励磁绕组式旋转电机及励磁绕组式旋转电机的励磁电流控制方法

技术领域

本发明涉及一种励磁绕组式旋转电机及励磁绕组式旋转电机的励磁电 流控制方法，所述励磁绕组式旋转电机主要搭载于车辆，具有拥有控制装 置的电枢绕组及励磁绕组。

背景技术

近年来，以环境保护和提高燃料消耗效率为目的，具备发动机与除此 以外的动力源例如旋转发电电动机等的被称为混合动力车的车辆的开发与 实用化不断发展。这种车辆根据行驶情况将发动机与除此以外的动力源分 开使用。

例如，为抑制怠速时不必要的燃料消耗，具有一种被称为怠速熄火的 技术，即，在因信号灯而停车等情况下停止内燃机，当发现踩油门或松刹 车等驾驶员的出发意图时利用旋转发电电动机重新起动内燃机。

这种搭载于车辆的旋转发电电动机以可与发动机交换转矩的方式搭 载，因此旋转速度会因驾驶员油门操作或发动机摩擦等影响发生大幅变化。 因此，采用可利用励磁电流进行控制的励磁绕组式，来作为无论发动机的 旋转速度如何均可对旋转发电电动机的感应电压进行控制的方式，而不采 用在转子中内置永磁体的方式。

通常，作为搭载于车辆的发电机的控制方法，存在有以下方法，即， 将与发电机电气连接的电池等电源的电压控制成指定电压值。此时，所结 合的发动机上产生与发电量相应的负载转矩。因此，若发电机的发电量因 车辆状态而发生变动，则与此相应地，对发动机的负载转矩也同样发生变 动。

因此，当发电量急剧变化时，与此相应产生的负载转矩也会急剧增加。 例如若在怠速时发生该负载转矩的急剧变化，则可能引起发动机失速，或 者若在行驶中则可能对驾驶性能造成不良影响。

因此，根据状况的不同，会出现不控制电源电压而将对发动机的负载 转矩控制成指定值的必要性。例如存在下述现有技术，即，根据励磁电流 与旋转速度推算发电时的负载转矩，并控制励磁电流使负载转矩成为指定 值，从而实现负载转矩的控制(例如，参考专利文献1)。因此，进行专利文 献1的控制时，为了高精度地控制负载转矩，正确检测励磁电流将很重要。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2010-81709号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，现有技术存在以下问题。

检测励磁电流时，由于检测电路的个体差异、经年变化、或温度特性 等，在检测值与实际电流之间会产生误差。特别是车辆用旋转电机通常搭 载于发动机附近的发动机室内的高温处，因此车辆用旋转电机的使用温度 为极高的温度。因此，使用温度为非常宽的范围，温度条件导致的特性波 动变大。

此外，如果在检测电路中使用高性能元件，便可构筑个体差异小、温 度特性好的检测电路。然而，这种情况下，元件的高性能化会导致成本上 升。

本发明为解决所述问题开发而成，其目的在于得到一种励磁绕组式旋 转电机及励磁绕组式旋转电机的励磁电流控制方法，所述励磁绕组式旋转 电机具有励磁绕组，其可实现励磁电流检测误差的影响得以抑制的高精度 的励磁电流控制。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所述励磁绕组式旋转电机具有电枢绕组与励磁绕组，其包括： 励磁电流检测部，所述励磁电流检测部检测励磁绕组中流过的励磁电流； 励磁电流控制部，所述励磁电流控制部根据由励磁电流检测部检测的励磁 电流检测值运算向励磁绕组通电的占空比，并使用开关元件进行励磁绕组 的通电控制；以及，励磁电流修正部，所述励磁电流修正部根据励磁电流 的控制状态推算励磁电流变为0A的时刻，指定在所推算的时刻由励磁电流 检测部检测到的励磁电流检测值作为励磁电流修正值，通过将励磁电流检 测部检测到的励磁电流检测值与指定的励磁电流修正值相减来算出修正后 的励磁电流值，励磁电流控制部根据由励磁电流修正部算出的修正后的励 磁电流值进行通电控制。

