JP2015029393A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】異常発生時に駆動力を継続的に取り出すことができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】車両用回転電機１００は、回転子２０と、固定子巻線１Ａ、１Ｂを有する固定子と、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して、対応する固定子巻線１Ａ、１Ｂに印加する複数のインバータ装置としてのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂと、複数のインバータ装置のそれぞれの異常を検出する異常検出部８１と、異常検出部８１によって異常が検出されたインバータ装置の運転を停止するとともに、異常が検出されない残りのインバータ装置の運転を継続する異常処理部８２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、モータ動作と発電動作とを選択的に実行可能であって、インバータ装置の異常の有無を検出するとともに、異常検出時にインテリジェントパワーモジュールＩＰＭに対するゲート制御を切断し、それ以後のモータ動作を停止するようにしたフェイルセイフ機能付きのモータジェネレータのインバータ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、異常発生時に、モータジェネレータが不要な駆動力を発生し、ドライバの意志とそう反するような車両挙動を引き起こすことを確実に防止することができる。

特開２００５−６５３８９号公報

ところで、上述した特許文献１のモータジェネレータでは、異常発生時にモータ動作を停止するように制御されるため、エンジンが駆動力を発生している場合は走行継続可能だが、エンジンが不調で駆動力を発生できない場合はエンジンの駆動力を合わせ車両の駆動力が失陥してしまう。リンプホーム（非常時回避）の観点からは、車両走行時等において何らかの異常が発生しても、最低限の駆動力を取り出して安全な位置まで移動して停車ができる工夫が望まれている。

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、異常発生時に駆動力を継続的に取り出す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、複数のインバータ装置、異常検出手段、異常処理手段を備える。固定子は、回転子と対向配置され、複数の固定子巻線を有する。複数のインバータ装置は、複数の固定子巻線のそれぞれに対応しており、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して、対応する固定子巻線に印加する。異常検出手段は、複数のインバータ装置のそれぞれの異常を検出する。異常処理手段は、異常検出手段によって異常が検出されたインバータ装置の運転を停止するとともに、異常が検出されない残りのインバータ装置の運転を継続する。

車両用回転電機は、固定子巻線とこれを駆動するインバータ装置の組み合わせを複数組備えており、いずれかのインバータ装置に異常が生じたときに、異常が生じたインバータ装置の運転を停止するとともに残りのインバータ装置の運転を継続している。このため、異常発生時であっても、駆動力の一部を継続的に発生して取り出すことができる。

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。 異常発生時の検出動作および通知動作を行う構成を示す図である。 インバータ装置の異常検出に関する動作手順を示す流れ図である。 固定子巻線の各相に流れる電流を示す図である。 固定子巻線毎に電流検出を行う変形例を示す図である。 固定子巻線のそれぞれに流れる電流を示す図である。 停車時にインバータ装置の異常の有無を判定する動作手順を示す流れ図である。 他の電流検出素子を用いた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、切断スイッチ１３Ａ、１３Ｂ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を駆動するためにそれぞれのゲートに入力する制御信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を取り込んで増幅する。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を駆動するためにそれぞれのゲートに入力する制御信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を取り込んで増幅する。上述した一方のＭＯＳモジュール群３ＡとＵＶＷ相ドライバ４Ａによって第１のインバータ装置が構成されている。また、他方のＭＯＳモジュール群３ＢとＸＹＺ相ドライバ４Ｂによって第２のインバータ装置が構成されている。

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。

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。

切断スイッチ１３Ａは、ＵＶＷ相ドライバ４ＡとＭＯＳモジュール群３Ａとの間に設けられており、制御回路８からの指示に応じて、ＵＶＷ相ドライバ４ＡからＭＯＳモジュール群３Ａに向けて出力される制御信号を遮断する。切断スイッチ１３Ｂは、ＸＹＺ相ドライバ４ＢとＭＯＳモジュール群３Ｂとの間に設けられており、制御回路８からの指示に応じて、ＸＹＺ相ドライバ４ＢからＭＯＳモジュール群３Ｂに向けて出力される制御信号を遮断する。

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、切断スイッチ１３Ａ、１３Ｂ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、切断スイッチ１３Ａ、１３Ｂ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。

電流検出用抵抗３２が電流検出手段に、異常検出部８１が異常検出手段に、異常処理部８２が異常処理手段に、異常通知部８３、ＣＡＮ制御部８４が通知手段にそれぞれ対応する。

