特開 2024-175790 発電システムの制御器および発電システムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024175790

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】発電システムの制御器および発電システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/22 20060101AFI20241212BHJP

【ＦＩ】

H02P6/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023093799

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】澤田 正志

【テーマコード（参考）】

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H560AA01

5H560BB04

5H560BB07

5H560BB12

5H560DB13

5H560DC12

5H560DC13

5H560EB01

5H560HA08

5H560JJ08

5H560JJ19

5H560SS02

5H560TT15

5H560XA02

5H560XA12

5H560XA13

(57)【要約】

【課題】 １つの電動発電機を、スタータおよび発電機の両方として機能させながら、損失を低減することができる発電システムの制御器および制御方法を提供する。
【解決手段】 発電システムの制御器は、処理回路を備え、処理回路は、第１制御モードと、エンジンを停止状態から始動させるために、直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を同期電動発電機に供給するように第１電力変換器を制御する第２制御モードとを実行可能であり、第２制御モードは、エンジンの回転数が基準回転数未満である期間、第１電力変換器におけるキャリア周波数を第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する周波数低減処理、および、直流配線における直流電圧目標値を第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する電圧低減処理の少なくとも１つを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な同期電動発電機と、前記同期電動発電機に電気的に接続される第１電力変換器を備えた発電システムの制御器であって、
処理回路を備え、
前記処理回路は、前記同期電動発電機との間の交流配線の交流電力を直流電力に変換して直流配線に出力するように前記第１電力変換器を制御する第１制御モードと、前記エンジンを停止状態から始動させるために、前記直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を前記同期電動発電機に供給するように前記第１電力変換器を制御する第２制御モードとを実行可能であり、
前記第２制御モードは、前記エンジンの回転数が基準回転数未満である期間、前記第１電力変換器におけるキャリア周波数を前記第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する周波数低減処理、および、前記直流配線における直流電圧目標値を前記第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する電圧低減処理の少なくとも１つを含む、発電システムの制御器。

【請求項2】

前記発電システムは、
前記直流配線に電気的に接続され、前記直流配線における直流電圧を定義するキャパシタと、
前記直流配線と所定の電源との間に電気的に接続される第２電力変換器と、を備え、
前記第２制御モードは、前記電圧低減処理を含み、
前記処理回路は、前記第２制御モードを開始する際に、前記直流配線の直流電圧が前記第２直流電圧目標値となるように前記電源における電源電圧を降圧して前記キャパシタを充電するように前記第２電力変換器を制御する、請求項１に記載の発電システムの制御器。

【請求項3】

前記第２制御モードは、前記周波数低減処理を含み、
前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記エンジンまたは前記同期電動発電機の回転数を取得し、前記回転数が前記エンジンが着火する回転数として設定された着火回転数以上になった場合に、前記キャリア周波数を前記第２キャリア周波数から前記第１キャリア周波数に上昇させる、請求項１に記載の発電システムの制御器。

【請求項4】

前記第２制御モードは、前記周波数低減処理を含み、
前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記同期電動発電機に流れる電流が所定範囲内になった場合に、前記キャリア周波数を前記第２キャリア周波数から前記第１キャリア周波数に上昇させる、請求項１に記載の発電システムの制御器。

【請求項5】

前記処理回路は、前記キャリア周波数を前記第２キャリア周波数から前記第１キャリア周波数にランプ状に上昇させる、請求項３または４に記載の発電システムの制御器。

【請求項6】

前記第２制御モードは、前記電圧低減処理を含み、
前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記同期電動発電機に流れる電流が所定範囲内になった場合に、前記直流電圧目標値を前記第２直流電圧目標値から前記第１直流電圧目標値に上昇させる、請求項１に記載の発電システムの制御器。

【請求項7】

前記処理回路は、前記直流電圧目標値を前記第２直流電圧目標値から前記第１直流電圧目標値にランプ状に上昇させる、請求項６に記載の発電システムの制御器。

【請求項8】

前記同期電動発電機は、回転角度の検出が行われないセンサレス制御により制御される、請求項１または２に記載の発電システムの制御器。

【請求項9】

前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記第１電力変換器から前記交流配線を介して前記同期電動発電機に流れる電流が所定値以下になった場合に、所定の期間、前記第１電力変換器に対する制御を停止し、前記所定の期間の経過後、前記第１制御モードを実行する、請求項８に記載の発電システムの制御器。

【請求項10】

前記第２制御モードは、前記電圧低減処理を含み、
前記処理回路は、前記同期電動発電機に流れる電流が前記所定値以下になってから所定の期間が経過するまで前記直流配線の前記直流電圧を前記第２直流電圧目標値に維持するように前記第２電力変換器を制御する、請求項８に記載の発電システムの制御器。

【請求項11】

前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記第１電力変換器から前記交流配線を介して前記同期電動発電機に流れる電流が所定値以下になった場合に、所定の期間、前記第１電力変換器から前記同期電動発電機に無効電力を供給するように前記第１電力変換器を制御し、前記所定の期間の経過後、前記第１制御モードを実行する、請求項８に記載の発電システムの制御器。

【請求項12】

前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記同期電動発電機の回転数に応じた制御を実行し、前記第１制御モードにおいて、前記第１電力変換器から前記直流配線に出力する電力に応じた制御を実行する、請求項１または２に記載の発電システムの制御器。

【請求項13】

エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な同期電動発電機と、前記同期電動発電機に電気的に接続される第１電力変換器を備えた発電システムの制御方法であって、
前記同期電動発電機との間の交流配線の交流電力を直流電力に変換して直流配線に出力するように前記第１電力変換器を制御する第１制御モードと、前記エンジンを停止状態から始動させるために、前記直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を前記同期電動発電機に供給するように前記第１電力変換器を制御する第２制御モードとを切り替えて実行し、
前記第２制御モードにおいて、前記エンジンの回転数が基準回転数未満である期間、前記第１電力変換器におけるキャリア周波数を前記第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する、または、前記直流配線における直流電圧目標値を前記第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する、発電システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発電システムの制御器および発電システムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

車両、船舶、航空機等における駆動源としてエンジンを備え、エンジンの駆動力により発電を行う電動発電機がエンジンに機械的に接続される発電システムが知られている。さらに、下記特許文献１では、電動発電機を発電だけでなく、エンジンを始動させるためのスタータとして用いることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－３３４９９８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、１つの電動発電機に、発電機およびスタータの両方の役割を持たせるためには以下のような問題がある。すなわち、電動発電機がスタータとして機能する場合、エンジンを回転させるために大きなトルクが必要となる。このために電動発電機は、低周波数ではあるが大電流が要求される。一方、電動発電機が発電機として機能する場合、エンジンの高速回転に対応する必要がある。エンジンの高速回転時には誘起電圧が高くなる。このために電動発電機は、高周波数かつ大電圧が要求される。

