JP3711956B2

JP3711956B2 - 回転電機の駆動方法

Info

Publication number: JP3711956B2
Application number: JP2002098246A
Authority: JP
Inventors: 稔有満; 昭一前田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2022-04-01
Also published as: US20030193253A1; EP1351377A3; JP2003299392A; US6924610B2; EP1351377A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機に関し、特に、２つのロータを複合電流によって各々独立に駆動する回転電機の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２つのロータを複合電流によって駆動する従来の回転電機としては、特開平１１−３５６０１５号公報に開示されているものがある。この従来の２つのロータとステータによる３層構造を有する回転電機には、正弦波の和である複合電流を（２レベル）インバータから供給している。駆動するインバータは多相化されており、この多相インバータに接続された電機子コイル（ステータコイル）の中性点は一点で結合されている。このような回転電機は、ハイブリッド車のような車両にも用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような多相インバータを現実的なＰＷＭで駆動する場合、キャリア周波数に位相ずれが生じることで、多相（例えば、１２相）インバータを構成するパワーデバイスのゲート駆動パルスに不整合が生じ、これによって不要な電流が流れることになる。このためにキャリア周波数及び目標電流値はすべての相で時間的にまったく同一であることが要求されるが、汎用のマイコンを使うと最大３相分の三角波比較部ペリフェラルしかないため、複数のマイコンへのクロック、さらには目標電流を取り込むタイミングまでも同一にする必要があり、結果として多相化に必要な専用のペリフェラルを作る必要があり、コストが増大するといった問題があった。さらに、このような多相化に必要なペリフェラル部を専用のロジックＩＣ又はゲートアレイで作る場合、特に車両などの温度補償範囲などの条件が厳しい環境での動作を保証しようとすると、よりコストが増大する可能性があった。
【０００４】
したがって、本発明は、上述したような問題を解決し、駆動パルスの同期をとるのが容易で、安価に実現可能な回転電機の駆動方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の第１発明は、２つのロータを多相インバータからの複合電流によって各々独立に駆動する回転電機の駆動方法において、前記回転電機のステータコイルを、各々において電流総和がゼロになる組に分割し、各組内の前記ステータコイルの中性点を互いに接続し、各々の組のステータコイルへ通電する前記多相インバータのインバータアームと、他の組のステータコイルへ通電するインバータアームへの駆動パルスが互いに独立になるようにし、前記多相インバータの駆動パルスがＰＷＭ変調方式によって生成されており、ＰＷＭ被変調波又は信号波及びＰＷＭ変調が前記インバータアーム毎に独立であり、前記多相インバータ駆動パルスを生成する前記インバータアーム毎に独立な手段が、上位の演算手段から受けた目標電流値を実現する駆動パルスを生成し、前記駆動パルスを生成する手段のいずれかの機能が障害をもったことが検出された場合、一方のロータの目標電流値をゼロとし、他方のロータの目標電流値を２倍に変更することを特徴とする。
請求項２に記載の第２発明は、第１発明において、２つのロータをインナーロータとアウターロータとし、ステータとによる３層構造を有する回転電機とし、
前記駆動パルスを生成する手段のいずれかの機能が障害をもったことが検出された場合、アウターロータだけにトルクを発生させるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の第３発明は、第１又は第２発明において、同一位相のステータコイル同士を１つのコイルとし、通電することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の第４発明は、第１、第２又は第３発明において、前記多相インバータの駆動パルスがＰＷＭ変調方式によって生成されており、ＰＷＭ被変調波又は信号波及びＰＷＭ変調が前記インバータアーム毎に独立であることを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の第５発明は、第１、第２、第３又は第４発明において、前記多相インバータ駆動パルスを生成する前記インバータアーム毎に独立な手段が、上位の演算手段から受けた目標電流値を実現する駆動パルスを生成することを特徴とする。
【０００９】
請求項６に記載の第６発明は、第５発明において、前記駆動パルスを生成する手段のいずれかの機能が障害をもったことが検出された場合、前記上位演算手段からの目標電流値の総電流値を実現する駆動パルスを、他の正常な駆動パルスを生成する手段のみで生成するように変更することを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
第１発明によれば、電流総和がゼロの相に着目して中性点を分割することで、それぞれ分割されたインバータアームへの駆動パルスは同期をとる必要がなく、よって同時に同期をとるべき信号が軽減されることで、すべての信号の同期性を保つ場合に比べて、より安価な配線パターン、基板で実現され、コストが低減される。
さらに第１及び第２発明によれば、駆動パルスを生成する手段のいずれかの機能が障害をもったことが検出された場合でも予定のトルクを発生させることができる。
【００１１】
第３発明によれば、電流総和がゼロになる最少の相のみに着目して中性点を分割するために、同時に同期をとるべき信号を最小限にすることができ、さらに安価な配線パターン、基板で実現され、コストが低減される。
【００１２】
第４発明によれば、駆動パルス生成方法をＰＷＭとすることにより、汎用品のマイコンを用いることができる。
【００１３】
第５発明によれば、駆動パルス生成手段に高速すなわち同期のとりにくい電流制御を分担させることで、多相インバータ化しても不要な電流成分を発生させることなく実現することができる。
【００１４】
第６発明によれば、独立な駆動パルス生成手段を用いることにより、複数の駆動パルス生成手段、特にマイコンが暴走しても、他のマイコンに要求するトルクを実現するための目標電流を与えることにより回転電機全体を停止させることなく動作させ続けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の回転電機の駆動システムによって駆動することができる回転電機の構成の一例を示す断面図である。回転電機１００は、インナーロータシャフト９の中心軸線（回転電機の中心軸線でもある）Ｃ上に、同心円状に、内側から、インナーロータシャフト９に取り付けられたインナーロータ７、ステータ１、アウターロータシャフト１０に取り付けられたアウターロータ８の順で配置された多重ロータ構造を成し、アウターロータ８とインナーロータ７との２つのロータ間に位置するステータ１は、ステータコア２と、ステータコア２を軸方向両側から挟み込んで支持するブラケット５とを具える。ボルト６は、ブラケット５とステータコア２に設けられた穴を貫通し、これらの部材を固定することにより、ステータ１を形成している。ステータコア２は、周方向に配置された複数のステータピースに分割され、各々のステータピースにはコイルが巻装され、各々のステータピースは、複数枚のステータ鋼板を積層して形成される。インナーロータ７とアウターロータ８の各々には、磁石が取り付けられている。以下、このような複合電流によって独立に駆動される２つのロータを同軸に配した回転電機を例として本発明を説明する。
【００１６】
図２は、図１の回転電機のステータコイルへの給電線の接続の一例を示す図である。この例において、アウターロータが３相かつ４極対、インナーロータが６相かつ２極対とする。ステータコイルの各々は、１２相インバータに接続されている。ステータコイルに接続された給電線は、１１〜１２の合計１２本である。このとき、各給電線を通る電流の位相は以下の表１のようになる。
【００１７】
【表１】

