JP2011160542A - 車両用発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】整流器に含まれるＭＯＳトランジスタの過熱保護を確実に行うことができる車両用発電機を提供すること。
【解決手段】車両用発電機１は、回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線４と、多相巻線としての固定子巻線２、３を有する固定子と、固定子巻線２、３の複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられる複数の整流器モジュール５Ｘ等と、界磁巻線４に流れる励磁電流を制御することにより出力電圧を制御する発電制御装置７とを備えている。整流器モジュール５Ｘ等は、出力端子の出力を整流するＭＯＳトランジスタ５０、５１等と、このＭＯＳトランジスタの温度を検出する温度検出部１５０とを有する。発電制御装置７は、検出された温度に基づいて整流器モジュールが過熱状態にあると判定したときに、励磁電流を抑制する過熱保護動作を行う過熱保護回路２１１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機に関する。

従来から、ダイオードの順方向電圧値を検出することにより電力変換半導体に含まれるスイッチング素子の温度を検出し、過熱状態である判断した場合にスイッチング素子をオフ状態に設定するようにした電動機制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、界磁コイル温度を検出し、所定値を超えている場合には界磁電流を低減する車両用同期発電装置（例えば、特許文献２参照。）や、励磁電流に基づいて発電機温度を検出し、所定のしきい値温度以上のときに励磁電流制限を行うようにした車両用交流発電機の制御装置（例えば、特許文献３参照）、温度補償されたツェナーダイオードを用いることにより、温度に対応した基準電圧を発生するようにした交流発電機用自動電圧調整器（例えば、特許文献４参照。）などが知られている。

特開２０００−３２４８９３号公報（第５−１１頁、図１−１５） 特開平９−１９１９４号公報（第６−１１頁、図１−１５） 特開平８−３３６２３９号公報（第８−１２頁、図１−１３） 特開平８−１４０４００号公報（第３−７頁、図１−５）

ところで、特許文献１に開示された従来技術は電動機の制御に関するものであって、ＭＯＳトランジスタによって整流動作を行う車両用発電機の制御にそのまま適用することはできない。すなわち、車両用発電機の場合には、ＭＯＳトランジスタによって形成されるスイッチング素子をオフしても損失が大きい寄生ダイオードを通して電流が流れるため、スイッチング素子をオンしていたときよりもさらに発熱量が多くなり、スイッチング素子をオフしただけでは過熱時の対策にはならない。

また、特許文献２−４に開示された従来技術では、界磁コイル等の温度に基づいて励磁電流が基準電圧を設定しているが、この手法をそのままＭＯＳトランジスタによって整流動作を行う車両用発電機に適用して、整流器の過熱保護を行うことはできなかった。すなわち、特許文献２−４に開示された従来技術において検出された温度は、整流器に含まれるＭＯＳトランジスタの温度とは多少の相関はあるものの正確にＭＯＳトランジスタの温度を指すものではないため、ＭＯＳトランジスタの過熱保護を確実に行うことができない。また、車両用発電機の整流器には複数のＭＯＳトランジスタが含まれるが、素子のばらつきを考慮した過熱保護を行うことができない。

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、整流器に含まれるＭＯＳトランジスタの過熱保護を確実に行うことができる車両用発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電機は、回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する多相巻線としての固定子巻線を有する固定子と、固定子巻線の複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられる複数の整流器モジュールと、界磁巻線に流れる励磁電流を制御することにより、複数の整流器モジュールの出力電圧を制御する発電制御装置とを備え、整流器モジュールは、出力端子の出力を整流するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタの温度を検出する温度検出手段を有し、発電制御装置は、温度検出手段によって検出された温度に基づいて整流器モジュールが過熱状態にあると判定したときに、励磁電流を抑制する過熱保護動作を行う過熱保護手段を有している。整流用のＭＯＳトランジスタが含まれる整流器モジュールにおいて温度検出を行い、検出された温度に基づいて励磁電流を抑制することにより、整流器に含まれるＭＯＳトランジスタの過熱保護を確実に実施することができる。

また、上述した過熱保護手段は、温度検出手段によって検出された温度が第１の温度を超えたときに、出力電圧を非過熱状態に対応する第１の調整電圧設定値からこれより低い第２の調整電圧設定値に変更することが望ましい。過熱状態において調整電圧設定値を下げることにより、励磁電流を減少させることが可能となる。

