JP2005245065A - 発電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン制御を不要とすることで制御を簡素化でき、スロットルアクチュエータやスロットル開度センサを装備していない軽量で安価な汎用エンジンで構成することができ、エンジン始動性が良く、エンジン始動時やエンジン始動不良時の発電機の電力消費を抑制でき、発電効率が高い発電機制御装置を提供する。
【解決手段】回転速度指令（ＮＳ）と発電機（１６）からの回転速度フィードバック（ＮＦ）の速度偏差を増幅してトルク指令（ＴＬＳ）を算出し、発電機トルク制御部（１３）へ出力する発電機回転速度制御部（１２）と、トルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を受けて、発電機回転速度制御部（１２）からのトルク指令（ＴＬＳ）と回転速度フィードバック（ＮＦ）に基づいて、トルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を超えない範囲でトルクを計算し、発電機（１６）へ電流を出力する発電機トルク制御部（１３）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンと前記エンジンにより駆動される発電機とを備えたエンジン発電機を制御する発電機制御装置に関する。

従来の発電機制御装置は、発電機の電力を調整するために、エンジンの回転速度を制御している（例えば、特許文献１参照）。
図１１は特許文献１におけるシリーズ・ハイブリッド車の発電システムを示す全体構成図である。
シリーズ・ハイブリッド車とは、走行駆動源に電動モータを用い、エンジンにより発電機を駆動して発電を行ない、発電電力を電動モータとバッテリに供給する機能を持った車輌のことである。
図１１において、１１０は発電機制御装置、１１１は発電量算出部、１１２はエンジン回転速度指令および発電機トルク指令算出部、１１３はエンジン回転速度制御部、１１４は発電機トルク制御部、１１５はエンジン発電装置、１１６は発電機、１１７はエンジン、１１８はカップリングである。
従来技術における発電システムは、エンジン発電装置１１５と発電機制御装置１１０とバッテリ１１９とから構成される。
エンジン発電装置１１５は、発電機１１６とエンジン１１７とカップリング１１８とから構成される。ここで、エンジン１１７はスロットル駆動信号を入力して、スロットル開度を制御するスロットルアクチュエータを装備している。
発電機制御装置１１０は、発電量算出部１１１とエンジン回転速度指令および発電機トルク指令算出部１１２とエンジン回転速度制御部１１３と発電機トルク制御部１１４とから構成される。発電量算出部１１１は、バッテリ充電可能量やバッテリ充電状態などの情報に基づいて発電機１１６の発電量を算出する。バッテリ充電可能量とバッテリ充電状態の検出は、例えば放電時または充電時の電圧と電流に基づいて検出する方法などがある。
エンジン回転速度指令および発電機トルク指令算出部１１２は、発電量に基づいてエンジン１１７の回転速度指令と発電機１１６のトルク指令を算出する。エンジン回転速度制御部１１３は前記エンジン回転速度指令にしたがってエンジン１１７を駆動制御する。また、発電機トルク制御部１１４は前記トルク指令にしたがって発電機１１６を駆動制御する。エンジン回転速度制御部１１３は、エンジン回転速度指令と実際のエンジン回転速度とからエンジン回転速度偏差を算出し、Ｐ制御やＰＩ制御を行ない、スロットル開度を決定する。さらに、前記スロットル開度をスロットル開度センサ（不図示）により検出された開度検出値とからスロットル開度偏差を計算し、Ｐ制御あるいはＰＩ制御を行ない、スロットル駆動信号をエンジン１１７のスロットルアクチュエータ（不図示）へ出力する。
以上述べたように、従来の発電機制御装置は、エンジンのスロットル開度を制御することによりエンジン回転速度を制御していた。
特開平１１−２７８０４号公報（第３〜４頁、図１）

