取得し、また、モータＭ１からロータ角度θを取得する。そして、第一制御部２１は、取得したロータ角度θに応じて、取得した指令トルクまたは指令電流に追従するように上記の制御を行う。具体的には、第一制御部２１は、従来、一般的に行われているように、電流指令、またはトルク指令から電圧指令を生成し、電圧指令に基づいて、上記のようにインバータ１０がモータＭ１に電圧を印加するように各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６を駆動させる三相ＰＷＭ制御のための信号（例えばＰＷＭ信号）を生成する。そして、第一制御部２１は、生成したＰＷＭ信号を、切替部２４を介してインバータ１０に出力することで、インバータ１０を駆動する。第一制御部２１が生成するＰＷＭ信号は、例えば、後述する図８の第一モードの期間（時刻０．３秒より前の区間）における、信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨおよびＷＬに示されるような波形を有する。ここで、信号ＵＨ及びＵＬは、それぞれ、Ｕ相のハイサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ１）及びローサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ４）に対応している。信号ＶＨ及びＶＬは、それぞれ、Ｖ相のハイサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ２）及びローサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ５）にそれぞれに対応している。信号ＷＨ及びＷＬは、それぞれ、Ｗ相のハイサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ３）及びローサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ６）に対応している。
第二制御部２２は、モータＭ１が発生させる電力の少なくとも一部が無効電力となるように、インバータ１０を用いてモータＭ１の制御を行う。第二制御部２２は、モータＭ１からロータ角度θを取得し、取得したロータ角度θに応じて、下記（ｉ）及び（ｉｉ）のようにインバータ１０を駆動する。
（ｉ）第二制御部２２は、Ｕ相の第一期間の全期間においてＵ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、Ｖ相の第一期間の全期間においてＶ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、Ｗ相の第一期間の全期間においてＷ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となるようにインバータ１０を駆動する。
（ｉｉ）第二制御部２２は、Ｕ相の第二期間の一部期間又は全期間においてＵ相スイッチング回路のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、Ｖ相の第二期間の一部期間又は全期間においてＶ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、Ｗ相の第二期間の一部期間又は全期間においてＷ相スイッチング回路のハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチのいずれかが導通状態となるようにインバータ１０を駆動する。
ここで、各相の第一期間および第二期間を下記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）のように定義する。
（ａ）ロータ角度θが、モータＭ１のＵ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＵ相の第二期間とし、隣接するＵ相の第二期間に挟まれた期間をＵ相の第一期間と定義する。
（ｂ）ロータ角度θが、モータＭ１のＶ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＶ相の第二期間とし、隣接するＶ相の第二期間に挟まれた期間をＶ相の第一期間と定義する。
（ｃ）ロータ角度θが、モータＭ１のＷ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＷ相の第二期間とし、隣接するＷ相の第二期間に挟まれた期間をＷ相の第一期間と定義する。
なお、第二制御部２２は、論理回路によって実現されてもよいし、マイコンによって実現されてもよい。
第三制御部２３は、Ｕ相スイッチング回路、Ｖ相スイッチング回路及びＷ相スイッチング回路における、それぞれのハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチの一方が導通状態になり、他方が非導通状態になるようにインバータ１０を制御する。言い換えれば、第三制御部２３は、三相ブリッジ回路４０のアーム群のスイッチ素子（ハイサイドスイッチ）Ｓ１、Ｓ２及びＳ３、および、下側アーム群のスイッチ素子（ローサイドスイッチ）Ｓ４、Ｓ５およびＳ６のうち、一方のアーム群の各スイッチ素子が短絡し、他方のアーム群の各スイッチ素子が開放する制御（三相短絡制御ともいう）をする。なお、第三制御部２３は、論理回路によって実現されてもよいし、マイコンによって実現されてもよい。また、第三制御部２３は、必須の構成ではない。
切替部２４は、インバータ１０の駆動の制御を切り替える。具体的には、切替部２４は、インバータ１０の駆動の制御をする制御部として、第一制御部２１と第二制御部２２とを切替える。例えば、切替部２４は、所定の異常を検出した場合に、第一制御部２１と第二制御部２２とを切替える。所定の異常は、例えば、インバータ１０の直流母線部に電気的に接続された遮断器３２が非導通となったこと、直流母線部に電気的に接続された過電圧検出回路から過電圧検出信号が出力されたこと、または、電気車両１に搭載された各種マイコンの異常動作が検出されたことを示す信号が出力されたこと、などを含む。なお、切替部２４は、インバータ１０の直流母線部に電気的に接続された遮断器３２が非導通となったことが検出された場合に出力される信号を受信することで、遮断器３２が非導通となったことを知ることができる。
また、切替部２４は、制御回路２０が第三制御部２３を備えている場合には、インバータ１０の駆動の制御をする制御部として、第一制御部２１と第二制御部２２とに加えて、第三制御部２３とも切替えしてもよい。例えば、切替部２４は、直流母線部における電圧が所定電圧を超える場合に、インバータ１０の駆動の制御をする制御部を、第二制御部２２から第三制御部２３に切り替える。
切替部２４は、論理回路によって実現されてもよいし、マイコンによって実現されてもよい。
以降において、第二モードおよび第三モードにおけるスイッチングパターンについて詳しく説明する。
（１）第二モード
図４は、本実施の形態におけるロータ角度の検出の方法を例示する概念図である。図５は、本実施の形態における回転機の座標軸とロータ角度とを示す説明図である。図６は、本実施の形態における第二モードにおけるスイッチングパターンを示す説明図である。図４、図５および図６を参照しながら、第二モードにおけるスイッチングパターンについて説明する。
図４に示されるように、モータＭ１には、モータＭ１の回転とともに回転する磁石Ｍと、磁石Ｍの位置を検出するためのホール素子Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗとが設けられている。磁石Ｍは、モータＭ１のロータと同じ角速度で回転するように構成されている。磁石Ｍの角度は、モータＭ１のロータ角度θと同じであってもよいし、異なっていてもよい。なお、磁石Ｍと、ホール素子Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗとは、ロータ角度θを検出するための回転位置センサＲＳに相当する。
図５に示されるように、ロータ角度θは、モータＭ１が備えるロータＲのＮ極の角度である。ロータ角度θの基準（θ＝０）は、Ｕ相のコイルに正電流を流したときに生成されるＵ相電機子反作用磁束の方向である。ロータ角度θは、電気角である。
次に、図６を参照しながら、第一制御部２１による各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６の駆動を説明する。以下の説明において、ロータ角度θが１５０度から２１０度までの区間をセクションＩともいう。図６に示されるように、ロータ角度の６つの区間を、セクションＩ～ＶＩともいう。また、図６には、各セクションにおけるホール素子Ｈｕ、Ｈｖ及びＨｗの検出値も示されている。
図６に示されるＵＨ及びＵＬは、それぞれ、Ｕ相のハイサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ１）及びローサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ４）に対応している。ＶＨ及びＶＬは、それぞれ、Ｖ相のハイサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ２）及びローサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ５）にそれぞれに対応している。ＷＨ及びＷＬは、それぞれ、Ｗ相のハイサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ３）及びローサイドスイッチ（スイッチ素子Ｓ６）に対応している。
