JPH0879912A - ハイブリッド方式駆動装置 - Google Patents

ハイブリッド方式駆動装置

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JPH0879912A
JPH0879912A JP6212453A JP21245394A JPH0879912A JP H0879912 A JPH0879912 A JP H0879912A JP 6212453 A JP6212453 A JP 6212453A JP 21245394 A JP21245394 A JP 21245394A JP H0879912 A JPH0879912 A JP H0879912A
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JP
Japan
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current
pole
chopper
permanent magnet
rectifier
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JP6212453A
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English (en)
Inventor
Kazutoshi Nagayama
和俊 永山
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原動機,発電機及びモータを組み合わせたハ
イブリッド方式駆動装置の界磁系の構成を簡単にすると
共に、安全・確実な運転を行う。 【構成】 原動機52により回転させられるハイブリッ
ド励磁形永久磁石発電機(HPG)51は、その励磁巻
線51aに流す電流を調整することにより界磁調整がさ
れて出力電圧値の制御ができる。HPG51の出力は整
流器53で直流となりインバータ53は直流を交流に変
換してモータ56へ送り、モータ56が回転駆動する。
チョッパ回路58は、HPG51の交流を整流器57で
整流した直流をチョッパ制御して、HPG51の励磁巻
線51aに流す。そして整流器出力電圧Vdcが設定電圧
s に等しくなり、且つ検出電力Pdcが制限電力Ps
越えず、検出電流Idcが制限電流Is を越えないよう
に、チョッパ回路のチョッパ動作を制御して、HPG5
1の界磁制御をする。しかも整流器出力電圧Vdcが設定
電圧よりも大きく、且つ、発電検出周波数が設定周波数
よりも大きくなってからチョッパ動作を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はハイブリッド方式駆動装
置に関し、例えば電気自動車用の駆動装置として用いて
好適なものである。
【0002】
【従来の技術】最近、電気自動車用の駆動装置として、
ハイブリッド方式駆動装置が開発された。図7は従来の
電気自動車用のハイブリッド方式駆動装置を示す。同図
に示すように、ガソリンエンジン等の原動機01と交流
発電機(誘導発電機や永久磁石式同期発電機)02とが
直結されており、原動機01の回転駆動により、交流発
電機02から交流電流が出力される。コンバータ03
は、交流発電機02から出力される交流電流を直流電流
に変換し、この直流電流を電池04及び駆動用インバー
タ05に送る。なおこの例では、コンバータ03はイン
バータ05と同じ回路構成としている。
【0003】駆動用インバータ05での使用電力が少な
いときには、余剰電力が電池04にチャージされ、駆動
用インバータ05での使用電力が多いときには、コンバ
ータ03及び電池04の合成電力により、駆動用インバ
ータ05へ電力供給が行なわれる。
【0004】駆動用インバータ05は、直流電流を交流
電流に変換して交流電流を交流モータ06に送る。これ
により交流モータ06が回転し、電気自動車が走行す
る。
【0005】この装置では、原動機01を効率を良く且
つ低公害な運転点で駆動させたいため、一般に原動機0
1を一定回転数で運転している。
【0006】交流発電機02として誘導発電機を用いる
場合には、周波数電流制御器07により、発電機02と
コンバータ03との間の電流を検出し、これに基づきコ
ンバータ03に送るゲート信号gを調整することによっ
て、コンバータ03から誘導発電機02へ供給する励磁
電流の値及び周波数を制御して、誘導発電機02の発電
電力を調整している。このようにして、車両駆動側の負
荷に応じて発電電力を調整している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで図7に示す従
来技術において、交流発電機02として誘導発電機を採
用する場合には、コンバータ03には励磁電流を供給す
る機能が要求されるため、コンバータ03を単なる整流
回路とすることはできず駆動用インバータ05と同じ構
成のものを用いなければならず、複雑な制御回路とな
る。
【0008】一方、交流発電機02として永久磁石式の
同期発電機を用いるならば、一般にエンジンの回転数は
