(57)【要約】【課題】電力変換部を大きくすることなく、駆動電流を抑制しつつ、効率よく電動機動作をさせることができる回転電機等を提供する。【解決手段】電動機としておよび外力により回転させられた時に発電機として動作する回転機部と、前記回転機部と電源との間の両方向の給電のための電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部での電力変換制御を行い、前記回転機部を電動機と発電機とで切り替えて動作させる制御部と、を備えた回転電機において、前記回転機部を電動機として動作させる時に、前記電力変換部に、矩形波信号による変換制御信号を出力して制御し、さらに前記矩形波信号と前記矩形波信号より周波数の高いデューティ信号との論理演算に基づく前記変換制御信号を出力する。【選択図】図５
2017017867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機としておよび外力により回転させられた時に発電機として動作する回転機部と、
前記回転機部と電源との間の両方向の給電のための電力変換を行う電力変換部と、
前記電力変換部での電力変換制御を行い、前記回転機部を電動機と発電機とで切り替えて動作させる制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記回転機部を電動機として動作させる時に、前記電力変換部に、矩形波信号による変換制御信号を出力して制御し、さらに前記矩形波信号と前記矩形波信号より周波数の高いデューティ信号との論理演算に基づく前記変換制御信号を出力する、
回転電機。
【請求項２】
前記制御部が、前記デューティ信号のデューティ比を１００％とし前記矩形波信号による前記変換制御信号を出力する、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転機部が、電機子巻線を有する固定子部と、界磁巻線および自らの回転を検出する回転センサを有する回転子部と、を含み、
前記制御部が、前記デューティ信号のデューティ比を、前記回転子部の前記回転センサで検出された回転速度に従って求める、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記回転機部が、電機子巻線を有する固定子部と、界磁巻線および自らの回転を検出する回転センサを有する回転子部と、を含み、
前記電力変換部が、前記電源側の入力端子に電圧センサを有し、
前記制御部が、前記デューティ信号のデューティ比を、前記回転子部の前記回転センサで検出された回転速度と、前記電圧センサで検出された回転電機の前記入力端子にかかる電圧に従って求める、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記制御部の少なくとも一部が、メモリを有するプロセッサで構成され、前記デューティ信号のデューティ比が、前記メモリに予め格納されたデューティマップに従って求められる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記制御部が、前記論理演算による制御を行う前記回転機部の回転速度範囲を低速回転時に限定した、請求項１から５までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記制御部が、前記回転機部が発電機として動作している時には、前記論理演算による制御を行わずに発電させる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転電機が車載用の回転電機であり、前記制御部が、前記回転機部をエンジンの始動時またはトルクアシスト時に電動機として動作させ、車両負荷の状態により前記エンジンからの前記外力により発電機として動作させる、請求項１から７までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
電動機としておよび外力により回転させられた時に発電機として動作する回転機部と、前記回転機部と電源との間の両方向の給電のための電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部での電力変換制御を行い、前記回転機部を電動機と発電機とで切り替えて動作させる制御部と、を備えた回転電機において、
前記回転機部を電動機として動作させる時に、前記電力変換部に、矩形波信号による変換制御信号を出力して制御し、さらに前記矩形波信号と前記矩形波信号より周波数の高いデューティ信号との論理演算に基づく前記変換制御信号を出力する、回転電機の制御方法。
