JP3078125B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

車両用電源装置

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JP3078125B2 JP04236670A JP23667092A JP3078125B2 JP 3078125 B2 JP3078125 B2 JP 3078125B2 JP 04236670 A JP04236670 A JP 04236670A JP 23667092 A JP23667092 A JP 23667092A JP 3078125 B2 JP3078125 B2 JP 3078125B2
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誠司 林
草瀬  新
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用電源装置に関す
る。
【0002】
【従来技術】従来の車両用電源装置は、エンジンにより
駆動される同期発電機により充電されるバッテリの電圧
に応じて同期発電機の励磁コイルに通電する励磁電流を
制御してバッテリの電圧を所定範囲内としており、バッ
テリの電圧をレギュレータのスイッチングトランジスタ
を通じて励磁コイルに印加することにより励磁電流を断
続制御している。
【0003】また従来、バッテリの定格電圧は通常12
Vであり、その低位の電源ラインは車体に短絡され、こ
れにより車体が低位の電源ラインを兼ねている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年、車両の電気負荷
の増大から送電損失の低減などの理由から電気負荷へ高
電圧で給電することが考えられる。しかしながらこのよ
うな電源電圧の増大には同期発電機を高速回転するのが
簡単であるが、このような高速回転を行うと、同期発電
機の励磁コイル給電用のブラシの損耗が増大し、飛散し
たカーボン粉末による沿面放電により励磁コイルの高位
端すなわちバッテリの高位端が同期発電機のハウジング
を介して車体に接地乃至レアアースしたり、又は、励磁
コイルの両端すなわちバッテリの両端が短絡したりする
可能性が増大する。特に、上記した電源電圧の増大が、
一層、上記沿面放電を助長する。なお、上記接地乃至レ
アアースが生じた場合、高電源電圧が車体に印加され、
搭乗者に不快感を与えるという問題もある。
【0005】また、励磁コイルについて考えると、電源
電圧の増大に比例して励磁コイルの巻線抵抗を増加する
必要があり、励磁コイルを細線化し、巻回数を増加しな
ければならないが、上記したように同期発電機のロータ
を高速回転する場合、励磁コイルにかかる各種の力が指
数的に増大し、細線化された励磁コイルは強度的に不利
となる。
【0006】更に、上記電源電圧の増大に応じて励磁コ
イルの絶縁被覆も厚くする必要があり、そのために励磁
コイルの冷却性が悪化して、絶縁被覆の耐久性を低下さ
せるという不利もある。本発明は上記問題点に鑑みなさ
れたものであり、車両用電源装置の電源電圧増大に起因
する上記不具合の解消をその目的とするものである。
【0007】更に言えば、本発明の具体的な第1の目的
は、車両用電源装置の電源電圧増大による励磁コイル給
電用のブラシやスリップリング部分における沿面放電を
抑止することである。本発明の具体的な第2の目的は、
車両用電源装置の電源電圧増大による励磁コイルの性能
低下を抑止することである。
【0008】本発明の具体的な第3の目的は、車両用電
源装置の電源電圧を増大した場合における車体への漏電
時に、搭乗者に不快感を与えるのを抑止することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の車両用電源装置
は、ブラシ及びスリップリングを通して給電される励磁
コイルを巻装したロータが車両に搭載されるエンジンに
より駆動され、電機子コイル及び整流器を介して直流高
電圧を出力する同期発電機と、車体から電気絶縁された
高位及び低位の電源ラインを通じて前記同期発電機によ
り充電され電気負荷に給電するバッテリと、前記バッテ
リの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、前記バッ
テリの電圧に応じて前記同期発電機の励磁コイルに通電
