特許 6349845 回転電機の制御装置及び回転電機制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6349845

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】回転電機の制御装置及び回転電機制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/14 20060101AFI20180625BHJP

   B60K 6/26 20071001ALI20180625BHJP

   B60K 6/445 20071001ALI20180625BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   H02P9/14 G

   B60K6/26

   B60K6/445

   B60L15/20 J

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-63942(P2014-63942)

(22)【出願日】2014年3月26日

(65)【公開番号】特開2015-186428(P2015-186428A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年12月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 嘉昭

(72)【発明者】

【氏名】平本 健二

(72)【発明者】

【氏名】難波 雅史

(72)【発明者】

【氏名】中井 英雄

(72)【発明者】

【氏名】守屋 一成

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２３６０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００９４４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ９／１４

Ｂ６０Ｋ ６／２６

Ｂ６０Ｋ ６／４４５

Ｂ６０Ｌ １５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変界磁型の回転電機を制御する制御装置であって、
前記回転電機の少なくとも角速度、要求トルク、及び前記回転電機が搭載される車両の運転状況を入力する入力手段と、
前記角速度、要求トルク及び運転状況に基づき、発電効率を最大化するように前記回転電機の目標界磁磁束を演算する演算手段と、
前記目標界磁磁束に基づき、前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御するための制御指令を出力する制御手段と、
を備え、
前記演算手段は、前記回転電機の発電量Ｗのモデル
Ｗ＝Ｔ（φ，ω）ω−Ｑ（Ｔ（φ，ω），φ，ω）
但し、Ｔ：要求トルク
φ：界磁磁束
ω：角速度
Ｑ：損失
に基づき前記目標界磁磁束を演算することを特徴とする回転電機の制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機の制御装置において、
前記回転電機はエンジンのクランク軸に連結され、前記エンジンの動力により発電するものであり、
前記演算手段は、前記エンジンの停止状態では最小界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算し、前記エンジンの運転状態では前記エンジンのトルクに応じた界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算する
ことを特徴とする回転電機の制御装置。

【請求項3】

請求項２記載の回転電機の制御装置において、
前記演算手段は、前記エンジンのクランキング状態では前記クランキングに必要な界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算する
ことを特徴とする回転電機の制御装置。

【請求項4】

請求項３記載の回転電機の制御装置において、
前記制御手段は前記エンジンのクランキングの開始に先立って前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御する
ことを特徴とする回転電機の制御装置。

【請求項5】

可変界磁型の回転電機と、
前記回転電機を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記回転電機の少なくとも角速度、要求トルク、及び前記回転電機が搭載される車両の運転状況を入力する入力手段と、
前記角速度、要求トルク及び運転状況に基づき、発電効率を最大化するように前記回転電機の目標界磁磁束を演算する演算手段と、
前記目標界磁磁束に基づき、前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御するための制御指令を出力する制御手段と、
を有し、
前記演算手段は、前記回転電機の発電量Ｗのモデル
Ｗ＝Ｔ（φ，ω）ω−Ｑ（Ｔ（φ，ω），φ，ω）
但し、Ｔ：要求トルク
φ：界磁磁束
ω：角速度
Ｑ：損失
に基づき前記目標界磁磁束を演算することを特徴とする回転電機制御システム。

【請求項6】

請求項５記載の回転電機制御システムを備えた車両。

【請求項7】

可変界磁型の回転電機を制御する制御装置であって、
前記回転電機の少なくとも角速度、要求トルク、及び前記回転電機が搭載される車両の運転状況を入力する入力手段と、
前記角速度、要求トルク及び運転状況に基づき、発電効率を最大化するように前記回転電機の目標界磁磁束を演算する演算手段と、
前記目標界磁磁束に基づき、前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御するための制御指令を出力する制御手段と、
を備え、
前記回転電機はエンジンのクランク軸に連結され、前記エンジンの動力により発電するものであり、
前記演算手段は、前記エンジンの停止状態では最小界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算し、前記エンジンの運転状態では前記エンジンのトルクに応じた界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算し、前記エンジンのクランキング状態では前記クランキングに必要な界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算し、
前記制御手段は、前記エンジンのクランキングの開始に先立って前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御する
ことを特徴とする回転電機の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、可変界磁型の回転電機の制御装置及び回転電機制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

