JP2015065788A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロードダンプ保護動作中の出力電圧変動を小さくすることができる車両用回転電機を提供すること。【解決手段】ロードダンプ保護制御部１４０は、出力電圧ＶＢを監視し、出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１を超えたときに、下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオンした後に出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１から第２のしきい値電圧Ｖ２まで低下する第１の時間ｔｄと、出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧Ｖ２よりも低くなったときに、ＭＯＳトランジスタ５１をオフした後に出力電圧ＶＢが再び第１のしきい値電圧Ｖ１を超えるまでの第２の時間ｔｕとを測定し、第１の時間ｔｄで定まる第３の時間ＴｄでＭＯＳトランジスタ５１をオンする指示と、第２の時間ｔｕで定まる第４の時間ＴｕでＭＯＳトランジスタ５１をオフする指示を制御部１００に対して行う。【選択図】図５

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

車両用発電機は、出力端子に接続された充電線を介してバッテリや各種の電気負荷に充電電力や動作電力を供給している。この車両用発電機の発電動作時に出力端子やバッテリ端子が外れると、ロードダンプと称される過渡的な高電圧が発生する。このとき発生する電圧は、出力電流等にもよるが場合によっては１００Ｖ以上に達することがある。このようにして発生する高電圧は、電気負荷や車両用発電機内の各種素子の破損の原因になるため、何らかの対策（ロードダンプ保護）が必要になる。このような対策を行う従来技術としては、例えば車両用発電装置のブリッジ回路のローサイド素子をＭＯＳトランジスタで構成し、ロードダンプ発生時に車両用発電装置の出力電圧が基準電圧を超えたときにこれらのＭＯＳトランジスタをオンすることにより、高電圧の発生を抑制する保護動作を行うようにした車両用発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用発電装置では、ブリッジ回路のローサイド素子としての各ＭＯＳトランジスタをオンすることで出力電圧が再び基準電圧以下になると、各ＭＯＳトランジスタは再びオフされ、ブリッジ回路による通常の整流動作が再開されるようになっている。

特開平９−２１９９３８号公報

ところで、特許文献１に開示された車両用発電装置では、固定子に蓄積されたエネルギーが消滅するまでこのロードダンプ保護と解除が繰り返されるが、ロードダンプ発生時に車両用発電装置の出力端子に接続されている電気負荷の大きさや種類によっては、ロードダンプ保護動作中の出力電圧の変動が過大になるという問題があった。例えば、車両用発電装置に内蔵されたノイズ除去用のコンデンサの容量が小さい場合に、出力端子に近い位置で充電ケーブルが外れてロードダンプが発生すると（接続される電気負荷が小さい場合）、ロードダンプ保護が解除された後出力電圧が急激に上昇することになる。このため、出力電圧が基準電圧を越えて再びロードダンプ保護を開始するまでの期間が長くなり、望ましくない。一方、出力端子から遠い位置で充電ケーブルが外れてロードダンプが発生すると（接続される電気負荷が大きい場合）、ロードダンプ保護時に出力電圧が急激に低下してしまう。

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、ロードダンプ保護動作中の出力電圧変動を小さくすることができる車両用回転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、本発明の車両用回転電機は、界磁巻線、固定子、スイッチング部、スイッチング制御部、ロードダンプ保護制御部を備えている。界磁巻線は、回転子の界磁極を磁化させる。固定子は、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電機子巻線を有する。スイッチング部は、スイッチング素子によって複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路が構成され、電機子巻線の誘起電圧を整流する。スイッチング制御部は、スイッチング素子のオンオフを制御する。ロードダンプ保護制御部は、スイッチング部の出力電圧を監視し、出力電圧が第１のしきい値電圧を超えたときに、上アームおよび下アームのいずれか一方を構成するスイッチング素子をオンした後に出力電圧が第１のしきい値電圧から第１のしきい値電圧よりも低い第２のしきい値電圧まで低下する第１の時間を測定する。また、ロードダンプ保護制御部は、出力電圧が第２のしきい値電圧よりも低くなったときに、上アームおよび下アームのいずれか一方を構成するスイッチング素子をオフした後に出力電圧が再び第１のしきい値電圧を超えるまでの第２の時間とを測定する。そして、ロードダンプ保護制御部は、第１の時間によって定まる第３の時間で上アームおよび下アームのいずれか一方を構成するスイッチング素子をオンする指示と、第２の時間によって定まる第４の時間で上アームおよび下アームのいずれか一方を構成するスイッチング素子をオフする指示をスイッチング制御部に対して行う。

