(57)【要約】【課題】矩形波制御において、スイッチング素子のオン角度間隔を電気角１２０度よりも小さく設定しても、回転電機にトルクを出力させることができない角度区間が生じることを抑制できる回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】２組の３相巻線を有する回転電機に対し、矩形波制御を、組間で位相差を設けて実行し、切換条件に応じて、正極側及び負極側のスイッチング素子をオンするオン角度間隔を電気角１２０度から１８０度の範囲内の角度に設定する第１制御モードと、オン角度間隔を電気角９０度から１２０度の範囲内の角度に設定する第２制御モードと、を切り替える回転電機の制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２組の３相巻線を有する回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
各組について、直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の巻線に接続される直列回路を、３相各相に対応して３セット設けたインバータと、
各組について、相間で電気角１２０度の位相差を設けて、各相の前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子を、相互に電気角１８０度の位相差を設けて電気角３６０度あたり１回だけオンする矩形波制御を、組間で位相差を設けて実行するスイッチング制御部と、を備え、
前記スイッチング制御部は、予め設定された切換条件に応じて、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子をオンする角度間隔であるオン角度間隔を電気角１２０度から１８０度の範囲内の角度に設定する第１制御モードと、前記オン角度間隔を電気角９０度から１２０度の範囲内の角度に設定する第２制御モードと、を切り替える回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記スイッチング制御部は、
前記矩形波制御の組間の位相差を、電気角０度から６０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から３０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔から１２０度の範囲内の角度に、前記オン角度間隔を設定し、
前記組間の位相差を、電気角６０度から１２０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から９０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔から１２０度の範囲内の角度に、前記オン角度間隔を設定する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記スイッチング制御部は、
前記組間の位相差を、電気角０度から６０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から３０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔を、前記オン角度間隔に設定し、
前記組間の位相差を、電気角６０度から１２０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から９０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔を、前記オン角度間隔に設定する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記スイッチング制御部は、
前記組間の位相差を電気角３０度又は電気角９０度に設定し、前記第２制御モードにおいて、前記オン角度間隔を電気角９０度に設定する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記矩形波制御の組間の位相差は、前記３相巻線の組間の位相差に設定されている請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項６】
前記スイッチング制御部は、前記切換条件として前記回転電機の回転速度及び前記直流電源の電源電圧に応じて、前記第１制御モードと前記第２制御モードとを切り替える請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項７】
前記スイッチング素子の温度を検出する素子温度検出部を更に備え、
前記スイッチング制御部は、前記切換条件として前記スイッチング素子の温度に応じて、前記第１制御モードと前記第２制御モードとを切り替える請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項８】
前記スイッチング制御部は、前記オン角度間隔を変化させる際に、前記オン角度間隔を次第に変化させる請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、矩形波制御を行う回転電機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上、環境基準への適合を目的とし、回転電機を搭載し、車両の停止時にエンジンを停止させ、車両の発進時に回転電機を駆動してエンジンの再始動、トルクアシストを行なう、いわゆるアイドルストップを行う車両が開発されている。このような車両に用いられる回転電機は、小型、低コスト、高トルクが求められるため、スイッチング素子をオンオフ制御する方式として、制御装置を簡素化でき、回転電機を高出力にできる１８０度矩形波制御が用いられることが多い。なお、１８０度矩形波制御では、スイッチング素子のオン角度間隔が電気角１８０度に設定される。また、燃費向上のために回転電機の高出力化が求められており、そのために車載電源装置（車載電池）の高容量化、高電圧化が行われている。
