JP2020043741A - 電動発電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電時に効率的な降圧動作が行えるコンパクトな構造の電動発電機の制御装置を、安価で実現する。【解決手段】電動発電機３の制御装置である。永久磁石３０ｄが設けられたモータ３０を駆動制御するインバータ１０、インバータ１０と低電圧電源４とに入出力される電圧を変換するコンバータ２０、これらを制御するＰＣＭ５を備える。コンバータ２０は、第１スイッチング素子２１ａ、第２スイッチング素子２１ｂ、第１ダイオード２２ａ、第２ダイオード２２ｂ、コイル２３’を有している。第２スイッチング素子２１ｂに、第１スイッチング素子２１ａよりも電流容量が小さいスイッチング素子が用いられ、かつ、第１ダイオード２２ａに、前記第２ダイオード２２ｂよりも電流容量が小さいダイオードが用いられている。【選択図】図６

Description

開示する技術は、ハイブリッド車に好適で、電動機および発電機のいずれにも利用できる電動発電機の制御装置に関する。

特許文献１には、昇降圧コンバータの問題点を解消する技術が開示されている。具体的には、昇降圧コンバータは、コストが高く、適用するシステムが大型化するという問題がある。また、スイッチング損失や抵抗損失により、効率が低下するという問題もある。

そこで、特許文献１の発明では、直流電源を複数設け、スイッチに負担を掛けることなく、これらの接続を切り替えることにより、段階的に直流電圧を切り替えるようにしている。そうすることで、システムの大型化や高コストといった、昇降圧コンバータの問題点を解消している。

特開２０１７−１７８２５号公報

ハイブリッド車など、自動車の駆動源に電動機を用いる場合、トルクおよび回転数の双方において、幅広い駆動力が要求される。例えば、始動時などの低速時には、エンジンの始動や発進に用いるため、高トルクが必要になる。一方、平地や下りでの高速走行時などには、高トルクは必要ないが、高回転が必要になる。

通常、ハイブリッド車では、電動機は、駆動源としてだけでなく、発電機としても利用される。すなわち、電動機は、制動時に回生することにより、運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する（電動発電機）。

このような電動発電機のモータ（通常は永久磁石同期モータ）では、高トルクを確保するために、一般に、巻線（ステータコイル）の巻き数を相対的に多くして、強い磁力が発生できるように設計されている。

巻線の巻き数が多くなると、モータの回転を妨げる逆起電力も大きくなる。高電圧な電源であれば、逆起電力が大きくなっても、モータに対して十分な電力を供給できる。しかし、近年では、低電圧な電源（例えば、６０Ｖ以下）を用いて駆動するハイブリッド車が増加する傾向にある。

このような低電圧電源では、逆起電力が大きくなると、電力が不足して高回転での駆動が困難になる。そのため、低電圧電源を用いた場合には、モータを高回転で駆動するために、逆起電力を弱める制御、いわゆる弱め磁束制御（弱め界磁制御ともいう）が、広い回転数の範囲で行われている。ところが、弱め磁束制御を行う場合、逆起電力を弱めるために、所定の制御電流をモータに供給する必要がある。それにより、モータの駆動効率や発電効率が低下するという問題がある。

弱め磁束制御を行うことなく、上述したモータを高回転で駆動する方法として、昇降圧コンバータを用いることが考えられる。昇降圧コンバータを用いれば、低電圧電源であっても、その電圧を昇圧してモータを高回転で駆動できる。また、高回転のモータで発生する高い発電電圧を降圧して低電圧電源に回収、すなわち回生することができる。

回生は、自動車が減速する制動時に行われる。減速は、通常、自動車が高速走行しているときに行われるため、モータが低回転で運転しているときよりも高回転で運転しているときの方が、時間的な頻度は大きい。従って、高い発電効率を確保するためには、モータの回転数が高いときに、昇降圧コンバータで効率的な降圧動作を行うことが必要になる。

ところが、昇降圧コンバータでは、詳細は後述するが、昇圧動作との関係で、降圧動作の効率を妨げる様々な問題がある。そのため、電動発電機に用いた場合、昇降圧コンバータには、高コストや大型化といった問題だけでなく、降圧動作に関しても改善の余地があった。

そこで開示する技術の目的は、主に、発電時に効率的な降圧動作が行えるコンパクトな構造の電動発電機の制御装置を、安価で実現することにある。

開示する技術は、電動発電機の制御装置に関する。

前記電動発電機の制御装置は、永久磁石が設けられたロータ、および複数の異なる巻線群が設けられたステータを有するモータと、前記モータの運転状態を検出する計測部と、前記モータを駆動制御するインバータと、前記インバータに接続されている低電圧電源と、前記インバータと前記低電圧電源との間に介在して、双方に入出力される電圧を変換するコンバータと、前記計測部から入力される信号に基づいて、前記インバータおよび前記コンバータに信号を出力して制御する制御部と、を備える。

前記コンバータは、前記インバータの高電圧側および低電圧側の各々に入出力する上側配線および下側配線に接続されたアームと、前記アームの高電圧側から順に直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の各々と逆並列に接続された第１ダイオードおよび第２ダイオードと、前記アームにおける前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の間に接続されて前記低電圧電源の高電圧側に入出力する中間配線に設置されたコイルと、を有している。そして、前記第２スイッチング素子に、前記第１スイッチング素子よりも電流容量が小さいスイッチング素子が用いられ、かつ、前記第１ダイオードに、前記第２ダイオードよりも電流容量が小さいダイオードが用いられている。

すなわち、この電動発電機の制御装置では、いわゆる永久磁石型モータを駆動制御するインバータと低電圧電源との間に、双方に入出力する電圧を変換するコンバータが備えられている。コンバータは、従来の昇降圧コンバータと同様に、第１スイッチング素子、第２スイッチング素子、第１ダイオード、第２ダイオード、コイルなどを有している。

従って、低電圧電源の定格電圧が低くても、コンバータで電圧を変換することにより、低電圧電源の電圧を昇圧して、高い電圧でモータを駆動したり、回生時にモータで得られる高い電圧を降圧して適切な電圧に調整し、低電圧電源に回収したりできる。

そして、このコンバータの場合、従来の昇降圧コンバータとは異なり、第２スイッチング素子に、第１スイッチング素子よりも電流容量が小さいスイッチング素子が用いられ、かつ、第１ダイオードに、第２ダイオードよりも電流容量が小さいダイオードが用いられている。

従来の昇降圧コンバータの場合、１つの電気回路で昇圧および降圧の双方の動作が行われる。そのため、電気回路に設置されているコイルなどの所定の素子は、より高性能が求められる昇圧動作に合わせて設計する必要がある。そのため、降圧動作からすると、仕様が過剰になり、高コストや大型化を招くなどのデメリットだけでなく、降圧動作の効率が低下する問題がある。

