JP3610934B2

JP3610934B2 - 回転電機の給電装置

Info

Publication number: JP3610934B2
Application number: JP2001243559A
Authority: JP
Inventors: 昭一前田; 有満　　稔
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: JP2003061390A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は回転電機の給電方法に関する。
【０００２】
【従来技術と解決しようとしている問題点】
ロータに複数の永久磁石が埋め込まれ、ステータにステータコイルが設置された従来の回転電機において、ステータコイルに電流を流すことにより生じるステータコイルによる磁界と永久磁石による磁界との相互作用によってロータが回転し、動力を得るものがある。このような回転電機を運転する際には、コイル、ステータ等が発熱し、回転電機内を貫通する磁束に影響を与え運転効率を低下させる。運転効率を維持するためには回転電機を冷却しなければならない。
【０００３】
この回転電機において、ステータコイルへの給電をコントローラによるパワーデバイスの制御により行う従来の給電方法としては、各ステータコイルに一様な電流を供給するという方法がある。しかしながらこの従来の給電方法では、パワーデバイス及びステータコイルを複数個配置した場合に、冷却時の冷却媒体の上流側と下流側では温度差が生じ、また、熱源、例えばエンジン等からの距離によっても温度差が起き、このために局所的にパワーデバイス及びステータコイルが劣化し、寿命が短くなるため、目標トルクを下げて、電流を抑えて発熱量を抑えなければならないという問題点がある。また、ヒルホールド（モータトルクによる坂道停車状態）や極低車速の場合においては、交流回転電機とはいえインバータまたはモータには直流電流が該当する特定のパワーデバイス及びモータコイルに集中的に通電されている。そのため、パワーデバイス及びモータコイル温度の著しい上昇につながりパワーデバイス及びステータコイルが劣化し、寿命が短くなるという問題点がある。
【０００４】
そこで本発明は、多相回転電機において、上記問題点を解決することを目的とする。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、回転電機に備えられる複数のコイルと、前記各コイル毎に対して配置され、それぞれに対応したコイルに給電する電流を制御する複数の相を有するパワーデバイスと、前記パワーデバイスから前記コイルまでを含む給電経路の異常をそれぞれ検出する異常検出手段と、前記異常検出手段が何れかの異常を検出したときにその異常な給電経路へパワーデバイスの相が給電する電流を低減し、正常な給電経路のうち異常な給電経路のパワーデバイスの相と同位相の電流を増加する給電制御手段とを備える。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記給電制御手段は、前記異常な給電経路のパワーデバイスの相が給電する電流を低減するとき、該電流を零まで低減する。
【０００８】
第３の発明は、第１または２の発明において、回転電機の有する永久磁石の極対数ｐ、ステータスロット数ｍ、ｐ／ｘが自然数となるｘ＝１〜ｐを用いると、前記パワーデバイスの相数をｍ／ｐ×（ｐ／ｘ）とし、且つ、前記給電を停止するパワーデバイスの相をｍ／ｐ×（ｐ／ｘ−１）以内で選択する。
【０００９】
第４の発明は、第１から３の何れか一つの発明において、前記異常検出手段は、前記給電経路の短絡を異常として検出する。
【００１０】
第５の発明は、第１から３の何れか一つの発明において、前記異常検出手段は、前記給電経路の温度が所定温度を上回ったときに異常を検出する。
【００１１】
第６の発明は、第１から３の何れか一つの発明において、前記異常検出手段は、前記パワーデバイスの各相の故障を異常として検出する。
【００１２】
