JP5510729B2 - 回転機用電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング部と制御部とを備える回転機用電力変換装置に関する。

従来では、整流損失を低減させるため、ＭＯＳトランジスタのオフタイミングは他相のオンタイミング（電気角１２０°進角後）に基づいて行い、さらに上記タイミングを回転数や界磁電流制御用のスイッチング素子のデューティなどの値に基づいて最大で電気角６０°進角遅延させる技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００４−７９６４号公報

上述した特許文献１の技術では、ＭＯＳトランジスタのオン時間を電気角で１２０°から１８０°まで変化させており、変化幅は回転数や界磁電流制御用のスイッチング素子のデューティなどの値に基づいてフィードフォワードで決定している。このような制御では、過渡応答時や予期せぬ変化（例えば経年変化による特性変化や温度変化など）に対応することができず、オフタイミングにずれが生じる。例えば、過渡応答時については、同じスイッチング素子のデューティであっても、励磁コイルの時定数の影響を受けてオフタイミングが変化し、タイミングのずれが生じる。また、予期せぬ変化については、経年変化による特性変化や温度変化などの影響を受けるため、タイミングのずれが生じる。オフタイミングが早くなると整流損失の増大につながり、逆に遅くなると電源から巻線への電流の逆流が生じる。つまり、還流整流素子として機能するＭＯＳトランジスタに電流が還流する期間を一定に維持できず、動作信頼性が損なわれるという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、過渡応答時や予期せぬ変化などの影響を受けても、電流が還流する期間を一定に維持して動作信頼性を従来よりも向上させることができる回転機用電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、回転機の巻線と電源との間に介在されるスイッチング部と、前記スイッチング部を上下アームで構成される各スイッチング素子を制御する制御部とを備える回転機用電力変換装置において、前記制御部は、プラス側とマイナス側が繰り返される繰り返し周期における同一極性側の半周期内に、前記上下アームのうち一方のアームのオン状態を継続するオン継続期間が今回の期間しきい値以上になってオフした後、前記巻線の誘起電圧である相電圧が第一しきい値に達してから第二しきい値に達するまでの電流還流期間の長さが所定長となるように、実際に前記第一しきい値に達してから前記第二しきい値に達するまでの期間であって自相に設定された前記電流還流期間に基づいて次回の期間しきい値を求めて設定し、前記次回の期間しきい値に基づいて、次回の前記一方のアームをオフするフィードバック制御を行うことを特徴とする。

ここで、「回転機」は発電機や電動機等の種類を問わない。「上下アーム」の数は相数に対応し、相数は単相，二相，多相（すなわち三相以上）のいずれを問わない。「スイッチング素子」は、制御部からオンオフを制御可能であれば任意の素子を適用できる。例えば、ＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタ等が該当する。「電流還流期間」は、スイッチング素子を制御する際に発生する巻線の誘起電圧（すなわち逆起電力）によって電流が還流する期間を意味し、装置全体で一の電流還流期間を設定してもよく、相ごとに個別の電流還流期間を設定してもよい。還流する電流は、スイッチング素子内のＰＮ接合で構成される寄生ダイオードを通してもよく、スイッチング素子に並列接続する整流素子（いわゆるフリーホイールダイオードに相当する素子）を通してもよく、スイッチング素子に並列接続するスナバ回路を通してもよい。電流還流期間の始期および終期を規定する「第一しきい値」および「第二しきい値」の各値は、環境条件（例えば、回転機の種類や作動目的，相数，スイッチング素子の種類，スイッチング素子に並列接続する整流素子やスナバ回路の有無等）に応じて適切な値が設定される。よって第一しきい値と第二しきい値との大小関係も上記環境条件に応じて異なり、「第一しきい値＞第二しきい値」になったり、「第一しきい値＜第二しきい値」になったりする。「値に達する」という場合には、当該値を上回る（超える）場合と、当該値を下回る場合とを含む。

この構成によれば、制御部は、オン継続期間が今回の期間しきい値以上になって一方のアームをオフした後の電流還流期間の長さを所定長で維持するように、実際に第一しきい値に達してから第二しきい値に達するまでの期間であって自相に設定された電流還流期間に基づいて次回の期間しきい値を求めて設定し、次回の期間しきい値に基づいて次回の一方のアームをオフするフィードバック制御を行う。すなわち電流が還流する期間を一定に維持するので、その後に行う他方のアームにかかるスイッチング素子の制御するタイミングが従来よりも正確に行える。さらに、回転位置や電流等によらず、自相に設定された電流還流期間に基づいてアームを制御するので、回転位置や電流等を検出するためのセンサが不要となる。したがって、コストを抑えながらも、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源から巻線への電流の逆流を防止できる。

請求項２に記載の発明は、前記制御部は、前記相電圧が第三しきい値に達した後、第四しきい値に達するとアームをオンする制御を行うことを特徴とする。

ここで、「アーム」は請求項１における一方のアームに相当する。対象となるスイッチング素子は上下アームの一方または双方が該当し、自相に限らず他相（二相以上の場合）を含む。「第三しきい値」および「第四しきい値」の各値や大小関係についても、上述した第一しきい値や第二しきい値と同様に環境条件に応じた適切な値が設定される。

この構成によれば、回転位置（例えば回転角等）や電流等によらずにアームをオンする制御が行えるので、回転位置や電流等を検出するためのセンサが不要となる。したがって、コストを抑えながらも、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源から巻線への電流の逆流を防止できる。

請求項３に記載の発明は、前記制御部は、相電流が第五しきい値に達すると、アームをオンする制御を行うことを特徴とする。

ここで、「第五しきい値」の値は上述した第一しきい値から第四しきい値までと同様に環境条件に応じた適切な値が設定される。「アームを制御する」対象となるスイッチング素子についても、請求項２と同様である。

この構成によれば、制御部は、電流センサで検出した相電流が第五しきい値に達するとアームをオンする制御を行う。相電流が第五しきい値に達してもなおアームをオンする制御を行わなければ、整流損失が増大し、電源から巻線への電流の逆流が生じる可能性が高まるためである。したがって、従来よりも確実に整流損失を抑制することができ、電源から巻線への電流の逆流を防止できる。

請求項４に記載の発明は、前記制御部は、前記回転機の回転位置が所定位置に達すると、アームをオンする制御を行うことを特徴とする。

ここで、「回転機の回転位置」は回転位置を検出可能な任意の手段を適用してよい。例えば、レゾルバやロータリエンコーダ等のような位置センサによって検出してもよく、他のセンサからの入力値に基づいて推定してもよく、基準位置（例えば電気角で０°の位置）が分かる場合には当該基準位置を経過した時からの経過時間に基づいて推定してもよい。

この構成によれば、制御部は、回転機の回転位置が所定位置に達するとアームをオンする制御を行う。回転機の回転位置が所定位置に達してもなおアームをオンする制御を行わなければ、整流損失が増大し、電源から巻線への電流の逆流が生じる可能性が高まるためである。したがって、従来よりも確実に整流損失を抑制でき、電源から巻線への電流の逆流を防止できる。

請求項５に記載の発明は、前記制御部は、位置センサからの入力値に基づいて、前記上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、制御部は、位置センサからの入力値に基づいて（例えば電気角で０°，１２０°，２４０°等になったとき）、上下アームのうち一方のアームをオフし、その後の電流還流期間を確保する。予期せぬ変化（例えば回転機の回転速度が急に変化する等）が起きた場合、一定のタイミングで上記アームをオフにしていたのでは電流還流期間の始期が遅れ、結果的に一定の電流還流期間を確保できなくなる場合がある。このような場合でも、位置センサからの入力値に基づいて上記アームをオフにするので、一定の電流還流期間を確保できる。したがって、回転機の回転状態等にかかわらず、従来よりも確実に整流損失を抑制することができ、電源から巻線への電流の逆流を防止できる。

請求項６に記載の発明は、前記制御部は、電流センサからの入力値に基づいて、前記上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、制御部は、電流センサからの入力値に基づいて、上下アームのうち一方のアームをオフし、その後の電流還流期間を確保する。例えば回転機の負荷が急に変化したとき等において、一定のタイミングで上記アームをオフにしていたのでは電流還流期間の始期が遅れ、結果的に一定の電流還流期間を確保できなくなる場合がある。このような場合でも、電流センサからの入力値に基づいて上記アームをオフにするので、一定の電流還流期間を確保できる。したがって、回転機の負荷状態等にかかわらず、従来よりも確実に整流損失を抑制することができ、電源から巻線への電流の逆流を防止できる。

請求項７に記載の発明は、前記制御部は、自相または他相のアームをオンするオンタイミングからの第１遅延期間に基づいて、前記上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行うことを特徴とする。

ここで、「自相または他相のアーム」は、自相や他相のうち一相にかかる上下アームの一方または双方が該当する。「第１遅延期間」は、上述した第一しきい値から第四しきい値等と同様に環境条件に応じた適切な値が設定される。

この構成によれば、回転位置や電流等によらず、自相または他相のオンタイミングからの第１遅延期間に基づいてアームを制御するので、回転位置や電流等を検出するためのセンサが不要となる。したがって、コストを抑えながらも、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源から巻線への電流の逆流を防止できる。

