JP6277601B2 - 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、接地端子外れを検出したときに出力ドライバ回路と出力スイッチング素子の両方を駆動しないようにすることで、出力制御を安定な状態に維持するようにした車載用交流レギュレータ等の電子回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この電子回路では、接地端子が外れたときに制御を停止させることで、出力制御不能になることを防止している。

特許第２５０４５８６号公報

ところで、上述した特許文献１の電子回路では、電子回路全体に１つの接地端子が設けられており、複数の接地端子のそれぞれが別々に接地され、一方の接地端子のみが外れるような場合にはそのまま適用することができない。例えば、車両用回転電機のインバータ構成の電力変換器が接続されるパワーグランド端子と、この電力変換器を制御する制御装置が接続される制御グランド端子とが別々に接地され、パワーグランド端子が外れた場合を想定すると、パワーグランド端子が外れたことを検出したり、パワーグランド端子に接続された素子を保護することはできない。

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、パワーグランド端子と制御グランド端子が別々に接地されている場合にパワーグランド端子が外れたことを検出することができる車両用回転電機を提供することにある。また、本発明の他の目的は、パワーグランド端子に接続された素子を保護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、制御系回路、接続線外れ検出部を備えている。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。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第１のグランド端子の電位をアナログ−デジタル変換器を用いて変換したデジタルデータに基いて監視し、第１および第２のグランド端子間の電位差が第１の電圧範囲の上限値を超えたときと下限値を下回ったときに第１の接続線が外れたことを検出する。電力変換器は、発電動作時に固定子に含まれる固定子巻線に誘起される交流電圧を直流電圧に変換し、電動動作時に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。励磁回路は、回転子に含まれる界磁巻線に励磁電流を供給する。
電力変換器と励磁回路が前記第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。また、制御系回路は、接続線外れ検出部によって接続線外れを検出したことを、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を有する。

制御系回路を接地する第２のグランド端子（制御グランド端子）の電位を基準にしてパワー系回路を接地する第１のグランド端子（パワーグランド端子）の電位を監視することにより、パワーグランド端子と制御グランド端子が別々に接地されている場合であっても、パワーグランド端子が外れたことを検出することができる。

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。 検出動作および保護動作を行う構成を示す図である。

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、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（図示せず）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（カソードがフレーム１１０側）が挿入されている。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。

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、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。

本実施形態では、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の電位を監視し、これらパワーグランド端子ＰＧＮＤと制御グランド端子ＣＧＮＤの間の電位差が第１の電圧範囲を超えたときに、接地用ハーネス３２０が外れたことを検出する。

なお、「接地用ハーネス３２０が外れる」とは、パワーグランド端子ＰＧＮＤから接地用ハーネス３２０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、パワーグランド端子ＰＧＮＤ側だけでなく、車両フレーム５００から接地用ハーネス３２０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。

また、接地用ハーネス３２０が外れたことを検出した場合に固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれに含まれる相巻線を短絡させる第１の保護手段や界磁巻線２に対する励磁電流の供給を停止させる第２の保護手段を設けている。これにより、固定子巻線１Ａ、１Ｂの各相巻線に高い電圧が発生することを抑制し、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保護している。

また、パワー系回路および制御系回路の少なくとも一方（望ましくは両方）には、パワーグランド端子ＰＧＮＤが接続された配線の電位の変動により、内部回路が破損しないよう、第１の電圧範囲よりも広い第２の電圧範囲内に抑制する入力保護回路が設けられている。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保護している。

さらに、制御回路８には、接地用ハーネス３２０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。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。

上述した検出動作および保護動作を行うために、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と制御グランド端子ＣＧＮＤ間の電圧に対してレベルシフトを行うレベルシフト回路９０と、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第２の電圧範囲に抑える入力保護回路９１とを備えている。

レベルシフト回路９０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、接地用ハーネス３２０の外れ検出に用いられる第１の電圧範囲を０Ｖ±１．４Ｖの範囲に設定しており、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。

入力保護回路９１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９１は、第１の電圧範囲（０Ｖ±１．４Ｖ）よりも広い範囲を有する第２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、第２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。

また、制御回路８は、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）８０、ＰＧＮＤ外れ検出部８１、固定子巻線短絡制御部８２、Ｈブリッジオフ制御部８３、ＰＧＮＤ外れ通知部８４、ＣＡＮ（Controller Area Network）制御部８５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９０の出力電圧をデジタルデータに変換する。ＰＧＮＤ外れ検出部８１は、アナログ−デジタル変換器８０から出力されるデータに基づいて、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、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。ＰＧＮＤ外れ検出部８１が接続線外れ検出部に対応する。

