JP6089942B2 - 車両用回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

従来から、パワートランジスタの過熱や過電流を論理的に検出してその動作を制限する保護回路を備える駆動回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この保護回路では、駆動回路に接続される負荷を駆動するパワートランジスタの過熱や過電流を検出したときに、パワートランジスタのターンオンが禁止される。

特開平７−８４６５５号公報

上述した特許文献１の構成では、異常発生時にパワートランジスタをオフすることでパワートランジスタから負荷に対する電流の供給を停止している。ところで、電動動作と発電動作とを行う車両用回転電機の電力変換器に含まれるパワートランジスタについては、上述した特許文献１の保護回路を適用しても、パワートランジスタをオフした場合に寄生ダイオードを介して電流が流れてしまう。このため、接地端子が外れた場合には、寄生ダイオードを介して流れた電流が制御回路やさらには制御回路を介してその他の電気負荷に流れ込むおそれがあるという問題があった。特に、パワー系回路から４８Ｖの高電圧バッテリに対して充電を行うとともに、制御系回路ついては１２Ｖの低電圧バッテリに接続して動作させる場合には、接地端子が外れた場合であってもパワー系回路から制御系回路への電流の回り込みを確実に防止する必要がある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、パワー系回路から制御系回路への電流の回り込みを確実に防止することができる車両用回転電機を提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、パワー系回路および制御系回路とダイオードを備えている。パワー系回路は、パワー素子を有し、第１のグランド端子および第１の接続線を介して接地されている。制御系回路は、パワー系回路を制御し、第１のグランド端子とは別の第２のグランド端子および第２の接続線を介して接地されている。ダイオードは、第１のグランド端子から第２のグランド端子に向けて流れる電流を遮断する向きに配置されている。第１のグランド端子と第２のグランド端子は、ダイオードを介して接続されている。
また、制御系回路は、接続線外れ検出部と通知手段とを有する。接続線外れ検出部は、第２のグランド端子の電位を基準にしたときの第１のグランド端子の電位を監視することにより、第１の接続線が第１のグランド端子から外れたこと、あるいは、第２の接続線が第２のグランド端子から外れたことを検出する。通知手段は、接続線外れ検出部によって第１の接続線あるいは第２の接続線が外れたことが検出されたときに、ＣＡＮプロトコルまたはＬＩＮプロトコルを用いた通信によって外部に通知する。

パワー系回路を接地する第１のグランド端子と制御系回路を接地する第２のグランド端子とを分けているため、第１のグランド端子や第２のグランド端子が外れた場合であっても、パワー系回路から制御系回路への電流の回り込みを確実に防止することができる。

一実施形態の車両用回転電機の構成を示す図ある。 ＭＯＳモジュールの構成を示す図である。 Ｈブリッジ回路の構成を示す図である。 検出動作および通知動作を行う構成を示す図である。 入力保護回路およびレベルシフト回路の具体例を示す図である。 制御グランド端子の電位を基準にしたパワーグランド端子の電圧変動を示す図である。 制御グランド端子が外れた際のパワーグランド端子電圧の変化を説明する図である。 パワーグランド端子周りの接続形態の変形例を示す図である。 パワーグランド端子周りの接続形態のその他の変形例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用回転電機について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、一実施形態の車両用回転電機１００は、２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂ、界磁巻線２、２つのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジ回路５、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９、電源回路１０、ダイオード１１、コンデンサ１２を含んで構成されている。この車両用回転電機１００は、ＩＳＧ（インテグレーテッド・スターター・ジェネレーター）と称されており、電動機の機能と発電機の機能を併せ持っている。

一方の固定子巻線１Ａは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線１Ｂは、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線１Ａに対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂと固定子鉄心によって固定子が構成されている。なお、固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれの相数は３以外であってもよい。

界磁巻線２は、ベルトあるいはギアを介してエンジンとの間で駆動力の入出力を行う回転軸を有する回転子に磁界を発生させるためのものであり、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。

一方のＭＯＳモジュール群３Ａは、一方の固定子巻線１Ａに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このＭＯＳモジュール群３Ａは、発電動作時に固定子巻線１Ａに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部（高電圧バッテリ２００）から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線１Ａに印加する電力変換器として動作する。ＭＯＳモジュール群３Ａは、固定子巻線１Ａの相数に対応する３個のＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷを備えている。ＭＯＳモジュール３ＡＵは、固定子巻線１Ａに含まれるＵ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＡＶは、固定子巻線１Ａに含まれるＶ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＡＷは、固定子巻線１Ａに含まれるＷ相巻線に接続されている。