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、インバータ装置の異常を検出するとともに異常発生時にリンプホームの観点から行う非常時回避処理について説明する。本実施形態では、２つのインバータ装置の一方について異常を検出したときに、この異常が発生したインバータ装置の電動動作を停止し、他方のインバータ装置のみを用いて電動動作を行っている。これにより、車両走行時であっても、２つのインバータ装置が停止して直ちに駆動力が消失してしまうことを回避し、他方のインバータ装置を用いた電動動作による駆動力の継続的な取り出しが可能になる。このため、例えばこの継続的に取り出した駆動力を利用して、路肩等の所定位置まで車両を走らせることが可能となる。また、インバータ装置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（詳細は後述する）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可能になるため、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できる。

上述した異常発生時の処理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に示すように、ＵＶＷ相ドライバ４Ａは、ＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷ内の各電流検出用抵抗３２の両端電圧を増幅する３つの増幅器４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗを備えている。同様に、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂは、ＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺ内の各電流検出用抵抗３２の両端電圧を増幅する３つの増幅器４０Ｘ、４０Ｙ、４０Ｚを備えている。

また、図５に示すように、制御回路８は、６つのアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）８０Ｕ、８０Ｖ、８０Ｗ、８０Ｘ、８０Ｙ、８０Ｚ、異常検出部８１、異常処理部８２、異常通知部８３、ＣＡＮ（Controller Area Network）制御部８４を備えている。アナログ−デジタル変換器８０Ｕ等のそれぞれは、ＵＶＷ相ドライバ４ＡおよびＸＹＺ相ドライバ４Ｂ内の増幅器４０Ｕ等と１対１に対応しており、対応する増幅器４０Ｕ等の出力電圧をデジタルデータ（電流データ）に変換する。異常検出部８１は、８つのアナログ−デジタル変換器８０Ｕ等から出力される電流データに基づいて、第１のインバータ装置（ＭＯＳモジュール群３Ａ、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ）と第２のインバータ装置（ＭＯＳモジュール群３Ｂ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ）のそれぞれの異常を検出する。異常処理部８２は、異常検出部８１によって一方のインバータ装置の異常が検出されたときにこのインバータ装置の運転を停止するとともに、異常が検出されない他方のインバータ装置の運転を継続する処理を行う。例えば、第１のインバータ装置に対応して切断スイッチ１３Ａ（図５）が備わっており、異常処理部８２によって切断スイッチ１３Ａをオフすることにより、異常が検出された第１のインバータ装置に含まれるＵＶＷ相ドライバ４ＡからＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷに向けて出力された制御信号が遮断される。あるいは、第２のインバータ装置に対応して切断スイッチ１３Ｂ（図５）が備わっており、異常処理部８２によって切断スイッチ１３Ｂをオフすることにより、異常が検出された第２のインバータ装置に含まれるＸＹＷ相ドライバ４ＢからＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＷに向けて出力された制御信号が遮断される。なお、異常が検出されない第１あるいは第２のインバータ装置に対応する切断スイッチ１３Ａ、１３Ｂについてはオン状態が維持され、ＵＶＷ相ドライバ４ＡあるいはＸＹＺ相ドライバ４Ｂから出力される制御信号がＭＯＳモジュール３ＡＵ等に入力される。

異常通知部８３は、通知手段であって、異常検出部８１によっていずれかのインバータ装置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８４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。

次に、異常検出部８１によってインバータ装置の異常を検出して警告を行う動作について説明する。図６に示すインバータ装置の異常検出に関する一連の動作手順は、一定の時間間隔で繰り返し実施される。

動作開始後、異常検出部８１は、電源投入直後か否かを判定する（ステップ１００）。直後の場合には肯定判断が行われ、異常検出部８１は異常有りの状態を示すリンプホームフラグを解除し（ステップ１０２）、異常処理部８２は切断スイッチ１３Ａ、１３Ｂに動作が有効（イネーブル）であることを示す導通指示を送る。これにより、ＵＶＷ相ドライバ４ＡおよびＸＹＺ相ドライバ４Ｂから出力される制御信号がＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂに入力される（ステップ１０４）。また、異常通知部８３は、ＥＣＵ６００に向けて出力される異常通知を解除し（ステップ１０６）、一連の処理を終了する。なお、それ以前に異常通知が出力されていない場合にはこの状態が維持される。

また、電源投入直後でない場合にはステップ１００の判定において否定判断が行われる。次に、異常検出部８１は、リンプホームフラグがセットされているか否かを判定する（ステップ１０８）。このフラグがセットされている場合には異常状態にあるということであり、肯定判断が行われる。この場合には、異常処理部８２は切断スイッチ１３Ａ、１３Ｂに動作が無効（ディセーブル）であることを示す遮断指示を送る。これにより、ＵＶＷ相ドライバ４ＡおよびＸＹＺ相ドライバ４ＢからＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂへ入力される制御信号が遮断される（ステップ１１０）。また、異常通知部８３は、ＥＣＵ６００に向けて異常通知を出力し（ステップ１１２）、一連の処理を終了する。

