JP2002017053A

JP2002017053A - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP2002017053A
Application number: JP2000195905A
Authority: JP
Inventors: Makoto Taniguchi; 真谷口; Michiya Okuno; 倫也奥野; Koji Tanaka; 幸二田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2002-01-18
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: US6456048B2; US20020000791A1; JP3509007B2; EP1168569B1; EP1168569A1; DE60136596D1

Abstract

(57)【要約】【課題】オルタネータの駆動トルク変動を低減しかつ円
滑化することによりアイドル時の回転数のハンチング現
象を抑止した車両用交流発電機を提供すること。【解決手段】車両用交流発電機の回転数低下に起因して
発電能力が不足することによりスイッチ１４９のデュー
ティ比が増大する結果として発電機の駆動トルクが急変
する回転数領域を、回転数連動電気量に基づいて低回転
数側へシフトさせるトルク急変領域シフト手段１４７を
備え、好適には、トルク急変領域シフト手段１４７は、
回転数連動電気量に基づいて調整電圧を変更することに
より回転数低下時に回転数領域を低回転数側へシフトさ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は乗用車、トラック等
に搭載される交流発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排出ガスの低減や、燃料消費量低
減といった地球環境保護のために、車輌走行に寄与せ
ず、しかも使用頻度の最も高い車輌のアイドル状態の回
転数（以下、アイドル回転数と称する）は、フリクショ
ンの低減によりますます低く設定される傾向にある。例
えば、アイドル回転数が５５０ｒｐｍ前後に設定される
車輌もある。

【０００３】このような低フリクションのエンジンにお
いてアイドル回転数を低下させると、エンジンが非常に
敏感になっているため、僅かの外乱でエンジン回転数が
ふらつくといういわゆるハンチング現象が発生してしま
う。

【０００４】このハンチング現象のメカニズムを更に詳
しく説明する。

【０００５】発電機の回転数と駆動に要するトルク（以
下、駆動トルクと称する）との関係を図８に示す。曲線
Ａ１ーＣ１はある定発電負荷時の駆動トルク特性を示
し、曲線Ａ２ーＣ２は上記定発電負荷よりも少し大きな
定発電負荷時の駆動トルク特性を示す。点Ｃ１、Ｃ２は
車両用交流発電機（以下、オルタネータと称する）がそ
の要求負荷以上の出力を発生可能な回転数の下限値及び
そのときの駆動トルクを示している。点Ｃ１、Ｃ２にて
オルタネータの消費トルク（負荷トルク）は急激に変化
し、エンジンにとっては無視できない外乱となる。オル
タネータが点Ｃ１、Ｃ２より低回転側に移行すると、オ
ルタネータの出力電力だけでは車輌負荷への給電をまか
なうことができないので車載のバッテリが放電して電力
を補うことになる。

【０００６】今、例えば常用負荷（イグンニッションや
燃料インジェクションバルブ駆動やその制御コンピュー
タの駆動電力など車輌運行上最低限必要な電気負荷）給
電状態ではアイドル回転数の領域にある点Ａ１で安定状
態となる。このとき、電気負荷例えばスモールライトな
どが投入されると、オルタネータはその出力を増加すべ
く励磁電流を増加して出力を増加させる。その結果オル
タネータの駆動トルクが増大して動作点は点Ａ１から点
Ａ２に移行する。このとき、エンジンは点Ａ１で安定状
態となる量の燃料しか噴射しておらず、エンジンの燃料
噴射フィードバック制御の遅れが大きいために、エンジ
ンは回転数が低下し、動作点は点Ｂにまで移動してしま
う。回転数が低下するとともにオルタネータを駆動する
ための駆動トルクが増加するので、動作点は点Ｂ点を越
えて更に下がり続ける。

【０００７】このとき、エンジンの燃料噴射フィードバ
ック制御系は回転数の低下を直ちに検知して動作点を点
Ａ２に維持すべく燃料噴射量を増加させるものの、燃料
噴射から爆発してトルクに変換されるまでにはある有限
の時間を有することから、上述したように無視できない
制御遅れが生じてしまう。

【０００８】この制御遅れにより動作点は点Ｄ点にまで
落ち込みバッテリからの放電を招く。しばらくして、エ
ンジンの燃料噴射フィードバック制御が効き始めて回転
数は上昇に転じるが、オルタネータは先のバッテリ放電
量を補う為にバッテリを充電する。このとき、オルタネ
ータは、車輌の電気負荷が要求する電流とバッテリ充電
電流との合計を出力せねばならないことになり、上記駆
動トルクも加速的に増大して、動作点は点Ｅを経由して
Ｄ−Ｅ−Ｆ上を動く。

