JP2009254100A - 充電制御装置およびそれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源からの充電用にリアクトルを別途設けることなくインダクタンスを増加可能な充電制御装置およびそれを備えた車両を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ６０は、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時、三相コイル１２の各相コイルに流される電流を互いに不均等にするようにインバータ２０を制御する。ここで、三相コイル１２に発生するインダクタンスは、ロータの回転角θによって変化するところ、ＥＣＵ６０は、回転角θに拘わらず三相コイル１２に生じるインダクタンスを一定にするように、レゾルバ９４によって検出される回転角θに応じて各相間の電流の不均等量を決定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、充電制御装置およびそれを備えた車両に関し、特に、車両に搭載された蓄電装置を商用電源から充電するための充電制御装置およびそれを備えた車両に関する。

特開２０００−４５０５号公報（特許文献１）は、電気自動車に搭載されるバッテリを充電するバッテリ充電装置を開示する。このバッテリ充電装置においては、外部電源からの電力が車両走行用のモータの中性点に与えられ、モータの巻線を利用して電圧変換が行なわれる。ここで、モータの各相巻線に同電流および同位相の電流を流すとインダクタンスが不足するところ、このバッテリ充電装置においては、モータの中性点と外部電源との間にリアクトルが別途設けられ、モータの巻線のみでは不足するインダクタンスが補われる（特許文献１参照）。
特開２０００−４５０５号公報

上記公報に開示されるバッテリ充電装置では、外部電源からの充電用に別途設けられるリアクトルを形成するに際し、ステータの外周に複数設けられた溝を巡るように巻線が配置され、ステータが磁心として利用される。これにより、小型軽量化やコスト低減を可能としている。しかしながら、外部電源からの充電用にリアクトルを別途設けている点で改善の余地がある。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部電源からの充電用にリアクトルを別途設けることなくインダクタンスを増加可能な充電制御装置およびそれを備えた車両を提供することである。

この発明によれば、充電制御装置は、車両に搭載された蓄電装置を商用電源から充電する充電制御装置であって、第１の交流回転電機と、第１のインバータと、接続装置と、制御装置と、第１の回転角センサとを備える。第１の交流回転電機は、星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む。第１のインバータは、第１の多相巻線に接続され、第１の交流回転電機と蓄電装置との間で電力変換を行なう。接続装置は、商用電源を第１の多相巻線の中性点に接続可能に構成される。制御装置は、商用電源から蓄電装置の充電時、接続装置によって中性点に与えられる商用電源からの電力を変換して蓄電装置を充電するように第１のインバータを制御する。第１の回転角センサは、第１の交流回転電機の回転子の回転角を検出する。そして、制御装置は、第１の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに不均等にするように第１のインバータを制御するとともに、回転子の回転角に拘わらず第１の多相巻線に生じるインダクタンスを一定にするように、第１の回転角センサによって検出される回転角に応じて各相間の電流の不均等量を決定する。

好ましくは、制御装置は、回転子の回転角に拘わらず第１の多相巻線に生じるインダクタンスを一定にするように、第１の回転角センサによって検出される回転角に応じて、各相間に与える電流オフセット量を決定する。

好ましくは、充電制御装置は、第２の交流回転電機と、第２のインバータと、第２の回転角センサとをさらに備える。第２の交流回転電機は、星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む。第２のインバータは、第２の多相巻線に接続され、第２の交流回転電機と蓄電装置との間で電力変換を行なう。第２の回転角センサは、第２の交流回転電機の回転子の回転角を検出する。接続装置は、商用電源を第１の多相巻線の中性点および第２の多相巻線の中性点に接続可能に構成される。制御装置は、商用電源から蓄電装置の充電時、接続装置によって第１の多相巻線の中性点および第２の多相巻線の中性点に与えられる商用電源からの電力を変換して蓄電装置を充電するように第１および第２のインバータを制御する。そして、制御装置は、さらに、第２の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに不均等にするように第２のインバータを制御するとともに、第２の交流回転電機の回転子の回転角に拘わらず第２の多相巻線に生じるインダクタンスを一定にするように、第２の回転角センサによって検出される回転角に応じて第２の多相巻線における各相間の電流の不均等量を決定する。

また、この発明によれば、充電制御装置は、車両に搭載された蓄電装置を商用電源から充電する充電制御装置であって、第１の交流回転電機と、第１のインバータと、接続装置と、制御装置とを備える。第１の交流回転電機は、星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む。第１のインバータは、第１の多相巻線に接続され、第１の交流回転電機と蓄電装置との間で電力変換を行なう。接続装置は、商用電源を第１の多相巻線の中性点に接続可能に構成される。制御装置は、商用電源から蓄電装置の充電時、接続装置によって中性点に与えられる商用電源からの電力を変換して蓄電装置を充電するように第１のインバータを制御する。そして、第１の多相巻線は、相数から決定される等間隔配置に対してずらされて配置される。制御装置は、第１の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに均等にするように第１のインバータを制御する。