従来の発電機制御装置は、スロットル駆動信号でエンジンのスロットル開度を制御することによりエンジン回転速度を制御していたので、発電機制御に加えて、エンジン制御が必要となり、制御装置が複雑となるという問題があった。さらに、エンジンがスロットルアクチュエータやスロットル開度センサを装備している必要があり、重量が重くなるという問題があった。このような装備を持たない安価な汎用エンジンではシリーズ・ハイブリッド車向けのエンジン発電装置を構成できず高価であるという問題があった。さらに、エンジンにフライホイールを装着する必要があり、エンジン始動性が悪く、エンジン始動時の大きなモータ駆動トルク発生やエンジン始動不良による発電機の電力消費が大きく、発電効率が悪いという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、エンジン制御を不要とすることで制御を簡素化でき、スロットルアクチュエータやスロットル開度センサを装備していない軽量で安価な汎用エンジンで構成することができ、エンジン始動性が良く、エンジン始動時やエンジン始動不良時の発電機の電力消費を抑制でき、発電効率が高い発電機制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１記載の発明は、エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、外部装置からの回転速度指令を受けて、前記回転速度指令と前記発電機からの回転速度フィードバックの速度偏差を増幅してトルク指令を算出し、発電機トルク制御部へ出力する発電機回転速度制御部と、外部装置からのトルクリミット指令を受けて、前記発電機回転速度制御部からの前記トルク指令と前記回転速度フィードバックに基づいて、前記トルクリミット指令を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機へ電流を出力する前記発電機トルク制御部と、を備えていることを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、外部装置からの発電開始指令を受けて、エンジン運転信号を前記エンジンへ出力するエンジン始動制御部と、外部装置からの回転速度指令を受けて、前記回転速度指令と前記発電機からの回転速度フィードバックの速度偏差を増幅してトルク指令を算出し、発電機トルク制御部へ出力する発電機回転速度制御部と、外部装置からのトルクリミット指令を受けて、前記発電機回転速度制御部からの前記トルク指令と前記回転速度フィードバックに基づいて、前記トルクリミット指令を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機へ電流を出力する前記発電機トルク制御部と、を備えていることを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、外部装置からの発電開始指令を受けて、エンジン運転信号を前記エンジンへ出力し、外部装置からのエンジン始動時トルクリミット指令を受けてトルクリミット指令として発電機トルク制御部へ出力し、外部装置から受けたエンジン始動動作継続時間指令の時間経過後は外部装置からエンジン始動後トルクリミット指令を受けて新たなトルクリミット指令として前記発電機トルク制御部へ出力するエンジン始動制御部と、前記発電機からの回転速度フィードバックに基づいて、前記トルクリミット指令を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機へ電流を出力する前記発電機トルク制御部と、を備えていることを特徴としている。
また、請求項４記載の発明は、エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、外部装置からの発電開始指令を受けて、エンジン運転信号を前記エンジンへ出力し、外部装置からのエンジン始動時トルクリミット指令を受けて前記トルクリミット指令として発電機トルク制御部へ出力し、外部装置から受けたエンジン始動動作継続時間指令の時間経過後は外部装置からエンジン始動後トルクリミット指令を受けて新たなトルクリミット指令として前記発電機トルク制御部へ出力するエンジン始動制御部と、外部装置からの回転速度指令を受けて、前記回転速度指令と前記発電機からの回転速度フィードバックの速度偏差を増幅してトルク指令を算出し、発電機トルク制御部へ出力する発電機回転速度制御部と、前記発電機回転速度制御部からの、前記トルク指令と前記回転速度フィードバックに基づいて、前記トルクリミット指令を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機へ電流を出力する前記発電機トルク制御部と、を備えていることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明は、エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、外部装置からの発電開始指令を受けて、エンジン運転信号を前記エンジンへ出力し、外部装置からのエンジン始動時トルクリミット指令を受けてトルクリミット指令として発電機トルク制御部へ出力し、外部装置から受けたエンジン始動動作継続時間指令の時間経過後は外部装置からエンジン始動後トルクリミット指令を受けて新たなトルクリミット指令として前記発電機トルク制御部へ出力し、発電状態判定部からの発電状態判定結果に基づいてエンジン停止信号を前記エンジンへ出力するエンジン始動制御部と、外部装置からの回転速度指令を受けて、前記回転速度指令と前記発電機からの回転速度フィードバックの速度偏差を増幅してトルク指令を算出し、発電機トルク制御部へ出力する前記発電機回転速度制御部と、前記エンジン始動制御部からのトルクリミット指令を受けて、前記発電機回転速度制御部からの、前記トルク指令と前記回転速度フィードバックに基づいて、前記トルクリミット指令を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機へ電流を出力する前記発電機トルク制御部と、外部装置からの発電状態判定時間指令の時間経過後に、前記発電機トルク制御部からのトルク符号に基づいて発電中か否かを判定し、発電中でないと判定した場合は前記発電状態判定結果を前記エンジン始動制御部へ出力する前記発電状態判定部と、を備えていることを特徴としている。