例えば、セクションＩでは、スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６のうち、ＵＨに相当するスイッチ素子Ｓ１をＯＮ（１）にし、他のスイッチ素子をＯＦＦ（０）とするように、第二制御部２２が各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６を駆動する。
例えば、セクションＩＩでは、スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６のうち、ＷＬに相当するスイッチ素子Ｓ６をＯＮ（１）にし、他のスイッチ素子をＯＦＦ（０）とするように、第二制御部２２が各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６を駆動する。
セクションＩＩＩ～ＶＩについても、図６に示されるスイッチングパターンで第二制御部２２が各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６を駆動する。
（２）第三モード
図７は、本実施の形態における第三モードにおけるスイッチングパターンを示す説明図である。図７の（ａ）及び（ｂ）は、いずれも、第三モードにおけるスイッチングパターンを示している。
図７の（ａ）のスイッチングパターンでは、スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６のうち、ＵＰ、ＶＰ及びＷＰに相当するスイッチ（つまりハイサイドスイッチ）であるスイッチ素子Ｓ１、Ｓ２及びＳ３をＯＮ（１）にし、他をＯＦＦ（０）とするように、第三制御部２３が各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６を駆動する。
図７の（ｂ）のスイッチングパターンでは、スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６のうち、ＵＮ、ＶＮ及びＷＮに相当するスイッチ（つまりローサイドスイッチ）であるスイッチ素子Ｓ４、Ｓ５及びＳ６をＯＮ（１）にし、他をＯＦＦ（０）とするように、第三制御部２３が各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６を駆動する。
図８は、本実施の形態における第一モードおよび第二モードにおけるスイッチングパターンを示すタイミング図である。図８において、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、時刻０．３秒より前の区間には第一モードで駆動され、時刻０．３秒より後の区間には第二モードで駆動される。また、図８には、ロータ角度θの時間的変化も示されている。
図８の時刻０．３秒より前の区間においては、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、ロータ角度θを用いて第一モードつまり三相ＰＷＭ制御によって駆動されている。
図８の時刻０．３秒より後の区間においては、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、ロータ角度θを用いて第二モードで駆動されている。具体的には、時刻０．３秒の時点でのロータ角度（約２７０度）に基づいてセクションＩＩＩの制御から開始され、その後、順に、セクションＩＶ、ＶおよびＶＩの制御が順次になされる。
次に、制御回路２０の構成について２つの例を説明する。具体的には、（１）第一制御部２１と第二制御部２２とを切り替える制御回路２０の一例と、（２）第一制御部２１と第二制御部２２と第三制御部２３とを切り替える制御回路２０の一例とを説明する。
（１）第一制御部２１と第二制御部２２とを切り替える制御回路２０の一例
図９は、本実施の形態における制御回路２０の第一例を示す回路図である。図９は、第一制御部２１と第二制御部２２とを切り替える制御回路２０の一例を示している。
図９には、第一制御部２１と、第二制御部２２と、切替部２４とが図示されている。
第一制御部２１は、切替信号と、信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨおよびＷＬ（「信号ＵＨ等」ともいう）とを出力する。
第一制御部２１が出力する切替信号は、第一制御部２１による処理に基づいて、第二モードによる制御に切り替えるために第一制御部２１が出力する信号である。切替信号は、例えば、電気車両１に搭載された各種マイコンの異常動作が検出されたときに出力される信号である。
第一制御部２１が出力する信号ＵＨ等は、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６を駆動するためのＰＷＭ信号であり、図８の０．３秒より前の区間に相当する。第一制御部２１が出力する信号ＵＨ等は、切替部２４に伝達される。
第二制御部２２は、ホール素子Ｈｕ、ＨｖおよびＨｗによる検出値に基づいて信号ＵＨ等を出力する。第二制御部２２は、論理回路、より具体的には、ＮＯＲ回路４１、４３及び４５と、ＡＮＤ回路４２、４４および４６とを備える。ＮＯＲ回路４１は、ホール素子ＨｕおよびＨｖそれぞれの検出値のＮＯＲ演算結果を信号ＵＨとして出力する。ＡＮＤ回路４２は、ホール素子ＨｕおよびＨｖそれぞれの検出値のＡＮＤ演算結果を信号ＵＬとして出力する。その他の論理回路についても、図８に示されるように論理演算結果を信号ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ及びＷＬとして出力する。第二制御部２２が出力する信号ＵＨ等は、切替部２４に伝達される。図９に示される第二制御部２２は、論理回路で構成された場合の一例である。
切替部２４は、ＯＲ回路５１と、マルチプレクサ５２とを有する。
切替部２４は、第一制御部２１が出力した信号ＵＨ等と、第二制御部２２が出力した信号ＵＨ等とを取得し、第一制御部２１及び第二制御部２２のいずれかが出力した信号ＵＨ等をマルチプレクサ５２により選択して出力する。また、切替部２４は、第一制御部２１が出力した切替信号と、異常検出信号とを取得できる。マルチプレクサ５２は、切替信号又は異常検出信号を受信した場合にＯＲ回路５１により出力される信号を受けて、第二制御部２２が出力した信号ＵＨ等を選択して出力する。例えば、マルチプレクサ５２は、ＯＲ回路５１からロー電位を受信しているときには、紙面上の上側に各スイッチを切り替え、ＯＲ回路５１からハイ電位を受信すると、紙面上の下側に各スイッチを切り替えることで上記選択を行う。
なお、第二制御部２２がマイコンによって実現される場合、第二制御部２２は、ホール素子Ｈｕ、ＨｖおよびＨｗから検出値を受信し、受信した検出値に基づいて図６に示される対応を用いてセクションを特定する処理を実行する。そして、第二制御部２２は、特定したセクションにおけるスイッチングパターンになるように、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６をＯＮ又はＯＦＦとするための信号ＵＨ等を決定して出力する処理を実行する。
図１０は、本実施の形態における制御回路２０の第一例の処理を示すフロー図である。図１０に示される処理は、所定時間ごとに繰り返し実行されることが想定される。
ステップＳ１０１において、切替部２４は、第一制御部２１が切替信号または異常検出信号を出力している場合、出力している信号を取得する。異常検出信号は、所定の異常が検出されたときに出力される信号である。
ステップＳ１０２において、切替部２４は、ステップＳ１０１で取得した信号に基づいて、異常を検出したか否かを判定する。例えば、切替部２４は、ステップＳ１０１で切替信号または異常検出信号を取得した場合に、異常を検出したと判定する。異常を検出したと判定した場合（ステップＳ１０２でＹｅｓ）には、ステップＳ１０４に進み、そうでない場合（ステップＳ１０２でＮｏ）には、ステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３において、切替部２４は、第一制御部２１による制御がなされるようにマルチプレクサ５２を制御する。具体的には、マルチプレクサ５２が紙面上の上側に各スイッチを切り替える（図９参照）。なお、切替部２４は、すでに第一制御部２１による制御がなされている場合にはその状態を維持し、第二制御部２２による制御がなされている場合には、第一制御部２１による制御に切り替える。
ステップＳ１０４において、切替部２４は、第二制御部２２による制御がなされるようにマルチプレクサ５２を制御する。具体的には、マルチプレクサ５２が紙面上の下側に各スイッチを切り替える（図９参照）。なお、切替部２４は、すでに第二制御部２２による制御がなされている場合にはその状態を維持し、第一制御部２１による制御がなされている場合には、第二制御部２２による制御に切り替える。
ステップＳ１０３またはＳ１０４を終えたら図１０に示される一連の処理を終了する。
