JP2017028965A - 回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転角度検出部に異常が生じ、かつ、誘起電圧が小さい状況において、正確に回転電機の回転速度を検出する。【解決手段】回転電機１０の制御装置４０であって、回転電機１０には、回転角度を検出する回転角度センサ５０が設けられており、回転電機１０に接続されているインバータ２０を構成する全ての下アームスイッチング素子ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎ、及び、全ての上アームスイッチング素子ＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐの一方をオン対象スイッチ、他方をオフ対象スイッチとして選択し、オン対象スイッチをそれぞれオン状態、オフ対象スイッチをそれぞれオフ状態にするとともに、回転電機１０に生じ、オン状態にしたスイッチング素子に流れる誘導電流に基づいて、回転電機１０の回転速度を検出する手段を備え、回転角度センサ５０に異常が生じている場合に、回転角度に代えて、回転速度に基づいて、回転電機１０を制御する。【選択図】 図１

Description

回転電機の制御装置であって、特に、回転子の回転角度に関する情報に基づいて、同期回転電機の制御を行う制御装置に関する。

ブラシレスＤＣモータのような同期回転電機の制御装置は、回転子の回転角度に基づいて、回転電機における力行動作及び回生動作の制御を行う。ここで、回転角度を検出する回転角度検出部に異常が生じると、回転電機の力行動作及び回生動作が困難になる。例えば、特許文献１に記載の技術では、回転電機の各相に生じる誘起電圧を検出し、その誘起電圧から回転角度を求め、回転電機の制御を実施する方法が開示されている。

特開２０１０−１１７００号公報

ここで、回転電機の中性点（各相の電機子巻線の中性点）が接地されていない場合、中性点の電圧が変動するため、回転電機の各相に生じる誘起電圧を検出することが困難となる。特に、誘起電圧が小さい場合に、誘起電圧の検出値に含まれる誤差が相対的に大きくなり、誘起電圧の検出値から回転角度を求めることが困難になる。

また、回転角度検出手段に異常が生じた場合のフェールセーフ処理では、回転角度に代えて、回転速度に基づく回転電機の制御を実施する場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回転角度検出部に異常が生じ、かつ、誘起電圧が小さい状況において、正確に回転電機の回転速度を検出することが可能な回転電機の制御装置を提供すること主たる目的とする。

第１の構成は、回転電機（１０）を制御する回転電機の制御装置（４０）であって、前記回転電機には、前記回転電機の回転子の回転角度を検出する回転角度検出部（５０，５１，４０）が設けられており、前記回転電機に接続されているインバータ（２０）を構成する全ての下アームスイッチング素子、（ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎ）及び、全ての上アームスイッチング素子（ＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ）の一方をオン対象スイッチ、他方をオフ対象スイッチとして選択し、前記オン対象スイッチをそれぞれオン状態、前記オフ対象スイッチをそれぞれオフ状態にするとともに、前記回転子の回転によって生じ、前記回転電機から前記オン状態にしたスイッチング素子に流れる誘導電流に基づいて、前記回転電機の回転速度を検出する回転速度検出部を備え、前記回転角度検出部により検出される前記回転角度に基づいて、前記回転電機を制御するとともに、前記回転角度検出部に異常が生じている場合に、前記回転角度検出部により検出される前記回転角度に代えて、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記回転電機を制御することを特徴とする。

第１の構成における制御装置は、回転子の回転角度を検出する回転角度検出部に加えて、回転電機の回転速度を検出する回転速度検出部を備えている。制御装置は、回転角度検出部に異常が生じた場合に、回転速度検出部による回転速度に基づいて、回転電機を制御する。

ここで、回転速度検出部は、インバータの全ての下アームスイッチング素子、及び、全ての上アームスイッチング素子の一方をオン状態、他方をオフ状態にすることで、インバータを短絡状態とする。インバータを短絡状態にすることで、回転電機に生じる誘導電流が、上アームスイッチング素子、又は、下アームスイッチング素子に対して還流される。回転速度検出部は、この還流された誘導電流に基づいて、回転電機の回転速度を算出する。誘導電流は、回転電機の中性点の電位に依存しないため、誘起電圧が小さい場合であっても、正確に回転電機の回転速度を検出することができる。

