JP2020043740A - Motor generator control device - Google Patents

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Abstract

To realize smooth winding switching with an inexpensive and simple structure.SOLUTION: There is provided a control device of a motor generator 3. An inverter 32 drives and controls a motor 30 by supplying alternating currents having different phases to three different winding groups 50. A switching mechanism 31 is connected between the motor 30 and the inverter 32. A PCM 5 controls the inverter 32 and the switching mechanism 31 on the basis of a signal input from the PCM 5. The switching mechanism unit 31 switches the connection state of the winding group 50 between the series winding state and the parallel winding state. The switching mechanism 31 includes a relay 70, and at least one of the plurality of contacts is configured by a mechanical contact of the relay 70.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

開示する技術は、ハイブリッド車や電気自動車などに好適で、電動機および発電機のいずれにも利用できる電動発電機の制御装置に関する。   The disclosed technology relates to a control device for a motor generator that is suitable for a hybrid vehicle, an electric vehicle, and the like and can be used for both a motor and a generator.

自動車の駆動源に電動機を用いる場合、トルクおよび回転数の双方において、幅広い駆動力が要求される。例えば、始動時などの低速時には、エンジンの始動や発進に用いるため、高トルクが必要になる。一方、平地や下りでの高速走行時などには、高トルクは必要ないが、高回転が必要になる。また、上述したハイブリッド車等では、一般的に、電動機は、駆動源としてだけでなく、制動時に、運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する発電機としても利用される場合が多い。   When an electric motor is used as a drive source of an automobile, a wide range of driving force is required in both torque and rotation speed. For example, at a low speed such as at the time of starting, a high torque is required because the engine is used for starting and starting the engine. On the other hand, when driving at high speeds on flat ground or downhill, high torque is not required, but high rotation is required. In addition, in the above-described hybrid vehicles and the like, generally, the electric motor is often used not only as a drive source but also as a generator that recovers kinetic energy as electric energy during braking.

このような電動発電機のモータ(通常は永久磁石同期モータ)では、巻線(ステータコイル)の巻き数が多いと、強い磁力を発生できるので、高トルクには有利である。ところが、逆起電力が大きくなるので、高回転には不利となる。一方、巻き数が少ないと、逆起電力が小さくなるので、高回転には有利であるが、出力できるトルクが小さくなる。従って、高トルクには不利となる。すなわち、自動車が要求するような幅広い駆動力は、モータそれ自体で実現するのは難しい。   In such a motor of a motor generator (usually a permanent magnet synchronous motor), if the number of windings (stator coils) is large, a strong magnetic force can be generated, which is advantageous for high torque. However, since the back electromotive force increases, it is disadvantageous for high rotation. On the other hand, if the number of turns is small, the back electromotive force is small, which is advantageous for high rotation, but the output torque is small. Therefore, it is disadvantageous for high torque. That is, it is difficult for the motor itself to realize a wide driving force required by an automobile.

そこで、モータの巻線の接続状態を切り替えることにより、幅広い駆動力を実現する技術が提案されている(例えば、特許文献1、2)。   Therefore, a technique has been proposed in which a wide driving force is realized by switching the connection state of the windings of the motor (for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1には、3相交流モータの巻線の接続状態を、電気的に切り替える巻線切替装置が開示されている。その巻線切替装置には、半導体スイッチ、ダイオード、コンデンサなどで構成された電気回路を有する巻線切替部が備えられている。巻線切替部は、一端がインバータに接続されている各相の巻線の他端と、各相の巻線の中間点と、に接続されている。   Patent Document 1 discloses a winding switching device that electrically switches a connection state of windings of a three-phase AC motor. The winding switching device includes a winding switching unit having an electric circuit including a semiconductor switch, a diode, a capacitor, and the like. The winding switching unit is connected to the other end of each phase winding, one end of which is connected to the inverter, and to an intermediate point of each phase winding.

そして、巻線切替部は、半導体スイッチのオンオフにより、前者が電気的に接続された状態(第1の接続状態)と、後者が電気的に接続された状態(第2の接続状態)とに切り替える。第1の接続状態では、各相の全ての巻線に通電されるので、低速高トルクでの運転に有利となる。第2の接続状態では、各相の半分の巻線に通電されるので、高速低トルクでの運転に有利となる。   When the semiconductor switch is turned on and off, the winding switching unit switches between a state in which the former is electrically connected (first connection state) and a state in which the latter is electrically connected (second connection state). Switch. In the first connection state, current is supplied to all windings of each phase, which is advantageous for low-speed and high-torque operation. In the second connection state, half of each phase winding is energized, which is advantageous for high-speed and low-torque operation.

特許文献2には、3相交流モータの巻線の接続状態を、機械的に切り替える巻線切替装置が開示されている。その巻線切替装置は、インバータおよび3相交流モータと電気的に接続された装置本体と、装置本体にスライド可能な状態で収容された可動体と、可動体をスライドさせる駆動装置とで、大略構成されている。   Patent Document 2 discloses a winding switching device that mechanically switches a connection state of windings of a three-phase AC motor. The winding switching device includes a device main body electrically connected to the inverter and the three-phase AC motor, a movable body slidably accommodated in the device main body, and a driving device for sliding the movable body. It is configured.

可動体の内部には、各相に対応した配線が設けられている。可動体が、駆動装置によってスライドされることにより、各相の巻線の接続状態が、直列状態と並列状態との間で切り替わる。   The wiring corresponding to each phase is provided inside the movable body. When the movable body is slid by the driving device, the connection state of the windings of each phase is switched between a series state and a parallel state.

特開2009−225617号公報JP 2009-225617 A 特開2017−70112号公報JP-A-2017-70112

特許文献1の巻線切替装置のように、高速に有利な接続状態にするために、各相の巻線の中間点で短絡させると、残りの巻線が使用されない。従って、巻線が無駄になるし、効率が低下する。そこで、このような効率の低下や巻線の無駄を無くすために、特許文献1の巻線切替装置も、特許文献2の巻線切替装置のように、残りの巻線も使用し、巻線を並列に接続することが考えられる。   As in the winding switching device of Patent Literature 1, if a short circuit is made at the intermediate point between the windings of each phase in order to establish a connection state that is advantageous at high speed, the remaining windings are not used. Therefore, the winding is wasted and the efficiency is reduced. Therefore, in order to eliminate such a decrease in efficiency and waste of windings, the winding switching device disclosed in Patent Document 1 and the winding switching device disclosed in Patent Document 2 also use the remaining windings. May be connected in parallel.

ところが、巻線切替部でそのような接続状態に切り替えるためには、電気回路が複雑化して、多数の電子部品が必要になる。その結果、巻線切替部が大型化し、部材コストも高額になる。   However, in order to switch to such a connection state by the winding switching unit, an electric circuit becomes complicated and a large number of electronic components are required. As a result, the size of the winding switching unit is increased, and the material cost is increased.

その点、機械的に切り替える特許文献2の巻線切替装置であれば、比較的安価に、各相の巻線を直列状態と並列状態との間で切り替えることができる。   In that regard, the winding switching device of Patent Document 2 that mechanically switches can switch the winding of each phase between the series state and the parallel state at relatively low cost.

しかし、特許文献2の巻線切替装置は、構造が複雑なうえ、スライド方向に各相の切替配線を、間隔を隔てて積層する必要があるため、ある程度の大きさが必要になる。従って、設置場所が制限される。また、特許文献2の巻線切替装置は、巻線の切り替え時に、駆動装置で可動体を精度高くスライドさせ、接点の電気的な接続を安定して確保する必要がある。そのため、応答性や安定性の面でも改良の余地がある。   However, the winding switching device of Patent Literature 2 has a complicated structure, and it is necessary to stack switching wires of each phase in the sliding direction at intervals, so that a certain size is required. Therefore, the installation place is limited. Further, in the winding switching device of Patent Literature 2, it is necessary to slide the movable body with high accuracy by the driving device at the time of switching the winding, and to stably secure the electrical connection of the contacts. Therefore, there is room for improvement in terms of responsiveness and stability.

また、特許文献2の巻線切替装置のように、巻線を機械的に切り替える場合には、構造的な違いから、特許文献1の巻線切替装置のように、電気的に切り替える場合よりも切り替えに時間がかかる。そのため、切り替え時に、モータが出力するトルク(出力トルク)が不連続になり、トルクショックが発生し易い。更に、直列状態と並列状態との間で切り替わると、各状態での出力トルクの差によってもトルクショックが発生する。   Further, when the winding is mechanically switched as in the winding switching device of Patent Literature 2, due to a structural difference, compared to the case of electrically switching as in the winding switching device of Patent Literature 1, Switching takes time. Therefore, at the time of switching, the torque output by the motor (output torque) becomes discontinuous, and a torque shock is likely to occur. Further, when switching between the serial state and the parallel state, a torque shock is also generated due to a difference in output torque in each state.

そこで、開示する技術では、自動車が要求するような幅広い駆動力に対しても、電動発電機が安定して対応できるように、安価かつ簡素な構造で、円滑な巻線の切り替えを実現することを、主たる目的とする。   Therefore, the disclosed technology is to realize smooth switching of windings with an inexpensive and simple structure so that the motor generator can stably respond to a wide range of driving force required by an automobile. Is the main purpose.

開示する技術は、電動発電機の制御装置に関する。   The disclosed technology relates to a control device for a motor generator.

前記制御装置は、複数の異なる巻線群が設けられたモータと、前記モータの運転状態を検知する計測部と、前記巻線群の各々に、位相の異なる交流を供給することによって前記モータを駆動制御するインバータと、前記モータと前記インバータとの間に接続された切替機構部と、前記計測部から入力される信号に基づいて、前記インバータおよび前記切替機構部を制御する制御部と、を備える。   The control device is a motor provided with a plurality of different winding groups, a measuring unit that detects the operating state of the motor, and supplies each of the winding groups to the motor by supplying an alternating current having a different phase. An inverter for drive control, a switching mechanism connected between the motor and the inverter, and a controller for controlling the inverter and the switching mechanism based on a signal input from the measuring unit. Prepare.

前記巻線群の各々は、複数の巻線要素で構成されている。前記切替機構部は、前記モータの運転状態に応じて、前記巻線要素を直列に接続した直列巻線状態と、前記巻線要素を並列に接続した並列巻線状態との間で、開閉することによって前記巻線群の各々の接続状態を切り替える、複数の接点を有している。そして、前記切替機構部がリレーを含み、前記複数の接点の少なくとも1つが前記リレーの機械式接点によって構成されている。   Each of the winding groups is composed of a plurality of winding elements. The switching mechanism opens and closes between a series winding state in which the winding elements are connected in series and a parallel winding state in which the winding elements are connected in parallel according to an operation state of the motor. A plurality of contacts for switching the connection state of each of the winding groups. The switching mechanism includes a relay, and at least one of the plurality of contacts is configured by a mechanical contact of the relay.

