JP4617609B2 - 機関駆動式発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に駆動連結された交流回転電気機によって発電を行う機関駆動式発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の発電装置として、伝動ベルト等を通じて駆動連結された内燃機関によって駆動される三相交流回転電気機と、それにより発電された三相交流電気を三相全波整流して直流変換する整流器回路とを備える装置が知られている。従来、こうした車載用の機関駆動式発電装置は、巻線界磁式の三相交流回転電気機を使用して、その励磁コイルの印加電圧によって発電量を調整するようにしている。そして整流器回路には、ダイオードのような整流素子のみを用いた簡易な構成が用いられている。
【０００３】
車載用の機関駆動式発電装置では、内燃機関の使用回転域が広く、それに伴い交流回転電気機の回転速度も大きく変動することとなる。上記のような発電装置では、その発電能力が交流回転電気機の回転速度に依存し、低回転速度域では十分な発電能力を発揮できないことがある。
【０００４】
そこで、例えば特開昭６３−８７１３７号公報にみられるように、トランジスタのようなスイッチング素子を有して整流器回路を構成し、発電電圧が低くなる低回転域では、そのスイッチング素子を繰り返し断続的に遮断してサージ電圧を生じさせ、発電電気を昇圧して直流電気回路に給電するチョッピング制御を行う機関駆動式発電装置が知られている。こうした機関駆動式発電装置では、低回転域での発電電圧の比較的低い交流回転電気機を用いながらも、発電電圧が低い内燃機関の低速運転時にもバッテリへの蓄電に必要な電圧を確保することができる。ただし、チョッピング制御では、発電能力の向上にも限界があり、また細かな負荷変動に対して自由に発電量を制御することが困難であった。
【０００５】
また近年、例えばハイブリッド車両のように、三相交流回転電気機をモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）として使用する車両が実用されている。こうした車両では、三相交流回転電気機とバッテリとを三相インバータ・コンバータ回路を介して接続するとともに、回転電気機のロータ位置を検知するセンサを備えるようにしている。三相インバータ・コンバータ回路は、Ｍ／Ｇの電動機運転時にはバッテリに蓄電された直流電気を三相交流電気に変換して三相交流回転電気機に給電する三相インバータ回路として機能する。また、Ｍ／Ｇの発電機運転時には、センサによって検知されるロータ位置に応じて三相インバータ・コンバータ回路のスイッチング素子をオン／オフ操作を位相制御することで、発電された三相交流電気を直流変換して給電するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
こうした機関駆動式発電装置では、スイッチング素子の位相制御を通じて細密に発電を制御でき、より広い運転領域で発電能力を高く保持することができる。ただし、そうしたスイッチング素子の位相制御の実施には、高度な制御が必要であり、制御系に高い処理能力が要求される。また、ロータ位置の検出のためのセンサやスイッチング素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等のように、発電運転に必要な構成要素が多く、発電装置の信頼性の確保も困難となっている。更に、場合によっては、スイッチング素子のオン／オフ操作に起因して発生する騒音が問題となることもある。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、より効果的な運用を行うことのできる機関駆動式発電装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
（請求項１）
請求項１に記載の発明は、内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持して、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段と、前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡を検出する短絡検出手段と、前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡の検出態様を、前記障害の発生時以外のときの検出態様から変更する検出態様変更手段と、を備えるようにしたものである。
【０００９】
上記構成では、第１の整流モードと第２の整流モードとのいずれかを選択して発電運転を行うことができる。このため、特性の異なる２つの整流モードを、交流回転電気機の発電状態に応じて使い分けたり、あるいはいずれかの整流モードでの発電運転が不能となったときに他方の整流モードで発電運転を継続したりするなど、状況に応じて２つの整流モードを切り替えつつ発電運転を行うことができる。したがって、機関駆動式発電装置をより効果的に運用することができる。
また上記第１の整流モードでの発電運転には、位置検知手段やスイッチング素子、或いは同素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等の多数の要素が介在し、それらのいずれかに異常が発生すれば、同第１の整流モードでの発電運転は不能となる。ただしその場合であれ、整流素子の整流作用のみによって交流−直流変換が行われる第２の整流モードでの発電運転は行うことができる。
その点、上記構成では、回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能、すなわち位置検知手段による回転位置の検知機能やスイッチング素子をオン／オフ操作する駆動回路の機能、あるいはスイッチング素子自体の機能に障害が発生したときには、第１の整流モードに代えて第２の整流モードでの発電運転を行うようにしている。したがって上記構成によれば、第１の整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合であれ、発電運転を継続できるようになる。そして車両用の機関駆動式発電装置に上記構成を適用した場合には、異常発生時に車両や内燃機関への電力供給をより長期に亘り継続可能となり、異常発生時の緊急避難走行を拡大することができる。
一方、交流回転電気機に発生し得る障害の１つに、相間短絡がある。相間短絡の発生の有無は、機関駆動式発電装置の運転状態を監視することで検出することができる。ところがスイッチング機能の障害発生時には、本来は第１の整流モードが選択されるべき状況においても第２の整流モードが選択される。これにより、障害の発生時とそれ以外のときとは発電装置の運転状態が変化して、相間短絡発生時の発電装置の様相も障害の発生の有無に応じて変化することとなる。よって、障害の発生時には、障害の無いときと同一の検出態様では、適切に相間短絡を検出することができなくなってしまう。
その点、上記構成では、上記スイッチング機能の障害発生に応じて第１の整流モードに代えて第２の整流モードが選択されるときには相間短絡の検出態様が変更されるため、障害発生時の退避処理の実施による発電装置の運転状態の変化に拘わらず、相間短絡の誤検出を好適に回避できる。
(請求項２)
請求項２に記載の発明は、内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段と、前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡を検出する短絡検出手段と、前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡の検出条件を、前記障害の発生時以外のときの検出条件から変更する検出条件変更手段と、を備えるようにしたものである。
上記構成では、第１の整流モードと第２の整流モードとのいずれかを選択して発電運転を行うことができる。このため、特性の異なる２つの整流モードを、交流回転電気機の発電状態に応じて使い分けたり、あるいはいずれかの整流モードでの発電運転が不能となったときに他方の整流モードで発電運転を継続したりするなど、状況に応じて２つの整流モードを切り替えつつ発電運転を行うことができる。したがって、機関駆動式発電装置をより効果的に運用することができる。
また上記第１の整流モードでの発電運転には、位置検知手段やスイッチング素子、或いは同素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等の多数の要素が介在し、それらのいずれかに異常が発生すれば、同第１の整流モードでの発電運転は不能となる。ただしその場合であれ、整流素子の整流作用のみによって交流−直流変換が行われる第２の整流モードでの発電運転は行うことができる。
その点、上記構成では、回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能、すなわち位置検知手段による回転位置の検知機能やスイッチング素子をオン／オフ操作する駆動回路の機能、あるいはスイッチング素子自体の機能に障害が発生したときには、第１の整流モードに代えて第２の整流モードでの発電運転を行うようにしている。したがって上記構成によれば、第１の整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合であれ、発電運転を継続できるようになる。そして車両用の機関駆動式発電装置に上記構成を適用した場合には、異常発生時に車両や内燃機関への電力供給をより長期に亘り継続可能となり、異常発生時の緊急避難走行を拡大することができる。
更に上記構成では、上記スイッチング機能の障害発生に応じて第１の整流モードに代えて第２の整流モードが選択されるときには相間短絡の検出条件が変更されるため、障害発生時の退避処理の実施による発電装置の運転状態の変化に拘わらず、好適に検出を継続することができる。
(請求項３)
請求項３に記載の発明は、内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段と、前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡を検出する短絡検出手段と、前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡の検出を禁止する検出禁止手段と、備えるようにしたものである。
上記構成では、第１の整流モードと第２の整流モードとのいずれかを選択して発電運転を行うことができる。このため、特性の異なる２つの整流モードを、交流回転電気機の発電状態に応じて使い分けたり、あるいはいずれかの整流モードでの発電運転が不能となったときに他方の整流モードで発電運転を継続したりするなど、状況に応じて２つの整流モードを切り替えつつ発電運転を行うことができる。したがって、機関駆動式発電装置をより効果的に運用することができる。
また上記第１の整流モードでの発電運転には、位置検知手段やスイッチング素子、或いは同素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等の多数の要素が介在し、それらのいずれかに異常が発生すれば、同第１の整流モードでの発電運転は不能となる。ただしその場合であれ、整流素子の整流作用のみによって交流−直流変換が行われる第２の整流モードでの発電運転は行うことができる。
その点、上記構成では、回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能、すなわち位置検知手段による回転位置の検知機能やスイッチング素子をオン／オフ操作する駆動回路の機能、あるいはスイッチング素子自体の機能に障害が発生したときには、第１の整流モードに代えて第２の整流モードでの発電運転を行うようにしている。したがって上記構成によれば、第１の整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合であれ、発電運転を継続できるようになる。そして車両用の機関駆動式発電装置に上記構成を適用した場合には、異常発生時に車両や内燃機関への電力供給をより長期に亘り継続可能となり、異常発生時の緊急避難走行を拡大することができる。
