JP2006223018A - 車両用発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無発電動作の実施により車両用交流発電機の運転機能を高めるとともに、電力損失の増大や界磁コイルの温度上昇を抑止しつつそのトルク制御応答性を改善すること。
【解決手段】無発電動作モードからトルク制御モードへの車両用交流発電機の発電モードを移行させるに際して、無発電動作モードの終了に関する入力情報に基づいてトルク制御準備モードへの移行を予想し（Ｓ102）、移行予想時にトルク制御実施前に予め車両用交流発電機に小発電を行わせるトルク制御準備モードを実行する（Ｓ104）。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）と発電機、バッテリを備えた車両用発電装置に関する。

下記の特許文献１は、エンジン減速時に車両用発電機の発電電圧（以下、出力電圧とも言う）を高めて車両の減速エネルギーをエンジンを通じて車両用発電機により回生電力エネルギーとして余分に回収し、その後（エンジンへの燃料供給再開後）、車両用発電機の出力電圧を低下させることにより車両用発電機からバッテリへの充電を停止する無発電期間を設けて上記余分に回収した上記回生電力エネルギーの分だけバッテリーから電気負荷に給電して、省燃費を図る技術を提案している。以下、この技術を無発電式回生制動方式と呼ぶものとする。
特開2003-244998号公報

しかしながら、上記した無発電式回生制動方式では、無発電動作時の発電トルクが0である状態から、その後のトルク制御動作により大きなトルク指示値が入力された場合、界磁コイルの大きなインダクタンスのため、実際に指示された値の発電トルクを発生させることができず、高応答の車両用交流発電機のトルク制御を行うことができず、その結果として、車両用交流発電機とエンジンとの両方のトルク制御により車両要求トルクの高速変化に対応させ、これによりエンジンの燃費を改善するという効果を実現する制御の実現が困難であった。

この問題は、車両減速時における車両用交流発電機の過剰発電による実質的な回生動作の後で実行される無発電動作後のトルク制御への復帰においてだけでなく、車両加速時における無発電動作の後で実行される無発電動作後のトルク制御への復帰においても発生する。

上記問題を改善するため、上記特許文献は、無発電動作中にも発電トルクが0となる範囲で励磁電流を界磁コイルに流して、その後のトルク制御への復帰遅れを短縮することを記載している。しかし、この方法は、たとえば無発電動作が長く続くとすれば励磁電流の無駄な通電による電力損失や界磁コイルの温度上昇を招くという問題を派生させる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、無発電動作の実施により車両用交流発電機の運転機能を高めるとともに、電力損失の増大や界磁コイルの温度上昇を抑止しつつそのトルク制御応答性を改善することをその目的としている。

上記目的を達成する本発明の車両用発電装置は、発電トルクを制御する制御装置を有するとともに、エンジンにより駆動されてバッテリ及び電気負荷に給電する車両用発電機を有し、前記制御装置は、トルク指示値に対応する発電トルクを発生するべく界磁電流制御を調整するトルク制御モードと、外部からの入力情報に基づいて前記発電トルクを実質的に0とする無発電動作モードとをもつ車両用発電装置において、前記制御装置が、前記無発電動作モードから前記トルク制御モードへの車両用交流発電機の発電モードを移行させるに際して、前記無発電動作モードの終了に関する入力情報に基づいて、0よりも大きくかつ所定しきい値より小さい所定値まで前記発電トルクを移行させるトルク制御準備モードを前記トルク制御モードの開始前に実施することを特徴としている。

すなわち、この発明によれば、車両用交流発電機の運転状況やバッテリのＳＯＣや車両走行状態や運転者の運転操作などの各種情報のうち、無発電動作の終了に関する情報（トルク制御モードの開始に関する情報でもある）の入力により、無発電動作の終了が近づいていることを判断し、この判断に基づいて、まだトルク制御モードが開始される以前に、車両用交流発電機を小発電モードに移行させる。これにより、その後、トルク制御モードの実施の指令が生じたら、要求される大きさの発電トルクの発生を速やかに実行することができるため、高応答のトルク制御を実現することができる。更に、このトルク制御準備モードに移行するまでは、界磁コイルに予備通電しておく必要がないため、電力損失や界磁コイルの温度上昇を抑止することも可能となる。

