JP6123627B2 - 車両用回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

車両用発電機は、出力端子に接続された充電線を介してバッテリや各種の電気負荷に充電電力や動作電力を供給している。この車両用発電機の発電動作時に出力端子やバッテリ端子が外れると、ロードダンプと称される過渡的な高電圧が発生する。このとき発生する電圧は、出力電流等にもよるが場合によっては１００Ｖ以上に達することがある。このようにして発生する高電圧は、電気負荷や車両用発電機内の各種素子の破損の原因になるため、何らかの対策（ロードダンプ保護）が必要になる。このような対策を行う従来技術としては、例えば車両用発電装置のブリッジ回路のローサイド素子をＭＯＳトランジスタで構成し、ロードダンプ発生時に車両用発電装置の出力電圧が基準電圧を超えたときにこれらのＭＯＳトランジスタをオンすることにより、高電圧の発生を抑制する保護動作を行うようにした車両用発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用発電装置では、ブリッジ回路のローサイド素子としての各ＭＯＳトランジスタをオンすることで出力電圧が再び基準電圧以下になると、各ＭＯＳトランジスタは再びオフされ、ブリッジ回路による通常の整流動作が再開されるようになっている。

特開平９−２１９９３８号公報

ところで、特許文献１に開示された車両用発電装置では、ロードダンプの保護回路の動作電圧はバッテリ７から供給されているため、バッテリ７の端子から充電線が外れるロードダンプが発生すると、保護動作が不安定になり、十分な保護動作を行うことができないという問題があった。このような場合には、車両用発電装置の出力端子から保護回路の動作電圧を生成することが可能であるが、保護動作によって出力電圧が低下しすぎると保護回路の正常動作が困難になる。このため、出力電圧が必要以上に低下しないように周期的に一時的な発電動作を繰り返す必要があり、ロードダンプ発生時に固定子巻線等に蓄積されたエネルギーが消滅するまで時間がかかり、出力端子が正常電圧（正常状態）に戻るまで時間がかかることになる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、安定したロードダンプ保護動作が可能であり、正常な電圧に戻るまでの時間を短縮することができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、界磁巻線、固定子巻線、電力変換器、ロードダンプ処理部を備えている。界磁巻線は、回転子の界磁極を磁化させる。固定子巻線は、界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する。電力変換器は、固定子巻線に発生した交流電圧を直流電圧に変換する。ロードダンプ処理部は、電力変換器の出力端子に接続された第１の電力供給路とは別の第２の電力供給路を介して動作電力が供給されており、出力端子の電圧が第１のしきい値電圧を超えたときにロードダンプ保護動作を行う。また、ロードダンプ処理部は、ロードダンプ保護動作時に界磁巻線に対する電流の供給を停止し、界磁巻線に実際に流れる電流が０あるいは所定値以下になったときにロードダンプ保護動作を終了させる。

第１の電力供給路から出力端子や電気負荷が外れてロードダンプが発生した場合であっても、この第１の電力供給路とは異なる第２の電力供給路を介して供給された電力でロードダンプ保護動作を行うことができるため、安定したロードダンプ保護動作が可能となる。また、出力端子の過度な電圧低下を考慮して周期的に発電動作を行う必要がないため、ロードダンプ発生時に固定子巻線等に蓄積されたエネルギーが消滅するまでの時間を短くすることができ、正常な電圧に戻るまでの時間を短縮することができる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 ＭＯＳモジュールの構成を示す図である。 Ｈブリッジ回路の構成を示す図である。 回転角センサの具体的な配置例を示す図である。 ロードダンプ保護を行う構成を示す図である。 制御回路の具体的な構成例を示す図である。 制御回路内のＬＤ処理部の具体的な構成を示す図である。 ロードダンプの終了条件の具体例を示す図である。 ロードダンプの終了条件の他の具体例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用回転電機について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、一実施形態の車両用回転電機１００は、２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂ、界磁巻線２、２つのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジ回路５、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９、電源回路１０、ダイオード１１、コンデンサ１２を含んで構成されている。この車両用回転電機１００は、ＩＳＧ（インテグレーテッド・スターター・ジェネレーター）と称されており、電動機の機能と発電機の機能を併せ持っている。