ロードダンプ保護動作を開始した直後に出力電圧が第１のしきい値電圧から第２のしきい値電圧まで低下する時間と、反対に第２のしきい値電圧から第１のしきい値電圧まで上昇する時間とを実際に測定し、それ以後のオンオフ時間を実際に測定された時間よりも短くしている。このため、ロードダンプ発生時の電気負荷の大きさに関係なく、ロードダンプ保護動作中の出力電圧変動を小さくすることが可能となる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 発電制御装置の詳細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。 ロードダンプ保護制御部の詳細構成を示す図である。 ロードダンプ発生時に保護動作に移行し、その後、再度通常の同期整流動作に復帰するまでの遷移状態を示す図である。 車両用発電機の相電圧を示す図である。 ロードダンプ発生時の保護動作のタイミング図である。

以下、本発明の車両用回転電機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（電機子巻線）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、ツェナーダイオード２０、コンデンサ２２を含んで構成されている。２つの整流器モジュール群５、６がスイッチング部に対応する。

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。界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（ブリッジ回路）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（ブリッジ回路）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。

整流器モジュール群５、６は、互いにＣ端子で接続されており、必要となる情報を通信する。

発電制御装置７は、Ｆ端子を介して接続された界磁巻線４に流す界磁電流を整流器モジュール群５、６の出力電圧に応じて制御しており、界磁電流を調整することにより車両用発電機１の出力電圧（各整流器モジュールの出力電圧）Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。例えば、発電制御装置７は、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも高くなったときに界磁巻線４への界磁電流の供給を停止し、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも低くなったときに界磁巻線４に界磁電流の供給を行うことにより、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。また、発電制御装置７は、Ｐ端子に印加される固定子巻線のいずれかの相電圧（例えばＸ相）に基づいて回転子の回転数を検出し、回転停止を検出したときに界磁巻線４へ供給する界磁電流を低減する。具体的には、初期励磁状態に対応した値（例えば２Ａ前後の値）に設定される。さらに、発電制御装置７は、通信端子ＬＩＮ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。

ツェナーダイオード２０は、２つの整流器モジュール群５、６の出力に並列接続されている。具体的には、車両用発電機１の出力端子側がカソード、アース側がアノードとなるようにツェナーダイオード２０が配置されている。本実施形態の車両用発電機１では、出力端子外れ等によるロードダンプが発生したときに過大な出力電圧の発生を終息させるロードダンプ保護動作が行われるが、瞬間的に発生する過大な出力電圧はツェナーダイオード２０によって吸収される。コンデンサ２２は、２つの整流器モジュール群５、６の出力に並列接続されており、車両用発電機１の出力端子に現れるノイズを吸収する。

図２に示すように、発電制御装置７は、ＭＯＳトランジスタ７１、還流ダイオード７２、抵抗７３、７４、電圧比較回路７５、界磁電流制御回路７６、回転検出回路７７、通信回路７８、電源回路７９、コンデンサ８０を有している。通信回路７８は、ＥＣＵ８や整流器モジュール５Ｘ等との間でシリアル通信を行う。これにより、ＥＣＵ８から送られてくる調整電圧Ｖreg 等のデータや、整流器モジュール５Ｘ等から送られてくる界磁電流の供給停止／抑制を指示するデータなどを受信することができる。

抵抗７３、７４は、分圧回路を構成し、車両用発電機１の発電電圧（出力電圧）を分圧した電圧を電圧比較回路７５に入力する。電圧比較回路７５は、抵抗７３、７４で分圧された発電電圧と、通信回路７８によって受信した調整電圧Ｖreg に対応する基準電圧とを比較する。例えば、比較結果として、基準電圧の方が発電電圧よりも高い場合にはハイレベルの信号が出力され、反対に発電電圧の方が基準電圧よりも高い場合にはローレベルの信号が出力される。

