JPWO2016006095A1

JPWO2016006095A1 - 車両用交流発電機の発電制御装置

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Publication number: JPWO2016006095A1
Application number: JP2016532381A
Authority: JP
Inventors: 敬佑桂田; 勝之住本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: US20170019046A1; WO2016006095A1; EP3168978A4; US9899943B2; JP6203403B2; EP3168978B1; EP3168978A1

Abstract

【課題】機械的設計仕様を変更することなく耐久性をより高温環境下で確保可能とする。【解決手段】車両用交流発電機の界磁電流を断続制御して発電機出力を所定の範囲に制御する発電制御装置において、外部からの界磁電流の制限無効化信号を受信する制限無効化信号受信部と、発電機の回転速度を検出する回転速度検知部と、発電制御装置の温度を検出する温度検知部と、上記制限無効化信号が入力されたとき、所定の回転速度・温度条件下で上記界磁電流制限を無効化する制限有効/無効判別部を備えた。

Description

本発明は、内燃機関により駆動される車両用交流発電機の発電制御装置に関し、特に機械的設計仕様を変更することなく、高温環境下での耐久性を実現する車両用交流発電機の発電制御装置に関するものである。

従来の車両用交流発電機は、高温環境下での耐久性を実現する手段として、発電機の出力電力を調整（下方向へ調整）し、自己発熱を低減することで各使用部品が許容温度以下となるように設計を行っている。しかしながら、これを実現するためには、発電機の界磁コイルの起磁力（コイルの線径、巻数）、及び回転子と固定子のエアギャップ、伝達効率、発電機内部の冷却ファンといった機械的設計仕様を調整する必要があるため、設計変更のための工数およびコストが大となっていた。

また、発電機の界磁電流量と出力電力には相関関係があるため、発電機の耐久性をより高温環境下で実現するために、前述の界磁コイルの機械的設計仕様を変更した場合、図６、図７に示すように、発電機の全回転数域・温度領域において出力が低下してしまい、全使用域において不変的に出力電力が低下してしまうという問題があった

一方、車両の定常運転時において、界磁コイルへの給電導通率を抑制し、また、車両の回生発電時等の減速運転時においては、上記給電導通率を増加するように給電導通率の抑制値を切替えることにより、発電機サイズを大きくすることなく、大きな回生エネルギーを得るようにしたものが提案されている（特許文献１を参照）。
しかしながら、特許文献１のものは、回生発電が必要な回転域（減速時）においてのみ給電導通率の抑制を解除しようとするものであり、その他の運転領域においての高温耐久性については考慮されておらず、また、回生発電が頻繁に行われる環境下では発電機の温度が異常に上昇し、発電機の特性を劣化させる結果となっていた。

特開２０１３−２１９９６５号公報

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、車両情報をモニタしている外部制御ユニットからの抑制解除信号すなわち制限無効化信号を受信することにより、機械的設計仕様を変更することなく、高温環境下での耐久性を更に向上する車両用交流発電機の発電制御装置を得ることを目的とする。

本発明になる車両用交流発電機の発電制御装置は、車両用交流発電機の界磁電流を断続制御して発電機出力を所定の範囲に制御する発電制御装置において、外部からの前記界磁電流の制限無効化信号を受信する制限無効化信号受信部と、発電機の回転速度を検出する回転速度検知部と、発電制御装置の温度を検出する温度検知部と、上記制限無効化信号が入力された際、発電機の回転速度が所定値以上で、かつ発電制御装置の温度が所定値以下の場合は上記無効化信号を許可して界磁電流制限を無効とすると共に、発電機の回転速度が所定値以下、又は制御装置の温度が所定値以上の場合は上記無効化信号を許可せず、界磁電流制限を有効のままとする制限有効/無効判別部とを備えたことを特徴とするものである。

