WO1998031089A1

WO1998031089A1 - Generateur pour moteur a combustion interne

Info

Publication number: WO1998031089A1
Application number: PCT/JP1998/000085
Authority: WO
Inventors: Hideaki Arai; Kazuyuki Kubo; Seiichi Kuroda; Tadashi Fujiwara; Shinsuke Nagano; Takuya Fujita
Original assignee: Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1998-07-16
Also published as: DE903832T1; EP0903832B1; DE69836663D1; EP0903832A1; EP0903832A4; CA2248619C; CA2248619A1; US6049196A; DE69836663T2

Description

明細書内燃機関用の発電装置技術分野

本発明は、内燃機関の回転エネルギを電気工ネルギに変換する内燃機関用の発電装置に係り、特に、ロータの多相巻線に回転磁界を発生させることにより、内燃機関すなわちロータの回転数にかかわらず、発電機の駆動トルクおよび発電量を最適化できるようにした内燃機関用の発電装置に関する。背景技術

車両用あるいは船舶用の発電装置は、回転軸が内燃機関（エンジン）のクランク軸にオルタネータベルトを介して連結されたオルタネータ

(A C G ) と、オルタネ一タがエンジン回転数に応じて発生する交流電力を直流電力に変換する整流器と、直流電力の電圧をバッテリ電圧に応じて制御するレギュレータとによって構成されている。

図 9は、従来のオルタネ一タ 5 0の構成を示した模式図であり、回転軸と一体化されたロータ（回転子） 5 2には直流界磁コイル 5 3が巻回され、ステ一タ 5 4 (固定子）には 3相コイル 5 5が巻回されている。直流界磁コイル 5 3へバッテリから直流電流を供給した励磁状態で口一タ 5 2を回転させて交番磁界配置を形成すると、ステ一タ 5 4の 3相コィル 5 5には、ロータ 5 2の回転速度に応じた周波数の交流電力が発生する。すなわち、従来のオルタネータは同期モータを利用した発電機であった。ロータ 5 2には直流界磁コイル 5 3の代わりに永久磁石を設ける場合もある。近年の車両では、エンジンを含む車両各部の電動化や電子制御化、さらにはオーディオシステムやナビゲーションシステム等の普及に伴って車両の電力消費量が増大し、オルタネータに大きな発電能力が要求されようになつている。オルタネータの発電量は回転数の降下と共に減少ずることから、エンジンの低回転時（例えば、 1 0 0 0回転以下）でも十分な電力が得られるようにするためには、エンジン回転数に対するオルタネ一タの回転数の比を高くする必要があり、そのプーリ一比は 2倍以上に設定されることが多い。

一方、エンジンの高出力化や高効率化に伴って高回転化と低アイドリング化が促進され、エンジン回転数の最低値と最高値との比はますます大きくなりつつある。エンジンの低回転時の所要発電量に合わせてプ一リー比を高めに設定してしまうと、高回転時にはオルタネータの回転数力機械的制約から定められた最大定格を超えてしまうという問題があつた。さらに、プーリ一比を高めに設定してしまうと、高回転時にはォルタネ一タの発電量が、必要とする最大発電量よりも大きくなつてしまうため、配線や力ブラ等の容量を必要以上に大きくしなければならないという問題があった。

エンジンの高回転時の所要発電量に合わせてプーリ一比を低めに設定してしまうと、低回転時に十分な発電量が得られないので電気負荷での電力消費量が発電量を上回ってバッテリの放電が進んでしまうという問題があつた。

このように、車両用エンジンのような可変速運転される内燃機関用の発電装置では、オルタネータの耐久性、配線や力ブラ等の容量、およびバッテリの充放電の観点から、そのプーリ一比を適正に設定することが難しいという問題点があった。

ェンジン回転数にかかわらずオルタネータの回転数を任意に設定できるようにするために、例えば特公昭 6 2— 3 3 4 6 5号公報では、オルタネータ駆動プーリのブーリ径を機械的に可変する機構が提案されている。このような機械的な変速機構を採用すると構成が複雑化かつ大型化してしまうという問題があった。