【0005】

これらの２つの機能を同時に実現するために、電動発電機に電力を供給し、電動発電機で発電された電力を受け取る電力変換器をどのように構成するかについて特許文献１には特段記載されていない。電力変換器を低電圧、低周波数および大電流に最適化すると、高電圧および高周波数に対応できない。電力変換器を高電圧、高周波数に最適化すると、低電圧、低周波数および大電流時にスイッチング損失が増大する。１つの制御モードで電動発電機に要求される大電流かつ大電圧に対応しようとすると、電力変換器が大型化してしまう。

【0006】

本開示は、上記課題を解決するものであり、１つの電動発電機を、スタータおよび発電機の両方として機能させながら、損失を低減することができる発電システムの制御器および発電システムの制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る発電システムの制御器は、エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な同期電動発電機と、前記同期電動発電機に電気的に接続される第１電力変換器を備えた発電システムの制御器であって、処理回路を備え、前記処理回路は、前記同期電動発電機との間の交流配線の交流電力を直流電力に変換して直流配線に出力するように前記第１電力変換器を制御する第１制御モードと、前記エンジンを停止状態から始動させるために、前記直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を前記同期電動発電機に供給するように前記第１電力変換器を制御する第２制御モードとを実行可能であり、前記第２制御モードは、少なくとも前記エンジンが停止状態であるときに、前記第１電力変換器におけるキャリア周波数を前記第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する周波数低減処理、および、前記直流配線における直流電圧目標値を前記第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する電圧低減処理の少なくとも１つを含む。

【0008】

本開示の他の態様に係る発電システムの制御方法は、エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な同期電動発電機と、前記同期電動発電機に電気的に接続される第１電力変換器を備えた発電システムの制御方法であって、前記同期電動発電機との間の交流配線の交流電力を直流電力に変換して直流配線に出力するように前記第１電力変換器を制御する第１制御モードと、前記エンジンを停止状態から始動させるために、前記直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を前記同期電動発電機に供給するように前記第１電力変換器を制御する第２制御モードとを切り替えて実行し、前記第２制御モードにおいて、少なくとも前記エンジンが停止状態であるときに、前記第１電力変換器におけるキャリア周波数を前記第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する、または、前記直流配線における直流電圧目標値を前記第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、１つの電動発電機を、スタータおよび発電機の両方として機能させながら、損失を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の一実施の形態における発電システムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示す第１電力変換器の回路構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、図１に示す発電システムにおける処理回路の概略構成を示す図である。

【図4】図４は、本実施の形態における電圧目標値生成回路の例を模式的に示すブロック図である。

【図5】図５は、本実施の形態の第２制御モードにおける発電システムに関する各種パラメータのタイムチャートである。

【図6】図６は、一変形例の第２制御モードにおける発電システムに関する各種パラメータのタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または同じ機能を有する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

【0012】

図１は、本開示の一実施の形態における発電システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態における発電システム１は、エンジン２および同期電動発電機３を備えている。エンジン２は、例えば、車両、船舶、航空機等の移動体における駆動源として構成される。エンジン２は、例えばガスタービンエンジンを含む。なお、エンジン２は、レシプロエンジンであってもよい。

【0013】

同期電動発電機３は、エンジン２に機械的に接続される。これにより、同期電動発電機３は、エンジン２の出力軸４の回転に同期して回転可能である。なお、同期電動発電機３は、エンジン２の出力軸４に直結されてもよいし、エンジン２の出力軸４にギヤ等の動力伝達機構を介して接続されてもよい。同期電動発電機３は、エンジン２の駆動力を利用して発電可能に構成される。本実施の形態において、同期電動発電機３は、回転角度センサによる回転角度の検出が行われないセンサレス制御により制御される。同期電動発電機３は、エンジン２の高速回転に対応するために円筒形の回転子を有する。ただし、同期発電機３は、これに限られず、例えば、突極形の回転子を有してもよい。

【0014】

さらに、発電システム１は、同期電動発電機３に電気的に接続される第１電力変換器５を備えている。第１電力変換器５と同期電動発電機３との間は、交流配線６により接続されている。第１電力変換器５は、第２電力変換器７を介して所定の電源８に接続されている。第１電力変換器５と第２電力変換器７との間は直流配線９により接続されている。直流配線９には当該直流配線９における直流電圧を定義するキャパシタ１０が電気的に接続されている。なお、図１においては、説明上、キャパシタ１０が第１電力変換器５および第２電力変換器７とは独立して配置された例を示している。しかし、キャパシタ１０は、第１電力変換器５および第２電力変換器７の何れか一方または両方に含まれていてもよい。第１電力変換器５は、同期電動発電機３で発電された交流電力を直流電力に変換して直流配線９に供給し、直流配線９における直流電力を交流電力に変換して同期電動発電機３に供給する。

【0015】

電源８は、例えば移動体内交流系統、商用交流系統またはマイクログリッド等の交流電源系統であってもよいし、例えば移動体内または移動体外に配置されたバッテリ等の直流電源系統であってもよい。すなわち、第２電力変換器７と電源８との間の電源配線１１は、電源８が交流電源系統の場合は交流配線となり、電源８が直流電源系との場合は直流配線となる。第２電力変換器７は、直流配線９の直流電力を電源８に供給するための電力に変換し、電源８からの電源電力を直流配線９に供給するための直流電力に変換する。第２電力変換器７は、電源８が交流電源系統の場合はＡＣ－ＤＣコンバータであり、電源８が直流電源系統の場合はＤＣ－ＤＣコンバータである。

【0016】

さらに、発電システム１は、制御器１２を備えている。制御器１２は、第１電力変換器５および第２電力変換器７を制御する。制御器１２は、各種の信号処理を行う処理回路１３を備えている。処理回路１３は、例えばマイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のコンピュータを有する。例えば、処理回路１３は、プロセッサ、メモリおよび周辺回路を含む。また、制御器１２の処理回路１３は、複数に分割された処理回路により構成されてもよい。

【0017】

プロセッサは、例えば、ＣＰＵまたはＭＰＵ等を含む。メモリは、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ等の揮発性メモリおよびフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む。メモリには、電力変換器５，７に対する制御プログラムが予め記憶されている。周辺回路、入出力インターフェイス等を含む。プロセッサ、メモリおよび周辺回路は、バスを通じて相互にデータ伝達を行う。プロセッサは、制御プログラムを実行することにより、メモリに記憶された各種の情報に基づいて後述する演算処理を実行する。

【0018】

なお、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、または、それらの組み合わせを含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本明細書において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、ユニット、手段、または部は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアまたはプロセッサの構成に使用される。

【0019】

図２は、図１に示す第１電力変換器の回路構成の一例を示す図である。図２の例では、第１電力変換器５は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータ回路として構成される。この場合、第１電力変換器５は、例えば三相のブリッジ回路によって実現される。第１電力変換器５は、直流配線９で与えられる直流電力を、３相の交流電力に変換して同期電動発電機３に供給する。すなわち、交流配線６は、３つの接続配線６ａ，６ｂ，６ｃを含む。接続配線６ａ，６ｂ，６ｃは、同期電動発電機３の３つの端子３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ接続される。３つの端子３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれに接続される固定子の巻線がａ相巻線、ｂ相巻線、ｃ相巻線に対応する。