また、リンプホームフラグがセットされていない場合にはステップ１０８の判定において否定判断が行われる。次に、異常検出部８１は、車両用回転電機１００の回転数を検出する（ステップ１１４）。例えば、回転角センサ７の出力に基づいて回転数検出が行われる。次に、異常検出部８１は、検出した回転数に基づいて、電流検出タイミングを算出する（ステップ１１６）。

本実施形態では、例えば、ＬＲ負荷としての固定子巻線１Ａについて、１８０°通電で各相毎に１２０°位相をずらしてオンオフ駆動するものとすると、固定子巻線１Ａの各相に流れる電流ｉ_U、ｉ_V、ｉ_Wは図７に示すようになる。図７に示す電流波形の横軸方向の寸法は回転数に応じたものとなり、本実施形態では、一方のＭＯＳトランジスタ３０をオンした位置ａから計測を開始して所定の電気角θに対応する位置ｂまでの時間が電流検出タイミングとして算出される。他の固定子巻線１Ｂについても同様である。

次に、異常検出部８１は、固定子巻線１Ａ、１Ｂの電流検出相に通電中か否かを判定する（ステップ１１８）。この判定および以下に示す電流検出までの動作は、固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれの少なくとも一相について、望ましくは全相について行われる。通電中でない場合には否定判断が行われ、異常検出部８１は、通電開始フラグを解除し（ステップ１２０）、一連の処理を終了する。

一方、通電中の場合にはステップ１１８の判定において肯定判断が行われ、異常検出部８１は、通電開始フラグが既にセットされているか否かを判定する（ステップ１２２）。このフラグがセットされていない場合（通電開始直後の場合）には否定判断が行われ、異常検出部８１は、このフラグをセットするとともに（ステップ１２４）、ステップ１１６で算出した電流検出タイミングをカウンタの初期値として設定する（ステップ１２６）。なお、本実施携帯では、カウンタの値を一定間隔で減少させていって値が０になったときに電流検出（測定）が実施される。

通電開始フラグが既にセットされている場合にはステップ１２２の判定において肯定判断が行われる。次に、異常検出部８１は、カウンタの値が０か否かを判定し（ステップ１２８）、０の場合には肯定判断を行って一連の処理を終了する。

また、カウンタの値が０以外の場合にはステップ１２８の判定において否定判断が行われ、次に、異常検出部８１は、カウンタの値を１減少させる（ステップ１３０）。その後、異常検出部８１は、再びカウンタの値が０か否かを判定する（ステップ１３２）。カウンタの値が０以外の場合には否定判断が行われ、一連の処理が終了する。また、カウンタの値が０の場合（ステップ１３０において１を減じた結果０になった場合）にはステップ１３２の判定において肯定判断が行われ、次に、異常検出部８１は、電流検出相に流れる電流値を検出する（ステップ１３４）。具体的には、対象となる電流検出相に対応するアナログ−デジタル変換器８０Ｕ等の出力を取り込むことにより電流検出相の検出（算出）が行われる。

次に、異常検出部８１は、検出した電流値がインバータ装置の異常の有無を判定するための閾値である所定値を超えているか否かを判定する（ステップ１３６）。所定値を超えている場合には肯定判断が行われ、一連の処理が終了する。また、検出した電流値が所定値を超えていない場合にはステップ１３６の判定において否定判断が行われる。この場合には、異常検出部８１は、異常有りの状態を示すためにリンプホームフラグをセットし（ステップ１３８）、異常処理部８２は、電流値が異常（不足）となった電流検出相に対応する切断スイッチ１３Ａあるいは１３Ｂに対して、動作が無効（ディセーブル）であることを示す切断指示を送る。これにより、ＵＶＷ相ドライバ４ＡからＭＯＳモジュール群３Ａに入力される制御信号、あるいは、ＸＹＺ相ドライバ４ＢからＭＯＳモジュール群３Ｂに入力される制御信号のいずれかが遮断される（ステップ１４０）。また、異常通知部８３は、ＥＣＵ６００に向けて異常通知を出力した後（ステップ１４２）、一連の処理を終了する。

このように、本実施形態の車両用回転電機１００では、固定子巻線１Ａ、１Ｂとこれを駆動するインバータ装置の組み合わせを２組備えており、いずれかのインバータ装置に異常が生じたときに、切断スイッチ１３Ａあるいは１３Ｂのいずれかに切断指示を送って、異常が生じたインバータ装置の運転を停止するとともに、残りのインバータ装置の運転を継続している。このため、異常発生時であっても、車両用回転電機１００による駆動力の一部を継続的に発生して取り出すことができる。