一定であるため、幅広く発電機を運転させるには、やは
りインバータと制御回路を用いて励磁電流を制御して増
減磁を行うことになる。この結果、複雑な制御回路が必
要である。
【0009】結局、交流発電機02として誘導発電機や
通常の同期発電機を用いたのでは、発電電圧を調整する
界磁制御系が複雑になってしまう。
【0010】本発明は、上記従来技術に鑑み、発電電圧
を調整する界磁制御系の構成を簡単にしたハイブリッド
方式駆動装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第1
の本発明の構成は、軸方向に並んで配置されたN極側電
機子鉄心及びS極側電機子鉄心と、N極側及びS極側の
電機子鉄心に亘り配設されたヨーク及び電機子巻線と、
N極側及びS極側の電機子鉄心の間の位置で周方向に沿
い配置された励磁巻線とでなる固定子と、回転子鉄心
と、前記N極側電機子鉄心に対面する回転子鉄心面に配
置され且つ周方向に関し間隔をあけて交互に備えられた
複数個のN極永久磁石及びN極側突極状部と、前記S極
側電機子鉄心に対面する回転子鉄心面に配置され且つ周
方向に関し間隔をあけると共に前記N極永久磁石の配置
ピッチからずれた配置ピッチで交互に備えられた複数個
のS極永久磁石及びS極側突極状部とでなる回転子とで
構成したハイブリッド励磁形永久磁石発電機と、このハ
イブリッド励磁形永久磁石発電機の回転子を回転させる
原動機と、前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機が発
電した交流電流を直流電流に整流する整流器と、この整
流器で整流された直流電流を交流電流に変換して交流モ
ータへ供給する駆動用インバータと、前記ハイブリッド
励磁形永久磁石発電機で発電した電流を整流し、整流し
た直流電流をチョッパ制御して、ハイブリッド励磁形永
久磁石発電機の励磁巻線に流すチョッパ形界磁部と、前
記整流器の整流器出力電圧と設定電圧との偏差に応じた
界磁電流指令を出力する界磁電流指令部と、前記ハイブ
リッド励磁形永久磁石発電機の出力周波数を検出して検
出周波数を出力する周波数検出器と、前記界磁電流指令
に応じたチョッパ指令を作り、このチョッパ指令を前記
チョッパ形界磁部へ送ってチョッパ制御させるチョッパ
指令部と、前記整流器の出力電圧の値が設定値以上にな
り且つ前記検出周波数が設定周波数以上になったときに
前記チョッパ形界磁部のチョッパ動作を作動させ、前記
整流器出力電圧の値が前記設定値よりも小さくなった
り、前記検出周波数が設定周波数よりも小さくなったり
したときに前記チョッパ形界磁部のチョッパ動作を停止
させるチョッパ作動・停止部とを有することを特徴とす
る。
【0012】また第2の本発明の構成は、軸方向に並ん
で配置されたN極側電機子鉄心及びS極側電機子鉄心
と、N極側及びS極側の電機子鉄心に亘り配設されたヨ
ーク及び電機子巻線と、N極側及びS極側の電機子鉄心
の間の位置で周方向に沿い配置された励磁巻線とでなる
固定子と、回転子鉄心と、前記N極側電機子鉄心に対面
する回転子鉄心面に配置され且つ周方向に関し間隔をあ
けて交互に備えられた複数個のN極永久磁石及びN極側
突極状部と、前記S極側電機子鉄心に対面する回転子鉄
心面に配置され且つ周方向に関し間隔をあけると共に前
記N極永久磁石の配置ピッチからずれた配置ピッチで交
互に備えられた複数個のS極永久磁石及びS極側突極状
部とでなる回転子とで構成したハイブリッド励磁形永久
磁石発電機と、このハイブリッド励磁形永久磁石発電機
の回転子を回転させる原動機と、前記ハイブリッド励磁
形永久磁石発電機が発電した交流電流を直流電流に整流
する整流器と、この整流器で整流された直流電流を交流
電流に変換して交流モータへ供給する駆動用インバータ
と、前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機で発電した
電流を整流し、整流した直流電流をチョッパ制御して、
ハイブリッド励磁形永久磁石発電機の励磁巻線に流すチ
ョッパ形界磁部と、前記整流器の整流器出力電圧と設定
電圧との偏差に応じた界磁電流指令を出力する界磁電流
指令部と、前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機の出
力周波数を検出して検出周波数を出力する周波数検出器
と、前記整流器の出力電流を検出した検出電流と制限電
流との偏差に応じた偏差電流を出力する電流制限部と、
前記整流器出力電圧と検出電流を乗算してなる検出電力
と、制限電力との偏差に応じた偏差電力を出力する電力
制限部と、前記励磁巻線に流れる電流である検出界磁電
流を検出する電流検出器と、前記界磁電流指令から、前
記検出界磁電流,偏差電力及び偏差電流を減算して偏差
界磁電流指令を求める比較器と、前記偏差界磁電流指令
に応じたチョッパ指令を作り、このチョッパ指令を前記
チョッパ形界磁部へ送ってチョッパ制御させるチョッパ
指令部と、前記整流器の出力電圧の値が設定値以上にな
り且つ前記検出周波数が設定周波数以上になったときに
前記チョッパ形界磁部のチョッパ動作を作動させ、前記
