JP4121475B2

JP4121475B2 - 車両用発電機の発電制御装置

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Publication number: JP4121475B2
Application number: JP2004100565A
Authority: JP
Inventors: 勝小林; 清治安西; 博明森本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2008-07-23
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Description

この発明は、車両用発電機の発電制御装置に関し、特に、車両用巻線界磁型同期回転機の発電制御装置において、界磁巻線への電圧印加をON/OFF切り替えして発電電圧制御を行うに際し、良好な電圧制御性能を実現する発電制御装置に関するものである。

従来の車両用発電機の制御装置の一例として、図９に示すような、特許第３３２９４０２号（特許文献１と称す。）に記載されたものがある。
これは、発電制御を、界磁巻線への電圧印可をON/OFF切り替えしてパルス幅変調にて行うにあたり、ON/OFF切り替えのタイミング演算をマイクロコンピュータによるディジタル演算により行うものである。
図９において、回転機１は、電機子巻線２１、界磁巻線２２とから構成されている。
マイクロコンピュータ３０は、プロセッサ３０１、ROM３０２、RAM３０３、PWMタイマ３０４、A/D変換器３０５、タイマ３０６などから構成されている。
回転機1の回転部分は、ベルトなどを介して間接的に、あるいは直接的に図示しない内燃機関など動力源に接続されており、回転部分の回転により電機子巻線２１に交流電圧が誘起され、整流器２により直流電圧へと変換される。
整流器２にはバッテリ３及びスイッチ４を介して電気負荷５が接続されており、これらに直流電力が供給されることとなる。

発電制御装置６の動作は、まず、バッテリ３の電圧、及び、シャント抵抗２３を介して電圧量となった界磁巻線２２に流れる界磁電流に相当する電流情報が、インターフェイス２６を介してA/D変換器３０５に入力されてディジタル値に変換され、プロセッサ３０１に入力される。また、回転センサ２４あるいは車速センサ２５により検出された回転信号がタイマ３０６を介して回転機１の回転速度としてプロセッサ３０１に入力される。

プロセッサ３０１内では、入力したバッテリ３の電圧と発電目標電圧Vrefの偏差を算出して、比例積分(ＰＩ)演算を行う第１の比例積分演算(以下AVR演算と呼ぶ)、及び、入力した界磁電流検出値ifと第1の電流リミット値ifcMAXの偏差を算出して、比例積分(ＰＩ)演算を行う第２の比例積分演算(以下ACR演算と呼ぶ)が行われる。

この時、それぞれの比例積分演算の出力結果は界磁巻線の通流率指令値ALPHV、ALPHIとなる。ここでAVR、ACRの演算は時間的に同時には行われず、界磁電流検出値ifと第１の電流リミット値ifcMAX、及び、第２の電流リミット値ifcMAX２の大小関係、バッテリ電圧と発電目標電圧Vrefの大小関係に応じて選択的に実行される。電流リミット値に関してはifcMAX＞ifcMAX２と設定されている。これは、第１の電流リミット値ifcMAX、及び、第２の電流リミット値ifcMAX２の間をヒステリシス幅として持ち、AVR演算とACR演算を切り替える形態である。
すなわち、回転機１の出力電流が少なく界磁電流が小さい場合には、発電電圧を目標発電電圧に一致させるべくAVR演算により動作を行い、通流率指令値ALPHVにて界磁スイッチング素子７を駆動する。一方、界磁電流が所定の値ifcMAX２を超えるような場合には、界磁電流の最大値がifcMAX２以下となるよう制御し、回転機の損傷やベルトのスリップを防止すべくACR演算により動作を行い、通流率指令値ALPHIにて界磁スイッチング素子７を駆動する。
特許第３３２９４０２号公報

しかしながら、上述したような従来技術においては、回転機の動作点によって発電制御性能がまちまちとなる問題点があった。すなわち、界磁電流の変化量に対する発電電力の変化量は動作点によって変動するものであることから、発電制御を行う演算であるAVRの操作量＝界磁巻線の通流率の変化に対して、回転機の発電量の変化は動作点によって異なるものとなる。従って、バッテリ電圧＝AVRの入力量の変化は一様とはならない。
つまり、所定の動作点において回転機の負荷が急変する過渡現象に対し、適切な応答特性を持つ比例積分演算の各演算定数を定めたとしても、別の動作点においては所望の応答特性を得られるかどうかは不明である。

