JP4413565B2 - 電源供給システム - Google Patents

Description

本発明は、車両装置等に搭載される電源供給システムに関する。

従来、モータで走行駆動する電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicles）やエンジンとモータを併用して走行駆動するハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicles）等の車両装置では、走行用のモータを駆動するためにバッテリに蓄電された高電圧の電力を、車両の補機類を駆動するための低電圧の電力へ変換するＤＣ／ＤＣコンバータを備えている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両装置には、エンジンやモータ等の動力源の動力あるいは走行する時の駆動輪の回転力等により発電機を駆動して、車両の補機類を駆動するための低電圧の電力を得るものもある（例えば、特許文献２、及び特許文献３参照。）。
特開昭６２−１７３９０１号公報 特開２０００−６０１８６号公報 特開平６−２９４３６９号公報

上述のように、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両装置では、特に車両の補機類を駆動するための低電圧の電力を得るには、ＤＣ／ＤＣコンバータによって走行用のモータを駆動するための高電圧の電力を変換して利用するか、エンジンやモータ等の動力源の動力あるいは走行する時の駆動輪の回転力等を発電機によって電力に変換するなど、複数の方法から選択することができる。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータによって走行用のモータを駆動するための高電圧の電力を変換して利用する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ自体が高価なために、車両の部品コストあるいは製造コストが上昇してしまうという問題があった。一方、エンジンやモータ等の動力源の動力あるいは走行する時の駆動輪の回転力等を発電機によって電力に変換する場合、車両が停止した状態でモータや駆動輪が回転していない時や、車両が停止した際に燃費を向上させるためにエンジンを停止した時（アイドリングストップ時）には、発電機が動作せず、車両の補機類を駆動するための低電圧の電力を効率良く得ることができないという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、車両の走行状態に関係なく車両の補機類を駆動するための低電圧の電力を効率よく得ることができる電源供給システムを提供することを目的とする。

以上の構成を備えた電源供給システムは、交流型発電機において、スイッチを介して供給された第１のバッテリの電力により界磁巻線に発生した磁力線が、回転子の回転に伴い固定子巻線を通過すると固定子巻線に起電力が発生する。従って、発生した電力を整流器を介して固定子巻線に接続された第２のバッテリへ供給することで、第２のバッテリを充電することができる。一方、交流型発電機において、回転子を回転させなくとも、第１のバッテリの電力をスイッチを介して交流電流として界磁巻線に供給すると固定子巻線に起電力が発生する。従って、発生した電力を整流器を介して固定子巻線に接続された第２のバッテリへ供給することで、第２のバッテリを充電することができる。

請求項１の発明に係る電源供給システムは、第１のバッテリの電力により車両の動力源を駆動し、第２のバッテリの電力により車両の補機を駆動する電源供給システムであって、前記動力源の駆動力で回転する回転子に巻かれた界磁巻線がスイッチを介して前記第１のバッテリに接続され、固定子に巻かれた固定子巻線が整流器を介して前記第２のバッテリに接続された交流型発電機を備え、前記回転子が回転している場合には、前記交流型発電機により発電された電力を前記第２のバッテリへ供給し、前記回転子が回転していない場合には、前記界磁巻線と前記固定子巻線とで形成される前記交流型発電機内のトランス結合を介して、前記スイッチの制御に従い前記界磁巻線に流れる交流電流により前記第１のバッテリの電力を前記第２のバッテリへ供給することを特徴とする。

以上の構成を備えた電源供給システムは、例えば動力源を駆動することにより回転子が回転している場合には、交流型発電機により発電された電力を第２のバッテリに供給し、例えば動力源を停止することにより回転子が回転していない場合には、界磁巻線と固定子巻線とで形成される交流型発電機内のトランス結合を介して、第１のバッテリの電力を第２のバッテリへ供給することで、車両の状態に伴う交流型発電機の回転子の回転の有無にかかわらず、第２のバッテリを充電することができる。