この制御装置によれば、モータの巻線群の各々が複数の巻線要素で構成されていて、切替機構部が、モータの運転状態に応じて、巻線要素を直列に接続した直列巻線状態と、巻線要素を並列に接続した並列巻線状態との間で接続状態を切り替える。従って、モータに設けられている巻線を効率的に利用しながら、巻線状態を切り替えることにより、トルクおよび回転数の広い範囲にわたってモータ性能を拡大できる。その結果、自動車が要求するような幅広い駆動力に対しても、電動発電機が安定して対応できる。   According to this control device, each of the winding groups of the motor is configured by a plurality of winding elements, and the switching mechanism unit is configured to connect the winding elements in series according to the operation state of the motor. The connection state is switched between a state and a parallel winding state in which the winding elements are connected in parallel. Therefore, by switching the winding state while efficiently using the winding provided in the motor, the motor performance can be expanded over a wide range of torque and rotation speed. As a result, the motor generator can stably cope with a wide range of driving force required by an automobile.

そして、切替機構部がリレーを含み、開閉することによって巻線状態を切り替える複数の接点の少なくとも1つが、そのリレーの機械式接点によって構成されている。従って、多数の電子部品を用いた複雑な電子回路や、複雑な機械的構造を回避でき、安価かつ簡素な構造で、円滑な巻線の切り替えを実現できる。   The switching mechanism includes a relay, and at least one of the plurality of contacts that switches the winding state by opening and closing is configured by a mechanical contact of the relay. Therefore, a complicated electronic circuit using a large number of electronic components and a complicated mechanical structure can be avoided, and a smooth and easy switching of windings can be realized with an inexpensive and simple structure.

前記制御装置はまた、前記複数の接点は、前記直列巻線状態および前記並列巻線状態のいずれか一方に、前記巻線群の各々を切り替える3つの前記機械式接点からなり、前記リレーが、前記3つの機械式接点を構成する、固定端子および可動端子からなる複数の端子と、前記可動端子を支持する可動部と、前記制御部の制御に従って前記可動部を作動させる1つの作用部と、を有し、前記作用部が前記可動部を作動させることにより、前記3つの機械式接点の開閉状態が同時に切り替わる、としてもよい。   The control device is also configured such that the plurality of contacts include three mechanical contacts that switch each of the winding groups to one of the series winding state and the parallel winding state, and the relay includes: A plurality of terminals comprising a fixed terminal and a movable terminal, constituting the three mechanical contacts, a movable section supporting the movable terminal, and one action section for operating the movable section under the control of the control section; And the open / closed state of the three mechanical contacts may be simultaneously switched by the operating unit operating the movable unit.

そうすれば、作動部を作動させるだけで、3つの機械式接点の開閉状態が同時に切り替わるので、半導体スイッチ等を用いた電気式接点よりも、よりいっそう安価かつ簡素な構造で切替機構部を実現できる。   Then, just by operating the operating part, the open / close state of the three mechanical contacts is switched at the same time, so the switching mechanism is realized with a cheaper and simpler structure than the electric contacts using semiconductor switches etc. it can.

しかも、一つの動作で、各巻線群が直列巻線状態および並列巻線状態のいずれかに切り替わるように構成されているので、直列巻線状態か並列巻線状態のいずれか一方に、確実に切り替えることができる。従って、制御の安定性の面でも優れる。   In addition, since each winding group is configured to be switched to one of a series winding state and a parallel winding state by one operation, it is ensured that one of the series winding state and the parallel winding state is switched to the other. Can switch. Therefore, control stability is also excellent.

前記制御装置はまた、前記制御部が、前記機械式接点が開閉されるタイミングで、当該機械式接点を流れる交流が略ゼロとなるように、前記インバータを制御する、としてもよい。   The control device may be configured such that the control unit controls the inverter such that an alternating current flowing through the mechanical contact becomes substantially zero at a timing when the mechanical contact is opened and closed.

機械式接点を切り替える場合、接点に電流が流れている状態で機械式接点を開閉すると、過電流などにより、機械式接点が損傷するおそれがある。また、機械式接点の場合、瞬時に切り替えることができる電気式接点と異なり、切り替えに時間を要する。   When switching a mechanical contact, if the mechanical contact is opened and closed while a current is flowing through the contact, the mechanical contact may be damaged due to an overcurrent or the like. Also, in the case of a mechanical contact, unlike an electrical contact that can be instantaneously switched, it takes time to switch.

それにより、その間、モータに電力供給は行われないため、モータが出力するトルクはゼロになる(ゼロトルク期間が発生)。その結果、出力トルクが不連続になり、トルクショックが発現するおそれがある。   As a result, no power is supplied to the motor during that time, and the torque output by the motor becomes zero (a zero torque period occurs). As a result, the output torque becomes discontinuous, and a torque shock may occur.

それに対し、機械式接点が開閉されるタイミングで、機械式接点を流れる交流が略ゼロとなるように、インバータを制御するようにすれば、電流が略ゼロであるので、機械式接点を開閉しても、その損傷を回避できる。そして、機械式接点を切り替える時間を確保して、出力トルクが不連続になっても、その影響を抑制できるので、トルクショックも抑制できる。   On the other hand, if the inverter is controlled so that the alternating current flowing through the mechanical contacts becomes substantially zero at the timing when the mechanical contacts are opened and closed, the mechanical contacts are opened and closed because the current is substantially zero. Even so, the damage can be avoided. Then, the time for switching the mechanical contacts is secured, and even if the output torque becomes discontinuous, the effect can be suppressed, so that the torque shock can also be suppressed.

前記制御装置はまた、前記複数の接点は、前記直列巻線状態および前記並列巻線状態のいずれか一方に、前記巻線群の各々を切り替える3つの接点からなり、前記切替機構部が、電気回路で構成された電子切替スイッチを更に含み、前記3つの接点が、前記リレーの機械式接点と、前記電子切替スイッチの電気式接点とによって構成されている、としてもよい。   The control device may further include three contacts that switch each of the winding groups to one of the series winding state and the parallel winding state, and the switching mechanism unit may include an electrical switch. An electronic changeover switch formed of a circuit may be further included, and the three contacts may be constituted by a mechanical contact of the relay and an electric contact of the electronic changeover switch.

この場合も、切替機構部の接点の一部が、リレーの機械式接点によって構成されているので、多数の電子部品を用いた複雑な電子回路や、複雑な機械的構造を回避でき、安価かつ簡素な構造で、円滑な巻線の切り替えを実現できる。   Also in this case, since a part of the contact of the switching mechanism is constituted by the mechanical contact of the relay, a complicated electronic circuit using a large number of electronic components and a complicated mechanical structure can be avoided, and it is inexpensive and With a simple structure, smooth switching of windings can be realized.

しかも、この場合、詳細は後述するが、機械式接点と電気式接点とを所定の配置とすることで、モータの通電中でも、ゼロトルク期間を発生させることなく連続的に、巻線状態を切り替えることが可能になる。また、リレーが損傷した場合でも、モータの駆動を安定して維持できる利点もある。   In addition, in this case, although the details will be described later, by arranging the mechanical contacts and the electrical contacts in a predetermined arrangement, it is possible to continuously switch the winding state without generating a zero torque period even when the motor is energized. Becomes possible. Also, there is an advantage that the driving of the motor can be stably maintained even if the relay is damaged.

前記制御装置はまた、前記制御部が、前記機械式接点が開閉されるタイミングで、前記電子切替スイッチを通じて補正電流を供給することにより、前記機械式接点および前記電子切替スイッチと対応している前記巻線群に流れる交流が補正されるよう、前記切替機構部および前記インバータを制御する、としてもよい。   The control device is also configured such that the control unit, at a timing at which the mechanical contact is opened and closed, supplies a correction current through the electronic changeover switch, so that the control unit corresponds to the mechanical contact and the electronic changeover switch. The switching mechanism and the inverter may be controlled so that the alternating current flowing through the winding group is corrected.

巻線状態の切り替えに伴ってモータのトルク定数が変化する。従って、連続的に切り替えることができても、トルク定数の変化に起因して、トルクショックが発生する。それに対し、この場合、切り替えの過渡時に、電子切替スイッチを通じて巻線群に補正電流を供給することができるので、補正電流によって出力トルクの変動を抑制できる。   The torque constant of the motor changes with the switching of the winding state. Therefore, even if the switching can be performed continuously, a torque shock occurs due to a change in the torque constant. On the other hand, in this case, at the time of switching transition, the correction current can be supplied to the winding group through the electronic changeover switch, so that the fluctuation of the output torque can be suppressed by the correction current.

開示する技術によれば、安価かつ簡素な構造で円滑な巻線の切り替えが実現できるので、電動発電機で、自動車が要求するような幅広い駆動力に対しても安定して対応できるようになる。   According to the disclosed technology, smooth switching of windings can be realized with an inexpensive and simple structure, so that the motor generator can stably cope with a wide range of driving force required by an automobile. .

開示する技術を適用した車両の要部を示す概略図である。It is the schematic which shows the principal part of the vehicle to which the technique disclosed is applied. 制御装置の主な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a main configuration of a control device. モータおよび切替機構部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a motor and a switching mechanism part. ステータの巻線構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the winding structure of a stator. 直列巻線状態を示す概略図である。It is the schematic which shows a series winding state. 並列巻線状態を示す概略図である。It is the schematic which shows a parallel winding state. 直列巻線状態および並列巻線状態の各々の場合でのモータ特性を示す図である。It is a figure which shows the motor characteristic in each case of a series winding state and a parallel winding state. 切替機構部の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a switching mechanism part. 巻線状態の切替制御の一例である。It is an example of switching control of a winding state. モータ通電中の巻線状態の切り替え時(直列巻線状態から並列巻線状態への切り替え)における相電流の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phase current at the time of switching of a winding state (switching from a series winding state to a parallel winding state) during motor energization. 図8に対応した切替制御の一例である。It is an example of the switching control corresponding to FIG. 応用例の制御装置における切替機構部の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the switching mechanism part in the control apparatus of an application example. 応用例の制御装置における、モータ通電中の巻線状態の切替制御(直列巻線状態から並列巻線状態への切り替え)における相電流の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a phase current in a switching control of a winding state (switching from a series winding state to a parallel winding state) during energization of a motor in a control device of an application example. 図11に対応した切替制御の一例である。It is an example of the switching control corresponding to FIG. 応用例の制御装置における、モータ通電中の巻線状態の切替制御(並列巻線状態から直列巻線状態への切り替え)における相電流の一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a phase current in a switching control of a winding state (switching from a parallel winding state to a series winding state) during energization of a motor in a control device of an application example. 図13に対応した切替制御の一例である。14 is an example of switching control corresponding to FIG. 13.

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments of the disclosed technology will be described in detail with reference to the drawings. However, the following description is merely an example in nature, and does not limit the present invention, its application, or its use.

