JPH08508391A - 電動機を有する軌道非拘束型自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、軌道非拘束型自動車に関し、この自動車では、少なくとも１つの車輪（９）が駆動のために電動機（８）に連結され、電動機（８）には電力が電子出力装置（３，４，７）を介して供給され、電子出力装置（３，４，７）は運転者によりアクセルペダルを介して設定される要求電力量に応じて電子回路装置（ＧＳＴ，ＦＳＴ，ＭＳＴ）により制御され、更にこの自動車では電力は発電機（２）により供給され、発電機（２）は内燃機関（１）により駆動され、更にこの自動車では電動機（８）を駆動する電力は中圧領域（とりわけ１００〜１５００Ｖの領域）で供給され、更にこの自動車では（とりわけ６０Ｖより低い）搭載低圧配電網が設けられ、この搭載低圧配電網は２次電気負荷（１０）のための電力を供給し、この搭載低圧配電網は自動車蓄電池（６）を有し、この搭載低圧配電網には内燃機関（１）により発生される機械エネルギーの一部から得られる電力が供給され、更にこの自動車では発電機（２）が電動機作動でき、これにより内燃機関（１）が始動される。

Description

【発明の詳細な説明】 電動機を有する軌道非拘束型自動車 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載の軌道非拘束型自動車に関する 。 論文“今日及び明日の自動車の伝動装置”（VDI-Berichte 878，1991，611〜6 22頁）から、軌道非拘束型自動車のための駆動装置が公知であり、この軌道非拘 束型自動車の内燃機関は、発電機に連結されている。自動車の駆動輪は、主電動 機に連結され、主電動機は、発電機から駆動エネルギーを受取る。自動車を駆動 する電力は比較的大きいので、発電機は、中圧領域内（例えば６５０ボルト）で 動作する。自動車の中に設けられている例えば内部照明及び外部照明、換気装置 用電動機、窓ガラス暖房装置、座席暖房装置、電気的なウィンドウレギュレータ 等の２次電気負荷のためには、通常（そして安全の理由からも）、低圧給電装置 （例えば１２又は２５ボルト）が設けられ、この低圧給電装置は、自動車蓄電池 を有する対応する搭載配電網により実現可能可能である。 従来の自動車では、２次電気負荷への給電は通常、ダイナモとも呼ばれる小型 発電機により保証され、この小型発電機は、内燃機関により駆動される。ダイナ モは、自動車蓄電池を充電するために必要な電流も供給する。自動車蓄電池は、 ダイナモが電流を全く供給しない場合（内燃機関が停止している場合）又は電流 を充分に供給しない場合（内燃機関の回転数が低い場合又は多数の電気負荷がス イッチオンされている場合）に２次電気負荷に給電する。内燃機関を始動するた めに、電動機（スタータ）が使用され、この電動機は、自動車蓄電池から給電さ れ、大きい変速比（例えば１：１５）を介して低速変換して内燃機関を駆動する 。 VDI-Berichte 878に、ダイナモ及びスタータの機能は、駆動電動機のための電 流を発生する発電機が引受けることができるが記載されている。詳細は、しかし 説明されていない。 内燃機関のスタータは、特別の電動機であり、この電動機は、比較的小さい回 転数と、比較的大きいトルクのために構成されている。この電動機は、内燃機関 のクランク軸を個々の気筒の中の上死点を越えて回転することがでなければなら ない。内燃機関の始動は通常は、１００〜３００ｒｐｍの領域内で行われる。ス タータは、短時間の作動のためにしか構成されておらず、通常は１２又は２４ボ ルトの通常の自動車蓄電池への接続されて給電されるのに適する。 パワートレーンでの出力伝達が完全に電気的に行われる冒頭に記載の形式の自 動車に設けられクランク軸に連結されている発電機は、前述の構成とは全く異な る構成を有する。この発電機は、持続的な使用に適しなければならず、通常、内 燃機関の回転数が大幅に高い（例えば７５０〜５５００ｒｐｍ）状態で動作する 。発電機の電圧レベルも、スタータ電動機の場合に比して大幅に高く、内燃機関 の回転数に依存して例えば９０〜６５０ボルトである、すなわち、中圧領域内に ある。基本的には発電機は、電動機として作動でき、従ってスタータとして使用 できる。その際に注意すべき点は、始動動作のためにクランク軸に作用しなけれ ばならないトルクが比較的大きいことである。電動機作動する発電機は、スター タ電動機とは構成が異なるので、充分に高い電圧が供給されないとこのような比 較的大きいトルクを供給できない。自動車を制動する際の使用エネルギーを蓄積 するために既に提案されたエネルギー電気蓄積器が使用できる場合、これはなん ら問題なく可能である。