JP2012152013A - 車両用電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転センサを用いることなく、コンパクトで安価、かつ信頼性の高い車両用電動機の制御装置を得る。
【解決手段】この発明による車両用電動機の制御装置は、駆動アームの上スイッチング素子により固定子巻線の１つの巻線端子に通電し下スイッチング素子により前記巻線端子とは異なる１つの巻線端子に通電し残りの巻線端子は上スイッチング素子と下スイッチング素子の何れからも通電されない第１の通電状態と、上スイッチング素子により固定子巻線の１つまたは２つの巻線端子に通電し下スイッチング素子により前記１つまたは２つの巻線端子以外の全ての巻線端子に通電する第２の通電状態とを、第１の通電状態にある第１の固定子巻線または第２の固定子巻線における前記残りの巻線端子の電圧に基づいて交互に切り替えるようにしたものである。
【選択図】図６

Description

この発明は、電動機の制御、特に車両に搭載され、エンジンに連結された電動機の駆動を制御する車両用電動機の制御装置に関するものである。

エンジンに連結された車両用電動機の駆動を制御する従来の制御装置として、特許文献１に示されたものがある。特許文献１に示された従来の車両用電動機の制御装置は、電力変換部の駆動アームの上スイッチ素子により固定子巻線端子の1端子に通電し、下スイッ
チ素子により上スイッチ素子と異なる固定子巻線端子の1端子に通電する第１の通電状態
と、駆動アームの上スイッチ素子により固定子巻線端子の１端子または２端子に通電し、下スイッチ素子により上スイッチ素子が通電していない残り全ての固定子巻線端子（２端子または1端子）に通電する第２の通電状態とを有し、前記第１の通電状態と第２の通電
状態とを、電動機の回転子の回転により変化する電気角一周期内で交互に切り替えるように制御するものである。

このように構成された従来の車両用電動機の制御装置によれば、電動機のトルクリップルを低減させることができるため、停止したエンジンを始動する際にエンジンを高速回転まで回転させることが可能となり、迅速かつ滑らかにエンジンを始動することができるとともに、騒音も低減することができる。

特開２０１０−１１５７５号公報

特許文献１に示された従来の車両用電動機の制御装置によれば、第１の通電状態と第２の通電状態の切り替えを、回転センサの回転子角度位置情報に基づいて行うようにしているため、回転センサが必要となり、その分、装置が大型となり、かつ制御回路の規模も拡大し、コスト増大、および部品の信頼性低下の要因となるなどの課題があった。

この発明は、前記のような従来の装置の課題を解消するためになされたもので、回転センサを用いることなく、コンパクトで安価、かつ信頼性の高い車両用電動機の制御装置を得ることを目的とする。

この発明による車両電動機の制御装置は、直列接続された上スイッチング素子と下スイッチング素子を備えた複数の駆動アームがそれぞれ直流電源の正負端子間に接続され、前記駆動アームの前記上スイッチング素子と前記下スイッチング素子との直列接続点が車両用電動機の固定子巻線の複数の巻線端子にそれぞれ接続された電力変換部を備え、前記駆動アームの前記上スイッチング素子と前記下スイッチング素子のオン、オフを制御して前記車両用電動機の前記固定子巻線の通電を制御して前記車両用電動機の回転子を駆動するようにした車両用電動機の制御装置であって、前記固定子巻線は、それぞれ三相巻線からなり所定の電気角位相分ずらされて配置された第１の固定子巻線と第２の固定子巻線とを備え、前記電力変換部は、前記第１の固定子巻線の通電を制御する第１の電力変換部と、前記第２の固定子巻線の通電を制御する第２の電力変換部とを備え、前記第１の固定子巻線と前記第２の固定子巻線は、前記所定の角度電気角位相分ずらされて同一の通電パターンとなるように、前記第１の電力変換部と前記第２の電力変換部によりそれぞれ制御され、前記通電パターンは、第１の通電状態と第２の通電状態とからなり、前記第１の通電状態は、前記駆動アームの前記上スイッチング素子により前記固定子巻線の１つの巻線端子に通電し、前記下スイッチング素子により前記巻線端子とは異なる１つの巻線端子に通電し、残りの巻線端子は前記上スイッチング素子と前記下スイッチング素子の何れからも通電されない通電状態であり、前記第２の通電状態は、前記駆動アームの前記上スイッチング素子により前記固定子巻線の１つまたは２つの巻線端子に通電し、前記下スイッチング素子により前記１つまたは２つの巻線端子以外の全ての巻線端子に通電する通電状態であり、前記第１の通電状態と第２の通電状態とは、前記電動機の回転子の回転により変化する電気角一周期内で交互に切り替えるように、前記第１の電力変換部と前記第２の電力変換部により制御され、前記第１の通電状態と前記第２の通電状態との切り替えは、前記第１の通電状態にある前記第１の固定子巻線または前記第２の固定子巻線における前記残りの巻線端子の電圧に基づいて行なわれることを特徴とするものである。

