JP3758077B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多相交流発電機の出力電流を整流し、レギュレータで所定電圧に制御する車両用発電制御装置に係り、特に、各相がレギュレート状態から確実に復帰できるようにした車両用発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多相交流発電機の出力電流を整流回路で整流し、レギュレータで所定電圧に制御する発電制御が知られている。このような発電制御において、整流回路の出力電圧が所定のレギュレート電圧を超えると、前記レギュレータが整流回路を制御して全ての相を接地させ、いわゆるレギュレート状態とする。レギュレート状態からの復帰は相ごとに行われ、各相は、その相電流がゼロクロスするタイミングで前記接地状態から解放される。
【０００３】
一方、交流電動機あるいは発電機として、ステータの外周に円筒状のロータヨークが回転する外転型の永久磁石式発電機が知られている。また、このような永久磁石式発電機において、隣接する永久磁石の間に補極部を形成した永久磁石式発電機が、例えば特開平８−２７５４７６号公報に開始されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した補極構造の永久磁石式発電機では、磁界のバランスが悪かったり、あるいは車両用の交流発電機として採用したりすると、各相を接地させてレギュレートする際に電流の極性分離が発生する。このため、例えば３相交流発電機では、図１１に示したように、３相のうちの２相（ここでは、Ｖ，Ｗ相）がゼロクロスしてレギュレート状態から復帰できても、残りの１相（ここでは、Ｕ相）がゼロクロスできないためにレギュレート状態から復帰できない場合が想定される。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、多相交流発電機の出力電流を整流し、レギュレータで所定電圧に制御する車両用発電制御装置において、レギュレート状態からの確実な復帰を可能にすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、多相交流発電機の各相が出力する交流電流を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧が所定のレギュレート電圧に達すると全ての相をレギュレート状態とするレギュレータとを具備した車両用発電制御装置において、レギュレート状態において、各相ごとに、その交流電流がゼロクロスしたことを検知するゼロクロス検知手段と、ゼロクロスした相をレギュレート状態から復帰させる第１復帰手段と、いずれかの相がゼロクロスしたときに、当該相の前の相の電流方向を判定する判定手段と、前記判定手段により前記前の相の電流方向が正方向と判定されると、当該前の相をレギュレート状態から復帰させる第２復帰手段とを含むことを特徴とする。
【０００７】
上記した特徴によれば、レギュレート状態において相電流がゼロクロスしない相に関しては、その後ろの相がゼロクロスしたときに自身の相電流がプラスであればレギュレート状態から復帰できるので、相電流がゼロクロスしなくてもレギュレート状態から復帰できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の車両用発電制御装置を適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図である。
【０００９】
車体前部と車体後部とは低いフロア部４を介して連結されており、車体の骨格をなす車体フレームは、概ねダウンチューブ６とメインパイプ７とから構成される。燃料タンクおよび収納ボックス（共に図示せず）はメインパイプ７により支持され、その上方にシート８が配置されている。
【００１０】
車体前部では、ステアリングヘッド５に軸支されて上方にハンドル１１が設けられ、下方にフロントフォーク１２が延び、その下端に前輪ＦＷが軸支されている。ハンドル１１の上部は計器板を兼ねたハンドルカバー１３で覆われている。メインパイプ７の立ち上がり部下端にはブラケット１５が突設され、このブラケット１５には、スイングユニット２のハンガーブラケット１８がリンク部材１６を介して揺動自在に連結支持されている。
【００１１】
