JP2008543264A - 自動車用オルタネータによって供給される電流を推定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

自動車用オルタネータによって出力される電流を推定する方法および装置であって、オルタネータの励磁電流を表わす第１入力値（Ｉｅｘ）に基づいて、かつオルタネータの回転速度を表わす第２入力値（ＲＯＴ）に基づいて、オルタネータによって出力される電流を表わす出力値（ＩＡＬＴ）を計算する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車用オルタネータ（またはオルタネータスタータ）による電流出力を推定する方法および装置に関する。また、本発明は、オルタネータレギュレータと通例呼ばれる、このような機械によって供給される電圧を調整するユニットにも関する。

本発明は、例えば、充電要求中にオルタネータによって熱機関に課せられるトルクを考慮している間のエンジンのアイドリングの管理（このトルクは、オルタネータによって供給される電流に大いに依存する）、または車両電池の充電平衡の高度な管理を必要とする、あらゆるタイプの車両に適用しうる。

オルタネータによって通常提供される情報は、励磁信号（ＰＷＭ）のデューティサイクル比、または例えば電池電圧レギュレータによって測定される励磁電流のレベルである（特許文献１参照）。この情報は、オルタネータの出力電流およびトルクを導き出すために、コンピュータによって処理される。
国際公開第０２／０７１５７０号パンフレット

しかし、励磁信号のデューティサイクル比は、それからオルタネータによって供給される電流およびトルクの値を導き出すためには、貧弱な情報である。これは、回転子の抵抗が温度によって著しく変化し、励磁信号のデューティサイクル比が励磁電流の悪いイメージであり、これが、オルタネータによって供給される電流およびトルクを推定するために、そのとき使用されるためである。この問題は、レギュレータの温度（回転している界磁巻線の温度よりも容易に測定できる）と関係させることによって、部分的に改善され得るが、この補償は、レギュレータの温度が界磁巻線の温度に直接関連しないので、おおよそに留まる。

励磁電流は、それからオルタネータによって供給される電流、およびトルクの値を導き出すためには、良い情報である。これは、励磁電流が電池電圧レギュレータを通過し、レギュレータによって容易に測定され得る（例えば、分路または電流ミラーによって）ためである。しかしながら、この情報を用いる車両のコンピュータは、この車両に取り付けられるすべてのオルタネータの特性（事前に記録された値の表の形をした）を記憶装置に有する必要がある。これは、コンピュータにおいて大きい記憶容量を必要とし、車両の製造業者にとって煩わしい仕事である。

これらの問題を避ける１つの手段は、オルタネータ自体が、それが供給しつつある電流値を供給することであり、このことは、さまざまな方法で達成することができる。

分路、またはオルタネータによって出力される電流を直接測定するその他のセンサーを使用することが可能である。しかしながら、これは、追加の連結部および部品によって、オルタネータの機械的構造を非常に複雑にする。さらに、分路は、過剰な加熱（わずか数ワット）無しに約２００アンペアの電流に耐える必要があり、これには、分路の端子で、数ミリボルトまたは約１０ミリボルトの電圧を測定することが必要であるので、測定は不正確になる。

電池電圧レギュレータによって実行される、励磁電流からオルタネータの出力の測定を行うことも可能である。しかしながら、前述の先行技術に従って実行される、このような測定は、従来の電圧レギュレータに組み込まれるマイクロコントローラの限定された記憶容量とは不適合である、大きい記憶容量を必要とする。実際にこの測定は、通常複雑な表を用いて実行される。この表は、レギュレータによって測定される、オルタネータの回転速度、励磁電流、温度、および電池電圧による出力の値を格納しなければならない。表によって与えられる値を補完しても、必要な資源は、レギュレータに組み込まれる小さいマイクロコントローラで利用できる記憶容量と不適合である。

ここで提案する本発明による解決法は、励磁電流の測定によって、かつオルタネータの簡略化された等価図に従って、出力を計算することから成る。

第１態様によれば、本発明は、一方でオルタネータの励磁電流を表わす第１入力値、および他方でオルタネータの回転速度を表わす第２入力値に由来する、オルタネータによって供給される電流を表わす出力値の計算を含む、自動車用オルタネータによって供給される電流を推定する方法を提案するものであり、出力値の計算は、
（ａ）第１入力値とほぼ比例する第１項を計算する段階と、
（ｂ）第２入力値とほぼ逆比例する第２項を計算する段階と、
（ｃ）出力値を得るために、第１項から第２項を引く段階
とを含んでいる。

補正係数の導入によって、計算の結果を、所定のオルタネータの出力の実際の値に調整することが可能になる。

この方法は、オルタネータによって供給される電圧を調整するユニット（通例、電池電圧レギュレータまたはレギュレータと呼ばれる）で実施することができる。

例えば、段階（ｂ）で、第２入力値は、第１の所定のゼロ以外の追加値だけ増大できる。この第１追加値は、一定であることがあり、出力値を、第２入力値の関数として与える特性について、第２入力値のｘ軸偏位を生じさせることを可能にする。これは、オルタネータの回転速度を表わす値を換えることによって、オルタネータが、それ未満では電流を原理上は出力しない回転速度の閾値（初速度と呼ばれる）を考慮することを可能にする。

