JP4670769B2

JP4670769B2 - 多相モータの駆動システム

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Publication number: JP4670769B2
Application number: JP2006213686A
Authority: JP
Inventors: 浩之早川
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2026-08-04
Also published as: JP2008043044A

Description

本発明は、位相のずれた複数の交流電圧によって駆動する多相モータの駆動システムに関する。

例えば三相モータを制御する制御装置のＵ，Ｖ，Ｗ端子と、対応する三相モータのＵ，Ｖ，Ｗ端子とは、互いに３本のモータ駆動用の電力線によって電気的に接続されている。各電力線は、互いに仕様が同じであり、制御装置のＵ，Ｖ，Ｗ端子と、三相モータのＵ，Ｖ，Ｗ端子とに正しく電気的に接続される必要がある。制御装置側の各端子と三相モータ側の各端子とが間違えて電気的に接続されることは、モータが動作不能や誤作動する原因となるので、好ましくない。

これら各電力線の誤配線を検出する電源誤配線検知装置が提案されている。この種の電源誤配線検知装置は、入力される３相交流電源の２相間の位相差を示すパルス幅の第１のパルスと上記の２相間とは異なる他の２相間の位相差を示すパルス幅の第２のパルスとの位相差が、定められた範囲内に属するか否かによって、配線誤りを判定している（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、特許文献１に開示されている電源誤配線検知装置は、配線誤りを検出するものであって、配線誤りを未然に防ぐものではない。これに対し配線誤りを未然に防ぐ技術が提案されている。

各電力線は、各々電力線に設けられたコネクタや丸端子を介して三相モータと制御装置とに、一本ずつ接続されている。各電力線を一本ずつ接続する場合、各電力線の長さを互いに変えたりまたは各電力線に互いに異なる色を付すことによって、制御装置のＵ，Ｖ，Ｗ端子と三相モータのＵ，Ｖ，Ｗ端子とを間違わないように電気的に接続することが行われている。

しかしながら、上記のように長さを変えたりまたは色を付したりした場合、各電力線を管理する必要が生じ部品の種類が増えるためコスト的に不利であるとともに、制御装置のＵ，Ｖ，Ｗ端子と三相モータのＵ，Ｖ，Ｗ端子とが間違えて電気的に接続される虞がある。

一方、３本の電力線を三相モータと制御装置とに接続する構造としては、各電力線を互いに正しい並びに並んだ状態で３極のコネクタに接続するとともに、当該コネクタを三相モータと制御装置とに接続する構造がある。

上記のようにコネクタを用いることによって、制御装置側の端子と三相モータ側の端子とを正確に電気的に接続することができる。
特開平８−２８９４６６号公報

しかしながら、三相モータが電気自動車の駆動用モータとして用いられる場合など三相モータが大きなものになると、用いられる電力線が太くなるためにコネクタも大きくなる。自動車のように部品の搭載スペースに制限があるものに大きなコネクタを用いることは、好ましくない。

したがって、本発明の目的は、大きな部品を用いることなく多相モータが誤作動することを抑制できる多相モータの駆動システムを提供することである。

本発明の多相モータの駆動システムは、位相のずれた複数の交流電圧によって駆動するとともに前記交流電圧が印加される複数の端子を備える多相モータと、前記多相モータに前記交流電圧を供給して前記多相モータの駆動を制御するとともに、前記多相モータの端子に電気的に接続される複数の端子を備える制御装置と、前記多相モータの端子と前記制御装置の端子とに電気的に接続されて前記多相モータの端子と前記制御装置の端子とを互いに電気的に連結する複数の電力線と、を備える。多相モータの駆動システムは、さらに、前記電力線に設けられて当該電力線を示す情報を保持する情報保持部と、前記多相モータに設けられて前記情報保持部に保持された前記情報を読み取るモータ側情報読み取り部と、前記制御装置に設けられて前記情報保持部に保持された前記情報を読み取る制御装置側情報読み取り部と、前記制御装置に設けられて、前記多相モータの各端子に接続された電力線の情報と前記制御装置の各端子に接続された電力線の情報とに基づいて前記多相モータの端子の各々に前記電力線を介して電気的に接続された前記制御装置の端子を認識する端子認識部と、前記制御装置に設けられて、前記端子認識部の認識結果に基づいて前記多相モータの各端子に印加される交流電圧の位相のずれが正規なずれになるように前記制御装置の各端子に印加される交流電圧のずれの順番を設定する端子設定部とを備える。

