JP2841777B2 - ターボチャージャ用回転電機の電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はターボチャージャの回転軸に配置した回転電
機に接続し、該回転電機の電動作動時の電力源、または
発電作動時の蓄電装置となるターボチャージャ用回転電
機の電源装置に関する。

（従来の技術） 近年、排気エネルギーにより駆動されるダービンにコ
ンプレッサを接続し、該コンプレッサの圧気作動により
過給気をエンジンに圧送するターボチャージャが広く使
用されている。

そして、このようなターボチャージャの回転軸に電動
−発電機となる回転電機を取付け、排気エネルギーに余
力のあるときは回転電機を発電機として作動させ、電力
としてエネルギーを回収してバッテリの充電を行った
り、またはエンジンの低回転高負荷時にはバッテリを電
源として回転電機に供給し、エンジントルクを増大させ
る事が行われている。

なお、この種の回転電機付ターボチャージャの駆動装
置としてエンジンの出力により駆動される発電機を設
け、該発電機の出力にて回転電機を駆動してエンジンの
低速高負荷時における過給気圧を増大させる提案が特開
平−１−313626号公報に示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように回転電機を発電機作動させ、排気エネル
ギーを電力として回収してバッテリを充電するには、バ
ッテリの端子電圧以上の例えば12V以上の出力を必要と
する。したがって該回転電機を電動駆動するためには、
さらに高電圧の電源が必要となり、充電されたバッテリ
からの電圧をDC−DCコンバータまたは変圧器などにより
昇圧させる必要がある。このため、鉄心を要するDC−DC
コンバータや変圧器の使用では重量が増すとともに、そ
の設置容積が必要となり、車載性が劣るという問題が生
じている。

また、前述の公開公報に示された提案では、エンジン
のトルクによる発電機や付随の電圧変換器や制御回路な
ども必要となり、その重量やコストが嵩むという虞があ
る。

本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであ
り、その目的は重量の嵩むDC−DCコンバータや電圧変換
器などを使用することなく、回転電機の出力により充電
されるとともに、該回転電機を電動駆動できるターボチ
ャージャ用回転電機の電源装置を提供しようとするもの
である。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために本発明によれば、ターボ
チャージャの回転軸に配置した回転電機の発電作動時の
出力を蓄電し、該蓄電した電力を回転電機に供給してタ
ーボチャージャの過給作動を付勢せしめるターボチャー
ジャ用回転電機の電源装置において、直列接続された複
数個の蓄電素子と、該蓄電素子の蓄電時には個々の蓄電
素子ごとに充電せしめ回転電機への通電時には直列接続
の電荷を供給する充放電手段とを設けたターボチャージ
ャ用回転電機の電源装置が提供される。

（作用） 本発明では、排気エネルギーを回収した電力により蓄
電を行うときは、直列接続された複数個の蓄電素子を個
々に充電して電荷を蓄えさせ、回転電機の電動駆動時に
は直列接続した両端の電圧を通電するので、充電時の複
数倍の電圧が回転電機に与えられる。

（実施例） つぎに本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は本発明にかかるターボチャージャ用回転電機
の電源装置の一実施例の構成ブロック図である。

同図において、１はエンジンであり、その排気管11と
吸気管12とにはターボチャージャ２が接続されており、
該ターボチャージャ２には排気エネルギーにより駆動さ
れるタービン21と、該タービントルクにより駆動される
コンプレッサ22とが備えられ、コンプレッサ22の作動に
よる圧気は吸気管12を介して過給気としてエンジン１に
供給される。

３は電動−発電機となる回転電機で、その回転子31は
タービン21の回転軸に直結されている。そして、エンジ
ン１からの排気エネルギーが大きいときは、タービント
ルクによるコンプレッサ22の圧気作動によって過給作動
を行う他、回転駆動される回転子31との電磁作用により
固定子32に起電力を生じ、排気エネルギーが電力として
回収される。また、エンジン１が急加速を要するとき
は、回転電機３に電力を供給することによって電動機と
して作動させ、そのトルクによりコンプレッサ22を駆動
して圧気をエンジン１に供給し過給圧を上昇させるよう
に構成されている。

４は大静電容量のコンデンサであり、例えば電気二重
層原理を用いた電気二重層コンデンサが使用され、蓄電
素子となる４個の素子41,42,43および44を直列接続に結
線したもので、該コンデンサ４の充電は排気エネルギー
を回収した電力により後述のように行われ、該充電した
電力によって回転電機３の電動駆動を行うものである。

５はレギュレータで、発電作動時の回転電機３の出力
をコンデンサ４の個々の素子の充電用に制御するもの
で、交流電力を直流に変換してから電流値を制御するよ
うに構成され、その作動のオフ／オンや制御は後述する
コントローラからの指令によって行われる。

６はインバータで、直列接続されたコンデンサ４から
の直流電力を入力して、コントローラ９からの指示に基
づいて回転電機３を力行させる周波数の交流に変換する
ものである。

７は単方向性半導体制御素子のSCRであり、素子71,7
2,73および74のアノード側は一括してレギュレータ５の
＋端子に接続され、カソード側は図示のようにコンデン
サ４の素子41,42,43および44のそれぞれの＋側に結線さ
れ、またそれぞれのゲート端子はコントローラ９からの
指令ラインに接続されている。

