JP2000278999A - 車両用発電機の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発電能力を増加させてもベルト山数を増加させ
ることなくベルトスリップを防止できる発電機の制御装
置を提供する。 【解決手段】補機ベルト３，４，５を介してエンジン１
の駆動軸に連結され、界磁電流Ｉｆに応じた電力を出力
する車両用発電機の制御装置であり、エンジンの回転数
Ｎを検出する回転数検出手段６と、エンジンの回転数に
対する界磁電流の上限値を格納した界磁電流上限値記憶
手段８と、回転数検出手段により検出されたエンジンの
回転数Ｎと界磁電流上限値記憶手段に格納された界磁電
流の上限値Ｉｆとに基づいて、当該上限値を超えない界
磁電流Ｉｆを発電機２に供給する界磁電流演算供給手段
７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用発電機（ジ
ェネレータ、オルタネータ、ダイナモ）の制御装置に関
し、特に発電機による発電量をエンジン回転数または発
電機回転数に応じた適切な値に制御できる車両用発電機
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の車両用発電機は、ベルトおよび
プーリを介してエンジンの駆動軸に連結されており、エ
ンジンの駆動によって生じた電力は、車載電装品に直接
供給されたり、バッテリの充電に供される。

【０００３】ところで、最近の車両には多数の電装品が
搭載されるため、大出力の発電機が求められ、これにと
もない発電機の駆動トルクのピーク値も増加傾向にある
が、発電機の駆動トルクのピーク値が増大すると、エン
ジンとを連結するベルトのスリップが生じることから、
その対策としてエンジンの駆動軸と連結するプーリおよ
びベルトの山数を増加させることが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ベルト
スリップを防止するためにプーリのベルト山数を増加さ
せると、その分だけプーリの厚さが増大し、狭小なエン
ジンルームにおけるスペースの問題が生じる。また、ベ
ルトスリップを防止するためにプーリ比を低下させると
発電機の出力も低下するといった問題もある。

【０００５】一方、ベルト山数を増加させることなく、
こうしたベルトスリップの問題を解消する発電機の制御
方法として、発電機の界磁電流に制限を設けることで発
電機の出力の抑制を行うことも検討されたが、界磁電流
に制限を設けて発電機の出力を抑制するということは、
発電機の回転数の全域にわたって駆動トルクを低減する
ことである。したがって、発電機の回転数の全域にわた
って発電機の出力も低下してしまい、本来ベルトスリッ
プの問題が生じない回転数であっても界磁電流が制限さ
れることにより充分な発電量を得られないといった問題
があった。

【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、発電能力を増加させてもベ
ルト山数を増加させることなくベルトスリップを防止で
きる発電機の制御装置および制御方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、第１の観点による請求項１記載の車両用発電
機の制御装置は、補機ベルトを介してエンジンの駆動軸
に連結され、界磁電流に応じた電力を出力する車両用発
電機の制御装置において、前記エンジンの回転数または
発電機の回転数を検出する回転数検出手段と、エンジン
の回転数または発電機の回転数に対する界磁電流の上限
値を格納した界磁電流上限値記憶手段と、前記回転数検
出手段により検出されたエンジンの回転数または発電機
の回転数と前記界磁電流上限値記憶手段に格納された界
磁電流の上限値とに基づいて、当該上限値を超えない界
磁電流を前記発電機に供給する界磁電流演算供給手段
と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】本発明の車両用発電機の制御装置では、界
磁電流上限値記憶手段にエンジンの回転数または発電機
の回転数に対する界磁電流の上限値がたとえばマップデ
ータとして格納されている。そして、エンジンの回転数
または発電機の回転数を回転数検出手段により検出し、
この回転数の実測データから界磁電流上限値記憶手段に
格納された界磁電流の上限値を求め、この上限値を超え
ない界磁電流を発電機に供給する。

【０００９】すなわち、本発明では、エンジン回転数ま
たは発電機回転数の全域にわたって界磁電流を制限する
のではなく、発電機の駆動トルクが高い回転数領域、換
言すれば、その補機仕様により一義的に定まるベルトス
リップが生じない最大駆動トルク（以下、許容トルク値
ともいう。）を越える回転数領域のみ界磁電流の上限値
を下げる。これにより、界磁電流の上限値を下げる必要
のある回転数領域のみバッテリなどから電力を補充する
が、それ以外の界磁電流の上限値を下げる必要のない回
転数領域では、本来的な発電量を得ることができる。

