JP2020043724A - Electric rotating machine for vehicles - Google Patents

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Abstract

To provide a field winding type electric rotating machine for vehicles which is easy to adjust the power generation.SOLUTION: An electric rotating machine for vehicles 1 includes stator windings 2 and 3, a field winding 4, a rectifier module groups 5 and 6, and a control device 7. The stator windings 2 and 3 have a plurality of phase windings. The field winding 4 is magnetized by a field current and is movable with respect to the stator windings 2 and 3. The rectifier module groups 5 and 6 constitute a bridge circuit having a plurality of upper arms and lower arms each having a switching element connected in parallel with a diode, and rectify the induced voltage of the stator windings 2 and 3. The control device 7 is configured to set the on-timing for turning on the switching element in accordance with a power generation amount command which is an external signal while keeping the field current within a predetermined range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、界磁巻線式の車両用回転電機に関する。   The present disclosure relates to a field winding type electric rotating machine for a vehicle.

界磁巻線式の車両用回転電機として、モータ機能付き発電機が広く知られている。例えば、下記特許文献1には、電機子巻線と負荷との間に整流ダイオードと並列に配置されたスイッチング素子を備え、電機子巻線の誘起電圧が所定の値を超えたタイミングでスイッチング素子をオンさせ、整流ダイオードをバイパスさせて電流が流れように制御することによって、発電効率を向上させる技術が提案されている。   A generator with a motor function is widely known as a field winding type rotating electric machine for a vehicle. For example, Patent Literature 1 below includes a switching element disposed in parallel with a rectifier diode between an armature winding and a load, and switches the switching element at a timing when an induced voltage of the armature winding exceeds a predetermined value. There has been proposed a technique for improving power generation efficiency by turning on a rectifier diode and controlling a current to flow by bypassing the rectifier diode.

特許第5569295号公報Japanese Patent No. 5569295

上記特許文献1の技術において、発電量を増減させる際には、界磁巻線に流される界磁電流を増減させる制御をすることが考えられる。しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、界磁電流は急速に変動させることができないため、発電量の応答性が悪く、発電量の調整が難しくなる場合があるという課題が見出された。   In the technique of Patent Document 1, when increasing or decreasing the power generation amount, it is conceivable to perform control to increase or decrease the field current flowing through the field winding. However, as a result of a detailed study by the inventor, it has been found that the field current cannot be changed rapidly, so that the response of the power generation amount is poor and the adjustment of the power generation amount may be difficult in some cases.

本開示の1つの局面は、発電量の調整がしやすく構成された界磁巻線式の車両用回転電機を提供することにある。   One aspect of the present disclosure is to provide a field winding type rotating electric machine for a vehicle configured to easily adjust the amount of power generation.

本開示の一態様は、車両用回転電機(1)であって、電機子巻線(2,3)と、界磁巻線(4)と、スイッチング部(5,6)と、オン時期設定部(7)と、を備える。電機子巻線は、複数の相巻線を有する。   One embodiment of the present disclosure relates to a rotating electric machine for a vehicle (1), and includes an armature winding (2, 3), a field winding (4), a switching unit (5, 6), and an on-time setting. (7). The armature winding has a plurality of phase windings.

界磁巻線は、界磁電流により磁化され、電機子巻線に対して移動可能な巻線である。スイッチング部は、ダイオードが並列接続されたスイッチング素子をそれぞれ備える複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路を構成し、電機子巻線の誘起電圧を整流する。   The field winding is a winding that is magnetized by a field current and is movable with respect to the armature winding. The switching unit configures a bridge circuit having a plurality of upper arms and lower arms each including a switching element in which a diode is connected in parallel, and rectifies an induced voltage of the armature winding.

オン時期設定部は、界磁電流を予め設定された規定範囲内にしつつ、外部信号である発電量指令に応じてスイッチング素子をオンさせているタイミング、すなわちオン時期を設定するように構成される。ここで、界磁巻線に流される界磁電流を変更する際の応答性、すなわち界磁電流の変化に対する発電量の応答性は、スイッチング素子がオンオフする際の応答性に対して低いことが分かった。そこで、本開示では、界磁電流を予め設定された規定範囲内にしつつ、発電量指令に応じてスイッチング素子のオン時期を設定する。   The on-time setting unit is configured to set the timing at which the switching element is turned on in response to a power generation amount command that is an external signal, that is, the on-time, while keeping the field current within a predetermined range that is set in advance. . Here, the responsivity when changing the field current flowing through the field winding, that is, the responsivity of the power generation amount with respect to the change in the field current is lower than the responsivity when the switching element is turned on and off. Do you get it. Therefore, in the present disclosure, the ON time of the switching element is set according to the power generation amount command while keeping the field current within a predetermined range.

このような構成によれば、界磁電流の変動幅を抑制しつつ、主として、スイッチング素子のオン時期によって発電量を制御する。したがって、発電量指令に対する当該車両用回転電機によって生じる発電量の応答性を向上させることができ、この際のトルク変動を小さくすることができる。よって、発電量の調整をしやすくすることができる。   According to such a configuration, the amount of power generation is controlled mainly by the ON timing of the switching element while suppressing the fluctuation range of the field current. Accordingly, it is possible to improve the responsiveness of the power generation amount generated by the vehicular rotating electric machine to the power generation amount command, and it is possible to reduce the torque fluctuation at this time. Therefore, it is possible to easily adjust the power generation amount.

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。   Note that the reference numerals in parentheses described in this column and in the claims indicate a correspondence relationship with specific means described in the embodiment described below as one aspect, and the technical scope of the present disclosure will be described. It is not limited.

車両用回転電機の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a rotating electric machine for a vehicle. 第1実施形態の発電モードの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the electric power generation mode of a 1st embodiment. 整流器モジュールの構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing composition of a rectifier module. 切替発電のうちの発電量を増加させる際の作動例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of operation | movement at the time of increasing the electric power generation amount among switching electric power generation. 切替発電のうちの発電量を減少させる際の作動例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of operation | movement at the time of reducing the electric power generation amount among switching electric power generation. PWM発電から同期発電への切り替え時の発電量変化を示すグラフである。It is a graph which shows the power generation amount change at the time of switching from PWM power generation to synchronous power generation. PWM発電から切替発電への切り替え時の発電量変化を示すグラフである。It is a graph which shows the power generation amount change at the time of switching from PWM power generation to switching power generation. 第2実施形態の発電モードの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a power generation mode of a 2nd embodiment. MOS制御発電での発電量の制御例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of control of the electric power generation amount in MOS control electric power generation. 第3実施形態の発電モードの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a power generation mode of a 3rd embodiment. 発電量を抑制する際の発電電流および界磁電流の制御例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of control of generated electric current and field current at the time of controlling electric power generation. その他の実施形態の発電モードの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the electric power generation mode of other embodiments. 電気角1周期分の間で片側のスイッチング素子を1回オンさせる例を示すグラフである。9 is a graph showing an example in which one switching element is turned on once during one electrical angle period. 電気角1周期分の間で片側のスイッチング素子を複数回オンさせる例を示すグラフである。5 is a graph showing an example in which one switching element is turned on a plurality of times during one electrical angle period.

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
[1.第1実施形態]
[1−1.構成]
図1に示す車両用回転電機1は、2組の固定子巻線2、3と、界磁巻線4と、2組の整流器モジュール群5、6と、制御装置7と、を備える。また、車両用回転電機1は、ECU8と、バッテリ9と、1または複数の負荷10とに接続されている。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
[1. First Embodiment]
[1-1. Constitution]
1 includes two sets of stator windings 2, 3, a field winding 4, two sets of rectifier module groups 5, 6, and a control device 7. The rotating electric machine 1 for a vehicle is connected to the ECU 8, the battery 9, and one or a plurality of loads 10.

ECU8は電子制御装置を示す。また、負荷10はバッテリ9または発電中の車両用回転電機1から電力の供給を受けて電力を消費する電気機器である。
一方の固定子巻線2は、例えばX相巻線、Y相巻線、Z相巻線からなる三相巻線として構成される多相巻線であって、図示しない固定子鉄心に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線3は、例えばU相巻線、V相巻線、W相巻線からなる三相巻線として構成される多相巻線であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線2に対して電気角で30度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら2つの固定子巻線2、3と固定子鉄心によって固定子が構成されている。
The ECU 8 indicates an electronic control unit. The load 10 is an electrical device that receives power from the battery 9 or the rotating electric machine 1 for power generation and consumes power.
One stator winding 2 is, for example, a multi-phase winding configured as a three-phase winding including an X-phase winding, a Y-phase winding, and a Z-phase winding, and is wound around a stator core (not shown). Have been. Similarly, the other stator winding 3 is a multi-phase winding configured as a three-phase winding composed of, for example, a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding, and includes the above-described stator core. Are wound around the stator winding 2 at a position shifted by an electrical angle of 30 degrees. In the present embodiment, a stator is configured by these two stator windings 2 and 3 and a stator core.