図２に示すように、ＭＯＳモジュール３ＡＵは、２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１、電流検出用抵抗３２を備えている。一方のＭＯＳトランジスタ３０は、ソースが固定子巻線１ＡのＵ相巻線に接続され、ドレインがパワー電源端子ＰＢに接続された上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子である。パワー電源端子ＰＢは、例えば定格４８Ｖの高電圧バッテリ２００（第１のバッテリ）や高電圧負荷２１０の正極端子に接続されている。他方のＭＯＳトランジスタ３１は、ドレインがＵ相巻線に接続され、ソースが電流検出用抵抗３２を介してパワーグランド端子ＰＧＮＤに接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。これら２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１からなる直列回路が高電圧バッテリ２００の正極端子と負極端子の間に配置され、これら２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１の接続点にＰ端子を介してＵ相巻線が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ３０のゲート、ソース、ＭＯＳトランジスタ３１のゲート、電流検出用抵抗３２の両端のそれぞれがＵＶＷ相ドライバ４Ａに接続されている。

ＭＯＳトランジスタ３０、３１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ３０、３１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。

なお、ＭＯＳモジュール３ＡＵ以外のＭＯＳモジュール３ＡＶ、３ＡＷや後述するＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺも基本的に同じ構成を有しており、詳細な説明は省略する。

他方のＭＯＳモジュール群３Ｂは、他方の固定子巻線１Ｂに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このＭＯＳモジュール群３Ｂは、発電動作時に固定子巻線１Ｂに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部（高電圧バッテリ２００）から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線１Ｂに印加する電力変換器として動作する。ＭＯＳモジュール群３Ｂは、固定子巻線１Ｂの相数に対応する３個のＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺを備えている。ＭＯＳモジュール３ＢＸは、固定子巻線１Ｂに含まれるＸ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＢＹは、固定子巻線１Ｂに含まれるＹ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＢＺは、固定子巻線１Ｂに含まれるＺ相巻線に接続されている。

ＵＶＷ相ドライバ４Ａは、３個のＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷのそれぞれに含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を検出する。同様に、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂは、３個のＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺのそれぞれに含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を検出する。

Ｈブリッジ回路５は、界磁巻線２の両端に接続されており、界磁巻線２に励磁電流を供給する励磁回路である。図３に示すように、Ｈブリッジ回路５は、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、２つのダイオード５２、５３、電流検出用抵抗５４を備えている。ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とローサイド側のダイオード５２が直列に接続されており、この接続点に界磁巻線２の一方端が接続されている。また、ハイサイド側のダイオード５３とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１と電流検出用抵抗５４とが直列に接続されており、ダイオード５３とＭＯＳトランジスタ５１の接続点に界磁巻線２の他方端が接続されている。このＨブリッジ回路５は、パワー電源端子ＰＢとパワーグランド端子ＰＧＮＤのそれぞれに接続されている。ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオンすることにより、Ｈブリッジ回路５から界磁巻線２に励磁電流が供給される。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のいずれかをオフすることにより励磁電流の供給が停止されるとともに、ダイオード５２、５３のいずれかを介して界磁巻線２を流れる励磁電流を環流させることができる。

Ｈブリッジドライバ６は、Ｈブリッジ回路５に含まれるＭＯＳトランジスタ５０、５１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗５４の両端電圧を検出する。

回転角センサ７は、回転子の回転角を検出する。例えば、永久磁石とホール素子を用いて回転角センサ７を構成することができる。具体的には、回転子の回転軸先端に永久磁石を固定するとともに、この永久磁石と対向する位置にホール素子を配置してその出力を取り出すことにより、永久磁石とともに回転する回転子の回転角を検出することができる。なお、回転角センサ７は、ホール素子以外を用いて構成するようにしてもよい。

制御回路８は、車両用回転電機１００の全体を制御する。この制御回路８には、アナログ−デジタル変換器やデジタル−アナログ変換器が備わっており、他の構成との間で信号の入出力を行う。制御回路８は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）によって構成されており、所定の制御プログラムを実行することにより、ＵＶＷドライバ４Ａ、ＸＹＺドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６を制御して車両用回転電機１００を電動機や発電機として動作させたり、異常検出や通知などの各種処理を行う。

