JP2005033932A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータへの電力供給を停止する場合に、モータが発生するトルクに対して適切な処理をする。
【解決手段】 駆動停止信号を入力した３相交流モータの駆動停止時に（ステップＳ１）、３相交流モータの回転速度がωｅｔｈ以上である場合にはアクティブショート状態（上側スイッチング素子：オフ、下側スイッチング素子：オン）にし（ステップＳ３，Ｓ４）、その後、回転速度がωｅｔｈ＿ｌ以下となったらオールオフ状態（上側スイッチング素子：オフ、下側スイッチング素子：オフ）にする（ステップＳ６）。一方、３相交流モータ停止時の回転速度がωｅｔｈ以下である場合にはオールオフ状態にし（ステップＳ３，Ｓ４）、その後、回転速度がωｅｔｈ＿ｕ以上となったらアクティブショート状態にする（ステップＳ７，Ｓ４）。
【選択図】 図８

Description

本発明は、例えば電気自動車等に搭載され、当該電気自動車の駆動力を発生させるモータを制御するモータ制御装置に関する。

従来より、３相交流モータを制御する技術としては、下記の特許文献１に記載されたものが知られている。

この特許文献１には、モータの３相端子が異常な高電圧を発生しようとすることを検知した場合、インバータの上側アームのスイチング素子を全てオフすると共に、下側アームのスイッチング素子を全て導通状態としている。これにより、従来では、モータの３相端子を短絡して、高電圧の発生を抑止していた。
特開２００２−１０１６８９号公報

ところで、近年、効率の良さ等の理由から、ＩＰＭ（Interior Permanent-magnet）モータが広く用いられるようになっている。しかしながら、上述した従来の技術をＩＰＭモータに適用し、ＩＰＭモータの３相端子を短絡した場合には、トルクの大きさが高回転領域と低回転域とでは大きく異なるが、モータの回転速度の全域に亘ってＩＰＭモータの回転を妨げる方向のトルク（ブレーキトルク）が発生する。

ここで、高回転領域において、３相端子を短絡した場合、トルクの大きさが小さいためフリーランに近い状態である。しかし、低回転領域において３相端子を短絡した場合、回転数が高回転領域側から０に近づくと、一旦急激にトルクの大きさが大きくなるという特性がある。

このような特性を持つため、ＩＰＭモータの高回転領域において３相端子を短絡した場合にはＩＰＭモータの回転速度に急激な変化が発生せずフリーラン状態であっても、ＩＰＭモータの低回転領域において３相端子を短絡した場合には大きなブレーキトルクが発生して、ＩＰＭモータの回転速度の急激な減速が発生してしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、交流モータへの電力供給を停止する場合に、交流モータが発生するトルクに対して適切な処理をすることができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、交流モータに供給する電源の正端子に接続された上側スイッチング素子群と、電源の負端子に接続された下側スイッチング素子群とを駆動して、交流モータに交流電圧を印加するモータ制御装置であって、交流モータの駆動を中止する場合に、入力手段により交流モータの回転速度を示す回転速度信号を入力し、制御手段により上側スイッチング素子群と下側スイッチング素子群とを制御して交流モータのトルクを制御する。このとき、制御手段では、入力手段により入力した交流モータの回転速度が第１回転速度以上である場合には、上側スイッチング素子群又は下側スイッチング素子群の何れか一方のスイッチング素子群の全てを導通状態にすると共に他方のスイッチング素子群の全てを遮断状態にし、入力手段により入力した交流モータの回転速度が第２回転速度以下である場合には、上側スイッチング素子群及び下側スイッチング素子群の全てのスイッチング素子群を遮断状態にすることにより、上述の課題を解決する。

また、本発明は、車両に搭載され、発生するトルクにより車両の駆動力を発生させる交流モータに供給する電源の正端子に接続された上側スイッチング素子群と、電源の負端子に接続された下側スイッチング素子群とを駆動して、交流モータに交流電圧を印加するモータ制御装置であって、車両を停止状態に保持する場合に、入力手段により、車両が停止しているか否かを判定する信号を入力し、制御手段により上側スイッチング素子群と下側スイッチング素子群とを制御して交流モータのトルクを制御する。このとき、制御手段は、入力手段により入力した信号に基づいて車両が停止状態であると判定した場合に、上側スイッチング素子群又は下側スイッチング素子群の何れか一方のスイッチング素子群の全てを導通状態にすると共に他方のスイッチング素子群の全てを遮断状態とすることにより、上述の課題を解決する。

本発明に係るモータ制御装置によれば、交流モータの回転を停止させるときに当該交流モータの回転速度が変化し、上側スイッチング素子群及び下側スイッチング素子群の状態に起因して交流モータに大きなトルクが発生する場合であっても、回転速度に応じて上側スイッチング素子群と下側スイッチング素子群と適切な状態にすることができ、交流モータの回転数の全域に亘って交流モータで発生するトルクを非常に小さい値に保つので、交流モータが発生するトルクに対して適切な処理をすることができる。

また、本発明に係る他のモータ制御装置によれば、車両が停止しているときに、交流モータにブレーキトルクを発生させるように上側スイッチング素子群と下側スイッチング素子群と適切な状態にすることができ、車両を停止状態に保持することができるので、モータが発生するトルクに対して適切な処理をすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
本発明は、例えば図１に示すように構成されたモータ制御装置に適用される。