好適な態様において、前記制御装置は、前記無発電動作モードに先立つ車両減速時に、前記発電トルクを強制的に増大させる回生モードを有し、前記無発電動作モードの終了に関する入力情報は、前記回生モードにより前記バッテリに過剰に蓄電された電気量が前記無発電動作モードにより消滅するタイミングに関する情報である。これにより、減速回生した電力をこの無発電動作により速やかに有効利用できるとともに、無発電動作に伴って従来生じていたレスポンス遅れを防止して、車両用交流発電機を高応答のトルク制御で運転させることができる。

好適な態様において、前記制御装置は、前記無発電動作モード中に前記エンジンの回転数がアイドル回転数に近い所定しきい値より低下した場合に前記トルク制御準備モードを開始する。このようにすれば、発電能力が弱く、ハンチングが生じ易い低エンジン回転域での無発電動作からの復帰遅れを短縮できる。

好適な態様において、前記制御装置は、前記制御装置は、運転者が車両を加速させる車両加速期間に前記無発電動作モードを実施し、前記車両加速期間の終了に関する入力情報に基づいて、前記車両加速期間の終了前に前記トルク制御準備モードを開始する。すなわち、この態様では、運転者が車両を加速させる車両加速期間に無発電動作モードを実施し、この車両加速期間の終了を予測してその終了前にトルク制御準備モードに移行する。これにより、実際に車両加速期間が終了し、それによりいままで車両加速のために消費していたエンジントルクの増分を速やかに発電トルクとして吸収することができるので、車両加速時に車両用交流発電機の無発電モードを利用して加速レスポンスを向上することができるとともに、車両加速終了時に速やかにトルク制御モードすなわち発電モードに移行することができる。また、車両加速終了時点でアクセルペダルを大きく戻さなくてもエンジン回転数の加速を終了することもできる。

なお、上述した運転者が車両を加速させる車両加速期間の終了に関する入力情報としては、車速増加率が所定しきい値以下となったかなどにより判定することができる。また、アクセルペダル踏み量増加率が所定しきい値以下となったら車両加速期間終了と判定することもできる。ただし、車速増加率は車輪速増加率と同義である。同様に、アクセルペダル踏み量増加率はスロットルバルブの開度増加率と同義である。

なお、この態様では、車両加速時に無発電動作モード（すなわち広義のトルクアシスト）を実施することが前提となる。車両加速時に無発電動作モードを実施するには、運転者による車両加速がなされたことを検出すればよい。たとえば、アクセルペダルの踏み量増加率が所定しきい値を超えたり、車速増加率が所定しきい値を超えたら車両加速期間の開始と判定して無発電動作モードを開始することができる。これにより、運転レスポンスすなわち加速フィーリングを向上することができる。

ただし、単に下り道などにおいてアクセルペダルの踏み量又はその増加率は小さいのに車速増加率のみ大きくなる場合もある。このような場合には、運転者の望む加速状態ではないため、車速増加率が大きい場合でもアクセルペダルの踏み量又は踏み量増加率が小さい場合には、無発電期間を開始するべきではなく、逆に回生制動を実施することが好適である。

本発明の好適態様を以下の実施例により具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想をその他の公知技術を用いて実現してもよい。以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機の制御装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明を適用した一実施形態の車両用発電機を示すブロック回路図である。

（装置構成）
車両用発電機2は、電機子巻線200、整流器210、励磁巻線220、車両用交流発電機の制御装置1及び電流センサ230を有している。電機子巻線200が出力する交流出力は、整流器210により整流されて車両用発電機2のB端子（出力端子）を通じて車載バッテリ4及び図示しない電気負荷に給電される。励磁巻線220は、電機子巻線200に電圧を誘起されるための鎖交磁束を発生させる。電流センサ230は、車両用発電機2の出力電流を検出する。

車両用交流発電機の制御装置1は、励磁電流検出部100、回転数検出部110、出力電流検出部120、出力電圧検出部130、発電制御部かつトルク算出部かつDUTY決定部をなす演算部140、PWM信号発生回路150、ドライバ回路160、パワートランジスタ170、還流ダイオード180、抵抗191、192、193、通信部190を備えている。

