JP2650760B2 - スタータ／発電機の誘導装置を持つ車両用電気装置 - Google Patents

スタータ／発電機の誘導装置を持つ車両用電気装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、始動および発電の両機能のための単一の電
気機構を用いる自動的な電気装置に関し、特に単一の電
気機械が誘導電気である如き装置に関する。
〔従来の技術および解決しようとする課題〕
内燃機関を使用する自動車のための従来周知の電気装
置は、一般に、始動中機関をクランク始動させるための
モータとして作用する１つの電気機械（クランク始動モ
ータ）と、機関の運転中発電するための別の電気機械と
を含む。
長年にわたり、単一の電気機械により始動ならびに発
電の両機能のための種々の装置が提起されてきたが、こ
のような装置は一般に、これら装置が置換する諸装置に
比較して性能が犠牲となり、あるいは著しく複雑化する
ことから免れない。更に、このような装置は、一般に負
荷電圧の変動という問題に対処するものでない。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による自動車の電気装置は、特許請求の範囲の
請求項１に記載されたところを要旨とするものである。
本発明は、始動ならびに発電の両機能のため非同期的
な誘導装置を用いる効率の高い車両用電気的装置および
制御方法を目的とする。この誘導装置は、両方向の機械
エネルギ交換のための２速の歯車セットを介して機関と
接続される。この２速の遊星駆動部は、始動モードにお
いては減速駆動部として、また発電モードの間は直結駆
動部として作動する。両方向性の多相ブリッジ回路が、
双方向の電気エネルギ交換のために誘導装置をバッテリ
と結合する。また、負荷コンバータは車両の電気的負荷
にこのバッテリを結合させ、所定の定常電圧において電
流により電気的負荷を付勢する。
コンピュータ制御型の制動装置は、双方向性ブリッジ
回路を介して付勢振幅および周波数を調整し、装置の作
動周波数を所要の出力レベルへ最適化する。コンピュー
タ制御型の別の制御装置は、バッテリの充電状態や機関
の作動モード等を表す種々のパラメータに基づいて、誘
導装置の所望の出力を規定する。
［実施例］ 以下、本発明の一実施例について、添付図面を参照し
ながら説明する。
特に第１図においては、参照番号10は、蓄電池（バッ
テリ）12と、抵抗14および直列スイッチ16により示され
る複数の切換えられる電気的負荷とを含む車両用電気装
置を示す。この車両用電気装置10は更に（３相）誘導装
置18を含み、この誘導装置は内燃機関20（以下本文にお
いては、機関と呼ぶ）をクランク始動するための電動機
モード、あるいはバッテリ12および電気的負荷に対して
電流を供給するための発電モードで選択的に作動する。
この目的のため、機関20は、以下に第２図に関して記載
するベルト駆動部22と２速遊星駆動部24の組合せによ
り、誘導装置18と機械的に結合されている。
上記の構成要素の作動を制御するための制御回路は、
参照番号25により全体的に示される。バッテリ電圧Vbは
直接にブリッジ回路26（両方向ブリッジ回路装置）に対
して供給され、また点火スイッチ28を介して負荷コンバ
ータ30、電源32（コンピュータをベースとする）システ
ム制御ユニット34およびゲート駆動回路38に供給され
る。電源32からの調整された出力電圧は、図示の如く
（コンピュータ制御型の３相）PWMゼネレータ36、ゲー
ト駆動回路38およびシステム制御ユニット34へ供給され
る。以下に述べるように、バッテリ電圧Vbはバッテリ充
電要求に関連して制御されるが、負荷コンバータ30（従
来のバック（buck）コンバータとして示される）が比較
的低い固定された出力電圧を電気的負荷14に対して供給
する。ブロック30′により示されるように、必要に応じ
て多重負荷電圧を与えるために多重負荷コンバータを使
用することもできる。システム制御ユニット34およびPW
Mゼネレータ36は制御装置を構成する。
誘導装置18の回転速度は、Hewlett Packard社のHEDS
−5500の如きパルス型タコメータ40により検知される。
このタコメータ出力TACHは、バッテリ電圧Vb、オン／オ
フ入力および始動（ST）入力と共に、システム制御ユニ
ット34に対し入力として与えられる。このオン／オフ入
力は回路の動作を付勢／消勢し、始動入力は機関のクラ
ンク始動の開始を可能にする。
上記の入力に応答して、システム制御ユニット34は、