［モータ制御装置の構成］
このモータ制御装置は、制御対象である３相交流モータ１を、当該３相交流モータ１の回転速度に応じて制御駆動するものである。この３相交流モータ１は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相に供給される各電流値が制御されることで、内部コイルに流れる各電流が制御されてトルクが制御される。本例において、３相交流モータ１は、永久磁石同期モータであって、内部埋め込み磁石構造となっているロータと、集中巻構造となっているステータとを備えたＩＰＭ（Interior Permanent-magnet）モータである。

このモータ制御装置は、外部から３相交流モータ１のトルクを制御するトルク指令Ｔｅ＊が供給されて、このトルク指令Ｔｅ＊のトルクを発生させるための各種演算を行って、３相交流モータ１に供給する電流を制御する。

トルク指令Ｔｅ＊に従って３相交流モータ１を駆動制御する場合には、モータ制御装置は、３相交流モータ１に供給しているＵ相モータ電流ｉｕ及びＶ相モータ電流ｉｖを電流センサ２により検出して、３相／ｄｑ変換部３に送る。また、回転角センサ（ＰＳ）４により３相交流モータ１の回転角を入力することにより３相交流モータ１の回転角θｍを検出し、位相・速度計算部５に送る。

位相・速度計算部５は、回転角θｍに基づいて３相交流モータ１の回転速度ωｅを計算すると共に電圧位相θｅを計算して、回転速度ωｅを示す信号をトルク制御部７に送ると共に、電圧位相θｅを示す信号を３相／ｄｑ変換部３に送る。

３相／ｄｑ変換部３は、３相交流座標系から見たｄｑ座標系の電圧位相θｅを入力すると共にＵ相モータ電流ｉｕ及びＶ相モータ電流ｉｖを入力し、３相交流モータ１の実電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗ（＝−ｉｕ−ｉｖ）を回転直交座標系であるｄｑ座標系の実電流であるｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑに変換して、電流制御部６に送る。

一方、トルク制御部７は、外部からトルク指令Ｔｅ＊及び３相交流モータ１の回転速度（電気）ωｅが与えられると、目標とするｄ軸電流値のｄ軸電流指令ｉｄ＊及び目標とするｑ軸電流値ｉｑのｑ軸電流指令ｉｑ＊を求めて、電流制御部６及び非干渉制御部８に送る。

電流制御部６は、電源１３の電圧値を示す電圧値Ｖｄｃ、トルク制御部７からｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令ｉｑ＊が供給され、３相／ｄｑ変換部３からｄ軸電流値ｉｄ及びｑ軸電流値ｉｑが供給されると、ｄ軸電流値ｉｄをｄ軸電流指令値ｉｄ＊に一致させるためのｄ軸電圧指令値ｖｄ＊、ｑ軸電流値ｉｑをｑ軸電流指令値ｉｑ＊に一致させるためのｑ軸電圧指令値ｖｑ＊を計算して加算器９に送る。

非干渉制御部８は、トルク制御部７からｄ軸電流指令ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値ｉｑ＊が送られると、ｄ軸とｑ軸の干渉項を保証するために用いる電圧成分であるｄ軸補償電圧Vd_cmp及びｑ軸補償電圧Vq_cmpを算出する。

そして、このｄ軸補償電圧Vd_cmpは加算器９にてｄ軸電圧指令値ｖｄ＊と加算され、加算器９からｄｑ／３相変換部１０にｄ軸電流指令値vdo＊として送られ、ｑ軸補償電圧Vq_cmpは加算器９にてｑ軸電圧指令値ｖｑ＊と加算され、加算器９からｄｑ／３相変換部１０にｑ軸電流指令値vqo＊として送られる。

ｄｑ／３相変換部１０は、加算器９からｄ軸電流指令値vdo＊及びｑ軸電流指令値vqo＊が供給され、位相・速度計算部５から電圧位相θｅが供給されると、電圧位相θｅに基づいてｄ軸電流指令値vdo＊及びｑ軸電流指令値vqo＊を、３相座標系のＵ相電圧指令値ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値ｖｖ＊、Ｗ相電圧指令値ｖｗ＊に変換する。そして、Ｕ相電圧指令値ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値ｖｗ＊は、ＰＷＭ生成部１１に送る。

ＰＷＭ生成部１１は、Ｕ相電圧指令値ｖｕ＊、Ｖ相電圧指令値ｖｖ＊及びＷ相電圧指令値ｖｗ＊に基づいて、ＰＷＭ信号Ｖｕｕ、Ｖｕｌ、Ｖｖｕ、Ｖｖｌ、Ｖｗｕ、Ｖｗｌを生成して電力変換器１２に出力する。このＰＷＭ信号は、後述する電力変換器１２の上側スイッチング素子群２２を構成する第１トランジスタＴｒ１〜第２トランジスタＴｒ２をオンオフ駆動する信号である。

電力変換器１２は、その構成例を図２及び図３に示すように、平滑用コンデンサ２１を介して、電源１３の正端子に接続された上側スイッチング素子群２２と、電源１３の負端子に接続された下側スイッチング素子群２３とを備える。また、この電力変換器１２は、３相交流モータ１のＵ相と接続された第１トランジスタＴｒ１及び第２トランジスタＴｒ２、３相交流モータ１のＶ相と接続された第３トランジスタＴｒ３及び第４トランジスタＴｒ４、３相交流モータ１のＷ相と接続された第５トランジスタＴｒ５及び第６トランジスタＴｒ６を備える。