また、上述した過熱保護手段は、温度検出手段によって検出された温度が第２の温度を超えた場合であって、このときの温度上昇の程度を示す温度勾配が所定のしきい値よりも大きいときに、界磁巻線に対する励磁電流の供給を停止させることが望ましい。特に、第２の温度は、第１の温度よりも低い値に設定されていることが望ましい。何らかの異常が発生して急激に温度が上昇したときに、直ちに励磁電流を遮断することにより、それ以上の被害の発生を防止することができる。

また、上述した過熱保護手段は、温度検出手段によって検出された温度が第１の温度よりも高い第３の温度を超えたときに、界磁巻線に対する励磁電流の供給を停止させることが望ましい。何らかの異常が発生して温度が過度に上昇したときに、直ちに励磁電流を遮断することにより、それ以上の被害の発生を防止することができる。

また、上述した過熱保護手段は、温度検出手段によって検出された温度が第３の温度以下のときに、このときの温度に基づいて、界磁巻線に対して供給する励磁電流を減少させることが望ましい。具体的には、上述した過熱保護手段は、温度検出手段によって検出された温度が第３の温度以下のときに、このときの温度上昇の程度を示す温度勾配とこのときの温度の両方に基づいて、界磁巻線に対して供給する励磁電流を減少させることが望ましい。あるいは、上述した過熱保護手段は、温度勾配が大きいほど、かつ、温度検出手段によって検出された温度が高いほど、励磁電流の減少幅を大きく設定することが望ましい。これにより、温度上昇の程度や過熱の程度に応じて適切に励磁電流を抑制することができる。

また、上述した過熱保護手段は、複数の整流器モジュールのそれぞれに対応する複数の温度の中で最も高い温度を用いて過熱保護動作を行うことが望ましい。あるいは、上述した過熱保護手段は、複数の整流器モジュールのそれぞれに対応する複数の温度を用いて過熱保護動作を行うことが望ましい。これにより、全ての整流器モジュールに含まれるＭＯＳトランジスタの温度のばらつきを考慮に入れた過熱保護を行うことが可能となる。また、全ての整流器モジュールを同じ構成とすることができるため、部品点数の削減によるコスト低減や、誤組付防止に伴う高品質化が可能となる。

また、上述した過熱保護手段は、複数の整流器モジュールの中の予め選択された１つの整流器モジュールに対応する温度を用いて過熱保護動作を行うことが望ましい。これにより、１つの整流器モジュールのみに温度検出手段を設ければよいため、他の整流器モジュールの構成を簡略化することができ、これによるコスト低減が可能となる。

また、上述した複数の整流器モジュールのそれぞれは、別々の半導体パッケージとして形成されていることが望ましい。これにより、温度の相関が低い各半導体パッケージに含まれるＭＯＳトランジスタの過熱保護を確実に行うことが可能となる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 整流器モジュールの構成を示す図である。 制御回路の詳細構成を示す図である。 ＬＩＮ通信の通信線を用いた場合の発電制御装置と各整流器モジュールやＥＣＵの接続形態を示す図である。 各整流器モジュールとＥＣＵとの間で送受信される通信メッセージの具体例を示す図である。 発電制御装置の構成を示す図である。 発電制御装置によって行われる過熱保護動作の動作手順を示す流れ図である。 温度勾配がしきい値を超えた場合の整流器温度と励磁電流との関係を示す図である。 温度勾配がしきい値以下の場合の整流器温度と励磁電流との関係を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線２、３、界磁巻線４、２つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７を含んで構成されている。

一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線）であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線）であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線２に対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線２、３と固定子鉄心によって固定子が構成されている。

界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。

一方の整流器モジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路が構成され、固定子巻線２に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。

他方の整流器モジュール群６は、一方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路が構成され、固定子巻線３に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。上述した６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗのそれぞれは、個別の半導体パッケージとして提供されている。

発電制御装置７は、界磁巻線４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を制御することにより車両用発電機１の発電電圧（各整流器モジュールの出力電圧）を制御する。また、発電制御装置７は、通信端子および通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。

