JP2002191195A - 車両用電動発電装置 - Google Patents
車両用電動発電装置Info
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- JP2002191195A JP2002191195A JP2000385336A JP2000385336A JP2002191195A JP 2002191195 A JP2002191195 A JP 2002191195A JP 2000385336 A JP2000385336 A JP 2000385336A JP 2000385336 A JP2000385336 A JP 2000385336A JP 2002191195 A JP2002191195 A JP 2002191195A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】界磁巻線型同期機の界磁巻線絶縁皮膜の劣化を
抑止しつつ小型軽量化が可能な車両用電動発電装置を提
供すること。 【解決手段】エンジン始動及び車両走行中の発電を行う
車両用電動発電装置において、回転子の最高許容温度を
Tmax、回転子が前記発電中に到達可能な発電時最高到達
温度をTgmax、前記回転子の熱容量をＱ、前記エンジン
始動のための界磁電流通電時間をＴ、界磁巻線の電気抵
抗をr、界磁電流をiとする時、（Tgmax＋（imax2・r・
Ｔ）／Ｑ）がTmax未満となるように、発電中の界磁電流
を制限する（Ｓ１１２）。このようにすれば、界磁巻線
型同期機からなる界磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑止しつつ
小型軽量化が可能な車両用電動発電装置を実現すること
ができる。
抑止しつつ小型軽量化が可能な車両用電動発電装置を提
供すること。 【解決手段】エンジン始動及び車両走行中の発電を行う
車両用電動発電装置において、回転子の最高許容温度を
Tmax、回転子が前記発電中に到達可能な発電時最高到達
温度をTgmax、前記回転子の熱容量をＱ、前記エンジン
始動のための界磁電流通電時間をＴ、界磁巻線の電気抵
抗をr、界磁電流をiとする時、（Tgmax＋（imax2・r・
Ｔ）／Ｑ）がTmax未満となるように、発電中の界磁電流
を制限する（Ｓ１１２）。このようにすれば、界磁巻線
型同期機からなる界磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑止しつつ
小型軽量化が可能な車両用電動発電装置を実現すること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用電動発電装
置に関する。本発明は、車両用エンジン始動兼バッテリ
充電装置やハイブリッド電気自動車用の発電電動機とし
て使用することができる。
置に関する。本発明は、車両用エンジン始動兼バッテリ
充電装置やハイブリッド電気自動車用の発電電動機とし
て使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】界磁巻線を有する界磁ロータを装備した
同期機を車両用発電電動機に用いることにより、エンジ
ン始動と走行中の発電とを単一の回転電機で行うことが
従来より提案されている。
同期機を車両用発電電動機に用いることにより、エンジ
ン始動と走行中の発電とを単一の回転電機で行うことが
従来より提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車両用
発電電動機では、大電力発電直後にエンジンをたとえば
アイドルストップなどで停止し、その短時間後に再度エ
ンジン始動を行うと、エンジン始動のために界磁巻線に
大界磁電流を悪冷却条件（低速回転条件）下で流す必要
があるため、界磁巻線が絶縁皮膜の最高許容温度Tmaxを
超え、絶縁皮膜の絶縁劣化や損傷を招く可能性が生じ
る。
発電電動機では、大電力発電直後にエンジンをたとえば
アイドルストップなどで停止し、その短時間後に再度エ
ンジン始動を行うと、エンジン始動のために界磁巻線に
大界磁電流を悪冷却条件（低速回転条件）下で流す必要
があるため、界磁巻線が絶縁皮膜の最高許容温度Tmaxを
超え、絶縁皮膜の絶縁劣化や損傷を招く可能性が生じ
る。
【０００４】したがって、車両用発電電動機では、最高
の周囲温度における最大発電直後にエンジン始動を行う
という上記最悪条件下で、界磁巻線温度がその絶縁皮膜
の最高許容温度Tmaxを超えないように設計する必要があ
った。このため、エンジン始動機能兼発電機能をもつ車
両用発電電動機の体格は、発電機能のみをもつ車両用発
電電動機に比較して特に内燃機関車（内燃機関の発生ト
ルクを機械的に車輪駆動機構に伝達する通常の車両）で
は、格段に大きくする必要がある。
の周囲温度における最大発電直後にエンジン始動を行う
という上記最悪条件下で、界磁巻線温度がその絶縁皮膜
の最高許容温度Tmaxを超えないように設計する必要があ
った。このため、エンジン始動機能兼発電機能をもつ車
両用発電電動機の体格は、発電機能のみをもつ車両用発
電電動機に比較して特に内燃機関車（内燃機関の発生ト
ルクを機械的に車輪駆動機構に伝達する通常の車両）で
は、格段に大きくする必要がある。
【０００５】しかしながら、このようなエンジン始動と
いう短時間の熱的過酷条件に合わせて車両用発電電動機
を設計することは、車両用発電電動機の運転時間のほと
んどにおいて、車両用発電電動機に冗長な熱的余裕を持
たせることになり、その体格、重量の増大が採用を困難
としていた。
いう短時間の熱的過酷条件に合わせて車両用発電電動機
を設計することは、車両用発電電動機の運転時間のほと
んどにおいて、車両用発電電動機に冗長な熱的余裕を持
たせることになり、その体格、重量の増大が採用を困難
としていた。
【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、界磁巻線型同期機の界磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑
止しつつ小型軽量化が可能な車両用電動発電装置を提供
することをその目的としている。
あり、界磁巻線型同期機の界磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑
止しつつ小型軽量化が可能な車両用電動発電装置を提供
することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の車両用電
動発電装置は、界磁巻線がロータコアに巻装された回転
子を有する同期発電電動機と、前記同期発電電動機の電
機子巻線と電力授受する交直双方向電力変換器と、前記
界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路と、
前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路とを有してエンジン始動及び車両走行中の発電
を行う車両用電動発電装置において、前記回転子の最高
許容温度をTmax、前記回転子が前記発電中に到達可能な
発電時最高到達温度をTgmax、前記回転子の熱容量を
Ｑ、前記エンジン始動のための界磁電流通電時間をＴ、
前記界磁巻線の電気抵抗をr、前記界磁電流をiとした場
合に、前記制御回路は、（Tgmax＋（i2・r・Ｔ）／Ｑ）
がTmax未満となるように、発電中の前記界磁電流を制限
することを特徴としている。
動発電装置は、界磁巻線がロータコアに巻装された回転
子を有する同期発電電動機と、前記同期発電電動機の電
機子巻線と電力授受する交直双方向電力変換器と、前記
界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路と、
前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路とを有してエンジン始動及び車両走行中の発電
を行う車両用電動発電装置において、前記回転子の最高
許容温度をTmax、前記回転子が前記発電中に到達可能な
発電時最高到達温度をTgmax、前記回転子の熱容量を
Ｑ、前記エンジン始動のための界磁電流通電時間をＴ、
前記界磁巻線の電気抵抗をr、前記界磁電流をiとした場
合に、前記制御回路は、（Tgmax＋（i2・r・Ｔ）／Ｑ）
がTmax未満となるように、発電中の前記界磁電流を制限
することを特徴としている。
【０００８】このようにすれば、界磁巻線型同期機から
なる界磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑止しつつ小型軽量化が
可能な車両用電動発電装置を実現することができる。
