(57)【要約】【課題】回路の大型化やコストアップを招来することなく、電源ラインの電流検出精度を向上し得るＳＲモータ制御装置を提供する。【解決手段】ＳＲモータ１の駆動制御を行うＳＲモータ制御装置１０は、パワーモジュール１１,１２とスイッチ部３１、シャント抵抗３５を有する。パワーモジュール１１,１２には、ＳＲモータ１の励磁コイル２に対する通電を切り替えるＦＥＴ１３,１４が配される。スイッチ部３１は、パワーモジュール１１,１２とバッテリ７との間の電源ライン３０上に配置され、電源ライン３０の電気的接続を制御するＦＥＴ３２,３３を備える。シャント抵抗３５は電源ライン３０上に配置され、シャント抵抗３５における電圧降下を検出し、コントローラ１５はその値に基づいて電源ライン３０の電流値を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の励磁コイルを備えるステータと、該ステータの内側に配置され複数の突極を備えるロータと、を有してなるスイッチドリラクタンスモータの駆動制御を行うＳＲモータ制御装置であって、
前記複数の励磁コイルに対する通電を切り替える複数個のパワー素子を有するパワー回路部と、
前記パワー回路部と電源との間の電源ライン上に配置され、該電源ラインの電気的接続を制御するスイッチング素子を備えたスイッチ部と、
前記電源ライン上に配置され、該電源ラインの電流値を検出するためのシャント抵抗と、を有することを特徴とするＳＲモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のＳＲモータ制御装置において、
前記シャント抵抗は、前記スイッチ部の前記電源側に配置されることを特徴とするＳＲモータ制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のＳＲモータ制御装置において、
前記シャント抵抗は、前記スイッチ部と前記パワー回路部との間に配置されることを特徴とするＳＲモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＲモータ(スイッチドリラクタンスモータ：Switched Reluctance Motor)の制御装置に関し、特に、ＩＳＧ(インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ：Integrated Starter Generator)用ＳＲモータの駆動回路における電源ラインの電流検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レアアース価格の高騰などを背景に、ロータに永久磁石を使用しないモータとしてＳＲモータの需要が増大している。ＳＲモータは、複数の内向突極が形成されたステータと、ステータの内側に配置され複数の外向突極を備えたロータと、を有しており、内向突極に巻装された励磁コイルを選択的に通電することにより、ステータの内向突極にロータの外向突極を磁気吸引させてロータに回転トルクを発生させている。このようなＳＲモータは、構造が簡単で堅牢であることから、エンジンスタータの駆動源などにも、その利用範囲が拡大している。また、制御技術の向上に伴い、ＳＲモータを発電機（ジェネレータ）としても使用することが容易となり、昨今では、エンジンのスタータ・ジェネレータ（始動発電機）としての需要も増加している。
【０００３】
図２は、ＩＳＧ用ＳＲモータに使用される従来の制御装置の回路構成を示す説明図である。図２（ａ）に示すように、３相のＳＲモータ５１は、上下段各６個ずつ計１２個のＦＥＴ５２ａ〜５２ｌを備えたモータ駆動回路部５３によって駆動される（なお、図２（ｂ）のように、直列配置のＦＥＴの一方、例えば、ＦＥＴ５２ｂ,５２ｄ,５２ｆ,５２ｇ,５２ｉ,５２ｋをダイオード５４にて代替することも可能である）。ＦＥＴ５２ａ〜５２ｌは、図示しないコントローラによって制御され、例えば、ＦＥＴ５２ａと５２ｈをオンさせることによりＵ相電流が供給される。同様にして、ＦＥＴ５２ａ〜５２ｌを適宜オン／オフさせてＶ相、Ｗ相電流を供給することにより、各相コイルが励磁されＳＲモータ５１が回転駆動する。
【０００４】
