JP5846142B2 - 車両用回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

従来からスイッチング素子を用いて同期整流を行うとともに、過熱状態を検出したときに下アームあるいは上アームのスイッチング素子をオンして過熱保護動作を行うようにした車両用回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用回転電機では、下アームあるいは上アームのスイッチング素子をオンすることにより、固定子巻線の相電圧がグランド電位あるいはバッテリ電位の近傍に固定されるため、発電制御装置において回転検出ができなくなり、励磁電流の供給が停止あるいは低減され、これにより発電が抑制される。

特開２０１２−９０４５４号公報

ところで、特許文献１に開示された車両用回転電機では、異常（過熱状態）発生時に下アームあるいは上アームのスイッチング素子をオンすることで固定子巻線の相電圧をグランド電位等の近傍に固定しているが、このスイッチング素子が故障した場合には相電圧をグランド電位等に固定することができない。このため、発電制御装置における回転検出を不能にすることができず、発電抑制ができないおそれがあった。

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、同期整流を行うスイッチング素子が故障した場合であっても確実に発電抑制を行うことができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、界磁巻線、第１のスイッチング素子、固定子、スイッチング部、スイッチング制御部、発電制御装置、電圧検出部、異常検出部、駆動部を備える。界磁巻線は、回転子の界磁極を磁化させる。第１のスイッチング素子は、界磁巻線に対する励磁電流の供給を停止する。固定子は、界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する多相巻線としての電機子巻線を有する。スイッチング部は、第２のスイッチング素子によって複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路が構成され、電機子巻線の相電圧を整流する。スイッチング制御部は、第２のスイッチング素子のオンオフを制御する。発電制御装置は、励磁電流制御端子を介して界磁巻線に供給する励磁電流を調整することによりスイッチング部の出力電圧を制御するとともに、電機子巻線の相電圧を検出してこの検出した相電圧に基づいて界磁巻線への励磁電流の供給を停止あるいは低減する。電圧検出部は、励磁電流制御端子の電圧を検出する。異常検出部は、電圧検出部によって検出された電圧に基づいて判定される励磁電流の駆動デューティが所定値以上のときに、スイッチング部に接続された電機子巻線の相電圧がバッテリ正極端子電圧とグランド端子電圧との間を周期的に上下していない場合に第２のスイッチング素子の異常が発生している旨の判定を行って第２のスイッチング素子の異常を検出する。駆動部は、異常検出部の検出結果に基づいて第１のスイッチング素子を駆動する。

整流を行うスイッチング素子に異常が生じた場合であって発電制御装置による回転検出を不能にすることができない場合であっても、電機子巻線の相電圧と励磁電流制御端子の電圧とに基づいてスイッチング素子の異常を検出することができ、界磁巻線に対する励磁電流の供給を停止して確実に発電抑制を行うことが可能となる。

第１の実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 発電制御装置の詳細構成を示す図である。 整流器モジュールの構成を示す図である。 制御回路の詳細構成を示す図である。 上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。 下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。 温度検出部による温度検出結果の具体例を示す図である。 制御部の詳細構成を示す図である。 制御部によって行う同期整流制御（同期制御）の動作タイミング図である。 同期制御開始判定を行うために必要な構成を示す図である。 ロードダンプが発生していない通常時における相電圧を示す図である。 ロードダンプが発生した後のロードダンプ保護動作時の相電圧を示す図である。 ロードダンプ保護動作時のローサイド側のＭＯＳトランジスタのドレイン・ソース間電圧を増幅した後の電圧波形を示す図である。 同期制御開始判定の動作タイミングを示す図である。 下ＭＯＳオフタイミング演算部によって設定されたオフタイミングが遅れた場合の相電圧波形の具体例を示す図である。 出力電圧変動と上アーム・オン期間および下アーム・オン期間の関係を示す図である。 同期制御停止判定を行うために必要な構成を示す図である。 第２の実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 第２の実施形態の発電制御装置の構成を示す図である。 第３の実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 第３の実施形態の発電制御装置の構成を示す図である。 第４の実施形態の発電制御装置の構成を示す図である。 変形例の発電制御装置の構成を示す図である。

以下、本発明の車両用回転電機を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、第１の実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線（電機子巻線）２、３、界磁巻線４、２つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７、ＭＯＳトランジスタ４０を含んで構成されている。

一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線）であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線）であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線２に対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線２、３と固定子鉄心によって固定子が構成されている。

界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。本実施形態では、界磁巻線４と発電制御装置７のＦ端子（励磁電流制御端子）との間にはＭＯＳトランジスタ４０が挿入されている。このＭＯＳトランジスタ４０は、界磁巻線４に対する励磁電流の供給を停止するための励磁電流停止スイッチであり、異常発生時以外の通常動作時にはオン状態を維持し、異常発生時にはオフ状態となる。

一方の整流器モジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線２に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。

他方の整流器モジュール群６は、一方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線３に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。

発電制御装置７は、Ｆ端子を介して接続された界磁巻線４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を調整することにより車両用発電機１の出力電圧（発電電圧、各整流器モジュールの出力電圧）Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。例えば、発電制御装置７は、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも高くなったときに界磁巻線４への励磁電流の供給を停止し、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも低くなったときに界磁巻線４に励磁電流の供給を行うことにより、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。また、発電制御装置７は、固定子巻線のいずれかの相電圧（例えばＸ相）に基づいて回転子の回転数を検出し、回転停止を検出したときに界磁巻線４への励磁電流の供給を停止あるいは低減する。さらに、発電制御装置７は、通信端子Ｌおよび通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。

図２に示すように、発電制御装置７は、ＭＯＳトランジスタ７１、還流ダイオード７２、抵抗７３、７４、電圧比較回路７５、励磁電流制御回路７６、回転検出回路７７、通信回路７８、電源回路７９、コンデンサ８０を有している。通信回路７８は、ＥＣＵ８との間でシリアル通信を行う。これにより、ＥＣＵ８から送られてくる調整電圧Ｖreg 等のデータを受信することができる。

抵抗７３、７４は、分圧回路を構成し、車両用発電機１の発電電圧（出力電圧）を分圧した電圧を電圧比較回路７５に入力する。電圧比較回路７５は、抵抗７３、７４で分圧された発電電圧と、通信回路７８によって受信した調整電圧Ｖreg に対応する基準電圧とを比較する。例えば、比較結果として、基準電圧の方が発電電圧よりも高い場合にはハイレベルの信号が出力され、反対に発電電圧の方が基準電圧よりも高い場合にはローレベルの信号が出力される。

