JP5094748B2 - Actuator device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の作動を制御するアクチュエータ装置に関する技術、代表的にはアクチュエータ装置の応答性を向上させるための技術に関する。   The present invention relates to a technology related to an actuator device that controls the operation of an internal combustion engine, typically to a technology for improving the responsiveness of the actuator device.

内燃機関の作動を制御するアクチュエータ装置を回転電機により構成する場合、その回転電機には高い応答性が要求される。回転電機にはいろいろな種類があるが、その一つとして界磁巻線型の回転電機がある。界磁巻線型の回転電機は、界磁巻線に流れる電流を調整して界磁磁束を調整することにより、広い回転数領域において使用することができる。界磁巻線型の回転電機において、界磁巻線に流れる電流を少なくして大きな起磁力を発生させるためには、界磁巻線の巻数を増やす必要がある。しかし、界磁巻線の巻数を増やすと、界磁巻線のインダクタンスが非常に大きくなって、界磁巻線に流れる電流の応答性が悪くなる。   When the actuator device that controls the operation of the internal combustion engine is constituted by a rotating electrical machine, the rotating electrical machine is required to have high responsiveness. There are various types of rotating electrical machines, one of which is a field winding type rotating electrical machine. A field winding type rotating electrical machine can be used in a wide rotation speed region by adjusting a field magnetic flux by adjusting a current flowing in the field winding. In a field winding type rotating electrical machine, in order to generate a large magnetomotive force by reducing the current flowing through the field winding, it is necessary to increase the number of turns of the field winding. However, when the number of turns of the field winding is increased, the inductance of the field winding becomes very large, and the response of the current flowing through the field winding is deteriorated.

界磁巻線型の回転電機において、界磁巻線に流れる電流の応答性を高くするためには、例えば特許文献１，２に開示された技術を適用することが考えられる。特許文献１，２には、Ｈブリッジ，ダイオード及びキャパシタから構成された回路を界磁巻線に接続し、界磁巻線に流れる電流の応答性を高くする技術が開示されている。   In a field winding type rotating electrical machine, it is conceivable to apply the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example, in order to increase the responsiveness of the current flowing in the field winding. Patent Documents 1 and 2 disclose a technique in which a circuit composed of an H bridge, a diode, and a capacitor is connected to a field winding to increase the response of a current flowing in the field winding.

特開平１０−３０９０９０号公報JP 10-309090 A 特開平１１−９８６１８号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-98618

特許文献１，２に開示された技術では、例えば正転時、界磁巻線に流れる界磁電流のエネルギーをキャパシタに蓄え、界磁電流の反転後、キャパシタに蓄えられたエネルギーを放出することにより、界磁電流の応答性を高くしている。   In the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, for example, during forward rotation, the field current energy flowing in the field winding is stored in the capacitor, and after the field current is inverted, the energy stored in the capacitor is released. As a result, the response of the field current is increased.

しかし、特許文献１，２に開示された技術では、界磁電流のエネルギーをキャパシタに蓄えても、キャパシタのみならずバッテリやモータにも界磁電流のエネルギーが供給されるので、キャパシタに蓄えることができる界磁電流のエネルギーが減少する。   However, in the technologies disclosed in Patent Documents 1 and 2, even if the field current energy is stored in the capacitor, the field current energy is supplied not only to the capacitor but also to the battery and the motor. The field current energy that can be reduced is reduced.

本発明の代表的なものは、回転電機の界磁巻線に流れる界磁電流のエネルギーの蓄えを増加させることができる内燃機関用アクチュエータ装置を提供する。また、本発明の代表的なものは、回転電機の界磁巻線に流れる界磁電流のエネルギーの蓄えを用いて界磁電流の応答性をより向上させることができる内燃機関用アクチュエータ装置を提供する。   A representative one of the present invention provides an actuator device for an internal combustion engine that can increase the storage of energy of a field current flowing in a field winding of a rotating electrical machine. Further, a representative one of the present invention provides an actuator device for an internal combustion engine that can further improve the responsiveness of the field current by using the storage of the energy of the field current flowing in the field winding of the rotating electrical machine. To do.

ここに、本発明の代表的なものは、界磁巻線を有する界磁及び電機子を備え、蓄電器から供給された蓄電エネルギーに基づく界磁と電機子との磁気的作用によって、内燃機関の作動を制御するための動力を発生する回転電機を備えた内燃機関用アクチュエータ装置であって、界磁巻線に流れる界磁電流を減少させるとき、蓄電器を界磁巻線から電気的に切り離した状態として界磁巻線に容量性素子を電気的に直列に接続し、容量性素子に界磁電流のエネルギーを蓄積することを特徴とする。また、界磁巻線に流れる界磁電流を増加させるとき、容量性素子の界磁巻線に対する極性を、界磁電流を減少させるときとは逆にして、界磁巻線と蓄電器と容量性素子とを電気的に直列に接続し、容量性素子に蓄積された界磁電流のエネルギーを放出することを特徴とする。   Here, a representative one of the present invention is provided with a field and an armature having field windings, and the magnetic action of the field and the armature based on the stored energy supplied from the capacitor is used for the internal combustion engine. An actuator device for an internal combustion engine having a rotating electrical machine that generates power for controlling operation, wherein the capacitor is electrically disconnected from the field winding when the field current flowing through the field winding is reduced. As a state, a capacitive element is electrically connected in series to the field winding, and the field current energy is stored in the capacitive element. Also, when increasing the field current flowing in the field winding, the polarity of the capacitive element with respect to the field winding is opposite to when reducing the field current, and the field winding, the capacitor, and the capacitive The element is electrically connected in series, and the field current energy stored in the capacitive element is discharged.