界磁巻線4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装されて回転子を構成している界磁巻線4に界磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。車両用回転電機1が発電器として機能する際には、界磁極が磁化された状態で回転子が回転し、界磁巻線4と固定子巻線2、3とが相対移動させられることで発生する回転磁界によって固定子巻線2、3が交流電圧を発生する。   The field winding 4 is wound around a field pole (not shown) arranged opposite to the inner peripheral side of the stator core, and a field current flows through the field winding 4 constituting the rotor. The magnetic pole is magnetized. When the rotating electric machine 1 for a vehicle functions as a generator, the rotor rotates while the field poles are magnetized, and the field winding 4 and the stator windings 2 and 3 are relatively moved. The generated rotating magnetic field causes the stator windings 2 and 3 to generate an AC voltage.

また、車両用回転電機1がモータとして機能する際には、界磁極が磁化された状態で固定子巻線2、3に交流電圧が印加されることによって界磁巻線4と固定子巻線2、3との間で回転子を回転させる回転駆動力を発生させる。   When the vehicular rotating electric machine 1 functions as a motor, an AC voltage is applied to the stator windings 2 and 3 while the field poles are magnetized, so that the field winding 4 and the stator winding A rotational driving force for rotating the rotor is generated between the two.

次に、一方の整流器モジュール群5は、一方の固定子巻線2に接続されており、全体で三相全波整流回路、いわゆるブリッジ回路が構成され、固定子巻線2に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群5は、固定子巻線2の相数に対応する数の整流器モジュール5X、5Y、5Zを備えている。本実施形態では、三相巻線であるため3個の整流器モジュールを備える。   Next, one rectifier module group 5 is connected to one stator winding 2 to form a three-phase full-wave rectifier circuit, a so-called bridge circuit, as a whole. Converts current to DC current. The rectifier module group 5 includes a number of rectifier modules 5X, 5Y, 5Z corresponding to the number of phases of the stator winding 2. In the present embodiment, three rectifier modules are provided because of three-phase winding.

整流器モジュール5Xは、固定子巻線2に含まれるX相巻線に接続されている。整流器モジュール5Yは、固定子巻線2に含まれるY相巻線に接続されている。整流器モジュール5Zは、固定子巻線2に含まれるZ相巻線に接続されている。   The rectifier module 5X is connected to the X-phase winding included in the stator winding 2. The rectifier module 5Y is connected to a Y-phase winding included in the stator winding 2. The rectifier module 5Z is connected to a Z-phase winding included in the stator winding 2.

他方の整流器モジュール群6は、一方の固定子巻線3に接続されており、全体で三相全波整流回路が構成され、固定子巻線3に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群6は、固定子巻線3の相数に対応する数の整流器モジュール6U、6V、6Wを備えている。   The other rectifier module group 6 is connected to one of the stator windings 3 to form a three-phase full-wave rectifier circuit as a whole, and converts an AC current induced in the stator winding 3 into a DC current. . The rectifier module group 6 includes rectifier modules 6U, 6V, and 6W in a number corresponding to the number of phases of the stator winding 3.

整流器モジュール6Uは、固定子巻線3に含まれるU相巻線に接続されている。整流器モジュール6Vは、固定子巻線3に含まれるV相巻線に接続されている。整流器モジュール6Wは、固定子巻線3に含まれるW相巻線に接続されている。   The rectifier module 6U is connected to a U-phase winding included in the stator winding 3. The rectifier module 6V is connected to a V-phase winding included in the stator winding 3. The rectifier module 6W is connected to a W-phase winding included in the stator winding 3.

制御装置7は、界磁巻線4に流す界磁電流、および整流器モジュール群5,6を制御する制御回路である。制御装置7は、通信端子Lおよび通信端子Lに接続される通信線を介してECU8と接続されており、ECU8との間で双方向の通信を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。   The control device 7 is a control circuit that controls the field current flowing through the field winding 4 and the rectifier module groups 5 and 6. The control device 7 is connected to the ECU 8 via the communication terminal L and a communication line connected to the communication terminal L, performs bidirectional communication with the ECU 8, and transmits or receives a communication message.

ECU8は、通信メッセージに、トルク目標値および回転角の情報を含めて制御装置7に対して送信する。トルク目標値は、発電トルクまたは駆動トルクの目標値を示す値である。例えば、トルク目標値がプラスの場合は車両用回転電機1をモータとして機能させ、トルク目標値がマイナスの場合は車両用回転電機1を発電器として機能させることを意味する。トルク目標値がマイナスの場合、トルク目標値は、目標とする発電量の指令値である発電量指令ともいうことができる。そして、トルク目標値と回転角の情報とに基づいて、目標とする発電時の電流の大きさを表す発電電流を求めることができる。   The ECU 8 transmits the communication message to the control device 7 including information on the target torque value and the rotation angle. The torque target value is a value indicating a target value of the power generation torque or the drive torque. For example, when the torque target value is positive, the vehicle rotating electric machine 1 functions as a motor, and when the torque target value is negative, the vehicle rotating electric machine 1 functions as a generator. When the torque target value is negative, the torque target value can also be referred to as a power generation amount command that is a command value of a target power generation amount. Then, based on the torque target value and the information on the rotation angle, it is possible to obtain the power generation current that indicates the magnitude of the target current during power generation.

回転角の情報は、車両用回転電機1の回転角を検知する回転角センサ11によって得られる界磁巻線4と固定子巻線2、3との相対的な位置関係、すなわち電気角を推定するための情報である。回転角センサ11は、例えば、エンコーダディスクおよびパルスカウンタを備える構成とされ、ECU8は、パルスカウンタにて得られるパルスに基づいて回転角の情報を生成する。   The rotation angle information is obtained by estimating the relative positional relationship between the field winding 4 and the stator windings 2 and 3 obtained by the rotation angle sensor 11 that detects the rotation angle of the vehicular rotating electrical machine 1, that is, the electrical angle. Information to do. The rotation angle sensor 11 includes, for example, an encoder disk and a pulse counter, and the ECU 8 generates rotation angle information based on a pulse obtained by the pulse counter.

制御装置7は、F端子を介して接続された界磁巻線4に流す界磁電流を制御する機能で界磁電流を調整することにより、車両用回転電機1の出力電圧VBが調整電圧Vregに近づくように制御する。車両用回転電機1の出力電圧VBは、各整流器モジュールの出力電圧ともいうことができる。   The controller 7 adjusts the field current with a function of controlling the field current flowing through the field winding 4 connected via the F terminal, so that the output voltage VB of the vehicular rotating electrical machine 1 is adjusted to the adjustment voltage Vreg. Is controlled so as to approach. The output voltage VB of the rotating electric machine 1 for a vehicle can also be referred to as an output voltage of each rectifier module.

制御装置7は、例えば、出力電圧VBが調整電圧Vregよりも高くなったときに界磁巻線4への界磁電流の供給を停止し、出力電圧VBが調整電圧Vregよりも低くなったときに界磁巻線4に界磁電流の供給を行うことにより、出力電圧VBが調整電圧Vregに近づくように制御する。   The control device 7 stops supplying the field current to the field winding 4 when the output voltage VB becomes higher than the adjustment voltage Vreg, for example, and when the output voltage VB becomes lower than the adjustment voltage Vreg. By supplying a field current to the field winding 4, the output voltage VB is controlled so as to approach the adjustment voltage Vreg.

ただし、制御装置7が界磁巻線4に界磁電流の供給を行う際には、図2に示すように、車両用回転電機1の回転数と、発電電流との関係に従って、PWM(Pulse Width Modulation)発電と同期発電と切替発電とを切り替える。なお、車両用回転電機1の回転数は、回転角の情報を複数回取得することで求めることができる。   However, when the control device 7 supplies the field current to the field winding 4, as shown in FIG. 2, the PWM (Pulse Pulse) is set according to the relationship between the rotation speed of the vehicular rotating electric machine 1 and the generated current. Width Modulation) Switching between power generation, synchronous power generation, and switching power generation. Note that the number of rotations of the vehicular rotating electric machine 1 can be obtained by acquiring information on the rotation angle a plurality of times.