第２の構成は、前記下アームスイッチング素子が備える二つの電流出力端子のうち低電圧側の端子は、それぞれ基準電位に接続されており、前記回転速度検出部は、前記低電圧側の端子と前記基準電位との間に設けられているシャント抵抗（ＲＵ，ＲＶ，ＲＷ）に生じる電圧に基づいて、前記下アームスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記全ての下アームスイッチング素子を前記オン対象スイッチとして選択するとともに、前記電流検出手段によって検出される電流に基づいて、前記回転電機の回転速度を検出するものであることを特徴とする。

第２の構成では、下アームスイッチング素子の二つの電流出力端子のうち低電圧側の端子は、それぞれ基準電位（接地電位）に接続されている。そして、回転速度検出部は、低電圧側の端子と、基準電位との間に設けられているシャント抵抗に生じる電圧に基づいて、下アームスイッチング素子に流れる電流を検出する。シャント抵抗の両端子のうち一方が基準電位に接続されていることで、シャント抵抗に生じる電圧を簡易な構成で検出することが可能になる。即ち、下アームスイッチング素子に流れる誘導電流を簡易な構成で検出することができる。

第３の構成は、前記インバータは、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子のそれぞれに対し逆並列に接続された還流ダイオード（ＤＵｐ，ＤＶｐ，ＤＷｐ，ＤＵｎ，ＤＶｎ，ＤＷｎ）を備え、前記回転角度検出部に異常が生じている場合、前記回転速度検出部は、所定の検出期間にわたって、前記オン対象スイッチをそれぞれオン状態、前記オフ対象スイッチをそれぞれオフ状態にするとともに、前記回転電機に生じ、前記オン対象スイッチに流れる誘導電流に基づいて、前記回転電機の回転速度を検出し、前記制御装置は、前記検出期間後において、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子を全てオフ状態にすることで、前記還流ダイオードを用いて、前記誘導電流を整流するとともに、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記回転電機を制御することを特徴とする。

第３の構成では、誘導電流に対して、ダイオード整流を実施する。ここで、回転角度検出部に異常が生じた場合に、回転速度検出手段による検出値を用いて、回転電機を制御することで、回転角度検出部に異常が生じた場合であっても、回転電機の制御を継続できる。

第４の構成は、前記回転速度検出部は、前記オン状態にしたスイッチング素子の温度が所定値を超えた場合に、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子を全てオフ状態にすることを特徴とする。

第４の構成では、オン状態にしたスイッチング素子の温度が所定値を超えた場合に、スイッチング素子を全てオフ状態にすることで、ダイオード整流を実施する。このような構成にすることで、温度上昇によるスイッチング素子への悪影響を抑制することができる。

第５の構成は、前記回転電機は、界磁巻線（１２）を備える界磁巻線型回転電機であって、前記制御装置は、前記回転角度検出部に異常が生じている場合に、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記界磁巻線に生じる界磁磁束を調整することで、前記回転電機における発電を制御することを特徴とする。

第５の構成では、回転速度検出部により検出される回転速度に基づいて、界磁磁束を調整することで、誘導電流を制御する。このような構成にすることで、回転角度検出部に異常が生じた場合であっても、回転電機からインバータに対して、適切な誘導電流を流すことが可能になる。つまり、適切な発電量を発電することが可能になる。

第６の構成は、前記回転角度検出部に加え、さらに、前記回転電機の各相の誘起電圧に基づいて、前記回転電機の回転子の回転角度を検出する補助角度検出部（５１，４０）を備え、前記回転角度検出部に異常が生じている場合、前記誘起電圧が所定電圧を下回ったことを条件として、前記回転角度検出部により検出される前記回転角度に代えて、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記回転電機における発電を制御するとともに、前記誘起電圧が前記所定電圧を超えたことを条件として、前記回転角度検出部により検出される前記回転角度に代えて、前記補助角度検出部により検出される前記回転角度に基づいて、前記回転電機を同期制御することを特徴とする。

