(57)【要約】【課題】簡単な構成で、能動素子を備える保護回路を使用中にコンデンサのチャージを行うことができる回転電機の駆動装置を提供することを目的とする。【解決手段】保護回路能動素子１７がオフの場合は、モータ３からの電流が還流ダイオード１４ｕ，１４ｖ，１４ｗを通ってＤＣプラスライン８へ流れ、ＤＣプラスライン８からコンデンサ１０にチャージされ、コンデンサ１０の電荷量が増大する。保護回路能動素子１７がオンの場合は、モータ３からの電流が還流ダイオード１４ｕ，１４ｖ，１４ｗを通ってＤＣプラスライン８へ流れ、ＤＣプラスライン８から保護回路能動素子１７を通ってモータ３の中性点１９へ流れる。コンデンサ１０へのチャージは起こらない。さらに、車両１の走行に伴いコンデンサ１０の電力が補機類２９で消費されるため、コンデンサ１０の電荷量が減少する。保護回路能動素子１７のスイッチングにより、この動作を繰り返す。【選択図】図２
2015204668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の駆動装置であって、
直流電源に対して並列に接続されているコンデンサと、
前記直流電源の正極から延びる配線であるＤＣプラスラインと、
前記直流電源の負極から延びる配線であるＤＣマイナスラインと、
入力側に前記ＤＣプラスライン及び前記ＤＣマイナスラインが接続され、出力側に前記回転電機が接続され、出力側は少なくとも２相の出力を備え、各相にスイッチング素子と前記スイッチング素子毎に並列に接続された還流ダイオードとを備えるインバータと、
前記回転電機の中性点と前記ＤＣプラスライン又は前記ＤＣマイナスラインのいずれか一方との間に接続されている保護回路動素子と、前記保護回路能動素子と並列であってカソード端子が前記ＤＣプラスライン側又はアノード端子が前記ＤＣマイナスライン側になるように接続される保護回路還流ダイオードとを有する保護回路スイッチと、
前記回転電機の中性点と前記ＤＣプラスライン又は前記ＤＣマイナスラインのいずれか他方との間に、カソード端子が前記ＤＣプラスライン側又はアノード端子が前記ＤＣマイナスライン側になるように接続されている保護回路ダイオードと、
前記コンデンサの端子間電圧があらかじめ設定された閾値電圧を超えた場合に保護回路スイッチをオンにし、さらに前記コンデンサの端子間電圧が前記閾値電圧以下でかつあらかじめ設定された電圧制御範囲にあるように、前記保護回路スイッチのオンオフ制御を行う制御回路と
を備える回転電機の駆動装置。
【請求項２】
前記制御回路は、
前記コンデンサの端子間電圧を検知する電圧検知部と、
前記電圧検知部で検知した前記コンデンサの端子間電圧が前記閾値電圧を超えた場合に、閾値電圧を超えたことを示すラッチ回路電圧出力信号を出力し続けるラッチ回路と、
前記電圧検知部の検知した前記コンデンサの端子間電圧に対して、前記電圧制御範囲になるようにする前記保護回路スイッチのオン時間のデューティー比のマップを保持し、前記デューティー比のマップに基づき、デューティー比作成部電圧出力信号を出力するデューティー比作成部と、
前記ラッチ回路電圧出力と前記デューティー比作成部電圧出力とを比較する比較器と
を備え、
前記比較器にて、前記ラッチ回路電圧出力と前記デューティー比作成部電圧出力とに基づいて、前記保護回路スイッチの制御を行う請求項１に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項３】
回転電機の駆動装置であって、
直流電源に対して並列に接続されているコンデンサと、
前記直流電源の正極から延びる配線であるＤＣプラスラインと、
前記直流電源の負極から延びる配線であるＤＣマイナスラインと、
入力側に前記ＤＣプラスライン及び前記ＤＣマイナスラインとが接続され、出力側に前記回転電機が接続され、出力側は少なくとも２相の出力を備え、各相にスイッチング素子と前記スイッチング素子毎に並列に接続された還流ダイオードとを備えるインバータと、
前記回転電機の中性点と前記ＤＣプラスライン又は前記ＤＣマイナスラインのいずれか一方との間に接続されている第１の保護回路能動素子と、前記第１の保護回路能動素子と並列であってカソード端子が前記ＤＣプラスライン側又はアノード端子が前記ＤＣマイナスライン側になるように接続される第１の保護回路還流ダイオードとを有する第１の保護回路スイッチと、
前記回転電機の中性点と前記ＤＣプラスライン又は前記ＤＣマイナスラインのいずれか他方との間に接続されている第２の保護回路能動素子と、前記第２の保護回路能動素子と並列であってカソード端子が前記ＤＣプラスライン又はアノード端子が前記ＤＣマイナスライン側になるように接続される第２の保護回路還流ダイオードとを有する第２の保護回路スイッチと、
前記コンデンサの端子間電圧があらかじめ設定された閾値電圧を超えた場合に前記第１の保護回路スイッチ又は前記第２の保護回路スイッチをオンにし、さらに前記コンデンサの端子間電圧が前記閾値電圧以下でかつあらかじめ設定された電圧制御範囲にあるように、前記第１の保護回路スイッチ及び前記第２の保護回路スイッチのオンオフ制御を行う制御回路と
を備える回転電機の駆動装置。
【請求項４】
前記回転電機の駆動コイルが星形結線である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機の駆動装置。