それに対し、この電動発電機の制御装置では、上述したように、所定のスイッチング素子の電流容量が低減され、電気回路が降圧動作に特化した構造になっている。それにより、電気回路を簡素化しながら降圧動作の効率を向上できる。コンバータがコンパクトになり、部材コストも低減するので、高性能で小型の制御装置を安価で実現できる。

前記制御部は、前記モータが所定の回転数以上で駆動するときに、前記インバータに信号を出力することにより、前記モータに弱め磁束電流を供給する弱め磁束制御を実行する、としてもよい。

コンバータを降圧動作に特化させると、それに伴って、コンバータの昇圧性能が低下する。そのため、モータで発生する逆起電力が増加する高回転になると、モータを駆動することは難しくなる。それに対し、この制御装置では、モータが所定の回転数以上で駆動するときは、弱め磁束制御が行われる。弱め磁束制御を行えば、モータの逆起電力を弱めることができるので、コンバータの昇圧性能が低下しても、それを補完することができる。従って、コンバータを降圧動作に特化させても、高回転でモータを駆動することができる。

前記制御部は、前記モータの回転数が高くなるほど、前記弱め磁束電流が大きくなるように制御する、としてもよい。

モータの回転数が高くなるほど、逆起電力は大きくなる。一方、弱め磁束電流を大きくすれば、それに応じて逆起電力を弱めることができる。従って、モータの回転数の増加に合わせて弱め磁束電流を大きくすれば、モータを高回転で効率よく駆動することができる。

電動発電機の制御装置は、上述した構造から更に簡略化することが可能である。

例えば、その電動発電機の制御装置は、永久磁石が設けられたロータ、および複数の異なる巻線群が設けられたステータを有するモータと、前記モータの運転状態を検出する計測部と、前記モータを駆動制御するインバータと、前記インバータに接続されている低電圧電源と、前記インバータと前記低電圧電源との間に介在して、双方に入出力される電圧を変換するコンバータと、前記計測部から入力される信号に基づいて、前記インバータおよび前記コンバータに信号を出力して制御する制御部と、を備える。

前記コンバータは、前記インバータの高電圧側に入出力する上側配線に接続された上側アームと、前記上側アームと直列に接続されて、前記インバータの低電圧側に入出力する下側配線に接続された下側アームと、前記上側アームと前記下側アームの間に接続されて前記低電圧電源の高電圧側に入出力する中間配線に設置されたコイルと、を有している。前記上側アームには、１つのスイッチング素子および当該スイッチング素子と逆並列に接続された第１ダイオードが設置され、前記下側アームには、カソード側を高電圧側に向けた第２ダイオードのみが設置されている。

そして、前記制御部が、前記コンバータに信号を出力することにより、電動機として前記モータが所定の回転数以上で運転するときには、前記インバータに信号を出力することにより、前記モータに弱め磁束電流を供給する弱め磁束制御を実行し、発電機として前記モータが運転する時には、前記スイッチング素子および前記コイルを通じて降圧しながら前記低電圧電源に電流を供給する。

すなわち、この電動発電機の制御装置の場合、コンバータは、降圧専用とされ、昇圧動作は行わない。その代わりに、その電気回路は更に簡略化されており、更に降圧動作の効率を向上できる。従って、よりいっそう高性能で小型の制御装置を安価で実現できる。

簡略化した電動発電機の制御装置は、異なる構造で実現することも可能である。

例えば、その電動発電機の制御装置は、永久磁石が設けられたロータ、および複数の異なる巻線群が設けられたステータを有するモータと、前記モータの運転状態を検出する計測部と、前記モータを駆動制御するインバータと、前記インバータに接続されている低電圧電源と、前記インバータと前記低電圧電源との間に介在して、双方に入出力される電圧を変換するコンバータと、前記計測部から入力される信号に基づいて、前記インバータおよび前記コンバータに信号を出力して制御する制御部と、を備える。

前記コンバータは、前記インバータの高電圧側に入出力する上側配線に接続されるとともに、コレクタ側を高電圧側に向けた１つのスイッチング素子のみが設置された上側アームと、前記上側アームと直列に接続されて、前記インバータの低電圧側に入出力する下側配線に接続されるとともに、カソード側を高電圧側に向けた１つのダイオードのみが設置された下側アームと、前記上側アームと前記下側アームの間に接続されて前記低電圧電源の高電圧側に入出力する中間配線に設置されたコイルと、前記スイッチング素子および前記コイルと並列になるように、前記上側配線と前記中間配線とに接続されるとともに、カソード側を前記インバータの高電圧側に向けた１つのダイオードのみが設置された迂回アームと、を有している。

そして、前記制御部が、前記コンバータに信号を出力することにより、電動機として前記モータが所定の回転数以上で運転するときには、前記迂回アームを通じて前記インバータに電流を供給し、発電機として前記モータが運転する時には、前記スイッチング素子および前記コイルを通じて降圧しながら前記低電圧電源に電流を供給する。

この電動発電機の制御装置の場合も、コンバータは、降圧専用とされ、昇圧動作は行わない。モータを駆動する電流の流れる経路が、先の電動発電機の制御装置と異なる。すなわち、モータを駆動する電流は、迂回アームを通じて上側配線に流れる。コイルを迂回して流れるので、先の電動発電機の制御装置よりも損失を低減できる。

開示する技術によれば、コンバータの回路を大幅に簡素化できるうえに、発電時に効率的な降圧動作が行える。従って、コンパクトで安価な電動発電機の制御装置が実現できる。

開示する技術を適用した車両の要部を示す概略図である。 制御装置の主な構成を示すブロック図である。 モータの主な構成を示す模式図である。 モータの巻線構造を示す模式図である。 モータの運転領域を示す図である。 一般的な昇降圧コンバータにおける昇圧動作を説明する概略図である。 一般的な昇降圧コンバータにおける降圧動作を説明する概略図である。 実施形態におけるコンバータの電気回路の要部構成を示す概略図である。 実施形態の制御装置における力行時の制御例である。 実施形態の制御装置における回生時の制御例である。 変形例１におけるコンバータの電気回路の要部構成を示す概略図である。 変形例１の制御装置におけるモータの運転領域を示す図である。 変形例１の制御装置における力行時の制御例である。 変形例２におけるコンバータの電気回路の要部構成を示す概略図である。

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

＜車載例＞
図１に、開示する技術を適用した車両１を示す。例示の車両１は、いわゆるハイブリッド車である。車両１には、エンジン２、電動発電機３、低電圧電源４、ＰＣＭ５（制御部の一例）などが搭載されている。電動発電機３は、インバータ１０、コンバータ２０、モータ３０などで構成されている。そして、電動発電機３を制御する制御装置は、これら装置１０，２０，３０とともに、ＰＣＭ５や、後述するセンサ９ａ〜９ｅなどを含んで構成されている。