請求項２の発明に係る電源供給システムは、第１のバッテリ（例えば後述する実施例の高電圧バッテリ４）の電力により車両の動力源（例えば後述する実施例の走行用モータ１）を駆動し、第２のバッテリ（例えば後述する実施例の低電圧バッテリ１０）の電力により車両の補機（例えば後述する実施例の低電圧負荷１１）を駆動する電源供給システムであって、前記動力源の駆動力で回転する回転子に巻かれた界磁巻線（例えば後述する実施例の界磁巻線１３ａ）が第１のスイッチ（例えば後述する実施例のスイッチング素子Ｑ５）を介して前記第２のバッテリに接続され、前記回転子に前記界磁巻線と共に巻き込まれた回転子巻線（例えば後述する実施例の回転子巻線１３ｅ）が第２のスイッチ（例えば後述する実施例のスイッチユニット７）を介して前記第１のバッテリに接続され、固定子に巻かれた固定子巻線（例えば後述する実施例の固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が整流器（例えば後述する実施例の整流器９）を介して前記第２のバッテリに接続された交流型発電機（例えば後述する実施例の界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３）を備えたことを特徴とする。

以上の構成を備えた電源供給システムは、交流型発電機において、第１のスイッチを介して供給された第２のバッテリの電力により界磁巻線に発生した磁力線が、回転子の回転に伴い固定子巻線を通過すると固定子巻線に起電力が発生する。従って、発生した電力を整流器を介して固定子巻線に接続された第２のバッテリへ供給することで、第２のバッテリを充電することができる。一方、交流型発電機において、回転子を回転させなくとも、第１のバッテリの電力を第２のスイッチを介して交流電流として回転子巻線に供給すると固定子巻線に起電力が発生する。従って、発生した電力を整流器を介して固定子巻線に接続された第２のバッテリへ供給することで、第２のバッテリを充電することができる。

請求項３の発明に係る電源供給システムは、請求項３に記載の電源供給システムにおいて、前記回転子が回転している場合には、前記交流型発電機により発電された電力を前記第２のバッテリへ供給し、前記回転子が回転していない場合には、前記回転子巻線と前記固定子巻線とで形成される前記交流型発電機内のトランス結合を介して、前記第２のスイッチの制御に従い前記回転子巻線に流れる交流電流により前記第１のバッテリの電力を前記第２のバッテリへ供給することを特徴とする。

以上の構成を備えた電源供給システムは、例えば動力源を駆動することにより回転子が回転している場合には、交流型発電機により発電された電力を第２のバッテリに供給し、例えば動力源を停止することにより回転子が回転していない場合には、回転子巻線と固定子巻線とで形成される交流型発電機内のトランス結合を介して、第１のバッテリの電力を第２のバッテリへ供給することで、車両の状態に伴う交流型発電機の回転子の回転の有無にかかわらず、第２のバッテリを充電することができる。

請求項１、あるいは請求項３に記載の電源供給システムによれば、例えば動力源を駆動することにより交流型発電機の回転子が回転する時は、交流型発電機の発電する電力により第２のバッテリを充電し、一方、例えば動力源を停止することにより回転子が回転しない時は、交流型発電機内のトランス結合を介して供給された第１のバッテリの電力により第２のバッテリを充電することができるので、車両の走行状態に関係なく、いつでも効率よく第２のバッテリを充電し、第２のバッテリを最良の状態に保持する電源供給システムを構築することができるという効果が得られる。

請求項２に記載の電源供給システムによれば、交流型発電機の回転子を回転させることで交流型発電機が発電する電力により第２のバッテリを充電し、交流型発電機の回転子を回転させなくても、交流型発電機の巻線によるトランス結合を介して供給された第１のバッテリの電力により第２のバッテリを充電することができるので、新たにＤＣ／ＤＣコンバータ等の高価な装置を設けずに安価な電源供給システムを構築することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

（全体構成）
図１は、本発明の第１の実施例の電源供給システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施例の電源供給システムは、特に電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicles ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicles）等の車両に搭載して利用することが有用であり、一例として、電源供給システムがＨＥＶに搭載された場合について説明する。
図１において、走行用モータ１は、例えば車両に搭載され、車両を走行駆動するエンジン（図示せず）を補助するか、または車両を走行駆動するように、その回転子が車両のエンジンに連結された３相電動機であって、走行用モータ１単独によるモータ駆動走行や、エンジンによる走行駆動時に走行用モータ１で駆動力を補助するアシスト走行を可能にしている。

また、３相インバータ２は、スイッチング素子を３相ブリッジ接続してなるインバータ回路であって、制御部３からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により、高電圧バッテリ４に蓄電された電力を用いて走行用モータ１を駆動し、一方、走行用モータ１の起電力により高電圧バッテリ４を充電する。具体的には、走行用モータ１の駆動時には、高電圧バッテリ４により入力側に印加された直流電力をＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相交流電力に変換し、出力側に接続された走行用モータ１を駆動する。また、回生時には、走行用モータ１の起電力を直流電力に変換して入力側に発生させ、該直流電力により高電圧バッテリ４を充電する回生動作を行う。