入出力回路９は、制御用ハーネス３１０を介して外部との間の信号の入出力や、高電圧バッテリ２００の端子電圧やパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧のレベル変換等を行う。入出力回路９は、入出力される信号や電圧を処理するための入出力インタフェースであって、例えばカスタムＩＣによって必要な機能が実現されている。

電源回路１０は、定格１２Ｖの低電圧バッテリ２０２（第２のバッテリ）が接続されており、例えばスイッチング素子をオンオフしてその出力をコンデンサで平滑することにより、５Ｖの動作電圧を生成する。この動作電圧によって、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９が動作する。

コンデンサ１２は、電動動作させるためにＭＯＳモジュール３ＡＵ等のＭＯＳトランジスタ３０、３１をオンオフする際に発生するスイッチングノイズを除去あるいは低減するためのものである。図１に示す例では１つのコンデンサ１２が用いられているが、スイッチングノイズの大きさに応じて適宜その数を変更することができる。

上述したＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジ回路５、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７（回転子に取り付けられた永久磁石を除く）、制御回路８、入出力回路９、電源回路１０が１枚の制御基板１０２に搭載されている。

また、図１に示すように、車両用回転電機１００には、パワー電源端子ＰＢ、制御電源端子ＣＢ、パワーグランド端子ＰＧＮＤ、制御グランド端子ＣＧＮＤや制御用ハーネス３１０などが取り付けられるコネクタ４００が備わっている。パワー電源端子ＰＢは、高電圧の正極側入出力端子であり、高電圧バッテリ２００や高電圧負荷２１０が所定のケーブルを介して接続される。制御電源端子ＣＢは、低電圧の正極側入力端子であり、低電圧バッテリ２０２や低電圧負荷２０４が所定のケーブルを介して接続される。

パワーグランド端子ＰＧＮＤは、第１のグランド端子であって、パワー系回路を接地するためのものである。このパワーグランド端子ＰＧＮＤは、第１の接続線としての接地用ハーネス３２０を介して車両フレーム５００に接続されている。上述したＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ（電力変換器）およびＨブリッジ回路５（励磁回路）がパワー系回路である。このパワー系回路には、固定子巻線１Ａ、１Ｂや界磁巻線２と共通の電流が流れるパワー素子としてのＭＯＳトランジスタ３０、３１、５０、５１が含まれている。

また、制御グランド端子ＣＧＮＤは、パワーグランド端子ＰＧＮＤとは別に設けられた第２のグランド端子であって、制御系回路を接地するためのものである。この制御グランド端子ＣＧＮＤは、接地用ハーネス３２０とは別の接地用ケーブル３３０（第２の接続線）を介して接地されている。この制御グランド端子ＣＧＮＤと車両用回転電機１００のフレーム（以後、「ＩＳＧフレーム」と称する）１１０との間には、入出力回路９の内部配線を介してダイオード１１が挿入されている。具体的には、ダイオード１１のカソードがフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤに接続されており、このフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤがＩＳＧフレーム１１０に接続されている。上述したＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９などが制御系回路である。なお、この接地用ケーブル３３０の接続先は、車両側に用意されたグランド電位（０Ｖ）の部位であり、電圧変動がないものとする。また、図１では、ダイオード１１は制御基板１０２の外部に設けられているが、ダイオード１１を制御基板１０２に搭載するようにしてもよい。

コネクタ４００は、パワー電源端子ＰＢ、パワーグランド端子ＰＧＮＤ以外の端子（制御用グランド端子ＣＧＮＤや制御電源端子ＣＢなど）に制御用ハーネス３１０や接地用ケーブル３３０、その他のケーブルを取り付けるためのものである。

上述した車両用回転電機１００のＩＳＧフレーム１１０は、例えばアルミダイカストによって形成された導電体であり、このＩＳＧフレーム１１０がエンジン（Ｅ／Ｇ）ブロック５１０にボルトによって固定されている。さらに、エンジンブロック５１０は接地用ハーネス３２２によって車両フレーム５００に接続されている。

本実施形態の車両用回転電機１００はこのような構成を有しており、次に、制御グランド端子ＣＧＮＤに接続された接地用ケーブル３３０が外れた場合の検出動作と保護動作について説明する。