整流器出力電圧の値が前記設定値よりも小さくなった
り、前記検出周波数が設定周波数よりも小さくなったり
したときに前記チョッパ形界磁部のチョッパ動作を停止
させるチョッパ作動・停止部とを有することを特徴とす
る。
【0013】
【作用】本発明では、ハイブリッド方式駆動装置の発電
機として直流界磁巻線を有するハイブリッド励磁形永久
磁石発電機を用いる。この発電機は直流界磁巻線の電流
を制御することにより、増減磁が可能であるため、簡単
なチョッパ回路により界磁制御系を実現させることがで
きる。
【0014】また本発明では整流器出力電圧が設定値よ
りも大きく、且つ、発電機出力周波数が設定周波数より
も高くなったら、チョッパ動作を作動させ、これにより
安全・保護を行う。
【0015】更に本発明では、定電圧制御、定出力(電
力)制御、定電流制御と切り換えることにより、発電機
を安全範囲内でその能力を最大限まで引き出すことがで
きる。
【0016】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。
【0017】<ハイブリッド励磁形永久磁石回転機の説
明>まずはじめに、本発明の実施例の発電機として採用
するハイブリッド励磁形永久磁石発電機(これは「HP
G」と略称される)について、図2〜図6を参照して説
明する。
【0018】図2において、1は固定子である電機子、
2はこの電機子の鉄心、3は電機子巻線、4は円筒形の
ヨークである。これらのうち、電機子鉄心2は、軸方向
に関し2分割された成層鉄心であり、片側の部分がN極
側鉄心2a、他の片側の部分がS極側鉄心2bとして構
成してあり、N極側鉄心2aとS極側鉄心2bとの間に
は、図5に示すリング状の直流の励磁巻線5が配設して
ある。
【0019】そして、N極側鉄心2aとS極側鉄心2b
とは、ヨーク4によって磁気的に結合し、かつ機械的に
支持するように構成してある。また、電機子巻線3は、
N極側鉄心2aとS極側鉄心2bとに亘って配設してあ
る。
【0020】励磁巻線5は、図5の如くリング状に巻回
された電線5aを絶縁処理したもので、電源容量や機械
寸法に合わせて必要な起磁力を生ずるように十分なター
ン数を巻回している。
【0021】他方、回転子11は、回転子鉄心12と永
久磁石13とを有し、これらのうち回転子鉄心12はシ
ャフト15に連結したヨーク14で支持固定している。
回転子鉄心12は、部分的に突き出た構造で突極状をな
し、永久磁石13を備える部分以外の個所が突極状部1
2aとなるように構成してある。この突極状部12a
は、固定子のN極側鉄心2aとS極側鉄心2bとに対応
して設けてあり、N極側突極状部12aNとS極側突極
状部12aSとに分けてある。
【0022】すなわち、突極状部12aは、固定子のN
極側鉄心2aとS極側鉄心2bとの軸方向の長さに対応
して形成してあり、しかも周方向に一定幅を有してN極
側突極状部12aN及びS極側突極状部12aSとして
存在する。そして、N極側突極状部12aNには、周方
向に隣り合ってN極永久磁石13が、図3(a)に示す
ように配置してあり、またS極側突極状部12aSにも
周方向に隣り合ってS極永久磁石13が、図3(b)に
示すように配置してある。かくして、軸方向には、N極
側突極状部12aNとS極永久磁石13とが並び、また
N極永久磁石13とS極側突極状部12aSとが並ぶ構
造となっている。
【0023】この結果、回転子11は、図4に示すよう
に、N極側突極状部12aNとN極永久磁石13とを周
方向に交互に配置するとともに、軸方向に励磁巻線5の
幅の分だけ隔たってS極側突極状部12aSとS極永久
磁石13とを周方向に交互に配置し、しかも軸方向には
突極状部12aと永久磁石13とが並ぶ構造となってい
る。このとき、突極状部12aは、周方向に永久磁石1
3の極数と同じ数だけ形成してある。
【0024】図3,図4に示す例は永久磁石13を6極
配置した例を示しているが、極数はこれに限らず8極等
種々の極数が考えられる。
【0025】また、図2,図3では回転子鉄心12の突
極状部12aの表面と永久磁石13の表面とが同一円周
面を形成するように構成されているが、ギャップを小さ
くして突極状部12aを通る有効磁束を多くするよう突
極状部12aの突き出し量を永久磁石13の厚さより大
きくできる。更に、図3,図4では永久磁石13と突極
状部12aの幅を同じ幅としたが、上述と同様磁束を多
くするため突極状部12aの幅を永久磁石13より広げ
るようにしてもよい。なお、回転子鉄心12は塊状鉄心
でもよい。
【0026】図2において、永久磁石13は回転子鉄心
12の突極状部12a以外の所定個所に張り付けて固定
するとともに、回転子鉄心12は円筒形のヨーク14に
挿着して支持する。
【0027】HPGの構造は、図2〜図5の如くである
が、ここで、かかる構造を採用したことに伴なう磁束の
制御動作について述べる。
【0028】図2に示す直流の励磁巻線5に直流電流を
流した場合、例えば図2中の実線のように、電機子のヨ
ーク4→S極側鉄心2b→ギャップ→S極側突極状部1
2aS→回転子鉄心12→回転子ヨーク14→回転子鉄
心12→N極側突極状部12aN→ギャップ→N極側鉄
