JP6834460B2 - 回転電機の制御装置、回転電機ユニット - Google Patents

Description

本発明は、力行及び発電を行う回転電機を制御する装置に関する。

従来、力行及び発電を行うＩＳＧ（Integrated Starter Generator）の発電と力行とを切り替える過程において、ＩＳＧ（回転電機）の目標トルクをゼロに設定するゼロ期間を設けるものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、ゼロ期間中に発電と力行とが切り替わるので、ＩＳＧの制御系の遅れに起因する制御上の不具合の発生を抑制することができ、急激なトルク変動を抑制することができるとしている。

特開２０１５−６７２２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものにおいて、上記ゼロ期間が短すぎるとＩＳＧに急激なトルク変動が生じるおそれがある。一方で、ゼロ期間が長すぎると、ＩＳＧの発電と力行との切り替えを迅速に行うことができなくなる。すなわち、ゼロ期間の長さを調節するたけでは、ＩＳＧの界磁巻線に実際に流れる界磁電流を正確に制御することができず、力行と発電との切り替え時における急激なトルク変動を抑制することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、急激なトルク変動を抑制しつつ、力行と発電とを迅速に切り替えることのできる回転電機の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、
界磁巻線（１２）への通電に基づき力行及び発電を行う回転電機（１７）を制御する制御装置（１４、２０）であって、
前記回転電機により発生させるトルクの指令値であるトルク指令値に基づいて、前記界磁巻線に流す電流を制御する電流制御部と、
前記界磁巻線に流れる界磁電流を取得する界磁電流取得部と、
前記回転電機の力行と発電とを切り替える際に、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内に前記トルク指令値を制限し、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が前記所定電流よりも小さくなった場合に、前記トルク指令値の前記制限を解除するトルク制限部と、
を備える。

上記構成によれば、回転電機は、界磁巻線への通電に基づき力行及び発電を行う。そして、電流制御部により、回転電機により発生させるトルクの指令値であるトルク指令値に基づいて、界磁巻線に流す電流が制御される。これにより、回転電機によって、トルク指令値に従ったトルクが発生させられる。なお、トルク指令値は、回転電機により力行を行う場合の正のトルクと、回転電機により発電を行う場合の負のトルクとを含む。

ここで、例えば回転電機を力行から発電へ切り替える際に、界磁巻線に所定電流よりも大きい界磁電流が残留していると、発電へ切り替えられた時に発電電流が急激に流れる。その結果、回転電機の発生するトルクが正トルクから負トルクへ急変し、回転電機に急激なトルク変動が生じる。

この点、上記構成によれば、界磁電流取得部により、界磁巻線に流れる界磁電流が取得される。このため、界磁巻線に実際に流れる界磁電流を取得することができる。そして、回転電機の力行と発電とを切り替える際に、界磁電流取得部により取得された界磁電流が所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内にトルク指令値が制限される。このため、界磁巻線に実際に流れる界磁電流が所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内に制限されたトルク指令値に基づいて、界磁巻線に流す電流を制御することができる。したがって、界磁巻線に実際に流れる界磁電流が所定電流よりも小さくなってから、回転電機の力行と発電とを切り替えることができ、急激なトルク変動を抑制することができる。

さらに、上記構成によれば、界磁電流取得部により取得された界磁電流が所定電流よりも小さくなった場合に、トルク指令値の制限が解除される。このため、界磁巻線に実際に流れる界磁電流が所定電流よりも小さくなった場合は、制限されていないトルク指令値に基づいて界磁巻線に流す電流を制御することができる。したがって、回転電機の力行と発電とを迅速に切り替えることができる。

第２の手段では、前記トルク制限部は、前記回転電機の力行と発電とを切り替える際に、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が０になるまで、前記トルク指令値を０に制限し、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が前記所定電流よりも小さくなった場合に、前記トルク指令値の前記制限を解除する。

上記構成によれば、回転電機の力行と発電とを切り替える際に、界磁電流取得部により取得された界磁電流が０になるまで、トルク指令値が０に制限される。このため、界磁巻線に実際に流れる界磁電流が０になってから、回転電機の力行と発電とを切り替えることができ、急激なトルク変動を効果的に抑制することができる。

例えば、回転電機により発生させるトルクが一定であるとすると、界磁巻線に流す界磁電流の大きさと回転電機の回転速度とは相関を有している。また、回転電機により発生させるトルクと、界磁巻線に流す界磁電流とは相関を有している。そして、界磁巻線に流れている界磁電流が大きいほど、界磁電流が所定電流よりも小さくなるまでの時間が長くなる。

この点、第３の手段では、前記界磁電流取得部は、前記回転電機の回転速度及びトルクに基づいて、前記界磁電流を取得するといった構成を採用している。このため、界磁巻線に実際に流れる界磁電流を取得することができ、ひいては回転電機の急激なトルク変動を抑制することができる。