第６の構成では、回転角度検出部、及び、回転速度検出手段に加え、補助角度検出部を備えている。回転速度検出手段による回転速度の検出では、インバータを一時的に短絡状態とするため、回転速度の検出中は、回転電機における発電を実施することができない。このため、回転電機における発電効率が低下する。また、回転速度に基づいて、同期制御（特に力行動作における制御）を行うことは困難である。

そこで、回転角度検出部に異常が生じている場合において、誘起電圧が所定電圧を超えたことを条件として、補助角度検出部により検出される回転角度に基づいて、回転電機の同期制御を実施する。これにより、回転電機における力行動作及び発電動作が可能になるとともに、発電効率の低下を抑制できる。また、誘起電圧が所定電圧を下回ったことを条件として、回転速度検出部により検出される回転速度に基づいて、回転電機の制御を実施する。これにより、誘起電圧が小さい場合であっても、回転電機における発電を制御することが可能になる。

第７の構成は、前記回転電機は、界磁巻線を備える界磁巻線型回転電機であって、前記インバータは、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子のそれぞれに対し逆並列に接続された還流ダイオードを備え、前記回転角度検出部に異常が生じている場合、前記回転速度検出部は、所定の検出期間にわたって、前記オン対象スイッチをそれぞれオン状態、前記オフ対象スイッチをそれぞれオフ状態にするとともに、前記回転電機に生じ、前記オン対象スイッチに流れる誘導電流に基づいて、前記回転電機の回転速度を検出し、前記制御装置は、前記検出期間後において、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子を全てオフ状態にすることで、前記還流ダイオードを用いて、前記誘導電流を整流するとともに、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記界磁巻線に生じる界磁磁束を調整することで、前記回転電機における発電を制御することを特徴とする。

第７の構成では、誘導電流に対して、ダイオード整流を実施する。ここで、回転角度検出部に異常が生じた場合に、回転速度検出手段による検出値を用いて、回転電機を制御することで、回転角度検出部に異常が生じた場合であっても、回転電機の制御を継続できる。さらに、回転速度検出部により検出される回転速度に基づいて、界磁磁束を調整することで、誘導電流を制御する。このような構成にすることで、回転角度検出部に異常が生じた場合であっても、回転電機からインバータに対して、適切な誘導電流を流すことが可能になる。つまり、適切な発電量を発電することが可能になる。

本実施形態の電気的構成を表す図。 同期制御における回転角度とスイッチの状態との関係を表す図。 各駆動パターンにおける電流の流れる向きを表す図。 回転角度の変化に伴う誘導電圧の変化と、誘導電圧検出回路の出力波形を表す図。 本実施形態における制御モードの切り替え処理を表す図。 回転速度に基づく回転電機の制御処理を表す図。

以下、本発明にかかる制御装置を車載主機としてエンジンを備える車両に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、回転電機１０は、多相巻線を有する巻線界磁型回転電機であり、具体的には、３相巻線を有する巻線界磁型同期回転電機である。本実施形態では、回転電機１０として、スタータ及びオルタネータ（発電機）の機能を統合したＩＳＧ（integrated Starter Generator）を想定している。特に本実施形態では、エンジンの初回の始動に加えて、所定の自動停止条件が成立する場合にエンジンを自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立する場合にエンジンを自動的に再始動させるアイドリングストップ機能を実行する場合にも、回転電機１０がスタータとして機能する。

回転電機１０を構成するロータ１１（回転子）は、界磁巻線１２を備え、また、エンジンのクランク軸と動力伝達が可能とされている。本実施形態において、ロータ１１は、ベルトを介してクランク軸に連結（より具体的には直結）されている。回転電機１０のステータ１３（固定子）には、電機子巻線１４（１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ）が巻回されている。

回転電機１０の電機子巻線１４には、インバータ２０が接続されている。インバータ２０には、直流電源２１（二次電池）が接続されている。インバータ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相高電位側スイッチ（上アームスイッチング素子）ＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相低電位側スイッチ（下アームスイッチング素子）ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの直列接続体を３組備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相における上記直列接続体の接続点は、電機子巻線１４のＵ，Ｖ，Ｗ相の端子に接続されている。

