特許 7585772 車両用制御装置及び電動モータの制御方法

(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】2024-11-11

(45)【発行日】2024-11-19

(54)【発明の名称】車両用制御装置及び電動モータの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/16 20160101AFI20241112BHJP

   H02P 6/12 20060101ALI20241112BHJP

   H02P 29/028 20160101ALI20241112BHJP

   H02P 3/22 20060101ALI20241112BHJP

【ＦＩ】

H02P6/16

H02P6/12

H02P29/028

H02P3/22

H02P3/22 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020213391

(22)【出願日】2020-12-23

(65)【公開番号】P2022099561

(43)【公開日】2022-07-05

【審査請求日】2023-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中出 充則

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１８４４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２０００３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３０１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３６０６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ３／００－４／００

６／００－６／３４

２１／００－２５／０３

２５／０４

２５／０８－３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相の巻線が鉄心に巻き回された固定子と、前記鉄心に向かい合う複数の永久磁石を有する回転子と、前記固定子に対する前記回転子の回転角を検出する回転角検出器とを備え、前記回転子の回転によって車両の車輪を駆動する電動モータを制御する車両用制御装置であって、
それぞれが上段側のスイッチング素子と下段側のスイッチング素子とを直列に接続してなるＵ相、Ｖ相、及びＷ相のアームを有すると共に、前記上段側のスイッチング素子及び前記下段側のスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された還流ダイオードを有し、前記電動モータに三相交流電流を供給するインバータと、
複数の前記スイッチング素子のそれぞれをオン又はオフさせるオンオフ信号を出力する制御部とを備え、
前記制御部は、前記回転角検出器による前記回転角の検出結果を取得する回転角取得手段と、前記回転角取得手段により前記回転角の検出結果を正常に取得できない異常が発生したときに前記Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のアームのそれぞれの前記上段側及び前記下段側のうち一方側のスイッチング素子を全てオンすると共に他方側のスイッチング素子を全てオフする三相短絡制御を実行する三相短絡制御手段とを有し、
前記三相短絡制御手段は、前記回転角取得手段により前記検出結果を正常に取得できていたときの前記回転角、及び前記回転子の回転速度の推定値に基づいて、前記三相短絡制御の開始直後に前記三相の巻線のそれぞれに流れる電流の最大値が抑えられるタイミングで前記三相短絡制御を開始し、
前記三相短絡制御手段が前記三相短絡制御を開始するタイミングは、下記（１）乃至（３）の各ピーク値を避けるタイミングである、
車両用制御装置。
（１）前記Ｕ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値
（２）前記Ｖ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値
（３）前記Ｗ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値

【請求項2】

前記制御部は、車速に関する情報を取得する車速情報取得手段をさらに有し、
前記三相短絡制御手段は、前記回転角取得手段により前記検出結果を正常に取得できていたときの前記回転角、及び前記車速情報取得手段によって取得した車速を前記回転子の回転角速度に換算して得られた前記回転子の回転速度の推定値に基づいて、前記三相短絡制御の開始直後に前記三相の巻線のそれぞれに流れる電流の最大値が抑えられるタイミングで前記三相短絡制御を開始する、
請求項１に記載の車両用制御装置。

【請求項3】

前記三相短絡制御手段は、前記異常の発生後の経過時間と前記経過時間中における前記回転子の回転速度の推定値とに基づいて前記回転角の推定値を演算し、同推定値から前記各ピーク値の発生時期を求め、同発生時期を避けて前記三相短絡制御を開始する、
請求項１に記載の車両用制御装置。

【請求項4】

インバータからＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流電流が供給される三相の巻線が鉄心に巻き回された固定子と、前記鉄心に向かい合う複数の永久磁石を有する回転子と、前記固定子に対する前記回転子の回転角を検出する回転角検出器とを備え、前記回転子の回転によって車両の車輪を駆動する電動モータの制御方法であって、
前記インバータは、それぞれが上段側のスイッチング素子と下段側のスイッチング素子とを直列に接続してなるＵ相、Ｖ相、及びＷ相のアームを有すると共に、前記上段側のスイッチング素子及び前記下段側のスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された還流ダイオードを有しており、
前記回転角検出器による前記回転角の検出結果を正常に取得できない異常が発生したときに前記Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のアームのそれぞれの前記上段側及び前記下段側のうち一方側のスイッチング素子を全てオンすると共に他方側のスイッチング素子を全てオフする三相短絡制御を実行するにあたり、前記検出結果を正常に取得できていたときの前記回転角、及び前記回転子の回転速度の推定値に基づいて、前記三相短絡制御の開始直後に前記三相の巻線のそれぞれに流れる電流の最大値が抑えられるタイミングで前記三相短絡制御を開始し、
前記三相短絡制御を開始するタイミングは、下記（１）乃至（３）の各ピーク値を避けるタイミングである、
電動モータの制御方法。
（１）前記Ｕ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値
（２）前記Ｖ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値
（３）前記Ｗ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の駆動源として用いられる電動モータを制御する車両用制御装置、及び電動モータの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、複数のスイッチング素子が三相ブリッジ接続されたインバータから供給される三相交流によってトルクを発生させる電動モータが、車両の駆動源として広く用いられるようになってきている。車両の駆動源として用いられる電動モータは、発進時や加速時には力行により駆動力を発生させる一方、制動時には回生電力を発生させ、発生した回生電力がリチウムイオンバッテリ等の二次電池からなる直流電源に蓄電される。このような電動モータを制御する制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。

