(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流を検出して励磁電流検出値として出力する励磁電流検出部と、前記車両用界磁巻線型回転電機の回転数を検出して回転数検出値として出力する回転数検出部と、前記励磁電流検出値と前記回転数検出値と前記車両用界磁巻線型回転電機の出力電圧を検出した出力電圧検出値とトルクとの関係を示すトルクマップに基づいてトルクを推定し、これをトルク推定値として出力するトルク推定部と、前記トルク推定値に基づいて演算された励磁電流指令値に相当する励磁電流を前記界磁巻線に通電する励磁電流制御部とを備える車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記トルク推定部は、界磁磁気回路のヒステリシス特性により生じる前記トルク推定値の誤差を低減する演算を行うことを特徴とする車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記トルク推定部は、
前記トルク推定に実質的に用いる前記励磁電流と電機子巻線鎖交差磁束量相当量との関係を示す前記界磁磁気回路の磁化特性として励磁電流増加時磁化特性と励磁電流減少時磁化特性とを記憶し、前記トルク推定に実質的に用いる前記両磁化特性の選択を前記車両用界磁巻線型回転電機の運転状況に基づいて行う車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記トルク推定部は、
前記励磁電流の直前の変化傾向が電流増加傾向か電流減少傾向かを判定し、電流増加傾向の場合には前記励磁電流減少時磁化特性よりも前記励磁電流増加時磁化特性寄りの磁化特性を実質的に用いて前記トルク推定を行い、電流減少傾向の場合には前記励磁電流増加時磁化特性よりも前記励磁電流減少時磁化特性寄りの磁化特性を実質的に用いて前記トルク推定を行う車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記トルク推定部は、
前記両磁化特性の中間の磁化特性を実質的に用いた前記トルク推定を前記車両用界磁巻線型回転電機の運転状況に基づいて選択する車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記励磁電流減少時磁化特性は、実質的に磁気飽和状態に達した後、励磁電流が単調減少する時の磁化特性（Ｌ１）である車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項６】
請求項２乃至４のいずれか記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記励磁電流増加時磁化特性は、実質的に磁気飽和状態から励磁電流が単調減少して励磁電流０の状態に達した後、励磁電流が単調増加する時の磁化特性（Ｌ２）である車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
所定値以上の前記励磁電流を所定時間通電することにより前記界磁磁気回路は、出荷前に磁気飽和処理されている車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項８】
請求項１記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記励磁電流は、前記界磁磁気回路を略磁気飽和させるに十分な量と時間だけ所定タイミングにて通電される車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項９】
請求項８記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記励磁電流の通電は、エンジン停止時に実施される車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項１０】
請求項８記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記励磁電流の通電は、エンジン回転数が所定値以下の場合に実施される車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【請求項１１】
請求項８記載の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置において、
前記励磁電流の通電は、前記車両用界磁巻線型回転電機から給電されるバッテリの蓄電状態が所定値以下の場合に実施される車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置に関し、特に要求トルクに対応する励磁電流を車両用界磁巻線型回転電機に供給する車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される界磁巻線型回転電機として車両用交流発電機が広く知られている。その他、出力制御の容易性を考慮して界磁巻線型電動機や界磁巻線型発電電動機の採用も検討されている。
