(57)【要約】【課題】温度センサの寿命の低下の抑制された制御装置を提供する。【解決手段】回転電機のロータの界磁巻線へのブラシを介した通電を制御する通電制御部と、ロータと熱的に連結された通電制御部の温度を検出する温度センサと、通電制御部を介してブラシと界磁巻線に流れる電流を検出する電流センサと、温度センサの出力、電流センサの出力、および、記憶しているブラシの電気抵抗と熱抵抗に基づいてブラシの温度を推定する推定部と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機（２００）のロータ（２０１）の界磁巻線（２０３）へのブラシ（２１０）を介した通電を制御する通電制御部（５０）と、
前記ロータと熱的に連結された前記通電制御部の温度を検出する温度センサ（９０）と、
前記通電制御部を介して前記ブラシと前記界磁巻線に流れる電流を検出する電流センサ（７０，７４，７５）と、
前記温度センサの出力、前記電流センサの出力、および、記憶している前記ブラシの電気抵抗と熱抵抗に基づいて前記ブラシの温度を推定する推定部（１０）と、を有する制御装置。
【請求項２】
前記通電制御部は複数のスイッチ素子（５４〜５７）を有し、
前記温度センサは複数の前記スイッチ素子のうちの少なくとも１つの温度を検出し、
前記電流センサは前記温度センサによって温度の検出される前記スイッチ素子を介して前記ブラシと前記界磁巻線に流れる電流を検出し、
前記推定部は前記温度センサによって温度の検出される前記スイッチ素子の電気抵抗と熱抵抗を記憶しており、
前記推定部は、前記温度センサの出力、前記電流センサの出力、および、前記ブラシの電気抵抗と熱抵抗だけではなく、前記スイッチ素子の電気抵抗と熱抵抗にも基づいて前記ブラシの温度を推定する請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記通電制御部は複数のスイッチ素子（５４〜５７）、および、複数のスイッチ素子を収納する収納部（５８）を有し、
前記温度センサは前記収納部の温度を検出する請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記通電制御部と前記回転電機とは一体的に連結されている請求項１〜３いずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
前記推定部は、推定した前記ブラシの温度が記憶している制限閾値を超えた場合、前記通電制御部による前記ロータへの通電を制限する請求項１〜４いずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
車両に搭載されており、
前記推定部は、推定した前記ブラシの温度が前記制限閾値よりも高い時間が所定時間経過した場合、前記車両に設けられたファン（７００）を駆動する駆動部（６００）に対して、前記回転電機への送風依頼を行う請求項５に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載の開示は、回転電機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、ブラシに温度計の設けられた発電電動機が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７０５２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように特許文献１ではブラシに温度計が設けられている。ブラシは発電電動機の回転によって非常に高温になり、なおかつ摩耗によって摩耗粉を生成する。これらのために温度計（温度センサ）の寿命が低下する虞がある。
【０００５】
そこで本明細書に記載の開示物は、温度センサの寿命の低下の抑制された制御装置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】
開示の１つは、回転電機（２００）のロータ（２０１）の界磁巻線（２０３）へのブラシ（２１０）を介した通電を制御する通電制御部（５０）と、
ロータと熱的に連結された通電制御部の温度を検出する温度センサ（９０）と、
通電制御部を介してブラシと界磁巻線に流れる電流を検出する電流センサ（７０，７４，７５）と、
温度センサの出力、電流センサの出力、および、記憶しているブラシの電気抵抗と熱抵抗に基づいてブラシの温度を推定する推定部（１０）と、を有する。
【０００７】
このようにブラシ（２１０）ではなく通電制御部（５０）に温度センサ（９０）が設けられる。そしてこの温度センサ（９０）の出力などに基づいて、ブラシ（２１０）の温度を推定する。これによればブラシに温度センサの設けられる構成とは異なり、ブラシ（２１０）で発生する高温の熱や、摩耗により発生した摩耗粉などによって温度センサ（９０）の寿命が短くなることが抑制される。さらに言えば、温度センサ（９０）を設けるのに適した形状にブラシ（２１０）を加工しなくともよくなる。そのために製造コストの増大が抑制される。
【０００８】
なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】モータとモータ制御装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】定電流制御時の電流を説明するための図表である。
【図３】ブラシの過熱回避処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の制御装置を車両用のモータ制御装置に適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１〜図３に基づいて本実施形態にかかるモータ制御装置１００を説明する。モータ制御装置１００は、上位ＥＣＵ５００からの要求指令に基づいてモータ２００を制御する。モータ制御装置１００とモータ２００とによって、いわゆるＩＳＧが構成されている。ＩＳＧはIntegrated Starter Generatorの略である。
