特許 7476828 発電電動機の制御装置、発電電動機の制御装置を備える発電装置、移動体、プログラム、及び発電電動機の制御方法

(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】

(24)【登録日】2024-04-22

(45)【発行日】2024-05-01

(54)【発明の名称】発電電動機の制御装置、発電電動機の制御装置を備える発電装置、移動体、プログラム、及び発電電動機の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02D 29/06 20060101AFI20240423BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20240423BHJP

   B60W 20/15 20160101ALI20240423BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20240423BHJP

   H02P 101/45 20150101ALN20240423BHJP

【ＦＩ】

F02D29/06 G

B60W10/08 900

B60W20/15 ZHV

H02P9/04 L

F02D29/06 D

H02P101:45

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021042791

(22)【出願日】2021-03-16

(65)【公開番号】P2022142571

(43)【公開日】2022-09-30

【審査請求日】2023-08-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】坂本 章

(72)【発明者】

【氏名】河合 恵介

(72)【発明者】

【氏名】半田 祐一

(72)【発明者】

【氏名】上園 秀哉

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１８０８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２２４８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ２９／０６

Ｈ０２Ｐ ９／０４

Ｈ０２Ｐ １０１／４５

Ｂ６０Ｗ ２０／１５

Ｂ６０Ｗ １０／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関（４１）に接続される発電電動機（４２）の制御装置（５０）であって、
前記内燃機関のトルク脈動の推定値である推定トルク脈動を推定する推定部（５２）と、
前記内燃機関の推定トルク脈動において前記内燃機関の回転を妨げる負のトルクが生じる場合には、前記内燃機関の回転速度の低減を抑制するように前記発電電動機を制御する制御部（５３）と、を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクとは逆方向の正のトルクが生じる場合に、前記発電電動機の発電トルク指令に基づいて前記発電電動機を発電機として駆動し、
前記内燃機関の回転変動が所定の閾値を超えていると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記内燃機関の駆動を援助するように前記発電電動機を電動機として駆動する駆動アシスト運転を実行し、
前記内燃機関の回転変動が前記閾値以下であると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記発電電動機の発電トルク指令に基づいて前記発電電動機を発電機として駆動する場合よりも発電電力を低減するように前記発電電動機を発電機として駆動する、発電電動機の制御装置。

【請求項2】

内燃機関（４１）に接続される発電電動機（４２）の制御装置（５０）であって、
前記内燃機関のトルク脈動の推定値である推定トルク脈動を推定する推定部（５２）と、
前記内燃機関の推定トルク脈動において前記内燃機関の回転を妨げる負のトルクが生じる場合には、前記内燃機関の回転速度の低減を抑制するように前記発電電動機を制御する制御部（５３）と、を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の回転変動が所定の閾値を超えていると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記内燃機関の駆動を援助するように前記発電電動機を電動機として駆動する駆動アシスト運転を実行し、
前記内燃機関の回転変動が前記閾値以下であると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記発電電動機の駆動を停止して前記発電電動機の発電電力を０にする、発電電動機の制御装置。

【請求項3】

前記発電電動機の回転速度およびトルクに対応させて、前記内燃機関のクランク角に対するトルクの変化を示すトルク脈動をトルク脈動情報として記憶する記憶部（５１）を備え、
前記推定部は、前記発電電動機の発電トルク指令および目標回転速度に基づいて前記トルク脈動情報から読み出した前記内燃機関のトルク脈動を、前記内燃機関の推定トルク脈動として推定する請求項１又は２に記載の発電電動機の制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記駆動アシスト運転時には、前記内燃機関のトルクの変化に応じて前記発電電動機の駆動アシスト量を変化させる請求項１～３のいずれかに記載の発電電動機の制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記発電電動機を発電機として駆動する発電運転時には、発電トルクを一定値として前記発電電動機を制御する請求項１～４のいずれかに記載の発電電動機の制御装置。

【請求項6】

前記内燃機関と、前記発電電動機と、請求項１～５のいずれかに記載の発電電動機の制御装置と、を備える発電装置。

【請求項7】

前記内燃機関と、前記発電電動機と、請求項１～５のいずれかに記載の発電電動機の制御装置と、を備える移動体。

【請求項8】

内燃機関（４１）に接続される発電電動機（４２）の制御装置（５０）に適用されるプログラムであって、
前記制御装置に、
前記内燃機関のトルク脈動の推定値である推定トルク脈動を推定する推定処理と、
前記内燃機関の推定トルク脈動において前記内燃機関の回転を妨げる負のトルクが生じる場合には、前記内燃機関の回転速度の低減を抑制するように前記発電電動機を制御する制御処理と、を実行させ、
前記制御処理において、
前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクとは逆方向の正のトルクが生じる場合に、前記発電電動機の発電トルク指令に基づいて前記発電電動機を発電機として駆動し、
前記内燃機関の回転変動が所定の閾値を超えていると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記内燃機関の駆動を援助するように前記発電電動機を電動機として駆動する駆動アシスト運転を実行し、
前記内燃機関の回転変動が前記閾値以下であると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記発電電動機の発電トルク指令に基づいて前記発電電動機を発電機として駆動する場合よりも発電電力を低減するように前記発電電動機を発電機として駆動する、プログラム。