本発明の代表的なものによれば、界磁電流を減少させるときには、界磁電流のエネルギーを無駄なく容量性素子に蓄積することができる。これにより、本発明の代表的なものによれば、界磁電流の応答性をより高めるために必要なエネルギーを確保でき、内燃機関の作動を制御するアクチュエータ装置の応答性向上に貢献することができる。そして、本発明の代表的なものによれば、界磁電流を増加させるときには、容量性素子に蓄積された界磁電流のエネルギーを放出して界磁巻線に印加される界磁電圧を上昇させ、界磁電流の応答性を向上させるので、内燃機関の作動を制御するアクチュエータ装置の応答性を向上させることができる。   According to the representative of the present invention, when the field current is reduced, the energy of the field current can be stored in the capacitive element without waste. Thereby, according to the representative one of the present invention, it is possible to secure energy necessary for further improving the responsiveness of the field current and contribute to improving the responsiveness of the actuator device that controls the operation of the internal combustion engine. it can. According to a representative of the present invention, when the field current is increased, the field current energy accumulated in the capacitive element is released to increase the field voltage applied to the field winding. Thus, the responsiveness of the field current is improved, so that the responsiveness of the actuator device that controls the operation of the internal combustion engine can be improved.

本発明の実施例であるエンジン用アクチュエータ装置の界磁電流制御回路の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the field current control circuit of the actuator apparatus for engines which is an Example of this invention. 図１のアクチュエータ装置を搭載したアイドルストップ車両の構成を示す概略図。Schematic which shows the structure of the idle stop vehicle carrying the actuator apparatus of FIG. 図１のアクチュエータ装置であるモータジェネレータの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the motor generator which is an actuator apparatus of FIG. 図１の界磁電流制御回路の界磁停止時（キャパシタ充電時）における動作を示す回路図。The circuit diagram which shows the operation | movement at the time of a field stop (at the time of capacitor charge) of the field current control circuit of FIG. 図１の界磁電流制御回路の界磁始動時（キャパシタ放電時）における動作を示す回路図。The circuit diagram which shows the operation | movement at the time of the field start (at the time of capacitor discharge) of the field current control circuit of FIG. 図２のアイドルストップ車両のアイドルストップ動作モード時における図４及び図５の動作を示すタイムチャート。6 is a time chart showing the operation of FIGS. 4 and 5 in the idle stop operation mode of the idle stop vehicle of FIG. 図１の比較例である従来の界磁電流制御回路の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the conventional field current control circuit which is a comparative example of FIG.

本発明の実施例を説明する。   Examples of the present invention will be described.

以下の実施例では、本発明を、車両に搭載された内燃機関、特に簡易型ハイブリッド自動車の駆動源であるエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。   In the following embodiments, the present invention will be described by taking as an example a case where the present invention is applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle, particularly an engine which is a drive source of a simple hybrid vehicle.

簡易型ハイブリッド自動車は、信号待ちなどの車両停車時にエンジンのアイドリングを停止し、発進時にエンジンを再始動するアイドリングストップ動作モードを備えている。アイドリングストップ動作モードを備えた簡易型ハイブリッド自動車によれば、エンジンの排気を低減することができると共に、エンジンの燃費を向上させることができる。   The simple hybrid vehicle has an idling stop operation mode in which the idling of the engine is stopped when the vehicle stops, such as waiting for a signal, and the engine is restarted when starting. According to the simple hybrid vehicle having the idling stop operation mode, the engine exhaust can be reduced and the fuel consumption of the engine can be improved.

アイドリングストップ動作モードを実現するためには、エンジン停止時、エンジンのピストン位置を再始動し易い所定の位置に停止させるための動力をエンジンに伝達し、エンジン再始動時、エンジンをクランキングするための動力をエンジンに伝達するためのアクチュエータ装置が必要である。本実施例では、ベルトを介して機械的に接続されたエンジンから動力を受けて、ライトやオーディオ機器などの車載補機を駆動するための電力を発電し、この電力を充電用電力として、１４ボルト系車載電源を構成する鉛バッテリに供給する補機用発電機（オルタネータ）を、電動機の機能と発電機の機能とを１つの回転電機に兼ね備えたモータジェネレータに置き換え、アクチュエータ装置を構成している。このように、補機用発電機をモータジェネレータに置き換える構成によれば、補機用発電機と同じ場所にアクチュエータ装置を搭載できるので、アクチュエータ装置を設けるための別の搭載スペースを確保する必要がなく、容易にアクチュエータ装置を設けることができる。   In order to realize the idling stop operation mode, when the engine is stopped, power for stopping the piston position of the engine at a predetermined position where it can be easily restarted is transmitted to the engine, and when the engine is restarted, the engine is cranked. An actuator device for transmitting the power of the engine to the engine is required. In this embodiment, power is received from an engine mechanically connected via a belt to generate electric power for driving on-vehicle auxiliary equipment such as lights and audio equipment, and this electric power is used as charging electric power. The auxiliary generator (alternator) that supplies the lead battery that constitutes the bolt-based in-vehicle power supply is replaced with a motor generator that combines the functions of an electric motor and the function of a generator in a single rotating electric machine. Yes. Thus, according to the configuration in which the auxiliary generator is replaced with the motor generator, the actuator device can be mounted at the same place as the auxiliary generator, so it is necessary to secure another mounting space for providing the actuator device. The actuator device can be easily provided.

