CN110463023B - 旋转电机控制装置 - Google Patents

Abstract

旋转电机控制装置(24)应用于旋转电机***，旋转电机***包括：旋转电机(21)，该旋转电机具有电枢绕组(25)和励磁绕组(26)；以及励磁电路(23)，该励磁电路具有多个开关元件(51～54)并且根据该开关元件的接通断开来使励磁绕组通电，旋转电机***具有发电功能和动力运行功能中的至少任意一个功能，旋转电机控制装置(24)通过使用了脉冲宽度调制的励磁电流控制对开关元件的接通断开进行控制。旋转电机控制装置(24)包括：设定部，在旋转电机动作时，该设定部基于旋转电机的状态设定脉冲宽度调制的载波信号的频率即载波频率；以及控制部，该控制部利用脉冲宽度调制对励磁电流进行控制，该脉冲宽度调制使用了由设定部设定的载波频率。

Description

旋转电机控制装置

相关申请的援引

本申请以2017年3月23日申请的日本专利申请号2017-058197号的申请为基础，在此援引其记载内容。

技术领域

本发明涉及一种应用于绕组励磁式旋转电机的旋转电机控制装置。

背景技术

在交流电动机即旋转电机中，提出了各种用于优化定子中各相的相电流的控制的技术。例如在专利文献1中，公开了以下技术：在根据施加于交流电动机的各相电压的频率即主频来设定脉冲宽度调制所使用的载波的频率即载波频率的结构中，使载波频率随着主频变高而逐级提高，并且根据交流电动机中流动的电流的振幅对主频为切换频率以下时的载波频率进行调节。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第6019904号公报

发明内容

另外，在例如以交流发电机为代表的绕组励磁式的旋转电机中，对定子中的各相的相电流进行控制，并且除了相电流以外，对在励磁绕组中流动的励磁电流进行控制，通过控制该励磁电流来调节发电输出。一般地，利用脉冲宽度调制(PWM)进行励磁电流控制。在这种情况下，作为规定值预先设定励磁电流控制的脉冲宽度调制所使用的载波的频率，利用由该载波频率确定的载波周期使构成励磁电路的开关元件接通断开。

此处，在旋转电机中，存在为了改进性能的各种需要，例如与响应性相关的需要、热量降低的需要、电流波动减少的需要等。关于这点，在以往的技术中，认为由于在励磁电流控制中将脉冲宽度调制的载波频率设为恒定值，因此难以实现上述各种改进事项。并且，由于认为上述各种改进事项实现的情况各不相同，因此认为为了实现励磁电流控制的合理化，需要根据各种情况进行控制。

本发明鉴于上述技术问题而作，其主要目的在于提供一种能在绕组励磁式旋转电机中适当控制励磁电流的旋转电机控制装置。

以下，对用于解决上述技术问题的方案及其作用效果进行说明。

根据第一方案，一种旋转电机控制装置，应用于旋转电机***，所述旋转电机***包括：旋转电机，该旋转电机具有电枢绕组和励磁绕组；以及励磁电路，该励磁电路具有多个开关元件并且根据该开关元件的接通断开来使所述励磁绕组通电，所述旋转电机***具有发电功能和动力运行功能中的至少任意一个功能，所述旋转电机控制装置通过使用了脉冲宽度调制的励磁电流控制对所述开关元件的接通断开进行控制，所述旋转电机控制装置包括：

设定部，在所述旋转电机动作时，该设定部基于所述旋转电机的状态设定所述脉冲宽度调制的载波信号的频率即载波频率；以及

控制部，该控制部利用所述脉冲宽度调制对所述励磁电流进行控制，所述脉冲宽度调制使用由所述设定部设定的载波频率。

根据上述结构，在旋转电机动作时，基于旋转电机的状态将励磁电流控制中的载波频率设定为可变。而且，通过使用了上述载波频率的脉冲宽度调制来控制励磁电流。在这种情况下，能够利用励磁电流控制中的载波频率的可变，适当满足与旋转电机动作时的响应性相关的需要、热量降低的需要、电流波动减少的需要等。此外，能够满足与每次的情况相对应的需要。其结果是，能够在绕组励磁式旋转电机中适当地控制励磁电流。

根据第二方案，所述旋转电机能进行发电动作和动力运行动作，所述设定部在所述旋转电机的发电时和动力运行时以不同的频率设定所述载波频率，使所述动力运行时的载波频率比所述发电时的载波频率大。

在旋转电机动力运行时，根据动力运行扭矩的请求值来控制励磁电流。在这种情况下，通过使动力运行时的励磁电流控制的载波频率比发电时的载波频率大，能提高动力运行扭矩的控制性。通过使载波频率变大，能在例如使励磁电流朝目标值过度变化时，使励磁电流尽快收敛到目标值而不会产生过冲。

另外，当励磁电流控制中的载波频率较大时，认为励磁电路中的发热量变大。关于这点，由于在发电时和动力运行时中的发电时将载波频率设得较小，因此能减少发热带来的不良影响。

根据第三方案，所述旋转电机***是用于包括内燃机的车辆的车载***，能够进行通常发电和再生发电，在所述通常发电中，利用所述内燃机的燃烧能量进行发电，在所述再生发电中，利用所述车辆的行驶能量进行发电，所述设定部使实施所述再生发电时的所述载波频率比实施所述通常发电时的所述载波频率大。

若对通常发电时和再生发电时进行比较，认为由于再生发电时的旋转电机的发电电流更大，因此再生发电时的励磁电流更大。此处，通过使再生发电时的励磁电流控制中的载波频率变大，能减少电流波动的影响。在这种情况下，还能获得使用于电流平滑的电容器的容量变小这样的次要效果。

