(57)【要約】【課題】  モータジェネレータの制御性をこれまで以上に向上できるモータジェネレータ駆動システム及びその制御装置の提供を課題とする。【解決手段】  上記課題は、モータジェネレータ２００に入出力される電力を制御するインバータ装置３００のスイッチング半導体素子のスイッチング動作をスイッチング指令に基づいて制御するにあたり、スイッチング指令を生成するスイッチングパターンデータの取得に必要な参照パラメータを決定するためのデータが蓄積されたモード状態量テーブルを、モータジェネレータ２００の各動作モード毎に個別に設定し、モータジェネレータ２００の各動作モード毎に、モード状態量テーブルから取得したデータを基に、スイッチング指令を生成する、ことにより解決できる。【選択図】図３
2010110098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子及び界磁を備え、複数の動作モード毎に作動が制御される回転電機と、
前記電機子の巻線に電気的に接続され、スイッチング半導体素子によって前記電機子の巻線に入出力される電力を制御して前記回転電機の作動を制御する電力変換装置と、
複数のパラメータを入力して、前記スイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御するためのスイッチング指令を生成し、前記スイッチング指令に対応する信号を前記電力変換装置に出力して前記電力変換装置の作動を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置には、前記スイッチング指令の生成に必要なスイッチングパターン情報を取得するための複数のモード状態量が、前記各動作モード毎に個別に設定されており、
前記制御装置は、前記動作モードを判定し、この判定した動作モードに対応する前記モード状態量を取得し、この取得したモード状態量を基にして前記スイッチングパターン情報を取得し、この取得したスイッチングパターン情報を基にして前記スイッチング指令を生成し、この生成したスイッチング指令に対応する信号を前記電力変換装置に出力し、前記スイッチング動作を制御する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機装置において、
前記界磁の磁極位置を検出するための位置検出装置を有し、
前記スイッチングパターン情報は予め複数にパターン化されて設定されており、
前記判定された動作モードに対応して取得される前記モード状態量は、前記位置検出装置の出力信号から検出された磁極位置を補正するための補正情報、及び前記パターンを選択するための選択情報であり、
前記制御装置は、前記補正情報によって補正された磁極位置、及び選択情報を基にして、前記スイッチングパターン情報を取得する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項３】
電機子及び界磁を備え、複数の動作モード毎に作動が制御される回転電機と、
前記電機子巻線と電源との間に電気的に接続された電力変換回路を備え、前記電力変換回路を構成するスイッチング半導体素子のスイッチング動作よって前記電機子巻線と前記電源との間において授受される電力を制御し、前記回転電機の作動を制御する電力変換装置と、
複数のパラメータを入力して、前記スイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御するためのスイッチング指令を生成し、前記スイッチング指令に対応する信号を前記電力変換装置に出力して、前記スイッチング動作を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記スイッチング半導体素子のスイッチング動作が複数のパターンにパターン化されて、前記各パターンに対応するスイッチング情報が設定された第１テーブルと、前記第１テーブルから前記スイッチング情報を取得するにあたって参照される第１参照パラメータの決定に必要な第１参照パラメータ決定情報が設定された第２テーブルと、を備えており、
前記第２テーブルは、前記各動作モード毎に個別に設定されていると共に、前記各動作モード毎に、前記スイッチング動作の制御に必要とされる前記入力パラメータを、前記第１参照パラメータ決定情報を取得するにあたって参照される第２参照パラメータとしており、
前記動作モードが第１動作モードである場合、前記制御装置は、前記第１動作モードの前記スイッチング動作の制御に必要とされる前記入力パラメータの参照によって、前記第１動作モードに対応する前記第２テーブルから前記第１参照パラメータ決定情報を取得すると共に、前記取得された第１参照パラメータ決定情報から決定された前記第１参照パラメータの参照によって、前記第１テーブルから前記スイッチング情報を取得し、前記取得されたスイッチング情報から前記スイッチング指令を生成する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機装置において、
前記界磁の磁極位置を検出するための位置検出装置を有し、
前記第２テーブルは、前記位置検出装置の出力信号から検出された磁極位置に対応する補正量が設定された磁極位置補正量テーブルと、前記スイッチングパターンを選択するのに必要な選択情報が設定されたスイッチングパターン選択テーブルとを含む複数のテーブルが、前記各動作モード毎に個別に設定されたものである、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電機装置において、
前記回転電機は、前記界磁極に界磁巻線が装着され、前記界磁巻線に供給される界磁電流が界磁用スイッチング半導体素子のスイッチング動作によって制御される巻線界磁型のものである、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の回転電機装置において、
前記動作モードが、前記回転電機を電動機として動作させる力行モードから、前記回転電機を発電機として動作させる発電モードに切り替える力行発電切替モードである時、前記制御装置は、前記電機子の巻線に印加される電圧の位相が進み角から遅れ角に切り替わるように、前記スイッチング動作を制御する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項７】
請求項６に記載の回転電機装置において、
前記制御装置は、前記切り替わった遅れ角の大きさが、前記力行モードから前記発電モードに切り替わる直前の前記進み角の大きさよりも大きくなるように、前記スイッチング動作を制御する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項８】
請求項６に記載の回転電機装置において、
前記回転電機は、車両の駆動源として車両に搭載された内燃機関に機械的に接続されており、
前記力行モードは、前記回転電機によって前記内燃機関を始動する始動モードである、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項９】
請求項８に記載の回転電機装置において、
前記始動モードである時、前記制御装置は、前記入力パラメータの一つとして、前記内燃機関のピストン位置を入力する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかに記載の回転電機装置において、
前記回転電機は、車両の駆動源として車両に搭載された内燃機関に機械的に接続されており、
前記判定された動作モードが、前記回転電機を電動機として動作させて前記内燃機関を始動する始動モードである時、前記制御装置は、前記電機子巻線の電圧位相が進み角になるように、前記スイッチング動作を制御する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転電機装置において、
前記始動モードである時、前記制御装置は、前記回転電機から前記内燃機関に供給される始動トルクが小さくなるにしたがって前記進み角が小さくなるように、前記スイッチング動作を制御する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の回転電機装置において、