この発明による車両用電動機の制御装置によれば、従来必要とした回転センサが不要となるため、製品サイズをコンパクトにすることができ、また、回路規模も縮小できるため、安価、高信頼性な車両用電動の制御装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置の固定子ドライブ回路の概念図である。 この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置の回転子および固定子の磁化状態を表す説明図である。 この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置の回転子および固定子の通電状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置における通電状態変更タイミング検出手段の構成図である。 この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置における通電状態の切り替えタイミングを示す説明図である。 この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置における電力変換部の各駆動アームの通電状態を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態２による車両用電動機の制御装置における通電状態の切り替えタイミングを示す説明図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置の固定子ドライブ回路の概念図である。図示していない回転子は、永久磁石からなる磁極を備えた回転子、あるいは界磁巻線による磁極を備えた回転子であり得る。図１において、車両用電動機の固定子は、三相Δ結線された巻線Ｕ、巻線Ｖ、巻線Ｗからなる第１の固定子巻線１３と、三相Δ結線された巻線Ｘ、巻線Ｙ、巻線Ｚからなる第２の固定子巻線１４とを有する。第１の固定子巻線１３の巻線ＵとＶ、ＶとＷ、ＷとＵの相互の角度間隔はそれぞれ１２０［ｄｅｇ］であり、第２の固定子巻線１４の各巻線ＸとＹ、ＹとＺ、ＺとＸの相互の角度間隔はそれぞれ１２０［ｄｅｇ］である。

また、第１の固定子巻線１３と第２の固定子巻線１４とは、相互に角度３０［ｄｅｇ］だけシフトされて配置されており、巻線ＵとＸ、ＶとＹ、ＷとＺの相互の角度間隔はそれぞれ３０［ｄｅｇ］となる。この実施の形態１に係る固定子巻線は、６相固定子巻線と等
価である。前記第１の固定子巻線１３と第２の固定子巻線１４とは、互いに電気角位相３０［ｒａｄ］ずらされて、後述するように同じ通電パターンで制御される。

第１の電力変換部１３０は、上スイッチング素子１と下スイッチング素子２とにより構成された第１駆動アームと、上スイッチング素子３と下スイッチング素子４とにより構成された第２駆動アームと、上スイッチング素子５と下スイッチング素子６とにより構成された第３駆動アームを備えている。

第１の電力変換部１３０の直流側端子Ｐ、Ｎは、図示していない車載バッテリの正極側端子および負極側端子に接続される。また、第１駆動アーム乃至第３駆動アームの上スイッチング素子と下スイッチング素子との直列接続点からそれぞれ導出された交流側端子１３１、１３２、１３３は、第１の固定子巻線１３の巻線端子（１）、（２）、（３）にそれぞれ接続されている。

同様に、第２の電力変換部１４０は、上スイッチング素子７と下スイッチング素子８とにより構成された第４駆動アームと、上スイッチング素子９と下スイッチング素子１０とにより構成された第５駆動アームと、上スイッチング素子１１と下スイッチング素子１２とにより構成された第６駆動アームを備えている。

第２の電力変換部１４０の直流側端子Ｐ、Ｎは、図示していない車載バッテリの正極側端子および負極側端子に接続される。また、第４駆動アーム乃至第６駆動アームの上スイッチング素子と下スイッチング素子との直列接続点からそれぞれ導出された交流側端子１４１、１４２、１４３は、第２の固定子巻線１４の巻線端子（４）、（５）、（６）にそれぞれ接続されている。

図１において、例えば、第１の電力変換部１３０における第１駆動アームの上スイッチング素子１がオンで、下スイッチング素子２がオフのときは、交流側端子１３１の電圧はハイレベル電圧（以下、Ｈ電圧と称する）となり、下スイッチング素子２がオンで、上スイッチング素子１がオフのときは、交流側端子１３１の電圧はローレベル電圧（以下、Ｌ電圧と称する）となり、上スイッチング素子１、および下スイッチング素子２が共にオフのときは、交流側端子１３１の電圧は中間電位となる。第１の電力変換部１３０の他の駆動アーム、および第２の電力変換部１４０の各駆動アームも同様である

第２図は、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置の回転子および固定子の磁化状態を表す説明図で、最も効率良く回転力を得るための固定子の磁化状態を表している。図２に於いて、（Ａ）は第１の固定子巻線１３と回転子１５との磁化状態を示し、（Ｂ）は第２の固定子巻線１４と回転子１５の磁化状態を示す。そして、図２の（Ａ）および（Ｂ）の何れも、回転子１５の３０［ｄｅｇ］毎の回転位置ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌにおける第１の固定子巻線１３と回転子磁極１５、および第２の固定子巻線１４と回転子１５との磁化状態を示している。

