專利名稱：車輛用起動發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及與車輛發(fā)動機連接、進行發(fā)動機起動及發(fā)電的車輛用起動發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
在以往的爪極(claw pole)型車輛用交流發(fā)電機中，將永磁體配置在爪形磁極之間，以提高發(fā)電特性(例如，參照專利文獻1)。但是，在專利文獻1中，關(guān)于將車輛用交流發(fā)電機用作為進行發(fā)動機起動及發(fā)電的車輛用旋轉(zhuǎn)電機，什么也沒有敘述和啟發(fā)。
另外，在具有發(fā)動機起動功能及發(fā)電功能的爪極型轉(zhuǎn)電機的以往技術(shù)中，在將永磁體配置在爪形磁極之間時，沒有敘述關(guān)于兼顧起動功能及發(fā)電功能的方案。
專利文獻1特許第2548882號說明書在車輛用起動電動機中，為了得到發(fā)動機起動時的超越轉(zhuǎn)矩，同時使發(fā)動機轉(zhuǎn)速起動達到高速，必須提高恒輸出功率區(qū)域中的輸出功率。而且，通過增加電樞繞組的匝數(shù)，從而不增大車輛用起動電動機的體積，而能夠增加最大轉(zhuǎn)矩。但是，在增加電樞繞組的匝數(shù)時，由于輸入電壓的限制，因此在恒輸出功率區(qū)域中的輸出功率降低，而不能夠到達發(fā)動機起動目標轉(zhuǎn)速。
另外，在車輛用交流發(fā)電機中，要求以高效率進行發(fā)電運轉(zhuǎn)。然而，增加電樞繞組的匝數(shù)意味著電樞繞組的電阻增加，電樞繞組的銅耗增加，發(fā)電效率降低。
這樣，在具有發(fā)動機起動及發(fā)電功能的旋轉(zhuǎn)電機、即所謂的車輛用起動發(fā)電電機中，若增加電樞繞組的匝數(shù)，則不能高效率發(fā)電運轉(zhuǎn)，若不增加電樞繞組的匝數(shù)，則不能增加發(fā)動機起動運轉(zhuǎn)時的最大轉(zhuǎn)矩，因此要求解決上述這樣的矛盾的問題。
另外，若減少電樞繞組的匝數(shù)，在發(fā)電運轉(zhuǎn)狀態(tài)的所希望的轉(zhuǎn)速下，發(fā)電電壓達不到系統(tǒng)電壓。在這種情況下，利用逆變器等進行斬波器升壓控制等來進行發(fā)電，能夠這樣能夠使發(fā)電電壓到達系統(tǒng)電壓。但是，在利用該逆變器進行的升壓發(fā)電狀態(tài)下，為了提高發(fā)電量，必須加大控制的線電流，將導致逆變器大型化。
在以往的具有發(fā)電功能的車輛用旋轉(zhuǎn)電機中，盡管轉(zhuǎn)速在變動，但必須將發(fā)電電壓控制為一定，同時車輛側(cè)的電氣負載也變動。為了解決這一問題，就采用勵磁繞組方式，利用電壓調(diào)節(jié)器來控制勵磁電流。
但是，在以往的勵磁繞組式旋轉(zhuǎn)電機中存在的問題是，由于轉(zhuǎn)子鐵心的磁飽和以及漏磁通的影響，不能期望磁通增加達到現(xiàn)狀以上，在起到作為起動電動機的功能時，為了提高最大轉(zhuǎn)矩，將導致體積增大，成本上升及安裝性差。
本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的，其目的在于得到廉價的小型車輛用起動發(fā)電裝置，這種車輛用起動發(fā)電裝置包括具有爪極型轉(zhuǎn)子的車輛用旋轉(zhuǎn)電機，將永磁體配置在爪形磁極之間，導致磁通增加，并且不增加電樞繞組的匝數(shù)，能夠提高最大轉(zhuǎn)矩，兼顧發(fā)動機起動功能及發(fā)電功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的車輛用起動發(fā)電裝置，具有電池；與發(fā)動機連接并在該發(fā)動機起動時利用所述電池的功率進行驅(qū)動來驅(qū)動該發(fā)動機、而且在該發(fā)動機起動后被發(fā)動機驅(qū)動以產(chǎn)生交流功率的車輛用旋轉(zhuǎn)電機；具有多組在所述電池的正負端子之間串聯(lián)連接的一對開關(guān)元件及與該開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管、并將串聯(lián)連接的開關(guān)元件的連接點與所述車輛用旋轉(zhuǎn)電機連接的逆變器；以及控制裝置，所述控制裝置控制所述逆變器，使得在所述發(fā)動機起動時，使所述開關(guān)元件導通或關(guān)斷，將所述電池的功率供給所述車輛用旋轉(zhuǎn)電機，來驅(qū)動該車輛用旋轉(zhuǎn)電機，在所述發(fā)動機起動后，控制上述開關(guān)元件，利用所述二極管組，使所述車輛旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)生的交流功率整流，對所述電池進行充電，其中，所述車輛用旋轉(zhuǎn)電機包含卷繞電樞繞組的電樞鐵心；以及具有配置在所述電樞鐵心的內(nèi)周側(cè)的爪極型轉(zhuǎn)子鐵心、和卷繞安裝在該爪極型轉(zhuǎn)子鐵心的爪形磁極內(nèi)周側(cè)的勵磁繞組的轉(zhuǎn)子，再有，永磁體配置在相鄰的所述爪形磁極之間。
