JP2015006071A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角センサの異常を検出するために実装スペースの拡大が不要であり、コスト増加を抑えることができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】車両回転電機１００は、回転子と、固定子巻線１Ａ、１Ｂを有する固定子と、電力変換器としてのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂと、回転子の回転角を検出する回転角センサ７と、発電動作時に固定子巻線１Ａ等に誘起される相電圧に基づいて回転角センサ７の異常の有無を判定する回転角センサ異常判定部を有する制御回路８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

従来から、センサを２重系構成にすることでセンサの異常を判定するようにした電気自動車の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。一方の回転数センサについてエンコーダパルスをサンプリングした情報に基づいて回転数が演算され、他方の回転数センサについてエンコーダパルスをサンプリングした情報に基づいて回転数が演算される。そして、これらの２つの演算結果の偏差があらかじめ定められた値よりも小さいときにセンサが正常であると判定され、大きいときにセンサに異常が生じたことが判定される。

特開平８−２０５３０３号公報

ところで、上述した特許文献１の構成では、２個のセンサが必要になるため、これら２個のセンサの実装スペースを確保する必要があり、センサの異常を検出するために実装スペースの拡大が必要であるとともに、部品コストや製品全体のコストが増加するという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、回転角センサの異常を検出するために実装スペースの拡大が不要であり、コスト増加を抑えることができる車両用回転電機を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、回転子、固定子、電力変換器、回転角センサ、回転角センサ異常判定部を備える。固定子は、回転子と対向配置され、固定子巻線を有する。電力変換器は、固定子巻線に誘起される交流電圧を直流電圧に変換、または、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線に印加する。回転角センサは、回転子の回転角を検出する。回転センサ異常判定部は、発電動作時に固定子巻線に誘起される相電圧に基づいて回転角センサの異常の有無を判定する。回転角センサの異常を検出するために２個の回転角センサを備える必要がないため、これら２個の回転角センサを搭載する場合のような実装スペースの拡大が不要であるとともに、部品コストや製品全体のコストの増加を抑えることができる。

一実施形態の車両用回転電機の構成を示す図ある。 ＭＯＳモジュールの構成を示す図である。 Ｈブリッジ回路の構成を示す図である。 回転角センサの具体的な配置例を示す図である。 異常検出動作および通知動作を行う構成を示す図である。 相電圧に基づく回転数検出の説明図である。 相電圧に基づく回転数検出の変形例を示す図である。 相電圧に基づく回転数検出の変形例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用回転電機について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、一実施形態の車両用回転電機１００は、２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂ、界磁巻線２、２つのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジ回路５、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９、電源回路１０、ダイオード１１、コンデンサ１２を含んで構成されている。この車両用回転電機１００は、ＩＳＧ（インテグレーテッド・スターター・ジェネレーター）と称されており、電動機の機能と発電機の機能を併せ持っている。

一方の固定子巻線１Ａは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線１Ｂは、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線１Ａに対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂと固定子鉄心によって固定子が構成されている。なお、固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれの相数は３以外であってもよい。

界磁巻線２は、ベルトあるいはギアを介してエンジンとの間で駆動力の入出力を行う回転軸を有する回転子に磁界を発生させるためのものであり、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。

一方のＭＯＳモジュール群３Ａは、一方の固定子巻線１Ａに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このＭＯＳモジュール群３Ａは、発電動作時に固定子巻線１Ａに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部（高電圧バッテリ２００）から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線１Ａに印加する電力変換器として動作する。ＭＯＳモジュール群３Ａは、固定子巻線１Ａの相数に対応する３個のＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷを備えている。ＭＯＳモジュール３ＡＵは、固定子巻線１Ａに含まれるＵ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＡＶは、固定子巻線１Ａに含まれるＶ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＡＷは、固定子巻線１Ａに含まれるＷ相巻線に接続されている。