また、ＳＲモータ５１は、例えばＵ相の場合、図３のように通電され、ジェネレータとしても機能する。図３（ａ）に示すように、ＳＲモータ５１に対し、まずＦＥＴ５２ａと５２ｈをオンさせる「供給モード」にてＵ相コイルを励磁する。次に、モータの回転速度が低い場合、巻線電流を緩やかに上昇させつつ回生モードに移行すべく、図３（ｂ）又は（ｃ）の「還流モード(1)(2)」を実行する。その後、ＦＥＴ５２ａ,５２ｂ,５２ｇをオンさせて、「回生モード」（図３（ｅ））が実施され、電源側に電力が回生される。なお、モータの回転速度が高い場合には、「供給モード」から「回生モード」へ直接移行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０７−２３６１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、図２のような駆動回路では、電源ライン側の電流検出は、電源ライン側のＦＥＴのドレイン・ソース間電圧（Ｖｄｓ）を監視する方式をとっている。図２に示すように、モータ駆動回路部５３のハイサイド側には、ＦＥＴ５５ａ,５５ｂが設けられており、電源ライン側の電流検出は、ＦＥＴ５５ａのＶｄｓを検出して行っている。この場合、ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧は、ＦＥＴオン時における電圧降下分を検出して行っている。
【０００７】
しかしながら、ＦＥＴのオン抵抗値は温度特性変化が大きいため、抵抗値の変化により電圧降下値も温度により大きく変化する。このため、電源ライン側の電流検出精度が低くなり、例えば、過電流の検出精度が低くなるなどの問題があった。過電流の検出精度が低くなると、その分、ＦＥＴ等の各回路部品の仕様に余裕を持たせる必要が生じ、部品コストの増大を招く。その一方、ホール素子等の電流センサを配すれば検出精度を大幅に向上させることができるが、センサのコストが嵩むと共に、センサを配置するスペースが必要となり、製品の小型軽量化の妨げになる、という問題が新たに生じる。
【０００８】
本発明の目的は、回路の大型化やコストアップを招来することなく、電源ラインの電流検出精度を向上し得るＳＲモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のＳＲモータ制御装置は、複数の励磁コイルを備えるステータと、該ステータの内側に配置され複数の突極を備えるロータと、を有してなるスイッチドリラクタンスモータの駆動制御を行うＳＲモータ制御装置であって、前記複数の励磁コイルに対する通電を切り替える複数個のパワー素子を有するパワー回路部と、前記パワー回路部と電源との間の電源ライン上に配置され、該電源ラインの電気的接続を制御するスイッチング素子を備えたスイッチ部と、前記電源ライン上に配置され、該電源ラインの電流値を検出するためのシャント抵抗と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、電源ライン上に配置されたシャント抵抗により電源電流値を検出する。このため、従来のＦＥＴのドレイン・ソース間電圧（Ｖｄｓ）を監視する方式に比して電源電流の検出精度が高くなり、過電流の検出精度向上も図られる。また、高価でサイズの大きいセンサを使用することなく、高精度な電流検知を行うことができ、制御装置のコスト低減や小型軽量化が図られる。さらに、電源ラインの電流検出精度が向上するため、ＳＲモータにて回生動作を行う場合、電流値を見ながらスイッチ部のスイッチング素子をＰＷＭ制御することができ、電源への充電電流を精度良く整流することも可能となる。
【００１１】
前記ＳＲモータ制御装置において、前記シャント抵抗を前記スイッチ部の前記電源側に配置しても良い。この場合、スイッチ部に接続したコンデンサ等が地絡した場合に、その地絡電流が流れるようにシャント抵抗を配置することにより、地絡時の過電流検出が可能となり、地絡検出やその精度向上も図られる。また、前記シャント抵抗を前記スイッチ部と前記パワー回路部との間に配置することも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のＳＲモータ制御装置によれば、電源ライン上にシャント抵抗を配置し、このシャント抵抗を用いて電源ラインの電流値を検出するので、従来の駆動回路に比して、電源電流の検出精度を向上させることが可能となり、過電流の検出精度向上も図られる。このため、高価でサイズの大きいセンサを使用することなく、高精度な電流検知を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態であるＳＲモータ制御装置の回路構成を示す説明図である。
【図２】従来のＳＲモータ駆動回路の構成を示す説明図である。
【図３】図２の回路の作動形態（モード）を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態であるＳＲモータ制御装置１０の回路構成を示す説明図である。図１の回路にて駆動されるＳＲモータ１は、励磁コイル（巻線）２を有するステータ３と、ステータ３内に回転自在に配置されたロータ４とを備えており、例えばエンジンのスタータ・ジェネレータなどに使用される。ステータ３には、径方向内側に向かって突設された複数の突極５が設けられており、各突極５には３相の励磁コイル２（２Ｕ,２Ｖ,２Ｗ）が巻装されている。ロータ４の外周には、径方向外側に向かって突設された複数の突極６が設けられている。そして、各励磁コイル２を選択的に通電することにより、ステータ３の突極５にロータ４の突極６が磁気吸引され、ロータ４に回転トルクが発生してＳＲモータ１が回転駆動する。
