(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線組を有する回転電機を発電機として駆動する場合に前記回転電機の回転数に応じて複数の発電方式の切り替え制御を実行する回転電機の制御装置であって、
高電位側および低電位側のそれぞれにスイッチング素子を有する複数の回路が並列に接続されたスイッチング素子部と、
前記回転電機への制御指令に従って前記巻線組の各相への相電圧指令を生成し、生成した前記相電圧指令を出力する電圧指令生成部と、
スイッチング制御信号を生成し、生成した前記スイッチング制御信号に従って前記スイッチング素子部の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御するスイッチング信号生成部と、
前記巻線組の各相に流れる相電流を検出する電流センサと、
前記回転数を検出する回転センサと、
を備え、
前記スイッチング信号生成部は、
キャリア周波数が設定キャリア周波数となるように非同期キャリア波を生成し、前記電圧指令生成部から入力された前記相電圧指令と、生成した前記非同期キャリア波との振幅比較を行うことによって非同期ＰＷＭ信号を前記スイッチング制御信号として生成する第１インバータ発電制御を行う非同期ＰＷＭ信号生成部と、
前記相電圧指令と同期キャリア波との位相差が一定となり、かつ前記相電圧指令の電気角１周期に対してのパルス数を初期設定パルス数から１パルスまで減少方向に順次変化させながら同期キャリア波を生成し、前記相電圧指令と、生成した前記同期キャリア波との振幅比較を行うことによって同期ＰＷＭ信号を前記スイッチング制御信号として生成する第２インバータ発電制御を行う同期ＰＷＭ信号生成部と、
前記電流センサによって検出された前記相電流の正負に従って同期整流信号を前記スイッチング制御信号として生成するオルタネータ発電制御を行う同期整流発電制御部と、
を有し、
前記回転センサによって検出された前記回転数が第１設定回転数よりも小さい場合、前記第１インバータ発電制御を行い、前記回転数が前記第１設定回転数に達したときに前記第１インバータ発電制御から前記第２インバータ発電制御に切り替えて前記第２インバータ発電制御を行い、前記回転数が前記第１設定回転数よりも大きい第２設定回転数に達したときに前記第２インバータ発電制御から前記オルタネータ発電制御にさらに切り替え前記オルタネータ発電制御を行う
回転電機の制御装置。
【請求項２】
前記同期ＰＷＭ信号生成部は、
前記回転数または前記制御指令に応じて、前記相電圧指令の電気角１周期に対してのパルス数を初期設定パルス数から１パルスまで減少方向に順次変化させ、
前記制御指令は、電流指令またはトルク指令である
請求項１に記載の回転電機の制御装置。
【請求項３】
前記回転数が前記第２設定回転数に達し、かつ前記相電圧指令がゼロとなるときに前記第２インバータ発電制御から前記オルタネータ発電制御にさらに切り替えられる
請求項１または２に記載の回転電機の制御装置。
【請求項４】
前記第２インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクと、前記オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクとが一致するときの、前記回転電機の回転数を、前記第２設定回転数とする
請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【請求項５】
前記第１設定回転数および前記第２設定回転数の少なくとも一方にヒステリシスを設ける
請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線組を有する回転電機を発電機として駆動する場合に回転数に応じて複数の発電方式の切り替え制御を実行する回転電機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機として駆動する回転電機の制御方法として、回転電機が回転することで発生する起電力によって発電を行うオルタネータ発電制御と、インバータから回転電機へ位相制御された電機子電流を流して起電力を昇圧チョッパ制御することで発電を行うインバータ発電制御とが知られている。
【０００３】
ここで、オルタネータ発電制御では、回転電機の起電力がインバータに印加している直流電圧よりも高くないと発電できないので、回転電機の回転数が高くならないと発電可能とならない。一方、インバータ発電制御では、インバータからモータに位相制御された電機子電流を流すことで起電力を昇圧チョッパ制御しているので、回転電機の回転数が低い場合でも発電可能となる。そこで、両方の発電制御方式を組み合わせて回転電機の発電制御を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
