(57)【要約】【課題】  駆動時の発熱量を低減して駆動効率が向上し、また、発電効率の向上した車両用駆動発電システムを提供するにある。【解決手段】  交流発電機１００は、回転子４と３相巻線３を有する固定子２とからなる。３相巻線３には、３相インバータ１０１が接続されている。ここで、３相巻線３は、少なくても２個の独立した３相巻線３ａ，３ｂからなる。３相インバータ１０１の各相のスイッチング素子は、独立した３相巻線３ａ，３ｂの数だけ並列に接続されるとともに、それぞれの並列スイッチング素子に対して、同相巻線を個別に接続している。【選択図】図９
2006033897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と３相巻線を有する固定子とからなる回転電機と、前記３相巻線に接続された３相インバータとを有する車両用駆動発電システムであって、
前記３相巻線は、少なくても２個の独立した３相巻線からなり、
前記３相インバータの各相のスイッチング素子は、前記独立した３相巻線の数だけ並列に接続されるとともに、それぞれの並列スイッチング素子に対して、同相巻線を個別に接続したことを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記独立した３相巻線の位相差の少ない巻線同士を３相のグループに分けて、
この同一グループに含まれる巻線に接続された前記インバータのスイッチング素子を、同一ゲート信号で駆動することを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記インバータのゲート信号は、１８０度電圧駆動方式であることを特徴とする車両用駆動発電機システム。
【請求項４】
請求項２に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記３相巻線の１相コイルは、複数スロットに跨って配置されていることを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項５】
請求項２に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記３相インバータのオン・オフタイミングは、同時に駆動される複数の巻線の誘起電圧の位相中心であることを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項６】
請求項２に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記スイッチング素子は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、
前記回転電機の発電動作時にＭＯＳ整流に切り替えるタイミングは、前記３相巻線の同一相コイルの電流位相の遅れたコイル電流を基に作成されることを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記位相の遅れたコイル電流は、前記ＭＯＳ−ＦＥＴと並列に配置したダイオード電流から検出することを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項８】
請求項６に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記回転電機の発電動作時に、前記回転電機に流れる電流が低電流時はダイオード整流とし、高電流時にはＭＯＳ整流としたことを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項９】
請求項１に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記インバータのスイッチング素子は、前記回転電機に一体的に実装されていることを特徴とするな車両用駆動発電システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記独立した３相巻線の位相差の少ない巻線同士を３相のグループに分けて、
前記巻線に接続された前記インバータのスイッチング素子を、それぞれ独立のゲート信号により制御すると共に、前記インバータは１８０度の電圧駆動方式であることを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記スイッチング素子は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、
前記回転電機の発電動作時に前記ＭＯＳ−ＦＥＴを駆動するゲート信号は、個々のダイオードに流れるダイオード電流を電圧に換算して検出して行うとともに、オン信号作成電圧とオフ信号作成電圧が異なることを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記回転電機の発電動作時に、オフ電圧作成電圧はオン電圧作成電圧よりも高いことを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記独立した３相巻線は、少なくても１対のY結線と△結線から構成され、
それぞれの巻線は巻数が同じに設定されると共に、一方の３相巻線は駆動と発電に用いられ、他方の３相巻線は発電のみに用いられることを特徴とする車両用駆動発電システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の車両用駆動発電システムにおいて、
前記Ｙ結線および△接線は、それぞれインバータに接続されていることを特徴とするモータ駆動可能な車両用駆動発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用交流発電機を用いた車両用駆動発電システムに係り、特に、自動車用駆動発電装置として好適な車両用駆動発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用交流発電機を用いた駆動発電システムとしては、例えば、特開２００４−７９６４号公報に記載のように、３相インバータで３相巻線を持つものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２００４−７９６４号公報記載のものにおいては、車両用交流発電機が３相巻線であるため、独立した複数個の３相巻線を持つ車両用交流発電機を３相インバータで駆動することができないものである。例えば、駆動時に、独立した２個の３相巻線に対して位相差を持った同相巻線を単純に３相接続した場合には、同相巻線に位相差があることから同相コイル内で循環電流が流れるため、発熱量が増大するという問題点がある。
【０００５】
また、発電時においては３相発電機となるため、整流電圧のリプル電圧が大きくなると共に、発電時においても同相コイル間に電気的な位相差が有る場合においては循環電流が流れるため発電電流が減少するという問題点がある。したがって、かかる駆動発電システムでは、発電効率が悪いばかりではなく騒音は大きくなり、発熱量増大による効率低下を招くという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、駆動時の発熱量を低減して駆動効率が向上し、また、発電効率の向上した車両用駆動発電システムを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、回転子と３相巻線を有する固定子とからなる回転電機と、前記３相巻線に接続された３相インバータとを有する車両用駆動発電システムであって、前記３相巻線は、少なくても２個の独立した３相巻線からなり、前記３相インバータの各相のスイッチング素子は、前記独立した３相巻線の数だけ並列に接続されるとともに、それぞれの並列スイッチング素子に対して、同相巻線を個別に接続したものである。  