好ましくは、第１の多相巻線は、集中巻によって形成される。
また、好ましくは、第１の多相巻線は、分布巻によって形成される。

好ましくは、充電制御装置は、第２の交流回転電機と、第２のインバータとをさらに備える。第２の交流回転電機は、星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む。第２のインバータは、第２の多相巻線に接続され、第２の交流回転電機と蓄電装置との間で電力変換を行なう。接続装置は、商用電源を第１の多相巻線の中性点および第２の多相巻線の中性点に接続可能に構成される。制御装置は、商用電源から蓄電装置の充電時、接続装置によって第１の多相巻線の中性点および第２の多相巻線の中性点に与えられる商用電源からの電力を変換して蓄電装置を充電するように第１および第２のインバータを制御する。そして、第２の多相巻線は、相数から決定される等間隔配置に対してずらされて配置される。制御装置は、さらに、第２の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに均等にするように第２のインバータを制御する。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの充電制御装置を備える。

この発明においては、商用電源から蓄電装置の充電時、商用電源からの電力が第１の交流回転電機の第１の多相巻線の中性点に与えられる。そして、第１の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに不均等にするように第１のインバータが制御されるので、充電時に第１の多相巻線に十分なインダクタンスが発生する。ここで、充電時に第１の多相巻線に発生するインダクタンスは、第１の交流回転電機の回転子の回転角によって変化するところ、この発明においては、回転子の回転角に拘わらず第１の多相巻線に生じるインダクタンスを一定にするように、第１の回転角センサによって検出される回転角に応じて各相間の電流の不均等量が決定されるので、第１の多相巻線に生じるインダクタンスが回転子の回転角に拘わらず安定化（一定化）される。

したがって、この発明によれば、外部電源からの充電用にリアクトルを別途設けることなくインダクタンスを増加することができ、かつ、第１の多相巻線により構成される充電用リアクトルのインダクタンスを安定化することができる。

また、この発明においては、商用電源から蓄電装置の充電時、商用電源からの電力が第１の交流回転電機の第１の多相巻線の中性点に与えられる。ここで、第１の多相巻線は、相数から決定される等間隔配置に対してずらされて配置されるので、第１の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに均等にしても、第１の多相巻線に十分なインダクタンスが発生する。

したがって、この発明によれば、外部電源からの充電用にリアクトルを別途設けることなくインダクタンスを増加することができる。また、第１の多相巻線の各相巻線に均等に電流を流せばよいので、充電時の制御を簡略化できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による車両の全体ブロック図である。図１を参照して、この車両１００は、蓄電装置Ｂと、インバータ２０と、モータジェネレータＭＧ１と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０とを備える。また、車両１００は、正極線ＰＬと、負極線ＮＬと、コンデンサＣ１と、電圧センサ７２と、電流センサ８２と、レゾルバ９４とをさらに備える。さらに、車両１００は、整流回路４０と、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と、充電ポート５０と、コンデンサＣ２と、電圧センサ７４と、電流センサ８６とをさらに備える。

蓄電装置Ｂの正極および負極は、それぞれ正極線ＰＬおよび負極線ＮＬに接続される。コンデンサＣ１は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に接続される。インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２を含み、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４を含み、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１５，Ｑ１６を含む。スイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６には、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６が逆並列に接続される。

なお、上記のスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６として、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等を用いることができる。

モータジェネレータＭＧ１は、三相交流回転電機であり、たとえば三相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、三相コイル１２をステータコイルとして含む。三相コイル１２を形成するＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１の一端は、互いに接続されて中性点Ｎ１を形成し、Ｕ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１の他端は、インバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６にそれぞれ接続される。そして、モータジェネレータＭＧ１の回転軸は、図示されない車両の駆動軸に連結される。

整流回路４０は、ダイオードＤ４１，Ｄ４２を含む。ダイオードＤ４１のカソードは、正極線ＰＬに接続され、ダイオードＤ４１のアノードは、ダイオードＤ４２のカソードに接続され、ダイオードＤ４２のアノードは、負極線ＮＬに接続される。そして、モータジェネレータＭＧ１の中性点Ｎ１に電力線ＡＣＬ１が接続され、整流回路４０のダイオードＤ４１，Ｄ４２の接続点に電力線ＡＣＬ２が接続される。

電力線ＡＣＬ１は、中性点Ｎ１と充電ポート５０との間に配設され、電力線ＡＣＬ２は、整流回路４０と充電ポート５０との間に配設される。コンデンサＣ２は、電力線ＡＣＬ１と電力線ＡＣＬ２との間に配設される。

蓄電装置Ｂは、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタも採用可能である。コンデンサＣ１は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ１の端子間電圧、すなわち負極線ＮＬに対する正極線ＰＬの電圧ＶＤＣを検出し、その検出値をＥＣＵ６０へ出力する。