【０００３】
しかし一方で、矩形波制御は駆動時の電機子巻線への通電電流をフィードバック制御しないことから回転速度及び電源電圧といった動作条件によっては、スイッチング素子の耐量を超えた電流及び通電時の発熱により故障する懸念があった。そこで、矩形波制御時の通電電流を抑制する手段として、通電電流が過大となる条件においては１８０度矩形波制御よりも通電電流が減少する１２０度矩形波制御を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、１２０度矩形波制御では、スイッチング素子のオン角度間隔が電気角１２０度に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２０８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したように、近年は車載電池の高容量化、高電圧化が進んでおり、矩形波制御を行う場合には、特に矩形波制御時の１パルスの通電時間が長くなる低回転速度領域において、スイッチング素子のオン角度間隔を１２０度に低減する従来の技術だけでは、依然として電力変換部への通電電流が大きくなり、通電時の発熱等により故障を招く懸念がある。
【０００６】
スイッチング素子の発熱を低減するために、スイッチング素子のオン角度間隔を電気角１２０度よりも小さくすることが考えられる。しかし、特許文献１のように回転電機に１組の３相巻線しか設けられていない場合は、オン角度間隔を１２０度よりも小さくすると、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子の一方しかオンされない区間が生じる。この区間では、巻線に電流が流れないため、回転電機にトルクを出力させることができない。例えば、回転電機が、このトルク出力不可区間で停止すると、回転電機にトルクを出力させることができなくなり、内燃機関を再始動することができなくなったり、車両を発進させることができなくなったりする問題が生じる。また、回転電機が回転している状態でも、トルク変動が大きくなり、ユーザに不快感を与えるおそれがある。
【０００７】
そこで、矩形波制御において、スイッチング素子のオン角度間隔を電気角１２０度よりも小さく設定しても、回転電機にトルクを出力させることができない角度区間が生じることを抑制できる回転電機の制御装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に係る回転電機の制御装置は、２組の３相巻線を有する回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
各組について、直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の巻線に接続される直列回路を、３相各相に対応して３セット設けたインバータと、
各組について、相間で電気角１２０度の位相差を設けて、各相の前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子を、相互に電気角１８０度の位相差を設けて電気角３６０度あたり１回だけオンする矩形波制御を、組間で位相差を設けて実行するスイッチング制御部と、を備え、
前記スイッチング制御部は、予め設定された切換条件に応じて、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子をオンする角度間隔であるオン角度間隔を電気角１２０度から１８０度の範囲内の角度に設定する第１制御モードと、前記オン角度間隔を電気角９０度から１２０度の範囲内の角度に設定する第２制御モードと、を切り替えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に係る回転電機の制御装置によれば、矩形波制御を、１組の３相巻線が設けられている場合に実行可能な電気角１２０度から１８０度の第１制御モードで動作させるだけでなく、２組の３相巻線が設けられていることを利用し、切換条件に応じて、オン角度間隔が電気角９０度から１２０度の範囲内の角度に設定される第２制御モードで動作させることができる。第２制御モードで動作させても、第１組の矩形波制御と第２組の矩形波制御とに位相差を設けることにより、一方の組のトルク出力可能区間により、他方の組のトルク出力不可区間を補って、回転電機にトルクが出力させることができない角度区間が生じることを抑制できる。よって、第２制御モードに切り替えて、スイッチング素子の発熱を抑制しつつ、回転電機にトルクを出力させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る回転電機及び回転電機の制御装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る制御器の概略ブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る制御器のハードウェア構成図である。
