JP4113848B2 - 電動発電機の制御装置 - Google Patents
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Description
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、界磁電流制限値を容易に設定する電動発電機の制御装置を得ることを目的とする。
図1はこの発明の実施の形態1に係る電動発電機の制御装置を示す概念図である。図において、電動発電機20はベルト駆動式電動発電機であり、固定子の電機子巻線21と、回転子の界磁巻線4とを備え、回転子がエンジン1の回転軸とベルト(図示せず)により連結されている。ここでは、電機子巻線21は3相のコイルをΔ結線して構成されている。インバータユニット22は、複数のスイッチング素子8と各スイッチング素子8に並列に接続されたダイオード9とからなるインバータモジュール23と、インバータモジュール23に並列に接続されたコンデンサ7とを備えている。このコンデンサ7は、インバータモジュール23を流れる電流を平滑する役割を有している。
しかし、界磁電流は、電源電圧、界磁巻線抵抗、温度上昇による界磁巻線抵抗の増加、配線抵抗その他によって制限されてしまうので、最悪条件において所望の界磁電流を得るために界磁巻線の線を太くする必要がある。したがって界磁巻線同士の接触面積が小さくなり、界磁巻線の熱伝達が悪くなり、界磁巻線の冷却性はエンジン始動を行わない発電機と比較して悪い。
電動発電機はエンジン始動時の界磁電流を大きくするために、発電のみに使用する発電機と比較して界磁巻線の線径が太く巻き数が少ない。したがって、同じ発電量を得るにも界磁巻線のアンペア回数を同等にするには、大きな界磁電流を流す必要がある。電機子巻線の巻き数が発電機ベースの設計よりも小さくなる。ところが、界磁電流は、バッテリなどの電源から、配線、ブラシ、スリップリング、界磁電流制御トランジスタ(MOSFET)などを流れる。とりわけ、ブラシは、電流が大きくスリップリングとの摺動速度が大きいと摩耗量が大きくなり、摩耗が進行するとついには界磁電流を流せなくなる。
アイドルストップシステムでは通常エンジンは停止しており、このときは界磁電流は流されない。インバータモード発電が行われる低回転速度領域では、エンジンが停止されない場合もアイドル回転速度で運転されている時間はわずかであるので、ブラシの摩耗がことさら大きくなることはない。
図5は実施の形態3に係る電動発電機の制御装置の界磁電流制御ブロック図である。界磁電流指令器28は発電モードに対して,発電量指令と回転速度に応じた制限値を超えない最適界磁電流指令を出力する。図6は実施の形態3に係る電動発電機の制御装置による各回転速度における発電量に対する最適界磁電流を示す特性図である。回転速度は500〜3000r/minで、各速度をパラメータとして、発電量に対する最適界磁電流を示している。
各回転速度における発電量が、その回転速度における最大発電量を下回るときの界磁電流Ifgipを、Ifgi>Ifgipとした速度領域を有するようにしたものである。
永久磁石を付加した場合、出力が大きいので、低出力時に界磁を弱めることで、電磁音低減が可能となる。所定温度囲以上に上昇しないようにすることにより、磁石の温度上昇による不可逆減磁を防止することができる。
実施の形態3においては、昇圧駆動する低回転速度領域のある回転速度領域で、低負荷時に界磁電流を低減しているが、この領域において界磁電流をオルタネータモード発電時の界磁電流制限値Ifga以上に増加し、昇圧駆動発電をやめてもよい。この場合、界磁電流は増加するが、電機子電流が減るので効率が向上する。図10は実施の形態4に係わる電動発電機の制御装置における発電出力特性図で、横軸は回転速度(r/min)で、縦軸は出力電流(A)を示す。低負荷時であるハッチングで示す領域は、昇圧しない領域であり、このときの界磁電流はオルタネータモード発電時の界磁電流制限値Ifga以上である。
7 コンデンサ 8 スイッチング素子
9 ダイオード 10 制御回路
11 バッテリ 12 回転信号
13 界磁回路 14 トランジスタ
15 フライホィールダイオード 16 界磁電流センサ
17 減算器 18 界磁電流リミッタ
19 デューティ制御回路 20 電動発電機
21 電機子巻線 22 インバータユニット
23 インバータモジュール 28 界磁電流指令器
30 ヒートシンク 31 樹脂成形部
32 制御回路基板 33 電源端子
35 蓋 40 回転子
41 シャフト 42 固定子
43 フロントブラケット 44 リヤブラケット
45 ファン 46 プーリ
47 ブラシホルダ 49 スリップリング。
Claims (6)
- 電機子巻線が巻装された固定子と界磁巻線が巻装されたクローポール形状の回転子を有する電動発電機、上記電機子巻線と電力授受するインバータユニット、
上記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁回路、上記インバータユニットと上記界磁回路を制御する制御回路を有し、エンジン始動及び車両走行中の発電を行う電動発電機の制御装置において、
エンジンを始動する電動時の界磁電流制限値Ifm>発電時の界磁電流制限値Ifgであり、
発電時は、昇圧駆動する低回転速度領域のインバータモードと、昇圧せずに発電電圧を整流し出力する高回転速度領域のオルタネータモードを有し、
インバータモード発電時の界磁電流制限値Ifgiとオルタネータモード発電時の界磁電流制限値Ifgaとを異ならせて設定し、
大きい方を上記Ifgとして設定するようにしたことを特徴とする電動発電機の制御装置。 - オルタネータモード発電時の上記界磁電流制限値Ifga≧インバータモード発電時の上記界磁電流制限値Ifgiと設定し、発電時の上記界磁電流制限値Ifgはオルタネータモード発電時の上記界磁電流制限値Ifgaで設定するようにした請求項1記載の電動発電機の制御装置。
- インバータモード発電時の上記界磁電流制限値Ifgi≧オルタネータモード発電時の上記界磁電流制限値Ifgaと設定し、発電時の上記界磁電流制限値Ifgはインバータモード発電時の上記界磁電流制限値Ifgiで設定するようにした請求項1記載の電動発電機の制御装置。
- 昇圧駆動する低回転速度領域のインバータモード発電時における最大発電時の上記界磁電流制限値をIfgiとし、上記Ifgiは、回転速度の関数であり、
各回転速度における発電量が、その回転速度における最大発電量を下回るときの界磁電流Ifgipを、Ifgi>Ifgipとした速度領域を有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電動発電機の制御装置。 - 昇圧駆動する上記低回転速度領域は、低負荷時に昇圧しない領域があり、このときの界磁電流はオルタネータモード発電時の界磁電流制限値Ifga以上である請求項1又は請求項3記載の電動発電機の制御装置。
- クローポール形状の回転子は、界磁補助用永久磁石を有する請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の電動発電機の制御装置。
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