JP2003240069A - 車両用発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両用交流発電機のプーリに設けたクラッチ
の故障を検出可能な車両用発電システムを提供する。 【解決手段】 車両用発電システム１は、回転子２ａを
有する車両用交流発電機２と、エンジン１の回転駆動力
を回転子２ａに伝動するベルト伝動装置３と、そのベル
ト伝動装置３側のプーリ３ｂに駆動連結された外輪３１
と回転子２ａ側の回転子軸２ｂに駆動連結された内輪３
２とを有し、回転子２ａの慣性トルクがベルト伝動装置
３側へ伝達されることを遮断する作用を有するクラッチ
３０とを備え、エンジン制御ユニット７がクラッチ故障
検出プログラムを実行することによりクラッチ３０の故
障を検出し、警報灯６により報知するよう構成されてい
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
等の車両に搭載される車両用発電システムに関するもの
であり、特にエンジンの回転駆動力を車両用交流発電機
に伝動するクラッチの故障検出に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、乗用車やトラック等の車両は、従
来機械式であった装置が電子制御式に置き換えられ、車
両システム全体が高度に電子制御化されるに至ってい
る。

【０００３】このような状況の下、車両における電力需
要が増大しているため、電力供給源である車両用交流発
電機（オルタネータ）は大型化する傾向にあり、これに
伴いオルタネータの回転子の慣性モーメントも従来より
も大きくなっている。

【０００４】一方では、地球環境保護を目的とする排出
ガスの低減や燃料消費量低減を実現するために、車両シ
ステムにおける熱効率の改善や、摩擦損の低減、あるい
は車両走行に寄与せずしかも使用頻度の最も高い車両の
アイドル状態における回転数（以下、アイドル回転数と
称する）を低く設定する等が行われるようになってい
る。

【０００５】このような種々の要因が複合的に絡み合っ
て、近年の車両では、アイドル状態においてエンジンの
爆発工程に同期した回転変動が発生しやすくなってい
る。そして、エンジンのクランク軸からの回転駆動力を
発電機の回転子軸に伝動する伝動ベルトにおいては、回
転変動に起因して発電機の慣性トルクによるベルト張力
の変動が著しくなり、ベルトの配置（以下、ベルトレイ
アウトと称する）に特別の配慮を払う必要が生じてきて
いる。近年の車両におけるベルトレイアウトは、各補機
の小型化に伴ってその駆動トルクが上昇する傾向にある
のに対応して、十分なトルクを伝達するために、従動プ
ーリへのベルト接触角を大きく取る傾向にある。このよ
うなベルトレイアウトでは、従動プーリと他のベルトス
パンとの距離が確保できず、オートテンショナの揺動量
が大きくなった場合にサーペンタイン上の他のベルトス
パンと接触したり、オートテンショナやベルトそのもの
の寿命が短くなるという新たな課題が生じてきており、
特にディーゼルエンジン搭載車において顕著となってい
る。

【０００６】このような課題に鑑みて、特開昭６１−２
２８１５３号公報等に記載された一方向にのみ回転駆動
力を伝達するいわゆる一方向クラッチをオルタネータの
駆動プーリに設ける構成（ワンウェイクラッチデカップ
ラプーリとも称する）を採用する車両が開発されるよう
になっている。

【０００７】ここで、車両用交流発電機に一方向クラッ
チ付きプーリを採用することの利点について簡単に説明
する。まず、駆動プーリに一方向クラッチを設けていな
いオルタネータの場合、エンジンのアイドル回転数が変
動している状態であってエンジンの回転数が下降してい
る期間において、エンジン回転数の下降に伴って車両用
交流発電機の回転子の回転数も下降する。この際に、回
転子の慣性モーメントにより回転数を維持しようとする
作用が働くため、エンジンのクランク軸と回転子との間
に設けられた伝動ベルトにおける回転前方側のベルト張
力が急激に減少するとともに（緩みの発生）、回転方向
後方側のベルト張力が急激に上昇し（引っ張りの発
生）、張力変動が発生する。

【０００８】これに対し、車両用交流発電機に一方向付
きクラッチ付きプーリを採用すると、エンジン回転数の
下降時（すなわち、車両用交流発電機が発動機の作用を
している期間）に、回転子の慣性モーメントの作用によ
りクラッチの駆動側部材である外輪と従動側部材である
内輪との接続が切れて、外輪の回転数がスムーズに下降
していき、回転数上昇時には外輪が内輪の回転数に等し
い回転数に上昇するまでクラッチが切れた状態が維持さ
れて外輪の回転数がスムーズに上昇する。すなわち、一
方向クラッチが、回転子の慣性モーメントに起因する慣
性トルクが外輪に伝達されないように作用するので、伝
動ベルトの張力変動を抑制することができるという効果
が奏されるのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した一
方向クラッチは、スプラグやローラが噛み合うことで内
外輪のトルク伝達を行う複雑な機械構造を有しており、
クラッチ断続時に各構成部品に相当量の応力が繰り返し
作用する。その一方で、車両用交流発電機の過酷な使用
条件（使用回転数範囲、回転加減速度、温度等）に耐え
うる一方向クラッチを設計する際には、クラッチの小型
化が困難になり、サイズと耐久寿命とがトレードオフの
関係となっている。そして、一方向クラッチが寿命に達
した場合には、クラッチが故障して上述したクラッチ作
用が機能しない事態が発生する。

【００１０】また、スプラグ式の一方向クラッチではな
く、トーションスプリングとクラッチシューとで構成さ
れ、内外輪の滑りによって回転子の慣性トルクの伝達を
断つ両方向クラッチなどにおいても、シューの摩耗粉が
うまく排出されないと目詰まりを起こし、クラッチ作用
が十分に機能しない場合がある。

