JP2005124328A - 同期発電機の出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発電量を増減制御して無駄な発電をなくし、加速中の発電量の変化を制限しつつ、適正にバッテリ充電を行う。
【解決手段】 制御電圧値設定部６７には、発電電圧を制御するための制御電圧値が、エンジン回転数の関数として加速時および通常運転時毎に設定される。エンジン回転数判別部６６で検出されたエンジン回転数とスロットルセンサ６９の出力に基づいて加速判断し、レギュレータ目標電圧Ｖの切り替え制御の動作ステージを決定する。動作ステージに応じて目標電圧Ｖを切り替える。進角・遅角量設定部７０はバッテリ電圧Ｖｂが目標電圧Ｖに収斂するようにステータコイル３５各相への通電タイミングを決定する。ドライバ６５は決定された進角・遅角量に従って整流器３６を制御して通電タイミングを変更する。目標電圧Ｖがロー側である動作モードが長く続く場合は、目標電圧をハイ側に戻す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同期発電機の出力制御装置に関し、特に、加速性能を良好に維持しつつ適正な発電量を確保するのに好適な同期発電機の出力制御装置に関する。

車両用発電装置としてエンジン駆動される三相同期発電機が用いられ、この三相同期発電機で発電された交流は、三相全波整流器で整流してバッテリの充電に使用される。特開２００２−１１９０９５号公報には、低回転域において、固定子巻線に一定の電気角で遅角通電して発電出力を増大させるとともに、出力電圧がレギュレート電圧よりも高くならないように通電デューティを制御する三相同期発電機が開示されている。この同期発電機によれば、低回転域での発電量を確保しながら、レギュレータによる発電停止を回避して負荷変動を防止することができるので、低回転域でエンジンの回転が不安定になるのを防止することができる。
特開２００２−１１９０９５号公報

上記同期発電機では、発電機を駆動するエンジンの加速判断が含まれていない。したがって、エンジンの加速の有無にかかわらず、発電量が変化してしまう。つまり、エンジンに対する負荷が変動する。その結果、エンジンの加速中に発電量の変化に伴う負荷の変動が生じる。

本発明は、バッテリの状態を良好に維持できる発電量を確保しつつ、加速中であっても発電量の変化を制限する同期発電機の出力制御装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、エンジンで駆動される界磁束発生用磁石手段を有する回転子、および発電出力発生用の固定子巻線が巻回された固定子を有する同期発電機の出力制御装置において、スロットル開度の変化速度を検出するスロットル操作速度検出手段と、少なくとも前記スロットル開度の変化速度によるエンジンの加速状態を判断して発電量を制限する手段と、前記制限された発電量が予定量に達したときに発電量の制限を禁止し、制限された発電量が予定量復帰したときに発電量の制限を許可する制御手段とを具備した点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記制限された発電量が、発電量が制限された時間の関数で判断される点に第２の特徴がある。

また、本発明は、前記制限された発電量が、発電量の制限を許可している場合には大きく認識され、発電量の制限を禁止している場合には小さく認識されるように、時間の関数に異なる重み付けをする点に第３の特徴がある。

また、本発明は、前記発電機の発電電圧を所定のレギュレータ目標電圧に制限するレギュレータを備え、前記発電量を制限する手段が、前記レギュレータ目標電圧の切り替え手段と、レギュレータ目標電圧とバッテリ電圧との差を解消するように発電機の位相通電角を制御する手段とによって構成される点に第４の特徴がある。

また、本発明は、エンジン回転数が制限実施上限回転数以上である場合は、前記発電量の制限を禁止する点に第５の特徴がある。

さらに、本発明は、前記加速状態を判断するためにエンジン回転数を判定する手段をさらに備え、予定の実施判断時間内にエンジン回転数が制限実施下限回転数に到達しない場合は前記発電量の制限を禁止する点に第６の特徴がある。

第１の特徴によれば、エンジンの加速時には発電量の制限が実施されるので加速性能が向上されるとともに、発電量の制限が過大になってきたときには、発電量の制限が禁止されるので、バッテリの過放電が防止される。その結果、バッテリの寿命を延長することができる。また、発電量の制限を禁止することにより制限された発電量が取り戻されてきたときには再び発電量の制限が許可されるので、加速性能の影響を小さくすることができる。

第２の特徴によれば、発電量を時間によって判断できるので制御が容易である。第３の特徴によれば、過放電がより良く防止される。

第４の特徴によれば、レギュレータ目標電圧を切り替えると、切り替えられた目標電圧に応じて発電電圧が調整され発電量が制御されるので、制御が簡単であるし、レギュレータの短絡方式などより発電フリクションを低減できる。

第５の特徴によれば、エンジン回転数が高い場合は、発電量が多くても回転慣性が大きいので加速性能への影響は小さい。したがって、この場合には発電量の制限を行うことなく、バッテリを充分に充電することができる。

第６の特徴によれば、例えば、車両用に使用されて坂道などを上る場合等、負荷が大きい場合は、スロットルを急開したとしてもエンジン回転数は上昇しにくい。このような場合に、発電量の制限が禁止されるので、バッテリを充分に充電することができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図２は、本発明の出力制御装置を適用する同期発電機を備えたエンジンの要部断面図、図３はエンジンに接続される同期発電機の断面図である。この実施形態では、同期発電機はエンジンのスタータを兼用する。したがって、以下では、同期発電機をスタータ兼用発電機（以下、「モータＡＣＧ」という）として説明する。

図２において、エンジン１のクランク軸２はクランクケース３に嵌合された軸受４，５で支持される。クランク軸２にはクランクピン６を介してコネクティングロッド７が連結される。軸受５の外方にはＶベルト式無段変速機（以下、単に「無段変速機」という）の駆動側プーリ１１が設けられる。駆動側プーリ１１は固定プーリ片１１１と可動プーリ片１１２とを含む。固定プーリ片１１１はクランク軸２の端部寄りに固定され、クランク軸２に対して回転方向および軸方向のいずれにも移動が規制される。