請求項１記載の発明によると、発電機の回転速度制御によりエンジンを安定して回転させられるため、エンジンにフライホイールを装着する必要がなく、エンジン発電装置を軽量化することができる。また、従来のエンジンの回転速度制御に必要であったスロットルアクチュエータやスロットル開度センサを持たないような安価な汎用エンジンであっても、発電機の回転速度制御により発電量を調整できるので、エンジン発電装置を低価格で構成できる。
また、請求項２記載の発明によると、発電機を始動機として利用できるので、別途始動機を装着する必要がなくなり、エンジン発電装置が簡素化、軽量化される。またエンジンにフライホイールを装着する必要がないので、エンジン始動時に発電機の駆動トルクを小さくすることができ、駆動トルク発生による発電機の電力消費を抑制することができ、発電効率を向上させることができる。
また、請求項３記載の発明によると、発電機を始動機として利用できることに加えて、エンジン始動時に発電機の駆動トルクを制御することにより、例えば、駆動トルクゲイン値を大きく設定することにより、エンジン始動性を向上させることができる。また、エンジン始動後（発電時）に発電機トルクを制御することにより、駆動トルク発生による発電機の電力消費を抑制でき、発電効率を向上させることができる。
また、請求項４記載の発明によると、発電機を始動機として利用できることやエンジン始動後（発電時）の駆動トルク発生による発電機の電力消費を抑制できることに加えて、エンジンにフライホイールを装着する必要がないのでエンジン始動時の大きなモータ駆動トルク発生による発電機の電力消費を抑制でき、発電効率を向上させることができる。
また、請求項５記載の発明によると、エンジン始動後に発電機の駆動トルクが発生しないようにトルクリミット値によりトルクを制御しているので、発電機トルクの符号を使って発電中か否かをより正確に判定ができ、発電中でなければエンジンおよび発電機を停止させることによりエンジン始動不良時の発電機の電力消費を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図である。
図１において、１１は発電機制御装置、１２は発電機回転速度制御部、１３は発電機トルク制御部、１４はエンジン発電装置、１５はカップリング、１６は発電機、１７はエンジン、１９はバッテリ、ＮＳは回転速度指令、ＮＦは回転速度フィードバック、ＴＬＳはトルク指令、ＴＬＩＭはトルクリミット指令である。
発電機制御装置１１は、発電機回転速度制御部１２と発電機トルク制御部１３からなっている。またエンジン発電装置１４は、発電機１６とエンジン１７とからなっており、発電機１６の入力軸とエンジン１７の出力軸をカップリング１５で接続している。ここでは、発電機１６としてＡＣサーボモータを使用している。また、エンジン１７のスロットル開度は固定されており、エンジンシャフトにはフライホイールは装着されていない。
エンジン発電装置１４によって発電された電力は、発電機制御装置１１を経由してバッテリ１９へと充電される。
本発明が特許文献１と異なる部分は、エンジンの回転速度を制御するのに、エンジン回転速度制御部１１３の代わりに、発電機回転速度制御部１２を備えた部分である。
以下、図１を用いて第１実施例の発電機制御装置の構成要素間の動作を説明する。
外部装置（不図示）から受けた回転速度指令ＮＳは発電機回転速度制御部１２に入力される。
発電機回転速度制御部１２では、発電機１６に設けられた速度検出器（不図示）からの回転速度フィードバックＮＦと回転速度指令ＮＳから速度の偏差を増幅しトルク指令ＴＬＳを計算し、発電機トルク制御部１３へ出力する。
外部装置（不図示）より受けたトルクリミット指令ＴＬＩＭは発電機トルク制御部１３に入力される。発電機トルク制御部１３ではトルク指令ＴＬＳおよび回転速度フィードバックＮＦからトルクリミット指令ＴＬＩＭを超えない範囲でトルクを計算し、このトルクから電流を計算し、かつ前記電流になるように発電機１６のＵ、Ｖ、Ｗ相の電流を制御する。
発電機制御装置１１に発電機回転速度制御部１２が設けられているので、エンジン１７を安定して回転させることができる。

図２は図１の装置の動作を示すフローチャートである。
先ず、発電機回転速度制御部１２は回転速度指令ＮＳを入力して発電機１６からの回転速度フィードバックＮＦと回転速度指令ＮＳとから速度偏差を算出し（ステップＳＴ１）、トルク指令ＴＬＳを計算する（ステップＳＴ２）。次に、発電機トルク制御部１３は、トルクリミット指令ＴＬＩＭを入力して、トルク指令ＴＬＳと回転速度フィードバックＮＦとから比例制御を用いて、トルクリミット指令ＴＬＩＭを超えない範囲でトルクを計算し（ステップＳＴ３）、発電機１６へ出力する電流を計算し（ステップＳＴ４）、前記電流を出力する（ステップＳＴ５）。以後、上記ステップＳＴ１〜５を制御周期ごとに繰り返し実行することにより、発電機制御装置１１は発電機１６の回転速度制御が可能となり、エンジンを安定して回転させることができる。

