特許 7474181 モータ制御装置及びモータ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-16

(45)【発行日】2024-04-24

(54)【発明の名称】モータ制御装置及びモータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 23/06 20160101AFI20240417BHJP

【ＦＩ】

H02P23/06

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020185899

(22)【出願日】2020-11-06

(65)【公開番号】P2022075237

(43)【公開日】2022-05-18

【審査請求日】2023-07-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000144027

【氏名又は名称】株式会社ミツバ

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】岡田 宏昭

(72)【発明者】

【氏名】ペスカドール マドリッド ビクター

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１７１８３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－３３７０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－３９２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３４５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２９２５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２６８９６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ２３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブラシレスモータに接続されるブリッジ回路にゲート信号を印加するゲート駆動出力部と、
電源から前記ブリッジ回路に供給される電源を平滑化するコンデンサと、
を有するモータ制御装置であって、
前記電源と前記ブリッジ回路との間に接続されるコンタクタと、
前記コンタクタがオフとなったことを検出するコンタクタ開検出部と、
前記ブラシレスモータに備えられたコイルのインダクタンスの変化が基準値以内であるロータの回転角度を相毎に記憶する記憶部と、
ロータの回転角度を検出するロータ位置検出部と、
回生動作中にコンタクタがオフとなったことが検出されると、前記記憶部を参照し、前記検出された回転角度に基づいて前記インダクタンスの変化が基準値以内である相のコイルに対し前記コンデンサから放電する指令を、前記ゲート駆動出力部に出力する指令出力部と、
前記コンデンサから放電する期間が終了すると前記コンタクタをオンにするコンタクタ制御部と
を有するモータ制御装置。

【請求項2】

前記コンタクタ開検出部は、
電源電流が基準電流値であって、かつ、前記コンデンサの電圧が基準電圧以上になった場合に、コンタクタがオフとなったことを検出する
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記コンタクタ制御部は、
前記コンデンサの電圧が前記電源の電圧まで低下したか否かを判定し、
前記コンデンサの電圧が前記電源の電圧まで低下したと判定された場合に、前記コンデンサから放電する期間が終了したと判定し、前記コンタクタをオンにする
請求項１または請求項２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記コンタクタ開検出部は、前記コンデンサの電圧と前記電源の電圧との電圧差が所定の判定基準電圧よりも大きい場合に、前記コンタクタがオフになったことを検出する
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

電源をブリッジ回路に供給してブラシレスモータを駆動するモータ制御方法であって、
前記電源とブリッジ回路との間にはコンタクタが挿入されるとともに、前記電源から前記ブリッジ回路に供給される電源を平滑化するコンデンサが設けられており、
前記コンタクタがオフとなったことを検出する工程と、
前記ブラシレスモータのロータの回転角度を検出する工程と、
回生動作中に前記コンタクタがオフとなったことが検出されると、前記検出されたロータの回転角度に基づいて、インダクタンスの変化が基準値以内である相のコイルに対し、前記コンデンサの電荷を放電させる工程と、
前記コンデンサから放電する期間が終了すると前記コンタクタをオンにする工程と、
を含むモータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）システムでは、例えば特許文献１に示されているように、バッテリとモータの駆動回路との間に、コンタクタが挿入されている。モータが回生動作中、コンタクタは閉状態（オン状態）となっており、モータの回生電流により、バッテリが充電されていく。

【0003】

図９Ａ及び図９Ｂは、ＥＶのモータ制御装置の概要を示すブロック図である。図９Ａ及び図９Ｂにおいて、バッテリ５０１と駆動回路５０２との間には、コンタクタ５０３が挿入される。駆動回路５０２はブリッジ回路を基本構成とするインバータであり、駆動電流によりモータ５０５を駆動している。コンデンサ５０４は平滑コンデンサである。

【0004】

モータ５０５を回生動作させると、モータ５０５が発電機として機能する。この場合、通常、図９Ａに示すように、コンタクタ５０３は閉状態になっている。したがって、モータ５０５からの回生電流がバッテリ５０１に送られ、バッテリ５０１が充電されていく。

【0005】

ところが、コンタクタコイル駆動電圧の変動、コンタクタコイル駆動ハーネスの接触不良、機械的衝撃などにより、モータ作動中にコンタクタ５０３が開状態（オフ状態）になることがある。回生動作中にコンタクタ５０３が開状態になると、図９Ｂに示すように、モータ５０５からの回生電流をバッテリ５０１に送る経路が遮断され、バッテリ５０１が充電されなくなる。また、回生動作中にコンタクタ５０３が開状態になると、モータ５０５からの回生電流によりコンデンサ５０４の電圧が上昇していく。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第６２９６１６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

