JP2009183087A - 発電停止検出方式 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石が装着された回転子を備える車両用交流発電機の発電停止状態を正確に検出することができる発電停止検出方式を提供すること。
【解決手段】車両用発電制御装置２の発電停止検出回路２１２は、永久磁石が埋設された回転子を有する車両用交流発電機１の電機子巻線１０１に発生する相電圧に基づいて車両用交流発電機１の発電停止状態を検出する第１の発電停止状態検出手段と、励磁巻線１０２に流れる励磁電流値が第１の基準値以下のときに車両用交流発電機１の発電停止状態を検出する第２の発電停止状態検出手段とを有し、これらのいずれかによって発電停止状態であることが検出されたときに、発電停止中であることを示す発電状態信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用交流発電機が発電していない状態を検出する発電停止検出方式に関する。

一般に、車両用交流発電機に内蔵される電圧調整装置には、車両用交流発電機の発電が何らかの原因によって停止した場合に、車両に異常を知らせる発電停止状態の監視機能が備わっている。例えば、車両用交流発電機の電機子巻線に発生する相電圧を基準値と比較することで発電停止を検出する制御装置を備える車両用発電制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、近年発電機の大電力化が進み、その方法として、永久磁石をポールコアの爪間に挿入した回転子を用いることで出力向上を図る構造が知られている（例えば、特許文献２、３参照。）。このような車両用交流発電機では、回転子に残留磁束が残るため、励磁電流が流れていない場合であってもある程度の相電圧が生じる場合があり、単に相電圧を基準値と比較しても正確に発電停止状態を検出することはできない。このような場合の発電停止検出方法としては、低回転域で判定した発電停止状態に基づいて低回転域以外の回転域において発電停止検出を行う手法が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特開昭５７−１４２１４４号公報（第２−５頁、図１−２） 特開平５−２０７７１６号公報（第２−４頁、図１−１４） 特開平７−１２３３６４号公報（第４−９頁、図１−８） 特許第３６２９８８０号公報（第３−１１頁、図１−８）

ところで、特許文献４に開示された従来手法では、低回転域で判定した発電停止状態に基づいて低回転域以外の回転域において発電停止検出がなされるので、例えば、発電中において励磁電流回路断線のような異常が発生した場合には低回転域以外での回転域では発電停止状態が正しく検出できないという問題があった。また、特許文献１に開示された相電圧を検出する従来手法でも、高回転域では相電圧が基準電圧を越えてしまって、正しく発電停止状態が検出できない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、永久磁石が装着された回転子を備える車両用交流発電機の発電停止状態を正確に検出することができる発電停止検出方式を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の発電停止検出方式は、励磁巻線に励磁電流を流すことにより発電を行うとともに、永久磁石が埋設された回転子を有する車両用交流発電機と、車両用交流発電機の電機子巻線に発生する相電圧に基づいて車両用交流発電機の発電停止状態を検出する第１の発電停止状態検出手段と、励磁巻線に流れる励磁電流値が第１の基準値以下のときに車両用交流発電機の発電停止状態を検出する第２の発電停止状態検出手段と、第１および第２の発電停止状態検出手段のいずれかによって発電停止状態であることが検出されたときに、発電停止中であることを示す発電状態信号を出力する発電状態出力手段とを備えている。

これにより、永久磁石の残留磁束によって非発電時に電機子巻線の相電圧が上昇した場合であっても、励磁電流が流れていないことによる発電停止状態の検出が可能になり、永久磁石が装着された回転子を備える車両用交流発電機の発電停止状態を正確に検出することができる。

また、外部信号に基づいて励磁巻線に流す最大励磁電流値を可変設定する最大励磁電流値設定手段と、最大励磁電流値設定手段によって設定された最大励磁電流値以下となるように励磁電流を制御する励磁電流制御手段とをさらに備え、発電状態出力手段は、最大励磁電流値設定手段によって設定された最大励磁電流値が第１の基準値以下のときに、発電停止中であることを示す発電状態信号の出力を停止することが望ましい。あるいは、外部信号に基づいて調整電圧を可変設定する調整電圧値設定手段と、車両用交流発電機の出力電圧が調整電圧に一致するように制御する電圧制御手段とをさらに備え、発電状態出力手段は、調整電圧設定手段によって設定された調整電圧値が第２の基準値以下のときに、発電停止中であることを示す発電状態信号の出力を停止することが望ましい。また、上述した車両用交流発電機は、励磁巻線に励磁電流を供給する励磁駆動手段を有し、発電状態出力手段は、励磁駆動手段による励磁電流の供給動作が制限されているときに、発電停止中であることを示す発電状態信号の出力を停止することが望ましい。

