モータ制御装置および車両システム
【課題】放電抵抗や放電用の追加の回路を設けることなく、コンデンサに蓄えられた電荷を放電することのできるモータ制御装置および車両システムの提供。
【解決手段】モータ制御装置は、電源Ｖ１とグランドＶ２の間に上側トランジスタと下側トランジスタを直列接続したアームを複数並列に接続し、複数のアームの中点をモータコイルの各相の端子にそれぞれ接続したインバータ２０と接続され、上側トランジスタと下側トランジスタのスイッチングを制御してモータ４０を駆動する。このモータ制御装置は、さらに、バッテリ１０との接続が断たれた状態で起動され、すべてのアームに配置された上側トランジスタと下側トランジスタとを交互にオンオフ制御することによって、電源Ｖ１とグランドＶ２の間に配置されたコンデンサ２１に蓄積された電荷を、モータコイルで消費させる放電機能を備える。
【解決手段】モータ制御装置は、電源Ｖ１とグランドＶ２の間に上側トランジスタと下側トランジスタを直列接続したアームを複数並列に接続し、複数のアームの中点をモータコイルの各相の端子にそれぞれ接続したインバータ２０と接続され、上側トランジスタと下側トランジスタのスイッチングを制御してモータ４０を駆動する。このモータ制御装置は、さらに、バッテリ１０との接続が断たれた状態で起動され、すべてのアームに配置された上側トランジスタと下側トランジスタとを交互にオンオフ制御することによって、電源Ｖ１とグランドＶ２の間に配置されたコンデンサ２１に蓄積された電荷を、モータコイルで消費させる放電機能を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置および車両システムに関し、特に、インバータを介してモータを駆動するモータ制御装置および車両システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車等の交流モータで走行する車両では、バッテリからインバータに供給する電圧の変動を抑えるために、電源・アース間にコンデンサが配置されている。また、点検や修理を行う場合には、このコンデンサに残留する電荷を放電する必要があり、このコンデンサの両極間に抵抗（放電抵抗）が設けられている。
【０００３】
特許文献１に、この放電抵抗を省略可能とする構成が開示されている。具体的には、主電源からの直流電圧を平滑コンデンサにより平滑してインバータに供給し、インバータにおけるスイッチングトランジスタのスイッチングを制御して所定の交流電流を出力する電源回路において、インバータにおける少なくとも１つのスイッチングトランジスタの制御端子に印加される制御電圧の大きさを調整するドライブ手段と、このドライブ手段を制御して、対応するスイッチングトランジスタを活性領域で動作させ、ここに流れる電流を所定値に制限する電流制限手段と、を有し、主電源からの直流電圧の出力オフ時に、上記電流制限手段により、上記スイッチングトランジスタの制御電圧を制御して、ここに所定の放電電流を流し、平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させることを特徴とする電源回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２０１０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電源回路は、電流制限手段という追加の回路を設ける必要があり、コストや回路規模を大きく低減できるものとはなりえない。また、特許文献１の電源回路は、放電抵抗インバータ内の上下アーム対をオンにして、電流を流すものであり、トランジスタが発熱してしまうという問題点もある。放電電流を制限すれば、トランジスタの発熱量を抑えることができるが、放電完了までに相応の時間が掛かってしまう。
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、上記した放電抵抗や放電用の追加の回路を設けることなく、コンデンサに蓄えられた電荷を放電することのできるモータ制御装置および車両システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の視点によれば、電源とグランドの間に上側トランジスタと下側トランジスタを直列接続したアーム（分岐線路）を複数並列に接続し、前記複数のアームの中点をモータコイルの各相の端子にそれぞれ接続したインバータと接続され、前記上側トランジスタと下側トランジスタのスイッチングを制御してモータを駆動するモータ制御装置であって、バッテリとの接続が断たれた状態で起動され、すべてのアームに配置された前記上側トランジスタと下側トランジスタとを交互にオンオフ制御することによって、前記電源とグランドの間に配置されたコンデンサに蓄積された電荷を、前記モータコイルで消費させる放電機能を備えたモータ制御装置および該モータ制御装置を搭載した車両システムが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放電抵抗や放電用の追加の回路を省略し、コストダウンと省スペース化を実現することができる。その理由は、モータコイルを用いて、コンデンサに蓄えられた電荷を消費するよう構成したことにある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を表した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の動作を表したフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の作用を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の作用を説明するための別の図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の動作を表したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
続いて、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を表した図である。図１を参照すると、バッテリ１０と、インバータ２０と、インバータ２０に必要な信号を供給する制御部３０と、モータ４０と、が示されている。モータ４０から出力されるトルクを車輪に伝達する構成を採ることで、バッテリに蓄えた電力で走行する車両システムを構成することができる。
【００１１】
バッテリ１０は、イグニッションＯＦＦ操作時等の非動作時に開放されるリレーＲＹ１、ＲＹ２を介してインバータ２０に接続された直流電源である。