かかる構成により、駆動時の発熱量を低減して駆動効率が向上し、また、発電効率を向上し得るものとなる。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記独立した３相巻線の位相差の少ない巻線同士を３相のグループに分けて、この同一グループに含まれる巻線に接続された前記インバータのスイッチング素子を、同一ゲート信号で駆動するようにしたものである。
【０００９】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記インバータのゲート信号は、１８０度電圧駆動方式である。
【００１０】
（４）上記（２）において、好ましくは、前記３相巻線の１相コイルは、複数スロットに跨って配置されているものである。
【００１１】
（５）上記（２）において、好ましくは、前記３相インバータのオン・オフタイミングは、同時に駆動される複数の巻線の誘起電圧の位相中心としたものである。
【００１２】
（６）上記（２）において、好ましくは、前記スイッチング素子は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、前記回転電機の発電動作時にＭＯＳ整流に切り替えるタイミングは、前記３相巻線の同一相コイルの電流位相の遅れたコイル電流を基に作成されるものである。
【００１３】
（７）上記（６）において、好ましくは、前記位相の遅れたコイル電流は、前記ＭＯＳ−ＦＥＴと並列に配置したダイオード電流から検出するようにしたものである。
【００１４】
（８）上記（６）において、好ましくは、前記回転電機の発電動作時に、前記回転電機に流れる電流が低電流時はダイオード整流とし、高電流時にはＭＯＳ整流としたものである。
【００１５】
（９）上記（１）において、好ましくは、前記インバータのスイッチング素子は、前記回転電機に一体的に実装されているものである。
【００１６】
（１０）上記（１）において、好ましくは、前記独立した３相巻線の位相差の少ない巻線同士を３相のグループに分けて、前記巻線に接続された前記インバータのスイッチング素子を、それぞれ独立のゲート信号により制御すると共に、前記インバータは１８０度の電圧駆動方式である。
【００１７】
（１１）上記（１０）において、好ましくは、前記スイッチング素子は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、前記回転電機の発電動作時に前記ＭＯＳ−ＦＥＴを駆動するゲート信号は、個々のダイオードに流れるダイオード電流を電圧に換算して検出して行うとともに、オン信号作成電圧とオフ信号作成電圧が異なるものである。
【００１８】
（１２）上記（１１）において、好ましくは、前記回転電機の発電動作時に、オフ電圧作成電圧はオン電圧作成電圧よりも高いものである。
【００１９】
（１３）上記（１１）において、好ましくは、前記独立した３相巻線は、少なくても１対のY結線と△結線から構成され、それぞれの巻線は巻数が同じに設定されると共に、一方の３相巻線は駆動と発電に用いられ、他方の３相巻線は発電のみに用いられるものである。
【００２０】
（１４）上記（１３）において、好ましくは、前記Ｙ結線および△接線は、それぞれインバータに接続されているものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、駆動時の発熱量を低減して駆動効率が向上し、また、発電効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図１〜図２９を用いて、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムの構成について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムの全体システム構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムのシステム構成図である。
【００２３】
エンジン５２には、スタータモータ５３が取り付けられており、エンジン５２を始動する場合に使用される。スタータモータ５３の起動は、キースイッチ５４を運転者が操作することで動作する。電源としては、バッテリー５５の電力を使用する。
【００２４】
バッテリー５５のプラス端子およびマイナス端子は、車両用交流発電機１００にも電気的に接続されている。バッテリー５５のマイナス側端子はアースとして車体に接続される。車両用交流発電機１００は、エンジン５２に対してクランクプーリ５１とプーリ８をベルト５０を介して動力の伝達を行うものである。ベルト５０の回転方向は一定方向であり、エンジン５２によって車両用交流発電機１００を回す場合と、車両用交流発電機１００がエンジン５２を回す２通りの動作ができるようになっている。図中太線は電力線、細線は信号線を示している。
【００２５】
車両用交流発電機１００の内部には、インバータ回路を含んだ駆動部２００が設けられている。駆動部２００とＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）６０間の信号には、エンジン始動信号６１と、発電指令信号６２と、回転数検出信号６３とがある。ＥＣＵ６０にはアクセルペダル５６の踏み込み量を検出するアクセル信号５７とブレーキペダル５８の踏み込み量を検出するブレーキ信号５９が接続されている。
【００２６】
次に、図２を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機１００の構成について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は同一部分を示している。
【００２７】
交流発電機１００は、２つの独立した３相巻線３ａ，３ｂから構成されている。この２つの３相巻線３ａ，３ｂは、中性点がお互い接続されておらず、３相巻線の同相コイルの位相が電気角で３０度程度ずれているものである。図示したものは、３相巻線３ａに対して３相巻線３ｂが３０度遅れている様子を示している。
【００２８】
車両用交流発電機１００に内蔵した駆動部２００には、車両用交流発電機の３相巻線にモータ動作が可能なインバータ部１０１と、界磁巻線電流を制御するレギュレータ１０２が搭載されている。
【００２９】
２つの３相巻線３ａ，３ｂの出力端子の数は６個となるため、インバータ部１０１の駆動素子（ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子）の数は、上アームと下アームで１２素子となり、その中心に各相の端子が電気的に接続されている。
【００３０】
レギュレータ１０２には、ＥＣＵ６０からエンジン始動信号６１と、発電指令信号６２とが入力し、ＥＣＵ６０には、回転数検出信号６３が出力する。また、レギュレータ１０２には、バッテリ５５の電圧を示すバッテリ電圧検出信号６４と、インバータ部１０１に含まれるダイオードの両端電圧であるダイオード電圧信号６６とが入力し、インバータ部１０１には、駆動素子を駆動するためのゲート信号６５が出力する。また、レギュレータ１０２は、交流発電機１００の界磁コイル６に流す界磁電流を制御する。
【００３１】
次に、図１及び図２に示した車両用駆動発電システムの動作について説明する。
【００３２】
図１は、エンジン５２が冷えている場合には、エンジン内のエンジンオイルの粘性が高いためエンジンを駆動するために必要なトルクが大きいので、運転者がキースイッチ５４を操作することで、スタータモータ５３を駆動してエンジンを始動する。
【００３３】