更に上記構成では、スイッチング機能の障害発生時には、相間短絡の検出が禁止されるため、その誤検出を確実に回避することができる。
ちなみに上記スイッチング機能の障害と相間短絡との別部位での２障害の同時発生は、確率的には、ほぼ有り得ないような希有な事態である。更にスイッチング機能障害の発生に応じて既に各種の障害への対応がなされていることもあって、相間短絡の検出を禁止しても余り大きな不都合はない。そこで上記障害の発生に応じて第２の整流モードを選択したときに相間短絡の検出を禁止して、誤検出を確実に回避した方が、場合によっては好都合となる。
(請求項４)
請求項４に記載の発明は、内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記位置検知手段に異常有りと判定されたときには、前記スイッチング素子の前記出力線側の電圧と前記直流電気回路側の電圧との高低関係の変化に応じて前記スイッチング素子をオン／オフ操作して前記交流−直流変換を行う第３の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段を備えるようにしたものである。
上記構成では、第１の整流モードと第２の整流モードとのいずれかを選択して発電運転を行うことができる。このため、特性の異なる２つの整流モードを、交流回転電気機の発電状態に応じて使い分けたり、あるいはいずれかの整流モードでの発電運転が不能となったときに他方の整流モードで発電運転を継続したりするなど、状況に応じて２つの整流モードを切り替えつつ発電運転を行うことができる。したがって、機関駆動式発電装置をより効果的に運用することができる。
一方、位置検知手段の異常によって交流回転電気機の回転位置を検知不能となったときにも、スイッチング素子の両端での電圧の高低関係の変化に基づいて同素子のオン／オフ操作を行うことで交流−直流変換を行うことができる。例えば、そのスイッチング素子が直流電気回路の高電位側に結線されている場合には、出力線側の電圧が直流電気回路の高電位側の電圧よりも高くなったときにその素子をオンし、そうでないときには同素子をオフするようにすれば、逆電流を生じさせずに直流電気回路に給電を行うことができる。このため、位置検出手段の異常発生時に上記第１の整流モードに代えて上記第３の整流モードで発電運転を行うようにすれば、発電運転を継続することはできる。
なお、上記位置検出手段の異常発生時には更に、第２の整流モードが本来選択されるべき領域においても、上記第３の整流モードでの発電運転を行うようにしても良い。この場合、スイッチング素子及び整流素子の双方を通って、交流回転電気機から直流電気回路へと電流が通電されるようになるため、整流素子のみを通じてそうした電流が通電される第２の整流モード時に比して、整流器回路内の抵抗が低減される。このため、第１の整流モードでの発電運転が不能となったことによる発電能力の低下が抑制される。
(請求項５)
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の機関駆動式発電装置において、前記切替制御手段は、前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択するようにしたものである。
上記第１の整流モードでの発電運転には、位置検知手段やスイッチング素子、或いは同素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等の多数の要素が介在し、それらのいずれかに異常が発生すれば、同第１の整流モードでの発電運転は不能となる。ただしその場合であれ、整流素子の整流作用のみによって交流−直流変換が行われる第２の整流モードでの発電運転は行うことができる。
その点、上記構成では、回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能、すなわち位置検知手段による回転位置の検知機能やスイッチング素子をオン／オフ操作する駆動回路の機能、あるいはスイッチング素子自体の機能に障害が発生したときには、第１の整流モードに代えて第２の整流モードでの発電運転を行うようにしている。したがって上記構成によれば、第１の整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合であれ、発電運転を継続できるようになる。そして車両用の機関駆動式発電装置に上記構成を適用した場合には、異常発生時に車両や内燃機関への電力供給をより長期に亘り継続可能となり、異常発生時の緊急避難走行を拡大することができる。
【００１０】
（請求項６）
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の機関駆動式発電装置において、前記切替制御手段を、前記第１及び第２の整流モードを前記交流回転電気機の発電状態に応じて切り替えるようにしたものである。
【００１１】
上記構成では、例えば発電電圧や発電電流（実効値）やその回転速度等によって把握される交流回転電気機の発電状態に応じて、より好ましい側の整流モードを用いて交流−直流変換を行って発電電気を給電することができるようになる。これにより、交流回転電気機の発電状態の変化に拘わらず、好適に給電を行うことができる。
【００１２】
また、単一の整流態様で交流回転電気機の全使用領域での発電効率を高く保持することは困難であるが、上記構成のように交流回転電気機の使用領域毎に各整流モードを使い分けるようにすれば、各整流モードにかかる電気回路構成等を特定の使用領域のみに特化させるように構築することができる。このため、幅広い使用領域での発電能力を容易に確保できるようにもなる。
【００１３】
（請求項７）
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の機関駆動式発電装置において、前記発電状態を、前記交流回転電気機の回転速度としたものである。
【００１４】
上記構成によれば、交流回転電気機の回転速度によって、その発電状態を的確に把握して整流モードを切り替えることができる。なお、交流回転電気機が内燃機関に連動して回転される構成においては、内燃機関の回転速度によって交流回転電気機の回転速度がほぼ一義的に決定されるため、内燃機関の回転速度を交流回転電気機の回転速度の代用値として用いても、同様に上記構成の具現が可能である。
【００２８】
（請求項８）
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機を、巻線界磁式の交流回転電気機としたものである。
【００２９】
巻線界磁式の交流回転電気機を用いた場合、上記第２の整流モードあるいは第３の整流モードでも、励磁コイルの印加電圧によって発電量を調整可能であるため、より好適な態様で発電運転を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図１は、こうした車両の駆動系の構成を示している。同図に示すように、内燃機関（ＥＮＧ）１０は自動変速機（Ａ／Ｔ）１１に連結されており、その自動変速機１１を通じて図示しない駆動輪へと動力を伝達するようになっている。
【００３２】
内燃機関１０の周囲には、エアコンディショナ（Ａ／Ｃ）用のコンプレッサ１３、パワーステアリング（Ｐ／Ｓ）ポンプ１４及びウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）１５等の各種補機類と、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１６とが配置されている。
【００３３】
内燃機関１０の出力軸であるクランクシャフト１０ａと、これら各補機類１３〜１５及びＭ／Ｇ１６とは、伝動ベルト１７を通じて互いに駆動連結されている。またクランクシャフト１０ａと伝動ベルト１７との間には電磁式のクラッチ１８が介設されており、そのクラッチ１８への通電の制御に応じてクランクシャフト１０ａと伝動ベルト１７との間での動力伝達が断接されるようになっている。
【００３４】
Ｍ／Ｇ１６は、パワーコントロールユニット１９を介して高電圧（３６Ｖ）及び低電圧（１２Ｖ）の２つのバッテリ２０、２１に電気接続され、パワーコントロールユニット１９によってその作動を制御されている。
【００３５】
続いて、同図１を参照して、この車両の制御システムの構成を説明する。同図に示すように、この車両の制御システムは、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２２を中心として構成されている。
【００３６】
ＥＣＵ２２は、内燃機関１０の回転速度を検知するＮＥセンサ２３を始めとして、内燃機関１０や車両の状態を検知する各種センサ類の出力信号が入力されるようになっている。ＥＣＵ２２は、そうした各種センサ類の検知結果に基づいて内燃機関１０の各種制御を行うとともに、上記クラッチ１８への通電制御等も併せて行っている。また更にＥＣＵ２２は、パワーコントロールユニット１９への指令信号の出力を通じて、Ｍ／Ｇ１６の作動制御も行っている。
【００３７】
またこの車両では、信号待ち等の車両の一時停止時に内燃機関１０の作動を一時停止する制御を行っている。ＥＣＵ２２は、車両が一時停止状態にあることを検知すると、クラッチ１８の接続を解除してクランクシャフト１０ａと伝動ベルト１７との接続を遮断した後、内燃機関１０を停止する。そしてＥＣＵ２２は、高電圧バッテリ２０に蓄電された電力によってＭ／Ｇ１６を電動機として稼動させ、その動力によって各補機１３〜１５を作動させる。これにより、内燃機関１０の停止中も、各補機１３〜１５の作動が維持される。
【００３８】
またこうした内燃機関１０の停止中に、Ｄレンジでブレーキペダルの踏み込みが解除される、或いはＰ、Ｎレンジからのシフト操作が行われると、ＥＣＵ２２はクラッチ１８を接続し、Ｍ／Ｇ１６によってクランクシャフト１０ａを回転させる。このときＭ／Ｇ１６の動力は、そのクランクシャフト１０ａから自動変速機１１等を通じて駆動輪に伝達され、車両の走行が開始される。
【００３９】
更に内燃機関１０の回転速度が所定の回転速度に達すると、ファイアリングを開始して内燃機関１０を再始動させる。すなわち本実施形態では、一時停止からの内燃機関１０の再始動時には、Ｍ／Ｇ１６がスタータモータとしての役割を果たすこととなる。そして、内燃機関１０が安定して自立運転するようになると、Ｍ／Ｇ１６の電動機としての稼動を停止し、内燃機関１０の動力によって補機１３〜１５を駆動する。またこのときＭ／Ｇ１６は、内燃機関１０の動力によって駆動され、発電機として機能する。
【００４０】
このようにＭ／Ｇ１６は、高電圧バッテリ２０からの電力供給によって動力を発生する電動機として、或いは伝動ベルト１７からの動力伝達によって発電を行う発電機として機能するようになっている。続いて、こうしたＭ／Ｇ１６の作動にかかる電気的構成について、図２を併せ参照して更に詳細に説明する。
【００４１】
同図２に示すように、Ｍ／Ｇ１６は、伝動ベルト１７（図１）に駆動連結されたロータに巻線された励磁コイル２４と、ステータに配設されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル２５とを備える巻線界磁式の三相交流回転電気機として構成されている。またパワーコントロールユニット１９は、パワーモジュール２６、パワーモジュール駆動回路２７、励磁駆動回路２８、Ｍ／Ｇコントローラ２９、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０等を備えて構成されている。
【００４２】
Ｍ／Ｇ１６のロータの励磁コイル２４は、励磁駆動回路２８によって給電される。また励磁コイル２４への印加電圧も、この励磁駆動回路２８によって調整される。
