特開 2023-64803 制御装置、および駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023064803

(43)【公開日】2023-05-12

(54)【発明の名称】制御装置、および駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230502BHJP

   H02P 27/06 20060101ALI20230502BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20230502BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

H02P27/06

B60L9/18 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021175150

(22)【出願日】2021-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(72)【発明者】

【氏名】梶原 智

(72)【発明者】

【氏名】國永 宏明

【テーマコード（参考）】

5H125

5H505

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125AC12

5H125BA00

5H125BB02

5H125CD09

5H125FF27

5H505AA16

5H505AA19

5H505BB02

5H505BB06

5H505CC04

5H505DD03

5H505DD08

5H505EE49

5H505EE59

5H505HA07

5H505HB02

5H505MM12

5H505PP02

5H770AA21

5H770BA02

5H770DA41

5H770EA01

5H770EA13

5H770PA02

5H770PA11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】モータの各相のコイルにバランスよく発熱させることで全体の発熱量を増加させることができる制御装置及び駆動装置の提供する。
【解決手段】駆動装置１において、中性点Ｎにおいて互いに接続されスター結線される複数相のコイル２２を有するモータ２０の制御装置１０は、直流電源の電圧を複数相の交流電圧に変換して各相のコイルに供給するインバータ回路１１と、中性点に繋がる中性点接続回路１３と、インバータ回路及び中性点接続回路を制御する制御部１２と、を有する。中性点接続回路は、直流電源の正極および負極の間でインバータ回路と並列接続される並列配線部１１ａと、並列配線部と中性点とを繋ぐ接続配線部１３ｂと、並列配線部の経路中であって接続配線部との接続部１３ｐより正極側及び負極側に夫々設けられるスイッチング素子ＱＮ１、ＱＮ２と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中性点において互いに接続されスター結線される複数相のコイルを有するモータの制御装置であって、
直流電源の電圧を複数相の交流電圧に変換して各相の前記コイルに供給するインバータ回路と、
前記中性点に繋がる中性点接続回路と、
前記インバータ回路および前記中性点接続回路を制御する制御部と、を有し、
前記中性点接続回路は、
前記直流電源の正極および負極の間で前記インバータ回路と並列接続される並列配線部と、
前記並列配線部と前記中性点とを繋ぐ接続配線部と、
前記並列配線部の経路中であって前記接続配線部との接続部より正極側および負極側にそれぞれ設けられるスイッチング素子と、を有する、
制御装置。

【請求項2】

複数相の前記コイルに同位相の交流電流を流す発熱モードを有する、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記中性点接続回路の一対のスイッチング素子を交互にデューティ比５０％でＯＮ／ＯＦＦ制御する、
請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記発熱モードにおいて、複数相の前記コイルに流す交流電流の周波数を変化させる、
請求項２又は３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記発熱モードにおいて、複数相の前記コイルに流す交流電流の振幅を変化させる、
請求項２～４の何れか一項に記載の制御装置。

【請求項6】

請求項１～５の何れか一項に記載の制御装置と、
前記制御装置に接続される前記モータと、を備える、
駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御装置、および駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車又はハイブリッド自動車では、モータ、インバータなどを冷却する冷却回路が搭載される。特許文献１には、モータおよびインバータから回収された廃熱を暖房装置に利用して、車室内の暖房の立ち上がりを早める技術が開示されている。また、特許文献２には、モータに流れる電流のうち出力トルクに寄与しないｄ軸電流の比率を増加させることで銅損を高め、除霜に利用する空気調和機が開示されている。この構成によれば、モータの発熱量を増加させることでヒータを用いることなく必要な熱量を確保できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３１１２０４２号公報

【特許文献2】特開２０１０－３２１０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、複数相のコイルをスター結線してモータの多相回路を構成する場合、全ての相のコイルに流れる正の電流と負の電流の総和が０となる。このため、１つの相のコイルに流すことができる電流量は、他の相のコイルに流れる電流量に制限されることとなり、全ての相のコイルからバランスよく熱量を得ることが難しい。一方で、１つの相に流すことができる電流量は、コイル線の絶縁被膜やスイッチング素子の性能によって制限される。このため、特定の相に集中して電流を流して十分な発熱量を得ることも難しい。

