JP6275214B2 - 車両用回転電機の制御装置、及び制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、車両に搭載され、内燃機関の始動時には始動電動機として動作すると共に、内燃機関の始動後には、発電機として、或いは内燃機関の動力を補助する電動機として動作する車両用回転電機の制御装置、及び制御方法に関するものである。

一般に、車両用回転電機は、界磁コイルを備えた三相同期機が使用され、車載バッテリから電力変換器を介して電機子コイルに電力が供給されるよう構成されている。電力変換器には通常トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）等の複数のスイッチング素子が使用されており、これ等のスイッチング素子は、三相ブリッジ回路を構成しており、ＰＷＭ信号等によりスイッチング制御されることによって車両用回転電機の電機子コイルに三相交流電圧を供給する。また、各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されており、これ等のダイオードは三相ブリッジ整流回路を構成しており、車両用回転電機を発電機として使用する場合には、発電機の交流出力はこの整流回路により直流電力に変換されてバッテリを充電する。

車両用回転電機が発電動作を行うとき、車両用回転電機の回転速度が高く十分な発電電圧が得られる場合には、前述のダイオードを使用した三相ブリッジ整流回路による整流が行われるが、車両用回転電機の回転速度が低く発電電圧が低い場合には、電力変換器のスイッチング動作に基づくインバータ発電を行う。このように車両用回転電機の回転速度に対応して、これらの発電動作を切り換えて制御される。

このような車両用回転電機において、従来、車両用回転電機の回転速度が所定値以下のときは、電力変換器を介して位相制御のための補償電流を車両用回転電機の電機子コイルに通電して発電し、車両用回転電機の回転速度が所定値以上のときは、電力変換器の動作を停止させ、界磁電流制御手段により車両用回転電機の界磁コイルの通電電流を制御して所定の目標電圧を発電するように制御するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献1に開示された従来の技術によれば、電力変換器を介して電機子コイルに通電して発電する発電動作から、界磁電流制御による目標電圧発電動作へ移行するときは、界磁電流を所定の時間遮断してその発電動作の切り換えを行なう。また、同様に、界磁電流制御による目標電圧発電動作から、電力変換器を介して電機子コイルに通電して発電する発電動作へ移行するときは、界磁電流を所定の時間遮断してその発電動作の切り換えを行なう。

また、通常、車両用回転電機が電動機動作を行なうとき、電力変換器のスイッチング動作によるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により電動機を制御するが、このとき電動機の検出電流と電流指令との偏差に基づいたフィードバック制御を行う。このような車両用回転電機の制御装置において、過変調ＰＷＭ制御を適用し、交流電圧指令を示す制御値の変化について時間軸方向にフィルタ処理を行なうことで交流電圧指令の振幅及び位相の両方について急激な変化を避け、制御モード切替え時に電動機への印加電圧が急変することを防止して、過変調ＰＷＭ制御による交流電動機制御の安定化を図るようにした技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

更に、車両用回転電機の前述の発電動作の切り換え時に、相電圧がバッテリ電圧よりも高い状態でスイッチング素子をオフする動作状態から、相電圧がバッテリ電圧よりも低くなってからスイッチング素子をオフする動作状態への切り換えを行うと共に、その切り換え後の動作状態において、スイッチング素子をオフするタイミングを段階的に遅らせるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−６１３９９号公報 特開２０１０−８８２０５号公報 特開２０１１−１８８６１５号公報

特許文献１に開示された従来の技術では、ダイオードブリッジによる整流動作を伴う発電制御と、電力変換器の電機子電流の通電を行う発電制御との切り換え時に、前述のように界磁電流を遮断して発電動作を停止させているため、そのときのトルクが大きく変動して内燃機関へ振動が伝わり、その結果、車両のドライバに不自然な感覚を与えるという課題があった。

また、特許文献２に開示された従来の技術では、過変調ＰＷＭ制御を用いた動作切り換えのときに、電流フィードバックから求めるd軸、q軸の電圧指令に低域通過のフィルタ処理を行うため、外乱等によって回転速度や検出電流が想定以上に急変した場合に、電流制御の追従性が悪化し、制御が不安定になるという課題があった。

更に、特許文献３に開示された従来の技術では、同期制御モードの発電から位相制御モードの発電に移行するときに、スイッチング素子のオンタイミングの位相のみを段階的に遅れるように制御しているが、ＰＷＭ制御が行われず、低回転時には発電電流に高調波ノイズを多く含むこととなり、安定に発電し続けることが困難であるという課題があった。

この発明は、従来の技術における前述のような課題を解決するためになされたもので、ＰＷＭ制御を行い電機子電流の補償動作を伴うインバータ発電から、ダイオードブリッジによる整流動作を伴うダイオード発電に移行するとき、及びダイオード発電からインバータ発電に移行するときに、発電動作を停止してトルク変動を発生することなく動作移行し、安定に発電機を制御することができる車両用回転電機の制御装置、及び制御方法を得ることを目的とする。

この発明による車両用回転電機の制御装置は、
蓄電池を充電する発電機および車両の駆動力を補助する電動機として機能する車両用回転電機を制御する車両用回転電機の制御装置であって、
ブリッジ接続されたスイッチング素子を備え、前記蓄電池と前記車両用回転電機との間の電力変換を行う電力変換部と、
前記車両用回転電機のトルクの指令として入力されたトルク指令に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子にＰＷＭ信号を与えて前記スイッチング素子を制御し、前記車両用回転電機の電機子コイルに供給する電機子電流を制御する電機子電流制御手段と、
前記車両用回転電機の界磁コイルの電流を制御する界磁電流制御手段と、
を備え、
前記車両用回転電機が発電機として機能するとき、
前記車両用回転電機の回転速度が所定値以下のときには、前記界磁電流制御手段により前記界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、前記電機子電流制御手段により前記電機子コイルにＰＷＭ制御された電機子電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行い、
前記車両用回転電機の回転速度が所定値を超えるときには、前記界磁電流制御手段により前記界磁コイルに流れる界磁電流の制御による発電を行い、
前記ＰＷＭ制御による発電から前記界磁電流の制御による発電への移行と、前記界磁電流の制御による発電から前記ＰＷＭ制御による発電への移行と、のうちの少なくとも一方の移行は、前記ＰＷＭ制御による変調率を所定の値以上となるようにした過変調ＰＷＭ制御を経て行うように構成され、
前記移行の直前の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令とは同一の値であり、前記移行の直前の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令とは同一の値であり、
前記ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」以下となるような電流指令に基づいて行われ、
前記過変調ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」より大きくなるような電流指令に基づいて行われ、
前記界磁電流の制御による発電時に、前記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通流するときには、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子は、オンとなるように制御される、
ことを特徴とするものである。