また、図２の（Ａ）、（Ｂ）において、巻線端子（１）乃至（６）のうち黒丸はＬ電圧、白丸はＨ電圧、灰色丸は中間電位を示し、第１の固定子巻線１３におけるＵ、Ｖ、Ｗの各巻線、および第２の固定子巻線１４におけるＸ、Ｙ、Ｚの各巻線に近接して表示している斜線部はＮ極、白抜き部はＳ極を示し、それらを実線で囲んだ表示は破線で囲んだ表示よりも磁化状態が強力であることを示している。さらに、破線で囲む白抜き部は磁化されていないことを示している。

第３図は、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置の回転子および固定子の通電状態を示す説明図である。図３において、縦軸の左側上欄には、第１の固定子巻
線１３である「ＵＶＷ側」の各巻線端子（１）、（２）、（３）にそれぞれ接続された第１駆動アーム、第２駆動アーム、第３駆動アームの上スイッチング素子および下スイッチング素子のスイッチ状態を３態様に区分して表示している。また、縦軸の左側下欄には、第２の固定子巻線１４である「ＸＹＺ側」の各巻線端子（４）、（５）、（６）にそれぞれ接続された第４駆動アーム、第５駆動アーム、第６駆動アームの上スイッチング素子および下スイッチング素子のスイッチ状態を３態様に区分して表示している。

一方、横軸には、回転子の回転位置ａ〜ｌに相当する「ａ状態０（０ｄｅｇ）」〜「ｌ状態１１（３３０ｄｅｇ）」までの１２段階の状態に対応させて、第１の固定子巻線１３と第２の固定子巻線１４の磁化状態、および各巻線端子（１）〜（６）の電圧の状態を表示している。

図１、図２、図３において、「ａ状態０（０ｄｅｇ）」のとき、第１の電力変換部１３０の第１駆動アームの上スイッチング素子１はオン、下イッチング素子２はオフであり、巻線端子（１）はＨ電圧、第２駆動アームの上スイッチング素子３はオフ、下スイッチング素子４はオンであり、巻線端子（２）はＬ電圧、第３駆動アームの上スイッチング素子５はオフ、下スイッチング素子６はオンであり、巻線端子（３）はＬ電圧となっている。

このとき、第１の固定子巻線１３の巻線端子（１）から巻線Ｕ、Ｗを介して巻線端子（２）、（３）へ電流が流れ、模式的に述べれば、巻線Ｕに流れる電流により図の右側がＮ極、左側がＳ極の磁極を形成する磁束が発生し、巻線Ｗに流れる電流により図の右側がＮ極、左側がＳ極の磁極を形成する磁束が発生するが、巻線Ｖには電流が流れず磁束は形成されない。このとき、回転子１５は図の上側がＮ極、下側がＳ極の位置にあり、回転子１５は、第１の固定子巻線１３による磁束の作用により矢印に示す方向の回転力を発生する。

一方、「ａ状態０（０ｄｅｇ）」のとき、第２の電力変換部１４０の第４駆動アームの上スイッチング素子７はオン、下イッチング素子８はオフであり、巻線端子（４）はＨ電圧、第５駆動アームの上スイッチング素子９はオフ、下スイッチング素子１０はオフであり、巻線端子（５）は中間電位、第６駆動アームの上スイッチング素子１１はオフ、下スイッチング素子１２はオンであり、巻線端子（６）はＬ電圧となっている。

このとき、第２の固定子巻線１４の巻線端子（４）から巻線Ｚを介して巻線端子（６）へ電流が流れ、模式的に述べれば、巻線Ｚに流れる電流により図の右側がＮ極、左側がＳ極の磁極を形成する磁束が発生する。また、巻線端子（４）から巻線Ｘを介して巻線端子（５）に流れる電流により図の下側がＮ極、上側がＳ極の磁極を形成する磁束が発生し、巻線端子（５）から巻線Ｙを介して巻線端子（６）に流れる電流により図の上側がＮ極、下側がＳ極の磁極を形成する磁束が発生するが、巻線Ｘ、Ｙに流れる電流は巻線Ｚに流れる電流より小さく、それらの電流により発生する磁束は巻線Ｚに流れる電流による磁束よりも小さいものとなる。このとき、回転子１５は図の上側がＮ極、下側がＳ極の位置にあり、回転子１５は、第２の固定子巻線１４による磁束の作用により矢印に示す方向の回転力を発生する。

回転子１５は、第１の固定子巻線１３による回転力と第２の固定子巻線１４による回転力とが加算された回転力により矢印方向に回転し、「ａ状態０（０［ｄｅｇ］）」の位置から「ｂ状態１（３０ｄｅｇ）」の位置へ至ることとなる。