車両等用の内燃機関では、へッドライトゃエアコンディショナといつた電力消費量の大きな電気負荷がオン Zオフされると、これに応答して発電量を増減させるために直流界磁コイル 5 3の励磁強度も制御される ₍ この結果、エンジンがオルタネータを駆動するのに要するトルク（以下. 単に駆動トルクと表現する）が変動し、エンジン回転数が変化することになる。特に、大きな電気負荷がオフ状態からオン状態になって駆動トルクが急激に増えると、これに伴ってエンジン回転数が低下するので、アイドリング時であればエンジンストールを招いたり、また走行中であれば一種の制動状態となつてドライノピリティが悪化してしまうという問題が発生する。

このような問題点を解決するために、例えば特開平 1 一 2 7 7 6 5 0 号公報では、電気負荷が印加されたか否かを判別し、印加されたと判別されるとスロットル弁を開いてエンジン回転数の設定値を高くする制御装置が提案されている。特開平 5— 1 8 0 0 4 7号公報では、電気負荷の増減に応じて、ステータの界磁コィルへ供給する界磁電流のデューティ一比を制御する制御装置が提案されている。上記した従来技術ではいずれも、電気負荷の増減に応じてオルタネータの駆動トルクが変動するので、オルタネ一タベルトに大きな負荷がかかったり、あるいは素早い制御ができないために依然として安定性に欠けるという問題があった。発明の開示

本発明の目的は、オルタネータとして誘導機を採用し、内燃機関の回転数にかかわらず予定の電力を発生できるようにした内燃機関用の発電装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、オルタネータとして誘導機を採用し、電気負荷やエンジン回転数の変動といった、オルタネ一タの駆動トルクを変動させる要因が発生しても、その駆動トルクを任意に制御できるようにした内燃機関用の発電装置を提供することにある。

本発明は、多相巻線を有するロータが内燃機関の回転運動を伝達されて回転する誘導機と、ロータの多相巻線に回転磁界を発生させる回転磁界発生手段と、回転磁界速度を制御する制御手段とを備えた発電装置において、以下のような特徴を有する。

( 1 ) 前記制御手段は、誘導機の発電量が予定範囲内に収まるように、ロータの回転速度に応じて、ロータに発生させる回転磁界の速度を制御する。このような特徴によれば、誘導機の発電量を、内燃機関の回転速度にかかわらず予定範囲内に収めることができる。

( 2 ) 前記制御手段は、誘導機の駆動トルクが予定範囲内に収まるように、ロータの回転速度に応じて、ロータに発生させる回転磁界の速度を制御する。このような特徴によれば、誘導機の駆動トルクを、内燃機関の回転速度にかかわらず予定範囲内に収めることができる。

( 3 ) 前記制御手段は、回転磁界速度を温度の関数として制御する。誘導機の温度が低下すると多相巻線の電気抵抗が低下して励磁電流が多く流れるため、誘導機の駆動トルクゃ発電量と相対速度との関係は一意に定まらないが、このような特徴によれば、温度補償が可能となるので、誘導機の駆動トルクゃ発電量を温度にかかわらず正確に制御できるようになる。

( 4 ) 前記制御手段は、誘導機によって充電されるバッテリの充電量が不十分であると相対速度を速める方向の回転磁界を発生させ、バッテリの充電量が十分であると相対速度を遅らせる方向の回転磁界を発生させる。このような特徴によれば、バッテリの充電量が不十分であると相対速度が速められて発電量が増加し、バッテリの充電量が十分であると相対速度が減ぜられて発電量が減少するので、バッテリの充電量が適量に維持されるようになる。

( 5 ) 前記制御手段は、誘導機の発電量が電気負荷での電力消費量を下回らないように回転磁界速度を制御する。このような特徴によれば、バッテリの充電量低下が防止される。

( 6 ) 前記制御手段は、車両の状態に応じて回転磁界速度を制御するようにし、例えば車両が制動状態にあると誘導機の駆動トルクが増加するように回転磁界速度を制御し、車両が加速状態にあると誘導機の駆動トルクが減少するように回転磁界速度を制御する。このような特徴によれば、制動時にはエンジンブレーキ状態が向上し、加速時には加速性能が向上する。