下記の特許文献１には、永久磁石を有する内周側回転子と、永久磁石を有し内周側回転子の外側に相対回転可能に配置された外周側回転子とでモータジェネレータの回転子を構成し、両回転子の回転位相を操作して誘起電圧定数を変更し得る構成が記載されている。誘起電圧定数の変更に応じてエンジン駆動目標トルクを変更して発電トルクと出力トルクをバランスさせるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−９４１８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術では発電機において生じる損失について十分考慮されておらず、発電効率が必ずしも高くない問題がある。例えば、一般的なシリーズハイブリッドの構成のようにエンジンと発電機が直結している場合、エンジン停止時には必ず発電機も停止するためエンジン停止時の引きずり損を考慮する必要がないが、後述する図１に示すような構成のハイブリッド自動車等ではエンジンが停止した状態で走行する場合に発電機が連れ回される。このため、エンジン停止状態では発電機の引きずり損を抑制し、発電機でエンジンをクランキングして始動する時には発電機をモータとして機能させてそのトルクを増大させ、エンジン運転中にはエンジンの運転状況に応じて発電機のトルクを時々刻々制御するために誘起電圧定数を動的に変更する必要があるところ、従来技術ではこれら種々の状況において発電効率向上の観点からの誘起電圧定数変更については考慮されていない。

【0005】

本発明の目的は、回転電機の発電効率を一層向上させることができる回転電機の制御装置及び回転電機制御システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、可変界磁型の回転電機を制御する制御装置であって、前記回転電機の少なくとも角速度、要求トルク、及び前記回転電機が搭載される車両の運転状況を入力する入力手段と、前記角速度、要求トルク及び運転状況に基づき、発電効率を最大化するように前記回転電機の目標界磁磁束を演算する演算手段と、前記目標界磁磁束に基づき、前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御するための制御指令を出力する制御手段とを備え、前記演算手段は、前記回転電機の発電量Ｗのモデル
Ｗ＝Ｔ（φ，ω）ω−Ｑ（Ｔ（φ，ω），φ，ω）
但し、Ｔ：要求トルク
φ：界磁磁束
ω：角速度
Ｑ：損失
に基づき前記目標界磁磁束を演算することを特徴とする。

【0007】

また、本発明は、可変界磁型の回転電機を制御する制御装置であって、前記回転電機の少なくとも角速度、要求トルク、及び前記回転電機が搭載される車両の運転状況を入力する入力手段と、前記角速度、要求トルク及び運転状況に基づき、発電効率を最大化するように前記回転電機の目標界磁磁束を演算する演算手段と、前記目標界磁磁束に基づき、前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御するための制御指令を出力する制御手段とを備え、前記回転電機はエンジンのクランク軸に連結され、前記エンジンの動力により発電するものであり、前記演算手段は、前記エンジンの停止状態では最小界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算し、前記エンジンの運転状態では前記エンジンのトルクに応じた界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算し、前記エンジンのクランキング状態では前記クランキングに必要な界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算し、前記制御手段は、前記エンジンのクランキングの開始に先立って前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御することを特徴とする。

【0008】

本発明の実施形態では、前記回転電機はエンジンのクランク軸に連結され、前記エンジンの動力により発電するものであり、前記演算手段は、前記エンジンの停止状態では最小界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算し、前記エンジンの運転状態では前記エンジンのトルクに応じた界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算することを特徴とする。

【0009】

本発明のさらに他の実施形態では、前記演算手段は、前記エンジンのクランキング状態では前記クランキングに必要な界磁磁束を前記目標界磁磁束として演算することを特徴とする。

【0010】

本発明のさらに他の実施形態では、前記制御手段は前記エンジンのクランキングの開始に先立って前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御することを特徴とする。

【0011】

また、本発明は、可変界磁型の回転電機と、前記回転電機を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記回転電機の少なくとも角速度、要求トルク、及び前記回転電機が搭載される車両の運転状況を入力する入力手段と、前記角速度、要求トルク及び運転状況に基づき、発電効率を最大化するように前記回転電機の目標界磁磁束を演算する演算手段と、前記目標界磁磁束に基づき、前記回転電機の界磁磁束を前記目標界磁磁束に制御するための制御指令を出力する制御手段とを有し、前記演算手段は、前記回転電機の発電量Ｗのモデル
Ｗ＝Ｔ（φ，ω）ω−Ｑ（Ｔ（φ，ω），φ，ω）
但し、Ｔ：要求トルク
φ：界磁磁束
ω：角速度
Ｑ：損失
に基づき前記目標界磁磁束を演算することを特徴とする。