【図４】実施の形態１に係るオン角度間隔が１８０度に設定されている時の矩形波制御の挙動を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るオン角度間隔が１２０度に設定されている時の矩形波制御の挙動を示す図である。
【図６】実施の形態１に係るオン角度間隔が９０度に設定されている時の矩形波制御の挙動を示す図である。
【図７】実施の形態１に係るオン角度間隔が９０度に設定されている時の矩形波制御の挙動を示す図である。
【図８】実施の形態１に係る角度設定マップを説明するための図である。
【図９】実施の形態１に係る角度設定マップを説明するための図である。
【図１０】実施の形態２に係る回転電機及び回転電機の制御装置の概略構成図である。
【図１１】実施の形態２に係る制御器の概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．実施の形態１
実施の形態１に係る回転電機の制御装置１（以下、単に制御装置１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る回転電機１０及び制御装置１の概略構成図である。
【００１２】
１−１．回転電機
回転電機１０は、２組の３相巻線１１、１２を有する１つの回転電機とされている。第１組の３相巻線１１は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗであり、第２組の３相巻線１２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ相の巻線Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚである。第１組の３相巻線１１及び第２組の３相巻線１２は、電気角で巻線位相差ΔθＣＬを設けて、ステータ１３に巻装されている。具体的には、第１組のＵ相巻線Ｃｕの巻装角度と、第２組のＸ相巻線Ｃｘの巻装角度とは、電気角で巻線位相差ΔθＣＬだけ異なっており、第１組のＶ相巻線Ｃｖの巻装角度と、第２組のＹ相巻線Ｃｙの巻装角度とは、電気角で巻線位相差ΔθＣＬだけ異なっており、第１組のＷ相巻線Ｃｗの巻装角度と、第２組のＺ相巻線Ｃｚの巻装角度とは、電気角で巻線位相差ΔθＣＬだけ異なっている。
【００１３】
ロータ１４に、電磁石が設けられている。よって、１つのステータ１３に２組の３相巻線１１、１２が設けられており、ステータ１３の径方向内側に配置された１つのロータ１４に、電磁石が設けられている。なお、電気角は、ロータ１４の機械角に、電磁石の極対数を乗算した角度になる。回転電機１０は、ロータ１４の回転角度（磁極位置）を検出するためのレゾルバ、ロータリーエンコーダ等の回転角度センサ１５を備えている。回転角度センサ１５の出力信号は、制御器３０に入力される。
【００１４】
１−２．インバータ
制御装置１は、直流電源１６の直流電力と第１組の３相巻線１１に供給する交流電力とを変換する第１組のインバータ２１と、直流電源１６の直流電力と第２組の３相巻線１２に供給する交流電力とを変換する第２組のインバータ２２と、を備えている。
【００１５】
第１組及び第２組のインバータ２１、２２は、それぞれ、直流電源１６の正極側に接続される正極側のスイッチング素子２３と、直流電源１６の負極側に接続される負極側のスイッチング素子２４と、が直列接続された直列回路を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の巻線に接続される。インバータは、電磁石の界磁巻線への通電をオンオフするスイッチング素子を備えている（不図示）。
【００１６】
スイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御器３０に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御器３０から出力されるゲート信号によりオン又はオフされる。
【００１７】
直流電源１６には、鉛蓄電池又はリチウムイオン電池等の蓄電装置が用いられる。なお、直流電源１６には、直流電圧を昇圧したり降圧したりする直流電力変換器であるＤＣ−ＤＣコンバータが設けられてもよい。直流電源１６の電源電圧を検出するための電圧センサ１７が備えられている。電圧センサ１７の出力信号は、制御器３０に入力される。
【００１８】
本実施の形態では、回転電機１０のロータ１４の回転軸は、ベルト及びプーリ機構等の連結機構を介して内燃機関１８のクランク軸に連結されている。回転電機１０は、内燃機関１８を始動又は補助する電動機としての機能を有すると共に、内燃機関１８の駆動力を用いて発電する発電機としての機能を有する。
【００１９】
１−３．制御器
制御装置１は、制御器３０を備えている。制御器３０は、第１組及び第２組のインバータ２１、２２のスイッチング素子を介して、回転電機１０を制御する。制御器３０は、図２に示すように、回転情報検出部３１、電源電圧検出部３２、及びスイッチング制御部３３等の制御部を備えている。制御器３０の各機能は、制御器３０が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御器３０は、図３に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。
【００２０】