例えば、回転電機により発生させるトルクが一定であるとすると、界磁巻線に流す界磁電流は回転電機の回転速度が高いほど大きくなる。この点、第４の手段では、前記界磁電流取得部は、前記回転電機の回転速度が高いほど、前記界磁電流を大きい値として取得するといった構成を採用している。このため、界磁巻線に実際に流れる界磁電流を正確に取得することができる。

また、回転電機により発生させるトルクが大きいほど、界磁巻線に流す界磁電流は大きくなる。この点、第５の手段では、前記界磁電流取得部は、前記回転電機により発生させるトルクが大きいほど、前記界磁電流を大きい値として取得するといった構成を採用している。このため、界磁巻線に実際に流れる界磁電流を正確に取得することができる。

第６の手段では、前記回転電機には、前記界磁電流を検出する電流センサ（２５）が設けられており、前記界磁電流取得部は、前記電流センサの検出値に基づいて前記界磁電流を取得する。

上記構成によれば、回転電機には、界磁電流を検出する電流センサが設けられている。そして、界磁電流取得部は、電流センサの検出値に基づいて界磁電流を取得する。このため、界磁巻線に実際に流れる界磁電流を正確に取得することができる。

具体的には、第７の手段のように、外部から前記トルク指令値、前記力行を行う指令である力行指令、及び前記発電を行う指令である発電指令を受信しており、前記トルク制限部は、前記力行指令と前記発電指令とが切り替わった際に、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内に前記トルク指令値を制限し、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が前記所定電流よりも小さくなった場合に、前記トルク指令値の前記制限を解除するといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、回転電機の制御装置は、力行指令と発電指令とに応じて力行と発電とを切り替えることができ、力行指令と発電指令とが切り替わった際にトルク指令値を制限することができる。

回転電機を制御する制御装置以外にも、トルク指令値や力行指令、発電指令に基づいて制御を行う制御部が存在する場合がある。この場合、トルク制限部によりトルク指令値が制限されていると、制御部による制御に支障を来すおそれがある。

この点、第８の手段では、前記トルク制限部により０を含む所定トルクの範囲内に前記トルク指令値が制限された場合に、前記トルク指令値が制限された状態であることを外部の制御部（２０）へ通知する通知部を備えるといった構成を採用している。このため、外部の制御部は、トルク指令値が制限された状態であることを把握することができ、制御部による制御に支障を来すことを抑制することができる。
第９の手段は、回転電機ユニット（１０）であって、第１〜第８のいずれか１つの手段の回転電機の制御装置（１４、２０）と、前記回転電機（１７）と、前記回転電機と蓄電装置（１５、２２、２３）との間の電力変換を行う電力変換部（１３）と、を備える。
上記構成によれば、回転電機の制御装置と、回転電機と、電力変換部と、を備える回転電機ユニットにおいて、急激なトルク変動を抑制しつつ、力行と発電とを迅速に切り替えることができる。

車載回転電機システムの構成を示す回路図。 アシスト時の電流の流れを示す回路図。 比較例におけるアシストから発電への切り替えに際した制御を示すタイムチャート。 比較例におけるアシストから発電への切り替え時のサージ電圧の発生を示す回路図。 アシストと発電との切り替えに際した制御を示すフローチャート。 回転電機の回転速度とトルクと界磁クリア時間との関係を示すマップ。 アシストから発電への切り替えに際した制御を示すタイムチャート。 アシストから発電への切り替えに際した電流の流れを示す回路図。す回路図。

以下、車両に搭載された回転電機システムとして具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、車載回転電機システム１００は、回転電機ユニット１０、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０、バッテリ２２（蓄電装置に相当）、第２コンデンサ２３（蓄電装置に相当）、電気負荷２４等を備えている。回転電機ユニット１０は、回転電機１７、インバータ１３、回転電機ＥＣＵ１４等を備えている。回転電機ユニット１０は、モータ機能（力行機能）付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。回転電機１７は、３相電機子巻線としてのＸ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ、界磁巻線１２、回転位置センサ１８、電流センサ１９Ｘ，１９Ｙを備えている。バッテリ２２は、例えば１２Ｖの電圧を出力するＰｂバッテリである。なお、バッテリ２２として、Ｐｂバッテリと異なる種類のバッテリで１２Ｖを出力するバッテリや、１２Ｖ以外の電圧を出力するバッテリ等を採用することもできる。

Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚは、図示しない固定子鉄心に巻回されて固定子を構成している。本実施形態において、Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚのそれぞれの第１端同士は、中性点にて接続されている。すなわち、回転電機ユニット１０は、Ｙ結線されたものである。