【００４３】
また、Ｍ／Ｇ１６のステータに設けられた各相の電機子コイル２５の出力線３１は、パワーモジュール２６を介して、高電圧バッテリ２０の高位側端子に接続された高位電源ラインＨＬ及びその低位側端子に接続された低位電源ラインＬＬに接続されている。パワーモジュール２６は、各出力線３１と両電源ラインＨＬ、ＬＬとをそれぞれ、並列接続された整流素子３２及びスイッチング素子３３を介して結線した三相ブリッジ回路として構成されている。ここでは整流素子３２としてダイオードを、スイッチング素子３３として電解効果型トランジスタ（ＦＥＴ）をそれぞれ採用している。
【００４４】
こうしたパワーモジュール２６は、Ｍ／Ｇ１６を電動機として作動させるときには、高電圧バッテリ２０に蓄電された電力を直流−交流変換して電機子コイル２５に給電するインバータ回路として作動する。またパワーモジュール２６は、Ｍ／Ｇ１６を発電機として作動させるときには、発電によって電機子コイル２５から出力される交流電気を交流−直流変換して高位及び低位電源ラインＨＬ、ＬＬに給電するコンバータ（整流器）回路として作動する。こうしたパワーモジュール２６の作動にかかるスイッチング素子３３のオン／オフ操作は、パワーモジュール駆動回路２７によって操作されている。
【００４５】
また、高位電源ラインＨＬ及び低位電源ラインＬＬは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、両電源ラインＨＬ、ＬＬを通じて給電される高電圧（３６Ｖ）を低電圧（１２Ｖ）に降圧して、低電圧バッテリ２１や各コントローラ等に給電している。
【００４６】
一方、Ｍ／Ｇコントローラ２９には、Ｍ／Ｇ１６のロータ位置を検知する磁極センサ３４、及び各電機子コイル２５の出力線３１の電流を検知する電流センサ３５に接続されている。そしてＭ／Ｇコントローラ２９は、ＥＣＵ２２からの指令信号、及びこれらセンサ３４、３５の検知結果に基づいてパワーモジュール駆動回路２７及び励磁駆動回路２８の作動を制御する。
【００４７】
次に、以上のように構成された本実施形態において、Ｍ／Ｇ１６を発電機として機能させるときの作動態様を、図３を併せ参照して説明する。
内燃機関１０の作動時には、伝動ベルト１７を通じてＭ／Ｇ１６に動力が伝達され、これによりＭ／Ｇ１６のロータが回転する。このとき、励磁駆動回路２８からの給電によってロータに設けられた励磁コイル２４を励磁することで、各相の電機子コイル２５に誘電起電力が発生し、発電が行われる。
【００４８】
本実施形態では、こうしてＭ／Ｇ１６によって発電された交流電気を次の２つの整流モードのいずれかを用いて、交流−直流変換して高電圧バッテリ２０等に給電するようにしている。そしてそれら整流モードをＭ／Ｇ１６の発電状態に応じて切り替えることで、全使用領域に亘って発電能力を確保しながらも、制御系への負荷の増大や信頼性の低下を効果的に抑制するようにしている。
【００４９】
＜制御整流モード＞
制御整流モードでは、Ｍ／Ｇ１６のロータ位置の検知結果に基づいたスイッチング素子３３の位相制御によって交流−直流変換が行われる。すなわち、Ｍ／Ｇコントローラ２９は、磁極センサ３４によって検知されるＭ／Ｇ１６のロータ位置に基づいてパワーモジュール駆動回路２７に指令信号を出力する。またＭ／Ｇコントローラ２９は、電流センサ３５の検出結果に応じて各スイッチング素子３３のオン／オフ操作を繰り返し行うとともに、そのオン期間及びオフ期間の比率を制御することで発電電流の調整も併せて行っている。
【００５０】
＜非制御整流モード＞
非制御整流モードでは、パワーモジュール２６の各スイッチング素子３３を解放した状態に保持し、整流素子３２の整流作用のみによって交流−直流変換を行わせる。
【００５１】
なお、以上の両整流モードのいずれにおいても、高電位電源ラインＨＬの電圧に応じて、励磁駆動回路２８を通じて励磁コイル２４への印加電圧を制御して、Ｍ／Ｇ１６の発電電圧の調整が行われている。したがって、上記制御整流モードでは、上記のようなスイッチング素子３３のオン／オフ期間の調整と併せて、より細密な発電量の制御が行われている。
【００５２】
そして本実施形態では、これら２つの整流モードを、図３に示すような態様で使い分けている。すなわち、Ｍ／Ｇ１６の発電運転が正常に行われているときには（ステップ１０：ＮＯ）、Ｍ／Ｇ１６の回転速度に応じて両整流モードを切り替えている。ここではそのＭ／Ｇ１６の回転速度を磁極センサ３４の検知結果から求めている。そしてその回転速度が所定値φ以下のときには（ステップ２０：ＮＯ）制御整流モードを用い（ステップ３０）、所定値φを超えるときには（ステップ２０：ＹＥＳ）非制御整流モードを用いるようにしている（ステップ４０）。
【００５３】
非制御整流モードでは、Ｍ／Ｇ１６の発電能力がその回転速度に依存し、低回転速度域では、たとえ励磁コイル２４への印加電圧を最大値に設定したとしても、十分な発電能力を確保できないことがある。また制御整流モードでは、スイッチング素子３３のオン／オフ操作に伴い騒音が問題となることがある。本実施形態では、これらを考慮して上記所定値φが設定されており、非制御整流モードでの発電能力の不足が生じる回転速度域のみにおいて制御整流モードを用いることで、全使用領域での発電能力を確保しながらも、スイッチング素子３３のオン／オフ操作に伴う騒音を可能な限り抑制するようにしている。
【００５４】
なお、磁極センサ３４によるＭ／Ｇ１６のロータ位置の検知機能や、パワーモジュール駆動回路２７によるスイッチング素子３３のオン／オフ操作機能等に異常が発生したときには、制御整流モードでの発電運転を行えなくなる。ただしこの場合であれ、非制御整流モードでの発電運転を行うことはできる。このため、本実施形態では、スイッチング素子３３、磁極センサ３４、電流センサ３５、パワーモジュール駆動回路２７等に異常が発生し、制御整流モードでの発電運転が適切に行えないときには（ステップ１０：ＹＥＳ）、Ｍ／Ｇ１６の回転速度に拘わらず、発電運転にかかる構成がより簡易な非制御整流モードで発電運転を行うようにしている（ステップ４０）。
【００５５】
なお、このような異常発生時には、Ｍ／Ｇ１６の電動機としての運転は不能となるため、上述した内燃機関１０の自動停止制御は禁止する。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００５６】
（１）本実施形態では、磁極センサ３４によって検知されるＭ／Ｇ１６の回転位置に応じてスイッチング素子３３をオン／オフ操作することで交流−直流変換を行う制御整流モードと、スイッチング素子３３をオフした状態に保持して整流素子３２の整流作用によって交流−直流変換を行う非制御整流モードとを、交流回転電気機として構成されたＭ／Ｇ１６の回転速度に応じて切り替えるようにしている。このため、Ｍ／Ｇ１６の発電状態の変化に応じて、より好適な側の整流モードを選択して発電運転を行うことができるようになる。
【００５７】
（２）またこれにより、各整流モードを使用するＭ／Ｇ１６の回転速度域がそれぞれ限定されるため、各整流モードでの発電運転にかかる素子や電気回路構成を、その使用領域のみに特化させるように構築することができるようになる。このため、幅広い使用領域で発電能力を高く保持することが容易に行える。
【００５８】
（３）本実施形態では、交流回転電気機の回転速度に基づくことで、容易に発電状態に応じた適切な整流モードの切り替えを行うことができる。
（４）本実施形態では、制御整流モードでの発電運転に支障をきたす異常が発生したときに、その制御整流モードに代えて非制御整流モードを用いて発電運転を継続している。このため、そうした異常発生時であれ、発電電気の供給を継続可能となり、ひいては異常発生時の車両の緊急避難走行距離を拡大できるようにもなる。
【００５９】
（５）本実施形態では、Ｍ／Ｇ１６に巻線界磁式の交流回転電気機を採用している。このため、非制御整流モードでの発電運転時にも、励磁コイル２４への印加電圧によって発電量を調整可能となり、より好適な態様で発電運転を行うことができるようになる。
【００６０】
（第１実施形態の変形例）
上記実施形態では、制御整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合、その制御整流モードに代えて非制御整流モードで発電運転を継続するようにしている。ただし、その異常が磁極センサ３４によるロータ位置の検出機能についての不良に起因する場合、パワーモジュール２６の各スイッチング素子３３のオン／オフ操作は、引き続き行うことができる。そこで、磁極センサ３４の異常発生時には、次のような態様で発電運転を継続することもできる。
【００６１】
すなわち、そうした異常発生時には、磁極センサ３４の検知結果に代えて、各相の出力線３１の電圧と高位電源ラインＨＬ或いは低位電源ラインＬＬの電圧との高低関係の変化に基づいてスイッチング素子３３をオン／オフ操作し、交流−直流変換を行うことができる。
【００６２】
例えば、高位電源ラインＨＬの電圧（３６Ｖ）に対して、出力線３１の電圧が高いときに、それらの間に介設されたスイッチング素子３３をオンし、出力線３１の電圧が低いときに同素子３３をオフする。このようにすれば、磁極センサ３４の検知結果に基づかなくても、逆電流の発生を防ぎつつ、発電された交流電気を半波整流によって直流に変換して、高位電源ラインＨＬに給電可能となる。この場合においてもやはり、Ｍ／Ｇ１６の電動機としての運転が不能となるため、上述した内燃機関１０の自動停止制御は禁止することが望ましい。
【００６３】
ただし、こうした出力線３１の電圧と高位電源ラインＨＬの電圧との高低関係の変化に応じたスイッチング素子３３のオン／オフ操作による発電運転を行う場合には、そのスイッチング素子３３として、例えばＭＯＳ−ＦＥＴのように双方向に通電可能な、方向性の無い、或いは方向性の小さなスイッチング素子を用いることが望ましい。
【００６４】
なお、上記のような磁極センサ３４の異常発生時には、全運転領域での発電運転を上記態様で行うようにしても良い。すなわち、本来、非制御整流モードが選択されるべき運転領域についても、各出力線３１の電圧と電源ラインＨＬ、ＬＬの電圧との高低関係の変化に応じてスイッチング素子３３をオン／オフ操作して発電運転を行うようにしても良い。この場合、スイッチング素子３３及び整流素子３２の双方を通って、電流が通電されるようになる。このため、整流素子３２のみを通じてそうした電流が通電される非制御整流モード時に比して、パワーモジュール２６内での電力損失が低減され、制御整流モードでの発電運転が不能となったことによる発電能力の低下が抑制されるようになる。そしてひいては、異常発生時における車両の緊急避難走行の距離や時間を拡大できるようにもなる。
【００６５】
（第２実施形態）
続いて本発明を具体化した第２実施形態について、上記実施形態と異なる点を中心として、図４を併せ参照して説明する。
【００６６】
上記のような交流回転電気機に生じ得る障害の１つに、各相（各電機子コイル２５）間の短絡（ショート）がある。そうした相間短絡が生じると、たとえ回転電気機の運転条件が同一であっても、各電機子コイル２５から出力線３１に出力される電流（３相電流）の振幅は、短絡の無いときに比して小さくなる。よって出力線３１を流れる３相電流の振幅（あるいはその最大値、最小値）を監視することで、上記相間短絡の発生の有無を検出することができる。
【００６７】
ところが第１実施形態のように、スイッチング素子３３のオン／オフ機能の障害に応じて、制御整流モードの代わりに非制御整流モードでの発電運転を行う場合、そうした相間短絡を適切に検出できなくなることがある。これは、本来は制御整流モードが選択されるべき状況において、非制御整流モードが選択されることで、発電装置の運転状態が変化することに起因している。
【００６８】