【作用及び効果】
第１の発明によれば、回転電機としての回転を維持しつつ、異常検出手段により異常を検出した給電経路に対する給電を低減することにより、パワーデバイス及び回転電機の局所的な劣化を抑制し、寿命を高める効果がある。
【００１３】
また、低減した給電経路のパワーデバイスの相と同位相の電流を給電するパワーデバイスの相の電流を増加することで、全体の給電量を一定にすることができ異常が検出された際にも同一の回転電機の出力を維持することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、異常な給電経路の電流を停止することで、局所的な劣化をより一層確実に防止できる。
【００１５】
第３の発明によれば、極対数ｐ、ステータスロット数がｍの場合、パワーデバイスの相数がｍ／ｐ未満であると回転しない。運転条件により、運転時にはパワーデバイスが少なくともｍ／ｐの相に給電を行っているので発生トルクの変動を抑え、トルクリプルを抑制できる。
【００１６】
第４の発明によれば、短絡が生じた給電線に電流を流さず、他の給電線に流すことで、回転電機の出力を維持することができる。
【００１７】
第５の発明によれば、温度上昇によるパワーデバイスまたはステータコイルの局所的な劣化を抑制し、装置の寿命を長くすることができる。
【００１８】
第６の発明によれば、一部のパワーデバイスに故障があったときは、欠損した相には選択的に通電しないことで、このようなときでも回転電機の回転を維持できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に第１の実施形態を示す。
【００２０】
回転電機２１はステータ２２とロータ２３を有する。回転電機２１の回転を制御するため、ステータ２２の各ステータコイルにそれぞれ給電線でつながるスイッチング素子からなるパワーデバイス２５を備え、このパワーデバイス２５にはコントローラ２６によって駆動信号が供給される。
【００２１】
回転電機２１の異常検出手段として、パワーデバイス温度測定部２７（測定された温度をＤＴ１〜１２とする）及びステータ温度測定部２８（測定された温度をＳＴ１〜１２とする）を備え、この検出信号がそれぞれコントローラ２６に入力される。
【００２２】
ここで各パワーデバイス温度測定部２７とステータ温度測定部２８はそれぞれのステータコイルに電流を供給する給電経路に対応して設けられ、それぞれ１２箇所の温度測定を行う。
【００２３】
本実施形態では、回転電機２１の極対数ｐが４、ステータスロット数ｍを１２とするので，パワーデバイス２５の相数はｍ／ｐ×（ｐ／ｘ）（ただしｘ＝１〜ｐ）より３，６，１２の何れかになる。ここではパワーデバイス２５の相数を１２とし、同位相の電流を流す給電線の組を｛１，４，７，１０｝、｛２，５，８，１１｝、｛３，６，９，１２｝とする。
【００２４】
コントローラ２６は、基本的には、例えば回転電機２１を駆動源として車に搭載する際には、アクセルペダルの踏み込みの程度などから算出されたトルク指令や回転数に基づいて、パワーデバイス２５に供給する電流量を算出し、その出力を制御する。
【００２５】
本発明ではこれに加えて、パワーデバイス２５の各相、並びに、各ステータ２２の温度検出を行ない、各部の温度が規定値を超えたときは、対応するパワーデバイス２５の給電線に対応する電流量を低減あるいは停止することにより、パワーデバイス２５やステータコイルの劣化や損傷を阻止する。同時にパワーデバイス２５のある給電線への電流量を低減もしくは停止するときは、それまでその給電線に供給されていた電流は同位相の電流を供給されている他のパワーデバイス２５の相に振り分けられる。これにより、給電されないステータコイルが存在しても、代わりに振り分けられた給電線に対応するステータコイルと永久磁石２４との間に働く力が増加するので、回転電機２１全体のトルクの減少を抑制でき、また、供給電流を全体的に見た時の波形がくずれることがないのでトルクリプルを抑制できる。
【００２６】
