JP7002626B1 - 交流回転機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オルタ発電制御を実行する場合において、回転速度の変動、又は巻線電流の挙動の変化に対して、同期整流を行うタイミングの設定精度を向上させることができる交流回転機の制御装置を提供する。【解決手段】各組について、誘起電圧により発電を行わせる際に、各相について、ゼロオンモードとハイオンモードとローオンモードとの切り替えを判定し、切り替えるオルタ発電制御を実行し、各組について、第１組及び第２組の３相の巻線電流の検出値に基づいて、電気角で位相をγだけ進めた各相の巻線電流の予測値を算出し、各相の巻線電流の予測値に基づいて、ゼロオンモード、ハイオンモード、及びローオンモードの切り替えを判定する流回転機の制御装置。【選択図】図３

Description

本願は、交流回転機の制御装置に関するものである。

ステータの電機子巻線に生じた誘起電圧により、交流回転機及びインバータに整流発電を行わせる際に、電流が流れるダイオードが逆並列接続されたスイッチング素子をオンさせることで、発電効率を向上させ、素子の発熱を低減させるオルタ発電制御を行う技術が知られている。

特許文献１の技術では、制御回路により、各相の巻線電流が０Ａにクロスしたゼロクロス時点を検出し、ゼロクロス時点を基準に、スイッチング素子をオン又はオフしている。

特許文献２の技術では、交流電力の周期毎にダイオードの導通時間から同期整流可能な時間を得て、高電位側及び低電位側のスイッチング素子のオン及びオフするタイミングを決定している。

特開２０１１－１３５６９５号公報 特開２００９－２８４５６４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、制御回路により、電流が０Ａにクロスしたゼロクロス時点を連続的に検出し、ゼロクロス時点を基準に、スイッチング素子をオン又はオフしているので、制御周期ごとにオルタ発電制御を行う制御装置において生じる制御周期による遅れの影響が考慮されていない。また、特許文献１の技術では、制御周期による遅れの影響が考量されていないため、巻線電流の検出値と０Ａとを比較すること以外は考慮されていない。さらに、制御回路を実装する必要があるため、電機子巻線の相数が増えるほど実装面積が大きくなるため、車両用発電機を小型化するのは難しい。

特許文献２の技術では、一定の回転速度であれば、交流電力の周期毎に決定したスイッチング素子のオンおよびオフするタイミングで所望の動作を行うことが可能である。しかし、回転速度が変動する場合には、ダイオード整流を行うべき区間において、スイッチング素子がオンして電流が乱れたり、同期整流を行える区間において、スイッチング素子がオフして発熱量が増加したりする。また、ロータに界磁巻線を備える発電電動機では、界磁電流の変化により界磁磁束が変化する。界磁磁束が変化すると誘起電圧が変化し、巻線電流の振幅などが変化するため、交流電流の周期毎の判定では巻線電流の挙動の変化に対応するのが難しい。

そこで、本願は、オルタ発電制御を実行する場合において、回転速度の変動、又は巻線電流の挙動の変化に対して、同期整流を行うタイミングの設定精度を向上させることができる交流回転機の制御装置を提供することを目的とする。

本願に係る交流回転機の制御装置は、ロータと、第１組の３相の電機子巻線及び第２組の３相の電機子巻線を有するステータとを設けた交流回転機を、インバータを介して制御する交流回転機の制御装置であって、
前記インバータは、各組の各相について、直流電源の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子と前記直流電源の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記電機子巻線に接続される直列回路を設け、前記スイッチング素子は、逆並列接続されたダイオードの機能を有し、
前記第１組の３相の電機子巻線に対する前記第２組の３相の電機子巻線の電気角での位相差は、－π／６であり、
前記交流回転機の制御装置は、
各組について、３相の前記電機子巻線に生じた誘起電圧により前記交流回転機に発電を行わせる際に、各相について、高電位側及び低電位側の前記スイッチング素子をオフするゼロオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオンすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオフするハイオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオフすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオンするローオンモードと、の切り替えを判定し、切り替えるオルタ発電制御を実行し、
各組について、第１組及び第２組の３相の前記電機子巻線の電流の検出値に基づいて、電気角で位相をγだけ進めた各相の前記電機子巻線の電流の予測値を算出し、各相の前記電機子巻線の電流の予測値に基づいて、前記ゼロオンモード、前記ハイオンモード、及び前記ローオンモードの切り替えを判定するものである。

オルタ発電制御の実行時の各組の各相の巻線電流には、電気角１次成分だけでなく、電気角５次成分が含まれる。本願に係る交流回転機の制御装置によれば、第１組の３相の電機子巻線と第２組の３相の電機子巻線との位相差がπ／６であることを利用し、各組について、第１組及び第２組の３相の巻線電流の検出値に基づいて、電気角１次成分の位相だけでなく、電気角５次成分の位相も、γだけ進めた各相の巻線電流の予測値を算出することができる。よって、精度よく推定された各相の巻線電流の予測値に基づいて、ゼロオンモード、ハイオンモード、及びローオンモードの切り替えが判定されるので、モードを適切に切り替えることができる。よって、回転速度の変動、又は巻線電流の挙動の変化に対して、各モードを行うタイミングの設定精度を向上させることができる。

実施の形態１に係る交流回転機及び交流回転機の制御装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る電機子巻線の位相を説明する図である。 実施の形態１に係る制御装置の概略ブロック図である。 実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態１に係るオルタ発電制御の実行時の各組の巻線電流の挙動を説明するタイムチャートである。 実施の形態１に係る図５の時刻ｔ２ａにおける第１組のインバータの電流挙動を説明する図である。 実施の形態１に係るオルタ発電制御の実行時の制御タイミングを説明するタイムチャートである。 実施の形態１に係るモード切り替え判定処理を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る車両用の発電電動機とされた交流回転機の模式図である。 実施の形態１に係るコンバータのスイッチング素子のオンオフ制御挙動を説明するタイムチャートである。

１．実施の形態１
実施の形態１に係る交流回転機の制御装置１１（以下、単に、制御装置１１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る交流回転機１、インバータ、及び制御装置１１の概略構成図である。

１－１．交流回転機１
交流回転機１は、ステータ１８と、ステータ１８の径方向内側に配置されたロータ１４と、を備えている。ステータ１８の鉄心に、第１組の３相の電機子巻線及び第２組の３相の電機子巻線が巻装されている。ロータ１４の鉄心に界磁巻線４が巻装されており、電磁石が設けられている。ステータ１８には、第１組のＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１と、第２組のＵ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２とが設けられている。各組の３相の電機子巻線は、スター結線とされてもよいし、デルタ結線とされてもよい。

本実施の形態では、図２に模式図を示すように、第１組の３相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１の位置に対する第２組の３相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２の位置の電気角での位相差Δθは、Δθ＝－π／６（－３０度）に設定されている。なお、電気角は、ロータ１４の機械角に磁石の極対数を乗算した角度になる。

ロータ１４には、ロータ１４の回転角度（回転角度）を検出する回転センサ１５が設けられている。回転センサ１５の出力信号は、制御装置１１に入力される。回転センサ１５には、ホール素子、レゾルバ、又はエンコーダ等の各種のセンサが用いられる。回転センサ１５が設けられず、後述する電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転角度（磁極位置）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。

