WO2018131568A1

WO2018131568A1 - 電力変換回路の制御装置、回転電機ユニット

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Publication number: WO2018131568A1
Application number: PCT/JP2018/000199
Authority: WO
Inventors: 拓人鈴木
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2018-07-19
Also published as: DE112018000350T5; CN110168925A; JP6677176B2; JP2018113784A; CN110168925B

Abstract

電力変換回路の制御装置（１４）は、複数のスイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）を有し入力電力を変換して回転電機（１７）に出力する電力変換回路（１３）、を制御する。制御装置は、回転電機により力行を行う際に、ＰＷＭ制御により複数のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ制御部と、ＰＷＭ制御部によりＰＷＭ制御が実行されており且つ回転電機が所定回転速度未満で回転している低速回転状態が、所定時間よりも長く継続していることを判定する判定部と、判定部により低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、ＰＷＭ制御よりもスイッチング素子のオンオフ頻度が低い所定制御を実行する所定制御部と、を備える。

Description

電力変換回路の制御装置、回転電機ユニット

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１７年１月１１日に出願された日本出願番号２０１７－００２８０３号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、入力電力を変換して回転電機に出力する電力変換回路を制御する装置に関する。

　従来、三相交流モータ（回転電機）のロック状態を解消するために、三相交流モータのトルクをユーザ要求トルクから一旦低下させて復帰させる第１トルク低減制御と、三相交流モータのトルクを第１トルク低減制御よりも低い所定トルクまで低下させる第２トルク低減制御とを実行するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、モータロック状態であると判定されたとき、ステータのコイルが温度上限値に到達すると推定される到達時間の経過後に第１トルク低減制御を実行し、第１トルク低減制御を実行してもモータロック状態が解消されない場合に第２トルク低減制御を実行している。

特許第４９８５５６１号公報

　しかしながら、回転電機がロック状態でない場合であっても、回転電機が低回転速度で回転し続けると、入力電力を変換して回転電機に出力する電力変換回路の部品等が過熱して損傷するおそれがあることに、本願開示者は着目した。

　本開示は、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、入力電力を変換して回転電機に出力する電力変換回路の部品等が過熱することを抑制することのできる電力変換回路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、
　複数のスイッチング素子を有し入力電力を変換して回転電機に出力する電力変換回路、を制御する制御装置であって、
　前記回転電機により力行を行う際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ制御部と、
　前記ＰＷＭ制御部により前記ＰＷＭ制御が実行されており且つ前記回転電機が所定回転速度未満で回転している低速回転状態が、所定時間よりも長く継続していることを判定する判定部と、
　前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記ＰＷＭ制御よりも前記スイッチング素子のオンオフ頻度が低い所定制御を実行する所定制御部と、
を備える。

　上記構成によれば、電力変換回路は、複数のスイッチング素子を有しており、入力電力を変換して回転電機に出力する。そして、回転電機により力行を行う際に、ＰＷＭ制御部によって、ＰＷＭ制御により複数のスイッチング素子がオンオフされる。ここで、回転電機が所定回転速度未満で回転している状態では、回転電機がロック状態である場合ほどではないものの、電力変換回路に流れる電流が大きくなる。さらに、ＰＷＭ制御では、スイッチング素子が頻繁にオンオフされるため、スイッチング損失による発熱量が大きくなる。このため、スイッチング素子が過熱して損傷するおそれがある。

　この点、判定部によって、ＰＷＭ制御部によりＰＷＭ制御が実行されており且つ回転電機が所定回転速度未満で回転している低速回転状態が、所定時間よりも長く継続していることが判定される。そして、判定部により低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、ＰＷＭ制御よりもスイッチング素子のオンオフ頻度が低い所定制御が実行される。このため、スイッチング素子のスイッチング損失を減少させることができ、スイッチング素子の発熱量を減少させることができる。したがって、回転電機による力行を継続する場合であっても、スイッチング素子が過熱することを抑制することができる。さらに、スイッチング素子のオンオフ頻度が低くなるため、スイッチングノイズを減少させることができる。なお、低速回転状態として、ＰＷＭ制御部によりＰＷＭ制御が実行されており且つ回転電機が第１所定回転速度よりも高く第２所定回転速度（所定回転速度に相当）未満の回転速度で回転している状態等を採用することもできる。

　第２の手段では、前記所定制御部は、前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記所定制御として矩形波制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフする。

