JP2022080945A - Control device for ac rotating machine - Google Patents

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Abstract

To provide a control device for an AC rotating machine capable of improving the accuracy of setting the timing at which synchronous rectification is performed on variation of in rotational speed or behavior in winding current when alternator power generation is executed every control cycle.SOLUTION: In a control device for an AC rotating machine, alternator power generation control for switching a zero-on mode, a high-on mode, and a low-on mode by comparing a detection value and a determination value of a winding current is executed for each phase when power is generated with an induced voltage, and the determination value is set based on a margin time set according to a rotational angular velocity, the amplitude of current, and a delay time that occurs in switching.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本願は、交流回転機の制御装置に関するものである。 The present application relates to a control device for an AC rotary machine.

ステータの電機子巻線に生じた誘起電圧により、交流回転機及びインバータに整流発電を行わせる際に、電流が流れるダイオードが逆並列接続されたスイッチング素子をオンさせることで、発電効率を向上させ、素子の発熱を低減させるオルタ発電制御を行う技術が知られている。 The induced voltage generated in the armature winding of the stator improves power generation efficiency by turning on the switching element in which the diode through which the current flows is connected in anti-parallel when the AC rotating machine and the inverter generate rectified power. , A technique for controlling alternator power generation to reduce heat generation of an element is known.

特許文献1の技術では、制御回路により、各相の巻線電流が0Aにクロスしたゼロクロス時点を検出し、ゼロクロス時点を基準に、スイッチング素子をオン又はオフしている。 In the technique of Patent Document 1, a control circuit detects a zero-crossing time point in which the winding current of each phase crosses 0A, and the switching element is turned on or off based on the zero-crossing time point.

特許文献2の技術では、交流電力の周期毎にダイオードの導通時間から同期整流可能な時間を得て、高電位側及び低電位側のスイッチング素子のオン及びオフするタイミングを決定している。 In the technique of Patent Document 2, the time during which synchronous rectification is possible is obtained from the conduction time of the diode for each cycle of AC power, and the timing for turning on and off the switching element on the high potential side and the low potential side is determined.

特開2011-135695号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-135695 特開2009-284564号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-284564

しかしながら、特許文献1の技術では、制御回路により、電流が0Aにクロスしたゼロクロス時点を連続的に検出し、ゼロクロス時点を基準に、スイッチング素子をオン又はオフしているので、制御周期ごとにオルタ発電を行う制御装置において生じる制御周期による遅れの影響が考慮されていない。また、特許文献1の技術では、制御周期による遅れの影響が考量されていないため、ゼロクロス時点を判定する閾値を、0Aから変化させることは考慮されていない。さらに、制御回路を実装する必要があるため、電機子巻線の相数が増えるほど実装面積が大きくなるため、車両用発電機を小型化するのは難しい。 However, in the technique of Patent Document 1, the control circuit continuously detects the zero crossing time point when the current crosses 0A, and the switching element is turned on or off based on the zero crossing time point. Therefore, the alternator is used for each control cycle. The effect of delay due to the control cycle that occurs in the control device that generates power is not taken into consideration. Further, in the technique of Patent Document 1, since the influence of the delay due to the control cycle is not considered, it is not considered to change the threshold value for determining the zero cross time point from 0A. Further, since it is necessary to mount a control circuit, it is difficult to miniaturize the vehicle generator because the mounting area increases as the number of phases of the armature winding increases.

特許文献2の技術では、一定の回転速度であれば、交流電力の周期毎に決定したスイッチング素子のオンおよびオフするタイミングで所望の動作を行うことが可能である。しかし、回転速度が変動する場合には、ダイオード整流を行うべき区間において、スイッチング素子がオンして電流が乱れたり、同期整流を行える区間において、スイッチング素子がオフして発熱量が増加したりする。また、ロータに界磁巻線を備える発電電動機では、界磁電流の変化により界磁磁束が変化する。界磁磁束が変化すると誘起電圧が変化し、巻線電流の振幅などが変化するため、交流電流の周期毎の判定では巻線電流の挙動の変化に対応するのが難しい。 In the technique of Patent Document 2, if the rotation speed is constant, it is possible to perform a desired operation at the timing of turning on and off the switching element determined for each cycle of AC power. However, when the rotation speed fluctuates, the switching element turns on and the current is disturbed in the section where diode rectification should be performed, or the switching element turns off and the calorific value increases in the section where synchronous rectification can be performed. .. Further, in a generator motor having a field winding in the rotor, the field magnetic flux changes due to a change in the field current. When the field magnetic flux changes, the induced voltage changes and the amplitude of the winding current changes. Therefore, it is difficult to respond to the change in the behavior of the winding current by the determination for each cycle of the alternating current.

そこで、本願は、制御周期ごとにオルタ発電を実行する場合において、回転速度の変動、又は巻線電流の挙動の変化に対して、同期整流を行うタイミングの設定精度を向上させることができる交流回転機の制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, in the present application, when the alternator power generation is executed for each control cycle, it is possible to improve the setting accuracy of the timing for performing synchronous rectification with respect to the fluctuation of the rotation speed or the behavior of the winding current. The purpose is to provide a control device for the machine.

本願に係る交流回転機の制御装置は、ロータと、複数相の電機子巻線を有するステータとを設けた交流回転機を、インバータを介して制御する交流回転機の制御装置であって、
前記インバータは、各相について、直流電源の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子と前記直流電源の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記電機子巻線に接続される直列回路を設け、前記スイッチング素子は、逆並列接続されたダイオードの機能を有し、
前記交流回転機の制御装置は、
複数相の前記電機子巻線に生じた誘起電圧により前記交流回転機に発電を行わせる際に、各相について、高電位側及び低電位側の前記スイッチング素子をオフするゼロオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオンすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオフするハイオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオフすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオンするローオンモードと、を前記電機子巻線に流れる電流の検出値と判定値とを比較することで切り替えるオルタ発電制御を実行し、
前記判定値を、前記交流回転機の回転角速度、前記電機子巻線を流れる電流の振幅、及び切り替えに生じる遅れ時間に対応して設定された余裕時間に基づいて設定するものである。
The control device for an AC rotary machine according to the present application is a control device for an AC rotary machine that controls an AC rotary machine provided with a rotor and a stator having a multi-phase armature winding via an inverter.
In the inverter, for each phase, a switching element on the high potential side connected to the high potential side of the DC power supply and a switching element on the low potential side connected to the low potential side of the DC power supply are connected in series and connected in series. The connection point is provided with a series circuit connected to the armature winding of the corresponding phase, and the switching element has the function of a diode connected in antiparallel.
The control device for the AC rotary machine is
A zero-on mode in which the switching elements on the high-potential side and the low-potential side are turned off for each phase when the AC rotator is made to generate power by the induced voltage generated in the armature windings of a plurality of phases, and high. A high-on mode in which the switching element on the potential side is turned on and the switching element on the low potential side is turned off, and a low-on mode in which the switching element on the high potential side is turned off and the switching element on the low potential side is turned on. Is switched by comparing the detected value and the determined value of the current flowing through the armature winding, and the alternator power generation control is executed.
The determination value is set based on the rotational angular velocity of the AC rotary machine, the amplitude of the current flowing through the armature winding, and the margin time set corresponding to the delay time generated in the switching.

本願に係る交流回転機の制御装置によれば、巻線電流の検出値と判定値とを比較して、モードの切り替えを判定し、判定結果に基づいてスイッチング素子をオンオフし、モードを切り替えるまでの間に遅れ時間が生じる。この切り替えに生じる遅れ時間により、巻線電流を検出した時点と、判定結果に基づいてモードを切り替えた時点との巻線電流の状態が変化する。そのため、遅れ時間の間の巻線電流の変化を考慮して、判定値を設定することが求められる。巻線電流の挙動は、回転角速度、巻線電流の振幅に応じて変化する。本願に係る交流回転機の制御装置によれば、判定値が、回転角速度、巻線電流の振幅、及び切り替えに生じる遅れ時間に対応して設定された余裕時間に基づいて設定されるので、遅れ時間の間の巻線電流の変化を考慮して、判定値を設定することができ、モードを適切に切り替えることができる。よって、回転速度の変動、又は巻線電流の挙動の変化に対して、各モードを行うタイミングの設定精度を向上させることができる。 According to the control device of the AC rotary machine according to the present application, the detection value of the winding current and the determination value are compared to determine the mode switching, and the switching element is turned on / off based on the determination result until the mode is switched. There is a delay time between. Depending on the delay time generated in this switching, the state of the winding current changes between the time when the winding current is detected and the time when the mode is switched based on the determination result. Therefore, it is required to set the determination value in consideration of the change in the winding current during the delay time. The behavior of the winding current changes according to the rotational angular velocity and the amplitude of the winding current. According to the control device of the AC rotary machine according to the present application, the determination value is set based on the rotation angular velocity, the amplitude of the winding current, and the margin time set corresponding to the delay time generated in the switching, and thus the delay. The judgment value can be set in consideration of the change in the winding current over time, and the mode can be appropriately switched. Therefore, it is possible to improve the setting accuracy of the timing for performing each mode with respect to the fluctuation of the rotation speed or the behavior of the winding current.

実施の形態1に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the AC rotary machine and the control device of the AC rotary machine which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る制御装置の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the control device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る制御装置のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the control device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るインバータ制御の実行時の制御タイミングを説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the control timing at the time of execution of the inverter control which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るオルタ発電制御の実行時の巻線電流の挙動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the behavior of the winding current at the time of execution of the alternator power generation control which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る図5の時刻t2aにおけるインバータの電流挙動を説明する図である。It is a figure explaining the current behavior of the inverter at the time t2a of FIG. 5 which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るオルタ発電制御の実行時の制御タイミングを説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the control timing at the time of execution of the alternator power generation control which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るモード切り替え判定処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the mode switching determination process which concerns on Embodiment 1. 実施の形態1に係るオルタ発電制御の実行時の巻線電流の挙動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the behavior of the winding current at the time of execution of the alternator power generation control which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るオルタ発電制御の実行時の制御タイミングを説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the control timing at the time of execution of the alternator power generation control which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る車両用の発電電動機とされた交流回転機の模式図である。It is a schematic diagram of the AC rotary machine which was made into the generator motor for the vehicle which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るコンバータのスイッチング素子のオンオフ制御挙動を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the on / off control behavior of the switching element of the converter which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係るモード切り替え判定処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the mode switching determination process which concerns on Embodiment 2.

1.実施の形態1
実施の形態1に係る交流回転機の制御装置11(以下、単に、制御装置11と称す)について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る交流回転機1、インバータ5、及び制御装置11の概略構成図である。
1. 1. Embodiment 1
The control device 11 (hereinafter, simply referred to as the control device 11) of the AC rotary machine according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an AC rotary machine 1, an inverter 5, and a control device 11 according to the present embodiment.

1-1.交流回転機1
交流回転機1は、ステータ18と、ステータ18の径方向内側に配置されたロータ14と、を備えている。交流回転機1は、界磁巻線型の同期回転機とされている。ステータ18の鉄心に、複数相の電機子巻線12が巻装されている。ロータ14の鉄心に界磁巻線4が巻装され、電磁石が設けられている。
1-1. AC rotary machine 1
The AC rotating machine 1 includes a stator 18 and a rotor 14 arranged radially inside the stator 18. The AC rotating machine 1 is a field winding type synchronous rotating machine. A plurality of phase armature windings 12 are wound around the iron core of the stator 18. A field winding 4 is wound around the iron core of the rotor 14, and an electromagnet is provided.

本実施の形態では、複数相の電機子巻線12は、U相、V相、及びW相の3相の電機子巻線Cu、Cv、Cwとされている。3相の電機子巻線Cu、Cv、Cwは、スター結線とされてもよいし、デルタ結線とされてもよい。 In the present embodiment, the plurality of phase armature windings 12 are U-phase, V-phase, and W-phase three-phase armature windings Cu, Cv, and Cw. The three-phase armature windings Cu, Cv, and Cw may be star-connected or delta-connected.

ロータ14には、ロータ14の回転角度(回転角度)を検出する回転センサ15が設けられている。回転センサ15の出力信号は、制御装置11に入力される。回転センサ15には、ホール素子、レゾルバ、又はエンコーダ等の各種のセンサが用いられる。回転センサ15が設けられず、後述する電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転角度(磁極位置)を推定するように構成されてもよい(いわゆる、センサレス方式)。 The rotor 14 is provided with a rotation sensor 15 that detects the rotation angle (rotation angle) of the rotor 14. The output signal of the rotation sensor 15 is input to the control device 11. As the rotation sensor 15, various sensors such as a Hall element, a resolver, or an encoder are used. The rotation sensor 15 may not be provided, and may be configured to estimate the rotation angle (pole position) based on the current information obtained by superimposing the harmonic component on the current command value described later (so-called). Sensorless method).

1-2.直流電源2
直流電源2は、インバータ5及びコンバータ9に直流電圧Vdcを出力する。直流電源2として、バッテリー、DC-DCコンバータ、ダイオード整流器、PWM整流器等、直流電圧を出力する任意の機器が用いられる。直流電源2には、平滑コンデンサ3が並列接続されている。
1-2. DC power supply 2
The DC power supply 2 outputs a DC voltage Vdc to the inverter 5 and the converter 9. As the DC power supply 2, any device that outputs a DC voltage, such as a battery, a DC-DC converter, a diode rectifier, and a PWM rectifier, is used. A smoothing capacitor 3 is connected in parallel to the DC power supply 2.

1-3.インバータ5
インバータ5は、複数のスイッチング素子を有し、直流電源2と電機子巻線12との間で電力変換を行う。インバータ5は、各相について、直流電源2の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子SPと、直流電源2の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子SNと、が直列接続された直列回路を設けている。各直列回路における2つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の電機子巻線に接続される。3相各相の電機子巻線に対応して、3セットの直列回路が設けられている。
1-3. Inverter 5
The inverter 5 has a plurality of switching elements and performs power conversion between the DC power supply 2 and the armature winding 12. In the inverter 5, for each phase, the switching element SP on the high potential side connected to the high potential side of the DC power supply 2 and the switching element SN on the low potential side connected to the low potential side of the DC power supply 2 are connected in series. A connected series circuit is provided. The connection points of the two switching elements in each series circuit are connected to the armature windings of the corresponding phase. Three sets of series circuits are provided corresponding to the armature windings of each of the three phases.

