JPH05276686A

JPH05276686A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JPH05276686A
Application number: JP4328763A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kajiura; 裕章梶浦; Arata Kusase; 草瀬　　新
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1993-10-22

Abstract

(57)【要約】【目的】回転電機の比出力を最大にした制動発電動作
をさせると共に、その際もまず蓄電池への回生を優先し
つつ随時充電できる車両用電源装置を提供する。【構成】制動時には界磁制御トランジスタ１８による
略定電圧界磁制御は原則的に禁止され、制動用整流器１
５〜１７を介して制動用抵抗器４４への最大電力供給が
電機子巻線１の高電圧発電により行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、乗用車およびトラック
等のための車両用電源装置に関し、回転電機を一般電気
負荷用の充電システムに使用する以外に、制動時は発電
制動用抵抗器にも回路を接続して、回転電機をフルパワ
ーで高電圧発電させ、大きなエンジン制動力を得る車両
用電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、電機子巻線を短絡した
り、回転子の回転に対し逆方向の回転磁界を与える方式
の電機制動装置がある。これは付属周辺制御装置が簡便
にて車両に搭載し易いが、反面回転電機自体が制動エネ
ルギを吸収放熱する必要があって回転電機自体の熱容量
制約があり、制動能力を稼げなかった。

【０００３】近年、省エネルギの観点から始動と充電の
回転電機を一体としエンジンおよび車両とのシステム化
を図る気運が高まっており、その中の１つの技術として
走行制動エネルギを発電電力として蓄電池に回生する技
術が公知である。中でも蓄電池容量は比較的に少なく、
制動エネルギを吸入しきれないため、余剰分を抵抗負荷
に消費させ、制動機能を得つつ充電を図る技術が省エネ
ルギに効果の高いものとして注目されている。しかしな
がら、該方式の従来技術はいずれも充電に適した略一定
の低電圧で発電させるものであるため、回転電機として
の比出力つまり出力と寸法の比は不充分であり、従って
体格および重量の割には小さな制動力しか得られないと
いう難点があった。

【０００４】また近年の車両重量の増大・車両高速化に
伴い、摩擦ブレーキの負荷が大きくなり、乗用車にいた
っても補助ブレーキが必要となってきた。従来技術とし
ては、電磁式リターダのような電気制動機があるが、回
転機自体が制動エネルギーを熱として吸収・放出する必
要があって、回転機自体の熱容量制約のため大きな制動
力が得られなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、制動時のみ
図３に示す如き回転電機と負荷のインピーダンス整合を
とった最大出力軌跡をたどる非一定高電圧作動を回転電
機にさせることにより、比出力を最大にした制動発電動
作をさせると共に、その際もまず蓄電池への回生を優先
しつつ随時充電できる装置とすることを狙う。また、本
発明は回転電機負荷を発電機インビーダンス整合をとっ
たものとし、最大出力作動させることで比出力を最大に
した発電動作をさせる。この際、蓄電池への回生を優先
させて、その余剰分を発電制動用抵抗などの抵抗負荷で
消費するようにすることを第２の課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の課題を解
決するための車両用電源装置は、回転子に巻回された界
磁巻線と、電機子巻線とを有する回転電機を備え、かつ
前記界磁巻線への界磁電流を調整可能な界磁制御用半導
体開閉素子と、前記電機子巻線の電力を整流し回転電機
外部の蓄電手段を充電可能な充電用整流器とを備える車
両用電源装置であって、通常は前記蓄電手段の電圧を適
正範囲に保つべく充電用整流器により電機子巻線電力を
整流して蓄電手段を充電するが、車両制動時であってか
つ蓄電手段の電圧が適正範囲にある時は、制動用サイリ
スタで電機子電力を整流して制動用抵抗器を通電すると
共に、電機子巻線に高電圧発電させて最大出力電圧を発
生できるデューティ比で界磁制御用半導体開閉素子をオ
ンオフする制御手段を備えることを特徴とする。そし
て、以上の構成により、制動時には界磁制御用半導体開
閉素子による略定電圧界磁制御は原則的に禁止され、制
動用サイリスタを介して制動用抵抗器への最大出力電圧
供給が高電圧発電により行われる。また、前記電機子巻
線端に絶縁ゲート形静電効果トランジスタのブリッジを
前記充電用整流器と併設して電動機機能を付加する場合
は、制動時の高電圧発電の際に、低損失高速作動ながら
ＭＯＳのような破損はしにくく装置の信頼性が確保でき
る。