請求項８に記載の発明は、前記回転機が発電機として機能するときは、電流がしきい値電流以上になると前記上下アームのうち一方のアームをオンする制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、回転機が発電機として機能するときは、電流がしきい値電流以上になると上下アームのうち一方のアームをオンする。したがって、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源から巻線への電流の逆流を防止できる。

「他相のアーム」は他相のうち一相にかかる上下アームの一方または双方が該当し、「自相のアーム」は自相にかかる上下アームの一方または双方が該当する。「第２遅延期間」は、上述した第１遅延期間と同じ長さであってもよく異なってもよい。この第２遅延期間は、上述した第一しきい値から第四しきい値や第１遅延期間等と同様に環境条件に応じた適切な値が設定される。

請求項９に記載の発明は、前記制御部は、前記回転機の回転数、相電流および相電圧のうち一以上に基づいて、前記電流還流期間の長さを設定することを特徴とする。

この構成によれば、第一しきい値および第二しきい値に基づいて設定する電流還流期間にかかわらず、回転機の回転数、相電流および相電圧のうち一以上に基づいて電流還流期間の長さを設定する。設定は、電流還流期間の長さを伸縮する場合に限らず、未設定のときにおける新たに長さを設定する場合を含む。この設定を行うことよって電流を還流させる期間を確実に確保できるので、従来よりも整流損失を抑制でき、電源から巻線への電流の逆流を防止でき、ひいては信頼性を向上させることができる。

請求項１０に記載の発明は、前記制御部は、前記回転機の回転数、相電流および相電圧のうち一以上が許容範囲外になると、無期間または所定期間の経過後にアームをオフする制御を行うことを特徴とする。

ここで、「許容範囲外」は、予め設定された単位時間当たりの変化量や許容値等について、上限値を上回るか、下限値を下回ることを意味する。上限値および下限値は、その一方または双方が環境条件に応じた適切な値が設定される。「所定期間」は、上述した第１遅延期間や第２遅延期間と等と同様に環境条件に応じた適切な値が設定される。

この構成によれば、予期せぬ変化（例えば回転機の回転速度が急に変化する等）が起きて回転機の回転数、相電流および相電圧のうち一以上が許容範囲外になると、無期間または所定期間経過後に自相のアームをオフする制御を行う。こうして確実にアームを制御するので、一定の電流還流期間を確保できる。したがって、従来よりも確実に整流損失を抑制することができ、電源から巻線への電流の逆流を防止できる。

請求項１１に記載の発明は、前記制御部は、前記上下アームのうち一方のアームをオフすることに伴って還流する電流の電流値が基準電流値に達すると、前記上下アームのうち他方のアームをオンする制御を行うことを特徴とする。

ここで、「基準電流値」は、上述した第１遅延期間や第２遅延期間と等と同様に環境条件に応じた適切な値が設定される。

この構成によれば、還流する電流の電流値が基準電流値に達すると他方のアームをオンする制御を行って、一方のアームに必要以上の電流が流れるのを防止する。こうしてアームに必要以上の電流が流れて制御不能に陥るのを回避して、信頼性を向上させることができる。

請求項１２に記載の発明は、前記制御部は、各アームの制御時に各相の相電圧を検出し、検出した前記各相の相電圧が所定印加状態以外の印加状態のときは全アームの一部または全部をオフする制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、各アームの制御時に検出した各相の相電圧が異常状態（すなわち所定印加状態以外の印加状態）のときは、全アームの一部または全部をオフする制御を行って一時的に初期化する。こうして各アームに印加される相電圧によって当該アームが制御不能に陥るのを回避して、信頼性を向上させることができる。

請求項１３に記載の発明は、前記制御部は、アームを制御するタイミングのパターンを検出し、検出したパターンが所定パターン以外のパターンのときは全アームの一部または全部をオフする制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、アームを制御（オンまたはオフ）するタイミングのパターンが異常パターン（すなわち所定パターン以外のパターン）のときは、全アームの一部または全部をオフする制御を行って一時的に初期化する。こうして制御パターンの乱れによってアームが制御不能に陥るのを回避して、信頼性を向上させることができる。

請求項１４に記載の発明は、前記制御部は、前記電流還流期間が設定されていない場合は、前記電流還流期間に基づくタイミングよりも早いタイミングでアームをオフする制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、電流還流期間が未設定のときは、相電圧が第一しきい値に達する電流還流期間の始期よりも前にアームをオフする制御を行う。この制御によって、少なくとも電流還流期間よりも長い期間を確保することができるので、還流する電流を流すための期間を確実に確保できる。したがって、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源から巻線への電流の逆流を防止でき、ひいては信頼性を向上させることができる。

請求項１５に記載の発明は、前記制御部は、各アームの制御時に各相の電圧および電流のうちで一方または双方を検出し、その検出値が所定値以下のときはアームをオンする制御を行わないことを特徴とする。

この構成によれば、各相の電圧や電流の検出値が小さいために回転機の制御が不安定になる可能性がある場合に、アームをオンする制御を行わないことで回転機の制御が不安定な状態に陥るのを防止できる。

請求項１６に記載の発明は、各相ごとに同一の構成を有する上下アームモジュールを有することを特徴とする。

この構成によれば、各相ごとに同一の上下アームモジュールを用いることで、回転機用電力変換装置の相数の増減に対して容易に対応することができる構成を提供できる。

回転機用電力変換装置の構成例を模式的に示す図である。 遷移状態を説明する図である。 駆動制御処理の一例を示すフローチャートである。 同期制御処理の一例を示すフローチャートである。 図４に続く同期制御処理の一例を示すフローチャートである。 相電圧やアーム等にかかる経時的な変化を示すタイムチャートである。 回転数が変化する場合の設定例を説明する図である。 三相の相電圧にかかる波形パターン例を示す図である。 車両用発電機の構成例を模式的に示す図である。 整流器モジュールの構成を模式的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、「接続する」という場合には、特に明示しない限りは電気的な接続を意味する。また、論理値は正論理に従うものと仮定し、ハイレベル（他には真，１，オンなど）を「Ｈ」で示し、ローレベル（他には偽，０，オフなど）を「Ｌ」で示す。

まず図１には、回転機用電力変換装置（以下では単に「電力変換装置」と呼ぶ。）の構成例を模式的に示す。図１に示す電力変換装置１０は、回転機２０の作動（回転や静止等）を制御するため、界磁制御部１２，駆動部１６，制御部１７，スイッチング部１８，電源Ｅ等を有する。なお、電力を供給する電源Ｅは本形態では直流電源を適用する。

回転機２０は、例えば界磁巻線型同期機からなる三相ブラシレスＤＣモータが用いられる。この回転機２０は、スター接続するＵ相巻線Ｌｕ、Ｖ相巻線ＬｖおよびＷ相巻線Ｌｗとともに、界磁電流Ｉｆが流れる界磁巻線Ｌｆを有する。

スイッチング部１８はいわゆる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）インバータ回路であって、電動作動時には電源Ｅから供給される直流電圧を三相交流電圧に変換し、発電作動時には回転機２０から供給される三相交流電圧を三相全波整流する機能を備える。このスイッチング部１８は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６（以下では単に「Ｑ１〜Ｑ６」と記す）と、整流素子Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６（以下では単に「Ｄ１〜Ｄ６」と記す）とを有する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には例えばＭＯＳＦＥＴを用い、整流素子Ｄ１〜Ｄ６には例えばダイオードを用いる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５は上アームに相当し、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６は下アームに相当する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４は三相のうちＵ相を担う。同様にしてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５はＶ相を担い、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６はＷ相を担う。整流素子Ｄ１はスイッチング素子Ｑ１に並列接続し、回転機２０から還流する電流を流す「フリーホイールダイオード」の役割を担う。同様の目的で、整流素子Ｄ２〜Ｄ６はスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６にそれぞれ並列接続する。

制御部１７は、図示しない制御装置からの指令や各種センサの入力値等に基づいて、電動作動時にはスイッチング部１８（具体的にはスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６）をパルス幅変調を行うための制御信号（すなわちＰＷＭ信号）を形成し、発電作動時にはスイッチング部１８を同期整流するための制御信号を形成する。この制御部１７は、ＣＰＵを中心にプログラム実行で作動する構成とするが、回路素子からなるハードウェアロジックによって作動する構成としてもよい。

駆動部１６は上述した制御部１７から伝達される制御信号に従って、スイッチング部１８に備えるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のオンオフを駆動制御するための駆動信号を各ゲート端子に伝達する。

界磁制御部１２は、制御部１７から出力される信号に従って界磁巻線Ｌｆに流れる界磁電流Ｉｆを制御する機能を有し、例えばスイッチング素子Ｑ７や整流素子Ｄ７等で構成される。スイッチング素子Ｑ７には例えばＭＯＳＦＥＴを用い、整流素子Ｄ７には例えばダイオードを用いる。