具体的には、U相の直列回路では、U相の高電位側のスイッチング素子SPuとU相の低電位側のスイッチング素子SNuとが直列接続され、2つのスイッチング素子SPu、SNuの接続点がU相の電機子巻線Cuに接続されている。V相の直列回路では、V相の高電位側のスイッチング素子SPvとV相の低電位側のスイッチング素子SNvとが直列接続され、2つのスイッチング素子SPv、SNvの接続点がV相の電機子巻線Cvに接続されている。W相の直列回路では、Wの高電位側のスイッチング素子SPwとW相の低電位側のスイッチング素子SNwとが直列接続され、2つのスイッチング素子SPw、SNwの接続点がW相の電機子巻線Cwに接続されている。 Specifically, in the U-phase series circuit, the switching element SPu on the high potential side of the U phase and the switching element SNu on the low potential side of the U phase are connected in series, and the connection points of the two switching elements SPu and SNu are connected. It is connected to the U-phase armature winding Cu. In the V-phase series circuit, the switching element SPv on the high potential side of the V phase and the switching element SNv on the low potential side of the V phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements SPv and SNv is a V-phase armature. It is connected to the winding Cv. In the W-phase series circuit, the switching element SPw on the high potential side of W and the switching element SNw on the low potential side of W phase are connected in series, and the connection point of the two switching elements SPw and SNw is a W-phase armature winding. It is connected to the line Cw.

インバータ5の各スイッチング素子は、逆並列接続されたダイオードの機能を有している。例えば、各スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、逆並列接続された寄生ダイオードを有するMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置11に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置11から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。 Each switching element of the inverter 5 has the function of a diode connected in antiparallel. For example, each switching element has an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) in which diodes are connected in anti-parallel connection, a bipolar transistor in which diodes are connected in anti-parallel connection, and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) having a parasitic diode connected in anti-parallel connection. ) Etc. are used. The gate terminal of each switching element is connected to the control device 11 via a gate drive circuit or the like. Therefore, each switching element is turned on or off by the switching signal output from the control device 11.

電機子電流センサ8は、各相の電機子巻線Cu、Cv、Cwに流れる電流を検出する電流検出回路である。本実施の形態では、電機子電流センサ8は、各相のスイッチング素子の直列回路と電機子巻線とをつなぐ電線上に備えられている。各相の電機子電流センサ8の出力信号は、制御装置11に入力される。電機子電流センサ8は、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。なお、電機子電流センサ8は、各相のスイッチング素子の直列回路に直列接続されてもよい。 The armature current sensor 8 is a current detection circuit that detects the current flowing through the armature windings Cu, Cv, and Cw of each phase. In the present embodiment, the armature current sensor 8 is provided on the electric wire connecting the series circuit of the switching element of each phase and the armature winding. The output signal of the armature current sensor 8 of each phase is input to the control device 11. The armature current sensor 8 is a current sensor such as a Hall element and a shunt resistor. The armature current sensor 8 may be connected in series to the series circuit of the switching element of each phase.

1-4.コンバータ9
コンバータ9は、スイッチング素子を有し、直流電源2と界磁巻線4との間で電力変換を行う。本実施の形態では、コンバータ9は、直流電源2の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子SPと直流電源2の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子SNとが直列接続された直列回路を2組設けたHブリッジ回路とされている。第1組の直列回路28における高電位側のスイッチング素子SP1と低電位側のスイッチング素子SN1との接続点が、界磁巻線4の一端に接続され、第2組の直列回路29における高電位側のスイッチング素子SP2と低電位側のスイッチング素子SN2との接続点が、界磁巻線4の他端に接続される。
1-4. Converter 9
The converter 9 has a switching element and performs power conversion between the DC power supply 2 and the field winding 4. In the present embodiment, in the converter 9, the switching element SP on the high potential side connected to the high potential side of the DC power supply 2 and the switching element SN on the low potential side connected to the low potential side of the DC power supply 2 are connected in series. It is an H-bridge circuit provided with two sets of connected series circuits. The connection point between the switching element SP1 on the high potential side and the switching element SN1 on the low potential side in the series circuit 28 of the first set is connected to one end of the field winding 4, and the high potential in the series circuit 29 of the second set. The connection point between the switching element SP2 on the side and the switching element SN2 on the low potential side is connected to the other end of the field winding 4.

コンバータ9のスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたIGBT、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、MOSFET等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置11に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置11から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。 As the switching element of the converter 9, an IGBT in which diodes are connected in antiparallel, a bipolar transistor in which diodes are connected in antiparallel, a MOSFET, and the like are used. The gate terminal of each switching element is connected to the control device 11 via a gate drive circuit or the like. Therefore, each switching element is turned on or off by the switching signal output from the control device 11.

なお、第1組の直列回路28の低電位側のスイッチング素子SN1をダイオードに置き換えたり、第2組の直列回路29の高電位側のスイッチング素子SP2をダイオードに置き換えたりする等、コンバータ9を他の構成としてもよい。 In addition, the converter 9 is replaced with a diode, the switching element SN1 on the low potential side of the series circuit 28 of the first set is replaced with a diode, the switching element SP2 on the high potential side of the series circuit 29 of the second set is replaced with a diode, and the like. It may be configured as.

界磁電流センサ6は、界磁巻線4を流れる電流である界磁電流ifを検出する電流検出回路である。本実施の形態では、界磁電流センサ6は、界磁巻線4とコンバータ9とをつなぐ電線上に設けられている。界磁電流センサ6は、界磁電流ifを検出可能な他の個所に設けられてもよい。界磁電流センサ6の出力信号は、制御装置11に入力される。界磁電流センサ6は、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。 The field current sensor 6 is a current detection circuit that detects the field current if, which is the current flowing through the field winding 4. In the present embodiment, the field current sensor 6 is provided on an electric wire connecting the field winding 4 and the converter 9. The field current sensor 6 may be provided at another location where the field current if can be detected. The output signal of the field current sensor 6 is input to the control device 11. The field current sensor 6 is a current sensor such as a Hall element and a shunt resistance.

1-5.制御装置11
制御装置11は、インバータ5及びコンバータ9を介して、交流回転機1を制御する。制御装置11は、図2に示すように、回転検出部31、電機子電流検出部32、電機子巻線制御部33、界磁電流検出部34、及び界磁巻線制御部35等の機能部を備えている。制御装置11の各機能は、制御装置11が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置11は、図3に示すように、処理回路として、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置90(コンピュータ)、演算処理装置90とデータのやり取りする記憶装置91、演算処理装置90に外部の信号を入力する入力回路92、演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93、及び外部装置とデータ通信を行う通信回路94等を備えている。
1-5. Control device 11
The control device 11 controls the AC rotary machine 1 via the inverter 5 and the converter 9. As shown in FIG. 2, the control device 11 has functions such as a rotation detection unit 31, an armature current detection unit 32, an armature winding control unit 33, a field current detection unit 34, and a field winding control unit 35. It has a part. Each function of the control device 11 is realized by the processing circuit provided in the control device 11. Specifically, as shown in FIG. 3, the control device 11 has, as a processing circuit, an arithmetic processing unit 90 (computer) such as a CPU (Central Processing Unit), a storage device 91 for exchanging data with the arithmetic processing unit 90, and the like. The arithmetic processing unit 90 includes an input circuit 92 for inputting an external signal, an output circuit 93 for outputting a signal from the arithmetic processing unit 90 to the outside, a communication circuit 94 for data communication with the external device, and the like.

演算処理装置90として、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、IC(Integrated Circuit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置90として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置91として、演算処理装置90からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(Random Access Memory)、及び演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)等が備えられている。入力回路92は、回転センサ15、電機子電流センサ8、界磁電流センサ6等の各種のセンサ及びスイッチが接続され、これらセンサ及びスイッチの出力信号を演算処理装置90に入力するA/D変換器等を備えている。出力回路93は、インバータ5及びコンバータ9のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置90から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。通信回路94は、外部装置と通信を行う。 The arithmetic processing device 90 is provided with an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an IC (Integrated Circuit), a DSP (Digital Signal Processor), an FPGA (Field Programmable Gate Array), various logic circuits, various signal processing circuits, and the like. You may. Further, the arithmetic processing apparatus 90 may be provided with a plurality of the same type or different types, and each processing may be shared and executed. As the storage device 91, a RAM (Random Access Memory) configured to be able to read and write data from the arithmetic processing device 90, a ROM (Read Only Memory) configured to be able to read data from the arithmetic processing device 90, and the like are used. It is prepared. The input circuit 92 is connected to various sensors and switches such as a rotation sensor 15, an armature current sensor 8, and a field current sensor 6, and A / D conversion in which the output signals of these sensors and switches are input to the arithmetic processing device 90. Equipped with vessels, etc. The output circuit 93 includes a drive circuit or the like to which an electric load such as a gate drive circuit for driving the switching elements of the inverter 5 and the converter 9 on and off is connected, and a control signal is output from the arithmetic processing device 90 to these electric loads. The communication circuit 94 communicates with an external device.

そして、制御装置11が備える各制御部31~35等の各機能は、演算処理装置90が、ROM等の記憶装置91に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、記憶装置91、入力回路92、及び出力回路93等の制御装置11の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部31~35等が用いる制御周期、余裕時間、判定値等の設定データは、ソフトウェア(プログラム)の一部として、ROM等の記憶装置91に記憶されている。以下、制御装置11の各機能について詳細に説明する。 Then, in each function of the control units 31 to 35 included in the control device 11, the arithmetic processing device 90 executes software (program) stored in the storage device 91 such as a ROM, and the storage device 91 and the input circuit 92. , And by cooperating with other hardware of the control device 11 such as the output circuit 93. The setting data such as the control cycle, the margin time, and the determination value used by the control units 31 to 35 and the like are stored in the storage device 91 such as ROM as a part of the software (program). Hereinafter, each function of the control device 11 will be described in detail.

回転検出部31は、電気角でのロータの磁極位置θ(ロータの回転角度θ)及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、回転検出部31は、回転センサ15の出力信号に基づいて、ロータの磁極位置θ(回転角度θ)及び回転角速度ωを検出する。磁極位置は、ロータに設けられた電磁石のN極の向きに設定される。なお、回転検出部31は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度(磁極位置)を推定するように構成されてもよい(いわゆる、センサレス方式)。 The rotation detection unit 31 detects the rotor magnetic pole position θ (rotor rotation angle θ) and the rotation angular velocity ω at the electric angle. In the present embodiment, the rotation detection unit 31 detects the magnetic pole position θ (rotation angle θ) and the rotation angular velocity ω of the rotor based on the output signal of the rotation sensor 15. The magnetic pole position is set in the direction of the north pole of the electromagnet provided in the rotor. The rotation detection unit 31 is configured to estimate the rotation angle (pole position) based on the current information obtained by superimposing the harmonic component on the current command value without using the rotation sensor. It is also good (so-called sensorless method).

電機子電流検出部32は、電機子電流センサ8の出力信号に基づいて、3相の電機子巻線に流れる巻線電流ius、ivs、iwsを検出する。ここで、iusが、U相の巻線電流iuの検出値であり、ivsが、V相の巻線電流ivの検出値であり、iwsが、W相の巻線電流iwの検出値である。なお、電機子電流センサ8が2相の巻線電流を検出するように構成され、残りの1相の巻線電流が、2相の巻線電流の検出値に基づいて算出されてもよい。例えば、電機子電流センサ8が、V相及びW相の巻線電流ivs、iwsを検出し、U相の巻線電流iusが、ius=-ivs-iwsにより算出されてもよい。 The armature current detection unit 32 detects the winding currents ius, ivs, and iws flowing through the three-phase armature windings based on the output signal of the armature current sensor 8. Here, ius is the detected value of the U-phase winding current iu, ivs is the detected value of the V-phase winding current iv, and iws is the detected value of the W-phase winding current iv. .. The armature current sensor 8 may be configured to detect the two-phase winding current, and the remaining one-phase winding current may be calculated based on the detected value of the two-phase winding current. For example, the armature current sensor 8 may detect the winding currents ivs and iws of the V phase and the W phase, and the winding current ius of the U phase may be calculated by is = −ivs-iws.

1-5-1.電機子巻線制御部33
電機子巻線制御部33は、後述するインバータ制御を行うインバータ制御部331と、後述するオルタ発電制御を行うオルタ発電制御部332と、インバータ制御とオルタ発電制御との切り替えを行う制御切換部333と、を備えている。
1-5-1. Armature winding control unit 33
The armature winding control unit 33 includes an inverter control unit 331 that performs inverter control described later, an alternator power generation control unit 332 that performs alternator power generation control described later, and a control switching unit 333 that switches between inverter control and alternator power generation control. And, it has.

1-5-1-1.制御切換部333
制御切換部333は、インバータ制御とオルタ発電制御といずれを実行するか判定し、インバータ制御とオルタ発電制御との切り替えを行う。例えば、制御切換部333は、外部の制御装置から、誘起電圧による発電制御の指令が伝達されている場合に、オルタ発電制御を実行すると判定し、オルタ発電制御部332にオルタ発電制御の実行を指令し、オルタ発電制御部332が生成した各スイッチング信号を、ゲート駆動回路を介して、インバータ5の各スイッチング素子のゲート端子に入力させ、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。
1-5-1-1. Control switching unit 333
The control switching unit 333 determines whether to execute the inverter control or the alternator power generation control, and switches between the inverter control and the alternator power generation control. For example, the control switching unit 333 determines that the inverter power generation control is executed when the command of the power generation control by the induced voltage is transmitted from the external control device, and executes the alternator power generation control to the alternator power generation control unit 332. Each switching signal commanded and generated by the alternator power generation control unit 332 is input to the gate terminal of each switching element of the inverter 5 via the gate drive circuit, and each switching element is turned on or off.

