JP5464368B2 - 車両用回転電機 - Google Patents

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Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。
従来から、複数のスイッチング素子を有するインバータ回路を用いて電機子巻線の出力電圧を整流するようにした車両用回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用回転電機では、ある相のスイッチング素子をオフするタイミングを、他の相の相電圧が所定のしきい値に達した時点から回転数に応じた遅延時間が経過した時点としている。また、このような制御に用いる回転数は、隣接二相の上アーム素子の交流側主電極電圧が所定のしきい値を超えた時点間の時間（２つの相巻線の電圧が所定のしきい値を超えた時点の時間差）に基づいて検出されている。
特許第４０２３３５３号明細書（第４−１３頁、図１−８）
ところで、特許文献１に開示された車両用発電機では、電気負荷の変動などに伴って発電電圧が変化すると、相電圧が所定のしきい値を超える時点がずれてしまうため、発電電圧変更に伴って回転数検出の精度が低下するという問題があった。例えば、電気負荷が急に軽くなると発電電圧が高くなるため、相電圧が所定のしきい値を超える時点が少し早くなる。したがって、回転数検出を行う２つの時点間の時間が発電電圧一定の場合と比べて短くなり、誤って回転数が高くなったと判断してしまう。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、回転数の演算精度を向上させることができる車両用回転電機を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、２相以上の相巻線を有する電機子巻線と、ダイオードが並列接続されたスイッチング素子によって構成される複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路を構成し、上アームのスイッチング素子の一方端がバッテリの正極端子側に接続され、下アームのスイッチング素子の一方端がバッテリの負極端子側に車体を介して接続され、電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部と、スイッチング素子のオンタイミングを設定するオンタイミング設定部と、スイッチング素子のオフタイミングを設定するオフタイミング設定部と、下アームのスイッチング素子がオフされているときにこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードに電流が流れる期間を、相電圧が第１のしきい値に達した後第２のしきい値に達するまでを通電期間として検出する通電期間検出部と、通電期間検出部によって検出された通電期間に基づいて回転数を演算する回転数演算部とを備えている。
下アームのスイッチング素子の一方端側が車体に接続（接地）されているため、電気負荷の急激な変動があった場合であっても発電電圧（相電圧）の変動が少なく、この発電電圧に基づいて検出された通電期間を用いることにより、回転数の演算精度を上げることが可能となる。
また、上述した回転数演算部は、通電期間の開始タイミングの周期および終了タイミングの周期の少なくとも一方に基づいて回転数を演算することが望ましい。一般に、通電期間の開始タイミングや終了タイミングは、同期制御において行われる必要な各種の処理に必要なものであるため、これらのタイミングを回転数演算でも用いることにより、処理および構成の簡略化が可能となる。
また、上述したオンタイミング設定部は、相電圧が第１のしきい値に達した時点を、下アームのスイッチング素子のオンタイミングとして設定することが望ましい。下アームのスイッチング素子のオンタイミングを設定するために用いられる第１のしきい値を回転数演算でも用いることにより、相電圧と第１のしきい値電圧との比較動作を共通化することができ、処理および構成の簡略化が可能となる。
また、上述したオフタイミング設定部は、回転数演算部によって演算された回転数に基づいて、上アームおよび下アームのそれぞれのスイッチング素子のオフタイミングを設定することが望ましい。これにより、回転数を検出するためのセンサ等の別部品を用いることなく、簡単な構成でスイッチング素子をオンオフする同期制御が可能となる。
また、上述した回転数演算部は、通電期間の開始タイミングの周期に基づいて第１の回転数を演算し、通電期間の終了タイミングの周期に基づいて第２の回転数を演算し、オフタイミング設定部は、第１の回転数に基づいて下アームのスイッチング素子のオフタイミングを設定し、第２の回転数に基づいて上アームのスイッチング素子のオフタイミングを設定することが望ましい。また、上述したオフタイミング設定部は、回転数演算部によって演算された回転数に基づいて、その後の相電圧の１周期に含まれる上アームおよび下アームのそれぞれのスイッチング素子のオフタイミングを設定することが望ましい。これにより、最新の回転数を用いてスイッチング素子をオフ制御することが可能となる。
また、上述した回転数演算部は、通電期間の開始タイミングの周期および終了タイミングの周期の少なくとも一方について複数周期にわたって平均化して回転数の演算を行うことが望ましい。これにより、回転変動があっても安定した回転数の設定が可能となる。
また、上述した回転数演算部は、通電期間の開始タイミングの周期および終了タイミングの周期の少なくとも一方を計測した結果をＣ、周期を回転数に変換するための係数をＫとしたときに、Ｋ／Ｃを演算することにより回転数を求めることが望ましい。これにより、得られた周期を用いた簡単な計算により回転数を求めることができ、回転数演算の処理負担を軽減することができる。
一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 整流器モジュールの構成を示す図である。 制御回路の詳細構成を示す図である。 上ＭＯＳ ＶDS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。 下ＭＯＳ ＶDS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。 制御部の詳細構成を示す図である。 制御部によって行う同期制御の動作タイミング図である。 車両が急加速する場合を想定した電気角の変動の様子を示す図である。 エンジン回転が変動する場合を想定した電気角の変動の様子を示す図である 電気負荷が急激に変動する場合を想定した電気角の変動の様子を示す図である。 ドライバにおけるターンオフ遅れを想定した電気角の変動の様子を示す図である。 各種の要因の組合せを想定した電気角の変動の様子を示す図である。 回転数演算部による回転数演算の動作手順を示す流れ図である。 整流器モジュールの変形例を示す図である。 制御回路の変形例を示す図である。 回転数演算部による回転数演算の動作手順の変形例を示す流れ図である。 回転数演算部による回転数演算の動作手順の他の変形例を示す流れ図である。
以下、本発明の車両用回転電機を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線（電機子巻線）２、３、界磁巻線４、２つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７を含んで構成されている。２つの整流器モジュール群５、６がスイッチング部に対応する。