本発明によれば、各電力線を接続した後に多相モータの各端子に印加される交流電圧の位相のずれが正規なずれになるように制御装置の各端子に印加される交流電圧のずれの順番を設定するため、大きな部品を用いることなく多相モータが動作不能や誤作動する虞がない多相モータの駆動システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る多相モータの駆動システムを、三相モータ１０を一例に図１，２を用いて説明する。なお、多相モータとは、位相の異なる複数の交流電圧が印加されて駆動するモータを示す概念である。三相モータ１０は、例えば電気自動車のインホイールモータとして用いられる。図１は、三相モータ１０の駆動システム２０を示している。

図１に示すように、三相モータ１０の駆動システム２０は、三相モータ１０と、制御装置３０と、第１〜３の電力線５１〜５３と、を備えている。駆動システム２０は、図示しないアクセルペダルなどの駆動力制御装置６０と、駆動源としての例えばリチウムイオン電池６１とに電気的に接続されている。

三相モータ１０は、モータ側Ｕ端子１１と、モータ側Ｖ端子１２と、モータ側Ｗ端子１３と、第１〜３のモータ側読み取り部１４〜１６とを備えている。

モータ側Ｕ端子１１とモータ側Ｖ端子１２とモータ側Ｗ端子１３とには、三相モータ１０を駆動する三相交流電圧が印加される。三相モータ１０に作用する交流電圧が正規な場合では、交流電圧は、モータ側Ｕ端子１１、モータ側Ｖ端子１２、モータ側Ｗ端子１３の順番で１２０度ずつ位相がずれる。

第１のモータ側読み取り部１４は、モータ側Ｕ端子１１の近傍に設けられる。第２のモータ側読み取り部１５は、モータ側Ｖ端子１２の近傍に設けられる。第３のモータ側読み取り部１６は、モータ側Ｗ端子１３の近傍に設けられる。第１〜３のモータ側読み取り部１４〜１６は、後述される第１〜３の電力線５１〜５３が有する当該電力線を示す情報を読み取る。この点については、後で詳細に説明される。

制御装置３０は、三相モータ１０（モータ側Ｕ端子１１とモータ側Ｖ端子１２とモータ側Ｗ端子１３と）に三相交流電圧を供給するとともに、三相モータ１０の駆動を制御する。

制御装置３０は、駆動電源入力部３１と、制御回路３２と、電力変換制御出力部３３と、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６と、第１〜３の制御装置側読み取り部３７〜３９と、端子認識部４０と、端子設定部４１と、を備えている。

駆動電源入力部３１は、リチウムイオン電池６１に電気的に接続されており、リチウムイオン電池６１の電力を安定して後述する電力変換制御出力部３３に供給できるようにする。

制御回路３２は、駆動力制御装置６０と後述される電力変換制御出力部３３とに電気的に接続されており、要求される駆動力例えばアクセルペダルの踏込む量に対応した交流電圧を三相モータに供給するよう、電力変換制御出力部３３を制御する。また、制御回路３２は、三相モータ１０に電気的に接続されており、三相モータ１０の運転状態例えば三相モータ１０の温度や回転数などの情報を得る。制御回路３２は、三相モータ１０の温度が高い場合など三相モータ１０の運転状態が異常である場合には、駆動力制御装置６０の要求に対して三相モータ１０に供給する交流電圧を小さくするなどの制御をする。

