(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータの電気コイルの一端と電源高電位ラインとの間に介挿された第１のスイッチング素子と、
前記電気コイルの他端と電源低電位ラインとの間に介挿された第２のスイッチング素子と、
前記電気コイルの前記一端と前記電源低電位ラインとの間に介挿され、その前者からその後者への電流流通は許す第１のダイオードと、
前記電気コイルの前記他端と前記電源高電位ラインとの間に介挿され、その後者からその前者への電流流通は許す第２のダイオードと、
前記第１および第２のスイッチング素子の同時オンおよび同時オフを交互に繰り返す第１のスイッチングモード、前記第２のスイッチング素子のオンを保持しつつ前記第１のスイッチング素子のオンとオフを交互に繰り返す第２のスイッチングモード、前記第１のスイッチング素子のオンを保持しつつ前記第２のスイッチング素子のオンとオフを交互に繰り返す第３のスイッチングモード、および前記第１および第２のスイッチング素子の同時オン、前記第１のスイッチング素子のオンかつ前記第２のスイッチング素子のオフ、前記第１および第２のスイッチング素子の同時オン、前記第１のスイッチング素子のオフかつ前記第２のスイッチング素子のオン、を順次繰り返す第４のスイッチングモードのうち、指示されたスイッチングモードにてチョッピング通電を行うように構成されたチョッピング通電手段と、
前記第１および第２のスイッチング素子の温度が所定温度よりも低いときには、前記チョッピング通電手段に前記第２および第３のスイッチングモードの何れか一方のスイッチングモードを指示し、当該スイッチングモードにて前記チョッピング通電手段がチョッピング通電を行っている最中に前記第１および前記第２スイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子の温度が前記所定温度に到達したときには、それまでのスイッチングモードに代えて、前記一方のスイッチング素子の発熱量が減少する他のスイッチングモードを前記チョッピング通電手段に指示するスイッチングモード指示手段と
を備えたことを特徴とする電気モータの通電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、スイッチドリラクタンスモータ等の電気モータの電気コイルにチョッピング通電するＨ型スイッチング回路のスイッチング素子のオン、オフを制御する通電制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気モータ、例えばスイッチドリラクタンスモータの電気コイルにチョッピング通電するＨ型スイッチング回路は、図３に示すように、電気モータの１つの相の電気コイル２の一端と電源高電位ライン３との間に介挿された第１のスイッチング素子５と、電気コイル２の他端と電源低電位ライン４との間に介挿された第２のスイッチング素子６と、電気コイル２の一端と電源低電位ライン４との間に介挿され、その前者からその後者への電流流通は許す第１ダイオード７と、電気コイル２の他端と電源高電位ライン３との間に介挿され、その前者からその後者への電流流通は許す第２ダイオード８を含むものであり、例えば特開平７−２７４５６９号公報に記載されている。スイッチング素子５、６には、ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用されている。
【０００３】
上記の如きＨ型スイッチング回路１においては、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が共にオンの状態で電気コイル２に電流（電源からの電流）が流れ、第１のスイッチング素子５および第２のスイッチング素子６が共にオフした状態およびスイッチング素子５、６の何れか一方がオンし且つその他方がオフした状態では電気コイル２には電流が流れない。チョッピング通電は、電気コイル２に流れる電流の目標値と実際値との間の大小関係に応じてスイッチング素子５、６をオン、オフさせ、電気コイル２に流れる電流の実際値を目標値に近似させるものである。
【０００４】