電流センサ１１は、回転機２０から還流する還流電流Ｉｒの電流値を検出する。電流センサ１３は、界磁巻線Ｌｆを流れる界磁電流Ｉｆの電流値を検出する。電流センサ１４は、Ｕ相を流れるＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相を流れるＶ相電流ＩｖおよびＷ相を流れるＶ相電流Ｉｗについて各電流値を検出する。これらの電流センサ１１，１３，１４には、例えばホール素子等で検出する磁気型のセンサを用いる。位置センサ１５は、回転機２０に備える回転体（例えばロータ等）の回転位置Ｐ（例えば回転角等）を検出する。この位置センサ１５には、例えばレゾルバ（磁気式や光学式等の種類を問わない）を用いる。

上述のように構成された電力変換装置１０において、制御部１７からスイッチング部１８に対して行う制御例について図２から図８までを参照しながら説明する。図２には遷移状態の一例を示す。図３には、駆動制御処理の一例をフローチャートで示す。図４および図５には同期制御処理の一例をフローチャートで示す。当該図４と図５との間は結合子Ａを通じて処理が継続する。図６には、相電圧やアーム等にかかる経時的な変化をタイムチャートで示す。図７には回転数が変化する場合の設定例を示す。図８には三相の相電圧に基づいて異常検出を行う波形パターンの一例を示す。なお、三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）は電気角が異なっているだけであるので、説明を簡単にするためにＵ相を代表として説明する。よって、スイッチング素子Ｑ１が上アームに相当し、スイッチング素子Ｑ４が下アームに相当する（図１を参照）。

制御部１７は、図２に示す遷移状態に基づいてスイッチング部１８に対して所要の制御信号を伝達する。図２では、初期状態を除いて、各状態を区別するための符号（数字）を円形の内側に示す。初期状態および状態０は図３に示す駆動制御処理が担い、状態１から状態６までは図４および図５に示す同期制御処理が担う。なお、図２に示す遷移状態は一相ごとに個別に遷移するので、説明を簡単にするために三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のうちＵ相を代表として説明する。

まず、図２から図５に示す各条件に設定する内容の一例を以下に示す。
条件Ｃ１：Ｕ相電流Ｉｕが初動電流値Ｉｓを上回るか（Ｉｕ＞Ｉｓ）？
条件Ｃ２：制御状態が状態０か？
条件Ｃ３：Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を下回るか（Ｖｕ＜Ｖ_TH+）？
条件Ｃ４：制御状態が状態１か？
条件Ｃ５：Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+以上か（Ｖｕ≧Ｖ_TH+）？
条件Ｃ６：制御状態が状態２か？
条件Ｃ７：上アームのオン継続期間Ｔ_ONUが期間しきい値Ｔ_THU以上か（Ｔ_ONU≧Ｔ_THU）？
条件Ｃ８：制御状態が状態３か？
条件Ｃ９：Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を下回るか（Ｖｕ＜Ｖ_TH+）？
条件Ｃ１０：制御状態が状態４か？
条件Ｃ１１：Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH-以下か（Ｖｕ≦Ｖ_TH-）？
条件Ｃ１２：制御状態が状態５か？
条件Ｃ１３：下アームのオン継続期間Ｔ_ONDが期間しきい値Ｔ_THD以上か（Ｔ_OND≧Ｔ_THD）？
条件Ｃ１４：制御状態が状態６か？
条件Ｃ１５：Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を下回るか（Ｖｕ＜Ｖ_TH+）？

初期状態は、例えば電源を投入した直後の状態や、回転機２０に予期せぬ変化が発生する等して一時的に初期化した状態などが該当し、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオフにする。この初期状態は条件Ｃ１を満たさない限り継続し、条件Ｃ１を満たすと状態０に移行する。

状態０は、回転機２０のＵ相巻線ＬｕにＵ相電圧Ｖｕが印加され始めた状態である。この状態０は条件Ｃ３を満たさない限り継続し、条件Ｃ３を満たすと状態１に移行する。

状態１は、Ｕ相電圧Ｖｕが増加しているものの、まだしきい値電圧Ｖ_TH+に達していない状態である。この状態１は条件Ｃ５を満たさない限り継続し、条件Ｃ５を満たすと状態２に移行する。

状態２は、Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を上回った状態であり、上アームのスイッチング素子Ｑ１をオンする。この状態２は条件Ｃ７を満たさない限り継続し、条件Ｃ７を満たすと状態３に移行する。

状態３は、スイッチング素子Ｑ１のオン状態が期間しきい値Ｔ_THU以上になった状態であり、当該スイッチング素子Ｑ１をオフにする。この状態３は条件Ｃ９を満たさない限り継続し、条件Ｃ９を満たすと状態４に移行する。

状態４は、スイッチング素子Ｑ１をオフすることに伴って回転機２０のＵ相巻線Ｌｕに誘起電圧が発生し、電流がスイッチング部１８に還流する状態である。この状態４は条件Ｃ１１を満たさない限り継続し、条件Ｃ１１を満たすと状態５に移行する。

状態５は、回転機２０のＵ相巻線Ｌｕに発生していた誘起電圧が低下してしきい値電圧Ｖ_TH-以下になった状態であり、下アームのスイッチング素子Ｑ４をオンする。この状態５は条件Ｃ１３を満たさない限り継続し、条件Ｃ１３を満たすと状態６に移行する。

状態６は、スイッチング素子Ｑ４のオン状態が期間しきい値Ｔ_THD以上になった状態であり、当該スイッチング素子Ｑ４をオフにする。この状態６は条件Ｃ１５を満たさない限り継続し、条件Ｃ１５を満たすと状態１に戻る。

次に図２に示す遷移状態を実現するための手続きについて、図３から図５を参照しながら説明する。なお、図３から図５に示す各処理は一相ごとに個別に実行されるので、説明を簡単にするために三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のうちＵ相を代表として説明する。

図３に示す駆動制御処理では、まず上下アーム（すなわちスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４）をオフにするとともに、制御状態を状態０に初期化する〔ステップＳ１０〕。他相も同様であるので、結果的にステップＳ１０を実行するとスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフすることになる。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６が全てオフになると、整流素子Ｄ１〜Ｄ６による整流のみが行われる（後述するステップＳ１３でも同様である）。

初期化後は、回転機２０の状態（例えば回転数，相電流，相電圧等）を検出する〔ステップＳ１１〕。具体的には、位置センサ１５からの信号に基づいて回転位置Ｐや回転数等を求め、電流センサ１３からの信号に基づいて界磁電流Ｉｆを求め、電流センサ１４からの信号に基づいてＵ相電流Ｉｕを求める。なお、Ｕ相電流Ｉｕが求まれば、予め測定等して既知であるＵ相巻線Ｌｕ等の抵抗値を乗算してＵ相電圧Ｖｕを求めることもできる。

次に、条件Ｃ１の判別および初期化を行う。すなわち、ステップＳ１１で求めたＵ相電流Ｉｕが初動電流値Ｉｓを下回るときは（Ｉｕ≦Ｉｓ，条件Ｃ１；ステップＳ１２でＮＯ）、回転機２０のＵ相巻線Ｌｕには未だＵ相電圧Ｖｕが印加されていないことを示す。よって、ステップＳ１０と同様にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオフにするとともに制御状態を状態０に設定して〔ステップＳ１３〕、ステップＳ１１，Ｓ１２を繰り返す。

一方、ステップＳ１１で求めたＵ相電流Ｉｕが初動電流値Ｉｓを上回るときは（Ｉｕ＞Ｉｓ；ステップＳ１２でＹＥＳ）、回転機２０のＵ相巻線ＬｕにＵ相電圧Ｖｕが印加され始めたことを示す。よって、同期制御処理を実行する〔ステップＳ１４〕。

図４に示す同期制御処理において、第１チェックでは条件Ｃ２，Ｃ３の判別を行う。すなわち、制御状態が状態０であり（条件Ｃ２；ステップＳ２０でＹＥＳ）、かつＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を下回るときは（Ｖｕ＜Ｖ_TH+，条件Ｃ３；ステップＳ２１でＹＥＳ）、Ｕ相電圧Ｖｕが増加しているものの、まだしきい値電圧Ｖ_TH+に達していないことを示す。よって、制御状態を状態１に設定したうえで〔ステップＳ２２〕、第２チェックに進む。ステップＳ２２は電気角を特定するために実行されるので、制御状態が状態０であることが条件となる。したがって、例えば電源投入時や回転機２０に予期せぬ変化が発生した時等のような初期状態から移行する場合に限られる。一方、制御状態が状態０でないか（ステップＳ２０でＮＯ）、あるいは制御状態が状態０であってもＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+以上のときは（Ｖｕ≧Ｖ_TH+；ステップＳ２１でＮＯ）、第２チェックに進む。

第２チェックでは条件Ｃ４，Ｃ５の判別を行う。すなわち、制御状態が状態１であり（条件Ｃ４；ステップＳ２３でＹＥＳ）、かつＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+以上のときは（Ｖｕ≧Ｖ_TH+，条件Ｃ５；ステップＳ２４でＹＥＳ）、所要の電圧がＵ相巻線Ｌｕに印加されていることを示す。