回生動作中にコンタクタ５０３が開状態となった場合、コンデンサ５０４の電圧が上昇するため、電子部品を保護するための過電圧保護機能が必要となる。ＥＶシステムとしては、このような状況が発生した場合、回生ブレーキが失陥するため、早急に機能復帰が望まれる。しかしながら、過電圧状態でコンタクタ５０３を閉動作（オン動作）させると、コンデンサ５０４からバッテリ５０１へ突入電流が流れるため、コンタクタ接点やバッテリを痛めてしまう恐れがある。また、コンタクタコイルの電源にコンデンサの電荷を利用する場合、コンタクタコイルの最大許容電圧を超過してしまう恐れがある。

【0008】

上述の課題を鑑み、本発明は、回生動作中にコンタクタが開状態となった場合に、速やかにコンデンサ電荷を放電し、回生動作を復帰させることができるモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係るモータ制御装置は、ブラシレスモータに接続されるブリッジ回路にゲート信号を印加するゲート駆動出力部と、電源から前記ブリッジ回路に供給される電源を平滑化するコンデンサと、を有するモータ制御装置であって、前記電源と前記ブリッジ回路との間に接続されるコンタクタと、前記コンタクタがオフとなったことを検出するコンタクタ開検出部と、前記ブラシレスモータに備えられたコイルのインダクタンスの変化が基準値以内であるロータの回転角度を相毎に記憶する記憶部と、ロータの回転角度を検出するロータ位置検出部と、回生動作中にコンタクタがオフとなったことが検出されると、前記記憶部を参照し、前記検出された回転角度に基づいて前記インダクタンスの変化が基準値以内である相のコイルに対し前記コンデンサから放電する指令を、前記ゲート駆動出力部に出力する指令出力部と、前記コンデンサから放電する期間が終了すると前記コンタクタをオンにするコンタクタ制御部とを有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、回生動作中にコンタクタが開状態になり、コンデンサ電圧が上昇した場合に、各相のモータコイルの中でインダクタンスの変化が小となる相のコイルを用いてコンデンサの電荷を放電させることで、コンデンサの電荷を素早く放電し、回生動作を復帰させることができる。これにより、回生ブレーキ機能の失陥を最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成図である。

【図2A】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置でのコンデンサの放電制御の説明図である。

【図2B】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置でのコンデンサの放電制御の説明図である。

【図2C】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置でのコンデンサの放電制御の説明図である。

【図3】ＳＲモータのインダクタンスの変化の一例を示すグラフである。

【図4】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置での回生駆動制御を示すフローチャートである。

【図5】本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置でのコンデンサ電圧及び電源電流の時間変化を示すグラフである。

【図6】本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の構成図である。

【図7】本発明の第２の実施形態における過電圧検出のフローチャートである。

【図8】本発明の第２の実施形態での過電圧検出の説明図である。

【図9A】ＥＶのモータ制御装置の概要を示すブロック図である。

【図9B】ＥＶのモータ制御装置の概要を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置１の構成図である。図１において、モータ１０は、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）で車両を駆動するモータである。モータ１０としては、ＳＲ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）モータが用いられる。ＳＲモータは、ブラシレスであり、凸極型のロータと、３相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗとを備えている。

【0013】

モータ１０の各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗには、駆動回路３０を構成するハーフブリッジ回路から、各相のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動信号が供給される。各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに流れる電流は、電流センサ１３ｕ、１３ｖ、１３ｗで検出される。また、モータ１０には、ロータの回転位置を検出するための回転センサ１２が取り付けられている。

【0014】

バッテリ２０は、モータ１０を駆動するための電源である。バッテリ２０としては、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等、充電可能な二次電池が用いられる。

【0015】

駆動回路３０はインバータであり、バッテリ２０から送られてきた直流電源からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の駆動電流を生成し、モータ１０の各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに供給して、モータ１０を駆動する。駆動回路３０は、ＭＯＳトランジスタ３１ｕ、３１ｖ、３１ｗと、ＭＯＳトランジスタ３２ｕ、３２ｖ、３２ｗと、ダイオード３３ｕ、３３ｖ、３３ｗと、ダイオード３４ｕ、３４ｖ、３４ｗとから構成される。