心2a→ヨーク4という具合に閉磁路が形成される。こ
の場合、磁束の方向は、直流電流の向きにより制御で
き、大きさは電流の大きさにより制御できる。したがっ
て、励磁巻線5による直流磁束の発生を伴なう磁束の調
整は次のようになる。
【0029】<直流励磁電流0の場合>直流励磁電流に
よる磁束は存在せず、永久磁石13による磁束のみとな
る。つまり、N極永久磁石13からの磁束は、ギャップ
→N極側鉄心2a→電機子ヨーク4→S極側鉄心2b→
ギャップ→S極永久磁石13→回転子鉄心12→回転子
ヨーク14→回転子鉄心12→N極永久磁石13からな
る経路を辿る。この場合、ギャップ磁束は、永久磁石1
3の残留磁束密度(磁石の特性)と表面積で決まること
になる。
【0030】かかる状態を回転子表面での磁束としてみ
ると、図6(b)に示すようになり、N極永久磁石13
から電機子ヨーク4を通りS極永久磁石13に至り、S
極永久磁石13から回転子ヨーク14を通りN極永久磁
石13に至る。
【0031】したがって、回転子の回転によって電機子
巻線3を構成する各コイルは、N極またはS極の何れか
一方の極の磁束を切ることとなり、この結果電機子巻線
3には回転数と極数とによって定まる周波数の交流電圧
が誘起される。なお、IDCは直流励磁電流を示す。
【0032】こうして、本例のIDC=0の場合には、永
久磁石13によって生ずる誘起電圧により決まる発電電
力が得られる。
【0033】<直流励磁電流による磁束が永久磁石13
の磁束と同一方向となる場合、(I DC>0の場合)>永
久磁石13による磁束はN極永久磁石13とS極永久磁
石13とで発生することに変りはない。
【0034】一方、直流の励磁巻線5による磁束は、磁
気抵抗が小さな経路を通り、S極側鉄心2b→ギャップ
→S極側突極状部12aS→回転子鉄心12→回転子ヨ
ーク14→回転子鉄心12→N極側突極状部12aN→
ギャップ→N極側鉄心2a→電機子ヨーク4を通る。こ
の場合、永久磁石13による透磁率は空気に近く、磁気
抵抗が大きいため、直流磁束は突極状部12aを通る。
【0035】この結果、回転子表面での合成磁束数をみ
ると、図6(a)の如くN極側突極状部12aNから出
た磁束が軸方向に並んでいるS極永久磁石13へ至り、
N極永久磁石13から出た磁束が軸方向に並んでいるS
極側突極状部12aSへ至ることになる。
【0036】したがって、電機子巻線3を構成する軸方
向に沿って配列された各コイルでは、N極側で切る磁束
の方向とS極側で切る磁束の方向が逆となり、互いに反
対方向の誘起電圧が生じ、全体として誘起電圧が減少す
る。
【0037】つまり、直流励磁電流の大きさによって、
誘起電圧が小さくでき、その大きさによっては誘起電圧
を0とすることができる。
【0038】かくして、永久磁石13の磁束と同一方向
の磁束を作ることによって、等価的に界磁磁束を弱める
(減磁する)こととなる。
【0039】<直流励磁電流による磁束が永久磁石13
の磁束と異なる(反対)方向となる場合、(IDC<0の
場合)>この場合についても永久磁石13による磁束
は、N極永久磁石13とS極永久磁石13とで発生する
ことに変わりはない。
【0040】一方、直流の励磁巻線5による磁束は、や
はり磁気抵抗の小さな経路を通り、N極側鉄心2a→ギ
ャップ→N極側突極状部12aN→回転子鉄心12→回
転子ヨーク14→回転子鉄心12→S極側突極状部12
aS→ギャップ→S極側鉄心2b→電機子ヨーク4を通
る。
【0041】この結果、回転子表面での合成磁束をみる
と、図6(c)の如くN極永久磁石13から出た磁束が
周方向に隣り合うN極側突極状部12aNへ至り、また
S極側突極状部12aSから出た磁束が周方向に隣り合
うS極永久磁石13へ至ることになる。
【0042】したがって、電機子巻線3を構成する軸方
向に沿ってスロット内を通る各コイルでは、N極側で切
る磁束の方向とS極側で切る磁束の方向とが同方向とな
り、同一方向の誘起電圧が生じ、全体として誘起電圧が
増加する。すなわち、直流励磁電流の大きさによって誘
起電圧を調整し、この結果、直流界磁磁束を制御してハ
イブリッド励磁形永久磁石発電機の発電制御に資するこ
とができる。
【0043】<HPGを用いた実施例の説明>次に前述
したHPGを用いた、本発明の実施例である電気自動車
用のハイブリッド方式駆動装置を、図1を参照して説明
する。
【0044】図1においてハイブリッド励磁形永久磁石
発電機(HPG)51は、図2〜図6を参照して説明し
たのと同じ構成及び機能を備えたHPGであり、直流励
磁電流が流される励磁巻線51aを有している。このH
PG51の回転子は、一定速度で回転駆動する原動機5
2により回転させられる。
【0045】HPG51には三相ブリッジ整流器53が
接続され、この三相ブリッジ整流器53には電池54及
び駆動用インバータ55が並列に接続されている。この
ため、HPG51で発電された三相交流電流は、整流器
53で直流電流に整流され、直流電流が電池54及び駆
動用インバータ55に供給される。駆動用インバータ5
5は直流電流を最適な三相交流電流に変換して交流モー
