(57)【要約】電気モータ用の制御システムであって、前記制御システムは、前記電気モータの第１の構成要素の動作を制御するように構成された第１の制御装置と、前記電気モータの第２の構成要素の動作を制御するように構成された第２の制御装置とを備え、前記第１の制御装置は前記第２の制御装置への第１の通信リンク経由のデータの送信を示す第１の信号を前記第２の制御装置へ送信するように構成され、前記第２の制御装置は前記第１の信号のタイミングを用いて前記第２の構成要素の動作を前記第１の構成要素の動作と同期させるように構成されている。
2016514948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータ用の制御システムであって、前記制御システムは、前記電気モータの第１の構成要素の動作を制御するように構成された第１の制御装置と、前記電気モータの第２の構成要素の動作を制御するように構成された第２の制御装置とを備え、前記第１の制御装置は前記第２の制御装置への第１の通信リンク経由のデータの送信を示す第１の信号を前記第２の制御装置へ送信するように構成され、前記第２の制御装置は前記第１の信号のタイミングを用いて前記第２の構成要素の動作を前記第１の構成要素の動作と同期させるように構成されている、制御システム。
【請求項２】
前記第１の構成要素は前記電気モータの第１のコイルセットの電流フローを制御する第１のインバータである、請求項１記載の制御システム。
【請求項３】
前記第２の構成要素は前記電気モータの第２のコイルセットの電流フローを制御する第２のインバータである、請求項１又は２記載の制御システム。
【請求項４】
前記第１の通信リンクはシリアル・ペリフェラル・インタフェースバスである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項５】
前記第１の信号はチップセレクト信号である、請求項４記載の制御システム。
【請求項６】
前記第１のインバータ及び前記第２のインバータの動作はパルス幅変調信号を用いて制御され、前記第２のインバータを制御するパルス幅変調信号のタイミングは前記第１のインバータを制御するパルス幅変調信号のタイミングに前記第１の信号によって同期化される、請求項３記載の制御システム。
【請求項７】
前記第２のインバータを制御する前記パルス幅変調信号のタイミングは前記第１のインバータを制御する前記パルス幅変調信号のタイミングに前記チップセレクト信号によって同期化される、請求項５に依存する請求項６記載の制御システム。
【請求項８】
前記第２のインバータを制御する前記パルス幅変調信号のタイミングは前記第１のインバータを制御する前記パルス幅変調信号のタイミングに対してオフセットされる、請求項７記載の制御システム。
【請求項９】
前記電気モータの第３の構成要素の動作を制御するように構成された第３の制御装置を更に備え、前記第３の制御装置は前記第３の制御装置から前記第２の制御装置への第２の通信リンク経由のデータの送信を示す第２の信号を前記第２の制御装置へ送信するように構成され、前記第２の制御装置は前記第１の信号と前記第２の信号のタイミングを用いて前記第３の制御装置が前記第３の構成要素の動作を前記第１の構成要素の動作と同期させるためのタイミング補正信号を決定するように構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記第２の制御装置は前記タイミング補正信号を前記第２の通信リンクを介して前記第３の制御装置に送信するように構成されている、請求項９記載の制御システム。
【請求項１１】
前記第３の構成要素は前記電気モータの第３のコイルセットの電流フローを制御する第３のインバータである、請求項９又は１０記載の制御システム。
【請求項１２】
前記第２の通信リンクはシリアル・ペリフェラル・インタフェースバスである、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記第２の信号はチップセレクト信号である、請求項１２記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システム、特に電気モータ用制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータシステムは一般に電気モータと、電気モータにより発生される動力／トルクを制御するように構成された制御装置とを含む。既知のタイプの電気モータの例としては、誘導モータ、同期ブラシレス永久磁石モータ、スイッチトリラクタンスモータ及びリニアモータが含まれる。商業分野においては３相電気モータが市販されている最も普通の種類の電気モータである。
【０００３】
３相電気モータは一般的に３つのコイルセットを含み、各コイルセットは交流電圧の３つの相の一つと関連する磁界を発生するように構成される。
【０００４】
電気モータ内に形成される磁極の数を増すために、各コイルセットは一般的に電気モータの周囲に分布された複数のコイルサブセットを有し、それらが回転磁界を発生するように駆動される。
【０００５】
３相電気モータの３つのコイルセットは一般的にΔ又はＹ形配置のいずれかに構成される。
【０００６】
ＤＣ電源を有する３相電気モータの制御ユニットは一般的に、電気モータを駆動する３相供給電圧を発生する３相ブリッジインバータを含む。それぞれの電圧位相の各々は電気モータのそれぞれのコイルセットに供給される。
【０００７】