これにより、正常な発電動作において励磁電流の供給が制限されて励磁電流値が一時的に第１の基準値以下になった場合に、発電停止中であることを示す発電状態信号が出力されることを回避することができる。

また、上述した発電状態出力手段は、第１および第２の発電停止状態検出手段のいずれかによって発電停止状態であることが検出されてから所定の遅延時間経過の後に発電状態信号を出力することが望ましい。これにより、負荷応答制御を実施する場合等において一時的に励磁電流値が低下しても、これに対応して発電停止中であることを示す発電状態信号が出力されることを防止することができる。

以下、本発明の発電停止検出方式を適用した一実施形態の車両用交流発電機および車両用発電制御装置について、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交流発電機と車両用発電制御装置の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電制御装置とバッテリ等との接続状態が示されている。

図１において、車両用発電制御装置２は、車両用交流発電機１の出力端子（Ｂ端子）の電圧が所定の調整電圧になるように制御するためのものである。車両用交流発電機１は、固定子に含まれる三相の電機子巻線１０１と、回転子に含まれる励磁巻線１０２と、電機子巻線１０１の三相出力を全波整流するために設けられた整流回路１０３とを含んで構成されている。この車両用交流発電機１の出力電圧の制御は、励磁巻線１０２に対する通電を車両用発電制御装置２によって適宜断続制御することにより行われる。車両用交流発電機１のＢ端子はバッテリ３と電気負荷４に接続されており、出力端子からバッテリ３や電気負荷４に充電電流や動作電流が供給される。また、車両用発電制御装置２は、通信端子Ｘを介して外部制御装置としてのＥＣＵ（電子制御装置）５に接続されている。なお、本実施形態においては励磁による磁束量を増加させるために、回転子内に永久磁石が装着されている。

次に、車両用発電制御装置２の詳細構成および動作について説明する。図１に示すように、車両用発電制御装置２は、環流ダイオード２０１、励磁駆動トランジスタ２０２、センス抵抗２０３、アンド回路２０４、通信制御回路２０５、電源回路２０６、電圧制御回路２０７、励磁電流制御回路２０８、負荷応答制御回路２０９、励磁電流検出回路２１０、回転検出回路２１１、発電停止検出回路２１２を備えている。

励磁駆動トランジスタ２０２は、励磁巻線１０２に直列に接続されており、入力される駆動信号によってオン状態になったときに励磁巻線１０２に励磁電流を供給するＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴである。環流ダイオード２０１は、励磁巻線１０２に並列に接続されており、励磁駆動トランジスタ２０２がオフ状態のときに励磁電流を環流させる。センス抵抗２０３は、励磁駆動トランジスタ２０２がオン状態のときに励磁巻線１０２に流れる励磁電流を検出するためのものであり、励磁駆動トランジスタ２０２のソースとアース端子（Ｅ端子）間に挿入されている。アンド回路２０４は、出力端子が励磁駆動トランジスタ２０２のゲートに接続されており、電圧制御回路２０７、励磁電流制御回路２０８、負荷応答制御回路２０９のそれぞれの出力信号の論理積となる駆動信号を励磁駆動トランジスタ２０２に入力する。

車両に備わったキースイッチ（図示せず）が投入されると、ＥＣＵ５は、車両用発電制御装置２の通信端子Ｘに向けて動作開始信号を送信する。車両用発電制御装置２内の通信制御回路２０５は、ＥＣＵ５との間で通信端子Ｘを介してシリアルの相互通信を行っており、ＥＣＵ５から送信された動作開始信号を受信すると電源回路２０６に電源オン信号を入力する。電源回路２０６は、通信制御回路２０５から電源オン信号が入力されると、車両用発電制御装置２内の各部に動作電圧の供給を開始する。以後、車両用発電制御装置２が一連の発電制御動作を開始する。