( 7 ) 前記制御手段は、電気負荷が変動すると、変動後の電気負荷を駆動トルク変動を伴うこと無く賄えるように回転磁界速度を制御した後、今度は前記変動後の電気負荷を、ステータに対する回転磁界の相対速度が予定回転速度でも賄えるように、駆動トルク変動を伴う回転磁界制御を漸次実行する。このような特徴によれば、電気負荷が増減しても駆動トルク変動が体感されることなく理想的な発電量制御が可能になる。

( 8 ) 前記予定回転速度を、誘導機の発電効率が最も高い領域内の回転速度にした。このような特徴によれば、効率の良い発電が可能になる。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の車両用発電装置の一実施形態のブ口ック図である。図 2 A . Bは、本発明のオルタネ一タの構成を示した断面図である。

図 3は、回転磁界の相対速度 Nと発電量 Pとの関係を示した図である。

図 4は、回転磁界の相対速度 Nと駆動トルク Tとの関係を示した図である。

図 5 , 6 , 7は、本発明による発電量の制御方法を説明するための図である。

図 8は、第 1実施形態の制御方法を示したフローチャートである _c 図 9は、従来技術のオルタネ一タの主要部の構成を示した図である。

図 1 0は、第 4実施形態の制御方法を示したフローチヤ一トである。

図 1 1， 1 2 , 1 3は、本発明による駆動トルクの制御方法を説明するための図である。

図 1 4は、第 5実施形態の制御方法を示したフローチヤ一トである。

図 1 5は、第 8実施形態の制御方法を説明するための図である。図 1 6は、第 9実施形態の制御方法を説明するための図である。図 1 7は、回転磁界の相対速度 Nと効率との関係を示した図である。

図 1 8は、回転磁界の相対速度 Nと発電量 Pとの関係をオルタネ —タの温度をパラメータとして示した図である。

図 1 9は、回転磁界の相対速度 Nと駆動トルク Tとの関係をオルタネータの温度をパラメ一タとして示した図である。発明を実施するための最良の方法

本発明の基本的な考え方について説明する。誘導機の実質的な回転速度は、ロータが発生する回転磁界の、ステータコイルに対する相対速度

Nで表すことができ、ロータの界磁巻線（多相巻線）が回転磁界ではなく直流磁界を発生していれば、前記相対速度 Nはロータの機械的な回転速度と一致する。一方、ロータの多相巻線に回転磁界を発生させた場合を考えると、ロータの機械的な回転速度を N 1 、ロータの多相巻線に発生する回転磁界の速度を N 2 とすれば、前記相対速度 Nは次式で表される。

N = N 1 + N 2 - (1 ) 誘導機のロータが発生する回転磁界の、ステータコイルに対する相対速度 Nは、ロータの機械的な回転方向とロータの多相巻線が発生する回転磁界の回転方向とがー致していれば、ロータの機械的な回転速度 N 1 よりも早くなり、回転方向が逆であれば、ロータの回転速度 N 1 よりも遅くなる。誘導機を車両用のオルタネータとして採用すれば、エンジン回転数の変動に伴ってロータの機械的回転速度 N 1 がどのように変化しても、それに応答してロータの多相巻線に発生させる回転磁界速度 N 2 を適宜に制御することにより、実質上、前記相対速度 Nを任意に制御することができる。

一方、オルタネータの発電量 Pは、図 3に示したように、前記相対速度 Nの関数として表すことができるので、回転磁界の相対速度 Nを任意に制御すれば、オルタネータの発電量 Pも口一タの機械的な回転速度 N 1 にかかわらず任意に制御できることになる。

同様に、オルタネ一タの駆動トルク Tも、図 4に示したように、前記相対速度 Nの関数として表すことができるので、回転磁界の相対速度 N を任意に制御すれば、オルタネ一タの駆動トルク Tも口一タの機械的な回転速度 N 1 にかかわらず任意に制御できることになる。

本発明では、誘導機の発電量および駆動トルク Tが回転磁界のステータに対する相対速度 Nの関数であること、および前記相対速度 Nはロータの多相巻線に発生する回転磁界速度 N 2 を制御できればロータの機械的な回転速度 N 1 にかかわらず任意に制御可能であることに着目し、誘導機の発電量および駆動トルク Tを、車両の状態等に応じて任意に制御できるようにした。