図３は、本発明の第２実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図である。
図３において、３１は発電機制御装置、３２は発電機回転速度制御部、３３はエンジン始動制御部、３４はエンジン発電装置、３５はエンジン、ＨＫＳは発電開始指令、ＥＵはエンジン運転信号、ＥＵＪはエンジン運転準備完了信号である。その他、図１と同じ符号の構成要素は図１と同じ構成要素を示している。
発電機制御装置３１は、発電機回転速度制御部３２と発電機トルク制御部１３とエンジン始動制御部３３からなっている。またエンジン発電装置３４は、発電機１６とエンジン３５とからなっており、発電機１６とエンジン３５はそれぞれのシャフトをカップリング１５で接続している。ここでは、発電機１６としてＡＣサーボモータを使用している。また、エンジン３５のスロットル開度は固定されており、エンジンシャフトにはフライホイールは装着されていない。エンジン発電装置３４によって発電された電力は、発電機制御装置３１を経由してバッテリ１９へと充電される。
ここで、第１実施例と異なる部分は、発電機制御装置３１の内部にエンジン始動制御部３３が設けられている部分、およびエンジン始動制御部３３からエンジン発電装置３４のエンジン３５へエンジン運転信号ＥＵを出力する部分である。
通常、エンジン３５は外部より強制的に運転を停止させるためのスイッチが備えられており、例えば、
スイッチＯＮ：エンジン運転停止
スイッチＯＦＦ：エンジン運転可能
というようになっている。本実施例の場合、エンジン運転信号ＥＵはスイッチＯＦＦのための信号となる。
以下、図３を用いて第２実施例の装置の構成要素間の動作を説明する。
エンジン始動制御部３３は、発電機制御装置３１の外部装置（不図示）から受けた発電開始指令ＨＫＳを検知すると、エンジン運転信号ＥＵをエンジン３５へ出力してエンジン３５を運転可能な状態にした後、エンジン運転準備完了信号ＥＵＪを発電機回転速度制御部３２へ出力する。発電機回転速度制御部３２は、エンジン運転準備完了信号ＥＵＪを受けて、外部装置（不図示）から受けた回転速度指令ＮＳを入力し、回転速度指令ＮＳと発電機１６の回転速度フィードバックＮＦから速度の偏差を増幅しトルク指令ＴＬＳを計算し、発電機トルク制御部１３へ出力する。
発電機トルク制御部１３では、トルク指令ＴＬＳおよび回転速度フィードバックＮＦから外部装置（不図示）より受けたトルクリミット指令ＴＬＩＭを超えない範囲でトルクを計算し、このトルクから電流を計算し、かつ前記電流になるように発電機１６のＵ、Ｖ、Ｗ相の電流を制御し、発電機１６を回転させエンジン３５を始動させる。始動した後の動作は第１実施例と同じ動作である。
このように、発電機制御装置３１の内部にエンジン始動制御部３３が設けられているので、発電機１６をエンジン始動時には始動機として動作させ、エンジン始動後は発電機として動作させることが可能である。

図４は図３の装置の動作を示すフローチャートである。
先ず、エンジン始動制御部３３は、発電開始指令ＨＫＳを入力すると、エンジン運転信号ＥＵをエンジン３５へ出力した（ステップＳＴ２１）後、エンジン運転準備完了信号ＥＵＪを発電機回転速度制御部３２へ出力する。発電機回転速度制御部３２は、エンジン運転準備完了ＥＵＪを受けて、回転速度指令ＮＳを入力して発電機１６からの回転速度フィードバックＮＦと回転速度指令ＮＳとから速度偏差を算出し（ステップＳＴ２２）、トルク指令ＴＬＳを計算する（ステップＳＴ２３）。次に、発電機トルク制御部１３は、トルクリミット指令ＴＬＩＭを入力して、トルク指令ＴＬＳと回転速度フィードバックＮＦとから比例制御を用いて、トルクリミット指令ＴＬＩＭを超えない範囲でトルクを計算し（ステップＳＴ２４）、発電機１６へ出力する電流を計算し（ステップＳＴ２５）、前記電流を出力する（ステップＳＴ２６）。以後、上記ステップＳＴ２２〜２６を制御周期ごとに繰り返し実行する。

図５は、本発明の第３実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図である。
図５において、５１は発電機制御装置、５２は発電機トルク制御部、５３はエンジン始動制御部、ＥＪＴＬはエンジン始動時トルクリミット指令、ＥＧＴＬはエンジン始動後トルクリミット指令、ＥＤＳはエンジン始動動作継続時間指令である。その他、図３と同じ符号の構成要素は図３と同じ構成要素を示している。
発電機制御装置５１は発電機トルク制御部５２とエンジン始動制御部５３とからなっている。またエンジン発電装置３４は、発電機１６とエンジン３５とからなっており、発電機１６とエンジン３５はそれぞれのシャフトをカップリング１５で接続している。ここでは、発電機１６としてＡＣサーボモータを使用している。また、エンジン３５のスロットル開度は固定されている。
発電機回転速度制御部３２が無い部分、およびエンジン始動制御部５３がエンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳ、エンジン始動時トルクリミット指令ＥＪＴＬ、エンジン始動後トルクリミット指令ＥＧＴＬを入力し、トルクリミット指令ＴＬＩＭを出力する部分が第２実施例の図３と異なっている部分である。
以下、図５を用いて第３実施例の装置の構成要素間の動作を説明する。
先ず、外部装置（不図示）より発電開始指令ＨＫＳが入力されたことを検知すると、エンジン運転信号ＥＵをエンジン３５へ出力し、エンジン３５を始動可能な状態にする。その後、エンジン運転準備完了信号ＥＵＪと共に、外部装置（不図示）より受けたエンジン始動時トルクリミット指令ＥＪＴＬをトルクリミット指令ＴＬＩＭとして発電機トルク制御部５２へ出力する。発電機トルク制御部５２は、発電機１６の速度検出器（不図示）からの回転速度フィードバックＮＦとトルクリミット指令ＴＬＩＭからトルクを計算して発電機１６のトルク制御をおこなう。
またエンジン始動制御部５３は、外部装置（不図示）より受けたエンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳの時間を経過した後は、外部装置（不図示）より受けたエンジン始動後トルクリミット指令ＥＧＴＬを新たなトルクリミット指令ＴＬＩＭとして発電機トルク制御部５２へ出力する。
このように、エンジン始動制御部５３および発電機トルク制御部５２によりエンジン３５を始動させた後、発電機トルク制御部５２により、発電機１６の発電力を調整する

