JP2003211995A - 車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置 - Google Patents

車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置

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JP2003211995A JP2002010925A JP2002010925A JP2003211995A JP 2003211995 A JP2003211995 A JP 2003211995A JP 2002010925 A JP2002010925 A JP 2002010925A JP 2002010925 A JP2002010925 A JP 2002010925A JP 2003211995 A JP2003211995 A JP 2003211995A
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草瀬　　新
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベルトの伸びや損耗、劣化を早期に発見する
ことができる車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置
を提供すること。 【解決手段】 回転数センサ１０およびＦ／Ｖ変換器１
２によってエンジン３０の回転数に応じた電圧が得ら
れ、Ｆ／Ｖ変換器１４によって発電電動装置３２の回転
数に応じた電圧が得られる。回転数差検出器１６では、
これらの電圧の差分出力することにより、それぞれの回
転数の差を求めており、この差が所定値を超えたときに
電圧比較器１８の出力がハイレベルに変化して警報回路
２０から所定の警報が出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車等に搭載さ
れて発電動作および電動動作を行う車両用発電電動装置
の駆動系異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近では、車両用発電機を電動機化し
て、発電動作のみならず始動機として用いたり、高速回
転域で走行補助に用いたりする発電電動装置が提案され
ている。特に、このような発電動作と電動動作を行う発
電電動装置を用いて、エンジンや車両の起動を行う場合
には、電動動作時に大きな起動トルクが得られるととも
に、発電動作時に大きな発電出力が得られることが要求
される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した発
電電動装置とエンジンとの連結をベルトを介して行う場
合を考えると、このベルトに作用する張力の変動が大き
いため、ベルトの伸びや損耗および劣化が大きく、ベル
トの空回りが発生してエンジンと発電電動装置との間で
の駆動力の伝達が行われずに、路上において突然に発電
電動装置の発電動作や電動動作が停止してしまうおそれ
がある。特に、排気ガス中に含まれる有害成分の排出量
の削減や燃費向上を目的として、交差点での信号待ち等
における一定時間以上の停止時にエンジンの回転を停止
させる手法が実用化されているが、このような手法を上
述した発電電動装置で行う場合には、エンジンの始動と
停止を頻繁に繰り返すことになるため、発電電動装置と
エンジンを連結するベルトの張力変動もその分大きくな
り、ベルトの伸びや損耗、劣化も激しくなる。
【０００４】発電電動装置の電動動作が停止すると、交
差点等で回転を停止したエンジンを再始動することがで
きなくなってしまう。また、発電電動装置の発電動作が
停止すると、バッテリ上がりが生じるため、結局エンジ
ンの始動困難という事態を招くことになる。このような
突然の事態を回避するためには、ベルトの伸びや損耗、
劣化を早期に検出することが必要であり、駆動力を伝達
するというベルトの機能が完全に失われる前にベルトの
伸び等を検出する方法が望まれている。