【０００７】また、本発明の第２の課題を解決するため
の車両用電源装置は、前記充電用整流器ののちに電力制
御用半導体開閉素子を介して前記充電手段を接続し、前
記回転子の回転速度検出手段を設け、かつ前記蓄電手段
に流れる電流を検出する電流センサを設け、前記回転速
度検出手段の回転数信号に応じて前記回転電機の銅損と
鉄損の比を最適化するピーク発電を可能にするように前
記界磁制御用半導体開閉素子を開閉させる界磁制御手段
を設けるとともに、前記電流センサの電流信号に応じて
前記蓄電手段に流れる電流に適合するデューティ比にす
るように前記電力制御用半導体開閉素子を開閉させる電
力制御手段を設けることを特徴とする。そして、上記構
成によれば、制動時に限らず回転電機の発電出力を高め
ることが可能であり、高出力が得られる。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明装置の１実施の回路図であ
る。電機子巻線１は回転電機の固定子をなし、図示なき
車両用内燃機関によって駆動される回転子の界磁巻線２
は界磁電流によりＮＳ極を形成可能である。蓄電池２０
から流れる界磁電流は直列接続された界磁制御用トラン
ジスタ１８のオンオフにより調整可能にされている。界
磁巻線２と並列にフライホイールダイオード１９が接続
されている。

【０００９】電機子巻線１の三相巻線端はそれぞれ充電
用三相サイリスタ３，４，５のアノードに接続され、こ
れらサイリスタのカソードは蓄電池２０の正極に接続さ
れている。また、電機子巻線１の三相巻線端は三相ダイ
オード６，７，８のＮ層極に接続され、これら三相ダイ
オードのＰ層極は一括して蓄電池２０の負極に接続され
ている、つまり、充電用整流器３〜８の正側はサイリス
タ、負側をダイオードにしてある。蓄電池２０と並列に
車両用一般電気負荷２１およびコンデンサ４５が接続さ
れている。

【００１０】電機子巻線１には制動用三相サイリスタ１
５，１６，１７のアノードが接続してあり、これらサイ
リスタの各カソードは一括して制動用抵抗器４４の非接
地端に接続してある。制動用抵抗器４４はバイパス排気
管２７内に設けて、加熱触媒ヒータを兼用するようにし
てある。制動用抵抗器４４の抵抗値Ｒ_Lは、図３に示す
ごとく回転電機とインピーダンス整合させて最大出力電
力を供給させるべく、回転電機のパワーピーク特性の最
大出力軌跡を通るよう次式のごとく設定されている。Ｐ＝Ｖ² _OUT／Ｒ_L ここで、Ｖ_OUTは回転電機の出力電圧であり、Ｐは出力
電力である。

【００１１】回転磁界発生用トランジスタ９〜１４は、
回転電機を電動機作用をさせる場合のトランジスタブリ
ッジを形成しており、このトランジスタブリッジの上下
端は蓄電池２０の正負極と並列に接続されており、この
トランジスタブリッジの中点は電機子巻線１の三相巻線
端に接続されている。また、前記トランジスタ９〜１４
は絶縁ゲート形静電効果トランジスタ（ＩＧＢＴ）とし
てある。

【００１２】図２は単純化した論理回路モデルによる制
御回路のブロック図である。充電用三相サイリスタ３，
４，５はゲート駆動回路４７からゲート信号ｇ１，ｇ
２，ｇ３を入力可能にされている。制動用三相サイリス
タ１５，１６，１７はゲート駆動回路４６からゲート信
号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３を入力可能にされている。界磁制御
用トランジスタ１８はＯＲ回路４３からベース駆動信号
Ｂ₁を入力可能にされている。

【００１３】平滑回路２２は蓄電池電圧Ｓを平滑化して
出力電圧を比較回路３３に導入する。比較回路３３は平
滑回路２２の出力電圧を基準電圧Ｖ_refとを比較して比
較結果に応じた出力信号を発生する。