一方の固定子巻線１Ａは、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線１Ｂは、Ｘ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線１Ａに対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂと固定子鉄心によって固定子が構成されている。なお、固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれの相数は３以外であってもよい。

界磁巻線２は、ベルトあるいはギアを介してエンジンとの間で駆動力の入出力を行う回転軸を有する回転子に磁界を発生させるためのものであり、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。

一方のＭＯＳモジュール群３Ａは、一方の固定子巻線１Ａに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このＭＯＳモジュール群３Ａは、発電動作時に固定子巻線１Ａに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部（高電圧バッテリ２００）から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線１Ａに印加する電力変換器として動作する。ＭＯＳモジュール群３Ａは、固定子巻線１Ａの相数に対応する３個のＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷを備えている。ＭＯＳモジュール３ＡＵは、固定子巻線１Ａに含まれるＵ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＡＶは、固定子巻線１Ａに含まれるＶ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＡＷは、固定子巻線１Ａに含まれるＷ相巻線に接続されている。

図２に示すように、ＭＯＳモジュール３ＡＵは、２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１、電流検出用抵抗３２を備えている。一方のＭＯＳトランジスタ３０は、ソースが固定子巻線１ＡのＵ相巻線に接続され、ドレインがパワー電源端子ＰＢに接続された上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子である。パワー電源端子ＰＢは、例えば定格４８Ｖの高電圧バッテリ２００（第１のバッテリ）や高電圧負荷２１０の正極端子に接続されている。他方のＭＯＳトランジスタ３１は、ドレインがＵ相巻線に接続され、ソースが電流検出用抵抗３２を介してパワーグランド端子ＰＧＮＤに接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。これら２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１からなる直列回路が高電圧バッテリ２００の正極端子と負極端子の間に配置され、これら２つのＭＯＳトランジスタ３０、３１の接続点にＰ端子を介してＵ相巻線が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ３０のゲート、ソース、ＭＯＳトランジスタ３１のゲート、電流検出用抵抗３２の両端のそれぞれがＵＶＷ相ドライバ４Ａに接続されている。

ＭＯＳトランジスタ３０、３１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ３０、３１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。

なお、ＭＯＳモジュール３ＡＵ以外のＭＯＳモジュール３ＡＶ、３ＡＷや後述するＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺも基本的に同じ構成を有しており、詳細な説明は省略する。

他方のＭＯＳモジュール群３Ｂは、他方の固定子巻線１Ｂに接続されており、全体で三相ブリッジ回路が構成されている。このＭＯＳモジュール群３Ｂは、発電動作時に固定子巻線１Ｂに誘起される交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電動動作時に外部（高電圧バッテリ２００）から印加される直流電圧を交流電圧に変換して固定子巻線１Ｂに印加する電力変換器として動作する。ＭＯＳモジュール群３Ｂは、固定子巻線１Ｂの相数に対応する３個のＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺを備えている。ＭＯＳモジュール３ＢＸは、固定子巻線１Ｂに含まれるＸ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＢＹは、固定子巻線１Ｂに含まれるＹ相巻線に接続されている。ＭＯＳモジュール３ＢＺは、固定子巻線１Ｂに含まれるＺ相巻線に接続されている。

ＵＶＷ相ドライバ４Ａは、３個のＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷのそれぞれに含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１を駆動するためにそれぞれのゲートに入力する制御信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を取り込んで増幅する。同様に、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂは、３個のＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺのそれぞれに含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１を駆動するためにそれぞれのゲートに入力する制御信号を生成するとともに、電流検出用抵抗３２の両端電圧を取り込んで増幅する。上述した一方のＭＯＳモジュール群３ＡとＵＶＷ相ドライバ４Ａによって第１のインバータ装置が構成されている。また、他方のＭＯＳモジュール群３ＢとＸＹＺ相ドライバ４Ｂによって第２のインバータ装置が構成されている。

