(57)【要約】【課題】低価格でしかも信頼性の高い自動変速機の電動式アクチュエータ装置の提供を課題とする。【解決手段】上記課題を解決するために本発明は、複数のモータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合、残りのモータに対応した多相インバータ装置から、故障した多相インバータ装置に対応したモータに電流を供給するようにしている。このため、本発明では、複数の多相インバータ装置の各相毎に故障検知手段を備え、複数のモータの１つにおける多相入力端子の１つを、残りのモータの１つにおける多相入力端子の同相の１つにスイッチ手段を介して接続し、故障検知手段で複数のモータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合には、制御装置でスイッチ手段を制御している。【選択図】　図１
2004019736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動変速機の変速段を切り替える複数のクラッチを駆動するものであって、該複数のクラッチを駆動する複数のモータと、該モータのそれぞれに対応して設けられ、対応するモータに流れる電流を制御する複数の多相インバータ装置と、該多相インバータ装置を制御する制御装置とを有し、前記多相インバータ装置は各相毎に故障検知手段を備え、前記モータの１つは、その多相入力端子の１つが残りのモータの１つにおける多相入力端子の同相の１つにスイッチ手段を介して接続され、前記制御装置は、前記故障検知手段によって前記モータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合、前記スイッチ手段を制御し、前記残りのモータの１つに対応した多相インバータ装置から前記モータの１つに電流を供給させることを特徴とする自動変速機の電動式アクチュエータ装置。
【請求項２】
自動変速機の変速段を切り替える複数のクラッチを駆動するものであって、該複数のクラッチを駆動する複数のモータと、該モータのそれぞれに対応して設けられ、対応するモータに流れる電流を制御する複数の多相インバータ装置と、該多相インバータ装置を制御する制御装置とを有し、前記多相インバータ装置は各相毎に故障検知手段を備え、前記モータの１つは、その多相入力端子が各相毎に別々の残りのモータの多相入力端子の同相のものと接続され、該接続を行う配線の少なくとも１つにはスイッチ手段が設けられ、前記制御装置は、前記故障検知手段によって前記モータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合、前記スイッチ手段を制御し、前記残りのモータに対応した多相インバータ装置から前記モータの１つに電流を供給させることを特徴とする自動変速機の電動式アクチュエータ装置。
【請求項３】
自動変速機の変速段を切り替える複数のクラッチを駆動するものであって、該複数のクラッチを駆動する複数のモータと、該モータのそれぞれに対応して設けられ、対応するモータに流れる電流を制御する複数の多相インバータ装置と、該多相インバータ装置を制御する制御装置とを有し、前記多相インバータ装置は各相毎に故障検知手段を備え、前記モータの１つは、その多相入力端子が各相毎に別々の残りのモータの多相入力端子の同相のものと接続され、該接続を行う配線にはその配線数よりも少ない数のスイッチ手段が設けられ、前記制御装置は、前記故障検知手段によって前記モータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合、前記スイッチ手段を制御し、前記残りのモータに対応した多相インバータ装置から前記モータの１つに電流を供給させることを特徴とする自動変速機の電動式アクチュエータ装置。
【請求項４】
自動変速機の変速段を切り替える複数のクラッチを駆動するものであって、該複数のクラッチを駆動する複数のモータと、該モータのそれぞれに対応して設けられ、対応するモータに流れる電流を制御する複数の多相インバータ装置と、該多相インバータ装置を制御する制御装置とを有し、前記多相インバータ装置は各相毎に故障検知手段を備え、前記モータの１つは、その多相入力端子が各相毎に別々の残りのモータの多相入力端子の同相のものと接続され、該接続を行う配線にはその配線数よりも少ない数のスイッチ手段が設けられ、前記接続を行う配線には前記モータの総数よりも少ない数の多相インバータ装置が予備として接続され、前記制御装置は、前記故障検知手段によって前記モータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合、前記スイッチ手段を制御し、前記残りのモータに対応した多相インバータ装置から前記モータの１つに電流を供給させることを特徴とする自動変速機の電動式アクチュエータ装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記故障検知手段は、前記多相インバータ装置を構成する絶縁ゲート型のパワースイッチング素子に通電されるゲート電流を検出し、前記パワースイッチング素子がオン定常状態において前記ゲート電流が所定値以上の場合或いはオフ定常状態において前記ゲート電流が負極性で所定値以上の場合、前記パワースイッチング素子を故障と判断することを特徴とする自動変速機の電動式アクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記多相インバータ装置の出力端子或いは入力端子の少なくとも一方に、抵抗体と熱的に結合させたヒューズを備え、前記多相インバータ装置の故障が検知された場合には、前記抵抗体に電流を通電して発熱させ、前記ヒューズを溶断させることを特徴とする自動変速機の電動式アクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や産業車両などに搭載された自動変速機に用いられる電動式アクチュエータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に歯車式変速機の変速機構には、主軸（出力軸）上の遊転ギヤの回転を主軸に円滑に伝達することができるシンクロメッシュ機構が採用されている。