JP2002218797A - 機関駆動式発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】より効果的に運用可能な機関駆動式発電装置を
提供する。 【解決手段】機関駆動式発電装置は、内燃機関に駆動連
結されるＭ／Ｇ１６と、並列接続されたスイッチング素
子３３及び整流素子３２を介して電源ラインＨＬ、ＬＬ
とＭ／Ｇ１６の出力線３４とを結線した整流器回路であ
るパワーモジュール２６と、Ｍ／Ｇ１６のロータ位置を
検知する磁極センサ３４とを備える。Ｍ／Ｇコントロー
ラ２９は、ロータ位置の検知結果に応じてスイッチング
素子３３の位相制御を通じて交流−直流変換を行う制御
整流モードと、スイッチング素子３３をオフした状態に
保持し、整流素子３２の整流作用によって交流−直流変
換を行う非制御整流モードとを、状況に応じて切り替え
て発電運転を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に駆動連
結された交流回転電気機によって発電を行う機関駆動式
発電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の発電装置として、伝動ベルト等
を通じて駆動連結された内燃機関によって駆動される三
相交流回転電気機と、それにより発電された三相交流電
気を三相全波整流して直流変換する整流器回路とを備え
る装置が知られている。従来、こうした車載用の機関駆
動式発電装置は、巻線界磁式の三相交流回転電気機を使
用して、その励磁コイルの印加電圧によって発電量を調
整するようにしている。そして整流器回路には、ダイオ
ードのような整流素子のみを用いた簡易な構成が用いら
れている。

【０００３】車載用の機関駆動式発電装置では、内燃機
関の使用回転域が広く、それに伴い交流回転電気機の回
転速度も大きく変動することとなる。上記のような発電
装置では、その発電能力が交流回転電気機の回転速度に
依存し、低回転速度域では十分な発電能力を発揮できな
いことがある。

【０００４】そこで、例えば特開昭６３−８７１３７号
公報にみられるように、トランジスタのようなスイッチ
ング素子を有して整流器回路を構成し、発電電圧が低く
なる低回転域では、そのスイッチング素子を繰り返し断
続的に遮断してサージ電圧を生じさせ、発電電気を昇圧
して直流電気回路に給電するチョッピング制御を行う機
関駆動式発電装置が知られている。こうした機関駆動式
発電装置では、低回転域での発電電圧の比較的低い交流
回転電気機を用いながらも、発電電圧が低い内燃機関の
低速運転時にもバッテリへの蓄電に必要な電圧を確保す
ることができる。ただし、チョッピング制御では、発電
能力の向上にも限界があり、また細かな負荷変動に対し
て自由に発電量を制御することが困難であった。

【０００５】また近年、例えばハイブリッド車両のよう
に、三相交流回転電気機をモータジェネレータ（Ｍ／
Ｇ）として使用する車両が実用されている。こうした車
両では、三相交流回転電気機とバッテリとを三相インバ
ータ・コンバータ回路を介して接続するとともに、回転
電気機のロータ位置を検知するセンサを備えるようにし
ている。三相インバータ・コンバータ回路は、Ｍ／Ｇの
電動機運転時にはバッテリに蓄電された直流電気を三相
交流電気に変換して三相交流回転電気機に給電する三相
インバータ回路として機能する。また、Ｍ／Ｇの発電機
運転時には、センサによって検知されるロータ位置に応
じて三相インバータ・コンバータ回路のスイッチング素
子をオン／オフ操作を位相制御することで、発電された
三相交流電気を直流変換して給電するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】こうした機関駆動式発
電装置では、スイッチング素子の位相制御を通じて細密
に発電を制御でき、より広い運転領域で発電能力を高く
保持することができる。ただし、そうしたスイッチング
素子の位相制御の実施には、高度な制御が必要であり、
制御系に高い処理能力が要求される。また、ロータ位置
の検出のためのセンサやスイッチング素子のオン／オフ
操作にかかる駆動回路等のように、発電運転に必要な構
成要素が多く、発電装置の信頼性の確保も困難となって
いる。更に、場合によっては、スイッチング素子のオン
／オフ操作に起因して発生する騒音が問題となることも
ある。

【０００７】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、より効果的な運用を行うこ
とのできる機関駆動式発電装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下、上記課題を解決す
るための手段、及びその作用効果について記載する。 （請求項１）請求項１に記載の発明は、内燃機関に駆動
連結される交流回転電気機と、並列接続されたスイッチ
ング素子及び整流素子を介して直流電気回路と前記交流
回転電気機の出力線とを結線した整流器回路とを備え、
発電された交流電気を交流−直流変換して前記直流電気
回路に給電する機関駆動式発電装置において、前記交流
回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段を備える
とともに、その位置検知手段の検知結果に応じた前記ス
イッチング素子の位相制御を通じて前記交流−直流変換
を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素子をオ
フした状態に保持して、前記整流素子の整流作用によっ
て前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを切り
替える切替制御手段を備えるようにしたものである。

【０００９】上記構成では、第１の整流モードと第２の
整流モードとのいずれかを選択して発電運転を行うこと
ができる。このため、特性の異なる２つの整流モード
を、交流回転電気機の発電状態に応じて使い分けたり、
あるいはいずれかの整流モードでの発電運転が不能とな
ったときに他方の整流モードで発電運転を継続したりす
るなど、状況に応じて２つの整流モードを切り替えつつ
発電運転を行うことができる。したがって、機関駆動式
発電装置をより効果的に運用することができる。

【００１０】（請求項２）請求項２に記載の発明は、請
求項１に記載の機関駆動式発電装置において、前記切替
制御手段を、前記第１及び第２の整流モードを前記交流
回転電気機の発電状態に応じて切り替えるようにしたも
のである。

