(57)【要約】【課題】車両に搭載された直流電源に短時間の停電等のトラブルが生じた場合であっても、ブラシレスＤＣモータをスムーズに正常動作に回復させることができるロータ制御装置、及び該ロータ制御装置を備えた電動モータ装置を提供すること。【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１４に備えられたロータの磁極位置を検出するホール素子１４ａと、該ホール素子１４ａからの磁極位置情報に基づいてロータの回転を制御するＣＰＵ１３と、該ＣＰＵ１３に車両に搭載された車両ＤＣ電源２から供給される電源電力の電圧値を検知する電圧検知回路１６と、を備えたロータ制御装置１１である。電圧検知回路１６により、電圧値が所定値以下であることが検知された場合には車両ＤＣ電源２とＣＰＵ１３とを電気的に切断する回生接続オンオフ手段１７をさらに備えている。切断時にロータの慣性回転によって発生する回生電力をＣＰＵ１３による当該ロータの回転の制御に用いる。【選択図】図１
2008141807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械に設けられたロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、該磁極位置検出手段からの磁極位置情報に基づいて前記ロータの回転を制御するロータ制御手段と、該ロータ制御手段に外部電源から供給される電源電力の電圧値を検知する電圧検知手段と、を備えたロータ制御装置において、
前記電圧検知手段により、前記電圧値が所定値以下であることが検知された場合には前記外部電源と前記ロータ制御手段とを電気的に切断する一方、前記電圧値が所定値を越えていることが検知された場合には前記外部電源と前記ロータ制御手段とを電気的に接続する回生接続オンオフ手段をさらに備え、
前記ロータ制御手段への電力供給の切断時に前記ロータの慣性回転によって発生する回生電力を前記ロータ制御手段による当該ロータの回転の制御に用いるようにしたことを特徴とするロータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のロータ制御装置において、
前記電源電力としての直流電力を所定の周期でスイッチングして交流化し、前記ロータの回転に供するインバータ回路を備え、
前記ロータ制御手段が、前記インバータ回路のスイッチング動作を制御するＣＰＵ（中央演算処理装置）により構成され、
前記ロータ制御手段への電力供給の切断時に前記ロータの慣性回転によって発生する回生電力を前記インバータ回路によって直流化し、前記ロータ制御手段による当該ロータの回転の制御に用いるようにしたロータ制御装置。
【請求項３】
ロータと、複数の電磁石より構成され、該電磁石の磁気力により前記ロータに回転力を付与するステータと、を備えた電動モータ装置であって、
請求項１又は請求項２に記載のロータ制御装置を備え、
前記外部電源から供給される電源電力の電圧値が所定値以下であることが検知された場合において、前記外部電源と前記ロータ制御手段とを電気的に切断するとともに、前記ロータの慣性回転によって発生する回生電力を前記ロータ制御手段による当該ロータの回転の制御に用いるようにしたことを特徴とする電動モータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械に設けられたロータを制御するロータ制御装置、及び該ロータ制御装置を具備した電動モータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題に対応し、自動車等の車両にはアイドルストップ時の油圧補助等のための電動アシストポンプが幅広く活用されつつある。
このような電動アシストポンプには、図３に示す回路構成を有する電動モータ装置１０１が使用されている場合がある。
【０００３】
この電動モータ装置１０１には、ロータ、及び、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のコイルが巻回されるとともにスター結線され、複数の電磁石を構成したステータを有する電動モータ部（回転機械）としてのブラシレスＤＣモータ１４と、該ロータの回転を制御するロータ制御装置１１１と、が設けられている。尚、該電動モータ装置１０１は、ロータが固定部分であるステータの内側で電磁石の磁気力により回転力を付与されるインナロータ型のものである。
