JP2018088734A - 回転電機の制御装置、回転電機ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング損失が増加することを抑制しつつ、回転電機の発電出力を増加させることのできる回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】発電機能を有する回転電機１７と、蓄電装置２２と、ブリッジ接続されたスイッチング素子Ｓｐ，Ｓｎとスイッチング素子にそれぞれ並列接続されたダイオードＤｐ，Ｄｎとを有して回転電機と蓄電装置との間の電力変換を行う電力変換部１３と、を備える車両に適用され、回転電機を制御する制御装置１４であって、回転電機による発電時に、ダイオードに電流が流れる期間に同期させて、電流が流れるダイオードに並列接続されたスイッチング素子をオンにする同期整流制御部と、同期整流制御部による発電時に、ダイオードに流れる電流が所定電流よりも小さくなる場合に、同期整流制御部によりスイッチング素子がオンにされる期間を延長するようにオンオフタイミングを変更するタイミング変更部と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機を制御する制御装置に関する。

従来、回転電機の回転速度が所定値以下のときと所定値を超えるときとで、回転電機による発電モードを切り替えるものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、回転電機の回転速度が所定値以下のときには、界磁コイルに流れる界磁電流を制御するとともに、スイッチング素子を制御して電機子コイルにＰＷＭ制御された電流を通電してＰＷＭ制御による発電を行っている。そして、回転電機の回転速度が所定値を超えるときには、ＰＷＭ制御を行わず、界磁コイルに流れる界磁電流の制御による発電を行っている。

特開２０１６−１８９６９８号公報

ところで、界磁電流の制御による発電は、回転電機の回転速度が所定値を超えて回転電機の発電出力が所定出力を超えるときしか行うことができない。しかしながら、回転電機の回転速度が所定値以下のときにＰＷＭ制御による発電を行うと、スイッチング素子の制御によるスイッチング損失が増加することとなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、スイッチング損失が増加することを抑制しつつ、回転電機の発電出力を増加させることのできる回転電機の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、
発電機能を有する回転電機（１７）と、蓄電装置（１５、２２、２３）と、ブリッジ接続されたスイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）と前記スイッチング素子にそれぞれ並列接続されたダイオード（Ｄｐ，Ｄｎ）とを有して前記回転電機と前記蓄電装置との間の電力変換を行う電力変換部（１３）と、を備える車両に適用され、前記回転電機を制御する制御装置（１４、２０）であって、
前記回転電機による発電時に、前記ダイオードに電流が流れる期間に同期させて、電流が流れるダイオードに並列接続された前記スイッチング素子をオンにする同期整流制御部と、
前記同期整流制御部による発電時に、前記ダイオードに流れる電流が所定電流よりも小さくなる場合に、前記同期整流制御部により前記スイッチング素子がオンにされる期間を延長するように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更するタイミング変更部と、
を備える。

上記構成によれば、電力変換部は、ブリッジ接続されたスイッチング素子とスイッチング素子にそれぞれ並列接続されたダイオードとを有しており、回転電機と蓄電装置との間の電力変換を行う。そして、回転電機による発電時に、同期整流制御部により、ダイオードに電流が流れる期間に同期させて、電流が流れるダイオードに並列接続されたスイッチング素子がオンにされる。このため、回転電機から出力される電力により、蓄電装置を効率良く充電することができる。

ここで、同期整流制御部による発電時に、回転電機により発電される電圧が蓄電装置の電圧よりも低くなると、ダイオードに電流が流れなくなる。このため、同期整流制御部による発電では、回転電機から電力を出力することができなくなる。この点、タイミング変更部は、同期整流制御部による発電時に、ダイオードに流れる電流が所定電流よりも小さくなる場合に、同期整流制御部によりスイッチング素子がオンにされる期間を延長するようにスイッチング素子のオンオフタイミングを変更する。このため、回転電機から電力を出力することができたり、出力される電力を増加させたりすることができるようになり、回転電機の発電出力を増加させることができる。しかも、スイッチング素子をスイッチングする回数は増加しないため、ＰＷＭ制御を行う場合と比較して、スイッチング損失が増加することを抑制することができる。特に、ダイオードに流れる電流が所定電流よりも小さくなる場合として、ダイオード電流が流れなくなる場合を採用してもよい。