励磁電流制御回路７６は、電圧比較回路７５の出力（電圧比較結果）に基づいて決定した駆動デューティを有するＰＷＭ信号でＭＯＳトランジスタ７１をオンオフ制御する。なお、出力電流の急激な変動を抑えるために、励磁電流を徐々に変化させる徐励制御等を励磁電流制御回路７６によって行うようにしてもよい。

回転検出回路７７は、Ｐ端子を介して一方の固定子巻線２のＸ相巻線が接続されており、Ｘ相巻線の端部に現れる相電圧Ｖ_P に基づいて、具体的には、相電圧と回転検出用の基準電圧の大小関係が周期的に変化することを検出して回転検出を行っている。整流器モジュール５Ｘや固定子巻線２などに短絡故障が発生していない正常時には、発電時にＰ端子には所定の振幅を有する相電圧Ｖ_P が現れるため、この相電圧Ｖ_P に基づく回転検出が可能となる。

励磁電流制御回路７６は、回転検出回路７７による回転検出結果が入力されており、回転検出中は発電動作に必要な励磁電流を界磁巻線４に供給するために必要なＰＷＭ信号を出力するが、所定時間（あるいは周期）以上回転停止（回転検出不能）状態が継続すると、励磁電流を初期励磁状態に対応した値にするために必要なＰＷＭ信号を出力する。

電源回路７９は、発電制御装置７に含まれる各回路に動作電圧を供給する。コンデンサ８０は、整流器モジュール群５、６の出力端子から侵入するノイズを除去するためのものであり、例えば１μＦ程度の容量を有している。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。整流器モジュール５Ｘと他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは同じ構成を有している。以下では、整流器モジュール５Ｘについて詳細を説明する。

図３に示すように、整流器モジュール５Ｘは、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインが充電線１２を介して電気負荷１０やバッテリ９の正極端子に接続された上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＸ相巻線に接続され、ソースがバッテリ９の負極端子（アース）に接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ５０、５１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。

図４に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１９０、出力電圧検出部１１０、上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０、下ＭＯＳ Ｖ_DS増幅部１４２、通電方向判定部１４４、上ＭＯＳ温度検出部１５０、下ＭＯＳ温度検出部１５１、励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部１７０、ドライバ１９２、１９４を備えている。

電源１９０は、Ｐ端子に相電圧が印加されるタイミングで制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給するとともに、この相電圧の印加が終了したときに動作電圧の供給を停止する。この電源１９０の起動、停止は、制御部１００からの指示に応じて行われる。

ドライバ１９２は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ドライバ１９４は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。

出力電圧検出部１１０は、例えば差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器によって構成されており、車両用発電機１（あるいは整流器モジュール５Ｘ）の出力端子（Ｂ端子）の電圧に対応するデータを出力する。なお、アナログ−デジタル変換器は、制御部１００側に設けるようにしてもよい。

上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０は、Ｂ端子とＰ端子に接続されており、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。図５において、横軸はドレイン側の出力電圧Ｖ_B を基準としたドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを示している。また、縦軸は上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０から出力される信号の電圧レベルを示している。図５に示すように、相電圧Ｖ_P が高くなって出力電圧Ｖ_B よりも０．３Ｖ以上高くなるとＶ_DSが０．３Ｖ以上になるため、上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、相電圧Ｖ_P が出力電圧Ｖ_B よりも１．０Ｖ以上低くなるとＶ_DSが−１．０Ｖ以下になるため、上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。

上述した出力電圧Ｖ_B よりも０．３Ｖ高い値が図９のしきい値Ｖ１０に対応している。このしきい値Ｖ１０は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するためのものであり、出力電圧Ｖ_B にオン時のＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを加算した値よりも高く、出力電圧Ｖ_B にＭＯＳトランジスタ５０と並列接続されたダイオードの順方向電圧ＶＦを加算した値よりも低い値に設定されている。また、上述した出力電圧Ｖ_B よりも１．０Ｖ低い値が図９のしきい値Ｖ２０に対応している。このしきい値Ｖ２０は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するためのものであり、出力電圧Ｖ_B よりも低い値に設定されている。相電圧Ｖ_P がしきい値Ｖ１０に達した後にしきい値Ｖ２０に達するまでを上アームの「オン期間」としている。なお、このオン期間は、ＭＯＳトランジスタ５０がオフ状態のときに実際にダイオードに通電される「ダイオード通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期制御はこのオン期間に基づいて行われる。

下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０は、Ｐ端子とグランド端子（Ｅ端子）に接続されており、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。図６において、横軸はドレイン側のバッテリ負極端子電圧であるグランド端子電圧Ｖ_GND を基準としたドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを示している。また、縦軸は下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０から出力される信号の電圧レベルを示している。図６に示すように、相電圧Ｖ_P が低くなってグランド電圧Ｖ_GND よりも０．３Ｖ以上低くなるとＶ_DSが−０．３Ｖ以下になるため、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、相電圧Ｖ_P がグランド電圧Ｖ_GND よりも１．０Ｖ以上高くなるとＶ_DSが１．０Ｖ以上になるため、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。

上述したグランド電圧Ｖ_GND よりも０．３Ｖ低い値が図９のしきい値Ｖ１１に対応している。このしきい値Ｖ１１は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するためのものであり、グランド電圧Ｖ_GND からオン時のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを減算した値よりも低く、グランド電圧Ｖ_GND からＭＯＳトランジスタ５１と並列接続されたダイオードの順方向電圧ＶＦを減算した値よりも高い値に設定されている。また、上述した出力電圧Ｖ_GND よりも１．０Ｖ高い値が図９のしきい値Ｖ２１に対応している。このしきい値Ｖ２１は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するためのものであり、グランド電圧Ｖ_GND よりも高い値に設定されている。相電圧Ｖ_P が第１のしきい値に達した後に第２のしきい値に達するまでを下アームの「オン期間」としている。なお、このオン期間は、ＭＯＳトランジスタ５１がオフ状態のときに実際にダイオードに通電される「ダイオード通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期整流はこのオン期間に基づいて行われる。

