JP5155604B2 - 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直流に整流しかつ省エネルギー運転に繋がるように発電量を調整する発電制御装置及び鞍乗型車両に関する。

省エネルギー運転に繋がる発電制御を行う電動発電機の制御装置が例えば特許文献１に開示されている。この制御によれば、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。

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７に示すような発電制御装置１０が搭載されている。

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に供給する構成である。

エンジン１の起動時には、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、起動後はレギュレータ１２により発電制御を行い、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。
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。例えば、マグネトウの発電電流には、マグネトウの個々のバラツキ、並びにマグネトウの温度変化によるバラツキがあり、燃費を下げる一因になっているが、この制御装置では、前記バラツキを修正する機能を有しない。

図７に示す発電制御装置１０によれば、燃費向上のための細やかな発電制御が行えなかった。また、マグネトウ１１の発電電流には、マグネトウ１１の個々のバラツキ、並びにマグネトウ１１の温度変化によるバラツキがあるが、レギュレータ１２では、前記バラツキを修正する機能を有しないので燃費向上につながる発電制御ができない。

さらに、レギュレータ１２からの発電電流Ｉｘは、負荷電流Ｉｙの変動に対して適切に追従することができない。

例えば、エンジン１の起動時には、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を起動回転し、一方、レギュレータ１２がエンジン１の起動時から大きな発電電流を出力しマグネトウ１１に大きな負荷トルクがかかるので、スタータモータがクランク軸２を回転し難く、内燃機関１の起動失敗に繋がる一因になっているので、エンジン１の起動時にはレギュレータ１２が発電しないように制御する機能を有すれば良いのであるが、そのような機能は有していない。

さらに、レギュレータ１２は、負荷電流Ｉｙの変動に発電電流Ｉｘが良好には追随せず、発電が必要なときに発電電流Ｉｘを供給停止してしまうこともある。

そこで、この発明は、マグネトウの発電電流にバラツキがあっても、円滑な起動運転とバッテリ上がりの回避、省エネルギー運転に繋がる発電制御が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該動作モードに対応する位相角データを前記不揮発メモリから読み出し、該読み出した位相角データが目標とする目標発電電流に対して実発電電流が偏差を解消するように、前記読み出した位相角データに修正を加え、該修正を加えた位相角データに基づいてタイミング調整されたトリガー信号を前記整流部の各サイリスタのゲートに出力するように構成され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、前記制御部が、前記整流部から出力される実発電電流を電流検出手段により検出し、該実発電電流の基になった位相角データが目標とした目標発電電流に対して該実発電電流が偏差を解消するように、以後に読み出す位相角データに修正を加え、該修正を加えた位相角データに基づいてタイミング調整されたトリガー信号を前記整流部の各サイリスタのゲートに出力するように構成されたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記制御部が、前記不揮発メモリに、前記マグネトウの温度と前記回転速度とから決まる補正係数のマップデータが記憶され、前記マグネトウの温度を温度センサにより検出し、該検出温度と前記回転速度により前記マップデータの中から該当する補正係数を読み出し、該補正係数により、前記不揮発メモリより読み出した位相角データに修正を加え、該修正を加えた位相角データに基づいてタイミング調整されたトリガー信号を前記整流部の各サイリスタのゲートに出力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１乃至３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、整流部のサイリスタのゲートに入力するトリガー信号をタイミング制御することにより、該整流部でマグネトウの各ステータコイルに誘起された交流電圧を所望の大きさの直流電流に整流して発電できる構成であり、これに加えて、制御部が、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、該読み出した位相角データが目標とする目標発電電流に対して実発電電流が偏差を解消するように、前記読み出した位相角データに修正を加え、該修正した位相角データにてタイミングを制御したトリガー信号を整流部の各サイリスタのゲートに出力するので、動作モードに応じた適切な発電制御が行える。例えば、起動時、アイドリング状態、低速回転走行状態、中速回転走行状態、高速回転走行状態、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必要かつ適切な負荷電流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。