一方、可動プーリ片１１２はクランク軸２に対して、回転方向の動きは規制されているが、軸方向（スラスト方向）には所定の範囲で移動可能に結合される。可動プーリ片１１２には、ランププレート１２が摺動自在に係合する。ランププレート１２はクランク軸２に結合されて一体で回転する。ランププレート１２は、可動プーリ片１１２の内側傾斜（ランプ）との組み合わせで、外周方向に向かって狭くなるローラウェイト１３のテーパ状ガイドを形成する。

前記駆動側プーリ１１と対になって無段変速機を構成する従動側プーリ２０が設けられる。変速機ケース１４に嵌合された軸受２１と図示しない他の一つの軸受によって、従動軸２２が回転自在に支持され、この従動軸２２に従動側プーリ２０が固定される。従動側プーリ２０は従動軸２２に軸受２３，２４で回転自在に支持される一方、従動軸２２の軸方向には移動を規制された固定プーリ片２０１を有する。また、固定プーリ片２０１を介して従動軸２２の軸方向に摺動自在に支持された可動プーリ片２０２を有する。

固定プーリ片２０１には、遠心力で外周方向に偏倚するクラッチシュー２５を支持するシュー支持プレート２７が設けられる。従動軸２２にはクラッチシュー２５が当接する内周面を有するカップ状部材２８が固定される。このカップ状部材２８とクラッチシュー２５との組み合わせで遠心クラッチを構成する。前記可動プーリ片２０２は、このシュー支持プレート２７に一端が保持されたコイルバネ３３の他端で押圧されて固定プーリ片２０１側に常時付勢される。

駆動側プーリ１１と従動側プーリ２０はいずれもＶ字型プーリであり、両者間にはＶベルト２９が架け渡される。従動軸２２は減速ギヤ２６を含む減速機を介して駆動輪、例えば自動二輪車の後輪に連結される。無段変速機には、カバー３０が被せられ、このカバー３０には、キックスタータ３１が支持される。

図３において、モータＡＣＧ８は、三相巻線（ステータコイル）が巻回されたステータ５０と、エンジン１のクランク軸２の端部に結合されてステータ５０の外周を回転するアウタロータ６０とを有する。アウタロータ６０はクランク軸２に連結されるカップ状のロータケース６３と、ロータケース６３の内周面に収容されるマグネット６２とを有する。マグネット６２はロータヨークに円周方向に沿って配置される。

アウタロータ６０は、ハブ部６０ａの内周をクランク軸２の先端テーパ部に嵌合させて取り付けられ、ハブ部６０ａの中心を貫通してクランク軸２の端部ネジに螺挿されるボルト２５３で固定される。アウタロータ６０の内周側に配設されるステータ５０はボルト２７９によってクランクケース３に固定される。アウタロータ６０にはボルト２４６によって固定されたファン２８０が設けられる。ファン２８０に隣接してラジエータ２８２が設けられ、ラジエータ２８２はファンカバー２８１によって覆われる。

モータＡＣＧ８は、ラジエータ２８２に隣接するファン２８０の冷却風で積極的に冷却されるため、後述の負荷制御とあいまって発熱量が抑制され、放熱性も良いことから小型化が達成される。

ステータ５０の内周にはセンサケース３４が嵌め込められ、このセンサケース３４内にはアウタロータ６０のボスの外周に沿って等間隔でロータ角度センサ（磁極センサ）１５およびパルサセンサ（点火パルサ）１６が設けられる。ロータ角度センサ１５はモータＡＣＧ８のステータコイル３５に対する通電制御を行うためのものであり、モータＡＣＧ８のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応して１つずつ設けられる。一方、点火パルサ１６はエンジンの点火制御のためのものであり、１つだけ設けられる。ロータ角度センサ１５および点火パルサ１６はいずれもホールＩＣまたは磁気抵抗（ＭＲ）素子で構成することができる。

ロータ角度センサ１５および点火パルサ１６のリード線は基板１７に接続され、さらに基板１７にはワイヤハーネス１８が結合される。アウタロータ６０のボス６０ａの外周には、ロータ角度センサ１５および点火パルサ１６のそれぞれに磁気作用を及ぼすよう２段着磁されたマグネットリング１９が嵌め込まれる。

ロータ角度センサ１５に対応するマグネットリング１９の一方の着磁帯には、ステータ５０の磁極に対応して、円周方向に３０°幅間隔で交互に配列されたＮ極とＳ極が形成され、点火パルサ１６に対応するマグネットリング１９の他方の着磁帯には、円周方向の１か所に１５°ないし４０°の範囲で着磁部が形成される。

上記構成のモータＡＣＧ８は、始動時には同期モータとして機能し、バッテリから供給される電流で駆動されてクランク軸２を回動させてエンジン１を始動させるとともに、始動後は同期発電機として機能し、発電した電流でバッテリを充電し、かつ各電装部に電流を供給する。

モータＡＣＧ８のモータとしての動作は次の通りである。ロータ角度センサ１５で検出される回転角度に従ってステータコイル３５に順次電流を供給することにより、マグネット６２を備えたアウタロータ６０が駆動される。クランク軸２はアウタロータ６０に結合されているので、該アウタロータ６０の回転によってクランキングされ、着火回転数に達したならばエンジン１は自立運転を開始する。自立運転開始後は制御系統が発電機側に切り換えられ、モータＡＣＧ８はエンジン発電機として動作する。

エンジン回転数が増大するに従ってローラウェイト１３は遠心力で外周方向に付勢され、可動プーリ片１１２は固定プーリ片１１１側に偏倚させられる。これにより、Ｖベルト２９は駆動側プーリ１１に対して巻き径が大きくなる一方、従動側プーリ２０に対して巻き径が小さくなる。つまり、減速比が小さくなり従動側プーリ２０は増速される。従動側プーリ２０の回転が遠心クラッチの接続回転数を超過すると、クラッチシュー２５がカップ状部材２８に所定圧で当接して従動軸２２に回転が伝達される。