【請求項５】
前記回転電機の駆動コイルがΔ結線であり、前記駆動コイルは前記回転電機の巻線に接続された結線切り替えスイッチによって星形結線に切り替えることが可能であり、
前記回転電機の中性点は、前記回転電機の各相の巻線を星形結線に切り替えた場合の中性点である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に搭載される回転電機の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機であるモータによって走行する電気自動車（ＥＶ車）やモータとガソリンエンジンとの併用によって走行するプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ車）が普及してきている。これらＥＶ車やＰＨＶ車には、直流電源である二次電池が搭載されており、二次電池に蓄えられた電気エネルギーによってモータを駆動することにより車両の走行が行われる。
【０００３】
現在、ＥＶ車やＰＨＶ車等各種車両用のモータとしては、一般的にブラシレス直流モータのような、インバータにより制御されるモータが使用される。こうしたモータが高速回転中に、例えば二次電池の配線が外れたことが原因でインバータの制御が停止することがある。インバータの制御が停止したことで全てのスイッチング素子がオフ状態となった場合、モータの回転により発生した逆起電力による電流が、インバータのスイッチング素子に並列に設けられた還流ダイオードを流れる。また、車両のヘッドライト等の補機類に電力を供給するために二次電池に並列にコンデンサが設けられている。還流ダイオードを流れた逆起電力による電流は、該コンデンサに流れ込むことがある。このとき、コンデンサ電圧はモータの逆起電力の電圧のピークと等しくなる。もしコンデンサ電圧がコンデンサの耐圧を上回ると、コンデンサが破壊されてしまう可能性がある。
【０００４】
特許文献１には、三相のブラシレスモータをインバータによって駆動させる駆動装置が記載されている。この駆動装置には、能動素子が設けられた保護回路が設けられている。能動素子は、ブラシレスモータの複数のコイルの中性点と駆動装置の駆動回路の基準電圧又はグランドとを短絡するためのスイッチング素子として使用される。この駆動装置では、モータの回転数が高くなり発電電圧が著しく大きくなった場合に、保護回路に設けられた能動素子をオンにすることで、発電電圧をコンデンサへかけないことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３２３０７９号公報（図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、車両が走行する場合は、車両に設けられた各種補機で電力が消費されるため、補機で消費する必要電力分のコンデンサのチャージが行われる必要がある。この駆動回路では、能動素子をオンにするとモータの発電電圧はバッテリ及びコンデンサへかからないため、コンデンサのチャージが行われないという問題点があった。
【０００７】
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、能動素子を備える保護回路を使用中にコンデンサのチャージを行うことができる回転電機の駆動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】
【０００８】
この発明に係る回転電機の駆動装置は、回転電機の駆動装置であって、直流電源に対して並列に接続されているコンデンサと、直流電源の正極から延びる配線であるＤＣプラスラインと、直流電源の負極から延びる配線であるＤＣマイナスラインと、入力側にＤＣプラスライン及びＤＣマイナスラインが接続され、出力側に回転電機が接続され、出力側は少なくとも２相の出力を備え、各相にスイッチング素子とスイッチング素子毎に並列に接続された還流ダイオードとを備えるインバータと、回転電機の中性点とＤＣプラスライン又はＤＣマイナスラインのいずれか一方との間に接続されている保護回路動素子と、保護回路能動素子と並列であってカソード端子がＤＣプラスライン側又はアノード端子がＤＣマイナスライン側になるように接続される保護回路還流ダイオードとを有する保護回路スイッチと、回転電機の中性点とＤＣプラスライン又はＤＣマイナスラインのいずれか他方との間に、カソード端子がＤＣプラスライン側又はアノード端子がＤＣマイナスライン側になるように接続されている保護回路ダイオードと、コンデンサの端子間電圧があらかじめ設定された閾値電圧を超えた場合に保護回路スイッチをオンにし、さらにコンデンサの端子間電圧が閾値電圧以下でかつあらかじめ設定された電圧制御範囲にあるように、保護回路スイッチのオンオフ制御を行う制御回路と備える。
制御回路は、コンデンサの端子間電圧を検知する電圧検知部と、電圧検知部で検知したコンデンサの端子間電圧が閾値電圧を超えた場合に、閾値電圧を超えたことを示すラッチ回路電圧出力信号を出力し続けるラッチ回路と、電圧検知部の検知したコンデンサの端子間電圧に対して、電圧制御範囲になるようにする保護回路スイッチのオン時間のデューティー比のマップを保持し、デューティー比のマップに基づき、デューティー比作成部電圧出力信号を出力するデューティー比作成部と、ラッチ回路電圧出力とデューティー比作成部電圧出力とを比較する比較器と
