JP2012100473A - 界磁巻線式回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】界磁巻線に流れる界磁電流に制限を加えることにより、温度上昇を抑制すると共に、必要に応じて界磁電流の制限を解除することができる界磁巻線式回転電機を提供することを目的としている。
【解決手段】界磁巻線52を有するモータ・ジェネレータ50と、界磁巻線52に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出部120と、界磁電流を制御する界磁電流制御部110と、界磁電流を時間で積分した界磁電流積分値を算出し、所定界磁電流積分閾値に到達したか否かを判定する界磁電流制限判定部142と、所定界磁電流積分閾値に到達したと判定された場合には、界磁電流制御部110に界磁電流を所定制限時間の間、所定界磁電流制限値以下に設定する指令を出すと共に、界磁電流に応じて所定制限時間を変更する指令を出す界磁電流制限指令部143と、を備え、界磁巻線式回転電機40の温度上昇を抑えている。
【選択図】図3
【解決手段】界磁巻線52を有するモータ・ジェネレータ50と、界磁巻線52に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出部120と、界磁電流を制御する界磁電流制御部110と、界磁電流を時間で積分した界磁電流積分値を算出し、所定界磁電流積分閾値に到達したか否かを判定する界磁電流制限判定部142と、所定界磁電流積分閾値に到達したと判定された場合には、界磁電流制御部110に界磁電流を所定制限時間の間、所定界磁電流制限値以下に設定する指令を出すと共に、界磁電流に応じて所定制限時間を変更する指令を出す界磁電流制限指令部143と、を備え、界磁巻線式回転電機40の温度上昇を抑えている。
【選択図】図3
Description
本発明は、主に車両に搭載され、制御装置を持つ電機子巻線及び界磁巻線を有する界磁巻線式回転電機に関するものである。
一般に、車両用回転電機は、エンジンルームに搭載される。そのため、車両用回転電機の使用温度は、極めて高温となる。また、車両用回転電機の内部温度は、車両用回転電機が発電及び駆動などの動作を行う際に発生する熱によって、さらに高温となる。従って、長時間の連続動作などで車両用回転電機の温度が過剰に上昇すると、内部部品の破損などによって車両用回転電機に故障が発生してしまう可能性がある。
そこで、従来の車両用交流発電機の出力制御方法及び出力制御装置では、温度上昇による車両用交流発電機の故障を防止する手段として、交流発電機或いはその周囲温度を計測し、その温度が予め設定された異常温度値を超えたことが検出された場合には、交流発電機出力電流を制限して制御装置の熱的負担を軽減する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。具体的には、増幅器901が発生した温度比例電圧に基づいてコンパレータ902が出力した第1あるいは第2のレベルの電圧と三角波発生器が発生した三角波の電圧とをPWM制御用コンパレータ910が比較してパルス幅変調波信号を発生し、所定の温度を超えた温度域においては、パルス幅変調信号でパワートランジスタ305を断続制御することにより、界磁コイル102Aに流す界磁電流を制限する技術が開示されている。これにより、交流発電或いはその制御装置の熱暴走による不具合を防止することができる。
しかしながら、従来の車両用交流発電機の出力制御方法及び出力制御装置では、温度センサにより車両用交流発電機の温度を検出し、界磁電流を制限することによって、車両用交流発電機を温度上昇から保護している。このため、温度センサを搭載する必要があり、車両用交流発電機のコストアップや構造変更が必要となる問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、必ずしも温度センサを必要とせず、界磁巻線に流れる界磁電流に制限を加えることにより、温度上昇を抑制すると共に、必要に応じて界磁電流の制限を解除することができる界磁巻線式回転電機を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の界磁巻線式回転電機は、界磁巻線を有するモータ・ジェネレータと、前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出部と、前記界磁電流を制御する界磁電流制御部と、前記界磁電流検出部により検出された前記界磁電流を時間で積分した界磁電流積分値を算出し、前記界磁電流積分値が界磁電流積分閾値に到達したか否かを判定する界磁電流制限判定部と、前記界磁電流制限判定部により前記界磁電流積分値が前記界磁電流積分閾値に到達したと判定された場合には、前記界磁電流制御部に前記界磁電流を所定制限時間の間、所定界磁電流制限値以下に設定する指令を出すと共に、前記界磁電流に応じて前記所定制限時間を変更する指令を出す界磁電流制限指令部と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明の界磁巻線式回転電機によれば、界磁巻線に流れる界磁電流を監視し、界磁巻線式回転電機の温度が過剰に上昇しないように界磁電流を制限し、界磁電流の値に応じて界磁巻線式回転電機の温度が十分低下したタイミングで界磁電流の制限を解除することができる界磁巻線式回転電機を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態に係る界磁巻線式回転電機について図1〜図8を参照して説明する。
図1は、本発明に係る界磁巻線式回転電機を車両に搭載する場合を示す概略構成図であり、図に示すように、界磁巻線式回転電機40は、内燃機関10とベルト及びプーリなどの結合手段20を介して互いに接続されている。また、蓄電池30が界磁巻線式回転電機40に電気的に接続されている。なお、界磁巻線式回転電機40は、内燃機関10と結合手段20を介さず直接結合される場合もある。さらに、内燃機関10は、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジンのいずれかに限定されるものではない。また、蓄電池30は、界磁巻線式回転電機40専用であってもよく、界磁巻線式回転電機40以外の他の車両用負荷と共有するものであってもよい。
実施の形態1.