另外，在通常发电时，旋转电机的发电电流较小，电流波动的影响程度较小。因此，较为理想的是，使励磁电流控制中的载波频率变小，实施优先考虑励磁电路中的热量降低的控制。

根据第四方案，所述旋转电机***是用于包括内燃机的车辆的车载***，能够由动力运行动作进行所述内燃机的起动，并且能够由动力运行动作进行所述起动以外的扭矩施加，所述设定部使用于进行所述内燃机的起动的动力运行时的所述载波频率比用于进行所述起动以外的扭矩施加的动力运行时的所述载波频率大。

若对由动力运行动作进行的内燃机的起动时和起动时以外的扭矩施加时进行比较，认为由于内燃机的起动时的旋转电机的转速较小，因此容易产生电流波动的影响。根据上述观点，较为理想的是，与起动以外的扭矩施加时相比，使内燃机的起动时的励磁电流控制中的载波频率更大。

另外，在起动以外的扭矩施加时，旋转电机的转速较大，电流波动的影响程度较小。因此，较为理想的是，使励磁电流控制中的载波频率变小，实施优先考虑励磁电路中的热量降低的控制。

此外，作为起动以外的扭矩施加，在进行内燃机的扭矩辅助的情况下，对内燃机的起动时和扭矩辅助时进行比较，认为由于起动时的旋转电机中的驱动电流较大，因此起动时的励磁电流较大。此处，通过使内燃机的起动时的励磁电流控制中的载波频率变大，能减少电流波动的影响。在这种情况下，还能获得使用于电流平滑的电容器的容量变小这样的附带效果。

根据第五方案，在所述旋转电机的发电时或者动力运行时，所述设定部使所述励磁电流发生变化的过度期间的所述载波频率比所述励磁电流收敛的稳定期间的所述载波频率大。

根据上述结构，在旋转电机进行发电动作或者动力运行动作的情况下，进行如下控制：在最初开始发电动作或者动力运行动作时、即励磁电流发生变化的过度期间，使励磁电流控制的载波频率变大，在励磁电流收敛后的稳定期间使励磁电流控制的载波频率变小。在上述情况下，在最初开始发电动作或者动力运行动作时，优先考虑励磁电流向目标值的收敛性而进行励磁电流控制，在收敛后，优先考虑热量降低而进行励磁电流控制。

根据第六方案，所述设定部基于所述励磁电流控制中的励磁电流的目标值来设定所述载波频率。

认为电流波动的影响度根据励磁电流控制中的励磁电流的大小而不同。在这种情况下，通过基于励磁电流控制中的励磁电流的目标值来设定载波频率，能够实施适当的励磁电流控制。最好使励磁电流的目标值较大时的载波频率比目标值较小时的载波频率大。

根据第七方案，所述设定部基于所述旋转电机的转速来设定所述载波频率。

认为电流波动的影响度随着旋转电机的转速而不同。在这种情况下，通过基于旋转电机的转速来设定载波频率，能实施适当的励磁电流控制。最好使旋转电机的转速较小时的载波频率比转速较大时的载波频率大。

根据第八方案，所述设定部基于所述励磁电路的温度来设定所述载波频率。

不希望在励磁电路为高温的情况下，发热量随着载波频率变大而变大。考虑到上述情况，能实施适当的励磁电流控制。最好使励磁电路的温度较高的情况下的载波频率比温度较低的情况下的载波频率小。

根据第九方案，一种旋转电机控制装置，应用于旋转电机***，该旋转电机***作为所述电枢绕组具有所述旋转电机的每相的相绕组并且包括使该相绕组通电的逆变器，所述旋转电机控制装置通过使用了脉冲宽度调制的相电流控制对所述逆变器的各开关元件的接通断开进行控制，所述设定部以相对于所述相电流控制中的脉冲宽度调制的载波频率为“1/整数”倍的频率来设定所述励磁电流控制的载波频率，所述控制部以使所述励磁电流控制的载波信号与所述相电流控制的载波信号同步，并且使从电源部向所述励磁绕组通电的相位和从电源部向所述相绕组通电的相位错开的方式实施励磁电流控制。

根据上述结构，通过使励磁电流控制的载波信号与相电流控制的载波信号同步，并且使从电源部向励磁绕组通电的相位和从电源部向相绕组通电的相位错开，能减少电流波动。

附图说明

参照附图和以下详细的记述，可以更明确本发明的上述目的、其它目的、特征和优点。附图如下所述。

图1是表示电源***的电路图。

图2是表示旋转电机单元的电气结构的电路图。

图3是表示励磁电路的通电路径的电路图。

图4是表示与转速和扭矩相对应的旋转电机的控制内容的图。

图5是表示励磁电流控制中的载波设定的处理步骤的流程图。

图6是具体表示励磁电流控制的时序图。

图7是表示在其他的方式中励磁电流控制的载波设定的处理步骤的流程图。

图8是表示励磁电流与载波频率的关系的图。

图9是表示旋转电机的转速与载波频率之间的关系的图。

图10是表示励磁电路的温度与载波频率之间的关系的图。

图11是表示励磁电流控制的处理步骤的流程图。

图12是表示相电流载波与励磁电流载波的关系的图。

具体实施方式

以下，基于附图对实施方式进行说明。在本实施方式中，具体化为这样一种电源***，在将发动机(内燃机)作为驱动源而行驶的车辆中，该电源***向车辆的各种设备供给电力。另外，在以下各实施方式中，对于彼此相同或等同的部分，在附图中标注相同的符号，对于相同符号的部分引用其说明。

如图1所示，本实施方式的电源***是作为电源部具有铅蓄电池11和锂离子蓄电池12的双电源***。能从各蓄电池11、12向起动器13、各种电负载14、15、旋转电机单元20供电。并且，能通过旋转电机单元20向各蓄电池11、12进行充电。在本***中，铅蓄电池11以及锂离子蓄电池12分别与旋转电机单元20以及电负载14、15并联连接。