一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線）であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線）であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線２に対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線２、３と固定子鉄心によって固定子が構成されている。
界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。
一方の整流器モジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線２に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。
他方の整流器モジュール群６は、一方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線３に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。
発電制御装置７は、Ｆ端子を介して接続された界磁巻線４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を調整することにより車両用発電機１の出力電圧（各整流器モジュールの出力電圧）ＶB が調整電圧Ｖreg になるように制御する。例えば、発電制御装置７は、出力電圧ＶB が調整電圧Ｖreg よりも高くなったときに界磁巻線４への励磁電流の供給を停止し、出力電圧ＶB が調整電圧Ｖreg よりも低くなったときに界磁巻線４に励磁電流の供給を行うことにより、出力電圧ＶB が調整電圧Ｖreg になるように制御する。また、発電制御装置７は、通信端子Ｌおよび通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。
本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。
図２は、整流器モジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、整流器モジュール５Ｘは、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインが充電線１２を介してを電気負荷１０やバッテリ９の正極端子に接続された上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＸ相巻線に接続され、ソースがバッテリ９の負極端子（車体を用いたアース）に接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。これら２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１からなる直列回路がバッテリ９の正極端子と負極端子の間に配置され、これら２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１の接続点にＸ相巻線が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ５０、５１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。
図３は、制御回路５４の詳細構成を示す図である。図３に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１６０、出力電圧検出部１１０、上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０、温度検出部１５０、ドライバ１７０、１７２を備えている。
電源１６０は、発電制御装置７から界磁巻線４に励磁電流が供給されるタイミングで動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給するとともに、励磁電流の供給が停止されたときに動作電圧の供給を停止する。この電源１６０の起動、停止は、制御部１００からの指示に応じて行われる。
ドライバ１７０は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ドライバ１７２は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。
出力電圧検出部１１０は、例えば差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器によって構成されており、車両用発電機１（あるいは整流器モジュール５Ｘ）の出力端子（Ｂ端子）の電圧に対応するデータを出力する。なお、アナログ−デジタル変換器は、制御部１００側に設けるようにしてもよい。
上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間電圧ＶDSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧ＶDSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。
図４は、上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０による電圧比較の具体例を示す図である。図４において、横軸はドレイン側の出力電圧ＶB を基準としたドレイン・ソース間電圧ＶDSを示している。また、縦軸は上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０から出力される信号の電圧レベルを示している。図４に示すように、相電圧ＶP が高くなって出力電圧ＶB よりも０．３Ｖ以上高くなるとＶDSが０．３Ｖ以上になるため、上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、相電圧ＶP が出力電圧ＶB よりも１．０Ｖ以上低くなるとＶDSが−１．０Ｖ以下になるため、上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。
上述した出力電圧ＶB よりも０．３Ｖ高い値Ｖ１０（図７）が、第１のしきい値に対応している。この第１のしきい値は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するためのものであり、出力電圧ＶB にオン時のＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間電圧ＶDSを加算した値よりも高く、出力電圧ＶB にＭＯＳトランジスタ５０と並列接続されたダイオードの順方向電圧ＶＦを加算した値よりも低い値に設定されている。また、上述した出力電圧ＶB よりも１．０Ｖ低い値Ｖ２０（図７）が第２のしきい値に対応している。この第２のしきい値は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するためのものであり、出力電圧ＶB よりも低い値に設定されている。相電圧ＶP が第１のしきい値に達した後に第２のしきい値に達するまでを上アームの「オン期間」としている。なお、このオン期間は、ＭＯＳトランジスタ５０がオフ状態のときに実際にダイオードに通電される「ダイオード通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期制御はこのオン期間に基づいて行われる。