【0003】

特許文献１に記載の電動モータ制御装置は、回生電力を直流電源に回生不可である電源側異常状態であると判定された場合に、ｄ軸電流検出値Ｉｄ、ｑ軸電流検出値Ｉｑ、及び電気角θｅに基づいて三相短絡実行指令を生成し、三相短絡処理を実行する。ここで、三相短絡処理は、インバータの上段側スイッチング素子の全て、又は下段側スイッチング素子の全てをオンする制御である。また、電気角θｅは、電動モータの固定子に対する回転子の回転角を検出するレゾルバやエンコーダ等の回転角センサの検出値であるロータ回転角θｍ（機械角）を電動モータの永久磁石の極対数を基に電気角に換算したものであり、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、及びＷ相電流Ｉｗの座標変換によりｄ軸電流検出値Ｉｄ及びｑ軸電流検出値Ｉｑを求めるため等に用いられる。

【0004】

また、特許文献１に記載の電動モータ制御装置は、三相短絡処理実行後の相電流が、三相短絡前に流れていた電流と、三相短絡後に電動モータの誘起電圧によって流れる短絡電流との和となり、インバータのスイッチング素子や電動モータが破壊されるおそれがあるという問題点に鑑みて、三相短絡処理を実行する際には、三相短絡処理後の相電流絶対値の最大値が最小となるタイミングで同処理を開始するように構成されている。具体的には、ｄ－ｑ軸座標系上でのｄ軸電流及びｑ軸電流に基づいて相電流絶対値の最大値が最小となる回転角度を設定し、この回転角度に回転角センサの検出値に基づく電気角θｅが一致したときに三相短絡処理を開始する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１８４４４８号公報（請求項１乃至５、明細書段落［００１７］、［００３７］、［００５３］－［００５７］、［００６５］参照）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、車両の車載装置には、車両走行時の振動等に起因して、様々な故障が発生し得る。駆動源として用いられる電動モータにおいて回転角を検出する回転角検出器の故障もその一つである。回転角検出器の故障が発生した場合には、電動モータを正常に制御することができないため、上記の三相短絡処理を実行することが考えられる。

【0007】

しかし、特許文献１に記載の電動モータ制御装置では、回転角の検出値から求めた電気角に基づいて、三相短絡処理後の相電流絶対値の最大値が最小となるタイミングで同処理を開始するように構成されているので、回転角の検出値を正常に取得できない場合には、このようなタイミングで三相短絡処理を開始することができないという問題がある。

【0008】

そこで、本発明は、車両の駆動源として用いられる電動モータの回転角の検出結果を正常に取得できない異常が発生した場合でも、三相短絡制御の開始直後における相電流の最大値が抑えられるタイミングで三相短絡制御を開始することが可能な車両用制御装置及び電動モータの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】

本発明は、上記の目的を達成するため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相の巻線が鉄心に巻き回された固定子と、前記鉄心に向かい合う複数の永久磁石を有する回転子と、前記固定子に対する前記回転子の回転角を検出する回転角検出器とを備え、前記回転子の回転によって車両の車輪を駆動する電動モータを制御する車両用制御装置であって、それぞれが上段側のスイッチング素子と下段側のスイッチング素子とを直列に接続してなるＵ相、Ｖ相、及びＷ相のアームを有すると共に、前記上段側のスイッチング素子及び前記下段側のスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された還流ダイオードを有し、前記電動モータに三相交流電流を供給するインバータと、複数の前記スイッチング素子のそれぞれをオン又はオフさせるオンオフ信号を出力する制御部とを備え、前記制御部は、前記回転角検出器による前記回転角の検出結果を取得する回転角取得手段と、前記回転角取得手段により前記回転角の検出結果を正常に取得できない異常が発生したときに前記Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のアームのそれぞれの前記上段側及び前記下段側のうち一方側のスイッチング素子を全てオンすると共に他方側のスイッチング素子を全てオフする三相短絡制御を実行する三相短絡制御手段とを有し、前記三相短絡制御手段は、前記回転角取得手段により前記検出結果を正常に取得できていたときの前記回転角、及び前記回転子の回転速度の推定値に基づいて、前記三相短絡制御の開始直後に前記三相の巻線のそれぞれに流れる電流の最大値が抑えられるタイミングで前記三相短絡制御を開始し、前記三相短絡制御手段が前記三相短絡制御を開始するタイミングは、下記（１）乃至（３）の各ピーク値を避けるタイミングである、車両用制御装置を提供する。（１）前記Ｕ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値（２）前記Ｖ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値（３）前記Ｗ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値