本実施形態では、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎとして、ＩＧＢＴを用いている。そして、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎにはそれぞれ、還流ダイオードＤＵｐ〜ＤＷｎが逆並列に接続されている。また、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎとしては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴであってもよい。また、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎとしてＭＯＳＦＥＴを用いる場合、還流ダイオードＤＵｐ〜ＤＷｎとしてＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを用いてもよい。

インバータ２０の高電位側の電流出力端子（各高電位側スイッチのコレクタ側の端子）には、直流電源２１の正極端子が接続されている。低電位側の電流出力端子（各低電位側スイッチのエミッタ側の端子）には、直流電源２１の負極端子が接続されている。

界磁巻線１２には、界磁電流出力部２２によって直流電圧が印加可能とされている。界磁電流出力部２２は、直流電源２１から供給される電力を用いて、界磁巻線１２に印加する界磁電圧ｖｆを調整することにより、界磁巻線１２に流れる界磁電流ｉｆを制御する。このように、電機子巻線１４及び界磁巻線１２は共通の直流電源２１から電力を供給される。

制御装置４０は、界磁電流検出部３０から界磁電流ｉｆの検出値を取得する。そして、制御装置４０は、界磁電流ｉｆをその指令値ｉｆ＊にフィードバック制御するための操作量として、界磁巻線１２に印加する界磁電圧ｖｆの指令値である界磁電圧指令値ｖｆ＊を算出する。本実施形態では、界磁電流ｉｆの実際値と界磁電流指令値ｉｆ＊との偏差に基づく比例積分制御によって界磁電圧指令値ｖｆ＊を算出する。

また、制御装置４０は、回転電機１０のトルク指令値Ｔ＊と回転角速度ωに基づき、ｄ軸電流ｉｄ（電機子電流のｄ軸成分）の指令値であるｄ軸電流指令値ｉｄ＊、及び、ｑ軸電流ｉｑ（電機子電流のｑ軸成分）の指令値であるｑ軸電流指令値ｉｑ＊を算出する。ここで、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑは、ｄｑ軸座標系上におけるｄ軸電流及びｑ軸電流の組から成る電流ベクトルの要素である。

また、回転電機１０には、回転角度センサ５０（回転角度検出部）が設けられている。回転角度センサ５０は、ロータ１１の回転角度θを検出し、制御装置４０に対して、その検出値を出力する。より具体的には、回転角度センサ５０は、ロータ１１の回転とともに回転する磁束を生じさせる永久磁石と、その回転する磁束の向きを検出する磁気センサとから構成されている。制御装置４０は、回転電機１０の力行時及び回生時において、回転角度センサ５０の検出値である回転角度θに基づいて、インバータ２０の制御を実施する。具体的には、図２に示すように、回転角度θに基づいて、各相のスイッチＳＵｐ〜ＳＷｎの同期制御を実施する。

また、下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎのエミッタ（低電圧側端子）は、基準電位である接地電位（フレームグランド）にそれぞれ接続されている。さらに、下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎのエミッタと接地電位との間には、シャント抵抗ＲＵ〜ＲＷがそれぞれ設けられている。制御装置４０は、電流が流れることでシャント抵抗ＲＵ〜ＲＷに生じる電圧の検出値を取得することで、各スイッチＳＵｎ〜ＳＷｎに流れる電流の検出値を取得する。制御装置４０は、各スイッチＳＵｎ〜ＳＷｎに流れる電流の検出値に基づいて、Ｕ，Ｖ，Ｗ相に流れる電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの値を取得する。そして、制御装置４０は、回転角度θに基づいて、各相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをｄｑ軸電流ｉｄ，ｉｑに変換する。そして、制御装置４０は、ｄｑ軸電流ｉｄ，ｉｑをそれぞれ指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊に近づける制御を行う。

