JP2005045905A

JP2005045905A - 回転電機用駆動回路および車両用電装ユニット

Info

Publication number: JP2005045905A
Application number: JP2003202545A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Kusumi; 秀年久須美; Kentaro Mitai; 賢太郎三田井
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-17
Also published as: EP1503074A1

Abstract

【課題】アイドリングストップシステムを低コストで実現する。
【解決手段】インバータ３１００は、モータジェネレータ３０００へ供給する電流を位相制御するパワー回路３１１８と、ステータ電流制御回路３１１６と、界磁電流駆動回路３１１４と、保護回路３１１２とを含む。パワー回路３１１８は、位相を制御するＭＯＳと、ＭＯＳのゲート−ドレイン間に設けられたサージ吸収回路とを含む。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンとバッテリを動力源とするモータジェネレータとを備える車両に搭載される電気機器に関し、特に、アイドリング時において車両のエンジンをできるだけ停止して、地球温暖化の防止や省資源化を図ることができる車両に搭載されるモータジェネレータなどの回転電機の駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化の防止や省資源化の観点から、交差点等において赤信号で車両が停車するとエンジンを自動的に停止させて、再び走行を始めようと運転者が操作すると（たとえばアクセルペダルを踏んだり、あるいはブレーキペダルの踏み込みを止めたり、シフトレバーを前進走行ポジションに切り替えるなどの操作を行なうと）、エンジンが再始動するアイドリングストップシステム（エコノミーランニングシステム、エンジンオートマチックストップアンドスタートシステムとも呼ばれる。以下、エコランシステムと記載する場合もある。）が実用化されている。このシステムにおいては、車両の停車中における補機類（エアコンディショナ、ヘッドランプ、オーディオなど）への電力供給のために、鉛蓄電池、リチウム電池などの二次電池を搭載する。車両の停車中は、この二次電池からこれらの補機類に電力が供給される。また、エンジンの再始動時には、この二次電池の電力を用いてモータジェネレータやスタータモータなどの電動機によりクランクシャフトを回転させてエンジンを再始動させる。
【０００３】
このようなエンジンの再始動をモータジェネレータを用いて行なう場合、エンジンの再始動時における始動用電動機としての性能と、発電機としての性能とを兼ね備える必要がある。以下、この性能について詳しく説明する。
【０００４】
このようなモータジェネレータは、内燃機関始動用の電動機としての高い性能を有していることが必要である。そのため、このモータジェネレータでは、内燃機関の始動時に電機子コイルに十分に大きな電機子電流を流して高トルクを発生させることを優先させてその巻線仕様を決めることが必要とされる。その結果、電機子コイルは低抵抗、低インダクタンスであることが必要とされる。このように構成されたモータジェネレータは、電動機として動作させた場合には、高いトルクを発生して内燃機関始動用電動機としての高い性能を発現する。
【０００５】
一方、内燃機関が始動した後に、モータジェネレータを磁石発電機として動作させた場合には、十分な発電出力を発生することが困難である。上述したように巻線仕様が決められているので、内燃機関の回転数が上昇しないとバッテリを充電するために必要な出力を得ることができない。すなわち、内燃機関始動用電動機として適合する巻線仕様のモータジェネレータを磁石発電機として運転した場合、その出力電流−回転数特性においては、内燃機関の低速領域では、バッテリを充電するための出力を発生することができないだけでなく、内燃機関の高速時には出力が過大になって、バッテリが過充電されることになる。
【０００６】
バッテリを充電するために必要とされる発電機の特性は、内燃機関の低回転速度領域で出力が立上り、内燃機関の高速時には出力が飽和して制限される特性である。このような特性を得るためには、電機子コイルの巻数を多くしてそのインダクタンスを高くする必要があるため、その巻線仕様は始動用電動機に必要とされる巻線仕様とは相容れないものとなる。
【０００７】