此外，本发明所述励磁绕组式旋转电机的励磁电流控制方法是具有电 枢绕组与励磁绕组的励磁绕组式旋转电机的励磁电流控制方法，其包括： 励磁电流检测步骤，所述励磁电流检测步骤利用励磁电流检测器检测励磁 绕组中流过的励磁电流；励磁电流控制步骤，所述励磁电流控制步骤根据 由励磁电流检测步骤检测到的励磁电流检测值运算向励磁绕组通电的占空 比，并使用开关元件进行励磁绕组的通电控制；以及，励磁电流修正步骤， 所述励磁电流修正步骤根据励磁电流的控制状态推算励磁电流变为0A的时 刻，指定在所推算的时刻由励磁电流检测步骤检测到的励磁电流检测值作 为励磁电流修正值，通过将励磁电流检测步骤检测到的励磁电流检测值与 指定的励磁电流修正值相减来算出修正后的励磁电流值，励磁电流控制步 骤根据由励磁电流修正步骤算出的修正后的励磁电流值进行通电控制。

发明效果

根据本发明所述的励磁绕组式旋转电机及励磁绕组式旋转电机的励磁 电流控制方法，根据励磁电流的控制状态推算励磁电流变为0A的时刻，并 将在所推算的时刻检测到的励磁电流检测值作为励磁电流修正值来修正励 磁电流的检测误差，由此在具有励磁绕组的励磁绕组式旋转电机中，能够 得到可实现励磁电流检测误差的影响得以抑制的高精度励磁电流控制的励 磁绕组式旋转电机及励磁绕组式旋转电机的励磁电流控制方法。

附图说明

图1是将本发明实施方式1中的励磁绕组式旋转电机搭载于车辆时的概 要整体结构图。

图2是本发明实施方式1的励磁绕组式旋转电机的结构图。

图3是本发明实施方式1中的励磁电流修正部的结构图。

图4是表示本发明实施方式1所述励磁电流修正部中的时间测量计数 器、励磁占空比、励磁电流的时间变化的图。

图5是本发明实施方式2中的励磁电流修正部的结构图。

具体实施方式

以下使用附图对本发明的励磁绕组式旋转电机及励磁绕组式旋转电机 的励磁电流控制方法的优选实施方式进行说明。

实施方式1.

图1是将本发明实施方式1中的励磁绕组式旋转电机搭载于车辆时的概 要整体结构图。驱动源包含发动机10与旋转电机40(与励磁绕组式同步发电 电动机相当，以下说明中称为旋转电机40)。而且，发动机10与旋转电机40 通过直接耦合或者经由传送带、滑轮等结合单元20以可相互交换转矩的状 态进行配置。

此外，旋转电机40与蓄电池30电气连接。该蓄电池30可以是与其他车 辆用负载一起共用的蓄电池，也可以是本旋转电机40专用。

接着，对旋转电机40的电气连接结构进行说明。图2是本发明实施方式 1的励磁绕组式旋转电机的结构图。如图2所示，旋转电机40由电动发电机 部50、功率转换部60、以及控制部70构成。

电动发电机部50由三相Y型接线或△型接线的电枢绕组51、励磁绕组 52、以及电流检测器53构成。另外，电枢绕组51也可以采用三相以外的接 线。

功率转换部60即所谓的三相逆变器，由与电动发电机部50的电枢绕组 51的各相相连接的6个功率转换用开关元件63a～63c、64a～64c、与电动发 电机部50的励磁绕组52相连接的励磁绕组电流控制用开关元件61、以及续 流二极管62构成。

控制部70具备栅极驱动部80、电枢控制部90、励磁电流控制部100、励 磁电流检测部110、以及励磁电流修正部120。栅极驱动部80对功率转换部 60的各开关元件进行驱动。

电枢控制部90控制与电动发电机部50的电枢绕组51相连接的功率转换 部60的功率转换用开关元件63a～63c、64a～64c的开关时序。

励磁电流控制部100决定用于控制电动发电机部50的励磁绕组52中流 过的励磁电流的励磁绕组电流控制用开关元件61的开关时序。

此处，栅极驱动部80的结构如下：根据由电枢控制部90、励磁电流控 制部100发送来的对电枢绕组51及励磁绕组52的开关指令，驱动功率转换用 开关元件63a～63c、64a～64c及励磁绕组电流控制用开关元件61，并进行电 动发电机部50的驱动及发电等控制。

此外，励磁电流检测部110利用电流检测器53检测励磁绕组52中流过的 电流。此外，励磁电流修正部120对励磁电流检测部110检测到的励磁电流 检测值Iraw进行修正运算。

并且，控制部70与位于旋转电机40外部的控制单元130相连接，接收来 自控制单元130的发电指令或驱动指令等运行指令。控制部70例如在来自控 制单元130的指令为发电指令时，跳转到进行发电运行的发电模式；另一方 面，在来自控制单元130的指令为驱动指令时，跳转到进行驱动运行的驱动 模式。