演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、及び演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、回転角度センサ１５、電圧センサ１７等の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、第１組及び第２組のインバータ２１、２２のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。
【００２１】
そして、制御器３０が備える各制御部３１〜３３等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御器３０の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１〜３３等が用いる角度設定マップ等の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御器３０の各機能について詳細に説明する。
【００２２】
１−３−１．回転情報検出部３１
回転情報検出部３１は、ロータ１４の電気角での回転角度θ（磁極位置θ）、及び回転速度を検出する。本実施の形態では、回転情報検出部３１は、回転角度センサ１５の出力信号に基づいて、回転角度θ（磁極位置θ）及び回転速度を検出する。
【００２３】
１−３−２．電源電圧検出部３２
電源電圧検出部３２は、直流電源１６の電源電圧を検出する。本実施の形態では、電源電圧検出部３２は、電圧センサ１７の出力信号に基づいて、電源電圧を検出する。
【００２４】
１−３−３．スイッチング制御部３３
スイッチング制御部３３は、各組について、スイッチング素子をオンオフ制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を実行する。本実施の形態では、図４に示すように、スイッチング制御部３３は、各組について、各相の正極側のスイッチング素子２３及び負極側のスイッチング素子２４を、相互に電気角１８０度の位相差を設けて、電気角３６０度あたり１回だけオンする矩形波制御を実行する。例えば、Ｕ相について、正極側のスイッチング素子２３のオン期間と、負極側のスイッチング素子２４のオン期間との間には、電気角１８０度の位相差が設けられている。また、Ｖ相の正極側のスイッチング素子２３のオン期間は、Ｕ相の正極側のスイッチング素子２３のオン期間に対して、電気角１２０度の位相差だけ遅れている。Ｗ相の正極側のスイッチング素子２３のオン期間は、Ｖ相の正極側のスイッチング素子２３のオン期間に対して、電気角１２０度の位相差だけ遅れている。
【００２５】
スイッチング制御部３３は、後述するように、正極側のスイッチング素子２３及び負極側のスイッチング素子２４をオンする角度間隔であるオン角度間隔Δθｏｎを変化させる。なお、図４の例では、オン角度間隔Δθｏｎは、電気角１８０度に設定されている。
【００２６】
スイッチング制御部３３は、出力トルクを変化させるために、各組について、各スイッチング素子のオン期間の位相を、全体的に進角側又は遅角側にシフトする。全オン期間の位相を進角側又は遅角側にシフトすることにより、回転電機１０の出力トルクの大きさを変化させることができる共に、回転電機１０に正の力行トルクだけでなく、負の回生トルクを出力させることができる。なお、全オン期間の位相は、シフトされず、固定位相であってもよい。また、スイッチング制御部３３は、出力トルクを変化させるために、電磁石の界磁巻線への通電をオンオフするスイッチング素子のオンデューティ比を変化させる。
【００２７】
スイッチング制御部３３は、矩形波制御を、組間で位相差Δθｐ（以下、組間位相差Δθｐと称す）を設けて実行する。例えば、図４に示すように、第１組のＵ相の正極側のスイッチング素子２３のオン期間と、第２組のＸ相の正極側のスイッチング素子２３のオン期間とには、組間位相差Δθｐ（本例では、電気角３０度）が設けられている。
【００２８】
本実施の形態では、第１組の矩形波制御は、第１組の３相巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗ（例えば、Ｕ相巻線Ｃｕ）を基準にした回転角度θに基づいて実行され、第２組の矩形波制御は、第１組の３相巻線Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ（例えば、Ｘ相巻線Ｃｘ）を基準にした回転角度θに基づいて実行されている。そのため、本実施の形態では、組間位相差Δθｐは、巻線位相差ΔθＣＬ（本例では、電気角３０度）と同じになっている（Δθｐ＝ΔθＣＬ＝３０度）。或いは、組間位相差Δθｐは、巻線位相差ΔθＣＬから変化してもよい。
【００２９】
＜オン角度間隔Δθｏｎの低減の課題＞
オン角度間隔Δθｏｎの最大設定値は、電気角１８０度である。オン角度間隔Δθｏｎを１８０度よりも大きくすると、各相の正極側及び負極側のスイッチング素子２３、２４が同時にオンになり、直流電源１６の正極側と負極側が短絡する期間が生じるためである。
【００３０】
オン角度間隔Δθｏｎが大きいと、各スイッチング素子のオン期間が長くなり、連続通電により、スイッチング素子の発熱が大きくなる。特に、回転速度が低い程、同じオン角度間隔Δθｏｎでも、スイッチング素子のオン期間が長くなり、スイッチング素子の発熱が大きくなる。また、電源電圧が大きいほど、電流値が大きくなり、同じオン角度間隔Δθｏｎ及び同じ回転速度でも、スイッチング素子の発熱が大きくなる。スイッチング素子の発熱を低減するため、オン角度間隔Δθｏｎを電気角１８０度よりも低減することが考えられる。
【００３１】