【００１１】上記構成では、例えば発電電圧や発電電流
（実効値）やその回転速度等によって把握される交流回
転電気機の発電状態に応じて、より好ましい側の整流モ
ードを用いて交流−直流変換を行って発電電気を給電す
ることができるようになる。これにより、交流回転電気
機の発電状態の変化に拘わらず、好適に給電を行うこと
ができる。

【００１２】また、単一の整流態様で交流回転電気機の
全使用領域での発電効率を高く保持することは困難であ
るが、上記構成のように交流回転電気機の使用領域毎に
各整流モードを使い分けるようにすれば、各整流モード
にかかる電気回路構成等を特定の使用領域のみに特化さ
せるように構築することができる。このため、幅広い使
用領域での発電能力を容易に確保できるようにもなる。

【００１３】（請求項３）請求項３に記載の発明は、請
求項２に記載の機関駆動式発電装置において、前記発電
状態を、前記交流回転電気機の回転速度としたものであ
る。

【００１４】上記構成によれば、交流回転電気機の回転
速度によって、その発電状態を的確に把握して整流モー
ドを切り替えることができる。なお、交流回転電気機が
内燃機関に連動して回転される構成においては、内燃機
関の回転速度によって交流回転電気機の回転速度がほぼ
一義的に決定されるため、内燃機関の回転速度を交流回
転電気機の回転速度の代用値として用いても、同様に上
記構成の具現が可能である。

【００１５】（請求項４）請求項４に記載の発明は、請
求項１〜３のいずれかに記載の機関駆動式発電装置にお
いて、前記切替制御手段を、前記回転位置の検知結果に
応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の機能に
障害が発生したときには、前記第２の整流モードを前記
第１の整流モードに代えて選択するようにしたものであ
る。

【００１６】上記第１の整流モードでの発電運転には、
位置検知手段やスイッチング素子、或いは同素子のオン
／オフ操作にかかる駆動回路等の多数の要素が介在し、
それらのいずれかに異常が発生すれば、同第１の整流モ
ードでの発電運転は不能となる。ただしその場合であ
れ、整流素子の整流作用のみによって交流−直流変換が
行われる第２の整流モードでの発電運転は行うことがで
きる。

【００１７】その点、上記構成では、回転位置の検知結
果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能、
すなわち位置検知手段による回転位置の検知機能やスイ
ッチング素子をオン／オフ操作する駆動回路の機能、あ
るいはスイッチング素子自体の機能に障害が発生したと
きには、第１の整流モードに代えて第２の整流モードで
の発電運転を行うようにしている。したがって上記構成
によれば、第１の整流モードでの発電運転に支障をきた
すような異常が発生した場合であれ、発電運転を継続で
きるようになる。そして車両用の機関駆動式発電装置に
上記構成を適用した場合には、異常発生時に車両や内燃
機関への電力供給をより長期に亘り継続可能となり、異
常発生時の緊急避難走行を拡大することができる。

【００１８】（請求項５）請求項５に記載の発明は、請
求項４に記載の機関駆動式発電装置において、前記第２
の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡
を検出する短絡検出手段と、前記障害の発生により前記
第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択
されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡
の検出態様を、前記障害の発生時以外のときの検出態様
から変更する検出態様変更手段と、を更に備えるように
したものである。

【００１９】交流回転電気機に発生し得る障害の１つ
に、相間短絡がある。相間短絡の発生の有無は、機関駆
動式発電装置の運転状態を監視することで検出すること
ができる。ところがスイッチング機能の障害発生時に
は、本来は第１の整流モードが選択されるべき状況にお
いても第２の整流モードが選択される。これにより、障
害の発生時とそれ以外のときとは発電装置の運転状態が
変化して、相間短絡発生時の発電装置の様相も障害の発
生の有無に応じて変化することとなる。よって、障害の
発生時には、障害の無いときと同一の検出態様では、適
切に相間短絡を検出することができなくなってしまう。

【００２０】その点、上記構成では、上記スイッチング
機能の障害発生に応じて第１の整流モードに代えて第２
の整流モードが選択されるときには相間短絡の検出態様
が変更されるため、障害発生時の退避処理の実施による
発電装置の運転状態の変化に拘わらず、相間短絡の誤検
出を好適に回避できる。

【００２１】（請求項６）請求項６に記載の発明は、請
求項４に記載の機関駆動式発電装置において、前記第２
の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡
を検出する短絡検出手段と、前記障害の発生により前記
第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択
されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡
の検出条件を、前記障害の発生時以外のときの検出条件
から変更する検出条件変更手段と、を更に備えるもので
ある。

【００２２】上記構成では、上記スイッチング機能の障
害発生に応じて第１の整流モードに代えて第２の整流モ
ードが選択されるときには相間短絡の検出条件が変更さ
れるため、障害発生時の退避処理の実施による発電装置
の運転状態の変化に拘わらず、好適に検出を継続するこ
とができる。

【００２３】（請求項７）請求項７に記載の発明は、請
求項４に記載の機関駆動式発電装置において、前記第２
の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の相間短絡
を検出する短絡検出手段と、前記障害の発生により前記
第１の整流モードに代えて前記第２の整流モードが選択
されているときには、前記短絡検出手段による相間短絡
の検出を禁止する検出禁止手段と、を更に備えるもので
ある。

【００２４】上記構成では、スイッチング機能の障害発
生時には、相間短絡の検出が禁止されるため、その誤検
出を確実に回避することができる。ちなみに上記スイッ
チング機能の障害と相間短絡との別部位での２障害の同
時発生は、確率的には、ほぼ有り得ないような希有な事
態である。更にスイッチング機能障害の発生に応じて既
に各種の障害への対応がなされていることもあって、相
間短絡の検出を禁止しても余り大きな不都合はない。そ
こで上記障害の発生に応じて第２の整流モードを選択し
たときに相間短絡の検出を禁止して、誤検出を確実に回
避した方が、場合によっては好都合となる。