【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る回転電機に関するものである。この発明の回転電機は、電動機としては車載電源装置から電源供給を受けエンジンの始動やトルクアシストを行い、発電機としてはエンジンにより回転子が回されて車載電源装置を充電するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上や環境基準への適合を目的として、車載発電機の代わりに、電動発電機を搭載し、車載電源装置と車載負荷に電源供給を行い、その上、車両の停止時にエンジンを停止させ、発進時に再始動を行う、いわゆるアイドルストップを行う車両が開発されている。
【０００３】
このような車両用の回転電機は、小型、低コストが求められている。そのため、制御方式で正弦波パルス幅変調(ＰＷＭ)方式を用いずに矩形波通電方式を採用することで、電力変換部を簡素化し、制御を簡単にすることで、小型、低コスト化が行われている(例えば特許文献１参照)。しかし、矩形波通電方式を採用することで、電動機として動作するときの車載電源装置からの駆動電流を制御することができない。
このことに対し、車載電源装置からの電流を抑制するために、回転電機と車載電源装置との間に、電流低減抵抗とオン／オフ制御が可能な切替接点を並列接続して、電動機として動作する時に、切替接点を制御する方法が知られている(例えば特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１１６６９９号公報
【特許文献２】特開２０１４−１１９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のこの種の回転電機には、以下のような課題がある。
矩形波通電制御することで電動機として動作するときの車載電源装置からの駆動電流を制御できないため、最大駆動電流を考慮して電力変換部の電力変換素子を選ぶことになり、定格仕様に対して電力変換素子が大きなものとなり、電力変換部が大きくなる課題があった。
また、最大駆動電流時の電力変換素子の発熱を考慮した熱設計が必要となり、空冷の場合ではヒートシンクなどの冷却部を大きくする必要があり、電力変換部が大きくなる。また、駆動電流制御のために、電流低減抵抗を接続して電流低減させる場合は、電流低減抵抗で電力を損失させているため、効率が低減する課題があった。
【０００６】
この発明では、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、電力変換部を大きくすることなく、駆動電流を抑制しつつ、効率よく電動機動作をさせることができる回転電機等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、電動機としておよび外力により回転させられた時に発電機として動作する回転機部と、前記回転機部と電源との間の両方向の給電のための電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部での電力変換制御を行い、前記回転機部を電動機と発電機とで切り替えて動作させる制御部と、を備え、前記制御部が、前記回転機部を電動機として動作させる時に、前記電力変換部に、矩形波信号による変換制御信号を出力して制御し、さらに前記矩形波信号と前記矩形波信号より周波数の高いデューティ信号との論理演算に基づく前記変換制御信号を出力する、回転電機等にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、電力変換部を大きくすることなく、駆動電流を抑制しつつ、効率よく電動機動作をさせることができる回転電機等を提供
できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明による回転電機を搭載した車両の電源系の一例を示す図である。
【図２】図１の回転電機の一例の断面図である。