【0010】

また、本発明は、上記の目的を達成するため、インバータからＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流電流が供給される三相の巻線が鉄心に巻き回された固定子と、前記鉄心に向かい合う複数の永久磁石を有する回転子と、前記固定子に対する前記回転子の回転角を検出する回転角検出器とを備え、前記回転子の回転によって車両の車輪を駆動する電動モータの制御方法であって、前記インバータは、それぞれが上段側のスイッチング素子と下段側のスイッチング素子とを直列に接続してなるＵ相、Ｖ相、及びＷ相のアームを有すると共に、前記上段側のスイッチング素子及び前記下段側のスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された還流ダイオードを有しており、前記回転角検出器による前記回転角の検出結果を正常に取得できない異常が発生したときに前記Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のアームのそれぞれの前記上段側及び前記下段側のうち一方側のスイッチング素子を全てオンすると共に他方側のスイッチング素子を全てオフする三相短絡制御を実行するにあたり、前記検出結果を正常に取得できていたときの前記回転角、及び前記回転子の回転速度の推定値に基づいて、前記三相短絡制御の開始直後に前記三相の巻線のそれぞれに流れる電流の最大値が抑えられるタイミングで前記三相短絡制御を開始し、前記三相短絡制御を開始するタイミングは、下記（１）乃至（３）の各ピーク値を避けるタイミングである、電動モータの制御方法を提供する。（１）前記Ｕ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値（２）前記Ｖ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値（３）前記Ｗ相の前記巻線に発生している磁束によって同巻線に流れる過渡電流の向きと前記回転子の回転により同巻線に誘起される誘起電流の向きが等しい場合の同誘起電流のピーク値

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る車両用制御装置及び電動モータの制御方法によれば、車両の駆動源として用いられる電動モータの回転角の検出結果を正常に取得できない異常が発生した場合でも、三相短絡制御の開始直後における相電流の最大値が抑えられるタイミングで三相短絡制御を開始することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態に係る車両用制御装置が搭載された４輪駆動車の構成例を示す概略構成図である。

【図2】電動モータの断面図である。

【図3】モータコントローラの構成例を示す概略構成図である。

【図4】（ａ）は、三相短絡制御の実行時にＵ相巻線に流れる過渡電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。（ｂ）は、モータ回転速度に変動がない定常状態で三相短絡制御を開始した際にＵ相巻線に流れる誘起電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。図４（ｃ）は、過渡電流と誘起電流とを足し合わせたＵ相電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。

【図5】電気角θが０°、９０°、１８０°、及び２７０°のときの固定子と回転子との相対的な位置関係を示す図である。

【図6】（ａ）は、電気角θが０°、９０°、１８０°、及び２７０°のときにモータ回転速度に変動がない定常状態で三相短絡制御を開始した場合にＵ相巻線に誘起される誘起電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。（ｂ）は、誘起電流に過渡電流を加算したＵ相電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。

【図7】制御部が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図７を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

【0014】

図１は、本発明の実施の形態に係る車両用制御装置が搭載された４輪駆動車の構成例を示す概略構成図である。この４輪駆動車１は、左右前輪１１１，１１２が主駆動源としてのエンジン１２によって駆動され、左右後輪１１３，１１４が補助駆動源としての電動モータ２によって駆動される。

【0015】

エンジン１２の駆動力は、トランスミッション１３で変速され、フロントディファレンシャル１４のデフケース１４１に伝達される。フロントディファレンシャル１４は、デフケース１４１と、デフケース１４１に両端部が支持されたピニオンシャフト１４２と、ピニオンシャフト１４２に軸支された一対のピニオンギヤ１４３，１４３と、一対のピニオンギヤ１４３，１４３にそれぞれギヤ軸を直交させて噛合する左右のサイドギヤ１４４，１４５とを有している。左側のサイドギヤ１４４には、左前輪１１１に駆動力を伝達するドライブシャフト１５１が相対回転不能に連結され、右側のサイドギヤ１４５には、右前輪１１２に駆動力を伝達するドライブシャフト１５２が相対回転不能に連結されている。

【0016】

電動モータ２の駆動力は、減速機構１６、リヤディファレンシャル１７、及び左右のドライブシャフト１５３，１５４を介して左右後輪１１３，１１４に伝達される。減速機構１６は、電動モータ２の出力回転軸であるモータシャフト２０に固定されたピニオンギヤ１６１と、ピニオンギヤ１６１に噛み合う大径ギヤ１６２と、大径ギヤ１６２に連結軸１６３によって連結された小径ギヤ１６４と、リヤディファレンシャル１７のデフケース１７１に固定されたリングギヤ１６５とを有している。小径ギヤ１６４は、大径ギヤ１６２及びリングギヤ１６５よりもピッチ円径が小さく、連結軸１６３によって大径ギヤ１６２と相対回転不能に連結されている。