同様に、段階（ａ）で、第１入力値は、第１のゼロ以外の追加値だけ増大できる。この第２追加値は、一定であることがあり、出力値を第１入力値の関数として与える特性について、第１入力値のｙ軸偏位を生じさせることを可能にする。これは、励磁電流を表わす値を換えることによって、磁気回路の励磁に及ぼす残留磁気作用を補償することを可能にする。

同様に、出力値の計算もまた、段階（ｃ）後に、第３のゼロ以外の追加値の追加を含むことができる。この第３追加値は、一定であることがあり、出力値を第１入力値および第２入力値の関数として与える特性について、出力値のｙ軸偏位を生じさせることを可能にする。これは、機械の効率を特に考慮することを可能にする。

一実施形態では、第２項は、オルタネータの電機子巻線の温度を表わすパラメータに依存する。このようにオルタネータの出力の変化は、この温度の関数として考慮される。

変形では、１組のパラメータが、オルタネータの電機子巻線の温度を表わすパラメータの関数として選択される。この１組のパラメータは、段階（ａ）で含まれる第１乗係数、段階（ｂ）で含まれる第２乗係数、第１追加値、第２追加値、または第３追加値を含んでいる。

いずれにしても、オルタネータの電機子巻線の温度を表わすパラメータは、例えばレギュレータで測定することができる。この測定は、電機子巻線で測定を行うよりも容易であるが、レギュレータの温度は、２つの間の近接を考慮すると、これらの巻線の関数である。

一実施形態では、第１入力値（励磁電流を表わす）もまた、オルタネータによって供給される電圧を調整するユニットで測定される。従って、前述の特許文献１で述べられている方法を利用することが可能である。

本発明の第２態様は、一方でオルタネータの励磁電流を表わす第１入力値、および他方でオルタネータの回転速度を表わす第２入力値に由来する前記出力値を計算するように構成されている、オルタネータによって供給される電流を表わす出力値を計算する手段を備える、自動車用オルタネータによって供給される電流を推定する装置に関連し、出力値を計算する手段は、
（ａ）第１入力値とほぼ比例する第１項を計算するように構成された第１計算手段と、
（ｂ）第２入力値とほぼ逆比例する第２項を計算するように構成された第２計算手段と、
（ｃ）その出力値を得るために、第１項から第２項を引くように構成された第３計算手段
とを備えている。

本発明の装置は、上に示した方法の特定の実施形態を実施する手段を備えていると有利である。

このような装置は、正しくプログラムされたマイクロコントローラの形で製造され得る。

本発明の第３態様は、第２態様に従ってオルタネータにより供給される電流を推定する装置を備える、自動車用オルタネータによって供給される電圧を調整するユニットに関連している。

一実施形態では、調整ユニットは、またオルタネータ軸に加えられるトルクを計算する手段も備えている。このトルク（または回しモーメント）は、オルタネータによって自動車の熱機関へ伝えられる機械的トルクである。エンジン制御ユニット（例えば、噴射コンピュータなど）によって、熱機関に噴射される燃料の量に適合させることが可能になる。このようにして、電池充電電流の調整による熱機関に対する不要な調整の問題を避けることが可能である。

例えば、オルタネータ軸に加えられるトルクは、有用トルク、電気的損失に関連するトルク、および機械的損失に関連するトルクの合計として計算される。

有用トルクは、オルタネータの回転速度に対する有用電力の比として計算することが可能であり、有用電力は、オルタネータの出力電圧とオルタネータによって供給される電流の（第１態様による方法によって推定される）レベルの積として計算される。

電気的損失に関連するトルクは、オルタネータの回転速度に対する電気的損失の比として計算されることが可能である。電気的損失は、例えば、オルタネータによって供給される電流の（第１態様による方法によって推定される）推定値の二次関数によって計算される。

機械的損失に関連するトルクは、オルタネータの回転速度の二次関数によって計算することができる。

さらに別の実施形態では、調整ユニットは、またオルタネータの効率を計算する手段も備えている。この効率は、例えば、オルタネータ軸に加えられるトルクに対する有用トルクの比として計算することができる。オルタネータの効率のレベルを提供することは、例えば、診断または保全業務に有利である。

最後に、本発明の第４態様は、第３態様に従ってオルタネータによって供給される電圧を調整するユニットを備える、自動車用オルタネータに関連している。

本発明の他の特徴および利点について、次の説明により明らかにする。この説明は、純粋に例示のためであり、添付図面に関連して行うものである。

図１には、オルタネータの簡易等価図が示され、そこでは、種々のパラメータは、交番モードでモデル化されない。これは、オルタネータレギュレータのマイクロコントローラで用いる計算を簡単にするために、等価連続パラメータ（電流および電圧において）だけが、実際のオルタネータ出力をモデル化するのに考慮されるためである。その結果として、簡易等価図は、整流する必要があるどんな交番電流または電圧も含まない。インダクタ（そのインピーダンスは回転速度に比例して増大する）の値も、回転速度に比例して増大する抵抗によって置き換えられる。

