JP2018107898A - 回転電機の回転上昇異常検出装置、回転電機ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の回転速度上昇時の異常をより広く検出することのできる回転電機の回転上昇異常検出装置を提供する。
【解決手段】通電されることで力行を行う回転電機１７の回転速度上昇時の異常を検出する回転上昇異常検出装置１４であって、回転電機の回転開始に際して、回転電機へ通電しており且つ回転電機の回転速度が第１回転速度未満である状態が、第１時間継続したことを判定する第１判定部と、回転電機への通電開始からの通電継続時間が第１時間よりも長く設定された第２時間よりも長く、且つ回転電機の回転速度が第１回転速度よりも高く設定された第２回転速度未満であることを判定する第２判定部と、第１判定部による判定、及び第２判定部による判定の少なくとも１つが肯定された場合に、回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定する総合判定部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機の回転速度上昇時の異常を検出する装置に関する。

従来、多相の同期機（回転電機）の各相電流の少なくとも１相が所定値以上で、且つ回転速度が所定値以下の場合に、ロック状態と判定してインバータに電流遮断を指令するものがある（特許文献１参照）。

特開２００３−９５７３号公報

しかしながら、回転電機の回転速度が適切に上昇しない状態において、所定値未満で比較的大きい相電流が流れたり、所定値以上で比較的低い回転速度で回転電機が回転したりすることに、本願発明者は着目した。その場合、回転電機に長時間通電されることにより、通電回路の部品等が過熱して損傷するおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、回転電機の回転速度上昇時の異常をより広く検出することのできる回転電機の回転上昇異常検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、
通電されることで力行を行う回転電機（１７）の回転速度上昇時の異常を検出する回転上昇異常検出装置（１４、２０）であって、
前記回転電機の回転開始に際して、
前記回転電機へ通電しており且つ前記回転電機の回転速度が第１回転速度未満である状態が、第１時間継続したことを判定する第１判定部と、
前記回転電機への通電開始からの通電継続時間が前記第１時間よりも長く設定された第２時間よりも長く、且つ前記回転電機の回転速度が前記第１回転速度よりも高く設定された第２回転速度未満であることを判定する第２判定部と、
前記第１判定部による判定、及び前記第２判定部による判定の少なくとも１つが肯定された場合に、前記回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定する総合判定部と、
を備える。

上記構成によれば、回転電機は通電されることで力行を行う。ここで、回転電機の回転開始に際して、第１判定部により、回転電機へ通電しており且つ回転電機の回転速度が第１回転速度未満である状態が、第１時間継続したことが判定される。この判定は、第１時間継続して回転電機へ通電したにもかかわらず、回転電機の回転速度が第１回転速度以上に上昇していないロック状態を判定するものである。なお、この判定は、回転電機の回転開始に際して、任意の時点で実行され、どの時点で肯定されてもよい。

また、回転電機の回転開始に際して、第２判定部により、回転電機への通電開始からの通電継続時間が第１時間よりも長く設定された第２時間よりも長く、且つ回転電機の回転速度が第１回転速度よりも高く設定された第２回転速度未満であることが判定される。この判定は、回転電機への通電開始から、第１時間よりも長く設定された第２時間よりも長く継続して通電したにもかかわらず、回転電機の回転速度が第１回転速度よりも高く設定された第２回転速度未満に低下した回転速度低下状態を判定するものである。

そして、総合判定部は、第１判定部による判定、及び第２判定部による判定の少なくとも１つが肯定された場合に、回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定する。このため、回転電機の回転速度上昇時の異常として、ロック状態と回転速度低下状態とを検出することができ、異常をより広く検出することができる。さらに、特許文献１に記載された技術と比較して、上記判定に回転電機の相電流を用いていないため、回転電機への突入電流やノイズ等に起因するロック状態の誤判定を抑制することができる。

回転電機がエンジンの始動を行う構成において、エンジンのクランク軸が錆び付いていたり、クランク軸の軸受け等に異物を噛み込んだり、エンジンが失火したりする場合がある。その場合、エンジンの始動時に、回転電機の回転速度を適切に上昇させることができないおそれがある。

この点、第２の手段では、前記回転電機は、エンジンの始動を行うものであり、前記回転電機の回転開始により、前記エンジンの始動が開始されるといった構成を採用している。したがって、回転電機がエンジンの始動を行う構成において、回転電機の回転速度上昇時の異常をより広く検出することができる。

回転電機によりエンジンの始動を行う場合、エンジンが自立運転を開始した時点で回転電機によるクランキングは終了される。しかしながら、エンジンが自立運転を開始できない場合、回転電機に長時間通電されるおそれがある。