を備え、比較器にて、ラッチ回路電圧出力とデューティー比作成部電圧出力とに基づいて、保護回路スイッチの制御を行ってもよい。
【０００９】
この発明に係る回転電機の駆動装置は回転電機の駆動装置であって、直流電源に対して並列に接続されているコンデンサと、直流電源の正極から延びる配線であるＤＣプラスラインと、直流電源の負極から延びる配線であるＤＣマイナスラインと、入力側にＤＣプラスライン及びＤＣマイナスラインとが接続され、出力側に回転電機が接続され、出力側は少なくとも２相の出力を備え、各相にスイッチング素子とスイッチング素子毎に並列に接続された還流ダイオードとを備えるインバータと、回転電機の中性点とＤＣプラスライン又はＤＣマイナスラインのいずれか一方との間に接続されている第１の保護回路能動素子と、第１の保護回路能動素子と並列であってカソード端子がＤＣプラスライン側又はアノード端子がＤＣマイナスライン側になるように接続される第１の保護回路還流ダイオードとを有する第１の保護回路スイッチと、回転電機の中性点とＤＣプラスライン又はＤＣマイナスラインのいずれか他方との間に接続されている第２の保護回路能動素子と、第２の保護回路能動素子と並列であってカソード端子がＤＣプラスライン又はアノード端子がＤＣマイナスライン側になるように接続される第２の保護回路還流ダイオードとを有する第２の保護回路スイッチと、コンデンサの端子間電圧があらかじめ設定された閾値電圧を超えた場合に第１の保護回路スイッチ又は第２の保護回路スイッチをオンにし、さらにコンデンサの端子間電圧が閾値電圧以下でかつあらかじめ設定された電圧制御範囲にあるように、第１の保護回路スイッチ及び第２の保護回路スイッチのオンオフ制御を行う制御回路と
を備える。
回転電機の駆動コイルが星形結線であってもよい。
回転電機の駆動コイルがΔ結線であり、駆動コイルは回転電機の巻線に接続された結線切り替えスイッチによって星形結線に切り替えることが可能であり、回転電機の中性点は、回転電機の各相の巻線を星形結線に切り替えた場合の中性点であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、回転電機の中性点とＤＣプラスライン又はＤＣマイナスラインのいずれか一方との間に接続されている保護回路動素子と、保護回路能動素子と並列であってカソード端子がＤＣプラスライン側又はアノード端子がＤＣマイナスライン側になるように接続される保護回路還流ダイオードとを有する保護回路スイッチと、回転電機の中性点とＤＣプラスライン又はＤＣマイナスラインのいずれか他方との間に、ＤＣプラスライン側又はアノード端子がＤＣマイナスライン側になるようにカソード端子が接続されている保護回路ダイオードと、コンデンサの端子間電圧があらかじめ設定された閾値電圧を超えた場合に保護回路スイッチをオンにし、さらにコンデンサの端子間電圧が閾値電圧以下でかつあらかじめ設定された電圧制御範囲にあるように、保護回路スイッチのオンオフ制御を行う制御回路とを備えることで、簡単な構成で、能動素子を備える保護回路を使用中にコンデンサのチャージを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機の駆動装置を搭載する車両の概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機の駆動装置の概略図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る回転電機の駆動装置に設けられた制御回路の概略図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る回転電機の駆動装置の基準電圧とデューティー比との関係を示したマップである。
【図５】この発明の実施の形態１に係る回転電機の駆動装置の時間とデューティー比作成部の電圧出力との関係を示したグラフである。
【図６】この発明の実施の形態１に係る回転電機の駆動装置に接続されたモータの、時間とモータのＵ相に流れる電流との関係を示したグラフである。
【図７】この発明の実施の形態２に係る回転電機の駆動装置を搭載する車両の概略図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る回転電機の駆動装置の概略図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る回転電機の駆動装置に設けられた制御回路の概略図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る回転電機の駆動装置に接続された回転電機と等価な回路の開路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