Ｈブリッジ回路５は、界磁巻線２の両端に接続されており、界磁巻線２に励磁電流を供給する励磁回路である。図３に示すように、Ｈブリッジ回路５は、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、２つのダイオード５２、５３、電流検出用抵抗５４を備えている。ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とローサイド側のダイオード５２が直列に接続されており、この接続点に界磁巻線２の一方端が接続されている。また、ハイサイド側のダイオード５３とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１と電流検出用抵抗５４とが直列に接続されており、ダイオード５３とＭＯＳトランジスタ５１の接続点に界磁巻線２の他方端が接続されている。このＨブリッジ回路５は、パワー電源端子ＰＢとパワーグランド端子ＰＧＮＤのそれぞれに接続されている。ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオンすることにより、Ｈブリッジ回路５から界磁巻線２に励磁電流が供給される。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のいずれかをオフすることにより励磁電流の供給が停止されるとともに、ダイオード５２、５３のいずれかを介して界磁巻線２を流れる励磁電流を環流させることができる。

Ｈブリッジドライバ６は、Ｈブリッジ回路５に含まれるＭＯＳトランジスタ５０、５１の各ゲートに入力する駆動信号を生成するとともに、電流検出用抵抗５４の両端電圧を取り込んで増幅する。

回転角センサ７は、回転子の回転角を検出する。例えば、永久磁石とホール素子を用いて回転角センサ７を構成することができる。具体的には、図４に示すように、回転子２０の回転軸２１先端に永久磁石２２を固定するとともに、この永久磁石２２と対向する位置にホール素子２３、２４を配置（例えば、永久磁石２２の外周近傍であって互いに９０°隔たった位置に配置されている）する。その出力を取り出すことにより、永久磁石２２とともに回転する回転子２０の回転角を検出することができる。なお、回転角センサ７は、ホール素子２３、２４以外を用いて構成するようにしてもよい。また、図４に示した永久磁石２２の配置や取付方法は一例であって、回転軸２１やその周辺構造に合わせて適宜変更するようにしてもよい。

制御回路８は、車両用回転電機１００の全体を制御する。この制御回路８には、アナログ−デジタル変換器やデジタル−アナログ変換器が備わっており、他の構成との間で信号の入出力を行う。制御回路８は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）によって構成されており、所定の制御プログラムを実行することにより、ＵＶＷドライバ４Ａ、ＸＹＺドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６を制御して車両用回転電機１００を電動機や発電機として動作させたり、ロードダンプ発生時の保護動作などの各種処理を行う。

入出力回路９は、制御用ハーネス３１０を介して外部との間の信号の入出力や、高電圧バッテリ２００の端子電圧やパワーグランド端子ＰＧＮＤの電圧のレベル変換等を行う。入出力回路９は、入出力される信号や電圧を処理するための入出力インタフェースであって、例えばカスタムＩＣによって必要な機能が実現されている。

電源回路１０は、定格１２Ｖの低電圧バッテリ２０２（第２のバッテリ）が接続されており、例えばスイッチング素子をオンオフしてその出力をコンデンサで平滑することにより、５Ｖの動作電圧を生成する。この動作電圧によって、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９が動作する。

コンデンサ１２は、電動動作させるためにＭＯＳモジュール３ＡＵ等のＭＯＳトランジスタ３０、３１をオンオフする際に発生するスイッチングノイズを除去あるいは低減するためのものである。図１に示す例では１つのコンデンサ１２が用いられているが、スイッチングノイズの大きさに応じて適宜その数を変更することができる。

上述したＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジ回路５、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７（回転子に取り付けられた永久磁石を除く）、制御回路８、入出力回路９、電源回路１０が制御基板１０２に搭載されている。

