JP7223128B2 - 回転電機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は回転電機の制御装置に関する。
本技術分野の背景技術として、以下の先行技術がある。特許文献1(特開2007-259644号公報)には、互いに所定の空間位相差だけ離れて配置された少なくとも二つの三相巻線をもつ発電電動機と、前記各三相巻線と個別に三相交流電流を授受する少なくとも2つの直交変換装置と、前記直交変換装置を制御するコントローラと、を備える車両用発電電動装置において、前記コントローラは、トルクまたは回転数の要求に応じて第1の前記直交変換装置のスイッチング素子を断続制御して第1の三相交流電流を第1の前記三相巻線へ通電し、更に、第2の前記三相巻線に通電する第2の三相交流電流が前記第1の三相交流電流に対して所定の電流位相差を確保するように第2の前記直交変換装置のスイッチング素子を断続制御することを特徴とする車両用発電電動装置が記載されている。
特開2007-259644号公報
電気自動車やハイブリッド自動車では、モータの回生トルクで減速する回生ブレーキが採用されている。また、回生ブレーキと機械ブレーキを併用する回生協調ブレーキでは、回生ブレーキと機械ブレーキとのすり替えを制御する専用のブレーキシステムが必要になり、コストの観点から多くの自動車への採用は困難である。このため、回生ブレーキによって減速から停車までを制御することが望ましい。
しかし、回生ブレーキのみで車両の減速から停止までを制御する場合、制動時にバッテリに電力を受け入れられる余裕が必要になる。このため、バッテリのSOCを考慮しながら、モータの駆動力や制動力を制御する方法が求められている。
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、独立した複数系統の巻線を有する回転電機を制御するための制御装置であって、交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界が所定値以上となるようにトルクを発生させる第1モードと、前記第1モードと異なる位相差の交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界を前記所定値より小さくしつつ、前記第1モード以上の電流を流す第2モードとによって前記回転電機を制御し、一つのペダルの操作量によって、力行制御と回生制御とを切り替え、前記回生制御時に、バッテリの充電量に応じて前記第1モードと前記第2モードとを切り替えることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、バッテリのSOCを考慮しながら、回転電機の駆動力や制動力を制御できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
本発明の実施例に係る回転電機駆動システムを搭載したハイブリッド型電気自動車の概略構成図である。 本実施例の回転電機駆動システム及び回転電機の構成を示す図である。 本実施例の力行時の第1モードにおける起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の力行時の第1モードにおける電流波形を示す図である。 本実施例の力行時の第2モードにおける起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の力行時の第2モードにおける電流波形を示す図である。 本実施例の回生時の第1モードにおける起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の回生時の第1モードにおける電流波形を示す図である。 本実施例の回生時の第2モードにおける起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の回生時の第2モードにおける電流波形を示す図である。 本実施例の強制放電時(第3モード)における起磁力ベクトルを示す図である。 本実施例の強制放電時(第3モード)における電流波形を示す図である。
以下、実施例を図面を用いて説明する。
図1は、本発明の実施例の回転電機制御装置16が搭載される車両(ハイブリッド自動車や電気自動車)10の構成を示す図である。
例えば、ハイブリッド自動車の車両10は、エンジン12と、第1の回転電機100と、第2の回転電機101と、高電圧のバッテリ201とを搭載する。バッテリ201は、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池などの二次電池で構成され、250ボルトから600ボルト、又はそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。バッテリ201は、回転電機100、101による駆動力が必要な場合には回転電機100、101に直流電力を供給し、回生走行時には回転電機100、101から直流電力が供給される。バッテリ201と回転電機100、101との間の直流電力は、回転電機制御装置16を介して授受される。
