JPH11235085A - 電気モータのチョッピング通電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１および第２のスイッチング素子の温度が
許容限界温度に到達するまでの時間を従来よりも長くす
る。 【解決手段】 通常は、第２のスイッチング素子６のオ
ンを保持し且つ第１のスイッチング素子５のオンとオフ
を交互に繰り返すスイッチングモードでチョッピング通
電する。このスイッチングモードにてチョッピング通電
を行うことによるスイッチング素子５、６の損失は、第
２のスイッチング素子の方が第１のスイッチング素子よ
りも多く、スイッチング素子６の温度がスイッチング素
子５の温度よりも高くなる。スイッチング素子６の温度
が、許容限界温度よりも低く設定した所定温度に到達し
たとき、スイッチングモードを、第１のスイッチング素
子６５オンを保持し且つ第２のスイッチング素子６のオ
ンとオフを交互に繰り返すスイッチングモードに切換
え、スイッチング素子６の発熱量を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、スイッチ
ドリラクタンスモータ等の電気モータの電気コイルにチ
ョッピング通電するＨ型スイッチング回路のスイッチン
グ素子のオン、オフを制御する通電制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】電気モータ、例えばスイッチドリラクタ
ンスモータの電気コイルにチョッピング通電するＨ型ス
イッチング回路は、図３に示すように、電気モータの１
つの相の電気コイル２の一端と電源高電位ライン３との
間に介挿された第１のスイッチング素子５と、電気コイ
ル２の他端と電源低電位ライン４との間に介挿された第
２のスイッチング素子６と、電気コイル２の一端と電源
低電位ライン４との間に介挿され、その前者からその後
者への電流流通は許す第１ダイオード７と、電気コイル
２の他端と電源高電位ライン３との間に介挿され、その
前者からその後者への電流流通は許す第２ダイオード８
を含むものであり、例えば特開平７−２７４５６９号公
報に記載されている。スイッチング素子５、６には、ゲ
ート絶縁型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用
されている。

【０００３】上記の如きＨ型スイッチング回路１におい
ては、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチ
ング素子６が共にオンの状態で電気コイル２に電流（電
源からの電流）が流れ、第１のスイッチング素子５およ
び第２のスイッチング素子６が共にオフした状態および
スイッチング素子５、６の何れか一方がオンし且つその
他方がオフした状態では電気コイル２には電流が流れな
い。チョッピング通電は、電気コイル２に流れる電流の
目標値と実際値との間の大小関係に応じてスイッチング
素子５、６をオン、オフさせ、電気コイル２に流れる電
流の実際値を目標値に近似させるものである。

【０００４】チョッピング通電時のスイッチングモード
としては、４つのスイッチングモードがある。第１のス
イッチングモードは、図３の（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、第１スイッチンング素子５および第２スイッチング
素子６の同時オンと同時オフを交互に繰り返すものであ
る。両スイッチング素子５、６の同時オンにより図３の
（ａ）に示すように電気コイル２に電流が流れ、また両
スイッチング素子５、６の同時オフにより、図３の
（ｂ）に示すように電気コイル２の誘起電圧による電源
への帰還電流が流れる。スイッチング素子５、６の同時
オンと同時オフを交互に繰り返すことにより、電気コイ
ル２には、図３の（ｃ）に示す脈動電流が流れる。この
ように両スイッチング素子５、６の同時オンと同時オフ
を交互に繰り返す第１のスイッチングモードにおいて
は、図３の（ｂ）に示すように両スイッチング素子５、
６を同時にオフにしている期間では、電気コイル２が発
電したエネルギが電源高電位ライン３に供給され（回
生）、電流が急激に減少する。

【０００５】第２のスイッチングモードは、図４の
（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のスイッチング素子
６をオンに保持しつつ第１のスイッチング素子５のオ
フ、オフを交互に繰り返すものである。この第２のスイ
ッチングモードにおいては、電気コイル２には、図４の
（ｃ）に示すように、脈動が比較的に小さい電流が流れ
るものであり、第１のスイッチング素子５がオフで第２
のスイッチング素子６がオンの期間では、電流は緩やか
に減少し、モータの駆動力や径方向の吸引力も緩やかに
減少する。従って、振動、騒音が比較的に低い。