【0020】

第１電力変換器５は、交流電流を各接続配線６ａ，６ｃにそれぞれ流すための複数のスイッチング素子Ｔを含む。スイッチング素子Ｔは、制御器１２からの駆動信号Ｓｄ１に基づいて、オンオフ状態が切り替えられる。スイッチング素子Ｔにおいて、オン状態は、スイッチング素子Ｔの主端子間の導通状態を意味し、オフ状態は、スイッチング素子Ｔの主端子間の遮断状態を意味する。スイッチング素子Ｔは、例えばトランジスタによって実現される。例えば、図２の例において、スイッチング素子Ｔは、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタである。この場合のスイッチング素子Ｔには、ダイオードＤが逆並列に接続される。なお、スイッチング素子Ｔは、ＭＯＳＦＥＴ等の電界効果型トランジスタでもよい。この場合のスイッチング素子Ｔには、ダイオードＤは接続されなくてもよい。

【0021】

本実施の形態において、スイッチング素子Ｔは、６つのスイッチング素子Ｔ１Ｕ，Ｔ１Ｄ，Ｔ２Ｕ，Ｔ２Ｄ，Ｔ３Ｕ，Ｔ３Ｄを含む。スイッチング素子Ｔ１Ｕ，Ｔ１Ｄは、直列接続されてスイッチング素子対を構成し、当該スイッチング素子対がキャパシタ１０に並列に接続される。同様に、スイッチング素子Ｔ２Ｕ，Ｔ２Ｄは、直列接続されてスイッチング素子対を構成し、当該スイッチング素子対がキャパシタ１０に並列に接続される。同様に、スイッチング素子Ｔ３Ｕ，Ｔ３Ｄは、直列接続されてスイッチング素子対を構成し、当該スイッチング素子対がキャパシタ１０に並列に接続される。

【0022】

スイッチング素子Ｔ１Ｕ，Ｔ１Ｄ間の中間配線５１には接続配線６ａが接続される。スイッチング素子Ｔ２Ｕ，Ｔ２Ｄ間の中間配線５２には接続配線６ｂが接続される。スイッチング素子Ｔ３Ｕ，Ｔ３Ｄ間の中間配線５３には接続配線６ｃが接続される。

【0023】

制御器１２の処理回路１３は、各スイッチング素子Ｔに対応するゲート信号を生成する。ゲート信号は、ＰＷＭ変調、すなわちパルス幅変調された信号である。複数のスイッチング素子Ｔに対するゲート信号の組み合わせが駆動信号Ｓｄ１となる。

【0024】

処理回路１３は、同期電動発電機３を発電機として機能させる第１制御モードと、同期電動発電機３をエンジン２のスタータとして機能させる第２制御モードとを実行可能である。

【0025】

処理回路１３は、第１制御モードにおいて、同期電動発電機３と第１電力変換器５との間の交流配線６の交流電力を直流電力に変換して直流配線９に出力するように第１電力変換器５を制御する。第１制御モードにおいて、処理回路１３は、同期電動発電機３に流れる実電流および交流配線６における電圧目標値から同期電動発電機３の回転子の磁極の角速度および位相を推定する。処理回路１３は、推定した角速度および位相に追従するように、整流器として機能する第１電力変換器５を制御するための駆動信号Ｓｄ１を生成する。

【0026】

処理回路１３は、第２制御モードにおいて、エンジン２を停止状態から始動させるために、直流配線９の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を同期電動発電機３に供給するように第１電力変換器５を制御する。第２制御モードにおいて、処理回路１３は、１２０度ずつ位相がずれた正弦波形の交流電流が各接続配線６ａ，６ｂ，６ｃに流れるように、第１電力変換器５を制御するための駆動信号Ｓｄ１を生成する。このような交流電流が各接続配線６ａ，６ｂ，６ｃに流れることによって、同期電動発電機３の回転子が回転駆動される。処理回路１３は、駆動信号Ｓｄ１を調整することにより同期電動発電機３の回転子の速度を変更することができる。

【0027】

本実施の形態において、処理回路１３は、同期電動機３の角速度が所定の基準角速度以上である場合に、センサレスベクトル制御である第１始動制御を実行し、同期電動機３の始動開始から同期電動機３の角速度が第１角速度基準値ωａ未満である間には、第１始動制御とは異なる第２始動制御を実行する。例えば、第１角速度基準値ωａは、エンジン２が自立運転可能な回転数に相当する角速度に設定され得る。

【0028】

例えば、第２始動制御は、電流目標値を用いたＶ／ｆ制御であってもよい。この場合、処理回路１３は、予め設定された値または演算式を用いて電流目標値を生成する。処理回路１３は、電流目標値に実電流が一致するように、例えばＰＩＤ演算を用いて電圧目標値を生成する。処理回路１３は、第１電力変換器５の周波数に対する出力電圧の比率が一定となるような電圧目標値を生成する。

【0029】

発電システム１は、制御器１２の処理回路１３により第１電力変換器５を制御するために、直流配線９における直流電圧を検出する電圧検出器１４と、交流配線６における交流電流を検出する電流検出器１５と、を備えている。電流検出器１５は、接続配線６ａの電流Ｉａを検出する第１検出器１５ａと接続配線６ｃの電流Ｉｃを検出する第２検出器１５ｃを含む。なお、接続配線６ｂの電流Ｉｂは、接続配線６ａの電流Ｉａおよび接続配線６ｃの電流Ｉｃのベクトル和から算出可能である。

【0030】

図３は、図１に示す発電システムにおける処理回路の概略構成を示す図である。処理回路１３は、制御ブロックとして推定部２１および信号生成部２２を含む。推定部２１は、同期電動発電機３の回転子における磁極の角速度および位相を推定する。このために、推定部２１は、ｄｑ変換回路２３、モデル適用回路２４および推定回路２５を有する。

【0031】

ｄｑ変換回路２３は、電流検出器１５ａ，１５ｃにより検出された交流配線６に流れる電流の瞬時値から後述する磁極の推定位相θｍを用いてｄ軸実電流Ｉｄおよびｑ軸実電流Ｉｑを出力する。モデル適用回路２４は、同期電動発電機３をモデル化したモデル演算式を用いて、同期電動発電機３に流れる電流を推定する。モデル演算式は、処理回路１３のメモリに予め記憶される。

【0032】

モデル適用回路２４には、ｄ軸実電流Ｉｄおよびｑ軸実電流Ｉｑが入力される。さらに、モデル適用回路２４には、後述する電圧目標値生成回路２６で生成されるｄ軸電圧目標値Ｖｏｄおよびｑ軸電圧目標値Ｖｏｑが入力される。さらに、モデル適用回路２４には、推定回路２５で推定される推定誘起電圧Ｅｍが入力される。モデル適用回路２４は、これらの値Ｉｄ，Ｉｑ，Ｖｏｄ，Ｖｏｑ，Ｅｍをモデル演算式に代入してモデル演算式を解くことにより、ｄ軸推定電流Ｉｍｄおよびｑ軸推定電流Ｉｍｑを出力する。