このような電力変換器１２では、第１トランジスタＴｒ１〜第６トランジスタＴｒ６のゲート端子にＰＷＭ生成部１１からのＰＷＭ信号が供給されることにより第１トランジスタＴｒ１〜第６トランジスタＴｒ６の導通状態及び遮断状態が制御される。これにより、電力変換器１２では、第１トランジスタＴｒ１及び第２トランジスタＴｒ２により、１３から３相交流モータ１のＵ相に供給する交流電力を生成し、第３トランジスタＴｒ３及び第４トランジスタＴｒ４により３相交流モータ１のＶ相に供給する交流電力を生成し、第５トランジスタＴｒ５及び第６トランジスタＴｒ６により３相交流モータ１のＷ相に供給する交流電力を生成する。

また、電力変換器１２には、第１トランジスタＴｒ１〜第６トランジスタＴｒ６の駆動停止を制御する駆動停止切り替え部１４が接続される。この電力変換器１２は、図示はしないが、駆動停止切り替え部１４からの信号に基づいて第１トランジスタＴｒ１〜第６トランジスタＴｒ６のオンオフ状態を切り替える状態切り替え回路を備えるものとする。

駆動停止切り替え部１４は、詳細は後述するが、通常、駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐの値を「０」とし、電力変換器１２を、ＰＷＭ生成部１１で生成されたＰＷＭ信号に基づいて、電源１３の直流電圧を３相交流電圧に変換し、３相交流モータ１に印加する。また、この駆動停止切り替え部１４は、３相交流モータ１が駆動して回転している状態から、３相交流モータ１を停止させる状態とする場合に、駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐの値を「１」とし、電力変換器１２の動作を制御する。

［駆動停止切り替え部１４の動作］
つぎに、上述したモータ制御装置において、駆動停止切り替え部１４の動作を説明する。

駆動停止切り替え部１４は、電圧センサ１５からの電圧値Ｖｄｃ、位相・速度計算部５からの回転速度ωｅ及び図示しない外部のコントローラから駆動停止信号が供給される。この駆動停止切り替え部１４は、詳細は後述するが、入力した各信号に基づいて、電力変換器１２の動作を駆動又は停止させる駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐを生成すると共に、電力変換器１２の動作を停止させるときの状態を選択制御する駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓを生成する。これにより、駆動停止切り替え部１４では、３相交流モータ１を駆動させたり停止させたりする。

駆動停止切り替え部１４は、電力変換器１２をＰＷＭ信号に基づいて動作させて３相交流モータ１を駆動させる場合には、値が「０」の駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐを生成して電力変換器１２に送る。これにより、電力変換器１２は、ＰＷＭ生成部１１からのＰＷＭ信号Ｖｕｕ、Ｖｕｌ、Ｖｖｕ、Ｖｖｌ、Ｖｗｕ、Ｖｗｌを第１トランジスタＴｒ１〜第６トランジスタＴｒ６に送って３相交流モータ１に交流電力の供給をする。

一方、駆動停止切り替え部１４は、電力変換器１２を停止させて３相交流モータ１を停止させる場合には、値が「１」の駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐを生成して電力変換器１２に送る。これにより、電力変換器１２は、ＰＷＭ生成部１１からのＰＷＭ信号Ｖｕｕ、Ｖｕｌ、Ｖｖｕ、Ｖｖｌ、Ｖｗｕ、Ｖｗｌを第１トランジスタＴｒ１〜第６トランジスタＴｒ６に送って３相交流モータ１に交流電力を供給する動作を停止する。

また、駆動停止切り替え部１４は、３相交流モータ１を停止させる場合に、３相交流モータ１の駆動を停止させる方法を示す駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓを生成する。このとき、駆動停止切り替え部１４は、電圧値Ｖｄｃ及び３相交流モータ１の回転速度ωｅに基づいて、図２に示すように第１トランジスタＴｒ１〜第６トランジスタＴｒ６の全スイッチング素子を遮断（オフ）状態とするオールオフ状態、又は、図３に示すように上側スイッチング素子群２２のスイッチング素子を全て遮断（オフ）状態とすると共に下側スイッチング素子群２３のスイッチング素子を全て導通（オン）状態とするアクティブショート状態とする決定をする。駆動停止切り替え部１４は、電力変換器１２をオールオフ状態とする場合には値が「０」の駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓを生成し、電力変換器１２をアクティブショート状態とする場合には値が「１」の駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓを生成する。

これにより、駆動停止切り替え部１４は、図４に示すように、電力変換器１２の状態を制御する。なお、電力変換器１２には、駆動停止切り替え部１４から入力した信号に従って、上側スイッチング素子群２２及び下側スイッチング素子群２３の状態を図４に示すように制御するデータが図示しないメモリ等に記憶されているものとする。

すなわち、電力変換器１２は、駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐの値が「０」である場合には、ＰＷＭ生成部１１からのＰＷＭ信号Ｖｕｕ、Ｖｕｌ、Ｖｖｕ、Ｖｖｌ、Ｖｗｕ、Ｖｗｌを第１トランジスタＴｒ１〜第６トランジスタＴｒ６に供給して、電源１３からの直流電力を交流電力に変換して３相交流モータ１に電力供給をする。

一方、電力変換器１２は、駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐの値が「１」であって駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓの値が「０」である場合には、図２に示すようなオールオフ状態となって、３相交流モータ１への電力供給を停止させる。また、電力変換器１２は、駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐの値が「１」であって駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓの値が「１」である場合には、図３に示すようなアクティブショート状態となって、３相交流モータ１への電力供給を停止させる。

「駆動停止方法選択信号の決定処理」
つぎに、上述した動作をする駆動停止切り替え部１４において、駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓを決定するときの処理について説明する。

まず、駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓ＝０とする場合、すなわち、電力変換器１２をオールオフ状態にする場合の回転速度ωｅに関する条件について説明する。