以降、「ｂ状態１（３０ｄｅｇ）」〜「ｌ状態１１（３３０ｄｅｇ）」を順次経由して再び「ａ状態０（０ｇｅｇ）」に戻る。回転子１５は、それぞれの状態における第１の固定子巻線１３と第２の固定子巻線１４が発生する磁束と自身の磁極の磁束との相互作用に
よる駆動力を受けて矢印方向に回転する。

次に、「ａ状態０（３０ｄｅｇ）」〜「ｌ状態１１（３３０ｄｅｇ）」について、第１の電力変換部１３０における第１駆動アーム〜第３駆動アームの上スイッチング素子と下スイッチング素子のオン／オフの状態、第１の固定子巻線１３の各巻線端子（１）〜（３）の電圧の状態、並びに、第２の電力変換部１４０における第４駆動アーム〜第６駆動アームの上スイッチング素子と下スイッチング素子のオン／オフの状態、第２の固定子巻線１４の各巻線端子（４）〜（６）の電圧の状態について説明する。

以下述べる「ａ状態０（ｄｅｇ）」〜「ｉ状態３３０（ｄｅｇ）」における通電パターンは、大別すれば、駆動アームの上スイッチ素子により固定子巻線の１つの巻線端子に通電し、下スイッチ素子により前記１つの巻線端子とは異なる他の１つの巻線端子に通電する「第１の通電状態」と、駆動アームの上スイッチ素子により固定子巻線の１つまたは２つの巻線端子に通電し、下スイッチ素子により上記１つまたは２つの巻線端子以外の残り全ての巻線端子（２つ又は１つ）に通電する「第２の通電状態」とに分けることができる。

「ａ状態０（０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
１→オン、２→オフ、３→オフ、４→オン、５→オフ、６→オン
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｈ電圧、（２）→Ｌ電圧、（３）→Ｌ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
７→オン、８→オフ、９→オフ、１０→オフ、１１→オフ、１２→オン
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｈ電圧、（５）→中間電位、（６）→Ｌ電圧

「ｂ状態１（３０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
１→オン、２→オフ、３→オフ、４→オン、５→オフ、６→オフ
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｈ電圧、（２）→Ｌ電圧、（３）→中間電位
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
７→オン、８→オフ、９→オフ、１０→オン、１１→オフ、１２→オン
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｈ電圧、（５）→Ｌ電圧、（６）→Ｌ電圧

「ｃ状態２（６０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
１→オン、２→オフ、３→オフ、４→オン、５→オン、６→オフ
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｈ電圧、（２）→Ｌ電圧、（３）→Ｈ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
７→オン、８→オフ、９→オフ、１０→オン、１１→オフ、１２→オフ
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｈ電圧、（５）→Ｌ電圧、（６）→中間電位

「ｄ状態３（９０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
１→オフ、２→オフ、３→オフ、４→オン、５→オン、６→オフ
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→中間電位、（２）→Ｌ電圧、（３）→Ｈ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
７→オン、８→オフ、９→オフ、１０→オン、１１→オン、１２→オフ
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｈ電圧、（５）→Ｌ電圧、（６）→Ｈ電圧

「ｅ状態４（１２０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
１→オフ、２→オン、３→オフ、４→オン、５→オン、６→オフ
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｌ電圧、（２）→Ｌ電圧、（３）→Ｈ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
７→オフ、８→オフ、９→オフ、１０→オン、１１→オン、１２→オフ
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→中間電位、（５）→Ｌ電圧、（６）→Ｈ電圧

「ｆ状態５（１５０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
１→オフ、２→オン、３→オフ、４→オフ、５→オン、６→オフ
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｌ電圧、（２）→中間電位、（３）→Ｈ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
７→オフ、８→オン、９→オフ、１０→オン、１１→オン、１２→オフ
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｌ電圧、（５）→Ｌ電圧、（６）→Ｈ電圧

「ｇ状態６（１８０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
１→オフ、２→オン、３→オン、４→オフ、５→オン、６→オフ
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｌ電圧、（２）→Ｈ電圧、（３）→Ｈ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
７→オフ、８→オン、９→オフ、１０→オフ、１１→オン、１２→オフ
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｌ電圧、（５）→中間電位、（６）→Ｈ電圧

「ｈ状態７（２１０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
１→オフ、２→オン、３→オン、４→オフ、５→オフ、６→オフ
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｌ電圧、（２）→Ｈ電圧、（３）→中間電位
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
７→オフ、８→オン、９→オン、１０→オフ、１１→オン、１２→オフ
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｌ電圧、（５）→Ｈ電圧、（６）→Ｈ電圧

「ｉ状態８（２４０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
１→オフ、２→オン、３→オン、４→オフ、５→オフ、６→オン
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｌ電圧、（２）→Ｈ電圧、（３）→Ｌ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
７→オフ、８→オン、９→オン、１０→オフ、１１→オフ、１２→オフ
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｌ電圧、（５）→Ｈ電圧、（６）→中間電位