アクチュエータ装置を構成するモータジェネレータは、補機用発電機と同様に、広い回転数範囲において動作する必要がある。このため、アクチュエータ装置を構成するモータジェネレータには、補機用発電機と同様に、界磁巻線に流れる界磁電流の調整による界磁磁束の調整により、高回転数領域における誘起電圧を抑える構造が採用される。このように、モータジェネレータを補機用発電機と同様の構成を採用する構成によれば、モータジェネレータを補機用発電機と同等の体格にできるので、アクチュエータ装置の搭載性を更に向上させることができる。   The motor generator that constitutes the actuator device needs to operate in a wide rotational speed range as in the case of the auxiliary generator. For this reason, the motor generator constituting the actuator device suppresses the induced voltage in the high rotation speed region by adjusting the field magnetic flux by adjusting the field current flowing in the field winding, as in the case of the auxiliary generator. Structure is adopted. As described above, according to the configuration in which the motor generator has the same configuration as that of the auxiliary generator, the motor generator can have the same physique as the auxiliary generator, thereby further improving the mountability of the actuator device. Can do.

補機用発電機と同様の構成を備えたモータジェネレータにおいて、界磁巻線に流れる界磁電流が少ない状態で大きな起磁力を得ようとすると、界磁巻線の巻数を増やす必要がある。界磁巻線の巻数を増やすと、界磁巻線のインダクタンス（Ｌ）が非常に大きくなり、界磁巻線に流れる界磁電流の応答性が低下する。補機用発電機と同様に、モータジェネレータを発電のみに用いる場合には応答性を考慮する必要は無い。しかし、エンジンのアクチュエータ装置として、エンジンの再始動時に電動機として用いる場合には、０トルクから瞬時に高トルクを出力する必要があることから、界磁巻線に流れる界磁電流にも高応答性が要求される。   In a motor generator having the same configuration as the auxiliary generator, if a large magnetomotive force is to be obtained with a small field current flowing through the field winding, it is necessary to increase the number of turns of the field winding. When the number of turns of the field winding is increased, the inductance (L) of the field winding becomes very large, and the response of the field current flowing through the field winding is lowered. Similar to the auxiliary generator, when the motor generator is used only for power generation, it is not necessary to consider responsiveness. However, when used as an electric motor when restarting the engine as an engine actuator device, it is necessary to output a high torque instantaneously from 0 torque, so that the field current flowing in the field winding is also highly responsive. Is required.

そこで、本実施例では、エンジンのアイドル停止時、界磁巻線に対して容量性素子を電気的に接続して、その容量性素子に界磁電流の持つ電気エネルギーを一時的に蓄え、エンジンの再始動時、界磁巻線にバッテリから供給される電気エネルギーに加えて、その容量性素子に蓄えられた電気エネルギーを放出している。これにより、界磁巻線に印加される電圧が一気に上昇し、界磁巻線には大きな界磁電流が一気に流れる。従って、界磁電流の応答性が向上し、エンジンの再始動時、モータジェネレータから出力されるトルクが０から瞬時に高い値まで上昇する。この結果、エンジンが早期に始動し、車両を直ちに発進させることができる。   Therefore, in this embodiment, when the engine is idle, a capacitive element is electrically connected to the field winding, and the electric energy of the field current is temporarily stored in the capacitive element, and the engine At the time of restarting, in addition to the electric energy supplied from the battery to the field winding, the electric energy stored in the capacitive element is released. As a result, the voltage applied to the field winding rises at once, and a large field current flows through the field winding all at once. Accordingly, the response of the field current is improved, and the torque output from the motor generator is instantaneously increased from 0 to a high value when the engine is restarted. As a result, the engine can be started early and the vehicle can be started immediately.

以下、本実施例を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

まず、図２を用いて、本実施例のエンジン用アクチュエータ装置（エンジン始動／停止装置）を搭載した車両の構成について説明する。   First, the configuration of a vehicle equipped with the engine actuator device (engine start / stop device) of this embodiment will be described with reference to FIG.

