(57)【要約】【課題】過電圧発生防止と発電特性向上を両立させるとともに、車両の加速性や燃費を向上させることが可能な車両用回転電機を得る。【解決手段】この発明に係る車両用回転電機は、バッテリ２６を充電する出力電圧を出力する電機子巻線２１が巻回された電機子鉄心２０を有する電機子１２と、界磁巻線１６が巻回された回転子鉄心１９と永久磁石２２ａ、２２ｂとを有する回転子８と、電機子巻線２１の出力電圧値に基づいて、界磁巻線１６に流れる界磁電流を制御することにより、出力電圧を制御する電圧制御ユニット１５とを備えている。回転子８が所定の回転速度以下で回転する場合に、電圧制御ユニット１５は、出力電圧をバッテリ２６の過電圧以下に設定された複数の制御電圧の内の１つに制御して、電機子巻線２１から出力電流をバッテリ２６に出力しないようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子鉄心、この電機子鉄心に設けられバッテリを充電する出力電圧を出力する電機子巻線を有する電機子と、
界磁巻線が設けられた回転子鉄心、前記電機子鉄心に磁束を供給する永久磁石を有する回転子と、
前記電機子巻線の出力電圧値、前記界磁巻線に流れる界磁電流の値およびその方向性に基づいて、前記界磁電流を制御することにより、前記出力電圧を制御する電圧制御手段とを備え、
前記回転子が回転する場合に、前記電圧制御手段は、前記出力電圧を、前記バッテリの過電圧以下に設定された複数の制御電圧の内の１つに制御して、前記電機子巻線から前記バッテリへの出力電流の出力を禁止することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
前記電圧制御手段は、前記電機子巻線の出力電圧を検出する電圧検出手段、
前記界磁巻線に流れる界磁電流の値およびその方向性を検出する界磁電流検出手段、
前記電圧検出手段によって検出した出力電圧と前記界磁電流検出手段によって検出した界磁電流の値およびその方向性とに基づいて、前記界磁巻線に供給するべき界磁電流の値とその方向性を算出する界磁電流指令演算手段、および、
前記界磁電流指令演算手段の算出した結果に基づいて、前記界磁巻線に流れる電流を制御する界磁電流制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用回転電機。
【請求項３】
前記複数の制御電圧は、少なくとも前記電機子巻線から前記バッテリへの出力電流の出力を禁止するための負荷遮断時制御電圧Vｌｏｗと、通常発電するための通常時制御電圧ＶｎとがＶｎ≧Ｖb＞Ｖlow（Ｖb：バッテリ電圧）の関係で設定されており、
前記回転子が接続されたエンジンの負荷を軽減する場合、前記出力電圧を前記負荷遮断時制御電圧Ｖlowに切り換え制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用回転電機。
【請求項４】
前記エンジンを備えた車両が加速開始する場合に、前記エンジンの負荷を軽減することを特徴とする請求項３に記載の車両用回転電機。
【請求項５】
前記車両の加速開始は、アクセルペダルの踏み込み量、踏み込み速度および踏み込み加速度の少なくとも何れか１つに基づいて検知されることを特徴とする請求項４に記載の車両用回転電機。
【請求項６】
複数の前記制御電圧には、さらに、前記バッテリを回生するための回生時制御電圧Ｖhighが、Ｖhigh＞Ｖｎ≧Ｖb＞Ｖlowの関係で設定されていることを特徴とする請求項３ないし５の何れか１項に記載の車両用回転電機。
【請求項７】
前記電圧制御手段は、前記バッテリの充電状態が所定のレベル以下で前記車両が減速を開始した場合に、前記出力電圧を前記回生時制御電圧Ｖhigh に切り換え制御することを特徴とする請求項６に記載の車両用回転電機。
【請求項８】
前記車両の減速開始は、アクセルペダルの踏みゆるめ速度、踏みゆるめ加速度およびブレーキペダル踏み込み量の少なくとも何れか１つに基づいて検知されることを特徴とする請求項７に記載の車両用回転電機。
【請求項９】
前記制御電圧は、前記バッテリのバッテリ温度に基づいて補正されることを特徴とする請求項６から請求項８の何れか１項に記載の車両用回転電機。
【請求項１０】
前記回転子は、前記回転子が接続されたエンジンの最大回転速度に対応した前記回転子の回転速度以下で回転することを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載の車両用回転電機。