請求項２に記載の発明によれば、制御部が、整流部から出力した実発電電流をフィードバック入力して目標発電電流との偏差を算出し、不揮発メモリから読み出す位相角データに偏差を解消するように修正を加え、修正した位相角データに基づいて出力する実発電電流を目標発電電流に近づけるように制御するので、マグネトウの発電電流に関して、マグネトウの個々のバラツキ、並びにマグネトウの温度変化によるバラツキがあっても、該バラツキを伴う実発電電流を目標発電電流に近づける修正機能を有するから、円滑な起動運転とバッテリ上がりの回避と省エネルギー運転に繋がる適切な発電が行える。

請求項３に記載の発明によれば、制御部が、マグネトウの発電電流に関して、マグネトウの発電量に温度変化によるバラツキがあっても、該バラツキを伴う実発電電流を目標発電電流に近づける修正機能を有するから、円滑な起動運転とバッテリ上がりの回避と省エネルギー運転に繋がる適切な発電が行える。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３に記載の発明と同一の効果を有する。

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〕

本発明の実施の形態１にかかる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３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。

整流部２２Ａは、各サイリスタ２６のゲートに、後述するトリガー信号出力回路２９から出力する一定の大きさの電流を入力されることにより、サイリスタ２６のアノードとカソード間が導通（ターンオン）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が、ここでは、交流電流が一定値以下になるとターンオフする。

ここで、図２を参照し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。図２（ａ）は、電圧−時間を座標にとり、第一相のダイオード２５とサイリスタ２６との間の発電電圧曲線を示す。位相角制御は、発電電圧の大きさを常時検出し閾値電圧以上となる時点を検出しこの時点よりカウントを開始し、図２（ｂ）に示す時間ｔ１が経過したタイミングで、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がターンオンし、図２（ａ）のターンオンからターンオフまでの間のハッチングのエリアが、図２（ｃ）に示す電流値ｃ１となって第一相のサイリスタ２６より出力する。図２（ｃ）に示す電流は、一相分である。図２（ｄ）と図２（ｅ）に第二相の電流と第三相の電流を示す。図２（ｃ）〜図２（ｅ）の三相分の電流が合わさって、図２（ｆ）に示す合成発電電流となって、整流部２２Ａより出力する。

図２（ａ）のグラフのハッチングのエリアは、電流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（トリガー信号の出力タイミングが左にずれ）、トリガー信号ｂ２を出力すると、発電量がｄ１で示すように大きくなる。反対に、カウントする時間がｔ３で示すように大きくなり（トリガー信号の出力タイミングが右にずれ）トリガー信号ｂ３を出力すると、発電量がｅ１で示すように小さくなる。カウントする時間ｔ１、ｔ２、ｔ３は、回転周期に占める位相角データの割合を時間に換算したものである。

制御部２２Ｂは、電圧検出回路２７と、マイクロコンピュータ２８と、トリガー信号出力回路２９と、実発電電流を検出する電流センサ３０を備えている。なお、電流センサ３０に換えて、シャント抵抗を用いた電流検出手段を設けることができる。

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へ入力するように構成されている。

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。

すなわち、ＲＯＭ２８ｃに記憶する位相角データは、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目標発電量を決めて、そのときの回転速度や加速度との関係において目標発電量を決定し読み出せるようにＲＯＭ２８ｃに記憶しておく。