界磁電流制御回路７６は、電圧比較回路７５の出力（電圧比較結果）に基づいて決定した駆動デューティを有するＰＷＭ信号でＭＯＳトランジスタ７１をオンオフ制御する。なお、出力電流の急激な変動を抑えるために、界磁電流を徐々に変化させる徐励制御等を界磁電流制御回路７６によって行うようにしてもよい。

回転検出回路７７は、Ｐ端子を介して一方の固定子巻線２のＸ相巻線が接続されており、Ｘ相巻線の端部に現れる相電圧Ｖ_P に基づいて、具体的には、相電圧と回転検出用の基準電圧の大小関係が周期的に変化することを検出して回転検出を行っている。整流器モジュール５Ｘや固定子巻線２などに短絡故障が発生していない正常時には、発電時にＰ端子には所定の振幅を有する相電圧Ｖ_P が現れるため、この相電圧Ｖ_P に基づく回転検出が可能となる。

界磁電流制御回路７６は、回転検出回路７７による回転検出結果が入力されており、回転検出中は発電動作に必要な界磁電流を界磁巻線４に供給するために必要なＰＷＭ信号を出力するが、所定時間（あるいは周期）以上回転停止（回転検出不能）状態が継続すると、界磁電流を初期励磁状態に対応した値にするために必要なＰＷＭ信号を出力する。

電源回路７９は、発電制御装置７に含まれる各回路に動作電圧を供給する。コンデンサ８０は、整流器モジュール群５、６の出力端子から侵入するノイズを除去するためのものであり、例えば１μＦ程度の容量を有している。

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。整流器モジュール５Ｘと他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは同じ構成を有している。以下では、整流器モジュール５Ｘについて詳細を説明する。図３に示すように、整流器モジュール５Ｘは、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、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、ドレインが充電線１２を介して電気負荷１０やバッテリ９の正極端子に接続された上アーム（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、ソースがバッテリ９の負極端子（アース）に接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ５０、５１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。

図４に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１０２、動作検出部１２０、１３０、ロードダンプ保護制御部１４０、温度検出部１５０、ドライバ１７０、１７２、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。

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３、図４のＢ−Ｐ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３、図４のＰ−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、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。

ロードダンプ保護制御部１４０は、車両用発電機１（整流器モジュール群５、６）の出力電圧（Ｂ端子電圧）を監視し、Ｂ端子電圧がロードダンプ発生を判定する第１のしきい値電圧Ｖ１（例えば２４Ｖ）を超えたときに保護動作を開始し、その後、Ｂ端子電圧がこの保護動作によって低下して第１のしきい値電圧Ｖ１よりも低い第２のしきい値電圧Ｖ２（例えば１２Ｖ）を一定時間以上継続して下回ったり、保護動作の継続時間が所定時間に達したときに保護動作を停止する。制御部１００は、ロードダンプ保護制御部１４０による保護開始／保護停止指示等に応じて保護動作や保護動作解除後の整流動作を実行する。ロードダンプ保護制御部１４０の詳細構成および保護動作の詳細については後述する。

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の温度を検出する。

通信回路１８０は、発電制御装置７の通信回路７８に通信メッセージを送信する。

次に、ロードダンプ保護制御部１４０によるロードダンプ保護動作について説明する。図５に示すように、ロードダンプ保護制御部１４０は、Ｂ電圧判定部１４１、ＭＯＳオン・オフタイミング決定部１４２、ＭＯＳ制御信号出力部１４３、Ｔｄ・Ｔｕ測定部１４４、Ｔｄ・Ｔｕ修正判定部１４５、保護動作継続判定部１４６、レギュ通知部１４７を備えている。

図６に示す状態遷移図において、「同期整流」はロードダンプが発生していない通常時において行われる同期整流動作を示している。バッテリ９の端子電圧をＶbatt、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン時のソース・ドレイン間電圧をαとすると、ロードダンプが発生していない通常時には、例えばＸ相巻線の相電圧ＶｘがＶbatt＋αを超えたときにハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０がオンされ、相電圧Ｖｘが−αよりも低下したときにローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオンされる同期整流が行われる（図７、図６・Ｓ１）。この同期整流動作と並行して、Ｂ電圧判定部１４１は、出力電圧ＶＢと第１のしきい値電圧Ｖ１とを比較する動作を行う（図６・Ｓ２）。