また、図示を省略するが、車両10は低電圧電力(例えば、14ボルト系電力)を供給する補機バッテリを搭載する。エンジン12及び回転電機100、101による回転トルクは、変速機13とデファレンシャルギア140を介して前輪11に伝達される。回転電機100、101は、ほぼ同一に構成されており、以下、回転電機100について説明する。
回転電機100は、永久磁石内蔵型の3相同期モータである。回転電機100は、固定子コアに巻回される固定子コイルに3相交流電流が供給されることによって、回転子を回転させる電動機として作動する。また、回転電機100は、エンジン12によって駆動されると、発電機として作動して3相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機100は、電気エネルギーを用いて回転トルクを発生する電動機としての力行機能と、機械エネルギーを用いて発電する発電機としての回生機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって前述の機能を選択的に利用できる。
車両10は、図示を省略するスロットルペダル及びブレーキペダルを運転者が操作することによって加速及び減速する。例えば、運転者がスロットルペダルを操作すると、踏み込み量に応じて駆動力が発生して力行走行する。運転者がブレーキペダルを操作すると、踏み込み量に応じて制動力が発生して回生走行する。
また、車両10は、図示を省略する単一のスロットルペダルを運転者が操作することによって加速及び減速してもよい。この場合、運転者がスロットルペダルを踏み込み、スロットルペダルの操作量が大きいと力行走行して駆動力が発生し、スロットルペダルの操作量が小さいと、回生走行して制動力が発生する。
図2は、本実施例の回転電機制御装置16及び回転電機100の構成を示す図である。なお、以後、回転電機100の制御について説明するが、回転電機101も同様の制御が可能である。
実施例1の回転電機制御装置16は、回転電機100の駆動を制御する。回転電機100は、例えば、車両10の走行用のモータである。回転電機制御装置16は、バッテリ201、キャパシタ202、制御マイコン203、駆動回路204及びインバータ回路210を有する。
回転電機100は、独立した二つの系統のY結線の三相式交流回転電機である。すなわち、回転電機100は、第1系統のU1相、V1相、W1相のそれぞれに対応する三相の電気子巻線102u1、102v1、102w1と、第2系統のU2相、V2相、W2相のそれぞれに対応する三相の電気子巻線102u2、102v2、102w2とを有する。各系統の電気子巻線102u~102wは、互いに独立して設けられているので、各相で異なる電流を流すことができる。電機子巻線102は各系統ごとに中性点n1、n2で接続されている。中性点n1、n2は、図示するように回転電機100の内部に設けられてもよいが、外部に設けられてもよい。
インバータ回路210は、電気子巻線102u~102wに流れる電流を独立に制御することによって、回転電機100を駆動する。回転電機100の出力軸には、回転電機100の磁極位置を検出する位置検出部110が取り付けられている。位置検出部110による磁極位置の検出結果は、制御マイコン203に出力される。
バッテリ201は、直流母線201a、201bを介してインバータ回路210に直流電力を供給する。バッテリ201には、例えばリチウムイオン電池等の二次電池などを利用できる。
キャパシタ202は、インバータ回路210の動作に伴って生じる直流電圧の変動を吸収するためのものであり、直流母線201aと直流母線201bの間に、インバータ回路210と並列に接続されている。
制御マイコン203は、所定の電流制御演算を行い、その演算結果に基づいて、駆動回路204に各相の出力電圧及び出力電流を指示する制御信号を出力する。駆動回路204は、インバータ回路210の各相のブリッジ回路211u1、211v1、211w1に、ドライブ信号Gu1、Gv1、Gw1をそれぞれ出力する。このドライブ信号Gu1、Gv1、Gw1に応じてブリッジ回路211u1、211v1、211w1をそれぞれ動作させることによって、制御マイコン203は駆動回路204を介してインバータ回路210を制御する。