【００１４】制動作動司令回路２４は、ブレーキペダル
が踏まれない時は０信号を出力し、ブレーキペダルが踏
まれる時は１信号を出力すると共に制動力指令ＢＲを発
する。デューティ比制御回路２３は前記制動力司令が入
力される時は、電機子巻線１に高電圧発電させ最大出力
電力を発生できるデューティ比の信号を発生する。

【００１５】電動機作動司令回路２６は回転電機を同期
電動機として作動させたい時に使用され、界磁巻線２の
回転速度よりも速い回転磁界を電機子巻線１に与えるよ
うに回転磁界発生用トランジスタ９，１０，１１，１
２，１３，１４にベース駆動信号Ａ，Ｂ，Ｃ，ａ，ｂ，
ｃを与える。また、電動機作動司令回路２６はオン時
（使用時）に１信号を発生し、オフ時（非使用時）に０
信号を発生し、かつオン時には励磁力司令Ｍを発する。

【００１６】なお、図２においてＡＮＤ回路３６の上側
端子には比較回路３３の出力信号が入力されており、下
側端子には制動作動司令回路２４の１，０信号が負論理
で入力されている。ＡＮＤ回路３７の上側端子にはＡＮ
Ｄ回路３５の出力信号が負論理で入力されており、下側
端子にはＡＮＤ回路３６の出力信号が入力されている。
ＡＮＤ回路３８の上側端子にはデューティ比制御回路２
５の出力信号が入力されており、下側端子にはＡＮＤ回
路３６の出力信号が負論理で入力されている。また、Ａ
ＮＤ回路３７および３８の出力信号はＯＲ回路３９を介
してＯＲ回路４３の上側端子に入力されている。

【００１７】通常は、制動力司令ＢＲおよび励磁力司令
Ｍがなく、かつ司令回路２４，２６から０信号が出力さ
れるため、蓄電手段をなす蓄電池２０およびコンデンサ
４５の電圧を適正範囲に保つべく制動用三相サイリスタ
１５，１６，１７はオフして、もう一方の充電用三相サ
イリスタ３，４，５をオンとして、蓄電池２０およびコ
ンデンサ４５を充電する。そして、蓄電池２０の電圧Ｓ
が基準電圧Ｖ_refを下回るときはＯＲ回路４３からのベ
ース駆動信号が界磁制御用トランジスタ１８のベースに
出力し、電圧Ｓが基準電圧Ｖ_refを上回るときはベース
駆動信号Ｂ₁が出力しないことにより、蓄電池２０およ
びコンデンサ４５が略定電圧になるよう界磁制御する。

【００１８】車両制動時は、制動作動司令回路２４から
制動司令ＢＲが出力すると共に１信号が出力する。該１
信号はゲート駆動回路４６に入力され、ゲート信号Ｇ１
〜Ｇ３により制動用三相サイリスタ１５〜１６がオンに
される。同時に、制動作動司令回路２４の１信号がＡＮ
Ｄ回路３６の下側端子に負論理で入力することにより、
前述の略定電圧界磁制御が禁止される。一方で制動作動
司令回路２４の１信号がＡＮＤ回路３４の上側端子に入
力し、他方では制動力司令ＢＲがデューティ比制御回路
２３に入力し、制動力に応じたデューティ比出力が発生
することにより、必要制動力に応じた界磁電流制御モー
ドに切替わる。この場合、電機子巻線１には充電時発電
電圧よりも高い電圧を生じ、制動用抵抗４４は図３に示
すパワーピーク値によって決る出力電力Ｐを消費する。
そして、制動用抵抗４４に流れる電流により界磁巻線２
にフレミング左手則による制動トルクが生ずる。その制
動トルクは、同図に示す如く低い充電電圧で発電させる
よりも約２倍以上の出力比が稼げるため約２倍の制動効
果が期待できることとなる。

【００１９】また、前記制動時であっても、制動作動司
令回路２４からＡＮＤ回路３２に１信号が入力している
ため、蓄電池２０の電圧Ｓが基準電圧Ｖ_refを下回ると
きは、比較回路３３からの出力信号がＡＮＤ回路３２に
入力することに基づいてゲート駆動回路４７からゲート
信号ｇ１，ｇ２，ｇ３が発生する。従って、車両制動時
であっても平均値は充電適正電圧に保ちつつ充電用三相
サイリスタ３，４，５を高速で断続通電すれば、制動時
の電機子巻線１は高電圧ではあるものの蓄電池２０の過
充電を招くことなく、制動エネルギの一部が蓄電池２０
に回収できる。

