JP4275704B2 - 車両用電力変換装置 - Google Patents
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Description
この発明は、自動車等の車両に搭載される車両用回転電動機に用いる車両用電力変換装置に関するものである。
車両用回転電機に於いては、一般的に整流素子としてダイオードを用いた全波整流方式が用いられているが、より高効率化を目指して整流素子としてスイッチング素子を使用し、整流素子による損失を低減した整流方式が用いられるようになってきた。
整流素子としてスイッチング素子を用い、位置検出手段により検出した車載用回転電機の回転子の回転位置に基づいて、スイッチング素子のオン、オフを制御するようにした車両用電力変換装置は既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に示された従来の装置の場合、車載用回転電機の回転子の回転位置を検知する位置検出手段を用いて、スイッチング素子のオン、オフ操作の位相制御を行うようにしているが、例えば負荷変動等により、実際にスイッチング素子をオン、オフしなければならない位相の機械的な回転位置がリアルタイムに変化するような場合に対しては、適応が難しかった。
この発明は、従来の装置に於けるこのような課題に鑑みてなされたものであり、負荷の変動によるスイッチング素子がオン、オフする位相の変化をリアルタイムに検出し、その変化に追従してスイッチング素子をオン、オフする位相を変化させることにより、効率の良い整流動作が実現できる車両用電力変換装置を得ることを目的とするものである。
この発明による電力変換装置は、車両に搭載される回転電機の電機子巻線と直流負荷との間に接続されたスイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオー
ドを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記回転電機と前記直流負荷との間の電力変換を行う電力変換部と、前記回転電機が発電動作中で且つ前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記ダイオードのうちの少なくとも一つの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記ダイオード通電状態検出部が検出した前記ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに基づいて前記スイッチング素子のゲート指令信号を生成して前記スイッチング素子に与えるゲート指令生成部とを備え、前記ゲート指令信号による前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電力変換を行うようにした車両用電力変換装置であって、前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、前記ダイオード通電状態検出部は、前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値以上で且つ前記正極側電圧値に前記ダイオードの順方向電圧値を加えた電圧値以下の範囲となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値以下で且つ前記負極側端子の電圧値から前記ダイオードの順方向電圧値を減じた値以上の範囲となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、のうちの少なくとも一つを行うようにしたものである。
ドを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記回転電機と前記直流負荷との間の電力変換を行う電力変換部と、前記回転電機が発電動作中で且つ前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記ダイオードのうちの少なくとも一つの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記ダイオード通電状態検出部が検出した前記ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに基づいて前記スイッチング素子のゲート指令信号を生成して前記スイッチング素子に与えるゲート指令生成部とを備え、前記ゲート指令信号による前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電力変換を行うようにした車両用電力変換装置であって、前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、前記ダイオード通電状態検出部は、前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値以上で且つ前記正極側電圧値に前記ダイオードの順方向電圧値を加えた電圧値以下の範囲となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値以下で且つ前記負極側端子の電圧値から前記ダイオードの順方向電圧値を減じた値以上の範囲となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、のうちの少なくとも一つを行うようにしたものである。
又、この発明による車両用電力変換装置は、車両に搭載される回転電機の電機子巻線と直流負荷との間に接続されたスイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記回転電機と前記直流負荷との間の電力変換を行う電力変換部と、前記回転電機が発電動作中で且つ前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記ダイオードのうちの少なくとも一つの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記回転電機の回転子の位置に対応した回転子位置信号を発生する回転子位置検出部と、前記検出したダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに対応する前記回転子位置信号の値を逐次記憶し、前記記憶した前記回転子位置信号の値に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング素子オンタイミング及びスイッチング素子オフタイミングを算出するタイミング処理部と、前記タイミング処理部が算出した前記スイッチング素子オンタイミング及びスイッチング素子オフタイミングに基づいて前記スイッチング素子のゲート指令信号を生成して前記スイッチング素子に与えるゲート指令生成部とを備え、前記ゲート指令信号による前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電力変換を行うようにした電力変換装置であって、前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、前記ダイオード通電状態検出部は、前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値以上で且つ前記正極側電圧値に前記ダイオードの順方向電圧値を加えた電圧値以下の範囲となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値以下で且つ前記負極側端子の電圧値から前記ダイオードの順方向電圧値を減じた値以上の範囲となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、のうちの少なくとも一つを行うようにしたものである。
この発明に於いて、直流負荷とは、電力変換装置により充電されて直流エネルギーを蓄積し、車両に搭載された各種電気機器若しくは電子機器に電力を供給する蓄電池を含むものである。
この発明による車両用電力変換装置によれば、車両に搭載される回転電機の電機子巻線と直流負荷との間に接続されたスイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記回転電機と前記直流負荷との間の電力変換を行う電力変換部と、前記回転電機が発電動作中で且つ前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記ダイオードのうちの少なくとも一つの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記ダイオード通電状態検出部が検出した前記ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに基づいて前記スイッチング素子のゲート指令信号を生成して前記スイッチング素子に与えるゲート指令生成部とを備え、前記ゲート指令信号による前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電力変換を行うようにした車両用電力変換装置であって、前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、前記ダイオード通電状態検出部は、前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値以上で且つ前記正極側電圧値に前記ダイオードの順方向電圧値を加えた電圧値以下の範囲となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値以下で且つ前記負極側端子の電圧値から前記ダイオードの順方向電圧値を減じた値以上の範囲となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、のうちの少なくとも一つを行うようにしたので、負荷変動の影響を受けることなくスイッチング素子を制御することができ、簡単な構成で信頼性の高い車両用車両用電力変換装置を得ることができる。