電動機モードおよび発電モードのいずれが適当であるか
を判定し、所要の付勢およびスリップ（slip）を判定
し、振幅および電力周波数制御信号Ａ、POWERFをそれぞ
れ回転42および44上でPWMゼネレータ36へ出力する。
クランク始動モードにおいては、付勢は機関20の平滑
で静粛な始動のため最適な走行レベルまで逓増する。機
関20が始動を完了し、発電モードに入ると、付勢振幅は
始動と発電との間で平滑に遷移するように最適な発電レ
ベルまで逓増される。発電モードにおいては、電力周波
数、即ち、発生される交流の周波数は、ロータ速度ROTO
R SPDと、実際のバッテリ電圧Vbが所要の基準電圧から
相違する量と関連して決定されるスリッピ指令SLIP CM
Dとの和に従って計算される。
内部では、システム制御ユニット34は、全てバス52と
接続される入出力装置I/O、タイマー／カウンタ装置TMR
/CTR、およびマイクロコンピュータμＣを含む多数の従
来の装置からなっている。このI/O装置は、オン／オ
フ、STおよびVbの諸入力を受取り、装置の振幅制御信号
Ａを生成する。TMR/CTR装置は、TACH信号に対する入力
カウンタ、およびPWMPER出力に対する出力カウンタとし
て作動する。TMR/CTR装置はまた、線54により示される
ループ・タイミング機能を行うが、これについては後述
する。上記の制御機能を実施する際マイクロコンピュー
タμＣにより実行されるプログラム命令を表わすフロー
図は、第４図、第5a図、第5b図および第６図に示されて
いる。
PWMゼネレータ36は、正弦関数探索を実行し、システ
ム制御ユニット34により与えられる付勢振幅および電力
周波数制御信号Ａ、POWERFに従って６つの低レベル（５
ボルト）のPWM駆動信号を回線56〜66上でゲート駆動回
路38へ与える。内部では、PWMゼネレータ36は、１つの
マイクロコンッピュータμＣ、３つのPWM駆動装置PWM
1、PWM2、PWM3およびクロックＣを含む多数の周知の装
置からなっている。PWM1駆動装置は、回転56および58上
に位相１の上下のスイッチング装置に対する駆動信号を
生成し、PWM2駆動装置は、回転60および62上に位相２と
上下のスイッチング装置に対する駆動信号を生成し、PW
M3駆動装置は回線64および66上に位相３の上下のスイッ
チング装置に対する駆動信号を生成する。PWMパルス巾
指令は、マイクロコンピュータμＣからデータバス68お
よび装置選択およびハンドシェーク回線70を介してPWM
駆動装置PWM1、PWM2、PWM3へ送られる。なお、「装置選
択およびハンドシェーク」という語はコンピュータ技術
の分野では慣用されている用語であり、装置の１つを選
択し、そこから確認信号を受信し、次いでデータを送出
することを意味する。クロックＣは、PWM駆動装置にPWM
パルス巾指令を解くための高周波数クロック信号を与え
る。上記の諸制御機能の実施の際マイクロコンピュータ
μＣにより実行されるプログラム命令を表わすフロー図
が第７図に示される。
ゲート駆動回路38は、ブリッジ回路26のスイッチング
装置を駆動するため回転56〜66上の低レベルのPWM駆動
信号を回転72〜82上の隔離された高レベル（16ボルト）
の信号へ変換する。
ブリッジ回路26は、誘導装置18の３相の全波電流制御
のために構成される。クランク始動モードにおいては、
この回路は誘導装置18の３相巻線をバッテリ12からの所
要の振幅および周波数の正弦波電流で付勢する。発電モ
ードにおいては、この回路は、誘導装置18から所要の振
幅および周波数の正弦波形の負荷電流を引出す。
誘導装置18および２速遊星駆動憂24については、第２
図に更に詳細に示される。同図に示されるように、誘導
装置のハウジング90および２速遊星駆動部のハウジング
92は94で接合され、フランジ96で機関20に取付けられる
ようになっている。あるいはまた、２速遊星駆動部24
は、機関のクランク軸により直接駆動することもでき
る。誘導装置のハウジング90は、誘導装置18のステータ
巻線98および積層コア部100を支持し、また２速遊星駆
動部のハウジング92は、２速遊星駆動部24のリング・歯
車102を支持している。装置のロータ104の外端部は、誘
導装置ハウジング90によりボール・ベアリング106上で
回転自在に支持され、図に示すように誘導装置ハウジン
グ90の外端部上に支持されるパルス型タコメータ40を駆
動する。装置ロータ104の内端部は、出力軸108内でスリ
ーブ・ベアリング109および一方向クラッチ110上に回転
