(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性点が互いに異なる複数のコイル結線を有するモータと、
前記複数のコイル結線の各中性点にそれぞれ電気的に接続された複数の電力変換器と、
前記モータの交流電流を検出するセンサと、
前記複数の電力変換器を制御するコントローラとを備え、
前記モータは、複数のコイル及びステータコアを有したステータを含み、
前記複数のコイルは、前記複数のコイル結線をそれぞれ形成するコイルであり、
前記複数のコイルのうち、前記ステータ上で互いに接した異相のコイルは、互いに異なる前記コイル結線を形成し、
前記コントローラは、前記センサの検出値に基づき前記モータ内で発生する短絡を検出し、
前記複数のコイルは、それぞれ、前記コイルのターン数に関わらず、前記ステータコアを構成するティースを前記ステータの径方向で１列になるように巻回されているモータ制御装置。
【請求項２】
前記複数のコイルのコイルピッチは２以上である
請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記複数のコイルのうち、前記ステータ上で互い接し、同相であり、かつ、同じ前記コイル結線を形成するコイルのターン数は、許容ターン数以下であり、
前記許容ターン数は、前記複数のコイルの短絡電流の許容値に応じて設定され、前記モータ内で短絡が発生した際に流れる短絡電流が前記短絡電流の許容値以下になるような前記コイルのターン数であり、
前記短絡電流の許容値は、少なくとも前記モータの構成及び前記電力変換器の構成の何れか一つに応じて予め設定され、前記モータ内で短絡が発生しても許容できる前記短絡電流の閾値である
請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記複数のコイルは、
前記コイル結線の一相のコイルを形成する第１コイル巻線群と、
前記第１コイル巻線群と同相であり、前記第１コイル巻線群とは異なる前記コイル結線の一相のコイルを形成する第２コイル巻線群とを有し、
前記第１コイル巻線群と前記第２コイル巻線群は接しており、
前記第１コイル巻線群に含まれる巻線間の電位差、及び、前記第２コイル巻線群に含まれる巻線間の電位差は、それぞれ許容電位差以下であり、
前記許容電位差は、前記複数のコイルの短絡電流の許容値に応じて設定され、前記コイルのターン数を許容ターン数以下にした場合の前記コイルの巻線間の電位差であり、
前記許容ターン数は、前記短絡電流の許容値に応じて設定され、前記モータ内で短絡が発生した際に流れる短絡電流が前記短絡電流の許容値以下になるような前記コイルのターン数であり、
前記短絡電流の許容値は、少なくとも前記モータの構成及び前記電力変換器の構成の何れか一つに応じて予め設定され、前記モータ内で短絡が発生しても許容できる前記短絡電流の閾値である
請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３相２重巻線モータの３相巻線に、それぞれ第１及び第２の３相インバータを接続し、各３相インバータにそれぞれ第１及び第２サーボコントローラを接続した、射出成型器用モータ制御装置が知られている。この射出成型器用モータ制御装置では、マスターである第１のサーボコントローラが、第１の電流センサとエンコーダからの出力に基づいて第１の３相インバータを制御し、スレーブである第２のサーボコントローラは、第１のサーボコントローラからの制御指令に従い、第２の電流センサとエンコーダからの出力に基づいて第２の３相インバータを制御している（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５２５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記３相２重巻線モータにおいて、巻線短絡が発生した場合には、短絡部位によって短絡による電圧変化が微小となるため、短絡が発生したとしても、検出可能な大きさの短絡電流が流れにくい、という問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、短絡発生の可能性が高い箇所で、短絡が発生した場合に、検出可能な大きさの短絡電流が流れ、当該短絡電流を検出できるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、中性点が互いに異なる複数のコイル結線を有するモータと、複数のコイル結線の各中性点にそれぞれ電気的に接続された複数の電力変換器と、モータの交流電流を検出するセンサとを備え、複数のコイル結線を形成する複数のコイルのうち、ステータ上で互いに接する異相のコイルを、互いに異なるコイル結線のコイルとし、センサの検出値に基づきモータ内で発生する短絡を検出することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ステータ上で接している異相のコイル間で短絡が発生した場合には、大きな短絡電流が電流センサを流れるため、電流センサの検出値により短絡電流を検出できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るモータ制御装置において、ステータの一部を示す平面図である。
【図３】図３は、図１のコントローラのブロック図である。
【図４】図４は、図１に示すモータ制御装置の電気回路において、短絡時の電流の流れを説明するための回路図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置のコントローラのブロック図である。