図５に、オン角度間隔Δθｏｎが電気角１２０度に設定されている場合を示すように、１つの組において、電気角３６０度の全てのタイミングで、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子の双方がオンされているため、巻線に電流を流すことができ、回転電機１０にトルクを出力させることできる。
【００３２】
しかし、オン角度間隔Δθｏｎを電気角１２０度よりも小さくすると、図６に、オン角度間隔Δθｏｎが電気角９０度に設定されている場合を示すように、１つの組において、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子の一方しかオンされていない区間（図６中のハッチング部分）が生じる。この区間では、巻線に電流が流れないため、１つの組の巻線により、回転電機１０にトルクを出力させることができない。例えば、回転電機１０が、このトルク出力不可区間で停止すると、回転電機１０にトルクを出力させることができなくなり、例えば、内燃機関１８を再始動することができなくなったり、車両を発進させることができなくなったりする問題が生じる。
【００３３】
そのため、１組の３相巻線しか有していない回転電機では、従来技術のように、オン角度間隔Δθｏｎを電気角１２０度よりも小さく設定できなく、スイッチング素子の発熱を低減するには限界があった。
【００３４】
＜２組の３相巻線の利用＞
図６に示したように、オン角度間隔Δθｏｎが電気角９０度である場合に、正極側及び負極側のスイッチング素子の一方しかオンされていないトルク出力不可区間（ハッチング部分）が、電気角３０度の間隔になり、正極側及び負極側のスイッチング素子の双方がオンされているトルク出力可能区間（非ハッチング部分）が、電気角３０度の間隔になり、両者が同じ間隔になる。そのため、図６に示すように、第１組の矩形波制御と第２組の矩形波制御とに位相差を設けることにより、一方の組のトルク出力不可区間を、他方の組のトルク出力可能区間により補うことができる。オン角度間隔Δθｏｎを電気角９０度よりも小さくすると、トルク出力不可区間がトルク出力可能区間よりも長くなり、一方の組のトルク出力可能区間により、他方の組のトルク出力不可区間を補いきれなくなる。従って、２組の３相巻線を設ける場合の、オン角度間隔Δθｏｎの最小値は、電気角９０度になる。
【００３５】
そこで、次式に示すように、スイッチング制御部３３は、予め設定された切換条件に応じて、オン角度間隔Δθｏｎを電気角１２０度から１８０度の範囲内の角度に設定する第１制御モードと、オン角度間隔Δθｏｎを電気角９０度から１２０度の範囲内の角度に設定する第２制御モードと、を切り替えるように構成されている。
１）第１制御モードの場合、
１２０≦Δθｏｎ≦１８０
２）第２制御モードの場合、            （１）
９０≦Δθｏｎ＜１２０
【００３６】
この構成によれば、矩形波制御を、１組の３相巻線が設けられている場合に実行可能な電気角１２０度から１８０度の第１制御モードで動作させるだけでなく、２組の３相巻線が設けられていることを利用し、切換条件に応じて、オン角度間隔Δθｏｎが電気角９０度から１２０度の範囲内の角度に設定される第２制御モードで動作させることができる。第２制御モードで動作させても、第１組の矩形波制御と第２組の矩形波制御とに位相差を設けることにより、一方の組のトルク出力可能区間により、他方の組のトルク出力不可区間を補って、回転電機にトルクが出力させることができない角度区間が生じることを抑制できる。よって、回転電機がいずれの回転角度で停止しても、回転電機にトルクを出力させることができ、内燃機関、車両等の機関を動作させることができる。よって、第２制御モードに切り替えて、スイッチング素子の発熱を抑制しつつ、回転電機にトルクを出力させることができる。
【００３７】
本実施の形態では、組間位相差Δθｐが、電気角３０度であるため、丁度、一方の組のトルク出力不可区間と、他方の組のトルク出力可能区間とを一致させて、完全に補うことができる。また、図７に示すように、組間位相差Δθｐが、電気角９０度である場合も、電気角３０度と同様に、一致させることができる。なお、次の一致する組間位相差Δθｐは、電気角１５０度であるが、１２０度以上になり相が入れ替わるため、電気角３０度と同じになる。
【００３８】
＜任意の組間位相差Δθｐへの対応＞
一方、組間位相差Δθｐが、電気角３０度、電気角９０度からずれると、一方の組のトルク出力不可区間と、他方の組のトルク出力可能区間とが丁度一致しなくなり、一致していない隙間が生じる。この隙間を補うため、オン角度間隔Δθｏｎを、ずれ幅だけ、電気角９０度から増加させる必要がある。組間位相差Δθｐが、電気角３０度、電気角９０度からずれた場合に、一方の組のトルク出力不可区間と、他方の組のトルク出力可能区間とが一致していない隙間が生じないような、最小のオン角度間隔Δθｏｎｍｉｎ（以下、下限オン角度間隔Δθｏｎｍｉｎと称す）は、次式で表される。
１）０＜Δθｐ＜６０の場合、
Δθｏｎｍｉｎ＝９０＋｜Δθｐ−３０｜
２）６０＜Δθｐ＜１２０の場合、                      （２）
Δθｏｎｍｉｎ＝９０＋｜Δθｐ−９０｜
【００３９】
そこで、任意の組間位相差Δθｐに対応するために、スイッチング制御部３３は、式（２）及び次式に示すように、組間位相差Δθｐを、電気角０度から６０度の範囲内の角度に設定している場合は、第２制御モードにおいて、組間位相差Δθｐから３０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔Δθｏｎｍｉｎから１２０度の範囲内の角度に、オン角度間隔Δθｏｎを設定する。一方、スイッチング制御部３３は、組間位相差Δθｐを、電気角６０度から１２０度の範囲内の角度に設定している場合は、第２制御モードにおいて、組間位相差Δθｐから９０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔Δθｏｎｍｉｎから１２０度の範囲内の角度に、オン角度間隔Δθｏｎを設定する。