【０００４】
前記ロータ制御装置１１１は、６個のＦＥＴ１〜ＦＥＴ６（電界効果トランジスタ）及び各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６にそれぞれ並列接続された６個のダイオードを備えたインバータ回路１２と、該インバータ回路１２の動作を統括制御し、ロータの回転を制御するロータ制御手段としてのＣＰＵ（中央演算処理装置）１３と、該ＣＰＵ１３に電気的に接続され、当該ＣＰＵ１３に供給する電力を規定値に調整するＣＰＵ電源素子１５と、を備えている（特許文献１参照）。
【０００５】
そして、該モータ１４におけるロータの磁極位置は、磁極位置検出手段としてのホール素子１４ａにより検出され、該ホール素子１４ａからの磁極位置情報に基づき、ＣＰＵ１３がインバータ回路１２の各ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６を所定の周期でスイッチングさせる。これにより、外部電源としての車両ＤＣ（直流）電源２から供給される直流電力が所定のタイミングで交流化されて前記モータ１４の各コイルに供給され、ロータの回転が制御されるようになっている。
【０００６】
尚、前記ロータ制御装置１１１では、車両ＤＣ電源２から供給される直流電力は、該電源２に接続されたＣＰＵ電源素子１５によって規定値に調節された後、ＣＰＵ１３に供給され、ロータの回転制御に使用されている。ここで、車両ＤＣ電源２からの直流電圧（例えば、定常時１４Ｖ）は、電圧検知手段としての電圧検知回路１６によって検知され、ＣＰＵ１３に情報として与えられている。
【０００７】
ところで、車両ＤＣ電源２の出力が何らかの原因で急激に低下したり、他の電力消費量の大きな機器を動作させたりしたために、車両において停電等が起こり、ＣＰＵ１３に供給する直流電力の電圧値が所定値（例えば、８Ｖ）以下となった場合には、前記モータ１４の各コイルにおける励磁電圧の位相ずれにより各コイルに過大な励磁電流を発生させたり、各コイルに反対の位相で励磁電圧を印加してロータを減磁させたりする虞がある。
【０００８】
これを避けるため、通常、フェール動作として、ＣＰＵ１３によってインバータ回路１２のスイッチング動作が強制的に停止させられるよう構成されているとともに、回生ブレーキが作用し、ロータの回転も瞬時に停止させられる。
【特許文献１】特開２００５−５７８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような場合、車両における停電が比較的短時間で解消したときであっても、前述のようにブラシレスＤＣモータ１４の動作は完全に停止してしまっているので、インバータ回路１２によるロータの回転のタイミング調整が困難となり、当該モータ１４の正常動作への回復に長時間を要してしまう。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、外部電源に短時間の停電等のトラブルが生じた場合であっても、回転機械をスムーズに正常動作に回復させることができるロータ制御装置、及び該ロータ制御装置を備えた電動モータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転機械に設けられたロータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、該磁極位置検出手段からの磁極位置情報に基づいて前記ロータの回転を制御するロータ制御手段と、該ロータ制御手段に外部電源から供給される電源電力の電圧値を検知する電圧検知手段と、を備えたロータ制御装置において、前記電圧検知手段により、前記電圧値が所定値以下であることが検知された場合には前記外部電源と前記ロータ制御手段とを電気的に切断する一方、前記電圧値が所定値を越えていることが検知された場合には前記外部電源と前記ロータ制御手段とを電気的に接続する回生接続オンオフ手段をさらに備え、前記ロータ制御手段への電力供給の切断時に前記ロータの慣性回転によって発生する回生電力を前記ロータ制御手段による当該ロータの回転の制御に用いるようにしたこと、を要旨とする。
【００１２】