铅蓄电池11是众所周知的通用蓄电池。锂离子蓄电池12是与铅蓄电池11相比，充电放电的电力损失少、输出密度及能量密度高的高密度蓄电池。较为理想的是，锂离子蓄电池12是与铅蓄电池11相比，充电放电时的能量效率高的蓄电池。上述锂离子蓄电池12构成为分别具有多个单电池的电池组。上述各蓄电池11、12的额定电压均相同，例如为12V。

锂离子蓄电池12收容于收容壳体而构成为基板一体的电池单元30。电池单元30具有输出端子P1、P2、P3，其中，铅蓄电池11、起动器13及电负载14与输出端子P1、P3连接，电负载15、旋转电机单元20与输出端子P2连接。

各电负载14、15是对于从各蓄电池11、12供给的供给电力的电压有不同要求的负载。其中，电负载14中包括定电压要求负载，该定电压要求负载要求供给电力的电压恒定或者至少在规定范围内进行变动即稳定。与此相对，电负载15是定电压要求负载以外的、一般的电负载。

作为定电压要求负载即电负载14的具体例，可以举出导航装置、音响装置、仪表装置、发动机ECU等各种ECU。在上述情况下，通过抑制供给电力的电压变动，能抑制在上述各装置中发生不必要的复位等，从而能确保稳定动作。作为电负载14，还可以包括电动转向装置、制动装置等行驶类致动器。作为电负载15的具体例，可以举出座椅加热器、后窗的除霜用加热器、头灯、前窗雨刮器、空调装置的送风风扇等。

旋转电机单元20包括：旋转电机21、逆变器22、励磁电路23以及对旋转电机21的动作进行控制的旋转电机ECU24。旋转电机单元20是带有电动机功能的发电机，构成为机电一体型的ISG(Integrated Starter Generator：起动发电一体机)。旋转电机21的旋转轴通过皮带等连结构件与内燃机即发动机100的输出轴驱动连结。在后面对旋转电机单元20进行详细说明。

在电池单元30中，作为单元内电气路径设置有：将各输出端子P1、P2连接的电气路径L1；以及将电气路径L1上的点N1和锂离子蓄电池12连接的电气路径L2。其中，在电气路径L1上设置有开关31，在电气路径L2设置有开关32。

此外，在电池单元30中，设置有绕过开关31的旁通路径L3。旁通路径L3设置成将输出端子P3和电气路径L1上的点N1连接。输出端子P3通过保险丝35与铅蓄电池11连接。通过上述旁通路径L3，能不经由开关31而将铅蓄电池11与电负载15、旋转电机单元20连接。在旁通路径L3中，设置有例如由常闭式的机械式继电器构成的旁通开关36。通过将旁通开关36接通(关闭)，从而即使开关31断开(打开)，也能将铅蓄电池11与电负载15、旋转电机单元20电连接。

电池单元30包括对各开关31、32的接通断开(打开关闭)进行控制的电池ECU37。电池ECU37由包括CPU、ROM、RAM、输入输出接口等的微型计算机而构成。电池ECU37基于各蓄电池11、12的蓄电状态、来自上位控制装置即发动机ECU40的指令值，对各开关31、32的接通断开进行控制。由此，选择性地使用铅蓄电池11和锂离子蓄电池12来进行充电放电。例如，电池ECU37计算出锂离子蓄电池12的SOC(残余容量：State Of Charge)，对向锂离子蓄电池12的充电量和放电量进行控制以将SOC保持在规定的使用范围内。

旋转电机单元20的旋转电机ECU24、电池单元30的电池ECU37与作为统一管理各ECU24、37的上位控制装置的发动机ECU40连接。发动机ECU40由包括CPU、ROM、RAM、输入输出接口等的微型计算机构成，基于每次的发动机运转状态、车辆行驶状态，对发动机42的运转进行控制。发动机ECU40具有执行怠速停止控制的功能。众所周知，怠速停止控制是以下控制：根据规定的自动停止条件的成立而使发动机自动停止，且在该自动停止的状态下，根据规定的再起动条件的成立而使发动机再起动。

各ECU24、37、40、其它未图示的各种车载ECU通过构成CAN等通信网络的通信线41连接而能相互通信，以规定周期进行双向通信。由此，能相互共用存储于各ECU24、37、40的各种数据。

接着，使用图2对旋转电机单元20的电气结构进行说明。旋转电机21是三相交流电动机，包括作为三相电枢绕组25的U相、V相、W相的相绕组25U、25V、25W以及励磁绕组26。各相绕组25U、24V、25W是星形连接，通过中性点相互连接。旋转电机21与发动机100驱动连结，因此，旋转电机21的旋转轴随着发动机输出轴的旋转而旋转，另外，发动机输出轴随着旋转电机21的旋转轴的旋转而旋转。也就是说，旋转电机21具有利用发动机输出轴、车轴的旋转进行发电(再生发电)的发电功能和将旋转力向发动机输出轴施加的动力运行功能。例如，在通过怠速停止控制进行发动机再起动时、进行用于车辆加速的扭矩辅助时，驱动旋转电机21进行动力运行。

逆变器22将从各相绕组25U、25V、25W输出的交流电压转换为直流电压并向电池单元30输出。此外，逆变器22将从电池单元30输入的直流电压转换为交流电压并向各相绕组25U、25V、25W输出。逆变器22是具有与相绕组的相数相同数量的上下桥臂的桥式电路，构成为三相全波整流电路。逆变器22构成对向旋转电机21供给的电力进行调节，从而驱动旋转电机21的驱动电路。