【００１１】そして、上述した各クラッチの故障形態
は、その殆どが内外輪がロック状態となるロック故障で
あることが明らかになってきている。クラッチがロック
故障に至った場合、トルク伝達機能は維持されるので発
電機能に支障はないが、上述した如く、ベルト張力の変
動が激しくなったり、あるいは回転数急変によるベルト
スリップの現象が顕著となることにより、ベルト寿命を
著しく短縮させる要因となる。

【００１２】本発明は、上述した問題点に鑑み、車両用
交流発電機のプーリに設けたクラッチの故障を検出可能
な車両用発電システムを提供することを解決すべき課題
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１に記載の車両用発電システムは、回転子を
有する車両用交流発電機と、エンジンの回転駆動力を前
記車両用交流発電機の回転子に伝動するベルト伝動装置
と、そのベルト伝動装置側に駆動連結された駆動側部材
と前記回転子側に駆動連結された従動側部材とを有し前
記回転子の慣性トルクが前記ベルト伝動装置側へ伝達さ
れることを遮断する作用を有するクラッチと、を備えた
車両用発電システムにおいて、前記クラッチに故障が発
生したことを検出する故障検出手段、を備えたことを特
徴とする。

【００１４】従って、エンジンの回転駆動力がベルト伝
動装置を介して車両用交流発電機の回転子に伝動され、
通常は、クラッチの作用により、回転子の慣性トルクが
ベルト伝動装置側へ伝達されることが遮断され、ベルト
伝動装置における張力変動やスリップ等の現象の発生が
防止される。一方、クラッチに故障が発生した場合に
は、故障検出手段が確実に故障を検出するので、クラッ
チの修理又は交換を行うことにより、再び、クラッチ作
用を機能させてベルト伝動装置の寿命短縮を抑制するこ
とができる。

【００１５】また、請求項２に記載の車両用発電システ
ムは、前記故障検出手段による検出結果に基づいて、前
記クラッチにおける故障の発生を報知する故障報知手段
を備えたことを特徴とする。

【００１６】従って、故障報知手段が、故障検出手段に
よる検出結果に基づいて、クラッチにおける故障の発生
を報知するので、運転者はクラッチの故障発生を容易且
つ確実に知ることができ、これにより早期にクラッチの
修理又は交換を行う等の対応を取ることができる。

【００１７】また、請求項３に記載の車両用発電システ
ムは、前記故障検出手段が、前記クラッチを構成する前
記駆動側部材と前記従動側部材とがロック状態となるロ
ック故障を検出するように構成されたことを特徴とす
る。

【００１８】従って、故障検出手段は、クラッチ作用が
損なわれるロック故障を確実に検出するので、クラッチ
の修理又は交換を行うことにより、再び、クラッチ作用
を機能させてベルト伝動装置の寿命短縮を抑制すること
ができる。

【００１９】また、請求項４に記載の車両用発電システ
ムは、前記故障検出手段が、前記回転子の回転数を検出
する手段と、前記エンジンの回転数を検出する手段と、
前記回転子又は前記エンジンが減速中であることを検出
する手段と、前記回転子の回転数を前記エンジンに対す
る前記回転子の増速比で除した値が、前記エンジンの回
転数と実質的に等しい場合にロック状態であることを検
出するロック状態検出手段と、を備えたことを特徴とす
る。

【００２０】正常状態においては、回転子又はエンジン
が減速中には、クラッチの駆動側部材と従動側部材との
接続が断たれているため、回転子の回転数を増速比で除
すことによりエンジンの回転数に換算した値は、エンジ
ンの回転数よりも相対的に大きくなっている。一方、駆
動側部材と従動側部材とがロック状態となった場合に
は、両者は一体的に回転するので、両者の回転数は実質
的に等しくなる。従って、回転子又はエンジンが減速中
であることが検出され、且つ、ロック状態検出手段が、
回転子の回転数をエンジンに対する回転子の増速比で除
した値が、エンジンの回転数と実質的に等しい場合にロ
ック状態を検出することにより、ロック故障の発生を確
実に検出することができる。

【００２１】また、請求項５に記載の車両用発電システ
ムは、前記回転子の回転数を検出する手段が、前記車両
用交流発電機の発電周波数を検出することにより前記回
転子の回転数を検出することを特徴とする。

【００２２】従って、車両用交流発電機の発電周波数を
検出することにより回転子の回転数を検出するので、回
転子にセンサ等の専用の検出装置を設けることなく、簡
単な構成で回転子の回転数を確実に検出することができ
る。

【００２３】また、請求項６に記載の車両用発電システ
ムは、前記故障検出手段が、車載のエンジン制御ユニッ
ト内に設けられたことを特徴とする。

【００２４】従って、前記故障検出手段が、車載のエン
ジン制御ユニット内に設けられているので、車両用交流
発電機内（例えば、電圧調整器）にエンジンの回転数を
検出するためのセンサ等の専用の装置を設けることな
く、エンジン制御ユニットにて検出されたエンジンの回
転数を利用することができる。

【００２５】また、請求項７に記載の車両用発電システ
ムは、前記故障検出手段が、前記車両用交流発電機に搭
載される電圧調整器からデータバスを介して前記車両用
交流発電機のプーリ径若しくは増速比等の発電機情報を
取得するように構成されたことを特徴とする。

【００２６】従って、エンジン制御ユニットに設けられ
た故障検出手段が、電圧調整器からデータバスを介して
車両用交流発電機のプーリ径若しくは増速比等の発電機
情報を取得する構成であるので、搭載される発電機の種
類、特にプーリ径が変更された場合でもソフトウェアに
て柔軟に対応することができ、開発期間やコストを大幅
に削減することができる。