このように、始動用電動機とバッテリ充電用の磁石発電機とでは、それぞれに要求される特性を満足するために必要とされる巻線仕様が全く異なるため、磁石回転子と多相の電機子コイルとを有する１つのモータジェネレータをブラシレス直流電動機とバッテリ充電用の磁石発電機とに兼用してモータジェネレータとして用いることが困難である。
【０００８】
特開２０００−２０９８９１号公報（特許文献１）は、このような問題を解決し、内燃機関の始動時にモータジェネレータを始動用電動機として運転する際には、内燃機関を始動するために必要な高いトルクを得ることができ、内燃機関が始動した後、モータジェネレータを磁石発電機として動作させる際には、内燃機関の低速回転領域から高出力を得ることができるようにした内燃機関用モータジェネレータを開示する。この内燃機関用モータジェネレータは、内燃機関の出力軸に取り付けた磁石回転子に、永久磁石からなる主極と、高透磁率の材料からなる補極とを交互に設ける。内燃機関の始動時には、各主極と各主極よりも進み側に位置する補極とを１つの回転子磁極として、バッテリからインバータ回路を通して電機子コイルＬｕ〜Ｌｗに駆動電流を流すことにより電動機として動作させる。内燃機関が始動した後は、各主極と各主極よりも遅れ側に位置する補極とを１つの回転子磁極とし、バッテリからインバータ回路を通して電機子コイルに制御電流を流すことにより磁石発電機として運転して、バッテリを充電するための出力を発生させる。
【０００９】
この特許文献１に開示された内燃機関用モータジェネレータによると、ブラシレス直流電動機として動作させる場合には、制御位相角（位置検出装置により検出される基準励磁相切替位置と、実際の励磁相切替位置である駆動電流を流す電機子コイルの相を切り替える際の回転子の回転角度位置との位相差）αを遅れ側に変化させてその大きさを適当に調整することにより、内燃機関を始動させるために必要にして十分な出力トルクを得ることができ、内燃機関を支障なく始動させることができる。また、磁石発電機として動作させる場合には、基準励磁相切替位置に対して所定の制御位相角αだけ進んだ位置を励磁相切替位置として、インバータ回路のスイッチ素子をオンオフ制御すると、バッテリからインバータ回路を通して電機子コイルに流れる電流により生じる電機子反作用起磁力により、各回転子磁極を増磁して、磁石発電機の出力を増加させることができる。従って、モータジェネレータが内燃機関始動用電動機としての機能を果たすように、低抵抗、低インダクタンスを有するように電機子コイルが巻回されていても、モータジェネレータを磁石発電機として動作させる際には、発電機から十分に大きな出力を発生させて、内燃機関の低回転領域からバッテリに充電電流を供給することができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−２０９８９１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された内燃機関用モータジェネレータを駆動するインバータ回路には、バッテリからの入力側に入力コンデンサ（平滑コンデンサ、高圧コンデンサともいう）を必要とする。この入力コンデンサの容量は、少なくとも、発生したサージ電圧を吸収できる程度の容量が必要になる。一般的に、車両に搭載されるインバータの場合、使用される入力コンデンサの容量は大きく、数千μＦになる場合がある。車両が駆動状態の時には、この入力コンデンサには常に電圧が印加され、充放電を繰り返すために用いられている。車両が停止すると、インバータと直流電源との間に配置されているリレーが開き、それと同時にインバータに対する制御が停止する。
【００１２】
このような大容量の入力コンデンサを有することは、以下のような、安価なコストで実現可能なアイドリングストップシステムに適用可能な装置を提供できない。以下、安価なコストで実現可能なアイドリングストップシステムについて説明する。
【００１３】
低価格のアイドリングストップシステムを実現する場合、以下のような設計方針が採用される。エンジンを再始動する電動機の電力源は１つのバッテリ（たとえば、既に広く普及してコストが安価な１４Ｖ系鉛蓄電池）のみであること、エンジンの再始動は、スタータモータのようにギヤの噛み合いによる異音の発生がなくスタータモータよりも始動応答性の良い、エンジンのクランク軸にベルトを介して接続されたモータジェネレータを用いること、モータジェネレータおよびこの駆動回路であるインバータ回路を含む電装ユニット（ＰＣＵ：ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）をできる限り安価にすることである。