前記始動モードである時、前記制御装置は、前記入力パラメータの一つとして、前記内燃機関のピストン位置を入力する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項１３】
請求項１乃至５のいずれかに記載の回転電機装置において、
前記判定された動作モードが、前記回転電機を発電機として動作させる発電モードである時、前記制御装置は、前記電機子巻線の電圧位相が遅れ角になるように、前記スイッチング動作を制御する、
ことを特徴とする回転電機装置。
【請求項１４】
電機子及び界磁を備え、複数の動作モード毎に作動が制御される回転電機、及び前記電機子の巻線に電気的に接続され、スイッチング半導体素子によって前記電機子の巻線に入出力される電力を制御して前記回転電機の作動を制御する電力変換装置を有する回転電機装置に用いられ、複数のパラメータを入力して、前記スイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御するためのスイッチング指令を生成し、前記スイッチング指令に対応する信号を前記電力変換装置に出力して前記電力変換装置の作動を制御する、回転電機装置の制御装置であって、
前記スイッチング指令の生成に必要なスイッチングパターン情報を取得するためのものであると共に、前記各動作モード毎に個別に設定された複数のモード状態量を記憶する記憶部と、
前記動作モードを判定し、この判定した動作モードに対応する前記モード状態量を取得し、この取得したモード状態量を基にして前記スイッチングパターン情報を取得し、この取得したスイッチングパターン情報を基にして前記スイッチング指令を生成し、この生成したスイッチング指令に対応する信号を前記電力変換装置に出力し、前記スイッチング動作を制御する演算部と、を有する、
ことを特徴とする回転電機装置の制御装置。
【請求項１５】
電機子及び界磁を備え、複数の動作モード毎に作動が制御される回転電機、及び前記電機子巻線と電源との間に電気的に接続された電力変換回路を備え、前記電力変換回路を構成するスイッチング半導体素子のスイッチング動作よって前記電機子巻線と前記電源との間において授受される電力を制御し、前記回転電機の作動を制御する電力変換装置を有する回転電機装置に用いられ、複数のパラメータを入力して、前記スイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御するためのスイッチング指令を生成し、前記スイッチング指令に対応する信号を前記電力変換装置に出力して、前記スイッチング動作を制御する、回転電機装置の制御装置であって、
前記スイッチング半導体素子のスイッチング動作が複数のパターンにパターン化されて、前記各パターンに対応するスイッチング情報が設定された第１テーブル、及び前記第１テーブルから前記スイッチング情報を取得するにあたって参照される第１参照パラメータの決定に必要な第１参照パラメータ決定情報が設定された第２テーブルを記憶する記憶部と、
前記スイッチング指令を生成する演算部と、を有し、
前記第２テーブルは、前記各動作モード毎に個別に設定され、前記各動作モード毎に、前記スイッチング動作の制御に必要とされる前記入力パラメータを、前記第１参照パラメータ決定情報を取得するにあたって参照される第２参照パラメータとしており、
前記演算部は、前記動作モードが第１動作モードである場合、前記第１動作モードの前記スイッチング動作の制御に必要とされる前記入力パラメータの参照によって、前記第１動作モードに対応する前記第２テーブルから前記第１参照パラメータ決定情報を取得し、この取得された第１参照パラメータ決定情報から決定された前記第１参照パラメータの参照によって、前記第１テーブルから前記スイッチング情報を取得し、この取得されたスイッチング情報から前記スイッチング指令を生成する、
ことを特徴とする回転電機装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機装置及びその制御装置に関し、代表的には、回転電機の制御性を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の制御に関する背景技術としては、例えば特許文献１乃至４に開示された制御技術が以前より知られている。例えば特許文献１には、回転速度，直流電圧，モータ温度、及びトルク指令を入力し、この入力に応じて矩形波の位相補正量を決定し、この決定された位相補正量に応じてスイッチング指令を出力する、というように、３段階でスイッチングパターンを出力して回転電機の動作を制御する技術が開示されている。これにより、特許文献１に開示された制御技術では、回転電機の動作領域をより高速側に拡張している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５９３５３号公報
【特許文献２】特開２００７−３２２４３５号公報
【特許文献３】特開２００７−１７４７６６号公報
【特許文献４】特許第３５１７４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転電機には複数の動作モード、例えば力行モード，発電モード，力行モードと発電モードとを切り替える切替モード、停止モードなどがある。回転電機の制御性を向上させるためには、それらの各動作モードにおいてきめ細かな制御が必要である。この点、特許文献１に開示された背景技術では、それらの各動作モードにおいてきめ細かな制御を行うことまで考えておらず、例えば力行モードと発電モードとを切り替える切替モードなどが存在しない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の代表的なものは、回転電機の制御性をこれまで以上に向上できる回転電機装置及びその制御装置を提供する。
【０００６】
ここに、本発明の代表的なものは、回転電機に入出力される電力を制御する電力変換装置のスイッチング半導体素子のスイッチング動作をスイッチング指令に基づいて制御するものであって、スイッチング指令の生成に必要なスイッチングパターン情報を取得するための複数のモード状態量を、回転電機の各動作モード毎に個別に設定し、各動作モード毎にモード状態量を取得し、この取得したモード状態量を基にしてスイッチング指令を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の代表的なものによれば、回転電機の各動作モード毎にきめ細やかに回転電機を制御できるので、回転電機の制御性をこれまで以上に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例を説明する。
【０００９】
以下の実施例においては、本発明を、車両のモータジェネレータ駆動システム、特に車両の内燃機関であるエンジンにベルトを介して機械的に接続され、エンジンの始動時、特に車両の停止時にエンジンを停止し、車両の発進時に再びエンジンを始動させるエンジン再始動時（アイドルストップ運転時）に、回転電機を電動機として動作させ、駆動力をエンジンに供給する機能と、エンジンの駆動力により回転電機を発電機として動作させて、回転電機の電源であるバッテリ、例えば１４ボルト系の公称出力電圧１２ボルトの鉛バッテリを充電すると共に、車載電気負荷に電力を供給する機能とを兼ね備えた低電圧系のモータジェネレータ駆動システムに適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１０】
モータジェネレータ駆動システムでは、上述のエンジン再始動に加えて、車両の加速時などの高負荷運転時に、回転電機を電動機として動作させて得られる駆動力をエンジンの駆動力に加えて車両を駆動するトルクアシスト運転を行うことができる。
【００１１】
低電圧系のモータジェネレータ駆動システムでは、回転電機に対して電力変換装置及び制御装置を集積化（機電一体化）することができる。このように、集積化（機電一体化）されたモータジェネレータ駆動システムをインテグレイテッド・スタータ・ジェネレータ（ＩＳＧ）と呼ぶ場合もある。
【００１２】