１－２．直流電源２
直流電源２は、第１組のインバータ５ａ、第２組のインバータ５ｂ、及びコンバータ９に直流電圧Ｖｄｃを出力する。直流電源２として、バッテリー、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等、直流電圧を出力する任意の機器が用いられる。直流電源２には、平滑コンデンサ３が並列接続されている。

１－３．インバータ
第１組のインバータ５ａは、直流電源２と第１組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う。第２組のインバータ５ｂは、直流電源２と第２組の３相の電機子巻線との間で電力変換を行う。

第１組のインバータ５ａは、直流電源２の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子ＳＰ１と、直流電源２の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子ＳＮ１と、が直列接続された直列回路を、第１組の３相各相の電機子巻線に対応して３つ設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、第１組の対応する相の電機子巻線に接続される。

具体的には、第１組のＵ１相の直列回路では、Ｕ１相の高電位側のスイッチング素子ＳＰｕ１とＵ１相の低電位側のスイッチング素子ＳＮｕ１とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第１組のＵ１相の電機子巻線Ｃｕ１に接続されている。第１組のＶ１相の直列回路では、Ｖ１相の高電位側のスイッチング素子ＳＰｖ１とＶ１相の低電位側のスイッチング素子ＳＮｖ１とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第１組のＶ１相の電機子巻線Ｃｖ１に接続されている。第１組のＷ１相の直列回路では、Ｗの高電位側のスイッチング素子ＳＰｗ１とＷ１相の低電位側のスイッチング素子ＳＮｗ１とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第１組のＷ１相の電機子巻線Ｃｗ１に接続されている。

第２組のインバータ５ｂは、直流電源２の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子ＳＰ２と、直流電源２の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子ＳＮ２と、が直列接続された直列回路を、第２組の３相各相の電機子巻線に対応して３つ設けている。各直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、第２組の対応する相の電機子巻線に接続される。

具体的には、第２組のＵ２相の直列回路では、Ｕ２相の高電位側のスイッチング素子ＳＰｕ２とＵ２相の低電位側のスイッチング素子ＳＮｕ２とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第２組のＵ２相の電機子巻線Ｃｕ２に接続されている。第２組のＶ２相の直列回路では、Ｖ２相の高電位側のスイッチング素子ＳＰｖ２とＶ２相の低電位側のスイッチング素子ＳＮｖ２とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第２組のＶ２相の電機子巻線Ｃｖ２に接続されている。第２組のＷ２相の直列回路では、Ｗの高電位側のスイッチング素子ＳＰｗ２とＷ２相の低電位側のスイッチング素子ＳＮｗ２とが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点が第２組のＷ２相の電機子巻線Ｃｗ２に接続されている。

各組のインバータの各スイッチング素子は、逆並列接続されたダイオードの機能を有している。例えば、各スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、逆並列接続された寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置１１に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置１１から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。

第１組の電機子電流センサ８ａは、第１組の各相の電機子巻線Ｃｕ１、Ｃｖ１、Ｃｗ１に流れる電流を検出する電流検出回路である。第２組の電機子電流センサ８ｂは、第２組の各相の電機子巻線Ｃｕ２、Ｃｖ２、Ｃｗ２に流れる電流を検出する電流検出回路である。本実施の形態では、各組の電機子電流センサ８ａ、８ｂは、各相のスイッチング素子の直列回路と電機子巻線とをつなぐ電線上に備えられている。各組の各相の電機子電流センサ８ａ、８ｂの出力信号は、制御装置１１に入力される。電機子電流センサは、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。なお、電機子電流センサは、各組の各相のスイッチング素子の直列回路に直列接続されてもよい。

１－４．コンバータ９
コンバータ９は、スイッチング素子を有し、直流電源２と界磁巻線４との間で電力変換を行う。本実施の形態では、コンバータ９は、直流電源２の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子ＳＰと直流電源２の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子ＳＮとが直列接続された直列回路を２組設けたＨブリッジ回路とされている。第１組の直列回路２８における高電位側のスイッチング素子ＳＰ１と低電位側のスイッチング素子ＳＮ１との接続点が、界磁巻線４の一端に接続され、第２組の直列回路２９における高電位側のスイッチング素子ＳＰ２と低電位側のスイッチング素子ＳＮ２との接続点が、界磁巻線４の他端に接続される。

コンバータ９のスイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置１１に接続されている。よって、各スイッチング素子は、制御装置１１から出力されるスイッチング信号によりオン又はオフされる。

なお、第１組の直列回路２８の低電位側のスイッチング素子ＳＮ１をダイオードに置き換えたり、第２組の直列回路２９の高電位側のスイッチング素子ＳＰ２をダイオードに置き換えたりする等、コンバータ９を他の構成としてもよい。

界磁電流センサ６は、界磁巻線４を流れる電流である界磁電流ｉｆを検出する電流検出回路である。本実施の形態では、界磁電流センサ６は、界磁巻線４とコンバータ９とをつなぐ電線上に設けられている。界磁電流センサ６は、界磁電流ｉｆを検出可能な他の個所に設けられてもよい。界磁電流センサ６の出力信号は、制御装置１１に入力される。界磁電流センサ６は、ホール素子、シャント抵抗等の電流センサとされている。

１－５．制御装置１１
制御装置１１は、第１組及び第２組のインバータ５ａ、５ｂ、及びコンバータ９を介して、交流回転機１を制御する。制御装置１１は、図３に示すように、回転検出部３１、電機子電流検出部３２、インバータ制御部３３、界磁電流検出部３４、及びコンバータ制御部３５等の機能部を備えている。制御装置１１の各機能は、制御装置１１が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置１１は、図４に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３、及び外部装置とデータ通信を行う通信回路９４等を備えている。

演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、及び演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、回転センサ１５、各組の各相の磁気センサ８ａ、８ｂ、界磁電流センサ６等の各種のセンサが接続され、これらセンサの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、第１組及び第２組のインバータ５ａ、５ｂ、及びコンバータ９のスイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。通信回路９４は、外部装置と通信を行う。

そして、制御装置１１が備える各制御部３１～３５等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置１１の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１～３５等が用いる各種の設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置１１の各機能について詳細に説明する。

回転検出部３１は、電気角でのロータの磁極位置θ（ロータの回転角度θ）及び回転角速度ωを検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、回転センサ１５の出力信号に基づいて、電気角での磁極位置θ（回転角度θ）及び回転角速度ωを検出する。磁極位置は、ロータに設けられた電磁石のＮ極の向きに設定される。本実施の形態では、磁極位置θ（回転角度θ）は、第１組のＵ１相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極（Ｎ極）の位置（角度）である。図２に示した第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との位相差π／６から、第２組のＵ２相の電機子巻線を基準にした、電気角での磁極（Ｎ極）の位置（角度）は、θ－π／６になる。

なお、回転検出部３１は、電流指令値に高調波成分を重畳することによって得られる電流情報等に基づいて、回転センサを用いずに、回転角度（磁極位置）を推定するように構成されてもよい（いわゆる、センサレス方式）。