この発明の発電制御装置により、車両情報をモニタしている外部制御ユニットから抑制解除信号すなわち制限無効化信号を受信することにより、機械的設計仕様を変更することなく、回生（車両減速）領域だけでなく、車両の突発的な電気負荷増加に対しても発電機の出力増加で対応することができるようになり、発電機の特性を劣化させずに、より高温環境下での耐久性を確保することができる。
また、所定の回転速度・温度条件下でこれらの抑制を無効とすることで、発電機の耐久性に最も影響が大きいと考えられる使用領域のみで出力電力を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の発電制御装置を示す回路ブロック図である。本発明の実施の形態１における発電制御装置の動作手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１における発電制御装置の動作状態を詳細に説明する図である。本発明の実施の形態１における発電制御装置の他の動作状態を説明する図である。本発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の発電制御装置を示す回路ブロック図である。従来の車両用交流発電機の発電制御装置の発電機の回転速度に対する出力電力特性を示す説明図である。従来の車両用交流発電機の発電制御装置の発電機の温度に対する出力電力特性を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による車両用交流発電機（以下、単に発電機という）の発電制御装置の回路構成を示す図であり、以下これについて詳細に説明する。
図１において交流発電機１は、図示しないベルトを介して内燃機関へ装着されており、内燃機関によって駆動力を得て発電を行うが、発電制御装置１０５によりその出力が制御されてバッテリ２や外部制御ユニット３、更には図示しない電気負荷に発電出力を供給している。

上記発電機１は、固定子に含まれる３相の固定子巻線１０１と、回転子に含まれる励磁巻線１０２と、固定子巻線１０１の３相出力を全波整流する整流回路１０３とを含んで構成される。この発電機の出力電圧の制御は、上記励磁巻線１０２に対する通電を上記発電制御装置１０５によって下記するように適宜断続制御することにより行われる。

次に上記発電制御装置１０５の構成および動作について説明する。発電制御装置１０５は、励磁巻線１０２に直列に接続されたＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴである界磁ドライバ５０１、および上記励磁巻線１０２に並列接続された還流ダイオード５０２を備えており、上記界磁ドライバ５０１がオン状態のときは励磁巻線１０２に励磁電流が流れるようにし、界磁ドライバ５０１がオフ状態のときは上記還流ダイオード５０２により励磁電流を還流させるようにする。

発電制御装置１０５は、発電機の出力端子電圧を抵抗５１２、５１３により分圧して検知し、目標とする発電電圧に一致する基準値５１４と比較する比較器５０３を備える。後述の制限Ｄｕｔｙ生成部５４０の出力をLo電位固定とすると、発電機の出力電圧が目標の発電電圧より低い場合、比較器５０３はLo電位を出力する。

これにより後段のＮＯＲ回路５６０はHi電位を出力し、界磁ドライバ５０１をＯＮして界磁電流を通電し、出力電圧を増加させる。反対に、発電機の出力電圧が目標の発電電圧より高い場合、比較器５０３はHi電位を出力する。後段のＮＯＲ回路５６０はLo電位を出力し、界磁ドライバ５０１をＯＦＦして界磁電流を遮断し、出力電圧を低下させる。この動作を反復することにより発電機の出力電圧は目標の発電電圧値へと制御されることは良く知られている事項である。

外部制御ユニット３には車両の各種情報が入力されており、例えば車速情報に基づき、車両減速時に抑制解除を発電機に命令することで界磁コイルへの給電導電率を増加させ、減速回生時の効率の良いエネルギー回収が可能となる。また、車両の電気負荷情報に基づき、車両の要求出力電流が瞬間的に高くなった場合には、発電機に対して、界磁電流制限を解除してフルパワーを出せるように制限無効化信号を出力するようにする。

界磁Ｄｕｔｙ検出部５７０は上記ＮＯＲ回路５６０の出力信号を受け、界磁コイル１０２への給電導通率（すなわち界磁Ｄｕｔｙ）を検知して相対的に界磁電流量を検出する。回転速度検知部５０４は、発電機のステータコイル１０１の1相の電圧信号を配線５１５により入力することにより、発電機の回転速度を検知する。発電機は、前述のとおりベルトを介して内燃機関に装着されており、回転速度検知部５０４により間接的に内燃機関の回転速度も検知可能である。

また、上記により検知した発電機の回転速度と基準値５１６を比較する比較器５０５を備え、回転速度が基準値以下の場合はLo電位を、基準値以上の場合はHi電位を後段のＡＮＤ回路５２０に出力する。温度検知部５０６は、発電制御装置内の温度を検知する。また、上記により検出した温度と基準値５１７を比較する比較器５０７を備え、温度が基準値以下の場合はHi電位を、基準値以上の場合はLo電位を後段のＡＮＤ回路５２０へ出力する。