【０００６】第３のスイッチングモードは、図５の
（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のスイッチング素子
５をオンに保持しつつ第２のスイッチング素子６のオ
フ、オフを交互に繰り返すものである。この第３のスイ
ッチングモードにおいては、電気コイル２には、図５の
（ｃ）に示すように、脈動が比較的に小さい電流が流れ
るものである。この第３のスイッチングモードにおいて
は、第２のスイッチング素子６がオフで第１のスイッチ
ング素子５がオンの期間では、電流は緩やかに減少し、
モータの駆動力や径方向の吸引力も緩やかに減少する。

【０００７】更に、第４のスイッチングモードは、図３
（ａ）の両スイッチング素子５、６の同時オン、図５
（ｂ）の第１のスイッチング素子５のオンかつ第２のス
イッチング素子６のオフ、図３（ｂ）の両スイッチング
素子５、６の同時オン、図４（ｂ）の第１のスイッチン
グ素子５のオフかつ第２のスイッチング素子６のオン、
を順次繰り返すものである。この第４のスイッチングモ
ードにおいては、、脈動が比較的に小さい電流が流れる
ものである。この第４のスイッチングモードにおいて
は、第１のスイッチング素子５がオフで第２のスイッチ
ング素子６がオンの期間および第２スイッチング素子６
がオフで第１スイッチング素子５がオンの期間では、電
流は緩やかに減少し、モータの駆動力や径方向の吸引力
も緩やかに減少する。この第４のスイッチングモードお
よび上記第３のスイッチングモードは、上記第２のスイ
ッチングモードと同様に、振動、騒音が比較的に低い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】公知のように、スイッ
チング素子５、６には損失があり、スイッチング素子
５、６が発熱する。この発熱によりスイッチング素子
５、６が過熱状態になると、スイッチング素子５、６が
熱破壊を起こしてしまう。スイチング素子５、６の熱破
壊を回避するため、従来では、一般的に、スイッチング
素子５、６の何れか一方でもその温度が許容限界温度に
到達したときには、電気コイル２の通電電流値を低減す
るパワーダウン制御を組み入れている。これにより、ス
イッチング素子５、６の熱破壊が回避される反面、通電
電流値の低減により出力が低下する。

【０００９】スイッチング素子５、６の損失の内訳は、
オン損失と、スイッチング損失である。上記第１のスイ
ッチングモードまたは第４のスイッチングモードにてチ
ョッピング通電する場合は、スイッチング素子５のオン
時間およびスイッチング回数とスイッチング素子６のオ
ン時間およびスイッチング回数とが実質的に等しいた
め、チョッピング通電を行うことによるスイッチング素
子５、６の発熱は同等であり、従ってスイッチング素子
５の温度とスイッチング素子６の温度は同等である。し
かし、上記第２のスイッチングモードまたは第３のスイ
ッチングモードにてチョッピング通電を行う場合は、ス
イッチング素子５のオン時間およびスイッチング回数と
スイッチング素子６のオン時間およびスイッチング回数
との間に差があり、スイッチング素子５の発熱量とスイ
ッチング素子６の発熱量との間に差が発生し、従ってス
イッチング素子５の温度とスイッチング素子６の温度と
の間に差が発生する。オン損失とスイッチング損失の大
小関係は電気モータの設計諸元に依存し、オン損失の方
がスイッチング損失よりも大きい場合や、その逆にスイ
ッチング損失の方がオン損失よりも大きい場合もある。
仮にオン損失がスイッチング損失よりも大きいとした場
合は、上記第２のスイッチングモードにてチョッピング
通電を行うときにはスイッチング素子６の損失はスイッ
チング素子５の損失より大きくなり、スイッチング素子
６の温度がスイッチング素子５の温度よりも高くなり、
また、上記第３のスイッチングモードにてチョッピン
グ通電を行うことときにはスイッチング素子５の損失が
スイッチング素子６の損失より大きく、スイッチング素
子５の温度がスイッチング素子６の温度よりも高くな
る。

【００１０】スイッチング素子５、６間に温度差がある
場合、一方のスイッチング素子の温度が許容限界温度に
到達すれば、他方のスイッチング素子の温度が許容限界
温度より低くても、上記パワーダウン制御が行われ、出
力が低下する。

