JPWO2017056289A1 - 始動発電装置および始動発電方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1 始動発電機
ACG1、ACG2 巻線部
61、61b 第1電力変換部
62、62a 第2電力変換部
7、7a、7b、7c 制御部
U1、V1、W1、U2、V2、W2 巻線
72 CPU
73 検出・判定回路部
74 ゼロクロス検出回路
75、75c ロータ位置判定回路
Q1〜Q14、Q17〜Q19 MOSFET
上がり特性を計測することでロータの停止位置を検知する。第2に、120°通電方式によってブラシレスモータを駆動する場合、非通電相のゼロクロス点を検出することでロータ位置を検知する。そして、第3に、180°通電方式によってブラシレスモータを駆動する場合、1相巻線に付設したサブコイルの誘起電圧に基づいてロータ位置を検知する。
先行技術文献
特許文献
[0005]
特許文献1:特開2003−83209号公報
特許文献2:特許第4801772号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0006]
上述したように、特許文献2に記載されている制御装置では、180°通電時に、検出用に付設したサブコイルを用いてロータ位置が検知される。したがって、特許文献2に記載されている構成では、サブコイルの付設が新たに必要になるという課題があった。
[0007]
本発明は、上記の課題を解決することができる始動発電装置および始動発電方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008]
前記課題を解決するため、本発明の始動発電装置の一態様は、永久磁石からなる界磁部と、第1多相巻線および第2多相巻線が並列に配設された電機子部とを有する始動発電機と、バッテリに接続される第1正側直流端子と、前記第1多相巻線に接続された複数の第1交流端子とを有し、直流および交流間で双方向に電力を変換する第1電力変換部と、前記第2多相巻線に接続された複数の第2交流端子を有し、前記第2交流端子を介して入出力する電流を制御する第2電力変換部と、前記第2多相巻線の出力電圧に基づき前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知し、検知した前記位置関係に応じて前記第1電力変換部と前記第2電力変換部とを制御する制御部とを備え、前記制御部が、エンジン始動時は、複数の通電パターンに従って、前記第1多相巻線と前記第2多相巻線のうち一方の巻線のみを通電し、他方の巻線に誘起される電圧を前記複数の通電パターン間で比較することにより、前記位置関係を検出し、通電開始後は、前記他方の巻線のゼロクロスポイントから導出される前記位置関係に基づいて、エンジンの始動が完了するまで前記第1多相巻線及び前記第2多相巻線を通電し、エンジン始動完了後は、前記他方の巻線を非通電にして、その巻線両端に発生する無負荷電圧のゼロクロスポイントから前記位置関係を検出す
1多相巻線および第2多相巻線が並列に配設された電機子部とを有する始動発電機と、バッテリに接続される第1正側直流端子と、前記第1多相巻線に接続された複数の第1交流端子とを有し、直流および交流間で双方向に電力を変換する第1電力変換部と、前記第2多相巻線に接続された複数の第2交流端子を有し、前記第2交流端子を介して入出力する電流を制御する第2電力変換部と、前記第2多相巻線の出力電圧に基づき前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知し、検知した前記位置関係に応じて前記第1電力変換部と前記第2電力変換部とを制御する制御部と、を備える始動発電装置における始動発電方法であって、前記制御部が、エンジン始動時は、複数の通電パターンに従って、前記第1多相巻線と前記第2多相巻線のうち一方の巻線のみを通電し、他方の巻線に誘起される電圧を前記複数の通電パターン間で比較することにより、前記位置関係を検出し、通電開始後は、前記他方の巻線のゼロクロスポイントから導出される前記位置関係に基づいて、エンジンの始動が完了するまで前記第1多相巻線及び前記第2多相巻線を通電し、エンジン始動完了後は、前記他方の巻線を非通電にして、その巻線両端に発生する無負荷電圧のゼロクロスポイントから前記位置関係を検出する。