励磁電流検出部100は、NチャンネルMOSFETで構成されるパワートランジスタ170のソース電極電位に基づいて励磁巻線220に流れる励磁電流を検出する。パワートランジスタ170のソース電極は、励磁電流検出用のセンス抵抗である抵抗191を通じて接地されている。パワートランジスタ170は、励磁巻線220に直列と接続されており、オン状態のときに励磁巻線220に励磁電流が流れる。還流ダイオード180は、励磁巻線220に並列に接続されており、パワートランジスタがオフ状態のときに励磁電流を還流させる。

回転数検出部110は、電機子巻線200の何れかの相電圧の周波数に基づいて回転数検出を行う。電機子巻線200の一相の出力電圧Vpは、デューティ比が50%で、周波数が車両用交流発電機2の回転数に比例した波形となるので、たとえば出力電圧Vpを二値化した後、単位時間当たりのパルス数をカウントすればよい。

出力電流検出部120は、電流センサ230から出力される電気信号を取り込んで、車両用発電機2の出力電流を検出する。車両用発電機2のB端子（出力端子）の出力電圧は、抵抗192、193によって構成された分圧回路で分圧されて出力電圧検出部130に入力され、出力電圧検出部130は、車両用発電機2の出力電圧を検出する。

演算部140は、発電制御部かつトルク算出部かつDUTY決定部であって、上述した4つの情報量（励磁電流、回転数、出力電流、出力電圧）の一部または全てから、車両用発電機2が発電状態になるように発電制御し、かつ車両用発電機2の発電トルクの算出及び、励磁電流を制御するPWM信号のDUTYを決定する。

更に説明すると、演算部140は、たとえば、入力される出力電圧と出力電流とから求めた発電出力と回転数とから発電トルクを算出することができる。更に詳しく説明すると、発電トルクは、トルク算出部にて、上述した4つの情報量（励磁電流、回転数、出力電流、出力電圧）と、トルク算出部内のメモリ（図示せず）に備えた車両用交流発電機2の効率近似式から以下の数式により算出される。

発電トルクT＝( 60×V×I ) / (2π×N×η)
ここで、V[V]：出力電圧、I[A]：出力電流、N[rpm]：回転数、η：効率である。また効率近似式は、η（If、N、I、V）であり、励磁電流If、回転数N、出力電流I、出力電圧Vの関数である。

算出した現在発生している車両用交流発電機のトルクである発電トルクの値と、エンジン制御装置3から受信したトルク指示値とを比較し、その差が0となるように現在のDUTYを増減して今回のDUTYを決定する。これはいわゆるトルクベースのPWM信号形態の励磁電流Ifのフィードバック制御である。

PWM信号発生回路は、通常の回路と同様、電圧比較器及び三角波発生回路を用いて行う。すなわち、三角波発生回路からの三角波（搬送波）電圧を電圧比較器のマイナス端子に入力し、演算部140の出力電圧をプラス端子に入力する。演算部140の出力電圧は、PWM信号発生回路の出力電圧の変調度（変調波と搬送波の振幅比）が演算部140にて決定したDUTYに一致するように設定されている。PWM信号発生回路から出力されるPWM変調電圧は、ドライバ回路160により増幅されてパワートランジスタ170を断続制御する。

通信部190は、車両用交流発電機の制御装置１とエンジン制御装置3間で、トルク制御Enable信号やトルク指示値や現在の車両用発電機2の発電トルク値などの情報をやりとりする所定のシリアル通信プロトコルを用いて通信する回路である。

以上の回路構成は、後述する演算部140の制御動作を除いて公知事項であり、これ以上の説明は省略する。

（発電トルクの基本制御動作）
次に、この実施例で採用した車両用交流発電機及びエンジン制御装置3によりなされる基本的な発電制御、すなわち車両用交流発電機のトルク制御について説明する。

このトルク制御は後述するようにエンジン制御装置3から車両用交流発電機へのトルク指示によりなされるが、車両用交流発電機のトルクは車両用交流発電機の電機子電流に強い相関をもつため、車両用交流発電機の電機子電流値を用いて発電制御を行ってもよい。たとえば、車両用交流発電機の制御装置1は、エンジン制御装置3から受信したトルク指示値Tiを電機子電流値に換算し、この電機子電流指示値と、現在出力している電機子電流指示値との差を0に収束させるべく励磁電流IfのDUTYをフィードバックPWM制御により制御することができる。

