(57)【要約】【課題】インバータと３相交流モータ間に電流センサの設置スペースを不要としてシステム全体の小型化を図ることができるモータ駆動制御システムを提供する。【解決手段】ｎ相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のすべてのコイル巻き終わり部側が集約された中性点７を有する３相交流モータ２と、この３相交流モータ２の各相に交流電力を供給するインバータ３と、インバータ３から３相交流モータのＵ相、Ｗ相に流れる相電流をそれぞれ検出する電流センサ５ａ，５ｂと、を備え、電流センサ５ａを中性点７手前のＵ相のコイル巻き終わり部に配置し、電流センサ５ｂを中性点７手前のＷ相のコイル巻き終わり部に配置した。【選択図】図１
2010252534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ相（ただし、ｎは３以上）のすべてのコイル巻き終わり部側が集約された中性点を有する多相交流モータと、前記多相交流モータの各相に交流電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器から前記多相交流モータの少なくとも（ｎ−１）相に流れる相電流をそれぞれ検出する電流検出手段と、を備え、前記各電流検出手段を、前記中性点手前の少なくとも（ｎ−１）相のコイル巻き終わり部にそれぞれ配置したことを特徴とするモータ駆動制御システム。
【請求項２】
前記多相交流モータの一方側の軸方向端面に前記電力変換器を配置して、前記多相交流モータの他方側の軸方向端面に前記中性点を配置することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御システム。
【請求項３】
前記多相交流モータの前記中性点を配置した側の軸方向端面に、前記多相交流モータのロータの回転角を検出する回転角センサを配置することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動制御システム。
【請求項４】
前記各相のコイル巻き終わり端部分を前記各相毎にバスバーとしてまとめ、前記各バスバーのうちの１つのバスバーが前記中性点を兼ねるようにし、前記中性点を兼ねたバスバーと他の各バスバーとの間を接続した各接続線に前記電流検出手段をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御システム。
【請求項５】
前記中性点を兼ねたバスバー以外の前記他の各バスバーに切り欠き部をそれぞれ設けて、前記電流検出手段をそれぞれ設けた前記各接続線を前記切り欠き部に配置することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相交流モータの駆動を制御するモータ駆動制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インバータのスイッチング素子のオンオフ動作により電力変換された３相交流電力を３相交流モータに供給して３相交流モータを駆動し、更に、３相交流モータの駆動を、３相交流モータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各コイルに流れる相電流に基づいてフィードバック制御するモータ駆動制御システムが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２５１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記特許文献１のモータ制御装置では、３相交流モータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各コイルに流れる相電流を検出する３つの電流センサを有し、各電流センサをインバータと３相交流モータとの間に配置している。このように、各電流センサをインバータと３相交流モータ間に配置しているので、インバータと３相交流モータ間に各電流センサを配置するための設置スペースが必要となり、装置全体の小型化を図ることが難しかった。
【０００５】
そこで、本発明は、インバータと３相交流モータ間に電流センサの設置スペースを不要としてシステム全体の小型化を図ることができるモータ駆動制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために本発明係るモータ駆動制御システムは、ｎ相（ただし、ｎは３以上）のすべてのコイル巻き終わり部側が集約された中性点を有する多相交流モータと、前記多相交流モータの各相に交流電力を供給する電力変換器と、前記電力変換器から前記多相交流モータの少なくとも（ｎ−１）相に流れる相電流をそれぞれ検出する電流検出手段と、を備えている。