JP4961252B2 - 発電制御装置及び鞍乗型車両 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関で駆動されるマグネトウにより発生する交流電流を発電電流制御手段により直流に整流しかつ発電量を調整し、この発電電流とバッテリとで電気機器に給電するとともに、発電電流でバッテリを充電する発電制御装置及び鞍乗型車両に関する。

特許文献１に開示された電動発電機の制御装置によれば、発電時の低回転速度領域と高回転速度領域とで異なる界磁電流制限値とし、また、発電時の界磁電流制限値を電動時の界磁電流制限値よりも小さくすることが開示されている。

一方、従来のキックスターター式の自動二輪車等の鞍乗型車両には、図６に示すような発電制御装置が搭載されている。詳述すると、この形式の発電制御装置１０は、内燃機関１のクランク軸２の回転により回転駆動されるマグネトウ１１で三相交流電流を発電し、レギュレータ１２により直流電流に整流し、この発電電流を電気機器１４（ヘッドランプ１４ａとブレーキランプ１４ｂとその他の電気機器１４ｃ）に供給すると共に、レギュレータ１２と並列に設けたバッテリ１３からの発電電流を電気機器１４に供給するように構成されており、エンジン１の低回転時には、クランク軸２をスタータモータ（図示しない；その他の電気機器１４ｃに含まれる）が起動回転し、エンジン１の低回転時からレギュレータ１２により、マグネトウ１１に負荷がかかる発電制御を行い、負荷電流Ｉｙの変動に対応して発電電流Ｉｘを変動して発電制御するように構成されている。なお、発電電流Ｉｘ＞負荷電流Ｉｙのとき、バッテリ１３に充電電流Ｉｑ（＝Ｉｘ−Ｉｙ）が流れて充電が行われる。
特開２００５−２３７０８４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電動発電機の制御装置によれば、省エネルギー運転が十分に達成できる発電制御ではない。

また、図６に示す発電制御装置１０によれば、発電電流は、負荷電流の変動に対して円滑に追従することができない。例えば、エンジン１の低回転時には、スタータモータがバッテリ１３から給電されつつクランク軸２を起動回転する一方で、レギュレータ１２により、エンジン１の低回転時からマグネトウ１１の発電電圧が大きな発電電流となるように制御されるので、マグネトウ１１に大きな負荷トルクがかかることになっている。このため、スタータモータがクランク軸２を回転し難くなり、内燃機関１の起動失敗に繋がる一因になっている。また、負荷電流Ｉｙの変動に発電電流Ｉｘが良好には追随せず、発電電流Ｉｘを供給停止してしまうこともある。

そこで、この発明は、内燃機関のアイドリング等の低回転領域では一定の大きさの発電量を安定して確保でき、また低回転領域以外では発電電流を内燃機関の動作モードに応じた適切な発電量となるように対応させられ運転状況に適した発電と省エネルギー運転を達成できる発電制御装置及び鞍乗型車両を提供することを課題とする。

かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、内燃機関のクランク軸の回転により回転駆動され、交流電流を発電するマグネトウと、前記交流電流を直流に整流しかつ発電量を制御した発電電流を電気機器に供給する発電電流制御手段と、前記電気機器に関し前記発電電流制御手段と並列接続されたバッテリとを具備し、前記発電電流制御手段は、前記マグネトウが発生する交流電流を直流電流に変換する整流部と、前記整流部の発電量を制御する制御部とを具備し、前記マグネトウは、磁石式三相発電体であり、前記整流部は、サイリスタとダイオードとが直列接続されさらに三相ブリッジ混合接続され、前記マグネトウの各ステータコイルに誘起された交流電流を前記ダイオードと前記サイリスタの中点位置に入力するように構成され、前記制御部は、前記内燃機関又は前記マグネトウの回転周期に係る信号を入力して現在の回転が不安定周期回転領域であるかまたは安定周期回転領域であるかを判断する回転領域検出手段と、前記回転領域検出手段が不安定周期回転領域であるときは、前記整流部より出力する発電電流が略最大の一定値となるように該整流部を制御する低回転時発電制御手段と、前記回転領域検出手段が安定周期回転領域であるときは、前記整流部より出力する発電電流が前記内燃機関の動作モードに応じて予め定められた発電量となるように該整流部を位相角制御により変動制御する通常回転時発電制御手段とを備えた発電制御装置としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記低回転時発電制御手段が、前記マグネトウの三相交流電流の三相分の周波数を一相に纏めて平滑電圧として、この平滑電圧を比較器のマイナス側入力端子に入力し、かつ該比較器のプラス側入力端子に、前記平滑電圧が不安定周期回転時の電圧から安定周期回転時の電圧に変わるときの境界電圧乃至これより若干大きい電圧を閾値電圧として入力し、平滑電圧が閾値電圧よりも小さいときは前記比較器より電圧「ハイ」を出力し、この電圧「ハイ」の信号を低回転時トリガー信号出力指示信号としてこの信号に基づいて低回転時トリガー信号を出力して前記整流部を制御する構成であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構成に加え、３つのＯＲ回路を備え、この各ＯＲ回路に、前記比較器より出力する前記低回転時トリガー信号出力指示信号を入力すると共に、前記通常回転時発電制御手段より出力する各１相の前記通常回転時トリガー信号出力指示信号を入力するように構成されていて、何れか一の出力指示信号の入力時に該出力指示信号をトリガー信号出力手段に出力して、該トリガー信号出力手段より出力する低回転時トリガー信号又は通常回転時トリガー信号により前記整流部を制御するように構成されたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の構成に加え、前記通常回転時発電制御手段が、前記比較器から出力が電圧「ハイ」であるか、電圧「ロー」であるかを判断し、電圧「ロー」であるときに、前記整流部より出力する発電電流が前記内燃機関の動作モードに応じて予め定められた発電量となるように、該整流部を位相角制御信号である通常回転時トリガー信号出力指示信号を出力し、この信号に基づいて通常回転時トリガー信号を出力して前記整流部に入力し該整流部を変動制御することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一に記載の構成に加え、前記通常回転時発電制御手段が、前記整流部の各サイリスタのゲートへ出力するトリガー信号の出力タイミングに用いる位相角データを、内燃機関の回転速度と加速度により決定される各動作モードに対応して記憶した不揮発メモリを有し、前記クランク軸又は前記マグネトウの回転周期に係る信号に基づいて算出する回転速度と加速度により動作モードを特定して前記不揮発メモリから対応する位相角データを読み出し、該位相角データに基づいて前記通常回転時トリガー信号出力指示信号を出力するように構成されたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一に記載の発電制御装置を備えた鞍乗型車両としたことを特徴とする。