タ56へ送り、交流モータ56が回転駆動して電気自動
車が走行する。
【0046】HPG51は更に励磁電源用補助整流器5
7にも三相交流電流を供給する。この整流器57は三相
交流電流を直流電流に整流してチョッパ回路58へ送
り、チョッパ回路58は直流電流をチョッパ制御した電
流を励磁巻線51aに流す。つまりHPG51自身で発
電した電流を励磁巻線51aに流すようにしている。そ
して励磁巻線51aに流す励磁電流値を小さくすると減
磁作用が生じ励磁電流値を大きくすると増磁作用が生じ
てHPG51の発電電圧を調整することができる向き
に、励磁巻線51aを巻回している。
【0047】周波数検出器71は、HPG51の出力周
波数を検出して検出周波数Fd を出力する。検出周波数
D は原動機52の回転数に対応しており、原動機52
の回転数が低いときには検出周波数Fd も小さく、原動
機52の回転数が上昇するにつれて検出周波数Fd も上
昇する。原動機52は、低回転域領域ではパワーが小さ
くエンジンストップが生じやすいため、次に述べるよう
に、原動機回転数が設定周波数よりも大きくなってから
発電制御をしている。
【0048】三相ブリッジ整流器53の出力のうち電圧
は整流器出力電圧Vdcとしてフィーードバックされる。
チョッパ作動・停止部59は、整流器出力電圧Vdc及び
検出周波数Fd を監視しており、整流器出力電圧Vdc
あらかじめ設定した電圧Vfよりも大きくなり、且つ、
検出周波数Fd があらかじめ設定した周波数よりも大き
くなったらチョッパ回路58のチョッパ動作を開始させ
る。また整流器出力電圧Vdcが設定電圧Vf よりも小さ
くなったり、検出周波数FD が設定周波数よりも小さく
なったりしたときにはチョッパ回路58のチョッパ動作
を停止させる。かかる開始・停止制御は、前記設定電圧
f 以上になると励磁巻線51aに界磁電流を流すこと
ができる電力が発生すること、及び低回転域では原動機
52の出力が小さくエンジンストップが生じやすいこと
を考慮して、実行しているものである。
【0049】電流検出器60は三相ブリッジ整流器53
から出力される直流電流を検出し、検出値である検出電
流Idcを出力する。電流検出器61は励磁巻線51aに
流れるチョッパ電流を検出し、検出値である検出界磁電
流Ifdを出力する。乗算器62は、整流器出力電圧Vdc
に検出電流Idcを乗算して、検出電力Pdcを出力する。
【0050】比較器63は、設定された制限電流Is
ら検出電流Idcを減算して減算値I s −Idcを出力す
る。そして電流制限部64は減算値Is −IdcをPI
(比例・積分)演算制御して偏差電流ΔIを出力する。
一方、比較器65は、設定された制限電力Ps から検出
電力Pdcを減算して減算値Ps −Pdcを出力する。そし
て電力制限部66は減算値Ps −PdcをPI演算制御し
て偏差電力ΔPを出力する。
【0051】比較器67は設定電圧Vs と整流器出力電
圧Vdcとの差を求めて偏差電圧ΔVを出力する。界磁電
流指令部64は偏差電圧ΔVをPI演算制御して界磁電
流指令Ifsを出力する。比較器69は界磁電流指令Ifs
から、検出界磁電流Ifdのみならず偏差電流ΔI及び偏
差電力ΔPを減算して偏差界磁電流指令ΔIf を出力す
る。チョッパ指令部66は偏差界磁電流指令ΔIf をP
I演算制御してチョッパ指令CHを出力する。チョッパ
回路58は、チョッパ作動・停止部59により作動指令
を受けているときに、チョッパ指令CHに応じたON・
OFF割合でチョッパ動作(ON,OFF動作)をし
て、励磁巻線51aに流す励磁電流の値を調整する。
【0052】上述したフィードバック制御系を構成する
ことにより、三相ブリッジ整流器53の出力電圧(整流
器出力電圧Vdc)が設定電圧Vs に等しくなるように、
励磁巻線51aに流す励磁電流が調整される。つまり一
定電圧制御(AVR)が実行できる。
【0053】このようにHPG51の励磁巻線51aに
流す励磁電流をチョッパ回路58で調整し、HPG51
の三相出力を三相ブリッジ整流回路53で整流して電池
54やインバータ55へ給電するようにしたので、イン
バータと同構成となっている従来用いていた複雑なコン
バータが不要になり、励磁回路系が簡単になる。
【0054】一方、電気自動車が急加速したり急勾配を
登ったりして交流モータ56が大電流を要求する場合が
あるが、HPG51は最大定格(定格電力,定格電流)
以内で運転しなければならない。本実施例では、検出電
力Pdcが制限電力Ps を越えないようにするため、及び
検出電流Idcが制限電流Is を越えないようにするため
に、比較器69において、界磁電流指令Ifsから、検出
界磁電流Ifdのみならず、偏差電力ΔP及び偏差電流Δ
Iを減算して偏差界磁電流指令ΔIf を求め、これによ
り励磁巻線51aに流す励磁電流を制限している。した
がって検出電力Pcdが制限電力Ps を越えることはな
く、また検出電流Idcが制限電流Is を越えることはな
い。このためHPG51に無理がかからず安定した発電
運転ができる。
【0055】結局本実施例では、 通常は整流器出力電圧Vdcが設定電圧Vs と等しく