駆動停止切り替え部１４では、電力変換器１２をオールオフ状態にして、３相交流モータ１の駆動を停止させる場合には、３相交流モータ１に対する電流供給を停止させる必要がある。したがって、３相交流モータ１に電流が流れない条件としては、３相交流モータ１の磁石による誘起電圧をＶ_{ｐ（０−ｐ）}とし、電力変換器１２が出力可能な最大電圧をＶ_{ｐ＿ｍａｘ}とすると、下記の式１に示すように、
Ｖ_{ｐ（０−ｐ）}≦Ｖ_{ｐ＿ｍａｘ} （式１）
なる条件を満たす必要がある。すなわち、磁石の磁束による誘起電圧が、電力変換器１２で出力可能な最大電圧以下である条件となると、３相交流モータ１に電流が流れない状態となる。したがって、この条件を実現することにより３相交流モータ１のトルクの発生を停止する。

ここで、磁石の磁束による誘起電圧（相電圧振幅）Ｖ_{ｐ（０−ｐ）}は、図５に示すように３相交流モータ１の回転数に依存し、下記の式２に示すように、
Ｖ_{ｐ（０−ｐ）}＝（２／３）^１／２ω_ｅφ_ｄｍ （式２）
で表現される。ここで、ω_ｅは３相交流モータ１の回転速度（電気角）であり、φ_ｄｍは３相交流モータ１の磁石磁束による誘起電圧である。

また、電力変換器１２で出力可能な最大電圧Ｖ_{ｐ＿ｍａｘ}は、下記の式３に示すように、
Ｖ_{ｐ＿ｍａｘ}＝（１／３）^１／２Ｖ_ｄｃ （式３）
で表現される。ここで、Ｖ_ｄｃは、電力変換器１２に供給される直流電圧値であって電圧センサ１５により検出される値である。

したがって、式２で表現される磁石の磁束による誘起電圧（相電圧振幅）Ｖ_{ｐ（０−ｐ）}及び式３で表現される電力変換器１２で出力可能な最大電圧Ｖ_{ｐ＿ｍａｘ}を使用して、上記式１は、下記の式４に示すように、
ω_ｅ≦Ｖ_ｄｃ／｛（２）^１／２φ_ｄｍ｝ （式４）
となる。したがって、駆動停止切り替え部１４では、位相・速度計算部５から送られる３相交流モータ１の回転速度ωｅが上記式４を満たす場合には、電力変換器１２をオールオフ状態に制御することにより、３相交流モータ１のトルク発生を停止させることができる。

なお、以下の説明の都合上、上記式４を満たす最高回転数をω_ｅ＿ａｏとし、下記の式５で表現しておく。このような回転速度ω_ｅ＿ａｏは、３相交流モータ１の磁石磁束による誘起電圧が上側スイッチング素子部２２及び下側スイッチング素子部２３で出力可能な最大電圧に等しい電圧を発生する回転速度となる。

ω_ｅ＿ａｏ＝Ｖ_ｄｃ／｛（２）^１／２φ_ｄｍ｝ （式５）
これにより、電力変換器１２をオールオフ状態にした場合に３相交流モータ１のトルク発生を停止させることができる回転速度ωｅの範囲、すなわち回転速度ωｅのオールオフ設定領域は、図６に示すように０〜ω_ｅ＿ａｏとなる。したがって、駆動停止切り替え部１４では、回転速度ωｅが０〜ω_ｅ＿ａｏの範囲内では、値が「０」の駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓを電力変換器１２に出力して、電力変換器１２をオールオフ状態とすることにより、３相交流モータ１のトルク発生を抑制しつつ、３相交流モータ１の回転動作を停止させることができることになる。

次に、駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓ＝１とする場合、すなわち、電力変換器１２をアクティブショート状態にする場合の回転速度ωｅに関する条件について説明する。

電力変換器１２をアクティブショート状態にした場合、３相交流モータ１の回転速度ωｅとトルクとの関係を図７に示す。図７によれば、３相交流モータ１の回転速度ωｅが高い高回転速度領域では３相交流モータ１のトルクが０に近い値になっている。これに対し、電力変換器１２をアクティブショート状態にした場合の３相交流モータ１の回転速度ωｅが０に近づいていると、３相交流モータ１のトルクが大きくなり、３相交流モータ１の回転速度ωｅが回転速度ωｅ＿ｍであるときに負方向のトルクであるブレーキトルクを発生させる。

このように電力変換器１２をアクティブショート状態にした場合のトルクＴ_ｅは、下記の式６に示すように、
Ｔ_ｅ＝ｐ｛−Ｒ（φ_ｄｍ ^２）／（Ｌ_ｄ ^２）・（１／ω_ｅ）｝ （式６）
となる。ここで、上記式６におけるｐは３相交流モータ１の極対数であり、Ｒは３相交流モータ１の相巻線抵抗値であり、Ｌ_ｄはインダクタンスである。

また、３相交流モータ１を停止させるに際して、３相交流モータ１に発生させるブレーキトルクの最大許容値をＴ_ｅ＿ｂとすると、下記の式７に示すように、
Ｔ_ｅ≦Ｔ_ｅ＿ｂ （式７）
となり、上記式６で表現されるトルクＴ_ｅを、ブレーキトルクの最大許容値Ｔ_ｅ＿ｂ以下とすることにより、３相交流モータ１に必要以上のトルクを発生させることなく３相交流モータ１の駆動を停止できることとなる。