８は７と同様なSCRであり、素子81,82,83および84の
カソード側は一括してレギュレータ５の−端子に接続さ
れ、アノード側はそれぞれコンデンサ４の素子41,42,43
および44のそれぞれ−側に結線されており、それぞれの
ゲート端子はコントローラ９の指令ラインに接続されて
いる。

コントローラ９はマイクロコンピュータからなり、中
央制御装置、各種メモリ、入／出力回路などを備え、回
転電機３の回転数やコンデンサ４の素子の端子電圧など
に基づき、インバータ６やレギュレータ５への指令や、
SCR7およびSCR8の各素子のゲートへのオン／オフ信号な
どを発するように構成されている。

つぎに、このように構成された本実施例の作動を説明
する。

排気エネルギーに余裕があって回転電機３が発電作動
の場合は、レギュレータ５に指令して回転電機３からの
交流出力を整流して直流に変換せしめるとともに、例え
ばSCR7の素子71とSCR8の素子81とのゲートに信号を送っ
てそれぞれオンとし、コンデンサ４の素子41の充電を行
う。

ついで所定時間の経過後、上述の素子71と素子81とを
オフとし、SCRの素子72と素子82とをオンに制御してコ
ンデンサの素子42を所定時間、発電作動の回転電機３の
出力によって充電する。つぎには上述に準じてコンデン
サの素子43を充電し、つづいて素子44を充電して、コン
デンサ４のすべての素子を充電する。このため一つの素
子の端子電圧が例えば15Vとすると、４個の素子の直列
接続では60Vが得られることになる。

つぎに、コンデンサ４の電荷を回転電機３に供給して
電動駆動させる場合は、すべてのSCRの素子をオフに制
御し、コンデンサ４の直列接続の端子電圧をインバータ
６に通電する。そして、コントローラ９からは回転電機
３を力行させる周波数の指令をインバータ６に与えて回
転電機３に供給する。

このため、回転電機３は発電時の出力電圧より４倍も
高圧の交流電力が与えられるため、十分なトルクを以て
コンプレッサ22を回転駆動することになり、その圧気作
動による過給気がエンジンに圧送されることによりエン
ジン出力が向上する。

第２図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図
であり、前記の実施例にバッテリ、およびその充電装置
となるオルタネータを付加したもので、第１図と同一の
部分には同一の符合をつけてある。

第２図において、10は車載のバッテリであり、13はオ
ルタネータでエンジン１のトルクにより駆動されてその
発電出力によってバッテリ10を充電するもので、バッテ
リ10の＋側端子はレギュレータ５の＋側出力に接続され
ている。

このような構成の実施例においては、コンデンサ４の
充電時および放電時におけるSCR7,8の制御は第１図の実
施例と同一の制御である。しかし、充電時にコンデンサ
４がフル充電された場合には、本実施例では電力を無駄
にすることなくバッテリ10に蓄えることが可能となる。
また、回転電機３の電動駆動時にコンデンサ４の電荷が
不足で前述の実施例では回転不能の場合でも、バッテリ
10により個々のコンデンサ４の素子41,42,43,44をSCR7,
8の制御にてそれぞれ充電させれば、回転電機３の駆動
ができることになる。

以上、本発明を上述の実施例によって説明したが、本
発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これら
を本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 上述のように本発明によれは、直列接続された複数個
の蓄電素子の充電時には回転電機からの出力を個々の蓄
電素子に通じてそれぞれ充電せしめ、回転電機の電動駆
動時には直列接続した両端の電圧を与えて力行させるの
で、回転電機の発電電圧の複数倍に近い電圧が印加でき
ることになり、したがって昇圧用のコンバータや変圧器
を用いないため重量の増加が押えられ、また半導体素子
による回路切換えを使用のため容積の増大も最小限に抑
制できるという効果があり、さらにコストの低減が計れ
るという利点がある。

また本発明では、蓄電素子に大静電容量の電気二重層
コンデンサを使用したので、極めて内部抵抗の低い電源
となり、さらにバッテリを併設したため、回転電機の発
電時のエネルギー回収や電動駆動時のエネルギー供給が
良好に行えるという利点も生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるターボチャージャ用回転電機の
電源装置の一実施例の構成ブロック図、第２図は他の実
施例を示す構成ブロック図である。 １……エンジン、２……ターボチャージャ、３……回転
電機、４……コンデンサ、7,8……SCR、９……コントロ
ーラ、10……バッテリ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターボチャージャの回転軸に配置した回転
   電機の発電作動時の出力を蓄電し、該蓄電した電力を回
   転電機に供給してターボチャージャの過給作動を付勢せ
   しめるターボチャージャ用回転電機の電源装置におい
   て、直列接続された複数個の蓄電素子と、該蓄電素子の
   蓄電時には個々の蓄電素子ごとに充電せしめ回転電機へ
   の通電時には直列接続の電荷を供給する充放電手段とを
   設けたことを特徴とするターボチャージャ用回転電機の
   電源装置。
2. 【請求項２】前記蓄電素子に電気二重層コンデンサを用
   いたことを特徴とする請求項（１）記載のターボチャー
   ジャ用回転電機の電源装置。