モータジェネレータ駆動システムの電源としては、上述のシステムよりも高電圧、例えば４２ボルト系の公称出力電圧３６ボルトの鉛バッテリ或いはリチウムイオンバッテリ若しくはニッケル水素バッテリ、さらに高電圧、例えば公称出力電圧１００ボルト以上の鉛バッテリ或いはリチウムイオンバッテリ若しくはニッケル水素バッテリを用いることもできる。高電圧のモータジェネレータ駆動システムでは、回転電機を電動機として動作させて得られる駆動力のみを用いて車両を駆動する電動走行（ＥＶ（電気自動車）走行）運転を行うことができる。
【００１３】
車両としては、動力源としてエンジン及びモータを備えたハイブリッド自動車，モータを唯一の動力源とする電気自動車などの普通自動車，バス（乗合車両），トラック（貨物車両）など、普通自動車よりも重量が大きい大型自動車，ハイブリッド電車などの鉄道車両，荷物の積み下ろし作業に用いられるフォークリフトトラック，土木作業や建設作業に用いられる車両など、作業に必要な装置を搭載した特殊車両などがある。以下の実施例においては、アイドルストップ運電モードを備えた簡易型のハイブリッド自動車を例に挙げて説明する。
【００１４】
以下において説明する実施例の構成は、車両のモータジェネレータ駆動システムとは別のモータ駆動システム、例えば工場機器の駆動に用いられる産業用モータ駆動システムや家庭用電気製品の駆動に用いられる家庭用モータ駆動システムに適用してもよい。特に複数の動作モードを有し、モータの制御性の向上が必要とされるシステムにとって好適である。
【００１５】
アイドルストップは、赤信号などで車両が停止した時、ドライバーのブレーキペダルの踏み込み量に応じてエンジンをストップさせ、青信号などで車両が再び発進する時、ドライバーのアクセルペダルの踏み込み量に応じてエンジンを再始動させるという車両の運転モードの一つである。このような運転モードを備えた簡易型のハイブリッド自動車では、エンジンのアイドルストップによる燃費改善が期待できると共に、エンジンの排気による地球温暖化への影響を低減できる。
【００１６】
アイドルストップの運転モード機能を備えた簡易型のハイブリッド自動車に搭載されるモータジェネレータ駆動システムは、従来からバッテリの充電用として搭載されている発電機に電動機の機能を付加することにより実現できる。具体的には、スイッチング半導体素子のスイッチング動作により直交及び交直の両電力変換が可能な電力変換装置（インバータ装置）、及びスイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御する制御装置を設け、発電機を電動機として駆動することにより実現できる。このように、モータジェネレータ駆動システムでは、エンジンに再始動のための回転動力を供給する電動機としての機能と、バッテリの充電及び補機類の駆動のための電力を供給する発電機としての機能とを一体化するので、小型省スペース化を実現できる。また、低電圧系のモータジェネレータ駆動システムでは、電動機及び発電機として作動する回転電機に対して電力変換装置及び制御装置を集積化（機電一体化）できるので、さらに小型省スペース化を図ることができる。
【００１７】
上述のモータジェネレータ駆動システムのスイッチング半導体素子の駆動制御には矩形波駆動方式を採用することが好ましい。矩形波駆動方式では、スイッチング半導体素子によって構成された電力変換回路（主回路）の直流側の電圧を平滑するためのコンデンサを削減できる、或いは容量の小さい小型のコンデンサを採用できる、回転電機の電機子巻線に入出力される交流電流や直流電流を検出するためのセンサを削減できる、簡易的な方法によりスイッチングを制御できる、矩形波の通電幅を任意に制御できる、という特徴がある。また、矩形波駆動方式では、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動方式に比べてスイッチング回数が少ないので、スイッチングロスを低減できる、スイッチング制御に必要な演算処理が少ないので、安価な制御装置を実現できる、という特徴がある。
【００１８】
上述のモータジェネレータ駆動システムによれば、制御方式の工夫による構成部品の削減或いは小型化，安価な制御装置の採用，簡易的なスイッチング制御，複数機能の一体化及び構成部品の一体化による小型省スペース化などにより、低コスト化を図ることができると共に、車両搭載性を向上できる利点がある。
【００１９】
しかし、モータジェネレータ駆動システムでは、前述のように、始動及び発電という動作条件が異なる２つの機能を一つの装置に集約させるので、実際のところ、電力変換装置におけるスイッチング半導体素子の制御方式の構築及び回転電機の磁気回路の設計が容易ではない。また、モータジェネレータ駆動システムにおいては、エンジンの再始動時、大きなトルクを発生させるので、バッテリから大きな始動電流が流れ込む。一方、モータジェネレータ駆動システムにおいては、発電時、エンジンの最高回転数まで回されるので、誘起電圧が上昇する。このため、モータジェネレータ駆動システムにおいては、始動電流及び誘起電圧への対応が必要になる。各動作モードにおけるそれらの課題を解決するためには、回転電機の界磁巻線及び電機子巻線の巻数などを工夫するだけでは不十分であり、制御方式を動作モードに応じて最適化させる必要がある。
【００２０】
この点、回転速度，直流電圧，モータ温度，トルク指令を入力し、その入力に基づいて矩形波の位相補正量を決定し、この決定した位相補正量に基づいてスイッチング指令を出力することにより、モータジェネレータ駆動システムの動作領域をより高速側に拡張するという、特開２００７−１５９３５３号公報に開示された従来の技術では、動作モードを発電状態とアシスト状態にしか大別していない。このため、従来の技術では、対応できる状況に限界があり、例えば再始動モードから発電モードに切り替わる切替モードでの直流電圧の跳上りによる過電圧フェールには対応できない。
【００２１】
そこで、以下において説明する実施例では、再始動モードでの過電流やトルク脈動，再始動モードから発電モードに切り替える切替動作モードでの過電圧や過電流，発電モードでの誘起電圧の上昇などに対応できるように、モータジェネレータ駆動システムの各動作モード毎にきめ細やかな制御を実現できるにしている。具体的には、スイッチング半導体素子のスイッチング動作が複数にパターン化されて設定されていると共に、各動作モード毎に、スイッチングパターンを取得するための参照データが、各動作モード毎に必要とされる入力パラメータを引数として設定された制御装置を備え、各動作モード毎にきめ細やかな制御を実現できるようにしている。上述の制御装置によれば、制御性を改善できると共に、演算処理時間を短縮できる。
【００２２】
動作モードが再始動モードである場合、制御装置は、エンジンのピストン位置及びエンジンの回転速度に基づいて、再始動モードに対する参照データを取得し、この取得した参照データに基づいてスイッチングパターンを取得し、この取得したスイッチングパターンに基づいてスイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御するので、エンジンが発生するトルク脈動に起因して生じる回転数（回転速度）脈動を抑制できる。また、動作モードが、再始動モードから発電モードに切り替わる切替モードである場合、制御装置は、バッテリの直流電圧及びエンジンの回転速度に基づいて、切替モードに対応する参照データを取得し、この取得した参照データに基づいてスイッチングパターンを取得し、この取得したスイッチングパターンに基づいてスイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御するので、バッテリの直流電圧の跳ね上がりを抑制できる。動作モードが発電モード，アシストモード，発電モードからアシストモードに切り替える切替モード、及び停止モードに切り替える切替モードの場合においても、上述の場合と同様に、各動作モードに対応する入力パラメータに基づいて、各動作モードに対応する参照データを取得し、この取得した参照データに基づいてスイッチングパターンを取得し、この取得したスイッチングパターンに基づいてスイッチング半導体素子のスイッチング動作を制御することにより、バッテリの直流電圧，直流電流の跳ね上がり，回転数（回転速度）脈動などを抑制できる。