オルタネータの界磁巻線１（例えば回転子）を、図１の左側に示す。オルタネータの励磁電流Ｉｅｘは、ＤＣ電流源１１によってモデル化される。この電流（まさに実際の）は、例えばレギュレータによって測定される。このようにして、温度の関数としての界磁巻線の抵抗の変化は、計算で考慮され、さらに界磁巻線の供給電圧の作用も考慮される。

電機子２（例えば固定子）を、図１の中央部に示す。この電機子は、ＤＣ電流源２２と、電機子の実際の抵抗を表わす値Ｒ１の抵抗２３とを備えている。電流源２２は、励磁電流Ｉｅｘ、およびオルタネータの回転速度ＲＯＴの関数として、オルタネータによって供給される電流（誘導電流）に相当するＤＣ電流を供給する。この電流は、抵抗２３を通過する。回転速度は、既知の方法で、適切なセンサー、例えばホール効果センサーによって、またはその周波数が回転速度に比例する相電圧から、より簡単に測定される。実際には、抵抗Ｒ１は、電機子巻線の温度θに依存する。この温度は、これらの巻線に配置される適切なセンサーによって測定することができる。しかし、巻線の温度を容易に測定できない場合、それ以外によって行うことが可能であることが、後で分かると思う。

図１の右側に、オルタネータのブリッジ整流器３の電圧降下ＶＤをモデル化したＤＣ電圧源３１と、オルタネータの出力電圧ＶＡＬＴが加えられる負荷４をモデル化したＤＣ電圧源４１とが示されている。オルタネータの出力電圧ＶＡＬＴは、レギュレータによって測定され、調整される。

図１および図２を参照すると、電流源２２は、励磁電流Ｉｅｘ、回転速度ＲＯＴ、および起電力Ｅ１の値の関数として、レギュレータによって出力される電流値ＩＡＬＴを供給する。

起電力Ｅ１は、次式に従って、出力電圧ＶＡＬＴ、ブリッジ整流器の電圧降下ＶＤ、および抵抗Ｒ１の電圧降下の合計と等しい。

一次近似として、速い回転速度（約２００００回転／分）において、オルタネータの出力は、励磁電流に比例することを推定できる。その結果、次式が得られる。

ここで、Ｋ１は、所定の乗係数、例えば定数である。

他方で、オルタネータの電機子は、値Ｌの主固定子インダクタ２２１を備え、これは、電流Ｋ１×Ｉｅｘのすべて、または一部をアースへ流す。このインダクタは、オルタネータの回転速度ＲＯＴに比例するインピーダンスＬωを有する。その結果として、インダクタ２２１によって流される電流は、オルタネータの速い回転速度で小さく、遅い回転速度（約１０００〜１２００回転／分）で大きい。非常に遅い回転速度（オルタネータが出力を開始する初速度より遅い）では、電流Ｋ１×Ｉｅｘのすべてが、インダクタ２２１によって流される。そのとき等価図は、回転速度が遅過ぎて出力できないオルタネータを表わす。

連続モードでだけ機能する等価図である図３を参照すると、インダクタ２２１のインピーダンスＬωは、次式に従って、その値が回転速度ＲＯＴに比例する抵抗Ｒ２によって置き換えられる。

ここで、Ｋ２は所定の乗係数、例えば定数である。

この抵抗によって流れる電流Ｉ_Lは、次式によって与えられる。

そのとき、ＩＡＬＴ＝Ｉｅｘ×Ｋ１−Ｉ_Lであるオルタネータの出力ＩＡＬＴは、次式によって与えられる。

ここで、Ｅ１＝ＶＡＬＴ＋ＶＤ＋Ｒ１×ＩＡＬＴである。

抵抗Ｒ１は、次式に従って、電機子巻線の温度θに依存する。

ここで、θは、電機子巻線の温度、または巻線の温度を容易に測定できない場合に、電池電圧レギュレータの温度を示し、Ｒ_Oは、温度０℃における電機子の抵抗を示し、αは、所定の係数を示す。

ブリッジ整流器の電圧降下ＶＤの変化は、無視できると考えられるので、ＶＤは定数であると考えることができる（通常、ＶＤは約２ボルトに等しい）。同様に、調整のせいで、オルタネータの出力電圧ＶＡＬＴは、一定であると考えることができる（通常、ＶＡＬＴは約１４．５ボルトに等しい）。従って図５は、励磁電流Ｉｅｘの種々の値について、回転速度ＲＯＴの関数として格子状の出力特性を与える。