これにより、回転機制御装置５は、第一制御部２１による第一制御に基づいてインバータ１０がモータＭ１を駆動している状態（第一モード）において異常を検出した場合に、第二制御部２２による第二制御に基づいてインバータ１０がモータＭ１を駆動している状態（第二モード）に遷移することができる。これにより、回転機制御装置５は、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータ１０の素子の破壊を回避することができる。
図１１は、本実施の形態における制御回路２０の第二例を示す回路図である。図１１は、第一制御部２１と第二制御部２２と第三制御部２３とを切り替える制御回路２０の一例である。なお、図１１に示される構成のうち、図９に示されるものと同じものは、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１１には、第一制御部２１と、第二制御部２２と、第三制御部２３と、切替部２４Ａとが図示されている。切替部２４Ａは、切替部２４と切替部２４Ｂとを含む。
第一制御部２１と、第二制御部２２と、切替部２４とは、図９に示されるものと同じである。
第三制御部２３は、ロー電位を信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨとして出力し、ハイ電位を信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬとして出力する回路である。なお、例えば、ロー電位はグランド電位であり、ハイ電位は制御回路２０の電源電圧（一例として５Ｖ）である。
切替部２４Ｂは、ＡＮＤ回路５３と、マルチプレクサ５４とを有する。
切替部２４Ｂは、切替部２４が出力した信号ＵＨ等と、第三制御部２３が出力した信号ＵＨ等とを取得し、切替部２４及び第三制御部２３のいずれかが出力した信号ＵＨ等をマルチプレクサ５４により選択して出力する。また、切替部２４Ｂは、切替部２４のＯＲ回路５１の出力信号と、所定電圧超過検出信号とを取得できる。マルチプレクサ５４は、上記出力信号及び所定電圧超過検出信号を受信した場合にＡＮＤ回路５３により出力する信号を受けて、第三制御部２３が出力した信号ＵＨ等を選択して出力する。例えば、マルチプレクサ５４は、ＡＮＤ回路５３からロー電位を受信しているときには、紙面上の上側に各スイッチを切り替え、ＡＮＤ回路５３からハイ電位を受信すると、紙面上の下側に各スイッチを切り替えることで上記選択を行う。
このように、切替部２４Ａは、切替部２４および２４Ｂによって、第一制御部２１による制御と、第二制御部２２による制御と、第三制御部２３による制御とを切り替えることができる。
図１２は、本実施の形態における制御回路２０の第二例の処理を示すフロー図である。
ステップＳ２０１において、切替部２４および２４Ｂは、信号を取得する。切替部２４が取得し得る信号は、第一制御部２１が出力する切替信号、および、異常検出信号を含む。切替部２４Ｂが取得し得る信号は、ＯＲ回路５１の出力信号、および、所定電圧超過検出信号を含む。
ステップＳ２０２において、切替部２４は、ステップＳ２０１で受信した信号に基づいて、異常を検出したか否かを判定する。異常を検出したと判定した場合（ステップＳ２０２でＹｅｓ）には、ステップＳ２１１に進み、異常を検出しないと判定した場合（ステップＳ２０２でＮｏ）には、ステップＳ２０３に進む。なお、異常を検出した場合、ＯＲ回路５１の出力信号がハイ電位となる。
ステップＳ２０３において、切替部２４は、第一制御部２１による制御がなされるようにマルチプレクサ５２を制御する。ステップＳ２０３は、図１０のステップＳ１０３と同様である。
ステップＳ２１１において、切替部２４Ｂは、ステップＳ２０１で所定電圧超過検出信号を受信したか否か、つまり、直流母線部の電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔ未満であるか否かを判定する。所定電圧超過検出信号を受信していない（電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔ未満である）と判定した場合（ステップＳ２１１でＹｅｓ）には、ステップＳ２１２に進み、所定電圧超過検出信号を受信した（電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔ以上である）と判定した場合（ステップＳ２１１でＮｏ）には、ステップＳ２１３に進む。
ステップＳ２１２において、切替部２４Ｂは、第二制御部２２による制御がなされるようにマルチプレクサ５２及び５４を制御する。具体的には、マルチプレクサ５２が紙面上の下側に各スイッチを切り替え、マルチプレクサ５４が紙面上の上側に各スイッチを切り替える（図１１参照）。なお、切替部２４Ｂは、すでに第二制御部２２による制御がなされている場合にはその状態を維持し、第一制御部２１又は第三制御部２３による制御がなされている場合には、第二制御部２２による制御に切り替える。
ステップＳ２１３において、切替部２４Ｂは、第三制御部２３による制御がなされるようにマルチプレクサ５２及び５４を制御する。具体的には、マルチプレクサ５２及び５４の両方が紙面上の下側に各スイッチを切り替える（図１１参照）。なお、すでに第三制御部２３による制御がなされている場合にはその状態を維持し、第一制御部２１又は第二制御部２２による制御がなされている場合には、第三制御部２３による制御に切り替える。
ステップＳ２０３、Ｓ２１２またはＳ２１３を終えたら図１２に示される一連の処理を終了する。
これにより、回転機制御装置５は、図１０に示される処理により第一モードから第二モードに遷移した後に、直流母線部の電圧が上昇した時には、さらに第二モードから第三モードに遷移することができる。よって、回転機制御装置５は、第一モードから第二モードを経て第三モードに遷移する際に、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータ１０の素子の破壊を回避することができる。
以降において、第一モード、第二モードおよび第三モードを切り替えてモータＭ１を制御する場合のモータＭ１のトルク、電圧および電流の時間的変化について説明する。
図１３は、本実施の形態における回転機制御装置５により制御されたモータＭ１のトルク、電圧および電流の時間的変化の一例を示す説明図である。
図１３の（ａ）の上段、中段および下段の図は、それぞれ、第一制御から第三制御に切り替える場合のモータＭ１のトルク、電圧および電流を示している。横軸は時刻を示しており、縦軸は、それぞれ、モータＭ１のトルク、電圧および電流を任意単位（ＡＵ）で示している。以降でも同様とする。なお、図１３の（ａ）における第一制御から第三制御に切り替える構成は、従来の特許文献１の構成に相当する。
第一制御から第三制御への切り替えは、時刻ｔ１の時点になされている。
図１３の（ａ）の上段に示されるように、第一制御においてトルクはほぼ一定値ａ（ただしａ＞０）をとり、第三制御においてトルクはほぼ一定値ｂ（ただしｂ＜０）をとる。また、トルクは、第一制御から第三制御への切り替えの後にオーバーシュートが生じた後、振動しながら値ｂに収束する。
図１３の（ａ）の中段に示されるように、電圧Ｖｄｃは、第一制御から第三制御への切替の前後を通じてほぼ一定となる。なお、第三制御（三相短絡制御）により、電圧Ｖｄｃは少なくとも上昇することは無い。
図１３の（ａ）の下段に示されるように、電流ｉｑおよびｉｄは、第一制御から第三制御への切替の前後において、オーバーシュートのあとに振動しながら一定値に収束する振る舞いを示す。この電流ｉｑおよびｉｄの振る舞いに基づいて、図１３の（ａ）の上段に示したように、トルクが振動しながら一定値に収束する。
図１３の（ｂ）の上段、中段および下段の図は、それぞれ、第一制御から第二制御に切り替える場合のモータＭ１のトルク、電圧および電流を示している。
第一制御から第二制御への切り替えは、時刻ｔ１の時点になされている。
図１３の（ｂ）の上段に示されるように、第一制御においてトルクはほぼ一定値ａをとり、第二制御においてトルクは値ｂを中心として比較的小さな幅で振動している。そして、第一制御から第二制御へ切り替えた後のオーバーシュートの幅は、図１３の（ａ）に示されるオーバーシュートの幅と比較して大きく減少している。 図１３の（ｂ）の中段に示されるように、電圧Ｖｄｃは、第二制御において若干の上昇を示している。
図１３の（ｂ）の下段に示されるように、電流ｉｑおよびｉｄは、第一制御から第二制御への切替の前後においてトルクと似たような振る舞いを示す。
図１３の（ｃ）の上段、中段および下段の図は、それぞれ、第一制御から第二制御に切り替え、その後に、第二制御から第三制御に切り替える場合のモータＭ１のトルク、電圧および電流を示している。
第一制御から第二制御への切り替えは、時刻ｔ１の時点になされている。第二制御から第三制御への切り替えは、電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超えた時点（時刻ｔ２）になされている。
時刻ｔ０の時点から、電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超える時点（時刻ｔ２）までのトルク、電圧および電流の振る舞いは、それぞれ、図１３の（ｂ）に示されるものと同じである。
図１３の（ｃ）の上段に示されるように、第三制御においてトルクはほぼ一定値ｂをとる。第二制御から第三制御への切り替えの後には、トルクは、ほとんどオーバーシュートを生じることなく、振動しながら値ｂに収束する。収束後の振動の振幅は、図１３の（ａ）における場合と同等である。