位相角データは、図２（ａ）に示す回転周期時間に対応して換算する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、一例として、以下のような関係になる。
（１）起動時（回転速度が０ｒｐｍから例えば２０００ｒｐｍになるまで）の動作モードのときに、最も長い時間のｔ３でトリガー信号出力指示信号ｂ３を出力するように対応する位相角データが設定される（図２参照）か、またはトリガー信号出力指示信号を出力しないように設定される。
（２）アイドリング状態の動作モードのときに、最も短い時間のｔ２トリガー信号出力指示信号ｂ２を出力するように対応する位相角データが設定される（図２参照）。
（３）加速状態の動作モードのときに、現時点の回転数が属する一定速の動作モードのときのトリガー信号出力時間よりも長くなる（発電量が小さくなる）ように設定される。
（４）減速状態の動作モードのときに、現時点のトリガー信号出力時間よりも短くなるように設定され、バッテリ上がりが起きないように発電量が電気機器２４の負荷電流よりも十分に大きくてバッテリ２３の充電が行えるように位相角データが設定される。
（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時点の動作モードのときよりも、トリガー信号出力時間を長くなるように設定され、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位相角データが設定される。
（６）高速一定状態の動作モードのときに、中速一定乃至低速一定状態のときよりも、トリガー信号出力時間を短くなるように設定される。中速一定乃至低速一定状態のときのトリガー信号出力時間は、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位相角データが設定される。

さらに、マイクロコンピュータ２８は、不揮発メモリ２８ｂに格納されたソフトウエアにより構成される動作モード特定・位相角データ読み出し手段（図３のフローチャートのＡの部分）と、位相角データ修正手段（図３のフローチャートのＢの部分）と、カウント開始時点判断手段（図３のフローチャートのＣの部分）と、トリガー信号出力指示手段（図３のフローチャートのＤの部分）とを備えている。

動作モード特定・位相角データ読み出し手段Ａは、マグネトウ２１（又はクランク軸２）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２８ｃから読み出してタイミング設定用位相角とする。

位相角データ修正手段Ｂは、整流部２２Ａから出力される実発電電流を電流センサ３０により検出し、該実発電電流の基になった位相角データ（タイミング設定用位相角としたデータ）が目標とした目標発電電流に対して該実発電電流が偏差を解消するように、不揮発メモリ２８ｃから次に読み出す位相角データ（次のタイミング設定用位相角とするデータ）に修正を加える。

カウント開始時点判断手段Ｃは、動作モード特定・位相角データ読み出し手段Ａにより位相角データを読み出した後に、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Ｄは、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、まず、動作モード特定・位相角データ読み出し手段Ａにより、３つのアナログポートｐ１〜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す（図３のステップＳ１１〜ステップＳ１３）。次いで、ｎ回（ｎ＝１を含む）までの読み出しについては読み出した位相角データに修正を加えないで所要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２９に対して出力し（図３のステップＳ１４→ステップＳ１９→ステップＳ２２）、（ｎ＋１）回以降の読み出しについては、位相角データ修正手段Ｂにより電流センサ３０の検出信号をフィードバック入力して実発電電流を算出し、該実発電電流の基になった位相角データが目標とした目標発電電流に対して該実発電電流が偏差を解消するように位相角データに修正を加え（図３のステップＳ１５〜ステップＳ１８、ステップＳ２０〜ステップＳ２２）、修正した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３つのＩ／Ｏポートｐ４〜ｐ６よりトリガー信号出力回路２９に対して出力し、次いで、カウント開始時点判断手段Ｃにより、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るカウント開始時点を検出し、次いで、トリガー信号出力指示手段Ｄにより、回転周期に対するタイミング設定用位相角又は修正を加えたタイミング設定用位相角のカウント時間を算出し、カウント開始時点よりカウントして時間が来たら（位相角が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）トリガー信号出力指示信号を出力する。

このときの動作モードの特定は、例えば、アイドリング状態、起動時、低速回転走行状態、中速回転走行状態、高速回転走行状態、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。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。

ＲＯＭ２８ｃに記憶する位相角データは、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目標発電量を決めて、そのときの回転速度や加速度との関係において目標発電量を決定し読み出せるようにＲＯＭ２８ｃに記憶しておく。