また、車両用回転電機1の回転軸は、車両に搭載されたエンジンの回転軸と連動するように、例えば、エンジンの回転軸に対してプーリを介して接続されている。このため、車両用回転電機1の回転数は、エンジンの回転数に比例し、車両に搭載されたエンジンの回転数にプーリ比等の所定の係数を乗じた回転数となる。なお、図2中に示すアイドル回転とは、車両のエンジンがアイドリングしているときの車両用回転電機1の回転数の範囲を示す。   Further, the rotating shaft of the vehicular rotating electric machine 1 is connected to, for example, a rotating shaft of the engine via a pulley so as to interlock with a rotating shaft of an engine mounted on the vehicle. For this reason, the rotation speed of the vehicular rotating electrical machine 1 is proportional to the rotation speed of the engine, and is a rotation speed obtained by multiplying the rotation speed of the engine mounted on the vehicle by a predetermined coefficient such as a pulley ratio. Note that the idle rotation shown in FIG. 2 indicates a range of the number of rotations of the rotating electric machine 1 for a vehicle when the engine of the vehicle is idling.

PWM発電とは、主として車両用回転電機1の回転数が低いときに実施される発電モードであり、整流器モジュール5,6が有するスイッチング素子をPWM波形によって制御することで、固定子巻線2、3からの電流を制御する発電手法を示す。PWM発電で用いられるPWM波形のパルス幅は、トルク目標値や回転数に応じて変更され、PWM波形のパルスの周期は、ECU8で用いられるクロックの周期を基準に設定される。   The PWM power generation is a power generation mode mainly performed when the rotational speed of the rotating electric machine 1 for a vehicle is low, and the switching elements of the rectifier modules 5 and 6 are controlled by a PWM waveform, so that the stator windings 2 and 3 shows a power generation method for controlling the current from the power generator 3. The pulse width of the PWM waveform used in the PWM power generation is changed according to the torque target value and the number of revolutions, and the cycle of the pulse of the PWM waveform is set based on the cycle of the clock used in the ECU 8.

同期発電とは、主として車両用回転電機1の回転数が高いときに実施される発電モードであり、固定子巻線2、3にかかる誘起電圧が、整流器モジュール5,6に備えられたダイオードが導通する程度の電圧を超える場合に、スイッチング素子をオンさせ、誘起電圧が、ダイオードが導通する程度の電圧を超えない場合に、スイッチング素子をオフさせるように制御する発電手法を示す。   Synchronous power generation is a power generation mode mainly performed when the rotation speed of the vehicular rotating electrical machine 1 is high. The induced voltage applied to the stator windings 2 and 3 is controlled by diodes provided in the rectifier modules 5 and 6. A power generation method is described in which a switching element is turned on when the voltage exceeds a level at which conduction occurs, and a control is performed so as to turn off the switching element when the induced voltage does not exceed a voltage at which the diode conducts.

換言すれば、同期発電は、固定子巻線2、3の各巻線の電圧である「P端子電圧」が、バッテリ9側の電圧である「B端子電圧」と、スイッチング素子をオンさせたときの抵抗によりスイッチング素子によって低下する電圧である「ドロップ電圧分」と、の和を上回ったときに、にスイッチング素子を可能な限り長時間オンし、発電効率を高める発電方法である。   In other words, the synchronous power generation is performed when the “P terminal voltage” that is the voltage of each of the stator windings 2 and 3 is equal to the “B terminal voltage” that is the voltage of the battery 9 and the switching element is turned on. When the voltage exceeds the sum of the "drop voltage", which is a voltage lowered by the switching element due to the resistance of the switching element, the switching element is turned on for as long as possible to increase the power generation efficiency.

なお、P端子、B端子については図3に図示している。また、スイッチング素子をオンさせるタイミングは、車両用回転電機1の回転角度周期、すなわち回転角の情報に依存する。   The P terminal and the B terminal are shown in FIG. The timing at which the switching element is turned on depends on the rotation angle cycle of the vehicular rotating electrical machine 1, that is, information on the rotation angle.

切替発電とは、発電モードをPWM発電と同期発電との間で遷移させる際に用いられる発電モードであり、界磁巻線4への界磁電流を予め設定された規定範囲内にしつつ、発電量指令に応じてスイッチング素子をオンさせている時期、を可変とする制御をすることで発電量を制御する発電手法を示す。スイッチング素子をオンさせている時期は、スイッチング素子をオンさせるタイミングと、オフさせるタイミングとによって決定され、以下、オン時期とも記載する。切替発電は、発電モードを切り替える際における車両用回転電機1によるトルクの変動を抑制する目的で実施される。   The switching power generation is a power generation mode used when the power generation mode is switched between the PWM power generation and the synchronous power generation, and the power generation is performed while keeping the field current to the field winding 4 within a predetermined range. A power generation method for controlling the amount of power generation by performing control to make the time when the switching element is turned on in response to the amount command variable will be described. The timing at which the switching element is turned on is determined by the timing at which the switching element is turned on and the timing at which the switching element is turned off. The switching power generation is performed for the purpose of suppressing the torque fluctuation by the vehicular rotating electrical machine 1 when the power generation mode is switched.

また、切替発電は、例えば、アイドル回転となる範囲内で実施される。なお、上記にはトルク目標値を発電量指令の一例として説明しているが、発電量指令は、外部信号、或いは、内部演算値のうちの少なくとも一方であってもよい。外部信号には、例えば、目標電圧、目標トルク、発電モードを変更する指令等のうちの少なくとも1つのパラメータを含む。内部演算値には、回転角センサによる回転角、エンジンまたは車両用回転電機1の回転数、B端子電圧、温度、相電圧(P端子電圧)、相電流、トルク等のうちの少なくとも1つのパラメータを含む。   In addition, the switching power generation is performed, for example, within a range where the engine is idle. Although the torque target value has been described above as an example of the power generation amount command, the power generation amount command may be at least one of an external signal or an internal calculation value. The external signal includes, for example, at least one parameter of a target voltage, a target torque, a command for changing a power generation mode, and the like. The internal calculation value includes at least one parameter of a rotation angle obtained by a rotation angle sensor, a rotation speed of the engine or the rotating electric machine 1 for a vehicle, a B terminal voltage, a temperature, a phase voltage (P terminal voltage), a phase current, a torque, and the like. including.

また、発電量指令に応じて発電モードを変更してもよい。発電量指令に応じて、スイッチング素子のオン時期および発電モードを設定するには、予め発電量指令に含まれる各種パラメータの値と、オン時期および発電モードとを対応付けたマップを準備しておき、このマップを参照してオン時期および発電モードを設定するとよい。   Further, the power generation mode may be changed according to the power generation amount command. In order to set the ON timing and the power generation mode of the switching element according to the power generation amount command, a map in which the values of various parameters included in the power generation amount command are associated with the ON timing and the power generation mode is prepared in advance. The ON timing and the power generation mode may be set with reference to this map.

切替発電での界磁電流は、界磁電流を平滑化したときに、予め設定された値以上になるように、そのデューディ比が設定される。なお、界磁巻線4への界磁電流は、PWM発電、同期発電の際にも、切替発電時と同様に、予め設定された規定範囲内にて制御される。   The duty ratio of the field current in the switching power generation is set so as to be equal to or greater than a preset value when the field current is smoothed. The field current to the field winding 4 is controlled within a preset specified range in PWM power generation and synchronous power generation as well as in switching power generation.

また、発電モード毎に、異なる範囲内に制御されてもよい。ただし、界磁電流を変更する際には、発電量の応答性を向上させるため、発電量の変化率に対して、界磁電流の変化率が小さくなるように設定されるとよい。   Further, control may be performed within a different range for each power generation mode. However, when changing the field current, in order to improve the responsiveness of the power generation amount, it is preferable to set the field current change rate to be smaller than the power generation rate change rate.

なお、同期発電は、PWM発電、切替発電等と比較して発電効率がよく、好ましい発電モードであるが、同期発電には発電可能な車両用回転電機1の回転数の下限値、すなわちカットイン回転数が存在する。本実施形態では、このカットイン回転数がエンジンのアイドル回転数に対応する回転数以上に設定される。このような構成では、エンジンのアイドル中に、同期発電では良好に発電できない場合がある。   Synchronous power generation has a higher power generation efficiency than PWM power generation and switching power generation, and is a preferable power generation mode. However, synchronous power generation has a lower limit of the number of revolutions of the vehicular rotating electric machine 1 capable of generating power, ie, cut-in. There is a rotational speed. In the present embodiment, the cut-in rotation speed is set to be equal to or higher than the rotation speed corresponding to the idle rotation speed of the engine. In such a configuration, there is a case where the electric power cannot be satisfactorily generated by the synchronous electric power generation while the engine is idle.

このため、本実施形態では、同期発電のカットイン回転数以下では、同期発電のカットイン回転数以下であっても発電が可能となるPWM発電を行い、さらに、同期発電と、PWM発電とを良好に移行できるように、切替発電を実施する。なお、同期発電のカットイン回転数以下では、PWM発電以外に、発電が可能となる発電モードを採用してもよい。   For this reason, in this embodiment, below the cut-in rotation speed of synchronous power generation, PWM power generation that enables power generation even at or below the cut-in rotation speed of synchronous power generation is performed. Further, synchronous power generation and PWM power generation are performed. Switching power generation is implemented so that a good transition can be made. In addition, below the cut-in rotation speed of synchronous power generation, a power generation mode that enables power generation may be employed in addition to PWM power generation.