上記二つのパラメータ、すなわち、回転速度と温度の検出部５０４、５０６を備えることで、制御装置の温度とその他部品との温度に乖離がある場合においても、その他の部品温度が高温状態になっていることの予想精度が高くなる。
更に、発電制御装置１０５の外部に備えられる外部制御ユニット（ＥＣＵ）３から無効化信号を受ける制限無効化信号受信部５５０を備え、外部制御ユニット３から無効化命令を受信していない場合はLo電位を出力し、無効化命令を受信した場合はHi電位を出力する。

後述の比較器５１０からの出力を一旦考慮しない（Lo電位）とすると、ＡＮＤ回路５２０は、回転速度が所定値以上で、かつ制御装置の温度が所定値以下で、かつ界磁電流制限無効化信号を受信した場合のみHi電位を出力する。
制限有効/無効判別部５３０は、前段のＡＮＤ回路５２０からLo電位信号が入力されると界磁電流制限を有効とする信号を、ＡＮＤ回路５２０からHi電位信号が入力されると界磁電流制限を無効にする信号をそれぞれ後段の制限Ｄutｙ生成部５４０へ出力する。

制限Ｄｕｔｙ生成部５４０は、上記制限有効/無効判別部５３０から界磁電流の制限無効信号を受信した場合は、Ｄｕｔｙ０％の（Lo固定）のＰＷＭ信号を次段のＮＯＲ回路５６０に出力し、前記の電圧制御用の比較器５０３の出力信号でのみ界磁ドライバ５０１をコントロールするようになされる。一方、制限有効/無効判定部５３０から制限有効信号を受信した場合には、Ｄｕｔｙ０％から予め設定された制限Ｄｕｔｙまで所定の時間係数でＤｕｔｙを増加させる。また、所定のＤｕｔｙで制限された状態から電流制限を無効とした場合も同様にＤｕｔｙ０％まで所定の時間係数でＤｕｔｙを減少させる。
上記ＮＯＲ回路５６０は、電圧制御用の比較器５０３と制限Ｄｕｔｙ生成部５４０からの入力信号を合成し、その出力によって界磁ドライバ５０１のＯＮ/ＯＦＦ制御を行う。

一般に、発電機の出力は回転数に比例するため、同じ要求出力電流に対して回転速度が低いほどより多くの界磁電流を必要とし部品温度が高くなる。また、発電機自身で発生する冷却風も回転数が低いほど少ない傾向となる。発電機の温度は発電制御装置内で測温しており、発電制御装置の温度とその他の部品との乖離があった場合においても回転速度が低い場合、上記のように温度が高いという予測ができ、その他の部品が高温となっていることの予想精度が高くなる。

従って、この発明になる発電制御装置は、外部からの界磁電流制限の無効化命令受信部５５０と、発電機の回転速度と発電制御装置の温度の各検知部５０４、５０６を備え、無効化信号が入力された際、発電機の回転速度が所定値以上で、かつ制御装置の温度が所定値以下の場合は無効化命令を許可して界磁電流制限を無効とする。反対に発電機の回転速度が所定値以下、又は制御装置の温度が所定値以上の場合は無効化命令を許可せず、界磁電流制限を有効のままとするように制御したものである。

次に、この発明の発電制御装置は、外部からの界磁電流制限の無効化信号を受信し、かつ上記条件に合致して無効化を許可した場合、発電機の界磁Ｄｕｔｙ（給電導通率）が制限Ｄｕｔｙに達してからの時間を計測するタイマー部５０８を備えており、その無効化時間を計測して、累積値が所定時間（タイマー時間：ｔ1）に達した場合は、再び界磁電流制限を有効とする機能を備え、更に、一度タイマー時間ｔ1に達して界磁電流制限を有効としてから、累積時間が回復時間：t2まで低下した場合、再度界磁電流制限の無効化を可能とする機能を備えている。以下これに関する動作を具体的回路構成において説明する。

