CN100490299C - 励磁线圈式同步发电电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种励磁线圈式同步发电电动机，具备：旋转电机；电力变换部；检测所述旋转电机的转子位置的位置检测单元；存储根据所述旋转电机转子的基准位置的、改善所述旋转电机特性的校正量的校正量存储部；根据所述位置检测单元的值与所述校正量存储部的值进行位置信息的校正演算的位置校正演算部；存储根据所述旋转电机的基准位置的、对所述旋转电机的各转子线圈的通电相位的通电相位存储部；以及矩形波施加电压指令部，该矩形波施加电压指令部根据所述位置校正演算部的值与所述通电相位存储部的值，对所述电力变换部指示对所述旋转电机的各转子线圈的矩形波施加电压，使所述旋转电机的特性改善。从而改善励磁线圈式同步发电电动机的特性。

Description

励磁线圈式同步发电电动机
技术领域
本发明涉及主要安装在车辆中并具有在内燃机启动时作为电动机进行动作、同时在启动后也作为发电机进行动作的转子线圈和励磁线圈的励磁线圈式同步发电电动机。
背景技术
近年来，以环境保护和燃料费上升为目的，具备内燃机和其他动力源、如发电电动机等的称为所谓混合型车的开发·实用化一直在进展中。这种车辆中，根据行驶情况，灵活使用内燃机与其他动力源。例如，有一种称为空转停止的技术，为了抑制空转时不必要的燃料消耗，在停车后用信号使内燃机停止，在感知驾驶员踩动加速器踏板或松开刹车要发动的意向时，用发电电动机实施内燃机的再启动。
安装在这种车辆中的发电电动机，以可与内燃机授受转矩的状态加以安装，故利用驾驶员的加速器踏板操作或内燃机的摩擦影响，转速变大。因此，作为不依靠内燃机的转速来可控制发电电动机的感应电压的形态，成了不将永久磁铁内装于转子中，能用励磁电流控制的励磁线圈式，从效率方面等的考虑，采用了3相交流同步发电电动机。
将发电电动机用作电动机时，通过将来自安装在车辆的蓄电池的直流变换为交流的电力变换器，对发电电动机供给电力。但在发电电动机发生的感应电压高于蓄电池的电压时，不能对发电电动机供给电力。一般地，感应电压与转速、转子线圈的圈数、以及主磁通成正比。另一方面，由于安装在车辆上的蓄电池具有下降特性，故当开始对发电电动机通电时，蓄电池的端子间电压实质上与通电的电流量成正比地下降。
因此，作为效率良好地利用具有这种下降特性的蓄电池的电压的方法，虽有通过减少直流交流变换器的开关次数来降低开关损耗和提高电压利用率的方法，即施加具有任意通电宽度的矩形波的方法，但由于只控制所加电压的宽度，故存在不能正确控制电流的缺点。另外，也有为正确控制电流而使矩形波上的脉冲的一部分PWM(脉冲宽度调制)开关化的技术，但因进行开关需要平滑电容器等，存在不能实现低成本·小型化的缺点。
过去，有关以DC无刷电动机作为对象的矩形波通电的发明也很多，但必须要有检测感应电压的装置或检测流过电机的电流的装置等，不适宜于低成本·小型化。另外，一般的DC无刷电动机因转子中有永久磁铁，故在转速一定的条件下发生的感应电压也实质上一定。另外，作为示出同样的类似技术的，有特许第3183356号说明书，特许第3333442号说明书，特许第3574046号说明书，及特开平6-153580号公报。
但是，在如本申请的发电电动机那样主要以可与车辆的内燃机授受转矩的状态安装时，存在如上述因转速变大而感应电压也变大、因而有损控制性的问题。
发明内容
本发明为解决上述问题而作，与用励磁线圈能控制主磁通的励磁线圈式，指示对可控制感应电压的励磁线圈式同步发电电动机的矩形波电压的控制有关，不招致成本上升而改善励磁线圈式同步发电电动机的特性。
本发明的励磁线圈式同步发电电动机，具备：具有转子线圈与励磁线圈作为发电电动机进行动作的旋转电机；具有与所述旋转电机连接并控制所述旋转电机的功能的电力变换部；检测所述旋转电机的转子位置的位置检测单元；存储根据所述旋转电机转子的基准位置的、能改善所述旋转电机特性的校正量的校正量存储部；根据所述位置检测单元的值与所述校正量存储部的值进行位置信息的校正演算的位置校正演算部；存储根据所述旋转电机转子的基准位置的、对所述旋转电机的各转子线圈的通电相位的通电相位存储部；以及矩形波施加电压指令部，该矩形波施加电压指令部根据所述位置校正演算部的值与所述通电相位存储部的值，对所述电力变换部指示对所述旋转电机的各转子线圈的矩形波施加电压，使所述旋转电机的特性改善，所述校正量存储部(122)以所述旋转电机(200)的转速、所述电力变换部(110)的直流输入端子间电压或蓄电池(103)的端子间电压、所述旋转电机(200)的温度、所述旋转电机(200)的转矩指令量、以及对所述旋转电机(200)的转子线圈(201)的矩形波施加电压的通电宽度中的任何一个以上作为参数，存储其校正量。