制御装置7は、トルク目標値に従って、整流器モジュール5,6に対して、整流器モジュール5,6が有するスイッチング素子のオン時期を指示する。
次に、整流器モジュール5X等の詳細について説明する。図3は、整流器モジュール5Xの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール5Y、5Z、6U、6V、6Wも同じ構成を有している。
The control device 7 instructs the rectifier modules 5 and 6 to turn on the switching elements of the rectifier modules 5 and 6 according to the torque target value.
Next, details of the rectifier module 5X and the like will be described. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the rectifier module 5X. The other rectifier modules 5Y, 5Z, 6U, 6V, and 6W have the same configuration.

図3に示すように、整流器モジュール5Xは、2つのMOSトランジスタ50、51、制御回路54を備えている。MOSトランジスタ50は、ソースが固定子巻線2のX相巻線に接続され、ドレインが充電線12を介して電気負荷10やバッテリ9の正極端子に接続された上アーム、すなわちハイサイド側のスイッチング素子である。   As shown in FIG. 3, the rectifier module 5X includes two MOS transistors 50 and 51 and a control circuit 54. The MOS transistor 50 has an upper arm having a source connected to the X-phase winding of the stator winding 2 and a drain connected to the positive terminal of the electric load 10 or the battery 9 via the charging line 12, that is, a high-side side. It is a switching element.

MOSトランジスタ51は、ドレインがX相巻線に接続され、ソースがバッテリ9の負極端子に接続された下アーム、すなわちローサイド側のスイッチング素子である。これら2つのMOSトランジスタ50、51からなる直列回路がバッテリ9の正極端子と負極端子の間に配置され、これら2つのMOSトランジスタ50、51の接続点にX相巻線が接続されている。   The MOS transistor 51 is a lower arm having a drain connected to the X-phase winding and a source connected to the negative terminal of the battery 9, that is, a low-side switching element. A series circuit composed of these two MOS transistors 50 and 51 is arranged between the positive terminal and the negative terminal of the battery 9, and an X-phase winding is connected to a connection point between the two MOS transistors 50 and 51.

また、MOSトランジスタ50、51のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはMOSトランジスタ50、51の寄生ダイオード、言い換えればボディダイオードによって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。   A diode is connected in parallel between the source and drain of each of the MOS transistors 50 and 51. Although this diode is realized by a parasitic diode of the MOS transistors 50 and 51, in other words, a body diode, a diode as another component may be further connected in parallel.

なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、MOSトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。
制御回路54は、制御装置7から指示されるスイッチング素子のオン時期に従って、MOSトランジスタ50、51を駆動する。すなわち、車両用回転電機1がモータとして機能する際には、制御装置7は、制御回路54を介して、MOSトランジスタ50、51をスイッチングすることによって、バッテリ9の直流電圧から固定子巻線2,3に対する三相交流電圧を生成することで車両用回転電機1を駆動する。
Note that at least one of the upper arm and the lower arm may be configured using a switching element other than the MOS transistor.
The control circuit 54 drives the MOS transistors 50 and 51 according to the ON timing of the switching element instructed by the control device 7. That is, when the vehicular rotating electrical machine 1 functions as a motor, the control device 7 switches the MOS transistors 50 and 51 via the control circuit 54 to convert the DC voltage of the battery 9 into the stator winding 2. , 3 to drive the vehicular rotating electric machine 1.

また、車両用回転電機1が発電器として機能する際には、制御装置7は、制御回路54を介して、MOSトランジスタ50、51をスイッチングすることによって、バッテリ9へ供給される電力を最適化する。特に、本実施形態では、MOSトランジスタ50、51をオンさせるタイミングを、固定子巻線2,3での誘起電圧の監視を必要とすることなく、回転角センサ11にて検知される回転角に基づいて設定する。   When the vehicular rotating electric machine 1 functions as a generator, the control device 7 optimizes the power supplied to the battery 9 by switching the MOS transistors 50 and 51 via the control circuit 54. I do. In particular, in the present embodiment, the timing at which the MOS transistors 50 and 51 are turned on is adjusted to the rotation angle detected by the rotation angle sensor 11 without monitoring the induced voltage in the stator windings 2 and 3. Set based on:

切替発電の際において、制御装置7は、回転角センサ11による信号に基づく回転角の情報を用いて、固定子巻線2,3の電圧がピークとなるタイミングを表すピークタイミングを推定する。ピークタイミングは、図4、図5に示すように、固定子巻線2,3の電圧が極大値となるタイミングT1と、固定子巻線2,3の電圧が極小値となるタイミングT2を示し、これらのピークタイミングを基準としてスイッチング素子をオンさせるタイミングを設定する。また、制御装置7は、スイッチング素子をオンさせるタイミングを設定する。   At the time of the switching power generation, the control device 7 estimates the peak timing indicating the timing at which the voltage of the stator windings 2 and 3 reaches a peak using the information on the rotation angle based on the signal from the rotation angle sensor 11. As shown in FIGS. 4 and 5, the peak timing indicates a timing T1 at which the voltage of the stator windings 2 and 3 has a maximum value, and a timing T2 at which the voltage of the stator windings 2 and 3 has a minimum value. The timing for turning on the switching element is set based on these peak timings. Further, the control device 7 sets a timing for turning on the switching element.

詳細には、制御装置7は、スイッチング素子をオンさせる時間ΔTの中央がピークタイミングT1,T2となるように、ピークタイミングT1を基準として、(T1−ΔT/2)のタイミングで上アームのMOSトランジスタ50をオンさせ、ΔTだけMOSトランジスタ50をオンさせた後、MOSトランジスタ50をオフさせる。その後、時間DTの経過後に、ΔTだけ下アームのMOSトランジスタ51をオンさせる。なお、MOSトランジスタ51は、ピークタイミングT2を基準として、(T2−ΔT/2)のタイミングでオンされる。   In detail, the control device 7 sets the timing of (T1−ΔT / 2) based on the peak timing T1 so that the center of the time ΔT during which the switching element is turned on becomes the peak timings T1 and T2. After turning on the transistor 50 and turning on the MOS transistor 50 by ΔT, the MOS transistor 50 is turned off. Thereafter, after a lapse of time DT, the lower arm MOS transistor 51 is turned on by ΔT. The MOS transistor 51 is turned on at a timing of (T2-ΔT / 2) with reference to the peak timing T2.

なお、スイッチング素子をオンさせない場合でも、ダイオードを介してバッテリ9に対する充電が行われるが、その際にはスイッチング素子を最も発電効率が高いタイミングでオンさせる構成と比較して発電量が小さくなる。この特性を利用して、本実施形態では発電量を調整する。   Note that even when the switching element is not turned on, the battery 9 is charged via the diode. At this time, the amount of power generation is smaller than in a configuration in which the switching element is turned on at the timing when the power generation efficiency is the highest. In the present embodiment, the power generation amount is adjusted using this characteristic.

ここで、一般的に、PWM発電では発電量が少なくなるように制御し、同期発電では発電量が多くなるように制御する傾向がある。そこで、制御装置7は、PWM発電と同期発電とを切り替える際に、切替発電において、切り替え前後で発電量が急激に変化しにくいようにスイッチング素子をオンさせるタイミングを設定する。   Here, in general, there is a tendency that control is performed so that the amount of power generation is reduced in PWM power generation and is increased in synchronous power generation. Therefore, when switching between PWM power generation and synchronous power generation, the control device 7 sets the timing of turning on the switching element so that the power generation amount does not rapidly change before and after the switching in the switching power generation.

例えば、PWM発電から同期発電に切り替える場合での同期発電への移行直前、或いは、同期発電からPWM発電に切り替える場合での同期発電からの移行直後では、比較的発電量が多い状態にする。すなわち、図4に示すように、電気角1周期分のうちのΔTの比率を大きくし、DTの比率を小さくすることで、固定子巻線2,3からバッテリ9に流れる相電流であるDC電流が大きくなるようにする。   For example, the power generation amount is set to be relatively large immediately before the transition to the synchronous power generation when switching from the PWM power generation to the synchronous power generation, or immediately after the transition from the synchronous power generation to when the switching from the synchronous power generation to the PWM power generation. That is, as shown in FIG. 4, by increasing the ratio of ΔT and reducing the ratio of DT in one cycle of the electrical angle, the DC that is the phase current flowing from the stator windings 2 and 3 to the battery 9 is reduced. Increase the current.

