JP2021019436A - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異常発生時においても回生動作が可能となるモータ制御装置を提供する。【解決手段】駆動回路を制御する制御部と、駆動回路の異常を検出する検出部と、を備え、検出部により異常が検出された場合、制御部は、検出部により異常が検出されていない正常な相のみで回生動作が実現されるように駆動回路を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータを制御するモータ制御装置およびモータ制御方法に関する。

ロータに永久磁石を使用しないスイッチド・リラクタンス・モータ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このモータでは、ステータに設けられたコイルに通電することにより磁界を発生させ、この磁界による吸引力を利用して回転力を得ている。永久磁石を使用しないシンプルな構成とすることができるため、堅牢で高温や高速回転に対するロバスト性が高いモータを得ることができる。

特開２０１８−６８０５５号公報

スイッチド・リラクタンス・モータにおいても、他のモータと同様、発電機としての動作、すなわち回生動作を行うことができる。しかし、永久磁石を用いていないため、ステータに設けられたコイルへの通電がなくなれば、ロータの磁界が消滅する。このため、ロータが回転しても発電できず、回生動作ができなくなる。例えば、複数相のうちの１つの相に異常が発生した場合に、すべての相についてコイルへの通電を停止すると、回生動作が不可能となる。

本発明は、異常発生時においても回生動作が可能となるモータ制御装置を提供することを目的とする。

１つの側面では、
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの突極に取り付けられるコイルと、
突極を有し、前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、
前記コイルに接続され、力行用回路と回生用回路とを含み、前記コイルを複数相独立駆動する駆動回路と、
を備えるモータ、を制御するモータ制御装置であって、
前記駆動回路を制御する制御部と、
前記駆動回路の異常を検出する検出部と、
を備え、
前記異常検出部により異常が検出された場合、前記制御部は、前記異常検出部により異常が検出されていない正常な相のみで回生動作が実現されるように前記駆動回路を制御する、モータ制御装置を提供する。

本発明によれば、異常発生時においても回生動作が可能となる。

３相のスイッチド・リラクタンス・モータおよびスイッチド・リラクタンス・モータを制御するモータ制御装置の構成を示す図である。 駆動回路の異常を検出するための構成例を示す図である。 駆動信号生成部の構成を示す図である。 スイッチド・リラクタンス・モータの駆動原理を模式的に示す図である。 スイッチド・リラクタンス・モータの駆動原理を模式的に示す図である。 電気角θと、力行領域および回生領域との関係を示す図である。 励磁区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。 還流区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。 回生区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。 還流区間におけるｕ相の駆動回路の状態を示す図である。 モータの力行動作における低速回転時または低トルク発生時の動作を示す図である。 モータの力行動作における高速回転時または高トルク発生時の動作を示す図である。 モータの回生動作における低速回転時または低トルク発生時の動作を示す図である。 モータの回生動作における高速回転時または高トルク発生時の動作を示す図である。 異常モード時のモータの回生動作における低速回転時または低トルク発生時のｕ相の通電パターンを示す図である。 異常モード時のモータの回生動作における高速回転時または高トルク発生時のｕ相の通電パターンを示す図である。 異常モード時のモータの力行動作における低速回転時または低トルク発生時のｕ相の通電パターンを示す図である。 異常モード時のモータの力行動作における高速回転時または高トルク発生時のｕ相の通電パターンを示す図である。 力行動作時におけるトルクを比較した図である。 クランクと同軸にモータのモータユニットを設ける場合を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、３相のスイッチド・リラクタンス・モータおよびスイッチド・リラクタンス・モータを制御するモータ制御装置の構成を示す図、図２は、駆動回路の異常を検出するための構成例を示す図、図３は、駆動信号生成部の構成を示す図、図４Ａおよび図４Ｂは、スイッチド・リラクタンス・モータの駆動原理を模式的に示す図である。

図１に示すように、スイッチド・リラクタンス・モータＭ（以下、「モータＭ」と称する。）は、モータユニット１０と、モータユニット１０を駆動する駆動回路２０と、を備える。

モータユニット１０は、突極１１Ａ（図１、図４Ａ）を有するステータコア１１と、突極１２Ａ（図１、図４Ａ）を有するロータ１２と、ステータコア１１の突極１１Ａに取り付けられた各相（ｕ相、ｖ相およびｗ相）のコイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗと、を備える。図１に示すように、コイル１３ｕは互いに向かい合う２つの突極１１Ａにそれぞれ取り付けられ、２つのコイル１３ｕは互いに直列に接続される。同様に、コイル１３ｖは互いに向かい合う２つの突極１１Ａにそれぞれ取り付けられ、２つのコイル１３ｖは互いに直列に接続される。コイル１３ｗは互いに向かい合う２つの突極１１Ａにそれぞれ取り付けられ、２つのコイル１３ｗは互いに直列に接続される。