次に図２のフローチャートによってコントローラ２６によって制御されるパワーデバイス２５またはステータコイルの劣化や損傷を阻止するためのパワーデバイス２５に対する給電方法を説明する。
【００２７】
まず、ステップＳ１において、要求されるトルク指令値ＴＱ、回転子の回転数Ｎｅ、パワーデバイス温度測定部２７により測定されたパワーデバイス温度ＤＴ１〜１２及び、ステータ温度測定部２８により測定されたステータ温度ＳＴ１〜１２をコントローラ２６に読み込む。次に、ステップＳ２において、ロータ２３の回転数がＮｅ＜ｋＮｅ（規定値）であるかどうかを判定する。
【００２８】
Ｎｅ＜ｋＮｅでなかったら、つまり回転数が規定値以上のときは正常な運転が行われている際にも温度が上昇することがありうるので、温度による以上検出は行わず、ステップＳ５に進み、通電線に指令トルク電流を配分し、パワーデバイス２５に出力する。
【００２９】
これに対しＮｅ＜ｋＮｅであったらステップＳ３に進み、温度の異常を検出する。回転数が０付近で直流電流が特定のステータに多く流れる場合があるので、まず、パワーデバイス温度ＤＴ１〜３、７〜９が規定値ｋＴ未満であること、及び、ステータ温度ＳＴ１〜３，７〜９が規定値ｋＴ未満であるかどうか判断する。
【００３０】
ステップＳ３の条件が満たされていなければ、すなわち各温度が規定値以上のときはパワーデバイス温度ＤＴ１〜３、７〜９または、ステータ温度ＳＴ１〜３、７〜９が上昇しすぎるということなので、ステップＳ６に進み、給電線１〜３、７〜９の給電量を低減または停止することにより、パワーデバイス２５またはステータ２２の温度の上昇を抑制できる。そして、さらに前記と同じようにステップＳ５に進み、給電線４〜６、１０〜１２に対応する通電線に指令値トルク電流を分配しパワーデバイス２５に出力することにより、規定のトルクを得ることができる。
【００３１】
一方、各温度が規定値よりも低く、ステップＳ３の条件が満たされているなら、ステップＳ４に進み、今度はパワーデバイス温度ＤＴ４〜６，１０〜１２がｋＴ（規定値）未満であるか、及び、ステータ温度ＳＴ４〜６，１０〜１２がｋＴ（規定値）未満であるかどうか判断する。
【００３２】
ステップＳ４の条件が満たされていなければ、パワーデバイス温度ＤＴ４〜６、１０〜１２または、ステータ温度ＳＴ４〜６、１０〜１２が上昇しすぎるということなので、ステップＳ７に進み、給電線４〜６、１０〜１２の給電量を低減または停止し、ステップＳ５において、給電線１〜３、７〜９に対応する通電線に指令値トルク電流を分配し、パワーデバイス２５に出力することにより規定のトルクを得ることができる。
【００３３】
ステップＳ４の条件が満たされているならば、温度上昇の異常がないということなので、ステップＳ５に進み、給電線１〜１２に対応する通電線に指令値トルク電流を分配し、パワーデバイス２５に出力し規定のトルクを得ることができる。
【００３４】
このようにして温度を測定し、規定値を越したパワーデバイス２５の相またはステータコイルに関しては給電量を低減または停止し、その他のパワーデバイス２５の相またはステータコイルに、目標トルクを生じるために要求される電流を振り分けることで、目標トルクを下げることなく、パワーデバイス２５やステータコイルの局所的な劣化を防ぐことができる。また、低減または停止するまで給電していた電流分を同位相の電流を増加することで解消することにより、トルクリプルを発生させずに給電を停止することができる。さらに、ヒルホールドや極低車速の場合など、直流電流が集中的に通電されるときにも給電線を選択的に切り替えることができるので、電流の集中を抑制でき、パワーデバイス２５及びステータコイル温度の著しい上昇を抑制できる。
【００３５】
第２の実施形態を図３に示す。この実施形態では、第１の実施形態における温度測定部２７，２８の代わりに、異常検出手段としてコントローラ２６がパワーデバイス２５のエラー信号と給電線の電流値を検出して温度異常や電流異常を判定している。
【００３６】
コントローラ２６で実行される制御内容を図４のフローチャートに示す。
【００３７】
