JP2022184437A - 電動発電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動発電機の温度上昇を抑制することができる電動発電機の制御装置を得る。【解決手段】制御装置４０は、記憶部４４、第１取得部４５、第２取得部４６、及び制御部４１を備えている。記憶部４４は、電動発電機１０を制御するための複数の制御マップを記憶している。第１取得部４５は、電力変換装置３０の温度の情報である第１温度情報を取得する。第２取得部４６は、回転電機２０の温度の情報である第２温度情報を取得する。制御部４１は、複数の制御マップを参照して電力変換装置３０を制御する。各制御マップには、界磁電流指令値のデータが含まれており、制御部４１は、第１温度情報と第２温度情報とに基づいて、複数の制御マップの中から、参照すべき制御マップを選択する。【選択図】図２

Description

本開示は、電動発電機の制御装置に関する。

従来の車両用回転電機の制御装置では、回転電機を発電機として機能させる場合、回転電機の回転子の回転速度に応じて、発電モードがインバータ発電モードと通常発電モードとに切り替えられる。インバータ発電モードは、回転子の回転速度がしきい値未満のときに選択され、通常発電モードは、回転子の回転速度がしきい値以上のときに選択される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３－６１３９９号公報

上記のような従来の車両用回転電機の制御装置では、発電モードの切り替えにおいて、回転電機の温度が考慮されていない。そのため、回転電機を動作させているとき、回転電機の温度が許容温度を超える恐れがある。

本開示は、上記のような課題を解決するために為されたものであり、電動発電機の温度上昇を抑制することができる電動発電機の制御装置を得ることを目的とする。

本開示に係る電動発電機の制御装置は、回転電機と、界磁電流及び電機子電流とを回転電機に供給する電力変換装置と、を有している電動発電機を制御するための複数の制御マップを記憶している記憶部、電力変換装置の温度の情報である第１温度情報を取得する第１取得部、回転電機の温度の情報である第２温度情報を取得する第２取得部、及び複数の制御マップを参照して電力変換装置を制御する制御部を備え、各制御マップには、界磁電流に関する指令値である界磁電流指令値のデータが含まれており、制御部は、第１温度情報と第２温度情報とに基づいて、複数の制御マップの中から、参照すべき制御マップを選択する。

本開示によれば、電動発電機の温度上昇を抑制することができる。

実施の形態１に係る電動発電機を含む車両の要部を示す構成図である。 図１の電動発電システムを示す構成図である。 図２の電機子電力変換部を示す回路図である。 インバータ発電モードにおける制御マップのセットを示す表である。 界磁電流又は電機子電流の制限方法を説明するための図である。 オルタネータ発電モードにおける制御マップのセットを示す表である。 図２の制御部が実行する発電制御指令値決定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態１から３までの電動発電機の制御装置における制御部の機能を実現する処理回路の第１の例を示す構成図である。 実施の形態１から３までの電動発電機の制御装置における制御部の機能を実現する処理回路の第２の例を示す構成図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動発電機を含む車両の要部を示す構成図である。車両は、電動発電システム９０、エンジン５０、上位制御装置６０、車載電源装置７０、及び車載電気負荷８０を有している。電動発電システム９０は、電動発電機１０及び制御装置４０を有している。

電動発電機１０は、回転電機２０及び電力変換装置３０を有している。回転電機２０は、電力変換装置３０を介して、車載電源装置７０及び車載電気負荷８０と電気的に接続されている。

制御装置４０は、上位制御装置６０からの制御指令Ｃに基づいて、電力変換装置３０を制御する。

エンジン５０は、クランクシャフト５１及びベルト５２を有している。クランクシャフト５１は、ベルト５２を介して、回転電機２０の回転軸に接続されている。従って、エンジン５０の回転トルクは、回転電機２０に伝達され、回転電機２０の回転トルクは、エンジン５０に伝達される。

上位制御装置６０としては、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）が用いられている。上位制御装置６０は、エンジン５０及びエンジン５０の周辺装置を制御する。

車載電源装置７０としては、充電可能な二次電池が用いられる。二次電池は、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、又は鉛蓄電池である。車載電気負荷８０は、補機、エアコン等の電気機器である。

図２は、図１の電動発電システム９０を示す構成図である。

回転電機２０は、固定子部２１と、回転子部２２と、第２温度センサ２６とを有している。固定子部２１は、電機子巻線２３と、図示しない固定子を含んでいる。電機子巻線２３は、例えば、三相Ｙ結線されたＵ相巻線、Ｖ相巻線、及びＷ相巻線を有している。Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、及びＷ相巻線は、それぞれ固定子に巻かれている。

回転子部２２は、界磁巻線２４、回転センサ２５、及び図示しない回転子を含んでいる。界磁巻線２４は、回転子に巻かれている。回転センサ２５は、回転子の回転数を検出する。回転センサ２５としては、例えば、シンクロレゾルバが用いられる。

第２温度センサ２６は、回転電機２０の温度を検出する。第２温度センサ２６としては、例えば、サーミスタが用いられる。第２温度センサ２６は、検出した回転電機２０の温度の情報を制御部４１へ出力する。

電力変換装置３０は、電機子電力変換部３１と、界磁電力変換部３２と、端子電圧センサ３３と、第１電機子電流センサ３４と、第２電機子電流センサ３５と、第３電機子電流センサ３６と、界磁電流センサ３７と、複数の第１温度センサ３８とを有している。

電機子電力変換部３１は、電動機として機能するとき、車載電源装置７０から電機子巻線２３へ供給される電力を直流電力から交流電力へ変換する。また、電機子電力変換部３１は、発電機として機能するとき、電機子巻線２３に発生した交流電力を直流電力に変換する。

より具体的に述べると、電機子電力変換部３１は、６つの電力変換素子を有している。電機子電力変換部３１では、制御装置４０からの指示に基づいて、６つの電力変換素子がオンオフされ、電機子巻線２３に流れる電流である電機子電流が制御される。６つの電力変換素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。