ここで、回転角度センサ５０に異常が生じた場合、制御装置４０は、回転電機１０の力行動作及び回生動作の制御を実施できなくなる。本実施形態では、電機子巻線１４の各相（Ｕ相コイル１４Ｕ，Ｖ相コイル１４Ｖ、Ｗ相コイル１４Ｗ）にそれぞれ生じる誘起電圧を検出する誘起電圧検出部５１が設けられている。制御装置４０は、各コイル１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗに生じる誘起電圧の検出値に基づいて、回転角度θを検出する。つまり、誘起電圧検出部５１及び制御装置４０は、「補助角度検出部」を構成する。

誘起電圧検出部５１は、回転電機１０の各相の誘起電圧を検出し、各相の誘起電圧の極性が切替わるタイミングを示す矩形波信号を出力する。具体的には、誘起電圧検出部５１は、Ｕ相誘起電圧検出部５１Ｕ、Ｖ相誘起電圧検出部５１Ｖ、及び、Ｗ相誘起電圧検出部５１Ｗを備え、各相の誘起電圧と基準電圧とを比較回路により比較し、誘起電圧が基準電圧より大きい場合にハイ状態の信号を出力し、誘起電圧が基準電圧より小さい場合にロー状態の信号を出力する。図３に、各駆動パターン（図２）において、電機子巻線１４の各相に流れる電流を表す図を示す。また、図４に、各相の誘起電圧、及び、誘起電圧検出部５１が出力する矩形波信号の時間的変化を表すタイミングチャートを示す。

Ｕ相が通電されない駆動パターンＣ，Ｆに対応する回転角度θが１２０度〜１８０度の間、及び、３００度〜３６０度の間において、Ｕ相コイル１４Ｕから誘起電圧が出力される。Ｕ相誘起電圧検出部５１Ｕは、Ｕ相の誘起電圧を基準電圧と比較して極性が切替わるタイミングを示す矩形波信号を出力する。矩形波信号がハイレベルからローレベル、又は、ローレベルからハイレベルに切替わるタイミングが、誘起電圧の極性が切り替わるタイミングとなる。

また、Ｖ相が通電されない駆動パターンＡ，Ｄに対応する回転角度θが０度〜６０度の間、及び、１８０度〜２４０度の間において、Ｖ相コイル１４Ｖから誘起電圧が出力される。Ｖ相誘起電圧検出部５１Ｖは、Ｖ相の誘起電圧を基準電圧と比較して極性が切替わるタイミングを示す矩形波信号を出力する。

同様に、Ｗ相が通電されない駆動パターンＢ，Ｅに対応する６０度〜１２０度の間、及び、２４０度〜３００度の間において、Ｗ相の誘起電圧が出力される。Ｗ相誘起電圧検出部５１Ｗは、Ｗ相の誘起電圧を基準電圧と比較して極性が切替わるタイミングを示す矩形波信号を出力する。

制御装置４０は、回転角度センサ５０に異常が生じた場合において、誘起電圧検出部５１から出力される矩形波信号に基づいて、回転電機１０の回転角度θを取得することができる。さらに、制御装置４０は、その回転角度θに基づいてインバータ２０を制御することで、回転角度センサ５０に異常が生じている場合であっても、回転電機１０の力行動作及び回生動作を制御することが可能になる。

ここで、各コイル１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗに生じる誘起電圧が小さくなると、誘起電圧検出部５１の検出値に基づいて、回転角度θを取得することが困難になる。特に、各コイル１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗが接続されている電機子巻線１４の中性点Ｐが接地されていない場合、つまり、中性点Ｐが接地電位（基準電位）に接続されていない場合、中性点Ｐの電位は変動する。中性点Ｐの電位の変動量が、誘起電圧に比べて大きい場合、誘起電圧に基づく回転角度θの検出が困難になる。

そこで、本実施形態の制御装置４０は、回転角度センサ５０、及び、誘起電圧検出部５１による回転角度θの検出に加え、各相に流れる誘導電流に基づく回転電機１０の回転速度Ｎの検出を実施する。