互いに直列に接続された各コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに電流を流すと、各コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに対応する突極１１Ａには、ロータ１２の中心軸に対して回転対象の磁場が形成される。

ロータ１２の回転角は、レゾルバ等の角度検出センサ１５によって検出される。

駆動回路２０は、各相（ｕ相、ｖ相およびｗ相）の駆動回路２０ｕ、２０ｖ、２０ｗを備える。駆動回路２０ｕはコイル１３ｕを、駆動回路２０ｖはコイル１３ｖを、駆動回路２０ｗはコイル１３ｗを、それぞれ独立駆動する。後述するように、各駆動回路２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、力行用回路と回生用回路とを含んでいる。

駆動回路２０ｕは、直列接続されたコイル１３ｕの一端に接続される高電位側スイッチング素子２１ｕおよび低電位側スイッチング素子２２ｕと、直列接続されたコイル１３ｕの他端に接続される高電位側スイッチング素子２３ｕおよび低電位側スイッチング素子２４ｕと、を備える。

本実施例では、各スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕとしてｎ型ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた例を示しているが、任意の素子を用いることができる。駆動回路２０ｖ、２０ｗを構成する後述のスイッチング素子も同様である。

駆動回路２０ｖは、直列接続されたコイル１３ｖの一端に接続される高電位側スイッチング素子２１ｖおよび低電位側スイッチング素子２２ｖと、直列接続されたコイル１３ｖの他端に接続される高電位側スイッチング素子２３ｖおよび低電位側スイッチング素子２４ｖと、を備える。

駆動回路２０ｗは、直列接続されたコイル１３ｗの一端に接続される高電位側スイッチング素子２１ｗおよび低電位側スイッチング素子２２ｗと、直列接続されたコイル１３ｗの他端に接続される高電位側スイッチング素子２３ｗおよび低電位側スイッチング素子２４ｗと、を備える。

図１に示すように、高電位側スイッチング素子２１ｕ、２１ｖ、２１ｗおよび高電位側スイッチング素子２３ｕ、２３ｖ、２３ｗのドレインは、電源２５の正極に、低電位側スイッチング素子２２ｕ、２２ｖ、２２ｗおよび低電位側スイッチング素子２４ｕ、２４ｖ、２４ｗのソースは、電源２５の負極に、それぞれ接続される。

また、電源２５にはコンデンサ２６が並列に接続されている。

各相のコイル１３ｕ、コイル１３ｖ、コイル１３ｖに流れる電流の値は、電流検出センサ２８により検出される。

図２に示すように、駆動回路２０には、各スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕ、２１ｖ〜２４ｖ、２１ｗ〜２４ｗの短絡モードの故障を検出する異常検出回路２７が設けられている。なお、図２では、スイッチング素子２１ｕの故障を検出する異常検出回路２７を示している。

異常検出回路２７は、スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕ、２１ｖ〜２４ｖ、２１ｗ〜２４ｗごとに設けられ、それらのゲート電位、ドレイン電位、およびソース電位を監視する。異常検出回路２７は、ゲート−ソース間の電位が、スイッチング素子がオンすべき値であるにもかかわらず、ドレイン−ソース間の電位がゼロである場合、またはゼロに固着している場合に、異常検出信号を出力する。

なお、異常検出回路２７は、スイッチング素子の短絡モードでの故障を検出しているが、故障のモードはこれに限定されない。例えば、スイッチング素子がオープンモードで故障した場合に、異常検出信号を出力するような回路を設けてもよい。

図１に示すように、モータＭを制御するモータ制御装置１は、異常検出回路２７からの異常検出信号を受ける異常検出部２と、異常検出部２からの信号に応じて、モータＭの動作モードを選択するモード選択部３と、トルク指令値に応じた電流指令値を生成する電流指令値生成部４と、電流指令値生成部４により生成された電流指令値に従う駆動信号を出力する駆動信号生成部５（制御部の一例）と、モータ制御装置１の動作に必要なデータを格納する記憶部６と、を備える。

なお、トルク指令値は、モータＭが生み出すべきトルク値をリアルタイムで規定する値であり、モータ制御装置１は、モータＭのトルク値がトルク指令値に追従するように、モータＭ（駆動回路２０）を制御する。電流指令値とトルク指令値との対応は、例えば記憶部６に格納されたマップにより規定することができ、電流指令値生成部４はこのマップを参照して電流指令値を求めることができる。

図３に示すように、駆動信号生成部５は、フィードバック制御部５１と、通電パターン制御部５２と、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）出力部５３と、を備える。

フィードバック制御部５１は、電流指令値生成部４から与えられた電流指令値と、電流検出センサ２８により検出された電流検出値とに基づいて、電流検出値が電流指令値に追従するように、駆動信号のデューティー値をフィードバック制御する。

