JP4428452B2 - 異常検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用発電機の異常を予測して警報を出力する異常検出装置に関する。
従来から、車両用発電機の出力電圧に基づいて異常の有無を検出するようにした異常検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この異常検出装置では、車両用発電機の出力電圧を所定の周波数帯でフィルタリングし、その最大値と最小値の差分が閾値異常の場合に車両用発電機の異常を判定している。
特開２００５−１０２４３６号公報（第５−１１頁、図１−１２）
ところで、特許文献１に開示された異常検出装置では、車両用発電機の出力電圧に基づいて異常が生じたことを判定することはできるが、未然に異常の発生を予測することはできず、異常に至る前に警報を出すことができないという問題があった。
近年、燃費や排ガス対策として、信号待ち等においてエンジンを停止／再始動する機能の導入が進んでいるが、このような車両では電気負荷がオン／オフする頻度が増加することにより、温度変化ストレスにより車両用発電機の整流装置（特に整流素子の半田付け部）などの熱疲労故障が懸念されるが、熱疲労が蓄積して故障に至る前に警報を出すことができれば、故障発生が予測される部品を故障に至る前に交換することができる。
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、熱疲労故障の発生を未然に予測して異常発生前に警報を出すことができる異常検出装置を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明の異常検出装置は、車両用発電機の特定部位の温度と相関を有する部位の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段の検出結果に基づいて、温度変化に対応する応力を積算する積算手段と、積算手段による応力の積算値に基づいて、特定部位の異常の発生を予測する異常予測手段と、異常予測手段によって異常の発生を予測したときに警報を出す警報手段とを備えている。特定部位の熱疲労は、温度変化が大きいほど、あるいはその温度環境下に曝される時間が長いほど大きくなる。したがって、温度変化に対応する応力を積算することにより、特定部位の熱疲労の程度を判定することができ、特定部位が故障に至る前にその予測を行い、異常発生前に警報を出すことが可能となる。
また、上述した異常予測手段は、積算値が所定値に達したときに特定部位の異常の発生を予測することが望ましい。積算値と所定値の大小比較によって異常発生を予測することができるため、予測処理に要する負担を軽減することができる。
また、上述した特定部位は、車両用発電機の整流装置であることが望ましい。これにより、整流装置の整流素子の半田付け部に生じる熱疲労故障を未然に通知することができる。
また、上述した車両用発電機には発電状態を制御する車両用発電制御装置が内蔵されており、温度検出手段、積算手段、異常予測手段は、車両用発電制御装置に備わっていることが望ましい。これにより、温度検出から異常発生の予測までを車両用発電制御装置内で行うことができ、結線の簡素化が可能となる。
以下、本発明の異常検出装置を適用した一実施形態の車両用発電機および車両用発電制御装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を適用した一実施形態の車両用発電機と車両用発電制御装置の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電制御装置とエンジンＥＣＵ（電子制御装置）やバッテリ等との接続状態が示されている。
図１において、車両用発電制御装置２は、車両用発電機１の出力端子（Ｂ端子）の電圧が所定の調整電圧になるように発電状態を制御するためのものである。車両用発電機１は、固定子に含まれる三相の電機子巻線１０１と、回転子に含まれる励磁巻線１０２と、電機子巻線１０１の三相出力を全波整流するために設けられた整流装置１０３とを含んで構成されている。この車両用発電機１の出力電圧の制御は、キースイッチ５がオンされて車両用発電制御装置２の動作が開始された後、励磁巻線１０２に対する通電を車両用発電制御装置２によって適宜断続制御することにより行われる。車両用発電機１のＢ端子はバッテリ３と電気負荷４に接続されており、出力端子からバッテリ３や電気負荷４に充電電流や動作電流が供給される。また、車両用発電制御装置２は、通信端子Ｃを介してエンジンＥＣＵ６に接続されている。エンジンＥＣＵ６は、車両用発電制御装置２から異常予測信号が送られてきたときに、異常発生を予測するための警報をインフォメーションパネル７を用いて行う。例えば、インフォメーションパネル７に含まれるインジケータを点灯させることによりこの警報が行われる。
次に、車両用発電制御装置２の詳細構成および動作について説明する。図１に示すように、車両用発電制御装置２は、環流ダイオード２０１、励磁駆動トランジスタ２０２、ドライバ２０３、温度計測部２０４、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）２０５、マイクロコンピュータ２０６、不揮発性メモリ２０７、通信インタフェース２０８を備えている。
励磁駆動トランジスタ２０２は、励磁巻線１０２に直列に接続されており、入力される駆動信号によってオン状態になったときに励磁巻線１０２に励磁電流を供給するスイッチング素子である。環流ダイオード２０１は、励磁巻線１０２に並列に接続されており、励磁駆動トランジスタ２０２がオフ状態のときに励磁電流を環流させる。ドライバ２０３は、駆動信号を入力して励磁駆動トランジスタ２０２をオンオフ制御する。
