JP2007006639A - 車両用回転電機の発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電電圧最終目標値が急変しても複数の発電制御モードにおいて負荷応答制御を実現した車両用回転電機の発電制御装置を得る。
【解決手段】回転電機１０２に接続された電力制御部１０３および蓄電池１０４と、回転速度Ｎａを検出する回転速度検出手段１０５とを備え、電力制御部１０３は、発電機動作時の回転速度Ｎａが所定値以下の場合には第１モードで発電制御し、回転速度Ｎａが所定値よりも高い場合には第２モードで発電制御する。電力制御部１０３は、蓄電池１０４への最終目標値に追随するように、各モードごとの発電電圧指令値Ｖｒ１、Ｖｒ２を設定する発電電圧指令値演算部１１１と、回転電機および蓄電池の状態に基づいて発電電圧指令値演算部１１１に対する更新タイミングｔｎ、発電電圧指令値の増加量ｄＬ、減少量ｄＬを指示する発電電圧更新演算指示部１１０とを含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、電機子巻線および界磁巻線を有し、車両に搭載された内燃機関に接続されて少なくとも発電機として動作する回転電機の発電制御装置に関し、たとえば内燃機関の始動時には電動機として動作し、内燃機関の始動後には発電機として動作する車両用回転電機の発電制御装置に関するものである。

近年、車両用の内燃機関においては、環境保護や燃費向上を目的として、内燃機関および内燃機関以外の動力源（たとえば、発電電動機など）を備えたハイブリッド車両の開発および実用化が進んでいる。
このようなハイブリッド車両においては、走行状況に応じて内燃機関および内燃機関以外の動力源の使い分けが行われている。

たとえば、アイドリング時の不必要な燃料消費を抑制するために、アイドルストップと呼ばれる技術が提案されている。
アイドルストップは、交差点などの信号機により停車した場合に内燃機関を停止させ、その後、運転者による発進の意志（アクセルやブレーキなどの操作）を感知したときに、発電電動機により内燃機関の再始動を行う技術である。

この種のハイブリッド車両に搭載される発電電動機としては、一般に３相交流同期発電電動機が使用され、発電電動機を電動機として使用するときには、発電電動機に対し、蓄電池（たとえば、バッテリ）からの直流電力を交流電力に変換する電力変換器を介して電力が供給される。
しかし、発電電動機の電動機動作時に、発電電動機が発生する誘起電圧がバッテリ電圧よりも高くなった場合には、発電電動機に電力を供給することができなくなる。なお、発電電動機からの誘起電圧は、発電電動機の回転速度、ならびに、電機子巻線の巻数および主磁束に比例する。

また、このとき、発電電動機は、内燃機関を始動するために、アイドル回転速度の付近まで上昇可能な特性が要求されるので、アイドル回転速度以上の回転速度まで電動機として動作させる必要がある。
したがって、発電電動機の回転速度がアイドル回転速度以上に上昇しても、誘起電圧がバッテリ電圧に達しないような工夫が必要であり、たとえば発電電動機の設計において、電機子巻線の巻数を必要最小限に低減させるなどの手法が採用されている。

一方、発電電動機を発電機として使用するときには、車両用発電機と同様に誘起電圧を利用し、界磁巻線への通電電流を調整して、電機子巻線から所望の交流電力を発生させ、この発電電力をダイオードにより整流（直流変換）してバッテリに供給する。
当然ながら、発電電動機は、内燃機関の始動後には、発電機として動作することが要求されるので、アイドル回転速度であっても発電動作を実行できるように設計される必要がある。

しかし、前述のように、発電電動機の設計において、誘起電圧の上昇を抑制するために、電機子巻線の巻数を通常の車両用発電機の場合の巻数よりも低減させた場合には、低速回転領域における発電特性を満足させることができない可能性がある。
そこで、低速回転領域においては、電機子巻線に対する位相制御用の補償電流と界磁巻線への通電電流とにより第１のモードで発電動作を行い、その後、回転速度が上昇して誘起電圧が十分に高くなった時点で、界磁巻線への通電電流を制御する界磁デューティにより第２のモードで発電動作を行う技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

しかしながら、複数の発電動作モードを有する発電電動機における負荷応答制御は、回転速度が低い状態での第１のモードと回転速度が高い状態での第２のモードとの切替時において、継ぎ目無く継承される必要があるが、上記特許文献１においては、この点が考慮されていない。
また、車両の種々の電気負荷条件や内燃機関（エンジン）の回転速度条件を加味して、制御が実行されなくてはならないが、上記特許文献１においては、この点が考慮されていない。

特許第３５１７４０５号公報

従来の車両用回転電機の発電制御装置では、複数の発電動作を有する発電電動機における負荷応答制御を考慮していないので、第１のモードから第２のモードへの切替時に継ぎ目無く継承することができないという課題があった。
また、車両の種々の電気負荷条件やエンジン回転速度条件を加味した制御を実行していないので、信頼性が低下するという課題があった。
さらに、各モードにおける発電電圧のリップル特性も異なるため、各モードによって同じ発電電圧指令の場合でも、各モード間の平均発電電圧が異なるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、装置の大型化や信頼性の低下、またはコストアップを招くことなく、特に回転電機の回転速度に応じた複数の発電動作モードを有する回転電機における負荷応答制御を実現した車両用回転電機の発電制御装置を得ることを目的とする。

この発明による車両用回転電機の発電制御装置は、電機子巻線および界磁巻線を有し、車両用の内燃機関に機械的に結合されて少なくとも発電機として動作する回転電機を制御するために、回転電機に接続された電力制御部と、電力制御部を介して回転電機に対して電力の授受を行う蓄電池と、回転電機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、電力制御部は、回転電機が発電機として動作するときに、回転電機の回転速度が第１の所定回転速度以下の場合には、電機子巻線に対する位相制御用の補償電流と界磁巻線への通電電流とに基づいて、回転電機の発電動作を第１のモードで制御し、回転電機の回転速度が第１の所定回転速度よりも高い場合には、界磁巻線への通電電流を制御する界磁デューティに基づいて、回転電機の発電動作を第２のモードで制御する車両用回転電機の発電制御装置であって、電力制御部は、蓄電池への発電電圧の最終目標値に追随するように、第１および第２のモードのそれぞれに対して現在の発電電圧指令値を設定する発電電圧指令値演算部と、回転電機の状態および蓄電池の状態に基づいて、発電電圧指令値演算部に対して、次回の発電電圧指令更新タイミングと発電電圧指令値の増加量および減少量とを指示する発電電圧更新演算指示部とを含むものである。

この発明によれば、定常状態はもとより、発電電圧の最終目標値が急激に変化した場合にも、回転電機（発電電動機）や蓄電池（バッテリ）の状態に応じた複数の発電電圧制御モードにおいて、負荷応答制御を実現することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の発電制御装置を一部図式的に示すブロック図である。
なお、車両用の回転電機としては、発電機（オルタネータ）を用いることもできるが、ここでは、代表的に、ハイブリッド車両用の発電電動機１０２を用いた場合を例にとって説明する。

図１において、車両（図示せず）に搭載された内燃機関１０１（たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど）には、結合手段１００（ベルトやプーリなど）を介して、または、直接結合により、トルクの授受可能な状態で、発電電動機１０２が配置されている。