【0016】

ＭＯＳトランジスタ３１ｕ及び３２ｕ、ダイオード３３ｕ及び３４ｕは、Ｕ相のモータコイル１１ｕに駆動信号を供給するハーフブリッジ回路を構成している。ＭＯＳトランジスタ３１ｖ及び３２ｖ、ダイオード３３ｖ及び３４ｖは、Ｖ相のモータコイル１１ｖに駆動信号を供給するハーフブリッジ回路を構成している。ＭＯＳトランジスタ３１ｗ及び３２ｗ、ダイオード３３ｗ及び３４ｗは、Ｗ相のモータコイル１１ｗに駆動信号を供給するハーフブリッジ回路を構成している。

【0017】

バッテリ２０の正極から駆動回路３０に電源を供給するハイサイド電源ライン２１ａ、２１ｂ中には、コンタクタ２３が挿入される。電圧センサ６１は、バッテリ２０側のハイサイド電源ライン２１ａとローサイド電源ライン２２との間のバッテリ電圧を検出している。電圧センサ６２は、駆動回路３０側のハイサイド電源ライン２１ｂとローサイド電源ライン２２との間のコンデンサ電圧を検出している。また、電流センサ６３は、ハイサイド電源ライン２１ｂに流れる電源電流を検出している。

【0018】

ハイサイド電源ライン２１ｂとローサイド電源ライン２２との間に、コンデンサ２５が接続される。コンデンサ２５は、バッテリ２０から駆動回路３０に供給される電源を平滑化する。

【0019】

また、ハイサイド電源ライン２１ａとローサイド電源ライン２２との間に、ＭＯＳトランジスタ２７及びＭＯＳトランジスタ２８が直列に接続される。ＭＯＳトランジスタ２７及びＭＯＳトランジスタ２８の接続点は、抵抗２９を介して、ハイサイド電源ライン２１ｂに接続される。ＭＯＳトランジスタ２７及びＭＯＳトランジスタ２８は、コンデンサ２５のプリチャージ及びディスチャージを行う。

【0020】

制御回路４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）、メモリ等からなり、各部の制御を行う。制御回路４０は、電圧検出部４０１、電流検出部４０２、ロータ位置検出部４０３、各相コイル電流検出部４０４、モータ駆動制御部４０５、ゲート駆動出力部４０６、起動・停止認識処理部４０７、プリチャージ・ディスチャージ制御部４０８、コンタクタ開検出部４０９、コンタクタ制御部４１０、ディスチャージ指令出力部４１１、及びディスチャージタイミング記憶部４１２からなる。

【0021】

電圧検出部４０１は、電圧センサ６１及び６２の検出信号から、バッテリ電圧及びコンデンサ電圧を検出する。電流検出部４０２は、電流センサ６３の検出信号から、電源電流を検出する。ロータ位置検出部４０３は、回転センサ１２の検出信号から、モータ１０のロータの回転角度を検出する。各相コイル電流検出部４０４は、電流センサ１３ｕ、１３ｖ、１３ｗの検出信号から、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗを流れる電流を検出する。

【0022】

モータ駆動制御部４０５には、駆動指令、停止指令、回生指令が入力される。モータ駆動制御部４０５は、駆動指令を入力すると、モータ１０を駆動するための制御信号を生成して、ゲート駆動出力部４０６に出力する。このときには、モータ１０は力行動作となる。また、モータ駆動制御部４０５は、停止指令を入力すると、モータ１０を停止するための制御信号を生成して、ゲート駆動出力部４０６に出力する。このときには、モータ１０は惰性回転した後、停止する。モータ駆動制御部４０５は、回生指令を入力すると、モータ１０に回生動作を行わせるための制御信号を生成して、ゲート駆動出力部４０６に出力する。この場合、モータ１０は、回生動作となる。

【0023】

ゲート駆動出力部４０６は、モータ駆動制御部４０５からの制御信号から、駆動回路３０のＭＯＳトランジスタ３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ及びＭＯＳトランジスタ３２ｕ、３２ｖ、３２ｗへのゲート信号を生成する。これにより、モータ１０の各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗに駆動電流が供給され、モータ１０が回転される。

【0024】

起動・停止認識処理部４０７は、起動スイッチの状態から起動及び停止を認識する。起動・停止認識処理部４０７は、起動及び停止を認識すると、プリチャージ・ディスチャージ制御部４０８に制御信号を出力し、ＭＯＳトランジスタ２７及び２８を制御して、コンデンサ２５をプリチャージ及びディスチャージする。