【００２３】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００２４】
まず、図１を用いて、モータジェネレータ駆動システム１００を搭載した簡易型のハイブリッド自動車１の構成を説明する。
【００２５】
本実施例のハイブリッド自動車１は、内燃機関であるエンジン２を車両の駆動源としている。エンジン２から出力された回転駆動力（エンジントルク）は、複数の動力伝達機構（自動変速機３，デファレンシャルギア８など）を介して車軸４に伝達される。これにより、車軸４の両端に取り付けられた駆動輪（例えば前輪）５が駆動され、ハイブリッド自動車１が走行する。本実施例では、エンジン２として、ガソリンエンジンを搭載しているが、ディーゼルエンジン，天然ガスエンジン，水素エンジンなどの他のエンジンを駆動源として搭載しても構わない。また、本実施例では、駆動輪５を前輪としているが、後輪を駆動するようにしても構わない。
【００２６】
エンジン２の近傍（エンジン２の筐体の一側面）にはモータジェネレータ駆動システム１００が配置されている。モータジェネレータ駆動システム１００は、モータジェネレータ２００，インバータ装置３００，モータジェネレータ制御装置４００及び界磁制御器５００を主要コンポーネント機器として備えている。インバータ装置３００，モータジェネレータ制御装置４００及び界磁制御器５００はモータジェネレータ２００に対して集積化（機電一体化）されている。すなわちモータジェネレータ駆動システム１００は、従来よりバッテリ７の充電用発電装置として車両に搭載されたオルタネータに対してインバータ装置及びそれを制御する制御装置を付加し、オルタネータでモータリングできるようにしたものであり、アイドルストップしたエンジン２を再始動（エンジン２が温まった状態でエンジン２を始動）する時、エンジン２による車両の駆動をアシストする時などにモータとして機能する。
【００２７】
尚、エンジン２には、スタータと呼ばれる回転電機装置が搭載されており、エンジン２に回転動力を伝達できるようになっている。スタータは、エンジン２が冷えた状態でエンジン２を始動する時に用いられる始動装置であり、直流電源であるバッテリ７を駆動電源とする。
【００２８】
モータジェネレータ２００は、電機子（本実施例では固定子）２１０、及びこれに空隙を介して対向配置された界磁極（本実施例では回転子）２２０を備えた回転電機であり、エンジン２の筐体の一側面に固定され、その回転軸がエンジン２のクランク軸に、結合手段であるベルト６を介して機械的に連結されている。これにより、モータジェネレータ２００とエンジン２との間において互いに回転動力（トルク）の授受が可能となり、力行時にはモータジェネレータ２００からエンジン２に、発電時にはエンジン２からモータジェネレータ２００に回転動力を伝達できる。本実施例では、ベルト６を結合手段として用いているが、チェーン，歯車などを結合手段としても構わない。
【００２９】
インバータ装置３００，モータジェネレータ制御装置４００及び界磁制御器５００は、電機子２１０及び界磁２２０が収納された機械室とは別の部屋、すなわち機械室に対して軸方向に隣接して形成された電気室に収納されている。これにより、モータジェネレータ２００に対してインバータ装置３００，モータジェネレータ制御装置４００及び界磁制御器５００を集積化（機電一体化）できる。このような一体構成によれば、モータジェネレータ駆動システム１００の小型省スペース化を図ることができ、車両搭載性の向上及び低コスト化を図ることができる。
【００３０】
インバータ装置３００は、スイッチング半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流，交流から直流に変換する電力変換装置であり、パワーモジュール３１０，パワーモジュール３１０に実装されたスイッチング半導体素子を、モータジェネレータ制御装置４００からの指令信号に基づいて駆動する駆動回路３３０、及びパワーモジュール３１０の直流側に電気的に並列に接続され、直流電圧を平滑する電解コンデンサ３２０を備えている。
【００３１】
電機子２１０にはパワーモジュール３１０の交流側が電気的に接続されている。パワーモジュール３１０の直流側にはバッテリ７が電気的に接続されている。このように、モータジェネレータ駆動システム１００ではバッテリ７を電源としている。バッテリ７は、１４ボルト系の車載用直流電源を構成する公称出力電圧１２ボルトの蓄電装置であり、車両の補機などの電気負荷及びモータジェネレータ駆動システム１００に直流電力を供給すると共に、モータジェネレータ駆動システム１００によって充電される。本実施例では、モータジェネレータ駆動システム１００の電源をバッテリ７としたが、バッテリ７とは別の蓄電装置、例えば電気二十層コンデンサなどの容量性を持つ装置をモータジェネレータ駆動システム１００の電源としても構わない。また、バッテリ７と容量性を持つ装置とによってハイブリッド電源を構成し、これをモータジェネレータ駆動システム１００の電源としても構わない。
【００３２】
尚、符号９はエンジン制御装置を示す。エンジン制御装置１０は、エンジン２のコンポネート機器である空気絞り弁，燃料噴射弁，吸排気弁などの駆動を制御すると共に、界磁制御器５００にスイッチング指令の信号を出力して界磁制御器５００のスイッチング動作を制御し、界磁巻線２２１に供給される界磁電流を制御する電子回路装置である。
【００３３】
符号１０は電圧センサを示す。電圧センサ１０は、バッテリ７の入出力電圧を検出するための電子機器である。
【００３４】
符号６００は磁極位置センサを示す。磁極位置センサ６００は、界磁２２０の磁極位置や界磁２２０の回転数を検出するための電子機器である。磁極位置センサ６００としては、レゾルバ，エンコーダ，ホール素子などの磁気感応素子を用いたもの、誘起電圧などの電気特性から磁極位置を推定するものなどがあるが、いずれを用いても構わない。
【００３５】
次に、図２に用いて、モータジェネレータ駆動システム１００の電気的な回路構成について具体的に説明する。
【００３６】
モータジェネレータ２００は、鉄心に巻かれたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相の巻線２１１Ｕ，２１１Ｖ，２１１ＷがＹ（スター）結線された電機子巻線２１１を有する電機子（固定子）２１０と、磁極鉄心に巻かれた界磁巻線２２１を有する界磁（回転子）２２０とを備え、力行時には、三相交流電力の供給を受けて回転磁界を発生する電機子２１０と界磁２２０との磁気的作用により界磁２２０が回転磁界の回転速度に同期して回転し、発電時には、界磁２２０の界磁磁束が界磁２２０の回転によって電機子巻線２１１に鎖交することにより三相交流電力を発生して電機子巻線２１１から出力する巻線界磁型三相交流同期機である。本実施例では、電機子巻線２１１を三相巻線により構成したが、二相や六相など、他の多相巻線により構成しても構わない。また、本実施例では、モータジェネレータ２００として巻線界磁型三相交流同期機を用いたが、永久磁石界磁式の同期機や誘導電動機など、他の交流回転電機を用いても構わない。さらに、本実施例では、電機子巻線２１１をＹ結線により構成したが、Δ（デルタ）結線により構成しても構わない。
【００３７】
界磁巻線２２１には界磁制御器５００が電気的に接続されている。界磁制御器５００はバッテリ７に電気的に接続され、バッテリ７から供給された界磁電流をスイッチング半導体素子のスイッチング動作により制御して界磁巻線２２１に供給する制御器であり、力行（始動，アシスト）時及び制動（停止）時には必要トルクが出力されるように、発電時には目標の充電電圧（一定電圧）が電機子巻線２１１からバッテリ７に供給されるように、エンジン制御装置９から出力されたスイッチング指令信号に基づいて界磁電流を制御する。界磁制御器５００と界磁巻線２２１との間には、界磁制御器５００に電気的に接続されたブラシ２２２、及び界磁巻線２２１に電気的に接続されたスリップリング２２３が設けられている。ブラシ２２２とスリップリング２２３の両者はお互いに摺動接触している。これにより、回転する界磁巻線２２１と界磁制御器５００との間において界磁電流を授受できる。
