JP6091571B1 - 回転電機、及び回転電機の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
電機子巻線を有する固定子部と界磁巻線を有する回転子部とを備えた回転機部と、
複数の電力変換素子を備え、前記複数の電力変換素子のスイッチング動作により前記回転機部と電源装置との間の電力変換を行う電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御部と、
を備え、
前記回転機部を電動機モードと発電機モードとの何れにも動作させ得るようにした回転電機であって、
前記制御部は、
演算部と、
前記演算部からの指令に基づいて、所定の矩形波通電制御信号を発生する矩形波通電信号発生回路と、
前記演算部からの指令に基づいて、所定のデューティ比を有する電機子デューティ制御信号を発生し得る電機子デューティ信号発生回路と、
前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理演算に基づいて、前記電力変換素子を駆動する電力変換素子駆動信号を発生する信号処理部と、
を備え、
前記電機子デューティ制御信号は、前記矩形波通電制御信号の周波数より高い周波数を有し、
前記電力変換部は、
前記回転機部が前記電動機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、又は前記回転機部が前記発電機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、前記電力変換素子駆動信号により前記複数の電力変換素子が駆動されることにより、矩形波を前記電機子巻線に通電させる矩形波通電制御と前記所定のデューティ比で前記電機子巻線に通電させるデューティ通電制御とを合成した電力変換制御を行なうように構成されると共に、 夫々前記電力変換素子を備え互いに直列接続された正極側スイッチングアームと負極側スイッチングアームとを備え、
前記電力変換素子駆動信号は、前記正極側スイッチングアームに設けられた前記電力変換素子を駆動する正極側スイッチングアーム駆動信号と、前記負極側スイッチングアームに設けられた前記電力変換素子を駆動する負極側スイッチングアーム駆動信号とを含み、
前記正極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理積演算に基づいて前記信号処理部により生成され、
前記負極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号を反転させた反転信号との論理和演算に基づいて前記信号処理部により生成される、
ことを特徴とする。
電機子巻線を有する固定子部と界磁巻線を有する回転子部とを備えた回転機部と、 夫々電力変換素子を有し互に直列接続された正極側スイッチングアームと負極側スイッチングアームとを備え、前記夫々の電力変換素子のスイッチング動作により前記回転機部と電源装置との間の電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部とを備え、前記回転機部を電動機モードと発電機モードとの何れにも動作させ得るようにした回転電機の制御方法であって、
前記制御部は、
演算部と、前記演算部からの指令に基づいて、所定の矩形波通電制御信号を発生する矩形波通電信号発生回路と、前記演算部からの指令に基づいて、所定のデューティ比を有する電機子デューティ制御信号を発生し得る電機子デューティ信号発生回路と、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理演算に基づいて、前記電力変換素子を駆動する電力変換素子駆動信号を発生する信号処理部とを備え、制御指令に基づいて、所定の矩形波通電制御信号と、前記矩形波通電制御信号の周波数より高い周波数を有し且つ所定のデューティ比を有する電機子デューティ制御信号とを発生し、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理演算に基づいて、前記電力変換素子を駆動する電力変換素子駆動信号を発生し、前記回転機部が前記電動機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、又は前記回転機部が前記発電機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、前記電力変換素子駆動信号により前記複数の電力変換素子を駆動することにより、矩形波を前記電機子巻線に通電させる矩形波通電制御と前記所定のデューティ比で前記電機子巻線に通電させるデューティ通電制御とを合成した電力変換制御を行ない、
前記信号処理部は、前記電力変換素子駆動信号として前記正極側スイッチングアームを駆動する正極側スイッチングアーム駆動信号と、前記負極側スイッチングアームを駆動する負極側スイッチングアーム駆動信号とを発生し、
前記正極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理積演算に基づいて生成され、
