JP2009254101A - 充電制御装置およびそれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ巻線を利用して商用電源から蓄電装置を充電する際にトルク振動の発生を抑制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】商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時に三相コイル１２の各相コイルに流される電流に互いに所定の偏差を付与したときに、ロータの回転角θと充電電流とに基づきトルク振動の大きさを推定するトルク振動モデルを用いて、レゾルバ９４によって検出される回転角θに基づいてトルク振動を最小にする偏差が決定される。そして、ＥＣＵ６０は、その決定された偏差を各相コイルに流される電流に付与するようにインバータ２０を制御する。
【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。

特開平９−２３３７０９号公報（特許文献１）は、車両に搭載された蓄電装置を商用電源から充電する電気自動車用充電器を開示する。この充電器においては、整流器から出た整流電流がモータの中性点、三相コイルおよびインバータ上アームのフライホイールダイオードを順次介して流れ、バッテリが充電される。このとき、モータの三相コイルは、整流器の整流出力中のリップル成分を低減するリアクトル機能を果たすので、この充電器によれば、リップル成分低減用のリアクトルを省略することができる（特許文献１参照）。
特開平９−２３３７０９号公報 特開平８−１２６１２１号公報

モータの中性点から充電電力を入力してバッテリを充電する場合、トルクの発生を抑える観点からは、モータの各相コイルに均等に電流を流すのが望ましいと考えられる。しかしながら、充電電流を各相コイルに均等に流したとしても、モータが永久磁石界磁式であって、充電電流により発生する磁界がロータの磁極中心に対して非対称の場合、言い換えると、充電電流により発生する磁界に対してロータの磁極中心が非対称になる位置でロータが停止している場合、充電電流の周波数（商用電源周波数）に同期したトルク振動が発生する。そして、このトルク振動は、充電時の騒音やギヤ類の磨耗などを引き起こす。

それゆえに、この発明の目的は、モータ巻線を利用して商用電源から蓄電装置を充電する際にトルク振動の発生を抑制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、界磁用の永久磁石を回転子に含み、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。ここで、制御装置は、中性点から第１の多相巻線の各相巻線に流される電流に互いに所定の偏差を付与したときに、回転子の回転角と商用電源からの充電電流とに基づき第１の交流回転電機のトルク振動の大きさを推定するトルク振動モデルを用いて、第１の回転角センサによって検出される回転角に基づいてトルク振動を最小にする偏差を決定する。そして、制御装置は、その決定された偏差を各相巻線に流される電流に付与するように第１のインバータを制御する。

好ましくは、所定の偏差は、各相巻線に流される電流の大きさに偏差を与えるための電流偏差と、各相巻線に流される電流の位相に偏差を与えるための位相偏差とを含む。

さらに好ましくは、制御装置は、トルク振動が零になる位相偏差を示す最適位相偏差をトルク振動モデルを用いて決定し、その決定された最適位相偏差を各相巻線に流される電流に付与するように第１のインバータを制御する。

さらに好ましくは、制御装置は、位相偏差を最適位相偏差としたときにトルク振動を最小にする電流偏差を示す最適電流偏差をトルク振動モデルを用いてさらに決定し、その決定された最適電流偏差および最適位相偏差を各相巻線に流される電流に付与するように第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、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、界磁用の永久磁石を回転子に含み、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。制御装置は、さらに、中性点から第２の多相巻線の各相巻線に流される電流に互いに所定の偏差を付与したときに、第２の交流回転電機の回転子の回転角と商用電源からの充電電流とに基づき第２の交流回転電機のトルク振動の大きさを推定するトルク振動モデルを用いて、第２の回転角センサによって検出される回転角に基づいて第２の交流回転電機のトルク振動を最小にする偏差を決定する。そして、制御装置は、その決定された偏差を第２の多相巻線の各相巻線に流される電流に付与するように第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。ここで、中性点から第１の多相巻線の各相巻線に電流が均等に流れるように電流制御すると、商用電源の周波数に応じたトルク振動が発生し得るところ、この発明においては、中性点から第１の多相巻線の各相巻線に流される電流に互いに所定の偏差を付与したときに、回転子の回転角と商用電源からの充電電流とに基づき第１の交流回転電機のトルク振動の大きさを推定するトルク振動モデルを用いて、第１の回転角センサによって検出される回転角に基づいて第１の交流回転電機のトルク振動を最小にする偏差が決定される。そして、その決定された偏差を各相巻線に流される電流に付与するように第１のインバータが制御される。

