JP2000004505A - バッテリ充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 充電装置において、バッテリ充電時にモータ
にトルクが発生せず、かつ小型軽量化を図る。 【解決手段】 充電制御のためのリアクタンスとして、
モータの巻線とは別にリアクトルを設け、その磁心をモ
ータと共用する。すなわち、昇（降）圧用のリアクトル
の巻線をステータ３０に設けた溝３６の中に配置する。
溝３６は、モータの磁気回路の磁気抵抗を増大させるこ
とがないように、例えば、相間のステータ３０の外周部
分に設けられる。リアクトルの巻線は、溝３６の内側に
沿ってステータ３０の軸方向に配置され、ステータ３０
の端面から取り出された巻線は隣の溝３６に渡され、こ
の溝３６に沿って軸の逆方向に配置される。このように
してステータ３０の外周に複数設けられた溝３６を巡る
ように巻線を配置することにより、ステータ３０を磁心
として利用したリアクトルが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータにその駆動
電力を供給するためのバッテリ、例えば電気自動車に搭
載されるバッテリを充電するバッテリ充電装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】モータをその負荷とするバッテリを外部
電源にて充電する際には、昇（降）圧リアクトルを用い
て、バッテリと外部電源との間の電圧変換が行われる。
従来の技術としては、モータの巻線インダクタンスがこ
の昇（降）圧リアクトルに用いられていた。この場合、
例えば、三相モータの各相の巻線に同電流、同位相の電
流を流すと、リアクタンスは実質的に非常に小さい漏れ
リアクタンスのみとなり、昇（降）圧リアクトルとして
は不十分である。そのため、三相のうちの一相又は二相
の巻線のみが利用される構成が提案された。

【０００３】しかし、外部電源からの電力によってバッ
テリを充電する際に、モータの三相のうちの一部の巻線
にのみに電流を流すと、モータが回転しうる。そこでこ
れを防止するための工夫が上記従来技術では必要とな
り、回路構成やモータ構造の設計が難しくなるという問
題があった。

【０００４】これに対し、モータの巻線とは別にリアク
トルを設けてリアクタンスを補う構成によれば、上記従
来技術の問題は回避される。この構成は、外部電源の一
方端子とモータの巻線の中性点とを結ぶ配線途中に、例
えばアモルファス等の電磁鋼板に巻線を形成した別体リ
アクトルを接続するというものであった。なお、このよ
うな外部電源とインバータとの間に別途リアクトルを設
ける構成の例は、特開平４−２７５００２号公報に示さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、別体リ
アクトルを用いると、バッテリ及びモータに付加される
充電装置の容積及び重量が増えるため、それら全体の小
型軽量化が難しくなるという問題と、コストが高くなる
という問題とがあった。

【０００６】本発明はこれら問題点を解決するためにな
されたものであり、充電時にモータの回転子が動くこと
を回避しつつ、バッテリ、モータ及び充電装置を含む構
成の小型軽量化を図り、またコストの低減を可能とする
充電装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る充電装置
は、バッテリと当該バッテリから供給される直流電流を
エネルギとして駆動されるモータとを備えた装置におい
て、外部電源からの電力にて前記バッテリを充電するも
のであって、前記外部電源から供給される電力を一時的
に蓄積し、蓄積したエネルギを前記バッテリへ放出する
リアクトルを有し、前記リアクトルは、前記モータのス
テータを構成する磁性体に設けられた通路に、巻線を通
されて構成され、前記磁性体を磁心として利用し、前記
通路は前記モータの磁気回路に影響を及ぼさない位置に
設けられることを特徴とするものである。