【０００９】やがて、点Ｆに到達してバッテリの充電が
完了すると、オルタネータの出力電流は車輌の電気負荷
の要求値にまで低下するため、上記駆動トルクも一気に
低下して動作点は曲線Ｆ−Ｇ上を動く。このとき、エン
ジンは、点Ｄまで下がった回転数を増加させるべく燃料
を増加するものの、点Ｆを越えると一気にエンジンの負
荷トルクが減少するため、加速的に回転数が増加し動作
点は点Ｇまで上昇する。このため、燃料噴射フィードバ
ック制御系は、回転上昇を検知し燃料噴射量を減らして
動作点を点Ａ２に維持すべく制御するものの、上記した
ごときオルタネータの駆動トルクの変動や制御遅れのた
めに、エンジン回転数はＮ１〜Ｎ２の範囲で変動いわゆ
るハンチングを繰り返す。図９はこのハンチング現象を
示すタイミングチャートである。

【００１０】大出力のオルタネータを搭載してバッテリ
の放電を抑制すれば、上記したオルタネータ回転数のハ
ンチング問題を改善できるが、搭載スペースやコスト、
騒音などの点で採用が容易ではない。

【００１１】この問題すなわちハンチング抑止につい
て、特公昭５４ー７１１１１号公報は、発電機の速度微
分に応じた出力電圧の制御を実施し駆動トルクを調整す
ることを提案し、特公平６ー５５０４０号公報は、エン
ジン回転数の上昇に対して所定の時間遅れを確保しつつ
調整電圧を増大すすることを提案し、特開平７ー１２３
７９６号公報は、電気負荷の投入を検出して調整電圧を
一旦下げて徐々に元に戻すことを提案している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
５４ー７１１１公報の方法では、最初の回転数の落ち込
みの検出が遅れ、回転数が上昇し始めてから制御が開始
されるので回転数の落ち込みが大きいと収束に時間がか
かるばかりか、最悪時にはエンストしてしまう。更に、
この方法によれば、オルタネータの出力電圧自体をしか
るべく所定値に制御すべく励磁電流（もしくはデュ−テ
ィ比）を制御しているが、バッテリが接続されたオルタ
ネータの出力電圧は励磁電流ではなくバッテリの状態に
依存するので、出力電圧の制御が容易ではない。例え
ば、オルタネータの出力電圧はたとえば曲線Ａ２ーＣ２
上などにおいてバッテリの開放端子電圧以上で発電して
バッテリを充電しているが、一旦、回転数が下がって動
作点が点Ｃ２より更に低下した場合には、バッテリは放
電を開始し、充電によって得られた分極を解消すべくバ
ッテリ端子電圧は低下してゆく。このとき、オルタネー
タの調整電圧は一定に設定されているため、自身では出
力電圧をコントロ−ルすることができず、出力電圧はバ
ッテリの端子電圧に依存することになる。動作点が曲線
Ｄ−Ｆ上に有るときも同様である。

【００１３】特公平６ー５５０４０号公報の方法では、
エンジンのアイドル回転数から最高回転数に至る極めて
広い範囲内で調整電圧を変化させているため、アイドル
状態にのみ着目してみるとほとんどバッテリ電圧が変化
せず、従ってアイドルハンチングの根源であるバッテリ
の放電、充電を防止することができない。もしアイドル
回転数付近において調整電圧の変化を大きくすれば、最
高回転数でのバッテリ電圧は必要以上に高い値となり、
バッテリ液の減少を促進させ寿命を短くさせるばかり
か、車載の各種電気装置の適正動作電圧範囲を逸脱する
ことになってしまう。

【００１４】特公平７ー１２３７９６号公報の方法で
は、電気負荷の投入を検出をして調整電圧を一旦下げて
徐々に元に戻すため、次の問題を生じることがわかっ
た。

【００１５】すなわち、この方法では、アイドル時にの
み電気負荷の投入を遅れなく検出するには車両側から何
らかの電気負荷の投入を知らせる信号を受信しなけばな
らず、車両用交流発電機のみでの対策が困難となり、車
両電気システムが特開平６ー３４３３００号公報に示さ
れるように複雑、高価となってしまう。

【００１６】本発明は、上記の問題点に鑑みなされたも
のであり、オルタネータの駆動トルク変動を低減しかつ
円滑化することによりアイドル時の回転数のハンチング
現象を抑止した車両用交流発電機を提供することを、そ
の目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の車両用交流発
電機は、複数の界磁極を有して車載エンジンにより駆動
される回転子、前記界磁極を磁化するための界磁巻線、
及び、電機子巻線を有して前記回転子の前記界磁極に対
面配置される電機子を有する交流発電部と、前記電機子
巻線が発生する交流電圧を直流電圧に整流して車載の蓄
電手段を充電する整流手段と、前記回転子の回転数に連
動する回転数連動電気量を検出する回転数検出手段と、
前記直流電圧に関連する直流電圧関連電気量と所定の調
整電圧とを比較する比較部、及び、前記界磁巻線と直列
に接続されたスイッチを有し、前記比較部の比較結果に
基づいて前記スイッチを断続制御することにより前記直
流電圧を前記調整電圧に収束させる電圧制御装置とを備
える車両用交流発電機において、前記電圧制御装置は、
前記車両用交流発電機の回転数低下に起因して発電能力
が不足することにより前記スイッチのデューティ比が増
大する結果として前記発電機の駆動トルクが急変する回
転数領域を、前記回転数連動電気量に基づいて低回転数
側へシフトさせるトルク急変領域シフト手段を備えるこ
とを特徴としている。

