JPH06217411A - エンジン駆動式永久磁石発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石発電機をエンジン駆動発電機の発電
機として用いる際に、エンジン始動時の鉄損を低減して
エンジン始動をよりスムーズにする。 【構成】 永久磁石３４と界磁コイル２８を併設する。
エンジンが始動される際、界磁コイル２８に供給する界
磁電流を、永久磁石３４の磁束を打ち消す方向に制御す
ることにより、ロータ側からステータ側に鎖交する磁束
が低減されあるいは完全に打ち消される。この結果、永
久磁石３４の磁束による鉄損が低減し、エンジンの負荷
が低減するため、よりスムーズな始動が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの出力により
駆動される永久磁石発電機を備えたエンジン駆動式永久
磁石発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車の構成としては、駆動源とし
てのモータの他、エンジン駆動発電機を搭載するハイブ
リッド車が知られている。エンジン駆動発電機は、エン
ジン及びこのエンジンの機械出力によって駆動される発
電機から構成されており、車両の駆動源としてのモータ
はこのエンジン駆動発電機の発電出力や、車載のバッテ
リの出力によって駆動される。このような車両において
は、車両の駆動源としてのモータや、このモータに供給
される電力を制御するインバータ等の電気回路は、エン
ジン駆動発電機の電機負荷となる。

【０００３】エンジン駆動発電機の発電機としては、い
わゆる永久磁石発電機を用いることができる。永久磁石
発電機は、ロータ及びステータの一方を永久磁石から構
成した発電機である。例えば、永久磁石をロータ側に配
置し、ステータ側に電機子コイルを設けることにより、
永久磁石発電機が構成される。この永久磁石を例えば界
磁として用いた場合、界磁起磁力を界磁コイルにより発
生させる構成に比べ、発電機を小型化できる。これは、
永久磁石の体積当りの起電力発生が、界磁コイルに比べ
大きいからである。このような永久磁石発電機をエンジ
ン駆動発電機の発電機として用いた場合、永久磁石が設
けられたロータがエンジンの機械出力によって回転し、
ステータ側に設けられた電機子コイルに起電力を発生さ
せる。界磁起磁力が永久磁石のみにより与えられている
場合、この起電力はエンジンの出力回転数により定ま
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな永久磁石発電機においては、ロータが回転し始める
際永久磁石の磁束が電機子側の磁性材（ヨーク等）に鎖
交し、鉄損が発生する。すなわち、このような発電機を
エンジン駆動発電機の発電機として用いた場合、鉄損に
よって、エンジンの負荷が大となってしまう。

【０００５】さらに、例えばエミッション低減、燃費向
上等の目的でエンジンを定回転させたい場合には、界磁
起磁力を永久磁石のみによって発生させるのは好ましく
ない。すなわち、発電機の発電出力は、界磁起磁力が一
定という条件下では回転数によって定まるため、発電機
を駆動するエンジンの回転数を一定にしかつ界磁として
永久磁石を用いると、発電出力の制御ができない。

【０００６】ここに、永久磁石を有するロータを備えた
発電機の出力を制御する技術としては、例えば特開平４
−１２６５３号公報等に開示されている技術がある。こ
の公報においては、永久磁石を有するロータが用いられ
ている。さらに、電気負荷が小さく発電量を低減させた
い場合には、界磁コイルに通常と逆方向の電流を供給し
て永久磁石による磁束を打ち消すようにしている。この
ような技術を応用することにより、すなわち、界磁コイ
ルを併せ有する永久磁石モータを構成し、界磁制御を行
うことにより、エンジン駆動発電機の発電出力を制御す
ることが可能である。

【０００７】しかしながら、このような技術を、エンジ
ン駆動発電機の発電機として用いられる永久磁石発電機
に単に適用したのみでは、エンジン始動時の界磁電流制
御が行われないため、上述した問題点、すなわち永久磁
石の磁束による鉄損がエンジン始動時の負荷となるとい
う問題点を解決することができない。