一方、PWM発電から同期発電に切り替える場合でのPWM発電からの移行直後、或いは、同期発電からPWM発電に切り替える場合でのPWM発電への移行直前では、比較的発電量が少ない状態にする。すなわち、図5に示すように、電気角1周期分のうちのΔTの比率を小さくし、DTの比率を大きくすることで、固定子巻線2,3からバッテリ9に流れるDC電流が小さくなるようにする。   On the other hand, immediately after the transition from PWM power generation in the case of switching from PWM power generation to synchronous power generation, or immediately before the transition to PWM power generation in the case of switching from synchronous power generation to PWM power generation, the amount of power generation is relatively small. That is, as shown in FIG. 5, the DC current flowing from the stator windings 2 and 3 to the battery 9 is reduced by reducing the ratio of ΔT and increasing the ratio of DT in one cycle of the electrical angle. To do.

また、制御装置7は、PWM発電から同期発電に切り替える場合には、徐々に電気角1周期分のうちのΔTの比率を大きくし、同期発電からPWM発電に切り替える場合には、徐々にΔTの比率を小さくする。なお、電気角1周期分とは、例えば、ピークタイミングT1から次のピークタイミングT1までの期間をいう。   Further, when switching from PWM power generation to synchronous power generation, the control device 7 gradually increases the ratio of ΔT in one cycle of the electrical angle, and when switching from synchronous power generation to PWM power generation, the control device 7 gradually increases ΔT. Decrease the ratio. Note that one cycle of the electrical angle is, for example, a period from the peak timing T1 to the next peak timing T1.

[1−2.効果]
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)車両用回転電機1は、固定子巻線2,3と、界磁巻線4と、整流器モジュール群5,6と、制御装置7と、を備える。固定子巻線2,3は、複数の相巻線を有する。界磁巻線4は、界磁電流により磁化され、固定子巻線2,3に対して移動可能な巻線である。
[1-2. effect]
According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1a) The vehicular rotating electrical machine 1 includes stator windings 2 and 3, field windings 4, rectifier module groups 5 and 6, and a control device 7. The stator windings 2 and 3 have a plurality of phase windings. The field winding 4 is a winding that is magnetized by a field current and is movable with respect to the stator windings 2 and 3.

整流器モジュール群5,6は、ダイオードが並列接続されたスイッチング素子をそれぞれ備える複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路を構成し、固定子巻線2,3の誘起電圧を整流する。制御装置7は、界磁電流を予め設定された範囲内にしつつ、外部信号である発電量指令に応じてスイッチング素子をオンさせるタイミングを設定するように構成される。   The rectifier module groups 5 and 6 constitute a bridge circuit having a plurality of upper arms and lower arms each having a switching element connected in parallel with a diode, and rectify the induced voltage of the stator windings 2 and 3. The control device 7 is configured to set the timing for turning on the switching element according to the power generation amount command which is an external signal, while keeping the field current within a preset range.

ここで、界磁巻線4に流される界磁電流を変更する際の応答性は、スイッチング素子がオンオフする際の応答性に対して低い。例えば、発電量を増加させる際に、界磁電流を変化させて、図6に示すように、比較的大きな変動幅ΔP1だけ発電量を増加させようとすると、発電量の応答性が悪く、トルク変動も大きくなる。   Here, the response when changing the field current flowing through the field winding 4 is lower than the response when the switching element is turned on and off. For example, when increasing the power generation amount, if the field current is changed to increase the power generation amount by a relatively large fluctuation width ΔP1 as shown in FIG. 6, the response of the power generation amount is poor, and the torque is low. Fluctuations also increase.

しかし、本開示では、界磁電流を予め設定された規定範囲内にしつつ、発電量指令に応じてスイッチング素子をオンさせる時間を設定することで、図7に示すように、比較的小さな変動幅ΔP2だけ発電量を増加させる。その後、電気角1周期分のうちのΔTの比率を大きくすることで、徐々に発電量を増加させ、さらにその後、ΔP3だけ発電量を増加させる。   However, in the present disclosure, by setting the time for turning on the switching element in accordance with the power generation amount command while keeping the field current within the predetermined range, as shown in FIG. The amount of power generation is increased by ΔP2. Thereafter, the power generation amount is gradually increased by increasing the ratio of ΔT in one cycle of the electrical angle, and thereafter, the power generation amount is further increased by ΔP3.

このような構成によれば、スイッチング素子をオンさせる時間によって発電量を制御するので、発電量指令に対する当該車両用回転電機1によって生じる発電量の応答性を向上させることができ、この際のトルク変動を小さくすることができる。よって、発電量の調整をしやすくすることができる。   According to such a configuration, since the amount of power generation is controlled by the time during which the switching element is turned on, the responsiveness of the amount of power generated by the vehicular rotating electrical machine 1 to the power generation command can be improved, and the torque at this time can be improved. Variation can be reduced. Therefore, it is possible to easily adjust the power generation amount.

(1b)車両用回転電機1において、制御装置7は、回転角センサ11による信号に基づいて、固定子巻線2,3の電圧がピークとなるタイミングを表すピークタイミングを推定するように構成され、ピークタイミングを基準としてタイミングを設定するように構成される。   (1b) In the rotating electric machine 1 for a vehicle, the control device 7 is configured to estimate a peak timing indicating a timing at which the voltage of the stator windings 2 and 3 reaches a peak based on a signal from the rotation angle sensor 11. , The timing is set based on the peak timing.

このような構成によれば、ピークタイミングを基準としてスイッチング素子をオンさせるタイミングを設定するので、推定したピークタイミングが実際のピークタイミングと僅かにずれた場合であっても、固定子巻線2,3から出力される電圧とバッテリの端子電圧との差を確保しやすくすることができる。よって、発電時にバッテリ側から車両用回転電機1側に電流が逆流する力行を抑制することができる。   According to such a configuration, since the timing at which the switching element is turned on is set based on the peak timing, even if the estimated peak timing slightly deviates from the actual peak timing, the stator winding 2 3 and the terminal voltage of the battery can be easily ensured. Therefore, it is possible to suppress a power running in which a current flows backward from the battery side to the vehicular rotating electric machine 1 side during power generation.

(1c)車両用回転電機1において、制御装置7は、スイッチング素子をオンさせる時間の中央がピークタイミングとなるようにタイミングを設定するように構成される。
このような構成によれば、より確実に力行を抑制することができる。
(1c) In the rotating electric machine 1 for a vehicle, the control device 7 is configured to set the timing such that the center of the time when the switching element is turned on is the peak timing.
According to such a configuration, power running can be suppressed more reliably.

(1d)車両用回転電機1において、制御装置7は、電気角1周期分の間で、スイッチング素子を複数回オンさせるためのタイミングを設定するように構成される。
このような構成によれば、電気角1周期分の間に、実際には複数回の電圧のピークが生じる場合等、電圧の波形に歪みが生じる場合であっても、良好に発電を行うことができる。
(1d) In the rotating electrical machine 1 for a vehicle, the control device 7 is configured to set a timing for turning on the switching element a plurality of times during one electrical angle period.
According to such a configuration, even when a voltage waveform is distorted, such as when a voltage peak actually occurs a plurality of times during one electrical angle cycle, power generation can be performed satisfactorily. Can be.

(1e)車両用回転電機1において、制御装置7は、予め準備された複数の発電モードのうちのあるモードから他のモードに発電モードを切り替える際に、切り替え後の発電量に近づくようにオン時期を設定する。本実施形態では、PWM発電と同期発電とを切り替える際に、切り替え後の発電量に近づくようにタイミングを設定するように構成される。   (1e) In the vehicular rotating electrical machine 1, when switching the power generation mode from one of a plurality of power generation modes prepared in advance to another mode, the control device 7 is turned on so as to approach the power generation amount after the switching. Set the time. In the present embodiment, when switching between PWM power generation and synchronous power generation, the timing is set so as to approach the power generation amount after switching.

このような構成によれば、あるモードから他のモードに発電モードを切り替える際の発電量、本実施形態ではPWM発電と同期発電とを切り替える際の発電量、およびトルクの変動を小さくすることができる。   According to such a configuration, it is possible to reduce the amount of power generation when switching the power generation mode from one mode to another mode, and in this embodiment, the amount of power generation when switching between PWM power generation and synchronous power generation, and fluctuations in torque. it can.

[2.第2実施形態]
[2−1.第1実施形態との相違点]
第2実施形態は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
[2. Second Embodiment]
[2-1. Differences from First Embodiment]
The second embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, and therefore, differences will be described below. The same reference numerals as in the first embodiment denote the same components, and refer to the preceding description.