【００１８】これにより、エンジンのアイドル使用範囲
内、特に電気負荷が投入されて車両用交流発電機の駆動
トルク（エンジンからみた負荷トルク）が増大すること
に起因してエンジン回転数が落ち込む下限値よりも更に
低い回転数にエンジン回転数変動の変曲点を強制的に移
行できるので、エンジンの負荷トルク変化を滑らかにす
ることができる。

【００１９】請求項２記載の構成によれば、前記トルク
急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量に基づい
て前記調整電圧を変更することにより前記回転数領域を
前記低回転数側へシフトさせるので、従来の電圧制御装
置の小改良にて簡便に且つ安価に所望の動作を実現する
ことができる。

【００２０】請求項３記載の構成によれば、前記トルク
急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量の変化に
連動して前記調整電圧を変化させるので、トルクの変曲
点の移行を一層的確に行うことができる。

【００２１】請求項４記載記載の構成によれば、前記ト
ルク急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量に連
動する前記調整電圧の変更を前記回転数連動電気量の所
定範囲内かつ前記調整電圧の所定範囲内にて実施し、前
記調整電圧の上限値を、前記回転数連動電気量の上限値
に対応して設定し、前記調整電圧の下限値を、前記回転
数連動電気量の下限値に対応して設定するので、トルク
の変曲点の移行を一層的確に行うとともに、電圧変更領
域を特定の車両走行運行時にのみ限定することができ
る。

【００２２】請求項５記載の構成によれば、前記トルク
急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量の前記所
定範囲内にて前記回転数連動電気量に連動して前記前記
調整電圧を連続的に変更するので、トルク変化をより一
層滑らかなものにすることができる。

【００２３】請求項６記載の構成によれば、前記トルク
急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量の前記所
定範囲内にて前記回転数連動電気量に応じて前記調整電
圧を階段的に変更するので、デジタル信号処理が容易に
適用でき、高速かつ高信頼の制御が実現でき、トルク変
化をより一層滑らかなものにすることができる。

【００２４】請求項７記載の構成によれば、前記回転数
検出手段は、前記電機子巻線の１相出力電圧の基本周波
数に基づいて前記回転数連動電気量を検出するので、ア
イドル時のトルク変曲点の移行と、通常走行時の良好な
バッテリの充電性とを容易に両立することが可能とな
る。

【００２５】請求項８記載の構成によれば、前記回転数
連動電気量の前記所定範囲の上限値に相当する前記回転
数は、車両のアイドル回転数設定値相当よりも高く設定
されるので、アイドル時のトルク変曲点の移行と、通常
走行時の良好なバッテリの充電性とを容易に両立するこ
とが可能となる。

【００２６】請求項９記載の構成によれば、前記回転数
連動電気量の前記所定範囲の上限値に相当する前記回転
数は、所定の発電開始回転数値の１．５〜２倍に設定さ
れるので、アイドル時のトルク変曲点の移行と、通常走
行時の良好なバッテリの充電性とを容易に両立すること
が可能となる。

【００２７】請求項１０記載の構成によれば、前記回転
数連動電気量の前記所定範囲の下限値に相当する前記回
転数は、所定の発電開始回転数値よりも高く設定される
ので、回転数低下領域においてバッテリを放電させるこ
とがない。

【００２８】請求項１１記載の構成によれば、前記調整
電圧の下限値は、前記蓄電手段の開放端子電圧にほぼ等
しいか所定値だけ高い値に設定されるので、回転数が下
がりすぎてもバッテリを放電させることなとがない。ま
た、従来のように、アイドル時に過度にバッテリの充放
電を繰り返す必要が無いので、バッテリ寿命の延長を期
待できる。すなわち、バッテリが放電しないので、回転
数上昇過程においてもバッテリを充電する必要がなく、
したがって、発電機は車載電機負荷の要求値以上の変更
を抑制することができる。また、回転数が変動しても発
電機の消費トルク変動を低減でき、早期の回転数の安定
値への収束を実現することができる。

【００２９】請求項１２記載の構成によれば、前記調整
電圧の上限値は、車両通常走行状態での常用調整電圧値
に設定されるので、バッテリの過充電状態を回避しつつ
良好な制御を実現することができる。