このような状態において、車両用発電機１の出力端子と充電線１２との接続が外れたり、充電線１２に接続されている大きな電気負荷１０およびバッテリ９が外れると、車両用発電機１の固定子巻線２、３の各相電圧が一時的に高くなるロードダンプが発生する。このため、出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１より高くなる。Ｂ電圧判定部１４１は、ロードダンプ保護動作の開始を指示する信号をＭＯＳオン・オフタイミング決定部１４２、ｔｄ・ｔｕ測定部１４４、Ｔｄ・Ｔｕ修正判定部１４５、保護動作継続判定部１４６に送る。

ＭＯＳオン・オフタイミング決定部１４２は、保護動作の開始指示を受け取った時点を、片側アーム（例えば、下アームのＭＯＳトランジスタ５１）のオンタイミングとして決定し、ＭＯＳ制御信号出力部１４３は、ＭＯＳトランジスタ５１をオンする指示（オン指示）を制御部１００に送る。制御部１００は、ＭＯＳ制御信号出力部１４３から送られてくるオン指示に応じて、ドライバ１７２を駆動してローサイド側（下アーム）のＭＯＳトランジスタ５１をオンする（図６・Ｓ３）。なお、ＭＯＳトランジスタ５１をオンしている間、ドライバ１７０を駆動してハイサイド側（上アーム）のＭＯＳトランジスタ５０がオフされる。この点については、後述するＳ７等についても同様である。また、このようなＭＯＳトランジスタ５１のオン動作およびＭＯＳトランジスタ５０のオフ動作はすべてのＭＯＳモジュール５Ｘ等で行われる。

また、ｔｄ・ｔｕ測定部１４４は、保護動作の開始指示を受け取ってから次に出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１より低くなってから第２のしきい値電圧Ｖ２に達するまでの時間ｔｄ（第１の時間、図８）の測定を開始する（図６・Ｓ３）。

次に、Ｂ電圧判定部１４１は、出力電圧ＶＢと第２のしきい値電圧Ｖ２とを比較する動作を行う（図６・Ｓ４）。出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧Ｖ２よりも高い場合にはＳ３の動作が継続される。

出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧Ｖ２よりも低くなると、次に、ＭＯＳオン・オフタイミング決定部１４２は、その時点を、片側アーム（例えば、下アームのＭＯＳトランジスタ５１）のオフタイミングとして決定し、ＭＯＳ制御信号出力部１４３は、ＭＯＳトランジスタ５１をオフする指示（オフ指示）を制御部１００に送る。制御部１００は、ＭＯＳ制御信号出力部１４３から送られてくるオフ指示に応じて、ドライバ１７２を駆動してローサイド側（下アーム）のＭＯＳトランジスタ５１をオフする（図６・Ｓ５）。

また、ｔｄ・ｔｕ測定部１４４は、次に出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧Ｖ２より高くなってから第１のしきい値電圧Ｖ１に達するまでの時間ｔｕ（第２の時間、図８）の測定を開始する（図６・Ｓ５）。

次に、Ｂ電圧判定部１４１は、出力電圧ＶＢと第１のしきい値電圧Ｖ１とを比較する動作を行う（図６・Ｓ６）。出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１よりも低い場合にはＳ５の動作が継続される。

出力電圧ＶＢが再び第１のしきい値電圧Ｖ１よりも高くなると、Ｔｄ・Ｔｕ修正判定部１４５は、Ｓ３の測定で得られたｔｄとＳ５の測定で得られたｔｕのそれぞれに所定の係数ｋ（１未満の値であって、例えば０．９）を乗算して片側アーム（例えば、下アームのＭＯＳトランジスタ５１）のオン時間を示すパラメータＴｄ（＝ｋ・ｔｄ）（第３の時間）と、片側アームのオフ時間を示すパラメータＴｕ（＝ｋ・ｔｕ）（第４の時間）を決定する。ＭＯＳオン・オフタイミング決定部１４２は、Ｔｄに対応する時間だけ片側アーム（例えば、下アームのＭＯＳトランジスタ５１）をオンする指示と、Ｔｕに対応する時間だけ片側アームをオフする指示を制御部１００に送る。制御部１００は、これらの指示に応じて、ドライバ１７２を駆動してローサイド側（下アーム）のＭＯＳトランジスタ５１をＴｄに対応する時間オンする動作と、Ｔｕに対応する時間オフする動作を交互に繰り返す（図６・Ｓ７）。