（発電機側の制御動作）
次に、車両用交流発電機側の具体的な発電制御を説明する。

図2は、発電制御部かつトルク算出部かつDUTY決定部をなす演算部140としてのマイコンの動作ルーチンを示すフローチャートである。この動作ルーチンは定期的に実施される。また、演算部140とエンジン制御装置3との通信も定期的に行われる。

まず、エンジン制御装置3からトルク指示値Tiを受信し、トルク指示値Tiが0かどうか、すなわち現在無発電期間中かどうかを判定する（Ｓ100）。無発電期間すなわちトルク指示値Tiが0であれば、エンジン制御装置3からトルク制御開始のための準備信号としてのトルク制御Enable信号が入力されたかどうかを判定し（Ｓ102）、入力されていなければ無発電期間を更に持続するべくトルク指示値Ti＝0のまま、ステップS106に進む。

ステップS102にてトルク制御Enable信号が入力されたと判定したら、トルク指示値Tiを所定の小トルク値Tthに設定して（Ｓ104）、ステップS106に進む。なお、この小出力電流値Ith（小トルク値Tth）は、少なくとも0よりも大きく、かつ、定格最大出力電流値（定格最大負荷トルク値）の少なくとも40％以下、更に好適には30％以下の一定値としている。

ステップS100にて、エンジン制御装置3から受信したトルク指示値Tiが0でなければ、エンジン制御装置3から受信したこのトルク指示値Tiを今回のトルク指示値として保持して、ステップS106に進む（Ｓ108）。

ステップS106では、現在保持するトルク指示値Tiに相当する発電トルク（負荷トルクとも称するものとする）を発生するべく、既述した方法にて励磁電流IfをフィードバックPWM制御し、図示しないメインルーチンにリターンする。

（エンジン制御装置側の無発電制御動作）
次に、エンジン制御装置3による車両用交流発電機の具体的なトルク指示制御について説明する。なお、この実施例では、エンジン制御装置3は、車両用交流発電機に対して発生する発電トルク（負荷トルクとも言う）を定期的に指示し、車両用交流発電機はこの指示に従って発電トルク（負荷トルク）を発生するものとする。

なお、エンジンから車両用交流発電機に供給するトルク自体（厳密に言う負荷トルク）は正確には発電トルクの他、車両用交流発電機内部の電力損失トルクや機械損失トルクを含むが、この実施例では説明を簡単とするために発電トルクを負荷トルクとみなすものとする。

この種のエンジン制御装置3により車両用交流発電機のトルク指示制御を行うことにより、エンジン制御装置3は、エンジンが車輪側に供給する走行トルクの制御において、あるいはエンジン自体の状態変数（たとえば回転数）の制御において、燃料供給量の制御とともに発電制御と言う手段をもつことができる。これによりエンジンと車両用交流発電機とを含む動力発生消費系において、発生するべき走行トルクをきめ細かくかつ優れたレスポンスで発生させるトルク制御（いわゆるトルクベース制御）を実現することができる。ただし、この種の車両用交流発電機のトルク制御（トルクベース制御とも言う）自体は公知である。

この実施例の特徴は、車両用交流発電機の公知の無発電期間から上記した公知の通常のトルク制御期間への移行における車両用交流発電機の発電制御に関する。このため、エンジン制御装置3の以下の制御動作の説明は、この移行のための期間近傍のみを重点的に説明するものとし、無発電期間への移行指示（すなわちトルク指示値Ti＝0の送信）のタイミングや、この無発電期間の前の車両減速期間に行われる回生制御（トルク指示値Tiの増大）における回生電力（トルク指示値Tiの増加量とその時期）の決定については、この実施例の要旨ではないため、説明を省略する。

図3は、エンジン制御装置3の発電制御すなわち車両用交流発電機に対するトルク指示制御を示すフローチャートである。ただし、この明細書で言う「回生」とは、車両の減速期間において、車両用交流発電機の発電トルクを本来の値よりも大きく設定することにより、車両用交流発電機から電気負荷消費電流以上の電機子電流を発生させてバッテリを充電する動作を称する車両用交流発電機の発電動作モードを意味する。