したがって、この発明によれば、第１の交流回転電機の第１の多相巻線を利用して商用電源から蓄電装置を充電する際、商用電源の周波数に同期したトルク振動の発生を抑制することができる。

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による充電制御装置を搭載した車両の全体ブロック図である。図１を参照して、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、界磁用の永久磁石をロータに含む三相交流回転電機であり、たとえば永久磁石がロータに埋設された三相交流同期モータから成る。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は、ステータコアの内周面に形成されるティースに集中巻によって形成される。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、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時、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、車両の走行時、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。さらに、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。

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、車両の走行時、インバータ２０によりモータジェネレータＭＧ１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。

また、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時、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へ出力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の各相コイルに均等に充電電流が流れると、上述したように商用電源９０の周波数に同期したトルク振動が発生し得るところ、この実施の形態１では、ＥＣＵ６０は、後述の方法により、三相コイル１２の各相コイルに流される電流に互いに所定の偏差を付与するようにインバータ２０を制御することによってトルク振動を抑制する。

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θ、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。

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、除算部１１２と、位相検出部１１４と、正弦波生成部１１６と、各相電流指令生成部１１８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。除算部１１２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、その演算結果を入力電流指令値ＩＲとして各相電流指令生成部１１８へ出力する。

位相検出部１１４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１１６は、位相検出部１１４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１１６は、たとえば、正弦波関数のテーブルを用いて、位相検出部１１４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。

各相電流指令生成部１１８は、入力電流指令値ＩＲ、レゾルバ９４からの回転角θの検出値、および正弦波生成部１１６からの正弦波に基づいて、三相コイル１２に充電電流が流されるときにトルク振動を抑制するための各相の電流指令値ＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗを次式によって算出する。

ここで、電流偏差Ｉｅ（θ）および位相偏差φｅ（θ）は、三相コイル１２に充電電流が流されるときにトルク振動を抑制するために、各相コイルに流される電流に互いに偏差を与えるためのパラメータである。また、ｓｉｎ（ωｔ）は、正弦波生成部１１６によって生成される、電圧ＶＡＣと同相の正弦波である。

式（１）〜（３）に示される電流指令値ＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗは、ＩＲｕ＋ＩＲｖ＋ＩＲｗ＝ＩＲ・ｓｉｎ（ωｔ）の関係を満たしており、この式（１）〜（３）によって、各相コイルに流される電流にトルク振動を抑制するための偏差を与えることができる。

以下、トルク振動を抑制するために付与される電流偏差Ｉｅ（θ）および位相偏差φｅ（θ）の決定方法について説明する。

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。

図５は、ロータの回転角θが０°のときの磁界を示した図である。図５を参照して、ロータ１２２には、界磁を形成する永久磁石１３２Ｎ，１３２Ｓが円周方向に埋設されている。永久磁石１３２Ｎは、外周側がＮ極となるように配設され、永久磁石１３２Ｓは、外周側がＳ極となるように配設される。ステータコア１３４の内周面に形成されるティースには、図示されないＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが集中巻で巻回される。

図５に示されるように、回転角θが０°のとき、モータ内に形成される磁界は、ロータの磁極に対して対称性がある。したがって、この場合は、商用電源９０から三相コイル１２の各相コイルに均等に充電電流を流しても、モータジェネレータＭＧ１にトルク振動は発生しない。

図６は、ロータの回転角θ（電気角）が３０°（π／６ｒａｄ）のときの磁界を示した図である。図６を参照して、回転角θが３０°のとき、モータ内に形成される磁界は、ロータの磁極に対して非対称となる。したがって、この場合は、商用電源９０から三相コイル１２の各相コイルに均等に充電電流を流すと、商用電源９０の周波数に同期したトルク振動がモータジェネレータＭＧ１に発生する。

そこで、この実施の形態１では、このような商用電源９０の周波数に同期したトルク振動の発生を抑制するために、三相コイル１２の各相コイルに通電する電流を均等とせず、式（１）〜（３）に示すように各相コイルに流される電流に互いに偏差を付与することとしたものである。

図７は、ロータの回転角θが０°のときの三相コイル１２とロータとの配置関係を模式的に示した図である。図７を参照して、矢印は、ロータ−ステータ間に作用する磁力の方向を示す。ロータ−ステータ間に作用する力Ｆは、次式で表される。

ここで、Ｉｕ，Ｉｖ，ＩＷはそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相に流される電流を示し、Ｂは定数である。そして、トルク振動はこの力Ｆに比例する。すなわち、回転角θが０°のとき、トルク振動は（Ｉｗ−Ｉｖ）に比例する。