なお、ステップＳ２４は他の条件で判別してもよい。当該他の条件は任意に設定するこが可能であり、以下に条件例を挙げる。例えば、電流センサ１４で検出する相電流（例えばＵ相電流Ｉｕ）がしきい値電流Ｉ_TH+以上になるか、あるいはしきい値電流Ｉ_TH-以下になることが該当する。回転機２０が発電機として機能するときは、外部負荷に対して流れる電流がしきい値電流以上（または以下）になることが該当する。位置センサ１５で検出する回転機２０（具体的にはロータ等の回転体）の回転位置Ｐが所定位置（例えば５°等のような回転角）になることが該当する。他方のアーム（例えばスイッチング素子Ｑ４）をオフすることに伴って還流する還流電流Ｉｒの電流値が基準電流値に達することが該当する。いずれか一の条件のみを適用してもよく、複数の条件を組み合わせて適用してもよい。しきい値電流Ｉ_TH+，Ｉ_TH-は、チャタリングの発生を防止するためにヒステリシス（すなわち異なる値）に設定するのが望ましい。基準電流値は、通常は還流電流Ｉｒが増加する際の電流値を設定するが、還流電流Ｉｒが減少する際の電流値を設定してもよい。

条件Ｃ４，Ｃ５を満たすと、上アームのスイッチング素子Ｑ１をオンするとともに、スイッチング素子Ｑ１のオン状態が継続する期間を示すオン継続期間Ｔ_ONUを０で初期化し、さらに制御状態を状態２に設定したうえで〔ステップＳ２５〕、第３チェックに進む。一方、制御状態が状態１でないか（ステップＳ２３でＮＯ）、あるいは制御状態が状態１であってもＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を下回るときは（Ｖｕ＜Ｖ_TH+；ステップＳ２４でＮＯ）、第３チェックに進む。

第３チェックでは条件Ｃ６，Ｃ７の判別を行う。すなわち、制御状態が状態２であり（条件Ｃ６；ステップＳ２６でＹＥＳ）、かつスイッチング素子Ｑ１のオン継続期間Ｔ_ONUが期間しきい値Ｔ_THU以上のときは（Ｔ_ONU≧Ｔ_THU，条件Ｃ７；ステップＳ２７でＹＥＳ）、スイッチング素子Ｑ１をオフする時期に達したことを示す。

なお、ステップＳ２７は他の条件で判別してもよい。当該他の条件は任意に設定するこが可能であり、以下に条件例を挙げる。例えば、電流センサ１４で検出する相電流（例えばＵ相電流Ｉｕ）が所定の電流値に達することが該当する。位置センサ１５で検出する回転機２０の回転位置Ｐが所定位置（例えば電気角で１５０°等のような回転角）になることが該当する。自相（例えばＵ相）または他相（例えばＶ相またはＷ相）のアームをオンするオンタイミングからの第１遅延期間（例えば数ミリ秒間）が経過することが該当する。他相（例えばＶ相またはＷ相）のアームをオフするオフタイミングからの第２遅延期間（例えば数ミリ秒間）が経過することが該当する。自相に設定された電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDに基づいて設定した期間を経過することが該当する。回転機２０の回転数、相電流および相電圧のうち一以上が許容範囲外になることが該当する。いずれか一の条件のみを適用してもよく、複数の条件を組み合わせて適用してもよい。許容範囲外となるケースは、例えば予め設定された単位時間当たりの変化量や許容値等について、上限値を上回るか、下限値を下回ることが該当する。上限値および下限値は、その一方または双方が環境条件に応じた適切な値が設定される。また、電流還流期間Ｔ_RUが設定されていない場合は、オン継続期間Ｔ_ONUが期間しきい値Ｔ_THU以上となる前、すなわち電流還流期間Ｔ_RUに基づくタイミングよりも早いタイミングで条件Ｃ７を満たしたものとして、後述するステップＳ２９でスイッチング素子Ｑ１をオフする。

ところで、例えば単位時間当たりに回転数が大きく変化して許容範囲外となるケースについて、図７（Ａ）を参照しながら説明する。図７（Ａ）の上側には回転数が小さい場合にかかるＵ相電圧Ｖｕの変化を示し、下側には回転数が大きい場合にかかるＵ相電圧Ｖｕの変化を示す。上側と下側とでは上アームをオンする時刻ｔ１２が一致するように位置合わせしている。時刻ｔ１２に上アームをオンしたとき、回転数が小さければ時刻ｔ１５に上アームをオフすれば、電流還流期間Ｔ_RUを確保することができる。ところが、時刻ｔ１２に上アームをオンした後に何らかの要因で回転数が急変したとき、オン継続期間Ｔ_ONUの長さを変えずに時刻ｔ１５に上アームをオフしたのでは、フィードバック制御を行っても電流還流期間Ｔ_RUを確保できない場合がある。

そこで、回転数にかかる単位時間当たりの変化量に対応してオン継続期間Ｔ_ONUを短くし、時刻ｔ１５よりも前の時刻ｔ１３に上アームをオフする。例えば、回転数が10000[rpm/sec]を超えて変化したときは、所定長（後述する第一所定長，第二所定長）の値を１．５倍に設定する。こうして期間しきい値Ｔ_THUが短くなれば、オン継続期間Ｔ_ONUも短くなるので（ステップＳ２７）、電流還流期間Ｔ_RUを確実に確保できる。なお、図７（Ａ）では上アームの例を示したが、下アームについても同様である。

ここで、時刻ｔ１２に上アームをオンするときのしきい値電圧Ｖ_TH4+と、時刻ｔ１５，ｔ１８に下アームをオンするときのしきい値電圧Ｖ_TH4-とは、いずれも「第四しきい値」に相当する。「第三しきい値」に相当するしきい値電圧Ｖ_TH3a，Ｖ_TH3bは、それぞれしきい値電圧Ｖ_TH4+としきい値電圧Ｖ_TH4-との間の値に設定する。図７（Ａ）の例ではＶ_TH3a＞Ｖ_TH3bとなるように設定しているが、Ｖ_TH3a≦Ｖ_TH3bとなるように設定してもよい。しきい値電圧Ｖ_TH3aはＵ相電圧Ｖｕが立ち上がるときに用い、しきい値電圧Ｖ_TH3bはＵ相電圧Ｖｕが立ち下がるときに用いる。すなわち図７の例に示すＵ相電圧Ｖｕは、時刻ｔａにしきい値電圧Ｖ_TH3aに達し、時刻ｔｂ，ｔｃにそれぞれしきい値電圧Ｖ_TH3bに達している。

図４に戻って条件Ｃ６，Ｃ７を満たすと、スイッチング素子Ｑ１をオフにするとともに、当該スイッチング素子Ｑ１の電流還流期間Ｔ_RUを０で初期化し、さらに制御状態を状態３に設定したうえで〔ステップＳ２９〕、第４チェックに進む。スイッチング素子Ｑ１をオフにするタイミングは、条件Ｃ６，Ｃ７を満たすと同時（すなわち無期間の経過後）に行ってもよく、予め設定した所定期間（例えば数ミリ秒間）の経過後に行ってもよい。

一方、制御状態が状態２でないときは（ステップＳ２６でＮＯ）、第４チェックに進む。また、制御状態が状態２であってもオン継続期間Ｔ_ONUが期間しきい値Ｔ_THUに満たないときは（Ｔ_ONU＜Ｔ_THU；ステップＳ２７でＮＯ）、オン継続期間Ｔ_ONUを増やしたうえで〔ステップＳ２８〕、第４チェックに進む。

第４チェックでは条件Ｃ８，Ｃ９の判別を行う。すなわち、制御状態が状態３であり（条件Ｃ８；ステップＳ３０でＹＥＳ）、かつＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を下回るときは（Ｖｕ＜Ｖ_TH+，条件Ｃ９；ステップＳ３１でＹＥＳ）、ステップＳ２９でスイッチング素子Ｑ１をオフすることに伴って回転機２０から整流素子Ｄ１を通って還流電流Ｉｒが還流していることを示す。よって、次回に用いる期間しきい値Ｔ_THUを設定するとともに、制御状態を状態４に設定したうえで〔ステップＳ３３〕、第５チェックに進む。ステップＳ３３で設定する次回の期間しきい値Ｔ_THUは、例えば式１に従って求める。

〔式１〕
次回の期間しきい値Ｔ_THU＝今回の期間しきい値Ｔ_THU＋（第一所定長−電流還流期間Ｔ_RU）

ここで、上記式１に示す第一所定長は「所定長」に相当し、電流還流期間Ｔ_RUとして確保すべき期間の長さを設定する。電流還流期間Ｔ_RUには、回転機２０の回転数、相電流および相電圧のうち一以上に基づいて適切な値（長さ）を設定してもよい。電流還流期間Ｔ_RUの対象は、自相または他相のいずれを問わず、上下アームのいずれを問わない。

ここで、通常の電流還流期間Ｔ_RUを設定したときに回転数が急変（急増または急減）した場合の対処例を図７（Ａ）で示したが、回転数が急変する場合を見込んだ対処例について図７（Ｂ）および図７（Ｃ）を参照しながら説明する。