図６は図５の装置の動作を示すフローチャートである。
先ず、外部装置より発電開始指令ＨＫＳが入力されると、エンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳを入力して、エンジン始動動作継続時間のカウントを開始し（ステップＳＴ３１）、エンジン運転信号ＥＵをエンジン３５へ出力する（ステップＳＴ３２）。外部装置より受けたエンジン始動時トルクリミット指令ＥＪＴＬをトルクリミット指令ＴＬＩＭとする（ステップＳＴ３３）。
エンジン始動動作継続時間が外部から受けたエンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳの時間を経過しているかどうかを確認（ステップＳＴ３４）し、経過しているならば外部装置からのエンジン始動後トルクリミット指令ＥＧＴＬを入力して新たなトルクリミット指令ＴＬＩＭとする（ステップＳＴ３５）。
次に、発電機１６の回転速度フィードバックＮＦからトルクを計算し（ステップＳＴ３６）、発電機１６へ出力する電流を計算し（ステップＳＴ３７）、前記電流を出力する（ステップＳＴ３８）。以後、上記ステップ３４〜３８を各制御周期で繰り返し実行することにより、発電機制御装置５１は発電機１６を制御する
尚、第３実施例では、発電機回転速度制御部が不要な程度にエンジン３５の回転は安定していると仮定している。また、エンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳはエンジン３５の始動動作が完了するまでに十分な時間であると仮定している。

このように、エンジン始動時とエンジン始動後のそれぞれにおいて異なるトルクリミット値を入力する構成にしているので、エンジン始動時トルクリミット値を大きく設定することによってエンジンの始動が可能となり、エンジン始動後トルクリミット値を小さく設定することにより、駆動トルク発生による発電機１６の電力消費を抑制でき、発電効率を向上させることができる。

図７は、本発明の第４実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図である。
図７において、７１は発電機制御装置、７２はエンジン始動制御部である。その他、図３と同じ符号の構成要素は図３と同じ構成要素を示している。
発電機制御装置７１はエンジン始動制御部７２と、発電機回転速度制御部３２と、発電機トルク制御部１３とからなっている。またエンジン発電装置３４は、発電機１６とエンジン３５とからなっており、発電機１６とエンジン３５はそれぞれのシャフトをカップリング１５で接続している。ここでは、発電機１６としてＡＣサーボモータを使用している。また、エンジン３５のスロットル開度は固定されており、エンジンシャフトにはフライホイールは装着されていない。
エンジン発電装置３４によって発電された電力は、発電機制御装置７１を経由してバッテリ１９へと充電される。
発電機回転速度制御部３２を備えている部分が第３実施例の図５と異なっている部分である。
以下、図７を用いて第４実施例の装置の構成要素間の動作を説明する。
先ず、発電開始指令ＨＫＳが外部装置（不図示）より入力されたことを検知すると、エンジン運転信号ＥＵをエンジン３５へ出力しエンジン３５を運転可能な状態にすると共に、エンジン運転準備完了信号ＥＵＪを発電機回転速度制御部３２に出力し、外部装置（不図示）より受けたエンジン始動時トルクリミット指令ＥＪＴＬをトルクリミット指令ＴＬＩＭとして、発電機トルク制御部１３へ出力する。発電機回転速度制御部３２は、エンジン運転準備完了信号ＥＵＪを受けて、外部装置（不図示）からの回転速度指令ＮＳを入力し、回転速度指令ＮＳと発電機１６の速度検出器（不図示）からの回転速度フィードバックＮＦとの速度偏差を増幅しトルク指令ＴＬＳを計算して、発電機トルク制御部１３へ出力する。発電機トルク制御部１３は、トルク指令ＴＬＳと回転速度フィードバックＮＦとトルクリミット指令ＴＬＩＭからトルクを計算し、発電機１６のトルク制御をおこなう。
またエンジン始動制御部７２は、外部装置（不図示）より受けたエンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳの時間経過後は、外部装置（不図示）より受けたエンジン始動後トルクリミット指令ＥＧＴＬを新たなトルクリミット指令ＴＬＩＭとして発電機トルク制御部１３へ出力する。

図８は図７の装置の動作を示すフローチャートである。
先ず、外部装置からの発電開始指令ＨＫＳを入力すると、外部装置からのエンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳを入力し、エンジン始動動作継続時間のカウントを開始し（ステップＳＴ４１）、エンジン運転信号ＥＵをエンジン３５へ出力する（ステップＳＴ４２）。そして、エンジン始動時トルクリミット指令ＥＪＴＬをトルクリミット指令ＴＬＩＭとする（ステップＳＴ４３）。次に、エンジン始動動作継続時間ＥＤＳが経過しているかどうかを確認し（ステップＳＴ４４）、経過しているならばエンジン始動後トルクリミット指令ＥＧＴＬを入力して新たなトルクリミット指令ＴＬＩＭとする（ステップＳＴ４５）。
回転速度指令ＮＳと発電機１６からの回転速度フィードバックＮＦから現在回転速度を計算し、回転速度指令ＮＳと現在回転速度の速度偏差を算出し（ステップＳＴ４６）、トルク指令ＴＬＳを計算する（ステップＳＴ４７）。
次に、トルクリミット指令ＴＬＩＭを超えない範囲でトルク指令ＴＬＳと回転速度フィードバックＮＦから、発電機１６のトルクを算出し（ステップＳＴ４８）、発電機１６へ出力する電流を計算し（ステップＳＴ４９）、前記電流を発電機１６のＵ、Ｖ、Ｗ相に出力する（ステップＳＴ５０）。以後、上記ステップＳＴ４４〜５０を各制御周期で繰り返し実行することにより、発電機制御装置７１は発電機１６のトルクを制御するとともに、エンジン３５の回転速度の制御を行なう