【図６】図６は、本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置において、ステータの一部を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置のコントローラのブロック図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置において、ステータの一部を示す平面図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置のコントローラのブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置において、ステータの一部を示す平面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すステータの断面図の一部である。
【図１２】図１２は、本発明の変形例に係るモータ制御装置において、ステータの一部を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置のコントローラのブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置において、ステータの一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。  
《第１実施形態》
図１は本実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。モータ制御装置は、例えば電気自動車又はハイブリッド車両等の車両に設けられる。なお、以下では、モータ制御装置が車両に設けられていることを前提として、実施形態を説明するが、モータ制御装置は、車両に限らず他の移動体又はモータを備えた装置に適用されてもよい。
【００１０】
モータ制御装置は、電源（バッテリ）１と、コントローラ１００と、インバータ（電力変換器）２１、２２と、モータ３０と、電流センサ４１、４２とを備えている。電源１は、モータ３０を駆動するための電力源であって、複数の電池を直列又は並列に接続することで構成されている。電池は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池である。
【００１１】
インバータ２１及びインバータ２２は、それぞれ独立した電力変換器であって、バッテリ１とモータ３０との間に接続されている。インバータ２１は、平滑コンデンサＣとスイッチング回路Ｓ１〜Ｓ６を有している。平滑コンデンサＣは、バッテリ１から入力される電圧を平滑するための素子であって、一対の電源ラインの間に接続されている。スイッチング回路Ｓ１〜Ｓ６は、スイッチング素子をブリッジ状に接続することで、３相のアーム回路を形成している。スイッチング素子はＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタが用いられている。また、ダイオードの電流の導通方向が、スイッチング素子の導通方向に対して逆向きになるように、ダイオードがスイッチング素子に並列に接続されている。スイッチング素子及びダイオードの並列回路が、各スイッチング回路Ｓ１〜Ｓ６となる。インバータ２２は、インバータ２１と同様の回路構成である。
【００１２】
インバータ２１の上アームと下アームの接続点が、コイル結線３１の中性点Ｏ１に接続されている。インバータ２２の上アームと下アームの接続点が、コイル結線３２の中性点Ｏ２に接続されている。インバータ２１、２２は、コイル結線３１、３２の中性点Ｏ１、Ｏ２にそれぞれ電気的に接続されることで、互い異なる中性点Ｏ１、Ｏ２をもつコイル結線３１、３２とインバータ２１、２２が対応しつつ接続されている。
【００１３】
バッテリ１とインバータ２１、２２との間を接続する電源ラインは、バッテリ１とインバータ２１とを接続するラインと、バッテリ１とインバータ２２とを接続するラインになるように、分岐している。
【００１４】
モータ３０は、インバータ２１、２２から出力される交流電力により駆動する電動機である。モータ３０は、コイル結線３１及びコイル結線３２を有している。コイル結線３１は、各相のコイルの一端同士を中性点Ｏ１で接続することで構成されるＹ結線である。コイル結線３２は、各相のコイルの一端同士を中性点Ｏ２で接続することで構成されるＹ結線である。コイル結線３１及びコイル結線３２を構成する複数のコイルは、同一のステータコアに巻回されている。なお、図１では、コイル結線３１のうちＵＶＷ相のコイルをＵ１、Ｖ１、Ｗ１と示し、コイル結線３２のうちＵＶＷ相のコイルをＵ２、Ｖ２、Ｗ２と示している。
【００１５】
電流センサ４１、４２は、モータ３０の交流電流を検出するセンサである。電流センサ４１は、インバータ２１とコイル結線３１との間に接続されており、コイル結線３１の各相（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）の電流を検出する。電流センサ４２は、インバータ２２とコイル結線３２との間に接続されており、コイル結線３２の各相（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）の電流を検出する。
【００１６】