【図３】図１の回転電機の一例の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１による回転電機における通常の矩形波通電制御時の各電力変換素子へのオン／オフ信号の一例を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１による回転電機における矩形波通電信号およびデューティ信号(デューティ比５０％)による電力変換素子へのオン／オフ信号の一例を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１による回転電機における矩形波通電信号およびデューティ信号(デューティ比２５％)による電力変換素子へのオン／オフ信号の一例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１による回転電機における矩形波通電信号およびデューティ信号(デューティ比１００％)による電力変換素子へのオン／オフ信号の一例を示す図である。
【図８】この発明による回転電機におけるデューティ信号を加えた制御の際の電圧と電流の関係を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態１による回転電機における回転速度と駆動電流の関係を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による回転電機における回転速度と駆動電流の関係を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１における信号処理部の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明に係る回転電機では、例えば回転機部と電力変換部と電力変換部を制御する制御部が一体となっている。制御部は、例えば矩形波１８０度通電により電力変換部を制御することで、回転機部を回転させて、エンジン始動やトルクアシストを行う。低回転時などで、駆動電流が大電流となる時は、矩形波１８０度通電内をデューティ信号を加えた制御を行うことで、通電電流を低減させることを行う。
この発明では、基本的には矩形波１８０度通電を行う回路構成を用いることができ、駆動電流抑制を行いたい場合は、通常の１８０度通電のオン／オフ指令信号と、デューティ信号のオン／オフ指令信号を掛け合わせた信号、すなわち１８０度の矩形波信号とデューティ信号の論理演算に基づく信号、で電力変換素子をオン／オフ動作させることができる。このため、電力変換部、制御部を大きく複雑化させることなく実現が可能であり、また、冷却部を大きくする必要もなく、また、抵抗で電力を損失させること無く電流を低減させることで、高効率化を図ることができる。
この発明に係る回転電機では、矩形波通電制御の電力変換部、制御部を用いることができ、電流低減抵抗を用いること無く、効率よく、駆動電流を低減させながら、小型、高効率な回転電機が得られる。
【００１１】
以下、この発明による回転電機等を、例えば車両に搭載された回転電機を例に挙げて、各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
なお、この発明は車両に搭載された回転電機に限定されものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明による回転電機を搭載した車両の電源系の一例を示す図である。図１において、回転電機１の回転子部および固定子部を含む回転機部２の回転軸と、エンジン５のクランクシャフト６とは、ベルト７等からなる動力伝達部により接続されている。回転電機１は電気的には車載負荷１０１、車載電源１０２に接続されている。回転電機１は、回転機部２と電力変換部３と、例えばエンジン制御ユニット(ＥＣＵ：Engine Control Unit)からなる上位制御装置１０３からの指令Ｃを受けて電力変換部３を制御する制御部４から構成されている。
【００１３】
図２は、図１の回転電機１の一例の断面図を示す。電力変換部３は中に制御部４を一体化して設け、さらに回転機部２に一体化されている。
回転電機１を電動機として動作させるときは、車載電源１０２からの電力を電力変換部３で変換し、回転機部２を電動機として駆動させる。回転機部２を駆動させることで、ベルト７を介して、エンジン５の始動、トルクアシストを行う。
回転電機１を発電機として動作させるときは、ベルト７を介して伝達されるエンジン５からの動力により回転機部２の回転子部が回されることで発電し、電力変換部３で直流電力に変換されて車載電源１０２、車載負荷１０１に電力供給がおこなわれる。
【００１４】
図３は、図１の回転電機１の一例の構成図である。
回転電機１の回転機部２は、回転子部２２内に界磁巻線２４を備えており、電機子部である固定子部２１には電機子巻線２３を備えている。回転子部２２にはさらに、回転センサ２５が組み込まれており、回転子部２２の回転速度等を検出する。