また、固定子巻線１Ａ、１Ｂの各相に流れる電流をそれぞれの相に対応して備わっている電流検出用抵抗３２を用いて検出し、この検出した電流値に基づいてインバータ装置の異常を検出している。インバータ装置に異常が発生すると、インバータ装置から固定子巻線１Ａあるいは１Ｂに対する正常な電流の供給を行うことができなくなる。したがって、この電流を監視することにより、インバータ装置の異常を検出することが可能となる。特に、固定子巻線１Ａ、１Ｂの各相毎に電流検出を行っているため、インバータ装置の各相毎に異常の有無を知ることができ、インバータ装置全体の異常を確実に検出することができる。また、電流検出用抵抗３２に沿った電位差を測定することにより電流の検出が可能になり、電流検出に必要な構成の簡素化が可能となる。

また、インバータ装置は、固定子巻線１Ａ、１Ｂに電流を供給する複数のスイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタ３０、３１を有している。そして、異常検出部８１は、検出された電流値と、これらのＭＯＳトランジスタ３０、３１を駆動する制御信号の位相（具体的には、ＭＯＳトランジスタ３０をオンするタイミング）とに基づいて異常の有無を検出している。インバータ装置から固定子巻線１Ａ、１Ｂに供給される電流は周期的に変化するため、電流の位相を考慮することにより、インバータ装置の異常を正確に検出することが可能となる。

また、異常処理部８２は、スイッチング素子の制御端子としてのＭＯＳトランジスタ３０、３１のゲートに対する制御信号の入力を遮断することにより、インバータ装置の運転停止を行っている。これにより、インバータ装置の運転を確実に停止させることができる。

また、異常が検出されたときに異常通知部８３およびＣＡＮ制御部８４によってその旨を外部（ＥＣＵ６００）に通知しているため、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、固定子巻線１Ａ、１Ｂに含まれるそれぞれの相巻線について電流検出用抵抗３２を用いて電流を検出したが、図８に示すように、固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれ毎に電流検出抵抗３２を用いて電流検出を行うようにしてもよい。検出される電流は、正常な場合には図９に示す波形Ａ（実線）となるが、インバータ装置に異常が生じると少なくとも一部の相巻線に対する電流の供給が成城に行われなくため、波形Ｂ（波線）のようになる。したがって、図６に示す動作手順を用いて所定の位置ｂにおける電流値を測定してその値を所定の閾値と比較することにより、インバータ装置の異常の有無を判定することができる。このように、固定子巻線１Ａ、１Ｂ毎に電流検出を行うことにより、電流の検出箇所を少なくすることができ、異常を検出する際の処理の簡略化が可能となる。

また、上述した実施形態では、車両用回転電機１００の回転時（運転時）に電流検出を行ってインバータ装置の異常の有無を判定したが、回転停止時（停車時）に電流検出を行ってインバータ装置の異常の有無を判定するようにしてもよい。図１０に示す停車時にインバータ装置の異常の有無を判定する一連の動作手順は、一定の時間間隔で繰り返し実施される。

動作開始後、異常検出部８１は、回転角センサ７の出力に基づいて停車中（回転停止中）か否かを判定する（ステップ２００）。停車中でない場合（走行中の場合）には否定判断が行われ、一連の処理が終了する。

また、停車中の場合にはステップ２００の判定において肯定判断が行われ、次に、異常検出部８１は、電流検出相に流れる電流値（あるいは固定子巻線１Ａ、１Ｂ毎の電流値）を検出する（ステップ２０２）。具体的には、対象となる電流検出相に対応するアナログ−デジタル変換器８０Ｕ等の出力を取り込むことにより電流検出相の検出（算出）が行われる。

次に、異常検出部８１は、検出した電流値がインバータ装置の異常の有無を判定するための閾値である所定値を超えているか否かを判定する（ステップ２０４）。停車時には固定子巻線１Ａ、１Ｂに対する通電は行われていないため、正常時であれば電流値は所定値以下となる。この場合には、否定判断が行われ、一連の処理が終了する。

また、電流値が所定値を超えている場合にはステップ２０４の判定において肯定判断が行われ、次に、異常検出部８１は、電流値が所定値を超えている時間が所定時間を超えたか否かを判定する（ステップ２０６）。超えていない場合には否定判断が行われ、一連の処理が終了する。

