JPH07255200A - 車両用発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構成が簡単で安定した発電制御が可能な誘導機
採用の車両用発電機を提供する。 【構成】誘導機１の実測回転数を含まず、蓄電手段４の
蓄電電圧を含む誘動機１の発電電圧に関連する状態量に
基づいて、インバータ２の制御電圧の周波数を制御して
蓄電電圧を基準範囲に保持する。すなわち、誘導機１の
発電電圧に関連する上記状態量と周波数との間には既知
の関係が存在するために周波数を変更すれば発電電圧を
変更することができる。また、上記状態量は誘導機の発
電レベルを表すので、上記状態量に基づいて周波数を変
更すれば発電レベルを変更することができ、したがっ
て、蓄電電圧に応じて周波数を変更することにより蓄電
電圧を所定の基準範囲に保持するよう発電制御を行うこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、誘導機を用いて車両用
のバッテリを充電する車両用発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６３ー３０２１１９号公報は、車
両の排気タービン駆動の誘導発電機を提案している。こ
の誘導発電機は、タービン効率を優先することを目的と
して、発電機の滑りを調節してタービン効率最良の回転
域での運転を行う。特開平２−８７９９９号公報は、回
転センサで検出した発電機の回転数に基づいてインバ−
タの周波数を制御して必要なすべり状態を維持すること
を提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た公報の誘導発電機では、発電機の回転数を検出して滑
り制御により発電量を調節する必要があるが、誘導発電
機では同期発電機とは異なって充電電源側から励磁周波
数を決定する方式であり、エンジン回転数の変動により
滑りが頻繁高速に変化するにもかかわらず、特性上、回
転数（滑り）の僅かの変動により大きくトルクすなわち
発電量が変動するので、車両用発電機に誘導機を適用す
る場合、高精度で応答性に優れた回転数センサ（速度セ
ンサ）を用い、滑りを高速、高精度に制御する必要があ
り、この点が、車両用発電機として誘導発電機を用いる
場合における従来の三相同期発電機（オルタネータ）に
対する大きな欠点となっていた。

【０００４】特に、滑り制御により発電制御を行う場合
の上記問題点は、誘導発電機の小型軽量化を図るため
に、誘導発電機をベルト増速駆動したり、多極（８極程
度）化したりして高周波数化、高速化する場合、一層重
大となる。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであ
り、回転数が頻繁かつ高速に変化する車両用エンジンに
より駆動される誘導発電機の発電制御を簡単な構成で安
定に実施可能な車両用発電機を提供することを、その課
題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明にか
かる車両用発電機は、車両用エンジンにより駆動される
誘導機と、交流端が前記誘導機の電機子巻線端に接続さ
れ直流端が蓄電手段に接続されるインバータと、前記誘
導機の実測回転数を含まず前記蓄電手段の蓄電電圧を含
む前記誘動機の発電電圧に関連する状態量に基づいて前
記インバータの制御電圧の周波数を制御して前記蓄電電
圧を基準範囲に保持する発電制御手段とを備えることを
特徴としている。

【０００６】ここでいう誘導機の実測回転数以外の前記
誘動機の発電電圧に関連する状態量は、発電電圧（誘導
機の電機子巻線端の電圧）、又は、蓄電手段の端子電圧
（蓄電電圧）、又は、発電電圧と蓄電電圧との電圧差、
又は、発電電流、又は上記発電電圧、蓄電電圧、電圧差
及び発電電流の二つ以上のパラメータの組合せ、又は、
以上のパラメータを処理して得た信号からなる。

【０００７】請求項２記載の発明にかかる車両用発電機
において、前記発電制御手段は、発電モードで動作する
場合において前記周波数の最小値を前記エンジンのアイ
ドル時における前記誘導機の同期周波数未満に設定す
る。請求項２記載の発明によると、誘導機が発電モード
で動作する場合において、誘導機が電動モードとなるこ
とがなく、エンジンにショックを与えたり、蓄電手段の
充電不足を抑止することができる。

【０００８】請求項３記載の発明にかかる車両用発電機
において、前記発電制御手段は、エンジン回転数Ｎｅを
入力し、このエンジン回転数Ｎｅ又はＮｅにベルト滑り
率ｋを掛けた値に、更に所定のベルト増速率を掛けて誘
導機の回転数Ｎを算出する。請求項３記載の発明による
と、この回転数Ｎは高精度の値ではないが、すくなくと
も現時点における誘導機の最大可能回転数（ベルト滑り
最小の場合）、及び、最小可能回転数（ベルト滑り最大
の場合）を検出することができる。したがって、これら
の回転数と好適な滑り値とを用いて励磁周波数を決定す
ることができる。また、励磁周波数を最大可能回転数
（ベルト滑り最小の場合）よりも低い同期速度となるよ
うに励磁周波数を決定することにより、誘導機が発電モ
ード中に誤って電動機動作することを防止することがで
きる。

【０００９】請求項４記載の発明にかかる車両用発電機
において、前記発電制御手段は、前記蓄電手段の蓄電電
圧と所定の基準電圧との差を減少する方向に前記周波数
を変化させる。すなわち、蓄電電圧が基準電圧より低く
て充電増強が必要な場合には、周波数を低下させて滑り
を負方向にシフトさせ、これにより発電電流を増加させ
る。逆に、蓄電電圧が基準電圧より高くて発電出力の低
減が可能な場合には、周波数を増加させて滑りを正方向
にシフトさせ、これにより発電電流を低下させる。

【００１０】請求項４記載の発明によると、誘導機の実
回転数を計測しなくても、蓄電電圧に基づいて周波数を
制御するだけで誘導機の発電制御を実施することができ
る。請求項５記載の発明にかかる車両用発電機におい
て、前記発電制御手段は、発電電流を検出し、前記発電
電流に基づいて前記周波数を制御する。請求項５記載の
発明によれば、以下の作用効果を奏する。

