(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線及び電機子巻線を有して車両に搭載される車両用同期機と、
前記車両用同期機とバッテリとの間に配置されて直交双方向電力変換を行うとともに前記車両用同期機の電機子電流を制御するインバータと、
前記界磁巻線に流す界磁電流を制御する界磁電流スイッチと、
要求される目標値に合わせて前記インバータ及び界磁電流スイッチを通じて前記界磁電流及び電機子電流を調整する制御部と、
を備える車両用回転電機装置において、
前記制御部は、
前記目標値を達成できる前記電機子電流及び前記界磁電流の組み合わせのうちで、前記車両用同期機の最高効率を達成する電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせにおける磁気騒音値よりも小さい磁気騒音値をもつ低磁気騒音域内の電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせに前記界磁電流及び電機子電流を設定する磁気騒音低減運転モードを有することを特徴とする車両用回転電機装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用回転電機装置において、
前記制御部は、
前記磁気騒音低減運転モードにて、前記最高効率における電機子電流値よりも小さく前記電機子電流を小さく、前記最高効率における界磁電流値よりも前記界磁電流を大きく設定することを特徴とする車両用回転電機装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の車両用回転電機装置において、
前記制御部は、
前記磁気騒音低減運転モードにおいて、前記目標値を達成可能な条件で前記低磁気騒音域内の電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせのうちで前記車両用同期機の効率が相対的に優れている前記界磁電流及び前記電機子電流の組み合わせを選択することを特徴とする車両用回転電機装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか記載の車両用回転電機装置において、
前記制御部は、
発生する磁気騒音が所定値以下の場合に、前記車両用同期機が略最高効率を達成する前記電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせに前記界磁電流及び電機子電流を設定することを特徴とする車両用回転電機装置。
【請求項５】
請求項４記載の車両用回転電機装置において、
前記制御部は、
電機子電流が所定値以下の場合に、前記車両用同期機が略最高効率を達成する前記電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせに前記界磁電流及び電機子電流を設定することを特徴とする車両用回転電機装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか記載の車両用回転電機装置において、
前記制御部は、
車両走行速度が所定値以上の場合に前記磁気騒音低減運転モードを中断することを特徴とする車両用回転電機装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか記載の車両用回転電機装置において、
前記制御部は、
界磁巻線型同期機の温度が所定値以上と想定可能な状況下において前記磁気騒音低減運転モードを中断することを特徴とする車両用回転電機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用回転電機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、車両用発電機としていわゆるランデルポール型の界磁巻線型同期発電機が広く車両用発電機として採用されている。
【０００３】
また、近年、エンジン始動、発電、アイドルストップ時の車載機器駆動、さらには回生制動やトルクアシストなど種々の機能を一台の車両用発電電動機で行う技術が開発されており、この車両用発電電動機として通常は構造が簡単で効率が高い同期機の採用が一般的である。
【０００４】
この車両用発電電動機用の同期機としては、磁石界磁型、界磁巻線型、磁石界磁と界磁巻線の併用型などの形式のものが提案されているが、減磁制御が不要で高速時の制御不調によるバッテリなどへの悪影響が容易に回避できる界磁巻線型（本明細書では併用型を含むものとする）の同期機が好適と言われている。
【０００５】
その他、この種の車両用同期機は、通常のエンジン自動車やハイブリッド車のみならずバッテリ駆動型の電気自動車や燃料電池車においては走行動力発生用回転機として有望視されている。
【０００６】