また、この発明による車両用回転電機の制御方法は、
蓄電池を充電する発電機および車両の駆動力を補助する電動機として機能する車両用回転電機を、前記車両用回転電機のトルクの指令として入力されたトルク指令に基づいて制御する車両用回転電機の制御方法であって、
前記車両用回転電機が発電機として機能するとき、
前記車両用回転電機の回転速度が所定値以下のときには、前記車両用回転電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、前記車両用回転電機の電機子コイルにＰＷＭ制御された電機子電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行い、
前記車両用回転電機の回転速度が所定値を超えるときには、前記界磁コイルに流れる界磁電流を制御してダイオードブリッジの整流動作による発電を行い、
前記ＰＷＭ制御による発電から前記整流動作による発電への移行と、前記整流動作による発電から前記ＰＷＭ制御による発電への移行と、のうちの少なくとも一方の移行は、前記ＰＷＭ制御による変調率を所定の値以上となるようにした過変調ＰＷＭ制御を経て行い、
前記移行の直前の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令とを同一の値とし、前記移行の直前の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令とを同一の値とし、
前記ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」以下となるような電流指令に基づいて行い、
前記過変調ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」より大きくなるような電流指令に基づいて行い、
前記界磁電流の制御による発電時に、
前記蓄電池と前記車両用回転電機との間の電力変換を行う電力変換部に設けられた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通流するときには、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンにする、
ことを特徴とするものである。

この発明に係る車両用回転電機の制御装置は、ブリッジ接続されたスイッチング素子を備え、前記蓄電池と前記車両用回転電機との間の電力変換を行う電力変換部と、前記車両用回転電機のトルクの指令として入力されたトルク指令に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子にＰＷＭ信号を与えて前記スイッチング素子を制御し、前記車両用回転電機の電機子コイルに供給する電機子電流を制御する電機子電流制御手段と、前記車両用回転電機の界磁コイルの電流を制御する界磁電流制御手段とを備え、前記車両用回転電機が発電機として機能するとき、前記車両用回転電機の回転速度が所定値以下のときには、前記界磁電流制御手段により前記界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、前記電機子電流制御手段により前記電機子コイルにＰＷＭ制御された電機子電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行い、前記車両用回転電機の回転速度が所定値を超えるときには、前記界磁電流制御手段により前記界磁コイルに流れる界磁電流の制御による発電を行い、前記ＰＷＭ制御による発電から前記界磁電流の制御による発電への移行と、前記界磁電流の制御による発電から前記ＰＷＭ制御による発電への移行と、のうちの少なくとも一方の移行は、前記ＰＷＭ制御による変調率を所定の値以上となるようにした過変調ＰＷＭ制御を経て行うように構成され、前記移行の直前の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令とは同一の値であり、前記移行の直前の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令とは同一の値であり、前記ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」以下となるような電流指令に基づいて行われ、前記過変調ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」より大きくなるような電流指令に基づいて行われ、前記界磁電流の制御による発電時に、前記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通流するときには、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子は、オンとなるように制御されるように構成しているので、低速回転状態から高速回転状態まで、発電動作を停止することなく発電することでき、トルク変動などの不安定な状態になることなく車両用回転電機を安定に制御することができる。

また、この発明による車両用回転電機の制御方法によれば、車両用回転電機が発電機として機能するとき、前記車両用回転電機の回転速度が所定値以下のときには、前記車両用回転電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、前記車両用回転電機の電機子コイルにＰＷＭ制御された電機子電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行い、前記車両用回転電機の回転速度が所定値を超えるときには、前記界磁コイルに流れる界磁電流を制御してダイオードブリッジの整流動作による発電を行い、前記ＰＷＭ制御による発電から前記整流動作による発電への移行と、前記整流動作による発電から前記ＰＷＭ制御による発電への移行と、のうちの少なくとも一方の移行は、前記ＰＷＭ制御による変調率を所定の値以上となるようにした過変調ＰＷＭ制御を経て行い、前記移行の直前の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令とを同一の値とし、前記移行の直前の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令とを同一の値とし、前記ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」以下となるような電流指令に基づいて行い、前記過変調ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」より大きくなるような電流指令に基づいて行い、前記界磁電流の制御による発電時に、前記蓄電池と前記車両用回転電機との間の電力変換を行う電力変換部に設けられた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通流するときには、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンにするようにしたので、低速回転状態から高速回転状態まで、発電動作を停止することなく発電することでき、トルク変動などの不安定な状態になることなく車両用回転電機を安定に制御することができる。

この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置を備えた車両用回転電機システムのハードウェア構成を示す構成図である。 車両用回転電機の内部構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置の構成を示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置の電力変換部の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法における、同期整流パルス生成部の動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法における、同期整流の動作を説明する波形図である。 の発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法における、インバータ発電モードＩＮＶＭ時のＰＷＭモードのゲートパルス波形と、ダイオード発電モードＤＩＶＭ時の同期整流制御状態のゲートパルス波形を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による車両用回転電機の制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法における、同期整流用パルス生成部の動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態３による車両用回転電機の制御装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法について詳細に説明する。この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法は、車両用回転電機が発電機として機能するとき、回転速度が所定値以下のときには、界磁電流制御手段により界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、電機子電流制御手段により電機子コイルにＰＷＭ制御された電機子電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行い、車両用回転電機の回転速度が所定値を超えたときには、界磁電流制御手段により界磁コイルに流れる界磁電流の制御による発電を行い、ＰＷＭ制御による発電と界磁電流の制御による発電との間の移行時には、ＰＷＭ制御による変調率を所定の値以上となるようにした過変調ＰＷＭ制御を経て行うようにしたものである。この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法によれば、低速回転状態から高速回転状態まで、発電動作を停止することなく発電することでき、トルク変動などの不安定な状態になることなく車両用回転電機を安定に制御することができる。

