JP2002191195A - 車両用電動発電装置 - Google Patents
車両用電動発電装置Info
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Abstract
抑止しつつ小型軽量化が可能な車両用電動発電装置を提
供すること。 【解決手段】エンジン始動及び車両走行中の発電を行う
車両用電動発電装置において、回転子の最高許容温度を
Tmax、回転子が前記発電中に到達可能な発電時最高到達
温度をTgmax、前記回転子の熱容量をQ、前記エンジン
始動のための界磁電流通電時間をT、界磁巻線の電気抵
抗をr、界磁電流をiとする時、(Tgmax+(imax2・r・
T)/Q)がTmax未満となるように、発電中の界磁電流
を制限する(S112)。このようにすれば、界磁巻線
型同期機からなる界磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑止しつつ
小型軽量化が可能な車両用電動発電装置を実現すること
ができる。
Description
置に関する。本発明は、車両用エンジン始動兼バッテリ
充電装置やハイブリッド電気自動車用の発電電動機とし
て使用することができる。
同期機を車両用発電電動機に用いることにより、エンジ
ン始動と走行中の発電とを単一の回転電機で行うことが
従来より提案されている。
発電電動機では、大電力発電直後にエンジンをたとえば
アイドルストップなどで停止し、その短時間後に再度エ
ンジン始動を行うと、エンジン始動のために界磁巻線に
大界磁電流を悪冷却条件(低速回転条件)下で流す必要
があるため、界磁巻線が絶縁皮膜の最高許容温度Tmaxを
超え、絶縁皮膜の絶縁劣化や損傷を招く可能性が生じ
る。
の周囲温度における最大発電直後にエンジン始動を行う
という上記最悪条件下で、界磁巻線温度がその絶縁皮膜
の最高許容温度Tmaxを超えないように設計する必要があ
った。このため、エンジン始動機能兼発電機能をもつ車
両用発電電動機の体格は、発電機能のみをもつ車両用発
電電動機に比較して特に内燃機関車(内燃機関の発生ト
ルクを機械的に車輪駆動機構に伝達する通常の車両)で
は、格段に大きくする必要がある。
いう短時間の熱的過酷条件に合わせて車両用発電電動機
を設計することは、車両用発電電動機の運転時間のほと
んどにおいて、車両用発電電動機に冗長な熱的余裕を持
たせることになり、その体格、重量の増大が採用を困難
としていた。
あり、界磁巻線型同期機の界磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑
止しつつ小型軽量化が可能な車両用電動発電装置を提供
することをその目的としている。
動発電装置は、界磁巻線がロータコアに巻装された回転
子を有する同期発電電動機と、前記同期発電電動機の電
機子巻線と電力授受する交直双方向電力変換器と、前記
界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路と、
前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路とを有してエンジン始動及び車両走行中の発電
を行う車両用電動発電装置において、前記回転子の最高
許容温度をTmax、前記回転子が前記発電中に到達可能な
発電時最高到達温度をTgmax、前記回転子の熱容量を
Q、前記エンジン始動のための界磁電流通電時間をT、
前記界磁巻線の電気抵抗をr、前記界磁電流をiとした場
合に、前記制御回路は、(Tgmax+(i2・r・T)/Q)
がTmax未満となるように、発電中の前記界磁電流を制限
することを特徴としている。
なる界磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑止しつつ小型軽量化が
可能な車両用電動発電装置を実現することができる。
ジン始動用のスタータモータに比較して格段に低い回転
数でエンジン始動トルクを発生する車両用発電電動機で
は、回転子の質量及びその熱容量が大きく、かつ、エン
ジン始動期間がサブミリ秒(通常0.2秒)未満と極め
て短いため、このエンジン始動期間中に界磁巻線に発生
した熱のほとんどは、回転子中に留まり、その結果、回
転子の温度上昇に費やされることを見いだした。
の質量により決定される回転子の熱容量Q、エンジン始
動期間の長さをT、界磁巻線の電気抵抗をr、界磁電流