【００１１】この出願の発明は、チョッピング通電を行
うことによって第１および第２のスイッチング素子の温
度が上記許容限界温度に到達するまでの時間をより長く
することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この出願の請求項１の発
明は、電気モータの電気コイルの一端と電源高電位ライ
ンとの間に介挿された第１のスイッチング素子と、前記
電気コイルの他端と電源低電位ラインとの間に介挿され
た第２のスイッチング素子と、前記電気コイルの前記一
端と前記電源低電位ラインとの間に介挿され、その前者
からその後者への電流流通は許す第１のダイオードと、
前記電気コイルの前記他端と前記電源高電位ラインとの
間に介挿され、その後者からその前者への電流流通は許
す第２のダイオードと、前記第１および第２のスイッチ
ング素子の同時オンおよび同時オフを交互に繰り返す第
１のスイッチングモード、前記第２のスイッチング素子
のオンを保持しつつ前記第１のスイッチング素子のオン
とオフを交互に繰り返す第２のスイッチングモード、前
記第１のスイッチング素子のオンを保持しつつ前記第２
のスイッチング素子のオンとオフを交互に繰り返す第３
のスイッチングモード、および前記第１および第２のス
イッチング素子の同時オン、前記第１のスイッチング素
子のオンかつ前記第２のスイッチング素子のオフ、前記
第１および第２のスイッチング素子の同時オン、前記第
１のスイッチング素子のオフかつ前記第２のスイッチン
グ素子のオン、を順次繰り返す第４のスイッチングモー
ドのうち、指示されたスイッチングモードにてチョッピ
ング通電を行うように構成されたチョッピング通電手段
と、前記第１および第２のスイッチング素子の温度が所
定温度よりも低いときには、前記チョッピング通電手段
に前記第２および第３のスイッチングモードの何れか一
方のスイッチングモードを指示し、当該スイッチングモ
ードにて前記チョッピング通電手段がチョッピング通電
を行っている最中に前記第１および前記第２スイッチン
グ素子の少なくとも一方のスイッチング素子の温度が前
記所定温度に到達したときには、それまでのスイッチン
グモードに代えて、前記一方のスイッチング素子の発熱
量が減少する他のスイッチングモードを前記チョッピン
グ通電手段に指示するスイッチングモード指示手段とを
備えたことを特徴とする電気モータの通電制御装置であ
る。

【００１３】上記所定温度は、保護制御がなされる上記
許容限界温度よりも低く設定するものである。

【００１４】前記第１および第２のスイッチング素子の
温度が所定温度よりも低いときに前記スイッチングモー
ド指示手段に例えば前記第２のスイッチングモードを指
示させることとした場合、前記第１および前記第２スイ
ッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子の温
度が前記所定温度に到達したときには、前記スイッチン
グモード指示手段がそれまで指示していた前記第２のス
イッチングモードに代えて、例えば前記第３のスイッチ
ングモードを指示するようにする。スイッチングモード
が前記第２のスイッチングモードから前記第３のスイッ
チングモードに切り換わることにより、前記第１および
前記第２スイッチング素子のうち、温度が低い他方のス
イッチング素子の発熱量が増加し温度上昇が速くなる
が、前記一方のスイッチング素子の発熱量が低減され温
度上昇が遅くなる。これによって、前記第１および第２
のスイッチング素子の温度が許容限界温度に到達するま
での時間が長くなる。

【００１５】また、前記第１および第２のスイッチング
素子の温度が所定温度よりも低いときに前記スイッチン
グモード指示手段に例えば前記第３のスイッチングモー
ドを指示させることとした場合、前記第１および前記第
２スイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素
子の温度が前記所定温度に到達したときには、前記スイ
ッチングモード指示手段がそれまで指示していた前記第
３のスイッチングモードに代えて、例えば前記第２のス
イッチングモードを指示するようにする。この場合も、
前記第１および第２のスイッチング素子の温度が許容限
界温度に到達するまでの時間が長くなる。

【００１６】更に、前記第２および第３のスイッチング
モードにてチョッピング通電したときの高温側のスイッ
チング素子の発熱量よりも前記第１のスイッチングモー
ドや第４のスイッチングモードにてチョッピング通電し
たときの各スイッチング素子の発熱量が少ない場合にお
いては、前記第１および前記第２スイッチング素子の少
なくとも一方のスイッチング素子の温度が前記所定温度
に到達したときに第１または第４のスイッチングモード
に切換えることとしてもよい。