図面を参照して本発明を詳細に説明する。図 1 は本発明の一実施形態である車両用の発電装置の主要部の構成を示したプロック図であり、図 2 A , 2 Bは本発明の発電装置を構成するオルタネータ 1 の構成を示した断面図であり、図 2 Aは回転軸に垂直な平面での断面図、図 2 Bは回転軸に平行な平面での断面図である。本発明のオルタネータ 1は、ロータ 1 Rおよびステータ 1 Sのそれぞれに 3相巻線すなわち 3相界磁コィル 1 1、 1 2が形成された誘導機である。

図 2 A、 2 Bにおいて、オルタネータ 1 の回転軸 1 3は、ベルトを介してクランク軸（共に、図示せず）に連結されている。オルタネータ 1 の回転軸 1 3には、 3相界磁コイル 1 1を具備したロータ 1 Rが同軸状に固定され、ロータ 1 Rの周囲には、 3相界磁コイル 1 2を具備したステータ 1 Sが配置されている。回転軸 1 3はフロントベアリング 1 5 a およびリァベアリング 1 5 bを介してハウジング 1 Ίに対して回転自在に支持されている。回転軸 1 3の一端にはプーリ一 1 4が固定され、その他端には、ロータ 1 Rの各界磁コイル 1 1 ( 1 1 a〜： L i e ) へ励磁電流を供給するブラシ 1 9 a〜 1 9 cと接触するスリップリング 1 8 a 〜 1 8 cが形成されている。回転軸 13の他端側のオルタネータ 1内には、後述する磁界制御装置 2、 ACG * ECU3、切換制御装置 5および短絡装置 8が、回転軸 1 3と直交する同一平面上でハウジング 17の内側に沿って、好ましくはハウジング内側表面上に、円周方向に並べて配設されている。これによつて各装置間での配線の取り回しが容易になり、かつデッドスペースの有効利用が可能になってオルタネ一タの大型化が抑制される。

図 1において、 ACG · ECU3は回転磁界速度を制御する制御手段として機能し、エンジン ECU 4と通信してエンジン回転数 Ne や電気負荷等を検出すると、ロータ 1 Rの 3相界磁コイル 1 1に発生させる回転磁界の速度 N2 、印加電圧あるいは回転磁界位相等を決定し、磁界制御装置 2の電気的回転磁界発生部 2 aへ通知する。電気的回転磁界発生部 2 aは、 ACG · ECU3から通知された回転磁界速度 N2 等に基づいて、ロータ 1 Rの各界磁コィル 1 1 a, l i b, 1 1 cに供給する交流電力の位相、振幅および周波数を制御し、回転速度 N2 の回転磁界を電気的に発生させる回転磁界発生手段として機能する。

切換制御装置 5は、 ACG . ECU3と通信してオルタネ一タ 1の動作状態を検出し、オルタネ一タ 1が発電機として機能するタイミングではオルタネータ 1の各出力端子が出力制御装置 7の各接点①へ接続され、電動機として機能するタイミングでは短絡装置 8の各接点②へ接続されるように切換回路 6の各接点を制御する。切換制御装置 5は、オルタネータ 1を発電機として機能させるタイミングでは、オルタネ一タ 1の出力電力の一部を電気的回転磁界発生部 2 aを介してオルタネータ 1に自己励磁用として供給する場合もある。

出力制御装置 7は整流回路 7 aおよびレギユレ一タ 7 bを具備し、ォルタネータ 1から出力される交流電力を、ノッテリ 9および電気負荷 3 0の電圧に応じた直流電力に変換する。短絡装置 8は、オルタネータ 1 の各界磁コィル 12 a, 12 b, 12 cの出力端を可変抵扰を介して、または介さずに短絡する。直流磁界発生部 2 bは前記電気的回転磁界発生部 2 aと選択的に付勢され、ロータ 1 Rの界磁コイル 1 1 a, l i b に直流電流を供給して直流磁界を発生させる。