【0033】

推定回路２５は、ｄ軸実電流Ｉｄとｄ軸推定電流Ｉｍｄとの間のｄ軸推定偏差ΔＩｄおよびｑ軸実電流Ｉｑとｑ軸推定電流Ｉｍｑとの間のｑ軸推定偏差ΔＩｑから所定の推定アルゴリズムを用いて推定誘起電圧Ｅｍ、推定角速度ωｍおよび推定位相θｍを推定する。ｄ軸推定偏差ΔＩｄは、ｄ軸実電流Ｉｄからｄ軸推定電流Ｉｍｄを差し引くことにより得られる。ｑ軸推定偏差ΔＩｑは、ｑ軸実電流Ｉｑからｑ軸推定電流Ｉｍｑを差し引くことにより得られる。

【0034】

推定回路２５で推定された推定誘起電圧Ｅｍは、前述の通りモデル適用回路２４においてモデル演算式に代入される。推定位相θｍは、ｄｑ変換回路２３および後述する駆動信号生成回路２７で用いられる。

【0035】

信号生成部２２は、第１電力変換器５に対する駆動信号Ｓｄ１を生成する。このために、信号生成部２２は、電圧目標値生成回路２６および駆動信号生成回路２７を有する。電圧目標値生成回路２６は、ｄ軸実電流Ｉｄ、ｑ軸実電流Ｉｑおよび推定回路２５で推定された推定角速度ωｍを用いて電圧目標値Ｖｏｄ，Ｖｏｑを生成する。

【0036】

図４は、本実施の形態における電圧目標値生成回路の例を模式的に示すブロック図である。電圧目標値生成回路２６は、ＰＩＤ演算回路２８，２９，３１および選択回路３０を含む。電圧目標値生成回路２６は、推定角速度ωｍと角速度目標値ωｏとの偏差である角速度偏差Δωを生成する。角速度偏差Δωは、角速度目標値ωｏから推定角速度ωｍを差し引いて求められる。ＰＩＤ演算回路２８は、角速度偏差ΔωをＰＩＤ演算して第１ｑ軸電流目標値Ｉｏｑ＿１を算出する。

【0037】

さらに、電圧目標値生成回路２６は、同期電動発電機３で発電される発電電力Ｐと発電電力目標値Ｐｏとの偏差である電力偏差ΔＰを生成する。ここで、発電電力Ｐは、同期電動発電機３が発電する場合を負の値とする。発電電力Ｐは、例えば各相の電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ、各相の電圧Ｖｏａ，Ｖｏｂ，Ｖｏｃから算出される。すなわち、発電電力Ｐは、Ｐ＝Ｖｏａ×Ｉａ＋Ｖｏｂ×Ｉｂ＋Ｖｏｃ×Ｉｃで表される。各相の電圧Ｖｏａ，Ｖｏｂ，Ｖｏｃは、電圧検出器１４で検出される直流電圧Ｖ、推定位相θｍおよび駆動信号Ｓｄ１から導出される。なお、発電電力Ｐは、ｄ軸実電流Ｉｄ、ｑ軸実電流Ｉｑおよび電圧目標値Ｖｏｄ，Ｖｏｑから算出されてもよい。この場合、発電電力Ｐは、ｄｑ変換に基づく係数Ｋを用いてＰ＝Ｋ（Ｖｏｄ×Ｉｄ＋Ｖｏｑ×Ｉｑ）で表される。電力偏差ΔＰは、発電電力目標値Ｐｏから発電電力Ｐを差し引いて求められる。ＰＩＤ演算回路２９は、電力偏差ΔＰをＰＩＤ演算して第２ｑ軸電流目標値Ｉｏｑ＿２を算出する。

【0038】

選択回路３０は、第１ｑ軸電流目標値Ｉｏｑ＿１と第２ｑ軸電流目標値Ｉｏｑ＿２とを比較し、値がより大きい方をｑ軸電流目標値Ｉｏｑとして出力する。ｄ軸電流目標値Ｉｏｄは、トルク目標値または回転速度目標値等に応じて設定される。電圧目標値生成回路２６は、ｄ軸電流目標値Ｉｏｄとｄ軸実電流Ｉｄとの間のｄ軸目標偏差ΔＩｏｄおよびｑ軸電流目標値Ｉｏｑとｑ軸実電流Ｉｑとの間のｑ軸目標偏差ΔＩｏｑを生成する。ｄ軸目標偏差ΔＩｏｄは、ｄ軸電流目標値Ｉｏｄからｄ軸実電流Ｉｄを差し引くことにより得られる。ｑ軸目標偏差ΔＩｏｑは、ｑ軸電流目標値Ｉｏｑからｑ軸実電流Ｉｑを差し引くことにより得られる。

【0039】

ＰＩＤ演算回路３１は、ｄ軸目標偏差ΔＩｏｄをＰＩＤ演算してｄ軸電圧目標値Ｖｏｄを算出し、ｑ軸目標偏差ΔＩｏｑをＰＩＤ演算してｑ軸電圧目標値Ｖｏｑを算出する。

【0040】

駆動信号生成回路２７は、電圧目標値Ｖｏｄ，Ｖｏｑおよび推定位相θｍから駆動信号Ｓｄ１を生成する。駆動信号生成回路２７は、電圧目標値Ｖｏｄ，Ｖｏｑを磁極の推定位相θｍを用いて逆ｄｑ変換して三相の電圧目標値ｖｏａ，ｖｏｂ，ｖｏｃを算出する。さらに、駆動信号生成回路２７は、三相の電圧目標値ｖｏａ，ｖｏｂ，ｖｏｃを所定のキャリア周波数ｆｃに基づいてパルス幅変調した駆動信号Ｓｄ１を生成する。本実施の形態において、駆動信号生成回路２７がパルス幅変調を実行する際のキャリア周波数ｆｃは、変更可能に構成されている。

【0041】

ここで、同期電動発電機３の誘起電圧は、発電時を基準に設計される。この結果、トルク定数は低くなり、同期電動発電機３の始動時の電流は大きくなる。このため、同期電動発電機３をエンジン２のスタータとして機能させる第２制御モードにおいて、駆動効率を向上させるとともに同期電動発電機３の内部温度の上昇を抑制する必要が生じる。

【0042】

これに対して、処理回路１３は、第２制御モードにおいて、周波数低減処理および電圧低減処理を実行する。処理回路１３は、周波数低減処理として、エンジン２の回転数Ｒが基準回転数Ｒｊ未満である期間、キャリア周波数ｆｃを、第１制御モードにおいて設定される第１キャリア周波数ｆｃ１よりも低い第２キャリア周波数ｆｃ２に設定する。また、処理回路１３は、電圧低減処理として、エンジン２の回転数Ｒが基準回転数Ｒｊ未満である期間、直流配線９における直流電圧目標値Ｖｏを第１制御モードにおける第１直流電圧目標値Ｖｏ１よりも低い第２直流電圧目標値Ｖｏ２に設定する。

