JP4926222B2

JP4926222B2 - 車両用電力変換器の制御装置

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Publication number: JP4926222B2
Application number: JP2009227462A
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Inventors: 健治中島; 真人森
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Priority date: 2009-09-30
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Description

この発明は車両用電力変換器の制御装置に関し、特に、交流発電電動機と直流電源との間に接続される車両用電力変換器の制御装置に関するものである。

車載用発電電動機は、自動車に搭載されて、エンジンを始動するために駆動され、さらに、エンジン駆動後には発電を行うものである。車載用発電電動機には、直流電力と交流電力の変換を行う車両用電力変換器の制御装置が使用される。

なお、従来の車両用電力変換器としては、例えば、特許文献１に記載されているものがある。

一般的に、車両用電力変換器の制御装置は、発電電動機とバッテリとの間に接続され、複数のスイッチング素子と、それらのスイッチング素子と並列に接続されたダイオード素子（例えば、スイッチング素子に付随している寄生ダイオード）とにより構成されている。当該制御装置は、発電電動機が電動機として動作している場合には、スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、バッテリからの直流電力を交流電力に変換する。一方、発電電動機が発電機として動作している場合には、発電電動機が発電した交流電力をダイオードもしくはスイッチング素子により整流し、直流電力に変換する。

特許第３３９６９５５号公報

バッテリの正極と発電電動機とを接続するケーブルが発電動作中に何らかの原因により外れるなど、急な負荷遮断があった場合、Ｂ端子に高い電圧（過電圧）が発生する。このとき、Ｂ端子に発生する過電圧（特許文献１ではＧパルス）は、スイッチング素子を備えた制御回路にて、負極側アームのスイッチング素子を全て導通させて、発電電動機の電機子巻線を短絡することにより抑制している。

特許文献１では、過電圧時に負極側アームの短絡を実現するための手段と負極側アームの短絡解除について詳しく記載されている。過電圧発生時には、負極側アームのスイッチング素子を導通させて発電電動機の電機子巻線を短絡し、短絡解除の条件として、異常電圧検出回路部により過電圧を検出後、所定時間の間、負極側アームの短絡を持続し、所定時間経過後に短絡を解除すると記載されている。特許文献１の手法においては、Ｂ端子電圧の過電圧を検出後、所定時間の間、負極側アームのスイッチング素子を導通させて発電電動機の電機子巻線を短絡しているが、界磁巻線の電流を制限していないため、Ｂ端子外れが継続している場合、所定時間経過すると、負極側アームの短絡が解除され、発電動作となり、再び、Ｂ端子電圧が過電圧となってしまい、安定した電力供給ができなくなってしまうという問題点がある。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、過電圧発生後に負極側アームを短絡し、その後、それを解除することで再び発電動作となったときにおいても、安定した電力供給が可能な、車両用電力変換器の制御装置を提供することを目的としている。

この発明は、電機子巻線と界磁巻線とを有する多相交流発電電動機に接続されて用いられる電力変換器の制御装置であって、前記電力変換器は、正極側アームのスイッチング素子と負極側アームのスイッチング素子とで構成されて前記電機子巻線の通電制御を行うブリッジ整流回路と、界磁スイッチング素子を用いて前記界磁巻線の通電制御を行う界磁回路と、を備えているものであって、前記制御装置は、前記ブリッジ整流回路の前記スイッチング素子及び前記界磁回路の前記界磁スイッチング素子のスイッチング制御を行うものであり、前記制御装置は、前記多相交流発電電動機の電力の入出力端子であるＢ端子と基準電位との間に発生するＢ端子電圧を検出するＢ端子電圧検出手段と、前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出手段と、前記界磁電流の検出値に基づいて前記界磁電流の制御を行う界磁電流制御手段と、前記Ｂ端子電圧の電圧値が所定の電圧値以上かどうかを検出する異常電圧検出手段と、前記異常電圧検出手段が前記Ｂ端子電圧の電圧値が所定の電圧値以上であることを検出したときに、前記負極側アームのスイッチング素子を全て導通させる負極側アーム短絡手段とを備え、前記制御装置は、前記異常電圧検出手段により前記Ｂ端子電圧の電圧値が所定の電圧値以上であることを検出した場合に、前記負極側アーム短絡手段により前記負極側アームのスイッチング素子を全て導通させるとともに、前記正極側アームのスイッチング素子を全て遮断させ、かつ、前記界磁電流制御手段により前記界磁電流を制限させ、前記制御装置は、さらに、前記界磁電流の電流値が所定の電流値以下であるかどうかを検出する短絡復帰界磁電流判定手段を備え、前記制御装置は、前記異常電圧検出手段により前記Ｂ端子電圧が前記所定の電圧値より低いことが検出され、かつ、前記短絡復帰界磁電流判定手段により前記界磁電流が前記所定の電流値以下であることが検出された場合に、前記負極側アームのスイッチング素子の全導通を解除させるとともに、前記界磁電流の制限を解除すること特徴とする車両用電力変換器の制御装置である。

