JP5857624B2 - 回転機の制御装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる回転機の制御装置を自動2輪車に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図5に、本実施形態にかかる発電処理の手順を示す。この処理は、制御装置56によってたとえば所定周期で繰り返し実行される。
図6に、本実施形態にかかる始動アシスト処理の手順を示す。この処理は、制御装置56によってたとえば所定周期で繰り返し実行される。
上記始動アシスト処理が終了することで発電処理に移行させるべくリレー48を切り替える際、リレー48を流れる電流が大きい場合、切り替えによって溶着が生じたり、サージ電圧が大きくなったりするおそれがある。そこで、本実施形態では、リレー48を流れる電流量が規定値以下となることを条件に、リレー48を切り替える。ここでの規定値は、上記問題を回避することのできる電流量の上限値以下に設定される。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
上記第1の実施形態では、第1極小値となるタイミングを基準にリレー48の切替タイミングを定めたが、第2極小値となるタイミングを基準にしてもよい。同様に、中性点電流の極小値の一周期の間に生じる充電電圧Vcの一対の極大値のうち大きい方となるタイミングや小さい方となるタイミングを基準としてもよい。
バッテリ46の正極端子とインバータINVの正極側の入力端子との接続状態(第2接続状態)と、バッテリ46の正極端子と中性点Nとの接続状態(第1接続状態)との一対の状態のいずれかを必ず取るものに限らない。たとえばいずれの接続状態ともならない第3の状態を継続できる構成であってもよい。この場合、第1接続状態を解除した後、第2接続状態とするに先立ち、コンデンサ42の電圧値が規定の電圧となるタイミングまで待機することなどが可能である。
上記第1の実施形態では、始動アシスト処理の実行期間を時間にて定めたが、エンジン10の回転速度NEにて定めてもよい。この場合、回転速度NEの閾値を高くするほど実行期間が長くなる。
バッテリ46の正極および負極の双方をインバータINVの入力端子に接続して且つ120°通電処理や180°通電処理(PWM処理による電流制限を含む)によって始動発電機40を駆動するものに限らない。たとえば、120°通電処理(PWM処理による電流制限を含む)を採用するものの、180°通電処理(PWM処理による電流制限を含む)についてはこれを採用しないものであってもよい。またたとえば、180°通電処理(PWM処理による電流制限を含む)を採用するものの、120°通電処理(PWM処理による電流制限を含む)についてはこれを採用しないものであってもよい。さらにたとえば、バッテリ46を始動発電機40の中性点に接続したとしても、昇圧処理のためのDutyの値によっては、昇圧によるトルクの増大効果よりもPWM処理によるトルクの低減効果が大きくなることに鑑み、Duty制限によってトルクを上限値Tmax以下に制限しつつトルクアシストを実行してもよい。
上記発明では、180°通電処理(または昇圧処理)または120°通電処理(PWM処理による電流制限を含む)によって実現されるトルクに制御したが、これに限らない。たとえば正弦波制御を実行してもよい。この場合、昇圧制御としては、たとえば特開2010−28941に記載されているように、下側アームの短絡期間と上側アームの短絡期間との合計期間に対する下側アームの短絡期間の時比率によって昇圧率を制御すればよい。
昇圧制御手法としては、上記実施形態で例示したものに限らないことについては、「回転機のトルク制御について」の欄に記載したとおりである。
たとえば、バッテリ46の正極をインバータINVの正極側の入力端子に接続し、バッテリ46の負極側を中性点に接続するとともに、中性点とインバータINVの負極側の入力端子との間にコンデンサを接続してもよい。この場合、コンデンサ42を削除することができ、インバータINVの一対の入力端子間に接続される直流電圧源は、バッテリ46とコンデンサとの直列接続体となり、昇圧制御によってコンデンサの充電電圧を増大させることで直流電圧源の電圧を昇圧する。なお、この場合、上側アームのスイッチング素子S¥pのオンとすべき期間において昇圧のためのPWM処理を実行する。
単気筒内燃機関に限らず、たとえば2気筒等、複数気筒を有するものであってもよい。この場合、始動時に要求されるトルクがさらに大きくなりうるが、この場合であっても、始動発電機40の体格を発電性能によって要求される必要最小限の大きさを極力越えないものとしつつも始動処理を実現可能とするうえでは、上記実施形態の要領で昇圧電圧を利用することが有効である。ちなみに、この論理は、内燃機関を筒内噴射式のガソリン機関や圧縮着火式内燃機関(ディーゼル機関等)に変更することに対しても成立する。
上記実施形態では、停止状態から圧縮乗り越えを行なう場合に要するトルクが上限値Tmaxよりも大きいものを採用したが、これに限らず、小さいものであってもよい。また、昇圧を行わない場合に生成可能なトルクがゼロとなる回転速度の最低値が目標回転速度Niよりも小さいものを採用したに限らず、たとえば目標回転速度Niよりも大きいものであってもよい。この場合であっても、発電機のみの要求に応じたものから体格の大型化等を極力抑制しつつ始動性の向上や燃料消費率の低下等を図る上では、昇圧処理を行なうことは有効である。
回転速度比1に限らない。ちなみに、クランク軸40の回転速度に対して回転子の回転速度の方が高くなる設定とするなら、回転機の極対数を低減しても、始動アシスト処理等を的確に行なうことが容易となる。