【0043】

図５は、本実施の形態の第２制御モードにおける発電システムに関する各種パラメータのタイムチャートである。図５には、エンジン２の回転数Ｒ、直流配線９の直流電圧Ｖ、第１電力変換器５のキャリア周波数ｆｃおよび同期電動発電機３の発電電力Ｐのタイムチャートが示されている。

【0044】

処理回路１３は、第２制御モードを開始する際に、直流配線９の直流電圧Ｖが第２直流電圧目標値Ｖ２となるように電源８における電源電圧を降圧してキャパシタ１０を充電するように第２電力変換器７を制御する。このため、処理回路１３は、時刻ｔ１において直流電圧目標値Ｖｏが第２直流電圧目標値Ｖｏ２であるような駆動信号Ｓｄ２を生成し、第２電力変換器７に送信する。

【0045】

時刻ｔ２において直流配線９の直流電圧Ｖが第２直流電圧目標値Ｖｏ２となる。直流電圧Ｖは、時刻ｔ２以降、後述するエンジン２が自立運転を開始する時刻ｔ６を経過した後の時刻ｔ７まで第２直流電圧目標値Ｖｏ２が維持される。処理回路１３は、時刻ｔ２経過後の時刻ｔ３から同期電動発電機３を回転駆動させるために、直流配線９の直流電力を第１電力変換器５により交流電力に変換して同期電動発電機３に供給するための駆動信号Ｓｄ１を出力する。すなわち、図５の例において、処理回路１３は、エンジン２が停止状態である時刻ｔ３からエンジン２が自立運転を開始する際の回転数Ｒａに達する時刻ｔ６に基づいて定められる時刻ｔ７までの期間、電圧低減処理を実行する。本例において、電圧低減処理における基準回転数Ｒｊは、エンジン２が自立運転を開始する際の回転数Ｒａに基づいて定められる。

【0046】

時刻ｔ３において、処理回路１３は、電圧目標値Ｖｏｄ，Ｖｏｑから駆動信号Ｓｄ１を生成する際のキャリア周波数ｆｃとして発電時の第１キャリア周波数ｆｃ１よりも低い第２キャリア周波数ｆｃ２を採用する。駆動信号Ｓｄ１により、第１電力変換器５から交流配線６を介して同期電動発電機３に電力が供給されることにより、同期電動発電機３が回転を開始し、それに伴ってエンジン２の回転も開始される。

【0047】

エンジン２の回転数Ｒが所定の着火回転数Ｒｉに達するとエンジン２が着火され、エンジン２から駆動力が発生するようになる。なお、図５の例では、エンジン２が着火回転数Ｒｉに達する時刻ｔ４から所定期間は、エンジン２が着火するまでに必要な期間としてエンジン２の回転数Ｒ、すなわち、同期電動発電機３の角速度が一定となるように第１電力変換器５が制御される。本実施の形態において、エンジン２の回転数Ｒは、同期電動発電機３の磁極の推定角速度ωｍから算出される。これに代えて、処理回路１３は、エンジン２の回転数Ｒを検出するエンジン回転数検出器からエンジン２の回転数Ｒを取得してもよい。

【0048】

時刻ｔ４から所定期間が経過した時刻ｔ５以降において、エンジン２が発生する駆動力が徐々に大きくなり、それに伴って同期電動発電機３が出力軸４に伝達する駆動力は徐々に小さくなる。図５の発電電力Ｐのグラフにおいて負の値は、電力の消費、すなわち、同期電動発電機３により発生するトルクのための電力を示している。このため、図５には、時刻ｔ５から同期電動発電機３により発生するトルクが低減していき、時刻ｔ６に０になることが示されている。時刻ｔ６の時点でエンジン２は、自立運転となる。自立運転が開始されるエンジン２の回転数は、図５において自立回転数Ｒａで示される。時刻ｔ６以降において、同期電動発電機３は、エンジン２の駆動力による発電状態となる。

【0049】

図５の例において、キャリア周波数ｆｃは、時刻ｔ３以降、後述するエンジン２が着火する時刻ｔ４を経過するまで第２キャリア周波数ｆｃ２が維持される。すなわち、処理回路１３は、エンジン２が停止状態である時刻ｔ３からエンジン２が着火する際の回転数Ｒｉに達する時刻ｔ４までの期間、周波数低減処理を実行する。本例において、周波数低減処理における基準回転数Ｒｊは、着火回転数Ｒｉである。本例において、処理回路１３は、エンジン２の回転数Ｒが着火回転数Ｒｉ以上になった場合に、キャリア周波数ｆｃを第２キャリア周波数ｆｃ２から第１キャリア周波数ｆｃ１に上昇させる。本実施の形態において、処理回路１３は、時刻ｔ５からキャリア周波数ｆｃを第２キャリア周波数ｆｃ２から第１キャリア周波数ｆｃ１にランプ状に上昇させる。図５の例において、キャリア周波数ｆｃが第１キャリア周波数ｆｃ１に達するタイミングは、エンジン２が自立運転となる、すなわち、同期電動発電機３が電力供給状態から発電状態に切り替わる時刻ｔ６より前である。ただし、キャリア周波数ｆｃが時刻ｔ６より後に第１キャリア周波数ｆｃ１に達してもよい。

【0050】

なお、キャリア周波数ｆｃを上昇させるタイミングを決定する基準回転数Ｒｊは、上記に限られない。例えば、周波数低減処理においてキャリア周波数ｆｃを上昇させる基準となる基準回転数Ｒｊ［ｒｐｍ］は、以下の式の範囲内に設定され得る。
ｆｃ２／６０ＰＮ＜Ｒｊ＜ｆｃ２／６０ＰＭ
ここで、Ｐは、同期電動発電機の極対数を示し、Ｎ，Ｍは、同期電動発電機が１回転する間に含まれるキャリア周波数の周期を示す。例えば、Ｎは９から２０の中から選択され、Ｍは２から５の中から選択される。

【0051】

また、処理回路１３は、キャリア周波数ｆｃを上昇させるタイミング、すなわち、基準回転数Ｒｊを同期電動発電機に流れる電流に基づいて決定してもよい。すなわち、処理回路１３は、第２制御モードにおいて、同期電動発電機３に流れる電流が所定範囲内になった場合に、キャリア周波数ｆｃを第２キャリア周波数ｆｃ２から第１キャリア周波数ｆｃ１に上昇させてもよい。キャリア周波数ｆｃを上昇させるための基準となる所定範囲は、着火回転数Ｒｉに対応する電流値に基づいて定められてもよいし、エンジン２が自立運転に切り替わり、同期電動発電機３が電力供給状態から発電状態に切り替わる時刻ｔ６における電流値、すなわち、０に基づいて定められてもよい。所定範囲は、基準となる電流値を下限値、中間値または上限値として定められてもよいし、基準となる電流値から所定量オフセットした値を下限値、中間値または上限値として定めてもよい。これにより、エンジン２の着火時または自立運転開始時を同期電動発電機３に流れる電流から検出することができる。