【００２７】また、請求項８に記載の車両用発電システ
ムは、前記故障検出手段が、前記車両用交流発電機に搭
載される電圧調整機内に設けられていることを特徴とす
る。

【００２８】従って、故障検出手段が、車両用交流発電
機に搭載される電圧調整機内に設けられているので、特
に、故障報知手段としての警報灯を設ける場合には、電
圧調整器内に実装されている警報灯の駆動回路をそのま
ま利用することができる。

【００２９】また、請求項９に記載の車両用発電システ
ムは、前記エンジンの回転数を検出する手段が、車載の
エンジン制御ユニットからデータバスを介してエンジン
の回転数を取得するように構成されていることを特徴と
する。

【００３０】従って、車載のエンジン制御ユニットから
データバスを介してエンジンの回転数を取得するように
構成されているので、エンジンの回転数を検出するため
のセンサ等の専用の検出装置を設けることなく、簡単な
構成でエンジンの回転数を確実に検出することができ
る。

【００３１】また、請求項１０に記載の車両用発電シス
テムは、前記クラッチが、前記駆動側部材を構成する外
輪と、前記外輪と同軸配置されて前記従動側部材を構成
する内輪とを有し、前記故障検出手段は、前記外輪の回
転数を検出する手段と、前記内輪の回転数を検出する手
段と、前記外輪又は内輪が減速中であることを検出する
手段と、前記内輪の回転数と前記外輪の回転数とが実質
的に等しい場合にロック状態であることを検出するロッ
ク状態検出手段と、を備えたことを特徴とする。

【００３２】正常状態においては、外輪又は内輪が減速
中には、外輪と内輪との接続が断たれているため、内輪
の回転数は、外輪の回転数よりも相対的に大きくなって
いる。一方、外輪と内輪とがロック状態となった場合に
は、両者は一体的に回転するので、両者の回転数は実質
的に等しくなる。従って、外輪又は内輪が減速中である
ことが検出され、且つ、ロック状態検出手段が、内輪の
回転数と外輪の回転数とが実質的に等しい場合にロック
状態を検出することにより、ロック故障の発生を確実に
検出することができる。

【００３３】また、請求項１１に記載の車両用発電シス
テムは、前記故障検出手段が、前記ロック状態検出手段
によるロック状態の検出回数をカウントする手段を備
え、前記ロック状態の検出が所定回数以上なされた場合
にロック故障を検出するように構成されたことを特徴と
する。

【００３４】従って、故障検出手段は、ロック状態の検
出が所定回数以上なされた場合にロック故障を検出する
ので、回転子等の回転数のサンプリング時におけるノイ
ズや検出ミス等が起因して一時的にロック状態が検出さ
れた場合には、ロック故障であると検出されることがな
く、ロック故障の誤検出を防止することができる。

【００３５】また、請求項１２に記載の車両用発電シス
テムは、前記故障検出手段が、前記車両用交流発電機の
稼働率が所定以上である場合にはロック故障の検出を禁
止する禁止手段を備えたことを特徴とする。

【００３６】車両用交流発電機においては、稼働率が相
対的に高い場合には、減速時に発電トルクによるブレー
キ作用のために回転子の減速が促進されるので、クラッ
チの断期間が短くなる。そして、発電機稼働率が所定以
上（例えば、８０％以上）になると、もはやクラッチ機
能は働かず、クラッチの駆動側部材と従動側部材とは同
一速度で回転する。このような状況においては、故障で
はないにも拘わらずロック状態と同様の状態となるが、
車両用交流発電機の稼働率が所定以上である場合に、禁
止手段がロック故障の検出を禁止するので、ロック故障
の誤検出を防止することができる。尚、発電機稼働率が
所定以上であることの検出は、例えば、発電機の励磁デ
ューティが所定値以上、あるいは励磁電流が所定値以
上、若しくは出力電圧が所定値以上であることを検出す
ることにより実現できる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した車両用
発電システムの各実施形態について説明する。

【００３８】まず、本発明の第一の実施形態における車
両用発電システム１０１について、図１乃至図６を参照
しつつ説明する。

【００３９】図１は、第一の実施形態における車両用発
電システム１０１の全体構成を示すブロック図である。
車両用発電システム１０１は、車両動力源としてのエン
ジン１と、回転子２ａを有する車両用交流発電機２（以
下、単に発電機２とも称する）と、ベルト伝動装置３
と、回転子軸２ｂの外周側（後述するプーリ３ｂの内周
側）に設けられた一方向クラッチ３０と、車両用交流発
電機２内に内蔵されて出力電圧を所定範囲内に制御する
電圧調整器４と、車両用交流発電機２より出力される電
力により充電されて、車載の各電気機器に電力を供給す
る蓄電器５と、各種車載装置の異常を運転者に報知する
警報灯６と、エンジン１の出力制御及びクラッチ故障検
出処理を行うエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）７とから
構成されている。

【００４０】ベルト伝動装置３は、図１及び図２に示す
ように、エンジン１のクランク軸１ａに設けられたプー
リ３ａと、回転子２ａの回転子軸２ｂに設けられたプー
リ３ｂと、両プーリ３ａ，３ｂ間に装架されたベルト３
ｃとからなり、エンジン１の回転駆動力を車両用交流発
電機２の回転子２ａに伝動する装置である。エンジン１
のクランク軸１ａに設けられたプーリ３ａのプーリ径
（直径）と、車両用交流発電機２の回転子軸２ｂに設け
られたプーリ３ｂのプーリ径（直径）とは、エンジン１
に対する車両用交流発電機２の回転子の増速比を考慮し
て設定されている。例えば、プーリ３ａのプーリ径とプ
ーリ３ｂのプーリ径との比率が２：１に設定されている
場合は、エンジン１に対する車両用交流発電機２の回転
子の増速比は２となる。

【００４１】電圧調整器４はエンジン制御ユニット７と
データバス８を介して接続され、エンジン制御ユニット
７にプーリ３ｂのプーリ径情報等を含む各種の発電機情
報、回転子２ａの回転数、励磁デューティ比等のデータ
を送信する。