【００３０】請求項１３記載の構成によれば、前記回転
数検出手段は、前記電機子巻線の出力電圧に含まれる周
波数情報を電圧信号に変換するので、調整電圧の設定を
極めて容易かつ高精度に実現することができ、バッテリ
の過充電状態を回避しつつ良好な制御を実現することが
できる。

【００３１】請求項１４記載の構成によれば、前記回転
数検出手段の出力電圧の低域成分を抽出するローパスフ
ィルタを有するので、精度良く回転数情報を検出するこ
とができる。

【００３２】請求項１５記載の構成によれば、前記トル
ク急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量に応じ
た前記前記調整電圧の変更を、所定の制御遅延時間内に
実施するので、追従性に優れた制御を実現することがで
きる。

【００３３】請求項１６記載の構成によれば、前記制御
遅延時間は０．１秒以下に設定されているので、追従性
に優れた制御を実現することができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の車両用交流発電
機の好適な態様を以下の実施例に基づいて説明する。

【００３５】

【実施例１】（全体構成）図１は本発明の第１実施形態
である車両用交流発電機の電圧制御装置のブロック図で
ある。

【００３６】１は、図示しない車載エンジン周辺に搭載
されて、このエンジンのクランクシャフトに取り付けら
れたプーリによりベルトを介して駆動される車両用交流
発電機、２は車両用交流発電機１の発電電力で充電され
る車載のバッテリ、３は車載の電気負荷装置であり負荷
投入時には図示しないスイッチを通じて車載バッテリ、
及び前記車両用交流発電機から給電される。

【００３７】１１は、車両用交流発電機１を構成する電
機子巻線であり、ここでは最も一般的な対称３相巻線の
例を示してあるが、相数は任意である。１２は、電機子
巻線１１が発電する交流電力を直流電力に変換するダイ
オード式全波整流器である。１３は、図示しない複数の
界磁極を備える回転子鉄心に巻装された界磁巻線であ
る。１４は、界磁巻線１３に流れる界磁電流の大きさを
調整して車両用交流発電機１が発生する直流出力電圧を
所定値に制御する電圧制御装置である。

【００３８】１４１、１４２は、車両用交流発電機１を
構成する電機子巻線１１のうちの１相の出力端子の交流
電圧（発電電圧）を分圧する抵抗分圧回路を構成する抵
抗素子である。１４３は、上記分圧された交流電圧の基
本周波数を検出する周波数検出装置であり、ここでは周
知のＦ／Ｖコンバータを採用している。もちろん、他の
手段でも代用可能であることは言うまでもない。１４４
は、周波数検出装置１４３の出力電圧の低域成分からな
る直流電圧を抽出するローパスフィルタであり、ここで
はＣＲローパスフィルタを示しているが、もちろん周知
のディジタルフィルタを採用してもよい。１４７は、ロ
ーパスフィルタ１４４が出力する上記直流電圧を調整電
圧指令値に変換する調整電圧生成装置である。１４６
は、車載のバッテリ２の電圧を分圧する第２の抵抗分圧
回路を構成する抵抗素子である。１４８は、車載のバッ
テリ電圧の分圧と調整電圧生成装置が出力する調整電圧
指令値とを比較する比較器である。１４９は、界磁巻線
１３に直列接続されて比較器１４８の出力電圧により駆
動されるパワートランジスタ（本発明でいうスイッチ）
である。パワートランジスタ１４９をハイサイドスイッ
チ構成としてもよいことももちろんである。１５０はベ
ース電流制限抵抗、１４５は、界磁巻線１３に併設さ
れ、パワートランジスタ１４９がオフの際に界磁電流を
環流させる環流ダイオードである。

【００３９】（調整電圧生成回路の構成）調整電圧生成
回路１４７の詳細を図２を参照して以下に説明する。

【００４０】１４７５は、ローパスフィルタ１４４の出
力電圧であり、回転子回転数に比例する直流電圧であ
る。

【００４１】１４７１は、直列接続された複数のダイオ
ードであり、抵抗素子１４７２とともに定電圧回路をな
して調整電圧指令値の下限値を出力する。ダイオード群
１４７１の最高電位のアノードは抵抗素子１４７２を通
じてバッテリ電位（Ｂ電位）に接続され、最低電位のカ
ソードは接地されている。ダイオード群１４７１は２段
接続であるので、調整電圧指令値の下限値はほぼ１．２
Ｖとなる。調整電圧指令値の下限値１．２Ｖは、車載バ
ッテリの無負荷開放端電圧より大きい値、例えば１２．
８Ｖに相当している。なお、ダイオードの段数は２に限
定されるものではない。