すなわち、式６で表現されるトルクＴ_ｅを式７に導入すると、回転速度ω_ｅは下記の式８に示すように、
ω_ｅ≧ｐ｛−Ｒ（φ_ｄｍ ^２）／（Ｌ_ｄ ^２）・（１／Ｔ_ｅ＿ｂ）｝ （式８）
となる。すなわち、上記式８を満たす３相交流モータ１の最低回転速度をω_ｅ＿ａｓとすると、式８は、
ω_ｅ＿ａｓ≧ｐ｛−Ｒ（φ_ｄｍ ^２）／（Ｌ_ｄ ^２）・（１／Ｔ_ｅ＿ｂ）｝ （式９）
に示すように表現される。

これにより、３相交流モータ１を回転駆動させている状態から、電力変換器１２をアクティブショート状態にした場合に、３相交流モータ１のトルク発生を抑制しつつ、３相交流モータ１を停止させることができる回転速度ωｅの範囲、すなわち回転速度ωｅのアクティブショート設定領域は、図６に示すようにω_ｅ＿ａｓ以上となる。したがって、駆動停止切り替え部１４では、回転速度ωｅがω_ｅ＿ａｓ以上の範囲では、値が「１」の駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓを電力変換器１２に出力して、電力変換器１２をアクティブショート状態とすることにより、３相交流モータ１のトルク発生を抑制しつつ、３相交流モータ１の回転動作を停止させることができることになる。

次に、駆動停止切り替え部１４によるオールオフ状態とアクティブショート状態との切り替え動作について説明する。

ここで、図６に示すように、回転速度ωｅが下記の式１０で示されるような範囲では、３相交流モータ１を回転駆動している状態から、電力変換器１２をオールオフ状態又はアクティブショート状態の何れかの状態にしても、３相交流モータ１のトルク発生を抑制しつつ、３相交流モータ１の回転動作を停止させることができる。

ω_ｅ＿ａｓ≦ω_ｅ≦ω_ｅ＿ａｏ （式１０）
これに対して、駆動停止切り替え部１４では、回転速度ω_ｅ＿ａｓと、回転速度ω_ｅ＿ａｏとの中間値の回転速度ωｅｔｈより位相・速度計算部５で計算した回転速度ωｅが高い場合には電力変換器１２をアクティブショート状態に設定し、回転速度ωｅｔｈより位相・速度計算部５で計算した回転速度ωｅが低い場合には電力変換器１２をオールオフ状態に設定する。

このように駆動停止切り替え部１４では、回転速度ωｅｔｈに基づいて電力変換器１２の状態を切り替えた後、３相交流モータ１の回転速度ωｅ及び電力変換器１２に供給している直流電圧値に基づいてアクティブショート状態とオールオフ状態との間で切り替え動作をする。すなわち、駆動停止切り替え部１４では、一旦、アクティブショート状態又はオールオフ状態にした後に、３相交流モータ１の回転数や直流電圧値が変化することによって、３相交流モータ１にて高いトルクを発生させないように、電力変換器１２の状態を切り替える動作をする。

これに対し、駆動停止切り替え部１４では、アクティブショート状態からオールオフ状態に切り替える回転速度ωｅとしてω_ｅ＿ａｓとωｅｔｈとの間の回転速度ωｅｔｈ＿ｌを予め設定しておくことにより、アクティブショート状態を保持するアクティブショート保持領域を設定しておく。また、駆動停止切り替え部１４では、オールオフ状態からアクティブショート状態に切り替える回転速度ωｅとしてω_ｅ＿ａｏとωｅｔｈとの間の回転速度ωｅｔｈ＿ｕを予め設定しておくことにより、オールオフ状態を保持するオールオフ保持領域を設定しておく。

これにより、駆動停止切り替え部１４では、一旦電力変換器１２の状態をアクティブショート状態にした後に、図６に示すように、回転速度ωｅが低下して回転速度ωｅｔｈ＿ｌを超えて、アクティブショート保持領域外となった場合にはオールオフ状態にする。また、駆動停止切り替え部１４では、一旦電力変換器１２の状態をオールオフ状態にした後に、図６に示すように、回転速度ωｅが上昇して回転速度ωｅｔｈ＿ｕを超えてオールオフ保持領域外となったらアクティブショート状態にする。

このような動作をする駆動停止切り替え部１４では、その処理手順を図８に示すように、先ず、外部から駆動停止信号を入力すると（ステップＳ１）、位相・速度計算部５から回転速度ωｅ及び電圧センサ１５から電圧値Ｖｄｃを入力して（ステップＳ２）、回転速度ωｅが、回転速度ωｅｔｈ以下か否かを判定する（ステップＳ３）。

そして、駆動停止切り替え部１４では、回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ以下であると判定した場合には、共に値が「１」の駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐ及び駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓを電力変換器１２に出力する。これにより、駆動停止切り替え部１４では、電力変換器１２をアクティブショート状態にする（ステップＳ４）。

一方、駆動停止切り替え部１４では、回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ以下でないと判定した場合には、値が「１」の駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐ及び値が「０」の駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓを電力変換器１２に出力する。これにより、駆動停止切り替え部１４では、電力変換器１２をオールオフ状態にする（ステップＳ５）。

電力変換器１２をアクティブショート状態にした後、駆動停止切り替え部１４は、位相・速度計算部５からの回転速度ωｅを例えば定期的に入力することにより監視し、当該回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ＿ｌ以下か否かを判定する（ステップＳ６）。駆動停止切り替え部１４では、回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ＿ｌ以下でないと判定した場合にはステップＳ４に処理を戻してアクティブショート状態を継続させ、回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ＿ｌ以下と判定した場合にはステップＳ５に処理を戻して、電力変換器１２をオールオフ状態に切り替える。

