KR102400692B1 - 모터 구동 장치 - Google Patents

Abstract

(과제)모터 구동 전압의 제어나 발전 전압의 승압을 간단하고 쉬운 구성으로 실현한다.
(해결 수단) 모터 구동을 위한 브릿지 회로에 있어서의 각 스위칭 소자의 온/오프 제어를 행하여 엔진과 회전축이 직결된 스타터 모터 겸 발전기를 구동하는 구동부와, 이 구동부에 의한 상기 스타터 모터 겸 발전기의 구동 동작을 제어하는 구동 콘트롤러를 구비한다. 구동부는, 브릿지 회로의 스위칭 소자의 온 기간을 변화시키는 것으로 스타터 모터 겸 발전기에 대한 모터 구동 전압의 제어를 행한다. 또한, 구동부는, 소정 타이밍에서 브릿지 회로의 소정의 스위칭 소자를 온 제어하여 스타터 모터 겸 발전기에 의한 회생 전압을 승압시키는 액티브 프리 휠 동작이 실행 가능하게 된다. 구동 콘트롤러는, 배터리 전압에 근거하여, 구동부에 대해, 모터 구동 전압의 지시 및 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 지시가 가능하게 되어 있는 것으로 한다.

Description

모터 구동 장치{MOTOR DRIVING DEVICE}

본 발명은 엔진의 스타터 모터를 구동하는 모터 구동 장치에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 부하를 구동할 뿐만 아니라 발전기로서 회생 전력을 얻기 위해서도 이용되고 있다.

예를 들면 하기 특허문헌 1에는 엔진의 스타터와 발전기를 겸용한 모터의 제어 장치에 관한 기술이 개시되어 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허문헌)

(특허문헌 1) 일본 특허공개 2001－271729호 공보

그런데 엔진에 대한 스타터 모터를 발전기로서 겸용하는 경우, 회생 전력을 배터리 등에 충전하기 위해서 무언가의 부가 장치가 필요하다. 이 부가 장치로서 상정되는 전압 승압 강압 회로나 모터 증속 기구는, 비교적 회로 규모, 장치 규모가 큰 것으로, 모터 구동 장치로서의 장치의 대형화, 중량 증가, 비용 증가 등이 발생한다.

본 발명은 이러한 것을 감안해, 비교적 회로 규모, 장치 규모가 큰 부가 장치를 필요로 하지 않고, 모터 겸용 발전기의 적확한 제어를 행할 수 있는 모터 구동 장치를 제안한다.

본 발명에 관한 모터 구동 장치는, 모터 구동을 위한 브릿지 회로에 있어서의 각 스위칭 소자의 온/오프 제어를 행하여 엔진과 회전축이 직결된 스타터 모터 겸 발전기를 구동하는 구동부와, 상기 구동부에 의한 상기 스타터 모터 겸 발전기의 구동 동작을 제어하는 구동 콘트롤러를 구비하고, 상기 구동부는, 상기 브릿지 회로의 스위칭 소자의 온 기간을 변화시키는 것에 의해 상기 스타터 모터 겸 발전기에 대한 모터 구동 전압의 제어를 행하고, 또한, 소정 타이밍에서 상기 브릿지 회로의 소정의 스위칭 소자를 온 제어하여 상기 스타터 모터 겸 발전기에 의한 회생 전압을 승압시키는 액티브 프리 휠 동작이 실행 가능하게 되고, 상기 구동 콘트롤러는, 배터리 전압에 근거하여, 상기 구동부에 대해, 상기 모터 구동 전압의 지시 및 상기 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 지시가 가능하게 되어 있다.

즉, 엔진과 스타터 모터 겸 발전기의 회전축이 직결되어 있는 구조에 있어서, 스타터 모터 겸 발전기를, 엔진의 스타터 모터 기능과 배터리의 충전을 위한 회생 전력 생성 기능을 적절히 발휘하게 한 모터 구동 장치를 구성한다. 이때에 브릿지 회로의 스위칭 소자의 제어에 의해 모터 구동 전압의 제어나 회생 전압의 승압을 실행하도록 한다.

상기한 모터 구동 장치에 있어서는, 상기 구동 콘트롤러는 상기 구동부에 대해서, 1 계통의 PWM 신호에 의해, 상기 모터 구동 전압의 지시 및 상기 액티브 프리 휠 동작의 지시를 행하는 것이 생각된다.

예를 들면 PWM 신호의 H 기간 길이("H"는 펄스의 하이(High) 레벨을 나타낸다)이나 L 기간 길이("L"은 펄스의 로우(Low) 레벨을 나타낸다) 등에 의해, 제어 내용을 설정한다.

상기한 모터 구동 장치에 있어서는, 상기 구동 콘트롤러는 상기 구동부에 대해서, 상기 1 계통의 PWM 신호에 의해, 초기 신호의 공급 및 엔진 스타트의 지시도 행하는 것이 생각된다.

예를 들면 PWM 신호의 H 기간 길이나 L 기간 길이 등에 의해, 초기 신호나 엔진 스타트의 지시도 더 행하도록 한다.

상기한 모터 구동 장치에 있어서는, 상기 구동 콘트롤러는, 엔진 회전 정보 또는 조작 정보에 따라서, 상기 액티브 프리 휠 동작의 지시가 가능하게 되어 있는 것이 생각된다.

예를 들면 엔진 회전 수가 내려갔을 때에는 액티브 프리 휠 동작 오프를 지시하거나 유저의 조작에 따라서 액티브 프리 휠 동작 오프를 지시하거나 할 수 있다.

본 발명에 의하면, 스타터 모터 겸 발전기를 구동하는 모터 구동 장치로서, 승압 강압 회로나 모터 증속 기구 등의 부가 회로의 추가를 필요로 하지 않고, 소형 경량으로 코스트 부담도 적은 모터 구동 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태의 모터 구동 장치 및 주변 구성의 블럭도이다.
도 2는 실시의 형태의 PWM 제어 신호의 설명도이다.
도 3은 실시의 형태의 구동부의 내부 구성의 블럭도이다.
도 4는 실시의 형태의 3상 FET 브릿지의 동작의 설명도이다.
도 5는 실시의 형태의 3상 FET 브릿지의 동작의 설명도이다.
도 6은 실시의 형태의 3상 FET 브릿지의 동작의 설명도이다.
도 7은 실시의 형태의 게이트 전압 파형의 설명도이다.
도 8은 실시의 형태의 액티브 프리 휠 동작 온 시의 게이트 전압 파형의 설명도이다.
도 9는 코일의 역기전압의 설명도이다.
도 10은 모터 회전 수와 전압의 관계의 설명도이다.
도 11은 실시의 형태의 구동 콘트롤러 및 구동부의 처리의 플로차트(flow chart)이다.
도 12는 실시의 형태의 기기 설정의 설명도이다.
도 13은 실시의 형태의 부하 증대시의 동작의 설명도이다.
도 14는 실시의 형태의 엔진 회전 수 저하 시의 설명도이다.
도 15는 실시의 형태의 스로틀 개방 조작 시의 설명도이다.
도 16은 실시의 형태의 하이브리드 동작 영역과 충전하는 영역의 설명도이다.

＜모터 구동 장치를 포함하는 구동계의 구성＞

이하 실시의 형태의 구성 및 동작을, 도면을 참조하면서 설명한다.