一方、エンジンが十分暖まった場合には、エンジンオイルの粘性が下がるため、エンジンの摩擦抵抗が低減し、冷えた状態に比較して小さい力でエンジンを始動することができるので、アイドルストップ後の再始動時には交流発電機１００よりエンジン５２を始動する。例えば、運転者がアクセルペダル５６から足を離してブレーキペダルを踏んだ場合、車速を検出して車速が零速度の場合にエンジンを停止するかアイドル状態を維持するかを、ＥＣＵ６０が決定する。例えば、ＥＣＵ６０が信号待ちや渋滞と判断した場合、エンジンを停止する。次に、運転者がブレーキペダル５８から足を離して、アクセルペダル５６を踏んだ場合、アクセル信号５７がＥＣＵ６０に対して出力されるために、ＥＣＵ６０はエンジン始動信号６１を車両用交流発電機１００に内蔵した駆動部２００に対して出力する。駆動部２００は車両用交流発電機の３相巻線にモータ動作が可能なインバータ部１０１と界磁巻線電流を制御するレギュレータ１０２が搭載されており、ＥＣＵ６０からエンジン始動信号６１がオンになった場合には、車両用交流発電機１００をモータとして回転させる。このとき、エンジン５２は車両用交流発電機１００にプーリとベルトで接続されているため、交流発電機１００によって回転させることができ、エンジンを始動させることができる。エンジンが始動した場合、駆動部２００からは回転数検出信号６３がＥＣＵ６０に戻されるため、ＥＣＵ６０ではエンジン始動信号６１をオフすると共に、発電指令信号６２をオンして車両用交流発電機１００をモータ動作から発電機動作モードに切り替える。
【００３４】
以上の動作により、車両用交流発電機は、モータとして動作する場合と、発電機として動作する場合の２通りに大別される。
【００３５】
次に、図３を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の構成について説明する。  
図３は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の断面図である。
【００３６】
図３に示した交流発電機は、前述したようにモータ駆動可能な車両用交流発電機であり、一般的な車両用交流発電機と違うのは、モータとして駆動する際に必要なインバータを内蔵したことである。
【００３７】
冷却方式としては、ステータ外周部をエンジン冷却水を用いた水冷方式と、内扇ファンによる空冷の２通りが有るが、ここでは空冷式のものについて説明する。また、性能を向上させるために、爪磁極間に永久磁石を配置してもよいものである。
【００３８】
プーリ８には、回転部となるシャフト７を中心に爪磁極５ａ，５ｂから構成される回転子４が設けられている。回転子４には、爪磁極５の内周側に界磁巻線６が巻装されるとともに、軸方向の両端面に冷却ファン１４，１５が設けられている。
【００３９】
回転子４の外周側には、固定子２とその固定子２に先に説明した３相巻線３が２組巻かれている。固定子２はフロントブラケット９とリアブラケット１０により前後から挟み込まれるように配置されている。各ブラケット９，１０は、ベアリング１２，１３によりシャフト７を回転自由に支持している。
【００４０】
回転子４に配置された界磁巻線６には、シャフト７に設けられたスリップリング１８とブラシ１７から直流電流が供給され、軸方向に磁化を作る。ブラシ１７にはバッテリ端子１６を介して車載のバッテリから電力が供給される。よって、先に述べた爪磁極５ａがＮ極の場合には、爪磁極５ｂがＳ極となる。この爪磁極５の励磁磁化の強さは、界磁電流の大きさに比例する。
【００４１】
シャフト７の反プーリ側端部には磁極センサ２２が配置されており、ロータの磁極位置を検出する手段として用いられる。リアブラケット１０に接して、リアカバー１１の内側には、ヒートシンク２０が設けられている。ヒートシンク２０には、図２に示した駆動部２００に設けられたインバータ部１０１を構成するパワー素子２１が実装されており、パワー素子２１の損失をヒートシンク２０に放熱できるような構成となっている。パワーモジュール１９は、ヒートシンク２０とパワー素子２１で構成されている。
【００４２】
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線の結線構成について説明する。  
図４は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線のコイル配置図である。図５は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線の結線図である。
【００４３】
ここでは、固定子のスロット数が９０のものとし、回転子の極数は１２極であり、毎極毎相スロット数は２．５の例について説明する。図４は、コイル配置の一例で、スロット数９０の内１／６の１５スロットについて示している。すなわち、回転子の２極分に相当する。ここでは、図面簡略化のために固定子２を直線的に延ばして図示している。図５（Ａ）は、第１のコイル群である３相巻線３ａを示し、図５（Ｂ）は、第２のコイル群である３相巻線３ｂを示している。
【００４４】
図４において、括弧付きの数字は、スロット番号を示している。固定子２は、複数のティース２Ｔと、これらのティース２Ｔの間に形成されるスロット２Ｓからなり、コイルは、スロット２Ｓの内部に配置される。
【００４５】
ロータ２極に対してスロット数が１５個になるため、１スロットの電気的位相は２４度となる。また、１スロット内に配置される巻線は４導体で示している。図４に示す第１コイル群のＵ相巻線は１Ｕ１１〜１Ｕ１５と、電流方向が逆になる１Ｕ１１−〜１Ｕ１５−の１０導体で構成される。また、第２コイル群を構成するＵ相巻線は２Ｕ１１〜２Ｕ１５と２Ｕ１１−〜２Ｕ１５−の１０導体で構成される。３相巻線が２組あることから、図示した全導体数は６０導体となる。
【００４６】
図５（Ａ）に示すように、３相巻線の１Ｕ相と１Ｖ相および１Ｗ相は、それぞれ１２０度の位相差で構成されている。また、図５（Ｂ）に示すように、２Ｕ相と２Ｖ相と２Ｗ相も、それぞれ１２０度の位相差で構成されている。図４に示したように、第１コイル群の１Ｕ相コイル１Ｕ１１〜１Ｕ１５はスロット番号（１）とスロット番号（２）に分かれて配置される。このとき、１Ｕ相コイル１Ｕ１１〜１Ｕ１４はスロット番号（１）に配置され、１Ｕ相コイル１Ｕ１５はスロット番号（２）に配置される。従って、図５（Ａ）に示すように、１Ｕ相コイル１Ｕ１１〜１Ｕ１４に対して、１Ｕ相コイル１Ｕ１５は、２４度位相がずれている。１Ｕ相コイル１Ｕ１１〜１Ｕ１５全体として位相は、１Ｕ相コイル１Ｕ１１〜１Ｕ１４を基準にすると、θ１（＝４．８度）ずれている。
【００４７】
一方、図４に示したように、第２コイル群の２Ｕ相コイル２Ｕ１１〜２Ｕ１５はスロット番号（２）とスロット番号（３）に分かれて配置される。このとき、２Ｕ相コイル２Ｕ１１〜２Ｕ１３はスロット番号（２）に配置され、２Ｕ相コイル２Ｕ１４，２Ｕ１５はスロット番号（３）に配置される。従って、図５（Ｂ）に示すように、２Ｕ相コイル２Ｕ１１〜２Ｕ１３に対して、２Ｕ相コイル２Ｕ１４，２Ｕ１５は、２４度位相がずれている。２Ｕ相コイル２Ｕ１１〜２Ｕ１５全体として位相は、２Ｕ相コイル１Ｕ１１〜１Ｕ１４を基準にすると、θ２（＝９．６度）ずれている。したがって、１Ｕ相コイルと２Ｕ相コイルの位相差θ３は２８．８度となる。
【００４８】
次に、図６を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線の他の結線構成について説明する。  
図６は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線の他の例のコイル配置図である。なお、図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００４９】
図４に示した例では、スロット番号（１）〜（１５）までのコイル配置の場合、内周側に配置されるＵ相コイルは、２Ｕ相の数が３個に対して、１Ｕ相の数が２個となり、インダクタンスに違いが出てくる。
【００５０】
それに対して、図６に示すコイル配置とすると、インダクタンスのアンバランスを回避することができる。図６（Ａ）はスロット番号（１）〜（１５）までを示し、図６（Ｂ）はスロット番号（１６）〜（３０）まで示している。
【００５１】
図６（Ａ）に示すスロット番号（１）〜（１５）までは、図４に示したものと同じであるが、図６（Ｂ）に示すスロット番号（１６）〜（３０）までの間では、インダクタンスのアンバランスを打ち消すためにコイルを入れ替えている。例えば、図６（Ａ）の１Ｕ相においてスロット番号（２）を補正するために、図６（Ｂ）のスロット番号（１７）では内径側のコイルと、内径側から３番目のコイルを入れ替えている。