図2は、実施の形態1における界磁巻線式回転電機の構成図である。図3は、界磁巻線式回転電機の界磁電流制限部の構成図である。図4は、界磁電流制限部における界磁電流、界磁電流積分値及び界磁電流制限時間設定値の時間変化を示す図である。
図2は、実施の形態1における界磁巻線式回転電機の構成図である。図3は、界磁巻線式回転電機の界磁電流制限部の構成図である。図4は、界磁電流制限部における界磁電流、界磁電流積分値及び界磁電流制限時間設定値の時間変化を示す図である。
図2に示すように、実施の形態1の界磁巻線式回転電機は、大きく分けて3つの部分で構成されている。モータ・ジェネレータ50、電力変換部60及び制御部70である。電力変換部60には、蓄電池30が接続されており、外部から電力の供給を受けている。
モータ・ジェネレータ50は、3相のY型結線、もしくはΔ型結線された電機子巻線51及び界磁巻線52を備えている。なお、モータ・ジェネレータ50は、3相以外の電機子巻線51を用いるものであってもよい。電力変換部60は、3相インバータで界磁巻線52に接続された界磁巻線電流用スイッチング素子61、フライホイールダイオード62及び電機子巻線51の各相に接続された電力変換用スイッチング素子63a〜63c、64a〜64cを備えている。制御部70は、ゲート駆動部80、駆動制御部90、発電制御部100、界磁電流制御部110、界磁電流検出部120、界磁電流指令部130及び
界磁電流制限部140から構成されている。
界磁電流制限部140から構成されている。
ゲート駆動部80は、駆動制御部90、発電制御部100及び界磁電流制御部110から送られてくる電機子巻線51及び界磁巻線52へのON/OFF指令に基づいて、界磁巻線電流用スイッチング素子61及び電力変換用スイッチング素子63a〜63c、64a〜64cを駆動し、モータ・ジェネレータ50の駆動及び発電を制御する。また、駆動制御部90は、回転電機40を駆動するときの電力変換用スイッチング素子63a〜63c、64a〜64cのON/OFFのタイミングを制御する。さらに、発電制御部100は、回転電機40の発電時に、同期整流を行うときの電力変換用スイッチング素子63a〜63c、64a〜64cのON/OFFのタイミングを制御する。
界磁電流検出部120は、界磁巻線52に流れる界磁電流Iを検出する。界磁電流指令部130は、界磁電流Iを制御目標とする界磁電流指令値Ifとするよう界磁電流制御部
110に対して指令を送信する。
110に対して指令を送信する。
界磁電流制限部140は、界磁電流検出部120により検出された界磁電流Iに基づいて、界磁電流Iを制限するか否かを判定する。その結果、界磁電流Iの制限が必要と判定された場合には、界磁電流制限部140は、界磁電流制御部110に対して界磁電流Iを界磁電流制限値Ilimに制限するよう指令を送信する。
ここで、界磁電流制御部110は、界磁電流制限部140から界磁電流制限値Ilimを
とする指令を受信した場合において、界磁電流制限値Ilimに基づいて、界磁巻線52に
流す界磁電流Iを制御する信号をゲート駆動部80に送出する。ただし、界磁電流指令値Ifが界磁電流制限値Ilimよりも小さい場合、つまり界磁電流指令値If<界磁電流制限
値Ilimの関係にある場合には、界磁電流Iを界磁電流指令値Ifに制御する信号を送出する。反対に、界磁電流制御部110は、界磁電流制限部140から界磁電流制限値Ilim
を受信しない場合においては、常に界磁電流指令値Ifに基づいて、界磁巻線52に流す
界磁電流Iを制御する信号を送出する。
とする指令を受信した場合において、界磁電流制限値Ilimに基づいて、界磁巻線52に
