JP2009303403A - 発電機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機出力を低下させることなく、発電機の永久磁石の不可逆減磁を回避する。
【解決手段】ロータ部に永久磁石を備えた発電機１と、発電機１を駆動する原動機である内燃機関７と、ベルト１３を介して内燃機関７と連結され、内燃機関７と発電機１の間に介在し、発電機１の回転数を変化させる変速機８と、発電機１の永久磁石の温度と相関性を持つよう調整され、発電機１のレギュレータ部に設置された温度センサ１４と、発電機１の出力電流値を検出する電流センサ１０と、発電機１の出力電流値から発電機１の永久磁石温度が最も低下する回転数を演算し、発電機１の回転数が演算した回転数となるように変速機８の回転比を制御する制御装置９とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石を備えた発電機の不可逆減磁を防止する発電機の制御装置及び制御方法に関する。

近年、車両装備の電動化、安全装備等新規電装部品の追加により、車両用発電機に要求される出力が増加傾向にある。また衝突時の安全性を向上させるため、エンジンルーム内のクラッシャブルゾーンを拡大、駐車時の車両の取り回し向上を目的としたハンドル切れ角拡大、エンジンルーム内への新規部品追加等により、エンジンルーム内の余剰空間は減少傾向にある。この結果、発電機を周囲温度が高い位置に配置せざるを得なくなる状況が発生し、空気の滞留による周囲温度上昇が生じることもある。

このような環境下では、発電機の永久磁石が不可逆減磁することを回避しなければならない。特許文献１では、磁石併用型又は磁石型発電機の永久磁石の不可逆減磁を防止しつつ、出力向上が可能な発電機装置を開示しており、この中で、発電機の界磁コイルへの界磁電流と、発電機の出力電流が所定値を超えた場合、磁石の不可逆減磁が発生する可能性があるとして、界磁電流を制限している。この結果、永久磁石の不可逆減磁を回避しつつ発電出力の向上が実現できるとしている。また、界磁電流及び出力電流が所定値を超えた場合だけでなく、永久磁石の温度等、磁石減磁に関連する状態量に基づき、磁石の不可逆減磁が発生し易い状態では、界磁電流を制限する手法も開示している。
特開平１０−５６７９９号公報

しかしながら上記従来技術では、永久磁石の不可逆減磁が発生する可能性がある場合、発電機の界磁コイルへの界磁電流値を制限する構成となっているため、磁石の不可逆減磁の可能性があると判断した場合には、発電機出力が制限されることとなり、その結果、車両電源電圧が低下することによる車両のランプ類の照度変化や、車両電装負荷に対しバッテリからの電力供給されることによるバッテリ充電不足が生じるという問題点があった。

以上の問題点に鑑み本発明は、検出した発電機の出力電流値に基づいて、この出力電流値を維持しながら発電機の永久磁石温度が低下する回転数を演算し、この回転数となるように発電機の回転数を調整するようにした。

本発明によれば、発電機の出力電流値を維持しつつ永久磁石温度が低下する回転数となるように、発電機回転数を調整しているため、出力電流低下による負荷の不具合や、バッテリ充電不足が発生することなく、永久磁石の不可逆減磁を回避することができるという効果がある。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する各実施例は、特に限定されないが車両用の発電機に好適な実施例である。

図１は、本発明に係る発電機の制御装置の実施例１を備えた発電システムを示す全体構成図を示す図であり、図２は、実施例１の制御装置の動作を説明する制御フローチャートである。

図１に示すように、発電システムは、ロータ部に永久磁石を備えた発電機１と、発電機１を駆動する原動機である内燃機関７と、ベルト１３を介して内燃機関７と連結され、内燃機関７と発電機１の間に介在し、発電機１の回転数を変化させる発電機回転数調整手段としての変速機８と、発電機１の永久磁石の温度と相関性を持つよう調整され、発電機１のレギュレータ部に設置された温度センサ１４と、発電機１の出力電流値を検出する電流センサ１０と、発電機１の出力電流値から発電機１の永久磁石温度が最も低下する回転数を演算し、発電機１の回転数が演算した回転数となるように変速機８の回転比を制御する制御装置９と、発電機１の出力によって充電されるバッテリ１１と、発電機１とバッテリ１１との何れか一方または両方から電力供給される負荷１２とを備えている。

制御装置９は、電流センサ１０が検出した出力電流値に基づいて、この出力電流値を維持しながら発電機１の永久磁石温度が低下する回転数を演算する回転数演算部３と、発電機１の回転数が回転数演算部３が演算した回転数となるように変速機８を制御する制御部５とを備える。尚、制御装置９は、特に限定されないが本実施例では、ＣＰＵと、プログラムＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。そして、制御装置９の制御機能は、プログラムＲＯＭに格納された制御プログラムをＣＰＵが実行することにより達成されている。