しかしながら、このオルタネータなど常時運転する車両用回転電機ではその磁気騒音が従来より問題となっていた。すなわち、エンジン騒音などが種々の改善策により低減され車室静粛性が向上しているにもかかわらず、オルタネータなどの車両用回転電機の磁気騒音はその原理上低減が困難であると考えられていたため、たとえば車両の停止時や低速走行中などの風切り音やタイヤ騒音などが小さい環境下では、車室感知騒音中に占める磁気騒音の割合が無視できないレベルとなっていた。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、装置構成の複雑化及び回転電機本来のパーフォーマンスへの悪影響を抑止しつつ磁気騒音の低減により車室静粛性を向上した車両用回転電機装置を提供することを、その解決すべき課題としている。
することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の車両用回転電機装置は、界磁巻線及び電機子巻線を有して車両に搭載される車両用同期機と、前記車両用同期機とバッテリとの間に配置されて直交双方向電力変換を行うとともに前記車両用同期機の電機子電流を制御するインバータと、前記界磁巻線に流す界磁電流を制御する界磁電流スイッチと、要求される目標値に合わせて前記インバータ及び界磁電流スイッチを通じて前記界磁電流及び電機子電流を調整する制御部とを備える車両用回転電機装置において、前記制御部は、前記目標値を達成できる前記電機子電流及び前記界磁電流の組み合わせのうちで、前記車両用同期機の最高効率を達成する電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせにおける磁気騒音値よりも小さい磁気騒音値をもつ低磁気騒音域内の電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせに前記界磁電流及び電機子電流を設定する磁気騒音低減運転モードを有することを特徴としている。
【０００９】
上記車両用同期機としては界磁巻線をもつ同期機であればよく発電専用形式でも良く、発電と電動とを切り替え可能なものでもよく、電動専用のものでもよい。上記目標値としては、発電動作においては車載電源系が要求スイッチする電力、電流に対応する電気信号であればよく、電動動作においては要求される回転数、要求される出力動力、電機子電流などでもよい。
【００１０】
本構成によれば、車両用同期機に要求される発電性能又は電動性能を確保しつつ磁気騒音を低減することができる。以下、更に説明する。
【００１１】
従来の界磁巻線型同期機からなる発電電動機（現時点ではハイブリッド車のみが実用化されている）では外部のコントローラなどが決定する必要な出力（電動出力又は発電出力、本明細書では目標値とも言うものとする）を得るために界磁電流と電機子電流とを制御している。更に詳しく説明すると、界磁電流の制御は界磁巻線のレスポンスが悪いために主に電機子電流の制御を主とし、高速走行モードでは発電電圧の過大化を防止するために界磁電流を低減し、エンジン始動モードや大トルク走行モードやバッテリ大充電モードなど界磁電流を増加して出力不足を防止する必要があるモードにおいてのみ界磁電流を増大する制御を行うのが通常である。
【００１２】
また、損失を低減するために、必要な出力が得られるという条件下で、車両用同期機又は車両用同期機を含む装置全体の効率向上を目的として車両用同期機効率（又は装置全体の効率）が最高となる電機子電流値と界磁電流値との組み合わせを決定（演算又はマップから選択）し、電機子電流及び界磁電流をこれらの決定値に制御すること（以下、効率モードともいう）も考えられる。
【００１３】
しかし、本出願人は、運転者に与える運転満足感を考慮すると車両用同期機をわずかの効率向上を求めて上記効率モードで運転した場合、車両用同期機の磁気騒音が増大してかえって運転者の運転満足感を損なう場合があることに気がついた。すなわち、車両用同期機の磁気騒音は上記目標値達成のための制御パラメータである界磁電流と電機子電流とのうち電機子電流の方に大きな正相関を有している。本発明は上記着眼を基礎としてなされたものであり、車両用回転電機装置が、磁気騒音低減を目的とした磁気騒音低減運転モードをも点をその特徴としている。
【００１４】
すなわち、この車両用回転電機装置は、損失低減、燃費改善を目的とした電機子電流及び界磁電流の調整を行う効率モードの他に磁気騒音の低減を目的とした磁気騒音低減運転モードをもち、これら両モードは電機子電流及び界磁電流を次元パラメータとする二次元平面上で重なることはない。これにより、運転者又は制御装置は車両走行環境に応じて必要な場合に必要な出力を確保しつつ（目標値を達成しつつ）磁気騒音を低減して運転満足感を向上することができる。なお、出力Ｐは界磁電流Ｉｆと電機子電流Ｉａの積に略比例することが知られている。
【００１５】
請求項２記載の構成は請求項１記載の車両用回転電機装置において更に、前記制御部は、前記磁気騒音低減運転モードにて、前記最高効率における電機子電流値よりも小さく前記電機子電流を小さく、前記最高効率における界磁電流値よりも前記界磁電流を大きく設定することを特徴としている。
【００１６】
上述したように、磁気騒音は電機子電流に強い正相関を有する（図２参照）。