なお、３相インバータ２と高電圧バッテリ４の正極側端子とは、回路を自動的に開閉できるような機構を備え、制御部３からの制御信号により端子間を断続可能な継電器、接触器、開閉器等の開閉手段であるメインコンタクタ５を介して接続されている。また、３相インバータ２と高電圧バッテリ４の負極側端子とは直接接続されている。また、容量性の負荷（例えば電源電圧の平滑化のために配設されたコンデンサ等）に対する突入電流を抑制するために、メインコンタクタ５を接続する前に容量性の負荷へ予備充電を行うためのプリチャージ回路６がメインコンタクタ５と並列に接続されている。更に、高電圧バッテリ４は、高電圧バッテリ４からの電力供給のＯＮ／ＯＦＦを手動で操作可能なメインスイッチ４ａを備えている。

また、高電圧バッテリ４の正極側端子は、メインコンタクタ５を介して４個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をＨブリッジ接続してなるスイッチユニット７の入力側の一方の端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点に接続されている。また、高電圧バッテリ４の負極側端子は、スイッチユニット７の入力側のもう一方の端子、すなわちスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点に接続されている。また、スイッチユニット７の出力側端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ３との接続点及びスイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ４との接続点には、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の界磁巻線８ａが接続されている。

なお、スイッチユニット７を構成するスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の導通方向とは逆向きに導通する転流ダイオード（Free Wheeling Diode ）ＷＤ１、ＷＤ２、ＷＤ３、ＷＤ４がそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の制御端子（例えばスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４がＦＥＴやＩＧＢＴの場合はゲート端子）には、制御部３から制御線がそれぞれ接続されている。

ここで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８について簡単に説明すると、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８は、その回転子に巻かれた界磁巻線８ａと、その固定子に巻かれると共にスター結線された３個の固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄとを備える３相の交流型発電機である。界磁巻線式低電圧ジェネレータ８は、回転子に巻かれた界磁巻線８ａに電力を供給して磁力線を発生させると共に、該回転子の回転に伴い界磁巻線８ａに発生した磁力線が固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄを通過すると固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄに起電力が発生する。すなわち、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の界磁巻線８ａにスイッチユニット７を制御して一方向の電流を供給すると共に、ＨＥＶではエンジンまたは走行用モータ１、ＥＶでは走行用モータ１に回転子を連結し、エンジンまたは走行用モータ１を動力源として回転子を回転させることで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８に発電させることができる。

また、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が回転していない場合、界磁巻線８ａと３個の固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄのそれぞれとはトランス結合されており、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８はトランスとして利用することができる。具体的には、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が回転していない時に、スイッチユニット７を制御して界磁巻線８ａに交流電流を供給することで、回転子の位置に対応する界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の３個の固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄのいずれかから、トランス結合された界磁巻線８ａを流れる交流電流によって発生する電力を取り出すことができる。

一方、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の３個の固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄには、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６をブリッジ接続してなると共に、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の発電する３相交流電力を直流電力へ変換する整流器９が接続されている。また、整流器９の出力端子には、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の出力する電力を蓄電する低電圧バッテリ１０と、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の出力する電力により動作するワイパーやライト等の車両用補機類である低電圧負荷１１とが並列に接続されている。

具体的には、整流器９は、直列に接続したダイオードＤ１、Ｄ２、ダイオードＤ３、Ｄ４、及びダイオードＤ５、Ｄ６を並列に接続してなり、ダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６のカソード端子を低電圧バッテリ１０の正極側端子に接続すると共に、ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のアノード端子を低電圧バッテリ１０の負極側端子に接続する。また、スター結線された３個の固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄを、直列に接続したダイオードＤ１、Ｄ２の接続点、ダイオードＤ３、Ｄ４の接続点、及びダイオードＤ５、Ｄ６の接続点にそれぞれ接続する。
なお、高電圧バッテリ４としては、例えば１４４［Ｖ］系のバッテリを用いることができ、低電圧バッテリ１０としては、例えば１２［Ｖ］系のバッテリを用いることができる。また、走行用モータ１には、その回転数Ｎｍを検出する回転数センサ１２が備えられており、回転数センサ１２が出力する検出信号は制御部３へ入力されている。

