(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと並列接続された平滑コンデンサ、
ハイブリッド車のエンジンと連結されて走行用電力を発生するとともにエンジン始動を行う発電電動機をなす界磁コイル型同期機、
前記バッテリと前記発電電動機の電機子コイルとの間の授受電力の交直変換を行う交直変換回路、及び、
前記界磁コイル型同期機の回転位置に基づいて前記交直変換回路を制御するコントローラ、
を備えるハイブリッド車用発電電動機装置において、
前記コントローラは、前記発電電動機を電動動作させるため前記電機子電流を通電するに際して、前記界磁コイルにバッテリ電圧を超える電圧が発生することがない範囲で前記電機子電流の通電を行うことを特徴とするハイブリッド車用発電電動機装置。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド車用発電電動機装置において、
前記コントローラは、前記エンジンの自動停止中の所定条件範囲において前記界磁コイル型同期機に界磁電流を通電することを特徴とするハイブリッド車用発電電動機装置。
【請求項３】
請求項２記載のハイブリッド車用発電電動機装置において、
前記コントローラは、前記エンジンの自動停止から所定時間だけ前記界磁コイル型同期機に界磁電流を通電することを特徴とするハイブリッド車用発電電動機装置。
【請求項４】
請求項１記載のハイブリッド車用発電電動機装置において、
前記発電電動機は、電動動作して車輪駆動軸のトルクアシストを行い、
前記コントローラは、前記電機子電流の増大制限を、前記エンジン始動時に行い、前記トルクアシスト時に行わないことを特徴とするハイブリッド車用発電電動機装置。
【請求項５】
請求項１記載のハイブリッド車用発電電動機装置において、
前記コントローラは、界磁電流小時に電動動作指令が入力された場合に、まず界磁電流の増大を指令し、前記界磁電流が所定レベルに達した後、又は、所定時間待機後に電動トルク発生のための前記電機子電流の通電又はその増大を指令することを特徴とするハイブリッド車用発電電動機装置。
【請求項６】
請求項１記載のハイブリッド車用発電電動機装置において、
前記コントローラは、電動動作指令が入力されて前記界磁電流の通電を開始した後、前記電機子電流を所定の増加率で増大させるとともに、前記電機子電流の増加率を、前記電機子電流によって前記界磁コイルに発生する誘導電圧により発電電流が生じないレベルとすることを特徴とするハイブリッド車用発電電動機装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載のハイブリッド車用発電電動機装置において、
前記コントローラは、前記エンジンの自動停止から所定時間だけ前記界磁コイル型同期機に界磁電流を通電し、前記所定時間経過後の前記エンジンの再起動時に前記請求項５又は６記載の電機子電流制御を実施することを特徴とするハイブリッド車用発電電動機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車用発電電動機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車では、エンジンに駆動される発電機が発電を行い、この発電電力を走行モータで走行動力に変換して車輪駆動軸に伝達している。また、トルク授受可能に結合された車輪駆動軸を駆動（いわゆるトルクアシスト）したり、エンジン始動を行ったりするため、この発電機を電動機として動作させることが知られている。以下、簡単のために、このトルクアシストやエンジン始動を行うハイブリッド車の発電機を発電電動機と以下、呼称する。
【０００３】
この発電電動機としては、界磁電流制御により電動動作時にはトルクを確保し、発電動作時には発電電圧の過昇を抑止することができる界磁コイル型同期機を用いるのが通常である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このハイブリッド車の発電電動機として用いられる界磁コイル型同期機では、電動動作時に電機子電流による磁界により界磁コイルに発電電圧が生じ、このため界磁コイルとバッテリとを接続する界磁コイル回路に異常な高電圧が生じ、これがバッテリに悪影響を与えたり、界磁コイル回路の耐圧増大を要求するなどの不具合があった。
【０００５】
更に説明すれば、電動動作開始のために、この発電電動機の界磁コイル及び電機子コイルにそれぞれ電圧を印加すると、界磁コイルのインダクタンスが電機子コイルのそれに比較して格段に大きいために、電機子電流の立ち上がりに比較して界磁電流の立ち上がりが遅れ、その結果、電機子電流の変化（増加）期間に電磁誘導により界磁コイルにバッテリ充電方向の電流を生じさせるという問題があった。