この発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、簡単な構成でありながら、発電制御の応答性を向上させるとともに、動作点が異なっても発電制御性能を均一に保つことができる車両用発電機の発電制御装置を提供することを目的とする。

（１）この発明は、車両用発電機の発電制御装置において
巻線界磁型同期回転機の交流発電電力を直流電力に変換して電気負荷及びバッテリに供給する整流器と、
上記同期回転機の回転速度を算出する回転速度算出手段と、
上記同期回転機の界磁巻線への電圧印可のON/OFFを切り替える界磁スイッチング素子と、
基準クロックに基づく周期サンプリング信号に同期して、上記バッテリの電圧または上記整流器の直流側電圧をサンプリングする電圧検出手段と、
上記回転速度算出手段で算出された回転速度に基づいて、上記界磁スイッチング素子のON/OFF比率の適切な範囲(デューティ範囲)を設定するデューティ範囲設定手段と、
上記電圧検出手段のサンプリングした電圧を発電目標電圧に一致させるべく、上記デューティ範囲設定手段で設定されたデューティ範囲に基づいて、上記界磁スイッチング素子のON/OFF比率を演算する制御デューティ演算手段と、
上記制御デューティ演算手段で演算されたON/OFF比率から基準クロックに基づく所定周期で上記界磁スイッチング素子のON/OFFタイミングを算出し、上記界磁スイッチング素子を駆動するための界磁スイッチング信号を生成する界磁PWM駆動手段、
を備えたものである。

（２）また、この発明の車両用発電機の発電制御装置は、上記（１）の発電制御装置の構成に加えて、上記界磁PWM駆動手段に入力される上記界磁スイッチング素子のON/OFF比率の推移状況に応じて、上記界磁スイッチング素子のON/OFF比率の設定値を補正して出力する制御デューティ補正手段を備えたものである。

この発明によれば、簡単な構成で、発電制御の応答性を向上させるとともに、発電機の動作点が異なっても発電制御性能を良好、かつ、均一に保つことが可能な車両用発電機の発電制御装置を得ることができる。

また、この発明の車両用発電機の発電制御装置によれば、界磁スイッチング素子のON/OFF比率の変化量を制限することによって、界磁スイッチング素子のON/OFF比率の過大な変化により制動トルクが大きく変動することを抑止することができる。
このため、回転部分に接続された内燃機関などの動力源の不用な回転変動や、ハンチングを回避することができ、また、回転部分がベルトを介して接続されている場合にはベルトの滑りや不快音(鳴き)などの発生を抑止することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による車両用発電機の発電制御装置について、図を用いて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による車両用発電機の発電制御装置の全体構成を示すブロック図である。
図１において、１は巻線界磁型同期回転機、２は整流器、３はバッテリ、４はスイッチ、５は電気負荷、６は発電制御装置、７は界磁スイッチング素子、８はフライホイールダイオードである。

巻線界磁型同期回転機１（以下単に同期回転機ともいう。）は、電機子巻線２１、界磁巻線２２などから構成されている。同期回転機１の回転部分は、ベルトなどを介して間接的に、あるいは直接的に図示しない内燃機関など動力源に接続されており、回転部分の回転により電機子巻線２１に交流電圧が誘起され、整流器２により直流電圧へと変換される。
整流器２には、バッテリ３及びスイッチ４を介して電気負荷５が接続されており、これらに直流電力が供給されることとなる。このとき、整流器２により変換される直流電圧の大きさは、同期回転機1の発電電力と、バッテリ３や電気負荷５の消費電力のバランスにより変化する。電気負荷５には前照灯、ブロワー、ワイパー、ラジオ他、種々の電気装置、電子機器があるが、その特性によっては直流電圧の変動は好ましくない影響を及ぼす。
例えば前照灯においては、明暗の変化、ちらつきの要因となる。このため、発電制御装置６は所定の直流電圧にて動作すべく、消費電力に対して発電電力をバランスさせるよう作用する。これは、界磁巻線２２を流れる界磁電流量を操作して電機子巻線２１に誘起される交流電圧を調整することで行われる。