電機子電流検出部３２は、第１組の電機子電流センサ８ａの出力信号に基づいて、第１組の３相の電機子巻線に流れる巻線電流ｉｕ１ｓ、ｉｖ１ｓ、ｉｗ１ｓを検出する。ここで、ｉｕ１ｓが、第１組のＵ１相の巻線電流ｉｕ１の検出値であり、ｉｖ１ｓが、第１組のＶ１相の巻線電流ｉｖ１の検出値であり、ｉｗ１ｓが、第１組のＷ１相の巻線電流ｉｗ１の検出値である。また、電機子電流検出部３２は、第２組の電機子電流センサ８ｂの出力信号に基づいて、第２組の３相の電機子巻線に流れる巻線電流ｉｕ２ｓ、ｉｖ２ｓ、ｉｗ２ｓを検出する。ここで、ｉｕ２ｓが、第２組のＵ２相の巻線電流ｉｕ２の検出値であり、ｉｖ２ｓが、第２組のＶ２相の巻線電流ｉｖ２の検出値であり、ｉｗ２ｓが、第２組のＷ２相の巻線電流ｉｗ２の検出値である。なお、各組について、電機子電流センサが２相の巻線電流を検出するように構成され、残りの１相の巻線電流が、２相の巻線電流の検出値に基づいて算出されてもよい。各組の各相の巻線電流は、後述する制御周期Ｔｃ２ごとのタイミングで同時期に検出される。なお、検出タイミングのずれが制御周期Ｔｃ２に対して十分小さい、例えばＴｃ２／１０未満の場合には、同様の効果が得られる。

１－５－１．インバータ制御部３３
＜誘起電圧による発電＞
各組について、インバータの全てのスイッチング素子をオフした状態で、各相について、ロータの回転により生じた電機子巻線の誘起電圧が、直流電源の高電位側の電圧を上回ると、電機子巻線から直流電源の高電位側に、高電位側のスイッチング素子の逆並列ダイオードを通って電流が流れる。一方、電機子巻線の誘起電圧が、直流電源の低電位側の電圧を下回ると、直流電源の低電位側から電機子巻線に、低電位側のスイッチング素子の逆並列ダイオードを通って電流が流れる。このように、回転により生じた電機子巻線の誘起電圧が、直流電源の高電位側の電圧を上回り、直流電源の低電位側の電圧を下回る状態になると、インバータは整流器として機能し、交流回転機が発生した交流電力を直流電力に整流して、直流電源に供給する。すなわち、３相の電機子巻線に生じた誘起電圧により、交流回転機が発電を行う。このような、ダイオードによる整流を、ダイオード整流という。

＜同期整流＞
ダイオードを電流が流れると、電力損失が大きいため、発熱量が大きくなる。そこで、誘起電圧によりダイオードを電流が流れるときに、ダイオードのスイッチング素子をオンすれば、ダイオードに代えてスイッチング素子を電流が流れるので、電力損失を低減し、発熱量を低減することができる。このようなスイッチング素子をオンする整流を、同期整流という。

例えば、図５に、誘起電圧による発電時の第１組の３相の巻線電流ｉｕ１、ｉｖ１、ｉｗ１、第２組の３相の巻線電流ｉｕ２、ｉｖ２、ｉｗ２を示している。図５には、電気角１次及び５次成分の波形を示している。

＜巻線電流に応じた同期整流＞
時刻ｔ２ａにおいて、第１組のインバータ５ａ内を電流は図６のように流れる。時刻ｔ２ａでは、Ｕ１相の巻線電流は正であり、同期整流を行わない場合はＵ１相の低電位側のダイオードを電流が流れるため、Ｕ１相の低電位側のスイッチング素子ＳＮｕ１をオンすることで、発熱量を低減できる。同様に、時刻ｔ２ａでは、Ｖ１相の電流は負であり、Ｖ１相の高電位側のダイオードを電流が流れるため、Ｖ１相の高電位側のスイッチング素子ＳＰｖ１をオンすることで、発熱量を低減する。時刻ｔ２ａでは、Ｗ１相の電流は正であり、Ｗ１相の低電位側のダイオードを電流が流れるため、Ｗ１相の低電位側のスイッチング素子ＳＮｗ１をオンすることで、発熱量を低減する。よって、同期整流では、各相について、誘起電圧によって発生する巻線電流が負の場合に、高電位側のスイッチング素子ＳＰをオンし、低電位側のスイッチング素子ＳＮをオフし、巻線電流が正の場合に、高電位側のスイッチング素子ＳＰをオフし、低電位側のスイッチング素子ＳＮをオンする。

＜０Ａ付近でのダイオード整流の実施＞
一方、時刻ｔ６ａでは、Ｗ１相の巻線電流ｉｗ１は正値ではあるが、０Ａ付近である。Ｗ１相の巻線電流の検出値ｉｗ１ｓには検出誤差が含まれるため、巻線電流ｉｗ１が正値であっても、巻線電流の検出値ｉｗ１ｓが負値になることがある。誤って、ダイオードが通電していない逆側のスイッチング素子がオンされると、誤ってオンされた逆側のスイッチング素子を電流が流れ、発電効率が低下する。また、０Ａ付近では、ダイオードを電流が流れても発熱量は大きくならない。そのため、電流の検出誤差を考慮して、０Ａ付近では、高電位側及び低電位側のスイッチング素子の双方をオフして、ダイオード整流を行い、誤って逆側のスイッチング素子がオンされないようにすることが考えられる。

また、特許文献１では、電流が０Ａにクロスしたゼロクロス時点を連続的に検出し、ゼロクロス時点を基準に、スイッチング素子をオン又はオフしているので、制御周期による遅れの影響が考慮されていない。しかし、本実施の形態では、後述するように、制御周期Ｔｃ２ごとに電流が検出され、スイッチング素子がオン又はオフされるので、制御周期による遅れの影響を考える必要がある。

＜オルタ発電制御＞
そこで、インバータ制御部３３は、各組について、３相の電機子巻線に生じた誘起電圧により交流回転機に発電を行わせる際に、各相について、ゼロオンモードとハイオンモードとローオンモードとの切り替えを判定し、切り替えるオルタ発電制御を実行する。ゼロオンモードは、高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子をオフするモードである。ハイオンモードは、高電位側のスイッチング素子をオンすると共に低電位側のスイッチング素子をオフするモードである。ローオンモードは、高電位側のスイッチング素子をオフすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオンするモードである。本実施の形態では、モードの切り替え判定及び切り替えは、制御周期Ｔｃ２ごとに実行される。

この構成によれば、高電位側及び低電位側のスイッチング素子の双方がオフされるゼロオンモードに切り替えられるので、電流の検出誤差、及び制御周期による遅れが生じても、０Ａ付近で、誤って、ダイオードが通電していない逆側のスイッチング素子がオンされることを抑制し、発電効率が低下することを抑制できる。