下ＭＯＳ Ｖ_DS増幅部１４２は、オン時のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを、例えば５倍（−０．５Ｖ〜＋０．５Ｖ）に増幅する（図１１Ｃ）。また、通電方向判定部１４４は、例えば＋０．３５Ｖに設定されたしきい値電圧と、増幅後のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSとを比較し、しきい値電圧の方が高いとき（範囲Ｗ）にハイレベルの信号を出力し、それ以外のときにローレベルの信号を出力する。

上ＭＯＳ温度検出部１５０は、ＭＯＳトランジスタ５０に隣接配置された感温ダイオードの順方向電圧に基づいてＭＯＳトランジスタ５０の温度を検出し、温度が高いときにハイレベル、低いときにローレベルの信号を出力する。同様に、下ＭＯＳ温度検出部１５１は、ＭＯＳトランジスタ５１に隣接配置された感温ダイオードの順方向電圧に基づいてＭＯＳトランジスタ５１の温度を検出し、温度が高いときにハイレベル、低いときにローレベルの信号を出力する。これらの上ＭＯＳ温度検出部１５０、下ＭＯＳ温度検出部１５１は、制御部１００に含ませるようにしてもよい。図７において、横軸は温度（°Ｃ）を示している。また、縦軸は上ＭＯＳ温度検出部１５０、下ＭＯＳ温度検出部１５１から出力される信号の電圧レベルを示している。図７に示すように、温度が上昇していって２００°Ｃ以上になると、上ＭＯＳ温度検出部１５０、下ＭＯＳ温度検出部１５１の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、温度が低下していって１７０°Ｃよりも低くなると、上ＭＯＳ温度検出部１５０、下ＭＯＳ温度検出部１５１の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。

励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部１７０は、整流器モジュール５Ｘにおいて異常が発生したときに、ＭＯＳトランジスタ４０をオフする駆動信号をＩＦ＿ＳＴＯＰ端子から出力する。異常であるか否かの判定は、Ｐ端子に接続された固定子巻線２のＸ相の相電圧と、発電制御装置７のＦ端子の電圧と、上ＭＯＳ温度検出部１５０および下ＭＯＳ温度検出部１５１の各出力とに基づいて異常判定部１２３（図８）によって行われる。

制御部１００は、同期整流動作を開始および終了するタイミングの判定、同期整流を実施するためのＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングの設定、このオン／オフタイミングの設定に対応したドライバ１９２、１９４の駆動、ロードダンプ保護動作、異常発生の有無判定や異常発生時の発電抑制動作などを行う。

図８に示すように、制御部１００は、回転数演算部１０１、同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、目標電気角設定部１０５、上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９、ロードダンプ判定部１１１、電源起動・停止判定部１１２、オフタイミング異常判定部１２１、同期制御停止判定部１２２、異常判定部１２３、励磁オンオフ判定部１２４を備えている。これらの各構成は、例えばメモリ等に記憶された所定の動作プログラムをＣＰＵで実行することにより実現されるが、各構成をハードウエアを用いて実現するようにしてもよい。各構成の具体的な動作内容については後述する。

上述したＭＯＳトランジスタ４０が第１のスイッチング素子に、整流器モジュール５Ｘ等がスイッチング部に、制御部１００、ドライバ１９２、１９４がスイッチング制御部に、励磁オンオフ判定部１２４が電圧検出部に、異常判定部１２３が異常検出部に、励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部１７０が駆動部にそれぞれ対応する。

本実施形態の整流器モジュール５Ｘ等はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。

（１）電源起動・停止判定
電源起動・停止判定部１１２は、Ｐ端子に接続されており、整流器モジュール５Ｘが接続された固定子巻線２のＸ相の相電圧（ピーク電圧）が所定値（例えば５Ｖ）を超えたことを検出したときに、電源１９０に起動を指示する。また、電源起動・停止判定部１１２は、この相電圧が所定値（５Ｖ）以下になった状態が所定時間（例えば１秒）継続したときに電源１９０に停止を指示する。このようにして車両用発電機１の正常動作時（発電時）のみ整流器モジュール５Ｘ等を動作させており、発電せずに停止している場合に、必要最小限の回路しか動作させないため、暗電流を低減し、バッテリ上がりを防止することができる。

（２）同期制御動作
図９において、「上アーム・オン期間」は上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号を、「上ＭＯＳオン期間」はハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオン／オフタイミングを、「下アーム・オン期間」は下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号を、「下ＭＯＳオン期間」はローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオン／オフタイミングをそれぞれ示している。また、Ｔ_FB1 、Ｔ_FB2 、目標電気角、ΔＴについては後述する。

上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３は、上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号（上アーム・オン期間）を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングとして判定し、ドライバ１９２に指示を送る。ドライバ１９２は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５０をオンする。

上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、ＭＯＳトランジスタ５０がオンされてから所定時間経過後をＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングとして判定し、ドライバ１９２に指示を送る。ドライバ１９２は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５０をオフする。

このオフタイミングを決定する所定時間は、上アーム・オン期間の終了時点（上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点）よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。

この目標電気角は、ＭＯＳトランジスタ５０を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部１０５によって設定される。目標電気角設定部１０５は、回転数演算部１０１によって演算された回転数に基づいて目標電気角を設定する。この目標電気角は、回転数に関係なく一定でもよいが、より望ましくは、低回転領域および高回転領域において目標電気角を大きく、その中間領域において目標電気角を小さく設定するようにしてもよい。

回転数演算部１０１は、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号の立ち上がり周期あるいは立ち下がり周期に基づいて回転数を演算している。下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号を用いることにより、車両用発電機１の出力電圧Ｖ_B の変動に関係なく、安定した回転数検出が可能になる。

同様に、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４は、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号（下アーム・オン期間）を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングとして判定し、ドライバ１９４に指示を送る。ドライバ１９４は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５１をオンする。

下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、ＭＯＳトランジスタ５１がオンされてから所定時間経過後をＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングとして判定し、ドライバ１９４に指示を送る。ドライバ１９４は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５１をオフする。

このオフタイミングを決定する所定時間は、下アーム・オン期間の終了時点（下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点）よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。

この目標電気角は、ＭＯＳトランジスタ５１を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部１０５によって設定される。