コントローラ１００は、インバータ２１、２２を制御する制御回路である。コントローラ１００は、トルク指令、電流センサ４１、４２の検出電流、及びモータ３０の回転速度に基づき、トルク指令に応じたトルクをモータ３０から出力するように、スイッチング信号を生成し、当該スイッチング信号をスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に出力する。スイッチング信号は、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のオン、オフを切り替える信号である。
【００１７】
次に、本実施形態に係るモータについて説明する。図２はステータの一部を示す平面図である。図２において、Ｕ１、Ｙ１、Ｗ１はコイル結線３１を形成するコイルであり、Ｕ２、Ｙ２、Ｗ２はコイル結線３２を形成するコイルである。Ｕ１、Ｙ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｙ２、Ｗ２の表記は、図１と同様である。図２では、９０°モデルの巻線パターンを示している。
【００１８】
モータ３０は、ロータと、ロータの外周に位置するステータ３を有している。ステータ３は、ステータコア３００と複数のコイルを備えている。複数のコイルは、コイル結線３１、３２を構成するコイルに相当する。ステータコア３００は、複数の磁性鋼板を積層することで構成されるコアであって、ヨーク３０１と複数のティース３０２を備えている。ヨーク３０１は、ステータの周方向に沿って円環状に形成されている。複数のティース３０２は、ヨーク３０１の内周面から、ステータの径方向内側（図示しないロータ側）へ突出するように形成されている。複数のティース３０２は、ステータ周方向で互いに間隔を空けて配置されている。ステータの円周方向で隣り合う複数のティース３０２の間には、スロット３０３が形成されている。なお、図２に示すように、複数のティース３０２のうち、あるティース３０２をティース３０２ａとし、ステータの円周方向でティース３０２ａの隣に位置するティース３０２をティース３０２ｂとする。
【００１９】
ティース３０２ａの周囲にはコイルＵ１及びコイルＵ２が巻かれており、ティース３０２ｂの周囲にはコイルＶ１及びコイルＶ２が巻かれている。ステータの断面（ｘｙ面）において、ティース３０２ａとティース３０２ｂとの間に位置するスロット３０３内では、径方向の内側にコイルＵ１及びコイルＵ２が巻かれており、径方向の外側にコイルＶ１及びコイルＶ２が巻かれている。スロット３０３内で、コイルＵ１及びコイルＶ２は隣接している。本実施形態において、巻線パターンは集中巻のタイプである。すなわち、本実施形態ではステータ上で互いに接した異相のコイルＵ１及びＶ２は、互いに異なるコイル結線３１、３２を形成している。また、他のスロット３０３内でも同様に、ステータ上で互いに接した異相のコイルＷ１及びＶ２は、互いに異なるコイル結線３１、３２を形成している。
【００２０】
次に、図３を用いて、コントローラ１００の制御ブロックを説明する。図３は、コントローラ１００のブロック図である。コントローラ１００は、非干渉制御器１０１と、ｄｑ電流制御器１０２と、座標変換器１０３、１０４、１０５、１０７と、ｄｑ２次電流制御器１０６とを備えている。コントローラ１００は、インバータ２１を制御するための機能ブロックとして、図３に示す非干渉制御器１０１等の制御器を有しており、インバータ２２を制御するための機能ブロックとして、図３に示す各制御器と同様の制御器を有している。言い換えると、コントローラ１００は、非干渉制御器１０１等の各制御器を、それぞれ二つずつ有しており、一方の制御器はインバータ２１を制御するための機能ブロックであり、他方の制御器はインバータ２２を制御するための機能ブロックである。なお、以下では、インバータ２１を制御する制御器を説明しているが、インバータ２２を制御する制御器も同様であり、インバータ２２を制御する各制御器の説明を省略する。
【００２１】
非干渉制御器１０１は、電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）、電機角速度（ω）、電圧（Ｖｄｃ）を入力として、ｄｑ軸非干渉電圧指令値を演算する演算部である。電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）は、トルク指令値（Ｔ＊）に基づきマップにより演算される値である。トルク指令値は、ドライバーのアクセル操作又はシステム要求等により、モータ３０に対して要求される出力トルクの目標値である。角速度（ω）は、モータ３０の回転速度に相当する機械角速度である。非干渉制御器１０１には、干渉電圧を打ち消すための非干渉電圧のマップが記憶されており、入力値に対して当該マップを参照することで、ｄｑ軸非干渉電圧指令値を演算する。
【００２２】
ｄｑ電流制御器１０２は、電流センサ４１の検出値に基づき計測されたｄ軸電流（ｉｄ）及びｑ軸電流（ｉｑ）を、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄｑ＊）に一致させるようフィードバック制御する制御器である。ｄｑ電流制御器１０２の入力側には、ｄｑ軸電流（ｉｄ、ｉｑｓ）とｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）との偏差をとる減算器が設けられており、当該減算器の出力値がｄｑ電流制御器１０２に入力される。ｄｑ電流制御器１０２は、ｄｑ軸電流指令値（ｉｄ＊、ｉｑ＊）に対してｄｑ軸電流（ｉｄ、ｉｑ）を、定常的な偏差なく所定の応答性で追随させるよう制御演算を行い、ｄｑ軸の電圧指令値を出力する。これにより、ｄｑ電流制御器１０２は、フィードバックによるＰＩ制御を実行している。