このようなエネルギー蓄積器は、通常の発電機電圧に匹 敵する高い電圧を有する電流を供給する（中圧蓄積器）。問題が発生するのは、 このような中圧蓄積器が設けられていない場合である、すなわち、内燃機関の始 動が、２次電気負荷に給電する搭載低圧配電網の自動車蓄電池により行われる場 合である。これにより問題が発生する、何故ならば印加電圧が、始動回転数での 発電機の起電力（例えば１００ｒｐｍで１０ボルト）のみを克服すればよいので は なく、発電機に配置されている電子出力装置（電気弁）の素子の応答電圧も克服 しなければならないからである。１２ボルト蓄電池は、これらの条件の下では、 通常弱すぎる。２４ボルトでも、多くの場合、とりわけ冷たい電動機の場合に不 充分である。 本発明の課題は、通常の自動車蓄電池（６０ボルトより低い低圧）しかエネル ギー源として使用できない場合であっても、発電機をスタータ電動機として使用 し、これにより、冷たい状態でも内燃機関を始動できるように冒頭に記載の自動 車をできるだけ小さいコストで改善することにある。 上記課題は、本発明により、請求の範囲第１項の特徴部分に記載の特徴により 解決される。本発明の有利な実施例は、第１項〜第５項に記載されている。 本発明では、内燃機関を始動するのに必要な電力、すなわち、電動機作動する 発電機に供給されなければならない電力が、中間蓄電器から取出され、中間蓄電 器は、自動車蓄電池により給電される。この場合の中間蓄電器として、コンデン サを有する直流電圧中間回路が使用される。この直流電圧中間回路は、発電機に 後置接続される。この直流電圧中間回路から、自動車の駆動電動機の電子出力装 置は、電子制御装置により制御されて、走行作動のための駆動エネルギーを取出 す。この直流電圧中間回路の電圧は、例えば１００ボルト〜１５００ボルトであ り、通常の走行作動の場合には有利には約６５０ボルトまでの中圧領域内にある 。多くの場合、この値の範囲を越えることは有意義である。コンデンサを充電す るために、電子制御装置により自動車蓄電池から直流電圧中間回路への給電系統 の切換えを行うと有利である。コンデンサは、比較的大きい電流を供給すること を可能にし、ひいては、大きい電力を供給することを可能にする。最大電流の約 １／３で通常、確実な始動に充分なトルクが発生される。従って２４ボルト蓄電 池で、この場合には充分である。有利には、自動車に電圧変換器（例えば直流／ 直流電圧変換器）を設ける。電圧変換器は、自動車蓄電池の低圧を高い電圧レベ ル に高め、ひいては、コンデンサの大きい充電を可能にする。極端な場合、例えば 非常に低温での始動等の内燃機関の中での力学的抵抗が大きくなる場合に（モー タ油の粘度が高いとき、あるいは内燃機関の“凍結”等）、本発明の１つの有利 な実施例では必要なトルクが非常に大きくて確実な始動が可能である。この実施 例では、クランク軸がまず初めに、電動機作動する発電機により連続的に回転さ れるのではなく、往復振動運動をさせられる。次いで電子制御装置により、往復 振動運動するクランク軸に駆動する発電機から正しい時点で順次により大きい回 転エネルギーを供給され、これにより振動運動が次第に大きくなり、最終的には 内燃機関の上死点を越える（クランク軸の往復振動運動の漸次増大による始動） 。これにより得られる始動トルクは、所定の給電条件で発電機のみにより得られ る始動トルクに比して大きい。このクランク軸の往復振動運動の漸次増大による 始動は、制御装置により簡単に実行可能である。何故ならば制御装置は発電機の 通常の作動時でも転流電子回路を有する多極永久磁界形直流機械として形成され 、固定子に対する回転子の角度位置に関する非常に正確な情報を連続的に受取り 、回転子はクランク軸に機械的に不動に連結されているからである。 本発明により、内燃機関始動のためにのみの高い電圧を供給する別個の蓄電池 を設けることが不要となる。このような蓄電池は付加的な重量であるだけではな く、大きいスペースを必要とする。通常のスタータ電動機を有する従来の自動車 の場合と同様、本発明では通常の自動車蓄電池が、エネルギー電気蓄積器として 充分役割を果たす。僅かな取付けコストしか必要としない電圧変換器により、困 難な条件の下でも確実な始動が可能となる。 ただ１つの図の中にブロック回路図として示されている実施例に基づいて、次 に本発明を詳細に説明する。ブロック回路図は本質的に、軌道非拘束型自動車の 動力伝達系を示す。 内燃機関１はそのクランク軸により発電機２に連結され、発電機２は電子転流 回路を有する多極永久磁界形直流機械として形成されている。