下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０は、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧ＶDSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧ＶDSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。
図５は、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０による電圧比較の具体例を示す図である。図５において、横軸はドレイン側のバッテリ負極端子電圧であるグランド端子電圧ＶGND を基準としたドレイン・ソース間電圧ＶDSを示している。また、縦軸は下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０から出力される信号の電圧レベルを示している。図５に示すように、相電圧ＶP が低くなってグランド電圧ＶGND よりも０．３Ｖ以上低くなるとＶDSが−０．３Ｖ以下になるため、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、相電圧ＶP がグランド電圧ＶGND よりも１．０Ｖ以上高くなるとＶDSが１．０Ｖ以上になるため、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。
上述したグランド電圧ＶGND よりも０．３Ｖ低い値Ｖ１１（図７）が、第１のしきい値に対応している。この第１のしきい値は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するためのものであり、グランド電圧ＶGND からオン時のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧ＶDSを減算した値よりも低く、グランド電圧ＶGND からＭＯＳトランジスタ５１と並列接続されたダイオードの順方向電圧ＶＦを減算した値よりも高い値に設定されている。また、上述した出力電圧ＶB よりも１．０Ｖ高い値Ｖ２１（図７）が第２のしきい値に対応している。この第２のしきい値は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するためのものであり、グランド電圧ＶGND よりも高い値に設定されている。相電圧ＶP が第１のしきい値に達した後に第２のしきい値に達するまでを下アームの「オン期間」としている。この下アームのオン期間が特許請求の範囲における「通電期間」に対応する。なお、このオン期間は、ＭＯＳトランジスタ５１がオフ状態のときに実際にダイオードに通電される「ダイオード通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期整流はこのオン期間に基づいて行われる。また、上述した下アームに対応する第１のしきい値（Ｖ１１）、第２のしきい値（Ｖ２１）が特許請求の範囲における第１のしきい値、第２のしきい値に対応する。
温度検出部１５０は、例えばＭＯＳトランジスタ５０、５１や制御部１００の近傍に配置されたダイオードとその順方向電圧をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器を含んで構成されている。ダイオードの順方向電圧は温度依存性を有するため、この順方向電圧に基づいて、ＭＯＳトランジスタ５０、５１等の近傍の温度を検出することができる。なお、このアナログ−デジタル変換器あるいは温度検出部１５０全体を、制御部１００内に設けるようにしてもよい。
制御部１００は、同期整流動作を開始するタイミングの判定、同期整流を実施するためのＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングの設定、このオン／オフタイミングの設定に対応したドライバ１７０、１７２の駆動、ロードダンプ保護動作移行タイミングの判定および保護動作の実施などを行う。
図６は、制御部１００の詳細構成を示す図である。図６に示すように、制御部１００は、回転数演算部１０１、同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、目標電気角設定部１０５、上ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０６、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０８、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９、ロードダンプ判定部１１１、電源起動・停止判定部１１２を備えている。これらの各構成は、例えばメモリ等に記憶された所定の動作プログラムを、クロック発生回路によって生成したクロック信号に同期して読み込んでＣＰＵで実行することにより実現される。あるいは、ハードウエアによって構成するようにしてもよい。各構成の具体的な動作内容については後述する。
上述した上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４が「オンタイミング設定部」に、目標電気角設定部１０５、上ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０６、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０８、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９が「オフタイミング設定部」に、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０が「通電期間検出部」にそれぞれ対応する。
本実施形態の整流器モジュール５Ｘ等はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。
（１）電源起動・停止判定
電源起動・停止判定部１１２は、発電制御装置７のＦ端子から界磁巻線４に供給されるＰＷＭ信号（励磁電流）の有無を監視し、ＰＷＭ信号の出力が３０μ秒継続したときに電源１６０に起動を指示する。また、電源起動・停止判定部１１２は、ＰＷＭ信号の出力が１秒間中断したときに電源１６０に停止を指示する。このようにして、界磁巻線４に励磁電流の供給が開始されたときに整流器モジュール５Ｘ等が動作を開始し、励磁電流の供給が停止したときに動作を停止するため、車両用発電機１の発電時のみ整流器モジュール５Ｘ等を動作させることで無駄な電力消費を抑えることができる。
（２）同期制御動作
図７は、制御部１００によって行う同期整流制御（同期制御）の動作タイミング図である。図７において、「上アーム・オン期間」は上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０の出力信号を、「上ＭＯＳオン期間」はハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオン／オフタイミングを、「下アーム・オン期間」は下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０の出力信号を、「下ＭＯＳオン期間」はローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオン／オフタイミングをそれぞれ示している。ＴFB1 、ＴFB2 、目標電気角、ΔＴについては後述する。なお、図７に示す同期制御は、同期制御開始判定部１０２によって同期制御の開始タイミングであると判定された後に実施される。