図１Ａは、この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置を備えた車両用回転電機システムのハードウェア構成を示す構成図である。図１Ａにおいて、車両用回転電機システムは、上位コントローラ３０と、この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置４０と、電力変換部１０、１１と、電流検出器１２、１３、１４、１５と、位置センサ１６、および車両用回転電機１８とを備える。

この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置４０は、ハードウェアとして、プロセッサ３１と、記憶装置３２と、第１のＰＷＭ制御部６と、第２のＰＷＭ制御部７と、同期整流用パルス生成部８と、ゲート切換部９とを備えている。

記憶装置３２は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。なお、記憶装置３２は、不揮発性の補助記憶装置の代わりにハードディスク等の補助記憶装置を具備してもよい。

プロセッサ３１は、記憶装置３２から入力されたプログラムを実行する。記憶装置３２が補助記憶装置と揮発性記憶装置とを具備するため、プロセッサ３１に、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力される。また、プロセッサ３１は、演算結果等のデータを記憶装置３２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に前記データを保存してもよい。

図１Ａに示すハードウェアの構成要素間におけるデータ等の入出力については、後述する。

図１Ｂは、図１Ａに示す車両用回転電機１８の内部構成図である。界磁巻線式の車両用回転電機では、一般的に３相の電機子コイル１８ａが備えられ、一方、回転子には界磁磁束を発生する界磁コイル１８ｂが備えられる。Ｕ、Ｖ、Ｗは、電機子コイル１８ａに電圧を印加するための端子であり、Ｘ、Ｙは、界磁コイル１８ｂに電圧を印加するための端子となる。これらの端子には後述する電力変換部の出力が接続される。

図２は、この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置の概略構成をシステム構成図である。図２において、電流指令制御部１と、電流制御部２と、界磁電流制御部３と、第１の座標変換部４と、第２の座標変換部５と、速度検出部１７は、前述の図１Ａにおけるプロセッサ３１により構成されている。

図２において、電流指令制御部１は、制御系における上位コントローラ３０（図１Ａ参照）から入力されたトルク指令、及び位置センサ１６からの情報に基づいて車両用回転電機１８の回転子の速度を検出する速度検出部１７から入力される速度情報ωに従って、直交二相座標系の値に変換された電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊を電流制御部２に出力すると共に、界磁電流指令ｉｆ＊を界磁電流制御部３に出力する。

この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置において、車両用回転電機１８を発電機として動作させる発電動作時には、速度検出部１７において検出される速度が所定の値以下であれば、電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊、及び界磁電流指令ｉｆ＊の３つの電流指令により動作する。検出される速度が所定の値以上であれば、界磁電流指令ｉｆ＊を出力する。

電流制御部２では、例えば、電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と直交二相電流ｉｄ、ｉｑとの偏差を用いたＰＩ制御を行うことによって、電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊を計算することができる。ＰＩ制御演算においては、電流指令制御部１が出力する電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊と第２の座標変換部５から入力される直交二相電流ｉｄ、ｉｑにより、下記の式（１）
による計算が行われる。

式（１）において、Ｋｐｄはｄ軸の電流制御の比例ゲイン、Ｋｉｄはｄ軸の電流制御の積分ゲイン、Ｋｐｑはｑ軸の電流制御の比例ゲイン、Ｋｉｑはｑ軸の電流制御の積分ゲインである。

また、界磁電流制御部３では、界磁電流指令ｉｆ＊と界磁電流ｉｆとの偏差を用いたＰＩ制御を行うことによって、界磁電圧指令ｖｆ＊を計算する。ＰＩ制御においては、電流指令制御部１が出力する電流指令ｉｆ＊と電流検出器１５から入力される界磁電流ｉｆにより、下記の式（２）による計算が行われる。

式（２）において、Ｋｐｆは界磁電流制御の比例ゲイン、Ｋｉｆは界磁電流制御の積分ゲインである。

電流制御部２において、式（１）により計算された電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊は、第１の座標変換部４に入力され、三相交流座標系で表された電圧指令（三相交流電圧指令）ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換される。電圧に関する直交二相座標系から三相交流座標系への座標変換式は、下記の式（３）で表される。

式（３）において、角度θは、三相交流のＵ相を基準の０度とし、回転子の界磁磁束の方向をｄ軸とした磁極位相の方向を示している。

第１の座標変換部４は、位置センサ１６から出力される位相信号θｐに基づいて、式（３）に示す演算を行い、電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊を三相交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊に変換して、ＰＷＭ制御部６に出力する。

第２の座標変換部５は、電流に関して三相交流座標系から直交二相座標系への変換を行う。すなわち、第２の座標変換部５は、電流検出器１２、１３、１４で検出された三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを直交二相電流検出値ｉｄ、ｉｑに変換する。電流に関する三相交流座標系から直交二相座標系への座標変換式は、下記の式（４）で表される。

第２の座標変換部５は、位置センサ１６から出力される位相信号θｐに基づいて、式（４）に示す演算を行い、直交二相電流検出値ｉｄ、ｉｑに変換して、電流制御部２に出力する。

第１のＰＷＭ制御部６は、三相交流電圧指令ｖｕ＊、ｖｖ＊、ｖｗ＊をＰＷＭ処理することによって電力変換部１０を駆動するためのゲート信号（駆動信号）に変換し、ゲート切換え部９に出力する。三相交流電圧指令のＰＷＭ処理では、一般に、電圧指令と三角波キャリア信号との振幅比較処理を行うことにより処理する。

三角波キャリア比較においては、三相交流電圧指令の振幅が三角波キャリアの振幅以下となる通常のＰＷＭ制御モードと、三相交流電圧指令の振幅が三角波キャリアの振幅以上となる過変調ＰＷＭ制御モードの２つの制御モードがある。過変調ＰＷＭ制御モードでは、車両用回転電機の端子での線間電圧は正弦波でなく歪んだ波形である。