此外，控制部70在控制单元130未发送发电指令、驱动指令时，跳转到 不执行电枢控制及励磁电流控制的停止模式。并且，控制部70在控制单元 130发出停止指令时，也跳转到旋转电机40的停止模式。

接着，对本发明的技术特征即励磁电流修正部120的动作详细地进行说 明。图3是本发明实施方式1中的励磁电流修正部120的结构图。如图3所示， 励磁电流修正部120具备励磁电流修正值计算部121、修正值更新许可判定 时间存储部122、励磁电流修正值存储部123、以及励磁电流计算部124。

励磁电流修正值计算部121指定励磁绕组52中流过的电流为0A时的励 磁电流检测值Iraw作为励磁电流修正值Ioff，并具备时间测量单元121a。修 正值更新许可判定时间存储部122为预先存储修正值更新许可判定计数值 Cth的存储部。

励磁电流修正值存储部123为用于存储由励磁电流修正值计算部121算 出的励磁电流修正值Ioff的存储部。此外，励磁电流计算部124根据励磁电 流修正值Ioff，算出对励磁电流检测值Iraw进行修正后的励磁电流值If。

接着，对通过励磁电流修正值计算部121判定励磁绕组52中流过的电流 是否为0A的方法进行说明。图4是表示本发明实施方式1所述励磁电流修正 部120中的时间测量计数器、励磁占空比、励磁电流的时间变化的图。根据 需要参考图4说明如下。

首先，励磁电流修正值计算部121接收励磁电流控制部100为控制励磁 电流而命令励磁绕组电流控制用开关元件61开关的PWM信号的占空比 Df(以下称为励磁占空比Df)，判定励磁占空比Df是否为0％。

励磁占空比Df≠0％时，励磁电流修正值计算部121内的时间测量单元 121a将时间测量计数值C清零。另一方面，励磁占空比Df＝0％时，时间测量 单元121a对时间测量计数值C进行向上计数。

接着，励磁电流修正值计算部121通过使用时间测量单元121a以指定时 间的间隔反复进行以上动作，由此来测量励磁占空比Df＝0％的状态的持续 时间。励磁占空比Df＝0％的状态持续时，时间测量计数值C如图4(a)所示依 次向上计数。

接着，在对时间测量计数值C进行向上计数时，励磁电流修正值计算部 121判定时间测量计数值C是否达到由修正值更新许可判定时间存储部122 读取到的修正值更新许可判定计数值Cth。接着，励磁电流修正值计算部121 在时间测量计数值C达到修正值更新许可判定计数值Cth时，判定(推算推算) 励磁绕组52中流过的电流为0A。

此处，修正值更新许可判定计数值Cth中预先设定有时间比励磁绕组52 所具有的时间常数足够长的计数值。这是因为，例如如图4(b)所示，在励磁 占空比Df由100％变成0％时，励磁绕组中流过的电流不会立即变为0A，而 是根据由励磁绕组的电阻和电感所决定的时间常数，形成如图4(c)所示的电 流下降沿。

即，即使励磁占空比Df为0％，励磁绕组52中流过的电流也未必是0A。 因此，如图4所示，修正值更新许可判定计数值Cth中需要设定比励磁绕组 52的时间常数大的值，以使其成为使励磁绕组中流过的电流确实收敛成0A 的时间。

在时间测量计数值C达到修正值更新许可判定计数值Cth时，励磁电流 修正值计算部121从励磁电流检测部110读取励磁电流检测值Iraw。此处， 如上述所示，在时间测量计数值C达到修正值更新许可判定计数值Cth时， 由于励磁绕组52中流过的电流(实际电流)确实为0A，因此可以认为此时的 励磁电流检测值Iraw是电流为0A时的检测值。

因此，励磁电流修正值计算部121将此时的励磁电流检测值Iraw作为电 流为0A时的检测值，并将其作为励磁电流修正值Ioff存储到励磁电流修正值 存储部123。

接着，励磁电流计算部124通过将励磁电流检测值Iraw减去励磁电流修 正值存储部123中所存储的励磁电流修正值Ioff，从而算出已修正误差的励 磁电流值If。进而，励磁电流计算部124将算出的励磁电流值If发送到励磁 电流控制部100。其结果是，励磁电流控制部100可利用修正后的励磁电流 值If向励磁绕组52进行通电控制。

如上所述，根据实施方式1，在对用于控制励磁电流的励磁绕组电流控 制用开关元件发出命令其开关的PWM信号的占空比为0％的状态持续比励 磁绕组的时间常数足够长的时间时，即算出励磁电流确实变为0A的状态的 励磁电流检测值作为修正值。因此，可使用利用该修正值进行修正后的励 磁电流检测值进行励磁电流控制，从而可实现因电流检测电路的个体差异、 经年变化、或温度特性产生的检测误差得以修正的高精度的励磁电流控制。

实施方式2.