式（２），（３）のＩＲｖ，ＩＲｗをそれぞれ式（４）のＩｖ，Ｉｗに代入して整理すると、回転角θが０°のときのトルク振動の大きさは、次式のような特性を有することが分かる。

図８は、ロータの回転角θ（電気角）が３０°（π／６ｒａｄ）のときの三相コイル１２とロータとの配置関係を模式的に示した図である。図８を参照して、ロータ−ステータ間に作用する力Ｆは、次式で表される。

式（６）に示されるように、回転角θが３０°のときは、トルク振動は（−Ｉｖ）に比例する。式（２）のＩＲｖを式（６）のＩｖに代入して整理すると、回転角θ（電気角）が３０°のときのトルク振動の大きさは、次式のような特性を有することが分かる。

図９〜図１１は、それぞれロータの回転角θ（電気角）が０°，１８°，３０°（π／６ｒａｄ）のときに三相コイル１２の各相コイルに様々な電流偏差Ｉｅおよび電流位相偏差φｅを付与したときのモータジェネレータＭＧ１のトルク振動を示した図である。

図９〜図１１を参照して、トルク振動の振幅の大きさは回転角θおよび電流偏差Ｉｅに依存し、トルク振動の中心値は回転角θに依存する。また、トルク振動の位相も回転角θに依存している。

式（５），（７）および図９〜図１１から、トルク振動の大きさは、ロータの回転角θ（電気角）に対して次式のように表わすことができる。

ここで、Ｋ１（θ），Ｋ２（θ）は、回転角θの関数である。
この式（８）は、式（５），（７）を包括したものとなっている。そして、回転角θが０°のとき、図９に示されるトルク振動は式（５）と一致しており、回転角θ（電気角）が３０°のとき、図１１に示されるトルク振動は式（７）と一致している。このことから、式（８）はトルク振動の大きさを表していることが分かる。

そして、この式（８）から、電流偏差Ｉｅがある一定値以上であれば、トルク振動Ｔａｍｐ＝０を満たす最適位相偏差φｅ＊が存在することが分かる。したがって、式（８）より、トルク振動Ｔａｍｐ＝０を満たす位相偏差φｅを算出することによって、トルク振動を抑制可能な最適位相偏差φｅ＊を決定することができる。

次に、図２に示したインバータ制御部６４の構成について説明する。
図１２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１２を参照して、インバータ制御部６４は、相電圧演算部１４２と、減算部１４４，１４８，１５２と、電流制御部１４６，１５０，１５４と、加算部１５６と、ＰＷＭ制御部１５８とを含む。

相電圧演算部１４２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１５６へ出力する。

減算部１４４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１４６へ出力する。電流制御部１４６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１５６へ出力する。

減算部１４８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１５０へ出力する。電流制御部１５０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１５６へ出力する。

減算部１５２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１５４へ出力する。電流制御部１５４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１５６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１４６，１５０，１５４は、電圧指令値を零で出力する。

加算部１５６は、相電圧演算部１４２から出力されるＵ相の電圧指令値に電流制御部１４６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１５８へ出力する。また、加算部１５６は、相電圧演算部１４２から出力されるＶ相の電圧指令値に電流制御部１５０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１５８へ出力する。さらに、加算部１５６は、相電圧演算部１４２から出力されるＷ相の電圧指令値に電流制御部１５４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１５８へ出力する。

ＰＷＭ制御部１５８は、加算部１５６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の充電時に三相コイル１２の各相コイルに流される電流に互いに所定の偏差を付与したときに、ロータの回転角θと充電電流とに基づきトルク振動の大きさを推定するトルク振動モデル（式（８））を用いて、レゾルバ９４によって検出される回転角θに基づいてトルク振動を最小にする偏差が決定される。そして、その決定された偏差を各相コイルに流される電流に付与するようにインバータ２０が制御される。したがって、この実施の形態１によれば、モータジェネレータＭＧ１の三相コイル１２を利用して商用電源９０から蓄電装置Ｂを充電する際、商用電源９０の周波数に同期したトルク振動の発生を抑制することができる。

［変形例］
実施の形態１では、電流偏差Ｉｅは任意とし、設定された電流偏差Ｉｅに対して最適位相偏差φｅを決定するものとしたが、電流偏差Ｉｅが大きいとモータコイルに大電流が流れるので、モータコイルが充電時に過熱するおそれがある。そこで、この変形例では、電流偏差Ｉｅが最小化される。