【００２０】この場合、前記サイリスタ３〜５が高速で
断続通電することにより半波単位の高電圧充電を許すこ
とになるが、充電用三相サイリスタ３〜５およびダイオ
ード６〜８と蓄電池２０の間には、実配線による漏洩イ
ンダクタンス４０が存在するから、該インダクタンス４
０と蓄電池２０の容量効果とにより、車両一般の電気負
荷２１にサージなどを与える心配がない。

【００２１】なお、この制動モードにおける高電圧発電
によって、回転磁界発生用トランジスタ９，１０，１
１，１２，１３，１４には高電圧が加わるが、これらト
ランジスタ９〜１４には絶縁ゲート型静電効果トランジ
スタ（ＩＧＢＴ）を用いているので耐サージ上の信頼性
が高く、電源装置の信頼性が確保可能となる。

【００２２】電動機作動を行う場合には、図２に示され
た電動機作動司令回路２６をオンとし１信号を出力する
とともに、励磁力指令Ｍ及びゲート信号Ａ〜Ｃ，ａ〜ｃ
を出力する。そして、ゲート信号Ａ〜Ｃ、ａ〜ｃにより
回転界磁発生用トランジスタ９〜１４の導通を制御して
電機子巻線１の回転磁界で界磁巻線２を回転させ、図示
略の補助エンジンを補助駆動する。１信号はＡＮＤ回路
３５に入るため、制動作動司令回路２４から０信号が負
論理でＡＮＤ回路３５に入る場合には該ＡＮＤ回路３５
から出力が発生し、ＯＲ回路３０を介してゲート駆動回
路４７に入力信号が入るため、該ゲート駆動回路４７か
らゲート信号ｇ１〜ｇ３が出力する。そして、ゲート信
号ｇ₁〜ｇ₃がサイリスタ３〜５を導通とする。

【００２３】電動機作動司令回路２６の励磁力司令Ｍが
デューティ比制御回路２５に入力すると、該回路２５の
パルス出力がＡＮＤ回路３８の上側端子に入力する。電
動機駆動により蓄電池２０の電圧Ｓが低下すると、比較
回路３３が１信号を発生せず、かつ制動をしないとき制
動作動司令回路２４が０信号を発生する場合に、ＡＮＤ
回路３６が１信号を出力しないため、ＡＮＤ回路３８は
パルス信号を出力し、界磁制御用トランジスタ１８への
ベース駆動信号Ｂ₁はデューティ比制御回路２５のパル
ス出力と同じになる。

【００２４】つまり、本実施例では電動機が作動中であ
っても蓄電池２０の充電を優先しゲート駆動回路４７が
作動すると共に、デューティ比制御回路２５が作動して
おり、蓄電池２０の電圧Ｓが基準電圧Ｖ_refより低下す
ると充電が行われる。

【００２５】更に、電動機作動モード中の充電より制動
作動モードは優先し、制動作動司令回路２４から制動力
指令ＢＲおよび１信号が出力すると、ＯＲ回路４３から
ベース駆動信号Ｂ₁が出力すると共に、ゲート駆動回路
４６からゲート信号Ｇ１〜Ｇ３が出力し、高電圧発電が
行われ制動用抵抗器４４に電流が流れることにより制動
が行われる。

【００２６】しかし、この制動作動モード時でも蓄電池
２０の電圧Ｓが基準電圧Ｖ_refより低下することで充電
の必要が生じれば、ゲート駆動回路４７からゲート信号
ｇ₁〜ｇ₃を出力して充電を行う。すなわち、最大限の制
動力を確保しつつ最大限の電力回生を図ることが可能と
なる。

【００２７】

【その他の実施例】なお、前述の第１実施例では充電用
三相サイリスタ３〜５および制動用三相サイリスタ１５
〜１７を用いて電機子巻線１の発電電力を蓄電池２０側
と制動用抵抗器４４側とに切替え接続するように構成し
たが、図４のように、これをダイオード３′，４′，
５′および三相ダイオード１５′，１６′，１７′と切
替スイッチ４８にて構成しても同等の効果が得られるこ
とは言うまでもない。