실시의 형태의 모터 구동 장치(1)를 포함하는 구동계는, 예를 들면 무선 조종 비행체(무선 조종형의 드론이나 소형 헬리콥터 그 외의 비행체)나 차량 등의 이동체에 탑재하는 것이 상정된다.

도 1은 드론 등의 이동체에 채용할 수 있는 구동계의 구성예를 나타내고 있다. 도 1에서는 모터 구동 장치(1), 스타터 모터 겸 발전기(4), 엔진(5), 배터리(6), 수신기(8), 송신기(9)를 나타내고 있다.

스타터 모터 겸 발전기(4)는 예를 들면 브러시리스 모터에 의해 구성된다.

엔진(5)과 스타터 모터 겸 발전기(4)는 회전축(7)이 직결되어 있다. 그리고 스타터 모터 겸 발전기(4)는 엔진(5)의 스타터로서 기능하기 위해서 모터 구동력을 엔진(5)에 전달한다. 또한, 이른바 하이브리드 동작으로서, 엔진(5)의 보조를 행하기 위해서 모터 구동력을 전달한다.

한편으로 엔진(5)에 의한 구동력도 스타터 모터 겸 발전기(4)에 전달되고, 회생 전력의 발전에 이용되는 것으로 된다. 회생 전력은 배터리(6)에의 충전에 이용된다.

배터리(6)는 모터 구동 장치(1)에 대해서 직류 전류로서의 구동 전류를 공급한다. 모터 구동 장치(1)는 이 구동 전류를 이용해 3상 교류의 모터 구동 전류를 생성하고, 스타터 모터 겸 발전기(4)에 공급하여 모터 구동을 행한다.

한편으로 스타터 모터 겸 발전기(4)에서의 발전에 의한 발전 전류는 모터 구동 장치(1)를 통해서 충전 전류로서 배터리(6)에 공급된다.

모터 구동 장치(1)는 스타터용 구동 제어 장치와 발전용 레귤레이터 렉트파이어를 공용하는 것이다. 이 모터 구동 장치(1)는 구동부(2)와 구동 콘트롤러(3)를 가진다.

구동부(2)는 구동 콘트롤러(3)로부터의 제어에 따라 3상 교류의 모터 구동 전류를 생성하고, 스타터 모터 겸 발전기(4)를 회전 구동한다. 구동부(2)는 후술하는 바와 같이 3상의 FET 브릿지나 그 스위칭 소자인 FET의 게이트 드라이버 등을 가지고, 3상 교류의 모터 구동 전류를 생성한다.

또한, 구동부(2)는 3상의 FET 브릿지의 제어에 의해 후술하는 액티브 프리 휠 동작도 행해, 회생 전압의 승압을 행할 수가 있다.

구동 콘트롤러(3)는 예를 들면 마이크로 컴퓨터에 의해 구성되고, 각종 입력에 따라서 구동부(2)에 대한 제어를 행한다.

구동 콘트롤러(3)와 구동부(2) 사이는, 전원 전압 라인(Vcc), 그라운드 라인(GND) 및 PWM 제어 신호 PS2의 라인이라는 3개의 라인으로 접속되어 있다.

구동 콘트롤러(3)는 PWM 제어 신호 PS2를 이용하여, 구동부(2)에 대해서 초기 신호, 엔진 스타트 신호의 공급이나, 회전 수 제어, 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 제어를 행한다.

송신기(9)는, 예를 들면 드론 등의 이동체의 무선 조종 장치로, 조종자의 조작에 따른 신호(조작 정보)를 송신한다. 당해 조작 정보는 수신기(8)에 의해 수신되고, 구동 콘트롤러(3)에 조작 내용이 인식된다.

수신기(8)와 구동 콘트롤러(3) 사이는, 전원 전압 라인(Vcc), 그라운드 라인(GND) 및 PWM 제어 신호 PS1의 라인이라고 하는 3개의 라인으로 접속되어 있다.

수신기(8)은, 송신기(9)로부터 송신되어 온 조작 정보를 PWM 제어 신호 PS1로서 구동 콘트롤러(3)에 전달한다.

또한, 송신기(9)를 이용하는 조종자는, 예를 들면 엔진 스타트 조작, 스로톨 조작(스로틀 개방도의 변경), 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 조작 등이 가능하게 되어 있다.

한편, 액티브 프리 휠 동작 자체는 조종자가 의식하는 것은 아니고, 모터 구동 장치(1) 내에서 적당히 행해지는 것이다. 이 조작은 실제로는 예를 들면 파워 업 모드 등으로서 조종자가 인식하는 조작이면 좋다. 후술도 하지만, 액티브 프리 휠 동작은 엔진(5)에 있어서의 부하로 되기 때문에, 조종자가 파워 업을 요구하는 조작을 행한 경우, 이것을 구동 콘트롤러(3)는 액티브 프리 휠 동작의 오프의 요구라고 해석할 수가 있다.

수신기(8)로부터의 PWM 제어 신호 PS1로서 조작 정보를 취득한 구동 콘트롤러(3)는, 조작 정보에 따라서 PWM 제어 신호 PS2를 생성하고, 구동부(2)에 송신하게 된다. 구체적으로는 조작 정보로서는 엔진 스타트의 지시, 스로틀 개방도의 지시, 액티브 프리 휠 동작의 온/오프의 지시 등이다.

스로틀 개방도의 지시에 대해서는, 도시하지 않은 엔진 구동계에 의해 엔진(5)의 캬브레터 개방도의 제어가 행해지지만, 동기하여 모터 회전 수 제어도 행해진다.

따라서, 구동 콘트롤러(3)는, 상기의 조작 정보로부터는, 구동부(2)에 대해, 엔진 스타트 신호의 공급, 회전 수 제어, 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 제어, 이에 더해 엔진 스타트를 위한 초기 신호의 공급을 행하도록 한다. 이것들을 1 계통의 PWM 제어 신호 PS2에 의해 실현한다.

또한, 구동 콘트롤러(3)는, 배터리(6)의 단자 전압 Vb(배터리 전압)를 감시하고 있다.

또한, 구동 콘트롤러(3)에는 엔진(5)으로부터의 엔진 회전 신호 S1(이그나이터 신호)도 구동 콘트롤러(3)에 공급된다. 엔진 회전 신호 S1는 홀 센서의 신호로, 예를 들면 엔진 1회전에 대해 1 펄스인 신호이다. 엔진(5)이 걸리기 전, 예를 들면 스타터 모터 겸 발전기(4)는 500rpm로 회전시키고, 엔진(5)이 걸리면 약 2000rpm로 회전시키도록 하고 있다. 따라서 구동 콘트롤러(3)는, 엔진 회전 신호 S1를 기초로, 엔진(5)이 기동했는지의 여부를 판단할 수 있고, 또 엔진(5)의 부하의 증대 등도 검지 가능하다.

구동 콘트롤러(3)는, 이들 배터리(6)의 단자 전압 Vb나 엔진 회전 신호 S1에 따라서도 구동부(2)에 대한 제어를 행하지만, 이것도 PWM 제어 신호 PS2에 의해 실현된다.

구동 콘트롤러(3)가 출력하는 PWM 제어 신호 PS2의 일례를 도 2에 나타낸다.