一例として、ロータの回転角θが０°＜θ≦３０°のとき、式（８）から位相偏差φｅ＝９０°−θでトルク振動Ｔａｍｐは極大となる（図９〜図１１参照）。したがって、トルク振動Ｔａｍｐ＝０を実現可能な最小の電流偏差Ｉｅすなわち最適電流偏差Ｉｅ＊は、式（８）において、位相偏差φｅを９０°−θとしたときにトルク振動Ｔａｍｐ＝０とすることによって次式のように算出される。

以上のように、この変形例によれば、式（１）〜（３）において、位相偏差φｅを最適位相偏差φｅ＊＝９０°−θとし、電流偏差Ｉｅを式（９）で示される最適電流偏差Ｉｅ＊とすることによって、各相間に付与する電流偏差を最小とし、かつ、トルク振動を抑制することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１およびその変形例では、モータジェネレータＭＧ１の三相コイル１２は集中巻によって形成されるものとしたが、この実施の形態２では、モータジェネレータＭＧ１の三相コイル１２が分布巻によって形成される場合が示される。

図１３は、モータジェネレータＭＧ１の三相コイル１２が分布巻の場合においてロータの回転角θが０°のときの磁界を示した図である。図１３を参照して、ロータ１２２には、界磁を形成する永久磁石１３２が円周方向に埋設されている。ステータコア１３４の内周面に形成されるティースには、図示されないＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが分布巻で巻回される。

図１３に示されるように、分布巻の場合においても、回転角θが０°のとき、モータ内に形成される磁界はロータの磁極に対して対称性がある。したがって、この場合は、商用電源９０から三相コイル１２の各相コイルに均等に充電電流を流しても、モータジェネレータＭＧ１にトルク振動は発生しない。

図１４は、モータジェネレータＭＧ１の三相コイル１２が分布巻の場合においてロータの回転角θ（電気角）が３０°のときの磁界を示した図である。図１４を参照して、分布巻の場合においても、回転角θが３０°のとき、モータ内に形成される磁界はロータの磁極に対して非対称となる。したがって、この場合は、商用電源９０から三相コイル１２の各相コイルに均等に充電電流を流すと、商用電源９０の周波数に同期したトルク振動がモータジェネレータＭＧ１に発生する。

そこで、この実施の形態２においても、このような商用電源９０の周波数に同期したトルク振動の発生を抑制するために、三相コイル１２の各相コイルに通電する電流を均等とせず、式（１）〜（３）に示すように各相コイルに流される電流に互いに所定の偏差が付与される。

図１５は、ロータの回転角θが０°のときの三相コイル１２とロータとの配置関係を模式的に示した図である。図１５を参照して、矢印は、ロータ−ステータ間に作用する磁力の方向を示す。ロータ−ステータ間に作用する力Ｆは、次式で表される。

したがって、回転角θが０°のときのトルク振動の大きさは、集中巻の場合と同様に次式のような特性を有することが分かる。

図１６は、ロータの回転角θ（電気角）が３０°のときの三相コイル１２とロータとの配置関係を模式的に示した図である。図１６を参照して、ロータ−ステータ間に作用する力Ｆは、次式で表される。

式（１２）に示されるように、回転角θが３０°のときは、トルク振動は（Ｉｕ＋Ｉｗ−Ｉｖ）に比例する。式（１）〜（３）のＩＲｕ，ＩＲｖ，ＩＲｗをそれぞれ式（１２）のＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗに代入して整理すると、回転角θが３０°のときのトルク振動の大きさは、次式のような特性を有することが分かる。

したがって、式（１１），（１３）から、トルク振動の大きさは、ロータの回転角θ（電気角）に対して次式のように表わすことができる。

ここで、Ｋ３（θ），Ｋ４（θ）は、回転角θの関数である。
この式（１４）は、集中巻の場合の式（８）と同様である。したがって、分布巻の場合においても、実施の形態１およびその変形例における集中巻の場合と同様に、回転角θに基づいて最適位相偏差φｅおよび最適電流偏差Ｉｅを決定することができる。

以上のように、この実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

［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１７は、実施の形態３による充電制御装置を搭載した車両の全体ブロック図である。図１７を参照して、車両１００Ａ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１００Ａは、整流回路４０を備えず、ＥＣＵ６０に代えてＥＣＵ６０Ａ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、界磁用の永久磁石をロータに含む三相交流回転電機であり、たとえば永久磁石がロータに埋設された三相交流同期モータから成る。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は、集中巻によって形成されても、分布巻によって形成されてもよい。そして、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、ＥＣＵ６０Ａ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、インバータ２０と同様に、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。