電力変換部３には、界磁巻線２４の通電を行う界磁電力変換部３２と電機子巻線２３の通電を行う電機子電力変換部３１を含み、車載電源１０２と回転機部２との間の電力変換を行う。
【００１５】
制御部４は、上位制御装置１０３からの指令Ｃと、回転機部２の回転子部２２の回転センサ２５から得られる回転子部２２の回転速度と、例えば回転電機１の車載電源１０２、車載負荷１０１と接続される端子に設けられた電圧センサＶＳから得られる回転電機１の端子電圧と、さらには回転機部２の回転子部２２の界磁巻線２４に設けられた電流センサＣＳから得られる界磁電流と、を受け取り、電力変換部３の制御を行う制御回路からなっている。
制御部４は、演算部４１、界磁電流デューティ信号発生回路４２、矩形波通電信号発生回路４３、電機子デューティ信号発生回路４４、信号処理部４５を含む。
【００１６】
駆動時には、車載電源１０２からの電力を、制御部４が電力変換部３を制御することで、界磁巻線２４、電機子巻線２３に供給することで、回転機部２にトルクを発生させる。具体的には、界磁巻線２４、電機子巻線２３の各巻線に接続された界磁電力変換部３２、電機子電力変換部３１のそれぞれの電力変換素子(詳細は図示省略)をオン／オフさせることにより通電させる。
界磁巻線２４では、界磁電力変換部３２での電力変換素子をオン／オフ制御させて、そのときのデューティを調整することで、目標となる界磁電流値に制御する。界磁巻線２４側の回路には電流センサＣＳがあり、界磁電流のフィードバック制御を行う。
電機子巻線２３側は、電機子電力変換部３１の各相に接続されたそれぞれの電力変換素子をオン／オフさせ、オン／オフ区間が、例えば電気角で１８０度となる１８０度矩形波通電制御を行うものとする。１８０度矩形波通電制御では、回転センサ２５からの回転速度と回転子磁極位置情報に従って、電圧通電位相を調整することで上位制御装置１０３からの指令Ｃのトルクとなるように電圧位相と界磁電流を調整する。
【００１７】
発電時には、エンジン５からの動力により回転機部２の回転子部２２が回転させられ、そのとき界磁電力変換部３２を制御して界磁巻線２４に界磁電流を通電することで、界磁巻線２４からの磁束が電機子巻線２３と鎖交し、電機子巻線２３に電圧が誘起される。このときに、誘起電圧に応じて、電機子電力変換部３１の電力変換素子をオン／オフして、車載電源１０２、車載負荷１０１に接続されることで電圧がクリップされ、発電電流が流れる。
【００１８】
ここで、駆動時のエンジン始動時の動作について、詳細を述べる。特に、車載電源１０２が高電圧で回転電機１が低インピーダンスな場合について述べる。
回転電機１は上位制御装置１０３などから指令Ｃとして駆動指令があった場合、制御部４は例えば電圧センサＶＳからの回転電機１の端子の電圧を検知し、この電圧に従って電力変換部３に変換制御信号を出力して、界磁電力変換部３２と電機子電力変換部３１を動作させる。
図３の演算部４１から、界磁電力変換部３２では、界磁電力変換部３２の界磁電力変換素子のオン／オフ制御を行い、界磁巻線２４に通電を行う。
また、図３の演算部４１から、電機子電力変換部３１では、電圧センサＶＳからの回転電機１の端子電圧と回転センサ２５からの回転速度に基づき、電機子電力変換部３１の各相の電力変換素子のオン／オフ制御を行う。この際に、各相の電力変換素子への変換制御信号であるオン／オフ信号は、１８０度矩形波通電での信号に、１８０度矩形波通電での信号より周波数の高いデューティ信号を信号処理部４５で演算(掛け算)した信号、すなわち１８０度矩形波信号とデューティ信号との論理演算(例えば論理積)に基づく信号として送られる。
【００１９】
デューティ信号を加えた制御がない場合の通常の１８０度矩形波通電での電力変換素子へのオン／オフ信号を図４に示す。図４の(ａ)が矩形波通電信号発生回路４３のＵ，Ｖ，Ｗ相のそれぞれの上側と下側のための出力(Ｕ＿Ｈ、Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿Ｈ、Ｖ＿Ｌ、Ｗ＿Ｈ、Ｗ＿Ｌ)、(ｂ)が電機子デューティ信号発生回路４４の出力(Ｄｕｔｙ)である。デューティ信号を加えた制御がない(すなわち、デューティ１００％固定の場合)ため、信号処理部４５からの電機子電力変換部３１の電力変換素子への変換制御信号は、(ａ)の矩形波通電信号発生回路４３の出力と同じになる。
【００２０】