【0012】

本発明の回転電機制御システムは、エンジンと回転電機で走行するハイブリッド自動車等の車両に搭載され得る。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、搭載される車両の運転状況に応じ、回転電機の発電効率を一層向上させることができる。これにより、車両の燃費を向上し得る。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ハイブリッド自動車のシステム構成図である。

【図2】実施形態のＥＣＵの機能ブロック図である。

【図3】他の実施形態のＥＣＵの機能ブロック図である。

【図4】界磁電流と界磁磁束との関係を示すグラフ図である。

【図5】エンジン回転数、エンジントルク、発電機トルク及び界磁電流のタイミングチャートである。

【図6】エンジン回転数、エンジントルク、発電機トルク及び界磁電流のタイミングチャートである。

【図7】他の実施形態のＥＣＵの機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

【0016】

図１は可変界磁型の回転電機を搭載したハイブリッド自動車の構成を示す。回転電機として発電機２００及びモータ３００が搭載される。発電機２００はエンジン１００のクランク軸にプラネタリギヤを介して連結され、モータ３００もプラネタリギヤに連結される。プラネタリギヤの出力軸はディファレンシャルギヤを介してタイヤ（駆動輪）４００に連結される。発電機２００及びモータ３００はそれぞれ図示しないバッテリに電気的に接続され、電力送受が行われる。発電機２００はエンジン１００の動力により発電するとともに、発電された電力をモータ３００及びバッテリに供給する。モータ３００はバッテリからの電力と発電機からの電力を用いて走行用駆動力を発生してタイヤ４００を駆動する。

【0017】

エンジン１００、発電機２００、モータ３００及びタイヤ４００は動力分配機構により接続され、車両の走行状態に応じてアクセル操作量に対する走行用駆動力の出力特性を変更して、モータ３００のみで駆動力を発生するモード（ＥＶ走行モード）と、モータ３００とエンジン１００の両方で駆動力を発生するモードを選択的に切り替える。

【0018】

発電機２００及びモータ３００のうち、少なくとも発電機２００は可変界磁型の回転電機であり、界磁磁束（ステータの鎖交磁束）が可変の回転電機である。可変界磁型の回転電機には種々のタイプが存在するが、本実施形態では任意の対応の可変界磁型の回転電機を用い得る。例えば、永久磁石を有する内周側ロータと、永久磁石を有し内周側ロータの外側に相対回転可能な外周側ロータでロータを構成し、両ロータの回転位相を回転操作機構で操作して界磁磁束を可変としてもよい。あるいは、回転軸方向に隣接した状態でステータと径方向に対向配置された主ロータと副ロータを備え、主ロータと副ロータを回転軸方向にギャップを空けて対向配置するとともに副ロータを主ロータに対して相対回転可能となる構成として、副ロータの回転位相を回転操作機構ないしステータ電流で操作して界磁磁束を可変としてもよい。

【0019】

電子制御装置（ＥＣＵ）５００はマイクロコンピュータで構成され、各種検出信号を入力して発電機２００及びモータ３００を制御する。特に、ＥＣＵ５００はハイブリッド自動車の運転状況、具体的にはエンジン１００の停止、クランキング、運転の各状態に応じて発電機２００での発電効率が最大となるように界磁磁束（ステータの鎖交磁束）を可変する。ＥＣＵ５００はハイブリッド自動車全体を制御するハイブリッド用ＥＣＵと協働で動作するが、これについては後述する。