【0005】

本発明の一つの態様によれば、モータの各相のコイルにバランスよく発熱させることで全体の発熱量を増加させることができる制御装置および駆動装置の提供を目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の制御装置の一つの態様は、中性点において互いに接続されスター結線される複数相のコイルを有するモータの制御装置であって、直流電源の電圧を複数相の交流電圧に変換して各相の前記コイルに供給するインバータ回路と、前記中性点に繋がる中性点接続回路と、前記インバータ回路および前記中性点接続回路を制御する制御部と、を有する。前記中性点接続回路は、前記直流電源の正極および負極の間で前記インバータ回路と並列接続される並列配線部と、前記並列配線部と前記中性点とを繋ぐ接続配線部と、前記並列配線部の経路中であって前記接続配線部との接続部より正極側および負極側にそれぞれ設けられるスイッチング素子と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一つの態様によれば、モータの各相のコイルにバランスよく発熱させることができる制御装置および駆動装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態の駆動装置、および温調装置の断面模式図である。

【図2】図２は、一実施形態における制御装置およびモータの構成を模式的に示す回路ブロック図である。

【図3】図３は、一実施形態の駆動装置において、車両駆動モードおよび発熱モードにおいて各相のコイルに流れる電流値を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

【0010】

図１は、本実施形態の駆動装置１、および当該駆動装置１を備える温調装置３の断面模式図である。温調装置３は、駆動装置１と冷媒回路５０と熱交換器５４と送風機５５とを有する。また、駆動装置１は、モータ２０と、モータ２０を制御する制御装置１０と、を有する。

【0011】

本実施形態の駆動装置１は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）など、モータを動力源とする車両に搭載され、その動力源として使用される。一方で、温調装置３は、車両の居住空間の気温を調整する。

【0012】

冷媒回路５０は、冷媒が流れる循環経路である。冷媒回路５０は、冷媒を介してモータ２０から熱を受け取り、この熱を車両内の空気に移動させることで車両内の空気を温める。冷媒回路５０は、駆動装置１のオイルクーラ７６と熱交換器５４とを通過する。熱交換器５４は、冷媒と空気との間で熱交換を行う。熱交換器５４には、送風機から５５から送られた空気が当てられる。熱交換器５４に当たった空気は、熱交換器５４によって温められた後に車両内に放出される。

【0013】

なお、冷媒回路５０は、コンプレッサ、アキュムレータ、室外熱交換器、膨張弁などを通過してもよい。本実施形態の冷媒回路５０の構成は一例であり、他の構成を採用してもよい。すなわち温調装置３は、駆動装置１と、駆動装置１を通過する冷媒回路５０と、を有し、冷媒回路５０において駆動装置１の熱を取り出して利用するものであればよい。

【0014】

モータ２０は、電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えた電動発電機である。モータ２０は、図示略の減速機構を介して、車両の車輪に接続される。モータ２０は、インバータ回路から供給される交流電流により駆動し、車輪を回転させる。また、モータ２０は、車輪の回転を回生し交流電流を発電する。発電された電力は、インバータ回路を通じてバッテリに蓄えられる。

【0015】

本実施形態のモータ２０は、インナーロータ型の三相ブラシレスＤＣモータである。モータ２０は、ロータ７１と、ステータ２５と、一対のベアリング７３、ハウジング７４と、オイルポンプ７５と、オイルクーラ７６と、油路７７と、オイルＯと、を有する。

【0016】

ハウジング７４は、ロータ７１、ステータ２５を収容する。また、ハウジング７４内には、ロータ７１およびステータ２５を冷却および潤滑させるオイルＯが貯留される。オイルＯは、ハウジングに接続される油路７７を流れる。

【0017】

油路７７の経路中には、オイルポンプ７５およびオイルクーラ７６が配置される。オイルポンプ７５は、ハウジング７４内に溜まったオイルＯをモータ２０の上側に送り、モータ２０に上側からかける。モータ２０にかけられたオイルＯは、モータ２０の表面から熱を奪いながらモータ２０の表面を伝う。オイルクーラ７６は、油路７７中のオイルＯと冷媒回路５０の冷媒との間で熱交換を行う。

【0018】

ロータ７１は、シャフト７１ａとロータ本体７１ｂとを有する。ロータ７１は、モータ軸Ｊを中心として回転可能である。シャフト７１ａは、一対のベアリング７３を介してハウジング７４に支持される。シャフト７１ａは、減速機構（図示略）を介して車輪に繋がる。ロータ本体７１ｂは、ロータコアとロータマグネットとを有する。