本実施形態の車両用回転電機１００では、制御回路８などの制御系回路は制御グランド端子ＣＧＮＤを介して接地されており、この制御グランド端子ＣＧＮＤの電位は接地用ケーブル３３０を介して接地電位に固定されている。制御系回路は、この制御グランド端子ＣＧＮＤの接地電位を基準に各種の動作を行っている。したがって、振動等によって接地用ケーブル３３０が制御グランド端子ＣＧＮＤから外れると、制御系回路の接地電位が不安定になる事態が生じ、制御系回路の動作が不安定になる。

このような事態を回避するために、本実施形態では制御グランド端子ＣＧＮＤと車両用回転電機１００のＩＳＧフレーム１１０との間にダイオード１１が挿入されている。上述したように、ＩＳＧフレーム１１０はエンジンブロック５１０にボルトによって固定されており、エンジンブロック５１０は車両フレーム５００に接地用ハーネス３２２を介して接続されている。したがって、制御グランド端子ＣＧＮＤから接地用ケーブル３３０が外れても、ダイオード１１を介したＩＳＧフレーム１１０への接地経路は確保されており、制御系回路による暫定的な動作が維持される。また、ダイオード１１のカソード側がＩＳＧフレーム１１０に接続されているため、車両フレーム５００を介してパワー系回路から制御系回路に電流が流れることを防止することができる。

ところで、ダイオード１１を介した接地経路が確保されているとはいっても、接地用ケーブル３３０が外れてしまうと、ダイオード１１の順方向電圧分（例えば０．７Ｖ）制御グランド端子ＣＧＮＤの電位が高くなる。この制御グランド端子ＣＧＮＤの電位上昇に伴って制御系回路の動作マージンが少なくなるため、制御グランド端子ＣＧＮＤから接地用ケーブル３３０が外れる異常発生を運転者に通知して、検査や修理、交換等の早期の対策を促すことが望ましい。また、その前提として接地用ケーブル３３０が外れたことを検出する必要がある。このために、制御回路８には、接地用ケーブル３３０の外れ検出時にその旨を外部（例えば、ＥＣＵ６００）に通知する通知手段が備わっている。

なお、「接地用ケーブル３３０が外れる」とは、制御グランド端子ＣＧＮＤから接地用ハーネス３３０の一方端が完全に離れた場合の他、接続を行うナット等の締め付けが緩んで接触抵抗が想定している許容値よりも高くなる場合を含んでいる。また、制御グランド端子ＣＧＮＤ側だけでなく、車両側の接地用ケーブル３３０の他方端が完全に離れた場合の他、接続を行うナット等の締め付けが緩んで接触抵抗が想定している許容値よりも高くなる場合を含んでいる。

上述した検出動作および通知動作を行うために、本実施形態の車両用回転電機１００には、図４に示す構成が備わっている。すなわち、入出力回路９は、パワーグランド端子ＰＧＮＤに接続される入力保護回路９０およびレベルシフト回路９１と、ＩＳＧフレーム１１０に接続される入力保護回路９２およびレベルシフト回路９３とを備えている。図５には、入力保護回路９０、９２およびレベルシフト回路９１、９３の具体例が示されている。

入力保護回路９０は、パワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧変動が大きくなったときにこの変動幅を一定に抑制する。例えば、図５に示すように、入力保護回路９０は、パワーグランド端子ＰＧＮＤ側にカソードが配置されたツェナーダイオードと、制御グランド端子ＣＧＮＤ側にカソードが配置されたツェナーダイオードとを有し、これらを直列に接続することにより構成されている。なお、入力保護回路９０は、所定の電圧範囲にパワーグランドＰＧＮＤの電位の変動を抑えるために必要な数のツェナーダイオードが組み合わされる。例えば、所定の電圧範囲を０Ｖ±２．１Ｖとすると、それぞれの向きに３個、合計で６個のツェナーダイオードを直列接続して用いればよい。

レベルシフト回路９１は、制御グランド端子ＣＧＮＤの電位を基準にしてパワーグランド端子ＰＧＮＤの電位を監視する際に、パワーグランド端子ＰＧＮＤの電位の監視に適した電位に変換する。本実施形態では、少なくとも−１．３Ｖ〜＋０．６Ｖの電圧範囲（この電圧範囲の根拠については後述する）に含まれるパワーグランド端子ＰＧＮＤの電位を監視するために、制御系回路で用いられている動作電圧が５Ｖであることを考慮して、この電圧範囲が例えば２．５Ｖ±１．０Ｖになるようにレベルシフトが行われる。例えば、図５に示すように、レベルシフト回路９１は、オペアンプと複数の抵抗を組み合わせることで構成されている。