【0020】

図２はＥＣＵ５００の機能ブロック図を示す。発電機２００を制御する機能ブロック図である。

【0021】

ＥＣＵ５００は機能ブロックとして、発電機の目標界磁特性設定部５０２、界磁特性制御部５０４、及び発電機トルク制御部５０６を備える。

【0022】

発電機の目標界磁特性設定部５０２は発電機の要求トルク、電圧、運転状況としてのエンジン状態（エンジンの動作／停止）、及び発電機２００の角速度（回転数）に応じ、要求トルクを出力するために必要な発電機２００の目標界磁特性（目標界磁磁束）を設定する。すなわち、発電機の目標界磁特性設定部５０２は、ハイブリッドＥＣＵから供給された要求トルク、電圧、エンジン状態、角速度に基づき、発電機２００の発電効率が最大となるように界磁特性を設定する。発電機２００の発電量をＷ、発電機２００の要求トルクをＴ、発電機２００の角速度（回転数）をω、界磁磁束（ステータの鎖交磁束）をφとすると、トルクＴは界磁磁束φ及び角速度ωの関数であり、発電機２００の損失Ｑは要求トルクＴ、界磁磁束φ、角速度ωに依存するから、発電モデルは一般に
Ｗ＝Ｔ（φ，ω）ω−Ｑ（Ｔ（φ，ω），φ，ω）
と表すことができ、発電量Ｗが最大となるようなφを演算する。要求トルクＴはバッテリの残容量（ＳＯＣ）等に応じて設定される。要求トルクＴ及び角速度ωは入力して与えられるから、上記の発電量モデルを用いてＷが最大となるような界磁磁束φを逆演算するといえる。上記の式において、例えば、エンジンが停止状態にあり要求トルクがゼロである場合には損失Ｑを最小とすべく界磁磁束φを最小とする。また、エンジンが運転状態にあり要求トルクが増大した場合には界磁磁束φを最大とする等である。Ｔ（φ，ω）及びＱ（Ｔ（φ，ω），φ，ω）は、実験により、あるいはシミュレーション等により予め決定してメモリに記憶しておく。一例として、要求トルク、角速度、エンジン状態と界磁磁束との対応関係をテーブルとしてメモリに記憶しておき、テーブルを参照して発電量Ｗを最大化する界磁磁束を読み出す。発電機の目標界磁特性設定部５０２は設定した目標界磁特性（目標界磁磁束）を界磁特性制御部５０４及び発電機トルク制御部５０６に出力する。

【0023】

界磁特性制御部５０４は、演算された目標界磁特性（目標界磁磁束）に基づき、界磁磁束を可変とするための界磁特性調整機構に特性調整指令を出力する。界磁特性調整機構が外周側ロータを内周側ロータに対して相対回転する回転操作機構であれば当該機構を駆動するための制御指令である。

【0024】

発電機トルク制御部５０６は要求トルク、角速度（回転数）、ステータ電流及び目標界磁特性に基づき、目標界磁特性を満たしつつ要求トルクを満たす電圧を演算し、発電機２００のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相ステータコイルに３相交流電流を供給するインバータに供給する。目標界磁特性が固定的であれば、発電機トルク制御部５０６は単に要求トルクを満たす電圧を演算してインバータに出力するが、本実施形態では目標界磁特性が変化するため、これに応じてインバータに出力する電圧値も変化する。すなわち、発電効率を最大化するための目標界磁特性に依存して発電機２００で発電するための制御パラメータも適応的に変化する。

【0025】

次に、本実施形態についてより具体的に説明する。発電機２００の構成として、例えば特開２０１０−２２６８０８号公報に記載された可変界磁型の回転電機を例にとり説明する。

【0026】

この回転電機では、ロータはラジアルロータとアキシャルロータで構成される。アキシャルロータはラジアルロータと機械的・磁気的に結合される。ステータは環状コア部と、直流電流が流れることでラジアルロータとアキシャルロータと環状コア部とを通る界磁磁束を発生させる界磁巻線と、環状コア部にトロイダル巻きされ交流電流が流れることで界磁磁束と相互作用する磁界を発生する電機子巻線を有する。ラジアルロータは界磁巻線に直流電流が流れることで磁化するラジアル磁極部、及びラジアル磁極部に対してずらして配置されたラジアル永久磁石を有する。アキシャルロータは回転軸周りの周方向に関してラジアル磁極部に対してずらして配置され界磁巻線に直流電流が流れることでラジアル磁極部と逆の極性に磁化するアキシャル磁極部、及びアキシャル磁極部とラジアル永久磁石に対してずらして配置されラジアル永久磁石と逆極性のアキシャル永久磁石を有する。