エンジン２は、燃料を燃焼することによって車両１の動力を発生させる周知の内燃機関である。エンジン２には、燃料タンクや吸排気システムなどが付設されている（これらは公知であるため、図示は省略）。エンジン２のクランクシャフト２ａは、クラッチ６を介してモータ３０の回転軸３０ａに直列した状態で連結されている。モータ３０の回転軸３０ａは、トランスミッション７、デファレンシャルギア８等を介して、車両１の駆動輪１ａに接続されている。トランスミッション７は、クラッチとしても機能する。

クラッチ６を連結した状態で、エンジン２を駆動することにより、車両１は、通常の車両１と同様に、燃料の燃焼によって走行することができる。また、クラッチ６を切り離した状態で、モータ３０を駆動することにより、電動で走行することもできる。更に、クラッチ６を連結した状態で、エンジン２およびモータ３０を駆動することにより、車両１は、燃料の燃焼と電動の双方で走行することができる。

例えば、エンジン２が停止または一時停止しているときには、トランスミッション７を遮断かつクラッチ６を連結した状態で、モータ３０を駆動する。それにより、エンジン２を始動させることができる。その状態から、トランスミッション７を連結することで、車両１の発進時に、モータ３０でエンジン２の出力トルクをアシストすることができる。

また、車両１の制動時に、例えばクラッチ６を切り離した状態にすることで、駆動輪１ａの回転力でモータ３０を回転させることができる。それにより、モータ３０を発電機として機能させ、運動エネルギーを電気エネルギーとして低電圧電源４に回収することもできる。この車両１は、いわゆるパラレル式のハイブリッド車である。

低電圧電源４は、直流電源である。低電圧電源４の具体例は、例えば、充放電が可能な二次電池である。低電圧電源４には、ハイブリッド車や電気自動車で一般的な直流６０Ｖを超える高電圧な電源とは異なり、例えば４８Ｖの、比較的低い電圧（定格電圧）が用いられている。

低電圧電源４は、インバータ１０およびコンバータ２０を介して、モータ３０と電気的に接続（以下、単に接続ともいう）されている。インバータ１０は、直流電力を交流電力に変換して出力する装置である。インバータ１０は、モータ３０を駆動制御する。

コンバータ２０は、インバータ１０と低電圧電源４との間に介在するように配置されている。コンバータ２０は、インバータ１０または低電圧電源４と一体的に配置してもよい。コンバータ２０は、インバータ１０および低電圧電源４の双方に入出力される直流電圧を変換する。コンバータ２０は、いわゆるＤＣ／ＤＣコンバータである。

ＰＣＭ５（パワートレイン制御モジュール）は、例えば、エンジン２やモータ３０の駆動を制御するなど、車両１の運転を総合的に制御する装置である。ＰＣＭ５は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図２に示すように、プログラムを実行するＣＰＵ５ａと、ＲＡＭやＲＯＭなどによって構成されていてプログラムおよびデータを格納するメモリ５ｂと、電気信号の入出力をする入出力バス５ｃ（Ｉ／Ｏバス）と、を備えている。

ＰＣＭ５には、エンジン２やモータ３０の運転状態を検出する各種のセンサ（計測部の一例）が接続されている。例えば、クランク角センサ９ｂ（エンジン２に取り付けられかつ、クランクシャフト２ａの回転角を計測するセンサ）、アクセル開度センサ９ｃ（車両１のアクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測するセンサ）などが接続されている。

更に、モータセンサ９ａ（レゾルバ等、モータ３０に取り付けられかつ、回転軸３０ａの回転角度を計測するセンサ）、電流センサ９ｄ（インバータ１０に取り付けられかつ、インバータ１０を入出力する電流の大きさを計測するセンサ）、電圧センサ９ｅ（インバータ１０に取り付けられかつ、インバータ１０から出力される電圧の大きさを計測するセンサ）なども、ＰＣＭ５に接続されている。車両１の運転中は、これらセンサから出力される検出信号が、常時、ＰＣＭ５に入力されるように構成されている。

ＰＣＭ５は、また、インバータ１０およびコンバータ２０と接続されている。ＰＣＭ５は、上述したセンサ９ａ〜９ｅなどから入力される検出信号に基づいて、インバータ１０およびコンバータ２０に制御信号を出力し、インバータ１０およびコンバータ２０を制御する。それにより、モータ３０は、車両１の運転状態に応じて駆動制御される。

（モータ３０、インバータ１０、コンバータ２０）
図３Ａに、モータ３０、インバータ１０、およびコンバータ２０を模式的に示す。本実施形態のモータ３０は、いわゆる永久磁石同期モータである。モータ３０は、ステータ３０ｂおよびロータ３０ｃを有している。ロータ３０ｃは、回転軸３０ａと一体に設けられている。ロータ３０ｃには、その全周にわたって複数の永久磁石３０ｄが等間隔に配置されている。これら永久磁石３０ｄは、Ｎ極とＳ極とが周方向および径方向の各々に交互に並ぶように配置されており、ロータ３０ｃの磁極を構成している。

ステータ３０ｂは、略円筒状に構成されており、その内周面が、ロータ３０ｃの外周面と僅かな隙間を隔てて対向するように、ロータ３０ｃの周囲に配置されている。ステータ３０ｂは、磁性体からなるステータコア３０ｅと、複数のコイル３０ｆと、を有している。ステータコア３０ｅは、その全周にわたって複数のスロットが等間隔に配置されている。コイル３０ｆは、これらスロットを通じ、所定の順序で被覆電線を巻回することによって構成されている。

それにより、ステータ３０ｂには、図３Ｂに示すように、Ｕ相群、Ｖ相群、およびＷ相群からなる、３つの異なる巻線群５０が設けられている。これら巻線群５０は、互いに中性点５１で接続されている（いわゆるＹ結線またはスター結線）。

モータ３０は、車両１の駆動源としても利用されるため、トルクおよび回転数の双方において、幅広い駆動力が要求される。そのため、これら巻線群５０は、高トルクが出力できるように、巻き数を相対的に多く（インピーダンスを高く）して、強い磁力が発生できるように設計されている。各相の巻線群５０には、各々の入力端子を通じて、インバータ１０から異なる位相で交流が供給される。

（モータの運転領域）
図４に、このモータ３０の運転領域を例示する。縦軸は、モータ出力によるトルクの高低を表し、横軸は、モータ出力による回転数の高低を表している。横軸の上側は、電動機としてのモータ３０の運転領域、すなわち力行時の領域であり、横軸の下側は、発電機としてのモータ３０の運転領域、すなわち回生時の領域である。

上述したように、このモータ３０の場合、高トルクが出力できるように、巻線群５０の巻き数は相対的多くなるように設計されている。従って、モータ３０は、低回転の運転領域では、相対的に高いトルクＴ（Ｔ’）を出力することが可能である。それにより、モータ３０の最大出力トルクは、低電圧電源４の電圧で、回転数Ｒ１までの低回転側の領域において、トルクＴで略一定に保持されている。

