JP6127910B2 - 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。

従来から、界磁巻線と永久磁石を含む回転子を備え、界磁巻線の電流の向きを反対にすることにより、不要な発電電力を抑制するようにした発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この発電装置では、界磁巻線への通電方向と電流との両方を制御することにより、界磁巻線の磁束が永久磁石の磁束と逆方向に作用して打ち消す状態とすることが可能であり、発電抑制時の発電を停止あるいは低減することができる。

特許第３０６３１０６号公報

ところで、特許文献１に開示された発電装置では、界磁巻線への通電方向を反対にすることで永久磁石の磁束を打ち消しているため、この通電方向を反対にする回路が故障した場合に発電を抑制することができなくなるという問題があった。この場合には、車両用発電機が過発電になって出力電圧が上昇してしまうため、過充電状態になるおそれがある。

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、永久磁石を含む回転子を用いる場合に過発電状態を回避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、回転子、固定子、電力変換器、第１および第２の発電抑制部、故障検出部を備えている。回転子は、界磁巻線と永久磁石を有する。固定子は、回転子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を有する。電力変換器は、スイッチング素子をオンオフすることにより、固定子巻線に発生した交流電圧を直流電圧に変換する。第１の発電抑制部は、永久磁石によって発生する磁束を打ち消すように、界磁巻線に供給する電流を制御することにより発電抑制を行う。第２の発電抑制部は、永久磁石によって発生する磁束を打ち消すように、電力変換器に含まれるスイッチング素子をオンオフ制御することにより発電抑制を行う。故障検出部は、第１の発電抑制部の故障の有無を検出する。また、第２の発電抑制部は、故障検出部によって第１の発電抑制部の故障が検出されたときに、弱め界磁制御を行うことにより発電抑制を行う。永久磁石を有する回転子を用いる場合であっても、２種類の発電抑制部を備えることにより、確実に過発電状態を回避することが可能となる。

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。 回転子と固定子を示す断面図である。 回転子の斜視図である。 発電抑制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。 制御回路内の第２の発電抑制部の具体的な構成を示す図である。

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１６（図５）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１６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１６によって固定子１４が構成されており、回転子が発生する回転磁界によって固定子巻線１Ａ、１Ｂに交流電圧を発生している。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、界磁極となるランデル型鉄心に巻装されて回転子を構成している。また、この回転子には、ランデル型鉄心の爪状磁極間に、漏洩磁束を防ぐ向きに配置された永久磁石を有するが、この構成については後述する。

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、４つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２、５３、電流検出用抵抗５４、５５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ＭＯＳトランジスタ５２と電流検出用抵抗５５とが直列に接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０とＭＯＳトランジスタ５２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ＭＯＳトランジスタ５１とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５３と電流検出用抵抗５４とが直列に接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１とＭＯＳトランジスタ５３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。発電動作時には、ＭＯＳトランジスタ５０、５３をオン（このとき他のＭＯＳトランジスタ５１、５２はオフ）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。この状態でＭＯＳトランジスタ５０、５３のいずれか一方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、ＭＯＳトランジスタ５２、５１のいずれかの寄生ダイオードを介して界磁巻線２を流れる励磁電流を環流させることができる。

また、ＭＯＳトランジスタ５１、５２をオン（このとき他のＭＯＳトランジスタ５０、５３はオフ）することにより、Ｈブリッジ回路５から界磁巻線２に、上述した発電動作時とは逆向きの電流を供給することができる。

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５０〜５３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、５５の両端電圧を取り込んで増幅する。

なお、上述した説明では、界磁巻線２に流れる発電時の電流値と非発電時（発電抑制時）の電流値を別々に検出するために２つの電流検出用抵抗５４、５５を用いたが、界磁巻線２に直列に電流検出用抵抗を挿入し、この電流検出用抵抗を用いて発電時と非発電時の双方の電流値を検出するようにしてもよい。