そして、前記各電流検出手段を、前記中性点手前の少なくとも（ｎ−１）相のコイル巻き終わり部にそれぞれ配置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るモータ駆動制御システムによれば、各相電流検出手段を、中性点手前の少なくとも（ｎ−１）相のコイル巻き終わり部にそれぞれ配置したことにより、電力変換器と多相交流モータ間に各電流検出手段を配置するための設置スペースが不要となり、装置全体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態１に係るモータ駆動制御システムの電気回路構成を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態２に係るモータ駆動制御システムの３相交流モータとインバータの配置構成を示す模式図。
【図３】端面に中性点と電流センサを設けた３相交流モータの側面を示す概略図。
【図４】本発明の実施形態３における中性点と電流センサの配置構成を模式図。
【図５】本発明の実施形態４における中性点と電流センサの配置構成を模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１に係るモータ駆動制御システムの電気回路構成を示す概略図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態に係るモータ駆動制御システム１は、３相交流モータ２と、ＰＷＭ制御により３相交流モータ２を回転駆動する電力変換器としてのインバータ３と、インバータ３に接続された直流電源４と、３相交流モータ２の各相のうちのＵ相、Ｖ相に流れる相電流をそれぞれ検出する２つの電流センサ５ａ，５ｂと、少なくとも電流センサ５ａ，５ｂでそれぞれ検出された相電流値に基づいて、３相交流モータ２の回転駆動をフィードバック制御するようにインバータ３を制御する制御部６とを備えている。
【００１１】
３相交流モータ２は、本実施形態では不図示のステータ（固定子）に１５個のティースを有し、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応して各ティースにコイルＵｃ、Ｖｃ、Ｗｃがそれぞれ巻回されている。即ち、この３相交流モータ２は、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）にそれぞれ５つのコイルＵｃ、Ｖｃ、Ｗｃが並列に配置されており、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各コイルＵｃ、Ｖｃ、Ｗｃの巻き終わり部は中性点（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の接続点）７にて結合されている。
【００１２】
インバータ３は、直列接続された上下アームの各スイッチング素子８ａ，８ｂを１スイッチングレグとして、１相当たり５つのスイッチングレグをそれぞれ持つことで、１つのコイルに１スイッチングレグを有している。なお、各スイッチング素子８ａ，８ｂには、ダイオード９ａ，９ｂがそれぞれ並列に接続されている。
【００１３】
即ち、このインバータ３は、Ｕ相アーム１０の５つのスイッチングレグ１１には３相交流モータ２のＵ相の各コイルＵｃが電気的に接続され、Ｖ相アーム１２の５つのスイッチングレグ１３には３相交流モータ２のＶ相の各コイルＶｃが電気的に接続され、Ｗ相アーム１４の５つのスイッチングレグ１５には３相交流モータ２のＷ相の各コイルＷｃが電気的に接続されている。各スイッチング素子８ａ，８ｂとしては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いることができる。
【００１４】
Ｕ相アーム１０、Ｖ相アーム１２、Ｗ相アーム１４には、直流電源４が接続されている。また、Ｕ相アーム１０、Ｖ相アーム１２、Ｗ相アーム１４の各スイッチングレグ１１、１３、１５には、各スイッチング素子８ａ，８ｂに供給される直流電力の平滑化を行う平滑コンデンサ１６が並列にそれぞれ接続されている。
【００１５】
電流センサ５ａは、中性点７手前の３相交流モータ２のＵ相の各コイルＵｃを束ねたコイル巻き終わり部に配置されており、３相交流モータ２のＵ相に流れる合計の電流（Ｕ相電流）を検出する。また、電流センサ５ｂは、中性点７手前の３相交流モータ２のＷ相の各コイルＷｃを束ねたコイル巻き終わり部に配置されており、３相交流モータ２のＷ相に流れる合計の電流（Ｗ相電流）を検出する。
【００１６】
なお、３相交流モータ２では、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に流れる電流の和が０（零）になる。よって、制御部６は、Ｕ相に流れる（Ｕ相電流）をＩｕ、Ｗ相に流れる電流（Ｗ相電流）をＩｗとしたときに、残りのＶ相に流れる合計の電流（Ｖ相電流）Ｉｗを以下の式（１）から算出することができる。
Ｉｖ＝０−（Ｉｕ＋Ｉｗ）      …（１）
【００１７】