【００１２】
モータ制御装置１００とモータ２００とは一体になっている。すなわちモータ制御装置１００とモータ２００とは、いわゆる機電一体型の構成になっている。これらモータ制御装置１００とモータ２００はエンジンルームに収納される。
【００１３】
モータ２００はベルト３１０を介して車両に搭載されたエンジン３００のクランクシャフトと連結されている。したがってモータ２００とクランクシャフトとは互いに連動して回転する。モータ２００がモータ制御装置１００によって回転すると、その回転がクランクシャフトに伝わる。これによってクランクシャフトが回転する。エンジン３００の始動、若しくは、車両走行のアシストが成される。これとは逆に、クランクシャフトが回転すると、その回転がモータ２００に伝わる。これによってモータ２００が回転する。モータ２００の発電が成される。
【００１４】
＜モータの構成＞
図１に示すようにモータ２００はロータ２０１とステータ２０２を有する。この他にモータ２００は、図示しないシャフトとプーリを有する。シャフトは回転可能にモータ制御装置１００に設けられている。このシャフトの先端にプーリが設けられている。このプーリに上記のベルト３１０が連結されている。これによりクランクシャフトの回転がベルト３１０を介してプーリに伝達される。逆に言えば、シャフトの回転がベルト３１０を介してクランクシャフトに伝達される。モータ２００が回転電機に相当する。
【００１５】
ロータ２０１はロータコイル２０３を有する。また図示しないがロータ２０１はロータコイル２０３をシャフトに固定する固定部を有する。固定部は円筒形状を成している。固定部の中空にシャフトが挿入固定されている。ロータコイル２０３は固定部の内部に設けられている。そしてロータコイル２０３はシャフトに設けられた配線と電気的に接続されている。この配線はシャフトのスリップリングと電気的に接続されている。スリップリングはシャフトの軸周りに円環状に形成されている。この円環状のスリップリングに導電材料から成るブラシ２１０が接触している。そしてこのブラシ２１０がモータ制御装置１００と電気的に接続されている。このブラシ２１０にモータ制御装置１００から電流が供給される。この電流は、ブラシ２１０、スリップリング、および、配線を介してロータコイル２０３に供給される。これによりロータコイル２０３で磁界が発生する。ロータコイル２０３が界磁巻線に相当する。
【００１６】
ステータ２０２はステータコイル２０４を有する。また図示しないがステータ２０２はステータコイル２０４の設けられるステータコアを有する。ステータコアは円筒形状を成している。ステータコアの中空に、シャフトとともにロータ２０１が設けられている。ステータコイル２０４は、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７を有する。
【００１７】
Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７それぞれはモータ制御装置１００とバスバーを介して一体的に連結されている。Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７には、モータ制御装置１００から三相交流が供給される。Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７には、互いに位相が電気角で１２０°ずれた交流が供給される。これによりＵ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７から三相回転磁界が発生する。
【００１８】
ロータコイル２０３とステータコイル２０４それぞれに電流が流れると、両者から磁界が発生する。これによりロータコイル２０３に回転トルクが発生する。三相回転磁界の位相変化に応じて回転トルクの発生方向が順次変化する。それによってシャフトが回転し始める。シャフトとともにプーリも回転する。この回転がベルト３１０を介してクランクシャフトに伝達される。この結果、クランクシャフトも回転する。
【００１９】
これとは逆に、エンジン３００が燃焼駆動してクランクシャフトが自律回転すると、その回転がベルト３１０を介してプーリに伝達される。また、車輪の回転によってクランクシャフトが連れ回されると、その回転がベルト３１０を介してプーリに伝達される。それによってプーリとともにシャフトが回転する。これによりロータコイル２０３も回転する。ロータコイル２０３の発する磁界がステータコイル２０４と交差する。それによってステータコイル２０４に誘導起電力が発生する。この結果、ステータコイル２０４に電流が流れる。この電流がモータ制御装置１００を介して車両のバッテリ４００に供給される。
【００２０】
＜モータ制御装置の構成＞
図１に示すようにモータ制御装置１００はバッテリ４００と電気的に接続するための正極端子１００ａと負極端子１００ｂを有する。正極端子１００ａはバッテリ４００の正極に接続される。負極端子１００ｂはバッテリ４００の負極に接続される。正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間に平滑コンデンサ１００ｃが接続される。
【００２１】