同様に、入力保護回路９２は、ＩＳＧフレーム１１０の電圧変動（正確には、ＩＳＧフレーム１１０に接続するための端子の電圧変動）が大きくなったときにこの変動幅を一定に抑制する。例えば、図５に示すように、入力保護回路９２は、パワーグランド端子ＰＧＮＤ側にカソードが配置されたツェナーダイオードと、制御グランド端子ＣＧＮＤ側にカソードが配置されたツェナーダイオードとを有し、これらを直列に接続することにより構成されている。

レベルシフト回路９２は、制御グランド端子ＣＧＮＤの電位を基準にしてＩＳＧフレーム１１０の電位を監視する際に、ＩＳＧフレーム１１０の電位の監視に適した電位に変換する。本実施形態では、少なくとも−０．７Ｖ〜＋０Ｖの電圧範囲（この電圧範囲の根拠については後述する）に含まれるＩＳＧフレーム１１０の電位を監視するために、制御系回路で用いられている動作電圧が５Ｖであることを考慮して、この電圧範囲が例えば２．５Ｖ±１．０Ｖになるようにレベルシフトが行われる。例えば、図５に示すように、レベルシフト回路９２は、オペアンプと複数の抵抗を組み合わせることで構成されている。

また、制御回路８は、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）８０、８１、ＣＧＮＤ外れ検出部８２、ＣＧＮＤ外れ通知部８３、ＣＡＮ（Controller Area Network）制御部８４を備えている。

アナログ−デジタル変換器８０は、レベルシフト回路９１の出力電圧をデジタルデータに変換する。アナログ−デジタル変換器８１は、レベルシフト回路９３の出力電圧をデジタルデータに変換する。ＣＧＮＤ外れ検出部８２は、アナログ−デジタル変換器８０、８１から出力されるデータに基づいて、制御グランド端子ＣＧＮＤやＩＳＧフレーム１１０の電圧（制御グランド端子ＣＧＮＤの電位を基準としたときのパワーグランド端子ＰＧＮＤやＩＳＧフレーム１１０の電位）を監視し、所定の電圧条件を満たした場合に、制御グランド端子ＣＧＮＤに接続された接地用ケーブル３３０が外れたことを検出する。

ＣＧＮＤ外れ通知部８３は、通知手段であって、ＣＧＮＤ外れ検出部８２によって接地用ケーブル３３０が外れたことが検出されたときに、その旨を知らせる通知をＥＣＵ６００に向けて送信する。例えば、ＣＡＮ制御部８４によって実現されるＣＡＮプロトコルを用いたＣＡＮ通信によってこの通知をＥＣＵ６００に送ることができる。なお、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信等のその他の通信方法を用いるようにしてもよい。

次に、制御グランド端子ＣＧＮＤから接地用ケーブル３３０が外れたことを検出する具体的な動作について説明する。例えば、本実施形態では、車両用回転電機１００の電動動作時と発電動作時のそれぞれに流れる入出力電流の最大値を２００Ａとする。また、パワーグランド端子ＰＧＮＤの接触抵抗（接地用ハーネス３２０の抵抗値等も含まれる）の最大値を３ｍΩとする。なお、上述した入手力電流の最大値やパワーグランド端子ＰＧＮＤの接触抵抗の最大値は一例であって、実際の製品において適宜変更される。

車両用回転電機１００の停止時のパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧（制御グランド端子ＣＧＮＤの電位を基準にした場合の電圧）を０Ｖ、電動動作時のパワーグランド端子ＰＧＮＤに流れる電流を正側に設定するものとする。この場合のパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧変動は図６に示すようになる。

すなわち、パワーグランド端子ＰＧＮＤと制御グランド端子ＣＧＮＤの両方が外れていない正常時には、電動動作時の電流０〜２００Ａに対応してパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧が０〜＋０．６Ｖの範囲で変動する。また、発電動作時の電流０〜２００Ａに対応してパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧が−０．６〜０Ｖの範囲で変動する。