根据本发明的励磁线圈式同步发电电动机，借助于具有存储根据转子的基准位置的校正量的校正量存储部，能缩短演算时间，可利用校正量存储部的值，补全非线改变化的旋转电机的特性，能改善励磁线圈式同步发电电动机的特性。另外，不需要电机辅助电流检测单元。
本发明的上述的和其他的目的、特征、方面和优点，将从下述结合附图的本发明的详细说明而变得更加清楚。
附图说明
图1示出本发明的实施形态1的励磁线圈式同步发电电动机应用于车辆时的连接构成图。
图2示出实施形态1的励磁线圈式同步发电电动机中的旋转电机与电力变换部做成一体化的方框构成图。
图3示出有关实施形态1的、将电机线圈各相的开·关指令传达到电力变换部的数据流图。
图4为说明实施形态1中的位置校正演算部演算方法的图。
图5示出励磁线圈式同步发电电动机的感应电压特性的特性图。
图6示出励磁线圈式同步发电电动机的驱动转矩特性的特性图。
图7示出在驱动中转子位置对转速的最佳校正量的一例特性图。
图8示出有关实施形态2的、电机线圈各相的开·关指令生成前的数据流图。
图9示出使励磁电流为一定时的相位校正量(参差量)与发生转矩的关系特性图。
图10示出施加电压与校正量存储部的校正量的关系特性图。
图11示出有关实施形态2的其他的校正量存储部的图。
图12示出有关实施形态3的、将励磁电流控制指令传达到电力变换部的数据流图。
图13示出有关实施形态3的励磁电流指令存储部的图。
图14示出有关实施形态4的、电机线圈各相和励磁线圈的开·关指令生成前的数据流图。
具体实施方式
实施形态1
以下，说明本发明的实施形态。图1示出将本发明实施形态1的励磁线圈式同步发电电动机适用于车辆时的连接构成图。图中，驱动源例如汽油发动机或柴油发动机等的内燃机101与励磁线圈式同步发电电动机102，以直接结合或通过传动带或皮带轮等结合单元互相可授受转矩的状态加以配置。另外，励磁线圈式同步发电电动机102与蓄电池103电连接。蓄电池103可以是与其他的车辆用负荷共用，也可以是励磁线圈式发电电动机102专用的蓄电池。
图2示出使实施形态1的励磁线圈式同步发电电动机中的旋转电机与电力变换部做成一体化的带电力变换部的旋转电机主体105的方框构成图。如图2那样，带电力变换部的旋转电机主体105，由连接成3相Y型或Δ型的转子线圈201(不限于3相，可以是2相或6相)和励磁线圈202构成的旋转电机(发电电动机)200，以及具有其控制功能的电力变换部110所构成。
通过将旋转电机200与电力变换部110一体化，有如下优点。转子线圈201和励磁线圈202与电力变换部110间的接线为最短，也可减轻接线压降等的影响，能有效利用有限的电压，因此实现了特性的提升。此外，由于转子线圈201与电力变换部110的接线通常使用线径粗的接线，因此在重量、成本、可靠性等方面有优越性。
电力变换部110是所谓的3相变换器(不限于3相，根据转子线圈也可以是2相或6位相变换器)，由连接于旋转电机200的转子线圈201各相的6个电力变换用开关元件220a～220c、221a～221c、驱动这些开关元件的驱动电路210、连接于旋转电机200的励磁线圈202的励磁线圈电流用开关元件211、以及续流二极管212所构成。蓄电池103其端子间电压P-N施加到电力变换部110的直流端子上。驱动电路210根据输入的各相和对励磁线圈的开·关指令，驱动电力用开关元件220a～220c、221a～221c和励磁线圈用开关元件221，进行旋转电机200的驱动和发电等的控制。
图3示出有关实施形态1的、将电机线圈各相的开·关指令传达到电力变换部的数据流图。图4是说明实施形态1中的位置校正演算部演算方法的图。依次说明之。首先，用位置检测单元121得到旋转电机200的转子位置θ1，如图4上段所示。图4的上段、中段、下段，横轴表示时间，纵轴表示角度。这里的位置检测单元121，可以利用分解器、编码器、霍尔元件等的传感器获得位置信息的器件，也可根据感应电压那样的电气特性推测位置信息的单元。另外，位置信息的分辨率越小，在下一项以后越能细致地进行控制。
又，如图2所示，通过使电力变换部110与旋转电机200做成一体化，位置检测单元121用传感器时，至电力变换部110的接线为最短，能达到轻量化·低成本化·高可靠性。旋转电机200的转子位置信息，在从控制上的原点(例如U相感应电压的零交义点上升等)起的位置为绝对位置时，补偿演算部123的补偿量θ3为0°，不加补偿。另一方面，在从控制上的原点(例如U相感应电压的零交义点上升等)起的位置为相对位置时，如图4的中段那样，只要使补偿演算部123的补偿量为从控制原点起的偏移量θ3就可(例如，从U相感应电压的零交义点上升位置偏移50°的位置，在θ1为0°时，θ3＝50°)。