【００１８】
以上を１２相インバータから給電する場合、合計１２個、ＰＮで２４個の駆動パルスの同期を保つ必要がある。したがって、２４個の同期を保った駆動パルスを生成する回路が必要となる。また、同期を保つためには、配線パターンなどに注意して作成する必要があり、結果として、よい基板を使用しなければならないなどでコストが掛かってしまう。
【００１９】
本発明では、これらの給電線を電流総和がゼロになる組ごとに分ける。上記例の場合、給電線１１〜１６の組と、給電線１７〜２２の組の電流総和はゼロであるため、中性点を２つに分割する。したがって、駆動パルスは、給電線１１〜１６の組と、給電線１７〜２２の組とで独立に生成しても電気的に問題はない。したがって、同期をとならなければならない駆動パルス数が従来と比較して半減し、より高密度で実装できるため、安価な基板を使用しても同期をとりやすくなる。
【００２０】
図３は、図１の回転電機のステータコイルへの給電線の接続の他の例を示す図である。この例において、回転電機１００を、アウターロータが３相かつ４極対で、インナーロータが６相かつ極対であるとする。ステータコイルは６相インバータに接続されている。接続された給電線は２１〜２６の合計６本である。このとき各給電線を流れる電流の位相は以下の表２のようになる。
【００２１】
【表２】