【００４２】エンジン制御ユニット７は、エンジン１と
データバス９を介して接続され、エンジン１に各種指令
を送信するとともに、エンジン１からエンジン回転数を
含む各種の情報を受信するように構成されている。

【００４３】次に、一方向クラッチ３０の構成及び作用
について図３を参照しつつ説明する。尚、一方向クラッ
チ３０が本発明のクラッチを構成するものである。

【００４４】一方向クラッチ３０は、図３に示すよう
に、プーリ３ｂ（すなわち、ベルト伝動装置３側）に回
転一体に駆動連結されかつ内周側の周方向の複数箇所
（図３では６箇所）に凹部３１ａを有する駆動側部材と
しての外輪３１と、この外輪３１の内周側に配置されて
回転子軸２ｂ（すなわち、回転子２ａ側）に回転一体に
駆動連結された従動側部材としての内輪３２と、外輪３
１の各凹部３１ａ内に配置された複数個（図３では６
個）のクラッチローラ３３とを備えている。凹部３１ａ
における外輪３１の内周面３１ｂは内輪３２の外周面３
２ａとの半径方向の間隔が徐々に小さくなるようになさ
れている。つまり、内輪３２及びローラ３３間の接点を
通る接線に対し外輪３１及びローラ３３間の接点を通る
接線が所定の角度だけ傾斜しており、外輪３１がロック
方向（図３の時計回り方向）に相対回転したときに、各
ローラ３３が外輪３１の内周面３１ｂと内輪３２の外周
面３２ａとの間に嵌まり込んで外輪３１の相対回転をロ
ックする一方、外輪３１がフリー方向（図３の反時計回
り方向）に相対回転したときには、ロックを解除して相
対回転がフリーとなるようになされている。尚、各ロー
ラ３３は、図示しないクラッチばねにより図３の反時計
回り方向に向けて常に付勢される構成となっている。

【００４５】そして、一方向クラッチ３０に故障がなく
正常に作動する場合には、外輪３１及び内輪３２の各回
転数は、図４に示すような関係となっている。すなわ
ち、エンジン１が減速期間中にあるときは、外輪３１及
び内輪３２の回転数はともに低下するが、外輪３１が図
３の反時計回り方向に相対回転することによりロックが
解除されて、外輪３１及び内輪３２の相対回転がフリー
となるので、回転子２ａの惰性回転により内輪３２の回
転数が外輪３１の回転数よりも大きくなる。一方、エン
ジン１が加速期間に入ると、外輪３１が図３の時計回り
方向に相対回転することにより外輪３１及び内輪３２が
ロックされ、外輪３１の回転数及び内輪３２の回転数は
同一となって上昇していく。以後、図４に示すように、
外輪３１及び内輪３２の回転数は、上昇と低下とを周期
的に繰り返す。尚、外輪３１の回転数は、エンジン１の
回転数に増速比を乗じて回転子２ａの回転数に換算した
値と一致するものであり、内輪３２の回転数は回転子２
ａの回転数と一致している。

【００４６】このように、一方向クラッチ３０は、回転
子２ａの慣性トルクがベルト伝動装置３側へ伝達される
ことを遮断する作用を有している。

【００４７】次に、本実施形態におけるクラッチ故障検
出処理の流れについて、図５のフローチャートを参照し
つつ説明する。尚、故障検出処理は、エンジン制御ユニ
ット７の内蔵ＲＯＭに書き込まれた図５のフローチャー
トに示すクラッチ故障検出プログラムを、同じく内蔵さ
れたマイクロプロセッサが読み出して実行されるもので
ある。また、図５のフローチャートに示す各ステップの
処理が、本発明の故障検出手段として機能するものであ
る。

【００４８】まず、車両の運転が開始されると（例え
ば、キースイッチの投入検出により）、エンジン制御ユ
ニット７は、プーリ３ｂのプーリ径情報を含む発電機情
報をデータバス８を介して電圧調整器４から読み込み
（ステップ１００、以下、Ｓ１００と略記する。他のス
テップも同様。）、各カウンタ値をリセット（初期化）
する（Ｓ１０２）。次に、電圧調整器４から励磁デュー
ティ比をサンプリングしてＲＡＭ上の記憶領域ｄｕｔｙ
（ｎ）に格納し（Ｓ１０４）、所定のしきい値ｔｈ _duty
（例えば、８０％）未満かどうかを判断する（Ｓ１０
６）。

【００４９】励磁デューティ比ｄｕｔｙ（ｎ）が所定の
しきい値ｔｈ_duty以上である場合は（Ｓ１０６：Ｎ
ｏ）、Ｓ１０２のステップに戻る。ここで、励磁デュー
ティ比とは、発電機の界磁コイルに印加する励磁電圧の
デューティ比であり、この値が大きいほど発電量が大き
いことを示している。また、励磁デューティ比は、０％
〜１００％の値で示されるので、これを発電機稼働率と
捉えることも可能である。励磁デューティ比が比較的大
きい場合（すなわち、発電量が多い場合）には、回転子
２ａの回転方向とは反対方向に作用する発電トルクがブ
レーキ効果を発揮し、回転子２ａの減速を促進するの
で、クラッチ３０が故障していないにも拘わらず回転子
２ａの回転数がエンジン１の回転数と等しくなり、この
ような場合にまでＳ１１８の判定を実行すると、ロック
故障を誤検出することになるため、これを回避する目的
でＳ１０６のステップが設けられている。尚、Ｓ１０４
及びＳ１０６のステップが本発明の禁止手段として機能
するものである。