なる界磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑止しつつ小型軽量化が
可能な車両用電動発電装置を実現することができる。
【０００９】以下、更に詳しく説明する。
【００１０】本発明者らは種々実験により、従来のエン
ジン始動用のスタータモータに比較して格段に低い回転
数でエンジン始動トルクを発生する車両用発電電動機で
は、回転子の質量及びその熱容量が大きく、かつ、エン
ジン始動期間がサブミリ秒（通常０．２秒）未満と極め
て短いため、このエンジン始動期間中に界磁巻線に発生
した熱のほとんどは、回転子中に留まり、その結果、回
転子の温度上昇に費やされることを見いだした。
ジン始動用のスタータモータに比較して格段に低い回転
数でエンジン始動トルクを発生する車両用発電電動機で
は、回転子の質量及びその熱容量が大きく、かつ、エン
ジン始動期間がサブミリ秒（通常０．２秒）未満と極め
て短いため、このエンジン始動期間中に界磁巻線に発生
した熱のほとんどは、回転子中に留まり、その結果、回
転子の温度上昇に費やされることを見いだした。
【００１１】したがって、ほぼ界磁巻線及びロータコア
の質量により決定される回転子の熱容量Ｑ、エンジン始
動期間の長さをＴ、界磁巻線の電気抵抗をr、界磁電流
をiとすれば、エンジン始動時の界磁巻線の温度上昇Δ
Ｔは（i2・r・Ｔ）／Ｑ）とみなすことができることが
わかった。
の質量により決定される回転子の熱容量Ｑ、エンジン始
動期間の長さをＴ、界磁巻線の電気抵抗をr、界磁電流
をiとすれば、エンジン始動時の界磁巻線の温度上昇Δ
Ｔは（i2・r・Ｔ）／Ｑ）とみなすことができることが
わかった。
【００１２】すなわち、（Tgmax＋（i2・r・Ｔ）／Ｑ）
がTmax未満でかつ略一致するように（好適には１０〜４
０℃低くなるように）、発電中の界磁電流又はエンジン
始動中の界磁電流を制限することにより、界磁巻線の絶
縁皮膜を熱劣化させることなく、小型の車両用発電電動
機でエンジンを最大限短時間で始動することができる。
がTmax未満でかつ略一致するように（好適には１０〜４
０℃低くなるように）、発電中の界磁電流又はエンジン
始動中の界磁電流を制限することにより、界磁巻線の絶
縁皮膜を熱劣化させることなく、小型の車両用発電電動
機でエンジンを最大限短時間で始動することができる。
【００１３】すなわち、上記発電中の界磁電流を制限す
れば、それにより、界磁巻線型同期機の特に界磁巻線の
発電時最高到達温度Tgmaxを低減でき、その直後にエン
ジン始動がなされても、回転子の熱容量により温度上昇
可能量（最高許容温度Tmaxー発電時最高到達温度Tgma
x）が増大し、小型の回転子でエンジン始動が可能とな
る。
れば、それにより、界磁巻線型同期機の特に界磁巻線の
発電時最高到達温度Tgmaxを低減でき、その直後にエン
ジン始動がなされても、回転子の熱容量により温度上昇
可能量（最高許容温度Tmaxー発電時最高到達温度Tgma
x）が増大し、小型の回転子でエンジン始動が可能とな
る。
【００１４】なお、上記エンジン始動中の界磁電流を制
限することはエンジン始動トルクの減少を招くので好ま
しくない。
限することはエンジン始動トルクの減少を招くので好ま
しくない。
【００１５】請求項２記載の構成によれば請求項１記載
の車両用電動発電装置において更に、前記制御回路は、
最大界磁電流をimaxとした場合にエンジン始動時にTgma
x＋Ｑ／（imax2・r・Ｔ)がTmaxより１０〜４０℃低くな
るように発電中の界磁電流iを制限して発電時最高到達
温度Tgmaxを制限することを特徴としている。
の車両用電動発電装置において更に、前記制御回路は、
最大界磁電流をimaxとした場合にエンジン始動時にTgma
x＋Ｑ／（imax2・r・Ｔ)がTmaxより１０〜４０℃低くな
るように発電中の界磁電流iを制限して発電時最高到達
温度Tgmaxを制限することを特徴としている。
【００１６】このようにすれば、上記効果を良好に奏す
ることができる。また、エンジン始動時に界磁巻線に最
大の（１００％デューテイ比）の界磁電流を通電できる
ので、回転子を小型化することができる。
ることができる。また、エンジン始動時に界磁巻線に最
大の（１００％デューテイ比）の界磁電流を通電できる
ので、回転子を小型化することができる。
【００１７】請求項３記載の構成によれば請求項１記載
の車両用電動発電装置において更に、前記制御回路は、
直前の所定時間内の平均の界磁電流値及び平均の電機子
電流値に関連する電気量を求め、前記電気量に基づいて
前記界磁電流の制限値を変更することを特徴としてい
る。
の車両用電動発電装置において更に、前記制御回路は、
直前の所定時間内の平均の界磁電流値及び平均の電機子
電流値に関連する電気量を求め、前記電気量に基づいて
前記界磁電流の制限値を変更することを特徴としてい
る。
【００１８】すなわち、エンジン始動直前の界磁巻線温
度は、直前の所定時間内の平均の界磁電流値及び平均の
電機子電流値に連動し、これらの値は、たとえば界磁回
路や交直双方向電力変換器のデューテイ比などで容易に
略推定できるので、これらの値に基づいて界磁電流を変
更する。たとえば、界磁電流及び電機子電流の平均デュ
ーテイが大きければ界磁電流のデューテイ比を削減し、
小さければ界磁電流のデューテイ比を増大する。
度は、直前の所定時間内の平均の界磁電流値及び平均の
電機子電流値に連動し、これらの値は、たとえば界磁回
路や交直双方向電力変換器のデューテイ比などで容易に
略推定できるので、これらの値に基づいて界磁電流を変
更する。たとえば、界磁電流及び電機子電流の平均デュ
ーテイが大きければ界磁電流のデューテイ比を削減し、
小さければ界磁電流のデューテイ比を増大する。
【００１９】このようにすれば、車両用発電電動機の体
格を増大することなく、かつ、エンジン始動時間を増大
することなく、エンジン始動を実施することができる。
格を増大することなく、かつ、エンジン始動時間を増大
することなく、エンジン始動を実施することができる。
【００２０】請求項４記載の構成によれば請求項１記載
の車両用電動発電装置において更に、前記制御回路は、
周囲温度に関連する電気量を求め、前記電気量に基づい
て前記界磁電流の制限値を変更することを特徴としてい
る。
の車両用電動発電装置において更に、前記制御回路は、
周囲温度に関連する電気量を求め、前記電気量に基づい
て前記界磁電流の制限値を変更することを特徴としてい
る。
【００２１】すなわち、エンジン始動直前の界磁巻線温
度は、周囲温度に連動し、周囲温度（外気温度でもよ
く、制御回路温度でもよい）の概略値は、たとえばサー
ミスタや回路素子の抵抗値変化として容易に推定できる
ので、検出した周囲温度て界磁電流を変更する。たとえ
ば、周囲温度が高ければ界磁電流のデューテイ比を削減
し、低ければ界磁電流のデューテイ比を増大する。
度は、周囲温度に連動し、周囲温度（外気温度でもよ
く、制御回路温度でもよい）の概略値は、たとえばサー
ミスタや回路素子の抵抗値変化として容易に推定できる
ので、検出した周囲温度て界磁電流を変更する。たとえ
ば、周囲温度が高ければ界磁電流のデューテイ比を削減
し、低ければ界磁電流のデューテイ比を増大する。
【００２２】このようにすれば、車両用発電電動機の体
格を増大することなく、かつ、エンジン始動時間を増大
することなく、エンジン始動を実施することができる。
格を増大することなく、かつ、エンジン始動時間を増大
することなく、エンジン始動を実施することができる。
【００２３】請求項５記載の車両用電動発電装置は、界
磁巻線がロータコアに巻装された回転子を有する同期発
電電動機と、前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授
受する交直双方向電力変換器と、前記界磁巻線に流れる
界磁電流を断続制御する界磁回路と、前記交直双方向電
力変換器及び前記界磁回路を制御する制御回路とを有し
てエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両用電動
発電装置において、前記制御回路は、エンジン始動中に
界磁電流及び電機子電流により前記ロータコアを含む前
記磁気回路を磁気飽和させ、かつ、前記界磁電流×界磁
巻線のターン数により決定される界磁起磁力Ｆｆを、電
機子電流×電機子巻線のターン数により決定されて前記
界磁起磁力Ｆｆと直交する電機子起磁力Ｆａより大きく
設定することを特徴としている。このようにすれば、界
磁巻線型同期機の体格増大なしにエンジン始動トルクを
増大することができ、かつ、発電中は界磁電流を低減し
て磁気回路の磁気飽和を防止するので、損失を低減して
高効率の発電を行うことができる。
磁巻線がロータコアに巻装された回転子を有する同期発