本願の各請求項に記載の発明によれば、位相角制御による変動制御を行い難い不安定周期回転領域では、低回転時発電制御手段が、整流部より出力する発電電流が略最大の一定値となるように該整流部を制御し、また、回転領域検出手段が安定周期回転領域であるときは、通常回転時発電制御手段が、整流部より出力する発電電流が前記内燃機関の動作モードに応じて予め定められた発電量となるように該整流部を位相角制御により変動制御する。従って、内燃機関がアイドリング時以外では通常回転制御である位相角制御を行い、低回転領域では周期が安定して得られないので位相角制御が行い難くマグネトウの発電電力の全量を発電電流とすることができる。このため、内燃機関の低回転領域が継続しても一定の大きさの発電量を安定して確保できてバッテリ上がりを回避でき、また内燃機関の低回転領域以外では発電電流を内燃機関の動作モードに応じた適切な発電量となるように対応させられるから運転状況に適した発電と省エネルギー運転を有効に達成できる。また、この発明によれば、低回転時にマグネトウの発電電力が小さいことによる回転信号の誤検出を回避できて位相角制御の低回転時での誤作動を防止できる。

請求項２に記載の発明によれば、マグネトウの三相交流電流の三相分の平滑電圧と第１の閾値電圧とを比較して、平滑電圧が小さいときは、低回転時トリガー信号出力指示信号／低回転時トリガー信号を出力して整流部を制御するので、位相角制御による発電領域を回転周期が一相の回転信号では回転周期を安定して得られない低い回転数、例えば１０００ｒ．ｐ．ｍでも、平滑電圧を用いることで回転周期を安定して得られ、もって、内燃機関の動作モードに応じた適切な発電量となるように対応させられる位相角による発電制御を低回転領域に可及的に適用できて、省エネルギー運転を有効に達成できる。

請求項３に記載の発明によれば、３つのＯＲ回路によって、比較器より出力する低回転時トリガー信号出力指示信号と、マイクロコンピュータ（通常回転時発電制御手段）より出力する通常回転時トリガー信号出力指示信号との何れか一を選択して、トリガー信号出力回路に入力するので、トリガー信号出力回路より、低回転時トリガー信号出力指示信号に対応した低回転時トリガー信号、または、通常回転時トリガー信号出力指示信号に対応した通常回転時トリガー信号を出力できて、整流部を内燃機関の低回転領域以外では発電電流を内燃機関の動作モードに応じた適切な発電量となるように位相角制御できて、省エネルギー運転を達成でき、そして、位相角制御を正確には行い難いアイドリング等の低回転領域では一定の大きさの発電量を安定して確保できる制御される。

請求項４に記載の発明によれば、通常回転時発電制御手段にマイクロコンピュータを用いることができ、該マイクロコンピュータで低回転時発電制御手段を構成する比較器から出力が電圧「ハイ」であるか、電圧「ロー」であるかを判断できて、動作モードが低回転領域を脱したときに、位相角制御に入ることを判断できる。

請求項５に記載の発明によれば、通常回転時発電制御手段にマイクロコンピュータを用いることができ、その不揮発メモリに動作モードに対応する位相角データを記憶し、マグネトウの回転周期に係る信号に基づいて算出する回転速度と加速度により動作モードを特定して不揮発メモリから対応する位相角データを読み出して通常回転時トリガー信号出力指示信号を出力し、整流部を動作モードに対応する位相角制御することができる。

請求項６に記載の発明によれば、内燃機関の低回転領域以外では発電電流を内燃機関の動作モードに応じた適切な発電量となるように対応させられ省エネルギー運転を達成でき、またアイドリング等の低回転領域では一定の大きさの発電量を安定して確保できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

〔発明の実施の形態１〕
自動二輪車等の鞍乗型車両に備えられる発電制御装置を図１乃至５に示す。

まず、構成を説明する。図１に示すように、発電制御装置２０は、交流電流を発電するマグネトウ２１と、前記交流電流を直流に整流しかつ発電量を制御した発電電流を電気機器２４に供給する発電電流制御手段２２と、前記電気機器２４に関し前記発電電流制御手段２２と並列接続されたバッテリ２３とを備えている。

マグネトウ２１は、エンジン（内燃機関）１のクランク軸２の回転により駆動されロータに取付けられた永久磁石（図示しない）が回転してステータコイル２１ａ〜２１ｃで発電する磁石式三相交流発電体である。

発電電流制御手段２２は、マグネトウ２１が発生する交流電流を直流電流に変換しかつ発電電流量を制御する回路部であり、整流部２２Ａと、制御部２２Ｃと回転速度検出部２２Ｂとを備えている。