一般的には、３相ブリッジインバータは３相供給電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧制御の形で発生する。ＰＷＭ制御はモータインダクタンスを利用して供給パルス電圧を平均化して所要の電流をモータコイルに供給するように働く。ＰＷＭ制御を使用すると、供給電圧はモータコイルの両端間でオンオフされる。そのオン期間中に、モータコイルの電流はそのインダクタンス及び供給電圧により決定される速度で上昇する。ＰＷＭ制御は次に電流が大きくなりすぎる前にスイッチオフして電流の精密な制御が達成されるようにする必要がある。
【０００８】
３相ブリッジインバータは複数のスイッチング装置、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）スイッチなどのパワー電子スイッチ、を含む。
【０００９】
しかしながら、パワー電子スイッチは一般的にスイッチング損失及び導通損失を示す。
【００１０】
スイッチング損失及び導通損失を含めた全損失は略電力の二乗に比例する。これは、例えば電力の倍増は熱損失の４倍増をもたらすため、モータ及びインバータに深刻な温度管理問題を与え得る。この熱を装置の温度がその安全動作レベル以上に上昇しないように冷却することは、その装置が処理し得る電力量の制限要因になる。実際に、例えば５００Ａの固有の電流処理能力を有する現在の大電力装置は温度制約のために２００Ａに制限されている。
【００１１】
所定の電力定格を有する従来の３相モータにおいて、より大きな電力定格が要求される場合、その要求はより大きな直径を有するモータを製造することによって達成することができる。より大きなモータ直径の場合、そのロータの周速は所定の角速度に対して増加する。しかしながら、これは、所定の供給電圧に対してモータコイルの巻き数を減少させる必要がある。
【００１２】
この制限を克服するために提案された一つの解決策は、互いに独立に動作し得る複数のサブモータを有する電気モータの開発にあり、この電気モータでは、一つのサブモータのコイルサブセットを流れる電流は別のサブモータのコイルサブセットを流れる電流と独立である（即ち、それぞれのコイルサブセットは直列に接続されない）。従って、各コイルサブセットのコイルは、すべてのそれぞれのコイルサブセットが直列に接続された等価モータの場合より多くの巻き数を有することができる。各コイルの増加した巻き数はモータの総インダクタンスを増加する。これは、所定の電力要件に対して、より低い電流を各コイルサブセットのコイルに使用することができ、結果として放熱問題が減少すること、及びより小型のスイッチング装置の使用を可能にすることを意味する。より小型のスイッチング装置の使用はさらにより速いスイッチング速度及びより低いスイッチング損失を可能にする。
【００１３】
しかしながら、複数の独立のサブモータを有する電気モータにおいて、各サブモータはそれらのそれぞれのインバータの動作を制御する独立のコントローラを有し、それぞれのコントローラの間に専用の同期化ラインがない場合、それぞれのサブモータ間のＰＷＭ制御は同期化されない。その結果ＤＣバス電圧に大きなリプルが生じ、ＤＣバス電圧を維持するためにより大きなフィルタ容量が必要となり得る。
【００１４】
それぞれのコントローラ間で専用の同期化ラインを使用するには、各プロセッサで少なくとも２つの追加のディジタル入力／出力ラインを使用する必要があり、２つの接続の間に絶縁接続が必要とされる。さらに、専用同期化ラインの接続性を評価するために同期化ラインを駆動し監視する必要があり、そのためにある種の内部同期化処理が必要とされる。
【００１５】
この状況を改善することが望ましい。
【発明の概要】
【００１６】
本発明の一つの態様によれば、添付の請求項に記載の制御システムが提供される。
【００１７】
請求の範囲に記載の発明は、専用の同期化信号を必要とすることなく、電気モータ機能の実行時に２つの電気モータ制御装置を同期化することができ、それによって電気モータのコスト、複雑さ及び重量を低減できるという利点を有する。
【００１８】
これから、本発明を一例として添付図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態で使用される電気モータの分解図を示す。
【図２】他の角度から見た、図１に示す電気モータの分解図を示す。
【図３】本発明の一実施形態による電気モータを示す。
【図４ａ】本発明の一実施形態による電気モータにおける単一電圧相に対するＰＷＭ電圧制御を示す。
【図４ｂ】本発明の一実施形態による電気モータにおける図４ａに示すＰＷＭ電圧制御に対して位相シフトされた単一電圧相に対するＰＷＭ電圧制御を示す。
【図５】本発明の一実施形態による電気モータに対する第２の駆動回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の開示の実施形態は電気モータ用の制御システムに関し、この電気モータは車両の車輪で使用される。しかしながら、電気モータは車両内の任意の場所に位置させることができる。モータは、車輪に取り付けられた一組の磁石を有するロータにより放射状に取り囲まれた、車両に取り付けられたステータの一部である一組のコイルを有するタイプのものである。誤解を避けるために、本発明の様々な態様は、同様の構成を有する発電機にも等しく適用することができる。従って、電気モータの定義は発電機も含むことを意図している。さらに、本発明の態様の一部は、放射状に取り囲むコイル内の中心に取り付けられるモータを有する構成にも適用することができる。当業者に理解されるように、本発明は他のタイプの電気モータにも適用することができる。
【００２１】