【0025】

プリチャージ・ディスチャージ制御部４０８は、ＭＯＳトランジスタ２７及び２８のゲートにゲート信号を供給して、コンデンサ２５の充放電を制御する。コンタクタ２３が開状態の間に、ＭＯＳトランジスタ２７がオンし、ＭＯＳトランジスタ２８がオフのときには、抵抗２９を介してコンデンサ２５がプリチャージされる。ＭＯＳトランジスタ２８がオンし、ＭＯＳトランジスタ２７がオフのときには、コンデンサ２５の電荷が抵抗２９を介してディスチャージされる。

【0026】

コンタクタ開検出部４０９は、電圧検出部４０１の検出出力と、電流検出部４０２の検出出力に基づいて、コンタクタ２３が開（オフ）状態にあるか、閉（オン）状態にあるかを検出する。より具体的には、コンタクタ開検出部４０９は、電流センサ６３から取得される電源電流が基準電流（０Ａ）であって、かつ、電圧センサ６２から得られるコンデンサ２５の電圧が基準電圧以上になった場合に、コンタクタ２３が開状態になったことを検出する。すなわち、コンタクタ２３が閉状態において回生動作が行われると、回生電流がバッテリ２０に流れるため、電源電流はマイナスとなる。また、このときには、コンデンサ２５の電圧は基準電圧以下になる。コンタクタ２３が開状態で回生動作が行われると、回生電流がバッテリ２０に流れないため、電源電流は基準電流（０Ａ）となる。また、コンデンサ２５に回生電流が流れ込むため、コンデンサ２５の電圧は基準電圧以上になる。

【0027】

コンタクタ制御部４１０は、電圧検出部４０１の検出出力と、プリチャージ・ディスチャージ制御部４０８、コンタクタ開検出部４０９の検出出力に基づいて、コンタクタ２３の開閉を制御する。

【0028】

ディスチャージ指令出力部４１１は、モータ１０を回生動作中に、コンタクタ２３が開状態を検出した場合に、コンデンサ２５の電荷をモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗにより放電させる制御を行う。後に説明するように、本実施形態では、ディスチャージ指令出力部４１１は、ロータの回転角に対応して、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中でトルク最小となる相のコイルに放電路を形成して、コンデンサ２５の電荷が放電されるように、各相のＭＯＳトランジスタ３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ及びＭＯＳトランジスタ３２ｕ、３２ｖ、３２ｗを制御する。

【0029】

ディスチャージタイミング記憶部４１２は、ロータの回転角に対応して、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中でトルク最小となる相のタイミングデータを記憶している。ディスチャージ指令出力部４１１は、コンデンサ２５の電荷をディスチャージさせる制御を行う際に、ディスチャージタイミング記憶部４１２に記憶されているタイミングデータを用いて、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中でトルクが最小となる相のコイルに放電経路を形成する。

【0030】

次に、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置１の動作について説明する。本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置１は、ＥＶで車両を駆動するのに用いられる。ＥＶのモータ１０では、バッテリ２０からの電源をモータ１０に供給してロータを回転させる力行動作と、ロータの回転により生じるモータ１０の回生電流によりバッテリ２０を充電させる回生動作とが行われる。

【0031】

ここで、モータ１０が回生動作を行っている間に、コンタクタ２３が開状態になっていると、モータ１０の回生電流はバッテリ２０に送られなくなる。この場合には、モータ１０の回生電流は、ハイサイド電源ライン２１ｂからコンデンサ２５に送られ、コンデンサ２５の充電電流となる。これにより、コンデンサ２５の電圧が上昇していく。コンデンサ２５の電圧が上昇し、過電圧状態とならないよう、回生制御を停止するため、回生機能が失陥する。

【0032】

回生ブレーキの機能を復帰させるために、直ちにコンタクタ２３を閉動作させると、ハイサイド電源ライン２１ａとハイサイド電源ライン２１ｂとの間に電圧差が生じているため、コンデンサ２５からバッテリ２０へ突入電流が流れる。これにより、コンタクタ２３の接点やバッテリ２０を破壊してしまう恐れがある。