図２は、整流器モジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、整流器モジュール５Ｘは、３つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２、電流検出素子５３、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５２を介してバッテリ９の正極端子に接続されたハイサイド側のスイッチング素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＸ相巻線に接続され、ソースが電流検出素子５３を介してバッテリ９の負極端子（アース）に接続されたローサイド側のスイッチング素子である。

ＭＯＳトランジスタ５２は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とバッテリ９の正極端子との間に挿入され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５０のドレイン側に接続されたスイッチング素子であり、バッテリ逆接続時およびロードダンプサージ抑止のための保護用に用いられる。ＭＯＳトランジスタ５０、５１のみが備わった従来構成では、バッテリ９が逆接続されたときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディーダイオードを介して大電流が流れるが、逆接続時にこの保護用のＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディダイオードを介して流れる電流を阻止することができる。また、車両用発電機１に接続されたバッテリ９が外れた場合に固定子巻線２のＸ相巻線に大きなロードダンプサージが発生するが、このときにＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、車両用発電機１から電気負荷１０、１２等に大きなサージ電圧が印加されることを阻止することができる。なお、整流動作のみに着目した場合には、上述したＭＯＳトランジスタ５２は省略するようにしてもよい。

図３は、制御回路５４の詳細構成を示す図である。図３に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１０２、バッテリ電圧検出部１１０、動作検出部１２０、１３０、１４０、温度検出部１５０、電流検出部１６０、ドライバ１７０、１７２、１７４、通信回路１８０を備えている。

電源１０２は、エンジン始動に伴って固定子巻線２のＸ相巻線に所定の相電圧が発生したときに動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給する。この動作自体は、発電制御装置７において従来から行われている動作と同じであり、同じ技術を用いて実現することができる。

ドライバ１７０は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ドライバ１７２は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。ドライバ１７４は、出力端子（Ｇ３）が保護用のＭＯＳトランジスタ５２のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５２をオンオフする駆動信号を生成する。

バッテリ電圧検出部１１０（バッテリ電圧検出手段）は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、バッテリ９の正極端子の電圧に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてロードダンプなどの高電圧サージの発生を検出する。

動作検出部１２０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＢ−Ｃ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７０の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５０の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５０の制御や故障検知を行う。

動作検出部１３０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＣ−Ｄ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７２の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５１の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５１の制御や故障検知を行う。

動作検出部１４０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、保護用に用いられるＭＯＳトランジスタ５２のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＡ−Ｂ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７４の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５２の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５２の制御や故障検知を行う。

温度検出部１５０は、定電流源、ダイオード、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、温度によって変化するダイオードの順方向電圧降下に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて整流器モジュール５Ｘの温度、特に発熱量が大きいＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２の温度を検出する。この温度検出部１５０が温度検出手段に対応する。

電流検出部１６０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、電流検出素子５３（例えば抵抗）の両端電圧（図２、図３のＤ−ＧＮＤ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間に流れる電流を検出する。

通信回路１８０は、発電制御装置７と同様の通信手段であって、発電制御装置７とＥＣＵ８の間を接続する通信端子および通信線に共通に接続されており、発電制御装置７やＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。

例えば、通信頻度として、１通信あたり２０ｍｓ程度でＥＣＵ８との間で通信メッセージを送受信しているような場合を考えると、１秒間に５０回の通信を行うことができる。したがって、本実施形態において６個の通信モジュール５Ｘ等を追加してそのための通信メッセージの送受信が増加しても、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で発電状態を含む通信メッセージやダイアグ情報等の通信メッセージの送受信を行う発電制御に支障はないといえる。

図４は、ＬＩＮ通信の通信線を用いた場合の発電制御装置７と各整流器モジュール５Ｘ等やＥＣＵ８との接続形態を示す図である。発電制御装置７、ＥＣＵ８、各整流器モジュールの間がＬＩＮ通信の通信線を介して相互に接続されている。

図５は、各整流器モジュールとＥＣＵ８との間で送受信される通信メッセージの具体例を示す図である。図５（Ａ）には整流器モジュール５Ｘ等から発電制御装置７やＥＣＵ８に向けて送信される通信メッセージの送信フレーム構成が、図５（Ｂ）にはＥＣＵ８から整流器モジュール５Ｘ等に送られてくる通信メッセージの受信フレーム構成がそれぞれ示されている。