逆变器22针对每相包括上桥臂开关Sp和下桥臂开关Sn，通过使各相的开关Sp、Sn相互交替地接通断开来按相进行时间序列的通电。根据本实施方式，作为各开关Sp、Sn，使用电压控制形式的半导体开关元件，具体而言，使用N通道MOSFET。在上桥臂开关Sp反向并联连接有上桥臂二极管Dp，在下桥臂开关Sn反向并联连接有下桥臂二极管Dn。即，各二极管Dp、Dn分别以阴极朝电源一侧、阳极朝接地侧的方向设置。根据本实施方式，作为各二极管Dp、Dn，使用各开关Sp、Sn的寄生二极管。另外，作为各二极管Dp、Dn，并不局限于寄生二极管，例如，也可以是与各开关Sp、Sn为不同零件的二极管。各相的开关Sp、Sn的串联连接体的中间点分别与各相绕组25U、25V、25W的一端连接。

逆变器22中，在每相的电流路径上设置有对各相电流Iu、Iv、Iw进行检测的电流检测部29。电流检测部29具有包括例如分流电阻、电流互感器的结构。

励磁电路23根据多个开关元件的接通断开使励磁绕组26通电。励磁电路23具有一个切断开关50和四个励磁开关51、52、53、54，由励磁开关51～54构成H桥式整流电路。各开关50～54的基本结构与逆变器22的各开关相同，在各开关50～54中，相对于半导体开关元件反向并联连接有二极管Di。

在励磁电路23中，励磁开关51、52串联连接到电源部(图2中为电池单元30)与接地之间，励磁开关53、54串联连接到电源部与接地之间。而且，将励磁开关51、53的高侧彼此、励磁开关51、52和励磁开关53、54的中间点彼此、励磁开关52、54的低侧彼此分别电连接，从而使各励磁开关51～54连接为H桥状。在这种情况下，励磁开关53与励磁开关51并联设置，励磁开关54与励磁开关52并联设置。励磁绕组26设于将励磁开关51、52的中间点和励磁开关53、54的中间点联接的路径部分。另外在以下记述中，为了便于说明，励磁开关51～54也分别称为第一开关51、第二开关52、第三开关53、第四开关54。

切断开关50设于电源部与第一开关51之间，更详细地，设于和电池单元30联接的母线与第一开关51和第三开关53的分支点之间。通过切断开关50的接通断开来对向励磁电路23的电力供给和电力切断进行切换。

在通过励磁电路23进行励磁绕组26的通电时，各开关50～54以如下的方式接通断开。图3表示励磁电路23中的通电路径。在励磁绕组26随着旋转电机21的动作而通电时，切断开关50始终接通(接通固定)，并且第三开关53始终断开(断开固定)，第四开关54始终接通(接通固定)。而且，在上述状态下第一开关51和第二开关52在相反的期间接通断开。此时，在第一开关51接通、第二开关52断开的状态下，如图3的虚线所示，电流按路径Y1流动，路径Y1为如下顺序：切断开关50→第一开关51→励磁绕组26→第四开关54→接地。此外，之后，在第一开关51断开、第二开关52接通的状态下，如图3的双点划线所示，电流(回流电流)按回流路径Y2流动，回流路径Y2为如下顺序：励磁绕组26→第四开关54→第二开关52→励磁绕组26。

在第四开关54的接地侧设有电流检测部55，该电流检测部55对在励磁绕组26中流动的励磁电流If进行检测。电流检测部55具有包括例如分流电阻、电流互感器的结构。

回到图2，在逆变器22的高压侧路径上设有电压传感器45，该电压传感器45对逆变器22的输入输出的电压(即电源电压)进行检测。在旋转电机21中设有温度传感器46，作为旋转电机21的温度，该温度传感器46例如对定子的温度进行检测。温度传感器46也可以是对半导体开关元件的温度进行检测的构件。包括上述传感器，各传感器的检测信号适当输入旋转电机ECU24。

构成逆变器22以及励磁电路23的各开关经由驱动器27分别独立地被切换成接通或者断开驱动。

旋转电机ECU24由包括CPU、ROM、RAM、输入输出接口等的微型计算机构成。旋转电机ECU24通过其内部的未图示的IC调节器对在励磁绕组26中流动的励磁电流进行调节。由此，控制旋转电机单元20的发电电压(向电池单元30的输出电压)。此外，旋转电机ECU24根据通电相位对各相的开关Sp、Sn的接通断开进行控制，并且在各相的通电时调节接通断开比率(例如，占空比)从而对各相的相电流进行控制。

作为发电功能，本实施方式的旋转电机单元20能实施利用发动机100的燃烧能量进行发电的通常发电和利用车辆的行驶能量(再生能量)进行发电的再生发电。此外，旋转电机单元20还能实施由动力运行动作进行的发动机100的起动、以及作为发动机起动以外的扭矩施加的、对发动机100的扭矩辅助。在上述的旋转电机21进行发电、动力运行时，实施逆变器22中的伴随开关控制而进行的相电流控制。

对由旋转电机ECU24进行的逆变器22的相电流控制进行补充。旋转电机ECU24基于来自上位控制装置即发动机ECU40的动力运行扭矩指令值、发电电压指令值计算出相电流指令值，并且基于该相电流指令值和实际的相电流(电流检测部29的电流检测值)的偏差，生成操作信号作为用于各相的相电流控制的占空比信号。具体而言，基于相电流指令值和电流检测值的偏差，针对每相计算出指令电压，并且通过基于该指令电压和载波信号(例如三角波信号)的大小比较的PWM处理生成操作信号(PWM信号)。而且，旋转电机ECU24根据各相的操作信号针对每相使上桥臂开关Sp和下桥臂开关Sn分别接通断开。由此，对旋转电机21的各相电流进行反馈控制。相电流控制的载波频率为例如1～几kHz。

此处，在旋转电机21中进行动力运行时和发电时，根据旋转电机21的转速和扭矩(要求扭矩)通过逆变器22实施不同的控制。即，在旋转电机21动力运行时，基于旋转电机21的转速和扭矩对PWM控制和矩形波控制进行适当切换，在旋转电机21发电时，基于旋转电机21的转速和扭矩对PWM控制、同步整流控制、二极管整流控制进行适当切换。