スイングユニット２には、その前部に単気筒の２ストローク内燃機関Ｅが搭載されている。この内燃機関Ｅから後方にかけてベルト式無段変速機１０が構成され、その後部に遠心クラッチを介して設けられた減速機構９に後輪ＲＷが軸支されている。この減速機構９の上端とメインパイプ７の上部屈曲部との間にはリヤクッション３が介装されている。スイングユニット２の前部には内燃機関Ｅから延出した吸気管１９に接続された気化器１７および同気化器１７に連結されるエアクリーナ１４が配設されている。
【００１２】
図２は、前記スイングユニット２をクランク軸２０１に沿って切断した断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００１３】
スイングユニット２は、左右のクランクケース２０２Ｌ、２０２Ｒを合体して構成されるクランクケース２０２に覆われ、クランク軸２０１は、クランクケース２０２Ｒに固定された軸受け２０８、２０９により回転自在に支持されている。クランク軸２０１には、クランクピン２１３を介してコンロッド（図示せず）が連結されている。
【００１４】
左クランクケース２０２Ｌは、ベルト式無段変速室ケースを兼ねており、左クランクケース２０２Ｌまで延びたクランク軸２０１にはベルト駆動プーリ２１０が回転可能に設けられている。ベルト駆動プーリ２１０は、固定側プーリ半体２１０Ｌと可動側プーリ半体２１０Ｒとからなり、固定側プーリ半体２１０Ｌはクランク軸２０１の左端部にボス２１１を介して固着され、その右側に可動側プーリ半体２１０Ｒがクランク軸２０１にスプライン嵌合され、固定側プーリ半体２１０Ｌに接近・離反することができる。両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間にはＶベルト２１２が巻き掛けられている。
【００１５】
可動側プーリ半体２１０Ｒの右側ではカムプレート２１５がクランク軸２０１に固着されており、その外周端に設けたスライドピース２１５ａが、可動側プーリ半体２１０Ｒの外周端で軸方向に形成したカムプレート摺動ボス部２１０Ｒａに摺動自在に係合している。可動側プーリ半体２１０Ｒのカムプレート２１５は、外周寄りがカムプレート２１５側に傾斜したテーパ面を有しており、該テーパ面と可動プーリ半体２１０Ｒとの間の空所にドライウェイトポール２１６が収容されている。
【００１６】
クランク軸２０１の回転速度が増加すると、可動側プーリ半体２１０Ｒとカムプレート２１５との間にあって共に回転する前記ドライウェイトボール２１６が、遠心力により遠心方向に移動し、可動側プーリ半体２１０Ｒはドライウェイトボール２１６に押圧されて左方に移動して固定側プーリ半体２１０Ｌに接近する。その結果、両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間に挟まれたＶベルト２１２は遠心方向に移動し、その巻き掛け径が大きくなる。
【００１７】
車両の後部には前記ベルト駆動プーリ２１０に対応する被動プーリ（図示せず）が設けられ、Ｖベルト２１２はこの被動プーリに巻き掛けられている。このベルト伝達機構により、内燃機関Ｅの動力は自動調整されて遠心クラッチに伝えられ、前記減速機構９等を介して後輪ＲＷを駆動する。
【００１８】
右クランクケース２０２Ｒ内には、スタータモータとＡＣジェネレータとを組み合わせたスタータ兼ジェネレータ１が配設されている。スタータ兼ジェネレータ１では、クランク軸２０１の先端テーパ部にアウターロータ６０がネジ２５３により固定されている。前記アウターロータ６０の内側に配設されるインナステータ５０は、クランクケース２０２にボルト２７９により螺着されて支持される。なお、前記スタータ兼ジェネレータ１の構成については、後に図３ないし図７を参照して詳細に説明する。
【００１９】
ファン２８０は、その中央円錐部２８０ａの裾部分をボルト２４６によりアウターロータ６０に固着されており、ファン２８０はラジエタ２８２を介してファンカバー２８１により覆われている。
【００２０】
クランク軸２０１上には、前記スタータ兼ジェネレータ１と軸受け２０９との間にスプロケット２３１が固定されており、このスプロケット２３１にはクランク軸２０１からカムシャフト（図示せず）を駆動するためのチェーンが巻き掛けられている。なお、前記スプロケット２３１は、潤滑オイルを循環させるポンプに動力を伝達するためのギヤ２３２と一体的に形成されている。
【００２１】