図１に示す本発明の実施形態においては、インホイール電気モータは、ヒートシンク２５３と、複数のコイル２５４と、ステータの後部に装着された、コイル２５４を駆動するための電子モジュール２５５とを備えるステータを含む。コイル２５４はステータの積層歯に形成され、コイル巻線を形成する。ステータカバー２５６がステータ２５２の後部に装着され、電子モジュール２５５を封鎖してステータ２５２が形成され、ステータ２５２はその後車両に固定され、使用中車両に対して回転しない。
【００２２】
電子モジュール２５５は２つの制御装置４００を含み、各制御装置４００はインバータ４１０及び制御論理装置４２０を含み、制御論理装置４２０は本実施形態では、図３に示すような、インバータ４１０の動作を制御するプロセッサを含む。
【００２３】
ロータ２４０は、前部２２０と、ステータ２５２を実質的に取り囲むカバーを形成する円筒部２２１とを備える。ロータは円筒部２２１の内面の周囲に配置された複数の永久磁石２４２を含む。本実施形態においては、３２対の磁石が円筒部２２１の内面に装着される。しかしながら、任意の数の磁石対を使用することができる。
【００２４】
磁石は、コイルにより発生される磁界がロータ２４０の円筒部２２１の内面の周囲に配置された磁石２４２と相互作用してロータ２４０を回転するように、ステータ２５２上のコイル巻線にごく近接して位置する。永久磁石２４２は電気モータを駆動する駆動トルクを発生させるために使用されるので、永久磁石は一般に駆動磁石と呼ばれている。
【００２５】
ロータ２４０は、軸受ブロック２２３によりステータ２５２に取り付けられる。軸受ブロック２２３は、このモータアセンブリが固定される車両で使用されるような標準的な軸受ブロックであってよい。軸受ブロックは二つの部品、すなわちステータに固定される第１部分と、ロータに固定される第２部分とからなる。軸受ブロックは、ステータ２５２の壁の中心部２５３と、ロータ２４０のハウジング壁２２０の中心部２２５とに固定される。このように、ロータ２４０は、ロータ２４０の中心部２２５で軸受ブロック２２３を介して車両に回転可能に固定される。これには重要な利点がある。つまり、通常の車輪ボルトを用いてホイールリムとタイヤを中心部２２５でロータ２４０に取り付けて、ホイールリムをロー他の中心部に固定することができ、したがってホイールリムとタイヤを軸受ブロック２２３の回転側にしっかりと固定することができる。車輪ボルトは、ロータの中心部２２５を通して軸受ブロック自体に固定してもよい。ロータ２４０と車輪の両方が軸受ブロック２２３に取り付けられる場合、ロータと車輪の回転角度の対応は１対１になる。
【００２６】
図２は、図１と同じアセンブリを反対側から見た分解図であり、ステータ２５２とロータ２４０を示している。ロータ２４０は、外部ロータ壁２２０と周壁２２１とを備え、その周壁内には磁石２４２が円周方向に配置されている。上述したように、ステータ２５２はロータとステータの壁の中心部で軸受ブロックによってロータ２４０に連結されている
【００２７】
ロータの周壁２２１とステータの外縁との間にＶ字形シールが設けられる。
【００２８】
ロータは、別名整流磁石として知られている、位置検出用の一組の磁石２２７も含み、これらの磁石はステータに装着されたセンサと連携してロータ磁束の角度を推定することができる。ロータ磁束の角度はコイル巻線に対する駆動磁石の位置関係を決定する。代案として、一組の個別の磁石の代わりに、ロータは一組の個別の磁石として作用する複数の磁極を有する磁性材料のリングを含んでもよい。
【００２９】
整流磁石をロータ磁束角度の計算に使用可能にするためには、各駆動磁石は関連する整流磁石を有するものとし、一組の整流磁石と関連する磁束角度から、測定された整流磁石磁束角度を較正することによってロータ磁束角度を導出するのが好ましい。整流磁石磁束角度とロータ磁束角度との間の相関を簡単にするためには、一組の整流磁石は駆動磁石対の組と同数の磁石又は磁極を有するものとし、整流磁石と、関連する駆動磁石とが互いに半径方向に略整列するようにするのが好ましい。従って、本実施形態においては、一組の整流磁石は３２対の磁石を有し、各磁石対はそれぞれの駆動磁石対と半径方向に略整列する。
【００３０】
センサ、本例ではホールセンサ、がステータに装着される。センサは、ロータが回転するにつれて、整流磁石リングをそれぞれ形成する整流磁石の各々がセンサを通過して回転する。
【００３１】
ロータがステータに対して回転すると、これに対応して整流磁石もセンサを通過して回転し、ホールセンサはＡＣ電圧信号を出力し、センサを通過する各磁石対に対して３６０電気角度の完全電圧サイクルを出力する。
【００３２】
位置検出を向上させるためには、センサは第１のセンサから９０電気角度ずらせて置いた関連する第２のセンサを含むのが好ましい。
【００３３】
本実施形態では、モータ４０は２つのコイルセット６０を含み、各コイルセットは３相サブモータを形成するためにＹ構造に結合された３つのコイルサブセット６１、６２、６３を有し、２つの３相サブモータを有するモータをもたらす。しかしながら、本実施形態は２つのコイルセット６０（即ち２つのサブモータ）を有する電気モータを記載するが、このモータは３つ以上のコイルセット（即ち３つ以上のサブモータ）を関連する制御装置とともに等しく含むことができる。例えば、好ましい実施形態では、モータ４０は８個のコイルセット６０を含み、各コイルセット６０は３相サブモータを形成するためにＹ構造に結合された３つのコイルサブセット６１、６２、６３を有し、８個の３相サブモータを有するモータをもたらす。