をiとすれば、エンジン始動時の界磁巻線の温度上昇Δ
Tは(i2・r・T)/Q)とみなすことができることが
わかった。
がTmax未満でかつ略一致するように(好適には10〜4
0℃低くなるように)、発電中の界磁電流又はエンジン
始動中の界磁電流を制限することにより、界磁巻線の絶
縁皮膜を熱劣化させることなく、小型の車両用発電電動
機でエンジンを最大限短時間で始動することができる。
れば、それにより、界磁巻線型同期機の特に界磁巻線の
発電時最高到達温度Tgmaxを低減でき、その直後にエン
ジン始動がなされても、回転子の熱容量により温度上昇
可能量(最高許容温度Tmaxー発電時最高到達温度Tgma
x)が増大し、小型の回転子でエンジン始動が可能とな
る。
限することはエンジン始動トルクの減少を招くので好ま
しくない。
の車両用電動発電装置において更に、前記制御回路は、
最大界磁電流をimaxとした場合にエンジン始動時にTgma
x+Q/(imax2・r・T)がTmaxより10〜40℃低くな
るように発電中の界磁電流iを制限して発電時最高到達
温度Tgmaxを制限することを特徴としている。
ることができる。また、エンジン始動時に界磁巻線に最
大の(100%デューテイ比)の界磁電流を通電できる
ので、回転子を小型化することができる。
の車両用電動発電装置において更に、前記制御回路は、
直前の所定時間内の平均の界磁電流値及び平均の電機子
電流値に関連する電気量を求め、前記電気量に基づいて
前記界磁電流の制限値を変更することを特徴としてい
る。
度は、直前の所定時間内の平均の界磁電流値及び平均の
電機子電流値に連動し、これらの値は、たとえば界磁回
路や交直双方向電力変換器のデューテイ比などで容易に
略推定できるので、これらの値に基づいて界磁電流を変
更する。たとえば、界磁電流及び電機子電流の平均デュ
ーテイが大きければ界磁電流のデューテイ比を削減し、
小さければ界磁電流のデューテイ比を増大する。
格を増大することなく、かつ、エンジン始動時間を増大
することなく、エンジン始動を実施することができる。
の車両用電動発電装置において更に、前記制御回路は、
周囲温度に関連する電気量を求め、前記電気量に基づい
て前記界磁電流の制限値を変更することを特徴としてい
る。
度は、周囲温度に連動し、周囲温度(外気温度でもよ
く、制御回路温度でもよい)の概略値は、たとえばサー
ミスタや回路素子の抵抗値変化として容易に推定できる
ので、検出した周囲温度て界磁電流を変更する。たとえ
ば、周囲温度が高ければ界磁電流のデューテイ比を削減
し、低ければ界磁電流のデューテイ比を増大する。
格を増大することなく、かつ、エンジン始動時間を増大
することなく、エンジン始動を実施することができる。
磁巻線がロータコアに巻装された回転子を有する同期発
電電動機と、前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授
受する交直双方向電力変換器と、前記界磁巻線に流れる
界磁電流を断続制御する界磁回路と、前記交直双方向電
力変換器及び前記界磁回路を制御する制御回路とを有し
てエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両用電動
発電装置において、前記制御回路は、エンジン始動中に
界磁電流及び電機子電流により前記ロータコアを含む前
記磁気回路を磁気飽和させ、かつ、前記界磁電流×界磁
巻線のターン数により決定される界磁起磁力Ffを、電
機子電流×電機子巻線のターン数により決定されて前記
界磁起磁力Ffと直交する電機子起磁力Faより大きく
設定することを特徴としている。このようにすれば、界
磁巻線型同期機の体格増大なしにエンジン始動トルクを
増大することができ、かつ、発電中は界磁電流を低減し
て磁気回路の磁気飽和を防止するので、損失を低減して
高効率の発電を行うことができる。
磁巻線がロータコアに巻装された回転子を有する同期発
電電動機と、前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授
受する交直双方向電力変換器と、前記界磁巻線に流れる
界磁電流を断続制御する界磁回路と、前記交直双方向電
力変換器及び前記界磁回路を制御する制御回路とを有し
てエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両用電動