회전 수 제어를 위해서는 PWM 펄스의 H 기간 길이를 가변한다. 예를 들면 H 기간 길이를 1.3ms~2.0ms의 폭으로 가변하는 것으로 모터 회전 수 제어를 행한다.

예를 들면 송신기(9)에서는, 스로틀의 정보를, H 기간 0.8ms~2.0ms의 폭으로 나타내도록 되어 있고, 최소가 H 기간 길이 0.8ms, 최대가 H 기간 길이 2.0ms 등이다.

구동 콘트롤러(3)는, 이 중의 1.3ms~2.0ms의 폭의 기간을 모터 구동 전압 제어에 이용하는 것으로 하고 있다.

또한, 초기 신호는 PWM 펄스의 H 기간 길이를 0.8ms로 하는 것으로 표현하고, 엔진 스타트 신호는 PWM 펄스의 H 기간 길이를 1.2ms로 하는 것으로 표현한다. 이것은, 상기의 1.3ms~2.0ms에 해당하지 않는 펄스 길이를 이용한 일례이다.

액티브 프리 휠 동작의 온/오프 제어에 대해서는, PWM 펄스의 L 기간 길이를 이용한다. 예를 들면 L 기간 길이가 4ms인 때는, 액티브 프리 휠 동작 오프, 2ms인 때는 액티브 프리 휠 동작 온의 지시를 의미하는 것으로 한다.

예를 들면 이상의 예와 같이 구동 콘트롤러(3)는, 1 계통의 PWM 제어 신호 PS2에 의해 각 제어 내용을 구동부(2)에 전달하도록 하고 있다.

구동부(2)의 구성을 도 3에 나타낸다.

구동부(2)는 게이트 제어부(21), 게이트 드라이버(22), 3상 FET 브릿지(23), 액티브 프리 휠 구동부(25), 모터 유기 전압 검출부(26)를 가진다.

게이트 제어부(21)는 마이크로 컴퓨터에 의해 형성되고, 구동 콘트롤러(3)로부터의 PWM 제어 신호 PS2를 수신하여 지시 내용을 해석하고, 게이트 드라이버(22)나 액티브 프리 휠 구동부(25)를 제어한다.

또 게이트 제어부(21)는 모터 유기 전압 검출부(26)로부터의 자석 위치 데이터 DM도 감시하고, 3상 FET 브릿지(23)의 스위칭 소자의 게이트 구동 타이밍을 설정하고 있다.

게이트 드라이버(22)는, 게이트 제어부(21)에 의한 타이밍 제어에 근거하여, 3상 FET 브릿지(23)의 스위칭 소자인 각 FET의 스위칭 구동을 위해서 게이트 구동 신호 PS3를 생성해 출력한다.

액티브 프리 휠 구동부(25)는 게이트 제어부(21)로부터의 온/오프 설정 신호 SFF에 따라서, 액티브 프리 휠 동작이 온/오프 되도록 게이트 드라이버(22)에 의한 게이트 구동 신호 PS3를 제어한다.

3상 FET 브릿지(23)는 스타터 모터 겸 발전기(4)의 모터 코일(41)의 U상, V상, W상에 대한 모터 구동 전류를 생성한다.

모터 유기 전압 검출부(26)는 3상 FET 브릿지(23)를 통해 얻어지는 모터 유기 전압을 검출하여 자석 위치 데이터 DM를 생성해 게이트 제어부(21)에 공급한다.

도 4, 도 5, 도 6에 3상 FET 브릿지(23) 및 모터 코일(41)을 나타낸다. 각 도면은 각각 스위칭 소자의 온 타이밍 기간에 맞춘 전류 경로를 나타내고 있다.

예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 3상 FET 브릿지(23)는, 예를 들면 전압 V1-그라운드간에 있어서 각각이 스위칭 소자가 되는 6개의 N형 MOSFET를 이용한 브릿지 회로로 된다.

U상에 대응해서는, 스위칭 소자 UH, UL이 직렬 접속되고, 그 접속점이 모터 코일(41)의 U상 코일에 접속되어 있다.

V상에 대응해서는, 스위칭 소자 VH, VL이 직렬 접속되고, 그 접속점이 모터 코일(41)의 V상 코일에 접속되어 있다.

W상에 대응해서는, 스위칭 소자 WH, WL이 직렬 접속되고, 그 접속점이 모터 코일(41)의 W상 코일에 접속되어 있다.

스위칭 소자 UH, UL, VH, VL, WH, WL의 각 게이트에는, 각각 게이트 드라이버(22)로부터의 게이트 펄스 UHg, ULg, VHg, VLg, WHg, WLg가 인가되고, 이것에 의해 각 스위칭 소자 UH, UL, VH, VL, WH, WL가 온/오프 된다.

먼저 설명한 게이트 구동 신호 PS3란, 이들 게이트 펄스 UHg, ULg, VHg, VLg, WHg, WLg를 총칭한 것이다.

이들 게이트 구동 신호 PS3의 타이밍 차트를 도 7에 나타낸다. 기간 t1~t6에서 1 주기의 동작이 이루어진다. 한편, 펄스 폭, 펄스 수 등은 모식적으로 나타낸 것이다.

도 7의 기간 t1에서는 게이트 펄스 UHg, VLg에 있어서 H 펄스 PG가 단속적으로 나타나는 것으로 스위칭 소자 UH, VL가 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 4의 일점 쇄선 d1로 나타내는 바와 같이 모터 구동 전류가 흐른다.

도 7의 기간 t2에서는 게이트 펄스 UHg, WLg에 있어서 H 펄스 PG가 단속적으로 나타나는 것으로 스위칭 소자 UH, WL이 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 4의 일점 쇄선 d2로 나타내는 바와 같이 모터 구동 전류가 흐른다.

도 7의 기간 t3에서는 게이트 펄스 VHg, WLg에 있어서 H 펄스 PG가 단속적으로 나타나는 것으로 스위칭 소자 VH, WL이 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 5의 일점 쇄선 d3으로 나타내는 바와 같이 모터 구동 전류가 흐른다.

도 7의 기간 t4에서는 게이트 펄스 VHg, ULg에 있어서 H 펄스 PG가 단속적으로 나타나는 것으로 스위칭 소자 VH, UL이 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 5의 일점 쇄선 d4로 나타내는 바와 같이 모터 구동 전류가 흐른다.

도 7의 기간 t5에서는 게이트 펄스 WHg, ULg에 있어서 H 펄스 PG가 단속적으로 나타나는 것으로 스위칭 소자 WH, UL이 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 6의 일점 쇄선 d5로 나타내는 바와 같이 모터 구동 전류가 흐른다.

도 7의 기간 t6에서는 게이트 펄스 WHg, VLg에 있어서 H 펄스 PG가 단속적으로 나타나는 것으로 스위칭 소자 WH, VL가 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 6의 일점 쇄선 d6으로 나타내는 바와 같이 모터 구동 전류가 흐른다.

이상의 모터 구동 전류의 공급 동작에 의해 스타터 모터 겸 발전기(4)가 회전 구동된다.