这样一来，在前者的场合，演算变得容易，在后者的场合，例如位置检测单元121用传感器时，通过与安装位置精度和机械加工精度等无关地加入补偿，能得到正确的位置信息，因此廉价、小型化、高可靠性是能性的。另外，当不进行安装工序中的位置对准来安装传感器，之后从外部给与转动，用此时发生的感应电压算出传感器安装位置的补偿量时，在安装工序中的烦杂的位置对准等的工序就无必要，提高了生产率。而且，传感器的偏移等的影响也能通过由补偿演算部123的校正而吸收。
下面，说明本发明的主要部分、即校正量存储部122。校正量存储部122中，存储着应改善旋转电机200特性的、从关于转子位置的控制上原点起的参差量。用图5和图6说明该原理。图5为示出励磁线圈式同步发电电动机的感应电压特性的特性图。参数是励磁线圈中通电的励磁电流，If1<If2<If3。例如当励磁电流If3为一定时，感应电压随转速的上升成实质上正比例地上升。因此当转速一直上升时，“蓄电池的端子间电压Vdc<感应电压”的关系成立，便不能对旋转电机的转子线圈通电，所以如图6的“无校正”特性那样，从某个转速开始驱动转矩急剧地下降。图6是表示励磁线圈式同步发电电动机的驱动转矩特性的特性图。
因此，在驱动(电动)时，通过使施加到转子线圈的电压的相位导前于感应电压的相位(电流相位导前)，为最佳的电流相位，能够发生驱动转矩达到更高速度，当设校正量为正值时，就成图6的“有校正”的特性。另外，在将旋转电机用作发电机时，成为与上述的相反(使正负逆转，使电流相位滞后)，只要在驱动与发电中具有各自的校正量，或以驱动时的校正量为基准演算发电时的校正量就可。通过在驱动与发电中具有各自的校正量，得到各模式中最佳的特性是可能的。另外，当以驱动时的校正量为基准演算发电时的校正量时，存储容量或校正作业要比具有驱动与发电各自的校正量时来得少。
为了演算该校正量，读出校正量存储部122中存储的校正量θ2，并输入到位置校正演算部126。位置校正演算部126利用如上述位置检测单元121检测出的转子位置θ1(图4上段)与补偿量θ3，得到图4中段的补偿演算后的位置信息。对此，加上校正量存储部122的校正量θ2，得到位置校正演算后的位置信息θnew(图4下段)。这样一来，不需要特别的电流检测单元，而且在同一个转子线圈规格的旋转电机中，在驱动时也能发生驱动转矩达到高速，并在发电时也能从低速开始发电。图7示出在驱动时转子位置对转速Nmg[r/min]的最佳校正量[deg]的一例特性图。校正量(参差量)与转速一起上升，本例中，校正量存储部122的校正量θ2作为30°存储。这样，得到位置补偿演算后的位置信息θnew，在驱动时能使发生驱动转矩达到更高速度。
然后，位置校正演算后的位置信息θnew，被输入到矩形波施加电压指令部127。存储在通电相位存储部124的对各相的通电定时XHθcenter/XLθcenter{X：旋转电机3相时的U相V相W相，H：开关元件的上臂(220a～220c)，L：开关元件的下臂(221a～221c)}，也输入到矩形波施加电压指令部127。该值是以控制上的原点(例如，U相感应电压上升零交义等)为基准，指令各相两臂的开·关时刻的值。XHθcenter/XLθcenter表示各相两臂的通电定时的中心相位，以该中心相位为中心在两侧取所要的宽度，决定开时刻与关时刻。
根据通电定时XHθcenter/XLθcenter与位置校正演算后的位置信息θnew，算出各相两臂的开时刻XH-ON时间/XL-ON时间与各相两臂的关时刻XH-OFF时间/XL-OFF时间。即是说，驱动时，各相两臂的开时刻与各相两臂的关时刻比通常只导前位置信息θnew的相位。这种定时可以使用安装在微型计算机中的定时器功能，输出定时，也可以只作为端口每一定周期输出更新的定时。但后者利用输出更新定时设定(规定周期设定)，在高速转动区存在出现输出更新滞后的担心，须加注意。在使用微型计算机的定时器功能时，因能正确输出定时达到定时器的分辨率，故有其优势。
将这些各相两臂的开·关定时传送到电力变换部110。电力变换部110根据开·关定时，用驱动电路210驱动各相的开·关元件220a～220c、221a～221c。
这样一来，驱动时，能发生驱动转矩达到比“无校正”的转矩特性更高的高速区域，发电时，相反能从更低转速起开始发电，从而改善了特性。