バッテリ２３は、発電電流制御手段２２からの発電電流Ｉｘが電気機器２４の負荷電流Ｉｙよりも小さいときに放電電流Ｉｄを前記電気機器２４に供給すると共に発電電流Ｉｘが負荷電流Ｉｙよりも大きいときに充電電流Ｉｑを供給される。

電気機器２４として、ここではヘッドランプ２４ａとブレーキランプ２４ｂとその他の電気機器２４ｃが示されている。その他の電気機器２４ｃとは、点火制御コントローラ、エンジンコントロールユニット、ＦＩコントローラ、テールランプ、ストップランプ、ニュートラルインジケータ、メーター、電動ポンプ等が該当する。

以下は、発明の要部である発電電流制御手段２２について詳述する。

整流部２２Ａは、マグネトウ２１が発生する交流電流を直流電流に変換する回路部である。この整流部２２Ａは、上流側のダイオード２５と下流側のサイリスタ２６とを直列接続した回路を三相ブリッジ混合接続し、マグネトウ２１の各ステータコイル２１ａ〜２１ｃに誘起された交流電流をダイオード２５とサイリスタ２６の中点位置に入力するように構成されている。

さらに、整流部２２Ａは、各サイリスタ２６のゲートに、低回転時には常時ターンオンする低回転時トリガー信号（非位相角制御信号＝高電圧信号）を入力されることにより発電電流を最大となるように出力すると共に、通常回転時には通常回転時トリガー信号（位相角制御信号＝パルス信号）を入力されることによりターンオン制御されて発電電流を可変出力するように構成されている。

サイリスタ２６は、ゲートに一定の大きさの電流を通過させるとアノードとカソード間が導通（ターンオン）する。この導通を停止（ターンオフ）するためには、アノードとカソード間の電流を一定値以下にする必要がある。
図２（ａ）に、一相のダイオード２５とサイリスタ２６との間の発電電圧の変化を示す電圧曲線図を示す。

エンジン１が１０００ｒ．ｐ．ｍ．未満の低回転時には、サイリスタ２６のゲートに低回転時トリガー信号を常時入力することになるので、図２（ａ）に示すように、正の電圧曲線のハッチングのエリアは、図２（ｃ）に示す発電電流ａ１の大きさを示している。図２（ｃ）に示す発電電流ａ１は、一相分であり、図２（ｄ）に示す発電電流ａ２と図２（ｅ）に示す発電電流ａ３は他の二相の電流を示す。低回転時には、整流部２２Ａは、図２（ｆ）に示す三相の合成発電電流ａ１＋ａ２＋ａ３を出力する。

低回転時トリガー信号をオフにすると、サイリスタ２６はターンオフになり、整流部２２ａからの発電電流は零になる。

また、サイリスタ２６のゲートに通常回転時トリガー信号を入力する場合はアノードとカソード間の電流が交流電流であるので、該交流電流が零に向かって小さく変化していく過程で自動的にターンオフすることになる。

ここで、図３に位相角制御により発電量を可変出力することについて説明する。整流部２２Ａに対して位相角制御を行うときは、図３（ａ）の電圧曲線に示す発電電圧の大きさを常時検出して閾値電圧となる時点を検出し、この時点よりカウントを開始し、時間ｔ１が経過したら、図３（ｂ）に示す位相角制御信号（トリガー信号）ｂ１を出力する。すると、サイリスタ２６が図３（ａ）の電圧曲線のターンオンしてからターンオフするまでの間のハッチングのエリアが、図３（ｃ）に示す電流値ｃ１となってサイリスタ２６より出力する。図３（ｃ）に示す発電電流ｃ１は、一相分であり、図３（ｄ）に示す発電電流ｃ２と図３（ｅ）に示す発電電流ｃ３は他の二相の電流を示す。整流部２２Ａは、図３（ｆ）に示す三相の合成発電電流を出力する。

図３（ａ）の電圧曲線のハッチングのエリアは、図３（ｃ）に示す発電電流ａ１の大きさを示している。カウントする時間がｔ２で示すように小さくなり出力タイミングが左にずれて、トリガー信号ｂ２を出力すると、ハッチングのエリアが大きくなり、大きな発電量ｄ１になる。反対に、カウントする時間がｔ３で示すように大きくなり出力タイミングが右にずれて、トリガー信号ｂ３を出力すると、小さな発電量ｅ１になる。カウントする時間ｔ１、ｔ２、ｔ３は、３６０°に対する位相角データと回転周期とを乗算して算出する。位相角データは、〔位相角／３６０°〕の値である。

図１に戻り説明を続ける。回転速度検出部２２Ｂは、３つのダイオード３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、平滑回路３２と、比較器３３と、閾値電圧発生部３４とを備えている。制御部２２Ｃは、電圧検出回路２７と、マイクロコンピュータ２８と、３つのＯＲ回路２９ａ、２９ｂ、２９ｃと、トリガー信号出力回路３０とを備えている。

一方、別の機能面から見ると、電圧検出回路２７と回転速度検出部２２ＢとＯＲ回路２９ａ、２９ｂ、２９ｃとトリガー信号出力回路３０は、低回転時発電制御手段を構成しており、また、マイクロコンピュータ２８とＯＲ回路２９ａ、２９ｂ、２９ｃとトリガー信号出力回路３０は、通常回転時発電制御手段を構成している。

低回転時発電制御手段は、エンジン１（又はマグネトウ２１）が不安定周期回転（例えば１０００ｒ．ｐ．ｍ．未満）領域にある低回転動作にあるときは、前記整流部より出力する発電電流が略最大の一定値となるように該整流部を制御する構成であり、通常回転時発電制御手段は、エンジン１（又はマグネトウ２１）が安定周期回転（例えば１０００ｒ．ｐ．ｍ．以上）領域にある通常回転動作にあるときは、整流部２２Ａより出力する発電電流が内燃機関１の動作モードに応じて予め定められた発電量となるように該整流部２２Ａを位相角制御により変動制御する構成である。さらに以下の説明を通じて低回転時発電制御手段と通常回転時発電制御手段の内容を明らかする。