【００５２】
このように、２つの３相巻線においてスロット内に配置される導体数がうまくバランスするように配置することで、電流のアンバランスを防止できる。同様に、他の相の配置に関してもインダクタンスのバランスがとれるように配置している。
【００５３】
次に、図７及び図８を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線のその他の結線構成について説明する。  
図７は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線のコイル配置図である。図８は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線のその他の結線図である。なお、図４，図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００５４】
本例では、図４に示した配置に対して、外径側のスロットに配置された２導体を１スロット右にずらした配置としている。例えば、図７に示したように、第１コイル群の１Ｕ相コイル１Ｕ１１〜１Ｕ１５はスロット番号（１）とスロット番号（２）とスロット番号（３）に分かれて配置される。このとき、１Ｕ相コイル１Ｕ１１，１Ｕ１２はスロット番号（１）に配置され、１Ｕ相コイル１Ｕ１３，１Ｕ１４はスロット番号（２）に配置され、１Ｕ相コイル１Ｕ１５はスロット番号（３）に配置される。従って、この場合の３相結線図は、図８に示したように、スロット番号（１）に配置された１Ｕ１１コイルと１Ｕ１２コイルは電気的に同相であるが、スロット番号（２）に配置される１Ｕ１３コイルおよび１Ｕ１４コイルとは１スロットずれているため、１Ｕ１１コイル，１Ｕ１２コイルに対して２４度ずれる。また、１Ｕ１５コイルは更に２４度ずれるため、３相巻線の電気的位相は、図８（Ａ）に示したものとなる。
【００５５】
同様に、第２コイル群は基準となる１Ｕ１１コイルと比べて１スロットずれたところから始まるために図８（Ｂ）の３相巻線図のようになる。この場合は第１コイル群と第２コイル群の電気的位相は２４度のずれとなる。
【００５６】
次に、図９及び図１０を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機をモータとして動作させる場合の構成及び動作について説明する。  
図９は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の回路図である。図１０は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の動作波形図である。なお、図１〜図８と同一符号は、同一部分を示している。
【００５７】
図９に示すように、本実施形態の車両用交流発電機では、第１コイル群３ａと第２コイル群３ｂの２つの独立した３相巻線から構成されており、それぞれの同相コイルは電気角で２８．８度ずれている。この２つの３相巻線３ａ，３ｂに対して、１２素子のスイッチング素子（例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ）Ｍ１Ｕ＋〜Ｍ２Ｗ−を用いて構成する。スイッチング素子Ｍ１Ｕ＋とスイッチング素子Ｍ１Ｕ−のドレイン−ソース間の接続部は、第１コイル群３ａの１Ｕ相に接続される。スイッチング素子Ｍ２Ｕ＋とスイッチング素子Ｍ２Ｕ−の接続点は、別の三相巻線である第２コイル群３ｂの２Ｕ相に接続される。この４つの素子Ｍ１Ｕ＋，Ｍ１Ｕ−，Ｍ２Ｕ＋，Ｍ２Ｕ−でＵ相を構成している。同様に、Ｖ相，Ｗ相のスイッチング素子も、第１コイル群３ａと第２コイル群３ｂに分けて接続されている。
【００５８】
スイッチング素子の上アームのＭ１Ｕ＋とＭ２Ｕ＋のゲート信号は同一信号が接続されている。また、他の相のＭ１Ｖ＋とＭ２Ｖ＋、Ｍ１Ｗ＋とＭ２Ｗ＋も同様にゲート信号は同じ信号となっている。下アームを構成する素子に関しては、Ｍ１Ｕ−とＭ２Ｕ−、Ｍ１Ｖ−とＭ２Ｖ−、Ｍ１Ｗ−とＭ２Ｗ−がそれぞれ同一信号で動作するように接続されている。以上のように、インバータを構成するスイッチング素子が１２個で６相分となっているが、ゲート信号は３相分としてゲート回路を簡略化している。
【００５９】
また、ＰＷＭ制御ではなく１８０度の電圧駆動方式を採用している。これは、本実施形態による交流電動機は、エンジンを始動するスタータとして用いられるため、電気自動車やハイブリット自動車におけるモータのようにトルクを正確に制御する必要がないためである。ここで、第１コイル群３ａと第２コイル群３ｂの同相コイルに位相差が有るが、中性点が接続されていないので、循環電流の問題も発生しないものである。
【００６０】
次に、スイッチング素子Ｍ１Ｕ＋〜Ｍ２Ｗ−を駆動するゲート信号について説明する。
【００６１】
図１０（ａ）は、１Ｕ相の誘起電圧ｅ１Ｕと２Ｕ相の誘起電圧ｅ２Ｕを示している。図１０（ｂ）は、１Ｕ相の誘起電圧に対して最大トルクが得られるようにするためのゲート信号１Ｕ＋と、２Ｕ相の誘起電圧に対して最大トルクが得られるようにするためのゲート信号２Ｕ＋を示している。２つの位相差を持つ３相巻線３ａ，３ｂに対しては、それぞれ、図１０（ｂ）に示すゲート信号１Ｕ＋とゲート信号２Ｕ＋により通電制御するのが望ましいが、本実施形態では、図９に示したように、２つの位相差を持つ３相巻線３ａ，３ｂに対して、同一信号でゲート信号を作る必要がある。通常は、図３に示した磁極センサ２２の信号でスイッチするタイミングを決定しているが、磁極センサ２２の出力信号が３相の場合、各相に相当する信号は１つになる。
【００６２】
そこで、本実施形態では、磁極センサ２２の信号が、図１０の（ａ）に示した最大トルクが得られる１Ｕ相の誘起電圧と２Ｕ相の誘起電圧の中間的なタイミングになるように、磁極センサ２２の位置を合わせている。この磁極センサ２２の信号に基づいて、図１０（ｃ）に示すような信号Ｕ＋をスイッチング素子Ｍ１Ｕ＋とスイッチング素子Ｍ２Ｕ＋のゲート信号としている。また、信号Ｕ＋の反転信号を、Ｍ１Ｕ−とＭ２Ｕ−のゲート信号Ｕ−とする。このとき、信号Ｕ＋と信号Ｕ−との間には、デッドタイムを設けるようにする。また、Ｖ相ゲート信号Ｖ＋，Ｖ−は、それぞれ、ゲート信号Ｕ＋，Ｕ−に対して１２０度位相のずれた信号である。さらに、Ｖ相ゲート信号Ｗ＋，Ｗ−は、それぞれ、ゲート信号Ｕ＋，Ｕ−に対して２４０度位相のずれた信号である。
【００６３】
以上説明したように、電圧駆動方式として、ゲート信号を細かくオン，オフしないようにすることで、自動車等のバッテリー電圧に制約のある場合においてＰＷＭしないことで電源電圧の利用率向上とスイッチング損失の低減が可能である。
【００６４】
また、独立した２つの３相巻線は、１２アームのスイッチング素子を用いて制御するが、ゲート信号は３相信号とすることにより、回路構成を簡略化できる。また、この場合使用する磁極センサーも３相信号用のセンサをそのまま用いることができるため、現行の３相用車両用交流発電機の回路をそのまま流用することができる。
【００６５】
次に、図１１を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機をモータとして動作させる場合の他の例の動作について説明する。本例における車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機をモータとして動作させる場合の構成は、図９と同様である。  
図１１は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の他の例の動作波形図である。なお、図１〜図１０と同一符号は、同一部分を示している。
【００６６】