【0027】

ラジアル磁極部がラジアル永久磁石と逆極性に磁化し、アキシャル磁極部がアキシャル永久磁石と逆極性に磁化するように界磁巻線に直流電流を流すことで、界磁磁束（ステータの鎖交磁束）が増大する。また、ラジアル磁極部がラジアル永久磁石と同極性に磁化し、アキシャル磁極部がアキシャル永久磁石と同極性に磁化するように界磁巻線に直流電流を流すことで、界磁磁束（鎖交磁束）が減少する。従って、界磁巻線に流す直流電流の向きや大きさを制御することで、界磁磁束量を可変できる。

【0028】

なお、ラジアルロータをステータの径方向内側に配置するのではなく、ラジアルロータをステータの径方向外側に配置してもよい。また、ラジアルロータをステータの径方向の内側及び径方向外側に配置してもよい。また、アキシャルロータは１つのロータから構成してもよく、あるいは回転軸方向に隣接した２つのアキシャルロータから構成してもよい。

【0029】

図３は本実施形態におけるＥＣＵ５００の機能ブロック図を示す。図２と異なる点は、界磁特性制御部５０４に代えて、目標界磁電流生成部５０８及び界磁電流制御部５１０を備える点である。

【0030】

目標界磁電流生成部５０８は発電機の目標界磁特性設定部５０２で演算された目標界磁特性となるように目標界磁電流Ｉｆｒｅｆを生成して界磁電流制御部５１０に出力する。目標界磁電流生成部５０８は界磁巻線に流す直流電流の向き及び大きさと界磁磁束との所定の関係に基づき、目標界磁特性が得られる界磁電流Ｉｆｒｅｆの向きと大きさを演算する。

【0031】

図４は本実施形態における界磁電流と界磁磁束との関係を示す。図において、ラジアル磁極部がラジアル永久磁石と逆極性に磁化し、アキシャル磁極部がアキシャル永久磁石と逆極性に磁化するような通電方向を正とし、ラジアル磁極部がラジアル永久磁石と同極性に磁化し、アキシャル磁極部がアキシャル永久磁石と同極性に磁化するような通電方向を負と定義している。界磁電流Ｉｆ＝０を境界として、正方向に界磁電流が増大するとこれに応じて界磁磁束も増大して最大値となる。また、負方向に界磁電流が増大するとこれに応じて界磁磁束も減少して最小値となる。目標界磁電流生成部５０８は図４に示す対応関係をマップあるいは関数としてメモリに記憶しておき、演算された目標界磁特性（目標界磁磁束）に対応する界磁電流Ｉｆｒｅｆを演算して界磁電流制御部５１０に出力する。

【0032】

界磁電流制御部５１０は、演算された目標界磁電流Ｉｆｒｅｆを流すように現在の界磁電流をフィードバック制御して界磁電流駆動回路に制御指令を出力する。界磁電流駆動回路は例えばバッテリの正側端子と負側端子の間に互いに並列接続された２本のスイッチングアームを備えるＤＣ／ＤＣコンバータで構成され、２本のスイッチングアームのそれぞれの中点の間に界磁巻線が接続される。２本のスイッチングアームのスイッチング素子をオンオフ制御することで界磁巻線に正あるいは負の所望の直流電流を流すことができる。

【0033】

図５は本実施形態のエンジン１００の回転数、エンジン１００のトルク、発電機２００のトルク、発電機２００の界磁電流のタイミングチャートである。

【0034】

図５（ａ）はエンジン１００の回転数であり、時間の経過とともにエンジン停止、エンジンクランキング、エンジン運転、及びエンジン停止の各状態に順次遷移する。エンジンクランキング状態ではエンジン回転数が増大し、エンジン運転状態では運転者のアクセル操作やバッテリの残容量（ＳＯＣ）に応じてエンジン回転数が増減する。エンジン停止状態ではエンジン回転数が減少しやがてゼロとなる。

【0035】

図５（ｂ）はエンジン１００のトルクであり、エンジン停止及びエンジンクランキングの各状態ではトルクはゼロであり、エンジン運転中は運転者のアクセル操作やバッテリのＳＯＣに応じてエンジントルクが変動する。エンジン停止状態ではトルクは再びゼロとなる。エンジン１００に対する要求トルクはハイブリッド自動車全体を制御するハイブリッド用ＥＣＵで演算される。ハイブリッドＥＣＵはバッテリのＳＯＣ等に基づいて発電が必要と判定すると発電指令をＥＣＵ５００に出力する。