図４は、モータＡＣＧ８を適用した自動二輪車の要部電装系統図である。同図において、ＥＣＵ１００にはモータＡＣＧ８で発生した三相交流を整流する全波整流器３６と、全波整流器３６の出力を予定のレギュレータ目標電圧Ｖに制限するためのレギュレータ３７とが設けられる。さらに、ＥＣＵ１００は、加速状態およびバッテリ電圧等によって発電量を制御する発電制御部３８を有する。発電制御部３８はＣＰＵの機能として実現される。前記ロータ角度センサ１５および点火パルサ１６もＥＣＵ１００に接続され、その検出信号がＥＣＵ１００に入力される。

ＥＣＵ１００には、点火コイル３９が接続され、点火コイル３９の二次側には点火プラグ４０が接続される。また、ＥＣＵ１００にはスロットルセンサ４１、フューエルセンサ４２、シートスイッチ４３、アイドルスイッチ４４、冷却水温センサ４５が接続され、各部から検出信号がＥＣＵ１００に入力される。

さらに、ＥＣＵ１００には、スタータリレー４６、スタータスイッチ４７、ストップスイッチ４８，４９、スタンバイインジケータ５１、フューエルインジケータ５２、スピードセンサ５３、オートバイスタ５４、およびヘッドライト５５が接続される。ヘッドライト５５には、ディマースイッチ５６が設けられる。

上記の各部にはメインヒュ−ズ５７およびメインスイッチ５８を介してバッテリ５９から電流が供給される。バッテリ５９は、スタータリレー４６によってＥＣＵ１００に直接接続される一方、メインスイッチ５８を介さず、メインヒューズ５７だけを介してＥＣＵ１００に接続される回路を有する。

発電制御部３８は、エンジン１の加速状態等に基づいてレギュレータ目標電圧Ｖを予め設定された高低（ハイ、ロー）の各予定電圧（例えば、ハイ側電圧（ＶＨ）：１４．２ボルト、ロー側電圧（ＶＬ）：１２．４ボルト）のいずれかに切り替える。そして、このレギュレータ目標電圧Ｖとバッテリ電圧Ｖｂとの差が解消されるように、モータＡＣＧ８の各相のステータコイル３５に遅角・進角通電して発電量を制御（以下、「ＡＣＧ 通電制御」という）する。特に、エンジンが予定の加速条件を満足して加速状態と判断された場合は、レギュレータ目標電圧Ｖをロー側電圧ＶＬに切り替え、加速状態でない場合（通常運転時という）は、レギュレータ目標電圧Ｖをハイ側電圧ＶＨに切り替える。さらに、ロー側電圧ＶＬに切り替えられている状態で、予定の復帰条件を満足した場合は、レギュレータ目標電圧Ｖをハイ側電圧ＶＨに切り替える。以下の説明では、特に、レギュレータ目標電圧Ｖをハイ側電圧ＶＨに切り替える処理を、レギュレータ目標電圧Ｖを復帰させるという。

なお、遅角または進角通電とは、ロータ角度センサ１５で検出される着磁帯１９の磁極の変化時の検出信号から予定の電気角相当分を遅角または進角させてステータコイル３５に通電することをいう。本実施形態では、通常運転時および加速時毎に対応したレギュレータ目標電圧を高低２種類の電圧から選択しているが、例えば、エンジン回転数に応じたロー側電圧ＶＬとハイ側電圧ＶＨのテーブル（図１８参照）をもち、このテーブルで検索したレギュレータ目標電圧にバッテリ電圧が収斂するようにＡＣＧ通電制御を行うこともできる。

図１は、ＡＣＧ通電制御装置の要部機能を示すブロック図である。同図において、全波整流器３６はモータＡＣＧ８のステータコイル３５のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されたＦＥＴ（一般的には固体スイッチング素子）３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆを有し、エンジン１の始動時は、ドライバ６１によりＦＥＴ３６ａ〜３６ｆをスイッチングし、モータＡＣＧ８を同期電動機として駆動してクランク軸２を回転させる。一方、エンジン１の始動後は、逆にアウタロータ６０がエンジン１で駆動されて同期発電機として機能し、ＦＥＴ３６ａ〜３６ｆで発電交流を整流してバッテリ５９や電装負荷６４に給電する。また、エンジン駆動による発電中において、ステータコイル３５への遅角または進角通電が行われるようにドライバ６５でＦＥＴ３６ａ〜３６ｆを制御して発電量を増減させる。

エンジン回転数判別部６６は、例えば、点火パルサ１６の検出信号や発電電圧の周波数信号などをもとにエンジン回転数Ｎｅを検出し、検出されたエンジン回転数Ｎｅは、ステージ判定部４１およびデューティ設定部６８に供給される。レギュレータ目標電圧切替部６７には、ハイ側およびロー側の電圧値ＶＨ，ＶＬが記憶されていて、デューティ設定部６８には通電デューティとエンジン回転数との対応テーブル（図１７）が設けられる。スロットルセンサ６９はスロットルバルブの開度θＴＨを検出する。ステージ判定部４１は、エンジン回転数Ｎｅおよび／もしくはスロットル開度θＴＨにならびにタイマ７３による時間経過の判断等に基づいて、レギュレータ目標電圧Ｖの切替動作がどの段階にあるか、つまりどの動作ステージ（以下、単に「ステージ」という）にあるかを判定する。レギュレータ目標電圧切替部６７は、現ステージに応じて予定された判断を行い、レギュレータ目標電圧Ｖをハイ側およびロー側のいずれに切り替えるかを決定し、その結果、つまり決定されたレギュレータ目標電圧Ｖを進角・遅角設定部７０に入力する。