具体的には、特許文献１に記載の従来技術では、回転電機の回転数が特定の切り替え回転数に達した場合に、インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への発電制御切り替えが行われる。また、このような発電制御切り替えの際に生じるショックを低減させるために、切り替え回転数にヒステリシスを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への発電制御切り替えの前後において、インバータのスイッチング素子のスイッチング制御の周期を考慮してない。したがって、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合、発電制御切り替え時のショックが発生する問題がある。
【０００７】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合であっても、発電制御切り替え時のショックを低減しつつ、連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる回転電機の制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における回転電機の制御装置は、巻線組を有する回転電機を発電機として駆動する場合に回転電機の回転数に応じて複数の発電方式の切り替え制御を実行する回転電機の制御装置であって、高電位側および低電位側のそれぞれにスイッチング素子を有する複数の回路が並列に接続されたスイッチング素子部と、回転電機への制御指令に従って巻線組の各相への相電圧指令を生成し、生成した相電圧指令を出力する電圧指令生成部と、スイッチング制御信号を生成し、生成したスイッチング制御信号に従ってスイッチング素子部の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御するスイッチング信号生成部と、巻線組の各相に流れる相電流を検出する電流センサと、回転数を検出する回転センサと、を備え、スイッチング信号生成部は、キャリア周波数が設定キャリア周波数となるように非同期キャリア波を生成し、電圧指令生成部から入力された相電圧指令と、生成した非同期キャリア波との振幅比較を行うことによって非同期ＰＷＭ信号をスイッチング制御信号として生成する第１インバータ発電制御を行う非同期ＰＷＭ信号生成部と、相電圧指令と同期キャリア波との位相差が一定となり、かつ相電圧指令の電気角１周期に対してのパルス数を初期設定パルス数から１パルスまで減少方向に順次変化させながら同期キャリア波を生成し、相電圧指令と、生成した同期キャリア波との振幅比較を行うことによって同期ＰＷＭ信号をスイッチング制御信号として生成する第２インバータ発電制御を行う同期ＰＷＭ信号生成部と、電流センサによって検出された相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成するオルタネータ発電制御を行う同期整流発電制御部と、を有し、回転センサによって検出された回転数が第１設定回転数よりも小さい場合、第１インバータ発電制御を行い、回転数が第１設定回転数に達したときに第１インバータ発電制御から第２インバータ発電制御に切り替えて第２インバータ発電制御を行い、回転数が第１設定回転数よりも大きい第２設定回転数に達したときに第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御にさらに切り替えオルタネータ発電制御を行うものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発電制御方式をオルタネータ発電制御に切り替える際に、同期ＰＷＭ信号生成部による第２インバータ発電制御から同期整流発電制御部によるオルタネータ発電制御に切り替えるように構成する。これにより、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合であっても、発電制御切り替え時のショックを低減しつつ、連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる回転電機の制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における回転電機制御システムを示す構成図である。
【図２】図１の非同期ＰＷＭ信号生成部の動作を説明するための説明図である。
【図３】図１の同期ＰＷＭ信号生成部の動作を説明するための説明図である。
【図４】図１の同期ＰＷＭ信号生成部の動作を説明するための説明図である。
【図５】図１の同期ＰＷＭ信号生成部の動作を説明するための説明図である。
【図６】図１の同期整流発電制御部の動作を説明するための説明図である。