これに対し、駆動停止切り替え部１４は、電力変換器１２をオールオフ状態にした後、位相・速度計算部５からの回転速度ωｅを例えば定期的に入力することにより監視し、当該回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ＿ｕ以上か否かを判定する（ステップＳ７）。

そして、駆動停止切り替え部１４は、回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ＿ｕ以上であると判定した場合にはステップＳ４に処理を戻して電力変換器１２をアクティブショート状態に切り替える。これに対し、駆動停止切り替え部１４は、回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ＿ｕ以上でないと判定した場合には、ステップＳ８にて回転速度ωｅが「０」となって３相交流モータ１が停止仕方か否かを判定して、３相交流モータ１が停止した場合には処理を終了し、３相交流モータ１が停止していない場合にはステップＳ５に処理を戻してオールオフ状態を継続させる。

［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した第１実施形態に係るモータ制御装置によれば、３相交流モータ１の回転を停止させるときに、当該３相交流モータ１の回転速度が回転速度ωｅ＿ａｓ以上である場合には電力変換器１２をアクティブショート状態とし、３相交流モータ１の回転速度が回転速度ωｅ＿ａｏ以下の場合には電力変換器１２をオールオフ状態とするので、停止時の３相交流モータ１の回転数の全域に亘って３相交流モータ１で発生するブレーキトルクを非常に小さい値に保つことができる。

したがって、このモータ制御装置によれば、例えば電気自動車のモータ駆動システムとして搭載された場合、高速で走行中に３相交流モータ１の駆動を中止した場合であっても、３相交流モータ１にほぼトルクを発生させないフリーラン状態のまま、大きなブレーキトルクを発生させることもなく３相交流モータ１を停止させて、車両の走行を停止させることが可能となる。

したがって、このモータ制御装置によれば、３相交流モータ１への電力供給を停止する場合に、３相交流モータ１が発生するトルクに対して適切な処理をすることができる。

すなわち、このモータ制御装置によれば、図９に、上述した動作をしたときのシミュレーション結果を示すように、３相交流モータ１の回転速度が回転速度ωｅｔｈよりも高い回転速度ωｅ１である時に３相交流モータ１を停止させる場合に（図９（ａ））、電力変換器１２をアクティブショート状態にすることにより、３相交流モータ１に負方向のｄ軸電流のみを発生させ（図９（ｃ））、非常に小さいモータトルクで３相交流モータ１の回転速度を低下させることができる（図９（ｂ）、（ａ））。

また、このモータ制御装置によれば、電力変換器１２をアクティブショート状態にすることにより回転速度ωｅ１から回転速度が低下して、３相交流モータ１の回転速度が回転速度ωｅｔｈ＿ｌとなった時刻ｔ１にてアクティブショート状態からオールオフ状態に切り替えた後であっても、３相交流モータ１の低回転速度領域にてモータトルクが発生することを防止することができる（図９（ａ）、（ｂ））。

これに対し、図１０に電力変換器１２をアクティブショート状態に保持したときのモータ回転速度（ａ）、モータトルク（ｂ）及びモータ電流（ｃ）のシミュレーション結果を示し、図１１に電力変換器１２をオールオフ状態に保持したときのモータ回転速度（ａ）、モータトルク（ｂ）及びモータ電流（ｃ）のシミュレーション結果を示す。

図１０によれば、モータの回転速度が高回転速度領域においては図９に示したシミュレーション結果となるが、モータの回転速度が低下して、回転速度ωｅ＿ａｓとなると（図１０（ａ））、図９におけるモータトルクよりも大きなブレーキトルクＴｅ＿ｂとなり（図１０（ｂ））、更にモータの回転速度が低下して「０」付近となると（図１０（ａ））、図７にもモータトルクを示したように更に大きなブレーキトルク（−Ｔｅ１）となってしまう（図１０（ｂ））。

また、図１１によれば、電力変換器１２をオールオフ状態にした時点で大きなブレーキトルク（−Ｔｅ１）が発生し、モータの回転速度がωｅ＿ａｏまで低下する時刻まで大きなブレーキトルクが発生し続けてしまう（図１１（ａ））。

また、このモータ制御装置によれば、３相交流モータ１の停止時に電力変換器１２をアクティブショート状態とし、回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ＿ｌまで低下した場合に、電力変換器１２をオールオフ状態に切り替えるので、３相交流モータ１の回転速度が低下した低回転領域で大きなブレーキトルクが発生することを防止することができる。

更に、このモータ制御装置によれば、３相交流モータ１の停止時に電力変換器１２をオールオフ状態とし、回転速度ωｅが回転速度ωｅｔｈ＿ｕとなった場合に、電力変換器１２をアクティブショート状態に切り替えるので、３相交流モータ１の回転速度が上昇した場合であっても大きなブレーキトルクが発生することを防止することができる。

更にまた、このモータ制御装置によれば、アクティブショート状態からオールオフ状態に切り替える３相交流モータ１の回転速度を、回転速度ωｅｔｈ＿ｌとしたので、３相交流モータ１の磁石磁束が電力変換器１２で出力できなくなって３相交流モータ１にブレーキトルクを発生させることを防止することができる。

更にまた、このモータ制御装置によれば、オールオフ状態からアクティブショート状態に切り替える３相交流モータ１の回転速度を、回転速度ωｅｔｈ＿ｕとしたので、３相交流モータ１の停止時に許容した以上のトルクを発生させることを防止することができる。