【0036】

図５（ｃ）は発電機２００のトルクであり、図５（ｄ）は発電機２００の界磁電流である。図５（ｃ）の縦軸上方向（正方向）は電動トルクを示し、下方向（負方向）は発電トルクを示す。また、図５（ｄ）の縦軸は界磁磁束が最大となる界磁電流を１００％としている。エンジン停止状態ではエンジン回転数及びエンジントルクはゼロであり、発電機２００のトルクもゼロである。このとき、発電機２００の界磁電流Ｉｆｒｅｆは負の値となる。これは、ハイブリッド自動車がモータ３００のみで走行する際（ＥＶ走行モード）に発電機２００の界磁磁束を最小として発電機２００での引きずり損失（鉄損）を最小化するためであり、図４に示すように界磁電流が負の最大電流であるときに界磁磁束が最小となることに基づく。

【0037】

エンジン停止状態からエンジンクランキング状態に遷移する場合、エンジン１００のクランク軸に連結された発電機２００をモータとして機能させてエンジン１００をクランキングする。すなわち、ハイブリッドＥＣＵからトルク指令がＥＣＵ５００に出力され、ＥＣＵ５００は発電機２００をモータとして機能させる。このため発電機２００のトルクも電動トルクが増大する。このとき、発電機２００の界磁電流Ｉｆｒｅｆは正の方向に増大する。これは、界磁磁束を増大させて発電機２００での駆動電流を抑制し効率的にモータとして駆動させるためであり、図４に示すように界磁電流が正の方向に増大することで界磁磁束が増大することに基づく。より詳細には、発電機２００の要求トルクに応じて負の値から正の第１所定値ａまで界磁電流を急峻に増大させ、その後比較的穏やかに増大させて第２所定値ｂ（ａ＜ｂ）とする。第２所定値ｂは例えば界磁磁束の最大値をφｍａｘとすると、φｍａｘ／２が得られる界磁電流値とする。エンジンクランキングに成功すると、エンジン１００が始動してエンジン回転数及びエンジントルクが増大し始める。エンジンクランキングが終了すると、発電機２００のトルクは再びゼロとなり、発電に備える。

【0038】

エンジンクランキング状態からエンジン運転状態に遷移する場合、エンジン１００の動力により発電すべく、ＥＣＵ５００は発電機２００のトルクを制御する。具体的には、ハイブリッドＥＣＵはバッテリのＳＯＣに基づきバッテリが充電すべきパワーとしてバッテリ要求パワーを算出し、バッテリ要求パワーに基づきエンジン１００から出力すべきエンジン要求パワーを設定する。そして、このエンジン要求パワーに基づきエンジン１００の目標回転数と目標トルクを設定し、エンジン１００の目標回転数に基づき発電機２００の目標回転数を設定する。さらに、発電機２００の目標回転数と現在の回転数に基づき発電機２００の要求トルクを設定する。エンジントルク及び発電機トルクが増大すると、これに応じて界磁電流Ｉｆｒｅｆを増大させて界磁磁束を大きくする。また、エンジントルク及び発電機トルクが減少すると、これに応じて界磁電流Ｉｆｒｅｆを減少させて界磁磁束を小さくする。エンジントルク及び発電機トルクが最大となる場合、界磁電流Ｉｆｒｅｆも最大として界磁磁束を最大化する。これにより、発電機２００での発電効率を最大化できる。なお、エンジン運転中は常に界磁磁束を最大化してもよいが、この場合には発電機２００に要求されるトルクに比して過剰な界磁磁束となり、結果的に過剰な界磁電流が流れることになるため発電効率が低下する。従って、発電機２００の要求トルクに応じ、要求トルクに見合うだけの界磁磁束並びに界磁電流とするのが望ましい。

【0039】

エンジン運転状態から再びエンジン停止状態に遷移する場合、エンジン回転数及びエンジントルクはゼロとなり、発電機２００のトルクもゼロとなる。このとき、発電機２００の界磁電流Ｉｆｒｅｆは再び負の値となり、界磁磁束を最小として引きずり損を最小化する。