このような片側アームの交互のオンオフ動作と並行して、Ｂ電圧判定部１４１は、出力電圧ＶＢと第２のしきい値電圧Ｖ２とを比較する動作を行う（図６・Ｓ８）。出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧Ｖ２よりも低くなると、保護動作継続判定部１４６は、ＶＢ＜Ｖ２が一定時間継続しているか否かを判定する（図６・Ｓ９）。一定時間継続していない場合には、Ｔｄ・Ｔｕ修正判定部１４５は、Ｔｕの値を増加する（図６・Ｓ１０）。例えば、ｋ’・Ｔｕ（ｋ’は１より大きい値であって、例えば１．１）が新たなＴｕとして設定される（図８）。その後、Ｔｄと新たなＴｕを用いてＳ７の動作が繰り返される。なお、Ｓ１０において、Ｔｕの値を増加する代わりにＴｄの値を減少させたり（例えばｋ・Ｔｄを新たなＴｄとする）、Ｔｕの値の増加とＴｄの値の減少を同時に行うようにしてもよい。

また、上述したＳ７における片側アームの交互のオンオフ動作と並行して、Ｂ電圧判定部１４１は、出力電圧ＶＢと第１のしきい値電圧Ｖ１とを比較する動作を行う（図６・Ｓ１１）。出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１よりも高くなると、Ｔｄ・Ｔｕ修正判定部１４５は、Ｔｄの値を増加する（図６・Ｓ１２）。例えば、ｋ’・Ｔｄが新たなＴｄとして設定される。その後、Ｔｕと新たなＴｄを用いてＳ７の動作が繰り返される。なお、Ｓ１２において、Ｔｄの値を増加する代わりにＴｕの値を減少させたり（例えばｋ・Ｔｕを新たなＴｕとする）、Ｔｄの値の増加とＴｕの値の減少を同時に行うようにしてもよい。

一方、出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１を超えていない場合には、保護動作継続判定部１４６は、ロードダンプ保護動作開始後所定時間が経過しているか否かを判定する（図６・Ｓ１３）。所定時間が経過していない場合には、それまでのＴｄ、Ｔｕを用いてＳ７の動作が繰り返される。

ところで、Ｓ１３において、ロードダンプ保護動作開始後所定時間が経過していると判定された場合や、Ｓ９において、ＶＢ＜Ｖ２が一定時間継続していると判定された場合とは、ロードダンプ発生時に界磁巻線４に流れる電流が減少し、固定子巻線に発生するエネルギーが消滅した場合である。これらの場合には、その旨の通知がＭＯＳオン・オフタイミング決定部１４２や制御部１００に送られる。その後、制御部１００による通常の整流動作（同期整流）に復帰する。なお、Ｓ９においては、ＶＢ＜Ｖ２の継続時間を判定対象としているが、第２のしきい値電圧Ｖ２の代わりに第２のしきい値電圧Ｖ２とは異なる第３のしきい値電圧Ｖ３を用い、ＶＢ＜Ｖ３の継続時間を判定対象としてもよい。

このように、本実施形態の車両用発電機１では、ロードダンプ保護動作を開始した直後に出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１から第２のしきい値電圧Ｖ２まで低下する時間ｔｄと、次に第２のしきい値電圧Ｖ２から第１のしきい値電圧Ｖ１まで上昇する時間とを実際に測定し、それ以後のオンオフ時間Ｔｄ、Ｔｕを実際に測定されたこれらの時間ｔｄ、ｔｕよりも短くしている。このため、ロードダンプ発生時の電気負荷１０あるいは電気負荷８の大きさに関係なく、ロードダンプ保護動作中の出力電圧ＶＢの変動を小さくすることが可能となる。