また、図１に示すように、車両用回転電機１００には、パワー電源端子ＰＢ、パワーグランド端子ＰＧＮＤや、制御グランド端子ＣＧＮＤと制御電源端子ＣＢと制御用ハーネス３１０などが取り付けられるコネクタ４００が備わっている。パワー電源端子ＰＢは、高電圧の正極側入出力端子であり、高電圧バッテリ２００や高電圧負荷２１０が所定のケーブル（第１の電力供給線）を介して接続される。制御電源端子ＣＢは、低電圧の正極側入力端子であり、低電圧バッテリ２０２や低電圧負荷２０４が所定のケーブル（第２の電力供給線）を介して接続される。

パワーグランド端子ＰＧＮＤは、第１のグランド端子であって、パワー系回路を接地するためのものである。このパワーグランド端子ＰＧＮＤは、第１の接続線としての接地用ハーネス３２０を介して車両フレーム５００に接続されている。上述したＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ（電力変換器）およびＨブリッジ回路５（励磁回路）がパワー系回路である。このパワー系回路には、固定子巻線１Ａ、１Ｂや界磁巻線２と共通の電流が流れるパワー素子としてのＭＯＳトランジスタ３０、３１、５０、５１が含まれている。

また、制御グランド端子ＣＧＮＤは、パワーグランド端子ＰＧＮＤとは別に設けられた第２のグランド端子であって、制御系回路を接地するためのものである。この制御グランド端子ＣＧＮＤは、接地用ハーネス３２０とは別の接地用ケーブル３３０（第２の接続線）を介して接地されている。この制御グランド端子ＣＧＮＤと車両用回転電機１００のフレーム（以後、「ＩＳＧフレーム」と称する）１１０との間には、入出力回路９の内部配線を介してダイオード１１が挿入されている。具体的には、ダイオード１１のカソードがフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤに接続されており、このフレームグランド端子ＦＬＭＧＮＤがＩＳＧフレーム１１０に接続されている。上述したＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６、回転角センサ７、制御回路８、入出力回路９、切断スイッチ１３Ａ、１３Ｂなどが制御系回路である。なお、この接地用ケーブル３３０の接続先は、車両側に用意されたグランド電位（０Ｖ）の部位であり、電圧変動がないものとする。また、図１では、ダイオード１１は入出力回路９の外部に設けられているが、ダイオード１１を入出力回路９に搭載するようにしてもよい。

コネクタ４００は、パワー電源端子ＰＢ、パワーグランド端子ＰＧＮＤ以外の端子（制御グランド端子ＣＧＮＤや制御電源端子ＣＢなど）に制御用ハーネス３１０や接地用ケーブル３３０、その他のケーブルを取り付けるためのものである。

上述した車両用回転電機１００のＩＳＧフレーム１１０は、例えばアルミダイカストによって形成された導電体であり、このＩＳＧフレーム１１０がエンジン（Ｅ／Ｇ）ブロック５１０にボルトによって固定されている。さらに、エンジンブロック５１０は接地用ハーネス３２２によって車両フレーム５００に接続されている。

本実施形態の車両用回転電機１００はこのような構成を有しており、次に、パワー電源端子ＰＢに接続されたケーブルやこのケーブルに接続された高電圧バッテリ２００や高電圧負荷２１０が外れてパワー電源端子ＰＢの電圧が所定のしきい値電圧（第１のしきい値電圧）を超えるロードダンプが発生する場合の保護動作について説明する。

本実施形態では、図５に示すように、ロードダンプ保護を行うために、入力出力回路９内に抵抗９１、９２、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）９４が備わっている。また、制御回路８には、ＬＤ（ロードダンプ）判定部８２、ＬＤ処理部８４が備わっている。ＬＤ判定部８２、ＬＤ処理部８４がロードダンプ処理部に対応する。