【０００５】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、ベルトの伸びや損耗、劣化
を早期に発見することができる車両用発電電動装置の駆
動系異常検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の車両用発電電動装置の駆動系異常検出
装置は、車両に搭載されたエンジンの回転数を検出する
第１の回転数検出手段と、エンジンにベルトを介して連
結されて発電動作と電動動作を行う発電電動装置の回転
数をこの発電電動装置に備わった多相電機子巻線のいず
れかの相に誘起される電圧に基づいて検出する第２の回
転数検出手段と、第１および第２の回転数検出手段によ
って検出された回転数の差を検出する回転数差検出手段
と、回転数差検出手段によって検出された回転数の差が
所定値を超えたときに警報を行う警報手段とを備えてい
る。エンジンと発電電動装置との間を連結するベルト
は、完全な損傷に至る前に、発電電動装置やエンジンの
回転に追随できずに滑ったり、伸びのためにエンジンの
起動時に時間的ずれが生じたりする。本発明では、この
ような現象をエンジンと発電電動装置の回転数差に基づ
いて発電中あるいはエンジンの始動中に監視しており、
ベルトが完全な機能不良に至る前に危険域に入ったこと
を警報することにより、ベルトの伸びや損耗、劣化を早
期に発見することができる。このため、車両の運転者
は、エンジンが始動不能になる前に、修理工場に車両を
持ち込む等の予防策を講じることができる。特に、発電
電動装置の回転数を多相電機子巻線のいずれかの相電圧
に基づいて検出しているため、ホール素子等の高価な回
転数センサが不要であるとともに、高い信頼性で回転数
の検出を行うことが可能になる。
【０００７】また、本発明の車両用発電電動装置の駆動
系異常検出装置は、車両に搭載されたエンジンの回転数
を検出する第１の回転数検出手段と、エンジンにベルト
を介して連結されて発電動作と電動動作を行う発電電動
装置の回転数をこの発電電動装置に備わったＹ結線され
た多相電機子巻線の中性点に現れる電圧に基づいて検出
する第３の回転数検出手段と、第１および第２の回転数
検出手段によって検出された回転数の差を検出する回転
数差検出手段と、回転数差検出手段によって検出された
回転数の差が所定値を超えたときに警報を行う警報手段
とを備えている。発電電動装置の回転数は、多相電機子
巻線の相電圧に基づいて行う代わりに、Ｙ結線された多
相電機子巻線の中性点に現れる電圧に基づいて検出する
こともできる。この場合にも、高価な回転数検出センサ
が不要であるとともに回転数検出に関して高い信頼性を
得ることが可能であり、ベルトの伸びや損耗、劣化を早
期に発見することができる。また、多相電機子巻線に異
常が発生した場合には、中性点に現れる電圧の状態が変
化するため、この種の異常を同時に検出して警報を出す
ことにより、多相電機子巻線の異常に基づく発電異常、
さらにはこの発電異常に起因してエンジンが始動困難に
なることを併せて防止することができる。
【０００８】また、本発明の車両用発電電動装置の駆動
系異常検出装置は、車両に搭載されたエンジンの回転の
角加速度を検出する第１の角加速度検出手段と、エンジ
ンにベルトを介して連結されて発電動作と電動動作を行
う発電電動装置の回転の角加速度を検出する第２の角加
速度検出手段と、第１および第２の角加速度検出手段に
よって検出された角加速度の差を検出する角加速度差検
出手段と、角加速度差検出手段によって検出された角加
速度の差が所定値を超えたときに警報を行う警報手段と
を備えている。エンジンと発電電動装置のそれぞれの角
加速度の差に基づいてもベルトの伸びや損耗、劣化を早
期に発見することが可能になる。しかも、エンジンや発
電電動装置の各回転数の差に基づいて異常を検出する場
合に比べて、瞬間的かつ応答的な異常を検出することが
可能になり、早期かつ確実に駆動系の異常を発見するこ
とができる。
【０００９】また、上述した第２の角加速度検出手段
は、発電電動装置に備わった多相電機子巻線のいずれか