【００２３】
ｄｑ電流制御器１０２の出力側には加算器が設けられており、当該加算器において、ｄｑ電流制御器１０２から出力される電圧指令値と、ｄｑ軸非干渉電圧指令値とを加算することで、非干渉電圧で電圧指令値を補正し、当該加算器の出力値がｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）となる。
【００２４】
座標変換器１０３は、入力されるｄｑ軸検出電流（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）に対して、電気角（θ）を用いた回転座標変換により、検出電流（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）をｄｑ軸検出電流（ｉｄ、ｉｑ）に変換して、変換したｄｑ軸検出電流（ｉｄ、ｉｑ）を減算器に出力する。電気角（θ）は、モータ３０に設けられた位置検出器の出力値に基づき演算される値であって、モータ３０の回転速度に対応している。
【００２５】
座標変換器１０４は、入力されるｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）に対して、電気角（θ）を用いた回転座標変換により、ｄｑ軸電圧指令値（ｖｄ＊、ｖｑ＊）を固定座標系のｕ、ｖ、ｗ軸の電圧指令値に変換する。
【００２６】
座標変換器１０４の出力側には、座標変換器１０４により演算された電圧指令値と座標変換器１０７により演算された電圧指令値（ｖｕ＿２ｆ＊、ｖｖ＿２ｆ＊、ｖｗ＿２ｆ＊）とを加算するための加算器が設けられている。当該加算器で加算された電圧指令値（ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊）が、インバータ２１に出力される。インバータ２１には、入力される電圧指令値に基づき生成されるスイッチング信号が出力される。
【００２７】
座標変換器１０５は、入力されるｄｑ軸検出電流（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）に対して、電気角（−θ）を用いた回転座標変換により、検出電流（ｉｕ＊、ｉｖ＊、ｉｗ＊）を２次高調波電流（ｉｄ＿２ｆ、ｉｑ＿２ｆ）に変換して、変換した２次高調波電流（ｉｄ＿２ｆ、ｉｑ＿２ｆ）を減算器に出力する。座標変換器１０５は、座標変換器１０３による座標変換の電気角に対して逆方向にθだけ回転させることで、モータ３０の交流電流の２次高調波電流を演算している。コイル結線３１とコイル結線３２との間で短絡が発生していない場合には、２次高調波電流（ｉｄ＿２ｆ、ｉｑ＿２ｆ）はゼロである。一方、コイル結線３１とコイル結線３２との間で短絡が発生している場合には、２次高調波電流（ｉｄ＿２ｆ、ｉｑ＿２ｆ）はゼロにならない。
【００２８】
ｄｑ２次電流制御器１０６は、２次高調波電流（ｉｄ＿２ｆ、ｉｑ＿２ｆ）を、電流指令値（ｉｄ＿２ｆ＊、ｉｑ＿２ｆ＊）に一致させるようフィードバック制御する制御器である。ｄｑ２次電流制御器１０６の入力側には、電流指令値（ｉｄ＿２ｆ＊、ｉｑ＿２ｆ＊）と２次高調波電流（ｉｄ＿２ｆ、ｉｑ＿２ｆ）との偏差をとる減算器が設けられており、当該減算器の出力値がｄｑ２次電流制御器１０６に入力される。電流指令値（ｉｄ＿２ｆ＊、ｉｑ＿２ｆ＊）は、短絡電流を抑制するために予め設定されている指令値であって、ゼロに設定されている。ｄｑ２次電流制御器１０６は、２次高調波電流（ｉｄ＿２ｆ、ｉｑ＿２ｆ）を、電流指令値（ｉｄ＿２ｆ＊、ｉｑ＿２ｆ＊）をゼロにするように、ＰＩ制御による制御演算を行い、ｄｑ軸の電圧指令値（ｖｄ＿２ｆ＊、ｖｑ＿２ｆ＊）を出力する。電圧指令値（ｖｄ＿２ｆ＊、ｖｑ＿２ｆ＊）は、２次の高調波成分の電圧指令値である。
【００２９】
座標変換器１０７は、入力される電圧指令値（ｖｄ＿２ｆ＊、ｖｑ＿２ｆ＊）に対して、電気角（−θ）を用いた回転座標変換により、電圧指令値（ｖｄ＿２ｆ＊、ｖｑ＿２ｆ＊）を固定座標系のｕ、ｖ、ｗ軸の電圧指令値（ｖｕ＿２ｆ＊、ｖｖ＿２ｆ＊、ｖｗ＿２ｆ＊）に変換する。
【００３０】
コイル結線３１とコイル結線３２との間で短絡が発生している場合には、ｄｑ２次電流制御器１０６によるＰＩ制御が機能し、フィードバック制御を行うことで、２次高調波電流（ｉｄ＿２ｆ、ｉｑ＿２ｆ）をゼロになるような電圧指令値（ｖｕ＿２ｆ＊、ｖｖ＿２ｆ＊、ｖｗ＿２ｆ＊）が演算される。そして、電圧指令値（ｖｕ＿２ｆ＊、ｖｖ＿２ｆ＊、ｖｗ＿２ｆ＊）は、加算器により、座標変換器１０４により演算された電圧指令値に加算される。
【００３１】
次に、モータ制御装置における短絡検知について、図４を用いて説明する。図４は、モータ制御装置のブロック図である。ただし、コントローラ１００は図示していない。
【００３２】
本実施形態では、図２に示すように、ステータ上で互いに接した異相のコイルは、互いに異なるコイル結線３１、３２を形成する。通常、モータ３０内の短絡は、互いに接するコイル巻線の間で生じる。そのため、本実施形態では、ステータ上でコイル巻線が接している部分が、短絡発生の可能性が高い箇所となる。そして、ステータ上で互いに接した異相のコイル間で短絡が発生した場合には、以下に説明するような短絡電流が流れる。
【００３３】
例えば、モータ３０内で、コイル結線３１のＵ相のコイルＵ１とコイル結線３２のＶ相のコイルＶ２との間が短絡したと仮定する。本実施形態では、インバータ２１がコイル結線３１に接続されており、インバータ２２がコイル結線３２に接続されており、インバータ２１、２２の入力側も電源ラインによって電気的に接続されている。そのため、コイル結線３１とコイル結線３２との間で短絡が生じると、インバータ２１、２２及びコイル結線３１、３２による閉ループが形成される。