簡易型ハイブリッド自動車であるアイドルストップ車両１は、その駆動源として、ガソリンを燃料として作動するエンジン１１を備えている。本実施例では、エンジン１１としてガソリンエンジンを例に挙げて説明するが、エンジン１１としては、軽油を燃料として作動するディーゼルエンジンやガスを燃料として作動するガスエンジンなど、他のエンジンを用いても構わない。エンジン１１のクランク軸には、エンジン用アクチュエータ装置（エンジン始動／停止装置）であるモータジェネレータ１２の回転軸がベルトを介して機械的に接続されている。通常、自動車では、車両において使用される電力の発電を専用に行うための発電機（オルタネータ）がエンジンに機械的に接続されている。しかし、本実施例では、エンジン１１の作動を制御してアイドリングストップを行うことから、モータジェネレータ１２を通常の発電機（オルタネータ）と置き換える形で搭載している。   An idle stop vehicle 1 that is a simple hybrid vehicle includes an engine 11 that operates using gasoline as fuel as a drive source. In this embodiment, a gasoline engine will be described as an example of the engine 11. However, the engine 11 may be another engine such as a diesel engine that operates with light oil as a fuel or a gas engine that operates with gas as a fuel. I do not care. A rotation shaft of a motor generator 12 that is an engine actuator device (engine start / stop device) is mechanically connected to a crankshaft of the engine 11 via a belt. Usually, in an automobile, a generator (alternator) for generating electricity exclusively for use in the vehicle is mechanically connected to the engine. However, in this embodiment, since the idling stop is performed by controlling the operation of the engine 11, the motor generator 12 is mounted in the form of replacing a normal generator (alternator).

エンジン１１から出力された動力は変速機１５によって変速され、差動機構であるデファレンシャルギア１６を介して駆動輪１７に伝達される。これにより、駆動輪１７が駆動され、車両が推進する。   The power output from the engine 11 is shifted by the transmission 15 and transmitted to the drive wheels 17 via the differential gear 16 which is a differential mechanism. Thereby, the driving wheel 17 is driven and the vehicle is propelled.

モータジェネレータ１２は、インバータ装置１３から供給された三相交流電力によって電動機として動作して動力を出力すると共に、エンジン１１から供給された動力によって発電機として動作して三相交流電力を出力する回転電機である。   The motor generator 12 operates as an electric motor by the three-phase AC power supplied from the inverter device 13 to output power, and operates as a generator by the power supplied from the engine 11 to output three-phase AC power. Electric.

インバータ装置１３は、複数の半導体スイッチング素子（例えば６つのＭＯＳＦＥＴ）により構成された三相ブリッジ回路（電力変換回路）を備えた電力変換装置であり、バッテリ１４から供給された直流電力を複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作（オン，オフ動作）により三相交流電力に変換し、その三相交流電力をモータジェネレータ１２の電機子巻線に供給すると共に、モータジェネレータ１２が発生した三相交流電力を複数の半導体スイッチング素子のスイッチング動作により直流電力に変換し、その直流電力をバッテリ１４に供給する。   The inverter device 13 is a power conversion device including a three-phase bridge circuit (power conversion circuit) configured by a plurality of semiconductor switching elements (for example, six MOSFETs), and direct current power supplied from the battery 14 is converted into a plurality of semiconductors. It is converted into three-phase AC power by switching operation (ON / OFF operation) of the switching element, and the three-phase AC power is supplied to the armature winding of the motor generator 12, and the three-phase AC power generated by the motor generator 12 is supplied. The DC power is converted into DC power by the switching operation of the plurality of semiconductor switching elements, and the DC power is supplied to the battery 14.

バッテリ１４は、１４ボルト系車載電源を構成する蓄電装置であり、モータジェネレータ１２の駆動電源及び界磁電流源，ライトやオーディオ装置などの車載補機類の駆動電源として、それらに駆動電力や界磁電流を供給する、公称出力電圧１２ボルトの鉛バッテリである。本実施例では、バッテリ１４として鉛バッテリを用いる場合を例に挙げて説明するが、バッテリ１４としては、リチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリなど、他のバッテリを用いても構わない。   The battery 14 is a power storage device that constitutes a 14-volt in-vehicle power source. The battery 14 serves as a driving power source for the motor generator 12 and a field current source, and a driving power source for in-vehicle auxiliary equipment such as lights and audio devices. A lead battery with a nominal output voltage of 12 volts that supplies magnetic current. In the present embodiment, a case where a lead battery is used as the battery 14 will be described as an example. However, as the battery 14, another battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery may be used.

インバータ装置１３の作動及びモータジェネレータ１２の界磁巻線に供給される界磁電流は、図示省略したモータコントロールユニット（以下、「ＭＣＵ」という）によって制御されている。モータジェネレータ１２の電動機としての動作は、ＭＣＵによって、インバータ装置１３の作動が制御されて、バッテリ１４からモータジェネレータ１２に供給される電力が制御されると共に、バッテリ１４からモータジェネレータ１２の界磁巻線に供給される界磁電流が制御されることにより制御される。   The operation of the inverter device 13 and the field current supplied to the field winding of the motor generator 12 are controlled by a motor control unit (hereinafter referred to as “MCU”) (not shown). The operation of the motor generator 12 as an electric motor is such that the operation of the inverter device 13 is controlled by the MCU, the electric power supplied from the battery 14 to the motor generator 12 is controlled, and the field winding of the motor generator 12 from the battery 14 is controlled. It is controlled by controlling the field current supplied to the line.