界磁電力変換部３２は、車載電源装置７０から出力される電力を、界磁巻線２４へ供給される電力である界磁電力に変換する。界磁電力変換部３２は、例えば、Ｈブリッジ回路を構成し、電力変換素子を有している。界磁電力変換部３２では、制御装置４０からの指示に基づいて、電力変換素子がオンオフされ、界磁巻線２４に流れる電流である界磁電流が制御される。界磁電力変換素子としては、ＭＯＳＦＥＴが用いられている。

端子電圧センサ３３は、車載電源装置７０と電機子電力変換部３１及び界磁電力変換部３２との間に設けられている。端子電圧センサ３３は、電動発電機１０の端子における電圧を検出する。端子電圧センサ３３は、検出した端子電圧の情報を制御部４１へ出力する。

第１電機子電流センサ３４は、電機子電力変換部３１とＵ相巻線との間に設けられている。第１電機子電流センサ３４は、Ｕ相巻線に流れる電流であるＵ相電流Ｉｕを検出する。第１電機子電流センサ３４は、検出したＵ相電流Ｉｕの情報を制御部４１へ出力する。

第２電機子電流センサ３５は、電機子電力変換部３１とＶ相巻線との間に設けられている。第２電機子電流センサ３５は、Ｖ相巻線に流れる電流であるＶ相電流Ｉｖを検出する。第２電機子電流センサ３５は、検出したＶ相電流Ｉｖの情報を制御部４１へ出力する。

第３電機子電流センサ３６は、電機子電力変換部３１とＷ相巻線との間に設けられている。第３電機子電流センサ３６は、Ｗ相巻線に流れる電流であるＷ相電流Ｉｗを検出する。第３電機子電流センサ３６は、検出したＷ相電流Ｉｗの情報を制御部４１へ出力する。

界磁電流センサ３７は、界磁電力変換部３２と界磁巻線２４との間に設けられている。界磁電流センサ３７は、界磁電流Ｉｆを検出する。界磁電流センサ３７は、検出した界磁電流Ｉｆの情報を制御部４１へ出力する。

各第１温度センサ３８は、６つの電力変換素子にそれぞれ１つずつ設けられている。各第１温度センサ３８は、対応する電力変換素子の温度を検出する。各第１温度センサ３８は、検出したそれぞれの電力変換素子の温度の情報を制御部４１へ出力する。

制御装置４０は、制御部４１と、第１信号生成部４２と、第２信号生成部４３と、記憶部４４と、第１取得部４５と、第２取得部４６と、第３取得部４７とを有している。

制御部４１は、複数の制御マップを参照して電力変換装置３０を制御する。各制御マップには、界磁電流指令値のデータが含まれている。界磁電流指令値は、界磁電流に関する指令値である。制御部４１には、上位制御装置６０からの制御指令Ｃが入力される。

制御部４１は、制御指令Ｃに基づいて、第１信号生成部４２に界磁電流を制御するための信号である界磁電流制御信号を生成させる。制御部４１は、制御指令Ｃに基づいて、第２信号生成部４３に電機子電流を制御するための信号である電機子電流制御信号を生成させる。

第１信号生成部４２は、界磁電流制御信号を生成する。界磁電流制御信号は、制御部４１が、界磁電力変換部３２を用いて界磁電流を制御するための信号である。第１信号生成部４２は、生成した界磁電流制御信号を界磁電力変換部３２へ出力する。具体的には、界磁電流制御信号は、界磁電力変換部３２における界磁電力変換素子をオンオフ制御する信号である。界磁電力変換素子は、界磁電流制御信号のデューティ比を変更することにより、界磁電流の通流率を調整する。

制御部４１は、界磁電流センサ３７によって検出された界磁電流値と、目標界磁電流値との偏差がゼロとなるように界磁電力変換素子をオンオフ制御する信号を第１信号生成部４２に生成させる。これにより、制御部４１は、界磁電流のフィードバック制御を行う。

第２信号生成部４３は、３つの電機子電流制御信号を生成する。３つの電機子電流制御信号は、制御部４１が電機子電力変換部３１を用いて電機子電流を制御するための信号である。第２信号生成部４３は、生成した３つの電機子電流制御信号を電機子電力変換部３１へ出力する。具体的には、３つの電機子電流制御信号は、それぞれＵ相巻線にＵ相電流を、Ｖ相巻線にＶ相電流を、Ｗ相巻線にＷ相電流を通電するための信号である。言い換えると、３つの電機子電流制御信号は、電機子電力変換部３１の６つの電力変換素子をオンオフ制御する信号である。

記憶部４４は、複数の制御マップを記憶している。記憶部４４に記憶されている複数の制御マップは、制御部４１により参照される。

第１取得部４５は、６つの第１温度センサ３８から第１温度情報を取得する。第１温度情報は、電力変換装置３０の温度の情報である。具体的には、第１取得部４５は、６つの第１温度センサ３８から６つの電力変換素子の温度情報を取得する。第１取得部４５は、例えば、取得された６つの温度の中から、最大の温度を電力変換素子の温度の代表値として採用する。

第２取得部４６は、第２温度センサ２６から第２温度情報を取得する。第２温度情報は、回転電機２０の温度の情報である。

第３取得部４７は、回転センサ２５から回転子部２２の回転数情報を取得する。

図３は、図２の電機子電力変換部３１を示す回路図である。電機子電力変換部３１は、Ｕ相レグＵＬと、Ｖ相レグＶＬと、Ｗ相レグＷＬとを有する３相ブリッジ回路である。

Ｕ相レグＵＬは、Ｕ相上アームとして、電力変換素子３１１ａ及びダイオード３１１ｂを有しており、Ｕ相下アームとして、電力変換素子３１２ａ及びダイオード３１２ｂを有している。Ｖ相レグＶＬは、Ｖ相上アームとして、電力変換素子３１３ａ及びダイオード３１３ｂを有しており、Ｖ相下アームとして、電力変換素子３１４ａ及びダイオード３１４ｂを有している。Ｗ相レグＷＬは、Ｗ相上アームとして、電力変換素子３１５ａ及びダイオード３１５ｂを有しており、Ｗ相下アームとして、電力変換素子３１６ａ及びダイオード３１６ｂを有している。