の相に誘起される電圧に基づいて検出することが望まし
い。これにより、高価な角加速度センサを用いることな
く、高い信頼性で角加速度の検出を行うことが可能にな
る。
【００１０】また、上述した第２の角加速度検出手段
は、発電電動装置に備わったＹ結線された多相電機子巻
線の中性点に現れる電圧に基づいて検出することが望ま
しい。この場合にも、高価な角加速度センサを用いるこ
となく、高い信頼性で角加速度の検出を行うことが可能
になる。また、上述したように、多相電機子巻線の異常
に基づく発電異常も併せて検出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態の車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実
施形態の車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置の構
成を示す図である。図１に示すように、エンジン３０と
発電電動装置３２は、相互に駆動力を伝達するベルト３
４によって連結されている。発電電動装置３２が発電動
作を行ってバッテリ３６を充電する場合には、エンジン
３０によって発生した駆動力をベルト３４を介して発電
電動装置３２に伝達する。一方、発電電動装置３２が電
動動作を行ってエンジン３０を始動する場合には、発電
電動装置３２によって発生した駆動力をベルト３４を介
してエンジン３０に伝達する。
【００１２】また、図１に示す本実施形態の駆動系異常
検出装置は、エンジン３０と発電電動装置３２のそれぞ
れの回転数の差を検出して警報を出すためのものであ
り、回転数センサ１０、Ｆ／Ｖ（周波数−電圧）変換器
１２、１４、回転数差検出器１６、電圧比較器１８、警
報回路２０を含んで構成されている。
【００１３】回転数センサ１０は、エンジン３０の内部
に設けられており、エンジン３０の回転数を検出して、
この回転数に比例した周波数を有する信号を出力する。
最近では、エンジン制御用あるいはナビゲーション装置
において自車位置を検出する自律航法センサ用に、エン
ジンの回転数に応じたパルス信号を出力する回転数セン
サ１０がエンジン３０に備わっていることも多いため、
この回転数センサ１０を本実施形態の駆動系異常検出装
置の一部として用いることができる。
【００１４】一方のＦ／Ｖ変換器１２は、回転数センサ
１０から出力される信号の周波数を電圧に変換する。ま
た、他方のＦ／Ｖ変換器１４は、発電電動装置３２から
出力される信号の周波数を電圧に変換する。この発電電
動装置３２から出力される信号は、発電電動装置３２の
回転数に比例した周波数を有しており、その生成機構に
ついては後述する。エンジン３０の回転数と発電電動装
置３２の回転数とが一致しているときには、これら２つ
のＦ／Ｖ変換器１２、１４の各出力電圧が同じ値になる
ように調整されている。
【００１５】回転数差検出器１６は、一方のＦ／Ｖ変換
器１２の出力電圧と他方のＦ／Ｖ変換器１４の出力電圧
との差分を出力しており、エンジン３０の回転数と発電
電動装置３２の回転数との差を検出する。例えば、回転
数差検出器１６は、差動増幅器によって構成されてい
る。
【００１６】電圧比較器１８は、回転数差検出器１６の
出力電圧が基準値Ｖ１を超えたことを、すなわち、エン
ジン３０の回転数と発電電動装置３２の回転数との差が
所定値よりも大きくなったことを検出する。このとき、
例えば電圧比較器１８の出力がローレベルからハイレベ
ルに変化する。
【００１７】警報回路２０は、エンジン３０と発電電動
装置３２の回転数差が大きくなって電圧比較器１８の出
力がハイレベルになったときに、所定の警報動作を行
う。例えば、車両のダッシュボードに設けられた所定の
警報灯（図示せず）を点灯させたり、ブザー（図示せ
ず）を鳴らしたりして、異常が発生したことを車両の運
転者に知らせる。
【００１８】図２は、発電電動装置３２の詳細構成を示
す図である。図２に示すように、発電電動装置３２は、
電機子鉄心に巻装されて電機子を構成する多相電機子巻
線としての三相電機子巻線４０と、界磁巻線４２に界磁