界磁Ｄｕｔｙ検知部５７０は、前述したように、界磁Ｄｕｔｙの実際値を検知し、その情報をタイマー基準値生成部５０９へ送信される。一方、比較器５１１は、制限Ｄｕｔｙ生成部５４０で設定された制限Ｄｕｔｙ値と界磁Ｄｕｔｙ検知部５７０からの実際の界磁Ｄｕｔｙを比較し、実際の界磁Ｄｕｔｙが制限Ｄｕｔｙに達した場合、後段のタイマー部５０８へカウントアップ信号を送信する。反対に、実際の界磁Ｄｕｔｙが制限Ｄｕｔｙを下回った場合は、タイマー部５０８へカウントダウン信号を送信する。

タイマー部５０８は、比較器５１１からカウントアップ信号を受信した場合に、タイマーカウントをスタートし、比較器５１０は、タイマー基準値生成部５０９から出力される任意のタイマー時間t1に合致した基準値に達した場合にLo電位を出力し、界磁電流無効化を不許可とし、界磁電流制限を再び有効とする。
このタイマー部５０８を備えることで、発電制御装置１０５の温度とその他の部品温度に乖離があった場合に解除制限無効が継続されることを防止する。
さらに、累積時間がタイマー時間ｔ1に達して界磁電流制御を一度無効としたあとは、この累積時間をカウントダウンしていき、回復時間ｔ2に達することで再び界磁電流制限の無効化を可能な状態にできる機能を持つ。

タイマー基準値生成部５０９は、発電機の回転速度検知部５０４からの回転速度情報と温度検知部５０６からの発電制御装置の温度情報によって、界磁電流制限を無効化してから再び有効とするまでのタイマー時間t1と回復時間t2を可変とし、回転速度が高く、温度が低いほどタイマー時間ｔ1及び回復時間ｔ2は（０sec基準で）長く、回転速度が低く、温度が高いほどタイマー時間ｔ1と回復時間ｔ2を短くする。
また、界磁Ｄｕｔｙ検知部５７０からの情報によって、界磁Ｄｕｔｙが高いほどタイマー時間ｔ1及び回復時間ｔ2は（０sec基準で）短く、界磁Ｄｕｔｙが高いほどタイマー時間ｔ1と回復時間ｔ2を短くする機能を備える。

図２は上記で説明した発電制御装置の動作状態をフローチャートで説明するものである。発電制御装置１０５は、外部制御ユニット３から界磁電流制限の無効化信号を受信した場合（Ｓ１）、発電機の回転速度が所定回転速度以上かどうか判定する（Ｓ２）。所定回転速度以上である場合は発電制御装置の温度が所定値以下かどうか判定する（Ｓ３）。発電機の回転速度が所定値以下または発電制御装置の温度が所定値以上の場合、界磁電流制限を有効のままにする（Ｓ９）。

さらに、タイマー部５０８のタイマー累積時間が回復時間t2以下かどうかを判定（Ｓ４）し、回復時間に達していない場合も界磁電流制限を有効のままにする（Ｓ９）。
上記以外の場合、界磁電流制限を無効化（解除）し、発電機の出力を増加させる（Ｓ５）。次に、発電機の出力が増加（界磁Ｄｕｔｙが増加）していき、所定の制限Ｄｕｔｙに達したかどうかを判定（Ｓ６）し、所定の制限Ｄｕｔｙに達した時点からタイマーをカウントアップしていく（Ｓ７）。

界磁Ｄｕｔｙが所定の制限Ｄｕｔｙに達しない領域では、発電機の負荷としては小さい領域でありタイマーのカウントアップは行わない。
次に、このカウントアップされたタイマー累積時間が所定の制限時間t1に達するかどうか判定（Ｓ８）し、これが所定の制限時間に達すると、界磁電流の制限を再び有効とする（Ｓ９）とともにタイマーをカウントダウンする（Ｓ１０）。
タイマーが、回復時間までカウントダウンされることで、界磁電流制限の解除可能な状態となる。