【００１２】
インバータ２０は、上側トランジスタ（例えばＴｒ１）と下側トランジスタ（例えばＴｒ２）を直列接続したＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３本のアームを有し、各アームの中点（上下のトランジスタの接続点）をモータ４０の３つのモータコイルの各相の端子に接続した構成となっている。インバータ２０の電源とグランドの間には、バッテリ１０から供給される直流電圧の変動を吸収するコンデンサ（キャパシタ）２１が配置されている。
【００１３】
なお、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅｄ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されており、それぞれのコレクタ・エミッタ間には、エミッタ側からの電流をコレクタ側に還流させるダイオードが配設されている。
【００１４】
制御部３０は、モータ４０のロータの位置に応じて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をスイッチングして、モータ４０へ供給する電流の位相を制御して、モータ４０を駆動するＥＣＵ（電子制御ユニット）等によって構成される。また、本発明における制御部３０は、後記するコンデンサ２１に蓄積された電荷の放電処理を実行する機能を有している。具体的な動作については、後に詳述する。
【００１５】
モータ４０は、モータコイル（ステータコイル）の内側に永久磁石を用いたロータを有する３相交流の永久磁石モータである。このようなモータとしては、例えば、永久磁石をロータ内部の埋め込んだＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）構造のモータが知られている。
【００１６】
続いて、本実施形態の動作について図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の動作の流れを表したフローチャートである。
【００１７】
図２を参照すると、まず、制御部３０が、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）がオフにされたことを検知すると（ステップＳ００１の「Ｙｅｓ」）、制御部３０は、リレーＲＹ１、ＲＹ２を開放し、バッテリ１０からインバータ２０への電力供給を遮断する（ステップＳ００２）。
【００１８】
続いて、制御部３０は、各アームに配置された上側トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５と、下側トランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６と、を交互にオンオフ制御するスイッチング制御を開始する（ステップＳ００３）。
【００１９】
ここで、コンデンサ２１に蓄積された電荷の放電を実現するスイッチング制御について詳細に説明する。上側トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５を同時にオンにすると、図３に示すように、モータ４０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子にそれぞれ電圧が印加される。
【００２０】
次のタイミングで、上側トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５を同時にオフにすると、モータ４０内に残電圧が発生する。その状態で、下側トランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６を同時にオンにすると、図４に示すとおり、モータ４０内の残電圧がインバータ２０のグランド側に接地される。
【００２１】
上記のように、上側トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５と、下側トランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６とのオンオフ制御を繰り返すことで、モータ４０を動かさずに、コンデンサ２１に蓄積された電荷の放電が完了する。
【００２２】
その後、制御部３０は、所定の時間間隔で、インバータ２０の電源・グランド間（Ｖ１−Ｖ２）電圧を確認し（ステップＳ００４）、インバータ２０の電源・グランド間（Ｖ１−Ｖ２）が、一定の電圧値に降下した時点で（ステップＳ００４の「Ｙｅｓ」）、上記トランジスタのスイッチング制御を終了する（ステップＳ００５）。
【００２３】
その後、制御部３０は、電源オフ動作を行う（ステップＳ００６）。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、インバータ２０に放電抵抗を設けずとも、コンデンサ２１に蓄積された電荷をモータコイルにて消費させることが可能になる。
【００２５】
［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態は、図１に表した第１の実施形態とほぼ同様の構成であり、放電完了の検出方法が異なるのみであるので、以下のその相違点を中心に説明する。
【００２６】
図５は、本発明の第２の実施形態のモータ制御装置の動作を表したフローチャートである。第１の実施形態の動作を表した図２のフローチャートとの相違点は、スイッチング制御の終了判定を、インバータ２０の電源・グランド間（Ｖ１−Ｖ２）電圧でなく、スイッチング制御開始からの経過時間で行うようにした点である。
【００２７】
コンデンサ２１の容量やバッテリ１０の電圧は既知であるので、これらを用いて、放電完了時間を見積もっておき、図５のステップＳ１０４にて一定時間経過したことを判定してから、自動的にスイッチング制御を終了させる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０ バッテリ
２０ インバータ
２１ コンデンサ（キャパシタ）
３０ 制御部
４０ モータ
ＲＹ１、ＲＹ２ リレー
Ｔｒ１〜Ｔｒ６ トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置および車両システムに関し、特に、インバータを介してモータを駆動するモータ制御装置および車両システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車等の交流モータで走行する車両では、バッテリからインバータに供給する電圧の変動を抑えるために、電源・アース間にコンデンサが配置されている。また、点検や修理を行う場合には、このコンデンサに残留する電荷を放電する必要があり、このコンデンサの両極間に抵抗（放電抵抗）が設けられている。