ここで、発電制御装置６の具体的な動作の説明に先立ち、この発明の基本原理となる巻線界磁型同期回転機の発電電力、発電電圧特性に関して説明する。
図２は、巻線界磁型同期回転機の所定の発電電圧での動作における各界磁電流での、回転速度対発電電力特性を模式的に表す図である。低回転速度では界磁電流を多く流さなければ発電し得ず、また、界磁電流が一定であっても回転速度に対する発電電力は線形性を持たない。すなわち、同期回転機の回転速度に応じて界磁電流量に対する発電電力量の関係が個々変化することから、発電制御装置６が所定の直流電圧となすべく消費電力と発電電力をバランスさせる際に、直流電圧の変化に応じた界磁電流の操作量の関係が一様であっては、その応答性が同期回転機の動作点によってまちまちとなってしまうことを示す。

ここで、界磁電流に対する発電電力の関係は、おおよそ次のように示される。まず、界磁電流ifと、電機子巻線２１への鎖交磁束数Φfの関係は次式となる。

Lfは、界磁巻線２２のインダクタンスである。これに対し、同期回転機が整流器２と接続されていない場合に電機子巻線２１の線間に誘起される電圧(無負荷誘起電Vac₍₀₎)の実効値は次式となる。

これに対し、同期回転機が整流器２、及び、バッテリ３と接続されている場合、直流電圧はバッテリ３の電圧V_Bとバランスするため、整流器２の出力点での直流電圧V’_Bは次式のようになる。

aは、整流器２内の整流ダイオードでの電圧降下分である。Raは、電機子巻線２１の巻線抵抗、Laは、巻線インダクタンス、iacは電機子巻線２１に流れる線電流の実効値である。ここで、整流器２の出力点での直流電力P’_DCについてみると、次式のようになる。

以上から、直流電力P’_DC＝0[W]時の界磁電流はidc=0[A]（iac=0[Arms]）より式（３）を用いて次式のようになる。

また、直流電力P´_DC＝α[W]時にidc=α/(V′_B+a)であるから、これを代入して式（４）を整理すると次式のようになる。

よって、式（６）から直流電力P’_DC＝α[W]時の界磁電流は次式のようになる。

以上に基づき、図２に示される巻線界磁型同期回転機の発電電力特性を関係式を用いて表現することができる。
上記式（５）から、所定の発電電圧、回転速度における無発電と有発電の分岐点となる界磁電流量を識別でき、また、上記式（７）から、所定の発電電力を得るために要する界磁電流量を算出することができる。

図３は、図２の巻線界磁型同期回転機の発電電力特性上に、発電制御装置６にて操作する界磁電流の調整範囲を表現した一例である。
図中、１．βmax相当出力は、低回転速度域で最大発電、発電能力に余裕のある領域で発電量を２０００[W]とする特性を辿る特性線、２．βrate相当出力は、低回転速度域で中程度の発電、発電能力に余裕のある領域で発電量を１０００[W]とする特性を辿る特性線、３．βmin相当出力は、無発電となる特性線である。

ここで、１．βmax相当出力は、消費電力総量の上限としての意味合いを持ち、整流器２の処理能力の熱的余裕度と勘案して定めてもよい。２．βrate相当出力は、通常動作時における平均的な消費電力量、定格発電量としての意味合いである。３．βmin相当出力は、無発電と有発電の分岐点との意味合いである。
これら特性線に対応して、上記式（７）より、所定の発電電圧、回転速度における最大発電、定格発電、ゼロ発電の各状態における界磁電流量を引き当てることができる。