電力変換制御出力部３３は、駆動電源入力部３１に電気的に接続されている。電力変換制御出力部３３は、駆動電源入力部３１から供給される直流電流を交流電流に変換する。

第１の制御装置側端子３４は、電力変換制御出力部３３に電気的に接続されている。第１の制御装置側端子３４には、電力変換制御出力部３３によって制御された交流電圧が印加される。

第２の制御装置側端子３５は、電力変換制御出力部３３に電気的に接続されている。第２の制御装置側端子３５には、電力変換制御出力部３３によって制御された交流電圧が印加される。

第３の制御装置側端子３６は、電力変換制御出力部３３に電気的に接続されている。第３の制御装置側端子３６には、電力変換制御出力部３３によって制御された交流電圧が印加される。

第１の制御装置側情報読み取り部３７は、第１の制御装置側端子３４の近傍に配置される。第２の制御装置側読み取り部３８は、第２の制御装置側端子３５の近傍に配置される。第３の制御装置側読み取り部３９は、第３の制御装置側端子３６の近傍に配置される。

ここで、第１〜３の電力線５１〜５３について説明する。なお、第１〜３の電力線５１〜５３の基本構造は、互いに略同じであってよいので、共通する部分に関しては第１の電力線５１を代表して説明する。

三相モータ１０の端子（モータ側Ｕ端子１１、モータ側Ｖ端子１２、モータ側Ｗ端子１３）に接続される前の第１の電力線５１が図中２点鎖線で示されている。図に示すように、第１の電力線５１の両端には、丸端子５４が一つずつ取り付けられている。一方の丸端子５４は、モータ側Ｕ端子１１とモータ側Ｖ端子１２とモータ側Ｗ端子１３とのいずれ一つに電気的に接続される。他方の丸端子５４は、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６のいずれか一つに電気的に接続される。

第１の電力線５１の丸端子５４には、第１の電力線５１であるということを示す情報が保持される例えば第１のチップ５５が取り付けられている。第２，３の電力線５２，５３の各丸端子５４には、第２，３の電力線５２，５３であるということを示す第２，３のチップ５６，５７が取り付けられている。第１〜３のチップ５５〜５７は、本発明で言う、情報保持部の一例である。

第１のモータ側読み取り部１４は、モータ側Ｕ端子１１に接続された電力線のチップ内の情報を読み取る。第２のモータ側読み取り部１５は、モータ側Ｖ端子１２に接続された電力線のチップ内の情報を読み取る。第３のモータ側読み取り部１６は、モータ側Ｗ端子１３に接続された電力線のチップ内の情報を読み取る。

第１の制御装置側読み取り部３７は、第１の制御装置側端子３４に接続された電力線のチップ内の情報を読み取る。第２の制御装置側読み取り部３８は、第１の制御装置側端子３４に接続された電力線のチップ内の情報を読み取る。第３の制御装置側読み取り部３９は、第３の制御装置側端子３６に接続された電力線のチップ内の情報を読み取る。

制御装置３０の説明に戻る。端子認識部４０は、第１〜３のモータ側読み取り部１４〜１６と第１〜３の制御装置側読み取り部３７〜３９とに電気的に接続されている。第１〜３のモータ側読み取り部１４〜１６で読み取られた第１〜３のチップ５５〜５７の情報と第１〜３の制御装置側読み取り部３７〜３９で読み取られた第１〜３のチップ５５〜５７の情報は、端子認識部４０に送信される。

端子認識部４０は、第１〜３のモータ側読み取り部１４〜１６で読み取られた第１〜３のチップ５５〜５７の情報に基づいて、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６のうち、モータ側Ｕ端子１１に電気的に接続されているもの、モータ側Ｖ端子１２に電気的に接続されているもの、モータ側Ｗ端子１３に電気的に接続されているものを認識する。