電電動機と、前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授
受する交直双方向電力変換器と、前記界磁巻線に流れる
界磁電流を断続制御する界磁回路と、前記交直双方向電
力変換器及び前記界磁回路を制御する制御回路とを有し
てエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両用電動
発電装置において、前記制御回路は、エンジン始動中に
界磁電流及び電機子電流により前記ロータコアを含む前
記磁気回路を磁気飽和させ、かつ、前記界磁電流×界磁
巻線のターン数により決定される界磁起磁力Ｆｆを、電
機子電流×電機子巻線のターン数により決定されて前記
界磁起磁力Ｆｆと直交する電機子起磁力Ｆａより大きく
設定することを特徴としている。このようにすれば、界
磁巻線型同期機の体格増大なしにエンジン始動トルクを
増大することができ、かつ、発電中は界磁電流を低減し
て磁気回路の磁気飽和を防止するので、損失を低減して
高効率の発電を行うことができる。
【００２４】請求項６記載の車両用電動発電装置は、界
磁巻線がロータコアに巻装された回転子を有する同期発
電電動機と、前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授
受する交直双方向電力変換器と、前記界磁巻線に流れる
界磁電流を断続制御する界磁回路と、前記交直双方向電
力変換器及び前記界磁回路を制御する制御回路とを有し
てエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両用電動
発電装置において、前記界磁巻線の層間に介設されて軸
方向端部が前記界磁巻線の巻装方向と直角方向に延在し
て前記ロータコアに接する良熱伝導性フィルムを有する
ことを特徴としている。
磁巻線がロータコアに巻装された回転子を有する同期発
電電動機と、前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授
受する交直双方向電力変換器と、前記界磁巻線に流れる
界磁電流を断続制御する界磁回路と、前記交直双方向電
力変換器及び前記界磁回路を制御する制御回路とを有し
てエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両用電動
発電装置において、前記界磁巻線の層間に介設されて軸
方向端部が前記界磁巻線の巻装方向と直角方向に延在し
て前記ロータコアに接する良熱伝導性フィルムを有する
ことを特徴としている。
【００２５】いままでの説明からわかるように、界磁巻
線型同期機を用いた車両用発電電動機では、その後の走
行時の発電に比べて格段に低速運転で大トルクを発生す
る必要があるため、エンジン始動時の界磁巻線の温度
が、回転子質量（熱容量）決定し、ひいては車両体格を
ほとんど決定する。
線型同期機を用いた車両用発電電動機では、その後の走
行時の発電に比べて格段に低速運転で大トルクを発生す
る必要があるため、エンジン始動時の界磁巻線の温度
が、回転子質量（熱容量）決定し、ひいては車両体格を
ほとんど決定する。
【００２６】ただ、回転子のロータコアと界磁巻線との
間には伝熱抵抗があるため、回転子のロータコアと界磁
巻線との間には温度差が生じる。この温度差が小さけれ
ば、回転子の質量（熱容量）が一定でも、ロータコアの
温度を高めることができ、その分だけ界磁電流を増大し
てトルクを増大することができる。
間には伝熱抵抗があるため、回転子のロータコアと界磁
巻線との間には温度差が生じる。この温度差が小さけれ
ば、回転子の質量（熱容量）が一定でも、ロータコアの
温度を高めることができ、その分だけ界磁電流を増大し
てトルクを増大することができる。
【００２７】更に深く検討すると、界磁巻線のうち軸方
向及び径方向の中央部の温度上昇が最も大きい。これ
は、界磁巻線は絶縁皮膜で被覆されて互いに隣接してお
り、上記中央部の熱は、熱伝導率が悪いこれら絶縁皮膜
を多重に貫流してロータコアに達するためである。
向及び径方向の中央部の温度上昇が最も大きい。これ
は、界磁巻線は絶縁皮膜で被覆されて互いに隣接してお
り、上記中央部の熱は、熱伝導率が悪いこれら絶縁皮膜
を多重に貫流してロータコアに達するためである。
【００２８】そこで、本構成では、界磁巻線の内部に薄
い良熱伝導性の金属フィルムを巻き込むことを特徴とす
る。この金属フィルムは薄いので界磁巻線収容スペース
をほとんど減らすことはない。金属フィルムは軸方向及
び周方向に延在し、その軸方向端部はロータコアの端面
部分（界磁巻線に対面する）に密着する。
い良熱伝導性の金属フィルムを巻き込むことを特徴とす
る。この金属フィルムは薄いので界磁巻線収容スペース
をほとんど減らすことはない。金属フィルムは軸方向及
び周方向に延在し、その軸方向端部はロータコアの端面
部分（界磁巻線に対面する）に密着する。
【００２９】このようにすれば、界磁巻線の軸方向及び
径方向中央部の熱を良好にロータコアに放散することが
でき、上述したように実質的な回転子の熱容量Ｑを増大
してエンジン始動トルクを向上することができる。
径方向中央部の熱を良好にロータコアに放散することが
でき、上述したように実質的な回転子の熱容量Ｑを増大
してエンジン始動トルクを向上することができる。
【００３０】請求項７記載の車両用電動発電装置は、界
磁巻線がロータコアに巻装された回転子を有する同期発
電電動機と、前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授
受する交直双方向電力変換器と、前記界磁巻線に流れる
界磁電流を断続制御する界磁回路と、前記交直双方向電
力変換器及び前記界磁回路を制御する制御回路とを有し
てエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両用電動
発電装置において、前記制御回路は、エンジン始動期間
中における最初の所定期間に大きな（好適には１００％
の）デューテイ比で前記界磁電流を前記界磁巻線に給電
し、その後、より小さいデューテイ比で前記界磁電流を
前記界磁巻線に給電することを特徴としている。
磁巻線がロータコアに巻装された回転子を有する同期発
電電動機と、前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授
受する交直双方向電力変換器と、前記界磁巻線に流れる
界磁電流を断続制御する界磁回路と、前記交直双方向電
力変換器及び前記界磁回路を制御する制御回路とを有し
てエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両用電動
発電装置において、前記制御回路は、エンジン始動期間
中における最初の所定期間に大きな（好適には１００％
の）デューテイ比で前記界磁電流を前記界磁巻線に給電
し、その後、より小さいデューテイ比で前記界磁電流を
前記界磁巻線に給電することを特徴としている。
【００３１】いままでの説明からわかるように、界磁巻
線型同期機を用いた車両用発電電動機では、その後の走
行時の発電に比べて格段に低速運転で大トルクを発生す
る必要があるため、エンジン始動時の界磁巻線の温度に
依存する回転子の熱吸収量（熱吸収量＝熱容量（平均比
熱×平均質量）×温度上昇量）が界磁巻線のエンジン始
動時の発熱総量とが略一致する。この界磁巻線の発熱総
量は、界磁電流の二乗×通電時間（エンジン始動時間）
であり、エンジンを始動（所定回転数値まで駆動する）
ための回転エネルギーすなわち車両用発電電動機の発生
エネルギーは界磁束量×電機子電流量×通電時間に略比
例すると見なすことができる。すなわち、エンジン始動
のために車両用発電電動機がエンジンに与えるエネルギ
ーを一定と仮定すれば、通電時間（エンジン始動時間）
が長くなるほど、界磁電流を小さくでき、その分、界磁
巻線の発熱総量は減ることがわかる。たとえば、界磁電
流が３０％減れば、界磁巻線の発熱総量も３０％減るこ
とになる。
線型同期機を用いた車両用発電電動機では、その後の走
行時の発電に比べて格段に低速運転で大トルクを発生す
る必要があるため、エンジン始動時の界磁巻線の温度に
依存する回転子の熱吸収量（熱吸収量＝熱容量（平均比
熱×平均質量）×温度上昇量）が界磁巻線のエンジン始
動時の発熱総量とが略一致する。この界磁巻線の発熱総
量は、界磁電流の二乗×通電時間（エンジン始動時間）
であり、エンジンを始動（所定回転数値まで駆動する）
ための回転エネルギーすなわち車両用発電電動機の発生
エネルギーは界磁束量×電機子電流量×通電時間に略比
例すると見なすことができる。すなわち、エンジン始動
のために車両用発電電動機がエンジンに与えるエネルギ
ーを一定と仮定すれば、通電時間（エンジン始動時間）
が長くなるほど、界磁電流を小さくでき、その分、界磁
巻線の発熱総量は減ることがわかる。たとえば、界磁電