電流を流すことにより電機子に供給する界磁を発生する
回転子４４と、三相電機子巻線４０から出力される三相
交流電圧を直流電圧に変換する動作とバッテリ３６から
印加される直流電圧を交流電圧に変換する動作とを行う
交直電力変換器５０と、交直電力変換器５０を制御する
ベクトル制御ゲートコントローラ６０とを含んで構成さ
れている。
【００１９】三相電機子巻線４０は、Ｙ結線された３つ
の相巻線によって構成されている。３つの相巻線のそれ
ぞれの一方端が中性点Ｎにおいて共通に接続されてお
り、それぞれの他方端が交直電力変換器５０に接続され
ている。また、一の相巻線の他方端がＦ／Ｖ変換器１４
に接続されており、この相巻線に誘起される相電圧がＦ
／Ｖ変換器１４に印加されるようになっている。
【００２０】交直電力変換器５０は、６個のダイオード
５２ａ〜５２ｆと、６個のパワーＭＯＳＦＥＴ５４ａ〜
５４ｆとを有している。ベクトル制御ゲートコントロー
ラ６０は、６個のパワーＭＯＳＦＥＴ５４ａ〜５４ｆの
それぞれの断続制御を行っている。発電電動装置３２に
発電動作を行わせる場合には、最も簡単な場合を考える
と、６個のパワーＭＯＳＦＥＴ５４ａ〜５４ｆが全て開
成状態に制御され、ダイオード５２ａ〜５２ｆを用いた
整流動作が行われる。また、発電電動装置３２に電動動
作を行わせる場合には、６個のパワーＭＯＳＦＥＴ５４
ａ〜５４ｆが順番に閉成状態に制御され、三相電機子巻
線４０によって回転磁界が生成される。
【００２１】上述した回転数センサ１０、Ｆ／Ｖ変換器
１２が第１の回転数検出手段に、Ｆ／Ｖ変換器１４が第
２の回転数検出手段に、回転数差検出器１６が回転数差
検出手段に、電圧比較器１８、警報回路２０が警報手段
にそれぞれ対応する。本実施形態の駆動系異常検出装置
はこのような構成を有しており、次にその動作を説明す
る。
【００２２】エンジン３０の始動時には発電電動装置３
２が電動動作を行ってスタータとして機能してエンジン
３０を駆動する。そして、エンジン３０が自立回転を始
めた後は、発電電動装置３２が発電動作を行ってバッテ
リ３６を充電する。交差点や渋滞停止時等においてエン
ジン３０のアイドリング状態が長く続くとエンジン３０
の回転が停止され、走行条件を満たすと再び発電電動装
置３２によってエンジン３０が回転駆動されて始動し、
エンジン３０による車両走行ができる状態になる。
【００２３】このような日常の作動状態において、本実
施形態の駆動系異常検出装置によってエンジン３０と発
電電動装置３２のそれぞれの回転数が監視されており、
その差が所定値よりも大きくなったときに、警報回路２
０によって所定の警報が出されるようになっている。し
たがって、ベルトの山部の一部が損傷したり（複数の溝
部と山部を有するポリＶベルトの場合）、伸びによる張
力低下に起因してベルトのスリップ等のベルト伝達能力
の低下を検出することができる。これにより、ベルトが
完全な機能不良に至る前に危険域に入ったことを警報す
ることにより、ベルトの伸びや損耗、劣化を早期に発見
することができる。
【００２４】図３は、劣化や損傷が生じたベルトを用い
た実験結果を示す図である。図３において、Ａ、Ｂ、Ｃ
は車両用交流発電機用の５山のポリＶベルトの劣化や損
傷の程度を異ならせたものであり、Ａは山部の先端側の
２／３を削り取ったベルトを、Ｂは１０万ｋｍの走行を
行った後の状態を想定したベルトを、Ｃは２５万ｋｍの
走行を行った後の状態を想定したベルトをそれぞれ示し
ている。また、「×」はベルトが破断した走行距離を、
「◎」は本実施形態の駆動系異常検出装置の警報回路２
０によって警報が出された走行距離を示している。ま
た、この実験は、排気量が３０００ｃｃ（３×１０-3ｍ
3）クラスのエンジン３０と定格出力が３ｋＷクラスの
発電電動装置３２が搭載された車両を用いて行った。
【００２５】図３に示すように、各種の劣化や損傷が生
じたベルトを用いた場合に、完全なベルト破断に至るよ
りも５００〜９００ｋｍ前に警報を行うことが可能にな
った。したがって、運転者はこの警報によってベルトの
異常を発見した後に、修理工場に車両を持ち込む等の予