【0040】

このように、発電機２００の要求トルク（電動トルク及び発電トルクのいずれも含む）及びエンジン１００の状態に応じ、発電機２００の界磁磁束を適応的に制御して発電効率を最大化することで発電機２００の効率的な運用が可能となり、結果として燃費が向上する。

【0041】

なお、図５のタイミングチャートでは、図５（ｄ）に示すようにエンジンクランキングの開始と同時に発電機２００の界磁電流を負の値から増大させて界磁磁束を最小値から増大させているため、エンジン１００の始動に時間を要することになる。このためエンジン１００の始動を早くすべく、発電機２００の界磁磁束をより早めに増大させてもよい。

【0042】

図６は他のタイミングチャートである。図５と異なるのは、エンジンクランキング状態での界磁電流の時間変化である。すなわち、図５（ｄ）ではエンジンクランキングの開始と同時に界磁電流を増大させているが、図６（ｄ）ではクランキングの開始タイミングより前に界磁電流を増大させ始め、界磁磁束が十分な値に達した後で発電機トルクを出力してクランキングを行う。要するに、エンジンクランキングの開始と同時に界磁磁束を変化させるのではなく、エンジンクランキングに必要な界磁磁束に達した後にエンジンクランキングを行う。これにより、エンジン１００を迅速に始動できる。

【0043】

また、本実施形態では、ＥＣＵ５００の発電機トルク制御部５０６は演算された目標界磁特性に応じて発電機２００の制御パラメータ、具体的にはインバータの電圧値を制御しているが、発電機の目標界磁特性設定部５０２とは別個に目標界磁特性を簡易に推定し、推定した目標界磁特性に応じて発電機２００の制御パラメータを制御してもよい。

【0044】

図７はＥＣＵ５００の他の機能ブロック図を示す。図３と異なるのは、発電機の目標界磁特性設定部５０２とは別個に界磁特性推定部５１２を備え、目標界磁特性を推定して発電機トルク制御部５０６に出力する構成である。

【0045】

界磁特性推定部５１２は、発電機２００の角速度、ステータ電流、電圧指令値に基づいて目標界磁特性を推定して発電機トルク制御部５０６に出力する。具体的には、発電機２００のロータが回転軸方向に隣接した主ロータと副ロータから構成され、副ロータを主ロータに対して相対回転させる際にステータ電流により副ロータを回転させる場合、ステータ電流にはトルク用の電流成分と相対回転用電流成分が重畳することになるから、ステータ電流を検出することで目標界磁特性を推定することができる。具体的には、エンジン停止状態において界磁磁束を最小とすべく界磁電流を負の値に設定すると、ステータ電流には負の値の界磁電流が重畳されることになり、界磁特性推定部５１２はステータ電流を検出することで目標界磁特性が最小であると推定し得る。以後は図３の場合と同様である。

【0046】

以上説明したように、発電機２００での発電効率が最大となるように発電機２００の界磁磁束を適応的に可変制御するので、エンジン１００の動力により高効率で発電してバッテリを充電し、あるいはモータ３００に電力を供給できる。特に、エンジン停止状態では界磁磁束を最小として発電機２００での損失を最小化できるとともに、エンジン運転状態では界磁磁束を増大させて発電機２００での発電効率を最大化できる。

【0047】

本実施形態では、図２等に示すように、発電機の要求トルク、角速度（回転数）、電圧、運転状況（エンジン状態）に基づき目標界磁特性を設定しているが、より簡易に要求トルク、角速度、運転状況に基づき目標界磁特性を設定してもよく、より高精度に要求トルク、角速度、電圧、運転状況、発電機の温度に基づき目標界磁特性を設定してもよい。この場合、電圧や温度のパラメータはテーブル（あるいはマップ）に反映させてＥＣＵ５００のメモリに記憶しておけばよい。また、運転状況についても、エンジン停止、エンジンクランキング、エンジン運転と識別するのではなく、モータ３００のみの走行モード、エンジン１００及びモータ３００での走行モード、エンジン１００及び発電機２００での発電モード（バッテリの充電モード）等と識別してもよい。

【符号の説明】

【0048】

１００ エンジン、２００ 回転電機（発電機）、３００ 回転電機（モータ）、４００ タイヤ、５００ 電子制御装置（ＥＣＵ）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】