図２に示すように、ＭＯＳモジュール３ＡＵは、２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１、電流検出用抵抗３２を備えている。一方のＭＯＳトランジスタ３０は、ソースが固定子巻線１ＡのＵ相巻線に接続され、ドレインがパワー電源端子ＰＢに接続された上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子である。パワー電源端子ＰＢは、例えば定格４８Ｖの高電圧バッテリ２００（第１のバッテリ）や高電圧負荷２１０の正極端子に接続されている。他方のＭＯＳトランジスタ３１は、ドレインがＵ相巻線に接続され、ソースが電流検出用抵抗３２を介してパワーグランド端子ＰＧＮＤに接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。これら２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１からなる直列回路が高電圧バッテリ２００の正極端子と負極端子の間に配置され、これら２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１の接続点にＰ端子を介してＵ相巻線が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ３０のゲート、ソース、ＭＯＳトランジスタ３１のゲート、電流検出用抵抗３２の両端のそれぞれがＵＶＷ相ドライバ４Ａに接続されている。

ＭＯＳトランジスタ３０、３１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ３０、３１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。

なお、ＭＯＳモジュール３ＡＵ以外のＭＯＳモジュール３ＡＶ、３ＡＷや後述するＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺも基本的に同じ構成を有しており、詳細な説明は省略する。

他方のＭＯＳモジュール群３Ｂは、他方の固定子巻線１Ｂに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このＭＯＳモジュール群３Ｂは、発電動作時に固定子巻線１Ｂに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部（高電圧バッテリ２００）から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線１Ｂに印加する電力変換器として動作する。ＭＯＳモジュール群３Ｂは、固定子巻線１Ｂの相数に対応する３個のＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺを備えている。ＭＯＳモジュール３ＢＸは、固定子巻線１Ｂに含まれるＸ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＢＹは、固定子巻線１Ｂに含まれるＹ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＢＺは、固定子巻線１Ｂに含まれるＺ相巻線に接続されている。

ＵＶＷ相ドライバ４Ａは、３個のＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷのそれぞれに含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を検出する。同様に、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂは、３個のＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺのそれぞれに含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を検出する。

Ｈブリッジ回路５は、界磁巻線２の両端に接続されており、界磁巻線２に励磁電流を供給する励磁回路である。図３に示すように、Ｈブリッジ回路５は、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、２つのダイオード５２、５３、電流検出用抵抗５４を備えている。ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とローサイド側のダイオード５２が直列に接続されており、この接続点に界磁巻線２の一方端が接続されている。また、ハイサイド側のダイオード５３とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１と電流検出用抵抗５４とが直列に接続されており、ダイオード５３とＭＯＳトランジスタ５１の接続点に界磁巻線２の他方端が接続されている。このＨブリッジ回路５は、パワー電源端子ＰＢとパワーグランド端子ＰＧＮＤのそれぞれに接続されている。ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオンすることにより、Ｈブリッジ回路５から界磁巻線２に励磁電流が供給される。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のいずれかをオフすることにより励磁電流の供給が停止されるとともに、ダイオード５２、５３のいずれかを介して界磁巻線２を流れる励磁電流を環流させることができる。

Ｈブリッジドライバ６は、Ｈブリッジ回路５に含まれるＭＯＳトランジスタ５０、５１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗５４の両端電圧を検出する。

回転角センサ７は、回転子の回転角を検出する。例えば、永久磁石とホール素子を用いて回転角センサ７を構成することができる。具体的には、図４に示すように、回転子２０の回転軸２１先端に永久磁石２２を固定するとともに、この永久磁石２２と対向する位置にホール素子２３、２４を配置（例えば、永久磁石２２の外周近傍であって互いに９０°隔たった位置に配置されている）する。その出力を取り出すことにより、永久磁石２２とともに回転する回転子２０の回転角を検出することができる。なお、回転角センサ７は、ホール素子２３、２４以外を用いて構成するようにしてもよい。また、図４に示した永久磁石２２の配置や取付方法は一例であって、回転軸２１やその周辺構造に合わせて適宜変更するようにしてもよい。

制御回路８は、車両用回転電機１００の全体を制御する。この制御回路８には、アナログ−デジタル変換器やデジタル−アナログ変換器が備わっており、他の構成との間で信号の入出力を行う。制御回路８は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）によって構成されており、所定の制御プログラムを実行することにより、ＵＶＷドライバ４Ａ、ＸＹＺドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６を制御して車両用回転電機１００を電動機や発電機として動作させたり、異常検出や通知などの各種処理を行う。

入出力回路９は、制御用ハーネス３１０を介して外部との間の信号の入出力や、高電圧バッテリ２００の端子電圧やパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧のレベル変換等を行う。入出力回路９は、入出力される信号や電圧を処理するための入出力インタフェースであって、例えばカスタムＩＣによって必要な機能が実現されている。本実施形態では、回転角センサ７の異常を検出するための構成の一部が入出力回路９に含まれており、その構成については後述する。