【0019】

ステータ２５は、径方向に隙間を介してロータ７１と対向する。ステータ２５は、ステータコア２５ａと、ステータコア２５ａに装着されるコイル２２と、を有する。ステータコア２５ａは、モータ軸Ｊの径方向内側に突出する複数のティースを有する。コイル２２は、ステータコア２５ａのティースに巻き付けられる。

【0020】

ステータ２５は、電流が流されることで磁場を発生する。ロータ７１は、ステータ２５の磁場によって回転する。より具体的には、ステータ２５のコイル２２には、交流電流が流される。これにより、ステータ２５に発生する磁場の磁極が切り替わり、その作用によってロータ７１に回転トルクが発生する。

【0021】

ステータ２５は、電流が流されることで、コイル２２の電気抵抗、およびステータコア２５ａに生じる渦電流などに起因して発熱する。ステータ２５の熱は、ハウジング７４内に貯留されるオイルＯに移動する。さらにオイルＯに移動した熱は、オイルクーラ７６において温調装置３の冷媒回路５０の冷媒に移動する。

【0022】

モータ２０は、モータ２０を回転駆動させて車両を駆動させる車両駆動モードと、モータ２０への通電を停止させるモータ停止モードと、ロータ７１を停止させたままステータ２５に電流を流してモータ２０を発熱させる発熱モードと、を有する。

【0023】

発熱モードは、車両が停止中にモータ２０に電流を流しモータ２０から発生する熱を、オイルクーラ７６を介して冷媒回路５０の冷媒に移動し、車内の居住空間の暖房に利用するモードである。発熱モードにおけるモータ２０の制御方法については、後段において詳細に説明する。

【0024】

車両駆動モードは、ロータ７１を回転させる磁場をステータ２５に発生させるモードである。車両駆動モードでは、車両の走行のために必要なトルクを最も効率良く出力する振幅および位相の交流電流が、コイル２２に流される。モータ２０は、車両駆動モードにおいても発熱する。車両駆動モードでは、コイル２２の電気抵抗による発熱を利用してオイルＯが温められる。

【0025】

モータ２０が発する熱は、オイルＯを加熱してオイルＯの粘性を低下させる。これによって、油路７７内での、オイルＯの循環効率が高められる。また、ステータ２５が発する熱は、オイルクーラ７６を介して冷媒回路５０の冷媒に移動し、廃熱として利用される。モータ２０は、発熱モード、および車両駆動モードで駆動される何れの場合において発熱する。車両駆動モードは、廃熱の利用と車両の走行とを並行して行うモードである。一方で、発熱モードは、車両を走行させることなく廃熱を利用するモードである。発熱モードでは、電力を全て熱に変換するため、発熱量の制御が容易となる。すなわち、発熱モードでは、必要な発熱量を容易に確保し易く、モータ２０の廃熱の暖房への利用を効率的に行うことができる。

【0026】

本実施形態では、モータ２０の廃熱は、オイルＯおよびオイルクーラ７６を介して冷媒回路５０の冷媒に移動する。しかしながら、モータ２０から冷媒への熱移動の手段は、これに限定されない。例えば、冷媒回路５０の冷媒がステータ２５の外周面を通過しており、モータ２０の廃熱が冷媒に直接的に移動する構成であってもよい。

【0027】

図２は、本実施形態における制御装置１０およびモータ２０の構成を模式的に示す回路ブロック図である。制御装置１０は、上述の車両駆動モードおよび発熱モードで、モータ２０を制御する。

【0028】

本実施形態のモータ２０は、中性点Ｎにおいて互いに接続されスター結線されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２を有する三相交流モータである。しかしながら、モータ２０は、中性点Ｎにおいて互いに接続されスター結線される複数相のコイル２２を有するモータであればよい。

【0029】

モータ２０は、Ｕ相端子２１Ｕと、Ｖ相端子２１Ｖと、Ｗ相端子２１Ｗと、Ｕ相コイル２２Ｕと、Ｖ相コイル２２Ｖと、Ｗ相コイル２２Ｗと、中性点端子２１Ｎと、を有する。Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗは、図１のコイル２２を構成する。

【0030】

Ｕ相端子２１Ｕ、Ｖ相端子２１Ｖ、Ｗ相端子２１Ｗ、および中性点端子２１Ｎは、それぞれハウジングの外側に引き出される金属端子である。Ｕ相端子２１Ｕ、Ｖ相端子２１Ｖ、およびＷ相端子２１Ｗは、制御装置１０のインバータ回路１１と電気的に接続される。また、中性点端子２１Ｎは、制御装置１０の中性点接続回路１３に接続される。Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗは、それぞれステータ２５に設けられた励磁コイルである。