前記負極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号を反転させた反転信号との論理和演算に基づいて生成される、
ことを特徴とする。
図1は、この発明の実施の形態1による回転電機を搭載した車両の電源系の一例を示すブロック図である。図1に於いて、電動発電機としての回転電機1は、回転子部及び固定子部を含む回転機部2と、逆変換器(以下、インバータと称する)若しくは順変換器(以下、コンバータと称する)として動作する電力変換部3と、例えばエンジン制御ユニット(ECU:Engine Control Unit)からなる上位制御装置103からの制御指令Cを受けて、電力変換部3を制御する制御部4とから構成されている。回転機部2の回転子軸(図示せず)は、ベルト等からなる動力伝達部7により、エンジン5のクランクシャフト6に機械的に接続されている。回転電機1は、車載電気負荷101、及びバッテリ等の車載電源装置102に電気的に接続されている。
夫々の矩形波通電制御信号U_H、U_L、V_H、V_L、W_H、及びW_L、と同一の波形を有する信号となる。
先ず、電動機モードでの回転電機の動作、及びその制御方法について説明する。ここでは、回転電機を電動機モードで動作させてエンジン5を始動させ、若しくは回転電機を低速回転時に電動機モードで動作させる場合であって、特に、車載電源装置102の出力電圧が高電圧であり、回転電機1が低インピーダンスである場合について述べる。回転電機1を電動機モードで動作させてエンジン5を始動させるための制御指令C、若しくは回転電機1を低速回転時に電動機モードで動作させるための制御指令C、が上位制御装置103から制御部4の演算部41に与えられると、演算部41は、前述したように制御指令Cに含まれるトルク指令と、回転検出信号Sと、端子電圧検出信号Vと、界磁電流検出信号Iとに基づいて、界磁電流デューティ制御指令421を演算して界磁電流デューティ信号発生回路42に与える。
180度の間で「H」レベルと「L」が所定の周期で交互に繰り返され、電気角180度から360度の間では「L」レベルが継続される。図6Aの(a)、(b)(c)の波形は電気角1周期分を示している。
次に、回転電機を発電機モードで動作、及びその制御方法について説明する。発電機モードでの通常発電時には、エンジン5からの動力により回転子部22が回転させられ、その回転子部22の回転速度がある程度高い状態で、界磁巻線24に界磁電流が通電されて、回転子部22が発生させる磁束が固定子部21の電機子巻線23と鎖交することで、固定子巻線としての電機子巻線23に誘起電圧が発生し、その誘起電圧が車載電源装置102の出力電圧を上回る場合に、電機子電力変換部31の各相の正極側スイッチングアーム及び負極側スイッチングアームに存在する電力変換素子としてのパワースイッチング素子UP、UN、VP、VN、WP、WNを電圧位相にあわせて適宜オン/オフすることで、回転電機1で発電された交流電力が電機子電力変換部31に出力される。電機子電力変換部31は、回転電機1からの交流電力を直流電力に変換して車載電源装置102を充電すると共に、車載電気負荷101にその変換した直流電力を供給する。
(1)電機子巻線を有する固定子部と界磁巻線を有する回転子部とを備えた回転機部と、
複数の電力変換素子を備え、前記複数の電力変換素子のスイッチング動作により前記回転機部と電源装置との間の電力変換を行う電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御部と、
を備え、
前記回転機部を電動機モードと発電機モードとの何れにも動作させ得るようにした回転電機であって、
前記制御部は、
演算部と、
前記演算部からの指令に基づいて、所定の矩形波通電制御信号を発生する矩形波通電信号発生回路と、
前記演算部からの指令に基づいて、所定のデューティ比を有する電機子デューティ制御信号を発生し得る電機子デューティ信号発生回路と、
前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理演算に基づいて、前記電力変換素子を駆動する電力変換素子駆動信号を発生する信号処理部と、
を備え、
前記電機子デューティ制御信号は、前記矩形波通電制御信号の周波数より高い周波数を有し、
前記電力変換部は、
前記回転機部が前記電動機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、又は前記回転機部が前記発電機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、前記電力変換素子駆動信号により前記複数の電力変換素子が駆動されることにより、矩形波を前記電機子巻線に通電させる矩形波通電制御と前記所定のデューティ比で前記電機子巻線に通電させるデューティ通電制御とを合成した電力変換制御を行なうように構成されると共に、 夫々前記電力変換素子を備え互いに直列接続された正極側スイッチングアームと負極側スイッチングアームとを備え、
前記電力変換素子駆動信号は、前記正極側スイッチングアームに設けられた前記電力変換素子を駆動する正極側スイッチングアーム駆動信号と、前記負極側スイッチングアームに設けられた前記電力変換素子を駆動する負極側スイッチングアーム駆動信号とを含み、