在上述实施方式1中，对通过监视向励磁绕组通电的PWM信号的占空 比，从而判定为励磁绕组中未流过电流的状态(即推算励磁电流变为0A的时 刻)的情况进行了说明。相对于此，本实施方式2中，对根据旋转电机的动 作模式来判定为未流过励磁电流的状态的方法进行说明。

图5是本发明实施方式2中的励磁电流修正部120的结构图。本实施方式 2的图5中的励磁电流修正部120的结构与上述实施方式1的图3中的励磁电 流修正部120的结构基本上相同。但是，本实施方式2中的不同点在于，励 磁电流修正值计算部121读取模式信号Smode来代替从励磁电流控制部100 读取励磁占空比Df，所述模式信号Smode用于判别跳转到控制部70根据来 自控制单元130的动作指令所判定的发电模式等动作模式或者停止模式中 的某个模式。

通常，搭载于车辆的旋转电机40在发动机运行中为补充车辆的电力消 耗，始终接受发电指令，进行蓄电池的充电。然而，在旋转电机40进行发 电动作时，会对发动机产生负转矩。

因此，作为车辆的电力管理方法，也可以考虑采取如下控制，例如当 车辆减速时，即需要对发动机产生负转矩时，积极地进行车辆的电力消耗 量以上的发电，在发动机加速等想要减轻对发动机的负载的情况下，即使 在发动机运行过程中也不进行发电。

即，可考虑下述情况：即使在发动机运行中，也不接受来自控制单元 130的发电或驱动的任意一个动作指令，或者接受停止指令，此时控制部70 跳转到停止模式。跳转到停止模式时，由于控制部70不进行电枢控制及励 磁电流控制，因此，若除去跳转到停止模式后因励磁绕组特性而产生的电 流下降延迟时间，则励磁电流变为0A的状态。

这是因为考虑到在跳转到停止模式后，在之前的运行模式内向励磁绕 组通电的情况。因此，不向励磁绕组进行通电的停止模式持续比励磁绕组 时间常数足够长的时间时，可判定励磁绕组中流过的电流为0A。

因此，本实施方式2中，通过时间测量单元121a测量模式信号Smode表 示停止模式的状态的持续时间，在该测量时间达到与修正值更新许可判定 时间存储部122中预先存储的修正值更新许可判定计数值Cth相当的时间 时，进行励磁电流修正值Ioff的计算以及向励磁电流修正值存储部123的写 入。

如上所述，根据实施方式2，当旋转电机不进行发电动作或驱动动作等 任何向励磁绕组通电的动作的模式持续比励磁绕组的时间常数足够长的时 间时，通过判断为励磁电流确实变为0A的状态，便可得到与前面实施方式1 相同的效果。

另外，上述实施方式2中，根据旋转电机的动作模式，已判定为励磁绕 组中未流过电流的状态。相对于此，例如若是搭载怠速熄火系统的车辆， 则通过下述判定，便可得到相同效果。

车辆怠速熄火时，与发动机耦合的旋转电机40的旋转速度变为0，不会 进行伴随向励磁绕组通电的发电或驱动这样的动作。因此，例如若通过控 制单元130接收车辆是否怠速熄火的信息，则当怠速熄火(＝未向励磁绕组通 电的状态)的持续时间持续比励磁绕组的时间常数足够长的时间时，便可判 定为励磁绕组中流过的电流为0A。

此外，上述实施方式1及实施方式2中，判定为励磁绕组的电流为0A时， 运算励磁电流的修正值。然而，本发明并不限定于这种情况。例如，也可 检测励磁电流检测部110的周围温度，根据该周围温度追加是否进行修正值 计算的条件。

通常，作为励磁电流检测部110的误差，可认为由个体差异、经年变化、 或温度特性导致。其中，对于因个体差异或经年变化导致的误差，由于考 虑到其不可能在短时间内变化，因此，例如若在旋转电机电源接通后仅运 算一次修正值，则之后即使不进行修正也无问题。

另一方面，对于因温度特性导致的误差，由于其在温度变化时会变得 显著，因此若与算出上次修正量时的温度的变化量较少，则无需进行多次 修正量的计算。因此，例如励磁电流检测部110的周围温度与算出上次修正 量时的周围温度相比在指定范围内变化(检测误差在允许范围内)时，只要构 成为不进行修正值的计算，就可省略不需要的运算。