例えば第１実施形態では、スイッチング機能の正常時には、回転電気機（Ｍ／Ｇ１６）の回転速度に応じて切り替えられる整流モードが、機能障害の発生時には非制御整流モードに固定されることとなる。これにより、本来は制御整流モードが選択される回転速度域（第１実施形態では「φ」以下の回転速度領域）であれ、非制御整流モードでの発電運転が行われる。そうした本来の設定と異なる回転速度域では、非制御整流モードでの発電を満足に行うことが困難となり、回転電気機の運転状況によっては回転電気機の発電量が非常に小さくなることがある。そしてその結果、各電機子コイル２５から出力される３相電流の振幅が相間短絡の検出判定レベルを下回り、実際には短絡が発生していないにも拘わらず、相間短絡が発生したとの誤った判定がなされることがある。
【００６９】
そこで本実施形態では、非制御整流モードの発電運転中にＭ／Ｇ１６の相間短絡を検出するとともに、スイッチング機能の障害発生時とそれ以外のときとは、その検出条件を変更することで、いずれの状況下でも適切な検出を可能としている。
【００７０】
図４は、そうした本実施形態における整流モードの選択、及び相間短絡の検出条件の設定の態様を示している。
同図４に示すように本実施形態においても、スイッチング機能の障害の無いときには（Ｓ１１０：「ＮＯ」）、Ｍ／Ｇ２５の回転速度に応じて、制御整流モードと非制御整流モードとが切り替えられる。またここでも、Ｍ／Ｇ回転速度が「φ」以下の領域では制御整流モードが選択され、「φ」を上回る領域では非制御整流モードが選択されている（以上、Ｓ１２０，Ｓ１４０，Ｓ１５０）。
【００７１】
本実施形態では、以上のようにスイッチング機能に障害の無い状況で非制御整流モードが選択されたときには、以下の２つの検出条件が共に成立した場合に相間短絡が発生したと判断している。
（条件Ａ） 励磁コイル２４に流される電流（励磁電流）が所定値α（例えば４．５Ａ）以上である。
（条件Ｂ） Ｍ／Ｇ１６の発電量が所定値以下である。より詳しくは、各電機子コイル２５から出力線３１に出力される３相電流の最大値が所定値β（例えば５０Ａ）以下であることをもって、発電量が所定値以下であると判断している。
【００７２】
Ｍ／Ｇコントローラ２９は、非制御整流モードでは、Ｍ／Ｇ１６の発電量が要求に満たないときには、励磁コイル２４に流す励磁電流を増大することでその発電量を増大させる制御を行っている。よって、相間短絡の発生によって十分な発電が行えないときには、その励磁電流の値も自ずと大きくなる。すなわち上記条件Ａが成立するようになる。
【００７３】
また上述のように本実施形態では、非制御整流モードにあっては、励磁コイル２４に流される励磁電流の制御によって、Ｍ／Ｇ１６の発電量を調整している。ここでそうした励磁電流が所定値以上であって（条件Ａの成立）、ある程度以上の発電要求があるにも拘わらず、Ｍ／Ｇ１６の発電量が少なければ（条件Ｂの成立）、相間短絡が生じていると判断することができる。ちなみにここでは、Ｍ／Ｇ１６の発電量の代表値として上記３相電流の最大値を用いて相間短絡の有無を判断しており、その最大値が所定値β以下であることをもって条件Ｂが成立するものとしている。なお、Ｍ／Ｇ１６の発電量の代表値として、３相電流のその最小値や振幅等も用いることができる。例えば、３相電流の振幅が所定値以下であること、あるいは３相電流の最小値が所定値以上であること等によっても、同様の判断を行うことができる。
【００７４】
こうして本実施形態では通常は、以上の態様で非制御整流モードでの相間短絡の検出を行っている。
一方、本実施形態でも第１実施形態と同様に、スイッチング機能の障害発生時には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｍ／Ｇ１６の回転速度に拘わらず、整流モードは非制御整流モードに固定される（Ｓ１３０）。こうして非制御整流モードが選択された場合、本実施形態では、以下のように相間短絡の検出態様を変更する処理を行う（Ｓ１３５）。
【００７５】
すなわち、本実施形態では、上記障害発生に応じた非制御整流モードの設定時には、障害のない通常の非制御整流モードの設定時に比して、相間短絡の検出感度を低減するようにその検出条件を変更している。具体的には、上記条件Ｂにおける３相電流の最大値についての相間短絡発生の判断基準となる所定値βを、より小さな値に変更している。これにより、非制御整流モードの設定領域の変更に伴うＭ／Ｇ１６の発電状況の変化に拘わらず、誤検出を回避して相間短絡を好適に検出することができる。
【００７６】
なお、上記条件Ａの成立判断の基準となる所定値αをより大きな値に変更することによっても、相間短絡の検出感度を低減することはできる。
また更に、同図４に併せ示すように、スイッチング機能の障害発生時には、相間短絡の検出を禁止するようにしても良い。その場合は勿論、相間短絡の検出はできなくなるが、別の部位で同時に障害が発生することは確率的にほぼあり得ず、またスイッチング機能の障害に応じて既に障害への各種の対処処理が実施されていることもあって、余り大きな不都合は生じない。よって、相間短絡が検出不能となることよりも、こうして検出を禁止することで誤検出を確実に回避した方が好都合な場合もある。
【００７７】
以上説明した各実施形態は、次のように変更しても良い。
・第２実施形態では、相間短絡の検出条件の変更やその検出の禁止によって、スイッチング機能の障害発生時の整流モードの選択態様の変更に伴うＭ／Ｇ１６の発電状況の変化に拘わらず、その誤検出を好適に回避している。これを、相間短絡の検出の判断に用いられるパラメータを変更するなど、その検出態様そのものを根本から変更することで、誤検出を回避するようにしても良い。
【００７８】
・上記実施形態では、整流素子３２としてダイオードを、スイッチング素子３３としてＦＥＴをそれぞれ採用する構成としたが、整流機能又はスイッチング機能を有する任意の素子にそれぞれ変更しても良い。
【００７９】
・上記実施形態では、磁極センサ３４を採用しているが、例えば光学式センサなど、他の形式のセンサ類を用いてＭ／Ｇ１６のロータ位置を検知するようにしても良い。
【００８０】
・また上記実施形態では、パワーモジュール２６を全波整流器回路として構成しているが、高位電源ラインＨＬ及び低位電源ラインＬＬのいずれか一方についてのみ、スイッチング素子３３及び整流素子３２を介して出力線３１に結線した半波整流器回路として構成しても良い。その場合にも、上記実施形態と同様の整流モードの切り替え制御を適用し、同様の効果を得ることができる。
【００８１】
・上記実施形態では、Ｍ／Ｇ１６を巻線界磁式の交流回転電気機とした構成となっているが、ロータを永久磁石としたＰＭ式の交流回転電気機としてもよい。その場合、非制御整流モードでの発電運転時には、励磁コイルへの印加電圧による発電量の調整を行うことはできないため、他の発電量の調整手段を設けることが望ましい。
【００８２】
・また上記実施形態では、交流回転電気機を電動機としても作動させるようにしているが、発電機としてのみ機能させるようにしても良い。
・また上記実施形態では、制御整流モードと非制御整流モードとの切り替えをＭ／Ｇ１６の回転速度に基づいて切り替えているが、上記実施形態のように、発電運転時のＭ／Ｇ１６とクランクシャフト１０ａとが直接的に連結され、内燃機関１０の回転速度からＭ／Ｇ１６の回転速度がほぼ一義的に決定される構成であれば、内燃機関１０の回転速度をＭ／Ｇ１６の回転速度の代用値として同様の整流モードの切替制御を行うことができる。
【００８３】
・また更にそうした回転速度に基づく整流モードの切り替え態様も任意である。すなわち、各整流モードの使用領域は、上記実施形態の例に限らず、採用される各素子や駆動回路等の特性等に応じて適宜に変更して設定しても良い。
【００８４】
・また、Ｍ／Ｇ１６の発電電圧や発電電流の実効値等に基づいて整流モードを切り替えるようにしても、発電状態に応じて好適な側の整流モードを選択して発電運転を行うことができる。
【００８５】
・交流回転電気機の回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときに制御整流モードを禁止して非制御整流モードを保持する制御を行わず、交流回転電気機の発電状態に応じた両整流モードの切り替えのみを行う構成としても良い。その場合であれ、上記（１）及び（２）記載の効果を得ることができる。
【００８６】
・また、交流回転電気機の回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生していないときには常に制御整流モードでの発電運転を行い、上述のような異常発生時にのみ非制御整流モードでの発電運転を行う構成としても、上記（４）記載の効果を得ることはできる。
【００８７】
・更に、交流回転電気機の回転位置の検知に障害が発生していないときには常に上記制御整流モードでの発電運転を行い、同障害が発生したときには、スイッチング素子の出力線側の電圧と直流電気回路側の電圧との高低関係の変化に基づいて同スイッチング素子のオン／オフ操作することで交流−直流変換を行いつつ発電運転を行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の車両の駆動系の構成を示す略図。
【図２】同実施形態のＭ／Ｇ駆動制御系の電気的構成を示す略図。
【図３】同実施形態の整流モードの切り替えにかかる処理手順を示すフローチャート。
【図４】第２実施形態の発電制御態様の切り替えにかかる処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１６…Ｍ／Ｇ（巻線界磁式交流回転電気機）、１７…伝動ベルト、１９…パワーコントロールユニット、２０…高電圧バッテリ、２１…低電圧バッテリ、２４…励磁コイル、２５…電機子コイル、２６…パワーモジュール（整流器回路）、２７…パワーモジュール駆動回路（切替制御手段）、２８…励磁駆動回路、２９…Ｍ／Ｇコントローラ（切替制御手段）、３１…出力線、３２…整流素子、３３…スイッチング素子、３４…磁極センサ（位置検出手段）、３５…電流センサ、ＨＬ…高位電源ライン（直流電気回路）、ＬＬ…高位電源ライン（直流電気回路）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に駆動連結された交流回転電気機によって発電を行う機関駆動式発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の発電装置として、伝動ベルト等を通じて駆動連結された内燃機関によって駆動される三相交流回転電気機と、それにより発電された三相交流電気を三相全波整流して直流変換する整流器回路とを備える装置が知られている。従来、こうした車載用の機関駆動式発電装置は、巻線界磁式の三相交流回転電気機を使用して、その励磁コイルの印加電圧によって発電量を調整するようにしている。そして整流器回路には、ダイオードのような整流素子のみを用いた簡易な構成が用いられている。
【０００３】
車載用の機関駆動式発電装置では、内燃機関の使用回転域が広く、それに伴い交流回転電気機の回転速度も大きく変動することとなる。上記のような発電装置では、その発電能力が交流回転電気機の回転速度に依存し、低回転速度域では十分な発電能力を発揮できないことがある。
【０００４】
そこで、例えば特開昭６３−８７１３７号公報にみられるように、トランジスタのようなスイッチング素子を有して整流器回路を構成し、発電電圧が低くなる低回転域では、そのスイッチング素子を繰り返し断続的に遮断してサージ電圧を生じさせ、発電電気を昇圧して直流電気回路に給電するチョッピング制御を行う機関駆動式発電装置が知られている。こうした機関駆動式発電装置では、低回転域での発電電圧の比較的低い交流回転電気機を用いながらも、発電電圧が低い内燃機関の低速運転時にもバッテリへの蓄電に必要な電圧を確保することができる。ただし、チョッピング制御では、発電能力の向上にも限界があり、また細かな負荷変動に対して自由に発電量を制御することが困難であった。
【０００５】