这样，实施形态1，通过具有校正量存储部122能缩短演算时间，利用校正量存储部的值，能补全非线性变化的旋转电机的特性，从而改善了励磁线圈式同步发电电动机的特性。另外，如要控制励磁电流，则能确保更宽的工作区域。另外，可以既不要转子电流检测单元、又不要感应电压和相电压的检测单元。由于是矩形波通电，因此也能因开关次数少而不要平滑电容器。由于开关次数少，因此也能降低开关损耗的影响，提高效率。冷却构造等也可小型化。而且，通过存储对各转子线圈通电的中心相位，能任意变更从中心相位起的通电宽度。
实施形态2
图8示出有关实施形态2的、电机线圈各相的开·关指令生成前的数据流图。与上述实施形态1的图3的情况相比，增加了对校正量存储部122的输入和对矩形波施加电压指令部127的输入。以它们为中心加以说明，其余部分因与实施形态1相同而省略。图8中，对校正量存储部122的输入，增加来自转速算出单元131的转速Nmg与来自直流输入端子间电压算出单元132的直流电压值Vdc。首先，对此进行说明。校正量存储部122中存储着为最大限度发挥励磁线圈式同步发电电动机102的特性用的校正量。该校正量可以如实施形态1那样始终是一定值，但也可以如图8那样随转速或直流电压值而变。
其理由如下。设旋转电机200的感应电压为E，至旋转电机200的传送线路电阻为R，电感为L，对旋转电机200的施加电压为V，旋转电机200的角速度为ω，则对旋转电机200的转子线圈201的通电电流I表示为
I＝(V—E)/(R+ωL)……式1
式中，I，V，E表示矢量。
由式1可见，因旋转电机200的转子线圈201的通电电流I随E，V，R，ω，L而变，故可用(1)感应电压E，(2)施加电压V，(3)传送线路电阻R，(4)电感L，(5)角速度ω来控制。(4)电感L与(3)传送线路电阻R一样，是电力变换器、旋转电机、以及各自之间的配线电感，随主磁通和转矩指令而变。上述(1)～(5)中，随转速改变的是(1)感应电压(图5)，(4)电感L和(5)角速度。因此，为了与转速无关地用经常得到最佳特性的电流通电，最好根据转速改变校正量θ2。尤其在本申请用于车辆时，根据驾驶员的加速踏板操作或内燃机的摩擦变化，转速变化大，因此通过利用转速Nmg分段改变校正量θ2，能大幅度改善这些相对于转速变化的特性，因此是有益的。即是说，如图7所示，驱动时，最好根据转速Nmg的变化改变校正量θ2。图9示出使励磁电流一定时的相位校正量(参差量)[deg]与发生转矩[Nm]的关系特性图。以转速Nmg为参数，用记号X分别示出Nmg1>Nmg2>Nmg3时的最佳相位参差量的位置。可见，随着转速上升，最佳相位参差量变大。
同样地，上述(1)～(5)中，根据直流电压、即电力变换部的直流输入端子间电压(≈蓄电池的端子间电压)Vdc变化的是(2)施加电压，故只要利用该值改变校正量就可。即是说，驱动时，如图10所示，最好随着施加电压的上升而减小校正量θ2。这样一来，利用转速Nmg的变化和施加电压的变化，分段的改变校正量θ2为好。另外，也可只用转速Nmg的变化或施加电压的变化中的一方变化使分段地改变。通过如图2那样使旋转电机200与电力变换部110一体化，具有减小传送线路的电压降的影响，提高直流电压检测精度的优点。
图11示出实施形态2的另一校正量存储部122。如图11所示，当除了来自转速算出单元131的转速Nmg与来自直流输入端子间电压算出单元132的直流电压值Vdc外，还利用来自旋转电机温度算出单元133的温度Temp，来自旋转电机的转矩指令算出单元134的转矩指令量Trq，来自对旋转电机的转子线圈的矩形波施加电压的通电宽度算出部125的通电宽度θwidth，使校正量存储部122的校正量θ2改变时，能更加最大限度地发挥旋转电机200的特性，同时大幅度地扩展作为应用的适用范围。
其理由如下。图11中所示的是以5个物理量作为参数，但不对全部作必要的解释，而是适当选择适合于应用的参数。上述(1)～(5)中，(3)传送线路电阻R因旋转电机200的温度Temp而变动大。特别在低速旋转区域中，式1的分母中的R起支配的作用。传送线路使用的线材一般是铜，当温度上升100℃时，电阻值约为1.5倍，图10中Vdc下降时也一样。
因此，在适用于车辆用的情况中，在早上第一次驱动(环境温度10℃)与充分行驶后的空转停止起动(环境温度100℃)中，通电的电流不同。为了缓和由这种温度引起的影响，最好利用旋转电机200的温度改变校正量。即是，驱动时，最好随着旋转电机200的温度上升，加大校正量θ2。另外，旋转电机200的温度，可以用热敏电阻等直接检测旋转电机的温度，电力变换部110的温度或适用于车辆的情况，也可根据车辆的温度传感器等进行推测的方法。另外。也可以是不用温度传感器而根据工作时间进行预测的方法。