カウンタ７１は、ステージが実施ステージ（後述する第３，４ステージ）にある時間を積算し、フラグ設定部７２に入力する。フラグ設定部７２は積算時間が禁止判定値に達したらレギュレータ目標電圧の切り替え許可フラグを降ろす。そして、実施ステージ以外の未実施および実施待ちステージ（後述の第１，２ステージ）に移行したら、カウンタ７１は、積算された時間を逆に減算する。積算時間が前記切り替え許可判定値まで減算されたら、フラグ設定部７２は切り替え許可フラグを立てる。このフラグはレギュレータ目標電圧切替部６７によって判別される。許可フラグが立っている場合はレギュレータ目標電圧切替部６７は付勢され、許可フラグが降りている場合はレギュレータ目標電圧切替部６７は消勢される。

進角・遅角量設定部７０は、バッテリ電圧判別部７１で検出されたバッテリ電圧Ｖｂとレギュレータ目標電圧Ｖとに基づいて、バッテリ電圧Ｖｂがレギュレータ目標電圧Ｖに収斂するように進角または遅角のいずれかを決定し、ドライバ６５に供給する。バッテリ電圧Ｖｂがレギュレータ目標電圧Ｖより高い場合は進角通電し、バッテリ電圧Ｖｂがレギュレータ目標電圧Ｖより低い場合は、遅角通電する。進角および遅角量はバッテリ電圧Ｖｂとレギュレータ目標電圧Ｖとの差に応じて可変してもよいし、一定量を進角または遅角するのであってもよい。

ドライバ６５は、進角または遅角の指示（進角量および遅角量を含むことができる）と、デューティ設定部６８から入力される通電デューティに基づいてステータコイル３５に通電するようＦＥＴ３６ａ〜３６ｆを制御する。ドライバ６５はロータ角度センサ１５による磁極検出信号に応答して、すなわちアウタロータ６０の磁極に対応して形成されているマグネットリング１９の着磁帯をセンサ１５が検出するたびにオンに立ち上がる信号を検出する。そして、その信号の立上がりから進角または通電遅角量相当分変位させてＦＥＴ３６ａ〜３６ｆに対するＰＷＭ制御信号を出力する。

図５は、レギュレータ目標電圧切り替えの概要を示すタイムチャートである。同図（ａ）は、切り替え制御におけるステージを示し、図５（ｂ）は各動作ステージに対応するレギュレータ目標電圧Ｖの変化の例を示す図である。図５（ａ），（ｂ）において、第１ステージは、レギュレータ目標電圧Ｖの切り替えを実施していない状態であり、第２ステージは、レギュレータ目標電圧Ｖの切り替えに移行するかどうかの準備段階である。この第１，第２ステージでは、レギュレータ目標電圧Ｖは予定のハイ側電圧ＶＨに切り替わっている。また、第３ステージは、レギュレータ目標電圧Ｖの切り替えが実施されている。第３ステージでは、レギュレータ目標電圧Ｖは予定のロー側電圧ＶＬに切り替わっている。第３ステージは最大限、時間ＣＴ２が経過するまで維持される。さらに、第３ステージでは、レギュレータ目標電圧Ｖをハイ側電圧ＶＨに復帰させるための判断が行われる。そして、第４ステージは、レギュレータ目標電圧Ｖを復帰すべきとの判断に基づいて復帰処理を実施する段階である。第４ステージでは、レギュレータ目標電圧Ｖをロー側電圧ＶＬから徐々にハイ側電圧ＶＨに変化させる。第４ステージは、時間ＣＴｄの経過までに終了させる。

図５（ｃ）は、エンジン回転数Ｎｅとステージとの関係を示す図、図５（ｄ）は、スロットル開度θＴＨとステージとの関係を示す図である。図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅが、切り替え判断上限回転数ＮｅＣＳＴ以下にあるとき、またはスロットル開度θＴＨの変化量ΔθＴＨ（θＴＨ１−θＴＨ０）が予定量ＣＳＴより小さい（急開でない）場合は第１ステージである。そして、エンジン回転数Ｎｅが切り替え判断上限回転数ＮｅＣＳＴを超えるか、スロットル開度変化量ΔθＴＨが予定量ＣＳＴを超える（スロットル急開）かした場合は第２ステージに移行してレギュレータ目標電圧Ｖの切り替え実施待ちとなる。

しかし、第２ステージに移行した後、実施判断時間として予定した時間ＣＴ１が経過してもエンジン回転数Ｎｅが切替実施下限回転数ＮｅＣＬに至らない場合（図中点線ＬＡで示す）は第１ステージに戻る。また、第２ステージに移行しても、大きくスロットルを閉じる操作が行われた場合（−ΔθＴＨ＞予定量ＧＲＴ）、つまり点線ＬＢで示す状態では、第１ステージに戻る。さらに、スロットルが全閉状態になったときも時点（Ｐ０）で第１ステージに戻る。

一方、第３ステージに移行した後、予定の時間ＣＴ２が経過した場合は、その経過時点Ｐ１で第１ステージに戻る。また、第３ステージでエンジン回転数Ｎｅが制限禁止回転数としての切替実施上限回転数ＮｅＣＨ（例えば８０００ｒｐｍ）以上になったとき、もしくはエンジン回転数Ｎｅが切替実施下限回転数ＮｅＣＬ（例えば３０００ｒｐｍ）以下になったときには、それらの時点Ｐ２，Ｐ３で第１ステージに戻る。つまりエンジン回転数Ｎｅが所定回転数範囲（ＮｅＣｌ〜ＮｅＣＨ）に維持されている場合は、時間ＣＴ２が経過するまで第３ステージが維持され、レギュレータ目標電圧Ｖはロー側電圧ＶＬに維持される。但し、エンジン回転数Ｎｅが設定値ＮｅＣＨを超えても、その回転数以上に時間ＣＴ３以上維持されたときに第１ステージに戻る。