この発明の実施の形態１では、電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊、および界磁電流指令ｉｆ＊により出力トルクが決まるが、同じトルクを出力できる電流指令の組み合わせがいくつか存在する。従って、出力トルクが同じである条件のもとで、より変調率の高い電流指令を選択することができる。過変調ＰＷＭ制御モードは、同じトルク指令の条件において、とくに界磁電流指令を大きくすることにより電圧指令の振幅値を大きくし、その結果、変調率を上げて過変調状態に移行するように制御を行う。さらに、力率を「１」に維持した状態で変調率が高い組み合わせを選択することにより、より効率の良い運転条件を選ぶことができる。第１のＰＷＭ制御部６の出力信号は、ゲート切換え部９に出力される。

第２のＰＷＭ制御部７は、界磁電圧指令ｖｆ＊をＰＷＭ（パルス幅変調）処理することによって電力変換部１１を駆動するためのゲート信号（駆動信号）に変換し、電力変換部１１に出力する。界磁電圧指令ｖｆ＊のＰＷＭ処理では、電圧振幅に応じてスイッチング素子を導通させるＯＮ時間のデュテイ幅を調整することによりＰＷＭ処理する。

この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置では、発電動作を行うこときに、インバータ発電モードＩＮＶＭとダイオード発電モードＤＩＶＭがある。インバータ発電モードＩＮＶＭとは、低回転速度時、直交二相電流ｉｄ、ｉｑ、および界磁電流ｉｆのフィードバック制御を行い、計算された電圧指令に基づいて第１のＰＷＭ制御部６により発電制御するモードである。高回転速度時のダイオード発電モードＤＩＶＭでは、界磁電流のみを指令に追従するようフィードバック制御し、発生する発電電圧が電源電圧より高くなる状態に制御して発電を行う。ダイオード発電モードＤＩＶＭでは同期整流が行われ、ダイオードブリッジ回路で整流することにより直流電力に変換される。整流動作は、電力変換部１０内のスイッチング素子と逆並列に構成されているダイオードブリッジ構成により行われる。

図３は、この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置の電力変換部の構成を示す回路図であって、電力変換部１０の内部構成を示しており、一例として三相交流に対応した電力変換器の構成を示している。図３において、Ｖｄｃは直流電源の正側であり、Ｖｇｎｄは直流電源の負側を表している。電力変換部１０の内部には、６個のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６がそれぞれのアームに配置・接続され、スイッチング素子と並列に６個のダイオードが配置されている。これらのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオン／オフ制御することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に該当する三相交流信号を生成し、動作周波数や電圧指令を所望の値に制御した交流信号を出力して車両用回転電機を駆動する。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６併設ダイオードがダイオードブリッジを構成する。界磁電圧を印加する電力変換部１１も同様にスイッチング素子とダイオードから構成される。

図２における同期整流用パルス生成部８は、電力変換部１０で発生する損失を低減させるためのものである。発電動作中、三相交流電圧をダイオード整流により直流電圧に変換しているとき、導通しているダイオードの並列のスイッチング素子をオンさせることにより電流をＭＯＳＦＥＴに通流する。こうしてダイオードで発生する損失を低減させることができる。同期整流用パルス生成部８では、図３で示した電力変換部１０内部のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオンさせるためのゲート信号としてのゲートパルスＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮを生成して出力する。

図４は、この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法における、同期整流用パルス生成部８の詳細な動作を示している。図４では、一例として、Ｕ相電流とＵ相のゲートパルスのタイミングを示しているが、Ｖ相、Ｗ相も同様の動作である。ダイオード発電モード時、電流が正の方向のとき、Ｕ相電流ｉｕは、発電機である車両用回転電機１８から電力変換部１０に接続された電源（例えば蓄電池）側に流れている。Ｕ相の例では、正のＵ相電流ｉｕはスイッチング素子Ｓ１に併設されたダイオードに流れ、負のＵ相電流ｉｕはスイッチング素子Ｓ２に併設されたダイオードに流れる。従って、各相電流に対して閾値判定によりスイッチング素子をオンさせるタイミングを決定することができる。

すなわち、Ｕ相の例では、オンタイミング検出閾値Ｉｔｈと、オフタイミング判定閾値Ｉｔｈｏｆｆを設定し、以下の式（５）、式（６）で示すとおりスイッチング素子をオンさせるタイミングを決定する。なお、｜Ｉｔｈ｜＜｜Ｉｔｈｏｆｆ｜である。

また、

ここで、式（５）、式（６）において、IuはＵ相電流を示している。

この方法は、同期整流の実現方法の一例を示している。他の方法として、各ダイオードの端子電圧や相電圧を検出してスイッチング素子のＯＮのタイミング幅を決める等、いくつかの方法が考えられる。

図２において、ゲート切換部９は、電流指令制御部１の出力に基づいて、第１のＰＷＭ制御部６の出力と、同期整流用パルス生成部８の出力を切り換える。発電動作のとき、所定の回転速度以下では、インバータ発電モードとして、直交二相電流ｉｄ、ｉｑの電流制御を行う第１のＰＷＭ制御部６の出力を選択し、所定の回転速度以上になると、ダイオード発電モードとして、ダイオードブリッジ構成に基づく整流動作を行う同期整流用パルス生成部８の出力を選択する。このように、ゲート切換部９は、電流指令制御部１からの切り換え信号に従って、ゲート信号を出力する。なお、内燃機関へのトルク補助を行う駆動動作時はＰＷＭ制御のみとなり、このとき、ゲート切換部９は、第１のＰＷＭ制御部６の出力を選択する。

インバータ発電モードＩＮＶＭの時、第１のＰＷＭ制御部６は、さらに回転速度に応じて、通常のＰＷＭ制御モードと過変調ＰＷＭ制御モードが切り換わる。回転速度が上昇してインバータ発電モードＩＮＶＭからダイオード発電モードＤＩＶＭに移行するときに、変調率が「１」以下の通常のＰＷＭ制御モードからでなく、変調率が「１」以上になるようにした過変調ＰＷＭの状態を経てダイオード発電モードＤＩＶＭに移行するよう制御する。このときの制御モードの切り換わりの関係を図５に示す。

すなわち。図５は、この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法における、同期整流の動作を説明する波形図である。図５において、縦軸はトルク、横軸は回転速度である。所定の回転数で、インバータ発電モードＩＮＶＭからダイオード発電モードＤＩＶＭに切り換わるが、ダイオード発電モードＤＩＶＭに移行する直前の回転速度では、変調率が「１」より大きくなるような電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊、ｉｆ＊の組み合わせを選択することにより、過変調ＰＷＭ制御状態を経由して移行する。回転数が下がっていく時も同様である。