下面，说明设定转矩指令Trq为参数的优点。通过利用来自转矩指令算出单元134的转矩指令Trq改变校正量θ2，在驱动时，不仅能实现最大转矩特性，而且能实现部分转矩特性，从而大幅度地扩展作为旋转电机的应用范围。即是，转矩指令Trq大时，选择最佳的校正量，不大时，也可离开最佳校正量。在发电中，通过改变转矩指令能细致地控制发电量，故能大幅度改善发电特性。
接着，说明利用通电宽度θwidth改变校正量θ2的优点。根据通电宽度θwidth的大小，改变(2)施加电压，故能控制通电电流I。因此，为最大限度地发挥旋转电机的特性，根据通电宽度θwidth改变校正量为好。即是，驱动时，随着通电宽度θwidth上升而减小校正量θ2。另外，通过与转矩指令Trp组合使用，能进行更细致的控制。
另外，当与直流输入电压组合使用时，在电压降低时通过缩小通电宽度θwidth来减小通电电流，能阻止电压的进一步下降，故提高了系统的可靠性。而且在极低温时，由于传送线路电阻减小，有能流过预想以上的通电电流I。为防止这一点，通过与旋转电机的温度组合，使极低温时缩小通电宽度θwidth，可使通电电流I减少。
根据上述，当通过单独使用或组合使用转速、直流电压、旋转电机的温度、转矩指令、通电宽度来改变校正量存储部122的校正量θ2时，能不受各种环境因素的影响而得到最佳的特性，能更进一步最大限度地发挥旋转电机200的特性，同时大幅度地扩展应用的适用范围。另外，具有以转速、直流电压、旋转电机的温度、转矩指令、通电宽度全部作为参数时，虽能得到最佳的特性，但存在存储容量庞大，校正作业量增加的担心，所以最好权衡所要的特性与其缺点，决定参数。另外，上述校正量虽可通过演算来算出，但演算使用的参数的校正作业或因在线演算的演算处理时间有能成为问题，通过如本实施形态那样具有存储单元，能缩短演算时间，也能用比较廉价的微型计算机进行控制。
下面，说明另一个增加点即对矩形波施加电压指令部127的输入值。与图8中实施形态1所述的相比，增加了来自通电算出部125的通电宽度θwidth。这样，因实施形态1中指示各相的开·关定时的表格是必要的，故使通电宽度改变时，对每个通电宽度θwidth，其表格是必要的。但在本实施形态中，当通电相位存储部124以控制上的原点为基准，存储各相两臂的通电相位的中心相位XHθcenter/XLθcenter时，在该中心相位上加减通电宽度÷2的值表示开定时，故不需要每个通电宽度的表格，能容易地算出任意的通电宽度。这样一来，通过存储对各转子线圈的通电中心相位，能根据中心相位任意变更通电宽度。
例如，预先存储U相上臂的中心相位为90°，下臂的中心相位为270°。该状态下，通电宽度θwidth为180°的指示到来时，U相上臂的开定时为90—(180/2)＝0°～90+(180/2)＝180°，即，0°～180°区间为开通(除了空载时间补偿处理)，U相下臂的开时刻为270—(180/2)＝180°～270+(180/2)＝360°，即，180°～360°区间为开通时间。
又，通电宽度θwidth为120°时，U相上臂的开时刻为90—(120/2)＝30°～90+(120/2)＝150°，即，30°～150°为U相上臂开通，同样，U相下臂，210°(270—120/2)～330°(270+120/2)为开通。由矩形波施加电压指令部127进行这些演算。这样一来，由于不需要每个通电宽度的表格，故ROM容量能相应削减，由于能任意改变通电宽度，故也容易实施通电宽度的渐增·渐减处理，大幅度地扩展适用范围。
实施形态3
实施形态1、2中，以对旋转电机200的励磁线圈202的指令为一定进行处理，但实施形态3中，如图12所示，说明励磁线圈指令存储部141的励磁电流指令If*为可变的方法。图12示出有关实施形态3的、将励磁电流控制指令传达到电力变换部的数据流图。励磁电流指令If*虽然也有用在线计算来算出的方法，但因复杂的多项式其演算时间加长。另外，为高速进行复杂的多项式演算，需要搭载装有DSP(数字信号处理器)等的高性能微型计算机，不适宜于以廉价·小型化为目标的系统。
励磁电流指令存储部141的励磁电流指令If*，如图13所示，最好从5个物理量中提取。图13示出有关实施形态3的励磁电流指令存储部141。不需要作全部5个的解释，根据下述的效果，适当选择适合应用的参数说明之。
励磁电流指令If*存储于励磁电流指令存储部141中，该励磁电流指令可以存储电流值，也可以存储空度比值。图12中存储由励磁电流检测部142检测实际的励磁电流。当然，检测实际的励磁电流，由励磁电流控制部143进行反馈控制的方法进行正确控制是能的，但在构筑廉价·小型的系统方面，如将空度比存储到励磁电流指令存储部141中，进行所谓的开环控制，则励磁电流检测部142的实际励磁电流检测并无特别需要。
