JPH06105512A - 車両用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型でしかも故障等において車両の電気負荷
を保護すること。 【構成】 固定子に電動用巻線４と発電用巻線５とを互
いに重ならないように巻装し、電動用巻線４にはダイオ
ード１１ｂをトランジスタ１１ａの通電方向に逆方向に
並列に接続したドライバ１１を介して高電圧蓄電池１２
と接続した高電圧回路を係止する。発電用巻線５には、
発電用整流器１３を介して低電圧蓄電池１５と電機負荷
１４に接続する。また、回転子の界磁巻線６を高電圧蓄
電池１２と低電圧蓄電池１５の端子電圧に応じて通電す
るレギュレータ１７を設ける。電圧蓄電池１２は電動時
のみに使われ、高電圧で通電されるため、トランジスタ
１１ａの損失が少なく、容量が小さくでき、低価格にな
る。高電圧回路は、低電圧回路と分離しているため、高
電圧回路から低電圧回路への漏電がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単一の回転電機を備え
た車両用電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】単一の回転電機を備え、この回転電機を
機関等によって駆動する発電機として用いて、蓄電池の
充電と車両の電機負荷に対して電力を供給するととも
に、逆に回転電機を電動機として用いて、蓄電池により
回転電機を駆動して機関の始動等を行う車両用電源装置
としては、例えば、特開平２−８７９９９号公報の発明
がある。この発明では、回転電機を電動機として用いる
場合の電力損失を低減するために、高電圧仕様の蓄電池
を設けて高電圧によって回転電機を駆動し、他方、車両
の負荷に対しては、直流−直流変換コンバータによって
低電圧に一旦変換した電力を、電源装置によってそれぞ
れの負荷に応じた電圧に変換して供給している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の発明で
は、電動の際の電力損失の低減を図るために設けられた
高電圧仕様のひとつの蓄電池（バッテリ）を、電動用と
車両の電気負荷用との両方に用いているため、以下の欠
点がある。高電圧仕様の蓄電池を用いることよって電動
において低損失が得られるとしても、低電圧仕様の車両
の電気負荷に対して電力を供給するためには高価な降圧
コンバータが必要となる。また、高電圧仕様の蓄電池は
車両の電気負荷に対しての電力供給源ともなるため、そ
の電気負荷に応じて容量を大きくする必要があり、その
場合、高電圧仕様で容量の大きな蓄電池は、蓄電池内部
の構造上から大型でなければならない。さらに、降圧コ
ンバータを介して高電圧の蓄電池と低電圧仕様の車両の
電気負荷とが接続されているため、降圧コンバータ等に
おける故障発生時に、高電圧が低電圧仕様の車両の電気
負荷へ加わる虞がある。

【０００４】本発明は、単一の回転電機を備えた車両用
電源装置において、上記の各欠点をなくし、小型でしか
も故障に強く、車両の電気負荷としての機器を保護でき
る車両用電源装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、固定電機子お
よび回転子を有し、回転駆動される回転電機と、前記回
転子に巻装された界磁巻線と、前記固定電機子に巻装さ
れた第１の三相電機子巻線と、前記第１の三相電機子巻
線に対して重なり合うことなく前記固定電機子に巻装さ
れた第２の三相電機子巻線と、前記回転電機を駆動する
ための高電圧蓄電池と、車両の電気負荷への電力供給の
ための低電圧蓄電池と、前記第１の三相電機子巻線に接
続された複数のダイオードからなり前記第１の三相電機
子巻線に生ずる誘導起電力を整流して前記低電圧蓄電池
を充電する第１の三相全波整流回路と、前記第１の三相
全波整流回路の各ダイオードにその通電方向と逆方向に
それぞれ並列接続された複数のスイッチング用のトラン
ジスタからなり前記第１の三相電機子巻線に対して前記
高電圧蓄電池の電力を供給して前記回転電機を回転駆動
する電動駆動用通電回路と、前記第２の三相電機子巻線
に接続された複数のダイオードからなり前記第２の三相
電機子巻線に生ずる誘導起電力を整流して前記低電圧蓄
電池を充電する第２の三相全波整流回路と、前記高電圧
蓄電池と前記低電圧蓄電池の各電圧をそれぞれ検出し、
前記高電圧蓄電池の電圧が第１の所定電圧以下の場合あ
るいは前記低電圧蓄電池の電圧が第２の所定電圧以下の
場合の少なくとも一方を満たす場合に前記界磁巻線への
通電を行う界磁電流制御回路とからなる技術的手段を採
用する。