抵抗９１、９２は、分割回路を構成しており、パワー電源端子ＰＢの電圧Ｖ_PB（電力変換器の出力端子の電圧）を分圧した電圧Ｖ_PB’を生成する。アナログ−デジタル変換器９４は、この分圧電圧Ｖ_PB’をデジタルデータ（出力電圧データ）に変換する。なお、このアナログ−デジタル変換器９４は、入出力回路９に設ける代わりに、制御回路８内に設けるようにしてもよい。

ＬＤ判定部８２は、ロードダンプの発生および終了を判定する。例えば、ＬＤ判定部８２は、アナログ−デジタル変換器９４から出力される出力電圧データに基づいて、パワー電源端子ＰＢの電圧Ｖ_PBが第１のしきい値電圧Ｖ１を超えたときにロードダンプが発生した旨の判定を行う。また、ＬＤ判定部８２は、所定のＬＤ終了条件を満たしたときに、発生したロードダンプが終了した旨の判定を行う。ロードダンプの終了判定の具体例については後述する。

ＬＤ処理部８４は、ロードダンプ発生時に第１のしきい値電圧Ｖ２を超えて高くなったパワー電源端子ＰＢの電圧Ｖ_PBを低下させる動作（ロードダンプ保護動作）を行う。この保護動作は、ロードダンプの終了条件を満たすまで行われる。定格４８Ｖの高電圧バッテリ２００を用いる場合にパワー電源端子ＰＢの電圧Ｖ_PBが６０Ｖを超えないようにロードダンプ保護動作を行うものとし、例えば、第１のしきい値電圧Ｖ１が５８Ｖに設定されている。

（ロードダンプ保護動作の具体例１）
ＬＤ処理部８４は、Ｈブリッジドライバ６に指示を送って界磁巻線２に対する励磁電流の供給を停止させるとともに、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂに指示を送って、ＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂに含まれる全ての下アーム（ローサイド側）のＭＯＳトランジスタ３１をオンする。このとき、全ての上アーム（ハイサイド側）のＭＯＳトランジスタ３０はオフされる。このようにＭＯＳトランジスタ３０、３１を制御することにより、固定子巻線１Ａ、１Ｂに含まれる各相巻線に流れる電流をＭＯＳトランジスタ３１を介して循環させることができる。このようにして、パワー電源端子ＰＢの電圧Ｖ_PBを速やかに低下させるロードダンプ保護動作が行われる。

なお、上述した説明では、下アームのＭＯＳトランジスタ３１をオンし、上アームのＭＯＳトランジスタ３０をオフしたが、反対に、上アームのＭＯＳトランジスタ３０をオンし、下アームのＭＯＳトランジスタ３１をオフすることによりロードダンプ保護動作を行うようにしてもよい。

（ロードダンプ保護動作の具体例２）
ＬＤ処理部８４は、Ｈブリッジドライバ６に指示を送って界磁巻線２に対する励磁電流の供給を停止させるとともに、発電トルクを抑制するとともに無効電流を増加させるために、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂに指示を送って、固定子巻線１Ａ、１Ｂのそれぞれに流れるｑ軸電流を０に、ｄ軸電流を０以外の所定値に制御する。この具体例２に対応して図６および図７に示す構成が備わっている。

図６に示すように、ＵＶＷ相ドライバ４Ａは、ＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷ内の各電流検出用抵抗３２の両端電圧を増幅する３つの増幅器４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗを備えている。同様に、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂは、ＭＯＳモジュール３ＢＸ、３ＢＹ、３ＢＺ内の各電流検出用抵抗３２の両端電圧を増幅する３つの増幅器４０Ｘ、４０Ｙ、４０Ｚを備えている。また、Ｈブリッジドライバ６は、Ｈブリッジ回路５内の電流検出用抵抗５４の両端電圧を増幅する増幅器６０を備えている。