【0017】

リヤディファレンシャル１７は、デフケース１７１と、デフケース１７１に両端部が支持されたピニオンシャフト１７２と、ピニオンシャフト１７２に軸支された一対のピニオンギヤ１７３，１７３と、一対のピニオンギヤ１７３，１７３にそれぞれギヤ軸を直交させて噛合する左右のサイドギヤ１７４，１７５とを有している。左側のサイドギヤ１７４には、左後輪１１３に駆動力を伝達するドライブシャフト１５３が相対回転不能に連結され、右側のサイドギヤ１７５には、右後輪１１４に駆動力を伝達するドライブシャフト１５４が相対回転不能に連結されている。

【0018】

左右前輪１１１，１１２及び左右後輪１１３，１１４には、車輪速を検出するための車輪速センサ１８１～１８４がそれぞれ対応して取り付けられている。車輪速センサ１８１～１８４は、例えば左右前輪１１１，１１２及び左右後輪１１３，１１４の回転速度に応じたパルス幅のパルス信号を出力する。

【0019】

また、４輪駆動車１には、統括コントローラ１０１、エンジン１２を制御するエンジンコントローラ１０２、トランスミッション１３を制御するトランスミッションコントローラ１０３、電動モータ２を制御するモータコントローラ３、及び電動モータ２等の電源として用いられるバッテリー１９が搭載されている。バッテリー１９は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池であり、充放電が可能である。モータコントローラ３は、本発明の車両用制御装置の一態様である。

【0020】

統括コントローラ１０１は、各車輪（左右前輪１１１，１１２及び左右後輪１１３，１１４）の車輪速や、ステアリングホイールの操舵角、ならびにアクセルペダル及びブレーキペダルの踏み込み量等の各種車両情報を取得可能であり、これらの車両情報に基づいてエンジンコントローラ１０２、トランスミッションコントローラ１０３、及びモータコントローラ３を統括的に制御する。

【0021】

また、統括コントローラ１０１は、車輪速センサ１８１～１８４によって検出された各車輪の車輪速に基づいて４輪駆動車１の車速を求め、車速の情報をエンジンコントローラ１０２、トランスミッションコントローラ１０３、及びモータコントローラ３に送信する。なお、車速は、例えば各車輪のうち最も回転速度が低い車輪の車輪速を基準として求めることができる。また、操舵角やヨーレイト及び前後方向の加速度等を考慮して車速を求めてもよい。

【0022】

モータコントローラ３は、複数のスイッチング素子が三相ブリッジ接続されたインバータ４と、インバータ４の複数のスイッチング素子のそれぞれをオン又はオフさせるオンオフ信号を出力する制御部５と、制御部５が出力するオンオフ信号を増幅してインバータ４の複数のスイッチング素子に出力するドライブ回路６とを有している。インバータ４は、バッテリー１９の直流電圧をスイッチングし、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相からなる三相の交流電流を電動モータ２に供給する。これにより、電動モータ２によって左右後輪１１３，１１４が駆動され、４輪駆動車１が４輪駆動状態となる。また、４輪駆動車１の減速時等には、左右後輪１１３，１１４の回転によって電動モータ２が回生電力を発生させ、バッテリー１９が充電される。この際には、インバータ４がコンバータとして機能する。

【0023】

図２は、電動モータ２の断面図である。電動モータ２は、モータシャフト２０と、モータシャフト２０と一体に回転する回転子２１と、回転子２１を囲むように配置された固定子２２とを有している。固定子２２は、複数のティース２２０を有する鉄心２２１と、複数のティース２２０にそれぞれ巻き回されたＵ相巻線２２２、Ｖ相巻線２２３、及びＷ相巻線２２４とを有しており、インバータ４から正弦波状の三相交流電流が供給されることにより回転磁界を発生させる。

【0024】

回転子２１は、中心部にモータシャフト２０が挿通されたロータコア２１１と、ロータコア２１１の外周に固定され、鉄心２２１の複数のティース２２０に向かい合う複数の永久磁石２１２とを有している。複数の永久磁石２１２は、Ｎ極が外周側に配置されたＮ極磁石２１２ＮとＳ極が外周側に配置されたＳ極磁石２１２Ｓとが回転子２１の周方向に交互に配置されている。電動モータ２は、固定子２２に発生する回転磁界によって回転子２１がモータシャフト２０と一体に回転することで、左右後輪１１３，１１４を駆動する。

【0025】

また、電動モータ２は、固定子２２に対する回転子２１の回転角を検出する回転角検出器２３（図１に示す）を有している。回転角検出器２３は、例えばレゾルバあるいはエンコーダであり、回転角の検出信号をモータコントローラ３の制御部５に出力する。