図１３の（ｃ）の中段に示されるように、第三制御において電圧Ｖｄｃは、所定電圧Ｖｌｉｍｉｔでほぼ一定値をとる。
図１３の（ｃ）の下段に示されるように、第三制御において電流ｉｑおよびｉｄは、トルクと似たような振る舞い、つまり、ほとんどオーバーシュートを生じることなく、振動しながら一定値に収束する振る舞いを示す。収束後の振動の振幅は、図１３の（ａ）における場合と同等である。
このように、第一制御から第二制御に切り替える場合、第一制御から第三制御に切り替える従来の場合と比較して、トルクおよび電流のオーバーシュートおよび振動を抑制することができる。また、第一制御から第二制御に切り替えた後に第二制御から第三制御に切り替えることにより、電圧Ｖｄｃの上昇を抑制することができる。
また、第一制御から第二制御を経て第三制御に切り替える場合、第一制御から直接に第三制御に切り替える従来の場合と比較して、トルクおよび電流のオーバーシュートおよび振動を抑制することができる。
以上のように、本実施の形態の回転機制御装置は、第一制御部から第二制御部へ切り替えることにより、トルクの急峻な変動を抑制することができる。第二制御部は、三相回転機が発生させる電力の少なくとも一部が無効電力となるようにインバータを駆動することにより、インバータの直流母線部の電圧の上昇を抑制する。また、第一制御部から第二制御部への切り替えの際にトルクの急峻な変動の発生が抑制されている。これにより、回転機制御装置は、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
また、回転機制御装置は、第二制御部および切替部の少なくとも一方が論理回路で構成されているので、演算装置又はプロセッサで構成される場合に比べて、故障に対する耐性が高い。よって、回転機制御装置は、故障に対する耐性を向上させ、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
また、回転機制御装置は、原則として第一制御部により三相回転機を制御するとともに、上記遮断器の切断、又は、上記直流母線部の過電圧を実際に検出した場合に第二制御部への切り替えを行うことができる。これにより、回転機制御装置は、通常時には第一制御部による制御を行うとともに、必要に応じて第二制御部による制御を行うことで、三相回転機を適切に制御することができる。これにより、回転機制御装置は、第二制御部による制御が必要であるときに第二制御部による制御を行うことにより、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
また、回転機制御装置は、第三制御つまり三相短絡制御により三相回転機を制御することでインバータに過電圧がかかることを抑制することができる。また、上記の三相短絡制御は、インバータの直流母線部の過電圧を実際に検出した場合になされる。これにより、回転機制御装置は、第一制御部又は第二制御部による制御を行っているときであっても、必要に応じて第三制御部による制御を行うことで、インバータに過電圧がかかることを抑制できる。これにより、回転機制御装置は、三相短絡制御をさらに用いることにより、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
また、回転機制御装置は、第三制御部が論理回路で構成されているので、演算装置又はプロセッサで構成される場合に比べて、故障に対する耐性が高い。よって、回転機制御装置は、故障に対する耐性を向上させ、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態において、トルクの急峻な変動の発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避し得る回転機制御装置について、負荷トルクの発生を抑制し得る技術について説明する。
本実施の形態における回転機制御装置５の構成について、実施の形態１における回転機制御装置５と異なる部分を主に説明し、実施の形態１における回転機制御装置５と同じ部分については同じ符号を付し説明を省略する。
本実施の形態２に係る回転機制御装置５の構成は、実施の形態１に係る回転機制御装置５の構成（図２参照）と同じ回路図として示される。
本実施の形態２に係る回転機制御装置５は、制御回路２０の機能が、実施の形態１における制御回路２０と異なる。より具体的には、本実施の形態２に係る回転機制御装置５は、切替部２４の機能が、実施の形態１における切替部２４と異なる。
切替部２４は、インバータ１０の駆動の制御を切り替える。具体的には、切替部２４は、インバータ１０の駆動の制御をする制御部として、第一制御部２１と第二制御部２２と第三制御部２３とを切替える。例えば、切替部２４は、第三制御部２３がインバータ１０を駆動しているときに、回転位置センサＲＳからの出力に基づいてモータＭ１の回転数を算出し、算出した回転数が所定回転数以下になれば、第三制御部２３から第二制御部２２に切替える。
また、切替部２４は、例えば、所定の異常を検出した場合に、インバータ１０の駆動の制御をする制御部として、第一制御部２１から第三制御部２２に切替える。所定の異常は、例えば、インバータ１０の直流母線部に電気的に接続された遮断器３２が非導通となったこと、直流母線部に電気的に接続された過電圧検出回路から過電圧検出信号が出力されたこと、または、電気車両１に搭載された各種マイコンの異常動作が検出されたことを示す信号が出力されたこと、などを含む。なお、切替部２４は、インバータ１０の直流母線部に電気的に接続された遮断器３２が非導通となったことが検出された場合に出力される信号を受信することで、遮断器３２が非導通となったことを知ることができる。
切替部２４は、論理回路によって実現されてもよいし、マイコンによって実現されてもよい。
図１４は、本実施の形態における第二モードおよび第三モードにおけるスイッチングパターンを示すタイミング図である。図１４において、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、時刻０．３秒より前の区間には第三モードで駆動され、時刻０．３秒より後の区間には第二モードで駆動される。また、図１４には、ロータ角度θの時間的変化も示されている。
図１４の時刻０．３秒より前の区間においては、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、ロータ角度θを用いて第三モードつまり三相短絡制御によって駆動されている。
図１４の時刻０．３秒より後の区間においては、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６は、ロータ角度θを用いて第二モードで駆動されている。具体的には、時刻０．３秒の時点でのロータ角度（約２７０度）に基づいてセクションＩＩＩの制御から開始され、その後、順に、セクションＩＶ、ＶおよびＶＩの制御が順次になされる。
次に、制御回路２０の構成の例を説明する。
図１５は、本実施の形態における制御回路２０の例を示す回路図である。なお、図１５の回路図は、電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超えない範囲における制御の考え方を示す回路図である。
図１５には、第一制御部２１と、第二制御部２２と、第三制御部２３と、切替部２４Ａとが図示されている。
第一制御部２１は、切替信号と、信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨおよびＷＬ（「信号ＵＨ等」ともいう）とを出力する。
第一制御部２１が出力する切替信号は、第一制御部２１による処理に基づいて、第二モードによる制御に切り替えるために第一制御部２１が出力する信号である。切替信号は、例えば、電気車両１に搭載された各種マイコンの異常動作が検出されたときに出力される信号である。
第一制御部２１が出力する信号ＵＨ等は、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６を駆動するためのＰＷＭ信号である。第一制御部２１が出力する信号ＵＨ等は、切替部２４に伝達される。
第二制御部２２は、ホール素子Ｈｕ、ＨｖおよびＨｗによる検出値に基づいて信号ＵＨ等を出力する。第二制御部２２は、論理回路、より具体的には、ＮＯＲ回路４１、４３及び４５と、ＡＮＤ回路４２、４４および４６とを備える。ＮＯＲ回路４１は、ホール素子ＨｕおよびＨｖそれぞれの検出値のＮＯＲ演算結果を信号ＵＨとして出力する。ＡＮＤ回路４２は、ホール素子ＨｕおよびＨｖそれぞれの検出値のＡＮＤ演算結果を信号ＵＬとして出力する。その他の論理回路についても、図８に示されるように論理演算結果を信号ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ及びＷＬとして出力する。第二制御部２２が出力する信号ＵＨ等は、切替部２４に伝達される。図９に示される第二制御部２２は、論理回路で構成された場合の一例である。
第三制御部２３は、ロー電位を信号ＵＨ、ＶＨおよびＷＨとして出力し、ハイ電位を信号ＵＬ、ＶＬおよびＷＬとして出力する回路である。なお、例えば、ロー電位はグランド電位であり、ハイ電位は制御回路２０の電源電圧（一例として５Ｖ）である。
切替部２４Ａは、切替部２４と、切替部２４Ｂとを有する。