＜制御タイミング＞
図７に、第１組の制御挙動を示す。オルタ発電制御の実行時は、制御周期Ｔｃ２で振動する三角波のキャリア信号Ｃ２の山の頂点で、第１組の３相の巻線電流ｉｕ１ｓ、ｉｖ１ｓ、ｉｗ１ｓが検出される。巻線電流の検出後、各相の巻線電流の検出値に基づいたゼロオンモード、ハイオンモード、及びローオンモードの切り替え判定処理が行われ、次のキャリア信号Ｃ２の谷の頂点で、切り替えの判定結果に基づいて、第１組のインバータ５ａの各スイッチング素子のスイッチング信号のオン又はオフの設定が更新され、更新されたオン又はオフの設定は、次の次のキャリア信号Ｃ２の谷の頂点まで保持される。第２組についても同様である。

１－５－１－１．切り替え判定
インバータ制御部３３は、各組について、電気角で位相をγだけ進めた各相の巻線電流の予測値に基づいて、ゼロオンモード、ハイオンモード、及びローオンモードの切り替えを判定する。巻線電流の予測値の算出方法については後述する。

本実施の形態では、以下で説明する切り替え判定が、各組について実行される。インバータ制御部３３は、各相について、現在、ローオンモードであり、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値が、ローゼロ判定値ＩｔｈＬ０より小さくなった場合に、ゼロオンモードに切り替える。また、インバータ制御部３３は、各相について、現在、ハイオンモードであり、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値が、ハイゼロ判定値ＩｔｈＨ０より大きくなった場合に、ゼロオンモードに切り替える。ここで、γは、次回オンオフ時間Ｔｎｘｔの予測時間Ｔｅに対応する位相に設定されている。このように、現在、ハイオンモード又はローオンモードである場合は、γに対応する予測時間Ｔｅが、今回の電流の検出時点から、次回の電流の検出時点で検出した巻線電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間である次回オンオフ時間Ｔｎｘｔに設定されている。

ローゼロ判定値ＩｔｈＬ０は、電流検出誤差及び予測誤差を考慮して予め設定されたオフセット値αＬ０の正値に設定され、ハイゼロ判定値ＩｔｈＨ０は、電流検出誤差及び予測誤差を考慮して予め設定されたオフセット値αＨ０の負値に設定されればよい。

ローオンモード又はハイオンモードからゼロオンモードへの切り替えの場合は、今回の巻線電流の検出値及び予測値によるオンオフ時点から次回の巻線電流の検出値及び予測値によるオンオフ時点までの期間において、０Ａを跨ぐ可能性がある場合は、ゼロオンモードに切り替え、０Ａ付近で、誤って、ダイオードが通電していない逆側のスイッチング素子がオンされることを抑制し、発電効率が低下することを抑制したい。上記の構成によれば、次回オンオフ時間Ｔｎｘｔ先の巻線電流の予測値に基づいて、ローオンモード又はハイオンモードからゼロオンモードへの切り替えが判定されるため、次回オンオフ時間Ｔｎｘｔ先になる、次回の巻線電流の検出値及び予測値によるオンオフ時点までの期間において、巻線電流が０Ａを跨ぐか否かを判定し、０Ａを跨ぐ場合に、ゼロオンモードに切り替えることができ、０Ａ付近で、誤って、ダイオードが通電していない逆側のスイッチング素子がオンされることを抑制し、発電効率が低下することを抑制できる。

インバータ制御部３３は、各相について、現在、ゼロオンモードであり、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値が、０よりも大きい値に設定されたゼロロー判定値Ｉｔｈ０Ｌ以上になった場合に、ローオンモードに切り替える。また、インバータ制御部３３は、各相について、現在、ゼロオンモードであり、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値が、０よりも小さい値に設定されたゼロハイ判定値Ｉｔｈ０Ｈ以下になった場合に、ハイオンモードに切り替える。ここで、γは、オンオフ遅れ時間Ｔｄｌｙの予測時間Ｔｅに対応する位相に設定されている。このように、現在、ゼロオンモードである場合は、γに対応する予測時間Ｔｅが、今回の電流の検出時点から、今回の電流の検出時点で検出した巻線電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間であるオンオフ遅れ時間Ｔｄｌｙに設定されている。

ゼロロー判定値Ｉｔｈ０Ｌは、電流検出誤差及び予測誤差を考慮して予め設定されたオフセット値α０Ｌの正値に設定され、ゼロハイ判定値Ｉｔｈ０Ｈは、電流検出誤差及び予測誤差を考慮して予め設定されたオフセット値α０Ｈの負値に設定されればよい。

ゼロオンモードからローオンモード又はハイオンモードへの切り替えの場合は、今回の巻線電流の検出値及び予測値によるオンオフ時点から次回の巻線電流の検出値及び予測値によるオンオフ時点までの期間において、０Ａを跨ぐ可能性がない場合は、ローオンモード又はハイオンモードを設定し、発電効率を向上させたい。上記の構成によれば、オンオフ遅れ時間Ｔｄｌｙ先の巻線電流の予測値に基づいて、ゼロオンモードからローオンモード又はハイオンモードへの切り替えが判定されるため、オンオフ遅れ時間Ｔｄｌｙ先になる今回の巻線電流の検出値及び予測値によるオンオフ時点において、既に０Ａを跨ぎ終わっているか否かを判定し、０Ａを跨ぎ終わっている場合に、今回の巻線電流の検出値及び予測値によるオンオフ時点から次回の巻線電流の検出値及び予測値によるオンオフ時点までの期間において、早期にローオンモード又はハイオンモードに切り替えることができ、同期整流の期間を増加させ、発電効率を向上させることができる。

＜フローチャート＞
この各組の切り替え判定処理を、図８に示すフローチャートのように構成できる。図８の判定処理は、各組について、３相の巻線電流の検出が行われた後、各相について実行される。ステップＳ１５０で、インバータ制御部３３は、現在、ローオンモードであるか否かを判定し、ローオンモードである場合は、ステップＳ１５１に進み、ローオンモードでない場合は、ステップＳ１５４に進む。ステップＳ１５１で、インバータ制御部３３は、後述する方法で第１組及び第２組の３相の巻線電流の検出値に基づいて、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値を算出する。ここで、γは、次回オンオフ時間Ｔｎｘｔに対応する位相に設定されている。インバータ制御部３３は、巻線電流の予測値が、ローゼロ判定値ＩｔｈＬ０より小さいか否かを判定し、ローゼロ判定値ＩｔｈＬ０未満である場合は、ステップＳ１５２に進み、ゼロオンモードに切り替えると判定し、ローゼロ判定値ＩｔｈＬ０未満でない場合は、ステップＳ１５３に進み、ローオンモードに維持すると判定する。

一方、ステップＳ１５４で、インバータ制御部３３は、現在、ハイオンモードであるか否かを判定し、ハイオンモードである場合は、ステップＳ１５５に進み、ハイオンモードでない場合は、ステップＳ１５８に進む。ステップＳ１５５で、インバータ制御部３３は、後述する方法で第１組及び第２組の３相の巻線電流の検出値に基づいて、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値を算出する。ここで、γは、次回オンオフ時間Ｔｎｘｔに対応する位相に設定されている。インバータ制御部３３は、巻線電流の予測値が、ハイゼロ判定値ＩｔｈＨ０より大きいか否かを判定し、ハイゼロ判定値ＩｔｈＨ０より大きい場合は、ステップＳ１５６に進み、ゼロオンモードに切り替えると判定し、ハイゼロ判定値ＩｔｈＨ０より大きくない場合は、ステップＳ１５７に進み、ハイオンモードに維持すると判定する。