【請求項１１】
前記電圧制御手段は、前記界磁電流を通常印加方向から零にし、前記出力電圧が前記制御電圧を越える場合には、前記界磁巻線に逆励磁して逆励磁電流を印加して前記出力電圧を前記制御電圧に制御することを特徴とする請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の車両用回転電機。
【請求項１２】
前記逆励磁電流は、前記電機子巻線、前記界磁巻線および前記永久磁石の磁化力の組合せに応じて、前記界磁電流による界磁起磁力を最大界磁起磁力から零に戻した直後に、前記出力電圧と前記回転子の回転速度とに基づいて設定されることを特徴とする請求項１１に記載の車両用回転電機。
【請求項１３】
前記出力電圧を前記負荷遮断時制御電圧Ｖlow から前記通常時制御電圧Ｖｎに戻す場合は、漸次移行していくことを特徴とする請求項３に記載の車両用回転電機。
【請求項１４】
前記漸次移行の設定時間は、車速、エンジン回転速度、シフト位置および電気負荷の大きさの少なくとも何れか１つに基づいて設定されることを特徴とする請求項１３に記載の車両用回転電機。
【請求項１５】
前記回転子鉄心は、クローポール型の磁極部を有することを特徴とする請求項１ないし１４の何れか１項に記載の車両用回転電機。
【請求項１６】
前記永久磁石は、前記磁極部の側面に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の車両用回転電機。
【請求項１７】
前記車両用回転電機は、充電発電機と電動機の両方を兼ね備えたものであることを特徴とする請求項１から請求項１６の何れか１項に記載の車両用回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電機子鉄心に磁束を供給する永久磁石を有する回転子を備えた車両用回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
界磁に永久磁石を使用した従来の車両用交流発電機において、高速回転時の発電量を低減してバッテリや電気負荷に対する過電圧による破壊を防止する技術がある。クローポール型回転子の磁極間に漏洩磁束を減ずる方向に磁化された永久磁石が介挿されており、この永久磁石の仕様を、界磁巻線の界磁電流を零にしたときの最大回転速度における発電機出力を車両の常用負荷の需要値とほぼ等しく、且つこの常用負荷の需要値を越えないような励磁力に調整するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２６７４５５６号公報（第２頁−第３頁、第１図−第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記車両用交流発電機によれば、界磁電流による励磁を行った後に界磁電流を零とした場合には界磁鉄心に残留磁気が残り、永久磁石による励磁力を調整したとしても、この残留磁気により高回転時の出力が増大し、バッテリが過電圧状態となるという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、過電圧発生防止と発電特性向上を両立させるとともに、車両の加速性や燃費を向上させることが可能な車両用回転電機を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る車両用回転電機は、電機子鉄心、この電機子鉄心に設けられバッテリを充電する出力電圧を出力する電機子巻線を有する電機子と、界磁巻線が設けられた回転子鉄心、電機子鉄心に磁束を供給する永久磁石を有する回転子と、電機子巻線の出力電圧値、界磁巻線に流れる界磁電流の値およびその方向性に基づいて、界磁電流を制御することにより、出力電圧を制御する電圧制御手段とを備え、回転子が回転する場合に、電圧制御手段は、出力電圧を、バッテリの過電圧以下に設定された複数の制御電圧の内の１つに制御して、電機子巻線からバッテリへの出力電流の出力を禁止することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る車両用回転電機によれば、過電圧発生防止と発電特性向上を両立させるとともに、車両の加速性や燃費を向上させることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【０００９】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１について、図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による充電発電機の構成を示す断面図であり、図２は、図１の回転子の詳細構造を示す斜視図である。