この発明でのデューティ信号を加えた制御、すなわち論理演算に基づく制御がある場合の電力変換素子へのオン／オフ信号の例として、Ｕ相の上側素子および下側素子での電気角１周期分の信号を図５の(Ａ)(Ｂ)にそれぞれ示す。(Ａ)がＵ相上側素子での電気角１周期分の信号、(Ｂ)がＵ相下側素子での電気角１周期分の信号を示す。(Ａ)(Ｂ)それぞれの(ａ)が矩形波信号、(ｂ)が矩形波信号より周波数の高いデューティ信号、(ｃ)が電力変換素子への信号である。(ｃ)の電力変換素子への信号は、矩形波信号とデューティ信号の論理演算(上側素子は論理積)をとった信号である。
【００２１】
図５の(Ａ)の(ａ)が矩形波通電信号発生回路４３のＵ相上側の素子のための出力(Ｕ＿Ｈ)、(Ｂ)の(ａ)が矩形波通電信号発生回路４３のＵ相下側の素子のための出力(Ｕ＿Ｌ)、(Ａ)の(ｂ)および(Ｂ)の(ｂ)がＵ相上側の素子とＵ相下側の素子で共通の、デューティ比５０％の電機子デューティ信号発生回路４４の出力(Ｄｕｔｙ)、(Ａ)の(ｃ)が信号処理部４５からの電機子電力変換部３１のＵ相上側の電力変換素子への変換制御信号(Ｕ＿Ｈ’)、(Ｂ)の(ｃ)が信号処理部４５からの電機子電力変換部３１のＵ相下側の電力変換素子への変換制御信号(Ｕ＿Ｌ’)となる。(ｃ)の変換制御信号で、電力変換素子のオン／オフを行う。論理的には、(Ａ)のＵ相上側素子の(ｃ)の変換制御信号(Ｕ＿Ｈ’)の反転信号が、(Ｂ)のＵ相下側素子の(ｃ)の変換制御信号(Ｕ＿Ｌ’)となる。
【００２２】
なお、変換制御信号を得るための信号処理部４５で行われる矩形波信号とデューティ信号の論理演算は、図５の(Ａ)の上側電力変換素子への変換制御信号(図５の(Ａ)の(ｃ))の場合、上述のように矩形波通電信号発生回路４３の出力する矩形波信号(図５の(Ａ)の(ａ))と、電機子デューティ信号発生回路４４の出力するデューティ信号(図５の(Ａ)の(ｂ))の論理積から得る。図５の(Ｂ)の下側電力変換素子への変換制御信号(図５の(Ｂ)の(ｃ))の場合は、例えば、矩形波通電信号発生回路４３の出力する矩形波信号(図５の(Ｂ)の(ａ))と電機子デューティ信号発生回路４４の出力するデューティ信号(図５の(Ｂ)の(ｂ))を反転させた反転信号の論理和により得る。
【００２３】
図１１に図５の信号に従った信号処理部４５の構成の一例を示す。図５の(Ａ)の上側電力変換素子では、矩形波通電信号発生回路４３の出力する矩形波信号(Ｕ＿Ｈ)(図５の(Ａ)の(ａ))と電機子デューティ信号発生回路４４のデューティ信号(図５の(Ａ)の(ｂ))がＡＮＤ回路４５ａに入力され、電機子電力変換部３１の上側への変換制御信号(Ｕ＿Ｈ’)(図５の(Ａ)の(ｃ))を得る。
図５の(Ｂ)の下側電力変換素子では、矩形波通電信号発生回路４３の出力する矩形波信号(Ｕ＿Ｌ)(図５の(Ｂ)の(ａ))と電機子デューティ信号発生回路４４のデューティ信号(図５の(Ｂ)の(ｂ))でデューティ信号のみがＮＯＴ回路４５ｃに入力されて反転された後に、ＯＲ回路４５ｂに入力され、電機子電力変換部３１の下側への変換制御信号(Ｕ＿Ｌ’)(図５の(Ｂ)の(ｃ))を得る。
【００２４】
また、矩形波通電信号発生回路４３と電機子デューティ信号発生回路４４はそれぞれ独立して演算部４１により制御される。従ってデューティ信号は必ずしも矩形波信号の矩形波区間に基づくデューティ信号である必要はない。デューティ信号は矩形波信号より周波数の高い適当なデューティ比を有するオンオフ信号であればよい。
演算部４１は、上述の回転電機１の各部の状態、予め準備されたデューティマップに基づいて、矩形波通電信号発生回路４３、電機子デューティ信号発生回路４４、さらには界磁電流デューティ信号発生回路４２からの出力を求めて制御信号をそれぞれに出力する。
【００２５】
図８にデューティ信号を加えた制御の際の電圧と電流の関係を示す。電圧がデューティにより間欠的に印加されることになり、等価的、結果的に印加電圧が低下することとなり、電流が低減される。図８では極低回転の例として記載しており、電流が三角波形状の波形となっている。
【００２６】
上記のように、１８０度矩形波通電だけで制御した場合と、この発明による１８０度矩形波通電にデューティ信号を加えた制御を加えた場合の回転速度(単位時間当りの回転数)−駆動電流特性を図９に示す。駆動電流とは車載電源１０２から電力変換素子へ供給される直流電流である。破線で示す矩形波通電だけの場合に対して、実線で示す矩形波通電にデューティ信号を加えることで、電流低減を行うことができる。
【００２７】
さらにデューティ信号を加えた制御でのデューティ比を変更することで、電圧印加を調整することができる。図６にデューティ比を図５の場合より小さいデューティ比２５％にした場合を示す。また、図７に示すようにデューティ比を１００％とすると、通常の矩形波通電と同じ構成で可能である。