この発明は、電機子巻線と界磁巻線とを有する多相交流発電電動機に接続されて用いられる電力変換器の制御装置であって、前記電力変換器は、正極側アームのスイッチング素子と負極側アームのスイッチング素子とで構成されて前記電機子巻線の通電制御を行うブリッジ整流回路と、界磁スイッチング素子を用いて前記界磁巻線の通電制御を行う界磁回路と、を備えているものであって、前記制御装置は、前記ブリッジ整流回路の前記スイッチング素子及び前記界磁回路の前記界磁スイッチング素子のスイッチング制御を行うものであり、前記制御装置は、前記多相交流発電電動機の電力の入出力端子であるＢ端子と基準電位との間に発生するＢ端子電圧を検出するＢ端子電圧検出手段と、前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出手段と、前記界磁電流の検出値に基づいて前記界磁電流の制御を行う界磁電流制御手段と、前記Ｂ端子電圧の電圧値が所定の電圧値以上かどうかを検出する異常電圧検出手段と、前記異常電圧検出手段が前記Ｂ端子電圧の電圧値が所定の電圧値以上であることを検出したときに、前記負極側アームのスイッチング素子を全て導通させる負極側アーム短絡手段とを備え、前記制御装置は、前記異常電圧検出手段により前記Ｂ端子電圧の電圧値が所定の電圧値以上であることを検出した場合に、前記負極側アーム短絡手段により前記負極側アームのスイッチング素子を全て導通させるとともに、前記正極側アームのスイッチング素子を全て遮断させ、かつ、前記界磁電流制御手段により前記界磁電流を制限させ、前記制御装置は、さらに、前記界磁電流の電流値が所定の電流値以下であるかどうかを検出する短絡復帰界磁電流判定手段を備え、前記制御装置は、前記異常電圧検出手段により前記Ｂ端子電圧が前記所定の電圧値より低いことが検出され、かつ、前記短絡復帰界磁電流判定手段により前記界磁電流が前記所定の電流値以下であることが検出された場合に、前記負極側アームのスイッチング素子の全導通を解除させるとともに、前記界磁電流の制限を解除すること特徴とする車両用電力変換器の制御装置であるので、負荷遮断によって発生する過電圧時に負極側アームを短絡するとともに界磁電流を制御することにより、Ｂ端子電圧の過電圧を抑制することができ、過電圧発生後に負極側アームの短絡を解除して再び発電動作となったときにおいても、安定した電力供給が可能である。