界磁巻線１２は、固定子鉄心の内周側に対向配置された図示しない界磁極に巻回されて回転子を構成している。界磁巻線１２に界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各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから交流電圧が出力される。本実施形態において、回転子は、車載エンジン１０１（図１では車載エンジンのボディを模式的に表示）のクランク軸から回転動力を得て回転する。回転位置センサ１８は、界磁巻線１２の回転位置を検出する。回転位置センサ１８は、レゾルバやホール素子等により構成されている。エンジン１０１は、例えばガソリンを燃料とするエンジンであり、燃料の燃焼により駆動力を発生する。なお、エンジン１０１は、ガソリンエンジンに限らず、軽油を燃料として用いるディーゼルエンジンや、その他の燃料を用いるエンジンであってもよい。

インバータ１３（電力変換部、及び通電回路に相当）は、各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから出力された交流電圧（交流電力）を直流電圧（直流電力）に変換する。また、インバータ１３は、バッテリ２２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚへ出力する。インバータ１３（整流回路及び駆動回路に相当）は、電機子巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路である。詳しくは、インバータ１３は、Ｘ相モジュール１３Ｘ、Ｙ相モジュール１３Ｙ、及びＺ相モジュール１３Ｚを備え、３相全波整流回路を構成している。また、インバータ１３は、回転電機１７の各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚに供給される交流電圧を調節することで回転電機１７を駆動する駆動回路を構成している。電流センサ１９ＸはＸ相巻線に流れる電流を検出し、電流センサ１９ＹはＹ相巻線に流れる電流を検出する。

Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれは、上アームスイッチＳｐ、及び下アームスイッチＳｎを備えている。すなわち、スイッチＳｐ，Ｓｎはブリッジ接続されている。本実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上アームスイッチＳｐには、上アームダイオードＤｐが逆並列（並列）に接続され、下アームスイッチＳｎには、下アームダイオードＤｎが逆並列（並列）に接続されている。本実施形態では、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとして、各スイッチＳｐ，Ｓｎのボディダイオードを用いている。なお、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとしては、ボディダイオードに限らず、例えば各スイッチＳｐ，Ｓｎとは別部品のダイオードであってもよい。

Ｘ相モジュール１３ＸのＸ端子ＰＸには、Ｘ相巻線１１Ｘの第２端が接続されている。Ｘ端子ＰＸには、上アームスイッチＳｐの低電位側端子（ソース）と下アームスイッチＳｎの高電位側端子（ドレイン）とが接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、回転電機ユニット１０のＢ端子（出力端子に相当）が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、回転電機ユニット１０のＥ端子を介して接地部位（グランドＧＮＤ）としてのエンジン１０１のボディが接続されている。Ｂ端子は、上記バッテリ２２の正極に接続される端子であり、着脱自在のコネクタ状に形成されている。

Ｙ相モジュール１３ＹのＹ端子ＰＹには、Ｙ相巻線１１Ｙの第２端が接続されている。Ｙ端子ＰＹには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。

Ｚ相モジュール１３ＺのＺ端子ＰＺには、Ｚ相巻線１１Ｚの第２端が接続されている。Ｚ端子ＰＺには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。

各相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれを構成する各スイッチＳｐ，Ｓｎの直列接続体には、第１コンデンサ１５（蓄電装置に相当）と、ツェナーダイオード１６とが並列接続されている。インバータ１３の高圧側接続点Ｐ１と低圧側接続点Ｐ２との間の電圧を検出する電圧センサ４１（電圧検出部及び電圧取得部に相当）が設けられている。

回転電機ＥＣＵ１４（回転電機の制御装置に相当）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されている。回転電機ＥＣＵ１４は、その内部の図示しないＩＣレギュレータにより、界磁巻線１２に流す界磁電流を調整する。これにより、回転電機ユニット１０の発電電圧（Ｂ端子の電圧）を制御する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、車両の走行開始後にインバータ１３を制御して回転電機１７を駆動させて、エンジン１０１の駆動力をアシストする。回転電機１７は、エンジンＥＣＵ２０からエンジン１０１を始動させる指令を受信した場合に、エンジン１０１の始動時にクランク軸に回転を付与可能であり、スタータとしての機能を有している。回転電機ＥＣＵ１４は、通信端子であるＬ端子及び通信線を介して、回転電機ユニット１０外部の制御装置であるエンジンＥＣＵ２０と接続されている。エンジンＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されており、エンジン１０１の運転状態を制御する。回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０との間で双方向通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたシリアル通信）を行い、エンジンＥＣＵ２０と情報のやりとりをする。

回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０（外部の制御部に相当）から送信されたシリアル通信信号に基づいて、回転電機１７により力行を行う指令である力行指令、回転電機１７により発電を行う指令である発電指令、それらのいずれでもないニュートラル指令、回転電機１７に要求する要求トルク（制動トルクを含む）を把握する。そして、回転電機ＥＣＵ１４（電流制御部に相当）は、回転電機１７が要求トルク（トルク指令値）を発生するように、界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧、及びスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ状態を制御する。詳しくは、回転電機ＥＣＵ１４は、回転位置センサ１８により検出される界磁巻線１２の回転位置に基づいて、界磁巻線１２（すなわち回転電機１７）の回転速度を算出する。回転電機ＥＣＵ１４は、電流センサ１９Ｘ，１９Ｙにより検出されたＸ相，Ｙ相の電流、及び界磁巻線１２の回転位置及び回転速度に基づいて、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ位相及びオンオフ期間（デューティ等）を制御する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、電圧センサ４１により検出される電圧が閾値を超えたことを条件として、回転電機端電圧が異常であることを検出する。この閾値は、第１コンデンサ１５の耐電圧及び各スイッチＳｐ，Ｓｎの耐電圧よりも低い電圧に設定されている。