另外，在PWM控制中，通过使在构成逆变器22的各相的开关Sp、Sn通电时占据规定的载波周期的接通期间的长度发生变化来实施正弦波交流控制。在矩形波控制中，通过每电角度一周期的半周期交替地将各相的开关Sp、Sn切换为接通和断开来实施矩形波交流控制。在同步整流控制中，在旋转电机21发电时，和电流流经与各开关Sp、Sn分别并联连接的二极管Dp、Dn的期间同步，使与电流流经的二极管并联连接的开关依次接通，从而进行整流。在二极管整流控制中，各开关Sp、Sn全部断开，利用与各开关Sp、Sn并联连接的二极管Dp、Dn进行整流。

使用图4对与转速和扭矩相对应的旋转电机21的控制的分割进行具体的说明。另外，在图4中上侧示出了动力运行时的控制内容，下侧示出了发电时的控制内容。

在旋转电机21动力运行时，在转速低于第一转速F1的区域A实施PWM控制，在转速为第一转速F1以上的区域B中实施矩形波控制。第一转速F1设定为根据扭矩而改变的值。另外，第一转速F1也可以是不依赖于扭矩的固定值。

在动力运行时，与矩形波控制相比，PWM控制能够使旋转电机21的输出扭矩更大，但当旋转电机21的转速上升时，控制中的负载和开关损失增加。因此，在转速低的区域A执行PWM控制，在转速高的区域B执行矩形波控制。

此外，在旋转电机21发电时，在转速低于第二转速F2的区域C执行PWM控制，在转速为第二转速F2以上并低于第三转速F3、且扭矩(发电扭矩)为规定的扭矩T1以上的区域D执行同步整流控制(F2＜F3)。此外，在转速为第二转速F2以上且扭矩低于扭矩T1、或者转速为第三转速F3以上的区域E执行二极管整流控制。第二转速F2和第三转速F3分别是不依赖于扭矩的固定值。另外，第二转速F2和第三转速F3也可以分别设定为根据扭矩而发生变化的值。

在发电时，与实施同步整流控制和二极管整流控制的情况相比，实施PWM控制能使发电电力变大，但当旋转电机21的转速上升时，控制中的负载和开关损失增加。因此，在转速低的区域C执行PWM控制。此外，在发电电力小的区域中，与二极管整流控制中的二极管损失相比，同步整流控制中的开关损失更大。因此，在发电电力即旋转电机21的扭矩大的区域D执行同步整流控制，在旋转电机21的扭矩小的区域E执行二极管整流控制。此外，当旋转电机21的转速上升时同步整流控制中的负载增加。因此，在旋转电机21的转速高的区域E中，执行二极管整流控制。

接着，对由旋转电机ECU24进行的励磁电流控制进行补充。旋转电机ECU24基于来自发动机ECU40的动力运行扭矩指令值、发电电压指令值计算出励磁电流指令值，并且基于该励磁电流指令值和实际的励磁电流(电流检测部55的电流检测值)的偏差，生成操作信号作为用于励磁电流控制的占空比信号。具体而言，基于励磁电流指令值和电流检测值的偏差计算出指令电压，并且通过基于该指令电压和载波信号的大小比较的PWM处理生成操作信号(PWM信号)。而且，旋转电机ECU24利用操作信号使第一开关51和第二开关52分别接通断开。由此，对励磁电流进行反馈控制。

在本实施方式中，其特征是，在旋转电机21动作时，基于旋转电机21的状态将PWM控制的载波频率设定为可变，由使用了该载波频率的PWM控制来控制励磁电流。在本实施方式中，大致具有以下各特征。

(1)旋转电机21的发电时和动力运行时的差异

将旋转电机21在发电时和动力运行时的载波频率设定为不同的频率，旋转电机ECU24使动力运行时的载波频率比发电时的载波频率大。在这种情况下，通过使动力运行时的励磁电流控制的载波频率变大，能提高动力运行扭矩的控制性。通过使载波频率变大，能在例如使励磁电流朝目标值过度变化时，能使励磁电流尽早收敛到目标值而不会引起过冲。

另外，考虑到当励磁电流控制中的载波频率较大时，励磁电路23的发热量变大。关于这点，由于在发电时和动力运行时中的发电时将载波频率设得较小，因此能减少发热带来的不良影响。

(2)旋转电机21的通常发电时和再生发电时的差异

在旋转电机21实施再生发电时，与实施通常发电时相比，旋转电机ECU24使载波频率更大。当对通常发电时和再生发电时进行比较时，认为由于再生发电时的旋转电机21的发电电流更大，因此再生发电时的励磁电流更大。此处，通过使再生发电时的励磁电流控制中的载波频率变大，能减少电流波动的影响。

另外，在通常发电时，旋转电机21的发电电流较小，电流波动的影响程度较小。因此，较为理想的是，使励磁电流控制中的载波频率变小，实施优先考虑励磁电路23中的热量降低的控制。

(3)发动机起动时和扭矩辅助时的差异

与进行用于扭矩辅助的动力运行时相比，在进行用于发动机起动的动力运行时，旋转电机ECU24使载波频率更大。当对由动力运行动作进行的发动机起动时和扭矩辅助时进行比较时，认为由于发动机起动时的旋转电机21的转速较小，因此容易产生电流波动的影响。根据上述观点，较为理想的是，与扭矩辅助时相比，使发动机起动时的励磁电流控制中的载波频率更大。

另外，在扭矩辅助时，旋转电机21的转速较大，电流波动的影响的程度较小。因此，较为理想的是，使励磁电流控制中的载波频率变小，实施优先考虑励磁电路23中的热量降低的控制。

此外，当对发动机起动时和扭矩辅助时进行比较时，认为由于发动机起动时的旋转电机21中的驱动电流较大，因此发动机起动时的励磁电流较大。此处，通过使发动机起动时的励磁电流控制中的载波频率变大，能减少电流波动的影响。