<車載例>
図1に、開示する技術を適用した車両1を示す。例示の車両1は、いわゆるハイブリッド車である。車両1には、エンジン2、電動発電機3、低電圧電源4、PCM5(制御部の一例)などが搭載されている。電動発電機3は、モータ30、切替機構部31、インバータ32などで構成されている。そして、電動発電機3を制御する制御装置は、これら装置30,31,32とともに、PCM5や、後述するセンサ9a〜9dなどを含んで構成されている。
<In-vehicle example>
FIG. 1 shows a vehicle 1 to which the disclosed technology is applied. The example vehicle 1 is a so-called hybrid vehicle. The vehicle 1 includes an engine 2, a motor generator 3, a low-voltage power supply 4, a PCM 5 (an example of a control unit), and the like. The motor generator 3 includes a motor 30, a switching mechanism 31, an inverter 32, and the like. The control device for controlling the motor generator 3 is configured to include the PCM 5 and sensors 9a to 9d to be described later, in addition to the devices 30, 31, and 32.

エンジン2は、燃料を燃焼することによって車両1の動力を発生させる周知の内燃機関である。エンジン2には、燃料タンクや吸排気システムなどが付設されている(これらは公知であるため、図示は省略)。エンジン2のクランクシャフト2aは、クラッチ6を介してモータ30の回転軸30aに直列した状態で連結されている。モータ30の回転軸30aは、トランスミッション7、デファレンシャルギア8等を介して、車両1の駆動輪1aに接続されている。トランスミッション7は、クラッチとしても機能する。   The engine 2 is a known internal combustion engine that generates power for the vehicle 1 by burning fuel. The engine 2 is provided with a fuel tank, an intake / exhaust system, and the like (these are publicly known and are not shown). The crankshaft 2 a of the engine 2 is connected to the rotating shaft 30 a of the motor 30 in series with the clutch 6 via the clutch 6. The rotating shaft 30a of the motor 30 is connected to driving wheels 1a of the vehicle 1 via a transmission 7, a differential gear 8, and the like. The transmission 7 also functions as a clutch.

クラッチ6を連結した状態で、エンジン2を駆動することにより、車両1は、通常の車両と同様に、燃料の燃焼によって走行することができる。また、クラッチ6を切り離した状態で、モータ30を駆動することにより、電動で走行することもできる。更に、クラッチ6を連結した状態で、エンジン2およびモータ30を駆動することにより、車両1は、燃料の燃焼と電動の双方で走行することができる。   By driving the engine 2 in a state where the clutch 6 is connected, the vehicle 1 can run by burning fuel, similarly to a normal vehicle. In addition, by driving the motor 30 in a state where the clutch 6 is disengaged, the vehicle can run electrically. Further, by driving the engine 2 and the motor 30 with the clutch 6 connected, the vehicle 1 can run with both fuel combustion and electric power.

また、車両1の制動時に、例えばクラッチ6を切り離した状態にすることで、駆動輪1aの回転力でモータ30を回転させることができる。それにより、モータ30を発電機として機能させ、運動エネルギーを電気エネルギーとして低電圧電源4に回収することもできる。この車両1は、いわゆるパラレル式のハイブリッド車である。   Further, when the vehicle 1 is braked, for example, by disengaging the clutch 6, the motor 30 can be rotated by the rotational force of the drive wheel 1a. Thereby, the motor 30 can be made to function as a generator, and the kinetic energy can be recovered to the low-voltage power supply 4 as electric energy. The vehicle 1 is a so-called parallel hybrid vehicle.

低電圧電源4は、直流電源である。低電圧電源4の具体例は、例えば、充放電が可能な二次電池であり、48Vの、比較的低い電圧(定格電圧)が用いられている。なお、車両1には、装備されている電装品に電力を供給するため、低電圧電源4とは別に、定格電圧が12Vのバッテリも搭載されている(図示は省略)。   The low voltage power supply 4 is a DC power supply. A specific example of the low-voltage power supply 4 is, for example, a rechargeable secondary battery, and a relatively low voltage (rated voltage) of 48 V is used. In addition, the vehicle 1 is provided with a battery having a rated voltage of 12 V in addition to the low-voltage power supply 4 in order to supply electric power to the mounted electric components (not shown).

低電圧電源4は、インバータ32および切替機構部31を介して、モータ30と電気的に接続(以下、単に接続ともいう)されている。インバータ32は、直流電力を交流電力に変換して出力する装置(公知の装置であるため、その詳細は省略)である。インバータ32は、PCM5から入力される制御信号に基づいて、低電圧電源4から入力される直流電力を、位相が異なる3相の交流電力(いわゆるU相、V相、およびW相の3相)に変換し、モータ30に出力する。インバータ32は、これら3相の交流電力をモータ30に供給することで、モータ30を駆動制御する。   The low-voltage power supply 4 is electrically connected to the motor 30 via an inverter 32 and a switching mechanism 31 (hereinafter, simply referred to as connection). The inverter 32 is a device that converts DC power into AC power and outputs the converted power (it is a known device, so the details are omitted). The inverter 32 converts the DC power input from the low-voltage power supply 4 into three-phase AC power having different phases (so-called U-phase, V-phase, and W-phase) based on a control signal input from the PCM 5. And outputs it to the motor 30. The inverter 32 controls the driving of the motor 30 by supplying the three-phase AC power to the motor 30.

切替機構部31は、モータ30とインバータ32との間に介在するように接続されている。切替機構部31は、機能的には、モータ30とインバータ32との間に介在していればよいが、この実施形態の切替機構部31は、モータ30と一体的に設けられている。モータ30と切替機構部31を一体的に設けることで、後述するように配線が簡略化され、制御装置の構造を簡素にできる利点がある。他方、切替機構部31をモータ30から分離して配置することで、モータ30の発熱の影響を抑制できるので、切替機構部31に要求される耐熱性を軽減できる利点がある。   The switching mechanism 31 is connected so as to be interposed between the motor 30 and the inverter 32. The switching mechanism 31 may be functionally interposed between the motor 30 and the inverter 32, but the switching mechanism 31 of this embodiment is provided integrally with the motor 30. By providing the motor 30 and the switching mechanism 31 integrally, there is an advantage that the wiring can be simplified and the structure of the control device can be simplified as described later. On the other hand, by arranging the switching mechanism section 31 separately from the motor 30, the influence of heat generation of the motor 30 can be suppressed, so that there is an advantage that the heat resistance required for the switching mechanism section 31 can be reduced.

PCM5(パワートレイン制御モジュール)は、例えば、エンジン2やモータ30の駆動を制御するなど、車両1の運転を総合的に制御する装置である。PCM5は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図2に示すように、プログラムを実行するCPU5aと、RAMやROMなどによって構成されていてプログラムおよびデータを格納するメモリ5bと、電気信号の入出力をする入出力バス5c(I/Oバス)と、を備えている。   The PCM 5 (power train control module) is a device that comprehensively controls the operation of the vehicle 1 such as controlling the driving of the engine 2 and the motor 30. The PCM 5 is a controller based on a known microcomputer. As shown in FIG. 2, the PCM 5 includes a CPU 5a that executes a program, a memory 5b that includes a RAM and a ROM and stores programs and data, An input / output bus 5c (I / O bus) for inputting and outputting signals.

PCM5には、エンジン2やモータ30の運転状態を検知する各種のセンサ(計測部の一例)が接続されている。例えば、水温センサ9a(エンジン2に取り付けられかつ、その冷却水の温度を計測するセンサ)、クランク角センサ9b(エンジン2に取り付けられかつ、クランクシャフト2aの回転角を計測するセンサ)、アクセル開度センサ9c(車両1のアクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測するセンサ)、モータセンサ9d(モータ30に取り付けられかつ、回転軸30aの回転角を計測するセンサ)などが接続されている。車両1の運転中は、これらセンサから出力される検出信号が、常時、PCM5に入力されるように構成されている。また、インバータ32には、インバータ32を流れる電流値を計測する電流計が設けられている。電流計から出力される信号も、常時、PCM5に入力される(電流計も計測部の一例)。   Various sensors (an example of a measurement unit) that detect the operation states of the engine 2 and the motor 30 are connected to the PCM 5. For example, a water temperature sensor 9a (a sensor attached to the engine 2 and measuring the temperature of the cooling water), a crank angle sensor 9b (a sensor attached to the engine 2 and measuring a rotation angle of the crankshaft 2a), an accelerator opening A degree sensor 9c (a sensor attached to the accelerator pedal mechanism of the vehicle 1 and measuring an accelerator opening corresponding to the operation amount of the accelerator pedal), a motor sensor 9d (attached to the motor 30 and detects the rotation angle of the rotation shaft 30a). Sensor for measurement) is connected. While the vehicle 1 is operating, the detection signals output from these sensors are always input to the PCM 5. Further, the inverter 32 is provided with an ammeter for measuring a current value flowing through the inverter 32. The signal output from the ammeter is also always input to the PCM 5 (an ammeter is also an example of a measuring unit).

PCM5は、また、エンジン2とともに、インバータ32および切替機構部31と接続されている。PCM5は、上述したセンサ9a〜9dなどから入力される検出信号に基づいて、インバータ32および切替機構部31に制御信号を出力し、これらを制御する。それにより、モータ30は、車両1の運転状態に応じて駆動制御される。   The PCM 5 is connected to the inverter 32 and the switching mechanism 31 together with the engine 2. The PCM 5 outputs control signals to the inverter 32 and the switching mechanism 31 based on the detection signals input from the above-described sensors 9a to 9d and the like to control them. Thereby, the drive of the motor 30 is controlled in accordance with the driving state of the vehicle 1.

(モータ30)
図3Aに、モータ30および切替機構部31を模式的に示す。本実施形態のモータ30は、いわゆる永久磁石同期モータである。モータ30は、ステータ30bおよびロータ30cを有している。ロータ30cは、回転軸30aと一体に設けられている。ロータ30cには、その全周にわたって複数の永久磁石30dが等間隔に配置されている。これら永久磁石30dは、N極とS極とが周方向および径方向の各々に交互に並ぶように配置されており、ロータ30cの磁極を構成している。
(Motor 30)
FIG. 3A schematically shows the motor 30 and the switching mechanism unit 31. The motor 30 of the present embodiment is a so-called permanent magnet synchronous motor. The motor 30 has a stator 30b and a rotor 30c. The rotor 30c is provided integrally with the rotating shaft 30a. A plurality of permanent magnets 30d are arranged at equal intervals over the entire circumference of the rotor 30c. These permanent magnets 30d are arranged so that N poles and S poles are alternately arranged in each of the circumferential direction and the radial direction, and constitute the magnetic poles of the rotor 30c.

