JP2009296843A - 充電制御装置およびそれを備えた車両 - Google Patents

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徹也 三浦
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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充電制御装置において、商用電源から蓄電装置の充電時に商用電源周波数に同期したトルク振動およびインバータのスイッチング動作に伴なう高調波ノイズを抑制する。
【解決手段】三相コイル12のいずれかのコイル軸とロータの磁極軸とのなす角が電気角で30°近傍の位置でロータが停止している場合において、磁極軸とのなす角が電気角で90°近傍のコイルについては、充電電流の1/3倍に0.75以上0.8以下の値を乗じた量の電流を流し、残余のコイルについては、充電電流の1/3倍に1.1以上1.125以下の値を乗じた量の電流を流すように、ECU60はインバータ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(たとえば商用交流電力)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。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、三相コイルのいずれかの軸(U相軸、V相軸またはW相軸)とロータの永久磁石が発生する磁束の方向とが一致していない位置でロータが停止している場合、充電電流の基本周波数(たとえば商用電源周波数)に同期したトルク振動が発生する。

また、充電電流を各相コイルに均等に流すと、利用できるインダクタンスは漏れインダクタンスであるので、インダクタンスの不足によりインバータのスイッチング動作に伴なう高調波ノイズが発生する。

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充電制御装置において、商用電源から蓄電装置の充電時に商用電源周波数に同期したトルク振動およびインバータのスイッチング動作に伴なう高調波ノイズを抑制することである。

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、交流回転電機と、インバータと、接続装置と、制御装置と、回転角センサとを備える。交流回転電機は、界磁用の永久磁石を回転子に含み、星形結線された三相巻線を固定子巻線として含む。インバータは、三相巻線に接続され、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、商用電源を三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インバータを制御する。回転角センサは、回転子の回転角を検出する。そして、制御装置は、三相巻線のいずれかの巻線軸と回転子の永久磁石が発生する磁束の方向を示す磁極軸とのなす角が電気角で30°近傍の位置で回転子が停止している場合において、磁極軸とのなす角が電気角で90°近傍の巻線軸に対応する巻線については、商用電源からの充電電流の1/3倍に第1の係数を乗じた量の電流を流し、残余の巻線については、充電電流の1/3倍に第2の係数を乗じた量の電流を流すように、インバータを制御する。ここで、第1の係数は、0.75以上0.8以下の値であり、第2の係数は、1.1以上1.125以下の値である。

好ましくは、第1の係数は、0.77であり、第2の係数は、1.115である。
また、好ましくは、第1の係数は、0.76であり、第2の係数は、1.12である。

好ましくは、充電電流の基本波成分に起因したトルク振動よりもインバータのスイッチング動作に伴ない発生する高調波ノイズの低減が優先されるとき、第1および第2の係数としてそれぞれ0.77および1.115が設定される。一方、高調波ノイズよりもトルク振動の低減が優先されるとき、第1および第2の係数としてそれぞれ0.76および1.12が設定される。

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。

この発明によれば、商用電源からの電力を交流回転電機の三相巻線の中性点に与え、交流回転電機の三相巻線を利用して商用電源から蓄電装置を充電することができる。そして、三相巻線のいずれかの巻線軸と回転子の磁極軸とのなす角が電気角で30°近傍の位置で回転子が停止している場合において、上記のような電流偏差を付与することによって、商用電源から蓄電装置の充電時に商用電源周波数に同期したトルク振動およびインバータのスイッチング動作に伴なう高調波ノイズ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、車両の駆動軸(図示せず)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高調波ノイズを抑制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のいずれかの軸(U相軸、V相軸またはW相軸)とロータの永久磁石が発生する磁束の方向とが一致していない位置でロータが停止している場合、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、商用電源90の周波数に同期したトルク振動が発生する。さらに、各相コイルに均等に充電電流を流すと、インダクタンスの不足により、インバータ20のスイッチング動作に伴なう高調波ノイズが増大する。そこで、この実施の形態1では、ECU60は、トルク振動が最大となるロータ回転角において、三相コイル12の各相コイルに流す電流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、商用電源90の周波数に同期したトルク振動を抑制するとともに高調波ノイズを抑制する。

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、電圧センサ74からの電圧VAC、およびレゾルバ94からの回転角θ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、余弦波生成部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。余弦波生成部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と同相の余弦波を生成する。余弦波生成部116は、たとえば、余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と同相の余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、および余弦波生成部116からの余弦波に基づいて、三相コイル12に充電電流が流されるときにトルク振動および高調波ノイズ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および位相偏差φe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および高調波ノイズを抑制するために、各相コイルに流される電流に偏差を与えるためのパラメータである。また、cos(ωt)は、余弦波生成部116によって生成される、電圧VACと同相の余弦波である。

