(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線と界磁巻線とを有する多相交流発電機に接続され、該多相交流発電機の出力を制御する電力変換器の制御装置であって、
正極側アームのスイッチング素子と負極側アームのスイッチング素子とで構成され、前記電機子巻線の出力である交流電流を直流電流に整流するブリッジ回路と、界磁スイッチング素子を用いて前記界磁巻線の通電制御を行う界磁回路とを具備した電力変換器部、及び、前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出手段と、前記多相交流発電機または前記電力変換器部または制御装置部のいずれかの温度を検出する温度検出手段と、前記多相交流発電機の運転状態に基づいて界磁電流指令値を演算する界磁電流指令演算手段と、前記温度検出手段の出力に基づき発電電流抑制値を演算し、該発電電流抑制値に基づいて界磁電流抑制値を演算する温度上昇抑制手段と、前記界磁電流指令値と前記界磁電流抑制値の小さい方の出力を選択する界磁電流指令選択手段と、前記界磁電流指令選択手段の出力と前記界磁巻線に流れる界磁電流が一致するように、前記界磁電流を制御する界磁電流制御手段とを具備した制御装置部を備えたことを特徴とする電力変換器の制御装置。
【請求項２】
前記温度上昇抑制手段は、第１の温度しきい値を有し、前記温度検出手段で検出された温度が第１の温度しきい値以上の温度となる場合、時間に応じて発電電流の抑制を最大にする発電電流抑制値演算手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換器の制御装置
【請求項３】
前記温度上昇抑制手段は、第２の温度しきい値を有し、前記温度検出手段で検出された温度が第２の温度しきい値以上の温度となる場合、発電電流の抑制を最大にする発電電流抑制値演算手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項４】
前記温度上昇抑制手段は、第３の温度しきい値と第４の温度しきい値を有し、第３の温度しきい値は第4の温度しきい値より低い温度であって、前記温度検出手段で検出された
温度が第３の温度しきい値以上で発電電流の抑制値を演算し、第４の温度しきい値以上で発電電流の抑制を最大にする発電電流抑制値演算手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換器の制御装置
【請求項５】
前記温度上昇抑制手段は、前記発電電流抑制値演算手段の発電電流の抑制の最大を、前記多相交流発電機の回転速度に応じて決定する発電電流最大抑制値演算手段を備えたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項６】
前記電力変換器部のスイッチング素子は、トランジスタとそれに逆並列接続されるダイオードからなり、前記温度上昇抑制手段は、発電電流の抑制の最大を、前記多相交流発電機の前記ブリッジ回路のスイッチング素子による同期整流またはダイオード整流のいずれの方式であるかと、回転速度に応じて決定し、同期整流の発電電流最大抑制値よりダイオード整流の発電電流最大抑制値の方が小さな発電電流であるとしたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項７】
前記多相交流発電機の電力の入出力端子と基準電位との間に発生する電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記温度上昇抑制手段は、前記電圧検出手段の出力と前記回転速度と前記発電電流抑制値演算手段の出力と前記ブリッジ回路の整流方式から、界磁電流の抑制値を演算する界磁電流抑制値演算手段を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項８】
前記他相交流発電機の入出力端子に流れる電流を検出する入出力端子電流検出手段を備
え、前記温度上昇抑制手段は、前記入出力端子電流検出手段の出力と前記発電電流抑制値演算手段の出力から界磁電流の抑制値を演算する界磁電流抑制値演算手段を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項９】
前記温度検出手段は、前記ブリッジ回路のスイッチング素子の温度を検出することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項１０】
前記温度検出手段は、前記制御装置部の温度を検出することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
【請求項１１】