여기서 게이트 구동 신호 PS3로서의 각 게이트 펄스 UHg, ULg, VHg, VLg, WHg, WLg의 H 기간 길이(혹은 펄스 듀티)에 의해, 평균 전압으로서의 모터 구동 전압이 변화된다. 게이트 제어부(21)는, PWM 제어 신호 PS2에 의해 지시된 회전 수에 따라서 각 게이트 펄스 UHg, ULg, VHg, VLg, WHg, WLg의 H 기간 길이(혹은 펄스 듀티)를 변화시키는 것으로, 예를 들면 조종자의 스로틀 개방도의 조작이나, 후술하는 충전 동작이나 하이브리드 동작 등에 따른 모터 구동 전압을 부여해, 모터 회전 수 제어를 실현할 수 있게 된다.

이상은 액티브 프리 휠 동작이 오프일 때의 게이트 구동 신호 PS3이지만, 액티브 프리 휠 동작을 온으로 할 때의 게이트 구동 신호 PS3는 도 8과 같이 된다.

도 8의 각 기간 t1~t6에 있어서, 모터 구동 전류의 경로(d1~d6)를 형성하는 H 펄스 PG는 도 7과 같은 타이밍이다. 이것에 더해 도시와 같이 순간적인 H 펄스 PH가 나타나지도록 된다.

도 8의 기간 t1에서는 게이트 펄스 UHg, VLg의 L 기간 내에, 게이트 펄스 ULg, VHg로서 순간적인 H 펄스 PH가 단속적으로 나타나는 것으로, 스위칭 소자 UL, VH가 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 4의 파선 k1로 나타내는 바와 같이 역기전압에 의한 전류가 흐른다.

도 8의 기간 t2에서는 게이트 펄스 UHg, WLg의 L 기간 내에, 게이트 펄스 ULg, WHg로서 순간적인 H 펄스 PH가 단속적으로 나타나는 것으로, 스위칭 소자 UL, WH가 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 4의 파선 k2로 나타내는 바와 같이, 역기전압에 의한 전류가 흐른다.

도 8의 기간 t3에서는 게이트 펄스 VHg, WLg의 L 기간 내에, 게이트 펄스 VLg, WHg로서 순간적인 H 펄스 PH가 단속적으로 나타나는 것으로, 스위칭 소자 VL, WH가 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 5의 파선 k3으로 나타내는 바와 같이 역기전압에 의한 전류가 흐른다.

도 8의 기간 t4에서는 게이트 펄스 VHg, ULg의 L 기간 내에, 게이트 펄스 VLg, UHg로서 순간적인 H 펄스 PH가 단속적으로 나타나는 것으로, 스위칭 소자 VL, UH가 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 5의 파선 k4로 나타내는 바와 같이 역기전압에 의한 전류가 흐른다.

도 8의 기간 t5에서는 게이트 펄스 WHg, ULg의 L 기간 내에, 게이트 펄스 WLg, UHg로서 순간적인 H 펄스 PH가 단속적으로 나타나는 것으로, 스위칭 소자 WL, UH가 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 6의 파선 k5로 나타내는 바와 같이 역기전압에 의한 전류가 흐른다.

도 8의 기간 t6에서는 게이트 펄스 WHg, VLg의 L 기간 내에, 게이트 펄스 WLg, VHg로서 순간적인 H 펄스 PH가 단속적으로 나타나는 것으로, 스위칭 소자 WL, VH가 단속적으로 동시에 온으로 된다. 이때 도 6의 파선 k6으로 나타내는 바와 같이 역기전압에 의한 전류가 흐른다.

즉, 액티브 프리 휠 동작으로서는, 게이트 펄스 UHg의 초핑 구동이 L 레벨이 되었을 때 게이트 펄스 ULg를 순간 온하고, 게이트 펄스 VLg의 초핑 구동이 L 레벨이 되었을 때 게이트 펄스 VHg를 순간 온하며, 게이트 펄스 WLg의 초핑 구동이 L 레벨이 되었을 때 게이트 펄스 WHg를 순간 온하는 동작이 된다.

이것에 의해 역기전압에 의한 전류가 스위칭 소자를 통해 흐르도록 함과 아울러 승압 동작을 행한다.

도 9a는, 모터 구동 회로의 단상 부분(t1 기간의 동작)에서 모터 구동 전류(일점 쇄선 d1)와 역기전압의 관계를 나타낸다. 스위칭 소자 UH, UL, VH, VL와 모터 코일(41)의 U상, V상을 추출한 것이다.

또한, 도 9b는 일반적인 DC/DC 컨버터의 승압 회로를 도 9a에 대응시켜 나타내고 있고, 통상의 DC/DC 컨버터의 스위칭 소자에 상당하는 것이 스위칭 소자 VL이며, 다이오드에 상당하는 것이 스위칭 소자 VH이다. 또한, 도 9b의 코일(101)은 도 9a의 모터 코일(41)의 U상, V상의 코일에 상당한다. 또한, 전원(100), 부하 저항(102)을 동시에 나타내고 있다.

도 9a에 있어서 코일 구동 전류는 스위칭 소자 UH와 스위칭 소자 VL로서의 FET에 의해 흐르게 된다. 이것은 도 9b의 스위칭 소자 VL가 온으로 되는 것으로 일점 쇄선 d1＇와 같이 코일(101)과 스위칭 소자 VL를 경유해 흐르는 전류와 동등하다.

또한, 도 9a에 있어서 역기전압에 의한 방전 전류(파선 k1)는 스위칭 소자 UL과 스위칭 소자 VH로서의 FET에 의해 흐르게 된다. 이것은 도 9b의 스위칭 소자 VH가 온으로 되는 것으로 파선 k1＇와 같이 코일(101)과 스위칭 소자 VH를 경유해 방전되는 전류와 동등하다.

요컨대, 도 8의 제어에 의한 액티브 프리 휠 동작은, DC/DC 컨버터와 같은 승압 동작을 행하고 있게 된다.

환언하면 액티브 프리 휠 동작에 의해서는, 회생 전압을 승압하여 취출할 수 있게 된다.

여기서 발전 전압의 컨트롤에 대해 생각한다.

도 10은 모터 구동 전압(Vd)과 회전 수의 관계를 간략적으로 나타내고 있다. 모터 기전압 e는 e=Ke×N으로, Ke는 기전력 상수(Vd/rpm), N는 회전 수(rpm)이다. 이 모터 기전압 e는 회전 수에 비례한다. 또한, 모터의 권선 저항 등은 무시하고 생각한다.

Vd＞e 일 때는, 전류 방향은 화살표 i1와 같이 모터의 플러스 단자에 흘러 들어가는 방향이 되고, 모터는 가속한다.

Vd=e 일 때는, 모터의 회전은 일정 상태가 된다.

Vd＜e 일 때는, 전류 방향은 화살표 i2와 같이 모터의 플러스 단자로부터 흘러나오는 방향이 되고, 모터는 발전기가 된다(외력, 예를 들면 엔진에 의해 모터 구동이 행해지고 있는 것을 전제).

요컨대, 어느 모터 구동 전압 Vd에 의해 무부하 상태로 모터를 동작시켰을 경우, 모터의 회전 수는 모터 구동 전압 Vd와 모터 기전압 e가 동일해지는 회전 수가 된다.

모터 구동 전압 Vd가 상승하면 모터 회전 수는 증가하고, 모터 구동 전압 Vd와 모터 기전압 e가 동일해지는 회전 수에서 안정된다.