図１に示すように、回転電機であるこの充電発電機は、ボルト１により一体化されたブラケット２、３から構成されたケースと、このケース内に軸受４および５を介して支承され、一端部にプーリ６が固定された回転軸７と、この回転軸７に固定されたクローポール型の回転子８と、回転軸７の他端部に固定され回転子８に電流を供給するスリップリング９と、回転子８の両側面に固定された冷却ファン１０、１１と、ブラケット２、３に固定された電機子１２と、スリップリング９に摺動する一対のブラシを収納したブラシホルダ１３と、電機子１２に電気的に接続され電機子１２の出力電流を整流する整流装置１４と、ブラシホルダ１３に嵌着され、電機子１２の出力電圧を制御する電圧制御ユニット１５とを備えている。
【００１０】
回転子８は、電流を流して磁束を発生する界磁巻線１６と、この界磁巻線１６を覆って設けられその磁束によって磁極が形成される一対のポールコア体１７、１８からなる回転子鉄心１９とを備えている。
この回転子鉄心１９は、ボビン１６ａを介して界磁巻線１６が設けられた円筒部１７ａ、１８ａと、爪状の磁極部１７ｂ、１８ｂとを有する。
この磁極部１７ｂ、１８ｂは、それぞれ所定の極数形成されるとともに、界磁巻線１６の外径側を覆うように交互に交差している。隣接する磁極部１７ｂと１８ｂとは周方向に所定の間隔を介して一定のピッチで配列され、界磁巻線１６により交互に異極となるように磁化されている。この間隔には永久磁石２２ａ、２２ｂが介挿され、磁極部１７ｂと磁極部１８ｂと間の漏洩磁束を低減するようになっている。
【００１１】
電機子１２は、回転子８による回転磁界が通る電機子鉄心２０と、この電機子鉄心２０に導線が巻回されて構成され出力電流が流れる電機子巻線２１とから構成されている。
【００１２】
図３は、図１、２に示した充電発電機の要部を含むバッテリ充電システムを示す回路図である。
図３に示すように、バッテリ充電システムは、電機子巻線２１の出力電圧を制御する電圧制御手段である電圧制御ユニット１５と、この電圧制御ユニット１５に必要な情報を入力するＥＣＵ（Engine Control Unit）２３と、界磁電流制御回路１５ｂから出力された界磁電流値に応じた電圧信号を出力する界磁電流検出器２４と、電機子巻線２１の出力電流を整流する整流装置１４と、この整流装置１４に並列に接続されたコンデンサ２５と、整流装置１４を介して供給される電圧により充電されるバッテリ２６とを備えている。
図３において、矢印ａは正方向（励磁方向）の界磁電流の流れる方向を示し、矢印ｂは負方向（逆励磁方向）の界磁電流の流れる方向を示している。
【００１３】
電圧制御ユニット１５は、界磁電流制御演算指令部１５ａとこの界磁電流制御演算指令部１５ａの指令を受けて界磁電流の大きさと界磁電流の流れる方向とを制御する界磁電流制御手段である界磁電流制御回路１５ｂとを備えている。  
【００１４】
界磁電流制御演算指令部１５ａは、電機子巻線２１の出力電圧を検出する電圧検出手段である電圧検出回路２７と、界磁電流検出器２４の出力に基づいて界磁巻線１６に流れる界磁電流の値とその方向性とを検出する界磁電流検出手段である界磁電流検出演算回路２８と、この界磁電流検出演算回路２８によって検出した界磁電流値とこの界磁電流の方向性と、電圧検出回路２７によって検出した出力電圧とに基づいて、界磁巻線１６に供給するべき界磁電流の値とその方向性を算出する界磁電流指令演算手段である界磁電流指令演算回路２９とを備えている。
【００１５】
界磁電流制御演算指令部１５ａは、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２３を介して、バッテリ温度、バッテリ電圧、車速、エンジン回転速度、アクセルペダル踏み込み量、シフト位置、ブレーキペダル踏み込み量、発電電流量に応じて処理された信号を受けるようになっている。界磁電流制御演算指令部１５ａは、バッテリのバッテリ温度に基づいて、制御電圧を、バッテリが過放電、過充電にならない範囲に補正するようになっている。