図４に示すように、この格子状の特性ＩＡＬＴ＝ｆ（Ｉｅｘ）は、実際のオルタネータに記録される格子状の特性と同じ傾向を有する。

オルタネータのモデリングを洗練するために、提案されたモデルに従って計算されるＩＡＬＴの値を、実際のオルタネータの出力とぴったり一致することを可能にする定数を選ぶことが可能である。このために、追加値Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５が導入され、次のように作用する。

要約すれば、Ｉｅｘの値は、上に与えた３つの式１、６、および７によって導入されたモデルによって与えられる。各乗係数および各追加値（定数であることが好ましい）の意味または役割は、次のようである。
Ｋ１は、速い回転速度におけるオルタネータの出力電流ＩＡＬＴと、励磁電流Ｉｅｘとの比である。この係数は、界磁巻線と電機子との巻数比、および回転子と固定子との間の磁束の損失を考慮したものである。
Ｋ２は、電流（Ｉｅｘ＋Ｃ３）×Ｋ１のすべて、または一部をアースへ流すことによって、回転速度ＲＯＴの関数として、出力電流ＩＡＬＴの変化を制御することを可能にする。
Ｃ３は、励磁電流の値を変えることによって、磁気回路の残留磁気の励磁への影響を考慮することを可能にする。
Ｃ４は、特性ＩＡＬＴ＝ｆ（ＲＯＴ）について、回転値ＲＯＴのｘ軸変位をもたらすことを可能にする。
Ｃ５は、特性ＩＡＬＴ＝ｆ（ＲＯＴ）について出力ＩＡＬＴの値のｙ軸変位をもたらすことを可能にする。

定数Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５は、１バイトでそれぞれ符号化され、加えることによって作用する。従ってそれらは、８ビットマイクロコントローラで使用し易い。

係数Ｋ２は、乗算によって作用する。その値は不正確であり、乗算は、通常、値ＲＯＴ＋Ｃ４の簡単な変化によって容易に実行され得る。このために、Ｋ２は、所要値に最も近い２の整数乗に等しく選ばれる。必要に応じて、より正確さが必要となる場合には、８ビットマイクロコントローラに通常組み込まれている乗算機能を使用することが可能である。

係数Ｋ１もまた、乗算によって作用する。他方、それは正確な値を有する必要があり、８ビットマイクロコントローラに通常組み込まれている乗算機能を使用することが必要なことがある。

乗係数Ｋ１およびＫ２、ならびに定数Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５の値の選定は、オルタネータの等価図と、実際のオルタネータとの相関の探索によって導かれる。それは、値ＩＡＬＴが、実際のオルタネータの出力にぴったりと一致するように、定数および係数の値を計算または調整する場合である。遂次近似法によって進むことが可能である。

最初に、定数Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５を無視することは可能であり（そのため、Ｃ３＝Ｃ４＝Ｃ５＝０）、Ｒ１を無視することも可能であり（そのため、Ｅ１＝ＶＡＬＴ＋ＶＤ）、Ｋ１＝ＩＡＬＴ／Ｉｅｘであるように、Ｋ１を選ぶことができる。

次に、定数および係数の値は、遂次近似法によって得られるので、特性ＩＡＬＴ＝ｆ／（ＲＯＴ）の曲線上の注目すべきポイントによって、簡易化した式を用いて、それらをより容易に得ることができる。

例えば、速い回転速度（約２００００回転／分）において、電機子の主インダクタンスは、非常に大きい値を有し、等価抵抗Ｒ２は、ごくわずかな電流しか流さない。この場合は、式７は次のようになる。

さらに、開始ポイントにおいて、ＩＡＬＴ＝０。この場合は、式７は、次のようになる。

より正確であるために、モデルのパラメータ（乗係数または追加値）の少なくともいくつかは、動的に、すなわち、オルタネータ機能を標記することによって決定できることに留意すべきである。例えば、オルタネータが所定の値の電流を出力するようにオルタネータ機能を行い、対応する回転速度ＲＯＴの測定によって追加値Ｃ１を決定することが可能である。この動作は、組立ラインの最後で実行される調整および設定の一部を成している。

図５に示す格子状の特性ＩＡＬＴ＝ｆ／（Ｉｅｘ）は、実際のオルタネータ（ここではバレオ（ＶＡＬＥＯ）製のＴＧ１５オルタネータ）の特性とぴったりと一致するように選ばれた定数および係数で補正された図４の格子と一致する。

選ばれた値は、今回限りで記憶装置に格納される。記憶装置は、レギュレータのマイクロコントローラの内部ＲＯＭであるのがよい。

マイクロコントローラが、ＩＡＬＴの値が動作中に与えられることを可能にするようにプログラムするために、２つの解決策がここに提案される。

第１の解決策によれば、第１段階は、式６を用いて、電機子の抵抗Ｒ１を計算することである。Ｒ１の値は、オルタネータの出力ＩＡＬＴの２次数に作用する。さらに、温度センサーが電機子巻線で使用できない場合には（厳しい環境）、これらの巻線の温度は、接近不可能である。そのときそれは、レギュレータの温度θを用いるのに十分である（レギュレータは、通常オルタネータ筐の背後に配置される）。