前述した第1実施形態では、PWM発電と同期発電とを切り替える際のみに切替発電を実施した。これに対し、第2実施形態では、PWM発電と同期発電とを切り替えるときに限らず、切替発電と同様のMOS制御発電を実施する点で、第1実施形態と相違する。   In the first embodiment described above, switching power generation is performed only when switching between PWM power generation and synchronous power generation. On the other hand, the second embodiment is different from the first embodiment in that not only the switching between the PWM power generation and the synchronous power generation, but also the same MOS controlled power generation as the switching power generation is performed.

[2−2.構成]
第2実施形態の車両用回転電機2においては、図8に示すように、車両用回転電機2の回転数と発電電流との関係に従って発電モードが設定される。すなわち、第2実施形態では、切替発電は、前述のPWM発電を実施する領域と同期発電を実施する領域との間にて実施されるように設定され、同期発電を実施する回転数のうちの発電電流が比較的少ない領域にMOS制御発電が新たに設定される。
なお、第1実施形態の車両用回転電機1では、同期発電のカットイン回転数以下で、発電が可能なPWM発電を実施したが、この構成に限られない。図8に示すように、PWM発電は、同期発電のカットイン回転数を含む予め設定された回転数の範囲内で実施されてもよい。つまりPWM発電は、同期発電のカットイン回転数以上の回転数で実施されてもよい。また、切替発電、或いはMOS制御発電が、同期発電のカットイン回転数を含む予め設定された回転数の範囲内で実施されてもよい。ただし、同期発電での発電効率が同期発電以外の他の発電モードでの発電効率を超える回転数では、同期発電を実施することが好ましい。言い換えると、上記の「同期発電のカットイン回転数を含む予め設定された回転数の範囲内」とは、同期発電のカットイン回転数を含む任意の範囲内であってもよいが、他の発電モードでの発電効率が同期発電での発電効率を超える回転数の範囲内、であると好ましい。なお、回転数の範囲は、発電電流等に応じて変動するよう設定されてもよい。
[2-2. Constitution]
In the electric rotating machine 2 for a vehicle according to the second embodiment, as shown in FIG. 8, the power generation mode is set according to the relationship between the rotation speed of the electric rotating machine 2 for a vehicle and the generated current. That is, in the second embodiment, the switching power generation is set to be performed between the above-described region where the PWM power generation is performed and the region where the synchronous power generation is performed. MOS controlled power generation is newly set in a region where the generated current is relatively small.
In addition, in the rotating electric machine 1 for a vehicle of the first embodiment, the PWM power generation capable of generating power at a cut-in rotation number or less of the synchronous power generation is performed, but the present invention is not limited to this configuration. As shown in FIG. 8, the PWM power generation may be performed within a range of a preset rotation speed including a cut-in rotation speed of synchronous power generation. That is, the PWM power generation may be performed at a rotation speed equal to or higher than the cut-in rotation speed of the synchronous power generation. Further, the switching power generation or the MOS controlled power generation may be performed within a preset rotation speed range including the cut-in rotation speed of the synchronous power generation. However, when the power generation efficiency in the synchronous power generation exceeds the power generation efficiency in other power generation modes other than the synchronous power generation, it is preferable to perform the synchronous power generation. In other words, the above-mentioned “within the range of the preset rotation speed including the cut-in rotation speed of the synchronous power generation” may be any range including the cut-in rotation speed of the synchronous power generation, It is preferable that the power generation efficiency in the power generation mode be within a range of the number of rotations exceeding the power generation efficiency in the synchronous power generation. Note that the range of the number of rotations may be set to fluctuate according to the generated current or the like.

本実施形態の切替発電は、第1実施形態と同様に、発電モードをPWM発電と同期発電との間で遷移させる際に用いられる発電モードであるが、本実施形態では、車両用回転電機1の回転数と発電電流との関係に従って発電モードが設定されることから、車両用回転電機1の回転数および発電電流が切替発電を行う条件と合致すれば、発電モードを遷移させる際以外でも実施される。   The switching power generation according to the present embodiment is a power generation mode used when shifting the power generation mode between PWM power generation and synchronous power generation, as in the first embodiment. The power generation mode is set according to the relationship between the number of rotations and the generated current, so that if the number of rotations and the generated current of the vehicular rotating electrical machine 1 match the conditions for performing switching power generation, the power generation mode is set even when the power generation mode is not shifted. Is done.

また、MOS制御発電とは、同期発電を実施すると発電量が過大になる場合に発電量を抑制するために実施される発電モードであり、前述の切替発電と同様の発電制御が実施される。すなわち、MOS制御発電では、界磁巻線4への界磁電流を予め設定された規定範囲内にしつつ、発電量指令に応じてスイッチング素子をオンさせている時期を可変とする制御をすることで発電量を制御する発電手法を示す。   The MOS controlled power generation is a power generation mode that is performed to suppress the power generation amount when the power generation amount becomes excessive when the synchronous power generation is performed, and the power generation control similar to the above-described switching power generation is performed. That is, in the MOS controlled power generation, control is performed such that the timing when the switching element is turned on in accordance with the power generation amount command is made variable while keeping the field current to the field winding 4 within a predetermined range. The power generation method for controlling the power generation amount is shown below.

ただし、MOS制御発電での界磁巻線4への界磁電流は、切替発電での界磁電流の範囲よりも上限値が高く設定された範囲内にしてもよい。このように界磁電流を設定し、スイッチング素子のオンオフを制御すれば、発電量をより大きく変動させることができる。   However, the field current to the field winding 4 in the MOS controlled power generation may be in a range where the upper limit is set higher than the range of the field current in the switched power generation. If the field current is set in this way and the on / off of the switching element is controlled, the amount of power generation can be more greatly varied.

このようなMOS制御発電により、発電量が比較的少ない状態で、図9に示すように、時間とともに発電量を増加、或いは減少させる制御が容易になり、発電量指令値と発電量との関係を線形に制御することができる。つまり、アイドル回転数等の比較的発電量が少なくなる領域での車両用回転電機2によるトルク変動を抑制することができる。   With such a MOS controlled power generation, it is easy to increase or decrease the power generation amount with time in a state where the power generation amount is relatively small, as shown in FIG. 9, and the relationship between the power generation amount command value and the power generation amount Can be controlled linearly. That is, it is possible to suppress the torque fluctuation by the vehicular rotating electrical machine 2 in a region where the power generation amount is relatively small, such as the idling speed.

[2−3.効果]
以上詳述した第2実施形態によれば、前述した第1実施形態の効果(1a)を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
[2-3. effect]
According to the second embodiment described in detail above, the effect (1a) of the first embodiment described above is achieved, and further, the following effects are achieved.

(2a)車両用回転電機2は、車両に搭載されたエンジンの回転数と比例する回転数で駆動され、複数の発電モードとして、少なくとも、電機子巻線2,3での誘起電圧がダイオードを導通する程度の電圧を超える場合にスイッチング素子をオンさせる発電手法であって、発電が困難となる車両用回転電機の回転数を表すカットイン回転数がエンジンのアイドル回転数に比例する回転数以上に設定された同期発電、および前記カットイン回転数未満の回転数で発電が可能な他の発電モードの1つであるPWM発電、が準備され、制御装置7は、カットイン回転数未満の領域で同期発電以外の他の発電モードになるように、同期発電と他の発電モードとの切替えを行うように構成される。   (2a) The vehicular rotating electric machine 2 is driven at a rotation speed proportional to the rotation speed of an engine mounted on the vehicle. As a plurality of power generation modes, at least the induced voltage in the armature windings 2 and 3 is a diode. This is a power generation method that turns on the switching element when the voltage exceeds the degree of conduction, and the cut-in rotation speed that indicates the rotation speed of the rotating electric machine for a vehicle where it is difficult to generate power is higher than the rotation speed proportional to the idle rotation speed of the engine. Is set, and PWM power generation, which is one of the other power generation modes capable of generating power at a rotation speed less than the cut-in rotation speed, is prepared. Is configured to switch between synchronous power generation and another power generation mode so as to enter a power generation mode other than synchronous power generation.

このような構成によれば、同期発電でのカットイン回転数未満になったとしても、PWM発電等の他の発電モードによって発電を継続することができる。
(2b)車両用回転電機2において、制御装置7は、発電量指令が予め設定された閾値未満の発電量を要求する指令である場合に、界磁電流を規定範囲よりも上限値が高く設定された範囲内にしつつ、オン時期を設定するように構成されてもよい。
According to such a configuration, even if the rotation speed becomes lower than the cut-in rotation speed in the synchronous power generation, power generation can be continued in another power generation mode such as PWM power generation.
(2b) In the vehicular rotating electrical machine 2, when the power generation amount command is a command requesting a power generation amount smaller than a preset threshold, the control device 7 sets the field current to an upper limit value higher than a specified range. The ON timing may be set while keeping the range within the range set.