【００３８】
尚、本実施例では、界磁制御器５００に対するスイッチング指令をエンジン制御装置９から出力しているが、そのスイッチング指令を、モータジェネレータ２００の回転速度，バッテリ７（インバータ装置３００）に入出力される直流電圧，モータジェネレータ２００の電機子巻線２１１に印加さる電圧の通電幅，モータジェネレータ２００の電機子巻線２１１に印加される電圧の電圧位相を含む複数のパラメータのいずれか一つ或いは複数を用いてモータジェネレータ制御装置４００により生成し、モータジェネレータ制御装置４００から界磁制御器５００に対して出力するようにしても構わない。この場合、後述する記憶部４２０に、複数のパラメータのいずれか一つ或いは複数を引数（参照パラメータ）としたテーブルを設定し、この設定されたテーブルから得られるデータに基づいてスイッチング指令することが好ましい。
【００３９】
電機子巻線２１１はパワーモジュール３１０の交流側端子に電気的に接続されている。パワーモジュール３１０は６つのスイッチング半導体素子３１１Ｕ，３１１Ｖ，３１１Ｗ，３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗを備え、電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換回路（主回路）を構成している。すなわち各相毎に、上アームを構成するスイッチング半導体素子３１１Ｕ，３１１Ｖ，３１１Ｗ（ソース電極）と、下アームを構成するスイッチング半導体素子３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗ（ドレイン電極）とを電気的に直列に接続して、アームと呼ばれる直列回路を構成し、さらに三相の直列回路を電気的に並列に接続（三相ブリッジ接続）することにより、電力変換回路は構成されている。本実施例では、スイッチング半導体素子としてＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いている。スイッチング半導体素子としてはＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いても構わない。
【００４０】
尚、本実施例では、電力変換回路を電機子巻線２１１の相数に合わせて三相ブリッジ回路で構成したが、電機子巻線２１１が二相の場合には二相ブリッジにより、六相の場合には六相ブリッジにより電力変換回路を構成する。
【００４１】
また、各アームに流れる電流が大きい場合には、各アームを、２個以上のスイッチング半導体素子の並列接続から構成して、スイッチング半導体素子に流れる電流を分散し、１個あたりに流れる電流を小さくすればよい。
【００４２】
ＭＯＳＦＥＴは、スイッチング半導体素子のドレイン電極とソース電極との間に対して電気的に逆並列にダイオードが接続された構成になっている。このため、各スイッチング半導体素子のドレイン電極とソース電極との間には次の通りダイオードが電気的に逆並列に接続されており、これによって、整流回路が構成されている。
【００４３】
スイッチング半導体素子３１１Ｕ      ダイオード３１３Ｕ
スイッチング半導体素子３１２Ｕ      ダイオード３１４Ｕ
スイッチング半導体素子３１１Ｖ      ダイオード３１３Ｖ
スイッチング半導体素子３１２Ｖ      ダイオード３１４Ｖ
スイッチング半導体素子３１１Ｗ      ダイオード３１３Ｗ
スイッチング半導体素子３１２Ｗ      ダイオード３１４Ｗ
【００４４】
尚、スイッチング半導体素子としてＩＧＢＴを用いた場合には、別途、コレクタ電極とエミッタ電極との間にダイオード素子を電気的に逆並列に接続する必要がある。
【００４５】
各アームの中点、すなわちＵ相のアームであれば、スイッチング半導体素子３１１Ｕのソース電極とスイッチング半導体素子３１２Ｕのドレイン電極との接続点には、電機子巻線２１１のＵ相巻線２１１Ｕが電気的に接続されている。これと同様に、Ｖ相アームの中点には電機子巻線２１１のＶ相巻線２１１Ｖが電気的に接続されている。Ｗ相アームの中点には電機子巻線２１１のＷ相巻線２１１Ｗが電気的に接続されている。
【００４６】
電力変換回路（ブリッジ回路）の一端側、すなわちスイッチング半導体素子３１１Ｕ，３１１Ｖ，３１１Ｗのドレイン電極にはバッテリ７の正極側が電気的に接続されている。電力変換回路（ブリッジ回路）の他端側、すなわちスイッチング半導体素子３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗのソース電極にはバッテリ７の負極側が電気的に接続されている。また、電力変換回路（ブリッジ回路）の両端には電解コンデンサ３２０が電気的に並列に接続されている。電解コンデンサ３２０は、バッテリ７から電力変換回路（ブリッジ回路）の両端に印加される直流電圧或いは電力変換回路（ブリッジ回路）の両端からバッテリ７に印加される直流電圧を平滑する。
【００４７】
６つのスイッチング半導体素子３１１Ｕ，３１１Ｖ，３１１Ｗ，３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗの各々のゲート電極には、駆動回路３３０から出力されたゲート駆動信号が供給されている。これにより、６つのスイッチング半導体素子３１１Ｕ，３１１Ｖ，３１１Ｗ，３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗの各々はスイッチング動作する。駆動回路３３０は、モータジェネレータ制御装置４００から出力のスイッチング指令信号に基づいてゲート駆動信号を生成する。
【００４８】
モータジェネレータ制御装置４００は、エンジン制御装置９から出力されたトルク指令信号及びピストン位置信号，磁極位置センサ６００から出力された回転信号，電圧センサ１０から出力された電圧信号を含む複数の入力パラメータに対応する信号を、モータジェネレータ２００を制御するための入力信号として入力し、駆動回路３３０に入力されるスイッチング指令を演算し、駆動回路３３０にその指令に対応する信号を出力する。ピストン位置信号は、エンジン２の気筒内を往復運動するピストンの位置を示す信号である。
【００４９】
次に、図３を用いて、モータジェネレータ制御装置４００の機能的な構成について具体的に説明する。
【００５０】
前述のように、モータジェネレータ制御装置４００は、モータジェネレータ２００に集積化されるので、中央演算処理回路を含む複数の回路が集積された集積回路（ＩＣ）により構成され、６つのスイッチング半導体素子３１１Ｕ，３１１Ｖ，３１１Ｗ，３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗ及び界磁制御器５００と共に、同一の実装基板（金属基板）上の所定の領域に実装されている。
【００５１】
モータジェネレータ制御装置４００には、前述のように、エンジン制御装置９から出力されたトルク指令信号及びピストン位置信号，磁極位置センサ６００から出力された回転信号，電圧センサ１０から出力された電圧信号が入力されている。これらの入力パラメータは、モータジェネレータ２００の制御に必要なパラメータとして演算部４１０に入力され、スイッチング指令を生成する演算に用いられる。また、モータジェネレータ制御装置４００には、スイッチング指令の生成に必要な第１データを備えた第１テーブル、及び第１データの取り出しに必要な複数の第２データ（第２情報）を各動作モード毎に個別に備えた複数の第２テーブルが設定されている。これらのテーブルは記憶部４２０に格納されている。記憶部４２０は、不揮発性の書き込みが可能な半導体メモリにより構成されており、演算部４１０からの信号に基づいてテーブルの選択、そのテーブルからのデータの読み出しを行う。
【００５２】