즉, 모터 코일에 흐르는 전류는 모터 구동 전압 Vd와 모터 기전압 e의 차이로 정해지게 된다.

그런데, 모터가 외력으로(일정 회전 수로) 돌려지고 있는 경우에 대해 고찰한다.

(1) 모터가 외력으로 돌려지고 있고, 모터 구동 전압 Vd와 모터 기전압 e의 차이가 작은 경우는, 모터 코일에 흐르는 전류는 적고(회생 전압에 부하가 있는 경우), 역기전압은 작아진다.

(2) 모터가 외력으로 돌려지고 있고, 모터 구동 전압 Vd와 모터 기전압 e의 차이가 큰 경우는, 모터 코일에 흐르는 전류는 많고(회생 전압에 부하가 있는 경우), 역기전압은 커진다.

이상의 (1) (2)로부터, 모터가 외력으로 돌려지고 있는 경우, 모터 구동 전압 Vd를 변화시키는 것으로, 모터 역기전압의 조정을 할 수 있는 것이 이해된다.

본 실시의 형태에 적용시키면, 스타터 모터 겸 발전기(4)에 의한 회생 전압은, 스타터 모터 겸 발전기(4)에 대한 모터 구동 전압을 컨트롤하는 것으로 조정할 수 있게 된다. 이것은 게이트 드라이버(22)가 3상 FET 브릿지(23)에게 부여하는 게이트 구동 신호 PS3로서의 각 게이트 펄스 UHg, ULg, VHg, VLg, WHg, WLg의 H 기간 길이(혹은 펄스 듀티)에 의해, 평균 전압으로서의 모터 구동 전압을 제어하는 것에 의해, 회생 전압을 조정할 수 있는 것을 의미한다.

한층 더 거슬러 올라가면, 모터 구동 전압의 조정은 PWM 제어 신호 PS2에 의해 행해진다고 생각할 수도 있다.

그리고 모터 역기전압을 전술의 액티브 프리 휠 동작으로 승압시키는 것으로, 스타터 모터 겸 발전기(4)를 돌리는 외력(즉 엔진(5))의 회전 수가 낮을 때라도 충분한 전압의 회생 전력을 산출할 수가 있다.

부언하면, 액티브 프리 휠 동작이 오프 시에는, 모터의 발전 전압은 사용하고 있는 전원 전압에 의한 무부하 회전 수 이상의 회전 수에서 전원 전압 이상의 전압이 된다. 이 경우의 전압 제어는 모터 회전 수의 제어=엔진 회전 수의 제어가 되고, 섬세한 제어는 곤란해진다. 한편, 액티브 프리 휠 동작이 온 시에는, 모터의 회전 수가 낮고, 발전 전압이 낮을 때에도 승압하는 것이 가능하기 때문에, 승압하는 레벨의 컨트롤로 발전 전압을 충전 가능한 전압으로 올려, 섬세한 충전 전압의 제어도 가능해진다.

＜구동 콘트롤러 및 구동부의 처리예＞

이상의 구성을 근거로 해 구동 콘트롤러(3)와 구동부(2)의 구체적인 처리예를 도 11로 설명한다. 도 11에서는 구동 콘트롤러(3)의 처리를 스텝 S101로부터 S107로 나타내고, 구동부(2)의 게이트 제어부(21)의 처리를 스텝 S201로부터 S211에 의해 나타내고 있다.

전술한 바와 같이 구동 콘트롤러(3)는, 수신기(8)으로부터의 PWM 제어 신호 PS1가 입력되고, 또한, 구동 콘트롤러(3)는 엔진 회전 신호 S1나 배터리(6)의 단자 전압 Vb를 감시한다.

스텝 S101은 소정의 트리거가 검지되고 구동 콘트롤러(3)가 전원 온으로 되는 경우를 나타내고 있다. 구동 콘트롤러(3)는 전원 온 처리를 행하고, 전원 전압을 체크한다.

전원 온에 수반하여, 구동 콘트롤러(3)는 스텝 S102에서, 구동부(2)에 대한 PWM 제어 신호 PS2에 의해 초기 신호(도 2 참조)를 출력한다.

또한, 그 후, 구동 콘트롤러(3)는 스텝 S103에서 PWM 제어 신호 PS2에 의해 엔진 스타트 신호(도 2 참조)를 출력한다.

또한, 구동 콘트롤러(3)는 스텝 S104에서 PWM 제어 신호 PS2에 의해 액티브 프리 휠 동작 오프의 지시(도 2 참조)를 출력한다.

구동부(2)의 게이트 제어부(21)는, 소정의 트리거에 따라서 스텝 S201에서 전원 온 처리를 행하고, 계속하여 스텝 S202에서 입력 신호인 PWM 제어 신호 PS2의 체크를 행한다. 이 스텝 S202에서는, 초기 신호의 입력을 대기하게 된다. 즉, 게이트 제어부(21)는 PWM 제어 신호 PS2에 있어서 H 기간 길이가 0.8ms로 되는 것을 대기한다.

초기 신호를 확인하면, 게이트 제어부(21)는 스텝 S203으로 진행하고, 계속하여 엔진 스타트 신호를 확인한다. 즉, 게이트 제어부(21)는 입력 신호인 PWM 제어 신호 PS2에 있어서 H 기간 길이가 1.2ms로 되는 것을 대기한다.

엔진 스타트 신호를 확인하면 게이트 제어부(21)는 스텝 S204으로 진행하고, 입력 신호인 PWM 제어 신호 PS2의 L 기간 길이를 확인하는 것으로 액티브 프리 휠 동작의 지시를 확인한다.

L 기간 길이가 2ms이면 액티브 프리 휠 동작 온의 지시로서, 게이트 제어부(21)는 스텝 S205으로 진행하고, 액티브 프리 휠 동작 온 상태로 구동 제어(도 8과 같은 게이트 구동 신호 PS3의 출력)를 행하는 것으로 한다.

L 기간 길이가 4ms이면 액티브 프리 휠 동작 오프의 지시로서, 게이트 제어부(21)는 스텝 S206으로 진행하고, 액티브 프리 휠 동작 오프 상태로 구동 제어(도 7과 같은 게이트 구동 신호 PS3의 출력)를 행하는 것으로 한다.

한편, 이 도 11의 예에서는, 구동 콘트롤러(3)가 스텝 S104에서 초기 상태에서는 액티브 프리 휠 동작 오프의 지시를 내리도록 하고 있기 때문에, 스텝 S206의 처리가 행해지는 것으로 된다. 단 초기 상태로부터 구동 콘트롤러(3)가 액티브 프리 휠 동작 온의 지시를 내리도록 하는 것도 생각된다.

스텝 S207에서는 게이트 제어부(21)는, 게이트 구동 신호 PS3의 출력을 개시하고, 스타터 모터 겸 발전기(4)에 모터 구동 전압을 공급해, 엔진(5)을 기동시킨다. 즉, 스타터 동작을 실행시킨다.

그리고 게이트 제어부(21)는 스텝 S208으로 진행하고, PWM 제어 신호 PS2의 L 기간 길이를 확인하는 것으로 액티브 프리 휠 동작의 지시를 확인한다.

구동 콘트롤러(3)는, 스텝 S105에서 엔진(5)의 기동을 대기하고 있다. 즉, 구동 콘트롤러(3)는 엔진 회전 신호 S1를 감시하고 있다.