この点、第３の手段では、前記回転電機への通電開始からの通電継続時間が前記第２時間よりも長く設定された第３時間よりも長いことを判定する第３判定部を備え、前記総合判定部は、前記第１判定部による判定、前記第２判定部による判定、及び前記第３判定部による判定の少なくとも１つが肯定された場合に、前記回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定するといった構成を採用している。したがって、エンジンが自立運転を開始できず、回転電機への通電開始からの通電継続時間が第３時間よりも長くなった場合に、回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定することができる。

具体的には、第４の手段のように、前記第３時間は、前記エンジンが始動する見込みがないと判定するために必要な時間よりも長く、且つ前記回転電機が前記第２回転速度よりも高い第３回転速度で回転している状態で継続して前記回転電機へ通電した場合に通電回路が損傷する時間よりも短く設定されているといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、エンジンが始動する見込みがない場合に、通電回路が損傷することを抑制しつつ、回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定することができる。第３時間として、例えば８００〜１２００ｍｓを採用することができる。

回転電機への通電を行う通電回路が損傷するまでの時間は、回転電機へ通電される電流の大きさによって変化する。例えば、回転電機へ通電される電流の大きさは、回転電機へ電流を出力する蓄電装置の電圧によって変化する。

この点、第５の手段では、前記第３時間は、前記回転電機へ通電される電流の大きさに基づいて設定されるといった構成を採用している。したがって、回転電機へ通電される電流の大きさに応じて、第３時間を適切に設定することができる。

具体的には、第６の手段のように、前記第２時間は、前記エンジンの始動時に前記回転電機の回転速度が低下していると判定するために必要な時間よりも長く、且つ前記回転電機が前記第２回転速度よりも低い回転速度で回転している状態で継続して前記回転電機へ通電した場合に通電回路が損傷する時間よりも短く設定されているといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、エンジンの始動時に回転電機の回転速度が低下している場合に、通電回路が損傷することを抑制しつつ、回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定することができる。第２時間として、例えば２００〜４００ｍｓを採用することができる。

具体的には、第７の手段のように、前記第１時間は、前記回転電機がロック状態であると判定するために必要な時間よりも長く、且つ前記回転電機の回転が停止した状態で継続して前記回転電機へ通電した場合に通電回路が損傷する時間よりも短く設定されているといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、回転電機がロック状態である場合に、通電回路が損傷することを抑制しつつ、回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定することができる。第１時間として、例えば５０〜１５０ｍｓを採用することができる。

第８の手段では、前記第１時間及び前記第２時間は、前記回転電機へ通電される電流の大きさに基づいて設定される。

上記構成によれば、第１時間及び第２時間は、回転電機へ通電される電流の大きさに基づいて設定される。したがって、回転電機へ通電される電流の大きさに応じて、第１時間及び第２時間を適切に設定することができる。

回転電機が車両を走行させる構成において、車両の走行が車止め等により妨げられていたり、車両が急な登坂路を走行していたりする場合がある。その場合、車両の走行開始時に、回転電機の回転速度を適切に上昇させることができないおそれがある。

この点、第９の手段では、前記回転電機は、車両を走行させるものであり、前記回転電機の回転開始により、前記車両の走行が開始されるといった構成を採用している。したがって、回転電機が車両を走行させる構成において、回転電機の回転速度上昇時の異常をより広く検出することができる。

第１０の手段では、前記総合判定部により前記回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定された場合に、前記回転電機への通電を中止する通電中止部を備える。

上記構成によれば、総合判定部により回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定された場合に、回転電機への通電が中止される。したがって、回転電機の回転速度の上昇状態が異常である場合に、回転電機への通電を中止して、通電回路の部品等を保護することができる。

第１１の手段では、前記回転電機が逆回転していることを判定する逆回転判定部と、前記逆回転判定部により前記回転電機が逆回転していると判定された場合に、通電により前記回転電機へ供給される電力を所定電力未満に所定時間制限し、その後に前記回転電機へ通電する再通電部と、前記再通電部により前記電力が前記所定電力未満に前記所定時間制限された場合に、前記第１時間を延長する又は前記第１時間継続したことの判定にマスク期間を設ける第１時間補正部と、を備える。

上記構成によれば、逆回転判定部により回転電機が逆回転していると判定された場合に、通電により回転電機へ供給される電力が所定電力未満に所定時間制限され、その後に回転電機へ通電される。そして、電力が所定電力未満に所定時間制限された場合に、第１時間が延長される又は第１時間継続したことの判定にマスク期間が設けられる。このため、回転電機の回転を開始する際に回転電機が逆回転し、その後に正回転して回転電機の回転速度が正常に上昇した場合に、回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると誤判定することを抑制することができる。