更にまた、このモータ制御装置によれば、アクティブショート状態からオールオフ状態に切り替える回転速度を回転速度ωｅ＿ａｓより高い回転速度ωｅｔｈ＿ｌとし、オールオフ状態からアクティブショート状態に切り替える回転速度を回転速度ωｅ＿ａｏよりも低い回転速度ωｅｔｈ＿ｕとしたので、アクティブショート状態とオールオフ状態との間の切り替えタイミングをモータトルクを大きくしないタイミングとすることができる。したがって、このモータ制御装置によれば、３相交流モータ１への電力供給を停止した後に、３相交流モータ１の回転速度がどのように変化した場合であっても、３相交流モータ１のトルクを小さい値に保持することができる。

［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係るモータ制御装置について説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。

第２実施形態に係るモータ制御装置は、図１２に示すように、第１実施形態とは異なる動作をする電力変換器１２’及び駆動停止切り替え部１４’を備えることを特徴とする。

すなわち、第２実施形態に係るモータ制御装置は、３相交流モータ１の駆動力により走行する電気自動車に搭載されるものであって、駆動停止切り替え部１４’に、車両が起動状態又は停止状態であるかを示す信号であるＩＧＮスイッチの状態を示すイグニッション信号ＩＧＮと、車両を停止状態に保持するサイドブレーキの状態を示すサイドブレーキ信号とが入力される。そして、駆動停止切り替え部１４’では、イグニッション信号ＩＧＮ及びサイドブレーキ信号に基づいて、電力変換器１２’の状態を制御する駆動制御信号ｆ＿ＢＲＫを生成して、電力変換器１２’に出力する。

これにより、駆動停止切り替え部１４’は、図１３に示すように、電力変換器１２’の状態を制御する。なお、電力変換器１２’には、駆動停止切り替え部１４’から入力した駆動制御信号に従って、上側スイッチング素子部２２及び下側スイッチング素子部２３の状態を図１３に示すように制御するデータが図示しないメモリ等に記憶されているものとする。

具体的には、駆動停止切り替え部１４’は、ＩＧＮスイッチがオフ状態であることを示すイグニッション信号ＩＧＮを入力した場合、又はサイドブレーキが動作している状態を示すサイドブレーキ信号を入力した場合には、電力変換器１２’をアクティブショート状態にする駆動制御信号ｆ＿ＢＲＫを生成して、電力変換器１２’に出力する。これにより、電力変換器１２’は、図２に示すようなアクティブショート状態となる。

これに対し、駆動停止切り替え部１４’は、ＩＧＮスイッチがオフ状態であることを示すイグニッション信号ＩＧＮを入力した場合、又はサイドブレーキが動作している状態を示すサイドブレーキ信号を入力した場合以外の場合には、電力変換器１２’を、ＰＷＭ生成部１１からのＰＷＭ信号Ｖｕｕ、Ｖｕｌ、Ｖｖｕ、Ｖｖｌ、Ｖｗｕ、Ｖｗｌを第１トランジスタＴｒ１〜第６トランジスタＴｒ６に供給して、電源１３からの直流電力を交流電力に変換して３相交流モータ１に電力供給をする状態にする。

ここで、車両が停止している状態では、走行用の３相交流モータ１の回転速度は０である。これに対し、３相交流モータ１の回転速度が０近傍でのモータトルクは、図７に電力変換器１２’をアクティブショート状態とした時のトルクと回転速度との関係を示したように、３相交流モータ１の回転速度が正方向に増加すると負方向に急に大きくなり、逆に、３相交流モータ１の回転速度が負方向に増加すると正方向に急に大きくなる。

したがって、３相交流モータ１は、回転速度、換言すれば、車両速度が０である場合に安定状態となる。つまり、３相交流モータ１がアクティブショート状態である場合には、車両はあたかもブレーキがかけられた状態となる。

［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第２実施形態に係るモータ制御装置によれば、車両が停止状態であると判定した場合に、電力変換器１２’をアクティブショート状態としておくだけで、車両にブレーキをかけることができる。したがって、このモータ制御装置によれば、電力変換器１２’に対する簡単な制御をするのみで、車両を停止状態に保持すると共に、電源１３の電力を使用しない省エネルギー化を実現することができる。

したがって、このモータ制御装置によれば、３相交流モータ１への電力供給を停止した場合に、３相交流モータ１が発生するトルクに対して適切な処理をすることができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

すなわち、第２実施形態において、電力変換器１２’を能動的にアクティブショート状態にする場合について説明したが、受動的に電力変換器１２’をアクティブショート状態にしても良い。この場合、モータ制御装置では、信号を印加しない場合には遮蔽状態（オフ状態）となる第１トランジスタＴｒ１、第３トランジスタＴｒ３及び第５トランジスタＴｒ５を使用し、信号を印加しない場合には導通状態（オン状態）となる第２トランジスタＴｒ２、第４トランジスタＴｒ４及び第６トランジスタＴｒ６を使用する必要がある。このような電力変換器１２’を使用することにより、当該電力変換器１２’を制御する電源供給も停止してもアクティブショート状態に設定することが可能となる。