前記温度検出手段は、前記多相交流発電機の電機子巻線の温度を検出することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電力変換器の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主に車両に搭載され、電機子巻線及び界磁巻線を有し、エンジンの始動後に発電機として動作する車両用交流発電機を制御するための電力変換器の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用交流発電機(以下、発電機と称する)を搭載した自動車等の車両には、バッテリや灯火器等の直流機器と、交流機器である発電機との間に設けられ、双方向に電力変換を行う車両用電力変換装置が用いられる。
一般に、このような車両用電力変換装置は、発電機とバッテリとの間に接続され、複数のダイオード素子により多相ブリッジ回路が構成されている。車両用電力変換装置は、発電機が発電した交流電力を前述の多相ブリッジ回路により整流して直流電力に変換し、バッテリや直流機器に供給する。
【０００３】
近年では、ダイオードブリッジを用いた整流よりも効率がよく、素子の発熱も少ないことから、ダイオードに代えて、スイッチング素子とそれに付随している寄生ダイオードを用い、スイッチング素子による整流(以下、同期整流)を用いた車両用電力変換装置が提案されており、寄生ダイオードの導通状態に基づいてスイッチング素子のスイッチング制御を行なうようにしている。
【０００４】
このような従来装置の一例として、例えば特許文献１に示されるものがあり、発電機が発電を開始すると、寄生ダイオードによってダイオード整流が行われ、発電機の発電量が増加すると、ダイオード整流から同期整流へと移行する。発電機及び発電機の制御装置の全ての部位の温度が許容温度以下に維持されるように発電され、過熱による発電機および発電機の制御装置の破損を防止している。
【０００５】
このような発電機の制御装置において、車両の減速エネルギーを回収する回生発電を実施する場合、発電機及び発電機の制御装置の全ての部位の温度が許容温度以下であれば、発電量を左右する界磁電流を、回生発電時は通常の発電時に比べ上限値をより大きな上限値にすることが可能であり、通常の発電時に発電しているときよりも多く発電することが可能であり、より効果的に減速エネルギーを回生することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８１７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、発電機の使用される環境は、車両のエンジンルーム内であり、温度環境的に高温である。そのため、減速エネルギーを回生するモードでは、発電電流が多く、発電機の電機子巻線やスイッチング素子での発熱が増加するため、発電機および制御装置の各部の温度が高くなる。従って、界磁電流を低下させることによって、各部の許容温度を超えないように発熱の要因となっている発電電流を減少させる必要があるが、特許文献１にはその具体的な抑制方法については、記述されていない。
【０００８】
界磁電流を低下させる方法としては、発電機の最大出力特性によって決まる回転速度毎の界磁電流の上限値に対して、固定の係数を乗算して上限値を低く設定して界磁電流を低
下させて発電電流を減少させる方法や、界磁電流を一定で制限し、発電電流を減少させる方法などで温度低減を図る方法が考えられる。
【０００９】
界磁電流の上限値に対して固定の係数を乗算する方法では、界磁電流を制限して発電電流を減少させることで、電機子巻線やスイッチング素子での発熱を抑制して温度低減を行うため、発熱が最も大きくなる回転速度での発電電流の上限に対して固定の係数を乗算することになるので、上記の回転速度より低い回転速度では、発電電流が小さいため発熱が小さく発電電流の抑制を必要としない領域があるにも係らず、発電電流を過剰に抑制している可能性がある。
また上記の回転速度より高い回転速度では、通常の発電に比べて発電電流を抑制しているが、抑制された発電電流で十分に温度上昇が抑制できているか不明であり、各部の温度が許容温度以下であるか不明である。
【００１０】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、発電機部または電力変換器部または制御装置部のいずれかの温度と、回転速度とに応じて発電電流抑制値を演算し、発電電流を制限するように界磁電流を制御することで、各部の温度上昇を抑制可能にすると共に、発電電流の過剰な制限を防止して、通常の発電領域を拡大することができるようにした電力変換器の制御装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る電力変換器の制御装置は、電機子巻線と界磁巻線とを有する多相交流発電機に接続され、該多相交流発電機の出力を制御する電力変換器の制御装置であって、正極側アームのスイッチング素子と負極側アームのスイッチング素子とで構成され、前記電機子巻線の出力である交流電流を直流電流に整流するブリッジ回路と、界磁スイッチング素子を用いて前記界磁巻線の通電制御を行う界磁回路とを具備した電力変換器部、及び、前記