発明の効果
[0016]
本発明によれば高価なセンサを用いず、かつサブコイルを用いることなく、簡易な方法で安価にロータの位置検出が可能となる。
図面の簡単な説明
[0017]
[図1]本発明の一実施形態の構成例を示したブロック図である。
[図2]図1に示した始動発電機1の構成例を模式的に示した図である。
[図3]図1に示した第1電力変換部61、第2電力変換部62および制御部7の内部構成を説明するための回路図である。
[図4]図1に示した始動発電装置100のスタータモータ始動制御の一例を示したフローチャートである。
[図5]図4に示したステージ判別処理(S12)を説明するための模式図である。
[図6]図4に示したステージ判別処理(S12)を説明するための模式図である。
[図7]図4に示したステージ判別処理(S12)を説明するための模式図である。
[図8]図4に示したステージ判別処理(S12)を説明するための模式図である。
[図9]図4に示したステージ判別処理(S12)を説明するための模式図である。
で通電する。これによって、本実施形態では、始動時に、巻線部ACG2をゼロクロスポイント検出用に使用することが可能になるとともに、巻線部ACG1と巻線部ACG2との両方を始動巻線として使用することが可能になる。また、巻線部ACG1の通電モードを180°とし、巻線部ACG2の通電モードをゼロクロスポイントの検出が可能なできるだけ大きな通電角とすることで、巻線部ACG1と巻線部ACG2との両方を180°通電モードとする場合からの始動トルクの低減を極力抑えることができる。
[0059]
次に、図15および図16を参照して、始動発電機1を発電機として動作させる場合について説明する。図15は、図1に示した始動発電装置100における発電制御の一例を示したフローチャートである。エンジン2の始動完了後、CPU72は、第2電力変換部62の各MOSFET(Q7)〜(Q9)をオフする(ステップS21)。
[0060]
次に、CPU72は、ゼロクロス検出回路74が巻線部ACG2の出力電圧のゼロクロス点に基づいて生成したステージ信号を入力する(ステップS22)。
[0061]
ここで、図16を参照して、発電制御時の巻線部ACG2の電圧波形について説明する。図16は、巻線部ACG2の巻線U2の出力電圧波形と、ロータ位置判定回路75による巻線U2の出力電圧のゼロクロス点の検出波形とを模式的に示した波形図である。この場合、第2電力変換部62はオフ状態に制御されている。ゼロクロス点の検出波形は、出力電圧のゼロクロス点において出力電圧の変化と同一方向で立ち上がりまたは立ち下がる。ゼロクロス検出回路74は、図16に示したような巻線U2、V2およびW2の各出力電圧波形から各相の検出波形を生成し、各相の検出波形に基づきロータ位置を段階的に表すステージ信号を生成してCPU72に対して出力する。
[0062]
次に、CPU72は、バッテリ9の電圧値に基づき第1電力制御部61の通電角を計算する(ステップS23)。次に、CPU72は、第1電力変換部61から巻線部ACG1へステップS23で計算した遅角量に基づく遅角パターンを出力する(ステップS24)。そして、CPU72は、ステッ
プS22へ戻り、上述した処理を再度実行する。
[0063]
以上のように、発電制御においては、エンジン始動後に第2電力変換部62のMOSFETを全オフとすることで、余剰な発電電力の発生を防いでいる。また、ゼロクロス検出回路74によって、巻線部ACG2の巻線両端に発生する無負荷電圧のゼロクロスポイントからロータ位置を導出することで、巻線部ACG1の交流電圧を第1電力変換部61にて位相制御するに必要なタイミングを生成する。これによって、本実施形態によれば、バッテリ9や図示していない電装負荷に最適な電力を供給することができる。
[0064]
以上のように、本実施形態によれば高価なセンサを用いず、かつサブコイルを用いることなく、簡易な方法で安価にロータの位置決めが可能となる。
[0065]