【００２８】本発明の第３実施例は発電機５１，制御回
路５２，蓄電池２０，車両用一般電気負荷２１，発電制
動用抵抗４４を備え、その構成を図５に示す。車両用エ
ンジンにより回転せしめられ、３相電機子巻線１に発生
する交流出力を三相ブリッジ整流器５３により整流し、
直流が出力される発電機出力線５０に充電用絶縁ゲート
形静電効果トランジスタ（以下ＩＧＢＴと呼ぶ）５４及
び制動用ＩＧＢＴ５５ａ，５５ｂが接続され、それぞれ
充電系回路７１と制動用抵抗４４と蓄エネルギー用電動
機７０とに接続されている。また出力線５０，アース間
にコンデンサ４５を設ける。蓄電系回路７１の構成につ
いて説明する。充電用ＩＧＢＴ５４の出力端はリアクト
ル４１を介して蓄電池２０および車両用一般電気負荷２
１に接続されている。またリアクトル４１および蓄電池
２０の直列回路両端間にはフライホイールダイオード４
２が発電機出力と逆方向に接続されている。制動用抵抗
４４は加熱触媒を兼ね、バイパス排気管２７に取りつけ
られており、発電機５１とインビーダンス整合した抵抗
値に設定されている。発電機５１の励磁は蓄電池２０か
ら界磁制御トランジスタ１８を介して界磁巻線２に出力
される。上記ＩＧＢＴ５４，５５ａ，５５ｂ及び界磁制
御用トランジスタ１８のベースは制御回路５２と結ばれ
ている。制御回路５２は図示のように、各ＩＧＢＴ５
４，５５ａ，５５ｂ，界磁制御用トランジスタ１８を駆
動するパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動回路５８，５９，６
０及び比較回路６１，６２さらにそれらを制御するコン
トローラ６３より構成される。また、コントローラ６３
はブレーキペダル６８に取り付けられたポデンショメー
タ６４からの位置信号を入力し、さらに電機子巻線１か
らの周波数信号をＦ／Ｖコンバータ６５を介して出力し
ている。また回転子励磁電流および出力電流はそれぞれ
電流センサ６７および６９によりコントローラ６３に入
力している。

【００２９】以上の構成によりなるシステムの動作につ
いて説明する。本発電機５１は通常走行時、充電発電機
として作用し、蓄電池２０及び車両用一般電気負荷２１
に電力を供給する。発電はコントローラ６３よりの信号
で界磁用ＰＷＭ６０を介して界磁制御トランジスタ１８
を作動させ界磁巻線２に電流を流し励磁する。この時、
発電量はコントローラ６３からの目標電圧信号と実際の
蓄電池２０の端子電圧とを比較回路６１で偏差信号と
し、充電用ＰＷＭ５８を介してその差に応じたデューテ
ィ比で充電用ＩＧＢＴ５４を駆動することで調整する。
その原理を図６を使用して以下簡単に示す。充電用ＩＧ
ＢＴ５４のゲート信号をスイッチングすることにより、
ＯＮ時には発電機５１よりＩ_ALT，コンデンサ４５より
Ｉ_Cがａ点に流れる。充電用ＩＧＢＴ５４のＯＦＦ時に
は発電機５１よりＩ_ALTがコンデンサ４５に蓄えられ
る。またこの時、リアワクトル４１に磁気エネルギーと
して蓄えられたエネルギーがフライホイールダイオード
４２を通って蓄電池２０，車両一般電気負荷２１へ電流
として流れ、ｃ点でみれば結局図６のような鋸歯状電流
となる。本方式の発電では、発電機５１の比出力を最大
限に高めることができる。即ち、通常発電機５１の端子
電圧が低電圧（例えば１４ｖ）一定の発電では図７の様
に取り出せるパワーは低い、しかし、本方式のごとく発
電機１の出力側で発電量を制御すれば、発電機１を高電
圧化できパワーピーク発電することが可能となる。例え
ば図７において６０００ｒｐｍ時にパワーピーク発電す
れば３．５ｋＷすなわちｃ点の電流で３５００ｗ／１４
ｖ＝２５０Ａが得られ、１４ｖ一定時の出力電流１０７
Ａ（＝１５００ｗ／１４Ｖ）の約２．３倍となる。フル
出力時の出力特性を図８に示す。次に、図９に基づいて
パワーピーク発電の方法について説明する。内部抵抗Ｒ
_Oを有する発電機の出力電力ＰはＰ＝（Ｅ_O−ＩＲ_O）×ＩＥ_O：無負荷端子電圧Ｒ_O：発電機内部抵抗Ｉ：出力電流で表され、上式よりＰが最大となるのは出力電圧がＥ_O
／２のときである。ここでＥ_Oは次式で表され、Ｅ_O ∝ ｎ・Ф Ф：無負荷有効磁束 ∝ ｎ・ｉｎ：回転数ｉ：励磁電流回転数及び励磁電流に比例する。従って、Ｆ／Ｖコンバ
ータ６５から得られた回転子の回転数信号と界磁電流セ
ンサ６７からの電流信号をコントローラ６３に入力しパ
ワーピーク発電の出力電圧Ｅ_O／２を算出して、発電機
出力線５０の電圧Ｅ_O／２〜Ｅ_Oとなるように、充電用Ｉ
ＧＢＴ５４をデューティ比制御することで高電圧発電が
実現される。なお、デューティ比制御のスイッチング周
波数は２０ｋＨｚ以上とし、人間の可聴域以上の周波数
とした。