【００２５】（請求項８）請求項８に記載の発明は、請
求項１〜７のいずれかに記載の機関駆動式発電装置にお
いて、前記切替制御手段を、前記位置検知手段に異常有
りと判定されたときには、前記スイッチング素子の前記
出力線側の電圧と前記直流電気回路側の電圧との高低関
係の変化に応じて前記スイッチング素子をオン／オフ操
作して交流−直流変換を行う第３の整流モードを前記第
１の整流モードに代えて選択するようにしたものであ
る。

【００２６】位置検知手段の異常によって交流回転電気
機の回転位置を検知不能となったときにも、スイッチン
グ素子の両端での電圧の高低関係の変化に基づいて同素
子のオン／オフ操作を行うことで交流−直流変換を行う
ことができる。例えば、そのスイッチング素子が直流電
気回路の高電位側に結線されている場合には、出力線側
の電圧が直流電気回路の高電位側の電圧よりも高くなっ
たときにその素子をオンし、そうでないときには同素子
をオフするようにすれば、逆電流を生じさせずに直流電
気回路に給電を行うことができる。このため、位置検出
手段の異常発生時に上記第１の整流モードに代えて上記
第３の整流モードで発電運転を行うようにすれば、発電
運転を継続することはできる。

【００２７】なお、上記位置検出手段の異常発生時には
更に、第２の整流モードが本来選択されるべき領域にお
いても、上記第３の整流モードでの発電運転を行うよう
にしても良い。この場合、スイッチング素子及び整流素
子の双方を通って、交流回転電気機から直流電気回路へ
と電流が通電されるようになるため、整流素子のみを通
じてそうした電流が通電される第２の整流モード時に比
して、整流器回路内の抵抗が低減される。このため、第
１の整流モードでの発電運転が不能となったことによる
発電能力の低下が抑制される。

【００２８】（請求項９）請求項９に記載の発明は、請
求項１〜８のいずれかに記載の機関駆動式発電装置にお
いて、前記交流回転電気機を、巻線界磁式の交流回転電
気機としたものである。

【００２９】巻線界磁式の交流回転電気機を用いた場
合、上記第２の整流モードあるいは第３の整流モードで
も、励磁コイルの印加電圧によって発電量を調整可能で
あるため、より好適な態様で発電運転を行うことができ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。

【００３１】図１は、こうした車両の駆動系の構成を示
している。同図に示すように、内燃機関（ＥＮＧ）１０
は自動変速機（Ａ／Ｔ）１１に連結されており、その自
動変速機１１を通じて図示しない駆動輪へと動力を伝達
するようになっている。

【００３２】内燃機関１０の周囲には、エアコンディシ
ョナ（Ａ／Ｃ）用のコンプレッサ１３、パワーステアリ
ング（Ｐ／Ｓ）ポンプ１４及びウォータポンプ（Ｗ／
Ｐ）１５等の各種補機類と、モータジェネレータ（Ｍ／
Ｇ）１６とが配置されている。

【００３３】内燃機関１０の出力軸であるクランクシャ
フト１０ａと、これら各補機類１３〜１５及びＭ／Ｇ１
６とは、伝動ベルト１７を通じて互いに駆動連結されて
いる。またクランクシャフト１０ａと伝動ベルト１７と
の間には電磁式のクラッチ１８が介設されており、その
クラッチ１８への通電の制御に応じてクランクシャフト
１０ａと伝動ベルト１７との間での動力伝達が断接され
るようになっている。

【００３４】Ｍ／Ｇ１６は、パワーコントロールユニッ
ト１９を介して高電圧（３６Ｖ）及び低電圧（１２Ｖ）
の２つのバッテリ２０、２１に電気接続され、パワーコ
ントロールユニット１９によってその作動を制御されて
いる。

【００３５】続いて、同図１を参照して、この車両の制
御システムの構成を説明する。同図に示すように、この
車両の制御システムは、エンジンコントロールユニット
（ＥＣＵ）２２を中心として構成されている。

【００３６】ＥＣＵ２２は、内燃機関１０の回転速度を
検知するＮＥセンサ２３を始めとして、内燃機関１０や
車両の状態を検知する各種センサ類の出力信号が入力さ
れるようになっている。ＥＣＵ２２は、そうした各種セ
ンサ類の検知結果に基づいて内燃機関１０の各種制御を
行うとともに、上記クラッチ１８への通電制御等も併せ
て行っている。また更にＥＣＵ２２は、パワーコントロ
ールユニット１９への指令信号の出力を通じて、Ｍ／Ｇ
１６の作動制御も行っている。

【００３７】またこの車両では、信号待ち等の車両の一
時停止時に内燃機関１０の作動を一時停止する制御を行
っている。ＥＣＵ２２は、車両が一時停止状態にあるこ
とを検知すると、クラッチ１８の接続を解除してクラン
クシャフト１０ａと伝動ベルト１７との接続を遮断した
後、内燃機関１０を停止する。そしてＥＣＵ２２は、高
電圧バッテリ２０に蓄電された電力によってＭ／Ｇ１６
を電動機として稼動させ、その動力によって各補機１３
〜１５を作動させる。これにより、内燃機関１０の停止
中も、各補機１３〜１５の作動が維持される。

【００３８】またこうした内燃機関１０の停止中に、Ｄ
レンジでブレーキペダルの踏み込みが解除される、或い
はＰ、Ｎレンジからのシフト操作が行われると、ＥＣＵ
２２はクラッチ１８を接続し、Ｍ／Ｇ１６によってクラ
ンクシャフト１０ａを回転させる。このときＭ／Ｇ１６
の動力は、そのクランクシャフト１０ａから自動変速機
１１等を通じて駆動輪に伝達され、車両の走行が開始さ
れる。