【0052】

さらに、処理回路１３は、第１電力変換器５から交流配線６を介して同期電動発電機３に流れる電流が所定値以下になった場合に、所定の期間、第１電力変換器５に対する制御を停止する。前述の通り、同期電動発電機３により発生するトルクは、時刻ｔ６に０になる。このとき、同期電動発電機３には電流が流れない。このため、処理回路１３は、時刻ｔ６の前後においてモデル適用回路２４および推定回路２５による角速度等の推定を行うことが困難になる。

【0053】

そこで、同期電動発電機３に流れる電流が所定値以下になった場合、処理回路１３は、第１電力変換器５に対する制御を停止する。これにより、第１電力変換器５におけるすべてのスイッチング素子Ｔがオフ状態となる。スイッチング素子Ｔがオフ状態であってもエンジン２の回転数Ｒの上昇に伴い同期電動発電機３の回転数も上昇する。このように、同期電動発電機３に流れる電流が所定値以下になった場合に第１電力変換器５に対する制御を停止することにより、角速度等の推定誤差によって脱調が発生することを防止することができる。制御停止中においては、同期電動発電機３の回転により発電され、ダイオードＤを介して直流配線９に電力が供給される。

【0054】

さらに、処理回路１３は、制御停止中も直流配線９の直流電圧Ｖを第２直流電圧目標値Ｖｏ２に維持するように第２電力変換器７を制御する。上記のような制御停止後、処理回路１３は、第１電力変換器５を第１制御モードで制御する。

【0055】

このとき、モデル適用回路２４に入力される推定誘起電圧Ｅｍは、予め定められた固定値または制御停止直前の値となる。このため、モデル適用回路２４が出力するｄ軸推定電流Ｉｍｄおよびｑ軸推定電流Ｉｍｑは、精度が高くない。したがって、推定回路２５で推定される推定位相θｍは、実際の同期電動発電機３の磁極の位相とは一致しない可能性がある。この結果、駆動信号Ｓｄ１に基づいて動作するスイッチング素子Ｔのオンオフタイミングが同期電動発電機３の位相に追従せず、適切な整流処理を行うことができない恐れがある。

【0056】

これに対して、第１制御モードの実行開始時において直流配線９の直流電圧Ｖを第１直流電圧目標値Ｖｏ１より低い第２直流電圧目標値Ｖｏ２に維持しておくことにより、第１制御モードの実行開始時において同期電動発電機３に流れる電流を低く抑えることができ、第１電力変換器５に対する制御の再開後に整流処理に乱れが生じて直流配線９に過大な電流が流れることを防止することができる。

【0057】

処理回路１３は、第１制御モードを開始した後の時刻ｔ７を起点として、直流配線９の直流電圧Ｖを第２直流電圧目標値Ｖｏ２から第１直流電圧目標値Ｖｏ１に上昇させる。例えば、時刻ｔ７は、同期電動発電機３から第１電力変換器５に流れる電流が０より大きい基準値以上である時刻である。すなわち、処理回路１３は、第２制御モードにおいて、同期電動発電機３に流れる電流が基準値を含む所定範囲内になった場合に、直流電圧目標値を第２直流電圧目標値Ｖｏ２から第１直流電圧目標値Ｖｏ１に上昇させる。これにより、第２制御モードから第１制御モードの切り替わりを容易に検出することができ、第１制御モードの実行開始時において直流配線９の直流電圧を第２直流電圧目標値Ｖｏ２に維持した上で、その後の適切なタイミングで第１直流電圧目標値Ｖｏ１に上昇させることができる。

【0058】

本実施の形態において、処理回路１３は、時刻ｔ７を起点として直流電圧目標値を第２直流電圧目標値Ｖｏ２から第１直流電圧目標値Ｖｏ１にランプ状に上昇させる。図５の例において、直流電圧Ｖが第１直流電圧目標値Ｖｏ１に達するタイミングは、エンジン２が定常回転数での運転となる時刻ｔ８より前である。

【0059】

時刻ｔ８以後の第１制御モードにおいて、同期電動発電機３がエンジン２に対して優勢である場合、通常、エンジン２の回転数Ｒにおいて大きな変動がないため、電圧目標値生成回路２６のＰＩＤ演算回路２８に入力される角速度偏差Δωもほぼ０に近い値となる。このため、選択回路３０で選択されるｑ軸電流目標値Ｉｏｑは、電力偏差ΔＰに基づく第２ｑ軸電流目標値Ｉｏｑ＿２が優勢となる。一方、エンジン２が同期電動発電機３に対して優勢である場合、角速度偏差Δωが大きくなり、選択回路３０で選択されるｑ軸電流目標値Ｉｏｑは、角速度偏差Δωに基づく第１電流目標値Ｉｏｑ＿１が優勢となる。

【0060】

このようにして、処理回路１３は、第２制御モードにおいて、同期電動発電機３の回転数に応じた制御を実行し、第１制御モードにおいて、第１電力変換器５から直流配線９に出力する電力に応じた制御を実行する。

【0061】

本実施の形態によれば、同期電動発電機３をエンジン２のスタータとして機能させる第２制御モードにおいて、同期電動発電機３をエンジン２の駆動力を用いた発電機として機能させる第１制御モードに比べて、低いキャリア周波数ｆｃである第２キャリア周波数ｆｃ２を用いて駆動信号Ｓｄ１が生成される。第１電力変換器５におけるキャリア周波数ｆｃと同期電動発電機３における損失とは、比例関係にある。そのため、エンジン２の始動に際して、同期電動発電機３の角速度すなわち周波数が低い状態となった場合に、キャリア周波数ｆｃも低くすることにより、適切な制御を行いつつ損失を低減することができる。

【0062】

さらに、本実施の形態によれば、第２制御モードにおいて、第１制御モードに比べて、直流配線９における直流電圧Ｖが低い電圧となる。直流電圧Ｖを単位時間あたりの変化率を一定に上昇させた場合、同期電動発電機３における損失は電圧の２乗に比例する。そのため、エンジン２の始動に際して、同期電動発電機３の誘起電圧が低い状態となった場合に、直流電圧も低くすることにより、適切な制御を行いつつ損失を低減することができる。

【0063】

このように、第２制御モード実行時のエンジン２の停止状態を含む所定の期間において、第１電力変換器５におけるキャリア周波数ｆｃを第１制御モードにおける第１キャリア周波数ｆｃ１より低い第２キャリア周波数ｆｃ２に設定する周波数低減処理、および、直流配線９における直流電圧目標値を第１制御モードにおける第１直流電圧目標値Ｖｏ１より低い第２直流電圧目標値Ｖｏ２に設定する電圧低減処理を実行することにより、１つの同期電動発電機３を、スタータおよび発電機の両方として機能させながら、同期電動発電機３における損失を低減することができる。

【0064】

さらに、本実施の形態によれば、第１電力変換器５を小型化することができる。また、本実施の形態のようにセンサレス制御の場合、同期電動発電機３も小型化することができる。第１電力変換器５の大きさ、すなわち、寸法重量は、容量に依存する。第１電力変換器５において、容量が大きいほど、寸法重量も大きくなる。第１電力変換器５における容量は、一般的に、（電圧）×（電流）の値に比例する。