なるように電圧一定制御を行い、 検出電力Pdcが制限電力Ps に達したら、それ以上
は出力(電力)一定制御を行い、 検出電流Idcが制限電流Is に達したら、それ以上
は電流一定制御を行う。
【0056】上述したように本実施例では、駆動例の電
力消費に合わせて励磁巻線51aに流す励磁電流を制御
するだけでHPG51の発電制御ができ、電気自動車用
のハイブリッド方式駆動装置が実現できた。また、電圧
一定制御、出力(電力)一定制御、電流一定制御と切り
換えて運転することにより、HPG51の発電性能を最
大限引き出すことができる。
【0057】また整流器出力電圧Vdcが設定電圧よりも
大きく、且つ、検出周波数Fd が設定電圧よりも大きい
(つまり原動機52が低速回転域ではない)ことを確認
してから、チョッパ動作を開始しているため、HPG5
I及び原動機52に対する保護を行うことができ、安全
・確実な運転ができる。
【0058】なお本発明は電気自動車に限らず、各種駆
動装置に適応することができる。
【0059】
【発明の効果】以上実施例と共に具体的に説明したよう
に本発明によれば、ハイブリッド方式駆動装置の発電機
としてハイブリッド励磁形永久磁石発電機(HPG)を
用いたので、このHPGの界磁巻線に流す電流を制御す
るだけで簡単に界磁制御をして出力電圧の調整ができ
る。しかも界磁制御系はチョッパ回路を用いて簡単に構
成できる。更にHPGの交流出力は、整流機能のみを持
つ整流器で整流するだけでよい。この結果、界磁系にイ
ンバータなどの複雑な回路が不要となり回路構成が簡単
になる。
【0060】また、整流器の直流出力電圧が設定値以上
になり、且つ発電機周波数が設定値以上になってからチ
ョッパ形界磁部でのチョッパ動作を開始するため、原動
機及び発電機の保護ができ、安全かつ確実な運転が実現
できる。
【0061】更に通常では整流器出力電圧が設定電圧と
等しくなるように電圧一定制御を行い、検出電力が制限
電力に達したらそれ以上は出力(電力)一定制御とな
り、検出電流Idcが制限電流に達したら電流一定制御と
なるので、HPGを安定範囲内で運転することができ
る。また、電圧一定制御、出力一定制御、電流一定制御
と切り換えて運転することによりHPGの性能を最大限
引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る電気自動車用のハイブリ
ッド方式駆動装置を示すブロック構成図。
【図2】実施例で用いるハイブリッド励磁形永久磁石発
電機を示す構成図。
【図3】ハイブリッド励磁形永久磁石発電機を示す側面
図。
【図4】ハイブリッド励磁形永久磁石発電機の回転子を
示す斜視図。
【図5】ハイブリッド励磁形永久磁石発電機の励磁巻線
51aを示す構成図。
【図6】ハイブリッド励磁形永久磁石発電機での磁束状
態を示す説明図。
【図7】電気自動車用の従来のハイブリッド方式駆動装
置を示すブロック構成図。
【符号の説明】
51 ハイブリッド励磁形永久磁石発電機(HPG) 51a 励磁巻線 52 原動機 53 三相ブリッジ整流器 54 電池 55 駆動用インバータ 56 交流モータ 57 励磁電源用補助整流器 58 チョッパ回路 59 チョッパ作動・停止部 60,61 電流検出器 62 乗算器 63,65,67,69 比較器 64 電流制限部 66 電力制限部 70 チョッパ指令部 71 周波数検出器 Vs 設定電圧 Vdc 整流器出力電圧 Ps 制限電力 Pdc 検出電流 Is 制限電流 Idc 検出電流 Ifd 検出界磁電流 Fd 検出周波数
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年11月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】また第2の本発明の構成は、軸方向に並ん
で配置されたN極側電機子鉄心及びS極側電機子鉄心
と、N極側及びS極側の電機子鉄心に亘り配設されたヨ
ーク及び電機子巻線と、N極側及びS極側の電機子鉄心
の間の位置で周方向に沿い配置された励磁巻線とでなる
固定子と、回転子鉄心と、前記N極側電機子鉄心に対面
する回転子鉄心面に配置され且つ周方向に関し間隔をあ
けて交互に備えられた複数個のN極永久磁石及びN極側
突極状部と、前記S極側電機子鉄心に対面する回転子鉄
心面に配置され且つ周方向に関し間隔をあけると共に前
記N極永久磁石の配置ピッチからずれた配置ピッチで交
互に備えられた複数個のS極永久磁石及びS極側突極状
部とでなる回転子とで構成したハイブリッド励磁形永久
磁石発電機と、このハイブリッド励磁形永久磁石発電機
の回転子を回転させる原動機と、前記ハイブリッド励磁
形永久磁石発電機が発電した交流電流を直流電流に整流
する整流器と、この整流器で整流された直流電流を交流
電流に変換して交流モータへ供給する駆動用インバータ
と、前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機で発電した
電流を整流し、整流した直流電流をチョッパ制御して、
ハイブリッド励磁形永久磁石発電機の励磁巻線に流すチ
ョッパ形界磁部と、前記整流器の整流器出力電圧と設定