シンクロメッシュ機構は、主軸上にスプライン装着されたクラッチハブと、このクラッチハブの外周に嵌合され、外周にシフトフォークが係合する溝を有するクラッチハブスリーブと、シフトフォークのシフト動作によって遊転ギヤのコーン面に摩擦接触されるシンクロナイザリングなどから構成されている。シフトフォークは、電気式或いは流体圧式で駆動されるシフトアクチュエータによって作用荷重を受けてストローク駆動される。尚、シンクロメッシュ機構は、遊転ギヤとクラッチハブスリーブが完全に噛み合って所定の変速段を形成することから、噛合クラッチとも呼ばれる。
【０００３】
従来の自動変速機では、流体圧式シリンダや電気式モータなどのアクチュエータで噛合クラッチを動作させる場合、アクチュエータでクラッチハブスリーブを軸方向に押すようにアクチュエータを制御している。噛合クラッチが機械的に締結完了後は、消費電力軽減及びシフトフォークとクラッチハブスリーブとの間に生じる接触摩耗の防止のため、アクチュエータに押付け力が生じないようにアクチュエータを制御している。例えば特開２０００−２０５４１０号公報に記載されたものでは、アクチュエータの駆動操作に基づく可動部材又はスリーブの移動量を検出し、この移動量が予め定められた所定値を超過した場合にはシフト動作完了と判定し、アクチュエータへの制御信号を遮断し、スリーブを軸方向に押す荷重をカットしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
アクチュエータとして電気式モータを用いた場合、クラッチハブスリーブをニュートラルの状態から軸方向に押し、噛合クラッチを完全に締結させるまでの動作に、モータの回転数と出力トルクを制御する必要がある。このため、モータに流れる電流を制御するインバータ装置が必要になる。ところで、噛合クラッチの締結時、クラッチハブスリーブにはアクチュエータから十分な押付け力が加えられている。しかし、この時、モータは拘束（ロック）状態にある。従って、インバータ装置からモータに供給される電流は最大になる。
【０００５】
インバータ装置で大電流を制御する場合、電流遮断時にスイッチングサージ電圧が発生し、このサージ電圧でインバータ装置を構成するパワー半導体素子が破壊する恐れがあることは一般に知られている。仮に、噛合クラッチが締結した状態でインバータ装置が破壊してしまうと、再びクラッチハブスリーブをニュートラル状態へ移動させることができなくなる可能性がある。この対策としては、アクチュエータを再駆動させる別のインバータ装置を予備として備え、冗長化することが考えられる。
【０００６】
しかし、インバータ装置の冗長化はコストが増す。特に自動変速機のように変速段を切り替える複数のクラッチを有するもので、複数のクラッチの駆動する複数のモータのそれぞれに対応してインバータ装置を設けているものでは、冗長化のために、インバータ装置を１モータあたり２個ずつ備えることになり、コスト的な負担が大きくなる。
【０００７】
本発明の代表的な目的は、低価格でしかも信頼性の高い自動変速機の電動式アクチュエータ装置の提供にある。また、本発明の他の代表的な目的は、インバータ装置の１つが故障した場合でも、自動変速機の変速段を確実に切り替えることができ、安定した変速性能を得ることができる自動変速機の電動式アクチュエータ装置の提供にある。また、本発明の他の代表的な目的は、構成機器の増加を極力抑えて、インバータ装置の冗長化を実現することができる自動変速機の電動式アクチュエータ装置の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、複数のモータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合、残りのモータに対応した多相インバータ装置から、故障した多相インバータ装置に対応したモータに電流を供給することにある。
【０００９】
このため、本発明の代表的なものでは、複数の多相インバータ装置の各相毎に故障検知手段を備え、複数のモータの１つにおける多相入力端子の１つを、残りのモータの１つにおける多相入力端子の同相の１つにスイッチ手段を介して接続し、故障検知手段で複数のモータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合には、制御装置でスイッチ手段を制御する。
【００１０】
本発明の代表的なものによれば、複数の多相インバータ装置の１つが故障した場合、他の健全な多相インバータ装置から、故障した多相インバータ装置に対応したモータへの電流供給を継続することができる。
【００１１】
また、本発明の他の代表的なものでは、複数の多相インバータ装置の各相毎に故障検知手段を備え、複数のモータの１つにおける多相入力端子を、各相毎に別々の残りのモータの多相入力端子の同相のものと接続し、この接続を行う配線の少なくとも１つにスイッチ手段を設け、故障検知手段で複数のモータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合には、制御装置でスイッチ手段を制御する。
【００１２】