一方、ステップＳ１５８で、現在、ゼロオンモードであるので、インバータ制御部３３は、後述する方法で第１組及び第２組の３相の巻線電流の検出値に基づいて、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値を算出する。ここで、γは、オンオフ遅れ時間Ｔｄｌｙに対応する位相に設定されている。インバータ制御部３３は、巻線電流の予測値が、ゼロロー判定値Ｉｔｈ０Ｌ以上であるか否かを判定し、ゼロロー判定値Ｉｔｈ０Ｌ以上である場合は、ステップＳ１５９に進み、ローオンモードに切り替えると判定し、ゼロロー判定値Ｉｔｈ０Ｌ以上でない場合は、ステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０で、インバータ制御部３３は、巻線電流の予測値が、ゼロハイ判定値Ｉｔｈ０Ｈ以下であるか否かを判定し、ゼロハイ判定値Ｉｔｈ０Ｈ以下である場合は、ステップＳ１６１に進み、ハイオンモードに切り替えると判定し、ゼロハイ判定値Ｉｔｈ０Ｈ以下でない場合は、ステップＳ１６２に進み、ゼロオンモードに維持すると判定する。各相の判定結果は、次のキャリア信号Ｃ２の谷の頂点でスイッチング信号の設定に反映される。

＜予測処理の簡略化＞
次回オンオフ時間Ｔｎｘｔ先の巻線電流の予測値と、オンオフ遅れ時間Ｔｄｌｙ先の巻線電流の予測値との双方を算出すると処理負荷が増加するので、オンオフ遅れ時間Ｔｄｌｙ先の巻線電流の予測値の代わりに、巻線電流の検出値を用いて判定することにより、処理負荷を低減する。

すなわち、インバータ制御部３３は、各相について、現在、ゼロオンモードであり、電機子巻線の電流の検出値が、０よりも大きい値に設定されたゼロロー判定値Ｉｔｈ０Ｌ以上になった場合に、ローオンモードに切り替えてもよく。インバータ制御部３３は、各相について、現在、ゼロオンモードであり、電機子巻線の電流の検出値が、０よりも小さい値に設定されたゼロハイ判定値Ｉｔｈ０Ｈ以下になった場合に、ハイオンモードに切り替えてもよい。

この構成によれば、オンオフ遅れ時間Ｔｄｌｙ先の巻線電流の予測値を用いる場合よりも、第２制御周期Ｔｃ２分、ローオンモード又はハイオンモードに設定される期間が短くなる場合がある。しかし、電流の検出時点において、既に０Ａを跨ぎ終わっているか否かを判定し、０Ａを跨ぎ終わっている場合に、ローオンモード又はハイオンモードに切り替えることができるので、０Ａを跨ぐ可能性がある場合に、誤って、ローオンモード又はハイオンモードに切り替えられることを抑制し、発電効率が低下することを抑制できる。

＜ゼロオンモードによるデッドタイムの代替＞
ここで、各相において、ローオンモードからハイオンモードに切り替える場合、及びハイオンモードからローオンモードに切り替える場合は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子とが同時にオンにならないように、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子の双方をオフにするデッドタイムを設けることを考慮する必要がある。このデッドタイムは、ゼロオンモードと同じ状態である。上記の巻線電流の検出値に基づいた切り替え判定処理によれば、ハイオンモードとローオンモードとの切り替え間に、ゼロオンモードに切り替えられるので、デッドタイムの代わりになる。

インバータ制御部３３は、ゼロオンモードからハイオンモード又はローオンモードへの切り替え、及びハイオンモード又はローオンモードからゼロオンモードへの切り替えは行うが、ハイオンモードからローオンモードへの切り替え及びローオンモードからハイオンモードへの切り替えは行わないように構成される。

＜制御周期Ｔｃ２の設定＞
制御周期Ｔｃ２は、電気角１周期よりも短い周期に設定されている。例えば、制御周期Ｔｃ２は、少なくとも、交流回転機の最大の回転速度における電気角１周期の１／４以下に設定されればよい。電気角１周期の間に、ゼロオンモード、ハイオンモード、ローオンモードを適切に切り替えることができる。

１－５－１－２．巻線電流の予測値の算出方法
以下で、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値の算出方法について説明する。
誘起発電を行っているときの、各組の各相の巻線電流は、多くの場合、電気角１次成分だけでなく、電気角５次成分を含むため、近似的に次式で表せる。

ここで、ωは、電気角での回転角速度であり、Ｉ１は、各組の電気角１次成分の電流振幅であり、δ１は、各組の電気角１次成分の位相であり、Ｉ５は、各組の電気角５次成分の電流振幅であり、δ５は、各組の電気角５次成分の位相である。図２に示した第１組の電機子巻線と第２組の電機子巻線との位相差π／６から、第２組の３相の巻線電流は、第１組の３相の巻線電流に対して、位相差π／６だけ遅れている。

＜電気角１次及び５次成分の予測値の算出＞
位相をγだけ進めたＵ１相の巻線電流の予測値ｉｕ１ｅを、今回及び過去のＵ１相の電流検出値ｉｕ１ｓ、ｉｕ１ｓ＿ｏｌｄを用いて、例えば、式（２）によって算出する場合には、電気角１次成分は近似誤差があるものの推定できるが、電気角５次成分の位相を正しく進められない。

そこで、本実施の形態では、第１組の３相の電機子巻線と第２組の３相の電機子巻線との位相差が、π／６であることから、各組の各相の電流検出値を利用して、電気角１次成分の位相をγだけ進めるだけでなく、電気角５次成分の位相を５γだけ進める。式（１）に示したように、Ｕ１相はＷ１相に対して、Ｖ１相はＵ１相に対して、Ｗ１相はＶ１相に対して、Ｕ２相はＷ２相に対して、Ｖ２相はＵ２相に対して、Ｗ２相はＶ２相に対して、電気角１次成分の位相が２／３πだけ遅れ、電気角５次成分の位相が２／３πだけ進んでいる。また、Ｕ１相はＷ２相に対して、Ｖ１相はＵ２相に対して、Ｗ１相はＶ２相に対して、電気角１次成分の位相がπ／２だけ遅れ、電気角５次成分の位相がπ／２だけ遅れている。したがって、インバータ制御部３３は、Ｕ１相の電気角１次成分ｉｕ１＿１ｆ、Ｖ１相の電気角１次成分ｉｖ１＿１ｆ、Ｗ１相の電気角１次成分ｉｗ１＿１ｆ、Ｕ２相の電気角１次成分ｉｕ２＿１ｆ、Ｖ１相の電気角１次成分ｉｖ２＿１ｆ、Ｗ２相の電気角１次成分ｉｗ２＿１ｆを、式（３）を用い、各組の各相の電流検出値に基づいて算出できる。

