JP5697712B2 - 車両用発電電動機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用発電電動機に係り、特にエンジン始動用回転電機の消費電流を抑制するための技術に関する。

内燃機関とベルトを介して繋がっておりトルクの受け渡しをする回転電機と、回転電機に電流を供給する特性の異なる２種類のバッテリを並列に配置したハイブリッドシステムが知られている（例えば、特許文献１）。このような２種類のバッテリを並列に配置したシステムにおいて、回転電機を駆動する際、バッテリに大電流が流れて発熱し、高温となってしまうという安全上の問題がある。従来技術として、回転電機によりバッテリを充電するとき、または、回転電機の駆動時にバッテリから電流を得るときは、各バッテリ用に２つのリレーを用い、抵抗値を切り換えて制御することによって効率よく駆動、充電するようにしている。

特許第３１３６８４２号（段落[０００７]、図１）

従来の技術では、リレーが回転機やインバータと別体であるため、自動車に搭載する場所を新たに設けなくてはならないことや、２つのリレーを単独で車両に搭載するため、通電によって発生した熱を冷却する冷却ファンが必要になるという問題があった。
本発明はこのようなリレーの搭載場所や冷却方法の問題を解決するために、リレーをインバータと一体化した回転電機に組み込んで一体化することで、搭載性がよく冷却効率に優れた車両用回転電機を提供することにある。

この発明に係る車両用発電電動機では、内燃機関と、前記内燃機関に連結される回転電機とを備え、前記回転電機は前記内燃機関からトルクを受けて発電をし、充電可能な直流電源装置に電力を供給することで前記直流電源装置を充電することが可能で、また、前記回転電機は、前記直流電源装置から電力を得ることにより、前記内燃機関にトルクを供給することができるハイブリッドシステムにおいて、前記直流電源装置は、特性の異なる２種類の充電可能な直流電源が並列に接続されるとともに、前記回転電機は前記直流電源装置の充放電電流を制御できるリレーを一体に搭載したものであって、前記リレーは並列に接続された特性の異なる２種類の充電可能な前記直流電源の並列回路と直列に接続され、前記直流電源はそれぞれ前記リレーを介して前記回転電機に接続されるとともに、前記リレーにおけるリレー接点の開閉により前記直流電源と前記回転電機との間の抵抗値を変化させるものである。

この発明によれば、回転電機にリレーを一体化して前記リレーを並列に接続された特性の異なる２種類の充電可能な直流電源の並列回路と直列に接続し、前記直流電源がそれぞれ前記リレーを介して前記回転電機に接続されるとともに、前記リレーにおけるリレー接点の開閉により前記直流電源と前記回転電機との間の抵抗値を変化させることで、従来のようにリレーを２つ使うより、配線を簡略化しシステムを小さくでき、コストが安くなる。また、リレーを回転電機に搭載することによって、発電時、リレーを回転電機側で制御することで直流電源装置に流れる電流を抑制でき、システムを小型化し、効率よく充電できる。また、リレーを回転電機に搭載することで、回転電機のファンの回転によって回転電機とリレーを同時に冷やすことが可能となる。

リレーを搭載した回転電機と直流電源との接続を示す回路図。 本発明の回転電機に使用するリレーの回路図。

実施の形態１．
図１は、内燃機関１と回転電機２に電流を供給する充電可能な直流電源装置を構成する特性の異なる２種類のバッテリＢ１、Ｂ２を並列に配置した構成を示す回路図である。回転電機２は、ベルト３を介して内燃機関１につながっており、トルクの受け渡しをすることができる。充電可能な直流電源装置を構成する直流電源としての２つのバッテリＢ１、Ｂ２を回転電機２につないでいる。回転電機２は内燃機関１からトルクを受けて発電をし、２つのバッテリＢ１、Ｂ２に電力を供給することでバッテリＢ１、Ｂ２を充電する。また、回転電機２は、２つのバッテリＢ１、Ｂ２から電力を得ることにより、内燃機関１にトルクを供給する。

図２はリレー４の回路図を示す。このリレー４は、スイッチング操作で抵抗を変えることができるよう構成されている。リレー接点４ａと並列にリレーＯＦＦ時の抵抗Ｒ_ＯＦＦが接続されており、リレー接点４ａをオンすることで、リレーＯＦＦ時抵抗Ｒ_ＯＦＦをバイパスすることができる。このリレーＯＦＦ時抵抗Ｒ_ＯＦＦの抵抗値は、回路を組んだ後でも制御可能である。
また、バッテリＢ１、Ｂ２と回転電機２の間はそれぞれ抵抗の違うケーブルＣ１、Ｃ２でつないで回路を組むと、この抵抗値は変えることはできない。ただし、回路を組む前にケーブルの長さを変えることによって抵抗値を変えることが可能である。リレー４は回転電機２に搭載してあり、回転電機２のインバータ部ＩＮで制御可能である。