この発明に係る車両用電力変換器の制御装置を用いた車両システムの全体構成図である。この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換器の制御装置を備えた発電電動機装置の構成図である。この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換器の制御装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係わる車両用電力変換器の制御装置に設けられた異常電圧検出手段の動作を表す図である。この発明の実施の形態１に係わる車両用電力変換器の制御装置の負極側アームの短絡動作を表すフローチャートである。この発明の実施の形態２に係わる車両用電力変換器の制御装置に設けられた異常電圧検出手段の構成を示す図である。この発明の実施の形態２に係わる車両用電力変換器の制御装置に設けられた異常電圧検出手段の動作を表す図である。この発明の実施の形態２に係わる車両用電力変換器の制御装置の動作を表すフローチャートである。この発明の実施の形態３に係る車両用電力変換器の制御装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態３に係わる車両用電力変換器の制御装置の負極側アームの短絡解除動作を表すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換器の制御装置について詳細に説明する。図１は、回転電機として発電電動機を用いた車両システムの説明図、図２はこの発明の実施の形態１に係る車両用電力変換器の制御装置を備えた発電電動機装置の構成を示す構成図、図３はこの発明の実施の形態１に係る車両用電力変換器の制御装置の構成を示すブロック図である。

図１において、内燃機関１０１が、発電電動機装置１０２に、例えばベルト等の動力伝達手段１０４を介して接続されている。内燃機関１０１は、運転中に、バッテリ１０３に対して、発電電動機装置１０２により交流−直流変換して、電気エネルギーを充電する。

図２において、発電電動機装置１０２は、電力変換装置１１０とモータジェネレータ部２００により構成されている。電力変換装置１１０は、電力変換部２２０（車両用電力変換器）とスイッチング素子のオン・オフ制御を行う制御装置２１０とから構成されている。モータジェネレータ部２００は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相端子を有する三相巻線２０１と、界磁巻線２０２と、電流センサ２０３とから構成されている。電流センサ２０３は、界磁巻線２０２に流れる電流を検出する。

電力変換部２２０は、界磁スイッチング素子２２１と、フリーホイールダイオード２２２と、三相上アームスイッチング素子２２３ａ〜２２３ｃと、三相下アームスイッチング素子２２４ａ〜２２４ｃとから構成されている。界磁スイッチング素子２２１は、界磁回路を構成しており、界磁巻線２０２に流れる界磁電流の通電制御をＰＷＭ制御により行う。フリーホイールダイオード２２２は、界磁スイッチング素子２２１に直列接続されている。三相上アームスイッチング素子２２３ａ〜２２３ｃおよび三相下アームスイッチング素子２２４ａ〜２２４ｃは、寄生ダイオードを内蔵しており、電機子巻線の通電制御行うためのブリッジ整流回路を構成している。また、三相上アームスイッチング素子２２３ａ〜２２３ｃには、バッテリ１０３からのプラス電源入力のＢ端子が接続されているとともに、モータジェネレータ部２００の三相巻線２０１の各Ｕ、Ｖ、Ｗ相端子が接続されている。三相下アームスイッチング素子２２４ａ〜２２４ｃには、バッテリ１０３からのアース入力であるＧＮＤ端子が接続されているとともに、三相巻線２０１の各Ｕ、Ｖ、Ｗ相端子が接続されている。

なお、図２においては、モータジェネレータ部２００が、三相巻線２０１と界磁巻線２０２とを備えた三相界磁巻線方式発電電動機として記載されているが、相数が異なっていてもよい。さらに、発電電動機装置１０２が、電力変換装置１１０とモータジェネレータ部２００とが一体となった一体構造式発電電動機装置としているが、電力変換装置１１０と発電電動機２００が物理的に分割された別体構造式発電電動装置であっても構わない。

次に、制御装置２１０の内部構成を示す図３について説明する。制御装置２１０は、Ｂ端子電圧検出手段３０１と、界磁電流検出手段３０２と、マイコン３０３と、ゲートドライバ３０４とから構成されている。マイコン３０３は、異常電圧検出手段３０５と、負極側アーム短絡手段３０６と、界磁電流制御手段３０７とから構成されている。制御装置２１０およびマイコン３０３は、図３に記載した以外にも、車両用電力変換器のさまざまな機能を有するが、ここでは本発明に関係する部分のみ図３に記載している。