回転速度検出部２２Ｂについて説明する。

電圧検出回路２７は、ステータコイル２１ａ〜２１ｃ（＝整流部２２Ａの三相）から周波数信号を入力して該周波数信号の変化に対応した電圧を出力することを三相について行い、該三相の電圧をそれぞれダイオード３１ａ、３１ｂ、３１ｃを通した後に単一線に通し平滑回路３２に入力するように構成され、平滑回路３２は、平滑電圧として出力するように構成されている。該平滑回路３２は、例えば、抵抗と、該抵抗の下流側にアースに分岐接続する配線部にコンデンサを設けた構成で良い。

比較器３３は、マイナス側入力端子に平滑回路３２から出力する平滑電圧を入力すると共に、プラス側入力端子に閾値電圧発生部３４から出力する閾値電圧を入力するように構成され、平滑電圧が閾値電圧よりも小さいときは電圧「ハイ（例えば５ボルト）」を出力し、平滑電圧が閾値電圧よりも大きいときは電圧「ロー（例えば０ボルト）」を出力ように構成され、電圧「ハイ」の信号を出力するときは、この信号を低回転時トリガー信号出力指示信号としてＯＲ回路２９ａ、２９ｂ、２９ｃの一方の入力端子に入力するように構成されている。

閾値電圧発生部３４は、平滑回路３２から出力する平滑電圧が、不安定周期回転時の電圧から安定周期回転時の電圧に変わるときの境界電圧乃至これより若干大きい電圧を閾値電圧として出力するように設定される。この境界電圧を、鞍乗型車両の機種（大型、中型、小型等）により相違するが、エンジン１のクランク軸２の回転速度が例えば１０００ｒ．ｐ．ｍ未満のときに平滑回路３２から出力する平滑電圧を不安定周期回転時の電圧として扱うと共に、１０００ｒ．ｐ．ｍ以上のときに平滑回路３２から出力する平滑電圧を安定周期回転時の電圧として扱うものとしたとき、閾値電圧は、１０００ｒ．ｐ．ｍ〜１２００ｒ．ｐ．ｍのときに平滑回路３２から出力する平滑電圧と等しい値を設定すれば良い。

また、比較器３３より出力する電圧「ハイ（例えば５ボルト）」と電圧「ロー（例えば０ボルト）」のいずれも、マイクロコンピュータ２８のＩ／Ｏポートｐ４より入力するように構成されている。

続いて、制御部２２Ｃについて説明する。

電圧検出回路２７は、ステータコイル２１ａ〜２１ｃ（＝整流部２２Ａの三相）から周波数信号を入力して該周波数信号の変化に対応した電圧を出力することを三相について行い、該三相の電圧（回転周期に係る信号）を、マイクロコンピュータ２８の３つのアナログポートＰ１，Ｐ２、Ｐ３へ入力する。

マイクロコンピュータ２８は、Ｉ／Ｏポートｐ４より入力する電圧が電圧「ハイ」と電圧「ロー」の何れであるかを定期的に検出して、電圧「ハイ」を検出したときは、Ｉ／Ｏポートｐ５、ｐ６、ｐ７より信号出力を行わず、電圧「ロー」を検出したときは、Ｉ／Ｏポートｐ５、ｐ６、ｐ７より例えば５ボルトのパルスｂ１，ｂ２，ｂ３を通常回転時トリガー信号出力指示信号として、１回転周期に１回の割合で所要のタイミングで出力して、ＯＲ回路２９ａ、２９ｂ、２９ｃの他方の入力端子に入力するように構成されている。

ＯＲ回路２９ａ、２９ｂ、２９ｃは、通常回転時トリガー信号出力指示信号（５ボルトのパルス信号であって位相角制御信号）と、低回転時トリガー信号出力指示信号（５ボルトの連続信号）の、何れか一の信号の入力時に該信号に対応した通常回転時トリガー信号出力指示信号又は低回転時トリガー信号出力指示信号をトリガー信号出力回路３０に出力するように構成されている。

トリガー信号出力回路３０は、ＯＲ回路２９ａ、２９ｂ、２９ｃから出力される通常回転時トリガー信号出力指示信号または低回転時トリガー信号出力指示信号を入力すると、この信号に対応して、３つのサイリスタ２６のゲートに給電してサイリスタをターンオンできるトリガー信号を出力するように構成されている。

従って、整流部２２Ａは、トリガー信号出力回路３０から低回転時トリガー信号出力指示信号に基づくトリガー信号（連続信号）を３つのサイリスタ２６のゲートに入力するときは連続してターンになる。すなわち、図２において説明したように、３つのサイリスタ２６がダイオードと同一の役割を果たすことになり、このときは、従来のレギュレータによる低速回転時の発電制御と同様に、三相交流電圧の全部を電流に変えることになる。これにより、低回転域で位相角制御する場合の誤動作を回避することができる。

また、整流部２２Ａは、トリガー信号出力回路３０から通常回転時トリガー信号出力指示信号に基づくトリガー信号（パルス信号）を３つのサイリスタ２６のゲートに入力するときは、図３において説明した位相角制御により、発電電流Ｉｘを所望に変動して出力する。

マイクロコンピュータ２８は、内燃機関１又はマグネトウ２１の回転周期に係る信号をＩ／Ｏポートｐ１、ｐ２、ｐ３より入力して現在の回転が不安定周期回転領域であるかまたは安定周期回転領域であるかを判断する回転領域検出手段（図４のフローチャートのステップＳ１１、Ｓ１２）と