图5是表示励磁电流控制中的载波设定的处理步骤的流程图，利用旋转电机ECU24以规定周期实施本处理。

在图5中，在步骤S11对旋转电机21是否处于发电时进行判断。若处于发电时，前进至步骤S12，对处于通常发电时还是再生发电时进行判断。若为通常发电时，则前进至步骤S13，将载波频率fc设为fc1。例如fc1＝250Hz。此外，若处于再生发电时，则前进至步骤S14，将载波频率fc设为fc2。例如fc2＝500Hz。此处，与通常发电时相比，再生发电时的载波频率fc被设定为较大的频率(fc2＞fc1)。

此外，在步骤S15中，对旋转电机21是否处于动力运行时进行判断。若处于动力运行时，则前进至步骤S16，对处于发动机起动时还是扭矩辅助时进行判断。若处于发动机起动时，则前进至步骤S17，将载波频率fc设为fc3。例如fc3＝1kHz。此外，若处于扭矩辅助时，则前进至步骤S18，将载波频率fc设为fc4。例如fc4＝750Hz。此处，与扭矩辅助时相比，发动机起动时的载波频率fc被设定为较大的频率(fc3＞fc4)。

图6是具体地表示执行车辆的怠速停止控制时的励磁电流控制的时序图。

图6中，在时刻t1以前处于车辆行驶状态，发动机100燃烧运转。在上述状态下，根据各蓄电池11、12的蓄电状态等适当实施旋转电机21的通常发电。例如当在期间Ta实施通常发电时，在该期间Ta中，励磁电流控制的载波频率fc被设定为fc1。

接着，当在时刻t1解除例如油门操作，车辆开始减速时，在发动机转速NE的规定范围内实施旋转电机21的再生发电。此时，在实施再生发电的期间Tb中，励磁电流控制的载波频率fc被设定为fc2。接着，当在时刻t2，发动机100的自动停止条件随着车速的下降而成立时，发动机100自动停止。

之后，当在时刻t3通过解除制动操作量等使发动机100的再起动条件成立时，通过旋转电机21的动力运行动作进行发动机100的再起动。此时，在旋转电机21动力运行动作的期间Tc中，励磁电流控制的载波频率fc被设定为fc3。此外，当在时刻t4利用油门操作使车辆开始行驶时，通过旋转电机21的动力运行动作进行发动机100的扭矩辅助。此时，在旋转电机21动力运行动作的期间Td中，励磁电流控制的载波频率fc被设定为fc4。另外，除了在车辆启动时，在车辆加速时也同样地实施扭矩辅助。

根据以上详述的本实施方式，能够得到以下优异的效果。

在旋转电机21动作时，基于旋转电机21的状态，将励磁电流控制中的载波频率fc设定为可变，通过使用了该载波频率fc的脉冲宽度调制来控制励磁电流。在这种情况下，能够利用励磁电流控制中的载波频率fc的可变，适当满足与旋转电机21动作时的响应性相关的需要、热量降低的需要、电流波动减少的需要等。此外，能够满足与每次的情况相对应的需要。其结果是，能够在绕组励磁式旋转电机21中适当地控制励磁电流。

将旋转电机21的动力运行时的载波频率设为比发电时的载波频率大(fc1、fc2＜fc3、fc4)。由此，除了能够提高动力运行扭矩的控制性，还能够尽可能减小发热带来的不良影响。

当由旋转电机21实施再生发电时，将载波频率设为比实施通常发电时的载波频率大(设为fc1＜fc2)。由此，能够考虑通常发电时和再生发电时的发电电流的差，适当地控制励磁电流。此时，通过使再生发电时的载波频率变大，能减少电流波动的影响。还能获得以下附带的效果：能够通过减少电流波动使为了电流平滑而连接到电源线的电容器的容量变小。此外，通过使通常发电时的载波频率变小，能够实现励磁电路23处的热量降低。

在进行用于发动机起动的动力运行时，将载波频率设为比进行用于扭矩辅助的动力运行时的载波频率大(设为fc3＞fc4)。由此，能够考虑由旋转电机21进行的发动机起动时和扭矩辅助时的旋转电机21的转速的差，适当地控制励磁电流。此时，通过使发动机起动时的载波频率变大，能减少电流波动的影响。此外，通过使扭矩辅助时的载波频率变小，能够实现励磁电路23处的热量降低。

此外，由于能够考虑发动机起动时和扭矩辅助时的旋转电机21的驱动电流的差来实施励磁电流控制，因此，仍然能够减少电流波动的影响。

(其它实施方式)

例如也可以如下所述改变上述实施方式。

·还可以构成为，在旋转电机21发电时或者动力运行时，将励磁电流发生变化的过度期间的载波频率设置得比励磁电流收敛的稳定期间的载波频率大。例如，在最初旋转电机21开始发电动作或者动力运行动作、即励磁电流发生变化的过度期间，使励磁电流控制的载波频率变大，在励磁电流收敛后的稳定期间使励磁电流控制的载波频率变小。在这种情况下，例如若规定时间内的励磁电流的变化量为规定以上则是过度期间，若规定时间内的励磁电流的变化量低于规定则是稳定期间。

在例如由旋转电机21的动力运行动作使发动机起动时，旋转电机ECU24实施图7的处理。在图7中，在步骤S21对是否处于由旋转电机21的动力运行进行的发动机起动时进行判断。当步骤S21为是时，在步骤S22中对是否是励磁电流的过度期间进行判断。若是过度期间，则前进至步骤S23，将载波频率fc设为fc11，若是稳定期间，则前进至步骤S24，将载波频率fc设为fc12。在这种情况下，fc11＞fc12。在由旋转电机21的动力运行动作进行扭矩辅助时、旋转电机21的通常发电时、再生发电时中的任一个也能实施相同的控制。