図６は、この発明の実施の形態１による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法における、インバータ発電モードＩＮＶＭ時のＰＷＭモードのゲートパルス波形と、ダイオード発電モードＤＩＶＭ時の同期整流制御状態のゲートパルス波形を示す説明図であって、各動作モードにおけるゲート信号を示している。インバータ発電モードＩＮＶＭでは、電圧指令に応じて、通常のＰＷＭ制御と過変調ＰＷＭのゲートパルスが切り換えられて出力される。過変調ＰＷＭ制御のときは電力変換部１０におけるスイッチング回数が少なくなる。

一方、ダイオード発電モードＤＩＶＭでは、界磁電流ｉｆの電流制御により発電されるが、図３に示すスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に対して、同期整流を行うため、相電流レベルに応じて、図６に示すようなゲートパルスが出力されている。その結果、スイッチングの回数が少ない過変調ＰＷＭ制御モードでは、ゲートパルスの波形が同期整流の際のゲートパルスの波形と似た形となり、安定に発電モードを切り換えることが可能になる。

図２、図３において、電力変換部１０は、ゲート切換部９から入力されたゲート信号に基づいて、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６のスイッチング処理を行い、三相交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを車両用回転電機１８に出力する。電力変換部１１は、第２のＰＷＭ制御部７から入力されたゲート信号に基づいて、各スイッチング素子のスイッチング処理を行い、界磁電圧Ｖｆを車両用回転電機１８の界磁コイルに印加する。

電流検出器１２、１３、１４は、電力変換部１０と車両用回転電機１８の電機子との間に流れる三相交流電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗを検出する。また、電流検出器１５は、電力変換部１１と車両用回転電機１８の回転子の界磁コイルとの間に流れる界磁電流ｉｆを検出する。車両用の車両用回転電機１８は、回転子に界磁コイルを用いた界磁巻線式のモータジェネレータ（ＭＧ）として記している。

また、図２において、電流指令制御部１、電流制御部２、界磁電流制御部３、第１の座標変換部４、第２の座標変換部５、および速度検出部１７は、記憶装置３２に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ３１、または図示していないシステムＬＳＩ等の処理回路により実現される。

また、第１のＰＷＭ制御部６、および第２のＰＷＭ制御部７、同期整流用パルス生成部８、ゲート切換部９を用いた制御機能は、記憶装置３２に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ３２、または図示していないシステムＬＳＩ等の処理回路により実現されてもよい。複数のプロセッサ３１および複数の記憶装置３２が連携して上記機能を実行してもよい。また、複数のプロセッサ３１および複数の記憶装置３２が連携して上記機能を実行してもよいし、複数の処理回路が連携して上記機能を実行してもよい。また、複数のプロセッサ３１および複数の記憶装置３２と、複数の処理回路との組み合わせにより連携して上記機能を実行してもよい。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る車両用回転電機制御装置においては、常に界磁電流を流している状態を維持しながら発電モードを切り替えることができ、トルク変動によるショックを発生させることなく発電動作を継続することができる。以上のべたこの発明による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法は、３相以上の多相の同期電動機にも適用可能である。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２による車両用回転電機制御装置、及び制御方法は、実施の形態１とは異なり、電圧指令を電流検出器にて検出した電流を用いて計算するのでなく、電流指令制御部からの電流指令と回転速度から直接計算する構成としたものである。図７は、この発明の実施の形態２による車両用回転電機制御装置の構成を示すブロック図であって、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付してある。以下の説明では、図２との相違部分を主体に説明する。図２の実施の形態１の場合と異なるのは、図２における電流制御部２に代えて電圧指令制御部１９を設けたこと、図２における電流検出器１２、１３、１４に代わり電圧検出器２１、２２、２３を設けたこと、図２における第２の座標変換部５を備えていないこと、および同期整流用パルス生成部８の動作が図２の場合とは異なることであり、以下、この部分を中心に説明する。

図７において、電圧指令制御部１９には、電流指令制御部１からの直交二相電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊、界磁電流指令ｉf＊、および速度検出部１７で求めた回転速度ωが入力される。ここでは、電流指令ｉｄ＊、ｉｑ＊、界磁電流指令ｉf＊、および車両用回転電機１８の電気的定数（Ｒ、Ｌｄ、Ｌｑ、Ｌｍｄ）を用いた計算により直交二相座標系の電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊を求める。例えば、下記の式（７）によって、電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊を計算することができる。

ここで、Ｒは電機子抵抗、Ｌｄは直交二相座標系におけるｄ軸インダクタンス、Ｌｑは直交二相座標系におけるｑ軸のインダクタンス、Ｌｍｄは直交二相座標系におけるｄ軸と界磁側との相互インダクタンスである。ｐは微分演算子を意味する。

式（７）を用いた計算により、直交二相電流ｉｄ、ｉｑを用いることなく、直交二相電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊を求めることができる。直交二相電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊は、第１の第１の座標変換部４に出力され、以降、実施の形態１と同様に演算処理される。

同期整流用パルス生成部２０は、図４に示したタイミングと同じように同期整流を行うためのゲートパルスＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮを出力するものであるが、図２に示す同期整流用パルス生成部８との違いは、電力変換部１０と車両用回転電機１８との間の三相交流電力の電圧を用いて、ゲートパルスＵＰ、ＶＰ、ＷＰ、ＵＮ、ＶＮ、ＷＮのタイミングを計算する点である。図６において、電圧検出器２１、２２、２３は、電力変換部１０と車両用回転電機１８との間の各相の端子の電圧を検出し、その検出した電圧を同期整流用パルス生成部２０に入力する。