また、界磁電流制御演算指令部１５ａは、車両の加速開始を、アクセルペダルの踏み込み量、踏み込み速度および踏み込み加速度の少なくとも何れか１つに基づいて検知するようになっている。
【００１６】
整流装置１４は、直列に接続されたダイオード１４ａ、１４ｂを並列に３つ配置して構成されている。電機子巻線２１の各Ｙ結線（スター結線）の端部が、交流配線を介して直列に接続されたダイオード１４ａとダイオード１４ｂの中間点にそれぞれ接続されている。この整流装置１４に並列にバッテリ２６およびコンデンサ２５が接続されている。整流装置１４により整流された電機子巻線２１の出力電流が、バッテリ２６に供給されるようになっている。すなわち、出力電圧がバッテリ２６の電圧よりも低い場合は、この整流装置１４により整流され出力電流が流れないようになっている。
【００１７】
次に、上記構成の充電発電機の動作について説明する。
回転子８が所定の回転速度で回転するとき、電機子鉄心２０に対する永久磁石２２ａ、２２ｂの磁化力により、界磁電流を最大値から零に戻した直後における出力電圧が、バッテリ２６の通常時の制御電圧あるいは回生時の制御電圧より高くなる。ここで、界磁電流が零の状態を維持すると、既述のように出力電圧の過電圧状態が継続して発生してしまう。
そこで、この発明の実施の形態１に係る充電発電機においては、界磁起磁力が低下するように界磁電流の流れる方向を逆方向に切り換え制御し、その制御をするための制御電圧を複数設けて、目的に応じて出力電圧を最適な制御電圧に制御するものである。
【００１８】
なお、電圧制御ユニット１５は、上述のように界磁電流を通常印加方向から零にしたにも拘らず出力電圧が所定の制御電圧を越える場合には、界磁巻線１６に逆励磁電流を印加して逆励磁して出力電圧を制御電圧に制御する。この逆励磁電流は、電機子巻線２１、界磁巻線１６および永久磁石２２ａ、２２ｂの磁化力の組合せに応じて、界磁電流による界磁起磁力を最大界磁起磁力から零に戻した直後に、出力電圧と回転子８の回転速度とに基づいて設定される。
【００１９】
以下、上述のメカニズムを図４乃至図６で従来およびこの実施の形態１の充電発電機の出力電圧の特性を比較しながら説明し、図７でこの実施の形態１の充電発電機の具体的な制御動作について説明する。
【００２０】
図４は、この発明の実施の形態１による充電発電機の界磁起磁力と無負荷出力電圧の関係を示す特性図である。図は、一定の回転速度（ここでは最高回転速度）において、磁極部１７ｂ、１８ｂに残留磁気がない状態から界磁巻線１６に界磁電流を流し、最大界磁起磁力から界磁電流を零まで減少させたときの電機子巻線２１の無負荷出力電圧を示している。磁気回路の略磁気飽和領域以下では、電機子巻線２１の出力電圧にヒステリシスが発生する。
すなわち、界磁電流を零にしても残留磁束による電圧Ｖ１が発生する。そして、磁極間に永久磁石２２ａ、２２ｂを設けた充電発電機では、永久磁石２２ａ、２２ｂの磁化力による磁束がこれに加算される。したがって、一定の回転速度以上では、電機子巻線２１の出力電圧は、通常時制御電圧Ｖｎ、回生時制御電圧Ｖhighを超えて、バッテリ２６が過電圧状態になり得る。
【００２１】
しかし、図に示すように、無負荷あるいは軽負荷の場合でも、比較的大きくない逆励磁起磁力（図のＶhigh制御時逆励磁起磁力、Ｖｎ制御時逆励磁起磁力、Ｖlow制御時逆励磁起磁力）、すなわち界磁電流を逆方向に流すことによって、電機子巻線２１の出力電圧を過電圧でない任意の制御電圧（Ｖhigh、Ｖｎ、Ｖlow）に制御することができる。
【００２２】
ここで、この発明の実施の形態１による充電発電機との比較例として、図５に、従来の永久磁石付き充電発電機の界磁起磁力と無負荷出力電圧の関係を示す。従来の永久磁石付き充電発電機は、図５に示すように、充電発電機が所定の回転速度で回転する場合、界磁巻線に流れる界磁電流を最大値から零に戻した直後の電機子巻線の出力電圧が、バッテリの通常時制御電圧Ｖｎ以下になるように設定されている。従って、磁石の種類や磁化力の強さなどに制限があり、発電出力特性を向上させることに限界があるのがわかる。
【００２３】
また、図６は、この発明の実施の形態１による充電発電機と従来の充電発電機との発電出力特性を示す特性図である。