制御切換部333は、外部の制御装置から、インバータ制御の指令が伝達されている場合に、インバータ制御を実行すると判定し、インバータ制御部331にインバータ制御の実行を指令し、インバータ制御部331が生成した各スイッチング信号を、ゲート駆動回路を介して、インバータ5の各スイッチング素子のゲート端子に入力させ、各スイッチング素子をオン又はオフさせる。 The control switching unit 333 determines that the inverter control is executed when the inverter control command is transmitted from the external control device, commands the inverter control unit 331 to execute the inverter control, and the inverter control unit 331 orders the inverter control unit 331 to execute the inverter control. Each generated switching signal is input to the gate terminal of each switching element of the inverter 5 via the gate drive circuit, and each switching element is turned on or off.

1-5-1-2.インバータ制御部331
インバータ制御部331は、電圧指令値に基づいて、複数のスイッチング素子を第1制御周期Tc1でPWM制御(Pulse Width Modulation)によりオンオフするインバータ制御を実行する。
1-5-1-2. Inverter control unit 331
The inverter control unit 331 executes inverter control for turning on and off a plurality of switching elements by PWM control (Pulse Width Modulation) in the first control cycle Tc1 based on the voltage command value.

本実施の形態では、図2に示すように、インバータ制御部331は、電流座標変換部331a、電流指令値算出部331b、電圧指令値算出部331c、電圧座標変換部331d、及びPWM制御部331eを備えている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the inverter control unit 331 includes a current coordinate conversion unit 331a, a current command value calculation unit 331b, a voltage command value calculation unit 331c, a voltage coordinate conversion unit 331d, and a PWM control unit 331e. It is equipped with.

電流座標変換部331aは、3相の巻線電流の検出値ius、ivs、iwsを、d軸及びq軸の回転座標系上のd軸電流の検出値ids及びq軸電流の検出値iqsに変換する。d軸及びq軸の回転座標系は、検出した磁極位置θの方向に定めたd軸及びd軸より電気角で90°進んだ方向に定めたq軸からなる2軸の回転座標であり、ロータの磁極位置θの回転に同期して回転する。具体的には、電機子電流検出部32は、3相の巻線電流の検出値ius、ivs、iwsを、磁極位置θに基づいて3相2相変換及び回転座標変換を行って、d軸電流の検出値ids及びq軸電流の検出値iqsに変換する。 The current coordinate conversion unit 331a converts the three-phase winding current detection values ius, ivs, and iws into d-axis current detection values ids and q-axis current detection values iqs on the d-axis and q-axis rotating coordinate systems. Convert. The rotation coordinate system of the d-axis and the q-axis is a two-axis rotation coordinate consisting of the d-axis determined in the direction of the detected magnetic pole position θ and the q-axis defined in the direction advanced by 90 ° in the electric angle from the d-axis. It rotates in synchronization with the rotation of the magnetic pole position θ of the rotor. Specifically, the armature current detection unit 32 performs three-phase two-phase conversion and rotational coordinate conversion on the three-phase winding current detection values ius, ivs, and iws based on the magnetic pole position θ, and performs d-axis. It is converted into the detected value ids of the current and the detected value iqs of the q-axis current.

電流指令値算出部331bは、電流指令値を算出する。本実施の形態では、電流指令値算出部331bは、d軸の電流指令値ido及びq軸の電流指令値iqoを算出する。例えば、電流指令値算出部331bは、トルク指令値To、回転角速度ω、及び直流電圧Vdcに基づいて、d軸及びq軸の電流指令値ido、iqoを算出する。 The current command value calculation unit 331b calculates the current command value. In the present embodiment, the current command value calculation unit 331b calculates the current command value ido on the d-axis and the current command value iqo on the q-axis. For example, the current command value calculation unit 331b calculates the current command values ido and iqo of the d-axis and the q-axis based on the torque command value To, the rotational angular velocity ω, and the DC voltage Vdc.

電圧指令値算出部331cは、巻線電流の検出値及び電流指令値に基づいて、電圧指令値を算出する。例えば、電圧指令値算出部331cは、巻線電流の検出値が電流指令値に近づくように、電圧指令値を変化させる。例えば、電圧指令値算出部331cは、d軸電流の検出値idsがd軸の電流指令値idoに近づき、q軸電流の検出値iqsがq軸の電流指令値iqoに近づくように、比例積分制御等を行って、d軸の電圧指令値Vdo及びq軸の電圧指令値Vqoを算出するフィードバック制御を実行する。また、d軸電流とq軸電流の非干渉化のための公知のフィードフォワード制御が行われてもよい。 The voltage command value calculation unit 331c calculates the voltage command value based on the detection value of the winding current and the current command value. For example, the voltage command value calculation unit 331c changes the voltage command value so that the detected value of the winding current approaches the current command value. For example, the voltage command value calculation unit 331c is proportionally integrated so that the detected value ids of the d-axis current approaches the current command value ido of the d-axis and the detected value iqs of the q-axis current approaches the current command value iqo of the q-axis. Control and the like are performed to execute feedback control for calculating the voltage command value Vdo on the d-axis and the voltage command value Vqo on the q-axis. Further, a known feedforward control for non-interference between the d-axis current and the q-axis current may be performed.

或いは、電圧指令値算出部331cは、巻線電流の検出値を用いず、d軸及びq軸の電流指令値に基づいて、交流回転機の電気的定数を用い、d軸及びq軸の電圧指令値を変化させるフィードフォワード制御を実行してもよい。なお、フィードバック制御及びフィードフォワード制御の一方又は双方が行われてもよい。 Alternatively, the voltage command value calculation unit 331c uses the electrical constants of the AC rotating machine based on the current command values of the d-axis and the q-axis without using the detected value of the winding current, and the voltage of the d-axis and the q-axis. Feed forward control that changes the command value may be executed. In addition, one or both of feedback control and feedforward control may be performed.

電圧座標変換部331dは、d軸及びq軸の電圧指令値Vdo、Vqoを、磁極位置θに基づいて、固定座標変換及び2相3相変換を行って、3相の電圧指令値Vuo、Vvo、Vwoに変換する。なお、電圧座標変換部331dは、3相の電圧指令値に対して、2相変調、空間ベクトル変調等の線間電圧が変化しないような変調を加えてもよい。 The voltage coordinate conversion unit 331d performs fixed coordinate conversion and two-phase three-phase conversion on the d-axis and q-axis voltage command values Vdo and Vqo based on the magnetic pole position θ, and performs three-phase voltage command values Vuo and Vvo. , Convert to Vwo. The voltage coordinate conversion unit 331d may apply modulation such as two-phase modulation and space vector modulation so that the line voltage does not change with respect to the three-phase voltage command value.

PWM制御部331eは、電圧指令値に基づいて、第1制御周期Tc1でPWM制御によりインバータ5の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。本実施の形態では、図4に示すように、PWM制御部331eは、3相の電圧指令値Vuo、Vvo、Vwoのそれぞれと第1制御周期Tc1で振動するキャリア信号C1とを比較することにより、複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。キャリア信号C1は、第1制御周期Tc1で0を中心に電源電圧の半分値Vdc/2の振幅で振動する三角波とされている。直流電圧Vdcは、電圧センサにより検出されてもよい。 The PWM control unit 331e controls on / off of a plurality of switching elements of the inverter 5 by PWM control in the first control cycle Tc1 based on the voltage command value. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the PWM control unit 331e compares each of the three-phase voltage command values Vuo, Vvo, and Vwo with the carrier signal C1 vibrating in the first control cycle Tc1. , Controls on / off of multiple switching elements. The carrier signal C1 is a triangular wave that oscillates with an amplitude of Vdc / 2, which is half the power supply voltage, centered on 0 in the first control cycle Tc1. The DC voltage Vdc may be detected by a voltage sensor.

PWM制御部331eは、各相について、キャリア信号C1が電圧指令値を下回った場合は、高電位側のスイッチング素子のスイッチング信号QPをオン(本例では、1)して、高電位側のスイッチング素子をオンし、キャリア信号C1が電圧指令値を上回った場合は、高電位側のスイッチング素子のスイッチング信号QPをオフ(本例では、0)して、高電位側のスイッチング素子をオフする。一方、PWM制御部331eは、各相について、キャリア信号C1が電圧指令値を下回った場合は、低電位側のスイッチング素子のスイッチング信号QNをオフ(本例では、0)して、低電位側のスイッチング素子をオフして、低電位側のスイッチング素子をオフし、キャリア信号C1が電圧指令値を上回った場合は、低電位側のスイッチング素子のスイッチング信号QNをオン(本例では、1)して、低電位側のスイッチング素子をオンする。なお、各相について、高電位側のスイッチング素子のオン期間と低電位側のスイッチング素子のオン期間との間には、高電位側及び低電位側のスイッチング素子の双方をオフにする短絡防止期間(デッドタイム)が設けられてもよい。 When the carrier signal C1 falls below the voltage command value for each phase, the PWM control unit 331e turns on the switching signal QP of the switching element on the high potential side (1 in this example) to switch on the high potential side. When the element is turned on and the carrier signal C1 exceeds the voltage command value, the switching signal QP of the switching element on the high potential side is turned off (0 in this example), and the switching element on the high potential side is turned off. On the other hand, when the carrier signal C1 falls below the voltage command value for each phase, the PWM control unit 331e turns off the switching signal QN of the switching element on the low potential side (0 in this example) to turn off the switching signal QN on the low potential side. When the switching element of the low potential side is turned off, the switching element on the low potential side is turned off, and the carrier signal C1 exceeds the voltage command value, the switching signal QN of the switching element on the low potential side is turned on (1 in this example). Then, the switching element on the low potential side is turned on. For each phase, between the on period of the switching element on the high potential side and the on period of the switching element on the low potential side, a short circuit prevention period in which both the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side are turned off. (Dead time) may be provided.

図4に示すように、インバータ制御の実行時は、第1制御周期Tc1で振動するキャリア信号C1の山の頂点で、3相の巻線電流ius、ivs、iwsが検出される。巻線電流の検出後、インバータ制御部331の各部において、巻線電流の検出値に基づいた3相の電圧指令値Vuo、Vvo、Vwoの算出処理が行われ、次のキャリア信号C1の谷の頂点で、3相の電圧指令値Vuo、Vvo、Vwoが更新され、PWM制御に反映される。なお、次のキャリア信号C1の谷の頂点までに、電圧指令値の算出処理が終了しない場合は、次の次のキャリア信号C1の谷の頂点で、電圧指令値が更新されればよい。 As shown in FIG. 4, when the inverter control is executed, the three-phase winding currents us, ivs, and iws are detected at the peak of the carrier signal C1 that vibrates in the first control cycle Tc1. After the winding current is detected, each part of the inverter control unit 331 performs calculation processing of the three-phase voltage command values Vuo, Vvo, and Vwo based on the detected value of the winding current, and the next carrier signal C1 valley At the apex, the three-phase voltage command values Vuo, Vvo, and Vwo are updated and reflected in the PWM control. If the calculation process of the voltage command value is not completed by the apex of the valley of the next carrier signal C1, the voltage command value may be updated at the apex of the valley of the next carrier signal C1.

第1制御周期Tc1は、インバータ制御が実行される最大回転速度において、電流リプルに含まれる第1制御周期の成分を許容できる制御周期の最大値以下に設定されればよい。例えば、第1制御周期Tc1は、10kHzの逆数に設定される。 The first control cycle Tc1 may be set to be equal to or less than the maximum value of the control cycle that allows the component of the first control cycle included in the current ripple at the maximum rotation speed at which the inverter control is executed. For example, the first control cycle Tc1 is set to the reciprocal of 10 kHz.

1-5-1-3.オルタ発電制御部332
1-5-1-3-1.オルタ発電の課題
<誘起電圧による発電>
インバータ5の全てのスイッチング素子をオフした状態で、各相について、ロータの回転により生じた電機子巻線の誘起電圧が、直流電源の高電位側の電圧を上回ると、電機子巻線から直流電源の高電位側に、高電位側のスイッチング素子の逆並列ダイオードを通って電流が流れる。一方、電機子巻線の誘起電圧が、直流電源の低電位側の電圧を下回ると、直流電源の低電位側から電機子巻線に、低電位側のスイッチング素子の逆並列ダイオードを通って電流が流れる。このように、回転により生じた電機子巻線の誘起電圧が、直流電源の高電位側の電圧を上回り、直流電源の低電位側の電圧を下回る状態になると、インバータ5は整流器として機能し、交流回転機が発生した交流電力を直流電力に整流して、直流電源に供給する。すなわち、3相の電機子巻線に生じた誘起電圧により、交流回転機が発電を行う。このような、ダイオードによる整流を、ダイオード整流という。
1-5-1-3. Alter power generation control unit 332
1-5-1-3-1. Issues of alternator power generation <Power generation by induced voltage>
With all switching elements of the inverter 5 turned off, when the induced voltage of the armature winding generated by the rotation of the rotor exceeds the voltage on the high potential side of the DC power supply for each phase, DC is applied from the armature winding. A current flows on the high potential side of the power supply through the antiparallel diode of the switching element on the high potential side. On the other hand, when the induced voltage of the armature winding falls below the voltage on the low potential side of the DC power supply, a current flows from the low potential side of the DC power supply to the armature winding through the antiparallel diode of the switching element on the low potential side. Flows. In this way, when the induced voltage of the armature winding generated by rotation exceeds the voltage on the high potential side of the DC power supply and falls below the voltage on the low potential side of the DC power supply, the inverter 5 functions as a rectifier. The AC power generated by the AC rotating machine is rectified into DC power and supplied to the DC power supply. That is, the AC rotating machine generates electricity by the induced voltage generated in the three-phase armature winding. Such rectification by a diode is called diode rectification.

<同期整流>
ダイオードを電流が流れると、電力損失が大きいため、発熱量が大きくなる。そこで、誘起電圧によりダイオードを電流が流れるときに、ダイオードのスイッチング素子をオンすれば、ダイオードに代えてスイッチング素子を電流が流れるので、電力損失を低減し、発熱量を低減することができる。このようなスイッチング素子をオンする整流を、同期整流という。
<Synchronous rectification>
When a current flows through a diode, the amount of heat generated increases because the power loss is large. Therefore, if the switching element of the diode is turned on when the current flows through the diode due to the induced voltage, the current flows through the switching element instead of the diode, so that the power loss can be reduced and the calorific value can be reduced. Rectification that turns on such a switching element is called synchronous rectification.