動作時に、 ACG · ECU3はエンジン ECU4で検出されたェンジン回転数 Ne や電気負荷等の動作パラメータを通知されると、エンジン回転数 Ne とプーリ一比等に基づいてオルタネータ 1のロータ 1 Rの機械的な回転速度 N1 を演算する。 ACG · ECU3は、ロータ 1 Rが発生する回転磁界のステータ 1 Sに対する相対速度 Nを制御すべく、ロータ 1 Rの 3相巻線 1 1に電気的に発生させる回転磁界の速度 N2 を算出し、これを電気的回転磁界発生部 2 aへ通知する。

電気的回転磁界発生部 2 aは、ロータ 1 Rの 3相巻線 1 1の各相の励磁タイミングを制御して速度 N2 の回転磁界を電気的に発生させる。ステータ 1 Sの各界磁コィノレ 12 a, 12 b, 12 cから出力される交流電力は出力制御装置 7で直流電力に変換され、その一部は現在の電気負荷 30へ供給され、残りはバッテリ 9へ充電される。誘導機自体の制御方法は公知なのでその説明は省略する。

本発明による発電量制御の具体例を説明する。図 5は、本発明の第 1 実施形態である発電量の制御方法を示した図であり、ロータ 1 Rの機械的回転速度にかかわらずオルタネ一タ 1の発電量が上限値 P max 以下に制限されるようにしている。このような発電量制御は、前記相対速度 N が発電上限値 P max によって定まる上限速度 Nmax 以下に保たれるように、 ACG · ECU 3が前記ロータ 1 Rの機械的回転速度 N1 に応じて、ロータ 1 Rの 3相巻線 1 1に電気的に発生させる回転磁界の速度 N2 を決定し、電気的回転磁界発生部 2 aが当該速度 N2 の回転磁界を発生させることで達成される。このような発電量制御によれば、例えばエンジンの低回転時の所要発電量に合わせてプーリ一比を高めに設定した場合でも、高回転時の発電電流を制限できるので、電源ライン等の配線や力ブラの容量を必要以上に大きくするなどの過剰な設計を防止できる。

図 8は、第 1実施形態の動作を示したフローチャートである。ステツプ S 1では、ロータ 1 Rの機械的な回転速度 N1 が計測される。この回転速度 N1 は、例えばエンジン回転数 Ne とプーリー比とに基づいて演算することができる。ステップ S 2では、オルタネータの現在の発電量 Pが計測される。ステップ S 3では、計測された発電量 Pが上限値 Pma X を超えているか否かが判断され、超えていると判断されると、ステツプ S 4では、相対速度 Nを遅らせて発電量 Pを減じるための回転磁界速度 N2 、すなわち相対速度 Nを前記上限値 Nmax 以下にするための回転磁界速度 N2 が算出される。ステップ S5では、ロータの多相巻線に速度 N2 の回転磁界が誘起される。

図 6は、本発明の第 2実施形態である発電量の制御方法を示した図である。本実施形態では、ロータ 1 Rの回転速度 N1 にかかわらずオルタネ一タ 1の発電量が下限値 Pmin 以上に保たれるようにしている。このような発電量制御も、相対速度 Nが下限値 Nmin を下回らないように、 ACG · ECU 3および電気的回転磁界発生部 2 aが前記ロータ 1 Rの回転速度 N1 に応じて回転磁界速度 N2 を制御することで達成される。このような発電量制御によれば、例えばエンジンの高回転時の所要発電量に合わせてプーリ一比を低めに設定した場合でも低回転時の発電量不足を防止できる。

図 7は、本発明の第 3実施形態である発電量の制御方法を示した図である。本実施形態では、ロータ 1 Rの機械的な回転速度 N1 にかかわらずオルタネータ 1の発電量が目標発電量 Pc に保たれるようにしている _c このような発電量制御も、相対速度 Nが目標速度 Nc に常に一致するように、 ACG · ECU 3および電気的回転磁界発生部 2 aがロータ 1 R の回転速度 N1 に応じて回転磁界速度 N2 を制御することで達成される ₍ このような発電量制御では、電気負荷の現在の電力消費量を目標発電量 Pc とみなせば、電力消費量と発電量とが略一致するような発電量制御が行なわれることになるので、バッテリの電圧変動が防止されてバッテリの長寿命化が達成される。