ステータ30bは、略円筒状に構成されており、その内周面が、ロータ30cの外周面と僅かな隙間を隔てて対向するように、ロータ30cの周囲に配置されている。ステータ30bは、磁性体からなるステータコア30eと、複数のコイル30fと、を有している。ステータコア30eは、その全周にわたって複数のスロットが等間隔に配置されている。コイル30fは、これらスロットを通じ、所定の順序で被覆電線を巻回することによって構成されている。   The stator 30b is formed in a substantially cylindrical shape, and is arranged around the rotor 30c such that the inner peripheral surface thereof faces the outer peripheral surface of the rotor 30c with a slight gap. The stator 30b has a stator core 30e made of a magnetic material and a plurality of coils 30f. In the stator core 30e, a plurality of slots are arranged at equal intervals over the entire circumference. The coil 30f is configured by winding a covered electric wire in a predetermined order through these slots.

それにより、ステータ30bには、図3Bに示すように、U相群、V相群、およびW相群からなる、3つの異なる巻線群50が設けられている。これら巻線群50は、互いに中性点51で接続されている(いわゆるY結線またはスター結線)。巻線群50の各々は、略同じ巻き数からなる2つの巻線要素(第1巻線要素50aおよび第2巻線要素50b)を有し、これら巻線要素50a,50bを直列に接続して構成されている。各相の巻線群50には、各々の入力端子を通じて、インバータ32から異なる位相で交流が供給される。   Thereby, as shown in FIG. 3B, the stator 30b is provided with three different winding groups 50 including a U-phase group, a V-phase group, and a W-phase group. These winding groups 50 are connected to each other at a neutral point 51 (so-called Y connection or star connection). Each of the winding groups 50 has two winding elements (a first winding element 50a and a second winding element 50b) having substantially the same number of turns, and connects these winding elements 50a and 50b in series. It is configured. Alternating current is supplied to the winding group 50 of each phase from the inverter 32 through each input terminal in a different phase.

(切替機構部31)
切替機構部31は、モータ30からの出力で、車両1の運転に適した幅広い駆動力が得られるように、これら巻線群50の接続状態を切り替える機能を有している。
(Switching mechanism section 31)
The switching mechanism 31 has a function of switching the connection state of the winding groups 50 so that a wide range of driving force suitable for driving the vehicle 1 can be obtained from the output from the motor 30.

具体的には、図4Aおよび図4Bに示すように、切替機構部31は、U相群、V相群、およびW相群の各相の巻線群50別に、3つの接点を構成する第1のスイッチ61および第2のスイッチ62を有している。第1のスイッチ61は、第1巻線要素50aと第2巻線要素50bとの間に配置されている。各相の巻線群50は、第1巻線要素50aを迂回する第1バイパス配線63を有し、第1のスイッチ61は、第1バイパス配線63とも接続可能に構成されている。   Specifically, as shown in FIGS. 4A and 4B, the switching mechanism unit 31 includes three contacts for each of the winding groups 50 of the U-phase group, the V-phase group, and the W-phase group. It has a first switch 61 and a second switch 62. The first switch 61 is arranged between the first winding element 50a and the second winding element 50b. The winding group 50 of each phase has a first bypass wiring 63 that bypasses the first winding element 50a, and the first switch 61 is configured to be connectable to the first bypass wiring 63 as well.

各相の巻線群50はまた、第1のスイッチ61および第2巻線要素50bを迂回するように、第1巻線要素50aと第2のスイッチ62との間の部位と、中性点51との間を接続する第2バイパス配線64を有している。第2のスイッチ62は、この第2バイパス配線64に配置されている。なお、各相の巻線群50の構造は同じである。そのため、これら図では、U相群のみ、具体的な構造を表示し、V相群およびW相群の構造は省略している(以降もU相群を例に説明する)。   The winding group 50 of each phase also includes a portion between the first winding element 50a and the second switch 62 so as to bypass the first switch 61 and the second winding element 50b, and a neutral point. There is a second bypass wiring 64 connecting between the first bypass wiring 51 and the second bypass wiring 51. The second switch 62 is arranged on the second bypass wiring 64. The structure of the winding group 50 of each phase is the same. Therefore, in these figures, only the U-phase group shows a specific structure, and the structures of the V-phase group and the W-phase group are omitted (the U-phase group will be described below as an example).

切替機構部31は、各相の巻線群50にある2つのスイッチ61,62を所定の状態とすることにより、モータ30の運転状態に応じて、図4Aに示すような、2つの巻線要素50a,50bを直列に接続した状態(直列巻線状態)か、図4Bに示すような、2つの巻線要素50a,50bを並列に接続した状態(並列巻線状態)か、のいずれか一方に、U相、V相、およびW相の各巻線群50の接続状態を切り替える。   By setting the two switches 61 and 62 in the winding group 50 of each phase to a predetermined state, the switching mechanism unit 31 switches two windings as shown in FIG. Either a state where the elements 50a and 50b are connected in series (series winding state) or a state where two winding elements 50a and 50b are connected in parallel (parallel winding state) as shown in FIG. 4B. On the other hand, the connection state of each of the U-phase, V-phase, and W-phase winding groups 50 is switched.

図4Aに示すように、各相の巻線群50の接続状態が直列巻線状態になると、供給される交流電力に対して、コイル30fの巻数を実質的に増やしたのと同じ状態になる(インダクタンスが増加)。その結果、これら巻線群50への通電時に発生する磁石との鎖交磁束が増大するので、高トルクが得られる。   As shown in FIG. 4A, when the connection state of the winding groups 50 of each phase is a series winding state, the supplied AC power is in the same state as the number of turns of the coil 30f is substantially increased. (Inductance increases). As a result, the flux linkage between the winding group 50 and the magnet generated when the current is supplied to the winding group 50 increases, so that a high torque can be obtained.

一方、巻数の増大に伴って、電磁誘導により、回転するロータ30cの永久磁石30dとの間で、強い逆起電力が発生する。その結果、回転数の増加に伴って、実質的に供給電圧が低下していくのと同じ状態になるので、駆動可能な回転数が低下する。また、強い逆起電力の発生により、磁束を弱めるための電流が増加するため、エンジン2を駆動した場合でも、回転数が高くなると、高い効率が得られない。   On the other hand, as the number of turns increases, strong back electromotive force is generated between the rotating rotor 30c and the permanent magnet 30d by electromagnetic induction. As a result, the supply voltage substantially decreases as the rotational speed increases, so that the drivable rotational speed decreases. In addition, since the generation of the strong back electromotive force increases the current for weakening the magnetic flux, even when the engine 2 is driven, high efficiency cannot be obtained when the rotation speed becomes high.

一方、図4Bに示すように、各相の巻線群50の接続状態が並列巻線状態になると、供給される交流電力に対して、コイル30fの巻数を実質的に減らしたのと同じ状態になる(インダクタンスが減少)。その結果、これら巻線群50への通電時に発生する磁石との鎖交磁束が減少し、それに伴って逆起電力が抑制されるので、駆動可能な回転数を高めることができ、高回転が可能になる。しかし、磁石との鎖交磁束は減少するので、高トルクが得られない。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the connection state of the winding groups 50 of each phase becomes a parallel winding state, the same state as the case where the number of turns of the coil 30f is substantially reduced with respect to the supplied AC power (Inductance decreases). As a result, the flux linkage between the magnets generated when the current is supplied to the winding group 50 is reduced, and the back electromotive force is suppressed accordingly. Will be possible. However, since the flux linkage with the magnet is reduced, high torque cannot be obtained.

図5に、これら直列巻線状態および並列巻線状態の各々の場合でのモータ特性に対応した、モータ30の運転領域を例示する。実線が、直列巻線状態のモータ特性に対応した運転領域を示している。破線が、並列巻線状態のモータ特性に対応した運転領域を示している。   FIG. 5 illustrates an operation range of the motor 30 corresponding to the motor characteristics in each of the series winding state and the parallel winding state. The solid line indicates the operating region corresponding to the motor characteristics in the series winding state. A broken line indicates an operation region corresponding to the motor characteristics in the parallel winding state.

図5において、縦軸は、モータ出力によるトルクの高低を表し、横軸は、モータ出力による回転数の高低を表している。横軸の上側は、電動機としてのモータ30の運転領域、すなわち力行時の領域であり、横軸の下側は、発電機としてのモータ30の運転領域、すなわち回生時の領域である。   In FIG. 5, the vertical axis represents the level of the torque due to the motor output, and the horizontal axis represents the level of the rotation speed due to the motor output. The upper side of the horizontal axis is the operating region of the motor 30 as the electric motor, that is, the region during power running, and the lower side of the horizontal axis is the operating region of the motor 30 as the generator, that is, the region during regeneration.

直列巻線状態では、低回転で相対的に高いトルクT1(T1’)が出力可能であるが、相対的に低い回転数R1までしか出力できない。対して、並列巻線状態では、相対的に高い回転数R2まで出力可能であるが、低回転でも相対的に低いトルクT2(T2’)までしか出力できない。   In the series winding state, a relatively high torque T1 (T1 ') can be output at a low rotation speed, but can be output only up to a relatively low rotation speed R1. On the other hand, in the parallel winding state, it is possible to output up to a relatively high rotation speed R2, but even at low rotations, it can only output up to a relatively low torque T2 (T2 ').

それに対し、この電動発電機3では、直列巻線状態および並列巻線状態のいずれか一方を選択して利用できるように構成されている。従って、これら双方のモータ特性を発揮させることが可能になり、モータ30の出力により、低回転高トルクから高回転低トルクまで、車両1の運転に適した幅広い駆動力が得られるようになっている。   On the other hand, the motor generator 3 is configured so that either one of the series winding state and the parallel winding state can be selected and used. Therefore, both of these motor characteristics can be exhibited, and the output of the motor 30 can provide a wide range of driving force suitable for driving the vehicle 1 from low rotation high torque to high rotation low torque. I have.

(切替機構部31の具体的構造)
本実施形態の制御装置では、切替機構部31がリレー70(いわゆる継電器)を含み、図4A等に示す、第1のスイッチ61および第2のスイッチ62が、1つのリレー70によって構成されている。リレー70は、互いに分離された第1巻線要素50aと第2巻線要素50bとの間に介在して、これらを接続するように構成されている。なお、巻線群50の構成では、便宜上、入力端子が有る方を上流側、中性点51が有る方を下流側として説明する。
(Specific structure of the switching mechanism 31)
In the control device of the present embodiment, the switching mechanism 31 includes a relay 70 (so-called relay), and the first switch 61 and the second switch 62 shown in FIG. . The relay 70 is configured to be interposed between the first winding element 50a and the second winding element 50b separated from each other and to connect them. In the configuration of the winding group 50, for convenience, the one having an input terminal is described as the upstream side, and the one having the neutral point 51 is described as the downstream side.

図6に、そのリレー70の具体例を示す。リレー70は、電磁石71、揺動板72、フレーム73、コイルバネ74(弾性部材)、第1固定端子75、第2固定端子76、第3固定端子77、第1可動端子78、第2可動端子79などで構成されている。電磁石71は作用部の一例であり、揺動板72、フレーム73、およびコイルバネ74は、可動部の一例である。   FIG. 6 shows a specific example of the relay 70. The relay 70 includes an electromagnet 71, a rocking plate 72, a frame 73, a coil spring 74 (elastic member), a first fixed terminal 75, a second fixed terminal 76, a third fixed terminal 77, a first movable terminal 78, and a second movable terminal. 79 and the like. The electromagnet 71 is an example of an action section, and the swing plate 72, the frame 73, and the coil spring 74 are examples of a movable section.