インバータ２０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、蓄電装置Ｂから受ける直流電圧を三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、車両の制動時、車両の駆動軸から回転力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した三相交流電圧をＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を正極線ＰＬへ出力する。

ここで、充電コネクタ９２によって充電ポート５０に接続される商用電源９０から交流電力が入力されると、インバータ２０は、後述の方法により、商用電源９０から電力線ＡＣＬ１を介して中性点Ｎ１に与えられる交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬへ出力し、蓄電装置Ｂを充電する。

コンデンサＣ２は、充電ポート５０に接続される商用電源９０へのリップルの影響を抑制する。電圧センサ７４は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２間の電圧、すなわち商用電源９０の電圧ＶＡＣを検出し、その検出値をＥＣＵ６０へ出力する。電流センサ８６は、電力線ＡＣＬ１に流れる電流、すなわち商用電源９０から供給される電流ＩＡＣを検出し、その検出値をＥＣＵ６０へ出力する。なお、電流センサ８６によって電力線ＡＣＬ２に流れる電流を検出してもよい。

モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０によって力行駆動され、車両の駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ１は、車両の制動時、インバータ２０によって回生駆動され、駆動軸から受ける回転力を用いて発電した三相交流電圧をインバータ２０へ出力する。

ここで、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時、モータジェネレータＭＧ１の三相コイル１２は、インバータ２０のスイッチングにより発生するノイズが商用電源９０へ流出するのを防止するためのリアクトルとして機能する。商用電源９０から中性点Ｎ１に供給される電流を三相コイル１２の各相コイルに均等に流すと、理論的には三相コイル１２のインダクタンスは零となりリアクトルとして機能しないところ（実際には小さな漏れインダクタンスが発生する。）、この実施の形態１では、後述のように、各相コイルに流される電流を各相間で不均等にするように電流制御される。

電流センサ８２は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに流れるモータ電流Ｉ１を検出し、その検出値をＥＣＵ６０へ出力する。レゾルバ９４は、モータジェネレータＭＧ１のロータの回転角θを検出し、その検出値をＥＣＵ６０へ出力する。

ＥＣＵ６０は、インバータ２０を駆動するための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。ここで、充電コネクタ９２が充電ポート５０に接続され、信号ＡＣに基づいて商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電が要求されているとき、ＥＣＵ６０は、商用電源９０から中性点Ｎ１に与えられる交流電力を直流電力に変換して蓄電装置Ｂを充電するようにインバータ２０を制御する。この充電制御の詳細については、後ほど説明する。

なお、信号ＡＣは、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電を要求する信号であって、たとえば、充電コネクタ９２と充電ポート５０との接続が検知され、かつ、車両１００において充電の準備が整うと、活性化される。

図２は、図１に示したＥＣＵ６０の機能ブロック図である。図２を参照して、ＥＣＵ６０は、電流指令生成部６２と、インバータ制御部６４とを含む。電流指令生成部６２は、車両ＥＣＵ（図示せず、以下同じ。）から受ける充電電力指令値ＰＲおよび電圧センサ７４からの電圧ＶＡＣに基づいて、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時にモータジェネレータＭＧ１のＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１にそれぞれ流す電流の目標値を示す電流指令値ＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗを生成する。

インバータ制御部６４は、車両ＥＣＵから受けるモータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１、電流センサ８２からのモータ電流Ｉ１、電圧センサ７２からの電圧ＶＤＣ、電流センサ８６からの電流ＩＡＣ、信号ＡＣ、レゾルバ９４からの回転角θ１、および電流指令生成部６２からの電流指令値ＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗに基づいて、インバータ２０のスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。

図３は、図２に示した電流指令生成部６２の機能ブロック図である。図３を参照して、電流指令生成部６２は、実効値演算部１１０と、位相検出部１１２と、正弦波生成部１１４と、除算部１１６と、乗算部１１８と、各相電流指令生成部１２０とを含む。実効値演算部１１０は、商用電源９０の電圧を示す電圧ＶＡＣのピーク電圧を検出し、その検出したピーク電圧に基づいて電圧ＶＡＣの実効値を算出する。位相検出部１１２は、電圧ＶＡＣのゼロクロス点を検出し、その検出したゼロクロス点に基づいて電圧ＶＡＣの位相を検出する。

正弦波生成部１１４は、位相検出部１１２によって検出された電圧ＶＡＣの位相に基づいて、電圧ＶＡＣと同相の正弦波を生成する。正弦波生成部１１４は、たとえば、正弦波関数のテーブルを用いて、位相検出部１１２からの位相に基づいて電圧ＶＡＣと同相の正弦波を生成することができる。