Ｕ相レグＵＬにおける一対の電力変換素子の接続点Ｕ１は、第１電機子電流センサ３４を介して、Ｕ相巻線に接続されている。Ｖ相レグＶＬにおける一対の電力変換素子の接続点Ｖ１は、第２電機子電流センサ３５を介して、Ｖ相巻線に接続されている。Ｕ相レグＷＬにおける一対の電力変換素子の接続点Ｗ１は、第３電機子電流センサ３６を介して、Ｗ相巻線に接続されている。

平滑コンデンサ３１７は、正極側配線ＬＰと負極側配線ＬＮとの間、且つ車載電源装置７０側に接続されている。平滑コンデンサ３１７は、電機子電力変換部３１における直流リップル成分を平滑化する。

制御部４１は、上位制御装置６０から電動機モードについての制御指令Ｃを受信することにより、電動機制御を実行可能である。電動機制御は、電力変換装置３０内の複数の電力変換素子をインバータ制御することにより、電動発電機１０を電動機として動作させる制御である。

制御部４１は、電動機モードについての制御指令Ｃに基づいて、電力変換装置３０を制御する。これにより、制御部４１は、車載電源装置７０の電力を、電機子巻線２３及び界磁巻線２４に供給させ、回転電機２０にトルクを発生させる。

制御部４１は、第２信号生成部４３により生成された電機子電流制御信号に基づいて、電機子電力変換部３１の各相に接続されたそれぞれの電力変換素子をオンオフ制御させることにより、電機子巻線２３に電機子電流Ｉａを通電させる。具体的には、制御部４１は、第２信号生成部４３によって発生されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号により各電力変換素子をオンオフ制御させることにより、電機子巻線２３に通電させる。

制御部４１は、回転センサ２５により検出された回転数、回転子磁極位置情報、第１電機子電流センサ３４の検出値、第２電機子電流センサ３５の検出値、及び第３電機子電流センサ３６の検出値に基づいて、電機子電流Ｉａをフィードバック制御する。このようにして、制御部４１は、回転電機２０の発生トルクが、上位制御装置６０からの制御指令Ｃのトルクと一致するように界磁電流Ｉｆ及び電力変換素子のオンオフを調整する。

制御部４１は、上位制御装置６０から発電モードについての制御指令Ｃを受信することにより、発電制御を実行可能である。発電制御は、電動発電機１０を発電機として動作させる制御である。

発電制御時には、エンジン５０からの動力により、回転電機２０の回転子部２２が回転させられる。このとき、制御部４１は、界磁電力変換部３２を制御して、界磁巻線２４に界磁電流Ｉｆを通電することにより、界磁巻線２４からの磁束が電機子巻線２３と鎖交する。これにより、電機子巻線２３に電圧が誘起される。

制御部４１は、電機子巻線２３に誘起される電圧である誘起電圧に応じて、電子機電力変換部３１の複数の電力変換素子をオンオフさせる。これにより、回転電機２０と、車載電源装置７０及び車載電気負荷８０とが接続され、電圧がクリップされる。そして、これにより、発電による電流が流れるので、車載電源装置７０及び車載電気負荷８０に電力が供給される。

誘起電圧が車載電源装置７０の出力電圧よりも高い場合、制御部４１は、オルタネータ発電モードによる発電であるオルタネータ発電制御を実行可能である。オルタネータ発電モードは、同期発電制御又はダイオード発電制御が実行されるモードである。

同期発電制御では、制御部４１が電機子電力変換部３１の各電力変換素子を、回転子の回転数と同期する周波数によりオンオフさせることで、各電力変換素子が通電され、その結果、発電が行われる。ダイオード発電制御では、各電力変換素子に並列に接続されたダイオード、即ち、寄生ダイオードを通電させることで、発電が行われる。

一方、誘起電圧が車載電源装置７０の出力電圧よりも低い場合、制御部４１は、インバータ発電モードによる発電であるインバータ発電制御を実行可能である。インバータ発電制御は、電力変換装置３０内の複数の電力変換素子３１１ａ～３１６ａをインバータ制御することにより電動発電機１０に発電させる制御である。インバータ発電制御では、制御部４１は、電機子電力変換部３１において、誘起電圧を昇圧させる。誘起電圧の昇圧は、第２信号生成部４３を用いて電機子電力変換部３１の各電力変換素子をＰＷＭ動作させることにより可能である。

ところで、インバータ発電制御において、電機子電力変換部３１の各電力変換素子を、数ｋＨｚの高周波でオンオフさせたとき、各電力変換素子におけるスイッチング損失が増大する。そのため、インバータ発電制御時の電力変換効率は、オルタネータ発電制御時の電力変換効率よりも低い。

しかし、回転電機２０は、回転電機２０の車両への搭載位置、車両の走行状態、及び回転電機２０の自己発熱状態によっては、高温となることがある。電力変換装置３０及び制御装置４０が良好な温度環境下におかれている場合は、回転電機２０の温度及び電力変換装置３０の温度に基づいて、発電モードを決定することが望ましい。良好な温度環境とは、例えば、雰囲気温度が比較的低い環境及び冷却性能が比較的高い環境である。

また、回転電機２０の温度が電力変換装置３０の温度よりも高くなる場合も、回転電機２０の温度及び電力変換装置３０の温度に基づいて発電モードを決定することが望ましい。さらに、第１温度センサ３８により検出される温度及び第２温度センサ２６により検出される温度が、それぞれ許容される温度を超えないようにすることが望まれる。