又、この発明による車両用電力変換装置によれば、車両に搭載される回転電機の電機子巻線と直流負荷との間に接続されたスイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記回転電機と前記直流負荷との間の電力変換を行う電力変換部と、前記回転電機が発電動作中で且つ前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記ダイオードのうちの少なくとも一つの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記回転電機の回転子の位置に対応した回転子位置信号を発生する回転子位置検出部と、前記検出したダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに対応する前記回転子位置信号の値を逐次記憶し、前記記憶した前記回転子位置信号の値に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング素子オンタイミング及びスイッチング素子オフタイミングを算出するタイミング処理部と、前記タイミング処理部が算出した前記スイッチング素子オンタイミング及びスイッチング素子オフタイミングに基づいて前記スイッチング素子のゲート指令信号を生成して前記スイッチング素子に与えるゲート指令生成部とを備え、前記ゲート指令信号による前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電力変換を行うようにした電力変換装置であって、前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、前記ダイオード通電状態検出部は、前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値以上で且つ前記正極側電圧値に前記ダイオードの順方向電圧値を加えた電圧値以下の範囲となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値以下で且つ前記負極側端子の電圧値から前記ダイオードの順方向電圧値を減じた値以上の範囲となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、のうちの少なくとも一つを行うようにしたので、負荷変動の影響を受けることなくスイッチング素子をより安定して制御することができ、簡単な構成で更に信頼性の高い車両用車両用電力変換装置を得ることができる。
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置について詳細に説明する。図１は、回転電機として発電電動機を用いた車両システムの説明図、図２は、この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置を備えた発電電動機の構成を示す構成図、図３は、この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置に於けるゲート制御部の構成を示すブロック図である。図１に於いて、車両用回転電機としての発電電動機１０２は、内燃機関１０１によりベルト等の動力伝達手段１０４を介して駆動されて発電し交流エネルギーを発生する。内燃機関１０１の運転中、発電電動機１０２により発生された交流エネルギーは、電力変換装置により直流エネルギーに変換されて蓄電池１０３に充電される。
以下、この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置について詳細に説明する。図１は、回転電機として発電電動機を用いた車両システムの説明図、図２は、この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置を備えた発電電動機の構成を示す構成図、図３は、この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置に於けるゲート制御部の構成を示すブロック図である。図１に於いて、車両用回転電機としての発電電動機１０２は、内燃機関１０１によりベルト等の動力伝達手段１０４を介して駆動されて発電し交流エネルギーを発生する。内燃機関１０１の運転中、発電電動機１０２により発生された交流エネルギーは、電力変換装置により直流エネルギーに変換されて蓄電池１０３に充電される。
図２に示すように、発電電動機１０２は、この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置１１０と、モータージェネレータ部２００とにより構成されている。車両用電力変換装置１１０は、電力変換部２２０と、スイッチング素子のオン、オフ制御を行うゲート制御部２１０とからなる。電力変換部２２０は、界磁電流をＰＷＭ（Puls Wide Modulation）制御するための界磁スイッチング素子２２１と、このスイッチング素子２２１に直列接続されたフリーホイールダイオード２２２と、Ｕ相上アームスイッチング素子（以下、ＵＨと称する）２２３ａと、Ｖ相上アームスイッチング素子（以下、ＶＨと称する）２２３ｂと、Ｗ相上アームスイッチング素子（以下、ＷＨと称する）２２３ｃ、及びＵ相下アームスイッチング素子（以下、ＵＬと称する）２２４ａと、Ｖ相下アームスイッチング素子（以下、ＶＬと称する）２２４ｂと、Ｗ相下アームスイッチング素子（以下、ＷＬと称する）２２４ｃとを備えている。
ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃは、夫々寄生ダイオードを内蔵している。以下、ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃに内蔵された夫々の寄生ダイオードを、ＵＨダイオード、ＶＨダイオード、ＷＨダイオード、及びＵＬダイオード、ＶＬダイオード、ＷＬダイオードと称する。
ＵＨ２２３ａと、ＶＨ２２３ｂと、ＷＨ２２３ｃと、ＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂ、及びＷＬ２２４ｃは、三相ブリッジ回路を構成し、その交流側であるＵＨ２２３ａとＵＬ２２４ａとの接続点は、モータージェネレータ部２００のＵ相端子に接続され、ＶＨ２２３ｂとＶＬ２２４ｂとの接続点は、モータージェネレータ部２００のＶ相端子に接続され、ＷＨ２２３ｃとＷＬ２２４ｃとの接続点は、モータージェネレータ部２００のＷ相端子に接続されている。又、三相ブリッジ回路の直流側であるＵＨ２２３ａと、ＶＨ２２３ｂと、ＷＨ２２３ｃとの共通接続部である正極側端子Ｐは、バッテリー１０３の正極側端子に接続され、ＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＷＬ２２４ｃとの共通接続部である負極側端子Ｎは、蓄電池１０３の負極側端子に接続されている。負極側端子Ｎの電位は、車両のアース電位となる。
尚、図２は、モータジェネレータ部２００を、固定子に設けられた三相の電機子巻線２０１と回転子に設けられた界磁巻線２０２を有する三相界磁巻線方式の発電電動機としているが、相数や他の界磁方式、例えば、永久磁石方式等であってもよいことは勿論である。更に、図２に示すように車両用電力変換装置１１０とモータジェネレータ部２００とが一体に構成された一体構造式の発電電動機１０２に限らず、車両用電力変換装置１１０と発電電動機２００が物理的に分割された別体構造式の発電電動装置であってもよい。
ゲート制御部２１０は、ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃのオン、オフ指令制御を行う。このゲート制御部２１０は、図３に示すように、回転子位置検出部２１１と、ダイオード通電状態検出部２１２と、タイミング処理部２１３と、ゲート指令生成部２１４、及びゲート指令監視部２１５とから構成されている。