例えば、図5に、誘起電圧による発電時の3相の電機子巻線を流れる3相の巻線電流iu、iv、iwを示している。図5には、説明を簡単にするため、電気角1次成分のみの波形を示しているが、5次等の高調波成分を含んでいても同様のことがいえる。 For example, FIG. 5 shows the three-phase winding currents iu, iv, and iwa flowing through the three-phase armature winding during power generation by the induced voltage. FIG. 5 shows a waveform of only the first-order electrical angle component for the sake of simplicity, but the same can be said even if a harmonic component such as the fifth-order component is included.

<巻線電流に応じた同期整流>
図5の時刻t2aにおいて、インバータ5内を電流は図6のように流れる。時刻t2aでは、U相の巻線電流は正であり、同期整流を行わない場合はU相の低電位側のダイオードを電流が流れるため、U相の低電位側のスイッチング素子SNuをオンすることで、発熱量を低減できる。同様に、時刻t2aでは、V相の電流は負であり、V相の高電位側のダイオードを電流が流れるため、V相の高電位側のスイッチング素子SPvをオンすることで、発熱量を低減する。時刻t2aでは、W相の電流は正であり、W相の低電位側のダイオードを電流が流れるため、W相の低電位側のスイッチング素子SNwをオンすることで、発熱量を低減する。よって、同期整流では、各相について、誘起電圧によって発生する巻線電流が負の場合に、高電位側のスイッチング素子SPをオンし、低電位側のスイッチング素子SNをオフし、巻線電流が正の場合に、高電位側のスイッチング素子SPをオフし、低電位側のスイッチング素子SNをオンする。
<Synchronous rectification according to winding current>
At the time t2a of FIG. 5, the current flows in the inverter 5 as shown in FIG. At time t2a, the winding current of the U phase is positive, and when synchronous rectification is not performed, the current flows through the diode on the low potential side of the U phase, so the switching element SNu on the low potential side of the U phase should be turned on. Therefore, the calorific value can be reduced. Similarly, at time t2a, the V-phase current is negative and the current flows through the diode on the high-potential side of the V-phase. Therefore, by turning on the switching element SPv on the high-potential side of the V-phase, the calorific value is reduced. do. At time t2a, the W phase current is positive and the current flows through the diode on the low potential side of the W phase. Therefore, the calorific value is reduced by turning on the switching element SNw on the low potential side of the W phase. Therefore, in synchronous rectification, when the winding current generated by the induced voltage is negative for each phase, the switching element SP on the high potential side is turned on, the switching element SN on the low potential side is turned off, and the winding current is changed. When positive, the switching element SP on the high potential side is turned off, and the switching element SN on the low potential side is turned on.

<0A付近でのダイオード整流の実施>
一方、図5の時刻t6aでは、W相の巻線電流iwは負値ではあるが、0A付近である。W相の巻線電流の検出値iwsには検出誤差が含まれるため、巻線電流iwが負値であっても、巻線電流の検出値iwsが正値になることがある。誤って、ダイオードが通電していない逆側のスイッチング素子がオンされると、誤ってオンされた逆側のスイッチング素子を電流が流れ、電流が乱れて発電効率が低下する。また、0A付近では、ダイオードを電流が流れても発熱量は大きくならない。そのため、電流の検出誤差を考慮して、0A付近では、高電位側及び低電位側のスイッチング素子の双方をオフして、ダイオード整流を行い、誤って逆側のスイッチング素子がオンされないようにすることが考えられる。
<Implementation of diode rectification near 0A>
On the other hand, at the time t6a in FIG. 5, the winding current iw of the W phase is a negative value, but is near 0A. Since the detection value iws of the winding current of the W phase includes a detection error, the detected value iws of the winding current may be a positive value even if the winding current iw is a negative value. If the switching element on the opposite side where the diode is not energized is erroneously turned on, a current flows through the switching element on the opposite side which is erroneously turned on, the current is disturbed, and the power generation efficiency is lowered. Further, in the vicinity of 0A, the calorific value does not increase even if a current flows through the diode. Therefore, in consideration of the current detection error, in the vicinity of 0A, both the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side are turned off to perform diode rectification so that the switching element on the opposite side is not accidentally turned on. Is possible.

また、特許文献1では、電流が0Aにクロスしたゼロクロス時点を連続的に検出し、ゼロクロス時点を基準に、スイッチング素子をオン又はオフしているので、制御周期による遅れの影響が考慮されていない。しかし、本実施の形態では、後述するように、第2制御周期Tc2ごとに電流が検出され、スイッチング素子がオン又はオフされるので、制御周期による遅れによりゼロクロス時点の検出が遅れ、誤って、逆側のスイッチング素子がオンされる可能性がある。そのため、制御周期による遅れを考慮して、0A付近では、高電位側及び低電位側のスイッチング素子の双方をオフして、ダイオード整流を行い、誤って逆側のスイッチング素子がオンされないようにすることが考えられる。 Further, in Patent Document 1, since the zero crossing time point at which the current crosses 0A is continuously detected and the switching element is turned on or off based on the zero crossing time point, the influence of the delay due to the control cycle is not taken into consideration. .. However, in the present embodiment, as will be described later, the current is detected every second control cycle Tc2 and the switching element is turned on or off. The switching element on the opposite side may be turned on. Therefore, in consideration of the delay due to the control cycle, in the vicinity of 0A, both the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side are turned off to perform diode rectification so that the switching element on the opposite side is not accidentally turned on. Is possible.

1-5-1-3-2.オルタ発電制御
そこで、オルタ発電制御部332は、3相の電機子巻線に生じた誘起電圧により交流回転機に発電を行わせる際に、各相について、ゼロオンモードとハイオンモードとローオンモードとの切り替えを第2制御周期Tc2ごとに判定し、切り替えるオルタ発電制御を実行する。ゼロオンモードは、高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子をオフするモードである。ハイオンモードは、高電位側のスイッチング素子をオンすると共に低電位側のスイッチング素子をオフするモードである。ローオンモードは、高電位側のスイッチング素子をオフすると共に低電位側のスイッチング素子をオンするモードである。
1-5-1-3-2. Alter power generation control Therefore, when the alternator power generation control unit 332 causes the AC rotator to generate power by the induced voltage generated in the three-phase armature winding, the zero-on mode, high-on mode, and low-on mode are used for each phase. The switching with is determined for each second control cycle Tc2, and the alternator power generation control for switching is executed. The zero-on mode is a mode in which the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side are turned off. The hion mode is a mode in which the switching element on the high potential side is turned on and the switching element on the low potential side is turned off. The low-on mode is a mode in which the switching element on the high potential side is turned off and the switching element on the low potential side is turned on.

この構成によれば、高電位側及び低電位側のスイッチング素子の双方がオフされるゼロオンモードに切り替えられるので、電流の検出誤差、及び制御周期による遅れが生じても、0A付近で、誤って、ダイオードが通電していない逆側のスイッチング素子がオンされることを抑制し、発電効率が低下することを抑制できる。 According to this configuration, since both the high-potential side and low-potential side switching elements are switched to the zero-on mode, even if a current detection error and a delay due to the control cycle occur, an error occurs near 0A. Therefore, it is possible to suppress the switching element on the opposite side where the diode is not energized from being turned on, and to suppress the decrease in power generation efficiency.

<制御タイミング>
図7に示すように、オルタ発電制御の実行時は、第2制御周期Tc2で振動する三角波のキャリア信号C2の山の頂点で、3相の巻線電流ius、ivs、iwsが検出される。巻線電流の検出後、各相の巻線電流の検出値に基づいたゼロオンモード、ハイオンモード、及びローオンモードの切り替え判定処理が行われ、次のキャリア信号C2の谷の頂点で、切り替えの判定結果に基づいて、各スイッチング素子のスイッチング信号のオン又はオフの設定が更新され、更新されたオン又はオフの設定は、次の次のキャリア信号C2の谷の頂点まで保持される。すなわち、キャリア信号C2の山の頂点の巻線電流の検出値に基づいて設定されたスイッチング信号は、次のキャリア信号C2の谷の頂点から、次の次のキャリア信号C2の谷の頂点まで保持される。
<Control timing>
As shown in FIG. 7, when the alternator power generation control is executed, the three-phase winding currents ius, ivs, and iws are detected at the peak of the carrier signal C2 of the triangular wave oscillating in the second control cycle Tc2. After the winding current is detected, switching determination processing of zero-on mode, high-on mode, and low-on mode is performed based on the detected value of the winding current of each phase, and switching is performed at the apex of the valley of the next carrier signal C2. Based on the determination result of, the on or off setting of the switching signal of each switching element is updated, and the updated on or off setting is held until the apex of the valley of the next next carrier signal C2. That is, the switching signal set based on the detected value of the winding current at the peak of the peak of the carrier signal C2 is held from the top of the valley of the next carrier signal C2 to the top of the valley of the next next carrier signal C2. Will be done.

<巻線電流の検出値と判定値との比較による切り替え判定>
オルタ発電制御部332は、各相について、電機子巻線の巻線電流の検出値と判定値とを比較することで、ゼロオンモード、ハイオンモード、及びローオンモードの切り替えを判定する。オルタ発電制御部332は、各相について、判定値を、回転角速度ω、電機子巻線を流れる電流の振幅I、及び切り替えに生じる遅れ時間に対応して設定された余裕時間Tmgに基づいて設定する。
<Switching judgment by comparing the detected value of winding current and the judgment value>
The alternator power generation control unit 332 determines switching between the zero-on mode, the high-on mode, and the low-on mode by comparing the detected value and the determination value of the winding current of the armature winding for each phase. The alternator power generation control unit 332 sets the determination value for each phase based on the rotation angular velocity ω, the amplitude I of the current flowing through the armature winding, and the margin time Tmg set corresponding to the delay time generated in the switching. do.

巻線電流の検出値と判定値とを比較して、モードの切り替えを判定し、判定結果に基づいてスイッチング素子をオンオフし、モードを切り替えるまでの間に遅れ時間が生じる。この切り替えに生じる遅れ時間により、巻線電流を検出した時点と、判定結果に基づいてモードを切り替えた時点との巻線電流の状態が変化する。そのため、遅れ時間の間の巻線電流の変化を考慮して、判定値を設定することが求められる。巻線電流の挙動は、回転角速度ω、電流の振幅Iに応じて変化する。上記の構成によれば、判定値を、回転角速度ω、電流の振幅I、及び切り替えに生じる遅れ時間に対応して設定された余裕時間Tmgに基づいて設定するので、遅れ時間の間の巻線電流の変化を考慮して、判定値を設定することができ、モードを適切に切り替えることができる。 The detection value of the winding current and the determination value are compared to determine the mode switching, the switching element is turned on and off based on the determination result, and a delay time occurs until the mode is switched. Depending on the delay time generated in this switching, the state of the winding current changes between the time when the winding current is detected and the time when the mode is switched based on the determination result. Therefore, it is required to set the determination value in consideration of the change in the winding current during the delay time. The behavior of the winding current changes according to the rotation angular velocity ω and the current amplitude I. According to the above configuration, the determination value is set based on the rotation angular velocity ω, the current amplitude I, and the margin time Tmg set corresponding to the delay time generated in the switching, so that the winding during the delay time is set. The judgment value can be set in consideration of the change in the current, and the mode can be appropriately switched.

本実施の形態では、オルタ発電制御部332は、回転角速度ω、電機子巻線を流れる電流の振幅I、及び余裕時間Tmgに基づいて、ハイオン判定値IthH及びローオン判定値IthLを設定する。そして、オルタ発電制御部332は、各相について、電機子巻線の巻線電流の検出値が、ローオン判定値IthL以上である場合は、ローオンモードに切り替えると判定し、電機子巻線の巻線電流の検出値が、ハイオン判定値IthH以下である場合に、ハイオンモードに切り替えると判定し、電機子巻線の巻線電流の検出値が、ローオン判定値IthLより小さく、且つハイオン判定値IthHより大きい場合に、ゼロオンモードに切り替えると判定する。 In the present embodiment, the alternator power generation control unit 332 sets the high-on determination value IsH and the low-on determination value IsL based on the rotation angular velocity ω, the amplitude I of the current flowing through the armature winding, and the margin time Tmg. Then, the alternator power generation control unit 332 determines that the armature winding is switched to the low-on mode when the detected value of the winding current of the armature winding is equal to or higher than the low-on determination value IsL for each phase. When the detected value of the winding current is equal to or less than the high-on judgment value IsH, it is determined to switch to the high-on mode, and the detected value of the armature winding winding current is smaller than the low-on judgment value IsL and the high-on judgment value. If it is larger than IsH, it is determined to switch to the zero-on mode.

この構成によれば、各相について、電機子巻線の巻線電流の検出値が、ハイオン判定値IthHからローオン判定値IthLまでの範囲内である場合に、ゼロオンモードに設定され、ダイオード整流が行われるので、電流の検出誤差、及び制御周期による遅れが生じても、0A付近で、誤って、ダイオードが通電していない逆側のスイッチング素子がオンされることを抑制し、発電効率が低下することを抑制できる。 According to this configuration, for each phase, when the detected value of the winding current of the armature winding is within the range from the high-on determination value IsH to the low-on determination value IsL, the zero-on mode is set and diode rectification is performed. Therefore, even if a current detection error and a delay due to the control cycle occur, it is possible to prevent the switching element on the opposite side where the diode is not energized from being accidentally turned on near 0A, and the power generation efficiency is improved. It is possible to suppress the decrease.