図５（Ａ）に示すように、送信フレームには、シンクブレーク、同期フィールド、ＩＤ（識別）フィールド、動作異常、温度、電流、電圧が含まれている。「動作異常」は、ＭＯＳトランジスタ５０、５１の異常の有無および発生した異常の種類を示す情報である。「温度、電流、電圧」は、温度検出部１５０、電流検出部１６０、バッテリ電圧検出部１１０の各出力データに基づいて検出した情報である。

また、図５（Ｂ）に示すように、受信フレームには、シンクブレーク、同期フィールド、ＩＤフィールド、運転モード、位相角が含まれている。ＭＯＳトランジスタ５０、５１の制御用の位相角や運転モードの種類をＥＣＵ８から受信することで、発電効率重視の同期整流モードや、出力電流重視で固定子巻線２、３の相電圧に対して進み電流を流してパワー最大で発電する位相制御モードや、車両用発電機１の効率を反対に下げてトルク負荷を増加させることでエンジン回転数を落とすブレーキとして活用する回生発電モードなどの各種の発電動作が可能となる。

図６は、発電制御装置７の構成を示す図である。図６に示すように、発電制御装置７は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ２０１、環流ダイオード２０２、センス抵抗２０３、抵抗２０４、２０５、電圧制御回路２０６、励磁電流制限回路２０７、アンド回路２０９、励磁電流検出回路２１０、過熱保護回路２１１、通信制御回路２１３を備えている。

ＭＯＳトランジスタ２０１は、界磁巻線４に直列に接続されており、オン状態のときに界磁巻線４に励磁電流が流れる。環流ダイオード２０２は、界磁巻線４に並列に接続されており、ＭＯＳトランジスタ２０１がオフ状態のときに励磁電流を環流させる。

抵抗２０４、２０５は分圧回路を構成しており、車両用発電機１の出力電圧（発電電圧）をこの分圧回路で分圧した電圧が電圧制御回路２０６に印加される。電圧制御回路２０６は、この分圧回路から印加される電圧に基づいて車両用発電機１の発電電圧を検出し、この発電電圧が調整電圧設定値になるよう車両用発電機１の励磁電流を制御する。例えば、電圧制御回路２０６は、調整電圧設定値と発電電圧との差に比例したオンデューティを有するＰＷＭ信号を出力する。このＰＷＭ信号は、アンド回路２０９を介して励磁駆動信号としてＭＯＳトランジスタ２０１に入力され、ＭＯＳトランジスタ２０１がオンオフ制御される。

励磁電流検出回路２１０は、ＭＯＳトランジスタ２０１のソース電位に基づいて界磁巻線４に流れる励磁電流を検出する。ＭＯＳトランジスタ２０１のソースには励磁電流検出用のセンス抵抗２０３が接続されており、ＭＯＳトランジスタ２０１のソース・ドレイン間およびセンス抵抗２０３を介して励磁電流が流れたときに生じるセンス抵抗２０３の端子電圧に基づいて励磁電流検出回路２１０による励磁電流の検出が行われる。励磁電流制限回路２０７は、励磁電流上限値ＩＦｍａｘを超えないように励磁電流を制限する。例えば、励磁電流制限回路２０７は、励磁電流検出回路２１０によって検出された励磁電流と、設定された励磁電流上限値ＩＦｍａｘとを比較し、検出した励磁電流の方が励磁電流上限値ＩＦｍａｘよりも高い場合にはローレベル、反対に低い場合にはハイレベルの励磁電流制限信号を出力する。この励磁電流制限信号はアンド回路２０９に入力される。したがって、検出した励磁電流の方が制限値よりも高くなると、アンド回路２０９に入力される励磁電流制限信号がローレベルになり、電圧制御回路２０６から出力されるＰＷＭ信号がアンド回路２０９によってマスクされ、ＭＯＳトランジスタ２０１がオフされるため、それ以上励磁電流が増加しないように制限される。

過熱保護回路２１１は、調整電圧設定値と励磁電流上限値ＩＦｍａｘを設定するとともに、整流器モジュール５Ｘ等が過熱状態になったときに、これらの設定値を変更する。具体的には、過熱保護回路２１１は、整流器モジュール５Ｘ等の温度（以後、「整流器温度」と称する）Ｔが高くなったときに、調整電圧設定値や励磁電流上限値を通常値（過熱状態でない場合の値）からこれよりも低い値に変更する。この過熱保護回路２１１が過熱保護手段に対応する。