【００５０】励磁デューティ比ｄｕｔｙ（ｎ）が所定の
しきい値ｔｈ_duty未満である場合は（Ｓ１０６：Ｙｅ
ｓ）、電圧調整器４から得られる発電周波数に基づいて
回転子２ａの回転数をサンプリングしてＲＡＭ上の記憶
領域Ｎalt（ｎ）に格納し（Ｓ１０８）、更に、Ｓ１０
０のステップで取得したプーリ３ａ及びプーリ３ｂのプ
ーリ径情報から算出されるエンジン１に対する発電機の
増速比ratioで除して、再び、Ｎalt（ｎ）に格納する
（Ｓ１１０）。従って、結果として、Ｎalt（ｎ）に
は、回転子２ａの回転数をエンジン１の回転数に換算し
た値が格納される。尚、Ｓ１０８及びＳ１１０のステッ
プが、本発明における回転子の回転数を検出する手段と
して機能するものである。

【００５１】次に、前回における回転子２ａの回転数を
増速比ratioで除したＮalt（ｎ−１）を読み込み（Ｓ１
１２）、Ｎalt（ｎ）とＮalt（ｎ−１）との差を求め、
その差が負の所定値ｔｈ_rpm未満であるか否かを判断す
る（Ｓ１１４）。

【００５２】ここで、回転子２ａの回転数のサンプリン
グ周期は一定であるので、Ｎalt（ｎ）−Ｎalt（ｎ−
１）は、発電機２（すなわち、回転子２ａの回転数）の
加速割合を示しており、負の所定値ｔｈ_rpm（例えば、
−２０００〜−４０００ｒｐｍ／ｓｅｃ）よりも小さい
場合には、発電機２が所定割合以上で減速中であること
が検出される。尚、初回のサイクルでは、Ｎalt（ｎ−
１）はゼロに設定されている。尚、Ｓ１１２及びＳ１１
４のステップが、本発明における回転子又はエンジンが
減速中であることを検出する手段として機能するもので
ある。

【００５３】Ｎalt（ｎ）−Ｎalt（ｎ−１）がｔｈ_rpm
以上である場合には（Ｓ１１４：Ｎｏ）、減速が所定割
合以下、又は定速状態、あるいは加速中であるので、故
障検出処理は行わず、回転子２ａの回転数をＮalt
（ｎ）に格納するとともに（Ｓ１３２）、カウンタｎを
更新し（Ｓ１３４）、Ｓ１０４のステップに戻る。

【００５４】Ｎalt（ｎ）−Ｎalt（ｎ−１）がｔｈ_rpm
未満である場合（Ｓ１１４：Ｙｅｓ）、すなわち、減速
が所定割合以上である場合には、エンジン回転数をＮeg
（ｎ）に読み込んで（Ｓ１１６）、Ｎeg（ｎ）とＮalt
（ｎ）の大小を比較する（Ｓ１１８）。尚、Ｓ１１６の
ステップが本発明におけるエンジンの回転数を検出する
手段として、Ｓ１１８のステップがロック状態検出手段
としてそれぞれ機能するものである。

【００５５】Ｎalt（ｎ）がＮeg（ｎ）よりも大きい場
合（Ｓ１１８：Ｙｅｓ）、すなわち、発電機２における
回転子２ａの回転数（増速比による換算値）がエンジン
１の回転数よりも大きい場合には、クラッチ機能は正常
であるので、Ｓ１３２、Ｓ１３４の各ステップを実行し
てＳ１０４へ戻る。すなわち、クラッチ３０の外輪３１
と内輪３２とがフリーとなっており、発電機２の回転子
２ａが惰性回転することによりエンジン１よりも回転数
が高くなっている状態であるので（図４参照）、クラッ
チ３０が正常に作動していると判断されるのである。

【００５６】一方、Ｎalt（ｎ）とＮeg（ｎ）とが等し
い場合（Ｓ１１８：Ｎｏ）、すなわち、発電機２におけ
る回転子２ａの回転数（増速比による換算値）とエンジ
ン１の回転数とが等しい場合には、クラッチ機能が故障
して外輪３１及び内輪３２がロック状態となっているの
で、カウンタｋを更新する（Ｓ１２０）。尚、回転子２
ａの回転数がエンジン１の回転数を下回ることはないの
で、Ｓ１１８でＮｏとなるのはＮalt（ｎ）とＮeg
（ｎ）とが等しい場合のみである。

【００５７】ここで、カウンタｋを更新するのは、Ｓ１
１８のステップにおける判定において、回転数のサンプ
リングをした際のノイズや検出ミス等により一時的にＮ
ｏ判定となる場合があり得るが、このような場合にロッ
ク故障であると判定して警報灯６を誤って点灯すること
を防止するためである。尚、Ｓ１２０のステップが、本
発明におけるロック状態の検出回数を検出する手段とし
て機能するものである。

【００５８】カウンタｋが所定値ｋｔｈ以上でない場合
は（Ｓ１２２：Ｎｏ）、Ｓ１３２、Ｓ１３４の各ステッ
プを実行してＳ１０４へ戻る。尚、ｋｔｈの設定値は、
Ｓ１０４〜Ｓ１２２の処理をｋｔｈ回繰り返した場合の
時間が、例えば、１０〜２０ｍｓｅｃに相当するように
設定されるが、エンジン気筒数やアイドル設定回転数な
どに応じて適宜変更されることが望ましい。

【００５９】カウンタｋが所定値ｋｔｈに達した場合に
は（Ｓ１２２：Ｙｅｓ）、減速期間中に発電機回転数と
エンジン回転数とが一致する期間が連続的に存在するこ
とになり、クラッチ故障と判断する。そして、タイマを
所定時間（例えば、２秒）起動するとともに（Ｓ１２
４）、警報灯６を点灯して運転者にクラッチ故障を報知
する（Ｓ１２６）。タイマ値がＴｈになるまで（Ｓ１２
８：Ｎｏ）警報灯の点灯を継続し（Ｓ１２６）、タイマ
値がＴｔｈに達した時点で（Ｓ１２８：Ｙｅｓ）、警報
灯６を消灯する（Ｓ１３０）。その後、Ｓ１０２以降の
処理を繰り返すことにより、故障検出処理を継続する。
尚、警報灯６及びＳ１２６のステップが、本発明の故障
報知手段として機能するものである。