トリガー信号出力回路２９は、マイクロコンピュータ２８の３つのＩ／Ｏポートｐ４〜ｐ６より出力される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２９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３は、マイクロコンピュータ２８のＣＰＵ２８ａがＲＯＭ２８ｂからプログラムソフトを読み出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、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Ｓ１１で得られた三相の中の一相の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Ｓ１３）。ここでは、ステップＳ１２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、３つのＩ／Ｏポートｐ４〜ｐ６よりトリガー信号出力回路２９へ出力するトリガー信号出力指示信号の出力回数がｎ回未満か、を判断する（ステップＳ１４）。ここでは、ｎ＝１であるときを含むが、例えば、ｎ＝２０００として設定し、エンジンの始動時は、ステップＳ１４の判断でＹＥＳとなるようにし、かつ、このときにＲＯＭ２８ｃから読み出す位相角データからトリガー信号出力時間を算出してレジスタに記憶する（ステップＳ１９）。該位相角データは、図２中のカウント時間ｔ３に対応している。これにより、エンジンの始動時には発電電流が小さく、このため、マグネトウ２１の発電による負荷トルクを小さくなり、エンジン１のクランク軸２にかかる起動時負荷トルクを小さくなって、スタータモータによるエンジン１の起動を容易にすることができる。

ステップＳ１４でトリガー信号出力指示信号の出力回数ｎ＝２０００回をカウントしたとき以降は、ＮＯの判断になり、電流センサ３０の検出信号を入力して実発電電流を算出する（ステップＳ１５、ステップＳ１６）。

次いで、実発電電流の基になった位相角データが目標とした目標発電電流に対して該実発電電流が偏差を解消するように位相角データに修正を加えトリガー信号出力時間としてレジスタに記憶する（図３のステップＳ１５〜ステップＳ１８、ステップＳ２０〜ステップＳ２２）。

すなわち、実発電電流が目標発電電流に対して大きくかつ偏差が許容値よりも大きいときには、次に読み出した位相角データに実発電電流が小さくなる修正（＝カウント時間を所要長くする修正）を加えトリガー信号出力時間を算出してレジスタに記憶する（図３のステップＳ１７→ステップＳ２０）。

また、実発電電流が目標発電電流に対して小さくかつ偏差が許容値よりも大きいときには、次に読み出した位相角データに実発電電流が所要の値だけ大きくなる修正（＝カウント時間を所要短くする修正）を加えトリガー信号出力時間を算出してレジスタに記憶する（図３のステップＳ１８→ステップＳ２１）。

さらにまた、実発電電流が目標発電電流に対して偏差が許容値よりも小さいときには、次に読み出した位相角データに前回と同じ割合の修正（＝カウント時間を所要長くする修正の場合とカウント時間を所要短くする修正の場合がある。）を加えトリガー信号出力時間を算出してレジスタに記憶する（図３のステップＳ１８→ステップＳ２２）。

次いで、電圧信号をサンプル入力する（ステップＳ２３）。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閾値電圧になったか否かを判断する（ステップＳ２４、図２（ａ）参照）。ここでは、ステップＳ２３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Ｓ２３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。レジスタの値が閾値電圧以上になったときは、ＹＥＳの判断となり、ステップＳ２５に移る。

ステップＳ２５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レジスタに保存する。この場合、ステップＳ１４でＹＥＳの判断のときは、ステップＳ１３で読み出した位相角データを回転周期に対応したトリガー信号出力時間に換算してレジスタに保存し、又はステップＳ１４でＮＯの判断のときは、ステップＳ１３で読み出した後に修正を加えた位相角データを回転周期に対応したトリガー信号出力時間に換算してレジスタに保存する（ステップＳ２０、ステップＳ２１、又はステップＳ２２）。

次いで、時間をカウント開始し（ステップＳ２６）、カウント時間が前記レジスタに保存した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Ｓ２７）。ここでは、カウント時間をステップＳ２４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Ｓ２８）。