電圧との偏差に応じた界磁電流指令を出力する界磁電流
指令部と、前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機の出
力周波数を検出して検出周波数を出力する周波数検出器
と、前記整流器の出力電流を検出した検出電流と制限電
流との偏差に応じた第1の界磁制限指令を出力する電流
制限部と、前記整流器出力電圧と検出電流を乗算してな
る検出電力と、制限電力との偏差に応じた第2の界磁制
限指令を出力する電力制限部と、前記励磁巻線に流れる
電流である検出界磁電流を検出する電流検出器と、前記
界磁電流指令から、前記検出界磁電流,第1の界磁制限
指令及び第2の界磁制限指令を減算して偏差界磁電流指
令を求める比較器と、前記偏差界磁電流指令に応じたチ
ョッパ指令を作り、このチョッパ指令を前記チョッパ形
界磁部へ送ってチョッパ制御させるチョッパ指令部と、
前記整流器の出力電圧の値が設定値以上になり且つ前記
検出周波数が設定周波数以上になったときに前記チョッ
パ形界磁部のチョッパ動作を作動させ、前記整流器出力
電圧の値が前記設定値よりも小さくなったり、前記検出
周波数が設定周波数よりも小さくなったりしたときに前
記チョッパ形界磁部のチョッパ動作を停止させるチョッ
パ作動・停止部とを有することを特徴とする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0050
【補正方法】変更
【補正内容】
【0050】比較器63は、設定された制限電流Is
ら検出電流Idcを減算して偏差電流ΔIを出力する。そ
して電流制限部64は偏差電流ΔIをPI(比例・積
分)演算制御して第1の界磁制限指令Ifs1 を出力す
る。一方、比較器65は、設定された制限電力Ps から
検出電力Pdcを減算して偏差電力ΔPを出力する。そし
て電力制限部66は偏差電力ΔPをPI演算制御して
2の界磁制限指令Ifs2 を出力する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0051
【補正方法】変更
【補正内容】
【0051】比較器67は設定電圧Vsと整流器出力電
圧Vdcとの差を求めて偏差電圧ΔVを出力する。界磁電
流指令部68は偏差電圧ΔVをPI演算制御して界磁電
流指令Ifsを出力する。比較器69は界磁電流指令Ifs
から、検出界磁電流Ifdのみならず直流電流による第1
の界磁制限指令Ifs1及び電力による第2の界磁制限指
令Ifs2 を減算して偏差界磁電流指令ΔIfを出力する。
チョッパ指令部70は偏差界磁電流指令ΔIfをPI演
算制御してチョッパ指令CHを出力する。チョッパ回路
58は、チョッパ作動・停止部59により作動指令を受
けているときに、チョッパ指令CHに応じたON・OF
F割合でチョッパ動作(ON,OFF動作)をして、励
磁巻線51aに流す励磁電流の値を調整する。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0054
【補正方法】変更
【補正内容】
【0054】一方、電気自動車が急加速したり急勾配を
登ったりして交流モータ56が大電流を要求する場合が
あるが、HPG51は最大定格(定格電力,定格電流)
以内で運転しなければならない。本実施例では、検出電
力Pdcが制限電力Psを越えないようにするため、及び
検出電流Idcが制限電流Isを越えないようにするため
に、比較器69において、界磁電流指令Ifsから、検出
界磁電流Ifdのみならず、直流電流による界磁制限指令
fs1及び電力による界磁制限指令Ifs2 を減算して偏差
界磁電流指令ΔIfを求め、これにより励磁巻線51a
に流す励磁電流を制限している。したがって検出電力
dc が制限電力Psを越えることはなく、また検出電流I
dcが制限電流Isを越えることはない。このためHPG
51に無理がかからず安定した発電運転ができる。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0057
【補正方法】変更
【補正内容】
【0057】また整流器出力電圧Vdcが設定電圧よりも
大きく、且つ、検出周波数Fdが設定周波数よりも大き
い(つまり原動機52が低速回転域ではない)ことを確
認してから、チョッパ動作を開始しているため、HPG
51及び原動機52に対する保護を行うことができ、安
全・確実な運転ができる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向に並んで配置されたN極側電機子
    鉄心及びS極側電機子鉄心と、N極側及びS極側の電機
    子鉄心に亘り配設されたヨーク及び電機子巻線と、N極
    側及びS極側の電機子鉄心の間の位置で周方向に沿い配
    置された励磁巻線とでなる固定子と、回転子鉄心と、前
    記N極側電機子鉄心に対面する回転子鉄心面に配置され
    且つ周方向に関し間隔をあけて交互に備えられた複数個
    のN極永久磁石及びN極側突極状部と、前記S極側電機
    子鉄心に対面する回転子鉄心面に配置され且つ周方向に
    関し間隔をあけると共に前記N極永久磁石の配置ピッチ