【００１４】
モータジェネレータおよびＰＣＵを安価にするためには、現在、車両に一般的に搭載されて広く普及しコストが安価なオルタネータを改良したり（たとえばオルタネータの電機子部分と回転子部分をそのまま使用して整流回路をインバータ回路に置換える）、水冷ではなく空冷のＰＣＵにしたりすることが考えられている。
【００１５】
このようなシステムを実現する場合において、アイドリングストップシステムにおけるエンジンの再始動には、できる限りモータジェネレータを使用することが、その異音の発生がないことや応答性が高いことから好ましい。その一方で、電機子部分と回転子部分などは汎用オルタネータの部品を使用してモータとして駆動させてエンジンをクランキングする。このクランキングには、非常に大きなトルクが必要となるので、低圧のバッテリ、汎用オルタネータおよび空冷ＰＣＵにとって、過酷な条件でのエンジン再始動が行なわれることになる。
【００１６】
このような場合において、上述した特許文献１に記載された大容量のコンデンサを搭載するような構成としたのでは、モータジェネレータのドライバ回路であるインバータ回路の価格が上昇する。
【００１７】
したがって、低コストのアイドリングストップシステムを実現するためには、大容量のコンデンサを使用することなく、インバータ回路における構成を簡素化して、ＰＣＵを含むモータジェネレータの駆動回路をできるだけ安価にする必要がある。
【００１８】
また、インバータ回路をＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、モータジェネレータの電流制御、トルク制御を行なえるが、瞬時電流供給、サージ電圧抑制のために、入力コンデンサが大容量化する。これは、ＭＯＳ＿ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ＿ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がオンする瞬間は、バッテリの内部抵抗および配線抵抗により、バッテリからの電流供給が間に合わない。そのために、瞬時電流供給用として大容量のコンデンサが必要となる。
【００１９】
特に、ＰＷＭ制御の場合、ＭＯＳ＿ＦＥＴのスイッチング周波数が高いので、この瞬時電流供給の役割が大きく、入力コンデンサも大容量となりがちである。また、ＰＷＭ制御においては、ＭＯＳ＿ＦＥＴが全てオフ（電流＝０Ａ）とするため、電流の時間変化率（ｄｉ／ｄｔ）が大きく、結果としてサージ電圧が大きくなり（Ｖ＝Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ））、それを吸収するために、より大容量のコンデンサが必要になる。このため、コストアップになるとともに、モータジェネレータと駆動回路であるインバータとの一体化を図ることも、その小型化を実現することも困難である。したがって、ＰＷＭ制御を採用しないことにより、ＰＣＵを含むモータジェネレータの駆動回路をできるだけ安価かつ小型化することができる。
【００２０】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アイドリングストップシステムを実現するために車両に搭載される、安価かつ小型の回転電機用駆動回路および車両用電装ユニットを提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る回転電機用駆動回路は、車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止するアイドリングストップシステムを搭載した車両に搭載される。この回転電機は、一時的な停止後にエンジンを再始動する機能または車両の回生制動時に発電する機能を有する。この回転電機は駆動回路により駆動される。駆動回路は、回転電機に供給される電流の位相を制御するＭＯＳから構成される制御回路と、ＭＯＳのゲート−ドレイン間に設けられたサージ吸収回路とを含む。
【００２２】
第１の発明によると、サージ電圧が発生した場合には、入力コンデンサではなく、ＭＯＳのゲート−ドレイン間に設けられたサージ吸収回路であるダイオードを用いた回路で、ＭＯＳ自身にサージ電圧を吸収させるようにする。このため、大容量のコンデンサが不要になる。その結果、安価なアイドリングストップシステムを実現するための、車両に搭載される回転電機用駆動回路を提供することができる。
【００２３】
第２の発明に係る回転電機用駆動回路においては、第１の発明の構成に加えて、サージ吸収回路は、逆流防止ダイオードおよびツェナーダイオードにより構成されるものである。