根據(jù)本發(fā)明，由于將永磁體配置在爪形磁極之間，從而對轉(zhuǎn)子附加磁通，因此能夠不增加電樞繞組的匝數(shù)，而提高最大轉(zhuǎn)矩。另外，由于為了提高轉(zhuǎn)矩，而不需要增加電樞繞組的匝數(shù)，因此能夠抑制因增加電樞繞組的匝數(shù)而引起的在一定輸出區(qū)域中的特性降低，同時能夠抑制旋轉(zhuǎn)的體積增大，謀得實現(xiàn)小型及低成本。


圖1所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機的縱向剖視圖。
圖2所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機的轉(zhuǎn)子立體圖。
圖3所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電裝置的概念圖。
圖4所示為作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機在起動運轉(zhuǎn)時的驅(qū)動特性圖。
圖5所示為作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機在發(fā)電運轉(zhuǎn)時的發(fā)電特性圖。
圖6所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機在起動運轉(zhuǎn)時的驅(qū)動特性圖。
圖7所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機在發(fā)電運轉(zhuǎn)時的發(fā)電特性圖。
圖8所示為本發(fā)明實施形態(tài)2有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機在發(fā)電運轉(zhuǎn)時的發(fā)電特性圖。
圖9所示為本發(fā)明實施形態(tài)3有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機的勵磁電流與驅(qū)動特性的關(guān)系圖。
圖10所示為本發(fā)明實施形態(tài)4有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機在起動運轉(zhuǎn)時的驅(qū)動特性圖。
圖11所示為本發(fā)明實施形態(tài)5有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機的勵磁磁通勢與有效磁通的關(guān)系說明圖。
具體實施例方式
圖1所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機的縱向剖視圖，圖2所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機的轉(zhuǎn)子立體圖，圖3所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電裝置的概念圖。
在圖1及圖2中，作為車輛用旋轉(zhuǎn)電機的車輛用起動發(fā)電電機1，具有由分別是近似碗狀的鋁制前端蓋2及后端蓋3構(gòu)成的機殼4、通過軸承5a及5b支持在該機殼4中并可自由旋轉(zhuǎn)的軸6、固定在機殼4的前端側(cè)伸出的軸6的一端上的皮帶輪7、固定在該軸6上并配置在機殼4內(nèi)可自由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子8、保持在機殼4的內(nèi)壁面以包圍該轉(zhuǎn)子8的電樞9、固定在軸6的另一端部的一對滑環(huán)10、配置在滑環(huán)10的外周的刷握11、以及配置在刷握11內(nèi)與各滑環(huán)10滑動接觸的電刷12。
電樞9具有被前端蓋2及后端蓋3夾在當中并包圍轉(zhuǎn)子8而配置的電樞鐵心13、以及在該電樞鐵心13上卷繞的電樞繞組14。
轉(zhuǎn)子8具有流過電流而產(chǎn)生磁通的勵磁繞組15、以及覆蓋該勵磁繞組15而設置并利用該磁通形成磁極的爪極型(蘭德爾型)轉(zhuǎn)子鐵心16。該轉(zhuǎn)子鐵心16利用鐵制的一對磁極鐵心17及18構(gòu)成，該一對磁極鐵心17及18的各自的爪形磁極17a及18a在圓柱狀的軸轂部分17b及18b的外周邊緣部分沿圓周方向以等角間距突出設置。另外，各爪形磁極17a是從軸轂部分17b的軸向一端的外周邊緣部分，向徑向外側(cè)延伸設置，然后向軸向另一端延伸設置而形成。另外，各爪形磁極18a是從軸轂部分18b的軸向另一端的外周邊緣部分，向徑向外側(cè)延伸設置，然后向軸向異端延伸設置而形成。然后，一對磁極鐵心17及18使軸轂部分17b的軸向另一端端面與軸轂部分18b的軸向一端端面面對面，使得爪形磁極17a與18a互相咬合，再將軸6壓入軸轂17b及18b的軸心位置，并形成一體。另外，風扇19固定在轉(zhuǎn)子8的軸向兩端。再有，永磁體20分別沿圓周方向配置在相鄰的爪形磁極17a，18a之間，各永磁體20例如用鐵氧體永磁體制成，然后進行磁化，使得形成與相接的爪形磁極17a及18a的極性相同的極性，即在與N極磁極相接的一側(cè)形成N極，在與S極磁極相接的一側(cè)形成S極。