そこで、実施の形態１に係る電動発電機の制御装置４０では、第１温度センサ３８により検出される温度及び第２温度センサ２６により検出される温度に基づいて、予め用意された複数の制御マップにおいて、参照すべき制御マップを切り替えて、発電制御が行われる。

特に、インバータ発電制御では、界磁巻線２４への通電制御と、電機子巻線２３への通電制御とが行われる。

一般的に、界磁電流が一定とすれば、回転子部２２の回転数が高いほど回転電機２０の誘起電圧は高い。従って、発電モードの切替は、回転子の回転数に基づいて行われる。具体的には、回転子の回転数が基準回転数以上である場合には、オルタネータ発電モードが選択され、制御部４１は、オルタネータ発電制御を実行する。回転子の回転数が基準回転数よりも低い場合には、インバータ発電モードが選択され、制御部４１は、インバータ発電制御を実行する。

制御部４１は、少なくとも、インバータ発電モードとオルタネータ発電モードとの２種類の発電モードで動作可能である。記憶部４４は、インバータ発電モードとオルタネータ発電モードとの２種類の発電モードのそれぞれに対応する複数の制御マップのセットを記憶している。

インバータ発電モードでは、界磁電流Ｉｆ及び電機子電流Ｉａが制御される。図４は、インバータ発電モードにおける制御マップのセットを示す表である。

制御マップのセットにおいて、縦方向には、ｍ個の界磁電流Ｉｆ＿１から最大界磁電流Ｉｆ＿ｍａｘまでが順に配置されている。ｍは自然数であり、最大界磁電流Ｉｆ＿ｍａｘは、許容され得る最大の界磁電流である。Ｉｆ＿１の大きさは、最大界磁電流Ｉｆ＿ｍａｘの大きさのｍ分の１である。つまり、界磁電流Ｉｆは、最大界磁電流Ｉｆ＿ｍａｘを基準にしてｍ分割されている。

横方向には、ｎ個の電機子電流Ｉａ＿１から最大電機子電流Ｉａ＿ｍａｘまでが順に配置されている。ｎは自然数であり、最大電機子電流Ｉａ＿ｍａｘは、許容され得る最大の電機子電流である。Ｉａ＿１の大きさは、最大電機子電流Ｉａ＿ｍａｘの大きさのｎ分の１である。つまり、電機子電流Ｉａは、最大電機子電流Ｉａ＿ｍａｘを基準にしてｎ分割されている。

このように分割された界磁電流Ｉｆと電機子電流Ｉａとの組合せの数は、ｍ×ｎ個である。実施の形態１では、ｍ×ｎ個の組合せのそれぞれに対して制御マップが設定されている。各制御マップには、上位制御装置６０からの制御指令Ｃ、回転子部２２の回転数、及び電動発電機１０の端子電圧と、界磁電流指令値Ｉｆ＊、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊との関係が規定されている。上位制御装置６０からの制御指令Ｃは、例えば、トルク指令値である。

例えば、図４の「Ａ」における制御マップの界磁電流指令値Ｉｆ＊、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、最大界磁電流Ｉｆ＿ｍａｘ及び最大電機子電流Ｉａ＿ｍａｘに基づいて設定されている。また、図４の「Ｂ１」点における制御マップの界磁電流指令値Ｉｆ＊、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、最大界磁電流Ｉｆ＿ｍａｘ及び最大電機子電流Ｉａ＿ｍａｘよりも（Ｉａ＿ｍａｘ／ｎ）だけ小さい値に基づいて設定されている。

同様に、図４の「Ｃ１」における制御マップの界磁電流指令値Ｉｆ＊、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、最大界磁電流Ｉｆ＿ｍａｘよりも（Ｉｆ＿ｍａｘ／ｍ）だけ小さい値及び最大電機子電流Ｉａ＿ｍａｘに基づいて設定されている。このように、「Ａ」から左側に行くほど、設定に使われる電機子電流Ｉａの値は小さくなり、「Ａ」から上側に行くほど、設定に用いられる界磁電流Ｉｆの値は小さくなる。

ところで、電機子電流Ｉａ、ｄ軸電流Ｉｄ、及びｑ軸電流Ｉｑの間には、以下の３つの式により表される関係が成り立つ。ここで、θは、静止座標系のα軸とｄ軸とのなす角度である。なお、ｓｑｒｔ（Ｉｄ^２＋Ｉｑ^２）は、Ｉｄ^２＋Ｉｑ^２の平方根を表し、ｓｑｒｔ（３）は、３の平方根を表している。

Ｉａ＝ｓｑｒｔ（Ｉｄ^２＋Ｉｑ^２）／ｓｑｒｔ（３）

Ｉｄ＝－ｓｑｒｔ（３）×Ｉａ×ｓｉｎθ

Ｉｑ＝ｓｑｒｔ（３）×Ｉａ×ｃｏｓθ

回転電機２０における発熱が、電機子巻線２３の銅損に起因しているものとすると、銅損は、界磁電流Ｉｆ及び電機子電流Ｉａにより決まると考えられる。このため、回転電機２０の温度が高い場合、図４において、制御部４１は、界磁電流Ｉｆの値及び電機子電流Ｉａの値の少なくともいずれか一方を小さくする。

一方で、要求トルクを発生させるために必要となる界磁電流Ｉｆ、ｄ軸電流Ｉｄ、及びｑ軸電流Ｉｑの組合せは、銅損最小制御の計算によれば、一意に決まっている。つまり、図４において、例えば、界磁電流ＩｆをＩｆ＿ｍａｘから、１つ上のＩｆ＿ｍａｘ－ｉｆ＿ｍａｘ／ｍへと変更させた場合、現状と同じｄ軸電流Ｉｄ及び現状と同じｑ軸電流Ｉｑでは、要求トルクを満たすことができない。この場合、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを変化させる必要がある。