回転子位置検出部２１１は、例えばレゾルバやホール素子等を用いて、モータージェネレータ部２００の回転子の位置をリアルタイムに検出し、回転子位置信号Positionを検出する。ダイオード通電状態検出部２１２は、ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃに夫々並列に接続されたダイオードの導通状態を検出する手段で、夫々のダイオードに順方向電流が流れてその両端に順電圧Ｖfが発生したときダイオードのオン状態を検出し、ダイオードに順方向電流が流れずその両端間がオープンとなり順方向電圧Ｖｆが発生しないときダイオードオフ状態を検出する。
今、電力変換部２２０の負極側端子Ｎの電位を基準に、正極側端子Ｐの電圧（以下、正極側端子電圧と称する）をＶp、三相の各端子Ｕ、Ｖ、Ｗの電圧をＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗとすれば、上アームスイッチング素子であるＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃの夫々のダイオードオンタイミングは、以下の判定式に基づいて回転子位置検出部２１１により検出可能である。
ＵＨダイオードオン状態検出判定式：Ｖｐ≦Ｖｕ≦Ｖｐ＋Ｖｆ （式１）
ＶＨダイオードオン状態検出判定式：Ｖｐ≦Ｖｖ≦Ｖｐ＋Ｖｆ （式２）
ＷＨダイオードオン状態検出判定式：Ｖｐ≦Ｖｗ≦Ｖｐ＋Ｖｆ （式３）
ＵＨダイオードオン状態検出判定式：Ｖｐ≦Ｖｕ≦Ｖｐ＋Ｖｆ （式１）
ＶＨダイオードオン状態検出判定式：Ｖｐ≦Ｖｖ≦Ｖｐ＋Ｖｆ （式２）
ＷＨダイオードオン状態検出判定式：Ｖｐ≦Ｖｗ≦Ｖｐ＋Ｖｆ （式３）
又、ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３の夫々のダイオードオフタイミングは、以下の判定式に基づいて回転子位置検出部２１１により検出可能である。
ＵＨダイオードオフ状態検出判定式：Ｖｕ＜Ｖｐ （式４）
ＶＨダイオードオフ状態検出判定式：Ｖｖ＜Ｖｐ （式５）
ＷＨダイオードオフ状態検出判定式：Ｖｗ＜Ｖｐ （式６）
ＵＨダイオードオフ状態検出判定式：Ｖｕ＜Ｖｐ （式４）
ＶＨダイオードオフ状態検出判定式：Ｖｖ＜Ｖｐ （式５）
ＷＨダイオードオフ状態検出判定式：Ｖｗ＜Ｖｐ （式６）
下アームスイッチング素子であるＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＶＬ２２４ｃの夫々のダイオードオンタイミングは、以下の判定式に基づいて回転子位置検出部２１１により検出可能である。
ＵＬダイオードオン状態検出判定式：−Ｖｆ≦Ｖｕ≦０ （式７）
ＶＬダイオードオン状態検出判定式：−Ｖｆ≦Ｖｖ≦０ （式８）
ＷＬダイオードオン状態検出判定式：−Ｖｆ≦Ｖｗ≦０ （式９）
ＵＬダイオードオン状態検出判定式：−Ｖｆ≦Ｖｕ≦０ （式７）
ＶＬダイオードオン状態検出判定式：−Ｖｆ≦Ｖｖ≦０ （式８）
ＷＬダイオードオン状態検出判定式：−Ｖｆ≦Ｖｗ≦０ （式９）
一方、ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＶＬ２２４ｃの夫々のダイオードオフタイミングは、以下の判定式に基づいて回転子位置検出部２１１により検出可能である。
ＵＬダイオードオフ状態検出判定式：０＜Ｖｕ （式１０）
ＶＬダイオードオフ状態検出判定式：０＜Ｖｖ （式１１）
ＷＬダイオードオフ状態検出判定式：０＜Ｖｗ （式１２）
ＵＬダイオードオフ状態検出判定式：０＜Ｖｕ （式１０）
ＶＬダイオードオフ状態検出判定式：０＜Ｖｖ （式１１）
ＷＬダイオードオフ状態検出判定式：０＜Ｖｗ （式１２）
図４は、全てのスイッチング素子のスイッチング制御を行っていない状態に於いて、ダイオード通電状態検出部の動作を説明するタイミングチャートである。図４に於いて、Ｕ相電流Ｉｕ、Ｖ相電流Ｉｖ、Ｗ相電流Ｉｗの各相電流に対して、Ｕ相電圧Ｖｕ、Ｖ相電圧Ｉｖ、Ｗ相電圧Ｉｗが、図示の関係にあるとき、ＵＨダイオードは、Ｕ相電圧Ｖｕが正極側端子電圧Ｖｐに対して前記（式１）を満たすタイミングに達したタイミングｔ１に於いて導通し、ダイオード通電状態検出部２１２は、タイミングｔ１でＵＨダイオードのオンを検出する。
ＷＨダイオードは、Ｗ相電圧Ｖｗが正極側端子電圧Ｖｐに対して前記（式６）を満たすタイミングに達したタイミングｔ２に於いて非導通となり、ダイオード通電状態検出部２１２は、タイミングｔ２でＷＨダイオードのオフ状態を検出する。ＷＬダイオードは、Ｗ相電圧Ｖｗが零以下となり前記（式９）を満たすタイミングに達したタイミングｔ３にて導通し、ダイオード通電状態検出部２１２は、タイミングｔ３でＷＬダイオードのオン状態を検出する。
同様にして、ＶＨダイオード、ＵＬダイオード、ＷＨダイオード、及びＶＬダイオードは、夫々タイミングｔ５、ｔ７、ｔ９、及びｔ１１に於いて導通し、ダイオード通電状態検出部２１２は、タイミングｔ５、ｔ７、ｔ９、及びｔ１１で夫々のオン状態を検出し、又、ＶＬダイオード、ＵＨダイオード、ＷＬダイオード、ＶＨダイオード、及びＵＬダイオードは、夫々タイミングｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、及びｔ１２に於いて非導通となり、ダイオード通電状態検出部２１２は、タイミングｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、及びｔ１２で夫々のオフ状態を検出することができる。
回転子位置検出部２１１からの回転子位置信号Positionは、図４に示すように、この実施の形態１では、タイミングｔ２とタイミングｔ１４との間の回転子位置信号に基づき電気角３６０度の間で値が増加し、電気角３６０度毎にこれを繰り返す信号であり、その値により回転子の位置を特定することができる。
この発明の実施の形態１の場合、ダイオード通電状態検出部２１２は、前述の（式１）乃至（式１２）に基づいて、全てのスイッチング素子に並列接続されたダイオードのオン、オフのタイミングを検出し、それらのタイミングｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９、ｔ１１でダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingを出力し、タイミングｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２でダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingを発生し、夫々、タイミング処理部２１３、及び後述のゲート指令監視部２１５に入力する。
タイミング処理部２１３は、ダイオード通電状態検出部２１２からのダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timing、及びダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingを受け、夫々のダイオードオンタイミングｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９、ｔ１１、及びダイオードオフタイミングｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２に対応する回転子位置信号Positionの値を記憶する。
更に、タイミング処理部２１３は、前記のようにして得た上ダイオードのオンタイミングｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９、ｔ１１から後述するスイッチング素子のオン確保時間の後のタイミングをスイッチング素子のオンタイミングと予測してスイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*を発生し、又、前回記憶した回転子位置信号Positionの値から、オフタイミングｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２よりオフ確保時間の前のタイミングをスイッチング素子のオフタイミングとして予測してスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*を発生し、これらの信号をゲート指令生成部２１４に入力すると共に、これと同タイミングにて、監視用オンタイミング信号Ｘ１on_Timingと、監視用オフタイミング信号Ｘ１off_Timingをゲート指令監視部２１５に夫々入力する。
尚、夫々のダイオードのオフタイミングは、実際には相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが極側端子電圧Ｖｐに達したタイミングからさらに所定値だけ低下したタイミングとなるが、図４では、説明を簡単にするためそのヒステリシス特性を無視して記載している。