【0026】

図３は、モータコントローラ３の構成例を電動モータ２の模式図と共に示す概略構成図である。電動モータ２の回転子２１は、図２に示すように複数（図２の図示例では六つ）の磁極を有しているが、図３では、このうち一対の磁極（一つのＮ極磁石２１２Ｎと一つのＳ極磁石２１２Ｓ）を模式的に示している。回転角検出器２３は、回転子２１の機械角を検出する。回転子２１の磁極数をＰとしたとき、回転子２１の電気角は、回転角検出器２３によって検出された機械角にＰ／２を乗じて得ることができる。

【0027】

インバータ４は、バッテリー１９の正極に接続された上側母線４０１と電気的に接地された下側母線４０２との間に、三相ブリッジ接続された第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６と、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６のそれぞれに並列に接続された六つの還流ダイオード４０とを有している。第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６のうち、第１乃至第３のスイッチング素子４１～４３は、上側母線４０１に接続された上段側のスイッチング素子であり、第４乃至第６のスイッチング素子４４～４６は、下側母線４０２に接続された下段側のスイッチング素子である。

【0028】

第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６は、例えばゲートがオン（正電圧が印加）されたときにコレクタからエミッタに電流が流れるＮチャネル型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。なお、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳ－ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いてもよい。

【0029】

第１のスイッチング素子４１及び第４のスイッチング素子４４は、直列に接続されてＵ相のアーム４７を構成し、第１のスイッチング素子４１と第４のスイッチング素子４４との間の節点４７１から電動モータ２にＵ相電流が供給される。第２のスイッチング素子４２及び第５のスイッチング素子４５は、直列に接続されてＶ相のアーム４８を構成し、第２のスイッチング素子４２と第５のスイッチング素子４５との間の節点４８１から電動モータ２にＶ相電流が供給される。また、第３のスイッチング素子４３及び第６のスイッチング素子４６は、直列に接続されてＷ相のアーム４９を構成し、第３のスイッチング素子４３と第６のスイッチング素子４６との間の節点４９１から電動モータ２にＷ相電流が供給される。

【0030】

また、モータコントローラ３は、Ｕ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流をそれぞれ検出する第１乃至第３の電流センサ７１～７３を有している。第１乃至第３の電流センサ７１～７３は、例えばホール素子を有するホール式のものであるが、シャント抵抗を有するシャント式のものであってもよい。なお、Ｕ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流の総和がゼロであることに鑑みて、第１乃至第３の電流センサ７１～７３のうちの何れかを省略し、電流センサが省略された一つの相の相電流を計算によって求めてもよい。

【0031】

制御部５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＣＰＵによって実行されるプログラムや各種のデータを記憶するＲＯＭやＲＡＭからなる記憶部と、ゲートＩＣやＡＤコンバータ及び送受信ＩＣ等のＣＰＵの周辺回路とによって構成されている。また、制御部５は、機能構成として、通常制御手段５１と、三相短絡制御手段５２と、回転角取得手段５３と、相電流取得手段５４と、車速情報取得手段５５とを有している。

【0032】

通常制御手段５１及び三相短絡制御手段５２は、例えばＣＰＵがプログラムを実行することにより実現される。回転角取得手段５３は、電動モータ２の回転角検出器２３から回転子２１の回転角の検出結果を取得する。相電流取得手段５４は、第１乃至第３の電流センサ７１～７３から検出信号を受信してＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流の電流値を取得する。車速情報取得手段５５は、例えば統括コントローラ１０１との通信により、４輪駆動車１の車速に関する情報を取得する。

【0033】

通常制御手段５１は、例えば統括コントローラ１０１から指令されたトルクで電動モータ２を回転させるように、回転子２１の回転角に基づいてＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流の指令値を設定し、相電流取得手段５４によって取得されたＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流の実際値との偏差に基づいて電流フィードバック制御を行う。また、通常制御手段５１は、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６のそれぞれをオン又はオフするオンオフ信号を出力する。

【0034】

このオンオフ信号は、各制御周期におけるデューティに応じたＰＷＭ信号であり、ドライブ回路６のドライブ素子６１で増幅され、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６をオンさせるゲート電圧として第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６のゲートに印加される。また、ドライブ回路６は、第１乃至第３の電流センサ７１～７３の検出信号に応じて、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の何れかの相電流が閾値以上となった場合には、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６の保護のため、ゲート電圧の出力を遮断する。

【0035】

三相短絡制御手段５２は、回転角取得手段５３により回転子２１の回転角の検出結果を正常に取得できない異常（以下、この異常を「回転角検出異常」という）が発生したときに、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のアーム４７，４８，４９のそれぞれの上段側のスイッチング素子（第１乃至第３のスイッチング素子４１～４３）及び下段側のスイッチング素子（第４乃至第６のスイッチング素子４４～４６）のうち、一方側のスイッチング素子を全てオンすると共に他方側のスイッチング素子を全てオフする三相短絡制御を実行する。例えば上段側のスイッチング素子をオンさせる場合には、第１乃至第３のスイッチング素子４１～４３を全てオンさせ、第４乃至第６のスイッチング素子４４～４６を全てオフさせるオンオフ信号を出力する。