Ｂ端子には、リレー２１を介して、エンジンＥＣＵ２０とバッテリ２２の正極端子とが接続されている。バッテリ２２の負極端子には、グランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。Ｂ端子には、第２コンデンサ２３と、電気負荷２４とが接続されている。電気負荷２４は、例えば車両の電子制御ブレーキシステムや電動パワーステアリング等、所定電圧以上を動作電圧とする電気負荷を含んでいる。動作電圧は、電気負荷が規定の性能を発揮可能な電圧であり、電気負荷の保証電圧や定格電圧等である。電気負荷２４は、エアコンディショナーや、車載オーディオ、ヘッドランプ等を含んでいてもよい。なお、リレー２１は、イグニッションスイッチのオンによってオン状態とされる。

図２は、アシスト時の電流の流れを示す回路図である。同図に示すように、バッテリ２２へ流入出するバッテリ電流Ｉｂ１は、第１コンデンサ１５へ流入出するコンデンサ電流Ｉｃ１と、界磁巻線１２へ流れる界磁電流Ｉｆ１と、インバータ１３へ流入出するインバータ電流Ｉｉ１とに分かれる。コンデンサ電流Ｉｃ１は、第１コンデンサ１５に印加される電圧の変動に応じたリプル電流となり、比較的小さな電流となる。

図３は、比較例におけるアシストから発電への切り替えに際した制御を示すタイムチャートである。制御モード指令値は、エンジンＥＣＵ２０から回転電機ＥＣＵ１４へ出力される、制御モードを指令する指令値である。制御モードは、回転電機ＥＣＵ１４が実行する制御モードである。トルク指令値は、回転電機ＥＣＵ１４が回転電機１７により発生させるトルクの指令値であり、力行が正トルク、発電が負トルクである。界磁電流指令値は、回転電機ＥＣＵ１４が界磁巻線１２に流す電流の指令値である。界磁電流は、界磁巻線１２に実際に流れる電流である。ＩＮＶ制御は、回転電機ＥＣＵ１４によりインバータ１３の各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ制御を実行している（オン）か否（オフ）かを表している。バッテリ電流は、バッテリ２２へ流入出する電流であり、流出が正電流、流入が負電流である。回転電機端電圧は、第１コンデンサ１５（回転電機１７の接続点Ｐ１，Ｐ２間）に印加される電圧である。

時刻ｔ１１において、エンジンＥＣＵ２０から回転電機ＥＣＵ１４へ出力される制御モード指令値が、ニュートラルからアシストへ変化する。これにより、回転電機ＥＣＵ１４は、アシストモードを実行し、エンジンＥＣＵ２０から入力したトルク指令値に従ってトルク指令値を生成する。回転電機ＥＣＵ１４は、生成したトルク指令値に基づいて、界磁電流指令値を算出し、界磁巻線１２に流れる界磁電流が増加する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、インバータ１３の制御を開始し、バッテリ２２から流出するバッテリ電流が徐々に増加するとともに、回転電機端子電圧が徐々に低下する。

時刻ｔ１２において、エンジンＥＣＵ２０から回転電機ＥＣＵ１４へ出力される制御モード指令値が、アシストから発電へ変化する。これにより、回転電機ＥＣＵ１４は、トルク指令値が徐々に減少して０になるまでニュートラルモードを実行し、エンジンＥＣＵ２０から入力したトルク指令値に従ってトルク指令値を生成する。回転電機ＥＣＵ１４は、生成したトルク指令値に基づいて、界磁電流指令値を算出し、界磁巻線１２に流れる界磁電流が減少する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、インバータ１３の制御を継続し、バッテリ２２から流出するバッテリ電流が徐々に減少するとともに、回転電機端子電圧が徐々に上昇する。

時刻ｔ１３において、回転電機ＥＣＵ１４は、生成したトルク指令値が０になると、ニュートラルモードを終了し、発電モードを実行する。そして、回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０から入力したトルク指令値に従ってトルク指令値を生成する。回転電機ＥＣＵ１４は、生成したトルク指令値に基づいて、界磁電流指令値を算出し、界磁巻線１２に流れる界磁電流が増加する。ここで、図４に示すように、回転電機ＥＣＵ１４がインバータ１３の制御を停止することにより、インバータ電流Ｉｉ２が０まで急速に減少し、バッテリ２２と回転電機ユニット１０とを接続する配線のインダクタンスに応じたサージ電圧が発生する。これにより、大電流のバッテリ電流Ｉｂ２が流れ、第１コンデンサ１５に大電流のコンデンサ電流Ｉｃ２が流入する。