内燃機関１０１に機械的に結合された発電電動機１０２は、電機子巻線および界磁巻線（後述する）を有する回転電機により構成されており、通常運転中の発電機として動作するとともに、たとえば始動時の電動機（駆動源）としても動作し、内燃機関１０１の駆動力に対するアシスト機能も有している。

発電電動機１０２には、発電電動機１０２を制御するための電力制御部１０３が電気的に接続され、電力制御部１０３には、車両に搭載されるバッテリ１０４が接続されている。
バッテリ１０４は、他の車両用負荷とともに使用される蓄電池であってもよく、発電電動機１０２に専用の蓄電池であってもよい。
なお、発電電動機１０２、電力制御部１０３およびバッテリ１０４の関係は、発電電動機１０２が発電機として動作した場合には実線矢印で示すようになり、発電電動機１０２が電動機として動作した場合には破線矢印で示すようになる。

発電電動機１０２には、発電電動機１０２の回転速度Ｎａを検出する回転速度検出手段１０５が設けられ、バッテリ１０４には、バッテリ電圧ＶＢを検出する電圧検出手段１０６が設けられている。
発電電動機１０２の回転速度Ｎａ、バッテリ電圧ＶＢは、図示しない他の各種センサ情報とともに電力制御部１０３に入力される。

電力制御部１０３は、たとえば、車両からの始動要求信号（図示せず）に応答して、内燃機関１０１の回転方向と同一方向のトルクを発生するような電流を発電電動機１０２に通電し、発電電動機１０２を電動機として動作させる。

また、電力制御部１０３は、始動要求信号がオフの状態において、発電電動機１０２の回転速度Ｎａが基準回転速度（たとえば、１０００ｒ／ｍｉｎ程度）よりも高ければ、発電電動機１０２を発電機として動作させる。
さらに、発電電動機１０２は、発電機として動作するときに、複数の発電動作モードを有しており、発電電動機１０２の発電動作モードは、電力制御部１０３を含むマイコン（図示せず）の判定結果に応じて選択的に決定される。

すなわち、電力制御部１０３を含むマイコンは、発電電動機１０２の回転速度Ｎａが第１の所定回転速度（たとえば、１５００ｒ／ｍｉｎ）以下の場合には、発電電動機１０２内の電機子巻線に対して位相制御用の補償電流を供給するとともに、発電電動機１０２内の界磁巻線に対して通電電流を供給することにより、インバータ発電モード（以下、「第１のモード」と呼ぶ）で発電動作を制御する。

また、電力制御部１０３は、発電電動機１０２の回転速度Ｎａが第１の所定回転速度よりも高い場合には、従来の車両用発電機のように界磁巻線への通電電流を制御する界磁デューティ制御により、オルタネータ発電モード（以下、「第２のモード」と呼ぶ）で発電動作を制御する。

次に、図１内の電力制御部１０３の具体的構成について説明する。
図２は電力制御部１０３の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。
図２において、電力制御部１０３は、発電電圧の更新演算を指示する発電電圧更新演算指示部１１０と、第１、第２のモードごとの発電電圧指令値Ｖｒ１、Ｖｒ２を演算する発電電圧指令値演算部１１１と、発電電動機１０２の界磁巻線電流および電機子巻線電流を制御する発電電動機電流制御部１１２と、発電電動機電流制御部１１２の制御下で動作する３相インバータ回路からなる電力変換部１１３とを備えている。

発電電圧更新演算指示部１１０は、後述（図４、図５参照）のフローチャートに示すように、発電電動機１０２の状態（回転速度Ｎａ）およびバッテリ１０４の状態（バッテリ電圧ＶＢ）などに基づいて、次回の発電電圧指令更新タイミング（以下、単に「更新タイミング」と略称する）ｔｎと、発電電圧指令値Ｖｒに対する増加量ｄＨおよび減少量ｄＬとを所定時間（たとえば、１０ｍｓｅｃ）ごとに算出し、発電電圧指令値演算部１１１に対して、次回の更新タイミングｔｎと発電電圧指令値Ｖｒの増加量ｄＨおよび減少量ｄＬとを指示する。

発電電圧指令値演算部１１１は、バッテリ１０４への発電電圧の最終目標値Ｖｏに追随するように、第１および第２のモードのそれぞれに対して、後述（図６参照）のフローチャートに示すように、現在の発電電圧指令値Ｖｒ１またはＶｒ２を設定する。
すなわち、発電電圧指令値演算部１１１は、発電電圧更新演算指示部１１０により決定された更新タイミングｔｎと発電電圧指令値Ｖｒの増加量ｄＨおよび減少量ｄＬに基づいて、現在の発電電圧指令値Ｖｒ１、Ｖｒ２を算出する。
このとき、各モードにおける発電電圧指令値Ｖｒに対し、第１および第２のモード用のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２を個別に加算して、各モードでの発電電圧指令値Ｖｒ１、Ｖｒ２とする。

次に、図２内の電力変換部１１３の具体的構成について説明する。
図３は電力変換部１１３の具体的な構成例を発電電動機１０２とともに示す回路図である。
図３において、発電電動機１０２は、Ｙ型結線（または、Δ型結線）された３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の電機子巻線２００と、電機子巻線２００に対向配置された界磁巻線２０１とを備えている。

電力変換部１１３は、発電電動機電流制御部１１２の制御下で動作する電力変換部駆動回路２１０と、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の発電電動機１０２と直流（２極Ｐ、Ｎ）のバッテリ１０４との間に介在された３相インバータ回路とを備えている。
３相インバータ回路は、バッテリ１０４に接続された平滑コンデンサ２１１と、界磁巻線２０１に接続された界磁巻線電流用スイッチング素子２１２と、６個の電力変換用スイッチング素子２２０ａ〜２２０ｃおよび２２１ａ〜２２１ｃと、各電力変換用スイッチング素子に逆並列接続されたフリーホイルダイオード２１３とにより構成されている。

３個の電力変換用スイッチング素子２２０ａ〜２２０ｃと、３個の電力変換用スイッチング素子２２１ａ〜２２１ｃとは、図３のように個別に接続されて３対の直列回路を構成している。
電力変換用スイッチング素子の各直列回路は、バッテリ１０４の電源ラインＰ、Ｎ間に並列に挿入され、各直列回路の接続点は、電機子巻線２００の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に接続されている。

すなわち、各直列回路の高圧側の電力変換用スイッチング素子２２０ａ〜２２０ｃは、電源ラインＰに接続されて、ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ相のスイッチング素子となり、各直列回路の低圧側の電力変換用スイッチング素子２２１ａ〜２２１ｃは、電源ラインＮに接続されて、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ相のスイッチング素子となっている。

電力変換部駆動回路２１０は、各電力変換用スイッチング素子２２０ａ〜２２０ｃ、２２１ａ〜２２１ｃおよび界磁巻線電流用スイッチング素子２１２のゲートを制御して、各電力変換用スイッチング素子および界磁巻線電流用スイッチング素子２１２をＯＮ／ＯＦＦ駆動し、電機子巻線２００への電流および界磁巻線２０１への電流を所望の目標値に制御する。

次に、発電電動機電流制御部１１２の動作について説明する。
まず、第１のモードの場合には、発電電動機電流制御部１１２は、発電電圧指令値演算部１１１により算出された第１のモードでの発電電圧指令値Ｖｒ１に一致するように、電力変換部１１３を介して発電電動機１０２に通電させる。
すなわち、バッテリ電圧ＶＢと発電電圧指令値Ｖｒ１との偏差に基づいて（周知のＰＩ制御などを用いて）発電指令量を算出し、発電指令量と一致した発電量となるように、電機子巻線電流および界磁巻線電流を発電電動機１０２に通電させる。