以下、図3のフローチャート動作を具体的に説明する。

まず、車両用交流発電機は回生動作を行うべきかどうかを判定する（Ｓ110）。この実施例では、アクセルペダルやエンジン回転数などの入力情報に基づいて回生すべき大きさの発電エネルギーが生じる車両減速が生じていることを判断し、更にバッテリのＳＯＣに基づいてバッテリが回生電力を支障なく受け入れる可能であることを判断した場合に、回生すべきと判断するものとする。なお、バッテリが回生電力を支障なく受け入れる可能であるかどうかは、バッテリのＳＯＣがその最大許容ＳＯＣ範囲の上限に達したら回生すべきでないと判定するものとする。

次に、ステップS110にて回生すべきと判断した場合には次のステップS112に進む。ステップS112は、回生時の発電トルクを決定するサブルーチンである。このサブルーチンでは、エンジン回転数、車速、バッテリの受け入れ可能電気量などに基づいて、車両用交流発電機が発生するべき回生時発電トルクTrを演算し、この回生時発電トルクTrを次に車両用交流発電機に指示すべきトルク指示値Tiとして設定し（Ｓ112）、このトルク指示値Tiを車両用交流発電機に送信する（Ｓ114）。

しかし、ステップS110にて回生すべきでないと判定した場合にはステップS116に進んで無発電動作を行うべきかどうかを判定する。この実施例では、車両の減速終了後で、かつ、回生時の過剰発電によりバッテリに所定最適ＳＯＣ値よりも過剰に充電したＳＯＣ差分が所定値以上である場合に無発電動作を行うべきであると判定するものとする。この無発電動作の実施により、バッテリのＳＯＣが早期に最適値に復帰し、次の回生が可能となる。ただし、この無発電動作は車両減速終了直後の所定期間以外では行わないようにしてもよい。

ステップS116にて、無発電動作を行うべきと判断した場合には、トルク指示値Tiを0に設定し（S118）、このトルク指示値Tiを車両用交流発電機に送信する（Ｓ120）。

ステップS116にて、無発電動作を行うべきでないと判定した場合にはステップS122に進んでトルク制御の準備を行うべきかどうかを判定する。この判定の基準には種々あるが、この実施例では、無発電動作中で、かつ、バッテリのＳＯＣが所定の好適ＳＯＣ範囲（常用ＳＯＣ範囲）より少し低い値となったら、無発電動作を停止してトルク制御の準備を行うものとする。

ステップS122にて、トルク制御の準備を行うべきと判断したら、車両用交流発電機に制御Enable信号を送信する（Ｓ124）。

しかし、ステップS122にて、トルク制御の準備を行うべきでないと判断したら、ステップS126に進んで車両用交流発電機を通常のトルク制御動作を行わせる。この実施例では、この車両用交流発電機のトルク制御は、車輪に伝達すべき走行トルク指令値と、エンジン発生トルクと車両用交流発電機以外のエンジン負荷トルクとから車両用交流発電機が発生すべき発電トルクを算出し、この発電トルクをトルク指示値Tiとして設定することにより実施される。次に、このトルク指示値Tiは車両用交流発電機に送信される（Ｓ128）。上記したトルク指示値Ti制御ルーチンは、所定のルーチン実行期間ごとに実行される。

上記したトルク指示値Tiを制御するルーチンにより無発電期間からトルク制御期間への移行を図4に示すタイムチャートにより説明する。

to'は無発電動作期間中であって、エンジン制御装置3から制御Enable信号が入力した時点であり、車両用交流発電機は励磁電流Ifを0から増大させ、これにより、車両用交流発電機の発電電圧は所定時間後の時点t1’にてバッテリ充電可能電圧値（ここでは約14Ｖとする）に達する。

その後、車両用交流発電機は、次にエンジン制御装置3からトルク制御のためのトルク指示値Tiを受信するまでの間、自己が記憶する所定の小トルク値Tthをトルク指示値Tiとして小発電を行う。なお、この時、エンジン制御装置3はまだトルク制御モードに移行しておらず、トルク指示値Tiとしていままでの無発電モードにおけるトルク指示値Ti＝0を車両用交流発電機に送信している。

時点t1’からは車両用交流発電機はバッテリ充電可能となり、発電トルクＴは次第に増加する。発電トルクＴが所定の小トルク値Tthに達したら、車両用交流発電機は、励磁電流IfのDUTYをフィードバックPWM制御することにより発電トルクを所定の小トルク値Tthに維持する。