【００３９】更に内燃機関１０の回転速度が所定の回転
速度に達すると、ファイアリングを開始して内燃機関１
０を再始動させる。すなわち本実施形態では、一時停止
からの内燃機関１０の再始動時には、Ｍ／Ｇ１６がスタ
ータモータとしての役割を果たすこととなる。そして、
内燃機関１０が安定して自立運転するようになると、Ｍ
／Ｇ１６の電動機としての稼動を停止し、内燃機関１０
の動力によって補機１３〜１５を駆動する。またこのと
きＭ／Ｇ１６は、内燃機関１０の動力によって駆動さ
れ、発電機として機能する。

【００４０】このようにＭ／Ｇ１６は、高電圧バッテリ
２０からの電力供給によって動力を発生する電動機とし
て、或いは伝動ベルト１７からの動力伝達によって発電
を行う発電機として機能するようになっている。続い
て、こうしたＭ／Ｇ１６の作動にかかる電気的構成につ
いて、図２を併せ参照して更に詳細に説明する。

【００４１】同図２に示すように、Ｍ／Ｇ１６は、伝動
ベルト１７（図１）に駆動連結されたロータに巻線され
た励磁コイル２４と、ステータに配設されたＵ相、Ｖ
相、Ｗ相の電機子コイル２５とを備える巻線界磁式の三
相交流回転電気機として構成されている。またパワーコ
ントロールユニット１９は、パワーモジュール２６、パ
ワーモジュール駆動回路２７、励磁駆動回路２８、Ｍ／
Ｇコントローラ２９、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０等を備
えて構成されている。

【００４２】Ｍ／Ｇ１６のロータの励磁コイル２４は、
励磁駆動回路２８によって給電される。また励磁コイル
２４への印加電圧も、この励磁駆動回路２８によって調
整される。

【００４３】また、Ｍ／Ｇ１６のステータに設けられた
各相の電機子コイル２５の出力線３１は、パワーモジュ
ール２６を介して、高電圧バッテリ２０の高位側端子に
接続された高位電源ラインＨＬ及びその低位側端子に接
続された低位電源ラインＬＬに接続されている。パワー
モジュール２６は、各出力線３１と両電源ラインＨＬ、
ＬＬとをそれぞれ、並列接続された整流素子３２及びス
イッチング素子３３を介して結線した三相ブリッジ回路
として構成されている。ここでは整流素子３２としてダ
イオードを、スイッチング素子３３として電解効果型ト
ランジスタ（ＦＥＴ）をそれぞれ採用している。

【００４４】こうしたパワーモジュール２６は、Ｍ／Ｇ
１６を電動機として作動させるときには、高電圧バッテ
リ２０に蓄電された電力を直流−交流変換して電機子コ
イル２５に給電するインバータ回路として作動する。ま
たパワーモジュール２６は、Ｍ／Ｇ１６を発電機として
作動させるときには、発電によって電機子コイル２５か
ら出力される交流電気を交流−直流変換して高位及び低
位電源ラインＨＬ、ＬＬに給電するコンバータ（整流
器）回路として作動する。こうしたパワーモジュール２
６の作動にかかるスイッチング素子３３のオン／オフ操
作は、パワーモジュール駆動回路２７によって操作され
ている。

【００４５】また、高位電源ラインＨＬ及び低位電源ラ
インＬＬは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０に接続されてい
る。ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、両電源ラインＨＬ、
ＬＬを通じて給電される高電圧（３６Ｖ）を低電圧（１
２Ｖ）に降圧して、低電圧バッテリ２１や各コントロー
ラ等に給電している。

【００４６】一方、Ｍ／Ｇコントローラ２９には、Ｍ／
Ｇ１６のロータ位置を検知する磁極センサ３４、及び各
電機子コイル２５の出力線３１の電流を検知する電流セ
ンサ３５に接続されている。そしてＭ／Ｇコントローラ
２９は、ＥＣＵ２２からの指令信号、及びこれらセンサ
３４、３５の検知結果に基づいてパワーモジュール駆動
回路２７及び励磁駆動回路２８の作動を制御する。

【００４７】次に、以上のように構成された本実施形態
において、Ｍ／Ｇ１６を発電機として機能させるときの
作動態様を、図３を併せ参照して説明する。内燃機関１
０の作動時には、伝動ベルト１７を通じてＭ／Ｇ１６に
動力が伝達され、これによりＭ／Ｇ１６のロータが回転
する。このとき、励磁駆動回路２８からの給電によって
ロータに設けられた励磁コイル２４を励磁することで、
各相の電機子コイル２５に誘電起電力が発生し、発電が
行われる。

【００４８】本実施形態では、こうしてＭ／Ｇ１６によ
って発電された交流電気を次の２つの整流モードのいず
れかを用いて、交流−直流変換して高電圧バッテリ２０
等に給電するようにしている。そしてそれら整流モード
をＭ／Ｇ１６の発電状態に応じて切り替えることで、全
使用領域に亘って発電能力を確保しながらも、制御系へ
の負荷の増大や信頼性の低下を効果的に抑制するように
している。

【００４９】＜制御整流モード＞制御整流モードでは、
Ｍ／Ｇ１６のロータ位置の検知結果に基づいたスイッチ
ング素子３３の位相制御によって交流−直流変換が行わ
れる。すなわち、Ｍ／Ｇコントローラ２９は、磁極セン
サ３４によって検知されるＭ／Ｇ１６のロータ位置に基
づいてパワーモジュール駆動回路２７に指令信号を出力
する。またＭ／Ｇコントローラ２９は、電流センサ３５
の検出結果に応じて各スイッチング素子３３のオン／オ
フ操作を繰り返し行うとともに、そのオン期間及びオフ
期間の比率を制御することで発電電流の調整も併せて行
っている。