自在に支持されている。出力軸108の内端部は、２段の
遊星歯車セット112によってスリーブ・ベアリング114お
よび一方向クラッチ116上に回転自在に支持され、出力
軸108の外端部は、２速遊星駆動部ハウジング92に取付
けられたボール・ベアリング118により回転自在に支持
されている。
２段の遊星歯車をセット112および一方向クラッチ11
0、116は、装置のロータ104および出力軸108を機械的に
結合するように働く。出力軸108は、第１図に示される
ように、3:1のベルト駆動部22を介して機関のクランク
軸と結合されている。装置の軸104の中間部に圧着され
た太陽歯車120は遊星歯車122と噛み合い、この歯車は更
に２速遊星駆動部ハウジング92の内周部に取付けられた
リング歯車124と噛み合っている。遊星キャリア126およ
び一体の太陽歯車128は、スリーブ・ベアリング114を介
して出力軸108上に支持されている。太陽歯車128は、遊
星歯車130と噛み合い、該遊星歯車は更にリング歯車102
と噛み合っている。遊星キャリア132は、一方向クラッ
チ116を介して出力軸108と接続されている。スリーブ・
ベアリング134は、２速遊星駆動部ハウジング92に関し
て遊星キャリア132を支持している。
機関のクランク始動においては、誘導装置18がモータ
として作用させられ、２速遊星駆動部24は装置のロータ
104と出力軸108との間に10:1の減速比を確立する。この
条件において、２速遊星歯車セット112は、一方向クラ
ッチ116を介して出力軸108と結合され、一方向クラッチ
110がオーバーランする。
一旦機関20が始動すると、出力軸108は直接一方向ク
ラッチ110を介して装置のロータ104を駆動し、一方向ク
ラッチ116がオーバーランする。このとき、誘導装置18
は、バッテリ充電および負荷の付勢のための電気エネル
ギを生じるため発電機として作動させられる。
第１図の電源32は第３図に詳細に示される。第１図に
示されるように、電源32は、バッテリ電圧Vbを用いてシ
ステム制御ユニット34およびPWMゼネレータ36に対する
５ボルトDC（5VDC）電源と、ゲート駆動回路38に対する
４つの隔離された16ボルトDC（16VDC）電源を生成す
る。
参照番号140で示されるこの5VDCの電源回路は、単に
電圧調整器142、抵抗分圧器144および出力フィルタ・コ
ンデンサ146により構成されている。コンデンサ147によ
りフィルタされるバッテリ電圧Vbは、電圧調整器142に
対して入力電圧として与えられる。
16VDCの電源回路は、発振回路150と、変圧器152と、
４つの隔離された電圧調整回路154、156、158、160から
なっている。発振回路150は変圧器152の一次巻線162を
駆動し、各電圧調整回路154、156、158、160は変圧器の
二次巻線164、166、168、170によって給電される。
発振回路150は、タイマー／発振チップ172（LM555ま
たは相当品の如き）および約50KHz方形波出力を回線176
上に生じる関連するRC要素174の周囲に形成されてい
る。この方形波出力は、抵抗180を介してコンパレータ1
78の反転入力側に与えられる。この反転コンパレータ入
力は、抵抗分圧器182により生成されるオフセット基準
電圧が与えられる。コンパレータ178の出力は、電圧制
限回路186を介してバッファ増巾器184へ入力として加え
られ、このバッファ増巾器出力は更に抵抗190を介して
トランジスタ駆動対188へ入力として加えられる。駆動
対188を形成するトランジスタのエミッタは１つに接合
され、抵抗194を介してパワーFET192に対して入力とし
て接続され、このトランジスタの電該／ドレーン回路は
一次巻線162と直列に接続されている。このように接続
されるため、上記の諸要素は、一次巻線162を50KHzの発
振回路出力周波数における交流で駆動するよう働く。
電圧調整回路154、156、158、160は同じものである。
一次巻線162に対する各二次巻線164、166、168、170の
巻線比は、16ボルトDCの出力電圧を生じるように選定さ
れる。電圧調整回路154に関しては、各電圧調整回路が
二次巻線164と直列に接続されたダイオード整流器106、
フィルタ・コンデンサ198、抵抗分圧器202を有する電圧
調整器200および出力フィルタ・コンデンサ204を含む。
変圧器152は直流16Vの各々の電圧調整回路154、156、15
8、160の間を絶縁する。種々の16VDCの出力電圧は、こ
こではＡ＋、Ａ−、Ｂ＋、Ｂ−、Ｃ＋、Ｃ−、Ｄ＋およ