電源回路１０は、定格１２Ｖの低電圧バッテリ２０２（第２のバッテリ）が接続されており、例えばスイッチング素子をオンオフしてその出力をコンデンサで平滑することにより、５Ｖの動作電圧を生成する。この動作電圧によって、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９が動作する。

コンデンサ１２は、電動動作させるためにＭＯＳモジュール３ＡＵ等のＭＯＳトランジスタ３０、３１をオンオフする際に発生するスイッチングノイズを除去あるいは低減するためのものである。図１に示す例では１つのコンデンサ１２が用いられているが、スイッチングノイズの大きさに応じて適宜その数を変更することができる。

上述したＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジ回路５、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７（回転子に取り付けられた永久磁石を除く）、制御回路８、入出力回路９、電源回路１０が１枚の制御基板１０２に搭載されている。

また、図１に示すように、車両用回転電機１００には、パワー電源端子ＰＢ、パワーグランド端子ＰＧＮＤや、制御グランド端子ＣＧＮＤと制御電源端子ＣＢと制御用ハーネス３１０などが取り付けられるコネクタ４００が備わっている。パワー電源端子ＰＢは、高電圧の正極側入出力端子であり、高電圧バッテリ２００や高電圧負荷２１０が所定のケーブルを介して接続される。制御電源端子ＣＢは、低電圧の正極側入力端子であり、低電圧バッテリ２０２や低電圧負荷２０４が所定のケーブルを介して接続される。

パワーグランド端子ＰＧＮＤは、第１のグランド端子であって、パワー系回路を接地するためのものである。このパワーグランド端子ＰＧＮＤは、第１の接続線としての接地用ハーネス３２０を介して車両フレーム５００に接続されている。上述したＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ（電力変換器）およびＨブリッジ回路５（励磁回路）がパワー系回路である。このパワー系回路には、固定子巻線１Ａ、１Ｂや界磁巻線２と共通の電流が流れるパワー素子としてのＭＯＳトランジスタ３０、３１、５０、５１が含まれている。

また、制御グランド端子ＣＧＮＤは、パワーグランド端子ＰＧＮＤとは別に設けられた第２のグランド端子であって、制御系回路を接地するためのものである。この制御グランド端子ＣＧＮＤは、接地用ハーネス３２０とは別の接地用ケーブル３３０（第２の接続線）を介して接地されている。この制御グランド端子ＣＧＮＤと車両用回転電機１００のフレーム（以後、「ＩＳＧフレーム」と称する）１１０との間には、入出力回路９の内部配線を介してダイオード１１が挿入されている。具体的には、ダイオード１１のカソードがフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤに接続されており、このフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤがＩＳＧフレーム１１０に接続されている。上述したＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９などが制御系回路である。なお、この接地用ケーブル３３０の接続先は、車両側に用意されたグランド電位（０Ｖ）の部位であり、電圧変動がないものとする。また、図１では、ダイオード１１は入出力回路９の外部に設けられているが、ダイオード１１を入出力回路９に搭載するようにしてもよい。

コネクタ４００は、パワー電源端子ＰＢ、パワーグランド端子ＰＧＮＤ以外の端子（制御グランド端子ＣＧＮＤや制御電源端子ＣＢなど）に制御用ハーネス３１０や接地用ケーブル３３０、その他のケーブルを取り付けるためのものである。

上述した車両用回転電機１００のＩＳＧフレーム１１０は、例えばアルミダイカストによって形成された導電体であり、このＩＳＧフレーム１１０がエンジン（Ｅ／Ｇ）ブロック５１０にボルトによって固定されている。さらに、エンジンブロック５１０は接地用ハーネス３２２によって車両フレーム５００に接続されている。

本実施形態の車両用回転電機１００はこのような構成を有しており、次に、回転角センサ７の異常を検出する構成および動作について説明する。本実施形態では、発電動作時に一方の固定子巻線１Ａに誘起される相電圧に基づいて回転角センサ７の異常の有無を判定する。また、制御回路８には、回転角センサ７の異常発生時にその旨を外部（例えば、ＥＣＵ６００）に通知する通知手段が備わっている。ＥＣＵ６００から運転者に異常発生を知らせることができるため、運転者は、点検や修理、交換を含む早期の対策をとることが可能となる。