図１に示すようにモータ制御装置１００は、正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で並列接続されたステータインバータ３０とロータインバータ５０を有する。またモータ制御装置１００はこれらステータインバータ３０とロータインバータ５０の駆動を制御するＩＳＧＥＣＵ１０と、ステータインバータ３０とロータインバータ５０の電流を検出する電流センサ７０と、を有する。さらにモータ制御装置１００はロータインバータ５０の温度を検出する温度センサ９０も有する。
【００２２】
ＩＳＧＥＣＵ１０は、ステータインバータ３０とロータインバータ５０それぞれと電気的に接続されている。そしてＩＳＧＥＣＵ１０は、車両に搭載された上位ＥＣＵ５００やエンジンＥＣＵ６００とバスなどを介して通信可能になっている。ＩＳＧＥＣＵ１０には上位ＥＣＵ５００から要求指令が入力される。ＩＳＧＥＣＵ１０は入力された要求指令および電流センサ７０と温度センサ９０の検出信号などに基づいて、ステータインバータ３０とロータインバータ５０を制御するための制御信号を生成する。ＩＳＧＥＣＵ１０はその制御信号をステータインバータ３０とロータインバータ５０に出力する。これによりステータインバータ３０とロータインバータ５０の駆動が制御される。
【００２３】
ステータインバータ３０は、正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で並列接続されたＵ相レグ３１、Ｖ相レグ３２、および、Ｗ相レグ３３を有する。これら３つのレグそれぞれは正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かって順に直列接続されたハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子を有する。詳しく言えば、Ｕ相レグ３１はＵ相ハイサイドスイッチ素子３４とＵ相ローサイドスイッチ素子３５を有する。Ｖ相レグ３２はＶ相ハイサイドスイッチ素子３６とＶ相ローサイドスイッチ素子３７を有する。Ｗ相レグ３３はＷ相ハイサイドスイッチ素子３８とＷ相ローサイドスイッチ素子３９を有する。
【００２４】
ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである。そのためにこれらスイッチ素子それぞれは寄生ダイオードを有する。すなわちＵ相ハイサイドスイッチ素子３４はＵ相ハイサイドダイオード３４ａを有する。Ｕ相ローサイドスイッチ素子３５はＵ相ローサイドダイオード３５ａを有する。Ｖ相ハイサイドスイッチ素子３６はＶ相ハイサイドダイオード３６ａを有する。Ｖ相ローサイドスイッチ素子３７はＶ相ローサイドダイオード３７ａを有する。Ｗ相ハイサイドスイッチ素子３８はＷ相ハイサイドダイオード３８ａを有する。Ｗ相ローサイドスイッチ素子３９はＷ相ローサイドダイオード３９ａを有する。これら寄生ダイオードのカソード電極は正極端子１００ａ側にある。アノード電極は負極端子１００ｂ側にある。
【００２５】
図１に示すようにＵ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７それぞれの一端は互いに接続されている。これによりＵ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｗ相ステータコイル２０７はＹ結線されている。そしてＵ相ステータコイル２０５の他端がＵ相ハイサイドスイッチ素子３４とＵ相ローサイドスイッチ素子３５の中点に接続されている。Ｖ相ステータコイル２０６の他端がＶ相ハイサイドスイッチ素子３６とＶ相ローサイドスイッチ素子３７の中点に接続されている。Ｗ相ステータコイル２０７の他端がＷ相ハイサイドスイッチ素子３８とＷ相ローサイドスイッチ素子３９の中点に接続されている。
【００２６】
以上の電気的な接続構成により、ＩＳＧＥＣＵ１０からの制御信号によって、例えばＵ相ハイサイドスイッチ素子３４、Ｖ相ローサイドスイッチ素子３７、および、Ｗ相ローサイドスイッチ素子３９が閉状態になるとステータコイル２０４に電流が流れる。詳しく言えば、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｕ相ハイサイドスイッチ素子３４、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｖ相ステータコイル２０６、および、Ｖ相ローサイドスイッチ素子３７を介して電流が流れる。正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｕ相ハイサイドスイッチ素子３４、Ｕ相ステータコイル２０５、Ｗ相ステータコイル２０７、および、Ｗ相ローサイドスイッチ素子３９を介して電流が流れる。
【００２７】
本実施形態では、ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子としてモジュール型のパワーＭＯＳＦＥＴを採用している。そのためにこのスイッチ素子と寄生ダイオードそれぞれの電流定格は高く、バッテリ４００の逆接続時の電流にも耐えるように設計されている。ステータインバータ３０を構成するスイッチ素子にはいわゆる片面冷却システムが採用されている。
【００２８】
ロータインバータ５０は、正極端子１００ａと負極端子１００ｂとの間で並列接続されたＥ相レグ５１とＦ相レグ５２を有する。Ｅ相レグ５１は正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かって順に直列接続されたＥ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５を有する。Ｆ相レグ５２は正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かって順に直列接続されたＦ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７を有する。これら４つのスイッチ素子によってフルブリッジ回路が構成されている。ロータインバータ５０が通電制御部に相当する。