ゲート指令生成部２１４では、タイミング処理部２１３により予測演算されたスイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*、及びスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*と、回転子位置検出部２１１からの回転位置信号Positionとに基づいて、夫々対応するＵＨ２２３ａと、ＶＨ２２３ｂと、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂと、ＶＬ２２４ｃのゲート指令信号Ｘon*を生成し、これらのスイッチング素子のゲートに入力する。
図５は、一例として、ゲート指令生成部２１４により上アームスイッチング素子であるＶＨ２２３ｂに対するゲート指令信号Ｘon*を生成する方法を示した詳細なタイミングチャートである。図５に於いて、ダイオード通電状態検出部２１２は、前述したようにＶ相電圧Ｖｖが正極側端子電圧Ｖｐを越えたタイミングｔ５にてダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingを出力し、タイミング処理部２１３に入力する。
タイミング処理部２１３は、ダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingが入力されたタイミングｔ５に於ける回転子位置信号Positionの値θon(t)を記憶すると共に、タイミングｔ５にＶＨ２２３ｂのオン確保時間（角度）分を加算した位置となるタイミングｔ５１にてスイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*を発生し、ゲート指令生成部２１４に入力する。ゲート指令生成部２１４は、スイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*が入力されたタイミングｔ５１にてゲート指令信号Ｘon*を発生し、この信号をＶＨ２２３ｂのゲートに与えてこれを導通させる。
次に、ダイオード通電状態検出部２１２は、Ｖ相電圧Ｖｖが正極側端子電圧Ｖｐからヒステリシス電圧値[Ｖｐ＋Ｈis]を減算した値まで低下するタイミングｔ１０にて、ダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingを出力しタイミング処理部２１３に入力する。タイミング処理部２１３は、ダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingが入力されたタイミングに於ける回転子位置信号Positionの値θoff(t)を逐次記憶しており、その記憶している以前の回転子位置信号Positionの値θoff(t)からＶＨ２２３ｂのオフ確保時間（角度）分を減算した値θoff(t-1)に回転子位置信号Positionの値が達したタイミングｔ１０１にてスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*を発生し、ゲート指令生成部２１４に入力する。
ゲート指令生成部２１４は、スイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*が入力されたタイミングｔ１０１でゲート指令信号Ｘon*を停止し、ＶＨ２２３ｂを非導通とする。ＶＨ２２３ｂは、タイミングｔ１０１にて非導通となり、ＶＨダイオードのみの通電となるが、前述の図４に示すように、ダイオード通電状態検出部２１２は、ＶＨ２２３ｂのオフ状態とタイミングｔ１０にてダイオードオフタイミング信号Xoff_Timingの検出が可能である。
尚、図５では、上アームスイッチング素子の一つとしてＶＨ２２３ｂの場合について説明したが、他の上アームスイッチング素子ＵＨ２２３ａ、ＷＨ２２３ｃ、及び下アームスイッチング素子ＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＷＬ２２４ｃに対しても、前述と同様の考え方により、ゲート指令生成部２１４からゲート指令信号Ｘon*の発生及び停止を行ない、これらのスイッチング素子をオン、オフ制御することができる。
図６は、図５に述べたオン指令信号Ｘon*により、ＵＨ２２３ａ、ＶＨ２２３ｂ、ＷＨ２２３ｃ、及びＵＬ２２４ａ、ＶＬ２２４ｂ、ＶＬ２２４ｃのスイッチング制御を行っている場合のタイミングチャートである。即ち、図６に於いて、ＵＨ２２３ａはタイミングｔ１１にて導通しタイミングｔ６１にて非導通となり、ＶＨ２２３ｂは前従の通りタイミングｔ５１にて導通しタイミングｔ１０１にて非導通となり、ＷＨ２２３ｃはタイミングｔ９１にて導通しタイミングｔ１４１にて非導通となる。又、ＵＬ２２４ａはタイミングｔ７１にて導通しタイミングｔ１２１にて非導通となり、ＶＬ２２４ｂはタイミングｔ１１１にて導通しタイミングｔ１５１にて非導通となり、ＷＬ２２４ｃはタイミングt３１にて導通しタイミングｔ８１にて非導通となる。
図３に戻り、ゲート指令監視部２１５は、ダイオード通電状態検出部２１２からダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingとダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingとが入力され、又、タイミング処理部２１３から監視用オンタイミング信号Ｘ１on_Timingと監視用オフタイミング信号Ｘ１off_Timingとが入力され、更にゲート指令生成部２１４からゲート指令信号Ｘon*が入力される。これらの入力信号に基づいて、ゲート指令監視部２１５は、ゲート指令信号Ｘon*の信号発生タイミングの監視を行なう。次に、そのゲート指令監視部２１５によるゲート指令信号Ｘon*の信号発生タイミングの監視の仕方について説明する。
通常、同期整流が正常に行われている場合には、前述したように、ＵＨダイオード乃至ＷＬダイオードのオンタイミングから夫々対応するスイッチング素子のオン確保時間（角度）経過した後に、スイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*を発生してゲート指令信号Ｘon*がオンとなる。一方、オフ動作の場合には、回転子位置信号Positionが以前の動作で記憶した値に達したタイミングｔ１０１にてスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*を発生し、ゲート指令信号Ｘon*がオフとなる。そしてタイミングｔ１０１からスイッチング素子のオフ確保時間（角度）経過した後のタイミングｔ１０にて、ダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingが発生することになる。
しかし、図７に示すように、何らかの要因により、ゲート指令信号Ｘon*がオフとなるタイミングが本来のタイミングｔ１０１からタイミングｔ１０に遅れた場合、そのスイッチング素子のオフ確保が正常に行われなくなり、ゲート指令信号Ｘon*のオフのタイミングｔ１０後、オフ確保時間（角度）を経過することなく直ちにダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingが発生することになる。又、ゲート指令信号Ｘon*のオフタイミングがタイミングｔ１０までも遅れないとしても、本来のオフタイミングのタイミングｔ１０１からタイミングｔ１０に至るまでのいずれかのタイミング（図８の斜線部分のいずれかのタイミング）である場合でも、その遅れたタイミングからダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingが発生するタイミングｔ１０までの時間は、やはり本来のスイッチング素子のオフ確保時間より短くなる。
このように、ゲート指令信号Ｘon*のオフタイミングが遅れ、特に図８に示すようにタイミングｔ１０まで遅れた状況になると、ゲート指令信号Ｘon*のオフと同時にダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingが現れるようになり、実際にゲート指令信号Ｘon*が正常に発生しているのか否かの判定ができなくなる。
同様に、何らかの要因により、図７に示すゲート指令信号Ｘon*がオンとなるタイミングが、本来のタイミングｔ５１からタイミングｔ５に極端に早くなったような場合、ダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingの発生と同時にゲート指令信号Ｘon*がオンとなり、スイッチング素子のオン確保時間（角度）を経過することがなくなり、そのスイッチング素子のオン確保が正常に行われなくなる。
そこで、ゲート指令監視部２１５は、このような状況を回避するために、実際のゲート指令信号Ｘon*のオンタイミング及びオフタイミングと、タイミング処理部２１３から入力された監視用オンタイミング信号Ｘ１on_Timingと監視用オフタイミング信号Ｘ１off_Timingとの発生タイミングとを比較し、必ずダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingが発生してからスイッチング素子のオン確保時間（角度）を経過後に、ゲート指令信号Ｘon*のオンタイミングとなっているか否か、及び、ゲート指令信号Ｘon*のオフタイミングからスイッチング素子のオフ確保時間経過後に、ダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingが発生しているか否かを監視し、この関係が崩れた場合には、即座にゲートオン動作禁止信号Enableをゲート指令生成部２１４に与えてスイッチング素子のゲートオン動作を禁止するようにしている。