【０００６】
このため、この電機子電流変化期間に、界磁コイルに高電圧が発生すると、それが界磁コイル回路を通じてバッテリに印加されてバッテリ性能を劣化させるので、バッテリと並列に接続する平滑コンデンサの容量を大型化しなければならず、回路装置の体格が大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、回路装置の小型化が可能なハイブリッド車用発電電動機装置を提供することを、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記載の本発明の電気自動車走行モータ装置は、バッテリと並列接続された平滑コンデンサ、ハイブリッド車のエンジンと連結されて走行用電力を発生するとともにエンジン始動を行う発電電動機をなす界磁コイル型同期機、前記バッテリと前記発電電動機の電機子コイルとの間の授受電力の交直変換を行う交直変換回路、及び、前記界磁コイル型同期機の回転位置に基づいて前記交直変換回路を制御するコントローラを備えるハイブリッド車用発電電動機装置において、前記コントローラは、前記発電電動機を電動動作させるため前記電機子電流を通電するに際して、前記界磁コイルにバッテリ電圧を超える電圧が発生することがない範囲で前記電機子電流の通電を行うことを特徴としている。
【０００９】
このようにすれば、この発電電動機を電動動作させるため電機子電流を増加する際、界磁コイルにバッテリ電圧を超える高電圧が発生することがなく、バッテリに悪影響を与えることなく平滑コンデンサの小型化を図ることができる。
【００１０】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載のハイブリッド車用発電電動機装置において更に、交差点などにおける一時停車時または走行時の燃費節減のためのエコラン（経済走行）時などにエンジンを自動停止させる場合に、所定条件範囲において界磁電流通電は持続しておく。
【００１１】
このようにすれば、再度エンジンを始動する際、電機子電流を即時通電しても、界磁電流はバッテリから界磁コイルへ十分に通電されているので、界磁電流が反転することがなく、界磁コイルからバッテリ側へ電流が逆流することがない。したがって、バッテリ性能に悪影響を与えることがなく平滑コンデンサの体格縮小と界磁コイル回路の耐圧低下を図ることができる。
【００１２】
更に、電動動作指令入力後、ただちに大電機子電流を通電することができ、エンジン始動動作のレスポンスを向上させることができる。また、発電電動機にトルクアシスト動作をさせる場合においても、このトルクアシストのレスポンスを向上することができ、運転フィーリングを向上することができる。
【００１３】
請求項３記載の構成によれば請求項２記載のハイブリッド車用発電電動機装置において更に、このエンジンの自動停止後の界磁電流通電を所定時間だけ行う。このようにすれば、長期にわたって停車する場合などにおいて界磁電流通電による電力消費の増大を抑止することができる。
【００１４】
請求項４記載の構成によれば請求項１記載のハイブリッド車用発電電動機装置において更に、電機子電流の増大制限を、エンジン始動時に行い、トルクアシスト時に行わない。
【００１５】
このようにすれば、エンジン始動時には上記電機子電流の増大制限によりバッテリへの大電圧による充電を阻止してその性能劣化を抑止し、トルクアシスト時にはこの電機子電流の増大制限を止めてレスポンス性に優れるトルクアシストを行うことができる。
【００１６】
請求項５記載の構成によれば請求項１記載のハイブリッド車用発電電動機装置において更に、界磁電流小時に電動動作指令が入力された場合に、界磁電流が所定レベルに達した後まで、又は、所定時間待機後まで、電機子電流の通電又はその増大を遅延させる。
【００１７】
このようにすれば、請求項１記載の効果を簡素な制御で実現することができる。
【００１８】
請求項６記載の構成によれば請求項１記載のハイブリッド車用発電電動機装置において更に、前記コントローラは、電動動作指令が入力されて前記界磁電流の通電を開始した後、前記電機子電流を所定の増加率で増大させるとともに、前記電機子電流の増加率を、前記電機子電流によって前記界磁コイルに発生する誘導電圧により発電電流が生じないレベルとする。
【００１９】
このようにすれば、電機子電流の変化率が小さくなるので界磁コイルへの誘導電圧が小さくなり、請求項１記載の効果を簡素な制御で実現することができる。