回転数演算部３は、温度センサ１４により得られた発電機１のレギュレータ温度から、永久磁石の温度を演算し、永久磁石が不可逆減磁に至る可能性があると判断した場合、電流センサ１０より得られた発電機１の出力電流値に基づいて、この出力電流値を維持しながら、永久磁石温度が最も低下する発電機１の回転数ｒ１を演算する。回転数ｒ１は発電機１の熱モデルから計算によって求めても良いし、予め回転数演算部３に記憶した回転数と温度の関係を示す制御マップを用いて求めても良い。また回転数ｒ１は必ずしも温度が最も低下する温度でなくても良く、永久磁石が不可逆減磁に至らない範囲において、効果や制御のしやすさ等を考慮して回転数を決定しても良い。

回転数演算部３が回転数の演算を行うと、次いで制御部５が発電機１の回転数が演算された回転数となるように変速機８に対し制御指令を出力する。この制御指令により、変速機８は発電機１の回転数を、回転数演算部３が演算した回転数ｒ１となるよう調整を行う。この結果、発電機１の回転数が永久磁石温度を低減させる回転数となり、永久磁石の温度が低下し、永久磁石が不可逆減磁することを回避することができる。変速機８は、可変プーリやベルトやパワーローラー等を用いた無段変速機でも良いし、複数の変速ギアを用いた有段変速機でも良い。

次に、図２の制御フローチャートを参照して、実施例１の制御装置９が実行する制御内容を説明する。まずステップ（以下、ステップをＳと略す）１０で発電機１の発電を行う。次いでＳ１２で、温度センサ１４により発電機１のレギュレータ温度Ｔｒを検出して検出値を制御装置９へ読み込む。次いでＳ１４で、制御装置９は、レギュレータ温度Ｔｒに定数Ｃｒを乗算することによって、磁石温度Ｔｍを演算する。定数Ｃｒは固定値でも良いし、発電機１の回転数や周囲温度によって変化させてもよい。定数Ｃｒは、実車に温度計を取り付けて、一定刻み毎の出力電流値により、定常状態となったときの計測温度に基づいて設定する。

次いでＳ１６で、制御装置９は、磁石温度Ｔｍが不可逆減磁が発生する可能性がある閾値Ｔ０以上であるか否かを判定する。磁石温度Ｔｍが閾値Ｔ０未満である場合には、磁石の不可逆減磁の可能性は無いとして、Ｓ１０へ戻り発電を継続する。

Ｓ１６の判定で、磁石温度Ｔｍが不可逆減磁が発生する可能性がある閾値Ｔ０以上となった場合には、Ｓ１８へ進む。Ｓ１８では、電流センサ１０により発電機１の出力電流値Ｉｇを検出して制御装置９へ読み込む。次いでＳ２０で、制御装置９は、予め記憶した出力電流毎の回転数−永久磁石温度マップを参照して、出力電流値Ｉｇを維持しながら永久磁石の温度が最も低下する発電機１の回転数ｒ１を演算する。次いでＳ２２で、制御装置９は、発電機１の回転数が回転数ｒ１となるように、変速機８を制御して、Ｓ１０へ戻る。

この結果、発電機１の回転数が永久磁石温度が最も低下する回転数となり、永久磁石の温度が低下し、永久磁石が不可逆減磁することを回避することができる。

以上説明した本実施例によれば、発電機の出力電流値を維持しながら永久磁石の温度が最も低下するように発電機の回転数を制御しているので、出力電流低下による負荷の不具合や、バッテリ充電不足が発生することなく、永久磁石の不可逆減磁を回避することができるという効果がある。

また、本実施例によれば、発電機の出力電流値を維持しつつ、発電機回転数を温度が極小となる回転数に調整する構成となっているため、発電出力の向上を最大化することが可能となるという効果がある。

さらに、本実施例によれば、永久磁石の不可逆減磁が発生する可能性がある場合のみ発電機の回転数調整を行う構成となっているため、出力電流検出センサや回転数演算部が必要以上に作動することによる装置劣化や、エネルギーの損失を防ぐことができるという効果がある。

尚、本実施例のＳ２０において、制御装置９は、予め記憶した出力電流毎の回転数−永久磁石温度マップを参照して、出力電流値を維持しながら永久磁石の温度が最も低下する発電機１の回転数ｒ１を演算したが、永久磁石の温度が最も低下する発電機１の回転数ｒ１に限らず、永久磁石の温度が低下する発電機１の回転数を演算することとしてもよい。