【０００６】

【作用】本発明では、回転電機を、例えば機関の始動等
のために駆動する場合には、駆動用通電回路の各トラン
ジスタが所定の制御をされると、高電圧蓄電池から第１
の三相電機子巻線に所定の通電が行われ、回転子が回転
し、機関等が回転駆動される。逆に、回転電機が機関等
により回転駆動されている場合には、車両の電気負荷に
対しては、第２の三相電機子巻線に生じた誘導起電力が
全波整流された電流あるいは低電圧蓄電池による電流が
供給され、高電圧蓄電池からは、電力の供給は行われな
い。このとき、界磁電流制御回路により高電圧蓄電池の
電圧と低電圧蓄電池の電圧がそれぞれ検出され、各電圧
の少なくとも一方が、それぞれの所定電圧より低い場合
には、回転子に巻装された界磁巻線への通電が行われ
る。従って、固定電機子に巻装された各三相電機子巻線
には誘導起電力が生じ、それぞれ三相全波整流回路によ
って整流され、電圧が低い蓄電池が充電される。この場
合、電圧の低い蓄電池が低電圧蓄電池である場合には、
車両の電気負荷への供給電流が大きい場合であるため、
第２の三相電機子巻線に生じた電力は、低電圧蓄電池の
充電のためだけに限らず、車両の電気負荷に対しても供
給される。

【０００７】

【発明の効果】本発明では、回転電機が駆動される場合
には、高電圧蓄電池より電流が供給されるため、電流を
小さくでき、駆動用通電回路におけるトランジスタの電
力損失を小さくすることができる。また、高電圧蓄電池
は、回転電機の駆動用のみに用いられ、車両の電気負荷
に対しては電力を供給しないため、容量を大きくする必
要がなく、小型の高電圧蓄電池を用いることができ、低
価格化を図ることができる。さらに、高電圧蓄電池は、
第１の三相電機子巻線および第１の三相全波整流回路と
ともに、低電圧蓄電池および車両の電気負荷等の低電圧
側の回路に対して独立した回路を形成しているため、高
電圧蓄電池の電圧と関係なく、車両の電気負荷の使用状
態に応じて、低電圧蓄電池を適宜充電することができ
る。また、第１の三相電機子巻線と第２の三相電機子巻
線とは、固定電機子において重なり合うことなく巻装さ
れているため、高電圧側の回路に異常が発生した場合
に、漏電等によって低電圧側の回路に高電圧が流れ込む
虞がない。従って、車両の電気負荷としての各回路、装
置を保護することができる。

【０００８】

【実施例】次に本発明を実施例に基づいて説明する。図
１は、車両用発電電動機１を備えた車両用電源装置１０
の回路図である。車両用発電電動機１は図示しない車両
機関（エンジン）によって回転駆動されるもので、図２
に示すように、多数のスロットが内周面に形成された固
定子２と、その内側に、固定子２のスロットに対向した
複数の磁極を外周表面に形成して回転自在に配置された
回転子３とからなる。

【０００９】車両用発電電動機１は、固定子２を電機子
として、駆動および発電を行う回転電機であり、固定子
２には、第１の三相電機子巻線および第２の三相電機子
巻線として、それぞれ三相に構成された電動用巻線４と
発電用巻線５とが巻装されている。ここでは、電動用巻
線４と、発電用巻線５とが、固定子２において、互いに
重なり合うことがないように、また、同じスロットを共
有しないように、図示するとおり、各巻線の巻装範囲が
相互に離隔されて、各巻線が固定子２の中心点に対して
点対象となるように２種４分割されている。なお、この
実施例では、電動用巻線４は合計３３ターンに、発電用
巻線５は１４ターンに設定されている。

【００１０】電動用巻線４には、電動用巻線４を通電制
御するためのスイッチングを行う複数のトランジスタ１
１ａと、トランジスタ１１ａの保護と電動用巻線４の逆
起電力の整流とを兼用した複数のダイオード１１ｂが各
トランジスタ１１ａの通電方向に対して逆方向に並列に
接続されたドライバ１１（ＩＧＢＴ）が接続されてい
て、ドライバ１１のダイオード１１ｂにより電動用巻線
４の三相全波整流回路が形成される。さらにドライバ１
１には、１２Ｖのバッテリが２４個直列接続されたもの
に相当する２８８Ｖの高電圧蓄電池１２が電動用電源と
して接続されており、図示しない駆動制御回路によりド
ライバ１１の各トランジスタ１１ａが所定の順序でオン
制御されると、固定子２に回転磁界が発生して、内側の
回転子３を回転させることができる。なお、上記電動用
巻線４、ドライバ１１、高電圧蓄電池１２からなる高電
圧回路は、以下に説明する発電用巻線５および低電圧蓄
電池１５等からなる低電圧回路とは電気的に分離され、
非接地回路（アースフロート回路）となっている。

