JP2019097316A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角センサの異常を検出可能な制御装置を提供する。【解決手段】ロータの回転角度を検出する回転角センサと、ステータの誘起電圧を検出する誘起電圧検出部と、ステータインバータの停止時に、誘起電圧検出部によって検出された誘起電圧が所定の比較閾値を上回る際の複数の立ち上がり時間、および、判定閾値を下回る際の複数の立ち下がり時間のうちの２つの検出時間それぞれにおいて回転角センサによって検出された２つのロータの回転角度の差と、２つの検出時間の間の誘起電圧の位相間隔と、に基づいて回転角センサの故障を判断する演算部と、を有する。【選択図】図５

Description

本明細書に記載の開示は、回転電機の制御装置に関するものである。

特許文献１に示されるように、回転電機の制御装置が知られている。回転電機には回転角度センサが設けられている。回転角度センサはロータの回転角度を検出し、その検出値を制御装置に出力する。また回転電機には誘起電圧検出部が設けられている。誘起電圧検出部はステータの電機子巻線に生じる誘起電圧を検出し、その検出値を制御装置に出力する。

特開２０１７−２８９６５号公報

特許文献１に示される制御装置は、回転角度センサに異常が生じた場合、誘起電圧検出部によって検出される信号に基づいて回転電機の回転角度を検出する。しかしながら特許文献１には、この回転角度センサ（回転角センサ）の異常を検出する具体的な構成の記載がない。

そこで本明細書に記載の開示物は、回転角センサの異常を検出可能な制御装置を提供することを目的とする。

開示の１つは、回転電機（２００）の制御装置であって、
回転電機のロータ（２０１）の回転角度を検出する回転角センサ（１２）と、
回転電機のステータ（２０２）の有するステータコイル（２０４〜２０７）の誘起電圧を検出する誘起電圧検出部（１３）と、
回転角センサの検出する回転角度と誘起電圧検出部の検出する誘起電圧それぞれの入力される演算部（１５）と、を有し、
演算部は、ステータコイルへの通電を制御するステータインバータ（３０）の停止時に、誘起電圧検出部によって検出された誘起電圧が所定の比較閾値を上回る際の複数の立ち上がり時間、および、判定閾値を下回る際の複数の立ち下がり時間のうちの２つの検出時間それぞれにおいて回転角センサによって検出された２つのロータの回転角度の差と、２つの検出時間の間の誘起電圧の位相間隔と、に基づいて回転角センサの故障を判断する。

ロータ（２０１）が回転し、それによってステータコイル（２０４〜２０７）を透過する磁界が変化すると、ステータコイル（２０４〜２０７）に誘起電圧が発生する。この誘起電圧は正弦波としてあらわれる。例えばロータ（２０１）が８個の磁極対を有する場合、ロータ（２０１）が機械角で１回転する間に８周期分の正弦波があらわれる。

この誘起電圧の１周期間分の位相は機械角で４５°である。したがって、例えば、正弦波形の誘起電圧が比較閾値を上回った後に再び上回る位相間隔は機械角で４５°になる。これに対して、回転角センサ（１２）によって誘起電圧が比較閾値を２度上回った際それぞれで検出される回転角度の差も機械角で４５°になることが期待される。

したがって、回転角センサ（１２）で検出された回転角度の差が上記の位相間隔と同等の場合、回転角センサ（１２）は正常であると判断することができる。これとは反対に、回転角センサ（１２）で検出された回転角度の差が上記の位相間隔とは異なる場合、回転角センサ（１２）は異常であると判断することができる。

以上に示したように、本開示によれば回転角センサ（１２）の故障を判断することができる。また本開示によれば、例えば複数の回転角センサの検出結果に基づいて回転角センサの故障を判断する構成と比べて部品点数の増大が抑制される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

モータとモータ制御装置を示す回路図である。 故障検出部の概略構成を説明するためのブロック図である。 誘起電圧を説明するためのグラフ図である。 第１実施形態の故障検出を説明するためのグラフ図である。 故障時の回転角センサによって検出される回転角度を示すグラフ図である。 故障検出部の故障検出フローを示すフローチャートである。 故障検出フローの変形例を示すフローチャートである。 故障検出の変形例を示すグラフ図である。 第２実施形態の故障検出を説明するための示すグラフ図である。 故障検出の変形例を示すグラフ図である。

以下、本開示の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図７に基づいて本実施形態にかかるモータ制御装置１００を説明する。モータ制御装置１００は、上位ＥＣＵからの要求指令に基づいてモータ２００を制御する。モータ制御装置１００とモータ２００とによって、いわゆるＩＳＧが構成されている。ＩＳＧはIntegrated Starter Generatorの略である。モータ制御装置１００が制御装置に相当する。

モータ制御装置１００とモータ２００とは一体になっている。すなわちモータ制御装置１００とモータ２００とは、いわゆる機電一体型の構成になっている。これらモータ制御装置１００とモータ２００はエンジンルームに収納される。

モータ２００はベルト３１０を介して車両に搭載されたエンジン３００のクランクシャフトと連結されている。したがってモータ２００とクランクシャフトとは互いに連動して回転する。モータ２００が自律回転すると、その回転がクランクシャフトに伝わる。これによってクランクシャフトが回転する。エンジン３００の始動、若しくは、車両走行のアシストが成される。これとは逆に、クランクシャフトが自律回転すると、その回転がモータ２００に伝わる。これによってモータ２００が回転する。モータ２００の発電が成される。

＜モータの構成＞
図１に示すようにモータ２００はロータ２０１とステータ２０２を有する。この他にモータ２００は、図示しないシャフトとプーリを有する。シャフトは回転可能にモータ制御装置１００に設けられている。このシャフトの先端にプーリが設けられている。このプーリに上記のベルト３１０が連結されている。これによりクランクシャフトの回転がベルト３１０を介してプーリに伝達される。逆に言えば、シャフトの回転がベルト３１０を介してクランクシャフトに伝達される。モータ２００が回転電機に相当する。