【００１７】第１および第２のスイッチング素子の温度
は、温度センサによって直接検出することとしてもよ
く、また各スイッチング素子の損失に時間積や、電気コ
イルに流れる電流に時間積から推定することとしてもよ
い。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、自動車の走行用電気モー
タに適用される３相のスイッチドリラクタンスモータの
１つの相の電気コイル２の通電制御装置を示している。
図１において、電気コイル２のためのＨ型スイッチング
回路１は、電気コイル２の一端と電源高電位ライン３と
の間に介挿された第１のスイッチング素子５と、電気コ
イル２の他端と電源低電位ライン４との間に介挿された
第２のスイッチング素子６と、電気コイル２の一端と電
源低電位ライン４との間に介挿され、その前者からその
後者への電流流通は許す第１ダイオード７と、電気コイ
ル２の他端と電源高電位ライン３との間に介挿され、そ
の前者からその後者への電流流通は許す第２ダイオード
８と、スイッチング素子５と電気コイル２との間に介挿
され、電気コイル２に流れる電流の実際値を表すアナロ
グ信号Ｓ１を出力する電流値センサ９と、スイッチング
素子５およびにそれぞれ近接配置され、スイッチング素
子５および６の温度を表すアナログ信号Ｓ２およびＳ３
をそれぞれ出力する温度センサ１０および１１を含んで
いる。

【００１９】電流波形生成回路１２は、スイッチドリラ
クタンスモータのロータの回転角度を検出する角度セン
サ１３からのデジタル信号Ｓ４に基づき、角度センサ１
３により検出されたロータ回転角度において電気コイル
２に流れる電流の目標値を表すアナログ信号Ｓ５と、電
気コイル２への通電開始角度から通電終了通電角度まで
の間にわたりオン（高レベル）となり、その他の回転角
度ではオフ（低レベル）となる２値信号Ｓ６を出力す
る。

【００２０】信号Ｓ１と信号Ｓ５は比較回路１４に入力
される。比較回路１４は、信号Ｓ６とＳ１とを比較し、
信号Ｓ１がＳ６よりも小さければオンとなり、信号Ｓ１
がＳ６よりも大きければオフとなる２値信号Ｓ７を出力
する。

【００２１】信号Ｓ６と信号Ｓ７は出力判定回路１５に
入力される。出力判定回路１５は、２値信号Ｓ８および
２値信号Ｓ９を出力する。信号Ｓ９は、信号Ｓ６がオン
であればオンとなり、信号Ｓ６がオフとなればオフとな
る。信号Ｓ８は、信号Ｓ６と信号Ｓ７が共にオンであれ
ばオンとなり、信号Ｓ６と信号Ｓ７に何れかでもオフと
なればオフとなる。

【００２２】電流波形生成回路１２、比較回路１４、出
力判定回路１５は、請求項１のチョッピング通電手段を
構成する。

【００２３】信号Ｓ８およびＳ９は切換回路１６に入力
される。切換回路１６の動作は２値信号Ｓ１０によって
制御され、信号Ｓ１０がオンであれば切換回路１６は信
号Ｓ８およびＳ９をスイッチング素子５および６に夫々
供給し、また信号Ｓ１０がオフであれば信号Ｓ８および
Ｓ９をスイッチング素子６および５に夫々供給する。

【００２４】信号Ｓ１０は、スイッチングモード指示回
路１７が出力する。スイッチングモード指示回路１７
は、温度センサ１０によって検出されたスイッチング素
子５の温度Ｔ５および温度センサ６によって検出された
スイッチング素子６の温度Ｔ６が共に図５の所定温度Ｔ
ｓよりも低い場合には信号Ｓ１０をオンとする。従って
温度Ｔ５およびＴ６が共に所定温度Ｔｓよりも低い場合
には、スイッチング素子６のオンが保持されかつスイッ
チング素子５のオン、オフが繰返される第２のスイッチ
ングモードでチョッピング通電が行われる。

【００２５】この実施形態では、第２のスイッチングモ
ードにてチョッピング通電を行うことによるスイッチン
グ素子５の損失はスイッチング素子６の損失よりも小さ
い。従って、第２のスイッチングモードにてチョッピン
グ通電を行うことにより、図５に示すように、スイッチ
ング素子６の温度がスイッチング素子５の温度よりも高
くなる。スイッチング素子６の温度が所定温度Ｔｓに到
達すると、スイッチングモード指示回路１７の出力信号
Ｓ１０がオフとなり、切換回路１６が信号Ｓ８およびＳ
９をスイッチング素子６および５にそれぞれ供給するよ
うに切換動作する。これにより、スイッチングモードが
第２のスイッチングモードから第３のスイッチングモー
ドに切り換わり、スイッチング素子６の発熱量が低減さ
れ、スイッチング素子５の発熱量が増加する。その結
果、スイッチング素子５の温度上昇が速くなるがスイッ
チング素子６の温度上昇が遅くなり、電気コイル２への
連続通電を開始してからスイッチング素子６の温度が許
容限界温度Ｔｍａｘに到達するまで時間が長くなる。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したように、この出願の発明
に係る電気モータの通電制御装置によれば、チョッピン
グ通電を行うことによって第１および第２のスイッチン
グ素子の温度が上記許容限界温度に到達するまでの時間
をより長くし、電気モータを所望の出力にて長く駆動す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の一実施形態の構成を示す図で
ある。