また近年、例えばハイブリッド車両のように、三相交流回転電気機をモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）として使用する車両が実用されている。こうした車両では、三相交流回転電気機とバッテリとを三相インバータ・コンバータ回路を介して接続するとともに、回転電気機のロータ位置を検知するセンサを備えるようにしている。三相インバータ・コンバータ回路は、Ｍ／Ｇの電動機運転時にはバッテリに蓄電された直流電気を三相交流電気に変換して三相交流回転電気機に給電する三相インバータ回路として機能する。また、Ｍ／Ｇの発電機運転時には、センサによって検知されるロータ位置に応じて三相インバータ・コンバータ回路のスイッチング素子をオン／オフ操作を位相制御することで、発電された三相交流電気を直流変換して給電するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
こうした機関駆動式発電装置では、スイッチング素子の位相制御を通じて細密に発電を制御でき、より広い運転領域で発電能力を高く保持することができる。ただし、そうしたスイッチング素子の位相制御の実施には、高度な制御が必要であり、制御系に高い処理能力が要求される。また、ロータ位置の検出のためのセンサやスイッチング素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等のように、発電運転に必要な構成要素が多く、発電装置の信頼性の確保も困難となっている。更に、場合によっては、スイッチング素子のオン／オフ操作に起因して発生する騒音が問題となることもある。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、より効果的な運用を行うことのできる機関駆動式発電装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
（請求項１）
請求項１に記載の発明は、内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持して、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段と、前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡を検出する短絡検出手段と、前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡の検出態様を、前記障害の発生時以外のときの検出態様から変更する検出態様変更手段と、を備えるようにしたものである。
【０００９】
上記構成では、第１の整流モードと第２の整流モードとのいずれかを選択して発電運転を行うことができる。このため、特性の異なる２つの整流モードを、交流回転電気機の発電状態に応じて使い分けたり、あるいはいずれかの整流モードでの発電運転が不能となったときに他方の整流モードで発電運転を継続したりするなど、状況に応じて２つの整流モードを切り替えつつ発電運転を行うことができる。したがって、機関駆動式発電装置をより効果的に運用することができる。
また上記第１の整流モードでの発電運転には、位置検知手段やスイッチング素子、或いは同素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等の多数の要素が介在し、それらのいずれかに異常が発生すれば、同第１の整流モードでの発電運転は不能となる。ただしその場合であれ、整流素子の整流作用のみによって交流−直流変換が行われる第２の整流モードでの発電運転は行うことができる。
その点、上記構成では、回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能、すなわち位置検知手段による回転位置の検知機能やスイッチング素子をオン／オフ操作する駆動回路の機能、あるいはスイッチング素子自体の機能に障害が発生したときには、第１の整流モードに代えて第２の整流モードでの発電運転を行うようにしている。したがって上記構成によれば、第１の整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合であれ、発電運転を継続できるようになる。そして車両用の機関駆動式発電装置に上記構成を適用した場合には、異常発生時に車両や内燃機関への電力供給をより長期に亘り継続可能となり、異常発生時の緊急避難走行を拡大することができる。
一方、交流回転電気機に発生し得る障害の１つに、相間短絡がある。相間短絡の発生の有無は、機関駆動式発電装置の運転状態を監視することで検出することができる。ところがスイッチング機能の障害発生時には、本来は第１の整流モードが選択されるべき状況においても第２の整流モードが選択される。これにより、障害の発生時とそれ以外のときとは発電装置の運転状態が変化して、相間短絡発生時の発電装置の様相も障害の発生の有無に応じて変化することとなる。よって、障害の発生時には、障害の無いときと同一の検出態様では、適切に相間短絡を検出することができなくなってしまう。
その点、上記構成では、上記スイッチング機能の障害発生に応じて第１の整流モードに代えて第２の整流モードが選択されるときには相間短絡の検出態様が変更されるため、障害発生時の退避処理の実施による発電装置の運転状態の変化に拘わらず、相間短絡の誤検出を好適に回避できる。
(請求項２)
請求項２に記載の発明は、内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段と、前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡を検出する短絡検出手段と、前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡の検出条件を、前記障害の発生時以外のときの検出条件から変更する検出条件変更手段と、を備えるようにしたものである。
上記構成では、第１の整流モードと第２の整流モードとのいずれかを選択して発電運転を行うことができる。このため、特性の異なる２つの整流モードを、交流回転電気機の発電状態に応じて使い分けたり、あるいはいずれかの整流モードでの発電運転が不能となったときに他方の整流モードで発電運転を継続したりするなど、状況に応じて２つの整流モードを切り替えつつ発電運転を行うことができる。したがって、機関駆動式発電装置をより効果的に運用することができる。
また上記第１の整流モードでの発電運転には、位置検知手段やスイッチング素子、或いは同素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等の多数の要素が介在し、それらのいずれかに異常が発生すれば、同第１の整流モードでの発電運転は不能となる。ただしその場合であれ、整流素子の整流作用のみによって交流−直流変換が行われる第２の整流モードでの発電運転は行うことができる。
その点、上記構成では、回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能、すなわち位置検知手段による回転位置の検知機能やスイッチング素子をオン／オフ操作する駆動回路の機能、あるいはスイッチング素子自体の機能に障害が発生したときには、第１の整流モードに代えて第２の整流モードでの発電運転を行うようにしている。したがって上記構成によれば、第１の整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合であれ、発電運転を継続できるようになる。そして車両用の機関駆動式発電装置に上記構成を適用した場合には、異常発生時に車両や内燃機関への電力供給をより長期に亘り継続可能となり、異常発生時の緊急避難走行を拡大することができる。
更に上記構成では、上記スイッチング機能の障害発生に応じて第１の整流モードに代えて第２の整流モードが選択されるときには相間短絡の検出条件が変更されるため、障害発生時の退避処理の実施による発電装置の運転状態の変化に拘わらず、好適に検出を継続することができる。
(請求項３)
請求項３に記載の発明は、内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段と、前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡を検出する短絡検出手段と、前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡の検出を禁止する検出禁止手段と、備えるようにしたものである。
上記構成では、第１の整流モードと第２の整流モードとのいずれかを選択して発電運転を行うことができる。このため、特性の異なる２つの整流モードを、交流回転電気機の発電状態に応じて使い分けたり、あるいはいずれかの整流モードでの発電運転が不能となったときに他方の整流モードで発電運転を継続したりするなど、状況に応じて２つの整流モードを切り替えつつ発電運転を行うことができる。したがって、機関駆動式発電装置をより効果的に運用することができる。
また上記第１の整流モードでの発電運転には、位置検知手段やスイッチング素子、或いは同素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等の多数の要素が介在し、それらのいずれかに異常が発生すれば、同第１の整流モードでの発電運転は不能となる。ただしその場合であれ、整流素子の整流作用のみによって交流−直流変換が行われる第２の整流モードでの発電運転は行うことができる。
その点、上記構成では、回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能、すなわち位置検知手段による回転位置の検知機能やスイッチング素子をオン／オフ操作する駆動回路の機能、あるいはスイッチング素子自体の機能に障害が発生したときには、第１の整流モードに代えて第２の整流モードでの発電運転を行うようにしている。したがって上記構成によれば、第１の整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合であれ、発電運転を継続できるようになる。そして車両用の機関駆動式発電装置に上記構成を適用した場合には、異常発生時に車両や内燃機関への電力供給をより長期に亘り継続可能となり、異常発生時の緊急避難走行を拡大することができる。
更に上記構成では、スイッチング機能の障害発生時には、相間短絡の検出が禁止されるため、その誤検出を確実に回避することができる。
ちなみに上記スイッチング機能の障害と相間短絡との別部位での２障害の同時発生は、確率的には、ほぼ有り得ないような希有な事態である。更にスイッチング機能障害の発生に応じて既に各種の障害への対応がなされていることもあって、相間短絡の検出を禁止しても余り大きな不都合はない。そこで上記障害の発生に応じて第２の整流モードを選択したときに相間短絡の検出を禁止して、誤検出を確実に回避した方が、場合によっては好都合となる。
(請求項４)
請求項４に記載の発明は、内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記位置検知手段に異常有りと判定されたときには、前記スイッチング素子の前記出力線側の電圧と前記直流電気回路側の電圧との高低関係の変化に応じて前記スイッチング素子をオン／オフ操作して前記交流−直流変換を行う第３の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段を備えるようにしたものである。
上記構成では、第１の整流モードと第２の整流モードとのいずれかを選択して発電運転を行うことができる。このため、特性の異なる２つの整流モードを、交流回転電気機の発電状態に応じて使い分けたり、あるいはいずれかの整流モードでの発電運転が不能となったときに他方の整流モードで発電運転を継続したりするなど、状況に応じて２つの整流モードを切り替えつつ発電運転を行うことができる。したがって、機関駆動式発電装置をより効果的に運用することができる。