チョッピング通電時のスイッチングモードとしては、４つのスイッチングモードがある。第１のスイッチングモードは、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、第１スイッチンング素子５および第２スイッチング素子６の同時オンと同時オフを交互に繰り返すものである。両スイッチング素子５、６の同時オンにより図３の（ａ）に示すように電気コイル２に電流が流れ、また両スイッチング素子５、６の同時オフにより、図３の（ｂ）に示すように電気コイル２の誘起電圧による電源への帰還電流が流れる。スイッチング素子５、６の同時オンと同時オフを交互に繰り返すことにより、電気コイル２には、図３の（ｃ）に示す脈動電流が流れる。このように両スイッチング素子５、６の同時オンと同時オフを交互に繰り返す第１のスイッチングモードにおいては、図３の（ｂ）に示すように両スイッチング素子５、６を同時にオフにしている期間では、電気コイル２が発電したエネルギが電源高電位ライン３に供給され（回生）、電流が急激に減少する。
【０００５】
第２のスイッチングモードは、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、第２のスイッチング素子６をオンに保持しつつ第１のスイッチング素子５のオフ、オフを交互に繰り返すものである。この第２のスイッチングモードにおいては、電気コイル２には、図４の（ｃ）に示すように、脈動が比較的に小さい電流が流れるものであり、第１のスイッチング素子５がオフで第２のスイッチング素子６がオンの期間では、電流は緩やかに減少し、モータの駆動力や径方向の吸引力も緩やかに減少する。従って、振動、騒音が比較的に低い。
【０００６】
第３のスイッチングモードは、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のスイッチング素子５をオンに保持しつつ第２のスイッチング素子６のオフ、オフを交互に繰り返すものである。この第３のスイッチングモードにおいては、電気コイル２には、図５の（ｃ）に示すように、脈動が比較的に小さい電流が流れるものである。この第３のスイッチングモードにおいては、第２のスイッチング素子６がオフで第１のスイッチング素子５がオンの期間では、電流は緩やかに減少し、モータの駆動力や径方向の吸引力も緩やかに減少する。
【０００７】
更に、第４のスイッチングモードは、図３（ａ）の両スイッチング素子５、６の同時オン、図５（ｂ）の第１のスイッチング素子５のオンかつ第２のスイッチング素子６のオフ、図３（ｂ）の両スイッチング素子５、６の同時オン、図４（ｂ）の第１のスイッチング素子５のオフかつ第２のスイッチング素子６のオン、を順次繰り返すものである。この第４のスイッチングモードにおいては、、脈動が比較的に小さい電流が流れるものである。この第４のスイッチングモードにおいては、第１のスイッチング素子５がオフで第２のスイッチング素子６がオンの期間および第２スイッチング素子６がオフで第１スイッチング素子５がオンの期間では、電流は緩やかに減少し、モータの駆動力や径方向の吸引力も緩やかに減少する。この第４のスイッチングモードおよび上記第３のスイッチングモードは、上記第２のスイッチングモードと同様に、振動、騒音が比較的に低い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
公知のように、スイッチング素子５、６には損失があり、スイッチング素子５、６が発熱する。この発熱によりスイッチング素子５、６が過熱状態になると、スイッチング素子５、６が熱破壊を起こしてしまう。スイチング素子５、６の熱破壊を回避するため、従来では、一般的に、スイッチング素子５、６の何れか一方でもその温度が許容限界温度に到達したときには、電気コイル２の通電電流値を低減するパワーダウン制御を組み入れている。これにより、スイッチング素子５、６の熱破壊が回避される反面、通電電流値の低減により出力が低下する。
【０００９】