また、第２のモードの場合には、発電電動機電流制御部１１２は、発電電圧指令値演算部１１１により算出された第２のモードでの発電電圧指令値Ｖｒ２に一致するように、電力変換部１１３を介して発電電動機１０２に通電させる。
すなわち、バッテリ電圧ＶＢと発電電圧指令値Ｖｒ２との偏差に応じて界磁巻線２０１への通電電流（界磁デューティ）を算出し、界磁巻線電流を、電力変換部１１３を介して発電電動機１０２に通電させる。

次に、図１〜図３とともに、図４〜図６のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による発電電圧更新演算指示部１１０および発電電圧指令値演算部１１１の具体的な処理動作について説明する。
最初に、図４および図５を参照しながら、図２内の発電電圧更新演算指示部１１０の動作について説明する。

図４において、まず、発電電圧更新演算指示部１１０は、現在の発電電動機１０２が電動機モードで動作しているか否かを判定し（ステップＳ１００）、電動機モードで動作していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１１０（後述する）に進む。
一方、ステップＳ１００において、電動機モードで動作している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電開始カウンタＣＮ（電動機としての動作を終了してから発電動作を開始するまでの時間を計測する）に初期値ＣＮｉ（たとえば、５ｓｅｃなど）を代入する（ステップＳ１０１）。

続いて、現在の発電電動機１０２のトルク指令量Ｔｑｒが所定トルクＴｑＭ以上か否かを判定し（ステップＳ１０２）、Ｔｑｒ＜ＴｑＭ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１０４に進む。
一方、ステップＳ１０２において、Ｔｑｒ≧ＴｑＭ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、トルク指令許可フラグＦＴをセット「ＦＴ←１」してから（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０４に進む。

ここで、トルク指令量Ｔｑｒは、発電電動機１０２の電機子巻線２００および界磁巻線２０１への通電量にほぼ比例し、また電機子巻線２００および界磁巻線２０１への通電量は、バッテリ１０４からの電力供給量にほぼ比例する。
すなわち、トルク指令量Ｔｑｒの比較基準となる所定トルクＴｑＭは、バッテリ１０４の電力供給量に関係しており、始動直後の発電動作を必要とする場合のバッテリ１０４からの電力供給量を設定することは、所定トルクＴｑＭを設定することと等価となる。

続いて、発電電圧を初期化するか否かを識別するための発電電圧初期化フラグＦｉをセット「Ｆｉ←１」し（ステップＳ１０４）、始動直後の発電動作であるか否かを識別するための始動直後発電動作フラグＦＳをクリア「ＦＳ←０」し（ステップＳ１０５）、定常状態での発電動作であるか否かを識別するための定常発電動作フラグＦＰをクリア「ＦＰ←０」し（ステップＳ１０６）、発電電圧の追随動作を実行するか否かを識別するための発電電圧追随動作禁止フラグＦＫをクリア「ＦＫ←０」して（ステップＳ１０７）、図５内のステップＳ１４０に進む。

一方、ステップＳ１００において、現在の発電電動機１０２が電動機モードで動作していない（すなわち、ＮＯ）と判定された場合には、続いて、発電電動機１０２が発電機モードで動作しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
ステップＳ１１０において、発電機として動作している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電動機１０２の現在の回転速度Ｎａが第２の所定回転速度Ｎｍａｘ以下であるか否か判定する（ステップＳ１１１）。

ここで、第２の所定回転速度Ｎｍａｘは、内燃機関１０１の発生する正トルクと発電電動機１０２が発電時に発生する負トルクとのバランスにより決定され、発電電動機１０２の負トルクが、最大発電状態においても、内燃機関１０１の発生する正トルクに比べて十分に小さい回転速度となるように、すなわち負荷応答制御を必要としない回転速度に選択される。

ステップＳ１１１において、Ｎａ≦Ｎｍａｘ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧追随動作を実行するために、発電電圧初期化フラグＦｉをクリア「Ｆｉ←０」するとともに（ステップＳ１１２）、発電電圧追随動作禁止フラグＦＫをクリア「ＦＫ←０」する（ステップＳ１１３）。
続いて、始動直後発電動作フラグＦＳがセットされている「ＦＳ＝１」か否かにより、現在の状態が始動直後の発電動作中であるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。

ステップＳ１１４において、ＦＳ＝０であって、始動直後の発電動作中でない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、始動直後の発電動作に遷移可能か否かの判定処理（ステップＳ１１５、Ｓ１１６）を実行する。
すなわち、まず、発電開始カウンタＣＮの値がカウントダウン終了前（ＣＮ＞０）か否かにより、始動後から発電開始までに所定時間以内の状態であるか否かを判定し（ステップＳ１１５）、ＣＮ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１２２（後述する）に進む。

一方、ステップＳ１１５において、ＣＮ＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、バッテリ１０４からの電流持ち出し量をトルク指令量Ｔｑｒから判定するために、トルク指令許可フラグＦＴがセットされている「ＦＴ＝１」か否かを判定する（ステップＳ１１６）。

ステップＳ１１６において、ＦＴ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１２２に進み、一方、ＦＴ＝１（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１１７に進む。
このように、ステップＳ１１５およびＳ１１６の両方の条件を満足した場合には、今回の状態が始動直後の発電動作状態になったものと判定し、始動直後の発電動作であると判定された場合に、発電電圧の最終目標値Ｖｏが現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆと等しいか否かにより、始動直後の発電動作を継続してよいか否かを判定する（ステップＳ１１７）。

ステップＳ１１７において、Ｖｏ≠Ｖｒｅｆ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、始動直後の発電動作を実行するために、始動直後発電動作フラグＦＳをセット「ＦＳ←１」し（ステップＳ１１８）、定常発電動作フラグＦＰをクリア「ＦＰ←０」し（ステップＳ１１９）、トルク指令許可フラグＦＴをクリア「ＦＴ←０」し（ステップＳ１２０）、発電開始カウンタＣＮを０クリアして（ステップＳ１２１）、ステップＳ１２６に進む。

一方、ステップＳ１１７において、Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１１５またはステップＳ１１６の判定条件が満足されなかった場合と同様に、始動直後の発電動作ではない条件下なので、定常発電動作として機能させるために、始動直後発電動作フラグＦＳをクリア「ＦＳ←０」し（ステップＳ１２２）、定常発電動作フラグＦＰをセット「ＦＰ←１」し（ステップＳ１２３）、トルク指令許可フラグＦＴをクリア「ＦＴ←０」し（ステップＳ１２４）、発電開始カウンタＣＮを０クリアして（ステップＳ１２５）、ステップＳ１２６に進む。

続いて、現在の回転速度Ｎａが第３の所定回転速度Ｎｍｉｎよりも大きいか否かの判定を行う（ステップＳ１２６）。
このとき、第３の所定回転速度Ｎｍｉｎとしては、発電可能な回転速度であるにもかかわらず、このまま発電し続けると内燃機関１０１のストールを招く恐れのある回転速度に設定される。または、第３の所定回転速度Ｎｍｉｎとして、発電電動機１０２の発電開始回転速度（基準回転速度＝１０００ｒ／ｍｉｎ）以下の回転速度などが選択され得る。