びＤ−として示される。
前に述べた諸機能の実施の際システム制御ユニット34
のマイクロコンピュータμＣにより実行されるプログラ
ム命令を表わすフロー図が第４図、第5a図、第5b図およ
び第６図において示される。第４図のフロー図は、入力
値を読出し、出力を生じ、種々のルーチンの実行を指令
する主要ループ即ち実行プログラムを示している。第5a
図および第5b図のフロー図は、システム監視ルーチンを
表わし、第６図のフロー図は装置制御ルーチンを示して
いる。
第４図の主要ループのフロー図においては、参照番号
214は、種々のレジスタ、タイマー、フラッグおよび変
数を初期条件に初期化するため車両の各運転期間の開始
において実行される一連の命令を示している。その後、
判断ブロック216が実行されてSCANビットがセットされ
るかどうかを判定する。このSCANビットは、回線54上で
低い周波数（10Hz）の走査パルスを受取るシステム制御
ユニット34のTMR/CTR装置の入力ラッチを示す。SCANビ
ットは走査パルスの立上りエッジ毎にセットされ、主要
ループ・プログラムの別の実行を信号する。SCANビット
がセットされると直ちに、命令ブロック218〜226が実行
されてSCANビットをクリアし、最も後の振幅および電力
周波数値A,POWERFを出力し、新しい入力値を読出して、
システム監視および装置制御ルーチンを実行する。振幅
制御信号Ａは８ビット・ワードの形態で生成され、電力
周波数制御信号POWERFが所要の周波数の16倍の周波数を
有する方形波の形態でTMR/CTRにより生成される。以下
に述べるように、16の因数を用いてPWMゼネレータ36に
よる16セグメントの正弦波ゲート駆動信号の生成を容易
にする。次いで、フローの戻り線228により示されるよ
うに、上記のプロセスが反復される。
次にシステム監視ルーチンの第5a図および第5b図のフ
ロー図においては、判断ブロック230が最初に実行され
て、オン／オフ入力がオンにセットされるかどうかを判
定する。もしそうでなければ、命令ブロック232が実行
されて、オフ・モード・フラッグをセットし、フロー図
の部分234が実行されてオフ・モード条件をセットアッ
プし、電動機モードへの遷移が適当であるかどうかを判
定する。命令ブロック235は、付勢項EXCITおよびスリッ
チ指令SLIP CMDを「０」へセットする。しかし、もし
オン／オフおよび始動ビットの双方がセットされるなら
ば、判断ブロック236および238により判定されるよう
に、命令ブロック240が実行されて「電動機遷移モー
ド」フラッグをセットし、誘導装置18の電動機モードへ
の遷移がシステム監視ルーチンの次の実行時に生じるよ
うにする。もし判断ブロック230がオン／オフ・ビット
がセットされることを判定しかつ判断ブロック242がオ
フ・モード・フラッグもまたセットされることを判定す
るならば、フロー図の部分234が上記の如く実行され
て、電動機モードへの遷移が適当であるかどうかを判定
する。
もしオン／オフ・ビットがセットされ、オフ・モード
・フラッグがセットされなければ、判断ブロック244が
実行されて電動機遷移フラッグがセットされるかどうか
を判定する。もしそうであれば、フロー図の部分246が
実行されて電動機遷移条件をセットアップし、また装置
の付勢を0.6ボルト/Hzの値に逓増する。このように、命
令ブロック248は装置スリップ指令を30Hzにセットし、
付勢変数EXCITをその初期のゼロの値から増分する。付
勢値が判断ブロック250において判定される如く0.6ボル
ト/Hzに達すると、命令ブロック252が実行されて電動機
遷移モード・フラッグをクリアし電動機モード・フラッ
グをセットする。
命令ブロック252の実行に続くシステム監視ルーチン
の次の実行において、判断ブロック244は否定応答さ
れ、判断ブロック254は肯定応答される。この時、フロ
ー図の部分256が実行されて電動機作動条件をセットア
ップし、発電モードへの遷移が適当であるかどうかを判
定する。この目的のため、命令ブロック258はスリップ
指令を30Hzにセットし、付勢変数EXCITを0.6ボルト/Hz
にセットして、判断ブロック260はパルス型タコメータ4
0からのTACH周波数信号が期間の始動の特性を示す基準
周波数「START REF」よりも大きいかどうかを判定す
る。機関が始動すると、判断ブロック260は肯定応答さ
れることになり、命令ブロック262が実行されてスリッ
プ指令および付勢項をゼロにセットし、電動機モード・
フラッグをクリアし、発電遷移モード・フラッグをセッ