【００２９】
以上に示したロータインバータ５０を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである。そのためにスイッチ素子それぞれは寄生ダイオードを有する。すなわちＥ相ハイサイドスイッチ素子５４はＥ相ハイサイドダイオード５４ａを有する。Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５はＥ相ローサイドダイオード５５ａを有する。Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６はＦ相ハイサイドダイオード５６ａを有する。Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７はＦ相ローサイドダイオード５７ａを有する。これら寄生ダイオードのカソード電極は正極端子１００ａ側にある。アノード電極は負極端子１００ｂ側にある。
【００３０】
Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５の中点、および、Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７の中点それぞれに上記のブラシ２１０が接続されている。ブラシ２１０はシャフトのスリップリングと接触し、スリップリングは配線を介してロータコイル２０３と電気的に接続されている。図１に示すようにＥ相ハイサイドスイッチ素子５４とＥ相ローサイドスイッチ素子５５の中点がロータコイル２０３の一端と電気的に接続されている。Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６とＦ相ローサイドスイッチ素子５７の中点がロータコイル２０３の他端と電気的に接続されている。
【００３１】
以上の接続構成により、ＩＳＧＥＣＵ１０からの制御信号によって、例えばＥ相ハイサイドスイッチ素子５４とＦ相ローサイドスイッチ素子５７が閉状態になるとロータコイル２０３の一端から他端に向かって電流が流れる。すなわち、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４、ロータコイル２０３、および、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７を介して電流が流れる。また、例えばＦ相ハイサイドスイッチ素子５６、および、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５が閉状態になるとロータコイル２０３の他端から一端に向かって電流が流れる。すなわち、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｆ相ハイサイドスイッチ素子５６、ロータコイル２０３、および、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５を介して電流が流れる。
【００３２】
電流センサ７０は、ステータコイル２０４とロータコイル２０３の電流量を検出するものである。より具体的に言えば、電流センサ７０は、ステータインバータ３０とロータインバータ５０に設けられたシャント抵抗である。電流センサ７０は、Ｕ相シャント抵抗７１、Ｖ相シャント抵抗７２、Ｗ相シャント抵抗７３、Ｅ相シャント抵抗７４、および、Ｆ相シャント抵抗７５を有する。
【００３３】
Ｕ相シャント抵抗７１はＵ相ローサイドスイッチ素子３５と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｖ相シャント抵抗７２はＶ相ローサイドスイッチ素子３７と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｗ相シャント抵抗７３はＷ相ローサイドスイッチ素子３９と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｅ相シャント抵抗７４はＥ相ローサイドスイッチ素子５５と負極端子１００ｂとの間に設けられている。Ｆ相シャント抵抗７５はＦ相ローサイドスイッチ素子５７と負極端子１００ｂとの間に設けられている。
【００３４】
ＩＳＧＥＣＵ１０は、これらシャント抵抗の抵抗値を記憶している。ＩＳＧＥＣＵ１０はこの記憶している抵抗値と、シャント抵抗の両端電圧とから、各レグのローサイドスイッチに流れる電流量を検出する。これによりＩＳＧＥＣＵ１０はステータコイル２０４とロータコイル２０３に流動する電流量を推定する。なお、電流センサ７０としては上記例に限定されず、例えば、電流の流動によって発生する磁界に基づいて、電流量を検出する構成を採用することもできる。
【００３５】
温度センサ９０は、ロータインバータ５０の温度を検出するものである。上記したようにモータ制御装置１００とモータ２００とは機電一体型の構成になっている。そのためにモータ制御装置１００とモータ２００とは熱的に接続されている。より具体的に言えば、ロータインバータ５０とロータ２０１は熱的に接続されている。またステータインバータ３０とステータ２０２は熱的に接続されている。したがって温度センサ９０はロータ２０１の温度を間接的に検出するものでもある。なおもちろんではあるが、温度センサ９０はステータインバータ３０にも設けられることで、ステータインバータ３０とステータ２０２の温度を検出してもよい。
【００３６】