【００２８】
デューティ比の値は、回転センサ２５が検知する回転速度または回転数から、または、回転速度または回転数と電圧センサＶＳからの回転電機１の端子電圧から、決定する。制御部４の少なくとも演算部４１はメモリＭを有するプロセッサにより構成され得る。そこで予め決められた、回転速度または回転数とデューティ比の関係、または、端子電圧をさらに加えた、回転速度または回転数と端子電圧とデューティ比の関係を示すデューティマップを演算部４１のメモリＭに格納しておき、状態に応じてデューティ比を変更する構成としてもよい。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による回転電機においては図１０に示すように、電力変換部３の電機子電力変換部３１、界磁電力変換部３２の各電力変換素子(詳細は図示省略)に電流制約値がある場合は、電流制約を満たす回転速度までの範囲内で矩形波通電にデューティ信号を加えた制御を行う。
図１０では、矩形波通電だけによる制御では電力変換素子への駆動電流が電流制約値以上となってしまう場合に、破線で示す矩形波通電だけによる制御と実線で示す矩形波通電とデューティ信号を組み合わせた制御とで、電流制約値以下で駆動電流が同じとなるまで、矩形波通電とデューティ信号制御を組み合わせた制御を行うようにしている。
上記実施の形態と同様に、デューティ比の値は、回転センサ２５の検出した回転機部２の回転子部２２の回転速度または回転数から、または回転速度または回転数と電圧センサＶＳからの回転電機１の端子電圧から決定する。予めデューティマップを制御部４の演算部４１のメモリＭに格納しておき、状態に応じてデューティ比を変更する構成としてもよい。
また、デューティ信号を加えた制御を行うことで車載電源１０２が高電圧となった場合でも、電流を抑制して駆動動作をさせることが可能となる。
なお、回転電機１の構成は上記実施の形態と同様である。
【００３０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３による回転電機においては、デューティ信号を加えた制御をするか否かを、回転子部２２の回転速度または回転数で決める。回転子部２２の回転速度または回転数に応じて、回転機部２の固定子部２１の電機子巻線２３のインピーダンスが大きくなるので、車載電源１０２から供給される電流が小さくなる。デューティ信号を加えた制御をしなくても電流が小さい場合では、電力変換素子の許容電流すなわち上述の電流制約値を満足するためにデューティ信号を加えた制御することが不要となる。
なお、回転電機１の構成は上記実施の形態と同様である。
【００３１】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４による回転電機においては、発電時にはデューティ信号を加えた制御を行わず、発電する。デューティ信号を加えた制御をしないため、制御を簡素化することができる。
なお、回転電機１の構成は上記実施の形態と同様である。
【００３２】
また、上記各本実施の形態では、回転機部２と電力変換部３が一体化しているものとして説明したが、回転機部２と電力変換部３は別体で電力線、信号線がケーブルで接続された状態であっても同じ効果が得られる。
また、上記各本実施の形態では、固定子部２２の固定子巻線である電機子巻線２３が３相巻線の場合について説明したが、３相に限定されるものではなく、多相巻線の場合であっても、多相多群巻線の場合であってもこの発明は適用可能であり、同様の効果が得られる。
【００３３】
なお、上記各実施の形態において、制御部４では演算部４１において、
上位制御装置１０３からの指令Ｃ、
回転センサ２５からの回転機部２の回転子部２２の回転速度または回転数、
電流センサＣＳからの回転機部２の回転子部２２の界磁巻線２４の界磁電流、
電圧センサＶＳからの回転電機１の端子電圧、および
演算部４１のメモリＭに格納されたデューティマップ、
に基づいて、
発電機としての制御か、電動機としての制御か、デューティ信号を加えた制御を行うのか否かを判定し、
界磁電流デューティ信号発生回路４２、矩形波通電信号発生回路４３、電機子デューティ信号発生回路４４の出力信号を上述のようにして求め、界磁電流デューティ信号発生回路４２、矩形波通電信号発生回路４３、電機子デューティ信号発生回路４４は演算部４１からの制御に従って出力信号を出力する。