Ｂ端子電圧検出手段３０１は、電力変換部２２０の負極側端子ＧＮＤの電位を基準とし、発電電動機装置１０２の電力の入出力端子である正極側端子Ｂの電圧ＶＢ（Ｂ端子電圧）を検出し、それをマイコン３０３のＡＤ入力範囲に変換し、マイコン３０３に入力する。界磁電流検出手段３０２は、界磁巻線２０２に流れる電流を電流センサ２０３にて検出し、検出した電流値をマイコン３０３のＡＤ入力範囲に変換し、マイコン３０３に入力する。ゲートドライバ３０４では、マイコン３０３にて決定されたゲート信号に基づき、電力変換部２２０のスイッチング素子２２３ａ〜２２３ｃおよび２２４ａ〜２２４ｃのゲート操作を行い、スイッチングを行う。

ここで、負極側アームの短絡動作について説明する。マイコン３０３の異常電圧検出手段３０５は、Ｂ端子電圧検出手段３０１の出力Ｖｂｓｉｇに基づき、Ｂ端子電圧の過電圧を検出する。Ｂ端子電圧の過電圧は、１４［Ｖ］システムであれば、１８［Ｖ］程度を異常電圧検出しきい値とし、２８［Ｖ］システムであれば、３６［Ｖ］程度を異常電圧検出しきい値として、検出された電圧値が異常電圧検出しきい値を超えた場合に、Ｂ端子電圧が過電圧であると検出すればよい。

図４は、異常電圧検出手段３０５の動作を表した図である。異常電圧検出手段３０５は、Ｂ端子電圧が異常電圧検出しきい値以上であることを検出したら、短絡信号をＨｉレベルにし、かつ、界磁電流制限信号をＨｉレベルにして、短絡信号を、負極側アーム短絡手段３０６に入力し、界磁電流制限信号を、界磁電流制御手段３０７に入力する。また、異常電圧検出手段３０５は、Ｂ端子電圧が、予め設定した復帰電圧検出しきい値以下であることを検出したら、短絡信号をＬｏｗレベルにし、かつ、界磁電流制限信号をＬｏｗレベルにして、短絡信号を、負極側アーム短絡手段３０６に入力し、界磁電流制限信号を、界磁電流制御手段３０７に入力する。

負極側アーム短絡手段３０６は、異常電圧検出手段３０５の出力である短絡信号に基づき、短絡信号がＨｉレベルの場合（Ｂ端子電圧が異常）は、正極側アームのスイッチング素子２２３ａ〜２２３ｃを全て開放状態、負極側アームのスイッチング素子２２４ａ〜２２４ｃを全て導通状態（短絡）とするための信号をゲートドライバ３０４に出力する。一方、負極側アーム短絡手段３０６は、短絡信号がＬｏｗレベルの場合は、負極側アームのスイッチング素子２２４ａ〜２２４ｃを導通状態（短絡）にしない。

また、界磁電流制御手段３０７は、異常電圧検出手段３０５の出力である界磁電流制限信号に基づき、界磁電流制限信号がＨｉレベルの場合（Ｂ端子電圧が異常）は、界磁電流制御手段３０７の出力を制限し、界磁電流を流さないか、あるいは、制限された値で界磁電流を流すようにする。一方、界磁電流制御手段３０７は、界磁電流制限信号がＬｏｗレベルの場合は、界磁電流制御手段３０７の出力の制限は行わない。

図５は、図３で説明した制御装置２１０の負極側アームの短絡動作を表すフローチャートである。ステップＳ１０１では、発電電動機装置１０２のＢ端子電圧をＢ端子電圧検出手段３０１にて取得し、マイコン３０３に格納する。ステップＳ１０２では、マイコン３０３の異常電圧検出手段３０５にて、取得した当該Ｂ端子電圧が異常な電圧（過電圧）ではないかどうか、しきい値との比較にて判定を行う。ステップＳ１０２の判定にて、Ｂ端子電圧が異常な電圧の場合は、異常電圧検出手段３０５が、短絡信号をＨｉレベル、界磁電流制限信号をＨｉレベルとして出力し、ステップＳ１０３へ進む。一方、ステップＳ１０２の判定にて、Ｂ端子電圧が異常な電圧ではない場合は、異常電圧検出手段３０５は、短絡信号および界磁電流制限信号を変化させず（Ｌｏｗレベル状態に維持）、処理を終了する（ＥＮＤ）。ステップＳ１０３では、負極側アーム短絡手段３０６により、電力変換部２２０の正極側アームのスイッチング素子２２３ａ〜２２３ｃを全て開放状態、負極側アームのスイッチング素子２２４ａ〜２２４ｃを全て導通状態にする信号をゲートドライバ３０４に送り、負極側アームを短絡させる。次に、ステップＳ１０４では、界磁電流制御手段３０７により、界磁電流が流れないように出力をゼロに制限するか、もしくは、発電しない程度の界磁電流の値に制限を行う。なお、この発電しない程度の界磁電流の値は、予め設定しておくようにする。