まず、ステップＳ１１において、コントローラ２６はトルク指令ＴＱ、電流値Ｉ１〜１２、パワーデバイス２５の故障により発生するエラー信号ＰＥ１〜１２を読み込む。ステップＳ１２では、給電線の短絡等によりトルク指令値から導かれる目標電流ＴＱに対し実電流±ｋＩ％（ｋＩ規定値）が外れている場合はステータエラーとする。
【００３８】
次にステップＳ１３に進み、パワーデバイス２５及びステータ２２からのエラー信号があるか確認する。エラー信号がなければ、ステップＳ１６に進み、給電線１〜１２に対応する通電線に指令値トルク電流を配分し、パワーデバイス２５に出力する。
【００３９】
これに対し、ステップＳ１３においてエラー信号があれば、ステップＳ１４に進み、エラー信号を出力したパワーデバイス２５及びステータ２２の番号を確認する。エラー信号の番号が１〜３、７〜９でなかったら、その他の給電線からのエラー信号であるということになるので、ステップＳ１７に進み、給電線４〜６、１０〜１２への給電を停止し、ステップＳ１６に進み給電線１〜３、７〜９に対応する通電線に指令トルク電流を配分し、パワーデバイス２５に出力する。
【００４０】
またステップＳ１４でエラー信号の番号が１〜３、７〜９であったら給電線１〜３、７〜９への給電を停止し、ステップＳ１６に進み、給電線４〜６、１０〜１２に対応する通電線に指令トルク電流を配分し、パワーデバイス２５に出力する。
【００４１】
一相でも欠損すると回転電機に要求されるトルクを満足しなくなるが、このようにして、給電経路の短絡などによる電流値のエラーおよびパワーデバイス２５の温度異常や電流異常といったエラーに応じて給電を選択的に停止することにより、欠損した相が存在したとしても回転を継続することが可能になる。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲以内で様々な変更が成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における回転電機の給電装置の構成図である。
【図２】第１の実施形態のコントローラで実行される給電方法を示すフローチャートである。
【図３】第２の実施形態における回転電機の給電装置の構成図である。
【図４】第２の実施形態のコントローラで実行される給電方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２１回転電機
２２ステータ
２３ロータ
２４永久磁石
２５パワーデバイス
２６コントローラ
２７パワーデバイス温度測定部
２８ステータ温度測定部

Claims

回転電機に備えられる複数のコイルと、
前記各コイル毎に配置され、それぞれに対応したコイルに給電する電流を制御する複数の相を有するパワーデバイスと、
前記パワーデバイスから前記コイルまでを含む給電経路の異常をそれぞれ検出する異常検手段と、
前記異常検出手段が何れかの異常を検出したときにその異常な給電経路へパワーデバイスの相が給電する電流を低減し、正常な給電経路のうち異常な給電経路のパワーデバイスの相と同位相の電流を増加する給電制御手段と、
を備えることを特徴とする回転電機の給電装置。
前記給電制御手段は、前記異常な給電経路のパワーデバイスの相が給電する電流を低減するとき、該電流を零まで低減する請求項１に記載の回転電機の給電装置。
回転電機の有する永久磁石の極対数ｐ、ステータスロット数ｍ、ｐ／ｘが自然数となるｘ＝１〜ｐを用いると、前記パワーデバイスの相数をｍ／ｐ×（ｐ／ｘ）とし、且つ、前記給電を停止するパワーデバイスの相をｍ／ｐ×（ｐ／ｘ−１）以内で選択する請求項１または２に記載の回転電機の給電装置。
前記異常検出手段は、前記給電経路の短絡を異常として検出する請求項１から３の何れか一つに記載の回転電機の給電装置。
前記異常検出手段は、前記給電経路の温度が所定温度を上回ったときに異常を検出する請求項１から３の何れか一つに記載の回転電機の給電装置。
前記異常検出手段は、前記パワーデバイスの各相の故障を異常として検出する請求項１から３の何れか一つに記載の回転電機の給電装置。