特許ウォッチ

公開番号2024118591
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-02
出願番号2023024951
出願日2023-02-21
発明の名称回転電機制御装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H02P 21/22 20160101AFI20240826BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】出力電流の状態に基づいて、回転電機を駆動する指令値の制限値を適切に変更することで半導体スイッチング素子を保護しつつ、過剰に電流を制限することなく動作することができる回転電機制御装置を得ることを目的とする。
【解決手段】正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子を有した電力変換回路、電圧センサ、相電流検出センサ、および、電流指令値に基づいてスイッチング素子をオンオフ制御するとともに、電圧に基づいてトルク指令値を制限すべきかどうか判定し、電流が予め定められた切替電流以上の場合はトルク指令値制限手段によってトルク指令値を第一のトルク制限値以下とし、電流が切替電流よりも小さい場合はトルク指令値制限手段によってトルク指令値を第一のトルク制限値よりも大きい第二のトルク制限値以下とする制御部、を備えた回転電機制御装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
直流電源の正極に接続された正極側のスイッチング素子と、前記直流電源の負極に接続された負極側のスイッチング素子と、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに回転電機に接続された外部接続点と、が設けられたレグを有した電力変換回路、
前記電力変換回路の正極と負極の間の電圧を検出する電圧センサ、
前記電力変換回路の前記外部接続点と前記回転電機との間に流れる相電流を検出する相電流検出センサ、および、
外部から受け取ったトルク指令値から算出した電流指令値に基づいて前記スイッチング素子をオンオフ制御するとともに、前記電圧センサによって検出された電圧に基づいて前記トルク指令値を制限すべきかどうか判定し、前記トルク指令値を制限すべきと判定した場合に前記相電流検出センサによって検出された電流が予め定められた切替電流以上の場合はトルク指令値制限手段によって前記トルク指令値を第一のトルク制限値以下とする第一制限処理を実行し、前記トルク指令値を制限すべきと判定した場合に前記相電流検出センサによって検出された電流が前記切替電流よりも小さい場合は前記トルク指令値制限手段によって前記トルク指令値を第一のトルク制限値よりも大きい第二のトルク制限値以下とする第二制限処理を実行する制御部、を備えた回転電機制御装置。
続きを表示（約 2,800 文字）【請求項２】
直流電源の正極に接続された正極側のスイッチング素子と、前記直流電源の負極に接続された負極側のスイッチング素子と、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに回転電機に接続された外部接続点と、が設けられたレグを有した電力変換回路、
前記電力変換回路の正極と負極の間の電圧を検出する電圧センサ、
前記電力変換回路の前記外部接続点と前記回転電機との間に流れる相電流を検出する相電流検出センサ、および、
外部から受け取ったトルク指令値から算出した電流指令値に基づいて前記スイッチング素子をオンオフ制御するとともに、前記電圧センサによって検出された電圧に基づいて前記電流指令値を制限すべきかどうか判定し、前記電流指令値を制限すべきと判定した場合に前記相電流検出センサによって検出された電流が予め定められた切替電流以上の場合は電流指令値制限手段によって前記電流指令値を第一の電流制限値以下とする第一制限処理を実行し、前記電流指令値を制限すべきと判定した場合に前記電流検出センサによって検出された電流が前記切替電流よりも小さい場合は前記電流指令値制限手段によって前記電流指令値を第一の電流制限値よりも大きい第二の電流制限値以下とする第二制限処理を実行する制御部、を備えた回転電機制御装置。
【請求項３】
直流電源の正極に接続された正極側のスイッチング素子と、前記直流電源の負極に接続された負極側のスイッチング素子と、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに回転電機に接続された外部接続点と、が設けられたレグを有した電力変換回路、
前記電力変換回路の正極と負極の間の電圧を検出する電圧センサ、
前記電力変換回路の前記外部接続点と前記回転電機との間に流れる相電流を検出する相電流検出センサ、および、
外部から受け取ったトルク指令値から電流指令値を算出し、前記電流指令値からｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を算出して、前記ｄ軸電圧指令値および前記ｑ軸電圧指令値に基づいて前記スイッチング素子をオンオフ制御するとともに、前記電圧センサによって検出された電圧に基づいて前記ｄ軸電圧指令値および前記ｑ軸電圧指令値を制限すべきかどうか判定し、前記ｄ軸電圧指令値および前記ｑ軸電圧指令値を制限すべきと判定した場合に前記相電流検出センサによって検出された電流が予め定められた切替電流以上の場合は電圧指令値制限手段によって前記ｄ軸電圧指令値および前記ｑ軸電圧指令値を第一のｄ軸電圧制限値および第一のｑ軸電圧制限値以下とする第一制限処理を実行し、前記ｄ軸電圧指令値および前記ｑ軸電圧指令値を制限すべきと判定した場合に前記電流検出センサによって検出された電流が前記切替電流よりも小さい場合は前記電圧指令値制限手段によって前記ｄ軸電圧指令値および前記ｑ軸電圧指令値を前記第一のｄ軸電圧制限値および前記第一のｑ軸電圧制限値よりも大きい第二のｄ軸電圧制限値および第二のｑ軸電圧制限値以下とする第二制限処理を実行する制御部、を備えた回転電機制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記電圧センサによって検出された電圧が予め定められた電圧閾値よりも大きい場合に、前記相電流検出センサによって検出された電流が前記切替電流以上の場合は前記第一制限処理を実行し、前記相電流検出センサによって検出された電流が前記切替電流よりも小さい場合は前記第二制限処理を実行する請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電圧センサによって検出された電圧が予め定められた電圧閾値よりも大きくかつ、前記相電流検出センサによって検出された電流が予め定められた電流閾値よりも大きい場合に、前記相電流検出センサによって検出された電流が前記切替電流以上の場合は前記第一制限処理を実行し、前記相電流検出センサによって検出された電流が前記切替電流よりも小さい場合は前記第二制限処理を実行する請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記電圧センサによって検出された電圧が予め定められた電圧閾値よりも大きくかつ、前記電圧センサによって検出