流す界磁電流Iを制御する信号をゲート駆動部80に送出する。ただし、界磁電流指令値Ifが界磁電流制限値Ilimよりも小さい場合、つまり界磁電流指令値If<界磁電流制限
値Ilimの関係にある場合には、界磁電流Iを界磁電流指令値Ifに制御する信号を送出する。反対に、界磁電流制御部110は、界磁電流制限部140から界磁電流制限値Ilim
を受信しない場合においては、常に界磁電流指令値Ifに基づいて、界磁巻線52に流す
界磁電流Iを制御する信号を送出する。
次に、界磁巻線式回転電機の動作の詳細について、図3に示す界磁電流制限部の構成図及び図4に示す界磁電流制限部における界磁電流、界磁電流積分値及び界磁電流制限時間設定値の時間変化を参照して説明する。
界磁電流制限部140は、記憶部141、界磁電流制限判定部142及び界磁電流制限指令部143から構成されている。記憶部141は、界磁電流閾値記憶部141a、界磁電流積分閾値記憶部141b、界磁電流制限値記憶部141c、界磁電流制限時間記憶部141dからなる。また、界磁電流制限判定部142は、界磁電流積分部142aを、界磁電流制限指令部143は、界磁電流制限時間設定部143aを有している。
ここで、界磁電流閾値記憶部141aには、第1の界磁電流閾値Ith1と、第1の界磁
電流閾値Ith1より小さい値に設定されている第2の界磁電流閾値Ith2とが予め記憶されている。即ち、第1及び第2の界磁電流閾値Ith1,Ith2は、第1の界磁電流閾値Ith1
>第2の界磁電流閾値Ith2の関係となっている。
電流閾値Ith1より小さい値に設定されている第2の界磁電流閾値Ith2とが予め記憶されている。即ち、第1及び第2の界磁電流閾値Ith1,Ith2は、第1の界磁電流閾値Ith1
>第2の界磁電流閾値Ith2の関係となっている。
また、界磁電流積分閾値記憶部141bには、界磁電流制限判定部142が接続されているとともに、予め正の値である第1の界磁電流積分閾値Sth1(>0)と負の値である
第2の界磁電流積分閾値Sth2(<0)が記憶されている。
第2の界磁電流積分閾値Sth2(<0)が記憶されている。
また、界磁電流制限値記憶部141cには、予め界磁電流制限値Ilimが記憶されてい
る。界磁電流制限時間記憶部141dには、界磁電流Iの界磁電流制限時間Tlimと界磁
電流制限短縮時間Tdとが予め記憶されている。
る。界磁電流制限時間記憶部141dには、界磁電流Iの界磁電流制限時間Tlimと界磁
電流制限短縮時間Tdとが予め記憶されている。
次に、界磁電流制限判定部142の動作について、図4を参照しながら説明する。まず、界磁電流制限判定部142は、界磁電流I>第1の界磁電流閾値Ith1の場合において、界磁電流Iと第1の界磁電流閾値Ith1との差分ΔI1を界磁電流積分値Sに加算(正の方向へ積分)する。反対に、界磁電流制限判定部142は、界磁電流I<第2の界磁電流閾値Ith2の場合おいて、第2の界磁電流閾値Ith2と界磁電流Iとの差分ΔI2を界磁電
流積分値Sから減算(負の方向へ積分)する。また、界磁電流制限判定部142は、界磁電流I≦第1の界磁電流閾値Ith1であり、かつ界磁電流I≧第2の界磁電流閾値Ith2である場合には、現状の界磁電流積分値Sを維持する。
流積分値Sから減算(負の方向へ積分)する。また、界磁電流制限判定部142は、界磁電流I≦第1の界磁電流閾値Ith1であり、かつ界磁電流I≧第2の界磁電流閾値Ith2である場合には、現状の界磁電流積分値Sを維持する。
次に、界磁電流制限判定部142は、界磁電流積分値S>界磁電流積分閾値Sth1とな
った場合において、界磁電流Iの制限が必要であると判定する。そして、界磁電流制限判定部142は、界磁電流制限指令部143に判定結果を送信する。