この発明の実施の形態１に係る回転電機の駆動装置が設けられた車両を図１に示す。車両１はＰＨＶ車であり、エンジン２と回転電機であるモータ３とモータ３を駆動させるための駆動装置４とを備えている。エンジン２とモータ３とは車両１の動力であり、動力伝達部５によって接続されている。モータ３は三相のブラシレス直流モータである。モータ３と駆動装置４とは電気的に接続されている。さらに車両１は、二次電池６と車両ＥＣＵ７とを備えている。二次電池６は、駆動装置４と車両ＥＣＵ７と補機類２９とに電気的に接続されており、これらに電力を供給する。補機類２９は例えば、車両１のヘッドライト等である。車両ＥＣＵ７は、エンジン２とモータ３と駆動装置４と二次電池６と補機類２９とに電気的に接続されており、これらの動作を制御する。
【００１３】
駆動装置４の構成を図２に示す。二次電池６の陽極から延びる配線をＤＣプラスライン８とし、陰極から延び駆動装置４のグランドと共通である配線をＤＣマイナスライン９とする。ＤＣプラスライン８とＤＣマイナスライン９との間に二次電池６と並列に、補機類２９（図１参照）の駆動電力を一時的に蓄積するためのコンデンサ１０が接続されている。ＤＣプラスライン８とＤＣマイナスライン９との間の電圧が駆動装置４における二次電池６及びコンデンサ１０の端子間電圧と同じであり、ＤＣマイナスライン９はグランドと共通であるため、ＤＣプラスライン８の電圧を駆動装置４における基準電圧Ｖｃｃとして表す。コンデンサ１０と補機類２９とは電気的に接続されている。また、ＤＣプラスライン８とＤＣマイナスライン９との間に３相のインバータであるインバータ１１が設けられている。インバータ１１には、スイッチング素子として能動素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，１３ｕ，１３ｖ，１３ｗが設けられている。能動素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，１３ｕ，１３ｖ，１３ｗがＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴである。
【００１４】
モータ３は内部に、Ｕ相の駆動コイル１８ｕと、Ｖ相の駆動コイル１８ｖと、Ｗ相の駆動コイル１８ｗとを有している。駆動コイル１８ｕと、駆動コイル１８ｖと、駆動コイル１８ｗとは星形結線であり、中性点１９にそれぞれ接続している。能動素子１２ｕは、ＤＣプラスライン８と駆動コイル１８ｕとの間に接続されている。能動素子１３ｕは、ＤＣマイナスライン９と駆動コイル１８ｕとの間に接続されている。能動素子１２ｖは、ＤＣプラスライン８と駆動コイル１８ｖとの間に接続されている。能動素子１３ｖは、ＤＣマイナスライン９と駆動コイル１８ｖとの間に接続されている。能動素子１２ｗは、ＤＣプラスライン８と駆動コイル１８ｗとの間に接続されている。能動素子１３ｗはＤＣマイナスライン９と駆動コイル１８ｗとの間に接続されている。能動素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，１３ｕ，１３ｖ，１３ｗのゲートは、図示しないゲートドライバ回路に接続されており、図示しないゲートドライバ回路は車両ＥＣＵ７（図１参照）に接続されている。能動素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗには、能動素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗと並列に且つＤＣプラスライン８側にカソード端子が接続されるように還流ダイオード１４ｕ，１４ｖ，１４ｗが設けられている。能動素子１３ｕ，１３ｖ，１３ｗには、能動素子１３ｕ，１３ｖ，１３ｗと並列に且つＤＣプラスライン８側にカソード端子が接続されるように還流ダイオード１５ｕ，１５ｖ，１５ｗが設けられている。この実施の形態１では、能動素子１２ｕ〜１２ｗ，１３ｕ〜１３ｗはＭＯＳＦＥＴであるので、それぞれの寄生ダイオードを還流ダイオードとして用いてもよい。
【００１５】
ＤＣマイナスライン９と中性点１９との間に、中性点１９側にカソード端子が接続されるように保護回路ダイオード１６が設けられている。また、ＤＣプラスライン８と中性点１９との間に、Ｐチャネル形ＭＯＳＦＥＴである保護回路能動素子１７が設けられている。さらに、保護回路能動素子１７と並列に且つＤＣプラスライン８側にカソード端子が接続されるように、保護回路還流ダイオード２０が設けられている。この保護回路還流ダイオードも寄生ダイオードを用いてもよい。保護回路能動素子１７と、保護回路還流ダイオード２０とは、保護回路スイッチ４０を構成している。保護回路ダイオード１６と、保護回路スイッチ４０とは、駆動装置４の保護回路を構成している。そして、ＤＣプラスライン８に、制御回路２１の入力線である制御回路入力線２２が接続され、保護回路能動素子１７のゲート端子に、制御回路２１の出力線である制御回路出力線２３が接続されている。
【００１６】
制御回路２１の構成を図３に示す。制御回路入力線２２には、電圧検知部２４が接続されている。電圧検知部２４には、デューティー比作成部２５とラッチ回路２６とが接続されている。デューティー比作成部２５とラッチ回路２６とは、比較器２７に接続されている。比較器２７に、保護回路能動素子駆動ＩＣ２８が接続されている。保護回路能動素子駆動ＩＣ２８に、制御回路出力線２３が接続されている。
【００１７】
次に、この発明の実施の形態１に係る回転電機の駆動装置の動作を説明する。