【００４２】１４７３は、ローパスフィルタ１４４の出
力電圧と、調整電圧指令値の下限値１．２Ｖとのうち、
大きい方の電圧を選択して出力するダイオードオア回路
である。ダイオードオア回路１４７３は、回転子の回転
数が低く、周波数検出装置１４３の出力電圧が調整電圧
指令値の下限値１．２Ｖ以下の場合に調整電圧下限値
１．２Ｖを出力し、回転子の回転数が高く、周波数検出
装置１４３の出力電圧が調整電圧指令値の下限値１．２
Ｖ以上の場合に、周波数検出装置１４３の出力電圧を出
力する。

【００４３】１４７４は、調整電圧指令値の上限値を決
定するツェナーダイオードであり、その降伏電圧は１
４．５Ｖの調整電圧に相当する調整電圧指令値の上限
値、例えば１．３６Ｖに設定されている。

【００４４】このようにして決定された調整電圧指令値
は、信号線１４７６を通じて後段の比較器１４８の＋入
力端に印加される。

【００４５】この調整電圧生成器１４７が出力する調整
電圧値と、車両用交流発電機１の回転数との関係を図３
に示す。

【００４６】この実施例では、図３に示すように、調整
電圧の下限値Ｖfmin（調整電圧指令値１．２Ｖに対応す
る値）に対応する回転数値Ｎminを車両用交流発電機の
発電開始回転数（ここでは１０００ｒｐｍ）より高い
値、例えば発電機回転数で１２００ｒｐｍ前後に設定
し、調整電圧の上限値Ｖfmax（調整電圧指令値１．３６
Ｖに対応する値）に対応する回転数値Ｎmaxを発電開始
回転数の略１．５倍から２倍程度、例えば１８００ｒｐ
ｍ近辺に設定している。（発電電圧制御の説明）この装置の制御動作をタイミン
グチャートである図４を参照して説明する。rpmは車両
用交流発電機１の回転数、Ｖｐは一相交流電圧の波形、
Ｖｒｅｇは調整電圧指令値、Ｖｆｖはローパスフィルタ
１４４の出力電圧（本明細書では直流電圧ともいう）で
ある。

【００４７】この車両用交流発電機１の回転子は２ｐ
（ｐは磁極対数）個の磁極をもつので、回転子がＮ〔ｒ
ｐｍ〕で回転している場合、発電中には電機子巻線１１
にはＮ・ｐ／６０〔Ｈｚ〕を基本周波数とする交流電圧
が誘起される。たとえば、１２極、１５００ｒｐｍの場
合、誘起される交流電圧の基本周波数成分は１５０Ｈｚ
となり、１６極、１８００ｒｐｍの場合、誘起される交
流電圧の基本周波数成分は２４０Ｈｚとなる。

【００４８】電機子巻線１１の出力端子は三相の全波整
流器１２を介して車載のバッテリ２に接続されているた
め、誘起される交流電圧の上限、下限は一定値にクラン
プされ、この交流電圧の波形は、デュ−ティ比がほぼ５
０％の矩形波状になっており、その上限値は略バッテリ
端子電圧に等しい値、例えば１４．５Ｖとなり、その下
限値は略０Ｖとなる。

【００４９】回転数が変動すると、電機子巻線１１が発
電する交流電圧Ｖｐの周波数は、図４に示すように回転
数変動に応じて変化する。Ｖｆｖは、周波数検出器１４
３でｆ／Ｖ変換され、ローパスフィルタ１４４で低域抽
出された信号電圧である。調整電圧生成器１４７はこの
信号電圧Ｖｆｖを調整電圧指令値Ｖｒｅｇに変換する。
この調整電圧指令値Ｖｒｅｇとバッテリ電圧の分圧とが
比較器１４８で比較され、パワートランジスタ１４９が
スイッチング制御される。（回転数低下局面での回転数のハンチング抑止制御の説
明）この実施例では、電気負荷が投入されてエンジン回
転数が低下すると、この回転数低下に連動して調整電圧
指令値Ｖｒｅｇが低下する。調整電圧Ｖｒｅｇを低下さ
せてトランジスタ１４９のデューティ比が低下しても、
界磁電流はただちに０となるのではなく、界磁磁気回路
に蓄積された磁気エネルギーが消滅するまではフライホ
イルダイオード１４５を通じて界磁電流は流れ続け、界
磁束は発生し続け、電機子巻線１１は発電を続ける。更
に、最近の高出力オルタネータは界磁回路を磁気飽和レ
ベルまで用いるので、その後、界磁電流が多少減衰した
としても実際の界磁束はまだなおほとんど減衰すること
がなく、これにより高水準の発電が行われる。もちろ
ん、回転数が低下し、しかもそれにより調整電圧の低下
が実行されているので、発電電圧は界磁磁気回路に蓄積
された上記磁気エネルギーの減衰とともに緩やかに低下
し、これにより、バッテリ２はその充電分極を解消する
程度の動作は行う。しかし、前述したように通常は高磁
気飽和領域で用いられるなどの理由により発電電力はほ
ぼ維持されるので、この発電電圧の低下は、発電機が出
力可能な発電電流を増大させ、電気負荷３の要求電流量
に応じることができ、バッテリ２から電気負荷３への放
電は良好に抑制され、バッテリ２が大放電を行うことは
ない。