【００３４】
Ｕ相のコイルＵ１とＶ相のコイルＶ２との間が短絡した場合には、図４の点線の矢印で示す閉ループが形成される。そして、閉ループには、電流センサ４１、４２が接続されているため、コントローラ１００は、電流センサ４１、４２の検出値から、Ｕ１相とＶ２相との間が短絡していることを検出できる。また、コントローラ１００は、電流センサ４１、４２の検出値から、短絡電流がＵ１相とＶ２相に流れることを検出できる。これにより、コントローラ１００は、電流センサ４１、４２に基づき、複数のコイル結線３１、３２の各相のうち、コイル結線間の短絡が発生している相を検出している。なお、図３に示したコントローラ１００の機能ブロックでは、電流センサ４１と座標変換器１０５が短絡電流を検知している。
【００３５】
上記のように、本実施形態では、中性点が互いに異なる複数のコイル結線３１、３２を有するモータ３０と、複数のコイル結線３１、３２の各中性点にそれぞれ電気的に接続された複数のインバータ２１、２２と、モータ３０の交流電流を検出するセンサ４１，４２とを備え、センサ４１，４２の検出値に基づきモータ３０内で発生する短絡を検出し、複数のコイル結線３１，３２を形成する複数のコイルのうち、ステータ上で互いに接する異相のコイルを、互いに異なるコイル結線のコイルとしている。これにより、ステータ上で異相のコイルで短絡が発生した場合には、大きな短絡電流がセンサ４１、４２を流れるため、センサ４１、４２の検出値に基づき、短絡を検出できる。また、短絡を検出した場合に、モータ３０を停止させることで、安全性の高いシステムを実現できる。さらに、短絡を検出した場合に、短絡電流を抑制しつつインバータ２１、２２を制御することで、短絡電流によるブレーキトルクを低減できる。
【００３６】
また本実施形態では、コイル結線３１のコイルＵ１とコイル結線３２のコイルＵ２とを並べた巻線パターンが、径方向で２パターンになるように、複数のコイルがスロット３０３内に並んでいる。これにより、コイルのターン数を増やすことができる。
【００３７】
また、本実施形態は、１つのパターンを形成する際に、コイル結線３１のコイルのターン数と、コイル結線３２のコイルのターン数を、許容ターン数にしつつ、複数のパターンを径方向に沿って並ぶように、ステータを構成してもよい。許容ターン数は、短絡電流の許容値と対応したターン数である。例えば所定のターン数の同相のコイルが短絡した場合に、短絡電流が流れる。このとき短絡電流の大きさは、ターン数が多いほど大きくなる。短絡電流の許容値は、モータ３０の構成、インバータ２１、２２の構成等に応じて予め決まっている。短絡電流の大きさがこの許容値より小さければ、短絡電流による車両の影響は少ない。
【００３８】
すなわち、同相のコイル内で短絡が発生した場合に、短絡電流が許容値以下になるようなターン数を許容ターン数として予め設定する。そして、コイルのターン数を許容ターン数以下にしつつ、パターンを形成する。これにより、短絡発生時の車両への影響を抑制しつつ、パターン数を増やすことができる。
【００３９】
なお、スロット３０３内で径方向に同相のコイルを並べる際に、コイル結線３１のコイルとコイル結線３２のコイルを、１ターン毎に交互に並べてもよい。
【００４０】
《第２実施形態》
本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置を説明する。本例では上述した第１実施形態に対して、インバータ及びモータの構成と、コイルの巻線パターンが異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１実施形態の記載を適宜、援用する。
【００４１】
図５はモータ制御装置のブロック図である。インバータ２１〜２４はそれぞれ独立した電力変換器であって、バッテリ１とモータ３０との間に接続されている。インバータ２１はコイル結線３１に交流電流を供給する変換器であり、インバータ２２はコイル結線３２に交流電流を供給する変換器であり、インバータ２３はコイル結線３３に交流電流を供給する変換器であり、インバータ２４はコイル結線３４に交流電流を供給する変換器である。インバータ２１〜２４はコイル結線３１〜３４の中性点Ｏ１〜Ｏ４にそれぞれ電気的に接続されている。
【００４２】
モータ３０は、コイル結線３１〜３４を有している。コイル結線３１は、各相のコイルの一端同士を中性点Ｏ１で接続することで構成されるＹ結線である。コイル結線３２〜３４は、コイル結線３１と同様な結線であり、複数のコイルのＹ結線である。中性点Ｏ１〜Ｏ４は、互いに異なる中性点である。
【００４３】
コイル結線３１のＵ相のコイルは、２つのコイルＵ１ａ、Ｕ１ｂで構成されており、Ｖ相のコイルは、２つのコイルＶ１ａ、Ｖ１ｂで構成されており、Ｗ相のコイルは、２つのコイルＷ１ａ、Ｗ１ｂで構成されている。各２つのコイルは直列に接続されている。
コイル結線３２のＵ相のコイルは、２つのコイルＵ２ａ、Ｕ２ｂで構成されており、Ｖ相及びＷ相のコイルは、２つのコイルＶ２ａ、Ｖ２ｂと２つのコイルＷ２ａ、Ｗ２ｂで構成されている。コイル結線３３及びコイル結線３４のＵＶＷ相のコイルも、同様にそれぞれ２つのコイルで構成されている。
【００４４】
電流センサ４１〜４４は、コイル結線３１〜３４の各相に流れる電流を、それぞれ検出する。
【００４５】