第1可動端子78、第1固定端子75、および第3固定端子77は、第1のスイッチ61を構成し、第2可動端子79および第2固定端子76は、第2のスイッチ62を構成している。第1可動端子78は、第2巻線要素50bの上流側に接続されている。第1固定端子75は、第1バイパス配線63を介して第1巻線要素50aの上流側に接続されている。   The first movable terminal 78, the first fixed terminal 75, and the third fixed terminal 77 constitute a first switch 61, and the second movable terminal 79 and the second fixed terminal 76 constitute a second switch 62. ing. The first movable terminal 78 is connected to the upstream side of the second winding element 50b. The first fixed terminal 75 is connected to the upstream side of the first winding element 50a via the first bypass wiring 63.

第3固定端子77は、第1巻線要素50aの下流側に接続されている。第2可動端子79は、第2バイパス配線64の一部を介して中性点51に接続されている。第2固定端子76は、第2バイパス配線64の一部を介して第1巻線要素50aの下流側に接続されている。   The third fixed terminal 77 is connected to the downstream side of the first winding element 50a. The second movable terminal 79 is connected to the neutral point 51 via a part of the second bypass wiring 64. The second fixed terminal 76 is connected to the downstream side of the first winding element 50a via a part of the second bypass wiring 64.

揺動板72の主体は、絶縁性の部材からなる。揺動板72の下面(電磁石71の側)には、図示しないが磁性体が取り付けられている。揺動板72の一方の端部(基端部)は、フレーム73に回動可能に支持されている。揺動板72の基端部は、コイルバネ74により、その他方の端部(先端部)が、図6において上向きに回動するように付勢されている。   The main body of the swing plate 72 is made of an insulating member. A magnetic body (not shown) is attached to the lower surface of the oscillating plate 72 (on the side of the electromagnet 71). One end (base end) of the swing plate 72 is rotatably supported by the frame 73. The base end of the swinging plate 72 is urged by a coil spring 74 so that the other end (tip) is rotated upward in FIG.

その揺動板72の先端部の離れた位置に、第1可動端子78および第2可動端子79が取り付けられている。これら第1可動端子78および第2可動端子79と接触して、揺動板72の上向きの回動を阻止するように、第1固定端子75および第2固定端子76が、フレーム73に配置されている。第1固定端子75と第1可動端子78とが互いに接触する接触部位には、第1接点81が設けられている。   A first movable terminal 78 and a second movable terminal 79 are attached to a position away from the tip of the swing plate 72. The first fixed terminal 75 and the second fixed terminal 76 are arranged on the frame 73 so as to be in contact with the first movable terminal 78 and the second movable terminal 79 to prevent the swing plate 72 from rotating upward. ing. A first contact 81 is provided at a contact portion where the first fixed terminal 75 and the first movable terminal 78 contact each other.

第2固定端子76と第2可動端子79とが互いに接触する接触部位には、第2接点82が設けられている。そして、第1固定端子75の下方には、第1固定端子75と対向するように、第3固定端子77が配置されている。   A second contact 82 is provided at a contact portion where the second fixed terminal 76 and the second movable terminal 79 contact each other. The third fixed terminal 77 is arranged below the first fixed terminal 75 so as to face the first fixed terminal 75.

電磁石71は、磁性体と対向するように、揺動板72の下方に配置されている。電磁石71は、PCM5と接続されている。PCM5の制御に基づいて電磁石71が通電されると、電磁石71に磁力が発生する。それにより、コイルバネ74の付勢力に抗して揺動板72は下方に揺動する。その結果、第1可動端子78および第2可動端子79は、第1固定端子75および第2固定端子76から離れ、第1可動端子78は第3固定端子77に接触する。第1可動端子78と第3固定端子77とが互いに接触する接触部位には、第3接点83が設けられている。   The electromagnet 71 is disposed below the rocking plate 72 so as to face the magnetic body. The electromagnet 71 is connected to the PCM 5. When the electromagnet 71 is energized based on the control of the PCM 5, a magnetic force is generated in the electromagnet 71. Thus, the swing plate 72 swings downward against the urging force of the coil spring 74. As a result, the first movable terminal 78 and the second movable terminal 79 are separated from the first fixed terminal 75 and the second fixed terminal 76, and the first movable terminal 78 contacts the third fixed terminal 77. A third contact 83 is provided at a contact portion where the first movable terminal 78 and the third fixed terminal 77 contact each other.

すなわち、電磁石71が通電されることにより、第1〜第3の、3つの機械式接点81,82,83の開閉状態が同時に切り替わる。その結果、図4Bに示す並列巻線状態から、図4Aに示す直列巻線状態に切り替わる。切替機構部31は、無通電状態(いわゆるノーマル状態)では、並列巻線状態となるように設計されている。電磁石71の通電が停止されると、直列巻線状態から並列巻線状態に切り替わる。   That is, when the electromagnet 71 is energized, the open / close states of the first to third mechanical contacts 81, 82, 83 are simultaneously switched. As a result, the state is switched from the parallel winding state shown in FIG. 4B to the series winding state shown in FIG. 4A. The switching mechanism 31 is designed to be in a parallel winding state in a non-energized state (a so-called normal state). When the energization of the electromagnet 71 is stopped, the state is switched from the series winding state to the parallel winding state.

このように、1つの電磁石71への通電の有無により、3つの機械式接点81,82,83の開閉状態が同時に切り替わる、切替専用のリレー70を用いることで、半導体スイッチ等を用いた電気式接点よりも、安価かつ簡素な構造で切替機構部31を実現できる。   As described above, by using the relay 70 exclusively for switching, which switches the open / close state of the three mechanical contacts 81, 82, 83 at the same time depending on the presence or absence of energization of one electromagnet 71, an electric system using a semiconductor switch or the like is used. The switching mechanism 31 can be realized with a simpler and cheaper structure than the contact.

しかも、各巻線群50が直列巻線状態および並列巻線状態のいずれかに切り替わるように構成されているので、直列巻線状態か並列巻線状態のいずれか一方に、確実に切り替えることができ、制御の安定性の面でも優れる。   In addition, since each winding group 50 is configured to switch between the series winding state and the parallel winding state, it is possible to reliably switch between the series winding state and the parallel winding state. Excellent in control stability.

更に、図3Aに示すように、切替機構部31とモータ30との間には、巻線群50ごとに、インバータ32から交流を供給する1つの配線と、第1および第2のスイッチ62を制御する2つの配線とからなる、総計6つの配線が設けられる。それに対し、この制御装置では、上述したように、切替機構部31がモータ30と一体的に設けられている。従って、配線が簡略化され、制御装置の構造が簡素化されている。   Further, as shown in FIG. 3A, one wiring for supplying alternating current from the inverter 32 and the first and second switches 62 are provided between the switching mechanism 31 and the motor 30 for each winding group 50. A total of six wirings are provided, including two wirings to be controlled. On the other hand, in this control device, the switching mechanism 31 is provided integrally with the motor 30 as described above. Therefore, the wiring is simplified, and the structure of the control device is simplified.

(巻線状態の切替制御例)
図7に、PCM5によるモータ30の巻線状態の切替制御の一例を示す。例示の切替制御は、エンジン2の始動時等、車両1が停止した状態から走行を開始する場合を示している。
(Example of switching control of winding state)
FIG. 7 shows an example of switching control of the winding state of the motor 30 by the PCM 5. The illustrated switching control shows a case where the vehicle 1 starts running from a stopped state, such as when the engine 2 is started.

本実施形態の車両1では、モータ30は、主に、エンジン2の始動時、車両1の発進時、および車両1の後退時に駆動される。車両1の発進時や後退時には、エンジン2による駆動をアシストする状態でモータ30が駆動される。エンジン2を使用せず、モータ30単独で車両1の発進や後退を行ってもよい。   In the vehicle 1 according to the present embodiment, the motor 30 is driven mainly when the engine 2 is started, when the vehicle 1 starts, and when the vehicle 1 moves backward. When the vehicle 1 starts or reverses, the motor 30 is driven in a state where the driving by the engine 2 is assisted. Instead of using the engine 2, the motor 1 may start and reverse using the motor 30 alone.

車両1が走行している状態では、通常、エンジン2が駆動される。すなわち、主にエンジン2を駆動源として、車両1は走行する。車両1が走行している状態では、モータ30は、必要に応じてエンジン2の駆動をアシストするか、制動時に発電機として用いられる。   When the vehicle 1 is running, the engine 2 is normally driven. That is, the vehicle 1 runs mainly using the engine 2 as a drive source. When the vehicle 1 is running, the motor 30 assists the driving of the engine 2 as necessary, or is used as a generator during braking.

上述したように、切替機構部31の機械式接点81,82,83は、無通電状態では、並列巻線状態となるように設計されている。並列巻線状態では、高速に有利なモータ30特性を発揮できる。従って、何らかのトラブルによってモータ30への電力供給が遮断されても、エンジン2の駆動によって車両1を円滑に運転することができる。   As described above, the mechanical contacts 81, 82, and 83 of the switching mechanism 31 are designed to be in a parallel winding state when no current is supplied. In the parallel winding state, advantageous motor 30 characteristics can be exhibited at high speed. Therefore, even if the power supply to the motor 30 is interrupted due to some trouble, the vehicle 1 can be driven smoothly by driving the engine 2.

車両1の操作が開始されて電源が投入されると、PCM5には、常時、センサ9a〜9dなどから検出信号が入力される。そして、車両1が停止した状態から走行を開始する際、PCM5は、モータ30の巻線状態の切り替えを制御するために、クランク角センサ9bやアクセル開度センサ9c等の、所定のセンサの情報を読み込む(ステップS1)。   When the operation of the vehicle 1 is started and the power is turned on, a detection signal is constantly input to the PCM 5 from the sensors 9a to 9d. When the vehicle 1 starts running from a stopped state, the PCM 5 controls information of a predetermined sensor such as a crank angle sensor 9b and an accelerator opening sensor 9c to control the switching of the winding state of the motor 30. Is read (step S1).

PCM5は、水温センサ9aから入力される検出信号に基づいて、エンジン冷却水の水温が所定の基準温度T未満か否かを判定する(ステップS2)。すなわち、エンジン2が十分に暖まった状態(暖気状態)であるか否かを判定する。基準温度Tは、任意の設定値であり、予めメモリ5bに設定されている。   The PCM 5 determines whether the temperature of the engine cooling water is lower than a predetermined reference temperature T based on the detection signal input from the water temperature sensor 9a (Step S2). That is, it is determined whether or not the engine 2 is sufficiently warmed (warm-up state). The reference temperature T is an arbitrary set value and is set in the memory 5b in advance.