「ｊ状態９（２７０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
１→オフ、２→オフ、３→オン、４→オフ、５→オフ、６→オン
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→中間電位、（２）→Ｈ電圧、（３）→Ｌ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
７→オフ、８→オン、９→オン、１０→オフ、１１→オフ、１２→オン
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｌ電圧、（５）→Ｈ電圧、（６）→Ｌ電圧

「ｋ状態１０（３００ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
１→オン、２→オフ、３→オン、４→オフ、５→オフ、６→オン
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｈ電圧、（２）→Ｈ電圧、（３）→Ｌ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
７→オフ、８→オフ、９→オン、１０→オフ、１１→オフ、１２→オン
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→中間電位、（５）→Ｈ電圧、（６）→Ｌ電圧

「ｌ状態１１（３３０ｄｅｇ）」
［第１の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第１の通電状態
１→オン、２→オフ、３→オフ、４→オフ、５→オフ、６→オン
［第１の固定子巻線の巻線端子］（１）→Ｈ電圧、（２）→中間電位、（３）→Ｌ電圧
［第２の電力変換部の上／下スイッチング素子］・・・第２の通電状態
７→オン、８→オフ、９→オン、１０→オフ、１１→オフ、１２→オン
［第２の固定子巻線の巻線端子］（４）→Ｈ電圧、（５）→Ｈ電圧、（６）→Ｌ電圧

前述から明らかなように、「第１の通電状態」とは、図３にも示すように、ＵＶＷ側およびＸＹＺ側の何れも、３個の駆動アームのうち何れかの駆動アームの上スイッチング素子と下スイッチング素子の双方が共にオフとなり、その駆動アームの交流側端子に接続された巻線端子の電圧が中間電位となる通電状態であるということもできる。また、「第２の通電状態」とは、３個の駆動アームのうち何れの駆動アームも上スイッチング素子と下スイッチング素子の双方が共にオフであることがなく、何れの巻線端子にも中間電位が発生しない通電状態であるということもできる。

「第１の通電状態」と「第２の通電状態」とは、３０（ｄｅｇ）毎に交互に繰り返して発生するが、ＵＶＷ側とＸＹＺ側に同一の通電状態が同時に発生することはない。従って、「ａ状態０（０ｄｅｇ）」〜「ｌ状態１１（３３０ｄｅｇ）」の夫々において、ＵＶＷ側かＸＹＺ側かの何れか一方に必ず中間電位となる「第１の通電状態」が発生する。

前述したように従来の車両用電動機の制御装置によれば、回転センサの回転子角度位置情報に基づいて、電力変換部のスイッチング素子のスイッチングを制御するようにしているが、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置は、「ａ状態０（０ｄｅｇ）」〜「ｌ状態１１（３３０ｄｅｇ）」の夫々において、ＵＶＷ側かＸＹＺ側かの何れか一方に必ず発生する「第１の通電状態」に着目して、第１の電力変換部１３０と第２の電力変換部１４０の、各駆動アームの上スイッチング素子および下スイッチング素子のスイッチングを制御するものである。

以下、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置における、スイッチング素子の制御について説明する。図４は、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置における通電状態変更タイミング検出手段の構成図である。図４に於いて、第１の比較器１６は、そのマイナス側端子に第１の固定子コイル１３若しくは第２の固定子コイル１４の巻線端子に発生する中間電位Ｖｉｎが入力され、プラス側端子に所定のＨ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｈが入力され、出力端子に中間電位ＶｉｎとＨ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｈとの偏差に対応する第１の比較出力ｃｏｍｐ＿Ｈを出力する。

第２の比較器１７は、そのプラス側端子に第１の固定子コイル１３若しくは第２の固定子コイル１４の巻線端子に発生する中間電位Ｖｉｎが入力され、マイナス側端子に所定のＬ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｌが入力され、出力端子に中間電位ＶｉｎとＬ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｌとの偏差に対応する第２の比較出力ｃｏｍｐ＿Ｌを出力する。

判定器１８は、第１の比較器１６からの第１の比較出力ｃｏｍｐ＿Ｈ、又は第２の比較器１７からの第２の比較出力ｃｏｍｐ＿Ｌが、所定値以下、例えば「０」以下、となったときに第1の電力変換部１３０および第2の電力変換部１４０の各スイッチング素子の動通
状態を制御して、前述の第1の通電状態から第2の通電状態へ、若しくは第2の通電状態か
ら第1の通電状態への切り替え指令を発生する。