通常、回転電機に負荷がある場合、回転電機の回転数や負荷の大きさによって夫々のスイッチング素子に並列接続されたダイオードが通電状態となるときの回転子の回転位置が変化するが、前述したように、ダイオードが通電状態となるときのダイオードオンタイミングとダイオードが非通電状態となるときのダイオードオフタイミングに対応する回転子位置信号の値を逐次記憶し、この記憶に基づいて算出したタイミングに基づいて、上アームスイッチング素子であるＵＨ２２３ａと、ＶＨ２２３ｂと、ＷＨ２２３ｃ、及び下アームスイッチング素子ＵＬ２２４ａと、ＶＬ２２４ｂ、及びＷＬ２２４ｃのゲート指令信号Ｘon*のオン、オフを行なうので、負荷変動に影響を受けないアームスイッチング素子のオン、オフ制御を容易に行なうことができ、高効率でかつ信頼性の高い発電動作が可能となる車両用車両用電力変換装置が実現できる。
ゲート指令監視部は、ダイオードオンタイミングとダイオードオフタイミングのうちの少なくとも一方を監視し、そのタイミングの異常を検知したときスイッチング素子のスイッチング動作を禁止するようにすることができる。
又、ゲート指令監視部は、ダイオードオンタイミングが前記ゲート指令信号の前に存在する第１の関係と、ダイオードオフタイミングが前記ゲート指令信号の後に存在する第２の関係を監視し、少なくとも一方の関係が否定されたとき前記スイッチング素子のスイッチング動作を禁止することができる。
又、この発明の実施の形態１に係る車両用電力変換装置によれば、ダイオード通電状態検出部２１２は電力変換部の各相上下アームにある各々全てのダイオードが通電状態となるときのダイオードオンタイミングとダイオードが非通電状態となるときのダイオードオフタイミングを検出しているので、ダイオードの通電状態の検出精度が高く、信頼度の高い車両用電力変換装置を得ることができる。
実施の形態２．
前述の実施の形態１の場合、ダイオード通電状態検出部２１２は、全てのスイッチング素子について、そのオン、オフのタイミングを検出し、それらのタイミングｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９、ｔ１１でダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingを出力し、タイミングｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２でダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingを発生していた。
前述の実施の形態１の場合、ダイオード通電状態検出部２１２は、全てのスイッチング素子について、そのオン、オフのタイミングを検出し、それらのタイミングｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９、ｔ１１でダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingを出力し、タイミングｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２でダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingを発生していた。
この発明の実施の形態２に係る車両用電力変換装置は、下アームのＵＬダイオード、ＶＬダイオード、ＷＬダイオードのダイオードオンタイミング、及びダイオードオフタイミングは、上アームのダイオードオンタイミング、及びダイオードオフタイミングから予測することができることから、ダイオード通電状態検出部２１２は、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の上アームのＵＨダイオード、ＶＨダイオード、ＷＨダイオードのダイオードオンタイミングとダイオードオフタイミングのみを実際に検出し、その夫々のタイミングから、下アームのＵＬダイオード、ＶＬダイオード、ＷＬダイオードのダイオードオンタイミング、及びダイオードオフタイミングを推測するようにしたものである。
図８は、この発明の実施の形態２に於ける車両用電力変換装置のダイオード通電状態検出部の動作を説明するタイミングチャートである。図８に示すように、ダイオード通電状態検出部２１２は、上アームのＵＨダイオード、ＶＨダイオード、ＷＨダイオードについてのみ、夫々の実際のオンタイミングｔ１、ｔ５、ｔ９、及びオフタイミングｔ６、ｔ１０、ｔ２を検出し、それらのタイミングでダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timing、及びダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingを発生してタイミング処理部２１３、及び後述のゲート指令監視部２１５に入力する。
タイミング処理部２１３は、ダイオード通電状態検出部２１２からのダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timing、及びダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingを受け、夫々のオンタイミングｔ１、ｔ５、ｔ９、及びオフタイミングｔ６、ｔ１０、ｔ２に対応する回転子位置信号Positionの値を記憶する。そして、そのオンタイミングから前述したようにスイッチング素子のオン確保時間の後のタイミングに於いてスイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*を発生し、又、記憶している以前のダイオードオフタイミングに対応する回転子位置検出信号Positionからスイッチング素子のオフ確保時間に相当する値に対応する前のタイミングに於いてスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*を発生し、これらの信号をゲート指令生成部２１４に入力すると共に、これと同タイミングにて、監視用オンタイミング信号Ｘ１on_Timingと、監視用オフタイミング信号Ｘ１off_Timingをゲート指令監視部２１５に夫々入力する。
更に、タイミング処理部２１３は、前記のようにして得た上ダイオードのダイオードオンタイミングｔ１、ｔ５、ｔ９、及びダイオードオフタイミングｔ６、ｔ１０、ｔ２から夫々電気角１８０度遅れたタイミングｔ７、ｔ１１、ｔ１５、及びｔ１２、ｔ１６、ｔ８を演算し、これらのタイミングを下アームのＵＬダイオード、ＶＬダイオード、ＷＬダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングとして推定すると共に、これらのタイミングに対応する回転子位置信号Positionの値を記憶する。そして、それらのダイオードオンタイミングからスイッチング素子のオン確保時間の後のタイミングに於いてスイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*を発生する。
又、推定したダイオードオフタイミングタイミングに於ける回転子位置信号Positionの値θoff(t)を逐次記憶しており、その記憶している以前の回転子位置信号Positionの値θoff(t)からスイッチング素子のオフ確保時間（角度）分を減算した値θoff(t-1)に回転子位置信号Positionの値が達したタイミングにてスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*を発生し、これらの信号をゲート指令生成部２１４に入力すると共に、これと同タイミングにて、監視用オンタイミング信号Ｘ１on_Timingと、監視用オフタイミング信号Ｘ１off_Timingをゲート指令監視部２１５に夫々入力する。
ゲート指令生成部２１４では、タイミング処理部２１３から入力されたスイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*、及びスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*と、回転子位置検出部２１１からの回転位置信号Positionとから、夫々のスイッチング素子のゲート指令信号Ｘon*を生成し出力する。その他の構成及び動作については実施の形態１と同様である。
この実施の形態２による車両用電力変換装置によれば、下アームのＵＬダイオード、ＶＬダイオード、ＷＬダイオードの、オンタイミング及びオフタイミングを実際に検出する必要がなく、ダイオード通電状態検出部２１２の構成を簡単とすることができる。