ところで、実際には、上アーム・オン期間や下アーム・オン期間の終了時点は、ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフする時点ではわかっていないため、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７や下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、半周期前の情報をフィードバックすることにより、ＭＯＳトランジスタ５０やＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングの設定精度を上げている。

例えば、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングは以下のようにして設定される。下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８は、半周期前のローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから下アーム・オン期間の終了時点までの時間（電気角）Ｔ_FB2 （図９）を演算し、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、このＴ_FB2 から目標電気角を差し引いたΔＴを求める。回転等が安定していればＴ_FB2 と目標電気角とが等しくなってΔＴ＝０となるはずであるが、（１）車両の加減速に伴う回転変動、（２）エンジン回転の脈動、（３）電気負荷の変動、（４）所定のプログラムを実行して制御部１００を実現する場合の動作クロック周期の変動、（５）ドライバ１９２、１９４にＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフする指示を出してから実際にオフされるまでのターンオフ遅れ、などに伴ってΔＴが０にならないことが多い。

そこで、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、半周期前に下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９で用いられた下ＭＯＳオン期間をΔＴに基づいて補正して上ＭＯＳオン期間を設定し、ＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、上ＭＯＳオン期間は、以下の式で設定される。

（上ＭＯＳオン期間）＝（半周期前の下ＭＯＳオン期間）＋ΔＴ×α
同様に、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングは以下のようにして設定される。上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６は、半周期前のハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから上アーム・オン期間の終了時点までの時間（電気角）Ｔ_FB1 （図９）を演算し、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、このＴ_FB1 から目標電気角を差し引いたΔＴを求める。下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、半周期前に上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７で用いられた上ＭＯＳオン期間をΔＴに基づいて補正して下ＭＯＳオン期間を設定し、ＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、下ＭＯＳオン期間は、以下の式で設定される。

（下ＭＯＳオン期間）＝（半周期前の上ＭＯＳオン期間）＋ΔＴ×α
このようにして、ダイオード整流を行う場合と同じ周期で、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１が交互にオンされ、ＭＯＳトランジスタ５０、５１を用いた低損失の同期整流動作が行われる。

（３）同期制御の開始判定
次に、上述した同期制御に移行するか否かの判定動作について説明する。整流器モジュール５Ｘ等が起動された直後や、何らかの異常が発生して同期制御を一旦停止した後は、所定の同期制御開始条件を満たす場合に同期制御に移行する。同期制御開始判定部１０２は、同期制御開始条件を満たすか否かの判定を行い、満たすと判断した場合にその旨の通知が上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３と下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４に送られる。以後、上述した同期制御が実施されて、ＭＯＳトランジスタ５０、５１が交互にオンされる。

同期制御開始条件としては、以下の（Ａ）〜（Ｆ）が用いられる。
（Ａ）上アーム・オン期間と下アーム・オン期間（図９）が上下連続して３２回発生する。なお、３２回は、８極の回転子を想定し、機械角２回転分に相当する値である。この値は、１回転に相当する値である１６や、３回転以上に相当する値、あるいは機械角１回転の整数倍に相当する値以外に変更してもよい。
（Ｂ）出力電圧Ｖ_B が正常範囲である７Ｖより高く１８Ｖよりも低い範囲に含まれる。なお、１２Ｖ系の車両システムを想定して正常範囲の下限値を７Ｖ、上限値を１８Ｖとしたが、これらの下限値および上限値は適宜変更するようにしてもよい。また、２４Ｖ系等の車両システムでは、発電電圧に合わせて下限値および上限値を変更する必要がある。
（Ｃ）ＭＯＳトランジスタ５０、５１について異常判定部１２３によって異常発生の判定がなされていない。
（Ｄ）ロードダンプ保護動作中でない。
（Ｅ）出力電圧Ｖ_B の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも小さい。なお、同期制御を開始したときにこの変動がどの程度許容されるかは、使用する素子やプログラムによって変化するため、この変動の許容値は、使用する素子等に応じて適宜変更するようにしてもよい。
（Ｆ）Ｔ_FB1、Ｔ_FB2がともに１５μ秒より長い。なお、これらの期間がどの程度以下になると異常といえるかは、異常の発生原因等によって変化するため、この許容値（１５μ秒）は、異常発生原因等に応じて適宜変更するようにしてもよい。また、Ｔ_FB1、Ｔ_FB2は、上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６、下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８によって同期制御動作中に演算されるものとして説明したが、同期制御開始前であってもこれらの演算は行われており、同期制御の開始判定に用いられる。

図１０において、ロードダンプ判定部１１１は、出力電圧Ｖ_B が２０Ｖを超えたときに、車両用発電機１の出力端子やバッテリ端子が外れてサージ電圧が発生するロードダンプを検出し、ドライバ１９２、１９４に指示を送ってハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオフするとともに、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンするロードダンプ保護動作を開始する。また、ロードダンプ判定部１１１は、一旦２０Ｖよりも高くなった出力電圧Ｖ_B が低下して１７Ｖより低くなったときに、ロードダンプ保護動作を終了する。ロードダンプ判定部１１１は、ロードダンプ保護動作中はハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を同期制御開始判定部１０２に向けて出力する。

なお、ロードダンプ保護動作の開始あるいは終了時にＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフによって新たなサージ電圧が発生することを避けるため、ロードダンプ保護判定部１１１は、図９に示す下アーム・オン期間の間にロードダンプ保護動作の開始あるいは終了を行うようにしている。

同期制御が行われる通常時には、図１１Ａに示すように、相電圧Ｖ_P は、出力電圧Ｖ_B （バッテリ９の正極端子電圧）近傍の下限値とグランド端子電圧Ｖ_GND 近傍の上限値との間で周期的に変化している。一方、ロードダンプ発生時には、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０がオフされ、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオンされ、この状態が維持される。したがって、図１１Ｂに示すように、相電圧Ｖ_P は、グランド端子電圧Ｖ_GND を中心に、ＭＯＳトランジスタ５１のオン時のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSの範囲で周期的に変化するようになる。なお、図１１Ｂに示す例では、ＭＯＳトランジスタ５１のオン時のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSが、例えば０．１Ｖとして図示されている。但し、このドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSは、使用するＭＯＳトランジスタ５１の仕様やゲート電圧等に応じて異なる。