【０００８】本発明によれば、モータ巻線だけでは不足
する昇（降）圧に必要なリアクタンスを、モータ巻線と
は別に設けられるリアクトルにより補う。このリアクト
ルは、その磁心としてモータのステータを構成する磁性
体を利用する。すなわち、ステータにリアクトルの巻線
を通すための穴、溝といった通路が設けられ、これにリ
アクトルを構成する巻線を通すことによって、リアクタ
ンスを生じせしめる。巻線は、ステータに設けられた通
路に納められるので、当該リアクトルを設けることによ
ってモータの体格は増大しない。また、通路は、モータ
駆動時にモータ巻線がステータ内に形成する磁気回路の
磁気抵抗を増大させることがない位置に設けられる。例
えば、通路は、ステータの外周近く、かつ三相モータの
隣接する相を構成する巻線同士の間に配置されうる。ま
た、通路は、ステータを例えばモータのケースに取り付
けるためのねじ孔が設けられる突起部（ボス部）に配置
されうる。これにより、リアクトルがステータの磁性体
を共用することによるモータの性能低下を避けることが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図面に基づき説明する。なお、以下の説明では電気
自動車への適用を例示するが、本発明は電気自動車以外
のシステムにも適用できる。

【００１０】図１は、本発明の一実施形態である電気自
動車の、バッテリ、モータ及び充電装置からなるシステ
ムの概略の回路構成図である。実際にはこれらを制御す
る電子制御ユニット（ＥＣＵ）が存在するが、本発明の
説明には不要であるので図示を省略している。

【００１１】この電気自動車は、車両走行用の三相交流
永久磁石励磁型同期モータ１０及びその駆動電力源たる
バッテリ１２を搭載している。但し、モータ１０として
誘導モータを使用しても構わない。バッテリ１２とモー
タ１０の間には、インバータ１４が介在している。イン
バータ１４の直流側端子間には平滑コンデンサ１６が設
けられ、この直流側端子にバッテリ１２が接続される。
バッテリ１２の過渡応答特性はインバータ１４の動作に
追随できないおそれがあり、平滑コンデンサ１６はこれ
を補償するために設けられている。一方、インバータ１
４の３つの交流側端子は、三相交流を出力するものであ
り、それぞれモータ１０の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の
巻線に接続されている。

【００１２】インバータ１４は、各々モータ１０の各相
に対応し、直流端子間に順方向直列接続されている三対
のトランジスタＳ１〜Ｓ６と、各トランジスタに逆並列
接続されているダイオードＤ１〜Ｄ６とを有しており、
図示しないＥＣＵがトランジスタＳ１〜Ｓ６のスイッチ
ングパターンを制御することによって、トランジスタ同
士の接続点からの交流出力ひいてはモータ１０の出力を
制御することができる。

【００１３】なお、インバータ１４の３つのダイオード
列、すなわちダイオードＤ１、Ｄ２からなる列、ダイオ
ードＤ３、Ｄ４からなる列、ダイオードＤ５、Ｄ６から
なる列と並列に設けられたダイオードＤ７、Ｄ８の直列
接続は、充電動作にて用いられるものであり、これにつ
いては後述する。

【００１４】次に、このバッテリ及びモータに併設され
る充電装置の回路構成を説明する。充電装置は、例えば
商用交流電源である外部電源２０から電力を供給され、
これを整流してバッテリ１２に充電する。外部電源２０
から取得された交流は、ノイズフィルタ２２でノイズを
除去される。ちなみに、ノイズフィルタ２２にはノイズ
を除去するためのＬＣ回路が含まれるが、このＬＣ回路
を構成するリアクタンスＬは、外部電源２０に接続され
る端子間に一対に形成されるため、外部電源２０から供
給される電力を蓄積する効果はほとんど有していない。

【００１５】ノイズフィルタ２２の外部電源２０と反対
側の２端子はモータ１０及びインバータ１４を介してバ
ッテリ１２に接続される。その端子の一つには、本発明
に係るリアクトル２４が直列に接続され、そのリアクト
ル２４の他端がモータ１０の巻線の中性点に接続され
る。