【0031】

Ｕ相コイル２２Ｕは、Ｕ相端子２１Ｕと中性点Ｎとの間に電気的に接続される。Ｖ相コイル２２Ｖは、Ｖ相端子２１Ｖと中性点Ｎとの間に電気的に接続される。Ｗ相コイル２２Ｗは、Ｗ相端子２１Ｗと中性点Ｎとの間に電気的に接続される。車両駆動モードでは、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗの通電状態が制御装置１０によって制御されることにより、ロータを回転させるのに必要な電磁力が発生する。ロータが回転することにより、出力軸もロータに同期して回転する。また、発熱モードでは、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗの通電状態が制御装置１０によって制御されることにより、ロータを回転させることなくステータ２５を発熱させる。

【0032】

制御装置１０は、直流電源３０に接続される。直流電源３０は、ハイブリッド車両に搭載される複数のバッテリの一つである。また、直流電源３０には、コンデンサ４０が並列接続される。コンデンサ４０は、インバータ回路１１に供給される直流電圧を平滑化する。

【0033】

制御装置１０は、インバータ回路１１と、中性点接続回路１３と、制御部１２と、を有する。インバータ回路１１は、モータ２０の各相のコイルの端子２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗに接続される。一方で、中性点接続回路１３は、モータ２０の中性点Ｎの中性点端子２１Ｎに接続される。制御部１２は、インバータ回路１１および中性点接続回路１３を制御する。

【0034】

インバータ回路１１は、直流電源３０の電圧を複数相（本実施形態では三相）の交流電圧に変換してモータ２０の各相のコイル２２に供給する三相フルブリッジ回路である。インバータ回路１１は、直流電源３０から供給される直流電源電圧を三相交流電圧に変換してモータ２０に出力する。

【0035】

インバータ回路１１は、Ｕ相正極側スイッチング素子ＱＵ１と、Ｖ相正極側スイッチング素子ＱＶ１と、Ｗ相正極側スイッチング素子ＱＷ１と、Ｕ相負極側スイッチング素子ＱＵ２と、Ｖ相負極側スイッチング素子ＱＶ２と、Ｗ相負極側スイッチング素子ＱＷ２と、第１並列配線部１１ａと、第１接続配線部１１ｂと、を有する。

【0036】

第１並列配線部１１ａは、直流電源３０の正極および負極の間で相ごとに並列接続される。第１接続配線部１１ｂは、第１並列配線部１１ａから各相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗの端子２１Ｕ、２１Ｖ、２２Ｗに相ごとに繋がる。スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１、ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２は、相ごとの第１並列配線部１１ａの経路中であって第１接続配線部１１ｂとの第１接続部１１ｐより正極側および負極側にそれぞれ設けられる。

【0037】

なお、インバータ回路１１に含まれる正極側スイッチング素子の数、および負極側スイッチング素子の数は、モータ２０の相数と一致する。インバータ回路１１は、制御部１２によって各スイッチング素子がスイッチング制御されることにより、直流電源３０から供給される直流電源電圧を三相交流電圧に変換してモータ２０に出力する。

【0038】

Ｕ相正極側スイッチング素子ＱＵ１のコレクタ端子、Ｖ相正極側スイッチング素子ＱＶ１のコレクタ端子、およびＷ相正極側スイッチング素子ＱＷ１のコレクタ端子は、第１並列配線部１１ａによってそれぞれ直流電源３０の正極端子と電気的に接続される。Ｕ相負極側スイッチング素子ＱＵ２のエミッタ端子、Ｖ相負極側スイッチング素子ＱＶ２のエミッタ端子、およびＷ相負極側スイッチング素子ＱＷ２のエミッタ端子は、第１並列配線部１１ａによってそれぞれ直流電源３０の負極端子と電気的に接続される。なお、直流電源３０の負極端子は車内グランドと電気的に接続される。

【0039】

Ｕ相正極側スイッチング素子ＱＵ１のエミッタ端子とＵ相負極側スイッチング素子ＱＵ２のコレクタ端子とは、第１接続配線部１１ｂによってモータ２０のＵ相端子２１Ｕに電気的に接続される。Ｖ相正極側スイッチング素子ＱＶ１のエミッタ端子とＶ相負極側スイッチング素子ＱＶ２のコレクタ端子とは、第１接続配線部１１ｂによってモータ２０のＶ相端子２１Ｖに電気的に接続される。Ｗ相正極側スイッチング素子ＱＷ１のエミッタ端子とＷ相負極側スイッチング素子ＱＷ２のコレクタ端子とは、第１接続配線部１１ｂによってモータ２０のＷ相端子２１Ｗに電気的に接続される。