【００５０】これに比較して、上記した調整電圧の低下
を行わない場合には、電気負荷が投入されてエンジン回
転数が低下すると、この回転数低下にも関わらず、調整
電圧Ｖｒｅｇが一定に維持されるために、回転数低下に
よる発電電圧、発電出力の低下に伴うバッテリ電圧の低
下はトランジスタ１４９のデューティ増大を招き、これ
が車両用交流発電機１の駆動トルク（エンジンからみた
負荷トルク）の増大を招き、エンジン回転数の更なる低
下を発生させ、発電機回転数の一層の低下を招来し、回
転数は要求負荷量に対して発電機の発電能力が不足する
領域にまで低下し、バッテリ２の大きな放電に及んでし
まう。

【００５１】（回転数低下局面の後の回転数上昇局面で
のハンチング抑止制御の説明）次に、エンジン回転数の
低下を検知したエンジン燃料噴射制御系により、エンジ
ントルクが漸く増加して回転数が増加する局面について
以下に説明する。

【００５２】この実施例による調整電圧低下（回転数追
従）制御を行った場合、前述したように、バッテリ２の
放電は僅かに留まるために、発電機がこのバッテリ２の
回復充電のための追加発電を行う必要がない。したがっ
て、エンジンがこの追加発電に対応する駆動トルクの増
分をも含んでトルク増大を行う必要はない。その上、こ
の回転数の増加に応じて調整電圧を増大するので、バッ
テリ２の充電分極回復及びバッテリ電圧の元の状態への
復帰のためのバッテリ充電を、回転数の増加に応じた発
電出力の増大に連れて緩慢に行うことができ、回転数の
オーバーシュートを生じることがない。

【００５３】これに対して、上記した調整電圧の低下を
行わない場合には、前述したように、バッテリ２のいま
までの放電が大きく、トランジスタ１４７のデューティ
が大きい状況となっているので、エンジンからみた負荷
トルクがその分だけ大きくなり、エンジンのトルク増大
はその分遅延し、かつ、エンジントルク回復後のエンジ
ントルク増分は上記本実施例の調整電圧制御の場合に比
較して格段に大きくなる。その結果、回転数が回復し、
バッテリ充電が完了し、バッテリ電圧が回復し、車両用
交流発電機１の駆動トルクが減少した後、エンジン回転
数の増加すなわちオーバーシュートが大きくなり、燃料
噴射フィードバック制御系のレスポンス遅れに起因して
いわゆるハンチングが生じてしまう。この問題は、この
エンジン回転数の回復局面においても従来は調整電圧が
一定としているため、エンジン回転数のボトムすなわち
エンジン回転数の回復初期において低下されない調整電
圧と低下したバッテリ電圧との大小関係により大発電が
なされることになり、その後の（バッテリ充電完了後
の）回転数のオーバーシュート及びその後のハンチング
は一層深刻となる。

【００５４】この実施例の調整電圧回転数追従制御の第
二の利点として、既述したように電気負荷の断続に起因
するバッテリ２の頻繁な充放電を抑制できるので、バッ
テリ寿命の延長を実現することが可能となる点を挙げる
ことができる。

【００５５】なお、アイドル回転時でかつバッテリ充電
時のバッテリ電圧はいわゆる無負荷開放電圧（通常、１
２．８Ｖ）を下回ることはない。すなわち、調整電圧を
１２．８Ｖより下げなければバッテリが大放電状態に陥
ることはない。したがって、調整電圧指令値（調整電圧
の分圧）に下限値を設けておき、その対応回転数を発電
機の発電開始回転数より大きく設定しておけば、バッテ
リ２の大放電を容易に防止することができる。

【００５６】また、回転数上昇とともに調整電圧を上げ
続けていくとバッテリを過剰に充電してしまい、バッテ
リの液減りが早く進行し寿命を縮めるばかりでなく、車
載機器の適正動作を損ねるような過大電圧に達する可能
性が考えられる。この現象を防止すべく、この実施例明
では調整電圧指令値に上限値を設けておき、これに対応
する回転数を発電機の発電開始回転数の略１．５倍から
２倍程度に設定している。即ち、アイドル回転数付近で
のみこの実施例の調整電圧制御を実行し、通常走行時に
は上限の調整電圧で制御すれば、上記問題を解決するこ
とができるわけである。