式６を直接用いるか、またはＲＯＭ記憶装置に事前にプログラムされた数個の値（この場合、θの値の４つの異なる範囲のそれぞれについて、Ｒ１の少なくとも４つの値を与えることが好ましい）の中から、θの関数としてＲ１の値を選ぶことによって、Ｒ１を計算することができる。

次にＩＡＬＴを、式１および７を用いて計算する。これらの式１および７は、ＩＡＬＴの値を各々含んでいる。従って、例えば式１で、ＩＡＬＴ＝０をはじめとして、ＩＡＬＴの計算を、遂次近似法によって行う必要がある。

第２の解決策によれば、電圧降下Ｒ１×ＩＡＬＴを、Ｅ１の値に直接包含しない（すなわちＲ１＝０が選ばれる）ことが提案される。

その結果として、式１は次のようになる。

そして、式７は次のようになる。

そのとき、ＩＡＬＴの値を計算する式が１つだけある。この式は、マイクロコントローラによる処理を容易にする（もはや遂次近似法による計算はない）。他方、５つの定数および係数による温度の影響を考慮しなければならない。

このために、少なくとも４組の定数および係数が規定されることが好ましい。各組は、レギュレータの所定の温度範囲（電機子巻線の温度を測定できる場合は、こちらが良い）に関連付けられる。

例えば、５０℃および１００℃閾値に対応する、下の表１に与えられる４つの温度範囲を選ぶことが可能である。

その結果、この例では、定数および係数は、２０バイトの記憶容量（ＲＯＭで）を占める。記憶装置に、このようにして格納される表において、ＩＡＬＴを計算するときに、電機子巻線（または、デフォルト設定により、電池電圧レギュレータ）がある温度範囲に対応する、２つの乗係数および３つの追加定数が読取られる。

図６は、この第２解決策（抵抗Ｒ１の省略）によるオルタネータの等価図を示す。

図７を参照して、第２解決策によってレギュレータの電機子巻線の所定温度θに対する定数および係数を読取るアルゴリズムの例について説明する。この例は、上の表１によって規定される温度値の４つの範囲の場合に相当する。

初期設定段階７１において、変数θ₀および変数Ｎを、ゼロに設定する。

次に、試験段階７２において、温度の電流値θを、変数θ₀と比較する。

θ＞θ₀である場合には、段階７３において、変数θ₀は５０ユニット増え、次に、段階７４において、変数Ｎは５ユニット増え、そして試験段階７２に戻る。

逆にθ＜θ₀である場合には、段階７５において、アドレスＡＤＲ＋Ｎで、ＲＯＭ記憶装置内の係数Ｋ１およびＫ２の値、ならびに定数Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５の値を読取り、そこでＡＤＲは、ＲＯＭ記憶装置内の第１組の第１パラメータ（係数または定数）のアドレスを指定する。

図８は、例えば図７のアルゴリズムによって得られる定数および係数を用いて、第２解決策によってオルタネータの出力ＩＡＬＴを計算するアルゴリズムの例を示す。

第１段階８１において、Ｅ１の値は、式１０に従って、ＶＡＬＴおよびＶＤの値を加えることによって計算される。ＶＡＬＴおよびＶＤの値は、レギュレータのマイクロコントローラに従来知られている。段階８２において、符号ＩＲ２で示す中間値が次に計算される。これは、記憶装置で読取られる回転速度ＲＯＴ（レギュレータのマイクロコントローラに従来知られている）と定数Ｃ４の合計ＲＯＴ＋Ｃ４に相当する。次に、段階８３において、値ＩＲ２に記憶装置で読取られる係数Ｋ２を乗じる。最後に、段階８４において、Ｅ１の値（段階８１で計算される）は、値ＩＲ２（段階８３で計算される）で除される。

これらの段階８１〜８４によって、オルタネータの出力ＩＡＬＴを与える式１１の第２項を得ることができる。項（数Ａ）を与える段階８４の除算は、レギュレータのマイクロコントローラのハードウェアで実行するのは困難である。これは、プログラムによって実行され得る理由であることに留意すべきである。

段階８５において、記憶装置で読取られる定数Ｃ３は、オルタネータの出力ＩＡＬＴの中間値を得るために、励磁電流Ｉｅｘ（これは特許文献１に示すように測定できる）の値に加えられる。次に段階８６において、ＩＡＬＴのこの中間値に、記憶装置で読取られる係数Ｋ１を乗じる。

これらの段階８５〜８６によって、オルタネータの出力ＩＡＬＴを与える式１１の第１項を得ることが可能になる。

段階８７において、第２項（段階８４の最後に得られる）は、出力ＩＡＬＴの新しい中間値を得るために、第１項（段階８６の最後に得られる）から差し引かれる。回転速度の値が小さい（初速度未満）場合は、得られる値が負であり得ることに留意すべきである。この場合、試験によって、この負の値をゼロ値に変換することができる。