具体的には、回転速度検出部としての制御装置４０は、回転電機１０のロータ１１が回転している状態で、全ての下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎをオン対象スイッチとして選択し、それぞれオン状態にするとともに、全ての上アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｐをオフ対象スイッチとして選択し、それぞれオフ状態にする。これにより、インバータ２０の下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎは、短絡状態とされる。

インバータ２０の下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎが短絡状態とされることで、コイル１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗに生じる誘導電流は、全て下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎに流れることになる。誘導電流は、回転角度θに応じて、図３に示すパターンで流れる。このため、制御装置４０は、下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎに流れる電流に基づいて、回転速度Ｎを算出することができる。具体的には、各相に流れる電流がゼロクロスする時間間隔に基づいて、回転速度Ｎを算出することができる。そして、算出した回転速度Ｎに基づいて、回転電機１０の制御を行うことができる。具体的には、制御装置４０は、回転速度Ｎが所定値より大きく、回転電機１０が過剰な回転速度Ｎで回転していると判断される場合には、回転電機１０における過剰な発電を抑制する。回転電機１０における過剰な発電を抑制することで、例えば、ロードダンプパルスによる悪影響を抑制することが可能になる。

また、インバータ２０の下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎをそれぞれオン状態にするとともに、上アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｐをそれぞれオフ状態にすると、回転電機１０と直流電源２１とが遮断状態とされる。このため、回転速度Ｎの検出中は、回転電機１０において、力行動作も回生動作も不可能となる。そこで、制御装置４０は、回転速度Ｎの検出期間の後、全スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオフ状態とすることで、回転電機１０において生じる誘導電流を還流ダイオードＤＵｐ〜ＤＷｎによって整流することで、回転電機１０における発電を実施し、直流電源２１を充電する。

ダイオード整流による直流電源２１の充電時において、制御装置４０は、回転速度Ｎに基づいて、界磁磁束φｆ（即ち、界磁電流ｉｆ）を制御する。具体的には、制御装置４０は、回転速度Ｎと界磁電流指令値ｉｆ＊（界磁電流ｉｆ）とを対応付けるマップを備えており、回転速度Ｎが所定値より大きい場合に、所定値より小さい場合と比べて、界磁電流指令値ｉｆ＊を小さく設定する。このように界磁電流ｉｆを制御することで、回転速度Ｎに応じて発電量を適切に調整できる。また、回転電機１０における過剰な発電を抑制することができる。

また、本実施形態では、回転角度センサ５０に異常が生じている場合に、誘起電圧検出部５１の検出値（回転角度θ）に基づく制御と、回転速度検出部としての制御装置４０の検出値（回転速度Ｎ）に基づく制御と、の２通りの制御が実施できる。本実施形態では、回転角度センサ５０に異常が生じている場合に、誘起電圧の大きさに基づいて、上記２通りの制御モードを切り替える。

図５に、制御モードの切り替え処理を示す。本処理は、制御装置４０によって、所定周期ごとに実施される。ステップＳ０１において、回転角度センサ５０が正常であるか否かを判定する。回転角度センサ５０が正常である場合（Ｓ０１：ＹＥＳ）、ステップＳ０２において、回転角度センサ５０による回転角度θの検出値に基づいた制御モード（制御モード１）を選択する。

回転角度センサ５０に異常が生じている場合（Ｓ０１：ＮＯ）、ステップＳ０３において、回転電機１０に生じている誘起電圧が所定電圧を超えているか否かを判定する。より具体的には、その所定電圧を中性点Ｐの電圧変動より大きい値に設定し、誘起電圧の振幅と所定電圧とを比較する。誘起電圧が所定電圧を超えている場合（Ｓ０３：ＹＥＳ）、ステップＳ０４において、誘起電圧検出部５１の検出値に基づく制御モード（制御モード２）を選択する。また、誘起電圧が所定電圧を下回る場合（Ｓ０３：ＮＯ）、ステップＳ０５において、回転速度検出部の検出値である回転速度Ｎに基づく制御モード（制御モード３）を選択する。つまり、制御装置４０は、ステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０５の処理により、回転角度センサ５０が正常である場合には、回転角度センサ５０により検出される回転角度θに基づいて、回転電機１０を制御する。そして、制御装置４０は、回転角度センサ５０に異常が生じている場合に、回転角度θに代えて、回転速度検出部により検出される回転速度Ｎに基づいて、回転電機１０を制御する。