また、制御回路８は、図６に示すように、上述したＬＤ判定部８２、ＬＤ処理部８４と、７つのアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）８０Ｕ、８０Ｖ、８０Ｗ、８０Ｘ、８０Ｙ、８０Ｚ、８１とを備えている。７つのアナログ−デジタル変換器８０Ｕ等のそれぞれは、ＵＶＷ相ドライバ４Ａ、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂ、Ｈブリッジドライバ６内の増幅器６０等と１対１に対応しており、対応する増幅器４０Ｕ等の出力電圧をデジタルデータ（相電流データ、励磁電流データ）に変換する。

ＬＤ処理部８４は、図７に示すように、ＵＶＷ相ドライバ４Ａに対応する三相−二相変換器（３／２）１８０、加算器１８１、電流制御部１８２、二相／三相変換器（２／３）１８３、ＰＷＭ制御部１８４と、ＸＹＺ相ドライバ４Ｂに対応する三相−二相変換器２８０、加算器２８１、電流制御部２８２、二相／三相変換器２８３、ＰＷＭ制御部２８４とを備える。ＵＶＷ相ドライバ４Ａに対応する構成とＸＹＺ相ドライバ４Ｂに対応する構成は、基本的に同じであるため、以下ではＵＶＷ相ドライバ４Ａに対応する一方の構成について説明を行うものとする。

三相−二相変換器１８０は、アナログ−デジタル変換器８０Ｕ、８０Ｖ、８０Ｗから出力されるその時点における相電流データｉｕ、ｉｖ、ｉｗと回転角センサ７によって検出された回転角データθとが入力されており、これらに基づいてｄ軸電流データｉｄとｑ軸電流データｉｑを検出（計算）する。

加算器１８１は、ｄ軸電流の指令値ｉｄ^*とｑ軸電流の指令値ｉｑ^*が入力されており、これらの指令値ｉｄ^*、ｉｑ^*と、検出された電流データｉｄ、ｉｑとの差分を演算して出力する。例えば、駆動トルクに関連するｑ軸電流の指令値ｉｑ^*は０に設定され、無効電力に関連するｄ軸電流の指令値ｉｄ^*は０以外の所定値（その時点における電圧Ｖ_PBや固定子巻線１Ａの抵抗値などで決まる所定値、あるいは固定値）に設定される。ｄ軸の差分データをΔｉｄ、ｑ軸の差分データをΔｉｑとすると、
Δｉｄ＝ｉｄ^*−ｉｄ
Δｉｑ＝ｉｑ^*−ｉｑ
となる。なお、図７では、ｄ軸成分とｑ軸成分の両方について１つの加算器１８１で演算しているように図示したが、実際には、ｄ軸成分について差分を演算する加算器１８１と、ｑ軸成分について差分を演算する加算器１８１とが別々に設けられている。

電流制御部１８２は、ＰＩ制御等を行うことにより、上述したｄ軸、ｑ軸電流のそれぞれの差分データΔｉｄ、Δｉｑを、これらに対応するｄ軸、ｑ軸の電圧データＶｄ、Ｖｑに変換する。二相−三相変換器１８３は、電流制御部１８２から出力される電圧データＶｄ、Ｖｑと回転角センサ７によって検出された回転角データθとが入力されており、これらの電圧データＶｄ、Ｖｑに対応する相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。ＰＷＭ制御部１８４は、相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを各相巻線に発生させるために必要なＰＷＭ信号を各相毎に生成する。このＰＷＭ信号はＵＶＷ相ドライバ４Ａに入力され、ＵＶＷ相ドライバ４Ａは、このＰＷＭ信号でＭＯＳモジュール３ＡＵ、３ＡＶ、３ＡＷに含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１を駆動する。

このように制御することにより、駆動トルク（発電トルク）を抑制するとともに無効電流を増加させて、ロードダンプ発生時に固定子巻線１Ａ、１Ｂやコンデンサ１２などに蓄積されたエネルギーを速やかに解消することができる。