インバータ回路210は、第1系統のU相、V相、W相のそれぞれに対応するブリッジ回路211u1、211v1、211w1を有する。各ブリッジ回路211u1、211v1、211w1は、上下の各アームのスイッチング素子として機能するIGBTと、各IGBTと並列に設けられたダイオードとを有する。ブリッジ回路211u1、211v1、211w1において、各IGBTは、駆動回路204からのドライブ信号Gu1、Gv1、Gw1に従ってスイッチング動作を行う。これにより、バッテリ201から供給された直流電力が三相交流電力に変換され、ブリッジ回路211u1、211v1、211w1から各相の交流出力線120を介して、回転電機100の各相の電気子巻線102u1、102v1、102w1のそれぞれに交流電流が出力される。
各相の交流出力線120には、回転電機100の電気子巻線102u1、102v1、102w1に流れる各電流を検出するための電流センサ130がそれぞれ設けられる。図示した例では、電流センサ130は、インバータ回路210の内部に設けたが、外部に設けてもよい。電流センサ130が検出した各相の電流値は、制御マイコン203に出力される。制御マイコン203は、運転者によるスロットルペダル及びブレーキペダルの操作や他のECUから入力された制御指令、電流センサ130から入力される各相の電流値、及び位置検出部110による磁極位置の検出に基づいて、所定の電流制御演算を行い、その演算結果に基づいて、各相のドライブ信号Gu1、Gv1、Gw1の出力を駆動回路204に指示する制御信号を出力する。
以上、第1系統について、制御マイコン203、駆動回路204及びインバータ回路210の動作を説明したが、第2系統でも同様に動作する。このように、各相の交流電流の振幅及び位相を制御することによって、各系統の電機子巻線102の起磁力の大きさと向きを制御し、合成起磁力の向きと大きさを制御して、電流の大きさと力行トルク及び回生トルクの大きさを調整し、バッテリ201に入出力されるエネルギー量を調整する。
図3は力行時の第1モードにおける起磁力ベクトルを示す図であり、図4は力行時の第1モードにおける電流波形を示す図である。
力行時の第1モードでは、各系統の電機子巻線102に同相の電流を流し、第1系統の電機子巻線102による起磁力の方向と第2系統の電機子巻線102による起磁力の方向とが近づくように制御する。すなわち、図3に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電機子巻線102の巻き位置の差分(図では30°)ずれているが、合成起磁力は各系統の起磁力の方向に近い方向となり、合成起磁力は大きくなり、発生するトルクが大きくなる。つまり、第1モードでは、目標トルクに対する電流値が小さくなるように、電流振幅Iaと電流位相β(電流位相β=0)を調整する。
なお、各系統の起磁力の方向は図3に示す場合は30°ずれているが、第1系統の電機子巻線102より30°進んだ電流を第2系統の電機子巻線102に流すことによって、各系統の起磁力の方向を等しくできる。このようにすると、図3に示す力行時の第1モードより合成起磁力を大きくできる。
図5は力行時の第2モードにおける起磁力ベクトルを示す図であり、図6は力行時の第2モードにおける電流波形を示す図である。
力行時の第2モードでは、各系統の電機子巻線102に異なる位相(例えば図6に示すように60°)の電流を流し、第1系統の電機子巻線102による起磁力の方向と第2系統の電機子巻線102による起磁力の方向とが直交するように制御する。具体的には、図5に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電流の位相差60°と各系統の電機子巻線102の巻き位置の差分(図では30°)との和の90°ずれており、合成起磁力は小さくなる。つまり、第2モードでは、目標トルクに対する電流値が大きくなるように、電流振幅Iaと電流位相β(電流位相β=0)を調整する。
このように、制御マイコン203は、運転者によるスロットルペダルの操作量に応じて、力行時に第1モード、第2モード又は他の動作モードを選択して、回転電機100の電機子巻線102に流れる電流の振幅と位相を制御する。例えば、力行時の第1モードでは、同じトルクを得るために電流値を小さくでき、エネルギー消費効率が高い状態で車両を制御できる。一方、力行時の第2モードでは、同じトルクを得るために電流値を大きくでき、第1モードよりエネルギー消費を増やし、バッテリ201のSOCが高くならないように制御できる。例えば、今後の走行ルートの状況を考慮して走行を制御する、いわゆる先読み制御では、先の道路の勾配や交通状況によってバッテリ201の充放電の制御が望まれる。具体的には、下り坂に入る前に第2モードによってバッテリ201を積極的に消費すると、下り坂において回生による必要な制動力が得られる。
図7は回生時の第1モードにおける起磁力ベクトルを示す図であり、図8は回生時の第1モードにおける電流波形を示す図である。制御マイコン203は、運転者によるスロットルペダルやブレーキペダルの操作量に応じて、減速時に回生時の第1モードを選択して、回転電機100の電機子巻線102へ流れる電流の振幅と位相を制御する。