ＵＶＷ側通電状態変更手段１９は、判定器１８からの切り替え指令に基づいて、第１の電力変換部１３０の第１駆動アーム〜第３駆動アームの上スイッチング素子および下スイッチング素子のスイッチングのオン／オフ状態を切り替えて、前述の第1の通電状態から
第２の通電状態に変更し、若しくは第２の通電状態から第１の通電状態に変更する。ＸＹＺ側通電状態変更手段２０は、判定器１８からの切り替え指令に基づいて第２の電力変換部１４０の第４駆動アーム〜第６駆動アームの上スイッチング素子および下スイッチング素子のスイッチングのオン／オフ状態を切り替えて、前述の第２の通電状態から第１の通電状態に変更し、若しくは第１の通電状態から第２の通電状態に変更する。

ここで、車載バッテリの出力電圧が１２［Ｖ］であるとすれば、第１の比較器１６のＨ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｈは、例えば１１［Ｖ］に設定され、第２の比較器１７のＬ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｈは、例えば１［Ｖ］に設定される。

図１乃至図４において、いま、「ａ状態０（０ｄｅｇ）」にあるとする。このとき、ＸＹＺ側の巻線端子（５）が中間電位、例えば６［Ｖ］の状態にある。回転子１５が回転位置ａから矢印方向に回転して回転位置ｂに近づくに伴い、回転子１５の磁極と固定子巻線との相対位置変化による磁束変化により、巻線端子（５）の電圧が中間電位の６［Ｖ］から次第に低下し、Ｌ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｌに等しい１［Ｖ］に達するようになる。このとき、第２の比較器１７の第２の比較出力ｃｏｍｐ＿Ｌは、中間電位ＶｉｎとＬ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｌとの偏差「０」に対応する値となる。

判定器１８は、第２の比較器１７からの第２の比較出力ｃｏｍｐ＿Ｌが所定値「０」以下に対応した値になったことを判定し、ＸＹＺ側状態変更手段２０に第１の通電状態から第２の通電状態への切り替え指令を与えると同時にＵＶＷ側状態変更手段１９に第２の通電状態から第１の通電状態への切り替え指令を与える。これによりＸＹＺ側状態変更手段２０は、ＸＹＺ側を第１の通電状態から第２の通電状態へ変更し、ＵＶＷ側状態変更手段１９は、ＩＶＷ側を第２の通電状態から第１の通電状態へ変更するように、それぞれ対応する電力変換部のスイッチング素子のオン／オフ状態を切り替える。これにより、固定子および回転子は「ｂ状態１（３０ｄｅｇ）」へと移行する。このように切り替えタイミングが中間電位とＬ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｌとの偏差が所定値以下となることより、固定子巻線内の電流が少ないタイミングでの切り替えが達成される。

「ｂ状態１（３０ｄｅｇ）」に至ると、ＵＶＷ側の巻線端子（３）が中間電位となる。この状態において、回転子１５が回転位置ｂから矢印方向に更に回転して回転位置ｃに近づくに伴い、回転子１５の磁極と固定子巻線との相対位置変化による磁束変化により、巻線端子（３）の電圧が中間電位の６［Ｖ］から次第に上昇し、Ｈ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｈに等しい１１［Ｖ］に達するようになる。このとき、第１の比較器１６の第１の比較出力ｃｏｍｐ＿Ｈは、中間電位ＶｉｎとＨ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｈとの偏差「０」に対応する値となる。

判定器１８は、第１の比較器１６からの第１の比較出力ｃｏｍｐ＿Ｈが「０」に対応した値になったことを判定し、ＵＶＷ側状態変更手段１９に第１の通電状態から第２の通電状態への切り替え指令を与えると同時にＸＹＺ側状態変更手段２０に第２の通電状態から第１の通電状態への切り替え指令を与える。これによりＵＶＷ側状態変更手段１９は、ＵＶＷ側を第１の通電状態から第２の通電状態へ変更し、ＸＹＺ側状態変更手段２０は、ＸＹＺ側を第２の通電状態から第１の通電状態へ変更するように、それぞれ対応する電力変換部のスイッチング素子のオン／オフ状態を切り替える。これにより、固定子および回転
子は「ｃ状態１（３０ｄｅｇ）」へと移行する。これにより、固定子および回転子は「ｂ状態１（３０ｄｅｇ）」へと移行する。このように切り替えタイミングが中間電位とＨ電圧側判定値Ｖｈ＿Ｈとの偏差が所定値以下となることより、固定子巻線内の電流が少ないタイミングでの切り替えが達成される。

以降、前述と同様にして、回転子１５の回転に伴う回転子の磁極と固定子巻線との相対位置変化による中間電位の電圧変化に基づいて回転子１５の回転位置を検出し、それぞれの回転位置に対応した前述の通電状態となるようにＵＶＷ側、およびＸＹＺ側のスイッチング素子のスイッチングを制御するものである。このように、各スイッチング素子の切り替わりタイミングは、「第１の通電状態」側の上スイッチング素子と下スイッチング素子の何れも通電していない駆動アームに接続された固定子巻線の巻線端子の電圧により決定される。