第１２の手段は、回転電機ユニット（１０）であって、第１〜第１１のいずれか１つの手段の回転電機の回転上昇異常検出装置（１４、２０）と、前記回転電機（１７）と、前記回転電機と蓄電装置（１５、２２、２３）との間の電力変換を行う電力変換部（１３）と、を備える。

上記構成によれば、回転電機の回転上昇異常検出装置と、回転電機と、電力変換部と、を備える回転電機ユニットにおいて、回転電機の回転速度上昇時の異常をより広く検出することができる。

車載回転電機システムの構成を示す回路図。 回転電機の回転速度上昇時の異常を検出する処理の手順を示すフローチャート。 エンジン始動時における回転電機の通電時間と回転速度とを示す図。

以下、車両に搭載された回転電機システムとして具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、車載回転電機システム１００は、回転電機ユニット１０、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０、バッテリ２２（蓄電装置に相当）、第２コンデンサ２３（蓄電装置に相当）、電気負荷２４等を備えている。回転電機ユニット１０は、回転電機１７、インバータ１３、回転電機ＥＣＵ１４等を備えている。回転電機ユニット１０は、モータ機能（力行機能）付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。回転電機１７は、３相電機子巻線としてのＸ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ、界磁巻線１２、回転位置センサ１８、電流センサ１９Ｘ，１９Ｙを備えている。バッテリ２２は、例えば１２Ｖの電圧を出力するＰｂバッテリである。なお、バッテリ２２として、Ｐｂバッテリと異なる種類のバッテリで１２Ｖを出力するバッテリや、１２Ｖ以外の電圧を出力するバッテリ等を採用することもできる。

Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚは、図示しない固定子鉄心に巻回されて固定子を構成している。本実施形態において、Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚのそれぞれの第１端同士は、中性点にて接続されている。すなわち、回転電機ユニット１０は、Ｙ結線されたものである。

界磁巻線１２は、固定子鉄心の内周側に対向配置された図示しない界磁極に巻回されて回転子を構成している。界磁巻線１２に励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから交流電圧が出力される。本実施形態において、回転子は、車載エンジン１０１（図１では車載エンジンのボディを模式的に表示）のクランク軸から回転動力を得て回転する。回転位置センサ１８は、界磁巻線１２の回転位置を検出する。回転位置センサ１８は、レゾルバやホール素子等により構成されている。エンジン１０１は、例えばガソリンを燃料とするエンジンであり、燃料の燃焼により駆動力を発生する。なお、エンジン１０１は、ガソリンエンジンに限らず、軽油を燃料として用いるディーゼルエンジンや、その他の燃料を用いるエンジンであってもよい。

インバータ１３（電力変換部、及び通電回路に相当）は、各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから出力された交流電圧（交流電力）を直流電圧（直流電力）に変換する。また、インバータ１３は、バッテリ２２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚへ出力する。インバータ１３（整流回路及び駆動回路に相当）は、電機子巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路である。詳しくは、インバータ１３は、Ｘ相モジュール１３Ｘ、Ｙ相モジュール１３Ｙ、及びＺ相モジュール１３Ｚを備え、３相全波整流回路を構成している。また、インバータ１３は、回転電機１７の各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚに供給される交流電圧を調節することで回転電機１７を駆動する駆動回路を構成している。電流センサ１９ＸはＸ相巻線に流れる電流を検出し、電流センサ１９ＹはＹ相巻線に流れる電流を検出する。

Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれは、上アームスイッチＳｐ、及び下アームスイッチＳｎを備えている。すなわち、スイッチＳｐ，Ｓｎはブリッジ接続されている。本実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上アームスイッチＳｐには、上アームダイオードＤｐが逆並列（並列）に接続され、下アームスイッチＳｎには、下アームダイオードＤｎが逆並列（並列）に接続されている。本実施形態では、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとして、各スイッチＳｐ，Ｓｎのボディダイオードを用いている。なお、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとしては、ボディダイオードに限らず、例えば各スイッチＳｐ，Ｓｎとは別部品のダイオードであってもよい。

Ｘ相モジュール１３ＸのＸ端子ＰＸには、Ｘ相巻線１１Ｘの第２端が接続されている。Ｘ端子ＰＸには、上アームスイッチＳｐの低電位側端子（ソース）と下アームスイッチＳｎの高電位側端子（ドレイン）とが接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、回転電機ユニット１０のＢ端子（出力端子に相当）が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、回転電機ユニット１０のＥ端子を介して接地部位（グランドＧＮＤ）としてのエンジン１０１のボディが接続されている。Ｂ端子は、上記バッテリ２２の正極に接続される端子であり、着脱自在のコネクタ状に形成されている。

Ｙ相モジュール１３ＹのＹ端子ＰＹには、Ｙ相巻線１１Ｙの第２端が接続されている。Ｙ端子ＰＹには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。