【０００３】
従来の車両用交流発電機では、通常、バッテリ電圧の検出値と目標値の偏差により励磁電流を増減するフィードバック制御が一般的であるが、要求発電トルクに基づいて演算した励磁電流値により励磁電流制御を行うトルク制御式励磁電流制御法が近年提案されている（特許文献１〜２）。
【０００４】
前者は少なくとも励磁電流、回転数とトルクとの関係を示すマップに励磁電流検出値及び回転数検出値を代入してトルクを算出する。このトルク制御式励磁電流制御法では、算出した発電機トルクを車両ＥＣＵに送信してエンジン制御に役立てたり、同様に算出した算出した出力電流を電池管理に役立てたりすることができる。
【特許文献１】特開２００３−０７４３６８号公報
【特許文献２】特開２００３−２８４２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来のトルク制御式励磁電流制御法では、トルク指令値に対応して演算される励磁電流指令値の算出精度が低いという問題があった。このため、要求されるトルクや出力電流と実際に発生するトルクや実際に発電した出力電流との誤差が小さくないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、トルクの算出精度更にはこの算出したトルクに対応する励磁電流の算出精度を向上可能な車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するこの発明は、車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流を検出して励磁電流検出値として出力する励磁電流検出部と、前記車両用界磁巻線型回転電機の回転数を検出して回転数検出値として出力する回転数検出部と、前記励磁電流検出値と前記回転数検出値と前記車両用界磁巻線型回転電機の出力電圧を検出した出力電圧検出値とトルクとの関係を示すトルクマップに基づいてトルクを推定し、これをトルク推定値として出力するトルク推定部と、前記トルク推定値に基づいて演算された励磁電流指令値に相当する励磁電流を前記界磁巻線に通電する励磁電流制御部とを備える車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置に適用される。この種の装置を用いた励磁電流制御はトルク制御式励磁電流制御として公知となっている。
【０００８】
この発明は特に、前記トルク推定部が、界磁磁気回路のヒステリシス特性により生じる前記トルク推定値の誤差を低減する演算を行うことを特徴としている。このようにすれば、従来技術に比べてトルク推定精度を大幅に向上できるため、高精度のトルク制御式励磁電流制御を実現することができる。以下、更に具体的に説明する。
【０００９】
本発明者らは、従来のトルク制御式励磁電流制御の低精度の原因追及過程において、車両用界磁巻線型回転電機の界磁磁気回路の磁化特性がヒステリシスをもつことに気がついた。従来のトルク制御式励磁電流制御において、励磁電流及び回転数更に好適には出力電圧とトルクとの関係を示すマップに励磁電流などの検出データを代入してトルクを推定しているが、このマップは、界磁磁気回路の初期磁化特性を基準として作成されていた。しかしながら、良く知られているように界磁磁気回路を構成する軟磁性材はヒステリシス特性（直流ヒステリシス特性とも言う）をもつため、励磁電流の変化とともに、その動作点は初期磁化特性から逸脱し、その結果としてトルクと励磁電流との関係は変化してしまう。本発明者らは、トルク制御式励磁電流制御におけるトルク推定誤差が界磁磁気回路のヒステリシス特性に起因して生じることに着目した。すなわち、上記マップの基礎となる励磁電流と電機子巻線鎖交差磁束量との関係が、いわゆるヒステリシス特性によりメモリに記憶されている上記マップ書き込み時の状態からずれることにより、上記トルク推定誤差が生じるわけである。このことは、このずれを減少させれば、トルク推定誤差を低減できることを意味する。本発明は、この知見に基づいてなされた。
【００１０】
たとえば、トルクの演算のために記憶する演算用励磁電流と無負荷飽和電圧との関係における演算用励磁電流と励磁電流検出値との間の励磁電流誤差（ΔＩｆ）を求め、励磁電流検出値に励磁電流誤差（ΔＩｆ）を加算して励磁電流検出値を補正するなどの処理を行えば、トルク推定を高精度に行うことができる。
【００１１】