１）第１制御モードの場合、
１２０≦Δθｏｎ≦１８０
２）第２制御モードの場合、                      （３）
Δθｏｎｍｉｎ≦Δθｏｎ＜１２０
【００４０】
この構成によれば、第２制御モードにおいて、任意の組間位相差Δθｐに対して、一方の組のトルク出力可能区間と、他方の組のトルク出力不可区間とが一致していない隙間が生じることを抑止できる。よって、回転電機のトルクが出力されなくなる角度区間が生じることを抑制しつつ、スイッチング素子の発熱を抑制することができる。
【００４１】
或いは、次式に示すように、スイッチング制御部３３は、第２制御モードにおいて、式（２）により算出された下限オン角度間隔Δθｏｎｍｉｎをオン角度間隔Δθｏｎに設定するように構成されてもよい。
１）第１制御モードの場合、
１２０≦Δθｏｎ≦１８０
２）第２制御モードの場合、                      （４）
Δθｏｎ＝Δθｏｎｍｉｎ
【００４２】
この構成によれば、第２制御モードにおいて、回転電機のトルクが出力されなくなる角度区間が生じることを抑制しつつ、スイッチング素子の発熱を最大限に抑制することができる。
【００４３】
＜切換条件＞
本実施の形態では、スイッチング制御部３３は、切換条件として、回転電機の回転速度及び直流電源の電源電圧に応じて、第１制御モードと第２制御モードとを切り替えるように構成されている。
【００４４】
例えば、スイッチング制御部３３は、図８に示すような、回転速度及び電源電圧とオン角度間隔Δθｏｎとの関係が予め設定された角度設定マップを参照し、現在の回転速度及び電源電圧とに対応するオン角度間隔Δθｏｎを算出する。図８に示す例では、回転速度が、境界値よりも低い領域で、Δθｏｎ＝９０度に設定されており、第２制御モードに切り替わり、境界値よりも高い領域で、Δθｏｎ＝１８０度に設定されており、第１制御モードに切り替わる。また、電源電圧が高くなるほど、境界値が高回転速度側にシフトし、Δθｏｎ＝９０度に設定される回転速度領域が、高回転速度側に広がっている。
【００４５】
このように、スイッチング素子の発熱が大きくなる、回転速度が低く、電源電圧が高い領域で、Δθｏｎ＝９０度に設定し、第２制御モードに切り替えるので、スイッチング素子の発熱を低減することができる。
【００４６】
或いは、角度設定マップは、図９のように設定されてもよい。この例の場合は、Δθｏｎ＝９０度の設定領域と、Δθｏｎ＝１８０度の設定領域の間に、Δθｏｎ＝１２０度の設定領域（第１制御モード）が設けられている。このように、スイッチング素子の発熱低減の必要性に応じて、同じ制御モードの中でも、段階的にオン角度間隔Δθｏｎを減少させてもよい。
【００４７】
スイッチング制御部３３は、オン角度間隔Δθｏｎを変化させる際に、オン角度間隔Δθｏｎを次第に変化させるように構成されてもよい。例えば、図８の角度設定マップを参照して算出したオン角度間隔Δθｏｎが、９０度から１８０度に変化した場合に、オン角度間隔Δθｏｎの時間変化率を制限して、最終的に設定するオン角度間隔Δθｏｎを９０度から１８０度に次第に変化させる。この構成によれば、切換え時の通電電流及びトルクの急激な変化を抑制することができる。
【００４８】
２．実施の形態２
次に、実施の形態２に係る回転電機の制御装置１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態では、スイッチング素子の温度を検出するように構成されており、第１制御モードと第２制御モードとを切り替える切換条件が、実施の形態１と異なる。図１０は、本実施の形態に係る回転電機１０及び制御装置１の概略構成図である。図１１は、本実施の形態に係る制御器３０のブロック図である。
【００４９】
本実施の形態では、図１０に示すように、第１組及び第２組のインバータ２１、２２は、それぞれ、スイッチング素子の温度を検出するための温度センサ２５、２６を備えている。各温度センサ２５、２６は、スイッチング素子に近接して配置されており、スイッチング素子の温度を検出することができる。温度センサ２５、２６は、３相各相に１つずつ設けられてもよいし、温度センサ２５、２６は、３相のいずれか１相だけに１つ設けられてもよい。各温度センサ２５、２６の出力信号は、制御器３０に入力される。
【００５０】
制御器３０は、図１１に示すように、スイッチング素子の温度を検出する素子温度検出部３４を更に備えている。素子温度検出部３４は、各温度センサ２５、２６の出力信号に基づいて、スイッチング素子の温度を検出する。
【００５１】
スイッチング制御部３３は、切換条件としてスイッチング素子の温度に応じて、第１制御モードと第２制御モードとを切り替える。具体的には、スイッチング制御部３３は、スイッチング素子の温度が、予め設定された切換判定値よりも低い場合に、オン角度間隔Δθｏｎを電気角１２０度から１８０度の範囲内の角度（例えば、１８０度）に設定する第１制御モードを実行し、スイッチング素子の温度が、切換判定値以上の場合に、オン角度間隔Δθｏｎを電気角９０度から１２０度の範囲内の角度（例えば、９０度）に設定する第２制御モードを実行する。スイッチング制御部３３は、各温度センサ２５、２６により検出した複数のスイッチング素子の温度の最大値又は平均値を用いればよい。
【００５２】