【００１１】固定子２の発電用巻線５には、発電用巻線
５に生ずる逆起電力を整流するための複数のダイオード
からなる三相全波整流回路を形成する発電用整流器１３
が接続され、さらに、発電用整流器１３には、図示しな
い電子機器やランプ等の車両の電気負荷１４と、この電
気負荷１４に対して電力を供給するための負荷用電源と
して、１２Ｖの低電圧蓄電池１５とが並列に接続されて
いる。他方、回転子３には、界磁巻線６が巻装されてい
て、車両用電源装置１０には界磁巻線６の通電制御のた
めに、図３に示すようなレギュレータ１６が設けられて
いる。

【００１２】レギュレータ１６は、低電圧蓄電池１５を
電源として作動するもので、スイッチング用のトランジ
スタ１７によって低電圧蓄電池１５からの電流を制御す
る。レギュレータ１６には、高電圧回路側の電圧検出用
として、端子Ｓ１、Ｓ２間に印加される高電圧蓄電池１
２の端子電圧を１／２４倍の低電圧に変換する分圧回路
１８、分圧回路１８の出力の電圧レベルを電気的に非接
触で次段に伝えるフォトカプラ回路１９、フォトカプラ
回路１９に伝えられた電圧レベルを基準電圧と比較する
比較回路２０があり、低電圧回路側の電圧検出用とし
て、端子Ｓ３に印加される低電圧蓄電池１５の端子電圧
を基準電圧と比較する比較回路２１があり、さらにこれ
ら２つの比較回路２０、２１の出力に応じてトランジス
タ１７を制御するためのオア回路２２がある。

【００１３】各比較回路２０、２１は、基準電圧として
Ｖｍ１（＝１３．８Ｖ）と、Ｖｍ２（＝１４．６Ｖ）の
２つを有しており、各蓄電池の検出された対象となる電
圧Ｖｎが、これらの２つの基準電圧の間にある場合（１
３．８≦Ｖｎ≦１４．６）にハイレベルを出力する。ト
ランジスタ１７は、オア回路２２を介して得られる各比
較回路２０、２１のハイレベルの出力に応じてオンとな
り、端子Ｂを介して印加される低電圧蓄電池１５の電圧
を端子Ｆを介して界磁巻線６へ印加して、通電を行う。

【００１４】次に、以上の構成からなる本実施例の車両
用電源装置１０の作動を説明する。車両用エンジンの始
動時には、キースイッチを操作すると、図示しない駆動
制御回路によりドライバ１１のトランジスタ１１ａが所
定の順序でオン制御されて、三相の電動用巻線４が所定
の順序で通電され、固定子２に回転磁界が発生すると、
それに応じて回転子３が回転を始める。その結果、回転
子３に連結されたエンジンが回転駆動されて始動し、エ
ンジンの始動が検知されると、トランジスタ１１ａによ
る電動用巻線４への通電が終了する。他方、エンジンの
作動中には、高電圧蓄電池１２、低電圧蓄電池１５の各
端子電圧がレギュレータ１６において検出され、各端子
電圧が基準電圧の範囲内にある場合には、トランジスタ
１７により界磁巻線６への通電が行われる。その結果、
電動用巻線４および発電用巻線５には、回転子３の回転
により逆起電力が発生して、その電流がドライバ１１に
おけるダイオード１１ｂおよび発電用整流器１３によっ
て整流され、高電圧蓄電池１２が充電され、あるいは、
低電圧蓄電池１５が充電されるとともに電気負荷１４へ
供給される。

【００１５】以上のとおり、本実施例では、車両用発電
電動機１の駆動用電源と電気負荷１４への電力供給のた
めの蓄電池をそれぞれ別々に設けて、駆動用電源には高
電圧蓄電池１２を設けたため、車両用発電電動機１の駆
動の際に、ドライバ１１のトランジスタ１１ａにおける
電力損失が小さい。また、高電圧蓄電池１２は、電気負
荷１４への電力供給を行わないため、高電圧仕様の高電
圧蓄電池１２の容量を小さくでき、小型化、低価格化を
図ることができる。また、電動用巻線４と発電用巻線５
が、固定子３において、互いに重ならないようにし、電
気的に接続されていないため、高電圧側回路での異常発
生時に、高電圧が低電圧側回路に漏電することがない。
従って、車両の電気負荷１４となる各電子機器等を保護
できる。