温度計測部２０４は、車両用発電制御装置２内に設けられており、設置部位の温度を検出する。具体的には、車両用発電制御装置２は整流装置１０３と隣接した状態で組み付けられており、温度計測部２０４は、整流装置１０３に近接した位置に設けられている。これにより、車両用発電機１の特定部位としての整流装置１０３の温度と相関を有する部位の温度を温度計測部２０４によって検出していることになる。温度計測部２０４からは検出した温度に対応する電圧が出力される。アナログ−デジタル変換器２０５は、温度計測部２０４の出力電圧をデジタルデータ（温度データ）に変換する。
マイクロコンピュータ２０６は、アナログ−デジタル変換器２０５から出力される温度データに基づいて、温度変化を計算するとともにこの温度変化を応力に換算し、さらにこの応力を積算する処理を行う。積算結果は、その都度不揮発性メモリ２０７に格納される。また、マイクロコンピュータ２０６は、応力の積算値に基づいて、整流装置１０３の熱疲労による異常発生の有無を予測し、異常が発生する旨を予測した場合には異常予測信号を出力する。通信インタフェース２０８は、マイクロコンピュータ２０６から出力された異常予測信号を通信端子Ｃを介してエンジンＥＣＵ６に向けて送信する。
上述した温度計測部２０４が温度検出手段に、マイクロコンピュータ２０６、不揮発性メモリ２０７が積算手段、異常予測手段に、エンジンＥＣＵ６が警報手段にそれぞれ対応する。
本実施形態の車両用発電制御装置２等はこのような構成を有しており、次に、警報出力に関する動作を説明する。図２は、警報出力に関する動作手順を示す流れ図である。この図２に示す動作手順は所定周期で繰り返し実施される。
温度計測部２０４によって温度が検出されると（ステップ１００）、マイクロコンピュータ２０６は、この検出された温度に基づいて温度変化を算出する（ステップ１０１）。また、マイクロコンピュータ２０６は、算出した温度変化を応力に換算し（ステップ１０２）、前回までの応力の積算値にこの換算した応力を加算して積算値を更新する（ステップ１０３）。なお、前回までの積算値は不揮発性メモリ２０７に格納されている。
次に、マイクロコンピュータ２０６は、更新した最新の積算値が所定値よりも大きいか否か、すなわち積算値が所定に達したか否かを判定する（ステップ１０４）。所定値に達していない場合（積算値が所定値よりも小さい場合）には否定判断が行われる。この場合には、マイクロコンピュータ２０６からは異常予測信号は出力されず、エンジンＥＣＵ６による警報動作は行われない（ステップ１０５）。一方、積算値が所定値に達した場合（積算値が所定値よりも大きい場合）にはステップ１０４の判定において肯定判断が行われる。この場合には、マイクロコンピュータ２０６からは異常予測信号が出力され、エンジンＥＣＵ６による警報動作が行われる（ステップ１０６）。
図３は、温度変化の具体例を示す図である。図３において、横軸は時間経過を示している、ｔ0、ｔ1、・・・ｔnは、図２のステップ１００における温度検出が行われるタイミングを示している。また、縦軸は検出された温度を示している。図３に示す例では、ｔ1とｔ2の間に温度Ｔ0からＴaに上昇し、この温度Ｔaの状態がｔnとｔn+1の間まで継続し、その後温度Ｔ0に低下するものとする。
また、温度変化と応力との関係や、応力の累積値がどの程度に達したときに半田付け部にクリープ現象が生じるかは、半田等の材料や周辺構造によって決まるが、以下では説明を簡略化するために、応力が温度変化に比例し、作用する時間に逆比例するものとする。
図３において、ｔ0、ｔ1のそれぞれでは温度変化ΔＴが０であるから、それぞれの時点での応力σ0、σ1も０となり、それまでの応力の累積値Σσも０となる。ｔ2では温度変化ΔＴ＝Ｔa−Ｔ0であるため、その時点での発生する応力σ２＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂとなる。ここで、Ａは応力が温度変化に比例する場合の比例定数を、Ｂは応力が作用する時間に逆比例する場合に逆比例定数をそれぞれ示している。このようにして算出される各値を整理すると以下のようになる。
ｔ0において、 σ0＝０、Σσ＝０
ｔ1において、 σ1＝０、Σσ＝０
ｔ2において、 σ2＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜
Σσ＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜
ｔ3において、 σ3＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜
Σσ＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜＋Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ
ｔ4において、 σ4＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ
Σσ＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜＋Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ
＋Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ2
ｔnにおいて、 σn＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ(n-2)
Σσ＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜＋Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ
＋Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ2＋…