したがって、電気負荷５の動作有無による消費電力の変動に適合して発電電力をバランスさせて発電電圧を所定値に制御するという動作は、当該回転速度における界磁電流の調整範囲の中から、最適な界磁電流量を選択するという動作に当たる。このため、発電電力の変動範囲に対して、界磁電流の調整範囲を対応させることで、発電制御の応答性を向上させるとともに、動作点が異なっても発電制御性能を均一に保つことができる。

以上の基本原理に基づき、図１の発電制御装置６の詳細な説明をする。
発電制御装置６は、基本クロック９、電圧検出手段１０、回転速度算出手段１１、デューティ範囲設定手段１２、制御デューティ演算手段１３、界磁PWM駆動手段１４とから構成されている。

まず、回転速度算出手段１１において、整流器２内の整流ダイオードのアノード(A)-カソード(K)間の電圧が入力されて同期回転機1の回転速度が算出される。
図４は、回転速度算出動作の説明図であり、特にU相N(低位)側の整流ダイオードの動作を説明している。整流器２の整流動作において、整流器２を構成する整流ダイオードは電機子２１に誘起される交流電圧に同期して、導通と非導通の状態が切り替わる。また、この状態切り替わりに同期して図４に示されるように電流が流れる。
アノード(A)−カソード(K)間の電位差は、導通状態であれば半導体のPN接合の順方向動作時電圧降下分の小さな値であり、非導通状態であれば大きな値となる。
このため、例えばアノード(A)−カソード(K)間電位差波形の立ち上がりエッジ間など、回転に同期して変化する信号の周期を計測して回転速度を算出することができる。

続いて、回転速度をデューティ範囲設定手段１２に入力すると、上述の式（７）、発電目標電圧Vrefに基づいて、デューティ範囲が算出され出力される。
ここで、デューティ範囲とは、制御デューティ演算手段１３において、発電目標電圧Vrefと、発電電圧実際値との偏差に対応して設定される界磁スイッチング素子のON/OFF比率の設定範囲のことであり、上述の１．βmax相当出力、２．βrate相当出力、３．βmin相当出力の、各々の出力に対応した界磁電流を流す際の界磁スイッチング素子のON/OFF比率を、βmax〜βrate〜βminの範囲として設定したものである。

一方、基準クロック９の出力するクロック信号は、電圧検出手段１０、及び、界磁PWM駆動手段１４に入力される。電圧検出手段１０では、サンプラ１０３がサンプリング指示発生器１０２の指示するタイミングで、入力インターフェイス１０１を介して入力されたバッテリ３の電圧情報をサンプリングする。ここで、サンプリング指示発生器１０２は、クロック信号に基づいて周期的にサンプリング指示を出す。

サンプリングされたバッテリ３の電圧情報は、上述のデューティ範囲とともに制御デューティ演算手段１３へ入力される。
図５は、制御デューティ演算手段１３の動作説明図である。
制御デューティ演算手段１３は、発電目標電圧Vrefとバッテリ３の電圧情報を突き合わせて比較し、その偏差に応じてデューティ範囲から対応する界磁スイッチング素子のON/OFF比率(デューティ)を算出して出力する。まず、発電目標電圧Vrefとサンプリングされたバッテリ３の電圧情報が加え合わせ点１３１に入力されて、その偏差が平均値演算部１３２に伝達され蓄積される。
同様の処理が、界磁スイッチング素子７の界磁スイッチング周期と電圧サンプリング周期の比率の回数(図５では４回)だけ繰り返される。平均値演算部１３２では、蓄積された電圧偏差情報毎に係数を乗じた後、平均値を算出する。係数は電圧偏差情報に対して時間推移の重み付けを行うものであり、電圧偏差の変化状況を反映することができる。
ただし、平均演算の形態として係数を１．０に固定して単純平均演算を行う形としても、また、演算省力化のため電圧偏差情報入力の都度、移動平均演算を行う形としても良い。デューティ変換部１３３は、偏差の平均値を入力してデューティ範囲から対応する界磁スイッチング素子のON/OFF比率(デューティ)を算出して出力する。
すなわち、電圧偏差が、＋αVの場合は界磁スイッチング素子ON/OFF比率をβmaxとなし、−αVの場合はβminとなす。