【0033】

また、コンデンサ２５の電圧が上昇したら、ＭＯＳトランジスタ２８をオンして、コンデンサ２５の電荷を放電することが考えられる。しかしながら、この場合、抵抗２９を介してコンデンサ２５の電荷が放電されるため、抵抗２９の抵抗値の設定によっては、放電に時間がかかり、速やかにコンデンサ２５の電圧を低下できない。

【0034】

そこで、本実施形態では、モータ１０が回生動作中に、コンタクタ２３の開状態を検出した場合に、ロータの回転角に対応して、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中でトルク最小となる相のコイルに放電路を形成して、コンデンサ２５の電荷が放電されるように、各相のＭＯＳトランジスタ３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ及びＭＯＳトランジスタ３２ｕ、３２ｖ、３２ｗを制御している。このことについて、以下に説明する。

【0035】

図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置でのコンデンサの放電制御の説明図である。

【0036】

図２Ａから図２Ｃに示すように、各モータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗは、駆動回路３０を構成するハーフブリッジ回路に接続される。すなわち、ＭＯＳトランジスタ３１ｕ及び３２ｕ、ダイオード３３ｕ及び３４ｕは、Ｕ相のモータコイル１１ｕに駆動信号を供給するハーフブリッジ回路を構成している。ＭＯＳトランジスタ３１ｕとダイオード３４ｕとの接続点と、ダイオード３３ｕとＭＯＳトランジスタ３２ｕとの接続点との間に、ｕ相のモータコイル１１ｕが接続される。

【0037】

ＭＯＳトランジスタ３１ｖ及び３２ｖ、ダイオード３３ｖ及び３４ｖは、Ｖ相のモータコイル１１ｖに駆動信号を供給するハーフブリッジ回路を構成している。ＭＯＳトランジスタ３１ｖとダイオード３４ｖとの接続点と、ダイオード３３ｖとＭＯＳトランジスタ３２ｖとの接続点との間に、Ｖ相のモータコイル１１ｖが接続される。

【0038】

ＭＯＳトランジスタ３１ｗ及び３２ｗ、ダイオード３３ｗ及び３４ｗは、Ｗ相のモータコイル１１ｗに駆動信号を供給するハーフブリッジ回路を構成している。ＭＯＳトランジスタ３１ｗとダイオード３４ｗとの接続点と、ダイオード３３ｗとＭＯＳトランジスタ３２ｗとの接続点との間に、Ｗ相のモータコイル１１ｗが接続される。

【0039】

ここで、図２Ａに示すように、Ｕ相のＭＯＳトランジスタ３１ｕ及びＭＯＳトランジスタ３２ｕをオンさせると、コンデンサ２５の電荷は、ＭＯＳトランジスタ３１ｕ、モータコイル１１ｕ、ＭＯＳトランジスタ３２ｕを介して流れ、コンデンサ２５の電荷を放電させることができる。また、図２Ｂに示すように、Ｖ相のＭＯＳトランジスタ３１ｖ及びＭＯＳトランジスタ３２ｖをオンさせると、コンデンサ２５の電荷は、ＭＯＳトランジスタ３１ｖ、モータコイル１１ｖ、ＭＯＳトランジスタ３２ｖを介して流れ、コンデンサ２５の電荷を放電させることができる。また、図２Ｃに示すように、Ｗ相のＭＯＳトランジスタ３１ｗ及びＭＯＳトランジスタ３２ｗをオンさせると、コンデンサ２５の電荷は、ＭＯＳトランジスタ３１ｗ、モータコイル１１ｗ、ＭＯＳトランジスタ３２ｗを介して流れ、コンデンサ２５の電荷を放電させることができる。

【0040】

モータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ中の何れの相にコンデンサ２５の放電経路を形成するかは、モータの回転に対する影響を考慮して決定される。本実施形態では、ロータの回転角に対応して、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中でトルク最小となる相のコイルがコンデンサ２５の放電経路となるように、各相のＭＯＳトランジスタを駆動している。

【0041】

つまり、ＳＲモータのトルクは、以下の式で求められる。

【0042】

【数1】

【0043】

上式から、インダクタンスの変化量（ｄＬ／ｄθ）が最小となる相が、トルクが最小となる相のコイルとなる。

【0044】

図３は、ＳＲモータのインダクタンスの変化の一例を示すグラフである。図３において、横軸はロータの回転角を示し、縦軸はインダクタンスを示す。

【0045】

図３において、ＬｕがＵ相のインダクタンスの変化を示し、ＬｖがＶ相のインダクタンスの変化を示し、ＬｗがＷ相のインダクタンスの変化を示す。ＳＲモータのトルクが上式で示されることから、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のインダクタンスの中で、その変化量が最小になる相においてトルクが最小となる。