回生時の第1モードでは、各系統の電機子巻線102に同相の電流を流し、第1系統の電機子巻線102による起磁力の方向と第2系統の電機子巻線102による起磁力の方向とが近づくように制御する。すなわち、図7に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電機子巻線102の巻き位置の差分(図では30°)ずれているが、合成起磁力は各系統の起磁力の方向に近い方向となり、その大きさは大きくなり、発生するトルクが大きくなる。また、第1モードでは、目標トルクに対する電流値が最小になるように、電流振幅Iaと電流位相β(電流位相β=180)を調整するので、発電機の効率が低くなり、所望のトルク(制動力)を得るための電流が小さくなる。
図9は回生時の第2モードにおける起磁力ベクトルを示す図であり、図10は回生時の第2モードにおける電流波形を示す図である。制御マイコン203は、運転者によるスロットルペダルやブレーキペダルの操作量に応じて、減速時に回生時の第2モードを選択して、回転電機100の電機子巻線102へ流れる電流の振幅と位相を制御する。
回生時の第2モードでは、各系統の電機子巻線102に異なる位相(例えば図10に示すように300°)の電流を流し、第1系統の電機子巻線102による起磁力の方向と第2系統の電機子巻線102による起磁力の方向とが直交するように制御する。具体的には、図9に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電流の位相差60°と各系統の電機子巻線102の巻き位置の差分(図では30°)との和の90°ずれており、合成起磁力は小さくなる。また、第2モードでは、目標トルクに対する電流値が大きくなるように、電流振幅Iaと電流位相β(電流位相β=180)を調整するので、発電機の効率が高くなり、所望のトルク(制動力)を得るための電流が大きくなる。
このように、制御マイコン203は、運転者によるスロットルペダルの操作量に応じて、力行時に第1モード、第2モード又は他の動作モードを選択して、回転電機100の電機子巻線102に流れる電流の振幅と位相を制御する。例えば、回生時の第1モードでは、制動トルクを得るために電流値を小さくでき、バッテリ201に充電されるエネルギー量を第2モードより減らし、バッテリ201のSOCが高くならないように制御できる。
一方、回生時の第2モードでは、制動トルクを得るために電流値を大きくでき、バッテリ201に充電されるエネルギー量が増えて、エネルギー効率を向上できる。このため、バッテリ201のSOCが高い状態では、第1モードを選択して、必要な制動力を得つつバッテリ201へ充電される電力を低減し、バッテリ201のSOCが低い状態では、第2モードを選択して、バッテリ201へ充電される電力を高くするとよい。
特に、前述した単一のスロットルペダルで加速から減速まで制御するワンペダル制御が可能な自動車では、スロットルペダルの操作量が小さい場合に回生ブレーキによる減速制御を行うので、バッテリ201が電力を受け入れられる余裕が必要になる。このため、ワンペダル制御時には、バッテリ201のSOCに応じて、第1モードと第2モードとを切り替えると、バッテリ201のSOCが高くならないように制御でき、車両をスムーズに制御できる。
図11は放電モード(第3モード)における起磁力ベクトルを示す図であり、図12は放電モード(第3モード)における電流波形を示す図である。
第3モードでは、バッテリ201やキャパシタ202の電荷を放電するためのモードである。この第3モードは、例えば、車両が惰性走行時(トルク=0)にバッテリ201のエネルギーを消費するときや、停車時にキャパシタ202の電荷を急速放電するときに使用される。
第3モードでは、各系統の電機子巻線102に異なる位相(例えば図12に示すように150°)の電流を流し、第1系統の電機子巻線102による起磁力の方向と第第2系統の電機子巻線102による起磁力の方向とが逆方向を向くように制御する。具体的には、図11に示すように、各系統の起磁力の方向は、各系統の電流の位相差150°と各系統の電機子巻線102の巻き位置の差分(図では30°)との和の180°ずれており、合成起磁力は0になり、トルクが発生しない。
従来の放電モードでは、回転子が停止しており、特定の系統の電機子巻線102に直流電流を流すので、特定の電機子巻線102が当該電機子巻線102の直流抵抗に応じて発熱する問題がある。また、磁石の直上に電機子巻線102に流れる電流による磁界が発生するので、磁石が発熱する。しかし、本実施例の第3モードでは、二つの系統の電機子巻線102に交流電流を流すので電機子巻線102の発熱量(温度上昇)が平均化できる。また、二つの系統の巻線で磁界を相殺するため、磁石は発熱しない。