另外，在線圈架21上卷繞勵磁繞組15，裝在被爪形磁極17a及18a、永磁體20及軸轂部分17b及18b包圍的空間內(nèi)。
另外，旋轉(zhuǎn)變壓器22配置在軸承5b的軸向外側(cè)。該旋轉(zhuǎn)變壓器22是檢測轉(zhuǎn)子8相對于電樞9的相對位置、好轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速的裝置。然后，將旋轉(zhuǎn)變壓器22的檢測信號作為旋轉(zhuǎn)信號(f)，向后述的控制裝置28輸出。
下面，參照圖3說明采用這樣構(gòu)成的車輛用起動發(fā)電電機1的車輛用起動發(fā)電裝置的構(gòu)成。
車輛用起動發(fā)生電機1的轉(zhuǎn)子8，利用皮帶(未圖示)與發(fā)動機32的曲柄軸連接。這里，電樞繞組14是將三相繞組進行Y連接而構(gòu)成。
逆變器單元23，具有由多個開關(guān)元件26及與各開關(guān)元件26并聯(lián)連接的二極管27構(gòu)成的逆變器組件24、以及與逆變器組件24并聯(lián)連接的電容器25。該電容器25具有使得流過逆變器組件24的電流平滑的作用。
逆變器組件24并聯(lián)配置三個將兩組并聯(lián)連接的開關(guān)元件26及二極管27串聯(lián)連接的電路，將這些元件26及27封入封裝中，形成一體而構(gòu)成。然后，電樞繞組14的Y連接各端部分別與串聯(lián)連接的開關(guān)元件26的中點連接。
逆變器組件24的開關(guān)元件26的開關(guān)動作早用控制裝置28進行控制。然后，對車輛用起動發(fā)電電機1供給功率，作為起動電動機動作，使發(fā)動機32起動。另外，車輛用起動發(fā)電電機1在發(fā)動機32起動后，利用發(fā)動機32進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，作為交流發(fā)電機動作，產(chǎn)生三相交流電壓。
車輛用起動發(fā)電電機1的驅(qū)動用電源即36V系統(tǒng)的第1電池29與逆變器組件24并聯(lián)連接。該車輛用起動發(fā)電電機1利用第1電池29，以高電壓(36V)運轉(zhuǎn)。另外，由于車輛中安裝的電氣負載一般是以12V作為額定，因此安裝有12V系統(tǒng)的第2電池30。因此，與逆變器單元24并聯(lián)連接有DC/DC變換器31，使得能夠?qū)﹄姎庳撦d驅(qū)動用的第2電池30充電。
即，在利用車輛用盧動發(fā)電電機1使發(fā)動機32起動時，必須加大車輛用起動發(fā)電電機1產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，即加大對電樞繞組14的通電電流量。而且，在利用對車輛中安裝的電氣負載進行驅(qū)動用的第2電池30進行運轉(zhuǎn)中，布線損耗增大，進而為了減小布線電阻，而布線本身變大。因此，將電池電壓升高，以降低饋電損耗。
下面，說明這樣構(gòu)成的車輛用起動發(fā)電裝置的動作。
首先，控制裝置28控制各開關(guān)元件26進行導通或關(guān)斷，利用第1電池29的直流功率來產(chǎn)生三相交流功率。該三相交流功率供給電樞繞組14，對轉(zhuǎn)子8的勵磁繞組15提供旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子8旋轉(zhuǎn)。然后，轉(zhuǎn)子8的旋轉(zhuǎn)力通過皮帶輪7及皮帶(未圖示)，向發(fā)動機32傳遞，驅(qū)動發(fā)動機32旋轉(zhuǎn)、即起動。
然后，若發(fā)動機32起動，則發(fā)動機32的旋轉(zhuǎn)力通過皮帶及皮帶輪，向車輛用起動發(fā)電電機1傳遞。通過這樣，驅(qū)動轉(zhuǎn)子8旋轉(zhuǎn)，在電樞繞組14中感應出三相交流電壓。因此，控制裝置28使各開關(guān)元件26關(guān)斷，利用交流發(fā)電模式使車輛用起動發(fā)電電機1發(fā)電。在這種發(fā)電狀態(tài)下，逆變器單元24變成三相全波整流電路，它是將串聯(lián)連接的一組兩個二極管27并聯(lián)連接三組而形成的，在電樞繞組14中感應的三相交流電壓利用逆變器單元23進行整流，形成直流。然后，然后，利用由逆變器單元23整流的直流功率，對第1電池29充電。另外，由逆變器單元23整流的直流功率利用DC/DC變換器31變換為12V，供給第2電池30。