この点について具体的に説明すると、例えばモータ側Ｕ端子１１と第１の制御装置側端子３４が第１の電力線５１を介して電気的に接続されている場合、第１のモータ側読み取り部１４は、第１のチップ５５の情報を読み取るとともに、読み取った情報を端子認識部４０に送信する。第１の制御装置側読み取り部３７は、第１のチップ５５の情報を読み取るともに、読み取った情報を端子認識部４０に送信する。

端子認識部４０は、第１のモータ側読み取り部１４が第１のチップ５５の情報を送信してきたことによって、モータ側Ｕ端子１１には第１の電力線５１が電気的に接続されていると認識する。さらに、端子認識部４０は、第１の制御装置側読み取り部３７が第１のチップ５５の情報を送信してきたことによって、第１の制御装置側端子３４には第の電力線５１が電気的に接続されていることを認識する。この結果、端子認識部４０は、モータ側Ｕ端子１１に電気的に接続されている端子が第１の制御装置側端子３４であることを認識する。

このように、端子認識部４０は、モータ側Ｕ端子１１、モータ側Ｖ端子１２、モータ側Ｗ端子１３とに電気的に接続される第１〜３の電力線５１〜５３に電気的に接続される第１〜３の制御装置側端子３４〜３７を認識することによって、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６のうちモータ側Ｕ端子１１に電気的に接続されるもの、モータ側Ｖ端子１２に電気的に接続されるもの、モータ側Ｗ端子１３に電気的に接続されるものを認識する。

端子設定部４１は、電力変換制御出力部３３と端子認識部４０とに電気的に接続されている。端子設定部４１は、端子認識部４０で認識された結果に基づいて、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６のうちモータ側Ｕ端子１１に電気的に接続されているものを制御装置側Ｕ端子に設定する。同様に、端子設定部４１は、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６のうちモータ側Ｖ端子１２に電気的接続されているものを、制御装置側Ｖ端子に設定する。同様に、端子設定部４１は、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６のうちモータ側Ｗ端子１３に接続されているものを、制御装置側Ｗ端子に設定する。

また、端子設定部４１は、制御装置側Ｕ端子、制御装置側Ｖ端子、制御装置側Ｗ端子の順番で位相がずれるように第１〜３の制御装置側端子３４〜３６に交流電圧が印加されるように、電力変換制御出力部３３に設定結果を送信する。電力変換制御出力部３３は、設定結果に基づいて第１〜３の制御装置側端子３４〜３６に交流電流を印加する。

つぎに、このように構成される三相モータ１０の駆動システム２０の駆動時の動作を、第１〜３の電力線５１〜５３が取り付けられた後最初に三相モータ１０を駆動する場合を一例に説明する。

なお、モータ側Ｕ端子１１と第１の制御装置側端子３４とは、第１の電力線５１を介して電気的に接続されている。モータ側Ｖ端子１２と第２の制御装置側端子３５とは、第２の電力線５２を介して電気的に接続されている。モータ側Ｗ端子１３と第３の制御装置側端子３６とは、第３の電力線５３を介して電気的に接続されている。

図２は、駆動システム２０の駆動時の動作を示すフローチャートである。図２に示すように、ステップＳＴ１で乗員が例えばイグニッションキーを回すなどして自動車の始動操作がなされる。

つぎに、ステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ２では、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６に設定されている制御装置側Ｕ端子、制御装置側Ｖ端子、制御装置側Ｗ端子といった設定が初期化される。例えば、一旦、三相モータ１０の駆動を停止して再び三相モータ１０を駆動する場合では、三相モータ１０を停止する前の設定が初期化される。

つぎに、ステップＳＴ３に進む。ステップＳＴ３では、端子認識部４０は、第１〜３のモータ側読み取り部１４〜１６に対して、モータ側Ｕ端子１１とモータ側Ｖ端子１２とモータ側Ｗ端子１３とに接続された電力線の情報の送信を要求する。