本発明の他の代表的なものによれば、予備のインバータ装置を備えることなく２重系を実現することができ、複数の多相インバータ装置の１つが故障した場合には、他の健全な多相インバータ装置から、故障した多相インバータ装置に対応したモータへの電流供給を継続することができる。また、モータの多相入力端子間を接続する配線に設けるスイッチ手段の数を、その配線数よりも少なくできるので、低コスト化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の他の代表的なものでは、複数の多相インバータ装置の各相毎に故障検知手段を備え、複数のモータの１つにおける多相入力端子を、各相毎に別々の残りのモータの多相入力端子の同相のものと接続し、この接続を行う配線にその配線数よりも少ない数のスイッチ手段を設け、故障検知手段で複数のモータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合には、制御装置でスイッチ手段を制御する。
【００１４】
本発明の他の代表的なものによれば、全てのモータに対して予備のインバータ装置を備えることなく２重系を実現することができ、複数の多相インバータ装置の１つが故障した場合には、他の健全な多相インバータ装置から、故障した多相インバータ装置に対応したモータへの電流供給を継続することができる。また、モータの多相入力端子間を接続する配線に設けるスイッチ手段の数を、その配線数よりも少なくできるので、低コスト化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明の他の代表的なものでは、複数の多相インバータ装置の各相毎に故障検知手段を備え、複数のモータの１つにおける多相入力端子を、各相毎に別々の残りのモータの多相入力端子の同相のものと接続し、この接続を行う配線にその配線数よりも少ない数のスイッチ手段を設け、上記接続を行う配線にモータの総数よりも少ない数の多相インバータ装置を予備として接続し、故障検知手段で複数のモータの１つに対応した多相インバータ装置の故障が検知された場合には、制御装置でスイッチ手段を制御する。
【００１６】
本発明の他の代表的なものによれば、２重系の実現は勿論のこと、予備の多相インバータ装置を備えたことで３重系を実現でき、さらに信頼性を向上させることができる。しかも、予備のインバータ装置の数を、モータの総数よりも少なくできるので、低コスト化を図ることができる。
【００１７】
本発明において、故障検知手段は、多相インバータ装置を構成する絶縁ゲート型のパワースイッチング素子に通電されるゲート電流を検出し、パワースイッチング素子がオン定常状態においてゲート電流が所定値以上の場合或いはオフ定常状態においてゲート電流が負極性で所定値以上の場合、パワースイッチング素子を故障と判断するものであり、インバータ装置の故障を正しく検知することができる。
【００１８】
また、本発明では、多相インバータ装置の出力端子或いは入力端子の少なくとも一方に、抵抗体と熱的に結合させたヒューズを備え、多相インバータ装置の故障が検知された場合には、抵抗体に電流を通電して発熱させ、前記ヒューズを溶断させる。これにより、多相インバータ装置のパワーデバイスがショート状態のまま故障に至った場合、ヒューズを溶断してショートしたデバイスを切り離すことが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例を図１乃至図５に基づいて説明する。図１は本実施例の自動変速機の電動式アクチュエータ装置の全体構成を示す。
【００２０】
クラッチ１４は、エンジン１０の出力軸１１と歯車式変速機構を有する第１の入力軸１６の間に設けられており、エンジン１０のトルクを第１の入力軸１６に伝達可能にする。クラッチ１４の押付け力の制御には、後述するインバータ１−３によって駆動されるモータ２−３をアクチュエータとして使用し、モータの回転力をクラッチ１４の押付け力に変換する機構によって、エンジン１０の出力軸１１から第１の入力軸１６への動力伝達を断続する構成としている。
【００２１】
クラッチ１３は、エンジン１０の出力軸１１と歯車式変速機構を有する第２の入力軸１２の間に設けられており、エンジン１０のトルクを第２の入力軸１２に伝達可能にする。クラッチ１３の押付け力の制御には、後述するインバータ１−４によって駆動されるモータ２−４をアクチュエータとして使用し、モータの回転力をクラッチ１３の押付け力に変換する機構によって、エンジン１０の出力軸１１から第２の入力軸１２への動力伝達を断続する構成としている。
【００２２】
クラッチ１３とクラッチ１４を用いるツインクラッチは、摩擦クラッチと同様な働きを有するものである。
【００２３】
第１の入力軸１６には、歯車１７，１８が固着されており、第２の入力軸１２には、歯車１９，２０が固着されている。第１の入力軸１６の内部は中空になっており、第２の入力軸１２はこの中空部分を貫通し、第１の入力軸１６に対し回転方向への相対移動が可能である。
【００２４】
歯車式変速機構の出力軸１５には、スプライン２５とシンクロナイザリング
２６を備えた歯車２１と、スプライン２７とシンクロナイザリング２８を備えた歯車２２と、歯車２１および歯車２２と出力軸１５とを直結するクラッチハブスリーブ２９を設けている。歯車２１および歯車２２には、出力軸１５の軸方向に移動しないようストッパーを設けている。スリーブ２９の内側には、出力軸１５の複数の溝と噛み合う溝を設けている。この溝によりスリーブ２９は、出力軸
１５の軸方向には相対移動を可能にするが、回転方向への移動は制限するように出力軸１５に係合する。従って、スリーブ２９のトルクは、出力軸１５に伝達される。変速の際に、スリーブ２９を軸方向へ移動させ、所定変速段を形成するには、後述するインバータ１−１によって駆動されるモータ２−１をアクチュエータとして使用する。ここで、スリーブ２９と、スプライン２５及びシンクロナイザリング２６と、スプライン２７及びシンクロナイザリング２８から成るトルク伝達機構を噛合クラッチと称する。これらの機構は、エンジン１０などの動力源からのエネルギーを高効率で出力軸に伝達することが可能であり、車両の燃費低減に大きな効果がある。
【００２５】