その後の時点t2’にて、エンジン制御装置3が車両用交流発電機のトルク制御を開始して、トルク指示値Tiを0から所定値に変更すると、それに従って車両用交流発電機は励磁電流IfのDUTYをフィードバックPWM制御により身体に増大させる。なお、界磁コイルのインダクタンスが大きいために励磁電流Ifの増大には所定の時間遅れ（t3’−t2’）が必要となる。

時点t3’に達した後は、車両用交流発電機は十分大きな励磁電流Ifが流れた状態となるので、この励磁電流Ifの調整により車両用交流発電機を既述のトルク制御に参画させることが可能となる。

上記したこの実施例の無発電動作からトルク制御動作への移行との比較のために、上記特許文献の無発電動作からトルク制御動作への移行を図5に示すタイミングチャートを参照して簡単に説明する。

図5では、時点t1までの無発電動作中において、界磁コイルに励磁電流Ifを小さく流しておき、車両用交流発電機の発電電圧（正確にはそのピーク値）を11Ｖに設定する。しかし、この状態では、発電電圧はバッテリ電圧に達していないために、発電トルク（及び出力電流）は0のままである。無発電動作が持続されている時点t1にてエンジン制御装置3が車両用交流発電機のトルク制御を企画してそのトルク指示値Tiとしてかなり大きな所定値を送信してくると、車両用交流発電機は上記した励磁電流IfのDUTYをフィードバックPWM制御により励磁電流Ifを増加させる。これにより車両用交流発電機の出力電圧は増大し、時点t2にて出力電流送電可能となり（すなわち発電トルクが0より大きくなり）、その後、更に励磁電流Ifが増大し、発電トルクが増大し、時点t3にて漸く発電トルクはトルク指示値Tiに達する。

つまり、従来の無発電動作からトルク制御への復帰においては、無発電期間の間中、励磁電流Ifを流しているにもかかわらず、エンジン制御装置3がトルク制御への復帰を指示してから車両用交流発電機が実際にトルク制御に復帰するまで、主として界磁コイルの大きなインダクタンスに起因して無視できない長さのレスポンス遅れ（t3ーt1）が発生する。

これに対して、図4に示すこの実施例によれば、大部分の無発電期間中において励磁電流Ifを遮断して無駄な電力損失を減らし、界磁コイルの発熱や温度上昇も抑止できるにもかかわらず、なんらかの手段にて推定した無発電動作の終了時点（t１’）の直前の時点（t０’）から界磁コイルの励磁を開始することにより、無発電動作の終了時点（t１’）の直後の時点にて少し発電トルクが生じるレベルまで界磁コイルの励磁を行っておく。これにより、その後の通常のトルク制御の開始時に大きなトルク指示値Tiが入力したとしても速やかにこのトルク指示値Tiに相当する励磁電流Ifの値まで励磁電流Ifを増加させることができる。したがって、図4に示す実施例では、エンジン制御装置3がトルク制御を時点t2’にて開始し、大きなトルク指示値Tiを車両用交流発電機に送信したとしても、車両用交流発電機は、この大きなトルク指示値Tiに対応する発電トルクを時点t3’で実際に発生することができる。つまり、この実施例によれば、主として界磁コイルの大きなインダクタンスに起因して無視できない長さのレスポンス遅れ（t3’−t2’）は図3にて説明した従来のレスポンス遅れ（t3−t1）よりも短縮することができる。

（実施例効果）
上記説明したように、この実施例によれば、無発電動作からトルク制御動作への移行に際して望ましくないレスポンス遅れを短縮することができるため、無発電動作を行うにもかかわらず車両用交流発電機の発電トルクを用いた車両系のトルク制御をレスポンスよく行うことができる。

また、無発電動作の実施により、それ以前の回生発電（発電増加）によりバッテリに過剰に蓄積された蓄電エネルギーを有効かつ早期に消費することができるので、次の回生発電に早期に対応することができる。

更に、無発電動作期間にはトルク制御動作の開始直前を除いて車両用交流発電機の界磁コイルに励磁電流Ifを常時流す必要がなく、電力損失低減及び界磁コイルの温度上昇防止を図ることができる。