上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３は、上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０の出力信号（上アーム・オン期間）を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングとして判定し、ドライバ１７０に指示を送る。ドライバ１７０は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５０をオンする。
上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、ＭＯＳトランジスタ５０がオンされてから所定時間経過後をＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングとして判定し、ドライバ１７０に指示を送る。ドライバ１７０は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５０をオフする。
このオフタイミングを決定する所定時間は、上アーム・オン期間の終了時点（上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点）よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。
この目標電気角は、ＭＯＳトランジスタ５０を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部１０５によって設定される。目標電気角設定部１０５は、回転数演算部１０１によって演算された回転数に基づいて目標電気角を設定する。この目標電気角は、低回転領域および高回転領域において大きな値が、その中間領域において小さな値が設定される。回転数に応じた目標電気角の設定内容については後述する。
同様に、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４は、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０の出力信号（下アーム・オン期間）を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングとして判定し、ドライバ１７２に指示を送る。ドライバ１７２は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５１をオンする。
下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、ＭＯＳトランジスタ５１がオンされてから所定時間経過後をＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングとして判定し、ドライバ１７２に指示を送る。ドライバ１７２は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５１をオフする。
このオフタイミングを決定する所定時間は、下アーム・オン期間の終了時点（下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点）よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。
この目標電気角は、ＭＯＳトランジスタ５１を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部１０５によって設定される。
ところで、実際には、上アーム・オン期間や下アーム・オン期間の終了時点は、ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフする時点ではわかっていないため、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７や下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、半周期前の情報をフィードバックすることにより、ＭＯＳトランジスタ５０やＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングの設定精度を上げている。
例えば、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングは以下のようにして設定される。下ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０８は、半周期前のローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから下アーム・オン期間の終了時点までの時間ＴFB2 （図７）を演算し、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、このＴFB2 から目標電気角を差し引いたΔＴを求める。回転等が安定していればＴFB2 と目標電気角とが等しくなってΔＴ＝０となるはずであるが、（Ａ）車両の加減速に伴う回転変動、（Ｂ）エンジン回転の脈動、（Ｃ）電気負荷の変動、（Ｄ）所定のプログラムをＣＰＵで実行して制御部１００を実現する場合の動作クロック周期の変動、（Ｅ）ドライバ１７０、１７２にＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフする指示を出してから実際にオフされるまでのターンオフ遅れ、などに伴ってΔＴが０にならないことが多い。
そこで、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、半周期前に下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９で用いられた下ＭＯＳオン期間をΔＴに基づいて補正して上ＭＯＳオン期間を設定し、ＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、上ＭＯＳオン期間は、以下の式で設定される。
（上ＭＯＳオン期間）＝（半周期前の下ＭＯＳオン期間）＋ΔＴ×α
同様に、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングは以下のようにして設定される。上ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０６は、半周期前のハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから上アーム・オン期間の終了時点までの時間ＴFB1 （図７）を演算し、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、このＴFB1 から目標電気角を差し引いたΔＴを求める。下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、半周期前に上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７で用いられた上ＭＯＳオン期間をΔＴに基づいて補正して下ＭＯＳオン期間を設定し、ＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、下ＭＯＳオン期間は、以下の式で設定される。