【請求項9】

内燃機関（４１）に接続される発電電動機（４２）の制御装置（５０）に適用されるプログラムであって、
前記制御装置に、
前記内燃機関のトルク脈動の推定値である推定トルク脈動を推定する推定処理と、
前記内燃機関の推定トルク脈動において前記内燃機関の回転を妨げる負のトルクが生じる場合には、前記内燃機関の回転速度の低減を抑制するように前記発電電動機を制御する制御処理と、を実行させ、
前記制御処理において、
前記内燃機関の回転変動が所定の閾値を超えていると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記内燃機関の駆動を援助するように前記発電電動機を電動機として駆動する駆動アシスト運転を実行し、
前記内燃機関の回転変動が前記閾値以下であると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記発電電動機の駆動を停止して前記発電電動機の発電電力を０にする、プログラム。

【請求項10】

内燃機関（４１）に接続される発電電動機（４２）の制御方法であって、
前記内燃機関のトルク脈動の推定値である推定トルク脈動を推定する推定ステップと、
前記内燃機関の推定トルク脈動において前記内燃機関の回転を妨げる負のトルクが生じる場合には、前記内燃機関の回転速度の低減を抑制するように前記発電電動機を制御する制御ステップと、を備え、
前記制御ステップにおいて、
前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクとは逆方向の正のトルクが生じる場合に、前記発電電動機の発電トルク指令に基づいて前記発電電動機を発電機として駆動し、
前記内燃機関の回転変動が所定の閾値を超えていると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記内燃機関の駆動を援助するように前記発電電動機を電動機として駆動する駆動アシスト運転を実行し、
前記内燃機関の回転変動が前記閾値以下であると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記発電電動機の発電トルク指令に基づいて前記発電電動機を発電機として駆動する場合よりも発電電力を低減するように前記発電電動機を発電機として駆動する、発電電動機の制御方法。

【請求項11】

内燃機関（４１）に接続される発電電動機（４２）の制御方法であって、
前記内燃機関のトルク脈動の推定値である推定トルク脈動を推定する推定ステップと、
前記内燃機関の推定トルク脈動において前記内燃機関の回転を妨げる負のトルクが生じる場合には、前記内燃機関の回転速度の低減を抑制するように前記発電電動機を制御する制御ステップと、を備え、
前記制御ステップにおいて、
前記内燃機関の回転変動が所定の閾値を超えていると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記内燃機関の駆動を援助するように前記発電電動機を電動機として駆動する駆動アシスト運転を実行し、
前記内燃機関の回転変動が前記閾値以下であると判定した場合、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記負のトルクが生じるときに、前記発電電動機の駆動を停止して前記発電電動機の発電電力を０にする、発電電動機の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

車両等の内燃機関に接続される発電電動機を制御する制御装置、発電電動機の制御装置を備える発電装置、移動体、プログラム、及び発電電動機の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、内燃機関の出力軸との間で相互にトルクを伝達可能に接続された発電電動機において、内燃機関において、その回転を妨げる方向のトルク（負のトルク）が生じる期間には、発電電動機を電動機として運転して内燃機関の駆動アシスト運転を実行することにより、内燃機関のトルク脈動を緩和する技術が記載されている。内燃機関のトルク脈動を緩和することにより、内燃機関を制振する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５１４２３７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のように、内燃機関のトルク脈動を低減するために、発電電動機の駆動アシスト運転を実行すると、発電電動機により発電した電力が駆動アシスト運転により消費されるため、発電効率が低下することが懸念される。発電電動機における発電効率を向上させるためには、駆動アシスト運転の実行を抑制することが好ましい。

【0005】

上記に鑑み、本発明は、内燃機関のトルク脈動を緩和するために生じ得る発電電動機における発電効率の低下を抑制する技術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】

【0006】

本発明は、内燃機関に接続される発電電動機の制御装置を提供する。この発電電動機の制御装置は、前記内燃機関のトルク脈動の推定値である推定トルク脈動を推定する推定部と、前記内燃機関の推定トルク脈動において前記内燃機関の回転を妨げる負のトルクが生じる場合には、発電電力を低減して前記内燃機関の回転速度の低減を抑制するように前記発電電動機を制御する制御部と、を備える。

【0007】

本発明に係る制御装置によれば、推定部により推定された内燃機関の推定トルク脈動において負のトルクが生じる場合には、制御部は、発電電力を低減して内燃機関の回転速度の低減を抑制するように、発電電動機を制御する。ここで、発電電力を低減するとは、発電電力量を低減して発電運転すること、発電を停止することを含み、いずれの場合にも、内燃機関の回転速度の低減を抑制して内燃機関のトルク脈動の緩和に寄与し得る。内燃機関の推定トルク脈動において負のトルクが生じる場合に、発電電動機における発電効率を低下させ得る駆動アシスト運転を常に実行してすることなく、発電電力量を低減することにより内燃機関のトルク脈動を緩和できる。その結果、内燃機関のトルク脈動を緩和するために生じ得る発電電動機における発電効率の低下を抑制できる。また、本発明は、内燃機関と、発電電動機と、上記の発電電動機の制御装置と、を備える発電装置または移動体として提供することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る発電電動機を搭載した車両システムの概要図。