さらに、図３に示すように、界磁巻線１２に界磁電流が残留した状態から、界磁電流が増加している。このため、インバータ１３の制御を停止すると、各スイッチＳｐ，Ｓｎに並列に接続された各ダイオードＤｐ，Ｄｎを介して、回転電機１７により発電された発電電流が流れる。したがって、バッテリ２２へ流入するバッテリ電流が急激に増加するとともに、回転電機端子電圧が急激に上昇する。その結果、回転電機端電圧が急激に上昇し、回転電機ＥＣＵ１４が回転電機端電圧の異常を検出するおそれがある。このとき、回転電機１７により発生するトルクが、正トルクから負トルクへ急激に変化することとなる。

時刻ｔ１４において、エンジンＥＣＵ２０から入力したトルク指令値に従って生成したトルク指令値が一定値となる。回転電機ＥＣＵ１４は、生成したトルク指令値に基づいて、界磁電流指令値を算出し、界磁巻線１２に流れる界磁電流が一定値となる。また、回転電機ＥＣＵ１４は、インバータ１３の制御を停止しており、バッテリ２２へ流入するバッテリ電流が徐々に一定値に近付くとともに、回転電機端子電圧が徐々に一定値に近付く。

そこで、本実施形態では、回転電機１７の急激なトルク変動を抑制しつつ、アシスト（力行）と発電とを迅速に切り替えるべく、図５の制御を実行する。図５は、アシストと発電との切り替えに際した制御を示すフローチャートである。この一連の処理は、回転電機ＥＣＵ１４により、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、制御モード指令値がアシストと発電とで切り替えられたか否か判定する（Ｓ１１）。ここで、アシストと発電との切り替えは、アシストから発電への切り替えと、発電からアシストへの切り替えとを含む。この判定において、制御モード指令値がアシストと発電とで切り替えられたと判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、実行する制御モードをニュートラルに設定する（Ｓ１２）。ニュートラルモードでは、トルク指令値を０まで徐々に減少させ、トルク指令値を０（すなわち０を含む所定トルクの範囲内）に維持（制限）する。なお、制御モード指令値がアシストと発電とで切り替えられたと判定した場合、その判定結果は、後述する界磁クリア時間が経過するまで維持される。

続いて、回転電機１７の回転速度とトルク指令値とから、界磁クリア時間Ｔを算出する（Ｓ１３）。トルク指令値は、エンジンＥＣＵ２０から入力したトルク指令値でもよいし、そのトルク指令値に従って回転電機ＥＣＵ１４が生成したトルク指令値でもよい。詳しくは、図６に示すマップを参照して、回転電機１７の回転速度とトルク指令値（すなわち回転電機１７が発生するトルク）とに基づいて、界磁クリア時間Ｔを算出する。界磁クリア時間Ｔは、制御モード指令値がアシストと発電とで切り替えられた時点から、界磁巻線１２に流れる電流が０になるまでの時間である。ここで、界磁巻線１２に流れている界磁電流Ｉｆが大きいほど、界磁電流Ｉｆが０になるまで（すなわち所定電流よりも小さくなるまで）の時間が長くなる。このため、界磁クリア時間Ｔを算出することは、界磁巻線１２に流れる界磁電流Ｉｆを取得することに相当する。図６に示すように、回転電機１７の回転速度が高いほど、界磁クリア時間Ｔは長く（界磁電流Ｉｆは大きく）なっている（Ｔ１＞Ｔ２）。また、トルク指令値の絶対値が大きいほど、界磁クリア時間Ｔは長く（界磁電流Ｉｆは大きく）なっている（Ｔ１＞Ｔ２）。図６のマップは、実験等に基づいて予め設定されている。

続いて、制御モード指令値がアシストと発電とで切り替えられた時点から、界磁クリア時間Ｔ以上経過したか否か判定する（Ｓ１４）。すなわち、取得した界磁電流Ｉｆが０になった（所定電流よりも小さくなった）か否か判定する。この判定において、界磁クリア時間Ｔ以上経過していないと判定した場合（Ｓ１４：ＮＯ）、制御モードを維持してその制御モードを上位ＥＣＵへ通知する（Ｓ１５）。詳しくは、界磁クリア時間Ｔ以上経過していないと判定した場合は、ニュートラルモードを維持して制御モードがニュートラルモードであることをエンジンＥＣＵ２０へ通知する。すなわち、取得した界磁電流Ｉｆが０になる（すなわち所定電流よりも小さくなる）まで、トルク指令値を０（０を含む所定トルクの範囲内）に制限する。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