（下ＭＯＳオン期間）＝（半周期前の上ＭＯＳオン期間）＋ΔＴ×α
このようにして、ダイオード整流を行う場合と同じ周期で、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１が交互にオンされ、ＭＯＳトランジスタ５０、５１を用いた低損失の整流動作が行われる。
（３）目標電気角の設定手法
次に、目標電気角の設定手法について説明する。目標電気角は、回転数に応じた値が設定される。それは、ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフするタイミングが上アーム・オン期間や下アーム・オン期間の終了時点よりも遅くならないように同期制御を行うために必要な目標電気角の値（最小値）が回転数に依存するからである。具体的には、上述した上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７や下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９におけるオフタイミングの設定動作について説明したように、（Ａ）車両の加減速に伴う回転変動、（Ｂ）エンジン回転の脈動、（Ｃ）電気負荷の変動、（Ｄ）所定のプログラムをＣＰＵで実行して制御部１００を実現する場合の動作クロック周期の変動、（Ｅ）ドライバ１７０、１７２にＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフする指示を出してから実際にオフされるまでのターンオフ遅れ、などに伴ってΔＴが０にならないのと同じ理由で、必要な目標電気角の値を回転数に応じて変化させている。
図８は、車両が急加速（回転数が急激に上昇）する場合を想定した電気角の変動の様子を示す図である（上記のＡのケースに対応する）。図８において、横軸は車両用発電機１の回転数を、縦軸は車両用発電機１の回転数が１秒間で２０００ｒｐｍから１６０００ｒｐｍまで上昇する回転変動が生じたときに上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さがどの程度変動したかを表す電気角をそれぞれ示している。なお、図８において実線で示す特性は回転子が８極の場合に、点線で示す特性は回転子が６極の場合に対応している。
図８に示すように、回転数が低いほど電気角で表したオン期間変動の程度が大きくなり、回転数が高いほど電気角で表したオン期間変動の程度が小さくなる。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定する必要があるといえる。
図９は、エンジン回転が±４０ｒｐｍ変動する場合を想定した電気角の変動の様子を示す図である（上記のＢのケースに対応する）。図９において、横軸は車両用発電機１の回転数を、縦軸はプーリ比を２．５として上述したエンジン回転の変動が生じたときに上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さがどの程度変動したかを表す電気角をそれぞれ示している。なお、図９において実線で示す特性は回転子が８極の場合に、点線で示す特性は回転子が６極の場合に対応している。
図９に示すように、回転数が低いほど電気角で表したオン期間変動の程度が大きくなり、回転数が高いほど電気角で表したオン期間変動の程度が小さくなる。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定する必要があるといえる。
図１０は、電気負荷が急激に変動する場合を想定した電気角の変動の様子を示す図である（上記のＣのケースに対応する）。図１０において、横軸は車両用発電機１の回転数を、縦軸は５０Ａの電気負荷１０が切断されて出力電圧ＶB が１３．５Ｖ〜１４．０Ｖに変更したときに上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さがどの程度変動したかを表す電気角をそれぞれ示している。なお、図１０において実線で示す特性は回転子が８極の場合に、点線で示す特性は回転子が６極の場合に対応している。
図１０に示すように、回転数が低いほど電気角で表したオン期間変動の程度が大きくなり、回転数が高いほど電気角で表したオン期間変動の程度が小さくなる。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定する必要があるといえる。
図１１は、ドライバ１７０、１７２におけるターンオフ遅れを想定した電気角の変動の様子を示す図である（上記のＥのケースに対応する）。図１１において、横軸は車両用発電機１の回転数を、縦軸はドライバ１７０、１７２のそれぞれにオフする指示を行ってから実際にオフされるまでのターンオフ遅れを１５μ秒としたときに上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さがどの程度変動したかを表す電気角をそれぞれ示している。なお、図１１において実線で示す特性は回転子が８極の場合に、点線で示す特性は回転子が６極の場合に対応している。
図１１に示すように、回転数が低いほど電気角で表したオン期間変動の程度が小さくなり、回転数が高いほど電気角で表したオン期間変動の程度が大きくなる。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定する必要があるといえる。
また、上記以外では、クロック周期の変動を考慮する必要がある（上記のＤのケースに対応する）。例えば、２ＭＨｚのシステムクロックを使用する場合にその精度が±β％、すなわちβ％の変動があるものとすると、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さの変動は、高回転域ほど大きくなり、低回転域ほど小さくなる。これは、クロックの精度は回転数に関係なく一定であるが、相電圧ＶP の電気角１周期分の時間は高回転域になるほど短くなるため、オン期間に占めるクロック変動分の相対的な割合が大きくなるからである。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定する必要があるといえる。
図１２は、上述したＡからＥのケースに対応する各種の要因の組合せを想定した電気角の変動の様子を示す図である。図１２において、横軸は車両用発電機１の回転数を、縦軸は各種の要因に対応した電気角変動の累積値をそれぞれ示している。なお、図１２に示す特性Ｓは回転子が８極の場合の電気角変動の累積値である。
図１２に示すように、ＡからＥのケースに対応する各種の要因を組み合わせると、低速回転域と高速回転域において電気角変動の程度が大きくなり、中速回転域において電気角変動の程度が小さくなることがわかる。目標電気角設定部１０５は、この特性を反映させて、すなわち、低速回転域と高速回転域において目標電気角の値を大きく、中速回転域において目標電気角の値を小さく設定する。図１２においてＰ、Ｑで示された２種類の特性は、このようにして設定された目標電気角を示している。一方のＰで示された目標電気角は、回転数に応じて値が連続的に変化するようにしたものである。この場合には、回転数に応じて目標電気角の最小値を設定することが可能となる。また、他方のＱで示された目標電気角は、回転数に応じて値が階段状に変化するようにしてものである。この場合には、例えば回転数に応じて変化する複数の値をテーブルの形式で記憶しておけばよいため、目標電気角の可変設定に必要な構成を簡略化することができる。
（４）回転数演算の具体例