　上記構成によれば、所定制御として、矩形波制御により複数のスイッチング素子がオンオフされる。矩形波制御では、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、スイッチング素子をオンにする位相が制御される。このため、ＰＷＭ制御と比較してスイッチング素子のオンオフ頻度が大幅に低くなり、スイッチング損失及びスイッチングノイズを大幅に減少させることができる。

　第３の手段では、前記ＰＷＭ制御部は、前記回転電機により力行を行う際に、所定周波数のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフし、前記所定制御部は、前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記所定制御として前記所定周波数よりも低い周波数のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフする。

　上記構成によれば、回転電機により力行を行う際に、ＰＷＭ制御部によって、所定周波数のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により複数のスイッチング素子がオンオフされる。そして、所定制御として、所定周波数よりも低い周波数のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により、複数のスイッチング素子がオンオフされる。このため、ＰＷＭ制御部によるＰＷＭ制御と比較してスイッチング素子のオンオフ頻度が低くなり、スイッチング損失及びスイッチングノイズを減少させることができる。

　第４の手段では、前記回転電機は、電機子巻線として多相二重巻線を有しており、前記多相二重巻線には、それぞれ前記電力変換回路が接続されており、前記所定制御部は、前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記ＰＷＭ制御よりも前記スイッチング素子のオンオフ頻度が低い所定制御を実行し、且つ前記多相二重巻線に交互に電力が出力されるように前記複数のスイッチング素子をオンオフする。

　上記構成によれば、回転電機は、電機子巻線として多相二重巻線を有しており、多相二重巻線には、それぞれ電力変換回路が接続されている。そして、判定部により低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、ＰＷＭ制御よりもスイッチング素子のオンオフ頻度が低い所定制御が実行され、且つ多相二重巻線に交互に電力が出力されるように複数のスイッチング素子がオンオフされる。このため、多相二重巻線の一方に電力を出力する電力変換回路が通電している間に他方の電力変換回路を冷却することができ、スイッチング素子が過熱することを更に抑制することができる。

　第５の手段は、複数のスイッチング素子を有し入力電力を変換して回転電機に出力する電力変換回路、を制御する制御装置であって、
　前記回転電機は、電機子巻線として多相二重巻線を有しており、
　前記多相二重巻線には、それぞれ前記電力変換回路が接続されており、
　前記回転電機により力行を行う際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ制御部と、
　前記ＰＷＭ制御部により前記ＰＷＭ制御が実行されており且つ前記回転電機が所定回転速度未満で回転している低速回転状態が、所定時間よりも長く継続していることを判定する判定部と、
　前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記多相二重巻線に交互に電力が出力されるように前記複数のスイッチング素子をオンオフする交互出力制御部と、
を備える。

　上記構成によれば、第４の手段と同様に、多相二重巻線の一方に電力を出力する電力変換回路に通電している間に他方の電力変換回路を冷却することができ、スイッチング素子が過熱することを抑制することができる。

　回転電機がエンジンの始動を行う構成では、エンジンにおいて燃料が着火しなかったり失火したりする場合がある。その場合、エンジンの始動時に、回転電機が所定回転速度未満で回転する状態が継続するおそれがある。

　この点、第６の手段では、前記回転電機は、エンジンの始動を行うものであり、前記ＰＷＭ制御部は、前記エンジンの始動を行う際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフするといった構成を採用している。したがって、回転電機がエンジンの始動を行う構成において、回転電機による力行を継続する場合であっても、スイッチング素子が過熱することを抑制することができる。

　回転電機が、エンジンの燃料がカットされた状態で、エンジンをアイドル回転速度よりも低い回転速度で回転させる状態を維持する構成では、回転電機が所定回転速度未満で回転する状態が継続するおそれがある。

　この点、第７の手段では、前記回転電機は、エンジンの燃料がカットされた状態で、前記エンジンをアイドル回転速度よりも低い回転速度で回転させる状態を維持するものであり、前記ＰＷＭ制御部は、前記エンジンをアイドル回転速度よりも低い回転速度で回転させる状態を維持する際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフするといった構成を採用している。したがって、回転電機が、エンジンの燃料がカットされた状態で、エンジンをアイドル回転速度よりも低い回転速度で回転させる状態を維持する構成において、スイッチング素子が過熱することを抑制することができる。

　回転電機が車両を走行させる構成において、車両が急な登坂路を走行する場合がある。その場合、車両の走行時に、回転電機が所定回転速度未満で回転する状態が継続するおそれがある。