【００２０】
他の好適態様によれば、界磁電流小時に電動動作指令が入力された場合に、界磁電流が反転しない範囲で徐々に位相角を変更する。
【００２１】
請求項７記載の構成によれば請求項５又は６記載のハイブリッド車用発電電動機装置において更に、エンジンの自動停止から所定時間だけ界磁コイル型同期機に界磁電流を通電し、この所定時間経過後この界磁電流の通電を停止し、その後、請求項５又は６記載の電機子電流制御を実施する。好適には、請求項５又は６記載の電機子電流制御はエンジン始動またはゆるやかなトルクアシストにおいてのみ実施される。
【００２２】
請求項８記載の構成によれば請求項５乃至７のいずれか記載のハイブリッド車用発電電動機装置において更に、エンジンの自動停止から所定時間だけ界磁コイル型同期機に界磁電流を通電し、この所定時間経過後この界磁電流の通電を停止し、その後、請求項５乃至７のいずれか記載の電機子電流制御を実施する。好適には、請求項５乃至７のいずれか記載の電機子電流制御はエンジン始動またはゆるやかなトルクアシストにおいてのみ実施される。
【００２３】
このようにすれば、平滑コンデンサの容量、耐圧の低減と、トルクアシストレスポンスの悪化を防止し、電力消費の増大も抑止することができる。
【００２４】
【発明を実施するための態様】
本発明のハイブリッド車用発電電動機装置の好適な態様を以下の実施例により具体的に説明する。
【００２５】
【実施例】
この実施例のハイブリッド車用発電電動機装置のブロック図を図１に示す。
（構成）
１はエンジン、２はエンジン１のクランク軸、３は第一発電電動機、４は第二発電電動機、５は拘束機構、６は平滑コンデンサ、７は車輪駆動軸、８はバッテリ、９、１０はインバータ、１１は界磁電流制御回路、１２はコントローラである。
【００２６】
第一発電電動機（本発明でいう発電電動機）３は、対面二ロータ型の回転電機であって、互いに相対回転自在な一対のロータ３１，３２をもち、ロータ３１はクランク軸２に、ロータ３２は第二発電電動機４のロータ４１に直結されている。ロータ３１、３２の一方（この実施例ではロータ３１）には界磁コイルが巻装され、ロータ３２には電機子コイルが巻装されている。
【００２７】
第二発電電動機４はロータ４１に相対回転自在に対面するステータ４２を有する通常のロータ−ステータ型の回転電機であり、この実施例ではブラシレスＤＣモータを採用している。ロータ４１は拘束機構５、クラッチ６を通じて車輪駆動軸７に連結されている。
【００２８】
拘束機構５は、車両停車時においてシフトポジションＮ又はＰにおけるエンジン始動時にエンジン始動反トルクを受けるものであって、この実施例ではロータ３２，４１及び車輪駆動軸７と図示しないハウジングとの間に設けられたワンウエイクラッチからなり、このエンジン始動時に車両後退方向へのロータ３２，４１又は車輪駆動軸７の回転を阻止する。なお、車両走行中のシフトポジションＤ、Ｌなどにおいて、エンジン始動時にロータ３２，４１及び車輪駆動軸７にかかる反トルクは車輪の接地抵抗を通じて支承される。
【００２９】
インバータ９は第一発電電動機３の電機子コイルとバッテリ８との間の電力授受を制御する直交変換回路であって、周知の三相インバータ回路からなる。
【００３０】
インバータ１０は第二発電電動機４のステータ４２の電機子コイルとバッテリ８との間の電力授受を制御する直交変換回路であって、周知の三相インバータ回路からなる。なお、これら三相インバータ回路はスイッチング素子としてＩＧＢＴを用い、合計６個のＩＧＢＴと逆並列にフライホイルダイオードを用いている。
【００３１】
平滑コンデンサ６は、高圧（２００〜４００Ｖ）のバッテリ８と並列接続されており、バッテリの充放電電流の変化を抑止する。実際には、平滑コンデンサ６はインバータ９、１０の高低直流入力端と並列接続されている。
【００３２】
界磁電流制御回路１１は、図２に示すように、ロータ３１に巻装された界磁コイル３１１を通じてバッテリ８から給電されるスイッチングトランジスタ１１１と、界磁コイル３１１と逆並列に接続されたフライホイルダイオード１１２とからなる。
【００３３】
コントローラ１２は、各ロータ３１，３２の回転角を検出し、これら回転角に基づいてインバータ９，１０を制御することにより、両発電電動機３，４を制御するマイコン内蔵の制御装置であり、エンジン１も制御している。
【００３４】
なお、このハイブリッド車用発電電動機装置は本発明の一構成例であり、本発明の特徴を実現する範囲で公知ハイブリッド車構成に変更することは当然可能である。
（運転モードの説明）
車両停止時エンジン始動