【００３４】
図３は、それぞれのコイルセット６０と電子モジュール２５５内に収容された制御装置４００との間の接続を示し、それぞれのコイルセット６０は制御装置４００に含まれるそれぞれの３相インバータ４１０に接続される。当業者に周知のように、３相インバータは６個のスイッチを含み、６個のスイッチの動作を制御することによって３相交流電圧を発生することができる。
【００３５】
上述したように、電子モジュール２５５は２つの制御装置４００を含み、各制御装置４００はコイルセット６０に結合されたインバータ４１０を有する。さらに、各制御装置４００はインタフェース装置を含み、第１の実施形態では、各制御装置４００上のインタフェース装置は、電子モジュール２５５内に収容されたそれぞれの制御装置４００の間の通信を通信バスを介して可能にするように構成され、一つの制御装置４００は電気モータの外部に搭載された車両コントローラと通信するように構成される。各制御装置４００上のプロセッサ４２０は、以下に詳述するように、通信処理をインタフェース装置を介して行うように構成される。
【００３６】
それぞれの制御装置４００上のプロセッサ４２０は、電気モータのコイルセット６０の各々に３相供給電圧が供給され、それによってそれぞれのコイルサブセット６１、６２、６３が回転磁界を発生するように、それぞれの制御装置４００に装着されたインバータ４１０を制御するように構成される。本実施形態は各コイルセットを３つのコイルサブセット６１、６２、６３を有するものとして記載するが、本発明はこれに限定されず、各コイルセット６０は１つ以上のコイルサブセットを有するものとしてもよい。
【００３７】
それぞれのプロセッサ４２０の制御の下で、各３相ブリッジインバータ４１０はそれぞれのコイルサブセット６１、６２、６３の両端間にＰＷＭ電圧制御を提供し、それによってそれぞれのコイルサブセットに電流フローを発生させ、それぞれのサブモータにより所要のトルクを提供するように構成される。
【００３８】
上述したように、ＰＷＭ制御はモータリアクタンスを利用して供給パルス電圧を平均化して所要の電流をモータコイルに供給するように働く。ＰＷＭ制御を使用すると、供給電圧がモータ巻線の両端間でオンオフされる。電圧がモータコイルの両端間でスイッチオンされる期間中、モータコイルの電流がそれらのインダクタンスと供給電圧とにより決まる速度で上昇する。ＰＷＭ電圧制御は、電流が要求値を超えて増加する前にスイッチオフされ、それによって電流の精密な制御を達成することができる。
【００３９】
所定のコイルセット６０に対して、３相ブリッジインバータ４１０のスイッチは、コイルサブセット６１、６２、６３の各々の両端に単相電圧を供給するように構成される。
【００４０】
インバータスイッチはＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴなどの半導体装置を含むことができる。本例では、スイッチはＩＧＢＴを備える。しかしながら、この電流制御には任意の適切な既知のスイッチング回路を使用してもよい。このようなスイッチング回路の一つの既知の例は、３相電気モータを駆動するように構成された６個のスイッチを有する３相ブリッジ回路である。６個のスイッチは２つのスイッチの３つの並列セットとして構成され、各対のスイッチは直列に配置され、３相ブリッジ回路のレグを形成する。
【００４１】
ＰＷＭスイッチングを用いて、複数のスイッチがそれぞれのコイルサブセットの両端に交流電圧を供給するように構成され、上述したように、ＰＷＭ電圧制御を用いるそれぞれの制御装置により異なる電気信号の各々に対して位相角度と電圧エンベロープが発生される。電気信号の電圧エンベロープと位相角度は変調電圧パルスにより決定される。
【００４２】
電気モータにおける単一電圧相に対するＰＷＭ電圧制御の実例が図４ａに示され、本例では、変調されたＰＷＭパルス５１が電気モータのコイル巻線の両端間に形成される正弦波状の電圧をもたらし、所定の位相角度を有する電圧エンベロープ５２を形成する。得られる波形の平滑度は変調パルスの幅及び数を変えることにより制御することができる。ＰＷＭ変調周期は図４Ａに期間Ａで示されている。
【００４３】
本実施形態においては、ＰＷＭ電圧制御は、約１６ｋＨｚのＰＷＭ変調速度をもたらす６２．４μ秒の変調周期を有するように構成される。しかしながら、任意の適切なＰＷＭ変調速度を使用してもよい。
【００４４】
ＰＷＭ変調速度のタイミングを制御するために、制御装置４００の各々のプロセッサ４２０はＰＷＭカウンタを含む。ＰＷＭカウンタは、０からｎまでの計数範囲を循環するように構成され、ここでｎは任意の値とすることができるが、本実施形態においてはｎの値は１２４７とする。０から１２４７までの計数サイクルに要する時間は約６２．４μ秒であり、本実施形態に対するＰＷＭ周期に一致する。ＰＷＭパルスはＰＷＭデューティサイクルに基づく規定のカウント値でスイッチオン及びオフされる。例えば、ＰＷＭデューティサイクルが５０パーセントである場合、ＰＷＭパルスは３１２のカウント値でスイッチオンされ、９３５のカウント値でスイッチオフされる。つまり、ＰＷＭパルスはＰＷＭ変調周期の５０パーセントに亘りスイッチオンされる。
【００４５】
上述したように、一連のＰＷＭパルスの電圧変調深度はそれぞれの電気モータコイルの両端間に形成される電圧の位相角及び電圧エンベロープを決定する。
【００４６】
本実施形態はＰＷＭ変調周期を制御するためにＰＷＭカウンタを使用するが、当業者に明らかなように、ＰＷＭ変調周期を制御するために他の技術を使用してもよい。ＰＷＭ変調の周期を制御するためにＰＷＭカウンタを使用する場合、任意の適切な計数範囲を使用することができる。