次に、ロードダンプの終了判定の具体例について説明する。例えば、ロードダンプの終了判定の具体例として、以下に示す２つのケースが考えられる。

（ロードダンプの終了判定の具体例１）
図８に示すように、界磁巻線２に対する界磁電流の供給が停止された後、実際に界磁巻線２に環流する界磁電流の値が０（あるいは、所定値以下）になったときに、ロードダンプが終了した旨の判定が行われる。図８（図９についても同様）において、「Ｖ_PB」はパワー電源端子ＰＢの電圧を、「ＬＤ保護」はロードダンプ保護の動作状態（ハッチングが付された領域が保護動作中であることを示している）を示している。また、「ＨブリッジＳＷ」はＨブリッジ回路５による励磁電流の供給状態（ハイレベルが励磁電流の供給状態を、ローレベルが供給停止状態）を示している。なお、界磁巻線２に対する励磁電流の供給が停止された後も、界磁巻線２に流れる環流電流を検出する必要があるため、励磁電流の供給停止は、Ｈブリッジ回路５内のＭＯＳトランジスタ５０をオフし、ＭＯＳトランジスタ５１をオンすることにより行われる。また、「Ｉｆ」は界磁巻線２に流れる励磁電流を示している。

（ロードダンプの終了判定の具体例２）
図９に示すように、界磁巻線２に対する界磁電流の供給が停止された後、パワー電源端子ＰＢの電圧Ｖ_PBが第２のしきい値電圧Ｖ２まで低下したときに、ロードダンプが終了した旨の判定が行われる。定格４８Ｖの高電圧バッテリ２００を用いる場合に、例えば、第２のしきい値電圧Ｖ２が５２Ｖに設定されている。なお、この場合の第２のしきい値電圧Ｖ２（＝５２Ｖ）は、異常が発生していない通常時の発電電圧を想定しているが、通常時の発電電圧よりも低く、あるいは、高く第２のしきい値電圧Ｖ２を設定するようにしてもよい。なお、上述したロードダンプの終了判定の具体例１、２は、いずれか一方に該当する場合にロードダンプが終了した旨の判定を行う場合の他、両方に該当する場合にロードダンプが終了した旨の判定を行うようにしてもよい。

このように、本実施形態の車両用回転電機１００では、第１の電力供給路から出力端子（パワー電源端子ＰＢ）や電気負荷２１０が外れてロードダンプが発生した場合であっても、この第１の電力供給路とは異なる第２の電力供給路を介して供給された電力でＬＤ判定部８２やＬＤ処理部８４によるロードダンプ保護動作を行うことができるため、安定したロードダンプ保護動作が可能となる。また、出力端子の過度な電圧低下を考慮して周期的に発電動作を行う必要がないため、ロードダンプ発生時に固定子巻線１Ａ、１Ｂ等に蓄積されたエネルギーが消滅するまでの時間を短くすることができ、正常な電圧に戻るまでの時間を短縮することができる。

また、パワー電源端子ＰＢに接続された高電圧バッテリ２００とに低電圧バッテリ２０２が接続されており、この低電圧バッテリ２０２に接続された電源回路１０によって、ＬＤ判定部８２やＬＤ処理部８４によるロードダンプ保護動作に必要な電力が生成されている。これにより、ロードダンプ保護動作に必要な電力を確実に確保することが可能となる。

また、ＬＤ処理部８４は、発電トルクを抑制するとともに無効電流を増加させることによりロードダンプ保護動作を行っている。また、ＬＤ処理部８４は、固定子巻線１Ａ、１Ｂに流れるｑ軸電流を０に、ｄ軸電流を０以外の所定値に制御することによりロードダンプ保護動作を行っている。これにより、エンジンに負荷をかけることなく、速やかにロードダンプによる過大な出力電圧を低下させることができる。