図６に示すように、この発明の実施の形態１による充電発電機は、逆励磁電流の印加により出力電圧を所望の制御電圧に制御し、過電圧の発生を抑制することができるので、従来よりも永久磁石２２ａ、２２ｂの磁化力を大きく設定することが可能となり、最も大きな発電出力を発生させることがわかる。
【００２４】
この発明の実施の形態１による充電発電機では、既述の制御電圧として、通常の充電のための通常時制御電圧Ｖn、エンジンの負荷を軽減するための負荷遮断時制御電圧Ｖlow、バッテリ２６を回生充電するための回生時制御電圧Ｖhighの３つを設定する。そして、Ｖhigh＞Ｖn≧Ｖb＞Ｖlowという大小関係を設け、通常の充電時には出力電圧を通常時制御電圧Ｖnに制御し、車両加速時には負荷遮断時制御電圧Ｖlowに制御する。また、車両減速時には、回生時制御電圧Ｖhighに制御する。
【００２５】
図７は、図１の充電発電機の車速と出力電圧と出力電流との関係を示す図である。図７において、（Ａ）は、車両の車速および加減速状態の時系列的変化の一例を表わしており、（Ｂ）は、電圧制御ユニット１５が（Ａ）の車速および加減速状態に応じて適切な制御電圧に制御している時の出力電圧変化を表わしており、（Ｃ）は、（Ｂ）の制御電圧に制御された時の発電出力電流の変化を表わしている。なお、（Ａ）〜（Ｃ）のａ〜ｌの各点の同符合は、同じタイミングを表している。
【００２６】
ここで、（Ａ）において、ａ点からｂ点までは車両は停止状態を表しているが、エンジンはアイドリング状態である。ｂ点からｃ点までは停止状態からの緩やかな加速状態を表わしている。ｃ点からｄ点までは定速走行を表わしている。
また、（Ｂ）において、出力電圧は、ａ点からｄ点で、通常時制御電圧Ｖｎに制御されている。
また、（Ｃ）において、出力電流もａ点からｄ点で、一定出力になっている状態を示している。
【００２７】
次に、（Ａ）において、ｄ点からｅ点は急加速状態であり、ｅ点からｊ点は高速一定走行であり、ｊ点からｋ点までは減速状態であり、ｋ点からｌ点までは再び定速走行に戻ったことを示している。
また、（Ｂ）において、ｄ点で車両の加速開始を検出して界磁電流の逆励磁が実行され、出力電圧は負荷遮断時制御電圧Ｖlowに制御される。そして、加速終了時のｅ点の時点から所定時間後のｆ点にて今度は所定時間を要して緩やかに出力電圧を負荷遮断時制御電圧Ｖlowから通常時制御電圧Ｖｎまで上昇するように制御される。出力電圧は、ｈ点からｊ点までは再び通常時制御電圧Ｖｎ一定に制御される。次に、ｊ点で車両が減速を開始したことを検知すると、出力電圧は回生時制御電圧Ｖhighに上昇するように制御される。減速終了後、ｋ点からｌ点まで出力電圧を再び通常時制御電圧Ｖｎに戻す。
また、（Ｃ）において、出力電流は、ｄ点で出力電圧が通常時制御電圧Ｖｎから負荷遮断時制御電圧Ｖlowに急激に低下し、ｅ点では既に遮断されている。そして、（Ｂ）の出力電圧がバッテリ電圧Ｖｂに回復した時点であるｇ点から徐徐に出力電流が出力される。そして、出力電流は、ｈ点からｊ点まで一定出力となる。ｊ点にて（Ｂ）の出力電圧が回生時制御電圧Ｖhighにアップされたことにより、出力電流も増加する。そして、減速終了時点のｋ点から再び出力電圧が通常時制御電圧Ｖｎに戻され、出力電流も一定に保持されることになる。
【００２８】
ここで、上記のように出力電圧を負荷遮断時制御電圧Ｖlow から通常時制御電圧Ｖｎに戻す場合は、所定の時間を設けて漸次移行する。この所定の時間は、車速、エンジン回転速度、シフト位置、電気負荷の大きさに基づいて、適切な値を予め設定したマップから自動的に選択するか、または演算することによって設定される。
【００２９】
以上のように、この実施の形態１の充電発電機によれば、永久磁石２２ａ、２２ｂの電機子鉄心２０に対する磁化力と、界磁電流による最大界磁起磁力から界磁電流を零に戻した直後の残留磁束とに関係なく、出力電圧を、過電圧を発生させることなく電機子巻線２１から出力電流の出力を禁止する制御電圧に制御するので、車両の加速性を向上させると共に総合的に燃費を向上させることができる。さらに、過電圧の発生を抑制することができるので、永久磁石２２ａ、２２ｂの磁化力が大きいものを装着でき、発電特性も大幅に向上できる効果がある。
【００３０】
また、通常時の発電は、通常時制御電圧Ｖｎで発電出力し、例えば、車両の加速性を向上させる場合には、加速開始ポイントを検出判定し、電機子巻線２１からの出力電流の出力を禁止する負荷遮断時制御電圧Ｖlowに切り換え制御を行い、車両の加速性を向上させるとともに総合的に燃費を向上させることができる。