また、本実施形態は、3相巻線(多相巻線)である巻線部ACG1と巻線部ACG2とが並列に配設された電機子部と、永久磁石からなる界磁部とを備えた始動発電機1(ACGスタータモータ)と、巻線部ACG1または巻線部ACG1および巻線部ACG2に接続され、交流および直流間の電力変換を行う第1電力変換部61と、巻線部ACG1の各端部に接続されている第1電力変換部61の各交流端子611、612および613と、巻線部ACG2の各端部との間に介挿され、各交流端子611、612および613に対して巻線部ACG2の各端部の接続および分離を行う複数のMOSFET(スイッチ素子)(Q7)〜(Q9)とを備えている。この構成によれば、電力損失の低減等、始動発電機1の制御特性を容易に向上させることができる。
[0066]
また、以上のように、本実施形態によれば、巻線部を例えば2分割して両方を使用する場合と片方を使用する場合とで使い分けることで、発電と電気負荷とのバランスを適正化することができる。この構成によれば、スタータモータのトルク特性を満たすように巻線仕様を設計したモータを、発電機として使用したときに電気負荷とのアンバランスによって発生する余剰電力を低減することができる。すなわち、巻線部の環流電流を減らし、巻線やパワーデバイス素子の発熱(電力損失)を小さくすることができる。よって、モー
果との対応関係を示す。誘起電圧「W1−N1」は中性点N1を基準とした巻線W1の電圧である。誘起電圧「U1−N1」は中性点N1を基準とした巻線U1の電圧である。そして、誘起電圧「V1−N1」は中性点N1を基準とした巻線V1の電圧である。ステップS12において、ロータ位置判定回路75cは、通電パターン「U1⇒V1」時と通電パターン「V1⇒U1」時とに電圧「W1−N2」を、通電パターン「V1⇒W1」時と通電パターン「W1⇒V1」時とに電圧「U1−N2」を、そして、通電パターン「W1⇒U1」時と通電パターン「U1⇒W1」時とに電圧「V1−N2」を、順次計測する。そして、ロータ位置判定回路75cは、各通電パターンにおける誘起電圧の計測結果に基づいてステージを判定する。例えば、ロータ位置判定回路75cは、誘起電圧と正および負の基準電圧との比較結果に基づいてステージを判定することができる。図22の例では、例えば、通電パターン「V1⇒U1」時の電圧「W1−N1」と通電パターン「W1⇒U1」時の電圧「V1−N1」とがどちらも極性が負で絶対値が基準電圧より大きい場合、ロータ位置判定回路75は、界磁部15と電機子部161との位置関係がステージ1であると判定することができる。
[0088]
次に、図23から図25を参照して、ステージ1、ステージ2およびステージ5における誘起電圧発生の仕組みについて説明する。
[0089]
図23は、ステージ1で発生する磁束を矢線で示す。通電前の磁束は白抜き矢線の分布となっている。U1→N1→V1と通電するとU1は磁石15N−1と対向する磁極がN極に、V1は磁石15S−2と対向する磁極がS極に磁化され、磁石による磁力線と方向が逆向きとなるので、それぞれの巻線と交鎖する磁束(黒矢線)は減少しフロート状態のW1巻線にW1→U1向きの誘起電圧1Vが発生する。W1巻線の誘起電圧は磁束が1本から0.5本に減少することから小さな電圧が発生する。
[0090]
図24は、ステージ2で発生する磁束を矢線で示す。通電前の磁束は白抜き矢線の分布となっている。V1→N1→U1と通電するとU1は磁石15N−1と対向する磁極がS極に、V1は磁石15S−2と対向する磁極がN
[0094]
ステップS403において、電圧W1−N1が−Vref以上の場合(ステップS403:N)、ロータ位置判定回路75cは、図27に示したステージ判別2Aの処理を実行する。
[0095]
また、ステップS402において、電圧W1−N1が+Vrefより大きい場合(ステップS402:Y)、ロータ位置判定回路75cは、U1からW1へ通電する(ステップS407)。続いて、ロータ位置判定回路75cは、電圧V1−N1と正の基準電圧+Vrefとを比較する(ステップS408)。電圧V1−N1が+Vrefより大きい場合(ステップS408:Y)、ロータ位置判定回路75cは、位置関係がステージ4であると確定する(ステップS409)。一方、電圧V1−N1が+Vref以下である場合(ステップS408:N)、ロータ位置判定回路75cは、再度、U1からV1へ通電する(ステップS401)。
[0096]
一方、図27に示したステージ判別2Aでは、ロータ位置判定回路75cは、まず、V1からU1へ通電する(ステップS501)。次に、ロータ位置判定回路75cは、V1からU1への通電時に計測した電圧W1−N1と正の基準電圧+Vrefとを比較する(ステップS502)。電圧W1−N1が+Vref以下の場合(ステップS502:N)、ロータ位置判定回路75cは、電圧W1−N1と負の基準電圧−Vrefとを比較する(ステップS503)。