界磁巻線に流れる界磁電流を検出する界磁電流検出手段と、前記多相交流発電機または前記電力変換器部または制御装置部のいずれかの温度を検出する温度検出手段と、前記多相交流発電機の運転状態に基づいて界磁電流指令値を演算する界磁電流指令演算手段と、前記温度検出手段の出力に基づき発電電流抑制値を演算し、該発電電流抑制値に基づいて界磁電流抑制値を演算する温度上昇抑制手段と、前記界磁電流指令値と前記界磁電流抑制値の小さい方の出力を選択する界磁電流指令選択手段と、前記界磁電流指令選択手段の出力と前記界磁巻線に流れる界磁電流が一致するように、前記界磁電流を制御する界磁電流制御手段とを具備した制御装置部を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の電力変換器の制御装置によれば、発電機部または電力変換器部または制御装置部の温度と、回転速度および整流方式に応じて発電電流抑制値を演算するので、各部の温度が許容温度以下となるように発電電流を制限することが可能であり、且つ、発電量の過剰な制限を防止し、発電電流を抑制しない領域を拡大するとともに、発電機部または電力変換器部または制御装置部の熱的な破損を防止することができる効果がある。
【００１３】
上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の対象となる回転電機として発電機を用いた車両システムの全体構成を示す概念図である。
【図２】この発明の実施の形態１の電力変換装置の制御装置の概略構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１における制御装置部の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１における制御装置部の動作を示すフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１における温度上昇抑制手段の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１における発電電流抑制値演算手段の発電電流の抑制の一例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１における発電電流抑制値演算手段の発電電流の抑制の他の一例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１における発電電流抑制値演算手段の発電電流の抑制の他の一例を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１おける温度上昇抑制手段の動作を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態１における温度上昇抑制手段による発電電流抑制を表す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２における温度上昇抑制手段の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態２における温度上昇抑制手段の動作を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態２における温度上昇抑制手段による発電電流抑制を表す図である。
【図１４】この発明の実施の形態３における温度上昇抑制手段の構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態３における温度上昇抑制手段の動作を示すフローチャートである。
【図１６】この発明の実施の形態４における温度上昇抑制手段の構成を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態４における温度上昇抑制手段の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳述する。なお、各図中、同一符号は、同一又は相当部分を示すものとする。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、回転電機として発電機を用いた車両システムの概念図、図２はこの発明の実施の形態１に係る電力変換器の制御装置の構成を示す構成図、図３はこの発明の実施の形態１における電力変換器の制御装置部の構成を示すブロック図である。
図１において、内燃機関101が発電機102に、例えばベルト等の動力伝達手段104を介して
接続され、内燃機関101が運転中に発電機102で発生した交流電圧が、電力変換器により交直変換されて直流機器に電気エネルギーを供給すると同時に、バッテリやキャパシタ103
に対して電気エネルギーを充電する。
【００１７】
図２において、発電機102は、電力変換装置110と発電機部200により構成されており、