車両停止時には、拘束機構５がロータ３２，４１及び車輪駆動軸７の逆回転を阻止するので、第一発電電動機３の界磁コイル３１１及びロータ３２の電機子コイルに通電して第一発電電動機３を始動させ、エンジン１を始動させる。
【００３５】
車両走行時エンジン始動
車両走行時には、拘束機構５がロータ３２，４１及び車輪駆動軸７の逆回転を阻止しなくても、ロータ３２，４１及び車輪駆動軸７が逆回転することがないので、第一発電電動機３の界磁コイル３１１及びロータ３２の電機子コイルに通電して第一発電電動機３を始動させ、エンジン１を始動させる。
【００３６】
エンジン回転走行
エンジン回転走行では、エンジン動力の一部はロータ３２を通じて車輪駆動軸７に伝達され、他の一部は第一発電電動機３の電機子コイルで発電電力に変換され、この発電電力はインバータ９を通じて直流電力に変換され、更にインバータ１０を通じて交流電力に変換され、第二発電電動機４にて動力に変換されて車輪駆動軸７に伝達される。
エンジン停止走行（エコラン）
エンジン停止走行では、バッテリ８の電力がインバータ１０を通じて第二発電電動機４に送電され、第二発電電動機４はこの電力を動力に変換して車輪駆動軸７に伝達する。なお、クランク軸２の拘束機構を増設すれば、エンジン停止時における第一発電電動機３による車輪駆動軸７の駆動も可能である。
【００３７】
回生制動
回生制動では発電電動機３又は４又はその両方を発電動作させて行う。なお、回生制動に発電電動機３を用いる場合にエンジン１が受ける反トルクはエンジン１を正トルク方向に回転させるので問題はないが、エンジン１の回転が拘束されない限り、発電電動機３の回生制動トルクは大きくできない。
【００３８】
トルクアシスト
アクセルペダルの踏み量が大きい場合、バッテリ８から両発電電動機３，４の電機子コイルにそれぞれ電力を供給し、それらを電動動作させて大きな車輪駆動トルクを得る。
（制御動作例）
コントローラ１２により制御されるこの実施例のハイブリッド車用発電電動機装置の制御動作例を図３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３９】
まず、コントローラ１２の外部よりエンジン１の始動命令が入力したかどうかを調べ（Ｓ１００）、入力されたならＳ１０４に進んでエンジン１の始動制御サブルーチンを実行する。
【００４０】
Ｓ１００にて、外部よりのエンジン始動命令入力がなければ、Ｓ１０２に進んで説明省略した入力条件がエンジン始動可能なあらかじめ記憶する範囲にあるかどうかを判別し、これら範囲内にあればエンジン自動始動条件が満足されていると判定して、Ｓ１０４にてエンジン１の始動制御サブルーチンを実行する。
【００４１】
Ｓ１０２にて、エンジン自動始動条件が満足されていなければ、Ｓ１０６に進んでコントローラ１２の外部よりエンジン１の始動命令が入力したかどうかを調べ（Ｓ１００）、入力されたならＳ１０４に進んでエンジン１の始動制御サブルーチンを実行する。
【００４２】
次のＳ１０６では、コントローラ１２の外部よりエンジン１の停止命令が入力したかどうかを調べ）、入力されたならＳ１１０に進んでエンジン１の始動制御サブルーチンを実行する。
【００４３】
Ｓ１０６にて、外部よりのエンジン停止命令入力がなければ、Ｓ１０８に進んで説明省略した入力条件がエンジン停止可能なあらかじめ記憶する範囲にあるかどうかを判別し、これら範囲内にあればエンジン自動停止条件が満足されていると判定して、Ｓ１１０にてエンジン１の停止制御サブルーチンを実行する。
【００４４】
次に、両発電電動機３，４の運転制御を実行し（Ｓ１１２）、エンジン１の運転制御を実行して（Ｓ１１４）、Ｓ１００にリターンする。
（エンジン停止制御）
Ｓ１１０のエンジン停止制御の一例を図４に示す。
【００４５】
まずＳ１１０１にてエンジン制御用コントローラ（ＥＣＵ）にエンジン停止を指令して第一発電電動機３の電機子電流を停止し、その後、所定時間（ここでは３分）待機してから第一発電電動機３の界磁電流を停止する（Ｓ１１０３）。
【００４６】
これにより、この界磁電流を通電したままの待機時にエンジン始動指令やトルクアシスト指令が入力した場合、第一発電電動機３の界磁コイル３１１に高電圧を発生させることなくただちに大電機子電流を流すことができ、動作レスポンスの低下を防止することができる。
【００４７】
なお、Ｓ１１０３の処理は、Ｓ１１０１のエンジン停止がＳ１０８の条件満足による自動停止の場合にのみ実行するようにしてもよく、この場合には、エンジン停止後、短期間経過した時点でのエンジン再始動の確率が小さいマニュアル停止の場合にはこの界磁電流通電延長を実施しないので電力消費増大を抑止することができる。
【００４８】