另外，图7的处理也可以作为图5的步骤S17的处理来实施。此外，在旋转电机ECU24中，也可以是代替图5实施图7的结构。

在上述结构中，在最初旋转电机21开始发电动作或者动力运行动作时，优先考虑励磁电流向目标值的收敛性而进行励磁电流控制，在收敛后，优先考虑热量降低而进行励磁电流控制。由此，能实现励磁电流控制的进一步合理化。

·还可以构成为，基于励磁电流控制中的励磁电流的目标值来设定载波频率fc。旋转电机ECU24基于例如图8的关系来设定载波频率fc。在这种情况下，最好是，考虑电流波动的影响度随着励磁电流而不同，使励磁电流大的情况下的载波频率fc比励磁电流小的情况的载波频率fc大。上述结构能在例如图5、图7的处理中一起实施。此外，也能够和图5、图7分开实施。通过基于励磁电流来设定载波频率fc，能实施适当的励磁电流控制。

·还可以构成为，基于旋转电机21的转速来设定载波频率fc。旋转电机ECU24基于例如图9的关系来设定载波频率fc。在这种情况下，最好是，考虑电流波动的影响度随着旋转电机21的转速而不同，使旋转电机21的转速小的情况下的载波频率fc比旋转电机21的转速大的情况的载波频率fc大。上述结构能在例如图5、图7的处理中一起实施。此外，也能够和图5、图7分开实施。通过基于旋转电机21的转速来设定载波频率fc，能实施适当的励磁电流控制。

·还可以构成为，基于励磁电路23的温度来设定载波频率fc。旋转电机ECU24基于例如图10的关系来设定载波频率fc。在这种情况下，最好是，考虑到不希望在励磁电路23为高温的情况下，发热量随着载波频率fc变大而变大，使励磁电路23的温度高的情况下的载波频率fc比励磁电路23的温度低的情况的载波频率fc小。上述结构能在例如图5、图7的处理中一起实施。此外，也能够和图5、图7分开实施。另外，作为励磁电路23的温度，能够使用对例如定子温度进行检测的温度传感器46的检测值。此外，还能在励磁电路23设置温度传感器并使用其检测值。

·在上述实施方式中，作为由旋转电机21进行的发动机起动以外的扭矩施加时，假设了发动机100的扭矩辅助时，但是不局限于此。例如，还可以构成为，在车辆的爬行行驶时使旋转电机21动力运行动作，从而产生行驶扭矩。在这种情况下，也最好是，考虑到由动力运行动作进行的发动机起动时和行驶扭矩施加时的旋转电机21的转速的差，使发动机起动时的励磁电流控制中的载波频率fc比行驶扭矩施加时的载波频率fc大。

·还可以以相对于相电流控制的载波频率为“1/整数”倍的频率来设定励磁电流控制的载波频率，从而以使励磁电流控制的载波信号与相电流控制的载波信号同步，并且使从电源部向励磁绕组26通电的相位和从电源部向相绕组25U、25V、25W通电的相位错开的方式实施励磁电流控制。

图11是表示旋转电机ECU24的控制步骤的流程图，以规定周期实施本处理。在步骤S31中，对是否在逆变器22中实施PWM控制进行判断，若实施了PWM控制则前进至后续步骤S32。在步骤S32中，以相对于相电流控制的载波频率为“1/整数”倍的频率来设定励磁电流控制的载波频率。例如，旋转电机ECU24将励磁电流控制的载波频率设定为例如与相电流控制的载波频率相同的频率、1/2倍的频率、1/3倍的频率等。此时，旋转电机ECU24如上所述基于旋转电机21的状态，将载波频率设定为相对于相电流控制的载波频率为“1/整数”倍。

之后，在步骤S33中，以使励磁电流控制的载波信号与相电流控制的载波信号同步，并且使从电源部向励磁绕组26通电的相位和从电源部向相绕组25U、25V、25W通电的相位错开的方式实施励磁电流控制。此时，如上所述地实施由PWM控制进行的励磁电流控制。另外，在步骤S31为否的情况下，以步骤S32、s33以外的方法实施励磁电流控制。

例如在图12所示的示例中，以相对于相电流控制的载波频率为1/2倍的频率来设定励磁电流控制的载波频率。在这种情况下，各载波信号(三角波信号)同步为折返峰值在时刻tx处一致。而且，通过在相电流控制中对载波信号和指令电压进行比较，计算出逆变器22的上桥臂开关用的占空比信号，并且，通过在励磁电流控制中对载波信号和指令电压进行比较，计算出励磁电路23的第一开关51用的占空比信号。上述各占空比信号中，通电的相位彼此错开。在这种情况下，相电流占空比信号的接通期间的中心和励磁电流占空比信号的接通期间的中心不一致。

根据上述结构，能减少电流波动。

另外，从上述发明内容能提取以下技术思想。

一种旋转电机控制装置(24)，应用于旋转电机***，所述旋转电机***包括：旋转电机(21)，该旋转电机具有由每相的相绕组(25U、25V、25W)构成的电枢绕组(25)和励磁绕组(26)；逆变器(22)，该逆变器通过多个开关元件(Sn、Sp)的接通断开使所述相绕组通电；以及励磁电路(23)，该励磁电路通过多个开关元件(51～54)的接通断开使所述励磁绕组通电，所述旋转电机***具有发电功能和动力运行功能中的至少任意一个功能，所述旋转电机控制装置由使用了脉冲宽度调制的相电流控制来实施所述逆变器的开关控制，由使用了脉冲宽度调制的励磁电流控制来实施所述励磁电路的开关控制，所述旋转电机控制装置包括：

设定部，在所述旋转电机动作时，该设定部以相对于所述相电流控制中的脉冲宽度调制的载波频率为“1/整数”倍的频率来设定所述励磁电流控制的载波频率；以及

控制部，该控制部以使所述励磁电流控制的载波信号与所述相电流控制的载波信号同步，并且使从电源部向所述励磁绕组通电的相位和从电源部向所述相绕组通电的相位错开的方式实施励磁电流控制。