図６は、ステータ３の平面図である。図６において、Ｕ１ａ、Ｕ１ｂ〜Ｗ４ａ、Ｗ４ｂの表示は、図５のコイルの表示に対応している。Ｕ１ａ＋とＵ１ａ−は、Ｕ相の１つのコイルＵ１ａを示しており、コイルは＋と−の間で巻回されている。Ｕ１ｂ＋及びＵ１ｂ−等の表示は、Ｕ１ａ＋及びＵ１ａ−と同様である。またＶＷ相の表示も同様である。
【００４６】
ステータコア３００の構成は、第１実施形態に係るステータコア３００と同様である。ただし、ティース及びスロットの数は異なっている。コイル結線３１〜３４を構成している各コイルＵ１ａ〜Ｕ４ｂ、Ｖ１ａ〜Ｖ４ｂ、Ｗ１ａ〜Ｗ４ｂは、コイルピッチを５に保ちつつ、ティース３０２に巻回されている。コイルピッチは、周方向に並ぶティース３０２の数に相当する。例えば、コイルＵ１ａは、５つのティース３０２ａ〜３０２ｅを囲うように巻回されている。
【００４７】
各コイルＵ１ａ〜Ｕ４ｂ、Ｖ１ａ〜Ｖ４ｂ、Ｗ１ａ〜Ｗ４ｂは、図６に示されるように、巻回されると、複数のコイルが重なり合うため、コイル同士で接する部分が存在する。このとき、互いに接する複数のコイルは、異なるコイル結線を構成するコイルであり、かつ、異なる相のコイルになっている。図６では、この条件を満たすように、コイルが巻回されている。本実施形態において、巻線パターンは、５つのコイルピッチ毎にコイルを巻回させた分布巻のタイプである。
【００４８】
本実施形態に係るモータ制御装置では、ステータ上で接する異相のコイルは、互いに異なるコイル結線のコイルである。そのため、このコイル間で短絡が発生した場合には、電位差の大きいコイルの間が短絡することになり、大きな短絡電流が流れる。そして、この短絡電流はセンサ４１〜４４を流れるため、センサ４１〜４４の検出値に基づき、短絡を検出できる。
【００４９】
《第３実施形態》
本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置を説明する。本例では上述した第２実施形態に対して、コイルの巻線パターンが異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１、第２実施形態の記載を適宜、援用する。
【００５０】
図７はモータ制御装置のブロック図である。インバータ２１〜２４及び電流センサ４１〜４４は、第２実施形態に係るインバータ及び電流センサと同様の構成である。モータ３０は、コイル結線３１〜３４を有している。コイル結線３１のＵ相のコイルは、４つのコイルＵ１ａ、Ｕ１ｂ、Ｕ１ｃ、Ｕ１ｄで構成されており、Ｖ相のコイルは、４つのコイルＶ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ１ｃ、Ｖ１ｄで構成されており、Ｗ相のコイルは、４つのコイルＷ１ａ、Ｗ１ｂ、Ｗ１ｃ、Ｗ１ｄで構成されている。各４つのコイルは直列に接続されている。コイル結線３２〜３４のＵＶＷ相のコイルも、同様にそれぞれ４つのコイルで構成されている。
【００５１】
図８は、ステータの平面図である。図８において、Ｕ１ａ、Ｕ１ｂ〜Ｗ４ａ、Ｗ４ｂの表示は、図７のコイルの表示に対応している。Ｕ１ａ＋とＵ１ａ−は、Ｕ相の１つのコイルＵ１ａを示しており、コイルは＋と−の間で巻回されている。Ｕ１ｂ＋及びＵ１ｂ−等の表示は、Ｕ１ａ＋及びＵ１ａ−と同様である。またＶＷ相の表示も同様である。
【００５２】
ステータコア３００の構成は、第２実施形態に係るステータコア３００と同様である。ステータの周方向に沿って巻回されるコイルの巻線パターンは、第２実施形態に係る巻線パターンと同様であり、各コイルＵ１ａ〜Ｕ４ｂ、Ｖ１ａ〜Ｖ４ｂ、Ｗ１ａ〜Ｗ４ｂは、コイルピッチを５に保ちつつ、ティース３０２に巻回されている。
【００５３】
ステータの径方向の巻線パターンは、第２実施形態と異なっており、スロット３０３内で、同相のコイルであり、かつ、異なるコイル結線を構成するコイルが、径方向に沿って接して並ぶように、複数のコイルが配置されている。
【００５４】
本実施形態に係るモータ制御装置では、ステータ上で接する異相のコイルは、互いに異なるコイル結線のコイルである。そのため、このコイル間で短絡が発生した場合には、電位差の大きいコイルの間が短絡することになり、大きな短絡電流が流れる。そして、この短絡電流はセンサ４１〜４４を流れるため、センサ４１〜４４の検出値に基づき、短絡を検出できる。
【００５５】
ステータの径方向には、同相のコイルであり、かつ、異なるコイル結線を構成するコイルが接した状態で並んでいる。そのため、同相のコイル間で短絡が発生した場合には、短絡電流が電流センサ４１〜４４を流れるため、センサの検出値に基づき短絡を検出できる。
【００５６】
《第４実施形態》
本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置を説明する。本例では上述した第１実施形態に対して、インバータ及びモータの構成と、コイルの巻線パターンが異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第３実施形態の記載を適宜、援用する。
【００５７】
図９はモータ制御装置のブロック図である。インバータ２１〜２３はそれぞれ独立した電力変換器であって、バッテリ１とモータ３０との間に接続されている。インバータ２１はコイル結線３１に交流電流を供給する変換器であり、インバータ２２はコイル結線３２に交流電流を供給する変換器であり、インバータ２３はコイル結線３３に交流電流を供給する変換器である。インバータ２１〜２３はコイル結線３１〜３３の中性点Ｏ１〜Ｏ３にそれぞれ電気的に接続されている。
【００５８】