    からずれた配置ピッチで交互に備えられた複数個のS極
    永久磁石及びS極側突極状部とでなる回転子とで構成し
    たハイブリッド励磁形永久磁石発電機と、 このハイブリッド励磁形永久磁石発電機の回転子を回転
    させる原動機と、 前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機が発電した交流
    電流を直流電流に整流する整流器と、 この整流器で整流された直流電流を交流電流に変換して
    交流モータへ供給する駆動用インバータと、 前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機で発電した電流
    を整流し、整流した直流電流をチョッパ制御して、ハイ
    ブリッド励磁形永久磁石発電機の励磁巻線に流すチョッ
    パ形界磁部と、 前記整流器の整流器出力電圧と設定電圧との偏差に応じ
    た界磁電流指令を出力する界磁電流指令部と、 前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機の出力周波数を
    検出して検出周波数を出力する周波数検出器と、 前記界磁電流指令に応じたチョッパ指令を作り、このチ
    ョッパ指令を前記チョッパ形界磁部へ送ってチョッパ制
    御させるチョッパ指令部と、 前記整流器の出力電圧の値が設定値以上になり且つ前記
    検出周波数が設定周波数以上になったときに前記チョッ
    パ形界磁部のチョッパ動作を作動させ、前記整流器出力
    電圧の値が前記設定値よりも小さくなったり、前記検出
    周波数が設定周波数よりも小さくなったりしたときに前
    記チョッパ形界磁部のチョッパ動作を停止させるチョッ
    パ作動・停止部とを有することを特徴とするハイブリッ
    ド方式駆動装置。
  2. 【請求項2】 軸方向に並んで配置されたN極側電機子
    鉄心及びS極側電機子鉄心と、N極側及びS極側の電機
    子鉄心に亘り配設されたヨーク及び電機子巻線と、N極
    側及びS極側の電機子鉄心の間の位置で周方向に沿い配
    置された励磁巻線とでなる固定子と、回転子鉄心と、前
    記N極側電機子鉄心に対面する回転子鉄心面に配置され
    且つ周方向に関し間隔をあけて交互に備えられた複数個
    のN極永久磁石及びN極側突極状部と、前記S極側電機
    子鉄心に対面する回転子鉄心面に配置され且つ周方向に
    関し間隔をあけると共に前記N極永久磁石の配置ピッチ
    からずれた配置ピッチで交互に備えられた複数個のS極
    永久磁石及びS極側突極状部とでなる回転子とで構成し
    たハイブリッド励磁形永久磁石発電機と、 このハイブリッド励磁形永久磁石発電機の回転子を回転
    させる原動機と、 前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機が発電した交流
    電流を直流電流に整流する整流器と、 この整流器で整流された直流電流を交流電流に変換して
    交流モータへ供給する駆動用インバータと、 前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機で発電した電流
    を整流し、整流した直流電流をチョッパ制御して、ハイ
    ブリッド励磁形永久磁石発電機の励磁巻線に流すチョッ
    パ形界磁部と、 前記整流器の整流器出力電圧と設定電圧との偏差に応じ
    た界磁電流指令を出力する界磁電流指令部と、 前記ハイブリッド励磁形永久磁石発電機の出力周波数を
    検出して検出周波数を出力する周波数検出器と、 前記整流器の出力電流を検出した検出電流と制限電流と
    の偏差に応じた偏差電流を出力する電流制限部と、 前記整流器出力電圧と検出電流を乗算してなる検出電力
    と、制限電力との偏差に応じた偏差電力を出力する電力
    制限部と、 前記励磁巻線に流れる電流である検出界磁電流を検出す
    る電流検出器と、 前記界磁電流指令から、前記検出界磁電流,偏差電力及
    び偏差電流を減算して偏差界磁電流指令を求める比較器
    と、 前記偏差界磁電流指令に応じたチョッパ指令を作り、こ
    のチョッパ指令を前記チョッパ形界磁部へ送ってチョッ
    パ制御させるチョッパ指令部と、 前記整流器の出力電圧の値が設定値以上になり且つ前記
    検出周波数が設定周波数以上になったときに前記チョッ
    パ形界磁部のチョッパ動作を作動させ、前記整流器出力
    電圧の値が前記設定値よりも小さくなったり、前記検出
    周波数が設定周波数よりも小さくなったりしたときに前
    記チョッパ形界磁部のチョッパ動作を停止させるチョッ
    パ作動・停止部とを有することを特徴とするハイブリッ
    ド方式駆動装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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