図３は本発明の実施の形態１における動作を更に分かり易く説明するためのもので、無効化命令の有無、タイマー動作状態、界磁電流制限の有無を時間（横軸）に対してどのように変化するかを示した波形図である。
図中の区間[１]は外部制御ユニット３からの制限無効化信号が発電機へ入力され、制限解除が成立し、さらに界磁Ｄｕｔｙが制限Ｄｕｔｙに達した場合、タイマーをカウントアップする。このとき、累積時間はタイマー時間t1に到達していないため制限は解除されたままである（図では界磁Ｄｕｔｙが制限Ｄｕｔｙに達している状態で記載している）。

区間[２]では反対に、無効化命令の入力がない場合で、この場合はタイマーをカウントダウンする。区間[３]は無効化命令の入力があり、従ってタイマーがカウントアップしていき、累積時間がタイマー時間t1に達した場合、外部からの命令を無視し界磁電流の制限を有効にする（斜線部）。その後、区間[４]では、タイマーもカウントダウンされていき、回復時間t2まで累積時間が低下し、界磁電流制限の解除を可能な状態とする。
区間[５]では界磁電流制限を解除可能な状態のため、再び制限を解除し、タイマーをカウントアップする。

図４は他の動作例を示したものであり、タイマー基準生成部５０９に入力される発電機の回転速度、発電制御装置の温度、界磁Ｄｕｔｙ情報の内容により、タイマー時間t1と回復時間t2を制御するようにしたものである。すなわち、発電機の回転速度が高く、発電制御装置の温度が低くなるほど上記タイマー時間t1と回復時間t2は所定の係数で長くなるように設定し、反対に、発電機の回転速度が低く、発電制御装置の温度が高くなるほど上記タイマー時間t1と回復時間t2は所定の係数で短くなるように設定している。
従って、高温度で発電機が過出力となり寿命低下となることを防止し、より安全性を向上することができる。
また、所定の時間係数でＤｕｔｙを増減させることにより、界磁制限有効／無効の切り替え時による発電機の急激なトルク変化を緩和することができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の発電制御装置を示す回路ブロック図である。図中、実施の形態１と同一あるいは相当部分には同一符号を付している。実施の形態２では界磁電流の制限機能として、界磁電流を直接検出する電流検出部５９０を備えている。この電流検出部５９０の電流値と、あらかじめ決められた制限電流値とを比較し、制限電流値以上となった場合は界磁ドライバ５０１をＯＦＦし、この制限電流値以下の場合は、出力電圧制御用の比較器５０３に依存して制御を行う。

実際には、この電流検出部５９０は図示していないが界磁ドライバ５０１への実際の電流値をセンス抵抗等により検出し、電流―電圧変換を行った後比較器５１５に入力される。一方、Ｄｕｔｙ−電圧変換部５８０は制限有効/無効判別部５３０からの信号を受け、上記制限電流値を電圧値で生成し、比較器５１５の基準値として使用される。実施の形態２では比較の対象が実施の態様１のようにＤｕｔｙではなく、電圧値としたものであり、このように界磁電流を検出した場合でも、実施の形態１と同様の制御が可能である。

さらに実施の態様１及び実施の態様２の発電制御装置に共通して言えることであるが、界磁コイルへの給電導電率（Ｄｕｔｙ）の実際値と制限Ｄｕｔｙ値を外部制御ユニット（ＥＣＵ）３に出力することによって、外部制御ユニット３は発電機の残存発電能力を知ることができ、電気負荷投入時のエンジン回転速度の制御、減速回生に有効活用することが可能となる。例えば、発電機の残存発電能力が低い状態で、大きい電気負荷を投入する際は、エンジン回転速度を増加させ、発電機の発電能力を増加させてやることで、エンジン出力低下の危険を回避することができる。

また、界磁電流制限を無効化してからの累積時間とタイマー時間t1との差分と、一度タイマー時間ｔ1に達して界磁電流制限を有効としてからの累積時間と回復時間t2との差分をそれぞれ外部制御ユニットへ出力することにより、制限無効化の残り時間を検知することができ、この時間内での積極的な発電確保を目的とした制御に利用可能である。例えば、この制限無効化の残り時間内だけ、燃料噴射量を増加し、エンジン回転速度を増加させて、発電機の出力増加量を確保し、この時間がゼロ、つまりは制限が有効状態に戻った状態を検知することによって、通常の制御に復帰させることも可能である。