通電パターン制御部５２は、モータ制御装置１に与えられるトルク指令値と、角度検出センサ１５によって検出されるロータ１２の回転角（および／またはロータ１２の角速度）と、モード選択部３から与えられる選択モードとに基づいて、記憶部６に記憶された通電パターンの中から適切な通電パターンを選択する。通電パターンは、後述する通電区間および回生区間などを規定する情報である。なお、通電パターンに、駆動信号に関する他の情報を含めることもできる。

ＰＷＭ出力部５３は、通電パターン制御部５２から与えられた通電パターンおよびフィードバック制御部５１から与えられたデューティー値に従った駆動信号を出力する。この駆動信号は、各スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕ、２１ｖ〜２４ｖ、２１ｗ〜２４ｗのゲートに与えられる信号であり、デューティー値は、各スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕ、２１ｖ〜２４ｖ、２１ｗ〜２４ｗをオンさせる時間的な比率を規定する。なお、公知のように、各スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕ、２１ｖ〜２４ｖ、２１ｗ〜２４ｗをオンさせるタイミングは、電源２５の短絡が回避できるように制御される。

次に、駆動回路２０が正常な場合、すなわち、異常検出回路２７により異常が検出されておらず、モード選択部３により正常モードが選択されている場合におけるモータ制御装置１の動作について説明する。

モータＭは、正のトルク（回転方向と同じ方向のトルク）を発生させる力行動作と、負のトルク（回転方向と逆の方向のトルク）を発生させる回生動作とを行う。

図４Ａに示すように、モータＭが力行動作を行うとき、例えば、状態Ａにおいて、ステータコア１１の突極１１Ａに取り付けられたコイル１３ｕに電流を供給すると、突極１１Ａおよびロータ１２の突極１２Ａが磁化され、突極１１Ａと突極１２Ａとの間に磁気吸引力が発生し、ロータ１２に正のトルクが与えられる。

ロータ１２が回転を続け、突極１１Ａと突極１２Ａが正対する状態Ｂに至ると、磁気吸引力が正のトルクに寄与しなくなる。しかし、このとき、次相のコイル１３ｖが取り付けられたステータコア１１の突極１１Ａと、ロータ１２の突極１２Ａとの位置関係は、状態Ａのような関係となる。したがって、所定のタイミングでコイル１３ｕから次相のコイル１３ｖに電流を転流させることにより、正のトルクが維持される。

このように、状態Ａのようにロータ１２の突極１２Ａがステータコア１１の突極１１Ａに近づいてくるタイミングで、対応する相のコイルに電流を流し、状態Ｂのように突極１１Ａと突極１２Ａが正対する近傍で、その電流を切る動作を繰り返すことにより、正のトルクを継続的に発生させることができる。

一方、図４Ｂに示すように、モータＭが回生動作を行うとき、状態Ｃからロータ１２の突極１２Ａがステータコア１１の突極１１Ａに近づき、突極１１Ａと突極１２Ａが正対する状態Ｄに至る直前から短時間だけコイル１３ｕに電流を供給し、ロータ１２の突極１２Ａを磁化する。その後、突極１１Ａと突極１２Ａが状態Ｅのように正対位置からずれた位置関係にある間、残留磁界とロータ１２の回転に伴う磁束の変化によりコイル１３ｕに起電力が発生し、発電電流が流れる。またこのとき、突極１１Ａと突極１２Ａとの間に磁気吸引力が発生し、ロータ１２に負のトルクが与えられる。

図５は、電気角θと、力行領域および回生領域との関係を示す図である。図５のグラフの縦軸に示すコイル１３ｕのインダクタンスは、ロータ１２の突極１２Ａとステータコア１１との磁気的な結合の度合いに対応する。コイル１３ｕのインダクタンスが最も高くなるθ＝θ０の状態は、ロータ１２の突極１２Ａとステータコア１１の突極１１Ａとが正対する状態（図４Ａの状態Ｂ、図４Ｂの状態Ｄ）に相当する。

図５に示すように、ロータ１２の回転に従ってコイル１３ｕのインダクタンスが増加する領域に力行領域が、ロータ１２の回転に従ってコイル１３ｕのインダクタンスが減少する領域に力行領域が、それぞれ位置付けられる。力行領域および回生領域は電気角について、約１２０°ずつ確保され、基本的には力行領域においてコイル１３ｕに通電することによりロータ１２に正のトルクが与えられ、回生領域においてコイル１３ｕに流れる電流によりロータ１２に負のトルクが与えられる。

なお、本実施例では、コイル１３ｕへ通電している間、すなわちコイル１３ｕへの通電区間では、電流検出センサ２８により検出された電流検出値が電流指令値に追従するようにフィードバック制御を行なっているが、ロータ１２の回転角（ロータ回転角）に応じて、制御方法を切り換えてもよい。例えば、ロータ回転角が所定の範囲にある間は、各スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕの状態をオン／オフに固定してもよい。