【００２４】
第２の発明によると、逆流防止ダイオードおよびツェナーダイオードにより構成されたサージ吸収回路を用いて、発生したサージを吸収することができる。
【００２５】
第３の発明に係る回転電機用駆動回路においては、第１または２の発明の構成に加えて、制御回路は、ＭＯＳにより、回転電機に供給する複数の位相における電流を切替えて回転電機をモータ駆動させる。
【００２６】
第３の発明によると、制御回路は、回転電機に供給する複数の位相（たとえば３相）における電流を切替えて回転電機をモータ駆動させる位相制御を行なうようにして、ＰＷＭ制御（電流フィードバック制御）を行なわない。このため電流フィードバックを行なうための電流センサやＰＷＭスイッチング回路等が必要なくなり、安価なコストで実現可能なアイドリングストップシステムを提供できる。
【００２７】
第４の発明に係る回転電機用駆動回路においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、回転電機はモータジェネレータであって、駆動回路はインバータ回路であるものである。
【００２８】
第４の発明によると、回転電機をモータジェネレータとし、駆動回路をモータジェネレータに３相電力を供給するインバータ回路とした、アイドリングストップシステムを実現することができる。
【００２９】
第５の発明に係る回転電機用駆動回路においては、第４の発明の構成に加えて、モータジェネレータの電機子および回転子はオルタネータの部品であって、インバータ回路は空冷のインバータ回路であるものである。
【００３０】
第５の発明によると、モータジェネレータをオルタネータの部品を用いて製作するので、安価に製作することができる。さらに、インバータ回路を水冷ではなく空冷にするので、インバータ回路を安価に製作することができる。このインバータ回路をモータジェネレータと一体化した、小型で安価な駆動回路付き回転電機を提供できる。
【００３１】
第６の発明に係る車両用電装ユニットは、第１〜５のいずれかの発明の構成に係る回転電機用駆動回路と、回転電機とが一体化されたものである。
【００３２】
第６の発明によると、アイドリングストップシステムを安価に実現できる、回転電機部分とその駆動回路とが一体化された、小型で安価な車両用電装ユニット（モータジェネレータユニット）を提供することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３４】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る車両の制御ブロック図について説明する。なお、以下の説明においては、この車両のパワートレインは、トルクコンバータと歯車式変速機構とを有するものとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、歯車式変速機構ではなく、ベルト式やトロイダル式などのＣＶＴ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：無段変速機）などであってもよい。
【００３５】
図１に示すように、この車両のパワートレインは、一般的な内燃機関としてのエンジン１００と、そのエンジン１００の出力軸に接続され、トルク増幅機能を有する流体継手であるトルクコンバータ２００と、トルクコンバータ２００の出力軸に接続された歯車式変速機構３００とを有する。エンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２は、モータジェネレータ３０００のモータジェネレータプーリ４００、エアコンコンプレッサ１１０２のエアコンコンプレッサプーリ４０４およびウォーターポンプ１１０４のウォータポンププーリ４０６と、ベルト４１０を介して接続されている。
【００３６】
この車両は、ＥＦＩ＿ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｆｕｅｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎ＿ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１２００によりエンジン１００を制御して、アイドリングストップシステムを実行する。アイドリングストップシステムは、ＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００に入力されたエコラン条件に関する車両の状態量が予め定められた条件を満足すると、図示しないＨＶ＿ＥＣＵに対してアイドリングストップ条件の成立を送信する。