　この点、第８の手段では前記回転電機は、車両を走行させるものであり、前記ＰＷＭ制御部は、前記車両を走行させる際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフするといった構成を採用している。したがって、回転電機が車両を走行させる構成において、スイッチング素子が過熱することを抑制することができる。

　第９の手段は、回転電機ユニットであって、第１～第８のいずれか１つの電力変換回路の制御装置と、前記回転電機と、前記電力変換回路と、を備える。

　上記構成によれば、電力変換回路の制御装置と、回転電機と、電力変換回路と、を備える回転電機ユニットにおいて、スイッチング素子が過熱することを抑制することができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、車載回転電機システムの構成を示す回路図であり、図２は、回転速度及びトルクに応じた回転電機の力行制御を示す図であり、図３は、回転電機ユニットの変更例を示す回路図である。

　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（力行機能）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、回転位置センサ１８、電流センサ１９Ｘ，１９Ｙ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。回転位置センサ１８は、界磁巻線１２の回転位置を検出する。回転位置センサ１８は、レゾルバやホール素子等により構成されている。エンジン１０１のクランク軸と回転電機１７の回転子は、ベルトにより接続されている。回転子（回転電機１７）は、クランク軸（エンジン１０１）の回転速度に２．２倍を掛けた回転速度で回転する。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（電力変換回路に相当）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から入力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。電流センサ１９ＸはＸ相巻線に流れる電流を検出し、電流センサ１９ＹはＹ相巻線に流れる電流を検出する。

　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（スイッチング素子に相当）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（電圧検出部に相当）が設けられている。

　回転電機ＥＣＵ１４（電力変換回路の制御装置に相当）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。回転電機１７は、エンジンＥＣＵ２０からエンジン１０１を始動（後述するエンジン自動停止後の自動再始動）させる指令を受信した場合に、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を有している。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。エンジンＥＣＵ２０は、所定の自動停止条件が成立した場合にエンジン１０１を自動停止させ、所定の自動再始動条件が成立した場合にエンジン１０１を自動再始動させる。回転電機ＥＣＵ１４とエンジンＥＣＵ２０とは、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、互いに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。詳しくは、回転電機ＥＣＵ１４は、回転位置センサ１８により検出される界磁巻線１２の回転位置に基づいて、界磁巻線１２（すなわち回転電機１７）の回転速度を算出する。なお、回転速度は、単位時間当たりの回転数に相当し、角速度や、単位時間当たりの角度変化量等を含む。また、回転電機ＥＣＵ１４は、算出した回転速度のなまし値を用いてもよい。これにより、エンジン１０１のクランク軸と回転電機１７の回転子とを接続するベルトの緩み等に起因する回転速度の変動、ひいては回転速度の誤検出を抑制することができる。回転電機ＥＣＵ１４は、電流センサ１９Ｘ，１９Ｙにより検出されたＸ相，Ｙ相の電流、界磁巻線１２の回転位置及び回転速度に基づいて、ＰＷＭ制御により各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ位相及びオンオフ期間（デューティ等）を制御する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、界磁巻線１２の回転位置に基づいて矩形波制御を実行する。矩形波制御では、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、スイッチＳｐ，Ｓｎをオンにする位相を制御する。各相の位相は、互いに電気角１２０°ずれている。

　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に示すように、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、力行時の制御を切り替える。

　詳しくは、回転電機ＥＣＵ１４（ＰＷＭ制御部に相当）は、力行時、且つ回転速度が第１回転速度Ｎ１未満の領域Ａで、ＰＷＭ制御（パルス幅変調制御）を実行する。第１回転速度Ｎ１は、４００ｒｐｍ付近で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Ｎ１は、要求トルクに依存しない固定値であってもよい。その場合、第１回転速度Ｎ１は、例えば４００ｒｐｍに設定される。回転電機ＥＣＵ１４（ＰＷＭ制御部に相当）は、エンジン１０１の始動時も領域Ａと同様に、ＰＷＭ制御を実行する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、力行時、且つ回転速度が第１回転速度Ｎ１以上の領域Ｂで、矩形波制御を実行する。

　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制御を実行し、回転速度の高い領域Ｂで矩形波制御を実行する。