Ｚ相モジュール１３ＺのＺ端子ＰＺには、Ｚ相巻線１１Ｚの第２端が接続されている。Ｚ端子ＰＺには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。

各相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれを構成する各スイッチＳｐ，Ｓｎの直列接続体には、第１コンデンサ１５（蓄電装置に相当）と、ツェナーダイオード１６とが並列接続されている。インバータ１３の高圧側接続点Ｐ１と低圧側接続点Ｐ２との間の電圧を検出する電圧センサ４１（電圧検出部及び電圧取得部に相当）が設けられている。

回転電機ＥＣＵ１４（回転上昇異常検出装置に相当）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されている。回転電機ＥＣＵ１４は、その内部の図示しないＩＣレギュレータにより、界磁巻線１２に流す励磁電流を調整する。これにより、回転電機ユニット１０の発電電圧（Ｂ端子の電圧）を制御する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、車両の走行開始後にインバータ１３を制御して回転電機１７を駆動させて、エンジン１０１の駆動力をアシストする。回転電機１７は、エンジンＥＣＵ２０からエンジン１０１を始動させる指令を受信した場合に、エンジン１０１の始動時にクランク軸に回転を付与可能であり、スタータとしての機能を有している。回転電機ＥＣＵ１４は、通信端子であるＬ端子及び通信線を介して、回転電機ユニット１０外部の制御装置であるエンジンＥＣＵ２０と接続されている。エンジンＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されており、エンジン１０１の運転状態を制御する。回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０との間で双方向通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたシリアル通信）を行い、エンジンＥＣＵ２０と情報のやりとりをする。

回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０から送信されたシリアル通信信号に基づいて、回転電機１７に要求する要求トルク（制動トルクを含む）を把握する。そして、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７が要求トルクを発生するように、界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧、及びスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ状態を制御する。詳しくは、回転電機ＥＣＵ１４は、回転位置センサ１８により検出される界磁巻線１２の回転位置に基づいて、界磁巻線１２（すなわち回転電機１７）の回転速度を算出する。なお、回転速度は、単位時間当たりの回転数に相当し、角速度や、単位時間当たりの角度変化量等を含む。また、回転電機ＥＣＵ１４は、算出した回転速度のなまし値を用いてもよい。これにより、エンジン１０１のクランク軸と回転電機１７の回転子とを接続するベルトの緩み等に起因する回転速度の変動、ひいては回転速度上昇時の異常の誤検出を抑制することができる。回転電機ＥＣＵ１４は、電流センサ１９Ｘ，１９Ｙにより検出されたＸ相，Ｙ相の電流、及び界磁巻線１２の回転位置及び回転速度に基づいて、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ位相及びオンオフ期間（デューティ等）を制御する。

Ｂ端子には、リレー２１を介して、エンジンＥＣＵ２０とバッテリ２２の正極端子とが接続されている。バッテリ２２の負極端子には、グランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。Ｂ端子には、第２コンデンサ２３と、電気負荷２４とが接続されている。電気負荷２４は、例えば車両の電子制御ブレーキシステムや電動パワーステアリング等、所定電圧以上を動作電圧とする電気負荷を含んでいる。動作電圧は、電気負荷が規定の性能を発揮可能な電圧であり、電気負荷の保証電圧や定格電圧等である。電気負荷２４は、エアコンディショナーや、車載オーディオ、ヘッドランプ等を含んでいてもよい。なお、リレー２１は、イグニッションスイッチのオンによってオン状態とされる。

エンジン１０１のクランク軸が錆び付いていたり、クランク軸の軸受け等に異物を噛み込んだり、エンジン１０１が失火したりする場合がある。その場合、エンジン１０１の始動時に、回転電機１７の回転速度を適切に上昇させることができないおそれがある。

そこで、本実施形態では、回転電機１７は、回転電機１７によるエンジン１０１の始動に際して、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であるか否か判定する。図２は、回転電機１７の回転速度上昇時の異常を検出する処理の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、回転電機１７によりエンジン１０１を始動させる指令及び要求トルクを、回転電機ＥＣＵ１４がエンジンＥＣＵ２０から受信した場合に、回転電機ＥＣＵ１４により所定の周期で繰り返し実行される。

まず、回転電機１７へ通電しており且つ回転電機１７の回転速度が第１回転速度未満である状態が、第１時間継続したか否か判定する（Ｓ１１）。ここで、回転電機ＥＣＵ１４は、エンジン１０１を始動させる指令により回転電機１７へ通電を開始している。回転電機１７へ通電しているとは、界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧、及びスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ状態を制御している状態、すなわち回転電機１７が力行可能な通電をしている状態をいう。第１時間は、回転電機１７がロック状態であると判定するために必要な時間よりも長く、且つ回転電機１７の回転が停止した状態で継続して回転電機１７へ通電した場合にインバータ１３のスイッチＳｐ，Ｓｎが損傷する時間よりも短く設定されている。第１時間は、５０〜１５０ｍｓに設定されていることが望ましく、例えば１００ｍｓに設定されている。第１回転速度は、５０〜１５０ｒｐｍに設定されていることが望ましく、例えば１００ｒｐｍに設定されている。