このような構成によれば、界磁電流をより高くしつつオン時期を設定するので、発電量をより大きく変動させることができる。よって、発電量をより広い範囲で線形に制御することができる。   According to such a configuration, the on-time is set while the field current is further increased, so that the power generation amount can be more greatly varied. Therefore, the power generation amount can be linearly controlled in a wider range.

[3.第3実施形態]
[3−1.第1実施形態等との相違点]
上記の第1、第2実施形態では、PWM発電を実施したが、PWM発電を実施しない構成としてもよい。第3実施形態では、PWM発電に換えて、Di発電を実施する点で上記の第1、第2実施形態と相違する。
[3. Third Embodiment]
[3-1. Differences from First Embodiment etc.]
In the above-described first and second embodiments, PWM power generation is performed, but a configuration in which PWM power generation is not performed may be adopted. The third embodiment differs from the first and second embodiments in that Di power generation is performed instead of PWM power generation.

[3−2.構成]
第3実施形態の車両用回転電機3においては、図10に示すように、車両用回転電機3の回転数と発電電流との関係に従って発電モードが設定される。ここで、第3実施形態の車両用回転電機3は、アイドル回転での車両用回転電機3の回転数が、同期発電のカットイン回転数未満にならないよう設定される。つまり、第3実施形態の車両用回転電機3は、アイドル回転で同期発電を実施可能である。
[3-2. Constitution]
In the rotating electric machine for a vehicle 3 of the third embodiment, as shown in FIG. 10, the power generation mode is set according to the relationship between the rotation speed of the rotating electric machine for a vehicle 3 and the generated current. Here, the rotating electrical machine 3 for a vehicle of the third embodiment is set so that the rotating speed of the rotating electrical machine 3 for the vehicle at the idle rotation does not become less than the cut-in rotation speed of the synchronous power generation. That is, the vehicular rotating electrical machine 3 of the third embodiment can perform synchronous power generation at idle rotation.

そして、同期発電を実施する領域で、比較的発電電流が少なくなる領域では、新たにDi発電を実施し、同期発電とDi発電との間の領域にて、前述の切替発電を実施する。Di発電とは、固定子巻線2、3にかかる誘起電圧が、整流器モジュール5,6に備えられたダイオードが導通する程度の電圧を超える場合であっても、スイッチング素子をオンさせることなく、ダイオードを導通した電流のみで発電を行う発電手法を示す。   Then, in a region where synchronous power generation is performed and a region where the generated current is relatively small, Di power generation is newly performed, and in the region between synchronous power generation and Di power generation, the above-described switching power generation is performed. Di power generation means that even if the induced voltage applied to the stator windings 2 and 3 exceeds a voltage at which the diodes provided in the rectifier modules 5 and 6 conduct, the switching elements are not turned on. A power generation method for generating power only with a current that has conducted through a diode will be described.

ここで、同期発電を実施中に、界磁電流値を変更することにより、同期発電からとDi発電に切替えて発電量を抑制しようとする場合、同期発電とDi発電とで発電効率が異なるため、切替時に発電電流、トルクの変動が大きくなる。特に、車両のエンジンがアイドル中の場合、ユーザがトルク変動を感知しやすく、乗り心地を低下させる虞があった。   Here, when changing the field current value during synchronous power generation to switch from synchronous power generation to Di power generation to suppress the power generation amount, the power generation efficiency differs between synchronous power generation and Di power generation. In addition, the fluctuation of the generated current and the torque at the time of switching becomes large. In particular, when the engine of the vehicle is idling, the user may easily perceive the torque fluctuation, and there is a possibility that the ride comfort may be reduced.

そこで、従来構成にて、切替発電を利用することなく車両用回転電機3のトルク変動を抑制できるようにするには、例えば、以下のような手順を実施する必要があった。すなわち、図11の[A]に示すように、まず、同期発電を実施しつつ界磁電流を低減させ、その後、図11の[B]に示すように、スイッチング素子をオンさせることなく界磁電流を一旦増加させ、さらに、図11の[C]に示すように、Di発電を実施しつつ界磁電流を低減させる。   Therefore, in order to suppress the torque fluctuation of the vehicular rotating electrical machine 3 without using the switching power generation in the conventional configuration, for example, it is necessary to perform the following procedure. That is, as shown in [A] of FIG. 11, first, the field current is reduced while performing synchronous power generation, and then, as shown in [B] of FIG. The current is once increased, and the field current is reduced while performing Di power generation as shown in [C] of FIG.

このように主として界磁電流を変動させることで発電量の制御を行うと、同期発電とDi発電の切替えが必要となり、かつ界磁電流を大きく変動させる必要があるため発電量の応答性が良くなかった。
一方、本実施形態の車両用回転電機3では、同期発電を実施中に発電量を抑制する場合に、切替発電を利用するので、以下のような手順で実施できる。すなわち、図11の[A]に示すように、まず、同期発電で界磁電流を低減させ、その後、図11の[C]に示すように、切替発電で、スイッチング素子をオンさせる時間を減少させることで、界磁電流を増加させることなく発電量を低減させる。本実施形態の車両用回転電機3では、発電量を抑制する際の手順が少ない分だけ発電量の応答性を向上させることができる。
When the power generation amount is controlled mainly by changing the field current in this way, switching between synchronous power generation and Di power generation is required, and the field current needs to be largely fluctuated. Did not.
On the other hand, in the vehicular rotating electric machine 3 of the present embodiment, when the power generation amount is suppressed during the synchronous power generation, the switching power generation is used. That is, as shown in [A] of FIG. 11, first, the field current is reduced by synchronous power generation, and then, as shown in [C] of FIG. 11, the time for turning on the switching element is reduced by switching power generation. By doing so, the power generation amount is reduced without increasing the field current. In the vehicular rotating electrical machine 3 of the present embodiment, the responsiveness of the power generation amount can be improved by the small number of procedures for suppressing the power generation amount.

[4.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
[4. Other Embodiments]
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications.

(4a)上記第3実施形態では、同期発電とDi発電との切替時に相当する領域にてMOS制御発電を実施したが、任意の領域でMOS制御発電を実施してもよい。例えば、図12に示すように、エンジンのアイドル回転の範囲内で、第1実施形態のPWM発電に換えて、MOS制御発電を実施してもよい。   (4a) In the third embodiment, MOS controlled power generation is performed in a region corresponding to switching between synchronous power generation and Di power generation. However, MOS controlled power generation may be performed in an arbitrary region. For example, as shown in FIG. 12, MOS-controlled power generation may be performed in place of the PWM power generation of the first embodiment within the range of the engine idle rotation.

(4b)上記実施形態では、制御装置7は、図13に示すように、電気角1周期分の間で、複数のスイッチング素子をそれぞれ1回だけオンさせるためのタイミングを設定するように構成したが、これに限定されるものではない。例えば、制御装置7は、図14に示すように、電気角1周期分の間で片側のスイッチング素子を複数回オンさせるためのタイミングを設定するように構成されてもよい。   (4b) In the above embodiment, as shown in FIG. 13, the control device 7 is configured to set the timing for turning on each of the plurality of switching elements only once during one cycle of the electrical angle. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 14, the control device 7 may be configured to set a timing for turning on one of the switching elements a plurality of times during one electrical angle period.

図14に示す例では、ピークタイミングの前に時間βだけスイッチング素子がオンされ、ピークタイミングT1の後に時間γだけスイッチング素子がオンされる。この際、時間βと時間γとが等しく、ピークタイミングがスイッチング素子を複数回オンさせる時期の中心となるように設定してもよい。また、時間βと時間γとが異なる時間に設定されていてもよい。   In the example shown in FIG. 14, the switching element is turned on for a time β before the peak timing, and is turned on for a time γ after the peak timing T1. At this time, the time β and the time γ may be equal, and the peak timing may be set to be the center of the timing when the switching element is turned on a plurality of times. In addition, the time β and the time γ may be set to different times.

(4c)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。   (4c) A plurality of functions of one component in the above embodiment may be realized by a plurality of components, or one function of one component may be realized by a plurality of components. . Also, a plurality of functions of a plurality of components may be realized by one component, or one function realized by a plurality of components may be realized by one component. Further, a part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Further, at least a part of the configuration of the above-described embodiment may be added to or replaced with the configuration of another above-described embodiment. Note that all aspects included in the technical idea specified by the terms described in the claims are embodiments of the present disclosure.

(4d)上述した車両用回転電機1の他、当該車両用回転電機1を構成要素とするシステム、当該車両用回転電機1としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、車両用回転電機1の制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。   (4d) In addition to the above-described rotating electric machine 1 for a vehicle, a system including the rotating electric machine 1 for a vehicle as a component, a program for causing a computer to function as the rotating electric machine 1 for a vehicle, a semiconductor memory storing the program, and the like. The present disclosure can be realized in various forms such as a non-transitional actual recording medium and a control method of the vehicular rotating electric machine 1.