【００４７】
上述したように、複数のスイッチは３相ブリッジ回路を形成するように構成される。当業者に周知であるように、スイッチの数はそれぞれのサブモータに供給される電圧位相の数に依存する。現在の設計は各サブモータが３相構造であるものを示すが、サブモータは任意の数の相を有するように構成することもできる。
【００４８】
ＤＣリンクキャパシタンス及び電磁ノイズを最小にするために、略同じ位相角度を有する電圧エンベロープを有する電気信号を発生するように構成された各サブモータにより発生されるＰＷＭ電圧信号は、互いにオフセットされるように構成する。即ち、たとえ異なるサブモータにより発生される特定の電圧位相に対する電圧エンベロープが略同じ位相角度を有しても、これらの電圧信号を発生するために使用されるＰＷＭパルスを互いにオフセットさせる。
【００４９】
図４ｂに示すように、異なるサブモータ間でＰＷＭオフセットを達成するために、それぞれのＰＷＭカウンタ間でカウント値が互いにオフセットするように構成される。図４ｂのＴoffsetは図４ａのＰＷＭ電圧信号に対するＰＷＭオフセットを示す。即ち、図４ａにおいてカウント値０はＴ＝０に対応するが、図４ｂにおいてカウント値０はＴ＝Ｔoffsetに対応する。ＰＷＭカウント値をオフセットさせることによって、異なるサブモータ両端間の略同じ位相角を有する電気信号に対してそれぞれのインバータにより発生される対応するＰＷＭ信号が同じＰＷＭカウント値を用いて発生され、相対的なカウンタオフセットがＰＷＭ信号をオフセットせしめる。これは図４ａ及び図４ｂに示され、図４ａ及び図４ｂに示される電圧エンベロープは略同じ位相及び振幅を有するが、オフセットしたＰＷＭ電圧信号で発生される。
【００５０】
これは、それぞれのサブモータ上の各インバータにより発生されるそれぞれのＰＷＭ電圧パルスを位相シフトさせる効果を有する。従って、インバータにより発生される異なる電圧信号に対する電圧エンベロープが略同じ位相角を有しても、これらの電圧信号を発生するために使用されるＰＷＭ信号は実質的に同じ位相角を持たず、よってＤＣリンクキャパシタンス及び電磁ノイズの最小化に役立つ。
【００５１】
しかしながら、ＰＷＭ電圧制御中に、異なる制御装置４００に搭載されたＰＷＭカウンタの動作が同期化されない場合、ＰＷＭカウンタは同相になったり位相ずれになったりする。これは、ＰＷＭ信号が一時的に同相になるとき、所要のＤＣリンクキャパシタンス及び電気ノイズの増加をもたらす。
【００５２】
異なるサブモータ上のＰＷＭカウンタを同期化するメカニズムは以下に詳細に記載され、この同期化は両制御装置の間に結合された通信バスを用いて実行される。
【００５３】
本実施形態では、電子モジュール２５５に含まれる制御装置４００のうちの一つ（マスタ制御装置として指定）は、外部車両コントローラから通信ラインを介してトルク需要要求を受信するように構成される。マスタ制御装置４００で受信されたトルク需要要求はマスタ制御装置４００により電子モジュール２５５内に収容された他の制御装置４００（第２の制御装置として指定）に異なる通信バスを介して送信され、このバスは本実施形態では、以下に記載するように、シリアル・ペリフェラル・インタフェース（ＳＰＩ）バスである。必要に応じ、制御装置４００から外部車両コントローラへステータス情報を供給してもよい。
【００５４】
マスタ制御装置４００を外部車両コントローラと通信可能にするために、マスタ制御装置４００のインタフェース装置はコントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）インタフェースを含み、マスタ制御装置４００はＣＡＮバス４３０を介して外部装置と通信することができる。
【００５５】
マスタ制御装置４００と第２の制御装置４００をＳＰＩバスを介して通信可能にするために、電子モジュール２５５内に収容された両制御装置４００のインタフェース装置は電子モジュール内の両制御装置がＳＰＩバス４４０を介して相互通信することを可能にするＳＰＩ装置を含む。
【００５６】
当業者に周知のように、ＣＡＮバスはマルチマスタブロードキャスト半二重シリアルバスであり、ＳＰＩバスは全二重バスとして動作する同期シリアルデータリンク標準である。
【００５７】
本実施形態は、制御装置４００と外部車両コントローラとの間の通信用にＣＡＮバスを使用し、電子モジュール内に収容された２つの接続装置４００の間の通信用にＳＰＩバスを使用することを記載したが、本発明は他のタイプの通信バスとともに使用することもでき、マスタ制御装置４００と第２の制御装置４００との間のバスに対してバスの活性／不活性状態のタイミングを制御することもできる。
【００５８】
第１の動作モードでは、車両コントローラはトルク需要要求をＣＡＮバス４３０を介してマスタ制御装置４００に送信するように構成される。ＣＡＮバス４３０を介して送信されるトルク需要要求は、運転者入力、例えば車両内で発生されるスロットル需要に基づいて、電気モータが発生するよう要求される総トルクに相当する。
【００５９】
好ましくは、ＣＡＮバス４３０を介して送信される制御データはイネーブル信号も含み、イネーブル信号はそれが活性にセットされているか不活性にセットされているかに応じてモータを有効化又は無効化するように構成されている。
【００６０】
ＣＡＮバス４３０を介して他のデータを通信することもできる。
【００６１】