温度センサ９０は具体的に言えばサーミスタである。本実施形態の温度センサ９０は上記したスイッチ素子とともに樹脂に内包されてＩＣチップを構成している。温度センサ９０は上記した各種スイッチ素子それぞれに設けられてもよいし、一部に設けられてもよい。また、温度センサ９０はロータインバータ５０のスイッチ素子を収納するケース５８に設けられてもよい。このケース５８が収納部に相当する。
【００３７】
本実施形態では、温度センサ９０はＦ相ローサイドスイッチ素子５７を内包する樹脂内に設けられている。したがって温度センサ９０は、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７の温度を検出する。Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７は通電によって発熱する。そのために温度センサ９０は、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７の環境温度に、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７の通電による発熱量が加算された温度を検出する。
【００３８】
Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７の温度をＴｓ、その環境温度をＴｓａ、その熱抵抗をＲｓｔｈ、その電気抵抗をＲｓ、その電流をＩｓとすると、Ｔｓ＝Ｔｓａ＋Ｒｓｔｈ×Ｒｓ×Ｉｓ２と表記することができる。温度センサ９０はこの温度Ｔｓを検出する。以下においては、このＦ相ローサイドスイッチ素子５７の温度Ｔｓを示す式を数式１と示す。
【００３９】
なお、上記の各インバータを構成するスイッチ素子それぞれに温度センサ９０が設けられた構成の場合、各スイッチ素子の過熱をこれら温度センサ９０の出力によって判定することができる。このような各スイッチ素子の過熱判定はＩＳＧＥＣＵ１０で行われる。スイッチ素子が過熱だと判断すると、ＩＳＧＥＣＵ１０はインバータの駆動を停止して、スイッチ素子の通電を停止する。これによりスイッチ素子の過熱保護が実施される。このようにスイッチ素子に設けられた温度センサ９０は、その設けられたスイッチ素子の過熱保護を実施するための温度を検出する機能も奏する。
【００４０】
＜ロータインバータの定電流制御＞
ＩＳＧＥＣＵ１０はロータコイル２０３に流す電流が一定となるように、ロータインバータ５０を定電流制御する。具体的には、ＩＳＧＥＣＵ１０はＥ相ハイサイドスイッチ素子５４をオンにする場合、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５をオフにする。逆に、ＩＳＧＥＣＵ１０はＥ相ハイサイドスイッチ素子５４をオフにする場合、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５をオンにする。またＩＳＧＥＣＵ１０はＦ相ハイサイドスイッチ素子５６をオフに固定し、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７をオンに固定する。
【００４１】
以下においては、説明を簡便とするために、このＥ相ハイサイドスイッチ素子５４をオン状態、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５をオフ状態にする制御を通電制御と示す。Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４をオフ状態、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５をオン状態にする制御を逓減制御と示す。
【００４２】
ＩＳＧＥＣＵ１０が上記した通電制御を実行すると、図２の（ａ）欄に示すように、正極端子１００ａから負極端子１００ｂへと向かって、Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４、ロータコイル２０３、および、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７を介した電流が流れる。このロータコイル２０３の正極端子１００ａから負極端子１００ｂに向かう電流が、一定とすべき電流量（目標電流量）を超えると、ＩＳＧＥＣＵ１０は通電制御から逓減制御に切り換える。これにより、図２の（ｂ）欄に示すように、ロータコイル２０３、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７、および、Ｅ相ローサイドスイッチ素子５５を介した閉回路が構成される。この結果、ロータコイル２０３を流れる電流が逓減する。ロータコイル２０３を流れる電流が目標電流量を下回ると、ＩＳＧＥＣＵ１０は再び通電制御を実行する。なお上記の目標電流量は上位ＥＣＵ５００からＩＳＧＥＣＵ１０に入力される。そして図２では破線矢印で示す電流を明示するために、符号の一部を省略している。
【００４３】
このようにＩＳＧＥＣＵ１０は通電制御と逓減制御を逐次切り換えることでロータコイル２０３に一定電流を流動させる。この通電制御と逓減制御の切り換わりにより、図２に示すように例えばＥ相ハイサイドスイッチ素子５４では電流が流れたり止まったりする。しかしながらこの通電制御と逓減制御のいずれにおいても、ロータコイル２０３と同様にして、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７では電流が流れる。このＦ相ローサイドスイッチ素子５７にはＦ相シャント抵抗７５が直列接続されている。したがってこのＦ相シャント抵抗７５にもＦ相ローサイドスイッチ素子５７と同等の電流が流れる。すなわち、Ｆ相シャント抵抗７５とＦ相ローサイドスイッチ素子５７それぞれには、ブラシ２１０を介したロータコイル２０３と同等の電流が流れる。したがってＦ相シャント抵抗７５に流れる電流を検出することで、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７とロータコイル２０３に流れる電流を検出することができる。すなわち、ロータインバータ５０とロータコイル２０３を電気的に接続するブラシ２１０に流れる電流を検出することができる。