った場合において、界磁電流Iの制限が必要であると判定する。そして、界磁電流制限判定部142は、界磁電流制限指令部143に判定結果を送信する。
界磁電流制限指令部143は、界磁電流制限判定部142の判定結果に基づいて、界磁電流Iの制限が必要であると判定された場合には、界磁電流制限値記憶部141cから界磁電流制限値Ilimと、界磁電流制限時間記憶部141dから界磁電流制限時間Tlimと界磁電流制限短縮時間Tdとを取得し、界磁電流制限時間設定値Tとして界磁電流制限時間
Tlimを設定する(式(1))。
T= Tlim ・・・(1)
Tlimを設定する(式(1))。
T= Tlim ・・・(1)
そして、界磁電流制限指令部143は、界磁電流制限時間Tlimの間、界磁電流制御部
110に対して界磁電流制限値Ilimを送信する。これにより、界磁電流制限値Ilimを受信した界磁電流制御部110は、界磁電流Iを界磁電流制限値Ilimの値(ただし、界磁
電流指令値If<界磁電流制限値Ilimの関係を満たす間は界磁電流指令値Ifの値)に制
御する。
110に対して界磁電流制限値Ilimを送信する。これにより、界磁電流制限値Ilimを受信した界磁電流制御部110は、界磁電流Iを界磁電流制限値Ilimの値(ただし、界磁
電流指令値If<界磁電流制限値Ilimの関係を満たす間は界磁電流指令値Ifの値)に制
御する。
なお、第2の界磁電流閾値Ith2は、界磁巻線式回転電機が連続動作を行っている場合
には、界磁巻線式回転電機40の温度が正常動作範囲内となるように設定されている。また、このときの、界磁電流制限値Ilimは、第2の界磁電流閾値Ith2以下に設定されている(図4参照。)。これにより、界磁巻線式回転電機40の温度をより確実に正常動作可能な温度に低下させることができる。
には、界磁巻線式回転電機40の温度が正常動作範囲内となるように設定されている。また、このときの、界磁電流制限値Ilimは、第2の界磁電流閾値Ith2以下に設定されている(図4参照。)。これにより、界磁巻線式回転電機40の温度をより確実に正常動作可能な温度に低下させることができる。
ここで、界磁電流制限判定部142は、界磁電流積分値Sが界磁電流積分閾値Sth1を
超えた場合において、界磁電流積分値Sをクリアして0に設定する。次に、界磁電流制限判定部142は、第2の界磁電流閾値Ith2の代わりに界磁電流制限値Ilimを閾値として、界磁電流積分値Sの演算を開始する。つまり、界磁電流制限値Ilim>界磁電流Iの条件下において、界磁電流制限値Ilimと界磁電流Iとの差分ΔI3を界磁電流積分値Sから減算(負の方向へ積分)する。
超えた場合において、界磁電流積分値Sをクリアして0に設定する。次に、界磁電流制限判定部142は、第2の界磁電流閾値Ith2の代わりに界磁電流制限値Ilimを閾値として、界磁電流積分値Sの演算を開始する。つまり、界磁電流制限値Ilim>界磁電流Iの条件下において、界磁電流制限値Ilimと界磁電流Iとの差分ΔI3を界磁電流積分値Sから減算(負の方向へ積分)する。
界磁電流Iを制限している場合において、界磁電流積分値Sが負の値である第2の界磁電流積分閾値Sth2以下となった場合、つまり界磁電流積分値S≦第2の界磁電流積分閾
値Sth2となった場合において、界磁電流制限判定部142は界磁電流制限指令部143
に対して界磁電流制限時間短縮指令を送信する。
値Sth2となった場合において、界磁電流制限判定部142は界磁電流制限指令部143
に対して界磁電流制限時間短縮指令を送信する。
界磁電流制限指令部143は、界磁電流Iの制限中に界磁電流制限判定部142から界磁電流制限時間短縮指令を受け取った場合、界磁電流制限時間Tlimから界磁電流制限短