ロータ２０１はロータコイル２０３を有する。また図示しないがロータ２０１はロータコイル２０３をシャフトに固定する固定部を有する。固定部は円筒形状を成している。固定部の中空にシャフトが挿入固定されている。ロータコイル２０３は固定部の内部に設けられている。そしてロータコイル２０３はシャフトに設けられた配線と電気的に接続されている。この配線はシャフトのスリップリングと電気的に接続されている。スリップリングはシャフトの軸周りに円環状に形成されている。この円環状のスリップリングに導電材料から成るブラシが接触している。そしてこのブラシがモータ制御装置１００と電気的に接続されている。このブラシにモータ制御装置１００から電流が供給される。この電流は、ブラシ、スリップリング、および、配線を介してロータコイル２０３に供給される。これによりロータコイル２０３で磁界が発生する。ロータコイル２０３が界磁巻線に相当する。

なお、上記したように通電によってロータコイル２０３から磁界が発生する。この磁界は、ロータコイル２０３や、ロータコイル２０３をシャフトに固定する固定部それぞれを透過する。そのためにロータコイル２０３や固定部の一部が磁化している。したがって上記のようにロータコイル２０３に通電されていなくとも、微弱ながらロータ２０１からは磁界が出力されている。この微弱な磁界もステータコイル２０４を透過する。

ステータ２０２はステータコイル２０４を有する。また図示しないがステータ２０２はステータコイル２０４の設けられるステータコアを有する。ステータコアは円筒形状を成している。ステータコアの中空に、シャフトとともにロータ２０１が設けられている。このようにロータ２０１の周囲にステータ２０２が設けられる。ステータコイル２０４は、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７を有する。

Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７それぞれはモータ制御装置１００とバスバーを介して一体的に連結されている。Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７には、モータ制御装置１００から三相交流が供給される。Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７には、互いに位相が電気角で１２０°ずれた交流が供給される。これによりＵ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７から三相回転磁界が発生する。

ロータコイル２０３とステータコイル２０４それぞれに電流が流れると、両者から磁界が発生する。これによりロータコイル２０３に回転トルクが発生する。三相回転磁界の位相変化に応じて回転トルクの発生方向が順次変化する。それによってシャフトが自律回転する。シャフトとともにプーリも回転する。この回転がベルト３１０を介してクランクシャフトに伝達される。この結果、クランクシャフトも回転する。

これとは逆に、エンジン３００が燃焼駆動してクランクシャフトが自律回転すると、その回転がベルト３１０を介してプーリに伝達される。また、車輪の回転によってクランクシャフトが連れ回されると、その回転がベルト３１０を介してプーリに伝達される。それによってプーリとともにシャフトが回転する。これによりロータコイル２０３も回転する。ロータコイル２０３の発する磁界がステータコイル２０４と交差する。それによってステータコイル２０４に誘導起電力が発生する。この結果、ステータコイル２０４に電流が流れる。この電流がモータ制御装置１００を介して車両のバッテリ４００に供給される。

＜モータ制御装置の構成＞
図１に示すようにモータ制御装置１００はバッテリ４００と電気的に接続するための正極端子１００ａと負極端子１００ｂを有する。正極端子１００ａはバッテリ４００の正極に接続される。負極端子１００ｂはバッテリ４００の負極に接続される。正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間に平滑コンデンサ１００ｃが接続される。

図１に示すようにモータ制御装置１００は、正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で並列接続されたステータインバータ３０とロータインバータ５０を有する。またモータ制御装置１００はこれらステータインバータ３０とロータインバータ５０の駆動を制御するＩＳＧＥＣＵ１０と、ステータインバータ３０とロータインバータ５０の電流を検出する電流センサ７０と、を有する。

ＩＳＧＥＣＵ１０は、ステータインバータ３０とロータインバータ５０それぞれと電気的に接続されている。後で詳説するようにＩＳＧＥＣＵ１０はマイコン１１を有する。マイコン１１は車両に搭載された上位ＥＣＵやエンジンＥＣＵとバスなどを介して通信可能になっている。マイコン１１には上位ＥＣＵから要求指令が入力される。マイコン１１は入力された要求指令および電流センサ７０や後述の回転角センサ１２の検出信号などに基づいて、ステータインバータ３０とロータインバータ５０を制御するための制御信号を生成する。マイコン１１はその制御信号を後述のステータドライバ１７とロータドライバ１８に出力する。これによりステータドライバ１７とロータドライバ１８それぞれからステータインバータ３０とロータインバータ５０に駆動信号が出力される。この結果、ステータインバータ３０とロータインバータ５０の駆動が制御される。

ステータインバータ３０は、正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で並列接続されたＵ相レグ３１、Ｖ相レグ３２、および、Ｗ相レグ３３を有する。これら３つのレグそれぞれは正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かって順に直列接続されたハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子を有する。

詳しく言えば、Ｕ相レグ３１はＵ相ハイサイドスイッチ素子３４とＵ相ローサイドスイッチ素子３５を有する。Ｖ相レグ３２はＶ相ハイサイドスイッチ素子３６とＶ相ローサイドスイッチ素子３７を有する。Ｗ相レグ３３はＷ相ハイサイドスイッチ素子３８とＷ相ローサイドスイッチ素子３９を有する。

ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである。そのためにこれらスイッチ素子それぞれは寄生ダイオードを有する。すなわちＵ相ハイサイドスイッチ素子３４はＵ相ハイサイドダイオード３４ａを有する。Ｕ相ローサイドスイッチ素子３５はＵ相ローサイドダイオード３５ａを有する。Ｖ相ハイサイドスイッチ素子３６はＶ相ハイサイドダイオード３６ａを有する。Ｖ相ローサイドスイッチ素子３７はＶ相ローサイドダイオード３７ａを有する。Ｗ相ハイサイドスイッチ素子３８はＷ相ハイサイドダイオード３８ａを有する。Ｗ相ローサイドスイッチ素子３９はＷ相ローサイドダイオード３９ａを有する。これら寄生ダイオードのカソード電極は正極端子１００ａ側にある。アノード電極は負極端子１００ｂ側にある。