マイクロコンピュータ２８は、不揮発メモリであるＲＯＭ２８ｃに、整流部２２Ａの各サイリスタ２６のゲートへ出力するトリガー信号の出力タイミングに用いる位相角データを、内燃機関の回転速度と加速度により決定される各動作モードに対応して記憶している。

位相角データは、図３について説明したように、回転周期時間に対応して換算したトリガー信号出力時間と対応している。

この実施の形態でＲＯＭ２８ｃに記憶される位相角データを、トリガー信号出力時間に換算すると、以下のような関係になる。
（１）中速一定乃至低速一定状態の動作モードのときに、トリガー信号出力時間が、例えば図３に示すｔ１となるように設定される。このｔ１は、長時間運転したときにバッテリの充電が緩やかに進む程度の発電量となるように設定される。
（２）高速一定状態の動作モードのときに、トリガー信号出力時間が、例えば図３に示すｔ４となるように設定される。すなわち、高速一定状態の動作モードのときには、中速一定乃至低速一定状態のときよりも、負荷電流が大きくなるので、トリガー信号出力時間が短く、発電量が多くなるように設定される。このｔ２は、長時間運転したときにバッテリの充電が緩やかに進む程度の発電量となるように設定される。
（３）中速一定乃至低速一定状態の動作モードの動作モードから、加速状態の動作モードに移行するときに、移行前の動作モードのときのトリガー信号出力時間ｔ５となるように設定される（位相角を大きくして発電量が小さくなるように設定される）。高速一定状態の動作モードの動作モードから、加速状態の動作モードに移行するときには、トリガー信号出力時間ｔ４よりも長く設定される（位相角を大きくして発電量が小さくなるように設定される）。
（４）中速一定乃至低速一定状態又は高速一定状態の動作モードの動作モードから、減速状態の動作モードに移行するときに、移行前の動作モードのときのトリガー信号出力時間ｔ１又はｔ２よりも短くなるように設定される（位相角を小さくして発電量が大きくなるように設定される）。
（５）前照灯を点灯した状態の動作モードのときに、前照灯を消灯した状態の現在の動作モードのときよりも、トリガー信号出力時間を短くなるように設定される。すなわち、長時間運転したときに、バッテリ上がりが起きない発電量となるように設定される。
（６）起動時の動作モードのとき、並びに、アイドリング状態の動作モードのときに、通常回転時トリガー信号出力指示信号を出力しない。すなわち、この状態に対応する位相角データを記憶しないものとして差し支えない。このときは、比較器３３から低回転時トリガー信号出力指示信号が出力する。

さらに、マイクロコンピュータ２８は、ソフトウエアにより構成された位相角設定手段とカウント開始時点判断手段とトリガー信号出力指示手段とを備えている。

位相角設定手段は、図５のフローチャートのＡの部分であり、マグネトウ（又はクランク軸）の回転周期に係る信号を入力して回転速度と加速度とを算出し、該回転速度と該加速度により動作モードを特定し該動作モードに対応した位相角を前記不揮発メモリから読み出してタイミング設定用位相角とする。

カウント開始時点判断手段は、図５のフローチャートのＢの部分であり、位相角設定手段により前記不揮発メモリ２８ｃからトリガー信号出力タイミング設定用位相角を読み出した後に、マグネトウ２１の電圧信号を入力して該電圧信号の電圧値が位相角を算出開始するための閾値電圧になったか否かを判断する。

トリガー信号出力指示手段は、図５のフローチャートのＣの部分であり、カウント開始時点判断手段により判断されたカウント開始時点より随時に位相角を算出し、該位相角が前記タイミング設定用位相角と等しくなるか否かを判断し、等しくなったときにトリガー信号出力指示信号を出力する。

これにより、マイクロコンピュータ２８は、ＣＰＵ２８ａが、不揮発メモリであるＲＯＭ２８ｂに格納されたプログラムソフトを読み出し、該プログラムソフトの制御手順に従い、アナログポートＰ１，Ｐ２、Ｐ３より入力される回転周期に係る信号に基づいて回転速度と加速度を演算して動作モードを特定して対応する固有コードを抽出し、該固有コードにより不揮発メモリであるＲＯＭ２８ｃに格納された位相角データを読み出し、必要なタイミングで位相角制御信号であるトリガー信号出力指示信号をトリガー信号出力回路３０に対して出力するように構成されている。

動作モードを特定は、例えば、低速走行状態、中速走行状態、高速走行状態、急速加速状態、緩やかな加速状態、急速減速状態、緩やかな減速状態、前照灯点灯状態などの予め定めた動作モードについて行い、回転速度と加速度とから自動的に特定できるようにする。アイドリング状態と起動時については、図４のフローチャートから分かるように特定不要になっているが、回転周期に係る信号に基づいて回転速度を算出した値が小さいときには全て低速走行状態として特定されるようにする。特定した動作モードに予め定めた固有コードを自動的に付与するようにする。ＲＯＭ２８ｃには、固有コードに応じた位相角データを記憶しておくことにより、動作モードを特定し、それによって得られる固有コードを指定してＲＯＭ２８ｃに記憶されている位相角データをリードできるようにしておく。

この位相角データは、例えば、急加速状態や急減速状態について、走行実験を繰り返して回転速度の値の範囲と加速度の値の範囲を決めて、それに基づいて省エネルギー運転の観点から適切な発電量を決めて、そのときの回転速度における当該発電量が得られるように決定してＲＯＭ２８ｃに記憶しておく。

トリガー信号出力回路３０は、マイクロコンピュータ２８から出力される３つのトリガー信号出力指示信号を入力すると、これらの信号に対応して、３つのサイリスタ２６のゲートに給電して各サイリスタ２６をターンオンできるトリガー信号を出力するように構成されている。