切替部２４は、ＯＲ回路５１と、マルチプレクサ５２とを有する。
切替部２４は、第一制御部２１が出力した信号ＵＨ等と、第二制御部２２が出力した信号ＵＨ等とを取得し、第一制御部２１及び第二制御部２２のいずれかが出力した信号ＵＨ等をマルチプレクサ５２により選択して出力する。また、切替部２４は、第一制御部２１が出力した切替信号と、異常検出信号とを取得できる。マルチプレクサ５２は、切替信号又は異常検出信号を受信した場合にＯＲ回路５１により出力される信号を受けて、第二制御部２２が出力した信号ＵＨ等を選択して出力する。例えば、マルチプレクサ５２は、ＯＲ回路５１からロー電位を受信しているときには、紙面上の上側に各スイッチを切り替え、ＯＲ回路５１からハイ電位を受信すると、紙面上の下側に各スイッチを切り替えることで上記選択を行う。
切替部２４Ｂは、ＡＮＤ回路５３と、マルチプレクサ５４と、回転数算出部５５とを有する。
切替部２４Ｂは、切替部２４が出力した信号ＵＨ等と、第三制御部２３が出力した信号ＵＨ等とを取得し、切替部２４及び第三制御部２３のいずれかが出力した信号ＵＨ等をマルチプレクサ５４により選択して出力する。また、切替部２４Ｂは、切替部２４のＯＲ回路５１の出力信号と、高速回転検出信号とを取得する。高速回転数検出信号は、例えば回転数算出部５５により生成され得る。
回転数算出部５５は、モータＭ１の速度を回転数として算出する。具体的には、回転数算出部５５は、ホール素子Ｈｕ、ＨｖおよびＨｗの検出値を用いてモータＭ１の回転数を算出し、算出した回転数が、所定回転数以上であるか否かを判定する。そして、算出した回転数が所定回転数以上であると判定した場合に、高速回転検出信号を出力する。ここで、高速回転検出信号は、所定回転数以上である場合にハイ電位、所定回転数未満である場合にロー電位である。回転数算出部５５による回転数の算出に用いられるホール素子Ｈｕ、ＨｖおよびＨｗの検出値は、第二制御部２２に入力されるホール素子Ｈｕ、ＨｖおよびＨｗの検出値を兼用できる。なお、所定回転数とは、第三制御部２３による制御を行っている際に、モータＭ１の回転数が低下して急峻な負荷トルクを発生するよりも手前の回転数である。
マルチプレクサ５４は、切替部２４のＯＲ回路５１の出力信号及び高速回転検出信号を受信した場合にＡＮＤ回路５３により出力される信号を受けて、第三制御部２３が出力した信号ＵＨ等を選択して出力する。例えば、マルチプレクサ５４は、ＡＮＤ回路５３からロー電位を受信しているときには、紙面上の上側に各スイッチを切り替え、ＡＮＤ回路５３からハイ電位を受信すると、紙面上の下側に各スイッチを切り替えることで上記選択を行う。
このように、切替部２４Ａは、切替部２４および２４Ｂによって、第一制御部２１による制御と、第二制御部２２による制御と、第三制御部２３による制御とを切り替えることができる。
なお、第二制御部２２がマイコンによって実現される場合、第二制御部２２は、ホール素子Ｈｕ、ＨｖおよびＨｗから検出値を受信し、受信した検出値に基づいて図６に示される対応を用いてセクションを特定する処理を実行する。そして、第二制御部２２は、特定したセクションにおけるスイッチングパターンになるように、各スイッチ素子Ｓ１～Ｓ６をＯＮ又はＯＦＦとするための信号ＵＨ等を決定して出力する処理を実行する。
図１６は、本実施の形態における制御回路２０の処理を示すフロー図である。図１６に示される処理は、所定時間ごとに繰り返し実行されることが想定される。
ステップＳ３０１において、切替部２４は、第一制御部２１が切替信号または異常検出信号を出力している場合、出力している信号を取得する。異常検出信号は、所定の異常が検出されたときに出力される信号である。また、切替部２４Ｂ（回転数算出部５５）は、モータＭ１の回転数を取得する。
ステップＳ３０２において、切替部２４及び２４Ｂは、ステップＳ３０１で取得した信号及び回転数に基づいて、異常を検出し、かつ、取得した回転数が所定回転数以下であるか否かを判定する。例えば、切替部２４は、ステップＳ３０１で切替信号または異常検出信号を取得した場合に、異常を検出したと判定する。異常を検出し、かつ、回転数が所定回転数以下であることを検出したと判定した場合（ステップＳ３０２でＹｅｓ）には、ステップＳ３０３に進み、そうでない場合（ステップＳ３０２でＮｏ）には、ステップＳ３０４に進む。
ステップＳ３０３において、切替部２４は、第二制御部２２による制御がなされるようにマルチプレクサ５２及び５４を制御する。具体的には、マルチプレクサ５２が紙面上の下側に各スイッチを切り替え、マルチプレクサ５４が紙面上の上側に各スイッチを切り替える（図１５参照）。なお、切替部２４は、すでに第二制御部２２による制御がなされている場合にはその状態を維持し、第一制御部２１又は第三制御部２３による制御がなされている場合には、第二制御部２２による制御に切り替える。
ステップＳ３０４において、切替部２４は、第三制御部２３による制御がなされるようにマルチプレクサ５２及び５４が制御される。具体的には、マルチプレクサ５２及び５４の両方が紙面上の下側に各スイッチを切り替える（図１５参照）。なお、切替部２４は、すでに第三制御部２３による制御がなされている場合にはその状態を維持し、第一制御部２１又は第二制御部２２による制御がなされている場合には、第三制御部２３による制御に切り替える。
ステップＳ３０３またはＳ３０４を終えたら図１６に示される一連の処理を終了する。
これにより、回転機制御装置５は、第三制御部２３による第三制御に基づいてインバータ１０がモータＭ１を駆動している状態（第三モード）において回転数が所定回転数以下であることを検出した場合に、第二制御部２２による第二制御に基づいてインバータ１０がモータＭ１を駆動している状態（第二モード）に遷移することができる。これにより、回転機制御装置５は、負荷トルクの発生を抑制しながらインバータ１０の素子の破壊を回避することができる。
（変形例１）
以降において、上記各実施の形態の変形例について説明する。
具体的には、本変形例において、第一制御モード、第二制御モード、および、第三制御モードをこの順に遷移（実施の形態１参照）した後に、第三モードから第二モードに遷移する（実施の形態２参照）例を説明する。
本実施の形態において、回転機制御装置５の制御回路２０として、第三モードから第二モードに遷移する際に、実施の形態２の制御回路２０の考え方が用いられ得る（図１５参照）。
まず、制御回路２０は、実施の形態１と同様に、第一モード、第二モード、および、第三モードをこの順に遷移して制御をする。
そして、上記遷移のあと、第三モードにおいて、実施の形態２と同様に、回転数算出部５５から取得したモータＭ１の回転数が所定回転数以下であると判定した場合に、第二モードに遷移する。第二モードに遷移するタイミングは、モータＭ１に固有のタイミングに基づいて定められる。
図１７は、本変形例における回転機制御装置５により制御されたモータのトルク、電圧および電流の時間的変化の第一例を示す説明図である。
図１７の上段、中段および下段の図は、それぞれ、第一モード６１、第二モード６２、第三モード６３、および、第二モード６４をこの順に遷移する場合のモータＭ１のトルク、電圧および電流を示している。横軸および縦軸の表示は、図１３の（ａ）等と同様である。
第一モード６１、第二モード６２、および第三モード６３の遷移は、実施の形態１における遷移と同様である。ここで、仮に第三モード６３をしばらく維持すると、モータＭ１の回転数が減少し、モータＭ１の回転数がある回転数に至ったタイミングにおいてマイナスのトルク６６が発生することが知られている。マイナスのトルク６６は、モータの回転数を低下させる負荷トルク（ブレーキトルク）であり、車両の急減速の要因になり得る。
なお、上記「ある回転数」は、モータに固有の回転数であり、モータの回転数の変化を観測していれば、モータの回転数が上記「ある回転数」に到達するタイミングを事前に知ることができる。
そこで、本変形例に示されるように、回転機制御装置５は、マイナスのトルク６６が発生するタイミングよりも前のタイミングｔ３において第三モード６３から第二モード６４に遷移する。第二モード６４に遷移するタイミングは、モータＭ１の回転数から推定され得る。つまり、回転機制御装置５は、モータＭ１の回転数を継続的に取得し、取得したモータＭ１の回転数が、トルク６６が発生する回転数より少し大きい回転数に至ると推定されるタイミングを、タイミングｔ３として決定する。トルク６６が発生する回転数より少し大きい回転数は、例えば、トルク６６が発生する回転数に定数を加えた回転数としてもよいし、トルク６６が発生する回転数の定数倍（例えば１．１倍など）としてもよい。
このようにすることで、マイナスのトルク６６を発生させることを回避しながらモータＭ１の回転数を減少させ、モータＭ１を停止に向かわせることができる。
（変形例２）
本変形例において、上記変形例１の遷移の後にさらに、第二モードから第三モードに遷移する例を説明する。
変形例１のように第三モード６３から遷移した後の第二モード６４では、電圧Ｖｄｃが徐々に増加する。電圧Ｖｄｃが増加するとき、所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超えないように制御されることが望ましい。
そこで、本変形例において、回転機制御装置５は、電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超えないタイミングｔ４において、第二モード６４から第三モード６５に遷移する。