この切り替え判定処理を、図8に示すフローチャートのように構成できる。図8の判定処理は、3相の巻線電流の検出が行われた後、各相について実行される。ステップS130で、オルタ発電制御部332は、巻線電流の検出値がローオン判定値IthL以上であるか否かを判定し、ローオン判定値IthL以上である場合は、ステップS132に進み、ローオンモードに切り替えると判定し、ローオン判定値IthL以上でない場合は、ステップS131に進む。ステップS131で、オルタ発電制御部332は、巻線電流の検出値がハイオン判定値IthH以下であるか否かを判定し、ハイオン判定値IthH以下である場合は、ステップS133に進み、ハイオンモードに切り替えると判定し、ハイオン判定値IthH以下でない場合は、ステップS134に進み、ゼロオンモードに切り替えると判定する。各相の判定結果は、次のキャリア信号C2の谷の頂点でスイッチング信号の設定に反映される。 This switching determination process can be configured as shown in the flowchart shown in FIG. The determination process of FIG. 8 is executed for each phase after the winding currents of the three phases are detected. In step S130, the alternator power generation control unit 332 determines whether or not the detected value of the winding current is the low-on determination value IsL or more, and if it is the low-on determination value IsL or more, proceeds to step S132 and proceeds to the low-on mode. If it is determined to switch to, and the row-on determination value is not equal to or greater than IsL, the process proceeds to step S131. In step S131, the alternator power generation control unit 332 determines whether or not the detected value of the winding current is the high-on determination value IsH or less, and if it is the high-on determination value IsH or less, the process proceeds to step S133 to enter the high-on mode. It is determined to switch, and if it is not equal to or less than the high-on determination value IsH, the process proceeds to step S134, and it is determined to switch to the zero-on mode. The determination result of each phase is reflected in the setting of the switching signal at the apex of the valley of the next carrier signal C2.

<ゼロオンモードによるデッドタイムの代替>
ここで、各相において、ローオンモードからハイオンモードに切り替える場合、及びハイオンモードからローオンモードに切り替える場合は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子とが同時にオンにならないように、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子の双方をオフにするデッドタイムを設けることを考慮する必要がある。このデッドタイムは、ゼロオンモードと同じ状態である。上記の巻線電流の検出値に基づいた切り替え判定処理によれば、ハイオンモードとローオンモードとの切り替え間に、ゼロオンモードに切り替えられるので、デッドタイムの代わりになる。
<Alternative to dead time with zero-on mode>
Here, in each phase, when switching from the low-on mode to the high-on mode and when switching from the high-on mode to the low-on mode, the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side should not be turned on at the same time. It is necessary to consider providing a dead time for turning off both the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side. This dead time is the same as the zero-on mode. According to the switching determination process based on the detection value of the winding current described above, the zero-on mode is switched between the high-on mode and the low-on mode, which is a substitute for the dead time.

オルタ発電制御部332は、ゼロオンモードからハイオンモード又はローオンモードへの切り替え、及びハイオンモード又はローオンモードからゼロオンモードへの切り替えは行うが、ハイオンモードからローオンモードへの切り替え及びローオンモードからハイオンモードへの切り替えは行わないように構成される。 The alternator power generation control unit 332 switches from the zero-on mode to the high-on mode or the low-on mode, and switches from the high-on mode or the low-on mode to the zero-on mode, but switches from the high-on mode to the low-on mode and low. It is configured not to switch from on mode to high on mode.

<制御周期による遅れの影響>
図9は、図5の時刻t1a~時刻t6a付近を拡大したものである。時刻t4aで検出した巻線電流の検出値に基づいて決定したスイッチング信号は、時刻t5a~時刻t7aの間に出力される。そのため、時刻t4aの巻線電流の検出値により判定したモードに対応する電流の状態と、時刻t5a~時刻t7aの間の実際の電流の状態とが一致している必要がある。すなわち、時刻t5a~時刻t7aの間の電流の状態を見こして、時刻t4aの巻線電流の検出値に基づいて、モードを判定する必要がある。
<Effect of delay due to control cycle>
FIG. 9 is an enlarged view of the vicinity of time t1a to time t6a in FIG. The switching signal determined based on the detected value of the winding current detected at the time t4a is output between the time t5a and the time t7a. Therefore, it is necessary that the current state corresponding to the mode determined by the detected value of the winding current at time t4a and the actual current state between time t5a and time t7a match. That is, it is necessary to anticipate the state of the current between the time t5a and the time t7a and determine the mode based on the detected value of the winding current at the time t4a.

例えば、時刻t4aでW相の巻線電流の検出値iwsは正値であるが、時刻t5aから時刻t7aの間に、W相の電流iwは正値から負値に変化するので、ハイオンモード及びローオンモードでは、逆側のスイッチング素子がオンされる期間が生じることになり、ゼロオンモードに設定する必要がある。そのため、時刻t4aでW相の巻線電流の検出値iwsは正値であるが、ローオンモードではなく、ゼロオンモードに判定されるように、ローオン判定値IthLを、電流の変化分、0よりも高めに設定する必要がある。 For example, the detected value iws of the winding current of the W phase is a positive value at time t4a, but the current iw of the W phase changes from a positive value to a negative value between the time t5a and the time t7a. In the low-on mode, there will be a period during which the switching element on the opposite side is turned on, and it is necessary to set the zero-on mode. Therefore, the detected value iws of the winding current of the W phase is a positive value at time t4a, but the low-on determination value ItL is set to 0 by the change in current so that it is determined in the zero-on mode instead of the low-on mode. Must be set higher than.

<IthL、IthHの設定>
よって、制御周期による遅れの影響を考慮して、ローオン判定値IthL及びハイオン判定値IthHを設定する必要があり、以下で設定について説明する。上述したように、今回の巻線電流の検出値に基づく切り替え判定結果によるスイッチング素子のオンオフ期間は、今回の巻線電流の検出値によるオンオフ時点から、次回の巻線電流の検出値によるオンオフ時点までの期間になる。よって、制御周期による最長の遅れ時間は、図7に示すように、今回の電流の検出時点から、次回の電流の検出時点で検出した巻線電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間になり、この期間を、次回オンオフ時間Tnxtとする。よって、次回オンオフ時間Tnxt先の巻線電流の状態と、判定したモードに対応する電流の状態とが、一致するようにローオン判定値IthL及びハイオン判定値IthHを設定すればよい。そのためには、巻線電流が0になる時点よりも、余裕時間Tmgとしての次回オンオフ時間Tnxtだけ前の時点の巻線電流に基づいて、ローオン判定値IthL及びハイオン判定値IthHを設定すればよい。以下で、その設定値を説明する。
<Setting of IsL and IsH>
Therefore, it is necessary to set the low-on determination value IsL and the high-on determination value IsH in consideration of the influence of the delay due to the control cycle, and the settings will be described below. As described above, the on / off period of the switching element based on the switching determination result based on the current winding current detection value is from the on / off time point based on the current winding current detection value to the on / off time point based on the next winding current detection value. It will be a period until. Therefore, as shown in FIG. 7, the longest delay time due to the control cycle is determined based on the switching determination result determined based on the detection value of the winding current detected from the current current detection time point to the next current detection time point. It is a period until the time when the switching element is turned on and off, and this period is defined as the next on / off time Tnxt. Therefore, the low-on determination value IsL and the high-on determination value IsH may be set so that the state of the winding current at the next on / off time Tnxt destination and the state of the current corresponding to the determined mode match. For that purpose, the low-on determination value IsL and the high-on determination value IsH may be set based on the winding current at the time point corresponding to the next on / off time Tnxt as the margin time Tmg before the time when the winding current becomes 0. .. The set values will be described below.

なお、今回の電流の検出時点から、今回の電流の検出時点で検出した巻線電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間を、オンオフ遅れ時間Tdlyとする。次回オンオフ時間Tnxtは、オンオフ遅れ時間Tdly+第2制御周期Tc2になる(Tnxt=Tdly+Tc2)。オンオフ遅れ時間Tdlyは、第2制御周期の半周期Tc2/2になる。 The period from the current current detection time to the time when the switching element is turned on / off based on the switching judgment result determined based on the winding current detection value detected at the current current detection time is defined as the on / off delay time Tdry. do. The next on / off time Tnxt becomes the on / off delay time Tdry + the second control cycle Tc2 (Tnxt = Tdry + Tc2). The on / off delay time Tdry is a half cycle Tc2 / 2 of the second control cycle.

3相の巻線電流iu、iv、iwは、電流振幅をIとし、回転角速度をωとすると、式(1)で近似的に与えられる。

Figure 2022080945000002
The three-phase winding currents iu, iv, and iwa are approximately given by Eq. (1), where I is the current amplitude and ω is the rotational angular velocity.
Figure 2022080945000002

巻線電流が0になる時点よりも、次回オンオフ時間Tnxtだけ前の時点の巻線電流(以下、次回オンオフ時間前の巻線電流値と称す)は、次式で与えられる。ここで、次式において、主に、ローオン判定値IthLの設定のために、巻線電流が0になる時点で、電流が減少している場合を考慮するため、位相をπ進めた場合と、主に、ハイオン判定値IthHの設定のために、巻線電流が0になる時点で、電流が増加している場合を考慮するため、位相をπ進めた場合と、を設定している。

Figure 2022080945000003
The winding current (hereinafter referred to as the winding current value before the next on / off time) at a time point equal to the next on / off time Tnxt before the time when the winding current becomes 0 is given by the following equation. Here, in the following equation, in order to consider the case where the current is decreasing at the time when the winding current becomes 0 mainly for setting the low-on determination value IsL, the case where the phase is advanced by π and the case where the phase is advanced by π. Mainly, in order to set the high-on determination value IsH, the case where the phase is advanced by π is set in order to consider the case where the current is increasing when the winding current becomes 0.
Figure 2022080945000003

よって、ローオン判定値IthL及びハイオン判定値IthHは、次式を満たすように設定されれば、次回オンオフ時間Tnxt先の巻線電流の状態と、判定したモードに対応する電流の状態とが一致する。

Figure 2022080945000004
Therefore, if the low-on determination value IsL and the high-on determination value IsH are set so as to satisfy the following equations, the state of the winding current at the next on / off time Tnxt destination and the state of the current corresponding to the determined mode match. ..
Figure 2022080945000004

次式に示すように、ローオン判定値IthLは、電流減少時の次回オンオフ時間前の巻線電流値(正値)に、電流検出誤差を考慮して予め設定された正のオフセット値αLを加算した値に設定されればよく、ハイオン判定値IthHは、電流増加時の次回オンオフ時間前の巻線電流値(負値)から、電流検出誤差を考慮して予め設定された正のオフセット値αHを減算した値に設定されればよい。

Figure 2022080945000005
As shown in the following equation, the low-on judgment value IsL is obtained by adding the preset positive offset value αL to the winding current value (positive value) before the next on / off time when the current decreases. The high-on judgment value IsH is a positive offset value αH preset in consideration of the current detection error from the winding current value (negative value) before the next on / off time when the current increases. It may be set to the value obtained by subtracting.
Figure 2022080945000005

よって、オルタ発電制御部332は、ローオン判定値IthL及びハイオン判定値IthHを、回転角速度ω、巻線電流の振幅I、余裕時間Tmgとしての次回オンオフ時間Tnxtに基づいて設定する。巻線電流の振幅Iは、過去の巻線電流の検出値の最大値及び最小値から算出されればよい。オルタ発電制御部332は、ローオン判定値IthL及びハイオン判定値IthHを、巻線電流が0になる時点よりも、次回オンオフ時間Tnxtだけ前の時点の巻線電流に基づいて設定する。例えば、オルタ発電制御部332は、式(4)を用いて、ローオン判定値IthL及びハイオン判定値IthHを設定する。 Therefore, the alternator power generation control unit 332 sets the low-on determination value IsL and the high-on determination value IsH based on the rotation angular velocity ω, the winding current amplitude I, and the next on / off time Tnxt as the margin time Tmg. The amplitude I of the winding current may be calculated from the maximum value and the minimum value of the detected values of the winding current in the past. The alternator power generation control unit 332 sets the low-on determination value ItL and the high-on determination value IsH based on the winding current at the time point before the next on / off time Tnxt before the time when the winding current becomes 0. For example, the alternator power generation control unit 332 sets the low-on determination value IsL and the high-on determination value IsH using the equation (4).

このように、ローオン判定値IthL及びハイオン判定値IthHが、次回オンオフ時間Tnxtだけ前の時点の巻線電流に基づいて設定されるので、次回オンオフ時間Tnxt先になる、次回の巻線電流の検出値によるオンオフ時点までの期間において、巻線電流が0Aを跨ぐか否かを判定し、0Aを跨ぐ場合に、ゼロオンモードに切り替えることができ、0A付近で、誤って、ダイオードが通電していない逆側のスイッチング素子がオンされることを抑制し、発電効率が低下することを抑制できる。 In this way, since the low-on determination value IsL and the high-on determination value IsH are set based on the winding current at the time point before the next on-off time Tnxt, the detection of the next winding current that is ahead of the next on-off time Tnxt. It is possible to determine whether or not the winding current straddles 0A in the period up to the on / off time according to the value, and if it straddles 0A, it is possible to switch to the zero-on mode, and the diode is erroneously energized near 0A. It is possible to suppress the switching element on the opposite side from being turned on and to suppress the decrease in power generation efficiency.

式(4)を用いて設定してもよいが、次式に示すように、正弦関数を近似した次式を用いてもよい。

Figure 2022080945000006
Although it may be set using the equation (4), the following equation which approximates the sine function may be used as shown in the following equation.
Figure 2022080945000006

或いは、回転角速度ω及び巻線電流の振幅Iと、ローオン判定値IthLとの関係が予め設定された判定値設定マップを参照して、ローオン判定値IthLが設定されてもよく、回転角速度ω及び巻線電流の振幅Iと、ハイオン判定値IthHとの関係が予め設定された判定値設定マップを参照して、ハイオン判定値IthHが設定されてもよい。判定値設定マップは、実験データ又は解析データに基づいて、予め設定されてもよい。 Alternatively, the low-on determination value IsL may be set by referring to the determination value setting map in which the relationship between the rotation angular velocity ω and the amplitude I of the winding current and the low-on determination value IsL is set in advance, and the rotation angular velocity ω and The high-on determination value IsH may be set with reference to the determination value setting map in which the relationship between the amplitude I of the winding current and the high-on determination value IsH is set in advance. The determination value setting map may be set in advance based on experimental data or analysis data.