【００５０】＜非制御整流モード＞非制御整流モードで
は、パワーモジュール２６の各スイッチング素子３３を
解放した状態に保持し、整流素子３２の整流作用のみに
よって交流−直流変換を行わせる。

【００５１】なお、以上の両整流モードのいずれにおい
ても、高電位電源ラインＨＬの電圧に応じて、励磁駆動
回路２８を通じて励磁コイル２４への印加電圧を制御し
て、Ｍ／Ｇ１６の発電電圧の調整が行われている。した
がって、上記制御整流モードでは、上記のようなスイッ
チング素子３３のオン／オフ期間の調整と併せて、より
細密な発電量の制御が行われている。

【００５２】そして本実施形態では、これら２つの整流
モードを、図３に示すような態様で使い分けている。す
なわち、Ｍ／Ｇ１６の発電運転が正常に行われていると
きには（ステップ１０：ＮＯ）、Ｍ／Ｇ１６の回転速度
に応じて両整流モードを切り替えている。ここではその
Ｍ／Ｇ１６の回転速度を磁極センサ３４の検知結果から
求めている。そしてその回転速度が所定値φ以下のとき
には（ステップ２０：ＮＯ）制御整流モードを用い（ス
テップ３０）、所定値φを超えるときには（ステップ２
０：ＹＥＳ）非制御整流モードを用いるようにしている
（ステップ４０）。

【００５３】非制御整流モードでは、Ｍ／Ｇ１６の発電
能力がその回転速度に依存し、低回転速度域では、たと
え励磁コイル２４への印加電圧を最大値に設定したとし
ても、十分な発電能力を確保できないことがある。また
制御整流モードでは、スイッチング素子３３のオン／オ
フ操作に伴い騒音が問題となることがある。本実施形態
では、これらを考慮して上記所定値φが設定されてお
り、非制御整流モードでの発電能力の不足が生じる回転
速度域のみにおいて制御整流モードを用いることで、全
使用領域での発電能力を確保しながらも、スイッチング
素子３３のオン／オフ操作に伴う騒音を可能な限り抑制
するようにしている。

【００５４】なお、磁極センサ３４によるＭ／Ｇ１６の
ロータ位置の検知機能や、パワーモジュール駆動回路２
７によるスイッチング素子３３のオン／オフ操作機能等
に異常が発生したときには、制御整流モードでの発電運
転を行えなくなる。ただしこの場合であれ、非制御整流
モードでの発電運転を行うことはできる。このため、本
実施形態では、スイッチング素子３３、磁極センサ３
４、電流センサ３５、パワーモジュール駆動回路２７等
に異常が発生し、制御整流モードでの発電運転が適切に
行えないときには（ステップ１０：ＹＥＳ）、Ｍ／Ｇ１
６の回転速度に拘わらず、発電運転にかかる構成がより
簡易な非制御整流モードで発電運転を行うようにしてい
る（ステップ４０）。

【００５５】なお、このような異常発生時には、Ｍ／Ｇ
１６の電動機としての運転は不能となるため、上述した
内燃機関１０の自動停止制御は禁止する。以上説明した
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

【００５６】（１）本実施形態では、磁極センサ３４に
よって検知されるＭ／Ｇ１６の回転位置に応じてスイッ
チング素子３３をオン／オフ操作することで交流−直流
変換を行う制御整流モードと、スイッチング素子３３を
オフした状態に保持して整流素子３２の整流作用によっ
て交流−直流変換を行う非制御整流モードとを、交流回
転電気機として構成されたＭ／Ｇ１６の回転速度に応じ
て切り替えるようにしている。このため、Ｍ／Ｇ１６の
発電状態の変化に応じて、より好適な側の整流モードを
選択して発電運転を行うことができるようになる。

【００５７】（２）またこれにより、各整流モードを使
用するＭ／Ｇ１６の回転速度域がそれぞれ限定されるた
め、各整流モードでの発電運転にかかる素子や電気回路
構成を、その使用領域のみに特化させるように構築する
ことができるようになる。このため、幅広い使用領域で
発電能力を高く保持することが容易に行える。

【００５８】（３）本実施形態では、交流回転電気機の
回転速度に基づくことで、容易に発電状態に応じた適切
な整流モードの切り替えを行うことができる。 （４）本実施形態では、制御整流モードでの発電運転に
支障をきたす異常が発生したときに、その制御整流モー
ドに代えて非制御整流モードを用いて発電運転を継続し
ている。このため、そうした異常発生時であれ、発電電
気の供給を継続可能となり、ひいては異常発生時の車両
の緊急避難走行距離を拡大できるようにもなる。

【００５９】（５）本実施形態では、Ｍ／Ｇ１６に巻線
界磁式の交流回転電気機を採用している。このため、非
制御整流モードでの発電運転時にも、励磁コイル２４へ
の印加電圧によって発電量を調整可能となり、より好適
な態様で発電運転を行うことができるようになる。

【００６０】（第１実施形態の変形例）上記実施形態で
は、制御整流モードでの発電運転に支障をきたすような
異常が発生した場合、その制御整流モードに代えて非制
御整流モードで発電運転を継続するようにしている。た
だし、その異常が磁極センサ３４によるロータ位置の検
出機能についての不良に起因する場合、パワーモジュー
ル２６の各スイッチング素子３３のオン／オフ操作は、
引き続き行うことができる。そこで、磁極センサ３４の
異常発生時には、次のような態様で発電運転を継続する
こともできる。

【００６１】すなわち、そうした異常発生時には、磁極
センサ３４の検知結果に代えて、各相の出力線３１の電
圧と高位電源ラインＨＬ或いは低位電源ラインＬＬの電
圧との高低関係の変化に基づいてスイッチング素子３３
をオン／オフ操作し、交流−直流変換を行うことができ
る。