【００１６】また、ノイズフィルタ２２のもう一つの端
子は、上述したダイオードＤ７とＤ８の接続点に接続さ
れる。ノイズフィルタ２２のリアクトル２４に接続され
る端子は、モータ１０のＵ相の巻線を介してダイオード
Ｄ１とＤ２との接続点に、またモータ１０のＶ相の巻線
を介してダイオードＤ３とＤ４との接続点に、またモー
タ１０のＷ相の巻線を介してダイオードＤ５とＤ６との
接続点に接続される。よって、トランジスタＳ１〜Ｓ６
を全てオフすることによって、ノイズフィルタ２２の両
端子間には整流ブリッジ回路が構成される。

【００１７】充電動作においては、リアクトル２４が外
部電源２０からの交流サイクルに応じて、電力の蓄積と
放出とを交互に繰り返す。本装置ではリアクトル２４は
電圧の昇圧作用を有している。すなわち、リアクトル２
４は外部電源２０からの電力を蓄積して、バッテリ１２
側に当該バッテリの端子間電圧より高い電圧で、蓄積し
た電力を放出する働きを有している。既に述べたように
その作用にはモータ１０の巻線も一部寄与している。リ
アクトル２４（及びモータ１０の巻線）を介して昇圧さ
れた交流電力は、上述したようにダイオードＤ１〜Ｄ８
により構成される整流ブリッジ回路を用いて整流され、
バッテリ１２に供給され、充電される。

【００１８】以上、図１を用いて述べた回路構成自体
は、従来のものと同様である。本発明の主たる特徴は、
リアクトル２４をモータ１０のステータを利用して構成
した点にある。図２は、モータ１０のステータ部の模式
的な正面図である。ステータ３０は、例えばアモルファ
ス等の電磁鋼板を積層して形成される。その内部空洞に
はモータ１０の回転子が収納されるが、ここでは図示し
ていない。空洞に面した側には、多数のスロット３２が
設けられ、ここにモータ巻線が収納される。例えば、図
においてモータ巻線は６極を構成するように巻かれ、各
極に対応する巻線がモータ駆動時に形成される磁束３４
の様子も図示されている。

【００１９】本装置では、隣接する極間（相間）の６つ
のそれぞれの位置に対応して、ステータ３０の外周面
に、その軸方向に延びる溝３６が形成される。この溝３
６が配置される極間かつステータ３０外周の位置は磁束
密度が低い部分であり、よって溝３６を形成することに
よるモータ１０の巻線の磁気回路が受ける影響を回避す
ることができる。すなわち、溝３６を設けることによる
当該磁気回路の磁気抵抗の増大が抑制され、モータ１０
の性能低下が回避される。そして、この溝３６内に、リ
アクトル２４の巻線が形成される。リアクトル２４は、
その巻線がある１つの溝３６内に沿って収納され、次に
例えば図２に表されるステータ３０の端面を渡して隣接
する溝３６へ渡され、同様にこの溝３６内に沿って配置
されるといった形で各溝に順に配置され、ステータ３０
の周囲を一周することにより構成される。つまり、例え
ばある溝３６内の巻線において、電流が図２の紙面手前
向きに流れるときには、隣接する溝３６内の巻線では電
流は紙面裏側に向かって流れることになる。このよう
に、巻線は例えば電流が隣接する溝において交互方向に
流れるように配置される。なお、各溝３６は巻線を収納
できれば充分であり、それに伴い溝３６の深さもせいぜ
い数ｍｍ程度で足りるので、このこともモータ１０の磁
気回路への影響が小さい要因である。

【００２０】また、ステータ３０の製造方法として、図
２に示すような形に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を重ね
合わせて作る方法がある。この製造方法では、重ね合わ
せた電磁鋼板の外周表面の例えば数ヶ所にて、軸方向に
線状に溶接を行って、一体に構成することが行われる。
この場合、溶接した部分は、わずかに盛り上がるため、
これがモータをケースに収納する際に邪魔にならないよ
う、ステータ３０の外周に軸方向に溝を設けて、その底
部にて溶接を行う配慮がなされる。本発明のリアクトル
２４の巻線を配置する溝３６は、そのような溶接用の溝
と共用とすることもできる。それにより、溝を作る手間
が削減され、また溝の数が少なくなり、モータ１０の磁
気回路への溝の及ぼす影響を抑制することができる。