一方、モータ３０の回転数が高くなると、それに伴って、モータ３０で発生する逆起電力も大きくなる。それにより、モータ３０と、低電圧電源４の電圧との間の電位差が小さくなっていく。その結果、高回転でのモータ３０の駆動が困難になり、本来であれば、図４に仮想線Ｌ１で示すように、出力できるトルクは減少していく。そして、通常の電力供給による通常の制御では、ある回転数（図４に符号Ｒ０で示す回転数）を超えると、モータ３０を駆動できなくなってしまう。

そこで、この電動発電機３の制御装置（以下、単に制御装置ともいう）では、モータ３０を高回転でも駆動させるために、弱め磁束制御が行われる。弱め磁束制御は、公知の技術である。弱め磁束制御では、モータの各巻線群５０に、弱め磁束電流（ｄ軸電流）を供給して電圧を調整する。そうすることにより、逆起電力を低減させる。弱め磁束電流は、回転するロータ３０ｃが発生する磁束を弱めるように作用する。弱め磁束制御を行うことにより、モータ３０は、高回転でも駆動可能になる。それにより、モータ３０は、出力できるトルクは低下するが、高回転においても駆動可能となっている。

そして、通常であれば、インバータ１０と低電圧電源４との間に、昇降圧コンバータを設置することが考えられる。昇降圧コンバータによれば、図４に仮想線Ｌ２で示すように、モータ３０の運転領域の高回転側の全域にわたって、低電圧電源４の電圧を昇圧し、逆起電力の上昇による電圧の低下を補完することができる。そして、高回転でも比較的高トルクで駆動することができる。

また、昇降圧コンバータの設置により、回生時には、モータ３０で発生する高電圧を降圧し、モータ３０で発電した電力を低電圧電源４に回収することもできる。回生は、車両１が減速する制動時に行われる。そのため、モータ３０が低回転で運転しているときよりも高回転で運転しているときの方が、回生の時間的な頻度は大きい。

従って、効率よく回生を行うためには、高回転のモータ３０で高い発電効率を確保することが重要である。そして、高回転のモータ３０で高い発電効率を確保するためには、モータ３０が高い回転数で回転しているときに、昇降圧コンバータで効率的な降圧動作を行うことが必要になる。

ところが、昇降圧コンバータの場合、共通の電気回路で、昇圧および降圧の双方の動作が行われる。そのため、昇圧動作と降圧動作との間で効率に差があり、改善の余地があることを、本発明者らは見出した。かかる知見に基づき、この制御装置では、コンバータ２０の電気回路２０ａが、昇圧動作よりも降圧動作に特化した構造に改良されている（これらの詳細は後述する）。

従って、この制御装置では、まず、その降圧動作に特化したコンバータ２０により、低電圧電源４の電圧を昇圧し、逆起電力の上昇による電圧の低下を補完する。それにより、回転数Ｒ１を越えても、所定の回転数Ｒ１まで、最大出力トルクＴ（Ｔ’）が維持できるようにしている。そして、モータ３０が所定の回転数Ｒ２以上で駆動するときには、コンバータ２０による昇圧に加え、弱め磁束制御による更なる補完が行われる。

コンバータ２０は、降圧動作に特化しているため、昇降圧コンバータのように、弱め磁束制御を行っても、モータ３０の運転領域の全域において、逆起電力による電圧の低下を補完することはできない。また、高回転で出力できるトルクも低下する。そのため、この制御装置では、モータ３０が所定の回転数Ｒ３（上限回転数Ｒ３）になると、モータ３０の駆動を停止し、エンジン２の単独駆動に切り替える。

従って、このモータ３０の力行時の運転領域は、回転数の方向には、上限回転数Ｒ３までに制限されている。そして、その力行時の運転領域は、低回転側から順に、昇圧動作を行わず、低電圧電源４の電圧によってモータ３０を駆動制御する通常駆動領域Ａ１、コンバータ２０による昇圧動作が行われる第１補完駆動領域Ａ２、および、コンバータ２０による昇圧動作に加えて、弱め磁束制御が行われる第２補完駆動領域Ａ３に区画されている。

通常駆動領域Ａ１は、回転数Ｒ１以下の領域であり、第１補完駆動領域Ａ２は、回転数Ｒ１以上回転数Ｒ２以下の領域であり、第２補完駆動領域Ａ３は、回転数Ｒ２以上限回転数Ｒ３以下の領域である。

回転数Ｒ１は、例えば、低電圧電源４の電圧では、逆起電力によってモータ３０が最大出力トルクを維持できなくなる回転数に相当する。回転数Ｒ２は、低電圧電源４の最大出力などによって変動する。従って、回転数Ｒ１，Ｒ２は、低電圧電源４やモータ３０など、制御装置の仕様によって決まる。

上限回転数Ｒ３も、制御装置の仕様によって決まる。上限回転数Ｒ３は、車両１の運転領域では、その低回転側に位置する。例えば、上限回転数Ｒ３は、車両１の運転領域を回転数の方向に略二等分した場合の低回転側の領域に位置し得る。また、上限回転数Ｒ３は、車両１の運転領域を回転数の方向に略三等分した場合の最も低回転側の領域に位置し得る。これら回転数は、予めメモリ５ｂに設定されている。

一方、このモータ３０の回生時の運転領域は、コンバータ２０が降圧動作に特化しているため、高回転側に拡大している。そして、その回生時の運転領域は、降圧動作を行わず、モータ３０で発生した起電力に基づいて回生する通常回生領域Ａ４、コンバータ２０による降圧動作が行われる補完回生領域Ａ５に区画されている。補完回生領域Ａ５の高回転側の領域においても、回生時の電圧を調整するために、弱め磁束制御が行われる。

従って、ＰＣＭ５は、車両１が運転しているときには、クランク角センサ９ｂ、アクセル開度センサ９ｃ、モータ３０センサ９ａなど、各センサから入力される検出信号に基づいて、車両１の運転状態を判定する。ＰＣＭ５は、その判定結果に基づいて、エンジン２を駆動制御するとともに、必要に応じてインバータ１０およびコンバータ２０に制御信号を出力し、モータ３０を駆動制御する。

そしてその際、ＰＣＭ５は、モータ３０の運転状態（例えば、回転数の高低、力行か回生か）に基づいて、上述した各領域に応じて、インバータ１０およびコンバータ２０の制御の内容を切り替える。

（昇降圧コンバータの問題点）
図５Ａ等に、一般的な昇降圧コンバータＣＯＮ（チョッパ型）を、インバータ１０と低電圧電源４との間に設置した場合を例示する。昇降圧コンバータＣＯＮは、昇圧動作および降圧動作を行う電気回路を有している。図５Ａ等には、その主な電気回路を簡略化して示す。