好適な態様において、前記トルク推定部は、前記トルク推定に実質的に用いる前記励磁電流と電機子巻線鎖交差磁束量相当量との関係を示す前記界磁磁気回路の磁化特性として励磁電流増加時磁化特性と励磁電流減少時磁化特性とを記憶し、前記トルク推定に実質的に用いる前記両磁化特性の選択を前記車両用界磁巻線型回転電機の運転状況に基づいて行う。
【００１２】
すなわち、この態様では、界磁磁気回路の磁化特性（ヒステリシス特性）が、励磁電流増加時と励磁電流減少時とで大幅に変化する点に着目したものであり、運転状況（たとえば励磁電流の直前の変化傾向）に基づいて励磁電流増加時の磁化特性と励磁電流減少時の磁化特性の一方が選択される。好適には、励磁電流増加時には励磁電流増加時の磁化特性に基づくトルク推定マップが選択され、励磁電流減少時には励磁電流減少時の磁化特性に基づくトルク推定マップが選択される。このようにすれば、トルク推定精度を従来より大幅に向上することができる。
【００１３】
好適な態様において、前記トルク推定部は、前記励磁電流の直前の変化傾向が電流増加傾向か電流減少傾向かを判定し、電流増加傾向の場合には前記励磁電流減少時磁化特性よりも前記励磁電流増加時磁化特性寄りの磁化特性を実質的に用いて前記トルク推定を行い、電流減少傾向の場合には前記励磁電流増加時磁化特性よりも前記励磁電流減少時磁化特性寄りの磁化特性を実質的に用いて前記トルク推定を行う。
【００１４】
すなわち、この態様では、励磁電流増加時には予め記憶する励磁電流増加時の磁化特性そのものでなく、励磁電流減少時の磁化特性よりも励磁電流増加時の磁化特性に近い磁化特性に対応するトルク推定マップを用いてトルク推定を行い、励磁電流減少時には予め記憶する励磁電流減少時の磁化特性そのものでなく、励磁電流増加時の磁化特性よりも励磁電流減少時の磁化特性に近い磁化特性に対応するトルク推定マップを用いてトルク推定を行う。このようにすれば、トルク推定精度を従来より大幅に向上することができる。
【００１５】
好適な態様において、前記トルク推定部は、前記両磁化特性の中間の磁化特性を実質的に用いた前記トルク推定を前記車両用界磁巻線型回転電機の運転状況に基づいて選択する。好適には、励磁電流と電機子巻線鎖交差磁束との関係を示す二次元空間上にて動作点が予め記憶する磁化特性から逸脱している可能性が高い運転状況（後述のケース３）では、励磁電流増加時磁化特性と励磁電流減少時磁化特性との中間的な磁化特性に対応するマップに基づいてトルク推定を行う。この場合でも、励磁電流増加時にはやや励磁電流増加時磁化特性寄りの磁化特性に対応するマップにてトルク推定を行うことが好適であり、励磁電流減少時にはやや励磁電流減少時磁化特性寄りの磁化特性に対応するマップにてトルク推定を行うことが好適である。
【００１６】
好適な態様において、前記励磁電流減少時磁化特性は、実質的に磁気飽和状態に達した後、励磁電流が単調減少する時の磁化特性（Ｌ１）である。界磁磁気回路を略磁気飽和処理することにより、励磁電流減少時磁化特性をこの磁化特性線一致させることができるため、トルク推定誤差を低減することが可能となる。
【００１７】
好適な態様において、前記励磁電流増加時磁化特性は、実質的に磁気飽和状態から励磁電流が単調減少して励磁電流０の状態に達した後、励磁電流が単調増加する時の磁化特性（Ｌ２）である。界磁磁気回路を略磁気飽和処理することにより、励磁電流増加時磁化特性をこの磁化特性線に一致させることができるため、トルク推定誤差を低減することが可能となる。
【００１８】
更に説明すると、図２に示す特性線Ｌ１、Ｌ２で囲まれるヒステリシスループは非常に狭く、かつ、この内に存在する動作点と特性線Ｌ１又はＬ２との間の距離は、上記動作点と初期磁化特性Ｌ０との間の距離よりも格段に小さく、その上、上記した磁気飽和処理により動作点を必要に応じてあるいは定期的に特性線Ｌ１、Ｌ２上に戻すことができるため、トルク推定誤差を大幅に向上することができるわけである。
【００１９】
好適な態様において、所定値以上の前記励磁電流を所定時間通電することにより前記界磁磁気回路は、出荷前に磁気飽和処理されている。これにより、動作点は、磁化特性Ｌ２上を出発することができるため、その後、図２において斜線で示される磁化特性Ｌ１、Ｌ２の間に存在することができる。その結果、磁化特性Ｌ１、Ｌ２を基準としてトルク推定すると推定誤差を低減することができる。
【００２０】
好適な態様において、前記励磁電流は、前記界磁磁気回路を略磁気飽和させるに十分な量と時間だけ所定タイミングにて通電される。これにより、動作点は所定タイミングにて磁化特性Ｌ２上を出発することができるため、その後、図２において斜線で示される磁化特性Ｌ１、Ｌ２の間に存在することができる。その結果、磁化特性Ｌ１、Ｌ２を基準としてトルク推定する時のトルク推定誤差を低減することができる。
【００２１】