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２９に入力する。トリガー信号出力回路２９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、整流部のサイリスタのゲートに入力するトリガー信号をタイミング制御することにより、該整流部でマグネトウの各ステータコイルに誘起された交流電圧を所望の大きさの直流電流に整流して発電できる構成であり、これに加えて、制御部が、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タイミングを制御したトリガー信号を整流部の各サイリスタのゲートに出力するので、動作モードに応じた適切な発電制御が行える。例えば、起動時、アイドリング状態、低速回転走行状態、中速回転走行状態、高速回転走行状態、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必要かつ適切な負荷電流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。

さらに、上記実施の形態によれば、整流部の発電量を制御する制御部が、整流部から出力した実発電電流をフィードバック入力して目標発電電流との偏差を算出し、不揮発メモリから読み出す位相角データに偏差を解消するように修正を加え、修正した位相角データに基づいて出力する実発電電流を目標発電電流に近づけるように制御する。このため、本願の各請求項に記載の発明によれば、マグネトウの発電電流に関して、マグネトウの個々のバラツキ、並びにマグネトウの温度変化によるバラツキがあっても、該バラツキを伴う実発電電流を目標発電電流に近づける修正機能を有するから、円滑な起動運転とバッテリ上がりの回避と省エネルギー運転に繋がる適切な発電が行える。

上記実施の形態によれば、前記不揮発メモリに記憶された位相角は、起動時の動作モードのときには、発電が零乃至僅かに行われる角度に設定されているので、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。

上記実施の形態によれば、前記不揮発メモリに記憶された位相角は、アイドリング状態の動作モードのときには、前記マグネトウの発電電力の正の電圧波形における全部乃至大部分を占めて前記整流部のサイリスタのゲートをターンオンする角度に設定されているので、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。

上記実施の形態によれば、前記不揮発メモリに記憶された位相角は、加速状態の動作モードのときには、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大きく設定されているので、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。

上記実施の形態によれば、前記不揮発メモリに記憶された位相角は、減速状態の動作モードのときには、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。

上記実施の形態によれば、前記不揮発メモリに記憶された位相角は、前照灯を点灯した状態の動作モードのときには、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、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。

上記実施の形態によれば、前記不揮発メモリに記憶された位相角は、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に対応した位相角よりも小さく設定されているので、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。

〔発明の実施の形態２〕

図４は、本発明の実施の形態２にかかる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示す。

図４に示す発電制御装置２０’は、図１に示す発電制御装置２０では備えている実発電電流を検出する電流センサ３０を備えていないこと、マグネトウ２１の温度を検出する温度センサ３１を備えていること、及び、マイクロコンピュータ２８’のＲＯＭ２８ｃに、位相角データを記憶していると共に、図６に示すように、マグネトウの回転速度が一定の場合においてマグネトウの温度が変わることによるマグネトウの発電電流の関係グラフから決まる補正係数のマップデータを記憶していてＲＯＭ２８ｂには図６に示すフローチャートに示すプログラムを記憶している点が相違している。

図４に示す発電制御装置２０’について他の構成要素は、図１に示す発電制御装置２０と対応する他の構成要素と同一であるので、説明を省略するものとする。

図６は、マイクロコンピュータ２８’のＣＰＵ２８ａ’がＲＯＭ２８ｂ’からプログラムソフトを読み出して実行する制御手順を示すフローチャートである。マイクロコンピュータ２８’は、不揮発メモリ２８ｂに格納されたソフトウエアにより構成される動作モード特定・位相角データ読み出し手段Ａ’と、位相角データ修正手段Ｂ’と、カウント開始時点判断手段Ｃ’と、トリガー信号出力指示手段Ｄ’とを備えている。

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し（ステップＳ３１）、次いで、回転速度・加速度を算出し、（ステップＳ３２）、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Ｓ３３）。ここまでのステップは、図３に示すフローチャートと同一である。