【００１１】例えば、蓄電電圧が所定の基準電圧より高
く、充電不要であるにもかかわらず、発電電流が基準電
流より大きければ、励磁周波数を増加して滑りを正方向
にシフトさせ、これにより発電電流を減少させたり、又
はインバータのオンデューティ比を０として発電電流を
削減したり０としたりすることができる。また、例え
ば、蓄電電圧が所定の基準電圧より低く、充電必要であ
るにもかかわらず、発電電流が基準電流より小さけれ
ば、励磁周波数を低下して滑りを負方向にシフトさせ、
これにより発電電流を増大させることができる。また、
蓄電電圧が基準電圧よりどれくらい低いかということを
示す電圧差を算出し、この電圧差に応じて（上記電圧差
に正の相関関係にて）発電電流を変更することもでき
る。

【００１２】また例えば、発電電流が誘導機の特性に応
じて予め設定した所定の最小電流を下回る場合、滑りが
０すなわち電動機モードに接近し過ぎとして励磁周波数
を増加することができる。これらのようにすれば、誘導
機の実回転数を計測しなくても、発電電流又は発電電流
及び蓄電電圧に基づいて周波数を制御するだけで誘導機
の発電制御を実施することができる。

【００１３】請求項６記載の発明にかかる車両用発電機
において、前記発電制御手段は、発電電圧（電機子巻線
端の電圧）を検出し、前記発電電圧に基づいて前記周波
数を制御する。請求項６記載の発明によれば、誘導機が
発電モードにある場合に、発電電圧が高いことは上記し
た発電電流が大きいことを意味しており、発電電圧が低
いことは上記した発電電流が小さいことを意味してお
り、この関係に基づいて上記した請求項５の発明におけ
る発電電流を発電電圧に置換しても、請求項５の発明に
おける制御を実行することができる。

【００１４】請求項７記載の発明にかかる車両用発電機
において、前記発電制御手段は、発電電流を、発電電圧
と蓄電電圧との電圧差に基づいて（正の相関関係又は正
比例関係）に基づいて算出する。請求項７記載の発明に
よれば、電流センサを省略することができ、装置構成の
簡単化の点で大きな利益が生じる。

【００１５】請求項８記載の発明にかかる車両用発電機
において、前記発電制御手段は、検出した発電電圧と発
電電流とに基づいて滑りを算出し、この滑りと励磁周波
数から誘導機の回転数を算出する。請求項８記載の発明
によれば、回転数センサを設けることなく、誘導機の回
転数を算出することができ、装置構成の簡単化の点で大
きな利益が生じる。

【００１６】なお、この場合、算出した誘導機の回転数
に基づいて、蓄電電圧が基準電圧とに基づいて滑りを算
出し、この滑りと励磁周波数から誘導機の回転数を算出
する。このようにすれば、回転数センサを設けることな
く、誘導機の回転数を算出することができ、装置構成の
簡単化の点で大きな利益が生じる。また、この算出回転
数を用いて必要な発電電流が得られる範囲で良好な発電
効率を奏する滑り範囲に励磁周波数を制御することが容
易となる。

【００１７】他の態様において、誘導機の相数、かご形
又は巻線型の変更などは当然可能である。インバータは
パワートランジスタ（バイポーラ又はＭＩＳ）が好適で
あるが他の電力半導体スイッチの使用も可能である。こ
のインバータは誘導機を電動機モードで用いる場合に整
流回路として作動し得る。請求項９記載の発明にかかる
車両用発電機において、前記発電制御手段は、所定間隔
で前記インバータの制御電圧の周波数を所定値だけシフ
トさせるとともに、前記シフト前後における前記誘導機
の発電状態に関する前記状態量の差に基づいて前記周波
数の変化方向を決定する。

【００１８】請求項９記載の発明によれば、簡単かつ正
確に周波数を変化すべき方向を決定することができる。
すなわち、すべりｓの変化に対して発電電流がｓ＝０に
近い領域でピーク値となる単峰特性を有するという誘導
発電機の発電電流と滑りｓとの良く知られた滑りー発電
電流特性から、同じ発電状態（例えば同じ発電電流又は
同じバッテリ電圧又は同じ発電電圧）でも、誘導発電機
の運転状態（効率や力率）として全く異なる二つの発電
領域が存在することになる。ここで、すべりｓの絶対値
がより小さい発電領域を高効率領域とし、すべりｓの絶
対値がより大きい発電領域を低効率領域とすれば、でき
るだけ高効率領域で運転する必要があることは自明であ
る。しかし、誘導発電機の発電状態、例えば発電電流又
はバッテリ電圧又は発電電圧をモニタするだけでは上述
のようにどちらの領域にあるかは不明である。

【００１９】そこで、この発明では、周波数を所定周期
で所定方向にシフトし（すべりｓを所定方向にシフト
し、この時の発電レベルが増強されるかまたは減少に向
かうかを判別することにより、現在、どちらの領域にい
るか（上記ピーク値のどちらのサイドに位置するか）を
判別し、この判別結果に基づいて、好適な高効率領域へ
向かうように周波数すなわち滑りを変化させる。これに
より、簡単に高効率領域での運転が可能となる。

【００２０】請求項１０記載の発明にかかる車両用発電
機において、前記発電制御手段は、前記シフト前後にお
ける前記誘導機の発電状態に関する前記状態量の差に基
づいて前記周波数の変化量を決定する。請求項１０記載
の発明によれば、簡単かつ正確に周波数の変化量を決定
することができる。

【００２１】すなわち、上述のように、すべりｓと発電
電流との関係は予め既知であり、上記周波数のシフトに
よる発電電流の変化量と変化方向とにより現在のすべり
ｓがわかる。一方、バッテリ電圧とその目標電圧との関
係から（又はバッテリ電圧と消費電流とから）、必要な
発電電流のレベルを決定することができる。したがっ
て、上記滑りー発電電流特性及び現在のすべりｓに基づ
いて周波数をどれだけシフトすれば必要な発電電流が得
られるかがわかる。

