JP2005237109A - トルク制御装置およびこれを備えたオルタネータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転変動を抑制して、ベルトの張力変動を抑制する。
【解決手段】本発明のトルク制御装置は、車両等に搭載のエンジンのクランクシャフトとオルタネータ１のプーリ１１との間に巻装されているベルトに負荷されるトルクを制御するものであって、ロータ７の回転変動を検出する回転センサ（検出手段）１４と、検出した回転変動に基づいてロータの慣性トルクの増減とは逆相の関係でロータの発電トルクを増減制御する制御部（制御手段）６とを備えた構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に搭載のエンジンのクランクシャフトとオルタネータのプーリとの間に巻装されているベルトに負荷されるトルクを制御するトルク制御装置およびこれを備えたオルタネータに関する。

自動車では、エンジンの回転駆動力をクランクシャフト（駆動側）からベルトを介してオルタネータのプーリ（従動側）に伝達し、該プーリに一体回転するロータを回転させることで発電を行うようにしている。このオルタネータの発電電力は、車載のバッテリに充電されたり、オーディオ機器のような他の電気負荷に供給される。

エンジンを駆動源としてオルタネータのロータを回転駆動する場合、エンジンの動作工程により、クランクシャフトにはその回転中、常に回転変動がある。一方、オルタネータのロータは、その回転中、重量と形状とに応じた慣性トルクがかかっている。そのため、クランクシャフトの回転変動に際しては、ベルトの送り出し側および戻り側に、張り側と緩み側とが交互に発生すること（ベルトの張力変動）により、ベルトとプーリとの間に滑りが起こって異音（ベルト鳴き）が発生したり、ベルトの寿命が低下する不具合が発生する。

このようなベルトの張力変動に伴うベルトの上記不具合を抑制ないしは防止するものとして、プーリと、ロータに連結したロータ軸との間に一方向クラッチを設けた一方向クラッチ付きプーリユニットが提案されている（例えば特許文献１参照）。

この一方向クラッチ付きプーリユニットにおいては、プーリの回転変動に応じて一方向クラッチを、プーリとロータ軸とを一体回転させるロック状態や、プーリとロータ軸とを相対回転可能とするフリー状態として、ロータの慣性トルクによりベルトが負担するトルクを軽減して、ベルトの滑りによる異音の発生を防止し、ベルトの耐久性を高めることを可能としている。
特開２００１−９０７５１号公報

しかしながら、一方向クラッチ付きのプーリユニットにおいては、周知されるごとく、内輪、外輪、ころもしくはくさび部材等の比較的多数の機械要素を複雑にかつ高精度に組み合わせたものであるから、その重量化および構造複雑化を来たすとともに、その製造上のコスト高という解決すべき課題があった。

本発明は、比較的多数の機械要素を複雑にかつ高精度に組み合わせて構成される一方向クラッチに代えて、比較的安価に構成できる一方で、高精度に制御できる電子的制御方式により、ベルトの張力変動を高効率に抑制可能として、ベルトの滑りによる異音の発生を防止したり、ベルトの耐久性を高めたりする等を可能とすると同時に、軽量、構造単純化を図り、かつ、その製造コストの低減化を可能としたものである。

本発明によるトルク制御装置は、オルタネータのプーリに巻装されているベルトに負荷されるトルクを制御するトルク制御装置であって、上記オルタネータのロータの回転変動を検出する検出手段と、上記検出した回転変動に基づいて、ロータの慣性トルクの増減とは逆相の関係でロータの発電トルクを増減制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

上記逆相の関係とは、ロータの回転変動が増速して当該ロータの慣性トルクが正側に増大すると、この慣性トルクの正側での増大変化にあわせて発電トルクが負側で増大変化し、また、ロータの回転変動が減速して当該ロータの慣性トルクが負側に減少すると、当該ロータの慣性トルクの負側での減少変化にあわせて発電トルクが正側で減少変化する関係を言う。

したがって、本発明によると、検出手段によりロータの回転変動を検出すると、制御手段により、検出手段からの検出信号に基づいて、ロータの回転変動によるロータの慣性トルクの増減変化とは逆相の関係で、ロータの発電トルク（制動トルク：慣性トルクとは方向が逆向きのトルク）を増減制御できるから、当該慣性トルクと発電トルクとのトルク相殺により、ロータの回転変動を抑制し、ベルトの張力変動を高効率に抑制して、ベルトの滑りによる異音の発生を防止し、ベルトの耐久性を高めることができるようになる。