まず図７（Ｂ）に示す例では、電流還流期間Ｔ_RUを図７（Ａ）に示す電流還流期間Ｔ_RUと比べて長く設定する。設定するタイミングは任意であるが、例えば回転数について単位時間当たりの変化量が第１の変化量しきい値を超えた場合が該当する。電流還流期間Ｔ_RUを長くなれば、上述した式１によって次回の期間しきい値Ｔ_THUが短くなり、図４のステップＳ２７によってオン継続期間Ｔ_ONUの長さが短くなる。よって、上アームをオンした後に何らかの要因で回転数が急増してもオン継続期間Ｔ_ONUの長さが短くなっているので、結果として電流還流期間Ｔ_RUを確実に確保できる。なお、図７（Ｂ）では上アームの例を示したが、下アームについても同様であるので図示および説明を省略する。

また図７（Ｃ）に示す例では、第一所定長を図７（Ａ）に示す第一所定長と比べて小さく（短く）設定する。設定するタイミングは任意であるが、例えば回転数について単位時間当たりの変化量が第２の変化量しきい値（上述した第１の変化量しきい値と同じ値でもよく異なる値でもよい）を超えた場合が該当する。第一所定長が小さくなれば、上述した式１によって次回の期間しきい値Ｔ_THUが短くなり、図４のステップＳ２７によってオン継続期間Ｔ_ONUの長さが短くなる。よって、上アームをオンした後に何らかの要因で回転数が急増してもオン継続期間Ｔ_ONUの長さが短くなっているので、結果として電流還流期間Ｔ_RUを確実に確保できる。なお、図７（Ｃ）では上アームの例を示したが、下アームについても同様であるので図示および説明を省略する。

再び図４に戻って、制御状態が状態３でないときは（ステップＳ３０でＮＯ）、第５チェックに進む。制御状態が状態３であってもＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+以上のときは（Ｖｕ≧Ｖ_TH+；ステップＳ３１でＮＯ）、電流還流期間Ｔ_RUを増やしたうえで〔ステップＳ３２〕、第５チェックに進む。

図５に移って、第５チェックでは条件Ｃ１０，Ｃ１１の判別を行う。すなわち、制御状態が状態４であり（条件Ｃ１０；ステップＳ４０でＹＥＳ）、かつＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH-以下のときは（Ｖｕ≦Ｖ_TH-，条件Ｃ１１；ステップＳ４１でＹＥＳ）、回転機２０から還流する還流電流Ｉｒがほぼ消失したことを示す。なお、ステップＳ４１は上記ステップＳ２４で示した他の条件で判別してもよい。この場合における他方のアームは、例えばスイッチング素子Ｑ１が該当する。

条件Ｃ１０，Ｃ１１を満たすと、下アームのスイッチング素子Ｑ４をオンするとともに、スイッチング素子Ｑ４のオン状態が継続する期間を示すオン継続期間Ｔ_ONDを０で初期化し、さらに制御状態を状態５に設定したうえで〔ステップＳ４２〕、第６チェックに進む。一方、制御状態が状態４でないか（ステップＳ４０でＮＯ）、あるいは制御状態が状態４であってもＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH-を上回るときは（Ｖｕ＞Ｖ_TH-；ステップＳ４１でＮＯ）、第６チェックに進む。

第６チェックでは条件Ｃ１２，Ｃ１３の判別を行う。すなわち、制御状態が状態５であり（条件Ｃ１２；ステップＳ４３でＹＥＳ）、かつスイッチング素子Ｑ４のオン継続期間Ｔ_ONDが期間しきい値Ｔ_THD以上のときは（Ｔ_OND≧Ｔ_THD，条件Ｃ１３；ステップＳ４４でＹＥＳ）、スイッチング素子Ｑ４をオフする時期に達したことを示す。なお、ステップＳ４４は図４のステップＳ２７で示した他の条件で判別してもよい。また、電流還流期間Ｔ_RDが設定されていない場合は、オン継続期間Ｔ_ONDが期間しきい値Ｔ_THD以上となる前、すなわち電流還流期間Ｔ_RDに基づくタイミングよりも早いタイミングで条件Ｃ１３を満たしたものとして、後述するステップＳ４６でスイッチング素子Ｑ４をオフする。

条件Ｃ１２，Ｃ１３を満たすと、スイッチング素子Ｑ４をオフにするとともに、電流還流期間Ｔ_RDを０で初期化し、さらに制御状態を状態６に設定したうえで〔ステップＳ４６〕、第７チェックに進む。スイッチング素子Ｑ４をオフにするタイミングは、条件Ｃ１２，Ｃ１３を満たすと同時（すなわち無期間の経過後）に行ってもよく、予め設定した所定期間（例えば数ミリ秒間）の経過後に行ってもよい。

一方、制御状態が状態５でないときは（ステップＳ４３でＮＯ）、第７チェックに進む。また、制御状態が状態５であってもオン継続期間Ｔ_ONDが期間しきい値Ｔ_THDを下回るときは（Ｔ_OND＜Ｔ_THD；ステップＳ４４でＮＯ）、オン継続期間Ｔ_ONDを増やしたうえで〔ステップＳ４５〕、第７チェックに進む。

第７チェックでは条件Ｃ１４，Ｃ１５の判別を行う。すなわち、制御状態が状態６であり（条件Ｃ１４；ステップＳ４７でＹＥＳ）、かつＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を下回るときは（Ｖｕ＜Ｖ_TH+，条件Ｃ１５；ステップＳ４８でＹＥＳ）、ステップＳ４６でスイッチング素子Ｑ４をオフすることに伴って回転機２０から整流素子Ｄ４を通って還流電流Ｉｒが還流していることを示す。よって、次回に用いる期間しきい値Ｔ_THDを設定するとともに、制御状態を状態１に設定したうえで〔ステップＳ５０〕、ステップＳ５１に進む。ステップＳ５０で設定する次回の期間しきい値Ｔ_THDは、例えば式２に従って求める。

〔式２〕
次回の期間しきい値Ｔ_THD＝今回の期間しきい値Ｔ_THD＋（第二所定長−電流還流期間Ｔ_RD）

ここで、上記式２に示す第二所定長は「所定長」に相当し、電流還流期間Ｔ_RDとして確保すべき期間の長さを設定する。第二所定長は、上述した第一所定長と同じ値で設定してもよく、異なる値で設定してもよい。電流還流期間Ｔ_RDには、回転機２０の回転数、相電流および相電圧のうち一以上に基づいて適切な値（長さ）設定してもよい。電流還流期間Ｔ_RDの対象は、自相または他相のいずれを問わず、上下アームのいずれを問わない。

一方、制御状態が状態６でないときは（ステップＳ４７でＮＯ）、ステップＳ５１に進む。制御状態が状態６であってもＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+以上のときは（Ｖｕ≧Ｖ_TH+；ステップＳ４８でＮＯ）、電流還流期間Ｔ_RDを増やしたうえで〔ステップＳ４９〕、ステップＳ５１に進む。

その後、相電圧の組み合わせに基づいて異常の有無を判定する相電圧異常判定処理を行うとともに〔ステップＳ５１〕、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動パターンに基づいて異常の有無を判定する相電圧異常判定処理を行い〔ステップＳ５２〕、同期制御処理を終えてリターンする。ステップＳ５１，Ｓ５２で異常と判定された場合には、ステップＳ１０から実行するように制御してもよく、全アームの一部（例えば異常が発生した相の上下アーム）をオフする制御を行ってもよい。なお、当該ステップＳ５１，Ｓ５２の具体的な処理内容については後述する（図８を参照）。

上述した図３から図５に示す手続きに従った処理の一例について、図６を参照しながら説明する。当該図６に示す経時的変化は、横軸を時間とし、上から順番にＵ相電流Ｉｕ、制御状態、Ｕ相電圧Ｖｕ、スイッチング素子Ｑ１、スイッチング素子Ｑ４、電流還流期間Ｔ_RU、電流還流期間Ｔ_RDを示す。なお、時刻ｔ０で初期状態（例えば電源投入時やリセット時等の状態）と仮定する。

時刻ｔ１にＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH-を上回ると、制御状態が状態１になる（図４のステップＳ２２）。さらに、時刻ｔ２にＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を上回ると、制御状態が状態２になる（図４のステップＳ２５）。なお、時刻ｔ２（繰り返し周期における時刻ｔ８を含む。）にはＵ相電流Ｉｕがしきい値電流Ｉ_TH+を上回り、このときのしきい値電流Ｉ_TH+は「第五しきい値」に相当する。

状態２では上アームのスイッチング素子Ｑ１がオンされるので、Ｕ相電圧Ｖｕはしきい値電圧Ｖ_TH+と電源Ｅ（プラス側）の電圧値Ｖ_B+との間に収まる。スイッチング素子Ｑ１のオン状態が継続される間は、オン継続期間Ｔ_ONUが増え続ける（図４のステップＳ２８）。