図６に、回転速度検出部の検出値である回転速度Ｎに基づく制御（制御モード３における制御）における処理を示す。本処理は、制御装置４０によって、所定周期ごとに実施される。ステップＳ１１において、回転速度Ｎを取得後、所定時間が経過しているか否かを判定する。回転速度Ｎは、発電時において、時間経過に伴い減少していく。そこで、所定時間の経過ごとに、回転速度Ｎの検出を実施する。これにより、回転速度Ｎの変化に応じて、界磁磁束φｆを変更することが可能になる。

回転速度Ｎを取得後、所定時間が経過している場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、回転速度Ｎの取得時にオン状態とされるスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎの温度が正常範囲であるか否かを判定する。具体的には、スイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎの温度が所定値以上であるか否かを判定する。スイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎの温度が正常範囲であると判定されると（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３において、回転速度Ｎを取得する。そして、取得した回転速度Ｎに基づいて、界磁磁束φｆの設定、即ち、界磁電流指令値ｉｆ＊の設定を行う。

回転速度Ｎを取得後、所定時間が経過していない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１５において、スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎを全てオフ状態とすることで、ダイオード整流を行い、回転電機１０における発電を実施する。ステップＳ１１，Ｓ１３〜Ｓ１５の処理によって、所定の検出期間にわたって回転速度Ｎを取得し、検出期間後において、回転速度Ｎに基づいて、回転電機１０における発電を実施することが可能になる。ここで、検出期間は、その検出期間において、各相に流れる電流が複数回ゼロクロスするように設定される。また、スイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎの温度が正常範囲でない場合（Ｓ１２：ＮＯ）においても、スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎを全てオフ状態とすることで、ダイオード整流を行い、回転電機１０における発電を実施する。この制御によって、温度上昇によるスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎへの悪影響を抑制することができる。

（他の実施形態）
・回転電機として、界磁巻線型回転電機以外のものを用いてもよい。例えば、永久磁石型回転電機を用いてもよいし、回転子に永久磁石と界磁巻線との双方を備える回転電機を用いてもよい。

・回転角度センサ５０が回転角度検出部に相当する場合に、誘起電圧検出部５１（補助角度検出部）を省略する構成としてもよい。

・誘起電圧検出部５１が回転角度検出部に相当する場合に、補助角度検出部としての回転角度センサ５０を省略する構成としてもよい。また、回転角度検出部として、例えば、レゾルバを用いてもよい。

・回転速度Ｎの検出時において、下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎをオン対象スイッチとし、上アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｐをオフ対象スイッチとして選択する構成に代えて、上アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｐをオン対象スイッチとし、下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎをオフ対象スイッチとして選択する構成としてもよい。

・シャント抵抗ＲＵ〜ＲＷを、各相の上アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｐと下アームスイッチＳＵｎ〜ＳＷｎとの接続点と、各相のコイル１４Ｕ〜１４Ｗとの間に設ける構成としてもよい。また、電流検出手段として、シャント抵抗ＲＵ〜ＲＷに代えて、ホール素子などを用いてもよい。

・上記実施形態では、回転速度検出部である制御装置４０は、各相に流れる電流がゼロクロスする時間間隔に基づいて、回転速度Ｎを算出する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、各相に流れる電流が極大となるタイミングに基づいて、回転速度Ｎを算出する構成としてもよい。

１０…回転電機、２０…インバータ、４０…制御装置、５０…回転角度センサ、ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎ…下アームスイッチング素子、ＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ…上アームスイッチング素子。

Claims (7)