図８は、この発明の実施の形態２による車両用回転電機の制御装置、及び制御方法における、同期整流用パルス生成部の詳細な動作を示し、ダイオード発電モードＤＩＶＭで発電制御を行っている場合の相電圧と相電流の関係を示している。図８では一例としてＵ相の例を示しているが、Ｖ相、Ｗ相でも同様である。界磁巻線式同期機において力率を制御している場合、相電圧と相電流の位相関係はほぼ一致しているのが一般的である。従って、図８に示すＵ相電流ｉｕとＵ相電圧ｖｕとの関係において、Ｕ相電圧ｖｖの閾値判定を行うことによって同期整流用のゲートパルスを生成することができる。図８において、Ｖｔｈはオンタイミング検出閾値、Ｖｔｈｏｆｆはオフタイミング検出閾値を示している。なお、｜Ｖｔｈ｜＞｜Ｖｔｈｏｆｆ｜である。

各相の誘起電圧は本来は正弦波であるが、同期整流を行うことにより、Ｐ側のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５をオンさせたときは、端子電圧は電源電圧ＶＰに、Ｎ側のスイッチング素子Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６をオンさせたときは、端子電圧は電源電圧ＶＮに一致するような波形となる。このように制御することにより実施の形態１と同様に同期整流の処理を行うことができ、高効率に発電動作を行うことが可能となる。

なお、前述の電圧指令制御部１９における電圧指令の計算方法は一例であり、他の方法を適用することも可能である。例えば、上位のトルク指令からルックアップテーブルを参照することによって直交二相座標系の電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊を求める構成で実現することができる。この発明の実施の形態２における電圧指令制御部１９の計算方法は、様々な方法が考えられ、前述の計算方法に限定されるものではない。また、前述の実施の形態２の場合と同様に、３相以上の多相の同期電動機にも適用可能である。

以上のように、この発明の実施の形態２による車両用回転電機制御装置、及び制御方法によれば、電圧検出器を用いて検出した電圧により同期整流を行うとともに、インバータ発電モードとダイオード発電モードを安定に切り換えることができ、高価な電流検出器を用いることなく制御できるよう構成したので、安価に車両用回転電機制御装置を実現することができる。

実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３による車両用回転電機の制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３による車両用回転電機制御装置、および制御方法は、位置センサ１６で検出した回転子の位置情報を用いて発電制御を行うようにした実施の形態１の場合とは異なり、三相電圧指令、三相電流から回転速度を推定して制御するよう構成したものである。図９において、図２と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付してある。以下の説明では、図２との相違部分を主体に説明する。

図２に示す実施の形態１の場合と異なるのは、実施の形態１で用いていた位置センサによる位置情報を用いないで制御を行い、検出した電流および電圧指令の座標変換に用いる位相情報は、推定した位相を用いて計算している点である。そのため、図９に示す実施の形態３では、図２における位置センサ１６と速度検出部１７に代えて、速度推定部２４、および積分器２５を備えている。以下、この部分を中心に説明する。

図９において、速度推定部２４には、直交二相電流ｉｄ、ｉｑ、界磁電流ｉf、および直交二相電圧指令Ｖｄ＊、Ｖｑ＊が入力される。速度推定部２４では、直交二相電流ｉｄ、ｉｑ、直交二相電圧指令ｖｄ＊、ｖｑ＊、および車両用回転電機１８の電気的定数（Ｒ、Ｌｄ、Ｌｑ、Ｌｍｄ）を用いた計算から速度ωを推定する。例えば、ｄ軸の情報を用いた下記の式（８）の関係によって、速度ωを求めることができる。また、ｑ軸の情報を用いた下記の式（９）の関係によって、速度ωを求めることができる。

ここで、Ｒは電機子抵抗、Ｌｄは直交二相座標系におけるｄ軸インダクタンス、Ｌｑは直交二相座標系におけるｑ軸のインダクタンス、Ｌｍｄは直交二相座標系におけるｄ軸と界磁側との相互インダクタンスである。

式（８）、または式（９）、またはその両方を組み合わせた計算により、回転速度ωを推定することができる。なお、車両用回転電機の電気的特性は温度や電流によって変化するので、式（８）および式（９）で用いられる例えばｄ軸インダクタンスＬｄ、直交二相座標系におけるｑ軸のインダクタンスＬｑ、直交二相座標系におけるｄ軸と界磁側との相互インダクタンスＬｍｄは、ルックアップテーブルの参照により、運転条件に応じた値を用いるような構成としてもよい。

また、前述の回転速度の推定方法は一例であり、回転子の位置情報を計算するための特別な高周波信号を重畳することによって検出する方法等を適用することも可能である。例えば、ある一定に周波数信号を界磁電圧指令ｖｆ＊に重畳し、検出した電機子側の電流に現れる該当周波数成分のレベルによって位相を推定する方法などがある。また、直交二相電流、直交二相電圧、界磁電流を入力とし、車両用回転電機の電気的定数をもとに作成されたルックアップテーブルを参照して回転速度を求めるような構成としてもよい。また、実施例１と同様に、３相以上の多相の同期電動機にも適用可能である。

以上のように、この発明の実施の形態３による車両用回転電機の制御装置、および制御方法によれば、直交二相電流、界磁電流、および直交二相電圧指令を用いた速度推定演算によって回転速度を推定し、インバータ発電モードとダイオード発電モードを安定に切り換えることができ、高価な位置検出器を用いることなく制御できるよう構成したので、安価に車両用回転電機の制御装置を実現することができる。