また、電流値が所定値を超えている時間が所定時間を超えた場合にはステップ２０６の判定において肯定判断が行われる。次に、異常処理部８２は、電流値が異常（過大）となった電流検出相に対応する切断スイッチ１３Ａあるいは１３Ｂに対して、動作が無効（ディセーブル）であることを示す切断指示を送る。これにより、これ以降の運転時（回転時）にＵＶＷ相ドライバ４ＡからＭＯＳモジュール群３Ａに入力される制御信号、あるいは、ＸＹＺ相ドライバ４ＢからＭＯＳモジュール群３Ｂに入力される制御信号のいずれかが遮断される（ステップ２０８）。また、異常通知部８３は、ＥＣＵ６００に向けて異常通知を出力した後（ステップ２１０）、一連の処理を終了する。

このように、運転停止中に流れる電流を検出することにより、ショート故障やレアショート故障あるいはその他の動作異常が発生したインバータ装置を検出することができ、このインバータ装置の動作を無効にするとともに、その旨をＥＣＵ６００に通知することができる。

また、上述した実施形態では、電流検出を電流検出用抵抗３２を用いて行ったが、その他の電流検出素子を用いるようにしてもよい。例えば、図１１に示すように、磁界の強さに応じて出力電圧が変化する磁気抵抗（ＭＰ：magnetoresistive）素子３２Ａを電流検出用抵抗３２の代わりに用い、ＭＯＳトランジスタ３１のソース・ドレイン間に流れる電流の検出を行うようにしてもよい。磁気抵抗素子３２Ａを用いることにより、温度が変化した場合であっても安定した検出精度を維持することができる。

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、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。

上述したように、本発明によれば、固定子巻線とこれを駆動するインバータ装置の組み合わせを複数組備えており、いずれかのインバータ装置に異常が生じたときに、異常が生じたインバータ装置の運転を停止するとともに残りのインバータ装置の運転を継続している。このため、異常発生時であっても、駆動力の一部を継続的に発生して取り出すことができる。

１Ａ、１Ｂ 固定子巻線
３Ａ、３Ｂ ＭＯＳモジュール群
４Ａ ＵＶＷ相ドライバ
４Ｂ ＸＹＺ相ドライバ
３０、３１ ＭＯＳトランジスタ
３２ 電流検出用抵抗
８１ 異常検出部
８２ 異常処理部
８３ 異常通知部
８４ ＣＡＮ制御部

Claims (11)

1. 回転子（２０）と、
   前記回転子と対向配置され、複数の固定子巻線（１Ａ、１Ｂ）を有する固定子と、
   前記複数の固定子巻線のそれぞれに対応しており、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して、対応する前記固定子巻線に印加する複数のインバータ装置（３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ）と、
   前記複数のインバータ装置のそれぞれの異常を検出する異常検出手段（８１）と、
   前記異常検出手段によって異常が検出された前記インバータ装置の運転を停止するとともに、異常が検出されない残りの前記インバータ装置の運転を継続する異常処理手段（８２）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、
   前記複数のインバータ装置のそれぞれに流れる電流を検出する電流検出手段（３２、３２Ａ）を備え、
   前記異常検出手段は、前記電流検出手段によって検出される電流値に基づいて異常を検出することを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項２において、
   前記インバータ装置は、前記固定子巻線に電流を供給する複数のスイッチング素子（３０、３１）を有し、
   前記異常検出手段は、前記電流検出手段によって検出される電流値と、前記スイッチング素子を駆動する制御信号の位相とに基づいて異常の有無を検出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、
   前記異常処理手段は、前記スイッチング素子の制御端子に対する信号の入力を遮断することにより、前記インバータ装置の運転停止を行うことを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記異常検出手段は、運転停止中に、前記電流検出手段によって検出される電流値が、所定時間以上かつ所定値以上であるときに、異常発生を検出することを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項２または３において、
   前記電流検出手段は、前記固定子巻線の各相毎に電流検出を行うことを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項２または３において、
   前記電流検出手段は、前記固定子巻線毎に電流検出を行うことを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、
   前記電流検出手段は、磁気抵抗素子（３２Ａ）を用いて電流検出を行うことを特徴とする車両用回転電機。
9. 請求項１〜７のいずれか一項において、
   前記電流検出手段は、電流検出用抵抗（３２）を用いて電流検出を行うことを特徴とする車両用回転電機。
10. 請求項３において、
    前記スイッチング素子は、ＭＯＳトランジスタ（３０、３１）であることを特徴とする車両用回転電機。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項において、
    前記異常検出手段によって異常が検出されたときにその旨を外部に通知する通知手段（８３、８４）を有することを特徴とする車両用回転電機。

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