好適な態様において、前記励磁電流の通電は、エンジン停止時に実施される。これにより、上記残留磁束回復のための大励磁電流通電を行っても大きな出力電流が発生することがなく、その処理が問題となることがない。
【００２２】
好適な態様において、前記励磁電流の通電は、エンジン回転数が所定値以下の場合に実施される。これにより、上記残留磁束回復のための大励磁電流通電を行っても大きな出力電流が発生することがなく、その処理が問題となることがない。
【００２３】
好適な態様において、前記励磁電流の通電は、前記車両用界磁巻線型回転電機から給電されるバッテリの蓄電状態が所定値以下の場合に実施される。これにより、上記残留磁束回復のための大励磁電流通電を行って大きな出力電流が発生しても、それをバッテリ充電に有効利用できるため、問題が生じることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置の好適実施形態を図面を参照して具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、他の技術を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。
【００２５】
（実施形態１）
実施形態１を図１を参照して説明する。図１は、この車両用界磁巻線型回転電機の制御系を示すブロック回路図である。
【００２６】
（全体構成）
１は車両用発電制御装置（本発明で言う励磁電流制御装置）、２は車両用交流発電機（本発明で言う車両用界磁巻線型回転電機）、３はエンジン制御装置、４はバッテリ、５は電源管理ＥＣＵである。エンジン制御装置３は、電源管理ＥＣＵ５などとの通信によりトルク指令値を決定して車両用発電制御装置１に送信する。
【００２７】
車両用発電制御装置１は、発電した出力電流をバッテリ４へ送電するとともに、エンジン制御装置３からトルク指令値（又は出力電流指令値）を受信し、車両用交流発電機２の励磁電流、回転数及び出力電圧を検出する。また、車両用発電制御装置１は、車両用交流発電機２の出力電圧を所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）に制御し、かつ車両用交流発電機２のトルク（又は出力電流）をエンジン制御装置３からのトルク指令値（または出力電流指令値）に制御する機能を有している。具体的には、車両用発電制御装置１は更にトルク推定値の演算と出力電流の演算とを行い、演算したトルク推定値と受信したトルク指令値とに基づいて界磁巻線２２０に通電する励磁電流の大きさを制御する。車両用交流発電機２は、三相電機子巻線２００、三相全波整流器２１０、界磁巻線２２０を有しているが、周知かつ本発明の要旨から離れるため詳細説明を省略する。
【００２８】
（車両用発電制御装置１）
車両用発電制御装置１は、励磁電流検出部１００、回転数検出部１０２、出力電圧検出部１０４、励磁電流補正部兼トルク・出力電流演算部１１０、励磁電流制御部１２０、パワートランジスタ１３０、還流ダイオード１４０、抵抗素子１５１〜１５３、通信部１６０を備えている。パワートランジスタ１３０は、界磁巻線２２０と直列接続されており、オン状態のときに界磁巻線２２０に励磁電流を流す。還流ダイオード１４０は界磁巻線２２０と並列接続されており、パワートランジスタ１３０がオフ状態のときに励磁電流を還流させる。
【００２９】
（発電機の状態検出）
励磁電流検出部１００は、NチャンネルMOSFETからなるパワートランジスタ１３０のソース端子と接地との間に接続された電流検出用抵抗素子１５１の電圧降下に基づいて界磁巻線２２０に流れる励磁電流を検出し、励磁電流検出値として出力する。
【００３０】
回転数検出部１０２は、電機子巻線２００の一つの相電圧の周波数に基づいて回転数検出を行う。電機子巻線２００の相電圧Vpは、デューティ比が５０％で周波数が車両用交流発電機２の回転数に比例する波形となる。そこで、回転数検出部１０２は、相電圧Vpを二値化した後、単位時間当たりのパルス数をカウントし、回転数検出値としてトルク・出力電流演算部１１０に出力する。
【００３１】
出力電圧検出部１０４は、抵抗素子１５２、１５３からなる抵抗分圧回路により分圧された車両用交流発電機２の出力電圧の分圧により検出した車両用交流発電機２の出力電圧をデジタル信号に変換し、出力電圧検出値としてトルク・出力電流演算部１１０へ出力する。
【００３２】
（励磁電流補正部兼トルク・出力電流演算部１１０）
励磁電流補正部兼トルク・出力電流演算部１１０は、励磁電流補正機能とトルク推定機能と出力電流推定機能とをもつ。
【００３３】
一例において、励磁電流補正は、励磁電流検出部１００が検出した励磁電流検出値を補正してトルク・出力電流演算に入力パラメータとして用いるための補正済み励磁電流値を演算する。あるいは、励磁電流補正とトルク・出力電流演算とを一体に処理してもよい。
【００３４】