【００５７】なお、周波数検出手段１４３の後段に接続
された低域濾波器１４４の動作遅延、たとえばＣＲロー
パスフィルタではそのＣＲ時定数は、小さく設定すべき
であり、好ましくは０．１秒以下が望ましい。

【００５８】この実施例を市販の車両用交流発電機に適
用した場合のハンチング抑制効果を図５に示し、通常の
車両用交流発電機の種々の出力電圧での出力電流と駆動
トルクとの関係を図６に示す。

【００５９】この実施例のように、１〜１．５Ｖ程度の
範囲内で出力電圧を変化させても、車両用交流発電機１
の発電可能電力はほぼ一定である。厳密には電圧が高い
方が出力電力は大きくなるが、１〜１．５Ｖ程度の範囲
内でかつ特に回転数の低い範囲内では無視できる程度の
増減しかない。つまり、回転数の低い領域においては出
力電圧と出力電流の積である出力電力がほぼ一定である
ため、出力電圧が低くなると出力電流は増大することが
わかる。

【００６０】特に近年の小型高出力オルタネータにおい
ては低速域では電機子反作用が小さく、従って主磁束を
減磁させるにはいたらず、電機子、界磁極の鉄心は高飽
和状態で動作しており、励磁電流の多少の減少では界磁
束はほとんど一定と考えることができ、その出力電力は
低下することがない。

【００６１】この場合、出力電圧は回転数の低下につれ
て低下してゆくので、トルク急変ポイントは、Ｎ４、Ｎ
３、Ｎ２、Ｎ１の順に推移する。

【００６２】たとえば、回転数値Ｎ４より少し高い回転
数値Ｎ５、動作点Ｔ４で動作している場合、この実施例
の制御を適用すると、回転数が低下するにつれ出力電圧
が低下してゆき、動作点はＴ４、Ｔ３、Ｔ２、Ｔ１、Ｔ
０の順に推移することになる。

【００６３】つまり、従来は回転数値Ｎ４でトルクの変
曲点を迎えていたのを、この実施例ではそれを回転数値
Ｎ０にまで低下させることができる。即ち電気負荷が投
入されてエンジン回転数が急激に低下しても、車両用交
流発電機１のトルク変曲点をエンジン回転数の落ち込み
範囲外に持ってゆくことができる。

【００６４】回転数が低下しても、オルタネータ駆動ト
ルクがトルク変曲点（エンジン側からみたオルタネータ
駆動トルクが減少傾向から増大傾向に変化する点）を超
えないということはすなわちオルタネータの発電デュー
ティ比が１００％に達していないということであり、見
かけ上はオルタネータの発電能力が向上したことにな
る。この実施例の制御では、常にバッテリ電圧とその目
標値（調整電圧）との間の偏差を小さくしているので、
回転数が低下してもバッテリの放電を抑止することがで
き、その結果、エンジン制御系が回転数復帰過程に入っ
た場合にバッテリを充電する必要が減少する。これによ
りオルタネータのトルク変動も低減でき、いわゆるアイ
ドルハンチングを早期に収束させることができる。

【００６５】回転数変化に応じて調整電圧を連続的に変
化させれば上記動作トルクの変動を一層円滑に行うこと
ができる。すなわち、低速側でもバッテリ２の放電を抑
止することができ、その後の再充電も抑止することがで
きる。

【００６６】（変形態様）この変形態様における調整電
圧の特性を図７に示す。

【００６７】この変形態様では、調整電圧の制御を所定
の周波数範囲内で下限値から上限値まで多段の階段状に
変化させている。このようにすれば、検出回転数信号の
ディジタル処理が容易となる。

【００６８】なお、上記説明した本明細書に用いた「直
流電圧」という用語は、低域交流成分を含む用語である
ことは明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の制御装置を示すブロック図
である。