好ましくは、上記制御手段は、上記判定を上記検出手段の検出信号の波形に基づいて行う。

本発明によると、プーリとベルトとの間の滑りが抑制ないしは防止され、異音の発生を抑制ないしは防止することができ、結果としてベルトの耐久性を高めることも可能とすることができる。

図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明すると、図１は、オルタネータとトルク制御装置とを示す図である。図１を参照して、１はオルタネータ、２はレギュレータ、３は全波整流回路、４は電流制限回路、５は電気負荷、６は制御部を示す。

オルタネータ１は、ロータ７と、ハウジング８とを備えている。ロータ７は、ロータ軸７ａにポールコア９を取り付けたもので、ポールコア９には界磁コイル１０が巻装されている。界磁コイル１０は、これに界磁電流を流すことで、ポールコア９の外周面にＮ極とＳ極とを生成する。ロータ軸７ａの突出端部にはプーリ１１が固着されており、このプーリ１１には、エンジンのクランクシャフト側からの図示省略のベルトが巻き掛けられる。ハウジング８の内側でポールコア９の外周面に対向する位置には、固定子コア１２が設けられている。固定子コア１２には、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相で、互いにＹ結線もしくはΔ結線された固定子コイル１３が巻装されている。

レギュレータ２は、図示省略したブラシおよびスリップリングを介して界磁コイル１０に所要の界磁電流を与えるもので、内蔵する複数のスイッチング素子のオンオフ動作により、界磁電流を調整する。三相の全波整流回路３は、固定子コイル１３に接続されており、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の固定子コイル１３で発生する発電電流を整流する。電流制限回路４は、全波整流回路３からの発電電流を制限して、電気負荷５に供給する。電気負荷５は、車載のバッテリ５ａや、照明機器、オーディオ機器等の電気機器５ｂ等により構成されている。図には、レギュレータ２、全波整流回路３、電流制限回路４、制御部６等は、オルタネータ１の外部にブロックとして示されているが、これらは、オルタネータ１のハウジング８内に選択的に装備することができる。

上記構成のオルタネータ１では、レギュレータ２により界磁コイル１０に所要の界磁電流が与えられている状態のもとで、ロータ７が回転駆動されると、固定子コイル１３に対してＮ極磁束とＳ極磁束とが交互に鎖交し、固定子コイル１３に交流電圧が発生する（発電する）。この発電電流は全波整流回路３で直流化されて、電気負荷５に供給される。

以上の構成において、本実施形態では、エンジンのクランクシャフト側から、ベルトを介してロータ軸７ａに伝わる回転変動に対して、ロータ７の慣性トルクの正側または負側への増減変化とは逆相の関係で発電トルクをそれぞれ負側または正側へと増減変化させることで、ベルトの張力変動を抑制ないしは防止可能としている。

すなわち、本実施形態では、上記したオルタネータ１の構成に加えて、少なくとも、ロータ軸７の回転変動を検出する手段としての回転センサ（検出手段）１４と、この回転センサ１４の検出信号を取り込んで、ロータ７の慣性トルクの増減変化とは逆相の関係でロータ７の発電トルクを増減させるための制御動作を行う制御部（制御手段）６とにより、オルタネータ１のトルク制御装置を構成している。

上記逆相の関係とは、上記したように、ロータ７の回転変動が増速して当該ロータ７の慣性トルクが正側に増大すると、この慣性トルクの正側での増大変化にあわせて発電トルクが負側で増大変化し、また、ロータ７の回転変動が減速して当該ロータ７の慣性トルクが負側に減少すると、当該ロータ７の慣性トルクの負側での減少変化にあわせて発電トルクが正側で減少変化する関係を言う。