＋Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ(n-2)
ｔn+1において、σn+1＝Ａ×｜Ｔ0−Ｔa｜／Ｂ
Σσ＝Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜＋Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ
＋Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ2＋…
＋Ａ×｜Ｔa−Ｔ0｜／Ｂ(n-2)
＋Ａ×｜Ｔ0−Ｔa｜／Ｂ
となる。このようにしてそれぞれのタイミングにおいて応力の累積値Σσが算出され、この値が所定値に達したときに、マイクロコンピュータ２０６から異常予測信号が出力され、エンジンＥＣＵ６によって警報が行われる。
このように、特定部位としての整流装置１０３の半田付け部の熱疲労は、温度変化が大きいほど、あるいはその温度環境下に曝される時間が長いほど大きくなる。したがって、温度変化に対応する応力を積算することにより、特定部位の熱疲労の程度を判定することができ、特定部位が故障に至る前にその予測を行い、異常発生前に警報を出すことが可能となる。また、積算値が所定値に達したときに特定部位の異常の発生を予測しており、積算値と所定値の大小比較によって異常発生を予測することができるため、予測処理に要する負担を軽減することができる。
また、車両用発電機１には発電状態を制御する車両用発電制御装置２が内蔵されており、温度計測部２０４、アナログ−デジタル変換器２０５、マイクロコンピュータ２０６、不揮発性メモリ２０７を車両用発電制御装置２に備えることにより、温度検出から異常発生の予測までを車両用発電機１に内蔵された車両用発電制御装置２で行うことができ、結線の簡素化が可能となる。
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変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、整流装置１０３の半田付け部に作用する応力が温度変化に比例し、作用する時間に逆比例するものとしたが、温度変化と応力との関係が詳細にわかっており、その関係がマップ化（関係を示すことができるものであれば、テーブル化でも数式化でも何でもよい）されている場合には、温度変化に基づいてこのマップを参照し、温度変化に対応する正確な応力を求めるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、車両用発電制御装置２内に温度計測部２０４、アナログ−デジタル変換器２０５、マイクロコンピュータ２０６、不揮発性メモリ２０７を設けたがこれらの各構成あるいは同等の機能をエンジンＥＣＵ６等に持たせるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、車両用発電制御装置２内に温度計測部２０４を設けたが、少なくともその温度検出部分を車両用発電制御装置２から引き出して整流装置１０３に当接あるいは近接配置することにより、整流装置１０３のより正確な温度を測定するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、車両用発電制御装置２からエンジンＥＣＵ６に異常予測信号を送ってエンジンＥＣＵ６が警報を出すようにしたが、車両用発電制御装置２からインフォメーションパネル７等に直接警報指示を出して警報動作を行うようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、整流装置１０３の半田付け部の熱疲労故障に着目してその異常発生を予測する要したが、異常発生の予測対象となる部位は整流装置１０３以外であってもよい。
一実施形態の車両用発電機と車両用発電制御装置の構成を示す図である。 警報出力に関する動作手順を示す流れ図である。 温度変化の具体例を示す図である。
符号の説明
１ 車両用発電機
２ 車両用発電制御装置
３ バッテリ
４ 電気負荷
６ エンジンＥＣＵ
７ インフォメーションパネル
１０１ 電機子巻線
１０２ 励磁巻線
１０３ 整流装置
２０１ 環流ダイオード
２０２ 励磁駆動トランジスタ
２０３ ドライバ
２０４ 温度計測部
２０５ アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
２０６ マイクロコンピュータ
２０７ 不揮発性メモリ
２０８ 通信インタフェース

Claims (4)

  1. 車両用発電機の特定部位の温度と相関を有する部位の温度を検出する温度検出手段と、
    前記温度検出手段の検出結果に基づいて、温度変化に対応する応力を積算する積算手段と、
    前記積算手段による応力の積算値に基づいて、前記特定部位の異常の発生を予測する異常予測手段と、
    前記異常予測手段によって異常の発生を予測したときに警報を出す警報手段と、
    を備えることを特徴とする異常検出装置。
  2. 請求項１において、
    前記異常予測手段は、前記積算値が所定値に達したときに前記特定部位の異常の発生を予測することを特徴とする異常検出装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記特定部位は、前記車両用発電機の整流装置であることを特徴とする異常検出装置。
  4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
    前記車両用発電機には発電状態を制御する車両用発電制御装置が内蔵されており、
    前記温度検出手段、前記積算手段、前記異常予測手段は、前記車両用発電制御装置に備わっていることを特徴とする異常検出装置。
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