つづいて、界磁PWM駆動手段１４には、クロック信号、及び、界磁スイッチング素子ON/OFF比率が入力される。
図６は、界磁PWM駆動手段１４の動作説明図である。
界磁PWM駆動手段１４は、界磁スイッチング素子７のON、OFF動作が基準クロックに基づいた定周期動作となる前提にて、ON/OFF比率に基づいて界磁スイッチング素子７のONタイミング、OFFタイミングを算出し、界磁スイッチング素子７を駆動するための界磁スイッチング信号を生成する。ここで、電圧検出手段１０の電圧情報サンプリング、制御デューティ演算手段１３の界磁スイッチング素子ON/OFF比率算出、界磁PWM駆動手段１４の界磁スイッチング信号生成は、基準クロック９のクロック信号に基づいて同期したタイミングで実行される。

次に、界磁スイッチング素子７は、界磁PWM駆動手段１４から伝達される界磁スイッチング信号によりON/OFF動作を行う。界磁スイッチング素子７の低電位側は、整流器２のN(低位)側に接続され、高電位側は、界磁巻線２２の一端とフライホイールダイオード８のアノード(A)に接続されている。界磁巻線２２の他の端点は、フライホイールダイオード８のカソード(K)とともに整流器２のP(高位)側に接続されており、界磁スイッチング素子７のON/OFF切り替えにより、界磁巻線２２の両端に印可される電圧が変化することから界磁電流量を調整できる。

以上の説明のように、この発明の実施の形態１の車両用発電機の発電制御装置によれば、基準クロックに基づき同期したタイミングで、バッテリ電圧のサンプリングと界磁スイッチング素子のON/OFF駆動を行う様態の元で、バッテリ電圧と発電目標電圧の偏差情報から、巻線界磁型同期回転機の発電電力特性を反映して適切な界磁スイッチング素子のON/OFF比率を算出し、この比率により界磁巻線への印可電圧量を操作して界磁電流を調整することによって、同期回転機の動作点が異なっても、良好な応答特性でバッテリ電圧が発電目標電圧に一致するべく動作させることができる。

また、界磁PWM駆動手段１４における界磁スイッチング周期と、電圧検出手段１０における電圧のサンプリング周期の比率がn対1の整数比となるようにしたので、電圧検出手段１０における電圧のサンプリングと、このサンプリング結果が界磁スイッチング素子７のON/OFF動作として反映されるタイミングの同期が取れることとなり、界磁スイッチング素子７のON/OFF動作[原因]と、検出電圧[結果]との因果関係の時間的対応を所定の関係に保つことができる。さらにn≧2として界磁スイッチング周期中の複数の電圧サンプリング結果の情報に重み付けを行い、時間的に後期のサンプリング結果ほど重みを重くすることにより、電圧の変化傾向を制御デューティ演算に反映することができる。

さらにまた、回転速度算出手段１１が、整流器２内の整流素子の両端の電位差に基づいて回転速度を算出するよう構成されているので、界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の適切な範囲(デューティ範囲)を設定する際に用いる回転速度を算出するために、回転機の回転部分、あるいはこれに連なる回転体に回転検出器を備えて、これらより情報伝達路を経て回転速度情報を伝達するといった形態をとる必要が無く、発電制御装置を小型、低コストに構成することができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２による車両用発電機の発電制御装置の全体構成を示すブロック図である。実施の形態1と比較して制御デューティ補正手段１５を備えることを除いて、図１のシステムの全体構成を示すブロック図と同一構成であり、同一の働き、動作をすることから、以下、実施の形態1と異なる箇所を中心に説明する。

上述の実施の形態１においては、発電制御装置６は、電気負荷５の消費電力と巻線界磁型同期回転機１の発電電力とをバランスさせて、バッテリ３の発電電圧が発電目標電圧に一致するよう動作する。このとき、同期回転機１は、入力である制動(機械)エネルギーを電気エネルギーに変換して発電電力として出力している。
ここで、制動エネルギーは、制動トルクτm[N・m]と回転速度Nm[r/min]の積であるから、直流電力(発電電力)P’_DCに関して次式のように略表現される。