図９は、本発明の第５実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図である。
図９において、９１は発電機制御装置、９２はエンジン始動制御部、９３は発電状態判定部、９４は発電機トルク制御部、９５はエンジン発電装置、９６はエンジン、ＨＪＳは発電状態判定時間指令、ＴＦはトルク符号、ＨＨＫは発電状態判定判定結果、ＥＴはエンジン停止信号である。その他、図７と同じ符号の構成要素は図７と同じ構成要素を示している。
発電機制御装置９１はエンジン始動制御部９２と発電機回転速度制御部３２と発電機トルク制御部９４と発電状態判定部９３からなっている。またエンジン発電装置９５は、発電機１６とエンジン９６とからなっており、発電機１６の入力軸とエンジン９６の出力軸はそれぞれカップリング１５で接続している。ここでは、発電機１６としてＡＣサーボモータを使用している。また、エンジン９６のスロットル開度は固定されており、エンジンシャフトにはフライホイールは装着されていない。
エンジン発電装置９５によって発電された電力は、発電機制御装置９１を経由してバッテリ１９へと充電される。
発電状態判定部９３を有する部分、エンジン始動制御部９２がエンジン停止信号ＥＴを出力する部分、およびエンジン９６がエンジン停止信号ＥＴを入力する部分が図７と異なっている。エンジン停止信号ＥＴについては、実施例２のスイッチの説明を参照のこと。
以下、図９を用いて第５実施例の装置の構成要素間の動作を説明する。
先ず、外部装置（不図示）から発電開始指令ＨＫＳが入力されたことを検知すると、エンジン運転信号ＥＵをエンジン９６へ出力してエンジン９６を運転可能な状態にすると共に、エンジン運転準備完了信号ＥＵＪを発電機回転速度制御部３２へ出力し、外部装置（不図示）から受けたエンジン始動時トルクリミット指令ＥＪＴＬをトルクリミット指令ＴＬＩＭとして発電機トルク制御部９４へ出力する。
前記発電機回転速度制御部３２はエンジン運転準備完了信号ＥＵＪを受けて、外部装置（不図示）からの回転速度指令ＮＳを入力し、回転速度指令ＮＳと発電機１６の速度検出器（不図示）からの回転速度フィードバックＮＦとの速度偏差を増幅しトルク指令ＴＬＳを計算して発電機トルク制御部９４へ出力する。
発電機トルク制御部９４は、トルク指令ＴＬＳと回転速度フィードバックＮＦとトルクリミット指令ＴＬＩＭとからトルクを計算して発電機１６のトルク制御をおこなう。
エンジン始動制御部９２は、外部装置（不図示）から受けたエンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳの時間経過後は外部装置（不図示）から受けたエンジン始動後トルクリミット指令ＥＧＴＬの値を新たなトルクリミット指令ＴＬＩＭとする。
発電状態判定部９３は、外部装置（不図示）から発電状態判定時間指令ＨＪＳを入力し、発電状態判定時間指令ＨＪＳの時間経過後、トルク符号ＴＦから発電中か否かを判定し、その発電状態判定結果ＨＨＫをエンジン始動制御部９２へ出力する。発電状態判定結果ＨＨＫが発電中でなかった場合は、エンジン停止信号ＥＴを出力し、エンジン９６を停止させた後、発電機１６の制御を停止する。