【0065】

本実施の形態のように、同期電動発電機３に発電機およびスタータの両方の機能が含まれる場合、スタータとして機能する第２制御モードにおいて大きなトルクを発生させるために大きな電流が必要になる一方で、発電機として機能する第１制御モードにおいて発生する誘起電圧に対応するために高電圧が要求される。すなわち、第１制御モードにおいてはエンジン２の高速回転に伴って同期電動発電機３も高速回転となり、誘起電圧が高くなる。したがって、第１電力変換器５において要求される容量は、（低速回転かつ大トルクに対応した大電流）×（高速回転に対応した高電圧）となり、大きな容量が必要となる。

【0066】

これに対して、本実施の形態によれば、低速かつ大トルクが必要な第２制御モードにおいて直流電圧Ｖを低くすることにより、第１電力変換器５において要求される容量を、（低速回転かつ大トルクに対応した大電流）×（低速回転に対応した低電圧）と、（高速発電時の低電流）×（高速回転に対応した高電圧）とのうちの何れか大きい方とすることができる。すなわち、この差によって、第１電力変換器５を小型化することができる。

【0067】

また、キャリア周波数ｆｃも第１電力変換器５の寸法重量に大きく影響する。キャリア周波数ｆｃは、第１電力変換器５が出力する周波数に依存し、第１電力変換器５が出力する周波数を高くするためにはキャリア周波数ｆｃも高くする必要がある。また、高いキャリア周波数で大きな電流を流すと損失が大きくなる。このため、第１電力変換器５における発熱量が大きくなり、第１電力変換器５を冷却するための冷却器も大型化する。これに対して、本実施の形態では、大電流が流れる第２制御モードにおいてはキャリア周波数ｆｃを低くすることにより、損失を低減することができ、その結果、第１電力変換器５を小型化することができる。

【0068】

さらに、本実施の形態によれば、第２制御モードを開始する際に、直流配線９の直流電圧Ｖが第２直流電圧目標値Ｖｏ２となるように電源８における電源電圧を降圧して直流配線９に接続されるキャパシタ１０を充電するように第２電力変換器７が制御される。すなわち、第２電力変換器７は、降圧コンバータとして動作するように構成される。例えば、第２電力変換器７は、昇降圧のＤＣ－ＤＣコンバータである。これにより、直流配線９の直流電圧Ｖを第１直流電圧目標値Ｖｏ１と第２直流電圧目標値Ｖｏ２との間で容易に切り替えることができる。

【0069】

さらに、本実施の形態によれば、エンジン２の回転数Ｒが着火回転数Ｒｉ以上になった場合に、キャリア周波数ｆｃが第２キャリア周波数ｆｃ２から第１キャリア周波数ｆｃ１に上昇するように制御される。これにより、エンジン２の着火後のトルクの増大に従って第２キャリア周波数ｆｃ２から第１キャリア周波数ｆｃ１へ上昇させることができる。また、キャリア周波数ｆｃをランプ状に上昇させることにより、同期電動発電機３における損失の発生を抑制することができる。

【0070】

以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

【0071】

［他の実施の形態］
例えば、上記実施の形態においては、第２制御モードにおいて、周波数低減処理および電圧低減処理の両方を実行する態様を例示したが、周波数低減処理および電圧低減処理のうちの何れか一方のみを実行してもよい。

【0072】

また、上記実施の形態においては、同期電動発電機３が、回転角度の検出が行われないセンサレス制御により制御される態様を例示したが、回転角度センサにより同期電動発電機３の回転角度を検出し、当該回転角度に基づいて回転数制御が行われる態様についても、上記開示の制御を適用可能である。例えば、処理回路１３は、第２制御モードにおいて、検出した同期電動発電機３の回転角度がエンジン２の着火回転数Ｒｉに対応する値以上になった場合に、キャリア周波数ｆｃを第２キャリア周波数ｆｃ２から第１キャリア周波数ｆｃ１に上昇させてもよい。

【0073】

また、上記実施の形態においては、第１ｑ軸電流目標値Ｉｏｑ＿１を推定角速度ωｍと角速度目標値ωｏとの偏差である角速度偏差Δωから生成する態様を例示した。すなわち、上記実施の形態においては、回転数制御と発電電力制御とを組み合わせた制御態様を例示した。これに代えて、第１ｑ軸電流目標値Ｉｏｑ＿１をトルク目標値Ｔｏに所定のトルク定数を掛けることにより生成してもよい。すなわち、本開示の構成において、トルク制御と発電電力制御とを組み合わせた制御態様を採用することが可能である。

【0074】

また、上記実施の形態においては、着火回転数Ｒｉにおいてエンジン２の回転数が一定となる期間が存在するように第１電力変換器５が制御される態様を例示したが、これに限られない。図６は、一変形例の第２制御モードにおける発電システムに関する各種パラメータのタイムチャートである。図６においても図５と同様のパラメータＲ，Ｖ，ｆｃ，Ｐについてのタイムチャートが示されている。エンジン２の特性によっては、着火時に一定の回転数が不要の場合もある。そのような場合には、図６のタイムチャートに示すように、エンジン２の回転開始から定常運転になるまでエンジン２の回転数がランプ状に上昇するように制御されてもよい。この場合、上記トルク制御を容易に適用できる。

【0075】

また、上記実施の形態においては、第２制御モードにおいて、同期電動発電機３に流れる電流が所定値以下になった場合、第１電力変換器５に対する制御が停止される態様を例示したが、これに限られない。同期電動発電機３の回転角度を検出し、当該回転角度に基づいて回転数制御が行われる態様であれば、このような制御は必要ない。また、センサレス制御においても上記態様に代えて、同期電動発電機３に無効電力を供給するようにしてもよい。すなわち、処理回路１３は、第２制御モードにおいて、第１電力変換器５から交流配線６を介して同期電動発電機３に流れる電流が所定値以下になった場合に、所定の期間、第１電力変換器５から同期電動発電機３に無効電力を供給するように第１電力変換器５を制御し、所定の期間の経過後、第１制御モードを実行してもよい。

【0076】

無効電力を供給することにより、有効電力すなわち発電電力に寄与しない電流を同期電動発電機３に流すことができる。このため、当該電流を用いて同期電動発電機３の角速度を推定することができる。

【0077】

また、上記実施の形態では、キャリア周波数ｆｃを第２キャリア周波数ｆｃ２から第１キャリア周波数ｆｃ１に上昇させる際にランプ状に上昇させる態様を例示したが、これに限られない。例えば、キャリア周波数ｆｃをステップ状に上昇させてもよい。

【0078】

また、上記実施の形態では、１つの制御器１２が第１電力変換器５および第２電力変換器７の両方を制御する態様を例示したが、これに代えて、第１電力変換器５を制御する制御器と、第２電力変換器７を制御する制御器とが、別の制御器であってもよい。また、第１電力変換器５または第２電力変換器７を制御する制御器１２は、エンジン２を制御する制御器と同じ制御器により構成されてもよいし、別の制御器として構成されてもよい。