前記正極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理積演算に基づいて前記信号処理部により生成され、
前記負極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号を反転させた反転信号との論理和演算に基づいて前記信号処理部により生成される、
ことを特徴とする回転電機。
この発明による回転電機によれば、電動機モード時の駆動電流を抑制しつつ、発電機モード時の発電開始回転数の引き下げが可能であり、回転電機を大型化することなく電動機モード及び発電機モードでの出力を向上させることができる。
ことを特徴とする上記(1)に記載の回転電機。
この発明による回転電機によれば、低速回転時に於いても、所望の出力を得ることができる。
前記電動機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記エンジンを始動させる運転状態である、
ことを特徴とする上記(1)に記載の回転電機。
この発明による回転電機によれば、エンジンの始動時に於いても所望の出力を得ることができる。
ことを特徴とする上記(1)に記載の回転電機。
この発明による回転電機によれば、発電時には低速回転でも発電することができる小形の回転電機を得ることができる
ことを特徴とする上記(1)に記載の回転電機。
この発明による回転電機によれば、発電時のデューティ制御信号を処理をする範囲を回転数で限定し、発電機モードでの制御のための演算を簡易化することができる。
前記回転機部の運転状態に対応して前記電機子デューティ制御信号に於ける前記デューティ比を格納したデューティマップを備え、
前記演算部は、前記デューティマップに基づいて前記電機子デューティ制御信号の前記所定のデューティ比を演算して前記電機子デューティ信号発生回路に指令するように構成されている、
ことを特徴とする上記(1)から(5)のうちの何れか一つに記載の回転電機。
この発明による回転電機によれば、演算部の処理を簡略化することができる。
ことを特徴とする上記(6)に記載の回転電機。
この発明による回転電機によれば、電動機モード時と、発電機モード時のデューティマップが個別で管理され、メモリに格納されるため、演算部の処理を簡略化することができる。
ことを特徴とする上記(1)から(8)のうちの何れか一つに記載の回転電機。
この発明による回転電機によれば、電動機モード時の駆動電流を抑制しつつ、発電機モード時の発電開始回転数の引き下げが可能であり、回転電機を大型化することなく電動機モード及び発電機モードでの出力を向上させることができる。
前記制御部は、
演算部と、前記演算部からの指令に基づいて、所定の矩形波通電制御信号を発生する矩形波通電信号発生回路と、前記演算部からの指令に基づいて、所定のデューティ比を有する電機子デューティ制御信号を発生し得る電機子デューティ信号発生回路と、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理演算に基づいて、前記電力変換素子を駆動する電力変換素子駆動信号を発生する信号処理部とを備え、制御指令に基づいて、所定の矩形波通電制御信号と、前記矩形波通電制御信号の周波数より高い周波数を有し且つ所定のデューティ比を有する電機子デューティ制御信号とを発生し、
前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理演算に基づいて、前記電力変換素子を駆動する電力変換素子駆動信号を発生し、
前記回転機部が前記電動機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、又は前記回転機部が前記発電機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、前記電力変換素子駆動信号により前記複数の電力変換素子を駆動することにより、矩形波を前記電機子巻線に通電させる矩形波通電制御と前記所定のデューティ比で前記電機子巻線に通電させるデューティ通電制御とを合成した電力変換制御を行ない、
前記信号処理部は、前記電力変換素子駆動信号として前記正極側スイッチングアームを駆動する正極側スイッチングアーム駆動信号と、前記負極側スイッチングアームを駆動する負極側スイッチングアーム駆動信号とを発生し、
前記正極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理積演算に基づいて生成され、
前記負極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号を反転させた反転信号との論理和演算に基づいて生成される、
ことを特徴とする回転電機の制御方法。
この発明による回転電機の制御方法によれば、電動機モード時の駆動電流を抑制しつつ、発電機モード時の発電開始回転数の引き下げが可能であり、回転電機を大型化することなく電動機モード及び発電機モードでの出力を向上させることができる。
ことを特徴とする上記(9)に記載の回転電機の制御方法。