次に、図３を用いて、モータジェネレータ１２の構成について説明する。   Next, the configuration of the motor generator 12 will be described with reference to FIG.

モータジェネレータ１２は、通常の発電機（オルタネータ）と同じルンデル型回転子を備えた巻線界磁型三相交流式同期機である。電機子巻線１２１は、回転しないステータ側の磁極鉄心に組み付けられている。これにより、電機子が構成されている。界磁巻線１２２は、回転するロータ側の爪型磁極鉄心に組み付けられている。これにより、界磁が構成されている。電機子と界磁の両者は空隙を介して対向配置されている。界磁は回転自在に支持されている。   The motor generator 12 is a wound field type three-phase AC synchronous machine including the same Rundel type rotor as a normal generator (alternator). The armature winding 121 is assembled to a magnetic pole core on the stator side that does not rotate. Thus, an armature is configured. The field winding 122 is assembled to a claw-type magnetic pole core on the rotating rotor side. Thereby, a field is constituted. Both the armature and the field are arranged to face each other with a gap. The field is supported rotatably.

尚、本実施例では、ルンデル型回転子を備えた巻線界磁型三相交流式同期機を例に挙げて説明するが、本実施例において説明する構成は、他の界磁巻線型回転電機、例えば界磁巻線型直流式回転電機にも適用できる。   In this embodiment, a winding field type three-phase AC synchronous machine provided with a Rundel type rotor will be described as an example. However, the configuration described in this embodiment is not limited to other field winding type rotations. The present invention can also be applied to an electric machine, for example, a field winding type DC rotating electric machine.

モータジェネレータ１２では、界磁巻線１２２に流れる界磁電流によって発生した磁束が爪型磁極１２８を通って電機子巻線１２１に交鎖することにより、すなわち電機子と界磁との磁気的作用により、トルクが発生したり、誘起電圧が生じたりする。界磁巻線１２２は、回転軸上に設けられたスリップリング１２９に電気的に接続されている。スリップリング１２９には、非回転部分である導電性のブラシが接触して電気的に接続されている。これにより、バッテリ１４から供給された界磁電流を、回転する界磁巻線１２２に供給することができる。   In the motor generator 12, the magnetic flux generated by the field current flowing in the field winding 122 crosses the armature winding 121 through the claw-shaped magnetic pole 128, that is, the magnetic action between the armature and the field. As a result, torque is generated or an induced voltage is generated. The field winding 122 is electrically connected to a slip ring 129 provided on the rotating shaft. The slip ring 129 is electrically connected to a conductive brush which is a non-rotating portion. Thereby, the field current supplied from the battery 14 can be supplied to the rotating field winding 122.

次に、図１及び図４乃至図７を用いて、本実施例のモータジェネレータ１２の界磁電流制御回路及び界磁電流制御方法について説明する。   Next, a field current control circuit and a field current control method for the motor generator 12 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 4 to 7.

まず、図７を用いて、通常の発電機（オルタネータ）における界磁電流制御回路の構成について説明する。   First, the configuration of a field current control circuit in a normal generator (alternator) will be described with reference to FIG.

エンジン始動，発電に使うような、回転数方向を逆転させない用途の場合、界磁巻線１２２の電流制御はＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング半導体素子を使ったスイッチ１２７により行われる。例えば最大に界磁電流を流したい時にはスイッチ１２７を常時オンにし、常に界磁巻線１２２にバッテリ１４の電圧が掛かるようにする。一方、界磁を完全に止めたい場合にはスイッチ１２７を常時オフとする。こうすることにより、界磁巻線１２２に流れていた電流はスイッチ１２７を通ることができなくなり、界磁巻線１２２の負側から正側に向かう方向が順方向となるように、界磁巻線１２２及びバッテリ１４との間に電気的に並列に接続された還流用のダイオード１２５を通って界磁巻線１２２に戻る。界磁電流をある程度の所に制御したい場合には、スイッチ１２７のオンオフのデューティ比をＭＣＵにより変更し、界磁電流がスイッチ１２７を通る状態とダイオード１２５を通る状態とを切り替える。これにより、任意の界磁電流が流せる。   In applications where the rotational speed direction is not reversed, such as for engine starting and power generation, current control of the field winding 122 is performed by a switch 127 using a switching semiconductor element such as a MOSFET. For example, when it is desired to flow the field current to the maximum, the switch 127 is always turned on so that the voltage of the battery 14 is always applied to the field winding 122. On the other hand, when it is desired to completely stop the field, the switch 127 is always turned off. By doing so, the current flowing in the field winding 122 can no longer pass through the switch 127, and the field winding is such that the direction from the negative side to the positive side of the field winding 122 is the forward direction. It returns to the field winding 122 through a free-wheeling diode 125 electrically connected in parallel between the line 122 and the battery 14. When it is desired to control the field current to some extent, the on / off duty ratio of the switch 127 is changed by the MCU, and the state in which the field current passes through the switch 127 and the state through the diode 125 are switched. Thereby, an arbitrary field current can flow.

次に、図１を用いて、本実施例のモータジェネレータ１２における界磁電流制御回路の構成について説明する。   Next, the configuration of the field current control circuit in the motor generator 12 of this embodiment will be described with reference to FIG.