また、回転角速度ωとして、オルタ発電制御の運転領域における、予め設定された最大の回転角速度ωmaxが用いられてもよい。また、巻線電流の振幅Iとして、オルタ発電制御の運転領域における、予め設定された最大の巻線電流の振幅Imaxが用いられてもよい。 Further, as the rotation angular velocity ω, the maximum rotation angular velocity ωmax set in advance in the operating region of the alternator power generation control may be used. Further, as the winding current amplitude I, the maximum preset winding current amplitude Imax in the operating region of the alternator power generation control may be used.

以上では、キャリア信号C2の谷の頂点で、切り替えの判定結果に基づいて、各スイッチング素子をオンオフしていたが、図10に示すように、キャリア信号C2の谷の頂点を待たずに、切り替え判定が終了した時点で、切り替えの判定結果に基づいて、各スイッチング素子をオンオフしてもよい。判定値の算出に用いられる次回オンオフ時間Tnxtは、過去の次回オンオフ時間Tnxtに基づいて設定されてもよく、予め設定されてもよい。オルタ発電制御の処理は、インバータ制御の処理に比べて、処理負荷が大幅に小さいため、早期に切り替え判定が終了する。なお、各相について、各相の切り替え判定が終了しだい、切り替え判定結果に基づいて、各相のスイッチングをオンオフしてもよい。このように構成すれば、オンオフ遅れ時間Tdly及び次回オンオフ時間Tnxtを短縮することができ、ローオン判定値IthL及びハイオン判定値IthHを0に近づけることができる。よって、ローオンモード及びハイオンモードの期間を長くし、ゼロオンモードの期間を短くすることができ、更に、発電効率を向上でき、及び発熱量を低減できる。 In the above, each switching element was turned on and off at the apex of the valley of the carrier signal C2 based on the determination result of switching. However, as shown in FIG. 10, switching is performed without waiting for the apex of the valley of the carrier signal C2. When the determination is completed, each switching element may be turned on and off based on the determination result of switching. The next on / off time Tnxt used for calculating the determination value may be set based on the past next on / off time Tnxt, or may be set in advance. Since the processing load of the alternator power generation control process is significantly smaller than that of the inverter control process, the switching determination is completed early. For each phase, as soon as the switching determination of each phase is completed, the switching of each phase may be turned on / off based on the switching determination result. With this configuration, the on / off delay time Tdry and the next on / off time Tnxt can be shortened, and the low-on determination value IsL and the high-on determination value IsH can be brought close to zero. Therefore, the period of the low-on mode and the high-on mode can be lengthened, the period of the zero-on mode can be shortened, the power generation efficiency can be improved, and the calorific value can be reduced.

誘起発電を実行するには、回転速度の増加に応じて増加する誘起電圧が、直流電源の電圧を超える必要がある。したがって、インバータ制御とオルタ発電制御のいずれを実行するかは、交流回転機の回転速度及び直流電圧Vdcに基づいて、判定されればよい。 In order to carry out induced power generation, the induced voltage that increases with an increase in rotation speed must exceed the voltage of the DC power supply. Therefore, whether to execute the inverter control or the alternator power generation control may be determined based on the rotation speed of the AC rotating machine and the DC voltage Vdc.

<第2制御周期Tc2の設定>
第2制御周期Tc2は、第1制御周期Tc1よりも短い周期に設定されている。この構成によれば、回転速度の変動、界磁磁束の変化などの状態の変化により、巻線電流の挙動に変化があった場合においても、巻線電流の検出時点と、スイッチング素子のオンオフの時点との時間差を低減し、状態変化の影響を相対的に小さくするこができ、同期整流のタイミング設定の精度を向上させることができる。
<Setting of 2nd control cycle Tc2>
The second control cycle Tc2 is set to a shorter cycle than the first control cycle Tc1. According to this configuration, even if the behavior of the winding current changes due to a change in the state such as a change in the rotation speed or a change in the field magnetic flux, the winding current is detected and the switching element is turned on and off. The time difference from the time point can be reduced, the influence of the state change can be made relatively small, and the accuracy of the timing setting of the synchronous rectification can be improved.

インバータ制御では、電圧指令値の算出のための演算処理負荷が大きいが、オルタ発電制御では、電流指令値に基づいて切り替え判定を行う程度であるため、演算処理負荷が比較的小さい。よって、第1制御周期Tc1でインバータ制御を実行可能な処理速度を有する演算処理装置において、第2制御周期Tc2を、第1制御周期Tc1よりも短くすることができる。 In the inverter control, the arithmetic processing load for calculating the voltage command value is large, but in the alternator power generation control, the arithmetic processing load is relatively small because the switching determination is performed based on the current command value. Therefore, in the arithmetic processing apparatus having a processing speed capable of executing the inverter control in the first control cycle Tc1, the second control cycle Tc2 can be made shorter than the first control cycle Tc1.

<車両の発電電動機として用いられる場合>
本実施の形態の交流回転機の制御装置を、車両用の発電電動機に使用する場合、図11のような構成となる。交流回転機1のロータの回転軸は、プーリ及びベルト機構101を介して、内燃機関100のクランク軸に連結されている。交流回転機1の回転軸は、内燃機関100及び変速装置102を介して車輪103に連結される。交流回転機1は、電動機として機能し、内燃機関100の補機として、車輪103の駆動力源となると共に、発電機として機能し、内燃機関100の回転を利用して発電を行う。交流回転機1は内燃機関100と接続されていることから、内燃機関100のイナーシャにより回転変動は緩やかなものとなるため、第2制御周期Tc2でオルタ発電制御を実施する際には回転変動の影響を小さくすることができる。また、車両用の発電機であっても同様の効果を得ることが可能である。
<When used as a generator motor for vehicles>
When the control device for the AC rotary machine of the present embodiment is used for a generator motor for a vehicle, the configuration is as shown in FIG. The rotary shaft of the rotor of the AC rotary machine 1 is connected to the crank shaft of the internal combustion engine 100 via a pulley and a belt mechanism 101. The rotating shaft of the AC rotating machine 1 is connected to the wheel 103 via the internal combustion engine 100 and the transmission 102. The AC rotary machine 1 functions as an electric motor, serves as a driving force source for the wheels 103 as an auxiliary machine of the internal combustion engine 100, and also functions as a generator, and generates electricity by utilizing the rotation of the internal combustion engine 100. Since the AC rotary machine 1 is connected to the internal combustion engine 100, the rotation fluctuation becomes gradual due to the inertia of the internal combustion engine 100. Therefore, when the alternator power generation control is performed in the second control cycle Tc2, the rotation fluctuation changes. The impact can be reduced. Further, it is possible to obtain the same effect even with a generator for a vehicle.

1-5-2.界磁巻線制御部35
界磁電流検出部34は、界磁電流センサ6の出力信号に基づいて、界磁巻線4に流れる電流である界磁電流ifsを検出する。ここで、ifsは、界磁電流ifの検出値である。
1-5-2. Field winding control unit 35
The field current detection unit 34 detects the field current ifs, which is the current flowing through the field winding 4, based on the output signal of the field current sensor 6. Here, ifs is a detected value of the field current if.

界磁巻線制御部35は、界磁電流の検出値ifsが界磁電流指令値ifoに近づくように、界磁電流指令値ifoと界磁電流の検出値ifsとの偏差Δifに対して比例積分制御を行って、界磁電圧指令値Vfを算出し、界磁電圧指令値Vfに基づいて、界磁巻線4に電圧を印加する。 The field winding control unit 35 is proportional to the deviation Δif between the field current command value ifo and the field current detection value ifs so that the field current detection value ifs approaches the field current command value ifo. Integral control is performed to calculate the field voltage command value Vf, and a current is applied to the field winding 4 based on the field voltage command value Vf.

本実施の形態では、図2に示すように、界磁巻線制御部35は、電流指令値算出部351、電圧指令値算出部352、及びPWM制御部353を備えている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the field winding control unit 35 includes a current command value calculation unit 351, a voltage command value calculation unit 352, and a PWM control unit 353.

電流指令値算出部351は、界磁電流指令値ifoを設定する。例えば、インバータ制御の実行時には、電流指令値算出部351は、トルク指令値To等に基づいて、界磁電流指令値ifoを設定する。オルタ発電制御の実行時は、電流指令値算出部351は、直流電圧Vdcが目標電圧に近づくように、界磁電流指令値ifoを変化させる。 The current command value calculation unit 351 sets the field current command value ifo. For example, when the inverter control is executed, the current command value calculation unit 351 sets the field current command value ifo based on the torque command value To or the like. When the alternator power generation control is executed, the current command value calculation unit 351 changes the field current command value ifo so that the DC voltage Vdc approaches the target voltage.

そして、電圧指令値算出部352は、界磁電流指令値ifoと界磁電流の検出値ifsとの偏差に対して比例積分制御を行って、界磁電圧指令値Vfを算出する。 Then, the voltage command value calculation unit 352 performs proportional integral control with respect to the deviation between the field current command value ifo and the field current detection value ifs, and calculates the field voltage command value Vf.

PWM制御部353は、界磁電圧指令値Vfに基づいて、PWM制御によりコンバータ9の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。 The PWM control unit 353 controls on / off of a plurality of switching elements of the converter 9 by PWM control based on the field voltage command value Vf.

例えば、図12に示すように、PWM制御部353は、界磁電圧指令値Vfと、界磁制御周期Tsfで振動する界磁キャリア信号Cfとを比較することにより、複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。界磁キャリア信号Cfは、界磁制御周期Tsfで-1×直流電圧Vdcから直流電圧Vdcの間を振動する三角波とされている。直流電圧Vdcは、電圧センサにより検出されてもよい。 For example, as shown in FIG. 12, the PWM control unit 353 controls a plurality of switching elements on and off by comparing the field voltage command value Vf with the field carrier signal Cf vibrating in the field control cycle Tsf. The field carrier signal Cf is a triangular wave that oscillates between -1 × DC voltage Vdc and DC voltage Vdc in the field control cycle Tsf. The DC voltage Vdc may be detected by a voltage sensor.

PWM制御部353は、界磁キャリア信号Cfが界磁電圧指令値Vfを下回った場合は、第1組の高電位側のスイッチング素子SP1のスイッチング信号QP1をオン(本例では、1)し、第1組の低電位側のスイッチング素子SN1のスイッチング信号QN1をオフ(本例では、0)し、第2組の高電位側のスイッチング素子SP2のスイッチング信号QP2をオフ(0)し、第2組の低電位側のスイッチング素子SN2のスイッチング信号QN2をオン(1)する。 When the field carrier signal Cf falls below the field voltage command value Vf, the PWM control unit 353 turns on the switching signal QP1 of the switching element SP1 on the high potential side of the first set (1 in this example). The switching signal QN1 of the switching element SN1 on the low potential side of the first set is turned off (0 in this example), the switching signal QP2 of the switching element SP2 on the high potential side of the second set is turned off (0), and the second set. The switching signal QN2 of the switching element SN2 on the low potential side of the set is turned on (1).

一方、PWM制御部353は、界磁キャリア信号Cfが界磁電圧指令値Vfを上回った場合は、第1組の高電位側のスイッチング信号QP1をオフ(0)し、第1組の低電位側のスイッチング信号QN1をオン(1)し、第2組の高電位側のスイッチング信号QP2をオン(1)し、第2組の低電位側のスイッチング信号QN2をオフ(0)する。なお、各組について、高電位側のスイッチング素子のオン期間と低電位側のスイッチング素子のオン期間との間には、正極側及び低電位側のスイッチング素子の双方をオフにする短絡防止期間(デッドタイム)が設けられてもよい。 On the other hand, when the field carrier signal Cf exceeds the field voltage command value Vf, the PWM control unit 353 turns off (0) the switching signal QP1 on the high potential side of the first set, and the low potential of the first set. The switching signal QN1 on the side is turned on (1), the switching signal QP2 on the high potential side of the second set is turned on (1), and the switching signal QN2 on the low potential side of the second set is turned off (0). For each set, between the on period of the switching element on the high potential side and the on period of the switching element on the low potential side, a short circuit prevention period in which both the switching element on the positive electrode side and the switching element on the low potential side are turned off ( A dead time) may be provided.

また、界磁巻線の電流方向を変化させる必要がない場合は、第2組の高電位側のスイッチング信号QP2を常時オフしてもよく、第1組の低電位側のスイッチング信号QN1を常時オフしてもよい。界磁巻線のインダクタンスは、多くの場合において電機子巻線のインダクタンスより大きいため、オルタ発電制御時の第2制御周期Tc2の間の界磁電流の変動は小さい上、界磁磁束を直接変化させることが可能なため、オルタ発電制御に好適である。 If it is not necessary to change the current direction of the field winding, the switching signal QP2 on the high potential side of the second set may be turned off at all times, and the switching signal QN1 on the low potential side of the first set may be constantly turned off. You may turn it off. Since the inductance of the field winding is larger than the inductance of the armature winding in many cases, the fluctuation of the field current during the second control cycle Tc2 during alternator power generation control is small, and the field magnetic flux is directly changed. It is suitable for alternator power generation control because it can be used.

2.実施の形態2
次に、実施の形態2に係る交流回転機1及び制御装置11について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る交流回転機1及び制御装置11の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、判定値を用いたモード切り替え判定方法が実施の形態1と異なる。
2. 2. Embodiment 2
Next, the AC rotary machine 1 and the control device 11 according to the second embodiment will be described. The description of the same components as those in the first embodiment will be omitted. The basic configuration of the AC rotary machine 1 and the control device 11 according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the mode switching determination method using the determination value is different from the first embodiment.