上記オン継続期間Ｔ_ONUが期間しきい値Ｔ_THU以上になる時刻ｔ３には、スイッチング素子Ｑ１がオフされて制御状態が状態３になる（図４のステップＳ２９）。スイッチング素子Ｑ１をオフすることに伴って還流電流Ｉｒが還流すると、Ｕ相電圧Ｖｕが上がってしきい値電圧Ｖ_TH+を上回る。時刻ｔ３のときのしきい値電圧Ｖ_TH+は「第一しきい値」に相当する。Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を上回っている間は、電流還流期間Ｔ_RUが増え続ける（図４のステップＳ３２）。この電流還流期間Ｔ_RUは、還流電流Ｉｒの減少に伴ってＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を下回る時刻ｔ４まで続く。時刻ｔ４のときのしきい値電圧Ｖ_TH+は「第二しきい値」に相当する。本例では「第一しきい値」と「第二しきい値」とが同じしきい値電圧Ｖ_TH+であるが、異なる電圧値を設定してもよい。

時刻ｔ４には制御状態が状態４になり、還流電流Ｉｒが流れなくなるとＵ相電圧Ｖｕも急速に減少してゆく。さらに時刻ｔ５にＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH-を下回ると、制御状態が状態５になる（図５のステップＳ４２）。なお、時刻ｔ５にはＵ相電流Ｉｕがしきい値電流Ｉ_TH-を下回り、このときのしきい値電流Ｉ_TH-は「第五しきい値」に相当する。状態５では下アームのスイッチング素子Ｑ４がオンされるので、Ｕ相電圧Ｖｕはしきい値電圧Ｖ_TH-と電源Ｅ（マイナス側）の電圧値Ｖ_B-との間に収まる。スイッチング素子Ｑ４のオン状態が継続される間は、オン継続期間Ｔ_ONDが増え続ける（図５のステップＳ４５）。

上記オン継続期間Ｔ_ONDが期間しきい値Ｔ_THD以上になる時刻ｔ６には、スイッチング素子Ｑ４がオフされて制御状態が状態６になる（図５のステップＳ４６）。スイッチング素子Ｑ４をオフすることに伴って還流電流Ｉｒが還流すると、Ｕ相電圧Ｖｕが下がってしきい値電圧Ｖ_TH-を下回る。時刻ｔ６のときのしきい値電圧Ｖ_TH-は「第一しきい値」に相当する。Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH-を下回っている間は、電流還流期間Ｔ_RDが増え続ける（図５のステップＳ４９）。この電流還流期間Ｔ_RDは、還流電流Ｉｒの減少に伴ってＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH-を上回る時刻ｔ７まで続く。時刻ｔ７以降は時刻ｔ１から時刻ｔ７までを繰り返す。時刻ｔ７のときのしきい値電圧Ｖ_TH-は「第二しきい値」に相当する。なお、時刻ｔ７にＵ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH-を上回る状態は上述した時刻ｔ１と同じ状態であり、時刻ｔ１のときのしきい値電圧Ｖ_TH-も「第二しきい値」に相当する。

次に、図５に示したステップＳ５１の具体的な処理内容について、図８を参照しながら説明する。図８に示す波形パターンは「所定パターン」に相当し、横軸を時間とし、上から順番にＵ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｖｖ、Ｗ相電圧Ｖｗを示す。

まず、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をそれぞれオンするタイミングについて、Ｕ相電圧Ｖｕを例に説明する。スイッチング素子Ｑ１（上アーム）をオンする時刻ｔ２０からスイッチング素子Ｑ４（下アーム）をオンする時刻ｔ２６までは、電気角で１８０°の間隔である。同様に、スイッチング素子Ｑ４をオンする時刻ｔ２６から再びスイッチング素子Ｑ１をオンする時刻ｔ３２までは、電気角で１８０°の間隔である。このように上アームと下アームのスイッチング素子を交互にオンし、その間隔は電気角で１８０°であることを意味する。このことは、電気角で１２０°ずれているＶ相電圧Ｖｖと、電気角で２４０°ずれているＷ相電圧Ｖｗについても同様である。また、上アームと下アームのスイッチング素子を交互にオフするタイミングについても同様である。

一方、上アームとしてのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３をそれぞれオンするタイミングについて説明する。Ｕ相のスイッチング素子Ｑ１をオンする時刻ｔ２０からＶ相のスイッチング素子Ｑ２をオンする時刻ｔ２４までは、電気角で１２０°の間隔である。また、Ｖ相のスイッチング素子Ｑ２をオンする時刻ｔ２４からＷ相のスイッチング素子Ｑ３をオンする時刻ｔ２８までは、電気角で１２０°の間隔である。さらに、Ｗ相のスイッチング素子Ｑ３をオンする時刻ｔ２８から再びＵ相のスイッチング素子Ｑ１をオンする時刻ｔ３２までは、電気角で１２０°の間隔である。このようにスイッチング素子Ｑ１→スイッチング素子Ｑ２→スイッチング素子Ｑ３→スイッチング素子Ｑ１→…のようにスイッチング素子を順番にオンし、その間隔は電気角で１２０°であることを意味する。このことは、下アームとしてのスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６についても同様であり、スイッチング素子を順番にオフするタイミングについても同様である。

上述のようなスイッチング素子を制御するとき、回転機２０が異常なく回転する場合には次に示す表１のような電圧値になる。表１ではＵ相（スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４）の例を示すが、Ｖ相（スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５）とＷ相（スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６）とについても同様に規定される。表１に示す各電圧値でスイッチング素子に印加している状態が「所定印加状態」に相当する。

逆に言えば、上記表１のような電圧値にならなければ、回転機２０が過渡応答していたり、回転機２０に予期せぬ変化が生じる等が発生したことを意味する。言い換えれば、所定印加状態以外の印加状態になっている。この場合には、後述するステップＳ５２の判定結果にかかわらず、一時的に初期状態に戻す。すなわち、図３のステップＳ１０に戻ってスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフし、駆動制御処理および同期制御処理を実行しなおす。あるいは、異常が生じた相の上下アームをオフして続行する。

次に、図５に示したステップＳ５２の具体的な処理内容について説明する。回転機２０が異常なく回転する場合には、図８に示すように時間の経過とともに次に示す順番でスイッチング素子のオンが制御される。なお、オフを制御する場合も同様である。
Ｕ相の上アーム（スイッチング素子Ｑ１）→Ｗ相の下アーム（スイッチング素子Ｑ６）→Ｖ相の上アーム（スイッチング素子Ｑ２）→Ｕ相の下アーム（スイッチング素子Ｑ４）→Ｗ相の上アーム（スイッチング素子Ｑ３）→Ｖ相の下アーム（スイッチング素子Ｑ５）

逆に言えば、上述した順番（すなわち所定パターン）でスイッチング素子の制御が行われなければ、回転機２０が過渡応答していたり、回転機２０に予期せぬ変化が生じる等が発生したことを意味する。この場合は、上述したステップＳ５１の判定結果にかかわらず、一時的に初期状態に戻す。すなわち、図３のステップＳ１０に戻ってスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフし、駆動制御処理および同期制御処理を実行しなおす。あるいは、異常が生じた相の上下アームをオフして続行する。

上述した実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。

制御部１７は、上下アームのうち一方のアーム（例えばスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３）をオフした後、Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+（第一しきい値）を上回ってからしきい値電圧Ｖ_TH+（第二しきい値）を下回るまでの電流還流期間（例えば電流還流期間Ｔ_RU）の長さが所定長となるように、一方のアームをオフする制御を行う構成とした（図４，図５，図６を参照）。相電圧の対象はＵ相電圧Ｖｕに限らず、Ｖ相電圧ＶｖやＷ相電圧Ｖｗについても同様である。一方のアームは、周期のタイミングに応じて、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３が該当したり、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６が該当したりする。この構成によれば、電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDの長さが所定長（すなわち第一所定長や第二所定長）で維持される。すなわち電流が還流する期間を一定に維持するので、その後に行う他方のアーム（例えばスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６）を制御するタイミングが従来よりも正確に行える。したがって、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。

制御部１７は、Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH3a（第三しきい値）に達した（上回った）後、しきい値電圧Ｖ_TH4+（第四しきい値）に達すると、スイッチング素子Ｑ１（上アーム）をオンする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２３，Ｓ２４および図７を参照）。同様に、Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH3b（第三しきい値）に達した（下回った）後、しきい値電圧Ｖ_TH4-（第四しきい値）に達すると、スイッチング素子Ｑ４（下アーム）をオンする制御を行う構成とした（図５のステップＳ４０，Ｓ４１および図７を参照）。相電圧の対象はＵ相電圧Ｖｕに限らず、Ｖ相電圧ＶｖやＷ相電圧Ｖｗについても同様である。この構成によれば、回転位置Ｐや電流等によらずにアームをオンする制御が行えるので、回転位置Ｐや電流等を検出するためのセンサが不要となる。したがって、コストを抑えながらも、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。