下面，參照圖4及圖5說明通過改變電樞繞組的匝數(shù)而引起的車輛用起動發(fā)電電機的特性變化。圖4所示為作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機在起動運轉(zhuǎn)時的驅(qū)動特性圖，圖中的曲線A1是設電樞繞組的匝數(shù)為4匝時的驅(qū)動特性，曲線A2是設電樞繞組的匝數(shù)為5匝時的驅(qū)動特性。圖5所示為作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機在發(fā)電運轉(zhuǎn)時的發(fā)電特性圖，圖中的曲線B1是設電樞繞組的匝數(shù)為4匝時的交流發(fā)電模式下的發(fā)電特性，曲線B2是設電樞繞組的匝數(shù)為5匝時的交流發(fā)電模式下的發(fā)電特性。這里，作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機除了沒有配置永磁體20這一點以外，與上述的車輛用起動發(fā)電電機1同樣地構(gòu)成。另外，各圖的橫軸表示車輛用起動發(fā)電電機(軸6)的轉(zhuǎn)速。
在圖4中，如曲線A1及A2所示，在從轉(zhuǎn)速0r/min延伸的水平區(qū)域是由被控制的逆變器的電流容量所決定的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，若設逆變器最大電流容量相同，則產(chǎn)生與電樞繞組的匝數(shù)成正比的轉(zhuǎn)矩。然后，若轉(zhuǎn)速增加，則車輛用起動發(fā)電電機的端電壓不能超過輸入的電壓，則隨著轉(zhuǎn)速的增加而同時轉(zhuǎn)矩下降(恒輸出功率區(qū)域)。
根據(jù)圖4可知，若增加電樞繞組的匝數(shù)，則最大轉(zhuǎn)矩增加，但恒輸出功率區(qū)域下降。即，同一轉(zhuǎn)速的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域中成為曲線A1＜曲線A2，而在恒輸出功率區(qū)域中成為曲線A1＞曲線A2。而且，通過增加電樞繞組的匝數(shù)，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域變窄。
這樣可知，作為起動電動機，雖然希望到達起動轉(zhuǎn)速要高，但僅單單增加電樞繞組的匝數(shù)，不能得到理想的功能。
在圖5中，如曲線B1及B2所示可知，通過增加電樞繞組的匝數(shù)，充電開始轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速側(cè)移動，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的發(fā)電量增加。但是，通過增加電樞繞組的匝數(shù)，相對于同一轉(zhuǎn)速的反電動勢也增大，再由于電樞繞組電阻增大，因此在高轉(zhuǎn)速區(qū)域的發(fā)電量降低。
這樣，作為發(fā)電機，僅單單增加電樞繞組的匝數(shù)，不能得到理想的功能。
即，在沒有配置永磁體的作為比較例的勵磁繞組式起動電動發(fā)電機中，提高驅(qū)動特性與提高發(fā)電特性是相反的，問題在于解決的方案。
下面，參照圖6及圖7說明通過配置永磁體20而引起的車輛用起動發(fā)電電機的特性變化。圖6所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機在起動運轉(zhuǎn)時的驅(qū)動特性圖，圖中的曲線A1是作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機的驅(qū)動特性，曲線A3是車輛用起動發(fā)電電機1的驅(qū)動特性。圖7所示為本發(fā)明實施形態(tài)1有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機在發(fā)電運轉(zhuǎn)時的發(fā)電特性圖，圖中的曲線B1是作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機的發(fā)電特性，曲線B3是車輛用起動發(fā)電電機1的發(fā)電特性。另外，車輛用起動發(fā)電電機1的電樞繞組的匝數(shù)與作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機的電樞繞組的匝數(shù)(4匝)相同。