これに対し、第１のモータ側読み取り部１４は、第１の電力線５１の情報つまり第１のチップ５５の情報を端子認識部４０に送信する。第２のモータ側読み取り部１５は、第２の電力線５２の情報つまり第２のチップ５６の情報を端子認識部４０に送信する。第３のモータ側読み取り部１６は、第３の電力線５３の情報つまり第３のチップ５７の情報を端子認識部４０に送信する。

同様に、端子認識部４０は、第１〜３の制御装置側読み取り部３７〜３９に対して、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６に電気的に接続された電力線の情報の送信を要求する。

第１の制御装置側読み取り部３７は、第１の電力線５１つまり第１のチップ５５の情報を端子認識部４０に送信する。第２の制御装置読み取り部３８は、第２の電力線５２つまり第２のチップ５６の情報を端子認識部４０に送信する。第３の制御装置読み取り部３９は、第３の電力線５３つまり第３のチップ５７の情報を端子認識部４０に送信する。

上記の送信要求は、予め設定された時間内行われる。端子認識部４０が全ての情報を受信すると、ステップＳＴ４を経てステップＳＴ５に進む。なお、予め目設定された時間内に全ての情報が受信されない場合は、ステップＳＴ４からステップＳＴ６に進み、駆動システム２０の動作は終了する。この場合は、三相モータ１０は、駆動されないので、乗員は始動操作からやり直す。

ステップＳＴ５では、端子認識部４０は、受信した情報に基づいて、モータ側Ｕ端子１１には、第１の制御装置側端子３４が接続されていることを認識する。同様に、モータ側Ｖ端子１２には、第２の制御装置側端子３５が接続されていることを認識する。同様に、モータ側Ｗ端子１３には、第３の制御装置側端子３６が接続されていることを認識する。予め設定された所定時間内に端子が認識されない場合は、ステップＳＴ１１を経て駆動システム２０の動作は終了する。

ついで、ステップＳＴ７に進む。ステップＳＴ７では、端子認識部４０で得られた認識結果が端子設定部４１に送信される。端子設定部４１は、第１の制御装置側端子３４がモータ側Ｕ端子１１に電気的に接続されているという情報から、第１の制御装置側端子３４を制御装置側Ｕ端子に設定する。端子設定部４１は、第２の制御装置側端子３５がモータ側Ｖ端子１２に電気的に接続されているという情報から、第２の制御装置側端子３５を制御装置側Ｖ端子に設定する。端子設定部４１は、第３の制御装置側端子３６がモータ側Ｗ端子１３に電気的に接続されているという情報から、第３の制御装置側端子３６を制御装置側Ｗ端子に設定する。

制御装置側Ｕ端子と制御装置側Ｖ端子と制御装置側Ｗ端子の設定が終了するとステップＳＴ８を経てステップＳＴ９に進む。ステップＳＴ９では、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６の設定が電力変換制御出力部３３に送信される。電力変換制御出力部３３は、制御装置側Ｕ端子、制御装置側Ｖ端子、制御装置側Ｗ端子の順番に位相が１２０度ずれるように第１〜３の制御装置側端子３４〜３６に交流電圧を印加する。

第１〜３の制御装置側端子３４〜３６に印加された交流電圧は、第１〜３の電力線５１〜５３を介してモータ側Ｕ端子１１とモータ側Ｖ端子１２とモータ側Ｗ端子１３に、モータ側Ｕ端子１１、モータ側Ｖ端子１２、モータ側Ｗ端子１３の順番で位相が１２０度ずれて印加される。

なお、ステップ８において予め設定された時間内に第１〜３の制御装置側端子３４〜３６の設定が終了しない場合は、ステップＳＴ１０に進み、駆動システム２０の動作は終了する。