また、インバータ制御部３３は、Ｕ１相の電気角５次成分ｉｕ１＿５ｆ、Ｖ１相の電気角５次成分ｉｖ１＿５ｆ、Ｗ１相の電気角５次成分ｉｗ１＿５ｆ、Ｕ２相の電気角５次成分ｉｕ２＿５ｆ、Ｖ１相の電気角５次成分ｉｖ２＿５ｆ、Ｗ２相の電気角５次成分ｉｗ２＿５ｆを、式（４）を用い、各組の各相の電流検出値に基づいて算出できる。

したがって、位相がγ進んだＵ１相の電流は、式（５）のように、Ｕ１相の電気角１次成分及び５次成分と、Ｕ１相と位相がπ／２異なるＷ２相の電気角１次成分及び５次成分と、に基づいて算出することができる。

他相についても同様に考えられるので、インバータ制御部３３は、電気角で位相をγだけ進めた各組の各相の巻線電流の予測値を、式（６）を用い、各組の各相の電気角１次成分及び５次成分に基づいて算出できる。

式（６）のように、インバータ制御部３３は、各組の各相の電気角１次成分に対して、ｓｉｎ（γ）又はｃｏｓ（γ）を乗算した値、及び各組の各相の電気角５次成分に対して、ｓｉｎ（５×γ）又はｃｏｓ（５×γ）を乗算した値に基づいて、電気角で位相をγだけ進めた各組の各相の巻線電流の予測値を算出することができる。

詳細には、Ｕ１相の巻線電流の予測値ｉｕ１ｅは、Ｕ１相の電気角１次成分ｉｕ１＿１ｆ及び電気角５次成分ｉｕ１＿５ｆ、及びＵ１相の電機子巻線と電気角で位相がπ／２異なるＷ２相（図２参照）の電気角１次成分ｉｗ２＿１ｆ及び電気角５次成分ｉｗ２＿５ｆに基づいて算出されている。また、Ｖ２相の電気角１次成分ｉｖ２＿１ｆ及び電気角５次成分ｉｖ２＿５ｆ、及びＶ２相の電機子巻線と電気角で位相がπ／２異なるＷ１相（図２参照）の電気角１次成分ｉｗ１＿１ｆ及び電気角５次成分ｉｗ１＿５ｆに基づいて算出されている。このように、インバータ制御部３３は、第１組及び第２組の一方の組の第ｍ相の巻線電流の予測値を、第ｍ相の電気角１次成分及び電気角５次成分、及び第ｍ相の電機子巻線と電気角で位相がπ／２異なる他方の組の第ｎ相の電気角１次成分及び電気角５次成分に基づいて算出することができる。

γが微小な場合には、式（６）において、ｃｏｓγ＝１、ｃｏｓ５γ＝１に近似できるので、電気角で位相をγだけ進めた各組の各相の巻線電流の予測値は、式（７）を用い、算出されてもよい。

γが微小な場合には、さらに、式（７）において、ｓｉｎγ＝γ、ｓｉｎ５γ＝５γに近似できるので、電気角で位相をγだけ進めた各組の各相の巻線電流の予測値は、式（７）を用い、算出されてもよい。

各組について、３相の巻線電流の予測値の和が０になることを利用し、各組について、いずれか２相の巻線電流の予測値が算出され、算出された２相の巻線電流の予測値に基づいて、残りの１相の巻線電流の予測値が算出されてもよい。例えば、式（９）に示すように、Ｗ１相とＶ２相の巻線電流の予測値が、他の２相の巻線電流の予測値に基づいて、算出されてよい。

演算処理負荷を低減できれば、制御周期Ｔｃ２を短くすることが可能となり、同期整流が実行される期間を増加できる。そこで、式（３）及び式（４）を式（６）に代入し、式（１０）を用いて整理すると、式（１１）を得る。式（３）及び式（４）の電気角１次成分および５次成分を算出することなく、巻線電流の予測値を算出できるため、演算処理負荷を低減できる。電気角で位相をγだけ進めた各組の各相の巻線電流の予測値は、式（１１）を用い、算出されてもよい。特に、制御周期Ｔｃ２が一定の場合には、各電流検出値に掛ける換算係数は予め準備しておくとよい。

式（１１）のように、インバータ制御部３３は、第１組の３相の内の２相の巻線電流の検出値及び第２組の３相の内の２相の巻線電流の検出値のそれぞれに、個別の換算係数を乗算した値の和により、各組の各相の巻線電流の予測値を算出することができる。インバータ制御部３３は、ｓｉｎ（γ）、ｃｏｓ（γ）、ｓｉｎ（５×γ）、及びｃｏｓ（５×γ）を用いて、個別の換算係数を算出する。

ここで、γが微小な場合には、式（１２）などの近似式で簡素化してもよい。

なお、各判定値は、検出誤差、演算時の近似誤差、および電気角１次および５次以外の例えば７次、１１次、１３次などの高調波成分による予測誤差を鑑みて、決定すればよい。

＜γの設定＞
インバータ制御部３３は、式（１３）に示すように、各組の各相について、予測時間Ｔｅに、電気角での回転角速度ωを乗算した値を、γとして設定する。

上述したように、インバータ制御部３３は、各組の各相について、現在、ハイオンモード又はローオンモードである場合は、予測時間Ｔｅを、今回の電流検出時点から、次回の電流検出時点の電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果に基づいてスイッチング素子をオンオフする時点までの期間である次回オンオフ時間Ｔｎｘｔに設定する。

上述したように、インバータ制御部３３は、各組の各相について、現在、ゼロオンモードである場合は、予測時間Ｔｅを、今回の電流の検出時点から、今回の電流の検出時点で検出した巻線電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果によりスイッチング素子をオンオフする時点までの期間であるオンオフ遅れ時間Ｔｄｌｙに設定する。

＜車両の発電電動機として用いられる場合＞
本実施の形態の交流回転機の制御装置を、車両用の発電電動機に使用する場合、図９のような構成となる。交流回転機１のロータの回転軸は、プーリ及びベルト機構１０１を介して、内燃機関１００のクランク軸に連結されている。交流回転機１の回転軸は、内燃機関１００及び変速装置１０２を介して車輪１０３に連結される。交流回転機１は、電動機として機能し、内燃機関１００の補機として、車輪１０３の駆動力源となると共に、発電機として機能し、内燃機関１００の回転を利用して発電を行う。交流回転機１は内燃機関１００と接続されていることから、内燃機関１００のイナーシャにより回転変動は緩やかなものとなるため、第２制御周期Ｔｃ２でオルタ発電制御を実施する際には回転変動の影響を小さくすることができ、巻線電流の予測値の予測精度を向上させることができる。また、車両用の発電機であっても同様の効果を得ることが可能である。

１－５－２．コンバータ制御部３５
界磁電流検出部３４は、界磁電流センサ６の出力信号に基づいて、界磁巻線４に流れる電流である界磁電流ｉｆｓを検出する。ここで、ｉｆｓは、界磁電流ｉｆの検出値である。