図４に示した下ＭＯＳ Ｖ_DS増幅部１４２は、オン時のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを、例えば５倍（−０．５Ｖ〜＋０．５Ｖ）に増幅する（図１１Ｃ）。また、通電方向判定部１４４は、例えば＋０．３５Ｖに設定されたしきい値電圧と、増幅後のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSとを比較し、しきい値電圧の方が高いとき（範囲Ｗ）にハイレベルの信号を出力し、それ以外のときにローレベルの信号を出力する。

図１１Ｃにおいて、Ｗで示された範囲は、通常時にローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオンされるタイミングにほぼ対応している。本実施形態では、このＷの範囲を、ロードダンプ保護動作を開始あるいは終了させるタイミングとしている。すなわち、このＷの範囲に含まれていれば、ロードダンプ保護動作を開始するためにローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンしたときに、このＭＯＳトランジスタ５１に並列接続されたダイオードの順方向と同じ方向にＭＯＳトランジスタ５１を介して電流が流れることになるため、サージ電圧の発生を抑制することができる。また、このＷの範囲に含まれていれば、ロードダンプ保護動作を終了するためにローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフする前に、このＭＯＳトランジスタ５１を介して流れる電流の向きと、オフした後に、このＭＯＳトランジスタ５１に並列接続されたダイオードを介して流れる電流の向きが同じになるため、サージ電圧の発生を抑制することができる。

なお、上述したしきい値電圧にはヒステリシス特性を持たせるようにしてもよい。例えば、ドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSの方が低い場合のしきい値電圧を＋０．３５Ｖとし、ドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSの方が高くなった後のしきい値電圧を＋０．３Ｖとする場合が考えられる。これにより、ドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSがしきい値電圧付近で変動した場合に、通電方向判定部１４４の出力信号のレベルが頻繁に切り替わることを防止することができる。

Ｖ_B 範囲判定部１１３は、出力電圧検出部１１０によって検出された出力電圧Ｖ_B が７〜１８Ｖの範囲に含まれているか否かを判定し、含まれている場合にはローレベル、含まれていない場合（７Ｖ以下か１８Ｖ以上の場合）にはハイレベルの信号を出力する。Ｖ_B 変動判定部１１４は、出力電圧検出部１１０によって検出された出力電圧Ｖ_B の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも小さいか否かを判定し、小さい場合にはローレベル、大きい場合にはハイレベルの信号を出力する。Ｔ_FB時間判定部１１５は、上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６によって検出されたＴ_FB1 と、下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８によって検出されたＴ_FB2 のそれぞれが１５μ秒よりも長いか否かを判定し、長い場合にはローレベル、以下の場合にハイレベルの信号を出力する。異常判定部１２３は、異常発生時にハイレベル、異常が発生していないときにローレベルの信号を出力する。

なお、図１０では、Ｖ_B 範囲判定部１１３、Ｖ_B 変動判定部１１４、Ｔ_FB時間判定部１１５を同期制御開始判定部１０２の外部に設けたが、同期制御開始判定部１０２に内蔵するようにしてもよい。また、上述した例では、（Ａ）〜（Ｆ）の全ての条件を満たす場合に同期制御を開始する場合を想定したが、（Ｂ）〜（Ｆ）の少なくとも一つと（Ａ）とを組み合わせて同期制御開始条件としてもよい。

図１２において、「カウント値」は上アーム・オン期間と下アーム・オン期間のそれぞれの立ち上がり（開始タイミング）に同期したカウント値を、「Ｔ_FB時間フラグ」はＴ_FB時間判定部１１５の出力を、「電圧範囲フラグ」はＶ_B 範囲判定部１１３の出力を、「ＬＤフラグ」はロードダンプ判定部１１１の出力を、「異常判定フラグ」は異常判定部１２３の出力を、「電圧変動フラグ」はＶ_B 変動判定部１１４の出力をそれぞれ示している。

同期制御開始判定部１０２は、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間のそれぞれの立ち上がりに同期したカウント動作を行い、このカウント動作のカウント値が「３２」に達したときに同期制御開始を示す信号（ローレベルが同期制御開始を示し、ハイレベルが同期制御停止を示している）を上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３および下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４に入力する。上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３および下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４では、同期制御開始を示す信号が入力されると、ＭＯＳトランジスタ５０、５１を交互にオンする同期制御を開始する。

ところで、同期制御開始判定部１０２は、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の立ち上がりの間隔が電気角で１周期以下であること、Ｔ_FB時間判定部１１５、Ｖ_B 範囲判定部１１３、ロードダンプ判定部１１１、異常判定部１２３、Ｖ_B 変動判定部１１４の各出力（Ｔ_FB時間フラグ、電圧範囲フラグ、ＬＤフラグ、異常判定フラグ、電圧変動フラグ）が全てローレベルであること、を条件に上述したカウント動作を継続する。反対に、同期制御開始判定部１０２は、カウント値が３２に達するまでに、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の立ち上がりの間隔が電気角で１周期を超えたり、Ｔ_FB時間判定部１１５、Ｖ_B 範囲判定部１１３、ロードダンプ判定部１１１、異常判定部１２３、Ｖ_B 変動判定部１１４のいずれかの出力がハイレベルになった場合には、カウント値を０にリセットし、カウント動作継続の条件を満たすようになってからカウント動作を再開する。

（４）同期制御の停止判定
次に、上述した同期制御中に同期制御を停止するか否かの判定動作について説明する。同期制御停止判定部１２２は、同期制御中に所定の同期制御停止条件を満たすか否かの判定を行い、満たすと判断した場合にその旨の通知が同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９に送られる。以後、同期制御開始判定部１０２によって同期制御が開始されるまで同期制御が停止される。

同期制御停止条件としては、以下の（ａ）〜（ｅ）が用いられる。
（ａ）下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９によって設定されたＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングから、相電圧Ｖ_P が上昇していって次にＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングを判定するために用いられた第１のしきい値に達するまでの時間が所定時間よりも短い。

この所定時間は、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９によってオフタイミングを指示してから実際にドライバ１９４によってＭＯＳトランジスタ５１がオフされるまでの時間、具体的には、ドライバ１９４によってＭＯＳトランジスタ５１をオフする際のＭＯＳトランジスタ５１の駆動能力に応じて設定される。オフタイミング異常判定部１２１は、この条件を満たす場合（所定時間よりも短い場合）にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。