【００６０】次に、車両用発電システム１０１において
クラッチ故障が発生した場合における外輪３１及び内輪
３２の回転数の関係、カウンタｋ値、及び警報灯６の点
灯／消灯状態について、図６の動作タイムチャートを参
照しつつ説明する。

【００６１】クラッチ３０に故障が発生すると、図６に
示すように、外輪３１の回転数を表す曲線と内輪３２の
回転数を表す曲線とが重なり、減速期間中を含む全期間
において外輪３１の回転数と内輪３２の回転数とが一致
する状態となる。車両用発電システム１０１は、エンジ
ンの減速期間中において、回転子２ａの回転数を増速比
で除した値Ｎalt（ｎ）とエンジン１の回転数Ｎeg
（ｎ）とが等しいことを検出すると（すなわち、外輪３
１の回転数と内輪３２の回転数とが等しいことを検出す
ると）、カウンタｋ値のカウントアップを開始し（時間
ｔ１）、ｋｔｈに達すると（時間ｔ２）、タイマを起動
するとともに警報灯を点灯する。所定時間が経過すると
警報灯が消灯されるとともに、カウンタｋ値がリセット
される（時間ｔ３）。この時、減速期間中であれば再び
カウンタｋをカウントアップしていき、減速終了と同時
にカウンタがリセットされる。次に減速期間が検出され
れば、再び、カウンタｋをカウントアップしていき、ｋ
ｔｈに達すれば、警報灯を点灯するという処理を繰り返
す。

【００６２】一方、クラッチが正常に作動している場合
には、図４に示すように、ｋ値はカウントアップされ
ず、警報灯は常に消灯された状態となっている。

【００６３】このように、本実施形態の車両用発電シス
テム１０１によれば、クラッチ３０の故障が確実に検出
され、且つ運転者は警報灯６の点灯により故障を早期に
知ることができるのである。

【００６４】尚、前記エンジン制御ユニット７は、通常
のエンジン制御（燃料噴射料制御、空気量補正制御等）
を実行しながら、並行して上述したクラッチ故障検出ル
ーチンの処理を実行しているのは言うまでもない。

【００６５】次に、本発明の第二の実施形態である車両
用発電システム１０２について、図７を参照しつつ説明
する。

【００６６】前記第一の実施形態では、エンジン制御ユ
ニット７においてクラッチ故障検出処理を実行する構成
であったが、本実施形態では、発電機２に搭載される電
圧調整器４１内にマイクロプロセッサ及びＲＯＭを備
え、クラッチ故障検出処理を電圧調整器４１側で実行す
るように構成したものである。以下、図５のフローチャ
ートにおいて、第一の実施形態と異なる点についてのみ
説明する。

【００６７】電圧調整器４１は、エンジン制御ユニット
７１からデータバス８を介してエンジン１のクランク軸
に設けられたプーリ３ａのプーリ径等のエンジン情報を
取得して発電機２の増速比ratioを算出するとともに
（Ｓ１００）、エンジン制御ユニット７から取得したエ
ンジン１の回転数を発電機２の回転子２ａの回転数と比
較することにより、ロック故障の有無を判断するように
構成されている（Ｓ１１６、Ｓ１１８）。

【００６８】従来より、警報灯の駆動回路は電圧調整器
内に設けられているのが一般的であり、本実施形態で
は、発電機の異常検出を電圧調整器内で一括して行うこ
とができるという利点がある。尚、電圧調整器４１内の
マイクロプロセッサは、通常の発電電圧制御や他の発電
機異常監視機能を実行しながら並行して本実施形態のク
ラッチ故障検出処理を実行していることは言うまでもな
い。

【００６９】次に、本発明の第三の実施形態である車両
用発電システム１０３について、図８を参照しつつ説明
する。

【００７０】第三の実施形態は、第二の実施形態と同様
に電圧調整器内のプロセッサにおいてクラッチ故障検出
処理を実行するように構成したものである。そして、エ
ンジン１の回転数をエンジン制御ユニット７から取得す
る構成に代えて、クラッチ３０の外輪３１の回転数を直
接検出する回転センサ４３を設ける構成となっている。
以下、図５のフローチャートにおいて、第一の実施形態
と異なる点についてのみ説明する。

【００７１】第三の実施形態では、内輪３２の回転数
（すなわち、回転子２ａの回転数）を発電周波数よりサ
ンプリングしてＮalt（ｎ）に格納し（Ｓ１０８）、こ
れを用いて、減速期間中であるか否かを判断する（Ｓ１
１２〜Ｓ１１４）。尚、本実施形態では、外輪３１と内
輪３２の回転数を直接比較すればよいので、Ｎalt
（ｎ）を増速比ratioで除するＳ１１０のステップは不
要である。次に、回転センサ４３で検出された外輪３１
の回転数が発電機２内のデータバス４４にて電圧調整器
４２に送信されてＮeg（ｎ）に格納され（Ｓ１１６）、
内輪３２の回転数Ｎalt（ｎ）と比較する。そして、Ｓ
１１８のステップにて、クラッチがロック状態であるこ
との検出を行い、その結果に基づいて、警報灯６の点灯
又は消灯を実行する（Ｓ１２４〜Ｓ１３０）。このよう
に、本実施形態では、エンジン制御ユニット７１とのデ
ータ通信が不要であるので、より信頼性の高いシステム
を構築できるという利点がある。