この構成によれば、スイッチング素子の温度が高くなった時に、第２制御モードに切り替えて、スイッチング素子の温度の上昇を抑制し、過熱によるスイッチング素子の故障を抑制できる。
【００５３】
〔その他の実施の形態〕
最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００５４】
（１）上記の各実施の形態においては、ロータ１４に、電磁石が設けられている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、ロータ１４に、永久磁石が設けられてもよく、或いは、ロータ１４に、かご型の電気導電体が設けられてもよい。
【００５５】
（２）上記の各実施の形態においては、第２制御モードにおけるオン角度間隔Δθｏｎが９０度に設定されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、第２制御モードにおけるオン角度間隔Δθｏｎは、電気角９０度から１２０度の範囲内の角度、例えば、１００度、１１０度、又は下限オン角度間隔Δθｏｎｍｉｎ等に設定されればよい。
【００５６】
（３）上記の各実施の形態においては、組間位相差Δθｐが電気角３０度に設定されている場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、組間位相差Δθｐは、電気角３０以外の角度に設定されてもよく、この場合は、上述したように、式（２）から式（４）に従って、第２制御モードのオン角度間隔Δθｏｎが設定されればよい。
【００５７】
（４）上記の実施の形態１においては、切換条件として回転速度及び電源電圧に応じて第１制御モードと第２制御モードとが切り替えられ、実施の形態２においては、切換条件としてスイッチング素子の温度に応じて第１制御モードと第２制御モードとが切り替えられる場合を例として説明した。しかし、本願の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、回転速度及び電源電圧の切換条件と、スイッチング素子の温度の切換条件とが組み合わされてもよい。例えば、スイッチング制御部３３は、基本判定として、回転速度及び電源電圧に応じて第１制御モードと第２制御モードとのいずれに切り替えるかを判定し、基本判定の結果が、第１制御モードに切り替えると判定している場合であっても、スイッチング素子の温度が切換判定値よりも高い場合は、最終的に第２制御モードに切り替えると判定する。
【００５８】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５９】
１  回転電機の制御装置、１０  回転電機、１１  第１組の３相巻線、１２  第２組の３相巻線、１６  直流電源、２１  第１組のインバータ、２２  第２組のインバータ、２３  正極側のスイッチング素子、２４  負極側のスイッチング素子、３０  制御器、３１  回転情報検出部、３２  電源電圧検出部、３３  スイッチング制御部、３４  素子温度検出部、Δθｏｎ  オン角度間隔、Δθｏｎｍｉｎ  下限オン角度間隔、Δθｐ  組間位相差
【図１】
2019213246.tif 000003
【図２】
2019213246.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019213246.tif 000007
【図６】
2019213246.tif 000008
【図７】
2019213246.tif 000009
【図８】
2019213246.tif 000010
【図９】
2019213246.tif 000011
【図１０】
2019213246.tif 000012
【図１１】
2019213246.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月18日(2019.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２組の３相巻線を有する回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
各組について、直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の巻線に接続される直列回路を、３相各相に対応して３セット設けたインバータと、
各組について、相間で電気角１２０度の位相差を設けて、各相の前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子を、相互に電気角１８０度の位相差を設けて電気角３６０度あたり１回だけオンする矩形波制御を、組間で位相差を設けて実行するスイッチング制御部と、を備え、
前記スイッチング制御部は、予め設定された切換条件に応じて、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子をオンする角度間隔であるオン角度間隔を電気角１２０度から１８０度の範囲内の角度に設定する第１制御モードと、前記オン角度間隔を電気角９０度から１２０度の範囲内の角度に設定する第２制御モードと、を切り替え、
前記矩形波制御の組間の位相差を、電気角０度から６０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から３０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔から１２０度の範囲内の角度に、前記オン角度間隔を設定し、