次いで、温度センサ３１の信号をマイクロコンピュータ２８’のＡＮポートより入力して２５６階調にＡ／Ｄ変換し、マグネトウ２１の温度を算出し（ステップＳ３４，ステップＳ３５）、温度と回転速度からＲＯＭ２８ｃ’に記憶してあるマップデータの中から該当する補正係数を読み出す（ステップＳ３６）。そして、この補正係数により既に読み出してある位相角データに修正を加え、トリガー信号出力時間としてレジスタに記憶する（ステップＳ３７）。この修正は、ＲＯＭ２８ｃ’読み出した位相角データが目標とした目標発電電流に対し、温度変化に関わらず実発電電流が一致するように位相角データに修正を加えものである。

次以降のステップは、図３に示すフローチャートと同一である。
まず、電圧信号をサンプル入力し（ステップＳ３８）、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閾値電圧になったか否かを判断する（ステップＳ３９）。
ＹＥＳの判断の時は、回転周期を算出し位相角に対応した時間を算出し（ステップＳ４０）、次いで、時間をカウント開始し（ステップＳ４１）、カウント時間が前記レジスタに保存した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Ｓ４２）。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Ｓ４３）。

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２９に入力し、トリガー信号出力回路２９は、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、マグネトウの温度を温度センサにより検出し、該検出温度と前記回転速度により前記マップデータの中から該当する補正係数を読み出し、該補正係数により、前記不揮発メモリより読み出した位相角データに、該位相角データが目標とする目標発電電流に対して実発電電流が偏差を解消するように、修正を加え、該修正を加えた位相角データに基づいてタイミング調整されたトリガー信号を前記整流部の各サイリスタのゲートに出力するので、マグネトウの発電電流に関して、マグネトウの発電量に温度変化によるバラツキがあっても、該バラツキを伴う実発電電流を目標発電電流に近づける修正機能を有するから、動作モードに応じた適切な発電制御が行えて、円滑な起動運転とバッテリ上がりの回避と省エネルギー運転に繋がる適切な発電が行える。

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。

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。また、バッテリに替えてキャパシタを設ける場合も含まれる。

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位相角制御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制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る発電制御装置の回路図である。 図４の発電制御装置の制御部の不揮発メモリに記憶された補正係数のデータマップを説明するためのグラフである。 図４の発電制御装置の制御部の制御手順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
２０，２０’ 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 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
２８，２８’ マイクロコンピュータ
２８ｂ，２８ｂ’，２８ｃ，２８ｃ’ 不揮発メモリ
２９ トリガー信号出力回路（トリガー信号出力手段）
３０ 電流センサ（電流検出手段）
３１ 温度センサ
Ａ，Ａ’ 動作モード特定・位相角データ読み出し手段
Ｂ，Ｂ’ 位相角データ修正手段
Ｃ，Ｃ’ カウント開始時点判断手段
Ｄ，Ｄ’ トリガー信号出力指示手段

Claims (4)

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該動作モードに対応する位相角データを前記不揮発メモリから読み出し、該読み出した位相角データが目標とする目標発電電流に対して実発電電流が偏差を解消するように、前記読み出した位相角データに修正を加え、該修正を加えた位相角データに基づいてタイミング調整されたトリガー信号を前記整流部の各サイリスタのゲートに出力するように構成されたことを特徴とする発電制御装置。
2. 前記制御部が、
   前記整流部から出力される実発電電流を電流検出手段により検出し、該実発電電流の基になった位相角データが目標とした目標発電電流に対して該実発電電流が偏差を解消するように、以後に読み出す位相角データに修正を加え、該修正を加えた位相角データに基づいてタイミング調整されたトリガー信号を前記整流部の各サイリスタのゲートに出力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の発電制御装置。
3. 前記制御部が、
   前記不揮発メモリに、前記マグネトウの温度と前記回転速度とから決まる補正係数のマップデータが記憶され、
   前記マグネトウの温度を温度センサにより検出し、該検出温度と前記回転速度により前記マップデータの中から該当する補正係数を読み出し、該補正係数により、前記不揮発メモリより読み出した位相角データに修正を加え、該修正を加えた位相角データに基づいてタイミング調整されたトリガー信号を前記整流部の各サイリスタのゲートに出力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の発電制御装置。
4. 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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