これに対して、界磁巻線型同期機の効率は所定の界磁電流値と電機子電流値の組み合わせでピークとなる単峰特性を有し、このピークを超えて界磁電流を増加しそれに合わせて電機子電流を低減すると効率は低下する（図３参照）。なお、図２、図３は界磁巻線型同期機からなる発電電動機を出力１．５ＫＷ、回転数１５００ｒｐｍで運転した場合を示す。したがって、本構成によれば、出力を確保しつつ環境上の必要に応じて効率の多少の犠牲の上に確実に磁気騒音低減を実現することができる。
【００１７】
請求項３記載の構成は請求項１又は２記載の車両用回転電機装置において更に、前記制御部は、前記磁気騒音低減運転モードにおいて、前記目標値を達成可能な条件で前記低磁気騒音域内の電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせのうちで前記車両用同期機の効率が相対的に優れている前記界磁電流及び前記電機子電流の組み合わせを選択することを特徴としている。
【００１８】
これにより、目標値（出力や回転数）を達成しつつ運転環境に応じて効率モードと磁気騒音低減運転モードとを切り替えることができる。好適には、各目標値ごとに効率モードにおける電機子電流値と界磁電流値のペアと磁気騒音低減運転モードにおける電機子電流値と界磁電流値のペアとを予めマップに記憶し、入力される目標値と選択された運転モードに応じて上記ペアの一方が選択される。なお、効率の具体的な数値は目標値が変化すれば当然変化し、目標値（出力）が増大するほど電機子電流と界磁電流との組み合わせの選択幅はそれぞれ縮小されて、最大出力では電機子電流及び界磁電流はそれぞれ最大値となって選択の余地がなくなることは明らかである。
【００１９】
請求項４記載の構成は請求項１乃至３のいずれか記載の車両用回転電機装置において更に、前記制御部は、発生する磁気騒音が所定値以下の場合に、前記車両用同期機が略最高効率を達成する前記電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせに前記界磁電流及び電機子電流を設定することを特徴としている。
【００２０】
なお、目標値が小さい場合すなわち小出力時には効率モードでも電機子電流の絶対値は比較的小さく、磁気騒音の絶対レベルは問題となるレベル以下に低下する。そこで、この態様では磁気騒音が所定値以下となる運転状態ではわずかの磁気騒音低減を求めて効率を低下させることなく、効率モードでの運転を優先して効率を向上させる。このような小出力モードでは損失の絶対値は小さくとも長期間あるいは常時運転されるためにトータルの損失が大きくなるので効率改善に有効となる。本明細書では、この制御モードを小出力効率優先モードと称するものとする。
【００２１】
請求項５記載の構成は請求項４記載の車両用回転電機装置において更に、前記制御部は、電機子電流が所定値以下の場合に、前記車両用同期機が略最高効率を達成する前記電機子電流値及び界磁電流値の組み合わせに前記界磁電流及び電機子電流を設定することを特徴としている。
【００２２】
すなわち、この態様では請求項５の小出力効率優先モードを電機子電流が所定値未満で実行するので、小出力効率優先モードにおける磁気騒音の顕著な増大を確実に防止することができる。
【００２３】
請求項６記載の構成は請求項１乃至３のいずれか記載の車両用回転電機装置において更に、前記制御部は、車両走行速度が所定値以上の場合に、前記磁気騒音低減運転モードを中断することを特徴としている。
【００２４】
車両走行速度が所定値以上の場合には磁気騒音よりも風切り音やタイヤ騒音などが優勢となるので、効率モードを追求することにより運転満足感を損なうことなく損失を低減することができる。
【００２５】
請求項７記載の構成は請求項１乃至３のいずれか記載の車両用回転電機装置において更に、前記制御部は、界磁巻線型同期機の温度が所定値以上と想定可能な状況下において前記磁気騒音低減運転モードを中断することを特徴としている。
【００２６】
すなわち、界磁巻線型同期機が直前の大出力運転などで高温となっている場合や外部温度が高い場合には、界磁巻線型同期機内部の温度上昇の更なる増大による悪影響を防止するために、その内部損失（界磁巻線型同期機内部の発熱による温度上昇を招く）の増大を極力防止するために効率モードでの運転を優先的に選択する。これにより、界磁巻線型同期機の内部の異常な温度上昇を抑止してその耐久性を向上することができる。
【００２７】
なお、上記各制御モードに加えて、界磁巻線型同期機がエンジンと直結されるハイブリッド車やエンジン車などでは、高速走行時には界磁巻線型同期機の回転数が増大し、界磁電流が大きいと発電電圧が望ましくないレベルに増大するため、これを防止するために発電電圧（電機子巻線の起電圧）が所定値以下に抑止するために界磁電流を低減する減磁モードや、エンジン始動時などにおいて強制的に電機子電流、界磁電流を最大値として大きな始動トルクを得る大トルクモードなどを設定可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な態様を以下の実施例により説明する。
【００２９】
（全体構成）