【図2】実施形態に係る発電電動機の断面図。

【図3】発電制御ブロック図。

【図4】ＥＣＵにおいて実行される発電制御処理を示すフローチャート。

【図5】内燃機関のトルクと回転速度との関係を示す図。

【図6】クランク角／トルク脈動情報の一例を示す図。

【図7】発電低減モードを実行した際のタイムチャート。

【図8】駆動アシストモードを実行した際のタイムチャート。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施形態）
図１に、第１実施形態に係る発電電動機の制御装置が適用される車載システム４０を例示する。車載システム４０は、エンジン（ＥＮＧ）４１と、発電電動機（ＭＧ）４２と、インバータ（ＩＮＶ）４３と、２次電池（ＢＡＴ）４４と、制御装置（ＥＣＵ）５０とを備えている。ＥＮＧ４１は、例えば、吸気、圧縮、膨張、排気の４行程で駆動される４サイクルエンジンである。

【0010】

ＭＧ４２として利用される発電電動機の一例を図２に示す。図２に示すように、発電電動機１０は、車両の内燃機関（エンジン）におけるエンジンブロックの壁面１１にハウジング１６を介して固定されるとともに、シャフト１２に取り付けられている。発電電動機１０は、車両等の内燃機関に接続されることによって内燃機関と連動する。

【0011】

発電電動機１０は、ステータ２０と、ステータサポート２２と、ロータ３０と、ロータサポート３３とを備えている。ハウジング１６は、ボルト１７，１８の締結によってエンジンブロックの壁面１１に固定されている。壁面１１とハウジング１６とによって囲まれた空間に、発電電動機１０が収容されている。ステータサポート２２は、ハウジング１６の内壁面であって壁面１１と対向する面に固定されている。ステータ２０は、ボルト２５，２６の締結によって、ステータサポート２２に固定されている。

【0012】

シャフト１２は、軸ＡＸを中心に回転する回転軸であり、内燃機関のクランクシャフトまたはこれに連動するものである。シャフト１２は、壁面１１を貫通して、ハウジング１６の内部に配置される端部１３に固定されている。ロータサポート３３は、ボルト１４，１５の締結によって端部１３に剛結合され、固定されている。ロータ３０は、ボルト３１，３２の締結によってロータサポート３３に剛結合され、固定されている。なお、剛結合とは、１つの剛体のように一体化されるように互いに結合されることを意味する。ロータサポート３３を介して、シャフト１２とロータ３０とは互いに剛結合により固定されており、ロータ３０は、シャフト１２と連動して回転する。互いに剛結合されていることにより、部材間のガタ打ちを抑制することができ、ガタ打ちに起因する騒音（ガタ打ち音）を抑制できる。

【0013】

ステータ２０は、ロータ３０の内部に配置されている。軸ＡＸは、ステータ２０の中心軸でもある。ステータ２０およびロータ３０は、軸ＡＸ周りに環状であり、発電電動機１０は、軸ＡＸを中心とする回転電機である。発電電動機１０は、永久磁石式の発電電動機であり、ステータ２０にはコイル２１が具備されており、ロータ３０の表面または内部には永久磁石（図示していない）が具備されている。発電電動機１０は、コイル２１に通電することにより、ロータ３０を回転させてシャフト１２を回転駆動させる電動機（より具体的にはＰＭモータ）として機能する。また、発電電動機１０は、シャフト１２によりロータ３０を回転駆動させてコイル２１に誘導電流を生じさせることにより発電機として機能する。

【0014】

なお、発電電動機１０として永久磁石式の発電電動機を例示して説明したが、これに限定されず、誘導機式であってもよい。

【0015】

図２に示すように、ＥＮＧ４１とＭＧ４２とは、シャフト１２とロータ３０とが互いに固定されて連動するように接続されている。ＥＮＧ４１の燃焼行程の際に、そのクランクシャフトに燃焼トルクが伝達され、シャフト１２を介して、ロータ３０を回転駆動することができる。シャフト１２を介してロータ３０に伝達されるトルク変動により、誘導電流が発生し、発電できる。なお、ＥＮＧ４１の４行程において発生するトルクは、ピストンの往復質量慣性や吸排気時の損失などにより変化する。なお、ＥＮＧ４１とＭＧ４２とは、図２に示すように、フライホイール、ギア、ダンパを介することなく、シャフト１２とロータ３０とが互いに接続されている。

【0016】

ＩＮＶ４３は、ＢＡＴ４４から供給される電力を直流から交流に変換してＭＧ４２に供給する機能を有するとともに、ＭＧ４２において発電された電力を交流から直流に変換してＢＡＴ４４に供給する機能を有する。