次に、上記のように構成された本実施形態に係るモータ駆動制御システム１の動作について説明する。
【００１８】
このモータ駆動制御システム１を、例えば、電気自動車（燃料電池自動車も含む）やハイブリット車両などの駆動系に設置される走行駆動用モータの駆動制御に適用した場合においては、制御部６は、各種センサから入力されるアクセル開度情報（アクセルペダルの踏込み量）や車速情報等に基づいて走行駆動用モータである３相交流モータ２の要求駆動力に対応するトルク指令値を算出する。
【００１９】
そして、算出したトルク指令値に対応したデューティ比のＰＷＭ信号をインバータ３のＵ相アーム１０、Ｖ相アーム１２、Ｗ相アーム１４の各スイッチング素子８ａ，８ｂに出力し、各スイッチング素子８ａ，８ｂをオンオフ制御する。各スイッチング素子８ａ，８ｂのオンオフ制御により、バッテリ（リチウムイオン電池等の高圧系の二次電池）である直流電源４から供給される直流電力が３相交流電力に変換され、３相交流モータ２の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に３相交流電力が供給される。３相交流モータ２は、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に供給される３相交流電力により前記トルク指令値に基づいた回転数で回転駆動される。
【００２０】
この際、電流センサ５ａで３相交流モータ２のＵ相に流れる合計の電流を検出し、電流センサ５ｂで３相交流モータ２のＷ相に流れる合計の電流を検出する。そして、制御部６は、電流センサ５ａ，５ｂでそれぞれ検出したＵ相とＷ相に流れる各電流値及び前記式（１）で算出したＶ相に流れる電流値と、前記トルク指令値に対応する各相の目標電流値とが一致するようにフィードバック制御を行い、３相交流モータ２を走行状況に応じた要求駆動力で精度良く回転駆動させるようにしている。
【００２１】
このように、本実施形態のモータ駆動制御システム１によれば、中性点７手前のＵ相の各コイルＵｃを束ねたコイル巻き終わり部、及び中性点７手前のＷ相の各コイルＷｃを束ねたコイル巻き終わり部にそれぞれ電流センサ５ａ，５ｂを配置する構成により、従来のようにインバータ３と３相交流モータ２の間に電流センサを配置するスペースを設ける必要がないので、インバータ３と３相交流モータ２を一体的に連結することが可能となり、システム全体の小型化を図ることができる。
【００２２】
また、前記３相交流モータ２のように、１相当たり５つのコイルが巻回されている３相１５ティース構成のモータでも、中性点７手前に配置した電流センサ５ａ，５ｂだけで３相交流モータ２の各相の電流を検出することができ、また、電流センサの数が大幅に減ることにより低コスト化を図ることができる。
【００２３】
〈実施形態２〉
図２は、本発明の実施形態２に係るモータ駆動制御システムの３相交流モータとインバータの配置構成を示す模式図である。なお、図１に示した実施形態１と同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
本実施形態においても、前記実施形態１と同様に中性点７手前のＵ相の各コイルＵｃを束ねたコイル巻き終わり部、及び中性点７手前のＷ相の各コイルＷｃを束ねたコイル巻き終わり部にそれぞれ電流センサ５ａ，５ｂを配置している。これにより、図２に示すように、本実施形態に係るモータ駆動制御システムでは、３相交流モータ２の一方側（図２では左側）の軸方向端面にインバータ３を一体的に連結し、他方側（図２では右側）の軸方向端面に各相の各コイルの中性点７を配置している。なお、本実施形態のモータ駆動制御システムの電気回路構成は、図１に示した実施形態１と同様である。
【００２５】
中性点７は、図２、図３に示すように、３相交流モータ２の他方側の軸方向端面に配置した各相のコイルのコイルエンド１７とステータ１８の端面との間に形成される空間（バックヨーク部とティース間の空間）に配置されている。また、Ｕ相、Ｗ相の電流をそれぞれ検出する前記電流センサ５ａ，５ｂは、コイルエンド１７とステータ１８の端面に配置した中性点７直前のＵ相、Ｖ相の各コイル（不図示）を束ねたコイル巻き終わり部近傍に配置されている。このように、３相交流モータ２の中性点７を、インバータ３の各スイッチングレグに接続される各コイルの取り出し端面側とは逆側の端面に設けている。
【００２６】
また、モータ軸（不図示）が嵌合されているロータ１９の中性点７が配置された側の端面には、ロータ１９の回転角を検出するレゾルバやエンコーダなどの回転角センサ２０が配置されている。
【００２７】
このように、本実施形態では、３相交流モータ２の軸方向両端面において各相のコイルのコイルエンド厚みにより形成されるバックヨーク部の空間を利用するようにして、３相交流モータ２の一方側の軸方向端面にインバータ３を一体的に連結し、他方側の軸方向端面に各相の各コイルの中性点７を配置することにより、無駄な空間をなくしてシステム全体の小型化を図ることが可能となる。