本実施例の界磁電流制御回路（界磁巻線１２２とキャパシタ１２３とバッテリ１４との間の電気的な種類を切り替える接続切替制御装置）は、図７の界磁電流制御回路にキャパシタ１２３，ダイオード１２４及びスイッチ１２６を追加した形で構成されている。キャパシタ１２３は、その負側の端子がバッテリ１４の正側の端子に、その正側の端子がダイオード１２５のカソードにそれぞれ電気的に接続されるように、ダイオード１２５に対して電気的に直列に接続されている。ダイオード１２４は、キャパシタ１２３の負側から界磁巻線の正側へ電流を流す方向が順方向となるように、バッテリ１４の正側の端子と界磁巻線１２２の正側との間に電気的に直列に接続されている。スイッチ１２６はスイッチ１２７と同様に、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング半導体素子により構成されており、キャパシタ１２３の正側の端子と界磁巻線１２２の正側（ダイオード１２４のカソード）との間に電気的に接続されている。ダイオード１２４は、スイッチ１２６がオンされた時のキャパシタ１２３の正負短絡を防止する。本実施例の界磁電流制御回路では、キャパシタ１２３の正側の端子がダイオード１２５及びスイッチ１２６に電気的に接続されているので、キャパシタ１２３の放電はスイッチ１２６のオンの時のみに行われる。   The field current control circuit of the present embodiment (connection switching control device for switching the electrical type among the field winding 122, the capacitor 123, and the battery 14) includes the capacitor 123, A diode 124 and a switch 126 are added. Capacitor 123 is electrically connected in series with diode 125 such that its negative terminal is electrically connected to the positive terminal of battery 14 and its positive terminal is electrically connected to the cathode of diode 125. It is connected. The diode 124 is placed between the positive terminal of the battery 14 and the positive side of the field winding 122 so that the direction in which current flows from the negative side of the capacitor 123 to the positive side of the field winding is the forward direction. They are electrically connected in series. Similarly to the switch 127, the switch 126 is configured by a switching semiconductor element such as a MOSFET, and is electrically connected between the positive terminal of the capacitor 123 and the positive side of the field winding 122 (the cathode of the diode 124). It is connected. The diode 124 prevents a positive and negative short circuit of the capacitor 123 when the switch 126 is turned on. In the field current control circuit of this embodiment, since the positive terminal of the capacitor 123 is electrically connected to the diode 125 and the switch 126, the capacitor 123 is discharged only when the switch 126 is on.

次に、図４及び図５を用いて、本実施例の界磁電流制御回路の動作について説明する。   Next, the operation of the field current control circuit of this embodiment will be described with reference to FIGS.

ここで、図４はキャパシタ１２３の充電時における電流の流れ方向とスイッチのオンオフとの関係を、図５はキャパシタ１２３の放電時における電流の流れ方向とスイッチのオンオフとの関係をそれぞれ示す。   Here, FIG. 4 shows the relationship between the direction of current flow when the capacitor 123 is charged and the on / off state of the switch, and FIG. 5 shows the relationship between the direction of current flow when the capacitor 123 is discharged and the on / off state of the switch.

キャパシタ１２３の充電は界磁電流を減少（停止）させる際に行う。界磁電流を減少（停止）する時、スイッチ１２７はオフにする。このようにすれば、界磁巻線１２２に流れる電流が減少していくため、界磁巻線１２２の電流が流れていく方向にＬ×ｄＩ／ｄｔの大きさの誘起電圧が生じる。この時、スイッチ１２６はオフであり、誘起電圧により流れることが出来る閉回路は図４中の点線矢印のみとなる。この閉回路中にはバッテリ１４が含まれないので、界磁巻線１２２に蓄えられていた電力（エネルギー）１／２ＬＩ2から界磁巻線１２２の抵抗により消費される分を除いた分の全てがキャパシタ１２３に充電される。界磁巻線１２２に蓄えられていた電力が全て無くなると、界磁巻線１２２に流れる電流は０となり、誘起電圧も０となる。図４中の閉回路はダイオード１２４，１２５により逆方向には流れないようになっているので、ＬＲＣ回路ではあるが、電流が０になるとそのまま安定する。 The capacitor 123 is charged when the field current is reduced (stopped). When the field current is decreased (stopped), the switch 127 is turned off. In this way, since the current flowing through the field winding 122 decreases, an induced voltage having a size of L × dI / dt is generated in the direction in which the current of the field winding 122 flows. At this time, the switch 126 is off, and the only closed circuit that can flow due to the induced voltage is the dotted line arrow in FIG. Since the battery 14 is not included in this closed circuit, the power (energy) 1 / 2LI 2 stored in the field winding 122 is excluded from the amount consumed by the resistance of the field winding 122. All are charged in the capacitor 123. When all the electric power stored in the field winding 122 is lost, the current flowing through the field winding 122 becomes zero and the induced voltage becomes zero. Since the closed circuit in FIG. 4 is prevented from flowing in the reverse direction by the diodes 124 and 125, although it is an LRC circuit, it is stabilized as it is when the current becomes zero.