昇降圧コンバータＣＯＮの電気回路には、２つのスイッチング素子２１ａ，２１ｂ、２つのダイオード２２ａ，２２ｂ、コイル２３が設けられている。具体的には、インバータ１０の高電圧側および低電圧側の各々に電気を入出力する配線（上側配線２４Ｕおよび下側配線２４Ｄ）の各々にアーム２５（上側アーム２５Ｕおよび下側アーム２５Ｄ）が接続されている。なお、下側配線２４Ｄは、いわゆる基準電位に相当し、低電圧電源４の低電圧側とも接続されている。

そのアーム２５に、２つのスイッチング素子（第１スイッチング素子２１ａおよび第２スイッチング素子２１ｂ）が高電圧側から順に直列に接続されている。すなわち、上側アーム２５Ｕに第１スイッチング素子２１ａが設置され、下側アーム２５Ｄに第２スイッチング素子２１ｂが設置されている。

これらスイッチング素子２１ａ，２１ｂは、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチである。例示のスイッチング素子２１ａ，２１ｂは、ＮＰＮ型であり、コレクタが高電圧側に位置し、エミッタが低電圧側に位置している。従って、これらスイッチング素子２１ａ，２１ｂは、高電圧側から低電圧側へ流れる電流は許容するが、その逆に流れる電流は許容しない。

そして、これら第１スイッチング素子２１ａおよび第２スイッチング素子２１ｂの各々に、ダイオード（第１ダイオード２２ａおよび第２ダイオード２２ｂ）が逆並列に接続されている。アーム２５における第１スイッチング素子２１ａと第２スイッチング素子２１ｂの間の中点、換言すれば、上側アーム２５Ｕと下側アーム２５Ｄの間の中点には、中間配線２６が接続されている。中間配線２６は、低電圧電源４の高電圧側に電気を入出力する。その中間配線２６にコイル２３（リアクトル）が設置されている。

なお、スイッチング素子２１ａ，２１ｂと逆並列に接続されているダイオード２２ａ，２２ｂは、いわゆる還流ダイオードである。これらダイオード２２ａ，２２ｂのカソードは高電圧側に位置し、これらダイオード２２ａ，２２ｂのアノードは低電圧側に位置している。従って、これらダイオード２２ａ，２２ｂは、低電圧側から高電圧側へ流れる電流は許容するが、その逆に流れる電流は許容しない。

通電中にスイッチング素子２１ａ，２１ｂがオフになると、コイル２３で発生する起電力により、アーム２５に瞬間的に高電圧が加わる。ダイオード２２ａ，２２ｂは、その際、電流を流すことで、スイッチング素子２１ａ，２１ｂを保護する。

昇降圧コンバータＣＯＮは、第２スイッチング素子２１ｂおよび第１ダイオード２２ａを用いて昇圧動作を行う。すなわち、図５Ａの左図に示すように、第２スイッチング素子２１ｂがオンされる。それにより、矢印線Ｙ１で示すように、コイル２３、第２スイッチング素子２１ｂを通じて電流が流れる。そして、図５Ａの右図に示すように、第２スイッチング素子２１ｂをオフすると、コイル２３に蓄えられた電気エネルギーが、矢印線Ｙ２で示すように、第１ダイオード２２ａを通じてインバータ１０の高電圧側に放出される。このような第２スイッチング素子２１ｂのオンオフ動作を連続して行うことで、インバータ１０に出力される電圧が電源電圧から昇圧される。

昇圧動作を効率的に行うためには、コイル２３のインダクタンスを大きくし、コイル２３に大きな電流を流す必要がある。それにより、コイル２３は、巻き数も多くなって大型化する。しかも、通電時にはコイル２３が高温になるので、その温度対策が必要である。それに伴い、昇降圧コンバータＣＯＮは、コストが高くなるし、重く、大きくなってしまう。

一方、昇降圧コンバータＣＯＮが降圧動作を行う場合には、第１スイッチング素子２１ａおよび第２ダイオード２２ｂが用いられる。すなわち、図５Ｂの左図に示すように、第１スイッチング素子２１ａがオンされる。それにより、矢印線Ｙ３で示すように、インバータ１０の高電圧側から第１スイッチング素子２１ａ、コイル２３を通じて電流が流れる。その際、その電流の電気エネルギーがコイル２３に蓄えられるとともに、コイル２３の中点側はインバータ１０の高電圧側と実質的に同じ電位になる。

そして、図５Ｂの右図に示すように、第１スイッチング素子２１ａをオフすると、コイル２３が電気エネルギーを放出するのに伴って、矢印線Ｙ４で示すように、第２ダイオード２２ｂ、コイル２３を通じて電流が流れる。その際、コイル２３の中点側はインバータ１０の低電圧側と実質的に同じ電位になる。このような第１スイッチング素子２１ａのオンオフ動作を連続して行うことで、電源電圧に出力される電圧がインバータ１０の高電圧側から降圧される。

降圧時に、第１スイッチング素子２１ａがオンされたときに流れる電流は、低電圧電源４に流入するので、コイル２３を流れる電流の平均値は、昇圧時に比べると半分程度になる。すなわち、コイル２３を流れる電流は、降圧時よりも昇圧時の方が大きい。従って、昇降圧コンバータＣＯＮの場合、コイル性能は、昇圧動作に合わせて設計する必要がある。そのため、降圧動作からすると、コイル２３は過剰に大きいことになり、磁気損失が大きくなってしまう。従って、降圧動作の効率が低下する。

また、第１ダイオード２２ａは、本来、降圧時には機能しないが、その静電容量と漏れ電流とにより、エネルギーロスが発生する。従って、これによっても降圧動作の効率が低下する。

更に、第２スイッチング素子２１ｂは、昇圧時に大きな電流が流れる。そのため、それに耐え得る大きな電流容量が求められる。第２スイッチング素子２１ｂの電流容量が大きい場合、降圧時に、同期整流処理を行うために第２スイッチング素子２１ｂをスイッチングすると、キャリアの蓄積に時間を要し、スイッチング速度が遅くなる。その結果、降圧時に、大きなスイッチングロスが発生する。従って、これによっても降圧動作の効率が低下する。

（コンバータ２０の電気回路２０ａ）
図６に、本実施形態のコンバータ２０の電気回路２０ａ（要部のみ）を示す。電気回路２０ａは、降圧動作に特化した構造になっている。電気回路２０ａの基本的構造（例えば、素子の基本的な内容や位置関係）は、上述した従来の昇降圧コンバータＣＯＮの電気回路と同じである。

例えば、この電気回路２０ａにも、配線（上側配線２４Ｕおよび下側配線２４Ｄ）、アーム２５（上側アーム２５Ｕおよび下側アーム２５Ｄ）、および中間配線２６が設けられている。そして、これら配線に、素子（電気回路２０ａを構成する要素）として、２つのスイッチング素子、２つのダイオード、コイルが設けられている。従って、同じ内容の構成については同じ符号を用いることにより、その説明は省略ないし簡略化し、異なる内容について詳しく説明する。

このコンバータ２０の電気回路２０ａは、モータ３０の駆動を、車両１の運転領域の低回転側に制限することを前提に、昇圧動作よりも降圧動作が効率よく行える構造に改良されている。