なお、スイッチング素子がオンにされる期間を延長する構成として、スイッチング素子をオンにするタイミングを早くする構成、スイッチング素子をオフにするタイミングを遅くする構成、及びそれらの双方を行う構成を含むものとする。

第２の手段では、前記タイミング変更部は、前記同期整流制御部により前記スイッチング素子がオンにされる期間を延長する際に、前記スイッチング素子のオンオフタイミングを徐々に変更する。

上記構成によれば、スイッチング素子がオンにされる期間を延長する際に、スイッチング素子のオンオフタイミングが徐々に変更される。このため、回転電機により作用するトルクや、出力される電流及び電圧が変動することを抑制することができる。

第３の手段では、前記タイミング変更部は、前記スイッチング素子のオンオフタイミングが変更された状態から前記同期整流制御部による発電へ移行する際に、前記スイッチング素子をオンにする期間を短縮するように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更する。

同期整流制御部によるスイッチング素子のオンオフタイミングから変更されたオンオフタイミングで発電を行っている状態において、同期整流制御部による発電へ移行する必要が生じることがある。

この点、上記構成によれば、スイッチング素子のオンオフタイミングが変更された状態から同期整流制御部による発電へ移行する際に、スイッチング素子がオンにされる期間が短縮されるようにスイッチング素子のオンオフタイミングが変更される。このため、スイッチング素子のオンオフタイミングが変更された状態から、同期整流制御部による発電へ移行させることができる。

第４の手段では、前記タイミング変更部は、前記スイッチング素子をオンにする期間を短縮する際に、前記スイッチング素子のオンオフタイミングを徐々に変更する。

上記構成によれば、タイミング変更部により、スイッチング素子がオンにされる期間が短縮される際に、スイッチング素子のオンオフタイミングが徐々に変更される。このため、回転電機により作用するトルクや、出力される電流及び電圧が変動することを抑制することができる。

第５の手段では、前記回転電機による発電時に、前記回転電機の各相に対応する前記スイッチング素子を電気角１周期の半周期ずつ交互にオンとオフとに切り替えるとともに、前記スイッチング素子をオンにする位相を制御する矩形波制御部（１４、２０）を備え、前記タイミング変更部は、前記同期整流制御部による発電と前記矩形波制御部による発電との切り替えに際して、前記同期整流制御部により前記スイッチング素子がオンにされる期間の長さと前記矩形波制御部により前記スイッチング素子がオンにされる期間の長さとの間の長さのオン期間になるように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更する。

上記構成によれば、回転電機による発電時に、矩形波制御部により、回転電機の各相に対応するスイッチング素子が電気角１周期の半周期ずつ交互にオンとオフとに切り替えられるとともに、スイッチング素子がオンにされる位相が制御される。このため、ＰＷＭ制御を行う場合と比較してスイッチング損失を抑制しつつ、回転電機により発電を行うことができる。

ここで、タイミング変更部は、同期整流制御部による発電と矩形波制御部による発電との切り替えに際して、同期整流制御部によりスイッチング素子がオンにされる期間の長さと矩形波制御部によりスイッチング素子がオンにされる期間の長さとの間の長さのオン期間になるようにスイッチング素子のオンオフタイミングを変更する。このため、回転電機から電力を出力する状態を維持しつつ、同期整流制御部による発電と矩形波制御部による発電とを切り替えることができる。

矩形波制御部による発電では、スイッチング素子がオンにされる位相が制御される。このため、矩形波制御部による発電においてスイッチング素子がオンにされる位相と、同期整流制御部による発電においてスイッチング素子がオンにされる位相とが異なることとなる。

この点、第６の手段では、前記タイミング変更部は、前記同期整流制御部による発電と前記矩形波制御部による発電との切り替えに際して、前記同期整流制御部により前記スイッチング素子がオンにされる位相と前記矩形波制御部により前記スイッチング素子がオンにされる位相との間の位相になるように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更するといった構成を採用している。このため、同期整流制御部による発電と矩形波制御部による発電との切り替えに際して、スイッチング素子をオンにする位相が急変することを抑制することができる。ひいては、回転電機により作用するトルクや、出力される電流及び電圧が急変することを抑制することができる。