電力変換装置110は、電力変換器部220とスイッチング素子のオン・オフ制御などを行う制御装置部210とからなる。
【００１８】
電力変換器部220は、界磁巻線202に流れる界磁電流をPWM制御するための界磁スイッチ
ング素子221と、このスイッチング素子221に直列接続されたフリーホイールダイオード222、寄生ダイオードを内蔵した三相上（正極側）アームスイッチング素子223a、223b、223c、及び同じく寄生ダイオードを内蔵した三相下（負極側）アームスイッチング素子224a、224b、224c、から構成されている。（なお、以後、スイッチング素子を総称して呼ぶ時には接尾語を省略するものとする。）
また、三相上アームスイッチング素子223は、バッテリやキャパシタ103からのプラス電源入力のＢ端子と発電機部200の三相電機子巻線201の各Ｕ、Ｖ、Ｗ相端子に接続され、三相下アームスイッチング素子224は、バッテリやキャパシタ103からのアース入力であるGND
端子と、三相電機子巻線201の各Ｕ、Ｖ、Ｗ相端子に接続されている。
【００１９】
なお、図２は、発電機部200を三相電機子巻線201と界磁巻線202をもった三相界磁巻線
方式発電機としているが、巻線方式や相数が異なっていてもよい。さらに、電力変換装置110と発電機部200が一体となった一体構造式の発電機102としているが、電力変換装置110と発電機部200が物理的に分割された別体構造式の発電機102であっても構わない。
さらに、発電機としているが、駆動(力行)動作が可能な発電電動機であっても構わない。
【００２０】
次に、制御装置部210の内部構成を示す図３について説明する。
制御装置部210は温度検出手段301、マイコン302、界磁電流検出手段303、及びゲートドライバ304とからなり、マイコン302は、界磁電流指令演算手段305、温度上昇抑制手段306、界磁電流指令選択手段307、界磁電流制御手段308にて構成されている。制御装置部210お
よびマイコン302は、図３に記載以外にも車両用電力変換器のさまざまな機能を有するが
、ここでは本発明に関係する部分のみ記載する。
【００２１】
温度検出手段301は、発電機102もしくは電力変換器部220もしくは制御装置部210の温度を温度センサにて検出し、センサ値である電圧値をマイコンのＡＤ（アナログ／ディジタル）入力範囲に変換して、マイコン302に入力する。
界磁電流検出手段303は、界磁巻線202に流れる電流を電流センサ203にて検出し、センサ
値である電圧値をマイコンのＡＤ入力範囲に変換し、マイコン302に入力する。
【００２２】
ゲートドライバ304では、マイコン302にて決定されたＰＷＭ信号に基づき、電力変換器部220のスイッチング素子221、223、224のゲート操作を行い、スイッチングを行う。
【００２３】
発電動作時は、マイコン302では、発電機102の動作に応じて界磁電流の制御を行い、所望の発電電圧や発電トルクとなるように制御を行っている。
【００２４】
例えば、発電機102の発電電圧を制御する運転モードでは、入出力端子の電圧（以下、
Ｂ端子電圧と呼ぶ）を発電電圧指令に追従するように制御するため、界磁電流指令演算手段305で発電機102の運転状態である発電電圧指令とＢ端子電圧を入力として電圧フィードバック制御を行い、界磁電流指令を演算する。界磁電流指令選択手段307では、界磁電流
指令演算手段306の出力と温度上昇抑制手段306の出力を入力とし、小さい方を出力とする。
温度検出手段301で、検出した温度がしきい値以下であれば発電電圧を制御する運転モー
ドとなり、しきい値以上であれば検出した温度が下降するように発電電流を抑制する。
界磁電流制御手段308では、界磁電流指令選択手段307の出力と界磁電流検出手段303の出
力を入力し、電流フィードバック制御を行ってオン時間（もしくはDUTY）を演算してＰＷＭ信号を出力し、ＰＷＭ信号に基づきゲートドライバ304は、界磁スイッチング素子221のオン・オフを行って界磁電流を制御する。上記動作により、Ｂ端子電圧が発電電圧指令を追従するように制御を行っている。
【００２５】
また、発電機102の発電トルクを制御する運転モードでは、発電トルクが発電トルク指
令となるような界磁電流指令を界磁電流指令演算手段305にて演算する。以下、上記説明
と同様に界磁電流の制御を行うことで、所望の発電トルクを得ることが可能である。また、発電電流を制御する運転モードでは、所望の発電電流となるような界磁電流指令を界磁電流指令演算手段305にて演算を行えばよく、発電機102の運転状況に応じて界磁電流指令を演算することで、所望の発電電流を得ることが可能となる。
【００２６】
このようにしてマイコン302では、発電機102の運転状態に応じて発電電圧や発電トルクを所望の値となるように制御を行う。このような制御方法に関しては公知の技術を用いてもよい。
【００２７】
次に温度上昇抑制手段306について説明する。温度上昇抑制手段306は、温度検出手手段301の出力から発電電流の抑制値を演算して、演算した発電電流の抑制値より界磁電流抑