　ここで、回転電機１７によりエンジン１０１の始動を行う際に、エンジン１０１において燃料が着火しなかったり失火したりする場合がある。その場合、エンジン１０１の始動に際して、回転電機１７がロック状態になっていなくても、回転電機１７が所定回転速度（例えば４００ｒｐｍ）未満で回転する状態が継続するおそれがある。そして、回転電機１７が所定回転速度未満で回転している状態では、回転電機１７がロック状態である場合ほどではないものの、インバータ１３に流れる電流が大きくなる。さらに、ＰＷＭ制御では、矩形波制御と比較して各スイッチＳｐ，Ｓｎが頻繁にオンオフされるため、スイッチング損失による発熱量が大きくなる。このため、スイッチＳｐ，Ｓｎが過熱して損傷するおそれがある。

　この点、本実施形態では、回転電機ＥＣＵ１４（判定部に相当）は、ＰＷＭ制御が実行されており且つ回転電機１７が所定回転速度未満で回転している低速回転状態が、所定時間よりも長く継続しているか否か判定する。所定回転速度は、ＰＷＭ制御により回転電機１７が低速で回転している状態を判定することのできる値であり、１００～４００ｒｐｍに設定されることが望ましく、例えば２５０ｒｐｍに設定されている。所定時間は、ＰＷＭ制御による始動において、エンジン１０１が正常に始動しておらず、スイッチＳｐ，Ｓｎが加熱するおそれがあることを判定する時間であり、８００～１２００ｍｓに設定されていることが望ましく、例えば１０００ｍｓに設定されている。

　そして、上記低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、回転電機ＥＣＵ１４（所定制御部に相当）は、矩形波制御（すなわちＰＷＭ制御よりも各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ頻度が低い所定制御）を実行する。回転電機ＥＣＵ１４は、エンジン１０１の始動時において、エンジン１０１の回転速度が完爆回転速度（自立運転可能な回転速度）に到達すると、回転電機１７による力行（インバータ１３の矩形波制御）を終了する。一方、回転電機ＥＣＵ１４は、エンジン１０１の回転速度が完爆回転速度に到達しない場合は最長で数ｓｅｃ（予め設定された実行時間）だけ矩形波制御を継続（実行）して、回転電機１７による力行を終了する。

　矩形波制御を実行すると、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回だけとなり、ＰＷＭ制御を実行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大幅に少なくなる。このため、矩形波制御を実行することで、ＰＷＭ制御と比較してスイッチング頻度が大幅に低くなり、スイッチング損失を大幅に減少させることができる。

　以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

　・ＰＷＭ制御が実行されており且つ回転電機１７が所定回転速度未満で回転している低速回転状態が、所定時間よりも長く継続していることが判定される。そして、低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、ＰＷＭ制御よりも各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ頻度が低い所定制御が実行される。このため、各スイッチＳｐ，Ｓｎのスイッチング損失を減少させることができ、各スイッチＳｐ，Ｓｎの発熱量を減少させることができる。したがって、回転電機１７による力行を継続する場合であっても、スイッチＳｐ，Ｓｎが過熱することを抑制することができる。さらに、各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ頻度が低くなるため、スイッチングノイズを減少させることができる。

　・所定制御として、矩形波制御により各スイッチＳｐ，Ｓｎがオンオフされる。矩形波制御では、各スイッチＳｐ，Ｓｎ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、各スイッチＳｐ，Ｓｎをオンにする位相が制御される。このため、ＰＷＭ制御と比較して各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ頻度が大幅に低くなり、スイッチング損失及びスイッチングノイズを大幅に減少させることができる。

　・回転電機１７は、エンジン１０１の始動を行うものであり、回転電機ＥＣＵ１４は、エンジン１０１の始動を行う際に、ＰＷＭ制御により各スイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフしている。したがって、エンジン１０１の始動に際して、エンジン１０１において燃料が着火しなかったり失火したりした場合に、回転電機１７による力行を継続してエンジン始動を図ったとしても、スイッチＳｐ，Ｓｎが過熱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Ｓｐ，Ｓｎが過熱することを抑制することができる。

　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。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

　・回転電機ＥＣＵ１４（ＰＷＭ制御部に相当）は、回転電機１７によりエンジン１０１の始動（力行）を行う際に、所定周波数ｆ１のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により各スイッチＳｐ，Ｓｎ（スイッチング素子に相当）をオンオフしてもよい。そして、上述した低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、回転電機ＥＣＵ１４（所定制御部に相当）は、所定制御として所定周波数ｆ１よりも低い周波数ｆ２（ｆ２＜ｆ１）のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により各スイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフしてもよい。