従って、本実施例の電源供給システムを搭載したＥＶやＨＥＶは、高電圧バッテリ４の電力により走行用モータ１を駆動すると共に、走行用モータ１の回生動作により高電圧バッテリ４を充電しながら走行することができる。同時に、上述のように、高電圧バッテリ４に蓄電された電力により、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の界磁巻線８ａに磁力線を発生させると共に、エンジンまたは走行用モータ１を動力源として回転子を回転させることで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８に発電させて、低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させながら走行することができる。

また、上述のように、高電圧バッテリ４に蓄電された電力により、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の界磁巻線８ａに交流電流を供給することで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８をトランスとして機能させ、回転子の位置に対応する界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の３個の固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄのいずれかから、トランス結合された界磁巻線８ａを流れる交流電流によって発生する電力を取り出すことで低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させながら走行することができる。

（電力供給動作）
次に、図面を参照して本実施例の電源供給システムの電力供給動作について説明する。図２は、本実施例の電源供給システムの制御部３による電力供給動作を示すフローチャートである。
図２において、まず制御部３は、車両が停止すると共に、走行用モータ１や駆動輪（図示せず）が回転しておらず、更に燃費を向上させるためにエンジンを停止した状態（アイドリングストップ状態）で界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が停止しているか、あるいは走行用モータ１や駆動輪、更にはエンジンにより界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が回転しているか（回転子が停止していないか）を判定する（ステップＳ１）。

もし、ステップＳ１において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が回転している場合（ステップＳ１のＮＯ）、制御部３は、走行用モータ１の回転数から、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が所定のしきい値以上の高回転で回転しているか否かを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が所定のしきい値より低い低回転で回転している場合（ステップＳ２のＮＯ）、制御部３は、スイッチユニット７を制御してスイッチング素子Ｑ１、Ｑ４をＯＮ（導通）し、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３をＯＦＦ（遮断）する（ステップＳ３）ことにより、高電圧バッテリ４に蓄電された電力を連続的に供給して界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の界磁巻線８ａに磁力線を発生させると共に、エンジンまたは走行用モータ１を動力源として回転子を回転させることで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８に発電させて、低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させることができる（ステップＳ４）。

なお、ステップＳ３では、スイッチユニット７を制御してスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３をＯＮ（導通）し、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４をＯＦＦ（遮断）するようにしても良い。

また、ステップＳ２において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が所定のしきい値以上の高回転で回転している場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、制御部３は、スイッチユニット７を制御して、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３をＯＦＦ（遮断）して、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４を所定の通電率（Ｄｕｔｙ）でＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返すようにスイッチングする（ステップＳ５）ことにより、高電圧バッテリ４に蓄電された電力を断続的に供給して界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の界磁巻線８ａに磁力線を発生させると共に、エンジンまたは走行用モータ１を動力源として回転子を回転させることで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８に発電させて、低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させることができる（ステップＳ４）。

またこの場合、ステップＳ５において、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返す際の通電率（Ｄｕｔｙ）を変更することで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の出力電圧を制御（可変）することができる。なお、ステップＳ５では、スイッチユニット７を制御して、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４をＯＦＦ（遮断）して、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を所定の通電率（Ｄｕｔｙ）でＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返すようにスイッチングするようにしても良い。この場合は、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返す際の通電率（Ｄｕｔｙ）を変更することで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の出力電圧を制御（可変）することができる。

一方、ステップＳ１において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が回転していない場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、制御部３は、スイッチユニット７を制御して、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４を所定の通電率（Ｄｕｔｙ）でＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返すようにスイッチングし、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を同様に所定の通電率（Ｄｕｔｙ）ではあるが、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４とは逆の位相でＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返すようにスイッチングする（ステップＳ６）。なお、この時スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４とスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３とは同時にＯＮ（導通）することがないように制御する。すなわち、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の界磁巻線８ａには、通電率（Ｄｕｔｙ）の交流電流が流れることになる。

従って、高電圧バッテリ４に蓄電された電力により、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の界磁巻線８ａに通電率（Ｄｕｔｙ）の交流電流を供給することで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８をトランスとして機能させ、回転子の位置に対応する界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の３個の固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄのいずれかから、トランス結合された界磁巻線８ａを流れる交流電流によって発生する電力を取り出すことで低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させることができる（ステップＳ７）。

またこの場合、ステップＳ６において、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返す際の通電率（Ｄｕｔｙ）を変更すると共に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４とは逆の位相でスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返す際の通電率（Ｄｕｔｙ）も同じ値に変更することで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の出力電圧を制御（可変）することができる。