トする。
命令ブロック262の実行に続くシステム監視ルーチン
の次の実行において、判断ブロック254は否定応答さ
れ、判断ブロック264は肯定応答される。この時、フロ
ー図の部分266が実行されて装置の付勢を通常の発電モ
ード値へ逓増する。この目的のため、命令ブロック268
が実行されて付勢項EXCITを増分し、命令ブロック274が
実行されて実際のバッテリ電圧Vbと所要のバッテリ電圧
Vrefとの間の差と関連してスリップ指令をセットする。
一旦付勢変数EXCITが判断ブロック270により判定される
如き公称発電値0.3ボルト/Hzへ増分されると、命令ブロ
ック272が実行されて発電遷移モード・フラッグをクリ
アして発電モード・フラッグをセットする。
命令ブロック272の実行に続くシステム監視ルーチン
の次の実行において、判断ブロック264は否定応答さ
れ、判断ブロック276は肯定応答されることになる。こ
の時、付勢項EXCITは0.3ボルト/Hzに維持され、スリッ
プ指令は命令ブロック274に示される如きバッテリ電圧
誤差の関数として判定され続ける。もし判断ブロック27
8が否定応答されるならば、命令ブロック278が実行され
てオフ・モード・フラッグをセットしてこのルーチンを
終了する。
次に第６図の装置制御ルーチンにおいては、命令ブロ
ック280および282が実行されて、システム監視ルーチン
により判定された付勢およびスリップ指令項に従って電
力周波数POWERFおよび振幅Ａ制御信号を計算する。命令
ブロック280に示されるように、電力周波数項POWERFが
パルス型タコメータ40からのロータ周波数およびシステ
ム監視ルーチンにより決定されるスリップ指令周波数の
和に決定される。命令ブロック28に示されるように、振
幅正誤信号Ａは、システム監視ルーチンにより決定され
る電力周波数POWERFおよび付勢項EXCITの積をバッテリ
電圧Vbにより除したものに決定される。この結果、最小
値「０」および最大値「１」を有する次元のない分数を
もたらす。
第７図のフロー図は、PWMゼネレータ36のマイクロコ
ンピュータμＣにより実行されるコンピュータ・プログ
ラム命令を表わす。前に示したように、PWMゼネレータ3
6はシステム制御ユニット34からの電力周波数POWERFお
よび振幅Ａ制御信号に応答して作動し、回線56〜66上の
６つのPWM駆動信号を生じる。このルーチンの実行は、
判断ブロック290により示されるように、電力周波数制
御信号POWERFの前エッジの遷移によりトリガーされる。
PWMゼネレータ36に与えられる周波数指令が16×所要
電力周波数POWERFであるため、第７図のフロー図は電力
周波数の周期毎に16回実行される。これにより、電力周
波数の周期は、それぞれが22.5度の電気角を有する16個
の部分に有効に分割される。このような増分毎に、PWM
ゼネレータ36は振幅制御信号Ａおよび正弦波関数の探索
値の積に従って３相のPWMデューティ・サイクル指令をP
WM駆動装置PWM1、PWM2、PWM3へ出力する。このPWM駆動
出力は更にブリッジ回路26のスイッチング装置を制御し
て、３相電圧および電流を誘導装置18のステータ巻線に
生じる。
周波数指令は、16カウントのカウンタ（COUNT）を増
分する。正弦波関数の探索表は更に、COUNT値に基く３
つの装置の位相SIN1、SIN2、SIN3に対する正弦波因数を
生成する。典型的な正弦波因数および対応するCOUNT値
は第８図のチャートに示されている。
次に、PWMデューティ・サイクルPWMDC1、PWMDC2、PWM
DC3は、下式に従って決定される。即ち、 PWMDC1＝［（Ａ＊SIN1/2）］＋0.50 PWMDC2＝［（Ａ＊SIN2/2）］＋0.50 PWMDC3＝［（Ａ＊SIN3/2）］＋0.50 但し、振幅Ａおよび各正弦波因数SIN1、SIN2、SIN3は各
々「０」と「１」の間で変化する。50％のデューティ・
サイクル・オフセットが用いられるが、これは３つの位
相全てが50％のデューティ・サイクルにおいて作動する
時装置の「０」の付勢が生じるためである。50％より大
きなデューティ・サイクルは正の出力電圧を生じ、50％
より小さなデューティ・サイクルは負の出力電圧を生じ
る。電力周波数POWERFの１つの完全サイクルにおける３
相PWMデューティ・サイクルが第９図にグラフで示され
る。
フロー図によれば、命令ブロック292および294が最初
に実行されて、振幅項Ａを読出し、カウンタ項COUNTを
増分する。次いで命令ブロック296〜300が実行されて、