次に本発明の実施例２を説明する。図３は、本発明に係る発電機の制御装置の実施例２を備えた車両の発電システムを示す全体構成図を示す図であり、図４は、実施例２の制御装置の動作を説明する制御フローチャートである。

図３に示すように、発電システムは、ロータ部に永久磁石を備えた発電機１と、発電機１を駆動する原動機であるとともに発電機１の回転数を変化させる発電機回転数調整手段である内燃機関７と、内燃機関７の回転を発電機１に伝達するベルト１３と、内燃機関７の回転数を無段階に変速して図示しない車軸に動力を伝達する無段変速機（ＣＶＴ）１５と、発電機１のロータ電流値を検出するロータ電流センサ１６と、発電機１の出力電流値を検出する電流センサ１０と、発電機１の出力電流値から発電機１の永久磁石温度が最も低下する回転数を演算し、発電機１の回転数が演算した回転数となるように内燃機関７の回転数及び無段変速機１５の変速比を制御する制御装置９と、発電機１の出力によって充電されるバッテリ１１と、発電機１とバッテリ１１との何れか一方または両方から電力供給される負荷１２とを備えている。

制御装置９は、電流センサ１０が検出した出力電流値に基づいて、この出力電流値を維持しながら発電機１の永久磁石温度が低下する回転数を演算する回転数演算部３と、発電機１の回転数が回転数演算部３が演算した回転数となるように内燃機関７の回転数及び無段変速機１５の変速比を制御する制御部５とを備える。尚、制御装置９は、特に限定されないが本実施例では、ＣＰＵと、プログラムＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。そして、制御装置９の制御機能は、プログラムＲＯＭに格納された制御プログラムをＣＰＵが実行することにより達成されている。

回転数演算部３は、発電機１の出力電流値とロータ部の電流値とから発電機１の永久磁石部の温度を推定し、永久磁石が不可逆減磁に至る可能性があると判断した場合、電流センサ１０より得られた発電機１の出力電流値に基づいて、この出力電流値を維持しながら、永久磁石温度が最も低下する発電機１の回転数ｒ１を演算する。回転数ｒ１は発電機１の熱モデルから計算によって求めても良いし、予め回転数演算部３に記憶した回転数と温度の関係を示す制御マップを用いて求めても良い。また回転数ｒ１は必ずしも温度が最も低下する温度でなくても良く、永久磁石が不可逆減磁に至らない範囲において、効果・制御のしやすさ等を考慮して回転数を決定しても良い。

回転数演算部３が回転数の演算を行うと、次いで制御部５が発電機１の回転数が演算された回転数となるように内燃機関７及び無段変速機１５に対し制御指令を出力する。この制御指令により、内燃機関７の回転数及び無段変速機１５の変速比が制御され、発電機１の回転数は、回転数演算部３が演算した回転数ｒ１となるよう調整される。この結果、発電機１の回転数が永久磁石温度を低減させる回転数となり、永久磁石の温度が低下し、永久磁石が不可逆減磁することを回避することができる。

制御装置９は、電流センサ１０より得られた発電機１の出力電流値及びロータ電流センサ１６により得られた発電機１のロータ電流値から永久磁石の温度を演算し、永久磁石が不可逆減磁に至る可能性があると判断した場合、永久磁石温度が最も低下する発電機１の回転数ｒ１を演算する。

発電機１の回転数ｒ１を演算すると、次いで制御装置９は、内燃機関７、無段変速機１５に対し指令を行い、内燃機関７、無段変速機１５は発電機１の回転数を、制御装置９が演算した回転数ｒ１となるよう調整を行うことにより、発電機１の永久磁石温度を低減させる。

次に、図４の制御フローチャートを参照して、実施例２の制御装置９が実行する制御内容を説明する。まずＳ３０で発電機１の発電を行う。次いでＳ３２で、制御装置９は、電流センサ１０により発電機１の出力電流値Ｉｇを検出して制御装置９へ読み込む。次いでＳ３４で、制御装置９は、ロータ電流センサ１６により発電機１のロータ電流値Ｉｒを検出して制御装置９へ読み込む。次いでＳ３６で、制御装置９は、出力電流値Ｉｇに定数Ｃｇを乗算した値と、ロータ電流値Ｉｒに定数Ｃｒを乗算した値とを加算して、磁石温度Ｔｍを演算する。定数Ｃｇ、Ｃｒは、固定値でもよいし、発電機１の回転数や周囲温度によって変化させてもよい。定数Ｃｇ、Ｃｒは、実車に温度計を取り付けて、一定刻み毎の出力電流値及びロータ電流値により、定常状態となったときの計測温度に基づいて設定する。