なお、本実施例では走行用モータを駆動するための電力を蓄電する装置は、高電圧バッテリ４に限らず、直流電力を蓄電可能な、キャパシタ等を含む蓄電装置（エネルギーストレージデバイス）であれば何を用いても良い。同様に、低電圧駆動の低電圧負荷１１に低電圧の直流電力を供給する装置は、低電圧バッテリ１０に限らず、直流電力を蓄電可能な、キャパシタ等を含む蓄電装置（エネルギーストレージデバイス）であれば何を用いても良い。
また、本実施例では、高電圧バッテリ４は例えば１４４［Ｖ］系のバッテリ、低電圧バッテリ１０は例えば１２［Ｖ］系のバッテリとして説明したが、高電圧バッテリ４と低電圧バッテリ１０は同電圧のバッテリでも良い。

更に、本実施例の電源供給システムがＥＶに搭載された場合には、制御部３による電力供給動作のステップＳ１において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が停止しているか否かの判断は、車両が停止すると共に、走行用モータ１や駆動輪（図示せず）が回転しているか否かのみで判断するものとする。

以上説明したように、本実施例の電源供給システムによれば、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８において、高電圧バッテリ４の電力により界磁巻線８ａに発生した磁力線が回転子の回転に伴い固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄを通過すると固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄに起電力が発生する。従って、発生した電力を整流器９を介して固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄに接続された低電圧バッテリ１０へ供給することで、低電圧バッテリ１０を充電することができる。一方、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８において、回転子を回転させなくとも、高電圧バッテリ４の電力をスイッチユニット７を介して交流電流として界磁巻線８ａに供給すると、回転子の位置に対応して固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄのいずれかに起電力が発生する。従って、発生した電力を整流器９を介して固定子巻線８ｂ、８ｃ、８ｄに接続された低電圧バッテリ１０へ供給することで、低電圧バッテリ１０を充電することができる。

従って、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子を回転させることで界磁巻線式低電圧ジェネレータ８が発電する電力により低電圧バッテリ１０を充電し、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子を回転させなくても、界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の巻線によるトランス結合を介して供給された高電圧バッテリ４の電力により低電圧バッテリ１０を充電することができるので、新たにＤＣ／ＤＣコンバータ等の高価な装置を設けずに安価な電源供給システムを構築することができるという効果が得られる。また、例えば動力源を駆動することにより界磁巻線式低電圧ジェネレータ８の回転子が回転する時は、発電された電力により低電圧バッテリ１０を充電し、一方、例えば動力源を停止することにより回転子が回転しない時は、高電圧バッテリ４から供給された電力により低電圧バッテリ１０を充電することができるので、車両の走行状態に関係なく、いつでも効率よく低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０を最良の状態に保持する電源供給システムを構築することができるという効果が得られる。

次に、図面を参照して本発明の第２の実施例について説明する。
（全体構成）
図３は、本発明の第２の実施例の電源供給システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施例の電源供給システムも、第１の実施例と同様に、特に電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicles ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicles）等の車両に搭載して利用することが有用であり、一例として、電源供給システムがＨＥＶに搭載された場合について説明する。また、図３において、図１に示す第１の実施例の電源供給システムと同一の符号を付与した構成要素は、第１の実施例において説明した構成要素と同じ構成要素であるので、ここでは説明を省略する。

本実施例の電源供給システムが、第１の実施例で説明した電源供給システムと異なる部分は、第１の実施例で説明した電源供給システムでは、界磁巻線８ａに磁力線を発生させる電力を高電圧バッテリ４から得るために界磁巻線８ａがスイッチユニット７の出力側端子に接続された界磁巻線式低電圧ジェネレータ８を用いたのに対し、本実施例の電源供給システムでは、回転子に巻かれた界磁巻線１３ａがスイッチング素子Ｑ５を介して低電圧バッテリ１０に接続され、回転子に界磁巻線１３ａと共に巻き込まれた回転子巻線１３ｅがスイッチユニット７を介して高電圧バッテリ４に接続され、固定子に巻かれた固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが整流器９を介して低電圧バッテリ１０に接続された界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３を用いることである。

具体的には、図３において、高電圧バッテリ４の正極側端子は、メインコンタクタ５を介して４個のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４をＨブリッジ接続してなるスイッチユニット７の入力側の一方の端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点に接続されている。また、高電圧バッテリ４の負極側端子は、スイッチユニット７の入力側のもう一方の端子、すなわちスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点に接続されている。また、スイッチユニット７の出力側端子、すなわちスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ３との接続点及びスイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ４との接続点には、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子巻線１３ｅが接続されている。