【0040】

中性点接続回路１３は、１つの正極側スイッチング素子ＱＮ１と１つの負極側スイッチング素子ＱＮ２とを有するブリッジ回路によって構成される。中性点接続回路１３は、制御部１２によって各スイッチング素子がスイッチング制御される。中性点接続回路１３は、中性点正極側スイッチング素子（スイッチング素子）ＱＮ１と、中性点負極側スイッチング素子（スイッチング素子）ＱＮ２と、第２並列配線部（並列配線部）１３ａと、第２接続配線部（接続配線部）１３ｂと、を有する。

【0041】

第２並列配線部１３ａは、直流電源３０の正極および負極の間でインバータ回路１１と並列接続される。第２接続配線部１３ｂは、第２並列配線部１３ａと中性点Ｎとを繋ぐ。スイッチング素子（ＱＮ１，ＱＮ２）は、第２並列配線部１３ａの経路中であって第２接続配線部１３ｂとの第２接続部（接続部）１３ｐより正極側および負極側にそれぞれ設けられる。

【0042】

中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１は、第２並列配線部１３ａによってそれぞれ直流電源３０の正極端子と電気的に接続される。中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２は、第１並列配線部１１ａによってそれぞれ直流電源３０の負極端子と電気的に接続される。

【0043】

中性点正極側スイッチング素子（スイッチング素子）ＱＮ１のエミッタ端子と中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２のコレクタ端子とは、第２接続配線部１３ｂによって中性点Ｎに電気的に接続される。

【0044】

制御部１２は、制御部コア１２ａと、ＰＷＭモジュール１２ｂと、を有する。
制御部コア１２ａは、インバータ回路１１、および中性点接続回路１３の複数のスイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１、ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２、ＱＮ１、ＱＮ２をスイッチング制御するための指令値を算出してＰＷＭモジュールに送信する。ＰＷＭモジュール１２ｂは、制御部コア１２ａから入力される制御信号に基づいて、スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１、ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２、ＱＮ１、ＱＮ２の駆動電力であるＰＷＭ(Pulse Width Modulation)信号を生成する。

【0045】

ＰＷＭモジュール１２ｂは、Ｕ相正極側スイッチング素子ＱＵ１のゲート端子、Ｖ相正極側スイッチング素子ＱＶ１のゲート端子、Ｗ相正極側スイッチング素子ＱＷ１のゲート端子、中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１のゲート端子、Ｕ相負極側スイッチング素子ＱＵ２のゲート端子、Ｖ相負極側スイッチング素子ＱＶ２のゲート端子、Ｗ相負極側スイッチング素子ＱＷ２のゲート端子、および中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２のゲート端子に接続される。

【0046】

制御部１２は、車両制御装置などの上位装置に接続される。制御部１２は、上位装置から入力される制御信号に基づいて、インバータ回路１１および中性点接続回路１３を介したモータ２０の駆動制御を実行する。

【0047】

上述したように、本実施形態の制御装置１０に制御されるモータ２０のモードは、車両駆動モードと発熱モードとを有する。なお、本明細書において、インバータ回路１１および中性点接続回路１３の正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子を、単にスイッチ素子と呼ぶ場合がある。

【0048】

＜車両駆動モード＞
図３は、車両駆動モードおよび発熱モードにおいて、Ｕ相コイル２２Ｕ，Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗに流れる電流値を示すグラフである。

【0049】

図３に示すように、車両駆動モードにおいて、制御装置１０は、モータ２０のＵ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗにそれぞれ１２０°ごとに位相をずらした交流電流を流す。

【0050】

図２に示すインバータ回路１１、および中性点接続回路１３のそれぞれのスイッチング素子（すなわち、正極側スイッチング素子および負極側スイッチング素子）ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１、ＱＮ１、ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２、ＱＮ２は、制御部１２によってＯＮ又はＯＦＦの何れかの状態に切り替えられる。これらのスイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１、ＱＮ１、ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２、ＱＮ２は、ＯＮの場合に電流を流し、ＯＦＦの場合に電流を遮断する。