本実施の形態では、マイコン３０３によりＢ端子電圧の過電圧を検出して、過電圧の抑制を行っているが、ハードウェア回路で過電圧を検出して、界磁電流の制限および負極側アームの短絡を行ってもよく、以下の実施の形態においても同様である。

以上のように、実施の形態１によれば、Ｂ端子電圧の過電圧を検出したときに、電力変換装置１０２の負極側アームを導通状態にして短絡させるとともに、界磁電流を制限するようにしたため、過電圧を抑制することが可能となり、短絡解除後も安定した電力供給が可能となる。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２に係る車両用電力変換器の制御装置について詳細に説明する。実施の形態２では、実施の形態１との差異について記載する。図６は、実施の形態２を実現する異常電圧検出手段３０５を示した図である。他の構成については、実施の形態１と同じである。

図６は、異常電圧検出手段３０５を示したものである。実施の形態１では、Ｂ端子電圧が異常電圧検出しきい値以上となると、負極側アームの短絡と界磁電流の制限をおこなっていたが、実施の形態２ではこれらを個々に実施する。異常電圧検出手段３０５は、Ｂ端子電圧を入力し、Ｂ端子電圧と第１の異常電圧検出しきい値との比較を行い、比較結果に基づいて界磁電流制限信号の出力を変化させる。また、異常電圧検出手段３０５は、Ｂ端子電圧と第２の異常電圧検出しきい値との比較も行い、比較結果に基づいて短絡信号の出力を変化させる。第１の異常電圧検出しきい値を、第２の異常電圧検出しきい値より低い値に設定することで、界磁電流の制限および負極側アームの短絡を段階的に実施する。

図７は、異常電圧検出手段３０５の動作を表した図である。異常電圧検出手段３０５にてＢ端子電圧が第１の異常電圧検出しきい値以上であることを検出したら、異常電圧検出手段３０５が、界磁電流制限信号をＨｉレベルとし、界磁電流制御手段３０７に入力する。その後、Ｂ端子電圧が第２の異常電圧検出しきい値以上であることを検出したら、異常電圧検出手段３０５は、短絡信号をＨｉレベルとし、負極側アーム短絡手段３０６に入力する。

界磁電流制御手段３０７は、異常電圧検出手段３０５の出力である界磁電流制限信号に基づき、界磁電流制限信号がＨｉレベルの場合、界磁電流制御手段３０７の出力を制限し、界磁電流を流さないように制御を行う。一方、界磁電流制御手段３０７は、界磁電流制限信号がＬｏｗレベルの場合は、界磁電流制御手段３０７の出力の制限は行わない。

負極側アーム短絡手段３０６は、異常電圧検出手段３０５の出力である短絡信号に基づき、短絡信号がＨｉレベルの場合、正極側アームのスイッチング素子２２３を全て開放状態、負極側アームのスイッチング素子２２４を全て導通状態（短絡）となる信号をゲートドライバ３０４に出力する。一方、負極側アーム短絡手段３０６は、短絡信号がＬｏｗレベルの場合は、負極側アームのスイッチング素子２２４ａ〜２２４ｃを導通状態（短絡）にしない。