【００２２】請求項１１記載の発明にかかる車両用発電
機において、エンジン回転数を検出して前記発電制御手
段に入力するエンジン回転数検出手段を有し、前記発電
制御手段は、前記エンジン回転数の変化に基づいて前記
周波数を決定するとともに、前記シフト前後における前
記誘導機の発電状態に関する前記状態量の差に基づいて
前記決定周波数の変化方向又は変化量を補正する。

【００２３】請求項１１記載の発明によれば、所定周期
で検出したエンジン回転数及び目標とするすべりｓに基
づいて最初に周波数を決定するので、急激にすべりｓが
変動したとしても周波数を素早くそれに追従させること
ができ、更にその後、請求項９または１０の方法で周波
数の変化方向又は変化量を決定するので、応答速度の遅
れを回避しつつ請求項９または１０の効果を奏すること
ができる。

【００２４】

【作用及び発明の効果】本発明によれば、誘導機の実測
回転数を含まず、蓄電手段の蓄電電圧を含む誘動機の発
電電圧に関連する状態量に基づいて、インバータの制御
電圧の周波数を制御して蓄電電圧を基準範囲に保持す
る。すなわち、誘導機の発電電圧に関連する上記状態量
と周波数との間には既知の関係が存在するために周波数
を変更すれば発電電圧を変更することができる。また、
上記状態量は誘導機の発電レベルを表すので、上記状態
量に基づいて周波数を変更すれば発電レベルを変更する
ことができ、したがって、蓄電電圧に応じて周波数を変
更することにより蓄電電圧を所定の基準範囲に保持する
よう発電制御を行うことができる。

【００２５】したがって、本発明では、従来の車両用エ
ンジン駆動の誘導発電機では必須と考えられていた回転
数センサを省略した発電制御を実現でき、装置構成が簡
単で安定な発電制御が可能な車両用発電機を実現するこ
とができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の誘導機型の車両用発電機の一
実施例を図面を参照して説明する。図１はそのブロック
図を示し、図２にその模式軸方向半断面図を示し、図３
にその発電制御動作を示すフローチャートを示す。この
車両用発電機は、誘導機１と、三相インバータ回路（本
発明でいうインバータ）２と、コントローラ（本発明で
いう発電制御手段）３とからなる。

【００２７】誘導機１は、車両用エンジン１０のクラン
ク軸よりプーリ比約４でベルト増速駆動されるかご形回
転子型三相誘導機により構成されており、その各電機子
巻線端Ｕ、Ｖ，Ｗはインバータ２の交流端の各相にそれ
ぞれ接続されている。三相インバータ回路２は、６個の
ＭＯＳパワートランジスタ（以下、トランジスタともい
う）２１〜２６を三相ブリッジ接続してなる。

【００２８】詳しく説明すれば、ハイサイドのスイッチ
を構成するトランジスタ２１とローサイドのスイッチを
構成するトランジスタ２４とを直列接続したＵ相インバ
ータ回路の接続点（交流端）に電機子巻線端Ｕが接続さ
れ、ハイサイドのスイッチを構成するトランジスタ２２
とローサイドのスイッチを構成するトランジスタ２５と
を直列接続したＶ相インバータ回路の接続点（交流端）
に電機子巻線端Ｖが接続され、ハイサイドのスイッチを
構成するトランジスタ２３とローサイドのスイッチを構
成するトランジスタ２６とを直列接続したＷ相インバー
タ回路の接続点（交流端）に電機子巻線端Ｗが接続され
る。そして、各相インバータ回路の高位直流端がバッテ
リ（蓄電手段）４の高位端及び車両電気負荷５の一端に
接続され、各相インバータ回路の低位直流端、バッテリ
４の低位端及び車両電気負荷５の他端が接地されてい
る。

【００２９】コントローラ３は、電機子巻線端Ｖの電圧
（本発明でいう発電電圧）Ｖｐと、バッテリ４の端子電
圧（本発明でいう蓄電電圧）Ｖｂと、イグニッションス
イッチ（図示せず）の作動信号電圧Ｖ_IGとが入力され、
三相インバータ回路２のゲート制御電圧Ｖｇ１〜Ｖｇ６
を出力する電子回路からなり、この実施例ではマイコン
装置となっている。このマイコン装置の入力インターフ
ェイスは各入力電圧をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコ
ンバータからなり、また出力インターフェイスは出力さ
れる６種類のパルス電圧をそれぞれ電力増幅するパワー
アンプからなるが、このような構成自体は周知であるの
で、説明を省略する。 （誘導機１の構成）誘導機１は、図２に示すように、か
ご形回転子１１及びプーリ１２が嵌着されたシャフト１
３を回転自在に支持するハウジング１４を有し、ハウジ
ング１４の内周面には三相電機子巻線１５が巻装された
電機子鉄心１６が固定されている。

【００３０】１７はハウジング１４の開口を閉鎖すると
ともに車体に取り付けるためのブラケットであり、１
８、１９は軸受けである。ファン２０の回転によりハウ
ジング１４の端壁及びブラケット１７に開口された吸入
口から吸入された冷却風はハウジング１４の周壁及びブ
ラケット１７に開口された吐出口から吐出される構造と
なっている。