図３、４は、前記スタータ兼ジェネレータ１（永久磁石式回転電動機）の回転軸（クランク軸２０１）に垂直な面での一部破断平面図およびその側面断面図、図５、６は、ロータヨークの平面図およびその部分拡大図であり、いずれも前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２２】
本実施形態のスタータ兼ジェネレータ１は、図３、４に示したように、ステータ５０と、当該ステータ５０の外周を回転するアウターロータ６０とから構成され、前記アウターロータ６０は、図４、５に示したように、リング状のケイ素鋼板（薄板）を略円筒状に積層して構成されたロータヨーク６１と、図３、７に示したように、ロータヨーク６１の円周方向に設けられた複数の開口部６１１内に交互に挿貫されたＮ極永久磁石６２ＮおよびＳ極永久磁石６２Ｓと、図３、４に示したように、前記ロータヨーク６１を前記クランク軸２０１に連結するカップ状のロータケース６３とによって構成されている。
【００２３】
前記ロータケース６３は、その円周端部に爪部６３ａを具備し、当該爪部６３ａを内側へ折り曲げることによって前記積層構造のロータヨーク６１が軸方向に挟持され、かつ前記ロータヨーク６１の開口部６１１内に挿貫された各永久磁石６２（６２Ｎ，６２Ｓ）がロータヨーク６１内の所定位置に保持される。
【００２４】
前記ステータ５０は、ケイ素鋼板（薄板）を積層して構成され、図３に示したように、ステータコア５１およびステータ突極５２を含む。各ステータ突極５２にはステータ巻線５３が単極集中方式で巻回され、ステータ５０の主面は保護カバー７１で覆われている。
【００２５】
前記ロータヨーク６１には、図５、６に示したように、前記永久磁石６２が軸方向に挿入される開口部６１１が円周方向に３０度間隔で１２個形成されている。隣接する各開口部６１１の間は補極部６１３として機能する。
【００２６】
前記各開口部６１１内には、図７に示したように、断面が略太鼓状の永久磁石６２が挿入されている。ここで、本実施形態では前記開口部６１１の形状と永久磁石６２の断面形状とが同一ではなく、前記開口部６１１に前記永久磁石６２が挿入された状態では、各永久磁石６２の円周方向に沿った両側部に第１空隙６１２が形成され、かつ各永久磁石６２の両端部におけるステータ側には第２空隙６１４が形成される。
【００２７】
図８は、前記スタータ兼ジェネレータ１の制御系のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２８】
ＥＣＵには、スタータ兼ジェネレータ１のジェネレータ機能が発生する三相交流を全波整流する３相全波整流器３００と、全波整流器３００の出力を予定のレギュレート電圧（レギュレータ作動電圧：例えば、１４．５Ｖ）に制限するレギュレータ１００とが設けられる。
【００２９】
ＥＣＵには、ロータ角度センサ２９、点火コイル２１、スロットルセンサ２３、フューエルセンサ２４、シートスイッチ２５、アイドルスイッチ２６、冷却水温センサ２７および点火パルサ３０が接続され、各部から検出信号がＥＣＵに入力される。点火コイル２１の二次側には点火プラグ２２が接続されている。
【００３０】
さらに、ＥＣＵには、スタータリレー３４、スタータスイッチ３５、ストップスイッチ３６，３７、スタンバイインジケータ３８、フューエルインジケータ３９、スピードセンサ４０、オートバイスタ４１、およびヘッドライト４２が接続される。ヘッドライト４２には、ディマースイッチ４３が設けられる。
【００３１】
上記の各部には、メインヒュ−ズ４４およびメインスイッチ４５を介してバッテリ４６から電流が供給される。なお、バッテリ４６は、スタータリレー３４によってＥＣＵに直接接続される一方、メインスイッチ４５を介さず、メインヒューズ４４だけを介してＥＣＵに接続される回路を有する。
【００３２】
図９は、前記ＥＣＵの発電制御に係る主要部の構成を示した図であり、３相全波整流器３００は、直列接続された２つのＦＥＴの３組を並列接続して構成されたブリッジ回路である。レギュレータ１００は、各相の低電位側のＦＥＴ（Ｕ−ＦＥＴ，Ｖ−ＦＥＴ，Ｗ−ＦＥＴ）の開閉すなわちゲート電圧を制御してバッテリ電圧ＶB を所定の電圧に制限する。
【００３３】