発電装置において、前記界磁巻線の層間に介設されて軸
方向端部が前記界磁巻線の巻装方向と直角方向に延在し
て前記ロータコアに接する良熱伝導性フィルムを有する
ことを特徴としている。
線型同期機を用いた車両用発電電動機では、その後の走
行時の発電に比べて格段に低速運転で大トルクを発生す
る必要があるため、エンジン始動時の界磁巻線の温度
が、回転子質量(熱容量)決定し、ひいては車両体格を
ほとんど決定する。
間には伝熱抵抗があるため、回転子のロータコアと界磁
巻線との間には温度差が生じる。この温度差が小さけれ
ば、回転子の質量(熱容量)が一定でも、ロータコアの
温度を高めることができ、その分だけ界磁電流を増大し
てトルクを増大することができる。
向及び径方向の中央部の温度上昇が最も大きい。これ
は、界磁巻線は絶縁皮膜で被覆されて互いに隣接してお
り、上記中央部の熱は、熱伝導率が悪いこれら絶縁皮膜
を多重に貫流してロータコアに達するためである。
い良熱伝導性の金属フィルムを巻き込むことを特徴とす
る。この金属フィルムは薄いので界磁巻線収容スペース
をほとんど減らすことはない。金属フィルムは軸方向及
び周方向に延在し、その軸方向端部はロータコアの端面
部分(界磁巻線に対面する)に密着する。
径方向中央部の熱を良好にロータコアに放散することが
でき、上述したように実質的な回転子の熱容量Qを増大
してエンジン始動トルクを向上することができる。
磁巻線がロータコアに巻装された回転子を有する同期発
電電動機と、前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授
受する交直双方向電力変換器と、前記界磁巻線に流れる
界磁電流を断続制御する界磁回路と、前記交直双方向電
力変換器及び前記界磁回路を制御する制御回路とを有し
てエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両用電動
発電装置において、前記制御回路は、エンジン始動期間
中における最初の所定期間に大きな(好適には100%
の)デューテイ比で前記界磁電流を前記界磁巻線に給電
し、その後、より小さいデューテイ比で前記界磁電流を
前記界磁巻線に給電することを特徴としている。
線型同期機を用いた車両用発電電動機では、その後の走
行時の発電に比べて格段に低速運転で大トルクを発生す
る必要があるため、エンジン始動時の界磁巻線の温度に
依存する回転子の熱吸収量(熱吸収量=熱容量(平均比
熱×平均質量)×温度上昇量)が界磁巻線のエンジン始
動時の発熱総量とが略一致する。この界磁巻線の発熱総
量は、界磁電流の二乗×通電時間(エンジン始動時間)
であり、エンジンを始動(所定回転数値まで駆動する)
ための回転エネルギーすなわち車両用発電電動機の発生
エネルギーは界磁束量×電機子電流量×通電時間に略比
例すると見なすことができる。すなわち、エンジン始動
のために車両用発電電動機がエンジンに与えるエネルギ
ーを一定と仮定すれば、通電時間(エンジン始動時間)
が長くなるほど、界磁電流を小さくでき、その分、界磁
巻線の発熱総量は減ることがわかる。たとえば、界磁電
流が30%減れば、界磁巻線の発熱総量も30%減るこ
とになる。
るには、そのには静止摩擦係数に依存する大きな静止フ
リクショントルク(及びエンジンの圧縮仕事により生じ
るトルク)を超える電動トルクをエンジンに与える必要
がある。この電動トルクはたとえばフレミングの法則か
らわかるように界磁束量すなわち界磁電流の大きさに依
存する。すなわち、界磁電流量はある限度以上減らすこ
とはできない。また、エンジン始動のために車両用発電
電動機がエンジンに与えるエネルギーは一定ではなく、
エンジンの回転慣性エネルギーは一定であるが、フリク
ションロスなどで失われるエネルギーは時間に比例す
る。バッテリーの負担を考えると、ある限度以上、エン
ジン始動時間を延長することはできない。このため、従
来では、バッテリ電力がエンジン加速エネルギー以外の
摩擦ロスで無駄に消耗するのを防止するためできるだけ
短時間でエンジン始動を行う。
置に用いる界磁巻線型同期機では、界磁巻線が回転子に
巻装されているために、軸方向及び径方向の中央部の放
熱性が、従来のスタータモータとして使われる直流モー
タに比較して格段に悪く、エンジン始動時は比較的低回
転であるため空気への放熱も小さい。これは界磁巻線型
同期機では、界磁巻線が巻装されるロータコアが一対の