補正済み励磁電流値の演算は、界磁巻線２２０の磁気回路を構成する磁性材のヒステリシス特性によるトルク推定誤差を補正する演算を行うものであり、入力された励磁電流検出値に対してこの演算を行って補正済み励磁電流値を求め、この補正済み励磁電流値をトルク・出力電流演算部１１０で用いてトルク推定値及び出力電流推定値を求める。
【００３５】
トルク・出力電流の推定は、たとえば入力される補正済み励磁電流値、回転数検出値及び出力電圧検出値に基づいてトルク推定値と出力電流推定値とを演算する。たとえば、励磁電流補正部兼トルク・出力電流演算部１１０は、励磁電流、回転数及び出力電圧とトルクとの関係を示すトルクマップと、励磁電流、回転数及び出力電圧と出力電流との関係を示す出力電流マップとを予め記憶しており、補正済み励磁電流値、回転数検出値及び出力電圧検出値をこれらのマップに代入することによりトルク推定値及び出力電流推定値を演算する。
【００３６】
すなわち、この実施形態では、励磁電流検出値を用いたトルク推定及び出力電流推定において、励磁電流検出値とトルク及び出力電流との関係は、マップ形成時のこれらの関係とは異なる関係に修正され、これによりヒステリシス特性によるトルク推定誤差や出力電流推定誤差を低減することができる。
【００３７】
（励磁電流補正の具体例１）
励磁電流補正の具体例１を以下に説明する。この励磁電流補正は、励磁電流検出値Ｉｆと、上記トルクマップ及び出力電流マップ作成の際に用いたメモリ作成励磁電流Ｉｆｍとの間の誤差ΔＩｆ＝ＩｆｍーＩｆを実質的に補正する。この誤差ΔＩｆは、界磁束が流れる磁気回路を構成する磁性材のヒステリシス特性に起因して生じる。ヒステリシス特性による誤差ΔＩｆの発生について以下に説明する。
【００３８】
図２は、励磁電流と電機子巻線鎖交差磁束量（固定子巻線鎖交磁束とも言う）Φを示す。良く知られているように電機子巻線鎖交差磁束量は、電機子巻線の無負荷電圧Ｅｏに比例する。図２は第１象限のみを示す。Ｌ０は初期磁化特性線（初期上昇曲線とも言う）を、Ｌ１は磁気飽和状態から下降する際の特性線（飽和・減少特性線と称する）を示し、Ｌ２はＬ１から励磁０状態となった点（最大残留磁化状態）から再度励磁する場合の特性線を示す。Φｒｍａｘは最大残留磁束量である。
【００３９】
この実施形態では、出荷時に界磁巻線２２０に大通電を行って界磁磁気回路を磁気飽和させてから出荷するとともに、その後も好適タイミングにてトランジスタ１３０をデューティ比１００％で数秒以上（時定数以上）通電することにより界磁磁気回路を定期的に略磁気飽和状態に回復させる。この強制磁気飽和動作は、エンジン始動直後又は負荷電流が大きい時に実施することが好適である。また、励磁電流値Ｉｆの増大による出力電流増加を吸収するためにバッテリ電圧が低い状態やバッテリのＳＯＣが小さい状態にて行うことが好適である。また、エンジン回転数が低い状態で行うと、出力電流増大が小さいため好適である。これにより、図２に示す界磁磁気回路の鉄心における無励磁状態での動作点は座標点Ａ（Ｉｆ＝０、Φｒｍａｘ）に復帰することができる。
【００４０】
適切な運転環境又は定期的にて実施されるこの復帰通電により、その後の電流減少時の界磁磁気回路の特性を特性線Ｌ１に復帰させることができる。その結果、特性線Ｌ１の関係を基礎として形成したトルクマップ及び出力電流マップ（以下、第２マップと言う）を予め記憶しておけば、励磁電流Ｉｆが励磁電流Ｉｆｍａｘから単調減少する場合にこの第２マップを用いることにより誤差ΔＩｆが生じない。更に、特性線Ｌ２の関係を基礎として形成したトルクマップ及び出力電流マップ（以下、第１マップと言う）を予め記憶しておけば、励磁電流Ｉｆが励磁電流Ｉｆ＝０から単調増加する場合にこの第１マップを用いることにより誤差ΔＩｆが生じない。
【００４１】
なお、これらマップ形成のためのデータ採取には、エンジンルーム内の温度に近い周囲温度、例えば、周囲温度90℃で計測したマップが望ましい。
【００４２】
（ケース１）  
上記座標点Ａの回復により、発電開始後、動作点はこの座標点Ａから特性線Ｌ２上を上昇する。実測結果によれば、この特性線Ｌ２は、励磁電流Ｉｆの増加とともに初期磁化特性線Ｌ０に接近し、ある励磁電流値ＩｆＨ以上では、ほぼ初期磁化特性線Ｌ０とみなして大きな誤差は生じない。
【００４３】
すなわち、運転中において、励磁電流Ｉｆが、座標点Ａから増加を開始して単調増加し、励磁電流値ＩｆＨを超えると、特性線Ｌ２は特性線Ｌ０に一致するとみなせるため、励磁電流Ｉｆが励磁電流ＩｆＨ以上では、特性線Ｌ２に基づく第１マップによるトルク推定及び出力電流推定により誤差は生じないと考えることができる。
【００４４】