縮時間Tdを減算し、減算した値を新たな界磁電流制限時間設定値Tとし、界磁電流制限
時間設定部143aは、演算した界磁電流制限時間設定値Tに基づいて界磁電流制限値Ilimを送信する時間を計測する(式(2))。
T= Tlim − Td ・・・(2)
縮時間Tdを減算し、減算した値を新たな界磁電流制限時間設定値Tとし、界磁電流制限
時間設定部143aは、演算した界磁電流制限時間設定値Tに基づいて界磁電流制限値Ilimを送信する時間を計測する(式(2))。
T= Tlim − Td ・・・(2)
また、界磁電流制限判定部142は、界磁電流Iを制限している場合において、界磁電流積分値S≦第2の界磁電流積分値Sth2となった場合、界磁電流積分値Sをクリアして
0に設定し、再度、界磁電流積分値Sの演算を開始する。そして、前述と同様に、界磁電流積分値S≦第2の界磁電流積分閾値Sth2となった場合、界磁電流制限指令部143に
対して界磁電流制限時間短縮指令を送信し、界磁電流制限指令部143は界磁電流制限時間設定値Tから再度、界磁電流制限短縮時間Tdを減算する。
0に設定し、再度、界磁電流積分値Sの演算を開始する。そして、前述と同様に、界磁電流積分値S≦第2の界磁電流積分閾値Sth2となった場合、界磁電流制限指令部143に
対して界磁電流制限時間短縮指令を送信し、界磁電流制限指令部143は界磁電流制限時間設定値Tから再度、界磁電流制限短縮時間Tdを減算する。
ここで、界磁電流制限指令部143は、界磁電流Iの制限を開始してから、界磁電流制限時間設定値Tが経過した時点で界磁電流制御部110に対する界磁電流制限値Ilimの
送信を停止する。即ち、界磁電流Iの制限が解除され、界磁電流指令値Ifに基づいて界
磁電流Iが制御される。
送信を停止する。即ち、界磁電流Iの制限が解除され、界磁電流指令値Ifに基づいて界
磁電流Iが制御される。
これにより、界磁電流制限指令部143は界磁電流Iを界磁電流制限値Ilimで制限し
ている場合において、界磁電流I<界磁電流制限値Ilimとなった場合には、界磁電流I
を界磁電流制限値Ilimで制限する時間を短縮することができる。
ている場合において、界磁電流I<界磁電流制限値Ilimとなった場合には、界磁電流I
を界磁電流制限値Ilimで制限する時間を短縮することができる。
なお、本発明の実施の形態1に係る界磁電流制限値Ilim、界磁電流制限時間Tlimは、界磁電流Iと界磁巻線式回転電機40の温度との関係を実測し、その関係から界磁巻線式回転電機40の温度が少なくとも正常動作可能な温度領域内となるように設定される。また、界磁電流制限短縮時間Tdについても、界磁電流Iと界磁巻線式回転電機40の温度
との関係より、界磁電流Iが界磁電流制限値Ilimを下回った場合に短縮可能な時間範囲
に設定される。
との関係より、界磁電流Iが界磁電流制限値Ilimを下回った場合に短縮可能な時間範囲
に設定される。
また、界磁電流制限値Ilim、界磁電流制限時間Tlimは、例えば、発電時と駆動時など動作モードによって値を切り換えれば、動作モードによって界磁電流の制限時間と制限値を変化させることもできる。
また、界磁電流制限値Ilimを、界磁電流制御のDUTYを制限する界磁電流制限値IDUTY limとしても、同様の効果を得ることができる。
このように、実施の形態1による界磁巻線式回転電機では、界磁巻線に流れる界磁電流の検出結果に基づいて、界磁巻線式回転電機の温度が過剰に上昇しないように界磁電流を制限する場合において、制限中の界磁電流の値に応じて界磁電流の制限時間を変化させているため、必要に応じて界磁電流の制限を低減することができる界磁巻線式回転電機を得ることができるという顕著な効果がある。
実施の形態2.