具体的には、第２スイッチング素子に、第１スイッチング素子２１ａよりも電流容量が小さいスイッチング素子（改良第２スイッチング素子２１ｂ’）が用いられている。第１ダイオードに、第２ダイオード２２ｂよりも電流容量が小さいダイオード（改良第１ダイオード２２ａ’）が用いられている。そして、コイルには、昇降圧コンバータＣＯＮのコイル２３よりも小型化、高密度化されたコイル（改良コイル２３’）が用いられている。

例えば、改良コイル２３’は、インダクタンスが小さいものが採用されており、電流容量の小さい、細く短い電線で小型化されている。それに伴い、通電時の発熱も抑制されるので、温度対策も簡略化でき、改良コイル２３’は、高密度化が可能になっている。従って、コンバータ２０もコンパクトにできる。そして、コンバータ２０で降圧動作が行われる場合に発生する磁気損失が低減されるので、降圧動作の効率が向上する。

モータ３０の駆動を、車両１の運転領域の低回転側に制限したことにより、コンバータ２０に求められる昇圧性能は低下している。改良第１ダイオード２２ａ’は、その低下した昇圧性能に合わせて、電流容量の小さいものが用いられている。それにより、降圧動作において発生するエネルギーロスも低減される。従って、降圧動作の効率がより向上する。

改良第２スイッチング素子２１ｂ’も、その低下した昇圧性能に合わせて、電流容量の小さいものが用いられている。それにより、降圧動作において発生し得るスイッチングロスも低減される。従って、降圧動作の効率がよりいっそう向上する。

（制御装置の制御例）
図７に、この制御装置における力行時の制御例を示す。この制御例では、車両１が停止した状態から走行を開始し、次第に加速して通常走行に移行する過程を表している。

車両１の操作が開始されて電源が投入されているときには、常時、センサ９ａ〜９ｅなどから検出信号がＰＣＭ５に入力されている。ＰＣＭ５は、これら検出信号から、車両１の運転状態を判定するために各種の情報を読み込む（ステップＳ１）。

ＰＣＭ５は、これら情報に基づいて、エンジン２が停止しているか否かを判定する（ステップＳ２）。そして、エンジン２が停止（一時停止も含む）していると判定した場合、ＰＣＭ５は、トランスミッション７を遮断かつクラッチ６を連結し、モータ３０でエンジン２を始動する（ステップＳ３）。モータ３０は、通常駆動領域Ａ１での運転であるため、低電圧電源４の電圧で高トルクを発揮できる。従って、安定してエンジン２を始動することができる。

そして、エンジン２が始動すると、車両１は、モータ３０およびエンジン２の双方の駆動により、発進する（ステップＳ４）。モータ３０の駆動により、高トルクなトルクアシストができるので、円滑かつ安定した発進が行える。

そして、ＰＣＭ５は、モータ３０の回転数が回転数Ｒ１以上、すなわち第１補完駆動領域Ａ２になったか否かを判定する（ステップＳ５）。モータ３０の回転数が回転数Ｒ１以上になったと判定した場合、ＰＣＭ５は、コンバータ２０に制御信号を出力し、昇圧動作を開始する(ステップＳ６)。それにより、低電圧電源４の電圧よりも高い電圧がインバータ１０に供給されるので、モータ３０は、回転数が上昇しても、高いトルクを維持しながらトルクアシストすることができる。

そうして、ＰＣＭ５は、モータ３０の回転数が回転数Ｒ２以上、すなわち第２補完駆動領域Ａ３になったか否かを判定する（ステップＳ７）。モータ３０の回転数が回転数Ｒ２以上になったと判定した場合、ＰＣＭ５は、インバータ１０に制御信号を出力し、弱め磁束制御を開始する（ステップＳ８）。具体的には、モータ３０に対して弱め磁束電流の供給を開始する。それにより、逆起電力を緩和できるので、モータ３０の急激な出力トルクの低下を回避できる。

そして、ＰＣＭ５は、モータ３０の回転数が高くなるほど、弱め磁束電流が大きくなるように制御する（ステップＳ９）。そうすることにより、モータ３０は、より高いトルクで、より高回転数まで駆動可能になり、モータ３０の運転領域を高回転側に拡大できる。

その後、ＰＣＭ５は、モータ３０の回転数が上限回転数Ｒ３以上になったか否かを判定する（ステップＳ１０）。モータ３０の回転数が上限回転数Ｒ３以上になったと判定した場合、ＰＣＭ５は、コンバータ２０、インバータ１０に制御信号を出力し、モータ３０の駆動を停止してエンジン２の単独駆動に切り替える（ステップＳ１１）。

なお、この切替時には、モータ３０の駆動で得ていたトルクの減少分を、エンジン２が出力するトルクで補う必要がある。その際、トルクショックが発生するおそれがある。しかし、そのトルクの減少分は比較的小さいことに加え、切り替えるタイミングは比較的低回転である。

従って、その際に生じ得るトルクショックも小さく、時間的余裕があり、容易に抑制できる。例えば、短時間で切り替えるのではなく、図４に仮想線Ｌ３で示すように、所定の切替時間を設けて、モータ３０の出力トルクを徐々に減少させ、エンジン２の出力トルクに徐々に移行するようにしてもよい。

図８に、この制御装置において、車両１の走行中に回生が行われるときの制御例を示す。ＰＣＭ５は、回生要求があるか否かを判定する（ステップＳ２１）。例えば、低電圧電源４の充填量が不足している場合などに、ＰＣＭ５に回生要求が指示される。回生要求がある場合、ＰＣＭ５は、センサ９ａ〜９ｅなどからの情報に基づいて、車両１が制動中であるか、すなわち減速しているか否かを判定する（ステップＳ２２）。そして、ＰＣＭ５は、制動中であると判定した場合に、モータ３０の回転数が回転数Ｒ１以上か否かを判定する（ステップＳ２３）。

モータ３０の回転数が回転数Ｒ１未満、すなわち通常回生領域Ａ４であると判定した場合、ＰＣＭ５は、降圧することなく回生動作を行う。一方、モータ３０の回転数が回転数Ｒ１以上、すなわち補完回生領域Ａ５であると判定した場合、ＰＣＭ５は、コンバータ２０に制御信号を出力し、降圧動作を行いながら回生を行う。また、ＰＣＭ５は、必要に応じて、インバータ１０にも制御信号を出力し、弱め磁束制御を行う。

このコンバータ２０によれば、回生時には、昇降圧コンバータＣＯＮを用いた場合と同等以上の効率で降圧動作が行える。従って、この制御装置によれば、コンパクトかつ安価でありながら、効果的な発電が行える。