された電圧の時間当たり変化量が予め定められた電圧変化量閾値よりも大きい場合に、前記相電流検出センサによって検出された電流が前記切替電流以上の場合は前記第一制限処理を実行し、前記相電流検出センサによって検出された電流が前記切替電流よりも小さい場合は前記第二制限処理を実行する請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第一制限処理において、すべての前記スイッチング素子をオフすることで、前記第一制限処理を実行する請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記電圧センサによって検出された電圧が予め定められた電圧閾値よりも大きい場合に前記第一制限処理、または前記第二制限処理を実行し、前記電圧センサによって検出された電圧が前記電圧閾値よりも小さい第二の電圧閾値以下の場合は前記第一制限処理、および前記第二制限処理を中止する請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記電圧センサによって検出された電圧が予め定められた過電圧閾値を超えた場合に、前記正極側のスイッチング素子をオフし前記負極側のスイッチング素子をオンする、前記正極側のスイッチング素子をオンし前記負極側のスイッチング素子をオフする、または前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子をオフする過電圧保護を実行し、前記第二のトルク制限値は過電圧保護の実行時に前記スイッチング素子のオフ時に前記スイッチング素子が壊れない電流値以下となるよう設定されている請求項１に記載の回転電機制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記電圧センサによって検出された電圧が予め定められた過電圧閾値を超えた場合に、前記正極側のスイッチング素子をオフし前記負極側のスイッチング素子をオンする、前記正極側のスイッチング素子をオンし前記負極側のスイッチング素子をオフする、または前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子をオフする過電圧保護を実行し、前記第二の電流制限値は過電圧保護の実行時に前記スイッチング素子のオフ時に前記スイッチング素子が壊れない電流値以下に設定されている請求項２に記載の回転電機制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、回転電機制御装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
電力の出力形態を変換する回転電機制御装置としては、交流電力を直流電力へ変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（ＡｌｔｅｒｎａｔｅＣｕｒｒｅｎｔ／ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔＣＯＮＶＥＲＴＥＲ）、直流電力から交流電力へ変換するインバータ（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）、等が一般的である。これらの回転電機制御装置は、半導体スイッチング素子を備えた構成であることが多い。
【０００３】
回転電機制御装置の半導体スイッチング素子は耐電圧の性能が決められており、半導体スイッチング素子にかかる電圧を検出して、検出電圧が上昇して、所定の過電圧閾値Ｖｏｖを超過した場合に回転電機制御装置を停止させて過電圧(OV：Over Voltage)による破壊を防ぐための過電圧保護手段を備えた回転電機制御装置が提案されている。
【０００４】
特に、回転電機が回生動作中にバッテリと回転電機制御装置とを接続している電力線が解放状態になる、回生動作中のロードダンプ時が、入力電圧の上昇のワーストケースとして想定できる。この場合、迅速に電流を制限して、過電圧保護時に半導体スイッチング素子をオフした際のピーク電圧が半導体スイッチング素子の耐圧を超過し、半導体スイッチング素子が破損することを防止する必要がある。
【０００５】
半導体スイッチング素子をオフする際の電流を低減することで、半導体スイッチング素子をオフした際のサージ電圧を抑制することができる。このため、過電圧保護を判定するよりも前の段階で、出力電流を制限する技術が提案されている。（例えば特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開平５－２１９７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、直流電源の電圧に応じて出力電流の制限値を変更している。回生動作中のロードダンプ時といったワーストケースにおいては、直流電源電圧が急峻に上昇する。このため、過電圧保護を判定するよりも前の段階で、直流電源の電圧上昇を検出し、迅速に出力電流の制限を行う必要がある。
【０００８】
しかし、直流電源電圧の上昇に対して敏感に反応し電流を大幅に制限すると、弊害も生じることとなる。過電圧判定に至らない場合にも過剰に出力電流を制限した場合、回転電機の性能を損なう可能性がある。
【０００９】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものである。回転電機制御装置の直流電源の電圧を検出して過電圧保護を実施する回転電機制御装置において、出力電流の状態に基づいて、回転電機を駆動する指令値の制限値を適切に変更することで過電圧保護による動作停止時の電流を低減して半導体スイッチング素子を保護しつつ、過剰に電流を制限することなく動作することができる回転電機制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に係る回転電機制御装置は、
直流電源の正極に接続された正極側のスイッチング素子と、直流電源の負極に接続された負極側のスイッチング素子と、正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに回転電機に接続された外部接続点と、が設けられたレグを有した電力変換回路、
電力変換回路の正極と負極の間の電圧を検出する電圧センサ、
電力変換回路の外部接続点と回転電機との間に流れる相電流を検出する相電流検出センサ、および、
外部から受け取ったトルク指令値から算出した電流指令値に基づいてスイッチング素子をオンオフ制御するとともに、電圧センサによって検出された電圧に基づいてトルク指令値を制限すべきかどうか判定し、トルク指令値を制限すべきと判定した場合に相電流検出センサによって検出された電流が予め定められた切替電流以上の場合はトルク指令値制限手段によってトルク指令値を第一のトルク制限値以下とする第一制限処理を実行し、トルク指令値を制限すべきと判定した場合に相電流検出センサによって検出された電流が切替電流よりも小さい場合はトルク指令値制限手段によってトルク指令値を第一のトルク制限値よりも大きい第二のトルク制限値以下とする第二制限処理を実行する制御部、を備えたものである。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許