次いでＳ３８で、制御装置９は、磁石温度Ｔｍが不可逆減磁が発生する可能性がある閾値Ｔ０以上であるか否かを判定する。磁石温度Ｔｍが閾値Ｔ０未満である場合には、磁石の不可逆減磁の可能性は無いとして、Ｓ３０へ戻り発電を継続する。

Ｓ３８の判定で、磁石温度Ｔｍが不可逆減磁が発生する可能性がある閾値Ｔ０以上となった場合には、Ｓ４０へ進む。Ｓ４０では、制御装置９は、予め記憶した出力電流毎の回転数−永久磁石温度マップを参照して、出力電流値Ｉｇを維持しながら永久磁石の温度が最も低下する発電機１の回転数ｒ１を演算する。次いでＳ４２で、制御装置９は、発電機１の回転数が回転数ｒ１となるように、内燃機関７の回転数及び無段変速機１５の変速比を制御して、Ｓ３０へ戻る。

この結果、発電機１の回転数が永久磁石温度が最も低下する回転数となり、永久磁石の温度が低下し、永久磁石が不可逆減磁することを回避することができる。

以上説明した本実施例によれば、発電機の出力電流値を維持しながら永久磁石の温度が最も低下するように発電機の回転数を制御しているので、出力電流低下による負荷の不具合や、バッテリ充電不足が発生することなく、永久磁石の不可逆減磁を回避することができるという効果がある。

また、本実施例によれば、発電機の出力電流値を維持しつつ、発電機回転数を温度が極小となる回転数に調整する構成となっているため、発電出力の向上を最大化することが可能となるという効果がある。

さらに、本実施例によれば、永久磁石の不可逆減磁が発生する可能性がある場合のみ発電機の回転数調整を行う構成となっているため、出力電流検出センサや回転数演算部が必要以上に作動することによる装置劣化や、エネルギーの損失を防ぐことができるという効果がある。

尚、本実施例のＳ４０において、制御装置９は、予め記憶した出力電流毎の回転数−永久磁石温度マップを参照して、出力電流値を維持しながら永久磁石の温度が最も低下する発電機１の回転数ｒ１を演算したが、永久磁石の温度が最も低下する発電機１の回転数ｒ１に限らず、永久磁石の温度が低下する発電機１の回転数を演算することとしてもよい。

以上好ましい実施例を説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば、本発明を、発電機の永久磁石だけでなく、例えばロータのコイル絶縁部等の故障防止にも適用できることは自明である。

実施例１の構成を説明するシステム構成図である。 実施例１の動作を説明するフローチャートである。 実施例２の構成を説明するシステム構成図である。 実施例２の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１：発電機、３：回転数演算部、５：制御部、７：内燃機関、８：変速機、９：制御装置、１０：電流センサ、１１：バッテリ、１２：負荷、１３：ベルト、１４：温度センサ、１５：無段変速機、１６：ロータ電流センサ。

Claims (4)

1. 発電機の出力電流値を検出する出力電流検出手段と、
   該出力電流検出手段が検出した出力電流値に基づいて該出力電流値を維持しながら前記発電機の永久磁石温度が低下する回転数を演算する回転数演算部と、
   前記発電機の回転数を調整する発電機回転数調整手段と、
   該発電機回転数調整手段を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記発電機の回転数が前記回転数演算部が演算した回転数となるように前記発電機回転数調整手段を制御することを特徴とする発電機の制御装置。
2. 前記回転数演算部は、前記永久磁石温度が最小となる回転数を演算することを特徴とする請求項１に記載の発電機の制御装置。
3. 発電機の永久磁石温度を検出する温度検出手段と、
   前記発電機の出力電流値を検出する出力電流検出手段と、
   該出力電流検出手段が検出した出力電流値に基づいて該出力電流値を維持しながら前記発電機の永久磁石温度が低下する回転数または永久磁石温度が最小となる回転数を演算する回転数演算部と、
   前記発電機の回転数を調整する発電機回転数調整手段と、
   該発電機回転数調整手段を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記温度検出手段が検出した永久磁石温度に基づいて永久磁石の不可逆減磁が発生する可能性がある場合には、前記発電機の回転数が前記回転数演算部が演算した回転数となるように前記発電機回転数調整手段を制御することを特徴とする発電機の制御装置。
4. 発電機の出力電流値を検出する出力電流検出過程と、
   前記出力電流値に基づいて該出力電流値を維持しながら前記発電機の永久磁石温度が低下する回転数を演算する回転数演算過程と、
   前記回転数となるように発電機の回転数を調整する回転数調整過程と、
   を備えたことを特徴とする発電機の制御方法。

Images