この発明による回転電機の制御方法によれば、低速回転時に於いても、所望の出力を得ることができる。
前記電動機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記エンジンを始動させる運転状態である、
ことを特徴とする上記(9)に記載の回転電機の制御方法。
この発明による回転電機の制御方法によれば、エンジンの始動時に於いても所望の出力を得ることができる。
ことを特徴とする上記(9)に記載の回転電機の制御方法。
この発明による回転電機の制御方法によれば、発電時には低速回転でも発電することができる小形の回転電機を得ることができる。
ことを特徴とする上記(9)に記載の回転電機の制御方法。
この発明による回転電機の制御方法によれば、発電時のデューティ制御信号を処理をする範囲を回転数で限定し、発電機モードでの制御のための演算を簡易化することができる。
ことを特徴とする上記(9)から(13)のうちの何れか一つに記載の回転電機の制御方法。
この発明による回転電機の制御方法によれば、電動機モード時の駆動電流を抑制しつつ、発電機モード時の発電開始回転数の引き下げが可能であり、回転電機を大型化することなく電動機モード及び発電機モードでの出力を向上させることができる。
Claims (14)
- 電機子巻線を有する固定子部と界磁巻線を有する回転子部とを備えた回転機部と、
複数の電力変換素子を備え、前記複数の電力変換素子のスイッチング動作により前記回転機部と電源装置との間の電力変換を行う電力変換部と、
前記電力変換部を制御する制御部と、
を備え、
前記回転機部を電動機モードと発電機モードとの何れにも動作させ得るようにした回転電機であって、
前記制御部は、
演算部と、
前記演算部からの指令に基づいて、所定の矩形波通電制御信号を発生する矩形波通電信号発生回路と、
前記演算部からの指令に基づいて、所定のデューティ比を有する電機子デューティ制御信号を発生し得る電機子デューティ信号発生回路と、
前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理演算に基づいて、前記電力変換素子を駆動する電力変換素子駆動信号を発生する信号処理部と、
を備え、
前記電機子デューティ制御信号は、前記矩形波通電制御信号の周波数より高い周波数を有し、
前記電力変換部は、
前記回転機部が前記電動機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、又は前記回転機部が前記発電機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、前記電力変換素子駆動信号により前記複数の電力変換素子が駆動されることにより、矩形波を前記電機子巻線に通電させる矩形波通電制御と前記所定のデューティ比で前記電機子巻線に通電させるデューティ通電制御とを合成した電力変換制御を行なうように構成されると共に、 夫々前記電力変換素子を備え互いに直列接続された正極側スイッチングアームと負極側スイッチングアームとを備え、
前記電力変換素子駆動信号は、前記正極側スイッチングアームに設けられた前記電力変換素子を駆動する正極側スイッチングアーム駆動信号と、前記負極側スイッチングアームに設けられた前記電力変換素子を駆動する負極側スイッチングアーム駆動信号とを含み、 前記正極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理積演算に基づいて前記信号処理部により生成され、
前記負極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号を反転させた反転信号との論理和演算に基づいて前記信号処理部により生成される、
ことを特徴とする回転電機。 - 前記電動機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記回転機部の回転速度若しくは回転数が、所定の値以下であるときの運転状態である、
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 - 前記回転機部の回転子部は、車両に搭載されたエンジンのクランク軸に連結されており、
前記電動機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記エンジンを始動させる運転状態である、
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 - 前記発電機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記回転機部の回転速度若しくは回転数が、所定の値以下であるときの運転状態である、
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 - 前記発電機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記回転機部の回転速度若しくは回転数が、所定の範囲にある運転状態である、