図１３に示すように、ＭＯＳトランジスタ５１をオフするタイミングが下アーム・オン期間の終了タイミングよりも遅くなると、その時点でＭＯＳトランジスタ５１を通して流れていた電流を遮断することになるため、サージ電圧が発生する。図１３では、サージ電圧がＳで示されている。このサージ電圧は、ＭＯＳトランジスタ５１をオフした直後に発生するものである。実際に下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９によってオフタイミングが指示されてからＭＯＳトランジスタ５１がオフされるまでに要する時間をｔ０（図１３）とすると、オフタイミング遅れに伴うサージ電圧の発生を検出するために、上述した所定時間は、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９によってオフタイミングを指示してから時間ｔ０よりもβだけ長く設定されている。このβは、時間ｔ０経過後に発生するサージ電圧が含まれる値であって、正常に同期制御を行っているとき（オフタイミング異常が発生していないとき）に、相電圧Ｖ_P が上昇していって第１のしきい値に達するまでの時間よりも短い必要がある。
（ｂ）上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７によって設定されたＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングから、相電圧Ｖ_P が低下していって次にＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングを判定するために用いられた第２のしきい値に達するまでの時間が所定時間よりも短い。

この所定時間は、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７によってオフタイミングを指示してから実際にドライバ１９２によってＭＯＳトランジスタ５０がオフされるまでの時間、具体的には、ドライバ１９２によってＭＯＳトランジスタ５０をオフする際のＭＯＳトランジスタ５０の駆動能力に応じて設定される。オフタイミング異常判定部１２１は、この条件を満たす場合（所定時間よりも短い場合）にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。

なお、上述した（ａ）、（ｂ）で示された所定時間は、同じ値であってもよいが、異なる値を用いるようにしてもよい。また、これらの所定時間は、主にドライバ１９２、１９４の駆動能力に応じて設定するものであるため、回転数に関係なく一定値を用いることが望ましい。
（ｃ）出力電圧Ｖ_B の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも大きくなった。

なお、同期制御を継続する場合にこの変動がどの程度許容されるかは、使用する素子やプログラムによって変化するため、この同期制御の停止判定に用いられる許容値は、使用する素子等に応じて適宜変更するようにしてもよい。

例えば、出力電流が１５０Ａから１５Ａに急に減少すると、図１４に示すように、出力電圧Ｖ_B が上昇する。この出力電圧の上昇に伴って、上アーム・オン期間は、出力変動がない場合の値Ｔ１０からＴ１１、Ｔ１２（＜Ｔ１０）に変化する。下アーム・オン期間についても同様である。このように、上アーム・オン期間あるいは下アーム・オン期間自体が短くなると、それまでと同じ手順でオフタイミングを設定しても、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオフタイミングが上アーム・オン期間あるいは下アーム・オン期間よりも遅くなる事態が生じるため、これを回避するために上述した許容値が用いられる。同期制御開始判定でも、同様の趣旨により同じ許容値が用いられているが、この許容値は、同期制御開始判定と同期制御停止判定で異なる値を用いるようにしてもよい。
（ｄ）ロードダンプ保護動作に移行した。
（ｅ）ＭＯＳトランジスタ５０、５１の異常（過熱状態、ショートあるいはレアショート）が発生した。

図１５に示す構成は、図８に示した構成の中から同期制御停止判定に必要な構成を抜き出したものである。また、Ｖ_B 変動判定部１１４については、図１０に示された同期制御開始判定用のＶ_B 変動判定部１１４がそのまま同期制御停止判定においても用いられている。

図１５に示すように、同期制御停止判定部１２２には、オフタイミング異常判定部１２１、Ｖ_B 変動判定部１１４、ロードダンプ判定部１１１、異常判定部１２３の各出力が入力されている。

オフタイミング異常判定部１２１からは、上述した同期制御停止条件（ａ）あるいは（ｂ）を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、Ｖ_B 変動判定部１１４からは、出力電圧検出部１１０によって検出された出力電圧Ｖ_B の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも大きく、上述した同期制御停止条件（ｃ）を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、ロードダンプ判定部１１１からは、ロードダンプ動作中であって、上述した同期制御停止条件（ｄ）を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、異常判定部１２３からは、上述した同期制御停止条件（ｅ）を満たしているとき、具体的には、過熱状態が発生、あるいは、ショートあるいはレアショートが発生して異常判定フラグがセットされたときにハイレベルの信号が出力される。

同期制御停止判定部１２２は、オフタイミング異常判定部１２１、Ｖ_B 変動判定部１１４、ロードダンプ判定部１１１、異常判定部１２３の各出力信号の中で一つでもハイレベルのものが含まれている場合には、同期制御停止条件を満たしていると判断し、同期制御を停止する旨の指示が同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９に送られる。

（５）異常発生時の発電抑制動作
次に、ＭＯＳトランジスタ５０、５１の過熱状態やショートあるいはレアショートなどの異常が発生した場合の異常の有無判定動作と、異常発生時に行われる発電抑制動作について説明する。

励磁オンオフ判定部１２４は、Ｆ端子の電圧に基づいて励磁電流の駆動デューティ（オンデューティ）を判定する。異常判定部１２３は、Ｐ端子に接続された固定子巻線２のＸ相の相電圧と、発電制御装置７のＦ端子の電圧（正確には、このＦ端子電圧に基づいて判定された励磁電流の駆動デューティ）とに基づいて、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のショートあるいはレアショートの発生の有無を判定する。ショートやレアショートが発生していない通常発電時には、Ｐ端子に接続された固定子巻線２のＸ相の相電圧は、バッテリ正極端子電圧とグランド端子電圧Ｖ_GND との間を周期的に上下する。

このような相電圧の周期的な上下がない場合としては、以下の原因が考えられる。
・ＭＯＳトランジスタ５０がショートあるいはレアショートしていて相電圧がバッテリ正極端子電圧の近傍にある（ケース１）。
・ＭＯＳトランジスタ５１がショートあるいはレアショートしていて相電圧がグランド端子電圧Ｖ_GND の近傍にある（ケース２）。
・界磁巻線４に励磁電流がほとんど流れていないため、ほぼ非発電状態にあって相電圧の振幅が小さい（ケース３）。