流が３０％減れば、界磁巻線の発熱総量も３０％減るこ
とになる。
【００３２】ところが、静止状態のエンジンを回転させ
るには、そのには静止摩擦係数に依存する大きな静止フ
リクショントルク（及びエンジンの圧縮仕事により生じ
るトルク）を超える電動トルクをエンジンに与える必要
がある。この電動トルクはたとえばフレミングの法則か
らわかるように界磁束量すなわち界磁電流の大きさに依
存する。すなわち、界磁電流量はある限度以上減らすこ
とはできない。また、エンジン始動のために車両用発電
電動機がエンジンに与えるエネルギーは一定ではなく、
エンジンの回転慣性エネルギーは一定であるが、フリク
ションロスなどで失われるエネルギーは時間に比例す
る。バッテリーの負担を考えると、ある限度以上、エン
ジン始動時間を延長することはできない。このため、従
来では、バッテリ電力がエンジン加速エネルギー以外の
摩擦ロスで無駄に消耗するのを防止するためできるだけ
短時間でエンジン始動を行う。
るには、そのには静止摩擦係数に依存する大きな静止フ
リクショントルク（及びエンジンの圧縮仕事により生じ
るトルク）を超える電動トルクをエンジンに与える必要
がある。この電動トルクはたとえばフレミングの法則か
らわかるように界磁束量すなわち界磁電流の大きさに依
存する。すなわち、界磁電流量はある限度以上減らすこ
とはできない。また、エンジン始動のために車両用発電
電動機がエンジンに与えるエネルギーは一定ではなく、
エンジンの回転慣性エネルギーは一定であるが、フリク
ションロスなどで失われるエネルギーは時間に比例す
る。バッテリーの負担を考えると、ある限度以上、エン
ジン始動時間を延長することはできない。このため、従
来では、バッテリ電力がエンジン加速エネルギー以外の
摩擦ロスで無駄に消耗するのを防止するためできるだけ
短時間でエンジン始動を行う。
【００３３】これに対して、本発明の車両用電動発電装
置に用いる界磁巻線型同期機では、界磁巻線が回転子に
巻装されているために、軸方向及び径方向の中央部の放
熱性が、従来のスタータモータとして使われる直流モー
タに比較して格段に悪く、エンジン始動時は比較的低回
転であるため空気への放熱も小さい。これは界磁巻線型
同期機では、界磁巻線が巻装されるロータコアが一対の
軸受けを介してハウジングから熱的に浮いているため
に、エンジン始動時における界磁巻線の過渡的な一時大
発熱に対しては回転子の温度上昇（熱容量）で吸収せざ
るを得ないためである。従来の直流モータでは、界磁巻
線はハウジングと一体化した大質量のステータコアに巻
装され、これとは全く状況が異なる。
置に用いる界磁巻線型同期機では、界磁巻線が回転子に
巻装されているために、軸方向及び径方向の中央部の放
熱性が、従来のスタータモータとして使われる直流モー
タに比較して格段に悪く、エンジン始動時は比較的低回
転であるため空気への放熱も小さい。これは界磁巻線型
同期機では、界磁巻線が巻装されるロータコアが一対の
軸受けを介してハウジングから熱的に浮いているため
に、エンジン始動時における界磁巻線の過渡的な一時大
発熱に対しては回転子の温度上昇（熱容量）で吸収せざ
るを得ないためである。従来の直流モータでは、界磁巻
線はハウジングと一体化した大質量のステータコアに巻
装され、これとは全く状況が異なる。
【００３４】界磁巻線型同期機を用いた車両用発電電動
機におけるこの問題に対処するために、本構成では、エ
ンジン始動期間中における最初の所定期間に１００％デ
ューテイ比（又は、所定値以上のデューテイ比）の界磁
電流を給電し、その後、より小さいデューテイ比で前記
界磁電流を給電する。
機におけるこの問題に対処するために、本構成では、エ
ンジン始動期間中における最初の所定期間に１００％デ
ューテイ比（又は、所定値以上のデューテイ比）の界磁
電流を給電し、その後、より小さいデューテイ比で前記
界磁電流を給電する。
【００３５】このようにすれば、静止フリクションが大
きいエンジン始動期間の初期に強力にエンジンを回転さ
せて大きな静止摩擦力や圧縮行程におけるエンジン駆動
トルクのピークを確実に乗り越え、その後、界磁巻線の
発熱総量を低減して回転子の温度上昇を抑止するために
界磁電流を低減するので、界磁巻線の絶縁皮膜の熱的劣
化を抑止しつつ回転子の熱容量すなわち質量の低減を図
り、車両用発電電動機の小型化を実現することができ
る。
きいエンジン始動期間の初期に強力にエンジンを回転さ
せて大きな静止摩擦力や圧縮行程におけるエンジン駆動
トルクのピークを確実に乗り越え、その後、界磁巻線の
発熱総量を低減して回転子の温度上昇を抑止するために
界磁電流を低減するので、界磁巻線の絶縁皮膜の熱的劣
化を抑止しつつ回転子の熱容量すなわち質量の低減を図
り、車両用発電電動機の小型化を実現することができ
る。
【００３６】なお、このエンジン始動期間の後期におけ
る界磁電流の低減は、外気温度又はエンジン始動期間直
前の車両用発電電動機の温度が高いとみなされる場合に
限って実施してもよい。このようにすると、それ以外の
期間における摩擦ロスや風損などによるバッテリ消耗を
減らし及び運転フィーリングを向上することができる。
更に、外気温度又はエンジン始動期間直前の車両用発電
電動機の温度が高いとみなされる場合は前述のように種
々の電気量で推定することができる。
る界磁電流の低減は、外気温度又はエンジン始動期間直
前の車両用発電電動機の温度が高いとみなされる場合に
限って実施してもよい。このようにすると、それ以外の
期間における摩擦ロスや風損などによるバッテリ消耗を
減らし及び運転フィーリングを向上することができる。
更に、外気温度又はエンジン始動期間直前の車両用発電
電動機の温度が高いとみなされる場合は前述のように種
々の電気量で推定することができる。
【００３７】請求項８記載の構成は請求項７記載の車両
用電動発電装置において更に、前記制御回路は、前記１
００％デューテイ比（又は所定デューテイ比以上）での
給電は、前記エンジンが最初の圧縮行程の終了まで持続
されることを特徴としている。
用電動発電装置において更に、前記制御回路は、前記１
００％デューテイ比（又は所定デューテイ比以上）での
給電は、前記エンジンが最初の圧縮行程の終了まで持続
されることを特徴としている。
【００３８】このようにすれば、圧縮行程終期に発生す
るエンジン駆動トルクの最初の山を確実に超えることが
できる。
るエンジン駆動トルクの最初の山を確実に超えることが
できる。
【発明の実施の形態】本発明の好適な態様を以下の実施
例を参照して以下に説明する。
例を参照して以下に説明する。
【００３９】
【実施例１】（全体構成）この実施例の車両用電動発電
装置の全体構成を図１に示す。
装置の全体構成を図１に示す。
【００４０】回転機１００は、ロータコア１１２に巻装
された界磁巻線１１１より構成されるロータ１１０と、
ステータコア１２２に巻装された電機子巻線１２１より
構成されるステータ１２０と、ロータ１１０の回転位置
を検出する回転センサ１３０、界磁巻線１１１に直流電
力を供給するブラシ１４１、スリップリング１４２から
構成される給電器１４０を有している。回転機１００の
電機子巻線１２１は、インバータ２００から三相電力が
給電されている。
された界磁巻線１１１より構成されるロータ１１０と、
ステータコア１２２に巻装された電機子巻線１２１より
構成されるステータ１２０と、ロータ１１０の回転位置
を検出する回転センサ１３０、界磁巻線１１１に直流電
力を供給するブラシ１４１、スリップリング１４２から
構成される給電器１４０を有している。回転機１００の
電機子巻線１２１は、インバータ２００から三相電力が
給電されている。
【００４１】インバータ２００は、トランジスタ２０１
ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｃとダイオ−ド２０３
ａ〜２０３ｃ、２０４ａ〜２０４ｃにより構成されてい
る。
ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｃとダイオ−ド２０３
ａ〜２０３ｃ、２０４ａ〜２０４ｃにより構成されてい
る。
【００４２】界磁回路３００は、トランジスタ３０１と
ダイオ−ド３０２で構成され、給電器１４０を介して界
磁巻線１１１に直流電力を供給している。コントローラ
４００は、要求信号及び回転センサ１３０の信号に基づ
いて、インバータ２００、界磁回路３００を制御してい
る。インバータ２００および界磁回路３００は、コンデ
ンサ５００、バッテリ６００と電力授受し、バッテリ６
００は電気負荷７００に給電している。回転機１００の
ロータ１１０はエンジン（図示しない）のクランク軸に
ベルト等の伝達機構を介して機械的に連結されている。
ダイオ−ド３０２で構成され、給電器１４０を介して界