这里，说明根据物理量提取励磁电流指令存储部141的励磁电流指令If*的方法和效果。励磁电流由于与旋转电机200中的主磁通实质上成正比例，故对旋转电机200的特性有较大影响，因此利用以下的方法使指令量改变时能满足最佳的特性。
首先，对励磁电流提取转速Nmg作为参数的优点如下。励磁电流一定时，转速上升的同时感应电压也以实质上一定量地增加。另外，在励磁电流If1<If2<If3的关系成立时，转速一定时发生的感应电压也成立由If1引起的感应电压<由If2引起的感应电压<由If3引起的感应电压的关系(图5)。
另一方面，在旋转电机发生的感应电压高于蓄电池的电压时，就不对发电电动机供给电力。因此，励磁电流一定时，不能扩大驱动区域到高速旋转。但当采取不使励磁电流一定，越往高速区域励磁电流越小的单元时，能成立感应电压<蓄电池的端子电压(≈电力变换部的直流输入端子间电压)的关系到高速转动，扩大驱动区域。即是说，与图6的“有校正”相比较，“励磁+有校正”能扩大驱动工作区域。
另外，仅有校正(励磁电流一定)时，在驱动时也能达到高速转动的程度，为了保持感应电压<蓄电池的关系，必须充分通电无助于称为弱励磁电流的转矩的无效的转子电流，结果引起与转子电流量相比较驱动转矩小的现象，最终招致效率恶化。但是，当随着高速转动缩小励磁电流时，感应电压也必然降低，故弱励磁用的电流也少了，从而效率良好。根据上述理由，使励磁电流指令按照转速改变为好。
下面，说明利用电力变换部的直流输入端子间电压(≈蓄电池端子间电压)Vdc改变励磁电流的理由。如前所述，转速一定时，励磁电流越大，产生的感应电压也越大。另一方面，当直流输入端子间电压减小时，能对旋转电机200供给电力的感应电压电平也下降，反之当直流输入端子间电压大时，可供给的感应电压电平也上升。因此，最好在直流输入端子间电压小时减小励磁电流指令，反之，在直流输入端子间电压大时增大励磁电流指令。
励磁电流以直流输入端子间电压或蓄电池的端子间电压作为电压源，因此当它们的电压下降时，必然也减少对励磁电流可通电的电流(If＝V/Rf，If为励磁电流，V为直流输入端子间电压，Rf为励磁电路部的电阻)。因此在使励磁电流反馈进行电流控制的系统中，当利用这些电压改变励磁电流指令时，在电压下降时不发出不能通电的电流指令，稳定的励磁电流控制是可能的。另外，在能确保足够电压时，使为更多的励磁电流指令，从而能得到足够的主磁通，在驱动时能得到更大的转矩，在发电时能得到更大的发电量。
另一方面，在励磁电流指令存储部141存储空度比指令的系统中，尽管空度比相同，也改变由直流输入端子间电压通电的励磁电流量，故有利用直流输入端子间电压来改变的意义。由于上述理由，以直流输入端子间电压或蓄电池的端子间电压为参数，存储励磁电流为好。
另外，励磁电流If、转速Nmg、和感应电压E之间存在式(2)那样的关系。
E＝K×Nmg×If     (K为系数)……式2
又，如上述，直流输入端子间电压与感应电压E，因对旋转电机的能供给电力判定有关系，故从转速与直流输入端子间电压的2个参数中提取励磁电流指令为好。
接着，说明将旋转电机的温度Temp作为参数的理由如下。已如上述，励磁电流If＝V/Rf。这里Rf是励磁电路部的电阻，该值随温度而变。因此，在使励磁电流反馈进行电流控制的系统中，为了使高温时防止烧毁或为没有不能通电的励磁电流指令，将励磁电流指令设定得小些，反之，在低温时，没有烧毁的担心，还可通电更多的电流，故励磁电流指令设定得大些，这样，从低温到高温能得到充分的特性，同时也提高了可靠性。
另一方面，在励磁电流指令存储部141存储空度比指令的系统中，尽管空度比相同，由于旋转电机200的温度改变励磁电路部的电阻(＝Rf)，通电的励磁电流量也改变，故将旋转电机200的温度设定为参数为好。旋转电机200的温度，如实施形态2所述，既可用热敏电阻等直接检测旋转电机200的温度，在电力变换部110的温度或适用于车辆的情况，又可用根据车辆的温度传感器推测的方法。此外，也可不用温度传感器而根据工作时间等进行预测的方法。
以下，说明设定转矩指令Trq为参数的优点。旋转电机200的转矩一般与主磁通量成正比。主磁通是可用励磁电流调整的，因此为使转矩改变，只要改变励磁电流就行。这样一来，在驱动时，由于不仅能高效地实现最大转矩特性，也能高效实现部分转矩特性，所以扩大了作为旋转电机的适用范围。又，在发电时，因能利用励磁电流控制发电量，所以能进行细致的发电控制。