除算部１１６は、実効値演算部１１０からの電圧ＶＡＣの実効値で充電電力指令値ＰＲを除算し、その演算結果を乗算部１１８へ出力する。乗算部１１８は、除算部１１６の演算結果に正弦波生成部１１４からの正弦波を乗算し、その演算結果を入力電流指令値ＩＲとして各相電流指令生成部１２０へ出力する。なお、この入力電流指令値ＩＲは、商用電源９０から供給される電流ＩＡＣの目標値に相当する。

各相電流指令生成部１２０は、入力電流指令値ＩＲに基づいて各相毎の電流指令値ＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗを生成する。具体的には、入力電流指令値ＩＲを３等分して電流指令値ＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗを生成すると、上述したように理論的には三相コイル１２のインダクタンスが零となるところ、この実施の形態１では、各相コイルに流される電流を各相間で不均等にするように電流指令値ＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗが生成される。以下、三相コイル１２のインダクタンスを非零化する電流指令値ＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗと、三相コイル１２のインダクタンスが非零化されることについて説明する。

図４は、図１に示したモータジェネレータＭＧ１のコイル配置を説明するための概念図である。なお、この図４では、発明の原理を説明するために、モータジェネレータＭＧ１が２極モータの場合について示されているが、４極以上のモータについても本願発明は適用可能である。

図４を参照して、Ｕ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１は、互いに電気的に１２０°ずらして配設される。Ｕ相コイル中心からのロータ１２２の回転角をθとし、ロータ１２２の磁極方向をｄ軸、その磁極方向に垂直な方向をｑ軸とする。端子１３０は、中性点Ｎ１に電気的に接続され、商用電源９０から供給される電力を受ける。そして、端子１３０から入力される電流Ｉ_{ｕｖｗ−ｎ}は、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流ＩｖおよびＷ相電流Ｉｗに分配されて端子１２４，１２６，１２８からインバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６へ出力される。

いま、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時におけるモータジェネレータＭＧ１の電圧方程式は、次式によって表される。

ここで、Ｌ_{ｕｖｗ−ｎ}は三相コイル１２のインダクタンスを示し、Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑはそれぞれｄ軸電流およびｑ軸電流を示す。

この実施の形態１では、三相コイル１２の各相コイルに流す電流を均等にせず、次式で示すようにオフセットが与えられる。

ここで、ωは商用電源９０の周波数であり、αは非零の値である。
式（７）〜（９）を式（５），（６）に代入すると次式が得られる。

式（１０），（１１）を式（３），（４）に代入すると次式が得られる。

式（１２），（１３）を式（２）に代入すると次式が得られる。

ここで、コイルの抵抗Ｒ≪ωＬ_ｄ，ωＬ_ｑであるので、Ｒを含む項は零で近似した。
したがって、式（１４）を式（１）に代入すると、三相コイル１２のインダクタンスは次式で表される。

このように、三相コイル１２の各相コイルに式（７）〜（９）で示される電流を流すことによって、三相コイル１２のインダクタンスを非零とすることができる。

式（１５）から判るように、三相コイル１２のインダクタンスは、モータジェネレータＭＧ１のロータの回転角θの関数となっているので、回転角θによって三相コイル１２のインダクタンスが変化する。そこで、この実施の形態１では、回転角θに拘わらず三相コイル１２のインダクタンスを一定にするために、電流オフセット量を決める値αを次式に示されるθの関数とする。

ここで、Ｌｃは非零の定数である。これにより、三相コイル１２のインダクタンスを非零化し、かつ、モータジェネレータＭＧ１のロータの回転角θに拘わらず三相コイル１２のインダクタンスを一定にできる。

なお、電流指令値ＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗの実際の生成方法は、式（７）〜（９）において、Ｉ_{ｕｖｗ−ｎ}・ｃｏｓ（ωｔ）を入力電流指令値ＩＲに置換え、式（１６）を用いて回転角θに基づいてαを算出すればよい。

図５は、図２に示したインバータ制御部６４の機能ブロック図である。図５を参照して、インバータ制御部６４は、相電圧演算部１３２と、減算部１３４，１３８，１４２と、電流制御部１３６，１４０，１４４と、加算部１４６と、ＰＷＭ制御部１４８とを含む。

相電圧演算部１３２は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１およびモータ電流Ｉ１ならびに電圧ＶＤＣに基づいて、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルに印加する電圧指令値を算出し、その算出した各相電圧指令値を加算部１４６へ出力する。

減算部１３４は、電流指令値ＩＲｕからＵ相電流Ｉ１（ｕ）を減算して電流制御部１３６へ出力する。電流制御部１３６は、信号ＡＣが活性化されているとき、電流指令値ＩＲｕとＵ相電流Ｉ１（ｕ）との偏差に基づいて、Ｕ相電流Ｉ１（ｕ）を電流指令値ＩＲｕに追従させるための電圧指令値を生成し、その生成した電圧指令値を加算部１４６へ出力する。