エンジン冷却水の水温が所定の基準温度T以上である場合(ステップS2でNo)、PCM5は、並列巻線状態を維持し、リターンする。すなわち、PCM5は、各巻線群50を並列巻線状態のままにして、モータ30を駆動し、エンジン2を始動したり、車両1を発進させたり、車両1を後退させたりする。エンジン2が暖気状態であるので、高トルクが得られない並列巻線状態であっても、モータ30でエンジン2を円滑に始動させることができる。   When the temperature of the engine cooling water is equal to or higher than the predetermined reference temperature T (No in step S2), the PCM 5 maintains the parallel winding state and returns. That is, the PCM 5 drives the motor 30 while keeping the winding groups 50 in the parallel winding state to start the engine 2, start the vehicle 1, or retreat the vehicle 1. Since the engine 2 is in a warm state, the motor 30 can start the engine 2 smoothly even in the parallel winding state where high torque cannot be obtained.

エンジン冷却水の水温が所定の基準温度T未満にならない限り、並列巻線状態が維持されるので、切替制御の頻度を抑制することができ、効率的な制御が行える。   As long as the temperature of the engine cooling water does not fall below the predetermined reference temperature T, the state of the parallel winding is maintained, so that the frequency of the switching control can be suppressed and efficient control can be performed.

一方、エンジン冷却水の水温が所定の基準温度T未満である場合(ステップS2でYes)、PCM5は、クランク角センサ9bの検出信号に基づいて、エンジン2が駆動しているか否かを判定する(ステップS3)。エンジン2が駆動している場合には(ステップS3でNo)、並列巻線状態を維持し、リターンする。高トルクが得られなくても、エンジン2と協働して円滑に車両1を発進させたり後退させたりできる。   On the other hand, when the temperature of the engine cooling water is lower than the predetermined reference temperature T (Yes in step S2), the PCM 5 determines whether the engine 2 is driven based on the detection signal of the crank angle sensor 9b. (Step S3). If the engine 2 is being driven (No in step S3), the parallel winding state is maintained and the routine returns. Even if a high torque is not obtained, the vehicle 1 can be smoothly started and retreated in cooperation with the engine 2.

エンジン2が駆動していない場合には(ステップS3でYes)、各巻線群50を直列巻線状態に切り替える(ステップS4)。モータ30は回転していないので、支障なく切り替えることができる。   When the engine 2 is not driven (Yes in step S3), each winding group 50 is switched to a series winding state (step S4). Since the motor 30 is not rotating, switching can be performed without any trouble.

そうして、PCM5は、クラッチ6を連結し、エンジン2をモータ30で始動させる(ステップS5)。モータ30は、高トルクが発生できる直列巻線状態であるので、冷間時のエンジン2であっても、安定してエンジン2を始動させることができる。   Then, the PCM 5 connects the clutch 6 and starts the engine 2 by the motor 30 (step S5). Since the motor 30 is in a series winding state in which a high torque can be generated, even if the engine 2 is cold, the engine 2 can be started stably.

そして、PCM5は、モータセンサ9dの検出信号に基づいて、モータ30の回転数が所定の低回転領域か否かを判定する(ステップS6)。この低回転領域は、モータ30の運転可能な回転領域を二等分した場合の、低回転側の領域としてもよい。また、低回転領域は、モータ30の運転可能な回転領域を三等分した場合の、最も低回転側の領域としてもよい。   Then, the PCM 5 determines whether the rotation speed of the motor 30 is in a predetermined low rotation range based on the detection signal of the motor sensor 9d (Step S6). The low rotation region may be a low rotation region when the rotation region in which the motor 30 can operate is bisected. In addition, the low rotation region may be the region on the lowest rotation side when the rotation region in which the motor 30 can be operated is divided into three equal parts.

そして、モータ30の回転数が所定の低回転領域に達した場合に(ステップS6でYes)、PCM5は、各巻線群50を並列巻線状態に切り替える(ステップS7)。すなわち、エンジン2が始動して、ある程度の回転数に達すれば、直ちに並列巻線状態に切り替える。   Then, when the rotation speed of the motor 30 reaches a predetermined low rotation region (Yes in step S6), the PCM 5 switches each winding group 50 to a parallel winding state (step S7). That is, when the engine 2 starts and reaches a certain number of revolutions, the state is immediately switched to the parallel winding state.

モータ30の巻線状態は、主に、並列巻線状態が用いられ、直列巻線状態は、主にエンジン2の始動などの限られた状態で用いられる。また、モータ30が発電機として使用される場合には、回転数の高低に関係無く、並列巻線状態が用いられる。それにより、巻線状態を切り替える頻度を抑制している。   The winding state of the motor 30 is mainly used in a parallel winding state, and the series winding state is used mainly in a limited state such as starting the engine 2. Further, when the motor 30 is used as a generator, the parallel winding state is used regardless of the rotation speed. Thereby, the frequency of switching the winding state is suppressed.

そして、そのような頻度の少ない巻線状態の切り替えを、低回転領域で行うことにより、次に説明するように、モータ30に電流が流れているときに巻線状態を切り替える場合に発生する、ゼロトルク期間の影響を抑制することができる。   By performing such infrequent switching of the winding state in the low rotation region, as will be described below, it occurs when the winding state is switched when the current is flowing through the motor 30. The effect of the zero torque period can be suppressed.

(モータ通電中の巻線状態の切り替え)
機械式接点を切り替える場合、接点に電流が流れている状態で機械式接点を開閉すると、過電流などにより、機械式接点が損傷するおそれがある。また、機械式接点の場合、瞬時に切り替えることができる電気式接点と異なり、切り替えに時間を要する。
(Switch the winding state while the motor is energized)
When switching a mechanical contact, if the mechanical contact is opened and closed while a current is flowing through the contact, the mechanical contact may be damaged due to an overcurrent or the like. Also, in the case of a mechanical contact, unlike an electrical contact that can be instantaneously switched, it takes time to switch.

それにより、その間、モータ30に電力供給は行われないため、モータ30が出力するトルクはゼロになる。すなわち、ゼロトルク期間が発生する。その結果、出力トルクが不連続になり、車両1の走行に違和感を与えるトルクショックが発現するおそれがある。   As a result, no power is supplied to the motor 30 during that time, and the torque output by the motor 30 becomes zero. That is, a zero torque period occurs. As a result, the output torque becomes discontinuous, and there is a possibility that a torque shock giving an uncomfortable feeling to the running of the vehicle 1 may occur.

そこで、この制御装置では、そのような不具合が抑制できるように、モータ30への通電中に巻線状態を切り替える場合の制御が工夫されている。具体的には、機械式接点81,82,83が開閉されるタイミングで、機械式接点81,82,83を流れる交流が略ゼロとなるように、PCM5がインバータ32を制御する。すなわち、各相の巻線群50を流れる相電流がゼロクロスとなるタイミングで、その巻線群50の機械式接点81,82,83を切り替える。   Therefore, in this control device, control for switching the winding state during energization of the motor 30 is devised so that such a problem can be suppressed. Specifically, at the timing when the mechanical contacts 81, 82, 83 are opened and closed, the PCM 5 controls the inverter 32 so that the AC flowing through the mechanical contacts 81, 82, 83 becomes substantially zero. That is, the mechanical contacts 81, 82, 83 of the winding group 50 are switched at the timing when the phase current flowing through the winding group 50 of each phase becomes zero cross.

図8に、モータ通電中の巻線状態の切り替え時(直列巻線状態から並列巻線状態への切り替え)における相電流の一例を示す。また、図9に、その切替制御の一例を示す。相電流は交流であるため、巻線群50を流れる電流がゼロになる、ゼロクロスとなるタイミングが周期的に発生する。なお、ここでは直列巻線状態から並列巻線状態への切り替えを例示しているが、その逆である並列巻線状態から直列巻線状態への切り替えも、これと同様の方法で切り替えることができる。   FIG. 8 shows an example of the phase current when the winding state is switched while the motor is energized (switching from the series winding state to the parallel winding state). FIG. 9 shows an example of the switching control. Since the phase current is an alternating current, the timing at which the current flowing through the winding group 50 becomes zero or zero crossing occurs periodically. Here, the switching from the series winding state to the parallel winding state is illustrated, but the reverse of the switching from the parallel winding state to the series winding state can be switched in the same manner. it can.

PCM5は、モータ30の回転数が所定の低回転領域に達して、巻線状態の切替要求があった場合(ステップS10でYes)には、インバータ32の電流計から入力される検出信号に基づいて、切替対象となる巻線群50を流れる相電流がゼロクロスとなるタイミングを判定する(ステップS11)。   When the number of rotations of the motor 30 reaches a predetermined low rotation region and there is a request to switch the winding state (Yes in step S10), the PCM 5 is configured based on the detection signal input from the ammeter of the inverter 32. Then, the timing at which the phase current flowing through the winding group 50 to be switched becomes zero crossing is determined (step S11).

そうして、PCM5は、切替対象となる巻線群50を流れる相電流が略ゼロとなる、ゼロクロスまたはその近傍のタイミングで、インバータ32を制御し、電流を所定期間(例えば、数ms)、ゼロに維持する(ステップS12)。そうすることで、図8に示すt0の期間(無通電期間)を確保する。   Then, the PCM 5 controls the inverter 32 at a timing at or near zero crossing where the phase current flowing through the winding group 50 to be switched becomes substantially zero, and reduces the current for a predetermined period (for example, several ms). It is maintained at zero (step S12). By doing so, the period t0 (non-energized period) shown in FIG. 8 is secured.

PCM5は、無通電期間中に、切替機構部31を制御して機械式接点81,82,83を開閉し、巻線状態を切り替える(ステップS13)。ゼロクロス又はその近傍のタイミングであれば、巻線群50を流れる電流は略ゼロであるので、電流を円滑にゼロにできる。電流が略ゼロであるので、機械式接点81,82,83を切り替える時間を確保して、出力トルクが不連続になっても、その影響を抑制できる。   The PCM 5 controls the switching mechanism 31 to open and close the mechanical contacts 81, 82, and 83 to switch the winding state during the non-energization period (step S13). If the timing is at or near zero crossing, the current flowing through the winding group 50 is substantially zero, so that the current can be smoothly reduced to zero. Since the current is substantially zero, the time for switching the mechanical contacts 81, 82, 83 is secured, and even if the output torque becomes discontinuous, the effect can be suppressed.

更に、直列巻線状態と並列巻線状態とでは、トルク定数が異なる。そのため、図8に仮想線で示すように、直列巻線状態と同じ電流値で並列巻線状態に切り替えると、出力トルクに差が生じる。すなわち、トルクショックが発生するおそれがある。   Furthermore, the torque constant differs between the series winding state and the parallel winding state. Therefore, as shown by the phantom line in FIG. 8, when switching to the parallel winding state with the same current value as the series winding state, a difference occurs in the output torque. That is, a torque shock may occur.