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る車両用電力変換装置では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のうちの一つの相を代表相とし、その特定の相に対応するスイッチング素子に並列接続されたダイオードの実際のダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出し、この検出したタイミングから上アームの他の相のダイオードのオンタイミング及びオフタイミングを予測すると共に、前記の特定の相の下アームのスイッチング素子に並列接続されたダイオードのオンタイミング及びオフタイミングを検出し、この検出したタイミングから下アームの他の相のダイオードのオンタイミング及びオフタイミングを推定するようにしたものである。
この発明の実施の形態３に係る車両用電力変換装置では、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のうちの一つの相を代表相とし、その特定の相に対応するスイッチング素子に並列接続されたダイオードの実際のダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出し、この検出したタイミングから上アームの他の相のダイオードのオンタイミング及びオフタイミングを予測すると共に、前記の特定の相の下アームのスイッチング素子に並列接続されたダイオードのオンタイミング及びオフタイミングを検出し、この検出したタイミングから下アームの他の相のダイオードのオンタイミング及びオフタイミングを推定するようにしたものである。
図９は、この発明の実施の形態３に係る車両用電力変換装置のダイオード通電状態検出部２１２の動作を説明するタイミングチャートである。この実施の形態３では、図９に示すように、Ｕ相を代表相とし、その上アームのＵＨ２２３ａ、及び下アームのＵＬ２２４ａに夫々並列に接続されているＵＨダイオード、及びＵＬダイオードのダイオードオンタイミングｔ１、ｔ７、及びダイオードオフタイミングｔ６、ｔ１２１をダイオード通電状態検出部２１２により実際に検出する。
そして、検出したＵＨダイオードのオンタイミングｔ１から電気角１２０遅れたタイミングｔ５、及び２４０度遅れたタイミングｔ９を、ＶＨダイオード及びＷＨダイオードのダイオードオンタイミングとして推定し、又、検出したＵＬダイオードのオンタイミングｔ７から電気角１２０度遅れたタイミングｔ１１、及び２４０度遅れた時点ｔ１５を、ＶＬダイオード及びＷＬダイオードのオンタイミングとして推定する。
更に、検出したＵＨダイオードのダイオードオフタイミングｔ６から電気角１２０遅れたタイミングｔ１０、及び２４０度遅れたタイミングｔ１４を、ＶＨダイオード及びＷＨダイオードのダイオードオフタイミングとして推定し、又、検出したＵＬダイオードのダイオードオフタイミングｔ１２１から電気角１２０度遅れたタイミングｔ４、及び２４０度遅れた時点ｔ８を、ＶＬダイオード及びＷＬダイオードのダイオードオフタイミングとして推定するものである。その他の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。
実施の形態３による車両用電力変換装置によれば、上アームのＶＨダイオード及びＷＨダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出する必要がなく、又、下アームのＶＬダイオード及びＷＬダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを実際に検出する必要がなく、ダイオード通電状態検出部２１２の構成を簡単とすることができる。
実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係る車両用電力変換装置のダイオード通電状態検出部の動作を説明するタイミングチャートである。実施の形態４では、図１０に示すように、Ｕ相を代表相としその上アームのＵＨ２２３ａに並列接続されたＵＨダイオードのダイオードオンタイミングｔ１、及びダイオードオフタイミングｔ６のみをダイオード通電状態検出部２１２により実際に検出する。
図１０は、この発明の実施の形態４に係る車両用電力変換装置のダイオード通電状態検出部の動作を説明するタイミングチャートである。実施の形態４では、図１０に示すように、Ｕ相を代表相としその上アームのＵＨ２２３ａに並列接続されたＵＨダイオードのダイオードオンタイミングｔ１、及びダイオードオフタイミングｔ６のみをダイオード通電状態検出部２１２により実際に検出する。
そして、検出したＵＨダイオードのダイオードオンタイミングｔ１から電気角１２０遅れたタイミングｔ５、及び２４０度遅れたタイミングｔ９を、ＶＨダイオード及びＷＨダイオードのオンタイミングとして推定し、又、検出したＵＨダイオードのオンタイミングｔ１から電気角１８０度遅れたタイミングｔ７、及びタイミングｔ５及びｔ９から夫々電気角１８０°度遅れたタイミングｔ１１、及びｔ１５を、夫々ＶＬダイオード及びＷＬダイオードのダイオードオンタイミングとして推定する。
更に、検出したＵＨダイオードのオフタイミングｔ６から電気角１２０遅れたタイミングｔ１０、及び２４０度遅れたタイミングｔ１４を、ＶＨダイオード及びＷＨダイオードのオフタイミングとして推定し、又、検出したＵＨダイオードのオフタイミングｔ６から電気角１８０度遅れたタイミングｔ１２、及び２４０度遅れた時点ｔ１４を、ＶＨダイオード及びＷＨダイオードのオフタイミングとして推定し、又、検出したＵＨダイオードのオフタイミングｔ６から電気角１８０度遅れたタイミングｔ１２、及びタイミングｔ１０及びｔ２から夫々電気角１８０°度遅れたタイミングｔ１６及びｔ８を、夫々ＵＬダイオード、ＶＬダイオード及びＷＬダイオードのダイオードオフタイミングとして推定する。その他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。
実施の形態４による車両用電力変換装置によれば、上アームの代表相のスイッチング素子以外の全てのスイッチング素子に並列接続されたダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを実際に検出する必要がなく、ダイオード通電状態検出部２１２の構成を簡単とすることができる。
実施の形態５．
図１１は、この発明の実施の形態５に係る車両用電力変換装置の、ゲート指令信号の生成について説明するタイミングチャートである。図１１では、回転電機の例として電機子極対数を８極とし、回転子位置検出手段の取付け方により回転子位置検出部２１１の出力である回転位置信号Positionの値に誤差が生じている状態を示している。
図１１は、この発明の実施の形態５に係る車両用電力変換装置の、ゲート指令信号の生成について説明するタイミングチャートである。図１１では、回転電機の例として電機子極対数を８極とし、回転子位置検出手段の取付け方により回転子位置検出部２１１の出力である回転位置信号Positionの値に誤差が生じている状態を示している。
回転位置信号Positionの誤差は、機械角３６０毎に繰り返されているため、電機子極対数８極のモータジェネレータであれば、電気角８周期前の誤差と等しい。従って、時刻ｎに於ける上アームスイッチング素子の制御は、時刻（ｎ−８）のダイオードオンタイミング、ダイオードオフタイミングに基づいてサンプリングされた、スイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*(n-8)とスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*(n-8)とにより生成したゲート指令信号Ｘon*により行うことで、回転子位置検出部２１１の出力である回転位置信号Positionの値に基づく誤差の影響がなくなる。
実施の形態５による車両用電力変換装置では、ゲート指令生成部２１４は、時刻（ｎ−８）に於けるスイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*(n-8)とスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*(n-8)とによりゲート指令信号Ｘon*を生成し、時刻ｎに於ける上アームのスイッチング素子に与える。尚、その他の構成は、実施の形態１と同様である。
実施の形態５による車両用電力変換装置によれば、回転位置信号Positionの誤差の影響を受けることなく、信頼性の高い制御を行うことができる。
実施の形態６．
図１２は、この発明の実施の形態６による車両用電力変換装置を説明する説明図であり、ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングの過去履歴マトリックスを示している。図１２に於いて、縦（列）方向に回転電機の極対数ｙ個のテーブル、横（行）方向に回転電機の軸回転回数の履歴ｘ個のテーブルを示す。
図１２は、この発明の実施の形態６による車両用電力変換装置を説明する説明図であり、ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングの過去履歴マトリックスを示している。図１２に於いて、縦（列）方向に回転電機の極対数ｙ個のテーブル、横（行）方向に回転電機の軸回転回数の履歴ｘ個のテーブルを示す。