エコラン条件が成立しなくなると、ＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００はモータジェネレータ３０００にインバータ３１００から二次電池２０００の電力を供給してモータジェネレータ３０００をモータとして機能させてモータジェネレータプーリ４００およびベルト４１０を介してエンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２を回転させて、エンジン１００を再始動（クランキング）させる。ここで、インバータ３１００は空冷のインバータであって、ＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００から各種の指令信号が入力される。
【００３７】
ＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００は、インバータ３１００への指令信号を用いて、モータジェネレータ３０００の界磁電流Ｉｆの電流値を制御する。また、インバータ回路の異常等を示す各種信号が、インバータ３１００からＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００に入力される。
【００３８】
二次電池２０００は、定格電圧が１４Ｖの一般的な鉛蓄電池が用いられる。この二次電池２０００は、電池ＥＣＵ１３００により制御される。二次電池２０００からインバータ３１００およびスタータモータ３２００に電力が供給され、モータジェネレータ３０００またはスタータモータ３２００によりアイドリングストップ後のエンジン１００の再始動が行なわれる。なお、イグニションスイッチをスタート位置にしたときにおいては、通常通りに、スタータモータ３２００によりエンジン１００が始動される。
【００３９】
また、二次電池２０００は、電圧降下防止機構２１００（たとえばバックアップブーストコンバータ、キャパシタ、リチウム電池など）を経由して補機ＥＣＵ１１００に接続される。補機ＥＣＵ１１００からエアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４に接続され、補機ＥＣＵ１１００はエアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４を制御する。アイドリングストップ時においてエンジン１００が停止しているため、エンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２を介してベルト４１０によりエアコンコンプレッサプーリ４０４やウォータポンププーリ４０６を回転させることができない。このため、補機ＥＣＵ１１００は、二次電池２０００の電力を用いてエアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４を駆動させるように制御する。
【００４０】
また、図示しないオイルポンプについてもウォータポンプ１１０４と同様に、アイドリングストップ時において二次電池２０００を用いて作動される。
【００４１】
なお、エアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４は、その内部に、エンジンコンプレッサプーリ４０４やウォータポンププーリ４０６から駆動するか、二次電池２０００からの電力によるモータにより駆動するかのいずれかを選択する機能を有する。また、これらの機能の代わりにエンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２に電磁クラッチを設けるようにして、アイドリングストップ時には電磁クラッチを非伝達の状態にしてエンジン１００を切離して、モータジェネレータ３０００によりエアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４を作動させるようにしてもよい。
【００４２】
図２に、図１のモータジェネレータ３０００の構成を示す。図２に示すように、本実施の形態に係る車両に用いられるモータジェネレータ３０００は汎用オルタネータの部品を用いた、コストの安価なモータジェネレータである。
【００４３】
通常、オルタネータは、エンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２とベルト４１０を介して接続されたプーリ３０３０により回転され、オルタネータロータ部３０１０が回転することによりオルタネータステータ部３０２０に発生した電力をレクチファイアと呼ばれる整流回路により交流から直流に変換して、発生した電力を二次電池２０００に供給する。