【００４４】
＜ブラシ温度の推定＞
上記したようにブラシ２１０は回転するシャフトに形成されたスリップリングと接触する。そしてブラシ２１０には電流が流れる。そのためにブラシ２１０は発熱して高温になる。ブラシ２１０の耐久寿命は、ブラシ２１０が高温になればなるほどに短くなる。そのためにブラシ２１０が高温になることを抑制する必要がある。これを実施するにあたって、ブラシ２１０の温度を検出する必要がある。
【００４５】
ブラシ２１０は上記のように高温になり、なおかつスリップリングとの接触などにより摩耗して導電性の摩耗粉を生成する。したがって、このような過酷な環境下のブラシ２１０に温度センサを直接設けると、温度センサの検出精度が落ちやすく、なおかつ、温度センサの寿命が極端に短くなる虞がある。さらに言えば、ブラシ２１０に設けられた温度センサとＩＳＧＥＣＵ１０とを接続するためのワイヤハーネスなどが必要になり、それによって部品点数が増大する虞がある。そのためにブラシ２１０に温度センサを直接設けることを避ける必要がある。
【００４６】
そこでＩＳＧＥＣＵ１０は、下記するように、ロータインバータ５０に設けられた電流センサ７０や温度センサ９０の出力などに基づいてブラシ２１０の温度を推定する。ＩＳＧＥＣＵ１０が推定部に相当する。
【００４７】
ブラシ２１０の温度をＴｂ、その環境温度をＴｂａ、その熱抵抗をＲｂｔｈ、その電気抵抗をＲｂ、その電流をＩｂとすると、Ｔｂ＝Ｔｂａ＋Ｒｂｔｈ×Ｒｂ×Ｉｂ２と表記することができる。以下においては、このブラシ２１０の温度を示す式を数式２と示す。
【００４８】
これに対して、上記したように温度センサ９０の検出する温度Ｔｓは、Ｔｓ＝Ｔｓａ＋Ｒｓｔｈ×Ｒｓ×Ｉｓ２と表すことができる。これが上記の数式１である。
【００４９】
上記したようにロータインバータ５０とロータ２０１は熱的に接続されている。そのためにＦ相ローサイドスイッチ素子５７の環境温度Ｔｓａは、ロータインバータ５０の環境温度に等しいとみなせる。すなわち、Ｆ相ローサイドスイッチ素子５７の環境温度Ｔｓａは、ブラシ２１０の環境温度Ｔｂａに等しいとみなせる。したがって、数式１は、Ｔｓ＝Ｔｂａ＋Ｒｓｔｈ×Ｒｓ×Ｉｓ２と表記することができる。
【００５０】
また、上記したようにロータインバータ５０の定電流制御時においてＦ相ローサイドスイッチ素子５７を流れる電流とロータコイル２０３を流れる電流は相等しいとみなせる。そのために数式１は、Ｔｓ＝Ｔｂａ＋Ｒｓｔｈ×Ｒｓ×Ｉｂ２とさらに改めて表記することができる。これを環境温度Ｔｂａについて変形すると、Ｔｂａ＝Ｔｓ−Ｒｓｔｈ×Ｒｓ×Ｉｂ２と表記することができる。これを数式２に代入すると、Ｔｂ＝Ｔｓ−Ｒｓｔｈ×Ｒｓ×Ｉｂ２＋Ｒｂｔｈ×Ｒｂ×Ｉｂ２と表すことができる。これをまとめると、Ｔｂ＝Ｔｓ−（Ｒｓｔｈ×Ｒｓ−Ｒｂｔｈ×Ｒｂ）×Ｉｂ２と表される。以下においては、これを数式３と示す。
【００５１】
数式３の右辺第１項は、温度センサ９０で検出される温度に等しい。右辺第２項に含まれる熱抵抗と電気抵抗はＦ相ローサイドスイッチ素子５７とブラシ２１０の物性や構造によって定まる値である。また、右辺第２項の電流はＦ相シャント抵抗７５で検出される電流に等しい。
【００５２】
ＩＳＧＥＣＵ１０は右辺第２項に含まれる熱抵抗と電気抵抗それぞれを予め記憶している。若しくは、ＩＳＧＥＣＵ１０は右辺第２項に含まれるスイッチ素子の熱抵抗と電気抵抗の積、および、ブラシの熱抵抗と電気抵抗の積を予め記憶している。または、ＩＳＧＥＣＵ１０は右辺第２項の熱抵抗と電気抵抗の積の差分値そのものを記憶している。
【００５３】
以上によりＩＳＧＥＣＵ１０は、温度センサ９０の検出する温度、記憶している熱抵抗と電気抵抗、Ｆ相シャント抵抗７５を流れる電流、および、数式３に基づいてブラシ温度を推定する。
【００５４】
＜ブラシの過熱回避処理＞
次に、図３に基づいてＩＳＧＥＣＵ１０によるブラシの過熱回避処理を説明する。この過熱回避処理を実行することで、ブラシ温度が推定されるとともに、ブラシ２１０の過熱が抑制される。なお図３に示す過熱判定温度はブラシ２１０の過熱を判定するための閾値であり、予めＩＳＧＥＣＵ１０に記憶されている。過熱判定温度が制限閾値に相当する。
【００５５】
先ず図３に示すステップＳ１０においてＩＳＧＥＣＵ１０は、ロータインバータ５０を定電流制御しているか否かを判定する。定電流制御をしている場合、ＩＳＧＥＣＵ１０はステップＳ２０へと進む。定電流制御をしていない場合、ＩＳＧＥＣＵ１０はステップＳ１０を繰り返して待機状態になる。
【００５６】
なお、上記の各種数式に含まれる熱抵抗は、厳密に言えば、物性値やその物の構造だけではなく、通電時間によって変化する変数である。通電開始時において熱抵抗は通電時間に応じて過渡的に変化する。しかしながら例えば１秒ほども経過すると、熱抵抗は一定値に落ち着き、通電時間によって変化しなくなる。ＩＳＧＥＣＵ１０には、この一定値に落ち着いた時の熱抵抗が記憶されている。
【００５７】
この熱抵抗をブラシ温度の推定に用いる。そのため、上記のステップＳ１０においては、単に定電流制御を実施しているか否かだけではなく、定電流制御を実施し始めてから、例えば１秒ほど経過したか否かを判定してもよい。なお、もちろんではあるが、この熱抵抗が一定値に落ち着く時間として採用した１秒は一例に過ぎず、例えば０．５秒や２秒などを適時採用することができる。