歯車式変速機構の出力軸１５には、スプライン３１とシンクロナイザリング
３２を備えた歯車２３と、スプライン３３とシンクロナイザリング３４を備えた歯車２４と、歯車２３および歯車２４と出力軸１５とを直結するクラッチハブスリーブ３０を設けている。歯車２３および歯車２４には、出力軸１５の軸方向に移動しないようストッパーを設けている。スリーブ３０の内側には出力軸１５の複数の溝と噛み合う溝を設けている。この溝によりスリーブ３０は、出力軸１５の軸方向には相対移動を可能にするが、回転方向への移動は制限するように出力軸１５に係合する。従って、スリーブ３０のトルクは出力軸１５に伝達される。ここで、スリーブ３０と、スプライン３１及びシンクロナイザリング３２と、スプライン３３及びシンクロナイザリング３４から成るトルク伝達機構も、噛合クラッチと称する。
【００２６】
第２の入力軸１２からのトルクをスリーブ３０に伝達するためには、スリーブ３０を出力軸１５の軸方向に移動させ、シンクロナイザリング３２あるいはシンクロナイザリング３４を介してスプライン３１あるいはスプライン３３とスリーブ３０とを直結する必要がある。スリーブ３０の移動には、後述するインバータ１−２によって駆動されるモータ２−２をアクチュエータとして使用する。
【００２７】
自動変速機は、歯車１７と歯車２１とから成る歯車列により１速段を、歯車
１８と歯車２２とから成る歯車列により２速段を、歯車１９と歯車２３とから成る歯車列により３速段を、及び歯車２０と歯車２４とから成る歯車列により４速段を実現する構成となっている。ここで、３６及び３７はそれぞれ、歯車１７及び歯車１９に対する回転数センサである。また、３８は出力軸１５の軸方向を移動するスリーブ３０に対するストロークセンサである。
【００２８】
次に、モータ２−１，２−２，２−３，２−４とインバータ１−１，１−２，１−３，１−４に関して説明する。尚、モータ２−３，２−４はそれぞれクラッチ１４、及び１３に対するアクチュエータであり、モータ２−１，２−２はそれぞれスリーブ２９、及び３０に対するアクチュエータと使う目的は異なるが、モータ２−１，２−２，２−３，２−４はいずれも同じ構造を有する磁石モータ
（例えば直流ブラシレスモータ）であり、これらを駆動するインバータ１−１，１−２，１−３，１−４も後述するように同じ回路構成を有する。そこで、モータ２−１（以下、代表する場合は番号を２で表す）とインバータ１−１（以下、代表する場合は番号を１で表す）を代表として説明する。
【００２９】
スリーブ２９は前述のように、その内側は出力軸１５の複数の溝と噛み合う溝を有しており、モータ２によって回転力を与えられると、溝の噛み合いがネジと同じ原理により、出力軸１５の軸方向に移動する。ここで、モータ２を設ける場所は特定するものではなく、スリーブ２９に回転力を与え、これを軸方向に移動させる機能を果たせば良い。或いは上記ネジの原理の代わりにモータの回転力をスリーブの推力に変換する他の機構を途中に用いても良い。モータ２がロータに磁石を用いた直流ブラシレスモータである場合、一般的に、モータ２を駆動する為には回転するロータの磁極位置を正確に検出するための磁極位置センサが必要である。図１の構成では、各モータ２−１，２−２，２−３，２−４に設けた磁極位置センサを省略したが、実際には後述する図４の実施例に示すようにホールＩＣ等、磁束変化に対して電気特性が変化するホール素子を用いた磁極位置センサを用いる。また、磁極位置センサを用いず、ロータの磁極位置を推定する制御方法として磁極位置センサレス制御がある。図１では後述する図４のように磁極位置センサ３を用いた場合と、磁極位置センサレス制御を適用する場合の両方に対応するものである。
【００３０】
図１で５は電源であり、自動車の場合は鉛電池等の二次電池を表す。インバータ１−１，１−２，１−３，１−４はいずれも二次電池５から電力を供給される。ここで、インバータ１−１，１−２と二次電池５の負極間にはシャント抵抗４−１，４−２，４−３，４−４をそれぞれ備え、二次電池５からインバータ１−１，１−２，１−３，１−４にそれぞれ流れる電流をシャント抵抗４−１，４−２，４−３，４−４で電圧信号に変換し、シャント抵抗両端の電圧をインバータ１−１，１−２，１−３，１−４で計測する。インバータ１−１，１−２，１−３，１−４は自動変速機用コントローラ８からの信号を選択的に受け取り、各変速段に応じたインバータが動作する。自動変速機用コントローラ８は図示していないが、上位の制御装置と双方向の通信で接続されている。エンジン１０は吸気管に設けられた電子制御スロットル３５により、吸入空気量を制御し、燃料噴射装置から吸入空気量に見合う量の燃料を噴射している。上位の制御装置は回転数センサ４０から検出されたエンジン回転数やその他の情報に応じて、電動式アクチュエータを制御する信号を自動変速機用コントローラ８に伝える。
【００３１】
本実施例では、各モータ２−１，２−２，２−３，２−４がそれぞれ入力端子を他の３つのモータと１端子ずつ共通接続している点を特徴としている。モータ２−１を例とすれば、図示するように、入力端子は左側からＵ，Ｖ，Ｗ相と定義する。モータ２−１のＵ相端子は、モータ２−３のＵ相端子と、また、配線によって共通に接続している。同様に、モータ２−１のＶ相端子はモータ２−３のＶ相端子と、モータ２−１のＷ相端子はモータ２−２のＷ相端子とそれぞれ共通に接続する。他のモータも同様であり、１つのモータのＵ，Ｖ，Ｗ相入力端子は残り３つのモータとそれぞれ１端子ずつ共通に接続する。また、モータ２−２のＵ相端子とモータ２−４のＵ相端子を接続する配線には、リレー６−１と該リレーのオン／オフをモニタする状態検知手段７−１を設けている。同様に、モータ２−３のＷ相端子とモータ２−４のＷ相端子を接続する配線には、リレー６−２と該リレーのオン／オフをモニタする状態検知手段７−２を設けている。リレー６−１と６−２は常時はオープンであり、自動変速機用コントローラ８からの指令信号によってクローズ状態となる。