通信制御回路２１３は、Ｌ端子を介して整流器モジュール５Ｘ等やＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（ＬＩＮ通信）を行う。なお、本実施形態では、整流器温度Ｔが高くなった場合に調整電圧設定値や励磁電流上限値を変更する過熱保護動作に着目しており、この過熱保護動作に必要な整流器温度に関する情報が、図５（Ａ）に示したフレーム構成の通信メッセージを用いて整流器モジュール５Ｘ等から発電制御装置７に送られてくる。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、整流器温度が高くなった場合に発電制御装置７によって行われる過熱保護動作の詳細について説明する。

図７は、発電制御装置７によって行われる過熱保護動作の動作手順を示す流れ図である。過熱保護回路２１１は、整流器モジュール５Ｘ等から送られてくる整流器温度を含む通信メッセージを受信したか否かを判定する（ステップ１００）。本実施形態では６つの整流器モジュールが備わっており、それぞれの整流器モジュールにおいて別々に温度が検出されるため、各整流器モジュールに対応する全ての整流器温度を含む通信メッセージを受信したか否かが判定される（各種の変形例については後述する）。また、各整流器モジュールからは、所定の頻度（例えば１秒に１回）で整流器温度を含む通信メッセージが送信される。全ての整流器モジュールに対応する整流器温度の受信が終了するまでステップ１００の判定において否定判断が行われ、この判定が繰り返される。

また、全ての整流器モジュールに対応する整流器温度の受信が終了するとステップ１００の判定において肯定判断が行われ、次に、過熱保護回路２１１は、受信した６つの整流器温度の中で最も高い温度Ｔ（以下では、この最も高い温度を「整流器温度Ｔ」として説明を行う）が温度Ｔ１（Ｔ１が第２の温度に対応する）を超えたか否かを判定する（ステップ１０１）。整流器温度ＴがＴ１以下の場合には、過熱保護の必要のない正常状態であって、通常時の調整電圧設定値や励磁電流上限値の変更を行うことなく過熱保護動作が終了する。

また、整流器温度ＴがＴ１を超えた場合にはステップ１０１の判定において肯定判断が行われ、次に、過熱保護回路２１１は、所定時間（Δｔ）における整流器温度Ｔの上昇値（ΔＴ）である温度勾配（ΔＴ／Δｔ）が所定のしきい値よりも大きいか否か、すなわち、急激に整流器温度Ｔが上昇しているか否かを判定する（ステップ１０２）。温度勾配ΔＴ／Δｔがしきい値よりも大きい場合には肯定判断が行われ、過熱保護回路２１１は、励磁電流上限値ＩＦｍａｘを０に設定する（ステップ１０３）。以後、励磁電流制限回路２０７は、励磁電流検出回路２１０で検出された励磁電流がこの励磁電流上限値ＩＦｍａｘ（＝０）以上のときにローレベルの励磁電流制限信号をアンド回路２０９に入力するため、ＭＯＳトランジスタ２０１はオフ状態を維持し、界磁巻線４に対する励磁電流の供給が停止される。

また、温度勾配ΔＴ／Δｔがしきい値以下の場合にはステップ１０２の判定において否定判断が行われ、次に、過熱保護回路２１１は、整流器温度Ｔが温度Ｔ２（＞Ｔ１、Ｔ２が第１の温度に対応する）を超えたか否かを判定する（ステップ１０４）。整流器温度Ｔが温度Ｔ２を超えていない場合（Ｔ２≧Ｔ＞Ｔ１の場合）には否定判断が行われ、過熱保護回路２１１は、その時点での整流器温度Ｔと温度勾配ΔＴ／Δｔに基づいて励磁電流上限値ＩＦｍａｘを正常時の値よりも低い値に設定する（ステップ１０７）。このとき設定される励磁電流上限値ＩＦｍａｘと正常時の励磁電流上限値との差をΔＩＦｍａｘとすると、このΔＩＦｍａｘは、整流器温度Ｔが高いほど大きい値に、また、温度勾配ΔＴ／Δｔが大きいほど（温度上昇が急なほど）大きい値に設定される。以後、励磁電流制限回路２０７は、励磁電流検出回路２１０で検出された励磁電流がこの励磁電流上限値ＩＦｍａｘ以上のときにローレベルの励磁電流制限信号をアンド回路２０９に入力するため、励磁電流が励磁電流上限値ＩＦｍａｘを超えないようにＭＯＳトランジスタ２０１が駆動される。