【００３１】ハウジング１４の外周面の所定部位には電
磁シールド機能を有する箱状のケース１４ａが締結され
ており、三相インバータ回路２及びコントローラ３がこ
の箱状のケース１４ａの内部に配設されている。この実
施例では、エンジン１０のアイドル回転数は６００ｒｐ
ｍ、最高回転数は６０００ｒｐｍとされ、三相の電機子
巻線１５は２／３π〔ｒａｄ〕の短節集中巻きの８極形
式とされている。電機子鉄心１６のスロット数は２４と
され、半閉の各スロットにそれぞれ６本ずつ導体が挿入
されている。 （基本発電動作の説明）車両用エンジン１０に駆動され
てかご形回転子１１が回転し、一方、コントローラ３が
三相インバータ回路２を開閉制御して誘導機１の各相の
電機子巻線１５に三相交流電圧を印加すると、印加電圧
の周波数ｆから算出される同期速度Ｎｓと、かご形回転
子１１の回転数Ｎとから算出される滑りｓ（ｓ＝Ｎ／
（Ｎｓ−Ｎ）に応じて、周知のように電動機として動作
したり、発電機として動作したりする。なお、発電機と
して動作するのはＮｓ＜Ｎの場合である。

【００３２】なお、三相インバータ回路２の開閉制御に
よる三相交流電圧形成動作について説明すると、三相電
機子巻線端Ｕの電圧Ｖｕはトランジスタ２１がオンの時
に正位相の半波長電圧となり、トランジスタ２４がオン
の時に負位相（交流的に）の半波長電圧となる。三相電
機子巻線端Ｖの電圧Ｖｖはトランジスタ２２がオンの時
に正位相の半波長電圧となり、トランジスタ２５がオン
の時に負位相（交流的に）の半波長電圧となる。三相電
機子巻線端Ｗの電圧Ｖｗはトランジスタ２３がオンの時
に正位相の半波長電圧となり、トランジスタ２６がオン
の時に負位相（交流的に）の半波長電圧となる。したが
って、トランジスタ２１と２４、トランジスタ２２と２
５、トランジスタ２３と２６とをそれぞれ反対位相で開
閉させ、かつ、トランジスタ２１、２２及び２３を互い
に１２０度異なる位相で開閉することにより、三相交流
電圧を形成することができる。 （発電制御の説明）次に、コントローラ３による発電制
御の一例について、図３のフローチャートを参照して説
明する。

【００３３】まず、ステップ１０１にて初期設定を行
い、この時、ゲート制御電圧Ｖｇ１〜Ｖｇ６の周波数を
１４４Ｈｚに初期設定する。この値は、エンジンアイド
ル回転時においてｓが−１０％となる値である。次に、
イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮされている
かどうかを作動信号電圧Ｖ_IGが所定電圧（ここでは５Ｖ
とする）より大きいかどうかで判別し（１０２）、オフ
であればステップ待機する。

【００３４】一方、イグニッションスイッチがオンすれ
ば、イグニッションスイッチの作動からスタータの始動
完了までに充分な時間（ここでは０．５秒）待機してエ
ンジンの回転数の確立を待つ（１０３）。その後、バッ
テリ電圧（蓄電電圧）Ｖ_B が基準電圧Ｖｒｅｆを中心と
して上下に所定電圧ΔＶの範囲内かどうかを調べ（１０
４）、バッテリ電圧Ｖ_B が基準電圧Ｖｒｅｆ＋ΔＶの値
以上であれば、発電不要であると判断し、まず、励磁周
波数ｆに所定値Δｆを加えて（１０６）、それでインバ
ータ２を制御し（１０８）、次に発電電流Ｉを検出する
（１０９）。

【００３５】なお、発電電流Ｉは、電流センサや電流検
出用の低抵抗の電圧降下により検出してもよいが、ここ
では、検出した発電電圧Ｖｐ（ここではＶｐの整流値を
ソフトウエアにて求め、それをバッテリ電圧Ｖ_B と同じ
スケールとなるように所定係数を掛けてバッテリ電圧Ｖ
_B に相当するＶを求める。）とバッテリ電圧Ｖとの差を
発電電流と見做す。この点に関する更なる説明は後述さ
れる。

【００３６】次に、検出又は算出された発電電流Ｉが最
小電流値Ｉｍｉｎを超過しているかどうかを求め（１１
０）、超過していれば発電電流がまだ大きすぎるすなわ
ち発電レベルがまだ高すぎると判断してステップ１０４
にリターンして、繰り返しステップ１０６にて周波数を
増加して滑りを正方向へシフトし、発電電流を低減す
る。

【００３７】一方、ステップ１１０にて、発電電流Ｉが
Ｉｍｉｎ以下であれば、発電電流は充分低下したにもか
かわらず、バッテリ電圧Ｖ_B は高く、これ以上発電電流
Ｉを低下し、滑りを減少することは好ましくないので発
電を停止すべきと判断して、三相インバータ回路２をオ
フ（オンデューティ比を０）とし（１１２）、ステップ
１０４にリターンする。

【００３８】なお、ステップ１１２でオンデューティ比
を０とする場合でも、ステップ１１８、１１９などで電
流を検出するにはそのために試験的に三相インバータ回
路２を作動させることはもちろんである。なお、ステッ
プ１１０によれば、ステップ１０６による周波数増加に
より滑りが正方向へシフトして滑り０に所定滑り値以上
近接するのを回避することができ、誤って誘導機１が電
動モードとなるのを防止することができ、大きな効果が
ある。更に、この場合、発電電流Ｉ（又は発電電圧Ｖ
ｐ）をＩｍｉｎをほぼ最高発電効率の滑り値の部分、又
は、最高発電効率の滑り値より僅かに正方向へ滑り値が
シフトした部分の発電電流とすることにより、状況が許
す限り、最高発電効率部分へ発電動作が収束するので、
更に効果的である。

【００３９】なお、この実施例ではステップ１０９、１
１０により発電電流Ｉにより発電レベルを判定したが、
発電電流Ｉ（又は電圧差Ｖｐ−Ｖ_B ）は発電電流Ｖｐと
正の相関又は比例関係にあるので、ステップ１０９にて
発電電圧Ｖｐを検出し、ステップ１１０にて発電電圧Ｖ
ｐが所定の最小発電電圧Ｖｐｍｉｎより大きいかどうか
により判断してもよい。