COUNTの値に基いて位相１の正弦波因数を探索し、オフ
セットPWMデューティ・サイクルを計算し、計算された
デューティ・サイクルを一次レジスタREG1に格納する。
正弦波因数SIN2、SIN3およびPWMデューティ・サイクルP
WMDC2、PWMDC3は、それぞれ命令ブロック302〜306およ
び308〜312に示されるように同様に決定される。次に、
命令ブロック314が実行されて、格納されたデューティ
・サイクル値PWMDC1、PWMDC2、PWMDC3をPWM駆動装置PWM
1、PWM2、PWM3へ出力する。
上記のように、PWM駆動装置PWM1、PWM2、PWM3はそれ
ぞれ２つの相補的なPWM信号、即ち高い側のスイッチン
グ装置に対して１つ、低い側のスイッチング装置に対し
て１つ生成する。各場合において、高い側のスイッチン
グ装置におけるオンの時間は指令されたデューティ・サ
イクル（PWMDC）とスイッチング周波数（1/20KHz）の周
期の積に等しい。
回線56〜66における６つのPWM駆動装置出力は、第10
図および第11図に詳細に示されるゲート駆動回路38に対
し入力として与えられる。第10図においては、各ゲート
駆動回路が入力バッファ320、レベル・シフタ322および
６つの隔離された駆動回路324〜334を含む。レベル・シ
フタ322は６つのコンパレータ336〜346を含み、その各
々が低レベル（５ボルト）のPWM入力と、分圧器348およ
び350によりバッテリ電圧Vbから生じる高レベルの基準
電圧とを受取る。その結果生じる回線352〜362上の高レ
ベル（12/24ボルト）のPWM出力はそれぞれ、プルアップ
抵抗364〜374により常に高い状態に維持され、また駆動
回路324〜334に対し入力として接続される。
回線72〜82上の６つの駆動回路出力は、ブリッジ回路
26の電力装置の導通制御のためこれら装置に対し制御入
力として与えられる。隔離された駆動回路324〜334は、
ブリッジ回路26が全てＮ−チャネルの電力装置からなる
ため、高い側の電力装置に対して与えられる。このた
め、高い側の駆動回路324、328および332は、それぞれ
表示Ａ＋、Ａ−、Ｂ＋、Ｂ−、Ｃ＋およびＣ−により示
されるように、電源32からの隔離された16VDCの電源が
与えられる。低い側の駆動回路326、330および334は、
表示Ｄ＋およびＤ−で示されるように、同じ16VDC電源
が与えられる。従って、ブロック376、378および380の
各々における回路は入力および電源の根源を除き同じも
のであることが理解されよう。
典型的なPWM駆動回路（ブロック 376）が第11図に詳
細に示される。このように、回線352および354における
高レベルのPWM入力がそれぞれ駆動回路324および326に
与えられ、各駆動回路出力が回線72および74に生成され
る。光結合回路382および関連する要素384を用いて、Ａ
＋、Ａ−電源に対する回線352上の高い側のPWM入力を照
合する。低い側の駆動回路326に対するＤ−電源回線
は、上記の如くバッテリ接地電位に照合される。
回線386上の光学的に隔離された高い側のPWM装置出力
は、分圧抵抗390、392およびコンデンサ394により決定
される基準電圧と共に、コンパレータ388に対し入力と
して与えられる。このコンパレータ388および抵抗396、
398は、PWM駆動装置出力に従ってトランジスタ400をオ
ン／オフになるようバイアスを与える。トランジスタ40
0は更に、抵抗404、406を介して出力トランジスタ対403
をオン、オフになるようバイアスを与える。出力トラン
ジスタ対402のエミッタは１つにまとめられ（駆動回路
出力）回線72と接続されている。高い側の駆動要素388
〜406は、低い側の駆動回路326において略々同じもので
あり、ここでは特に記述しない。
上記のように、回線72〜82上の６つの駆動回路出力
は、第12図において詳細に示されるブリッジ回路26の電
力装置に対し制御入力として与えられる。第12図によれ
ば、このブリッジ回路26は、６つの電力装置420〜430か
らなり、電力装置420内に示されるように各々がＮ−チ
ャネルのパワーFET432および関連する過渡状態保護装置
434を含む。
ブリッジ出力ターミナル436、438、440は誘導装置18
のステータ巻線と接続され、ブリッジ回路の電力装置42
0〜430は、誘導装置18がバッテリ12から（電動機モード
の）正弦波形の電流を受取りあるいはバッテリ充電のた
め（発電モードの）整流された正弦波形の電流を与える