固定子巻線短絡制御部８２は、第１の保護手段であって、ＰＧＮＤ外れ検出部８１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８３は、第２の保護手段であって、ＰＧＮＤ外れ検出部８１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８４は、通知手段であって、ＰＧＮＤ外れ検出部８１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。例えば、ＣＡＮ制御部８５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。

このように、本実施形態の車両用回転電機１００では、制御系回路を接地する制御グランド端子ＣＧＮＤの電位を基準にしてパワー系回路を接地するパワーグランド端子ＰＧＮＤの電位を監視することにより、パワーグランド端子ＰＧＮＤと制御グランド端子ＣＧＮＤが別々に接地されている場合であっても、パワーグランド端子ＰＧＮＤが外れたことを検出することができる
また、制御回路８には、接地用ハーネス３２０が外れたときに固定子巻線１Ａ、１Ｂに含まれる相巻線を短絡させる第１の保護手段としての固定子巻線短絡制御部８２が備わっている。これにより、接地用ハーネス３２０が外れた場合であっても固定子巻線１Ａ、１Ｂに高電圧が発生することを防止し、パワーグランド端子ＰＧＮＤに接続された素子（例えば、図４に示すレベルシフト回路９０に含まれるオペアンプ）を高電圧印加による損傷や破壊から保護することができる。

特に、ＭＯＳモジュール３ＡＵ等のハイサイド側のＭＯＳトランジスタ３０をオフし、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ３１をオンして固定子巻線１Ａ、１Ｂの短絡を行うことにより、固定子巻線１Ａ、１Ｂに流れる電流を循環させることができ、固定子巻線１Ａ、１Ｂの外部に高電圧が印加されることを抑制することができる。

また、制御回路８には、接地用ハーネス３２０が外れたときに界磁巻線２に対する励磁電流の供給を停止させる第２の保護手段としてのＨブリッジオフ制御部８３が備わっている。これにより、第１の保護手段により短絡回路に流れる短絡電流量を少なくすることができる。励磁電流の供給を止めないと、いつまでたっても、（起電圧／短絡回路インピーダンス）分の電流が流れ続けてしまう。特に、固定子巻線１Ａ、１Ｂの抵抗は、効率向上を重視して小さく設計されているため、例えば１００ｍΩ程度しかない。４８Ｖ以上の起電圧があり、ＭＯＳトランジスタ３０、３１のソース・ドレイン間電圧を０．１Ｖとすると、（４８Ｖ−０．１×２）／１００ｍΩ＝４７８Ａとなり、通常時の２倍以上になってしまうため、ハードウエア（ＭＯＳトランジスタ３０、３１や配線）がもたないおそれがある。そのため、固定子巻線１Ａ、１Ｂを短絡して電圧がパワーグランド端子ＰＧＮＤにかからないようにするとともに、回転子を急激に消磁しなくてはいけない。

なお、これら第１および第２の保護手段としての固定子巻線短絡制御部８２とＨブリッジオフ制御部８３は、両方とも備えることで最も高い保護効果を得ることができるが、いずれか一方のみを備えるようにしてもよい。

また、パワーグランド端子ＰＧＮＤが接続された配線の電位の変動を抑制する入力保護回路９１（図４）を設けることにより、接地用ハーネス３２０が外れた場合においてもパワーグランド端子ＰＧＮＤに接続された素子を確実に保護することができる。

また、ＰＧＮＤ外れ検出部８１によって接地用ハーネス３２０が外れたことを検出するために用いられる第１の電圧範囲を、制御グランド端子ＣＧＮＤの電位を基準にして±１．４Ｖの範囲とすることにより、パワーグランド端子ＰＧＮＤに接続された素子の耐圧を必要以上に高くする必要がないため、素子やその周辺回路の小型化およびこれに伴う低コスト化が可能となる。