図１８は、本変形例における制御回路２０の処理を示すフロー図である。図１８に示される処理は、図１７の時刻ｔ２以降で所定時間ごとに繰り返し実行されることが想定される。したがって、既に異常を検出している状態である。
なお、ステップＳ４０１を実行する前に、切替部２４Ｂ（回転数算出部５５）は、モータＭ１の回転数（図１５参照）、および、所定電圧超過検出信号（図１１参照）を取得する。
ステップＳ４０１において、切替部２４Ｂは、所定電圧超過検出信号を受信したか否か、つまり、直流母線部の電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔ未満であるか否かを判定する。所定電圧超過検出信号を受信していない（電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔ未満である）と判定した場合（ステップＳ４０１でＹｅｓ）には、ステップＳ４０２に進み、所定電圧超過検出信号を受信した（電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔ以上である）と判定した場合（ステップＳ４０１でＮｏ）には、ステップＳ４０４に進む。
ステップＳ４０２において、切替部２４Ｂは、あらかじめ取得した信号及び回転数に基づいて、取得した回転数が所定回転数以下であるか否かを判定する。回転数が所定回転数以下であることを検出したと判定した場合（ステップＳ４０２でＹｅｓ）には、ステップＳ４０４に進み、そうでない場合（ステップＳ４０２でＮｏ）には、ステップＳ４０３に進む。
ステップＳ４０３において、切替部２４Ｂは、第二制御部２２による制御がなされるようにマルチプレクサ５２及び５４を制御する。具体的には、マルチプレクサ５２が紙面上の下側に各スイッチを切り替え、マルチプレクサ５４が紙面上の上側に各スイッチを切り替える（図１５参照）。なお、切替部２４Ｂは、すでに第二制御部２２による制御がなされている場合にはその状態を維持し、第三制御部２３による制御がなされている場合には、第二制御部２２による制御に切り替える。
ステップＳ４０４において、切替部２４Ｂは、第三制御部２２による制御がなされるようにマルチプレクサ５４を制御する。具体的には、マルチプレクサ５４が紙面上の下側に各スイッチを切り替える（図１５参照）。なお、切替部２４Ｂは、すでに第三制御部２３による制御がなされている場合にはその状態を維持し、第二制御部２２による制御がなされている場合には、第三制御部２３による制御に切り替える。
ステップＳ４０３またはＳ４０４を終えたら図１８に示される一連の処理を終了する。
図１９は、各実施の形態の変形例２における回転機制御装置により制御されたモータのトルク、電圧および電流の時間的変化の第二例を示す説明図である。
上記のとおり、第二モード６４において、電圧Ｖｄｃが徐々に増加する。
回転機制御装置５は、電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔに至ったタイミングである時刻ｔ４において、第二モード６４から第三モード６５に遷移する。第三モード６５では電圧Ｖｄｃが一定値を維持し、言い換えれば、所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超えないように制御される。
これにより、回転機制御装置５は、第２制御部２２による第二制御に基づいてインバータ１０がモータＭ１を駆動している状態（第二モード）において電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔに至ったことを検出した場合に、第三制御部２３による第三制御に基づいてインバータ１０がモータＭ１を駆動している状態（第三モード）に遷移することができる。これにより、回転機制御装置５は、電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超えないようにモータＭ１の回転数を減少させ、モータＭ１を停止に向かわせることができる。
このような図１９の動作をまとめると、次のようになる。
まず、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、異常が発生しておらず、第一モード６１により正常にモータＭ１が駆動されている。
次に、時刻ｔ１で遮断器３２の切断、又は、直流母線部の過電圧を検出すると、切替部２４は、第一制御部２１から第二制御部２２に切り替えて、第二モード６２により切替時のモータＭ１のトルク変動を抑制しつつ、電圧Ｖｄｃが過電圧（所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超える）とならないように制御して、インバータ１０の素子の破壊を回避する。
次に、時刻ｔ２では、第三制御部２３に切り替えてもモータＭ１のトルク変動が発生しない期間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間）が経過すると、切替部２４Ｂは、第二制御部２２から第三制御部２３に切り替える。その結果、第三モード６３により、徐々に上昇していた電圧Ｖｄｃを、安定化させることができる。
次に、時刻ｔ３で、モータＭ１の回転数が、低速時（低回転数時）の負荷トルクを発生する手前の所定回転数未満になると、切替部２４Ｂは、第三制御部２３から第二制御部２２に切り替える。その結果、再度の第二モード６４により、モータＭ１の不要な負荷トルクの発生を抑制する。
次に、時刻ｔ４で、電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔに至ると、切替部２４Ｂは、第二制御部２２から第三制御部２３に切り替える。その結果、再度の第三モード６５により、電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超えないように制御することができる。
上記したように、切替部２４，２４Ｂが、時刻ｔ１以降で、第二制御部２２と第三制御部２３とを交互に繰り返すように、第二モード６２、６４と第三モード６３，６５を遷移させて切り替えることで、モータＭ１の不要な負荷トルクの発生を抑制することができ、かつ、電圧Ｖｄｃが過電圧に至ることを抑制することができる。
以上のように、本実施の形態および変形例の回転機制御装置は、第三制御部と第二制御部とを切り替えることができるので、第三制御部でインバータを駆動する際に、回転機の低速度域で第二制御部へ切り替えることにより、回転機の低速時の負荷トルクの発生を抑制することができる。また、第二制御部は、三相回転機が発生させる電力の少なくとも一部が無効電力となるようにインバータを駆動するので、インバータの直流母線部の電圧の上昇を抑制することができる。これにより、回転機制御装置は、負荷トルクの発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
また、回転機制御装置は、直流母線部の電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔに至ったときに第二制御部から第三制御部へ切り替えるので、第三制御つまり三相短絡制御において電圧Ｖｄｃが所定電圧Ｖｌｉｍｉｔを超えないように制御する。したがって、インバータの素子の破壊を回避することができる。
また、回転機制御装置は、原則として第一制御部により三相回転機を制御するとともに、上記遮断器の切断、又は、上記直流母線部の過電圧を実際に検出した場合に第三制御部への切り替えを行うことができる。これにより、回転機制御装置は、通常時には第一制御部による制御を行うとともに、必要に応じて第三制御部による制御を行うことで、三相回転機を適切に制御することができる。これにより、回転機制御装置は、第三制御部による制御が必要であるときに第三制御部による制御を行うことにより、インバータの素子の破壊を回避することができる。
また、回転機制御装置は、第二制御部、第三制御部および切替部の少なくとも１つが論理回路で構成されているので、演算装置又はプロセッサで構成される場合に比べて、故障に対する耐性が高い。よって、回転機制御装置は、故障に対する耐性を向上させ、回転機の低速時に発生する負荷トルクの発生を抑制しながらインバータの素子の破壊を回避することができる。
なお、本実施の形態では、回転機（モータＭ１）の速度を回転数として回転数算出部５５により算出しているが、この構成に限定されるものではなく、例えば電気車両１の上位ＥＣＵから制御回路２０が車速情報を取り込み、車速情報に基づいて回転機の速度を求めてもよい。
以上、一つまたは複数の態様に係る回転機制御装置などについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
本発明は、電気車両を駆動する車両駆動装置に利用可能である。
１ 電気車両
２ 駆動輪
３ 動力伝達機構
５ 回転機制御装置
１０ インバータ
２０ 制御回路
２１ 第一制御部
２２ 第二制御部
２３ 第三制御部
２４、２４Ａ、２４Ｂ 切替部
３０ ドライブ回路
３２ 遮断器
４０ 三相ブリッジ回路
４１、４３、４５ ＮＯＲ回路
４２、４４、４６、５３ ＡＮＤ回路
５２、５４ マルチプレクサ
６１ 第一モード
６２、６４ 第二モード
６３、６５ 第三モード
Ｃ１ 平滑コンデンサ
ＣＳｕ、ＣＳｖ、ＣＳｗ 電流センサ
Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ ホール素子
Ｌｇ 接地線
Ｌｐ 電源線
Ｍ 磁石
Ｍ１ モータ
Ｐ１ 電池
Ｒ ロータ
ＲＳ 回転位置センサ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６ スイッチ素子

Claims (12)

  1. Ｕ相スイッチング回路、Ｖ相スイッチング回路及びＷ相スイッチング回路を有する、三相回転機を駆動するインバータと、
    前記三相回転機のロータ位置を検出するロータ位置検出器と、
    前記ロータ位置検出器、および、前記インバータと電気的に接続される制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、
    前記三相回転機の電流またはトルクが指令電流または指令トルクに追従するように、前記インバータを用いて前記三相回転機に電圧を印加する第一制御部と、
    前記インバータを用いて前記三相回転機を制御する第二制御部と、
    前記第一制御部と前記第二制御部とを切り替える切替部とを有し、
    前記第二制御部は、
    （ａ）前記ロータ位置検出器が検出した前記ロータ位置から得られるロータ角度が、前記三相回転機のＵ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＵ相の第二期間とし、隣接する前記Ｕ相の第二期間に挟まれた期間をＵ相の第一期間と定義し、
    （ｂ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＶ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＶ相の第二期間とし、隣接する前記Ｖ相の第二期間に挟まれた期間をＶ相の第一期間と定義し、
    （ｃ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＷ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＷ相の第二期間とし、隣接する前記Ｗ相の第二期間に挟まれた期間をＷ相の第一期間と定義したときに、
    前記ロータ角度に基づいて前記インバータを駆動することにより前記三相回転機を制御し、
    前記インバータの駆動では、
    （ｉ）前記Ｕ相の第一期間の全期間において前記Ｕ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｖ相の第一期間の全期間において前記Ｖ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｗ相の第一期間の全期間において前記Ｗ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となるように前記インバータを駆動し、かつ、
    （ｉｉ）前記Ｕ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｕ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｖ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｖ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｗ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｗ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となるように前記インバータを駆動し、
    前記切替部は、前記インバータの直流母線部に電気的に接続された遮断器が非導通となるか、または、前記直流母線部に電気的に接続された過電圧検出回路から過電圧検出信号が出力される異常の場合に、前記第一制御部から前記第二制御部に切替える
    回転機制御装置。
  2. 前記第二制御部および前記切替部の少なくとも一方は、論理回路で構成されている
    請求項１に記載の回転機制御装置。
  3. 前記制御回路は、
    前記Ｕ相スイッチング回路、前記Ｖ相スイッチング回路及び前記Ｗ相スイッチング回路における、それぞれの前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチの一方が常に導通状態になり、他方が常に非導通状態になるように前記インバータを制御する第三制御部を、さらに備え、
    前記切替部は、前記第一制御部と前記第二制御部とに加えて、前記第三制御部とも切替え、
    前記切替部は、前記直流母線部における電圧が所定電圧以上である場合に、前記第二制御部から前記第三制御部に切り替える
    請求項１に記載の回転機制御装置。
  4. 前記切替部は、
    前記第三制御部が前記インバータを駆動しているときに、前記ロータ位置検出器からの出力に基づいて前記三相回転機の回転数を算出し、
    算出した前記回転数が所定回転数以下になれば、前記第三制御部から前記第二制御部に切替える
    請求項３に記載の回転機制御装置。
  5. Ｕ相スイッチング回路、Ｖ相スイッチング回路及びＷ相スイッチング回路を有する、三相回転機を駆動するインバータと、
    前記三相回転機のロータ位置を検出するロータ位置検出器と、
    前記ロータ位置検出器、および、前記インバータと電気的に接続される制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、
    前記三相回転機の電流またはトルクが指令電流または指令トルクに追従するように、前記インバータを用いて前記三相回転機に電圧を印加する第一制御部と、
    前記インバータを用いて前記三相回転機を制御する第二制御部と、
    前記第一制御部と前記第二制御部とを切り替える切替部とを有し、
    前記第二制御部は、
    （ａ）前記ロータ位置検出器が検出した前記ロータ位置から得られるロータ角度が、前記三相回転機のＵ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＵ相の第二期間とし、隣接する前記Ｕ相の第二期間に挟まれた期間をＵ相の第一期間と定義し、
    （ｂ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＶ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＶ相の第二期間とし、隣接する前記Ｖ相の第二期間に挟まれた期間をＶ相の第一期間と定義し、
    （ｃ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＷ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＷ相の第二期間とし、隣接する前記Ｗ相の第二期間に挟まれた期間をＷ相の第一期間と定義したときに、
    前記ロータ角度に基づいて前記インバータを駆動することにより前記三相回転機を制御し、
    前記インバータの駆動では、
    （ｉ）前記Ｕ相の第一期間の全期間において前記Ｕ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｖ相の第一期間の全期間において前記Ｖ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｗ相の第一期間の全期間において前記Ｗ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となるように前記インバータを駆動し、かつ、
    （ｉｉ）前記Ｕ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｕ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｖ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｖ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｗ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｗ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となるように前記インバータを駆動し、
    前記制御回路は、
    前記Ｕ相スイッチング回路、前記Ｖ相スイッチング回路及び前記Ｗ相スイッチング回路における、それぞれの前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチの一方が常に導通状態になり、他方が常に非導通状態になるように前記インバータを制御する第三制御部を、さらに備え、
    前記切替部は、前記第一制御部と前記第二制御部とに加えて、前記第三制御部とも切替え、
    前記切替部は、前記インバータの直流母線部に電気的に接続された遮断器が非導通となるか、または、前記直流母線部に電気的に接続された過電圧検出回路から過電圧検出信号が出力される異常の場合に、前記第一制御部から前記第三制御部に切替える
    回転機制御装置。
  6. 前記切替部は、