これについて更に具体的に説明すると、累積時間とタイマー時間ｔ1との差分が０の場合、制限有効の状態と判断でき、累積時間とタイマー時間が最大の場合（制限無効化信号が外部制御ユニットから送信されていない場合）も同様に制限有効の状態と判断できる。反対に上記以外の時間の場合でも、時間の増減傾向を外部制御ユニットが検知することにより、制限無効化信号が送信され且つ差分が減少傾向なら制限無効状態、制限無効化信号が送信され且つ差分が増加傾向なら制限有効状態と判断できる。従って、外部ユニットが制限無効化信号を送信判断する際、事前に発電機が制限を受信できる状態にあるかを知ることができ、エンジンの回転速度を増加させる等の処置が可能となる。

なお、実施の態様１では、界磁Ｄｕｔｙと制限Ｄｕｔｙとの差を出力し、車両側に存在する外部制御ユニット３に出力することで、発電機の残存発電能力の情報精度が向上する特徴がある。なお、実施の形態２のように、発電機の残存発電能力を電流値で外部制御ユニット３へ出力した場合には、発電機の最大通電電流が界磁コイルの抵抗値状態で異なる（界磁コイルの抵抗値は、機種ごとの電磁仕様、発電状態によって異なる）ため、その情報精度が低くなる問題がある。
そこで、この実施の形態２では外部制御ユニット３への出力は、実施の形態１と同様、界磁Ｄｕｔｙ検出部からのＤｕｔｙ情報を利用するようにしている。

この発明は、上記実施の形態に限らず、この発明の骨子あるいは趣旨から逸脱しない範囲で種々の変形例を包含することは言うまでもない。

１発電機、２バッテリ、３外部制御ユニット、
１０１固定子巻線、１０２励磁巻線、
１０３整流回路、１０５発電制御装置、
５０１界磁ドライバ、５０２還流ダイオード、
５０３、５０５、５０７、５１０、５１１、５１５比較器、
５０４回転速度検知部、５０６温度検知部、
５０８タイマー部、５０９タイマー基準値生成部、
５１２、５１３抵抗、５１４、５１６、５１７基準値、
５２０ＯＲ回路、５３０制限有効/無効判別部、
５４０制御Ｄｕｔｙ生成部、５５０制限無効化信号受信部、
５６０ＮＯＲ回路、５７０界磁Ｄｕｔｙ検出部、
５８０Ｄｕｔｙ−電圧変換部、５９０電流検出部。

本発明になる車両用交流発電機の発電制御装置は、車両用交流発電機の界磁電流を断続制御して発電機出力を所定の範囲に制御する発電制御装置において、外部からの前記界磁電流の制限無効化信号を受信する制限無効化信号受信部と、発電機の回転速度を検出する回転速度検知部と、発電制御装置の温度を検出する温度検知部と、上記制限無効化信号が入力された際、発電機の回転速度が所定値以上で、かつ発電制御装置の温度が所定値以下未満の場合は上記無効化信号を許可して界磁電流制限を無効とすると共に、発電機の回転速度が所定値未満、又は制御装置の温度が所定値以上の場合は上記無効化信号を許可せず、界磁電流制限を有効のままとする制限有効/無効判別部とを備えたことを特徴とするものである。

界磁Ｄｕｔｙ検出部５７０は上記ＮＯＲ回路５６０の出力信号を受け、界磁巻線１０２への給電導通率（すなわち界磁Ｄｕｔｙ）を検知して相対的に界磁電流量を検出する。回転速度検知部５０４は、発電機の固定子巻線１０１の1相の電圧信号を配線５１５により入力することにより、発電機の回転速度を検知する。発電機は、前述のとおりベルトを介して内燃機関に装着されており、回転速度検知部５０４により間接的に内燃機関の回転速度も検知可能である。

また、上記により検知した発電機の回転速度と基準値５１６を比較する比較器５０５を備え、回転速度が基準値未満の場合はLo電位を、基準値以上の場合はHi電位を後段のＡＮＤ回路５２０に出力する。温度検知部５０６は、発電制御装置内の温度を検知する。また、上記により検出した温度と基準値５１７を比較する比較器５０７を備え、温度が基準値未満の場合はHi電位を、基準値以上の場合はLo電位を後段のＡＮＤ回路５２０へ出力する。