また、整流器温度Ｔが温度Ｔ２を超えた場合にはステップ１０４の判定において肯定判断が行われ、次に、過熱保護回路２１１は、整流器温度Ｔが温度Ｔ３（＞Ｔ２、Ｔ３が第３の温度に対応する）を超えたか否かを判定する（ステップ１０５）。整流器温度Ｔが温度Ｔ３を超えている場合には肯定判断が行われ、ステップ１０３に移行し、過熱保護回路２１１は、直ちに励磁電流の供給を停止するために励磁電流上限値ＩＦｍａｘを０に設定する。

また、整流器温度Ｔが温度Ｔ３を超えていない場合（Ｔ３＞Ｔ＞Ｔ２）にはステップ１０５の判定において否定判断が行われ、次に、過熱保護回路２１１は、調整電圧設定値を正常値Ｖｒｅｇよりも低い値Ｖｒｅｇ’（Ｖｒｅｇが第１の調整電圧設定値に、Ｖｒｅｇ’が第２の調整電圧設定値にそれぞれ対応する）に設定するとともに（ステップ１０６）、その時点での整流器温度Ｔと温度勾配ΔＴ／Δｔに基づいて励磁電流上限値ＴＦｍａｘを正常時の値よりも低い値に設定する（ステップ１０７）。なお、上述したステップ１０４の判定において否定判断が行われた後に実施されるステップ１０７では整流器温度ＴがＴ２以下であったため上述したΔＩＦｍａｘが比較的小さな値に設定されて、励磁電流上限値ＩＦｍａｘが正常時に近い値に設定されたが、ステップ１０５の判定において否定判断が行われた後に実施されるステップ１０７では整流器温度がＴ２を超えているためΔＩＦｍａｘが比較的大きな値に設定されて、励磁電流上限値ＩＦｍａｘが小さな値に設定される。

温度Ｔ１〜Ｔ３の具体例を示すと以下のようになる。例えば、温度Ｔ２は、ＭＯＳトランジスタ５０等の動作が保証されている温度以下に設定する。具体的には、動作が保証されている温度の上限値の９０％程度がよい。例として、動作が保証されている温度が−４０°Ｃ〜１７５°Ｃの場合には１６０°Ｃに設定する。また、気温が高い地域で本実施形態の車両用発電機１を使用する場合には、温度Ｔ２を動作が保証されている温度の上限値の９０％より高く設定する。このような地域では、高い周囲温度で使用されることが多いため、異常のない通常使用時（過熱状態でない場合）においても設定温度（１６０°Ｃ）を超えてしまう可能性があるため、設定温度を高くすることで過熱状態の誤検出を防止することができる。反対に、気温が低い地域で本実施形態の車両用発電機１を使用する場合には、温度Ｔ２を動作が保証されている温度の上限値の９０％よりも低く設定する。このような地域では、低い周囲温度で使用されることが多いため、異常発生時（過熱状態の場合）においても設定温度（１６０°Ｃ）を超えない可能性があり、設定温度を低くすることで、未検出あるいは検出遅れを防止し、過熱状態を適切に検出できるようになる。

また、温度Ｔ１は、例えば１４５°Ｃに設定する。温度上昇の勾配が急なときには、温度Ｔ２を超えるまで何もしないと、励磁電流を低減あるいは遮断するまでに温度が過度に上昇してＭＯＳトランジスタ５０等が壊れる可能性がある。したがって、このようなときに励磁電流を遮断する基準となる温度Ｔ１は、上述した温度Ｔ２よりも低く設定される。

さらに、温度Ｔ３は、例えば１７５°Ｃに設定する。上述した温度Ｔ２を超えると励磁電流が次第に減少するが、それでも温度が低下せずに温度Ｔ３に達すると励磁電流が遮断される。この温度Ｔ３は、例えば、動作が保証される温度の上限値程度がよい。

図８は、温度勾配がしきい値を超えた場合の整流器温度Ｔと励磁電流との関係を示す図であり、図７に示すステップ１０２の判定において肯定判断が行われた場合に対応している。この場合には、整流器温度Ｔが温度Ｔ１を超えた時点で励磁電流の供給が停止される。