マスタ制御装置４００は、ＣＡＮバス４３０を介して通信されるイネーブル信号及び総トルク需要要求を読み取るように構成される。マスタ制御装置４００はＣＡＮバスから受信したデータ、即ち総トルク需要要求、をＳＰＩバスを介して第２の制御装置４００に通知するように構成される。
【００６２】
ＳＰＩバスは４つの論理信号、即ち(i)マスタ制御装置により発生されるシリアルクロック、(ii)シリアルバスデータ入力、(iii)シリアルバスデータ出力、及び(iv)チップセレクト、を含む。
【００６３】
マスタ制御装置４００は、マスタ制御装置４００から第２の制御装置４００へのＳＰＩバス経由のデータの送信を開始するために、ＳＰＩバスのクロックレートを設定する。
【００６４】
マスタ制御装置４００がデータを第２の制御装置４００に送信する用意ができると、マスタ制御装置４００はチップセレクトを論理０にセットし、チップセレクトは論理０のとき活性で、論理１のとき不活性である。
【００６５】
マスタ制御装置４００から第２の制御装置４００へのＳＰＩバス経由のデータフローは、マスタ制御装置４００上のプロセッサ４２０により制御され、マスタ制御装置４００のプロセッサ４２０はチップセレクトを活性化することによってデータの送信を開始するように構成される。
【００６６】
チップセレクトの活性化時に、ＳＰＩシリアルクロック信号が有効化され、データはシリアルデータ出力ラインを介して送信され、当業者に周知のように、データのタイミングはシリアルクロックと同期化される。
【００６７】
第２の制御装置のＰＷＭ変調周期がマスタ制御装置のＰＷＭ変調周期と同期し得るように、マスタ制御装置４００上のプロセッサ４２０は、データを電気モータのＰＷＭ変調周期に相当する送信周期（本実施形態では６２．６マイクロ秒である）を有するフレームでＳＰＩバス４４０を介して第２の制御装置４００に送信するように構成される。
【００６８】
加えて又は代わりに、マスタ制御装置４００は、データをＰＷＭ周期の倍数に相当する送信周期を有するフレームでＳＰＩバス４４０を介して第２の制御装置４００に送信するように構成してもよい。
【００６９】
ＳＰＩフレーム周期を６２．４μ秒に設定することは、マスタ制御装置４００上のプロセッサ４２０によりチップセレクト５３を各ＰＷＭ変調周期内の同じ時点で活性化することによって達成され、この同じ時点は、本実施形態では、図４ａに示されるように、各ＰＷＭ変調周期内の同じＰＷＭカウンタ値に相当する。
【００７０】
チップセレクトの活性化がマスタ制御装置４００上のＰＷＭカウンタと確実に同期化されるよう、チップセレクトはＰＷＭカウンタによりＰＷＭ変調周期の開始後の所定の期間Ｔcsに相当する所定のカウント値で発生される割り込み信号に応答して活性化され、この所定の期間Ｔcsは第２の制御装置にも格納される。Ｔcsに対して任意のカウント値を使用し得る。代わりに、ＳＰＩチップセレクトを活性化するためにマスタ制御装置４００上のプロセッサ４２０で使用される所定のＰＷＭカウント値を、第２の制御装置４００がマスタ制御装置４００で使用される期間Ｔcsを決定するために、第２の制御装置４００に格納してもよい。
【００７１】
活性化されているチップセレクトの６２．４μ秒以内に、マスタ制御装置４００のプロセッサ４２０がチップセレクトを不活性化すると、それによってチップ活性化期間は６２．４μ秒より短くなる。チップセレクトは次のＰＷＭ変調周期内で同じＰＷＭカウント値（即ち、前チップセレクトの活性化から６２．４μ秒後）で再び活性化される。
【００７２】
第２の制御装置４００上のプロセッサ４２０は、チップセレクトがマスタ制御装置４００上のプロセッサ４２０により活性化される時点とマスタ制御装置４００上のプロセッサ４２０により割り込みが発生される所定の期間Ｔcsとを用いてマスタ制御装置４００上のＰＷＭカウンタのタイミングを決定するように構成される。つまり、チップセレクトの活性化時間から所定の時間Ｔcsを差し引くことによって新たなＰＷＭカウンタサイクルの開始を第２の制御装置４００上のプロセッサ４２０により決定することができる。マスタ制御装置４００上のＰＷＭカウンタのタイミング決定時に、第２の制御装置４００上のプロセッサ４２０は、第２の制御装置４００上のＰＷＭカウンタの動作をマスタ制御装置上のＰＷＭカウンタに同期させるように構成される。
【００７３】
上述したように、ＤＣリンクキャパシタンス及び電圧リプルを最小にするために、マスタ制御装置４００上のインバータ４１０及び第２の制御装置４００上のインバータ４１０により発生されるＰＷＭ電圧信号はオフセットするように構成され、マスタ制御装置４００上のプロセッサ４２０及び第２の制御装置４００上のプロセッサ４２０はＰＷＭカウンタの各々に所定のオフセットを与えるように予め設定される。
【００７４】
外部車両コントローラからＣＡＮバス４３０を介して通信されるソフトウェアイネーブル信号が活性にセットされている場合、マスタ制御装置４００上のプロセッサ４２０はマスタ制御装置４００上のインバータのスイッチを制御してマスタ制御装置４００に結合されたコイルセットの電流フローを制御するように構成され、その電流フローはＣＡＮバスを介して送られるトルク需要に基づく所要の駆動トルクを提供するように制御される。具体的には、本実施形態においては、複数のコイルセット６０の電流フローは２つの制御装置４００を用いて制御される場合、マスタ制御装置４００は、マスタ制御装置４００に結合されたコイルセット６０の電流フローを、ＣＡＮバス４３０を介して受信される総トルク需要の半分を発生するように制御するように構成される。同様に、ＳＰＩバスを介して送られるトルクデータを用いて、第２の制御装置４００上のプロセッサ４２０は、第２の制御装置４００に結合されたコイルセット６０の電流フローを、外部車両コントローラにより送られた総トルク需要要求の他の半分が第２の制御装置４００により発生されるように制御するように構成される。