その後、ＥＣＵ５から調整電圧値Ｖreg が送信される。エンジン回転立ち上がり後、電気負荷４が低い場合には、車両用交流発電機１の出力電圧はこの調整電圧値Ｖreg に一致するように制御される。ＥＣＵ５から送信された調整電圧値Ｖreg が通信制御回路２０５によって受信されて電圧制御回路２０７に入力される。電圧制御回路２０７には、この調整電圧値Ｖreg とともに車両用交流発電機１の出力電圧が入力されており、これらの電圧を比較してその偏差に相当するデューティ制御信号をアンド回路２０４を介して励磁駆動トランジスタ２０２に入力する。このデューティ制御信号によって駆動される励磁駆動トランジスタ２０２によって励磁電流が断続制御され、車両用交流発電機１の出力電圧が調整電圧値Ｖreg に一致するように制御される。

上述した出力電圧の制御動作と並行して、励磁電流検出回路２１０は、励磁駆動トランジスタ２０２に流れる励磁電流をセンス抵抗２０３の端子電圧に基づいて検出する。検出された励磁電流（励磁電流値ＩＦ）は、通信制御回路２０５、励磁電流制御回路２０８に入力される。励磁電流制御回路２０８は、励磁電流検出回路２１０によって検出された励磁電流が、ＥＣＵ５から通信制御回路２０５に向けて送信された最大励磁電流値ＩＦmax 以下となるように、所定のデューティ比を有する制御信号を生成してアンド回路２０４に入力する。

また、負荷応答制御回路２０９は、電気負荷４の接続時に励磁電流が徐々に増加するように制御しており、励磁駆動トランジスタ２０２に入力するデューティ制御信号のデューティ比を徐々に増加させる制御信号を生成してアンド回路２０４に入力する。

回転検出回路２１１は、電機子巻線１０１の１相の相電圧ＶＰが入力されており、この相電圧に基づいて、例えば、この相電圧ＶＰの波高値（あるいは実効値）と所定値との大小関係に応じて、車両用交流発電機１が発電中／発電停止中であることを示す回転検出データＮalt を出力する。この回転検出データＮalt は、発電停止検出回路２１２に入力される。

通信制御回路２０５は、ＥＣＵ５から送信された調整電圧値Ｖreg や最大励磁電流値ＩＦmax を受信するとともに、励磁電流検出回路２１０から入力される励磁電流検出値や発電停止検出回路２１２から入力される発電状態信号を通信端子Ｘを介してＥＣＵ５に送信する。

上述した発電停止検出回路２１２が第１および第２の発電停止状態検出手段、発電状態出力手段に、通信制御回路２０５が最大励磁電流設定手段、調整電圧設定手段に、励磁電流制御回路２０８が励磁電流制御手段に、電圧制御回路２０７が電圧制御手段に、励磁駆動トランジスタ２０２が励磁駆動手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の車両用交流発電機１および車両用発電制御装置２はこのような構成を有しており、次に、車両用発電制御装置２によって車両用交流発電機１の発電停止状態を検出する動作について説明する。

図２は、車両用発電制御装置２の発電停止検出回路２１２の動作手順を示す流れ図である。まず、発電停止検出回路２１２は、回転検出回路２１１から出力される回転検出データＮalt を取り込み（ステップ１００）、車両用交流発電機１が回転中か否かを判定する（ステップ１０１）。回転中の場合には肯定判断が行われ、次に、発電停止検出回路２１２は、励磁電流検出回路２１０から出力される励磁電流値ＩＦを取り込み（ステップ１０２）、この励磁電流値ＩＦが所定値（第１の基準値）以下であるか否かを判定する（ステップ１０３）。所定値以下でない場合、すなわち、ある程度以上の励磁電流が流れている場合には否定判断が行われる。この場合には、発電停止検出回路２１２は、発電中であることを示す発電状態信号を通信制御回路２０５に向けて出力する（ステップ１０４）。

一方、車両用交流発電機１が回転中でない場合（ステップ１０１の判定において否定判断）や、回転中であるが励磁電流値ＩＦが所定値以下である場合（ステップ１０３の判定において肯定判断）には、発電停止検出回路２１２は、所定の遅延時間の後（ステップ１０５）、発電停止中であることを示す発電状態信号を通信制御回路２０５に向けて出力する（ステップ１０６）。

図３および図４は、発電停止検出回路２１２による発電停止検出タイミングを示す図である。図３には通常発電時の検出タイミングが示されている。図４には発電停止時の検出タイミングがそれぞれ示されている。