【０００３】
特許文献１に、この放電抵抗を省略可能とする構成が開示されている。具体的には、主電源からの直流電圧を平滑コンデンサにより平滑してインバータに供給し、インバータにおけるスイッチングトランジスタのスイッチングを制御して所定の交流電流を出力する電源回路において、インバータにおける少なくとも１つのスイッチングトランジスタの制御端子に印加される制御電圧の大きさを調整するドライブ手段と、このドライブ手段を制御して、対応するスイッチングトランジスタを活性領域で動作させ、ここに流れる電流を所定値に制限する電流制限手段と、を有し、主電源からの直流電圧の出力オフ時に、上記電流制限手段により、上記スイッチングトランジスタの制御電圧を制御して、ここに所定の放電電流を流し、平滑コンデンサの蓄積電荷を消費させることを特徴とする電源回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２０１０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の電源回路は、電流制限手段という追加の回路を設ける必要があり、コストや回路規模を大きく低減できるものとはなりえない。また、特許文献１の電源回路は、放電抵抗インバータ内の上下アーム対をオンにして、電流を流すものであり、トランジスタが発熱してしまうという問題点もある。放電電流を制限すれば、トランジスタの発熱量を抑えることができるが、放電完了までに相応の時間が掛かってしまう。
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、上記した放電抵抗や放電用の追加の回路を設けることなく、コンデンサに蓄えられた電荷を放電することのできるモータ制御装置および車両システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の視点によれば、電源とグランドの間に上側トランジスタと下側トランジスタを直列接続したアーム（分岐線路）を複数並列に接続し、前記複数のアームの中点をモータコイルの各相の端子にそれぞれ接続したインバータと接続され、前記上側トランジスタと下側トランジスタのスイッチングを制御してモータを駆動するモータ制御装置であって、バッテリとの接続が断たれた状態で起動され、すべてのアームに配置された前記上側トランジスタと下側トランジスタとを交互にオンオフ制御することによって、前記電源とグランドの間に配置されたコンデンサに蓄積された電荷を、前記モータコイルで消費させる放電機能を備えたモータ制御装置および該モータ制御装置を搭載した車両システムが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放電抵抗や放電用の追加の回路を省略し、コストダウンと省スペース化を実現することができる。その理由は、モータコイルを用いて、コンデンサに蓄えられた電荷を消費するよう構成したことにある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を表した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の動作を表したフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の作用を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の作用を説明するための別の図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の動作を表したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
続いて、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を表した図である。図１を参照すると、バッテリ１０と、インバータ２０と、インバータ２０に必要な信号を供給する制御部３０と、モータ４０と、が示されている。モータ４０から出力されるトルクを車輪に伝達する構成を採ることで、バッテリに蓄えた電力で走行する車両システムを構成することができる。
【００１１】
バッテリ１０は、イグニッションＯＦＦ操作時等の非動作時に開放されるリレーＲＹ１、ＲＹ２を介してインバータ２０に接続された直流電源である。
【００１２】
インバータ２０は、上側トランジスタ（例えばＴｒ１）と下側トランジスタ（例えばＴｒ２）を直列接続したＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３本のアームを有し、各アームの中点（上下のトランジスタの接続点）をモータ４０の３つのモータコイルの各相の端子に接続した構成となっている。インバータ２０の電源とグランドの間には、バッテリ１０から供給される直流電圧の変動を吸収するコンデンサ（キャパシタ）２１が配置されている。
【００１３】
なお、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅｄ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されており、それぞれのコレクタ・エミッタ間には、エミッタ側からの電流をコレクタ側に還流させるダイオードが配設されている。
【００１４】
制御部３０は、モータ４０のロータの位置に応じて、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をスイッチングして、モータ４０へ供給する電流の位相を制御して、モータ４０を駆動するＥＣＵ（電子制御ユニット）等によって構成される。また、本発明における制御部３０は、後記するコンデンサ２１に蓄積された電荷の放電処理を実行する機能を有している。具体的な動作については、後に詳述する。
【００１５】
モータ４０は、モータコイル（ステータコイル）の内側に永久磁石を用いたロータを有する３相交流の永久磁石モータである。このようなモータとしては、例えば、永久磁石をロータ内部の埋め込んだＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）構造のモータが知られている。
【００１６】