由圖6可知，在將永磁體20配置在爪形磁極17a與17b之間的車輛用起動發(fā)電電機1中，與作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機相比，恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域中的最大轉(zhuǎn)矩增大，可以抑制在恒輸出功率區(qū)域中的特性下降(參照曲線A1及A3)。該最大轉(zhuǎn)矩的提高可以認為是由于對轉(zhuǎn)子8附加了永磁體20的磁通。另外，由于電樞繞組14的匝數(shù)相同，因此可以抑制因增加電樞繞組14的匝數(shù)而引起的在恒輸出功率區(qū)域中的特性下降。
根據(jù)圖7可知，在車輛用起動發(fā)電電機1中，充電開始轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速側(cè)移動，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的發(fā)電量增加。再有，可以抑制在高轉(zhuǎn)速區(qū)域的發(fā)電特性下降(參照曲線B1及B3)。該充電開始轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速側(cè)移動可以認為是由于因附加了永磁體20的磁通而引起總磁通的增加。另外，由于電樞繞組14的匝數(shù)相同，因此不會有因增加電樞繞組14的匝數(shù)而引起的相對于同一轉(zhuǎn)速的反電動勢增大及電樞繞組14的電阻增大的情況，可以抑制在高轉(zhuǎn)速區(qū)域的特性下降。再有，由于對勵磁繞組15產(chǎn)生的磁通勢附加了永磁體20產(chǎn)生的磁通勢，因此勵磁磁通勢增大，在運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的整個區(qū)域中能夠增加輸出功率。
這樣，根據(jù)本實施形態(tài)1，由于將永磁體20配置在相鄰爪形磁極17a與18a之間，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可兼顧起動發(fā)電裝置所要求的起動特性提高及發(fā)電特性提高的車輛用起動發(fā)電裝置。
而且，由于對轉(zhuǎn)子8附加了永磁體20的磁通，因此能夠不增大轉(zhuǎn)子8的體積而增加最大轉(zhuǎn)矩，能夠抑制成本上升及安裝性差。
另外，在上述實施形態(tài)1中，作為永磁體20是假設采用鐵氧體永磁體，但也可以采用永磁體中的高剩磁通型的永磁體，例如采用釹鐵永磁體。在這種情況下，能夠減少電樞繞組14的線電流，能夠?qū)崿F(xiàn)逆變器小型化，能夠?qū)⒊杀旧仙种茷樽畹拖薅取?br> 實施形態(tài)2圖8所示為本發(fā)明實施形態(tài)2有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機在發(fā)電運轉(zhuǎn)時的發(fā)電特性圖，圖中的曲線B1是表示電樞繞組的匝數(shù)為4匝而且設有配置永磁體的作為比較例的車輛用起動發(fā)電機在交流發(fā)電模式下的發(fā)電特性，曲線B3是表示電樞繞組的匝數(shù)為4匝、而且配置了永磁體的車輛用起動發(fā)電電機在交流發(fā)電模式下的發(fā)電特性，曲線B4是表示電樞繞組的匝數(shù)為6匝、而且沒有配置永磁體的作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機在交流發(fā)電模式下的發(fā)電特性，曲線B5是表示電樞繞組的匝數(shù)為4匝、而且沒有配置永磁體的作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機在逆變器發(fā)電模式下的發(fā)電特性。
另外，在逆變器發(fā)電模式的情況下，控制裝置28對控制各開關(guān)元件26的導通或關(guān)斷，將電樞繞組14中感應的三相交流電壓整流為直流。
一般的車輛用交流發(fā)電機，由于重視發(fā)電時的低速區(qū)發(fā)電量，因此將電樞繞組14的匝數(shù)設定為6匝左右。即，一般的車輛用交流發(fā)電機的發(fā)電特性表示有與曲線B4所示的車輛用起動發(fā)電電機相同的發(fā)電特性。
而且，若將電樞繞組14的匝數(shù)從6匝設定為4匝，則如曲線B1所示可知，充電開始轉(zhuǎn)速向高轉(zhuǎn)速側(cè)移動，但在高轉(zhuǎn)速區(qū)域的發(fā)電量增加。
另外，若對于將電樞繞組14的匝數(shù)設定為4匝的車輛用起動發(fā)電電機配置永磁體20，則如曲線B3所示可知，充電開始轉(zhuǎn)速向低轉(zhuǎn)速側(cè)移動，同時在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的發(fā)電量增加。
再有，若使將電樞繞組14的匝數(shù)設定為4匝的車輛用起動發(fā)電電機從逆變器發(fā)電模式發(fā)電，則如曲線B5所示可知，與電樞繞組14的匝數(shù)為6匝的車輛用起動發(fā)電電機相比，充電開始轉(zhuǎn)速降低，而且在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的發(fā)電量增加。