Ｓ１１の判定が否定された場合、例えば回転電機１７の回転速度が第１回転速度以上である場合や通電が第１時間継続していない場合（Ｓ１１：ＮＯ、）、回転電機１７への通電開始からの通電継続時間が第２時間よりも長く、且つ回転電機１７の回転速度が第２回転速度未満であるか否か判定する（Ｓ１２）。第２時間は、エンジン１０１の始動時に回転電機１７の回転速度が低下していると判定するために必要な時間よりも長く、且つ回転電機１７が第２回転速度よりも低い回転速度で回転している状態で継続して回転電機１７へ通電した場合にインバータ１３のスイッチＳｐ，Ｓｎが損傷する時間よりも短く設定されている。第２時間は、２００〜４００ｍｓに設定されていることが望ましく、例えば３００ｍｓに設定されている。すなわち、第２時間は第１時間よりも長く設定されている。第２回転速度は、１５０〜２５０ｒｐｍに設定されていることが望ましく、例えば２００ｒｐｍに設定されている。すなわち、第２回転速度は第１回転速度よりも高く設定されている。

Ｓ１２の判定が否定された場合、例えば回転電機１７への通電開始からの通電継続時間が第２時間よりも短い場合や、回転電機１７の回転速度が第２回転速度以上である場合（Ｓ１２：ＮＯ）、回転電機１７への通電開始からの通電継続時間が第３時間よりも長いか否か判定する（Ｓ１３）。第３時間は、エンジン１０１が始動する見込みがないと判定するために必要な時間よりも長く、且つ回転電機１７が第２回転速度よりも高い第３回転速度で回転している状態で継続して回転電機１７へ通電した場合にインバータ１３のスイッチＳｐ，Ｓｎが損傷する時間よりも短く設定されている。第３時間は、８００〜１２００ｍｓに設定されていることが望ましく、例えば１０００ｍｓに設定されている。すなわち、第３時間は第２時間よりも長く設定されている。第３回転速度は、エンジン１０１が自立運転可能となる回転速度よりも低い回転速度である。

Ｓ１１の判定、Ｓ１２の判定、及びＳ１３の判定の少なくとも１つが肯定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ、Ｓ１２：ＹＥＳ、Ｓ１３：ＹＥＳの少なくとも１つが成立）、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であると判定する（Ｓ１４）。そして、回転電機１７への通電を中止する（Ｓ１５）。具体的には、界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧を０にし、インバータ１３のスイッチＳｐ，Ｓｎを全てオフ状態にする。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ１３の判定が否定された場合（Ｓ１３：ＮＯ）、エンジン１０１が自立運転を開始したか否か判定する（Ｓ１６）。具体的には、エンジン１０１で燃料の燃焼が開始され、エンジン１０１の回転速度が、回転電機１７によるクランキングを終了しても、エンジン１０１の運転を継続することのできる所定回転速度まで上昇したか否か判定する。

Ｓ１６の判定において、エンジン１０１が自立運転を開始したと判定した場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、回転電機１７によるクランキングを終了する（Ｓ１７）。具体的には、エンジン１０１を始動させる指令による界磁巻線１２へのＰＷＭ電圧の印加、及びスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ状態の制御を終了する。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

また、Ｓ１６の判定において、エンジン１０１が自立運転を開始していないと判定した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。その後、Ｓ１１の処理から再度実行する。

なお、Ｓ１１の処理が第１判定部としての処理に相当し、Ｓ１２の処理が第２判定部としての処理に相当し、Ｓ１３の処理が第３判定部としての処理に相当し、Ｓ１１〜Ｓ１４の処理が総合判定部としての処理に相当し、Ｓ１４〜Ｓ１５の処理が通電中止部としての処理に相当する。

図３は、エンジン始動時における回転電機１７の通電時間と回転速度とを示す図である。同図を参照して、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常である場合の判定態様について説明する。

実線Ｍ１で示すように、回転電機１７がロック状態になった場合は、回転電機１７の回転速度が略０になる。この場合、回転電機１７へ通電しており且つ回転電機１７の回転速度が第１回転速度Ｎ１未満である状態が、第１時間ｔ１継続した時点で、回転電機１７がロック状態である第１モードの異常であると判定される。すなわち、第１時間ｔ１継続して回転電機１７へ通電したにもかかわらず、回転電機１７の回転速度が第１回転速度Ｎ１以上に上昇していないため、ロック状態であると判定される。そして、回転電機１７への通電が中止される。なお、この判定は、回転電機１７の回転開始に際して、任意の時点で実行されており、どの時点で肯定されてもよい。