図１に示すように、モータ３の動力によって車両１が走行する場合は、車両ＥＣＵ７が駆動装置４を制御する。具体的には、図２に示すように、駆動装置４に設けられているインバータ１１の能動素子１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，１３ｕ，１３ｖ，１３ｗのゲートを、図示しないゲートドライバ回路がスイッチング制御することで、インバータ１１から出力される交流電力によりモータ３が回転する。この時、制御回路出力線２３からの出力はない状態、つまり電圧出力Ｌｏｗの状態であるため、保護回路能動素子１７はオフの状態である。
【００１８】
モータ３が高速回転中に、何らかの原因でインバータの制御が停止して全てのスイッチング素子がオフ状態となった場合、モータ３の回転によりモータ３の各相に逆起電力が発生する。これにより、モータ３からの電流が還流ダイオード１４ｕ，１４ｖ，１４ｗを通ってＤＣプラスライン８へ流れ込む。このときコンデンサ１０の静電容量に余裕があればコンデンサ１０に電荷がチャージされていく。モータ３の回転が速すぎて、モータ３に発生する逆起電力が過大な場合は、ＤＣプラスライン８では基準電圧Ｖｃｃが上昇して過電圧状態となる。
【００１９】
基準電圧Ｖｃｃが過電圧状態となり、図３に示す電圧検知部２４にあらかじめ設定されている閾値電圧ＶＬｉｍを超えると、電圧検知部２４は過電圧を検知し、デューティー比作成部２５とラッチ回路２６とに信号を出力する。ラッチ回路２６は初期状態では、比較器２７へ電圧出力をしていない状態であり、つまり電圧出力がＬｏｗである。そしてラッチ回路２６は信号が入力されると比較器２７への電圧出力をＨｉｇｈに切り替えてその状態を保持する。信号が入力されたデューティー比作成部２５は、保持しているデューティー比指令マップを参照する。このデューティー比指令マップは、図４に示すように、基準電圧Ｖｃｃと、スイッチとして用いられている保護回路能動素子１７がオンになる時間のデューティー比Ｄとの関係を示したマップである。また、このマップには、この実施の形態１における基準電圧Ｖｃｃにおける閾値電圧ＶＬｉｍと、基準電圧Ｖｃｃを制御する上限値Ｖｈ及び下限値Ｖｌと、そのそれぞれに対してマージンの値Ｍを確保した電圧値であるマージン付き上限値Ｖｈ−Ｍ及びマージン付き下限値Ｖｌ＋Ｍとが記録されている。マージン付き上限値Ｖｈ−Ｍからマージン付き下限値Ｖｌ＋Ｍまでが基準電圧Ｖｃｃの電圧制御範囲である。
【００２０】
デューティー比作成部２５（図３参照）は、このマップに基づいて、現在の基準電圧Ｖｃｃに対するデューティー比Ｄを得る。そして、該デューティー比Ｄに基づいて、図５に示すように、ある時間ｔの中で、デューティー比作成部２５からの電圧出力を電圧出力Ｈｉｇｈにする時間と電圧出力Ｌｏｗにする時間とを配分した波形を作成する。図３に示すように、デューティー比作成部２５は、この波形に従って電圧出力を比較器２７に送る。比較器２７は、デューティー比作成部２５からの電圧出力と、ラッチ回路２６からの電圧出力とが両方ともＨｉｇｈの場合にのみ、制御回路出力線２３を介して保護回路能動素子１７（図２参照）のゲート端子に電圧を出力する。電圧検知部２４が過電圧を検知して以降は、ラッチ回路２６から比較器２７に電圧出力Ｈｉｇｈが出力されるようになる。ゆえに、デューティー比作成部２５から比較器２７に送られる電圧出力の波形（図５参照）がＨｉｇｈの間は、比較器２７から保護回路能動素子１７のゲート端子に電力が出力される。これにより、保護回路能動素子１７は、デューティー比作成部２５から比較器２７に送られる電圧出力の波形（図５参照）がＨｉｇｈの間は、スイッチがオンになるというスイッチング動作を行う。すなわち、保護回路能動素子１７はデューティー比Ｄ（図４参照）に従いスイッチング動作を行う。
【００２１】
図２に示すように、保護回路能動素子１７がオフの場合は、前述のとおりモータ３にて発生した逆起電力により、モータ３からの電流が還流ダイオード１４ｕ，１４ｖ，１４ｗを通ってＤＣプラスライン８へ流れ、ＤＣプラスライン８からコンデンサ１０にチャージされ、コンデンサ１０の電荷量が増大する。さらに、電流がコンデンサ１０からＤＣマイナスライン９、保護回路ダイオード１６、中性点１９を経由してモータ３へ戻る。
保護回路能動素子１７がオンの場合は、モータ３にて発生した逆起電力により、モータ３からの電流が還流ダイオード１４ｕ，１４ｖ，１４ｗを通ってＤＣプラスライン８へ流れ、ＤＣプラスライン８から保護回路能動素子１７を通ってモータ３の中性点１９へ流れる。モータ３で発生した電流が保護回路能動素子１７を通ってモータ３へ帰還しているため、ＤＣプラスライン８からコンデンサ１０へ電流が流れこまず、コンデンサ１０へのチャージは起こらない。また、モータ３の駆動コイル１８ｕ、１８ｖ、１８ｗを電流が流れることで基準電圧Ｖｃｃが低下する。さらに、車両１の走行に伴いコンデンサ１０の電力が補機類２９で消費されるため、コンデンサ１０の電荷量が減少する。
保護回路能動素子１７のスイッチングにより、この動作を繰り返す。
【００２２】