    前記第三制御部が前記インバータを駆動しているときに、前記ロータ位置検出器からの出力に基づいて前記三相回転機の回転数を算出し、
    算出した前記回転数が所定回転数以下になれば、前記第三制御部から前記第二制御部に切替える
    請求項５に記載の回転機制御装置。
  7. 前記第三制御部は、論理回路で構成されている
    請求項３または５に記載の回転機制御装置。
  8. 前記切替部は、前記回転数が前記所定回転数以下であり、かつ、前記直流母線部における電圧が前記所定電圧以上である場合に、前記第二制御部から前記第三制御部に切替える
    請求項４に記載の回転機制御装置。
  9. 前記切替部は、前記回転数が前記所定回転数以下であり、かつ、前記直流母線部における電圧が所定電圧以上である場合に、前記第二制御部から前記第三制御部に切替える
    請求項６に記載の回転機制御装置。
  10. 回転機制御装置の制御方法であって、
    前記回転機制御装置は、
    Ｕ相スイッチング回路、Ｖ相スイッチング回路及びＷ相スイッチング回路を有する、三相回転機を駆動するインバータと、
    前記三相回転機のロータ位置を検出するロータ位置検出器と、
    前記ロータ位置検出器、および、前記インバータと電気的に接続される制御回路と、を備え、
    前記制御方法は、
    前記三相回転機の電流またはトルクが指令電流または指令トルクに追従するように、前記インバータを用いて前記三相回転機に電圧を印加する第一制御ステップと、
    前記インバータを用いて前記三相回転機を制御する第二制御ステップと、
    前記第一制御ステップと前記第二制御ステップとを切り替える切替ステップとを有し、
    前記第二制御ステップは、
    （ａ）前記ロータ位置検出器が検出した前記ロータ位置から得られるロータ角度が、前記三相回転機のＵ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＵ相の第二期間とし、隣接する前記Ｕ相の第二期間に挟まれた期間をＵ相の第一期間と定義し、
    （ｂ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＶ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＶ相の第二期間とし、隣接する前記Ｖ相の第二期間に挟まれた期間をＶ相の第一期間と定義し、
    （ｃ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＷ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＷ相の第二期間とし、隣接する前記Ｗ相の第二期間に挟まれた期間をＷ相の第一期間と定義したときに、
    前記ロータ角度に基づいて前記インバータを駆動することにより前記三相回転機を制御し、
    前記インバータの駆動では、
    （ｉ）前記Ｕ相の第一期間の全期間において前記Ｕ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｖ相の第一期間の全期間において前記Ｖ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｗ相の第一期間の全期間において前記Ｗ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となるように前記インバータを駆動し、かつ、
    （ｉｉ）前記Ｕ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｕ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｖ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｖ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｗ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｗ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となるように前記インバータを駆動し、
    前記切替ステップでは、前記インバータの直流母線部に電気的に接続された遮断器が非導通となるか、または、前記直流母線部に電気的に接続された過電圧検出回路から過電圧検出信号が出力される異常の場合に、前記第一制御ステップから前記第二制御ステップに切替える
    制御方法。
  11. 前記制御方法は、
    前記インバータを用いて前記三相回転機を制御する第三制御ステップを、さらに有し、
    前記第三制御ステップは、
    前記Ｕ相スイッチング回路、前記Ｖ相スイッチング回路および前記Ｗ相スイッチング回路における、それぞれの前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチの一方が常に導通状態となり、他方が常に非導通状態となるように前記インバータを駆動する
    請求項１０に記載の制御方法。
  12. 回転機制御装置の制御方法であって、
    前記回転機制御装置は、
    Ｕ相スイッチング回路、Ｖ相スイッチング回路及びＷ相スイッチング回路を有する、三相回転機を駆動するインバータと、
    前記三相回転機のロータ位置を検出するロータ位置検出器と、
    前記ロータ位置検出器、および、前記インバータと電気的に接続される制御回路と、を備え、
    前記制御方法は、
    前記三相回転機の電流またはトルクが指令電流または指令トルクに追従するように、前記インバータを用いて前記三相回転機に電圧を印加する第一制御ステップと、
    前記インバータを用いて前記三相回転機を制御する第二制御ステップと、
    前記第一制御ステップと前記第二制御ステップとを切り替える切替ステップとを有し、
    前記第二制御ステップは、
    （ａ）前記ロータ位置検出器が検出した前記ロータ位置から得られるロータ角度が、前記三相回転機のＵ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＵ相の第二期間とし、隣接する前記Ｕ相の第二期間に挟まれた期間をＵ相の第一期間と定義し、
    （ｂ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＶ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＶ相の第二期間とし、隣接する前記Ｖ相の第二期間に挟まれた期間をＶ相の第一期間と定義し、
    （ｃ）前記ロータ角度が、前記三相回転機のＷ相における誘起電圧のゼロクロスポイントを中心とした±３０°である期間をＷ相の第二期間とし、隣接する前記Ｗ相の第二期間に挟まれた期間をＷ相の第一期間と定義したときに、
    前記ロータ角度に基づいて前記インバータを駆動することにより前記三相回転機を制御し、
    前記インバータの駆動では、
    （ｉ）前記Ｕ相の第一期間の全期間において前記Ｕ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｖ相の第一期間の全期間において前記Ｖ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となり、前記Ｗ相の第一期間の全期間において前記Ｗ相スイッチング回路のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが非導通状態となるように前記インバータを駆動し、かつ、
    （ｉｉ）前記Ｕ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｕ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｖ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｖ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となり、前記Ｗ相の第二期間の一部期間又は全期間において前記Ｗ相スイッチング回路の前記ハイサイドスイッチおよび前記ローサイドスイッチのいずれかが導通状態となるように前記インバータを駆動し、
    前記制御方法は、
    前記Ｕ相スイッチング回路、前記Ｖ相スイッチング回路及び前記Ｗ相スイッチング回路における、それぞれの前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチの一方が常に導通状態になり、他方が常に非導通状態になるように前記インバータを制御する第三制御ステップを、さらに有し、
    前記切替ステップでは、前記第一制御ステップと前記第二制御ステップとに加えて、前記第三制御ステップとも切替え、
    前記切替ステップでは、前記インバータの直流母線部に電気的に接続された遮断器が非導通となるか、または、前記直流母線部に電気的に接続された過電圧検出回路から過電圧検出信号が出力される異常の場合に、前記第一制御ステップから前記第三制御ステップに切替える
    制御方法。
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