次に、回転数演算部１０１による回転数演算の具体例について説明する。回転数演算部１０１は、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０の出力信号を監視しており、下ＭＯＳオン期間の開始タイミングの周期に基づいて回転数を演算する。なお、下ＭＯＳオン期間の開始タイミングは、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングでもあるため、回転数演算部１０１は、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングの間隔に基づいて回転数演算を行っているともいえる。
図１３は、回転数演算部１０１による回転数演算の動作手順を示す流れ図である。図１３に示す動作手順は、下アーム・オン期間の繰り返し周期（相電圧の周期）に比べて十分に短い所定周期で繰り返される。
回転数演算部１０１は、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０の出力信号を監視しており、この出力信号がローレベルからハイレベルに立ち上がって下アーム・オン期間の開始タイミングを検出したか否か（ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングか否か）を判定する（ステップ１００）。下アーム・オン期間の開始タイミングを検出した場合には肯定判断が行われ、次に、回転数演算部１０１は、その時点における周期カウンタＣｔの値を周期Ｃとして保持する（ステップ１０１）。ここで、周期カウンタＣｔは、下アーム・オン期間の開始タイミングに合わせて値がリセットされ、図１３に示す動作手順を１回実行する毎に値が１増加し、次の下アーム・オン期間の開始タイミングにあわせてそれまでに増加した値が取り出される。したがって、ステップ１０１において「周期カウンタＣｔの値を周期Ｃとして保持する」ということは、次の下アーム・オン期間の開始タイミングにあわせてそれまでに増加した周期カウンタＣｔの値を取り出すことを意味する。
次に、回転数演算部１０１は、以下の式を用いて車両用発電機１の回転数Ｎを演算する（ステップ１０２）。
Ｎ＝Ｋ／Ｃ
ここで、Ｋは周期Ｃｔを回転数に変換するための係数であり、周期カウンタＣｔの値を増加する時間間隔（図１３に示す動作手順を実行する時間間隔）等に応じて決まる値を有する。
次に、回転数演算部１０１は、周期カウンタＣｔを０にリセットし（ステップ１０３）、回転数演算に関する一連の動作を終了する。一方、下アーム・オン期間の開始タイミングを検出しない場合にはステップ１００の判定において否定判断が行われ、回転数演算部１０１は、１を増加して周期カウンタＣｔの値を更新し（ステップ１０４）、回転数演算に関する一連の動作を終了する。この周期カウンタＣｔの値の更新は、ステップ１０３において周期カウンタＣｔの値がリセットされるまで所定周期で繰り返される。
このように、本実施形態の車両用回転電機１では、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１の一方端側（ソース）が車体（アース）を介してバッテリ９の負極端子に接続されているため、電気負荷１０の急激な変動があった場合であっても発電電圧（相電圧）の変動が少なく、この発電電圧に基づいて検出された下ＭＯＳ・オン期間（具体的には、開始タイミングの周期）を用いることにより、回転数の演算精度を上げることが可能となる。
また、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングを設定するために用いられる第１のしきい値を回転数演算でも用いることにより、相電圧と第１のしきい値電圧との比較動作を行う下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０を共通に用いることができ、処理および構成の簡略化が可能となる。
また、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、回転数演算部１０１によって演算された回転数に基づいて、ＭＯＳトランジスタ５０やＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングを設定しており、回転数を検出するためのセンサ等の別部品を用いることなく、簡単な構成でＭＯＳトランジスタ５０、５１をオンオフする同期制御が可能となる。
ところで、上述した実施形態では、回転数演算部１０１を用いて演算した回転数を、どのタイミングでＭＯＳトランジスタ５０、５１のオフタイミング設定に反映させるかについては説明していないが、最新の回転数情報を用いてオフタイミング設定を行うことが望ましい。すなわち、回転数演算部１０１によって演算された回転数に基づいて、その後の相電圧の１周期に含まれるＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのオフタイミングを設定することが望ましい。これにより、最新の回転数を用いて精度の高いＭＯＳトランジスタ５０、５１のオフ制御が可能となる。
また、上述した実施形態では、目標電気角の値を回転数に応じて可変設定したが、さらに温度や出力電流を回転数と組み合わせて目標電気角の値を設定するようにしてもよい。
例えば、一般に、クロック発生器が発生するクロックの周期は温度が高くなるほど変動が大きくなる。このクロック発生器が整流器モジュール５Ｘ等に内蔵されている場合を考えると、温度検出部１５０によって検出される温度はこのクロック発生器の温度と一致すると考えることができる。目標電気角設定部１０５は、温度検出部１５０によって検出された温度が高く、かつ、回転数に対して目標電気角が増加しているときに目標電気角を大きな値に設定し、温度が低いほど目標電気角を小さな値に設定する。温度による影響を加味することにより、さらに目標電気角の適切な値を設定することができ、さらなる損失低減および発電効率向上が可能となる。
また、一般に、出力電流が多いほど相電圧ＶP の上昇および下降が急峻になり、反対に出力電流が少ないほど相電圧ＶP の上昇および下降がなだらかになる。上述したように、上アーム・オン期間が終了する時点と実際にＭＯＳトランジスタ５０と並列なダイオードに流れる電流が停止するタイミングとはずれており、このずれの程度は、相電圧ＶP の変化がなだらかになる小出力時の方が顕著になる。目標電気角設定部１０５は、出力電流が少ないほど目標電気角を大きな値に設定し、出力電流が多いほど目標電気角を小さな値に設定する。出力電流変化による影響を加味することにより、さらに目標電気角の適切な値を設定することができ、さらなる損失低減および発電効率向上が可能となる。なお、出力電流の大小は、発電制御装置７のＦ端子から界磁巻線４に供給されるＰＷＭ信号のオンデューティを監視することにより判定することができる。あるいは、出力電流の大小は、例えば図２に示すＭＯＳトランジスタ５１のソースとバッテリ９の負極端子（アース）との間に電流検出用抵抗を挿入し、この電流検出用抵抗の両端電圧に基づいて判定するようにしてもよい。図１４および図１５は電流検出部を追加して出力電流の大小を判定する変形例の構成を示す図である。図１４に示す構成は、図２に示した整流器モジュール５Ｘに対して、電流検出用抵抗５５を追加したものである。図１５に示す構成は、図３に示した制御回路５４に対して出力電流検出部１５２を追加したものである。この出力電流検出部１５２は、電流検出用抵抗５５の両端電圧に基づいて出力電流を検出する。なお、この場合には、整流器モジュール５ＸのＭＯＳトランジスタ５１を流れる電流値に基づいて出力電流の大小を判定することになるが、代わりに、充電線１２あるいは出力端子に流れる電流値を電流センサを用いて直接検出して出力電流の大小を判定するようにしてもよい。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、下ＭＯＳ・オン期間の開始タイミングの周期に基づいて回転数を演算するようにしたが、下ＭＯＳ・オン期間の終了タイミングの周期に基づいて回転数を演算するようにしてもよい。