防策を講じることができ、エンジンが始動不能になる事
態を事前に回避することが可能になる。
【００２６】また、本実施形態の駆動系異常検出装置で
は、発電電動装置３２の回転数を三相電機子巻線４０の
いずれかの相電圧に基づいて検出しているため、ホール
素子等の高価な回転数センサが不要であるとともに、高
い信頼性で回転数の検出を行うことが可能になる。
【００２７】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変
形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、
発電電動装置３２の回転数を三相電機子巻線４０のいず
れかの相電圧に基づいて検出するようにしたが、三相電
機子巻線４０の中性点Ｎに現れる電圧に基づいて検出す
るようにしてもよい。この場合には、三相電機子巻線４
０の中性点Ｎに接続されて、この中性点Ｎに現れる信号
の周波数を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器１４が第３の回
転数検出手段に対応する。このように、三相電機子巻線
４０の中性点Ｎに現れる電圧に基づいて発電電動装置３
２の回転数を検出する場合であっても、高価な回転数検
出センサが不要であるとともに回転数検出に関して高い
信頼性を得ることが可能であり、ベルトの伸びや損耗、
劣化を早期に発見することができる。また、三相電機子
巻線４０に異常が発生した場合には、中性点Ｎに現れる
電圧の状態が変化するため（例えば三相電機子巻線４０
が正常なときには中性点Ｎには第３高調波成分が現れる
が、一つの相巻線がオープン状態になると中性点Ｎには
第３高調波成分の代わりに基本波成分が多く現れる）、
この種の異常が直ちに回転数差の増大と同じ現象として
検出されて警報が出されるため、三相電機子巻線４０の
異常に基づく発電異常、さらにはこの発電異常に起因し
てエンジン３０が始動困難になることを併せて防止する
ことができる。
【００２８】また、上述した実施形態では、エンジン３
０と発電電動装置３２の回転数差に基づいてベルト３４
の異常を検出するようにしたが、エンジン３０と発電電
動装置３２の回転の角加速度の差に基づいてベルト３４
の異常を検出するようにしてもよい。
【００２９】図４は、角加速度の差を検出してベルト３
４の異常を検出する駆動系異常検出装置の他の構成例を
示す図である。図４に示す駆動系異常検出装置は、エン
ジン３０と発電電動装置３２のそれぞれの回転の角加速
度の差を検出して警報を出すためのものであり、回転数
センサ１０、Ｆ／Ｖ変換器１２、１４、微分回路１３、
１５、角加速度差検出器１７、電圧比較器１８、警報回
路２０を含んで構成されている。この駆動系異常検出装
置は、図１に示した構成に対して、Ｆ／Ｖ変換器１２の
後段に微分回路１３を、Ｆ／Ｖ変換器１４の後段に微分
回路１５をそれぞれ挿入するとともに、回転数差検出器
１６を角加速度差検出器１７に置き換えた点が異なって
いる。Ｆ／Ｖ変換器１２によって検出されるエンジン３
０の回転数に応じた電圧を微分回路１３によって微分処
理することにより、エンジン３０の回転の角加速度が得
られる。同様に、Ｆ／Ｖ変換器１４によって検出される
発電電動装置３２の回転数に応じた電圧を微分回路１５
によって微分処理することにより、発電電動装置３２の
回転の角加速度が得られる。角加速度差検出器１７は、
例えば差動増幅器によって構成されており、微分回路１
３の出力電圧と微分回路１５の出力電圧との差分を出力
する。なお、Ｆ／Ｖ変換器１４を用いて発電電動装置３
２の回転数を求める方法は上述した実施形態と同じであ
り、図２に示したように発電電動装置３２内の三相電機
子巻線４０のいずれかの相電圧をＦ／Ｖ変換器１４に印
加する場合と、三相電機子巻線４０の中性点Ｎに現れる
電圧をＦ／Ｖ変換器１４に印加する場合のどちらを採用
してもよい。上述した回転数センサ１０、Ｆ／Ｖ変換器
１２、微分回路１３が第１の角加速度検出手段に、Ｆ／
Ｖ変換器１４、微分回路１５が第２の角加速度検出手段
に、角加速度差検出器１７が角加速度差検出手段にそれ