同構成によれば、外部電源の停電時等に電圧検知手段により電源電力の電圧値が所定値以下となったことが検知された場合において、回生接続オンオフ手段によって外部電源とロータ制御手段とが電気的に切断されることで、ロータの慣性回転によって発生する回生電力をロータ制御手段による当該ロータの回転の制御に用いることができるようになる。これにより、ロータの回転が低下し続け、該ロータの慣性回転によって発生する回生電力がさらに減少した場合であっても、該回生電力の電圧値が所定値以下となってロータ制御手段の正常な動作が停止する以前に外部電源が復帰した場合は、ロータ制御手段において、磁極位置検出手段からの磁極位置情報に基づいたロータの回転制御を停電前後で継続させることが可能となる。そしてこの結果、外部電源に停電等のトラブルが生じた場合であっても、該停電が短時間で解消するときには、停電時のバックアップ用の別電源を用いることなく、回転機械をスムーズに正常動作に回復させることができるようになる。また、ロータ制御手段によってロータの回転制御が正常な状態で継続できる結果、回転機械に備えられた各コイルにおける励磁電圧の位相ずれにより各コイルに過大な励磁電流を発生させたり、各コイルに反対の位相で励磁電圧を印加してロータを減磁させたりする虞が効果的に解消される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のロータ制御装置において、前記電源電力としての直流電力を所定の周期でスイッチングして交流化し、前記ロータの回転に供するインバータ回路を備え、前記ロータ制御手段が、前記インバータ回路のスイッチング動作を制御するＣＰＵ（中央演算処理装置）により構成され、前記ロータ制御手段への電力供給の切断時に前記ロータの慣性回転によって発生する回生電力を前記インバータ回路によって直流化し、前記ロータ制御手段による当該ロータの回転の制御に用いるようにしたこと、を要旨とする。
【００１４】
同構成によれば、外部電源の停電時等に電圧検知手段により電源電力の電圧値が所定値以下となったことが検知された場合において、回生接続オンオフ手段によって外部電源とＣＰＵとを電気的に切断することで、ロータの慣性回転によって発生する回生電力をインバータ回路によって直流化し、ＣＰＵによる当該ロータの回転の制御に用いることができるようになる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、ロータと、複数の電磁石より構成され、該電磁石の磁気力により前記ロータに回転力を付与するステータと、を備えた電動モータ装置であって、請求項１又は請求項２に記載のロータ制御装置を備え、前記外部電源から供給される電源電力の電圧値が所定値以下であることが検知された場合において、前記外部電源と前記ロータ制御手段とを電気的に切断するとともに、前記ロータの慣性回転によって発生する回生電力を前記ロータ制御手段による当該ロータの回転の制御に用いるようにしたこと、を要旨とする。
【００１６】
同構成によれば、電動モータ装置に設けられたロータの回転を請求項１又は請求項２に記載のロータ制御装置によって制御することで、外部電源の停電時等に電圧検知手段により電源電力の電圧値が所定値以下となったことが検知された場合において、回生接続オンオフ手段によって外部電源とロータ制御手段とを電気的に切断することで、電動モータ装置のロータの慣性回転によって発生する回生電力をロータ制御手段による当該ロータの回転の制御に用いることができるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、外部電源に短時間の停電等のトラブルが生じた場合であっても、回転機械をスムーズに正常動作に回復させることができるロータ制御装置、及び該ロータ制御装置を備えた電動モータ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。
本実施形態のロータ制御装置は、自動車のアイドリングストップ時の油圧補助用等の電動アシストポンプに使用される電動モータ装置等に備えられるものである。
【００１９】
本実施形態の電動モータ装置１は、図１に示すように、車両ＤＣ電源２からの直流電力のＣＰＵ１３への供給と遮断を行うべく当該ＣＰＵ１３に電気的に接続された回生接続オンオフ手段１７が新たに設けられている点で、図３に示す電動モータ装置１０１と回路構成上で異なっている。
【００２０】