スイッチング素子５、６の損失の内訳は、オン損失と、スイッチング損失である。上記第１のスイッチングモードまたは第４のスイッチングモードにてチョッピング通電する場合は、スイッチング素子５のオン時間およびスイッチング回数とスイッチング素子６のオン時間およびスイッチング回数とが実質的に等しいため、チョッピング通電を行うことによるスイッチング素子５、６の発熱は同等であり、従ってスイッチング素子５の温度とスイッチング素子６の温度は同等である。しかし、上記第２のスイッチングモードまたは第３のスイッチングモードにてチョッピング通電を行う場合は、スイッチング素子５のオン時間およびスイッチング回数とスイッチング素子６のオン時間およびスイッチング回数との間に差があり、スイッチング素子５の発熱量とスイッチング素子６の発熱量との間に差が発生し、従ってスイッチング素子５の温度とスイッチング素子６の温度との間に差が発生する。オン損失とスイッチング損失の大小関係は電気モータの設計諸元に依存し、オン損失の方がスイッチング損失よりも大きい場合や、その逆にスイッチング損失の方がオン損失よりも大きい場合もある。仮にオン損失がスイッチング損失よりも大きいとした場合は、上記第２のスイッチングモードにてチョッピング通電を行うときにはスイッチング素子６の損失はスイッチング素子５の損失より大きくなり、スイッチング素子６の温度がスイッチング素子５の温度よりも高くなり、  また、上記第３のスイッチングモードにてチョッピング通電を行うことときにはスイッチング素子５の損失がスイッチング素子６の損失より大きく、スイッチング素子５の温度がスイッチング素子６の温度よりも高くなる。
【００１０】
スイッチング素子５、６間に温度差がある場合、一方のスイッチング素子の温度が許容限界温度に到達すれば、他方のスイッチング素子の温度が許容限界温度より低くても、上記パワーダウン制御が行われ、出力が低下する。
【００１１】
この出願の発明は、チョッピング通電を行うことによって第１および第２のスイッチング素子の温度が上記許容限界温度に到達するまでの時間をより長くすることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この出願の請求項１の発明は、
電気モータの電気コイルの一端と電源高電位ラインとの間に介挿された第１のスイッチング素子と、
前記電気コイルの他端と電源低電位ラインとの間に介挿された第２のスイッチング素子と、
前記電気コイルの前記一端と前記電源低電位ラインとの間に介挿され、その前者からその後者への電流流通は許す第１のダイオードと、
前記電気コイルの前記他端と前記電源高電位ラインとの間に介挿され、その後者からその前者への電流流通は許す第２のダイオードと、
前記第１および第２のスイッチング素子の同時オンおよび同時オフを交互に繰り返す第１のスイッチングモード、前記第２のスイッチング素子のオンを保持しつつ前記第１のスイッチング素子のオンとオフを交互に繰り返す第２のスイッチングモード、前記第１のスイッチング素子のオンを保持しつつ前記第２のスイッチング素子のオンとオフを交互に繰り返す第３のスイッチングモード、および前記第１および第２のスイッチング素子の同時オン、前記第１のスイッチング素子のオンかつ前記第２のスイッチング素子のオフ、前記第１および第２のスイッチング素子の同時オン、前記第１のスイッチング素子のオフかつ前記第２のスイッチング素子のオン、を順次繰り返す第４のスイッチングモードのうち、指示されたスイッチングモードにてチョッピング通電を行うように構成されたチョッピング通電手段と、
前記第１および第２のスイッチング素子の温度が所定温度よりも低いときには、前記チョッピング通電手段に前記第２および第３のスイッチングモードの何れか一方のスイッチングモードを指示し、当該スイッチングモードにて前記チョッピング通電手段がチョッピング通電を行っている最中に前記第１および前記第２スイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子の温度が前記所定温度に到達したときには、それまでのスイッチングモードに代えて、前記一方のスイッチング素子の発熱量が減少する他のスイッチングモードを前記チョッピング通電手段に指示するスイッチングモード指示手段と
を備えたことを特徴とする電気モータの通電制御装置である。
【００１３】
上記所定温度は、保護制御がなされる上記許容限界温度よりも低く設定するものである。
【００１４】