する励磁電流を制御して前記バッテリの電圧を所定範囲
内とする励磁電流制御部とを備える車両用電源装置にお
いて、前記バッテリの電圧より低い励磁用電圧を前記励
磁電流制御部を通じて前記励磁コイルに印加する励磁電
圧発生手段を備えることを特徴としている。
【0010】
【作用】励磁電圧発生手段がバッテリの電圧より低い励
磁用電圧を励磁電流制御部を通じて励磁コイルに印加す
るので、バッテリ電圧が高くても励磁コイル給電用のブ
ラシやスリップリングにおける沿面放電が抑制され、ま
た、励磁コイルの巻回数が減少し、その断面積が増大す
る。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように本発明の車両用電源
装置は、同期発電機の発電電圧及びバッテリの端子電圧
にかかわらず、励磁コイルへの印加電圧をバッテリの端
子電圧より低い励磁電圧発生手段から給電しているの
で、電気負荷への送電損失を低減できると同時に、以下
の効果を奏することができる。
【0012】すなわち、励磁コイル給電用のブラシやス
リップリング部分における沿面放電の抑制により、電力
損失、漏電を低減でき、搭乗者に不快感を与えるのを防
止できる。また、励磁コイルの強度低下を防止し、励磁
コイルの絶縁被覆の肥厚化による励磁コイルの冷却性の
悪化も防止でき、励磁コイル短絡事故が生じても高電圧
が漏れることがない。
【0013】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。本発
明の車両用電源装置の一実施例を図1を参照して説明す
る。この車両用電源装置は、同期発電機1と、主バッテ
リ(本発明でいうバッテリ)4と、界磁コントローラ
(本発明でいう励磁電流制御部)5と、電圧変換部(励
磁電圧発生手段)6と、副バッテリ7と、コントローラ
(本発明でいうバッテリ電圧検出手段)9とからなる。
【0014】同期発電機1は、エンジン2により増速ベ
ルト3により駆動されるロータ(図示せず)を有し、こ
のロータに巻装された励磁コイル11は各一対のブラシ
18及びスリップリング19を通じて界磁コントローラ
5から給電されている。同期発電機1の電機子コイル1
2の出力電圧は同期発電機1に内蔵された三相全波整流
器13により整流されて、主バッテリ4を充電するとと
もに、図示しない高電圧(例えば50V以上)の電気負
荷に給電している。本案は上記高電圧電気負荷を車両駆
動用モータとするハイブリッド電気自動車に適用するこ
とができ、この場合、主バッテリ4の定格電圧は200
〜300Vの高電圧に設定され、同期発電機1は通常の
エンジン回転数で主バッテリ4を充電可能に構成する。
【0015】なお、主バッテリ4の高位端子に接続され
る高位電源ラインHLとともに、主バッテリ4の低位端
子に接続される低位電源ラインLLは、車体から電気絶
縁されている。界磁コントローラ5は、コントローラ9
からの信号電圧に基づいて励磁コイル11に給電する励
磁電流を断続制御する回路からなる。
【0016】電圧変換部6は降圧用のDC−DCコンバ
ータからなり、主バッテリ4から入力される高電圧(2
00〜300V)を、通常のバッテリ電圧12Vに降圧
して副バッテリ7及びその両端に接続された低電圧定格
の車両電気負荷8に給電する。なお、界磁コントローラ
5の低位入力端と、電圧変換部6の低位出力端と、副バ
ッテリ7及び車両電気負荷8の低位端とは車体に短絡さ
れた接地ライン(図示せず)により接続されている。
【0017】コントローラ9は、マイコンを含む制御回
路装置であって、主バッテリ4の電圧を検出し、この電
圧に応じてエンジン2及び界磁コントローラ5に必要な
信号を出力する。界磁コントローラ5の一例を図2に示
す。界磁コントローラ5は、ベ−ス電流制限抵抗51、
トランジスタ52、フライホイルダイオード53からな
る。励磁コイル11の一端には端子56、57を通じて
電圧変換器6から12Vの電圧が入力され、励磁コイル
11の一端は端子55を通じてトランジスタ52のコレ
クタに接続され、トランジスタ52のエミッタは端子5
8を通じて接地されている。コントローラ9からの信号
電流が入力端54からベ−ス電流制限抵抗51を通じて
入力するとトランジスタ52がオンし、励磁コイル11
に通電されて同期発電機1が発電してバッテリ4を充電
し、コントローラ9からの信号電流が遮断されるとトラ