図１１（ａ）及び（ｂ）は、図１０（ａ）及び（ｂ）と同様である。図１０に示した例では、第１コイル群３ａの１Ｕ相誘起電圧と第２コイル群３ｂの２Ｕ相誘起電圧の中間的なタイミングで、２つのスイッチング素子Ｍ１Ｕ＋，Ｍ２Ｕ＋のゲート信号を生成したが、本例では、図１１（ｃ）に示すように、図１１（ａ）に示した誘起電圧ｅ１Ｕ，ｅ２ＵのＡＮＤ信号をゲート信号としたものである。また、それぞれの誘起電圧信号のＯＲ信号を使用することも考えられる。これらのゲート信号タイミングは磁極センサから直接出力するようにしてもよいいし、信号の後処理で作成してもよいものである。
【００６７】
次に、図１２を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機をモータとして動作させる場合のトルク波形について説明する。
図１２は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のトルク波形図である。
【００６８】
図１２の横軸は時間を示し、縦軸はトルクを示す。図１２は、図９に示した３相２Ｙ巻線に３相１８０度電圧駆動した場合のトルク波形を示している。
【００６９】
次に、図１３及び図１４を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機を発電機として動作させる場合の構成及び動作について説明する。  
図１３は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の回路図である。図１４は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の動作波形図である。なお、図１〜図８と同一符号は、同一部分を示している。
【００７０】
図１３に示す回路構成は、図９と同様であるが、発電機によって発電された電力が供給される電気負荷６９が接続されている。また、スイッチング素子Ｍ１Ｕ＋〜Ｍ２Ｗ−には、それぞれダイオードが接続されており、このダイオードを用いて発電電力を整流する。
【００７１】
エンジンにより車両用交流発電機が回転し始めた後、図１に示した発電指令信号６２がオンとなった場合、車両用交流発電機１００は発電モードとなる。具体的には、レギュレータ１０２から励磁用の界磁電流指令が出ると共にバッテリーの電圧が一定になるように、界磁コイル６に流れる界磁電流を制御する。
【００７２】
図１４（ａ）は、各相コイルに発生する誘起電圧を示している。また、図１４（ｂ）は、インバータ部１０１によってダイオード整流されたときの電圧波形を示している。
【００７３】
図１４（ａ）に示すように、スイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）がオフ状態でも、スイッチング素子と並列にダイオードが接続されているため、各相のコイルには交流電圧が発生する。そして、発生した電圧がバッテリー５５よりも高くなった場合に発電することができる。図１４（ａ）に示した各相の誘起電圧波形から、ダイオードによって整流することにより、図１４（ｂ）に示すような全波整流電圧波形および電流波形となる。現行の車両用交流発電機はダイオードを内蔵し、３相巻線の電圧を全波整流しているため、動作としては全く同じである。
【００７４】
次に、図１５〜図１９を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機を発電機として動作させる場合の他の構成及び動作について説明する。  
図１５は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機における第１コイル群の３相巻線に発生する誘起電圧と、バッテリー電圧との関係の説明図である。
【００７５】
スイッチング素子がＭＯＳ−ＦＥＴの場合、ＭＯＳの損失はオン抵抗と電流の積で求められる。例えば、オン抵抗が３ｍΩの場合１００Aの電流が流れたとしたら、３０Wの損失となる。一方、ダイオードの場合にはオン電圧と電流の積で損失が決まるため、オン電圧が０．８Vで１００A流れた場合に発生する損失は８０Wとなる。両者を比較すると、ＭＯＳ−ＦＥＴを使った整流の方が損失を小さくすることができる。そこで、本例では、ＭＯＳ−ＦＥＴを用いて整流している。なお、ＭＯＳ−ＦＥＴは双方向スイッチであるため、ゲート信号を誤ってオンさせた場合にはバッテリーから電流が逆流する可能性があるので、かかる自体を回避する必要がある。
【００７６】
図１５（ａ）は、第１コイル群の３相巻線に発生する誘起電圧と、バッテリー電圧との関係について示している。図１５（ａ）の実線は、回転数が高い場合の誘起電圧波形を示したもので、バッテリー電圧よりも十分電圧が高い場合を示している。点線の波形は回転数が低い場合で、各相の電圧がバッテリー電圧よりも若干高い程度の場合を示したものである。この２つの場合、図１５（ｂ）に示すように回転数が低い場合の相電流波形は正弦波とならない。一方、図１５（ｃ）は回転数が高い場合を示したもので、回転数の上昇と共に発電時の電流波形も正弦波に近づいてくる。
【００７７】
次に、図１６〜図１８を用いて、ＭＯＳ−ＦＥＴによる整流時の動作について説明する。  
図１６は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時の動作波形図である。図１７は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時の回路図である。図１８は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機に用いるダイオードの特性図である。
【００７８】
ダイオード整流に対してＭＯＳ−ＦＥＴを用いた整流の方が損失を小さくできるため、効率向上効果が期待できる。よって、なるべくダイオードではなくＭＯＳ−ＦＥＴでの整流が必要である。但し、ＭＯＳ−ＦＥＴは、両方向に（ソース−ドレイン間）電流が流れるため、コイル電圧がバッテリー電圧よりも高くなった場合のみオンさせる必要がある。タイミングを誤ってコイル電圧がバッテリー電圧よりも低い時点でオンさせた場合、バッテリーの方が電位が高いために電流がコイルに流れ込むことになる。そこで、ゲート信号のタイミングは精度が重要となる。また、低速時では電流値も低いし電圧の振幅も小さいため、低速時には従来の同じダイオード整流とする。
【００７９】
本例では、３相巻線の１Ｕ相と２Ｕ相が１つのゲート信号で動作するため、電流位相の遅れている２Ｕ相の電流Ｉ２Ｕの電流の立ち上がり信号でゲートのオン信号を作成し、オフ信号は１Ｗ相と２Ｗ相の電流が等しくなったタイミングでオフするようにしている。ＭＯＳ−ＦＥＴのドレイン−ソース間には並列にダイオードが配置されるため、ＭＯＳ−ＦＥＴをオンしなければ、従来と同様にダイオードに電流が流れ、全波整流が可能である。
【００８０】
このダイオードの特性は、順方向では電流が流れるとオン電圧が大きくなるという特性となる。そこで、図１８に示すようにダイオードの順方向にＩ１流れ、オン電圧Ｖ１となったときに、この電圧を検出して、図１７に示すＵ＋のＭＯＳ−ＦＥＴのゲート信号をオンする。オフのタイミングはオンのタイミング作成と同様に、１Ｗ−相と２Ｗ−相のＭＯＳ−ＦＥＴのダイオードの端子間電圧を検出することで作成することができる。このように、制御に必要な各相のＭＯＳ−ＦＥＴに並列に接続されるダイオードの端子間電圧を検出することで実現できる。
【００８１】
図１６（ａ）は、１Ｕ相と２Ｕ相の誘起電圧を示し、太い実線が回転数が高い場合の誘起電圧を示し、細い実線が回転数が低い場合の誘起電圧を示している。図１６（ａ）に示す各相電流位相の時、１Ｕ相コイルと２Ｕ相コイルに流れる電流はＩ１Ｕの方が進んでいるため、Ｉ２Ｕのダイオードを流れる電流で、図１６（ｄ）に示すゲート信号Ｕ＋のオン信号タイミングを作成する。したがって、図１６（ｂ）に示すＩ１Ｕ電流に対して、区間Ｄはダイオード整流区間となる。また、区間ＭＯＳはＭＯＳの整流区間を示している。
【００８２】
また、ゲート信号のオフのタイミングは、図１６（ａ）に示したＷ相の電流Ｉ１ＷとＩ２Ｗから決定されるため、ゲート信号は図１６（ｄ）で示したタイミングでオフとなり、図１６（ｂ）で示したようにＭＯＳ整流からダイオード整流に切り替わる。また、図１６（ｃ）で示したＩ２Ｕも同様にＭＯＳ整流からダイオード整流に切り替わるようになる。