図１０は、前記レギュレータ１００の主要部のブロック図であり、コンパレータ１１２は所定のレギュレート電圧Ｖreg とバッテリＶB とを比較する。ワンショット・マルチバイブレータ１０１は、前記コンパレータ１１２の出力変化に基づいてＱ出力を発生する。ＯＲゲート１０５は、前記コンパレータ１１２の出力とＱ出力との論理和を、Ｕ相Ｆ／Ｆ（フリップフロップ）１０９，Ｖ相Ｆ／Ｆ１１０およびＷ相Ｆ／Ｆ１１１のセット端子Ｓへ出力する。
【００３４】
コンパレータ１１３，１１４，１１５はそれぞれ、３相交流発電機１のＵ，Ｖ，Ｗ相の各電圧ＶU ，ＶV ，ＶW と、ゼロクロス相当の所定電圧（本実施形態では、−１２．５ｍＶ）とを比較する。インバータ１１６，１１７，１１８はそれぞれ、前記各コンパレータ１１３，１１４，１１５の出力を反転する。ワンショット・マルチバイブレータ１０２，１０３，１０４はそれぞれ、前記各コンパレータ１１３，１１４，１１５の出力変化に基づいてＱ出力を発生する。
【００３５】
Ｕ相ＡＮＤゲート１１９は、Ｕ相インバータ１１６の出力と、Ｗ相ワンショット・マルチバイブレータ１０４のＱ出力と、Ｗ相Ｆ／Ｆ１１１のＱバー出力との論理積を出力する。Ｕ相ＯＲゲート１０６は、前記Ｕ相ＡＮＤゲート１１９の出力とワンショット・マルチバイブレータ１０２のＱ出力との論理和をＵ相Ｆ／Ｆ１０９のリセット端子Ｒへ出力する。
【００３６】
Ｖ相ＡＮＤゲート１２０は、前記Ｖ相インバータ１１７の出力と、Ｕ相ワンショット・マルチバイブレータ１０２のＱ出力と、Ｕ相Ｆ／Ｆ１０９のＱバー出力との論理積を出力する。Ｖ相ＯＲゲート１０７は、Ｖ相ＡＮＤゲート１２０の出力とワンショット・マルチバイブレータ１０３のＱ出力との論理和をＶ相Ｆ／Ｆ１１０のリセット端子Ｒへ出力する。
【００３７】
Ｗ相ＡＮＤゲート１２１は、Ｗ相インバータ１１８の出力と、Ｖ相ワンショット・マルチバイブレータ１０３のＱ出力と、Ｖ相Ｆ／Ｆ１１０のＱバー出力との論理積を出力する。Ｗ相ＯＲゲート１０８は、Ｗ相ＡＮＤゲート１２１の出力とワンショット・マルチバイブレータ１０４のＱ出力との論理和をＷ相Ｆ／Ｆ１１１のリセット端子Ｒへ出力する。
【００３８】
次いで、上記した制御部１００によるレギュレート動作を、図１１の波形図および図１２の入出力対応表を参照して説明する。
【００３９】
図１１の時刻ｔ1 において、バッテリ電圧ＶB がレギュレート電圧Ｖreg に達すると、図１０のコンパレータ１１２の出力が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルへ転じ、ＯＲゲート１０５が“Ｈ”レベルを出力するので、各相のＦ／Ｆ１０９，１１０，１１１がセットされる。この結果、全波整流器３００のＵ−ＦＥＴ，Ｖ−ＦＥＴ，Ｗ−ＦＥＴが、図１２の入出力対応表に示したように、全てオンになって各相が接地される、すらわちレギュレート状態となるので、全波整流器３００の出力電圧が低下する。
【００４０】
その後、時刻ｔ2 においてＷ相の電流ＩW がゼロクロスすると、Ｗ相コンパレータ１１５の出力が“Ｈ”レベルに転じるので、Ｗ相マルチバイブレータ１０４が１パルスを発生する。この結果、Ｗ相Ｆ／Ｆ１１１がリセットされ、そのＱ出力が“Ｌ”レベルに転じるので、全波整流器３００のＷ−ＦＥＴがオフになる。すなわち、Ｗ相がレギュレート状態から復帰する。
【００４１】
このとき、Ｗ相の前の相であるＵ相の電圧ＶU が−１２．５ｍＶよりも低い、すなわちＵ相の電流ＩU がマイナスであると、Ｕ相コンパレータ１１３の出力が“Ｌ”レベル、インバータ１１６の出力が“Ｌ”レベルなので、Ｕ相のレギュレート状態が維持される。
【００４２】
その後、時刻ｔ3 においてＶ相の電流ＩV がゼロクロスすると、Ｖ相コンパレータ１１４の出力が“Ｈ”レベルに転じるので、Ｖ相マルチバイブレータ１０３が１パルスを発生する。この結果、Ｖ相Ｆ／Ｆ１１０がリセットされ、そのＱ出力が“Ｌ”レベルに転じるので、全波整流器３００のＶ−ＦＥＴがオフになる。すなわち、Ｖ相もレギュレート状態から復帰する。
【００４３】
その後、時刻ｔ4 においてＷ相の電流ＩW が再びゼロクロスすると、Ｗ相のインバータ１１８の出力が“Ｈ”レベルに転じるので、マルチバイブレータ１０４が１パルスを発生し、これがＵ相ＡＮＤゲート１１９にも入力される。さらに、この時点ではＷ相Ｆ／Ｆ１１１のＱバー出力が“Ｈ”レベルであり、これがＵ相ＡＮＤゲート１１９に入力される。さらに、時刻ｔ4 ではＵ相の電圧ＶU が−１２．５ｍＶよりも高い、すなわちＵ相の電流ＩU がプラスなので、Ｕ相コンパレータ１１３の出力が“Ｌ”レベル、インバータ１１６の出力が“Ｈ”レベルに転じる。