【0036】

回転角検出異常は、例えば回転角検出器２３の故障や、回転角検出器２３とモータコントローラ３との間の信号線の断線等によって発生し得る。回転角検出異常が発生した際には、通常制御手段５１による電動モータ２の制御を継続することができないので、通常制御手段５１による制御から三相短絡制御手段５２による制御へ切り替える。なお、三相短絡制御を実行することにより、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６を全てオフする場合に比較して、バッテリー１９の過充電や、電動モータ２に発生する回生ブレーキによる左右後輪１１３，１１４の制動力の急激な上昇を抑えることができる。

【0037】

しかしながら、三相短絡制御を開始した際には、Ｕ相巻線２２２、Ｖ相巻線２２３、及びＷ相巻線２２４の残留磁束による過渡電流と、左右後輪１１３，１１４の回転に伴い回転子２１が回転することによってＵ相巻線２２２、Ｖ相巻線２２３、及びＷ相巻線２２４に誘起される誘起電流との和に相当する電流が各相の相電流として流れるため、相電流が瞬時的に増大する場合がある。このため、ドライブ回路６において相電流が閾値以上となる過電流異常が検出され、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６が全てオフされたり、ドライブ回路６が過電流の検出機能を有していない場合には、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６の何れかを流れる電流あるいは還流ダイオード４０を流れる電流が過大となってしまうおそれがある。

【0038】

ここで、残留磁束による過渡電流は、三相短絡制御を開始した直後には極大となるものの、その後は所定の時定数で漸減していくため、過渡電流と誘起電流とが重なり合うピーク時を避けて三相短絡制御を開始すれば、ドライブ回路６において過電流異常が検出されたり、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６の何れか又は還流ダイオード４０を流れる電流が過大となってしまうことを回避し得る。

【0039】

このため、本実施の形態では、三相短絡制御手段５２が、回転角取得手段５３により回転角検出器２３の検出結果を正常に取得できていたときの回転角、及び回転子２１の回転速度の推定値に基づいて、三相短絡制御の開始直後にＵ相巻線２２２、Ｖ相巻線２２３、及びＷ相巻線２２４のそれぞれに流れる電流の最大値が抑えられるタイミングで三相短絡制御を開始する。

【0040】

また、本実施の形態では、車速情報取得手段５５によって取得した車速に関する情報に基づいて、回転子２１の回転速度の推定値を求める。より詳細には、車速情報取得手段５５によって取得した車速を回転子２１の回転角速度に換算して得られた回転子２１の回転速度の推定値に基づいて、三相短絡制御の開始直後にＵ相巻線２２２、Ｖ相巻線２２３、及びＷ相巻線２２４のそれぞれに流れる電流の最大値が抑えられるタイミングで三相短絡制御を開始する。車速と回転子２１の回転速度とは比例関係にあるので、車速から回転子２１の回転速度の推定値を求めることが可能である。

【0041】

なお、車速に関する情報としては、統括コントローラ１０１において求められた車速の情報をそのまま用いてもよいが、左右後輪１１３，１１４の回転速度を車速に関する情報として用いてもよい。この場合、左右後輪１１３，１１４の平均回転速度に減速機構１６の減速比の逆数を乗じて回転子２１の回転速度の推定値を求めることができる。また、回転子２１の回転によって誘起される電流の時間当たりの変化率に比較して、回転子２１の回転速度が変化する場合の時間当たりの変化率が極めて小さいことに鑑みて、回転角検出器２３の検出結果を正常に取得できていたときの回転子２１の回転速度を、回転角検出異常の発生後の回転子２１の回転速度の推定値として用いてもよい。

【0042】

本実施の形態において、回転角検出異常が発生した際に三相短絡制御手段５２が三相短絡制御を開始するタイミングは、下記（１）乃至（３）の各ピーク値を避けるタイミングである。
（１）Ｕ相巻線２２２に発生している磁束によってＵ相巻線２２２に流れる過渡電流の向きと回転子２１の回転によりＵ相巻線２２２に誘起される誘起電流の向きが等しい場合のＵ相の誘起電流のピーク値
（２）Ｖ相巻線２２３に発生している磁束によってＶ相巻線２２３に流れる過渡電流の向きと回転子２１の回転によりＶ相巻線２２３に誘起される誘起電流の向きが等しい場合のＶ相の誘起電流のピーク値
（３）Ｗ相巻線２２４に発生している磁束によってＷ相巻線２２４に流れる過渡電流の向きと回転子２１の回転によりＷ相巻線２２４に誘起される誘起電流の向きが等しい場合のＷ相の誘起電流のピーク値