【図７】図１のスイッチング信号生成部による発電制御方式の切り替え動作を説明するための説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２における第２設定回転数を設定する手法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による回転電機の制御装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における回転電機制御システムを示す構成図である。図１において、回転電機制御システムは、回転電機１と、回転電機の制御装置２とを備える。なお、以下、回転電機の制御装置２を単に制御装置２と略す。
【００１３】
回転電機１は、電動機および発電機としての機能を有し、制御装置２の制御に従って電動機または発電機として駆動する。また、回転電機１は、巻線組１１および回転センサ１２を有する。
【００１４】
巻線組１１は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線から構成された各相巻線を有する。なお、図１では、１組の巻線組１１を図示しているが、回転電機１の巻線組１１の組数に特に限定はなく、さらに、巻線組１１の結線種類も特に限定はなく、任意の種類のものでよい。また、本実施の形態１では、磁石付同期電動機に本願発明を適用する場合を例示するが、磁石を使用せずに界磁コイル通電により起磁力を発生させる界磁巻線付同期電動機にも本願発明を適用することができる。
【００１５】
回転センサ１２は、回転電機１の回転位相に相当する回転子位置と、回転電機１の回転数とを検出し、検出した回転子位置および回転数を制御装置２に出力する。なお、以下では、回転電機１の回転数を単に回転数と略す。また、回転センサ１２としては、従来のセンサを用いることができ、センサの種類に特に限定はない。
【００１６】
制御装置２は、回転電機制御システムの全体の制御を実施するものであって、例えば、マイコンを用いて構成される。
【００１７】
また、制御装置２は、スイッチング素子部２１、電流センサ２２、電流指令生成部２３、電圧指令生成部２４およびスイッチング信号生成部２５を有する。
【００１８】
直流電源３は、スイッチング素子部２１に直流電圧を出力する。なお、直流電源３としては、例えば、バッテリを用いることができる。
【００１９】
平滑コンデンサ４は、母線電流の変動を抑制して安定した直流電流を実現するために、直流電源３に対して並列に接続された状態で設けられる。
【００２０】
スイッチング素子部２１は、高電位側および低電位側のそれぞれに半導体スイッチング素子を有する３つのハーフブリッジ回路が並列に接続されている。具体的には、スイッチング素子部２１は、スイッチング素子Ｓｕｐ、ＳｖｐおよびＳｗｐから構成された高電位側スイッチング素子と、スイッチング素子Ｓｕｎ、ＳｖｎおよびＳｗｎから構成された低電位側スイッチング素子とを有する。
【００２１】
一対のスイッチング素子ＳｕｐおよびＳｕｎを接続する接続点は、Ｕ相巻線の一端に接続されている。また、一対のスイッチング素子ＳｖｐおよびＳｖｎを接続する接続点は、Ｖ相巻線の一端に接続されている。さらに、一対のスイッチング素子ＳｗｐおよびＳｗｎの接続点は、Ｗ相巻線の一端に接続されている。
【００２２】
スイッチング素子部２１の各スイッチング素子は、後述するスイッチング信号生成部２５から入力されたスイッチング制御信号に従って、オンおよびオフにスイッチング制御される。このようにスイッチング素子部２１の各スイッチング素子をスイッチング制御することで、回転電機１の制御が可能となる。
【００２３】
電流センサ２２は、回転電機１の各相に通電される電流を検出する。具体的には、電流センサ２２は、Ｕ相巻線を流れる電流としてＵ相電流を検出し、Ｖ相電流を流れる電流としてＶ相電流を検出し、Ｗ相巻線を流れる電流としてＷ相電流を検出する。また、電流センサ２２は、検出した各相電流を電圧指令生成部２４およびスイッチング信号生成部２５に出力する。
【００２４】
電流指令生成部２３は、回転電機１への制御指令として入力されたトルク指令を電流指令に変換し、変換後の電流指令を電圧指令生成部２４に出力する。なお、回転電機１への制御指令として、電流指令を電圧指令生成部２４に直接入力するようにしてもよい。
【００２５】
電圧指令生成部２４は、回転センサ１２から入力された回転子位置と、電流センサ２２から入力された各相電流と、電流指令生成部２３から入力された電流指令とに従って、各相電圧指令を生成する。具体的には、電圧指令生成部２４は、電流指令生成部２３から入力された電流指令と、電流センサ２２から入力された各相電流との偏差が０となるように比例積分制御によって各相電圧指令を演算する。このように、電圧指令生成部２４は、電流フィードバック制御によって、各相電圧指令を演算することとなる。
【００２６】