また、スロットルが、大きく閉じ操作された場合（点線ＬＣ）、およびスロットルが全閉になったとき（時点Ｐ４）も第３ステージから第１ステージに移行する。

以上の動作を、図６〜図１２のフローチャートを参照して説明する。図６は、レギュレータ目標電圧切り替えの全体処理を示すフローチャートである。ステップＳ１では、レギュレータ目標電圧切り替え判断を行う。つまり、レギュレータ目標電圧Ｖをハイ側電圧ＶＨからロー側電圧ＶＬに切り替えるための条件、もしくはロー側電圧ＶＬからハイ側電圧ＶＨに復帰させるための条件を満足しているかどうかの判断を行う。ステップＳ２では、レギュレータ目標電圧を算出して、この処理を終える。

図７は、レギュレータ目標電圧切り替え判断の詳細を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、現ステージが第１ステージか否か、つまりレギュレータ目標電圧Ｖをロー側電圧ＶＬに切り替える条件を満たしているかどうかが判断される。ステージの判断はフラグＳＴＧによって判断される。フラグＳＴＧ「０」、「１」、「２」、「３」はそれぞれ現ステージが、第１、第２、第３、第４ステージであることを示す。

例えば、スロットル開度θＴＨが予定より小さい場合、もしくは予定の低回転域である場合は第１ステージでありフラグＳＴＧは「０」にセットされる。現ステージが第１ステージの場合、つまり切り替え未実施の場合は、ステップＳ１０からステップＳ１１に進んで第１の実施判断を行う。

現ステージが第１ステージでない場合はステップＳ１０からステップＳ１２に進み、第２ステージか否か（ＳＴＧ＝「１」か否か）、つまりレギュレータ目標電圧Ｖをロー側電圧ＶＬに切り替える条件を満たしているかどうかが判断される。第１ステージと判断されてからエンジン回転数Ｎｅがレギュレータ目標電圧Ｖの切り替えが実施されるための下限回転数ＮｅＣＬになったと判断されるまでの範囲が第２ステージである。現ステージが第２ステージの場合はステップＳ１３に進んで第２の実施判断を行う。

現ステージが第２ステージでない場合はステップＳ１２からステップＳ１４に進み、現ステージが第３ステージか否かが判断される。第３ステージは、第２ステージでレギュレータ目標電圧Ｖの切り替えを実施すると判断された後の段階である。つまり第３ステージは、レギュレータ目標電圧Ｖの切り替え動作が実施されている状態である。現ステージが第３ステージにある場合は、ステップＳ１５に進んでレギュレータ目標電圧Ｖをハイ側電圧ＶＨに復帰するかどうかの判断を行う。復帰処理に入る条件は後述する。

現ステージが第３ステージでない場合は、レギュレータ目標電圧Ｖをハイ側電圧ＶＨに復帰させる処理を行っている状態、つまり第４ステージであると判断されるので、ステップＳ１６に進んで復帰処理を終了させる条件の判断を行う。ステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６の後はステップＳ１７に進んで積算カウント処理を行う。

次に、レギュレータ目標電圧の算出処理を説明する。図８において、ステップＳ２０では、現ステージが第１ステージもしくは第２ステージであるか否かの判断を行う。現ステージが第１ステージもしくは第２ステージである場合は、ステップＳ２１に進んでレギュレータ目標電圧Ｖとしてハイ側電圧ＶＨを設定する。現ステージが第１ステージまたは第２ステージでない場合は、ステップＳ２２に進んで、現ステージが第３ステージかどうかが判断される。現ステージが第３ステージの場合はステップＳ２３に進んで、レギュレータ目標電圧Ｖとしてロー側電圧ＶＬを設定する。

現ステージが第１〜第３ステージのいずれでもない場合は、第４ステージであると判断されるので、ステップＳ２４に進んで、復帰目標電圧を算出し、これをレギュレータ目標電圧Ｖとして設定する。復帰目標電圧は、レギュレータ目標電圧Ｖを徐々にロー側電圧ＶＬからハイ側電圧ＶＨに戻すために、経過時間の関数で段階的に変化する電圧値である。算出式は、図８のステップＳ２４に示すように、目標電圧Ｖをハイ側電圧ＶＨまで復帰させるのために予定した時間ＣＴｄに対する復帰開始から経過した時間Ｔｄの比（Ｔｄ／ＣＴｄ）に応じて決定される。つまり、復帰開始からの経過時間の関数で、ロー側電圧ＶＬに増分した電圧を加算していき、ハイ側電圧ＶＨまで徐々にレギュレータ目標電圧Ｖを戻していく。

図９を参照して第１の実施判断（ステップＳ１１）を説明する。ステップＳ１１０では、エンジン回転数Ｎｅが切り替え判断のための上限回転数ＮｅＣＳＴ以下の低回転であるか否かが判断される。エンジンが低回転域にある場合はステップＳ１１１に進んで、スロットル開度がスロットルを開く側に変化しているか閉じる側に変化しているかが判断される。スロットルが開き方向である場合はステップＳ１１２に進んで、開方向のスロットル開度の変化量ΔθＴＨが予定量ＣＳＴより大きいか、つまりスロットル急開か否かが判断される。スロットルが急開されたときは現状が第２ステージにあると判断されるので、ステップＳ１１３に進んでフラグＳＴＧを「１」にする。ステップＳ１１４では、切り替え実施待ち用のタイマＴＭ１をゼロにリセットする。ステップＳ１１０でエンジンが高回転と判断された場合、ステップＳ１１１でスロットルが閉方向に変化していると判断された場合、ステップＳ１１２でスロットルが急開でないと判断された場合は、いずれもレギュレータ電圧Ｖをロー側電圧ＶＬに切り替える条件を満たしていないので第１ステージにあると判断される。したがって、ステップＳ１１５に進んでフラグＳＴＧを「０」にする。