キャパシタ１２３の放電は界磁電流を急激に立ち上げる時に行う。界磁電流を急激に立ち上げる時は、通常バッテリの電圧をかけるためスイッチ１２７をオンのままにする。この時、スイッチ１２６をオンすると、この回路上で電流が流れることができる閉回路は図５中の点線矢印のみとなる。この閉回路中には、バッテリ１４とキャパシタ１２３が直列に接続されているので、両方の電圧が足し合わされた分の電圧が界磁巻線１２２に掛かり、一気に電圧が上昇する。これにより、界磁電流が一気に流れ、界磁電流の応答性が向上する。   The capacitor 123 is discharged when the field current is suddenly raised. When the field current is suddenly raised, the switch 127 is normally kept on to apply the battery voltage. At this time, when the switch 126 is turned on, the only closed circuit in which current can flow on this circuit is the dotted line arrow in FIG. Since the battery 14 and the capacitor 123 are connected in series during this closed circuit, a voltage corresponding to the sum of both voltages is applied to the field winding 122, and the voltage rises at once. Thereby, a field current flows at a stretch, and the responsiveness of the field current is improved.

次に、図６を用いて、図４と図５で説明した動作を、アイドルストップからエンジン始動までの動作に合わせて説明する。   Next, the operation described in FIGS. 4 and 5 will be described with reference to FIG. 6 according to the operation from the idle stop to the engine start.

ドライバーがブレーキを踏むなどして、エンジン（及びベルト等により繋がっているモータ）の回転数が下がってくると、時刻ｔ１でモータの発電を停止する指令がＭＣＵの上位コントローラからなされる。この時、図４に示したように、スイッチ１２６，１２７がオフされ、界磁電流が減少しそのエネルギーがキャパシタ１２３に蓄えられる形で図１中のＶdrive点の電圧が上昇する。時刻ｔ２で界磁電流が全てキャパシタ１２３に蓄えられると、そのまま安定状態となる。   When the rotational speed of the engine (and the motor connected by the belt or the like) decreases due to the driver stepping on the brake, for example, a command to stop the power generation of the motor is issued from the MCU host controller at time t1. At this time, as shown in FIG. 4, the switches 126 and 127 are turned off, the field current is reduced, and the energy is stored in the capacitor 123, so that the voltage at the Vdrive point in FIG. When all the field current is stored in the capacitor 123 at time t2, the state becomes stable as it is.

その後、時刻ｔ３でドライバーがブレーキから足を離すなどしてアイドルストップをやめ、エンジン始動を行う要求がＭＣＵの上位コントローラからなされると、図５に示したように、スイッチ１２６，１２７がオンされ、バッテリ１４の電圧とキャパシタ１２３の電圧が足されたＶdrive点の電圧が、界磁巻線１２２に掛かることになる。   Thereafter, at time t3, when the driver stops the idle stop, for example, by releasing the brake, and a request for starting the engine is made from the host controller of the MCU, the switches 126 and 127 are turned on as shown in FIG. The voltage at the Vdrive point obtained by adding the voltage of the battery 14 and the voltage of the capacitor 123 is applied to the field winding 122.

通常、エンジン始動時の様に大きなトルクが必要な場合、電機子巻線１２１に流れる電流が大きく立ち上がるので、バッテリ１４の端子間電圧が大きく下がり、図６中点線の様な応答性となってしまうが、本実施例では、界磁巻線１２２に蓄えられていたエネルギー分であるキャパシタ１２３の電圧が、そのままバッテリ１４の電圧に上乗せされるため、バッテリ１４の端子間電圧が下がったとしても界磁巻線１２２には十分な電圧が掛かり、界磁電流及びトルクの応答性向上が得られる。   Normally, when a large torque is required as at the time of starting the engine, the current flowing through the armature winding 121 rises greatly, so that the voltage between the terminals of the battery 14 is greatly reduced, and the response as shown by the dotted line in FIG. However, in this embodiment, the voltage of the capacitor 123, which is the amount of energy stored in the field winding 122, is added to the voltage of the battery 14 as it is, so even if the voltage between the terminals of the battery 14 decreases. A sufficient voltage is applied to the field winding 122 to improve the response of the field current and torque.

尚、本実施例では界磁電流最大時から０へ、０から最大電流への場合のみ記載したが、最大と０の間で界磁電流を制御する場合にも、スイッチ１２７がオフとなる時、スイッチ１２６をオフにすれば、還流用のダイオード１２５及びキャパシタ１２３を還流電流が通るためキャパシタ充電が可能である。キャパシタに十分な量の電力が充電された後はスイッチ１２６をオンとすれば通常構成の還流と同様となり、キャパシタ１２３側には電流が流れないのでキャパシタ１２３が過充電となる事を防ぐことができる。   In this embodiment, only the field current is changed from 0 to 0 and from 0 to the maximum current. However, when the field current is controlled between the maximum and 0, the switch 127 is turned off. When the switch 126 is turned off, the free-wheeling current passes through the free-wheeling diode 125 and the capacitor 123, so that the capacitor can be charged. If the switch 126 is turned on after a sufficient amount of power has been charged in the capacitor, it becomes the same as the normal reflux, and no current flows to the capacitor 123 side, so that the capacitor 123 is prevented from being overcharged. it can.