ケース３は特に異常ではないため、ショートやレアショートの有無を判定するためには除外する必要がある。そこで、異常判定部１２３は、Ｆ端子の電圧のデューティ（励磁駆動デューティ）が所定値（例えば５０％）以上のときに、Ｘ相の相電圧がバッテリ正極端子電圧とグランド端子電圧Ｖ_GND との間を周期的に上下していない場合に、ＭＯＳトランジスタ５０、５１にショートやレアショートの異常が発生している旨の判定を行い、ハイレベルの信号を出力する。

また、異常判定部１２３は、上ＭＯＳ温度検出部１５０および下ＭＯＳ温度検出部１５１の各出力に基づいて、ＭＯＳトランジスタ５０、５１の異常の有無を判定する。具体的には、異常判定部１２３は、上ＭＯＳ温度検出部１５０および下ＭＯＳ温度検出部１５１の少なくとも一方の出力がハイレベル（温度が２００°Ｃ以上）の場合には、ＭＯＳトランジスタ５０あるいは５１が過熱状態の異常が発生している旨の判定を行い、ハイレベルの信号を出力する。

励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部１７０は、異常判定部１２３からハイレベルの信号が出力されると、界磁巻線４に直列に接続されたＭＯＳトランジスタ４０をオフ駆動する。例えば、このＭＯＳトランジスタ４０は、ゲートにローレベルの信号が入力されるとオンされ、ハイレベルの信号が入力されるとオフされる。励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部１７０は、異常発生時にハイレベルの駆動信号を出力するが、それ以外には出力端をハイインピーダンスに維持するようになっている。したがって、全ての整流器モジュール５Ｘ等を１本の信号線を介してＭＯＳトランジスタ４０のゲートに接続するとともに、整流器モジュール５Ｘ等のいずれかによってＭＯＳトランジスタ４０をオフすることが可能となる。以後、発電制御装置７のＦ端子から界磁巻線４への励磁電流の供給が停止され、発電抑制を確実に実施することができる。なお、励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部１７０からの駆動信号の出力は、所定時間継続された後一旦解除される。この時点で、異常判定部１２３による異常判定（ハイレベルの信号出力）が継続していれば、再度駆動信号が出力される。このようにして所定時間毎の解除が繰り返される。

このように、本実施形態の車両用発電機１では、整流器モジュール５Ｘ等のＭＯＳトランジスタ５０、５１に異常が生じた場合であって発電制御装置７による回転検出を不能にすることができない場合であっても、固定子巻線２のＸ相電圧とＦ端子の電圧とに基づいてＭＯＳトランジスタ５０、５１の異常を検出することができ、界磁巻線４に対する励磁電流の供給を停止して確実に発電抑制を行うことが可能となる。

特に、固定子巻線２のＸ相電圧と、Ｆ端子電圧に基づいて判定される励磁電流の駆動デューティとに基づいて、ＭＯＳトランジスタ５０、５１の異常の有無を判定しており、駆動デューティと相電圧を組み合わせることにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のショートやレアショートの異常を確実に検出することができる。

また、ＭＯＳトランジスタ４０を界磁巻線４と直列に接続することにより、界磁巻線４に対する励磁電流の供給路を遮断することができ、確実に発電抑制を行うことが可能となる。

また、上ＭＯＳ温度検出部１５０、下ＭＯＳ温度検出部１５１を用いてＭＯＳトランジスタ５０、５１の温度を検出して、この検出した温度が所定値以上になったときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１が異常である旨の判定を行っている。これにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１の温度が過度に上昇した場合に発電抑制を行うことが可能になり、過熱によるＭＯＳトランジスタ５０、５１や制御回路５４などの故障を防止することができる。特に、ＭＯＳトランジスタ５０、５１に隣接配置された感温ダイオードを用いて温度の検出を行うことにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１の温度を遅滞なく検出することができ、急激に温度が上昇する場合であっても発電抑制を迅速に実施してＭＯＳトランジスタ５０、５１を保護することが可能となる。

また、励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部１７０によるＭＯＳトランジスタ４０の駆動（オフ動作）は、所定時間が経過するごとに一旦解除されるため、異常発生を誤検出した場合に発電抑制を短時間で終わらせることができ、通常発電動作に迅速に復帰することが可能となる。

（第２の実施形態）
上述した実施形態では、発電制御装置７と界磁巻線４の間にＭＯＳトランジスタ４０を挿入したが、図１６に示すように、これらの間に配置されたＭＯＳトランジスタ４０を省略し、代わりにＭＯＳトランジスタ４０を発電制御装置７Ａの内部に設けるようにしてもよい。図１７に構成を示す発電制御装置７Ａは、図２に示した発電制御装置７に対してＭＯＳトランジスタ７１のソースとＦ端子の間にＭＯＳトランジスタ４０を挿入するとともに、このＭＯＳトランジスタ４０を外部から駆動するための専用端子（ＲＩＳ端子）を設けた点が異なっている。このＲＩＳ端子には、整流器モジュール５Ｘ等のＩＦ＿ＳＴＯＰ端子が接続されている。このように、発電制御装置７Ａ内にＭＯＳトランジスタ４０を設けることにより、別部品としてのＭＯＳトランジスタ４０が不要になるため、車両用発電機１Ａの組み付け工程を簡略化することができる。

（第３の実施形態）
上述した実施形態では、界磁巻線４と直列にＭＯＳトランジスタ４０が接続されていたが、図１８に示すように、発電制御装置７と界磁巻線４の間に挿入されていたＭＯＳトランジスタ４０を省略し、代わりに界磁巻線４と並列にＭＯＳトランジスタ４０を接続するようにしてもよい。図１９に示す発電制御装置７Ｂは、図２に示した発電制御装置７に対して短絡保護回路８２が追加されている。この短絡保護回路８２は、界磁巻線４の短絡を検出し（例えば、Ｆ端子の電圧に基づいて検出する）、短絡時に励磁電流の供給を停止する指示を励磁電流制御回路７６に対して行う。励磁電流制御回路７６は、この指示を受けてＭＯＳトランジスタ７１をオフする。

図１８において界磁巻線４に並列に接続されたＭＯＳトランジスタ４０は、異常発生時に整流器モジュール５Ｘ等の励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部１７０から出力される駆動信号がゲートに入力されるとオンされて、界磁巻線４の両端を短絡する。なお、第１および第２の実施形態では、駆動信号が入力されたときにＭＯＳトランジスタ４０がオフされるものとしていたため、本実施形態では、この点でＭＯＳトランジスタ４０の動作が異なっている。