スイッチング信号生成部２５は、電圧指令生成部２４から入力された各相電圧指令に従って、スイッチング素子部２１の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御するためのスイッチング制御信号を生成する。また、スイッチング信号生成部２５は、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１と、同期ＰＷＭ信号生成部２５２と、同期整流発電制御部２５３とを有する。
【００２７】
非同期ＰＷＭ信号生成部２５１は、回転電機１が電動機として駆動または発電機として駆動する場合に動作し、非同期ＰＷＭ制御を行う。また、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１は、非同期ＰＷＭ制御を行う場合、電圧指令生成部２４から入力された各相電圧指令に従って、非同期ＰＷＭ信号をスイッチング制御信号として生成し、生成したスイッチング制御信号をスイッチング素子部２１に出力する。
【００２８】
同期ＰＷＭ信号生成部２５２は、回転電機１が電動機として駆動または発電機として駆動する場合に動作し、同期ＰＷＭ制御を行う。また、同期ＰＷＭ信号生成部２５２は、同期ＰＷＭ制御を行う場合、電圧指令生成部２４から入力された各相電圧指令に従って、同期ＰＷＭ信号をスイッチング制御信号として生成し、生成したスイッチング制御信号をスイッチング素子部２１に出力する。
【００２９】
ここで、回転電機１が発電機として駆動する場合、回転数が低い領域では、回転電機１の起電力が小さいので、その起電力を整流するだけでは直流電源３に十分な発電電力を供給することができない。そこで、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１および同期ＰＷＭ信号生成部２５２のそれぞれは、インバータ発電制御として、スイッチング素子部２１の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御することで、回転電機１の起電力を昇圧した上で、直流電源３に発電電力を供給する。
【００３０】
なお、以下では、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１が行うインバータ発電制御を第１インバータ発電制御と称し、同期ＰＷＭ信号生成部２５２が行うインバータ発電制御を第２インバータ発電制御と称す。
【００３１】
非同期ＰＷＭ信号生成部２５１は、第１インバータ発電制御として、電圧指令生成部２４から入力された各相電圧指令に従って、非同期ＰＷＭ信号をスイッチング制御信号として生成する。同期ＰＷＭ信号生成部２５２は、第２インバータ発電制御として、電圧指令生成部２４から入力された各相電圧指令に従って、同期ＰＷＭ信号をスイッチング制御信号として生成する。
【００３２】
同期整流発電制御部２５３は、回転電機１が発電機として駆動する場合に動作し、オルタネータ発電制御を行う。
【００３３】
ここで、回転電機１が発電機として駆動する場合、回転数が高い領域では、回転電機１の起電力が大きいので、その起電力を昇圧する必要がない。そこで、同期整流発電制御部２５３は、オルタネータ発電制御として、同期整流方式で、回転電機１の起電力を整流することで、直流電源３に発電電力を供給する。
【００３４】
同期整流発電制御部２５３は、オルタネータ発電制御として、電流センサ２２から入力される各相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成する。
【００３５】
回転電機１を発電機として駆動させる場合、スイッチング信号生成部２５は、発電制御方式を切り替えながら、スイッチング素子部２１にスイッチング制御信号を出力することで、回転電機１を制御する。
【００３６】
すなわち、回転電機１を発電機として駆動させる場合、はじめに非同期ＰＷＭ信号生成部２５１による第１インバータ発電制御が行われる。続いて、同期ＰＷＭ信号生成部２５２による第２インバータ発電制御に切り替わって第２インバータ発電制御が行われる。さらに、同期整流発電制御部２５３によるオルタネータ発電制御に切り替わってオルタネータ発電制御が行われる。このような発電制御方式の切り替えは、回転センサ１２から入力された回転数に従って行われる。
【００３７】
次に、回転電機１を電動機として駆動または発電機として駆動させる場合の、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１および同期ＰＷＭ信号生成部２５２のそれぞれによる制御について、図２〜図５を参照しながら説明する。
【００３８】
図２は、図１の非同期ＰＷＭ信号生成部２５１の動作を説明するための説明図である。図３、図４および図５は、図１の同期ＰＷＭ信号生成部２５２の動作を説明するための説明図である。
【００３９】
図２に示すように、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１は、電圧指令生成部２４から入力された相電圧指令と、生成したキャリア波との振幅比較を行う。
【００４０】