モータジェネレータ装置４００は、入力された回転信号に基づいてモータジェネレータ２００の回転数を検出すると共に、この検出された回転数及びトルク指令に基づいてモータジェネレータ２００の動作モードを判定する。動作モードを判定すると、モータジェネレータ制御装置４００は、判定された動作モードに基づいて、判定された動作モードに対応するモータジェネレータ２００の制御に必要な入力パラメータを選択すると共に、判定された動作モードに対応する複数の第２テーブルを選択し、選択された入力パラメータを引数として、選択された複数の第２テーブルから複数の第２データを取得する。複数の第２データを取得すると、モータジェネレータ制御装置４００は、複数の第２データに基づいて、第１テーブルから第１データを取得するための複数の取得パラメータを決定すると共に、この決定した複数の取得パラメータを引数として第１テーブルから第１データを取得し、この取得した第１データに基づいて、上下アームのデットタイムを考慮して、６つのスイッチング半導体素子３１１Ｕ，３１１Ｖ，３１１Ｗ，３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗのそれぞれのスイッチング指令を生成し、これに対応する信号を出力する。
【００５３】
スイッチング半導体素子の駆動方式には矩形波駆動方式を用いている。矩形波駆動方式は、電解コンデンサ２３０を削減できる、或いは電解コンデンサ２３０として、容量の小さい小型なコンデンサを採用できると共に、モータジェネレータ２００の電機子巻線２１１に入出力される交流電流、及びインバータ装置３００に入出力される直流電流を検出するためのセンサを削減できるので、モータジェネレータ駆動システム１００の小型化にとって好適である。また、矩形波駆動方式は、演算処理が少なく、簡易的な方法によりスイッチングを制御できるので、モータジェネレータ制御装置４００を安価に構成できる。さらに、矩形波駆動方式は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動方式に比べてスイッチング回数が少ないので、スイッチングロスを低減できる、さらにまた、矩形波駆動方式は、矩形波の通電幅を任意に制御できるので、モータジェネレータ２００の動作モードに合わせて矩形波を設定でき、モータジェネレータ２００を最適に制御できる。
【００５４】
第１テーブルは、スイッチング半導体素子のスイッチング動作を複数にパターン化したもの、すなわち電圧位相に対応してスイッチング動作のオンオフタイミング（矩形波の立ち上がり及び立ち下がり）が決められた複数のスイッチングパターンのデータ（各相上下アーム分）を設定（テーブル化又はマップ化）したものである。複数のスイッチングパターンは、各相に印加される電圧の基本波振幅が変化するように、矩形波パルスの通電幅（通電期間）を１２０度乃至１８０度（電気角）の範囲において変化させ、矩形波パルスの電圧位相の中心を変化させたものから構成されている。
【００５５】
複数の第２テーブルは、スイッチングパターンのデータを取得するにあたって、第１テーブルにおいて参照される複数の第１テーブル参照パラメータを決定するためのデータを、各動作モード毎に対応する入力パラメータを引数として、各動作モード毎に個別に設定（テーブル化又はマップ化）したものである。複数の第２テーブルとしては電圧位相補正量テーブル及びスイッチングパターン選択テーブルがあり、それぞれ、各動作モード毎に設定されている。
【００５６】
尚、複数の第２テーブルに蓄積されたデータは各動作モードにおける状態量を示す。このことから、本実施例では、複数の第２テーブルをモード状態量テーブルと呼ぶ場合もある。
【００５７】
動作モードは動作モード判定部４１１により判定する。動作モード判定部４１１は、エンジン制御装置９から出力されたトルク指令信号に基づいてトルク指令を読み取ると共に、磁極位置センサ６００から出力された回転信号に基づいてモータジェネレータ２００の回転数を検出し、読み取ったトルク指令及び検出した回転数に応じてモータジェネレータ２００の動作モードを判定する。判定された動作モードに対応する信号は選択部４１２に出力される。各動作モードは次の通り判定される。
【００５８】
始動（再始動）モード      トルク指令が正、回転数が第１閾値未満
始動・発電切替モード      トルク指令が正、回転数が第１閾値以上第２閾値
（＞第１閾値）未満
発電モード                トルク指令が負、回転数が第２閾値以上
アシストモード            トルク指令が正、回転数が第２閾値以上
停止モード                トルク指令が負、回転数が第１閾値未満
【００５９】
尚、本実施例では、エンジン制御装置９からトルク指令信号が出力されることを前提としたが、トルク指令信号が無い場合（モータジェネレータ制御装置４００自身が目標トルクを演算する場合）には、動作モード判定部４１１は、トルク指令信号の代替として、アクセル開度信号（アクセルペダルに設けられたポジションセンサの出力信号又はアクセルペダルの踏み込みに応じて作動するスロットル弁に設けられたポジションセンサの出力信号）及びブレーキオンオフ信号（ブレーキペダルに設けられたポジションセンサの出力信号）を用いて動作モードを判定する。
【００６０】
動作モードに対応する入力パラメータは選択部４１２の入力パラメータ選択部４１４により選択する。入力パラメータ選択部４１４は、動作モード判定部４１１から出力された信号に基づいて動作モードを読み取り、この読み取った動作モードに対応する入力パラメータを選択する。選択された入力パラメータに対応する信号はモード状態量テーブルデータ取得部４１５に出力される。各動作モードと、選択される入力パラメータとの関係は次の通りである。
【００６１】
始動（再始動）モード      エンジン２のピストン位置，モータジェネレータ２００                              の回転数
始動・発電切替モード      バッテリ７に入力される直流電圧，モータジェネレータ                              ２００の回転数
発電モード                バッテリ７に入力される直流電圧，モータジェネレータ                              ２００の回転数
アシストモード            モータジェネレータ２００の目標トルク，モータジェネ                              レータ２００の回転数
停止モード                エンジン２のピストン位置，モータジェネレータ２００                              の回転数
【００６２】
尚、エンジン２のピストン位置は、エンジン制御装置９から出力されたピストン位置信号に基づいて読み取ったパラメータ、モータジェネレータ２００の目標トルクは、エンジン制御装置９から出力されたトルク指令信号に基づいて読み取ったパラメータ、モータジェネレータ２００の回転数は、磁極位置センサ６００から出力された回転信号に基づいて検出されたパラメータ、バッテリ７に入力される直流電圧は、電圧センサ１０から出力された電圧信号に基づいて検出されたパラメータである。
【００６３】
また、エンジン２のピストン位置の代替として、代わりに、動作モードに対応するモード状態量テーブル（電圧位相補正量テーブル及びスイッチングパターン選択テーブル）は、選択部４１２のテーブル選択部４１３により生成された選択指令により選択される。テーブル選択４１３は、動作モード判定部４１１から出力された信号に基づいて動作モードを読み取り、この読み取った動作モードに対応するモード状態量テーブル（電圧位相補正量テーブル及びスイッチングパターン選択テーブルのそれぞれ）を選択するための選択指令を生成する。生成された選択指令に対応する信号はモード状態量テーブルデータ取得部４１５に出力される。
【００６４】
モード状態量テーブル（電圧位相補正量テーブル及びスイッチングパターン選択テーブルのそれぞれ）に蓄積されたデータはモード状態量テーブルデータ取得部４１５により取得する。モード状態量テーブルデータ取得部４１５はまず、テーブル選択部４１３から出力された信号に基づいて選択指令を読み取り、この読み取った選択指令に基づいて、判定された動作モードに対応するモード状態量テーブル（電圧位相補正量テーブル４２１及びスイッチングパターン選択テーブル４２２のそれぞれ）を記憶部４２０から選択して読み出す。次に、モード状態量テーブルデータ取得部４１５は、入力パラメータ選択部４１４から出力された信号に基づいて、判定された動作モードに対応する入力パラメータを読み取り、この読み取った入力パラメータを引数（参照パラメータ）として、選択されたモード状態量テーブル（電圧位相補正量テーブル４２１及びスイッチングパターン選択テーブル４２２のそれぞれ）から、判定された動作モードに対応する電圧位相補正量及びスイッチングパターンを示すコード番号を取得する。