コイル１３ｕへの通電区間は、要求されるモータの特性等に応じて設定でき、例えば、力行動作に対して図５に示す通電区間１００を、回生動作に対して図５に示す通電区間２００を、それぞれ設定することができる。この場合、通電区間１００は、その開始角が、力行領域の開始角に先行する角度幅に相当する進角Δθ１と、通電区間１００の長さに相当する通電角θ１とにより規定される。同様に、通電区間２００は、その開始角が、回生領域の開始角に先行する角度幅に相当する進角Δθ２と、通電区間２００の長さに相当する通電角θ２とにより規定される。

コイル１３ｕへ通電する通電区間、すなわち、進角Δθ１、通電角θ１、進角Δθ２および通電角θ２は、トルク指令値やロータの回転速度（角速度）などに応じて変化する変数としてもよい。

コイル１３ｖ、１３ｗについても、コイル１３ｕと同様に通電区間が規定される。

図６〜図９は、ｕ相の駆動回路２０ｕ（スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕ）の状態を示す図である。力行動作および回生動作における通電区間では、駆動回路２０ｕは、図６〜図９に示すいずれかの状態をとる。なお、以下の説明では、ｕ相について述べるが、ｖ相、ｗ相についても同様の動作が行われる。

図６は、電源２５またはコンデンサ２６からコイル１３ｕへ電流が供給される励磁区間を示している。

励磁区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンしており、他のスイッチング素子２２ｕ、２３ｕがオフしている。励磁区間では、コイル１３ｕへ電流によりステータコア１１の突極１１Ａが励磁される。

図７は、コイル１３ｕが電源２５の正極から切り離され、コイル１３ｕの電流が閉回路を還流する還流区間を示している。

この還流区間では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンしており、他のスイッチング素子２１ｕ、２３ｕがオフしている。なお、閉回路をスイッチング素子２２ｕの寄生ダイオードＢＤ（図２）を用いて形成することもできる。

図８は、コイル１３ｕから電源２５またはコンデンサ２６へ電流が供給される回生区間を示している。

回生区間では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンしており、他のスイッチング素子２１ｕ、２４ｕがオフしている。なお、電流の流れる回路をスイッチング素子２２ｕ、２３ｕの寄生ダイオードＢＤを用いて形成することもできる。

図９は、コイル１３ｕが電源２５の負極から切り離され、コイル１３ｕの電流が閉回路を還流する還流区間を示している。

この還流区間では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンしており、他のスイッチング素子２２ｕ、２４ｕがオフしている。なお、閉回路をスイッチング素子２３ｕの寄生ダイオードＢＤを用いて形成することもできる。

次に、ｕ相の力行動作における動作について説明する。

図１０は、モータＭの力行動作における低速回転時または低トルク発生時の動作を示す図である。図１０に示すように、コイル１３ｕへの通電区間は、励磁区間Ｔ１と電流維持区間Ｔ２とからなる。

図１０に示すように、励磁区間Ｔ１では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンし、電流指令値Ｉｔに向かってコイル１３ｕの電流Ｉｕが増加する。励磁区間Ｔ１では、図６に示す状態が維持され、電流Ｉｕが電流指令値Ｉｔに到達する時点の前後から電流維持区間Ｔ２に移行する。

電流維持区間Ｔ２では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする状態（図６に示す励磁区間）と、スイッチング素子２１ｕに代えてスイッチング素子２２ｕがオンする状態（図７に示す還流区間）とが繰り返される。すなわち、電流Ｉｕの値が電流指令値Ｉｔに追従するように、フィードバック制御部５１により、スイッチング素子２１ｕおよびスイッチング素子２２ｕのデューティー値が制御された状態となる。

回生区間Ｔ３では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図８に示す状態）が維持される。回生区間Ｔ３が終了すると、スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕがオフする。

図１１は、モータＭの力行動作における高速回転時または高トルク発生時の動作を示す図である。図１１に示すように、コイル１３ｕへの通電区間は、励磁区間Ｔ１と一致する。

図１１の例では、通電区間が終了するまでに、電流Ｉｕが電流指令値Ｉｔに到達しないため、通電区間が終了するまで励磁区間Ｔ１が継続する。すなわち、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンし（図６に示す状態）、電流指令値Ｉｔに向かってコイル１３ｕの電流Ｉｕが増加するが、電流Ｉｕの値が電流指令値Ｉｔに到達する前に回生区間Ｔ３に移行する。

回生区間Ｔ３では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図８に示す状態）が維持される。回生区間Ｔ３が終了すると、スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕがオフする。

次に、ｕ相の回生動作における動作について説明する。

図１２は、モータＭの回生動作における低速回転時または低トルク発生時の動作を示す図である。図１２に示すように、コイル１３ｕへの通電区間は、励磁区間Ｔ１１と電流維持区間Ｔ１２とからなる。