最後に、段階８８において、ＲＯＭ記憶装置で読取られる定数Ｃ５は、オルタネータによって出力される電流の推定値ＩＡＬＴを得るために、段階８７で得られる出力ＩＡＬＴの中間値に加えられる。

一方で段階８１〜８４、他方で段階８５〜８６の順序を逆にできることに留意すべきである。同様に、段階８８を段階８７の前に実行できる。この場合、定数Ｃ５を第２項（段階８４の最後に得られる）に、または第１項（段階８６の最後に得られる）に追加できる。

式７によって与えられるＩＡＬＴの数式は、異なって公式化されることが可能であるが、種々の形は、適切な係数および定数を用いて、ＩＡＬＴの同じ値を生じるということにも留意すべきである。

例えば、係数Ｋ２を、１／Ｋ２によって置換することができる。この場合、式７は次式になる。

係数Ｋ２をＫ２／Ｋ１によっても置換することができる。この場合、式７は次式になる。

多くの組合せが可能である。係数および定数を用いるのに最も便利な形、すなわち電池電圧レギュレータのマイクロコントローラによって行われる計算を最も容易にする形が選ばれる。

実施形態では、オルタネータの調整ユニット、すなわちレギュレータは、上述のようにオルタネータによって出力される電流を推定する手段だけでなく、オルタネータ軸に加えられる機械的トルクＴ_a、有用電力Ｐ_u、および／またはオルタネータの効率ρを計算する手段も備えている。

これは、簡易等価図が、オルタネータによって出力される電流を計算することを可能にするためであるが、これから、追加の計算によって、機械的トルク、電力、およびオルタネータの効率のようなオルタネータの他の特性を導き出すこともできる。トルクＴ_aおよび効率ρの計算は有用電力Ｐ_u、電気的損失に関連するトルクＴ_e、および機械的損失に関連するトルクＴ_mを含有し、これらは、レギュレータで利用できる情報から追加計算によって得ることができる。

これらの追加計算は、出力電流ＩＡＬＴだけの計算の場合よりも、大きい計算パワーを必要とする。乗算および除算がしばしば用いられ、マイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータに有利に組み込まれている。

有用トルクＴ_uは、回転速度ＲＯＴおよび有用電力Ｐ_uに依存し、この有用電力Ｐ_uは、オルタネータの出力で利用できる電力であり、次式によって与えられる。

上に述べたように計算される有用電力Ｐ_uを根幹として、有用トルクＴ_uは、次の計算によって得られる。

電気的損失は、電機子の抵抗Ｒ１に主に依存する。従って、図１の簡易等価図がこの抵抗Ｒ１を含んでいるので、用いられる出力電流ＩＡＬＴの値を、この等価図から得ることが好ましい。この場合、出力電流ＩＡＬＴの計算は、既に述べたように、遂次近似法によって（例えば、４つの遂次代入によって）行われる。電気的損失に関連するトルクＴ_eは、電気的損失Ｐ_eとして失われる電力および回転速度ＲＯＴに依存する。第１近似として、電気的損失Ｐ_eは、抵抗Ｒ１のジュール損失およびブリッジ整流器の電圧降下と関係しており、この電圧降下は約１．５ボルトと評価され得る。その結果として、トルクＴ_eを次式によって計算できる。

電気的損失をより正確に計算する必要がある場合には、抵抗Ｒ１の値は、電機子巻線の加熱を考慮するために、オルタネータによって出力される電流ＩＡＬＴによって補正することができる。界磁巻線の抵抗損失および磁気損失、またはオルタネータの界磁巻線によって減ずる励磁電流Ｉｅｘすら考慮することも可能である。

機械的損失は、回転速度ＲＯＴによって変化するトルクＴ_mによって表わされる。第１近似として、このトルクＴ_mは、通気による損失のために、この回転速度の２次関数である。換言すれば、トルクＴ_mを次式によって計算できる。

ここで、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３は、関係しているオルタネータの特性（具体的に言えば、通気による損失、内部摩擦は無視できる）に依存する係数であり、レギュレータの製造業者により知られている。

図９のグラフは、上の方法によって計算される機械的損失に関連するトルクＴ_mの傾向を示している。

要約すれば、電気的および機械的損失に関連するトルクＴ_eおよびＴ_mの計算は、それぞれ次の係数を考慮する必要がある。
電気的損失に関連する固定子の巻線の抵抗Ｒ１、および
オルタネータの機械的損失（本質的に通気による損失）に関連する、２次関数の係数Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３。

上に示すように、トルクＴ_u、Ｔ_e、およびＴ_mを計算すると、オルタネータ軸に加えられるＴ_aを計算することが可能になる。これは、電気的および機械的損失にそれぞれ関連する有用トルクＴ_u、トルクＴ_e、およびトルクＴ_mの合計である。