減算部１３８は、電流指令値ＩＲｖからＶ相電流Ｉ１（ｖ）を減算して電流制御部１４０へ出力する。電流制御部１４０は、信号ＡＣが活性化されているとき、電流指令値ＩＲｖとＶ相電流Ｉ１（ｖ）との偏差に基づいて、Ｖ相電流Ｉ１（ｖ）を電流指令値ＩＲｖに追従させるための電圧指令値を生成し、その生成した電圧指令値を加算部１４６へ出力する。

減算部１４２は、電流指令値ＩＲｗからＷ相電流Ｉ１（ｗ）を減算して電流制御部１４４へ出力する。電流制御部１４４は、信号ＡＣが活性化されているとき、電流指令値ＩＲｗとＷ相電流Ｉ１（ｗ）との偏差に基づいて、Ｗ相電流Ｉ１（ｗ）を電流指令値ＩＲｗに追従させるための電圧指令値を生成し、その生成した電圧指令値を加算部１４６へ出力する。

なお、信号ＡＣが非活性化されているときは、電流制御部１３６，１４０，１４４は、電圧指令値を零で出力する。

加算部１４６は、相電圧演算部１３２から出力されるＵ相の電圧指令値に電流制御部１３６からの出力を加算し、その演算結果をＵ相電圧指令値としてＰＷＭ制御部１４８へ出力する。また、加算部１４６は、相電圧演算部１３２から出力されるＶ相の電圧指令値に電流制御部１４０からの出力を加算し、その演算結果をＶ相電圧指令値としてＰＷＭ制御部１４８へ出力する。さらに、加算部１４６は、相電圧演算部１３２から出力されるＷ相の電圧指令値に電流制御部１４４からの出力を加算し、その演算結果をＷ相電圧指令値としてＰＷＭ制御部１４８へ出力する。

ＰＷＭ制御部１４８は、加算部１４６からの各相電圧指令値に基づいて、実際にインバータ２０のスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０のスイッチング素子Ｑ１１〜Ｑ１６へ出力する。

以上のように、この実施の形態１においては、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時、三相コイル１２の各相コイルに流される電流を互いに不均等にするようにインバータ２０を制御するので、漏れインダクタンス以上の大きなインダクタンスが三相コイル１２に発生する。ここで、三相コイル１２に発生するインダクタンスは、モータジェネレータＭＧ１のロータの回転角θによって変化するところ、この実施の形態１においては、回転角θに拘わらず三相コイル１２に生じるインダクタンスを一定にするように回転角θに応じてオフセット値αが決定されるので、三相コイル１２に生じるインダクタンスが回転角θに拘わらず安定化（一定化）される。したがって、この実施の形態１によれば、商用電源９０からの充電用にリアクトルを別途設けることなくインダクタンスを増加することができ、かつ、三相コイル１２により構成される充電用リアクトルのインダクタンスを安定化することができる。

［実施の形態２］
この実施の形態２では、三相コイル１２の各相コイルの配置を１２０°均等配置から機械的にずらすことによって、三相コイル１２のインダクタンスが非零化される。

図６は、実施の形態２におけるモータジェネレータＭＧ１のコイル配置を説明するための概念図である。なお、この図６でも、発明の原理を説明するために、モータジェネレータＭＧ１が２極モータの場合について示されているが、４極以上のモータについても適用可能である。

図６を参照して、Ｕ相コイルＵ１を基準として、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１の配置が１２０°からβだけずらされる。一例として、Ｕ相コイルＵ１の位置を電気角０°として、Ｖ相コイルＶ１が１２０°から＋βだけずらされて配置され、Ｗ相コイルＷ１が２４０°から−βだけずらされて配置される。

このようなコイル配置にすると、三相コイル１２の各相コイルに均等に電流を流しても、三相コイル１２にインダクタンス（漏れインダクタンスを除く）が発生する。以下、これについて説明する。

上述のように、Ｕ相コイルＵ１の位置を電気角０°として、Ｖ相コイルＶ１が１２０°から＋βだけずらされて配置され、Ｗ相コイルＷ１が２４０°から−βだけずらされて配置される場合、ｄ軸電流Ｉ_ｄおよびｑ軸電流Ｉ_ｑは、次式によって表される。

ここで、この実施の形態２では、次式に示すように、三相コイル１２の各相コイルに均等に電流が流される。

式（１９）を式（１７），（１８）に代入すると次式が得られる。

式（２０），（２１）を式（３），（４）に代入すると次式が得られる。

式（２２），（２３）を式（２）に代入すると次式が得られる。

ここで、コイルの抵抗Ｒ≪ωＬ_ｄ，ωＬ_ｑであるので、Ｒを含む項は零で近似した。
したがって、式（２４）を式（１）に代入すると、三相コイル１２のインダクタンスは次式で表される。