なお、制御モードがニュートラルモードであることを通知されたエンジンＥＣＵ２０は、別途設けられバッテリ２２の給電状態を制御するバッテリＥＣＵへ、制御モードがニュートラルモードであることを伝達する。バッテリＥＣＵは、車載回転電機システム１００がＰｂバッテリとＬｉイオンバッテリとを備えている場合、アシストモード及びニュートラルモードではＬｉイオンバッテリと回転電機１７とを接続し、発電モードではＬｉイオンバッテリ及びＰｂバッテリと回転電機１７とを接続する。

一方、Ｓ１１の判定において、制御モード指令値がアシストと発電とで切り替えられていないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、及びＳ１４の判定において、界磁クリア時間Ｔ以上経過したと判定した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、制御モードを制御モード指令値で指令されたモードに設定する（Ｓ１６）。アシストモード及び発電モードでは、エンジンＥＣＵ２０から入力したトルク指令値に従ってトルク指令値を生成する、すなわちトルク指令値の制限を解除する。そして、Ｓ１５の処理へ進む。

なお、Ｓ１３の処理が界磁電流取得部としての処理に相当し、Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ１６の処理がトルク制限部としての処理に相当し、Ｓ１５の処理が通知部としての処理に相当する。

図７は、本実施形態におけるアシストから発電への切り替えに際した制御を示すタイムチャートである。

時刻ｔ２１〜ｔ２２までの制御は、図３の比較例における時刻ｔ１１〜ｔ１２までの制御と同一である。

時刻ｔ２２において、エンジンＥＣＵ２０から回転電機ＥＣＵ１４へ出力される制御モード指令値が、アシストから発電へ変化する。これにより、回転電機ＥＣＵ１４は、ニュートラルモードを実行し、トルク指令値を０まで徐々に減少させ、トルク指令値を０に維持する。回転電機ＥＣＵ１４は、生成したトルク指令値に基づいて界磁電流指令値を算出し、界磁巻線１２に流れる界磁電流が０まで徐々に減少して０に維持される。また、回転電機ＥＣＵ１４は、インバータ１３の制御を継続し、バッテリ２２から流出するバッテリ電流が徐々に減少するとともに、回転電機端子電圧が徐々に上昇する。回転電機ＥＣＵ１４は、界磁クリア時間Ｔが経過するまでニュートラルモードを継続する。

時刻ｔ２３において、時刻ｔ２２から界磁クリア時間Ｔが経過すると、回転電機ＥＣＵ１４は、ニュートラルモードを終了し、発電モードを実行する。そして、回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０から入力したトルク指令値に従ってトルク指令値を生成する。回転電機ＥＣＵ１４は、生成したトルク指令値に基づいて、界磁電流指令値を算出し、界磁巻線１２に流れる界磁電流が増加する。ここで、回転電機ＥＣＵ１４がインバータ１３の制御を停止した時点で、図８に示す界磁電流Ｉｆ３は０になっている。このため、図８に示すバッテリ電流Ｉｂ３は、図４に示すバッテリ電流Ｉｂ２よりも小さくなっている。したがって、インバータ電流Ｉｉ３が０まで急速に減少しても、バッテリ２２と回転電機ユニット１０とを接続する配線のインダクタンスに応じて発生するサージ電圧は小さくなる。これにより、バッテリ電流Ｉｂ３が流れても、第１コンデンサ１５に流入するコンデンサ電流Ｉｃ３は小さくなる。

また、界磁巻線１２に界磁電流が残留していない状態（界磁電流Ｉｆ３＝０）で、インバータ１３の制御を停止し、その後に界磁電流が増加している。このため、スイッチＳｐ，Ｓｎに並列に接続されたダイオードＤｐ，Ｄｎを介して、回転電機１７から流出する発電電流は徐々に増加する。したがって、バッテリ２２へ流入するバッテリ電流が急激には増加せず、回転電機端子電圧も急激には上昇しない。その結果、回転電機端電圧が閾値を超えることはなく、回転電機ＥＣＵ１４が回転電機端電圧の異常を検出するおそれがない。このとき、回転電機１７により発生するトルクが、正トルクから負トルクへ急激に変化することが抑制される。

時刻ｔ２４において、エンジンＥＣＵ２０から入力したトルク指令値に従って生成したトルク指令値が一定値となる。回転電機ＥＣＵ１４は、生成したトルク指令値に基づいて、界磁電流指令値を算出し、界磁巻線１２に流れる界磁電流が一定値となる。また、回転電機ＥＣＵ１４は、インバータ１３の制御を停止しており、バッテリ２２へ流入するバッテリ電流が徐々に一定値に近付くとともに、回転電機端子電圧が徐々に一定値に近付く。