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、発電抑制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、発電抑制を行って過発電状態を回避する動作について説明する
本実施形態では、界磁極に永久磁石が挿入された回転子２０が用いられている。具体的には、図６に示すように、回転子２０は、回転軸２１と一体になって回転するものであり、一対のランデル型鉄心２５と、ランデル型鉄心２５を磁化する界磁巻線２と、回転軸６の後方端部近傍に設けられて界磁巻線２の両端に接続されたスリップリング２６とを含んで構成されている。また、回転子２０は、それぞれのランデル型鉄心２５の軸方向端面に取り付けられた冷却ファン２７、２８（図５）と、一対のランデル型鉄心２５の隣接する爪状磁極間に配置されてこれらの間の漏洩磁束を低減する向きに着磁された永久磁石２９とを含んで構成されている。永久磁石２９は、例えばネオジウム磁石などの希土類磁石が用いられている。このような永久磁石２９を用いることによる出力増大が可能になる。また、それぞれの永久磁石２９は、ステンレスなどの非磁性材料により成形された磁石保持器に収納された状態で回転子２０に保持されている。

このように、回転子２０には、隣接するランデル型鉄心２５の爪状磁極間の漏洩磁束を低減する向きに着磁された永久磁石２９が備わっているため、界磁巻線２に対する励磁電流の供給を停止しただけでは、回転子２０の回転磁界の発生を停止することはできない。したがって、高電圧バッテリ２００が満充電に近い場合（あるいは、目標とする充電量に達した場合）や、使用する電気負荷２１０が小さい場合等において、発電が不要な場合には、界磁巻線２に対する励磁電流の供給を停止する以外の発電抑制の工夫が必要となる。

このため、本実施形態では、以下の２種類の発電抑制方法が行われる。
（１）界磁巻線２に、通常発電時とは反対の向きに電流を流して、永久磁石２９によって発生した磁束を打ち消す。
（２）電力変換器（ＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ）に含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１をオンオフして弱め界磁制御を行うことにより、永久磁石２９によって発生した磁束を打ち消す。

このような２種類の発電抑制方法を実施するために、図７に示すように、本実施形態の制御回路８には、発電抑制判定部８２、第１の発電抑制部８４、故障検出部８６、第２の発電抑制部８８が備わっている。

発電抑制判定部８２は、発電抑制の実施の要否を判定する。高電圧バッテリ２００が満充電に近い場合、目標とする充電量に達した場合、使用する電気負荷２１０が小さい場合等において、発電が不要なときには、永久磁石２９によって発生する磁束によって形成される回転磁界によって発電が行われないように発電抑制制御を行う必要があり、この発電抑制制御の要否が判定される。例えば、界磁巻線２に対する励磁電流の供給を停止してもパワー電源端子ＰＢの電圧Ｖ_PBの上昇が止まらない場合に発電抑制制御が必要であると判定される。なお、この発電抑制判定部８２によって行われる判定動作自体は、車両用回転電機１００とは別の外部制御装置（図示せず）によって行うようにしてもよい。

第１の発電抑制部８４は、回転子２０に備わった永久磁石２９によって発生する磁束（ランデル型鉄心２５と固定子鉄心１６を通る磁束）を打ち消すように、界磁巻線２に供給する電流を制御する。第１の発電抑制制御部８４は、Ｈブリッジドライバ６に指示を送り、Ｈブリッジ回路回路５内のＭＯＳトランジスタ５１、５２をオンするとともに、ＭＯＳトランジスタ５０、５３をオフすることにより、Ｈブリッジ回路５から界磁巻線２に、発電動作時とは逆向きの電流を供給して発電抑制を行う。

故障検出部８６は、第１の発電抑制部８４の故障の有無を検出する。例えば、第１の発電抑制部８４の制御によって界磁巻線２に発電動作時と逆向きの電流を供給する動作を行ったにもかかわらず、界磁巻線２に流れる電流が逆向きにならない場合（あるいは、逆向きになったが指定した電流値に達しない場合）に、第１の発電抑制部８４が故障した旨の判定が行われる。あるいは、第１の発電抑制部８４の制御によって界磁巻線２に発電動作時と逆向きの電流を供給する動作を行ったにもかかわらず、出力電流（パワー電源端子ＰＢから出力される電流）が減少しない場合や出力電圧（パワー電源端子ＰＢの電圧Ｖ_PB）が低下しない場合に、第１の発電抑制部８４が故障した旨の判定が行われる。なお、検出の対象となる第１の発電抑制部８４の故障には、第１の発電抑制部８４自体の故障の他に、第１の発電抑制部８４の制御によって発電抑制を行うために必要な構成の故障も含まれる。例えば、Ｈブリッジ回路５内のＭＯＳトランジスタ５１、５２のオープン故障や、Ｈブリッジドライバ６においてこれらのＭＯＳトランジスタ５１、５２を駆動する部分の故障なども含まれる。