上述した異常検出動作や通知動作を行うために、図５に示す構成が備わっている。図５に示す入出力回路９は、変化タイミング検出部９０Ａを備えている。この変化タイミング検出部９０Ａは、抵抗９１、９２、電圧比較器９３、パルス生成部９４、出力タイミング設定部９５、出力許可判定部９６を含んでいる。抵抗９１、９２は、発電動作時に固定子巻線１ＡのＵ相巻線に現れる相電圧Ｖｕを分圧する。電圧比較器９３は、抵抗９１、９２によって分圧された相電圧Ｖｕ’がプラス入力端子に、所定のしきい値電圧Ｖ１’がマイナス入力端子にそれぞれ入力されており、相電圧Ｖｕ’の方がしきい値電圧Ｖ１’よりも高いときにハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。

なお、実際の相電圧Ｖｕ’の波形にはノイズ成分等が含まれていて電圧値が変動するため、閾値にヒステリシスを持たせた電圧比較器９３を用いるか、電圧比較器９３のプラス入力端子の前段にフィルタを挿入して相電圧Ｖｕ’を平滑することが望ましい。あるいは、これら２つの手法を組み合わせて用いるようにしてもよい。

図６において、「Ｖｕ」は、固定子巻線１ＡのＵ相巻線の電圧を示している。「ＣＯＭＰ出力」は、電圧比較器９３の出力信号を示している。また、「生成パルス」は、パルス生成部９４の出力信号を、「イネーブル信号」は、回転角センサ異常判定部８１から出力タイミング設定部９５に入力されるイネーブル信号を示している。「許可信号」は、出力タイミング設定部９５から出力許可判定部９６に入力される許可信号を示している。「出力パルス」は、出力許可判定部９６の出力信号を示している。

ダイオード整流モード（後述する）で発電動作中は、相電圧Ｖｕは、回転子２０の回転に同期して、グランド電圧Ｖ_GNDと高電圧バッテリ２００の正極側電圧Ｖ_BATTとの間（正確には、ＭＯＳトランジスタ３０、３１と並列接続されたダイオードの順方向電圧ＶＦ（例えば、０．７Ｖ）分ずれている）で周期的に変動する。

図６に示す例では、所定のしきい値Ｖ１（抵抗９１、９２によって構成される分圧器の分圧比をｒとすると、電圧比較器９３のマイナス端子に入力されるしきい値Ｖ１’との間には、Ｖ１’＝ｒ×Ｖ１の関係がある）が−０．３Ｖに設定されている。電圧比較器９３の出力は、Ｖｕ＞Ｖ１のときにハイレベルに、それ以外のときにローレベルになる（図６「ＣＯＭＰ出力」参照）。パルス生成部９４は、このパルス生成部９４の出力信号の立ち下がりタイミングを検出し（例えば、エッジ検出が行われる）、この検出したタイミングに同期したパルス信号を出力する（図６「生成パルス」参照）。

出力タイミング設定部９５は、イネーブル信号（図６「イネーブル信号参照、後述する）が入力されると、このイネーブル信号に対してフィルタ処理を行って生成した許可信号を出力する（図６「許可信号」参照）。出力許可判定部９６は、許可信号が入力されると（許可信号がハイレベルになると）、パルス生成部９４から入力されるパルス信号を制御回路８に向けて出力する（図６「出力パルス」参照）。

また、図５に示す制御回路８は、発電モード判定部８０、回転角センサ異常判定部８１、回転角センサ異常通知部８２、ＣＡＮ（Controller Area Network）制御部８３を備えている。発電モード判定部８０は、発電動作時における整流動作の内容を示す発電モードを判定する。具体的には、発電モードには、ＭＯＳトランジスタ３０、３１を交互にオンオフして整流動作を行う同期整流モードと、ＭＯＳトランジスタ３０、３１を常時オフした状態で並列接続されたダイオードを通して通電することで整流動作を行うダイオード整流モードとが含まれる。発電動作開始時には発電モードがダイオード整流モードに設定されている。また、ダイオード整流モードによる発電動作中に所定の同期整流開始条件を満たすと、発電モードが同期整流モードに移行する。さらに、同期整流モードによる発電動作中に所定の同期整流終了条件を満たすと、発電モードがダイオード整流モードに移行する。このようにして、同期整流モードによる発電動作とダイオード整流モードによる発電動作とが状況に応じて切り替えられる。