制値を演算する。発電電流の抑制値の演算方法については後述する。
【００２８】
続いて界磁電流指令選択手段307について説明する。界磁電流指令選択手段307は、界磁電流指令演算手段305と温度上昇抑制手段306のそれぞれの出力を入力し、入力信号の最小値を界磁電流指令として出力する。
入力信号の最小値を選択することで、温度検出手段301にて検出した温度が低く発電電流
を抑制しなくて良い場合は、温度上昇抑制手段306の出力である界磁電流抑制値の値が界
磁電流指令演算手段305の出力より大きくなるため、界磁電流指令演算手段305の出力である界磁電流指令を選択する。一方、検出した温度が高い場合は、発電電流を抑制するため温度に応じた発電電流抑制値と界磁電流抑制値が演算される。演算された界磁電流抑制値が界磁電流指令演算手段305の出力である界磁電流指令より小さい場合は、発電電流を抑
制するため界磁電流抑制値を界磁電流指令として出力し、発電電流を抑制して温度上昇を抑制する。
界磁電流抑制値が界磁電流指令演算手段305の出力である界磁電流指令より大きい場合は
、発電電流を抑制する必要がないため界磁電流指令演算手段305の出力である界磁電流指
令を出力する構成としている。
【００２９】
界磁電流制御手段308では、界磁電流指令選択手段307の出力である界磁電流指令と、界磁電流検出手段303の出力である界磁電流を入力として電流フィードバック制御を行い、
オン時間（もしくはＤＵＴＹ）の演算を行ってＰＷＭ信号を出力し、ゲートドライバ304
にてＰＷＭ信号を入力し、界磁スイッチング素子221のオン・オフを行なって界磁電流を
制御する。
【００３０】
図４は、実施の形態１における制御装置部の動作を表すフローチャートである。
ステップS101では、界磁電流検出手段303から界磁電流を取得し、マイコン302のＡ／Ｄ変換器へ入力し、物理量を取得する。
ステップS102では、温度検出手段301から温度を取得し、マイコン302のＡ／Ｄ変換器へ入力し、物理量を取得する。ステップS103では、界磁電流指令演算手段305にて、発電機102の動作状態に応じた界磁電流指令を演算する。界磁電流指令演算手段305は、発電電圧を
制御する運転モードであれば、発電電圧を追従するような界磁電流指令を演算し、発電トルクを制御する運転モードであれば、所望の発電トルクを出力する界磁電流指令を演算し、発電電流を制御する運転モードであれば、所望の発電電流を出力する界磁電流指令を演算する。ステップS104では、温度上昇抑制手段306にて、温度に応じた発電電流抑制値の演算を行い、演算した発電電流抑制値から界磁電流抑制値を算出する。
【００３１】
ステップS105では、界磁電流選択手段307にて、界磁電流指令演算手段305で演算した界磁電流指令と、温度上昇抑制手段306で演算した界磁電流抑制値を比較し、界磁電流指令
より界磁電流抑制値が小さければ、ステップS106へ進み界磁電流抑制値を界磁電流指令として出力する。逆に界磁電流指令より界磁電流抑制値が大きければ、ステップS103で演算した界磁電流指令を出力とし、ステップS107へ進む。ステップS107では、界磁電流制御手段308にて界磁電流指令選択手段307で選択した界磁電流指令と、界磁電流検出手段303で
検出した界磁電流からＤＵＴＹを演算する。ステップS108では、界磁電流制御手段308で
演算したＤＵＴＹのＰＷＭ信号をゲートドライバ304へ入力し、電力変換器部220の界磁スイッチング素子221を駆動する。
【００３２】
ここで、温度上昇抑制手段306の構成について図５を用いて説明する。
温度上昇抑制手段306は、発電電流抑制値演算手段309と、界磁電流抑制値演算手段311か
ら構成される。発電電流抑制値演算手段309は、温度検出手段301の出力を入力とし、検出した温度に応じて発電電流の抑制値を算出する。
【００３３】
発電電流抑制手段309は、図６に示すように、温度検出手段301で検出した温度が第１の温度しきい値以上であれば、発電電流抑制値を時間に応じて設定すればよく、検出した温度が許容値を超えない発電電流で予め実験等により得た時間と発電電流で抑制を行うことで、温度上昇を抑制することができる。
【００３４】
もしくは、図７に示すように、検出した温度が第２の温度しきい値以上であれば、発電電流抑制値を最大に抑制するように発電電流抑制値を設定すればよく、検出した温度が許容値を超えない発電電流で抑制することで温度上昇を抑制することができる。
【００３５】
さらに、図８に示すように、検出した温度が第３の温度しきい値以上であれば、第４の温度しきい値で発電電流抑制値を最大に抑制する発電電流最大抑制値と、発電電流の最大値と、検出した温度から発電電流抑制値を演算する。検出した温度が第４の温度しきい値以上であれば、発電電流抑制値を発電電流最大抑制値に設定することで、検出した温度が許容値を超えない発電電流で抑制することで温度上昇を抑制することができ、第３の温度しきい値から発電電流の抑制値を演算することで、温度上昇に応じて徐々に発電電流を抑制するので、発電電流や発電トルクの急変を防止することができる。発電電流の抑制方法は、上記いずれかの方法で温度に応じて発電電流を抑制すればよい。