第２の発電抑制部８８は、回転子２０に備わった永久磁石２９によって発生する磁束を打ち消すように、電力変換器（ＭＯＳモジュール群３Ａ、３Ｂ）に含まれるＭＯＳトランジスタ３０、３１をオンオフ制御することにより発電抑制を行う。例えば、弱め界磁制御を行うことにより、具体的には、固定子巻線１Ａ、１Ｂに流れるｑ軸電流を０に、ｄ軸電流を０よりも小さい所定値に制御することにより発電抑制が行われる。なお、第２の発電抑制部８８による発電抑制は、故障検出部８６によって第１の発電抑制部８４の故障が検出されたときに行われる。

この第２の発電抑制部８８の動作を実施するための具体的な構成として図８および図９に示す構成が備わっている。図８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５５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８に示すように、上述した発電抑制判定部８２、第１の発電抑制部８４、故障検出部８６、第２の発電抑制部８８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。

第２の発電抑制部８８は、図９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よりも小さい所定値（その時点における電圧Ｖ_PBあるいはパワー電源端子ＰＢから出力される電流や固定子巻線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９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、車両用回転電機１００から出力される電流を減少させる発電抑制を行うことができる。

このように、本実施形態の車両用回転電機１００では、永久磁石２９を有する回転子２０を用いる場合であっても、第１および第２の発電抑制部８４、８８を備えることにより、確実に過発電状態を回避することが可能となる。特に、界磁巻線２に流す電流の向きを制御して永久磁石２９の磁束を打ち消して発電抑制を行う第１の発電抑制部８４が故障したときに、第２の発電抑制部８８による発電抑制を行っており、界磁巻線２に逆向きの電流を流して発電抑制を行う構成が故障した場合であっても継続的に発電抑制を行うことが可能となる。

また、第２の発電抑制部８８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よりも小さい所定値に制御することにより発電抑制を行っており、エンジンに負荷をかけることなく発電抑制を行うことが可能となる。また、第２の発電抑制部８８は、弱め界磁制御を行うことにより発電抑制を行っており、永久磁石２９によって発生する磁束を打ち消して発電抑制を行うことが可能となる。

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、永久磁石を有する回転子を用いる場合であっても、２種類の発電抑制部を備えることにより、確実に過発電状態を回避することが可能となる。

１Ａ、１Ｂ 固定子巻線
２ 界磁巻線
３Ａ、３Ｂ ＭＯＳモジュール群
２０ 回転子
２５ ランデル型鉄心
２９ 永久磁石
３０、３１ ＭＯＳトランジスタ
８４ 第１の発電抑制部
８６ 故障検出部
８８ 第２の発電抑制部

Claims (6)

1. 界磁巻線（２）と永久磁石（２９）を有する回転子（２０）と、
   前記回転子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）を有する固定子（１４）と、
   スイッチング素子（３０、３１）をオンオフすることにより、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、
   前記永久磁石によって発生する磁束を打ち消すように、前記界磁巻線に供給する電流を制御することにより発電抑制を行う第１の発電抑制部（８４）と、
   前記永久磁石によって発生する磁束を打ち消すように、前記電力変換器に含まれる前記スイッチング素子をオンオフ制御することにより発電抑制を行う第２の発電抑制部（８８）と、
   前記第１の発電抑制部の故障の有無を検出する故障検出部（８６）と、
   を備え、前記第２の発電抑制部は、前記故障検出部によって前記第１の発電抑制部の故障が検出されたときに、弱め界磁制御を行うことにより発電抑制を行うことを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記故障検出部は、前記第１の発電抑制部による発電抑制の成否を監視し、発電抑制が未達成のときに前記第１の発電抑制部が故障した旨の判定を行うことを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項２において、
   前記故障検出部は、出力電流に基づいて前記第１の発電抑制部による発電抑制の成否を監視することを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項２において、
   前記故障検出部は、出力電圧に基づいて前記第１の発電抑制部による発電抑制の成否を監視することを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記第２の発電抑制部は、前記固定子巻線に流れるｑ軸電流を０に、ｄ軸電流を０よりも小さい所定値に制御することにより発電抑制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、
   前記回転子は、一対のランデル型鉄心（２５）を有し、
   前記永久磁石は、隣接する前記ランデル型鉄心の爪状磁極間に、漏洩磁束を防ぐ向きに配置されていることを特徴とする車両用回転電機。

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