図８は、実施の形態２の動作を示すフローチャートである。ステップＳ２０１では、発電電動機装置１０２のＢ端子電圧をＢ端子電圧検出手段３０１にて取得し、マイコン３０３に格納する。ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で取得したＢ端子電圧が、第１の異常電圧検出しきい値以上であるかどうかを異常電圧検出手段３０５にて判定する。第１の異常電圧検出しきい値以上の場合は、異常電圧検出手段３０５が、界磁電流制限信号をＨｉレベルにして、ステップＳ２０３へ進む。一方、ステップＳ２０２の判定にて、Ｂ端子電圧が第１の異常電圧検出しきい値より低い場合はＥＮＤへ進む。ステップＳ２０３では、界磁電流制御手段３０７に、異常電圧検出手段３０５から界磁電流制限信号のＨｉレベルが入力される。これにより、界磁電流制御手段３０７は、出力を制限し、界磁電流を流さないようにする。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０１で取得したＢ端子電圧が、第２の異常電圧検出しきい値以上であるかどうかを異常電圧検出手段３０５にて判定する。第２の異常電圧検出しきい値以上の場合、異常電圧検出手段３０５は、短絡信号をＨｉレベルにして、ステップＳ２０５へ進む。一方、ステップＳ２０４の判定において、Ｂ端子電圧が第２の異常電圧検出しきい値より低い場合はＥＮＤへ進む。ステップＳ２０５では、異常電圧検出手段３０５から、短絡信号のＨｉレベルが負極側アーム短絡手段３０６に入力され、負極側アーム短絡手段３０６は、電力変換部２２０の正極側アームのスイッチング素子２２３を全て開放状態、負極側アームのスイッチング素子２２４を全て導通状態にする信号をゲートドライバ３０４に送り、ゲートドライバ３０４は負極側アームを短絡させる。

以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、Ｂ端子電圧が第１の異常電圧検出しきい値異常であれば、電力変換装置１０２の界磁電流を制限することで過電圧の抑制を行う。また、Ｂ端子電圧が第２の異常電圧検出しきい値異常となれば、電力変換装置１０２の負極側アームを短絡させて過電圧の抑制を行う。このように段階的に行うことで、界磁電流の制限で過電圧を抑制することができれば、負極側アームを短絡させることにより発生するトルク変動を抑えることができる。また、界磁電流の制限で過電圧を抑制できなかった場合は、負極側アーム短絡により過電圧の抑制ができ、安定した電力供給が可能となる。

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３に係る車両用電力変換器の制御装置について詳細に説明する。実施の形態３では、実施の形態１および２との差異について記載する。

実施の形態３では、Ｂ端子電圧の過電圧の抑制として、界磁電流の制限および負極側アームの短絡動作についての実施の形態１および２の何れかの手法を用いればよいため、ここでは説明を省略し、負極側アームの短絡の解除および界磁電流の制限解除の動作について説明する。

図９は実施の形態３を実現する制御装置２１０の構成を示す。制御装置２１０は、Ｂ端子電圧検出手段３０１と、界磁電流検出手段３０２と、マイコン３０３と、ゲートドライバ３０４とから構成されている。マイコン３０３は、異常電圧検出手段３０５と、負極側アーム短絡手段３０６と、界磁電流制御手段３０７と、短絡復帰界磁電流判定手段３０８とから構成されている。制御装置２１０およびマイコン３０３は、図３に記載された以外にも、車両用電力変換器のさまざまな機能を有するが、ここでは本発明に関係する部分のみ図３に記載する。実施の形態１および２との差異は、短絡復帰界磁電流判定手段３０８が追加されたことである。他の構成については、実施の形態１または２と同じであるため、ここでは説明を省略する。

図４および図７は、異常電圧検出手段３０５の動作を表した図である。異常電圧検出手段３０５は、Ｂ端子電圧が第１の異常電圧しきい値（図４では異常電圧検出しきい値）以上を検出した場合、界磁電流制限信号をＨｉレベルとし、界磁電流制限信号を界磁電流制御手段３０７に入力し、第２の異常電圧検出しきい値（図４では異常電圧検出しきい値）以上のＢ端子電圧を検出した場合、短絡信号をＨｉレベルとし、負極側アーム短絡手段３０６に入力する。