続いて、本実施形態の動作について図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の動作の流れを表したフローチャートである。
【００１７】
図２を参照すると、まず、制御部３０が、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）がオフにされたことを検知すると（ステップＳ００１の「Ｙｅｓ」）、制御部３０は、リレーＲＹ１、ＲＹ２を開放し、バッテリ１０からインバータ２０への電力供給を遮断する（ステップＳ００２）。
【００１８】
続いて、制御部３０は、各アームに配置された上側トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５と、下側トランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６と、を交互にオンオフ制御するスイッチング制御を開始する（ステップＳ００３）。
【００１９】
ここで、コンデンサ２１に蓄積された電荷の放電を実現するスイッチング制御について詳細に説明する。上側トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５を同時にオンにすると、図３に示すように、モータ４０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子にそれぞれ電圧が印加される。
【００２０】
次のタイミングで、上側トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５を同時にオフにすると、モータ４０内に残電圧が発生する。その状態で、下側トランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６を同時にオンにすると、図４に示すとおり、モータ４０内の残電圧がインバータ２０のグランド側に接地される。
【００２１】
上記のように、上側トランジスタＴｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５と、下側トランジスタＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６とのオンオフ制御を繰り返すことで、モータ４０を動かさずに、コンデンサ２１に蓄積された電荷の放電が完了する。
【００２２】
その後、制御部３０は、所定の時間間隔で、インバータ２０の電源・グランド間（Ｖ１−Ｖ２）電圧を確認し（ステップＳ００４）、インバータ２０の電源・グランド間（Ｖ１−Ｖ２）が、一定の電圧値に降下した時点で（ステップＳ００４の「Ｙｅｓ」）、上記トランジスタのスイッチング制御を終了する（ステップＳ００５）。
【００２３】
その後、制御部３０は、電源オフ動作を行う（ステップＳ００６）。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、インバータ２０に放電抵抗を設けずとも、コンデンサ２１に蓄積された電荷をモータコイルにて消費させることが可能になる。
【００２５】
［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態は、図１に表した第１の実施形態とほぼ同様の構成であり、放電完了の検出方法が異なるのみであるので、以下のその相違点を中心に説明する。
【００２６】
図５は、本発明の第２の実施形態のモータ制御装置の動作を表したフローチャートである。第１の実施形態の動作を表した図２のフローチャートとの相違点は、スイッチング制御の終了判定を、インバータ２０の電源・グランド間（Ｖ１−Ｖ２）電圧でなく、スイッチング制御開始からの経過時間で行うようにした点である。
【００２７】
コンデンサ２１の容量やバッテリ１０の電圧は既知であるので、これらを用いて、放電完了時間を見積もっておき、図５のステップＳ１０４にて一定時間経過したことを判定してから、自動的にスイッチング制御を終了させる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０ バッテリ
２０ インバータ
２１ コンデンサ（キャパシタ）
３０ 制御部
４０ モータ
ＲＹ１、ＲＹ２ リレー
Ｔｒ１〜Ｔｒ６ トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源とグランドの間に上側トランジスタと下側トランジスタを直列接続したアームを複数並列に接続し、前記複数のアームの中点をモータコイルの各相の端子にそれぞれ接続したインバータと接続され、前記上側トランジスタと下側トランジスタのスイッチングを制御してモータを駆動するモータ制御装置であって、
バッテリとの接続が断たれた状態で起動され、すべてのアームに配置された前記上側トランジスタと下側トランジスタとを交互にオンオフ制御することによって、前記電源とグランドの間に配置されたコンデンサに蓄積された電荷を、前記モータコイルで消費させる放電機能を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１のモータ制御装置および該モータ制御装置によって駆動されるモータを搭載した車両システム。
【請求項１】
電源とグランドの間に上側トランジスタと下側トランジスタを直列接続したアームを複数並列に接続し、前記複数のアームの中点をモータコイルの各相の端子にそれぞれ接続したインバータと接続され、前記上側トランジスタと下側トランジスタのスイッチングを制御してモータを駆動するモータ制御装置であって、
バッテリとの接続が断たれた状態で起動され、すべてのアームに配置された前記上側トランジスタと下側トランジスタとを交互にオンオフ制御することによって、前記電源とグランドの間に配置されたコンデンサに蓄積された電荷を、前記モータコイルで消費させる放電機能を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１のモータ制御装置および該モータ制御装置によって駆動されるモータを搭載した車両システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２２０２８７（Ｐ２０１０−２２０２８７Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６０８７７（Ｐ２００９−６０８７７）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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