図１２に示すように、励磁区間Ｔ１１では、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンし、電流指令値Ｉｔに向かってコイル１３ｕの電流Ｉｕが増加する。励磁区間Ｔ１１では、図６に示す状態が維持され、電流Ｉｕが電流指令値Ｉｔに到達する時点の前後から電流維持区間Ｔ１２に移行する。

電流維持区間Ｔ１２では、スイッチング素子２３ｕがオン、スイッチング素子２４ｕがオフし、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２２ｕが交互にオンする。この状態は、図８に示す回生区間と、図９に示す還流区間とが繰り返される状態である。すなわち、電流Ｉｕの値が電流指令値Ｉｔに追従するように、フィードバック制御部５１により、スイッチング素子２１ｕおよびスイッチング素子２２ｕのデューティー値が制御された状態となる。

回生区間Ｔ１３では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図８に示す状態）が維持される。回生区間Ｔ１３が終了すると、スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕがオフする。

図１３は、モータＭの回生動作における高速回転時または高トルク発生時の動作を示す図である。図１３に示すように、コイル１３ｕへの通電区間は、励磁区間Ｔ１１と一致する。

図１３の例では、通電区間が終了するまでに、電流Ｉｕが電流指令値Ｉｔに到達しないため、通電区間が終了するまで励磁区間Ｔ１１が継続する。すなわち、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンし（図６に示す状態）、電流指令値Ｉｔに向かってコイル１３ｕの電流Ｉｕが増加するが、電流Ｉｕの値が電流指令値Ｉｔに到達する前に回生区間Ｔ１３に移行する。

回生区間Ｔ１３では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図８に示す状態）が維持される。回生区間Ｔ１３が終了すると、スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕがオフする。

次に、スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕ、２１ｖ〜２４ｖ、２１ｗ〜２４ｗのいずれかに短絡モードの故障が発生した場合のモータ制御装置１の動作について説明する。例えば、ｖ相のスイッチング素子２１ｖ〜２４ｖのいずれかに短絡モードの故障が発生すると、異常検出回路２７から異常検出信号が異常検出部２に向けて出力され、異常検出部２においてｖ相の異常が検出される。

異常検出部２からモード選択部３にｖ相の異常が通知されると、モード選択部３は、ｕ相およびｗ相のみでモータＭの制御を行なう異常モードを選択する。選択された異常モードは、駆動信号生成部５の通電パターン制御部５２（図３）に与えられる。

異常モードが選択されている場合、通電パターン制御部５２は、対応する異常モードに対応付けられた通電パターンを記憶部６から取得する。上記のように、通電パターンは、通電区間および回生区間（図５、図１０〜図１３）などを規定する情報である。

ｖ相に異常がある異常モードでは、ｖ相の通電パターンとして、コイル１３ｖが常時、オープンとなる通電パターンが選択される。すなわち、通電パターン制御部５２は、ｖ相のスイッチング素子２１ｖ〜２４ｖに対して、常時、オフに対応する駆動信号が与えられるような通電パターンをＰＷＭ出力部５３に与える。したがって、ｖ相のコイル１３ｖは、電源２５から切り離された状態が維持され、ｖ相のコイル１３ｖには電流が流れない。

一方、ｖ相に異常がある異常モードでは、異常が検出されていないｕ相およびｗ相の通電パターンとして、正常モードと同様の、または正常モードとは相違した通電パターンが用意され、記憶部６に格納されている。したがって、通電パターン制御部５２は、ｖ相に異常がある異常モードに対応するｕ相およびｗ相の通電パターンを記憶部６から取得し、この通電パターンに従った駆動信号を、駆動回路２０ｕ、２０ｗ（スイッチング素子２１ｕ〜２４ｕ、２１ｗ〜２４ｗ）に向けて出力する。

図１４〜図１７は、ｖ相に異常がある異常モードに対応するｕ相の通電パターンを例示する図である。なお、ｗ相の通電パターンをｕ相の通電パターンと同様としてもよく、また、ｕ相の通電パターンと相違する通電パターンとしてもよい。

図１４は、異常モード時のモータＭの回生動作における低速回転時または低トルク発生時のｕ相の通電パターンを示している。この通電パターンは、正常モードにおける図１２に示す通電パターンに対応している。

図１４に示す通電パターンでは、図１２に示す通電パターンに対して、通電区間が延長されており、回生区間Ｔ１３以外の区間は、すべて通電区間が占めている。すなわち、図１４では、回生区間Ｔ１３が終了すると、直後に励磁区間Ｔ１１に移行し、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする。このため、回生区間Ｔ１３が終了しても電流Ｉｕはゼロとならず、励磁区間Ｔ１１においても僅かな値の電流Ｉｕが維持される。