そこで、制御部４１は、許容される最大の電機子電流Ｉａの範囲内で、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを再配分する。このように条件を変更して計算された制御マップが「Ｃ１」、「Ｂ１Ｃ１」、「Ｂ２Ｃ１」等に格納されている。

例えば、回転電機２０の温度が、第２基準温度を超える場合には、制御部４１は、制御マップを「Ａ」→「Ｃ１」→「Ｃ２」のように、縦方向に選択していく。また、電力変換装置３０の温度が、第１基準温度を超える場合には、制御部４１は、制御マップを「Ａ」→「Ｂ１」→「Ｂ２」のように、横方向に選択していく。また、回転電機２０の温度が、第２基準温度を超えており、電力変換装置３０の温度が、第１基準温度を超えている場合には、制御部４１は、制御マップを「Ａ」→「Ｂ１Ｃ１」のように左上方向に選択していく。

なお、制御マップの切替時において、界磁電流Ｉｆ及び電機子電流Ｉａにハンチングが頻繁に発生しないように、切替制御にはヒステリシスが設定されている。

図５は、界磁電流Ｉｆ又は電機子電流Ｉａの制限方法を説明するための図である。図５において、横軸は温度Ｔであり、縦軸は電流Ｉである。温度Ｔは、回転電機２０の温度又は電力変換装置３０の温度を表している。電流Ｉは、界磁電流Ｉｆ又は電機子電流Ｉａを表している。

例えば、電流Ｉが界磁電流Ｉｆであり、温度Ｔが回転電機２０の温度である場合において、温度Ｔが温度Ｔ０のとき、界磁巻線は、界磁電流Ｉｆとして電流Ｉ＿ｍａｘを通電できるものとする。温度Ｔが第２基準温度としての基準値Ｔｒｅｆを超えると、界磁電流Ｉｆが制限され始める。例えば、温度ＴがＴｍａｘまで上昇すると、界磁電流Ｉｆは、０に制限される。言い換えると、回転電機２０及び電力変換装置３０の動作が停止される。つまり、温度Ｔｍａｘは、回転電機２０及び電力変換装置３０の動作停止温度である。

動作停止温度ＴｍａｘからΔＴ１だけ低い温度である温度Ｔ１までは、電流値はＩ＿１に制限される。また、温度Ｔ１からΔＴ２だけ低い温度である温度Ｔ２までは、電流値をＩ＿２に制限される。このようにして、温度Ｔ０から動作停止温度Ｔｍａｘまでの間において、段階的に電流値の制限が設けられる。

これを界磁電流Ｉｆと電機子電流Ｉａのそれぞれにおいて定義する。例えば、界磁電流Ｉｆの場合、ｍ段階の制限が設けられており、電機子電流Ｉａの場合、ｎ段階の制限が設けられている。これらの電流の制限の組合せが、図４における複数の制御マップの組合せに対応している。

オルタネータ発電モードでは、界磁電流Ｉｆのみが制御される。図６は、オルタネータ発電モードにおける制御マップのセットを示す表である。オルタネータ発電モードにおいては、電機子電流Ｉａは制御されないため、複数の制御マップのセットは、図６に示したように、界磁電流ＩｆをＩｆ＿１からＩｆ＿ｍａｘまでｍ分割したものとなる。

回転電機２０の温度が第２基準温度未満である場合、図６の表の「Ａ」における制御マップが選択される。従って、この場合、界磁電流Ｉｆの制限値は、Ｉｆ＿ｍａｘである。回転電機２０の温度が第２基準温度を超えると、図６の表の「Ｃ１」における制御マップが選択される。

図７は、図２の制御部４１が実行する発電制御指令値決定ルーチンを示すフローチャートである。図７のルーチンは、例えば、上位制御装置６０からの制御指令が到来する毎に実行されるようになっている。

図７のルーチンが開始されると、制御部４１は、ステップＳ１０１において、上位制御装置６０からトルク指令値を取得する。次いで、制御部４１は、ステップＳ１０２において、電力変換装置３０の温度、回転電機２０の温度、回転子部２２の回転数、及び電動発電機１０の端子電圧を取得する。

次いで、制御部４１は、ステップＳ１０３において、回転子部２２の回転数が基準回転数以上であるか否かを判定する。

回転子部２２の回転数が基準回転数以上である場合、制御部４１は、ステップＳ１０４において、オルタネータ発電モードの制御マップのセットを選択する。

次いで、制御部４１は、ステップＳ１０５において、第２温度情報に基づいて、制御マップを選択する。具体的には、制御部４１は、回転電機２０の温度が第２基準温度以上であるか否かを判定する。

回転電機２０の温度が第２基準温度以上である場合、制御部４１は、現在選択されている制御マップにおける界磁電流指令値の最大値よりも小さい界磁電流指令値の最大値のデータが含まれている制御マップを選択する。

例えば、現在選択されている制御マップが、図６の「Ｃ１」における制御マップである場合、制御部４１は、図６の「Ｃ２」における制御マップを選択する。なお、現時点が、初回の制御である場合、制御部４１は、図６の「Ｃ１」における制御マップを選択する。

一方、回転電機２０の温度が第２基準温度よりも低い場合、制御部４１は、現在選択されている制御マップにおける界磁電流指令値の最大値よりも大きい界磁電流指令値の最大値のデータが含まれている制御マップを選択する。

例えば、現在選択されている制御マップが、図６の「Ｃ１」における制御マップである場合、制御部４１は、図６の「Ａ」における制御マップを選択する。なお、現時点が初回の制御である場合、制御部４１は、図６の「Ａ」における制御マップを選択する。