前記電動モータ装置１におけるロータ制御装置１１は、インバータ回路１２、ＣＰＵ１３、及びＣＰＵ電源素子１５に加え、前記した回生接続オンオフ手段１７をさらに備えている。尚、図１に示すＣＰＵ１３は、その電源部に印加される直流電圧が８Ｖを越える場合に正常に動作するようにされている。
【００２１】
前記回生接続オンオフ手段１７は、図１を参照して、半導体スイッチ（ＳＷ）１７ａと、該ＳＷ１７ａの操作を制御する専用ＩＣからなる回生接続オンオフ回路１７ｂとから構成されており、該回生接続オンオフ回路１７ｂは、前記ＣＰＵ１３に制御されるように接続されている。
【００２２】
尚、このＣＰＵ１３には、図１に示すブラシレスＤＣモータ１４、該モータ１４に備えられたホール素子１４ａ、及び回生接続オンオフ回路１７ｂ等を制御する制御プログラムが格納されている。そして、ＣＰＵ１３は、前述のとおり、印加される電圧が８Ｖを越える場合に正常に動作するようにされているが、前記した制御プログラムにより、車両ＤＣ電源２から供給される電源電力の電圧値が８Ｖ以下となった場合であっても、ホール素子１４ａを用いた磁極位置の検出は継続するようにしている。
【００２３】
また、車両ＤＣ電源２の出力が何らかの原因で急激に低下したり、他の電力消費量の大きな機器を動作させたりしたために、車両において停電等が起こり、ＣＰＵ１３に供給する直流電力の電圧値が所定値（本実施形態では８Ｖ）以下となった場合には、前記した制御プログラムにより、フェール動作として、インバータ回路１２のスイッチング動作が強制的に停止させられるとともに、回生ブレーキが作用し、ブラシレスＤＣモータ１４のロータの回転が停止させられるようになっている。
【００２４】
本実施形態の電動モータ装置１は、以上のように構成され、図２を参照してその動作について説明する。
図２（ａ）に示すように、電圧検知回路１６によって検知された車両ＤＣ電源２から供給される直流電力の電圧Ｖｄが８［Ｖ］を超える場合、ＣＰＵ１３によって回生接続オンオフ回路１７ｂが制御され、ＳＷ１７ａがオン状態となる。
【００２５】
このとき、車両ＤＣ電源２から通常とおりに直流電力がＣＰＵ電源素子１５を介してＣＰＵ１３に供給され、該ＣＰＵ１３においてホール素子１４ａからのロータの磁極位置情報に基づき、インバータ回路１２が所定の周期でスイッチングされ、ブラシレスＤＣモータ１４のロータの回転が継続される。
【００２６】
また、図２（ｂ）に示すように、前記電圧Ｖｄが８［Ｖ］以下の場合、ＣＰＵ１３によって回生接続オンオフ回路１７ｂが制御され、ＳＷ１７ａがオフ状態となる。このとき、車両ＤＣ電源２からの直流電力のＣＰＵ１３への供給は、切断されたＳＷ１７ａによって遮断される。その一方、ブラシレスＤＣモータ１４のロータの慣性回転によって発生する交流の三相誘導電力（回生電力）がインバータ回路１２の各ダイオードによって整流されて直流化され、ＣＰＵ電源素子１５を介してＣＰＵ１３に供給される。
【００２７】
このときＣＰＵ１３に供給される直流の回生電力の電圧値が８Ｖを超えている場合には、ＣＰＵ１３によって、ホール素子１４ａからの磁極位置情報に基づいたロータの回転制御が継続される。
【００２８】
以上、本実施形態の電動モータ装置１によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、車両ＤＣ電源２の停電時等に電圧検知回路１６により電源電力の電圧値が所定値以下となったことが検知された場合において、回生接続オンオフ手段１７によって外部電源とロータ制御手段とが電気的に切断されることで、ロータの慣性回転によって発生する回生電力をＣＰＵ１３による当該ロータの回転の制御に用いることができるようになる。これにより、ロータの回転が低下し続け、該ロータの慣性回転によって発生する回生電力がさらに減少した場合であっても、該回生電力の電圧値が８Ｖ以下となってＣＰＵ１３の動作が停止する以前に車両ＤＣ電源２が復帰した場合は、ＣＰＵ１３において、ホール素子１４ａからの磁極位置情報に基づいたロータの回転制御が停電前後で継続されるようになる。この結果、車両ＤＣ電源２に停電等のトラブルが生じた場合であっても、該停電が短時間で解消するときには、停電時のバックアップ用の別電源を用いることなく、ブラシレスＤＣモータ１４（電動モータ装置１１）をスムーズに正常動作に回復させることができるようになり、自動車のアイドリングストップ時の油圧を規定圧に維持できるようになる。換言すれば、停電前後でのブラシレスＤＣモータ１４（電動モータ装置１１）のロータの回転動作のつながりがスムーズになり、自動車のアイドリングストップ時の油圧の低下によるトラブルが解消されるようになる。