【００６２】例えば、高位電源ラインＨＬの電圧（３６
Ｖ）に対して、出力線３１の電圧が高いときに、それら
の間に介設されたスイッチング素子３３をオンし、出力
線３１の電圧が低いときに同素子３３をオフする。この
ようにすれば、磁極センサ３４の検知結果に基づかなく
ても、逆電流の発生を防ぎつつ、発電された交流電気を
半波整流によって直流に変換して、高位電源ラインＨＬ
に給電可能となる。この場合においてもやはり、Ｍ／Ｇ
１６の電動機としての運転が不能となるため、上述した
内燃機関１０の自動停止制御は禁止することが望まし
い。

【００６３】ただし、こうした出力線３１の電圧と高位
電源ラインＨＬの電圧との高低関係の変化に応じたスイ
ッチング素子３３のオン／オフ操作による発電運転を行
う場合には、そのスイッチング素子３３として、例えば
ＭＯＳ−ＦＥＴのように双方向に通電可能な、方向性の
無い、或いは方向性の小さなスイッチング素子を用いる
ことが望ましい。

【００６４】なお、上記のような磁極センサ３４の異常
発生時には、全運転領域での発電運転を上記態様で行う
ようにしても良い。すなわち、本来、非制御整流モード
が選択されるべき運転領域についても、各出力線３１の
電圧と電源ラインＨＬ、ＬＬの電圧との高低関係の変化
に応じてスイッチング素子３３をオン／オフ操作して発
電運転を行うようにしても良い。この場合、スイッチン
グ素子３３及び整流素子３２の双方を通って、電流が通
電されるようになる。このため、整流素子３２のみを通
じてそうした電流が通電される非制御整流モード時に比
して、パワーモジュール２６内での電力損失が低減さ
れ、制御整流モードでの発電運転が不能となったことに
よる発電能力の低下が抑制されるようになる。そしてひ
いては、異常発生時における車両の緊急避難走行の距離
や時間を拡大できるようにもなる。

【００６５】（第２実施形態）続いて本発明を具体化し
た第２実施形態について、上記実施形態と異なる点を中
心として、図４を併せ参照して説明する。

【００６６】上記のような交流回転電気機に生じ得る障
害の１つに、各相（各電機子コイル２５）間の短絡（シ
ョート）がある。そうした相間短絡が生じると、たとえ
回転電気機の運転条件が同一であっても、各電機子コイ
ル２５から出力線３１に出力される電流（３相電流）の
振幅は、短絡の無いときに比して小さくなる。よって出
力線３１を流れる３相電流の振幅（あるいはその最大
値、最小値）を監視することで、上記相間短絡の発生の
有無を検出することができる。

【００６７】ところが第１実施形態のように、スイッチ
ング素子３３のオン／オフ機能の障害に応じて、制御整
流モードの代わりに非制御整流モードでの発電運転を行
う場合、そうした相間短絡を適切に検出できなくなるこ
とがある。これは、本来は制御整流モードが選択される
べき状況において、非制御整流モードが選択されること
で、発電装置の運転状態が変化することに起因してい
る。

【００６８】例えば第１実施形態では、スイッチング機
能の正常時には、回転電気機（Ｍ／Ｇ１６）の回転速度
に応じて切り替えられる整流モードが、機能障害の発生
時には非制御整流モードに固定されることとなる。これ
により、本来は制御整流モードが選択される回転速度域
（第１実施形態では「φ」以下の回転速度領域）であ
れ、非制御整流モードでの発電運転が行われる。そうし
た本来の設定と異なる回転速度域では、非制御整流モー
ドでの発電を満足に行うことが困難となり、回転電気機
の運転状況によっては回転電気機の発電量が非常に小さ
くなることがある。そしてその結果、各電機子コイル２
５から出力される３相電流の振幅が相間短絡の検出判定
レベルを下回り、実際には短絡が発生していないにも拘
わらず、相間短絡が発生したとの誤った判定がなされる
ことがある。

【００６９】そこで本実施形態では、非制御整流モード
の発電運転中にＭ／Ｇ１６の相間短絡を検出するととも
に、スイッチング機能の障害発生時とそれ以外のときと
は、その検出条件を変更することで、いずれの状況下で
も適切な検出を可能としている。

【００７０】図４は、そうした本実施形態における整流
モードの選択、及び相間短絡の検出条件の設定の態様を
示している。同図４に示すように本実施形態において
も、スイッチング機能の障害の無いときには（Ｓ１１
０：「ＮＯ」）、Ｍ／Ｇ２５の回転速度に応じて、制御
整流モードと非制御整流モードとが切り替えられる。ま
たここでも、Ｍ／Ｇ回転速度が「φ」以下の領域では制
御整流モードが選択され、「φ」を上回る領域では非制
御整流モードが選択されている（以上、Ｓ１２０，Ｓ１
４０，Ｓ１５０）。

【００７１】本実施形態では、以上のようにスイッチン
グ機能に障害の無い状況で非制御整流モードが選択され
たときには、以下の２つの検出条件が共に成立した場合
に相間短絡が発生したと判断している。 （条件Ａ） 励磁コイル２４に流される電流（励磁電
流）が所定値α（例えば４．５Ａ）以上である。 （条件Ｂ） Ｍ／Ｇ１６の発電量が所定値以下である。
より詳しくは、各電機子コイル２５から出力線３１に出
力される３相電流の最大値が所定値β（例えば５０Ａ）
以下であることをもって、発電量が所定値以下であると
判断している。

【００７２】Ｍ／Ｇコントローラ２９は、非制御整流モ
ードでは、Ｍ／Ｇ１６の発電量が要求に満たないときに
は、励磁コイル２４に流す励磁電流を増大することでそ
の発電量を増大させる制御を行っている。よって、相間
短絡の発生によって十分な発電が行えないときには、そ
の励磁電流の値も自ずと大きくなる。すなわち上記条件
Ａが成立するようになる。