【００４０】次に、ステップ１０４でバッテリ電圧Ｖ_B
がこの電圧範囲内にあれば、周波数は現在の周波数値ｆ
のまま出力される（１２１）。一方、ステップ１０４で
バッテリ電圧Ｖ_B がこの電圧範囲を下回れば、充電不
足、発電不足と判定して、励磁周波数ｆから所定値Δｆ
を引いて（１１４）、それでインバータ２を制御し（１
１６）、次に、発電電流Ｉを検出し（１１８）、発電電
流Ｉが所定の最大電流値Ｉｍａｘ未満かどうかを求め
（１１９）、未満であれば発電電流はまだ増加の余地有
りとして、ステップ１０４へ戻り、繰り返しステップ１
１４にて周波数を削減して滑りを負方向へシフトし、発
電電流を増加する。一方、ステップ１１９にて、発電電
流ＩがＩｍａｘ以上であれば、発電電流は大きすぎると
判断して、励磁周波数ｆを少し下げ（１２０）、誘導機
１の保護を図ってステップ１０４にリターンする。

【００４１】以上説明した構成および作用により、精密
な速度センサによる複雑かつ高精度のすべり量制御を行
うことなく、安定した発電制御を実行することができ
る。特に、ベルト駆動で高プーリ比かつ多極（誘動機で
は６極以上位を多極と称す）に構成された高速で回転変
動が大きい車両用エンジン駆動の誘導発電機を簡単な構
成で安定して発電制御することができる。

【００４２】なお、初期励磁周波数ｆ₀ を１４４Ｈｚと
してアイドル回転に相当する同期速度より１０％程度低
めにしているのは、アイドル回転ですべりを負として発
電機が少なくとも電動とならないように、すなわちアイ
ドル時に電動動作してエンジントルクを増加させること
がないように配慮したものであり、更に、効率がそれほ
ど低下しない周波数範囲（通常すべり０〜±１０％程度
が効率悪化が顕著でない範囲。）で制御できるいう効果
もある。

【００４３】なお、上記実施例ではコントローラ３はマ
イコン構成としたが、ハードウエアロジック回路でもア
ナログ回路でもよいことは当然である。なお、エンジン
回転数センサやエンジン点火信号をエンジンコントロー
ルユニット（通常Ｅ．Ｃ．Ｕ．と略称されるエンジン制
御マイコン装置）から得て、周波数制御に用いることも
できる。すなわち、エンジン回転数センサやエンジン点
火信号からエンジン回転数を検出することができ、それ
にベルト最小滑り率及びベルト最大滑り率を掛ければ、
誘導機１の最大可能回転数Ｎｍａｘ及び最小可能回転数
Ｎｍｉｎが決定でき、したがって、ゲート制御電圧Ｖｇ
１〜Ｖｇ６の周波数から得られる同期回転数Ｎｏを少な
くとも上記最大可能回転数Ｎｍａｘ未満とすれば、滑り
ｓを負すなわち発電モードとすることができる。

【００４４】また、エンジン回転から求めた誘導機の最
大可能回転数Ｎｍａｘ及び最小可能回転数Ｎｍｉｎを決
定して、発電モ−ドを維持する例を述べたが、さらに上
記方法により求めた誘導機回転数を積極的に用いる例を
示す。バッテリ電圧Ｖ_B 、バッテリ電圧の狙い値Ｖｒｅ
ｆの差の関数及び誘導機の回転数Ｎから、誘導機の滑り
指令値Ｓを求める。さらに、この滑り指令値Ｓと現在の
誘導機の回転数Ｎからインバ−タの周波数を決定して発
電を最適値に制御する。

【００４５】発電機の種類の違いによりプーリーが多少
異なったり、ベルトの滑りで正確な誘導機の回転数は得
られないが、上記の様にして決定したインバ−タの周波
数に対してバッテリ電圧の実測値と設定値の偏差でイン
バ−タ周波数を補正すれば誘導機の回転数を実測する為
の専用の回転センサを設けなくとも短時間で正確に、最
適な発電状態に制御する事が可能となる優れた効果があ
る。

【００４６】また、同期回転数Ｎｏを少なくとも上記最
小可能回転数Ｎｍｉｎ以上とすれば、発電効率の良い状
態で発電動作を行うことができる。更に、エンジン回転
数から求めた誘導発電機の最大可能回転数Ｎｍａｘ及び
最小可能回転数Ｎｍｉｎを決定して、発電モードを維持
する例を述べたが、上記方法により求めた誘導発電機回
転数を積極的に用いる例を示す。

【００４７】バッテリ電圧Ｖ_B とバッテリ電圧Ｖ_B の狙
い値Ｖｒｅｆとの差の関数、及び、誘導発電機の回転数
Ｎから、誘導発電機のすべり指令値ｓを求める。次に、
このすべり指令値ｓと現在の誘導発電機の回転数Ｎとか
ら、同期速度を求めてインバータの周波数を決定して発
電を最適状態に制御する。なお、誘導発電機の機種の違
い、プーリー径の大小、ベルトの滑りなどにより、エン
ジン回転数からは正確な誘導発電機の回転数を検出する
ことはできない。

【００４８】しかし、上記したように、バッテリ電圧の
実測値と設定値との偏差でインバータの周波数を決定す
れば、誘導発電機の回転数を実測するための専用の回転
数センサを設けなくてもよく、短時間で正確に最適な発
電状態に制御することが可能となるという優れた効果を
奏する。 （実施例２）実施例２を図４を参照して説明する。