次いで、制御部４１は、ステップＳ１０６において、選択された制御マップに、トルク指令値、回転子部２２の回転数、及び電動発電機１０の端子電圧を適用して、界磁電流指令値を決定し、本ルーチンを一旦終了する。

また、回転子部２２の回転数が基準回転数よりも低い場合、制御部４１は、ステップＳ１０７において、インバータ発電モードの制御マップのセットを選択する。

次いで、制御部４１は、ステップＳ１０８において、第１温度情報と第２温度情報とに基づいて、制御マップを選択する。

制御マップの選択に際し、具体的には、以下の４通りの選択肢が考えられる。
（１）電力変換装置３０の温度が第１基準温度以上、且つ回転電機２０の温度が第２基準温度以上である場合
（２）電力変換装置３０の温度が第１基準温度以上、且つ回転電機２０の温度が第２基準温度よりも低い場合
（３）電力変換装置３０の温度が第１基準温度よりも低く、且つ回転電機２０の温度が第２基準温度以上である場合
（４）電力変換装置３０の温度が第１基準温度よりも低く、且つ回転電機２０の温度が第２基準温度よりも低い場合

（１）電力変換装置３０の温度が第１基準温度以上、且つ回転電機２０の温度が第２基準温度以上である場合、制御部４１は、図４において、現在選択されている制御マップの左上の制御マップを選択する。

例えば、現在選択されている制御マップが図４の「Ａ」における制御マップである場合、制御部４１は、図４の「Ｂ１Ｃ１」における制御マップを選択する。なお、現時点が初回の制御である場合、制御部４１は、図４の「Ｂ１Ｃ１」における制御マップを選択する。

（２）電力変換装置３０の温度が第１基準温度以上、且つ回転電機２０の温度が第２基準温度よりも低い場合、制御部４１は、図４において、現在選択されている制御マップの左側の制御マップを選択する。

例えば、現在選択されている制御マップが図４の「Ａ」における制御マップである場合、制御部４１は、図４の「Ｂ１」における制御マップを選択する。なお、現時点が初回の制御である場合、制御部４１は、図４の「Ｂ１」における制御マップを選択する。

（３）電力変換装置３０の温度が第１基準温度よりも低く、且つ回転電機２０の温度が第２基準温度以上である場合、制御部４１は、図４において、現在選択されている制御マップの上側の制御マップを選択する。

例えば、現在選択されている制御マップが図４の「Ａ」における制御マップである場合、制御部４１は、図４の「Ｃ１」における制御マップを選択する。なお、現時点が初回の制御である場合、制御部４１は、図４の「Ｃ１」における制御マップを選択する。

（４）電力変換装置３０の温度が第１基準温度よりも低く、且つ回転電機２０の温度が第２基準温度よりも低い場合、制御部４１は、図４において、現在選択されている制御マップの右下の制御マップを選択する。

例えば、現在選択されている制御マップが図４の「Ｂ１Ｃ１」における制御マップである場合、制御部４１は、図４の「Ａ」における制御マップを選択する。なお、現時点が初回の制御である場合、制御部４１は、図４の「Ａ」における制御マップを選択する。また、界磁電流ＩｆがＩｆ＿ｍａｘであるときは、制御部４１は、現在選択されている制御マップの右側の制御マップを選択する。電機子電流ＩａがＩａ＿ｍａｘであるときは、現在選択されている制御マップの下側の制御マップを選択する。

次いで、制御部４１は、ステップＳ１０９において、選択された制御マップに、トルク指令値、回転子部２２の回転数、及び電動発電機１０の端子電圧を適用して、界磁電流指令値及び電機子電流指令値を決定し、本ルーチンを一旦終了する。

このように、実施の形態１の電動発電機の制御装置４０は、記憶部４４、第１取得部４５、第２取得部４６、及び制御部４１を備えている。記憶部４４は、電動発電機１０を制御するための複数の制御マップを記憶している。電動発電機１０は、回転電機２０と、電力変換装置３０とを有している。電力変換装置３０は、界磁電流Ｉｆと電機子電流Ｉａとを回転電機２０に供給する。

第１取得部４５は、第１温度情報を取得する。第１温度情報は、電力変換装置３０の温度の情報である。第２取得部４６は、第２温度情報を取得する。第２温度情報は、回転電機２０の温度の情報である。制御部４１は、複数の制御マップを参照して電力変換装置３０を制御する。

各制御マップには、界磁電流指令値のデータが含まれている。界磁電流指令値は、界磁電流Ｉｆに関する指令値である。制御部４１は、第１温度情報と第２温度情報とに基づいて、複数の制御マップの中から、参照すべき制御マップを選択する。

従って、実施の形態１の電動発電機の制御装置４０によれば、電動発電機１０の温度によって制御マップを切り替えることで、発電制御が継続可能な領域での電動発電機１０の制御が可能となる。また、電動機制御が継続可能な領域での電動発電機１０の制御が可能となる。

このため、電動発電機１０の温度上昇を抑制することができる。また、発電制御が継続することにより、車載電源装置７０への負荷を低減できる。その結果、車載電源装置７０の劣化を抑制することができる。

また、実施の形態１の電動発電機の制御装置４０において、複数の制御マップにおける界磁電流指令値の最大値は、互いに異なっている。

従って、制御マップが切り替えられる毎に、界磁電流指令値の最大値が変化する。このため、電動発電機１０の温度により、制御マップを切り替えることで、電動発電機１０の温度をより確実に変化させることができる。このため、電動発電機１０の温度上昇をより確実に抑制することができる。

また、実施の形態１の電動発電機の制御装置４０において、電力変換装置３０の温度が第１基準温度よりも高い場合、参照すべき制御マップを、現在選択されている制御マップにおける界磁電流指令値の最大値よりも小さい界磁電流指令値の最大値のデータが含まれている制御マップへ切り替える。これにより、電動発電機１０の温度上昇をより確実に抑制することができる。