後述の比較器５１０からの出力を一旦考慮しない（Lo電位）とすると、ＡＮＤ回路５２０は、回転速度が所定値以上で、かつ制御装置の温度が所定値未満で、かつ界磁電流制限無効化信号を受信した場合のみHi電位を出力する。
制限有効/無効判別部５３０は、前段のＡＮＤ回路５２０からLo電位信号が入力されると界磁電流制限を有効とする信号を、ＡＮＤ回路５２０からHi電位信号が入力されると界磁電流制限を無効にする信号をそれぞれ後段の制限Ｄutｙ生成部５４０へ出力する。

従って、この発明になる発電制御装置は、外部からの界磁電流制限の無効化命令受信部５５０と、発電機の回転速度と発電制御装置の温度の各検知部５０４、５０６を備え、無効化信号が入力された際、発電機の回転速度が所定値以上で、かつ制御装置の温度が所定値未満の場合は無効化命令を許可して界磁電流制限を無効とする。反対に発電機の回転速度が所定値未満、又は制御装置の温度が所定値以上の場合は無効化命令を許可せず、界磁電流制限を有効のままとするように制御したものである。

タイマー部５０８は、比較器５１１からカウントアップ信号を受信した場合に、タイマーカウントをスタートし、比較器５１０は、タイマー基準値生成部５０９から出力される任意のタイマー時間t1に合致した基準値に達した場合にLo電位を出力し、界磁電流制限無効化を不許可とし、界磁電流制限を再び有効とする。
このタイマー部５０８を備えることで、発電制御装置１０５の温度とその他の部品温度に乖離があった場合に解除制限無効が継続されることを防止する。
さらに、累積時間がタイマー時間ｔ1に達して界磁電流制限を一度無効としたあとは、この累積時間をカウントダウンしていき、回復時間ｔ2に達することで再び界磁電流制限の無効化を可能な状態にできる機能を持つ。

図２は上記で説明した発電制御装置の動作状態をフローチャートで説明するものである。発電制御装置１０５は、外部制御ユニット３から界磁電流制限の無効化信号を受信した場合（Ｓ１）、発電機の回転速度が所定回転速度以上かどうか判定する（Ｓ２）。所定回転速度以上である場合は発電制御装置の温度が所定値未満かどうか判定する（Ｓ３）。発電機の回転速度が所定値以下未満または発電制御装置の温度が所定値以上の場合、界磁電流制限を有効のままにする（Ｓ９）。

図４は他の動作例を示したものであり、タイマー基準値生成部５０９に入力される発電機の回転速度、発電制御装置の温度、界磁Ｄｕｔｙ情報の内容により、タイマー時間t1と回復時間t2を制御するようにしたものである。すなわち、発電機の回転速度が高く、発電制御装置の温度が低くなるほど上記タイマー時間t1と回復時間t2は所定の係数で長くなるように設定し、反対に、発電機の回転速度が低く、発電制御装置の温度が高くなるほど上記タイマー時間t1と回復時間t2は所定の係数で短くなるように設定している。
従って、高温度で発電機が過出力となり寿命低下となることを防止し、より安全性を向上することができる。
また、所定の時間係数でＤｕｔｙを増減させることにより、界磁制限有効／無効の切り替え時による発電機の急激なトルク変化を緩和することができる。

さらに実施の態様１及び実施の態様２の発電制御装置に共通して言えることであるが、界磁巻線への給電導電率（Ｄｕｔｙ）の実際値と制限Ｄｕｔｙ値を外部制御ユニット（ＥＣＵ）３に出力することによって、外部制御ユニット３は発電機の残存発電能力を知ることができ、電気負荷投入時のエンジン回転速度の制御、減速回生に有効活用することが可能となる。例えば、発電機の残存発電能力が低い状態で、大きい電気負荷を投入する際は、エンジン回転速度を増加させ、発電機の発電能力を増加させてやることで、エンジン出力低下の危険を回避することができる。