式(1)〜(3)に示される電流指令値IRu,IRv,IRwは、IRu+IRv+IRw=IR・cos(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および高調波ノイズを抑制するための偏差を与えることができる。

以下、トルク振動が最大となるロータ回転角において、トルク振動および高調波ノイズを抑制するために付与される電流偏差Ieおよび位相偏差φe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、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相軸とロータ122の磁極軸(d軸)とのなす角をロータの回転角θ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Iuvw−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が30°(電気角)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。

図7は、三相コイル12の各相コイルに均等に充電電流を流したときの、ロータの回転角θとトルク振動の大きさとの関係を示した図である。図7を参照して、トルク振動の振幅の大きさは回転角θに依存する。そして、トルク振動は、回転角θが30°(電気角)のとき最大となり、回転角θが0°および60°ではトルク振動は発生しない。

図8は、各相コイルに均等に充電電流を流したときにトルク振動が最大となる回転角θ=30°(電気角)の場合において、種々の電流偏差Ieおよび位相偏差φeを各相コイルに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8を参照して、トルク振動=0を実現する電流偏差Ieおよび位相偏差φeの組合わせは多数存在する。ここで、電流偏差Ieが大きいと、ある1相のモータコイルに大電流が流れ、モータコイルが充電時に過熱するおそれがあるので、電流偏差Ieはできるだけ小さい方がよい。そこで、トルク振動が極大値をとる位相偏差φe=60°のとき電流偏差Ieを最小化できるので、位相偏差φeには60°を設定することとする。

図9〜図15は、位相偏差φe=60°のときに電流偏差Ieを変化させたときのトルク波形を示した図である。図9は、電流偏差Ieが0のときのトルク波形であり、三相コイル12の各相コイルに均等に充電電流が流される場合に相当する。図10は、電流偏差Ieを0.1・(IR/3)としたときのトルク波形であり、図11は、電流偏差Ieを0.2・(IR/3)としたときのトルク波形である。また、図12は、電流偏差Ieを0.23・(IR/3)としたときのトルク波形であり、図13は、電流偏差Ieを0.25・(IR/3)としたときのトルク波形である。さらに、図14は、電流偏差Ieを0.3・(IR/3)としたときのトルク波形であり、図15は、電流偏差Ieを0.4・(IR/3)としたときのトルク波形である。

図9〜図15を参照して、トルクの大きなうねりは、充電電流の基本波成分(商用電源周波数)に対応する振動であり、小刻みな変動は、インバータのスイッチング動作に伴なう高調波成分に対応する振動である。

図9〜図15に示されるように、0.2・(IR/3)〜0.25・(IR/3)の電流偏差Ieを付与したときに基本波成分および高調波成分いずれについても振動を抑制できていることが分かる。

図16は、付与される電流偏差Ieとトルク振動の基本波成分との関係を示した図である。図16を参照して、0.2・(IR/3)〜0.25・(IR/3)の電流偏差Ieを付与したときに基本波成分は十分に抑制され、特に、電流偏差Ie=0.24・(IR/3)のとき基本波成分は略0となる。

図17は、付与される電流偏差Ieとトルク振動の高調波成分との関係を示した図である。図17を参照して、0.2・(IR/3)〜0.25・(IR/3)の電流偏差Ieを付与したときに高調波成分は十分に抑制され、特に、電流偏差Ie=0.23・(IR/3)のとき高調波成分は略0となる。

以上のように、上記の式(1)〜(3)において、電流偏差Ieを0.2・(IR/3)〜0.25・(IR/3)とし、位相偏差φeを60°(電気角)とすることによって、商用電源90から蓄電装置Bの充電時に商用電源周波数のトルク振動およびインバータのスイッチング動作に伴なう高調波ノイズを抑制することができる。

電流偏差Ie=0.2・(IR/3)〜0.25・(IR/3)、および位相偏差φe=60°を式(1)〜(3)に代入して整理すると次式が得られる。

ここで、係数k1=1.1〜1.125であり、係数k2=0.75〜0.8である。
すなわち、ロータの回転角θが電気角で30°近傍の位置でロータが停止している場合において、ロータの磁極軸とのなす角が電気角で90°近傍のV相軸に対応するV相コイルV1については、入力電流指令値IR(充電電流に相当)の1/3倍に係数k2を乗じた量の電流を流し、残余のU相コイルU1およびW相コイルW1については、入力電流指令値IRの1/3倍に係数k1を乗じた量の電流を流すことで、トルク振動および高調波ノイズを抑制することができる。