[0097]
電圧W1−N1が−Vrefより小さい場合(ステップS503:Y)、ロータ位置判定回路75cは、W1からU1へ通電する(ステップS504)。続いて、ロータ位置判定回路75cは、W1からU1への通電時に計測した電圧W1−N1と負の基準電圧−Vrefとを比較する(ステップS505)。電圧W1−N1が−Vrefより小さい場合(ステップS505:Y)、ロータ位置判定回路75cは、位置関係がステージ1であると確定する(ステップS506)。一方、電圧W1−N1が−Vref以上である場合(ステップS505:N)、ロータ位置判定回路75cは、再度、V1からU1へ通電する(ステップS501)。
Claims (8)
- 永久磁石からなる界磁部と、第1多相巻線および第2多相巻線が並列に配設された電機子部とを有する始動発電機と、
バッテリに接続される第1正側直流端子と、前記第1多相巻線に接続された複数の第1交流端子とを有し、直流および交流間で双方向に電力を変換する第1電力変換部と、
前記第2多相巻線に接続された複数の第2交流端子を有し、前記第2交流端子を介して入出力する電流を制御する第2電力変換部と、
前記第2多相巻線の出力電圧に基づき前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知し、検知した前記位置関係に応じて前記第1電力変換部と前記第2電力変換部とを制御する制御部と
を備える始動発電装置。 - 前記制御部が、前記第1多相巻線に所定の電流を流したときに前記第2多相巻線に発生する誘起電圧を計測することで、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する
請求項1に記載の始動発電装置。 - 前記制御部が、前記第1多相巻線に所定の電流を流したときに前記第1多相巻線に発生する誘起電圧を計測することで、前記始動発電機の停止時における前記位置関係を検知する
請求項1に記載の始動発電装置。 - 前記制御部が、前記始動発電機を電動機として駆動する際に、前記第2電力変換部の通電角を180°未満とし、前記第2多相巻線の出力電圧のゼロクロス点を検出することで前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知する
請求項1から3のいずれか1項に記載の始動発電装置。 - 前記第2電力変換部が、前記第1交流端子と前記第2交流端子との間に介挿された複数のスイッチ素子を有する
請求項1から4のいずれか1項に記載の始動発電装置。 - 前記第2電力変換部が、さらに、複数の前記第2交流端子と接地との間に介挿された複数のスイッチ素子を有する
請求項5に記載の始動発電装置。 - 前記第1電力変換部が、前記第1正側直流端子と複数の前記第1交流端子との間で直流および交流間で双方向に電力を変換する多相ブリッジ回路と、前記第1正側直流端子と前記バッテリとの間に介挿された第1スイッチ素子とを有し、
前記第2電力変換部が、前記バッテリに接続される第2正側直流端子を有し、前記第2正側直流端子と複数の前記第2交流端子との間で直流および交流間で双方向に電力を変換する多相ブリッジ回路と、前記第2正側直流端子と前記バッテリとの間に介挿された第2スイッチ素子とを有する
請求項1から4のいずれか1項に記載の始動発電装置。 - 永久磁石からなる界磁部と、第1多相巻線および第2多相巻線が並列に配設された電機子部とを有する始動発電機と、
バッテリに接続される第1正側直流端子と、前記第1多相巻線に接続された複数の第1交流端子とを有し、直流および交流間で双方向に電力を変換する第1電力変換部と、
前記第2多相巻線に接続された複数の第2交流端子を有し、前記第2交流端子を介して入出力する電流を制御する第2電力変換部と
を用いて、
制御部によって、前記第2多相巻線の出力電圧に基づき前記界磁部と前記電機子部との位置関係を検知し、検知した前記位置関係に応じて前記第1電力変換部と前記第2電力変換部とを制御する
始動発電方法。
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