【００２２】
給電線２１、２３、２５の組と給電線２２、２４、２６の組の電流総和はそれぞれゼロであり、中性点を分割しても電気的に問題はない。このとき同期をとる必要のある駆動パルスは３（ＰＮで６）であり、これはすでに一般的な３相インバータで実現されている。
【００２３】
図４は、駆動パルスを生成する駆動パルス生成器を説明する図である。ステータコイルへの配線の接続は、図３の例に対応する。駆動パルス生成器３１は給電線２１、２３、２５に係わり、駆動パルス生成器３２は給電線２２、２４、２６に係わる。駆動パルス生成器３１は、信号波３３と三角波３４を比較器３５で比較して駆動パルスを生成する。駆動パルス生成器３２は、信号波３６と三角波３７を比較器３８で比較して駆動パルスを生成する。このとき、三角波３４と三角波３７については同期性すなわち位相ずれを考慮する必要がない。極端な場合、位相が１８０［ｄｅｇ］ずれても、またはどちらかの三角波に何らかの原因でジッタが発生しても不必要な電流が流れることはなく、信号の損失や悪化を招くことはない。
【００２４】
図５は、本発明による回転電機の駆動方法を実現する駆動システムの６相インバータを用いた場合の構成を示すブロック図である。ステータコイルへの配線の接続は、図３の例に対応する。駆動システム４０は、上位コントローラ４１から目標トルク及び目標回転数を受ける。駆動システム４０は、電流指令値を生成するマイコン４２と、駆動パルスを生成するマイコン４３及びマイコン４４と、マイコン４４とマイコン４２及び４３との間で通信する通信手段４５とを具える。前記目標トルク及び目標回転数はまずマイコン４２に入力される。マイコン４２は、目標トルク及び目標回転数を達成するための目標電流値を生成する。次に、生成された目標電流値は、通信手段５に送られ、マイコン４３及び４４がこれを取り込む。このとき、データアクセス時間の問題もあり、マイコン４３及び４４が取り込んだ値が必ずしも同一時刻で同じ値を有する保証はない。マイコン４３及び４４は、独立な三角波と前記目標電流値を用いて駆動パルスを生成する。このようにマイコン４３及び４４を独立に動作させることにより、６相分の比較回路をつけることなく、汎用のマイコンで簡単に、低コストで、信頼性を保ったまま実現できる。
【００２５】
図６は、図５と同様の構成において、１つのマイコンが暴走した場合の動作を説明するブロック図である。通信手段４５は、図中では省略している。駆動システム４０は、マイコン４３及び４４の障害を検知するマイコン障害検知手段４６をさらに含む。例として、マイコン４３に障害が生じた場合を想定する、インナーロータ２極対、アウターロータ４極対の場合、マイコン４４の１個のマイコンだけでは、あきらかにインナーロータ２極対の駆動パルスを生成することができない。したがって、マイコン障害検知手段４６が、マイコン４３の障害を検知した場合、マイコン４２は、アウターロータ側だけにトルクを発生させるように、通常の目標電流値ではなく、インナーロータ電流指令値をゼロとし、アウター電流指令値を２倍にした目標電流値を通信手段４５に送る。このとき、回転電機は、インナーロータの発生トルクはゼロになるが、アウターロータのみで予定のトルクを実現することが可能になる。したがって、駆動パルスを発生するマイコンは、そのうちの１つが暴走しても、独立に駆動パルスを生成しているので、正常なマイコンのみで予定のトルクを発生させることができ、例えば、車両に適用した場合には、車両は走行を続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転電機の駆動方法によって駆動することができる回転電機の構成の一例を示す断面図である。
【図２】図１の回転電機のステータコイルへの給電線の接続の一例を示す図である。
【図３】図１の回転電機のステータコイルへの給電線の接続の他の例を示す図である。
【図４】駆動パルスを生成する駆動パルス生成器を説明する図である。
【図５】本発明による回転電機の駆動方法を実現する駆動システムの６相インバータを用いた場合の構成を示すブロック図である。
【図６】１つのマイコンが暴走した場合の動作を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１ステータ
２ステータコア
４アウターロータシャフト
５ブラケット
６ボルト
７インナーロータ
８アウターロータ
９インナーロータシャフト
１０アウターロータシャフト
１１〜１２、２１〜２２給電線
３１、３２駆動パルス生成器
３３信号波
３４三角波
３５比較器
４０駆動システム
４１上位コントローラ
４２、４３、４４マイコン
４５通信手段
４６マイコン障害検知手段
１００回転電機

Claims

２つのロータを多相インバータからの複合電流によって各々独立に駆動する回転電機の駆動方法において、前記回転電機のステータコイルを、各々において電流総和がゼロになる組に分割し、各組内の前記ステータコイルの中性点を互いに接続し、各々の組のステータコイルへ通電する前記多相インバータのインバータアームと、他の組のステータコイルへ通電するインバータアームへの駆動パルスが互いに独立になるようにし、
前記多相インバータの駆動パルスがＰＷＭ変調方式によって生成されており、ＰＷＭ被変調波又は信号波及びＰＷＭ変調が前記インバータアーム毎に独立であり、
前記多相インバータ駆動パルスを生成する前記インバータアーム毎に独立な手段が、上位の演算手段から受けた目標電流値を実現する駆動パルスを生成し、
前記駆動パルスを生成する手段のいずれかの機能が障害をもったことが検出された場合、一方のロータの目標電流値をゼロとし、他方のロータの目標電流値を２倍に変更することを特徴とする回転電機の駆動方法。
請求項１に記載の回転電機の駆動方法において、２つのロータをインナーロータとアウターロータとし、ステータとによる３層構造を有する回転電機とし、
前記駆動パルスを生成する手段のいずれかの機能が障害をもったことが検出された場合、アウターロータだけにトルクを発生させるようにしたことを特徴とする回転電機の駆動方法。
請求項１又は２に記載の回転電機の駆動方法において、同一位相のステータコイル同士を１つのコイルとし、通電することを特徴とする回転電機の駆動方法。
請求項１、２又は３に記載の回転電機の駆動方法において、前記多相インバータの駆動パルスがＰＷＭ変調方式によって生成されており、ＰＷＭ被変調波又は信号波及びＰＷＭ変調が前記インバータアーム毎に独立であることを特徴とする回転電機の駆動方法。
請求項１、２、３又は４に記載の回転電機の駆動方法において、前記多相インバータ駆動パルスを生成する前記インバータアーム毎に独立な手段が、上位の演算手段から受けた目標電流値を実現する駆動パルスを生成することを特徴とする回転電機の駆動方法。
請求項５に記載の回転電機の駆動方法において、前記駆動パルスを生成する手段のいずれかの機能が障害をもったことが検出された場合、前記上位演算手段からの目標電流値の総電流値を実現する駆動パルスを、他の正常な駆動パルスを生成する手段のみで生成するように変更することを特徴とする回転電機の駆動方法。