【００４９】ただし、この実施例の動作説明を行う前
に、この誘導発電機１の一相等価回路図を図５（ａ）、
（ｂ）に示す。（ａ）と（ｂ）とは表現形式が異なるだ
けで、同じものである。このＥはバッテリ電圧Ｖ_B を交
流正弦波電源と仮想したものであり、２個の抵抗ｒｉは
バッテリ４及びインバータ２の抵抗成分であり、Ｚ１は
電機子コイルの（一次側の）インピーダンス、ｒ１はそ
の抵抗分、ｘ１はそのリアクタンス分である。Ｚ２は回
転子側の（二次側の）インピーダンス、ｒ２はその抵抗
分、ｘ２はそのリアクタンス分である。Ｚ０は漏れイン
ピーダンス、ｒ０はその抵抗分、ｘ０はそのリアクタン
ス分である。滑りｓが負であるので電流は誘導機１から
バッテリ側へ流れ、理論的には、Ｒｉが既知であるの
で、発電電流Ｉ＝（発電電圧Ｖｐ（スケール換算済）−
バッテリ電圧Ｖ_B ）／２Ｒｉとして検出することができ
る。

【００５０】また、発電電流Ｉは、図５の等価回路か
ら、Ｖｐ、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の関数値として簡単に計算
することができ、また、滑りｓとＶｐとＩ以外は既知一
定であるので、滑りｓはＶｐとＩとから図５の等価回路
に基づいて簡単に計算することができ、また、マイコン
に予めＶｐとＩとｓとの関係を示すマップを格納してお
くことにより、滑りｓはＶｐとＩとから簡単にサーチす
ることができる。

【００５１】ちなみに、図５において、Ｚ０を簡単のた
めに省略し、力率も無視すれば、Ｉ＝Ｖｐ／（ｒ１＋ｊ
（ｘ１＋ｘ２）＋ｒ２／ｓ）となるので、ｓが０から負
方向にシフトすれば、発電電流Ｉは増加することがわか
る。また、ｓが負方向から０へ接近すれば発電電流Ｉは
減少することがわかる。ただ、ｓが０に近いゾーンに高
効率発電範囲があるので、発電電流Ｉに余裕がある場合
には、滑りｓは０に近い負値範囲（例えば−５％〜−１
５％）にすることが好ましく、励磁周波数ｆを増加して
ｓを０に接近させることが好ましいことがわかる。

【００５２】以下、図４を参照してこの実施例の発電制
御動作を説明する。まず、実施例１と同様にしてステッ
プ１０３までを行い、更に実施例１と同様にして発電電
流Ｉ及び発電電圧Ｖｐを検出する（２０４）。次に、上
記した説明のように滑りｓの現在値Ｓｎを算出乃至サー
チし（２０６）、サーチした滑りｓｎ、励磁周波数の現
在値ｆｎから誘導機１の回転数Ｎを求め（２０８）、Ｎ
から、許容される最大滑り値（符号はマイナスであり、
絶対値としては最小値、ここでは−８％）ｓｍａｘを算
出し、更に、Ｎから、許容される最小滑り値（符号はマ
イナスであり、絶対値としては最大値、発電電流Ｉの最
大値に相当する）ｓｍａｘを算出する（２１０）。

【００５３】次に、Ｖ_B と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し
（２１１）、Ｖ_B が基準電圧Ｖｒｅｆを超過していれ
ば、発電不要であると判断し、まず、励磁周波数ｆに所
定値Δｆを加えて、それでインバータ２を制御し（２１
２）、次にこの新たな励磁周波数ｆとステップ２０８で
求めたＮから滑りｓを算出し、算出した滑りｓがｓｍａ
ｘ未満かどうかを調べ（２１４）、未満であればまだ励
磁周波数ｆは増加可能と判断してステップ２０４にリタ
ーンし、以上であればインバータをオフする。

【００５４】一方、ステップ２１１にてＶ_B が基準電圧
Ｖｒｅｆ以下であれば、発電増強が必要であると判断
し、まず、励磁周波数ｆから所定値Δｆを引いて、それ
でインバータ２を制御し（２２０）、次にこの新たな励
磁周波数ｆとステップ２０８で求めたＮから滑りｓを算
出し、算出した滑りｓがｓｍｉｎ以上かどうかを調べ
（２２２）、以上であればまだ励磁周波数ｆは減少可能
と判断してステップ２０４にリターンし、未満であれば
これ以上の励磁周波数ｆの減少すなわち滑りｓｎｏ負方
向のシフトは発電電流Ｉの許容できない増大を招くと判
断して、励磁周波数ｆに所定値Δｆを加えてそれでイン
バータ２を制御し（２２４）、それからステップ２０４
にリターンする。

【００５５】なおこの実施例でも、ステップ２１６でオ
ンデューティ比を０とした後、ステップ２０４などで電
圧Ｖｐや電流Ｉを検出するにはそのために試験的に三相
インバータ回路２を作動させることはもちろんである。
以上説明した構成および作用により、精密な速度センサ
による複雑かつ高精度のすべり量制御を行うことなく、
安定した発電制御を実行することができる。

【００５６】なお、上記したＩ，Ｖｐから滑りｓを算出
する場合、Ｖｐは正弦波波形であることが好ましいの
で、矩形波パルス電圧を正弦波波形に近似させるため
に、デューティ比が正弦波の瞬時値となるようにインバ
ータ２をＰＷＭ制御することが好ましい。 （実施例３）本発明の車両用発電機の他の実施例を図６
のフローチャートを参照して以下に説明する。

【００５７】まず、ステップＳ１で、キーＳＷのオンが
検出されると、ステップＳ２で、初期設定を行う。ここ
で、比例定数Ｐは１とされ、所定のインバータ周波数の
今回値（出力値）ｆは初期設定周波数値ｆ_S に設定され
る。エンジン始動直後のエンジン回転数における発電機
の動作点が上述した高効率領域（図８に示す周波数−出
力電流特性におけるｆ_D 〜ｆ_C ）内となることが極めて
望ましいので、ｆ_S は所定の始動直後エンジン回転数に
対しｆ_D 〜ｆ_C 内の所定の値に設定される。なお、ｆ_D
は所定の始動直後エンジン回転数に対してすべりｓがｓ
ｄとなるインバータ周波数値であり、ｆ_C はすべりｓが
０となるインバータ周波数値、すなわち、同期周波数で
ある。ただし、図８において、ｆ_D は出力電流がピーク
値となる時のインバータの周波数であり、それぞれ誘導
発電機の回転数は一定としている。