　上記構成によれば、回転電機１７により力行を行う際に、所定周波数ｆ１のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により各スイッチＳｐ，Ｓｎがオンオフされる。そして、所定制御として、所定周波数ｆ１よりも低い周波数ｆ２のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により、各スイッチＳｐ，Ｓｎがオンオフされる。このため、所定周波数ｆ１のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御と比較して、各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ頻度が低くなり、スイッチング損失及びスイッチングノイズを減少させることができる。

　・図３に示すように、回転電機１７は、電機子巻線として多相二重巻線１１Ｘ～１１Ｚ，１１Ｕ～１１Ｗを有しており、多相二重巻線１１Ｘ～１１Ｚ，１１Ｕ～１１Ｗには、それぞれインバータ１３Ａ，１３Ｂ（電力変換回路に相当）が接続されている構成を採用することもできる。そして、上記低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、回転電機ＥＣＵ１４（所定制御部に相当）は、ＰＷＭ制御よりも各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ頻度が低い所定制御を実行し、且つ多相二重巻線１１Ｘ～１１Ｚ，１１Ｕ～１１Ｗに交互に電力が出力されるように各スイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフしてもよい。

　上記構成によれば、多相二重巻線１１Ｘ～１１Ｚ，１１Ｕ～１１Ｗの一方に電力を出力するインバータ１３Ａ（１３Ｂ）が通電している間に他方のインバータ１３Ｂ（１３Ａ）を冷却することができ、スイッチＳｐ，Ｓｎが過熱することを更に抑制することができる。なお、回転電機１７が４相以上の巻線を有する構成を採用することもできる。

　また、低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、回転電機ＥＣＵ１４（交互出力制御部に相当）は、多相二重巻線１１Ｘ～１１Ｚ，１１Ｕ～１１Ｗに交互に電力が出力されるように各スイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフする交互出力制御を実行し、ＰＷＭ制御よりも各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ頻度が低い所定制御を実行しない（例えばＰＷＭ制御を継続する）ようにすることもできる。

　上記構成によっても、多相二重巻線１１Ｘ～１１Ｚ，１１Ｕ～１１Ｗの一方に電力を出力するインバータ１３Ａ（１３Ｂ）に通電している間に他方のインバータ１３Ｂ（１３Ａ）を冷却することができ、スイッチＳｐ，Ｓｎが過熱することを抑制することができる。さらに、所定制御及び交互出力制御のうち交互出力制御のみを実行しているため、低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に制御が急変することを抑制することができる。

　・回転電機１７は、エンジン１０１の燃料がカットされた状態で、エンジン１０１をアイドル回転速度よりも低い回転速度で回転させる状態を維持するといった構成を採用することもできる。そして、回転電機ＥＣＵ１４（ＰＷＭ制御部に相当）は、エンジン１０１をアイドル回転速度よりも低い回転速度で回転させる状態を維持する際に、ＰＷＭ制御により各スイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフする。こうした構成では、回転電機１７が所定回転速度未満で回転する状態が継続するおそれがある。

　そこで、低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、回転電機ＥＣＵ１４（所定制御部に相当）は、ＰＷＭ制御よりも各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ頻度が低い所定制御を実行してもよい。こうした構成によれば、回転電機１７が、エンジン１０１の燃料がカットされた状態で、エンジン１０１をアイドル回転速度よりも低い回転速度で回転させる状態を維持する際に、スイッチＳｐ，Ｓｎが過熱することを抑制することができる。

　・回転電機１７として、車両を走行させることのできる駆動力を発生するＭＧ（Motor Generator）等を採用し、回転電機１７により車両を走行させるＥＶ走行を実行することもできる。そして、回転電機ＥＣＵ１４（ＰＷＭ制御部に相当）は、車両を走行させる際に、図２に準じたマップを用いてＰＷＭ制御及び矩形波制御により各スイッチＳｐ，Ｓｎをオンオフする。こうした構成において、車両が急な登坂路を走行する場合がある。その場合、車両のＥＶ走行時に、回転電機１７が所定回転速度未満で回転する状態が継続するおそれがある。

　そこで、低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、回転電機ＥＣＵ１４（所定制御部に相当）は、ＰＷＭ制御よりも各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ頻度が低い所定制御を実行してもよい。こうした構成によれば、回転電機１７が車両をＥＶ走行させる際に、スイッチＳｐ，Ｓｎが過熱することを抑制することができる。なお、エンジン１０１の始動後に、回転電機１７によりエンジン１０１の駆動力をアシストする場合も、同様の制御を実行することができる。これらの場合、低速回転状態が所定時間よりも長く継続していなくても、回転電機１７の回転速度が第１回転速度Ｎ１以上になると矩形波制御が実行される。