図１０を参照して第２の実施判断（ステップＳ１３）を説明する。ステップＳ１３０では、エンジン回転数Ｎｅが切り替え実施継続判断のための下限回転数ＮｅＣＬ以上であるか否かが判断される。エンジンが下限回転数ＮｅＣＬ以上にある場合はステップＳ１３１に進んで、レギュレータ目標電圧切り替え許可フラグＶＯＫが判別される。フラグＶＯＫが「１」ならばレギュレータ目標電圧切り替え許可であるので、ステップＳ１３２に進んで第３ステージを示すためフラグＳＴＧに「２」をセットする。ステップＳ１３３では、レギュレータ目標電圧をロー側に切り替えた状態を継続している時間を計測するタイマＴＭ２をゼロにリセットする。

第２ステージでエンジン回転数が下限回転数ＮｅＣＬ以下の低回転域にあると判断された場合、ステップＳ１３０は否定となってステップＳ１３４に進み、スロットルが閉じる方向に変化しているか否かが判断される。スロットルが閉じる方向に変化している場合は、ステップＳ１３５に進んでスロットル開度の閉じ方向の変化量ΔθＴＨが予定量ＧＲＴより大きいか、つまりスロットル急閉か否かが判断される。スロットルが急閉されたときは加速を停止したと判断されるので、ステップＳ１３６に進んでフラグＳＴＧを「０」にして、現ステージが第１ステージであることを示す。

ステップＳ１３４で、スロットルが閉じる方向に変化しているのではないと判断された場合は、ステップＳ１３７に進んでスロットルが開いているか否かを判断する。スロットルが開いていると判断された場合は、ステップＳ１３８に進んで第２ステージでの経過時間を示すタイマ値ＴＭ１が予定の経過時間ＣＴ１を超えたか否かが判断される。予定の経過時間ＣＴ１が経過したときはレギュレータ目標電圧切り替えを実施しないと判断してステップＳ１３６に進み、フラグＳＴＧを「０」にする。時間ＣＴ１が経過していないときは第２ステージを維持すると判断してステップＳ１３９に進み、フラグＳＴＧに「１」をセットする。

スロットルが全閉（ステップＳ１３７否定）のとき、およびステップＳ１３１でフラグＶＯＫが「０」つまりレギュレータ目標電圧切り替え不許可と判別されたときも、ステップＳ１３６に進み、フラグＳＴＧに「０」をセットして第１ステージに移行する。

図１１を参照して復帰判断（ステップＳ１５）を説明する。ステップＳ１５０では、レギュレータ目標電圧切り替え許可フラグＶＯＫが判別される。フラグＶＯＫが「１」ならばレギュレータ目標電圧切り替え許可であるので、ステップＳ１５１に進んでスロットルが開いているか否かを判断する。スロットルが開いていると判断された場合は、ステップＳ１５２に進んでスロットルが閉じ方向か否かが判断される。スロットルが閉じる方向に変化している場合は、ステップＳ１５３に進んでスロットルの閉じ方向の変化量ΔθＴＨが予定量ＧＲＴより大きいか、つまりスロットル急閉か否かが判断される。スロットルが急閉でない場合は、ステップＳ１５４に進んで、エンジン回転数Ｎｅが切り替え実施判断の下限回転数ＮｅＣＬ以下の低回転であるか否かが判断される。エンジン回転数Ｎｅが下限回転数ＮｅＣＬより高回転であれば、ステップＳ１５５に進んで、エンジン回転数Ｎｅが切り替え実施判断の上限回転数ＮｅＣＨ以上の高回転であるか否かが判断される。エンジン回転数が上限回転数ＮｅＣＨ以上でない場合はステップＳ１５６に進んで、エンジン回転数Ｎｅが上限回転数ＮｅＣＨ以上にある時間を計測するタイマの値ＴＭ３をゼロにリセットする。

ステップＳ１５５でエンジン回転数Ｎｅが上限回転数ＮｅＣＨ以上の高回転であると判断された場合は、ステップＳ１５７で前記タイマ値ＴＭ３が予定の時間ＣＴ３を経過したか否かが判断され、予定時間ＣＴ３が経過していない場合はステップＳ１５７に進む。

ステップＳ１５８では、レギュレータ目標電圧をロー側電圧ＶＬに切り替えた状態を継続している時間を計測するタイマＴＭ２が予定の時間ＣＴ２を超えたか否かが判断され、この判断が否定のときは、第３ステージを維持することを示すため、ステップＳ１５９でフラグＳＴＧに「２」をセットする。

ステップＳ１５０でレギュレータ目標電圧低下が禁止されている場合、ステップＳ１５１でスロットルが全閉と判断された場合、およびステップＳ１５３でスロットル開度θＴＨの、閉じる方向への変化が大きいと判断された場合はステップＳ１６０に進む。また、スロットル開度θＴＨの変化が大きい場合でもエンジン回転数Ｎｅが低い場合（ステップＳ１５４肯定）、ステップＳ１５７で時間ＣＴ３が経過したと判断された場合、およびステップＳ１５８で時間ＣＴ２が経過したと判断された場合もステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０では、タイマ値Ｔｄにゼロをリセットする。ステップＳ１６１では、ステージが第４ステージに移ったことを示すため、フラグＳＴＧに「３」をセットする。

図１２を参照して復帰終了判断（ステップＳ１６）、つまりレギュレータ目標電圧Ｖがハイ側電圧ＶＨに復帰完了したか否かの判断処理を説明する。ステップＳ１６５で、復帰開始から経過した時間Ｔｄがハイ側電圧ＶＨに復帰させるために予定した時間ＣＴｄを経過したか、つまりレギュレータ目標電圧を復帰させるのに充分必要な時間を経過したか否かが判断される。この判断が肯定のときはステップＳ１６６でフラグＳＴＧに「０」をセットする。一方、ステップＳ１６０の判断が否定の場合はステップＳ１６７でフラグＳＴＧに「３」セットし、第４ステージつまりレギュレータ目標電圧復帰処理が継続されていることを示す。