【００８３】
次に、図１９を用いて、図１６で説明したゲート信号を作成するための回路について説明する。  
図１９は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時の回路図である。なお、図１３と同一符号は、同一部分を示している。
【００８４】
本例では、上アームには、電圧変換回路３０１，３０２，３０３を備えている。電圧変換回路３０１，３０２，３０３は、マイコン３００のグランドレベルに検出電圧を変換するレベル変換回路である。上アームのダイオードの両端電圧は、電圧変換回路３０１，３０２，３０３によってレベル変換された上で、マイコン３００に取り込まれる。また、下アームでは、全てのＭＯＳ−ＦＥＴに接続されるダイオードの両端電圧をマイコン３００によって直接検出している。マイコン３００は、検出したダイオード電圧に基づいて、図１６で説明したタイミングのゲート信号Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−を生成し、それぞれ、ＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに出力する。
【００８５】
次に、図２０を用いて、図１６で説明したゲート信号を作成するための他の回路構成について説明する。  
図２０は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時の他の回路図である。なお、図１３と同一符号は、同一部分を示している。
【００８６】
本例では、各上下アームのダイオード端子電圧を全て、マイコン３００で検出するようにしている。電圧変換回路３０１は、マイコン３００のグランドレベルに検出電圧を変換するレベル変換回路である。
【００８７】
次に、図２１〜図２５を用いて、図１６で説明したゲート信号を作成するための他の回路構成及び動作について説明する。  
最初に、図２１及び図２２を用いて、図１６で説明したゲート信号を作成するためのその他の回路構成について説明する。  
図２１は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時のその他の回路図である。図２２は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時のその他の例におけるタイミングチャートである。なお、図１３と同一符号は、同一部分を示している。
【００８８】
本例では、上下の１２アームのＭＯＳ−ＦＥＴのゲート信号Ｕ１＋，Ｕ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｗ２＋，Ｗ２−を全て個別に制御できるようにしている。ゲート信号を分けることで各相を有効に利用できるため、モータ駆動時のトルクリプルを小さくすることができる。
【００８９】
図２１に示すように、第１コイル群と第２コイル群の同相コイルは電気角で２８．８度ずれているが、図２２（ａ）に示すそれぞれの誘起電圧波形に合うように、磁極センサ２２を６相分用意する。そして、それぞれの磁極センサの出力により、例えば、ｅ１Ｕ相の誘起電圧に対しては、図２２（ｂ）に示すゲート信号１Ｕ＋を生成し、ｅ２Ｕ相の誘起電圧に対しては、図２２（ｃ）に示すゲート信号２Ｕ＋を生成することで、簡単に６相駆動が可能になる。また、磁極センサは３相であっても、３相磁極センサの信号を基に回転数や時間から、もう一方の相の信号をマイコンで演算して作ることで比較的簡単に、磁極センサ以外の３相信号を作ることもできたため、図２１に示した６相インバータ回路と３相の磁極センサにおいてもトルクリプルの小さい駆動が可能である。この場合も、産業用で使用されているＰＷＭ制御ではなく、バッテリー電圧を最大限有効活用できる１８０度電圧制御方式を採用する。また、ＭＯＳを電気角で１８０度の区間常時オンしているためスイッチング損失も低減でき効率向上、スイッチングノイズによるラジオノイズ等の影響も小さくできる。
【００９０】
次に、図２３〜図２５を用いて、ＭＯＳ−ＦＥＴによる整流時のその他動作について説明する。  
図２３は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時のその他の動作波形図である。図２４は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時のその他の回路図である。図２５は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機に用いるダイオードの特性図である。
【００９１】
動作については、先に述べたようにＭＯＳに並列接続されるダイオードの電流をから電圧を検出し、オン時にはＶ１電圧（図２５）、オフ時にはオン電圧Ｖ１よりも高いＶ２電圧（図２５）を用いるようにしている。このように、オフ時の電圧を高くすることでチャタリング防止やオフタイミングの遅れを防止できる効果が有り、電流の逆流防止に効果がある。
【００９２】
図２３（ｂ），（ｃ）において、区間Ｄがダイオード整流区間、区間ＭＯＳがＭＯＳ整流区間であり、ＭＯＳ区間が大きくとれることから損失の少ない整流が可能になる。この場合も、回転数が低い場合にはダイオード電流が低いためＶ１電圧まで検出信号が上がらないためＭＯＳの信号はオンにならないため、ダイオード整流となる。発電時のＭＯＳ整流時においてゲート信号はほぼ１８０度程度の常時オン信号となる。
【００９３】
このように、ＭＯＳのゲートを個別に制御できるように６相とすることで、ＭＯＳ整流の区間を長くすることができ、効率の高い運転が可能になる。
【００９４】
次に、図２６を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機をモータとして動作させる場合のその他の構成及び動作について説明する。  
図２６は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のその他の回路図である。なお、図１３と同一符号は、同一部分を示している。
【００９５】
前述の例では、巻線を全てＹ結線接続していたのに対して、本例では、片側の第２コイル群の３相巻線３ｂを△結線としたものである。どちらの３相巻線も一相巻数が同じため、△結線の第２コイル群はＹ結線に換算すると１／√３の巻数となる。よって、Ｙ結線とした第１コイル群の一相巻数を５ターンとするならば、△結線のＹ結線換算巻数は２．８９ターンに相当する。
【００９６】
ロータ極数が１２極程度の場合、１４Ｖバッテリーで車両用交流発電機を始動用モータとして使う場合には、モータ回転時の逆起電圧の関係および流せるモータ電流の関係から総合的に判断すると巻数は３ターン程度が望ましいものである。しかし、エンジン始動後には発電機として動作が必要なため、５ターン程度の巻線が必要になる。例えば、固定子巻線を３ターンとしてエンジン始動を重点とした車両用交流発電機とした場合には、モータとしての動作は良好であるが発電時にアイドリングで発電できない問題が発生する。また逆に、５ターンの発電優先の巻数で構成した場合には、逆起電圧がバッテリー電圧よりも高くなりモータの回転数が上がらない問題が発生する。
【００９７】
そこで、図２６に示す例では、第１コイル群の３相巻線３ａは５ターン巻線、第２コイル群の３相巻線３ｂはＹ換算で２．８９ターン巻線とし、第１コイル群の３相巻線３ａの５ターンは発電専用としてダイオードの全波整流回路へ接続する。第２コイル群の３相巻線３ｂはエンジン始動に用いる巻線とするために、３相インバーに接続したものである。すなわち、モータ動作時には、第２コイル群の３相巻線３ｂのみを動作させ、発電動作時には、両方の３相巻線３ａ，３ｂを動作させる。
【００９８】