【００７５】
本発明を、電子モジュール２５５内の制御装置の各々が外部コントローラによりＣＡＮバスを介して送信される総トルク需要要求の半分を提供するように予め設定される実施形態について記載したが、任意の所定の比率を用いてもよい。例えば、４つの制御装置を有する電気モータに対して、各制御装置の所定の比率は総トルク需要要求の四分の一とすることができる。
【００７６】
代わりに、それぞれの制御装置により発生される総トルク需要要求の比率は、例えば外部車両コントローラを用いて動的に割り当てる又は複数の制御装置の一つにより動的にセットすることができる。
【００７７】
本実施形態は、２つの制御装置を含む電気モジュールを有し、各制御装置はインバータの動作を制御するプロセッサを用いてコイルセットを駆動するように構成された電気モータを記載するが、その電子モジュールは２以上の制御装置を有することができ、各制御装置は一以上のコイルセットを駆動するために一以上のインバータを含むように構成することもできる。例えば、好ましい実施形態では、電気モータの電子モジュールは２つの制御装置を含み、各制御装置は２つのインバータの動作を制御するように構成された単一のプロセッサを含み、各インバータは並列に接続された２つのコイルセットに結合され、それぞれの並列コイルセットのスターポイントは電気的に絶縁される。
【００７８】
図５は本発明の代替実施形態を示し、この実施形態では電気モータは３つの制御装置、即ちマスタ制御装置７０、第２の制御装置７１及び第３の制御装置７２、を含む。第３の制御装置７２は二次的な制御装置として又はバックアップマスタ制御装置として作用し得る。上述の実施形態と同様に、各制御装置は、上述したように、少なくとも一つのインバータの動作によるＰＷＭ電圧制御を用いて少なくとも一つのコイルセットの電流フローを制御するように構成される。
【００７９】
マスタ制御装置７０は第１のＳＰＩバスを介して第２の制御装置７１に結合され、第２の制御装置７１は第２のＳＰＩバスを介して第３の制御装置７２に結合される。
【００８０】
マスタ制御装置７０、第２の制御装置７１及び第３の制御装置７２は、それぞれのコイル巻線に供給されるＰＷＭ電圧制御のタイミングを制御するための少なくとも一つのＰＷＭカウンタをそれぞれ有する。それぞれのＰＷＭカウンタは前述の実施形態と同様に動作するように構成される。
【００８１】
マスタ制御装置７０は車両コントローラからＣＡＮバスを介してトルク需要要求を受信するように構成される。ＣＡＮバスを介して送信されるトルク需要要求は、電気モータに、運転者入力、例えば車両内で発生されるスロットル需要に基づいて電気モータが発生するよう要求される総トルクに相当する。
【００８２】
好ましくは、外部車両コントローラによりＣＡＮバスを介して送信される制御データはイネーブル信号も含み、イネーブル信号は、イネーブル信号が活性にセットされるか不活性にセットされるかに応じてモータを有効化または無効化するように構成される。
【００８３】
他のデータもＣＡＮバスを介して通信できる。
【００８４】
マスタ制御装置７０はＣＡＮバスを介して通信されるイネーブル信号及び総トルク需要要求を読み取るように構成される。マスタ制御装置７０は、ＣＡＮバスを介して受信したデータ、即ちイネーブル信号及び総トルク需要要求、を第１のＳＰＩバスを介して第２の制御装置７１へ通信する。
【００８５】
マスタ制御装置７０から第２の制御装置７１へのＳＰＩバス経由のデータの送信を開始するために、マスタ制御装置７０はＳＰＩバスのクロックレートを設定する。
【００８６】
マスタ制御装置７０が第２の制御装置７１へデータを送信する準備ができると、マスタ制御装置７０は第１のＳＰＩバスのチップセレクトライン７３を論理値０にセットし、チップセレクトは低論理値０のとき活性であり、高論理値１のとき不活性である。
【００８７】
前述の実施形態と同様に、マスタ制御装置７０から第１のＳＰＩバスを経由する第２の制御装置７１へのデータのフローはマスタ制御装置上のプロセッサにより制御され、マスタ制御装置のプロセッサはチップセレクトライン７３を活性化することによってデータの送信を開始する。
【００８８】
チップセレクトライン７３の活性化時に、第１のＳＰＩバスのシリアルクロック信号が有効化され、データが第１のＳＰＩバスのシリアルデータ出力ライン７４を介して送信され、当業者に周知のように、データのタイミングはシリアルクロックと同期化される。
【００８９】
前述の実施形態と同様に、第２の制御装置のＰＷＭ変調周期をマスタ制御装置のＰＷＭ変調周期に同期させることができるように、マスタ制御装置７０上のプロセッサはデータを第１のＳＰＩバスを介して第２の制御装置７１に、電気モータのＰＷＭ変調周期（即ち、６２．４μ秒）に相当する持続時間を有するフレームで送信するように構成される。これは、マスタ制御装置７０上のプロセッサによってチップセレクトライン７３を各ＰＷＭ変調周期内の同じ時点で活性化することにより達成され、この時点は本実施形態では各ＰＷＭ変調周期内の同じＰＷＭカウント値に相当する。
【００９０】
チップセレクトライン７３の活性化が確実にマスタ制御装置上のＰＷＭカウンタと同期されるように、チップセレクトライン７３がマスタ制御装置のＰＷＭカウンタにより所定のカウント値Ｔcsで発生される割り込み信号に応答して活性化され、この所定のＰＷＭカウント値Ｔcsは第２の制御装置にも格納される。代わりに、ＳＰＩチップセレクトを活性化するためにマスタ制御装置４００上のプロセッサ４２０により使用される所定のＰＷＭ値を第２の制御装置に格納してもよい。