軸受けを介してハウジングから熱的に浮いているため
に、エンジン始動時における界磁巻線の過渡的な一時大
発熱に対しては回転子の温度上昇(熱容量)で吸収せざ
るを得ないためである。従来の直流モータでは、界磁巻
線はハウジングと一体化した大質量のステータコアに巻
装され、これとは全く状況が異なる。
機におけるこの問題に対処するために、本構成では、エ
ンジン始動期間中における最初の所定期間に100%デ
ューテイ比(又は、所定値以上のデューテイ比)の界磁
電流を給電し、その後、より小さいデューテイ比で前記
界磁電流を給電する。
きいエンジン始動期間の初期に強力にエンジンを回転さ
せて大きな静止摩擦力や圧縮行程におけるエンジン駆動
トルクのピークを確実に乗り越え、その後、界磁巻線の
発熱総量を低減して回転子の温度上昇を抑止するために
界磁電流を低減するので、界磁巻線の絶縁皮膜の熱的劣
化を抑止しつつ回転子の熱容量すなわち質量の低減を図
り、車両用発電電動機の小型化を実現することができ
る。
る界磁電流の低減は、外気温度又はエンジン始動期間直
前の車両用発電電動機の温度が高いとみなされる場合に
限って実施してもよい。このようにすると、それ以外の
期間における摩擦ロスや風損などによるバッテリ消耗を
減らし及び運転フィーリングを向上することができる。
更に、外気温度又はエンジン始動期間直前の車両用発電
電動機の温度が高いとみなされる場合は前述のように種
々の電気量で推定することができる。
用電動発電装置において更に、前記制御回路は、前記1
00%デューテイ比(又は所定デューテイ比以上)での
給電は、前記エンジンが最初の圧縮行程の終了まで持続
されることを特徴としている。
るエンジン駆動トルクの最初の山を確実に超えることが
できる。
例を参照して以下に説明する。
装置の全体構成を図1に示す。
された界磁巻線111より構成されるロータ110と、
ステータコア122に巻装された電機子巻線121より
構成されるステータ120と、ロータ110の回転位置
を検出する回転センサ130、界磁巻線111に直流電
力を供給するブラシ141、スリップリング142から
構成される給電器140を有している。回転機100の
電機子巻線121は、インバータ200から三相電力が
給電されている。
a〜201c、202a〜202cとダイオ−ド203
a〜203c、204a〜204cにより構成されてい
る。
ダイオ−ド302で構成され、給電器140を介して界
磁巻線111に直流電力を供給している。コントローラ
400は、要求信号及び回転センサ130の信号に基づ
いて、インバータ200、界磁回路300を制御してい
る。インバータ200および界磁回路300は、コンデ
ンサ500、バッテリ600と電力授受し、バッテリ6
00は電気負荷700に給電している。回転機100の
ロータ110はエンジン(図示しない)のクランク軸に
ベルト等の伝達機構を介して機械的に連結されている。
で、これ以上の説明は省略する。 (エンジン始動動作)この実施例の特徴をなすエンジン
始動動作を図7に示す制御回路400のフローチャート
を参照して以下に説明する。
させる場合、界磁回路300が界磁巻線111に電力を
供給し、界磁起磁力Ffを発生させることによってロー
タコア110を磁化し、ステータ120に対して界磁磁
束φfを発生させる。界磁巻線111が大きなインダク
タンスをもつので、界磁電流が増大するまで所定時間待
機する。なお、ステップS102を省略してエンジン始
動時間を短縮してもよい。
01〜203を順次スイッチングして、電機子巻線12
1に三相交流電流を通電する。これにより、電機子巻線
121は、電機子起磁力Faが発生し、回転機100に
は、界磁起磁力Ffと電機子起磁力Faとのベクトル和
Ff・Faからなる合成起磁力Fgが作用し、合成磁束
φgが発生し、トルクが生じ、エンジンが始動される。
回転数が所定値に達したことを検出したら電機子電流を
停止してエンジン始動動作を停止し、その後、回転数が
更に高い所定値に達したことを検出したら発電動作を開
始する。
実施例におけるエンジン始動トルクの増強法について以
下に説明する。
してFaを90°位相差をもたせて加えたときのベクト
ル図を図2に示す。磁気回路が飽和していない状態で
は、合成磁束φgは界磁磁束φfの増加により増加し、
界磁磁束φfが、合成磁束φgの界磁起磁力方向成分φ
gdとなる。
成分φgd(=界磁磁束φf)と電機子起磁力Faとの