図１０のグラフは、励磁電流の種々の値について上に述べたように計算したトルクＴ_aの傾向を示している。

オルタネータの効率ρは、有用電力Ｐ_uの軸に加えられる電力（これは相当するトルクＴ_aと回転速度ＲＯＴの積に相当する）に対する比であるか、または有用トルクＴ_uの軸に加えられるトルクＴ_aに対する比である。従ってオルタネータの効率ρは、次式の１つによって計算される。

図１１のグラフは、励磁電流の種々の値について、上に述べたように計算した効率ρの傾向を示している。

他の情報も、要求に応じて、オルタネータによって出力される電流ＩＡＬＴの値から同様に計算することが可能である。上の情報は、単に例証として示したものである。

上述の実施形態を実施する手段を備えるオルタネータレギュレータは、モトローラ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ）６８０５（商標）のような、低コストの８ビットマイクロコントローラをベースに製造することができる。

モデリングの例による、動作中のオルタネータ（またはオルタネータスタータ）の簡易等価図である。 オルタネータの電機子のモデリングの第１例を示す図である。 オルタネータの電機子のモデリングの第２例を示す図である。 追加値を考慮せずに第２入力値（オルタネータの回転速度を表わす）の関数として、出力値（オルタネータの出力を表わす）を示す、格子状の特性を示すグラフである。 実際のオルタネータに記録される、オルタネータの回転速度の関数として、オルタネータによって供給される電流を示す特性に近づくことを可能にする追加値を用いて、第２入力値（オルタネータの回転速度を表わす）の関数として、出力値（オルタネータの出力を表わす）を示す、格子状の特性を示すグラフである。 計算を簡単にできるモデリングの別の例による、動作中のオルタネータの等価図である。 図６のモデリングと関連して、電機子巻線のある温度について、乗係数および追加値を選択するアルゴリズムの例を示すステップ図である。 図６のモデリングを用いて、オルタネータの出力を計算するアルゴリズムの例を示すステップ図である。 本発明の実施形態で計算される、機械的損失に関連するトルクの傾向を、回転速度の関数として示すグラフである。 励磁電流の種々の値について本発明の実施形態で計算される、回転速度の関数として、オルタネータの軸に加えられるトルクの傾向を示すグラフである。 励磁電流の種々の値について本発明の実施形態で計算される、回転速度の関数としてオルタネータの効率の傾向を与えるグラフである。

符号の説明

１ 界磁巻線
２ 電機子
３ ブリッジ整流器
４ 負荷
１１ ＤＣ電流源
２２ 電流源
２３ 抵抗
３１ ＤＣ電圧源
４１ ＤＣ電圧源
７１〜７５ 段階
８１〜８８ 段階
２２１ インダクタ
ＡＤＲ アドレス
Ｃ３ 追加値
Ｃ４ 追加値
Ｃ５ 追加値
Ｅ１ 起電力
ＩＡＬＴ 出力電流
Ｉｅｘ 励磁電流
Ｉ_L 電流
ＩＲ２ 中間値
Ｋ１ 乗係数
Ｋ２ 乗係数
Ｌ インダクタ値
Ｌω インピーダンス
Ｎ 変数
Ｐ１ 係数
Ｐ２ 係数
Ｐ３ 係数
Ｐ_e 電気的損失
Ｐ_u 有用電力
Ｒ１ 抵抗値
Ｒ２ 抵抗値
Ｒ_O 抵抗値
ＲＯＴ 回転速度
Ｔ_a 機械的トルク
Ｔ_e 電気的損失に関連するトルク
Ｔ_m 機械的損失に関連するトルク
Ｔ_u 有用トルク
ＶＡＬＴ 出力電圧
ＶＤ 電圧降下
α 係数
θ 温度
θ₀ 変数
ρ オルタネータの効率

Claims (25)