モータとして動作させる場合には、３相インバータで第２コイル群の３相巻線３ｂに電流を流してエンジンを始動する。次に、発電モードに切り替えた場合、第１コイル群の３相巻線３ａの巻数が第２コイル群の３相巻線３ｂの巻数よりも多いため回転数の低いところでカットインする。つまり、アイドリング時にはこの第１コイル群の３相巻線３ａが発電動作となる。通常走行の車速の場合、エンジン回転数が上昇しているため第２コイル群の３相巻線３ｂも発電動作となり、通常走行時には第１コイル群の３相巻線３ａと第２コイル群の３相巻線３ｂの並列発電となる。
【００９９】
次に、図２７を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機をモータとして動作させる場合のさらにその他の構成及び動作について説明する。  
図２７は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のさらにその他の回路図である。なお、図１３，図２６と同一符号は、同一部分を示している。
【０１００】
本例は、図２６に示した例ではダイオード整流としていたのに対して、ＭＯＳインバータとしたものである。モータ動作時及び発電動作時ともに、両方の３相巻線３ａ，３ｂを動作させる。このように第１コイル群の３相巻線３ａも駆動できるようにすることで、モータ動作時のアシストおよび発電時のＭＯＳ整流が可能となり、効率向上の効果がある。
【０１０１】
なお、以上の説明は、２組の３相巻線について説明したが、３組，４組の複数の３相巻線においてもコイル数と同数のパワー素子を配置し、中性点が異なる同相コイルのゲート信号を同一信号とすることで実現できる。また、ゲート信号を１８０度の電圧駆動信号としたが、バッテリー電圧に余裕がある場合や、ＭＯＳのスイッチング損失が十分冷却できる場合においては、ＰＷＭ制御と１８０度電圧駆動制御を組み合わせて制御してもよいものである。
【０１０２】
さらに、本実施形態では、主にアイドルストップした場合のエンジン始動に関して説明したが、バッテリー電圧が高い場合には通常運転時においても、発電モードからモータアシストモードにすることで、車両用交流発電機をモータ動作させてエンジンをアシストすることも可能である。特に、車両用交流発電機は発電を低速域でも可能とするために、ロータ極数が１２〜１６極程度としている。そのために、高速回転ではＰＷＭ制御では周波数が高くなりすぎて、制御がうまくできないために、車両用交流発電機が低速の場合にはＰＷＭ制御、高速域のエンジンアシストでは１８０度の電圧駆動方式に切り替えて制御することも可能である。また、高速域では界磁を弱める弱め界磁制御も行うものである。
【０１０３】
次に、図２８及び図２９を用いて、本実施形態による車両用駆動発電システムを搭載した自動車の構成について説明する。  
図２８は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムを搭載した自動車の構成を示すブロック図である。図２９は、本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムのブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【０１０４】
本実施形態の交流発電機１００は、図３に示した回転電機本体にインバータ装置のような駆動部２００が一体に設けられた、いわゆるインバータ内臓型車両用回転電機であり、自動車４００のエレクトリックパワートレインを構成している。
【０１０５】
本実施例の交流発電機１００が適用される自動車４００は、内燃機関であるエンジン５２を動力源としたエンジンパワートレインと、交流発電機１００を動力源としたエレクトリックパワートレインの両方を備えた、いわゆるハイブリッド式の自動車である。エンジンパワートレインは主として自動車４００の駆動源を構成している。エレクトリックパワートレインは主としてエンジン５２の始動源及び自動車４００の電力源として用いられている。このように、エレクトリックパワートレインを備えた自動車４００では、イグニションキースイッチがオン状態で信号待ちなどの停車時にエンジン５２を自動的に停止させ、発車時にエンジン５２を自動的に始動して車両を発進させることにより、自動車４００の燃費向上や排ガスを低減できるいわゆるアイドリングストップ運転を行うことができる。
【０１０６】
図２８に示すように、車体４１０のフロント部には前輪車軸４１５が回転可能に軸支されている。前輪車軸４１５の両端には前輪４１１，４１２が設けられている。車体４１０のリア部には後輪車軸４１６が回転可能に軸支されている。後輪車軸４１６の両端には後輪４１３，４１４が設けられている。前輪車軸４１５の中央部には、動力分配機構であるデファレンシャルギア４１７が設けられている。デファレンシャルギア４１７は、エンジン５２から変速機４３０を介して伝達された回転駆動力を左右の前輪車軸４１５に分配している。変速機４３０はエンジン５２の回転駆動力を変速してデファレンシャルギア４１７に伝達している。エンジン５２の駆動は、燃料調整機構であるインジェクタや空気量調整機構であるスロットルなどのエンジン補機の動作がエンジン制御装置６０によって制御されることにより制御される。
【０１０７】
交流発電機１００は、車体４１０のフロント部分に設けられたエンジンルーム内にエンジン５２と共に配置され、エンジン５２の側部に搭載されてエンジン５２に機械的に連結されている。この機械的な連結は、エンジン５２のクランクシャフトに設けられたプーリー５１と交流発電機１００の回転軸に設けられたプーリー８とをベルト５０によって接続することにより実現できる。これにより、交流発電機１００はエンジン５２に回転駆動力を伝達することができると共に、エンジン５２からの回転駆動力を受けることができる。
【０１０８】
自動車４００のエレクトリックパワートレインは、図１や図２に示すように、バッテリ５５によって構成された１４ｖ系車載電源に電気的に接続されており、１４ｖ系車載電源との間で電力の授受している。１４ｖ系車載電源には、エンジン５２の始動装置であるスタータ５３や、図示省略したライト、ラジオ、方向指示器などの車載補機が電気的に並列接続されている。バッテリ５５には、出力電圧１２ｖ程度の鉛蓄電池が用いられている。
【０１０９】
交流発電機１００は、前述したように、回転電機本体にインバータ装置を含む駆動部２００が一体に搭載されたものである。固定子巻線３ａ，３ｂには駆動部２００によって制御された三相交流電力が供給されている。界磁巻線６には駆動部２００によって制御された界磁電流が供給されている。交流発電機１００は、固定子巻線３ａ，３ｂに三相交流電力が供給され、界磁巻線６に界磁電流が供給されることによって回転磁場が生じ、固定子に対して回転子が回転する。これにより、交流発電機１００は電動機として動作し、エンジン５２を始動するための回転駆動力を発生する。
【０１１０】
一方、交流発電機１００は、界磁巻線６に界磁電流が供給され、回転子がエンジン５２の回転駆動力によって回転すると、固定子巻線３ａ，３ｂに電圧が誘起する。これにより、交流発電機１００は発電機として動作し、バッテリ５５を充電するための三相交流電力を発生する。尚、本実施例では、交流発電機１００として同期式交流回転電機を用いる場合を例にとり説明するが、交流発電機１００として誘導式交流回転電機や永久磁石式交流発電機を用いてもよいものである。
【０１１１】