【００１６】以上の実施例では、車両走行用のエンジン
により車両用発電電動機１を駆動するものを示したが、
エンジンは走行用に限らず、別置型のサブエンジンでも
よい。また、エンジンに代えて、電気自動車における走
行用モータによって車両用発電電動機１を駆動してもよ
い。この場合には、車両用発電電動機１における発電
は、車両の制動時の車両慣性力の回転力を利用したもの
になる。上記実施例では、電動用巻線４と発電用巻線５
とを固定子２の円周上において離隔させたが、固定子２
の半径方向において、例えば、スロットにおける各巻線
の収納の深さを異ならせることによって、離隔させるよ
うにしてもよい。上記実施例では、高電圧蓄電池１２と
低電圧蓄電池１５との電圧差が大きいものを示したが、
各電圧は上記に限定されるものではなく、例えば、低電
圧側を２４Ｖ、高電圧側を４８Ｖとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用電源装置を示す回路図である。

【図２】本発明の車両用発電電動機における各巻線の配
置を示すための概略図である。

【図３】本発明の車両用電源装置におけるレギュレータ
のブロック図である。

【符号の説明】

１ 車両用発電電動機（回転電機） ２ 固定子（固定電機子） ３ 回転子 ４ 電動用巻線（第１の三相電機子巻線） ５ 発電用巻線（第２の三相電機子巻線） ６ 界磁巻線 １１ａ トランジスタ（駆動用通電回路） １１ｂ ダイオード（第１の三相全波整流回路） １２ 高電圧蓄電池 １３ 発電用整流器（第２の三相全波整流回路） １４ 電気負荷 １５ 低電圧蓄電池 １６ レギュレータ（界磁電流制御回路）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】以上の実施例では、車両走行用のエンジン
により車両用発電電動機１を駆動するものを示したが、
エンジンは走行用に限らず、別置型のサブエンジンでも
よい。また、エンジンに代えて、電気自動車における走
行用モータによって車両用発電電動機１を駆動してもよ
い。この場合には、車両用発電電動機１における発電
は、車両の制動時の車両慣性力の回転力を利用したもの
になる。上記実施例では、電動用巻線４と発電用巻線５
とを固定子２の円周上において離隔させたが、固定子２
の半径方向において、例えば、スロットにおける各巻線
の収納の深さを異ならせることによって、離隔させるよ
うにしてもよい。上記実施例では、高電圧蓄電池１２と
低電圧蓄電池１５との電圧差が大きいものを示したが、
各電圧は上記に限定されるものではなく、例えば、低電
圧側を２４Ｖ、高電圧側を４８Ｖとしてもよい。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用電源装置を示す回路図である。

【図２】本発明の車両用発電電動機における各巻線の配
置を示すための概略図である。

【図３】本発明の車両用電源装置におけるレギュレータ
のブロック図である。

【符号の説明】 １ 車両用発電電動機（回転電機） ２ 固定子（固定電機子） ３ 回転子 ４ 電動用巻線（第１の三相電機子巻線） ５ 発電用巻線（第２の三相電機子巻線） ６ 界磁巻線 １１ａ トランジスタ（駆動用通電回路） １１ｂ ダイオード（第１の三相全波整流回路） １２ 高電圧蓄電池 １３ 発電用整流器（第２の三相全波整流回路） １４ 電気負荷 １５ 低電圧蓄電池 １６ レギュレータ（界磁電流制御回路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定電機子および回転子を有し、回転駆
   動される回転電機と、 前記回転子に巻装された界磁巻線と、 前記固定電機子に巻装された第１の三相電機子巻線と、 前記第１の三相電機子巻線に対して重なり合うことなく
   前記固定電機子に巻装された第２の三相電機子巻線と、 前記回転電機を駆動するための高電圧蓄電池と、 車両の電気負荷への電力供給のための低電圧蓄電池と、 前記第１の三相電機子巻線に接続された複数のダイオー
   ドからなり前記第１の三相電機子巻線に生ずる誘導起電
   力を整流して前記低電圧蓄電池を充電する第１の三相全
   波整流回路と、 前記第１の三相全波整流回路の各ダイオードにその通電
   方向と逆方向にそれぞれ並列接続された複数のスイッチ
   ング用のトランジスタからなり前記第１の三相電機子巻
   線に対して前記高電圧蓄電池の電力を供給して前記回転
   電機を回転駆動する電動駆動用通電回路と、 前記第２の三相電機子巻線に接続された複数のダイオー
   ドからなり前記第２の三相電機子巻線に生ずる誘導起電
   力を整流して前記低電圧蓄電池を充電する第２の三相全
   波整流回路と、 前記高電圧蓄電池と前記低電圧蓄電池の各電圧をそれぞ
   れ検出し、前記高電圧蓄電池の電圧が第１の所定電圧以
   下の場合あるいは前記低電圧蓄電池の電圧が第２の所定
   電圧以下の場合の少なくとも一方を満たす場合に前記界
   磁巻線への通電を行う界磁電流制御回路とからなる車両
   用電源装置。