【0043】

なお、これらのピーク値を避けるタイミングとは、具体的には正弦波状に変化する誘起電流の極大値の例えば９０％以上あるいは９５％以上（絶対値）を避けるタイミングである。誘起電流の大きさや位相は、回転角検出異常が発生する前の回転子２１の回転角、及び回転角検出異常が発生した後の回転子２１の回転速度の推定値に基づいて求めることができる。つまり、回転角検出異常が発生した後の回転子２１の回転速度の推定値を積分することにより、回転角検出異常が発生してからの回転子２１の回転量（推定値）を求めることができるので、回転角検出異常が発生する前の回転子２１の回転角にこの回転量を加算することによって各時点での回転子２１の回転角を推定することができ、これに基づいて各相の誘起電流の大きさを求めることができる。

【0044】

回転角検出異常が検出され、三相短絡制御手段５２が三相短絡制御を開始しようとした時点が上記（１）乃至（３）のピーク値を避けることができるタイミングであれば、三相短絡制御手段５２は直ちに三相短絡制御を開始する。また、三相短絡制御手段５２が三相短絡制御を開始しようとした時点が上記（１）乃至（３）の何れかのピーク値と重なる場合には、当該ピーク値の時間帯が過ぎたときに三相短絡制御手段５２が三相短絡制御を開始する。

【0045】

このように、三相短絡制御手段５２は、回転角検出異常の発生後の経過時間とこの経過時間中における回転子２１の回転速度の推定値とに基づいて回転角の推定値を演算し、この推定値から上記（１）乃至（３）の各ピーク値の発生時期を求め、これらの発生時期を避けて三相短絡制御を開始する。

【0046】

図４（ａ）は、三相短絡制御の実行時にＵ相巻線２２２に流れる過渡電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。図４（ｂ）は、モータ回転速度に変動がない定常状態で三相短絡制御を開始した際にＵ相巻線２２２に流れる誘起電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す過渡電流と図４（ｂ）に示す誘起電流とを足し合わせたＵ相電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。図４（ａ）～（ｃ）に示す各グラフの縦軸及び横軸は、共通のスケールである。なお、図４（ｂ）では、一例として過渡電流が正である場合について示しているが、三相短絡制御を開始するタイミングによっては過渡電流が負の場合もあり得る。

【0047】

図４（ａ）に示すように、過渡電流は時間の経過と共に指数関数的に減少する。この過渡電流の変化の時定数は、Ｕ相巻線２２２のインダクタンスや直流抵抗によって定まる。また、図４（ｂ）に示すように、回転子２１の回転により発生する誘起電流は正弦波状に変化する。このため、三相短絡制御の開始後において過渡電流と誘起電流とが足し合わされた相電流は、過渡電流及び誘起電流が共に正又は負であった場合に誘起電流の振幅よりも絶対値が大きくなる。

【0048】

図５は、電気角θが０°、９０°、１８０°、及び２７０°のときのＵ相巻線２２２、Ｖ相巻線２２３、及びＷ相巻線２２４と、回転子２１のＮ極磁石２１２Ｎ及びＳ極磁石２１２Ｓとの相対的な位置関係を示す図である。ここでは、Ｕ相巻線２２２にＳ極磁石２１２Ｓが正対するときの電気角θを０°としている。

【0049】

図６（ａ）は、モータ回転速度に変動がない定常状態で回転子２１の回転によってＵ相巻線２２２に誘起される誘起電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。図６（ｂ）は、回転子２１の回転によってＵ相巻線２２２に誘起される誘起電流に図４（ａ）に示した過渡電流を加算したＵ相電流の時間的な変化の一例を示すグラフである。図６（ａ）及び（ｂ）では、グラフの時間軸の左端部にあたる時刻における電気角θが０°、９０°、１８０°、及び２７０°のそれぞれの場合について、Ｕ相誘起電流及びＵ相電流の変化を示している。

【0050】

図６（ｂ）に示すように、Ｕ相巻線２２２に誘起される誘起電流が正のピーク値となるとき（電気角θ＝０°のとき）に三相短絡制御が開始されると、Ｕ相の誘起電流と過渡電流とが足し合わされ、Ｕ相電流の絶対値が大きくなる。そして、このときのＵ相電流がドライブ回路６における電流閾値を超えてしまうと、第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６が全てオフとなり、三相短絡制御が行われなくなってしまう。しかし、三相短絡制御を開始する時点における電気角θをずらせば、すなわち三相短絡制御を開始する時刻をＵ相の誘起電流がピーク値となる時間帯から外せば、三相短絡制御を開始した直後におけるＵ相電流の最大値が抑えられる。

【0051】

このことは、Ｕ相電流に対して位相が±１２０°異なるＶ相電流及びＷ相電流についても同じである。したがって、回転角検出異常が発生したときに回転子２１の回転角の推定値から求められる電気角に応じて三相短絡制御の開始時刻を調整し、三相短絡制御の開始直後におけるＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流の最大値が抑えられるタイミングで三相短絡制御を開始することにより、各相の相電流がドライブ回路６における電流閾値を超えてしまったり、あるいは第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６又は還流ダイオード４０が過電流により破損してしまうことを防ぐことができる。