第７の手段では、前記タイミング変更部は、前記スイッチング素子をオンにする位相を変更する際に、前記スイッチング素子のオンオフタイミングを徐々に変更する。

上記構成によれば、タイミング変更部により、スイッチング素子がオンにされる位相が変更される際に、スイッチング素子のオンオフタイミングが徐々に変更される。このため、回転電機により作用するトルクや、出力される電流及び電圧が変動することを抑制することができる。

同期整流制御部による発電と矩形波制御部による発電との切り替えに際して、回転電機による発電出力の変化量が大きくなると、回転電機において騒音や振動が発生するおそれがある。

この点、第８の手段では、前記タイミング変更部は、前記同期整流制御部による発電と前記矩形波制御部による発電との切り替えに際して、前記回転電機による発電出力の変化量が所定量よりも小さくなるように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更するといった構成を採用している。このため、同期整流制御部による発電と矩形波制御部による発電との切り替えに際して、回転電機において騒音や振動が発生することを抑制することができる。

具体的には、第９の手段のように、前記矩形波制御部は、前記回転電機の回転速度が所定回転速度よりも低い場合に、前記回転電機による発電時に、前記回転電機の各相に対応する前記スイッチング素子を電気角１周期の半周期ずつ交互にオンとオフとにするとともに、前記スイッチング素子をオンにする位相を制御し、前記同期整流制御部は、前記回転電機の回転速度が前記所定回転速度よりも高い場合に、前記回転電機による発電時に、前記ダイオードに電流が流れる期間に同期させて、電流が流れるダイオードに並列接続された前記スイッチング素子をオンにするといった構成を採用することができる。

第１０の手段は、回転電機ユニット（１０）であって、第１〜第９のいずれか１つの手段の回転電機の制御装置（１４）と、前記回転電機（１７）と、前記電力変換部（１３）と、を備える。

上記構成によれば、回転電機の制御装置と、回転電機と、電力変換部と、を備える回転電機ユニットにおいて、スイッチング損失が増加することを抑制しつつ、回転電機の発電出力を増加させることができる。

車載回転電機システムの構成を示す回路図。 発電モードの遷移を示す図。 回転速度及びトルクに応じた回転電機の制御を示す図。 矩形波制御時の駆動信号及びデッドタイムを示すチャート。 同期整流制御時の動作を示すチャート。 同期整流制御時の駆動信号及びデッドタイムを示すチャート。

以下、車両に搭載された回転電機システムとして具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、車載回転電機システム１００は、回転電機ユニット１０、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０、バッテリ２２（蓄電装置に相当）、第２コンデンサ２３（蓄電装置に相当）、電気負荷２４等を備えている。回転電機ユニット１０は、回転電機１７、インバータ１３、回転電機ＥＣＵ１４等を備えている。回転電機ユニット１０は、モータ機能付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。回転電機１７は、３相電機子巻線としてのＸ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ、界磁巻線１２を備えている。バッテリ２２は、例えば１２Ｖの電圧を出力するＰｂバッテリである。なお、バッテリ２２として、Ｐｂバッテリと異なる種類のバッテリで１２Ｖを出力するバッテリや、１２Ｖ以外の電圧を出力するバッテリ等を採用することもできる。

Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚは、図示しない固定子鉄心に巻回されて固定子を構成している。本実施形態において、Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚのそれぞれの第１端同士は、中性点にて接続されている。すなわち、回転電機ユニット１０は、Ｙ結線されたものである。

界磁巻線１２は、固定子鉄心の内周側に対向配置された図示しない界磁極に巻回されて回転子を構成している。界磁巻線１２に励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから交流電圧が出力される。本実施形態において、回転子は、車載エンジン１０１（図１では車載エンジンのボディを模式的に表示）のクランク軸から回転動力を得て回転する。エンジン１０１は、例えばガソリンを燃料とするエンジンであり、燃料の燃焼により駆動力を発生する。なお、エンジン１０１は、ガソリンエンジンに限らず、軽油を燃料として用いるディーゼルエンジンや、その他の燃料を用いるエンジンであってもよい。

インバータ１３（電力変換部に相当）は、各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから出力された交流電圧（交流電力）を直流電圧（直流電力）に変換する。また、インバータ１３は、バッテリ２２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚへ出力する。インバータ１３（整流回路及び駆動回路に相当）は、電機子巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路である。詳しくは、インバータ１３は、Ｘ相モジュール１３Ｘ、Ｙ相モジュール１３Ｙ、及びＺ相モジュール１３Ｚを備え、３相全波整流回路を構成している。また、インバータ１３は、回転電機１７の各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚに供給される交流電圧を調節することで回転電機１７を駆動する駆動回路を構成している。

Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれは、上アームスイッチＳｐ、及び下アームスイッチＳｎを備えている。すなわち、スイッチＳｐ，Ｓｎはブリッジ接続されている。本実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上アームスイッチＳｐには、上アームダイオードＤｐが逆並列（並列）に接続され、下アームスイッチＳｎには、下アームダイオードＤｎが逆並列（並列）に接続されている。本実施形態では、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとして、各スイッチＳｐ，Ｓｎのボディダイオードを用いている。なお、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとしては、ボディダイオードに限らず、例えば各スイッチＳｐ，Ｓｎとは別部品のダイオードであってもよい。

Ｘ相モジュール１３ＸのＸ端子ＰＸには、Ｘ相巻線１１Ｘの第２端が接続されている。Ｘ端子ＰＸには、上アームスイッチＳｐの低電位側端子（ソース）と下アームスイッチＳｎの高電位側端子（ドレイン）とが接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、回転電機ユニット１０のＢ端子（出力端子に相当）が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、回転電機ユニット１０のＥ端子を介して接地部位（グランドＧＮＤ）としてのエンジン１０１のボディが接続されている。Ｂ端子は、上記バッテリ２２の正極に接続される端子であり、着脱自在のコネクタ状に形成されている。

Ｙ相モジュール１３ＹのＹ端子ＰＹには、Ｙ相巻線１１Ｙの第２端が接続されている。Ｙ端子ＰＹには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。

Ｚ相モジュール１３ＺのＺ端子ＰＺには、Ｚ相巻線１１Ｚの第２端が接続されている。Ｚ端子ＰＺには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。

各相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれを構成する各スイッチＳｐ，Ｓｎの直列接続体には、第１コンデンサ１５（蓄電装置に相当）と、ツェナーダイオード１６とが並列接続されている。インバータ１３の高圧側接続点Ｐ１と低圧側接続点Ｐ２との間の電圧を検出する電圧センサ４１（電圧検出部及び電圧取得部に相当）が設けられている。

回転電機ＥＣＵ１４（制御装置に相当）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されている。回転電機ＥＣＵ１４は、その内部の図示しないＩＣレギュレータにより、界磁巻線１２に流す励磁電流を調整する。これにより、回転電機ユニット１０の発電電圧（Ｂ端子の電圧）を制御する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、車両の走行開始後にインバータ１３を制御して回転電機１７を駆動させて、エンジン１０１の駆動力をアシストする。なお、回転電機１７は、エンジン１０１の始動時にクランク軸に回転を付与可能であり、スタータとしての機能も有している。回転電機ＥＣＵ１４は、通信端子であるＬ端子及び通信線を介して、回転電機ユニット１０外部の制御装置であるエンジンＥＣＵ２０と接続されている。エンジンＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されており、エンジン１０１の運転状態を制御する。回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０との間で双方向通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたシリアル通信）を行い、エンジンＥＣＵ２０と情報のやりとりをする。

回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０から送信されたシリアル通信信号に基づいて、回転電機１７に要求する要求トルク（制動トルクを含む）を把握する。そして、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７が要求トルクを発生するように、界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧、及びスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ状態を制御する。

Ｂ端子には、リレー２１を介して、エンジンＥＣＵ２０とバッテリ２２の正極端子とが接続されている。バッテリ２２の負極端子には、グランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。Ｂ端子には、第２コンデンサ２３と、電気負荷２４とが接続されている。電気負荷２４は、例えば車両の電子制御ブレーキシステムや電動パワーステアリング等、所定電圧以上を動作電圧とする電気負荷を含んでいる。動作電圧は、電気負荷が規定の性能を発揮可能な電圧であり、電気負荷の保証電圧や定格電圧等である。電気負荷２４は、エアコンディショナーや、車載オーディオ、ヘッドランプ等を含んでいてもよい。なお、リレー２１は、イグニッションスイッチのオンによってオン状態とされる。