発電機２は交流電 圧を発生し、この交流電圧は整流器３で整流され、次いで直流電圧中間回路４に 供給される。直流電圧中間回路４から、電動機８を作動する駆動エネルギーが取 出され、電動機８はそれぞれ、図示されていない自動車のそれぞれ１つの車輪９ に連結されている。電動機８は、発電機２と同様、有利には電子転流回路（ブロ ック７）を有する多極永久磁界形直流機械として形成されている。電流は電動機 ８にパルス状直流電流（ブロック７）として供給される。発電機２と電動機８と を制御する電子制御装置は、ブロックＧＳＴ，ＦＳＴ及びＭＳＴの中に示されて いる。上位の走行制御装置ＦＳＴは、例としてただ１つのみ示されている電動機 制御装置ＧＳＴと、発電機制御装置ＧＳＴとの上位制御装置である。出力電流と 異なり、信号電流は破線の矢印により示されている。直流電圧中間回路４の中の 動作電圧は中圧領域内にあり、有利には約６５０ボルトである。電動機８以外に 、自動車の中で２次電気負荷１０（例えば弁、窓ガラス加熱装置等）にも、給電 されなければならない。このために、例えば５０ボルト以下、特に１２又は２４ ボルトの電圧の搭載低圧配電網が設けられ、この配電網は自動車蓄電池６を有す る。蓄電池６を充電するために、及び／又は、通常の走行作動で２次付加１０に 給電するために、必要な電流は直流電圧中間回路４から取出される。直流電圧中 間回路４の電圧レベルは過剰に高いので、電圧は電子変換器５で搭載配電網電圧 まで低下される。内燃機関１を始動するために、中間変速装置を介さずに内燃機 関１に連結されている発電機２は、スタータ電動機として作動される。このため に電子制御装置ＦＳＴは、発電機２が内燃機関１の回転に充分な始動トルクを出 力するのに必要な電流を発電機２の巻線の中に流すのに必要な電力が直流電圧中 間回路４のコンデンサから取出されるように制御する。１２ボルトの自動車蓄電 池６はこの電流を直接に供給できない。何故ならば自動車蓄電池６の電圧は低す ぎるからである。直流電圧中間回路４のコンデンサに前の走行作動フェーズの際 の充 電電荷が充分に残っていない場合、電子制御装置ＦＳＴはまず初めに直流電圧中 間回路４のコンデンサを充電する。これは、１２ボルト蓄電池６により比較的小 さい電力により行うことができる。コンデンサをより高く充電するために、ひい ては、始動動作のための電力をより大きくするために、有利には電圧変換装置５ が設けられる。このために電圧変換装置５は、蓄電池電流をより高い電圧レベル （例えば２００又は３００ボルト）に変換する役割を有する。すなわち、電圧変 換装置５は、通常の発電機作動の際に搭載低圧配電網への給電のために前述のよ うに電圧を低下する役割のみを有するのではない。これら２つの役割のために、 別個の直流／直流電圧変換器を設けることもできる。充分にコンデンサが充電さ れると、電子制御装置は実際の始動動作をする。緩衝蓄積されている電子エネル ギーは比較的大きい電力でコンデンサから流出でき、内燃機関のための充分に大 きい始動トルクを発電機２の中に発生する。 有利には、発電機２として、ＦｅＮｄＢ合金から成る多数の永久磁石を備え電 子的に転流される電気機械を使用する。このようなな永久磁石は、低温において 非常に大きい磁束を有する。これにより、例えば−２５℃で、室温に対して約３ 倍大きい回転トルクが発生する。困難な条件の下でも、クランク軸の往復振動運 動の漸次増大による始動操作は、通常不要である。始動動作は数秒しかかからな いので、電子出力装置は、場合によっては非常に大きい電流が発生するにもかか わらず、損傷されない。 本発明の特徴は、非常に小さい付加的コストにより、冒頭に記載の形式の自動 車にはもともと設けられている装置を利用して、内燃機関を確実に始動すること を可能にし、その際、従来のスタータ電動機も、従来のダイナモも、完全に不要 である。これにより、軽量化が達成され、ひいては、燃料の比消費量が減少する 。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年２月１６日 【補正内容】 なく、発電機に配置されている電子出力装置（電気弁）の素子の応答電圧も克服 しなければならないからである。１２ボルト蓄電池は、これらの条件の下では、 通常弱すぎる。２４ボルトでも、多くの場合、とりわけ冷たい電動機の場合に不 充分である。 ヨーロッパ特許出願公開第０５３４１４４号公報から公知の解決法では、発電 用内燃機関型自動車の内燃機関のスタータが不要である、何故ならば、内燃機関 に連結されている発電機をスタータ電動機として作動できるからである。