図１に示すようにＵ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７それぞれの一端は互いに接続されている。これによりＵ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７はＹ結線されている。

そしてＵ相ステータコイル２０５の他端がＵ相ハイサイドスイッチ素子３４とＵ相ローサイドスイッチ素子３５の中点に接続されている。Ｖ相ステータコイル２０６の他端がＶ相ハイサイドスイッチ素子３６とＶ相ローサイドスイッチ素子３７の中点に接続されている。Ｗ相ステータコイル２０７の他端がＷ相ハイサイドスイッチ素子３８とＷ相ローサイドスイッチ素子３９の中点に接続されている。

以上の電気的な接続構成により、ステータドライバ１７からの駆動信号によって、例えばＵ相ハイサイドスイッチ素子３４、Ｖ相ローサイドスイッチ素子３７、および、Ｗ相ローサイドスイッチ素子３９が閉状態になるとステータコイル２０４に電流が流れる。詳しく言えば、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｕ相ハイサイドスイッチ素子３４、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｖ相ローサイドスイッチ素子３７を介して電流が流れる。正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｕ相ハイサイドスイッチ素子３４、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｗ相ステータコイル２０７、および、Ｗ相ローサイドスイッチ素子３９を介して電流が流れる。

本実施形態では、ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子としてモジュール型のパワーＭＯＳＦＥＴを採用している。そのためにこのスイッチ素子と寄生ダイオードそれぞれの電流定格は高く、バッテリ４００の逆接続時の電流にも耐えるように設計されている。ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子にはいわゆる片面冷却システムが採用されている。

ロータインバータ５０は、正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で並列接続されたＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を有する。Ｅ相レグ５１は正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かって順に直列接続されたＥ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５を有する。Ｆ相レグ５２は正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かって順に直列接続されたＦ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７を有する。これら４つのスイッチ素子によってフルブリッジ回路が構成されている。

以上に示したロータインバータ５０を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである。そのためにスイッチ素子それぞれは寄生ダイオードを有する。すなわちＥ相ハイサイドスイッチ素子５４はＥ相ハイサイドダイオード５４ａを有する。Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５はＥ相ローサイドダイオード５５ａを有する。Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６はＦ相ハイサイドダイオード５６ａを有する。Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７はＦ相ローサイドダイオード５７ａを有する。これら寄生ダイオードのカソード電極は正極端子１００ａ側にある。アノード電極は負極端子１００ｂ側にある。

Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５の中点、および、Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７の中点それぞれに上記のブラシが接続されている。ブラシはシャフトのスリップリングと接触し、スリップリングは配線を介してロータコイル２０３と電気的に接続されている。

図１に示すようにＥ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５の中点がロータコイル２０３の一端と電気的に接続されている。Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７の中点がロータコイル２０３の他端と電気的に接続されている。

以上の接続構成により、ロータドライバ１８からの駆動信号によって、例えばＥ相ハイサイドスイッチ素子５４とＦ相ローサイドスイッチ素子５７が閉状態になるとロータコイル２０３の一端から他端に向かって電流が流れる。すなわち、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４、ロータコイル２０３、および、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７を介して電流が流れる。

また、例えばＦ相ハイサイドスイッチ素子５６、および、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５が閉状態になるとロータコイル２０３の他端から一端に向かって電流が流れる。すなわち、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６、ロータコイル２０３、および、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５を介して電流が流れる。

電流センサ７０は、ステータコイル２０４とロータコイル２０３の電流量を検出するものである。より具体的に言えば、電流センサ７０は、ステータインバータ３０とロータインバータ５０に設けられたシャント抵抗である。電流センサ７０は、Ｕ相シャント抵抗７１、Ｖ相シャント抵抗７２、Ｗ相シャント抵抗７３、Ｅ相シャント抵抗７４、および、Ｆ相シャント抵抗７５を有する。

Ｕ相シャント抵抗７１はＵ相ローサイドスイッチ素子３５と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｖ相シャント抵抗７２はＶ相ローサイドスイッチ素子３７と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｗ相シャント抵抗７３はＷ相ローサイドスイッチ素子３９と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｅ相シャント抵抗７４はＥ相ローサイドスイッチ素子５５と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｆ相シャント抵抗７５はＦ相ローサイドスイッチ素子５７と負極端子１００ｂとの間に設けられている。

マイコン１１は、これらシャント抵抗の抵抗値を記憶している。マイコン１１はこの記憶している抵抗値と、シャント抵抗の両端電圧とから、各レグのローサイドスイッチに流れる電流量を検出する。これによりマイコン１１はステータコイル２０４とロータコイル２０３に流動する電流量を推定する。なお、電流センサ７０としては上記例に限定されず、例えば、電流の流動によって発生する磁界に基づいて、電流量を検出する構成を採用することもできる。

＜ＩＳＧＥＣＵの概要＞
図１に示すようにＩＳＧＥＣＵ１０は、マイコン１１、回転角センサ１２、誘起電圧検出部１３、および、起動判断部１４を有する。またＩＳＧＥＣＵ１０は、ステータドライバ１７とロータドライバ１８、および、定電圧回路１９を有する。これらＩＳＧＥＣＵ１０を構成する複数の要素は１つの配線基板に搭載されている。これら各構成要素は配線基板に形成された配線パターンを介して電気的に接続されている。