ようにパルス巾変調される。システム制御ユニッチョ34
は、電動機の始動および電動および発電間の遷移状態に
おいて付勢／負荷を変化させ、最終的に誘導装置18をそ
の略々最もよい効率レベルで作動させる。
第13図は、従来の方法で制御された車両用発電機の電
流生成特性（線 502）と比較した本発明の車両用電気
装置の電流生成特性（線 500）を示している。従来の
構成においては、発電機の速度が少なくとも13ボルトを
生じるに充分に高くなるまで電流は13ボルトのバッテリ
負荷に対して常に供給することができず、このことはカ
ットイン電圧／速度と呼ばれる。その後、電流生成能力
はステータのインピーダンスによって制限され、最後に
は装置の飽和限界と対応する限界値を越えることはでき
ない。しかし本発明の装置においては、ブリッジ回路26
のブースト能力は比較的小さな速度において誘導装置18
から電流を引出すことを可能にする。このため、ステー
タのインピーダンスによる諸制限を避け、ハッチを施し
た領域504により示されるように比較的低い発電機速度
で発電能力が増大する結果となる。
前述のものに代る構成としては、例えば、１つのコン
ピュータに基づくコントローラにより実施されるシステ
ム制御ユニット34およびPWMゼネレータ36の諸機能を含
む。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従って構成された、（コンピュータに
基く）システム制御ユニット、（コンピュータに基く）
PWMゼネレータ、誘導装置、およびこの誘導装置を機関
に接続する２速遊星駆動部を含む車両用電気装置を示す
ブロック図、第２図は第１図の誘導装置および２速遊星
駆動部を示す概略図、第３図、第10図、第11図および第
12図は第１図に示された種々のブロックを示す回路図、
第４図、第5a図、第5b図および第６図は第１図のシステ
ム制御ユニットにより実行されるコンピュータ・プログ
ラム命令を示すフロー図、第７図は第１図のPWMゼネレ
ータにより実行されるコンピュータ・プログラム命令を
示すフロー図、第８図および第９図はモータ電圧波形を
規定する際第１図のPWMゼネレータにより用いられるデ
ータを示す図、および第13図は従来の方法で制御される
発電機と比較して本発明の装置の増強された発電能力を
示すグラフである。 10……車両用電気装置、12……バッテリ、14……抵抗、
16……直列スイッチ、18……３相誘導装置、20……抗燃
機関、22……ベルト駆動部、24……２速遊星駆動部、25
……制御回路、26……直列ブリッジ回路、28……点火ス
イッチ、30……負荷コンバータ、32……電源、34……シ
ステム制御ユニット、36……３相PWMゼネレータ、38…
…ゲート駆動回路、40……パルス型タコメータ、42、44
……回線、52……バス、56〜66、60〜62、72〜82……回
線、68……データバス、70……装置選択／ハンドシェー
ク回線、90……誘導装置ハウジング、92……２速遊星駆
動部ハウジング、96……フランジ、98……ステータ巻
線、100……積層コア部、102……リング・ギア、104…
…ロータ、106、118……ボール・ベアリング、108……
出力軸、109、114……スリーブ・ベアリング、110、116
……一方向クラッチ、112……遊星歯車セット、120、12
8……太陽歯車、122、126、130……遊星歯車、124……
リング歯車、132……遊星キャリア、140……電源回路、
142……電圧調整器、144……抵抗分圧器、146……出力
フィルタ・コンデンサ、147……コンデンサ、150……発
振回路、152……変圧器、154、156、158、160……電圧
調整回路、162……一次巻線、164、166、168、170……
二次巻線、172……タイマー／発振チップ、174……RC要
素、176……回線、178……コンパレータ、180……抵
抗、182……抵抗分圧器、184……バッファ増巾器、186
……電圧制限回路、188……トランジスタ駆動回路対、1
90……抵抗、192……パワーFET、194……抵抗、198……
フィルタ・コンデンサ、200……電圧調整器、320……入
力バッファ、322……レベル・シフタ、324〜334……駆
動回路、336〜346……コンパレータ、348、354……分圧
器、352 362……回線、364〜374……プルアップ抵抗、
382……光結合回路、388……コンパレータ、390、392…
…分圧抵抗、400……トランジスタ、402……出力トラン
ジスタ対、404、406……抵抗、420〜430……電力装置、