図３に示す通常発電時には、まずキースイッチがオン（キーオン）されて初期励磁が行われて所定の励磁電流が励磁巻線１０２に供給された後、エンジン回転が開始される（エンジンスタート）。この状態では、車両用交流発電機１の相電圧ＶＰが所定値（回転検出しきい値）を超えていないため、発電停止検出回路２１２によって発電停止中である旨の判定が行われる。その後、車両用交流発電機１の回転上昇にともなって相電圧ＶＰが所定値を超えると、発電停止検出回路２１２によって発電中である旨の判定が行われる。このような通常の発電状態では、励磁電流値ＩＦは第１の基準値を上回っており、発電中である旨の判定が維持される。

ところで、図４に示すように、発電停止状態であるにも関わらず、回転子に装着された永久磁石の残留磁束によって相電圧ＶＰが上昇して所定値を超え、回転検出回路２１１から発電中を示す回転検出データＮalt が出力される場合がある。しかし、本実施形態では、発電停止検出回路２１２は、励磁電流値ＩＦが所定値（第１の基準値）を超えた場合に限って発電停止中である旨の判定を行っているため（図２のステップ１０３）、永久磁石の残留磁束によって相電圧ＶＰが上昇した場合であっても誤って発電中である旨の判定をすることはない。

図５は、車両用発電制御装置２の発電停止検出回路２１２の動作手順の変形例を示す流れ図である。図５に示す動作手順は、図２に示した動作手順に対して、ステップ１０２をステップ１０２Ａに置き換えるとともに、ステップ１０７を追加した点が異なっている。以下では、これらの相違点について説明する。

ステップ１０２Ａでは、発電停止検出回路２１２は、励磁電流検出回路２１０から出力される励磁電流値ＩＦとともに、通信制御回路２０５から電圧制御回路２０７、励磁電流制御回路２０８のそれぞれに送られた調整電圧値Ｖreg と最大励磁電流値ＩＦmax を取り込む。

そして、励磁電流値ＩＦが所定値（第１の基準値）以下であるか否かの判定（ステップ１０３の判定）において肯定判断が行われた後、発電停止検出回路２１２は、最大励磁電流値ＩＦmax が所定値（第１の基準値）以下、または調整電圧値Ｖreg が所定値（第２の基準値）以下であるか否かを判定する（ステップ１０７）。最大励磁電流値ＩＦmax と調整電圧値Ｖreg の少なくとも一方が基準値以下の場合には肯定判断が行われ、ステップ１０４に移行して発電中である旨の判定が行われる。また、最大励磁電流値ＩＦmax と調整電圧値Ｖreg の両方が基準値よりも大きい場合には否定判断が行われ、ステップ１０５に移行して、所定の遅延時間の後、発電停止中である旨の判定が行われる。

図６は、発電停止検出回路２１２による発電停止検出タイミングの変形例を示す図である。図６に示す例では、通常発電中に一時的に最大励磁電流値ＩＦmax が第１の基準値よりも低い値に下げられ、その後負荷応答制御によって励磁電流が徐々に上昇する。このように最大励磁電流値ＩＦmax が低く、例えば制限値しきい値（第１の基準値）よりも低く設定されると、通常発電時であっても励磁電流値が第１の基準値よりも低くなるが、この場合には励磁電流値ＩＦが所定値（第１の基準値）以下であっても（ステップ１０３の判定において肯定判断）、ステップ１０７の判定を追加することにより発電停止状態の検出動作が停止（マスク）される。また、最大励磁電流値ＩＦmax が元に戻った直後に負荷応答制御が実施されると、徐々に励磁電流値ＩＦが上昇するため、一時的に励磁電流値ＩＦが第１の基準値を下回ることがあるが、このような場合であっても遅延時間経過前においては発電停止中であることを示す発電状態信号の出力が停止（マスク）される。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置２の発電停止検出回路２１２では、永久磁石の残留磁束によって非発電時に電機子巻線１０１の相電圧が上昇した場合であっても、励磁電流が流れていないことによる発電停止状態の検出が可能になり、永久磁石が装着された回転子を備える車両用交流発電機１の発電停止状態を正確に検出することができる。また、正常な発電動作において励磁電流の供給が制限されて励磁電流値が一時的に第１の基準値以下になった場合に、発電停止中であることを示す発電状態信号が出力されることを回避することができる。さらに、発電停止中であることを示す発電状態信号の出力には所定の遅延時間が設定されているため、負荷応答制御を実施する場合等において一時的に励磁電流値が低下しても、これに対応して発電停止中であることを示す発電状態信号が出力されることを防止することができる。