ぞれ対応する。
【００３０】このように、エンジン３０と発電電動装置
３２の回転数に差が生じる場合にはこれらの回転の角加
速度にも差が生じるため、この角加速度の差に基づいて
ベルト３４の伸びや損耗、劣化を早期に発見することが
可能になる。しかも、エンジン３０や発電電動装置３２
の各回転数の差に基づいて異常を検出する場合に比べ
て、瞬間的かつ応答的な異常を検出することが可能にな
り、早期かつ確実に駆動系の異常を発見することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用発電電動装置の駆動系異常
検出装置の構成を示す図である。
【図２】発電電動装置の詳細構成を示す図である。
【図３】劣化や損傷が生じたベルトを用いた実験結果を
示す図である。
【図４】角加速度の差を検出してベルトの異常を検出す
る駆動系異常検出装置の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 回転数センサ １２、１４ Ｆ／Ｖ変換器 １３、１５ 微分回路 １６ 回転数差検出器 １７ 角加速度差検出器 １８ 電圧比較器 ２０ 警報回路 ３０ エンジン ３２ 発電電動装置 ３４ ベルト ３６ バッテリ ４０ 三相電機子巻線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両に搭載されたエンジンの回転数を検
    出する第１の回転数検出手段と、 前記エンジンにベルトを介して連結されて発電動作と電
    動動作を行う発電電動装置の回転数を、この発電電動装
    置に備わった多相電機子巻線のいずれかの相に誘起され
    る電圧に基づいて検出する第２の回転数検出手段と、 前記第１および第２の回転数検出手段によって検出され
    た回転数の差を検出する回転数差検出手段と、 前記回転数差検出手段によって検出された回転数の差が
    所定値を超えたときに警報を行う警報手段と、 を備えることを特徴とする車両用発電電動装置の駆動系
    異常検出装置。
  2. 【請求項２】 車両に搭載されたエンジンの回転数を検
    出する第１の回転数検出手段と、 前記エンジンにベルトを介して連結されて発電動作と電
    動動作を行う発電電動装置の回転数を、この発電電動装
    置に備わったＹ結線された多相電機子巻線の中性点に現
    れる電圧に基づいて検出する第３の回転数検出手段と、 前記第１および第２の回転数検出手段によって検出され
    た回転数の差を検出する回転数差検出手段と、 前記回転数差検出手段によって検出された回転数の差が
    所定値を超えたときに警報を行う警報手段と、 を備えることを特徴とする車両用発電電動装置の駆動系
    異常検出装置。
  3. 【請求項３】 車両に搭載されたエンジンの回転の角加
    速度を検出する第１の角加速度検出手段と、 前記エンジンにベルトを介して連結されて発電動作と電
    動動作を行う発電電動装置の回転の角加速度を検出する
    第２の角加速度検出手段と、 前記第１および第２の角加速度検出手段によって検出さ
    れた角加速度の差を検出する角加速度差検出手段と、 前記角加速度差検出手段によって検出された角加速度の
    差が所定値を超えたときに警報を行う警報手段と、 を備えることを特徴とする車両用発電電動装置の駆動系
    異常検出装置。
  4. 【請求項４】 請求項３において、 前記第２の角加速度検出手段は、前記発電電動装置に備
    わった多相電機子巻線のいずれかの相に誘起される電圧
    に基づいて検出することを特徴とする車両用発電電動装
    置の駆動系異常検出装置。
  5. 【請求項５】 請求項３において、 前記第２の角加速度検出手段は、前記発電電動装置に備
    わったＹ結線された多相電機子巻線の中性点に現れる電
    圧に基づいて検出することを特徴とする車両用発電電動
    装置の駆動系異常検出装置。
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