制御部１７は、Ｕ相電流Ｉｕが第五しきい値（すなわちしきい値電流Ｉ_TH+，Ｉ_TH-）に達すると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（アーム）をオンする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２４および図５のステップＳ４１を参照）。相電流の対象はＵ相電流Ｉｕに限らず、Ｖ相電流ＩｖやＷ相電流Ｉｗについても同様である。もし、相電流がしきい値電流Ｉ_TH+，Ｉ_TH-に達してもなおアームをオンする制御を行わなければ、整流損失が増大し、電源Ｅから巻線への電流の逆流が生じる可能性が高まるためである。しかし、この構成によれば、従来よりも確実に整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。

制御部１７は、回転機２０の回転位置Ｐが所定位置に達すると、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（アーム）をオンする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２４および図５のステップＳ４１を参照）。もし、回転機２０の回転位置Ｐが所定位置に達してもなおアームをオンする制御を行わなければ、整流損失が増大し、電源Ｅから巻線への電流の逆流が生じる可能性が高まるためである。この構成によれば、従来よりも確実に整流損失を抑制でき、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。

制御部１７は、位置センサ１５からの入力値に基づいて、上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２７および図５のステップＳ４６を参照）。もし予期せぬ変化（例えば回転機２０の回転速度が急に変化する等）が起きた場合には、一定の電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDを確保できなくなる場合がある。しかし、この構成によれば回転機２０の回転体が一定の位置に達すると一方のアームをオフする制御を行うので、一定の電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDを確保できる。したがって、回転機２０の回転状態等にかかわらず、従来よりも確実に整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。

制御部１７は、電流センサ１４からの入力値に基づいて、上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２７および図５のステップＳ４６を参照）。もし予期せぬ変化（例えば回転機２０の回転速度が急に変化する等）が起きた場合には、一定の電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDを確保できなくなる場合がある。しかし、この構成によれば回転機２０の相電流が一定の電流値に達すると一方のアームをオフする制御を行うので、一定の電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDを確保できる。したがって、回転機２０の回転状態等にかかわらず、従来よりも確実に整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。

自相または他相のアームをオンするオンタイミングからの第１遅延期間に基づいて、上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２７および図５のステップＳ４６を参照）。もし予期せぬ変化（例えば回転機２０の回転速度が急に変化する等）が起きた場合には、一定の電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDを確保できなくなる場合がある。しかし、この構成によれば自相または他相のアームをオンするオンタイミングから一定期間を経過すると一方のアームをオフする制御を行うので、一定の電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDを確保できる。したがって、回転位置Ｐや電流等を検出するためのセンサが不要となるので、コストを抑えながらも、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。

制御部１７は、自相に設定された電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDに基づいて、上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２７および図５のステップＳ４６を参照）。この構成によれば、回転位置Ｐや電流等によらず、自相に設定された電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDに基づいてアームを制御するので、回転位置Ｐや電流等を検出するためのセンサが不要となる。したがって、コストを抑えながらも、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。

制御部１７は、他相に設定された電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDに基づいて、上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２７および図５のステップＳ４６を参照）。この構成によれば、回転位置Ｐや電流等によらず、他相に設定された電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDに基づいて自相の上下アームのうち一方のアームを制御するので、回転位置Ｐや電流等を検出するためのセンサが不要となる。したがって、コストを抑えながらも、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。また、自相に周期的な乱れが生じても他相を基準にしてアームを制御できるので、誤差を少なくして応答性を向上させることができる。

制御部１７は、他相のアームをオフするオフタイミングからの第２遅延期間を経過した後に自相のアームをオフする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２７および図５のステップＳ４６を参照）。この構成によれば、回転位置Ｐや電流等によらず、他相のアームをオフするオフタイミングからの第２遅延期間を経過した後に自相のアームをオフする制御を行うので、回転位置Ｐや電流等を検出するためのセンサが不要となる。したがって、コストを抑えながらも、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。また、自相に周期的な乱れが生じても他相を基準にしてアームを制御できるので、誤差を少なくして応答性を向上させることができる。

制御部１７は、回転機２０の回転数、相電流および相電圧のうち一以上に基づいて、電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDの長さを設定する構成とした（図４のステップＳ３３および図５のステップＳ５０を参照）。この構成によれば、第一しきい値および第二しきい値に基づいて設定する電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDにかかわらず、回転機２０の回転数、相電流および相電圧のうち一以上に基づいて電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDの長さを設定する。この設定を行うことよって電流を還流させる期間を確実に確保できるので、従来よりも整流損失を抑制でき、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止でき、ひいては信頼性を向上させることができる。

制御部１７は、回転機２０の回転数、相電流および相電圧のうち一以上が許容範囲外になると、無期間または所定期間の経過後にアームをオフする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２７，Ｓ２９および図５のステップＳ４４，Ｓ４６を参照）。この構成によれば、予期せぬ変化（例えば回転機２０の回転速度が急に変化する等）が起きて回転機２０の回転数、相電流および相電圧のうち一以上が許容範囲外になるとアームをオフする制御を行うので、一定の電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDを確保できる。したがって、従来よりも確実に整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止できる。

制御部１７は、上下アームのうち一方のアームをオフすることに伴って還流する還流電流Ｉｒの電流値が基準電流値に達すると、上下アームのうち他方のアームをオンする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２４，Ｓ２５および図５のステップＳ４１，Ｓ４２を参照）。この構成によれば、還流電流Ｉｒの電流値が基準電流値に達すると他方のアームをオンする制御を行って、一方のアームに必要以上の電流が流れるのを防止する。こうしてアームに必要以上の還流電流Ｉｒが流れて制御不能に陥るのを回避して、信頼性を向上させることができる。

制御部１７は、各アームの制御時に各相の相電圧を検出し、検出した各相の相電圧が所定印加状態以外の印加状態のときは全アームの一部または全部をオフする制御を行う構成とした（図５のステップＳ５１および表１を参照）。この構成によれば、全アームの一部または全部をオフする制御を行って一時的に初期化する。こうして各アームに印加される相電圧によって当該アームが制御不能に陥るのを回避して、信頼性を向上させることができる。

制御部１７は、アームを制御するタイミングのパターンを検出し、検出したパターンが所定パターン以外のパターンのときは全アームの一部または全部をオフする制御を行う構成とした（図５のステップＳ５２および図８を参照）。この構成によれば、異常が発生すると、全アームの一部または全部をオフする制御を行って一時的に初期化する。こうして制御パターンの乱れによってアームが制御不能に陥るのを回避して、信頼性を向上させることができる。

制御部１７は、電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDが設定されていない場合は、電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDに基づくタイミングよりも早いタイミングでアームをオフする制御を行う構成とした（図４のステップＳ２９および図５のステップＳ４６を参照）。この構成によれば、例えば式１，式２で示す次回の期間しきい値Ｔ_THU，Ｔ_THDを短くする等して、Ｕ相電圧Ｖｕ（相電圧）がしきい値電圧Ｖ_TH+（第一しきい値）に達する電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDの始期（すなわち図６に示す時刻ｔ３，ｔ６）よりも前にスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４（アーム）をオフする。この制御によって、少なくとも電流還流期間Ｔ_RU，Ｔ_RDよりも長い期間を確保することができるので、還流する電流を流すための期間を確実に確保できる。したがって、従来よりも整流損失を抑制することができ、電源Ｅから巻線への電流の逆流を防止でき、ひいては信頼性を向上させることができる。

制御部１７は、各アームの制御時に発電電流がしきい値（所定値）以下のときは（図３のステップＳ１２でＮＯ）、アームをオンする制御を行わない（図３のステップＳ１３を参照）。本形態では発電電流を検出したが、各アームの制御時に各相の電圧および電流のうちで一方または双方を検出し、その検出値がしきい値（所定値）以下のときはアームをオンする制御を行わないように構成することもできる。この構成によれば、各相の相電流が小さいために回転機の制御が不安定になる可能性がある場合に、アームをオンする制御を行わないことで回転機の制御が不安定な状態に陥るのを防止できる。

〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。

上述した実施の形態では、電流センサ１４からの信号に基づいて相電流（例えばＵ相電流Ｉｕ等）を求めた（図３のステップＳ１１を参照）。この形態に代えて、他の検出値（例えば回転位置Ｐや回転数、界磁電流Ｉｆ等）に基づいて、相電流を推定してもよい。この場合には、整流素子Ｄ１，Ｄ４によって整流する相電圧（例えばＵ相電圧Ｖｕ）の波形がほぼ台形状なる電流に設定するのが望ましい。相電流を推定した場合でも初動電流値Ｉｓを上回れば、回転機２０の各巻線に相電圧が印加され始めたことを検出できる。よって、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、電気角を特定するために条件Ｃ３では、Ｕ相電圧Ｖｕがしきい値電圧Ｖ_TH+を下回ることを条件とした（図４のステップＳ２１を参照）。当該ステップＳ２１は他の条件で判別してもよい。当該他の条件は任意に設定するこが可能であり、以下に条件例を挙げる。例えば、電流センサ１４で検出する相電流（例えばＵ相電流Ｉｕ）が所定電流値に達することが該当する。位置センサ１５で検出する回転機２０の回転位置Ｐが所定位置になることが該当する。いずれか一の条件のみを適用してもよく、複数の条件を組み合わせて適用してもよい。他の条件を適用した場合でも電気角を特定できるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、界磁制御部１２はスイッチング素子Ｑ７および整流素子Ｄ７によって構成した（図１を参照）。この形態に代えて、オルタネータのレギュレータ回路を適用してもよい。この場合でも界磁電流Ｉｆを制御できるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、電流センサ１１，１３，１４にはホール素子等で検出する磁気型のセンサを用いた（図１を参照）。この形態に代えて、各電流が検出可能な他の電流センサを用いてもよい。他の電流センサとしては、例えば電磁誘導型センサ，ファラデー効果型センサなどが該当する。電磁誘導型センサは、電流母線の周囲に環状のコアやコイルを配置し、相電流の通電で生じる誘導起電力により検出する。ファラデー効果型センサは、磁界方向に沿って配置された光ファイバに対して直線偏光が入射したとき、偏波の方位が磁界の強度に比例して回転する回転角を計測することで磁界強度（すなわち電流）を検出する。いずれの電流センサにせよ、各電流を検出して制御部１７に伝達するので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、位置センサ１５にはレゾルバを用いた（図１を参照）。この形態に代えて、回転機２０の回転体の位置を検出可能な他の位置センサを用いてもよい。他の位置センサとしては、例えばロータリエンコーダ（光電検出器）やコイル等が該当する。前者のロータリエンコーダは、例えば回転体にスリットを設けた円板を設けた場合に対応する。発光体が発した光を受光体で受光するか否かに基づいて信号（アナログ信号またはデジタル信号）を制御部１７に伝達する。後者のコイルは、回転体の外周面に一定間隔で磁気突極で設けた場合に対応する。すなわち、コイルの近傍を磁気突極が通過するのに伴って起電力を発生させ、当該起電力に基づく信号（アナログ信号またはデジタル信号）を制御部１７に伝達する。いずれの他の位置センサにせよ、回転機２０の回転体の位置を検出して制御部１７に伝達できるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、回転機２０の相数に対応して、スイッチング部１８には三相のインバータ回路を適用した（図１を参照）。この形態に代えて、上下アームを有する三相以外の相数（単相，二相，四相以上の多相）のインバータ回路を適用してもよい。すなわち回転機２０の相数に対応するインバータ回路に本発明を適用できる。単に相数の違いであるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

例えば、上述した実施の形態に代えて、図９に示す車両用発電機の構成例に本発明を適用してもよい。図９に示すように、本実施形態の車両用発電機３１は、２つの固定子巻線３２、３３、界磁巻線３４、２つの整流器モジュール群３５、３６、発電制御装置３７などを含んで構成されている。２つの整流器モジュール群３５、３６がスイッチング部に対応する。

一方の固定子巻線３２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３３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３２に対して所定角度（例えば電気角で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３２、３３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３４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３２、３３が交流電圧を発生する。

一方の整流器モジュール群３５は、一方の固定子巻線３２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３２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３５は、固定子巻線３２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３５Ｘ、３５Ｙ、３５Ｚを備えている。整流器モジュール３５Ｘは、固定子巻線３２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３５Ｙは、固定子巻線３２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３５Ｚは、固定子巻線３２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３６は、他方の固定子巻線３３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３３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３６は、固定子巻線３３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３６Ｕ、３６Ｖ、３６Ｗを備えている。整流器モジュール３６Ｕは、固定子巻線３３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３６Ｖは、固定子巻線３３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３６Ｗは、固定子巻線３３に含まれるＷ相巻線に接続されている。

発電制御装置３７は、界磁巻線３４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を制御することにより車両用発電機３１の発電電圧（各整流器モジュールの出力電圧）を制御する。また、発電制御装置３７は、通信端子や通信線等を介してＥＣＵ３８（外部制御装置）と通信可能に接続されており、有線／無線を問わない。この発電制御装置３７は、ＥＣＵ３８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３１はこのような構成を有しており、次に、整流器モジュール３５Ｘ等の詳細について説明する。

図１０は、整流器モジュール３５Ｘの構成例を示す図である。なお、他の整流器モジュール３５Ｙ、３５Ｚ、３６Ｕ、３６Ｖ、３６Ｗも同じ構成を有している。図１０に示すように、整流器モジュール３５Ｘ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（Ｓ）が固定子巻線３２のＸ相巻線に接続され、ドレイン（Ｄ）が充電線４２を介して電気負荷４０やバッテリ３９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３９の負極端子（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。これらのＭＯＳトランジスタ５０、５１のゲート（Ｇ）は、対応する制御回路５４の所定端子（Ｇ１、Ｇ２）に接続され、制御回路５４から出力される制御信号（ゲート信号）に従ってオン／オフが制御される。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのソース・ドレイン間には還流用の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構成してもよい。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（例えばＭＯＳトランジスタを除くＪＦＥＴやＭＥＳＦＥＴ等のＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタなど）を用いて構成するようにしてもよい。

ここで、整流器モジュール３５Ｘを構成する２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１により上下アームモジュールが構成される。また、整流器モジュール３５Ｘと同一の構成を有する上下アームモジュールにより各相ごとに整流器モジュール３５Ｙ、３５Ｚ、３６Ｕ、３６Ｖ、３６Ｗが配置されている。このように、各相ごとに同一の上下アームモジュールを用いることで、回転機用電力変換装置（電力変換装置１０）の相数が変わっても容易に上下アームモジュールの増減を行って対応することができる構成を提供できる。

１０ 電力変換装置（回転機用電力変換装置）
１１，１３，１４ 電流センサ
１２ 界磁制御部
１５ 位置センサ
１６ 駆動部
１７ 制御部
１８ 変換部
２０ 回転機
３１ 車両用発電機
３２，３３ 固定子巻線
３４ 界磁巻線
３５，３６ 整流器モジュール群
３５Ｘ，３５Ｙ，３５Ｚ 整流器モジュール
３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ 整流器モジュール
３７ 発電制御装置
３８ ＥＣＵ（外部制御装置）
５０，５１ ＭＯＳトランジスタ（スイッチング素子）
５４ 制御回路
Ｅ 電源
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７ 整流素子
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７ スイッチング素子

Claims (16)

1. 回転機の巻線と電源との間に介在されるスイッチング部と、前記スイッチング部を上下アームで構成される各スイッチング素子を制御する制御部とを備える回転機用電力変換装置において、
   前記制御部は、
   プラス側とマイナス側が繰り返される繰り返し周期における同一極性側の半周期内に、前記上下アームのうち一方のアームのオン状態を継続するオン継続期間が今回の期間しきい値以上になってオフした後、
   前記巻線の誘起電圧である相電圧が第一しきい値に達してから第二しきい値に達するまでの電流還流期間の長さが所定長となるように、実際に前記第一しきい値に達してから前記第二しきい値に達するまでの期間であって自相に設定された前記電流還流期間に基づいて次回の期間しきい値を求めて設定し、
   前記次回の期間しきい値に基づいて、次回の前記一方のアームをオフするフィードバック制御を行うことを特徴とする回転機用電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記相電圧が第三しきい値に達した後、第四しきい値に達すると前記上下アームのうち一方のアームをオンする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の回転機用電力変換装置。
3. 前記制御部は、相電流が第五しきい値に達すると、前記上下アームのうち一方のアームをオンする制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の回転機用電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記回転機の回転位置が所定位置に達すると、前記上下アームのうち一方のアームをオンする制御を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
5. 前記制御部は、位置センサからの入力値に基づいて、前記上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行うことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
6. 前記制御部は、電流センサからの入力値に基づいて、前記上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行うことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
7. 前記制御部は、自相または他相のアームをオンするオンタイミングからの第１遅延期間に基づいて、前記上下アームのうち一方のアームをオフする制御を行うことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
8. 前記制御部は、前記回転機が発電機として機能するときは、電流がしきい値電流以上になると前記上下アームのうち一方のアームをオンする制御を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
9. 前記制御部は、前記回転機の回転数、相電流および相電圧のうち一以上に基づいて、前記電流還流期間の長さを設定することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
10. 前記制御部は、前記回転機の回転数、相電流および相電圧のうち一以上が許容範囲外になると、無期間または所定期間の経過後にアームをオフする制御を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
11. 前記制御部は、前記上下アームのうち一方のアームをオフすることに伴って還流する電流の電流値が基準電流値に達すると、前記上下アームのうち他方のアームをオンする制御を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
12. 前記制御部は、各アームの制御時に各相の相電圧を検出し、検出した前記各相の相電圧が所定印加状態以外の印加状態のときは全アームの一部または全部をオフする制御を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
13. 前記制御部は、アームを制御するタイミングのパターンを検出し、検出したパターンが所定パターン以外のパターンのときは全アームの一部または全部をオフする制御を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
14. 前記制御部は、前記電流還流期間が設定されていない場合は、前記電流還流期間に基づくタイミングよりも早いタイミングでアームをオフする制御を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
15. 前記制御部は、各アームの制御時に各相の電圧および電流のうちで一方または双方を検出し、その検出値が所定値以下のときはアームをオンする制御を行わないことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。
16. 各相ごとに同一の構成を有する上下アームモジュールを有することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の回転機用電力変換装置。

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