本実施の形態では、オルタ発電制御部332は、回転角速度ω、電機子巻線を流れる電流の振幅I、及び余裕時間Tmgに基づいて、判定値としてのローゼロ判定値IthL0及びハイゼロ判定値IthH0を設定する。余裕時間Tmgは、今回の電流の検出時点から、次回の電流の検出時点で検出した巻線電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間である次回オンオフ時間Tnxtに設定される。 In the present embodiment, the alternator power generation control unit 332 determines the low-zero determination value IsL0 and the high-zero determination value IsH0 as determination values based on the rotational angular velocity ω, the amplitude I of the current flowing through the armature winding, and the margin time Tmg. Set. The margin time Tmg is the period from the time when the current current is detected to the time when the switching element is turned on and off based on the switching judgment result determined based on the detection value of the winding current detected at the time when the next current is detected. The time is set to Tnxt.

オルタ発電制御部332は、ローゼロ判定値IthL0及びハイゼロ判定値IthH0を、巻線電流が0になる時点よりも、次回オンオフ時間Tnxtだけ前の時点の巻線電流に基づいて設定する。ローゼロ判定値IthL0は、実施の形態1のローオン判定値IthLと同様に設定される。また、ハイゼロ判定値IthH0は、実施の形態1のハイオン判定値IthHと同様に設定される。 The alternator power generation control unit 332 sets the low-zero determination value IsL0 and the high-zero determination value IsH0 based on the winding current at the time point before the next on / off time Tnxt before the time when the winding current becomes 0. The low-zero determination value IsL0 is set in the same manner as the low-on determination value IsL of the first embodiment. Further, the high-zero determination value IsH0 is set in the same manner as the high-on determination value IsH of the first embodiment.

そして、オルタ発電制御部332は、各相について、現在、ローオンモードであり、電機子巻線の巻線電流の検出値が、ローゼロ判定値IthL0より小さくなった場合に、ゼロオンモードに切り替える。また、オルタ発電制御部332は、各相について、現在、ハイオンモードであり、電機子巻線の巻線電流の検出値が、ハイゼロ判定値IthH0より大きくなった場合に、ゼロオンモードに切り替える。このように、現在、ハイオンモード又はローオンモードである場合は、余裕時間Tmgが、今回の電流の検出時点から、次回の電流の検出時点で検出した巻線電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間である次回オンオフ時間Tnxtに設定されている。 Then, the alternator power generation control unit 332 is currently in the low-on mode for each phase, and switches to the zero-on mode when the detected value of the winding current of the armature winding becomes smaller than the low-zero determination value IsL0. .. Further, the alternator power generation control unit 332 is currently in the high-on mode for each phase, and switches to the zero-on mode when the detected value of the winding current of the armature winding becomes larger than the high-zero determination value IsH0. As described above, in the case of the high-on mode or the low-on mode at present, the margin time Tmg is determined based on the detection value of the winding current detected at the time of the next current detection from the time of the current current detection. The next on / off time Tnxt, which is the period until the time when the switching element is turned on / off, is set according to the switching determination result.

ローオンモード又はハイオンモードからゼロオンモードへの切り替えの場合は、ローゼロ判定値IthL0及びハイゼロ判定値IthH0が、次回オンオフ時間Tnxtだけ前の時点の巻線電流に基づいて設定されるので、次回オンオフ時間Tnxt先になる、次回の巻線電流の検出値によるオンオフ時点までの期間において、巻線電流が0Aを跨ぐか否かを判定し、0Aを跨ぐ場合に、ゼロオンモードに切り替えることができ、0A付近で、誤って、ダイオードが通電していない逆側のスイッチング素子がオンされることを抑制し、発電効率が低下することを抑制できる。 In the case of switching from low-on mode or high-on mode to zero-on mode, the low-zero judgment value IsL0 and the high-zero judgment value IsH0 are set based on the winding current at the previous time by the next on / off time Tnxt, so that the next on / off time is performed. It is possible to determine whether or not the winding current straddles 0A in the period up to the on / off time according to the detection value of the next winding current, which is the time Tnxt ahead, and switch to the zero-on mode when the winding current straddles 0A. , It is possible to suppress that the switching element on the opposite side where the diode is not energized is accidentally turned on in the vicinity of 0A, and it is possible to suppress the decrease in power generation efficiency.

オルタ発電制御部332は、回転角速度ω、電機子巻線を流れる電流の振幅I、及び余裕時間Tmgに基づいて、判定値としてのゼロロー判定値Ith0L及びゼロハイ判定値Ith0Hを設定する。余裕時間Tmgは、今回の電流の検出時点から、今回の電流の検出時点で検出した巻線電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間であるオンオフ遅れ時間Tdlyに設定される。 The alternator power generation control unit 332 sets the zero-low determination value Is0L and the zero-high determination value Is0H as determination values based on the rotation angular velocity ω, the amplitude I of the current flowing through the armature winding, and the margin time Tmg. The margin time Tmg is the on / off delay, which is the period from the time when the current current is detected to the time when the switching element is turned on and off based on the switching judgment result determined based on the detection value of the winding current detected at the time when the current current is detected. The time is set to Tdry.

オルタ発電制御部332は、ゼロロー判定値Ith0L及びゼロハイ判定値Ith0Hを、巻線電流が0になる時点よりも、オンオフ遅れ時間Tdlyだけ前の時点の巻線電流に基づいて設定する。ゼロロー判定値Ith0Lは、実施の形態1のローオン判定値IthLの算出において、次回オンオフ時間Tnxtをオンオフ遅れ時間Tdlyに置換した算出方法により設定される。また、ゼロハイ判定値Ith0Hは、実施の形態1のハイオン判定値IthHの算出において、次回オンオフ時間Tnxtをオンオフ遅れ時間Tdlyに置換した算出方法により設定される。 The alternator power generation control unit 332 sets the zero-low determination value Is0L and the zero-high determination value Is0H based on the winding current at the time point before the on / off delay time Tdry before the time when the winding current becomes 0. The zero-low determination value Is0L is set by a calculation method in which the next on-off time Tnxt is replaced with the on-off delay time Tdry in the calculation of the low-on determination value IsL of the first embodiment. Further, the zero-high determination value Is0H is set by a calculation method in which the next on-off time Tnxt is replaced with the on-off delay time Tdry in the calculation of the high-on determination value IsH of the first embodiment.

そして、オルタ発電制御部332は、各相について、現在、ゼロオンモードであり、電機子巻線の巻線電流の検出値が、ゼロロー判定値Ith0L以上になった場合に、ローオンモードに切り替える。また、オルタ発電制御部332は、各相について、現在、ゼロオンモードであり、電機子巻線の巻線電流の検出値が、ゼロハイ判定値Ith0H以下になった場合に、ハイオンモードに切り替える。 Then, the alternator power generation control unit 332 is currently in the zero-on mode for each phase, and switches to the low-on mode when the detected value of the winding current of the armature winding becomes the zero-low determination value Is0L or more. .. Further, the alternator power generation control unit 332 is currently in the zero-on mode for each phase, and switches to the high-on mode when the detected value of the winding current of the armature winding becomes zero high determination value Is0H or less.

ゼロオンモードからローオンモード又はハイオンモードへの切り替えの場合は、今回の巻線電流の検出値によるオンオフ時点から次回の巻線電流の検出値によるオンオフ時点までの期間において、0Aを跨ぐ可能性がない場合は、ローオンモード又はハイオンモードを設定し、発電効率を向上させたい。上記の構成によれば、ゼロロー判定値Ith0L及びゼロハイ判定値Ith0Hが、オンオフ遅れ時間Tdlyだけ前の時点の巻線電流に基づいて設定されるので、オンオフ遅れ時間Tdly先になる今回の巻線電流の検出値によるオンオフ時点において、既に0Aを跨ぎ終わっているか否かを判定し、0Aを跨ぎ終わっている場合に、今回の巻線電流の検出値によるオンオフ時点から次回の巻線電流の検出値によるオンオフ時点までの期間において、早期にローオンモード又はハイオンモードに切り替えることができ、同期整流の期間を増加させ、発電効率を向上させることができる。 In the case of switching from zero-on mode to low-on mode or high-on mode, there is a possibility of straddling 0A in the period from the on-off time based on the current winding current detection value to the on-off time based on the next winding current detection value. If there is no, you want to set the low-on mode or high-on mode to improve the power generation efficiency. According to the above configuration, since the zero-low determination value Is0L and the zero-high determination value Is0H are set based on the winding current at the time point before the on / off delay time Tdly, the current winding current that is ahead of the on / off delay time Tdly. It is determined whether or not it has already straddled 0A at the on / off time based on the detected value of, and if it has already straddled 0A, the detection value of the next winding current from the on / off time based on the detected value of the current winding current. It is possible to switch to the low-on mode or the high-on mode at an early stage in the period up to the on-off time, increase the period of synchronous rectification, and improve the power generation efficiency.

<フローチャート>
この切り替え判定処理を、図13に示すフローチャートのように構成できる。図13の判定処理は、3相の巻線電流の検出が行われた後、各相について実行される。ステップS150で、オルタ発電制御部332は、現在、ローオンモードであるか否かを判定し、ローオンモードである場合は、ステップS151に進み、ローオンモードでない場合は、ステップS154に進む。ステップS151で、オルタ発電制御部332は、回転角速度ω、巻線電流の振幅I、及び次回オンオフ時間Tnxtに基づいて、ローゼロ判定値IthL0を設定し、巻線電流の検出値が、ローゼロ判定値IthL0より小さいか否かを判定し、ローゼロ判定値IthL0より小さい場合は、ステップS152に進み、ゼロオンモードに切り替えると判定し、ローゼロ判定値IthL0より小さくない場合は、ステップS153に進み、ローオンモードに維持すると判定する。
<Flow chart>
This switching determination process can be configured as shown in the flowchart shown in FIG. The determination process of FIG. 13 is executed for each phase after the winding currents of the three phases are detected. In step S150, the alternator power generation control unit 332 determines whether or not it is currently in the low-on mode, and if it is in the low-on mode, it proceeds to step S151, and if it is not in the low-on mode, it proceeds to step S154. In step S151, the alternator power generation control unit 332 sets the low zero determination value IsL0 based on the rotation angular velocity ω, the amplitude I of the winding current, and the next on / off time Tnxt, and the detection value of the winding current is the low zero determination value. It is determined whether or not it is smaller than IsL0, and if it is smaller than the low-zero determination value IsL0, the process proceeds to step S152 to determine that the mode is switched to the zero-on mode. Judge to maintain the mode.

一方、ステップS154で、オルタ発電制御部332は、現在、ハイオンモードであるか否かを判定し、ハイオンモードである場合は、ステップS155に進み、ハイオンモードでない場合は、ステップS158に進む。ステップS155で、オルタ発電制御部332は、回転角速度ω、巻線電流の振幅I、及び次回オンオフ時間Tnxtに基づいて、ハイゼロ判定値IthH0を設定し、巻線電流の検出値が、ハイゼロ判定値IthH0より大きいか否かを判定し、ハイゼロ判定値IthH0より大きい場合は、ステップS156に進み、ゼロオンモードに切り替えると判定し、ハイゼロ判定値IthH0より大きくない場合は、ステップS157に進み、ハイオンモードに維持すると判定する。 On the other hand, in step S154, the alternator power generation control unit 332 determines whether or not it is currently in the high-on mode, and if it is in the high-on mode, it proceeds to step S155, and if it is not in the high-on mode, it proceeds to step S158. In step S155, the alternator power generation control unit 332 sets the high-zero determination value IsH0 based on the rotation angular velocity ω, the amplitude I of the winding current, and the next on / off time Tnxt, and the detection value of the winding current is the high-zero determination value. It is determined whether or not it is larger than IsH0, and if it is larger than the high-zero determination value IsH0, the process proceeds to step S156 to determine that the mode is switched to the zero-on mode. Judged to be maintained at.

一方、ステップS158で、現在、ゼロオンモードであるので、オルタ発電制御部332は、回転角速度ω、巻線電流の振幅I、及びオンオフ遅れ時間Tdlyに基づいて、ゼロロー判定値Ith0Lを設定し、巻線電流の検出値が、ゼロロー判定値Ith0L以上であるか否かを判定し、ゼロロー判定値Ith0L以上である場合は、ステップS159に進み、ローオンモードに切り替えると判定し、ゼロロー判定値Ith0L以上でない場合は、ステップS160に進む。ステップS160で、オルタ発電制御部332は、回転角速度ω、巻線電流の振幅I、及びオンオフ遅れ時間Tdlyに基づいて、ゼロハイ判定値Ith0Hを設定し、巻線電流の検出値が、ゼロハイ判定値Ith0H以下であるか否かを判定し、ゼロハイ判定値Ith0H以下である場合は、ステップS161に進み、ハイオンモードに切り替えると判定し、ゼロハイ判定値Ith0H以下でない場合は、ステップS162に進み、ゼロオンモードに維持すると判定する。 On the other hand, since the zero-on mode is currently set in step S158, the alternator power generation control unit 332 sets the zero-low determination value Is0L based on the rotation angular velocity ω, the winding current amplitude I, and the on / off delay time Tdry. It is determined whether or not the detection value of the winding current is the zero-low determination value Is0L or more. If not the above, the process proceeds to step S160. In step S160, the alternator power generation control unit 332 sets the zero-high determination value Is0H based on the rotation angular velocity ω, the amplitude I of the winding current, and the on / off delay time Tdry, and the detection value of the winding current is the zero-high determination value. It is determined whether or not it is Is0H or less, and if it is the zero-high determination value Is0H or less, the process proceeds to step S161 to determine that the mode is switched to the high-on mode. Judge to maintain the mode.

<転用例>
(1)上記の各実施の形態では、交流回転機は、車両用の発電電動機である場合を例に説明した。しかし、交流回転機は、車両以外の各種の装置の駆動力源に用いられてもよい。
<Example of diversion>
(1) In each of the above embodiments, the case where the AC rotary machine is a generator motor for a vehicle has been described as an example. However, the AC rotating machine may be used as a driving force source for various devices other than the vehicle.

(2)上記の各実施の形態では、界磁巻線式の交流回転機を例として説明した。しかし、交流回転機は、永久磁石式の交流回転機とされてもよい。 (2) In each of the above embodiments, a field winding type AC rotary machine has been described as an example. However, the AC rotating machine may be a permanent magnet type AC rotating machine.