インバータ２１〜２３は、スイッチング回路Ｓ１〜Ｓ１０を有している。スイッチング回路Ｓ１〜Ｓ１０は、スイッチング素子をブリッジ状に接続することで、５相のアーム回路を形成している。
【００５９】
モータ３０は、コイル結線３１〜３３を有している。コイル結線３１は、各相のコイルの一端同士を中性点Ｏ１で接続することで構成されるＹ結線である。コイル結線３２、３３は、コイル結線３１と同様な結線であり、複数のコイルのＹ結線である。中性点Ｏ１〜Ｏ３は、互いに異なる中性点である。
【００６０】
電流センサ４１〜４３は、コイル結線３１〜３３の各相に流れる電流を、それぞれ検出する。
【００６１】
図１０は、ステータの一部を示す平面図である。図１１は、図１０に示したステータの断面図の一部である。図１０において、Ｕ＋とＵ−は、Ｕ相の１つのコイルを示しており、コイルは＋と−の間で巻回されている。ＶＷ相も同様に、＋と−の間で巻回されている。なお、図１０では、１２０°モデルの巻線パターンを示している。図１１は、コイルＵ１、ティース３０２ａ、３０２ｂ、及びスロット３０３の断面図であって、（ａ）はコイルＵ１を２列で巻回させたときの断面図を示し、（ｂ）はコイルＵ１を１列で巻回させたときの断面図を示す。
【００６２】
ステータコア３００の構成は、第１実施形態に係るステータコア３００と同様である。ただし、ティース及びスロットの数は異なっている。コイルＵ１は、２つのティース３０２ａとティース３０２ｂとの間で巻回されている。コイルＶ２は、２つのティース３０２ｂとティース３０２ｃとの間で巻回されている。コイルＷ３は、２つのティース３０２ｃとティース３０２ｄとの間で巻回されている。ステータの断面（ｘｙ面）において、ティース３０２ａとティース３０２ｂとの間に位置するスロット３０３内では、コイルＶ２及びコイルＹ３が巻かれおり、当該スロット３０３内で接している。本実施形態において、巻線パターンは、２つのコイルピッチ毎にコイルを巻回させた分布巻のタイプである。
【００６３】
このように、本実施形態では、スロット３０３内に配置された２つのコイルは、互いに異なるコイル結線３１〜３３を構成するコイルであり、互いに異なる相のコイルである。また、スロット３０３内の２つのコイルは、ステータコア３００の径方向で接している。ステータコア３００の周方向で、コイルの相は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の順に並んでいる。
【００６４】
本実施形態では、図１１（ｂ）に示すように、コイルＵ１はロータの回転軸方向（ｚ軸方向）で１列になるように巻回されている。他のコイルＶ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２についても同様に、ｚ軸方向で一列になるように巻回されている。
【００６５】
本実施形態とは異なり、図１１（ａ）に示すコイルＵ１は、ｚ軸方向で２列になるように巻回されている。図１１において、I〜VIIIはティース３０２ａ、３０２ｂを巻回するコイルターンの順番を示している。図１１（ａ）に示すコイルＵ１は、４ターンで１列目になるように、コイル巻線をティース３０２ａ、３０２ｂに巻き付けて、さらに４ターンで２列目になるように、コイル巻線を１列目のコイルに巻き付けることで形成されている。図１１（ａ）に示すように、コールターン１番目のコイル巻線Iと、コールターン８番目のコイル巻線VIIIは、ステータの周方向（ｘｙ平面に沿う方向）に接している。コールターン１番目のコイル巻線Iとコールターン８番目のコイル巻線VIIIとの間の電位差は大きいため、これらのコイル巻線間が短絡した場合には、大きな短絡電流が、同相間で、かつ、同じコイル結線３１内で流れる。また、この短絡電流は電流センサ４１〜４３を流れないため、検出できない。
【００６６】
図１１（ｂ）に示すように、コイルＵ１は、８ターンで１列になるように、コイル巻線をティース３０２ａ、３０２ｂに巻き付けることで形成されている。図１１（ｂ）に示すように、コールターン１番目のコイル巻線Iと、コールターン８番目のコイル巻線VIIIは接していないため、短絡が、電位差の大きいコイル間で発生する可能性は、図１１（ａ）に示すコイルと比較して低い。
【００６７】
本実施形態に係るモータ制御装置では、ステータ上で接する異相のコイルは、互いに異なるコイル結線のコイルである。そのため、このコイル間で短絡が発生した場合には、電位差の大きいコイルの間が短絡することになり、大きな短絡電流が流れる。そして、この短絡電流はセンサ４１〜４４を流れるため、センサ４１〜４４の検出値に基づき、短絡を検出できる。
【００６８】
また本実施形態では、複数のコイルのコイルピッチを２以上にしている。これにより、コイルピッチを複数にした巻線パターンにおいても、電位差の大きいコイルの間が短絡することになり、大きな短絡電流が流れる。そして、この短絡電流はセンサ４１〜４４を流れるため、センサ４１〜４４の検出値に基づき、短絡を検出できる。
【００６９】
なお、本実施形態の変形例に係るモータ制御装置は、スロット３０３内で、コイル結線３１〜３４を構成するそれぞれのコイルを交互に複数並べてもよい。図１２は、変形例に係るステータの一部を示す平面図である。
【００７０】
図１２に示すように、変形例では、ティース３０２ｂとティース３０２ｃとの間に位置するスロット３０３内で、コイル結線３１のコイルＵ１とコイル結線３３のコイルＷ３とを並べたパターンが、径方向で２パターンになるように、複数のコイルがスロット３０３内に並んでいる。他のスロット３０３内でも同様に、異相であり、かつ、コイル結線の異なる２つのコイルがパターンとして並んでおり、このパターンが径方向で２つになるように、複数のコイルが並んでいる。これにより、コイルのターン数をさらに増やすことができる。