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において変形実施が可能である。例えば、図５に動作手順を示した変形例では、ステップ１０７において、最大励磁電流値ＩＦmax が所定値（第１の基準値）以下、または調整電圧値Ｖreg が所定値（第２の基準値）以下であるか否かを判定することで、一時的に励磁電流値ＩＦが低下した場合であっても、発電停止中であることを示す発電状態信号が出力されないようにしたが、このステップ１０７の判定動作を、励磁駆動トランジスタ２０２による励磁電流の供給動作が制限されているか否かを判定する動作に拡張し、制限されている場合には肯定判断を行ってステップ１０４に移行、すなわち発電停止中であることを示す発電状態信号の出力を停止するようにしてもよい。

一実施形態の車両用交流発電機と車両用発電制御装置の構成を示す図である。 車両用発電制御装置の発電停止検出回路の動作手順を示す流れ図である。 発電停止検出回路による発電停止検出タイミングを示す図である。 発電停止検出回路による発電停止検出タイミングを示す図である。 車両用発電制御装置の発電停止検出回路の動作手順の変形例を示す流れ図である。 発電停止検出回路による発電停止検出タイミングの変形例を示す図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 車両用発電制御装置
３ バッテリ
４ 電気負荷
５ ＥＣＵ（電子制御装置）
１０１ 電機子巻線
１０２ 励磁巻線
１０３ 整流回路
２０１ 環流ダイオード
２０２ 励磁駆動トランジスタ
２０３ センス抵抗
２０４ アンド回路
２０５ 通信制御回路
２０６ 電源回路
２０７ 電圧制御回路
２０８ 励磁電流制御回路
２０９ 負荷応答制御回路
２１０ 励磁電流検出回路
２１１ 回転検出回路

Claims (5)

1. 励磁巻線に励磁電流を流すことにより発電を行うとともに、永久磁石が埋設された回転子を有する車両用交流発電機と、
   前記車両用交流発電機の電機子巻線に発生する相電圧に基づいて前記車両用交流発電機の発電停止状態を検出する第１の発電停止状態検出手段と、
   前記励磁巻線に流れる励磁電流値が第１の基準値以下のときに前記車両用交流発電機の発電停止状態を検出する第２の発電停止状態検出手段と、
   前記第１および第２の発電停止状態検出手段のいずれかによって発電停止状態であることが検出されたときに、発電停止中であることを示す発電状態信号を出力する発電状態出力手段と、
   を備えることを特徴とする発電停止検出方式。
2. 請求項１において、
   外部信号に基づいて前記励磁巻線に流す最大励磁電流値を可変設定する最大励磁電流値設定手段と、
   前記最大励磁電流値設定手段によって設定された最大励磁電流値以下となるように前記励磁電流を制御する励磁電流制御手段と、
   をさらに備え、前記発電状態出力手段は、前記最大励磁電流値設定手段によって設定された最大励磁電流値が前記第１の基準値以下のときに、発電停止中であることを示す発電状態信号の出力を停止することを特徴とする発電停止検出方式。
3. 請求項１において、
   外部信号に基づいて前記調整電圧を可変設定する調整電圧値設定手段と、
   前記車両用交流発電機の出力電圧が調整電圧に一致するように制御する電圧制御手段と、
   をさらに備え、前記発電状態出力手段は、前記調整電圧設定手段によって設定された調整電圧値が第２の基準値以下のときに、発電停止中であることを示す発電状態信号の出力を停止することを特徴とする発電停止検出方式。
4. 請求項１において、
   前記車両用交流発電機は、前記励磁巻線に励磁電流を供給する励磁駆動手段を有し、
   前記発電状態出力手段は、前記励磁駆動手段による励磁電流の供給動作が制限されているときに、発電停止中であることを示す発電状態信号の出力を停止することを特徴とする発電停止検出方式。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記発電状態出力手段は、前記第１および第２の発電停止状態検出手段のいずれかによって発電停止状態であることが検出されてから所定の遅延時間経過の後に前記発電状態信号を出力することを特徴とする発電停止検出方式。

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