【００２９】
（２）ＣＰＵ１３によるブラシレスＤＣモータ１４のロータの回転制御が正常な状態で継続できる結果、当該モータ１４の各コイルにおける励磁電圧の位相ずれにより各コイルに過大な励磁電流を発生させたり、各コイルに反対の位相で励磁電圧を印加してロータを減磁させたりする虞が効果的に解消される。
【００３０】
尚、上記実施形態は、以下のように変形してもよい。
・上記実施形態では、車両ＤＣ電源２からＣＰＵ１３への通電を接続・遮断するＳＷ１７ａと、該ＳＷ１７ａの操作を制御する回生接続オンオフ回路１７ｂとから構成される回生接続オンオフ手段１７を図１に示す回路上であって車両ＤＣ電源２の外部に設けた。しかし、これに限られず、車両ＤＣ電源２からの電源電力のＣＰＵ１３への供給と遮断が適切に切り替わる限り、車両ＤＣ電源２の内部等のその他前記回路外の場所に設けることも可能である。
【００３１】
・上記実施形態では、ロータ制御装置１１を自動車のアイドリングストップ時の油圧補助用等の電動アシストポンプに適用した例について説明したが、本発明にかかるロータ制御装置は、その他、燃料電池用コンプレッサや、ターボ分子ポンプ等の軸受部に備えられた磁気軸受装置の回転駆動部分に用いることも可能である。
【００３２】
・上記実施形態では、磁極位置検出手段としてホール素子１４ａを用いたが、その他、ロータリーエンコーダ等を用いることも可能である。さらには、モータ１４からの逆起電圧を検出することで、センサ素子を用いることなく磁極位置（ロータ回転位置）を検出するようにしたセンサレス制御を適用することも可能である。
【００３３】
・上記実施形態では、車両ＤＣ電源２からＣＰＵ１３への通電を接続及び遮断するＳＷ１７ａの操作を回生接続オンオフ回路１７ｂで制御させるようにしたが、該ＳＷ１７ａは、ＣＰＵ１３によって直接制御させることも可能である。
【００３４】
・上記実施形態では、回生接続オンオフ手段１７に設けるＳＷ１７ａは、半導体スイッチとしたが、電気的に制御可能な機械スイッチでも構わない。
・上記実施形態では、ロータが固定部分であるステータの内側で回転するインナロータ型の電動モータ装置について説明したが、本発明の技術的思想は、ロータが固定部分であるステータの外側で回転するアウタロータ型の電動モータ装置にも適用可能である。さらに、前記した実施形態および変形例より把握できる技術的思想について以下に記載する。
【００３５】
・請求項１又は請求項２に記載のロータ制御装置において、前記回転機械がブラシレスＤＣモータであるロータ制御装置。同構成によれば、外部電源に短時間の停電等のトラブルが生じた場合であっても、ブラシレスＤＣモータをスムーズに正常動作に回復させることができる。
【００３６】
・請求項３に記載の電動モータ装置において、前記電動モータ装置が車両のアイドルストップ時の油圧補助用電動アシストポンプである電動モータ装置。同構成によれば、車両ＤＣ（直流）電源に短時間の停電等のトラブルが生じた場合であっても、電動アシストポンプをスムーズに正常動作に回復させることができる。この結果、自動車のアイドリングストップ時の油圧の低下によるトラブルが解消されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る電動モータ装置の回路図。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態に係る電動モータ装置において、回生接続オンオフ手段のスイッチをオン状態としたときの電力供給状態を示す作用図、（ｂ）は、同電動モータ装置において、回生接続オンオフ手段のスイッチをオフ状態としたときの電力供給状態を示す作用図。
【図３】従来例に係る電動モータ装置の回路図。
【符号の説明】
【００３８】
１…電動モータ装置、２…車両ＤＣ電源、１１…ロータ制御装置、１２…インバータ回路、１３…ＣＰＵ、１４…ブラシレスＤＣモータ、１４ａ…ホール素子、１６…電圧検知回路、１７…回生接続オンオフ手段。
【図１】
2008141807.tif 000003
【図２】
2008141807.tif 000004
【図３】
2008141807.tif 000005