二点鎖線Ｍ２で示すように、エンジン１０１のクランク軸が錆び付いていたり、クランク軸の軸受け等に異物を噛み込んだりした場合は、回転電機１７の回転速度が上昇せず低下した回転速度低下状態になる。この場合、回転電機１７への通電開始からの通電継続時間が第２時間ｔ２よりも長く、且つ回転電機１７の回転速度が第２回転速度Ｎ２未満になった時点で、回転電機１７が回転速度低下状態である第２モードの異常であると判定される。すなわち、回転電機１７への通電開始から、第２時間ｔ２よりも長く継続して通電したにもかかわらず、回転電機１７の回転速度が第２回転速度Ｎ２未満に低下しているため、回転速度低下状態であると判定される。要するに、回転電機１７の通電時間及び回転速度が領域Ｒ１の範囲内の状態になった場合に、回転速度低下状態であると判定される。そして、回転電機１７への通電が中止される。

一点鎖線Ｍ３で示すように、エンジン１０１において燃料が着火しなかったり失火したりした場合は、回転電機１７の回転速度が自立運転可能な回転速度まで上昇しない回転速度不足状態になる。この場合、回転電機１７への通電開始からの通電継続時間が第３時間ｔ３よりも長くなった時点で、回転電機１７が回転速度不足状態である第３モードの異常であると判定される。すなわち、回転電機１７への通電開始から、第３時間ｔ３よりも長く継続して通電したにもかかわらず、エンジン１０１が自立運転を開始していないため、回転速度不足状態であると判定される。要するに、回転電機１７の通電時間が領域Ｒ２の範囲内の状態になった場合に、回転速度不足状態であると判定される。そして、回転電機１７への通電が中止される。

これらに対して、破線Ｍ４で示すように、エンジン１０１が正常に始動した場合は、第３時間ｔ３経過するまでに回転電機１７の回転速度が上昇し、回転電機１７によるクランキングが終了される。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・回転電機１７の回転速度上昇時の異常として、ロック状態と回転速度低下状態とを検出することができ、異常をより広く検出することができる。さらに、特許文献１に記載された技術と比較して、上記判定に回転電機１７の相電流を用いていないため、回転電機１７への突入電流やノイズ等に起因するロック状態の誤判定を抑制することができる。

・回転電機１７がエンジン１０１の始動を行う構成において、回転電機１７の回転速度上昇時の異常をより広く検出することができる。

・エンジン１０１が自立運転を開始できず、回転電機１７への通電開始からの通電継続時間が第３時間ｔ３よりも長くなった場合に、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であると判定することができる。

・第３時間ｔ３は、エンジン１０１が始動する見込みがないと判定するために必要な時間よりも長く、且つ回転電機１７が第２回転速度Ｎ２よりも高い第３回転速度で回転している状態で継続して回転電機１７へ通電した場合にインバータ１３が損傷する時間よりも短く設定されている。こうした構成によれば、エンジン１０１が始動する見込みがない場合に、インバータ１３が損傷することを抑制しつつ、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であると判定することができる。

・第２時間ｔ２は、エンジン１０１の始動時に回転電機１７の回転速度が低下していると判定するために必要な時間よりも長く、且つ回転電機１７が第２回転速度Ｎ２よりも低い回転速度で回転している状態で継続して回転電機１７へ通電した場合にインバータ１３が損傷する時間よりも短く設定されている。こうした構成によれば、エンジン１０１の始動時に回転電機１７の回転速度が低下している場合に、インバータ１３が損傷することを抑制しつつ、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であると判定することができる。

・第１時間ｔ１は、回転電機１７がロック状態であると判定するために必要な時間よりも長く、且つ回転電機１７の回転が停止した状態で継続して回転電機１７へ通電した場合にインバータ１３が損傷する時間よりも短く設定されている。こうした構成によれば、回転電機１７がロック状態である場合に、インバータ１３が損傷することを抑制しつつ、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であると判定することができる。

・回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であると判定された場合に、回転電機１７への通電が中止される。したがって、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常である場合に、回転電機１７への通電を中止して、インバータ１３のスイッチＳｐ，Ｓｎ等を保護することができる。

・回転電機ＥＣＵ１４と、回転電機１７と、インバータ１３と、を備える回転電機ユニット１０において、回転電機１７の回転速度上昇時の異常をより広く検出することができる。