コンバータ制御部３５は、界磁電流の検出値ｉｆｓが界磁電流指令値ｉｆｏに近づくように、界磁電流指令値ｉｆｏと界磁電流の検出値ｉｆｓとの偏差Δｉｆに対して比例積分制御を行って、界磁電圧指令値Ｖｆを算出し、界磁電圧指令値Ｖｆに基づいて、界磁巻線４に電圧を印加する。

本実施の形態では、図３に示すように、コンバータ制御部３５は、電流指令値算出部３５１、電圧指令値算出部３５２、及びＰＷＭ制御部３５３を備えている。

電流指令値算出部３５１は、界磁電流指令値ｉｆｏを設定する。例えば、インバータ制御の実行時には、電流指令値算出部３５１は、トルク指令値Ｔｏ等に基づいて、界磁電流指令値ｉｆｏを設定する。オルタ発電制御の実行時は、電流指令値算出部３５１は、直流電圧Ｖｄｃが目標電圧に近づくように、界磁電流指令値ｉｆｏを変化させる。

そして、電圧指令値算出部３５２は、界磁電流指令値ｉｆｏと界磁電流の検出値ｉｆｓとの偏差に対して比例積分制御を行って、界磁電圧指令値Ｖｆを算出する。

ＰＷＭ制御部３５３は、界磁電圧指令値Ｖｆに基づいて、ＰＷＭ制御によりコンバータ９の複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。

例えば、図１０に示すように、ＰＷＭ制御部３５３は、界磁電圧指令値Ｖｆと、界磁制御周期Ｔｓｆで振動する界磁キャリア信号Ｃｆとを比較することにより、複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。界磁キャリア信号Ｃｆは、界磁制御周期Ｔｓｆで－１×直流電圧Ｖｄｃから直流電圧Ｖｄｃの間を振動する三角波とされている。直流電圧Ｖｄｃは、電圧センサにより検出されてもよい。

ＰＷＭ制御部３５３は、界磁キャリア信号Ｃｆが界磁電圧指令値Ｖｆを下回った場合は、第１組の高電位側のスイッチング素子ＳＰ１のスイッチング信号ＱＰ１をオン（本例では、１）し、第１組の低電位側のスイッチング素子ＳＮ１のスイッチング信号ＱＮ１をオフ（本例では、０）し、第２組の高電位側のスイッチング素子ＳＰ２のスイッチング信号ＱＰ２をオフ（０）し、第２組の低電位側のスイッチング素子ＳＮ２のスイッチング信号ＱＮ２をオン（１）する。

一方、ＰＷＭ制御部３５３は、界磁キャリア信号Ｃｆが界磁電圧指令値Ｖｆを上回った場合は、第１組の高電位側のスイッチング信号ＱＰ１をオフ（０）し、第１組の低電位側のスイッチング信号ＱＮ１をオン（１）し、第２組の高電位側のスイッチング信号ＱＰ２をオン（１）し、第２組の低電位側のスイッチング信号ＱＮ２をオフ（０）する。なお、各組について、高電位側のスイッチング素子のオン期間と低電位側のスイッチング素子のオン期間との間には、正極側及び低電位側のスイッチング素子の双方をオフにする短絡防止期間（デッドタイム）が設けられてもよい。

また、界磁巻線の電流方向を変化させる必要がない場合は、第２組の高電位側のスイッチング信号ＱＰ２を常時オフしてもよく、第１組の低電位側のスイッチング信号ＱＮ１を常時オフしてもよい。界磁巻線のインダクタンスは、多くの場合において電機子巻線のインダクタンスより大きいため、オルタ発電制御時の第２制御周期Ｔｃ２の間の界磁電流の変動は小さい上、界磁磁束を直接変化させることが可能なため、オルタ発電制御に好適である。

＜転用例＞
（１）上記の実施の形態１では、交流回転機は、車両用の発電電動機である場合を例に説明した。しかし、交流回転電機は、車両以外の各種の装置の駆動力源に用いられてもよい。

（２）上記の実施の形態１では、界磁巻線式の交流回転機を例として説明した。しかし、交流回転機は、永久磁石式の交流回転機とされてもよい。

（３）上記の実施の形態１では、インバータ制御部３３は、オルタ発電制御を実行する場合を例として説明した。しかし、インバータ制御部３３は、オルタ発電制御と他の制御とを切り替えて実行してもよい。例えば、他の制御として、各組について、３相の電圧指令値に基づいて、インバータのスイッチング素子をＰＷＭ制御によりオンオフするインバータ制御が実行される。インバータ制御では、ｄ軸及びｑ軸の回転座標系上で電流を制御する公知のベクトル制御などが用いられる。

（４）インバータ制御部３３は、各組の各相について、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値が、０よりも大きい値に設定されたローオン判定値ＩｔｈＬ以上である場合は、ローオンモードに切り替えると判定し、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値が、０よりも小さい値に設定されたハイオン判定値以下である場合に、ハイオンモードに切り替えると判定し、電気角で位相をγだけ進めた巻線電流の予測値が、ローオン判定値より小さく、且つハイオン判定値より大きい場合に、ゼロオンモードに切り替えると判定するように構成されてもよい。γは、次回オンオフ時間Ｔｎｘｔに対応する位相に設定される。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 交流回転機、２ 直流電源、４ 界磁巻線、１１ 交流回転機の制御装置、１４ ロータ、１８ ステータ、Ｔｎｘｔ 次回オンオフ時間、Ｔｄｌｙ オンオフ遅れ時間

Claims (16)