【００５８】次のステップＳ２０では、エンジン回転数
Ｎｅを検出し、次のステップＳ２１では、このＮｅに基
づいてエンジン始動完了したかどうかを確認するまで待
機し、確認したら、ステップＳ３に進む。なお、ここで
は、エンジン回転数Ｎｅが上記所定の始動直後エンジン
回転数（４００ｒｐｍ）となったかどうかでエンジン始
動完了を確認するものとする。もちろん、エンジン始動
完了の確認には公知の他の手法を採用してもよい。

【００５９】次のステップＳ３では、上記始動直後エン
ジン回転数に等しいエンジン回転数Ｎｅをエンジン回転
数の前回値（記憶値）Ｎｅｂとして記憶し、また、上記
初期設定周波数ｆ_S をインバータ周波数の前回値（記憶
値）ｆｂとして記憶する。次のステップＳ３０では、所
定時間（例えば１００ｍＳ）待機し、その後のステップ
Ｓ４では、再度、エンジン回転数Ｎｅを今回値として検
出する。

【００６０】次のステップＳ５では、エンジン回転数の
前回値Ｎｅｂに対する今回値Ｎｅの比率（Ｎｅ／Ｎｅ
ｂ）をインバータ周波数の前回値ｆｂに掛けることによ
り、上記エンジン回転数の変動（Ｎｅ／Ｎｅｂ）の比率
に比例してインバータ周波数の前回値ｆｂをシフトさせ
て、それをインバータ周波数の今回値ｆとしてインバー
タに出力するとともに、このシフト後のインバータ周波
数の今回値ｆを前回値ｆｂとして更新する。これによ
り、エンジン回転数の変動に応じておおざっぱにインバ
ータ周波数を追従させることができる。

【００６１】ステップＳ５の意味を図７を用いて更に、
説明する。図７は、発電機回転数がＮＡからＮＢに変わ
った場合の誘導発電機の状態変化を示すものである。発
電機回転数がＮＡの時の滑りー発電電流特性をＡ、発電
機回転数がＮＢの時の滑りー発電電流特性をＢとし、い
ま、インバータ周波数がｆ１であるとすれば、出力電流
ｉはａ点に相当する値となる。

【００６２】ここで、急に発電機回転数がＮＢに増速し
たとすると、滑りー発電電流特性はＢに変わり、その結
果、すべりｓはいままでの高効率領域から低効率領域へ
とシフトしてしまうことになる。ａ点での出力電流又は
トルクに等しい値を得るためにすこしづつインバータ周
波数をｆ１からｆ２の方向へ増大していくと、特性Ｂ上
のｄ点で止まってしまい、高効率領域におけるａ点での
出力電流又はトルクに等しい値を得るための点ｃに達し
ない。

【００６３】そこで、ステップＳ５のエンジン回転数Ｎ
ｅの変動比率に応じたインバータ周波数ｆの比例シフト
により一挙に動作点ａから動作点ｃへジャンプさせるこ
とにより、素早くそれを実現している。したがって、図
７でいえばシフト後のインバータ周波数ｆ２は、ｆ１・
ＮＡ／ＮＢとなり、図６でいえばシフト後のインバータ
周波数の今回値（指令値）ｆは、ｆｂ・Ｎｅ／Ｎｅｂと
なる。

【００６４】つまり、発電機回転数ＮＡ、ＮＢの比はエ
ンジンと発電機の回転数比がプーリー比として表わされ
一定である事を考えれば、発電機回転数の比はエンジン
回転数の比と等しく、すべりｓの周知の式からエンジン
回転が変化してもエンジン回転の変化比率に合わせてイ
ンバ−タ周波数を変化させれば、発電機のすべりｓを一
定に制御できる。

【００６５】次のステップＳ５１では、バッテリ電圧の
今回値Ｖｂを検出する。次のステップＳ６では、ステッ
プＳ４で検出したエンジン回転数の今回値Ｎｅをその前
回値Ｎｅｂとして記憶し、また、ステップＳ５１で検出
したＶｂをバッテリ電圧の前回値Ｖｂｂとして記憶す
る。次のステップＳ７では、バッテリ電圧の前回値Ｖｂ
ｂを所定の調整電圧Ｖｒｅｆと比較し、Ｖｂｂ＜Ｖｒｅ
ｆならば、動作点は現在高効率領域に存在するものと仮
定して、ステップＳ８へ進んでインバータ周波数の前回
値ｆｂをｐ△ｆだけ低下させたインバータ周波数の今回
値ｆを作り、逆に、ＶｂｂがＶｒｅｆ以上ならば、動作
点は現在高効率領域に存在するものと仮定して、ステッ
プＳ９へ進んでインバータ周波数の前回値ｆｂをｐ△ｆ
だけ増加させたインバータ周波数の今回値ｆを作り、こ
の今回値ｆを出力し（ステップＳ９０）、所定時間ΔＴ
だけ待機してからステップ１０に進んで再度、バッテリ
電圧の今回値Ｖｂを検出する。

【００６６】次のＳ１１では、上記したステップＳ８、
Ｓ９におけるインバータ周波数シフトに対するバッテリ
電圧Ｖｂの増減関係を判定する。すなわち、（ｆ−ｆ
ｂ）／（Ｖｂ−Ｖｂｂ）の計算結果が負の時は、発電機
の動作点が図８の高効率領域（周波数と出力電流とが負
の相関関係となる）にある事を示し、計算結果が正の時
は低効率領域（周波数と出力電流とが正の相関関係とな
る）にあることを示す。