図５は、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置における通電状態の切り替えタイミングを示す説明図である。図４に示すように、ＵＶＷ側とＸＹＺ側における「第１の通電状態」と「第２の通電状態」との切り替えタイミングは同時である。

図６は、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置における電力変換部の各駆動アームの通電状態を示すタイムチャートである。「ａ状態（０ｄｅｇ）」から「ｌ状態（３３０ｄｅｇ）」に至るまでの各状態において、巻線端子（１）乃至（６）の電圧は、図６に示すように周期的に変化する。

前述したように、ＵＶＷ側、または、ＸＹＺ側の第１の通電状態終了とほぼ同時に、第１の固定子巻線１３および第２の固定子巻線１４の通電状態を更新する。このように通電状態を変更させるタイミングが一定である場合は、回転子１５の起磁力を回転数に応じて制御することにより回転数を制御することができる。

以上述べたようにこの発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置によれば、回転子が１回転する際、ＵＶＷ相コイル、ＸＹＺ相コイルのうち１箇所は中間電位となる箇所があり、この中間電位の電圧をモニターすることにより回転状態をモニターすることが出来るため、回転センサを廃止することが出来、コンパクトで安価、高信頼性な電動機を得ることができる。

また、この発明の実施の形態１による車両用電動機の制御装置における通電状態変更タイミング検出手段によれば、切り替えタイミングが中間電位とＨ側またはＬ側の偏差が所定値以下となることより、コイル内の電流が少ないタイミングでの切り替えとなるため、切り替え時に発生するサージ電流を抑制することができ、発熱抑制による効率向上、および、サージ電流抑制によるスイッチ部の信頼性を向上することができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２による車両用電動機の制御装置における通電状態の切り替えタイミングを示す説明図であり、（Ａ）は、加速時の切り替えタイミング、（Ｂ）は減速時の切り替えタイミングをそれぞれ示している。実施の形態１では、前述したように、ＵＶＷ側（または、ＸＹＺ側）の第１の通電状態終了とほぼ同時に同相側、他相側の両相とも通電状態を更新している。このように通電状態を変更させるタイミングが一定である場合は、回転子の起磁力を回転数に応じて制御することにより回転数を制御することができるが、回転子の起磁力を変えるだけでは、回転子起磁力を介して回転数を制御するため、急な回転の変動に追従できないことがある。

そこで、この発明の実施の形態２による車両用電動機の制御装置では、急な回転の変動
に対応できるように、ＵＶＷ側とＸＹＺ側の通電状態の切り替えタイミングをずらせるようにしたものである。即ち、電動機を加速させる場合は、回転子１５の起磁力を増大させるとともに、図７の（Ａ）に示すように、回転子の起磁力増大が安定するまで、ＵＶＷ側（またはＸＹＺ側）の第１の通電状態から、他相側であるＸＹＺ側（またはＵＶＷ側）の第１の通電状態に移行するタイミングを早めに切り替える。これにより電動機の回転数を急激に増大させて急加速させることができる。

電動機の加速時に回転子の起磁力増大が安定するまで、ＵＶＷ側（またはＸＹＺ側）の第１の通電状態から、他相側であるＸＹＺ側（またはＵＶＷ側）の第１の通電状態に移行するタイミングの早めに切り替えは、判定器１８から他相側であるＸＹＺ側状態変更手段２０（またはＵＶＷ側状態変更手段１９）への切り替え指令を、同相側であるＵＶＷ側（またはＸＹＺ側）の切り替え指令より所定のタイミングだけ早めることで達成することができる。

また、逆に、電動機を減速する場合は、回転子の起磁力を減少させるとともに、第５図の（Ｂ）に示すように、回転子の起磁力減少が安定するまで、ＵＶＷ側（またはＸＹＺ側）の第１の通電状態から同相側であるＵＶＷ側（またはＸＹＺ側）の第２の通電状態に移行するタイミングを、他相側であるＸＹＺ側（またはＵＶＷ側）の第１の通電状態に移行するタイミングより遅らせて切り替える。これにより電動機の回転数を急激に減少させて急減速させることができる。

電動機の減速時に回転子の起磁力減少が安定するまで、ＵＶＷ側（またはＸＹＺ側）の第１の通電状態から同相側であるＵＶＷ側（またはＸＹＺ側）の第２の通電状態に移行するタイミングを、他相側であるＸＹＺ側（またはＵＶＷ側）の第１の通電状態に移行するタイミングより遅らせての切り替えは、判定器１８から同相側であるＵＶＷ側状態変更手段１９（またはＸＹＺ側状態変更手段２０）への切り替え指令を、他相側であるＸＹＺ側（またはＵＶＷ側）の切り替え指令より所定のタイミングだけ遅らせることで達成することができる。