また、実施の形態１の電動発電機の制御装置４０において、回転電機２０の温度が第２基準温度よりも高い場合、参照すべき制御マップを、現在選択されている制御マップにおける界磁電流指令値の最大値よりも小さい界磁電流指令値の最大値のデータが含まれている制御マップへ切り替える。これにより、電動発電機１０の温度上昇をより確実に抑制することができる。

また、実施の形態１の電動発電機の制御装置４０において、制御部４１は、インバータ発電制御を実行可能である。インバータ発電制御は、電力変換装置３０内の複数の電力変換素子３１１ａ～３１６ａをインバータ制御することにより電動発電機１０に発電させる制御である。制御マップには、インバータ発電制御における界磁電流指令値Ｉｆ＊のデータと、インバータ発電制御における電機子電流指令値Ｉａ＊のデータとが含まれている。電機子電流指令値Ｉａ＊は、電機子電流Ｉａに関する指令値である。

従って、インバータ発電制御時には、選択された制御マップが参照されることにより、制御指令に基づいて、界磁電流指令値Ｉｆ＊及び電機子電流指令値Ｉａ＊を決定することができる。このため、電動発電機１０の温度に応じて、適切に界磁電流Ｉｆ及び電機子電流Ｉａが制御される。その結果、電動発電機１０の温度上昇をより適切に抑制することができる。

また、実施の形態１の電動発電機の制御装置４０において、各制御マップには、回転電機２０に対するトルク指令値、回転子部２２の回転数、及び電動発電機１０の端子電圧と、電機子電流指令値Ｉａ＊及び界磁電流指令値Ｉｆ＊との関係が規定されている。

これによれば、選択された制御マップに、トルク指令値、回転子部２２の回転数、及び電動発電機１０の端子電圧を適用することにより、電機子電流指令値Ｉａ＊及び界磁電流指令値Ｉｆ＊が決定される。このため、電動発電機１０の温度に応じて、適切に界磁電流Ｉｆ及び電機子電流Ｉａが制御される。その結果、電動発電機１０の温度上昇をより適切に抑制することができる。

また、実施の形態１の電動発電機の制御装置４０において、第２取得部は、第２温度情報として、回転電機２０の界磁巻線の温度の情報を取得する。

これによれば、界磁巻線２４の温度に基づいて界磁巻線２４への通電電流を制御するので、オルタネータ発電制御、インバータ発電制御、及び電動機制御をより精度よく行うことができる。

なお、実施の形態１において、回転電機２０の温度は、サーミスタにより検出されていたが、回転電機２０の温度は、以下のように推定されてもよい。例えば、界磁巻線２４の温度は、界磁巻線２４の指令電流値及びこの指令電流値を界磁巻線２４に通電させるための印加電圧値に基づいて算出される抵抗値と、常温時の抵抗値とを比較することにより推定される。

また、電機子巻線２３に電流が多く流れるほど電機子巻線２３の温度は高くなる。また、電機子巻線２３に電流が多く流れるほど、電力変換装置に電流が多く流れ、電力変換素子の温度は高くなる。つまり、電機子巻線２３の温度変化の傾向と、電力変換装置の温度変化の傾向とは類似している。従って、電機子巻線２３の温度は、電力変換装置３０の電力変換素子の温度、即ち、第１温度センサ３８の検出した温度から推定されてもよい。

また、実施の形態１において、界磁電力変換素子及び電機子電力変換素子として、ＭＯＳＦＥＴが用いられていたが、ＭＯＳＦＥＴに代えて、他のパワー電力変換素子、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられてもよい。

また、オルタネータ発電モードとインバータ発電モードとの間の切替は、回転子の回転数に基づいて行われていたが、これに代えて、回転電機２０の誘起電圧と、車載電源装置７０の出力電圧との大小関係に基づいて行われてもよい。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る電動発電機の制御装置について説明する。実施の形態２に係る電動発電機の制御装置では、２種類の発電モード、即ち、インバータ発電モード及びオルタネータ発電モードにおける複数の制御マップに加えて、電動機モードにおける複数の制御マップを記憶部４４に記憶している。

実施の形態２に係る電動発電機の制御装置は、電動機モードにおいて、電動機モードにおける複数の制御マップを参照して電動発電機１０を制御する点においてのみ、実施の形態１に係る電動発電機の制御装置と異なっている。

実施の形態２に係る電動発電機の制御装置の他の構成は、実施の形態１と同様である。

電動機モードでは、電動発電機１０は、回転電機２０の全回転数域においてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により制御される。従って、電動機モードにおいては、界磁電流Ｉｆ及び電機子電流Ｉａを制御する必要がある。従って、インバータ発電モード時と同様に、回転電機２０の温度及び電力変換装置３０の温度に基づいて、制御マップを変更することにより、電動発電機１０を制御する。

このように、実施の形態２に係る電動発電機１０の制御装置４０において、制御部４１は、電動機制御を実行可能である。電動機制御は、電力変換装置３０内の複数の電力変換素子３１１ａ～３１６ａをインバータ制御することにより電動発電機１０を電動機として動作させる制御である。制御マップには、電動機制御における界磁電流指令値のデータと、電機子電流指令値のデータとが含まれている。

これによれば、電動発電機１０を電動機として用いている場合においても、電動発電機１０の温度上昇を抑制することができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る電動発電システム９０について説明する。実施の形態３に係る電動発電システムでは、電力変換装置３０及び制御装置４０が液冷構造を有している点においてのみ、実施の形態１及び２の電動発電システムとは異なっている。

実施の形態３に係る電動発電システム９０の上記以外の構成は、実施の形態１に係る電動発電システム９０と同様である。

このように、実施の形態３に係る電動発電システム９０は、電動発電機１０及び制御装置４０を備えている。電力変換装置３０及び制御装置４０は、それぞれ液冷構造を有している。