엔진 회전 신호 S1로부터 엔진(5)이 기동한 것을 확인하면, 구동 콘트롤러(3)는 스텝 S106으로 진행하고, PWM 제어 신호 PS2에 의해 액티브 프리 휠 동작 온의 지시를 출력한다.

그 후는, 구동 콘트롤러(3)는 스텝 S107의 제어를 행한다. 예를 들면 이하의 처리 Pa로부터 처리 Pf를 복합적으로 행한다.

(처리 Pa) 배터리(6)의 단자 전압 Vb에 따른 충전 전압(회생 전압)의 제어, 및 충전의 온/오프

(처리 Pb) 배터리(6)의 단자 전압 Vb에 따른 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 제어

(처리 Pc) 엔진 회전 신호 S1에 따른 엔진 보조를 위한 모터 구동 전압의 제어

(처리 Pd) 엔진 회전 신호 S1에 따른 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 제어

(처리 Pe) 수신기(8)으로부터의 PWM 제어 신호 PS1에 따른 모터 구동 전압의 제어

(처리 Pf) 수신기(8)으로부터의 PWM 제어 신호 PS1에 따른 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 제어

구동 콘트롤러(3)는, 이들의 처리에 따른 PWM 제어 신호 PS2를 출력한다.

구동부(2)의 게이트 제어부(21)는, PWM 제어 신호 PS2에 따라서 스텝 S208 이하의 처리를 행한다.

즉, 스텝 S208에서는 게이트 제어부(21)는 PWM 제어 신호 PS2의 L 기간을 확인하고, 액티브 프리 휠 동작의 지시를 확인한다.

먼저, 구동 콘트롤러(3)의 스텝 S106에서 액티브 프리 휠 동작 온이 지시되는 것에 따라서, 스텝 S207의 엔진 기동 후는, 게이트 제어부(21)는, 빠른 시점에서 스텝 S208로부터 S209로 진행되게 되고, 액티브 프리 휠 동작 온으로서의 게이트 구동 신호 PS3의 출력 제어를 행하게 된다.

그 후, 구동 콘트롤러(3)로부터 액티브 프리 휠 동작 오프의 지시가 있으면, 스텝 S208로부터 S210으로 진행하는 상태가 되고, 게이트 제어부(21)는, 액티브 프리 휠 동작 오프로서의 게이트 구동 신호 PS3의 출력 제어를 행하게 된다.

이후도 구동 콘트롤러(3)의 지시에 따라서 구동부(2)에 있어서의 액티브 프리 휠 동작의 온/오프가 전환된다.

또한, 게이트 제어부(21)는, 스텝 S211에서 모터 구동 전압의 조정 제어를 행한다. 이것은 PWM 제어 신호 PS2에 있어서의 H 기간 길이가 1.3ms로부터 2.0ms의 사이에 변경되는 것에 따라서, 게이트 구동 신호 PS3를 가변 제어하는 처리이다. 즉, 게이트 펄스 UHg, ULg, VHg, VLg, WHg, WLg의 H 기간 길이를 가변해, 평균 전압으로서의 모터 구동 전압을 제어한다.

이상의 구동 콘트롤러(3)의 스텝 S107 및 게이트 제어부(21)의 스텝 S208로부터 S211의 처리가 반복되는 것으로, 상황이나 조종자의 조작에 따라서, 모터 구동 전압의 조정이나 액티브 프리 휠 동작의 온/오프가 예를 들면 이하와 같이 실행되어 간다.

상기 (처리 Pa)에 관해서, 회생 전류를 이용한 배터리(6)에의 충전에 대해 구동 콘트롤러(3)는 배터리(6)의 단자 전압 Vb를 감시하고, 필요한 회생 전압이 얻어지도록 PWM 제어 신호 PS2의 H 기간 길이를 1.3ms~2.0ms의 범위에서 조정하여 모터 구동 전압을 가변 제어한다. 또한, 만충전이 되는 것에 따라서 충전 동작이 오프로 되도록 모터 구동 전압을 제어한다.

상기 (처리 Pb)에 관해서, 구동 콘트롤러(3)는, 배터리(6)의 단자 전압 Vb가 기준 전압 이상이 되면 액티브 프리 휠 동작을 오프하도록 제어한다. 충전을 행하지 않는 경우, 특히 액티브 프리 휠 동작에 의해 회생 전압을 승압할 필요가 없기 때문이다.

상기 (처리 Pc)에 관해서, 엔진(5)의 부하가 늘어나 엔진 회전 수가 내려간 경우에는, 스타터 모터 겸 발전기(4)에 의한 엔진 보조의 동작이 행해지도록 모터 구동 전압을 제어한다.

한편, 이 엔진 보조의 동작(하이브리드 동작)에 대해서는 후술한다.

상기 (처리 Pd)에 관해서, 구동 콘트롤러(3)는 엔진 회전 수가 어느 리미트보다 내려가면 액티브 프리 휠 동작을 오프로 한다. 액티브 프리 휠 동작은 엔진(5)의 부하를 늘리게(엔진 브레이크를 거는 것 같이) 되므로, 엔진 회전 수가 내려가면 엔진 정지를 초래할 우려가 생긴다. 그 때문에 엔진 회전 수를 감시해, 어느 리미트보다 내려간 경우는 액티브 프리 휠 동작을 중지하여, 충전 동작을 중지하도록 하고 있다.

그 리미트의 회전 수는, 엔진(5)의 토크 특성, 충전 전류, 사용 환경을 종합적으로 고려하여 결정하게 된다.

상기 (처리 Pe)에 관해서, 조종자에 의한 스로틀 조작에 따라서 모터 구동 전압이 가변된다. 스타터 모터 겸 발전기(4)의 모터 회전 수로서는, PWM 제어 신호 PS2의 H 기간 길이를 1.3ms~2.0ms로 하고, 이 범위에서 모터 구동 전압을 가변 제어하는 것으로 회전 수를 제어한다.

상기 (처리 Pf)에 관해서, 조종자가, 파워가 필요하다고 생각한 때에는, 액티브 프리 휠 동작을 오프로 한다. 예를 들면 조종자가 파워업 모드 등의 조작을 행하는 것에 따라서, 구동 콘트롤러(3)는 액티브 프리 휠 동작을 오프로 한다.

예를 들면 도 11의 처리에서는, 구동 콘트롤러(3)는, 엔진(5)이 기동하면, 기본적으로 액티브 프리 휠 동작을 온으로 하여, 충전을 우선하도록 제어하는 것으로 하고 있다. 이때, 엔진 파워의 일부가 충전 동작에 사용되게 된다. 조종자는, 이때다 싶을 때 파워업 모드의 조작을 행한다. 이 경우, 구동 콘트롤러(3)는 충전보다 파워를 우선하기 때문에 액티브 프리 휠 동작을 오프로 한다.

＜하이브리드 동작에 대해＞

하이브리드 동작에 대해 설명한다. 여기서의 하이브리드 동작이란, 스타터 모터 겸 발전기(4)에 의한 엔진(5)의 보조 동작을 의미한다.

즉, 엔진 회전 수가 부하 등에 의해 스로틀 위치와 관련지어진 어느 값을 하회한 때, 스타터 모터 겸 발전기(4)가 자동적으로 하회한 회전 수에 비례하는 토크를 내어 엔진(5)을 보조하는 동작이다.