マイコン１１は起動判断部１４から入力される起動信号によって電源が供給される。これによりマイコン１１は起動する。より詳しく言えば、起動判断部１４から定電圧回路１９に起動信号が入力される。これにより定電圧回路１９が起動状態になり、マイコン１１を駆動するのに必要な例えば５Ｖの電圧を生成する。この電圧がマイコン１１に供給される。これによりマイコン１１は起動する。マイコン１１は故障検出部１５とドライバ制御部１６を有する。この故障検出部１５に回転角センサ１２と誘起電圧検出部１３それぞれの信号が入力される。ドライバ制御部１６に回転角センサ１２と故障検出部１５それぞれの信号が入力される。

故障検出部１５は回転角センサ１２と誘起電圧検出部１３それぞれの信号に基づいて回転角センサ１２の故障を診断する。そして故障検出部１５はその回転角センサ１２の故障診断結果をドライバ制御部１６に出力する。故障検出部１５が演算部に相当する。

ドライバ制御部１６は故障検出部１５から入力される回転角センサの故障診断結果、回転角センサ１２の出力、および、上位ＥＣＵなどから入力される要求指令に基づいて制御信号を生成する。この制御信号はパルス信号であり、そのパルス幅はモータ２００に要求される出力に応じて決定される。

このドライバ制御部１６の生成した制御信号がステータドライバ１７とロータドライバ１８に入力される。ステータドライバ１７とロータドライバ１８は入力された制御信号を増幅する。そして各ドライバは増幅した制御信号を駆動信号としてステータインバータ３０とロータインバータ５０に出力する。

なお、車両にはスタータモータが搭載されている。このスタータモータによってエンジン３００が最初に始動される場合、ドライバ制御部１６は起動判断部１４から入力される起動信号によって起動する。そしてモータ２００によってエンジン３００を再始動する場合、ＩＳＧＥＣＵ１０にはイグニッション信号が入力されており、すでに起動状態になっている。

＜ＩＳＧＥＣＵの詳細＞
以下、ＩＳＧＥＣＵの詳細を説明する。

回転角センサ１２は、ロータ２０１の設けられるシャフトの回転角を検出するものである。すなわち回転角センサ１２はモータ２００の回転角を検出するものである。上記したようにシャフトの先端にはプーリが設けられている。このプーリにベルト３１０が取り付けられている。このシャフトのプーリの設けられる先端とは反対側の端部に、図１に示す永久磁石２０８が固定されている。

回転角センサ１２はこの永久磁石２０８と対向配置された複数のホール素子を有する。複数のホール素子それぞれに永久磁石２０８から発せられた磁界が透過する。シャフトが回転すると各ホール素子を透過する磁界の角度が順次変化する。これにより、各ホール素子からはシャフトの回転に応じて位相の変化するホール電圧が出力される。各ホール素子は、出力されるホール電圧の位相が異なるように、シャフトの回転方向で離れて配置されている。

回転角センサ１２はカウンタを有する。このカウンタのカウント数は各ホール素子のホール電圧の位相変化に応じてインクリメントされる。このカウント数がドライバ制御部１６と故障検出部１５に入力される。カウント数はシャフトが機械角で一回転するとクリアされる。図４にこのカウント数を一点鎖線で示す。カウント数は機械角が０°から３６０°へと向かうにしたがって増大する。

なお、上記したようにシャフトとクランクシャフトはベルト３１０を介して相互に回転可能になっている。ベルト３１０はシャフトに設けられたプーリに設けられる。ベルト３１０はクランクシャフトのプーリ（クランクシャフトプーリ）に設けられる。これら２つのプーリの直径が同一の場合、クランクシャフトの回転数とシャフトの回転数は同一になる。そのためにエンジン３００とモータ２００の回転数は同一になる。しかしながらこれらプーリの直径は通常異なっている。そのために回転角センサ１２で検出される回転数はエンジン３００の回転数とは等しくない。回転角センサ１２で検出される回転数とエンジン３００の回転数の比はプーリの直径比（プーリ比）によって定められる。

誘起電圧検出部１３は、ロータ２０１から発せられて、ステータコイル２０４を透過する磁界が時間変化することで発生する誘導起電力（誘起電圧）を検出するものである。本実施形態の誘起電圧検出部１３はＵ相ステータコイル２０５とＶ相ステータコイル２０６それぞれの誘起電圧を検出する。そして誘起電圧検出部１３はこれら２相のステータコイル間の電圧差（線間電圧）を検出する。

図３に示すように誘起電圧は正弦波のように変化する。図３ではＵ相ステータコイル２０５の誘起電圧をＰＵとして実線で示している。Ｖ相ステータコイル２０６の誘起電圧をＰＶとして破線で示している。Ｗ相ステータコイル２０７の誘起電圧をＰＷとして一点鎖線で示している。

図３に示すように各ステータコイルの誘起電圧は位相がずれている。そのためにこれら誘起電圧の差である線間電圧も、図４に実線で示すように正弦波のように変化する。この線間電圧は、誘起電圧検出部１３によって検出される、Ｕ相ステータコイル２０５の誘起電圧とＶ相ステータコイル２０６の誘起電圧の差である。図４では、ステータインバータ３０が駆動を停止して、エンジン３００によって連れ回されて一定速度で回転している場合の線間電圧を示している。

本実施形態のロータコイル２０３の磁極対数は８となっている。この場合、シャフトが機械角で３６０°回転する間に線間電圧は８周期分の正弦波を出力する。したがって、シャフトが機械角で４５°回転すると線間電圧は１周期分の正弦波を出力する。このように電気角３６０°は機械角４５°に等しくなっている。故障検出部１５と起動判断部１４それぞれに、この正弦波形の線間電圧が入力される。

上記したようにロータコイル２０３やそれをシャフトに固定する固定部の一部が磁化している。そのためにロータコイル２０３に通電されていなくとも、微弱ながらロータ２０１からは磁界が出力されている。この微弱な磁界を発するロータ２０１はエンジン３００の始動時においてクランクシャフトに連れ回されて回転する。これによりステータコイル２０４を通過する微弱な磁界の時間変化が早くなる。ステータコイル２０４に生成される誘起電圧の電圧レベルが高まる。この誘起電圧の電圧レベルの変化が誘起電圧検出部１３によって検出される。