432……FET、434……過渡状態保護装置、436、438、440
……ブリッジ出力ターミナル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービッド・アレン・チャンス アメリカ合衆国インディアナ州46060, ノーブルスヴィル，ウッドビュー 382 (72)発明者 スティーヴン・ウェイン・アンダーソン アメリカ合衆国インディアナ州46011, アンダーソン，アール・アール・ナンバ ー ６，ボックス 325ビー (56)参考文献 特開 昭60−118095（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−26500（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−40382（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−112897（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−49697（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−145600（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−62899（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の始動、バッテリの充電および車
    両の電気的負荷の付勢のための車両用電気装置であっ
    て、前記内燃機関と結合されて双方向の回転機械的エネ
    ルギ交換を行う誘導装置を備える電子装置において、 前記バッテリおよび前記誘導装置を電気的に結合して双
    方向の電気エネルギ交換を行う双方向性ブリッジ回路手
    段と、 前記バッテリから得た実質的に正弦波形の電圧により前
    記誘導装置を付勢するインバータとして前記双方向性ブ
    リッジ回路手段を作動させる機関始動モードと、前記バ
    ッテリを充電するために前記誘導装置からエネルギを取
    り出すコンバータとして前記双方向性ブリッジ回路手段
    を作動させる発電モードにおいて、前記双方向性ブリッ
    ジ回路手段の作動を制御する制御手段と、 前記バッテリと前記電気的負荷との間に接続され、該電
    気的負荷を付勢するために所定の負荷電圧で前記バッテ
    リから電流を取り出す負荷コンバータと、 を具備する車両用電気装置。
  2. 【請求項２】前記制御手段が、前記誘導装置の電力周波
    数と該誘導装置の速度との間のスリップを所定値に維持
    するよう該誘導装置の電力周波数を制御するため、およ
    び、前記電力周波数に対する付勢電圧の比率が前記誘導
    装置の実質的に最適な電動機動作効率に対応する所定値
    に達するまで付勢電圧の大きさを逓増するため、前記機
    関の始動モードの間有効な手段を含む、請求項１記載の
    車両用電気装置。
  3. 【請求項３】前記制御手段が、前記電力周波数に対する
    付勢電圧の比率が所定値に達し、前記誘導装置の速度が
    前記機関が始動したことを示す基準値を越した後に有効
    となり、前記誘導装置の速度に前記電力周波数を釣り合
    わせ、前記付勢電圧をゼロにリセットする手段を備え
    る、請求項２記載の車両用電気装置。
  4. 【請求項４】前記制御手段が、前記バッテリの電圧を基
    準値に制御するように前記誘導装置の速度および前記バ
    ッテリの電圧の関数として前記誘導装置の電力周波数を
    制御するため、および、前記電力周波数に対する前記付
    勢電圧の比率が前記誘導装置の実質的に最適な発電効率
    と対応する所定値に達するまで前記付勢電圧の大きさを
    逓増するため、前記発電モードの間有効な手段を備え
    る、請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用電気装
    置。
  5. 【請求項５】前記有効な手段が、実際のバッテリ電圧と
    前記基準値との間の差に関連してスリップ指令を決定
    し、前記誘導装置の速度と前記スリップ指令との和に従
    って前記電力周波数を計算する手段を備える、請求項４
    記載の車両用電気装置。
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