従って、整流部２２Ａは、３つのサイリスタ２６のゲートにトリガー信号出力回路３０からトリガー信号（パルス信号）を入力するときは位相角制御されて発電電流Ｉｘを所望に変動して出力する。

図４は、マイクロコンピュータ２８のＣＰＵがＲＯＭ２８ｂからプログラムソフトをリードして実行する制御手順を示すフローチャートである。

スタートすると、まず、比較器３３の信号が入力するＩ／Ｏポートｐ４の電圧を入力する（ステップＳ１１）。次いで、入力信号が電圧「ハイ」であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。エンジン１が例えば１０００ｒ．ｐ．ｍ．未満の低回転領域の動作モードであると、比較器３３の出力は、電圧「ハイ」となり、ステップＳ１２の判断はＮＯとなり、ステップＳ１１に戻る。このときは、比較器３３から電圧「ハイ」の出力がＯＲ回路２９ａ〜２９ｃに入力し、ＯＲ回路２９ａ〜２９ｃから低回転時トリガー信号出力指示信号（連続信号）が連続して出力しトリガー信号出力回路３０に入力し、もって整流部２２Ａが発電電力の全量を電流に変換して出力する低回転時発電制御を行う。このときは、マイクロコンピュータ２８の３つのＩ／Ｏポートｐ５〜ｐ７からの信号出力は行わない。
エンジン１が例えば１０００ｒ．ｐ．ｍ．以上の通常回転領域の動作モードであると、比較器３３の出力は、電圧「ロー」となり、ステップＳ１２の判断はＹＥＳとなり、詳細なフローチャートを図５に示す通常回転発電制御を行う（ステップＳ２０）。

スタートすると、まず、回転周期信号を入力し回転周期を算出する（ステップＳ２１）。ここでは、電圧検出回路２７から変動出力する三相の検出電圧が回転周期信号であり、ＡＮポートｐ１〜ｐ３より入力した各電圧信号を２５６階調でＡ／Ｄ変換し、例えば、デジタル値のピーク値間の時間を算出し回転周期を算出しレジスタ（ＤＲＡＭに記憶しても良い。以下、同じ。）に記憶する。

次いで、回転速度・加速度を算出する（ステップＳ２２）。ここでは、ステップＳ２１で得られたデジタル値に基づいて、所定の演算を行って回転速度を算出してレジスタに記憶し、次いで加速度を算出してレジスタに記憶する。

次いで、動作モードを特定しＲＯＭ２８ｃから位相角データを読み出す（ステップＳ２３）。ここでは、ステップＳ２２で得られた回転速度と加速度に基づいて動作モードを特定し、固有コード（メモリ番地）を付与し、この固有コードによってＲＯＭ２８ｃに記憶されている位相角データを読み出す。

次いで、電圧信号をサンプル入力する（ステップＳ２４）。ここでは、電圧検出回路２７から出力する３つの電圧信号をＡＮポートｐ１〜ｐ３よりサンプル入力し各電圧信号を２５６階調でＡ／Ｄ変換してレジスタに入力する。

次いで、ＡＮポートｐ１〜ｐ３より入力する各電圧信号がカウント開始するための第２の閾値電圧になったか否かを判断する（ステップＳ２５）。ここでは、ステップＳ２１で得られた検出電圧を、閾値電圧と照合し該閾値電圧以上になる時点をウオッチングする。検出電圧の方が小さいときは、ＮＯの判断となり、ステップＳ２４に戻り再び新しい検出電圧を得て、再度の判断を繰り返す。レジスタの値が第２の閾値電圧以上になったときは、ＹＥＳの判断となり、ステップＳ２６に移る。

ステップＳ２６では、ＡＮポートｐ１〜ｐ３より回転周期信号を入力し回転周期を算出し前記ステップＳ２３で読み出した位相角データに対応したトリガー信号出力時間を算出する。次いで、時間をカウント開始する（ステップＳ２７）。

次いで、カウント時間がトリガー信号出力時間になったか否かを判断する（ステップＳ２８）。ここでは、カウント時間をステップＳ２６で算出したトリガー信号出力時間と照合し、カウント時間がトリガー信号出力時間と等しくなるまでカウントを継続し、カウント時間がトリガー信号出力時間と等しくなったら、トリガー信号出力指示信号を出力する（ステップＳ２９）。

このトリガー信号出力指示信号は、３つのＩ／Ｏポートｐ４〜ｐ６より出力し、トリガー信号出力回路３０に入力する。トリガー信号出力回路３０では、トリガー信号出力指示信号の入力に対応してトリガー信号を整流部２２Ａのサイリスタ２６のゲートに入力する。このため、サイリスタ２６は位相角制御され、エンジン１の運転が省エネルギーとなるように発電電流を変動して出力する。

上記実施の形態によれば、例えば１０００ｒ．ｐ．ｍ．未満の不安定周期回転領域では、位相角制御による変動制御を行い難く、この領域では、低回転時発電制御手段が、整流部より出力する発電電流が略最大の一定値となるように該整流部を制御する。そして、１０００ｒ．ｐ．ｍ．以上の安定周期回転領域では、位相角制御による変動制御を行う。このときは、通常回転時発電制御手段が、整流部より出力する発電電流が前記内燃機関の動作モードに応じて予め定められた発電量となるように該整流部を位相角制御により変動制御する。

従って、起動時やアイドリング時の低回転領域では従来のレギュレータと同様に、マグネトウの発電電力の全量を発電電流とすることになり、また内燃機関が起動時やアイドリング時以外では通常回転制御である位相角制御を行うことになる。