【0046】

図３のグラフによると、期間Ｔ１では、Ｕ相のインダクタンスの変化を示す曲線Ｌｕの傾きが最も小さい。よって、期間Ｔ１のタイミングでは、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｂ、１１ｗの中でトルク最小となる相のコイルはＵ相のモータコイル１１ｕである。この場合、図２Ａに示したように、Ｕ相のＭＯＳトランジスタ３１ｕ及びＭＯＳトランジスタ３２ｕがオンされ、モータコイル１１ｕを通じて、コンデンサ２５の電荷が放電される。

【0047】

期間Ｔ２では、Ｖ相のインダクタンスの変化を示す曲線Ｌｖの傾きが最も小さい。よって、期間Ｔ２のタイミングでは、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中でトルク最小となる相のコイルはＶ相のモータコイル１１ｖである。この場合、図２Ｂに示したように、Ｖ相のＭＯＳトランジスタ３１ｖ及びＭＯＳトランジスタ３２ｖがオンされ、モータコイル１１ｖを通じて、コンデンサ２５の電荷が放電される。

【0048】

期間Ｔ３では、Ｗ相のインダクタンスの変化を示す曲線Ｌｗの傾きが最も小さい。よって、期間Ｔ３のタイミングでは、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中でトルク最小となる相のコイルはＷ相のモータコイル１１ｗである。この場合、図２Ｃに示したように、Ｗ相のＭＯＳトランジスタ３１ｗ及びＭＯＳトランジスタ３２ｗがオンされ、モータコイル１１ｗを通じて、コンデンサ２５の電荷が放電される。

【0049】

ディスチャージタイミング記憶部４１２には、図３に示すグラフを基に、ロータの回転角に対応して、トルクが最小となる相のコイルを示すタイミングデータが記憶される。ディスチャージ指令出力部４１１は、ディスチャージタイミング記憶部４１２のデータを基に、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中で、そのタイミングで、トルクが最小となる相のコイルを判定する。ゲート駆動出力部４０６は、モータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗのうち、判定された相のコイルがコンデンサ２５の放電経路となるように、ＭＯＳトランジスタ３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ及びＭＯＳトランジスタ３２ｕ、３２ｖ、３２ｗにゲート信号を出力する。

【0050】

図４は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置での回生駆動制御を示すフローチャートである。

【0051】

（ステップＳ１）コンタクタ開検出部４０９は、コンタクタ２３が開状態か否かを判定し、コンタクタ２３が開状態でなければ（ステップＳ１：Ｎｏ）、処理をステップＳ２に進める。前述したように、コンタクタ開検出部４０９は、電流センサ６３から取得される電源電流が基準電流（０Ａ）であって、かつ、電圧センサ６２から得られるコンデンサ２５の電圧が基準電圧以上になった場合に、コンタクタ２３が開状態になったと判定する。

【0052】

（ステップＳ２）モータ駆動制御部４０５は、モータ１０の回転により発電を行い、回生動作を行う。

【0053】

（ステップＳ３）モータ駆動制御部４０５は、回生駆動を停止させ、処理をステップＳ４に進める。

【0054】

（ステップＳ４）コンタクタ開検出部４０９はディスチャージ指令出力部４１１に、モータコイルによるディスチャージを行うように、指令を出力する。モータコイルによるディスチャージ処理は、前述したように、ディスチャージタイミング記憶部４１２のデータから、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中でトルクが最小となる相のコイルを判定し、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ，１１ｗを用いて、コンデンサ２５を放電させる処理である。

【0055】

（ステップＳ５）ディスチャージ指令出力部４１１は、コンデンサ２５の電圧が電源電圧と同程度になるまで、モータコイルによるディスチャージ処理を行う。そして、この間、コンタクタ制御部４１０は、コンデンサ２５の電圧とバッテリ２０の電圧とを検出し、コンデンサ２５の電圧がバッテリ２０の電圧とコンデンサ２５の電圧が電源電圧と同程度になったか否かを判定し、コンデンサ２５の電圧がバッテリ２０の電圧と同程度になったら、処理をステップＳ６に進める。

【0056】

（ステップＳ６）ディスチャージ指令出力部４１１は、コンデンサ２５の電圧がバッテリ２０の電圧と同程度になったと判定すると、モータコイルによるコンデンサ２５のディスチャージを停止して、処理をステップＳ７に進める。