つまり、この実施例では、特性線Ｌ２を、上記した第１マップ作成の際に用いるメモリ作成励磁電流Ｉｆｍとして採用し、ケース１の動作状態（励磁電流Ｉｆ＝０からの単調増加時）、及び、励磁電流値ＩｆＨ以上となった後は、特性線Ｌ２を基礎とする第１マップを使用してトルク推定誤差や出力電流推定誤差を算出する。これにより誤差を大幅に低減することができる。
【００４５】
（ケース２）
次に、励磁電流Ｉｆ＝励磁電流Ｉｆｍａｘとみなせる状態から励磁電流Ｉｆが減少すると、電機子巻線鎖交差磁束量Φは特性線Ｌ１に従って減少する。また、励磁電流ＩｆがＩｆＨ〜Ｉｆｍａｘの状態から減少する場合には、励磁電流値Ｉｆは特性線Ｌ３に沿って減少し、ある励磁電流値ＩｆＬ以下ではほぼ特性線Ｌ１とみなして大きな誤差は生じない。
【００４６】
すなわち、運転中において、励磁電流Ｉｆが、励磁電流値ＩｆＨ〜Ｉｆｍａｘの状態から単調減少する場合には、励磁電流値ＩｆＬ未満では、特性線Ｌ３は特性線Ｌ１に一致するとみなせるため、励磁電流Ｉｆが励磁電流ＩｆＬ以下では、特性線Ｌ１又は特性線Ｌ３に基づく第２マップによるトルク推定及び出力電流推定により誤差は生じないと考えることができる。
【００４７】
つまり、この実施例では、特性線Ｌ１を、上記した第１マップ作成の際に用いるメモリ作成励磁電流Ｉｆｍとして採用し、ケース２の動作状態（励磁電流Ｉｆ＝Ｉｆｍａｘからの単調減少時）、又は、励磁電流ＩｆがＩｆＨ〜Ｉｆｍａｘから単調減少してＩｆＬ未満となった場合には、特性線Ｌ１を基礎とする第２マップを使用してトルク推定誤差や出力電流推定誤差を算出する。これにより誤差を大幅に低減することができる。
【００４８】
（ケース３）
上記ケース１又はケース２以外の動作状態（ケース３の場合）では、動作点は、図２に示す斜線領域に存在することになる。この実施形態では、検出した励磁電流検出値Ｉｆを上記した第１マップと第２マップとにそれぞれ代入して、第１のトルク推定値及び出力電流推定値と、第２のトルク推定値及び出力電流推定値を求める。次に、それらの平均を演算して、トルク推定値の平均値及び出力電流推定値の平均値を求める。これにより、トルク推定及び出力電流推定におけるヒステリシス誤差を低減することができる。
【００４９】
（励磁電流補正の具体例２）
励磁電流補正の具体例２を説明する。この具体例２では、特性線Ｌ２とＬ３とを予め記憶しておき、ケース３において励磁電流検出値Ｉｆを特性線Ｌ２とＬ３に代入して得た二つの電機子巻線鎖交差磁束量Φを求め、それらの平均磁束値を特性線Ｌ２に代入して補正済み励磁電流値を求め、この補正済み励磁電流値を上記第１マップに代入してトルク推定及び出力電流推定を行う。なお、上記平均磁束値を特性線Ｌ３に代入して補正済み励磁電流値を求め、この補正済み励磁電流値を上記第２マップに代入してトルク推定及び出力電流推定を行ってもよい。
【００５０】
（励磁電流補正の具体例３）
励磁電流補正の具体例３を説明する。この具体例３では、上記具体例２において、直前の励磁電流検出値の履歴から直前の励磁電流が増加傾向か減少傾向かを判定しておく。
【００５１】
次に、増加傾向であればケース３において励磁電流検出値Ｉｆを特性線Ｌ２とＬ３に代入して得た二つの電機子巻線鎖交差磁束量Φを求め、それらの平均磁束値から所定値ΔΦを減算した値を特性線Ｌ２に代入して補正済み励磁電流値を求め、この補正済み励磁電流値を上記第１マップに代入してトルク推定及び出力電流推定を行う。
【００５２】
次に、減少傾向であればケース３において励磁電流検出値Ｉｆを特性線Ｌ２とＬ３に代入して得た二つの電機子巻線鎖交差磁束量Φを求め、それらの平均磁束値から所定値ΔΦを加算した値を特性線Ｌ３に代入して補正済み励磁電流値を求め、この補正済み励磁電流値を上記第２マップに代入してトルク推定及び出力電流推定を行う。
【００５３】
（励磁電流の演算）
エンジン制御装置３は、励磁電流補正部兼トルク・出力電流演算部１１０から入力されたトルク推定値及び出力電流推定値、及び電源管理ＥＣＵから入力されるバッテリ電圧（バッテリＳＯＣでもよい）に基づいて車両用交流発電機２の励磁電流のための励磁電流指令値の算出を行う。
【００５４】
この励磁電流指令値算出の基本は、エンジン制御装置３が演算したトルク指令値と、受信したトルク推定値との差を解消するように励磁電流Ｉｆを増減する公知のフィードバック制御として実行される。当然、トルク指令値の演算ではバッテリ電圧や出力電流の大きさも考慮される。これにより、バッテリ電圧が高ければ励磁電流指令値を減少させ、バッテリ電圧が低ければ励磁電流指令値を増加させることができる。トルク推定値を用いた励磁電流フィードバック制御自体には種々のバリエーションがあり、かつ、本発明の要旨ではないため、これ以上の説明は省略する。
【００５５】
（通信）
通信部１６０は、トルク・出力電流演算部１１０から得たトルク推定値及び出力電流推定値をエンジン制御装置３に送信し、エンジン制御装置３から得た励磁電流指令値を励磁電流制御部１２０に送信する。通信部１６０はこれらのデータ授受のための通信プロトコルをもち、かつ、送信先のデータ受け入れに適したデータ形式の変換を行うことは当然である。