磁巻線１１１に直流電力を供給している。コントローラ
４００は、要求信号及び回転センサ１３０の信号に基づ
いて、インバータ２００、界磁回路３００を制御してい
る。インバータ２００および界磁回路３００は、コンデ
ンサ５００、バッテリ６００と電力授受し、バッテリ６
００は電気負荷７００に給電している。回転機１００の
ロータ１１０はエンジン（図示しない）のクランク軸に
ベルト等の伝達機構を介して機械的に連結されている。
【００４３】上述した構成の詳細は既に周知であるの
で、これ以上の説明は省略する。 （エンジン始動動作）この実施例の特徴をなすエンジン
始動動作を図７に示す制御回路４００のフローチャート
を参照して以下に説明する。
で、これ以上の説明は省略する。 （エンジン始動動作）この実施例の特徴をなすエンジン
始動動作を図７に示す制御回路４００のフローチャート
を参照して以下に説明する。
【００４４】まず、回転機１００によりエンジンを始動
させる場合、界磁回路３００が界磁巻線１１１に電力を
供給し、界磁起磁力Ｆｆを発生させることによってロー
タコア１１０を磁化し、ステータ１２０に対して界磁磁
束φｆを発生させる。界磁巻線１１１が大きなインダク
タンスをもつので、界磁電流が増大するまで所定時間待
機する。なお、ステップＳ１０２を省略してエンジン始
動時間を短縮してもよい。
させる場合、界磁回路３００が界磁巻線１１１に電力を
供給し、界磁起磁力Ｆｆを発生させることによってロー
タコア１１０を磁化し、ステータ１２０に対して界磁磁
束φｆを発生させる。界磁巻線１１１が大きなインダク
タンスをもつので、界磁電流が増大するまで所定時間待
機する。なお、ステップＳ１０２を省略してエンジン始
動時間を短縮してもよい。
【００４５】次に、インバータ２００のトランジスタ２
０１〜２０３を順次スイッチングして、電機子巻線１２
１に三相交流電流を通電する。これにより、電機子巻線
１２１は、電機子起磁力Ｆａが発生し、回転機１００に
は、界磁起磁力Ｆｆと電機子起磁力Ｆａとのベクトル和
Ｆｆ・Ｆａからなる合成起磁力Ｆｇが作用し、合成磁束
φｇが発生し、トルクが生じ、エンジンが始動される。
回転数が所定値に達したことを検出したら電機子電流を
停止してエンジン始動動作を停止し、その後、回転数が
更に高い所定値に達したことを検出したら発電動作を開
始する。
０１〜２０３を順次スイッチングして、電機子巻線１２
１に三相交流電流を通電する。これにより、電機子巻線
１２１は、電機子起磁力Ｆａが発生し、回転機１００に
は、界磁起磁力Ｆｆと電機子起磁力Ｆａとのベクトル和
Ｆｆ・Ｆａからなる合成起磁力Ｆｇが作用し、合成磁束
φｇが発生し、トルクが生じ、エンジンが始動される。
回転数が所定値に達したことを検出したら電機子電流を
停止してエンジン始動動作を停止し、その後、回転数が
更に高い所定値に達したことを検出したら発電動作を開
始する。
【００４６】（エンジン始動トルクの増強）次に、この
実施例におけるエンジン始動トルクの増強法について以
下に説明する。
実施例におけるエンジン始動トルクの増強法について以
下に説明する。
【００４７】磁気回路が非飽和の状態におけるＦｆに対
してＦａを９０°位相差をもたせて加えたときのベクト
ル図を図２に示す。磁気回路が飽和していない状態で
は、合成磁束φｇは界磁磁束φｆの増加により増加し、
界磁磁束φｆが、合成磁束φｇの界磁起磁力方向成分φ
ｇｄとなる。
してＦａを９０°位相差をもたせて加えたときのベクト
ル図を図２に示す。磁気回路が飽和していない状態で
は、合成磁束φｇは界磁磁束φｆの増加により増加し、
界磁磁束φｆが、合成磁束φｇの界磁起磁力方向成分φ
ｇｄとなる。
【００４８】トルクは、合成磁束φｇの界磁起磁力方向
成分φｇｄ（＝界磁磁束φｆ）と電機子起磁力Ｆａとの
ベクトル積で決定される。
成分φｇｄ（＝界磁磁束φｆ）と電機子起磁力Ｆａとの
ベクトル積で決定される。
【００４９】以上は、磁気回路が飽和していないときの
現象であるが、この実施例では、発電時は磁気回路を非
飽和状態で使用し、エンジン始動時には磁気回路を十分
に飽和した領域で使用する。ロータコア等に利用される
鉄心のＢーＨカーブを図４に示す。ＢーＨカーブは、磁
化力Ｈ（起磁力）を増加していってもそれに伴って磁束
密度すなわち磁束量が増加しないという非線形の磁気飽
和特性を示すから、磁束密度Ｂが１．４Ｔ程度で使用す
る。
現象であるが、この実施例では、発電時は磁気回路を非
飽和状態で使用し、エンジン始動時には磁気回路を十分
に飽和した領域で使用する。ロータコア等に利用される
鉄心のＢーＨカーブを図４に示す。ＢーＨカーブは、磁
化力Ｈ（起磁力）を増加していってもそれに伴って磁束
密度すなわち磁束量が増加しないという非線形の磁気飽
和特性を示すから、磁束密度Ｂが１．４Ｔ程度で使用す
る。
【００５０】磁気回路が飽和した状態でのベクトル図を
図３に示す。このとき、合成磁束φｇ１は増加せず、そ
の合成磁束φｇ１の界磁起磁力方向成分φｇ１ｄはφｆ
より小さくなる。これは界磁磁束φｆが増加しても磁気
回路の飽和により合成磁束φｇ１の界磁起磁力方向成分
φｇ１ｄの増加が抑止されるためである。なお、磁気回
路の飽和にもかかわらず、界磁磁束φｆが増加可能なの
は、トルクは、合成磁束φｇの界磁起磁力方向成分φｇ
ｄ（＝界磁磁束φｆ）と電機子起磁力Ｆａとのベクトル
積で決定されるため、合成起磁力Ｆｇと界磁起磁力Ｆｆ
との間の位相角度θが小さい方（換言すれば、電機子起
磁力Ｆａに対して界磁起磁力Ｆｆを相対的に大きくした
方）が、合成磁束φｇ１の界磁起磁力方向成分φｇ１ｄ
が大きくなるために、高トルクが得られることである。
図３に示す。このとき、合成磁束φｇ１は増加せず、そ
の合成磁束φｇ１の界磁起磁力方向成分φｇ１ｄはφｆ
より小さくなる。これは界磁磁束φｆが増加しても磁気
回路の飽和により合成磁束φｇ１の界磁起磁力方向成分
φｇ１ｄの増加が抑止されるためである。なお、磁気回
路の飽和にもかかわらず、界磁磁束φｆが増加可能なの
は、トルクは、合成磁束φｇの界磁起磁力方向成分φｇ
ｄ（＝界磁磁束φｆ）と電機子起磁力Ｆａとのベクトル
積で決定されるため、合成起磁力Ｆｇと界磁起磁力Ｆｆ
との間の位相角度θが小さい方（換言すれば、電機子起
磁力Ｆａに対して界磁起磁力Ｆｆを相対的に大きくした
方）が、合成磁束φｇ１の界磁起磁力方向成分φｇ１ｄ
が大きくなるために、高トルクが得られることである。
【００５１】つまり、界磁磁束φｆの大きさが増加しな
くても、電機子起磁力Ｆａに対して界磁起磁力Ｆｆが大
きくすることにより、電機子起磁力Ｆａに対してベクト
ル的に直交する合成磁束φｇ１の界磁起磁力方向成分φ
ｇ１ｄが増加するため、トルクが増大するわけである。
界磁起磁力Ｆｆの変化による電機子起磁力とトルクの特
性変化を図５に示す。
くても、電機子起磁力Ｆａに対して界磁起磁力Ｆｆが大
きくすることにより、電機子起磁力Ｆａに対してベクト
ル的に直交する合成磁束φｇ１の界磁起磁力方向成分φ
ｇ１ｄが増加するため、トルクが増大するわけである。
界磁起磁力Ｆｆの変化による電機子起磁力とトルクの特
性変化を図５に示す。
【００５２】磁気飽和し、かつ、起磁力のスカラー和
（Ｆａ＋Ｆｆ）を一定としたモデルにおいて、界磁起磁
力Ｆｆと電機子起磁力Ｆａを変化させた場合の発生トル
クの変化を図６に示す。図６中、Ｔｍは磁気飽和してい
ないときの発生トルクを表す。図６から、界磁起磁力Ｆ
ｆと電機子起磁力Ｆａとが等しいときに起磁力がトルク
に最も有効に利用されていることがわかる。
（Ｆａ＋Ｆｆ）を一定としたモデルにおいて、界磁起磁
力Ｆｆと電機子起磁力Ｆａを変化させた場合の発生トル
クの変化を図６に示す。図６中、Ｔｍは磁気飽和してい
ないときの発生トルクを表す。図６から、界磁起磁力Ｆ
ｆと電機子起磁力Ｆａとが等しいときに起磁力がトルク
に最も有効に利用されていることがわかる。
【００５３】すなわち、鉄心飽和型の界磁巻線型同期機
では、界磁起磁力Ｆｆを電機子起磁力Ｆａより大きくす
るにつれて磁気回路の飽和にもかかわらず電動トルクを
増大できることが理解される。
では、界磁起磁力Ｆｆを電機子起磁力Ｆａより大きくす
るにつれて磁気回路の飽和にもかかわらず電動トルクを
増大できることが理解される。
【００５４】実際に使用するときは、エンジン始動にお
いては界磁回路３００のトランジスタ３０１はフルＯＮ
としバッテリ６００の端子電圧、界磁巻線１１１の抵
抗、トランジスタ３０１のドロップ電圧で略決定される
界磁電流の最大値を界磁巻線１１１に流す。当然、トラ
ンジスタ３０１の容量は、界磁巻線１１１の抵抗が最も
小さい低温時に流れる電流を考慮して選定される。エン
ジン始動後、回転機１００の発電機として使用する場合
は、バッテリ電圧が規定の電圧となるように界磁回路線
３００のトランジスタ３０１をＯＮ、ＯＦＦ制御する。
いては界磁回路３００のトランジスタ３０１はフルＯＮ