駆動部２００は電力変換装置であり、バッテリ５５から供給された直流電力を三相交流電力に変換する或いは交流発電機１００の発電によって得られた三相交流電力を直流電力に変換するものである。具体的に説明するとインバータ装置５０は、図２９に示すように、インバータ部１０１とレギュレータ１０２に大別されている。インバータ部１０１は変換回路１０１Ａと界磁回路１０１Ｂとを備えている。変換回路１０１Ａは、バッテリ５５から供給された直流電力を三相交流電力に変換或いは固定子巻線３ａ，３ｂから供給された三相交流電力を直流電力に変換する電力制御回路である。界磁回路１０１Ｂは、バッテリ５５から界磁巻線６に供給される界磁電流を制御する界磁電流制御回路である。レギュレータ１０２は制御回路１０２Ａと駆動回路１０２Ｂとを備えている。制御回路１０２Ａは、上位制御装置、例えばエンジン制御装置６０からの指令信号、交流発電機１００の相間電圧やバッテリ５５の端子電圧などに関する各種検知信号（フィードバック信号）に応じて、変換回路１０１Ａ及び界磁回路１０１Ｂの動作を制御するための指令信号を駆動回路１０２Ｂに出力する制御ロジック回路である。駆動回路１０２Ｂは、制御回路１０２Ａの指令信号を受けて、変換回路１０１Ａ及び界磁回路１０１Ｂを動作させるための駆動信号を変換回路１０１Ａ及び界磁回路１０１Ｂに出力するものである。尚、駆動部２００の回転電機本体への搭載性を向上さるために、本実施例では、従来より車両用交流発電機に搭載されていた電圧調整器を駆動部２００に一体化し、駆動部２００の搭載スペースを確保している。
【０１１２】
以上説明したように、本実施形態によれば、車両用交流発電機をモータ動作させる場合、従来と同様なインバータ回路を用いることができるため、コストを低減することができる。また、発電時においてはインバータ素子のＭＯＳ整流を行うことで整流素子の損失を低減することが可能となり、発電時の効率を向上することができる。さらに、Ｙ結線と△接線の複合巻線を採用することで、モータ動作および発電動作にそれぞれ最適巻線数とすることができ、モータ駆動、発電動作に最適な車両用発電機とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線のコイル配置図である。
【図５】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線の結線図である。
【図６】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線の他の例のコイル配置図である。
【図７】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線のコイル配置図である。
【図８】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の固定子巻線のその他の結線図である。
【図９】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の回路図である。
【図１０】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の動作波形図である。
【図１１】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の他の例の動作波形図である。
【図１２】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のトルク波形図である。
【図１３】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の回路図である。
【図１４】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機の動作波形図である。
【図１５】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機における第１コイル群の３相巻線に発生する誘起電圧と、バッテリー電圧との関係の説明図である。
【図１６】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時の動作波形図である。
【図１７】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時の回路図である。
【図１８】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機に用いるダイオードの特性図である。
【図１９】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時の回路図である。
【図２０】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時の他の回路図である。
【図２１】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時のその他の回路図である。
【図２２】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時のその他の例におけるタイミングチャートである。
【図２３】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時のその他の動作波形図である。
【図２４】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のＭＯＳ−ＦＥＴ整流時のその他の回路図である。
【図２５】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機に用いるダイオードの特性図である。
【図２６】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のその他の回路図である。
【図２７】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムに用いる車両用交流発電機のさらにその他の回路図である。
【図２８】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムを搭載した自動車の構成を示すブロック図である。
【図２９】本発明の一実施形態による車両用駆動発電システムのブロック図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１００…車両用交流発電機
２…固定子
２Ｔ…ティース
２Ｓ…スロット
３，３ａ，３ｂ…固定子巻線
４…回転子
５…爪磁極
６…界磁巻線
１９…パワーモジュール
２１…パワー素子
２２…磁極センサ
５２…エンジン
６０…エンジンコントロールユニット
１０２…レギュレータ
２００…駆動部
３００…マイコン
３０１…電圧変換器
【図１】
2006033897.tif 000003
【図２】
2006033897.tif 000004
【図３】
2006033897.tif 000005
【図４】
2006033897.tif 000006
【図５】
2006033897.tif 000007
【図６】
2006033897.tif 000008
【図７】
2006033897.tif 000009
【図８】
2006033897.tif 000010
【図９】
2006033897.tif 000011
【図１０】
2006033897.tif 000012
【図１１】
2006033897.tif 000013
【図１２】
2006033897.tif 000014
【図１３】
2006033897.tif 000015
【図１４】
2006033897.tif 000016
【図１５】
2006033897.tif 000017
【図１６】
2006033897.tif 000018
【図１７】
2006033897.tif 000019
【図１８】
2006033897.tif 000020
【図１９】
2006033897.tif 000021
【図２０】
2006033897.tif 000022
【図２１】
2006033897.tif 000023
【図２２】
2006033897.tif 000024
【図２３】
2006033897.tif 000025
【図２４】
2006033897.tif 000026
【図２５】
2006033897.tif 000027
【図２６】
2006033897.tif 000028
【図２７】
2006033897.tif 000029
【図２８】
2006033897.tif 000030
【図２９】
2006033897.tif 000031