また、今後の走行ルートの状況を考慮して走行を制御する、いわゆる先読み制御では、先の道路の勾配や交通状況によってバッテリ201の充放電の制御が望まれる。例えば、下り坂に入る前の惰行走行時に第3モードによってバッテリ201を積極的に放電すると、下り坂において回生ブレーキによる必要な制動力が得られる。また、この先の走行経路の渋滞箇所でEV走行が望まれる場合、渋滞箇所の手前では、力行時の第1モードによって電力消費を抑制したり、回生時の第2モードによって充電量を多くして、EV送稿用の電力を確保するとよい。
また、車両が事故や故障によって緊急停止して乗員の救出が必要な場合、バッテリ201を遮断すると共に、キャパシタ202の電力を迅速に放電する必要がある。このとき、第3モードによってキャパシタ202の電力を消費することによって、救護者の感電を防止できる。
以上に説明したように、本発明の実施例によると、独立した複数系統の巻線を有する回転電機100を制御するための制御装置(回転電機制御装置16の制御マイコン203)であって、交流電流を複数系統の巻線に通電して、巻線に生じる合成磁界が所定値以上となるようにトルクを発生させる第1モードと、第1モードと異なる位相差の交流電流を複数系統の巻線に通電して、巻線に生じる合成磁界を所定値より小さくしつつ、第1モード以上の電流を流す第2モードとによって回転電機100を制御するので、バッテリのSOCを考慮しながら、回転電機の駆動力や制動力を制御できる。すなわち、力行時には第2モードによって、必要な駆動トルクを発生しながら積極的にバッテリ201の電力を消費でき、回生時には第1モードによって、必要な制動トルクを発生しながらバッテリ201に充電される電力を小さくできる。このため、電機子巻線102の温度上昇を抑制できる。また、d軸電流の大きさでバッテリ201の電力消費を調整する従来の制御と比較して、2系統の巻線に交流電流を流して電力消費量を調整するので、電機子巻線102の温度上昇を平準化でき、磁石の温度上昇を抑制できる。
また、制御装置は、複数系統の巻線に位相が異なる交流電流を通電して、生じる合成磁界を0として、当該巻線に流れる交流電流でバッテリ201及びキャパシタ202の少なくとも一つの電力を消費する第3モードによって前記モータを制御する。第1系統の電機子巻線102に流れる三相交流電流によって発生する磁界と、第2巻線の電機子巻線102に流れる三相交流電流によって発生する磁界とを相殺して、トルクを発生することなく電機子巻線102に通電するので、回転電機100に交流電力を供給するインバータ回路210の前段に設けられたキャパシタ202を効率的かつ急速に放電でき、惰性走行時にバッテリ201の充電量を低減できる。
また、制御装置は、一つのペダルの操作量によって、力行制御と回生制御とを切り替え、回生制御時に、バッテリ201の充電量に応じて第1モードと第2モードとを切り替えるので、車両の状況に合せて加速度や減速度を発生しながらバッテリ201の充電量を調整でき、バッテリ201のSOCが高くならないように制御でき、車両をスムーズに制御できる。
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に格納することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
10 車両11 前輪12 エンジン13 変速機16 回転電機制御装置100、101 回転電機102 電機子巻線110 位置検出部120 交流出力線130 電流センサ140 デファレンシャルギア201 バッテリ201a、201b 直流母線202 キャパシタ203 制御マイコン204 駆動回路210 インバータ回路211 ブリッジ回路

Claims (4)

  1. 独立した複数系統の巻線を有する回転電機を制御するための制御装置であって、
    交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界が所定値以上となるようにトルクを発生させる第1モードと、
    前記第1モードと異なる位相差の交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界を前記所定値より小さくしつつ、前記第1モード以上の電流を流す第2モードとによって前記回転電機を制御し、
    一つのペダルの操作量によって、力行制御と回生制御とを切り替え、
    前記回生制御時に、バッテリの充電量に応じて前記第1モードと前記第2モードとを切り替えることを特徴とする制御装置。
  2. 請求項1に記載の制御装置であって、
    さらに、前記複数系統の巻線に位相が異なる交流電流を通電して、生じる合成磁界を0として、当該巻線に流れる交流電流でバッテリ及びキャパシタの少なくとも一つの電力を消費する第3モードとによって前記回転電機を制御することを特徴とする制御装置。
  3. 独立した複数系統の巻線を有する回転電機を制御する制御方法であって、