図5は、実施の形態2に係る界磁巻線式回転電機の構成図である。図6は、界磁電流制限部の構成図である。実施の形態1では、界磁電流制限中の界磁電流の値に応じて、界磁電流を制限する時間を変化させるものであったが、実施の形態2では、さらに周囲温度によっても界磁電流の制限時間を変化させるものである。
図5は、実施の形態2に係る界磁巻線式回転電機の構成図である。図6は、界磁電流制限部の構成図である。実施の形態1では、界磁電流制限中の界磁電流の値に応じて、界磁電流を制限する時間を変化させるものであったが、実施の形態2では、さらに周囲温度によっても界磁電流の制限時間を変化させるものである。
図5及び図6に示すように、実施の形態2の界磁巻線式回転電機は、界磁巻線式回転電
機40の周囲温度Tpを検出する周囲温度検出部150を備えており、周囲温度検出部150は界磁電流制限部140の界磁電流制限指令部143に接続されている。この点を除いて、実施の形態1の図2及び図3と構成は同様であるので、他の構成の説明を省略する。
機40の周囲温度Tpを検出する周囲温度検出部150を備えており、周囲温度検出部150は界磁電流制限部140の界磁電流制限指令部143に接続されている。この点を除いて、実施の形態1の図2及び図3と構成は同様であるので、他の構成の説明を省略する。
界磁電流制限時間記憶部141dには、予め周囲温度Tpと界磁電流Iの制限時間の関係を表す周囲温度−界磁電流制限時間マップ; Tlim(Tp(x))が記憶されている
。周囲温度−界磁電流制限時間マップ; Tlim(Tp(x))には、周囲温度Tpが低
い場合においては、界磁電流Iの制限時間Tlimが短く設定され、反対に、周囲温度Tp
が高い場合おいては、界磁電流Iの制限時間Tlimが長く設定されている。
。周囲温度−界磁電流制限時間マップ; Tlim(Tp(x))には、周囲温度Tpが低
い場合においては、界磁電流Iの制限時間Tlimが短く設定され、反対に、周囲温度Tp
が高い場合おいては、界磁電流Iの制限時間Tlimが長く設定されている。
次に、界磁電流制限指令部143は、界磁電流制限判定部142の判定結果に基づいて、界磁電流Iの制限が必要であると判定された場合、界磁電流制限時間記憶部141dの周囲温度−界磁電流制限時間マップ; Tlim(Tp(x))から、界磁電流制限時間Tlimとして、検出した周囲温度Tp(x)に対応した制限時間(界磁電流制限時間Tlim)
を取得し、界磁電流制限時間設定値Tに格納する。
T= Tlim
= Tlim(Tp(x)) ・・・(3)
を取得し、界磁電流制限時間設定値Tに格納する。
T= Tlim
= Tlim(Tp(x)) ・・・(3)
これにより、周囲温度Tpによって界磁電流の制限時間Tlimを変化させることができ
る。なお、他の動作は実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
る。なお、他の動作は実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態2による界磁巻線式回転電機では、実施の形態1における効果と共に、周囲温度によっても界磁電流を制限する時間を変化させることができるため、例えば、周囲温度が低く、放熱性の良い条件においては、界磁電流の制限時間を短縮でき、必要に応じて界磁電流に制限を加えることができるという効果がある。
なお、実施の形態2では、周囲温度Tpによって界磁電流Iの制限時間Tlimを変化さ
せるものについて説明したが、例えば、周囲温度Tpによって界磁電流Iの制限値を変化させるものであってもよい。すなわち、界磁電流Iの制限値を変化させることによって、界磁電流制限中に界磁電流積分値Sが第2の界磁電流積分閾値Sth2に達する時間が周囲
温度Tpによって変化するため、同様の効果を得ることができる。
せるものについて説明したが、例えば、周囲温度Tpによって界磁電流Iの制限値を変化させるものであってもよい。すなわち、界磁電流Iの制限値を変化させることによって、界磁電流制限中に界磁電流積分値Sが第2の界磁電流積分閾値Sth2に達する時間が周囲
温度Tpによって変化するため、同様の効果を得ることができる。
実施の形態3.
図7は、実施の形態1における界磁巻線式回転電機の構成図である。図8は、界磁巻線式回転電機の界磁電流制限部の構成図である。実施の形態2では、周囲温度によって界磁電流制限時間を変化させるものであったが、実施の形態3では、回転電機の回転速度によって界磁電流の制限時間を変化させるものである。
図7は、実施の形態1における界磁巻線式回転電機の構成図である。図8は、界磁巻線式回転電機の界磁電流制限部の構成図である。実施の形態2では、周囲温度によって界磁電流制限時間を変化させるものであったが、実施の形態3では、回転電機の回転速度によって界磁電流の制限時間を変化させるものである。