【図２】１つの相に連続通電したときの第１および第２
のスイッチング素子の温度上昇を示す図であり、（ａ）
は従来技術による場合を、（ｂ）は図１の実施形態によ
る場合を示す。

【図３】図２のスイッチング回路の第１のスイッチング
モードでのチョッピング通電を示す図であり、（ａ）は
電流を流しているときの電流通流方向を、（ｂ）は電流
を遮断したときの電流通流方向を、（ｃ）は時系列の電
流波形の概要を示す。

【図４】図２のスイッチング回路の第２のスイッチング
モードでのチョッピング通電を示す図であり、（ａ）は
電流を流しているときの電流通流方向を、（ｂ）は電流
を遮断したときの電流通流方向を、（ｃ）は時系列の電
流波形の概要を示す。

【図５】図２のスイッチング回路の第３のスイッチング
モードでのチョッピング通電を示す図であり、（ａ）は
電流を流しているときの電流通流方向を、（ｂ）は電流
を遮断したときの電流通流方向を、（ｃ）は時系列の電
流波形の概要を示す。

【符合の説明】

１・・・Ｈ型スイッチング回路 ２・・・電気コイル ３・・・電源高電位ライン ４・・・電源低電位ライン ５・・・第１のスイッチング素子 ６・・・第２のスイッチング素子 ７・・・第１のダイオード ８・・・第２のダイオード ９・・・電流センサ １０・・・温度センサ １１・・・温度センサ １２…電流波形生成回路 １３・・・ロータ角度センサ １４・・・比較回路 １５…出力判定回路 １６・・・切換回路 １７・・・スイッチングモード指示回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 昌典 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気モータの電気コイルの一端と電源高
   電位ラインとの間に介挿された第１のスイッチング素子
   と、 前記電気コイルの他端と電源低電位ラインとの間に介挿
   された第２のスイッチング素子と、 前記電気コイルの前記一端と前記電源低電位ラインとの
   間に介挿され、その前者からその後者への電流流通は許
   す第１のダイオードと、 前記電気コイルの前記他端と前記電源高電位ラインとの
   間に介挿され、その後者からその前者への電流流通は許
   す第２のダイオードと、 前記第１および第２のスイッチング素子の同時オンおよ
   び同時オフを交互に繰り返す第１のスイッチングモー
   ド、前記第２のスイッチング素子のオンを保持しつつ前
   記第１のスイッチング素子のオンとオフを交互に繰り返
   す第２のスイッチングモード、前記第１のスイッチング
   素子のオンを保持しつつ前記第２のスイッチング素子の
   オンとオフを交互に繰り返す第３のスイッチングモー
   ド、および前記第１および第２のスイッチング素子の同
   時オン、前記第１のスイッチング素子のオンかつ前記第
   ２のスイッチング素子のオフ、前記第１および第２のス
   イッチング素子の同時オン、前記第１のスイッチング素
   子のオフかつ前記第２のスイッチング素子のオン、を順
   次繰り返す第４のスイッチングモードのうち、指示され
   たスイッチングモードにてチョッピング通電を行うよう
   に構成されたチョッピング通電手段と、 前記第１および第２のスイッチング素子の温度が所定温
   度よりも低いときには、前記チョッピング通電手段に前
   記第２および第３のスイッチングモードの何れか一方の
   スイッチングモードを指示し、当該スイッチングモード
   にて前記チョッピング通電手段がチョッピング通電を行
   っている最中に前記第１および前記第２スイッチング素
   子の少なくとも一方のスイッチング素子の温度が前記所
   定温度に到達したときには、それまでのスイッチングモ
   ードに代えて、前記一方のスイッチング素子の発熱量が
   減少する他のスイッチングモードを前記チョッピング通
   電手段に指示するスイッチングモード指示手段とを備え
   たことを特徴とする電気モータの通電制御装置。