【００１０】上記発明において、前記界磁電流上限値記
憶手段に格納される界磁電流の上限値は、前記補機ベル
トの仕様に基づいて当該補機ベルトの伝達可能トルクを
求めるとともに、前記発電機の回転数毎の界磁電流と駆
動トルクとの関係を求め、前記伝達可能トルクにおける
前記発電機の回転数毎の界磁電流として定められること
が好ましい。

【００１１】またこの場合、前記補機ベルトの仕様に
は、ベルトおよびプーリのレイアウト、ベルトの山数お
よびプーリの巻き付け角を含むことが好ましい。

【００１２】上記発明において、回転数検出手段により
検出される回転数はエンジンの回転数、発電機の回転数
の何れであっても良い。最終的に必要とされるのは発電
機への界磁電流であり、この界磁電流の上限値は発電機
の回転数と発電機の駆動トルク（許容トルク値）との関
係から求められるが、補機を構成するプーリ比が既知で
あればエンジン回転数から発電機の回転数を求めること
ができるからである。

【００１３】ただし、特に限定はされないが、前記回転
数検出手段が前記エンジンの回転数を検出して、これを
前記補機ベルトのプーリ比に基づいて前記発電機の回転
数に変換する場合には、前記界磁電流上限値記憶手段に
は、前記発電機の回転数に対する界磁電流の上限値が格
納されていることが好ましい。

【００１４】あるいはこれに代えて、前記回転数検出手
段が前記エンジンの回転数を検出する場合には、前記界
磁電流上限値記憶手段には、前記エンジンの回転数に対
する界磁電流の上限値が格納されていることが好まし
い。

【００１５】（２）上記目的を達成するために、第２の
観点による請求項６記載の車両用発電機の制御方法は、
エンジンの駆動軸に連結された発電機に界磁電流を供給
して所望の電力を生成する車両用発電機の制御方法にお
いて、前記発電機の回転数に応じて界磁電流の上限値を
変動させることを特徴とする。

【００１６】この場合、前記発電機の駆動トルクが、前
記エンジンとの補機仕様により定まる許容トルクより大
きい範囲では、前記界磁電流の上限値を下げることが好
ましい。

【００１７】本発明の車両用発電機の制御方法では、発
電機の回転数の応じて界磁電流の上限値を変動させる、
すなわち、発電機回転数の全域にわたって一律に界磁電
流を制限するのではなく、発電機の駆動トルクが高い回
転数領域、換言すれば、その補機仕様により一義的に定
まるベルトスリップが生じない最大駆動トルク（以下、
許容トルク値ともいう。）を越える回転数領域のみ界磁
電流の上限値を変動させる（下げる）。これにより、界
磁電流の上限値を下げる必要のある回転数領域のみバッ
テリなどから電力を補充するが、それ以外の界磁電流の
上限値を下げる必要のない回転数領域では、本来的な発
電量を得ることができる。

【００１８】

【発明の効果】請求項１乃至７記載の発明によれば、ベ
ルトスリップが生じるおそれがある回転数領域のみ界磁
電流の上限値を下げ、その他の回転数領域では界磁電流
の上限値を最大に維持するので、発電能力を増加させて
もベルト山数を増加させることなくベルトスリップを防
止することができる。

【００１９】また、特定回転数領域のみ発電量が抑制さ
れるだけであるため、制限を受けない回転数領域におけ
る発電量が充分に確保される。したがって、特に１回の
走行時間が短く（すなわち発電機が低温域にある時間が
長く）、電力消費量が多い場合には、バッテリなどへの
充放電バランスが向上することになる。

【００２０】さらに、発電機の容量を変更したときで
も、補機ベルトの仕様により一義的に定まる許容トルク
値を流用すれば、補機ベルトシステムの共用化が図れる
ことになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の車両用発電機の制御
装置の実施形態を示すブロック図、図２は発電機の界磁
電流と駆動トルクとの関係を示すグラフ、図３は本発明
および従来の発電機における回転数と許容トルクとの関
係を示すグラフである。

【００２２】図１に示すように、車両用発電機２は車両
のエンジンルーム内に搭載され、エンジン１の駆動軸に
取り付けられたプーリ３と、発電機２の駆動軸に取り付
けられたプーリ４との間にベルト５を掛け渡すことで、
エンジン１の回転駆動が発電機２の駆動軸に伝達され、
当該発電機２に界磁電流を供給すると出力端子から電力
が発生する。この電力は、車載電装品に直接供給された
り、あるいはバッテリに充電されたりする。