あるいは、ＬＤ処理部８４は、ＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂに含まれる全ての上アームあるいは全ての下アームに対応するＭＯＳトランジスタ３１（あるいは３１）をオンすることによりロードダンプ保護動作を行っている。これにより、簡単な制御によって、ロードダンプによる過大な出力電圧を低下させることができる。

また、ＬＤ判定部８２は、パワー電源端子ＰＢの電圧Ｖ_PB（出力電圧）が第１のしきい値電圧Ｖ１よりも低い第２のしきい値電圧Ｖ２まで低下したときにロードダンプ保護動作が終了した旨の判定を行っている。このように、出力端子の電圧を監視することにより、容易にロードダンプの終了を判定することが可能となる。

あるいは、ＬＤ判定部８２は、ロードダンプ保護動作時に界磁巻線２に対する電流の供給を停止した後に界磁巻線２に実際に流れる電流が０あるいは所定値以下になったときにロードダンプ保護動作が終了した旨の判定を行っている。このように、実際に界磁巻線２に流れる電流を監視することにより、固定子巻線１Ａ、１Ｂ等に蓄積されたエネルギーが消滅することによるロードダンプの終了を判定することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、２つの固定子巻線１Ａ、１Ｂと２つのＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂを備えるようにしたが、１つあるいは３つ以上の固定子巻線やＭＯＳモジュールを備えた車両用回転電機についても本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、第１の電力供給路から出力端子や電気負荷が外れてロードダンプが発生した場合であっても、この第１の電力供給路とは異なる第２の電力供給路を介して供給された電力でロードダンプ保護動作を行うことができるため、安定したロードダンプ保護動作が可能となる。

１Ａ、１Ｂ 固定子巻線
２ 界磁巻線
３Ａ、３Ｂ ＭＯＳモジュール群
１０ 電源回路
２０ 回転子
３０、３１ ＭＯＳトランジスタ
８２ ＬＤ判定部
８４ ＬＤ処理部
２００ 高電圧バッテリ
２０２ 低電圧バッテリ

Claims (6)

1. 回転子（２０）の界磁極を磁化させる界磁巻線（２）と、
   前記界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する固定子巻線（１Ａ、１Ｂ）と、
   前記固定子巻線に発生した交流電圧を直流電圧に変換する電力変換器（３Ａ、３Ｂ）と、
   前記電力変換器の出力端子に接続された第１の電力供給路とは別の第２の電力供給路を介して動作電力が供給されており、前記出力端子の電圧が第１のしきい値電圧を超えたときにロードダンプ保護動作を行うロードダンプ処理部（８２、８４）と、
   を備え、前記ロードダンプ処理部は、ロードダンプ保護動作時に前記界磁巻線に対する電流の供給を停止し、前記界磁巻線に実際に流れる電流が０あるいは所定値以下になったときにロードダンプ保護動作を終了させることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記電力変換器の出力端子が接続される第１のバッテリ（２００）とは別の第２のバッテリ（２０２）が接続されており、前記ロードダンプ処理部の動作電力を生成する電源回路（１０）をさらに備えることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記ロードダンプ処理部は、発電トルクを抑制するとともに無効電流を増加させることによりロードダンプ保護動作を行うことを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、
   前記ロードダンプ処理部は、前記固定子巻線に流れるｑ軸電流を０に、ｄ軸電流を０以外の所定値に制御することによりロードダンプ保護動作を行うことを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１または２において、
   前記電力変換器は、上アームおよび下アームの少なくとも一方をスイッチング素子（３０、３１）によって構成したブリッジ回路を有し、
   前記ロードダンプ処理部は、全ての上アームあるいは全ての下アームに対応する前記スイッチング素子をオンすることによりロードダンプ保護動作を行うことを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、
   前記ロードダンプ処理部は、前記電力変換器の出力端子の電圧が前記第１のしきい値電圧よりも低い第２のしきい値電圧まで低下したときにロードダンプ保護動作を終了することを特徴とする車両用回転電機。

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