【0052】

なお、三相短絡制御の開始時におけるＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流の最大値（絶対値）は、必ずしも回転子２１の回転速度が高い場合に大きくなるとは限らず、回転子２１の回転速度が低い場合に、回転速度が高い場合よりも各相電流の最大値が大きくなることもあり得る。回転子２１の回転速度が低い場合には、相電流を誘起させる誘起電圧が低くなるが、Ｚ＝ｊωＬ（Ｚはインピーダンス、ｊは虚数単位、ωは角周波数、Ｌはインダクタンス）の関係により、Ｕ相巻線２２２、Ｖ相巻線２２３、及びＷ相巻線２２４のインダクタンスによるインピーダンスも低くなるためである。

【0053】

図７は、制御部５が実行する処理の一例を示すフローチャートである。制御部５は、このフローチャートに示す処理の所定の制御周期（例えば５ｍｓ）ごとに実行する。

【0054】

このフローチャートに示す処理において、制御部５はまず、回転角取得手段５３により回転子２１の回転角の検出結果を取得し（ステップＳ１）、回転角の検出結果を正常に取得できたか判定する（ステップＳ２）。回転角の検出結果を正常に取得できた場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１で取得した回転角の情報を記憶部に記憶し（ステップＳ３）、通常制御手段５１によって電動モータ２を制御する。すなわち、統括コントローラ１０１から指令されたトルクで電動モータ２を回転させるように、回転子２１の回転角や相電流取得手段５４によって取得された相電流に基づいてドライブ回路６にオンオフ信号を出力する。

【0055】

一方、回転角の検出結果を正常に取得できなかった場合（Ｓ２：Ｎｏ）、前回の制御周期においてステップＳ３で記憶した回転角の情報を記憶部から読み出す（ステップＳ５）。また、車速情報取得手段５５によって車速に関する情報を取得し（ステップＳ６）、取得した車速に関する情報から回転子２１の回転速度の推定値を演算する（ステップＳ７）。そして、ステップＳ５及びＳ７で得られた情報からＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流のピーク値の発生時期を演算し（ステップＳ８）、現時点がＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流の何れかのピーク値の発生時期であれば当該ピーク値の発生時期が過ぎるのを待ち（ステップＳ９）、三相短絡制御を実行する（ステップＳ１０）。三相短絡制御は、４輪駆動車１の始動スイッチ（イグニッションスイッチ）がオフされるまで継続され、４輪駆動車１がエンジン１２のみの駆動力によって２輪駆動状態で走行する。

【0056】

なお、回転角の検出結果を正常に取得できなかった場合には、異常の発生を運転者に報知すべき信号を統括コントローラ１０１に送信してもよい。この異常の発生は、例えば運転席のインスツルメントパネルのランプ表示やメッセージ表示もしくは音声によって運転者に報知され、運転者に修理を促す。

【0057】

以上説明した本発明の実施の形態によれば、制御部５において電動モータの回転角の検出結果を正常に取得できない異常が発生した場合でも、三相短絡制御の開始直後における相電流の最大値が抑えられるタイミングで三相短絡制御を開始することができ、相電流がドライブ回路６における電流閾値を超えて第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６が全てオフされたり、あるいは第１乃至第６のスイッチング素子４１～４６又は還流ダイオード４０が過電流により破損してしまうことを防ぐことが可能となる。

【0058】

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、一部の構成を省略し、あるいは構成を追加もしくは置換して、適宜変形して実施することが可能である。

【0059】

また、上記の実施の形態では、一例として、左右前輪１１１，１１２が主駆動源としてのエンジン１２によって駆動され、左右後輪１１３，１１４が補助駆動源としての電動モータ２によって駆動される４輪駆動車の電動モータ２を制御するモータコントローラ３に本発明を適用した場合について説明したが、本発明に係る制御装置及び制御方法が適用される車両の構成はこれに限らず、例えば左右前輪及び左右後輪の一方もしくは両方を電動モータによって駆動する電気自動車あるいはハイブリッド車に本発明を適用してもよく、一つの車輪を駆動する所謂インホイールモータに本発明を適用してもよい。

【0060】

また、上記の実施の形態では、減速機構１６の減速比が固定である場合について説明したが、これに限らず、電動モータ２とリヤディファレンシャル１７との間に変速機が配置されていてもよい。この場合、変速機の変速比を考慮して、車速に関する情報から回転子２１の回転速度の推定値を求める。

【符号の説明】

【0061】

２…電動モータ
２１…回転子
２２…固定子
２２２…Ｕ相巻線
２２３…Ｖ相巻線
２２４…Ｗ相巻線
２３…回転角検出器
３…モータコントローラ（制御装置）
４…インバータ
４０…還流ダイオード
４１～４３…第１乃至第３のスイッチング素子（上段側のスイッチング素子）
４４～４６…第４乃至第６のスイッチング素子（下段側のスイッチング素子）
４７，４８，４９…Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のアーム
５…制御部
５２…三相短絡制御手段
５３…回転角取得手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】