上記判断条件とは別に、前記積算処理に従って、レギュレータ目標電圧Ｖをロー側電圧ＶＬに切り替える制御を禁止する場合と、その禁止を解除する場合とを設定する。図１３に、積算処理の概要を示す。図１３において、レギュレータ目標電圧Ｖがハイ側電圧ＶＨに切り替わっていない時間、つまり第３および第４ステージにある時間を積算し、この積算時間（積算値）が禁止判定値を超えたときに、許可フラグＶＯＫを「０」にクリアする。一方、第１，２ステージに戻した後は、積算時間を逆に減算していく。そして積算時間が許可判定値まで低減したときに許可フラグを「１」にセットして、レギュレータ目標電圧Ｖをロー側電圧ＶＬに切り替える処理を許可する。

また、第３ステージは加算、第４ステージはその値を維持、第１，２ステージは減算とすることによって、更に正確な充電状態の実現を図ることができる。図示の通り、積算時間によってレギュレータ目標電圧Ｖをロー電圧ＶＬ側に切り替える制御を含む方が、レギュレータ目標電圧の低下を禁止する制御を含まない場合より、発電量の制限が少ないので過放電を防止することができる。

なお、積算速度と減算速度とでは、減算速度の方を積算速度より小さく設定するのがよい。これによりレギュレータ目標電圧Ｖがロー側電圧ＶＬに切り替わっている時間が長くなりすぎないようにしてバッテリの過放電をより良く抑制することができる。

図１４を参照してレギュレータ目標電圧低下禁止および許可の判定処理つまり前記積算カウント処理（ステップＳ１７）を説明する。ステップＳ１７０では、現ステージが第１および第２ステージのいずれかであるか否かが判断される。現ステージが第１または第２ステージであれば、ステップＳ１７１に進む。ステップＳ１７１では、エンジン回転数Ｎｅが、レギュレータ目標電圧Ｖの切り替えを禁止するための減算を行うかどうかの下限回転数ＮｅＤＥＣを超えているか否かが判断される。設定回転数ＮｅＤＥＣよりもエンジン回転数Ｎｅが高い場合は、ステップＳ１７２で切り替え禁止タイマ値ＴＭ４をデクリメントする。つまり予定の減算分を引いた値をタイマ値ＴＭ４にセットする。ステップＳ１７３では、タイマ値ＴＭ４がゼロ以下になったか判断し、この判断が肯定ならばステップＳ１７４に進んでタイマ値ＴＭ４をゼロにリセットし、ステップＳ１７９に進む。

ステップＳ１７０が否定つまり現ステージが第１または第２ステージでない場合はステップＳ１７５に進んで現ステージが第３ステージか否か、つまりレギュレータ目標電圧Ｖをロー側電圧ＶＬに切り替え実施中か、ハイ側電圧ＶＨに復帰中かを判断する。ステップＳ１７５が肯定ならばステップＳ１７６で、切り替え禁止タイマ値ＴＭ４をインクリメントする。つまり予定の加算分を足した値をタイマ値ＴＭ４にセットする。ステップＳ１７７では、タイマ値ＴＭ４が予定値ＣＴＭＨ４を超えたか否かが判断される。予定値ＣＴＭＨ４はヒステリシスを考慮した高い側の値である。この判断が肯定ならばステップＳ１７８に進んでタイマ値ＴＭ４に予定値ＣＴＭＨ４をセットしてステップＳ１７９に進む。

ステップＳ１７１が否定の場合（低回転）、ステップＳ１７３が否定つまりタイマ値ＴＭ４がゼロ以上である場合、およびステップＳ１７７が否定つまりタイマ値ＴＭ４が予定値ＣＴＭＨ４を超えた場合もステップＳ１７９に進む。

ステップＳ１７９では、レギュレータ目標電圧切り替え許可フラグＶＯＫが「１」か否かを判断する。ステップＳ１７９が肯定のときはステップＳ１８０に移行してタイマ値ＴＭ４が予定値ＣＴＭＨ以下か否かが判断される。ステップＳ１８０が肯定の場合はステップＳ１８１に進んでレギュレータ目標電圧切り替え許可フラグＶＯＫに「１」をセットする。ステップＳ１８０が否定の場合は、第３ステージが、予定値ＣＴＭＨ４に対応する時間維持されたと判断されるので、ステップＳ１８２に進んで持続フラグＶＯＫに「０」をセットしてレギュレータ目標電圧の切り替えを禁止する。

また、ステップＳ１７９が否定の場合は、ステップＳ１８３に進んで、タイマ値ＴＭ４が予定値ＣＴＭＬ４未満か否かが判断される。予定値ＣＴＭＬ４はヒステリシスを含む低側の値である。ステップＳ１８３が肯定の場合はステップＳ１８４に進んでレギュレータ目標電圧切り替え許可フラグＶＯＫに「１」をセットする。ステップＳ１８３が否定の場合は、第３ステージが、予定値ＣＴＭＬ４に対応する時間維持されたと判断されるので、ステップＳ１８４に進んで持続フラグＶＯＫに「０」をセットしてレギュレータ目標電圧の切り替えを禁止する。

図１５は、上述の処理で決定されたレギュレータ目標電圧Ｖに基づくＡＣＧ発電制御のフローチャートである。ステップＳ１００では、決定されたレギュレータ目標電圧Ｖに対する現在のバッテリ電圧Ｖｂの偏差に基づいて進角値または遅角値を計算する。すなわち、バッテリ電圧の方が低い場合は、ステータコイル３５に遅角通電して発電量を増大させ、バッテリ電圧の方が高い場合はステータコイル３５に進角通電して発電量を低減させる。ステップＳ１１０では、エンジン回転数Ｎｅに応じた通電デューティをデューティ値テーブル（図１７）から検索する。ステップＳ１２０では、上記遅角値または進角値および通電デューティ値に従ってステータコイル３５に通電する。