1. ロータと、第１組の３相の電機子巻線及び第２組の３相の電機子巻線を有するステータとを設けた交流回転機を、インバータを介して制御する交流回転機の制御装置であって、
   前記インバータは、各組の各相について、直流電源の高電位側に接続される高電位側のスイッチング素子と前記直流電源の低電位側に接続される低電位側のスイッチング素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する相の前記電機子巻線に接続される直列回路を設け、前記スイッチング素子は、逆並列接続されたダイオードの機能を有し、
   前記第１組の３相の電機子巻線に対する前記第２組の３相の電機子巻線の電気角での位相差は、－π／６であり、
   前記交流回転機の制御装置は、
   各組について、３相の前記電機子巻線に生じた誘起電圧により前記交流回転機に発電を行わせる際に、各相について、高電位側及び低電位側の前記スイッチング素子をオフするゼロオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオンすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオフするハイオンモードと、高電位側の前記スイッチング素子をオフすると共に低電位側の前記スイッチング素子をオンするローオンモードと、の切り替えを判定し、切り替えるオルタ発電制御を実行し、
   各組について、第１組及び第２組の３相の前記電機子巻線の電流の検出値に基づいて、電気角で位相をγだけ進めた各相の前記電機子巻線の電流の予測値を算出し、各相の前記電機子巻線の電流の予測値に基づいて、前記ゼロオンモード、前記ハイオンモード、及び前記ローオンモードの切り替えを判定する交流回転機の制御装置。
2. 各組について、第１組及び第２組の３相の前記電機子巻線の電流検出値に基づいて、各相の前記電機子巻線の電流に含まれる電気角１次の成分及び電気角５次の成分を算出し、
   各組の各相の前記電気角１次の成分に対して、ｓｉｎ（γ）又はｃｏｓ（γ）を乗算した値、及び各組の各相の前記電気角５次の成分に対して、ｓｉｎ（５×γ）又はｃｏｓ（５×γ）を乗算した値に基づいて、各組の各相の前記電機子巻線の電流の予測値を算出する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
3. 各組について、第１組及び第２組の３相の前記電機子巻線の電流検出値に基づいて、各相の前記電機子巻線の電流に含まれる電気角１次の成分及び電気角５次の成分を算出し、
   第１組及び第２組の一方の組の第ｍ相の前記電機子巻線の電流の予測値を、前記第ｍ相の前記電機子巻線の電流に含まれる前記電気角１次の成分及び前記電気角５次の成分、及び前記第ｍ相の前記電機子巻線と電気角で位相がπ／２異なる他方の組の第ｎ相の前記電機子巻線の電流に含まれる前記電気角１次の成分及び前記電気角５次の成分に基づいて算出する請求項１又は２に記載の交流回転機の制御装置。
4. 第１組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流の予測値を、それぞれ、ｉｕ１ｅ、ｉｖ１ｅ、ｉｗ１ｅとし、
   第２組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流の予測値を、それぞれ、ｉｕ２ｅ、ｉｖ２ｅ、ｉｗ２ｅとし、
   第１組の第１相の前記電機子巻線の電流に含まれる電気角１次の成分及び電気角５次の成分を、それぞれ、ｉｕ１＿１ｆ、ｉｕ１＿５ｆとし、
   第１組の第２相の前記電機子巻線の電流に含まれる電気角１次の成分及び電気角５次の成分を、それぞれ、ｉｖ１＿１ｆ、ｉｖ１＿５ｆとし、
   第１組の第３相の前記電機子巻線の電流に含まれる電気角１次の成分及び電気角５次の成分を、それぞれ、ｉｗ１＿１ｆ、ｉｗ１＿５ｆとし、
   第２組の第１相の前記電機子巻線の電流に含まれる電気角１次の成分及び電気角５次の成分を、それぞれ、ｉｕ２＿１ｆ、ｉｕ２＿５ｆとし、
   第２組の第２相の前記電機子巻線の電流に含まれる電気角１次の成分及び電気角５次の成分を、それぞれ、ｉｖ２＿１ｆ、ｉｖ２＿５ｆとし、
   第２組の第３相の前記電機子巻線の電流に含まれる電気角１次の成分及び電気角５次の成分を、それぞれ、ｉｗ２＿１ｆ、ｉｗ２＿５ｆとし、
   

   

   の算出式により、各組の各相の前記電機子巻線の電流の予測値を算出する請求項３に記載の交流回転機の制御装置。
5. 第１組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流検出値を、それぞれ、ｉｕ１ｓ、ｉｖ１ｓ、ｉｗ１ｓとし、
   第２組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流検出値を、それぞれ、ｉｕ２ｓ、ｉｖ２ｓ、ｉｗ２ｓとし、
   

   

   の算出式により、各組の各相の前記電機子巻線の電流に含まれる前記電気角１次の成分を算出する請求項４に記載の交流回転機の制御装置。
6. 第１組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流検出値を、それぞれ、ｉｕ１ｓ、ｉｖ１ｓ、ｉｗ１ｓとし、
   第２組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流検出値を、それぞれ、ｉｕ２ｓ、ｉｖ２ｓ、ｉｗ２ｓとし、
   

   

   の算出式により、各組の各相の前記電機子巻線の電流に含まれる前記電気角５次の成分を算出する請求項４又は５に記載の交流回転機の制御装置。
7. 第１組の３相の内の２相の前記電機子巻線の電流検出値及び第２組の３相の内の２相の前記電機子巻線の電流検出値のそれぞれに、個別の換算係数を乗算した値の和により、各組の各相の前記電機子巻線の電流の予測値を算出し、
   ｓｉｎ（γ）、ｃｏｓ（γ）、ｓｉｎ（５×γ）、及びｃｏｓ（５×γ）を用いて、前記個別の換算係数を算出する請求項１に記載の交流回転機の制御装置。
8. 第１組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流の予測値を、それぞれ、ｉｕ１ｅ、ｉｖ１ｅ、ｉｗ１ｅとし、
   第２組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流の予測値を、それぞれ、ｉｕ２ｅ、ｉｖ２ｅ、ｉｗ２ｅとし、
   第１組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流検出値を、それぞれ、ｉｕ１ｓ、ｉｖ１ｓ、ｉｗ１ｓとし、
   第２組の第１相、第２相、及び第３相の前記電機子巻線の電流検出値を、それぞれ、ｉｕ２ｓ、ｉｖ２ｓ、ｉｗ２ｓとし、
   

   

   の算出式により、各組の各相の前記電機子巻線の電流の予測値を算出する請求項７に記載の交流回転機の制御装置。
9. 電気角１周期よりも短い制御周期で、前記ゼロオンモード、前記ハイオンモード、及び前記ローオンモードの切り替えを実行する請求項１から８のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
10. 各組の各相について、予測時間に、前記ロータの電気角での回転角速度を乗算した値を、γとして設定し、
    各組の各相について、現在、前記ハイオンモード又は前記ローオンモードである場合は、前記予測時間を、今回の電流検出時点から、次回の電流検出時点の電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果に基づいてスイッチング素子をオンオフする時点までの期間に設定する請求項１から９のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
11. 各組の各相について、現在、前記ハイオンモードであり、前記電機子巻線の電流の予測値が、ハイゼロ判定値より大きくなった場合に、前記ゼロオンモードに切り替える請求項１から１０のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
12. 各組の各相について、現在、前記ローオンモードであり、前記電機子巻線の電流の予測値が、ローゼロ判定値より小さくなった場合に、前記ゼロオンモードに切り替える請求項１から１１のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
13. 各組の各相について、予測時間に、前記ロータの電気角での回転角速度を乗算した値を、γとして設定し、
    各組の各相について、現在、前記ゼロオンモードである場合は、前記予測時間を、今回の電流検出時点から、今回の電流検出時点の電流の検出値に基づいて判定した切り替え判定結果に基づいてスイッチング素子をオンオフする時点までの期間に設定する請求項１から１２のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
14. 各組の各相について、現在、前記ゼロオンモードであり、前記電機子巻線の電流の予測値が、ゼロハイ判定値以下になった場合に、前記ハイオンモードに切り替え、
    現在、前記ゼロオンモードであり、前記電機子巻線の電流の予測値が、ゼロロー判定値以上になった場合に、前記ローオンモードに切り替える請求項１から１３のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
15. 各組の各相について、現在、前記ゼロオンモードであり、前記電機子巻線の電流検出値が、ゼロハイ判定値以下になった場合に、前記ハイオンモードに切り替え、
    現在、前記ゼロオンモードであり、前記電機子巻線の電流検出値が、ゼロロー判定値以上になった場合に、前記ローオンモードに切り替える請求項１から１２のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。
16. 前記交流回転機は、車両用の発電機または発電電動機である請求項１から１５のいずれか一項に記載の交流回転機の制御装置。

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