【0017】

ＥＣＵ５０は、ＥＮＧ４１、ＭＧ４２，ＩＮＶ４３，ＢＡＴ４４を制御する制御装置であり、ＣＰＵや各種メモリからなるマイコンを備える。ＭＧ４２は、内燃機関であるＥＮＧ４１に接続される発電電動機であり、ＥＣＵ５０は、発電電動機であるＭＧ４２を制御する制御装置としての機能を有する。

【0018】

ＥＣＵ５０は、記憶部５１と、推定部５２と、制御部５３とを備える。記憶部５１は、ＭＧ４２の回転速度ＮｇおよびトルクＴｇに対応させて、ＥＮＧ４１のクランク角ＣＡに対するトルクＴｅの変化を示すトルク脈動をトルク脈動情報として記憶する。トルク脈動情報は、ＭＧ４２の回転速度ＮｇおよびトルクＴｇとをパラメータとしてマップ化された状態で、各パラメータの組合せ毎に、ＥＮＧ４１のクランク角ＣＡとトルクＴｅとの関係を示すトルク脈動が記憶されている。回転速度ＮｇおよびトルクＴｇに基づいて、マップ化されたトルク脈動情報を読み出すことにより、ＥＮＧ４１のトルク脈動を推定することができる。

【0019】

推定部５２は、ＥＮＧ４１のトルク脈動の推定値である推定トルク脈動を推定する。より具体的には、推定部５２は、記憶部５１により記憶されたトルク脈動情報のマップから、ＭＧ４２の発電トルク指令Ｔｇｃおよび目標回転速度Ｎｇｒに基づいて、ＥＮＧ４１のトルク脈動を読み出す。そして、読み出したＥＮＧ４１のトルク脈動を、ＥＮＧ４１のトルク脈動の推定値として推定する。なお、本明細書では、ＥＮＧ４１のトルク脈動の推定値を推定トルク脈動と称することがある。また、ＥＮＧ４１のトルクについて、その回転方向のトルクを正のトルクと称し、回転を妨げる方向のトルクを負のトルクと称する。正のトルクと負のトルクとは互いに逆方向のトルクである。

【0020】

制御部５３は、推定部５２により推定された推定トルク脈動に基づいて、ＭＧ４２の駆動制御を実行する。制御部５３は、推定トルク脈動において、トルク値が正のトルクまたは零であると推定された区間では、ＭＧ４２を発電機として駆動する。一方、制御部５３は、推定トルク脈動において、トルク値が負のトルクであると推定された区間では、発電電力を低減してＥＮＧ４１の回転速度の低減を抑制するようにＭＧ４２を制御する。より具体的には、制御部５３は、発電電力を低下させてＭＧ４２を発電機として駆動すること、ＭＧ４２の駆動を停止すること、およびＭＧ４２を電動機として駆動すること、のいずれかを選択的に実行することにより、ＭＧ４２における発電電力を低減してＥＮＧ４１の回転速度の低減を抑制する。

【0021】

制御部５３は、車載システム４０に含まれる各構成の状態に基づいて、発電電力を低減する運転内容として、低発電量での発電運転、運転停止、または、電動機として駆動することによりＥＮＧ４１の駆動を援助する駆動アシスト運転、のいずれかを選択し、選択した運転内容によりＭＧ４２を制御する。発電電力を低減することにより、駆動アシスト運転は、発電を停止した上で、電動機として駆動することにより、負のトルクをより効果的に緩和できる一方で、ＭＧ４２の発電効率を低下させることが懸念される。

【0022】

制御部５３は、例えば、ＥＮＧ４１の回転変動の大きさに基づいて、運転内容を選択するように構成されていてもよい。具体的には、例えば、制御部５３は、ＥＮＧ４１の回転変動が大きい場合には、トルク脈動が大きいと推定されるため、ＥＮＧ４１における負のトルクの緩和を優先して、駆動アシスト運転によりＥＮＧ４１における回転速度の低減を効果的に抑制する。一方で、制御部５３は、ＥＮＧ４１の回転変動が小さい場合には、トルク脈動が小さいと推定されるため、ＭＧ４２の発電効率を優先して、低発電量での発電運転または運転停止によりＥＮＧ４１における回転速度の低減を抑制し、駆動アシスト運転は実行しない。

【0023】

制御部５３は、例えば、ＥＮＧ４１の回転変動が所定の閾値以上である場合には、駆動アシスト運転を実行するように構成されていてもよい。所定の閾値は、例えば、実験やシミュレーションにより予め調べたＥＮＧ４１における回転変動とトルク脈動との関係に基づいて設定することができる。さらに、制御部５３は、駆動アシスト運転時にはＥＮＧ４１のトルクの変化に応じてＭＧ４２の駆動アシスト量を変化させるように構成されていてもよい。また、制御部５３は、ＭＧ４２を発電機として駆動する発電運転時には、発電トルク指令を一定値としてＭＧ４２を制御するように構成されていてもよい。

【0024】

図３は、ＭＧ４２の制御ブロック図であり、ＭＧ４２が３相交流の発電電動機である場合を例示するものである。ＥＣＵ５０は、脈動推定部２０１と、区間設定部２０２と、区間判定部２０３と、ベクトル制御部２０４と、ＭＧ４２を制御するインバータ２０５と、ＭＧ４２の回転速度を計算する回転速度計算部２０６とを備えている。