一例として、内燃機関１０１のアイドル回転速度が７５０ｒ／ｍｉｎで、内燃機関１０１と発電電動機１０２とのプーリ比が「２」であって、発電電動機１０２が発電機として動作する基準回転速度が１０００ｒ／ｍｉｎ（内燃機関１０１の回転速度換算で、５００ｒ／ｍｉｎ）の場合、発電電動機１０２の回転速度Ｎａに対する第１の所定回転速度は２０００ｒ／ｍｉｎ（内燃機関１０１の回転速度換算で、１０００ｒ／ｍｉｎ）、第２の所定回転速度Ｎｍａｘは４０００ｒ／ｍｉｎ（内燃機関１０１の回転速度換算で、２０００ｒ／ｍｉｎ）、第３の所定回転速度Ｎｍｉｎは１３００ｒ／ｍｉｎ（内燃機関１０１の回転速度換算で、６５０ｒ／ｍｉｎ）に設定され得る。

上記例の場合、発電機としては、Ｎａ＝１０００ｒ／ｍｉｎの低回転領域まで発電動作が可能であるが、下限回転速度の限界まで発電動作を行うと、発電電動機１０２の発電負荷トルクによりエンジンストールが発生する可能性がある。
したがって、ステップＳ１２６の判定条件により、発電電圧の更新動作を禁止するようになっている。

なお、各回転速度の設定値は、内燃機関１０１の設計条件などに応じて任意に変更され得る。
また、内燃機関１０１のトルク特性から、上記のように、第２の所定回転速度Ｎｍａｘ（＝４０００ｒ／ｍｉｎ）に対応したエンジン回転速度が２０００ｒ／ｍｉｎの場合、内燃機関１０１の発生トルクは、発電電動機１０２の発生トルクよりも著しく大きいので、発電電圧を指示値（発電指令量）通りに動作させてもよい。

ステップＳ１２６において、Ｎａ＞Ｎｍｉｎ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、現在の発電状態を判定するために、発電電動機１０２の発電量が未飽和状態であるか否かを判定する（ステップＳ１２７）。
このとき、ステップＳ１２７の判定基準は、たとえば、第１のモードの場合には、発電指令量が飽和したか、または、許容温度を超えたかの判定基準に対応し、第２のモードの場合には、界磁デューティが１００％に達したか、界磁巻線電流または電機子巻線電流が許容値を超えたか、または、許容温度を超えたかなどの判定基準に対応する。

ステップＳ１２７において、発電電動機１０２の発電量が未飽和である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧増加禁止フラグＦＺをクリア「ＦＺ←０」して（ステップＳ１２８）、図５内のステップＳ１４０に進む。
すなわち、ステップＳ１２６およびステップＳ１２７の両方の判定条件を満足した場合には、ステップＳ１２８に進む。

一方、ステップＳ１２６、Ｓ１２７のいずれかにおいて判定条件を満足せず、ステップＳ１２６において、Ｎａ≦Ｎｍｉｎ（すなわち、ＮＯ）と判定されるか、または、ステップＳ１２７において、発電量が飽和している（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆの増加禁止を識別するための発電電圧増加禁止フラグＦＺをセット「ＦＺ←１」して（ステップＳ１２９）、ステップＳ１４０に進む。

また、前述のステップＳ１１１において、Ｎａ＞Ｎｍａｘ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、内燃機関１０１の発生する正トルクが十分に大きいので、負荷応答制御を中止して、直ちに現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを発電電圧の最終目標値Ｖｏに設定するために、発電電圧追随動作禁止フラグＦＫをセット「ＦＫ←１」し（ステップＳ１３０）、発電電圧初期化フラグＦｉをクリア「Ｆｉ←０」し（ステップＳ１３１）、定常発電動作フラグＦＰをクリアし（ステップＳ１３２）、始動直後発電動作フラグＦＳをクリアし（ステップＳ１３３）、発電開始カウンタＣＮを０クリア「ＣＮ←０」して（ステップＳ１３４）、ステップＳ１４０に進む。

さらに、前述のステップＳ１１０において、発電電動機１０２の動作状態が発電機モードでない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、発電開始カウンタＣＮのダウンカウント（１減算）処理を実行し（ステップＳ１３５）、発電電圧初期化フラグＦｉをセット「Ｆｉ←１」し（ステップＳ１３６）、発電電圧追随動作禁止フラグＦＫをクリア「ＦＫ←０」して（ステップＳ１３７）、ステップＳ１４０に進む。
なお、発電開始カウンタＣＮ＝０の場合には、当然ながらステップＳ１３５の減算処理は実行せず、発電開始カウンタＣＮ＝０のままに保持しておく。

次に、図５を参照しながら、発電電圧更新演算指示部１１０による後半部分（ステップＳ１４０以降）の処理について説明する。
図５においては、前半部分（図４内のステップＳ１００〜Ｓ１３７）で決定した各種フラグＦＳ、ＦＰ、ＦＫ、Ｆｉの状態に基づき、発電電圧指令値演算部１１１に転送するための更新タイミングｔｎ、発電電圧指令値Ｖｒの増加量ｄＨおよび減少量ｄＬ、ならびに現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを算出する。

まず、始動直後発電動作フラグＦＳがセットされている（ＦＳ＝１）か否かにより、始動直後の発電動作中か否かを判定する（ステップＳ１４０）。
ステップＳ１４０において、ＦＳ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、定常発電動作フラグＦＰがセットされている（ＦＰ＝１）か否かにより、定常発電動作中か否かを判定する（ステップＳ１４５）。

ステップＳ１４５において、ＦＰ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、発電電圧追随動作禁止フラグＦＫがセットされている（ＦＫ＝１）か否かにより、発電電圧の追随動作を禁止するか否かを判定する（ステップＳ１７０）。
また、ステップＳ１７０において、ＦＫ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、発電電圧初期化フラグＦｉがセットされている（Ｆｉ＝１）か否かにより、発電電圧の初期化を実行するか否かを判定する（ステップＳ１８０）。このように、４系統のフラグ判定処理が実行される。

上記ステップＳ１４０において、ＦＳ＝１（始動直後の発電動作中）（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒの増加量ｄＨおよび減少量ｄＬとして、それぞれ始動直後発電動作フラグＦＳ用の増加量ｄＨｓおよび減少量ｄＬｓを代入する（ステップＳ１４１、Ｓ１４２）。
同様に、更新タイミングｔｎとして、始動直後発電動作フラグＦＳ用の更新タイミングｔｎｓを代入する（ステップＳ１４３）。

なお、各設定値ｄＨｓ、ｄＬｓ、ｔｎｓは、あらかじめオフラインで定義された値でもよく、または、車両状態を管理しているＥＣＵ（図示せず）からの通信手段などにより、リアルタイムに変更される値でもよい。
続いて、発電電圧指令値Ｖｒとして、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを代入し（ステップＳ１４４）、次の判定ステップＳ１５０（後述する）に進む。

一方、上記ステップＳ１４０において、ＦＳ＝０（始動直後の発電動作中でない）（すなわち、ＮＯ）と判定され、続いて、ステップＳ１４５において、ＦＰ＝１（定常発電動作中）（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒの増加量ｄＨおよび減少量ｄＬとして、定常発電動作フラグＦＰ用の増加量ｄＨｐおよび減少量ｄＬｐを代入し（ステップＳ１４６、Ｓ１４７）、更新タイミングｔｎとして、定常発電動作フラグＦＰ用の更新タイミングｔｎｐを代入する（ステップＳ１４８）。