【００３６】
界磁電流抑制値演算手段311は、発電電流抑制値演算手段309の出力と、入出力端子とGNDである発電機102の筐体との電圧を検出する電圧検出手段300の出力であるＢ端子電圧と、発電機102の回転速度を入力とし、予め実験で取得した発電電流と界磁電流と回転速度およびＢ端子電圧の関係を表すデータをＭＡＰ化しておき、マイコン302に内蔵されたＲＯＭに記憶しておく。入力されたＢ端子電圧および回転速度と発電電流抑制値により、ＭＡＰデータから界磁電流抑制値を演算する。
【００３７】
図９は、実施の形態１の温度上昇抑制手段306の動作を表すフローチャートである。
ステップS201で、発電電流抑制値演算手段309に温度検出手段301の出力である温度を入力し、発電電流の抑制値を演算する。ステップS202では、界磁電流抑制値演算手段311にて
発電機102の入出力端子の電圧を検出する電圧検出手段300の出力である電圧と、発電機102の回転速度と、発電電流抑制値演算手段309で演算した発電電流抑制値を入力して、界磁電流抑制値を演算する。
【００３８】
以上のように、この発明の実施の形態１の電力変換器の制御装置によれば、発電機部、または電力変換器部、または制御装置部のいずれかで検出した温度に応じて発電電流抑制値を演算し、演算した発電電流抑制値とＢ端子電圧および回転速度から界磁電流抑制値を演算し、界磁電流指令値より小さな界磁電流抑制値であれば発電電流を抑制するよう構成しているので、過剰な抑制をしないで、抑制のかからない発電領域を拡大することが可能である。
即ち、図１０に示すように、発電電流の上限値に対して固定の係数を乗算して制限する手法では、発熱量が最も大きい回転速度での発電電流の上限値に対して固定の係数を乗じて制限するので、上記の回転速度より低い回転速度では、発電電流も小さく、発熱も小さいので発電電流を過剰に抑制している可能性があるのに対し、本発明では、必要以上の抑制
を行わないため、上記回転速度より低い領域で発電電流を過剰に抑制しなくて済む。
また、発電機部または電力変換器部または制御装置部の熱的な破損を防止することができる。
【００３９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２の電力変換器の制御装置を、図１１に基づいて説明する。
なお、実施の形態２では、実施の形態１との差異である温度上昇抑制手段306についての
み詳述する。
【００４０】
実施の形態２における温度上昇抑制手段306の構成について図１１を用いて説明する。
図１１において、温度上昇抑制手段306は、発電電流抑制値演算手段309と、発電電流最大抑制値演算手段310と、界磁電流抑制値演算手段311から構成される。発電電流最大抑制値演算手段310は、回転速度を入力して回転速度に応じた発電電流最大抑制値を演算する。
この発電電流最大抑制値は、予め実験により求めたデータであり、温度上昇が所望の値となる発電電流が回転速度毎に設定されている。発電電流抑制値演算手段309は、温度検出
手段301の出力と発電電流最大抑制値演算手段310の出力を入力とし、温度検出手段301で
検出した温度と、発電電流最大抑制値に応じて発電電流の抑制値を算出する。
界磁電流抑制値演算手段311は、電圧検出手段300で検出したＢ端子電圧と発電機102の回
転速度および発電電流抑制値演算手段309の出力を入力とし、界磁電流抑制値を演算する
。
【００４１】
図１２は実施の形態２の温度上昇抑制手段306の動作を表すフローチャートである。
ステップS301では、発電電流最大抑制値演算手段310に発電機102の回転速度を入力し、回転速度に応じた発電電流最大抑制値を演算する。ステップS302では、発電電流抑制値演算手段309に温度検出手段301の出力である温度と、ステップS301で演算した発電電流最大抑制値を入力し、発電電流の抑制値を演算する。ステップS303では、界磁電流抑制値演算手段311にて発電機102の入出力端子の電圧を検出する電圧検出手段300の出力であるＢ端子
電圧と、発電機102の回転速度と、発電電流抑制値演算手段309の出力を入力して、界磁電流抑制値を演算する。
【００４２】
このように構成された実施の形態２では、発電機102の回転速度に応じて発電電流最大
抑制値を演算して、検出した温度と発電電流最大抑制値に応じて発電電流の抑制値を演算する。従って、回転速度に応じた発電電流抑制値を演算することが可能となり、図１３に示すように、回転速度毎に適切な発電電流抑制値を演算するため、実施の形態１に比べて抑制時の発電電流を拡大することが出来る。