・回転電機ユニット１０は、機電一体型のＩＳＧであるため、機電が別体である構成と比較して、信号を送信する配線等を短くすることができる。このため、回転電機１７の回転速度を検出する際にノイズの影響を抑制することができ、回転速度を検出する精度を向上させることができる。さらに、通信により信号を外部へ送信する必要がないため、異常の判定を迅速に行うことができ、判定時間を長く確保することができる。その結果、インバータ１３のスイッチＳｐ，Ｓｎを小型化することができ、コストダウンを図ることができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・回転電機１７への通電を行うインバータ１３が損傷するまでの時間は、回転電機１７へ通電される電流の大きさによって変化する。例えば、回転電機１７へ通電される電流の大きさは、回転電機１７へ電流を出力するバッテリ２２の電圧によって変化する。そこで、回転電機ＥＣＵ１４は、第１〜第３時間ｔ１〜ｔ３を、回転電機１７へ通電される電流の大きさに基づいて設定してもよい。こうした構成によれば、回転電機１７へ通電される電流の大きさに応じて、第１〜第３時間ｔ１〜ｔ３を適切に設定することができる。また、インバータ１３のスイッチＳｐ，Ｓｎ等がファン等により冷却されている場合は、第１〜第３時間ｔ１〜ｔ３をスイッチＳｐ，Ｓｎ等の冷却状態に応じて補正してもよい。

・回転電機１７の回転を開始する際に回転電機１７が逆回転し、その後に正回転して回転電機１７の回転速度が正常に上昇する場合がある。この場合、回転電機１７の逆回転がない場合と比較して、回転電機１７によるクランキングが終了するまでの時間が長くなるが、回転電機１７の回転速度の上昇状態は異常ではない。そこで、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７が逆回転していることを判定する逆回転判定部と、逆回転判定部により回転電機１７が逆回転していると判定された場合に、通電により回転電機１７へ供給される電力を所定電力未満に所定時間制限し、その後に回転電機１７へ通電する再通電部と、再通電部により電力が所定電力未満に所定時間制限された場合に、第１時間ｔ１を延長する又は第１時間ｔ１継続したことの判定にマスク期間を設ける第１時間補正部と、を備えていてもよい。なお、回転電機ＥＣＵ１４は、回転位置センサ１８により検出される界磁巻線１２の回転位置に基づいて、回転電機１７が逆回転したか否か判定することができる。

上記構成によれば、逆回転判定部により回転電機１７が逆回転していると判定された場合に、通電により回転電機１７へ供給される電力が所定電力未満に所定時間制限され（すなわち回転電機１７の出力が所定出力未満に所定時間制限され）、その後に回転電機１７へ通電される。そして、電力が所定電力未満に所定時間制限された場合に、第１時間ｔ１が延長される又は第１時間ｔ１継続したことの判定にマスク期間が設けられる。このため、回転電機１７の回転を開始する際に回転電機１７が逆回転し、その後に正回転して回転電機１７の回転速度が正常に上昇した場合に、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であると誤判定することを抑制することができる。

・上記実施形態では、第２判定部は、回転電機１７への通電開始からの通電継続時間が第１時間ｔ１よりも長く設定された第２時間ｔ２よりも長く、且つ回転電機１７の回転速度が第１回転速度Ｎ１よりも高く設定された第２回転速度Ｎ２未満であることを判定した。ここで、第２回転速度Ｎ２を、回転電機１７への通電継続時間が長いほど段階的に高くなる可変値、又は回転電機１７への通電継続時間が長いほど連続的に高くなる可変値に設定してもよい。また、回転電機ＥＣＵ１４は、第１判定部、第２判定部、及び第３判定部の他に、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であることを他の条件により判定する第４判定部等を備えていてもよい。

・回転電機１７として、車両を走行させることのできる駆動力を発生するＭＧ（Motor Generator）等を採用し、回転電機１７により車両を走行させるＥＶ走行を実行することもできる。すなわち、回転電機１７の回転開始により、車両のＥＶ走行が開始される。こうした構成において、車両の走行が車止め等により妨げられていたり、車両が急な登坂路を走行していたりする場合がある。その場合、車両の走行開始時に、回転電機１７の回転速度を適切に上昇させることができないおそれがある。

そこで、回転電機ＥＣＵ１４は、車両の走行開始に際して、回転電機１７の回転速度の上昇状態が異常であるか否か判定してもよい。この場合、図２のフローチャートにおいて、第１回転速度Ｎ１、第１時間ｔ１、第２回転速度Ｎ２、第２時間ｔ２を、車両の走行開始時の条件に合わせて適宜変更するとともに、Ｓ１３，Ｓ１６，Ｓ１７の処理を省略するとよい。こうし構成によれば、回転電機１７が車両を走行させる構成において、回転電機１７の回転速度上昇時の異常をより広く検出することができる。ひいては、回転電機１７への通電を中止して、インバータ１３のスイッチＳｐ，Ｓｎ等を保護することができる。