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ＥＣＵ６０Ａ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ＥＣＵ６０Ａへ出力する。

そして、ＥＣＵ６０Ａは、商用電源９０から蓄電装置Ｂの充電時、実施の形態１、その変形例、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、その変形例、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。

以上のような構成から成る実施の形態３によっても、上記の実施の形態１、その変形例、または実施の形態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による充電制御装置を搭載した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。 ロータの回転角が０°のときの磁界を示した図である。 ロータの回転角（電気角）が３０°のときの磁界を示した図である。 ロータの回転角が０°のときの三相コイルとロータとの配置関係を模式的に示した図である。 ロータの回転角（電気角）が３０°のときの三相コイルとロータとの配置関係を模式的に示した図である。 ロータの回転角が０°のときに三相コイルの各相コイルに様々な電流偏差および電流位相偏差を付与したときのモータジェネレータのトルク振動を示した図である。 ロータの回転角（電気角）が１８°のときに三相コイルの各相コイルに様々な電流偏差および電流位相偏差を付与したときのモータジェネレータのトルク振動を示した図である。 ロータの回転角（電気角）が３０°のときに三相コイルの各相コイルに様々な電流偏差および電流位相偏差を付与したときのモータジェネレータのトルク振動を示した図である。 図２に示すインバータ制御部の機能ブロック図である。 モータジェネレータの三相コイルが分布巻の場合においてロータの回転角が０°のときの磁界を示した図である。 モータジェネレータの三相コイルが分布巻の場合においてロータの回転角（電気角）が３０°のときの磁界を示した図である。 ロータの回転角が０°のときの三相コイルとロータとの配置関係を模式的に示した図である。 ロータの回転角（電気角）が３０°のときの三相コイルとロータとの配置関係を模式的に示した図である。 実施の形態３による充電制御装置を搭載した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 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 車両、１１０ 実効値演算部、１１２ 除算部、１１４ 位相検出部、１１６ 正弦波生成部、１１８ 各相電流指令生成部、１２２ ロータ、１２４，１２６，１２８，１３０ 端子、１３２，１３２Ｎ，１３２Ｓ 永久磁石、１３４ ステータコア、１４２ 相電圧演算部、１４４，１４８，１５２ 減算部、１４６，１５０，１５４ 電流制御部、１５６ 加算部、１５８ ＰＷＭ制御部、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、
   界磁用の永久磁石を回転子に含み、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、前記中性点から前記第１の多相巻線の各相巻線に流される電流に互いに所定の偏差を付与したときに、前記回転子の回転角と前記商用電源からの充電電流とに基づき前記第１の交流回転電機のトルク振動の大きさを推定するトルク振動モデルを用いて、前記第１の回転角センサによって検出される回転角に基づいて前記トルク振動を最小にする前記偏差を決定し、その決定された偏差を前記各相巻線に流される電流に付与するように前記第１のインバータを制御する、充電制御装置。
2. 前記所定の偏差は、前記各相巻線に流される電流の大きさに偏差を与えるための電流偏差と、前記各相巻線に流される電流の位相に偏差を与えるための位相偏差とを含む、請求項１に記載の充電制御装置。
3. 前記制御装置は、前記トルク振動が零になる位相偏差を示す最適位相偏差を前記トルク振動モデルを用いて決定し、その決定された最適位相偏差を前記各相巻線に流される電流に付与するように前記第１のインバータを制御する、請求項２に記載の充電制御装置。
4. 前記制御装置は、前記位相偏差を前記最適位相偏差としたときに前記トルク振動を最小にする電流偏差を示す最適電流偏差を前記トルク振動モデルを用いてさらに決定し、その決定された最適電流偏差および前記最適位相偏差を前記各相巻線に流される電流に付与するように前記第１のインバータを制御する、請求項３に記載の充電制御装置。
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１から請求項４のいずれか１項に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１から請求項４のいずれか１項に記載の充電制御装置。
7. 界磁用の永久磁石を回転子に含み、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、前記中性点から前記第２の多相巻線の各相巻線に流される電流に互いに所定の偏差を付与したときに、前記第２の交流回転電機の回転子の回転角と前記商用電源からの充電電流とに基づき前記第２の交流回転電機のトルク振動の大きさを推定するトルク振動モデルを用いて、前記第２の回転角センサによって検出される回転角に基づいて前記第２の交流回転電機のトルク振動を最小にする前記偏差を決定し、その決定された偏差を前記第２の多相巻線の各相巻線に流される電流に付与するように前記第２のインバータを制御する、請求項１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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