因此，通過使將電樞繞組14的匝數(shù)設定為4匝的車輛用起動發(fā)電電機在低轉(zhuǎn)速區(qū)域以逆變器發(fā)電模式發(fā)電，在高轉(zhuǎn)速區(qū)域以交流發(fā)電模式發(fā)電，能夠得到比電樞繞組14的匝數(shù)為6匝的車輛用起動發(fā)電電機、即一般的車輛用交流發(fā)電機要好的發(fā)電特性。
再有，通過使配置永磁體20、而且將電樞繞組14的匝數(shù)設定為4匝的車輛用起動發(fā)電電機在低轉(zhuǎn)速區(qū)域以逆變器發(fā)電模式發(fā)電，在高轉(zhuǎn)速區(qū)域以交流發(fā)電模式發(fā)電，能夠得到更好的發(fā)電特性。這時，由于通過配置永磁體20而使勵磁磁通提高，因此以逆變器發(fā)電模式的發(fā)電量大于曲線B5。但是，由于以逆變器發(fā)電模式的發(fā)電量只要得到與曲線B5相同的發(fā)電量即可，因此能夠減少流過電樞繞組14的線電流，能夠謀得實現(xiàn)逆變器的小型化及低成本。
這樣，在將永磁體20配置在爪形磁極17a與18a之間的車輛用起動發(fā)電電機中，控制裝置28根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器22的輸出，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域時，控制各開關(guān)元件26的導通或關(guān)斷，以逆變器發(fā)電模式發(fā)電，在高轉(zhuǎn)速區(qū)域時，將各開關(guān)元件26關(guān)斷，以交流發(fā)電模式發(fā)電，通過這樣能夠?qū)崿F(xiàn)在遍及全部速度區(qū)域可以得到良好發(fā)電特性的車輛用起動發(fā)電裝置。另外，由于配置了永磁體20，因此能夠減少電樞繞組14的匝數(shù)，謀得小型化，同時能夠減少流過電樞繞組14的線電流，謀得實現(xiàn)逆變器的小型化及低成本。
再有，由于能夠在一般的車輛用交流發(fā)電機的基礎上制造車輛用起動發(fā)電電機，因此能夠以低成本制成車輛用起動發(fā)電電機。
另外，在圖8中，曲線B3與曲線B5的交點約為1750r/min。另外，由于車輛用旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩傳遞皮帶輪比為2.5左右，因此若將軸6的轉(zhuǎn)速1750r/min換算為發(fā)動機32的轉(zhuǎn)速，則相當于700r/min。另外，發(fā)動機常用轉(zhuǎn)速區(qū)域為700～3000r/min。因此，例如控制裝置28在發(fā)動機32起動后，只要如下那樣控制即可，即在到達常用轉(zhuǎn)數(shù)區(qū)域之前(低轉(zhuǎn)速區(qū)域)，以逆變器發(fā)電模式發(fā)電，而在到達常用轉(zhuǎn)數(shù)域之后(高轉(zhuǎn)速區(qū)域)，以交流發(fā)電模式發(fā)電。
實施形態(tài)3圖9所示為本發(fā)明實施形態(tài)3有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機的勵磁電流與驅(qū)動特性的關(guān)系圖。另外，圖中對勵磁繞組15通電的勵磁電流為曲線C1＜曲線C2＜曲線C3。
根據(jù)圖9可知，輸出轉(zhuǎn)矩在轉(zhuǎn)速小于300rpm時，為曲線C1＜曲線C2＜曲線C3，在轉(zhuǎn)速大于等于300rpm而小于600rpm時，為曲線C3＜曲線C1＜曲線C2，而在轉(zhuǎn)速大于等于600rpm時，為曲線C3＜曲線C2＜曲線C1。
因而，控制裝置28根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器22的輸出，來監(jiān)視車輛用起動發(fā)電電機1的轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速小于300rpm時，控制為形成曲線C3的勵磁電流，在轉(zhuǎn)速大于等于300rpm而小于600rpm時，控制為形成曲線C2的勵磁電流，在轉(zhuǎn)速大于等于600rpm時，控制為形成曲線C1的勵磁電流，通過這樣，能夠提高恒輸出功率區(qū)域的輸出功率。
在附加了永磁體20的車輛用起動發(fā)電電機中，若對勵磁繞組15通過與沒有永磁體20的車輛用起動發(fā)電電機相同的勵磁電流，則由于附加永磁體20而產(chǎn)生的反電動勢，在恒輸出功率區(qū)域的輸出功率下降。
但是，通過這樣控制對勵磁繞組15通電的勵磁電流，使得與車輛用起動發(fā)電電機1的轉(zhuǎn)速相對應，即轉(zhuǎn)速越快越降低，能夠解決因附加永磁體20而產(chǎn)生的反電動勢所引起的在恒輸出功率區(qū)域的輸出功率下降的問題。