これにより、電力変換装置３０及び制御装置４０の冷却性が向上する。従って、電力変換装置３０の温度上昇及び制御装置４０の温度上昇が抑制され、電動発電機１０の発電制御及び電動発電機１０の電動制御が継続され易くなる。

なお、回転電機２０の回転子部２２は、固定子部２１の内側に存在しているため、回転子部２２には熱がこもり易い。従って、電力変換装置３０及び制御装置４０が液冷されている場合であっても、回転電機２０の温度によって、界磁電流Ｉｆ及び電機子電流Ｉａの制御マップの切り替えが行われることが望ましい。

なお、回転電機２０と電力変換装置３０とが一体となっているか、又は別体となっているかにかかわらず、本実施の形態１から３に係る電動発電機１０の効果は同じである。

また、実施の形態１から３までにおいて、電機子巻線は３相巻線であったが、相数は３相に限定されない。例えば、電機子巻線は、多相巻線であってもよいし、多相多群巻線であってもよい。

また、実施の形態１から３までにおいて、界磁巻線２４は、回転子とともに回転していたが、回転子部２２は、界磁巻線部と磁極部とに分割されていてもよい。この場合、界磁巻線部は、回転子とともに回転しないが、磁極部が回転子とともに回転する。この構成によれば、界磁巻線部の温度を、温度センサを用いて容易に検出することができる。従って、電動発電機をより高精度に制御することができる。

また、実施の形態１から３までにおいて、制御装置４０は、上位制御装置である車両のＥＣＵとは別に搭載されていたが、制御装置４０は、ＥＣＵ内に組み込まれていてもよい。

また、制御装置４０は、車両だけでなく、電車、船舶、産業機器等に搭載されていてもよい。

また、実施の形態１から３までの電動発電機の制御装置４０の機能は、処理回路によって実現される。図８は、実施の形態１から３までの電動発電機の制御装置４０の機能を実現する処理回路の第１の例を示す構成図である。第１の例の処理回路１００は、専用のハードウェアである。

また、処理回路１００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。

また、図９は、実施の形態１から３までの電動発電機の制御装置４０の機能を実現する処理回路の第２の例を示す構成図である。第２の例の処理回路２００は、プロセッサ２０１及びメモリ２０２を備えている。

処理回路２００では、電動発電機の制御装置４０の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ２０２に格納される。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、機能を実現する。

メモリ２０２に格納されたプログラムは、上述した各部の手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。ここで、メモリ２０２とは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリ２０２に該当する。

なお、上述した電動発電機の制御装置４０の機能について、一部の専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述した電動発電機の制御装置４０の機能を実現することができる。

１０ 電動発電機、２０ 回転電機、２２ 回転子部、３０ 電力変換装置、４０ 制御装置、４１ 制御部、４４ 記憶部、４５ 第１取得部、４６ 第２取得部、３１１ａ，３１２ａ，３１３ａ，３１４ａ，３１５ａ，３１６ａ 電力変換素子。

Claims (8)

1. 回転電機と、界磁電流及び電機子電流とを前記回転電機に供給する電力変換装置と、を有している電動発電機を制御するための複数の制御マップを記憶している記憶部、
   前記電力変換装置の温度の情報である第１温度情報を取得する第１取得部、
   前記回転電機の温度の情報である第２温度情報を取得する第２取得部、及び
   前記複数の制御マップを参照して前記電力変換装置を制御する制御部
   を備え、
   各前記制御マップには、前記界磁電流に関する指令値である界磁電流指令値のデータが含まれており、
   前記制御部は、前記第１温度情報と前記第２温度情報とに基づいて、前記複数の制御マップの中から、参照すべき制御マップを選択する
   電動発電機の制御装置。
2. 前記複数の制御マップにおける前記界磁電流指令値の最大値は、互いに異なっている
   請求項１に記載の電動発電機の制御装置。
3. 前記制御部は、前記電力変換装置の温度が第１基準温度よりも高い場合、前記参照すべき制御マップを、現在選択されている制御マップにおける前記界磁電流指令値の最大値よりも小さい前記界磁電流指令値の最大値のデータが含まれている制御マップへ切り替える
   請求項２に記載の電動発電機の制御装置。
4. 前記制御部は、前記回転電機の温度が第２基準温度よりも高い場合、前記参照すべき制御マップを、現在選択されている制御マップにおける前記界磁電流指令値の最大値よりも小さい前記界磁電流指令値の最大値のデータが含まれている制御マップへ切り替える
   請求項２又は請求項３に記載の電動発電機の制御装置。
5. 前記制御部は、インバータ発電制御を実行可能であり、
   前記インバータ発電制御は、前記電力変換装置内の複数の電力変換素子をインバータ制御することにより前記電動発電機に発電させる制御であり、
   各前記制御マップには、前記インバータ発電制御における前記界磁電流指令値のデータと、前記インバータ発電制御における前記電機子電流に関する指令値である電機子電流指令値のデータとが含まれている
   請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電動発電機の制御装置。
6. 前記制御部は、電動機制御を実行可能であり、
   前記電動機制御は、前記電力変換装置内の複数の電力変換素子をインバータ制御することにより前記電動発電機を電動機として動作させる制御であり、
   各前記制御マップには、前記電動機制御における前記界磁電流指令値のデータと、前記電動機制御における前記電機子電流に関する指令値である電機子電流指令値のデータとが含まれている
   請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電動発電機の制御装置。
7. 各前記制御マップには、前記回転電機に対するトルク指令値、前記回転電機における回転子部の回転数、及び前記電動発電機の端子電圧と、前記電機子電流指令値及び前記界磁電流指令値との関係が規定されている
   請求項５又は請求項６に記載の電動発電機の制御装置。
8. 前記第２取得部は、前記第２温度情報として、前記回転電機の界磁巻線の温度の情報を取得する
   請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電動発電機の制御装置。

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