以上述べたこの発明の実施の形態１から３に記載の車両用回転電機の制御装置、および制御方法は、下記の発明のうち少なくとも何れかの発明を具体化してものである。なお、この発明における電機子電流制御手段は、電流制御部２、第１の座標変換部４、第１のＰＷＭ制御部６、ゲート切換部９を少なくとも含む。また、界磁電流制御手段は、界磁電流制御部３、第２のＰＷＭ制御部７を少なくとも含む。
（１）蓄電池を充電する発電機および車両の駆動力を補助する電動機として機能する車両用回転電機を制御する車両用回転電機の制御装置であって、
ブリッジ接続されたスイッチング素子を備え、前記蓄電池と前記車両用回転電機との間の電力変換を行う電力変換部と、
前記車両用回転電機のトルクの指令として入力されたトルク指令に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子にＰＷＭ信号を与えて前記スイッチング素子を制御し、前記車両用回転電機の電機子コイルに供給する電機子電流を制御する電機子電流制御手段と、
前記車両用回転電機の界磁コイルの電流を制御する界磁電流制御手段と、
を備え、
前記車両用回転電機が発電機として機能するとき、
前記車両用回転電機の回転速度が所定値以下のときには、前記界磁電流制御手段により前記界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、前記電機子電流制御手段により前記電機子コイルにＰＷＭ制御された電機子電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行い、
前記車両用回転電機の回転速度が所定値を超えるときには、前記界磁電流制御手段により前記界磁コイルに流れる界磁電流の制御による発電を行い、
前記ＰＷＭ制御による発電から前記界磁電流の制御による発電への移行と、前記界磁電流の制御による発電から前記ＰＷＭ制御による発電への移行と、のうちの少なくとも一方の移行は、前記ＰＷＭ制御による変調率を所定の値以上となるようにした過変調ＰＷＭ制御を経て行うように構成され、
前記移行の直前の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令とは同一の値であり、前記移行の直前の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令とは同一の値であり、
前記ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」以下となるような電流指令に基づいて行われ、
前記過変調ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」より大きくなるような電流指令に基づいて行われ、
前記界磁電流の制御による発電時に、前記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通流するときには、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子は、オンとなるように制御される、
ことを特徴とする車両用回転電機の制御装置。
この発明による車両用回転電機の制御装置によれば、発電モード切り換え時のトルクショックを発生することなく、ダイオード発電からインバータ発電、あるいはインバータ発電からダイオード発電に、安定に移行・制御することができる。

（２）予め定められた閾値に基づいて前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンおよびオフするタイミングを決定し、
前記並列接続されたダイオードに通流する電流の絶対値が、前記予め定められた閾値である第１閾値の絶対値を上回るときを、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンするタイミングとし、
前記並列接続されたダイオードに通流する電流の絶対値が、前記予め定められた閾値である第２閾値の絶対値を下回るときを、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオフするタイミングとし、
前記第１閾値の絶対値は、前記第２閾値の絶対値と異なる値である、
ことを特徴とする上記（１）に記載の車両用回転電機の制御装置。
この発明による車両用回転電機の制御装置によれば、発電モード切り換え時のトルクショックを発生することなく、ダイオード発電からインバータ発電、あるいはインバータ発電からダイオード発電に、安定に移行・制御することができる。

（３）前記第１閾値の絶対値は、前記第２閾値の絶対値よりも小さい、
ことを特徴とする請求項２に記載の車両用回転電機の制御装置。
ことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の車両用回転電機の制御装置。
この発明による車両用回転電機の制御装置によれば、発電モード切り換え時のトルクショックを発生することなく、ダイオード発電からインバータ発電、あるいはインバータ発電からダイオード発電に、安定に移行・制御することができる。

（４）前記電機子電流制御手段は、前記電力変換部のスイッチング素子にＰＷＭ信号を与えて前記電機子コイルの供給電流を制御するとき、電流指令と前記車両用回転電機の回転速度に基づいて前記供給電流を制御する、
ことを特徴とする上記（１）から（３）のうちの何れか一つに記載の車両用回転電機の制御装置。
この発明による車両用回転電機の制御装置によれば、発電モード切り換え時のトルクショックを発生することなく、ダイオード発電からインバータ発電、あるいはインバータ発電からダイオード発電に、安定に移行・制御することができ、より安価に制御装置を構成することができる。

（５）予め定められた閾値に基づいて前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンおよびオフするタイミングを決定し、
前記並列接続されたダイオードに通流する電流と同じ相の電圧の絶対値が、前記予め定められた閾値である第３閾値の絶対値を上回るときを、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンするタイミングとし、
前記並列接続されたダイオードに通流する電流と同じ相の電圧の絶対値が、前記予め定められた閾値である第４閾値の絶対値を下回るときを、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオフするタイミングとし、
前記第３閾値の絶対値は、前記第４閾値の絶対値と異なる値である、
ことを特徴とする上記（１）に記載の車両用回転電機の制御装置。
（６）前記第３閾値の絶対値は、前記第４閾値の絶対値よりも大きい、
ことを特徴とする上記（５）に記載の車両用回転電機の制御装置。
（７）前記電機子電流制御手段は、前記電力変換部のスイッチング素子にＰＷＭ信号を与えて前記電機子コイルの供給電流を制御するとき、電圧指令と電機子電流を用いて推定した回転速度に基づいて前記供給電流を制御する、
ことを特徴とする上記（１）、（５）、および（６）のうちの何れか一つに記載の車両用回転電機の制御装置。
これらの発明による車両用回転電機の制御装置によれば、発電モード切り換え時のトルクショックを発生することなく、ダイオード発電からインバータ発電、あるいはインバータ発電からダイオード発電に、安定に移行・制御することができ、より安価に制御装置を構成することができる。

（８）蓄電池を充電する発電機および車両の駆動力を補助する電動機として機能する車両用回転電機を、前記車両用回転電機のトルクの指令として入力されたトルク指令に基づいて制御する車両用回転電機の制御方法であって、
前記車両用回転電機が発電機として機能するとき、
前記車両用回転電機の回転速度が所定値以下のときには、前記車両用回転電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、前記車両用回転電機の電機子コイルにＰＷＭ制御された電機子電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行い、
前記車両用回転電機の回転速度が所定値を超えるときには、前記界磁コイルに流れる界磁電流を制御してダイオードブリッジの整流動作による発電を行い、
前記ＰＷＭ制御による発電から前記整流動作による発電への移行と、前記整流動作による発電から前記ＰＷＭ制御による発電への移行と、のうちの少なくとも一方の移行は、前記ＰＷＭ制御による変調率を所定の値以上となるようにした過変調ＰＷＭ制御を経て行い、
前記移行の直前の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令とを同一の値とし、前記移行の直前の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令とを同一の値とし、
前記ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」以下となるような電流指令に基づいて行い、
前記過変調ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」より大きくなるような電流指令に基づいて行い、
前記界磁電流の制御による発電時に、
前記蓄電池と前記車両用回転電機との間の電力変換を行う電力変換部に設けられた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通流するときには、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンにする、
ことを特徴とする車両用回転電機の制御方法。
この発明による車両用回転電機の制御方法によれば、低速回転状態から高速回転状態まで、発電動作を停止することなく発電することでき、トルク変動などの不安定な状態になることなく車両用回転電機を安定に制御することができる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 電流指令制御部、２ 電流制御部、３ 界磁電流制御部、４ 第１の座標変換部、 ５ 第２の座標変換部、６ 第１のＰＷＭ制御部、７ 第２のＰＷＭ制御部、８、２０同期整流用パルス生成部、９ ゲート切換部、１０、１１ 電力変換部、１２、１３、１４、１５ 電流検出器、１６ 位置センサ、１７ 速度検出部、１８ 車両用回転電機、１９ 電圧指令制御部、２１、２２、２３ 電圧検出器、２４ 速度推定部、２５ 積分部、３０ 上位コントローラ、４０ 車両用回転電機の制御装置