また、発電からアシストへの切り替えに際しても、回転電機ＥＣＵ１４は、ニュートラルモードを実行し、トルク指令値を０まで徐々に減少させ、トルク指令値を０に維持する。そして、回転電機ＥＣＵ１４は、界磁クリア時間Ｔが経過するまでニュートラルモードを継続する。界磁クリア時間Ｔが経過すると、回転電機ＥＣＵ１４は、ニュートラルモードを終了し、アシストモードを実行する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・回転電機１７の回転速度とトルク指令値とに基づいて、界磁クリア時間Ｔ、すなわち界磁巻線１２に流れる界磁電流Ｉｆが取得される。このため、界磁巻線１２に実際に流れる界磁電流Ｉｆを取得することができる。そして、回転電機１７のアシスト（力行）と発電とを切り替える際に、界磁クリア時間Ｔが経過するまで、すなわち取得した界磁電流Ｉｆが所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内にトルク指令値が制限される。このため、界磁巻線１２に実際に流れる界磁電流Ｉｆが所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内に制限されたトルク指令値に基づいて、界磁巻線１２に流す電流を制御することができる。したがって、界磁巻線１２に実際に流れる界磁電流Ｉｆが所定電流よりも小さくなってから、回転電機１７のアシストと発電とを切り替えることができ、急激なトルク変動を抑制することができる。

・界磁電流Ｉｆが所定電流よりも小さくなった場合に、トルク指令値の制限が解除される。このため、界磁巻線１２に実際に流れる界磁電流Ｉｆが所定電流よりも小さくなった場合は、制限されていないトルク指令値に基づいて界磁巻線１２に流す電流を制御することができる。したがって、回転電機１７のアシストと発電とを迅速に切り替えることができる。

・回転電機１７のアシストと発電とを切り替える際に、界磁電流Ｉｆが０になるまで、トルク指令値が０に制限される。このため、界磁巻線１２に実際に流れる界磁電流Ｉｆが０になってから、回転電機１７のアシストと発電とを切り替えることができ、急激なトルク変動を効果的に抑制することができる。

・例えば回転電機１７により発生させるトルクが一定であるとすると、界磁巻線１２に流す界磁電流Ｉｆは回転電機１７の回転速度が高いほど大きくなる。この点、回転電機１７の回転速度が高いほど、界磁クリア時間Ｔを長い値、すなわち界磁電流Ｉｆを大きい値として取得している。このため、界磁巻線１２に実際に流れる界磁電流Ｉｆを正確に取得することができる。

・例えば回転電機１７により発生させるトルクが大きいほど、界磁巻線１２に流す界磁電流Ｉｆは大きくなる。この点、回転電機１７により発生させるトルクが大きいほど、界磁クリア時間Ｔを長い値、すなわち界磁電流Ｉｆを大きい値として取得している。このため、界磁巻線１２に実際に流れる界磁電流Ｉｆを正確に取得することができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０からトルク指令値、アシスト指令、発電指令、及びニュートラル指令を受信している。このため、回転電機ＥＣＵ１４は、アシスト指令と発電指令とに応じてアシストと発電とを切り替えることができ、アシスト指令と発電指令とが切り替わった際にトルク指令値を制限することができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、０を含む所定トルクの範囲内にトルク指令値が制限された場合に、トルク指令値が制限された状態であることをエンジンＥＣＵ２０へ通知している。このため、エンジンＥＣＵ２０は、トルク指令値が制限された状態であることを把握することができ、エンジンＥＣＵ２０やバッテリＥＣＵによる制御に支障を来すことを抑制することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・図５のＳ１５の処理において、回転電機ＥＣＵ１４は、ニュートラルモードであることをバッテリＥＣＵ（上位ＥＣＵに相当）に直接通知してもよい。また、図５のＳ１５の処理に代えて、制御モードがニュートラルモードであることを示すフラグをオンにしてよい。そして、エンジンＥＣＵ２０は、そのフラグの状態により、ニュートラルモードであるか否か判定してもよい。なお、図５のＳ１５の処理を省略することもできる。

・図５のＳ１３の処理において、トルク指令値に代えて、トルクセンサによるトルクの検出値や、回転電機１７に流れる電流等に基づき推定したトルクの推定値を用いることもできる。

・上記実施形態では、回転電機１７のアシストと発電とを切り替える際に、界磁電流Ｉｆが０になるまで、トルク指令値を０に制限した。これに対して、回転電機１７のアシストと発電とを切り替える際に、界磁電流Ｉｆが０に近い所定電流になるまで、トルク指令値を０に制限してもよい。また、トルク指令値を０に近い所定トルクに制限してもよい。
・エンジンＥＣＵ２０は、制御モード指令値を省略して、トルク指令値を回転電機ＥＣＵ１４へ出力してもよい。この場合であっても、回転電機ＥＣＵ１４は、入力したトルク指令値に基づいて、アシストと発電とが切り替わったことを判定することができる。例えば、トルク指令値が正から負に変化した場合にアシストから発電へ切り替わったと判定し、トルク指令値が負から正に変化した場合に発電からアシストへ切り替わったと判定することができる。