【0079】

［本開示のまとめ］
［項目１］
本開示の一態様に係る発電システムの制御器は、エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な同期電動発電機と、前記同期電動発電機に電気的に接続される第１電力変換器を備えた発電システムの制御器であって、処理回路を備え、前記処理回路は、前記同期電動発電機との間の交流配線の交流電力を直流電力に変換して直流配線に出力するように前記第１電力変換器を制御する第１制御モードと、前記エンジンを停止状態から始動させるために、前記直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を前記同期電動発電機に供給するように前記第１電力変換器を制御する第２制御モードとを実行可能であり、前記第２制御モードは、前記エンジンの回転数が基準回転数未満である期間、前記第１電力変換器におけるキャリア周波数を前記第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する周波数低減処理、および、前記直流配線における直流電圧目標値を前記第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する電圧低減処理の少なくとも１つを含む。

【0080】

上記構成によれば、同期電動発電機をエンジンのスタータとして機能させる第２制御モードにおいて、同期電動発電機をエンジンの駆動力を用いた発電機として機能させる第１制御モードに比べて、低いキャリア周波数を用いて駆動信号が生成される、または、直流配線９における直流電圧Ｖが低い電圧となる。エンジンの始動に際して、同期電動発電機の角速度すなわち周波数が低い状態となった場合に、キャリア周波数も低くするまたは直流電圧も低くすることにより、適切な制御を行いつつ損失を低減することができる。したがって、１つの電動発電機を、スタータおよび発電機の両方として機能させながら、同期電動発電機における損失を低減することができる。

【0081】

［項目２］
項目１の発電システムの制御器において、前記発電システムは、前記直流配線に電気的に接続され、前記直流配線における直流電圧を定義するキャパシタと、前記直流配線と所定の電源との間に電気的に接続される第２電力変換器と、を備え、前記第２制御モードは、前記電圧低減処理を含み、前記処理回路は、前記第２制御モードを開始する際に、前記直流配線の直流電圧が前記第２直流電圧目標値となるように前記電源における電源電圧を降圧して前記キャパシタを充電するように前記第２電力変換器を制御してもよい。これにより、直流配線の直流電圧を第１直流電圧目標値と第２直流電圧目標値との間で容易に切り替えることができる。

【0082】

［項目３］
項目１または２の発電システムの制御器において、前記第２制御モードは、前記周波数低減処理を含み、前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記エンジンまたは前記同期電動発電機の回転数を取得し、前記回転数が前記エンジンが着火する回転数として設定された着火回転数以上になった場合に、前記キャリア周波数を前記第２キャリア周波数から前記第１キャリア周波数に上昇させてもよい。これにより、エンジンの着火後のトルクの増大に従って第２キャリア周波数から第１キャリア周波数へ上昇させることができる。

【0083】

［項目４］
項目１または２の発電システムの制御器において、前記第２制御モードは、前記周波数低減処理を含み、前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記同期電動発電機に流れる電流が所定範囲内になった場合に、前記キャリア周波数を前記第２キャリア周波数から前記第１キャリア周波数に上昇させてもよい。これにより、エンジンの着火時または自立運転開始時を同期電動発電機に流れる電流から検出することができ、エンジンの着火後のトルクの増大に従って第２キャリア周波数から第１キャリア周波数へ上昇させることができる。

【0084】

［項目５］
項目３または４の発電システムの制御器において、前記処理回路は、前記キャリア周波数を前記第２キャリア周波数から前記第１キャリア周波数にランプ状に上昇させてもよい。これにより、同期電動発電機における損失の発生を抑制することができる。

【0085】

［項目６］
項目１から５の何れかの発電システムの制御器において、前記第２制御モードは、前記電圧低減処理を含み、前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記同期電動発電機に流れる電流が所定範囲内になった場合に、前記直流電圧目標値を前記第２直流電圧目標値から前記第１直流電圧目標値に上昇させてもよい。これにより、適切なタイミングで直流配線における直流電圧目標値を第２直流電圧目標値から第１直流電圧目標値に上昇させることができる。

【0086】

［項目７］
項目６の発電システムの制御器において、前記処理回路は、前記直流電圧目標値を前記第２直流電圧目標値から前記第１直流電圧目標値にランプ状に上昇させてもよい。

【0087】

［項目８］
項目１から７の何れかの発電システムの制御器において、前記同期電動発電機は、回転角度の検出が行われないセンサレス制御により制御されてもよい。

【0088】

［項目９］
項目８の発電システムの制御器において、前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記第１電力変換器から前記交流配線を介して前記同期電動発電機に流れる電流が所定値以下になった場合に、所定の期間、前記第１電力変換器に対する制御を停止し、前記所定の期間の経過後、前記第１制御モードを実行してもよい。これにより、角速度等の推定誤差によって脱調が発生することを防止することができる。

【0089】

［項目１０］
項目８の発電システムの制御器において、前記第２制御モードは、前記電圧低減処理を含み、前記処理回路は、前記同期電動発電機に流れる電流が前記所定値以下になってから所定の期間が経過するまで前記直流配線の前記直流電圧を前記第２直流電圧目標値に維持するように前記第２電力変換器を制御してもよい。これにより、第１電力変換器に対する制御の再開後に整流処理に乱れが生じて直流配線に過大な電流が流れても、直流配線に接続されるキャパシタに電流を流すことで吸収することができる。

【0090】

［項目１１］
項目８の発電システムの制御器において、前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記第１電力変換器から前記交流配線を介して前記同期電動発電機に流れる電流が所定値以下になった場合に、所定の期間、前記第１電力変換器から前記同期電動発電機に無効電力を供給するように前記第１電力変換器を制御し、前記所定の期間の経過後、前記第１制御モードを実行してもよい。

【0091】

［項目１２］
項目１から１１の何れかの発電システムの制御器において、前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記同期電動発電機の回転数に応じた制御を実行し、前記第１制御モードにおいて、前記第１電力変換器から前記直流配線に出力する電力に応じた制御を実行してもよい。

【0092】

［項目１３］
本開示の他の態様に係る発電システムの制御方法は、エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な同期電動発電機と、前記同期電動発電機に電気的に接続される第１電力変換器を備えた発電システムの制御方法であって、前記同期電動発電機との間の交流配線の交流電力を直流電力に変換して直流配線に出力するように前記第１電力変換器を制御する第１制御モードと、前記エンジンを停止状態から始動させるために、前記直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を前記同期電動発電機に供給するように前記第１電力変換器を制御する第２制御モードとを切り替えて実行し、前記第２制御モードにおいて、前記エンジンの回転数が基準回転数未満である期間、前記第１電力変換器におけるキャリア周波数を前記第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する、または、前記直流配線における直流電圧目標値を前記第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する。

【符号の説明】

【0093】

１ 発電システム
２ エンジン
３ 同期電動発電機
５ 第１電力変換器
６ 交流配線
７ 第２電力変換器
８ 電源
９ 直流配線
１０ キャパシタ
１２ 制御器
１３ 処理回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】