【００５６】
（励磁電流制御）
励磁電流制御部１２０は、通信部１６０を通じてエンジン制御装置３から受信した励磁電流指令値に応じて励磁電流駆動トランジスタ１３０を断続制御する。
【００５７】
（効果）
上記説明したこの実施形態によれば、車両用交流発電機２の運転状況に応じて励磁電流とトルク及び出力電流との間の関係を示すマップを実質的に上記ヒステリシス誤差が小さくなる向きに変更するため、ヒステリシス特性によるトルク推定誤差や出力電流推定誤差を低減することができる。
【００５８】
また、この実施形態によれば、適切なタイミングにて（たとえばエンジン停止直前又は直後）において、励磁電流増大により車両用交流発電機２の界磁磁気回路を略磁気飽和させるため、ヒステリシス特性による上記動作点の変位に起因する励磁電流とトルク及び出力電流との間の関係変化を良好に補正することができる。更に、この実施形態によれば、同じく出荷前に同じく略磁気飽和させるため、同様の効果を奏することができる。
【００５９】
また、この実施形態によれば、励磁電流とトルク及び出力電流との関係（マップ）を実質的に複数記憶しておき、車両用交流発電機２の運転状況に応じてそれらの一方を選択したり、あるいはそれらの中間値を演算するので、ヒステリシス特性による上記動作点の変位に起因する励磁電流とトルク及び出力電流との間の関係変化を良好に補正することができる。
【００６０】
（変形態様）
励磁電流と電機子巻線鎖交差磁束量とをそれぞれ座標軸とする二次元空間上にて現在の座標点を過去の電流履歴により推定し、メモリに予め記憶する励磁電流とトルク及び出力電流との関係（マップ）の基礎をなす励磁電流と電機子巻線鎖交差磁束量との関係における励磁電流検出値Ｉｆに対応する電機子巻線鎖交差磁束量と、上記現在の座標点の電機子巻線鎖交差磁束量との乖離を補正する演算を行っても良い。たとえば上記現在の座標点の電機子巻線鎖交差磁束量Φに相当する励磁電流値を求めて上記メモリにトルク推定及び出力電流推定のために代入しても良い。
【００６１】
この結果、エンジン及び車両用交流発電機をトルクベースで高精度に制御することができる。例えば、車両の減速時にエンジンのトルク余剰値を高精度に回生できるため、急激な回生によるドライバビリティ悪化を防止ししつつ、かつ回生量をアップすることができる。また、アイドル時の車両振動の原因であるエンジンのトルク変動に対して、エンジントルク変動を打ち消す方向に車両用交流発電機のトルクを高精度に制御することにより、エンジントルク変動を低減し、その結果低アイドル化を実現でき、さらなる省燃費化を図ることもできる。
【００６２】
（変形態様）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００６３】
たとえば、この実施形態では励磁電流補正部兼トルク・出力電流演算部１１０を車両用発電制御装置１に設けたが、励磁電流部兼トルク・出力電流演算部１１０を図３に示すようにエンジン制御装置３で行っても良い。
【００６４】
また、この実施形態では車両用交流発電機の回転数検出部を車両用発電制御装置１に設けたが、図３に示すようにエンジン制御装置３に設け、検出したエンジン回転数とエンジンと車両用交流発電機２のプーリー比から車両用交流発電機２の回転数を検出してもよい。
【００６５】
その他、車両用発電制御装置１は、エンジン制御装置３から受信したトルク指令値などと自己が演算したトルク推定値などとに基づいて励磁電流指令値を演算してもよい。
【００６６】
上記実施形態では、トルク制御型の車両用交流発電機の励磁電流制御装置における励磁電流に基づくトルク推定において励磁電流の補正を行ったが、同様の補正を車両用交流電動機又は車両用発電電動機に適用しても良い。
【００６７】
（具体的な制御例１）
以下、図４に示すフローチャートを参照して具体的な制御例を説明する。
【００６８】
まず、回転数検出値Ｎ、出力電圧検出値Ｖを読み込み（Ｓ１００）、励磁電流検出値Ｉｆを読み込む（Ｓ１０２）。次に、読み込んだ励磁電流検出値Ｉｆを補正して補正済み励磁電流値Ｉｆ’とする（Ｓ１０４）。次に、励磁電流検出値Ｉｆと回転数検出値Ｎと出力電圧検出値ＶとトルクＴとの関係を示すトルクマップにＩｆ’、Ｎ、Ｖを代入してトルク推定値を求め、同じく励磁電流検出値Ｉｆと回転数検出値Ｎと出力電圧検出値Ｖと出力電流Ｉとの関係を示す出力電流マップにＩｆ’、Ｎ、Ｖを代入して出力電流推定値を求める（Ｓ１０６）。次に、求めたトルク推定値及び出力電流推定値を用いて既述の方法により励磁電流をフィードバック制御する（Ｓ１０８）。
【００６９】
（補正済み励磁電流値Ｉｆ’の算出例１）
次に、ステップＳ１０４で説明した補正済み励磁電流値Ｉｆ’の算出について図５を参照して以下に説明する。