【００３２】
ここで、１つのモータのＵ，Ｖ，Ｗ相入力端子を残り３つのモータとそれぞれ１端子ずつ共通に接続する組み合わせは、図１に示した例に限定しているわけではなく、他の組み合わせでも良い。また、モータの入力端子間を接続する渡り配線の内、図１の例では２つの配線にリレーと状態検知手段を備えているが、どの渡り配線にこれらを直列に備えるかは図１の例に限定しているわけではなく、他の渡り配線でも良い。特徴的なことは、図１に示すように５本の渡り配線に対して、２本だけがリレーと状態検知手段を備えていることである。図２の説明で詳細に述べるが、リレーはインバータが健全な状態において、渡り配線を通って他のモータへ電流が流れることを防ぐためのものである。各モータの入力端子が残り３つのモータとそれぞれ１端子ずつ共通に接続されているため、渡り配線を通る電流は複数のモータを通る。そこで、リレーは渡り配線を通る電流経路に対して１つ有れば良く、図１では渡り配線を通る電流経路の組み合わせを考慮した上で、図に示す２つの配線にのみリレーを備えている。尚、全ての渡り配線にそれぞれリレーと状態検知手段を備えても機能的には同じであり、こうした構成でも良い。
【００３３】
図において３は、各インバータのＵ，Ｖ，Ｗ相出力端子に直列に設けたヒューズであり、詳細な構成は図３を用いて説明する。また、電池５の正極と各インバータを接続する配線に設けた９は、リレーとヒューズの直列接続である。
【００３４】
図２は、本実施例のモータ間の渡り配線と、渡り配線の一部に備えたリレー６の機能を説明する図である。図２で各モータ２−１，２−２，２−３，２−４と各インバータ１−１，１−２，１−３，１−４の接続関係は図１で述べた構成と同じであり、説明は省略する。インバータ１−１がモータ２−１のＵ，Ｗ巻線に電流を流す場合を例とすると、この電流は図２で実線の矢印で示した経路で流れる。
【００３５】
ここで、インバータ１−１のＵ，Ｗ相出力間には電池５の電圧が発生するが、この電圧によって図２の渡り配線を通り、破線矢印で示すような電流が流れる。すなわちモータ２−１のＵ，Ｖ相を通った後、モータ２−４のＶ，Ｕ相を抜け、モータ２−３のＵ，Ｗ相を経てインバータ１−１のＷ相に戻る経路で電流が流れる。正規なモータ２−１のＷ巻線に比べると、上記渡り配線を通る電流（以後、渡り電流と呼ぶ）は３つのモータを経て流れる為に、巻線インピーダンスは５倍大きく、その影響は一見、小さく見える。しかしながら、モータ２−１のＵ，Ｗ相に誘起電圧が発生していることを考慮すると、２−１のＵ，Ｗ相には電流が流れにくくなっており、上記渡り電流は比率的に同等な電流になることが予想される。即ち、インバータ１−１は渡り電流がない正常な場合に比べて約２倍近い電流を流すこともありえる、これはインバータ１−１にとって過電流状態になる。そこで、モータ２−１のＶ相と２−４のＶ相を繋ぐ渡り配線にリレー６−１を設けており、リレー６−１をオフさせておけば上記渡り電流を遮断することができる。このように図１，図２に示すリレー６−１及び６−２は、全てのインバータが健全な場合はオフ状態にしておく。
【００３６】
図３は、インバータ１−１からモータ２−１のＵ，Ｗ巻線に電流を流そうとして、インバータ１−１が故障と判断された場合における動作を示す。各インバータに備えた故障検知手段の構成は、後述する図５で詳細に述べるが、この故障検知手段から伝えられた信号によって自動変速機コントローラ８はインバータ１−１の故障を把握して、２重系の動作に切り替える。すなわちインバータ１−１のＵ，Ｗ相を導通させる代わりに、モータ２−１のＵ，Ｗ巻線と渡り配線で接続されたインバータ１−２のＵ相、及びインバータ１−３のＷ相を導通させる。また同時に自動変速機コントローラ８はリレー６−１もオフからオンに切り替える。その結果、図３に実線矢印で図示するような経路で電流が流れ、正しくモータ２−１のＵ，Ｗ巻線を励磁することができる。
【００３７】
ここで、故障したインバータ１−１は内部のパワースイッチング素子がショート状態で破壊している（過電圧等の影響で、主電流を通流，遮断する入出力端子間がショート状態を持続すること。以後、ショート破壊と略称する）可能性が高い為、回路系から切り離すことが望ましい。インバータ１−１を切り離す方法として図１に示したリレー９をオフにする方法があり、インバータの上アーム側パワースイッチング素子がショート破壊している場合に有効である。しかし、下アーム側パワースイッチング素子がショート破壊している場合には、電池５の正極側に設けたリレー９では切り離せない。そこで、各相の出力端子に設けたヒューズ３を溶断させる。
【００３８】
図３は、インバータ１−１の各相出力に設けたヒューズ３の詳細な構成を示している。即ち、ヒューズ３は隣接する抵抗６０と熱的に結合しており、各相に設けたヒューズと隣接する抵抗６０は一端が電池５の正極に共通接続され、多端はスイッチ素子６１に接続している。ここで、スイッチ素子６１は自動変速機コントローラ８からの指令に応じてオン，オフする。図３では各相の抵抗６０は同じスイッチ素子６１に接続されている例を示したが、この構成に限定したものではなく、各相の抵抗６０は別々のスイッチ素子６１に接続して選択的に通電しても良い。スイッチ素子６１がオンすると、抵抗６０はジュール損によって発熱し、その熱がヒューズ３に伝わる。ヒューズ３が溶断するまでの時間を予め把握しておけば、自動変速機コントローラ８はその時間より長くスイッチ素子６１をオンさせ、ヒューズ６０を加熱すれば良い。ヒューズ６０が溶断すると、インバータ１−１は切り離され、図３に示した他のインバータによる２重系動作に支障を与えることはない。
【００３９】