起動判断部１４は誘起電圧検出部１３から入力される線間電圧の時間的な振る舞いから、エンジン３００が始動して駆動状態であるか否かを判断する。起動判断部１４は線間電圧の時間的な振る舞いから、エンジン３００が始動してアイドリング以上の回転数で回転していると判断すると、ハイレベルの起動信号をドライバ制御部１６に出力する。これとは異なりエンジン３００が停止していると判断すると起動判断部１４はローレベルの起動信号をドライバ制御部１６に出力する。

故障検出部１５は図２に示す機能要素を有している。すなわち故障検出部１５は、比較部１５ａ、取得部１５ｂ、および、判断部１５ｃを有する。これら３つの要素は故障検出部１５の機能を説明するために便宜的に分けて示しているに過ぎない。これら故障検出部１５の機能を司る構成要素がハード的に同一であろうと、分かれていようと構わない。

比較部１５ａは誘起電圧検出部１３から入力される線間電圧に応じた比較信号を生成する。この比較信号が取得部１５ｂに入力される。また取得部１５ｂには回転角センサ１２によって検出された回転角度が入力される。取得部１５ｂは比較部１５ａから入力される比較信号の入力時の回転角度を取得する。取得部１５ｂは取得した回転角度を判断部１５ｃに出力する。判断部１５ｃは入力された複数の回転角度の差を取る。そして判断部１５ｃは回転角度の差と、記憶している位相間隔とを比較する。両者が一致する場合、判断部１５ｃは回転角センサ１２が正常であることを示すローレベルの診断信号をドライバ制御部１６に出力する。両者が不一致の場合、判断部１５ｃは回転角センサ１２が異常であることを示すハイレベルの診断信号をドライバ制御部１６に出力する。故障検出部１５については後で詳説する。

ドライバ制御部１６は起動判断部１４からハイレベルの起動信号が入力されると起動する。起動するとドライバ制御部１６は上位ＥＣＵなどの車載ＥＣＵと車両制御に必要な情報を相互に送受信し始める。またドライバ制御部１６は故障検出部１５から入力される診断信号がハイレベルか否かを判断する。

診断信号がローレベルの場合、ドライバ制御部１６は回転角センサ１２の検出信号や上位ＥＣＵから入力される要求指令などに基づいて制御信号を生成する。これとは反対に診断信号がハイレベルの場合、ドライバ制御部１６はステータドライバ１７とロータドライバ１８それぞれの制御信号の出力を停止する。または、ドライバ制御部１６はステータドライバ１７への制御信号の出力を停止し、ロータドライバ１８への制御信号の出力を継続する。このロータドライバ１８への制御信号の出力は、ステータコイル２０４に誘導起電力を発生させることで、バッテリ４００を充電する際に行われる。ステータコイル２０４で生成された誘導起電力は、ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子の寄生ダイオードを介してバッテリ４００に供給される。

ステータドライバ１７とロータドライバ１８それぞれは増幅回路を有する。これらドライバは入力された制御信号を増幅し、その増幅した制御信号（駆動信号）を各インバータのスイッチ素子のゲート電極に出力する。これにより各インバータの駆動が制御される。

＜故障検出部の詳細構成＞
上記したように故障検出部１５は機能要素として比較部１５ａ、取得部１５ｂ、および、判断部１５ｃを有する。比較部１５ａは誘起電圧検出部１３から入力される線間電圧と比較するための所定の比較閾値を有する。比較部１５ａは線間電圧が比較閾値を下回る場合にローレベルを出力する。しかしながら比較部１５ａは線間電圧が比較閾値を上回るとハイレベルの比較信号を出力する。このように線間電圧が比較閾値を上回るタイミングで、比較信号はローレベルからハイレベルに切り換わる。また、比較信号は線間電圧が比較閾値を下回るタイミングで、ハイレベルからローレベルに切り換わる。取得部１５ｂはこの比較信号の電圧レベルの変化を検知する。

以下においては説明を簡便とするために比較信号がローレベルからハイレベルに切り換わるタイミングを立ち上がりタイミングと示す。ハイレベルからローレベルに切り換るタイミングを立ち下がりタイミングと示す。この立ち上がりタイミングが立ち上がり時間に相当する。立ち下がりタイミングが立ち下がり時間に相当する。

図４に上記の比較閾値を破線で示す。このように比較閾値は一定値である。上記したようにシャフトが機械角で３６０°回転する間に線間電圧は８周期分の正弦波を出力する。そのためにシャフトが機械角で３６０°回転する間に線間電圧は比較閾値を８回上回る。したがって比較部１５ａから出力されるハイレベルの比較信号の出力タイミングの位相間隔は機械角で４５°になる。換言すれば、比較信号の立ち上がりタイミングの位相間隔は機械角で４５°になる。

本実施形態の取得部１５ｂは比較信号の立ち上がりタイミングを検知する。取得部１５ｂは比較信号の立ち下がりタイミングを無視する。取得部１５ｂは立ち上がりタイミングを検知すると回転角センサ１２で検出されるカウント数（回転角度）を取得する。取得部１５ｂは取得したカウント数を判断部１５ｃに出力する。立ち上がりタイミングが検出時間に相当する。

判断部１５ｃは取得部１５ｂから入力されるカウント数（回転角度）の差をとる。上記したように立ち上がりタイミングの位相間隔は機械角で４５°である。そのために取得部１５ｂから入力されるカウント数の差も機械角で４５°になることが期待される。

判断部１５ｃは不揮発性メモリを有する。この不揮発性メモリに故障判断のための位相間隔として機械角４５°を記憶している。判断部１５ｃは算出した回転角度の差が記憶している位相間隔に等しいか否かを判断する。すなわち判断部１５ｃは算出した回転角度の差が機械角で４５°に等しいか否かを判断する。回転角度の差が機械角で４５°に等しい場合、判断部１５ｃは回転角センサ１２が正常であると判断する。これとは異なり差分値が機械角で４５°を示さない場合、判断部１５ｃは回転角センサ１２が異常であると判断する。