【００７１】
《第５実施形態》
本発明の他の実施形態に係るモータ制御装置を説明する。本例では上述した第１実施形態に対して、インバータ及びモータの構成と、コイルの巻線パターンが異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、第１〜第４実施形態の記載を適宜、援用する。
【００７２】
図１３はモータ制御装置のブロック図である。インバータ２１〜２４はそれぞれ独立した電力変換器であって、バッテリ１とモータ３０との間に接続されている。インバータ２１はコイル結線３１に交流電流を供給する変換器であり、インバータ２２はコイル結線３２に交流電流を供給する変換器であり、インバータ２３はコイル結線３３に交流電流を供給する変換器であり、インバータ２４はコイル結線３３に交流電流を供給する変換器である。インバータ２１〜２４はコイル結線３１〜３４の中性点Ｏ１〜Ｏ４にそれぞれ電気的に接続されている。
【００７３】
インバータ２１〜２４は、スイッチング回路Ｓ１〜Ｓ１０を有している。スイッチング回路Ｓ１〜Ｓ１０は、スイッチング素子をブリッジ状に接続することで、５相のアーム回路を形成している。
【００７４】
モータ３０は、コイル結線３１〜３４を有している。コイル結線３１は、各相のコイルの一端同士を中性点Ｏ１で接続することで構成されるＹ結線である。コイル結線３２〜３４は、コイル結線３１と同様な結線であり、複数のコイルのＹ結線である。中性点Ｏ１〜Ｏ４は、互いに異なる中性点である。
【００７５】
電流センサ４１〜４４は、コイル結線３１〜３４の各相に流れる電流を、それぞれ検出する。
【００７６】
図１４は、ステータの一部を示す平面図である。図１０において、Ｕ＋とＵ−は、Ｕ相の１つのコイルを示しており、コイルは＋と−の間で巻回されている。ＶＷ相も同様に、＋と−の間で巻回されている。なお、図１４では、９０°モデルの巻線パターンを示している。
【００７７】
ステータコア３００の構成は、第１実施形態に係るステータコア３００と同様である。ただし、ティース及びスロットの数は異なっている。コイルＵ１及びコイルＵ２は２つのティース３０２ａとティース３０２ｂとの間で巻回されている。コイルＶ３及びコイルＶ４は、２つのティース３０２ｂとティース３０２ｃとの間で巻回されている。コイルＷ１及びコイルＷ２は、２つのティース３０２ｃとティース３０２ｄとの間で巻回されている。ステータの断面（ｘｙ面）において、ティース３０２ａとティース３０２ｂとの間に位置するスロット３０３内では、径方向に向かって、コイルＹ４、コイルＹ３、コイルＶ２、コイルＶ１の順に並ぶように、各コイルが巻かれており、隣接するコイルは当該スロット３０３内で接している。他のスロット３０３内でも同様に、コイル結線の異なるコイルが、径方向に向かって並ぶようにティース３０２に巻かれており、隣接するコイルは当該スロット３０３内で接している。
【００７８】
本実施形態では、各コイルはコイルピッチを２に保ちつつ、ティース３０２に巻回されている。そして、コイルピッチ２で巻回されたそれぞれのコイルのターン数を、許容ターン数以下にしている。許容ターン数は、短絡電流の許容値と対応するターン数であって、予め設定された値である。例えばティース３０２ａ、３０２ｂに巻回されるコイルＵ１のターン数を許容ターン数以下にした場合には、コイルＵ１内の巻線間の電位差は許容電位差以下になる。許容電位差は、短絡電流の許容値により決まる値である。また、コイルＵ２又はコイルＶ１等、他のコイルについても同様に、ターン数を許容ターン数以下にした場合には、コイル内の巻線間の電位差は許容電位差以下になる。
【００７９】
巻線間の電位差が許容電位差以下に抑えられている場合には、当該巻線間で短絡が発生し、短絡電流が流れたとしても、車両への影響は少ない。そのため、図１４に示すように、異なるコイル結線３１〜３４を形成しつつ互いに同相のコイル（例えば、ティース３０２ａとティース３０２ｂとの間に位置するスロット３０３内では、コイルＶ３、Ｖ４又はコイルＹ１、Ｙ２に相当）を、ティース３０２内で接した状態で配置できる。また、ティース内で接するコイルのうち、異なるコイル結線３１〜３４を形成しつつ互いに異相のコイル間の短絡は、電流センサを用いて検出すればよい。
【００８０】
上記のように、本実施形態では、異相のコイルであって、互いに異なるコイル結線３１〜３４の一相のコイルを形成する、それぞれの巻線群は、ティース内で接しており、巻線群を形成する巻線間の電位差が許容電位差以下になるように、コイル設計がなされている。これにより、短絡発生時の車両への影響を抑制できる。また巻線の制約がないため、パターン数を増やすことができる。
【００８１】
上記コイルＵ１が本発明の「第１コイル巻線群」に相当し、コイルＵ２が本発明の「第２コイル巻線群」に相当する。
【符号の説明】
【００８２】
１…バッテリ
３…ステータ
２１インバータ
２１〜２４…インバータ
３０…モータ
３１〜３４…コイル結線
４１〜４４…電流センサ
１００…コントローラ
１０１…非干渉制御器
１０２…電流制御器
１０３、１０４、１０５、１０７…座標変換器
３００…ステータコア
３０１…ヨーク
３０２…ティース
３０３…スロット
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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