前記第１および第２のスイッチング素子の温度が所定温度よりも低いときに前記スイッチングモード指示手段に例えば前記第２のスイッチングモードを指示させることとした場合、前記第１および前記第２スイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子の温度が前記所定温度に到達したときには、前記スイッチングモード指示手段がそれまで指示していた前記第２のスイッチングモードに代えて、例えば前記第３のスイッチングモードを指示するようにする。スイッチングモードが前記第２のスイッチングモードから前記第３のスイッチングモードに切り換わることにより、前記第１および前記第２スイッチング素子のうち、温度が低い他方のスイッチング素子の発熱量が増加し温度上昇が速くなるが、前記一方のスイッチング素子の発熱量が低減され温度上昇が遅くなる。これによって、前記第１および第２のスイッチング素子の温度が許容限界温度に到達するまでの時間が長くなる。
【００１５】
また、前記第１および第２のスイッチング素子の温度が所定温度よりも低いときに前記スイッチングモード指示手段に例えば前記第３のスイッチングモードを指示させることとした場合、前記第１および前記第２スイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子の温度が前記所定温度に到達したときには、前記スイッチングモード指示手段がそれまで指示していた前記第３のスイッチングモードに代えて、例えば前記第２のスイッチングモードを指示するようにする。この場合も、前記第１および第２のスイッチング素子の温度が許容限界温度に到達するまでの時間が長くなる。
【００１６】
更に、前記第２および第３のスイッチングモードにてチョッピング通電したときの高温側のスイッチング素子の発熱量よりも前記第１のスイッチングモードや第４のスイッチングモードにてチョッピング通電したときの各スイッチング素子の発熱量が少ない場合においては、前記第１および前記第２スイッチング素子の少なくとも一方のスイッチング素子の温度が前記所定温度に到達したときに第１または第４のスイッチングモードに切換えることとしてもよい。
【００１７】
第１および第２のスイッチング素子の温度は、温度センサによって直接検出することとしてもよく、また各スイッチング素子の損失に時間積や、電気コイルに流れる電流に時間積から推定することとしてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、自動車の走行用電気モータに適用される３相のスイッチドリラクタンスモータの１つの相の電気コイル２の通電制御装置を示している。図１において、電気コイル２のためのＨ型スイッチング回路１は、電気コイル２の一端と電源高電位ライン３との間に介挿された第１のスイッチング素子５と、電気コイル２の他端と電源低電位ライン４との間に介挿された第２のスイッチング素子６と、電気コイル２の一端と電源低電位ライン４との間に介挿され、その前者からその後者への電流流通は許す第１ダイオード７と、電気コイル２の他端と電源高電位ライン３との間に介挿され、その前者からその後者への電流流通は許す第２ダイオード８と、スイッチング素子５と電気コイル２との間に介挿され、電気コイル２に流れる電流の実際値を表すアナログ信号Ｓ１を出力する電流値センサ９と、スイッチング素子５およびにそれぞれ近接配置され、スイッチング素子５および６の温度を表すアナログ信号Ｓ２およびＳ３をそれぞれ出力する温度センサ１０および１１を含んでいる。
【００１９】
電流波形生成回路１２は、スイッチドリラクタンスモータのロータの回転角度を検出する角度センサ１３からのデジタル信号Ｓ４に基づき、角度センサ１３により検出されたロータ回転角度において電気コイル２に流れる電流の目標値を表すアナログ信号Ｓ５と、電気コイル２への通電開始角度から通電終了通電角度までの間にわたりオン（高レベル）となり、その他の回転角度ではオフ（低レベル）となる２値信号Ｓ６を出力する。
【００２０】
信号Ｓ１と信号Ｓ５は比較回路１４に入力される。比較回路１４は、信号Ｓ６とＳ１とを比較し、信号Ｓ１がＳ６よりも小さければオンとなり、信号Ｓ１がＳ６よりも大きければオフとなる２値信号Ｓ７を出力する。
【００２１】
信号Ｓ６と信号Ｓ７は出力判定回路１５に入力される。出力判定回路１５は、２値信号Ｓ８および２値信号Ｓ９を出力する。信号Ｓ９は、信号Ｓ６がオンであればオンとなり、信号Ｓ６がオフとなればオフとなる。信号Ｓ８は、信号Ｓ６と信号Ｓ７が共にオンであればオンとなり、信号Ｓ６と信号Ｓ７に何れかでもオフとなればオフとなる。
【００２２】