回転角センサ１２が正常の場合、例えば図４に示すように、時間ｔ１において線間電圧が比較閾値を上回った際に回転角センサ１２によって検出される回転角度は機械角で４５°になる。その後に線間電圧が再び比較閾値を上回る時間ｔ２において回転角センサ１２で検出される回転角度は機械角で９０°になる。そのためにこの時間ｔ１と時間ｔ２それぞれにおいて回転角センサ１２によって検出された回転角度の差は機械角で４５°になる。

同等にして、時間ｔ３において線間電圧が比較閾値を上回った際に回転角センサ１２によって検出される回転角度は機械角で２３５°になる。その後に線間電圧が再び比較閾値を上回る時間ｔ４において回転角センサ１２で検出される回転角度は機械角で２７０°になる。そのためにこの時間ｔ３と時間ｔ４それぞれにおいて回転角センサ１２によって検出された回転角度の差は機械角で４５°になる。このように回転角センサ１２が正常の場合、線間電圧が比較閾値を上回る際に回転角センサ１２によって検出される回転角度の差は機械角で４５°になる。

しかしながら回転角センサ１２に異常が生じると、線間電圧が比較閾値を上回る際の位相間隔と、その際に回転角センサ１２で検出される回転角度の差とに差異が生じる。例えば図５に示すように時間ｔａにおいて回転角センサ１２に異常が生じ、それによって回転角センサ１２の出力するカウント数が１２０°で一定値になったとする。この故障時間ｔａよりも前の時間ｔ１と時間ｔ２とで検出される回転角センサ１２の回転角度の差は４５°なので正常と判断される。しかしながら故障時間ｔａよりも後の時間ｔ３と時間ｔ４それぞれで検出される回転角センサ１２の回転角度は１２０°で一定になる。そのために時間ｔ３と時間ｔ４とで検出される回転角センサ１２の回転角度の差が０°となり、異常と判断される。

＜故障検出部の故障検出フロー＞
次に、図６に基づいて故障検出部１５の故障検出フローを説明する。この故障検出フローは、ステータコイル２０４に誘起電圧が生成される際に実行される。具体的に言えば、故障検出フローは、エンジン３００が燃焼駆動状態であり、なおかつ、ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子の駆動が停止している際に行われる。

この故障検出フローの各ステップは、上記の故障検出部１５の各機能要素が処理する。しかしながら各処理フローにおいて、どの機能要素が行うのかを分けて記載すると説明が煩雑となる虞がある。これを避けるため、以下においてはこれら各機能要素を含む故障検出部１５が故障検出フローの各ステップを一括して処理するように記載する。

なお故障検出部１５は揮発性メモリを有している。具体的には判断部１５ｃがこの揮発性メモリを有している。この揮発性メモリには、第１角度θ１、第２角度θ２、フラグＮがある。これらは、以下に示すように線間電圧の比較閾値に対する振る舞いに応じて逐次更新される。

先ずステップＳ１０において、故障検出部１５は揮発性メモリを初期化する。これにより故障検出部１５は第１角度θ１、第２角度θ２、フラグＮそれぞれをゼロにする。次いで故障検出部１５はステップＳ２０へと進む。

このステップＳ１０は故障検出部１５が準備状態から起動状態に切り換わった際に行われる初期化処理である。故障検出部１５はこの初期化処理を一度行うと、起動状態が維持される限り、再度行わない。故障検出部１５は以下に示すステップＳ２０以降を順次繰り返し行う。なお、準備状態から起動状態に切り換わった際に故障検出部１５かドライバ制御部１６に出力されている診断信号はローレベルになっている。

ステップＳ２０へ進むと故障検出部１５は、誘起電圧検出部１３から入力される線間電圧が比較閾値を上回ったか否かを判断する。線間電圧が比較閾値を上回った場合、故障検出部１５はステップＳ３０へと進む。これとは異なり線間電圧が比較閾値を上回らない場合、故障検出部１５はステップＳ２０を繰り返す待機状態になる。

ステップＳ３０へ進むと故障検出部１５は、線間電圧が比較閾値を上回った際に回転角センサ１２から入力されるカウント数（回転角度θｓ）を取得する。この後に故障検出部１５はステップＳ４０へと進む。

なおこのステップＳ２０とステップＳ３０とは、図７に示すように、その処理順序を変えてもよい。ステップＳ１０の後にステップＳ３０を処理する場合、故障検出部１５は逐次、回転角センサ１２から入力される回転角度θｓを取得する。そして故障検出部１５はステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０へ進むと故障検出部１５は、線間電圧が比較閾値を上回った際の回転角度θｓを取得する。そして故障検出部１５はステップＳ４０へと進む。これとは異なり線間電圧が比較閾値を上回らない場合、故障検出部１５はステップＳ３０へと戻る。そして故障検出部１５はステップＳ３０とステップＳ２０を繰り返す待機状態になる。

ステップＳ４０へ進むと故障検出部１５は、揮発性メモリの第１角度θ１にステップＳ３０で取得した回転角度θｓを記憶する。換言すれば、故障検出部１５は第１角度θ１をステップＳ３０で取得した回転角度θｓにセットする。この後に故障検出部１５はステップＳ５０へと進む。

ステップＳ５０へ進むと故障検出部１５は、揮発性メモリのフラグＮが０か否かを判断する。フラグＮが０の場合、故障検出部１５はステップＳ６０へと進む。これとは異なりフラグＮが１の場合、故障検出部１５はステップＳ７０へと進む。