【００３０】本構成における発電量の調整は上記充電用
ＩＧＢＴ５４による出力側での調整及び励磁制御用トラ
ンジスタ１８による界磁巻線２の界磁量による調整が可
能である。近年、車両燃費向上のため高効率発電が望ま
れており、本発明では上記２つの調整手段を組み合わせ
ることで、常時最大効率で発電し、必要出力を得ること
ができる。その１例を以下に示す。

【００３１】現在、回転数ｎ（ｒｐｍ）（Ｆ／Ｖコンバ
ータ６５から得られた回転数信号より判断），設定電圧
Ｖ_O（Ｖ），励磁電流ｉ_o（Ａ）（電流センサ６７からの
電流信号より判断）の状態で充電用ＩＧＢＴ５４のスイ
ッチングにより出力電圧が制御される時、電流センサ６
９からの（出力電流Ｉに対応する）出力電流信号をコン
トローラ６３に入力し、そのコントローラ内で必要発電
パワーを計算する。必要発電パワーＰ＝Ｖ_OＩＤＣ−ＤＣコンバータの入出力パワーは（該ＤＣ−ＤＣ
コンバータ内の損失を無視すれば）等しく、従って発電
機５１側で必要な発電パワーはＰである。界磁電流Ｉ_f
による電圧パワー曲線の違いを図１０に示す。例えば図
１０上で必要発電パワーＰは点ａ，ｂ，ｃ，ｄ各電圧で
実施され、一般に界磁電流Ｉ_fを変更することで任意な
電圧に設定可能である。発電機５１の損失には、次の式
（１）の銅損、鉄損、整流損および機械損がある。

【００３２】

【数１】銅損＝Ｒ_OＩ² 鉄損＝ α（ｆＢ_g）²＋βｆＢ_g ²＝γＶ² 整流損＝Ｖ_FＩ機械損＝一定ここで α，β，γ：固有の係数ｆ：電源周波数Ｂｇ：有効磁束密度Ｖ：電圧Ｖ_F ：ダイオードドロップである。一般に銅損および鉄損の寄与率が高い。銅損お
よび鉄損はそれぞれ電流Ｉ，電圧Ｖの関数であるため損
失Ｐ_Lは次式（２）で表現される。

【００３３】

【数２】Ｐ_L＝Ｒ_OＩ²＋γＶ² 損失Ｐ_Lが最小になるとき最大効率発電が実現される。

【００３４】今、必要発電パワーＰが決定されているた
め、ＰとＶおよびＩの関係はＰ＝ＶＩであり、損失Ｐ_L
は次式となる。

【数３】Ｐ_L＝Ｒ_O（Ｐ／Ｖ）²＋γＶ²

【００３５】Ｐ_Lを最小とするＶをＶ_minとすれば

【数４】Ｖ_min＝（Ｒ_OＰ²／γ）^1/4 で表される。従って、発電機出力線５０の電圧がＶ_min
に等しくなる様に界磁電流を調整すれば最大効率発電が
実現できる。