【0051】

制御部１２は、車両駆動モードにおいて、インバータ回路１１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１を１２０°ごとに位相をずらしてＯＮ／ＯＦＦを切り替える。また、制御部１２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２を相ごとに正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１と反転してＯＮ／ＯＦＦを切り替えられる。

【0052】

一方で、制御部１２は、車両駆動モードにおいて、中性点接続回路１３の中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１、および中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２を何れもＯＦＦとする。すなわち、車両駆動モードにおいて、第２並列配線部１３ａおよび第２接続配線部１３ｂには、電流が流れない。

【0053】

＜発熱モード＞
図３に示すように、発熱モードにおいて、制御部１２は、モータ２０のＵ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗに同位相の交流電流を流す。

【0054】

モータ２０のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに電流を流すと、モータ２０は、鉄損および銅損に起因して発熱する。銅損は、電気抵抗により消費される損失である。このため、銅損に起因する発熱は、コイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗのみならず、インバータ回路１１や中性点接続回路１３など電流が流れる全ての配線部分で発生する。一方で、鉄損は、ステータコア２５ａ（図１参照）が励磁されることに伴い発生する損失である。鉄損に起因する発熱は、ステータコア２５ａに渦電流が生じることなどによる発熱であるため、主にステータ２５から発生し配線部分からは発生しない。

【0055】

コイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流す電流は、直流成分と交流成分とに分けることができる。直流成分は銅損のみを生じさせ、交流成分は銅損と鉄損とを生じさせる。このため、コイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流す電流の直流成分をゼロに近づけるように減少させ、交流成分の割合を増加させることでことで、鉄損の比率が高められる。

【0056】

本実施形態によれば、制御装置１０は、複数相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに同位相の交流電流を流す発熱モードを有する。本実施形態の発熱モードによれば、ロータにトルクを発生させることなく、ステータ２５を発熱させることができる。また、本実施形態の発熱モードによれば、コイル２２に直流電流を流す場合と比較して、モータ２０に鉄損に起因する発熱を生じさせることができる。すなわち、全体の発熱量のうち、配線部分における発熱の比率を低減し、ステータ２５の発熱の比率を高めることができる。結果的に、モータ２０の熱を暖房などに利用する場合に、モータ２０から効率的に熱を回収することができる。なお、銅損に起因する発熱については、モータ２０から生じる発熱は回収が可能であるが、その他の配線部分からの発熱は回収が困難となる。本実施形態によれば、銅損に起因する発熱の比率を減らすことで、発熱量の回収が容易となり、エネルギ効率の高い発熱モードを実現できる。

【0057】

図２の制御装置１０の発熱モードにおいて、インバータ回路１１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１は、互いに同期してＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２は、相ごとに正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１と反転してＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。すなわち、各相の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１は、同時にＯＮ又はＯＦＦとなる。同様に、各相の負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２は、同時にＯＮ又はＯＦＦとなる。さらに、正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１のＯＮ／ＯＦＦと、負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２のＯＮ／ＯＦＦは、常に反転している。

【0058】

制御装置１０の発熱モードにおいて、中性点接続回路１３の中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１、および中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２は、ＯＮ／ＯＦＦが交互に切り替えられる。すなわち、中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１がＯＮの場合に中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２がＯＦＦとされ、逆に中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１がＯＦＦの場合に中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２がＯＮとされる。

【0059】

本実施形態によれば、中性点Ｎが中性点接続回路１３を介して直流電源３０に接続される。このため、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗを流れる電流を中性点Ｎから直流電源３０に流すことができる。本実施形態によれば、各相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流す電流を、他相のコイル２２に流れる電流の位相および振幅に依存することなく独立して制御することが可能となる。これにより、各相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流す電流によって各相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗをバランスよく発熱させることができる。さらに、それぞれの相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに、上限値近くの電流を流すことができ、モータ２０全体としての発熱量を増加させることができる。本実施形態によれば、個別のコイル２２の温度が局所的に高くなることを抑制しつつ、全体として大きな発熱量を確保でき、暖房、バッテリ加熱、ハウジング内のオイルの温度上昇・粘性低下などに、モータ２０の発熱を効果的に利用できる。

【0060】

中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１、および中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２のＯＮ／ＯＦＦの切り替えのタイミングとしては、例えば、以下の第１切り替え制御方法と第２切り替え制御方法の２つの切り替えタイミングが例示される。