・回転電機ＥＣＵ１４に代えて、エンジンＥＣＵ２０により、第１判定部、第２判定部、第３判定部、総合判定部、及び通電中止部の機能を実現することもできる。また、回転電機ＥＣＵ１４とエンジンＥＣＵ２０とに、これらの機能を分配してもよい。

・回転電機１７として、多相多重巻線を有する回転電機を採用することもできる。回転電機１７として、界磁巻線１２に代えて、ロータ５８に磁石を備える磁石式回転電機を採用することもできる。その場合は、回転電機１７の構成に応じて、インバータ１３の制御を変更すればよい。回転電機１７が磁石式回転電機である場合、回転電機１７へ通電しているとは、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ状態を制御している状態、すなわち回転電機１７のステータ（固定子）に通電をしている状態をいう。なお、インバータ１３の構成も、Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ全体を一体のモジュールとして構成したり、Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのうち２つを一体のモジュールとして構成したりしてもよい。

１０…回転電機ユニット、１３…インバータ、１４…回転電機ＥＣＵ、１７…回転電機、２０…エンジンＥＣＵ。

Claims (12)

1. 通電されることで力行を行う回転電機（１７）の回転速度上昇時の異常を検出する回転上昇異常検出装置（１４、２０）であって、
   前記回転電機の回転開始に際して、
   前記回転電機へ通電しており且つ前記回転電機の回転速度が第１回転速度未満である状態が、第１時間継続したことを判定する第１判定部と、
   前記回転電機への通電開始からの通電継続時間が前記第１時間よりも長く設定された第２時間よりも長く、且つ前記回転電機の回転速度が前記第１回転速度よりも高く設定された第２回転速度未満であることを判定する第２判定部と、
   前記第１判定部による判定、及び前記第２判定部による判定の少なくとも１つが肯定された場合に、前記回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定する総合判定部と、
   を備える回転電機の回転上昇異常検出装置。
2. 前記回転電機は、エンジン（１０１）の始動を行うものであり、
   前記回転電機の回転開始により、前記エンジンの始動が開始される請求項１に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
3. 前記回転電機への通電開始からの通電継続時間が前記第２時間よりも長く設定された第３時間よりも長いことを判定する第３判定部を備え、
   前記総合判定部は、前記第１判定部による判定、前記第２判定部による判定、及び前記第３判定部による判定の少なくとも１つが肯定された場合に、前記回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定する請求項２に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
4. 前記第３時間は、前記エンジンが始動する見込みがないと判定するために必要な時間よりも長く、且つ前記回転電機が前記第２回転速度よりも高い第３回転速度で回転している状態で継続して前記回転電機へ通電した場合に通電回路が損傷する時間よりも短く設定されている請求項３に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
5. 前記第３時間は、前記回転電機へ通電される電流の大きさに基づいて設定される請求項３又は４に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
6. 前記第２時間は、前記エンジンの始動時に前記回転電機の回転速度が低下していると判定するために必要な時間よりも長く、且つ前記回転電機が前記第２回転速度よりも低い回転速度で回転している状態で継続して前記回転電機へ通電した場合に通電回路が損傷する時間よりも短く設定されている請求項２〜５のいずれか１項に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
7. 前記第１時間は、前記回転電機がロック状態であると判定するために必要な時間よりも長く、且つ前記回転電機の回転が停止した状態で継続して前記回転電機へ通電した場合に通電回路が損傷する時間よりも短く設定されている請求項２〜６のいずれか１項に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
8. 前記第１時間及び前記第２時間は、前記回転電機へ通電される電流の大きさに基づいて設定される請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
9. 前記回転電機は、車両を走行させるものであり、
   前記回転電機の回転開始により、前記車両の走行が開始される請求項１に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
10. 前記総合判定部により前記回転電機の回転速度の上昇状態が異常であると判定された場合に、前記回転電機への通電を中止する通電中止部を備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
11. 前記回転電機が逆回転していることを判定する逆回転判定部と、
    前記逆回転判定部により前記回転電機が逆回転していると判定された場合に、通電により前記回転電機へ供給される電力を所定電力未満に所定時間制限し、その後に前記回転電機へ通電する再通電部と、
    前記再通電部により前記電力が前記所定電力未満に前記所定時間制限された場合に、前記第１時間を延長する又は前記第１時間継続したことの判定にマスク期間を設ける第１時間補正部と、
    を備える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機の回転上昇異常検出装置（１４、２０）と、
    前記回転電機（１７）と、前記回転電機と蓄電装置（１５、２２、２３）との間の電力変換を行う電力変換部（１３）と、を備える回転電機ユニット（１０）。

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