非同期ＰＷＭ信号生成部２５１は、比較結果、すなわち相電圧指令とキャリア波との振幅の大小関係に従って、スイッチング素子部２１の各スイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御するためのスイッチング制御信号として、非同期ＰＷＭ信号を生成する。
【００４１】
図３〜図５に示すように、同期ＰＷＭ信号生成部２５２も、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１と同様に、電圧指令生成部２４から入力された相電圧指令と、生成したキャリア波との振幅比較を行うことで、スイッチング制御信号として、同期ＰＷＭ信号を生成する。
【００４２】
なお、以下では、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１によって生成されるキャリア波を非同期キャリア波と称し、同期ＰＷＭ信号生成部２５２によって生成されるキャリア波を同期キャリア波と称す。
【００４３】
続いて、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１による非同期キャリア波の生成と、同期ＰＷＭ信号生成部２５２による同期キャリア波の生成とについて説明する。
【００４４】
非同期ＰＷＭ信号生成部２５１は、あらかじめ設定された設定キャリア周波数を有する三角波を非同期キャリア波として生成する。また、電圧指令生成部２４から入力された相電圧指令と、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１によって生成された非同期キャリア波との位相差は、任意の値となる。
【００４５】
一方、同期ＰＷＭ信号生成部２５２は、電気角周波数に応じてキャリア周波数を変化させながら、電圧指令生成部２４から入力された相電圧指令との位相差が一定となる同期キャリア波を生成する。
【００４６】
ここで、同期ＰＷＭ信号生成部２５２は、相電圧指令とＰＷＭキャリア波との位相差が一定となるように同期キャリア波のキャリア周波数を変化させる。なお、相電圧指令と同期キャリア波との位相差が一定となる場合、同期キャリア波のキャリア周波数と、相電圧指令の電気角周波数との間に、以下の式（１）の関係が成立する。ただし、Ｎは、０以上の整数である。
【００４７】
キャリア周波数＝３×Ｎ×電気角周波数・・・（１）
【００４８】
すなわち、同期ＰＷＭ信号生成部２５２は、式（１）を満たすように、キャリア周波数を変化させながら、同期キャリア波を生成することとなる。具体的には、図３に示すように、１５パルスの同期キャリア波が生成されればキャリア周波数が電気角周波数の１５倍となる。また、図４に示すように、３パルスの同期キャリア波が生成されればキャリア周波数が電気角周波数の３倍となる。さらに、図５に示すように、１パルスの同期キャリア波が生成されれば、キャリア周波数と電気角周波数とが一致する。
【００４９】
また、同期ＰＷＭ信号生成部２５２によって生成されたスイッチング制御信号に従ってスイッチング制御されるスイッチング素子について考えると、同期キャリア波と相電圧指令との交点でスイッチングが発生する。したがって、図３〜図５から分かるように、同期キャリア波のパルス数が少なくなるほどスイッチング回数が減少することとなる。また、図５に示すように、パルス数が１パルスの場合、電気角１周期に対して２回だけスイッチング素子のオンおよびオフのスイッチングが行われることとなる。
【００５０】
続いて、同期整流発電制御部２５３の動作について、図６を参照しながら説明する。図６は、図１の同期整流発電制御部２５３の動作を説明するための説明図である。同期整流発電制御部２５３は、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行うべく、電流センサ２２から入力される各相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成する。
【００５１】
ここで、同期整流方式とは、回転電機１の各相に流れる電流の向きに従ってスイッチング素子をオンおよびオフにスイッチング制御することで、寄生ダイオードではなく、寄生ダイオードのオン抵抗に比べて抵抗の小さいスイッチング素子に電流が流れるようにする方式である。このような同期整流方式で発電制御が行われることで、発電効率を高くすることができ、さらに、スイッチング素子部２１で発生する発電電力の損失を低減することができる。
【００５２】
具体的には、同期整流発電制御部２５３は、図６に示すように、電流センサ２２から入力された相電流の電流位相が０ｄｅｇおよび１８０ｄｅｄのそれぞれの場合にスイッチングが発生するように発電制御する。すなわち、同期整流発電制御部２５３は、電流センサ２２から入力される各相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成する。
【００５３】