[5.実施形態の構成と本開示の構成との対応関係]
上記実施形態における固定子巻線2、3は、本開示での電機子巻線に相当し、上記実施形態における整流器モジュール群5,6は、本開示でのスイッチング部に相当する。また、上記実施形態における制御装置7は、本開示でのオン時期設定部、およびピーク推定部に相当する。
[5. Correspondence between Configuration of Embodiment and Configuration of the Present Disclosure]
The stator windings 2 and 3 in the above embodiments correspond to armature windings in the present disclosure, and the rectifier module groups 5 and 6 in the above embodiments correspond to switching units in the present disclosure. Further, the control device 7 in the above embodiment corresponds to the on-time setting unit and the peak estimating unit in the present disclosure.

1…車両用回転電機、2,3…固定子巻線、4…界磁巻線、5,6…整流器モジュール群、7…制御装置、8…ECU、9…バッテリ、10…負荷、11…回転角センサ、12…充電線、50,51…MOSトランジスタ、54…制御回路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotating electric machine for vehicles, 2, 3 ... Stator winding, 4 ... Field winding, 5, 6 ... Rectifier module group, 7 ... Control device, 8 ... ECU, 9 ... Battery, 10 ... Load, 11 ... Rotation angle sensor, 12: charging line, 50, 51: MOS transistor, 54: control circuit.

Claims (10)

複数の相巻線を有する電機子巻線(2、3)と、
界磁電流により磁化され、前記電機子巻線に対して移動可能な巻線である界磁巻線(4)と、
ダイオードが並列接続されたスイッチング素子をそれぞれ備える複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路を構成し、前記電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部(5,6)と、
前記界磁電流を予め設定された規定範囲内にしつつ、発電量指令に応じて前記スイッチング素子をオンさせている時期を表すオン時期を設定するように構成されたオン時期設定部(7)と、
を備える車両用回転電機。
An armature winding (2, 3) having a plurality of phase windings;
A field winding (4) that is magnetized by a field current and that is movable with respect to the armature winding;
A switching unit configured to form a bridge circuit having a plurality of upper and lower arms each including a switching element in which a diode is connected in parallel, and to rectify an induced voltage of the armature winding;
An on-time setting unit (7) configured to set an on-time indicating a time when the switching element is turned on in response to a power generation amount command while keeping the field current within a predetermined range set in advance; ,
A rotating electric machine for a vehicle comprising:
請求項1に記載の車両用回転電機であって、
電機子巻線の電圧がピークとなるタイミングを表すピークタイミングを推定するように構成されたピーク推定部(7)、をさらに備え、
前記オン時期設定部は、前記ピークタイミングを基準として前記オン時期を設定する
ように構成された車両用回転電機。
The vehicular rotating electric machine according to claim 1, wherein
A peak estimating unit (7) configured to estimate a peak timing indicating a timing at which the voltage of the armature winding reaches a peak,
The rotating electrical machine for a vehicle, wherein the on-time setting unit is configured to set the on-time based on the peak timing.
請求項2に記載の車両用回転電機であって、
前記オン時期設定部は、前記スイッチング素子をオンさせる時間の中央が前記ピークタイミングとなるように前記オン時期を設定する
ように構成された車両用回転電機。
The vehicular rotating electric machine according to claim 2, wherein
The rotating electric machine for a vehicle, wherein the on-timing setting unit is configured to set the on-timing such that the center of the time for turning on the switching element is the peak timing.
請求項2に記載の車両用回転電機であって、
前記オン時期設定部は、当該車両用回転電機における電気角1周期分の間で、前記スイッチング素子を複数回オンさせるための前記オン時期を設定する
ように構成された車両用回転電機。
The vehicular rotating electric machine according to claim 2, wherein
The on-time setting unit is configured to set the on-time for turning on the switching element a plurality of times during one electrical angle of the vehicular rotating electrical machine.
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の車両用回転電機であって、
前記オン時期設定部は、予め準備された複数の発電モードのうちのあるモードから他のモードに発電モードを切り替える際に、切り替え後の発電量に近づくように前記オン時期を設定する
ように構成された車両用回転電機。
The vehicular rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4, wherein
The on-time setting unit is configured to set the on-time so as to approach a power generation amount after switching when switching the power generation mode from one mode of the plurality of power generation modes prepared in advance to another mode. Rotating electric machine for vehicles.
請求項5に記載の車両用回転電機であって、
当該車両用回転電機は、車両に搭載されたエンジンの回転数と比例する回転数で駆動され、
前記複数の発電モードとして、少なくとも、前記電機子巻線での誘起電圧が前記ダイオードを導通する程度の電圧を超える場合に前記スイッチング素子をオンさせる発電手法であって、発電が困難となる車両用回転電機の回転数を表すカットイン回転数が前記エンジンのアイドル回転数に比例する回転数以上に設定された同期発電、および前記カットイン回転数未満の回転数で発電が可能な他の発電モード、が準備され、
前記同期発電は
前記オン時期設定部は、前記カットイン回転数を含む予め設定された回転数の範囲内で前記同期発電以外の他の発電モードになるように、前記同期発電と前記他の発電モードとの切替えを行う
ように構成された車両用回転電機。
The vehicular rotating electric machine according to claim 5, wherein
The vehicular rotating electric machine is driven at a rotation speed proportional to the rotation speed of an engine mounted on the vehicle,
As the plurality of power generation modes, at least, a power generation method for turning on the switching element when an induced voltage in the armature winding exceeds a voltage enough to conduct the diode, and for a vehicle in which power generation becomes difficult. Synchronous power generation in which the cut-in rotation speed representing the rotation speed of the rotating electric machine is set to be higher than the rotation speed proportional to the idle rotation speed of the engine, and other power generation modes capable of generating power at a rotation speed less than the cut-in rotation speed Is prepared,
In the synchronous power generation, the on-time setting unit performs the synchronous power generation and the other power generation in a power generation mode other than the synchronous power generation within a preset rotation speed range including the cut-in rotation speed. A rotating electric machine for a vehicle configured to switch between modes.
請求項5または請求項6に記載の車両用回転電機であって、
前記複数の発電モードとして、少なくとも、前記スイッチング素子をPWM波形によって制御するPWM発電と、前記電機子巻線での誘起電圧が前記ダイオードを導通する程度の電圧を超える場合に前記スイッチング素子をオンさせる同期発電と、が準備され、
前記オン時期設定部は、前記PWM発電と前記同期発電とを切り替える際に、切り替え後の発電量に近づくように前記オン時期を設定する
ように構成された車両用回転電機。
A vehicular rotating electrical machine according to claim 5 or claim 6,
As the plurality of power generation modes, at least PWM power generation in which the switching element is controlled by a PWM waveform, and turning on the switching element when an induced voltage in the armature winding exceeds a voltage enough to conduct the diode. With synchronous power generation,
The on-time setting unit is configured to, when switching between the PWM power generation and the synchronous power generation, set the on-time so as to approach a power generation amount after the switching.
請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の車両用回転電機であって、
前記オン時期設定部は、前記発電量指令として、目標電圧、目標トルク、制御モード指令のうちの少なくとも1つを含む外部信号に応じて、前記オン時期を設定する
ように構成された車両用回転電機。
The vehicular rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 7, wherein:
The on-time setting unit is configured to set the on-time according to an external signal including at least one of a target voltage, a target torque, and a control mode command as the power generation amount command. Electric machine.
請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の車両用回転電機であって、
前記オン時期設定部は、前記発電量指令として、回転角センサによる回転角、エンジンまたは当該車両用回転電機の回転数、端子電圧、温度、相電圧、相電流、トルクのうちの少なくとも1つを含む内部演算値に応じて、前記オン時期を設定する
ように構成された車両用回転電機。
The vehicular rotating electric machine according to any one of claims 1 to 8, wherein:
The on-timing setting unit sets, as the power generation amount command, at least one of a rotation angle of a rotation angle sensor, a rotation speed of an engine or the rotating electrical machine for a vehicle, a terminal voltage, a temperature, a phase voltage, a phase current, and torque. A vehicular rotating electrical machine configured to set the on-time according to an internal calculation value that includes the on-time.
請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の車両用回転電機であって、
前記オン時期設定部は、前記発電量指令が予め設定された閾値未満の発電量を要求する指令である場合に、前記界磁電流を前記規定範囲よりも上限値が高く設定された範囲内にしつつ、前記オン時期を設定する
ように構成された車両用回転電機。
The vehicular rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 9, wherein:
When the power generation amount command is a command requesting a power generation amount less than a preset threshold, the on-time setting unit sets the field current within a range where the upper limit is set higher than the specified range. And a rotating electric machine for a vehicle configured to set the on-time.
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