上記実施形態では、始動発電機40に流せる電流(連続定格電流)のために、上限値Tmax以上のトルクを生成できないとしたが、これに限らない。たとえば、上限値Tmaxに対応する電流(連続定格電流)を超えることで、インバータINVを構成するスイッチング素子S¥#が発熱限界に達し信頼性の低下が懸念されることから、上限値Tmax以下に制御する仕様であってもよい。ここでは、インバータINVの連続定格電流が発電時に要求される電流を極力超えないように設定されることが、インバータINVの小型化の観点から望ましい。
先の図1に例示したものに限らず、たとえば上側アームのスイッチング素子S¥pをPチャネルMOS電界効果トランジスタとしてもよい。また、スイッチング素子S¥#としては、電界効果トランジスタに限らず、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等であってもよい。
自動2輪車に限らず、たとえば後輪が2つある自動3輪車等であってもよい。こうした場合であっても、バッテリ46の充電用の回転機を内燃機関の始動等において電動機として併用する用途等において、充電用のものに対する要求以上の要求を極力回避するうえでは、本発明の適用が有効である。
始動発電機40とインバータINVとの間を開閉する開閉手段を備えてもよい。この場合、発電を行わないときには開閉手段を開状態とすることで、始動発電機40からクランク軸30に加えられる負荷トルクを、機械的な要因によるものを除き、ゼロとすることができる。しかしこの場合であっても、始動アシスト処理等において燃焼制御を遅らせることは燃料消費率の大きい領域で燃焼制御がなされることを極力抑制することができるため、燃料消費量を低減するうえで有効ではある。
Claims (6)
- 回転機を制御対象とする回転機の制御装置において、
前記回転機は、固定子巻線同士が中性点で接続されたものであり、
前記回転機には、該回転機の各固定子巻線とコンデンサを備える直流電圧源の正極および負極のそれぞれとの間を開閉するスイッチング素子を備える直流交流変換回路が接続され、
前記直流交流変換回路の一対の入力端子のいずれかおよび前記中性点と車載バッテリの一対の端子とを接続する第1接続状態と、前記直流交流変換回路の一対の入力端子と前記車載バッテリの一対の端子とを接続する第2接続状態とを切り替える切替手段と、を備え、
前記回転機は、車載主機としての内燃機関のクランク軸に機械的に連結され、
前記第2接続状態において前記クランク軸の回転エネルギが前記回転機によって電気エネルギに変換されて車載バッテリに充電され、
前記第1接続状態において前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子の操作によって前記直流電圧源の電圧を前記車載バッテリの電圧に対して昇圧する昇圧制御手段と、
前記昇圧制御手段によって前記直流電圧源の電圧が前記車載バッテリの電圧よりも高くなっている状態で前記直流交流変換回路を構成する前記スイッチング素子を操作することで、前記回転機を電動機として利用して前記クランク軸にトルクを付与するトルク付与手段とを備えることを特徴とする回転機の制御装置。 - 前記トルク付与手段によるトルクを付与する処理から前記クランク軸の回転エネルギを電気エネルギに変換して車載バッテリに充電する処理へと移行するに際し、前記中性点と前記車載バッテリとの間を流れる電流量が規定値以下となることを条件に、前記第1接続状態を解除する接続制御手段を備えることを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。
- 前記昇圧制御手段は、前記直流交流変換回路を構成するスイッチング素子のうち前記直流電圧源の正極側に接続されるものおよび負極側に接続されるもののそれぞれについてのオン状態となりうる期間であるベースオン期間が、前記固定子巻線のそれぞれで互いに等しい長さとされて且つ、前記固定子巻線毎に各別の位相に設定されるに際し、正極側に接続されるスイッチング素子および前記負極側に接続されるスイッチング素子のいずれかを前記ベースオン期間において周期的にオンオフ操作するものであることを特徴とする請求項1または2記載の回転機の制御装置。
- 前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときであって且つ、前記正極側に接続されるスイッチング素子または前記負極側に接続されるスイッチング素子について、前記ベースオン期間内におけるオンオフ操作以外のスイッチング状態の切替タイミングに対して規定時間経過後に前記第1接続状態を解除することを特徴とする請求項3記載の回転機の制御装置。
- 前記接続制御手段は、前記昇圧制御手段による制御がなされているときにおいて、前記直流電圧源の電圧の検出値を入力とし、該検出値が極値となるタイミングに対して規定時間経過後に前記第1接続状態を解除することを特徴とする請求項3記載の回転機の制御装置。
- 前記クランク軸の回転速度をアイドリング時の目標値に制御するアイドル回転速度制御手段を備え、
前記直流交流変換回路の入力電圧を前記車載バッテリの端子電圧とする場合に生成可能な前記回転機のトルクが、前記クランク軸の回転速度をゼロから前記目標値まで上昇させるのに要するトルクよりも小さいことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
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