ここで、図５および図６から分かるように、オルタネータ発電制御では、第２インバータ発電制御で１パルスの同期キャリア波を用いたときと同じ周期で、スイッチング制御が行われる。
【００５４】
そこで、インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に発電制御方式を切り替える場合には、第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替えるように構成することで、切り替え前後で同じ周期のスイッチング制御を実現することができる。したがって、従来と比べて、切り替え時のショックを低減しつつ、連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる。
【００５５】
次に、スイッチング信号生成部２５による発電制御方式の切り替え動作について、図７を参照しながらさらに説明する。図７は、図１のスイッチング信号生成部２５による発電制御方式の切り替え動作を説明するための説明図である。なお、図７では、トルク指令が一定の負値、すなわち、−Ｔであり、回転数が時間の経過とともに上昇している場合を例示している。また、図７では、回転数が第１設定回転数Ｎ１に到達する時刻Ｔ２で、第１インバータ発電制御から第２インバータ発電制御に切り替わり、回転数が第２設定回転数Ｎ２に到達する時刻Ｔ３で第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わるように設定した場合を例示している。第１設定回転数Ｎ１と、第１設定回転数Ｎ１よりも大きい第２設定回転数Ｎ２は、あらかじめ設定される。
【００５６】
時刻Ｔ１からＴ２までの期間では、回転数が第１設定回転数Ｎ１よりも低い領域であるので、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１による第１インバータ発電制御が行われる。なお、第１設定回転数Ｎ１は、以下で説明する同期ＰＷＭ方式を適用する利点を考慮しながらあらかじめ設定すればよい。
【００５７】
ここで、回転数が低い領域では、相電圧指令の電気角１周期がキャリア波のキャリア周期と比べて非常に長くなる。したがって、同期ＰＷＭ方式を適用する場合、パルス数が大幅に増加することとなるので、非同期ＰＷＭ方式を適用する場合と同程度のスイッチング素子のオンおよびオフのスイッチング動作が発生する。したがって、回転数が低い場合には、同期ＰＷＭ方式を適用する利点がなくなるといえる。
【００５８】
そこで、回転数が低い場合には、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１による第１インバータ発電制御が行われるようにすることで、非同期ＰＷＭ信号をスイッチング制御信号としてスイッチング素子部２１に出力する。
【００５９】
続いて、回転数が高くなるにつれて、相電圧指令の電気角１周期が短くなっていくので、同期ＰＷＭ方式を適用する場合にパルス数を大きく増加させる必要がなくなる。そこで、回転数が第１設定回転数Ｎ１に達する時刻Ｔ２では、非同期ＰＷＭ信号生成部２５１による第１インバータ発電制御から、同期ＰＷＭ信号生成部２５２による第２インバータ発電制御に切り替える。また、時刻Ｔ２からＴ３までの期間では、同期ＰＷＭ信号生成部２５２による第２インバータ発電制御が行われる。
【００６０】
ここで、第１インバータ発電制御から第２インバータ発電制御に切り替える場合において、同期キャリア波のパルス数が少ない状態で第２インバータ発電制御に切り替わるとき、切り替え前後のキャリア周波数が急変し電流脈動が大きくなってしまう。このような電流脈動を抑制するために、第２インバータ発電制御に切り替わるときの同期キャリア波のパルス数が多くなるように設定する。
【００６１】
また、第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わる場合において、前述したように、切り替え前後で同じ周期のスイッチング制御を実現するために、同期キャリア波のパルス数を１パルスとなるように設定する。
【００６２】
そこで、同期ＰＷＭ信号生成部２５２が生成する同期キャリア波のパルス数について、回転数が第１設定回転数Ｎ１に到達した場合に１５パルスとなり、回転数に従って、１５パルスから、９パルス、３パルスと順次変化させ、回転数が第２設定回転数Ｎ２に到達した場合に１パルスとなるように変化パターンを設定する。
【００６３】
なお、ここでは、回転数が第１設定回転数Ｎ１に到達した場合の同期キャリア波のパルス数として、初期設定パルス数が１５パルスとなるように設定する場合を例示したが、初期設定パルス数の数値は一例に過ぎず、適宜、数値を変えることができる。また、同期キャリア波のパルス数が１パルスとなるまで、回転数に従って、同期キャリア波のパルス数を１５パルスから９パルス、３パルスに順次変化させる変化パターンを例示しているが、このような変化パターンは、一例に過ぎない。すなわち、回転数が第２設定回転数Ｎ２に到達した場合に同期キャリア波のパルス数が１パルスとなるような変化パターンであれば、変化パターンを適宜変更することができる。