【００７３】また上述のように本実施形態では、非制御
整流モードにあっては、励磁コイル２４に流される励磁
電流の制御によって、Ｍ／Ｇ１６の発電量を調整してい
る。ここでそうした励磁電流が所定値以上であって（条
件Ａの成立）、ある程度以上の発電要求があるにも拘わ
らず、Ｍ／Ｇ１６の発電量が少なければ（条件Ｂの成
立）、相間短絡が生じていると判断することができる。
ちなみにここでは、Ｍ／Ｇ１６の発電量の代表値として
上記３相電流の最大値を用いて相間短絡の有無を判断し
ており、その最大値が所定値β以下であることをもって
条件Ｂが成立するものとしている。なお、Ｍ／Ｇ１６の
発電量の代表値として、３相電流のその最小値や振幅等
も用いることができる。例えば、３相電流の振幅が所定
値以下であること、あるいは３相電流の最小値が所定値
以上であること等によっても、同様の判断を行うことが
できる。

【００７４】こうして本実施形態では通常は、以上の態
様で非制御整流モードでの相間短絡の検出を行ってい
る。一方、本実施形態でも第１実施形態と同様に、スイ
ッチング機能の障害発生時には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、
Ｍ／Ｇ１６の回転速度に拘わらず、整流モードは非制御
整流モードに固定される（Ｓ１３０）。こうして非制御
整流モードが選択された場合、本実施形態では、以下の
ように相間短絡の検出態様を変更する処理を行う（Ｓ１
３５）。

【００７５】すなわち、本実施形態では、上記障害発生
に応じた非制御整流モードの設定時には、障害のない通
常の非制御整流モードの設定時に比して、相間短絡の検
出感度を低減するようにその検出条件を変更している。
具体的には、上記条件Ｂにおける３相電流の最大値につ
いての相間短絡発生の判断基準となる所定値βを、より
小さな値に変更している。これにより、非制御整流モー
ドの設定領域の変更に伴うＭ／Ｇ１６の発電状況の変化
に拘わらず、誤検出を回避して相間短絡を好適に検出す
ることができる。

【００７６】なお、上記条件Ａの成立判断の基準となる
所定値αをより大きな値に変更することによっても、相
間短絡の検出感度を低減することはできる。また更に、
同図４に併せ示すように、スイッチング機能の障害発生
時には、相間短絡の検出を禁止するようにしても良い。
その場合は勿論、相間短絡の検出はできなくなるが、別
の部位で同時に障害が発生することは確率的にほぼあり
得ず、またスイッチング機能の障害に応じて既に障害へ
の各種の対処処理が実施されていることもあって、余り
大きな不都合は生じない。よって、相間短絡が検出不能
となることよりも、こうして検出を禁止することで誤検
出を確実に回避した方が好都合な場合もある。

【００７７】以上説明した各実施形態は、次のように変
更しても良い。 ・第２実施形態では、相間短絡の検出条件の変更やその
検出の禁止によって、スイッチング機能の障害発生時の
整流モードの選択態様の変更に伴うＭ／Ｇ１６の発電状
況の変化に拘わらず、その誤検出を好適に回避してい
る。これを、相間短絡の検出の判断に用いられるパラメ
ータを変更するなど、その検出態様そのものを根本から
変更することで、誤検出を回避するようにしても良い。

【００７８】・上記実施形態では、整流素子３２として
ダイオードを、スイッチング素子３３としてＦＥＴをそ
れぞれ採用する構成としたが、整流機能又はスイッチン
グ機能を有する任意の素子にそれぞれ変更しても良い。

【００７９】・上記実施形態では、磁極センサ３４を採
用しているが、例えば光学式センサなど、他の形式のセ
ンサ類を用いてＭ／Ｇ１６のロータ位置を検知するよう
にしても良い。

【００８０】・また上記実施形態では、パワーモジュー
ル２６を全波整流器回路として構成しているが、高位電
源ラインＨＬ及び低位電源ラインＬＬのいずれか一方に
ついてのみ、スイッチング素子３３及び整流素子３２を
介して出力線３１に結線した半波整流器回路として構成
しても良い。その場合にも、上記実施形態と同様の整流
モードの切り替え制御を適用し、同様の効果を得ること
ができる。

【００８１】・上記実施形態では、Ｍ／Ｇ１６を巻線界
磁式の交流回転電気機とした構成となっているが、ロー
タを永久磁石としたＰＭ式の交流回転電気機としてもよ
い。その場合、非制御整流モードでの発電運転時には、
励磁コイルへの印加電圧による発電量の調整を行うこと
はできないため、他の発電量の調整手段を設けることが
望ましい。

【００８２】・また上記実施形態では、交流回転電気機
を電動機としても作動させるようにしているが、発電機
としてのみ機能させるようにしても良い。 ・また上記実施形態では、制御整流モードと非制御整流
モードとの切り替えをＭ／Ｇ１６の回転速度に基づいて
切り替えているが、上記実施形態のように、発電運転時
のＭ／Ｇ１６とクランクシャフト１０ａとが直接的に連
結され、内燃機関１０の回転速度からＭ／Ｇ１６の回転
速度がほぼ一義的に決定される構成であれば、内燃機関
１０の回転速度をＭ／Ｇ１６の回転速度の代用値として
同様の整流モードの切替制御を行うことができる。

【００８３】・また更にそうした回転速度に基づく整流
モードの切り替え態様も任意である。すなわち、各整流
モードの使用領域は、上記実施形態の例に限らず、採用
される各素子や駆動回路等の特性等に応じて適宜に変更
して設定しても良い。

【００８４】・また、Ｍ／Ｇ１６の発電電圧や発電電流
の実効値等に基づいて整流モードを切り替えるようにし
ても、発電状態に応じて好適な側の整流モードを選択し
て発電運転を行うことができる。