図２に発電モードの遷移を示すように、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７による発電時に、矩形波制御、同期整流制御、及びダイオード（Ｄｉ）整流を行う。回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７の回転速度と回転電機１７に要求される要求トルク（制動トルクを含む）とに基づいて、これらの発電モード及び力行モードを切り替える。

詳しくは図３に示すように、回転電機ＥＣＵ１４は、力行時、且つ回転速度が第１回転速度Ｆ１未満の領域Ａで、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を実施する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、力行時、且つ回転速度が第１回転速度Ｆ１以上の領域Ｂで、矩形波制御を実施する。第１回転速度Ｆ１は、要求トルクに応じて変化する値に設定されている。なお、第１回転速度Ｆ１は、要求トルクに依存しない固定値であってもよい。

力行時において、ＰＷＭ制御は、矩形波制御よりも回転電機１７の出力トルクを大きくできる一方で、回転電機１７の回転速度が上昇すると制御における負荷、及び、スイッチング損失が増加する。そこで、回転速度の低い領域ＡでＰＷＭ制御を実施し、回転速度の高い領域Ｂで矩形波制御を実施する。

また、回転電機ＥＣＵ１４は、発電時、且つ回転速度が第２回転速度Ｆ２（所定回転速度に相当）未満の領域Ｃで、矩形波制御を実施する。回転電機ＥＣＵ１４は、発電時、且つ回転速度が第２回転速度Ｆ２以上第３回転速度Ｆ３未満、且つ要求トルクが所定の負のトルクＴ１未満の領域Ｄで、同期整流制御を実施する（Ｆ２＜Ｆ３）。また、回転電機ＥＣＵ１４は、発電時、且つ回転速度が第２回転速度Ｆ２以上且つ要求トルクが負のトルクＴ１以上、又は回転速度が第３回転速度Ｆ３以上の領域Ｅで、ダイオード整流を実施する。第２回転速度Ｆ２及び第３回転速度Ｆ３は、それぞれ要求トルクに依らない固定値である。なお、第２回転速度Ｆ２及び第３回転速度Ｆ３は、それぞれ要求トルクに応じて変化する値に設定されていてもよい。

図４は、発電時の矩形波制御におけるスイッチＳｐ，Ｓｎの駆動信号及びデッドタイムＤＴ１を示すチャートである。同図に示すように、発電時の矩形波制御では、回転電機ＥＣＵ１４（矩形波制御部に相当）は、回転電機１７の各相に対応するスイッチＳｐ，Ｓｎを電気角１周期Ｒの半周期ずつ交互にオン（Ｈ信号）とオフ（Ｌ信号）とに切り替えるとともに、上アームスイッチＳｐをオンにする位相θ１（タイミングｔ１）を制御する。各相の位相は、互いに電気角１２０°ずれている。また、上アームスイッチＳｐをオンにする期間と下アームスイッチＳｎをオンにする期間との間には、スイッチＳｐ，Ｓｎを共にオフにするデッドタイムＤＴ１が設けられている。デッドタイムＤＴ１は、所定の固定値に設定されている。位相θ１は、回転電機１７の回転速度、及び要求トルク（あるいは要求発電電圧）に基づいて設定される。

矩形波制御を実施すると、電気角１周期当たりのスイッチング回数がオン操作とオフ操作とでそれぞれ１回だけであり、ＰＷＭ制御を実施した場合と比較して、電気角１周期当たりのスイッチング回数が少ない。このため、回転電機ＥＣＵ１４は、矩形波制御を実施することで、ＰＷＭ制御と比較してスイッチング回数を低減し、スイッチング損失を抑制することができる。

図５は同期整流制御時の動作を示すチャートであり、図６は同期整流制御時におけるスイッチＳｐ，Ｓｎの駆動信号及びデッドタイムＤＴ２を示すチャートである。図５，６に示すように、発電時の同期整流制御では、回転電機ＥＣＵ１４（同期整流制御部に相当）は、ダイオードＤｐ，Ｄｎに電流が流れる期間Ｔａ１，Ｔａ２に同期させて、電流が流れるダイオードＤｐ，Ｄｎに並列接続されたスイッチＳｐ，Ｓｎをオンにする。例えば、回転電機ＥＣＵ１４は、各相に流れる電流を検出し、各相において電流が流れたことが検出されたタイミングで対応するスイッチＳｐ，Ｓｎをオンにする。また、各相において電流が流れるタイミングを、予め実験等に基づいて取得しておき、そのタイミングで対応するスイッチＳｐ，Ｓｎをオンにしてもよい。図６に示すように、上アームスイッチＳｐをオンにする期間と下アームスイッチＳｎをオンにする期間との間には、スイッチＳｐ，Ｓｎが共にオフであるデッドタイムＤＴ２が生じている。デッドタイムＤＴ２は、期間Ｔａ１，Ｔａ２に応じて決まる可変値である。また、上アームスイッチＳｐをオンにする位相θ２（タイミングｔ２）は、各相に電流が流れるタイミングに応じて変化する。