(3)上記の各実施の形態では、電機子巻線制御部33は、インバータ制御とオルタ発電制御とを切り替えて実行する場合を例として説明した。しかし、電機子巻線制御部33は、インバータ制御を実行せずに、オルタ発電制御を実行してもよい。 (3) In each of the above embodiments, the case where the armature winding control unit 33 switches between the inverter control and the alternator power generation control to be executed has been described as an example. However, the armature winding control unit 33 may execute the alternator power generation control without executing the inverter control.

(4)上記の各実施の形態では、3相の巻線が設けられる場合を例として説明した。しかし、巻線の相数は、複数相であれば、2相、4相等の任意の数に設定されてもよい。 (4) In each of the above embodiments, a case where three-phase windings are provided has been described as an example. However, the number of phases of the winding may be set to any number such as two phases and four phases as long as it is a plurality of phases.

(5)上記の各実施の形態では、1組の3相の巻線及びインバータが設けられる場合を例として説明した。しかし、2組以上の複数相巻線及びインバータが設けられ、各組の複数相巻線及びインバータに対して、各実施の形態と同様の制御が行われてもよい。 (5) In each of the above embodiments, a case where a set of three-phase windings and an inverter is provided has been described as an example. However, two or more sets of the plurality of phase windings and the inverter may be provided, and the same control as in each embodiment may be performed for each set of the plurality of phase windings and the inverter.

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations. Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.

1 交流回転機、2 直流電源、4 界磁巻線、5 インバータ、11 交流回転機の制御装置、12 電機子巻線、14 ロータ、18 ステータ、Ith0H ゼロハイ判定値、Ith0L ゼロロー判定値、IthH ハイオン判定値、IthH0 ハイゼロ判定値、IthL ローオン判定値、IthL0 ローゼロ判定値、Tc1 第1制御周期、Tc2 第2制御周期、Tnxt 次回オンオフ時間、Tdly オンオフ遅れ時間 1 AC rotating machine, 2 DC power supply, 4 field winding, 5 inverter, 11 AC rotating machine control device, 12 armature winding, 14 rotor, 18 stator, Is0H zero high judgment value, Is0L zero low judgment value, IsH Hion Judgment value, ItH0 high-zero judgment value, ItL low-on judgment value, ItL0 low-zero judgment value, Tc1 first control cycle, Tc2 second control cycle, Tnxt next on-off time, Tdly on-off delay time

本願に係る交流回転機の制御装置は、ロータと、複数相の電機子巻線を有するステータとを設けた交流回転機を、インバータを介して制御する交流回転機の制御装置であって、
前記インバータは、各相について、直流電源の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子と前記直流電源の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記電機子巻線に接続される直列回路を設け、前記スイッチング素子は、逆並列接続されたダイオードの機能を有し、
前記交流回転機の制御装置は、
複数相の前記電機子巻線に生じた誘起電圧により前記交流回転機に発電を行わせる際に、各相について、高電位側及び低電位側の前記スイッチング素子をオフするゼロオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオンすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオフするハイオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオフすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオンするローオンモードと、を前記電機子巻線に流れる電流の検出値と判定値とを比較することで切り替えるオルタ発電制御を実行し、
前記交流回転機の制御装置は、前記判定値を、前記交流回転機の回転角速度、前記電機子巻線を流れる電流の振幅、及び余裕時間に基づいて設定し、
前記余裕時間は、切り替えに生じる遅れ時間に予め設定されている、又は前記交流回転機の制御装置は、過去の切り替えに生じた遅れ時間に基づいて、前記余裕時間を設定するものである。

The control device for an AC rotary machine according to the present application is a control device for an AC rotary machine that controls an AC rotary machine provided with a rotor and a stator having a multi-phase armature winding via an inverter.
In the inverter, for each phase, a switching element on the high potential side connected to the high potential side of the DC power supply and a switching element on the low potential side connected to the low potential side of the DC power supply are connected in series and connected in series. The connection point is provided with a series circuit connected to the armature winding of the corresponding phase, and the switching element has the function of a diode connected in antiparallel.
The control device for the AC rotary machine is
A zero-on mode in which the switching elements on the high-potential side and the low-potential side are turned off for each phase when the AC rotator is made to generate power by the induced voltage generated in the armature windings of a plurality of phases, and high. A high-on mode in which the switching element on the potential side is turned on and the switching element on the low potential side is turned off, and a low-on mode in which the switching element on the high potential side is turned off and the switching element on the low potential side is turned on. Is switched by comparing the detected value and the determined value of the current flowing through the armature winding, and the alternator power generation control is executed.
The control device for the AC rotator sets the determination value based on the rotational angular velocity of the AC rotator, the amplitude of the current flowing through the armature winding, and the margin time .
The margin time is preset in the delay time that occurs in the switching, or the control device of the AC rotating machine sets the margin time based on the delay time that has occurred in the past switching.

Claims (15)

ロータと、複数相の電機子巻線を有するステータとを設けた交流回転機を、インバータを介して制御する交流回転機の制御装置であって、
前記インバータは、各相について、直流電源の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子と前記直流電源の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記電機子巻線に接続される直列回路を設け、前記スイッチング素子は、逆並列接続されたダイオードの機能を有し、
前記交流回転機の制御装置は、
複数相の前記電機子巻線に生じた誘起電圧により前記交流回転機に発電を行わせる際に、各相について、高電位側及び低電位側の前記スイッチング素子をオフするゼロオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオンすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオフするハイオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオフすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオンするローオンモードと、を前記電機子巻線に流れる電流の検出値と判定値とを比較することで切り替えるオルタ発電制御を実行し、
前記判定値を、前記交流回転機の回転角速度、前記電機子巻線を流れる電流の振幅、及び切り替えに生じる遅れ時間に対応して設定された余裕時間に基づいて設定する交流回転機の制御装置。
An AC rotary machine control device that controls an AC rotary machine provided with a rotor and a stator having a multi-phase armature winding via an inverter.
In the inverter, for each phase, a switching element on the high potential side connected to the high potential side of the DC power supply and a switching element on the low potential side connected to the low potential side of the DC power supply are connected in series and connected in series. The connection point is provided with a series circuit connected to the armature winding of the corresponding phase, and the switching element has the function of a diode connected in antiparallel.
The control device for the AC rotary machine is
A zero-on mode in which the switching elements on the high-potential side and the low-potential side are turned off for each phase when the AC rotator is made to generate power by the induced voltage generated in the armature windings of a plurality of phases, and high. A high-on mode in which the switching element on the potential side is turned on and the switching element on the low potential side is turned off, and a low-on mode in which the switching element on the high potential side is turned off and the switching element on the low potential side is turned on. Is switched by comparing the detected value and the determined value of the current flowing through the armature winding, and the alternator power generation control is executed.
A control device for an AC rotor that sets the determination value based on the rotational angular velocity of the AC rotor, the amplitude of the current flowing through the armature winding, and the margin time set corresponding to the delay time that occurs in switching. ..
前記ロータは、界磁巻線を有する請求項1に記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotary machine according to claim 1, wherein the rotor has a field winding. 前記判定値を、前記電機子巻線を流れる電流が0になる時点よりも、前記余裕時間だけ前の時点の前記電機子巻線を流れる電流に基づいて設定する請求項1又は2に記載の交流回転機の制御装置。 The first or second aspect of claim 1 or 2, wherein the determination value is set based on the current flowing through the armature winding at a time point before the margin time before the time when the current flowing through the armature winding becomes 0. Control device for AC rotating machine. 前記オルタ発電制御において、前記ゼロオンモードから前記ハイオンモード又は前記ローオンモードへの切り替え、及び前記ハイオンモード又は前記ローオンモードから前記ゼロオンモードへの切り替えは行うが、前記ハイオンモードから前記ローオンモードへの切り替え及び前記ローオンモードから前記ハイオンモードへの切り替えは行わない請求項1から3のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 In the alternator power generation control, the zero-on mode is switched to the high-on mode or the low-on mode, and the high-on mode or the low-on mode is switched to the zero-on mode, but the high-on mode is switched to the low-on mode. The control device for an AC rotary machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the switching to the on mode and the switching from the low-on mode to the high-on mode are not performed. 前記回転角速度、前記電流の振幅、及び前記余裕時間に基づいて、前記判定値としてのハイオン判定値及びローオン判定値を設定し、
各相について、前記電機子巻線の電流の検出値が、前記ローオン判定値以上である場合は、前記ローオンモードに切り替え、前記電機子巻線の電流の検出値が、前記ハイオン判定値以下である場合に、前記ハイオンモードに切り替え、前記電機子巻線の電流の検出値が、前記ローオン判定値より小さく、且つ前記ハイオン判定値より大きい場合に、前記ゼロオンモードに切り替える請求項1から4のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
Based on the rotational angular velocity, the amplitude of the current, and the margin time, the high-on determination value and the low-on determination value as the determination values are set.
For each phase, if the detected value of the current of the armature winding is equal to or higher than the low-on determination value, the mode is switched to the low-on mode, and the detected value of the current of the armature winding is equal to or less than the high-on determination value. From claim 1, the mode is switched to the high-on mode, and when the detected value of the current of the armature winding is smaller than the low-on determination value and larger than the high-on determination value, the mode is switched to the zero-on mode. The control device for an AC rotary machine according to any one of 4.
前記ハイオン判定値及び前記ローオン判定値の算出に用いる前記余裕時間は、今回の電流の検出時点から、次回の電流の検出時点で検出した電流検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間に設定する請求項5に記載の交流回転機の制御装置。 The margin time used for calculating the high-on determination value and the low-on determination value is the switching element determined based on the switching determination result determined based on the current detection value detected from the current current detection time point to the next current detection time point. The control device for an AC rotary machine according to claim 5, which is set in a period until a time point of turning on and off. 前記回転角速度、前記電流の振幅、及び前記余裕時間に基づいて、前記判定値としてのローゼロ判定値及びハイゼロ判定値を設定し、
各相について、現在、前記ローオンモードであり、前記電流の検出値が、前記ローゼロ判定値より小さくなった場合に、前記ゼロオンモードに切り替え、
各相について、現在、前記ハイオンモードであり、前記電流の検出値が、前記ハイゼロ判定値より大きくになった場合に、前記ゼロオンモードに切り替える請求項1から4のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
Based on the rotational angular velocity, the amplitude of the current, and the margin time, the low-zero determination value and the high-zero determination value as the determination values are set.
Each phase is currently in the low-on mode, and when the detected value of the current becomes smaller than the low-zero determination value, the mode is switched to the zero-on mode.
The aspect according to any one of claims 1 to 4, wherein each phase is currently in the high-on mode, and when the detected value of the current becomes larger than the high-zero determination value, the mode is switched to the zero-on mode. Control device for AC rotating machine.
前記ローゼロ判定値及び前記ハイゼロ判定値の算出に用いる前記余裕時間は、今回の電流の検出時点から、次回の電流の検出時点で検出した電流検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間である請求項7に記載の交流回転機の制御装置。 The margin time used for calculating the low-zero determination value and the high-zero determination value is the switching element determined based on the switching determination result determined based on the current detection value detected from the current current detection time point to the next current detection time point. The control device for an AC rotary machine according to claim 7, which is a period until the time when the current is turned on and off. 前記回転角速度、前記電流の振幅、及び前記余裕時間に基づいて、前記判定値としてのゼロロー判定値及びゼロハイ判定値を設定し、
各相について、現在、前記ゼロオンモードであり、前記電流の検出値が、前記ゼロロー判定値以上になった場合に、前記ローオンモードに切り替え、
現在、前記ゼロオンモードであり、前記電流の検出値が、前記ゼロハイ判定値以下になった場合に、前記ハイオンモードに切り替える請求項7又は8に記載の交流回転機の制御装置。
Based on the rotational angular velocity, the amplitude of the current, and the margin time, the zero-low determination value and the zero-high determination value as the determination values are set.
Each phase is currently in the zero-on mode, and when the detected value of the current becomes equal to or higher than the zero-low determination value, the mode is switched to the low-on mode.
The control device for an AC rotary machine according to claim 7 or 8, which is currently in the zero-on mode and switches to the high-on mode when the detected value of the current becomes equal to or less than the zero-high determination value.
前記ゼロロー判定値及び前記ゼロハイ判定値の算出に用いる前記余裕時間は、今回の電流の検出時点から、今回の電流の検出時点で検出した電流検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間である請求項9に記載の交流回転機の制御装置。 The margin time used for calculating the zero-low determination value and the zero-high determination value is a switching element determined based on the switching determination result determined based on the current detection value detected at the current current detection time from the current current detection time. The control device for an AC rotary machine according to claim 9, which is a period until the time when the current is turned on and off. 電気角での前記回転角速度をωmとし、前記電流の振幅をIとし、前記余裕時間を、Tmgとし、
I×sin(ωm×Tmg)
の式による算出値に基づいて、前記判定値を設定する請求項1から10のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
The rotational angular velocity at the electric angle is ωm, the amplitude of the current is I, and the margin time is Tmg.
I x sin (ωm x Tmg)
The control device for an AC rotary machine according to any one of claims 1 to 10, wherein the determination value is set based on the calculated value according to the above equation.
電気角での前記回転角速度をωmとし、前記電流の振幅をIとし、前記余裕時間を、Tmgとし、
I×ωm×Tmg
の式による算出値に基づいて、前記判定値を設定する請求項1から10のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
The rotational angular velocity at the electric angle is ωm, the amplitude of the current is I, and the margin time is Tmg.
I x ωm x Tmg
The control device for an AC rotary machine according to any one of claims 1 to 10, wherein the determination value is set based on the calculated value according to the above equation.
前記回転角速度として、最大の回転角速度を用いる請求項1から12のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotary machine according to any one of claims 1 to 12, wherein the maximum rotation angular velocity is used as the rotation angular velocity. 前記電流の振幅として、最大の電流の振幅を用いる請求項1から12のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotary machine according to any one of claims 1 to 12, wherein the maximum current amplitude is used as the current amplitude. 前記交流回転機は、車両用の発電機または発電電動機である請求項1から14のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。 The control device for an AC rotator according to any one of claims 1 to 14, wherein the AC rotator is a generator for a vehicle or a generator motor.
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