としバッテリ６００の端子電圧、界磁巻線１１１の抵
抗、トランジスタ３０１のドロップ電圧で略決定される
界磁電流の最大値を界磁巻線１１１に流す。当然、トラ
ンジスタ３０１の容量は、界磁巻線１１１の抵抗が最も
小さい低温時に流れる電流を考慮して選定される。エン
ジン始動後、回転機１００の発電機として使用する場合
は、バッテリ電圧が規定の電圧となるように界磁回路線
３００のトランジスタ３０１をＯＮ、ＯＦＦ制御する。
【００５５】この実施例では特に、界磁巻線１１１の絶
縁皮膜の耐熱温度である最高許容温度Tmaxから、界磁巻
線１１１と絶縁材およびロータコア１１２の熱容量（す
なわち回転子の熱容量）とエンジン始動時の界磁巻線１
１１の発熱量Ｑとでほぼ決定される温度上昇分ΔＴを差
し引いた温度以下になるように、発電時における界磁電
流（更に具体的に言えばトランジスタ３０１のオンデュ
ーテイ比）を制限する。
縁皮膜の耐熱温度である最高許容温度Tmaxから、界磁巻
線１１１と絶縁材およびロータコア１１２の熱容量（す
なわち回転子の熱容量）とエンジン始動時の界磁巻線１
１１の発熱量Ｑとでほぼ決定される温度上昇分ΔＴを差
し引いた温度以下になるように、発電時における界磁電
流（更に具体的に言えばトランジスタ３０１のオンデュ
ーテイ比）を制限する。
【００５６】これにより、発電停止直後にエンジンを停
止し、その直後にエンジンを再始動するという熱的に最
悪の条件下でも、界磁巻線１１１の絶縁皮膜の熱容量熱
的損傷を防止し確実なエンジン始動を確保しつつ及び最
大の発電電力を得ることができる。また、この実施例に
よれば、発電出力の制限を界磁電流の削減により行って
いるので、界磁巻線の温度低下に直結し、好適である。
止し、その直後にエンジンを再始動するという熱的に最
悪の条件下でも、界磁巻線１１１の絶縁皮膜の熱容量熱
的損傷を防止し確実なエンジン始動を確保しつつ及び最
大の発電電力を得ることができる。また、この実施例に
よれば、発電出力の制限を界磁電流の削減により行って
いるので、界磁巻線の温度低下に直結し、好適である。
【００５７】（回転子の仕様）この実施例に用いる回転
子の熱的仕様について以下に説明する。
子の熱的仕様について以下に説明する。
【００５８】この実施例では、回転子の最高許容温度を
Tmax、回転子が発電中に到達可能な発電時最高到達温度
をTgmax、回転子の熱容量（この実施例ではほぼ鉄心の
比熱×質量＋界磁巻線の比熱×質量となる。永久磁石を
併用する場合にはその熱容量も加算される）をＱ、エン
ジン始動のための界磁電流通電時間をＴ、界磁巻線の電
気抵抗をr、エンジン始動時の界磁電流を最大界磁電流i
maxとし、エンジン始動時の界磁電流を１００％デュー
テイ比すなわちトランジスタ３０１の常時オン状態とし
た場合に、（Tgmax＋（imax2・r・Ｔ）／Ｑ）がTmaxよ
り２０〜４０℃低くなるように、Tmax、Ｑ、imax（エン
ジン始動時の１００％デューテイ比の時の界磁電流
値）、r、Ｔ、Tgmaxを設定している。
Tmax、回転子が発電中に到達可能な発電時最高到達温度
をTgmax、回転子の熱容量（この実施例ではほぼ鉄心の
比熱×質量＋界磁巻線の比熱×質量となる。永久磁石を
併用する場合にはその熱容量も加算される）をＱ、エン
ジン始動のための界磁電流通電時間をＴ、界磁巻線の電
気抵抗をr、エンジン始動時の界磁電流を最大界磁電流i
maxとし、エンジン始動時の界磁電流を１００％デュー
テイ比すなわちトランジスタ３０１の常時オン状態とし
た場合に、（Tgmax＋（imax2・r・Ｔ）／Ｑ）がTmaxよ
り２０〜４０℃低くなるように、Tmax、Ｑ、imax（エン
ジン始動時の１００％デューテイ比の時の界磁電流
値）、r、Ｔ、Tgmaxを設定している。
【００５９】これにより、界磁巻線型同期機からなる界
磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑止しつつ小型軽量化が可能な
車両用電動発電装置を実現することができる。
磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑止しつつ小型軽量化が可能な
車両用電動発電装置を実現することができる。
【００６０】（変形態様）上記実施例では、発電時の界
磁電流制限の界磁電流制限により、界磁巻線１１１の絶
縁皮膜の熱的劣化を回避しつつ、エンジン始動と発電と
の両立を図ったが、エンジン始動直前における回転子の
温度は、エンジン始動直前における所定期間の界磁電流
量、電機子電流量及び周囲温度に依存する。
磁電流制限の界磁電流制限により、界磁巻線１１１の絶
縁皮膜の熱的劣化を回避しつつ、エンジン始動と発電と
の両立を図ったが、エンジン始動直前における回転子の
温度は、エンジン始動直前における所定期間の界磁電流
量、電機子電流量及び周囲温度に依存する。
【００６１】そこで、この態様では、エンジン始動直前
に、直近の所定期間の平均界磁電流量、平均電機子電流
量及び周囲温度から回転子温度Trを推定し、回転子温度
Trに基づいて電機子電流のオンデューテイ比の最大値Ｄ
ＵＴＹmaxを内蔵のマップに基づいて決定する。たとえ
ば、回転子温度Trが高ければＤＵＴＹmaxを減少し、回
転子温度Trが高ければＤＵＴＹmaxを増加する。これに
より、回転子温度Trが許す範囲において最大の発電電力
を出力することができる。この動作を図８にフローチャ
ートとして示す。
に、直近の所定期間の平均界磁電流量、平均電機子電流
量及び周囲温度から回転子温度Trを推定し、回転子温度
Trに基づいて電機子電流のオンデューテイ比の最大値Ｄ
ＵＴＹmaxを内蔵のマップに基づいて決定する。たとえ
ば、回転子温度Trが高ければＤＵＴＹmaxを減少し、回
転子温度Trが高ければＤＵＴＹmaxを増加する。これに
より、回転子温度Trが許す範囲において最大の発電電力
を出力することができる。この動作を図８にフローチャ
ートとして示す。
【００６２】
【実施例２】他の実施例を図９を参照して以下に説明す
る。
る。
【００６３】いままでの説明により、界磁巻線型同期機
を用いた車両用発電電動機では、回転子の熱容量Ｑを増
大することの重要性が理解されるが、それは回転子の体
格増大を招いてしまう。
を用いた車両用発電電動機では、回転子の熱容量Ｑを増
大することの重要性が理解されるが、それは回転子の体
格増大を招いてしまう。
【００６４】そこで、この実施例では、界磁巻線１１１
とロータコア１２１との間の熱伝導性すなわち、両者間
の温度差を低減することにより、ロータコア１２１の実
質的な熱容量を増大する。回転子の模式径方向部分断面
図である図９を参照して更に説明する。
とロータコア１２１との間の熱伝導性すなわち、両者間
の温度差を低減することにより、ロータコア１２１の実
質的な熱容量を増大する。回転子の模式径方向部分断面
図である図９を参照して更に説明する。
【００６５】この実施例では、界磁巻線１１１は、ロー
タコア１１２の外周面に凹設されたコイル収容溝１１３
に収容されている。コイル収容溝１１３の略径方向に伸
びるロータコア１１２の一対の溝端面により区画されて
いる。
タコア１１２の外周面に凹設されたコイル収容溝１１３
に収容されている。コイル収容溝１１３の略径方向に伸
びるロータコア１１２の一対の溝端面により区画されて
いる。
【００６６】界磁巻線１１１中には、略接線方向に延在
する銅フィルム１１４，１１５が延在している。銅フィ
ルム１１４，１１５の周方向両端部は、ロータコア１１
２の上記一対の溝端面に密着しつつ径方向外側へ延在し
ている。
する銅フィルム１１４，１１５が延在している。銅フィ
ルム１１４，１１５の周方向両端部は、ロータコア１１
２の上記一対の溝端面に密着しつつ径方向外側へ延在し
ている。
【００６７】このようにすれば、界磁巻線１１１の中央
部の熱はこの銅フィルム１１４，１１５を通じて良好に
ロータコア１１２に放散されるので、ロータコア１１２
の温度を発電時最高到達温度Tgmaxに接近させることが
でき、その熱容量を増大することができ、その分、界磁
電流の増大を図ることができる。
部の熱はこの銅フィルム１１４，１１５を通じて良好に
ロータコア１１２に放散されるので、ロータコア１１２
の温度を発電時最高到達温度Tgmaxに接近させることが
でき、その熱容量を増大することができ、その分、界磁
電流の増大を図ることができる。
【００６８】
【実施例３】他の実施例を以下に説明する。
【００６９】既に説明したように、バッテリ蓄電量が許
せば、エンジン始動期間中における最初の所定期間を除
いて、界磁電流を低減し、その分だけ界磁電流通電時間
を延長するという手法により、界磁巻線１１１の温度上
昇を抑止しつつエンジンを必要回転数まで駆動すること
ができ、その分だけ、回転子を小型化することができ