このため、内燃機関の低回転領域が継続しても一定の大きさの発電量を安定して確保できてアイドリングが長くなってバッテリ電圧大幅に下げてしまうことを回避でき、また内燃機関の低回転領域以外では発電電流を内燃機関の動作モードに応じた適切な発電量となるように対応させられる。例えば、低速走行状態、中速走行状態、高速走行状態、加速状態、減速状態などの複数の動作モードに対応するように、位相角を固有の値に設定することにより、動作モードが変更する度に発電量を該動作モードに対応した適切な値に変更することができて、発電電流を動作モードに応じた適切な発電量となるように対応させられ、円滑な運転とバッテリ上がりの回避と省エネルギー運転を達成できる。

また上記実施の形態によれば、マグネトウの三相交流電流の三相分の平滑電圧と第１の閾値電圧とを比較して、平滑電圧が小さいときは、低回転時トリガー信号出力指示信号／低回転時トリガー信号を出力して整流部を制御するので、位相角制御による発電領域を回転周期が一相の回転信号では回転周期を安定して得られない低い回転数、例えば１０００ｒ．ｐ．ｍでも、平滑電圧を用いることで回転周期を安定して得られ、もって、内燃機関の動作モードに応じた適切な発電量となるように対応させられる位相角による発電制御を低回転領域に可及的に適用できて、省エネルギー運転を有効に達成できる。

上記実施の形態によれば、３つのＯＲ回路によって、比較器より出力する低回転時トリガー信号出力指示信号と、マイクロコンピュータ（通常回転時発電制御手段）より出力する通常回転時トリガー信号出力指示信号との何れか一を選択して、トリガー信号出力回路に入力するので、トリガー信号出力回路より、低回転時トリガー信号出力指示信号に対応した低回転時トリガー信号、または、通常回転時トリガー信号出力指示信号に対応した通常回転時トリガー信号を出力できて、整流部を内燃機関の低回転領域以外では発電電流を内燃機関の動作モードに応じた適切な発電量となるように位相角制御できて、省エネルギー運転を達成でき、そして、位相角制御を正確には行い難いアイドリング等の低回転領域では一定の大きさの発電量を安定して確保できる制御される。そして、低回転時にマグネトウの発電電力が小さいことによる回転信号の誤検出を回避できて位相角制御の低回転時での誤作動を防止できる。

上記実施の形態によれば、通常回転時発電制御手段にマイクロコンピュータを用いることができ、該マイクロコンピュータで低回転時発電制御手段を構成する比較器から出力が電圧「ハイ」であるか、電圧「ロー」であるかを判断できて、動作モードが低回転領域を脱したときに、位相角制御に入ることを判断できる。

上記実施の形態によれば、通常回転時発電制御手段にマイクロコンピュータを用いることができ、その不揮発メモリに動作モードに対応する位相角データを記憶し、マグネトウの回転周期に係る信号に基づいて算出する回転速度と加速度により動作モードを特定して不揮発メモリから対応する位相角データを読み出して通常回転時トリガー信号出力指示信号を出力し、整流部を動作モードに対応する位相角制御することができる。

上記実施の形態によれば、内燃機関の低回転領域以外では内燃機関の動作モードに応じた適切な発電量とすることができる。起動時の動作モードのときに、内燃機関のクランク軸と連結されたマグネトウの発電量を小さくなるように制御すると、マグネトウにかかる負荷トルクが小さくなるので、スタータモータがクランク軸を回転し易くなり、内燃機関を起動し易く起動失敗が少なくなる。アイドリング状態の動作モードのときに、マグネトウの発電電力のほぼ全量を直流に整流して発電することになるから、マグネトウの回転周期信号が不安定になっても適切な発電が行えて、発電電力でバッテリを充電できバッテリ上がりを回避できる。加速状態の動作モードのときにクランク軸の負荷トルクが小さくなるから、クランク軸を回転し易くなり、加速が迅速になる。現時点の回転数での速度一定状態に対応した位相角よりも小さく設定されているので、減速状態の動作モードのときにクランク軸の負荷トルクが大きくなるから、減速が効果的に行われることになり、また発電電力でバッテリを充電できてバッテリ上がりを回避できる。前照灯を点灯した状態の動作モードのときにマグネトウの発電量が大きくなるから、発電電力でバッテリを充電できてバッテリ上がりを回避できる。高速一定状態の動作モードのときに、マグネトウの発電量が中速一定乃至低速一定状態のときよりも大きくなるから、発電電力でバッテリを充電できてバッテリ上がりを回避できる。

この実施の形態では、電圧検出回路２７を設け、マグネトウ２１の出力電圧位相を検出するための、クランク角センサやエンコーダ、又は、マグネトウ２１の回転周期を検出するセンサは設けないので、部品構成が簡素になり、センサ部品コスト及び組み付け工数がかかららず、その分コストダウンできる。

本発明は、上記一実施の形態に限られるものではなく、その趣旨と技術思想の範囲を逸脱しない範囲でさらに種々の変形が可能である。

ヘッドランプ２４ａについては、夜間に必ず点灯するので、低速走行状態、中速走行状態、高速走行状態、加速状態、減速状態などの複数の動作モードにそれぞれ対応するように前照灯点灯動作モードを設けるのが好ましい。この前照灯点灯動作モードは、マグネトウの負荷トルクを小さくするために、起動時、アイドリング状態に対応する動作モードは設けないことが望ましい。この前照灯点灯動作モードを、前照灯を点灯しない動作モードと区別するために、前照灯の点灯（電流が流れたこと）を検出する電流センサを備え、この電流センサの検出信号をマイクロコンピュータ２８に入力して、マイクロコンピュータ２８は、エンジン点灯しないときの各動作モードのときの位相角を小さくする（トリガー信号出力時間を短くする）ように構成する。