ところで、本実施形態では、低出力発電時（例えば、出力電流（ＤＣ）が１０Ａ以下）のときにはダイオード整流モードになるように、同期整流開始条件や同期整流終了条件が設定されている。発電モード判定部８０は、低出力発電時には発電モードがダイオード整流モードである旨の判定を行う。また、発電モード判定部８０によって設定された発電モードの内容は、回転角センサ異常判定部８１に送られる。

回転角センサ異常判定部８１は、固定子巻線１Ａに誘起される相電圧Ｖｕに基づいて検出される回転数Ｎ１（第１の回転数）と、回転角センサ７の出力に基づいて検出される回転数Ｎ２（第２の回転数）とが一致しないときに、回転角センサ７に異常がある旨の判定を行う。具体的には、回転角センサ異常判定部８１は、出力許可判定部９６から出力されるパルスの間隔ｔ１（図６）を計測し、このパルス間隔ｔ１と回転子２０の極数Ｐとを用いて回転数Ｎ１（ｒｐｍ）（＝（６０／ｔ１）／Ｐ）を算出する。また、回転角センサ異常判定部８１は、このようにして算出した回転数Ｎ１と、回転角センサ７の出力に基づいて検出された回転数Ｎ２とを比較し、これらが一致しないときに回転角センサ７に異常がある旨の判定を行う。

回転数Ｎ１、Ｎ２が一致するとは、回転数Ｎ１、Ｎ２が完全に同じ値を有する場合の他、これらの差が所定値以内にある場合を含んでいる。すなわち、回転数Ｎ１、Ｎ２の差が所定値以内のときに回転角センサ７が正常である旨の判定が行われ、所定値を超えて差があるときに回転角センサ７に異常がある旨の判定が行われる。また、回転角センサ異常判定部８１による回転角センサ７の異常の有無判定は、発電動作時であって、発電モードがダイオード整流モードのときに行われる。上述したように、発電動作時であって低出力発電時にはダイオード整流モードとなるため、回転角センサ７の異常の有無判定を行うタイミングを低出力発電時に限定するようにしてもよい。

ところで、本実施形態では、回転角センサ異常判定部８１は、出力許可判定部９６から出力されるパルス信号を常時受け取るのではなく、イネーブル信号を出力したタイミングに合わせて受け取るようにしている。回転角センサ異常判定部８１は、回転角センサ７の異常判定を行う条件（発電動作時であって、発電モードがダイオード整流モードのとき）を満たすと、パルス信号を取り込むタイミングを示すイネーブル信号を出力する（図６「イネーブル信号」参照）。このイネーブル信号は、回転数に連動して出力タイミングが変化するパルス信号を確実に取り込むことができるように、回転角センサ７によって検出される回転角や回転数に応じて、出力タイミングやハイレベルの期間が設定される。

回転角センサ異常通知部８２は、通知手段であって、回転角センサ異常判定部８１によって回転角センサ７に異常がある旨の判定が行われたときに、その旨を知らせる通知をＥＣＵ６００に向けて送信する。例えば、ＣＡＮ制御部８３によって実現されるＣＡＮプロトコルを用いたＣＡＮ通信によってこの通知をＥＣＵ６００に送ることができる。なお、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信等のその他の通信方法を用いるようにしてもよい。

このように、本実施形態の車両用回転電機１００では、回転角センサ７の異常を検出するために２個の回転角センサを備える必要がないため、これら２個の回転角センサを搭載する場合のような実装スペースの拡大が不要であり、部品コストや製品全体のコストの増加を抑えることができる。特に、回転角センサ７の異常判定を行うために、固定子巻線１Ａの相電圧Ｖｕに基づいて回転数を算出する回路等を追加するだけであり、回転角センサのような大きな部品の追加が不要となる。

また、電力変換器としてのＭＯＳモジュール群３Ａは、ダイオードが並列接続された複数のＭＯＳトランジスタ３０、３１によって構成される三相ブリッジ回路を有しており、回転角センサ異常判定部８１は、発電動作時であって、ダイオードを介して電流を流すダイオード整流時に、回転角センサ７の異常の有無を判定している。これにより、ＭＯＳトランジスタ３０、３１をオンオフする際に発生するノイズの影響を排除することができ、相電圧Ｖｕに基づく回転数の検出精度を高めて回転角センサ７の異常を高い精度で検出することが可能となる。