【００１５】
図１に示すように、ＳＲモータ１の上段側（バッテリ７側：ハイサイド）と下段側（ローサイド）にはそれぞれ、複数個のパワー素子を備えたパワーモジュール（パワー回路部）１１,１２が配されている。各パワーモジュール１１,１２には、パワー素子として、半導体スイッチ素子であるＦＥＴ１３,１４が６個ずつ設けられている（ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆ，ＦＥＴ１４ａ〜１４ｆ）。ＦＥＴ１３,１４は、コントローラ１５によって適宜オン／オフされる。
【００１６】
パワーモジュール１１,１２の出力段側（モータ接続ライン側）には、モータ電流を検出するための抵抗１６,１７（１６ａ〜１６ｃ，１７ａ〜１７ｃ）が各相ごとに設けられている。各相の抵抗１６,１７は、ＳＲモータ１の励磁コイル２（２Ｕ,２Ｖ,２Ｗ）にそれぞれ接続されている。抵抗１６,１７はそれぞれ、電圧検出回路１８ａ,１８ｂと接続されている。電圧検出回路１８ａ,１８ｂは、各抵抗１６ａ〜１６ｃ,１７ａ〜１７ｃにおける電圧降下を検出し、その検出値はコントローラ１５に送られる。コントローラ１５は、電圧検出回路１８ａ,１８ｂの検出値に基づいて、ＳＲモータ１の各相の励磁コイル２Ｕ,２Ｖ,２Ｗに流れる電流値を算出し、ＳＲモータ１の動作を制御する。
【００１７】
このようなＳＲモータ制御装置１０では、ＳＲモータ１を駆動するに際し、例えば、Ｕ相を励磁する場合は、コントローラ１５は上段側パワーモジュール１１のＦＥＴ１３ａと、下段側パワーモジュール１２のＦＥＴ１４ｄをオンさせ、ＳＲモータ１のＵ相励磁コイル２Ｕに通電する。コントローラ１５は、同様にＶ相（ＦＥＴ１３ｂ・ＦＥＴ１４ｅ：ＯＮ）、Ｗ相（ＦＥＴ１３ｃ・ＦＥＴ１４ｆ：ＯＮ）を順に励磁し、ＳＲモータ１を回転駆動させる。また、発電時においても、図３の場合と同様に、回生モードを実施し、バッテリ７側（電源側）に電力を回生する。
【００１８】
図１のＳＲモータ制御装置１０は、前述のように６個のパワー素子が１パッケージ化されたパワーモジュール１１,１２を採用している。このため、ディスクリート部品にて回路を構成する場合に比して、回路構成が簡略化され、回路の小型化が図られる。また、電気的な接続ポイントを減らせるため、加工性の向上が図られ、製品の低コスト化が可能となる。例えば、図２の回路では、各ＦＥＴの前後２４箇所の接続が必要であるのに対し、図１の回路では、各パワーモジュール１１,１２で５個ずつ（図１における３相のモータ側端子２１,２２と上下の接続端子２３,２４）計１０箇所の接続で済み、配線作業工数を大幅に削減できる。さらに、パワーモジュールを２つ使用してモータの上下段に配する構成となっており、同時にオンするＦＥＴが異なるパワーモジュールに配されている（例えば、Ｕ相通電時のＦＥＴ１３ａとＦＥＴ１４ｄ）。その結果、発熱素子を別モジュールに分散配置することが可能となり、パワーモジュールの発熱を抑制することが可能となる。
【００１９】
加えて、パワーモジュール１１,１２は、パワー素子６個の内部回路構成となっているため、３相ブラシレスモータ等、他製品での使用可能な汎用性のあるパワーモジュールとなる。そこで、このモジュールを様々な用途で使用し、生産数量を増やすことにより、マスメリットによるコストダウンを図ることも可能となる。
【００２０】
一方、図１のＳＲモータ制御装置１０にあっては、パワーモジュール１１,１２のモータ接続ライン側に抵抗１６,１７が設けられているため、還流モードの場合もモータ電流を検出することができる。この場合、例えば、パワーモジュール１１,１２の前後段にモータ電流検出用の抵抗を配すると、図３（ｂ）（ｃ）のようにＳＲモータ１が還流モードで駆動されているとモータ電流を検出できなくなる。すなわち、図１の回路では、環流モードの場合、ＳＲモータ１とパワーモジュール１１,１２内にて電流が循環し、モータ電流はパワーモジュール１１,１２から外に流れないため、パワーモジュール１１,１２の前後段に設けた抵抗ではモータ電流を検出することができない。
【００２１】
これに対し、当該制御装置では、還流モードの場合も抵抗１６,１７にモータ電流が流れる。従って、ＳＲモータ１の全ての通電パターンで電流検出が可能となり、検出精度の向上が図られる。また、パワーモジュール１１,１２のモータ側端子２１,２２が天絡、地絡した場合にも、抵抗１６,１７に電流が流れるため、図２のように、モータ駆動回路部５３のハイサイド側にてＶｄｓを監視して過電流を検出する場合に比して、過電流を精度良く検出することが可能となる。
【００２２】