【００３６】次に制動時の動作について説明する。運転
者がブレーキペダル６８を踏み込むとき、そこに設置さ
れたポテンショメータ６４より角度信号をコントローラ
６３へ出力する。コントローラ６３はブレーキペダル角
度に応じた制動トルク目標値を設定し、その目標値に相
当する発電機電圧を、現在の発電機回転数、および界磁
電流より、パワーピーク電圧（Ｅ_O／２）を下限値とし
て算出し、比較回路６２に出力する。比較回路６２では
発電機出力電圧と該目標電圧を比較して両者が等しくな
るようＰＷＭ駆動回路５９を調整し、制動用ＩＧＢＴ５
５ａにより制動用抵抗４４に電流を流す。このとき、前
述の充電系回路７１は独立に作用する。以上、本発明で
は１つの発電機５１を充電用発電機と制動機の両方に使
用でき、どちらもパワーピーク発電させることで大出力
化を計っているため、充電時には大電流、制動時には大
トルクが得られる。また制動時には、出力を車両用一般
電気負荷２１及び蓄電池２０へ優先的に配分し、余剰分
のみを制動用抵抗４４で熱として消費させることで、最
大限のエネルギー回生を可能とした（図１１参照）。

【００３７】

【その他の実施例】１．本第３実施例では、出力制御用
に充電用ＩＧＢＴ５４を用いたが特に限定せず、パワー
トランジスタを使用してもよい。

【００３８】２．本第３実施例では制動用ＩＧＢＴ５５
ａ，５５ｂの入力端子を発電機出力線５０に設けたが、
車両用一般電気負荷２１及び蓄電池２０の電源線に設け
てもよい。

【００３９】３．本第３実施例では、制動時の余剰エネ
ルギーを過熱触媒を兼ねた制動用抵抗４４で消費させた
が、以下の方法で制動エネルギーを加速エネルギーに変
換することも可能である。例１（図１２）本第３実施例における制動用ＩＧＢＴ５５ｂの出力端子
に蓄エネルギー用電動機７０を接続し、制動時に該電動
機７０で回転圧力型圧縮機７２を駆動し、アキュームレ
ータ７３に高圧空気を蓄える。加速時には該高圧空気を
一般吸気用空気と共にエンジン７４に過給し高トルクを
得る。本方式では一般ターボで問題となるターボ過給機
慣性によるエンジン回転上昇遅れがないため、加速レス
ボンスがよい。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の車両用電源
装置は、回転子に巻回された界磁巻線と、電機子巻線と
を有する回転電機を備え、かつ前記界磁巻線への界磁電
流を調整可能な界磁制御用半導体開閉素子と、前記電機
子巻線の電力を整流し回転電機外部の蓄電手段を充電可
能な充電用整流器と、該充電用整流器と車両制動時に切
替えて使用し前記電機子巻線の電力を整流して回転電機
外部の発電制動用抵抗器を通電する制動用整流器とを備
えるから、通常は前記蓄電手段の電圧を適正範囲に保つ
べく充電用整流器により電機子巻線電力を整流して蓄電
手段を充電するが、車両用制動時であってかつ蓄電手段
の電圧が適正範囲にある時は、制動用整流器で電機子電
力を整流して制動用抵抗器を通電すると共に、電機子巻
線に高電圧発電させて最大出力電力を発生できるデュー
ティ比で界磁制御用半導体開閉素子をオンオフする制御
手段を備えるから、制動時において回転電機の比出力を
最大にした制動発電動作をすることができると共に、そ
の際もまず蓄電手段への回生を優先しつつ随時充電でき
るという優れた効果がある。更に、発電機の交流電力を
直流に変換する充電用整流器ののちに半導体開閉素子を
設けるときは、制動時に限らずパワーピーク発電により
発電機の出力を高めることが可能であり、高出力が得ら
れるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の１実施例を示す回路図である。

【図２】単純化した論理回路モデルによる制御回路を示
すブロック図である。

【図３】制動用抵抗器の抵抗値設定を示す特性図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例を示す回路図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す回路図である。