【０００８】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、エンジン駆動発電
機の発電機として永久磁石発電機を用いる場合に、永久
磁石の磁束によってエンジン始動時に生じるエンジンの
負荷の増大を防止し、始動をよりスムーズに実行可能に
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のエンジン駆動式永久磁石発電装置
は、回転時に相対的に静止した状態となるよう永久磁石
と界磁コイルが設けられ、エンジンの出力により駆動さ
れる永久磁石発電機と、エンジンが始動する際に永久磁
石の磁束を打ち消す方向の磁束が発生するよう、永久磁
石発電機の界磁コイルに供給する界磁電流を制御する制
御手段と、を備えることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明においては、回転時に相対的に静止した
状態となるよう、例えば共にロータ上に、永久磁石と界
磁コイルが設けられる。永久磁石発電機はエンジンの出
力により駆動され、その界磁コイルに供給される界磁電
流は制御手段によって制御される。エンジンが始動する
際には、制御手段は、界磁電流の制御を行い、永久磁石
の磁束を打ち消す方向の磁束を界磁コイルによって発生
させる。この磁束は、永久磁石の磁束を打ち消しあるい
は低減するため、永久磁石の磁束によってエンジン始動
時に生じる鉄損が防止あるいは低減されることとなり、
始動時のエンジンの負荷が低減される。この結果、エン
ジン始動がよりスムーズとなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【００１２】図１には、本発明の一実施例に係る発電機
を備えたシステムの構成が示されている。この図に示さ
れるシステムは、例えばハイブリッド車等の車両に駆動
システムとして搭載されるシステムであり、エンジン駆
動発電機１０を備えている。エンジン駆動発電機１０
は、エンジン１２及び発電機１４を備えており、発電機
１４は、エンジン１２の機械出力によって駆動される。
なお、１６は、エンジン１２の出力回転数を発電機１４
の入力回転数に高める増速機である。

【００１３】発電機１４の発電出力は、整流機１８によ
って整流された上で主バッテリ２０及び電気負荷２２に
供給される。主バッテリ２０は鉛電池等の充放電可能な
バッテリであり、整流器１８から供給される直流電力を
蓄える一方で、電気負荷２２に対し電力を供給する。ハ
イブリッド車の場合、電気負荷２２は、走行用モータ
や、走行用モータの出力トルクを制御するために用いら
れるインバータ等の回路であり、電気負荷２２は、整流
器１８から供給される電力の他、主バッテリ２０から供
給される電力によって駆動される。

【００１４】この図に示されるシステムは、発電機１４
の界磁電流を制御する手段として、界磁コントローラ２
４及び２６を備えている。界磁コントローラ２４は、始
動信号ＳＴに応じて動作を開始し、エンジン１２の回転
数Ｎｅを監視しつつ、界磁コントローラ２６に対して指
令を与える。界磁コントローラ２６は、界磁コントロー
ラ２４からの指令に応じ、発電機１４の界磁コイル２８
に界磁電流を供給する。界磁電流の供給に係る電源とし
ては、車載の電機的補機に電力を供給する補機バッテリ
３０が用いられる。

【００１５】図２には、発電機１４の一例構成が示され
ている。この図に示される発電機１４は、ロータヨーク
３２、界磁コイル２８、永久磁石３４及びヨーク３６か
ら構成されるロータを備えている。ロータヨーク３２
は、ほぼ十字状の形状を有しており、十字の各腕の先端
はＴ字状に幅が拡大している。この幅が拡大した部位に
は、ボルト３８により、それぞれ、永久磁石３４及びロ
ータ３６が取り付けられている。この例では、永久磁石
３４は平板状であり、ヨーク３６はかまぼこ状の形状を
有している。なお、永久磁石３４は他の形状でもよい
が、この例のように平板状とすると製造が容易である。

【００１６】界磁コイル２８は、ロータヨーク３２の各
腕に巻回されている。したがって、界磁コイル２８に電
流を供給することにより、ロータヨーク３２の各腕の延
長方向の磁束が発生する。永久磁石３４として、その厚
み方向に着磁された永久磁石を用いることとすれば、永
久磁石３４の磁束と界磁コイル２８の磁束の方向は互い
に平行となる。このように、本実施例の発電機１４は、
永久磁石３４と界磁コイル２８により、必要な界磁起磁
力を分担している。

【００１７】また、この図に示される発電機１４は、ス
テータ側に、ステータヨーク４０及び電機子コイル４２
を設けた構成である。ステータヨーク４０は、ほぼ中空
円筒形状を有しており、電機子コイル４２は、ステータ
ヨーク４０の内面に形成されたスリットの中に巻回され
ている。電機子コイル４２及びステータヨーク４０は、
ロータ側に設けられたヨーク３６と微小間隔で対向す
る。

【００１８】したがって、エンジン１２の出力によりシ
ャフト４４が回転すると、永久磁石３４及び界磁コイル
２８の磁束が電機子コイル４２に鎖交し、この結果、電
機子コイル４２には、起電力が誘起される。この起電力
は、後段の整流器１８を介して主バッテリ２０及び電機
負荷２２に電力として供給される。