また、回転電機ＥＣＵ１４は、ダイオード整流では、インバータ１３を構成する全てのスイッチＳｐ，Ｓｎをオフにし、各スイッチＳｐ，Ｓｎに並列接続されたダイオードＤｐ，Ｄｎにより整流を行う。図３において、発電電力（要求トルクの絶対値）の小さい領域では、同期整流制御におけるスイッチング損失がダイオード整流におけるダイオード損失よりも大きくなる。このため、回転電機ＥＣＵ１４は、発電電力が大きい領域Ｄで同期整流制御を実施し、発電電力が小さい領域Ｅ（回転速度＜Ｆ３）でダイオード整流を実施する。また、同期整流制御は、回転電機１７の回転速度が上昇すると制御における負荷が増加するため、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７の回転速度が高い領域Ｅ（回転速度≧Ｆ３）において、ダイオード整流を実施する。

ここで、同期整流制御による発電時に、回転電機１７により発電される電圧がバッテリ２２（第１コンデンサ１５）の電圧よりも低くなると、ダイオードＤｐ，Ｄｎに電流が流れなくなる。このため、同期整流制御による発電では、回転電機１７から電力を出力することができなくなる。

これに対して、本実施形態では、回転電機ＥＣＵ１４（タイミング変更部に相当）は、同期整流制御による発電時に、ダイオードＤｐ，Ｄｎに電流が流れなくなる場合に、同期整流制御においてスイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間を延長するようにスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを変更する。

詳しくは、回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電と矩形波制御による発電との切り替えに際して、同期整流制御においてスイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間の長さと矩形波制御においてスイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間の長さとの間の長さのオン期間になるように、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを変更する。スイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間を延長する構成として、スイッチＳｐ，Ｓｎをオンにするタイミングを早くする構成、スイッチＳｐ，Ｓｎをオフにするタイミングを遅くする構成、及びそれらの双方を行う構成等を採用することができる。回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御においてスイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間を延長する際に、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを徐々に変更する。例えば、回転電機ＥＣＵ１４は、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを連続的に変更したり、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを段階的に変更したりする。

矩形波制御による発電では、上アームスイッチＳｐがオンにされる位相θ１（タイミングｔ１）が制御される。また、同期整流制御部による発電では、上アームスイッチＳｐがオンにされる位相θ２（タイミングｔ２）が、各相に電流が流れるタイミングに応じて変化する。このため、矩形波制御による発電において上アームスイッチＳｐ（別の相の下アームスイッチＳｎ）がオンにされる位相θ１と、同期整流制御による発電において上アームスイッチＳｐ（別の相の下アームスイッチＳｎ）がオンにされる位相θ２とが異なることとなる。

そこで、回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電と矩形波制御部による発電との切り替えに際して、同期整流制御部において上アームスイッチＳｐがオンにされる位相θ２と矩形波制御において上アームスイッチＳｐがオンにされる位相θ１との間の位相になるように、上アームスイッチＳｐ（下アームスイッチＳｎ）のオンオフタイミングを変更する。回転電機ＥＣＵ１４は、スイッチＳｐ，Ｓｎをオンにする位相を変更する際に、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを徐々に変更する。

また、回転電機ＥＣＵ１４は、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングが変更された状態から同期整流制御による発電へ移行する際に、スイッチＳｐ，Ｓｎをオンにする期間を短縮するようにスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを変更する。スイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間を短縮する構成として、スイッチＳｐ，Ｓｎをオンにするタイミングを遅くする構成、スイッチＳｐ，Ｓｎをオフにするタイミングを早くする構成、及びそれらの双方を行う構成等を採用することができる。回転電機ＥＣＵ１４は、スイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間を短縮する際に、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを徐々に変更する。