·在上述实施方式中，假设了具有发电功能和动力运行功能这两者的旋转电机***，但是也能应用于仅具有发电功能和动力运行功能中的任一者的旋转电机***，在这种情况下，若是仅具有发电功能的旋转电机***，则构成为仅实施图5的步骤S11～S14即可，若是仅具有动力运行功能的旋转电机***，则构成为仅实施图5的步骤S15～S18即可。

·在上述实施方式中，例示了由H桥式电路构成励磁电路23，但是除此之外，还可以由半桥式电路构成励磁电路23。

·在上述实施方式中，例示了旋转电机21和逆变器22、励磁电路23的电路部作为旋转电机单元20一体设置，但是不局限于此。也可以是旋转电机21和逆变器22、励磁电路23的电路部分体设置的结构。

·也可以应用于具有两个蓄电池的电源***以外的***。例如，也可以是作为蓄电池仅具有铅蓄电池11的结构，或者仅具有锂离子蓄电池12的结构。

·适用本发明的电源***也可以用于车辆之外的用途。

虽然根据实施例对本发明进行了记述，但应当理解为本发明并不限定于上述实施例、结构。本发明也包含各种各样的变形例、等同范围内的变形。除此之外，各种各样的组合、方式、进一步包含有仅一个要素、一个以上或一个以下的其它组合、方式也属于本发明的范畴、思想范围。

Claims (8)

1.一种旋转电机控制装置，应用于旋转电机***，所述旋转电机***包括：旋转电机，该旋转电机具有电枢绕组和励磁绕组；以及励磁电路，该励磁电路具有多个开关元件并且根据该开关元件的接通断开来使所述励磁绕组通电，所述旋转电机***具有发电功能和动力运行功能中的至少任意一个功能，所述旋转电机控制装置通过使用了脉冲宽度调制的励磁电流控制对所述开关元件的接通断开进行控制，所述旋转电机控制装置的特征在于，包括：

设定部，在所述旋转电机动作时，该设定部基于所述旋转电机的状态设定所述脉冲宽度调制的载波信号的频率即载波频率；以及

控制部，该控制部利用所述脉冲宽度调制对所述励磁电流进行控制，所述脉冲宽度调制使用了由所述设定部设定的载波频率，

所述设定部基于所述励磁电路的温度来设定所述载波频率，

所述旋转电机能进行发电动作和动力运行动作，

所述设定部在所述旋转电机的发电时和动力运行时以不同的频率设定所述载波频率，使所述动力运行时的载波频率比所述发电时的载波频率大。

2.一种旋转电机控制装置，应用于旋转电机***，所述旋转电机***包括：旋转电机，该旋转电机具有电枢绕组和励磁绕组；以及励磁电路，该励磁电路具有多个开关元件并且根据该开关元件的接通断开来使所述励磁绕组通电，所述旋转电机***具有发电功能和动力运行功能中的至少任意一个功能，所述旋转电机控制装置通过使用了脉冲宽度调制的励磁电流控制对所述开关元件的接通断开进行控制，所述旋转电机控制装置的特征在于，包括：

设定部，在所述旋转电机动作时，该设定部基于所述旋转电机的状态设定所述脉冲宽度调制的载波信号的频率即载波频率；以及

控制部，该控制部利用所述脉冲宽度调制对所述励磁电流进行控制，所述脉冲宽度调制使用了由所述设定部设定的载波频率，

在所述旋转电机的发电时或者动力运行时，所述设定部使所述励磁电流发生变化的过度期间的所述载波频率比所述励磁电流收敛的稳定期间的所述载波频率大。

3.如权利要求2所述的旋转电机控制装置，其特征在于，

所述旋转电机能进行发电动作和动力运行动作，

所述设定部在所述旋转电机的发电时和动力运行时以不同的频率设定所述载波频率，使所述动力运行时的载波频率比所述发电时的载波频率大。

4.如权利要求1或2所述的旋转电机控制装置，其特征在于，

所述旋转电机***是用于包括内燃机的车辆的车载***，能够进行通常发电和再生发电，在所述通常发电中，利用所述内燃机的燃烧能量进行发电，在所述再生发电中，利用所述车辆的行驶能量进行发电，

所述设定部使实施所述再生发电时的所述载波频率比实施所述通常发电时的所述载波频率大。

5.如权利要求1或2所述的旋转电机控制装置，其特征在于，

所述旋转电机***是用于包括内燃机的车辆的车载***，能够通过动力运行动作进行所述内燃机的起动，并且能够通过动力运行动作进行所述起动以外的扭矩施加，

所述设定部使用于进行所述内燃机的起动的动力运行时的所述载波频率比用于进行所述起动以外的扭矩施加的动力运行时的所述载波频率大。

6.如权利要求1或2所述的旋转电机控制装置，其特征在于，

所述设定部基于所述励磁电流控制中的励磁电流的目标值来设定所述载波频率。

7.如权利要求1或2所述的旋转电机控制装置，其特征在于，

所述设定部基于所述旋转电机的转速来设定所述载波频率。

8.如权利要求1或2所述的旋转电机控制装置，其特征在于，

应用于旋转电机***，该旋转电机***具有所述旋转电机的每相的相绕组作为所述电枢绕组，并且包括使所述相绕组通电的逆变器，所述旋转电机控制装置通过使用了脉冲宽度调制的相电流控制对所述逆变器的各开关元件的接通断开进行控制，

所述设定部以相对于所述相电流控制中的脉冲宽度调制的载波频率为“1/整数”倍的频率来设定所述励磁电流控制的载波频率，

所述控制部以使所述励磁电流控制的载波信号与所述相电流控制的载波信号同步，并且使从电源部向所述励磁绕组通电的相位和从电源部向所述相绕组通电的相位错开的方式实施励磁电流控制。

Images