図7及び図8に示すように、実施の形態3の界磁巻線式回転電機では、モータ・ジェネレータ50の回転速度Nを検出する回転速度検出部160を備えており、界磁電流制限部140の界磁電流制限指令部143に接続されている。実施の形態1における図3の記憶部141と比較すると、実施の形態3における図8の記憶部141は、制限時間短縮閾値記憶部141eを備えている。制限時間短縮閾値記憶部141eは、予め制限時間短縮回転速度Nthと制限時間短縮判定時間TNが記憶されている。また、界磁電流制限指令部1
43は、制限時間短縮判定部143bを備えている。これらの点を除いて、実施の形態1の図2及び図3と構成は同様であるので、説明を省略する。
43は、制限時間短縮判定部143bを備えている。これらの点を除いて、実施の形態1の図2及び図3と構成は同様であるので、説明を省略する。
一般に、モータ・ジェネレータは、自身の回転によって内部に冷却風を導入し、内部を冷却することができる。この冷却風による内部冷却の効果は、回転速度によって大きく異なる。そこで、実施の形態3では、回転速度Nが所定値以上の状態が所定時間継続した場合には、内部の冷却が促進されたと判定して、界磁電流の制限時間を短縮するようにする。
界磁電流制限指令部143は、界磁電流制限判定部142の判定結果に基づいて、界磁電流Iの制限が必要であると判定された場合、界磁電流制限時間記憶部141dから界磁電流制限時間Tlimと界磁電流制限短縮時間Tdとを取得し、界磁電流制限時間設定値Tとして界磁電流制限時間Tlimを設定する。
また、界磁電流制限指令部143は、回転速度検出部160によって検出された回転速度Nと制限時間短縮閾値記憶部141eに予め記憶されている制限時間短縮回転速度Nthとを比較する。次に、制限時間短縮判定部143bは、回転速度が制限時間短縮回転速度を超えた場合、回転速度N>制限時間短縮回転速度Nthの条件下における連続動作時間の計測を開始する。
次に、界磁電流制限指令部143は、回転速度N>制限時間短縮回転速度Nthの条件下での連続動作時間が制限時間短縮判定時間TNに達した時点で界磁電流の制限時間を短縮
可能と判定し、界磁電流制限時間設定値Tから界磁電流制限短縮時間Tdを減算する。
可能と判定し、界磁電流制限時間設定値Tから界磁電流制限短縮時間Tdを減算する。
なお、制限時間短縮判定時間TNは、回転電機40が制限時間短縮回転速度Nthで制限
時間短縮判定時間TNの間回転した場合に、回転による冷却効果によって、界磁電流Iの
制限時間を界磁電流制限短縮時間Tdだけ短縮可能となるような値に予め設定されている
。
時間短縮判定時間TNの間回転した場合に、回転による冷却効果によって、界磁電流Iの
制限時間を界磁電流制限短縮時間Tdだけ短縮可能となるような値に予め設定されている
。
また、制限時間短縮回転速度Nthと制限時間短縮判定時間TNの関係をマップとして記
憶し、回転速度Nによって界磁電流Iの制限時間の短縮条件を変更させてもよい。
憶し、回転速度Nによって界磁電流Iの制限時間の短縮条件を変更させてもよい。
これにより、回転速度によって界磁電流の制限時間を変化させることができる。なお、以降の動作は先の実施の形態1と同様であるため、説明は省略する。
このように、実施の形態3による界磁巻線式回転電機では、実施の形態1における効果と共に、回転速度によっても界磁電流を制限する時間を変化させることができるため、例えば、回転速度が高く、回転時の冷却風による冷却効果の高い条件においては、界磁電流の制限時間を短縮でき、必要に応じて界磁電流に制限を加えることができるという効果がある。
なお、本実施の形態3では、回転速度によって界磁電流を制限する時間を変化させるものについて説明したが、回転速度によって界磁電流の制限値を変化させるものであっても、同様の効果を得ることができる。
また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。
30 蓄電池
40 界磁巻線式回転電機
50 モータ・ジェネレータ
52 界磁巻線
60 電力変換部
70 制御部
110 界磁電流制御部
120 界磁電流検出部
130 界磁電流指令部
140 界磁電流制限部
141 記憶部
142 界磁電流制限判定部
143 界磁電流制限指令部
150 周囲温度検出部
160 回転速度検出部
40 界磁巻線式回転電機
50 モータ・ジェネレータ
52 界磁巻線
60 電力変換部
70 制御部
110 界磁電流制御部
120 界磁電流検出部
130 界磁電流指令部
140 界磁電流制限部
141 記憶部
142 界磁電流制限判定部
143 界磁電流制限指令部
150 周囲温度検出部
160 回転速度検出部