Claims (8)

1. 蓄電池を充電する発電機および車両の駆動力を補助する電動機として機能する車両用回転電機を制御する車両用回転電機の制御装置であって、
   ブリッジ接続されたスイッチング素子を備え、前記蓄電池と前記車両用回転電機との間の電力変換を行う電力変換部と、
   前記車両用回転電機のトルクの指令として入力されたトルク指令に基づいて前記電力変換部の前記スイッチング素子にＰＷＭ信号を与えて前記スイッチング素子を制御し、前記車両用回転電機の電機子コイルに供給する電機子電流を制御する電機子電流制御手段と、
   前記車両用回転電機の界磁コイルの電流を制御する界磁電流制御手段と、
   を備え、
   前記車両用回転電機が発電機として機能するとき、
   前記車両用回転電機の回転速度が所定値以下のときには、前記界磁電流制御手段により前記界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、前記電機子電流制御手段により前記電機子コイルにＰＷＭ制御された電機子電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行い、
   前記車両用回転電機の回転速度が所定値を超えるときには、前記界磁電流制御手段により前記界磁コイルに流れる界磁電流の制御による発電を行い、
   前記ＰＷＭ制御による発電から前記界磁電流の制御による発電への移行と、前記界磁電流の制御による発電から前記ＰＷＭ制御による発電への移行と、のうちの少なくとも一方の移行は、前記ＰＷＭ制御による変調率を所定の値以上となるようにした過変調ＰＷＭ制御を経て行うように構成され、
   前記移行の直前の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令とは同一の値であり、前記移行の直前の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令とは同一の値であり、
   前記ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」以下となるような電流指令に基づいて行われ、
   前記過変調ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」より大きくなるような電流指令に基づいて行われ、
   前記界磁電流の制御による発電時に、前記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通流するときには、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子は、オンとなるように制御される、
   ことを特徴とする車両用回転電機の制御装置。
2. 予め定められた閾値に基づいて前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンおよびオフするタイミングを決定し、
   前記並列接続されたダイオードに通流する電流の絶対値が、前記予め定められた閾値である第１閾値の絶対値を上回るときを、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンするタイミングとし、
   前記並列接続されたダイオードに通流する電流の絶対値が、前記予め定められた閾値である第２閾値の絶対値を下回るときを、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオフするタイミングとし、
   前記第１閾値の絶対値は、前記第２閾値の絶対値と異なる値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用回転電機の制御装置。
3. 前記第１閾値の絶対値は、前記第２閾値の絶対値よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項２に記載の車両用回転電機の制御装置。
4. 前記電機子電流制御手段は、前記電力変換部のスイッチング素子にＰＷＭ信号を与えて前記電機子コイルの供給電流を制御するとき、電流指令と前記車両用回転電機の回転速度に基づいて前記供給電流を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の車両用回転電機の制御装置。
5. 予め定められた閾値に基づいて前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンおよびオフするタイミングを決定し、
   前記並列接続されたダイオードに通流する電流と同じ相の電圧の絶対値が、前記予め定められた閾値である第３閾値の絶対値を上回るときを、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンするタイミングとし、
   前記並列接続されたダイオードに通流する電流と同じ相の電圧の絶対値が、前記予め定められた閾値である第４閾値の絶対値を下回るときを、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオフするタイミングとし、
   前記第３閾値の絶対値は、前記第４閾値の絶対値と異なる値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用回転電機の制御装置。
6. 前記第３閾値の絶対値は、前記第４閾値の絶対値よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項５に記載の車両用回転電機の制御装置。
7. 前記電機子電流制御手段は、前記電力変換部のスイッチング素子にＰＷＭ信号を与えて前記電機子コイルの供給電流を制御するとき、電圧指令と電機子電流を用いて推定した回転速度に基づいて前記供給電流を制御する、
   ことを特徴とする請求項１、請求項５、および請求項６のうちの何れか一項に記載の車両用回転電機の制御装置。
8. 蓄電池を充電する発電機および車両の駆動力を補助する電動機として機能する車両用回転電機を、前記車両用回転電機のトルクの指令として入力されたトルク指令に基づいて制御する車両用回転電機の制御方法であって、
   前記車両用回転電機が発電機として機能するとき、
   前記車両用回転電機の回転速度が所定値以下のときには、前記車両用回転電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、前記車両用回転電機の電機子コイルにＰＷＭ制御された電機子電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行い、
   前記車両用回転電機の回転速度が所定値を超えるときには、前記界磁コイルに流れる界磁電流を制御してダイオードブリッジの整流動作による発電を行い、
   前記ＰＷＭ制御による発電から前記整流動作による発電への移行と、前記整流動作による発電から前記ＰＷＭ制御による発電への移行と、のうちの少なくとも一方の移行は、前記ＰＷＭ制御による変調率を所定の値以上となるようにした過変調ＰＷＭ制御を経て行い、
   前記移行の直前の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令とを同一の値とし、前記移行の直前の前記界磁電流の制御による発電に於けるトルク指令と前記移行の直後の前記過変調ＰＷＭ制御による発電に於けるトルク指令とを同一の値とし、
   前記ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」以下となるような電流指令に基づいて行い、
   前記過変調ＰＷＭ制御による発電は、変調率が「１」より大きくなるような電流指令に基づいて行い、
   前記界磁電流の制御による発電時に、
   前記蓄電池と前記車両用回転電機との間の電力変換を行う電力変換部に設けられた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通流するときには、前記並列接続されたダイオードを備えた前記スイッチング素子をオンにする、
   ことを特徴とする車両用回転電機の制御方法。

Images