【００５８】
ステップＳ２０へ進むとＩＳＧＥＣＵ１０は、温度センサ９０で検出される温度を検出する。またＩＳＧＥＣＵ１０はＦ相シャント抵抗７５の両端電圧を検出することで、Ｆ相シャント抵抗７５を流れる電流を検出する。次にＩＳＧＥＣＵ１０はステップＳ３０へと進む。
【００５９】
ステップＳ３０へ進むとＩＳＧＥＣＵ１０は、上記の数式３を読み出す。またＩＳＧＥＣＵ１０は上記の熱抵抗と電気抵抗などの抵抗を読み出す。次にＩＳＧＥＣＵ１０はステップＳ４０へと進む。
【００６０】
ステップＳ４０へ進むとＩＳＧＥＣＵ１０は、ステップＳ２０で検出した温度と電流、および、ステップＳ３０で読み出した数式と抵抗に基づいて、ブラシ温度を推定する。この後にＩＳＧＥＣＵ１０はステップＳ５０へと進む。
【００６１】
ステップＳ５０へ進むとＩＳＧＥＣＵ１０は、ステップＳ５０で推定したブラシ温度が過熱判定温度よりも低いか否かを判定する。ブラシ温度が過熱判定温度よりも低い場合、ＩＳＧＥＣＵ１０はこの過熱回避処理を終了する。ブラシ温度が過熱判定温度以上の場合、ＩＳＧＥＣＵ１０はステップＳ６０へと進む。なおもちろんではあるが、ＩＳＧＥＣＵ１０はこの過熱回避処理を所定周期で繰り返し実行する。
【００６２】
ステップＳ６０へ進むとＩＳＧＥＣＵ１０は、通電制御を止めて逓減制御を維持する。これによりブラシ２１０を介したロータコイル２０３に流れる電流量が低められる。ブラシ２１０の昇温が抑制され、耐久寿命が短くなることが抑制される。なおこのステップＳ６０では、単にＩＳＧＥＣＵ１０はロータインバータ５０の駆動の制御を停止してもよい。
【００６３】
なお、ＩＳＧＥＣＵ１０はこのようにステップＳ６０において逓減制御を維持してから所定時間経過後に再び定電流制御を実施してもよい。こうすることで、再び図３に示す過熱回避処理を実施してブラシ温度を推定してもよい。上記の所定時間は、ブラシ温度が過熱判定温度よりも低くなることが予測される時間であり、例えば１０秒などを採用することができる。もちろん、この所定時間は１０秒に限定されず、例えば５秒や１５秒などを採用することもできる。
【００６４】
このように所定時間経過してもブラシ温度が過熱判定温度よりも低くならない場合、ＩＳＧＥＣＵ１０はエンジンＥＣＵ６００にラジエータファン７００の送風によるエンジンルームの温度低下を指示する。これにより強制的にブラシ２１０の温度を低下する。このＩＳＧＥＣＵ１０からエンジンＥＣＵ６００への指示が送風依頼に相当する。エンジンＥＣＵ６００が駆動部に相当する。ラジエータファン７００がファンに相当する。
【００６５】
ところで、ブラシ２１０の耐久寿命は使用温度によって決定される。そのためにブラシ２１０の設計保障上限温度は、設定した耐久寿命と想定した使用温度とに基づいて決定される。ステップＳ５０で用いた過熱判定温度は、この設計保障上限温度よりも例えば２０℃程度低い値に設定される。
【００６６】
＜作用効果＞
次に、本実施形態にかかるモータ制御装置１００の作用効果を説明する。上記したように、ブラシ２１０ではなくロータインバータ５０に設けられた温度センサ９０の出力などに基づいて、ブラシ２１０の温度を推定する。これによればブラシに温度センサの設けられる構成とは異なり、ブラシ２１０で発生する高温の熱や、摩耗により発生した摩耗粉などによって温度センサ９０の寿命が短くなることが抑制される。
【００６７】
さらに言えば、温度センサ９０を設けるのに適した形状にブラシ２１０を加工しなくともよくなる。そのために製造コストの増大が抑制される。またブラシ２１０と回転するスリップリングとの接触により発生するノイズによって、温度センサ９０の検出精度が低下することが抑制される。
【００６８】
ブラシ温度が過熱判定温度以上の場合、ＩＳＧＥＣＵ１０は通電制御を止めて逓減制御を維持する。これによりブラシ２１０を介したロータコイル２０３に流れる電流量が低められる。この結果、ブラシ２１０の過熱が抑制され、耐久寿命が短くなることが抑制される。
【００６９】
また、ＩＳＧＥＣＵ１０は逓減制御を所定時間維持してもブラシ温度が過熱判定温度よりも低くならない場合、エンジンＥＣＵ６００にラジエータファン７００の送風によるエンジンルームの温度低下を指示する。これによりブラシ２１０の温度が強制的に低下され、ブラシ２１０の耐久寿命が短くなることが抑制される。
【００７０】
温度センサ９０はＦ相ローサイドスイッチ素子５７の温度を検出する。そのために温度センサ９０の出力は、上記したようにブラシ温度の推定に活用することができるとともに、スイッチ素子の過熱判定にも用いることができる。これによれば、ブラシ温度の推定に活用する温度センサと、スイッチ素子の過熱判定に用いられる温度センサとを別々に持つ構成と比べて、部品点数の増大が抑制される。
【００７１】
以上、本開示物の好ましい実施形態について説明したが、本開示物は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示物の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００７２】
（第１の変形例）
本実施形態では、定電流制御において常時通電されるＦ相ローサイドスイッチ素子５７に温度センサ９０が設けられる例を示した。そしてこの温度センサ９０で検出される温度などに基づいてブラシ温度を推定する例を示した。しかしながら、例えばＥ相ハイサイドスイッチ素子５４に温度センサ９０が設けられた構成においても、ブラシ温度を推定することができる。
【００７３】