なお、各設定値ｄＨ、ｄＬ、ｔｎは、前述と同様に、オフラインにより定義された値でもよく、通信手段などによりリアルタイムに変更可能な値でもよい。
続いて、発電電圧指令値Ｖｒとして、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを代入し（ステップＳ１４９）、次の判定ステップＳ１５０に進む。

上記ステップＳ１４４、Ｓ１４９のように、発電電圧指令値Ｖｒとして現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを代入した場合には、続いて、発電電圧増加禁止フラグＦＺがセットされている（ＦＺ＝１）か否かを判定する（ステップＳ１５０）。
ステップＳ１５０において、ＦＺ＝１（発電電圧増加禁止）（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒの増加量ｄＨとして、発電電圧増加禁止フラグＦＺ用の増加量ｄＨｚを設定する（ステップＳ１５１）。

ＦＺ用の増加量ｄＨｚは、発電電圧増加を禁止するために、ほぼ「０」となる値に設定される。なお、この値ｄＨｚ（ほぼ「０」）は、たとえばＥＣＵ中のＲＯＭなどで定義することなく、ステップＳ１５１において、単に「ｄＨ＝０」と設定してもよい。
また、発電電圧の減少量ｄＬおよび更新タイミングｔｎは、特にＦＺ用の値に書き換えなくても差し支えない。

一方、ステップＳ１５０において、ＦＺ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１５１を実行せずに、ステップＳ１５２に進む。
続いて、現在のバッテリ電圧ＶＢが発電電圧の最終目標値Ｖｏ以下であるか否かにより、バッテリ電圧ＶＢが最終目標値Ｖｏに向かって上昇しているか否かを判定する（ステップＳ１５２）。

ステップＳ１５２において、Ｖｏ≧ＶＢ（バッテリ電圧ＶＢが最終目標値Ｖｏに向かって上昇中）（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、発電電圧指令値Ｖｒ（＝現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆ）とバッテリ電圧ＶＢとを比較し、発電電圧指令値Ｖｒがバッテリ電圧ＶＢよりも低いか否かを判定する（ステップＳ１５３）。

ステップＳ１５３において、Ｖｒ＜ＶＢ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒとして、バッテリ電圧ＶＢを設定し（ステップＳ１５４）、次の判定ステップＳ１５７（後述する）に進む。
一方、ステップＳ１５３において、Ｖｒ≧ＶＢ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１５４を実行せずにステップＳ１５７に進む。

通常、バッテリ電圧ＶＢが、発電電圧の最終目標値Ｖｏに向かって上昇中である場合、Ｖｏ＞Ｖｒｅｆ＞ＶＢとなるはずであるが、車両の電気負荷変動などに起因して、Ｖｏ＞ＶＢ＞Ｖｒｅｆとなる場合があり得る。
したがって、Ｖｒ＜ＶＢの場合には、ステップＳ１５４のように、発電電圧指令値Ｖｒとしてバッテリ電圧ＶＢが設定される。

一方、上記ステップＳ１５２において、Ｖｏ＜ＶＢ（バッテリ電圧ＶＢが最終目標値Ｖｏに向かって下降中）（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、発電電圧指令値Ｖｒ（＝現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆ）がバッテリ電圧ＶＢ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５５）。

ステップＳ１５５において、Ｖｒ≧ＶＢ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒとして、バッテリ電圧ＶＢを設定し（ステップＳ１５６）、ステップＳ１５７に進む。
一方、ステップＳ１５５において、Ｖｒ＜ＶＢ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１５６を実行せずにステップＳ１５７に進む。

前述と同様に、通常、バッテリ電圧ＶＢが最終目標値Ｖｏに向かって下降中と判定された場合は、Ｖｏ＜Ｖｒｅｆ＜ＶＢとなるはずであるが、ステップＳ１５５において、ＶＢ＜Ｖｒｅｆと判定された場合には、ステップＳ１５６のように、発電電圧指令値Ｖｒとしてバッテリ電圧ＶＢが設定される。

次に、最終目標値Ｖｏと発電電圧指令値Ｖｒ（＝現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆ）とが一致しているか否かを判定し（ステップＳ１５７）、Ｖｏ≠Ｖｒ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、図５の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ１５７において、Ｖｏ＝Ｖｒ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、バッテリ電圧ＶＢから発電電圧指令値Ｖｒを減算した減算値（＝ＶＢ−Ｖｒ）が、発電電圧の上昇許容値αよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１５８）。

ステップＳ１５８において、ＶＢ−Ｖｒ＞α（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒとして、バッテリ電圧ＶＢを設定し（ステップＳ１５９）、図５の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ１５８において、ＶＢ−Ｖｒ≦α（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、減算値（＝ＶＢ−Ｖｒ）が発電電圧の下降許容値βよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１６０）。

ステップＳ１６０において、ＶＢ−Ｖｒ＜β（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒとしてバッテリ電圧ＶＢを設定し（ステップＳ１６１）、図５の処理ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ１６０において、ＶＢ−Ｖｒ≧β（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１６１を実行せずに、図５の処理ルーチンを終了する。

これにより、安定状態すなわち、Ｖｏ＝Ｖｒ（＝Ｖｒｅｆ）において、急激な車両負荷変動などによりバッテリ電圧ＶＢが変動した場合にのみ、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを一旦変動したバッテリ電圧ＶＢまで上昇（または、下降）させ、発電電圧の追随動作を実行する。
なお、発電電圧の上昇許容値αおよび下降許容値βは、前述と同様に、ＲＯＭで定義される値であっても、通信手段などにより車両状態に応じてリアルタイムに変更可能な値であってもよい。

一方、上記ステップＳ１４５において、ＦＰ＝０（定常発電動作中でない）と判定され、続いて、ステップＳ１７０において、ＦＫ＝１（発電電圧追随動作禁止）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒの増加量ｄＨ、減少量ｄＬおよび更新タイミングｔｎとして、それぞれ発電電圧追随動作禁止フラグＦＫ用の増加量ｄＨｋ、減少量ｄＬｋおよび更新タイミングｔｎｋを代入する（ステップＳ１７１、Ｓ１７２、Ｓ１７３）。
また、発電電圧指令値Ｖｒとして最終目標値Ｖｏを設定し（ステップＳ１７４）、図５の処理ルーチンを終了する。

なお、この場合、発電電圧指令値Ｖｒとして最終目標値Ｖｏを設定（ステップＳ１７４）したことから、増加量ｄＨおよび減少量ｄＬは意味を成さないが、増加量ｄＨおよび減少量ｄＬとしては、十分に大きな値を設定しておくこととする。
また、増加量ｄＨおよび減少量ｄＬは、特にＲＯＭとして定義する必要もなく、たとえば、Ｈ（ヘキサ）「７ＦＦＦ」などの大きな値に設定する処理を適用してもよい。

一方、上記ステップＳ１７０において、ＦＫ＝０（発電電圧追随動作禁止でない）と判定された場合には、続いて、Ｆｉ＝１（発電電圧追随動作禁止）であるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。
ステップＳ１８０において、Ｆｉ＝１（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、増加量ｄＨ、減少量ｄＬおよび更新タイミングｔｎとして、それぞれ発電電圧初期化フラグＦｉ用の増加量ｄＨｉ、減少量ｄＬｉおよび更新タイミングｔｎｉを代入し（ステップＳ１８１、Ｓ１８２、Ｓ１８３）、また、発電電圧指令値Ｖｒとして現在のバッテリ電圧ＶＢを設定して（ステップＳ１８４）、図５の処理ルーチンを終了する。