異常電圧検出手段３０５は、Ｂ端子電圧検出手段３０１の出力に基づき、Ｂ端子電圧が復帰電圧検出しきい値以下となったかどうか判定する。所定の電圧は、１４［Ｖ］システムであれば、１４［Ｖ］程度を復帰電圧検出しきい値とし、２８［Ｖ］システムであれば、２８［Ｖ］程度を復帰電圧検出しきい値とすればよい。Ｂ端子電圧が、復帰電圧しきい値以下となった場合、短絡信号および界磁電流制限信号をＬｏｗレベルとし、負極側アーム短絡手段３０６と界磁電流制御手段３０７にそれぞれ入力する。

短絡復帰界磁電流判定手段３０８は、界磁電流検出手段３０２の出力を入力し、界磁電流が所定値以下の電流となっているかを判定する。所定値は、０［Ａ］としてもよく、予め実験により、回転速度とＢ端子電圧をパラメータとした界磁電流値でもよく、誘起電圧がＢ端子電圧を越えないように設定した界磁電流であればよい。短絡復帰界磁電流判定手段３０８は、界磁電流が所定値以下の電流であれば、短絡復帰界磁電流判定手段３０８の出力である短絡解除信号をＨｉレベルに変化させ、負極側アーム短絡手段３０６と界磁電流制御手段３０７に入力する。

負極側アーム短絡手段３０６は、異常電圧検出手段３０５の出力である短絡信号がＬｏｗレベルで、かつ、短絡復帰界磁電流判定手段３０８の出力である短絡解除信号がＨｉレベルであれば、電力変換部２２０の負極側アームのスイッチング素子２２４を導通状態から開放状態に変更して、負極側アームの短絡の解除を行う。

界磁電流制御手段３０７は、短絡復帰界磁電流判定手段３０８の出力である短絡解除信号がＨｉレベルで、かつ、異常電圧検出手段３０５の出力である界磁電流制限信号がＬｏｗレベルであれば、界磁電流の出力の制限を解除して、界磁巻線２０２に界磁電流を流す。

図１０は、図９で説明した制御装置２１０の負極側アームの短絡解除動作を表すフローチャートである。ステップＳ３０１では、発電電動機装置１０２のＢ端子電圧をＢ端子電圧検出手段３０１にて取得し、マイコン３０３に格納する。ステップＳ３０２では、発電電動機装置１０２の界磁巻線２０２に流れる界磁電流を界磁電流検出手段３０２にて取得し、マイコン３０３に格納する。ステップＳ３０３では、ステップＳ３０１で取得したＢ端子電圧が、復帰電圧検出しきい値以下であるかどうかを異常電圧検出手段３０５にて判定する。復帰電圧検出しきい値以下の場合は、異常電圧検出手段３０５の出力である短絡信号をＬｏｗレベルにするとともに界磁電流制限信号をＬｏｗレベルにして、ステップＳ３０４へ進む。一方、ステップＳ３０３の判定において、Ｂ端子電圧が復帰電圧検出しきい値以下ではない場合はＥＮＤへ進む。ステップＳ３０４では、界磁電流が所定の電流値以下であるかどうかを短絡復帰界磁電流判定手段３０８にて判定する。所定の電流値以下の場合は、短絡復帰界磁電流判定手段３０８の出力である短絡解除信号をＨｉレベルにしてステップＳ３０５へ進む。一方、ステップＳ３０４の判定において、界磁電流が所定の電流値以下でない場合はＥＮＤへ進む。ステップＳ３０５では、負極側アーム短絡手段３０６により、電力変換部２２０のスイッチング素子２２４を導通状態から開放状態に変更して負極側アームの短絡を解除する。次に、ステップＳ３０６では、界磁電流制御手段３０７に、短絡復帰界磁電流判定手段３０８の出力である短絡解除信号がＨｉレベルと界磁電流制限信号のＬｏｗレベルとが入力されると、界磁電流の制限を解除して、界磁巻線２０２に界磁電流を流す。