リレー６−１，６−２と該リレーのオン／オフをモニタする状態検知手段７−１，７−２としては、それぞれ、電磁式リレーと電流通電の有無を検出する帰還巻線を用いるか、双方向に遮断特性を有する半導体スイッチ素子とシャント型電流検出器を用いた電流通電有無の判断手段等が考えられる。
【００４０】
次に、インバータ装置の構成について述べる。図４はインバータ１の詳細な構成を示す。インバータ１の内部には、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１〜Ｍ６によって構成される三相インバータの出力部を備え、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５のドレイン端子（高電位側）はいずれも二次電池５の正極に接続する。一方、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６のソース端子（低電位側）はいずれもシャント抵抗４に接続し、シャント抵抗４の他端は二次電池５の負極に接続する。パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１とＭ２の接続個所、同様にＭ３とＭ４の接続個所、及びＭ５とＭ６の接続個所がそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の出力端子であり、対応するモータ２の固定子巻線に電流を通電する。モータ２の周囲に図示したホールＩＣＨｕ，Ｈｖ，Ｈｗは前述の磁極位置センサの一例である。
【００４１】
４１はドライバＩＣであり、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１〜Ｍ６にゲート信号を与え、これらデバイスのオン，オフ状態を制御する。ドライバＩＣ４１の内部には自動変速機コントローラ８から入力される信号ＵＴ，ＵＢ，ＶＴ，ＶＢ，ＷＴ，ＷＢに従ってＵ，Ｖ，Ｗ各相の上及び下アームのパワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１〜Ｍ６をオン，オフさせる制御回路４３を備える。制御回路４３前段には入力信号電圧に対してヒステリシスを備えたシュミットトリガ回路４２を備える。コントローラ８はホールＩＣ　Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗから入力される磁極位置検出信号をもとに、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１〜Ｍ６の内、上アーム側の１素子と下アーム側の１素子をそれぞれオンさせる。また、コントローラ８はモータの指令回転数とＨｕ，Ｈｖ，Ｈｗからフィードバックした回転数検出値の差を演算し、速度指令偏差ＶｓとしてドライバＩＣに入力する。ドライバＩＣは速度指令偏差Ｖｓと三角波発生器５０で生成した三角波を比較し、比較器４９でパルス幅制御（ＰＷＭ制御）の信号を出力する。電流検出器５５はシャント抵抗４の電圧を差動増幅器５６で検出し、その結果を比較器５７で所定の電流指令値と比較した結果を信号ＲＳとして出力し、ドライバＩＣ内部の比較器を経て制御回路４３に伝達する。信号分配回路４３は電流検出の結果に従って、定電流制御を実行する。ここで、比較器５７に与えられる電流指令値は図４の実施例においては、２つの値がある。すなわちコントローラ８の周辺回路で基準電圧を作り、この基準電圧ＣＢを抵抗で分圧したものが第一の電流指令値である。また、コントローラ８が出力する信号ＣＳを増幅器、或いは積分器５８を介して得る第二の電流指令値がある。ここで、第一の電流指令値は固定値であり、第二の電流指令値は可変値である。
【００４２】
尚、５８を増幅器或いは積分器の二通りとした理由は、ＣＳがコントローラ８に内蔵されたＤ／Ａ（ディジタル−アナログ）変換器で作成されたアナログ信号の場合は５８に増幅器を用い、ＣＳをディジタル値のまま送る場合には、このディジタル値を積分器５８で積分し、アナログ値に変換するためである。比較器
５７は上記第一，第二の電流指令値のうち大きい値を用いて差動増幅器５６の出力と比較する。
【００４３】
制御回路４３は入力信号ＵＴ，ＵＢ，ＶＴ，ＶＢ，ＷＴ，ＷＢに従ってオンさせるパワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１〜Ｍ６を決定する。次に、オンを決定されたパワーＭＯＳＦＥＴ（例えば高電位側がＭ１、低電位側がＭ４とする）に対して、更に比較器４９で指示されたＰＷＭ制御の指令と、比較器５１で指示された電流制御指令に応じて高電位側、或いは低電位側パワーＭＯＳＦＥＴのいずれか一方をチョッパー制御（即ち、比較器４９或いは５１の出力に応じ、三角波の周波数でオン，オフを繰り返す）する。ここで、比較器４９はモータ２の回転数が所定の値に達すると、上記チョッパー制御でパワーＭＯＳＦＥＴをオン，オフさせる回転数制御の動作を指示する。また、比較器５１は電流検出回路５５で検出したモータ電流が所定の値に達すると、上記チョッパー制御でパワーＭＯＳＦＥＴをオン，オフさせる動作を定電流制御（或いはトルク制御とも呼ぶ）の動作を指示する。本発明による自動変速機用電動アクチュエータでは、クラッチ或いはスリーブが軸方向に移動するまでの間は回転数制御と定電流制御の両方が働き、クラッチ或いはスリーブが押し付け力を出して締結する期間は定電流制御が働く。
【００４４】
以上の構成において、ドライバＩＣ４１に含まれる各回路は、例えば１９９３年発行のＳｍａｌｌ　Ｍｏｔｏｒ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（小型モータ国際学会）の予稿集ｐｐ２０３−２０８に類似な構成が紹介されている。
【００４５】