また、出力電圧ＶＢが再び第１のしきい値電圧Ｖ１を超えたときに、ＭＯＳトランジスタ５１をオンする時間Ｔｄを増加して新たな時間Ｔｄとして設定している。あるいは、出力電圧ＶＢが再び第１のしきい値電圧Ｖ１を超えたときに、ＭＯＳトランジスタ５１をオフする時間Ｔｕを減少して新たな時間Ｔｕとして設定している。これにより、ＭＯＳトランジスタ５１を一定のオンオフ時間Ｔｄ、Ｔｕで駆動した際に出力電圧ＶＢが高くなった場合であっても、オンオフ時間Ｔｄ、Ｔｕを修正して確実に出力時間ＶＢを下げることが可能となる。

反対に、出力電圧ＶＢが再び第２のしきい値電圧Ｖ２よりも低くなったときに、ＭＯＳトランジスタ５１をオフする時間Ｔｕを増加して新たな時間Ｔｕとして設定している。あるいは、出力電圧ＶＢが再び第２のしきい値電圧Ｖ２よりも低くなったときに、ＭＯＳトランジスタ５１をオンする時間Ｔｄを減少して新たな時間Ｔｄとして設定している。これにより、ＭＯＳトランジスタ５１を一定のオンオフ時間Ｔｄ、Ｔｕで駆動した際に出力電圧ＶＢが低くなりすぎた場合であっても、オンオフ時間Ｔｄ、Ｔｕを修正して確実に出力電圧ＶＢを上げて、車両用回転電機１に接続されている電気負荷１０の電圧低下による誤動作を防止することができる。

また、出力電圧ＶＢが最初に第１のしきい値電圧Ｖ１を超えてロードダンプ保護動作を開始してから所定時間が経過したときにロードダンプ保護動作を終了させている。これにより、確実にロードダンプ保護動作を終了させることができる。あるいは、第３のしきい値電圧Ｖ３（Ｖ２と同じであってもよい）よりも出力電圧ＶＢが低い状態が一定時間継続したときにロードダンプ保護動作を終了させている。これにより、固定子に蓄積されたエネルギーが消滅した時点で早期にロードダンプ保護動作を終了させることができる。

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、ロードダンプ保護動作と発電制御装置７による界磁電流の供給動作とは別々に行っていたが、これらを連携させるようにしてもよい。例えば、ロードダンプ保護制御部１４０内のレギュ通知部１４７は、ロードダンプ保護動作を開始してから終了するまでの間、界磁電流の供給停止あるいは供給抑制を要求する通知を制御部１００経由で発電制御装置７に送る（図８「ＲＰ端子」）。発電制御装置７は、この通知を受け取ると、界磁電流の供給を停止し、あるいは供給を抑制する。例えば、電圧比較回路７５は、調整電圧Ｖregに対応する基準電圧を下げることにより、界磁電流の供給停止や供給抑制を行う。これにより、ロードダンプ保護動作中に新たに界磁巻線４にエネルギーが蓄積されることを防止し、早期にロードダンプ保護動作を終了させることができる。

あるいは、ロードダンプ保護動作を開始した整流器モジュール（整流器モジュール群５、６の一つ）がＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを決定し、整流器モジュール間で互いに接続されたＣ端子を使ってタイミング信号を送信し、同一のタイミングで他の整流器モジュールのオン／オフが行われるようにしてもよい。オン／オフタイミングは最も早くオン／オフタイミングを定めた整流器モジュールのタイミングに合わせるか、あるいは特定の整流器モジュールが代表してタイミングを決定してもよい。

また、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、各整流器モジュール５Ｘ等を用いて整流動作（発電動作）を行う場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを変更することにより、バッテリ９から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線２、３に供給することにより、車両用発電機１に電動動作を行わせるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれに３つの整流器モジュールを含ませるようにしたが、整流器モジュールの数は３以外であってもよい。