【００３１】
また、車両の加速開始ポイントを、アクセルペダルの踏み込み量、踏み込み速度および踏み込み加速度の少なくとも何れか１つに基づいて判断するので、運転者の意思を迅速に判断でき、運転者に違和感を与えないレスポンスの良い制御ができる。
【００３２】
また、バッテリ２６の回生充電時には、制御電圧を通常時制御電圧Ｖｎより高い回生時制御電圧Ｖhighとしたので、バッテリに効率良く回生蓄電できる。
【００３３】
また、車両の減速開始ポイントを、アクセルペダルの踏みゆるめ量、踏みゆるめ速度およびブレーキペダル踏み込み量の少なくとも何れか１つに基づいて判断するので、運転者の意思を正確かつ迅速に判断でき、運転者に違和感を与えない最適な制御ができる効果がある。
【００３４】
また、バッテリ温度に基づいて、制御電圧を適正な値に補正するので、バッテリ２６の寿命を向上することができる。
【００３５】
また、内燃機関の最大回転速度に対応する充電発電機の回転速度の範囲で過電圧が発生するのを抑制することができる。
【００３６】
また、逆励磁電流は、電機子巻線２１、界磁巻線１６および永久磁石２２ａ、２２ｂの磁化力の組合せに応じて、界磁電流による界磁起磁力を最大界磁起磁力から零に戻した直後に、出力電圧と回転子８の回転速度とに基づいて設定されるので、目標とする制御電圧に速やかに移行でき、車両加速時に素早く適切な制御ができるという効果がある。
【００３７】
出力電圧を負荷遮断時制御電圧Ｖlowから通常時制御電圧Ｖｎに切り換える場合には、漸次移行していくようにするので、エンジンに大きな負荷が急に加わることが無く、減速ショックを乗員に感じさせないようにすることができる。
また、漸次移行の時間は、車速、エンジン回転速度、シフト位置、電気負荷の大きさによって適切な値に調整されるので、制御電圧の切換に伴うショックがさらに軽減される。
【００３８】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による発電電動機は、エンジンの始動およびアシスト駆動する電動機として機能する場合と充電発電機として機能する場合を切り換えて使用するものである。
【００３９】
この実施の形態２で示す以下の図８および図９における記号は、実施の形態１で示す図１ないし図３で示された記号と同じものについては、同じ名称であり、かつ、同様な機能を有するものである。
【００４０】
図８は、この発明の実施の形態２による発電電動機の構成を示す断面図である。図８において、回転電機である発電電動機は、実施の形態１の充電発電機と比べて、特有な構成要素として、さらに、回転子８の回転位置を検出する回転位置検出器３０と、電機子巻線２１に接続された三相端子３１とを備えている。
【００４１】
図９は、図８に示した発電電動機の要部を含むシステムを示す回路図である。
図９において、このシステムは、電機子巻線２１の出力電圧を制御する電圧制御手段である制御装置３２と、この制御装置３２に必要な情報を入力するＥＣＵ（Engine Control Unit）２３と、制御装置３２の指令に応じて界磁電流を制御する界磁電流制御装置３３と、この界磁電流制御装置３３から出力された界磁電流値に応じた電圧信号を出力する界磁電流検出器２４と、電機子巻線２１の出力電流を整流するインバータモジュール３４を有するインバータユニット３５と、このインバータユニット３５を介して供給される電圧により充電されるバッテリ２６とを備えている。
【００４２】
制御装置３２は、界磁電流制御装置３３を制御して、界磁巻線１６に流れる界磁電流の大きさと界磁電流の流れる方向を制御する。
【００４３】
インバータモジュール３４は、並列に接続されたスイッチング素子３４ａおよびダイオード３４ｂの組を２組直列に接続したものを並列に３つ配置して構成されている。電機子巻線２１の各Ｙ結線（スター結線）の端部が、交流配線を介して直列に接続されたスイッチング素子３４ａの中間点（接続点）にそれぞれ接続されている。
インバータモジュール３４は、制御装置３２によりスイッチング素子３４ａのスイッチング動作が制御される。
【００４４】
以上のように構成されたこの発明の実施の形態２による発電電動機の動作について説明する。発電電動機は、充電発電機と電動機の両方の機能を併せ持っており、例えば、ハイブリッド自動車のアイドリングストップなどに使用される。ここでは、発電電動機の動作をこのアイドリングストップにおける動作を通して説明する。