また、発電電流の上限値に対して固定の係数を乗じて制限する手法では、発熱量が最も大きい回転速度での発電電流に対して制限の割合を算出する方法であり、上記の回転速度より高い回転速度では、上限値に固定の係数を乗じて発電電流を抑制しているが、抑制した発電電流で温度が許容温度以下に収まっているか不明であった。これに対し、実施の形態２では、回転速度毎に温度上昇を抑制する発電電流最大抑制値を設定するため、回転速度と温度に応じて発電電流抑制値を演算するので、発電電流を抑制しない通常の発電領域を拡大することが可能である。
【００４３】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３の電力変換器の制御装置を図１４に基づいて説明する。
なお、実施の形態３では、実施の形態２との差異である温度上昇抑制手段306についての
み詳述する。
【００４４】
実施の形態３における温度上昇抑制手段306の構成について図１４を用いて説明する。
図１４において、温度上昇抑制手段306は、発電電流抑制値演算手段309と、発電電流最大
抑制値演算手段310と、界磁電流抑制値演算手段311から構成される。
発電電流最大抑制値演算手段310は、回転速度と整流方式が入力され、回転速度に応じた
発電電流最大抑制値を演算する。発電機102の電力変換器部220は、スイッチング素子とそれに付随している寄生ダイオードからなるスイッチング素子で構成されており、スイッチング素子による同期整流とダイオード整流が可能である。
この同期整流はスイッチング素子により電流を通電するため、ダイオード整流に比べて損失が少なく発熱が小さいことが特徴である。一方、ダイオード整流は、ダイオードの逆起電圧により損失が発生し発熱が大きいことが特徴である。整流方式によってスイッチング素子の発熱が異なるため、発電電流最大抑制値は予め実験により求めたデータであり、温度上昇が所望の値となる発電電流が回転速度毎に設定されたデータを整流方式（同期整流とダイオード整流）ごとに設定されている。
発電電流最大抑制値演算手段310では、発電機102の整流方式と回転速度から発電電流最大抑制値を演算する。発電電流抑制値演算手段309は、温度検出手段301の出力と発電電流最大抑制値演算手段310の出力を入力とし、検出した温度と発電電流最大抑制値に応じて発
電電流の抑制値を算出する。界磁電流抑制値演算手段311は、電圧検出手段300の出力であるＢ端子電圧と発電機102の回転速度、および発電電流抑制値を入力とし、界磁電流抑制
値を演算する。
【００４５】
図１５は実施の形態３の温度上昇抑制手段306の動作を表すフローチャートである。
ステップS401では、発電電流最大抑制値演算手段310に発電機102の整流方式と回転速度を入力し、整流方式と回転速度に応じた発電電流最大抑制値を演算する。なお、整流方式に応じた発電電流最大抑制値は、同期整流に比べダイオード整流の発電電流抑制値の方が小さな値である。ステップS402では、発電電流抑制値演算手段309に温度検出手段301の出力である温度とステップS401で演算した発電電流最大抑制値を入力し、発電電流の抑制値を演算する。ステップS403では、界磁電流抑制値演算手段311に発電機102のＢ端子電圧と発電機102の回転速度と発電電流抑制値演算手段309の出力を入力して、界磁電流抑制値を演算する。
【００４６】
このように構成された実施の形態３では、発電機102の回転速度と整流方式に応じて発電
電流最大抑制値を算出し、検出した温度と発電電流最大抑制値に応じて発電電流抑制値を演算することにより、発電機102の整流方式に応じた発電電流抑制値を演算することが可
能となり、発電機102の回転速度と整流方式に応じた界磁電流抑制値を演算するので、発
電動作時に整流方式が変更になっても、各部の温度が許容値を超えない電力変換器の制御装置を得ることができる。
【００４７】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４の電力変換器の制御装置を図１６に基づいて説明する。
なお、実施の形態４では、実施の形態３との差異である温度上昇抑制手段306についての
み詳述する。
【００４８】
実施の形態４における温度上昇抑制手段306の構成について図１６を用いて説明する。
図１６において、温度上昇抑制手段306は、発電電流抑制値演算手段309と、発電電流最大抑制値演算手段310と、界磁電流抑制値演算手段311から構成される。
制御装置部220は、入出力端子の電流を検出する電流検出手段312を備えており、温度上昇抑制手段306にその出力を入力する。発電電流最大抑制値演算手段310は、回転速度と整流方式を入力して回転速度に応じた発電電流最大抑制値を演算する。
整流方式によってスイッチング素子の発熱量が異なるので、発電電流最大抑制値演算手段310では、発電機102の整流方式と回転速度から発電電流最大抑制値を演算する。
発電電流抑制値演算手段309は、温度検出手段301の出力と、発電電流最大抑制値演算手段310の出力を入力とし、検出した温度と発電電流最大抑制値に応じて発電電流の抑制値を
算出する。界磁電流抑制値演算手段311は、入出力端子電流検出手段312の出力と発電電流抑制値演算手段309の出力を入力とし、界磁電流抑制値を演算する。