    前記回転電機を制御する制御装置は、
    交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界が所定値以上となるように駆動トルクを発生させる第1モードと、
    前記第1モードと異なる位相差の交流電流を前記複数系統の巻線に通電して、前記巻線に生じる合成磁界を前記所定値より小さくしつつ、前記第1モード以上の電流を流す第2モードとによって前記回転電機を制御し、
    一つのペダルの操作量によって、力行制御と回生制御とを切り替え、
    前記回生制御時に、バッテリの充電量に応じて前記第1モードと前記第2モードとを切り替えることを特徴とする制御方法。
  4. 請求項3に記載の制御方法であって、
    前記制御装置は、さらに、前記複数系統の巻線に位相が異なる交流電流を通電して、生じる合成磁界を0として、当該巻線に流れる交流電流でバッテリ及びキャパシタの少なくとも一つの電力を消費する第3モードとによって前記回転電機を制御することを特徴とする制御方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007259644A (ja) 2006-03-24 2007-10-04 Denso Corp 車両用発電電動装置
JP2012115031A (ja) 2010-11-24 2012-06-14 Toyota Motor Corp 車両電源システム
JP2016187237A (ja) 2015-03-27 2016-10-27 マツダ株式会社 電動車両用駆動装置
WO2018037506A1 (ja) 2016-08-24 2018-03-01 三菱電機株式会社 回転機の制御装置及び電動パワーステアリングの制御装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7312595B2 (en) * 2002-07-09 2007-12-25 Denso Corporation Motor control apparatus
JP4279326B2 (ja) * 2007-04-04 2009-06-17 本田技研工業株式会社 電動機の制御装置
JP4985956B2 (ja) * 2007-04-13 2012-07-25 本田技研工業株式会社 電動機の制御装置
ITVA20070064A1 (it) * 2007-07-25 2009-01-26 St Microelectronics Srl Closed-loop startup per motori brushless sensorless
CN103906648B (zh) * 2011-10-27 2015-11-25 丰田自动车株式会社 电动车辆及其控制方法
JP5907137B2 (ja) * 2013-10-02 2016-04-20 株式会社デンソー 電力変換装置および電力変換システム
JP6194113B2 (ja) * 2014-06-26 2017-09-06 日立オートモティブシステムズ株式会社 モータ駆動装置
DE102015117813A1 (de) * 2014-10-21 2016-04-21 Denso Corporation Steuerungseinheit und Steuerungsverfahren für rotierende elektrische Maschine
JP6287756B2 (ja) * 2014-10-24 2018-03-07 株式会社デンソー モータ制御装置
JP6324426B2 (ja) * 2016-03-10 2018-05-16 三菱電機株式会社 モータ駆動装置
JP6531707B2 (ja) * 2016-04-26 2019-06-19 株式会社デンソー シフトレンジ制御装置
JP6619404B2 (ja) * 2017-10-13 2019-12-11 ファナック株式会社 複数巻線バッファ用サーボモータを有するモータ駆動システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007259644A (ja) 2006-03-24 2007-10-04 Denso Corp 車両用発電電動装置
JP2012115031A (ja) 2010-11-24 2012-06-14 Toyota Motor Corp 車両電源システム
JP2016187237A (ja) 2015-03-27 2016-10-27 マツダ株式会社 電動車両用駆動装置
WO2018037506A1 (ja) 2016-08-24 2018-03-01 三菱電機株式会社 回転機の制御装置及び電動パワーステアリングの制御装置

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