最后，说明利用通电宽度θwidth改变励磁电流的优点。例如，3相同步发电电动机中通电角180度时，各相的上下开关元件中哪一个开通，6个元件中的3个必定开通(除掉空载时间)。另一方面，120度通电时，6个元件中发生只2个开通的状态。这时，在高速且励磁电流多的状态时，未开通的元件成为二极管整流状态，尽管处于驱动状态，也有发电的可能性。因此，通电宽度小时通过缩小励磁电流能防止未预期的发电误动作。另外，当与转速组合参照励磁电流指令时，根据上述理由，效果进一步增大。
此外，实施形态中，在发电电动机时，以最大转矩发生时的短时间驱动的主磁通为基准设定励磁电流。一般在作为发电机起作用时，连续使用是大前提，故当发电时原封不动通电驱动时的励磁电流时，因也考虑烧毁等的影响，所以使驱动与发电中励磁电流指令If*各不相同，能避免这一点。另外，驱动·发电中通过分别具有励磁电流指令If*，能有效地满足最佳的特性。又，在因ROM容量的限制不能确保双方的存储区时，可事先只存储其中的一方，利用某个系数校正使用。例如是事先只存储驱动时的励磁电流指令，发电时以一定的系数去除驱动时的励磁电流指令的方法。而且也可以不用一定的系数，而用例如以实施形态3说明的5个物理量作为参数适当算出的系数。
将如此得到的励磁电流指令If*，输入到励磁电流控制部143。实施形态3中，在励磁电流指令If*作为物理量的电流时，从励磁电流检测部142输入实际的励磁电流If，将指令值与实际值输入PI控制等的控制器，利用反馈控制算出最佳的值。另一方面，在励磁电流存储部141存储空度比指令那样的系统中，因用开环控制励磁电流，故不需要励磁电流检测部142的实际的励磁电流检测，只要不是故障如励磁电路部的短路或断线的异常状态，仅原封不动地输出空度比指令就可。
然后，励磁空度比指令I fduty被传送到电力变换部110，按照励磁空度比指令I fduty由驱动电路210驱动励磁线圈电流用开关元件211。根据上述，通过使励磁电流指令可变，能进一步扩大工作区域，且改善线圈励磁式同步发电电动机的特性，有效地运转成为可能。又，当具有旋转电机的转速、电力变换部的直流输入端子间电压或蓄电池的电压、旋转电机的温度、旋转电机的转矩指令量、以及对旋转电机的转子线圈的矩形波施加电压的通电宽度的全部作为参数时，虽能得到最佳的特性，但因存在存储容量加大或校正作业量增加等的担心，故最好权衡所要的特性与它们的缺点，以其中一个以上作为参数，分段地决定励磁线圈电流指令存储部的指令值并存储之。
实施形态4
图14示出有关实施形态4的、电机线圈各相和励磁线圈的开·关指令生成前的数据流图。如从图14所见，实施形态4基本上是实施形态1～3所述功能之和，但从校正量存储部122与励磁电流指令存储部141提取各自的存储值(校正量，指令量)用的参数是相同的。
即，以来自转速算出单元131的转速Nmg，来自直流输入端子间电压算出单元132的直流电压Vdc，来自旋转电机温度算出单元133的旋转电机的温度Temp，来自转矩指令算出单元134的转矩指令Trq，以及来自通电宽度算出部125的通电宽度θwidth之中的一个以上作为参数，从校正量存储部122参照校正量θ2。另外，使用与从校正量存储部122提取校正量θ2用的参数相同的参数，从励磁电流指令存储部141参照励磁电流指令If*。
这样做的效果如下。上述实施形态2、3中，说明了根据各自的参数提取校正量θ2与励磁电流指令If*并决定的优点，但因各自的优点两者互相关联的部分很多。举出一例，感应电压因与转速和主磁通成正比，故在使工作区域更扩大到高速旋转侧时，不仅利用转速使校正量改变，而且根据转速使两者改变，使励磁电流在高速旋转侧也为小的电流指令，从而能使工作区域更为扩大，比起用单个校正量θ2或励磁电流指令If*来设定时，更能满足最佳的特性。
另外以校正量θ2与励磁电流指令If*作为各自的参数时，分别需要参数算出单元(131～134，125)，但通过使其相同，能使算出单元最小化，而且它们有关的处理也以一次完成，故能使处理速度提高。
实施形态2中，说明了通过存储转子线圈各相的通电相位的中心相位，以较少的ROM容量实现任意可变通电宽度的方法。另一方面，实施形态3中说明了因对每个多种多样的参数具有励磁电流指令而产生的特性上的优点。实施形态4中通过融合这些功能，能以较少的ROM容量满足最优的特性。
因为，如实施形态2那样，通过存储转子线圈的各相的通电相位的中心相位的方式，能大幅度削减ROM容量。将ROM容量可削减部分分配到励磁电流指令存储部141和校正量存储部122，更可改善特性。就是说，能提供特性/ROM容量比为最佳的系统。而且，ROM容量的大小直接影响到成本，因此能提供特性/成本比平衡为最优的励磁线圈式同步发电电动机。
虽然已经示出并说明了本发明较佳实施形态，但应理解这些揭示用于说明的目的，在不偏离所附权利要求中提出的本发明的范围，可作种种改变和修正。