図９は、温度勾配がしきい値以下の場合の整流器温度Ｔと励磁電流との関係を示す図であり、図７に示すステップ１０２の判定において否定判断が行われた場合に対応している。この場合には、整流器温度Ｔが温度Ｔ２を超えるまでは励磁電流の抑制は行われないが、温度Ｔ２を超えると励磁電流が抑制され、さらに温度Ｔ３を超えた時点で励磁電流の供給が停止される。

ところで、上述したように本実施形態では６つの整流器モジュールが備わっており、それぞれの整流器モジュールにおいて別々に温度が検出されるため、どの整流器モジュールの温度に基づいて図７に示す動作手順の保護動作を行うかについては、以下に示すように各種の変形例が考えられる。

（１）６つの整流器モジュールの温度の中で最も高い温度を用いて過熱保護動作を行う。この例は、既に説明済みの内容である。この場合には、６つの整流器モジュールの構成が全て同じになるため、部品点数の削減によるコスト低減や、誤組付防止に伴う高品質化が可能となる。なお、この変形例として、温度が高い上位複数（例えば２つ）の整流器モジュールの温度を用い、これら複数の温度の平均値（あるいは複数の中の最低値などのその他の代表値）を用いて過熱保護動作を行う場合が考えられる。これにより、最も温度が高い整流器モジュールに含まれるＭＯＳトランジスタを有効に保護することができる。

（２）６つの整流器モジュールの温度の全てを用いて過熱保護動作を行う。この場合には、６つの整流器モジュールの温度の平均値（あるいは６つの中の最低値などのその他の代表値）を用いて過熱保護動作を行う場合が考えられる。この場合も、部品点数の削減によるコスト低減や、誤組付防止に伴う高品質化が可能となる点は（１）の場合と同じである。

（３）１つの整流器モジュールの温度を用いて過熱保護動作を行う。どの整流器モジュールを用いるかについては、予め任意に選択された整流器モジュールの温度を用いる場合や、統計的に過熱状態に陥りやすいことがわかっている整流器モジュール（例えば、車両用発電機１における配置等によって各整流器モジュールが受ける熱的ダメージ等に差がある場合には各整流器モジュール毎に過熱状態に陥りやすい程度にも差があると考えられる）の温度を用いる場合などが考えられる。この場合には、温度検出を行う整流器モジュールを除く５つの整流器モジュールには温度検出のための構成（図３に示した温度検出部１５０等）や、温度を各整流器モジュールから発電制御装置７に向けて送信するための構成が不要であって、構成の簡略化によるコスト低減が可能となる。

このように、本実施形態の車両用発電機１では、整流用のＭＯＳトランジスタ５０、５１等が含まれる整流器モジュール５Ｘ等において温度検出を行い、検出された温度に基づいて励磁電流を抑制することにより、各整流器モジュールに含まれるＭＯＳトランジスタ５０、５１等の過熱保護を確実に実施することができる。特に、温度Ｔ２を超えた過熱状態において調整電圧設定値を下げることにより、励磁電流を減少させることが可能となる。また、何らかの異常が発生して急激に、あるいは過度に温度が上昇したときに、直ちに励磁電流を遮断することにより、それ以上の被害の発生を防止することができる。さらに、温度Ｔや温度勾配ΔＴ／Δｔに基づいて励磁電流上限値を設定することにより、温度上昇の程度や過熱の程度に応じて適切に励磁電流を抑制することができる。

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種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、２つの固定子巻線２、３と２つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群５を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。また、上述した実施形態では、Ｙ結線された２つの固定子巻線２、３を備えた車両用発電機１について説明したが、Δ結線された固定子巻線を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、図７に示した動作手順の過熱保護動作において、整流子温度ＴがＴ２を超えたときに、ステップ１０６において調整電圧設定値を正常値Ｖｒｅｇよりも低い値Ｖｒｅｇ’に変更したが、このステップ１０６の動作を省略し、過熱状態のときに励磁電流上限値ＩＦｍａｘの変更のみを行うようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、励磁電流を抑制する動作を整流器温度Ｔが温度Ｔ１を超えたときに行っているが、温度Ｔ２を超えたときに行うようにしてもよい。この場合には、図７に示した流れ図において、ステップ１０４の判定において否定判断が行われたときに、ステップ１０７の動作を行わずに処理を終了すればよい。