る。図１０にこの制御動作を示すフローチャートを示
す。
せば、エンジン始動期間中における最初の所定期間を除
いて、界磁電流を低減し、その分だけ界磁電流通電時間
を延長するという手法により、界磁巻線１１１の温度上
昇を抑止しつつエンジンを必要回転数まで駆動すること
ができ、その分だけ、回転子を小型化することができ
る。図１０にこの制御動作を示すフローチャートを示
す。
【００７０】すなわち、エンジン始動のために界磁電流
を１００％デューテイ比で通電し、同時に電機子電流Ｉ
aを通電してから回転子温度Trを上述の方法で推定し、
回転子温度Trが所定しきい値Trth未満なら、回転数が所
定値に達したことを検出してエンジン始動動作を終了す
る（図７のＳ１０６）。
を１００％デューテイ比で通電し、同時に電機子電流Ｉ
aを通電してから回転子温度Trを上述の方法で推定し、
回転子温度Trが所定しきい値Trth未満なら、回転数が所
定値に達したことを検出してエンジン始動動作を終了す
る（図７のＳ１０６）。
【００７１】回転子温度Trが所定しきい値Trth以上な
ら、界磁電流の１００％デューテイ比通電が所定値（こ
こでは０．１５秒）経過するまで待機し、その後、界磁
電流のオンデューテイ比を７０％とする。これにより以
後の界磁電流１１の発熱は約半分となり、電動トルクは
３０％減となるはずであるが、実際には磁気回路が飽和
状態から解放されて界磁電流の有効利用が可能となるた
めに界磁束の減少はたとえば１５％減に留まる。この界
磁束減少によるエンジン加速量の減少は通電時間の増大
で補うが、通電時間の増大は界磁巻線１１１の総発熱量
の増大及びバッテリの消耗（エンジン回転の加速以外の
摩擦や風損などで失われるエネルギーロスが存在するた
め）を招く。しかし、通電時間は２倍にはならず、結
局、回転子の高温時にはエンジン始動時間は幾分増大す
るものの界磁巻線１１１の総発熱量を低減して絶縁皮膜
の過熱を防止することができる。
ら、界磁電流の１００％デューテイ比通電が所定値（こ
こでは０．１５秒）経過するまで待機し、その後、界磁
電流のオンデューテイ比を７０％とする。これにより以
後の界磁電流１１の発熱は約半分となり、電動トルクは
３０％減となるはずであるが、実際には磁気回路が飽和
状態から解放されて界磁電流の有効利用が可能となるた
めに界磁束の減少はたとえば１５％減に留まる。この界
磁束減少によるエンジン加速量の減少は通電時間の増大
で補うが、通電時間の増大は界磁巻線１１１の総発熱量
の増大及びバッテリの消耗（エンジン回転の加速以外の
摩擦や風損などで失われるエネルギーロスが存在するた
め）を招く。しかし、通電時間は２倍にはならず、結
局、回転子の高温時にはエンジン始動時間は幾分増大す
るものの界磁巻線１１１の総発熱量を低減して絶縁皮膜
の過熱を防止することができる。
【００７２】なお、界磁巻線１１１の１００％デューテ
イ比（又は所定デューテイ比以上）給電は、エンジンが
最初の圧縮行程の終了まで持続される。これより、圧縮
行程終期に発生するエンジン駆動トルクの最初の山を確
実に超えることができる。
イ比（又は所定デューテイ比以上）給電は、エンジンが
最初の圧縮行程の終了まで持続される。これより、圧縮
行程終期に発生するエンジン駆動トルクの最初の山を確
実に超えることができる。
【図１】この実施例の装置の全体構成図である。
【図２】図１の界磁巻線型同期機の磁気回路が非飽和の
状態における起磁力状態を示すベクトル図である。
状態における起磁力状態を示すベクトル図である。
【図３】図１の界磁巻線型同期機の磁気回路が飽和の状
態における起磁力状態を示すベクトル図である。
態における起磁力状態を示すベクトル図である。
【図４】図１の界磁巻線型同期機の磁気回路を構成する
磁性材料の磁気特性を示すＢーＨカーブである。
磁性材料の磁気特性を示すＢーＨカーブである。
【図５】図１の界磁巻線型同期機の界磁起磁力の変化に
よる電機子起磁力とトルクの特性変化を示す特性図であ
る。
よる電機子起磁力とトルクの特性変化を示す特性図であ
る。
【図６】図１の界磁巻線型同期機の界磁起磁力と電機子
起磁力との変化による発生トルクの変化を示す特性図で
ある。
起磁力との変化による発生トルクの変化を示す特性図で
ある。
【図７】図１の界磁巻線型同期機の制御動作を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図８】図１の界磁巻線型同期機の制御動作を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図９】図１の界磁巻線型同期機の他の実施例を示す部
分径方向断面図である。
分径方向断面図である。
【図１０】図１の界磁巻線型同期機の他の実施例の制御
動作を示すフローチャートである。
動作を示すフローチャートである。
１００ 同期発電電動機 １１０ 回転子 １１１ 界磁巻線 １１２ ロータコア １２１ 電機子巻線 ２００ 交直双方向電力変換器 ３００ 界磁回路 ４００ 制御回路
Claims (8)
- 【請求項１】界磁巻線がロータコアに巻装された回転子
を有する同期発電電動機と、 前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授受する交直双
方向電力変換器と、 前記界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路
と、 前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路と、 を有してエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両
用電動発電装置において、 前記回転子の最高許容温度をTmax、前記回転子が前記発
電中に到達可能な発電時最高到達温度をTgmax、前記回
転子の熱容量をＱ、前記エンジン始動のための界磁電流
通電時間をＴ、前記界磁巻線の電気抵抗をr、前記界磁
電流をiとした場合に、 前記制御回路は、（Tgmax＋（i2・r・Ｔ）／Ｑ）がTmax
未満となるように、発電中の前記界磁電流を制限するこ
とを特徴とする車両用電動発電装置。 - 【請求項２】請求項１記載の車両用電動発電装置におい
て、 前記制御回路は、最大界磁電流をimaxとした場合にエン
ジン始動時に（Tgmax＋（i2・r・Ｔ）／Ｑ）がTmaxより
１０〜４０℃低くなるように発電中の界磁電流iを制限
して発電時最高到達温度Tgmaxを制限することを特徴と
する車両用電動発電装置。 - 【請求項３】請求項１記載の車両用電動発電装置におい
て、 前記制御回路は、直前の所定時間内の平均の界磁電流値
及び平均の電機子電流値に関連する電気量を求め、前記
電気量に基づいて前記発電中の界磁電流又はエンジン始
動中の界磁電流を制限することを特徴とする車両用電動
発電装置。 - 【請求項４】請求項１記載の車両用電動発電装置におい
て、 前記制御回路は、周囲温度に関連する電気量を求め、前
記電気量に基づいて前記発電中の界磁電流又はエンジン
始動中の界磁電流を制限することを特徴とする車両用電
動発電装置。 - 【請求項５】界磁巻線がロータコアに巻装された回転子
を有する同期発電電動機と、 前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授受する交直双
方向電力変換器と、 前記界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路
と、 前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路と、 を有してエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両
用電動発電装置において、 前記制御回路は、 エンジン始動中に界磁電流及び電機子電流により前記ロ
ータコアを含む前記磁気回路を磁気飽和させ、かつ、前
記界磁電流×界磁巻線のターン数により決定される界磁
起磁力Ｆｆを、電機子電流×電機子巻線のターン数によ
り決定されて前記界磁起磁力Ｆｆと直交する電機子起磁
力Ｆａより大きく設定することを特徴とする車両用電動
発電装置。 - 【請求項６】界磁巻線がロータコアに巻装された回転子
を有する同期発電電動機と、 前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授受する交直双
方向電力変換器と、 前記界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路
と、 前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路と、 を有してエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両