【0025】

脈動推定部２０１は、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動を推定する。脈動推定部２０１には、ＥＮＧ４１のクランク角ＣＡ、ＭＧ４２の発電トルク指令Ｔｇｃおよび目標回転速度Ｎｇｒが入力される。脈動推定部２０１は、トルク脈動情報として記憶されたマップから、入力された発電トルク指令Ｔｇｃおよび目標回転速度Ｎｇｒに基づいて読み出したＥＮＧ４１のトルク脈動を、推定トルク脈動として推定する。脈動推定部２０１は、図１における推定部５２としての機能を有する。

【0026】

区間設定部２０２は、脈動推定部２０１において推定された推定トルク脈動においてトルク値が零以上である区間を、発電電力を低減しない通常の発電運転でＭＧ４２を制御する通常発電区間に設定する。また、推定トルク脈動においてトルク値が負である区間を、ＭＧ４２における発電電力を低減してＥＮＧ４１の回転速度の低減を抑制する発電低減区間と設定する。

【0027】

区間判定部２０３は、区間設定部２０２において設定された各区間について、必要に応じて、発電トルク指令Ｔｇｃの書き換えを行う。区間判定部２０３には、発電トルク指令Ｔｇｃおよび偏差ｄＴｇが入力される。偏差ｄＴｇは、ＰＩ制御部２０７に入力されるＭＧ４２の目標回転速度Ｎｇｒおよび回転速度Ｎｇとに基づいて、ＰＩフィードバック手法を用いて算出される。区間判定部２０３は、発電低減区間について、入力された発電トルク指令Ｔｇｃを書き換えて、ベクトル制御部２０４に出力する。具体的には、ＥＮＧ４１の回転変動に基づいて、発電トルク指令Ｔｇｃよりも小さい発電トルク指令値、零、または駆動トルク指令値のいずれかに書き換える。本実施形態では、ＥＮＧ４１の目標回転速度および実際の回転速度は、ＭＧ４２の目標回転速度Ｎｇｒおよび実際の回転速度Ｎｇと等しい。このため、ＥＮＧ４１の回転変動として、ＭＧ４２の目標回転速度Ｎｇｒと回転速度Ｎｇとの差の絶対値（|Ｎｇ－Ｎｇｒ|）を用いることができる。区間判定部２０３には、回転速度計算部２０６により計算されたＭＧ４２の実際の回転速度Ｎｇと、目標回転速度ＮｇｒとがＰＩ制御部２０７を介して入力される。

【0028】

区間設定部２０２において設定された各区間に関する情報と、区間判定部２０３において設定された発電トルク指令に関する情報は、ベクトル制御部２０４に出力される。また、ベクトル制御部２０４には、Ｕ、Ｗ相のモータ巻線を流れる電流の検出値ｉｕ，ｉｗが入力される。ベクトル制御部２０４は、周知のベクトル制御を実行することにより、ＰＷＭ制御に用いる３相の電圧指令（Ｕ，Ｖ，Ｗ相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を設定する。インバータ２０５は、ＭＧ４２の各相の固定子巻線の通電電流を調整する周知のインバータ回路である。インバータ２０５は、例えば、ＭＧ４２の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成され、各アームにはスイッチ（例えば、半導体スイッチング素子）がそれぞれ設けられている。ベクトル制御部２０４により算出された３相の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、ＩＮＶ２０５のスイッチング制御が実行される。区間設定部２０２、区間判定部２０３、ベクトル制御部２０４、インバータ２０５は、制御部５３としての機能を有する。

【0029】

図４は、ＥＣＵ５０において実行される発電電動機の制御処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、所定の周期で繰り返し実行される。なお、図４に示すフローチャートは、ＢＡＴ４４における充電量が過不足ない状態におけるものを示しており、ＢＡＴ４４における充填量が不足した場合には、図４に示す制御処理に関わらず、ＭＧ４２は、常に発電運転され得る。逆に、ＢＡＴ４４が満充電である場合には、常に停止され得る。また、車両故障に影響する優先度の高い割り込み処理を要する場合には、図４に示す制御処理は停止され得る。

【0030】

ステップＳ１０１では、ＭＧ４２の目標回転速度Ｎｇｒおよび発電トルク指令Ｔｇｃを算出する。ＥＣＵ５０には、図５に示すような、ＥＮＧ４１の回転速度ＮｅおよびトルクＴｅをパラメータとする動作ラインＬａが記憶されている。動作ラインＬａは、ＥＮＧ４１において熱効率が良好な動作点を結んだ線によって表され、ＥＮＧ４１の最小燃料消費率の近傍を通る。動作ラインＬａは、予め実験やシミュレーション等により得ることができる。