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 - 前記制御部の少なくとも一部が、メモリを有するプロセッサにより構成され、
前記回転機部の運転状態に対応して前記電機子デューティ制御信号に於ける前記デューティ比を格納したデューティマップを備え、
前記演算部は、前記デューティマップに基づいて前記電機子デューティ制御信号の前記所定のデューティ比を演算して前記電機子デューティ信号発生回路に指令するように構成されている、
ことを特徴とする請求項1から5のうちの何れか一項に記載の回転電機。 - デューティマップは、前記電動機モードでの動作時に用いる電動機モードデューティマップと、前記発電機モードでの動作時に用いる発電機モードデューティマップとから構成されている、
ことを特徴とする請求項6に記載の回転電機。 - 前記所定の矩形波通電制御信号は、電気角180度の幅を有する矩形波が電気角180度の間隔を介して周期的に発生する信号である、
ことを特徴とする請求項1から7のうちの何れか一項に記載の回転電機。 - 電機子巻線を有する固定子部と界磁巻線を有する回転子部とを備えた回転機部と、夫々電力変換素子を有し互に直列接続された正極側スイッチングアームと負極側スイッチングアームとを備え前記夫々の電力変換素子のスイッチング動作により前記回転機部と電源装置との間の電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部を制御する制御部とを備え、前記回転機部を電動機モードと発電機モードとの何れにも動作させ得るようにした回転電機の制御方法であって、
前記制御部は、
演算部と、前記演算部からの指令に基づいて、所定の矩形波通電制御信号を発生する矩形波通電信号発生回路と、前記演算部からの指令に基づいて、所定のデューティ比を有する電機子デューティ制御信号を発生し得る電機子デューティ信号発生回路と、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理演算に基づいて、前記電力変換素子を駆動する電力変換素子駆動信号を発生する信号処理部とを備え、制御指令に基づいて、所定の矩形波通電制御信号と、前記矩形波通電制御信号の周波数より高い周波数を有し且つ所定のデューティ比を有する電機子デューティ制御信号とを発生し、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理演算に基づいて、前記電力変換素子を駆動する電力変換素子駆動信号を発生し、前記回転機部が前記電動機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、又は前記回転機部が前記発電機モードに於ける少なくとも所定の運転状態のとき、前記電力変換素子駆動信号により前記電力変換素子を駆動することにより、矩形波を前記電機子巻線に通電させる矩形波通電制御と前記所定のデューティ比で前記電機子巻線に通電させるデューティ通電制御とを合成した電力変換制御を行ない、
前記信号処理部は、前記電力変換素子駆動信号として前記正極側スイッチングアームを駆動する正極側スイッチングアーム駆動信号と、前記負極側スイッチングアームを駆動する負極側スイッチングアーム駆動信号とを発生し、
前記正極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号との論理積演算に基づいて生成され、
前記負極側スイッチングアーム駆動信号は、前記矩形波通電制御信号と前記電機子デューティ制御信号を反転させた反転信号との論理和演算に基づいて生成される、
ことを特徴とする回転電機の制御方法。 - 前記電動機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記回転機部の回転速度若しくは回転数が、所定の値以下であるときの運転状態である、
ことを特徴とする請求項9に記載の回転電機の制御方法。 - 前記回転機部の回転子部は、車両に搭載されたエンジンのクランク軸に連結されており、
前記電動機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記エンジンを始動させる運転状態である、
ことを特徴とする請求項9に記載の回転電機の制御方法。 - 前記発電機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記回転機部の回転速度若しくは回転数が、所定の値以下であるときの運転状態である、
ことを特徴とする請求項9に記載の回転電機の制御方法。 - 前記発電機モードに於ける前記所定の運転状態は、前記回転機部の回転速度若しくは回転数が、所定の範囲にある運転状態である、
ことを特徴とする請求項9に記載の回転電機の制御方法。 - 前記所定の矩形波通電制御信号は、電気角180度の幅を有する矩形波が電気角180度の間隔を介して周期的に発生する信号である、
ことを特徴とする請求項9から13のうちの何れか一項に記載の回転電機の制御方法。
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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