図６に示すように、保護回路能動素子１７（図２参照）のスイッチングのデューティー比Ｄ（図４参照）により、モータ３のＵ相電流が変動する。デューティー比Ｄが１に近いほど、保護回路能動素子１７がオンの時間の割合が１に近くなるため、モータ３のＵ相電流がコンデンサ１０へチャージしない方向に流れる割合が多くなる。すなわち、波形はグラフの上側へ移動する。逆に、デューティー比Ｄが０に近いほど、保護回路能動素子１７がオンの時間の割合が０に近くなるため、モータ３のＵ相電流がコンデンサ１０へチャージする方向に流れる割合が多くなる。すなわち、波形はグラフの下側へ移動する。このように、その時点の基準電圧Ｖｃｃとデューティー比指令マップとに基づきデューティー比作成部２５（図３参照）がデューティー比Ｄを作成していく。ゆえに、基準電圧Ｖｃｃが高くなるほどデューティー比Ｄが増大してモータ３のＵ相電流がコンデンサ１０へチャージしない方向に流れる割合が多くなり（図６中のコンデンサ１０に流れる電流の線が上方向に移動する）、Ｖｃｃが低下する。また、基準電圧Ｖｃｃが低くなるほどデューティー比Ｄが低下してモータ３のＵ相電流がコンデンサ１０へチャージする方向に流れる割合が多くなり（図６中のコンデンサ１０に流れる電流の線が下方向に移動する）、Ｖｃｃが増大する。これにより、基準電圧Ｖｃｃはマージン付き上限値Ｖｈ−Ｍ及びマージン付き下限値Ｖｌ＋Ｍの間、つまり電圧制御範囲にあるように保たれる。波形はグラフの上側へ移動するモータ３のＵ相電流のＶ相、Ｗ相についても同様に変動し、コンデンサ１０に流れる電流が変動する。つまり、デューティー比Ｄ（図４参照）に従い保護回路能動素子１７のスイッチングを行うことで、基準電圧Ｖｃｃの電圧とコンデンサ１０の電荷量とを適切に保つことができる。
【００２３】
このように、回転電機の中性点とＤＣプラスライン８との間に接続されている保護回路動素子１７と、保護回路能動素子１７と並列であってカソード端子がＤＣプラスライン８側になるように接続される保護回路還流ダイオード２０とを有する保護回路スイッチ４０と、回転電機の中性点１９とＤＣプラスライン８との間に、カソード端子がＤＣプラスライン８側になるように接続されている保護回路ダイオード１６と、コンデンサ１０の端子間電圧があらかじめ設定された閾値電圧を超えた場合に保護回路スイッチ４０をオンにし、さらにコンデンサ１０の端子間電圧が閾値電圧以下でかつあらかじめ設定された電圧制御範囲にあるように、保護回路スイッチ４０のオンオフ制御を行う制御回路２１とを備えることで、簡単な構成で、保護回路能動素子１７を備える保護回路を使用中にコンデンサ１０のチャージを行うことができる。
【００２４】
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機の駆動装置を説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜図６の参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る回転電機の駆動装置は、実施の形態１に対して、モータ３の結線を星形結線からΔ結線に変更したものである。
【００２５】
図７に示すように、車両１’には、回転電機であるモータ３１とモータ３１の駆動装置である駆動装置４’とが設けられている。図８に示すように、モータ３１は、Δ結線の三相のブラシレス直流モータであり、駆動コイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ，３３ｕ，３３ｖ，３３ｗが設けられている。駆動コイル３２ｕ，３３ｕがインバータ１１のＵ相の出力とＶ相の出力との間に接続されてモータ３１のＵ相の結線を構成している。同じく駆動コイル３２ｖ，３３ｖがインバータ１１のＶ相の出力とＷ相の出力との間に接続されてモータ３１のＶ相の結線を構成している。さらに駆動コイル３２ｗ，３３ｗがインバータ１１のＷ相の出力とＵ相の出力との間に接続されてモータ３１のＷ相の結線を構成している。そして駆動コイル３２ｕ，３３ｕと、駆動コイル３２ｖ，３３ｖと、駆動コイル３２ｗ，３３ｗとはΔ結線されている。Δ結線の駆動装置４’には、駆動コイル３２ｕと駆動コイル３３ｕとが接続されている点から駆動コイル３２ｗと駆動コイル３３ｗとが接続されている点までの間に結線切り替えスイッチ能動素子３４が設けられている。同様に、駆動コイル３２ｖと駆動コイル３３ｖとが接続されている点から駆動コイル３２ｗと駆動コイル３３ｗとが接続されている点までの間に結線切り替えスイッチ能動素子３５が設けられている。結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５はＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴである。結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５と並列に、結線切り替えスイッチ還流ダイオード３６，３７が、駆動コイル３３ｗと接続する点をカソード側にして設けられている。結線切り替えスイッチ能動素子３４と結線切り替えスイッチ還流ダイオード３６とで、結線切り替えスイッチ４１を構成している。結線切り替えスイッチ能動素子３５と結線切り替えスイッチ還流ダイオード３７とで、結線切り替えスイッチ４２を構成している。この結線切り替えスイッチ還流ダイオード３６，３７も寄生ダイオードを用いてもよい。ＤＣプラスライン８から駆動コイル３２ｗと駆動コイル３３ｗとが接続されている点までの間に、保護回路スイッチ４０が設けられている。制御回路２１’のモータ結線切り替え出力線３８が、結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５のゲートに接続されている。