【0031】

ＥＣＵ５０は、車両が要求する要求動力を満足するように、等パワーラインＬｐを設定し、動作ラインＬａと等パワーラインＬｐとの交点をＥＮＧ４１の動作点Ｘｐとして決定する。そして、動作点Ｘｐと横軸の交点となるＮｅの値を、目標回転速度Ｎｇｒとして設定する。また、動作点Ｘｐと縦軸との交点となるＴｅの値を、発電トルク指令Ｔｇｃとして設定する。図５に示す動作点Ｘｐの座標が（Ｔｅ１，Ｎｅ１）であるとすると、目標回転速度ＮｇｒはＮｅ１に設定され、発電トルク指令ＴｇｃはＴｅ１に設定される。

【0032】

なお、等パワーラインＬｐは、必ずしもＥＮＧ４１に要求される動力の全てを賄うように設定される必要はなく、ＢＡＴ４４の蓄電量に基づいて変更してもよい。例えば、蓄電量が多い場合には、ＢＡＴ４４から供給される電力を補うことを考慮して、等パワーラインＬｐを低出力側にシフトさせて設定してもよい。また、例えば、蓄電量が少ない場合には、ＢＡＴ４４に電力を供給することを考慮して、等パワーラインＬｐを高出力側にシフトさせて設定してもよい。その後、ステップＳ１０２に進む。

【0033】

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０に記憶されたトルク脈動情報に基づいて、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動を推定する。ＥＣＵ５０には、ＭＧ４２の回転速度ＮｇとトルクＴｇとの組合せ毎に、図６に示すようなＥＮＧ４１のクランク角ＣＡとトルクＴｅとの関係を示すトルク脈動がマップ化されて記憶されている。トルク脈動情報は、ＭＧ４２の回転速度ＮｇとトルクＴｇとをパラメータとしてマップ化されており、回転速度ＮｇとトルクＴｇを指定することにより、図６に示すようなトルク脈動を読み出すことができる。

【0034】

なお、トルク脈動情報としては、例えば、図１に示す車載システム４０において動作点毎に実測したＥＮＧ４１のクランク角ＣＡとトルクＴｅとの関係を記憶して用いることができる。または、トルク脈動情報は、ＥＮＧ４１と接続されるＭＧ４２の慣性Ｊに基づいて算出したものを用いることができる。具体的には、低慣性の構造物をＥＮＧ４１のクランク軸に接続した状態でＥＮＧ４１のトルク脈動を測定し、これを基本トルク脈動Ｔｅ（ｂａｓｅ）に設定する。そして、基本トルク脈動Ｔｅ（ｂａｓｅ）と、ＥＮＧ４１に取り付けるＭＧ４２の慣性Ｊとに基づいて、動作点毎のＥＮＧ４１のクランク角ＣＡとトルクＴｅとの関係を算出できる。

【0035】

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１において算出したＭＧ４２の目標回転速度Ｎｇｒおよび発電トルク指令Ｔｇｃとに基づいて、ＥＣＵ５０に記憶されたトルク脈動情報から、図６に示すようなトルク脈動を読み出し、これを推定トルク脈動に設定する。その後、ステップＳ１０３に進む。

【0036】

ステップＳ１０３では、読み出した推定トルク脈動から、ＥＮＧ４１のトルクＴｅが負となる区間を抽出する。具体的には、図６におけるＴｅ＜０の区間を抽出する。そして、抽出したＴｅ＜０の区間について、ＭＧ４２のアシストトルクＴｇａを算出する。アシストトルクＴｇａは、Ｔｅ＜０の区間におけるＥＮＧ４１のトルクＴｅの逆位相トルクとして算出できる。ステップＳ１０３では、さらに、アシストトルクＴｇａが正の値である区間を、ＭＧ４２における発電電力を低減してＥＮＧ４１の回転速度の低減を抑制する発電低減区間と設定する。アシストトルクＴｇａが零以下である区間を、通常発電区間と設定する。なお、通常発電区間および発電低減区間は、ＥＮＧ４１のクランク角ＣＡに基づいて区画される。その後、ステップＳ１０４に進む。

【0037】

ステップＳ１０４～Ｓ１０６では、ＥＮＧ４１の回転変動の大きさに基づいて、ステップＳ１０３において設定した発電低減区間における運転モードを選択する。本実施形態では、図３に示すように、ＥＮＧ４１の回転変動は、ＭＧ４２の回転変動に等しいため、回転速度Ｎｇと目標回転速度Ｎｇｒとの差の絶対値（|Ｎｇ－Ｎｇｒ|）と所定の閾値Ｘとの比較に基づいて、運転モードを選択する。

【0038】

ステップＳ１０４では、回転変動（|Ｎｇ－Ｎｇｒ|）が所定の閾値Ｘを超えているか否かを判定する。超えている場合（|Ｎｇ－Ｎｇｒ|＞Ｘの場合）には、ステップＳ１０５に進み、発電低減モードを選択して、処理を終了する。超えていない場合（|Ｎｇ－Ｎｇｒ|≦Ｘの場合）には、ステップＳ１０６に進み、駆動アシストモードを選択して、処理を終了する。なお、閾値Ｘは、例えば、ＭＧ４２の使用者がＥＮＧ４１の回転変動を感じる程度の値（例えば、３００ｒｐｍ程度）に設定することができる。