（変形態様１）
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で種々の変形実施が可能である。例えば、本実施形態では、発電制御部かつトルク算出部かつDUTY決定部である演算部140を車両用交流発電機の制御装置1内に備えたが、発電制御部かつトルク算出部かつDUTY決定部140の全部あるいは一部の機能をエンジン制御装置3に持たせるようにしてもよい。すなわち、車両用交流発電機の制御装置1において検出した車両用発電機2の励磁電流、回転数、出力電流、出力電圧のそれぞれの情報をシリアル通信プロトコルを介してエンジン制御装置3に送信し、エンジン制御装置において、発電制御及びトルク算出及びDUTY決定を行い、その決定したDUTYを車両用交流発電機の制御装置1に送り返すようにしてもよい。

（変形態様２）
上記実施例では、無発電動作を回生動作の後でかつバッテリＳＯＣが増大した状態にて行ったが、それに加えてバッテリＳＯＣが許容最小ＳＯＣ値以上の範囲にて車両の加速時に行ってもよい。この場合におけるトルク制御準備期間の開始時点は、車速の加速度が所定値を超えた時点とすることができる。もちろん、バッテリのＳＯＣすなわち蓄電電気量が許容最小値を下回った場合にも実施されるべきである。したがって、これらの判定は、図3のステップS122、すなわちトルク制御準備モード開始判定ステップにて実施される。

（変形態様３）
上記実施例では、車両用交流発電機のトルク制御の準備をすべきかどうかを判断するステップS122において、無発電動作期間の後のＳＯＣの回復状況に基づいて無発電動作期間の終了を予測して行った。その代わりに、もしくは、それに加えて、無発電動作期間において、エンジン回転数が所定回転数未満（好適にはアイドル回転数に近い低回転数値未満）まで低下したら、エンジン回転数のハンチングなどの抑止のためにトルク制御準備モードに移行させ、その後のエンジン回転数のハンチング防止のためなどに発電トルク制御を行えるようにする。

エンジン回転数が低い場合には、エンジンはその圧縮、膨張動作に起因して大きなトルク変動をもつが、これが車両用交流発電機に影響してエンジン回転数のハンチング動作を招く場合も生じる。そこで、エンジン回転数がアイドル回転数に近いレベルまで低下したら、トルク制御準備モードに移行させて十分な大きさの発電トルク制御によりエンジンのトルク変動の逆の波形で変動させるトルク制御を行えるように準備する。なお、発電トルク制御によるエンジン回転数制御自体は公知であり、かつこの発明の要旨ではないためこれ以上の説明を省略する。しかし、この変形態様のように、ステップＳ122にてエンジン回転数の所定レベル以下の低下したかどうかをトルク制御準備の開始に用いると、上記したハンチング抑止の他、エンジン回転数の低回転域では高回転域に比べて同一レベルの発電能力を得るために、より大きな励磁電流が必要となり、上記したレスポンス遅れも大きいために効果的である。

（変形態様４）
この変形態様は、ステップS116にて運転者が車両を加速させる意志を有しているかどうかを判断し、加速の意志を有している場合に無発電動作すべきかどうかを判定し（無発電期間を開始乃至継続すべきかどうかを判定し）、そうでない場合にステップS122に進んでトルク制御準備モードを開始するべきかどうかを判定する。

更に説明すると、ステップS116では、アクセルペダルの踏み量増加率が所定しきい値を超えたら車両加速期間の開始と判定して無発電動作モードを開始することができる。これにより、運転レスポンスすなわち加速フィーリングを向上することができる。また、ステップS122では、アクセルペダルの踏み量増加率が第2の所定しきい値以下かどうかを判断し、以下となればもはや車両加速の終了は近いと判断してトルク制御準備モードの開始を指令する（S124）。このようにすれば、無発電期間による広義のトルクアシスト期間の終了後、速やかに発電を開始することによりいままで車両加速により消費されていたエンジントルクを発電に用いることができる。

（変形態様５）
上記実施例では、既述したように励磁電流IfのDUTYをフィードバックPWM制御したが、その代わりに、車両用交流発電機が発生するべく発電トルクに相当する励磁電流Ifの値を演算し、この励磁電流Ifの値に相当するDUTYを直接制御するオープン制御を実施してもよい。これにより、車両用交流発電機の発電トルク制御を高速化することができる。