上記式（８）より、発電電力が変動(ΔP’_DC)した場合の制動トルクτmの変動量Δτ_mは、回転速度Nmの変化が無いものとすると次式となる。

これより、発電電力の変動量が一定であっても、制動トルクの変動量は、回転速度に略反比例する特性となる。このことは、低回転速度になるほど発電電力に対する制動トルクの変化の感度が高くなり、発電電力の小さな変動に対しても制動トルクが大きく変動してしまうことを示している。
制動トルクの急激な変動は、同期回転機１の回転部分に接続された内燃機関などの動力源の不用な回転変動や、ハンチングの要因となり、好ましくない影響を引き起こす。
回転部分がベルトを介して接続されている場合には、ベルトの滑りや不快音(鳴き)などが発生し得る。

このため、制動トルクの変化量を制限するなどの対策を採ることが望まれる。
この発明では、所定の発電電力範囲について、デューティ範囲として界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の変化範囲を対応させる様態であることから、界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の変化量を制限することは、発電電力の変化量を制限することに相当する。式（９）より、発電電力の変化量を制限することは制動トルクの変化量を制限することに相当することから、すなわち、界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の変化量を制限することで制動トルクの変化量を制限することができる。

以上の動作原理に基づいて、図７の発電制御装置６は動作する。
図中、制御デューティ補正手段１５は、制御デューティ演算手段１３と界磁PWM駆動手段１４の間に挿入され、制動トルクの変化量を制限すべく、界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の変化量を制限して出力する。

図８は、制御デューティ補正手段１５の詳細な構成を示す図である。
制御デューティ補正手段１５は、変化率リミット値算出器１５１、変化率リミッタ１５２、遅延器１５３とから構成されている。
制御デューティ補正手段１５には、回転速度算出手段１１より回転速度が、デューティ範囲設定手段１２からデューティ範囲が、制御デューティ演算手段１３から界磁スイッチング素子７のON/OFF比率が、基準クロック９よりクロック信号が入力される。
変化率リミット値算出器１５１は、回転速度、クロック信号、及び、デューティ範囲から、上記式（９）に基づき、界磁スイッチング素子７のスイッチング周期を時間単位として、界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の変化率のリミット値を算出する。

遅延器１５３は、界磁スイッチング素子７のスイッチング周期を遅延時間として、界磁スイッチング素子７のON/OFF比率情報を遅延して変化率リミッタ１５２に伝達する。
変化率リミッタ１５２は、制御デューティ演算手段１３からの界磁スイッチング素子７のON/OFF比率と、遅延器１５３からの一スイッチング周期前の界磁スイッチング素子７のON/OFF比率とからON/OFF比率の変化率を算出し、その上下限をON/OFF比率変化率のリミット値で制限されるよう補正して出力する。

補正後の界磁スイッチング素子のON/OFF比率は、実施の形態１と同様に、界磁PWM駆動手段１４に入力され、つづいて界磁スイッチング素子７がON/OFF動作して、界磁電流量が調整されることとなる。

以上の説明のように、この発明の実施の形態２の車両用発電機の発電制御装置によれば、実施の形態１の構成に加え、界磁PWM駆動手段１４に入力される界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の推移状況に応じて、界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の設定値を補正して出力する制御デューティ補正手段１５を設けたので、界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の変化量が設定値を上回る場合に、変化量を設定値に制限することによって、界磁スイッチング素子７のON/OFF比率の過大な変化により制動トルクが大きく変動することを抑止することができる。
このため、回転部分に接続された内燃機関などの動力源の不用な回転変動や、ハンチングを回避することができ、また、回転部分がベルトを介して接続されている場合には、ベルトの滑りや不快音(鳴き)などの発生を抑止することができる。

尚、上述した実施の形態１、２においては、図１、図５、図７、図８で示されるブロック構成に基づいてその動作を説明したが、この発明は何らこれらブロック構成に限定されるものではない。実施の形態としてこの発明の根幹となる車両用巻線界磁型同期回転機の発電特性、並びに、基準クロックに同期した電圧のサンプリングと界磁スイッチング素子のスイッチングに基づく様態であればいずれでも良い。