前記組間の位相差を、電気角６０度から１２０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から９０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔から１２０度の範囲内の角度に、前記オン角度間隔を設定する回転電機の制御装置。
【請求項２】
２組の３相巻線を有する回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
各組について、直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の巻線に接続される直列回路を、３相各相に対応して３セット設けたインバータと、
各組について、相間で電気角１２０度の位相差を設けて、各相の前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子を、相互に電気角１８０度の位相差を設けて電気角３６０度あたり１回だけオンする矩形波制御を、組間で位相差を設けて実行するスイッチング制御部と、を備え、
前記スイッチング制御部は、予め設定された切換条件に応じて、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子をオンする角度間隔であるオン角度間隔を電気角１２０度から１８０度の範囲内の角度に設定する第１制御モードと、前記オン角度間隔を電気角９０度から１２０度の範囲内の角度に設定する第２制御モードと、を切り替え、
前記組間の位相差を、電気角０度から６０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から３０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔を、前記オン角度間隔に設定し、
前記組間の位相差を、電気角６０度から１２０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から９０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔を、前記オン角度間隔に設定する回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記スイッチング制御部は、
前記組間の位相差を電気角３０度又は電気角９０度に設定し、前記第２制御モードにおいて、前記オン角度間隔を電気角９０度に設定する請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記矩形波制御の組間の位相差は、前記３相巻線の組間の位相差に設定されている請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記スイッチング制御部は、前記切換条件として前記回転電機の回転速度及び前記直流電源の電源電圧に応じて、前記第１制御モードと前記第２制御モードとを切り替える請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子の温度を検出する素子温度検出部を更に備え、
前記スイッチング制御部は、前記切換条件として前記スイッチング素子の温度に応じて、前記第１制御モードと前記第２制御モードとを切り替える請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項７】
前記スイッチング制御部は、前記オン角度間隔を変化させる際に、前記オン角度間隔を次第に変化させる請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願に係る回転電機の制御装置は、２組の３相巻線を有する回転電機を制御する回転電機の制御装置であって、
各組について、直流電源の正極側に接続される正極側のスイッチング素子と前記直流電源の負極側に接続される負極側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の巻線に接続される直列回路を、３相各相に対応して３セット設けたインバータと、
各組について、相間で電気角１２０度の位相差を設けて、各相の前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子を、相互に電気角１８０度の位相差を設けて電気角３６０度あたり１回だけオンする矩形波制御を、組間で位相差を設けて実行するスイッチング制御部と、を備え、
前記スイッチング制御部は、予め設定された切換条件に応じて、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子をオンする角度間隔であるオン角度間隔を電気角１２０度から１８０度の範囲内の角度に設定する第１制御モードと、前記オン角度間隔を電気角９０度から１２０度の範囲内の角度に設定する第２制御モードと、を切り替え、
前記矩形波制御の組間の位相差を、電気角０度から６０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から３０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔から１２０度の範囲内の角度に、前記オン角度間隔を設定し、
前記組間の位相差を、電気角６０度から１２０度の範囲内の角度に設定している場合は、前記第２制御モードにおいて、前記組間の位相差から９０度を減算した値の絶対値を、９０度に加算して得られる下限オン角度間隔から１２０度の範囲内の角度に、前記オン角度間隔を設定するものである。