上記したようにＥ相ハイサイドスイッチ素子５４には、通電制御時に電流が流れる。定電流制御では通電制御と逓減制御を切り換える。逓減制御から通電制御へと切り換わった直後においては、Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４を流れる電流と、ロータコイル２０３を流れる電流とには相違がある。しかしながら例えば１秒ほども通電制御が維持されると、Ｅ相ハイサイドスイッチ素子５４に流れる電流とロータコイル２０３に流れる電流とは等しいとみなせるようになる。そのために、このような変形例においては、ＩＳＧＥＣＵ１０は例えば図３に示すステップＳ１０において、定電流制御が実施されているか否かの代わりに、通電制御が１秒ほど維持されたか否かを判定する。通電制御が１秒ほど維持されたと判定すると、ＩＳＧＥＣＵ１０はステップＳ２０以降の各種ステップを実行する。これにより、本実施形態と同等にしてブラシ温度が推定されるとともに、ブラシ２１０の過熱が抑制される。なお、もちろんではあるが、上記の通電制御が維持された時間として採用した１秒は一例に過ぎず、例えば０．５秒や２秒などを適時採用することができる。
【００７４】
（第２の変形例）
モータ２００の通電方向を、ロータコイル２０３の一端から他端ではなく、その逆の他端から一端にする場合、実地形態中に一例を示したように、Ｅ相レグ５１とＦ相レグ５２のスイッチ素子のオン状態とオフ状態が反対に入れ換わる。そのために通電経路もＥ相レグ５１とＦ相レグ５２とで反対に入れ換わる。この制御では、定電流制御においてＥ相シャント抵抗７４に絶えず電流が流れる。通電制御においてＦ相ハイサイドスイッチ素子５６に電流が流れる。そのためにＥ相ローサイドスイッチ素子５５やＦ相ハイサイドスイッチ素子５６に温度センサ９０が設けられた構成においても、本実施形態および第１の変形例と同等にして、ブラシ温度を推定することができる。
【００７５】
（第３の変形例）
また、本実施形態中に記載したように、ロータインバータ５０を構成するスイッチ素子ではなく、そのスイッチ素子を収納するケース５８に温度センサ９０が設けられた構成を採用することもできる。この場合、温度センサ９０で検出される温度は、ロータインバータ５０の環境温度になる。ロータインバータ５０はロータ２０１と熱的に接続されている。そのために温度センサ９０で検出される温度はロータ２０１の環境温度になる。すなわち温度センサ９０で検出される温度はブラシ２１０の環境温度Ｔｂａになる。
【００７６】
上記したようにブラシ温度Ｔｂを示す数式２は、Ｔｂ＝Ｔｂａ＋Ｒｂｔｈ×Ｒｂ×Ｉｂ２と表される。この数式２の右辺第１項は、温度センサ９０で検出される温度に等しい。右辺第２項のブラシ２１０の熱抵抗と電気抵抗の積は予めＩＳＧＥＣＵ１０に記憶されている。そして右辺第２項の電流はＦ相シャント抵抗７５で検出される電流に等しい。このため、図３に示す過熱回避処理のステップＳ３０において、数式３の代わりに数式２を読み出して、各種他のステップを実行することにより、本実施形態と同等にしてブラシ温度が推定されるとともに、ブラシ２１０の過熱が抑制される。
【００７７】
（その他の変形例）
本実施形態ではモータ２００はベルト３１０を介して車両に搭載されたエンジン３００のクランクシャフトと連結されている例を示した。しかしながらモータ２００は動力分配機構を介してクランクシャフトと連結された構成を採用することもできる。
【００７８】
本実施形態では、ロータインバータ５０はフルブリッジ回路を構成している例を示した。しかしながらロータインバータ５０はハーフブリッジ回路を構成してもよい。
【００７９】
本実施形態ではステータインバータ３０とロータインバータ５０を構成するスイッチ素子はＭＯＳＦＥＴである例を示した。しかしながらステータインバータ３０とロータインバータ５０を構成するスイッチ素子としては、上記例に限定されずに、例えばＩＧＢＴを採用することもできる。この場合、スイッチ素子に対して還流ダイオードを別途逆並列接続する。
【００８０】
本実施形態ではステータインバータ３０を構成するスイッチ素子に片面冷却システムが採用される例を示した。しかしながらステータインバータ３０を構成するスイッチ素子を冷却するシステムとしては上記例に限定されず、例えば両面冷却システムを採用してもよい。また、流動する冷媒を用いた冷却システムを採用してもよい。
【００８１】
本実施形態ではステータインバータ３０とロータインバータ５０を形成する材料を特に言及していなかった。しかしながらこの形成材料としては、例えばシリコンを採用することができる。また他の形成材料としては、例えばシリコンよりもバンドギャップの広い炭化ケイ素を採用することもできる。
【００８２】
さらに言えば、ロータインバータ５０とステータインバータ３０とでは形成材料が異なってもよい。例えば、ロータインバータ５０を炭化ケイ素で形成し、ステータインバータ３０をシリコンで形成してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０…ＩＳＧＥＣＵ、３０…ステータインバータ、５０…ロータインバータ、５１…Ｅ相レグ、５２…Ｆ相レグ、５３…保護素子、５４…Ｅ相ハイサイドスイッチ素子、５５…Ｅ相ローサイドスイッチ素子、５６…Ｆ相ハイサイドスイッチ素子、５７…Ｆ相ローサイドスイッチ素子、５８…ケース、７０…電流センサ、７１…Ｕ相シャント抵抗、７２…Ｖ相シャント抵抗、７３…Ｗ相シャント抵抗、７４…Ｅ相シャント抵抗、７５…Ｆ相シャント抵抗、９０…温度センサ、１００…モータ制御装置、１００ａ…正極端子、１００ｂ…負極端子、２００…モータ、２０１…ロータ、２０２…ステータ、２０３…ロータコイル、２１０…ブラシ、３００…エンジン、４００…バッテリ、５００…上位ＥＣＵ、６００…エンジンＥＣＵ、７００…ラジエータファン
【図１】
2019075909.tif 000003
【図２】
2019075909.tif 000004
【図３】
2019075909.tif 000005