信号処理部４５は、矩形波通電信号発生回路４３からの矩形波信号と電機子デューティ信号発生回路４４からのデューティ信号の論理演算をとって変換制御信号として出力する。
少なくとも演算部４１はプロセッサで構成され得るが、界磁電流デューティ信号発生回路４２、矩形波通電信号発生回路４３、電機子デューティ信号発生回路４４、信号処理部４５もプロセッサで構成され得る。
回転センサ２５は回転速度を出力するものであってもよいし、回転センサ２５からの信号を演算部４１で演算して回転速度を求めてもよい。
電力変換素子への信号例を図５にて示したが、信号はこの１例に限らない。
【００３４】
なお上述のように、制御部４は、デューティ信号のデューティ比を１００％とし矩形波信号による変換制御信号を出力する。デューティ比を１００％とした場合、駆動電流を低減する必要が無いときは、単なる矩形波通電制御を行うことで、制御部４の演算を減らすことができる。
【００３５】
また、回転機部２が、電機子巻線２３を有する固定子部２１と、界磁巻線２４および自らの回転を検出する回転センサ２５を有する回転子部２２と、を含み、制御部４が、デューティ信号のデューティ比を、回転子部２２の回転センサ２５で検出された回転速度に従って求める。これにより、デューティ信号を加えた制御が回転センサ２５のみに依存するため、制御を簡略化できる。
【００３６】
また、回転機部２が、電機子巻線２３を有する固定子部２１と、界磁巻線２４および自らの回転を検出する回転センサ２５を有する回転子部２２と、を含み、電力変換部３が、電源側の入力端子に電圧センサＶＳを有し、制御部４が、デューティ信号のデューティ比を、回転子部２２の回転センサ２５で検出された回転速度と、電圧センサＶＳで検出された回転電機１の入力端子にかかる電圧に従って求める。これにより、デューティ信号を加えた制御が回転センサ２５と電圧に依存するため、電圧変動によっても駆動電流をより細かく制御でき、高効率に制御することができる。
【００３７】
また、制御部４の少なくとも演算部４１を含む一部が、メモリＭを有するプロセッサで構成され、デューティ信号のデューティ比が、メモリＭに予め格納されたデューティマップに従って求められる。デューティをメモリＭに入れることで制御部４での演算を簡略化できる。
【００３８】
また、制御部４が、デューティ信号を加えた制御を行う回転機部２の回転速度範囲を低速回転時に限定する。これにより、デューティ信号を加えた制御の範囲を限定することで、制御部４での演算を簡略化できる。
【００３９】
また制御部４が、回転機部２が発電機(Ｇ)として動作している時には、デューティ信号を加えた制御を行わずに発電させる。これにより、発電時にはデューティ信号を加えた制御をしないことで、発電時の制御演算を簡略化できる。
【００４０】
また、回転電機１が車載用の回転電機であり、制御部４が、回転機部２をエンジンの始動時またはトルクアシスト時に電動機(Ｍ)として動作させ、車両負荷の状態によりエンジン５からの外力により発電機(Ｇ)として動作させる。これにより、車載用の回転電機として、駆動電流を低減することができ、電流低減抵抗を入れることや、電力変換素子を大きくすることなく、小型、高効率の回転電機を成立させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１  回転電機、２  回転機部、３  電力変換部、４  制御部、５  エンジン、
６  クランクシャフト、７  ベルト、２１  固定子部、２２  回転子部、
２３  電機子巻線、２４  界磁巻線、２５  回転センサ、３１  電機子電力変換部、
３２  界磁電力変換部、４１  演算部、４２  界磁電流デューティ信号発生回路、
４３  矩形波通電信号発生回路、４４  電機子デューティ信号発生回路、
４５  信号処理部、１０１  車載負荷、１０２  車載電源、１０３  上位制御装置、
Ｃ  指令、ＣＳ  電流センサ、Ｍ  メモリ、ＶＳ  電圧センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017017867.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017017867.tif 000007
【図６】
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【図７】