また、車両用回転電機１００は、所定出力以下の低出力発電時にダイオード整流を行っており、回転角センサ異常判定部８１は、この低出力発電時に回転角センサ７の異常の有無を判定している。低出力発電時であればダイオード整流に伴う発熱を抑えることができる。

また、固定子巻線１Ａの相巻線に誘起される相電圧Ｖｕと所定のしきい値Ｖ１とを比較し、相電圧Ｖｕが所定のしきい値Ｖ１を超えて変化するタイミングを検出する電圧比較器９３を有している。回転角センサ異常判定部８１は、電圧比較器９３によって検出される変化タイミングの繰り返し間隔ｔ１に基づいて回転数を算出している。これにより、容易かつ高精度で回転数検出を行うことが可能となる。

特に、上述したしきい値Ｖ１は、グランド電圧Ｖ_GNDよりも低い電圧（−０．３Ｖ）に設定されている。これにより、相電圧の振幅が大きくなって確実に発電を行っているときに、相電圧Ｖｕに基づく回転数検出を行うことができ、相電圧Ｖｕに基づく回転数の検出精度を高めて回転角センサ７の異常を高い精度で検出することが可能となる。

また、回転角センサ異常判定部８１によって回転角センサ７に異常があることが判定されたときにその旨を外部に通知する回転角センサ異常通知部８２を有している。これにより、運転者に異常発生を知らせることが可能になり、点検や修理、交換を含む早期の対策をとることが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＩＳＧとして動作する車両用回転電機１００について説明したが、回転角センサ７を備えるものであれば、電動動作および発電動作のいずれかのみを行う車両用回転電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂと２つのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂを備えるようにしたが、一方の固定子巻線１Ａと一方の整流器モジュール群３Ａを備える車両用回転電機や、３つ以上の固定子巻線やＭＯＳモジュールを備えた車両用回転電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、固定子巻線１Ａの相巻線に誘起される相電圧Ｖｕと比較される所定のしきい値Ｖ１をグランド電圧Ｖ_GNDよりも低い電圧（−０．３Ｖ）としたが、他の電圧に設定するようにしてもよい。例えば、所定のしきい値を、高電圧バッテリ２００の正極側電圧Ｖ_BATTよりも高い電圧とする場合にも、相電圧の振幅が大きくなって確実に発電を行っているときに、相電圧に基づく回転数検出を行うことができ、相電圧に基づく回転数の検出精度を高めて回転角センサ７の異常を高い精度で検出することが可能となる。

また、上述した実施形態では、一方の固定子巻線１Ａの一の相電圧Ｖｕに対応するように一つの変化タイミング検出部９０Ａを設けたが、固定子巻線１Ａの複数の相電圧のそれぞれに対応して変化タイミング検出部を設けるようにしてもよい。図７に示す例では、固定子巻線１Ａの相電圧Ｖｕに対応するように変化タイミング検出部９０Ａが設けられ、固定子巻線の１Ａの相電圧Ｖｖに対応するように変化タイミング検出部９０Ｂが設けられている。変化タイミング検出部９０Ｂは、変化タイミング検出部９０Ａと同じ構成を有している。但し、変化タイミング検出部９０Ａ、９０Ｂのそれぞれに備わった電圧比較器９３のしきい値Ｖ１は、同じ値を用いてもよいし、異なる値を用いるようにしてもよい。

あるいは、２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれの相電圧に対応して変化タイミング検出部を設けるようにしてもよい。図８に示す例では、固定子巻線１Ａの相電圧Ｖｕに対応するように変化タイミング検出部９０Ａが設けられ、固定子巻線の１Ｂの相電圧Ｖｘ（固定子巻線１ＢのＸ相巻線に現れる相電圧）に対応するように変化タイミング検出部９０Ｃが設けられている。変化タイミング検出部９０Ｃは、変化タイミング検出部９０Ａと同じ構成を有している。但し、変化タイミング検出部９０Ａ、９０Ｃのそれぞれに備わった電圧比較器９３のしきい値Ｖ１は、同じ値を用いてもよいし、異なる値を用いるようにしてもよい。