ドライバＩＣ４１で上アーム駆動回路４４の出力ＰＧＵ，ＰＧＶ，ＰＧＷはそれぞれ、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５のゲート端子にオン、又はオフのゲート駆動信号を伝える。同様に、下アーム駆動回路４５の出力ＮＧＵ，ＮＧＶ，ＮＧＷはそれぞれ、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６のゲート端子にオン、又はオフのゲート駆動信号を伝える。
【００４６】
ここで、出力ＰＧＵ，ＰＧＶ，ＰＧＷとＭ１，Ｍ３，Ｍ５の共通ドレイン端子間には、例えばツエナーダオード５３のように電圧が所定値以上になると導通する電圧検知素子を設けている。同様に、出力ＮＧＵ，ＮＧＶ，ＮＧＷとＭ１，Ｍ３，Ｍ５の各ドレイン端子間にもツエナーダオード５４のような電圧検知素子を設けている。パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１の場合を例として、上記電圧検知素子の動作を説明する。Ｍ１をタ−ンオフ（電流遮断）すると、電流の時間変化が激しいほどサージ電圧が発生し、このサージ電圧がＭ１のドレイン−ソース間耐圧を越えると、Ｍ１は耐圧破壊してしまう。
【００４７】
本実施例では、前記第二の電流指令値が電流検出回路に与えられるとモータに通電する電流を増加させる。この際、前述のサージ電圧が問題になる恐れがあり、これを避けるために電圧検知素子を備える。サージ電圧が電圧検知素子の所定値を越えると、電圧検知素子が導通してＭ１のゲート端子に電流が流れ込む。
Ｍ１は通常、ゲート−ソース間の静電容量に蓄えた電荷を取り去る、すなわち放電させることでオフさせる。これに対して、電圧検知素子が導通するとＭ１のドレイン−ソース間電圧に応じて逆にゲート−ソース間容量を充電する電流が流れ込む為、Ｍ１が電流を遮断する動作が緩やかになり、サージ電圧は抑制される。本発明では、自動変速機の電動アクチュエータ用インバータ装置の２重系化を目的としているが、２重系と共に個々のインバータ装置を破壊しにくい構成にすることが第一である。自動変速機においては、クラッチ或いはスリーブが押し付け力を出して締結する期間中、インバータ内部のパワーＭＯＳＦＥＴが定格電流を越える電流をチョッパー制御しながら流し続けるため、上記大電流遮断時のサージ電圧を防止する回路手段は必要な機能である。
【００４８】
図４のインバータ装置では、上アーム駆動回路４４及び下アーム駆動回路４５にそれぞれ、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１〜Ｍ６の破壊を検知する破壊検知回路
４７−１，４７−２を備えている。これら破壊検知回路の詳細な構成は図５で説明する。図４では、自動変速機コントローラ８と制御回路４３の間でインバータの状態をモニタする信号インターフェースとして、エラー信号ＥＲ，破壊検知信号ＢＲ、そして始動時の状態チェックに係わるＣＨＥＣＫの３つを備えている。エラー信号ＥＲは、パワーＭＯＳＦＥＴの過電流を検知して安全に遮断した場合やドライバＩＣの制御電源が不足している状態等に信号を出力する。これらの状態は、要因を取り除けば健全な状態に戻る為、破壊とは言わない。パワーＭＯＳＦＥＴの破壊は次の図５で説明するが、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ１〜Ｍ６に通電するゲート電流を検出し、パワーＭＯＳＦＥＴがオン定常状態において、前記ゲート電流が所定値以上の場合か或いはオフ定常状態において、前記ゲート電流が負極性で所定値以上の場合に、該パワースイッチング素子を破壊と判断する。こうした破壊状態が検知された場合には、破壊検知信号ＢＲでコントローラ８に知らせる。
【００４９】
パワーＭＯＳＦＥＴの破壊はインバータ１が動作中に発生する可能性が高いが、休止中に破壊する可能性もゼロではない。そこで、始動時に状態チェックを行い、破壊も含めた状態検知の結果をＣＨＥＣＫの信号でコントローラ８に知らせ、インバータの故障が発生している場合には自動変速機システムを稼動させないことが望ましい。
【００５０】
図５には破壊検知回路４７−１，４７−２の詳細な構成を示す。ここではパワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２に対する回路を例示している。Ｐチャンネル　ＭＯＳＦＥＴ６２とＮチャンネル　ＭＯＳＦＥＴ６３は、それぞれ下アーム駆動回路４５に含まれるゲート駆動回路最終段である。６２，６３とＭ２のゲート端子の間に設けた抵抗６４はゲート抵抗であり、同時に破壊検知の為のシャント抵抗の役割も果す。抵抗６４の電圧を差動増幅器６５で検出し、その結果を比較器６８，６９で所定の基準値６６，６７と比較し、比較器６８，６９の出力はそれぞれ、ＡＮＤ回路７０，ＮＡＮＤ回路７１に伝達する。ここで、抵抗６４がゲート抵抗の役割を持つことから、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２が健全な状態において抵抗６４の両端には電圧が生じるが、これで破壊と誤検知しないことが重要である。パワーＭＯＳＦＥＴＭ２が健全な場合、Ｐチャンネル　ＭＯＳＦＥＴ６２をオンさせてゲート電流を通流させると、抵抗６４の両端には図５に図示した極性で電圧が生じる。この電圧はパワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２のゲート・ソース間容量が完全に充電し終わるまで生じる。言い替えれば、上記オンの過渡状態を過ぎても抵抗６４の両端電圧が図示した極性で持続するとすれば、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２のゲート・ソース間絶縁性が損なわれていることを意味し、これが破壊を見分ける方法である。
【００５１】
パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）のような絶縁ゲート型素子は過電圧等で破壊すると、主電流を通流，遮断する入出力端子間が破壊し、ショート状態になる。この時、ゲート・ソース間の絶縁性も損なわれるケースが多い。そこで、図５のような回路でゲート・ソース間の絶縁性を確認すれば、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２の破壊を大よそ検知することができる。同様に、Ｎチャンネル　ＭＯＳＦＥＴ６３をオンさせてゲート電流を引き抜くと、抵抗６４の両端には図５に図示した極性と逆極性で電圧が生じる。この電圧はパワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２のゲート・ソース間容量を完全に放電し終わるまで生じる。このオフの過渡状態を過ぎても抵抗６４の両端電圧が持続するとすれば、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２のゲート・ソース間絶縁性が損なわれており、破壊を検知できる。ＡＮＤ回路７０及びＮＡＮＤ回路７１には比較器６８，６９の出力と共に、パワーＭＯＳＦＥＴ　Ｍ２のオン定常（過渡状態を除く期間を意味する）、及びオフ定常を識別する信号を与えて、過渡状態での破壊誤検知を防止させる。
【００５２】
以上の実施例においては、インバータ装置１−１〜１−４を使って、予備のインバータ装置を要することなく２重系を構成させることを述べた。ブレーキ等の電動アクチュエータは、安全性に関して多重系，冗長系になる動向がある。そこで、ブレーキ等重要度の高い装置が電源ラインの段階から２重系になった状況を予想すると、自動変速機も２重の電源系を使った多重系の構成にすることも考えられる。
【００５３】
次に、本発明の第２実施例を図６に基づいて説明する。図６は、電源冗長を含めた多重系の構成を表す実施例を示す。尚、図６は、図１或いは図２と比べて２重の電源系を使った多重系の構成が異なり、その他は同じである。そこで、新たに設けた構成についてのみ説明する。
【００５４】
電源５−２は電池５とは異なる二次電池であり、冗長用に使用する。この冗長用電池５−２に予備のインバータ装置１−５と１−６を接続する。１−５と１−６の内部構成は他のインバータと同様であり、具体的には図４に示した構成をとる。１−５と１−６は周辺の回路構成も他のインバータ（１−１〜１−４）と同じであり、図６には電流検出用シャント抵抗４−５，４−６を１−５と１−６に備えた構成を図示している他、出力端子にはヒューズ３を設けている。
【００５５】
本実施例の特徴は、予備のインバータ装置１−５と１−６の出力はモータ２−１〜２−４で端子間を繋ぐ渡り配線に接続している点である。通常の冗長系では予備のインバータ装置は本来のインバータ１−１〜１−４と並列に設けられる。しかしながら、この構成では２重系留まりである。図６の構成によれば、図２に示した構成でまず、２重系を実現し、その上で予備インバータ１−５と１−６まで使えば３重系が達成できる。自動変速機にこうした多重系が必要か否かは議論を残すが、図６は一般的な２重系（上記のように、並列に予備インバータを備える）に比べて安いコストで、３重系の構成を提供することが利点である。予備のインバータ装置の動作は、図３の説明で１−２と１−３が果した機能を１−５と１−６がそれぞれ行うことになり、説明は省略する。尚、図６の実施例においても例えば１−１インバータが故障した場合には、スイッチ６−１をオンして渡り配線に通電すると共に、望ましくは１−１の各相出力に設けたヒューズを溶断させる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、インバータ装置の１つが故障した場合でも、自動変速機の変速段を確実に切り替えることができ、安定した変速性能を得ることができる。また、本発明によれば、構成機器の増加を極力抑えて、インバータ装置の冗長化を実現することができる。従って、本発明によれば、低価格でしかも信頼性の高い自動変速機の電動式アクチュエータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である自動変速機の電動式アクチュエータ装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１の自動変速機の電動式アクチュエータ装置におけるモータ間渡り配線の構成を示すブロック図。
【図３】図１の自動変速機の電動式アクチュエータ装置におけるインバータ装置故障時のバックアップ動作を説明するためのブロック図であり、電流経路を示す。
【図４】図１の自動変速機の電動式アクチュエータ装置におけるインバータ装置の構成を示すブロック図。
【図５】図１の自動変速機の電動式アクチュエータ装置におけるインバータ装置の故障検知手段の構成を示す回路図。
【図６】本発明の第２実施例である自動変速機の電動式アクチュエータ装置の全体構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１…インバータ装置、２…磁石型モータ、３…ヒューズ、４…シャント抵抗、５…二次電池、６…リレー或いはスイッチ手段、７…リレー或いはスイッチ手段の状態検知手段、８…自動変速機コントローラ、９…リレーとヒューズの直列体、１０…エンジン、１１…出力軸、１２…第２の入力軸、１３，１４…クラッチ、１５…歯車式変速機構の出力軸、１６…歯車式変速機構を有する第１の入力軸、１７〜２４…歯車、２５，２７…スプライン、２６，２８，３４…シンクロナイザリング、２９，３０…クラッチハブスリーブ、３１，３３…スプライン、３２，４７…故障検知手段。
【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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