なお、ステップＳ１８０において、Ｆｉ＝１が成立するのは、図４において、発電機モードでないときの処理ステップＳ１０４またはＳ１３６が実行された場合に相当する。
また、増加量ｄＨおよび減少量ｄＬとしては、ほぼ「０」となる値が設定されているものとする。
以上で、電力制御部１０３内の発電電圧更新演算指示部１１０（図２参照）の動作説明を終了する。

次に、図６のフローチャートを参照しながら、電力制御部１０３内の発電電圧指令値演算部１１１（図２参照）の動作について詳細に説明する。
図６において、発電電圧指令値演算部１１１は、発電電圧更新演算指示部１１０により設定された増加量ｄＨ、減少量ｄＬ、更新タイミングｔｎおよび発電電圧指令値Ｖｒに基づいて、第１および第２のモードでの発電電圧指令値Ｖｒ１、Ｖｒ２を演算する。

まず、タイミングカウンタＣＴｎが０クリアされているか否かにより、今回の演算ループによる発電電圧指令値Ｖｒの更新処理（ステップＳ２０１〜Ｓ２０６）を実行するか否かを判定する（ステップＳ２００）。
ステップＳ２００において、ＣＴｎ＞０（今回の演算ループで発電電圧更新処理を実行しない）（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、タイミングカウンタＣＴｎをデクリメント（１減算処理）して（ステップＳ２０８）、ステップＳ２０９（後述する）に進む。

一方、ステップＳ２００において、ＣＴｎ＝０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒの更新処理（ステップＳ２０１〜Ｓ２０６）を実行する。
なお、後述のステップＳ２０７において、タイミングカウンタＣＴｎの値として、更新タイミングｔｎの値が設定されるが、更新タイミングｔｎは、発電電圧指令値演算部１１１の実行周期に応じた値に設定されている。

たとえば、発電電圧指令値演算部１１１の実行周期が１０ｍｓｅｃであって、更新タイミングｔｎの値が「５」であれば、図６による発電電圧指令値の更新演算処理（ステップＳ２０１〜Ｓ２０６）は、５０ｍｓｅｃに１回実行されることになる。
また、タイミングカウンタＣＴｎの値は、初期設定時に０クリアされていてもよく、前述（図４参照）の発電電圧追随動作禁止フラグＦＫのセット時に、ステップＳ１３４に続いて０クリアされていてもよい。
また、初期時に図６の更新演算処理を実行したくない場合には、あらかじめタイミングカウンタＣＴｎに任意の値を初期設定してもよい。

ステップＳ２００において、ＣＴｎ＝０（今回の演算ループにおいて発電電圧指令値Ｖｒの更新処理を実行する）と判定された場合、まず、発電電圧の最終目標値Ｖｏと発電電圧指令値Ｖｒとの差分ΔＶ（＝Ｖｏ−Ｖｒ）を演算する（ステップＳ２０１）。
続いて、差分ΔＶと増加量ｄＨとを比較し、差分ΔＶが増加量ｄＨ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０２において、ΔＶ≧ｄＨ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒに増加量ｄＨを加算して（ステップＳ２０３）、ステップＳ２０７に進む。
一方、ステップＳ２０２において、ΔＶ＜ｄＨ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、差分ΔＶと減少量ｄＬとを比較し、差分ΔＶが減少量ｄＨよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０４）。

ステップＳ２０４において、ΔＶ＜ｄＬ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒに減少量ｄＬを加算して（ステップＳ２０５）、ステップＳ２０７に進む。
一方、差分ΔＶがステップＳ２０２、２０４のいずれの判定条件も満足せず、ステップＳ２０４において、ΔＶ≧ｄＬ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、発電電圧指令値Ｖｒに差分ΔＶを加算して（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０７に進む。
ステップＳ２０６においては、発電電圧指令値Ｖｒに増加量ｄＨまたは減少量ｄＬを加算すると、最終目標値Ｖｏを超えてしまうので、発電電圧指令値Ｖｒに差分ΔＶが加算される。

次に、タイミングカウンタＣＴｎの値として、更新タイミングｔｎの値を設定するとともに（ステップＳ２０７）、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆとして、上記処理（ステップＳ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０６）で取得した発電電圧指令値Ｖｒを設定する（ステップＳ２０９）。

最後に、複数の発電動作モード（第１および第２のモードで）に応じた、発電電圧指令値Ｖｒ１、Ｖｒ２を演算し（ステップＳ２１０、Ｓ２１１）、図６の処理ルーチンを終了する。
すなわち、ステップＳ２１０においては、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆに対して、第１のモード時のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１を加算して、第１のモード時の発電電圧指令値Ｖｒ１を演算する。

同様に、ステップＳ２１１においては、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆに対して、第２のモード時のオフセット電圧Ｖｏｆｆ２を加算して、第２のモード時の発電電圧指令値Ｖｒ２を演算する。
なお、各モードにおけるオフセット電圧Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２は、発電電動機１０２の回転速度Ｎａや発電量に対して一定であってもよく、所定の傾きを持って変化させてもよい。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の発電制御装置は、電機子巻線２００および界磁巻線２０１を有し、車両用の内燃機関１０１に機械的に結合されて少なくとも発電機として動作する発電電動機１０２（回転電機）を制御するために、発電電動機１０２に接続された電力制御部１０３と、電力制御部１０３を介して発電電動機１０２に対して電力の授受を行うバッテリ１０４（蓄電池）と、発電電動機１０２の回転速度Ｎａを検出する回転速度検出手段とを備えている。

また、電力制御部１０３は、発電電動機１０２が発電機として動作するときに、発電電動機１０２の回転速度Ｎａが第１の所定回転速度以下の場合には、電機子巻線２００に対する位相制御用の補償電流と界磁巻線２０１への通電電流とに基づいて、発電電動機１０２の発電動作を第１のモードで制御し、発電電動機１０２の回転速度Ｎａが第１の所定回転速度よりも高い場合には、界磁巻線２０１への通電電流を制御する界磁デューティに基づいて、発電電動機１０２の発電動作を第２のモードで制御する。

さらに、電力制御部１０３は、バッテリ１０４への発電電圧の最終目標値Ｖｏに追随するように、第１および第２のモードのそれぞれに対して現在の発電電圧指令値Ｖｒ１、Ｖｒ２を設定する発電電圧指令値演算部１１１と、発電電動機１０２の状態およびバッテリ１０４の状態に基づいて、発電電圧指令値演算部１１１に対して、次回の更新タイミングｔｎと発電電圧指令値の増加量ｄＨおよび減少量ｄＬとを指示する発電電圧更新演算指示部１１０とを含む。

これにより、装置の大型化、信頼性の低下またはコストアップを招くことなく、とりわけ複数の発電動作を持つ回転電機における負荷応答制御を実現することができる。
すなわち、定常状態はもとより、発電電圧の最終目標値Ｖｏが急激に変化した場合にも、発電電動機１０２の状態やバッテリ１０４の状態に応じた発電電圧制御を実現することができ、両方の発電モードにおいて負荷応答制御が可能である。