また、Ｓ１０８の自動停止時のＳ１１０３の界磁電流延長時間を、Ｓ１０６のマニュアル停止時のＳ１１０３の界磁電流延長時間より長く設定してもよい。
（エンジン始動制御１）
Ｓ１０４のエンジン始動制御の一例を図５に示す。
【００４９】
まずＳ１０４１にて第一発電電動機３の界磁電流Ｉｆへの通電を開始して所定時間（たとえば２〜３秒）待機し（Ｓ１０４２）、その後、第一発電電動機３への電機子電流通電を開始する（Ｓ１０４３）。
【００５０】
これにより、この第一発電電動機３の界磁コイル３１１に流れる界磁電流が十分に大きくなった後で（界磁コイル３１１に十分な磁気エネルギーが蓄積された後で）、電機子電流を流すので、この電機子電流により第一発電電動機３の界磁コイル３１１に高い電圧が誘導されるのを防止することができる。図８にこの制御における電機子電流と界磁電流の変化を示す。
（エンジン始動制御２）
Ｓ１０４のエンジン始動制御の他例を図６に示す。
【００５１】
このエンジン始動制御は、図５のＳ１０４２に示す電機子電流通電遅延に代えて、Ｓ１０４４にて電機子電流を所定の増加率で増大するものである。ここの実施例では、この電機子電流の増加率は、それにより界磁コイル３１１に発生する誘導電圧が発電電流を生じない（バッテリが充電される）レベル又はそれより所定値高い値より小さいレベルとする。
【００５２】
このようにすれば、バッテリ８や平滑コンデンサ６に界磁コイル３１１から大きな誘導電圧が印加されることがなく、バッテリ８の劣化を防止し、平滑コンデンサの耐圧低下、容量縮小を図ることができる。
【００５３】
なお、Ｓ１０４４にて電機子電流を所定の増加率で増大する代わりに、電機子電流の増大はより短時間で行い、電機子電流の位相角（界磁コイルとの間の）を徐々に電動トルク増大方向に変化させても同じ作用効果を奏することができる。図９にこの制御における電機子電流と界磁電流の変化を示す。
（トルクアシスト制御）
Ｓ１１２における発電電動機３，４の運転制御における第一発電電動機３による走行中トルクアシストについて図７を参照して説明する。
【００５４】
まず、Ｓ２００にて第一発電電動機３の界磁電流Ｉｆが所定しきい値Ｉｆｔｈより小さいかどうかを調べ、大きければ図３に示すメインルーチンにリターンする。小さければ、第一発電電動機３の界磁コイル３１１にスイッチングトランジスタ１１１のデューティ１００％で通電を開始し（Ｓ２０２）、その後、第一発電電動機３の電機子電流を所定の増加率以下で徐増する。
【００５５】
このようにすれば、トルクアシスト時においても上記エンジン始動制御２と同様の作用効果を奏することができる。
（変形態様）
上記電機子電流の通電遅延や増加率制限はエンジン始動時に行い、トルクアシスト時に行わないようにしてもよい。このようにすれば、エンジン始動時には上記電機子電流の増大制限によりバッテリへの大電圧による充電を阻止してその性能劣化を抑止し、トルクアシスト時にはこの電機子電流の増大制限を止めてレスポンス性に優れるトルクアシストを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のハイブリッド車用発電電動機装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示す界磁電流制御回路１１の一例を示す回路図である。
【図３】図１に示すコントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図４】図３に示すＳ１１０の一例を示すフローチャートである。
【図５】図３に示すＳ１０４の一例を示すフローチャートである。
【図６】図３に示すＳ１０４の一例を示すフローチャートである。
【図７】図１に示す制御におけるトルクアシスト制御例を示すフローチャートである。
【図８】図４の制御による電機子電流及び界磁電流の変化を示すタイミングチャートである。
【図９】図５の制御による電機子電流及び界磁電流の変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１はエンジン、３は第一発電電動機（界磁コイル型同期機）、６は平滑コンデンサ、７は車輪駆動軸、８はバッテリ、９はインバータ（交直変換回路）、１１は界磁電流制御回路、１２はコントローラ。
【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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【図９】
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