1. 一方でオルタネータの励磁電流を表わす第１入力値に由来し、かつ他方で前記オルタネータの回転速度（ＲＯＴ）を表わす第２入力値に由来する、前記オルタネータによって出力される電流を表わす出力値（ＩＡＬＴ）の計算を含む、自動車用オルタネータによって供給される前記電流を推定する方法であって、前記出力値の計算は、
   （ａ）前記第１入力値とほぼ比例する第１項を計算する段階（８５、８６）と、
   （ｂ）前記第２入力値とほぼ逆比例する第２項を計算する段階（８１〜８４）と、
   （ｃ）前記出力値を得るために、前記第１項から前記第２項を引く段階（８７）
   とを含む方法。
2. 段階（ｂ）において、第２入力値が、第１の所定のゼロ以外の追加値（Ｃ４）だけ増大する（８２）請求項１に記載の方法。
3. 段階（ａ）において、第１入力値が、第２のゼロ以外の追加値（Ｃ３）だけ増大する（８５）請求項１または２に記載の方法。
4. 出力値の計算が、段階（ｃ）後に、第３のゼロ以外の追加値（Ｃ５）の追加を含む（８８）請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 第２項が、オルタネータの電機子巻線の温度を表わすパラメータ（θ）に依存する請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 段階（ａ）で作用する第１乗係数（Ｋ１）、段階（ｂ）で作用する第２乗係数（Ｋ２）、第１追加値（Ｃ４）、第２追加値（Ｃ３）、および／または第３追加値（Ｃ５）を含む１組のパラメータが、オルタネータの電機子巻線の温度を表わすパラメータ（θ）に従って選択される請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
7. オルタネータの電機子巻線の温度を表わすパラメータ（θ）が、前記オルタネータによって供給される電圧を調整するユニットで測定される請求項５または６に記載の方法。
8. 第１入力値が、オルタネータによって供給される電圧を調整するユニットで測定される請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 一方でオルタネータの励磁電流を表わす第１入力値（Ｉｅｘ）、および他方で前記オルタネータの回転速度を表わす第２入力値（ＲＯＴ）に由来する、出力値（ＩＡＬＴ）を計算するように構成した前記オルタネータによって出力される電流を表わす前記出力値を計算する手段を備える、自動車用オルタネータによって供給される前記電流を推定する装置であって、前記出力値を計算する手段は、
   （ａ）前記第１入力値にほぼ比例する第１項を計算する（８５、８６）ように構成した第１計算手段と、
   （ｂ）前記第２入力値にほぼ逆比例する第２項を計算する（８１〜８４）ように構成した第２計算手段と、
   （ｃ）前記出力値を得るために、前記第１項から前記第２項を引く（８７）ように構成した第３計算手段
   とを備える装置。
10. 第２計算手段が、第２入力値を第１の所定のゼロ以外の追加値（Ｃ４）だけ増大させる（８２）ように構成されている請求項９に記載の装置。
11. 第１計算手段が、第１入力値を第２のゼロ以外の追加値（Ｃ３）だけ増大させる（８５）ように構成されている請求項９または１０に記載の装置。
12. 出力値を計算する手段が、第３計算手段後に、第３のゼロ以外の追加値（Ｃ５）を追加する（８８）手段をも備える請求項９〜１１のいずれかに記載の装置。
13. 第２項が、オルタネータの電機子巻線の温度を表わすパラメータ（θ）に依存する請求項９〜１２のいずれかに記載の装置。
14. オルタネータの電機子巻線の温度を表わすパラメータ（θ）に従って、段階（ａ）で作用する第１乗係数（Ｋ１）、段階（ｂ）で作用する第２乗係数（Ｋ２）、第１追加値（Ｃ４）、第２追加値（Ｃ３）、または第３追加値（Ｃ５）を含む１組のパラメータを選択するように構成した選択手段をも備える請求項９〜１２のいずれかに記載の装置。
15. オルタネータによって供給される電圧を調整するユニットに、前記オルタネータの電機子巻線の温度を表わすパラメータ（θ）を測定する測定手段をも備える請求項１３または１４に記載の装置。
16. オルタネータによって供給される電圧を調整するユニットに、第１入力値を測定する手段をも備える請求項９〜１５のいずれかに記載の装置。
17. 請求項９〜１６のいずれか一項に記載の装置を備える、自動車用オルタネータによって供給される電圧を調整するユニット。
18. オルタネータ軸に加えられるトルク（Ｔ_a）を計算する手段をも備える請求項１７に記載の調整ユニット。
19. オルタネータ軸に加えられるトルクが、有用トルク（Ｔ_u）、電気的損失に関連するトルク（Ｔ_e）、および機械的損失に関連するトルク（Ｔ_m）の合計として計算される請求項１８に記載の調整ユニット。
20. 有用トルク（Ｔ_u）は、オルタネータの回転速度（ＲＯＴ）に対する有用電力（Ｐ_u）の比として計算され、かつ前記有用電力は、前記オルタネータの出力電圧（ＶＡＬＴ）と前記オルタネータによって供給される電流の推定値（ＩＡＬＴ）の積として計算される請求項１９に記載の調整ユニット。
21. 電気的損失に関連するトルクは、オルタネータの回転速度（ＲＯＴ）に対する電気的損失（Ｐ_e）の比として計算され、前記電気的損失は、前記オルタネータによって供給される電流（ＩＡＬＴ）の推定値の２次関数によって計算される請求項１９または２０に記載の調整ユニット。
22. 機械的損失に関連するトルクは、オルタネータの回転速度（ＲＯＴ）の２次関数によって計算される請求項１９〜２１のいずれかに記載の調整ユニット。
23. オルタネータの効率（ρ）を計算する手段をも備える請求項１７〜２２のいずれかに記載の調整ユニット。
24. 効率が、オルタネータ軸に加えられるトルク（Ｔ_a）に対する有用トルク（Ｔ_u）の比として計算される請求項２３に記載の調整ユニット。
25. 請求項１７〜２４のいずれか一項に記載のオルタネータによって供給される電圧を調整するユニットを備える自動車用オルタネータ。

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