一方、制御グランド端子ＣＧＮＤから接地用ケーブル３３０が外れる異常時には、制御グランド端子ＣＧＮＤの電位は、ダイオード１１の順方向電圧である０．７Ｖ分上昇して＋０．７Ｖとなる。この場合には、制御グランド端子ＣＧＮＤの電位を基準にしたＩＳＧフレーム１１０の電圧は正常時の０Ｖから−０．７Ｖに変化する。また、この＋０．７Ｖとなった制御グランド端子ＣＧＮＤの電位を基準にしてパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧検出を行っているため、この異常時には、電動動作時の電流０〜２００Ａに対応してパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧が−０．７〜−０．１Ｖの範囲で変動する。また、発電動作時の電流０〜２００Ａに対応してパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧が−１．３〜−０．７Ｖの範囲で変動する。

このように、制御グランド端子ＣＧＮＤから接地用ケーブル３３０が外れると、（Ａ）ＩＳＧフレーム１１０の電圧が０Ｖから−０．７Ｖに変化するとともに、（Ｂ）電動動作時および発電動作時のパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧が正常時に比べて０．７Ｖ低い側にずれる。ＣＧＮＤ外れ検出部８２は、これら（Ａ）、（Ｂ）のいずれか一方あるいは両方を制御グランド端子ＣＧＮＤ外れ検出の条件として用いている。

ところで、（Ｂ）については、パワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧が正常時に比べて０．７Ｖ低い側に変化するための工夫が必要になる。図７において、Ｎは正常時のパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧範囲（−０．６〜＋０．６Ｖ）を、Ｕは制御グランド端子ＣＧＮＤ外れが発生した異常時のパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧範囲（−１．３〜−０．６Ｖ）をそれぞれ示している。図７から明らかなように、異常発生時には、パワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧は、（Ｂ１）範囲ａで示される−０．１〜＋０．６Ｖまで上昇することはなく、（Ｂ２）範囲ｂで示される−１．３〜−０．６Ｖまで低下することがある。

ＣＧＮＤ外れ検出部８２は、（Ｂ１）については、例えば−０．１Ｖを基準電圧Ｖ１としたときに、パワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧が電動動作時にこの基準電圧Ｖ１を超えないことを確認すればよい。なお、電動動作時にパワーグランド端子ＰＧＮＤを介して流れる電流が多いほど、この確認を容易かつ正確に行うことが可能となる。例えば、車両用回転電機１００によって車両の車輪を駆動するような場合には電動動作時にフルパワーに近い状態となるため、このような電動動作時に上記の確認を行うことが望ましい。また、基準電圧Ｖ１は、必ずしも−０．１Ｖである必要はなく、−０．１Ｖよりも高い値を用いてもよい。

また、ＣＧＮＤ外れ検出部８２は、（Ｂ２）については、例えば−０．６Ｖを基準電圧Ｖ２としたときに、パワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧が発電動作時にこの基準電圧Ｖ２よりも低下したことを確認すればよい。なお、発電動作時にパワーグランド端子ＰＧＮＤを介して流れる電流が多いほど、この確認を容易かつ正確に行うことが可能となる。例えば、車両用回転電機１００による発電動作によって回生制動を行うような場合には比較的大電流が流れるため、このような発電動作時に上記の確認を行うことが望ましい。あるいは、発電電流（各ＭＯＳモジュールに流れる電流を合計することで全体の発電電流を検出することができる）が多いことや、発電動作時の調整電圧を高いことを確認したときに上記の確認を行うようにしてもよい。また、基準電圧Ｖ２は、必ずしも−０．６Ｖである必要はなく、−０．６Ｖよりも低い値を用いてもよい。なお、上述した（Ｂ１）と（Ｂ２）は、必ずしも両方の成立を確認する必要はなく、いずれか一方のみを確認したり、両方を確認するがいずれか一方が成立した時点で端子外れが発生した旨の判定を行うようにしてもよい。

このように、本実施形態の車両用回転電機１００では、パワー系回路を接地するパワーグランド端子ＰＧＮＤと制御系回路を接地する制御グランド端子ＣＧＮＤとを分けているため、パワーグランド端子ＰＧＮＤや制御グランド端子ＣＧＮＤが外れた場合であっても、パワー系回路から制御系回路への電流の回り込みを確実に防止することができる。