そこで、PCM5は、無通電期間中に、トルク定数の差に合わせて、インバータ32を制御し、図8に実線で示すように、相電流の大きさを調整する(ステップS14)。その結果、出力トルクは、切り替えの前後で略一定となり、トルク定数の差に起因するトルクショックを抑制できる。   Therefore, the PCM 5 controls the inverter 32 according to the difference between the torque constants during the non-energization period, and adjusts the magnitude of the phase current as shown by the solid line in FIG. 8 (step S14). As a result, the output torque becomes substantially constant before and after the switching, and the torque shock caused by the difference in the torque constant can be suppressed.

回転数が高いと、相対的にゼロトルク期間が大きくなるため、トルクショックの影響を受け易い。それに対し、この制御装置では、上述したように、回転数が低い状態で切り替えられるので、トルクショックの影響を抑制できる。   When the rotational speed is high, the zero torque period becomes relatively long, and thus the rotational speed is easily affected by torque shock. On the other hand, in this control device, as described above, switching is performed in a state where the number of rotations is low, so that the influence of torque shock can be suppressed.

(応用例)
上述した実施形態では、切替専用のリレー70を用いることにより、切替機構部31の接点81,82,83を全て機械式接点で構成した制御装置を例示した。この応用例では、リレー70と共に、電気回路で構成された電子切替スイッチ100を用い、切替機構部31の接点を機械式接点と電気式接点とで併用した制御装置を例示する。なお、この応用例でも、上述した実施形態と同じ車両1などに適用するものとして説明する。従って、同じ構成や部材の説明は省略し、異なる内容について具体的に説明する。
(Application example)
In the above-described embodiment, the control device in which the contacts 81, 82, and 83 of the switching mechanism unit 31 are all configured by mechanical contacts by using the relay 70 dedicated to switching has been exemplified. In this application example, an electronic changeover switch 100 formed of an electric circuit is used together with the relay 70, and a control device in which the contacts of the changeover mechanism 31 are used in combination with mechanical contacts and electric contacts is exemplified. Note that this application example will be described as being applied to the same vehicle 1 as the above-described embodiment. Therefore, description of the same configuration and members will be omitted, and different contents will be specifically described.

図10に、図6に対応した、この制御装置の切替機構部31の具体例を示す。上述したように、切替機構部31は、U相群、V相群、およびW相群の各相の巻線群50別に、第1のスイッチ61および第2のスイッチ62を有している。この切替機構部31では、第1のスイッチ61がリレー70’で構成され、第2のスイッチ62が、電子切替スイッチ100で構成されている。   FIG. 10 shows a specific example of the switching mechanism unit 31 of the control device corresponding to FIG. As described above, the switching mechanism unit 31 includes the first switch 61 and the second switch 62 for each of the winding groups 50 of the U-phase group, the V-phase group, and the W-phase group. In the switching mechanism 31, the first switch 61 is configured by a relay 70 ', and the second switch 62 is configured by an electronic changeover switch 100.

電子切替スイッチ100は、ダイオードブリッジ、半導体スイッチ、ダイオードなどが配置された電気回路で構成されている。電子切替スイッチ100は、公知の構造であるため、その具体的な説明は省略する。   The electronic changeover switch 100 is configured by an electric circuit in which a diode bridge, a semiconductor switch, a diode, and the like are arranged. Since the electronic changeover switch 100 has a known structure, a specific description thereof is omitted.

このリレー70’は、上述した実施形態のリレー70とは基本的構造は同じであるが、第2可動端子79および第2固定端子76が無い点で、上述した実施形態のリレー70と異なる。すなわち、この制御装置では、第1接点81および第3接点83が機械式接点で構成され、第2接点82が電気式接点で構成されている。   The relay 70 ′ has the same basic structure as the relay 70 of the above-described embodiment, but differs from the relay 70 of the above-described embodiment in that the relay 70 ′ does not include the second movable terminal 79 and the second fixed terminal 76. That is, in this control device, the first contact 81 and the third contact 83 are constituted by mechanical contacts, and the second contact 82 is constituted by electric contacts.

この切替機構部31によれば、簡素な構造の機械式リレー70’と、従来の電子切替スイッチ100とで構成できるので、電子切替スイッチ100を用いても、構造の複雑化を回避できる。そして、安価かつコンパクトに実現できる。   According to the switching mechanism 31, since the mechanical relay 70 'having a simple structure and the conventional electronic changeover switch 100 can be configured, even if the electronic changeover switch 100 is used, the structure can be prevented from becoming complicated. And it can be realized inexpensively and compactly.

更に、このような構造の切替機構部31によれば、モータ30の通電中でも、ゼロトルク期間を発生させることなく連続的に、巻線状態の切り替えが可能になる。そして、この制御装置では、その巻線状態の切り替え時のトルクショックが抑制できるように工夫されている。   Furthermore, according to the switching mechanism unit 31 having such a structure, the winding state can be switched continuously without generating a zero torque period even when the motor 30 is energized. The control device is devised so as to suppress torque shock at the time of switching the winding state.

具体的には、PCM5は、機械式接点が開閉されるタイミングで、電子切替スイッチ100を通じて補正電流を供給する。そうすることにより、切替対象の巻線群50に流れる交流が補正されるよう、切替機構部31およびインバータ32を制御する。   Specifically, the PCM 5 supplies a correction current through the electronic changeover switch 100 at a timing when the mechanical contact is opened and closed. By doing so, the switching mechanism 31 and the inverter 32 are controlled so that the alternating current flowing through the winding group 50 to be switched is corrected.

PCM5は、直列巻線状態から並列巻線状態へ切り替える時には、ゼロクロスとなるタイミングに限らず、任意のタイミングで、トルクを連続して出力しながら巻線状態を切り替える。PCM5は、並列巻線状態から直列巻線状態への切り替え時は、ゼロクロスとなるタイミングで、トルクを連続して出力しながら巻線状態を切り替える。   When switching from the series winding state to the parallel winding state, the PCM 5 switches the winding state while continuously outputting torque at any timing, not only at the timing of zero crossing. When switching from the parallel winding state to the series winding state, the PCM 5 switches the winding state while continuously outputting torque at the timing of zero crossing.

(直列巻線状態から並列巻線状態への切り替え)
図11に、モータ通電中の巻線状態の切替制御(直列巻線状態から並列巻線状態への切り替え)における相電流の一例を示す。また、図12に、その切替制御の一例を示す。
(Switch from series winding state to parallel winding state)
FIG. 11 shows an example of the phase current in the switching control of the winding state during the energization of the motor (switching from the series winding state to the parallel winding state). FIG. 12 shows an example of the switching control.

PCM5は、モータ30の回転数が所定の低回転領域に達して、巻線状態の切替要求があった場合には(ステップS20でYes)、切替機構部31を制御し、電子切替スイッチ100のスイッチをオンにする(ステップS21)。このタイミングは、ゼロクロスとなるタイミングに限らない任意のタイミングである。図11では、ポイントP1で電子切替スイッチ100のスイッチがオンになる。   When the number of rotations of the motor 30 reaches a predetermined low rotation region and there is a request to switch the winding state (Yes in step S20), the PCM 5 controls the switching mechanism unit 31 to The switch is turned on (step S21). This timing is an arbitrary timing that is not limited to the timing of the zero cross. In FIG. 11, the switch of the electronic changeover switch 100 is turned on at a point P1.

それにより、図11に破線で示す左側の模式図のように、第2のスイッチ62が開状態から閉状態になり、第2巻線要素50bが第2バイパス配線64と並列に接続された状態となる。それに伴い、トルク定数が変化するので、PCM5は、その分を補正する補正電流を加えた状態で、相電流が並列巻線状態の電流値に切り替わるように、インバータ32を制御する。   Thereby, as shown in the schematic diagram on the left side shown by the broken line in FIG. 11, the second switch 62 changes from the open state to the closed state, and the second winding element 50b is connected in parallel with the second bypass wiring 64. Becomes Since the torque constant changes accordingly, the PCM 5 controls the inverter 32 so that the phase current switches to the current value in the parallel winding state with the correction current for correcting the change being added.

このとき、切替対象の巻線群50は、電子切替スイッチ100を介して中性点51と接続されているので、切替対象の巻線群50に相電流および補正電流を供給することができる。トルクを出力しながら切り替えても、相電流および補正電流により、出力トルクの変動を抑制できる。   At this time, since the winding group 50 to be switched is connected to the neutral point 51 via the electronic changeover switch 100, a phase current and a correction current can be supplied to the winding group 50 to be switched. Even if the switching is performed while outputting the torque, the fluctuation of the output torque can be suppressed by the phase current and the correction current.

PCM5は、電子切替スイッチ100のスイッチをオンにするのと同時か僅かに遅れて、切替機構部31を制御し、リレー70’の機械式接点81,83の切り替えを開始する(ステップS23)。第2巻線要素50bを流れる電流量は小さくなっているので、過電流の発生を回避でき、機械式接点81,83の損傷を抑制しながら切り替えることができる。   The PCM 5 controls the switching mechanism 31 at the same time or slightly after turning on the electronic changeover switch 100, and starts switching the mechanical contacts 81 and 83 of the relay 70 '(step S23). Since the amount of current flowing through the second winding element 50b is small, occurrence of overcurrent can be avoided, and switching can be performed while suppressing damage to the mechanical contacts 81 and 83.

そうして、機械式接点81,83が切り替わる所定の切替期間t1を過ぎると、図11に破線で示す右側の模式図のように、第1接点81から第3接点83に切り替わり、機械式接点81,83の切り替えが終了する。図11ではポイントP2で第3接点83が閉になる。   Then, after a predetermined switching period t1 at which the mechanical contacts 81 and 83 are switched, the first contact 81 is switched to the third contact 83 as shown in a schematic diagram on the right side indicated by a broken line in FIG. The switching between 81 and 83 ends. In FIG. 11, the third contact 83 is closed at the point P2.

PCM5は、機械式接点81,83の切り替えが終了すると(ステップS24でYes)、それと同時のタイミングでインバータ32を制御し、補正電流の供給を停止する(ステップS25)。それにより、モータ30は、トルクを連続的に出力しながら、機械式接点のみの場合よりも高速で、直列巻線状態から並列巻線状態へと移行する。   When the switching of the mechanical contacts 81 and 83 is completed (Yes in step S24), the PCM 5 controls the inverter 32 at the same time as that, and stops the supply of the correction current (step S25). As a result, the motor 30 transitions from the series winding state to the parallel winding state at a higher speed than when only the mechanical contacts are used, while continuously outputting torque.

(並列巻線状態から直列巻線状態への切り替え)
図13に、モータ通電中の巻線状態の切替制御(並列巻線状態から直列巻線状態への切り替え)における相電流の一例を示す。また、図14に、その切替制御の一例を示す。
(Switch from parallel winding state to series winding state)
FIG. 13 shows an example of the phase current in the switching control of the winding state during the energization of the motor (switching from the parallel winding state to the series winding state). FIG. 14 shows an example of the switching control.