こうした制御により、回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電と矩形波制御による発電との切り替えに際して、回転電機１７による発電出力（トルク、発電電力）の変化量が所定量よりも小さくなるようにスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを変更する。詳しくは、回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電と矩形波制御による発電とで、回転電機１７が出力するトルク（すなわち発電電力）が等しくなるスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングをそれぞれ算出する。そして、回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電でのスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングと、矩形波制御による発電でのスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングとの間で、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを徐々に変更する。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電時に、ダイオードＤｐ，Ｄｎに電流が流れなくなる場合に、同期整流制御においてスイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間Ｔａ１を延長するようにスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを変更する。このため、回転電機１７から電力を出力することができるようになり、回転電機１７の発電出力を増加させることができる。しかも、スイッチＳｐ，Ｓｎをスイッチングする回数は増加しないため、ＰＷＭ制御を行う場合と比較して、スイッチング損失が増加することを抑制することができる。

・スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングが変更された状態から同期整流制御による発電へ移行する際に、スイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間が短縮されるようにスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングが変更される。このため、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングが変更された状態から、同期整流制御による発電へ移行させることができる。

・回転電機ＥＣＵ１４により、スイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間が延長及び短縮される際に、スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングが徐々に変更される。このため、回転電機１７により作用するトルクや、出力される電流及び電圧が変動することを抑制することができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電と矩形波制御による発電との切り替えに際して、同期整流制御においてスイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間Ｔａ１の長さと矩形波制御によりスイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間（電気角１周期の半周期）の長さとの間の長さのオン期間になるようにスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを変更する。このため、回転電機１７から電力を出力する状態を維持しつつ、同期整流制御による発電と矩形波制御による発電とを切り替えることができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電と矩形波制御による発電との切り替えに際して、同期整流制御において上アームスイッチＳｐがオンにされる位相θ２と矩形波制御において上アームスイッチＳｐがオンにされる位相θ１との間の位相になるようにスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを変更する。このため、同期整流制御による発電と矩形波制御による発電との切り替えに際して、スイッチＳｐ，Ｓｎをオンにする位相が急変することを抑制することができる。ひいては、回転電機１７により作用するトルクや、出力される電流及び電圧が急変することを抑制することができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電と矩形波制御による発電との切り替えに際して、回転電機１７による発電出力の変化量が所定量よりも小さくなるようにスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを変更する。このため、同期整流制御による発電と矩形波制御による発電との切り替えに際して、回転電機１７において騒音や振動が発生することを抑制することができる。

・回転電機ＥＣＵ１４と、回転電機１７と、インバータ１３と、を備える回転電機ユニット１０において、スイッチング損失が増加することを抑制しつつ、回転電機１７の発電出力を増加させることができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
・回転電機ＥＣＵ１４は、同期整流制御による発電時に、ダイオードＤｐ，Ｄｎに電流が流れなくなる場合に限らず、ダイオードＤｐ，Ｄｎに流れる電流が所定電流よりも小さくなる場合に、同期整流制御においてスイッチＳｐ，Ｓｎがオンにされる期間Ｔａ１を延長するようにスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフタイミングを変更してもよい。所定電流としては、例えばダイオードＤｐ，Ｄｎに電流が流れているものの、回転電機１７の発電効率が所定効率よりも低下する電流を採用することができる。こうした構成によれば、回転電機１７から出力される電力を増加させることができ、回転電機１７の発電出力を増加させることができるとともに、回転電機１７の発電効率を向上させることができる。

・バッテリ２２に代えて、電気二重層キャパシタや、リチウムイオンキャパシタを採用することもできる。

・回転電機ＥＣＵ１４に代えて、エンジンＥＣＵ２０により、矩形波制御部、同期整流制御部、及びタイミング変更部の機能を実現することもできる。

・回転電機１７として、多相多重巻線を有する回転電機を採用することもできる。回転電機１７として、界磁巻線１２に代えて、ロータ５８に磁石を備えるものを採用することもできる。その場合は、回転電機１７の構成に応じて、インバータ１３の制御を変更すればよい。なお、インバータ１３の構成も、Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ全体を一体のモジュールとして構成したり、Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのうち２つを一体のモジュールとして構成したりしてもよい。また、回転電機１７として、車両を駆動することが可能な駆動力を発生するＭＧ（Motor Generator）や、オルタネータ（発電機）を採用することもできる。