一方、位置検知手段の異常によって交流回転電気機の回転位置を検知不能となったときにも、スイッチング素子の両端での電圧の高低関係の変化に基づいて同素子のオン／オフ操作を行うことで交流−直流変換を行うことができる。例えば、そのスイッチング素子が直流電気回路の高電位側に結線されている場合には、出力線側の電圧が直流電気回路の高電位側の電圧よりも高くなったときにその素子をオンし、そうでないときには同素子をオフするようにすれば、逆電流を生じさせずに直流電気回路に給電を行うことができる。このため、位置検出手段の異常発生時に上記第１の整流モードに代えて上記第３の整流モードで発電運転を行うようにすれば、発電運転を継続することはできる。
なお、上記位置検出手段の異常発生時には更に、第２の整流モードが本来選択されるべき領域においても、上記第３の整流モードでの発電運転を行うようにしても良い。この場合、スイッチング素子及び整流素子の双方を通って、交流回転電気機から直流電気回路へと電流が通電されるようになるため、整流素子のみを通じてそうした電流が通電される第２の整流モード時に比して、整流器回路内の抵抗が低減される。このため、第１の整流モードでの発電運転が不能となったことによる発電能力の低下が抑制される。
(請求項５)
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の機関駆動式発電装置において、前記切替制御手段は、前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択するようにしたものである。
上記第１の整流モードでの発電運転には、位置検知手段やスイッチング素子、或いは同素子のオン／オフ操作にかかる駆動回路等の多数の要素が介在し、それらのいずれかに異常が発生すれば、同第１の整流モードでの発電運転は不能となる。ただしその場合であれ、整流素子の整流作用のみによって交流−直流変換が行われる第２の整流モードでの発電運転は行うことができる。
その点、上記構成では、回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能、すなわち位置検知手段による回転位置の検知機能やスイッチング素子をオン／オフ操作する駆動回路の機能、あるいはスイッチング素子自体の機能に障害が発生したときには、第１の整流モードに代えて第２の整流モードでの発電運転を行うようにしている。したがって上記構成によれば、第１の整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合であれ、発電運転を継続できるようになる。そして車両用の機関駆動式発電装置に上記構成を適用した場合には、異常発生時に車両や内燃機関への電力供給をより長期に亘り継続可能となり、異常発生時の緊急避難走行を拡大することができる。
【００１０】
（請求項６）
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の機関駆動式発電装置において、前記切替制御手段を、前記第１及び第２の整流モードを前記交流回転電気機の発電状態に応じて切り替えるようにしたものである。
【００１１】
上記構成では、例えば発電電圧や発電電流（実効値）やその回転速度等によって把握される交流回転電気機の発電状態に応じて、より好ましい側の整流モードを用いて交流−直流変換を行って発電電気を給電することができるようになる。これにより、交流回転電気機の発電状態の変化に拘わらず、好適に給電を行うことができる。
【００１２】
また、単一の整流態様で交流回転電気機の全使用領域での発電効率を高く保持することは困難であるが、上記構成のように交流回転電気機の使用領域毎に各整流モードを使い分けるようにすれば、各整流モードにかかる電気回路構成等を特定の使用領域のみに特化させるように構築することができる。このため、幅広い使用領域での発電能力を容易に確保できるようにもなる。
【００１３】
（請求項７）
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の機関駆動式発電装置において、前記発電状態を、前記交流回転電気機の回転速度としたものである。
【００１４】
上記構成によれば、交流回転電気機の回転速度によって、その発電状態を的確に把握して整流モードを切り替えることができる。なお、交流回転電気機が内燃機関に連動して回転される構成においては、内燃機関の回転速度によって交流回転電気機の回転速度がほぼ一義的に決定されるため、内燃機関の回転速度を交流回転電気機の回転速度の代用値として用いても、同様に上記構成の具現が可能である。
【００２８】
（請求項８）
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の機関駆動式発電装置において、前記交流回転電気機を、巻線界磁式の交流回転電気機としたものである。
【００２９】
巻線界磁式の交流回転電気機を用いた場合、上記第２の整流モードあるいは第３の整流モードでも、励磁コイルの印加電圧によって発電量を調整可能であるため、より好適な態様で発電運転を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図１は、こうした車両の駆動系の構成を示している。同図に示すように、内燃機関（ＥＮＧ）１０は自動変速機（Ａ／Ｔ）１１に連結されており、その自動変速機１１を通じて図示しない駆動輪へと動力を伝達するようになっている。
【００３２】
内燃機関１０の周囲には、エアコンディショナ（Ａ／Ｃ）用のコンプレッサ１３、パワーステアリング（Ｐ／Ｓ）ポンプ１４及びウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）１５等の各種補機類と、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１６とが配置されている。
【００３３】
内燃機関１０の出力軸であるクランクシャフト１０ａと、これら各補機類１３〜１５及びＭ／Ｇ１６とは、伝動ベルト１７を通じて互いに駆動連結されている。またクランクシャフト１０ａと伝動ベルト１７との間には電磁式のクラッチ１８が介設されており、そのクラッチ１８への通電の制御に応じてクランクシャフト１０ａと伝動ベルト１７との間での動力伝達が断接されるようになっている。
【００３４】
Ｍ／Ｇ１６は、パワーコントロールユニット１９を介して高電圧（３６Ｖ）及び低電圧（１２Ｖ）の２つのバッテリ２０、２１に電気接続され、パワーコントロールユニット１９によってその作動を制御されている。
【００３５】
続いて、同図１を参照して、この車両の制御システムの構成を説明する。同図に示すように、この車両の制御システムは、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２２を中心として構成されている。
【００３６】
ＥＣＵ２２は、内燃機関１０の回転速度を検知するＮＥセンサ２３を始めとして、内燃機関１０や車両の状態を検知する各種センサ類の出力信号が入力されるようになっている。ＥＣＵ２２は、そうした各種センサ類の検知結果に基づいて内燃機関１０の各種制御を行うとともに、上記クラッチ１８への通電制御等も併せて行っている。また更にＥＣＵ２２は、パワーコントロールユニット１９への指令信号の出力を通じて、Ｍ／Ｇ１６の作動制御も行っている。
【００３７】
またこの車両では、信号待ち等の車両の一時停止時に内燃機関１０の作動を一時停止する制御を行っている。ＥＣＵ２２は、車両が一時停止状態にあることを検知すると、クラッチ１８の接続を解除してクランクシャフト１０ａと伝動ベルト１７との接続を遮断した後、内燃機関１０を停止する。そしてＥＣＵ２２は、高電圧バッテリ２０に蓄電された電力によってＭ／Ｇ１６を電動機として稼動させ、その動力によって各補機１３〜１５を作動させる。これにより、内燃機関１０の停止中も、各補機１３〜１５の作動が維持される。
【００３８】
またこうした内燃機関１０の停止中に、Ｄレンジでブレーキペダルの踏み込みが解除される、或いはＰ、Ｎレンジからのシフト操作が行われると、ＥＣＵ２２はクラッチ１８を接続し、Ｍ／Ｇ１６によってクランクシャフト１０ａを回転させる。このときＭ／Ｇ１６の動力は、そのクランクシャフト１０ａから自動変速機１１等を通じて駆動輪に伝達され、車両の走行が開始される。
【００３９】
更に内燃機関１０の回転速度が所定の回転速度に達すると、ファイアリングを開始して内燃機関１０を再始動させる。すなわち本実施形態では、一時停止からの内燃機関１０の再始動時には、Ｍ／Ｇ１６がスタータモータとしての役割を果たすこととなる。そして、内燃機関１０が安定して自立運転するようになると、Ｍ／Ｇ１６の電動機としての稼動を停止し、内燃機関１０の動力によって補機１３〜１５を駆動する。またこのときＭ／Ｇ１６は、内燃機関１０の動力によって駆動され、発電機として機能する。
【００４０】
このようにＭ／Ｇ１６は、高電圧バッテリ２０からの電力供給によって動力を発生する電動機として、或いは伝動ベルト１７からの動力伝達によって発電を行う発電機として機能するようになっている。続いて、こうしたＭ／Ｇ１６の作動にかかる電気的構成について、図２を併せ参照して更に詳細に説明する。
【００４１】
同図２に示すように、Ｍ／Ｇ１６は、伝動ベルト１７（図１）に駆動連結されたロータに巻線された励磁コイル２４と、ステータに配設されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子コイル２５とを備える巻線界磁式の三相交流回転電気機として構成されている。またパワーコントロールユニット１９は、パワーモジュール２６、パワーモジュール駆動回路２７、励磁駆動回路２８、Ｍ／Ｇコントローラ２９、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０等を備えて構成されている。
【００４２】
Ｍ／Ｇ１６のロータの励磁コイル２４は、励磁駆動回路２８によって給電される。また励磁コイル２４への印加電圧も、この励磁駆動回路２８によって調整される。
【００４３】
また、Ｍ／Ｇ１６のステータに設けられた各相の電機子コイル２５の出力線３１は、パワーモジュール２６を介して、高電圧バッテリ２０の高位側端子に接続された高位電源ラインＨＬ及びその低位側端子に接続された低位電源ラインＬＬに接続されている。パワーモジュール２６は、各出力線３１と両電源ラインＨＬ、ＬＬとをそれぞれ、並列接続された整流素子３２及びスイッチング素子３３を介して結線した三相ブリッジ回路として構成されている。ここでは整流素子３２としてダイオードを、スイッチング素子３３として電解効果型トランジスタ（ＦＥＴ）をそれぞれ採用している。
【００４４】
こうしたパワーモジュール２６は、Ｍ／Ｇ１６を電動機として作動させるときには、高電圧バッテリ２０に蓄電された電力を直流−交流変換して電機子コイル２５に給電するインバータ回路として作動する。またパワーモジュール２６は、Ｍ／Ｇ１６を発電機として作動させるときには、発電によって電機子コイル２５から出力される交流電気を交流−直流変換して高位及び低位電源ラインＨＬ、ＬＬに給電するコンバータ（整流器）回路として作動する。こうしたパワーモジュール２６の作動にかかるスイッチング素子３３のオン／オフ操作は、パワーモジュール駆動回路２７によって操作されている。
【００４５】
また、高位電源ラインＨＬ及び低位電源ラインＬＬは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、両電源ラインＨＬ、ＬＬを通じて給電される高電圧（３６Ｖ）を低電圧（１２Ｖ）に降圧して、低電圧バッテリ２１や各コントローラ等に給電している。
【００４６】
一方、Ｍ／Ｇコントローラ２９には、Ｍ／Ｇ１６のロータ位置を検知する磁極センサ３４、及び各電機子コイル２５の出力線３１の電流を検知する電流センサ３５に接続されている。そしてＭ／Ｇコントローラ２９は、ＥＣＵ２２からの指令信号、及びこれらセンサ３４、３５の検知結果に基づいてパワーモジュール駆動回路２７及び励磁駆動回路２８の作動を制御する。
【００４７】
次に、以上のように構成された本実施形態において、Ｍ／Ｇ１６を発電機として機能させるときの作動態様を、図３を併せ参照して説明する。