【００７０】
既述したように、ケース１では、予め記憶する磁化特性線Ｌ２と動作点とが一致するためこの磁化特性線Ｌ２に対応するトルクマップの選択を指令し、ケース２では、予め記憶する磁化特性線Ｌ１と動作点とが一致するためこの磁化特性線Ｌ１に対応するトルクマップの選択を指令する。
【００７１】
ケース３では、動作点は、図５に示す磁化特性線Ｌ１とＬ２との間にあるため、この例では、磁化特性線Ｌ１とＬ２との中間の磁化特性を想定し、この中間磁化特性の電機子巻線鎖交差磁束量Φｘ（＝（Φ１＋Φ２）／２）を想定する。この電機子巻線鎖交差磁束量Φｘに対応する励磁電流をマップに入力すればよい。トルク推定において磁化特性線Ｌ２を用いる場合には磁化特性線Ｌ２にΦｘを代入して補正済み励磁電流値Ｉ１を求める。この場合には、ステップＳ１０６にてこの補正済み励磁電流値Ｉ１を磁化特性線Ｌ２を基礎とするトルクマップに代入してトルク推定又は出力電流推定を行えばよい。
【００７２】
なお、トルク推定において磁化特性線Ｌ１を用いる場合には磁化特性線Ｌ１にΦｘを代入して補正済み励磁電流値Ｉ２を求める。この場合には、ステップＳ１０６にてこの補正済み励磁電流値Ｉ２を磁化特性線Ｌ１を基礎とするトルクマップに代入してトルク推定又は出力電流推定を行えばよい。
【００７３】
（補正済み励磁電流値Ｉｆ’の算出例２）
次に、ステップＳ１０４で説明した補正済み励磁電流値Ｉｆ’の算出について図５を参照して以下に説明する。
【００７４】
上記した算出例１では、動作点が磁化特性線L１と磁化特性線L２の中間に位置すると仮定して補正済み励磁電流値Ｉｆ’としてI１又はI２を求めた。しかし、励磁電流増加傾向では動作点は磁化特性線L１よりもL２寄りとなり、励磁電流減少傾向では動作点は磁化特性線L２よりもL１寄りとなる。
【００７５】
そこで、図５において、励磁電流増加傾向であることを確認した場合には、動作点を磁化特性線L２上の点ｍ３と中間点ｍとの中間ｍ１とする。トルク推定では磁化特性線Ｌ２を用いるため、磁化特性線Ｌ２にΦ３を代入して補正済み励磁電流値Ｉ３を求める。この場合には、ステップＳ１０６にてこの補正済み励磁電流値Ｉ３を磁化特性線Ｌ２を基礎とするトルクマップに代入してトルク推定又は出力電流推定を行えばよい。
【００７６】
また、図５において、励磁電流減少傾向であることを確認した場合には、動作点を磁化特性線L２上の点ｍ４と中間点ｍとの中間ｍ２とする。トルク推定では磁化特性線Ｌ１を用いるため、磁化特性線Ｌ１にΦ４を代入して補正済み励磁電流値Ｉ４を求める。この場合には、ステップＳ１０６にてこの補正済み励磁電流値Ｉ４を磁化特性線Ｌ１を基礎とするトルクマップに代入してトルク推定又は出力電流推定を行えばよい。
【００７７】
（動作点の回復）
動作点回復動作例を図６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７８】
まず、エンジン回転数が所定値以下かどうかを調べ、以下であればステップS２０４に進み、超えていればバッテリ電圧が所定値以下かどうかを調べ（Ｓ２０２）、以下であればステップS２０４に進む。ステップS２０４では、数秒間以上、界磁巻線２２０にデューテイ比１００％通電を行う。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施形態１の車両用界磁巻線型回転電機の励磁電流制御装置を示すブロック回路図である。
【図２】界磁磁気回路を構成する鉄心の励磁電流と電機子巻線鎖交差磁束量との関係を示す特性図である。
【図３】変形態様を示すブロック回路図である。
【図４】トルク制御のフローチャートである。
【図５】補正済み励磁電流値の算出例を示す図である。
【図６】動作点回復動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
１      車両用発電制御装置
２      車両用交流発電機
３      エンジン制御装置
４      バッテリ
５      電源管理ＥＣＵ
１００      励磁電流検出部
１０２      回転数検出部
１０４      出力電圧検出部
１１０      励磁電流補正部兼トルク・出力電流演算部
１２０      励磁電流制御部
１３０      パワートランジスタ
１４０      還流ダイオード
１５１〜１５３      抵抗素子
１６０      通信部
２００      電機子巻線（三相電機子巻線）
２１０      三相全波整流器
２２０      界磁巻線
【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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