【００２８】
また、電流センサ５ａ，５ｂをインバータ３と反対側の端面に配置したことにより、電流センサ５ａ，５ｂには、インバータ３にて発生するスイッチングノイズの影響をなくすことができる。よって、電流センサ５ａ，５ｂは、３相交流モータ２の回転駆動によって発生するノイズの影響を防止するためのノイズ対策だけで済むので、ノイズ対策を簡略化することができる。
【００２９】
更に、３相交流モータ２の他方側の端面（インバータ３を配置した端面と反対側の端面）に、中性点７、電流センサ５ａ，５ｂ及び回転角センサ２０を配置することにより、３相交流モータ２の他方の端面側の空間を有効利用して無駄な空間をなくすことができるので、システム全体の小型化を図ることが可能となる。
【００３０】
〈実施形態３〉
本実施形態では、３相交流モータの他方側の端面（インバータを配置した端面と反対側の端面）において、図４に示すように、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）はそれぞれ円環状のＵ相バスバー２１、Ｖ相バスバー２２、Ｗ相バスバー２３を備え、３相交流モータ内に等間隔に巻かれた各コイルの取り出し部を接続し、各相毎にまとめた母線を形成している。他の構成は実施形態１、２と同様である。
【００３１】
また、各相のバスバー２１、２２、２３のうちのＶ相バスバー２２が中性点を兼ねることとした。そして、この中性点を兼ねるＶ相バスバー２２とそれ以外のバスバー（Ｕ相バスバー２１、Ｗ相バスバー２３）との間を接続線２４、２５でそれぞれ接続して、各接続線２３、２４に前記電流センサ５ａ，５ｂを配置している。電流センサ５ａは、３相交流モータ２のＵ相バスバー２１に流れるＵ相電流を検出し、電流センサ５ｂは、Ｗ相バスバー２３に流れるＷ相電流を検出する。
【００３２】
このように、本実施形態では、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）はそれぞれ円環状のＵ相バスバー２１、Ｖ相バスバー２２、Ｗ相バスバー２３を備えているので、各相のバスバーを備えずにコイルのみで形成する場合に比べ、各相毎の母線断面積を小さくすることができ、これにより、中性点を省スペースで形成することができる。
【００３３】
また、各相のバスバー２１、２２、２３のうちのＶ相バスバー２２が中性点を兼ねることにより、各相毎にまとめた後に中性点を新たに形成するよりも省スペース化を図ることができる。更に、この中性点を兼ねるＶ相バスバー２２とそれ以外のバスバー（Ｕ相バスバー２１、Ｗ相バスバー２３）との間を接続線２４、２５でそれぞれ接続することにより、接続線を１本削減することができ、省スペース化を図ることができる。これにより、本実施形態では、省スペース化を図ることができるので、システム全体の小型化が可能となる。
【００３４】
〈実施形態４〉
前記実施形態３の構成に対して、本実施形態では、図５に示すように、中性点を兼ねるＶ相バスバー２２以外のバスバー（Ｕ相バスバー２１、Ｗ相バスバー２３）に切り欠き部２６、２７をそれぞれ設けて、各切り欠き部２６、２７を通して中性点を兼ねるＶ相バスバー２２とそれ以外のバスバー（Ｕ相バスバー２１、Ｗ相バスバー２３）との間を接続線２４、２５でそれぞれ接続し、各切り欠き部２６、２７に前記電流センサ５ａ，５ｂをそれぞれ配置した構成である。電流センサ５ａは、３相交流モータ２のＵ相バスバー２１に流れるＵ相電流を検出し、電流センサ５ｂは、Ｗ相バスバー２３に流れるＷ相電流を検出する。
【００３５】
このように、本実施形態では、Ｕ相バスバー２１とＷ相バスバー２３に設けた各切り欠き部２６、２７に電流センサ５ａ，５ｂをそれぞれ配置することにより、電流センサ５ａ，５ｂをより省スペースで配置することができるので、システム全体の小型化が可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１        モータ駆動制御システム
２        ３相交流モータ（多相交流モータ）
３        インバータ（電力変換器）
４        直流電源
５ａ、５ｂ      電流センサ（電流検出手段）
６        制御部
７        中性点
８ａ、８ｂ      スイッチング素子
１０      Ｕ相アーム
１２      Ｖ相アーム
１４      Ｗ相アーム
１８      ステータ
１９      ロータ
２０      回転角センサ
２１      Ｕ相バスバー
２２      Ｖ相バスバー
２３      Ｗ相バスバー
２４、２５      接続線
２６、２７      切り欠き部
【図１】
2010252534.tif 000003
【図２】
2010252534.tif 000004
【図３】
2010252534.tif 000005
【図４】
2010252534.tif 000006
【図５】
2010252534.tif 000007