また、ＰＧＮＤ外れ検出部８１によって接地用ハーネス３２０が外れたことを検出したときに、ＰＧＮＤ外れ通知部８４によってその旨をＥＣＵ６００に通知している。これにより、ＥＣＵ６００から電力供給路の遮断等の保護動作を行うことが可能になるとともに、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、ＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ等は高電圧バッテリ２００に接続され、入出力回路１０等の制御系回路は、高電圧バッテリ２００とは異なる低電圧バッテリ２０２に接続されている。これにより、接地用ハーネス３２０が外れてパワーグランド端子ＰＧＮＤの電位が変動した場合であっても制御系回路の安定した動作を維持することが可能となる。特に、高電圧のパワー系回路の動作と低電圧の制御系回路とを切り離すことにより、接地用ハーネス３２０が外れてパワーグランド端子ＰＧＮＤの電位が変動した場合であっても制御系回路の安定した動作を維持することが可能となる。

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、パワーグランド端子ＰＧＮＤが接続された入出力回路９に着目してレベルシフト回路９０や入力保護回路９１を設けた。しかし、ＵＶＷ相ドライバ３Ａ、ＸＹＺ相ドライバ３Ｂ、Ｈブリッジドライバ６も、電流検出用抵抗３２（図２）や電流検出用抵抗５４（図３）を介してパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧が直接印加される配線を有する点は同じである。したがって、これらの接続線についてもレベルシフト回路９０や入力保護回路９１を設けて、同様の保護を行うことが望ましい。

また、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、２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂと２つのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂを備えるようにしたが、一方の固定子巻線１Ａと一方の整流器モジュール群３Ａを備える車両用回転電機や、３つ以上の固定子巻線やＭＯＳモジュールを備えた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。

上述したように、本発明によれば、制御系回路を接地する第２のグランド端子（制御グランド端子）の電位を基準にしてパワー系回路を接地する第１のグランド端子（パワーグランド端子）の電位を監視することにより、パワーグランド端子と制御グランド端子が別々に接地されている場合であっても、パワーグランド端子が外れたことを検出することができる。

１Ａ、１Ｂ 固定子巻線
２ 界磁巻線
３Ａ、３Ｂ ＭＯＳモジュール群
８ 制御回路
９ 入出力回路
３０、３１、５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
８１ ＰＧＮＤ外れ検出部
８２ 固定子巻線短絡制御部
８３ Ｈブリッジオフ制御部
８４ ＰＧＮＤ外れ通知部

Claims (9)

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の接続線を介して接地された制御系回路（４Ａ、４Ｂ、６、７、８、９）と、
   前記第２のグランド端子の電位を基準にした前記第１のグランド端子の電位をアナログ−デジタル変換器を用いて変換したデジタルデータに基いて監視し、前記第１および第２のグランド端子間の電位差が第１の電圧範囲の上限値を超えたときと下限値を下回ったときに前記第１の接続線が外れたことを検出する接続線外れ検出部（８１）と、
   発電動作時に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し、電動動作時に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おり、
   前記制御系回路は、前記接続線外れ検出部によって接続線外れを検出したことを、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（８４）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、
   前記パワー素子は、前記固定子巻線（１Ａ、１Ｂ）あるいは前記界磁巻線（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。
3. 請求項１または２において、
   前記制御系回路は、前記接続線外れ検出部によって接続線外れが検出されたときに、前記固定子巻線に含まれる相巻線を短絡させる第１の保護手段（８２）を有す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、
   前記電力変換器は、ハイサイド側の複数の第１のスイッチング素子とローサイド側の複数の第２のスイッチング素子によって構成されるブリッジ回路を有し、
   前記第１の保護手段は、前記複数の第１のスイッチング素子をオフし、前記複数の第２のスイッチング素子をオンす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、
   前記制御系回路は、前記接続線外れ検出部によって接続線外れが検出されたときに、前記界磁巻線に対する励磁電流の供給を停止させる第２の保護手段（８３）を有す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、
   前記パワー系回路および前記制御系回路の少なくとも一方は、前記第１のグランド端子が接続された配線の電位の変動を、前記第１の電圧範囲よりも広い第２の電圧範囲内に抑制する入力保護回路（９１）を有す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、
   前記接続線外れ検出部によって接続線外れを検出するために用いられる前記第１の電圧範囲は、前記第２のグランド端子の電位を基準にして±１．４Ｖの範囲に設定されていることを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、
   前記電力変換器は、第１のバッテリに接続され、
   前記制御系回路は、前記第１のバッテリとは異なる第２のバッテリに接続されていることを特徴とする車両用回転電機。
9. 請求項８において、
   前記第１のバッテリの端子電圧は、前記第２のバッテリの端子電圧よりも高いことを特徴とする車両用回転電機。

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