リレー４を回転電機２に搭載し、リレー４を回転電機２の制御装置あるいは外部の制御装置で制御することで、リレーが１つになり、リレーを２つつなげるよりもシステムを簡略化、小型化できる。
そして、リレーを２つのバッテリに直接つなげる場合に比べ、配線の長さが短くなるので、システムを小型化し、コストが低減できる。また、２つのリレーをの設置するための空間も削減でき、システムを小型化できる。

さらに、リレーをバッテリに直列接続すると車両が動いていないと冷却できないが、回転電機２に搭載することで回転電機２のファン２ａの回転によってリレー４にも風が当るるため、回転電機２とリレー４を同時に冷やすことが可能となる。

回転電機２は２つのバッテリＢ１、Ｂ２から電力を得て内燃機関１にトルクを供給するが、このときバッテリＢ１、Ｂ２から大電流が流れる。リレー４を回転電機２に直列につないだ回路によって、バッテリＢ１、Ｂ２から流れる電流を抑制することが可能で、バッテリの寿命を延ばすことができる。
特に、エンジン始動時において、回転電機２から内燃機関１にトルクを与えるために大電流を流す必要があり、そのためにバッテリＢ１、Ｂ２に大電流が流れてしまうが、リレー４を搭載した回転電機２側で適切な電流値に制御することで、電流を抑えることが可能となり、バッテリＢ１、Ｂ２の寿命を延ばすことができる。

そして、回転電機２が駆動を行う際、回転電機２が最適のトルクを計算し、それに対応した電流値に制御することで、従来のように急に回転電機２に大電流が流れ、瞬時に大きなトルクが発生してベルト３が滑ることを無くすことができる。これによって、トルクを内燃機関１に効率よく伝達することができる。
また、内燃機関１からトルクを得て発電をして、バッテリＢ１、Ｂ２を充電するとき、リレー４を制御することによって、バッテリＢ１、Ｂ２に流れる電流を大きくして、効率よく充電をすることができる。

実施の形態１における充電可能な直流電源としてのバッテリＢ１、Ｂ２は、キャパシタ、鉛蓄電池、リチウムイオンバッテリから選択可能で、キャパシタと鉛蓄電池との組み合わせ、キャパシタとリチウムイオンバッテリの組み合わせ、鉛蓄電池とリチウムイオンバッテリとの組み合わせが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 内燃機関、 ２ 回転電機、 ２ａ ファン、 ３ ベルト、 ４ リレー、 ４ａ リレー接点、 Ｂ１ 第１のバッテリ（充電可能な第１の直流電源）、 Ｂ２ 第２のバッテリ（充電可能な第２の直流電源）、 Ｃ１ 第１のケーブル、 Ｃ２ 第２のケーブル、 ＩＮ インバータ、 Ｒ_ＯＦＦ リレーＯＦＦ時の抵抗。

Claims (4)

1. 内燃機関と、前記内燃機関に連結される回転電機とを備え、前記回転電機は前記内燃機関からトルクを受けて発電をし、充電可能な直流電源装置に電力を供給することで前記直流電源装置を充電することが可能で、また、前記回転電機は、前記直流電源装置から電力を得ることにより、前記内燃機関にトルクを供給することができるハイブリッドシステムにおいて、前記直流電源装置は、特性の異なる２種類の充電可能な直流電源が並列に接続されるとともに、前記回転電機は前記直流電源装置の充放電電流を制御できるリレーを一体に搭載したものであって、前記リレーは並列に接続された特性の異なる２種類の充電可能な前記直流電源の並列回路と直列に接続され、前記直流電源はそれぞれ前記リレーを介して前記回転電機に接続されるとともに、前記リレーにおけるリレー接点の開閉により前記直流電源と前記回転電機との間の抵抗値を変化させることを特徴とする車両用発電電動機。
2. 前記特性の異なる２種類の直流電源として、キャパシタと鉛蓄電池を使ったことを特徴とする請求項１に記載の車両用発電電動機。
3. 前記特性の異なる２種類の直流電源として、キャパシタとリチウムイオンバッテリを使ったことを特徴とする請求項１に記載の車両用発電電動機。
4. 前記特性の異なる２種類の直流電源として、鉛蓄電池とリチウムイオンバッテリを使ったことを特徴とする請求項１に記載の車両用発電電動機。

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