このように構成される三相モータ１０の駆動システム２０では、三相モータ１０が駆動する前に、第１〜３の制御装置側端子３４〜３６のうちモータ側Ｕ端子１１に接続されている端子とモータ側Ｖ端子１２に接続されている端子とモータ側Ｗ端子１３に接続されている端子とが、端子認識部４０よって認識される。そして、端子認識部４０の認識結果に基づいて、端子設定部４１が第１〜３の制御装置側端子３４〜３６の設定を行う。

このことによって、モータ側Ｕ端子１１とモータ側Ｖ端子１２とモータ側Ｗ端子１３とには、モータ側Ｕ端子１１、モータ側Ｖ端子１２、モータ側Ｗ端子１３の順番で交流電流が印加されるようになるので、大きなコネクタなどの部品を用いることなく三相モータ１０が誤作動することが抑制される。

さらに、三相モータ１０の駆動時に駆動システム２０が動作するので、例えば第１〜３の電力線５１〜５３を付け直した場合に、万が一第１〜３の電力線５１〜５３の接続先が変化しても、モータ側Ｕ端子１１とモータ側Ｖ端子１２とモータ側Ｗ端子１３とには、モータ側Ｕ端子１１、モータ側Ｖ端子１２、モータ側Ｗ端子１３の順番で位相がずれた交流電圧が印加されるようになる。

なお、本実施形態では、端子認識部４０と端子設定部４１と制御回路３２とは、互いに別途に用いられているが、これに限定されない。例えば、端子認識部４０と端子設定部４１とは、制御回路３２内に一体に組み込まれてもよい。

また、本実施形態では、多相モータの一例として三相モータ１０が用いられたが、これに限定されない。例えば５相モータであっても同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る三相モータの駆動システムを示すブロック図。図１に示された三相モータの駆動システムの動作を示すフローチャート。

符号の説明

１０…三相モータ（多相モータ）、１１…モータ側Ｕ端子（多相モータの端子）、１２…モータ側Ｖ端子（多相モータの端子）、１３…モータ側Ｗ端子（多相モータの端子）、１４…第１のモータ側読み取り部、１５…第２のモータ側読み取り部、１６…第３のモータ側読み取り部、２０…駆動システム、３０…制御装置、３４…第１の制御装置側端子、３５…第２の制御装置側端子、３６…第３の制御装置側端子、３７…第１の制御装置側読み取り部、３８…第２の制御装置側読み取り部、３９…第３の制御装置側読み取り部、４０…端子認識部、４１…端子設定部、５１…第１の電力線、５２…第２の電力線、５３…第３の電力線、５５…第１のチップ（情報保持部）、５６…第２のチップ（情報保持部）、５７…第３のチップ（情報保持部）。

Claims

位相のずれた複数の交流電圧によって駆動するとともに前記交流電圧が印加される複数の端子を備える多相モータと、
前記多相モータに前記交流電圧を供給して前記多相モータの駆動を制御するとともに、前記多相モータの端子に電気的に接続される複数の端子を備える制御装置と、
前記多相モータの端子と前記制御装置の端子とに電気的に接続されて前記多相モータの端子と前記制御装置の端子とを互いに電気的に連結する複数の電力線と、
を備える多相モータの駆動システムであって、
前記電力線に設けられて当該電力線を示す情報を保持する情報保持部と、
前記多相モータに設けられて前記情報保持部に保持された前記情報を読み取るモータ側情報読み取り部と、
前記制御装置に設けられて前記情報保持部に保持された前記情報を読み取る制御装置側情報読み取り部と、
前記制御装置に設けられて、前記多相モータの各端子に接続された電力線の情報と前記制御装置の各端子に接続された電力線の情報とに基づいて前記多相モータの端子の各々に前記電力線を介して電気的に接続された前記制御装置の端子を認識する端子認識部と、
前記制御装置に設けられて、前記端子認識部の認識結果に基づいて前記多相モータの各端子に印加される交流電圧の位相のずれが正規なずれになるように前記制御装置の各端子に印加される交流電圧のずれの順番を設定する端子設定部と
を具備する多相モータの駆動システム。