この発明は、車両用のバッテリを充電したり、電気負荷に電力を供給する車両用発電機の発電制御装置として利用することができる。

この発明の、実施の形態1の車両用発電機の発電制御装置の全体構成を示すブロック図である。この発明の、実施の形態１において用いられる巻線界磁型同期回転機の回転速度対発電電力の特性図である。この発明の、実施の形態1の巻線界磁型同期回転機の界磁電流の調整範囲を例示する説明図である。この発明の、実施の形態1の回転速度検出原理の説明図である。この発明の、実施の形態1の制御デューティ演算手段の構成を示すブロック図である。この発明の、実施の形態1の電圧検出サンプリングと界磁スイッチング周期のタイミング説明図である。この発明の、実施の形態2の車両用発電機の発電制御装置の全体構成を示すブロック図である。この発明の、実施の形態2の制御デューティ補正手段の構成を示すブロック図である。従来技術に基づく車両用発電機の制御装置の構成図である。

符号の説明

１：巻線界磁型同期回転機２：整流器３：バッテリ
４：スイッチ５：電気負荷６：発電制御装置
７：界磁スイッチング素子８：フライホイールダイオード
９：基本クロック１０：電圧検出手段１１：回転速度算出手段
１２：デューティ範囲設定手段１３：制御デューティ演算手段
１４：界磁PWM駆動手段１５：制御デューティ補正手段
２１：電機子巻線２２：界磁巻線１０１：入力インターフェイス
１０２：サンプリング指示発生器１０３：サンプラ
１５１：変化率リミット値算出器１５２：変化率リミッタ１５３：遅延器

Claims

車両用発電機の発電制御装置において
巻線界磁型同期回転機の交流発電電力を直流電力に変換して電気負荷及びバッテリに供給する整流器と、
上記同期回転機の回転速度を算出する回転速度算出手段と、
上記同期回転機の界磁巻線への電圧印可のON/OFFを切り替える界磁スイッチング素子と、基準クロックに基づく周期サンプリング信号に同期して、上記バッテリの電圧または上記整流器の直流側電圧をサンプリングする電圧検出手段と、
上記回転速度算出手段で算出された回転速度に基づいて、上記界磁スイッチング素子のON／OFF比率の適切な範囲(デューティ範囲)を設定するデューティ範囲設定手段と、
上記電圧検出手段のサンプリングした電圧を発電目標電圧に一致させるべく、上記デューティ範囲設定手段で設定されたデューティ範囲に基づいて、上記界磁スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ比率を演算する制御デューティ演算手段と、
上記制御デューティ演算手段で演算されたON／OFF比率から基準クロックに基づく所定周期で上記界磁スイッチング素子のON/OFFタイミングを算出し、上記界磁スイッチング素子を駆動するための界磁スイッチング信号を生成する界磁PWM駆動手段、
を備えることを特徴とする車両用発電機の発電制御装置。
上記界磁PWM駆動手段における界磁スイッチング周期と、上記電圧検出手段における電圧のサンプリング周期の比率はn対1の整数比であることを特徴とする請求項1に記載の車両用発電機の発電制御装置。
上記回転速度算出手段は、上記整流器内の整流素子の両端の電位差に基づいて回転速度を算出することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の車両用発電機の発電制御装置。
上記界磁PWM駆動手段に入力される上記界磁スイッチング素子のON/OFF比率の推移状況に応じて、上記界磁スイッチング素子のON/OFF比率の設定値を補正して出力する制御デューティ補正手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用発電機の発電制御装置。
上記制御デューティ補正手段は、回転速度算出手段で算出された回転速度と、デューティ範囲設定手段で設定されたデューティ範囲に基いて、界磁スイッチング素子のON／OFF比率の変化率のリミット値を算出するリミット値算出手段、および、上記制御デューティ演算手段で演算されたON/OFF比率の変化率を算出する変化率算出手段を備え、上記変化率算出手段によって算出された変化率の上下限を、上記リミット値算出手段のリミット値で制限するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の車両用発電機の発電制御装置。