ベクトル積で決定される。
現象であるが、この実施例では、発電時は磁気回路を非
飽和状態で使用し、エンジン始動時には磁気回路を十分
に飽和した領域で使用する。ロータコア等に利用される
鉄心のBーHカーブを図4に示す。BーHカーブは、磁
化力H(起磁力)を増加していってもそれに伴って磁束
密度すなわち磁束量が増加しないという非線形の磁気飽
和特性を示すから、磁束密度Bが1.4T程度で使用す
る。
図3に示す。このとき、合成磁束φg1は増加せず、そ
の合成磁束φg1の界磁起磁力方向成分φg1dはφf
より小さくなる。これは界磁磁束φfが増加しても磁気
回路の飽和により合成磁束φg1の界磁起磁力方向成分
φg1dの増加が抑止されるためである。なお、磁気回
路の飽和にもかかわらず、界磁磁束φfが増加可能なの
は、トルクは、合成磁束φgの界磁起磁力方向成分φg
d(=界磁磁束φf)と電機子起磁力Faとのベクトル
積で決定されるため、合成起磁力Fgと界磁起磁力Ff
との間の位相角度θが小さい方(換言すれば、電機子起
磁力Faに対して界磁起磁力Ffを相対的に大きくした
方)が、合成磁束φg1の界磁起磁力方向成分φg1d
が大きくなるために、高トルクが得られることである。
くても、電機子起磁力Faに対して界磁起磁力Ffが大
きくすることにより、電機子起磁力Faに対してベクト
ル的に直交する合成磁束φg1の界磁起磁力方向成分φ
g1dが増加するため、トルクが増大するわけである。
界磁起磁力Ffの変化による電機子起磁力とトルクの特
性変化を図5に示す。
(Fa+Ff)を一定としたモデルにおいて、界磁起磁
力Ffと電機子起磁力Faを変化させた場合の発生トル
クの変化を図6に示す。図6中、Tmは磁気飽和してい
ないときの発生トルクを表す。図6から、界磁起磁力F
fと電機子起磁力Faとが等しいときに起磁力がトルク
に最も有効に利用されていることがわかる。
では、界磁起磁力Ffを電機子起磁力Faより大きくす
るにつれて磁気回路の飽和にもかかわらず電動トルクを
増大できることが理解される。
いては界磁回路300のトランジスタ301はフルON
としバッテリ600の端子電圧、界磁巻線111の抵
抗、トランジスタ301のドロップ電圧で略決定される
界磁電流の最大値を界磁巻線111に流す。当然、トラ
ンジスタ301の容量は、界磁巻線111の抵抗が最も
小さい低温時に流れる電流を考慮して選定される。エン
ジン始動後、回転機100の発電機として使用する場合
は、バッテリ電圧が規定の電圧となるように界磁回路線
300のトランジスタ301をON、OFF制御する。
縁皮膜の耐熱温度である最高許容温度Tmaxから、界磁巻
線111と絶縁材およびロータコア112の熱容量(す
なわち回転子の熱容量)とエンジン始動時の界磁巻線1
11の発熱量Qとでほぼ決定される温度上昇分ΔTを差
し引いた温度以下になるように、発電時における界磁電
流(更に具体的に言えばトランジスタ301のオンデュ
ーテイ比)を制限する。
止し、その直後にエンジンを再始動するという熱的に最
悪の条件下でも、界磁巻線111の絶縁皮膜の熱容量熱
的損傷を防止し確実なエンジン始動を確保しつつ及び最
大の発電電力を得ることができる。また、この実施例に
よれば、発電出力の制限を界磁電流の削減により行って
いるので、界磁巻線の温度低下に直結し、好適である。
子の熱的仕様について以下に説明する。
Tmax、回転子が発電中に到達可能な発電時最高到達温度
をTgmax、回転子の熱容量(この実施例ではほぼ鉄心の
比熱×質量+界磁巻線の比熱×質量となる。永久磁石を
併用する場合にはその熱容量も加算される)をQ、エン
ジン始動のための界磁電流通電時間をT、界磁巻線の電
気抵抗をr、エンジン始動時の界磁電流を最大界磁電流i
maxとし、エンジン始動時の界磁電流を100%デュー
テイ比すなわちトランジスタ301の常時オン状態とし
た場合に、(Tgmax+(imax2・r・T)/Q)がTmaxよ
り20〜40℃低くなるように、Tmax、Q、imax(エン
ジン始動時の100%デューテイ比の時の界磁電流
値)、r、T、Tgmaxを設定している。
磁巻線絶縁皮膜の劣化を抑止しつつ小型軽量化が可能な
車両用電動発電装置を実現することができる。
磁電流制限の界磁電流制限により、界磁巻線111の絶
縁皮膜の熱的劣化を回避しつつ、エンジン始動と発電と
の両立を図ったが、エンジン始動直前における回転子の
温度は、エンジン始動直前における所定期間の界磁電流