（変形態様６）
ただし、このオープン制御は、界磁コイルの抵抗値の温度変動などの影響などにより誤差を生じる可能性があるため、車両用交流発電機がエンジン制御装置3から受信するトルク指示値Tiが大きく急変する場合のみ上記した励磁電流IfのDUTYのオープン制御を行い、そうでない場合には通常の励磁電流IfのDUTYのフィードバックPWM制御を行うことが好適である。

（変形態様７）
しかしながら、上記したオープン制御にしろフィードバックPWM制御にしろ、車両用交流発電機の界磁コイルは大きなインダクタンスをもつため、励磁電流Ifが実際にトルク指示値Tiに対応する励磁電流Ifの値に到達するには所定の時間遅延をもつ。

そこで、上記した励磁電流IfのDUTY制御において、DUTY変化が大きい場合に（すなわち、トルク指示値Tiと現在の発電トルクとの値の差が大きい場合に）、まず、この差を減らす方向に励磁電流IfのDUTYの最適値よりも大きく変化させ、その後、この差を増やす方向に励磁電流IfのDUTYの最適値よりも小さく変化させることもできる。これにより、励磁電流Ifの急変期間における変化レスポンスを改善することができる。

（変形態様８）
また、この実施例では、車両用交流発電機として発電のみを行うが、車両用交流発電機として電動動作が可能ないわゆる発電電動機を採用することもでき、この場合には更に良好なトルクベース制御を実現することができることは明らかである。

（変形態様９）
また、下記の実施例では、バッテリ状態の判定において、その判断パラメータとしてSOCを用いたが、その他の判断パラメータ（たとえばバッテリ電圧からバッテリ内部電圧降下を減算したバッテリ開放電圧）を用いてもよいことは当然である。

本発明を適用した一実施形態の車両用発電機を示すブロック回路図である。 車両用交流発電機側の制御装置の制御動作の一例を示すフローチャートである。 エンジン制御装置側の制御動作の一例を示すフローチャートである。 実施例による無発電動作からトルク制御動作への移行状態を示すタイムチャートである。 従来における無発電動作からトルク制御動作への移行状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

1 車両用交流発電機の制御装置
2 車両用交流発電機
3 エンジン制御装置
4 車載バッテリ
100 励磁電流検出部
110 回転数検出部
120 出力電流検出部
130 出力電圧検出部
140 演算部
160 ドライバ回路
170 パワートランジスタ
180 還流ダイオード
190 通信部
200 電機子巻線
210 整流器
220 励磁巻線（界磁コイル）
230 電流センサ

Claims (4)

1. 発電トルクを制御する制御装置を有するとともに、エンジンにより駆動されてバッテリ及び電気負荷に給電する車両用発電機を有し、
   前記制御装置は、トルク指示値に対応する発電トルクを発生するべく界磁電流制御を調整するトルク制御モードと、外部からの入力情報に基づいて前記発電トルクを実質的に0とする無発電動作モードとをもつ車両用発電装置において、
   前記制御装置は、
   前記無発電動作モードから前記トルク制御モードへの車両用交流発電機の発電モードを移行させるに際して、前記無発電動作モードの終了に関する入力情報に基づいて、0よりも大きくかつ所定しきい値より小さい所定値まで前記発電トルクを移行させるトルク制御準備モードを前記トルク制御モードの開始前に実施することを特徴とする車両用発電装置。
2. 請求項1記載の車両用発電装置において、
   前記制御装置は、前記無発電動作モードに先立つ車両減速時に、前記発電トルクを強制的に増大させる回生モードを有し、
   前記無発電動作モードの終了に関する入力情報は、前記回生モードにより前記バッテリに過剰に蓄電された電気量が前記無発電動作モードにより消滅するタイミングに関する情報であることを特徴とする車両用発電装置。
3. 請求項1記載の車両用発電装置において、
   前記制御装置は、前記無発電動作モード中に前記エンジンの回転数がアイドル回転数に近い所定しきい値より低下した場合に前記トルク制御準備モードを開始することを特徴とする車両用発電装置。
4. 請求項1記載の車両用発電装置において、
   前記制御装置は、運転者が車両を加速させる車両加速期間に前記無発電動作モードを実施し、前記車両加速期間の終了に関する入力情報に基づいて、前記車両加速期間の終了前に前記トルク制御準備モードを開始することを特徴とする車両用発電装置。

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