實施形態(tài)4圖4所示為本發(fā)明實施形態(tài)4有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機在起動運轉(zhuǎn)時的驅(qū)動特性圖，圖中的曲線1是作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機的驅(qū)動特性，曲線A3是車輛用起動發(fā)動電機1的驅(qū)動特性，曲線A4是加大對勵磁繞組15通電的勵磁電流時的車輛用起動發(fā)電電機1的驅(qū)動特性。
根據(jù)圖10可知，在將永磁體20配置在爪形磁極17a與17b之間的車輛用起動發(fā)電電機1中，與作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機相比，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域的最大轉(zhuǎn)矩增大(參照曲線A1及A3)。再有，通過增加對勵磁繞組15通電的勵磁電流，能夠再進一步增大恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域的最大轉(zhuǎn)矩(參照A3及A4)。
這里，勵磁繞組15的熱設計是考慮到車輛用起動發(fā)電電機1的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行的。而且，起動運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)時間與連續(xù)運轉(zhuǎn)的發(fā)電轉(zhuǎn)動時間相比，是明顯要短，因此起動運轉(zhuǎn)時對勵磁繞組15通電的最大勵磁電流可以設定為大于發(fā)電運轉(zhuǎn)時對勵磁繞組15通電的最大勵磁電流。
在本實施形態(tài)4中，著眼于上述的起動運動轉(zhuǎn)時及發(fā)電運轉(zhuǎn)時的勵磁電流標稱值的不同，控制裝置28在起動運轉(zhuǎn)時進行控制，使對勵磁繞組15通電的勵磁電流大于發(fā)電運轉(zhuǎn)時對勵磁繞組15通電的勵磁電流。通過這樣，能夠增加起動運轉(zhuǎn)時的勵磁磁通勢，能夠得到大的最大轉(zhuǎn)矩。另外，由于發(fā)電運轉(zhuǎn)時對勵磁繞組15通電的勵磁電流是考慮到勵磁繞組15的熱設計來設定的，因此能夠抑制勵磁繞組15的過度溫升。
這樣，根據(jù)本實施形態(tài)4，由于使起動運轉(zhuǎn)時的勵磁電流大于發(fā)電運動時的勵磁電流，因此能夠?qū)崿F(xiàn)抑制勵磁繞組15的過度溫升、并提高驅(qū)動特性的車輛用起動發(fā)電裝置。
實施形態(tài)5圖11為本發(fā)明實施形態(tài)5有關(guān)的車輛用起動發(fā)電電機的勵磁磁通勢與有效磁通的關(guān)系說明圖。圖中的曲線D1是作為比較例的車輛用起動發(fā)電電機的特性，曲線D2是車輛用起動發(fā)電電機1的特性。即，曲線D1是表示省略了永磁體的車輛用起動發(fā)生電機的勵磁磁通勢與有效磁通的關(guān)系，曲線D2是表示配置了永磁體的車輛用起動發(fā)電電機的勵磁磁通勢與有效磁通的關(guān)系。另外，圖中的橫軸是勵磁磁通勢，即1400AT(安匝數(shù))相當于以勵磁電流控制占空比80％對勵磁繞組15通過勵磁電流時得到的勵磁磁通勢，1800AT相當于以勵磁電流控制占空比100％對勵磁繞組15通過勵磁電流時得到的勵磁磁通勢。另外，縱軸是電樞9的每1極1匝的有效磁通。
一般在車輛用旋轉(zhuǎn)電機中，在勵磁磁通勢使磁路達到飽和程度的情況下運行。若磁路成為飽和狀態(tài)，則往往即使利用勵磁電流來增加勵磁磁通勢，有效磁通也不再繼續(xù)增加上去。特別是在勵磁繞組式的車輛用旋轉(zhuǎn)電機中，在轉(zhuǎn)子鐵心16的部分處于磁飽和狀態(tài)下，由于與勵磁電流產(chǎn)生的損耗增加相比，有效磁通不變化，因此可以說處于效率差的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。即，如圖11的曲線D1所示，在以控制100％占空比接通勵磁電流時，與以100％附近的例如占空比80％進行控制的情況相比，特性提高即有效磁通的增加ΔΦ1少。因此，以往為了僅抑制產(chǎn)生損耗，以勵磁電流控制占空比80％附近來控制起動運轉(zhuǎn)時的最大勵磁磁通勢。
另一方面，在將永磁體20配置在爪形磁極17a與17b之間的車輛用起動發(fā)電電機中，如圖11中的曲線D2所示可知，在以控制10％占空比接通勵磁電流時，與例如以占空比80％控制勵磁電流的情況相比，有效磁通的增加ΔΦ2大，特性的變化大。這可以認為是由于將永磁體20配置在爪形磁極17a與17b之間，引起轉(zhuǎn)子鐵心16的部分的磁飽和減緩。