量、電機子電流量及び周囲温度に依存する。
に、直近の所定期間の平均界磁電流量、平均電機子電流
量及び周囲温度から回転子温度Trを推定し、回転子温度
Trに基づいて電機子電流のオンデューテイ比の最大値D
UTYmaxを内蔵のマップに基づいて決定する。たとえ
ば、回転子温度Trが高ければDUTYmaxを減少し、回
転子温度Trが高ければDUTYmaxを増加する。これに
より、回転子温度Trが許す範囲において最大の発電電力
を出力することができる。この動作を図8にフローチャ
ートとして示す。
る。
を用いた車両用発電電動機では、回転子の熱容量Qを増
大することの重要性が理解されるが、それは回転子の体
格増大を招いてしまう。
とロータコア121との間の熱伝導性すなわち、両者間
の温度差を低減することにより、ロータコア121の実
質的な熱容量を増大する。回転子の模式径方向部分断面
図である図9を参照して更に説明する。
タコア112の外周面に凹設されたコイル収容溝113
に収容されている。コイル収容溝113の略径方向に伸
びるロータコア112の一対の溝端面により区画されて
いる。
する銅フィルム114,115が延在している。銅フィ
ルム114,115の周方向両端部は、ロータコア11
2の上記一対の溝端面に密着しつつ径方向外側へ延在し
ている。
部の熱はこの銅フィルム114,115を通じて良好に
ロータコア112に放散されるので、ロータコア112
の温度を発電時最高到達温度Tgmaxに接近させることが
でき、その熱容量を増大することができ、その分、界磁
電流の増大を図ることができる。
せば、エンジン始動期間中における最初の所定期間を除
いて、界磁電流を低減し、その分だけ界磁電流通電時間
を延長するという手法により、界磁巻線111の温度上
昇を抑止しつつエンジンを必要回転数まで駆動すること
ができ、その分だけ、回転子を小型化することができ
る。図10にこの制御動作を示すフローチャートを示
す。
を100%デューテイ比で通電し、同時に電機子電流I
aを通電してから回転子温度Trを上述の方法で推定し、
回転子温度Trが所定しきい値Trth未満なら、回転数が所
定値に達したことを検出してエンジン始動動作を終了す
る(図7のS106)。
ら、界磁電流の100%デューテイ比通電が所定値(こ
こでは0.15秒)経過するまで待機し、その後、界磁
電流のオンデューテイ比を70%とする。これにより以
後の界磁電流11の発熱は約半分となり、電動トルクは
30%減となるはずであるが、実際には磁気回路が飽和
状態から解放されて界磁電流の有効利用が可能となるた
めに界磁束の減少はたとえば15%減に留まる。この界
磁束減少によるエンジン加速量の減少は通電時間の増大
で補うが、通電時間の増大は界磁巻線111の総発熱量
の増大及びバッテリの消耗(エンジン回転の加速以外の
摩擦や風損などで失われるエネルギーロスが存在するた
め)を招く。しかし、通電時間は2倍にはならず、結
局、回転子の高温時にはエンジン始動時間は幾分増大す
るものの界磁巻線111の総発熱量を低減して絶縁皮膜
の過熱を防止することができる。
イ比(又は所定デューテイ比以上)給電は、エンジンが
最初の圧縮行程の終了まで持続される。これより、圧縮
行程終期に発生するエンジン駆動トルクの最初の山を確
実に超えることができる。
状態における起磁力状態を示すベクトル図である。
態における起磁力状態を示すベクトル図である。
磁性材料の磁気特性を示すBーHカーブである。
よる電機子起磁力とトルクの特性変化を示す特性図であ
る。
起磁力との変化による発生トルクの変化を示す特性図で
ある。
ーチャートである。
ーチャートである。
分径方向断面図である。
動作を示すフローチャートである。
Claims (8)
- 【請求項1】界磁巻線がロータコアに巻装された回転子
を有する同期発電電動機と、 前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授受する交直双
方向電力変換器と、 前記界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路
と、 前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路と、 を有してエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両