Claims (10)

1.一种励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，具备：
具有转子线圈(201)与励磁线圈(202)作为发电电动机进行动作的旋转电机(200)；
具有与所述旋转电机(200)连接并控制所述旋转电机(200)的功能的电力变换部(110)；
检测所述旋转电机(200)的转子位置的位置检测单元(121)；
存储根据所述旋转电机(200)转子的基准位置的、能改善所述旋转电机(200)特性的校正量的校正量存储部(122)；
根据所述位置检测单元(121)的值与所述校正量存储部(122)的值进行位置信息的校正演算的位置校正演算部(126)；
存储根据所述旋转电机(200)转子的基准位置的、对所述旋转电机(200)的各转子线圈(201)的通电相位的通电相位存储部(124)；以及
矩形波施加电压指令部(127)，该矩形波施加电压指令部根据所述位置校正演算部(126)的值与所述通电相位存储部(124)的值，对所述电力变换部(110)指示对所述旋转电机(200)的各转子线圈(201)的矩形波施加电压，
使所述旋转电机(200)的特性改善，
所述校正量存储部(122)以所述旋转电机(200)的转速、所述电力变换部(110)的直流输入端子间电压或蓄电池(103)的端子间电压、所述旋转电机(200)的温度、所述旋转电机(200)的转矩指令量、以及对所述旋转电机(200)的转子线圈(201)的矩形波施加电压的通电宽度中的任何一个以上作为参数，存储其校正量。
2.如权利要求1所述的励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，
所述通电相位存储部(124)存储根据所述旋转电机(200)转子的基准位置的、对所述旋转电机(200)的各转子线圈(201)的通电相位的中心相位。
3.如权利要求1所述的励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，
具备存储对所述旋转电机(200)的励磁线圈(202)的指令值的励磁线圈电流指令存储部(141)，根据该励磁线圈电流指令存储部(141)的指令值，对励磁线圈(202)通电励磁电流。
4.如权利要求3所述的励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，所述励磁线圈电流指令存储部(141)以所述旋转电机(200)的转速、所述电力变换部(110)的直流输入端子间电压或蓄电池(103)的端子间电压、所述旋转电机(200)的温度、所述旋转电机(200)的转矩指令量、以及对所述旋转电机(200)的转子线圈(201)的矩形波施加电压的通电宽度中的任何一个以上作为参数，存储其指令值。
5.如权利要求4所述的励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，
决定所述励磁线圈电流指令存储部(141)的指令值的参数，与决定所述校正量存储部(122)的校正量的参数是共同的。
6.如权利要求1或2所述的励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，
所述校正量存储部(122)的校正量，存储作为所述旋转电机(200)的驱动时用和发电时用中的一方。
7.如权利要求3或4所述的励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，
所述励磁线圈电流指令存储部(141)的指令值，存储作为所述旋转电机(200)的驱动时用和发电时用中的一方。
8.如权利要求2所述的励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，
所述校正量存储部(122)的校正量分别分开存储，作为所述旋转电机(200)的驱动时用或发电时用。
9.如权利要求3或4所述的励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，
所述励磁线圈电流指令存储部(141)的指令值分别分开存储，作为所述旋转电机(200)的驱动时用或发电时用。
10.如权利要求1至5中任一项所述的励磁线圈式同步发电电动机，其特征在于，
所述位置校正演算部(126)以补偿从所述旋转电机(200)的感应电压的基准位置的偏移量的补偿量，校正偏移量。
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