電流波形生成回路１２、比較回路１４、出力判定回路１５は、請求項１のチョッピング通電手段を構成する。
【００２３】
信号Ｓ８およびＳ９は切換回路１６に入力される。切換回路１６の動作は２値信号Ｓ１０によって制御され、信号Ｓ１０がオンであれば切換回路１６は信号Ｓ８およびＳ９をスイッチング素子５および６に夫々供給し、また信号Ｓ１０がオフであれば信号Ｓ８およびＳ９をスイッチング素子６および５に夫々供給する。
【００２４】
信号Ｓ１０は、スイッチングモード指示回路１７が出力する。スイッチングモード指示回路１７は、温度センサ１０によって検出されたスイッチング素子５の温度Ｔ５および温度センサ６によって検出されたスイッチング素子６の温度Ｔ６が共に図５の所定温度Ｔｓよりも低い場合には信号Ｓ１０をオンとする。従って温度Ｔ５およびＴ６が共に所定温度Ｔｓよりも低い場合には、スイッチング素子６のオンが保持されかつスイッチング素子５のオン、オフが繰返される第２のスイッチングモードでチョッピング通電が行われる。
【００２５】
この実施形態では、第２のスイッチングモードにてチョッピング通電を行うことによるスイッチング素子５の損失はスイッチング素子６の損失よりも小さい。従って、第２のスイッチングモードにてチョッピング通電を行うことにより、図５に示すように、スイッチング素子６の温度がスイッチング素子５の温度よりも高くなる。スイッチング素子６の温度が所定温度Ｔｓに到達すると、スイッチングモード指示回路１７の出力信号Ｓ１０がオフとなり、切換回路１６が信号Ｓ８およびＳ９をスイッチング素子６および５にそれぞれ供給するように切換動作する。これにより、スイッチングモードが第２のスイッチングモードから第３のスイッチングモードに切り換わり、スイッチング素子６の発熱量が低減され、スイッチング素子５の発熱量が増加する。その結果、スイッチング素子５の温度上昇が速くなるがスイッチング素子６の温度上昇が遅くなり、電気コイル２への連続通電を開始してからスイッチング素子６の温度が許容限界温度Ｔｍａｘに到達するまで時間が長くなる。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、この出願の発明に係る電気モータの通電制御装置によれば、チョッピング通電を行うことによって第１および第２のスイッチング素子の温度が上記許容限界温度に到達するまでの時間をより長くし、電気モータを所望の出力にて長く駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】１つの相に連続通電したときの第１および第２のスイッチング素子の温度上昇を示す図であり、（ａ）は従来技術による場合を、（ｂ）は図１の実施形態による場合を示す。
【図３】図２のスイッチング回路の第１のスイッチングモードでのチョッピング通電を示す図であり、（ａ）は電流を流しているときの電流通流方向を、（ｂ）は電流を遮断したときの電流通流方向を、（ｃ）は時系列の電流波形の概要を示す。
【図４】図２のスイッチング回路の第２のスイッチングモードでのチョッピング通電を示す図であり、（ａ）は電流を流しているときの電流通流方向を、（ｂ）は電流を遮断したときの電流通流方向を、（ｃ）は時系列の電流波形の概要を示す。
【図５】図２のスイッチング回路の第３のスイッチングモードでのチョッピング通電を示す図であり、（ａ）は電流を流しているときの電流通流方向を、（ｂ）は電流を遮断したときの電流通流方向を、（ｃ）は時系列の電流波形の概要を示す。
【符号の説明】
１・・・Ｈ型スイッチング回路
２・・・電気コイル
３・・・電源高電位ライン
４・・・電源低電位ライン
５・・・第１のスイッチング素子
６・・・第２のスイッチング素子
７・・・第１のダイオード
８・・・第２のダイオード
９・・・電流センサ
１０・・・温度センサ
１１・・・温度センサ
１２…電流波形生成回路
１３・・・ロータ角度センサ
１４・・・比較回路
１５…出力判定回路
１６・・・切換回路
１７・・・スイッチングモード指示回路
【図１】
0003858423.tif 000002
【図２】
0003858423.tif 000003
【図３】
0003858423.tif 000004
【図４】
0003858423.tif 000005
【図５】
0003858423.tif 000006