電流Ｉｕの値は、回生領域（図５）に近づくと増加し、電流Ｉｕが電流指令値Ｉｔに到達する時点の前後から電流維持区間Ｔ１２に移行する。

以降は、正常モードと同様、電流維持区間Ｔ１２において電流Ｉｕの値が電流指令値Ｉｔに追従するようにフィードバック制御され、その後、回生区間Ｔ１３に移行する。回生区間Ｔ１３では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図８に示す状態）が維持される。

図１５は、モータＭの回生動作における高速回転時または高トルク発生時のｕ相の通電パターンを示している。この通電パターンは、正常モードにおける図１３に示す通電パターンに対応している。

図１５に示す通電パターンでは、図１３に示す通電パターンに対して、通電区間が延長されており、回生区間Ｔ１３以外の区間は、すべて通電区間が占めている。すなわち、図１５では、回生区間Ｔ１３が終了すると、直後に励磁区間Ｔ１１に移行し、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする。このため、回生区間Ｔ１３が終了しても電流Ｉｕはゼロとならず、励磁区間Ｔ１１においても僅かな値の電流Ｉｕが維持される。

電流Ｉｕの値は、回生領域（図５）に近づくと増加するが、電流Ｉｕの値が電流指令値Ｉｔに到達する前に回生区間Ｔ１３に移行する。回生区間Ｔ１３では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図８に示す状態）が維持される。

図１４および図１５では、回生動作時の通電パターンを示したが、力行動作時においても、同様に、励磁区間Ｔ１を延長することができる。

図１６は、モータＭの力行動作における低速回転時または低トルク発生時のｕ相の通電パターンを示している。この通電パターンは、正常モードにおける図１０に示す通電パターンに対応している。

図１６に示す通電パターンでは、図１０に示す通電パターンに対して、通電区間が延長されており、回生区間Ｔ３以外の区間は、すべて通電区間が占めている。すなわち、図１４では、回生区間Ｔ３が終了すると、直後に励磁区間Ｔ１に移行し、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする。このため、回生区間Ｔ３が終了しても電流Ｉｕはゼロとならず、励磁区間Ｔ１においても僅かな値の電流Ｉｕが維持される。

電流Ｉｕの値は、力行領域（図５）に近づくと増加し、電流Ｉｕが電流指令値Ｉｔに到達する時点の前後から電流維持区間Ｔ２に移行する。

以降は、正常モードと同様、電流維持区間Ｔ２において電流Ｉｕの値が電流指令値Ｉｔに追従するようにスイッチング素子２１ｕおよびスイッチング素子２２ｕのデューティー値がフィードバック制御され、その後、回生区間Ｔ３に移行する。回生区間Ｔ３では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図８に示す状態）が維持される。

図１７は、モータＭの力行動作における高速回転時または高トルク発生時のｕ相の通電パターンを示している。この通電パターンは、正常モードにおける図１１に示す通電パターンに対応している。

図１７に示す通電パターンでは、図１１に示す通電パターンに対して、通電区間が延長されており、回生区間Ｔ３以外の区間は、すべて通電区間が占めている。すなわち、図１７では、回生区間Ｔ３が終了すると、直後に励磁区間Ｔ１に移行し、スイッチング素子２１ｕと、スイッチング素子２４ｕがオンする。このため、回生区間Ｔ３が終了しても電流Ｉｕはゼロとならず、励磁区間Ｔ１においても僅かな値の電流Ｉｕが維持される。

電流Ｉｕの値は、力行領域（図５）に近づくと増加するが、電流Ｉｕの値が電流指令値Ｉｔに到達する前に回生区間Ｔ３に移行する。回生区間Ｔ３では、スイッチング素子２２ｕと、スイッチング素子２３ｕがオンする状態（図８に示す状態）が維持される。

なお、ｖ相ではなく、他の相において異常が検出された場合も、同様に、異常が検出されていない相のみによるモータＭの制御が行われる。例えば、ｕ相において異常が検出された場合には、ｖ相およびｗ相のみにより、ｗ相において異常が検出された場合には、ｕ相およびｖ相のみにより、それぞれモータＭが制御される。なお、２つの相に異常が検出された場合、残りの１相のみでモータＭを制御してもよい。

このように、所定の相において異常が検出された場合に、異常が検出されていない正常な相によりモータＭを制御することにより、トルク指令値に応じたある程度のトルク値を確保することができる。とくに、永久磁石を用いないスイッチド・リラクタンス・モータでは、すべての相でコイルへの通電を停止すると、回生動作による負のトルクが全く得られなくなるという特性を示す。これに対し、異常が検出されていない正常な相によりモータＭを制御することにより、回生動作が可能となり、負のトルクも得られるという利点がある。