図１６は、回転数演算部１０１による回転数演算の動作手順の変形例を示す流れ図である。図１６に示す動作手順は、図１３に示した動作手順に対して、ステップ１００の動作をステップ２００の動作に置き換えた点が異なっている。ステップ２００では、回転数演算部１０１は、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０の出力信号を監視しており、この出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がって下アーム・オン期間の終了タイミングを検出したか否かを判定する。他の各ステップの動作については図１３に示した動作と同じであり、周期カウンタＣｔは、下アーム・オン期間の終了タイミングに合わせて値がリセットされ、図１６に示す動作手順を１回実行する毎に値が１増加し、次の下アーム・オン期間の終了タイミングにあわせてそれまでに増加した値が取り出される。
また、下ＭＯＳ・オン期間の開始タイミングと終了タイミングの両方の周期を用いて回転数を演算するようにしてもよい。
図１７は、回転数演算部１０１による回転数演算の動作手順の他の変形例を示す流れ図である。図１７に示す動作手順は、図１３に示した動作手順と図１６に示した動作手順を組み合わせることにより、下ＭＯＳ・オン期間の開始タイミングの周期に基づく回転数Ｎ１と終了タイミングの周期に基づく回転数Ｎ２を演算するようにしたものである。
回転数演算部１０１は、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０の出力信号を監視しており、下アーム・オン期間の開始タイミングを検出したか否か（ステップ３００）、終了タイミングを検出したか否か（ステップ３０４）を判定する。下アーム・オン期間の開始タイミングが検出された場合にはステップ３００の判定において肯定判断が行われ、次に、回転数演算部１０１は、その時点における周期カウンタＣｔ１の値を周期Ｃ１として保持するとともに（ステップ３０１）、以下の式を用いて車両用発電機１の回転数Ｎ１を演算する（ステップ３０２）。
Ｎ１＝Ｋ／Ｃ１
次に、回転数演算部１０１は、周期カウンタＣｔ１を０にリセットし（ステップ３０３）、回転数演算に関する一連の動作を終了する。
また、下アーム・オン期間の終了タイミングが検出された場合にはステップ３０４の判定において肯定判断が行われ、次に、回転数演算部１０１は、その時点における周期カウンタＣｔ２の値を周期Ｃ２として保持するとともに（ステップ３０５）、以下の式を用いて車両用発電機１の回転数Ｎ２を演算する（ステップ３０６）。
Ｎ２＝Ｋ／Ｃ２
次に、回転数演算部１０１は、周期カウンタＣｔ２を０にリセットし（ステップ３０７）、回転数演算に関する一連の動作を終了する。
また、下アーム・オン期間の開始タイミングおよび終了タイミングのいずれも検出しない場合にはステップ３００、３０４の両方の判定において否定判断が行われ、回転数演算部１０１は、１を増加して２つの周期カウンタＣｔ１、Ｃｔ２の値を更新し（ステップ３０８、３０９）、回転数演算に関する一連の動作を終了する。周期カウンタＣｔ１の値の更新はステップ３０３において周期カウンタＣｔ１の値がリセットされるまで所定周期で繰り返される。また、周期カウンタＣｔ２の値の更新はステップ３０７において周期カウンタＣｔ２の値がリセットされるまで所定周期で繰り返される。
このようにして２種類の回転数Ｎ１、Ｎ２が演算により得られる。例えば、一方の回転数Ｎ１を用いて直後のローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミング設定が行われ、他方の回転数Ｎ２を用いてハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミング設定が行われる。これにより、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１だけでなく、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０についても、最新の回転数を用いたオフ制御が可能となる。
また、上述した実施形態では、下ＭＯＳ・オン期間の開始タイミング（あるいは終了タイミング）の１周期を計測して回転数を演算したが、複数周期にわたって平均化して回転数を求めるようにしてもよい。例えば、図１３に示した動作手順について説明すると、ステップ１０１において保持した周期Ｃを複数周期分用いて平均化したり、ステップ１０２において演算した回転数Ｎを複数周期分用いて平均化する場合が考えられる。これにより、回転変動があっても安定した回転数の設定が可能となる。
また、図１３、図１６、図１７を用いた説明では、これらの図に示された動作手順が所定周期で繰り返される毎に周期カウンタＣｔ、Ｃｔ１、Ｃｔ２の値が１増加するようにしたが、この動作をハードウエアによって構成したカウンタを用いて実現するようにしてもよい。この場合には、所定のクロック信号に同期してこのカウンタをカウントアップするととも、下ＭＯＳ・オン期間の開始タイミングや終了タイミングが検出されたときに、カウンタのカウント値の読み出しとリセットを行えばよい。
また、上述した実施形態では、下ＭＯＳ・オン期間の開始タイミングの周期および終了タイミングの周期の少なくとも一方に基づいて回転数演算を行うようにしたが、下ＭＯＳ・オン期間に関連するこれら以外のタイミングの周期に基づいて回転数演算を行うようにしてもよい。例えば、下ＭＯＳ・オン期間の開始タイミングから所定時間経過した時点の周期に基づいて回転数演算を行うようにしてもよい。この場合も、開始タイミングの周期や終了タイミングの周期を用いた場合と同様に、回転数の演算精度を上げることが可能となる。
また、上述した実施形態では、図１３のステップ１０２、図１６のステップ１０２、図１７のステップ３０２、３０６において、回転数演算部１０１は所定の数式（Ｎ＝Ｋ／Ｃ等）を用いて回転数を求めたが、周期Ｃと回転数Ｎとの関係をマップあるいはテーブルの形式で保持しておいて、周期Ｃが得られたときに、対応する回転数Ｎをマップあるいはテーブルを参照して求めるようにしてもよい。
また、上述した実施形態において、目標電気角設定部１０５は、通電期間（上アーム・オン期間、下アーム・オン期間）が終わるタイミングよりもＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフするタイミングの方が遅くなる頻度が増加したときに、目標電気角の値を大きくするようにしてもよい。これにより、何らかの原因により通電期間よりもＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフするタイミングが遅れた状態が頻繁に発生する場合であっても、速やかに、通電期間が終わる前にＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフするように制御内容を変更することが可能になる。
また、上述した実施形態では、低速回転域および高速回転域では目標電気角の値を大きく、中速回転域では目標回転角の値を小さく設定する場合について説明したが、低速回転域と中速回転域との関係に着目して、あるいは、中速回転域と高速回転域との関係に着目して目標電気角の可変設定を行うようにしてもよい。