【００２１】上述のように、リアクトル２４の巻線をス
テータ３０に設けた溝３６に配置することにより、リア
クトル２４はステータ３０の電磁鋼板を磁心として利用
することができ、しかも、モータ１０の性能に影響を与
えることがない。

【００２２】また、リアクトル２４をステータ３０の外
周に配することにより、充電時にはリアクトル２４の発
熱によりモータ１０が加温され、これにより冷間時のオ
イル粘性による抵抗が削減され、充電後のモータ１０の
効率が改善されるというメリットもある。

【００２３】図３は、本発明の他の実施形態を示すもの
であり、モータ１０の他のステータの模式的な正面図を
示している。このステータ５０には、モータ１０をケー
ス等に取り付けるためのボス部５２が、ステータ５０の
外周の例えば４方向に設けられている。ボス部５２に
は、モータ１０を固定するためのねじ孔５４とともに、
その両側にリアクトル２４の巻線を通すための通路であ
る孔５６がそれぞれ２つずつ設けられ、その孔５６は図
３の紙面垂直方向に延びている。上記実施形態と同様、
この複数の孔５６内に巻線を順次通すことによりリアク
トル２４を形成することができる。この形態では、孔５
６は、ステータ５０の外周面よりも外側に位置するた
め、モータ１０の磁気回路に与える影響は、上記実施形
態より一層小さく、また、ボス部５２を設ける位置につ
いても自由である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外部電源２０の電圧を昇（降）圧し、バッテリ１２への
充電制御性を高めるために外部電源２０とモータ１０と
の間に設けられるリアクトルが、モータのステータの電
磁鋼板を共用する形で形成される。本発明の構成は、モ
ータの巻線の一部を充電制御のためのリアクタンスとし
て用いる場合と異なり、充電時にモータにトルクが発生
することへの対策が不要である点で構成が容易であると
いう従来の構成を、リアクトルを別体に設けることなく
実現するものである。つまり、本発明によれば、モータ
とは別体でリアクトルを設ける必要がないため、充電装
置の占める体積を小さくすることができる効果と、当該
リアクトルの磁心を別途必要としないため軽量化が図ら
れる効果が得られ、例えば当該充電装置を搭載する自動
車の小型軽量化が図られる。また、磁心をモータのステ
ータと共用することにより、コストの低減も図られると
いう効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態である電気自動車の、バ
ッテリ、モータ及び充電装置からなるシステムの概略の
回路構成図である。

【図２】 本発明の実施形態に係るモータのステータ部
の模式的な正面図である。

【図３】 本発明の実施形態に係るモータの他のステー
タの模式的な正面図を示している。

【符号の説明】

１０ モータ、１２ バッテリ、１４ インバータ、１
６ 平滑コンデンサ、２０ 外部電源、２２ ノイズフ
ィルタ、２４ リアクトル、３０，５０ ステータ、３
２ スロット、３６ 溝、５２ ボス部、５４ ねじ
孔、５６ 孔、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｓ１〜Ｓ６
トランジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 芳彦 愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ ン・エィ・ダブリュ株式会社内 Ｆターム(参考） 5H111 AA00 BB06 CC01 CC16 DD04 DD05 FF05 FF13 GG02

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリと当該バッテリから供給される
   直流電流をエネルギとして駆動されるモータとを備えた
   装置において、外部電源からの電力にて前記バッテリを
   充電する充電装置であって、 前記外部電源から供給される電力を一時的に蓄積し、蓄
   積したエネルギを前記バッテリへ放出するリアクトルを
   有し、 前記リアクトルは、前記モータのステータを構成する磁
   性体に設けられた通路に、巻線を通されて構成され、前
   記磁性体を磁心として利用し、 前記通路は、前記モータの磁気回路に影響を及ぼさない
   位置に設けられること、 を特徴とするバッテリ充電装置。