上記実施の形態では、制御部が、マグネトウの電圧信号に基づいて回転速度と加速度を算出するように構成されているが、クランク軸又はマグネトウの回転周期に係る信号に基づいて回転速度と加速度を算出するように構成されていても良い。

上記実施の形態では、動作モードを８種類位としたが、動作モードを細分化して、エンジン回転数の増大に従い（加速）、位相を漸次遅くし、またエンジン回転数の減少に従い（減速）、位相を漸次速くする、多段階の発電制御を行う場合も含む。

本発明の実施の形態１に係る発電制御装置の回路図である。 図１の発電制御装置の制御部の低回転時の発電電圧と出力電流の関係を示す説明図である。 図１の発電制御装置の制御部の通常回転時の発電電圧と位相角制御による出力電流の関係を示す説明図である。 マイクロコンピュータのＣＰＵがＲＯＭからプログラムソフトをリードして実行する制御手順を示すフローチャートである。 通常回転制御手順の詳細を示すフローチャートである。 従来のキックスターター式の自動二輪車等の発電制御装置の回路図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ クランク軸
２０ 発電制御装置
２１ マグネトウ
２２ 発電電流制御手段
２２Ａ 整流部
２２Ｂ 回転速度検出部
２２Ｃ 制御部
２３ バッテリ
２４ 電気機器
２５ ダイオード
２６ サイリスタ
２７ 電圧検出回路
２８ マイクロコンピュータ
２８ｃ 不揮発メモリ
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ ＯＲ回路
Ａ 位相角設定手段
Ｂ カウント開始時点判断手段
Ｃ トリガー信号出力指示手段
３０ トリガー信号出力回路（トリガー信号出力手段）
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ ダイオード
３２ 平滑回路
３３ 比較器
３４ 閾値電圧発生部

Claims (6)

1. 内燃機関のクランク軸の回転により回転駆動され、交流電流を発電するマグネトウと、
   前記交流電流を直流に整流しかつ発電量を制御した発電電流を電気機器に供給する発電電流制御手段と、
   前記電気機器に関し前記発電電流制御手段と並列接続されたバッテリとを具備し、
   前記発電電流制御手段は、前記マグネトウが発生する交流電流を直流電流に変換する整流部と、前記整流部の発電量を制御する制御部とを具備し、
   前記マグネトウは、磁石式三相発電体であり、
   前記整流部は、サイリスタとダイオードとが直列接続されさらに三相ブリッジ混合接続され、前記マグネトウの各ステータコイルに誘起された交流電流を前記ダイオードと前記サイリスタの中点位置に入力するように構成され、
   前記制御部は、前記内燃機関又は前記マグネトウの回転周期に係る信号を入力して現在の回転が不安定周期回転領域であるかまたは安定周期回転領域であるかを判断する回転領域検出手段と、
   前記回転領域検出手段が不安定周期回転領域であるときは、前記整流部より出力する発電電流が略最大の一定値となるように該整流部を制御する低回転時発電制御手段と、
   前記回転領域検出手段が安定周期回転領域であるときは、前記整流部より出力する発電電流が前記内燃機関の動作モードに応じて予め定められた発電量となるように該整流部を位相角制御により変動制御する通常回転時発電制御手段と
   を備えたことを特徴とする発電制御装置。
2. 前記低回転時発電制御手段は、前記マグネトウの三相交流電流の三相分の周波数を一相に纏めて平滑電圧として、この平滑電圧を比較器のマイナス側入力端子に入力し、かつ該比較器のプラス側入力端子に、前記平滑電圧が不安定周期回転時の電圧から安定周期回転時の電圧に変わるときの境界電圧乃至これより若干大きい電圧を閾値電圧として入力し、平滑電圧が閾値電圧よりも小さいときは前記比較器より電圧「ハイ」を出力し、この電圧「ハイ」の信号を低回転時トリガー信号出力指示信号としてこの信号に基づいて低回転時トリガー信号を出力して前記整流部を制御する構成であることを特徴とする請求項１に記載の発電制御装置。
3. ３つのＯＲ回路を備え、この各ＯＲ回路に、前記比較器より出力する前記低回転時トリガー信号出力指示信号を入力すると共に、前記通常回転時発電制御手段より出力する各１相の前記通常回転時トリガー信号出力指示信号を入力するように構成されていて、何れか一の出力指示信号の入力時に該出力指示信号をトリガー信号出力手段に出力して、該トリガー信号出力手段より出力する低回転時トリガー信号又は通常回転時トリガー信号により前記整流部を制御するように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の発電制御装置。
4. 前記通常回転時発電制御手段は、前記比較器から出力が電圧「ハイ」であるか、電圧「ロー」であるかを判断し、電圧「ロー」であるときに、前記整流部より出力する発電電流が前記内燃機関の動作モードに応じて予め定められた発電量となるように、該整流部を位相角制御信号である通常回転時トリガー信号出力指示信号を出力し、この信号に基づいて通常回転時トリガー信号を出力して前記整流部に入力し該整流部を変動制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の発電制御装置。
5. 前記通常回転時発電制御手段は、前記整流部の各サイリスタのゲートへ出力するトリガー信号の出力タイミングに用いる位相角データを、内燃機関の回転速度と加速度により決定される各動作モードに対応して記憶した不揮発メモリを有し、前記クランク軸又は前記マグネトウの回転周期に係る信号に基づいて算出する回転速度と加速度により動作モードを特定して前記不揮発メモリから対応する位相角データを読み出し、該位相角データに基づいて前記通常回転時トリガー信号出力指示信号を出力するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の発電制御装置。
6. 請求項１乃至３の何れか一に記載の発電制御装置を備えたことを特徴とする鞍乗型車両。

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