【００４４】
このような汎用オルタネータは、一般的な車両に広く採用され、その製造コストは非常に安価なものである。本発明の実施の形態に係るモータジェネレータ３０００のロータ部とステータ部は、このオルタネータロータ部３０１０とオルタネータステータ部３０２０とを用いる。図２に示すプーリ３０３０は、図１に示すモータジェネレータプーリ４００と同じである。
【００４５】
レクチファイアと呼ばれる整流回路の代わりにインバータ３１００を用いる。このインバータ３１００は、オルタネータロータ部３０１０およびオルタネータステータ部３０２０を、モータジェネレータ３０００として機能させるドライバである。このインバータ３１００は空冷のインバータである。これは、水冷のインバータに比べて空冷のインバータとすることによりコストを安価にすることができる。図２に示すように、回転電機であるモータジェネレータと、その駆動回路である空冷のインバータとが一体化されて、電装ユニットを形成している。
【００４６】
図３に、二次電池２０００、モータジェネレータ３０００およびインバータ３１００を含む電気回路図を示す。図３に示すように、インバータ３１００は、パワー素子（ＭＯＳ＿ＦＥＴ）からなるパワー回路３１１８と、パワー回路３１１８をＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００からの指令信号に基づいて制御する制御回路３１１０とを含む。
【００４７】
パワー回路３１１８は、複数（６個）のスイッチング回路により３相分の電力をオルタネータステータ部３０２０に供給するように構成されるインバータ回路を有する。このパワー回路３１１８は、制御回路３１１０のステータ電流制御回路３１１６により、エンジン１００の再始動時には相切替え制御（位相制御）が実行され、発電時には同期整流制御が実行される。
【００４８】
また、制御回路３１１０の界磁電流駆動回路３１１４を用いてオルタネータロータ部３０１０に流れる界磁電流Ｉｆを制御することにより、モータジェネレータ３０００をモータとして機能させるときにはモータジェネレータ３０００から発生するトルクを制御することができ、モータジェネレータ３０００をジェネレータとして機能させるときには発電量を制御することができる。
【００４９】
二次電池２０００は、インバータ３１００のパワー回路３１１８に電力を供給し、オルタネータステータ部３０２０や、オルタネータロータ部３０１０に電力を供給する。
【００５０】
インバータ３１００には、ＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００から、Ｍ／Ｇ切換え指令信号や、ＲＬＯ発電指令信号が入力される。また、インバータ３１００の内部において異常（パワー回路３１１８の温度異常等）が発生すると、保護回路３１１２により、インバータ３１００の機能が制限される。
【００５１】
パワー回路３１１８には、空冷用のフィンが設けられ、そのフィンの温度を測定するサーミスタが設けられる。サーミスタからのＭＯＳ温度信号が、制御回路３１１０の保護回路３１１２に入力される。このほかにも、オルタネータロータ部３０１０の界磁電流Ｉｆについての異常（界磁過熱、界磁過電流等々）およびモータロックを、界磁電流駆動回路３１１４やステータ電流制御回路３１１６が検知して、保護回路３１１２に異常信号を送信する。保護回路３１１２は、これらの信号に基づいて、たとえば、インバータ３１００自身で、発電禁止処理を行なったり、アイドリングストップ禁止（エコラン禁止）処理を行なったりする。なお、これらの異常処理の内容は、区別して、ＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００へ送信される。
【００５２】
ＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００からインバータ３１００が受信する、Ｍ／Ｇ切換え指令信号は、モータジェネレータ３０００をモータとして機能させる場合にＨｉｇｈ信号を受けて、ジェネレータとして機能させる場合をＬｏｗ信号を受けるように設定されている。したがって、Ｈｉｇｈ側かＬｏｗ側のいずれかの信号が入力させる。ＥＦＩ＿ＥＣＵ１２００からインバータ３１００が受信する、ＲＬＯ発電指令信号は、発電指令値が予め定められたデューティ比で表わされた信号が入力される。
【００５３】