このように、三相コイル１２の各相コイルの配置を１２０°均等配置から機械的にずらすことによって、三相コイル１２に均等に電流を流しても三相コイル１２のインダクタンスを非零にすることができる。

図７は、モータジェネレータＭＧ１の三相コイル１２が集中巻の場合のコイル配置を説明するための概念図である。図７を参照して、ステータコア１５２には、ティース１５４，１５６，１５８が設けられる。ここで、ティース１５４の中心軸とティース１５６の中心軸との内角、およびティース１５４の中心軸とティース１５８の中心軸との内角の各々が１２０°＋βとなるようにティース１５４，１５６，１５８が設けられる。そして、ティース１５４，１５６，１５８にＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１がそれぞれ巻回される。

図８は、モータジェネレータＭＧ１の三相コイル１２が分布巻の場合のコイル配置を説明するための概念図である。図８を参照して、分布巻の場合においても、点線で示されるＵ相コイル中心ＵとＶ相コイル中心Ｖとの内角、およびＵ相コイル中心ＵとＷ相コイル中心Ｗとの内角の各々が１２０°＋βとなるように、ステータコア１６０の内周面にティースが形成される。そして、図に示されるようにＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１が分布巻で巻回される。

再び図２を参照して、実施の形態２におけるＥＣＵ６０Ａは、電流指令生成部６２Ａと、インバータ制御部６４Ａとを含む。

図９は、実施の形態２における電流指令生成部６２Ａの機能ブロック図である。図９を参照して、電流指令生成部６２Ａは、図３に示した実施の形態１における電流指令生成部６２の構成において、各相電流指令生成部１２０を含まない構成から成る。すなわち、電流指令生成部６２Ａは、商用電源９０から供給される電流ＩＡＣの目標値に相当する入力電流指令値ＩＲをインバータ制御部６４Ａへ出力する。

図１０は、実施の形態２におけるインバータ制御部６４Ａの機能ブロック図である。図１０を参照して、インバータ制御部６４Ａは、相電圧演算部１３２と、減算部１６２と、電流制御部１６４と、加算部１４６と、ＰＷＭ制御部１４８とを含む。

減算部１６２は、入力電流指令値ＩＲから電流ＩＡＣを減算して電流制御部１６４へ出力する。電流制御部１６４は、信号ＡＣが活性化されているとき、入力電流指令値ＩＲと電流ＩＡＣとの偏差に基づいて、電流ＩＡＣを入力電流指令値ＩＲに追従させるための電圧指令値を生成し、その生成した電圧指令値を加算部１４６へ出力する。そして、加算部１４６は、相電圧演算部１３２から出力される各相電圧指令に電流制御部１６４からの出力を一律に加算してＰＷＭ制御部１４８へ出力する。

なお、相電圧演算部１３２およびＰＷＭ制御部１４８については、図５で説明したとおりである。

以上のように、この実施の形態２においては、モータジェネレータＭＧ１の三相コイル１２は、１２０°均等配置に対してずらされて配置されるので、三相コイル１２の各相コイルに均等に電流を流しても三相コイル１２に十分なインダクタンスが発生する。したがって、この実施の形態２によれば、商用電源９０からの充電用にリアクトルを別途設けることなくインダクタンスを増加することができる。また、三相コイル１２の各相コイルに均等に電流を流せばよいので、充電時のインバータ制御を簡略化できる。

［実施の形態３］
この実施の形態３では、２つのモータジェネレータを用いて商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電を行なう構成が示される。

図１１は、実施の形態３による車両の全体ブロック図である。図１１を参照して、車両１００Ｂは、図１に示した車両１００の構成において、インバータ３０と、モータジェネレータＭＧ２と、電流センサ８４と、レゾルバ９６とをさらに備える。また、車両１００Ｂは、整流回路４０を備えず、ＥＣＵ６０（６０Ａ）に代えてＥＣＵ６０Ｂを備える。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６を含む。Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム３２は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ２１，Ｑ２２を含み、Ｖ相アーム３４は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ２３，Ｑ２４を含み、Ｗ相アーム３６は、直列に接続されたスイッチング素子Ｑ２５，Ｑ２６を含む。スイッチング素子Ｑ２１〜Ｑ２６には、ダイオードＤ２１〜Ｄ２６が逆並列に接続される。

モータジェネレータＭＧ２も、三相交流回転電機であり、たとえば三相交流同期電動発電機から成る。モータジェネレータＭＧ２は、三相コイル１４をステータコイルとして含む。三相コイル１４を形成するＵ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２およびＷ相コイルＷ２の一端は、互いに接続されて中性点Ｎ２を形成し、Ｕ相コイルＵ２、Ｖ相コイルＶ２およびＷ相コイルＷ２の他端は、インバータ３０のＵ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６にそれぞれ接続される。そして、中性点Ｎ２と充電ポート５０との間に電力線ＡＣＬ２が配設される。