また、発電電圧指令値演算部１１１は、発電電圧更新演算指示部１１０からの更新タイミングｔｎごとに、発電電圧更新演算指示部１１０からの発電電圧指令値の増加量ｄＨおよび減少量ｄＬを現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆに加算し、更新タイミングｔｎごとの増加量ｄＨおよび減少量ｄＬの加算結果に対して、さらに第１および第２のモードに個別のオフセット電圧Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２を加算し、第１および第２のモードの発電電圧指令値Ｖｒ１、Ｖｒ２を演算する。
これにより、各発電モードにおけるリップル電圧の違いを吸収して、発電モードごとの発電電圧の偏差を抑制し、信頼性の高い制御を実現することができる。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、少なくとも内燃機関１０１の始動直後の発電動作と、始動直後でない場合の発電動作とにおいて、次回の更新タイミングｔｎと発電電圧指令値の増加量ｄＨおよび減少量ｄＬとを個別に設定する。
これにより、内燃機関１０１（エンジン）の始動直後にバッテリ電圧ＶＢが急激に減少した後の発電動作と、始動直後でない場合の発電動作とを区別して、個別の増加量ｄＨ、減少量ｄＬおよび更新タイミングｔｎを設定し、最終目標値Ｖｏに追随させる時間を変化させることができる。
したがって、内燃機関１０１に急速な負荷トルクを与えることなく発電動作に移行することができる。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、発電電動機１０２が電動機として動作したときのトルク指令量Ｔｑｒが所定トルクＴｑＭ以上の場合には、内燃機関１０１の始動直後の発電動作であると判定し、発電電動機１０２が電動機として動作したときのトルク指令量Ｔｑｒが所定トルクＴｑＭよりも小さい場合には、始動直後の発電動作ではないと判定する。

すなわち、発電電動機１０２が電動機として動作した場合であっても、Ｔｑｒ＜ＴｑＭ（たとえば、内燃機関１０１のアシストをしたのみ）の場合には、バッテリ１０４からの電力（電流）持ち出し量が小さいので、上記判定処理に基づき、始動直後の場合とは別の増加量ｄＨおよび減少量ｄＬを設定することにより、信頼性の高い制御を実現することができる。
また、上記発電動作の判定においては、電流量を用いるのではなく、制御に使用しているトルク指令量Ｔｑｒを用いているので、バッテリ１０４の電流検出手段を必要とせず、コストアップを招くこともない。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、発電電動機１０２が電動機としての動作を終了してから発電動作を開始するまでの時間が所定時間以上の場合には、始動直後の発電動作であることの判定動作を禁止する。
すなわち、発電電動機１０２が電動機として動作し終えてから発電開始するまでの時間が長い場合（たとえば、バッテリ電圧ＶＢが開放電圧まで上昇し、内燃機関１０１も負荷トルクに対して許容できる場合）には、始動直後の場合とは別の増加量ｄＨおよび減少量ｄＬを設定することにより、信頼性の高い制御を実現することができる。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、内燃機関１０１が始動直後であると判定された場合は、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆがバッテリ１０４への発電電圧の最終目標値Ｖｏと等しくなるまでの状態、または、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆがバッテリ１０４への発電電圧の最終目標値Ｖｏと等しくなる前に発電電動機１０２が発電動作を終了するまでの状態を、始動直後の発電動作であると判定する。
これにより、始動直後の発電動作と判定した後は、発電電圧指令値Ｖｒが発電電圧の最終目標値Ｖｏに等しくなるまで、確実に始動直後の発電動作をし続けることができる。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、発電電動機１０２の回転速度Ｎａが第２の所定回転速度Ｎｍａｘよりも高い場合には、最終目標値Ｖｏへの追随動作を実行せずに、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆが最終目標値Ｖｏとなるような発電電圧指令値の増加量ｄＨおよび減少量ｄＬを設定する。

すなわち、回転速度Ｎａが十分に高いときには、内燃機関１０１の発生トルクが発電によって奪われるトルクに対して十分に大きいことから、負荷応答制御を実行する必要がないので、現在の発電電圧を最終目標値Ｖｏとすることにより、電圧追従性を向上させることができる。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、発電電圧指令値が発電電動機１０２の発電可能な許容量を超えたと判定した場合には、発電電圧指令値の増加量をほぼ０に設定する。
すなわち、発電量が発電電動機１０２で発電可能な許容量を越えている場合には、バッテリ電圧ＶＢの上昇が望めないので、発電電圧の追随動作を禁止することにより、制御量と実電圧との偏差を最小限に抑制することができるとともに、発電量が減った場合の電圧のオーバーシュートを緩和することができる。
なお、発電電圧指令値の減少側では、上記のような問題が発生しないので、発電電圧追随動作は継続される。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、発電電動機１０２の回転速度Ｎａが第３の所定回転速度Ｎｍｉｎ以下になった場合には、発電電圧指令値の増加量ｄＨをほぼ０に設定する。
すなわち、発電電動機１０２の回転速度Ｎａが第３の所定回転速度Ｎｍｉｎ以下まで減少した場合にそのまま発電し続けると、内燃機関１０１の発生トルクが小さい領域で発電動作を継続し続けることになり、内燃機関１０１の停止（エンスト）を招く可能性があるうえ、回転速度Ｎａの減少にともなって発電電動機１０２の発電量も低下するので、増加量ｄＨをほぼ０に設定して発電電圧追随動作を禁止することにより、エンストなどの不具合を回避することができる。
なお、発電電圧指令値の減少側では、問題ないため追随動作を継続する。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆとバッテリ１０４への発電電圧の最終目標値Ｖｏとが等しいときに、バッテリ電圧ＶＢが所定電圧以上変動した場合には、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆをバッテリ電圧ＶＢに設定する。
すなわち、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆと発電電圧の最終目標値Ｖｏとが等しい状態（定常安定状態）で、急激な電気負荷変動が発生した場合には、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆをバッテリ電圧ＶＢまで下げて（上げて）、バッテリ電圧ＶＢから追随動作を実行することにより、内燃機関１０１に対する急激な負荷トルクの発生を抑制することができる。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、バッテリ１０４への発電電圧の最終目標値Ｖｏがバッテリ電圧ＶＢ以上であって、且つ、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆがバッテリ電圧ＶＢよりも低い場合には、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆをバッテリ電圧ＶＢに設定する。
すなわち、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを最終目標値Ｖｏに向かって上昇させている状態において、電気負荷の変動などにより、バッテリ電圧ＶＢが現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆよりも上昇した場合には、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを、上昇後のバッテリ電圧ＶＢに設定することにより、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆが追随動作によってバッテリ電圧ＶＢに追いつくまでの不要な待ち時間を回避するとともに、不要な制御量の出力を回避することができる。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、バッテリ１０４への発電電圧の最終目標値Ｖｏがバッテリ電圧ＶＢよりも低く、且つ現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆがバッテリ電圧ＶＢ以上の場合には、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆをバッテリ電圧ＶＢに設定する。
すなわち、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを最終目標値Ｖｏに向かって下降させている状態において、電気負荷の変動などにより、バッテリ電圧ＶＢが現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆよりも下降した場合には、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆを、下降後のバッテリ電圧ＶＢに設定することにより、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆが追随動作によってバッテリ電圧ＶＢに追いつくまでの不要な待ち時間や不要な制御量の出力を回避することができる。