ステータ電流制御回路３１１６は、従来広く用いられてきたＰＷＭ制御ではなく位相切替え制御を行なう。このため、パワー回路３１１８のＭＯＳ＿ＦＥＴオン時の最大電流値が、パワー素子の最大定格電流値を越えないように設計されている。これは、モータジェネレータ３０００のステータ巻線の抵抗値、配線の抵抗値などに基づいて決定される。
【００５４】
この結果（ＰＷＭ制御を実行しない結果）、ＭＯＳ＿ＦＥＴのスイッチング周波数が高いので、この瞬時電流供給の役割が大きいために必要となっていた、入力コンデンサの大容量化を回避できる。
【００５５】
図４に出力電流波形および入力コンデンサの充放電タイミングを示す。図４（Ａ）がＰＷＭ制御を行なっている場合で、図４（Ｂ）がＰＷＭ制御を行なっていない場合である。図４からわかるように、図４（Ａ）に示すＰＷＭ制御を行なっているときのＭＯＳ＿ＦＥＴのスイッチング周波数は、図４（Ｂ）に示すＰＷＭ制御を行なっていないときに比べて、非常に高い。このため、入力コンデンサを瞬時電流供給させるために用いるので、入力コンデンサに高い容量が要求される。
【００５６】
図５に、ＰＷＭ制御と入力電圧変動との関係を示す。これは、図４を用いて説明したように、ＰＷＭ制御を行なわない場合にはスイッチング周波数が低いので、入力電圧の変動幅が小さくなる。その結果、瞬時の電流供給（放電時）の必要性がなく、入力コンデンサに高い容量が要求される必要がなくなる。
【００５７】
図６に３相の出力波形タイミングを示す。図６（Ａ）がＰＷＭ制御を行なっている場合で、図６（Ｂ）がＰＷＭ制御を行なっていない場合である。図６からわかるように、図６（Ａ）に示すＰＷＭ制御を行なっているときには、ＭＯＳ＿ＦＥＴの全てがオフになるタイミングがあるのに対して、図６（Ｂ）に示すＰＷＭ制御を行なっていないときは、そのようなタイミングが存在しない。すなわち、図６（Ｂ）に示すＰＷＭ制御を行なっていないときは、常時、３相のうちのいずれか１相に必ず電流が流れる。このためＰＷＭ制御を行なっている場合においては、ＭＯＳ＿ＦＥＴが全てオフ（電流＝０Ａ）となるタイミングが存在するので、電流の時間変化率（ｄｉ／ｄｔ）が大きく、サージ電圧（Ｖ＝Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ））が大きくなる。
【００５８】
図７に、ＰＷＭ制御とサージ電圧との関係を示す。これは、図６を用いて説明したように、ＰＷＭ制御を行なわない場合にはＭＯＳ＿ＦＥＴが全てオフ（電流＝０Ａ）となるタイミングが存在しないので、電流の時間変化率（ｄｉ／ｄｔ）が小さく、サージ電圧（Ｖ＝Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ））も小さくなる。そのため、サージ電圧を吸収するために、より大容量のコンデンサが不要になる。
【００５９】
図８にＭＯＳゲート抵抗増加によるサージ電圧を示す。インバータ３１００においてＰＷＭ制御を行なわないので、ターンオン−オフ時間を長くできるので、スイッチング損失の割合が低下する。これは、ターンオフゲート抵抗を増大させて、スイッチングサージ（ターンオフサージ電圧）を極限まで低下させることができることになる。
【００６０】
図３に戻り、サージ吸収回路について説明する。図３に示すように、６個のＭＯＳ＿ＦＥＴの全てのゲート−ドレイン間には、逆流防止ダイオードおよびツェナーダイオードにより構成されるサージ吸収回路が設けられる。サージ吸収回路は、ゲート側からドレイン側に向かってツェナーダイオードが順方向に配置され、それと対抗するように逆流防止ダイオードがドレイン側からゲート側に向かって配置されている。このサージ吸収回路により、サージ電圧の発生時にＭＯＳ＿ＦＥＴをオンさせて、発生したサージ電圧を吸収する。
【００６１】
図９にサージ電圧の時間変化を示す。図９のＭＯＳ＿Ｖｄｓ波形に示すように、サージ電圧がＶ（１）でクランプされて、サージ電圧が吸収されていることがわかる。
【００６２】
図３に示すサージ吸収回路の構成により、図９に示すようにサージ電圧がクランプされる作用について詳しく説明する。図３に示すように、Ｐ電圧がツェナー電圧を上回ると、ツェナーダイオードは逆方向に導通するため、Ｐ電圧がゲートに印加され、ＭＯＳ＿ＦＥＴがＯＮする。これにより、ドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間が導通して電流が流れるためＰ電圧は低下する。
【００６３】
Ｐ電圧がツェナー電圧を下回ると、ツェナーダイオードの導通が遮断されるため、Ｐ電圧がゲートに印加されなくなり、ＭＯＳ＿ＦＥＴがＯＦＦする。これにより、ドレイン（Ｄ）−ソース（Ｓ）間の導通が遮断されて電流が流れなくなるためＰ電圧は上昇する。
【００６４】