また、回転子には回転子巻線１３ｅと共に界磁巻線１３ａが巻き込まれており、界磁巻線１３ａはスイッチング素子Ｑ５を介してその両端端子が低電圧バッテリ１０の両端端子に接続されている。これにより、界磁巻線１３ａは、界磁巻線１３ａに磁力線を発生させる電力を、スイッチング素子Ｑ５を介して低電圧バッテリ１０から得ることができる。なお、スイッチユニット７を構成するスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４には、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の導通方向とは逆向きに導通する転流ダイオード（Free Wheeling Diode ）ＷＤ１、ＷＤ２、ＷＤ３、ＷＤ４がそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子Ｑ５にも、スイッチング素子Ｑ５の導通方向とは逆向きに導通する転流ダイオード（Free Wheeling Diode ）ＷＤ５が接続されている。

また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の制御端子（例えばスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４がＦＥＴやＩＧＢＴの場合はゲート端子）には、制御部３から制御線がそれぞれ接続されている。また、スイッチング素子Ｑ５の制御端子（例えばスイッチング素子Ｑ５がＦＥＴやＩＧＢＴの場合はゲート端子）にも、制御部３から制御線が接続されている。

ここで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３について簡単に説明すると、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３は、その回転子に巻かれた界磁巻線１３ａと、回転子に界磁巻線１３ａと共に巻き込まれた回転子巻線１３ｅ、及びその固定子に巻かれると共にスター結線された３個の固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとを備える３相の交流型発電機である。界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３は、回転子に巻かれた界磁巻線１３ａに電力を供給して磁力線を発生させると共に、該回転子の回転に伴い界磁巻線１３ａに発生した磁力線が固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを通過すると固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに起電力が発生する。すなわち、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の界磁巻線１３ａにスイッチング素子Ｑ５を制御して一方向の電流を供給すると共に、ＨＥＶではエンジンまたは走行用モータ１、ＥＶでは走行用モータ１に回転子を連結し、エンジンまたは走行用モータ１を動力源として回転子を回転させることで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３に発電させることができる。

また、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が回転していない場合、回転子巻線１３ｅと３個の固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのそれぞれとはトランス結合されており、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３はトランスとして利用することができる。具体的には、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が回転していない時に、スイッチユニット７を制御して回転子巻線１３ｅに交流電流を供給することで、回転子の位置に対応する界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の３個の固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのいずれかから、トランス結合された回転子巻線１３ｅの交流電流によって発生する電力を取り出すことができる。

一方、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の３個の固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄには、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６をブリッジ接続してなると共に、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の発電する３相交流電力を直流電力へ変換する整流器９が接続されている。また、整流器９の出力端子には、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の出力する電力を蓄電する低電圧バッテリ１０と、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の出力する電力により動作するワイパーやライト等の車両用補機類である低電圧負荷１１とが並列に接続されている。

具体的には、整流器９は、直列に接続したダイオードＤ１、Ｄ２、ダイオードＤ３、Ｄ４、及びダイオードＤ５、Ｄ６を並列に接続してなり、ダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６のカソード端子を低電圧バッテリ１０の正極側端子に接続すると共に、ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のアノード端子を低電圧バッテリ１０の負極側端子に接続する。また、スター結線された３個の固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを、直列に接続したダイオードＤ１、Ｄ２の接続点、ダイオードＤ３、Ｄ４の接続点、及びダイオードＤ５、Ｄ６の接続点にそれぞれ接続する。
なお、高電圧バッテリ４としては、例えば１４４［Ｖ］系のバッテリを用いることができ、低電圧バッテリ１０としては、例えば１２［Ｖ］系のバッテリを用いることができる。また、走行用モータ１には、その回転数Ｎｍを検出する回転数センサ１２が備えられており、回転数センサ１２が出力する検出信号は制御部３へ入力されている。

従って、本実施例の電源供給システムを搭載したＥＶやＨＥＶは、高電圧バッテリ４の電力により走行用モータ１を駆動すると共に、走行用モータ１の回生動作により高電圧バッテリ４を充電しながら走行することができる。同時に、上述のように、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力により、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の界磁巻線１３ａに磁力線を発生させると共に、エンジンまたは走行用モータ１を動力源として回転子を回転させることで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３に発電させて、低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させながら走行することができる。