【００６４】
続いて、回転数がさらに高くなるにつれて、回転電機１の起電力が大きくなる。そこで、回転数が第２設定回転数Ｎ２に達する時刻Ｔ３では、同期ＰＷＭ信号生成部２５２による第２インバータ発電制御から同期整流発電制御部２５３によるオルタネータ発電制御に切り替える。また、時刻Ｔ３以降では、同期整流発電制御部２５３によるオルタネータ発電制御が行われる。
【００６５】
このように、回転電機１を発電機として駆動させる場合、回転電機１の回転数に従って、第１インバータ発電制御から、第２インバータ発電制御、オルタネータ発電制御に順次切り替えられる。
【００６６】
なお、本実施の形態１では、回転数が第１設定回転数Ｎ１に到達すれば第１インバータ発電制御から第２インバータ発電制御への切り替えが行われ、回転数が第２設定回転数Ｎ２に到達すれば第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への切り替えが行われる場合を例示した。しかしながら、第１設定回転数Ｎ１および第２設定回転数Ｎ２の少なくとも一方にヒステリシスを設けてもよい。これにより、ヒステリシスが設けられた設定回転数付近で切り替えが頻発に生じることを抑制することができ、その結果、切り替えによるショックの抑制を実現することが可能となる。
【００６７】
また、本実施の形態１では、同期ＰＷＭ信号生成部２５２が生成する同期キャリア波のパルス数について、回転数に従って順次変化させる場合を例示したが、電流指令生成部２３によって生成される電流指令に従って順次変化させるようにしてもよい。この場合、同期ＰＷＭ信号生成部２５２には、電流指令生成部２３によって生成される電流指令が入力される。また、同期ＰＷＭ信号生成部２５２が生成する同期キャリア波のパルス数について、電流指令生成部２３に入力されるトルク指令に従って順次変化させるようにしてもよい。この場合、同期ＰＷＭ信号生成部２５２には、トルク指令が入力される。
【００６８】
また、本実施の形態１では、回転数が第２設定回転数Ｎ２に到達すれば第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への切り替えが行われる場合を例示した。しかしながら、回転数が第２設定回転数Ｎ２に到達し、かつ電圧指令生成部２４によって生成される相電圧指令が０となるタイミングで、第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への切り替えが行われるようにしてもよい。これにより、切り替えによるショックをより低減させることが可能となる。
【００６９】
以上、本実施の形態１によれば、キャリア周波数が設定キャリア周波数となるように非同期キャリア波を生成し、電圧指令生成部から入力された相電圧指令と、生成した非同期キャリア波との振幅比較を行うことによって非同期ＰＷＭ信号をスイッチング制御信号として生成する第１インバータ発電制御を行う非同期ＰＷＭ信号生成部と、相電圧指令と同期キャリア波との位相差が一定となり、かつ相電圧指令の電気角１周期に対してのパルス数を初期設定パルス数から１パルスまで減少方向に順次変化させながら同期キャリア波を生成し、相電圧指令と、生成した同期キャリア波との振幅比較を行うことによって同期ＰＷＭ信号をスイッチング制御信号として生成する第２インバータ発電制御を行う同期ＰＷＭ信号生成部と、電流センサによって検出された相電流の正負に従って同期整流信号をスイッチング制御信号として生成するオルタネータ発電制御を行う同期整流発電制御部と、を有するように構成した。
【００７０】
また、回転センサによって検出された回転数が第１設定回転数よりも小さい場合、第１インバータ発電制御が行われ、回転数が第１設定回転数に達したときに第１インバータ発電制御から第２インバータ発電制御に切り替えられて第２インバータ発電制御が行われ、回転数が第１設定回転数よりも大きい第２設定回転数に達したときに第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御にさらに切り替えられてオルタネータ発電制御が行われる。
【００７１】
これにより、同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合であっても、発電制御切り替え時のショックを低減しつつ連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる。