異常モードにおいて、正常な相のコイルへの通電パターンは任意に設定できる。例えば、正常モード時と同じ通電パターンで正常な相のモータのみに通電することができる。

また、図１４〜図１７に示したように、異常モードにおいて、正常な相のモータへの通電区間を正常モードの場合よりも長くすることにより、よりトルク（トルクの絶対値）の低減率を抑制することができる。

図１８は、力行動作時におけるトルクを比較した図であり、縦軸はトルク値を、横軸はロータ１２の回転角θを示す。点線は正常モード時に通電した場合を示し、実線は図１６〜図１７に示したように通電期間を延長した場合を示す。

図１８に示すように、ｕ相に異常が検出された場合、いずれの場合も、ｖ相およびｗ相のコイルのみへの通電によってある程度のトルク値が得られる。しかし、通電期間を延長した場合（実線）には、より大きなトルク値を得ることができる。なお、異常モード時にモータＭで発生するトルク値は、実線のｖ相およびｗ相のトルク値を加算した値となる。

回生動作時においても、異常モード時のトルク値の絶対値は、通電期間を延長することにより増加させることができる。

駆動回路２０により駆動されるモータＭの用途は限定されないが、内燃機関を始動させるためのスタータジェネレータの動力として使用することができる。この場合、公知のように、回生動作時にはモータＭは所定の負のトルクを発生させる、または電源２５、コンデンサ２６を充電する発電機として機能する。

図１９は、クランク６０と同軸にモータＭのモータユニット１０を設ける場合を示す図である。図１９に示すように、クランク６０がモータユニット１０のロータ１２に取り付けられ、ロータ１２と同軸で回転する。なお、ギアなどの伝達機構を介して、ロータ１２の回転をクランク６０に、あるいはクランク６０の回転をロータ１２に伝達してもよい。この場合、両者の回転比を伝達機構により任意に設定することができる。

モータＭをスタータジェネレータの動力として使用し、モータＭをモータ制御装置１を用いて駆動すれば、駆動回路２０に異常が発生した場合であっても、正常な相による駆動を継続することにより、ある程度のトルクをクランク６０に与えることが可能となる。とくに、正常な相を用いた駆動によりモータＭの回生動作が可能となるため、駆動回路２０に異常が発生した場合であっても、クランク６０に負のトルクを与えることができる。

なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。

［付記１］
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの突極に取り付けられるコイルと、
突極を有し、前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、
前記コイルに接続され、力行用回路と回生用回路とを含み、前記コイルを複数相独立駆動する駆動回路と、
を備えるモータ、を制御するモータ制御装置であって、
前記駆動回路を制御する制御部と、
前記駆動回路の異常を検出する異常検出部と、
を備え、
前記異常検出部により異常が検出された場合、前記制御部は、前記異常検出部により異常が検出されていない正常な相のみで回生動作が実現されるように前記駆動回路を制御する、モータ制御装置。

付記１の構成によれば、検出部により異常が検出された場合、異常が検出されていない正常な相のみで回生動作を行なうので、異常が発生した場合であっても、負のトルクを得ることができる。また、発電機能を確保することができる。モータの相数は任意であり、３相に限定されない。また、異常が検出される駆動回路は１相に限定されない。２相以上の駆動回路で異常が検出された場合には、他の正常な相の駆動回路を用いてコイルを駆動することができる。

［付記２］
請求項１のモータ制御装置において、
前記制御部は、前記異常検出部により前記異常が検出されない場合にすべての相で前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御する正常モードと、
前記異常検出部により異常が検出されていない前記正常な相のみで前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御する異常モードとを選択し、
前記異常モードにおける前記正常な相の前記のモータの通電区間が、前記正常モードにおける各相の前記モータの通電区間よりも長く設定されている、モータ制御装置。

付記２の構成によれば、異常モードにおける正常な相のモータの通電区間が、正常モードにおける各相のモータの通電区間よりも長くされているので、正常な相のそれぞれにおける駆動により得られるトルクの絶対値を増加させることができる。したがって、異常モード時に得られる各相のトルクの和の絶対値を増大させることができる。

［付記３］
付記１または付記２に記載のモータ制御装置において、
前記異常は、前記駆動回路のスイッチング素子の短絡モードでの故障である、モータ制御装置。

付記３の構成によれば、駆動回路のスイッチング素子の短絡モードでの故障時に異常が検出されていない正常な相のみで回生動作を行なうので、異常が生じた相を用いずに回生動作を行なうことができる。このため、新たな故障の発生等を回避することができる。

［付記４］
突極を有するステータコアと、
前記ステータコアの突極に取り付けられるコイルと、
突極を有し、前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、
前記コイルに接続され、力行用回路と回生用回路とを含み、前記コイルを複数相独立駆動する駆動回路と、
を備えるモータ、を制御するモータ制御方法であって、
前記駆動回路を制御する制御ステップと、
前記駆動回路の異常を検出する検出ステップと、
を備え、
前記検出ステップにより異常が検出された場合、前記制御ステップでは、前記検出ステップにより異常が検出されていない正常な相のみで前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御するモータ制御方法。