図１のＳＲモータ制御装置１０にはさらに、バッテリ７とパワーモジュール１１,１２との間の電源ライン３０上に、電源ライン３０の電気的接続を制御するスイッチ部３１が配されている。スイッチ部３１は、パワーモジュール１１,１２の前段（ハイサイド側）に配置され、半導体スイッチング素子として、ＦＥＴ３２,３３が設けられている。また、ＦＥＴ３２,３３の間には、パワーモジュール１１,１２と並列に平滑コンデンサ３４が配されている。
【００２３】
スイッチ部３１の前段にはさらに、電源ライン側の電流を検出するためのシャント抵抗３５が設けられている。シャント抵抗３５は、ＦＥＴ３２,３３と共に電源側モジュール３６として１パッケージ化されている。シャント抵抗３５は電圧検出回路３７と接続されており、電圧検出回路３７は、シャント抵抗３５における電圧降下を検出し、その検出値はコントローラ１５に送られる。コントローラ１５は、電圧検出回路３７の検出値に基づいて、電源ライン側の電流値を算出する。
【００２４】
ＳＲモータ１を駆動するに際し、図１の回路では、パワーモジュール１１,１２前段のシャント抵抗３５によって電源側の電流値を検出する。前述のように、従来の回路では、ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧（Ｖｄｓ）を監視して電流検出を行っているが、ＦＥＴの温度特性変化によりの電流検出精度が低く、過電流の検出精度も低かった。これに対し、図１の回路においては、シャント抵抗３５により電源電流を検出しているため、電源電流の検出精度が高く、過電流の検出精度の向上も図られる。このため、高価でサイズの大きいセンサを使用することなく、コンパクトな回路にて高精度の電流検知が可能となる。また、電圧検出回路３７を電源の近くに配置できるため、電圧検出回路３７とコントローラ１５を接続し易く、レイアウト性の向上も図られる。
【００２５】
さらに、図１の回路では、平滑コンデンサ３４への出力ラインが地絡した場合も、シャント抵抗３５に地絡電流が流れる。このため、地絡時における過電流検出の精度も向上する。また、シャント抵抗３５の採用に伴い、電流検出精度が高くなるため、この電流値を見ながら電源ラインのＦＥＴ３３をＰＷＭ制御することが可能となる。これにより、回生モード時におけるバッテリへの充電電流をより精度良く整流することができ、バッテリへの過充電を抑制することが可能となる。また、過充電の抑制により、バッテリ寿命を延ばすことにも寄与でき、発電機の高性能化が図られる。
【００２６】
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態では、パワー素子をモジュール化したパワーモジュール１１,１２を用いた例を示したが、パワーモジュール１１,１２ではなく、図２のような従来の回路のパワー素子（ＦＥＴ５２ａ〜５２ｌ）前段にシャント抵抗３５を配置しても良い。また、電源電流の検出精度向上と言う観点では、シャント抵抗３５をＦＥＴ３３とパワーモジュール１１,１２との間（図１のＰ部）に配置しても良い。但し、コンデンサ３４が地絡した場合の地絡電流を検知する、という観点では、図１の回路構成の方が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によるＳＲモータ制御装置は、ＩＳＧ用ＳＲモータのみならず、他の車載ＳＲモータや、家電製品や産業機械等に使用されるＳＲモータの駆動制御にも広く適用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１    ＳＲモータ
２    励磁コイル
２Ｕ  Ｕ相励磁コイル
２Ｖ  Ｖ相励磁コイル
２Ｗ  Ｗ相励磁コイル
３    ステータ
４    ロータ
５    突極
６    突極
７    バッテリ
１０    ＳＲモータ制御装置
１１    パワーモジュール（上段側）
１２    パワーモジュール（下段側）
１３    ＦＥＴ
１３ａ〜１３ｆ  ＦＥＴ
１４    ＦＥＴ
１４ａ〜１４ｆ  ＦＥＴ
１５    コントローラ
１６    抵抗
１６ａ〜１６ｃ    抵抗
１７    抵抗
１７ａ〜１７ｃ    抵抗
１８ａ,１８ｂ    電圧検出回路
２１    モータ側端子
２２    モータ側端子
２３    接続端子
２４    接続端子
３０    電源ライン
３１    スイッチ部
３２    ＦＥＴ
３３    ＦＥＴ
３４    平滑コンデンサ
３５    シャント抵抗
３６    電源側モジュール
３７    電圧検出回路
５１    ＳＲモータ
５２ａ〜５２ｌ    ＦＥＴ
５３    モータ駆動回路部
５４    ダイオード
５５ａ,５５ｂ    ＦＥＴ
【図１】
2017208890.tif 000003
【図２】
2017208890.tif 000004
【図３】
2017208890.tif 000005