上述したように、本発明によれば、整流用のＭＯＳトランジスタ５０、５１等が含まれる整流器モジュール５Ｘ等において温度検出を行い、検出された温度に基づいて励磁電流を抑制することにより、整流器に含まれるＭＯＳトランジスタ５０、５１等の過熱保護を確実に実施することができる。

１ 車両用発電機
２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ 整流器モジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ 整流器モジュール
７ 発電制御装置
８ ＥＣＵ
９ バッテリ
５０、５１、５２、２０１ ＭＯＳトランジスタ
５４ 制御回路
１５０ 温度検出部
１８０ 通信回路
２０２ 環流ダイオード
２０３ センス抵抗
２０４、２０５ 抵抗
２０６ 電圧制御回路
２０７ 励磁電流制限回路
２０９ アンド回路
２１０ 励磁電流検出回路
２１１ 過熱保護回路
２１３ 通信制御回路

Claims (12)

1. 回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、
   前記界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する多相巻線としての固定子巻線を有する固定子と、
   前記固定子巻線の複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられる複数の整流器モジュールと、
   前記界磁巻線に流れる励磁電流を制御することにより、前記複数の整流器モジュールの出力電圧を制御する発電制御装置と、を備え、
   前記整流器モジュールは、前記出力端子の出力を整流するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタの温度を検出する温度検出手段を有し、
   前記発電制御装置は、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記整流器モジュールが過熱状態にあると判定したときに、前記励磁電流を抑制する過熱保護動作を行う過熱保護手段を有することを特徴とする車両用発電機。
2. 請求項１において、
   前記過熱保護手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が第１の温度を超えたときに、前記出力電圧を非過熱状態に対応する第１の調整電圧設定値からこれより低い第２の調整電圧設定値に変更することを特徴とする車両用発電機。
3. 請求項２において、
   前記過熱保護手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が第２の温度を超えた場合であって、このときの温度上昇の程度を示す温度勾配が所定のしきい値よりも大きいときに、前記界磁巻線に対する励磁電流の供給を停止させることを特徴とする車両用発電機。
4. 請求項３において、
   前記第２の温度は、前記第１の温度よりも低い値に設定されていることを特徴とする車両用発電機。
5. 請求項２〜４のいずれかにおいて、
   前記過熱保護手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が前記第１の温度よりも高い第３の温度を超えたときに、前記界磁巻線に対する励磁電流の供給を停止させることを特徴とする車両用発電機。
6. 請求項２〜５のいずれかにおいて、
   前記過熱保護手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が前記第３の温度以下のときに、このときの温度に基づいて、前記界磁巻線に対して供給する励磁電流を減少させることを特徴とする車両用発電機。
7. 請求項６において、
   前記過熱保護手段は、前記温度検出手段によって検出された温度が前記第３の温度以下のときに、このときの温度上昇の程度を示す温度勾配とこのときの温度の両方に基づいて、前記界磁巻線に対して供給する励磁電流を減少させることを特徴とする車両用発電機。
8. 請求項７において、
   前記過熱保護手段は、前記温度勾配が大きいほど、かつ、前記温度検出手段によって検出された温度が高いほど、前記励磁電流の減少幅を大きく設定することを特徴とする車両用発電機。
9. 請求項１〜８のいずれかにおいて、
   前記過熱保護手段は、前記複数の整流器モジュールのそれぞれに対応する複数の温度の中で最も高い温度を用いて過熱保護動作を行うことを特徴とする車両用発電機。
10. 請求項１〜８のいずれかにおいて、
    前記過熱保護手段は、前記複数の整流器モジュールのそれぞれに対応する複数の温度を用いて過熱保護動作を行うことを特徴とする車両用発電機。
11. 請求項１〜８のいずれかにおいて、
    前記過熱保護手段は、前記複数の整流器モジュールの中の予め選択された１つの整流器モジュールに対応する温度を用いて過熱保護動作を行うことを特徴とする車両用発電機。
12. 請求項９〜１１において、
    前記複数の整流器モジュールのそれぞれは、別々の半導体パッケージとして形成されていることを車両用発電機。

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