図１６は、ＡＣＧ通電制御時にステータコイル３５の各相に流れる電流（相電流）とロータ角度センサ１５の出力とのタイミングを示す図である。図に示すように、ＡＣＧ通電制御が行われない通常（遅角通電なし）の場合には、ロータ角度センサ１５の検出出力の正負（ＮＳ）の変化に応答してステータコイル３５のＵ，Ｖ，Ｗ各相に電流が供給される。

これに対して、遅角通電制御を行った場合には、ロータ角度センサ１５の検出出力の正負（ＮＳ）の変化時から、計算された遅角量ｄだけ遅れてステータコイル３５のＵ，Ｖ，Ｗ各相に電流が供給される。

また、進角通電制御を行った場合には、ロータ角度センサ１５の検出出力の正負の変化時に先立ち、ステップＳ５で計算された進角量ｐだけ位相が進められたタイミングでステータコイル３５のＵ，Ｖ，Ｗ各相に電流が供給される。

図１６において、デューティチョッピングによる通電角Ｔは１８０°であるが、デューティ設定部６８からドライバ６５へ供給される通電デューティによって１８０°以内で決定することができる。

図１７はエンジン回転数つまり発電機の回転数をパラメータとして設定した通電デューティのテーブルである。エンジン回転数Ｎｅを検出し、前記ステップＳ１１０ではこの図１７を参照してエンジン回転数Ｎｅに応じた通電デューティを決定する。

上記実施形態では、発電量を時間の関数で判断してレギュレータ目標電圧Ｖをロー側電圧Ｖｌに切り替えるのを禁止したり、許可したりしたが、発電量は時間の関数で行うのが容易であるからであり、これに限定されない。

また、実施形態の発電機では、アウタロータ／インナロータ方式で、アウタロータに界磁束発生用磁石手段として永久磁石を配置した。しかし、本発明は、インナロータに界磁束発生用磁石手段を設けた発電機や、界磁束発生用磁石手段として電磁石を採用した発電機にも同様に適用できる。また、本発明は、自動二輪車のモータＡＣＧに限らず、汎用のエンジン駆動発電機等にも適用できるのはもちろんである。

本発明の一実施形態に係る出力制御装置の要部機能を示すブロック図である。 本発明の出力制御装置を有する発電機を搭載した自動二輪車の要部断面図である。 本発明の一実施形態に係るモータＡＣＧの断面図である。 本発明の出力制御装置を有する自動二輪車の要部電装系統図である。 レギュレータ目標電圧切り替えの概要を示すタイムチャートである。 レギュレータ目標電圧切り替えのメインフローチャートである。 レギュレータ目標電圧切り替え判断のフローチャートである。 レギュレータ目標電圧算出のフローチャートである。 第１の実施判断のフローチャートである。 第２の実施判断のフローチャートである。 復帰判断のフローチャートである。 復帰終了判断のフローチャートである。 積算処理の概要を示すタイムチャートである。 積算カウント処理のフローチャートである。 ＡＣＧ発電制御のフローチャートである。 発電制御時のステータコイルの相電流とロータ角度センサの出力とのタイミングを示す図である。 エンジン回転数をパラメータとする通電デューティのテーブルである。 エンジン回転数をパラメータとするレギュレータ目標電圧のテーブルである。

符号の説明

１…エンジン、 ２…クランク軸、 ３…クランクケース、 ８…モータＡＣＧ、 １１…駆動側プーリ、 １４…変速機ケース、 １５…ロータ角度センサ、 １６…点火パルサ、 ２０…従動側プーリ、 ３５…ステータコイル、 ３６…全波整流器、 ３８…発電制御部、 ４１…ステージ判定部、 ５２…バッテリ電圧判別部、 ６０…アウタロータ、 ６２…マグネット、 ６５…ドライバ、 ６６…エンジン回転数判別部、 ６７…レギュレータ目標電圧切替部、 ６８…デューティ設定部、 ６９…スロットルセンサ、 ７０…遅角・進角量設定部、 ７１…カウンタ

Claims (6)

1. エンジンで駆動される界磁束発生用磁石手段を有する回転子、および発電出力発生用の固定子巻線が巻回された固定子を有する同期発電機の出力制御装置において、
   スロットル開度の変化速度を検出するスロットル操作速度検出手段と、
   少なくとも前記スロットル開度の変化速度によるエンジンの加速状態を判断して発電量を制限する手段と、
   前記制限された発電量が予定量に達したときに発電量の制限を禁止し、制限された発電量が予定量復帰したときに発電量の制限を許可する制御手段とを具備したことを特徴とする同期発電機の出力制御装置。
2. 前記制限された発電量が、発電量が制限された時間の関数で判断されることを特徴とする請求項１記載の同期発電機の出力制御装置。
3. 前記制限された発電量が、発電量の制限を許可している場合には大きく認識され、発電量の制限を禁止している場合には小さく認識されるように、時間の関数に異なる重み付けをすることを特徴とする請求項２記載の同期発電機の出力制御装置。
4. 前記発電機の発電電圧を所定のレギュレータ目標電圧に制限するレギュレータを備え、
   前記発電量を制限する手段が、前記レギュレータ目標電圧の切り替え手段と、レギュレータ目標電圧とバッテリ電圧との差を解消するように発電機の位相通電角を制御する手段とによって構成されることを特徴とする請求項１または２記載の同期発電機の出力制御装置。
5. エンジン回転数が制限実施上限回転数以上である場合は、前記発電量の制限を禁止することを特徴とする請求項１記載の同期発電機の出力制御装置。
6. 前記加速状態を判断するためにエンジン回転数を判定する手段をさらに備え、予定の実施判断時間内にエンジン回転数が制限禁止回転数に到達しない場合は前記発電量の制限を禁止することを特徴とする請求項１記載の同期発電機の出力制御装置。

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