内燃機関１０の作動時には、伝動ベルト１７を通じてＭ／Ｇ１６に動力が伝達され、これによりＭ／Ｇ１６のロータが回転する。このとき、励磁駆動回路２８からの給電によってロータに設けられた励磁コイル２４を励磁することで、各相の電機子コイル２５に誘電起電力が発生し、発電が行われる。
【００４８】
本実施形態では、こうしてＭ／Ｇ１６によって発電された交流電気を次の２つの整流モードのいずれかを用いて、交流−直流変換して高電圧バッテリ２０等に給電するようにしている。そしてそれら整流モードをＭ／Ｇ１６の発電状態に応じて切り替えることで、全使用領域に亘って発電能力を確保しながらも、制御系への負荷の増大や信頼性の低下を効果的に抑制するようにしている。
【００４９】
＜制御整流モード＞
制御整流モードでは、Ｍ／Ｇ１６のロータ位置の検知結果に基づいたスイッチング素子３３の位相制御によって交流−直流変換が行われる。すなわち、Ｍ／Ｇコントローラ２９は、磁極センサ３４によって検知されるＭ／Ｇ１６のロータ位置に基づいてパワーモジュール駆動回路２７に指令信号を出力する。またＭ／Ｇコントローラ２９は、電流センサ３５の検出結果に応じて各スイッチング素子３３のオン／オフ操作を繰り返し行うとともに、そのオン期間及びオフ期間の比率を制御することで発電電流の調整も併せて行っている。
【００５０】
＜非制御整流モード＞
非制御整流モードでは、パワーモジュール２６の各スイッチング素子３３を解放した状態に保持し、整流素子３２の整流作用のみによって交流−直流変換を行わせる。
【００５１】
なお、以上の両整流モードのいずれにおいても、高電位電源ラインＨＬの電圧に応じて、励磁駆動回路２８を通じて励磁コイル２４への印加電圧を制御して、Ｍ／Ｇ１６の発電電圧の調整が行われている。したがって、上記制御整流モードでは、上記のようなスイッチング素子３３のオン／オフ期間の調整と併せて、より細密な発電量の制御が行われている。
【００５２】
そして本実施形態では、これら２つの整流モードを、図３に示すような態様で使い分けている。すなわち、Ｍ／Ｇ１６の発電運転が正常に行われているときには（ステップ１０：ＮＯ）、Ｍ／Ｇ１６の回転速度に応じて両整流モードを切り替えている。ここではそのＭ／Ｇ１６の回転速度を磁極センサ３４の検知結果から求めている。そしてその回転速度が所定値φ以下のときには（ステップ２０：ＮＯ）制御整流モードを用い（ステップ３０）、所定値φを超えるときには（ステップ２０：ＹＥＳ）非制御整流モードを用いるようにしている（ステップ４０）。
【００５３】
非制御整流モードでは、Ｍ／Ｇ１６の発電能力がその回転速度に依存し、低回転速度域では、たとえ励磁コイル２４への印加電圧を最大値に設定したとしても、十分な発電能力を確保できないことがある。また制御整流モードでは、スイッチング素子３３のオン／オフ操作に伴い騒音が問題となることがある。本実施形態では、これらを考慮して上記所定値φが設定されており、非制御整流モードでの発電能力の不足が生じる回転速度域のみにおいて制御整流モードを用いることで、全使用領域での発電能力を確保しながらも、スイッチング素子３３のオン／オフ操作に伴う騒音を可能な限り抑制するようにしている。
【００５４】
なお、磁極センサ３４によるＭ／Ｇ１６のロータ位置の検知機能や、パワーモジュール駆動回路２７によるスイッチング素子３３のオン／オフ操作機能等に異常が発生したときには、制御整流モードでの発電運転を行えなくなる。ただしこの場合であれ、非制御整流モードでの発電運転を行うことはできる。このため、本実施形態では、スイッチング素子３３、磁極センサ３４、電流センサ３５、パワーモジュール駆動回路２７等に異常が発生し、制御整流モードでの発電運転が適切に行えないときには（ステップ１０：ＹＥＳ）、Ｍ／Ｇ１６の回転速度に拘わらず、発電運転にかかる構成がより簡易な非制御整流モードで発電運転を行うようにしている（ステップ４０）。
【００５５】
なお、このような異常発生時には、Ｍ／Ｇ１６の電動機としての運転は不能となるため、上述した内燃機関１０の自動停止制御は禁止する。
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００５６】
（１）本実施形態では、磁極センサ３４によって検知されるＭ／Ｇ１６の回転位置に応じてスイッチング素子３３をオン／オフ操作することで交流−直流変換を行う制御整流モードと、スイッチング素子３３をオフした状態に保持して整流素子３２の整流作用によって交流−直流変換を行う非制御整流モードとを、交流回転電気機として構成されたＭ／Ｇ１６の回転速度に応じて切り替えるようにしている。このため、Ｍ／Ｇ１６の発電状態の変化に応じて、より好適な側の整流モードを選択して発電運転を行うことができるようになる。
【００５７】
（２）またこれにより、各整流モードを使用するＭ／Ｇ１６の回転速度域がそれぞれ限定されるため、各整流モードでの発電運転にかかる素子や電気回路構成を、その使用領域のみに特化させるように構築することができるようになる。このため、幅広い使用領域で発電能力を高く保持することが容易に行える。
【００５８】
（３）本実施形態では、交流回転電気機の回転速度に基づくことで、容易に発電状態に応じた適切な整流モードの切り替えを行うことができる。
（４）本実施形態では、制御整流モードでの発電運転に支障をきたす異常が発生したときに、その制御整流モードに代えて非制御整流モードを用いて発電運転を継続している。このため、そうした異常発生時であれ、発電電気の供給を継続可能となり、ひいては異常発生時の車両の緊急避難走行距離を拡大できるようにもなる。
【００５９】
（５）本実施形態では、Ｍ／Ｇ１６に巻線界磁式の交流回転電気機を採用している。このため、非制御整流モードでの発電運転時にも、励磁コイル２４への印加電圧によって発電量を調整可能となり、より好適な態様で発電運転を行うことができるようになる。
【００６０】
（第１実施形態の変形例）
上記実施形態では、制御整流モードでの発電運転に支障をきたすような異常が発生した場合、その制御整流モードに代えて非制御整流モードで発電運転を継続するようにしている。ただし、その異常が磁極センサ３４によるロータ位置の検出機能についての不良に起因する場合、パワーモジュール２６の各スイッチング素子３３のオン／オフ操作は、引き続き行うことができる。そこで、磁極センサ３４の異常発生時には、次のような態様で発電運転を継続することもできる。
【００６１】
すなわち、そうした異常発生時には、磁極センサ３４の検知結果に代えて、各相の出力線３１の電圧と高位電源ラインＨＬ或いは低位電源ラインＬＬの電圧との高低関係の変化に基づいてスイッチング素子３３をオン／オフ操作し、交流−直流変換を行うことができる。
【００６２】
例えば、高位電源ラインＨＬの電圧（３６Ｖ）に対して、出力線３１の電圧が高いときに、それらの間に介設されたスイッチング素子３３をオンし、出力線３１の電圧が低いときに同素子３３をオフする。このようにすれば、磁極センサ３４の検知結果に基づかなくても、逆電流の発生を防ぎつつ、発電された交流電気を半波整流によって直流に変換して、高位電源ラインＨＬに給電可能となる。この場合においてもやはり、Ｍ／Ｇ１６の電動機としての運転が不能となるため、上述した内燃機関１０の自動停止制御は禁止することが望ましい。
【００６３】
ただし、こうした出力線３１の電圧と高位電源ラインＨＬの電圧との高低関係の変化に応じたスイッチング素子３３のオン／オフ操作による発電運転を行う場合には、そのスイッチング素子３３として、例えばＭＯＳ−ＦＥＴのように双方向に通電可能な、方向性の無い、或いは方向性の小さなスイッチング素子を用いることが望ましい。
【００６４】
なお、上記のような磁極センサ３４の異常発生時には、全運転領域での発電運転を上記態様で行うようにしても良い。すなわち、本来、非制御整流モードが選択されるべき運転領域についても、各出力線３１の電圧と電源ラインＨＬ、ＬＬの電圧との高低関係の変化に応じてスイッチング素子３３をオン／オフ操作して発電運転を行うようにしても良い。この場合、スイッチング素子３３及び整流素子３２の双方を通って、電流が通電されるようになる。このため、整流素子３２のみを通じてそうした電流が通電される非制御整流モード時に比して、パワーモジュール２６内での電力損失が低減され、制御整流モードでの発電運転が不能となったことによる発電能力の低下が抑制されるようになる。そしてひいては、異常発生時における車両の緊急避難走行の距離や時間を拡大できるようにもなる。
【００６５】
（第２実施形態）
続いて本発明を具体化した第２実施形態について、上記実施形態と異なる点を中心として、図４を併せ参照して説明する。
【００６６】
上記のような交流回転電気機に生じ得る障害の１つに、各相（各電機子コイル２５）間の短絡（ショート）がある。そうした相間短絡が生じると、たとえ回転電気機の運転条件が同一であっても、各電機子コイル２５から出力線３１に出力される電流（３相電流）の振幅は、短絡の無いときに比して小さくなる。よって出力線３１を流れる３相電流の振幅（あるいはその最大値、最小値）を監視することで、上記相間短絡の発生の有無を検出することができる。
【００６７】
ところが第１実施形態のように、スイッチング素子３３のオン／オフ機能の障害に応じて、制御整流モードの代わりに非制御整流モードでの発電運転を行う場合、そうした相間短絡を適切に検出できなくなることがある。これは、本来は制御整流モードが選択されるべき状況において、非制御整流モードが選択されることで、発電装置の運転状態が変化することに起因している。
【００６８】
例えば第１実施形態では、スイッチング機能の正常時には、回転電気機（Ｍ／Ｇ１６）の回転速度に応じて切り替えられる整流モードが、機能障害の発生時には非制御整流モードに固定されることとなる。これにより、本来は制御整流モードが選択される回転速度域（第１実施形態では「φ」以下の回転速度領域）であれ、非制御整流モードでの発電運転が行われる。そうした本来の設定と異なる回転速度域では、非制御整流モードでの発電を満足に行うことが困難となり、回転電気機の運転状況によっては回転電気機の発電量が非常に小さくなることがある。そしてその結果、各電機子コイル２５から出力される３相電流の振幅が相間短絡の検出判定レベルを下回り、実際には短絡が発生していないにも拘わらず、相間短絡が発生したとの誤った判定がなされることがある。
【００６９】
そこで本実施形態では、非制御整流モードの発電運転中にＭ／Ｇ１６の相間短絡を検出するとともに、スイッチング機能の障害発生時とそれ以外のときとは、その検出条件を変更することで、いずれの状況下でも適切な検出を可能としている。
【００７０】
図４は、そうした本実施形態における整流モードの選択、及び相間短絡の検出条件の設定の態様を示している。
同図４に示すように本実施形態においても、スイッチング機能の障害の無いときには（Ｓ１１０：「ＮＯ」）、Ｍ／Ｇ２５の回転速度に応じて、制御整流モードと非制御整流モードとが切り替えられる。またここでも、Ｍ／Ｇ回転速度が「φ」以下の領域では制御整流モードが選択され、「φ」を上回る領域では非制御整流モードが選択されている（以上、Ｓ１２０，Ｓ１４０，Ｓ１５０）。
【００７１】
本実施形態では、以上のようにスイッチング機能に障害の無い状況で非制御整流モードが選択されたときには、以下の２つの検出条件が共に成立した場合に相間短絡が発生したと判断している。
（条件Ａ） 励磁コイル２４に流される電流（励磁電流）が所定値α（例えば４．５Ａ）以上である。
（条件Ｂ） Ｍ／Ｇ１６の発電量が所定値以下である。より詳しくは、各電機子コイル２５から出力線３１に出力される３相電流の最大値が所定値β（例えば５０Ａ）以下であることをもって、発電量が所定値以下であると判断している。
【００７２】
Ｍ／Ｇコントローラ２９は、非制御整流モードでは、Ｍ／Ｇ１６の発電量が要求に満たないときには、励磁コイル２４に流す励磁電流を増大することでその発電量を増大させる制御を行っている。よって、相間短絡の発生によって十分な発電が行えないときには、その励磁電流の値も自ずと大きくなる。すなわち上記条件Ａが成立するようになる。