　・ＰＷＭ制御が実行されており且つ回転電機１７が第１所定回転速度（例えば１００ｒｐｍ）よりも高く第２所定回転速度（例えば４００ｒｐｍ）未満の回転速度で回転している状態を低速回転状態としてもよい。そして、低速回転状態が所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、回転電機ＥＣＵ１４（所定制御部に相当）は、上記所定制御及び上記交互出力制御の少なくとも１つを実行してもよい。

　・回転電機ＥＣＵ１４に代えて、エンジンＥＣＵ２０により、ＰＷＭ制御部、判定部、所定制御部、及び交互出力制御部の機能を実現することもできる。また、回転電機ＥＣＵ１４とエンジンＥＣＵ２０とに、これらの機能を分配してもよい。

　・回転電機１７として、界磁巻線１２に代えて、ロータ５８に磁石を備える磁石式回転電機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。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　複数のスイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）を有し入力電力を変換して回転電機（１７）に出力する電力変換回路（１３、１３Ａ、１３Ｂ）、を制御する制御装置（１４、２０）であって、
　前記回転電機により力行を行う際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ制御部と、
　前記ＰＷＭ制御部により前記ＰＷＭ制御が実行されており且つ前記回転電機が所定回転速度未満で回転している低速回転状態が、所定時間よりも長く継続していることを判定する判定部と、
　前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記ＰＷＭ制御よりも前記スイッチング素子のオンオフ頻度が低い所定制御を実行する所定制御部と、
を備える電力変換回路の制御装置。
　前記所定制御部は、前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記所定制御として矩形波制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフする請求項１に記載の電力変換回路の制御装置。
　前記ＰＷＭ制御部は、前記回転電機により力行を行う際に、所定周波数のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフし、
　前記所定制御部は、前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記所定制御として前記所定周波数よりも低い周波数のキャリア信号を用いたＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフする請求項１に記載の電力変換回路の制御装置。
　前記回転電機は、電機子巻線として多相二重巻線（１１Ｘ～１１Ｚ、１１Ｕ～１１Ｗ）を有しており、
　前記多相二重巻線には、それぞれ前記電力変換回路（１３Ａ、１３Ｂ）が接続されており、
　前記所定制御部は、前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記ＰＷＭ制御よりも前記スイッチング素子のオンオフ頻度が低い所定制御を実行し、且つ前記多相二重巻線に交互に電力が出力されるように前記複数のスイッチング素子をオンオフする請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
　複数のスイッチング素子（Ｓｐ，Ｓｎ）を有し入力電力を変換して回転電機（１７）に出力する電力変換回路、を制御する制御装置（１４、２０）であって、
　前記回転電機は、電機子巻線として多相二重巻線（１１Ｘ～１１Ｚ、１１Ｕ～１１Ｗ）を有しており、
　前記多相二重巻線には、それぞれ前記電力変換回路（１３Ａ、１３Ｂ）が接続されており、
　前記回転電機により力行を行う際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフするＰＷＭ制御部と、
　前記ＰＷＭ制御部により前記ＰＷＭ制御が実行されており且つ前記回転電機が所定回転速度未満で回転している低速回転状態が、所定時間よりも長く継続していることを判定する判定部と、
　前記判定部により前記低速回転状態が前記所定時間よりも長く継続していると判定された場合に、前記多相二重巻線に交互に電力が出力されるように前記複数のスイッチング素子をオンオフする交互出力制御部と、
を備える電力変換回路の制御装置。
　前記回転電機は、エンジン（１０１）の始動を行うものであり、
　前記ＰＷＭ制御部は、前記エンジンの始動を行う際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフする請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
　前記回転電機は、エンジン（１０１）の燃料がカットされた状態で、前記エンジンをアイドル回転速度よりも低い回転速度で回転させる状態を維持するものであり、
　前記ＰＷＭ制御部は、前記エンジンをアイドル回転速度よりも低い回転速度で回転させる状態を維持する際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフする請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
　前記回転電機は、車両を走行させるものであり、
　前記ＰＷＭ制御部は、前記車両を走行させる際に、ＰＷＭ制御により前記複数のスイッチング素子をオンオフする請求項１～７のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置。
　請求項１～８のいずれか１項に記載の電力変換回路の制御装置（１４、２０）と、
　前記回転電機（１７）と、前記電力変換回路（１３、１３Ａ、１３Ｂ）と、を備える回転電機ユニット（１０）。