インバータ３０は、ＥＣＵ６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、蓄電装置Ｂから受ける直流電圧を三相交流電圧に変換し、その変換した三相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。ここで、充電コネクタ９２によって充電ポート５０に接続される商用電源９０から交流電力が入力されると、インバータ３０は、商用電源９０から電力線ＡＣＬ２を介して中性点Ｎ２に与えられる交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬへ出力し、蓄電装置Ｂを充電する。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０によって駆動される。そして、モータジェネレータＭＧ１と同様に、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時、モータジェネレータＭＧ２の三相コイル１４は、インバータ３０のスイッチングにより発生するノイズが商用電源９０へ流出するのを防止するためのリアクトルとして機能する。充電時に三相コイル１４をリアクトルとして機能させるために、実施の形態１のように、三相コイル１４の各相コイルに流される電流を各相間で不均等にするように電流制御してもよいし、実施の形態２のように、三相コイル１４の各相コイルの配置を１２０°均等配置から機械的にずらしてもよい。

電流センサ８４は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルに流れるモータ電流Ｉ２を検出し、その検出値をＥＣＵ６０Ｂへ出力する。レゾルバ９６は、モータジェネレータＭＧ２のロータの回転角θ２を検出し、その検出値をＥＣＵ６０Ｂへ出力する。

そして、ＥＣＵ６０Ｂは、充電コネクタ９２が充電ポート５０に接続され、信号ＡＣに基づいて商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電が要求されているとき、実施の形態１または実施の形態２で説明した手法に従ってインバータ２０を制御するとともに、インバータ３０についても、実施の形態１または実施の形態２で説明した手法に従って、商用電源９０から中性点Ｎ２に与えられる交流電力を直流電力に変換して蓄電装置Ｂを充電するようにインバータ３０を制御する。

以上のように、この実施の形態３によっても、上記の実施の形態１や実施の形態２と同様の効果が得られる。

なお、上記の各実施の形態においては、モータジェネレータＭＧ１（ＭＧ２）は、三相交流回転電機としたが、この発明は、三相以外の多相交流回転電機についても容易に拡張して適用することができる。

また、上記の各実施の形態において、蓄電装置Ｂとインバータ２０（３０）との間に、インバータ２０（３０）の入力電圧を蓄電装置Ｂの電圧以上に調整可能な昇圧コンバータを設けてもよい。

なお、上記において、モータジェネレータＭＧ１は、この発明における「第１の交流回転電機」の一実施例に対応し、三相コイル１２は、この発明における「第１の多相巻線」の一実施例に対応する。また、インバータ２０は、この発明における「第１のインバータ」の一実施例に対応し、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２および充電ポート５０は、この発明における「接続装置」の一実施例を形成する。さらに、ＥＣＵ６０，６０Ａ，６０Ｂは、この発明における「制御装置」の一実施例に対応し、レゾルバ９４は、この発明における「第１の回転角センサ」の一実施例に対応する。

また、さらに、モータジェネレータＭＧ２は、この発明における「第２の交流回転電機」の一実施例に対応し、三相コイル１４は、この発明における「第２の多相巻線」の一実施例に対応する。また、さらに、インバータ３０は、この発明における「第２のインバータ」の一実施例に対応し、レゾルバ９６は、この発明における「第２の回転角センサ」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による車両の全体ブロック図である。 図１に示すＥＣＵの機能ブロック図である。 図２に示す電流指令生成部の機能ブロック図である。 図１に示すモータジェネレータのコイル配置を説明するための概念図である。 図２に示すインバータ制御部の機能ブロック図である。 実施の形態２におけるモータジェネレータのコイル配置を説明するための概念図である。 モータジェネレータの三相コイルが集中巻の場合のコイル配置を説明するための概念図である。 モータジェネレータの三相コイルが分布巻の場合のコイル配置を説明するための概念図である。 実施の形態２における電流指令生成部の機能ブロック図である。 実施の形態２におけるインバータ制御部の機能ブロック図である。 実施の形態３による車両の全体ブロック図である。

符号の説明

１２，１４ 三相コイル、２０，３０ インバータ、２２，３２ Ｕ相アーム、２４，３４ Ｖ相アーム、２６，３６ Ｗ相アーム、４０ 整流回路、５０ 充電ポート、６０，６０Ａ，６０Ｂ ＥＣＵ、６２，６２Ａ 電流指令生成部、６４，６４Ａ インバータ制御部、７２，７４ 電圧センサ、８２，８４，８６ 電流センサ、９０ 商用電源、９２ 充電コネクタ、９４，９６ レゾルバ、１００，１００Ａ，１００Ｂ 車両、１１０ 実効値演算部、１１２ 位相検出部、１１４ 正弦波生成部、１１６ 除算部、１１８ 乗算部、１２０ 各相電流指令生成部、１２２ ロータ、１２４，１２６，１２８，１３０ 端子、１３２ 相電圧演算部、１３４，１３８，１４２，１６２ 減算部、１３６，１４０，１４４，１６４ 電流制御部、１４６ 加算部、１４８ ＰＷＭ制御部、１５２，１６０ ステータコア、１５４，１５６，１５８ ティース、Ｂ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ 正極線、ＮＬ 負極線、Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ スイッチング素子、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ４１，Ｄ４２ ダイオード、Ｕ１，Ｕ２ Ｕ相コイル、Ｖ１，Ｖ２ Ｖ相コイル、Ｗ１，Ｗ２ Ｗ相コイル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線。