【００７２】第三の実施形態において、Ｓ１０８のステ
ップが本発明における内輪の回転数を検出する手段とし
て、回転センサ４３及びＳ１１６のステップが外輪の回
転数を検出する手段として、Ｓ１１２及びＳ１１４のス
テップが外輪又は内輪が減速中であることを検出する手
段としてそれぞれ機能するものである。

【００７３】尚、本発明は上述した各実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種
々の変更を施すことが可能である。

【００７４】例えば、前記各実施形態では、図３に示す
構成を有する一方向クラッチ３０を設ける構成であった
が、これと異なる構成の一方向クラッチであっても構わ
ない。また、一方向クラッチに代えて、トーションスプ
リングとクラッチシューとで構成されて内外輪の滑りに
よって慣性トルクの伝達を断つ方式の両方向クラッチを
採用することも可能である。

【００７５】また、前記各実施形態では、クラッチのロ
ック故障のみを検出する構成であったが、他の種類の故
障を検出する構成としてもよい。但し、クラッチに故障
が発生した場合には、クラッチの構造上、結果的にロッ
ク故障として検出される場合が多いと考えられる。

【００７６】また、前記各実施形態では、クラッチ故障
を警報灯６の点灯により運転者に報知する構成であった
が、警報灯（ランプ）の点灯以外の報知手段、例えば、
ブザー等の鳴動により報知する構成であっても構わな
い。また、クラッチ故障を直ちに運転者に報知するので
はなく、車両の検査時にクラッチ故障の診断結果を検出
可能とする構成であってもよい。

【００７７】また、図５のフローチャートでは、Ｓ１１
２及びＳ１１４のステップにおいて、回転子２ａの回転
が減速中であることを検出する構成としたが、エンジン
１又は外輪３１の回転が減速中であることを検出する構
成としてもよい。

【００７８】また、図５のフローチャートでは、Ｓ１１
０〜Ｓ１１８のステップにおいて、回転子２ａの回転数
をエンジン１に対する回転子２ａの増速比ratioで除し
た値がエンジン１の回転数と等しい場合にロック状態で
あることを検出するように構成したが、エンジン１の回
転数に増速比ratioを乗じた値が回転子２ａの回転数と
等しい場合にロック状態であることを検出する構成とし
てもよいことは数理計算上明らかである。

【００７９】また、図５のフローチャートでは、エンジ
ン１の回転数が発電機２の回転子２ａの回転数（増速比
による換算値）と等しい場合、又は、外輪３１の回転数
と内輪３２の回転数とが等しい場合に、クラッチ３０が
ロック状態にあると判断する構成であった。しかし、回
転数のサンプリング時期のずれ等の要因により、ロック
状態にあっても、両者の回転数が厳密には一致しないこ
ともあり得るので、誤差等を考慮した上で、エンジン１
の回転数と回転子２ａの回転数（増速比による換算値）
とが実質的に等しい場合（第一又は第二の実施形態）、
又は、外輪３１の回転数と内輪３２の回転数とが実質的
に等しい場合に（第三の実施形態）、クラッチがロック
状態であると判断されるように構成するのが好ましい。

【００８０】

【発明の効果】以上述べたように本発明の請求項１に記
載の車両用発電システムによれば、クラッチに故障が発
生した場合に、故障検出手段が確実に故障を検出するの
で、クラッチの修理又は交換を行うことにより、再び、
クラッチ作用を機能させてベルト伝動装置の寿命短縮を
抑制することができるという効果を奏する。

【００８１】また、請求項２に記載の車両用発電システ
ムによれば、故障報知手段としての警報灯の点灯等によ
り、運転者はクラッチの故障発生を容易且つ確実に知る
ことができ、これにより早期にクラッチの修理又は交換
を行う等の対応を取ることができるという効果を奏す
る。

【００８２】また、請求項３に記載の車両用発電システ
ムによれば、クラッチ作用が損なわれるロック故障が確
実に検出され、クラッチの修理又は交換を行うことによ
り、再び、クラッチ作用を機能させてベルト伝動装置の
寿命短縮を抑制することができるという効果を奏する。

【００８３】また、請求項４に記載の車両用発電システ
ムによれば、ロック故障の発生を確実に検出することが
できるという効果を奏する。

【００８４】また、請求項５に記載の車両用発電システ
ムによれば、回転子にセンサ等の専用の検出装置を設け
ることなく、簡単な構成で回転子の回転数を確実に検出
することができるという効果を奏する。

【００８５】また、請求項６に記載の車両用発電システ
ムによれば、車両用交流発電機内（例えば、電圧調整
器）にエンジンの回転数を検出するためのセンサ等の専
用の装置を設けることなく、エンジン制御ユニットにて
検出されたエンジンの回転数を利用することができると
いう効果を奏する。

【００８６】また、請求項７に記載の車両用発電システ
ムによれば、搭載される発電機の種類、特にプーリ径が
変更された場合でもソフトウェアにて柔軟に対応するこ
とができ、開発期間やコストを大幅に削減することがで
きるという効果を奏する。

【００８７】また、請求項８に記載の車両用発電システ
ムによれば、特に、故障報知手段としての警報灯を設け
る場合には、電圧調整器内に実装されている警報灯の駆
動回路をそのまま利用することができるという効果を奏
する。

【００８８】また、請求項９に記載の車両用発電システ
ムによれば、エンジンの回転数を検出するためのセンサ
等の専用の検出装置を設けることなく、簡単な構成でエ
ンジンの回転数を確実に検出することができるという効
果を奏する。

【００８９】また、請求項１０に記載の車両用発電シス
テムによれば、外輪又は内輪が減速中であることが検出
され、且つ、ロック状態検出手段が、内輪の回転数と外
輪の回転数とが実質的に等しい場合にロック状態を検出
することにより、ロック故障の発生を確実に検出するこ
とができるという効果を奏する。