また、フレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤ（パワーグランド端子ＰＧＮＤ）と制御グランド端子ＣＧＮＤは、フレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤから制御グランド端子ＣＧＮＤに向けて流れる電流を遮断する向きに配置されたダイオード１１を介して接続されている。これにより、制御グランド端子ＣＧＮＤが外れた際に、パワーグランド端子ＰＧＮＤおよびフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤを介してパワー系回路から制御系回路に流れる電流を阻止することができる。また、制御グランド端子ＣＧＮＤをダイオード１１を介してフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤに接続することにより、制御グランド端子ＣＧＮＤが外れた際にその電位が不安定になることを防止することができる。

また、パワーグランド端子ＰＧＮＤは、車両フレーム５００に接続されており、制御グランド端子ＣＧＮＤは、ダイオード１１およびフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤを介してＩＳＧフレーム１１０に接続されている。さらに具体的には、ダイオード１１は、ＩＳＧフレーム１１０およびエンジンブロック５１０を介して車両フレーム５００に接続されている。これにより、車両用回転電機１００においてパワーグランド端子ＰＧＮＤと制御グランド端子ＣＧＮＤを完全に分離することによりこれらのグランド端子を別々に接地することができるとともに、制御グランド端子ＣＧＮＤが外れた際に制御グランド端子ＣＧＮＤをダイオード１１およびフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤを介して間接的に車両フレーム５００に接続して制御系回路の動作を継続することが可能となる。

また、パワー系回路は、高電圧バッテリ２００および高電圧負荷２１０に接続され、制御系回路は、低電圧バッテリ２０２および低電圧負荷２０４に接続されている。これにより、パワーグランド端子ＰＧＮＤや制御グランド端子ＣＧＮＤ子が外れた場合に、制御系回路だけでなく低電圧負荷への電流の回り込みを確実に防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＩＳＧとして動作する車両用回転電機１００について説明したが、電動動作および発電動作のいずれかのみを行う車両用回転電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、制御グランド端子ＣＧＮＤに接続された接地用ケーブル３３０が外れたことを検出して通知を行う場合について説明したが、並行して、パワーグランド端子ＰＧＮＤに接続された接地用ハーネス３２０が外れたことを検出して所定の保護動作や通知動作を行うことが望ましい。このために、例えば、制御回路８にＰＧＮＤ外れ検出部、固定子巻線短絡制御部、Ｈブリッジオフ制御部、ＰＧＮＤ外れ通知部を追加する。

ＰＧＮＤ外れ検出部は、パワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧（制御グランド端子ＣＧＮＤの電位を基準としたときのパワーグランド端子ＰＧＮＤの電位）を監視し、例えば０Ｖ±１．４Ｖの範囲から外れる場合に、接地用ハーネス３２０が外れたことを検出する。

固定子巻線短絡制御部は、ＰＧＮＤ外れ検出部によって接地用ハーネス３２０が外れたことが検出されたときに、ＵＶＷ相ドライバ４ＡとＸＹＺ相ドライバ４Ｂに指示を送って、固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれに含まれる相巻線を短絡させる保護動作を行う。具体的には、保護動作として、ＵＶＷ相ドライバ４ＡとＸＹＺ相ドライバ４Ｂによって全てのＭＯＳモジュール３ＡＵ等のハイサイド側のＭＯＳトランジスタ３０がオフされ、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ３１がオンされる。なお、回転角センサ７によって検出された回転子の位置に基づいて、ＭＯＳトランジスタ３０、３１に電流が流れていないタイミングで、これらのＭＯＳトランジスタ３０、３１をオン／オフすることが望ましい。

Ｈブリッジオフ制御部は、ＰＧＮＤ外れ検出部によって接地用ハーネス３２０が外れたことが検出されたときに、Ｈブリッジドライバ６に指示を送って、界磁巻線２に対する励磁電流の供給を停止させる保護動作を行う。具体的には、保護動作として、Ｈブリッジドライバ６によってＨブリッジ回路５のＭＯＳトランジスタ５０、５１の少なくとも一方がオフされ、界磁巻線２に対する励磁電流の供給が遮断される。

ＰＧＮＤ外れ通知部は、ＰＧＮＤ外れ検出部によって接地用ハーネス３２０が外れたことが検出されたときに、その旨を知らせる通知をＥＣＵ６００に向けて送信する。車両用回転電機１００と高電圧バッテリー２００との間に遮断機構としてのリレー２０１が設けられている場合には、この通知を受信したＥＣＵ６００によってリレー２０１を動作させて電力供給路を遮断することが可能となる。これにより、パワーグランド端子ＰＧＮＤに接続された素子を高電圧印加による損傷や破損から確実に保護することができる。また、ＥＣＵ６００から運転者に異常発生を知らせることができるため、運転者は、点検や修理、交換を含む早期の対策をとることが可能となる。