ンジスタ52がオフし、励磁コイル11への通電が遮断
されて同期発電機1からバッテリ4への通電が停止され
る。
【0018】次に、本実施例に関係するコントローラ9
の動作を説明する。まず、バッテリ電圧が第1の所定レ
ベル以下であればエンジン2に起動信号を発生する。次
に、エンジン回転数が所定レベル以上になるまで待機
し、なったなら界磁コントローラ5にハイレベルの信号
電圧を出力して、励磁コイル11に通電し、同期発電機
1を発電させ、主バッテリ4を充電する。
【0019】そして、バッテリ電圧が第2の所定レベル
以上なら界磁コントローラ5にローレベルの信号電圧を
出力して、エンジン2を提出させる。図3に変形態様を
示す。この態様では、図1の三相全波整流器13の各ダ
イオードにパワートランジスタのエミッタ、コレクタを
並列接続し、エンジン2の始動時に、これらパワートラ
ンジスタをインバータとして所定タイミング周期で導通
させ、同期発電機1を始動電動機として用いている。
【0020】図4に他の変形態様を示す。この態様で
は、電圧変換器6を界磁コントローラ5専用として副バ
ッテリ7充電用とは別に設けたものであり、このように
すれば励磁電圧を更に低減することもできる。また、増
速機構をベルトにて説明したがギヤであっても良い。以
上説明した本実施例の車両用電源装置によれば、以下の
効果を奏する。
【0021】(1)高電圧電気負荷(図示せず)への送
電損失を低減できる。 (2)励磁電圧が発電電圧より格段に低いので、励磁コ
イル11給電用のブラシ18やスリップリング19にお
ける沿面放電の抑制により、電力損失、漏電を低減で
き、搭乗者に不快感を与えるのを防止できる。 (3)励磁コイルの強度低下を防止し、励磁コイルの絶
縁被覆の肥厚化による励磁コイルの冷却性の悪化も防止
できる。
【0022】(4)励磁回路が電源電圧から独立してい
るので、万一、励磁回路に短絡事故が生じても車体に高
電圧が印加されず、そのために、搭乗者に不快感を与え
るのを防止できる。 (5)高電圧電源ラインが高位、低位共に車体から電気
絶縁されているので、主バッテリ4から給電される高電
圧電気負荷(図示せず)に短絡事故が生じても車体に高
電圧が印加されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック回路図
【図2】図1の界磁コントローラの回路図
【図3】変形態様を示すブロック回路図
【図4】変形態様を示すブロック回路図
【符号の説明】
1…‥同期発電機 2…‥エンジン 4…‥主バッテリ(バッテリ) 5…‥界磁コントローラ(励磁電流制御部) 6…‥電圧変換器(励磁電圧発生手段) 9…‥コントローラ(バッテリ電圧検出手段)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川島 由浩 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 古谷 昌之 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−64500(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/14 - 7/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブラシ及びスリップリングを通して給電
    される励磁コイルを巻装したロータが車両に搭載される
    エンジンにより駆動され、電機子コイル及び整流器を介
    して直流高電圧を出力する同期発電機と、車体から電気
    絶縁された高位及び低位の電源ラインを通じて前記同期
    発電機により充電され電気負荷に給電するバッテリと、
    前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段
    と、前記バッテリの電圧に応じて前記同期発電機の励磁
    コイルに通電する励磁電流を制御して前記バッテリの電
    圧を所定範囲内とする励磁電流制御部とを備える車両用
    電源装置において、 前記バッテリの電圧より低い励磁用電圧を前記励磁電流
    制御部を通じて前記励磁コイルに印加する励磁電圧発生
    手段を備えることを特徴とする車両用電源装置。
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