【００４４】
この結果、Ｕ相ＡＮＤゲート１１９の３入力が全て“Ｈ”レベルとなるので、その出力が“Ｈ”レベルとなる。さらに、Ｕ相Ｆ／Ｆ１０９がリセットされてＱ出力が“Ｌ”レベルに転じるので、全波整流器３００のＵ−ＦＥＴがオフになる。すなわち、Ｕ相もレギュレート状態から復帰する。
【００４５】
このように、本実施形態によれば、３相のうちの２つの相がレギュレート状態から復帰すると、残りの１相は、その後続の相がゼロクロスしたときに自身の相電流がプラスであればレギュレート状態から復帰できるので、最後の相がいつまでもレギュレート状態から復帰できなくなることがない。
【００４６】
なお、上記した実施形態では、本発明を３相交流発電機を例にして説明したが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、４相以上の交流発電機にも同様に適用できる。
【００４７】
また、上記した実施形態では、相電流のゼロクロスを一方向に関してのみ検知するものとして説明したが、図１０の構成をもう一組設ければ、双方向に関してゼロクロスを検知できるようになる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、３相のうちの２つの相がレギュレート状態から復帰すると、残りの相は、その後続の相がゼロクロスしたときに相電流がプラスであればレギュレート状態から復帰できる。したがって、補極構造の電機を発電機として採用した場合でも、最後の相がいつまでもレギュレート状態から復帰できなくなることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図である。
【図２】 図１のスイングユニットのクランク軸に沿った断面図である。
【図３】 スタータ兼ジェネレータ（永久磁石式回転電動機）の回転軸（クランク軸）に垂直な面での一部破断平面図である。
【図４】 図３の側面断面図である。
【図５】 ロータヨークの平面図である。
【図６】 ロータヨークの側面図である。
【図７】 ロータヨークの部分拡大図である。
【図８】 スタータ兼ジェネレータの制御系のブロック図である。
【図９】 図８のＥＣＵの主要部の構成を示したブロック図である。
【図１０】 図８のレギュレータの構成を示したブロック図である。
【図１１】 レギュレータの動作を示した波形図である。
【図１２】 レギュレータの入力と出力との対応関係を示した図である。
【符号の説明】
１…スタータ兼ジェネレータ，５０…ステータ，５１…ステータコア，５２…ステータ突極，５３…ステータ巻線，６０…アウターロータ，６１…ロータヨーク，６２（６２Ｎ，６２Ｓ）永久磁石…，６３…ロータケース，７１…保護カバー，２０１…クランク軸，６１１…開口部，６１２…第１空隙，６１３…補極部，６１４…第２空隙

Claims (2)

1. 多相交流発電機の各相が出力する交流電流を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧が所定のレギュレート電圧に達すると全ての相をレギュレート状態とするレギュレータとを具備した車両用発電制御装置において、
   レギュレート状態において、各相ごとに、その交流電流がゼロクロスしたことを検知するゼロクロス検知手段と、
   ゼロクロスした相をレギュレート状態から復帰させる第１復帰手段と、
   いずれかの相がゼロクロスしたときに、当該相の前の相の電流方向を判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記前の相の電流方向が正方向と判定されると、当該前の相をレギュレート状態から復帰させる第２復帰手段とを含むことを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 前記多相交流発電機は、ステータおよびその巻線と、複数の永久磁石を円周方向に沿って配置して前記ステータの外周を回転する略円筒形状のロータヨークとを含み、前記ロータヨークが、互いに隣接する各永久磁石間に補極部を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用発電制御装置。

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