1. 回転電機（１０）を制御する回転電機の制御装置（４０）であって、
   前記回転電機には、前記回転電機の回転子の回転角度を検出する回転角度検出部（５０，５１，４０）が設けられており、
   前記回転電機に接続されているインバータ（２０）を構成する全ての下アームスイッチング素子、（ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎ）及び、全ての上アームスイッチング素子（ＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ）の一方をオン対象スイッチ、他方をオフ対象スイッチとして選択し、前記オン対象スイッチをそれぞれオン状態、前記オフ対象スイッチをそれぞれオフ状態にするとともに、前記回転子の回転によって生じ、前記回転電機から前記オン状態にしたスイッチング素子に流れる誘導電流に基づいて、前記回転電機の回転速度を検出する回転速度検出部を備え、
   前記回転角度検出部により検出される前記回転角度に基づいて、前記回転電機を制御するとともに、前記回転角度検出部に異常が生じている場合に、前記回転角度検出部により検出される前記回転角度に代えて、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記回転電機を制御することを特徴とする制御装置。
2. 前記下アームスイッチング素子が備える二つの電流出力端子のうち低電圧側の端子は、それぞれ基準電位に接続されており、
   前記回転速度検出部は、前記低電圧側の端子と前記基準電位との間に設けられているシャント抵抗（ＲＵ，ＲＶ，ＲＷ）に生じる電圧に基づいて、前記下アームスイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記全ての下アームスイッチング素子を前記オン対象スイッチとして選択するとともに、前記電流検出手段によって検出される電流に基づいて、前記回転電機の回転速度を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記インバータは、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子のそれぞれに対し逆並列に接続された還流ダイオード（ＤＵｐ，ＤＶｐ，ＤＷｐ，ＤＵｎ，ＤＶｎ，ＤＷｎ）を備え、
   前記回転角度検出部に異常が生じている場合、
   前記回転速度検出部は、所定の検出期間にわたって、前記オン対象スイッチをそれぞれオン状態、前記オフ対象スイッチをそれぞれオフ状態にするとともに、前記回転電機に生じ、前記オン対象スイッチに流れる誘導電流に基づいて、前記回転電機の回転速度を検出し、
   前記制御装置は、前記検出期間後において、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子を全てオフ状態にすることで、前記還流ダイオードを用いて、前記誘導電流を整流するとともに、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記回転電機を制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記回転速度検出部は、前記オン状態にしたスイッチング素子の温度が所定値を超えた場合に、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子を全てオフ状態にすることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記回転電機は、界磁巻線（１２）を備える界磁巻線型回転電機であって、
   前記制御装置は、前記回転角度検出部に異常が生じている場合に、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記界磁巻線に生じる界磁磁束を調整することで、前記回転電機における発電を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記回転角度検出部に加え、さらに、前記回転電機の各相の誘起電圧に基づいて、前記回転電機の回転子の回転角度を検出する補助角度検出部（５１，４０）を備え、
   前記回転角度検出部に異常が生じている場合、前記誘起電圧が所定電圧を下回ったことを条件として、前記回転角度検出部により検出される前記回転角度に代えて、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記回転電機における発電を制御するとともに、前記誘起電圧が前記所定電圧を超えたことを条件として、前記回転角度検出部により検出される前記回転角度に代えて、前記補助角度検出部により検出される前記回転角度に基づいて、前記回転電機を同期制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記回転電機は、界磁巻線を備える界磁巻線型回転電機であって、
   前記インバータは、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子のそれぞれに対し逆並列に接続された還流ダイオードを備え、
   前記回転角度検出部に異常が生じている場合、
   前記回転速度検出部は、所定の検出期間にわたって、前記オン対象スイッチをそれぞれオン状態、前記オフ対象スイッチをそれぞれオフ状態にするとともに、前記回転電機に生じ、前記オン対象スイッチに流れる誘導電流に基づいて、前記回転電機の回転速度を検出し、
   前記制御装置は、前記検出期間後において、前記下アームスイッチング素子及び上アームスイッチング素子を全てオフ状態にすることで、前記還流ダイオードを用いて、前記誘導電流を整流するとともに、前記回転速度検出部により検出される前記回転速度に基づいて、前記界磁巻線に生じる界磁磁束を調整することで、前記回転電機における発電を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の制御装置。

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