以上のように、実施の形態３では、実施の形態１と実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、さらに、負極側アームの短絡解除条件として、Ｂ端子電圧と界磁電流がともに所定値以下という条件を設けることで、負極側アーム短絡解除時にＢ端子外れが発生していてもＢ端子電圧の過電圧を繰り返し起こさないので、安定した電力供給が可能となる。

１０１内燃機関、１０２発電電動機装置、１０３バッテリ、１１０電力変換装置、２００モータジェネレータ部、２０１三相巻線、２０２界磁巻線、２０３電流センサ、２１０制御装置、２２０電力変換部、２２１界磁スイッチング素子、２２２フリーホイールダイオード、２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃ，２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃスイッチング素子、３０１Ｂ端子電圧検出手段、３０２界磁電流検出手段、３０３マイコン、３０４ゲートドライバ、３０５異常電圧検出手段、３０６負極側アーム短絡手段、３０７界磁電流制御手段、３０８短絡復帰界磁電流判定手段。

Claims

電機子巻線と界磁巻線とを有する多相交流発電電動機に接続されて用いられる電力変換器の制御装置であって、
前記電力変換器は、
正極側アームのスイッチング素子と負極側アームのスイッチング素子とで構成されて前記電機子巻線の通電制御を行うブリッジ整流回路と、
界磁スイッチング素子を用いて前記界磁巻線の通電制御を行う界磁回路と、
を備えているものであって、
前記制御装置は、前記ブリッジ整流回路の前記スイッチング素子及び前記界磁回路の前記界磁スイッチング素子のスイッチング制御を行うものであり、
前記制御装置は、
前記多相交流発電電動機の電力の入出力端子であるＢ端子と基準電位との間に発生するＢ端子電圧を検出するＢ端子電圧検出手段と、
前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出手段と、
前記界磁電流の検出値に基づいて前記界磁電流の制御を行う界磁電流制御手段と、
前記Ｂ端子電圧の電圧値が所定の電圧値以上かどうかを検出する異常電圧検出手段と、
前記異常電圧検出手段が前記Ｂ端子電圧の電圧値が所定の電圧値以上であることを検出したときに、前記負極側アームのスイッチング素子を全て導通させる負極側アーム短絡手段と
を備え、
前記制御装置は、
前記異常電圧検出手段により前記Ｂ端子電圧の電圧値が所定の電圧値以上であることを検出した場合に、
前記負極側アーム短絡手段により前記負極側アームのスイッチング素子を全て導通させるとともに、前記正極側アームのスイッチング素子を全て遮断させ、かつ、
前記界磁電流制御手段により前記界磁電流を制限させ、
前記制御装置は、さらに、前記界磁電流の電流値が所定の電流値以下であるかどうかを検出する短絡復帰界磁電流判定手段を備え、
前記制御装置は、
前記異常電圧検出手段により前記Ｂ端子電圧が前記所定の電圧値より低いことが検出され、かつ、前記短絡復帰界磁電流判定手段により前記界磁電流が前記所定の電流値以下であることが検出された場合に、前記負極側アームのスイッチング素子の全導通を解除させるとともに、前記界磁電流の制限を解除する
こと特徴とする車両用電力変換器の制御装置。
前記異常電圧検出手段は、前記所定の電圧値として、第１の所定の電圧値と第２の所定の電圧値とを有し、
前記第１の所定の電圧値は、前記第２の所定の電圧値の値よりも低い値に設定されており、
前記制御装置は、
前記異常電圧検出手段により前記Ｂ端子電圧が前記第１の所定の電圧値以上であることを検出したときに、前記界磁電流制御手段により前記界磁電流を制限させ、
前記異常電圧検出手段により前記Ｂ端子電圧が前記第２の所定の電圧値以上であることを検出したときに、前記負極側アームのスイッチング素子を全て導通させるとともに、前記正極側アームのスイッチング素子を全て遮断させる
ことを特徴とする請求項１記載の車両用電力変換器の制御装置。