最後に 、ヨーロッパ特許出願公開第０４１８９９５号公報から公知の解決法では、内燃 機関のスタータが、大容量の低圧コンデンサに蓄積されているエネルギーにより 作動される。 本発明の課題は、通常の自動車蓄電池（６０ボルトより低い低圧）しかエネル ギー源として使用できない場合であっても、発電機をスタータ電動機として使用 し、これにより、冷たい状態でも内燃機関を始動できるように冒頭に記載の自動 車をできるだけ小さいコストで改善することにある。 上記課題は、本発明により、請求の範囲第１項の特徴部分に記載の特徴により 解決される。本発明の有利な実施例は、第１項〜第５項に記載されている。 本発明では、内燃機関を始動するのに必要な電力、すなわち、電動機作動する 発電機に供給されなければならない電力が、中間蓄電器から取出され、中間蓄電 器は、自動車蓄電池により給電される。この場合の中間蓄電器として、コンデン サを有する直流電圧中間回路が使用される。この直流電圧中間回路は、発電機に 後置接続される。この直流電圧中間回路から、自動車の駆動電動機の電子出力装 置は、電子制御装置により制御されて、走行作動のための駆動エネルギーを取出 す。この直流電圧中間回路の電圧は、例えば１００ボルト〜１５００ボルトであ り、通常の走行作動の場合には有利には約６５０ボルトまでの中圧領域内にある 。多くの場合、この値の範囲を越えることは有意義である。コンデンサを充電す る ために、電子制御装置により自動車蓄電池から直流電圧中間回路への給電系統の 切換えを行うと有利である。コンデンサは、比較的大きい電流を供給することを 可能にし、ひいては、大きい電力を供給することを可能にする。最大電流の約１ ／３で通常、確実な始動に充分なトルクが発生される。従って２４ボルト蓄電池 で、この場合には充分である。有利には、自動車に電圧変換器（例えば直流／直 流電圧変換器）を設ける。電圧変換器は、自動車蓄電池の低圧を高い電圧レベル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも１つの車輪（９）に駆動のために電動機（８）が連結され、 前記電動機（８）には、電子制御装置（ＧＳＴ，ＦＳＴ，ＭＳＴ）により制御さ れる電子出力装置（３，４，７）を介して、運転者によりアクセルペダルを介し て入力される出力要求に応じて電流が供給され、前記電流は発電機（２）により 発生され、前記発電機（２）は内燃機関（１）に駆動技術的に連結され、駆動の ための電流は前記発電機（２）から中圧領域内の動作電圧で供給され、２次電気 負荷（１０）への給電を保証する低圧領域内の搭載配電網が設けられ、前記搭載 低圧配電網は自動車蓄電池（６）を有し、前記搭載低圧配電網には前記内燃機関 （１）により発生される機械エネルギーの一部を変換して得られた電流が供給さ れ、前記発電機（２）は前記内燃機関（１）を始動するために電動機として作動 可能である軌道非拘束型自動車において、前記発電機（２）にコンデンサを備え る直流電圧中間回路（４）が後置接続され、前記直流電圧中間回路（４）から前 記電動機（８）が給電され、前記電子制御装置（ＦＳＴ）のプログラムにより、 前記内燃機関（１）の始動の前に前記直流電圧中間回路（４）のコンデンサが前 記自動車蓄電池（６）から充電され、前記発電機（２）の電動機作動（スタータ 作動）のための電流が直流電圧中間回路（４）から取出されることを特徴とする 軌道非拘束型自動車。 ２． スタータ作動する発電機（２）へ給電するために自動車蓄電池（６）か ら取出された電流の低圧を１００ボルト以上の中圧へ変圧する電圧変換器（５） が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の軌道非拘束型自動 車。 ３． 電圧変換器（５）が、自動車蓄電池（６）を充電するための低圧へ中圧 を低下する役割を果たすようにも構成されていることを特徴とする請求の範囲第 ２項に記載の軌道非拘束型自動車。 ４． 発電機（２）が電子転流回路を有する多極永久磁界形直流機械であり、 電子制御装置（ＦＳＴ）のプログラムが、直流電圧中間回路（４）の中に蓄積さ れ自動車蓄電池（６）により事後供給されるエネルギーが上死点を越えて内燃機 関（１）のクランク軸を直接に回転するのに不充分である場合のために、クラン ク軸の往復振動運動の漸次増大による始動のためのプログラムを有することを特 徴とする請求の範囲第１項から第３項のうちのいずれか１つの項に記載の軌道非 拘束型自動車。 ５． 電子転流回路を有する多極永久磁界形直流電流機械として形成されてい る発電機（２）が、ＦｅＮｄＢ合金から成る永久磁石を有することを特徴とする 請求の範囲第１項から第３項のうちのいずれか１つの項に記載の軌道非拘束型自 動車。