その他の構成は、実施の形態１の場合と同様である。

以上述べたこの発明の実施の形態２による車両用電動機の制御装置によれば、第２の通電状態から第１の通電状態への切り替えを、通常時より早いタイミングで行なうことにより、車両用電動機を加速することができ、また、第１の通電状態から第２の通電状態への切り替えを、通常時より遅いタイミングで行なうことにより、車両用電動機を減速することができる。これにより、急加速、若しくは急減速も可能である、更に速度制御も容易に行うことができる。

１、３、５、７、９、１１ 上スイッチング素子
２、４、６、８、１０、１２ 下スイッチング素子
１３ 第１の固定子巻線 １４ 第２の固定子巻線
１３０ 第１の電力変換部 １４０ 第２の電力変換部
１５ 回転子 １６ 第１の比較器
１７ 第２の比較器 １８判定器
１９ ＵＶＷ側状態変更手段 ２０ ＸＹＺ側状態変更手段
１３１、１３２、１３３、１４１、１４３ 交流側端子
Ｐ、Ｎ 直流側端子
（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６） 巻線端子

Claims (5)

1. 直列接続された上スイッチング素子と下スイッチング素子を備えた複数の駆動アームがそれぞれ直流電源の正負端子間に接続され、前記駆動アームの前記上スイッチング素子と前記下スイッチング素子との直列接続点が車両用電動機の固定子巻線の複数の巻線端子にそれぞれ接続された電力変換部を備え、前記駆動アームの前記上スイッチング素子と前記下スイッチング素子のオン、オフを制御して前記車両用電動機の前記固定子巻線の通電を制御して前記車両用電動機の回転子を駆動するようにした車両用電動機の制御装置であって、
   前記固定子巻線は、それぞれ三相巻線からなり所定の電気角位相分ずらされて配置された第１の固定子巻線と第２の固定子巻線とを備え、
   前記電力変換部は、前記第１の固定子巻線の通電を制御する第１の電力変換部と、前記第２の固定子巻線の通電を制御する第２の電力変換部とを備え、
   前記第１の固定子巻線と前記第２の固定子巻線は、前記所定の電気角位相分ずらされて同一の通電パターンとなるように、前記第１の電力変換部と前記第２の電力変換部によりそれぞれ制御され、
   前記通電パターンは、第１の通電状態と第２の通電状態とからなり、
   前記第１の通電状態は、前記駆動アームの前記上スイッチング素子により前記固定子巻線の１つの巻線端子に通電し、前記下スイッチング素子により前記巻線端子とは異なる１つの巻線端子に通電し、残りの巻線端子は前記上スイッチング素子と前記下スイッチング素子の何れからも通電されない通電状態であり、
   前記第２の通電状態は、前記駆動アームの前記上スイッチング素子により前記固定子巻線の１つまたは２つの巻線端子に通電し、前記下スイッチング素子により前記１つまたは２つの巻線端子以外の全ての巻線端子に通電する通電状態であり、
   前記第１の通電状態と第２の通電状態とは、前記電動機の回転子の回転により変化する電気角一周期内で交互に切り替えるように、前記第１の電力変換部と前記第２の電力変換部により制御され、
   前記第１の通電状態と前記第２の通電状態との切り替えは、前記第１の通電状態にある前記第１の固定子巻線または前記第２の固定子巻線における前記残りの巻線端子の電圧に基づいて行なわれる、
   ことを特徴とする車両用電動機の制御装置。
2. 前記第１の通電状態と前記第２の通電状態との切り替えは、前記第１の通電状態にある前記第１の固定子巻線または前記第２の固定子巻線における前記残りの巻線端子の電圧値と所定の判定値との偏差が所定値以下となることにより行なわれる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機の制御装置。
3. 前記判定値は、所定の正電圧値と所定の負電圧値とからなり、
   前記第１の通電状態にある前記第１の固定子巻線または前記第２の固定子巻線における前記残りの巻線端子の電圧値が正側に増大するときは、その電圧値と前記所定の正電圧値との偏差が所定値以下となることにより、前記第１の通電状態と前記第２の通電状態との切り替えを行ない、
   前記第１の通電状態にある前記第１の固定子巻線または前記第２の固定子巻線における前記残りの巻線端子の電圧値が負側に増大するときは、その電圧値と前記所定の負電圧値との偏差が所定値以下となることにより、前記第１の通電状態と前記第２の通電状態との切り替えを行なう、
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両用電動機の制御装置。
4. 前記電動機の加速時に、前記第２の通電状態から前記第１の通電状態への切り替えを、通常時より早いタイミングで行なう、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れか一項に記載の車両用電動機の制御装置。
5. 前記電動機の減速時に、前記第１の通電状態から前記第２の通電状態への切り替えを、通常時より遅いタイミングで行なう、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れか一項に記載の車両用電動機の制御装置。

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