【００６７】したがって、計算結果が負の時はステップ
Ｓ１３に直接進み、計算結果が正の時は比例定数ｐに−
１を掛けて次のＳ８、Ｓ９での周波数増減方向を反転さ
せてステップＳ１３に進む。次のＳ１３では、Ｐが負か
どうかを調べ、負でなければ動作点が高効率領域にある
ものとしてステップＳ８又はＳ９で算出したインバータ
周波数の今回値ｆを前回値ｆｂとして記憶し、一方、Ｓ
１３で負あれば動作点が低効率領域にあるものとしてス
テップＳ８又はＳ９で算出したインバータ周波数の今回
値ｆに１．０５を掛けた値を前回値ｆｂとして記憶し、
Ｓ１６で記憶した前回値ｆｂを出力すべき今回値ｆとし
てインバータに出力する（Ｓ１７）。

【００６８】なお、Ｓ１５で１．０５を掛けるのは、低
効率領域の制御範囲が高効率領域のれより広いので、素
早くシフトするためである。次に、イグニッションスイ
ッチがオフされているかどうかを調べ、オフされていな
ければステップＳ４にリターンし、オフされていればル
ーチンを終了する。以上のＳ４〜Ｓ１５の一連の動作を
イグニッションＳＷがオンしている間、繰り返して行う
ことでバッテリ電圧を調整電圧に維持する事が可能とな
る。なお、Ｓ４〜Ｓ６における動作（エンジン回転に応
じた周波数の切替）は制御精度、応答性を向上させる為
に追加したもので省略してもよい。

【００６９】以上の様に本実施例では発電機の回転数セ
ンサを用いずともインバ−タの周波数変化させた時のバ
ッテリ電圧の応答を学習する事により発電機の動作点を
求め、次に指令するインバ−タ周波数を適切に決定する
といった優れた効果がある。上記実施例は周波数を変化
させた時のバッテリ電圧の応答を学習したが、発電機出
力電流、発電機出力電圧でも同様の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の車両用発電機のブロック回路図であ
る。

【図２】 誘導機１の模式断面図である。

【図３】 実施例１の発電制御動作を示すフローチャー
トである。

【図４】 実施例２の発電制御動作を示すフローチャー
トである。

【図５】 誘導機１の１相等価回路図である。

【図６】 実施例３の発電制御動作を示すフローチャー
トである。

【図７】 誘導機１の発電特性を示す特性図である。

【図８】 誘導機１の発電特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１は誘導機、 ２は三相インバータ回路（インバータ）、 ３はコントローラ（発電制御手段）。

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 博英 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両用エンジンにより駆動される誘導機
   と、 交流端が前記誘導機の電機子巻線端に接続され直流端が
   蓄電手段に接続されるインバータと、 前記誘導機の実測回転数を含まず前記蓄電手段の蓄電電
   圧を含む前記誘導機の発電電圧に関連する状態量に基づ
   いて前記インバータの制御電圧の周波数を制御して前記
   蓄電電圧を基準範囲に保持する発電制御手段とを備える
   ことを特徴とする車両用発電機。
2. 【請求項２】前記発電制御手段は、発電モードで動作す
   る場合において前記周波数の最小値を前記エンジンのア
   イドル時における前記誘導機の同期周波数未満に設定す
   るものである請求項１記載の車両用発電機。
3. 【請求項３】前記発電制御手段は、エンジン回転数又は
   エンジン回転数にベルト滑り率を掛けた値に更に所定の
   ベルト増速率を掛けて誘導機の回転数を算出し、算出し
   た前記誘導機の回転数と目標とする滑り値とを用いて前
   記周波数を決定するものである請求項１記載の車両用発
   電機。
4. 【請求項４】前記発電制御手段は、前記蓄電手段の蓄電
   電圧と所定の基準電圧との差を減少する方向に前記周波
   数を変化させるものである請求項１記載の車両用発電
   機。
5. 【請求項５】前記発電制御手段は、発電電流を検出し、
   前記発電電流に基づいて前記周波数を制御するものであ
   る請求項１記載の車両用発電機。
6. 【請求項６】前記発電制御手段は、発電電圧（電機子巻
   線端の電圧）を検出し、前記発電電圧に基づいて前記周
   波数を制御するものである請求項１記載の車両用発電
   機。
7. 【請求項７】前記発電制御手段は、発電電流を、発電電
   圧と蓄電電圧との電圧差に基づいて算出するものである
   請求項１記載の車両用発電機。
8. 【請求項８】前記発電制御手段は、検出した発電電圧と
   発電電流とに基づいて滑りを算出し、この滑りと励磁周
   波数から前記誘導機の回転数を算出するものである請求
   項１記載の車両用発電機。
9. 【請求項９】前記発電制御手段は、所定間隔で前記イン
   バータの制御電圧の周波数を所定値だけシフトさせると
   ともに、前記シフト前後における前記誘導機の発電状態
   に関する前記状態量の差に基づいて前記周波数の変化方
   向を決定するものである請求項１記載の車両用発電機。
10. 【請求項１０】前記発電制御手段は、前記シフト前後に
    おける前記誘導機の発電状態に関する前記状態量の差に
    基づいて前記周波数の変化量を決定するものである請求
    項９記載の車両用発電機。
11. 【請求項１１】エンジン回転数を検出して前記発電制御
    手段に入力するエンジン回転数検出手段を有し、 前記発電制御手段は、前記エンジン回転数の変化に基づ
    いて前記周波数を決定するとともに、前記シフト前後に
    おける前記誘導機の発電状態に関する前記状態量の差に
    基づいて前記決定周波数の変化方向又は変化量を補正す
    るものである請求項９又は１０記載の車両用発電機。