在本實施形態(tài)5中，與上述實施形態(tài)4相同，著眼于勵磁電流的標稱值不同，通過將短時間標稱值即起動運轉(zhuǎn)時的勵磁磁通勢設定為大于連續(xù)標稱值即發(fā)電運轉(zhuǎn)時的勵磁磁通勢，而且配置永磁體20，則起動運轉(zhuǎn)時的勵磁磁通勢以該勵磁電流控制占空比100％運轉(zhuǎn)。通過這樣，提高起動運轉(zhuǎn)時的最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。
另外，在上述各實施形態(tài)中，是作為采用相鄰的爪形磁極17a及17b沿圓周方向完全分離的爪極型轉(zhuǎn)子鐵心16的電機進行說明的，但本申請即使用于相鄰的爪形磁極在外周部分利用薄的磁性體形成連接結(jié)構(gòu)件進行連接的轉(zhuǎn)子鐵心，也有同樣的效果。即，對于相鄰的爪形磁極在外周部分利用薄的連接結(jié)構(gòu)件進行連接的轉(zhuǎn)子鐵心，由于薄的連接結(jié)構(gòu)件磁飽和，相鄰的爪形磁極之間磁隔離，因此起到作為本申請的爪極磁極在外周部分利用薄的連接結(jié)構(gòu)件進行連接的轉(zhuǎn)子鐵心，由于爪形磁極的外周部分利用連接結(jié)構(gòu)件進行連接，因此轉(zhuǎn)子鐵心的外周面構(gòu)成光滑的圓筒面，能夠降低因轉(zhuǎn)子鐵心外周面的凹凸而引起的風噪聲。
權(quán)利要求
1.一種車輛用起動發(fā)電裝置，具有電池；與發(fā)動機連接并在該發(fā)動機起動時利用所述電池的功率進行驅(qū)動來驅(qū)動該發(fā)動機、而且在該發(fā)動機起動后被發(fā)動機驅(qū)動以產(chǎn)生交流功率的車輛用旋轉(zhuǎn)電機；具有多組在所述電池的正負端子之間串聯(lián)連接的一對開關(guān)元件及與該開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管、并將串聯(lián)連接的開關(guān)元件的連接點與所述車輛用旋轉(zhuǎn)電機連接的逆變器；以及控制裝置，所述控制裝置控制所述逆變器，使得在所述發(fā)動機起動時，使所述開關(guān)元件導通或關(guān)斷，將所述電池的功率供給所述車輛用旋轉(zhuǎn)電機，來驅(qū)動該車輛用旋轉(zhuǎn)電機，在所述發(fā)動機起動后，控制所述開關(guān)元件，利用所述二極管組，使所述車輛旋轉(zhuǎn)電機產(chǎn)生的交流功率整流，對所述電池進行充電，其特征在于，所述車輛用旋轉(zhuǎn)電機包含卷繞電樞繞組的電樞鐵心；以及具有配置在所述電樞鐵心的內(nèi)周側(cè)的爪極型轉(zhuǎn)子鐵心、和卷繞安裝在該爪極型轉(zhuǎn)子鐵心的爪形磁極內(nèi)周側(cè)的勵磁繞組的轉(zhuǎn)子，再有，永磁體配置在相鄰的所述爪形磁極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛用起動發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置在所述發(fā)動機起動后控制所述逆變器，使得在到達常用轉(zhuǎn)速區(qū)域之前，使所述開關(guān)元件導通或關(guān)斷，以逆發(fā)電模式發(fā)電，在到達常用轉(zhuǎn)速區(qū)域之后，使所述開關(guān)元件關(guān)斷，以交流發(fā)電模式發(fā)電。
3.如權(quán)利要求1所述的車輛用起動發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置在起動運轉(zhuǎn)時進行控制，使得隨著轉(zhuǎn)速增大，減少對所述勵磁繞組通電的勵磁電流。
4.如權(quán)利要求1所述的車輛用起動發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置控制對所述勵磁繞組通電的勵磁電流，使得起動運轉(zhuǎn)時的勵磁磁通勢大于發(fā)電運轉(zhuǎn)時的最大勵磁磁通勢。
5.如權(quán)利要求1所述的車輛用起動發(fā)電裝置，其特征在于，所述控制裝置在起動運轉(zhuǎn)時進行控制，使得對所述勵磁繞組以勵磁電流控制占空比100％通過所述勵磁電流。
全文摘要
本發(fā)明得到一種不增加電樞繞組的匝數(shù)、而能夠提高最大轉(zhuǎn)矩并兼承發(fā)動機的起動功能及發(fā)電功能的廉價的小型車輛用起動發(fā)電裝置。車輛用起動發(fā)電電機包含卷繞電樞繞組的電樞鐵心；以及具有配置在電樞鐵心的內(nèi)周側(cè)的爪極型轉(zhuǎn)子鐵心和卷繞安裝在爪極型轉(zhuǎn)子鐵心的爪形磁極內(nèi)周側(cè)的勵磁繞組的轉(zhuǎn)子，具有使發(fā)動機起動的起動功能及發(fā)電功能。另外，永磁體配置在相鄰的爪形磁極之間。
文檔編號H02P1/46GK1842955SQ20058000083
公開日2006年10月4日 申請日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月6日
發(fā)明者栗林勝, 淺尾淑人 申請人:三菱電機株式會社