１ アイドルストップ車両
１１ エンジン
１２ モータジェネレータ
１３ インバータ装置
１４ バッテリ
１２１ 電機子巻線
１２２ 界磁巻線
１２３ キャパシタ
１２４，１２５ ダイオード
１２６，１２７ スイッチ
１２８ 爪型磁極
１２９ スリップリング 1 idle stop vehicle 11 engine 12 motor generator 13 inverter device 14 battery 121 armature winding 122 field winding 123 capacitor 124, 125 diode 126, 127 switch 128 claw-type magnetic pole 129 slip ring

Claims (7)

界磁巻線を有する界磁及び電機子を備え、蓄電器から供給された蓄電エネルギーに基づく前記界磁と前記電機子との磁気的作用によって発生した動力を内燃機関に伝達し、前記内燃機関の作動を制御する回転電機と、
前記蓄電器及び前記界磁巻線に電気的に接続可能な容量性素子と、
前記蓄電器と前記界磁巻線と前記容量性素子との間の電気的な接続の切り替えを制御する接続切替制御装置と、を有し、
前記界磁巻線に流れる界磁電流を減少させるとき、前記接続切替制御装置により、前記蓄電器を前記界磁巻線から電気的に切り離した状態として前記界磁巻線に前記容量性素子を電気的に直列に接続し、前記容量性素子に前記界磁電流のエネルギーを蓄積し、
前記界磁巻線に電流を増加させるとき、前記接続切替制御装置により、前記容量性素子の前記界磁巻線に対する極性を、前記界磁電流の減少させるときとは逆にした状態として前記界磁巻線と前記蓄電器と前記容量性素子とを電気的に直列に接続し、前記容量性素子に蓄積された前記界磁電流のエネルギーを放出する、
ことを特徴とする内燃機関用アクチュエータ装置。 Comprising a field and an armature having a field winding, transmitting power generated by the magnetic action of the field and the armature based on the stored energy supplied from a capacitor to the internal combustion engine; A rotating electric machine that controls the operation;
A capacitive element electrically connectable to the capacitor and the field winding;
A connection switching control device that controls switching of electrical connection between the capacitor, the field winding, and the capacitive element;
When reducing the field current flowing in the field winding, the connection switching control device causes the capacitor to be electrically disconnected from the field winding in a state where the capacitor is electrically disconnected from the field winding. Connected in series, and stores the energy of the field current in the capacitive element ,
When increasing the current in the field winding, the connection switching control device causes the polarity of the capacitive element to the field winding to be reversed from that when decreasing the field current. A magnetic winding, the capacitor and the capacitive element are electrically connected in series to release the energy of the field current stored in the capacitive element;
An actuator device for an internal combustion engine. 請求項１に記載の内燃機関用アクチュエータ装置において、
前記界磁巻線に流れる電流を減少させるときは、前記界磁を停止させるときである、
ことを特徴とする内燃機関用アクチュエータ装置。 The actuator device for an internal combustion engine according to claim 1,
When the current flowing through the field winding is reduced, the field is stopped.
An actuator device for an internal combustion engine. 請求項２に記載の内燃機関用アクチュエータ装置において、
前記界磁を停止させるときは、前記内燃機関のアイドルを停止させるときである、
ことを特徴とする内燃機関用アクチュエータ装置。 The actuator device for an internal combustion engine according to claim 2,
When the field is stopped, the idle of the internal combustion engine is stopped.
An actuator device for an internal combustion engine. 請求項３に記載の内燃機関用アクチュエータ装置において、
前記界磁巻線に電流を増加させるときは、前記界磁を始動させるときである、
ことを特徴とする内燃機関用アクチュエータ装置。 The actuator device for an internal combustion engine according to claim 3 ,
Increasing the current in the field winding is when starting the field.
An actuator device for an internal combustion engine. 請求項４に記載の内燃機関用アクチュエータ装置において、
前記界磁を始動させるときは、前記内燃機関を始動させるときである、
ことを特徴とする内燃機関用アクチュエータ装置。 The actuator device for an internal combustion engine according to claim 4 ,
When starting the field is when starting the internal combustion engine,
An actuator device for an internal combustion engine. 請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関用アクチュエータ装置において、
前記回転電機は、前記内燃機関のアイドルストップ動作モード時に電動機として駆動が制御され、前記内燃機関のアイドル停止用及び始動用動力を前記内燃機関に供給する、
ことを特徴とする内燃機関用アクチュエータ装置。 The actuator device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5 ,
The rotating electrical machine is controlled to drive as an electric motor during the idle stop operation mode of the internal combustion engine, and supplies the internal combustion engine with power for idling stop and start of the internal combustion engine,
An actuator device for an internal combustion engine. 請求項６に記載の内燃機関用アクチュエータ装置において、
前記回転電機は、前記内燃機関が始動した後、前記内燃機関から動力を受けて発電機として動作する、
ことを特徴とする内燃機関用アクチュエータ装置。 The actuator device for an internal combustion engine according to claim 6 ,
The rotating electrical machine operates as a generator by receiving power from the internal combustion engine after the internal combustion engine is started.
An actuator device for an internal combustion engine.
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