なお、実施の態様１では、界磁Ｄｕｔｙと制限Ｄｕｔｙとの差を出力し、車両側に存在する外部制御ユニット３に出力することで、発電機の残存発電能力の情報精度が向上する特徴がある。なお、実施の形態２のように、発電機の残存発電能力を電流値で外部制御ユニット３へ出力した場合には、発電機の最大通電電流が界磁巻線の抵抗値状態で異なる（界磁コイルの抵抗値は、機種ごとの電磁仕様、発電状態によって異なる）ため、その情報精度が低くなる問題がある。
そこで、この実施の形態２では外部制御ユニット３への出力は、実施の形態１と同様、界磁Ｄｕｔｙ検出部からのＤｕｔｙ情報を利用するようにしている。

１発電機、２バッテリ、３外部制御ユニット、
１０１固定子巻線、１０２界磁巻線、
１０３整流回路、１０５発電制御装置、
５０１界磁ドライバ、５０２還流ダイオード、
５０３、５０５、５０７、５１０、５１１、５１５比較器、
５０４回転速度検知部、５０６温度検知部、
５０８タイマー部、５０９タイマー基準値生成部、
５１２、５１３抵抗、５１４、５１６、５１７基準値、
５２０ＡＮＤ回路、５３０制限有効/無効判別部、
５４０制限Ｄｕｔｙ生成部、５５０制限無効化信号受信部、
５６０ＮＯＲ回路、５７０界磁Ｄｕｔｙ検出部、
５８０Ｄｕｔｙ−電圧変換部、５９０電流検出部。

Claims

車両用交流発電機の界磁電流を断続制御して発電機出力を所定の範囲に制御する発電制御装置において、外部からの前記界磁電流の制限無効化信号を受信する制限無効化信号受信部と、発電機の回転速度を検出する回転速度検知部と、発電制御装置の温度を検出する温度検知部と、上記制限無効化信号が入力された際、発電機の回転速度が所定値以上で、かつ発電制御装置の温度が所定値以下の場合は上記制限無効化信号を許可して界磁電流制限を無効とすると共に、発電機の回転速度が所定値以下、又は制御装置の温度が所定値以上の場合は上記制限無効化信号を許可せず、界磁電流制限を有効のままとする制限有効/無効判別部とを備えたことを特徴とする車両用交流発電機の発電制御装置。
発電制御装置は発電機の界磁Ｄｕｔｙを検出する界磁Ｄｕｔｙ検出部と、上記界磁Ｄｕｔｙが制限Ｄｕｔｙに達してからの時間を計測するタイマー部とを更に備え、外部からの界磁電流の制限無効化信号を受信して無効化を許可した場合、その無効化時間を計測して、累積値が所定のタイマー時間t1に達した場合は、再び界磁電流制限を有効とすると共に、一度タイマー時間t1に達して界磁電流制限を有効としてから、累積時間が回復時間t2まで低下した場合、再度界磁電流制限の無効化を可能とするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。
上記タイマー時間t1及び回復時間t2は、発電機の回転速度が高いほど、また発電制御装置の温度が低いほど時間が長くなる所定の係数で可変とされることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。
上記タイマー時間t1及び回復時間t2は、発電機の界磁Ｄｕｔｙが高いほど短くなる所定の係数で可変とされることを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。
発電制御装置は発電機の界磁電流を直接検出する界磁電流検出器と、制限界磁電流値を電圧値で生成する基準電圧生成部を備え、外部からの界磁電流の制限無効化信号を受信して無効化を許可した場合、その無効化時間を計測して、累積値が所定のタイマー時間t1に達した場合は、再び界磁電流制限を有効とすると共に、一度タイマー時間t1に達して界磁電流制限を有効としてから、累積時間が回復時間t2まで低下した場合、再度界磁電流制限の無効化を可能とするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。
発電制御装置は、界磁電流制限を無効化してからの累積時間とタイマー時間t1との差分と、一度タイマー時間ｔ1に達して界磁電流制限を有効としてからの累積時間と回復時間t2との差分を外部制御ユニットへ出力するようにしたことを特徴とする請求項１あるいは５に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。
発電制御装置は、発電機の界磁コイルへの給電導通率の実際値と制限Ｄｕｔｙ値を比較し、その差分を外部制御ユニットへ出力するようにしたことを特徴とする請求項１あるいは５に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。