【００９０】また、請求項１１に記載の車両用発電シス
テムによれば、回転子等の回転数のサンプリング時にお
けるノイズや検出ミス等が起因して一時的にロック状態
が検出された場合には、ロック故障であると検出される
ことがなく、ロック故障の誤検出を防止することができ
るという効果を奏する。

【００９１】また、請求項１２に記載の車両用発電シス
テムによれば、車両用交流発電機の稼働率が所定以上で
ある場合には、故障ではないにも拘わらずロック状態と
同様の状態となるが、禁止手段がロック故障の検出を禁
止するので、ロック故障の誤検出を防止することができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施形態における車両用発電
システムの全体構成を示すブロック図である。

【図２】 ベルト伝動装置の全体構成を概略的に示す正
面図である。

【図３】 一方向クラッチの要部を拡大して概略的に示
す断面図である。

【図４】 一方向クラッチの正常動作時における動作タ
イムチャートである。

【図５】 クラッチ故障検出処理のフローチャートであ
る。

【図６】 一方向クラッチの故障発生時における動作タ
イムチャートである。

【図７】 第二の実施形態における交流発電システムの
全体構成を示すブロック図である。

【図８】 第三の実施形態における交流発電システムの
全体構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…エンジン、２…車両用交流発電機、３…ベルト伝動
装置、３ａ…プーリ（ベルト伝動装置）、３ｂ…プーリ
（ベルト伝動装置）、３ｃ…ベルト（ベルト伝動装
置）、４、４１、４２…電圧調整器（第二の実施形態又
は第三の実施形態における故障検出手段）、６…警報灯
（報知手段）、７、７１…エンジン制御ユニット（第一
の実施形態における故障検出手段）、８，９…データバ
ス、３０…一方向クラッチ（クラッチ）、３１…外輪
（駆動側部材）、３２…内輪（従動側部材）、４３…回
転センサ、１０１、１０２、１０３…車両用発電システ
ム。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子を有する車両用交流発電機と、エ
   ンジンの回転駆動力を前記車両用交流発電機の回転子に
   伝動するベルト伝動装置と、そのベルト伝動装置側に駆
   動連結された駆動側部材と前記回転子側に駆動連結され
   た従動側部材とを有し前記回転子の慣性トルクが前記ベ
   ルト伝動装置側へ伝達されることを遮断する作用を有す
   るクラッチと、を備えた車両用発電システムにおいて、 前記クラッチに故障が発生したことを検出する故障検出
   手段、 を備えたことを特徴とする車両用発電システム。
2. 【請求項２】 前記故障検出手段による検出結果に基づ
   いて、前記クラッチにおける故障の発生を報知する故障
   報知手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の車
   両用発電システム。
3. 【請求項３】 前記故障検出手段は、前記クラッチを構
   成する前記駆動側部材と前記従動側部材とがロック状態
   となるロック故障を検出するように構成されたことを特
   徴とする請求項１又は２に記載の車両用発電システム。
4. 【請求項４】 前記故障検出手段は、 前記回転子の回転数を検出する手段と、 前記エンジンの回転数を検出する手段と、 前記回転子又は前記エンジンが減速中であることを検出
   する手段と、 前記回転子の回転数を前記エンジンに対する前記回転子
   の増速比で除した値が、前記エンジンの回転数と実質的
   に等しい場合にロック状態であることを検出するロック
   状態検出手段と、 を備えたことを特徴とする請求項３に記載の車両用発電
   システム。
5. 【請求項５】 前記回転子の回転数を検出する手段は、
   前記車両用交流発電機の発電周波数を検出することによ
   り前記回転子の回転数を検出することを特徴とする請求
   項４に記載の車両用発電システム。
6. 【請求項６】 前記故障検出手段は、車載のエンジン制
   御ユニット内に設けられたことを特徴とする請求項１乃
   至５のいずれかに記載の車両用発電システム。
7. 【請求項７】 前記故障検出手段は、前記車両用交流発
   電機に搭載される電圧調整器からデータバスを介して前
   記車両用交流発電機のプーリ径若しくは増速比等の発電
   機情報を取得するように構成されたことを特徴とする請
   求項６に記載の車両用発電システム。
8. 【請求項８】 前記故障検出手段は、前記車両用交流発
   電機に搭載される電圧調整機内に設けられたことを特徴
   とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用発電シ
   ステム。
9. 【請求項９】 前記エンジンの回転数を検出する手段
   は、車載のエンジン制御ユニットからデータバスを介し
   てエンジンの回転数を取得するように構成されたことを
   特徴とする請求項８に記載の車両用発電システム。
10. 【請求項１０】 前記クラッチは、前記駆動側部材を構
    成する外輪と、前記外輪と同軸配置されて前記従動側部
    材を構成する内輪とを有し、 前記故障検出手段は、 前記外輪の回転数を検出する手段と、 前記内輪の回転数を検出する手段と、 前記外輪又は内輪が減速中であることを検出する手段
    と、 前記内輪の回転数と前記外輪の回転数とが実質的に等し
    い場合にロック状態であることを検出するロック状態検
    出手段と、 を備えたことを特徴とする請求項３に記載の車両用発電
    システム。
11. 【請求項１１】 前記故障検出手段は、前記ロック状態
    検出手段によるロック状態の検出回数をカウントする手
    段を備え、前記ロック状態の検出が所定回数以上なされ
    た場合にロック故障を検出するように構成されたことを
    特徴とする請求項４乃至１０のいずれかに記載の車両用
    発電システム。
12. 【請求項１２】 前記故障検出手段は、前記車両用交流
    発電機の稼働率が所定以上である場合にはロック故障の
    検出を禁止する禁止手段を備えたことを特徴とする請求
    項３乃至１１のいずれかに記載の車両用発電システム。