回転電機の電機子極対数に対応してダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミング毎に、図１２に示すようにＤ１１→Ｄ１２→Ｄ１３とダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングをメモリに格納し、回転電機の極対数ｙ個目をＤ１ｙに格納した後は、横方向にテーブルを進ませ、Ｄ２１→Ｄ２２→Ｄ２３と縦方向に順に格納していき、ｘ×ｙ個のデータを格納するとＤ１１に戻し、以降、同様に格納していくことを繰り返す。
尚、軸回転回数履歴ｘは、適用するメモリや演算能力等のシステム的な制約により個数を選択し、極対数履歴ｙに関しては、必ずしも極対数個必要ではなく、極対数の約数個としても良い。例えば、回転子位置検出手段としてレゾルバを用いた場合、レゾルバの極数と回転電機の極数は必ずしも一致しない。このときに，レゾルバ取付けの偏心がダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングの検出結果に影響を及ぼすことがあるので、その影響を排除するために、回転電機とレゾルバ夫々の極対数の公約数個としてｙを選択する。
次に、この過去履歴マトリックス内のデータを用いてダイオードオンタイミング、ダイオードオフタイミングを算出する方法について述べる。前述のようにして選択したｘ×ｙ個のデータは，本来バラツキなくほぼ一致しているはずであるが、既に記載の通りさまざまな影響により一致しない。そこで、ｘ×ｙ個のデータの最大値、最小値及び平均値を既知の方法にて算出する。過去履歴マトリックスは、ダイオードオンタイミングとダイオードオフタイミング夫々に存在しているので、対となる夫々について最大値、最小値及び平均値を算出する。
そして、角度には「０」を跨ぐという周期関数的な要素を含んでいるので、ダイオードオンタイミング、及びダイオードオフタイミング夫々の最大値と最小値、及び角度「０」跨ぎの有無から、ダイオード通電状態が最も小さくなるダイオードオンタイミング、及びダイオードオフタイミングを求める。この場合、角度「０」跨ぎが存在しない場合は，ダイオードオンタイミングの最大値とダイオードオフタイミングの最小値が、ダイオード通電状態が最も小さくなるタイミングとなるが、角度「０」跨ぎが存在した場合は、前述のようにはならないため、注意を要する。
実施の形態６の態様の一つとして、算出したダイオード通電状態が最も小さくなるダイオードオンタイミング、及びダイオードオフタイミングから、図１２のオン、オフ夫々の確保角度（時間）の内側のタイミングをダイオードオンタイミングとする。
他の態様として、算出したダイオードオンタイミング、及びダイオードオフタイミングの平均値から、図１２のオン、オフ夫々の確保角度（時間）内側のタイミングをダイオード通電タイミングとする。
更に、図１２に記載のダイオードオンタイミング、及びダイオードオフタイミングの過去履歴マトリックスを使用して、この連続した過去履歴データ若しくは、横方向（軸回転回数方向）の平均値乃至は、最大値、最小値等と現在値データを比較し、その差分が閾値（例えば、±５度）を超えていれば、同期整流を禁止するようにした監視方法を現することができる。
実施の形態７．
図１３は、この発明の実施の形態７に係る車両用電力変換装置による、スイッチング素子の制御タイミングを示すタイミングチャートである。図１３に於いて、ゲート指令信号Ｘon*は、ダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingとダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingの中間点であるθcenterを中心にして、スイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*とスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*との間で、徐々に通電角Ｘon_Widthを変化させるものである。
図１３は、この発明の実施の形態７に係る車両用電力変換装置による、スイッチング素子の制御タイミングを示すタイミングチャートである。図１３に於いて、ゲート指令信号Ｘon*は、ダイオードオンタイミング信号Ｘon_Timingとダイオードオフタイミング信号Ｘoff_Timingの中間点であるθcenterを中心にして、スイッチング素子オンタイミング信号Ｘon_Timing*とスイッチング素子オフタイミング信号Ｘoff_Timing*との間で、徐々に通電角Ｘon_Widthを変化させるものである。
実施の形態８．
図１４は、この発明の実施の形態８に係る車両用電力変換装置の、ゲート指令信号の監視方法を示すタイミングチャートである。この実施の形態８では、ダイオード通電状態検出部２１２からのダイオードオンタイミングＸon_timingとダイオードオフタイミングＸoff_timingの時間的な周期性や、ダイオード通電時間、ダイオード非通電時間を基に、フェールセーフを構築する。
図１４は、この発明の実施の形態８に係る車両用電力変換装置の、ゲート指令信号の監視方法を示すタイミングチャートである。この実施の形態８では、ダイオード通電状態検出部２１２からのダイオードオンタイミングＸon_timingとダイオードオフタイミングＸoff_timingの時間的な周期性や、ダイオード通電時間、ダイオード非通電時間を基に、フェールセーフを構築する。
即ち、図１４に示すように、ダイオードに並列に接続しているスイッチング素子のオン時間Tdif_on(n-1)の最大値を、ダイオードの通電時間Tdif_on(n)よりも短くなるように制御する。これにより、スイッチング素子がオフ制御する機械的な位置でなくても、スイッチング素子をオフ制御することを可能なる。
１０１ 内燃機関
１０２ 発電電動機
１０３ 蓄電池
１１０ 車両用電力変換装置
２００ モータジェネレータ部
２０１ 発電電動機電機子巻線
２０２ 発電電動機界磁巻線
２１０ ゲート制御部
２１１ 回転子位置検出部
２１２ ダイオード通電状態検出部
２１３ タイミング処理部
２１４ ゲート指令生成部
２１５ ゲート指令監視部
２２０ 電力変換部
２２１ 界磁スイッチング素子
２２２ フリーホイルダイオード
２２３ａ Ｕ相上アームスイッチング素子
２２３ｂ Ｖ相上アームスイッチング素子
２２３ｃ Ｗ相上アームスイッチング素子
２２４ａ Ｕ相下アームスイッチング素子
２２４ｂ Ｖ相下アームスイッチング素子
２２４ｃ Ｗ相下アームスイッチング素子
Position 回転子位置信号
Ｘon_Timing ダイオードオンタイミング信号
Ｘoff_Timing ダイオードオフタイミング信号
Ｘon_Timing* スイッチング素子オンタイミング信号
Ｘoff_Timing* スイッチング素子オフタイミング信号
Ｘ１on_Timing 監視用オンタイミング信号
Ｘ１off_Timing 監視用オフタイミング信号
Ｘon* ゲート指令信号
Enable ゲートオン動作禁止信号
１０２ 発電電動機
１０３ 蓄電池
１１０ 車両用電力変換装置
２００ モータジェネレータ部
２０１ 発電電動機電機子巻線
２０２ 発電電動機界磁巻線
２１０ ゲート制御部
２１１ 回転子位置検出部
２１２ ダイオード通電状態検出部
２１３ タイミング処理部
２１４ ゲート指令生成部
２１５ ゲート指令監視部
２２０ 電力変換部
２２１ 界磁スイッチング素子
２２２ フリーホイルダイオード
２２３ａ Ｕ相上アームスイッチング素子
２２３ｂ Ｖ相上アームスイッチング素子
２２３ｃ Ｗ相上アームスイッチング素子
２２４ａ Ｕ相下アームスイッチング素子
２２４ｂ Ｖ相下アームスイッチング素子
２２４ｃ Ｗ相下アームスイッチング素子
Position 回転子位置信号
Ｘon_Timing ダイオードオンタイミング信号
Ｘoff_Timing ダイオードオフタイミング信号
Ｘon_Timing* スイッチング素子オンタイミング信号
Ｘoff_Timing* スイッチング素子オフタイミング信号
Ｘ１on_Timing 監視用オンタイミング信号
Ｘ１off_Timing 監視用オフタイミング信号
Ｘon* ゲート指令信号
Enable ゲートオン動作禁止信号
Claims (14)
- 車両に搭載される回転電機の電機子巻線と直流負荷との間に接続されたスイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記回転電機と前記直流負荷との間の電力変換を行う電力変換部と、前記回転電機が発電動作中で且つ前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記ダイオードのうちの少なくとも一つの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記ダイオード通電状態検出部が検出した前記ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに基づいて前記スイッチング素子のゲート指令信号を生成して前記スイッチング素子に与えるゲート指令生成部とを備え、前記ゲート指令信号による前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電力変換を行うようにした車両用電力変換装置であって、