また、上述のように、高電圧バッテリ４に蓄電された電力により、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子巻線１３ｅに交流電流を供給することで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３をトランスとして機能させ、回転子の位置に対応する界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の３個の固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのいずれかから、トランス結合された回転子巻線１３ｅの交流電流によって発生する電力を取り出すことで低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させながら走行することができる。

（電力供給動作）
次に、図面を参照して本実施例の電源供給システムの電力供給動作について説明する。図４は、本実施例の電源供給システムの制御部３による電力供給動作を示すフローチャートである。
図４において、まず制御部３は、車両が停止すると共に、走行用モータ１や駆動輪（図示せず）が回転しておらず、更に燃費を向上させるためにエンジンを停止した状態（アイドリングストップ状態）で界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が停止しているか、あるいは走行用モータ１や駆動輪、更にはエンジンにより界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が回転しているか（回転子が停止していないか）を判定する（ステップＳ１１）。

もし、ステップＳ１１において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が回転している場合（ステップＳ１１のＮＯ）、制御部３は、エンジンの回転数や走行用モータ１の回転数から、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が所定のしきい値以上の高回転で回転しているか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が所定のしきい値より低い低回転で回転している場合（ステップＳ１２のＮＯ）、制御部３は、スイッチング素子Ｑ５をＯＮ（導通）する（ステップＳ１３）ことにより、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を連続的に供給して界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の界磁巻線１３ａに磁力線を発生させると共に、エンジンまたは走行用モータ１を動力源として回転子を回転させることで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３に発電させて、低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させることができる（ステップＳ１４）。

また、ステップＳ１２において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が所定のしきい値以上の高回転で回転している場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、制御部３は、スイッチング素子Ｑ５を所定の通電率（Ｄｕｔｙ）でＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返すようにスイッチングする（ステップＳ１５）ことにより、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を断続的に供給して界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の界磁巻線１３ａに磁力線を発生させると共に、エンジンまたは走行用モータ１を動力源として回転子を回転させることで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３に発電させて、低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させることができる（ステップＳ１４）。

またこの場合、ステップＳ１５において、スイッチング素子Ｑ５のＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返す際の通電率（Ｄｕｔｙ）を変更することで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の出力電圧を制御（可変）することができる。

一方、ステップＳ１１において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が回転していない場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、制御部３は、スイッチユニット７を制御して、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４を所定の通電率（Ｄｕｔｙ）でＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返すようにスイッチングし、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ３を同様に所定の通電率（Ｄｕｔｙ）ではあるが、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４とは逆の位相でＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返すようにスイッチングする（ステップＳ１６）。なお、この時スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４とスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３とは同時にＯＮ（導通）することがないように制御する。すなわち、この時界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子巻線１３ｅには、通電率（Ｄｕｔｙ）の交流電流が流れることになる。

従って、高電圧バッテリ４に蓄電された電力により、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子巻線１３ｅに通電率（Ｄｕｔｙ）の交流電流を供給することで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３をトランスとして機能させ、回転子の位置に対応する界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の３個の固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのいずれかから、トランス結合された回転子巻線１３ｅの交流電流によって発生する電力を取り出すことで低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０に蓄電された電力を利用して、ワイパーやライト等の低電圧負荷１１を動作させることができる（ステップＳ１７）。

またこの場合、ステップＳ１６において、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４のＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返す際の通電率（Ｄｕｔｙ）を変更すると共に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４とは逆の位相でスイッチング素子Ｑ２、Ｑ３のＯＮ（導通）とＯＦＦ（遮断）を繰り返す際の通電率（Ｄｕｔｙ）も同じ値に変更することで、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の出力電圧を制御（可変）することができる。

なお、本実施例でも走行用モータを駆動するための電力を蓄電する装置は、高電圧バッテリ４に限らず、直流電力を蓄電可能な、キャパシタ等を含む蓄電装置（エネルギーストレージデバイス）であれば何を用いても良い。同様に、低電圧駆動の低電圧負荷１１に低電圧の直流電力を供給する装置は、低電圧バッテリ１０に限らず、直流電力を蓄電可能な、キャパシタ等を含む蓄電装置（エネルギーストレージデバイス）であれば何を用いても良い。
また、本実施例でも、高電圧バッテリ４は例えば１４４［Ｖ］系のバッテリ、低電圧バッテリ１０は例えば１２［Ｖ］系のバッテリとして説明したが、高電圧バッテリ４と低電圧バッテリ１０は同電圧のバッテリでも良い。