【００７２】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わる第２設定回転数Ｎ２のより最適な設定手法について、図８を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施の形態２における第２設定回転数Ｎ２を設定する手法を説明するための説明図である。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様の点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００７３】
図８では、回転電機１の回転数に対して、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクの変化特性と、回転電機の１の回転数に対して第２インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクの変化特性とを併せて図示している。図８で図示する発電トルク特性は、回転電機１の種類に応じてあらかじめ分かるものであるので、このような発電トルク特性を参照して第２設定回転数Ｎ２を設定する。
【００７４】
図８に示すように、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクについて、回転電機１の起電力がスイッチング素子部２１に印加された直流電圧よりも高くならないと、発電可能とならないので、回転数が低い領域では、発電トルクが０Ｎｍとなる。また、回転数が高くなると、回転数が回転数Ｎｂとなるまでの領域では発電トルクが大きくなる一方、発電電流に限界があるので、回転数が回転数Ｎｂよりも高い領域では、発電トルクが小さくなる。
【００７５】
続いて、第２インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクについて、回転数が低いほど発電トルクが大きく、回転数が高くなるにつれて発電電流の制約で発電トルクが小さくなる。また、回転数が高くなるにつれて、ＰＷＭ信号に従ったスイッチング素子のオンおよびオフのスイッチングの影響で、オルタネータ発電制御と比べてスイッチング素子部２１での損失が増加する。したがって、回転数が回転数Ｎａよりも高い領域では、オルタネータ発電制御と比べて、発電トルクが小さくなる。そのため、図８に示すように、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクの特性線と、第２インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクの特性線との交点Ｐが存在することとなる。
【００７６】
そこで、交点Ｐに対応する回転数Ｎａを第２設定回転数Ｎ２とすることで、回転数が回転数Ｎａに到達すれば第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わることとなる。この場合、第２インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクの範囲と、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクの範囲とが一致するので、切り替えによって発生する発電トルクの変動を抑制することができる。
【００７７】
以上、本実施の形態２によれば、第２インバータ発電制御によって発電可能な発電トルクと、オルタネータ発電制御によって発電可能な発電トルクとが一致するときの、回転電機の回転数を、第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御に切り替わる第２設定回転数Ｎ２とする。これにより、第２インバータ発電制御からオルタネータ発電制御への切り替えによって発生する発電トルクの変動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１  回転電機、２  回転電機の制御装置、３  直流電源、４  平滑コンデンサ、１１  巻線組、１２  回転センサ、２１  スイッチング素子部、２２  電流センサ、２３  電流指令生成部、２４  電圧指令生成部、２５  スイッチング信号生成部、２５１  非同期ＰＷＭ信号生成部、２５２  同期ＰＷＭ信号生成部、２５３  同期整流発電制御部。
【要約】
【課題】同期整流方式でオルタネータ発電制御を行う場合であっても、発電制御切り替え時のショックを低減しつつ、連続的に発電制御方式を切り替えることが可能となる回転電機の制御装置を得る。
【解決手段】発電制御方式をオルタネータ発電制御に切り替える際に、非同期ＰＷＭ信号生成部（２５１）による第１インバータ発電制御から、同期ＰＷＭ信号生成部（２５２）による第２インバータ発電制御、同期整流発電制御部（２５３）によるオルタネータ発電制御に順次切り替えるように構成する。
【選択図】図１【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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