【００２６】
ＤＣマイナスライン９と能動素子１３ｕ，１３ｖ，１３ｗとが接続されている点から駆動コイル３２ｗと駆動コイル３３ｗとが接続されている点までの間までの間に、ＤＣマイナスライン９側にアノード端子が接続されるように保護回路ダイオード１６が設けられている。また、保護回路スイッチ４０は、ＤＣプラスライン８と、駆動コイル３２ｗ及び駆動コイル３３ｗの接続部との間に設けられている。図９に示すように、モータ結線切り替え出力線３８がラッチ回路２６に接続されている。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００２７】
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機の駆動装置の動作を説明する。
図７に示すように、モータ３１の動力によって車両１’が走行する場合は、車両ＥＣＵ７が駆動装置４’を制御する。具体的には、実施の形態１と同様に図８に示すように、駆動装置４’に設けられたインバータ１１から出力される交流電力によりモータ３１が回転する。この時、制御回路出力線２３からの出力はない状態、つまり電圧出力Ｌｏｗの状態のため、保護回路能動素子１７はオフの状態である。同様に、モータ結線切り替え出力線３８からの出力はない状態、つまり電圧出力Ｌｏｗの状態のため、結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５はオフの状態である。
【００２８】
実施の形態１と同様に、モータ３１が高速回転中に、何らかの原因でインバータの制御が停止して全てのスイッチング素子がオフ状態となった場合、モータ３１の回転によりモータ３１の各相に逆起電力が発生する。これにより、モータ３１からの電流が還流ダイオード１４ｕ，１４ｖ，１４ｗを通ってＤＣプラスライン８へ流れ込む。モータ３１の回転が速すぎて、モータ３１に発生する逆起電力が過大な場合は、ＤＣプラスライン８では基準電圧Ｖｃｃが上昇して過電圧状態となる。
【００２９】
基準電圧Ｖｃｃが過電圧状態となり、図９に示す電圧検知部２４にあらかじめ設定されている閾値電圧ＶＬｉｍを超えると、電圧検知部２４は過電圧を検知し、デューティー比作成部２５とラッチ回路２６とに信号を出力する。ラッチ回路２６は初期状態では、比較器２７及びモータ結線切り替え出力線３８へ電圧出力Ｌｏｗを出力している。そしてラッチ回路２６は、信号が入力されると、比較器２７及びモータ結線切り替え出力線３８への電圧出力をＨｉｇｈに切り替えてその状態を保持する。
【００３０】
図８に示すように、モータ結線切り替え出力線３８の電圧出力がＨｉｇｈになったことで、結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５のゲート端子の電圧出力がＨｉｇｈになり、結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５がオンに切り替わる。すると、モータ３１と保護回路能動素子１７と保護回路還流ダイオード２０との結線は、オン状態の結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５とそれらに並列な結線切り替えスイッチ還流ダイオード３６，３７とを省略して記載すると、図１０に示すような結線と等価になる。したがって、結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５がオンに切り替わった時のモータ３１は、駆動コイル３２ｕに対して駆動コイル３３ｗと、駆動コイル３３ｕに対して駆動コイル３２ｖと、駆動コイル３３ｖに対して駆動コイル３２ｗとがそれぞれ組となって並列に結線されるようになる。そして各並列に結線された駆動コイルのそれぞれの組は、中性点３９に星形結線されるようになる。つまり、結線切り替えスイッチ４１，４２をオンにすることにより、駆動コイルをΔ結線から星形結線に切り替えることが可能である。さらに中性点３９からＤＣプラスライン８までの間に保護回路スイッチ４０が設けられている。中性点３９からＤＣプラスライン８までの間に保護回路スイッチ４０が設けられている構成は実施の形態１と同じ構成であるため、これ以降は、実施の形態１のように保護回路能動素子１７を制御回路２１’によってスイッチングすることで、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。
【００３１】