具体的には、回転数を低速回転域、中速回転域、高速回転域に分けたときに、目標電気角設定部１０５は、回転数演算部１０１によって演算された回転数が低速回転域では目標電気角の値を大きく、中速回転域では目標回転角の値を小さく設定する。これにより、中速回転域までの範囲で目標電気角の適切な値を回転数毎に設定することができ、損失低減および発電効率の向上を中速回転域までの範囲で実現することができる。この場合には高速回転域での目標電気角は、上述した実施形態（図１２）と同様に回転数上昇に伴って大きくしてもよいが一定としてもよい。
あるいは、回転数を低速回転域、中速回転域、高速回転域に分けたときに、目標電気角設定部１０５は、回転数演算部１０１によって演算された回転数が高速回転域では目標電気角の値を大きく、中速回転域では目標回転角の値を小さく設定することが望ましい。これにより、中速回転域以上の範囲で目標電気角の適切な値を回転数毎に設定することができ、損失低減および発電効率の向上を中速回転域以上の範囲で実現することができる。この場合には低速回転域での目標電気角は、上述した実施形態（図１２）と同様に回転数低下に伴って大きくしてもよいが一定としてもよい。
また、上述した実施形態では、２つの固定子巻線２、３と２つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群５を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態では、各整流器モジュール５Ｘ等を用いて整流動作（発電動作）を行う場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを変更することにより、バッテリ９から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線２、３に供給して電動動作を行わせる車両用回転電機に本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれに３つの整流器モジュールを含ませるようにしたが、整流器モジュールの数は３以外であってもよい。
上述したように、本発明によれば、目標電気角の値を回転数に応じて可変設定することにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１がオフされてからダイオードに電流が流れる期間を確保するとともにこの期間を短くすることができるため、ダイオード整流によって生じる損失を低減し、発電効率の向上を図ることが可能となる。
１ 車両用発電機
２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ 整流器モジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ 整流器モジュール
７ 発電制御装置
８ ＥＣＵ
９ バッテリ
１０ 電気負荷
１２ 充電線
５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
５４ 制御回路
１００ 制御部
１０１ 回転数演算部
１０２ 同期制御開始判定部
１０３ 上ＭＯＳオンタイミング判定部
１０４ 下ＭＯＳオンタイミング判定部
１０５ 目標電気角設定部
１０６ 上ＭＯＳ・ＴFB時間演算部
１０７ 上ＭＯＳオフタイミング演算部
１０８ 下ＭＯＳ・ＴFB時間演算部
１０９ 下ＭＯＳオフタイミング演算部
１１０ 出力電圧検出部
１１１ ロードダンプ判定部
１１２ 電源起動・停止判定部
１２０ 上ＭＯＳ ＶDS検出部
１３０ 下ＭＯＳ ＶDS検出部
１５０ 温度検出部
１６０ 電源

Claims (8)

  1. ２相以上の相巻線を有する電機子巻線と、
    ダイオードが並列接続されたスイッチング素子によって構成される複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路を構成し、上アームの前記スイッチング素子の一方端がバッテリの正極端子側に接続され、下アームの前記スイッチング素子の一方端が前記バッテリの負極端子側に車体を介して接続され、前記電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部と、
    前記スイッチング素子のオンタイミングを設定するオンタイミング設定部と、
    前記スイッチング素子のオフタイミングを設定するオフタイミング設定部と、
    下アームの前記スイッチング素子がオフされているときにこのスイッチング素子に並列接続された前記ダイオードに電流が流れる期間を、前記相電圧が第１のしきい値に達した後第２のしきい値に達するまでを通電期間として検出する通電期間検出部と、
    前記通電期間検出部によって検出された前記通電期間に基づいて回転数を演算する回転数演算部と、
    を備えることを特徴とする車両用回転電機。
  2. 請求項１において、
    前記回転数演算部は、前記通電期間の開始タイミングの周期および終了タイミングの周期の少なくとも一方に基づいて回転数を演算することを特徴とする車両用回転電機。
  3. 請求項１または２において、
    前記オンタイミング設定部は、前記相電圧が前記第１のしきい値に達した時点を、下アームの前記スイッチング素子のオンタイミングとして設定することを特徴とする車両用回転電機。
  4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
    前記オフタイミング設定部は、前記回転数演算部によって演算された回転数に基づいて、上アームおよび下アームのそれぞれの前記スイッチング素子のオフタイミングを設定することを特徴とする車両用回転電機。
  5. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
    前記回転数演算部は、前記通電期間の開始タイミングの周期に基づいて第１の回転数を演算し、前記通電期間の終了タイミングの周期に基づいて第２の回転数を演算し、
    前記オフタイミング設定部は、前記第１の回転数に基づいて下アームの前記スイッチング素子のオフタイミングを設定し、前記第２の回転数に基づいて上アームの前記スイッチング素子のオフタイミングを設定することを特徴とする車両用回転電機。
  6. 請求項４または５において、
    前記オフタイミング設定部は、前記回転数演算部によって演算された回転数に基づいて、その後の前記相電圧の１周期に含まれる上アームおよび下アームのそれぞれの前記スイッチング素子のオフタイミングを設定することを特徴とする車両用回転電機。
  7. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
    前記回転数演算部は、前記通電期間の開始タイミングの周期および終了タイミングの周期の少なくとも一方について複数周期にわたって平均化して回転数の演算を行うことを特徴とする車両用回転電機。
  8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
    前記回転数演算部は、前記通電期間の開始タイミングの周期および終了タイミングの周期の少なくとも一方を計測した結果をＣ、周期を回転数に変換するための係数をＫとしたときに、Ｋ／Ｃを演算することにより回転数を求めることを特徴とする車両用回転電機。
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