【００７３】
また上述のように本実施形態では、非制御整流モードにあっては、励磁コイル２４に流される励磁電流の制御によって、Ｍ／Ｇ１６の発電量を調整している。ここでそうした励磁電流が所定値以上であって（条件Ａの成立）、ある程度以上の発電要求があるにも拘わらず、Ｍ／Ｇ１６の発電量が少なければ（条件Ｂの成立）、相間短絡が生じていると判断することができる。ちなみにここでは、Ｍ／Ｇ１６の発電量の代表値として上記３相電流の最大値を用いて相間短絡の有無を判断しており、その最大値が所定値β以下であることをもって条件Ｂが成立するものとしている。なお、Ｍ／Ｇ１６の発電量の代表値として、３相電流のその最小値や振幅等も用いることができる。例えば、３相電流の振幅が所定値以下であること、あるいは３相電流の最小値が所定値以上であること等によっても、同様の判断を行うことができる。
【００７４】
こうして本実施形態では通常は、以上の態様で非制御整流モードでの相間短絡の検出を行っている。
一方、本実施形態でも第１実施形態と同様に、スイッチング機能の障害発生時には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｍ／Ｇ１６の回転速度に拘わらず、整流モードは非制御整流モードに固定される（Ｓ１３０）。こうして非制御整流モードが選択された場合、本実施形態では、以下のように相間短絡の検出態様を変更する処理を行う（Ｓ１３５）。
【００７５】
すなわち、本実施形態では、上記障害発生に応じた非制御整流モードの設定時には、障害のない通常の非制御整流モードの設定時に比して、相間短絡の検出感度を低減するようにその検出条件を変更している。具体的には、上記条件Ｂにおける３相電流の最大値についての相間短絡発生の判断基準となる所定値βを、より小さな値に変更している。これにより、非制御整流モードの設定領域の変更に伴うＭ／Ｇ１６の発電状況の変化に拘わらず、誤検出を回避して相間短絡を好適に検出することができる。
【００７６】
なお、上記条件Ａの成立判断の基準となる所定値αをより大きな値に変更することによっても、相間短絡の検出感度を低減することはできる。
また更に、同図４に併せ示すように、スイッチング機能の障害発生時には、相間短絡の検出を禁止するようにしても良い。その場合は勿論、相間短絡の検出はできなくなるが、別の部位で同時に障害が発生することは確率的にほぼあり得ず、またスイッチング機能の障害に応じて既に障害への各種の対処処理が実施されていることもあって、余り大きな不都合は生じない。よって、相間短絡が検出不能となることよりも、こうして検出を禁止することで誤検出を確実に回避した方が好都合な場合もある。
【００７７】
以上説明した各実施形態は、次のように変更しても良い。
・第２実施形態では、相間短絡の検出条件の変更やその検出の禁止によって、スイッチング機能の障害発生時の整流モードの選択態様の変更に伴うＭ／Ｇ１６の発電状況の変化に拘わらず、その誤検出を好適に回避している。これを、相間短絡の検出の判断に用いられるパラメータを変更するなど、その検出態様そのものを根本から変更することで、誤検出を回避するようにしても良い。
【００７８】
・上記実施形態では、整流素子３２としてダイオードを、スイッチング素子３３としてＦＥＴをそれぞれ採用する構成としたが、整流機能又はスイッチング機能を有する任意の素子にそれぞれ変更しても良い。
【００７９】
・上記実施形態では、磁極センサ３４を採用しているが、例えば光学式センサなど、他の形式のセンサ類を用いてＭ／Ｇ１６のロータ位置を検知するようにしても良い。
【００８０】
・また上記実施形態では、パワーモジュール２６を全波整流器回路として構成しているが、高位電源ラインＨＬ及び低位電源ラインＬＬのいずれか一方についてのみ、スイッチング素子３３及び整流素子３２を介して出力線３１に結線した半波整流器回路として構成しても良い。その場合にも、上記実施形態と同様の整流モードの切り替え制御を適用し、同様の効果を得ることができる。
【００８１】
・上記実施形態では、Ｍ／Ｇ１６を巻線界磁式の交流回転電気機とした構成となっているが、ロータを永久磁石としたＰＭ式の交流回転電気機としてもよい。その場合、非制御整流モードでの発電運転時には、励磁コイルへの印加電圧による発電量の調整を行うことはできないため、他の発電量の調整手段を設けることが望ましい。
【００８２】
・また上記実施形態では、交流回転電気機を電動機としても作動させるようにしているが、発電機としてのみ機能させるようにしても良い。
・また上記実施形態では、制御整流モードと非制御整流モードとの切り替えをＭ／Ｇ１６の回転速度に基づいて切り替えているが、上記実施形態のように、発電運転時のＭ／Ｇ１６とクランクシャフト１０ａとが直接的に連結され、内燃機関１０の回転速度からＭ／Ｇ１６の回転速度がほぼ一義的に決定される構成であれば、内燃機関１０の回転速度をＭ／Ｇ１６の回転速度の代用値として同様の整流モードの切替制御を行うことができる。
【００８３】
・また更にそうした回転速度に基づく整流モードの切り替え態様も任意である。すなわち、各整流モードの使用領域は、上記実施形態の例に限らず、採用される各素子や駆動回路等の特性等に応じて適宜に変更して設定しても良い。
【００８４】
・また、Ｍ／Ｇ１６の発電電圧や発電電流の実効値等に基づいて整流モードを切り替えるようにしても、発電状態に応じて好適な側の整流モードを選択して発電運転を行うことができる。
【００８５】
・交流回転電気機の回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときに制御整流モードを禁止して非制御整流モードを保持する制御を行わず、交流回転電気機の発電状態に応じた両整流モードの切り替えのみを行う構成としても良い。その場合であれ、上記（１）及び（２）記載の効果を得ることができる。
【００８６】
・また、交流回転電気機の回転位置の検知結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生していないときには常に制御整流モードでの発電運転を行い、上述のような異常発生時にのみ非制御整流モードでの発電運転を行う構成としても、上記（４）記載の効果を得ることはできる。
【００８７】
・更に、交流回転電気機の回転位置の検知に障害が発生していないときには常に上記制御整流モードでの発電運転を行い、同障害が発生したときには、スイッチング素子の出力線側の電圧と直流電気回路側の電圧との高低関係の変化に基づいて同スイッチング素子のオン／オフ操作することで交流−直流変換を行いつつ発電運転を行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の車両の駆動系の構成を示す略図。
【図２】同実施形態のＭ／Ｇ駆動制御系の電気的構成を示す略図。
【図３】同実施形態の整流モードの切り替えにかかる処理手順を示すフローチャート。
【図４】第２実施形態の発電制御態様の切り替えにかかる処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１６…Ｍ／Ｇ（巻線界磁式交流回転電気機）、１７…伝動ベルト、１９…パワーコントロールユニット、２０…高電圧バッテリ、２１…低電圧バッテリ、２４…励磁コイル、２５…電機子コイル、２６…パワーモジュール（整流器回路）、２７…パワーモジュール駆動回路（切替制御手段）、２８…励磁駆動回路、２９…Ｍ／Ｇコントローラ（切替制御手段）、３１…出力線、３２…整流素子、３３…スイッチング素子、３４…磁極センサ（位置検出手段）、３５…電流センサ、ＨＬ…高位電源ライン（直流電気回路）、ＬＬ…高位電源ライン（直流電気回路）。
Claims (8)
- 内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、
前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、
その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段と、
前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡を検出する短絡検出手段と、
前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡の検出態様を、前記障害の発生時以外のときの検出態様から変更する検出態様変更手段と、
を備える機関駆動式発電装置。 - 内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、
前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、
その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段と、
前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡を検出する短絡検出手段と、
前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡の検出条件を、前記障害の発生時以外のときの検出条件から変更する検出条件変更手段と、
を備える機関駆動式発電装置。 - 内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、
前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、
その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段と、
前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡を検出する短絡検出手段と、
前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡の検出を禁止する検出禁止手段と、
を備える機関駆動式発電装置。 - 内燃機関に駆動連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式発電装置において、
前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備えるとともに、
その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用によって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り替え、且つ前記位置検知手段に異常有りと判定されたときには、前記スイッチング素子の前記出力線側の電圧と前記直流電気回路側の電圧との高低関係の変化に応じて前記スイッチング素子をオン／オフ操作して前記交流−直流変換を行う第３の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択する切替制御手段を備える機関駆動式発電装置。 - 前記切替制御手段は、前記回転位置の検知結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記第１の整流モードに代えて選択するものである請求項４に記載の機関駆動式発電装置。
- 前記切替制御手段は、前記第１及び第２の整流モードを前記交流回転電気機の発電状態に応じて切り替えるものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の機関駆動式発電装置。
- 前記発電状態は、前記交流回転電気機の回転速度である請求項６に記載の機関駆動式発電装置。
- 前記交流回転電気機は、巻線界磁式の交流回転電気機である請求項１〜７のいずれか１項に記載の機関駆動式発電装置。
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