また、上述した実施形態では、下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオンしてロードダンプ保護を行ったが、反対に上アームのＭＯＳトランジスタ５０をオン（この場合にはＭＯＳトランジスタはオフ）するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、上アームと下アームの両方にＭＯＳトランジスタを用いたが、下アームのみをＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ５１をオンする場合）とし、上アームをダイオードで構成するようにしてもよい。あるいは、上アームのみをＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ５０をオンする場合）とし、下アームをダイオードで構成するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、ロードダンプ保護動作を開始した直後に出力電圧が第１のしきい値電圧から第２のしきい値電圧まで低下する時間と、反対に第２のしきい値電圧から第１のしきい値電圧まで上昇する時間とを実際に測定し、それ以後のオンオフ時間を実際に測定された時間よりも短くしている。このため、ロードダンプ発生時の電気負荷の大きさに関係なく、ロードダンプ保護動作中の出力電圧変動を小さくすることが可能となる。

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
５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
１００ 制御部
１４０ ロードダンプ保護制御部

Claims (11)

1. 回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線（４）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電機子巻線（２、３）を有する固定子と、
   スイッチング素子（５０、５１）によって複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路が構成され、前記電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部（５、６）と、
   前記スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部（１００、１７０、１７２）と、
   前記スイッチング部の出力電圧を監視し、前記出力電圧が第１のしきい値電圧を超えたときに、前記上アームおよび前記下アームのいずれか一方を構成する前記スイッチング素子をオンした後に前記出力電圧が前記第１のしきい値電圧から前記第１のしきい値電圧よりも低い第２のしきい値電圧まで低下する第１の時間と、前記出力電圧が前記第２のしきい値電圧よりも低くなったときに、前記上アームおよび前記下アームのいずれか一方を構成する前記スイッチング素子をオフした後に前記出力電圧が再び前記第１のしきい値電圧を超えるまでの第２の時間とを測定し、前記第１の時間によって定まる短い第３の時間で前記上アームおよび前記下アームのいずれか一方を構成する前記スイッチング素子をオンする指示と、前記第２の時間によって定まる第４の時間で前記上アームおよび前記下アームのいずれか一方を構成する前記スイッチング素子をオフする指示を前記スイッチング制御部に対して行うロードダンプ保護制御部（１４０）と、
   を備えることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記第３の時間は、前記第１の時間に１未満の値を乗算することにより設定されることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記第４の時間は、前記第２の時間に１未満の値を乗算することにより設定されることを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、
   前記ロードダンプ保護制御部は、前記出力電圧が再び前記第１のしきい値電圧を超えたときに、前記第３の時間を増加して新たな前記第３の時間として設定することを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記ロードダンプ保護制御部は、前記出力電圧が再び前記第１のしきい値電圧を超えたときに、前記第４の時間を減少して新たな前記第４の時間として設定することを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、
   前記ロードダンプ保護制御部は、前記出力電圧が再び前記第２のしきい値電圧よりも低くなったときに、前記第４の時間を増加して新たな前記第４の時間として設定することを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、
   前記ロードダンプ保護制御部は、前記出力電圧が再び前記第２のしきい値電圧よりも低くなったときに、前記第３の時間を減少して新たな前記第３の時間として設定することを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、
   前記ロードダンプ保護制御部は、前記出力電圧が最初に前記第１のしきい値電圧を超えてから所定時間が経過したときに、前記上アームおよび前記下アームのいずれか一方を構成する前記スイッチング素子をオンするロードダンプ保護動作を終了することを特徴とする車両用回転電機。
9. 請求項１〜８のいずれか一項において、
   前記ロードダンプ保護制御部は、前記第１のしきい値電圧よりも低い第３のしきい値電圧よりも前記出力電圧が低い状態が一定時間継続したときに、前記上アームおよび前記下アームのいずれか一方を構成する前記スイッチング素子をオンするロードダンプ保護動作を終了することを特徴とする車両用回転電機。
10. 請求項８または９において、
    前記界磁巻線に供給する励磁電流を調整することにより出力電圧を制御する発電制御装置（７）と、
    前記ロードダンプ保護制御部は、前記ロードダンプ保護動作の期間に、前記発電制御装置に対して、界磁電流の供給を停止あるいは抑制する指示を送り、前記発電制御装置は、この指示に応じて界磁電流の供給を停止あるいは抑制することを特徴とする車両用回転電機。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項において、
    前記ロードダンプ保護制御部は、前記多相巻線の各相に接続された各スイッチング部が通信線で接続され、同一のタイミングで前記スイッチング素子のオンオフを制御することを特徴とする車両用回転電機。

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