上記したようにステップＳ１０において初期化処理を行った直後の場合、フラグＮは０になっている。したがってこの場合に故障検出部１５はステップＳ６０へと進む。

ステップＳ６０へ進むと故障検出部１５は、フラグＮを０から１にする。この後に故障検出部１５はステップＳ８０へと進む。

ステップＳ８０へ進むと故障検出部１５は、揮発性メモリの第２角度θ２にステップＳ４０でセットした第１角度θ１を記憶する。この後に故障検出部１５はステップＳ２０へと戻る。

この場合、第１角度θ１と第２角度θ２それぞれには、先のステップＳ３０でセットした回転角度θｓが記憶されている。この後に故障検出部１５がステップＳ２０〜ステップＳ４０を実行すると、第１角度θ１には、新たな回転角度θｓが記憶される。この新たな回転角度θｓは、先の回転角度θｓよりも機械角で４５°位相が進んだ回転角度であることが期待される。

ステップＳ５０へ進むと、すでにフラグＮを１にセットしているので、故障検出部１５はステップＳ７０へと進む。

ステップＳ７０へ進むと故障検出部１５は、これまでに揮発性メモリに記憶した第１角度θ１と第２角度θ２の差の絶対値を算出する。この後に故障検出部１５はステップＳ９０へと進む。

ステップＳ９０へ進むと故障検出部１５は、ステップＳ７０で算出した第１角度θ１と第２角度θ２の差の絶対値が、記憶している位相間隔（機械角４５°）に等しいか否かを判断する。この絶対値が機械角４５°と等しい場合、故障検出部１５はステップＳ８０へと進み、第２角度θ２を新たな回転角度に更新する。この場合、診断信号はローレベルのままである。しかしながらこの絶対値が機械角４５°と等しくない場合、故障検出部１５はステップＳ１００へと進む。

ステップＳ１００へ進むと故障検出部１５は、診断信号の出力レベルをローレベルからハイレベルに切り換える。これにより故障検出部１５は回転角センサ１２の故障をドライバ制御部１６に通知する。この後に故障検出部１５はこの故障検出フローを終了する。

＜作用効果＞
次に、本実施形態にかかるモータ制御装置１００の作用効果を説明する。上記したように、線間電圧が比較閾値を２度上回る際に回転角センサ１２によって検出された回転角度の差が、機械角で４５°に等しいか否かに応じて回転角センサ１２の故障を判断することができる。これによれば、例えば複数の回転角センサの検出結果に基づいて回転角センサの故障を判断する構成と比べて部品点数の増大が抑制される。

診断信号がハイレベルの場合、ドライバ制御部１６はステータドライバ１７への制御信号の出力を停止し、ロータドライバ１８への制御信号の出力を継続する。これによれば回転角センサ１２が異常だとしても、モータ２００の発電によるバッテリ４００の充電を継続することができる。

モータ制御装置１００とモータ２００とは機電一体型の構成になっている。特に、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７それぞれはモータ制御装置１００とバスバーを介して一体的に連結されている。これによれば、モータ制御装置１００とモータ２００とが離れ、ワイヤハーネスなどによって電気的に接続される構成と比べて、両者の電気的な接続部位にノイズが入力されることが抑制される。

（第１の変形例）
本実施形態では、取得部１５ｂが比較信号の立ち上がりタイミングを検知し、比較信号の立ち下がりタイミングを無視する例を示した。これとは異なり、取得部１５ｂが比較信号の立ち下がりタイミングを検知し、取比較信号の立ち上がりタイミングを無視する構成を採用することもできる。

（第２の変形例）
さらに例示すれば、取得部１５ｂは比較信号の立ち上がりタイミングを１個飛ばしで検知する構成を採用してもよい。この場合、取得部１５ｂが検知する立ち上がりタイミングの間の回転角度は機械角で９０°になることが期待される。そのために判断部１５ｃは位相間隔として機械角９０°を記憶している。

例えば図８に示すように、時間ｔ１において線間電圧が比較閾値を上回った際に回転角センサ１２によって検出される回転角度は機械角で４５°になる。その後に線間電圧が１個飛ばしで比較閾値を上回る時間ｔ５において回転角センサ１２で検出される回転角度は機械角で１３５°になる。そのためにこの時間ｔ１と時間ｔ５それぞれにおいて回転角センサ１２によって検出された回転角度の差は機械角で９０°になる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図９に基づいて説明する。以下に示す各実施形態にかかるモータ制御装置は上記した実施形態によるものと共通点が多い。そのため以下においては共通部分の説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また以下においては上記した実施形態で示した要素と同一の要素には同一の符号を付与する。

第１実施形態では取得部１５ｂが比較信号の立ち上がりタイミングを検知し、その立ち下がりタイミングを無視する例を示した。これに対して本実施形態の取得部１５ｂの比較信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングの両方を検知する。

本実施形態の取得部１５ｂは立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングを検知すると回転角センサ１２で検出されるカウント数（回転角度）を取得する。取得部１５ｂはその取得したカウント数を判断部１５ｃに出力する。

この場合、立ち上がりタイミングの回転角度と立ち下がりタイミングの回転角度の差は、機械角で１５°になることが期待される。そのために本実施形態の判断部１５ｃは位相間隔として機械角１５°を記憶している。判断部１５ｃは算出した回転角度の差が機械角で１５°に等しいか否かを判断する。これにより回転角センサ１２が正常であるか異常であるかが判断される。

例えば図９に示すように、時間ｔ１１において線間電圧が比較閾値を上回った際に回転角センサ１２によって検出される回転角度は機械角で４５°になる。その後に線間電圧が比較閾値を下回る時間ｔ１２において回転角センサ１２で検出される回転角度は機械角で６０°になる。そのためにこの時間ｔ１１と時間ｔ１２それぞれにおいて回転角センサ１２によって検出された回転角度の差は機械角で１５°になる。同様にして、線間電圧が比較閾値を上回る時間ｔ１３と線間電圧が比較閾値を下回る時間ｔ１４それぞれにおいて回転角センサ１２によって検出された回転角度の差は機械角で１５°になる。