【００２３】なお、エンジン１の駆動軸と発電機２の駆
動軸とを連結するプーリ３，４およびベルト５を本明細
書において補機ベルトシステムと称することとする。車
両仕様によっても異なるが、エンジン１と発電機２との
プーリ比は約１／３、たとえばエンジン回転数が７００
ｒｐｍのとき発電機回転数は２０００ｒｐｍ程度であ
る。

【００２４】本実施形態の制御装置は、エンジン１の駆
動軸の回転数（以下、単にエンジン回転数ともいう。）
を検出する回転センサなどから構成される回転数検出手
段６を有する。この回転数検出手段６は、発電機２の駆
動軸の回転数（以下、単に発電機回転数ともいう。）を
検出するものであっても良い。ただし、その場合には後
述するメモリ８（界磁電流上限値記憶手段）に格納され
た回転数Ｎと界磁電流Ｉｆとの関係に関するマップデー
タの当該回転数が発電機２の回転数で記憶されているこ
とが望ましい。

【００２５】本実施形態の制御装置は、図１に示される
ようにエンジン回転数Ｎと界磁電流Ｉｆとのマップデー
タが格納されたメモリ８を有する。また、回転数検出手
段６から送出されたエンジン回転数の実測データと、メ
モリ８に格納されたマップデータとに基づいて、そのエ
ンジン回転数に応じた界磁電流を演算し、これを発電機
２へ供給する界磁電流演算供給手段７を有する。この界
磁電流演算供給手段７は、所定の演算プログラムを格納
したＲＯＭ、一時記憶メモリＲＡＭ、中央演算処理装置
ＣＰＵおよび入出力ポートＩ／Ｏなどで構成することが
できる。

【００２６】次に、本実施形態においてメモリ８に格納
すべきマップデータの求め方について説明する。

【００２７】まず、上述した補機ベルトシステムの仕
様、すなわちエンジン１と発電機２とのエンジンルーム
内におけるレイアウト（位置関係）、ベルトの山数およ
びプーリの巻き付け角などの条件によって、その補機ベ
ルトシステムの伝達可能トルクが計算で求められる。そ
の伝達可能トルクが本実施形態では１．２ｋｇｆ−ｍで
あったとする。この伝達可能トルクとは、その補機ベル
トシステムにおいてベルトスリップが生じない最大の発
電機の駆動トルク、すなわち発電機の駆動トルクがこの
伝達可能トルクを越えない限り、ベルトスリップは生じ
ない固有値である。その意味で、この伝達可能トルクを
発電機の許容トルク値と称する。

【００２８】一方、発電機２自体の界磁電流に対する駆
動トルクの値を、当該発電機の回転数毎に実測する。こ
の実測値が、本実施形態では図２に示すようになったと
する。ただし、同図では発電機の回転数が１５００，２
０００および２５００ｒｐｍのみを示す。

【００２９】同図に示すグラフから理解されるように、
何れの回転数においても界磁電流を増加させると駆動ト
ルクもほぼ直線的に増加するが、たとえば上述した補機
ベルトシステムの伝達可能トルク（許容トルク値）１．
２ｋｇｆ−ｍの値をみると、発電機の回転数が２０００
ｒｐｍ（エンジン回転数に換算すると７００ｒｐｍ、す
なわちアイドル回転数の近傍である。）である場合が、
最小の界磁電流となり、回転数がそれより増加しても減
少しても界磁電流は増加する。このことを、界磁電流を
一定値として、回転数を横軸に、駆動トルクを縦軸にし
て表すと、図３に示すＡのような関係となる。すなわ
ち、ある回転数領域（本例では発電機回転数が２０００
ｒｐｍ近傍）において駆動トルクＴが最大となり、その
前後において駆動トルクＴは減少する。

【００３０】この場合、補機ベルトシステムの固有値で
ある伝達可能トルク（許容トルク値）を越えた回転数領
域だけ、その駆動トルクが許容トルク値となるように界
磁電流を減少させれば、補機ベルトシステムの伝達可能
トルクを越えず、ベルトスリップを回避することができ
る。すなわち、図３に示すＢの関係にすればよい。

【００３１】そこで、図３に示す回転数Ｎ１〜Ｎ２の領
域において、発電機２の駆動トルクが最大でも１．２ｋ
ｇｆ−ｍとなる界磁電流値を図２に示す関係から求め、
これを界磁電流の上限値とする。この結果を図１の界磁
電流上限値記憶手段８に示す。