実際には、上記したような、Ｐ電圧がツェナー電圧を上回るときとＰ電圧がツェナー電圧を下回るときとの間でバランスするため、Ｐ電圧はツェナー電圧にクランプされる。すなわち、サージ電圧をツェナー電圧まで抑えることができるようになる。なお、詳しくは、理想のツェナー電圧にクランプされるのではなく、逆流防止ダイオードの電圧降下分（約０．７Ｖ）と、ツェナー電圧の温度特性によるバラツキを加算した値にクランプされる。
【００６５】
なお、逆流防止ダイオードは、通常、ＭＯＳ＿ＦＥＴがＯＮしているときには、ゲート（Ｇ）に電圧が印加されているが、図３のようにツェナーダイオードがゲート（Ｇ）とドレイン（Ｄ）との間に挿入された場合、ツェナーダイオードは、順方向に常に導通しているため、ゲート電圧＞Ｐ電圧の場合、ゲートからＰに電流が流れる。こうした場合、Ｐ電圧の変動がゲート電圧に影響するため、ＭＯＳ＿ＦＥＴの動作も不安定になるおそれがある。このために、逆流防止ダイオードを挿入して、ゲート（Ｇ）とドレイン（Ｄ）との間を遮断している。
【００６６】
以上のようにして、本発明の実施の形態に係るモータジェネレータの電機子および回転子はオルタネータの部品を用いて、インバータ回路ではＰＷＭ制御を実行しないで、位相制御を行なう。サージ電圧が発生した場合には、パワー素子であるＭＯＳ＿ＦＥＴのゲート−ドレイン間に設けられたサージ吸収回路であるダイオードを用いたサージ電圧吸収回路で、ＭＯＳ自身にサージ電圧を吸収させる。このため、大容量の入力コンデンサが不要になる。その結果、アイドリングストップシステムを実現するための、車両に搭載される、安価で小型に一体化された、回転電機およびその駆動回路を提供することができる。
【００６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両の制御ブロック図である。
【図２】図１のモータジェネレータの構成を示す図である。
【図３】モータジェネレータおよびインバータの電気回路図である。
【図４】出力電流波形および入力コンデンサの充放電タイミングを示す図である。
【図５】ＰＷＭ制御の有無による入力電圧の変動を示す図である。
【図６】ＰＷＭ制御の有無による３相電力の出力タイミングを示す図である。
【図７】ＰＷＭ制御の有無によるサージ電圧の変動を示す図である。
【図８】ＭＯＳゲート抵抗増加によるサージ電圧低減効果を示す図である。
【図９】ＭＯＳのＶｄｓ波形であって、サージ電圧低減効果を示す図である。
【符号の説明】
１００エンジン、２００トルクコンバータ、３００歯車式変速機構、４００モータジェネレータプーリ、４０２クランクシャフトプーリ、４０４エアコンコンプレッサプーリ、４０６ウォータポンププーリ、４１０ベルト、１１００補機ＥＣＵ、１２００ＥＦＩ＿ＥＣＵ、１３００電池ＥＣＵ、２０００二次電池、２１００電圧降下防止機構、３０００モータジェネレータ、３１００インバータ、３２００スタータモータ、３０１０オルタネータロータ部、３０２０オルタネータステータ部、３０３０プーリ、３１１０制御回路、３１１２保護回路、３１１４界磁電流駆動回路、３１１６ステータ電流制御回路、３１１８パワー回路。

Claims

車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止するアイドリングストップシステムを搭載した車両に搭載される回転電機用駆動回路であって、前記回転電機は、前記一時的な停止後に前記エンジンを再始動する機能または前記車両の回生制動時に発電する機能を有し、
前記回転電機は前記駆動回路により駆動され、
前記駆動回路は、
前記回転電機に供給される電流の位相を制御するＭＯＳから構成される制御回路と、
前記ＭＯＳのゲート−ドレイン間に設けられたサージ吸収回路とを含む、車両に搭載される回転電機用駆動回路。
前記サージ吸収回路は、逆流防止ダイオードおよびツェナーダイオードにより構成される、請求項１に記載の回転電機用駆動回路。
前記制御回路は、前記ＭＯＳにより、回転電機に供給する複数の位相における電流を切替えて前記回転電機をモータ駆動させる、請求項１または２に記載の回転電機用駆動回路。
前記回転電機はモータジェネレータであって、前記駆動回路はインバータ回路である、請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機用駆動回路。
前記モータジェネレータの電機子および回転子はオルタネータの部品であって、前記インバータ回路は空冷のインバータ回路である、請求項４に記載の回転電機用駆動回路。
請求項１〜５に記載の回転電機用駆動回路と、回転電機とが一体化された、車両用電装ユニット。