１３…インバータ、１４…回転電機ＥＣＵ、１５…第１コンデンサ、１７…回転電機、２０…エンジンＥＣＵ、２２…バッテリ、２３…第２コンデンサ、Ｄｎ…下アームダイオード、Ｄｐ…上アームダイオード、Ｓｎ…下アームスイッチ、Ｓｐ…上アームスイッチ。

Claims (10)

1. 発電機能を有する回転電機（１７）と、蓄電装置（１５、２２、２３）と、ブリッジ接続されたスイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）と前記スイッチング素子にそれぞれ並列接続されたダイオード（Ｄｐ，Ｄｎ）とを有して前記回転電機と前記蓄電装置との間の電力変換を行う電力変換部（１３）と、を備える車両に適用され、前記回転電機を制御する制御装置（１４、２０）であって、
   前記回転電機による発電時に、前記ダイオードに電流が流れる期間に同期させて、電流が流れるダイオードに並列接続された前記スイッチング素子をオンにする同期整流制御部と、
   前記同期整流制御部による発電時に、前記ダイオードに流れる電流が所定電流よりも小さくなる場合に、前記同期整流制御部により前記スイッチング素子がオンにされる期間を延長するように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更するタイミング変更部と、
   を備える回転電機の制御装置。
2. 前記タイミング変更部は、前記同期整流制御部により前記スイッチング素子がオンにされる期間を延長する際に、前記スイッチング素子のオンオフタイミングを徐々に変更する請求項１に記載の回転電機の制御装置。
3. 前記タイミング変更部は、前記スイッチング素子のオンオフタイミングが変更された状態から前記同期整流制御部による発電へ移行する際に、前記スイッチング素子をオンにする期間を短縮するように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更する請求項１又は２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記タイミング変更部は、前記スイッチング素子をオンにする期間を短縮する際に、前記スイッチング素子のオンオフタイミングを徐々に変更する請求項３に記載の回転電機の制御装置。
5. 前記回転電機による発電時に、前記回転電機の各相に対応する前記スイッチング素子を電気角１周期の半周期ずつ交互にオンとオフとに切り替えるとともに、前記スイッチング素子をオンにする位相を制御する矩形波制御部（１４、２０）を備え、
   前記タイミング変更部は、前記同期整流制御部による発電と前記矩形波制御部による発電との切り替えに際して、前記同期整流制御部により前記スイッチング素子がオンにされる期間の長さと前記矩形波制御部により前記スイッチング素子がオンにされる期間の長さとの間の長さのオン期間になるように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
6. 前記タイミング変更部は、前記同期整流制御部による発電と前記矩形波制御部による発電との切り替えに際して、前記同期整流制御部により前記スイッチング素子がオンにされる位相と前記矩形波制御部により前記スイッチング素子がオンにされる位相との間の位相になるように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更する請求項５に記載の回転電機の制御装置。
7. 前記タイミング変更部は、前記スイッチング素子をオンにする位相を変更する際に、前記スイッチング素子のオンオフタイミングを徐々に変更する請求項６に記載の回転電機の制御装置。
8. 前記タイミング変更部は、前記同期整流制御部による発電と前記矩形波制御部による発電との切り替えに際して、前記回転電機による発電出力の変化量が所定量よりも小さくなるように前記スイッチング素子のオンオフタイミングを変更する請求項５〜７のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
9. 前記矩形波制御部は、前記回転電機の回転速度が所定回転速度よりも低い場合に、前記回転電機による発電時に、前記回転電機の各相に対応する前記スイッチング素子を電気角１周期の半周期ずつ交互にオンとオフとにするとともに、前記スイッチング素子をオンにする位相を制御し、
   前記同期整流制御部は、前記回転電機の回転速度が前記所定回転速度よりも高い場合に、前記回転電機による発電時に、前記ダイオードに電流が流れる期間に同期させて、電流が流れるダイオードに並列接続された前記スイッチング素子をオンにする請求項５〜８のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置（１４）と、
    前記回転電機（１７）と、前記電力変換部（１３）と、を備える回転電機ユニット（１０）。

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