【００４５】
まず、アイドリングストップを開始するための条件が成立すると、図示しないエンジンが停止され、そしてエンジンを再始動する条件が揃うと、バッテリ２６から直流電力がインバータユニット３５に給電される。そこで、制御装置３２がインバータモジュール３４の各スイッチング素子３４ａをＯＮ／ＯＦＦ制御し、直流電力が三相交流電力にされ、この三相交流電力が交流配線を介して電機子１２の電機子巻線２１に供給される。
【００４６】
これにより、界磁電流制御装置３３により界磁電流が供給されている回転子８の界磁巻線１６の周囲に回転磁界が与えられ、回転子８が回転駆動される。そして、この回転子８の回転動力がプーリ６から図示しない動力伝達装置を介してエンジンに伝達されて、エンジンが始動される。
【００４７】
そして、エンジンが始動されると、逆にエンジンの回転動力が前記動力伝達装置を介して回転子８に伝達される。これにより、回転子８が回転駆動して電機子巻線２１に三相交流電圧が誘起される。
そこで、制御装置３２が各スイッチング素子３４ａをＯＮ／ＯＦＦ制御し、電機子巻線２１に誘起された三相交流電力を直流電力に変換してバッテリ２６を充電する。
その後の充電発電機としての制御動作および機能、そして効果は、実施の形態１で説明した内容と同様である。
【００４８】
図１０は、この発明の実施の形態２による発電電動機と従来の発電電動機のトルク特性を示す特性図である。
図１０において、それぞれの発電電動機のトルク特性曲線は、「従来（磁石無し）」、「従来（磁石有り）」、そして磁石の起磁力をアップさせた「実施の形態２（磁石有り）」を示している。これらの発電電動機については、基底トルク（低回転時の最高トルク）が同じになるように電機子巻線の仕様を調整している。
図１０より、「実施の形態２の磁石有り」は、同じ回転速度の時は大きなトルクが得られると共に、高回転速度までトルクを発生させることができることがわかる。
【００４９】
以上のように、この発明の実施の形態２による発電電動機によれば、エンジンを始動する機能だけでなく、エンジン始動直後にエンジンのトルクをアシストして車両をスムーズに動かせたり、加速レスポンスを向上させたりする機能を付加することができる。
【００５０】
なお、上記各実施の形態では、電機子巻線２１が三相Ｙ結線して構成されているものとしているが、電機子巻線２１は三相Δ結線して構成してもよい。
また、上記各実施の形態では、電機子巻線２１が三相で構成されているものとしているが、三相に限定されるものではなく、四相以上の多相巻線でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の実施の形態１による充電発電機の構成を示す断面図である。
【図２】図１の充電発電機の回転子部分の詳細構造を示す斜視図である。
【図３】図１の充電発電機の要部を含むバッテリ充電システムを示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１による充電発電機の界磁起磁力と無負荷出力電圧の関係を示す特性図である。
【図５】従来の永久磁石付き充電発電機の界磁起磁力と無負荷出力電圧の関係を示す特性図である。
【図６】図１の充電発電機と従来の充電発電機の発電出力特性を示す特性図である。
【図７】図１の充電発電機の車速と出力電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２による充電電動機の構成を示す断面図である。
【図９】図８の発電電動機の要部を含むシステムを示す回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による発電電動機と従来の発電電動機のトルク特性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５２】
８  回転子、１２  電機子、１６  界磁巻線、１９  回転子鉄心、２１  電機子巻線、２０  電機子鉄心、２２ａ、２２ｂ  永久磁石、２４  界磁電流検出器、２６  バッテリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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