図１は本実施例の車両用発電電動機装置を装備した車両駆動系を示すブロック図である。
【００３０】
１は車両用発電電動機をなす界磁巻線型同期機、２は電流制御回路、３はコントローラ、４は高圧バッテリ、５は低圧バッテリである。
【００３１】
界磁巻線型同期機１は、ステータコアに巻装された三相の電機子巻線１１、ロータコアに巻装された界磁巻線１２、ロータ角度位置を検出する磁極位置センサ１３、界磁巻線１１と逆並列接続されたフライホイルダイオード１４を有するが、構成自体は通常の界磁巻線型同期機であるので更なる詳細説明は省略する。
【００３２】
電流制御回路２は、６個のパワーＭＯＳトランジスタで構成された三相のインバータ２１、ハイサイドスイッチ構成をもつ界磁電流スイッチ２２、電機子電流を検出する電流センサ２３、高圧バッテリ４と並列接続された平滑コンデンサ２４をもつが、回路構成自体はもはや周知であるので更なる詳細説明は省略する。
【００３３】
コントローラ３は、マイコン内蔵の制御装置３１と、制御装置からの界磁電流及び電機子電流の各指令値に対応する各デューテイのＰＷＭ電圧を各パワーＭＯＳトランジスタ及び界磁電流スイッチ２２に変換する駆動回路であるが、回路構成自体はもはや周知であるので更なる詳細説明は省略する。
【００３４】
また、コントローラ３により行われるインバータ２１の制御による三相電機子電流の制御及び界磁電流スイッチ２２の制御自体は従来のブラシレスＤＣモータの電機子電流制御及びオルタネータの界磁電流制御と本質的に同じであり周知であるので説明を省略する。
【００３５】
（モード制御）
次に、この実施例の特徴をなす運転モードの変更制御について図４に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【００３６】
制御装置３１は、外部指令から受信した出力値（ＫＷ）と選択するべき運転モードとを受信する（Ｓ１００）。この運転モードとしては既述した効率モードと磁気騒音低減運転モードとがある。
【００３７】
次に、電流センサ２３から電機子電流及び界磁電流の検出値を読み込み（Ｓ１０２）、受信した運転モードに基づいて今後実施すべき運転モードを決定する（Ｓ１０４）。
【００３８】
次に、各運転モード、出力及び回転数ごと予め記憶する電機子電流と界磁電流のペアのマップ（テーブル）に、磁極位置センサ１３の信号から演算した回転数、外部指令から受信した出力値及び運転モードを代入して選択すべき電機子電流と界磁電流のペアを選択する（Ｓ１０６）。
【００３９】
次に、電機子電流と界磁電流の選択値と、ステップＳ１０２で読み込んだ検出値とをそれぞれ比較して、それらの差が０となるように、インバータ２１の各平均デューテイ及び界磁電流スイッチ２２のデューテイを増減するべく駆動回路３２に指令し、駆動回路３２は、上記指令及び磁極位置センサ１３の位置信号に基づいて必要な周波数及び位相をもつ三相ＰＷＭ電圧をインバータ２１に出力し、かつ単相ＰＷＭ電圧を界磁電流スイッチ２２に出力する。
【００４０】
これにより、界磁巻線型同期機１は、必要に応じて効率モードあるいは磁気騒音低減運転モードで運転されることができる。
【００４１】
（変形態様）
なお上記実施例では、フィードバック制御により電機子電流及び界磁電流を制御したが、外部指令値（出力）及び磁極位置センサ１３から演算した回転数に基づいて選択した電機子電流及び界磁電流のペアに相当するデューテイをインバータ２１及び界磁電流スイッチ２２に直接与えることも当然可能である。
【００４２】
（変形態様）
また、界磁巻線型同期機１の内部温度に相当する電気信号を読み込み、読み込んだ電気信号に基づいて内部温度が所定値以上と判断した場合には、外部指令にかかわらず効率モードを優先して内部温度の上昇を抑止することができる。
【００４３】
（変形態様）
また、電機子電流の検出値が小さい場合や外部から受信した出力値が小さい場合には、磁気騒音はそれほどひどくないので外部指令にかかわらず効率モードを優先して内部温度の上昇を抑止することができる。
【００４４】
（変形態様）
また、車両速度が所定値以上の場合には磁気騒音の影響は相対的に小さくなるので外部指令にかかわらず効率モードを優先して内部温度の上昇を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両用回転電機装置の回路構成を示すブロック回路図である。
【図２】界磁巻線型同期機の磁気騒音（磁気音）と電機子電流と界磁電流との関係を示す特性図である。
【図３】界磁巻線型同期機の効率と電機子電流と界磁電流との関係を示す特性図である。
【図４】図１の装置の制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  界磁巻線型同期機
２１  インバータ
２２  界磁電流スイッチ
３１  制御装置（制御部）
【図１】
0004534114.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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