【図２】図１に示す調整電圧生成器の一例を示す回路図
である。

【図３】図１に示す制御装置における調整電圧と回転数
との関係を示す特性図である。

【図４】図１に示す制御装置における各部状態を示すタ
イミングチャートである。

【図５】図１に示す制御装置における作用効果を示すタ
イミングチャートである。

【図６】通常の車両用交流発電機の種々の出力電圧での
出力電流と駆動トルクとの関係を示す特性図である。

【図７】変形態様における調整電圧と回転数との関係を
示す特性図である。

【図８】従来の車両用交流発電機の制御装置における回
転数と駆動トルクとの関係を示す特性図である。

【図９】図８に示す従来の制御装置における各部動作を
示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

２バッテリ（蓄電手段）１１電機子巻線（交流発電部）１２全波整流器（整流手段）１３界磁巻線１４電圧制御装置１４３周波数検出装置（回転数検出手段）１４７調整電圧生成器（トルク急変領域シフト手
段）１４８比較器（比較部）１４９トランジスタ（スイッチ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中幸二愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 5G060 AA04 CA03 CA04 CB06 DA01 DB01 DB03 5H590 AA13 AA24 AB05 AB07 CA07 CA23 CB10 CC01 CC18 CC24 CC28 CD01 CE05 DD25 DD64 EB02 EB12 EB21 FA06 FB03 FC17 FC21 FC22 GA02 HA02 HA09 HA27 HB06 JA08 JA09 JA19 JB05 JB07 JB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の界磁極を有して車載エンジンにより
駆動される回転子、前記界磁極を磁化するための界磁巻
線、及び、電機子巻線を有して前記回転子の前記界磁極
に対面配置される電機子を有する交流発電部と、前記電機子巻線が発生する交流電圧を直流電圧に整流し
て車載の蓄電手段を充電する整流手段と、前記回転子の回転数に連動する回転数連動電気量を検出
する回転数検出手段と、前記直流電圧に関連する直流電圧関連電気量と所定の調
整電圧とを比較する比較部、及び、前記界磁巻線と直列
に接続されたスイッチを有し、前記比較部の比較結果に
基づいて前記スイッチを断続制御することにより前記直
流電圧を前記調整電圧に収束させる電圧制御装置と、を備える車両用交流発電機において、前記電圧制御装置は、前記車両用交流発電機の回転数低下に起因して発電能力
が不足することにより前記スイッチのデューティ比が増
大する結果として前記発電機の駆動トルクが急変する回
転数領域を、前記回転数連動電気量に基づいて低回転数
側へシフトさせるトルク急変領域シフト手段を備えるこ
とを特徴とする車両用交流発電機。
【請求項２】前記トルク急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量に基づいて前記調整電圧を変更す
ることにより前記回転数領域を前記低回転数側へシフト
させることを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電
機。
【請求項３】前記トルク急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量の変化に連動して前記調整電圧を
変化させることを特徴とする請求項２記載の車両用交流
発電機。
【請求項４】前記トルク急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量に連動する前記調整電圧の変更を
前記回転数連動電気量の所定範囲内かつ前記調整電圧の
所定範囲内にて実施し、前記調整電圧の上限値を、前記回転数連動電気量の上限
値に対応して設定し、前記調整電圧の下限値を、前記回転数連動電気量の下限
値に対応して設定することを特徴とする請求項２又は３
記載の車両用交流発電機。
【請求項５】前記トルク急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量の前記所定範囲内にて前記回転数
連動電気量に連動して前記前記調整電圧を連続的に変更
することを特徴とする請求項４記載の車両用交流発電
機。
【請求項６】前記トルク急変領域シフト手段は、前記回転数連動電気量の前記所定範囲内にて前記回転数
連動電気量に応じて前記調整電圧を階段的に変更するこ
とを特徴とする請求項４記載の車両用交流発電機。
【請求項７】前記回転数検出手段は、前記電機子巻線の１相出力電圧の基本周波数に基づいて
前記回転数連動電気量を検出することを特徴とする請求
項２乃至４のいずれか記載の車両用交流発電機。
【請求項８】前記回転数連動電気量の前記所定範囲の上
限値に相当する前記回転数は、車両のアイドル回転数設
定値相当よりも高く設定されることを特徴とする請求項
４乃至７のいずれか記載の車両用交流発電機。
【請求項９】前記回転数連動電気量の前記所定範囲の上
限値に相当する前記回転数は、所定の発電開始回転数値
の１．５〜２倍に設定されることを特徴とする請求項８
記載の車両用交流発電機。
【請求項１０】前記回転数連動電気量の前記所定範囲の
下限値に相当する前記回転数は、所定の発電開始回転数
値よりも高く設定されることを特徴とする請求項４乃至
７のいずれか又は９記載の車両用交流発電機。
【請求項１１】前記調整電圧の下限値は、前記蓄電手段
の開放端子電圧にほぼ等しいか所定値だけ高い値に設定
されることを特徴とする請求項４記載の車両用交流発電
機。
【請求項１２】前記調整電圧の上限値は、車両通常走行
状態での常用調整電圧値に設定されることを特徴とする
請求項４記載の車両用交流発電機。
【請求項１３】前記回転数検出手段は、前記電機子巻線
の出力電圧に含まれる周波数情報を電圧信号に変換する
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか記載の車
両用交流発電機。
【請求項１４】前記回転数検出手段の出力電圧の低域成
分を抽出するローパスフィルタを有することを特徴とす
る請求項７又は１３記載の車両用交流発電機。
【請求項１５】前記トルク急変領域シフト手段は、前記
回転数連動電気量に応じた前記前記調整電圧の変更を、
所定の制御遅延時間内に実施することを特徴とする請求
項５又は６記載の車両用交流発電機。
【請求項１６】前記制御遅延時間は、０．１秒以下に設
定されていることを特徴とする請求項１５記載の車両用
交流発電機。