【００８５】・交流回転電気機の回転位置の検知結果に
応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能に障害
が発生したときに制御整流モードを禁止して非制御整流
モードを保持する制御を行わず、交流回転電気機の発電
状態に応じた両整流モードの切り替えのみを行う構成と
しても良い。その場合であれ、上記（１）及び（２）記
載の効果を得ることができる。

【００８６】・また、交流回転電気機の回転位置の検知
結果に応じたスイッチング素子のオン／オフ操作の機能
に障害が発生していないときには常に制御整流モードで
の発電運転を行い、上述のような異常発生時にのみ非制
御整流モードでの発電運転を行う構成としても、上記
（４）記載の効果を得ることはできる。

【００８７】・更に、交流回転電気機の回転位置の検知
に障害が発生していないときには常に上記制御整流モー
ドでの発電運転を行い、同障害が発生したときには、ス
イッチング素子の出力線側の電圧と直流電気回路側の電
圧との高低関係の変化に基づいて同スイッチング素子の
オン／オフ操作することで交流−直流変換を行いつつ発
電運転を行うようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の車両の駆動系の構成を示す略
図。

【図２】同実施形態のＭ／Ｇ駆動制御系の電気的構成を
示す略図。

【図３】同実施形態の整流モードの切り替えにかかる処
理手順を示すフローチャート。

【図４】第２実施形態の発電制御態様の切り替えにかか
る処理手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１０…内燃機関、１６…Ｍ／Ｇ（巻線界磁式交流回転電
気機）、１７…伝動ベルト、１９…パワーコントロール
ユニット、２０…高電圧バッテリ、２１…低電圧バッテ
リ、２４…励磁コイル、２５…電機子コイル、２６…パ
ワーモジュール（整流器回路）、２７…パワーモジュー
ル駆動回路（切替制御手段）、２８…励磁駆動回路、２
９…Ｍ／Ｇコントローラ（切替制御手段）、３１…出力
線、３２…整流素子、３３…スイッチング素子、３４…
磁極センサ（位置検出手段）、３５…電流センサ、ＨＬ
…高位電源ライン（直流電気回路）、ＬＬ…高位電源ラ
イン（直流電気回路）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D037 CA04 CB06 CB07 CB14 5H590 AA02 CA07 CA23 CC01 CC18 CD01 CE05 DD23 EA07 EA13 EB02 FA06 FA08 FB10 FC14 HA02 HA04 HA11 HB01 HB11 HB14

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関に駆動連結される交流回転電気機
   と、並列接続されたスイッチング素子及び整流素子を介
   して直流電気回路と前記交流回転電気機の出力線とを結
   線した整流器回路とを備え、発電された交流電気を交流
   −直流変換して前記直流電気回路に給電する機関駆動式
   発電装置において、 前記交流回転電気機の回転位置を検知する位置検知手段
   を備えるとともに、 その位置検知手段の検知結果に応じた前記スイッチング
   素子のオン／オフ操作の位相制御を通じて前記交流−直
   流変換を行う第１の整流モードと、前記スイッチング素
   子をオフした状態に保持し、前記整流素子の整流作用に
   よって前記交流−直流変換を行う第２の整流モードとを
   切り替える切替制御手段を備える機関駆動式発電装置。
2. 【請求項２】前記切替制御手段は、前記第１及び第２の
   整流モードを前記交流回転電気機の発電状態に応じて切
   り替えるものである請求項１に記載の機関駆動式発電装
   置。
3. 【請求項３】前記発電状態は、前記交流回転電気機の回
   転速度である請求項２に記載の機関駆動式発電装置。
4. 【請求項４】前記切替制御手段は、前記回転位置の検知
   結果に応じた前記スイッチング素子のオン／オフ操作の
   機能に障害が発生したときには、前記第２の整流モード
   を前記第１の整流モードに代えて選択するものである請
   求項１〜３のいずれかに記載の機関駆動式発電装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の機関駆動式発電装置にお
   いて、 前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の
   相間短絡を検出する短絡検出手段と、 前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前
   記第２の整流モードが選択されているときには、前記短
   絡検出手段による相間短絡の検出態様を、前記障害の発
   生時以外のときの検出態様から変更する検出態様変更手
   段と、を更に備える機関駆動式発電装置。
6. 【請求項６】請求項４に記載の機関駆動式発電装置にお
   いて、 前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の
   相間短絡を検出する短絡検出手段と、 前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前
   記第２の整流モードが選択されているときには、前記短
   絡検出手段による相間短絡の検出条件を、前記障害の発
   生時以外のときの検出条件から変更する検出条件変更手
   段と、を更に備える機関駆動式発電装置。
7. 【請求項７】請求項４に記載の機関駆動式発電装置にお
   いて、 前記第２の整流モードの選択時に前記交流回転電気機の
   相間短絡を検出する短絡検出手段と、 前記障害の発生により前記第１の整流モードに代えて前
   記第２の整流モードが選択されているときには、前記短
   絡検出手段による相間短絡の検出を禁止する検出禁止手
   段と、を更に備える機関駆動式発電装置。
8. 【請求項８】前記切替制御手段は、前記位置検知手段に
   異常有りと判定されたときには、前記スイッチング素子
   の前記出力線側の電圧と前記直流電気回路側の電圧との
   高低関係の変化に応じて前記スイッチング素子をオン／
   オフ操作して前記交流−直流変換を行う第３の整流モー
   ドを前記第１の整流モードに代えて選択するものである
   請求項１〜７のいずれかに記載の機関駆動式発電装置。
9. 【請求項９】前記交流回転電気機は、巻線界磁式の交流
   回転電気機である請求項１〜８のいずれかに記載の機関
   駆動式発電装置。