【0061】

第１切り替え制御方法において、中性点接続回路１３のスイッチング素子ＱＮ１、ＱＮ２は、インバータ回路１１のスイッチング素子と同期させてＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。上述したように、発熱モードにおいて、インバータ回路１１の各相の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１と負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２とは、交互にＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。第１切り替え制御方法において、中性点接続回路１３とインバータ回路１１とは、正極側、負極側スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを逆転させて同期させる。すなわち、中性点接続回路１３の正極側スイッチング素子ＱＮ１のＯＮ／ＯＦＦと、インバータ回路１１の負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２のＯＮ／ＯＦＦと、を互いに一致させる。同様に、中性点接続回路１３の負極側スイッチング素子ＱＮ２のＯＮ／ＯＦＦと、インバータ回路１１の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１のＯＮ／ＯＦＦと、を互いに一致させる。

【0062】

第１切り替え制御方法において、インバータ回路１１の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１、および中性点接続回路１３の負極側スイッチング素子ＱＮ２がＯＮとされる瞬間、インバータ回路１１の負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２、および中性点接続回路１３の正極側スイッチング素子ＱＮ１がＯＦＦとされる。この瞬間、直流電源３０の正極側から流れる電流は、インバータ回路１１の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１を通過して、モータ２０のＵ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、Ｗ相コイル２２Ｗに流れる。この電流は、さらに中性点Ｎから第２接続配線部１３ｂ、および中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２を通過して、直流電源３０の負極側に達する。

【0063】

第１切り替え制御方法において、インバータ回路１１の負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２、および中性点接続回路１３の正極側スイッチング素子ＱＮ１がＯＮとされる瞬間、インバータ回路１１の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１、および中性点接続回路１３の負極側スイッチング素子ＱＮ２がＯＦＦとされる。この瞬間、直流電源３０の正極側から流れる電流は、中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１、第２接続配線部１３ｂを通過してモータ２０の中性点Ｎに流れる。この電流は、さらにモータ２０のＵ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、Ｗ相コイル２２Ｗを流れインバータ回路１１の負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２を通過し、直流電源３０の負極側に達する。

【0064】

第１切り替え制御方法において、インバータ回路１１および中性点接続回路１３のスイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１、ＱＮ１、ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２、ＱＮ２のデューティ比は、５０％である。第１切り替え制御方法において、コイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに交流電流を流すことができ、ステータ２５の鉄損を大きくすることができる。結果的に、モータ２０の発熱において配線部分全体の発熱量に対してステータ２５での発熱量の比率を高めることができる。

【0065】

第１切り替え制御方法において、インバータ回路１１および中性点接続回路１３のスイッチング素子の切り替えの周波数は、互いに一致する。また、これらのスイッチング素子の周波数は、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗに流れる電流の周波数と一致する。後述するように、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、およびＷ相コイル２２Ｗに流れる電流の周波数を変えることで、モータ２０の発熱量を調整することができる。第１切り替え制御方法において、スイッチング素子の切り替えの周波数は、所望の発熱量に応じて調整される。

【0066】

第２切り替え制御方法において、中性点接続回路１３のスイッチング素子ＱＮ１、ＱＮ２は、インバータ回路１１のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの切り替え周期に対して、十分に短い周期でＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。上述したように、発熱モードにおいて、インバータ回路１１の各相の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１と負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２とは、一定の周期（第１の周期と呼ぶ）で交互にＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。一方で、第２の切り替えタイミングにおいて、中性点接続回路１３の正極側スイッチング素子ＱＮ１と負極側スイッチング素子ＱＮ２とは、インバータ回路のＯＮ／ＯＦＦの切り替え周期である第１の周期より短い第２の周期で交互にＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。第２の周期は、例えば、第１の周期の５分の１以下の十分に小さい周期とされる。

【0067】

第２切り替え制御方法において、インバータ回路１１の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１がＯＮ、かつ負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２がＯＦＦとされている間に、中性点接続回路１３の正極側スイッチング素子ＱＮ１および負極側スイッチング素子ＱＮ２は、ＯＮ／ＯＦＦが繰り返し切り替えられる。この場合、中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１がＯＦＦであり、中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２がＯＮとなる瞬間に、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、Ｗ相コイル２２Ｗに電流が流れる。一方で、中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１がＯＮであり、中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２がＯＦＦとなる瞬間に、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、Ｗ相コイル２２Ｗへの電圧の付与は瞬間的に停止される。