用電動発電装置において、 前記回転子の最高許容温度をTmax、前記回転子が前記発
電中に到達可能な発電時最高到達温度をTgmax、前記回
転子の熱容量をQ、前記エンジン始動のための界磁電流
通電時間をT、前記界磁巻線の電気抵抗をr、前記界磁
電流をiとした場合に、 前記制御回路は、(Tgmax+(i2・r・T)/Q)がTmax
未満となるように、発電中の前記界磁電流を制限するこ
とを特徴とする車両用電動発電装置。 - 【請求項2】請求項1記載の車両用電動発電装置におい
て、 前記制御回路は、最大界磁電流をimaxとした場合にエン
ジン始動時に(Tgmax+(i2・r・T)/Q)がTmaxより
10〜40℃低くなるように発電中の界磁電流iを制限
して発電時最高到達温度Tgmaxを制限することを特徴と
する車両用電動発電装置。 - 【請求項3】請求項1記載の車両用電動発電装置におい
て、 前記制御回路は、直前の所定時間内の平均の界磁電流値
及び平均の電機子電流値に関連する電気量を求め、前記
電気量に基づいて前記発電中の界磁電流又はエンジン始
動中の界磁電流を制限することを特徴とする車両用電動
発電装置。 - 【請求項4】請求項1記載の車両用電動発電装置におい
て、 前記制御回路は、周囲温度に関連する電気量を求め、前
記電気量に基づいて前記発電中の界磁電流又はエンジン
始動中の界磁電流を制限することを特徴とする車両用電
動発電装置。 - 【請求項5】界磁巻線がロータコアに巻装された回転子
を有する同期発電電動機と、 前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授受する交直双
方向電力変換器と、 前記界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路
と、 前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路と、 を有してエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両
用電動発電装置において、 前記制御回路は、 エンジン始動中に界磁電流及び電機子電流により前記ロ
ータコアを含む前記磁気回路を磁気飽和させ、かつ、前
記界磁電流×界磁巻線のターン数により決定される界磁
起磁力Ffを、電機子電流×電機子巻線のターン数によ
り決定されて前記界磁起磁力Ffと直交する電機子起磁
力Faより大きく設定することを特徴とする車両用電動
発電装置。 - 【請求項6】界磁巻線がロータコアに巻装された回転子
を有する同期発電電動機と、 前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授受する交直双
方向電力変換器と、 前記界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路
と、 前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路と、 を有してエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両
用電動発電装置において、 前記界磁巻線の層間に介設されて軸方向端部が前記界磁
巻線の巻装方向と直角方向に延在して前記ロータコアに
接する良熱伝導性フィルムを有することを特徴とする車
両用電動発電装置。 - 【請求項7】界磁巻線がロータコアに巻装された回転子
を有する同期発電電動機と、 前記同期発電電動機の電機子巻線と電力授受する交直双
方向電力変換器と、 前記界磁巻線に流れる界磁電流を断続制御する界磁回路
と、 前記交直双方向電力変換器及び前記界磁回路を制御する
制御回路と、 を有してエンジン始動及び車両走行中の発電を行う車両
用電動発電装置において、 前記制御回路は、エンジン始動期間中における最初の所
定期間に大きなデューテイ比で前記界磁電流を前記界磁
巻線に給電し、その後、より小さいデューテイ比で前記
界磁電流を前記界磁巻線に給電することを特徴とする車
両用電動発電装置。 - 【請求項8】請求項7記載の車両用電動発電装置におい
て、 前記制御回路は、前記100%デューテイ比の給電は、
前記エンジンが最初の圧縮行程の終了まで持続されるこ
とを特徴とする車両用電動発電装置。
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