＜変形例１＞
上述した制御装置の変形例１として、更に、コンバータ２０の電気回路２０ａを簡略化した制御装置を例示する。

図９に、そのコンバータ２０Ａの電気回路２０Ａａの要部を示す。このコンバータ２０Ａは、降圧専用である点で、先のコンバータ２０と異なる。電気回路２０Ａａの基本的構造は、上述した電気回路２０ａと同じである。従って、同じ内容の構成については同じ符号を用いることにより、その説明は省略ないし簡略化し、異なる内容について詳しく説明する。

このコンバータ２０Ａの電気回路２０Ａａにも、上側配線２４Ｕ、下側配線２４Ｄ、上側アーム２５Ｕ、下側アーム２５Ｄ、および中間配線２６が設けられていて、これらに、素子として、第１スイッチング素子２１ａ、改良第１ダイオード２２ａ’、第２ダイオード２２ｂ、および後述する降圧専用コイル２３Ａが設けられている。このコンバータ２０Ａの電気回路２０Ａａには、改良第２スイッチング素子２１ｂ’は存在しない。従って、このコンバータ２０は、先のコンバータ２０よりも更に簡略化されている。

詳細には、上側アーム２５Ｕには、先の電気回路２０ａと同様に、第１スイッチング素子２１ａおよび改良第１ダイオード２２ａ’が設置されている。下側アーム２５Ｄには、素子として、カソード側を高電圧側に向けた１つのダイオード、つまり第２ダイオード２２ｂのみが設置されている。

それにより、下側配線２４Ｄから中間配線２６に電流を流すことはできるが、中間配線２６から下側配線２４Ｄに電流を流すことはできない。従って、このコンバータ２０Ａの場合、降圧動作はできるが、昇圧動作はできない構造となっている。

昇圧動作は行わないので、降圧専用コイル２３Ａは、先の改良コイル２３’よりも更に小型化、高密度化されている。従って、コンバータ２０Ａは、よりいっそうコンパクトになる。そして、降圧動作で発生する磁気損失が更に低減されるので、降圧動作の効率がよりいっそう向上する。

図１０に、この変形例１の制御装置におけるモータ３０の運転領域を例示する。力行時の領域は、先の制御装置に比べて縮小されている。回生時の領域は、先の制御装置と同様である。

コンバータ２０は昇圧しないので、回転数Ｒ１以上になると、ＰＣＭ５は、直ちに弱め磁束制御を行う。そして、モータ３０が所定の回転数（上限回転数Ｒ３’）になると、モータ３０の駆動を停止し、エンジン２の単独駆動に切り替える。ここでの上限回転数Ｒ３’は、先の上限回転数Ｒ３よりも小さい。

従って、この制御装置におけるモータ３０の力行時の運転領域は、低回転側から順に、通常駆動領域Ａ１、第２補完駆動領域Ａ３に区画されている。ここでの第２補完駆動領域Ａ３では、弱め磁束制御のみが行われる。

それに対し、回生時の領域は、先の制御装置による場合と同様である。すなわち、回生時の運転領域は、コンバータ２０Ａで降圧動作が行われるため、高回転側に拡大している。従来と同様に、通常回生領域Ａ４および補完回生領域Ａ５に、回生時の運転領域は区画されている。

図１１に、この変形例１の制御装置における力行時の制御例を示す。この制御例も、図７と同様に、車両１が停止した状態から走行を開始し、通常走行に移行する過程の制御例を示している。この制御装置では、昇圧は行われない。その点を除けば、先の制御装置の制御例と同じである。従って、同じ内容の制御については、省略または簡略しながら説明する。

ＰＣＭ５は、センサ９ａ〜９ｅなどから得られる各種情報を読み込む（ステップＳ３１）。そして、エンジン２が停止していると判定した場合（ステップＳ３２でＹｅｓ）、ＰＣＭ５は、モータ３０でエンジン２を始動する（ステップＳ３３）。エンジン２が始動すると、ＰＣＭ５は、モータ３０およびエンジン２の双方の駆動により、車両１を発進させる（ステップＳ３４）。

ＰＣＭ５は、モータ３０の回転数が回転数Ｒ１以上、すなわち第２補完駆動領域Ａ３になったか否かを判定する（ステップＳ３５）。そして、モータ３０の回転数が回転数Ｒ１以上になったと判定した場合、ＰＣＭ５は、インバータ１０に制御信号を出力し、弱め磁束制御を開始し、モータ３０の回転数が高くなるほど、弱め磁束電流が大きくなるように制御する（ステップＳ３６，Ｓ３７）。その後、ＰＣＭ５は、モータ３０の回転数が上限回転数Ｒ３’以上になったと判定した場合（ステップＳ３８でＹｅｓ）、コンバータ２０、インバータ１０に制御信号を出力し、モータ３０の駆動を停止してエンジン２の単独駆動に切り替える（ステップＳ３９）。

回生時の制御は、先の制御装置と同様である。すなわち、図８に示した制御例は、この変形例１の制御装置においても適用できる。従って、この変形例１の制御装置でも、回生時には、昇降圧コンバータＣＯＮを用いた場合と同等以上の効率で降圧動作が行える。

＜変形例２＞
変形例１と同様に、コンバータ２０の電気回路２０ａを簡略化した制御装置を例示する。図１２に、そのコンバータ２０Ｂの電気回路２０Ｂａの要部を示す。このコンバータ２０Ｂも、降圧専用である点で、先の変形例１と同じであるが、電気回路２０Ｂａの構造が異なっている。

このコンバータ２０Ｂの電気回路２０Ｂａでは、従来の昇降圧コンバータＣＯＮにおける第１ダイオード２２ａ、第２スイッチング素子２１ｂに相当するものが存在しない。その一方で、１つのダイオード（第３ダイオード２８）を設置した迂回アーム２７が新たに設けられている。

具体的には、上側アーム２５Ｕには、素子として、第１スイッチング素子２１ａのみが設置されている。第１ダイオード２２ａが存在しないので、降圧時に、第１ダイオード２２ａに起因したエネルギーロスが発生しない。従って、降圧動作の効率を向上できる。第１ダイオード２２ａが無いので、電気回路２０Ｂａを簡略化でき、よりコンパクトかつ低コストにできる。

下側アーム２５Ｄには、素子として、第２ダイオード２２ｂのみが設置されている。第２スイッチング素子２１ｂが存在しないので、電気回路２０Ｂａを簡略化でき、よりコンパクトかつ低コストにできる。

中間配線２６には、変形例１と同様、降圧専用コイル２３Ａが設置されている。従って、コンバータ２０Ｂはコンパクトになる。降圧動作で発生する磁気損失が大幅に低減されるので、降圧動作の効率が向上する。

そして、第１スイッチング素子２１ａおよびコイル２３Ａと並列になるように、上側配線２４Ｕと中間配線２６との間に、迂回アーム２７が接続されている。この迂回アーム２７に、素子として、カソード側をインバータ１０の高電圧側に向けたダイオード、つまり第３ダイオード２８のみが設置されている。

変形例２の制御装置におけるモータ３０の運転領域は、変形例１と同様である。ただし、変形例２の制御装置では、モータ３０の駆動時における電流の流れる経路が、変形例１と異なる。