本発明を適用した第１実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 電力変換器をアクティブショート状態に設定したときの状態を説明するための回路図である。 電力変換器をオールオフ状態に設定したときの状態を説明するための回路図である。 駆動停止切り替え部に入力される駆動停止信号ｆ＿ｓｔｐ及び駆動停止方法選択信号ｆ＿ｆｓに対する電力変換器の状態を説明するための図である。 ３相交流モータの回転速度と、３相交流モータの磁石による誘起電圧（相電圧振幅）との関係を説明するための図である。 ３相交流モータの回転速度に対する、アクティブショート可能領域及びオールオフ可能領域、アクティブショート設定領域及びオールオフ設定領域、アクティブショート保持領域及びオールオフ保持領域を示す図である。 電力変換器をアクティブショート状態にした場合の３相交流モータの回転速度と、３相交流モータが発生するトルクとの関係を示す図である。 第１実施形態に係るモータ制御装置において、駆動停止切り替え部により電力変換器の状態を制御するときの処理手順を示すフローチャートである。 ３相交流モータの回転を中止するときに電力変換器をアクティブショート状態からオールオフ状態に切り替えた場合の動作をシミュレーションした結果を示す図である。

（ａ）モータ回転速度の時間変化を示す図である。

（ｂ）モータトルクの時間変化を示す図である。

（ｃ）ｑ軸電流及びｄ軸電流の時間変化を示す図である。
３相交流モータの回転を中止するときに電力変換器をアクティブショート状態に保持した場合の動作をシミュレーションした結果を示す図である。

（ａ）電力変換器をアクティブショート状態した後のモータ回転速度の時間変化を示す図である。

（ｂ）電力変換器をアクティブショート状態した後のモータトルクの時間変化を示す図である。

（ｃ）電力変換器をアクティブショート状態した後のｑ軸電流及びｄ軸電流の時間変化を示す図である。
３相交流モータの回転を中止するときに電力変換器をオールオフ状態に保持した場合の動作をシミュレーションした結果を示す図である。

（ａ）電力変換器をオールオフ状態した後のモータ回転速度の時間変化を示す図である。

（ｂ）電力変換器をオールオフ状態した後のモータトルクの時間変化を示す図である。

（ｃ）電力変換器をオールオフ状態した後のｑ軸電流及びｄ軸電流の時間変化を示す図である。
本発明を適用した第２実施形態に係るモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 駆動停止切り替え部に入力される駆動制御信号ｆ＿ＢＲＫに対する電力変換器の状態を説明するための図である。

符号の説明

１ ３相交流モータ
２ 電流センサ
３ ３相／ｄｑ変換部
４ 回転角センサ
５ 位相・速度計算部
６ 電流制御部
７ トルク制御部
８ 非干渉制御部
９ 加算器
１０ ｄｑ／３相変換部
１１ ＰＷＭ生成部
１２ 電力変換器
１３ 電源
１４ 駆動停止切り替え部
１５ 電圧センサ
２１ 平滑用コンデンサ
２２ 上側スイッチング素子部
２３ 下側スイッチング素子部

Claims (6)

1. 交流モータに供給する電源の正端子に接続された上側スイッチング素子群と、前記電源の負端子に接続された下側スイッチング素子群とを駆動して、前記交流モータに交流電圧を印加するモータ制御装置において、
   前記交流モータの回転速度を示す回転速度信号を入力する入力手段と、
   前記交流モータの駆動を中止する場合に、前記入力手段により入力した前記交流モータの回転速度が第１回転速度以上である場合には、前記上側スイッチング素子群又は前記下側スイッチング素子群の何れか一方のスイッチング素子群の全てを導通状態にすると共に他方のスイッチング素子群の全てを遮断状態にし、前記入力手段により入力した前記交流モータの回転速度が第２回転速度以下である場合には、前記上側スイッチング素子群及び前記下側スイッチング素子群の全てのスイッチング素子群を遮断状態にする制御手段と
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御手段は、前記上側スイッチング素子群又は前記下側スイッチング素子群の何れか一方のスイッチング素子群の全てを導通状態にすると共に他方のスイッチング素子群の全てを遮断状態にした後、前記交流モータの回転速度が第３回転速度以下となった場合には、前記上側スイッチング素子群及び前記下側スイッチング素子群の全てのスイッチング素子群を遮断状態にすることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記制御手段は、前記上側スイッチング素子群及び前記下側スイッチング素子群の全てのスイッチング素子群を遮断状態にした後、前記交流モータの回転速度が第４回転速度以上となった場合には、前記上側スイッチング素子群又は前記下側スイッチング素子群の何れか一方のスイッチング素子群の全てを導通状態にすると共に他方のスイッチング素子群の全てを遮断状態することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記第１回転速度は、前記交流モータの磁石磁束による誘起電圧が前記上側スイッチング素子群及び下側スイッチング素子群で出力可能な最大電圧に等しい電圧を発生する回転速度以下に設定され、
   前記第２回転速度は、前記上側スイッチング素子群又は前記下側スイッチング素子群の何れか一方のスイッチング素子群の全てを導通状態にすると共に他方のスイッチング素子群の全てを遮断状態とした状態では前記交流モータのブレーキトルクの大きさが許容値を超える回転速度以上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記第３回転速度及び第４回転速度は、前記第１回転速度以下、且つ前記第２回転速度以上であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 車両に搭載され、発生するトルクにより車両の駆動力を発生させる交流モータに供給する電源の正端子に接続された上側スイッチング素子群と、前記電源の負端子に接続された下側スイッチング素子群とを駆動して、前記交流モータに交流電圧を印加するモータ制御装置において、
   前記車両が停止しているか否かを判定する信号を入力する入力手段と、
   前記入力手段により入力した信号に基づいて前記車両が停止状態であると判定した場合に、前記上側スイッチング素子群又は前記下側スイッチング素子群の何れか一方のスイッチング素子群の全てを導通状態にすると共に他方のスイッチング素子群の全てを遮断状態とする制御手段と
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。

Images