なお、充電電流の基本波成分に起因したトルク振動よりもインバータ20のスイッチング動作に伴ない発生する高調波ノイズの低減が優先されるときは、上述のように、電流偏差Ie=0.23・(IR/3)を付与すればよく、このときの各相電流指令値は次式で示される。

一方、高調波成分よりも基本波成分の低減が優先されるときは、上述のように、電流偏差Ie=0.24・(IR/3)を付与すればよく、このときの各相電流指令値は次式で示される。

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18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18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によれば、商用電源90からの電力をモータジェネレータMG1の三相コイル12の中性点N1に与え、三相コイル12を利用して商用電源90から蓄電装置Bを充電することができる。そして、三相コイル12のいずれかのコイル軸(U相軸、V相軸およびW相軸)とロータの磁極軸とのなす角が電気角で30°近傍の位置でロータが停止している場合において、上記のような電流偏差Ieおよび位相偏差φeを各相コイルに付与することによって、商用電源90から蓄電装置Bの充電時に商用電源周波数に同期したトルク振動およびインバータ20のスイッチング動作に伴なう高調波ノイズを抑制することができる。

そして、特に、充電電流の基本波成分に起因したトルク振動よりもインバータ20のスイッチング動作に伴ない発生する高調波ノイズの低減が優先されるときは、式(6),(7)に示される電流指令値を設定することによって、高調波ノイズを略0にすることができる。

一方、特に、高調波ノイズよりも基本波成分のトルク振動の低減が優先されるときは、式(8),(9)に示される電流指令値を設定することによって、基本波成分のトルク振動を略0にすることができる。

[実施の形態2]
この実施の形態2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19は、実施の形態2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19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高調波ノイズを抑制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2によっても、上記の実施の形態1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、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,MG2は、この発明における「交流回転電機」の一実施例に対応し、三相コイル12,14は、この発明における「三相巻線」の一実施例に対応する。また、インバータ20,30は、この発明における「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94,96は、この発明における「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。 ロータの回転角が30°のときの磁界を示した図である。 三相コイルの各相コイルに均等に充電電流を流したときの、ロータの回転角とトルク振動の大きさとの関係を示した図である。 各相コイルに均等に充電電流を流したときにトルク振動が最大となる回転角30°において、種々の電流偏差および位相偏差を各相コイルに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。 モータジェネレータのトルク波形を示した第1の図である。 モータジェネレータのトルク波形を示した第2の図である。 モータジェネレータのトルク波形を示した第3の図である。 モータジェネレータのトルク波形を示した第4の図である。 モータジェネレータのトルク波形を示した第5の図である。 モータジェネレータのトルク波形を示した第6の図である。 モータジェネレータのトルク波形を示した第7の図である。 付与される電流偏差とトルク振動の基本波成分との関係を示した図である。 付与される電流偏差とトルク振動の高調波成分との関係を示した図である。 図2に示すインバータ制御部の機能ブロック図である。 実施の形態2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 電流指令生成部、64 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 余弦波生成部、118 各相電流指令生成部、122 ロータ、124,126,128,130 端子、132 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 (5)

  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、星形結線された三相巻線を固定子巻線として含む交流回転電機と、
    前記三相巻線に接続され、前記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インバータと、
    前記商用電源を前記三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インバータを制御する制御装置と、
    前記回転子の回転角を検出する回転角センサとを備え、
    前記制御装置は、前記三相巻線のいずれかの巻線軸と前記回転子の永久磁石が発生する磁束の方向を示す磁極軸とのなす角が電気角で30°近傍の位置で前記回転子が停止している場合において、前記磁極軸とのなす角が電気角で90°近傍の巻線軸に対応する巻線については、前記商用電源からの充電電流の1/3倍に第1の係数を乗じた量の電流を流し、残余の巻線については、前記充電電流の1/3倍に第2の係数を乗じた量の電流を流すように、前記インバータを制御し、
    前記第1の係数は、0.75以上0.8以下の値であり、
    前記第2の係数は、1.1以上1.125以下の値である、充電制御装置。
  2. 前記第1の係数は、0.77であり、
    前記第2の係数は、1.115である、請求項1に記載の充電制御装置。
  3. 前記第1の係数は、0.76であり、
    前記第2の係数は、1.12である、請求項1に記載の充電制御装置。
  4. 前記充電電流の基本波成分に起因したトルク振動よりも前記インバータのスイッチング動作に伴ない発生する高調波ノイズの低減が優先されるとき、前記第1および第2の係数としてそれぞれ0.77および1.115が設定され、
    前記高調波ノイズよりも前記トルク振動の低減が優先されるとき、前記第1および第2の係数としてそれぞれ0.76および1.12が設定される、請求項1に記載の充電制御装置。
  5. 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を備える車両。
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