【００６５】
尚、スイッチングパターンを示すコード番号は、矩形波の通電幅に応じて割り当てられており、例えば矩形波の通電幅を１８０度（電気角）とする場合には「１」、１２０度とする場合には「２」、というように設定されている。
【００６６】
電圧位相補正量テーブル４２１から取得された電圧位相補正量は、スイッチングパターンテーブル４２３からのデータの取得に必要な第１参照パラメータを生成するためのパラメータ生成データの一つとして用いられる。電圧位相補正量に対応する信号は電圧位相補正部４１６に出力される。スイッチングパターン選択テーブル４２２から取得されたスイッチングパターンコード番号は、スイッチングパターンテーブル４２３からのデータの取得に必要な第２参照パラメータとして用いられる。スイッチングパターンコード番号に対応する信号はスイッチングパターンテーブルデータ取得部４１７に出力される。
【００６７】
スイッチングパターンテーブル４２３からのデータの取得に必要な第１参照パラメータは電圧位相の補正値であり、電圧位相補正部４１６により演算する。電圧位相補正部４１６は、磁極位置センサ６００から出力された回転信号に基づいて電圧位相（基準となる磁極の位置を示す角度（電気角）情報）を検出すると共に、モード状態量テーブルデータ取得部４１５から出力された信号に基づいて電圧位相補正量（角度（電気角）情報）を読み取り、検出された電圧位相と読み取った電圧位相補正量とを加算し、この加算によって得られた補正電圧位相を第１参照パラメータとする。得られた補正電圧位相に対応する信号はスイッチングパターンテーブルデータ取得部４１７に出力される。
【００６８】
スイッチングパターンテーブル４２３に蓄積されたスイッチングパターンデータはスイッチングパターンテーブルデータ取得部４１７により取得する。スイッチングパターンテーブルデータ取得部４１７は、電圧位相補正部４１６から出力された信号及びモード状態量テーブルデータ取得部４１５から出力された信号に基づいて補正電圧位相（第１参照パラメータ）及びスイッチングパターンコード番号（第２参照パラメータ）を読み取ると共に、記憶部４２０からスイッチングパターンテーブル４２３を読み出し、読み取った補正電圧位相（第１参照パラメータ）及びスイッチングパターンコード番号を引数として、読み出したスイッチングパターンテーブル４２３から、判定された動作モードに対応するスイッチングパターンデータを取得する。この取得したスイッチングパターンデータに対応する信号はスイッチング指令生成部４１８に出力される。
【００６９】
駆動回路３３０に出力されるスイッチング指令（ゲート駆動指令）はスイッチング指令生成部４１８により生成される。スイッチング指令生成部４１８は、スイッチングパターンテーブルデータ取得部４１７から出力された信号に基づいてスイッチングパターンデータを読み取り、この読み取ったスイッチングパターンデータに基づいて、デッドタイム補償を考慮して、すなわち同相の上下アームが同時にオンオフしないように（例えば上アームがターンオフする場合にはターンオフ時間以上の時間をおいて下アームがターンオンするように）、各相の上下アーム（６つのスイッチング半導体素子３１１Ｕ，３１１Ｖ，３１１Ｗ，３１２Ｕ，３１２Ｖ，３１２Ｗのそれぞれ）のスイッチング指令を生成する。この生成されたスイッチング指令に対応する信号（矩形波状のパルス信号）は駆動回路３３０に出力される。
【００７０】
尚、スイッチング指令生成部４１８における演算処理は第１テーブルの設定内容によって異なる。第１テーブルの設定内容としては、全ての相の上下アームについてのスイッチングパターンを記憶する場合、特定の１相の上下アームについてのスイッチングパターンを記憶する場合の二通りが考えられる。前者の場合、スイッチング指令生成部４１８では、スイッチング指令のための演算，各相の上下アーム間におけるデッドタイム補償のための演算が行われる。後者の場合、スイッチング指令生成部４１８では、スイッチング指令のための演算，各相の上下アーム間におけるデッドタイム補償のための演算の他に、残りの２相の上下アームについてのスイッチングパターンの生成のための演算が行われる。
【００７１】
インバータ装置３００の制御方式には、前述のように、ＰＷＭと呼ばれるスイッチング制御方式や、矩形波状のスイッチングパルスによる矩形波制御方式がある。本実施例では、前述のように、スイッチング損失や直流平滑コンデンサの容量の低減を目的として、矩形波状のスイッチングパルスによる矩形波制御方式を用いている。本実施例の矩形波制御方式では、各相に印加される電圧の基本波振幅が変化するように、矩形波パルスの通電幅（通電期間）を１２０度乃至１８０度（電気角）の範囲において変化させ、矩形波パルスの電圧位相の中心を変化させている。そして、本実施例では、電圧位相及び通電幅の最適値を、各動作モード毎に選択できるようにしている。すなわち本実施例では、各動作モード毎に入力パラメータを選択し、この選択された入力パラメータを引数とする２つのテーブル、すなわち電圧位相及び通電幅のそれぞれに関するテーブルから、電圧位相及び通電幅のそれぞれに関するデータを取得し、この取得した電圧位相及び通電幅のそれぞれに関するデータを基に、各動作モードに対応するスイッチング指令を生成するようにしている。このため、本実施例では、制御ロジックが簡単になり、安価な中央演算処理装置によってモータジェンレータ制御装置４００を構成できると共に、安価な中央演算処理装置でありながら、各動作モード毎にきめ細やかなインバータ制御を実現でき、モータジェネレータ２００の制御性を向上させることができる。
【００７２】
尚、本実施例では、スイッチング方式として矩形波制御方式を用いたが、場合によってはパルス幅変調制御方式を用いても構わない。
【００７３】
次に、図４を用いて、本実施例のモータジェネレータ制御装置４００を用いた、始動・発電切替モードにおける具体的な制御方法について説明する。
【００７４】
図４は、始動・発電切替モード、すなわち始動から発電モードへの移行期間における界磁電流Ｉｆ，バッテリ電流Ｉｂ，バッテリ電圧Ｖｂの時間変化の状態について、従来の制御方法（点線）と本実施例の制御方法（実線）との比較を示すと共に、本実施例の制御方法による、各相に印加される電圧の中心位相制御との関係を示す。
【００７５】
界磁電流Ｉｆの制御では、始動時にはできるだけ多く流し、発電時には必要量に絞るという、従来からの制御方法を採用しており、従来の制御方法も本実施例の制御方法も同等の通電パターンになっていることが判る。ここで、始動時に多くの界磁電流Ｉｆを流すと、界磁磁束が大きくなるので、始動時、電機子巻線２１１に供給される電機子電流（必要なトルクを発生させるための電流）を低減できる。一方、始動から発電に切り替えた直後、界磁巻線２２１に供給される界磁電流Ｉｆを急激に絞ることができない。すなわち界磁巻線の時定数が大きいため、急激な変化に追従できない。このため、矩形波電圧の位相制御を行わない従来の制御方法では、バッテリ７に流れ込む発電電流（バッテリ電流Ｉｂ）を抑制することができず、その結果、バッテリ７に印加される発電電圧（バッテリ電圧Ｖｂ）が上昇し、バッテリ７のＳＯＣ（蓄電状態）が大きい状態ではバッテリ７の定格電圧を超える恐れがある。
【００７６】
これに対して本実施例の制御方法では、インバータ装置３００のパワーモジュール３１０（スイッチング回路）において生成される矩形波電圧の中心位相を始動時とは逆に遅らせる、すなわち磁極位置センサ６００から出力された信号に基づいて検出される磁極位置（電圧位相）を基準とした時の中心位相に対して遅らせるように、スイッチング指令をモータジェネレータ制御装置４００において生成する。しかも、本実施例の制御方法では、その遅れ角度を、切替直前の始動モード時における電圧位相の進み角度よりも或いは発電モード時における電圧位相の遅れ角度よりも大きくする。このような制御によれば、バッテリ７に流れ込む発電電流（バッテリ電流Ｉｂ）を抑制でき、バッテリ７に印加される電圧（バッテリ電圧Ｖｂ）の跳ね上がりを防止できる。すなわち本実施例においては、従来の制御方法で現れていた跳ね上がり時のエネルギー（図４のバッテリ電圧Ｖｂの点線と実線との間の差分（ハッチング部分））がモータジェネレータ２００内部の損失（銅損）となり、バッテリ７に発電電流（バッテリ電流Ｉｂ）が流れ込まないので、バッテリ７に印加される電圧（バッテリ電圧Ｖｂ）の跳ね上がりを防止できる。