【００３２】こうすることで定められるエンジン回転数
Ｎと界磁電流Ｉｆとのマップデータをメモリ８に格納
し、所定の時間間隔で検出されるエンジン回転数の実測
データからその回転数に応じた界磁電流Ｉｆを発電機２
へ供給する。

【００３３】これにより、ベルトスリップが生じるおそ
れがある回転数領域では、発電機２に供給される界磁電
流が抑制されるので、確かに発電量は低下するもののベ
ルトスリップは確実に回避できる。特に、ベルトスリッ
プが生じるおそれがない回転数領域では、最大の発電量
が得られる界磁電流が供給されるので、全体的な発電量
は増加することになる。これに対して、既述した従来の
界磁電流を抑制する方法では、全回転数量域にわたって
界磁電流を抑制することとなるため、図３に一点鎖線で
示すように、全体的に発電量が低下してしまう。

【００３４】ちなみに、回転数Ｎ１〜Ｎ２の領域におい
て界磁電流を抑制すると発電量が低下するが、バッテリ
などからこれを補うことで車載電装品に対する電力につ
いては問題は生じない。

【００３５】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用発電機の制御装置の実施形態を
示すブロック図である。

【図２】発電機の界磁電流と駆動トルクとの関係を示す
グラフである。

【図３】本発明および従来の発電機における回転数と許
容トルクとの関係を示すグラフである。

【符号の説明】 １…エンジン ２…発電機 ３，４…プーリ ５…ベルト ６…エンジン回転数検出手段 ７…界磁電流演算手段 ８…メモリ（界磁電流上限値記憶手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G093 AA16 BA04 DA01 DB01 EB09 FA11 FB02 5H590 AA01 AB03 BB04 CA07 CA23 CB10 CC10 CC24 CD01 CE05 DD02 DD17 DD75 EA03 EB02 EB08 FA06 FB01 GA02 GA05 GB05 HA02 HA05 JB08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補機ベルトを介してエンジンの駆動軸に連
   結され、界磁電流に応じた電力を出力する車両用発電機
   の制御装置において、 前記エンジンの回転数または発電機の回転数を検出する
   回転数検出手段と、 エンジンの回転数または発電機の回転数に対する界磁電
   流の上限値を格納した界磁電流上限値記憶手段と、 前記回転数検出手段により検出されたエンジンの回転数
   または発電機の回転数と前記界磁電流上限値記憶手段に
   格納された界磁電流の上限値とに基づいて、当該上限値
   を超えない界磁電流を前記発電機に供給する界磁電流演
   算供給手段と、を備えたことを特徴とする車両用発電機
   の制御装置。
2. 【請求項２】前記界磁電流上限値記憶手段に格納される
   界磁電流の上限値は、前記補機ベルトの仕様に基づいて
   当該補機ベルトの伝達可能トルクを求めるとともに、前
   記発電機の回転数毎の界磁電流と駆動トルクとの関係を
   求め、前記伝達可能トルクにおける前記発電機の回転数
   毎の界磁電流として定められることを特徴とする請求項
   １記載の車両用発電機の制御装置。
3. 【請求項３】前記補機ベルトの仕様は、ベルトおよびプ
   ーリのレイアウト、ベルトの山数およびプーリの巻き付
   け角を含むことを特徴とする請求項２記載の車両用発電
   機の制御装置。
4. 【請求項４】前記回転数検出手段は、前記エンジンの回
   転数を検出し、これを前記補機ベルトのプーリ比に基づ
   いて前記発電機の回転数に変換し、 前記界磁電流上限値記憶手段には、前記発電機の回転数
   に対する界磁電流の上限値が格納されていることを特徴
   とする請求項１記載の車両用発電機の制御装置。
5. 【請求項５】前記回転数検出手段は、前記エンジンの回
   転数を検出し、 前記界磁電流上限値記憶手段には、前記エンジンの回転
   数に対する界磁電流の上限値が格納されていることを特
   徴とする請求項１記載の車両用発電機の制御装置。
6. 【請求項６】エンジンの駆動軸に連結された発電機に界
   磁電流を供給して所望の電力を生成する車両用発電機の
   制御方法において、前記発電機の回転数に応じて界磁電
   流の上限値を変動させることを特徴とする車両用発電機
   の制御方法。
7. 【請求項７】前記発電機の駆動トルクが、前記エンジン
   との補機仕様により定まる許容トルクより大きい範囲で
   は、前記界磁電流の上限値を下げることを特徴とする請
   求項６記載の車両用発電機の制御方法。