【図６】その第３実施例の作動を説明するためのタイミ
ングチャートである。

【図７】その第３実施例において発電機の電圧とパワー
の関連を示す特性図である。

【図８】第３実施例において発電機の回転数と出力電流
との関連を示す特性図である。

【図９】第３実施例の絶縁ゲート形静電効果トランジス
タのデューティ比とパワーと出力電流の関連を示す特性
図である。

【図１０】第３実施例のパワーピーク発電を示す特性図
である。

【図１１】第３実施例のブレーキペダル角度と制動エネ
ルギーとの関連を示す特性図である。

【図１２】第３実施例において発電機により蓄エネルギ
ー用電動機を駆動する場合の構成図である。

【符号の説明】

１...電機子巻線、２...界磁巻線、３〜５...充電
用三相サイリスタ、６〜７...三相ダイオード、９〜
１４...回転磁界発生用トランジスタ、１５〜１７，
１５′〜１７′...制動用三相サイリスタ、１８...界磁
制御用トランジスタ、２０...蓄電池、２５...デュ
ーティ比制御回路、４４...制動用抵抗器、４５...
コンデンサ、４６，４７...ゲート駆動回路、４
８...切替スイッチ，５１...発電機、５３...三相
ブリッジ整流器、５４...充電用ＩＧＢＴ（絶縁ゲー
ト形電界効果トランジスタ）、５５ａ，５５ｂ...制動
用ＩＧＢＴ、５８〜６０...パルス幅変調（ＰＷＭ）
駆動回路、７０...蓄エネルギー用電動機。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子に巻回された界磁巻線と、電機子
巻線とを有する回転電機を備え、かつ前記界磁巻線への
界磁電流を調整可能な界磁制御用半導体開閉素子と、前
記電機子巻線の電力を整流し回転電機外部の蓄電手段を
充電可能な充電用整流器とを備える車両用電源装置であ
って、通常は前記蓄電手段の電圧を適正範囲に保つべく充電用
整流器により電機子巻線電力を整流して蓄電手段を充電
するが、車両制動時であってかつ蓄電手段の電圧が適正
範囲にある時は、制動用サイリスタ器で電機子電力を整
流して制動用抵抗器を通電すると共に、電機子巻線に高
電圧発電させて最大出力電力を発生できるデューティ比
で界磁制御用半導体開閉素子をオンオフする制御手段を
備えることを特徴とする車両用電源装置。
【請求項２】前記充電用整流器をサイリスタにすると
共に、制動時であってもその充電用サイリスタを導通
し、かつ前記蓄電手段を断続高電圧充電するデューティ
比制御手段を備えることを特徴とする請求項１の車両用
電源装置。
【請求項３】前記電機子巻線端に絶縁ゲート形静電効
果トランジスタのブリッジを前記充電用整流器と併設し
て電動機機能を付加した請求項１又は請求項２の車両用
電源装置。
【請求項４】前記蓄電手段はコンデンサおよび蓄電池
の並列結線体となることを特徴とする請求項１の車両用
電源装置。
【請求項５】前記制動用抵抗器は加熱触媒ヒータであ
ることを特徴とする請求項１の車両用電源装置。
【請求項６】回転子に巻回された界磁巻線と、電機子
巻線とを有する回転電機を備え、かつ前記界磁巻線への
界磁電流を調整可能な界磁制御用半導体開閉素子と、前
記電機子巻線の電力を整流し回転電機外部の蓄電手段を
充電可能な充電用整流器とを備える車両用電源装置であ
って、前記充電用整流器ののちに電力制御用半導体開閉素子を
介して前記充電手段を接続し、前記回転子の回転速度検
出手段を設け、かつ前記蓄電手段に流れる電流を検出す
る電流センサを設け、前記回転速度検出手段の回転数信
号に応じて前記回転電機の銅損と鉄損の比を最適化する
ピーク発電を可能にするように前記界磁制御用半導体開
閉素子を開閉させる界磁制御手段を設けるとともに、前
記電流センサの電流信号に応じて前記蓄電手段に流れる
電流に適合するデューティ比にするように前記電力制御
用半導体開閉素子を開閉させる電力制御手段を設けるこ
とを特徴とする車両電源装置。
【請求項７】前記充電用整流器の後に電力制御用半導
体開閉素子を介して発電制動用抵抗を接続することを特
徴とする請求項６に記載の車両用電源装置。
【請求項８】前記充電用整流器の後に電力制御用半導
体開閉素子を介して蓄エネルギー用電動機を接続するこ
とを特徴とする請求項６に記載の車両用電源装置。