【0068】

第２切り替え制御方法において、インバータ回路１１の正極側スイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１がＯＦＦ、かつ負極側スイッチング素子ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２がＯＮとされている間に、中性点接続回路１３の正極側スイッチング素子ＱＮ１および負極側スイッチング素子ＱＮ２は、ＯＮ／ＯＦＦが繰り返し切り替えられる。この場合、中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１がＯＮであり、中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２がＯＦＦとなる瞬間に、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、Ｗ相コイル２２Ｗに電流が流れる。一方で、中性点正極側スイッチング素子ＱＮ１がＯＦＦであり、中性点負極側スイッチング素子ＱＮ２がＯＮとなる瞬間に、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、Ｗ相コイル２２Ｗへの電圧の付与は瞬間的に停止される。

【0069】

第２の切り替え制御方法では、インバータ回路１１が生成してＵ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、Ｗ相コイル２２Ｗに付与される交流電圧は、中性点接続回路１３によって細かいパルス波状に分断される。Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、Ｗ相コイル２２Ｗに流す交流電流の振幅は、中性点接続回路１３のスイッチング素子ＱＮ１、ＱＮ２のＯＮ／ＯＦＦの周波数によって調整できる。

【0070】

第２切り替え制御方法において、中性点接続回路１３のスイッチング素子ＱＮ１、ＱＮ２のデューティ比は、５０％である。これにより、中性点Ｎの電位を直流電源３０の電源電位に対し１／２一定に保つことができ、Ｕ相コイル２２Ｕ、Ｖ相コイル２２Ｖ、Ｗ相コイル２２Ｗに流れる電流の位相振幅を独立して制御できる。したがって、第２切り替え制御方法において、コイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに正の電流と負の電流のバランスを高めた正弦波に近い交流電流を流すことが可能となり、ステータ２５の鉄損を大きくすることができる。結果的に、モータ２０の発熱において配線部分全体の発熱量に対してステータ２５での発熱量の比率を高めることができる。

【0071】

本実施形態の制御部１２は、第１切り替え制御方法、および第２切り替え制御方法の何れにおいても、中性点接続回路１３の一対のスイッチング素子ＱＮ１、ＱＮ２を交互にデューティ比５０％でＯＮ／ＯＦＦ制御する。中性点接続回路１３の一対のスイッチング素子ＱＮ１、ＱＮ２のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を５０％とすることで、正弦波波形に近づけることができる。すなわち、コイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流の直流成分を減らして銅損を抑制しつつ、鉄損を最大化できる。結果的に、ステータ２５以外の配線部分の発熱を抑制しつつステータ２５での発熱量を高めることができる。

【0072】

本実施形態の制御部１２は、発熱モードにおいて、複数相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流す交流電流の周波数を変化させる。以下の式１は、鉄損の算出方法を表す式である。なお、式１において、Ｐ_ｉは鉄損を表し、ｆは交流周波数を表し、Ｂ_ｍは最大磁束密度を表し、Ｋ_１、Ｋ_２はそれぞれヒステリシス損と渦電流損とに対応する損失係数である。

【0073】

【数1】

【0074】

式１からもわかるように、鉄損はコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる交流電流の交流周波数ｆを増加させることで高めることができる。鉄損を高めることで、ステータ２５で生じる発熱量を増加させることができる。本実施形態によれば、制御部１２は、コイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流す交流電流の周波数を変化させることで、ステータ２５における発熱量を調整できる。

【0075】

本実施形態の制御部１２は、発熱モードにおいて、複数相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流す交流電流の振幅を変化させることで、ステータ２５における発熱量を調整してもよい。交流電流の振幅は、例えば、インバータ回路１１の各相のスイッチング素子ＱＵ１、ＱＶ１、ＱＷ１、ＱＵ２、ＱＶ２、ＱＷ２の中性点電位を基準とした各相の電圧の振幅を大きくすることができる。

【0076】

本発明は上記実施形態に限定されず、本明細書において説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0077】

１…駆動装置、２０…モータ、１０…制御装置、１１…インバータ回路、１３ｐ…第２接続部（接続部）、１２…制御部、１３…中性点接続回路、１３ａ…第２並列配線部（並列配線部）、１３ｂ…第２接続配線部（接続配線部）、２２，２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗ…コイル、３０，３０…直流電源、Ｎ…中性点、ＱＮ１…中性点正極側スイッチング素子（スイッチング素子）、ＱＮ２…中性点負極側スイッチング素子（スイッチング素子）

【図1】

【図2】

【図3】