PCM5は、モータ30の回転数が所定の低回転領域に達して、巻線状態の切替要求があった場合には(ステップS30でYes)、インバータ32の電流計から入力される信号に基づいて、切替対象となる巻線群50を流れる相電流がゼロクロスとなるタイミングを判定する(ステップS31)。   When the rotation speed of the motor 30 reaches a predetermined low rotation region and there is a request to switch the winding state (Yes in step S30), the PCM 5 is configured to output a signal based on a signal input from the ammeter of the inverter 32. Then, the timing at which the phase current flowing through the winding group 50 to be switched becomes zero crossing is determined (step S31).

そうして、PCM5は、切替対象となる巻線群50を流れる相電流が略ゼロとなる、ゼロクロスまたはその近傍のタイミングで、切替機構部31を制御し、機械式接点81,83の切り替えを開始する(ステップS32)。図13では、ポイントP3で機械式接点81,83の切り替えが開始される。   Then, the PCM 5 controls the switching mechanism 31 at the timing of or near zero crossing where the phase current flowing through the winding group 50 to be switched becomes substantially zero, and switches the mechanical contacts 81 and 83. Start (step S32). In FIG. 13, switching of the mechanical contacts 81 and 83 is started at a point P3.

それにより、図13に破線で示す左側の模式図のように、第1接点81が開状態になり、第1巻線要素50aが第2バイパス配線64と直列に接続された状態となる。それに伴い、トルク定数が変化するので、PCM5は、その分を補正する補正電流を加え、出力トルクの変動が抑制されるように、インバータ32を制御する(ステップS33)。   As a result, as shown in the schematic diagram on the left side shown by the broken line in FIG. 13, the first contact 81 is opened, and the first winding element 50a is connected in series with the second bypass wiring 64. Since the torque constant changes accordingly, the PCM 5 adds a correction current for correcting the change, and controls the inverter 32 so that the fluctuation of the output torque is suppressed (step S33).

そうして、機械式接点81,83が切り替わる所定の切替期間t2を過ぎると、図13に破線で示す右側の模式図のように、機械式接点81,83の切り替えが終了し、第3接点83が閉になる(図13ではポイントP4のタイミング)。すなわち、第2巻線要素50bが第2バイパス配線64と並列に接続された状態となる。   Then, after a predetermined switching period t2 in which the mechanical contacts 81 and 83 are switched, the switching of the mechanical contacts 81 and 83 is completed as shown in the schematic diagram on the right side shown by the broken line in FIG. 83 is closed (the timing of point P4 in FIG. 13). That is, the second winding element 50b is connected in parallel with the second bypass wiring 64.

PCM5は、機械式接点81,83の切り替えが終了すると(ステップS34でYes)、それと同時のタイミングで、切替機構部31を制御し、図13に破線で示す右側の模式図の状態から、第2のスイッチ62をオフにする(ステップS35)。第2のスイッチ62は電子切替スイッチ100なので、瞬時にオフできる。   When the switching of the mechanical contacts 81 and 83 is completed (Yes in step S34), the PCM 5 controls the switching mechanism 31 at the same time as that, and changes the state from the state of the schematic diagram on the right side indicated by the broken line in FIG. The second switch 62 is turned off (step S35). Since the second switch 62 is the electronic changeover switch 100, it can be turned off instantaneously.

それと同時に、インバータ32を制御し、相電流の値を直列巻線状態に変更する(ステップS36)。それにより、モータ30は、トルクを連続的に出力しながら、機械式接点のみの場合よりも高速で、並列巻線状態から直列巻線状態巻線状態へと移行する。   At the same time, the inverter 32 is controlled to change the value of the phase current to the series winding state (step S36). As a result, the motor 30 transitions from the parallel winding state to the series winding state winding state at a higher speed than when only the mechanical contacts are used, while continuously outputting torque.

この応用例の制御装置の場合、リレー70’が損傷した場合でも、車両1の安定した走行が維持できる利点もある。例えば、第3接点83が固着した場合には、電子切替スイッチ100をオンオフすることで、直列巻線状態と、高回転に有利な巻線状態(減数巻線状態)とに簡易的に切り替えることができる。ただし、減数巻線状態では、第2巻線要素50bは第2バイパス配線64で短絡されるため、第1巻線要素50aのみが使用される。   In the case of the control device of this application example, there is also an advantage that stable running of the vehicle 1 can be maintained even when the relay 70 'is damaged. For example, when the third contact point 83 is stuck, the electronic changeover switch 100 is turned on and off to easily switch between a series winding state and a winding state advantageous for high rotation (decreasing winding state). Can be. However, in the reduced winding state, since the second winding element 50b is short-circuited by the second bypass wiring 64, only the first winding element 50a is used.

また、第1接点81が固着した場合、あるいは、第1接点81および第3接点83のいずれにも接触しない状態になった場合には、電子切替スイッチ100をオンの状態に保持することで、並列巻線状態に維持できる。並列巻線状態は、高速に有利なモータ特性を発揮できる。従って、エンジン2の駆動により、車両1を円滑に運転することができる。   In addition, when the first contact 81 is fixed, or when the first contact 81 and the third contact 83 do not come into contact with each other, the electronic changeover switch 100 is held in an on state, It can be maintained in a parallel winding state. In the parallel winding state, motor characteristics advantageous at high speed can be exhibited. Therefore, the vehicle 1 can be operated smoothly by driving the engine 2.

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、開示する技術が適用できるのは、HEVに限らない。開示する技術は、駆動源としてモータのみを搭載する電気自動車にも好適である。モータの構造も一例である。   In addition, the disclosed technology is not limited to the above-described embodiment, but includes various other configurations. For example, the technology to be disclosed is not limited to HEV. The disclosed technology is also suitable for an electric vehicle equipped with only a motor as a drive source. The structure of the motor is also an example.

1 車両
2 エンジン
3 電動発電機
4 低電圧電源
5 PCM(制御部の一例)
30 モータ
31 切替機構部
32 インバータ
50 巻線群
70 リレー
81 第1接点
82 第2接点
83 第3接点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 2 Engine 3 Motor generator 4 Low voltage power supply 5 PCM (an example of a control unit)
Reference Signs List 30 motor 31 switching mechanism 32 inverter 50 winding group 70 relay 81 first contact 82 second contact 83 third contact

Claims (5)

電動発電機の制御装置であって、
複数の異なる巻線群が設けられたモータと、
前記モータの運転状態を検知する計測部と、
前記巻線群の各々に、位相の異なる交流を供給することによって前記モータを駆動制御するインバータと、
前記モータと前記インバータとの間に接続された切替機構部と、
前記計測部から入力される信号に基づいて、前記インバータおよび前記切替機構部を制御する制御部と、
を備え、
前記巻線群の各々は、複数の巻線要素で構成され、
前記切替機構部は、前記モータの運転状態に応じて、前記巻線要素を直列に接続した直列巻線状態と、前記巻線要素を並列に接続した並列巻線状態との間で、開閉することによって前記巻線群の各々の接続状態を切り替える、複数の接点を有し、
前記切替機構部がリレーを含み、前記複数の接点の少なくとも1つが前記リレーの機械式接点によって構成されている、電動発電機の制御装置。
A control device for the motor generator,
A motor provided with a plurality of different winding groups,
A measuring unit for detecting an operating state of the motor;
An inverter that drives and controls the motor by supplying alternating current having a different phase to each of the winding groups;
A switching mechanism connected between the motor and the inverter;
A control unit that controls the inverter and the switching mechanism based on a signal input from the measurement unit;
With
Each of the winding groups is composed of a plurality of winding elements,
The switching mechanism opens and closes between a series winding state in which the winding elements are connected in series and a parallel winding state in which the winding elements are connected in parallel according to an operation state of the motor. By switching the connection state of each of the winding group by having a plurality of contacts,
The control device for a motor generator, wherein the switching mechanism unit includes a relay, and at least one of the plurality of contacts is configured by a mechanical contact of the relay.
請求項1に記載の電動発電機の制御装置において、
前記複数の接点は、前記直列巻線状態および前記並列巻線状態のいずれか一方に、前記巻線群の各々を切り替える3つの前記機械式接点からなり、
前記リレーが、
前記3つの機械式接点を構成する、固定端子および可動端子からなる複数の端子と、
前記可動端子を支持する可動部と、
前記制御部の制御に従って前記可動部を作動させる1つの作用部と、
を有し、
前記作用部が前記可動部を作動させることにより、前記3つの機械式接点の開閉状態が同時に切り替わる、電動発電機の制御装置。
The control device for a motor generator according to claim 1,
The plurality of contacts comprises three mechanical contacts that switch each of the winding groups to one of the series winding state and the parallel winding state,
Said relay,
A plurality of terminals comprising a fixed terminal and a movable terminal constituting the three mechanical contacts;
A movable part supporting the movable terminal,
One action unit that operates the movable unit according to the control of the control unit;
Has,
A control device for a motor generator, wherein the opening and closing states of the three mechanical contacts are simultaneously switched by the action section operating the movable section.
請求項1又は2に記載の電動発電機の制御装置において、
前記制御部が、前記機械式接点が開閉されるタイミングで、当該機械式接点を流れる交流が略ゼロとなるように、前記インバータを制御する、電動発電機の制御装置。
The control device for a motor generator according to claim 1 or 2,
A control device for a motor generator, wherein the control unit controls the inverter such that an alternating current flowing through the mechanical contact becomes substantially zero at a timing when the mechanical contact is opened and closed.
請求項1に記載の電動発電機の制御装置において、
前記複数の接点は、前記直列巻線状態および前記並列巻線状態のいずれか一方に、前記巻線群の各々を切り替える3つの接点からなり、
前記切替機構部が、電気回路で構成された電子切替スイッチを更に含み、
前記3つの接点が、前記リレーの機械式接点と、前記電子切替スイッチの電気式接点とによって構成されている、電動発電機の制御装置。
The control device for a motor generator according to claim 1,
The plurality of contacts includes three contacts that switch each of the winding groups to one of the series winding state and the parallel winding state,
The switching mechanism further includes an electronic changeover switch formed of an electric circuit,
The control device for a motor generator, wherein the three contacts include a mechanical contact of the relay and an electric contact of the electronic changeover switch.
請求項4に記載の電動発電機の制御装置において、
前記制御部が、前記機械式接点が開閉されるタイミングで、前記電子切替スイッチを通じて補正電流を供給することにより、前記機械式接点および前記電子切替スイッチと対応している前記巻線群に流れる交流が補正されるよう、前記切替機構部および前記インバータを制御する、電動発電機の制御装置。
The control device for a motor generator according to claim 4,
The control unit supplies a correction current through the electronic changeover switch at a timing when the mechanical contact is opened and closed, so that an alternating current flowing through the winding group corresponding to the mechanical contact and the electronic changeover switch is provided. A control device for the motor generator, which controls the switching mechanism and the inverter such that the correction is made.
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