用電動発電装置において、 前記界磁巻線の層間に介設されて軸方向端部が前記界磁
巻線の巻装方向と直角方向に延在して前記ロータコアに
接する良熱伝導性フィルムを有することを特徴とする車
両用電動発電装置。 - 【請求項７】界磁巻線がロータコアに巻装された回転子
を有する同期発電電動機と、 前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授受する交直双
方向電力変換器と、 前記界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路
と、 前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路と、 を有してエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両
用電動発電装置において、 前記制御回路は、エンジン始動期間中における最初の所
定期間に大きなデューテイ比で前記界磁電流を前記界磁
巻線に給電し、その後、より小さいデューテイ比で前記
界磁電流を前記界磁巻線に給電することを特徴とする車
両用電動発電装置。 - 【請求項８】請求項７記載の車両用電動発電装置におい
て、 前記制御回路は、前記１００％デューテイ比の給電は、
前記エンジンが最初の圧縮行程の終了まで持続されるこ
とを特徴とする車両用電動発電装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000385336A JP4172148B2 (ja) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | 車両用電動発電装置 |
| DE10162214.7A DE10162214B4 (de) | 2000-12-19 | 2001-12-18 | Kraftfahrzeug-Motor-/Generatorgerät mit Synchronmaschine |
| US10/020,983 US6713888B2 (en) | 2000-12-19 | 2001-12-19 | Vehicle motor-generator apparatus utilizing synchronous machine having field winding |
| FR0116484A FR2819354B1 (fr) | 2000-12-19 | 2001-12-19 | Appareil moteur-generateur pour vehicules utilisant une machine synchrone |
| FR0208310A FR2825846B1 (fr) | 2000-12-19 | 2002-07-03 | Appareil moteur-generateur pour vehicules utilisant une machine synchrone |
| US10/761,270 US6806687B2 (en) | 2000-12-19 | 2004-01-22 | Vehicle motor-generator apparatus utilizing synchronous machine having field winding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000385336A JP4172148B2 (ja) | 2000-12-19 | 2000-12-19 | 車両用電動発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002191195A true JP2002191195A (ja) | 2002-07-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP4172148B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006003799A1 (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 車両用始動発電装置 |
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| JP2008274834A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Sanden Corp | 流体機械、該流体機械を用いたランキン回路及び車両の廃熱利用システム |
| JP2010081741A (ja) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Mitsubishi Electric Corp | 発電電動機制御装置およびそれを備える車両システム |
| JP2011235838A (ja) * | 2010-05-13 | 2011-11-24 | Mitsubishi Electric Corp | 車両用電動発電機の制御装置 |
| JP2011528768A (ja) * | 2008-07-24 | 2011-11-24 | ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール | 自動車の熱エンジンの始動時間を制御する方法および装置 |
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JPH03155349A (ja) * | 1989-11-07 | 1991-07-03 | Aisin Aw Co Ltd | 車両用モータの冷却装置 |
| JPH05316797A (ja) * | 1992-05-11 | 1993-11-26 | Toshiba Corp | 発電機の出力制御装置 |
| JP2000125513A (ja) * | 1998-08-12 | 2000-04-28 | Hitachi Ltd | 交流発電機 |
-
2000
- 2000-12-19 JP JP2000385336A patent/JP4172148B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03155349A (ja) * | 1989-11-07 | 1991-07-03 | Aisin Aw Co Ltd | 車両用モータの冷却装置 |
| JPH05316797A (ja) * | 1992-05-11 | 1993-11-26 | Toshiba Corp | 発電機の出力制御装置 |
| JP2000125513A (ja) * | 1998-08-12 | 2000-04-28 | Hitachi Ltd | 交流発電機 |
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| US7268441B2 (en) | 2004-02-18 | 2007-09-11 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Control device for motor generator |
| WO2006003799A1 (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 車両用始動発電装置 |
| US7362002B2 (en) | 2004-07-06 | 2008-04-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Automotive starter generator apparatus |
| JP2008274834A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Sanden Corp | 流体機械、該流体機械を用いたランキン回路及び車両の廃熱利用システム |
| JP2011528768A (ja) * | 2008-07-24 | 2011-11-24 | ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール | 自動車の熱エンジンの始動時間を制御する方法および装置 |
| JP2010081741A (ja) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Mitsubishi Electric Corp | 発電電動機制御装置およびそれを備える車両システム |
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