먼저, 기기의 설정에 대해 설명한다. 한편, 이하의 하이브리드 동작의 설명에서는 스타터 모터 겸 발전기(4)를 단지 「모터(4)」라고 표기한다.

캬브레터 전개(全開) 시에 모터(4)가 엔진(5)의 보조를 개시하는 회전 수를 Ra, 모터(4)에 인가되는 전압을 Va로 설정하면, 모터(4)의 KV값(전압 1V 당의 회전 수) k는 k=Ra/Va로 되도록 모터(4)를 선정할 필요가 있다. 따라서 전제 조건으로서, 전압 Va 때에, 회전 수 Ra가 되는 모터(4)를 선택할 필요가 있다. 즉, Ra란 모터(4)가 외부에 토크를 발생하지 않는 회전 수다.

또한, 캬브레터 개방도, 구동부(2)에의 입력 신호(PWM 제어 신호 PS2), 모터 구동 전압은 각각 연동 관계가 있다.

이제, 일례로서 캬브레터 전폐(全閉) 시의 모터(4)에의 인가 전압 V0=0(V)으로 해서 전개 시 a와의 사이를 직선 보완하면 캬브레터 개방도와 모터(4)에의 인가 전압은 도 12와 같이 된다.

이상의 전제를 하고서 부하 증대 시의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 도 12의 부하 증대 전의 운전 상태에서의 캬브레터의 개방도를 b, 모터(4)에의 인가 전압을 Vb, 회전 수 Rb를 Rb=k*Vb이라고 한다.

운전 상태는 도 13 내의 점 b에 있고, 발전량 및 엔진(5)을 보조하는 토크는 0이다.

부하 증대의 제 1 케이스를 생각한다.

이제, 부하가 증대해 엔진(5)의 회전 수가 도 14의 “Rb1”으로 떨어졌을 때, 운전 상태는 점 b1로 이동한다.

모터(4)에 인가되는 전압은 전압 Vb 그대로이지만 모터(4)와 엔진(5)은 연결되어 있기 때문에 회전은 ΔR=(Rb－Rb1)만큼 내려가고, 모터(4)가 발생하는 토크가 증대해, 엔진(5)을 보조하는 방향으로 작용한다.

부하 증대의 제 2 케이스를 생각한다. 조종자가 스로틀 조작 시(여는)의 동작이다.

도 12의 캬브레터의 개방도 b, 모터(4)에의 인가 전압 Vb, 회전 수 Rb=k*Vb 상태로부터 스로틀을 열어 캬브레터 개방도를 “c”로 했을 경우, 모터(4)에 인가되는 전압은 “Vc”가 되어, 운전 상태는 도 15의 점 c로 이동한다.

회전 수가 그대로에서 인가 전압이 상승하기 때문에 모터(4)가 발생하는 토크가 증대하고, 엔진(5)을 보조하는 방향으로 작용하게 된다.

본 실시의 형태에서는, 「엔진 회전 수(=모터 회전 수)」와 「모터 구동 전압」의 관계로, 도 16의 「하이브리드 동작 영역」에서 동작할지, 「충전 영역」에서 동작할지가 정해진다.

도 16의 사선 상에서 동작하고 있는 경우는, 충전하지 않고, 엔진 보조도 하지 않는다.

모터 구동 전압이 일정한 채로, 엔진 회전 수가 내려가면, 하이브리드 동작 영역에 들어간다(상기 제 1의 케이스의 예).

또한, 모터 구동 전압을, 엔진 회전 수에 대응하는 전압보다 높게 하면, 하이브리드 동작 영역에 들어간다(상기 제 2의 케이스의 예).

한편, 충전 영역에 있을 때는 회생 전력에 의한 충전이 행해진다.

본 실시의 형태의 경우, 하이브리드 동작 영역과 충전 영역의 동작은, 특히 제어하여 전환하는 것은 아니다.

다만, 구동 콘트롤러(3)는, 기본적으로 액티브 프리 휠 동작을 온으로 하고, 기본은 충전 영역에서 동작하는 것으로 해서, 상황에 따라서 자동적으로 하이브리드 영역으로 이동하도록 한다. 즉, 상기 (처리 Pc)로서, 엔진 회전 수를 감시하고, 필요에 따라서 하이브리드 동작 영역의 제어가 행해지게 된다.

또한, 상기 (처리 Pd)에 관한 것이지만, 액티브 프리 휠 동작은, 엔진(5)의 부하를 늘리게(엔진 브레이크를 거는 것 같이) 되므로, 엔진(5)이 동작하기 어려워지면, 액티브 프리 휠 동작을 정지하도록 제어하는 것으로 하고 있다.　

＜정리＞

이상의 실시의 형태에서는, 모터 구동 장치(1)는, 모터 구동을 위한 브릿지 회로(3상 FET 브릿지(23))에 있어서의 각 스위칭 소자의 온/오프 제어를 행하여 엔진(5)과 회전축이 직결된 스타터 모터 겸 발전기(4)를 구동하는 구동부(2)와, 구동부(2)에 의한 스타터 모터 겸 발전기(4)의 구동 동작을 제어하는 구동 콘트롤러(3)를 구비한다.

구동부(2)는, 3상 FET 브릿지(23)의 스위칭 소자의 온 기간을 변화시키는 것으로 스타터 모터 겸 발전기(4)에 대한 모터 구동 전압의 제어를 행한다. 또한, 구동부(2)는, 도 8과 같이 H 펄스 PH에 의해 소정 타이밍에서 3상 FET 브릿지(23)의 소정의 스위칭 소자를 온 제어하여 스타터 모터 겸 발전기(4)에 의한 회생 전압을 승압시키는 액티브 프리 휠 동작이 실행 가능하게 된다. 구동 콘트롤러(3)는 배터리 전압(배터리(6)의 단자 전압 Vb)에 근거하여, 구동부(2)에 대해, 모터 구동 전압의 지시 및 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 지시가 가능하게 되어 있다.

이러한 모터 구동 장치(1)에 의하면, 스타터 모터와 충전 전력의 발전용의 모터가 되는 1개의 모터(스타터 모터 겸 발전기(4))를 적절히 제어할 수 있다. 즉, 스타터 및 엔진 보조로서의 모터 동작과 배터리(6)의 충전을 위한 발전 동작이 자동적으로 전환하게 된다.

따라서 유저, 예를 들면 송신기(9)를 이용한 조종자가 의식하는 일 없이, 엔진 보조나 충전이 적절히 행해진다. 특히 구동 콘트롤러(3)는 구동부(2)에 대해서 배터리(6)의 단자 전압 Vb를 감시하면서 모터 구동 전압의 지시나 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 지시를 행하는 것으로, 엔진 보조와 충전이 적절히 행해지게 된다(도 11의 S107, S208~S211 참조).

그리고 모터 구동 장치(1)에 있어서는, 3상 FET 브릿지(23)의 각 스위칭 소자(UH, UL, VH, VL, WH, WL)의 게이트 온/오프 제어에 의해, 모터 구동 전압을 제어하고, 또한, 액티브 프리 휠 동작을 실현한다.