【００７７】
界磁電流Ｉｆが所定の値に絞り込まれ、動作モードが発電モードになると、本実施例では、電圧位相の遅れ角度が、始動・発電切替モード時、すなわちバッテリ７に印加される電圧（バッテリ電圧Ｖｂ）の跳ね上がりを防止する時よりも小さくする。
【００７８】
始動・発電切替モード時における電圧中心位相制御は、始動・発電切替モードに対応する電圧位相補正量テーブル４２１を、各相に印加される電圧の中心位相が遅れるように、かつその遅れ位相（角度）の大きさが発電モードの遅れ位相（角度）の大きさよりも大きくなるように設定すればよい。さらに好ましくは、参照パラメータである直流電圧及び回転数が大きい程、遅れる位相（角度）の大きさが大きくなるように設定すればよい。
【００７９】
次に、図５を用いて、本実施例のモータジェネレータ制御装置４００を用いた、始動モードにおける具体的な制御方法について説明する。
【００８０】
図５は、始動モードにおけるエンジン始動トルク，エンジン２の各気筒の吸排気状態，スイッチング半導体素子のスイッチングパターンの時間変化の状態と、本実施例の制御方法による、各相に印加される電圧の中心位相制御との関係を示す。
【００８１】
前述のように、始動時に多くの界磁電流Ｉｆを流すと、界磁磁束が大きくなるので、始動時、電機子巻線２１１に供給される電機子電流（必要なトルクを発生させるための電流）を低減できる。この場合、始動時のエンジン２のトルク脈動をモータジェネレータ２００により補償して、回転数脈動を抑制しようとすると、エンジン２のトルク脈動に合わせて界磁電流Ｉｆを増減させる必要がある。ところが、前述のように、界磁巻線の時定数が大きいので、エンジン２のトルク脈動に合わせて界磁電流Ｉｆを速やかに増減（追従）させることは困難である。このため、電機子巻線２１１に供給される電機子電流をエンジン２のトルク脈動に合わせて制御する必要がある。しかし、従来の制御方法では、インバータ装置３００のパワーモジュール３１０（スイッチング回路）において生成される矩形波電圧の中心位相，デューティー（又は通電幅）を変化させることを考慮していないので、電機子巻線２１１に供給される電機子電流をエンジン２のトルク脈動に合わせて制御できず、エンジン２のトルク脈動に起因して生じる回転数変動を抑制することができない。
【００８２】
これに対して本実施例の制御方法では、インバータ装置３００のパワーモジュール３１０（スイッチング回路）において生成される矩形波電圧の中心位相を進ませる、すなわち磁極位置センサ６００から出力された信号に基づいて検出される磁極位置（電圧位相）を基準とした時の中心位相に対して進ませるように、スイッチング指令をモータジェネレータ制御装置４００において生成する。しかも、本実施例の制御方法では、その進み角度を、エンジン２の始動に必要な始動トルクが大きいところ（始動初期）では最も大きく進ませ、エンジン２の始動に必要な始動トルクが小さいところ（始動後期であり、エンジン２が完爆して自立運転する前）では始動初期よりも小さく進ませる。このような制御によれば、電機子巻線２１１に供給される電機子電流をエンジン２のトルク脈動に合わせて速やかに増減でき、エンジン２のトルク脈動に起因して生じる回転数変動を抑制することができる。
【００８３】
始動モード時における電圧中心位相制御は、始動モードに対応する電圧位相補正量テーブル４２１を、各相に印加される電圧の中心位相が進むように設定すればよい。好ましくは、参照パラメータである回転数が大きくなればなる程、進み位相（角度）の大きさを小さくなるように設定すればよい。さらに好ましくは、参照パラメータであるピストン位置が、エンジン２の始動に必要な始動トルクが最も大きいところ（始動初期）の位置にある時には進み位相（角度）の大きさを最も大きくなるように設定し、その後、エンジン２の始動に必要な始動トルクが段々と小さくなる位置にしたがって、進み位相（角度）の大きさを段々と小さくなるように設定すればよい。
【００８４】
尚、本実施例では、４気筒４サイクルのエンジン２を用いて、エンジン２の始動に必要な始動トルクが最も大きいところのピストン位置を、第２気筒が圧縮、第１気筒が吸気、第３気筒が排気、第４気筒が膨張の各状態にあるところ、この次に、エンジン２の始動に必要な始動トルクが大きいところのピストン位置を、第２気筒が膨張、第１気筒が圧縮、第３気筒が吸気、第４気筒が排気の各状態にあるところ、この次に、エンジン２の始動に必要な始動トルクが大きいところのピストン位置を、第２気筒が排気、第１気筒が膨張、第３気筒が圧縮、第４気筒が吸気の各状態にあるところ、エンジン２の始動に必要な始動トルクが最も小さくなるところのピストン位置を、第２気筒が吸気、第１気筒が排気、第３気筒が膨張、第４気筒が圧縮の各状態にあるところとした。すなわち本実施例では、ピストン位置が１周期する間にエンジン２が始動するように（エンジン２が始動し易いように）、予めエンジン２の仕様，動作特性などに基づいてピストン位置を設定している。
【００８５】
また、本実施例では、エンジン２のピストン位置が始動初期位置、すなわち第２気筒が圧縮、第１気筒が吸気、第３気筒が排気、第４気筒が膨張の各状態になった位置でエンジン２が停止するように、停止モードにおいてエンジン２のピストン停止位置を制御している。従って、停止モードに対応する電圧位相補正量テーブル４２１は、エンジン２のピストン位置が上記始動初期位置になってエンジン２が停止するように設定されている。
【００８６】
さらに、本実施例では、参照パラメータをピストン位置としたが、エンジン２のクランク軸の位置やエンジン２の吸排気状態を参照パラメータとしても構わない。また、参照パラメータとしては、エンジン２のトルク脈動を補償するためのモータジェネレータ２００の補償トルクやエンジントルクを用いても構わない。補償トルクはエンジン２の吸排気状態を特定することにより算出できる。エンジン２の吸排気状態は、エンジン２に設けられた気筒位置センサから出力された信号に基づいて検出する、或いは気筒位置推定手段の推定値に基づいて演算することができる。エンジントルクはエンジン制御装置９から直接取得できるし、推定手段によって推定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施例であるモータジェネレータ駆動システムの構成、及びそのシステムを搭載した簡易型のハイブリッド自動車の駆動系の構成を示すブロック図。
【図２】図１のモータジェネレータ駆動システムの電気的な回路構成を示す回路図。
【図３】図１のモータジェネレータ駆動システムに搭載されたモータジェネレータ制御装置の機能的な構成を示すブロック図。
【図４】図１のモータジェネレータ駆動システムによる始動・発電切替モード時の制御方法を示す動作説明図。
【図５】図１のモータジェネレータ駆動システムによる始動モード時の制御方法を示す動作説明図。
【符号の説明】
【００８８】
１００  モータジェネレータ駆動システム
２００  モータジェネレータ
３００  インバータ装置
４００  モータジェネレータ制御装置
４１０  演算部
４１１  動作モード判定部
４１２  選択部
４１５  モード状態量テーブルデータ取得部
４１６  電圧位相補正部
４１７  スイッチングパターンテーブルデータ取得部
４１８  スイッチング指令生成部
４２０  記憶部
４２１  電圧位相補正量テーブル
４２２  スイッチングパターン選択テーブル
４２３  スイッチングパターンテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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