Claims (8)

1. 車両に搭載された蓄電装置を商用電源から充電する充電制御装置であって、
   星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の交流回転電機と、
   前記第１の多相巻線に接続され、前記第１の交流回転電機と前記蓄電装置との間で電力変換を行なう第１のインバータと、
   前記商用電源を前記第１の多相巻線の中性点に接続可能に構成された接続装置と、
   前記商用電源から前記蓄電装置の充電時、前記接続装置によって前記中性点に与えられる前記商用電源からの電力を変換して前記蓄電装置を充電するように前記第１のインバータを制御する制御装置と、
   前記第１の交流回転電機の回転子の回転角を検出する第１の回転角センサとを備え、
   前記制御装置は、前記第１の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに不均等にするように前記第１のインバータを制御するとともに、前記回転子の回転角に拘わらず前記第１の多相巻線に生じるインダクタンスを一定にするように、前記第１の回転角センサによって検出される回転角に応じて各相間の電流の不均等量を決定する、充電制御装置。
2. 前記制御装置は、前記回転子の回転角に拘わらず前記第１の多相巻線に生じるインダクタンスを一定にするように、前記第１の回転角センサによって検出される回転角に応じて、各相間に与える電流オフセット量を決定する、請求項１に記載の充電制御装置。
3. 星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の交流回転電機と、
   前記第２の多相巻線に接続され、前記第２の交流回転電機と前記蓄電装置との間で電力変換を行なう第２のインバータと、
   前記第２の交流回転電機の回転子の回転角を検出する第２の回転角センサとをさらに備え、
   前記接続装置は、前記商用電源を前記第１の多相巻線の中性点および前記第２の多相巻線の中性点に接続可能に構成され、
   前記制御装置は、前記商用電源から前記蓄電装置の充電時、前記接続装置によって前記第１の多相巻線の中性点および前記第２の多相巻線の中性点に与えられる前記商用電源からの電力を変換して前記蓄電装置を充電するように前記第１および第２のインバータを制御し、
   前記制御装置は、さらに、前記第２の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに不均等にするように前記第２のインバータを制御するとともに、前記第２の交流回転電機の回転子の回転角に拘わらず前記第２の多相巻線に生じるインダクタンスを一定にするように、前記第２の回転角センサによって検出される回転角に応じて前記第２の多相巻線における各相間の電流の不均等量を決定する、請求項１または請求項２に記載の充電制御装置。
4. 車両に搭載された蓄電装置を商用電源から充電する充電制御装置であって、
   星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の交流回転電機と、
   前記第１の多相巻線に接続され、前記第１の交流回転電機と前記蓄電装置との間で電力変換を行なう第１のインバータと、
   前記商用電源を前記第１の多相巻線の中性点に接続可能に構成された接続装置と、
   前記商用電源から前記蓄電装置の充電時、前記接続装置によって前記中性点に与えられる前記商用電源からの電力を変換して前記蓄電装置を充電するように前記第１のインバータを制御する制御装置とを備え、
   前記第１の多相巻線は、相数から決定される等間隔配置に対してずらされて配置され、
   前記制御装置は、前記第１の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに均等にするように前記第１のインバータを制御する、充電制御装置。
5. 前記第１の多相巻線は、集中巻によって形成される、請求項４の記載の充電制御装置。
6. 前記第１の多相巻線は、分布巻によって形成される、請求項４の記載の充電制御装置。
7. 星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の交流回転電機と、
   前記第２の多相巻線に接続され、前記第２の交流回転電機と前記蓄電装置との間で電力変換を行なう第２のインバータとをさらに備え、
   前記接続装置は、前記商用電源を前記第１の多相巻線の中性点および前記第２の多相巻線の中性点に接続可能に構成され、
   前記制御装置は、前記商用電源から前記蓄電装置の充電時、前記接続装置によって前記第１の多相巻線の中性点および前記第２の多相巻線の中性点に与えられる前記商用電源からの電力を変換して前記蓄電装置を充電するように前記第１および第２のインバータを制御し、
   前記第２の多相巻線は、相数から決定される等間隔配置に対してずらされて配置され、
   前記制御装置は、さらに、前記第２の多相巻線の各相巻線に流される電流を互いに均等にするように前記第２のインバータを制御する、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の充電制御装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の充電制御装置を備える車両。

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