更に、本実施例の電源供給システムがＥＶに搭載された場合には、制御部３による電力供給動作のステップＳ１１において、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が停止しているか否かの判断は、車両が停止すると共に、走行用モータ１や駆動輪（図示せず）が回転しているか否かのみで判断するものとする。

以上説明したように、本実施例の電源供給システムによれば、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３において、低電圧バッテリ１０の電力により界磁巻線１３ａに発生した磁力線が回転子の回転に伴い固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを通過すると固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに起電力が発生する。従って、発生した電力を整流器９を介して固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに接続された低電圧バッテリ１０へ供給することで、低電圧バッテリ１０を充電することができる。一方、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３において、回転子を回転させなくとも、高電圧バッテリ４の電力をスイッチユニット７を介して交流電流として回転子巻線１３ｅに供給すると、回転子の位置に対応して固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄのいずれかに起電力が発生する。従って、発生した電力を整流器９を介して固定子巻線１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに接続された低電圧バッテリ１０へ供給することで、低電圧バッテリ１０を充電することができる。

従って、第１の実施例と同様に、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子を回転させることで界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３が発電する電力により低電圧バッテリ１０を充電し、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子を回転させなくても、界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の巻線によるトランス結合を介して供給された高電圧バッテリ４の電力により低電圧バッテリ１０を充電することができるので、新たにＤＣ／ＤＣコンバータ等の高価な装置を設けずに安価な電源供給システムを構築することができるという効果が得られる。また、例えば動力源を駆動することにより界磁巻線式低電圧ジェネレータ１３の回転子が回転する時は、発電された電力により低電圧バッテリ１０を充電し、一方、例えば動力源を停止することにより回転子が回転しない時は、高電圧バッテリ４から供給された電力により低電圧バッテリ１０を充電することができるので、車両の走行状態に関係なく、いつでも効率よく低電圧バッテリ１０を充電し、低電圧バッテリ１０を最良の状態に保持する電源供給システムを構築することができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施例における電源供給システムの構成を示すブロック図である。 同実施例の電源供給システムの制御部による電力供給動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例における電源供給システムの構成を示すブロック図である。 同実施例の電源供給システムの制御部による電力供給動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 走行用モータ（動力源）
４ 高電圧バッテリ（第１のバッテリ）
７ スイッチユニット（スイッチ、第２のスイッチ）
８ 界磁巻線式低電圧ジェネレータ（交流型発電機）
８ａ、１３ａ 界磁巻線
８ｂ、８ｃ、８ｄ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 固定子巻線
１３ｅ 回転子巻線
９ 整流器
１０ 低電圧バッテリ（第２のバッテリ）
１１ 低電圧負荷（補機）
Ｑ５ スイッチング素子（第１のスイッチ）

Claims (3)

1. 第１のバッテリの電力により車両の動力源を駆動し、第２のバッテリの電力により車両の補機を駆動する電源供給システムであって、
   前記動力源の駆動力で回転する回転子に巻かれた界磁巻線がスイッチを介して前記第１のバッテリに接続され、固定子に巻かれた固定子巻線が整流器を介して前記第２のバッテリに接続された交流型発電機を備え、
   前記回転子が回転している場合には、前記交流型発電機により発電された電力を前記第２のバッテリへ供給し、前記回転子が回転していない場合には、前記界磁巻線と前記固定子巻線とで形成される前記交流型発電機内のトランス結合を介して、前記スイッチの制御に従い前記界磁巻線に流れる交流電流により前記第１のバッテリの電力を前記第２のバッテリへ供給することを特徴とする電源供給システム。
2. 第１のバッテリの電力により車両の動力源を駆動し、第２のバッテリの電力により車両の補機を駆動する電源供給システムであって、
   前記動力源の駆動力で回転する回転子に巻かれた界磁巻線が第１のスイッチを介して前記第２のバッテリに接続され、前記回転子に前記界磁巻線と共に巻き込まれた回転子巻線が第２のスイッチを介して前記第１のバッテリに接続され、固定子に巻かれた固定子巻線が整流器を介して前記第２のバッテリに接続された交流型発電機を備えたことを特徴とする電源供給システム。
3. 前記回転子が回転している場合には、前記交流型発電機により発電された電力を前記第２のバッテリへ供給し、前記回転子が回転していない場合には、前記回転子巻線と前記固定子巻線とで形成される前記交流型発電機内のトランス結合を介して、前記第２のスイッチの制御に従い前記回転子巻線に流れる交流電流により前記第１のバッテリの電力を前記第２のバッテリへ供給することを特徴とする請求項２に記載の電源供給システム。

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