このように、Δ結線の三相のブラシレス直流モータであり、駆動コイル３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ，３３ｕ，３３ｖ，３３ｗが設けられているモータ３１において、駆動コイル３２ｕと駆動コイル３３ｕとが接続されている点から駆動コイル３２ｗと駆動コイル３３ｗとが接続されている点までの間に結線切り替えスイッチ４１を設け、同様に、駆動コイル３２ｖと駆動コイル３３ｖとが接続されている点から駆動コイル３２ｗと駆動コイル３３ｗとが接続されている点までの間に結線切り替えスイッチ４２を設け、ＤＣプラスライン８から駆動コイル３２ｗと駆動コイル３３ｗとが接続されている点までの間に、保護回路スイッチ４０を設け、ＤＣプラスライン８が過電圧状態の時に結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５をオンにすることにより、Δ結線のモータにおいても実施の形態１と同じ効果を得ることができる。
【００３２】
実施の形態１及び２では、ＤＣプラスライン８側に保護回路スイッチ４０が設けられ、ＤＣマイナスライン９側に保護回路ダイオード１６が設けられていたが、これとは逆に、ＤＣプラスライン８側に保護回路ダイオード１６を、コンデンサ１０が接続されている側にカソード端子が接続するように設け、ＤＣマイナスライン９側に保護回路スイッチ４０を、ＤＣマイナスライン９と保護回路還流ダイオード２０のアノード側端子とを接続するように設けてもよい。この場合、保護回路能動素子１７がオンになった時は、電流は、モータ３又は３１から保護回路能動素子１７を通ってＤＣマイナスライン９へ流れ、還流ダイオード１５ｕ、１５ｖ、１５ｗを経由してモータ３又は３１へ戻る。
【００３３】
実施の形態１及び２では、ＤＣマイナスライン９側に保護回路ダイオード１６が設けられていたが、保護回路ダイオード１６を設けず、ＤＣプラスライン８側とＤＣマイナスライン９側の両方に保護回路スイッチ４０を設けてもよい。この場合は、制御回路２１，２１’にて、ＤＣプラスライン８側に設けた保護回路能動素子１７をスイッチングするかＤＣマイナスライン９側に設けた保護回路能動素子１７をスイッチングするかを切り替えることが可能である。ＤＣプラスライン８側に設けた保護回路能動素子１７をスイッチングする場合は、ＤＣマイナスライン９側に設けた保護回路能動素子をオフの状態に保っておくことで、実施の形態１及び２と同じ動作となる。ＤＣマイナスライン９側に設けた保護回路能動素子１７をスイッチングする場合は、ＤＣプラスライン８側に設けた保護回路能動素子をオフの状態に保っておくことで、実施の形態１及び２の変形例と同じ動作となる。
【００３４】
実施の形態１及び２では、インバータ１１の能動素子１２ｕ、１２ｖ，１２ｗ及び１３ｕ，１３ｖ，１３ｗはＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴを用いたが、Ｎチャネル形ＭＯＳＦＥＴや、バイポーラトランジスタなど他の種類の能動素子を用いてもよい。
【００３５】
実施の形態１及び２では、保護回路スイッチ４０の保護回路能動素子１７はＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴであり、実施の形態２では結線切り替えスイッチ４１，４２の結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５はそれぞれ、Ｐチャネル形ＭＯＳＦＥＴであるが、スイッチとして使用できる素子や部品であれば他の種類の素子や部品であってもよい。例えば、保護回路能動素子１７や結線切り替えスイッチ能動素子３４，３５に、ＩＧＢＴを用いてもよいし、リレー等の機械的スイッチを用いてもよい。すなわち、この場合における能動素子とは、入力側への入力電流の入力によりスイッチとして導通状態になることで、出力側より出力電流を出力する素子のことを言う。
【００３６】
実施の形態１及び２では、モータ３，３１は三相のブラシレス直流モータであったが、インバータで制御されるモータであれば他の種類の三相モータであってもよい。また、インバータで制御される少なくとも２相以上の電流を使用するモータであってもよい。この場合、モータの相の数に応じてインバータの相の数も変更する。
【符号の説明】
【００３７】
１  車両、３，３１  モータ（回転電機）、４  駆動装置（回転電機の駆動装置）、６  二次電池、８  ＤＣプラスライン、９  ＤＣマイナスライン、１０  コンデンサ、１１  インバータ、１２ｕ，１２ｖ，１２ｗ，１３ｕ，１３ｖ，１３ｗ  能動素子（スイッチング素子）、１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ，１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ  還流ダイオード、１６  保護回路ダイオード、１７  保護回路能動素子、１９，２９  中性点、２０  保護回路還流ダイオード、２１、２１’  制御回路、２４  電圧検知部、２５  デューティー比作成部、２６  ラッチ回路、２７  比較器、３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ，３３ｕ，３３ｖ，３３ｗ  駆動コイル、４０  保護回路スイッチ、４１，４２  結線切り替えスイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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