【0057】

（ステップＳ７）コンタクタ制御部４１０は、コンデンサ２５の電圧がバッテリ２０の電圧と同程度になったと判定すると、コンタクタ２３を閉状態として、処理をステップＳ８に進める。コンタクタ２３を閉状態とすると、モータ１０からの回生電流は、ハイサイド電源ライン２１ｂ、コンタクタ２３、ハイサイド電源ライン２１ｂを通じてバッテリ２０に流れ、バッテリ２０が充電可能となる。

【0058】

（ステップＳ８）モータ駆動制御部４０５は回生動作を再開し、モータ１０からの回生電流をコンタクタ２３を通じてバッテリ２０に送り、バッテリ２０を充電させる。

【0059】

図５は、本発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置１でのコンデンサ電圧及び電源電流の時間変化を示すグラフである。

【0060】

図５において、時点ｔ１０以前では、コンタクタ２３が閉状態となっていて、回生動作が行われている。コンタクタ２３が閉状態となっているときには、ハイサイド電源ライン２１ａとハイサイド電源ライン２１ｂとはコンタクタ２３を介して接続されているので、コンデンサ２５の電圧は電源電圧と等しくなっている。また。コンタクタ２３が閉状態において回生動作が行われるため、回生電流がバッテリ２０に流れ、電源電流は０Ａ以下のマイナス電流となる。

【0061】

時点ｔ１０でコンタクタ２３が開状態で回生動作になると、ハイサイド電源ライン２１ａとハイサイド電源ライン２１ｂとは分断され、コンデンサ２５の電圧は時間とともに上昇していく。また、コンタクタ２３が開状態となっている間では、バッテリ２０に回生電流は流れないので、電源電流は０Ａになっている。

【0062】

時点ｔ１１で、コンデンサ２５の電圧が過電圧と認識されると、コンデンサ２５の電圧が電源電圧と同等になるまで、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ，１１ｗを用いて、コンデンサ２５の電荷が放電される。これにより、コンデンサ２５の電圧は下降していく。

【0063】

時点ｔ１２でコンデンサ２５の電圧が電源電圧と等しくなると、コンタクタ２３が閉状態になる。コンタクタ２３が閉状態になることから、ハイサイド電源ライン２１ａとハイサイド電源ライン２１ｂとが繋がり、コンデンサ２５の電圧は電源電圧に維持される。コンタクタ２３が閉状態になり回生制御が再開すると、バッテリ２０に回線電流が流れるため、電源電流は０Ａ以下のマイナス電流となる。

【0064】

以上説明したように、本実施形態では、モータ１０が回生動作を行っている間に、コンタクタ２３が開状態で過電圧になると、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗを通じて、コンデンサ２５の電荷が放電される。各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗを通じてコンデンサ２５の電荷を放電した場合、コンデンサ２５の電荷を素早く放電できる。また、本実施形態では、モータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗのうち、トルクが最小となる相のコイルを用いて、コンデンサ２５の電荷を放電させている。このため、モータ１０の回転に影響を与えずに、コンデンサ２５の電荷を放電できる。

【0065】

＜第２の実施形態＞
前述の第１実施形態においては、コンタクタ開検出部４０９は、電源電流が０Ａであり、かつ、コンデンサ２５の電圧が上昇していることが検出された場合に、コンタクタ２３が開であることを検出したが、電源電流を参照するのではなく、バッテリ２０の電圧やコンデンサ２５電圧を参照するようにしてもよい。更に、バッテリ２０の電圧とコンデンサ２５の電圧との電圧差を用いて、コンタクタ２３が開状態で過電圧になったことを検出してもよい。

【0066】

一般的に、コンデンサ２５の電圧を検出する期間は短期間ではない場合が多く、また、検出結果を得る経路の途中にフィルタ回路等の部品を経由する場合もあり得る。このような場合には、検出するまでの時間がある程度必要な場合もある。バッテリ２０の電圧とコンデンサ２５の電圧との電圧差を用いた場合、電圧差を検出した時点では、コンデンサ２５の電圧が過電圧の閾値以上まで上昇していなかったとしても、バッテリ２０の電圧とコンデンサ２５の電圧との差がある程度生じていることが検出された場合には、コンタクタ２３が開状態で過電圧と判断できるので、コンデンサ２５の電圧が過電圧の閾値以上まで上昇したことを検出することを待つまでの時間よりも前のタイミングで、コンタクタ２３の開状態を検出することができる。