回転センサ１４は、例えば、ロータ軸７ａの回転変動においてその増速と減速とを磁気的に検出する磁気センサ（加速度センサ）により構成されており、プーリ１１とハウジング８との間の部分の外周面（回転検出面）周囲に配置されている。回転検出面には円周方向に磁極部として機能する凹凸部が形成されており、回転センサ１４は、ロータ軸７ａの回転に伴う凹凸部の通過を磁気的に検出するとともに、この凹凸部の通過速度に応じた検出信号を出力するようになっている。この回転センサ１４の検出信号は、凹凸部の通過速度、すなわち、ロータ軸７ａの回転変動に対応した信号波形を有する。

なお、回転センサ１４は、プーリ１１の外周面に近接する位置に配置して、プーリ１１の回転変動を検出するようにしてもよい。

制御部６は、回転センサ１４の検出信号の波形からロータ軸７ａの回転変動を検出し、その検出結果に基づいて、ロータ７の慣性トルクの増減変化とは逆相関係でロータ７の発電トルクが増減変化するよう、レギュレータ２に制御信号を入力して界磁電流の制御を行う。

すなわち、制御部６は、回転センサ１４の検出信号から、慣性トルクの位相と大きさの情報を得る。この慣性トルクの位相と大きさとから、慣性トルクの正側と負側への増減変化のデータを得る。そして、制御部６においては、この慣性トルクの正側または負側への増減変化に対して発電トルクを負側または正側へと増減変化させるための情報を演算するとともに、この発電トルクに対応した制御信号をレギュレータ２に出力する。これによって、レギュレータ９から界磁コイル１０には、その発電トルクに対応した界磁電流が流れる。すなわち、レギュレータ２は、制御部６からの制御信号に応答して、界磁コイル１０に供給する界磁電流を増減変化させる。界磁電流が増えると、ポールコア９の外周面に発生する磁束が増加して、ロータ７の発電トルクが増大し、反対に界磁電流が減少した場合は、ポールコア９外周面の磁束が減ってロータ７の発電トルクが減少する。

以上の制御により、ロータ７の慣性トルクの増減変化とは逆相の関係で発電トルクを増減変化させることで、ベルトの張力変動を抑制ないしは防止可能となる。制御部６は、上記機能動作をハードウエア回路でもソフトウエアでも構成することができる。

図２を参照して、上記の構成の動作を補足説明すると、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、横軸に時間、縦軸に発電トルクＴ０、慣性トルクＴ１、ベルト張力Ｔを示す。図２から明らかであるように、発電トルクＴ０の正側または負側への増減変化に対して、慣性トルクＴ１の正側または負側への増減変化は逆相となっている。したがって、発電トルクＴ０と慣性トルクＴ１とを合計するベルト張力Ｔは、ほぼ一定に制御される。

以上から、本実施形態によれば、比較的多数の機械要素を複雑にかつ高精度に組み合わせて構成される一方向クラッチに代えて、比較的安価に構成できる一方で、高精度に制御できる電子的制御方式により、ベルトの張力変動を高効率に抑制可能として、ベルトの滑りによる異音の発生を防止したり、ベルトの耐久性を高めたりする等を可能とすると同時に、軽量、構造単純化を図り、かつ、その製造コストの低減化を図ることができるものとなる。

本発明の実施形態に係るトルク制御装置の回路ブロックとオルタネータの構成とを示す図 図１のトルク制御装置の動作説明に供するもので、図２（ａ）は発電トルク、図２（ｂ）は慣性トルク、図２（ｃ）はベルト張力を示す図

符号の説明

１ オルタネータ、
２ レギュレータ、
３ 全波整流回路、
４ 電流制限回路、
５ 電気負荷、
６ 制御部、
７ ロータ、
９ ポールコア、
１０ 界磁コイル、
１１ プーリ、
１２ 固定子部、
１３ 固定子コイル、
１４ 回転センサ(検出手段)

Claims (3)

1. オルタネータのプーリに巻装されているベルトに負荷されるトルクを制御するトルク制御装置であって、
   上記オルタネータのロータの回転変動を検出する検出手段と、
   上記検出した回転変動に基づいて、ロータの慣性トルクの増減とは逆相の関係でロータの発電トルクを増減制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする、トルク制御装置。
2. 上記制御手段は、上記検出手段の検出信号の波形に基づいて、上記慣性トルクの増減を判定する、ことを特徴とする請求項１に記載のトルク制御装置。
3. 請求項１または２に記載のトルク制御装置を備えたことを特徴とするオルタネータ。

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