以上に示したように本構成によれば、モータ２００が機械角で１５°回転する毎に回転角センサ１２の故障を判断することができる。したがって回転角センサ１２の故障を高頻度で判断することができる。

（第３の変形例）
本実施形態では、取得部１５ｂが比較信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングの両方を順次検知する例を示した。これとは異なり、取得部１５ｂは比較信号の立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングそれぞれを１個飛ばしで検知する構成を採用することもできる。この場合、取得部１５ｂが検知する立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミング間の回転角度は機械角で６０°になることが期待される。そのために判断部１５ｃは位相間隔として機械角６０°を記憶している。

例えば図１０に示すように、時間ｔ１５において線間電圧が比較閾値を上回った際に回転角センサ１２によって検出される回転角度は機械角で９０°になる。その後に線間電圧が比較閾値を一度下回り、再度上回った後に、再度下回る時間ｔ１６において回転角センサ１２で検出される回転角度は機械角で１５０°になる。そのためにこの時間ｔ１５と時間ｔ１６それぞれにおいて回転角センサ１２によって検出された回転角度の差は機械角で６０°になる。

以上、本開示物の好ましい実施形態について説明したが、本開示物は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示物の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（第４の変形例）
各実施形態では誘起電圧検出部１３が線間電圧を出力する例を示した。しかしながら誘起電圧検出部１３は３相のステータコイルのうちの１つの誘起電圧を検出して出力する構成を採用することもできる。

（その他の変形例）
各実施形態ではモータ２００はベルト３１０を介して車両に搭載されたエンジン３００のクランクシャフトと連結されている例を示した。しかしながらモータ２００は動力分配機構を介してクランクシャフトと連結された構成を採用することもできる。

各実施形態ではロータコイル２０３の磁極対数が８である例を示した。しかしながらロータコイル２０３の磁極対数としては上記例に限定されず、例えば４や１６を採用することもできる。

各実施形態では、ロータ２０１がロータコイル２０３を有する例を示した。しかしながらロータ２０１はロータコイル２０３の代わりに永久磁石を備える構成を採用することもできる。

各実施形態では、ロータインバータ５０はフルブリッジ回路を構成している例を示した。しかしながらロータインバータ５０はハーフブリッジ回路を構成してもよい。

各実施形態ではステータインバータ３０とロータインバータ５０を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである例を示した。しかしながらステータインバータ３０とロータインバータ５０を構成するスイッチ素子としては、上記例に限定されずに、例えばＩＧＢＴを採用することもできる。この場合、スイッチ素子に対して還流ダイオードを別途逆並列接続する。

各実施形態ではステータインバータ３０を構成するスイッチ素子に片面冷却システムが採用される例を示した。しかしながらステータインバータ３０を構成するスイッチ素子を冷却するシステムとしては上記例に限定されず、例えば両面冷却システムを採用してもよい。また、流動する冷媒を用いた冷却システムを採用してもよい。

各実施形態ではステータインバータ３０とロータインバータ５０を形成する材料を特に言及していなかった。しかしながらこの形成材料としては、例えばシリコンを採用することができる。また他の形成材料としては、例えばシリコンよりもバンドギャップの広い炭化ケイ素を採用することもできる。

さらに言えば、ロータインバータ５０とステータインバータ３０とでは形成材料が異なってもよい。例えば、ロータインバータ５０を炭化ケイ素で形成し、ステータインバータ３０をシリコンで形成してもよい。

１０…ＩＳＧＥＣＵ、１２…回転角センサ、１３…誘起電圧検出部、１５…故障検出部、１５ａ…比較部、１５ｂ…取得部、１５ｃ…判断部、１６…ドライバ制御部、３０…ステータインバータ、５０…ロータインバータ、１００…モータ制御装置、２００…モータ、２０１…ロータ、２０２…ステータ、２０３…ロータコイル、２０４…ステータコイル、２０５…Ｕ相ステータコイル、２０６…Ｖ相ステータコイル、２０７…Ｗ相ステータコイル、３００…エンジン、４００…バッテリ

Claims (6)

1. 回転電機（２００）の制御装置であって、
   前記回転電機のロータ（２０１）の回転角度を検出する回転角センサ（１２）と、
   前記回転電機のステータ（２０２）の有するステータコイル（２０４〜２０７）の誘起電圧を検出する誘起電圧検出部（１３）と、
   前記回転角センサの検出する前記回転角度と前記誘起電圧検出部の検出する前記誘起電圧それぞれの入力される演算部（１５）と、を有し、
   前記演算部は、前記ステータコイルへの通電を制御するステータインバータ（３０）の停止時に、前記誘起電圧検出部によって検出された前記誘起電圧が所定の比較閾値を上回る際の複数の立ち上がり時間、および、前記比較閾値を下回る際の複数の立ち下がり時間のうちの２つの検出時間それぞれにおいて前記回転角センサによって検出された２つの前記ロータの前記回転角度の差と、２つの前記検出時間の間の前記誘起電圧の位相間隔と、に基づいて前記回転角センサの故障を判断する制御装置。
2. ２つの前記検出時間は、複数の前記立ち上がり時間のうちの２つ、若しくは、複数の前記立ち下がり時間のうちの２つである請求項１に記載の制御装置。
3. ２つの前記検出時間は、複数の前記立ち上がり時間のうちの１つと、複数の前記立ち下がり時間のうちの１つである請求項１に記載の制御装置。
4. 前記回転電機と一体的に連結されている請求項１〜３いずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記演算部は、前記回転角センサが故障していると判断すると、前記ステータインバータの駆動を停止する請求項１〜４いずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記ロータは界磁巻線（２０３）を有し、
   前記演算部は、前記回転角センサが故障していると判断すると、前記界磁巻線への通電を制御するロータインバータ（５０）の駆動を停止する請求項５に記載の制御装置。

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