【0067】

図６は、本発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置１ａの構成図である。この第２の実施形態では、電圧差判定部４５０が設けられる。電圧差判定部４５０は、バッテリ２０の電圧とコンデンサ２５の電圧との電圧差を検出している。コンタクタ開検出部４０９は、バッテリ２０の電圧とコンデンサ２５の電圧との電圧差を用いて、コンタクタ２３が開状態で過電圧になったことを検出している。

【0068】

また、この第２の実施形態では、コンタクタ２３のコイルに供給する電源をハイサイド電源ラインとは別系統の制御電源５０から供給することで、コンタクタ２３のコイルの最大許容電圧が超過することを回避している。

【0069】

図７は、本発明の第３の実施形態での検出処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）電圧差判定部４５０は、電圧センサ６１の検出出力と、電圧センサ６２の検出出力とから、バッテリ２０の電圧Ｖｂａｔと、コンデンサ２５の電圧Ｖｃａｐとを取得する。

【0070】

（ステップＳ１０２）電圧差判定部４５０は、コンデンサ２５の電圧Ｖｃａｐとバッテリ２０の電圧Ｖｂａｔとの電圧差（Ｖｃａｐ－Ｖｂａｔ）が所定の判定基準電圧Ｖａより大きいか否かを判定し、電圧差（Ｖｃａｐ－Ｖｂａｔ）が所定の判定基準電圧Ｖａより大きい場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ディスチャージ指令出力部４１１にモータコイルによるディスチャージを行う指令を出力して、処理をステップＳ１０４に進める。電圧差（Ｖｃａｐ－Ｖｂａｔ）が所定の判定基準電圧Ｖａより大きくない場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０３に処理を進める。

【0071】

（ステップＳ１０３）電圧差（Ｖｃａｐ－Ｖｂａｔ）が所定の判定基準電圧Ｖａより大きくない場合には、通常動作を行う。

【0072】

（ステップＳ１０４）電圧差（Ｖｃａｐ－Ｖｂａｔ）が所定の判定基準電圧Ｖａより大きい場合には、ディスチャージ指令出力部４１１は、モータコイルによるディスチャージ処理を行う。モータコイルによるディスチャージ処理は、ディスチャージタイミング記憶部４１２のデータから、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの中でトルク最小となる相のコイルを判定し、コンデンサ２５の電圧が電源電圧と同等になるまで、各相のモータコイル１１ｕ、１１ｖ，１１ｗを用いて、コンデンサ２５の電荷を放電させる処理である。

【0073】

図８は、本発明の第３の実施形態での過電圧検出の説明図である。図８において、過電圧閾値をＶｔｈとする。コンデンサ２５の電圧から過電圧を検出した場合、コンデンサ２５の電圧Ｖｃａｐが過電圧閾値をＶｔｈ超える時点Ｔ１０２が過電圧の検出タイミングとなる。これに対して、この実施形態では、コンデンサ２５の電圧Ｖｃａｐとバッテリ２０の電圧Ｖｂａｔとの電圧差（Ｖｃａｐ－Ｖｂａｔ）が所定の判定基準電圧Ｖａより大きくなる時点Ｔ１０１が過電圧の検出タイミングとなる。

【0074】

このように、コンデンサ２５の電圧Ｖｃａｐとバッテリ２０の電圧Ｖｂａｔとの電圧差（Ｖｃａｐ－Ｖｂａｔ）を検出することで、過電圧の検出タイミングを速くすることができる。

【0075】

なお、電圧差（Ｖｃａｐ－Ｖｂａｔ）が所定の判定基準電圧Ｖａより大きい場合には、駆動回路３０の動作を停止して、エラーを表示しても良い。

【0076】

上述した実施形態におけるモータ制御装置１の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【0077】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0078】

１０…モータ、１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ…モータコイル、２０…バッテリ、２３…コンタクタ、２５…コンデンサ、３０…駆動回路、４０…制御回路、４０３…ロータ位置検出部、４０５…モータ駆動制御部、４０６…ゲート駆動出力部、４０７…起動・停止認識処理部、４０８…プリチャージ・ディスチャージ制御部、４０９…コンタクタ開検出部、４１０…コンタクタ制御部、４１１…ディスチャージ指令出力部、４１２…ディスチャージタイミング記憶部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】