回転角センサ異常判定部８１は、２つの電圧比較器９３のそれぞれについて回転数Ｎ１を算出し、これら２つの回転数Ｎ１のいずれもが、回転角センサ７の出力に基づいて検出される回転数Ｎ２と一致しないときに、回転角センサ７に異常がある旨の判定を行う。これにより、回転角センサ７の異常検出に必要な構成の冗長性を増すことができ、回転角センサ７の異常検出精度をさらに向上させることが可能となる。また、複数の回転数Ｎ１のいずれか一つでも回転数Ｎ２と一致していれば回転角センサ７に異常なしと判定することにより、相電圧に基づいて複数の回転数算出を行った際のばらつきによる回転角センサ異常の誤検出を防止することができる。

上述したように、本発明によれば、回転角センサの異常を検出するために２個の回転角センサを備える必要がないため、これら２個の回転角センサを搭載する場合のような実装スペースの拡大が不要であるとともに、部品コストや製品全体のコストの増加を抑えることができる。

１Ａ、１Ｂ 固定子巻線
３Ａ、３Ｂ ＭＯＳモジュール群
７ 回転角センサ
２０ 回転子
３０、３１、５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
８１ 回転角センサ異常判定部
８２ 回転角センサ異常通知部

Claims (10)

1. 回転子（２０）と、
   前記回転子と対向配置され、固定子巻線（１Ａ、１Ｂ）を有する固定子と、
   前記固定子巻線に誘起される交流電圧を直流電圧に変換、または、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記固定子巻線に印加する電力変換器（３Ａ、３Ｂ）と、
   前記回転子の回転角を検出する回転角センサ（７）と、
   発電動作時に前記固定子巻線に誘起される相電圧に基づいて前記回転角センサの異常の有無を判定する回転角センサ異常判定部（８１）と、
   を備えることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記回転角センサ異常判定部は、前記固定子巻線に誘起される相電圧に基づいて検出される第１の回転数と、前記回転角センサによって検出される第２の回転数とが一致しないときに、前記回転角センサに異常がある旨の判定を行うことを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項２において、
   前記電力変換器は、ダイオードが並列接続された複数のスイッチング素子（３０、３１）によって構成されるブリッジ回路を有し、
   前記回転角センサ異常判定部は、発電動作時であって、前記ダイオードを介して電流を流すダイオード整流時に、前記回転角センサの異常の有無を判定することを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項３において、
   所定出力以下の低出力発電時に前記ダイオード整流が行われ、
   前記回転角センサ異常判定部は、前記低出力発電時に、前記回転角センサの異常の有無を判定することを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項２〜４のいずれか一項において、
   前記固定子巻線に誘起される相電圧と所定のしきい値とを比較し、相電圧が所定のしきい値を超えて変化するタイミングを検出する電圧比較器とをさらに備え、
   前記回転角センサ異常判定部は、前記電圧比較器によって検出される変化タイミングの繰り返し間隔に基づいて前記第１の回転数を算出することを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項５において、
   前記所定のしきい値は、グランド電圧よりも低い電圧、あるいは、外部に接続されるバッテリの正極側電圧よりも高い電圧であることを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項５または６において、
   前記固定子巻線に対応する複数の前記電圧比較器を備え、
   前記回転角センサ異常判定部は、複数の前記電圧比較器のそれぞれについて前記第１の回転数を算出することを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項５〜７のいずれか一項において、
   前記固定子巻線には複数の三相巻線が含まれており、
   前記複数の三相巻線のそれぞれに対応して前記電圧比較器を備え、
   前記回転角センサ異常判定部は、前記複数の三相巻線に対応する複数の前記電圧比較器のそれぞれについて前記第１の回転数を算出することを特徴とする車両用回転電機。
9. 請求項７または８において、
   前記回転角センサ異常判定部は、複数の前記電圧比較器に対応する複数の前記第１の回転数のいずれもが、前記回転角センサによって検出される前記第２の回転数と一致しないときに、前記回転角センサに異常がある旨の判定を行うことを特徴とする車両用回転電機。
10. 請求項１〜９のいずれか一項において、
    前記回転角センサ異常判定部によって前記回転角センサに異常があることが判定されたときにその旨を外部に通知する通知手段（８３）を有することを特徴とする車両用回転電機。

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