【００９１】
チップセレクトライン７３が活性化される６２．４マイクロ秒以内に、マスタ制御装置７０のプロセッサがチップセレクトライン７３を不活性化すると、それによってチップセレクト活性期間は６２．４μ秒より短くなる。チップセレクトライン７３は次のPWM変調周期内で同じＰＷＭカウント値（即ち、前チップセレクト活性化から６２．４μ秒後）で再び活性化される。
【００９２】
第２の制御装置７１上のプロセッサは、チップセレクトライン７３がマスタ制御装置７０上のプロセッサにより活性化される時間と割り込みが発生される所定の時間Ｔcsとを用いて、第２の制御装置７１上のＰＷＭカウンタをマスタ制御装置７０上のＰＷＭカウンタに同期させるように構成される。マスタ制御装置７０上のＰＷＭカウンタのタイミング決定時に、第２の制御装置７１上のプロセッサは、第２の制御装置７１上のＰＷＭカウンタの動作をマスタ制御装置７０上のＰＷＭカウンタに同期させるように構成される。
【００９３】
第３の制御装置７２上のＰＷＭカウンタのタイミングをマスタ制御装置７０上のＰＷＭカウンタのタイミングと同期させることができるように、第３の制御装置７２は、データをＳＰＩバスを介して第２の制御装置７１に、ＰＷＭ変調周期と略同じ持続時間を有するフレームで送信するように構成され、ＰＷＭ変調周期は本実施形態では６２．４μ秒に相当する。
【００９４】
上述したように、第３の制御装置７２から第２の制御装置７１への第２のＳＰＩバスを経由するデータのフローは第３の制御装置７２上のプロセッサにより制御され、第３の制御装置のプロセッサはチップセレクトライン７５を活性化することによってデータの送信を開始するように構成される。
【００９５】
チップセレクトライン７５の活性化時に、ＳＰＩバスのシリアルクロック信号が有効化され、データが第２のＳＰＩバスのシリアルデータ出力ライン７６を介して送信され、当業者に周知のように、データのタイミングはシリアルクロックと同期化される。
【００９６】
上述したように、第３の制御装置のＰＷＭ変調周期をマスタ制御装置のＰＷＭ変調周期に同期させることができるように、第３の制御装置７２上のプロセッサはデータを第２のＳＰＩバスを介して第２の制御装置７１に、電気モータのＰＷＭ変調周期に相当する６２．４μ秒の持続時間を有するフレームで送信するように構成される。これは、第３の制御装置７２上のプロセッサによってチップセレクトラインを各ＰＷＭ変調周期内の同じ時点に活性化することにより達成され、この時点は本実施形態では各ＰＷＭ変調周期内の同じＰＷＭカウント値に相当する。
【００９７】
チップセレクトラインの活性化が確実に第３の制御装置７２上のＰＷＭカウンタと同期されるように、チップセレクトラインが第３の制御装置のＰＷＭカウンタにより所定のカウント値に対応する所定の時間Ｔ３csで発生される割り込み信号に応答して活性化され、この所定時間Ｔ３csは第２の制御装置７１にも格納される。
【００９８】
チップセレクトが活性化される６２．４マイクロ秒以内に、第３の制御装置７２のプロセッサはチップセレクトを不活性化し、チップセレクトは次のPWM変調周期内において同じＰＷＭカウント値で（即ち、前チップセレクト活性化から６２．４μ秒後に）で再び活性化される。チップセレクトが活性化される間、第３の制御装置７１から第２の制御装置７１へデータ、例えばステータスデータ及び／又は位相角度データ、を送信することができる。
【００９９】
第２の制御装置７１上のプロセッサは、マスタ制御装置７０上のＰＷＭカウンタのタイミングを決定するために第２の制御装置７１により使用される構成と同様に、チップセレクトが第３の制御装置上のプロセッサにより活性化される時間及び第３の制御装置上のプロセッサにより割り込みが発生される所定の時間Ｔ３csを用いて、第３の制御装置７２上のＰＷＭカウンタのタイミングを決定するように構成される。
【０１００】
第３の制御装置７２上のＰＷＭカウンタのタイミングが決定されると、第２の制御装置７１はこのタイミングをマスタ制御装置７０上のＰＷＭカウンタのタイミングと比較し、第２のＳＰＩバスのシリアルバスデータ入力ライン７７を介して第３の制御装置７２に、マスタ制御装置７０上のＰＷＭカウンタと第３の制御装置７２上のＰＷＭカウンタとの間のタイミング差を示すデータを送信し、それによって第３の制御装置がそのＰＷＭカウンタのタイミングを修正し、第３の制御装置７２のＰＷＭ電圧制御をマスタ制御装置と同期して実行することが可能になる。
【０１０１】
上述した実施形態によれば、ＤＣリンクキャパシタンス及び電磁ノイズを最小にするために、それぞれの制御装置７０，７１，７２上のＰＷＭカウンタを互いにオフセットさせることができる。
【０１０２】
開示の要旨は様々に変更可能であり、以上において具体的に述べた好ましい実施形態以外にも様々な実施形態が想定し得ることは当業者に明らかであろう。例えば、ＳＰＩバスは、バスを介して送信されるデータのタイミングを電気モータ構成要素の動作と同期させることができる任意の通信バスと置き換えることができる。
【図１】
2016514948.tif 000003
【図２】
2016514948.tif 000004
【図５】
2016514948.tif 000005
【図３】
2016514948.tif 000006
【図４】
2016514948.tif 000007
【国際調査報告】
2016514948.tif 000008
2016514948.tif 000009