また、上述した実施形態では、パワーグランド端子ＰＧＮＤが接地用ハーネス３２０を介して車両フレーム５００に接続された場合について説明したが、図８に示すように、車両フレーム５００と高電圧バッテリ２００の負極端子とを接続する接地用ハーネスを分岐してパワーグランド端子ＰＧＮＤに接続するようにしてもよい。

あるいは、車両用回転電機１００の外部に露出するパワーグランド端子ＰＧＮＤを設ける代わりに、図９に示すように、パワーグランド端子ＰＧＮＤに接続されていた内部配線をフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤに接続するようにしてもよい。このフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤは、エンジンブロック５１０等を介して間接的に車両フレーム５００に接続されているため、パワーグランド端子ＰＧＮＤを設けた場合と同様に各種のパワー系回路を接地することができる。

上述したように、本発明によれば、パワー系回路を接地する第１のグランド端子と制御系回路を接地する第２のグランド端子とを分けているため、第１のグランド端子や第２のグランド端子が外れた場合であっても、パワー系回路から制御系回路への電流の回り込みを確実に防止することができる。

１Ａ、１Ｂ 固定子巻線
２ 界磁巻線
３Ａ、３Ｂ ＭＯＳモジュール群
５ Ｈブリッジ回路
８ 制御回路
９ 入出力回路
３０、３１、５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
３２０ 接地用ハーネス
３３０ 接地用ケーブル

Claims (7)

1. パワー素子（３０、３１、５０、５１）を有し、第１のグランド端子および第１の接続線（３２０）を介して接地されたパワー系回路（３Ａ、３Ｂ、５）と、
   前記パワー系回路を制御し、前記第１のグランド端子とは別の第２のグランド端子および第２の接続線（３３０）を介して接地された制御系回路（４Ａ、４Ｂ、６、７、８、９）と、
   前記第１のグランド端子から前記第２のグランド端子に向けて流れる電流を遮断する向きに配置されたダイオード（１１）と、
   を備え、前記第１のグランド端子と前記第２のグランド端子は、前記ダイオードを介して接続されており、
   前記制御系回路は、
   前記第２のグランド端子の電位を基準にしたときの前記第１のグランド端子の電位を監視することにより、前記第１の接続線が前記第１のグランド端子から外れたことと、前記第２の接続線が前記第２のグランド端子から外れたこととを検出する接続線外れ検出部（８２）と、
   前記接続線外れ検出部によって前記第１の接続線あるいは前記第２の接続線が外れたことが検出されたときに、ＣＡＮプロトコルまたはＬＩＮプロトコルを用いた通信によって外部に通知する通知手段（８３、８４）と、
   を有することを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記ダイオードは、一方端が前記第２のグランド端子に接続され、他方端がフレームグランド端子を介して前記第１のグランド端子に間接的に接続されていることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記第１のグランド端子は、車両フレーム（５００）に接続されており、
   前記第２のグランド端子は、前記ダイオードを介して前記車両フレームに接続されていることを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項３において、
   前記ダイオードは、車両用回転電機フレーム（１１０）およびエンジンブロック（５１０）を介して前記車両フレームに接続されていることを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記パワー素子は、固定子巻線（１Ａ、１Ｂ）あるいは界磁巻線（２）と共通の電流が流れることを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、
   固定子に含まれる固定子巻線（１Ａ、１Ｂ）に誘起される交流電圧を直流電圧に変換、または、外部から印加される直流電圧を交流電圧に変換して前記固定子巻線に印加する電力変換器（３Ａ、３Ｂ）と、
   回転子に含まれる界磁巻線（２）に励磁電流を供給する励磁回路（５）と、
   を備え、前記電力変換器と前記励磁回路が前記第１のグランド端子および前記第１の接続線を介して接地されていることを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、
   前記パワー系回路は、高電圧バッテリ（２００）および高電圧負荷（２１０）に接続され、
   前記制御系回路は、低電圧バッテリ（２０２）および低電圧負荷（２０４）に接続されていることを特徴とする車両用回転電機。

Images