이 때문에 별도의 승압 강압 회로나 모터 증속 기구 등을 필요로 하지 않고, 모터 구동 전압 제어 및 이것에 따른 회생 전압 제어, 또한 액티브 프리 휠 동작에 의한 승압 등을 행할 수가 있다. 즉, 회로 규모 부담을 초래하지 않고 효율적인 엔진 보조 및 충전 동작이 가능해진다.

보다 구체적으로 설명하면, 종래는 스타터용 구동 제어 장치와 발전용 레귤레이터 렉트파이어는 개별적으로 필요했다. 그 때문에, 소형 이동체의 엔진에 대하여 탑재하는 경우에는 중량적인 부하가 컸다.

본 실시의 형태의 모터 구동 장치(1)는, 스타터용 구동 제어 장치와 발전용 레귤레이터 렉트파이어를 공용하는 것으로 중량의 경감을 할 수 있다.

또한, 엔진(5)과 스타터 모터 겸 발전기(4)는 직결하고 있기 때문에, 스타터 기구나 발전용 구동부가 불필요하다라고 하는 이점도 있다.

또한, 영구 자석 발전기는 엔진 회전 수에 따른 발전 전압을 발생시키기 때문에, 종래는 내전압이 높은 반도체 제어 소자를 사용할 필요가 있었다. 또한, 회전 수의 낮을 때는 충전 전압의 확보를 위해 증속이 필요했다.

본 실시의 형태의 모터 구동 장치(1)에 의하면, 영구 자석 발전기의 발전 전압을 컨트롤 가능하기 때문에, 발전 전압이 높을 때는 발전 전압을 저하시키고, 발전 전압의 낮을 때는 발전 전압을 상승시킬 수가 있다. 그 때문에, 발전 전압은 배터리(6)의 전압의 충전에 적절한 전압을 광범위한 회전 수에서 얻을 수 있고, 고내압의 반도체 소자나 발전기의 증속은 불필요해진다.

또한, 액티브 프리 휠 동작에 의해 저회전의 경우에서도 비교적 높은 회생 전압을 얻을 수 있어 충전 동작을 효율 좋게 행할 수가 있다.

또한, 액티브 프리 휠 동작을 행하는 것으로, 스위칭 소자인 FET의 보디 다이오드를 통한 회생 전류 경로를 이용하는 것을 행하지 않는다. 이 때문에 보디 다이오드를 이용하는 경우의 효율 저하나 정밀도의 저하를 초래하지 않는다는 이점도 있다.

실시의 형태에서는, 구동 콘트롤러(3)는 구동부(2)에 대하여, 1 계통의 PWM 신호인 PWM 제어 신호 PS2에 의해, 모터 구동 전압의 지시 및 액티브 프리 휠 동작의 지시를 행하도록 했다.

즉, 상기 예에서는, PWM 제어 신호 PS2의 H 기간 길이를 1.3ms~2.0ms로 하는 것으로 모터 구동 전압을 지시하고, 또한, L 기간 길이가 2ms인지 4ms인지로 액티브 프리 휠 동작의 온/오프를 지시하도록 했다. 이것에 의해, 1 계통의 PWM 신호로 엔진 보조와 충전 동작이 각각 적절히 행해지는 제어가 가능해진다. 환언하면, 종전의 모터 구동 장치와 마찬가지로 1 계통의 PWM 신호에 의한 제어가 가능하다.

한편, 도 2에 나타낸 구체적인 기간 길이 등이나 제어 내용과의 대응은 일례에 지나지 않는다.

또한, 실시의 형태에서는, 구동 콘트롤러(3)는 구동부(2)에 대하여, 1 계통의 PWM 신호인 PWM 제어 신호 PS2에 의해, 초기 신호의 공급 및 엔진 스타트의 지시도 행하게 했다.

초기 신호나 엔진 스타트 신호도, PWM 제어 신호 PS2의 H 기간 길이로서 설정하는 것으로 했지만, 이것에 의해 구동 콘트롤러(3)는 구동부(2)에 대한 동작 제어 전반을 1 계통의 PWM 신호로 행하는 것으로 하고 있다. 결국, 접속 라인으로서는, 전원 라인, 그라운드 라인, PWM 신호 라인의 3 계통이라는 최소한의 심플한 구성을 실현할 수 있다.

실시의 형태에서는, 구동 콘트롤러(3)는, 엔진 회전 신호 S1 또는 조작 정보(수신기(8)으로부터의 PWM 제어 신호 PS1)에 따라서, 액티브 프리 휠 동작의 지시가 가능하게 되어 있는 것으로 했다.

예를 들면 엔진 회전 수가 내려갔을 때에는 액티브 프리 휠 동작 오프를 지시하거나 유저의 조작에 따라서 액티브 프리 휠 동작 오프를 지시하거나 할 수 있다.

이것에 의해 충전 우선, 엔진 보조 우선을 선택할 수 있다. 또한, 드론 등의 구동에 파워가 필요한 때 등에는 액티브 프리 휠 동작을 오프시켜 엔진의 부하를 경감하는 것이 가능하고, 사정에 따른 선택이 가능해진다.

1:　모터 구동 장치
2:　구동부
3:　구동 콘트롤러
4:　스타터 모터 겸 발전기
5:　엔진
6:　배터리
7:　회전축
8:　수신기
9:　송신기
21:　게이트 제어부
22:　게이트 드라이버
23:　3상 FET 브릿지
25:　액티브 프리 휠 구동부
26:　모터 유기 전압 검출부
41:　모터 코일

Claims (4)

1. 스타터 모터의 구동을 위한 브릿지 회로에 있어서의 각 스위칭 소자의 온/오프 제어를 행하여 엔진과 회전축이 직결된 스타터 모터 겸 발전기를 구동하는 구동부와,
   상기 구동부에 의한 상기 스타터 모터 겸 발전기의 구동 동작을 제어하는 구동 콘트롤러를 구비하고,
   상기 구동부는, 상기 브릿지 회로의 스위칭 소자의 온 기간을 변화시키는 것으로 상기 스타터 모터 겸 발전기에 대한 모터 구동 전압의 제어를 행하고, 또한, 소정 타이밍에서 상기 브릿지 회로의 소정의 스위칭 소자를 온 제어하여 상기 스타터 모터 겸 발전기에 의한 회생 전압을 승압시키는 액티브 프리 휠 동작이 실행 가능하게 되고,
   상기 구동 콘트롤러는, 상기 회생 전압에 근거하여 충전되도록 구성되는 배터리의 배터리 전압에 근거하여, 상기 구동부에 대해, 상기 모터 구동 전압의 지시 및 상기 액티브 프리 휠 동작의 온/오프 지시가 가능하게 되어 있는
   모터 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동 콘트롤러는 상기 구동부에 대해서, 1 계통의 PWM 신호에 의해, 상기 스타터 모터의 구동 전압의 지시 및 상기 액티브 프리 휠 동작의 지시를 행하는
   모터 구동 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 구동 콘트롤러는 상기 구동부에 대해서, 상기 1 계통의 PWM 신호에 의해, 초기 신호의 공급 및 엔진 스타트의 지시도 행하는
   모터 구동 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동 콘트롤러는, 엔진 회전 정보 또는 조작 정보에 따라서, 상기 액티브 프리 휠 동작의 지시가 가능하게 되어 있는
   모터 구동 장치.

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