すなわち、図１２に矢印で示すように、モータ３０の駆動時に低電圧電源４の高電圧側から流れる電流は、迂回アーム２７を通じて、上側配線２４Ｕに流れる。コイル２３Ａを迂回して流れるので、損失を低減できる。

この変形例２の制御装置における制御は、変形例１の制御装置と同様である。すなわち、図８、図１１に示した制御例は、この変形例２の制御装置においても適用できる。従って、この変形例２の制御装置でも、回生時には、昇降圧コンバータＣＯＮを用いた場合と同等以上の効率で降圧動作が行える。

なお、開示する技術にかかる電動発電機の制御装置は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

変形例１の制御装置において、コンバータ２０Ａの電気回路２０Ａａから、改良第１ダイオード２２ａ’も省略し、コンバータ２０Ａを完全な降圧専用にしてもよい。この場合、モータ３０は駆動できない。車両１の駆動源はエンジン２のみとなる。従って、モータ３０は回生専用に特化し、電動発電機は発電機となる。

変形例２の制御装置において、第２ダイオード２２ｂや第３ダイオード２８と逆並列になるように、スイッチング素子を設置し、同期整流処理を行ってもよい。そうすれば、これらダイオード２２ｂ，２８の順方向の電圧損失を低減できる。この場合、これらスイッチング素子に加わる電力は、昇降圧コンバータＣＯＮの第１スイッチング素子２１ａや第２スイッチング素子２１ｂに比べて微小なことから、小型の素子で実現できる利点もある。

１ 車両
２ エンジン
３ 電動発電機
４ 低電圧電源
５ ＰＣＭ（制御部の一例）
１０ インバータ
２０ コンバータ
２０ａ 電気回路
２１ａ’ 改良第１スイッチング素子
２１ｂ’ 改良第２スイッチング素子
２２ａ 第１ダイオード
２２ｂ 第２ダイオード
２３’ 改良コイル
２５Ｕ 上側アーム
２５Ｄ 下側アーム
２６ 中間配線
３０ モータ

Claims (5)

1. 電動発電機の制御装置であって、
   永久磁石が設けられたロータ、および複数の異なる巻線群が設けられたステータを有するモータと、
   前記モータの運転状態を検出する計測部と、
   前記モータを駆動制御するインバータと、
   前記インバータに接続されている低電圧電源と、
   前記インバータと前記低電圧電源との間に介在して、双方に入出力される電圧を変換するコンバータと、
   前記計測部から入力される信号に基づいて、前記インバータおよび前記コンバータに信号を出力して制御する制御部と、
   を備え、
   前記コンバータは、
   前記インバータの高電圧側および低電圧側の各々に入出力する上側配線および下側配線に接続されたアームと、
   前記アームの高電圧側から順に直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の各々と逆並列に接続された第１ダイオードおよび第２ダイオードと、
   前記アームにおける前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の間に接続されて前記低電圧電源の高電圧側に入出力する中間配線に設置されたコイルと、
   を有し、
   前記第２スイッチング素子に、前記第１スイッチング素子よりも電流容量が小さいスイッチング素子が用いられ、かつ、前記第１ダイオードに、前記第２ダイオードよりも電流容量が小さいダイオードが用いられている、電動発電機の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動発電機の制御装置において、
   前記制御部は、前記モータが所定の回転数以上で駆動するときに、前記インバータに信号を出力することにより、前記モータに弱め磁束電流を供給する弱め磁束制御を実行する、電動発電機の制御装置。
3. 請求項２に記載の電動発電機の制御装置において、
   前記制御部は、前記モータの回転数が高くなるほど、前記弱め磁束電流が大きくなるように制御する、電動発電機の制御装置。
4. 電動発電機の制御装置であって、
   永久磁石が設けられたロータ、および複数の異なる巻線群が設けられたステータを有するモータと、
   前記モータの運転状態を検出する計測部と、
   前記モータを駆動制御するインバータと、
   前記インバータに接続されている低電圧電源と、
   前記インバータと前記低電圧電源との間に介在して、双方に入出力される電圧を変換するコンバータと、
   前記計測部から入力される信号に基づいて、前記インバータおよび前記コンバータに信号を出力して制御する制御部と、
   を備え、
   前記コンバータは、
   前記インバータの高電圧側に入出力する上側配線に接続された上側アームと、
   前記上側アームと直列に接続されて、前記インバータの低電圧側に入出力する下側配線に接続された下側アームと、
   前記上側アームと前記下側アームの間に接続されて前記低電圧電源の高電圧側に入出力する中間配線に設置されたコイルと、
   を有し、
   前記上側アームには、１つのスイッチング素子および当該スイッチング素子と逆並列に接続された第１ダイオードが設置され、前記下側アームには、カソード側を高電圧側に向けた第２ダイオードのみが設置されていて、
   前記制御部が、前記コンバータに信号を出力することにより、電動機として前記モータが所定の回転数以上で運転するときには、前記インバータに信号を出力することにより、前記モータに弱め磁束電流を供給する弱め磁束制御を実行し、発電機として前記モータが運転する時には、前記スイッチング素子および前記コイルを通じて降圧しながら前記低電圧電源に電流を供給する、電動発電機の制御装置。
5. 電動発電機の制御装置であって、
   永久磁石が設けられたロータ、および複数の異なる巻線群が設けられたステータを有するモータと、
   前記モータの運転状態を検出する計測部と、
   前記モータを駆動制御するインバータと、
   前記インバータに接続されている低電圧電源と、
   前記インバータと前記低電圧電源との間に介在して、双方に入出力される電圧を変換するコンバータと、
   前記計測部から入力される信号に基づいて、前記インバータおよび前記コンバータに信号を出力して制御する制御部と、
   を備え、
   前記コンバータは、
   前記インバータの高電圧側に入出力する上側配線に接続されるとともに、コレクタ側を高電圧側に向けた１つのスイッチング素子のみが設置された上側アームと、
   前記上側アームと直列に接続されて、前記インバータの低電圧側に入出力する下側配線に接続されるとともに、カソード側を高電圧側に向けた１つのダイオードのみが設置された下側アームと、
   前記上側アームと前記下側アームの間に接続されて前記低電圧電源の高電圧側に入出力する中間配線に設置されたコイルと、
   前記スイッチング素子および前記コイルと並列になるように、前記上側配線と前記中間配線とに接続されるとともに、カソード側を前記インバータの高電圧側に向けた１つのダイオードのみが設置された迂回アームと、
   を有し、
   前記制御部が、前記コンバータに信号を出力することにより、電動機として前記モータが所定の回転数以上で運転するときには、前記迂回アームを通じて前記インバータに電流を供給し、発電機として前記モータが運転する時には、前記スイッチング素子および前記コイルを通じて降圧しながら前記低電圧電源に電流を供給する、電動発電機の制御装置。

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