前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、
前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、
前記ダイオード通電状態検出部は、前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値以上で且つ前記正極側電圧値に前記ダイオードの順方向電圧値を加えた電圧値以下の範囲となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値以下で且つ前記負極側端子の電圧値から前記ダイオードの順方向電圧値を減じた値以上の範囲となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、のうちの少なくとも一つを行う
ことを特徴とする車両用電力変換装置。 - 車両に搭載される回転電機の電機子巻線と直流負荷との間に接続されたスイッチング素
子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードを備え、前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記回転電機と前記直流負荷との間の電力変換を行う電力変換部と、前記回転電機が発電動作中で且つ前記スイッチング素子がオフ状態であるときの前記ダイオードのうちの少なくとも一つの通電状態に対応するダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出するダイオード通電状態検出部と、前記回転電機の回転子の位置に対応した回転子位置信号を発生する回転子位置検出部と、前記検出したダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに対応する前記回転子位置信号の値を逐次記憶し、前記記憶した前記回転子位置信号の値に基づいて前記スイッチング素子のスイッチング素子オンタイミング及びスイッチング素子オフタイミングを算出するタイミング処理部と、前記タイミング処理部が算出した前記スイッチング素子オンタイミング及びスイッチング素子オフタイミングに基づいて前記スイッチング素子のゲート指令信号を生成して前記スイッチング素子に与えるゲート指令生成部とを備え、前記ゲート指令信号による前記スイッチング素子のスイッチング動作により前記電力変換を行うようにした電力変換装置であって、
前記電力変換部は、交流側が前記多相電機子巻線の夫々の相に接続され直流側が前記直流負荷に接続されたブリッジ回路を備え、
前記スイッチング素子及びこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードは、前記ブリッジ回路の上アーム及び下アームを夫々構成し、
前記ダイオード通電状態検出部は、前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値以上で且つ前記正極側電圧値に前記ダイオードの順方向電圧値を加えた電圧値以下の範囲となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記上アームのダイオードが対応する前記電機子巻線の相電圧値が前記直流負荷の正極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記上アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値以下で且つ前記負極側端子の電圧値から前記ダイオードの順方向電圧値を減じた値以上の範囲となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオンタイミングとして検出すること、及び前記下アームのダイオードが対応する相の相電圧値が前記直流負荷の負極側端子の電圧値未満となるタイミングを前記下アームのダイオードの前記ダイオードオフタイミングとして検出すること、のうちの少なくとも一つを行う
ことを特徴とする車両用電力変換装置。 - 前記ダイオード通電状態検出部は、前記全てのスイッチング素子に並列接続されたダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電力変換装置。
- 前記ダイオード通電状態検出部は、前記夫々の相に対応する前記上アームのスイッチング素子に夫々並列接続されたダイオードのみのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電力変換装置。
- 前記ダイオード通電状態検出部は、前記多相電機子巻線の特定の相に対応して接続された上アームのスイッチング素子及び下アームのスイッチング素子に夫々並列接続されたダイオードのみのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電力変換装置。
- 前記ダイオード通電状態検出部は、前記多相電機子巻線の特定の相に対応して接続された上アームのスイッチング素子に並列接続されたダイオードのみのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電力変換装置。
- 前記ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングが検出されたダイオード以外のダイオードのダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングは、前記検出されたダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに基づいて推定することを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記タイミング処理部は、前記回転電機の極対数に基づく自然数Ｎ回前の記憶したダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングに対応する前記回転子位置信号の値から前記ダイオードの通電状態を予測して今回のダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを算出することを特徴とする請求項２乃至７の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記タイミング処理部は、前記記憶した回転子位置信号の値のバラツキに影響されないタイミングで前記ダイオードの通電状態を予測することを特徴とする請求項２乃至７の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記タイミング処理部は、前記自然数Ｎ回前の記憶したダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミング時の回転子位置の平均値に基づいて前記ダイオードの通電状態を予測して今回のダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングを算出することを特徴とする請求項２乃至７の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記ゲート指令生成部は、前記タイミング処理部が算出した前記ダイオードオンタイミング及びダイオードオフタイミングからダイオード通電期間の中心位置を算出し、前記算出した中心位置を基点として、前記スイッチング素子を導通させる範囲を変化させるよう前記ゲート指令信号を生成することを特徴とする請求項２乃至７の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記検出したダイオードオンタイミングとダイオードオフタイミングのうちの少なくとも一方に対する前記ゲート指令信号の生成タイミングを監視するゲート指令監視部を備えたことを特徴請求項１乃至１１の何れかに記載の車両用電力変換装置。
- 前記ゲート指令監視部は、前記ダイオードオンタイミングとダイオードオフタイミングのうちの少なくとも一方を監視し、そのタイミングの異常を検知したとき前記スイッチング素子のスイッチング動作を禁止することを特徴とする請求項１２に記載の車両用電力変換装置。
- 前記ゲート指令監視部は、前記ダイオードオンタイミングが前記ゲート指令信号の前に存在する第１の関係と、前記ダイオードオフタイミングが前記ゲート指令信号の後に存在する第２の関係を監視し、前記少なくとも一方の関係が否定されたとき前記スイッチング素子のスイッチング動作を禁止することを特徴とする請求項１２に記載の車両用電力変換装置。
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