図１０は図９の装置の動作を示すフローチャートである。
先ず、発電開始指令ＨＫＳを入力すると、エンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳを入力し、エンジン始動継続継続時間のカウントを開始する（ステップＳＴ６１）。そして、エンジン運転信号ＥＵを出力する（ステップＳＴ６２）。そして、エンジン始動時トルクリミット指令ＥＪＴＬをトルクリミット指令ＴＬＩＭとする（ステップＳＴ６３）。
次に、発電機１６からの回転速度フィードバックＮＦから現在回転速度を計算し、前記現在回転速度と回転速度指令ＮＳから速度偏差を算出し（ステップＳＴ６４）、前記速度偏差からトルク指令ＴＬＳを計算する（ステップＳＴ６５）。次に、エンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳにより定められた時間を経過しているかどうかを判断し（ステップＳＴ６６）、エンジン始動動作継続時間指令ＥＤＳにより定められた時間経過後は前記エンジン始動後トルクリミット指令ＥＧＴＬを新たなトルクリミット指令ＴＬＩＭとする（ステップＳＴ６７）。次に、発電状態判定中かどうか判断し（ステップＳＴ６８）、 発電状態判定中でなければ発電状態判定時間指令ＨＪＳを入力し（ステップＳＴ７３）、発電状態判定時間のカウントを開始する（ステップＳＴ７４）。一方、発電状態判定中であれば発電状態判定時間カウントを確認して（ステップＳＴ６９）、発電状態判定時間カウントが終了していなければ、トルク指令ＴＬＳとトルクリミット指令ＴＬＩＭと回転速度フィードバックＮＦから発電機１６へ出力する電流を計算し（ステップＳＴ７１）、前記電流を出力する（ステップＳＴ７２）。以後、上記ステップＳＴ６４〜７２を各制御周期で繰り返し実行する。ステップＳＴ６９で発電状態判定時間カウントが終了していれば、トルク符号ＴＦの正負から発電状態を判定する（ステップＳＴ７０）。例えば、トルク符号ＴＦが正であれば、発電機１６の駆動トルクが発生していることになり発電していないと判定し、一方、トルク符号ＴＦが負であれば、発電機１６の回生電流が発生していることになり発電していると判定する。もっと厳密な判定が必要な場合は、上記のトルク符号判定を連続して繰り返し、すべての符号が負のときのみ発電状態であるとする判定方法も考えられる。そして発電中であれば、トルク指令ＴＬＳとトルクリミット指令ＴＬＩＭと回転速度フィードバックＮＦから発電機１６へ出力する電流を計算し（ステップＳＴ７１）、前記電流を出力する（ステップＳＴ７２）。一方、発電中でなければ、エンジン停止信号ＥＴを出力して（ステップＳＴ７５）エンジン９６を停止させた後、発電機１６の制御を停止させる（ステップＳＴ７６）。

本発明における発電機制御装置によれば、発電機の回転速度およびトルクを制御し、発電機を始動機として利用することによって、エンジン発電装置を小形・軽量化し、かつ発電効率を向上させることができるので、電動アシスト自転車、電動スクータ、電動三輪車、電動四輪車といったバッテリ駆動の小形移動車輌に本発電機制御装置およびエンジン発電装置を搭載することにより、シリーズ・ハイブリッド車輌開発にも適用できる。

本発明の第１実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図 図１の装置の動作を示すフローチャート 本発明の第２実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図 図３の装置の動作を示すフローチャート 本発明の第３実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図 図５の装置の動作を示すフローチャート 本発明の第４実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図 図７の装置の動作を示すフローチャート 本発明の第５実施例の発電機制御装置およびエンジン発電装置の構成を示すブロック図 図９の装置の動作を示すフローチャート 特許文献１におけるシリーズ・ハイブリッド車の発電システムを示す全体構成図

符号の説明

１１、３１、５１、７１、９１、１１０ 発電機制御装置
１２、３２ 発電機回転速度制御部
１３、５２、９４、１１４ 発電機トルク制御部
１４、３４、９５、１１５ エンジン発電装置
１５、１１８ カップリング
１６、１１６ 発電機
１７、３５、９６、１１７ エンジン
１９、１１９ バッテリ
３３、５３、７２、９２ エンジン始動制御部
９３ 発電状態判定部
１１１ 発電量算出部
１１２ エンジン回転速度指令および発電機トルク指令算出部
１１３ エンジン回転速度制御部
ＥＵ エンジン運転信号
ＥＵＪ エンジン運転準備完了信号
ＥＴ エンジン停止信号
ＴＬＳ トルク指令
ＴＬＩＭ トルクリミット指令
ＴＦ トルク符号
ＥＪＴＬ エンジン始動時トルクリミット指令
ＥＧＴＬ エンジン始動後トルクリミット指令
ＥＤＳ エンジン始動動作継続時間指令
ＨＫＳ 発電開始指令
ＨＪＳ 発電状態判定時間指令
ＨＨＫ 発電状態判定結果
ＮＳ 回転速度指令
ＮＦ 回転速度フィードバック

Claims (5)

1. エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、
   外部装置からの回転速度指令（ＮＳ）を受けて、前記回転速度指令（ＮＳ）と前記発電機（１６）からの回転速度フィードバック（ＮＦ）の速度偏差を増幅してトルク指令（ＴＬＳ）を算出し、発電機トルク制御部（１３）へ出力する発電機回転速度制御部（１２）と、
   外部装置からのトルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を受けて、前記発電機回転速度制御部（１２）からの前記トルク指令（ＴＬＳ）と前記回転速度フィードバック（ＮＦ）に基づいて、前記トルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機（１６）へ電流を出力する前記発電機トルク制御部（１３）と、を備えていることを特徴とする発電機制御装置。
2. エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、
   外部装置からの発電開始指令（ＨＫＳ）を受けて、エンジン運転信号（ＥＵ）を前記エンジン（３５）へ出力するエンジン始動制御部（３３）と、
   外部装置からの回転速度指令（ＮＳ）を受けて、前記回転速度指令（ＮＳ）と前記発電機（１６）からの回転速度フィードバック（ＮＦ）の速度偏差を増幅してトルク指令（ＴＬＳ）を算出し、発電機トルク制御部（１３）へ出力する発電機回転速度制御部（３２）と、
   外部装置からのトルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を受けて、前記発電機回転速度制御部（３２）からの前記トルク指令（ＴＬＳ）と前記回転速度フィードバック（ＮＦ）に基づいて、前記トルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機（１６）へ電流を出力する前記発電機トルク制御部（１３）と、を備えていることを特徴とする発電機制御装置。
3. エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、
   外部装置からの発電開始指令（ＨＫＳ）を受けて、エンジン運転信号（ＥＵ）を前記エンジン（３５）へ出力し、外部装置からのエンジン始動時トルクリミット指令（ＥＪＴＬ）を受けてトルクリミット指令（ＴＬＩＭ）として発電機トルク制御部（５２）へ出力し、外部装置から受けたエンジン始動動作継続時間指令（ＥＤＳ）の時間経過後は外部装置からエンジン始動後トルクリミット指令（ＥＧＴＬ）を受けて新たなトルクリミット指令（ＴＬＩＭ）として前記発電機トルク制御部（５２）へ出力するエンジン始動制御部（５３）と、
   前記発電機（１６）からの回転速度フィードバック（ＮＦ）に基づいて、前記トルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機（１６）へ電流を出力する前記発電機トルク制御部（５２）と、を備えていることを特徴とする発電機制御装置。
4. エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、
   外部装置からの発電開始指令（ＨＫＳ）を受けて、エンジン運転信号（ＥＵ）を前記エンジン（３５）へ出力し、外部装置からのエンジン始動時トルクリミット指令（ＥＪＴＬ）を受けて前記トルクリミット指令（ＴＬＩＭ）として発電機トルク制御部（１３）へ出力し、外部装置から受けたエンジン始動動作継続時間指令（ＥＤＳ）の時間経過後は外部装置からエンジン始動後トルクリミット指令（ＥＧＴＬ）を受けて新たなトルクリミット指令（ＴＬＩＭ）として前記発電機トルク制御部（１３）へ出力するエンジン始動制御部（７２）と、
   外部装置からの回転速度指令（ＮＳ）を受けて、前記回転速度指令（ＮＳ）と前記発電機（１６）からの回転速度フィードバック（ＮＦ）の速度偏差を増幅してトルク指令（ＴＬＳ）を算出し、発電機トルク制御部（１３）へ出力する発電機回転速度制御部（３２）と、
   前記発電機回転速度制御部（３２）からの、前記トルク指令（ＴＬＳ）と前記回転速度フィードバック（ＮＦ）に基づいて、前記トルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機（１６）へ電流を出力する前記発電機トルク制御部（１３）と、を備えていることを特徴とする発電機制御装置。
5. エンジンによって駆動される発電機の電力をバッテリへ充電制御する発電機制御装置において、
   外部装置からの発電開始指令（ＨＫＳ）を受けて、エンジン運転信号（ＥＵ）を前記エンジン（９６）へ出力し、外部装置からのエンジン始動時トルクリミット指令（ＥＪＴＬ）を受けてトルクリミット指令（ＴＬＩＭ）として発電機トルク制御部（９４）へ出力し、外部装置から受けたエンジン始動動作継続時間指令（ＥＤＳ）の時間経過後は外部装置からエンジン始動後トルクリミット指令（ＥＧＴＬ）を受けて新たなトルクリミット指令（ＴＬＩＭ）として前記発電機トルク制御部（９４）へ出力し、発電状態判定部（９３）からの発電状態判定結果（ＨＨＫ）に基づいてエンジン停止信号（ＥＴ）を前記エンジン（９６）へ出力するエンジン始動制御部（９２）と、
   外部装置からの回転速度指令（ＮＳ）を受けて、前記回転速度指令（ＮＳ）と前記発電機（１６）からの回転速度フィードバック（ＮＦ）の速度偏差を増幅してトルク指令（ＴＬＳ）を算出し、発電機トルク制御部（９４）へ出力する前記発電機回転速度制御部（３２）と、
   前記エンジン始動制御部（９２）からのトルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を受けて、前記発電機回転速度制御部（３２）からの、前記トルク指令（ＴＬＳ）と前記回転速度フィードバック（ＮＦ）に基づいて、前記トルクリミット指令（ＴＬＩＭ）を超えない範囲でトルクを計算し、前記発電機（１６）へ電流を出力する前記発電機トルク制御部（９４）と、
   外部装置からの発電状態判定時間指令（ＨＪＳ）の時間経過後に、前記発電機トルク制御部（９４）からのトルク符号（ＴＦ）に基づいて発電中か否かを判定し、発電中でないと判定した場合は前記発電状態判定結果（ＨＨＫ）を前記エンジン始動制御部（９２）へ出力する前記発電状態判定部（９３）と、を備えていることを特徴とする発電機制御装置。

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