また、発電電圧更新演算指示部１１０は、発電電動機１０２が発電機として動作していないときには、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆをバッテリ電圧ＶＢに設定する。
すなわち、発電動作以外の場合には、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆをバッテリ電圧ＶＢに設定することにより、発電電動機１０２が発電動作に移行するタイミングに依存せず、現在の発電電圧指令値Ｖｒｅｆの初期値を与えることができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用回転電機の発電制御装置を一部図式的に示すブロック図である。 図１内の電力制御部の構成例を示す機能ブロック図である。 図２内の電力変換部の具体的な構成例を発電電動機とともに示す回路図である。 図２内の発電電圧更新演算指示部による前半の処理動作を示すフローチャートである。 図２内の発電電圧更新演算指示部による後半の処理動作を示すフローチャートである。 図２内の発電電圧指令値演算部の具体的な処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１ 内燃機関、１０２ 発電電動機（回転電機）、１０３ 電力制御部、１０４ バッテリ（蓄電池）、１０５ 回転速度検出手段、１０６ 電圧検出手段、１１０ 発電電圧更新演算指示部、１１１ 発電電圧指令値演算部、２００ 電機子巻線、２０１ 界磁巻線、２１０ 電力変換部駆動回路、ｄＨ、ｄＨｓ、ｄＨｐ、ｄＨｋ、ｄＨｉ 増加量、ｄＬ、ｄＬｓ、ｄＬｐ、ｄＬｋ、ｄＬｉ 減少量、Ｎａ 回転速度、Ｎｍａｘ 第２の所定回転速度、Ｎｍｉｎ 第３の所定回転速度、ｔｎ、ｔｓ、ｔｐ、ｔｋ、ｔｉ 発電電圧指令更新タイミング、Ｔｑｒ トルク指令量、ＴｑＭ 所定トルク、ＶＢ バッテリ電圧（蓄電池の電圧）、Ｖｏ 最終目標値、Ｖｒ、Ｖｒ１、Ｖｒ２ 発電電圧指令値、Ｖｒｅｆ 現在の発電電圧指令値、Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２ オフセット電圧。

Claims (13)

1. 電機子巻線および界磁巻線を有し、車両用の内燃機関に機械的に結合されて少なくとも発電機として動作する回転電機を制御するために、
   前記回転電機に接続された電力制御部と、
   前記電力制御部を介して前記回転電機に対して電力の授受を行う蓄電池と、
   前記回転電機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、
   前記電力制御部は、
   前記回転電機が前記発電機として動作するときに、
   前記回転電機の回転速度が第１の所定回転速度以下の場合には、前記電機子巻線に対する位相制御用の補償電流と前記界磁巻線への通電電流とに基づいて、前記回転電機の発電動作を第１のモードで制御し、
   前記回転電機の回転速度が前記第１の所定回転速度よりも高い場合には、前記界磁巻線への通電電流を制御する界磁デューティに基づいて、前記回転電機の発電動作を第２のモードで制御する車両用回転電機の発電制御装置であって、
   前記電力制御部は、
   前記蓄電池への発電電圧の最終目標値に追随するように、前記第１および第２のモードのそれぞれに対して現在の発電電圧指令値を設定する発電電圧指令値演算部と、
   前記回転電機の状態および前記蓄電池の状態に基づいて、前記発電電圧指令値演算部に対して、次回の発電電圧指令更新タイミングと前記発電電圧指令値の増加量および減少量とを指示する発電電圧更新演算指示部と
   を含むことを特徴とする車両用回転電機の発電制御装置。
2. 前記発電電圧指令値演算部は、
   前記発電電圧更新演算指示部からの発電電圧指令更新タイミングごとに、前記発電電圧更新演算指示部からの発電電圧指令値の増加量および減少量を現在の発電電圧指令値に加算し、
   前記発電電圧指令更新タイミングごとの前記発電電圧指令値の増加量および減少量の加算結果に対して、前記第１および第２のモードのそれぞれに個別のオフセット電圧を加算し、
   前記第１および第２のモードの各発電電圧指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
3. 前記発電電圧更新演算指示部は、
   少なくとも前記内燃機関の始動直後の発電動作と前記始動直後でない場合の発電動作とにおいて、
   前記次回の発電電圧指令更新タイミングと前記発電電圧指令値の増加量および減少量とを個別に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
4. 前記発電電圧更新演算指示部は、
   前記回転電機が前記電動機として動作したときのトルク指令量が所定トルク以上の場合には、前記内燃機関の始動直後の発電動作であると判定し、
   前記回転電機が電動機として動作したときの前記トルク指令量が前記所定トルクよりも小さい場合には、前記始動直後の発電動作ではないと判定することを特徴とする請求項３に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
5. 前記発電電圧更新演算指示部は、
   前記回転電機が前記電動機としての動作を終了してから前記発電機としての動作を開始するまでの時間が所定時間以上の場合には、前記始動直後の発電動作であることの判定動作を禁止することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
6. 前記発電電圧更新演算指示部は、
   前記内燃機関が前記始動直後であると判定された場合は、
   現在の発電電圧指令値が前記蓄電池への発電電圧の最終目標値と等しくなるまでの状態、または、前記現在の発電電圧指令値が前記蓄電池への発電電圧の最終目標値と等しくなる前に前記回転電機が前記発電動作を終了するまでの状態を、
   前記始動直後の発電動作であると判定することを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
7. 前記発電電圧更新演算指示部は、
   前記回転電機の回転速度が第２の所定回転速度よりも高い場合には、前記最終目標値への追随動作を実行せずに、現在の発電電圧指令値が前記最終目標値となるような発電電圧指令値の増加量および減少量を設定することを特徴とする請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
8. 前記発電電圧更新演算指示部は、
   前記発電電圧指令値が前記回転電機の発電可能な許容量を超えたと判定した場合は、前記発電電圧指令値の増加量をほぼ０に設定することを特徴とする請求項３から請求項７までのいずれか１項に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
9. 前記発電電圧更新演算指示部は、
   前記回転電機の回転速度が第３の所定回転速度以下になった場合には、前記発電電圧指令値の増加量をほぼ０に設定することを特徴とする請求項３から請求項８までのいずれか１項に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
10. 前記発電電圧更新演算指示部は、
    現在の発電電圧指令値と前記蓄電池への発電電圧の最終目標値とが等しいときに、前記蓄電池の電圧が所定電圧以上変動した場合には、現在の発電電圧指令値を前記蓄電池の電圧値に設定することを特徴とする請求項３から請求項９までのいずれか１項に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
11. 前記発電電圧更新演算指示部は、
    前記蓄電池への発電電圧の最終目標値が前記蓄電池の電圧以上で、且つ現在の発電電圧指令値が前記蓄電池の電圧よりも低い場合には、現在の発電電圧指令値を前記蓄電池の電圧値に設定することを特徴とする請求項３から請求項１０までのいずれか１項に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
12. 前記発電電圧更新演算指示部は、
    前記蓄電池への発電電圧の最終目標値が前記蓄電池の電圧よりも低く、且つ現在の発電電圧指令値が前記蓄電池の電圧以上の場合には、現在の発電電圧指令値を前記蓄電池の電圧値に設定することを特徴とする請求項３から請求項１１までのいずれか１項に記載の車両用回転電機の発電制御装置。
13. 前記発電電圧更新演算指示部は、
    前記回転電機が前記発電機として動作していないときには、現在の発電電圧指令値を前記蓄電池の電圧値に設定することを特徴とする請求項３から請求項１２までのいずれか１項に記載の車両用回転電機の発電制御装置。

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