【００１９】図３には、本実施例における界磁コントロ
ーラ２４の制御動作の一例が示されている。界磁コント
ローラ２４は、始動信号ＳＴが供給されるまで待機状態
をとり（１００）、始動信号ＳＴが供給されると界磁コ
ントローラ２６に指令を与えて発電機１４の界磁電流の
制御を開始する（１０２）。界磁コントローラ２４は、
ステップ１０２においては、界磁コイル２８に供給する
界磁電流の方向を通常とは逆方向、すなわち永久磁石３
４による磁束を打ち消す方向の電流とする。このとき、
永久磁石３４の磁束は設計的に知ることができるため、
ステップ１０２において供給する界磁電流の大きさを予
めこの永久磁石３４の磁束に対応した値に設定すること
により、永久磁石３４の磁束をほぼ完全に打ち消すこと
ができる。また、永久磁石３４として経時変化の少ない
ものを用いることにより、このような作用を長期間にわ
たって確保することができる。

【００２０】ステップ１０２の後、界磁コントローラ２
４は、ステップ１０４に移る。ステップ１０４において
は、界磁コントローラ２４は、発電指令が発生している
か否かを判定する。具体的には、界磁コントローラ２４
は、エンジン１２の回転数Ｎｅが所定値に至った場合に
発電指令が発生したと判定し、あるいは始動信号ＳＴ供
給後所定時間の経過により発電指令が発生したと判定す
る。界磁コントローラ２４は、発電指令が発生したと判
定した場合には、界磁コントローラ２６に指令を与え
て、界磁コイル２８に供給する界磁電流の方向を通常の
方向にする（１０６）。すなわち、通常の界磁制御に移
行し、要求される発電出力に応じた界磁起磁力永久磁石
３４及び界磁コイル２８により発生するよう、界磁電流
を制御する。

【００２１】このように、本実施例によれば、エンジン
１２の始動時に永久磁石３４の磁束を界磁コイル２８の
磁束によって打ち消しあるいは低減するようにしている
ため、エンジン１２始動時に発電機１４において顕著な
鉄損が発生することがなくなり、エンジン１２をよりス
ムーズに始動することが可能となる。また、この制御を
応用することにより、エンジン１２をアイドリング状態
としている際の燃費を改善することもできる。

【００２２】図４には、界磁コントローラ２４の他の動
作例が示されている。この図に示される例は、ステップ
１０２実行後ステップ１０４実行前に、界磁コントロー
ラ２４がステップ１０８及びステップ１１０を実行する
動作である。

【００２３】ステップ１０８は、界磁コイル２８に供給
する界磁電流を逆方向に設定した後に、実際にエンジン
１２が始動されたか否かを判定するステップである。エ
ンジン１２が実際に始動するまでは、界磁コイル２８に
供給する界磁電流は逆方向に維持される。エンジン１２
が実際に始動すると、界磁コントローラ２４は界磁コン
トローラ２６に指令を与え、界磁コイル２８に供給する
界磁電流の値を０に設定する。この状態では、発電機１
４において、ステータ側に鎖交する磁束は永久磁石３４
の磁束のみとなる。こののち、ステップ１０４に移行す
る。

【００２４】このような動作例においても、図３に示す
動作例と同様の作用及び効果が得られる。

【００２５】なお、以上の説明は、永久磁石３４及び界
磁コイル２８をロータ側に設けた構成を例としていた
が、これは、ステータ側に設けるようにしても構わな
い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転時に相対的に静止した状態となるよう永久磁石及び
界磁コイルを設け、エンジンが始動する際に永久磁石の
磁束を打ち消す方向の磁束を界磁コイルにより発生させ
るようにしたため、永久磁石の磁束によって発生する鉄
損をエンジン始動時に低減ないし防止することが可能と
なり、エンジンの負荷を低減してよりスムーズな始動を
行わせることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る発電機を搭載したシス
テムの構成を示すブロック図である。

【図２】本実施例に係る発電機の概略断面を示す断面図
である。

【図３】本実施例における発電コントローラの制御動作
の一例を示すフローチャートである。

【図４】本実施例における発電コントローラの制御動作
の他の一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ エンジン駆動発電機 １２ エンジン １４ 発電機 ２４，２６ 界磁コントローラ ２８ 界磁コイル ３４ 永久磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転時に相対的に静止した状態となるよ
   う永久磁石と界磁コイルが設けられ、エンジンの出力に
   より駆動される永久磁石発電機と、 エンジンが始動する際に永久磁石の磁束を打ち消す方向
   の磁束が発生するよう、永久磁石発電機の界磁コイルに
   供給する界磁電流を制御する制御手段と、 を備えることを特徴とするエンジン駆動式永久磁石発電
   装置。