このように、界磁巻線４と並列にＭＯＳトランジスタ４０を接続するとともに、発電制御装置７Ｂ内に短絡保護回路８２を追加する本実施形態の車両用発電機１Ｂでは、異常発生時に、界磁巻線４と並列接続されたＭＯＳトランジスタ４０に一時的に大電流が流れるだけであるため、ＭＯＳトランジスタ４０を小さくすることができる。

（第４の実施形態）
上述した第３の実施形態では、界磁巻線４と並列にＭＯＳトランジスタ４０を接続したが、このＭＯＳトランジスタ４０を省略し、代わりにＭＯＳトランジスタ４０を発電制御装置７Ｃの内部に設けるようにしてもよい。この場合の車両用発電機の全体構成は、図１６に示した車両用発電機１Ａにおいて発電制御装置７Ａを発電制御装置７Ｃに置き換えたものとなる。

図２０に構成を示す発電制御装置７Ｃは、図１９に示した発電制御装置７Ｂに対してグランド端子とＦ端子の間にＭＯＳトランジスタ４０を挿入するとともに、このＭＯＳトランジスタ４０を外部から駆動するための専用端子（ＲＩＳ端子）を設けた点が異なっている。このＲＩＳ端子には、整流器モジュール５Ｘ等のＩＦ＿ＳＴＯＰ端子が接続されている。このように、発電制御装置７Ｃ内にＭＯＳトランジスタ４０を設けることにより、別部品としてのＭＯＳトランジスタ４０が不要になるため、車両用発電機の組み付け工程を簡略化することができる。

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種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、２つの固定子巻線２、３と２つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群５を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、各整流器モジュール５Ｘ等を用いて整流動作（発電動作）を行う場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを変更することにより、バッテリ９から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線２、３に供給して電動動作を行わせる車両用回転電機に本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれに３つの整流器モジュールを含ませるようにしたが、整流器モジュールの数は３以外であってもよい。

また、上述した実施形態では、発電制御装置７等に励磁電流急変時にダイアグ（警報）を出力する機能が備わっていない場合を考えたが、図２１に示す発電制御装置７Ｄのように、励磁電流が急に減少した場合にダイアグを通信端子Ｌから出力する警報回路８４を備える場合も考えられる。この場合には、警報回路８４は、異常発生の判定が誤りでないことを確認する間はダイアグの出力をマスクし、その後ダイアグを出力することが望ましい。例えば、励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部１７０から出力される駆動信号は所定時間毎に解除されるが、異常発生の判定が正しい場合には何度も繰り返し駆動信号が出力される。したがって、この所定時間の整数倍の時間が経過した後ダイアグを出力するようにすれば、異常発生の誤検出に伴うダイアグの出力を回避することができる。

上述したように、本発明によれば、整流を行うスイッチング素子に異常が生じた場合であって発電制御装置による回転検出を不能にすることができない場合であっても、電機子巻線の相電圧と励磁電流制御端子の電圧とに基づいてスイッチング素子の異常を検出することができ、界磁巻線に対する励磁電流の供給を停止して確実に発電抑制を行うことが可能となる。

２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ 整流器モジュール群
７ 発電制御装置
４０、５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
１００ 制御部
１２３ 異常判定部
１２４ 励磁オンオフ判定部
１７０ 励磁電流停止スイッチ駆動信号送信部
１９２、１９４ ドライバ

Claims (9)

1. 回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線（４）と、
   前記界磁巻線に対する励磁電流の供給を停止する第１のスイッチング素子（４０）と、
   前記界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する多相巻線としての電機子巻線（２、３）を有する固定子と、
   第２のスイッチング素子（５０、５１）によって複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路が構成され、前記電機子巻線の相電圧を整流するスイッチング部（５、６）と、
   前記第２のスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部（１００、１９２、１９４）と、
   励磁電流制御端子を介して前記界磁巻線に供給する励磁電流を調整することにより前記スイッチング部の出力電圧を制御するとともに、前記電機子巻線の相電圧を検出してこの検出した相電圧に基づいて前記界磁巻線への励磁電流の供給を停止あるいは低減する発電制御装置（７）と、
   前記励磁電流制御端子の電圧を検出する電圧検出部（１２４）と、
   前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて判定される前記励磁電流の駆動デューティが所定値以上のときに、前記スイッチング部に接続された前記電機子巻線の相電圧がバッテリ正極端子電圧とグランド端子電圧との間を周期的に上下していない場合に前記第２のスイッチング素子の異常が発生している旨の判定を行って前記第２のスイッチング素子の異常を検出する異常検出部（１２３）と、
   前記異常検出部の検出結果に基づいて前記第１のスイッチング素子を駆動する駆動部（１７０）と、
   を備えることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記第１のスイッチング素子は、前記界磁巻線と直列に接続されていることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項２において、
   前記第１のスイッチング素子は、前記発電制御装置の内部に設けられており、
   前記発電制御装置は、前記第１のスイッチング素子を外部から駆動する専用端子を有することを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項１において、
   前記発電制御装置は、前記界磁巻線の短絡時に励磁電流の供給を停止する短絡保護回路（８２）を有し、
   前記第１のスイッチング素子は、前記界磁巻線と並列に接続されていることを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項４において、
   前記第１のスイッチング素子は、前記発電制御装置の内部に設けられており、
   前記発電制御装置は、前記第１のスイッチング素子を外部から駆動する専用端子を有することを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記第２のスイッチング素子の温度を検出する温度検出部（１５０、１５１）をさらに備え、
   前記異常検出部は、前記温度検出部によって検出された温度が所定値以上になったときに、前記第２のスイッチング素子の異常を検出することを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項６において、
   前記温度検出部は、前記第２のスイッチング素子に隣接配置された感温ダイオードを用いて温度の検出を行うことを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記駆動部による前記第１のスイッチング素子の駆動は、所定時間が経過するごとに一旦解除されることを特徴とする車両用回転電機。
9. 請求項１〜８のいずれかにおいて、
   前記電機子巻線の複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられ、それぞれが前記スイッチング部、前記スイッチング制御部、前記電圧検出部、前記異常検出部、前記駆動部を含む複数の整流器モジュールを備えることを特徴とする車両用回転電機。

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