2017017867.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年7月29日(2016.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明は、電動機としておよび外力により回転させられた時に発電機として動作する、電機子巻線を有する固定子部と、界磁巻線および自らの回転を検出する回転センサを有する回転子部と、を含む回転機部と、前記回転機部と電源との間の両方向の給電のための電力変換を行う、前記電源側の入力端子に電圧センサを有する、電力変換部と、前記電力変換部での電力変換制御を行い、前記回転機部を電動機と発電機とで切り替えて動作させる制御部と、を備え、前記制御部が、前記回転機部を電動機として動作させる時に、前記電力変換部に、上位制御装置からの指令と前記回転センサと前記電圧センサの情報に従って矩形波信号による変換制御信号を出力して制御し、さらに前記矩形波信号と前記矩形波信号より周波数の高いデューティ信号との論理演算に基づく前記変換制御信号を出力する、回転電機等にある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機としておよび外力により回転させられた時に発電機として動作する、電機子巻線を有する固定子部と、界磁巻線および自らの回転を検出する回転センサを有する回転子部と、を含む回転機部と、
前記回転機部と電源との間の両方向の給電のための電力変換を行う、前記電源側の入力端子に電圧センサを有する、電力変換部と、
前記電力変換部での電力変換制御を行い、前記回転機部を電動機と発電機とで切り替えて動作させる制御部と、
を備え、
前記制御部が、前記回転機部を電動機として動作させる時に、前記電力変換部に、上位制御装置からの指令と前記回転センサと前記電圧センサの情報に従って矩形波信号による変換制御信号を出力して制御し、さらに前記矩形波信号と前記矩形波信号より周波数の高いデューティ信号との論理演算に基づく前記変換制御信号を出力する、
回転電機。
【請求項２】
前記制御部が、前記デューティ信号のデューティ比を１００％とし前記矩形波信号による前記変換制御信号を出力する、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記制御部が、前記デューティ信号のデューティ比を、前記回転子部の前記回転センサで検出された回転速度と、前記電圧センサで検出された回転電機の前記入力端子にかかる電圧に従って求める、請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記制御部の少なくとも一部が、メモリを有するプロセッサで構成され、前記デューティ信号のデューティ比が、前記メモリに予め格納されたデューティマップに従って求められる、請求項１または３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記制御部が、前記論理演算による制御を行う前記回転機部の回転速度範囲を低速回転時に限定した、請求項１から４までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記制御部が、前記回転機部が発電機として動作している時には、前記論理演算による制御を行わずに発電させる、請求項１から５までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記回転電機が車載用の回転電機であり、前記制御部が、前記回転機部をエンジンの始動時またはトルクアシスト時に電動機として動作させ、車両負荷の状態により前記エンジンからの前記外力により発電機として動作させる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
電動機としておよび外力により回転させられた時に発電機として動作する回転機部と、前記回転機部と電源との間の両方向の給電のための電力変換を行う電力変換部と、前記電力変換部での電力変換制御を行い、前記回転機部を電動機と発電機とで切り替えて動作させる制御部と、を備えた回転電機において、
前記回転機部を電動機として動作させる時に、前記電力変換部に、上位制御装置からの指令と、電機子巻線を有する固定子部および界磁巻線を有する回転子部からなる前記回転機部の前記回転子部の回転を検出する回転センサと、前記電力変換部の前記電源側の入力端子に設けられた電圧センサとの情報に従って矩形波信号による変換制御信号を出力して制御し、さらに前記矩形波信号と前記矩形波信号より周波数の高いデューティ信号との論理演算に基づく前記変換制御信号を出力する、回転電機の制御方法。