【0039】

ステップＳ１０５に示す発電低減モードでは、ステップＳ１０３において設定した発電低減区間においては、ＭＧ４２の発電量を低減する。具体的には、発電トルク指令Ｔｇｃよりも低いトルクでＭＧ４２を運転するか、ＭＧ４２を停止させる。これによって、発電トルク指令Ｔｇｃで発電する場合よりも、ＭＧ４２の発電電力を低減して、ＥＮＧ４１の回転速度の低減を抑制することができる。通常発電区間においては、発電トルク指令Ｔｇｃに基づいてＭＧ４２を運転する。

【0040】

図７は、発電低減モードにおいて、発電低減区間ではＭＧ４２を停止する制御を実行した場合のタイムチャートを同じ時間軸で示すものである。図７において、横軸はＥＮＧ４１のクランク角を示し、縦軸は、上から順に、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動に基づくトルク値、ＭＧ４２の運転状態、Ｍｇ４２の目標トルク値を示している。図７に示すように、ＥＮＧ４１のトルクＴｅがＴｅ≧０である区間は、ＭＧ４２の通常発電区間に対応し、目標トルクＴｇｒを発電トルク指令Ｔｇｃに設定してＭＧ４２の発電運転が実行される（Ｔｇｒ＝Ｔｇｃ）。Ｔｅ＜０である区間は、ＭＧ４２の発電低減区間に対応し、ＭＧ４２の運転が停止される（Ｔｇｒ＝０）。発電低減区間において、ＭＧ４２の発電量を零に制御することにより、発電運転によるＥＮＧ４１の回転速度の低減を抑制できるため、ＥＮＧ４１のトルク脈動を緩和できる。

【0041】

なお、発電低減モードにおいて、発電低減区間ではＭＧ４２の発電量を低減して発電運転を実行する場合には、ＭＧ４２の目標トルクＴｇｒは、発電トルク指令Ｔｇｃよりもトルク量が小さい値で適宜設定できる。例えば、目標トルクＴｇｒは発電トルク指令Ｔｇｃの半分（Ｔｇｒ＝Ｔｇｃ／２）と設定してもよい。また、ＥＮＧ４１の回転変動が大きいほどＭＧ４２の発電量が小さくなるように、目標トルクＴｇｒのトルク量を小さく設定するようにしてもよい。

【0042】

ステップＳ１０６に示す駆動アシストモードでは、ステップＳ１０３において設定した発電低減区間においては、ＭＧ４２を電動機として駆動し、ＥＮＧ４１の駆動を援助する駆動アシスト運転を実行する。発電運転によるＥＮＧ４１の回転速度の低減を解消した上で、ＭＧ４２を電動機として駆動することによりＥＮＧ４１に正のトルクを付与し、ＥＮＧ４１の回転速度の低減をより効果的に抑制することができる。通常発電区間においては、発電トルク指令Ｔｇｃに基づいてＭＧ４２を運転する。

【0043】

図８は、駆動アシストモードにおけるタイムチャートを同じ時間軸で示すものである。図８において、横軸および縦軸は、図７と同様であるため説明を省略する。図８に示すように、ＥＮＧ４１のトルクＴｅがＴｅ≧０である区間は、ＭＧ４２の通常発電区間に対応し、目標トルクＴｇｒを発電トルク指令Ｔｇｃに設定してＭＧ４２の発電運転が実行される。Ｔｅ＜０である区間は、ＭＧ４２の発電低減区間に対応し、ＭＧ４２の駆動アシスト運転が実行される。発電低減区間においては、ＭＧ４２の目標トルクＴｇｒは、ＥＮＧ４１のトルクＴｅの変化を相殺するようにＥＮＧ４１のトルクに対して逆位相で変化している。図８に示すように、駆動アシストモードでは、発電低減区間において、ＭＧ４２の駆動アシスト運転を実行することにより、発電低減モードと比較して、ＥＮＧ４１のトルク脈動をより効果的に緩和できる。また、ＭＧ４２の目標トルクＴｇｒをＥＮＧ４１のトルクに対して逆位相で変化させることにより、ＭＧ４２の駆動アシスト量を概ね過不足のない状態でＥＮＧ４１の負のトルクの緩和に充当できる。

【0044】

なお、図７，８に示すように、通常発電区間においては、ＭＧ４２の目標トルクＴｇｒを一定値としてＭＧ４２を運転している。このように制御することにより、発電電力の急激な変化を抑制でき、発電電力量の見積もりやＢＡＴ４４への充電量の算出を簡易化することができる。一方で、通常発電区間においても、ＭＧ４２の目標トルクＴｇｒを一定値ではなく変化させるように構成することもできる。