そこで、従来の車両用交流発電機の出力制御方法及び出力制御装置では、温度上昇による車両用交流発電機の故障を防止する手段として、交流発電機或いはその周囲温度を計測し、その温度が予め設定された異常温度値を超えたことが検出された場合には、交流発電機出力電流を制限して制御装置の熱的負担を軽減する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。具体的には、増幅器901が発生した温度比例電圧に基づいてコンパレータ902が出力した第1あるいは第2のレベルの電圧と三角波発生器が発生した三角波の電圧とをPWM制御用コンパレータ910が比較してパルス幅変調波信号を発生し、所定の温度を超えた温度域においては、パルス幅変調波信号でパワートランジスタ305を断続制御することにより、界磁コイル102Aに流す界磁電流を制限する技術が開示されている。これにより、交流発電或いはその制御装置の熱暴走による不具合を防止することができる。
ここで、界磁電流制御部110は、界磁電流制限部140から界磁電流制限値Ilim に制限するとする指令を受信した場合において、界磁電流制限値Ilimに基づいて、界磁巻線52に流す界磁電流Iを制御する信号をゲート駆動部80に送出する。ただし、界磁電流指令値Ifが界磁電流制限値Ilimよりも小さい場合、つまり界磁電流指令値If<界磁電流制限値Ilimの関係にある場合には、界磁電流Iを界磁電流指令値Ifに制御する信号を送出する。反対に、界磁電流制御部110は、界磁電流制限部140から界磁電流制限値Ilimを受信しない場合においては、常に界磁電流指令値Ifに基づいて、界磁巻線52に流す界磁電流Iを制御する信号を送出する。
また、界磁電流制限判定部142は、界磁電流Iを制限している場合において、界磁電流積分値S≦第2の界磁電流積分閾値Sth2となった場合、界磁電流積分値Sをクリアして0に設定し、再度、界磁電流積分値Sの演算を開始する。そして、前述と同様に、界磁電流積分値S≦第2の界磁電流積分閾値Sth2となった場合、界磁電流制限指令部143に対して界磁電流制限時間短縮指令を送信し、界磁電流制限指令部143は界磁電流制限時間設定値Tから再度、界磁電流制限短縮時間Tdを減算する。
実施の形態3.
図7は、実施の形態3における界磁巻線式回転電機の構成図である。図8は、界磁巻線式回転電機の界磁電流制限部の構成図である。実施の形態2では、周囲温度によって界磁電流制限時間を変化させるものであったが、実施の形態3では、回転電機の回転速度によって界磁電流の制限時間を変化させるものである。
図7は、実施の形態3における界磁巻線式回転電機の構成図である。図8は、界磁巻線式回転電機の界磁電流制限部の構成図である。実施の形態2では、周囲温度によって界磁電流制限時間を変化させるものであったが、実施の形態3では、回転電機の回転速度によって界磁電流の制限時間を変化させるものである。
Claims (6)
- 界磁巻線を有するモータ・ジェネレータと、
前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出部と、
前記界磁電流を制御する界磁電流制御部と、
前記界磁電流検出部により検出された前記界磁電流を時間で積分した界磁電流積分値を算出し、前記界磁電流積分値が界磁電流積分閾値に到達したか否かを判定する界磁電流制限判定部と、
前記界磁電流制限判定部により前記界磁電流積分値が前記界磁電流積分閾値に到達したと判定された場合には、前記界磁電流制御部に前記界磁電流を所定制限時間の間、所定界磁電流制限値以下に設定する指令を出すと共に、前記界磁電流に応じて前記所定制限時間を変更する指令を出す界磁電流制限指令部と、
を備えたことを特徴とする界磁巻線式回転電機。 - 前記界磁電流制限指令部は、前記界磁電流が所定界磁電流制限値よりも小さい場合には、前記所定制限時間を短縮する指令を出すことを特徴とする請求項1に記載の界磁巻線式回転電機。
- 前記モータ・ジェネレータの周囲温度を検出する温度検出部を備え、
前記界磁電流制限指令部は、前記温度検出部が検出した温度に応じて前記所定制限時間を変更する指令を出すこと特徴とする請求項1又は請求項2に記載の界磁巻線式回転電機。 - 前記モータ・ジェネレータの回転速度を検出する回転速度検出部を備え、
前記界磁電流制限指令部は、前記回転速度検出部が検出した前記回転速度に応じて前記所定制限時間を変化させる指令を出すこと特徴とする請求項1又は2に記載の界磁巻線式回転電機。 - 前記モータ・ジェネレータの周囲温度を検出する温度検出部を備え、
前記界磁電流制限指令部は、前記温度検出部が検出した温度に応じて前記所定界磁電流制限値を変化させる指令を出すことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の界磁巻線式回転電機。 - 前記モータ・ジェネレータの回転速度を検出する回転速度検出部を備え、
前記界磁電流制限指令部は、前記回転速度検出部が検出した前記回転速度に応じて前記所定界磁電流制限値を変化させる指令を出すことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の界磁巻線式回転電機。
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