【００４９】
図１７は、実施の形態４の温度上昇抑制手段306の動作を表すフローチャートである。
ステップS501では、発電電流最大抑制値演算手段310に発電機102の整流方式と回転速度を入力し、整流方式と回転速度に応じた発電電流最大抑制値を演算する。
ステップS502では、発電電流抑制値演算手段309に温度検出手段301の出力である温度とステップS501で演算した発電電流最大抑制値を入力し、発電電流の抑制値を演算する。
ステップS503では、界磁電流抑制値演算手段311にて発電機102の入出力端子の電流を検出する入出力端子電流検出手段312の出力である電流と、発電電流抑制値演算手段309の出力を入力して、界磁電流抑制値を演算する。
【００５０】
界磁電流抑制値演算手段311では、発電電流抑制値演算手段309の出力と入出力端子電流検出手段312の出力を入力とし、入出力端子電流検出手段312の出力である電流が、発電電流抑制値演算手段309の出力に追従するようにフィードバック制御を構築して界磁電流抑
制値を演算しても良いし、入出力端子電流検出手段312の電流が、発電電流抑制値を追従
するような界磁電流抑制値を演算する公知の技術を用いて構わない。
【００５１】
このように構成された実施の形態４では、発電機102の回転速度と整流方式に応じて発
電電流最大抑制値を演算して、検出した温度と発電電流最大抑制値に応じて発電電流の抑制値を演算し、入出力端子の電流と発電電流の抑制値から界磁電流抑制値を演算するので、界磁電流抑制値をＢ端子電圧と回転速度と発電電流抑制値を入力とするＭＡＰ方式に比べて、精度のある界磁電流抑制値を演算することが可能となり、回転速度と整流方式に応じた発電電流抑制値を演算することが可能となる。
【００５２】
なお、実施の形態１から実施の形態４の温度検出手段301は、電力変換器部220のスイッチング素子223、224、221の温度を検出するものであり、全てのスイッチング素子の温度
を検出しても良いし、何れかの代表の温度であっても構わない。スイッチング素子の温度上昇に応じた発電電流最大抑制値を決定することで、スイッチング素子が温度上昇により破壊されることを防止することができる。
【００５３】
また、温度検出手段301は、制御装置部210の温度を検出してもよく、制御装置部の温度上昇に応じた発電電流最大抑制値を決定することで、制御装置部が温度上昇により破壊されることを防止できる。
【００５４】
また、温度検出手段301は、三相電機子巻線201の温度を検出してもよく、電機子巻線の温度上昇に応じた発電電流最大抑制値を決定することで、電機子巻線の許容温度範囲で発電機102を使用することが可能である。
【００５５】
さらに、温度検出手段301は、上記の部位の何れか、もしくは全ての温度を検出しても
よく、それぞれ発電電流抑制値を演算して、発電電流抑制値の最小値を選択して界磁電流抑制値を演算することにより、発電機の温度上昇が高い部位を保護することが可能となる。
【符号の説明】
【００５６】
１０２  発電機、１０３  バッテリ（キャパシタ）、１１０  電力変換装置、   
２００  発電機部、２０１  三相電機子巻線、２０２  界磁巻線、
２０３  電流センサ、２１０  制御装置、２２０  電力変換器部、
２２１  界磁スイッチング素子、２２２  環流ダイオード、
２２３、２２４  スイッチング素子、３００  電圧検出手段、
３０１  温度検出手段、３０２  マイコン、３０３  界磁電流検出手段、
３０４  ゲートドライバ、３０５  界磁電流指令演算手段、     
３０６      温度上昇抑制手段、３０７  界磁電流指令選択手段、      
３０８      界磁電流制御手段、３０９  発電電流抑制値演算手段、    
３０９      発電電流最大抑制値演算手段、３１１  界磁電流抑制値演算手段、
３１２  入出力端子電流検出手段。
【図１】
0005367008.tif 000002
【図２】
0005367008.tif 000003
【図３】
0005367008.tif 000004
【図４】
0005367008.tif 000005
【図５】
0005367008.tif 000006
【図６】
0005367008.tif 000007
【図７】
0005367008.tif 000008
【図８】
0005367008.tif 000009
【図９】
0005367008.tif 000010
【図１０】
0005367008.tif 000011
【図１１】
0005367008.tif 000012
【図１２】
0005367008.tif 000013
【図１３】
0005367008.tif 000014
【図１４】
0005367008.tif 000015
【図１５】
0005367008.tif 000016
【図１６】
0005367008.tif 000017
【図１７】
0005367008.tif 000018