【0045】

上記のように、本実施形態によれば、ＥＣＵ５０は、推定部５２により、ステップＳ１０２に示すように、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動を推定する。そして、制御部５３により、ステップＳ１０３～Ｓ１０６に示すように、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動において負のトルクが生じる場合には、その区間をＭＧ４２の発電低減区間に設定し、発電電力を低減して内燃機関の回転速度の低減を抑制するように、ＭＧ４２を制御する。より具体的には、発電低減区間においては、ＭＧ４２は、発電電力量を低減または零にする発電低減モード、または、電動機としてアシスト駆動する駆動アシストモードのいずれかにより運転制御される。ＥＮＧ４１の回転変動が大きい場合には駆動アシストモードを選択してＥＮＧ４１の回転速度の低減を効果的に抑制する一方で、ＥＮＧ４１の回転変動が小さい場合には、発電低減モードを選択してＭＧ４２における発電効率の低下を抑制しながらＥＮＧ４１の回転速度の低減を抑制する。このため、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動において負のトルクが生じる場合に常に駆動アシスト運転を実行する技術と比較すると、駆動アシスト運転によるＭＧ４２の発電効率の低下を抑制できる。

【0046】

ＥＣＵ５０によれば、ＭＧ４２における発電効率の低下を抑制しながら、ＥＮＧ４１のトルク脈動を緩和できるため、発電電動機の制振や騒音のための構成の簡素化に寄与し得る。例えば、ＥＣＵ５０は、図２に示す発電電動機１０のように、フライホイールを備えておらず、フライホイール、ギア、ダンパを介することなく、シャフト１２とロータ３０とが互いに接続されることによって、内燃機関と接続されている発電電動機の制御装置として特に好適に用いることができる。一方で、ＥＣＵ５０は、フライホイール、ギア、ダンパを介して内燃機関と接続される発電電動機の制御装置としても用いることができ、ＥＮＧ４１のトルク脈動を緩和するために生じ得るＭＧ４２における発電効率の低下を抑制する効果を得ることができる。

【0047】

上記の各実施形態によれば、下記の効果を得ることができる。

【0048】

ＥＣＵ５０は、内燃機関（ＥＮＧ４１）に接続される発電電動機（ＭＧ４２）の制御装置としての機能を有し、推定部５２と、制御部５３とを備える。推定部５２は、ＥＮＧ４１のトルク脈動の推定値である推定トルク脈動を推定する。制御部５３は、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動においてＥＮＧ４１の回転を妨げる負のトルクが生じる場合には、発電電力を低減してＥＮＧ４１の回転速度の低減を抑制するようにＭＧ４２を制御する。ＥＣＵ５０によれば、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動が負の値である場合に常に駆動アシスト運転を実行することなく、駆動アシスト運転が不要な場合には実行しないで発電電力の低減により内燃機関のトルク脈動を緩和できる。その結果、ＥＮＧ４１のトルク脈動を緩和するために生じ得るＭＧ４２における発電効率の低下を抑制できる。

【0049】

ＥＣＵ５０は、ＭＧ４２の回転速度およびトルクに対応させて、ＥＮＧ４１のクランク角に対するトルクの変化を示すトルク脈動をトルク脈動情報として記憶する記憶部５１を備えている。そして、推定部５２は、ＭＧ４２の発電トルク指令Ｔｇｃおよび目標回転速度Ｎｇｒに基づいてトルク脈動情報から読み出したＥＮＧ４１のトルク脈動を、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動として推定する。

【0050】

制御部５３は、ＥＮＧ４１の回転変動が所定の閾値以上である場合には、ＥＮＧ４１の推定トルク脈動において負のトルクが生じるときに、ＥＮＧの駆動を援助するようにＭＧ４２を電動機として駆動する駆動アシスト運転を実行する。ＥＮＧ４１の回転変動が大きい場合には駆動アシストモードを選択してＥＮＧ４１の回転速度の低減を効果的に抑制できるため、トルク脈動を効果的に抑制することができる。

【0051】

制御部５３は、駆動アシスト運転時には、ＥＮＧ４１のトルクの変化に応じてＭＧ４２の駆動アシスト量を変化させる。ＥＮＧ４１における負のトルク脈動を適切に緩和するとともに、ＭＧ４２における発電効率の低下を抑制できる。

【0052】

制御部５３は、ＭＧ４２を発電機として駆動する発電運転時には、発電トルク指令を一定値としてＭＧ４２を制御する。発電電力の急激な変化を抑制することにより、発電電力量の見積もりやＢＡＴ４４への充電量の算出を簡易化することができる。

【0053】

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【0054】

本発明は、発電電動機の制御装置、または、２次電池から供給される電力を用いて駆動する装置に搭載される発電電動機の制御装置に適用され、例えば車両（乗用、商用、小型、２輪、牽引車含む）、航空機、船舶などの移動体や定置式発電機に搭載される発電電動機の制御装置に好適である。

【0055】

上記の移動体は、供給される電力を発電電動機の電動機としての駆動により消費して推進力を発生させることで移動ができる。また、上記の定置式発電機は、発電電動機で発電した電力を２次電池に充電したり、発電した電力と２次電池からの放電電力とを加算し、電力を直流から交流に変換する電力変換機器を介して供給したりすることができ、商用電源として機能し得る。本願は、上記各実施形態で説明した、内燃機関と、発電電動機と、発電電動機の制御装置と、を備える発電装置または移動体を提供する。

【符号の説明】

【0056】

４１…内燃機関、４２…発電電動機、５０…制御装置、５２…推定部、５３…制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】