・図１に破線で示すように、回転電機１７に、界磁電流Ｉｆを検出する電流センサ２５が設けられていてもよい。この場合、回転電機ＥＣＵ１４（界磁電流取得部に相当）は、その時々の電流センサ２５の検出値に基づいて界磁電流Ｉｆを正確に取得することができる。そして、回転電機ＥＣＵ１４（トルク制限部に相当）は、回転電機１７のアシスト（力行）と発電とを切り替える際に、取得した界磁電流Ｉｆが所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内にトルク指令値を制限し、取得した界磁電流Ｉｆが所定電流よりも小さくなった場合に、トルク指令値の制限を解除すればよい。また、トルク指令値を０まで徐々に減少（増加）させた時点で、電流センサ２５により検出した界磁電流Ｉｆに基づいて界磁クリア時間Ｔを算出してもよい。

・回転電機１７として、車両を走行させることのできる駆動力を発生するＭＧ（Motor Generator）を採用することもできる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７による発電時に、各ダイオードＤｐ，Ｄｎによるダイオード整流に代えて、各スイッチＳｐ，Ｓｎによる同期整流や矩形波制御を行ってもよい。
・回転電機ＥＣＵ１４に代えて、エンジンＥＣＵ２０やバッテリＥＣＵ等により、電流制御部、界磁電流取得部、トルク制限部、及び通知部の機能を実現することもできる。また、回転電機ＥＣＵ１４、エンジンＥＣＵ２０、及びバッテリＥＣＵに、これらの機能を分配してもよい。

・回転電機１７として、多相多重巻線を有する回転電機を採用することもできる。その場合は、回転電機１７の構成に応じて、インバータ１３の制御を変更すればよい。なお、インバータ１３の構成も、Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ全体を一体のモジュールとして構成したり、Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのうち２つを一体のモジュールとして構成したりしてもよい。

１２…界磁巻線、１４…回転電機ＥＣＵ、１７…回転電機、２０…エンジンＥＣＵ。

Claims (8)

1. 界磁巻線（１２）への通電に基づき力行及び発電を行う回転電機（１７）を制御する制御装置（１４、２０）であって、
   前記回転電機により発生させるトルクの指令値であるトルク指令値に基づいて、前記界磁巻線に流す電流を制御する電流制御部と、
   前記界磁巻線に流れる界磁電流を取得する界磁電流取得部と、
   前記回転電機の力行と発電とを切り替える際に、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内に前記トルク指令値を制限し、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が前記所定電流よりも小さくなった場合に、前記トルク指令値の前記制限を解除するトルク制限部と、
   を備え、
   前記界磁電流取得部は、前記回転電機の回転速度及びトルクに基づいて、前記界磁電流を取得する回転電機の制御装置。
2. 前記界磁電流取得部は、前記回転電機の回転速度が高いほど、前記界磁電流を大きい値として取得する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記界磁電流取得部は、前記回転電機により発生させるトルクが大きいほど、前記界磁電流を大きい値として取得する請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
4. 外部から前記トルク指令値、前記力行を行う指令である力行指令、及び前記発電を行う指令である発電指令を受信しており、
   前記トルク制限部は、前記力行指令と前記発電指令とが切り替わった際に、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内に前記トルク指令値を制限し、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が前記所定電流よりも小さくなった場合に、前記トルク指令値の前記制限を解除する請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記トルク制限部により０を含む所定トルクの範囲内に前記トルク指令値が制限された場合に、前記トルク指令値が制限された状態であることを外部の制御部（２０）へ通知する通知部を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
6. 界磁巻線（１２）への通電に基づき力行及び発電を行う回転電機（１７）を制御する制御装置（１４、２０）であって、
   前記回転電機により発生させるトルクの指令値であるトルク指令値に基づいて、前記界磁巻線に流す電流を制御する電流制御部と、
   前記界磁巻線に流れる界磁電流を取得する界磁電流取得部と、
   前記回転電機の力行と発電とを切り替える際に、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が所定電流よりも小さくなるまで、０を含む所定トルクの範囲内に前記トルク指令値を制限し、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が前記所定電流よりも小さくなった場合に、前記トルク指令値の前記制限を解除するトルク制限部と、
   前記トルク制限部により０を含む所定トルクの範囲内に前記トルク指令値が制限された場合に、前記トルク指令値が制限された状態であることを外部の制御部（２０）へ通知する通知部と、
   を備える回転電機の制御装置。
7. 前記トルク制限部は、前記回転電機の力行と発電とを切り替える際に、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が０になるまで、前記トルク指令値を０に制限し、前記界磁電流取得部により取得された前記界磁電流が０になった場合に、前記トルク指令値の前記制限を解除する請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置（１４、２０）と、
   前記回転電機（１７）と、前記回転電機と蓄電装置（１５、２２、２３）との間の電力変換を行う電力変換部（１３）と、を備える回転電機ユニット（１０）。

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