付記４の構成によれば、検出部により異常が検出された場合、異常が検出されていない正常な相のみで回生動作を行なうので、異常が発生した場合であっても、負のトルクを得ることができる。また、発電機能を確保することができる。モータの相数は任意であり、３相に限定されない。また、異常が検出される駆動回路は１相に限定されない。２相以上の駆動回路で異常が検出された場合には、他の正常な相の駆動回路を用いてコイルを駆動することができる。なお、制御ステップは、駆動信号生成部５により実行される処理に、検出ステップは、異常検出部２により実行される処理に、それぞれ対応する。

［付記５］
付記４のモータ制御方法において、
前記制御ステップでは、前記検出ステップにより前記異常が検出されない場合にすべての相で前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御する正常モードと、
前記検出ステップにより異常が検出されていない前記正常な相のみで前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御する異常モードとを選択し、
前記異常モードにおける前記正常な相の前記のモータの通電区間が、前記正常モードにおける各相の前記モータの通電区間よりも長く設定されているモータ制御方法。

付記５の構成によれば、異常モードにおける正常な相のモータの通電区間が、正常モードにおける各相のモータの通電区間よりも長くされているので、正常な相のそれぞれにおける駆動により得られるトルクの絶対値を増加させることができる。したがって、異常モード時に得られる各相のトルクの和の絶対値を増大させることができる。

［付記６］
付記４または付記５に記載のモータ制御方法において、
前記異常は、前記駆動回路のスイッチング素子の短絡モードでの故障である、モータ制御方法。

付記６の構成によれば、駆動回路のスイッチング素子の短絡モードでの故障時に異常が検出されていない正常な相のみで回生動作を行なうので、異常が生じた相を用いずに回生動作を行なうことができる。このため、新たな故障の発生等を回避することができる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形および変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部または複数を組み合わせることも可能である。

１ モータ制御装置
２ 異常検出部
３ モード選択部
１１ ステータコア
１２ ロータ
１３ｕ コイル
１３ｖ コイル
１３ｗ コイル
２０ 駆動回路
２１ｕ〜２４ｕ スイッチング素子
２１ｖ〜２４ｖ スイッチング素子
２１ｗ〜２４ｗ スイッチング素子

Claims (6)

1. 突極を有するステータコアと、
   前記ステータコアの突極に取り付けられるコイルと、
   突極を有し、前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、
   前記コイルに接続され、力行用回路と回生用回路とを含み、前記コイルを複数相独立駆動する駆動回路と、
   を備えるモータ、を制御するモータ制御装置であって、
   前記駆動回路を制御する制御部と、
   前記駆動回路の異常を検出する異常検出部と、
   を備え、
   前記異常検出部により異常が検出された場合、前記制御部は、前記異常検出部により異常が検出されていない正常な相のみで回生動作が実現されるように前記駆動回路を制御する、モータ制御装置。
2. 請求項１のモータ制御装置において、
   前記制御部は、前記異常検出部により前記異常が検出されない場合にすべての相で前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御する正常モードと、
   前記異常検出部により異常が検出されていない前記正常な相のみで前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御する異常モードとを選択し、
   前記異常モードにおける前記正常な相の前記のモータの通電区間が、前記正常モードにおける各相の前記モータの通電区間よりも長く設定されている、モータ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記異常は、前記駆動回路のスイッチング素子の短絡モードでの故障である、モータ制御装置。
4. 突極を有するステータコアと、
   前記ステータコアの突極に取り付けられるコイルと、
   突極を有し、前記コイルにより発生する磁界により磁化されるロータと、
   前記コイルに接続され、力行用回路と回生用回路とを含み、前記コイルを複数相独立駆動する駆動回路と、
   を備えるモータ、を制御するモータ制御方法であって、
   前記駆動回路を制御する制御ステップと、
   前記駆動回路の異常を検出する検出ステップと、
   を備え、
   前記検出ステップにより異常が検出された場合、前記制御ステップでは、前記検出ステップにより異常が検出されていない正常な相のみで前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御するモータ制御方法。
5. 請求項４のモータ制御方法において、
   前記制御ステップでは、前記検出ステップにより前記異常が検出されない場合にすべての相で前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御する正常モードと、
   前記検出ステップにより異常が検出されていない前記正常な相のみで前記モータを駆動するように前記駆動回路を制御する異常モードとを選択し、
   前記異常モードにおける前記正常な相の前記のモータの通電区間が、前記正常モードにおける各相の前記モータの通電区間よりも長く設定されているモータ制御方法。
6. 請求項４または請求項５に記載のモータ制御方法において、
   前記異常は、前記駆動回路のスイッチング素子の短絡モードでの故障である、モータ制御方法。