バッテリの充電量をバッテリ電圧に基づいて判断し、充電量が不十分であるときには充電が促進されるように目標発電量 Pc として比較的高めの値を設定し、充電量が十分であるときには過充電が防止されるように目標発電量 Pc として比較的低めの値を設定することもできる。

以下、バッテリ電圧に応じて発電量を制御する第 4実施形態の動作を、図 1 0のフローチャートを参照して説明する。ステップ S 1 1ではバッテリ電圧で代表されるバッテリの充電量が計測される。ステップ S 1 2 では、計測されたバッテリ電圧が基準値（例えば、 1 2. 5 V) と比較され、ノッテリ電圧が基準値未満と判断されると、ステップ S 1 3では, 両者の差分に基づいて現在よりも高めの目標発電量 Pelが算出される。ステップ S 1 4では、算出された目標発電量 Pelに基づいて目標相対速度 NC が算出される。ステップ S 1 5では、発電量を目標発電量 Pelまで上昇させるための回転磁界速度 N2 が算出され、ステップ S 1 6では. 速度 N2 の回転磁界が発生される。

バッテリ電圧が基準値よりも大きいと判断された場合も、ステップ S 25において発電量を目標発電量 Pc2まで減じるための回転磁界速度 N 2 が算出される点を除いて、ステップ S 23〜S 26ではステップ S 1 3〜S 1 6と同様の処理が実行される。バッテリ電圧が基準値と等しい場合は回転磁界を発生させない。本実施形態によれば、ロータ 1 Rの機械的な回転速度 N 1 にかかわらずオルタネータの発電量 Pを予定の値または予定範囲内に収めることができるようになる。エンジンの低回転時の所要発電量に合わせてプーリ一比を高めに設定した場合でも高回転時の過剰発電を防止でき、ェンジンの高回転時の所要発電量に合わせてブーリ一比を低めに設定した場合でも低回転時の発電量不足を防止できる。目標発電量 P c を適宜の値に設定することにより、バッテリの長寿命化、バッテリの充電量不足時の速やかな充電、および過充電の防止等が可能になる。

次いで、本発明による駆動トルク制御の具体例について説明する。図 1 1は、本発明の第 5実施形態である駆動トルクの制御方法を示した図であり、本実施形態では、ロータ 1 Rの機械的な回転速度 N 1 にかかわらずオルタネ一タ 1 の駆動トルクが上限トルク Tmax 以下に制限されるようにしている。このようなトルク制御は、上限トルク Tmax によって定まる低速側上限値 N a 以下または高速側下限値 N b 以上に相対速度 N が保たれるように、前記ロータ 1 Rの回転速度 N 1 に応じて、ロータ 1 Rの 3相巻線に電気的に発生させる回転磁界の速度 N 2 を制御することで達成される。

図 1 4は、上記した実施形態の動作を示したフローチャートである。ステップ S 3 1では、ロータ 1 Rの回転速度 N 1 が計測される。ステツプ S 3 2では、オルタネータの現在の駆動トルク Tが計測される。この駆動トルク Tは、トルク計を用いて計測しても良いが、オルタネータ 1 の出力電流や励磁電流を測定することによつても計測できる。

ステップ S 3 3では、計測された駆動トルク Tが上限トルク T max を超えているか否かが判断され、超えていると判断されると、ステップ S 3 4では、バッテリ電圧に基づいてバッテリ充電量が検出される。オルタネータの発電量 Mは相対速度 Nの上昇に伴って増加することから、本実施形態ではステツプ S 34においてバッテリ充電量が不十分（例えば. バッテリ電圧が 12. 5V未満）と判断されると、ステップ S 35 aでは相対速度 Nを増して駆動トルク Tを減じるための回転磁界速度、すなわち相対速度 Nを前記高速側下限値 Nb 以上にするための回転磁界速度 + N2 が算出される。バッテリ充電量が十分（例えば、バッテリ電圧が 12. 5V以上）と判断されると、ステップ S 35 bでは相対速度 Nを減じて駆動トルク Tを減じるための回転磁界速度、すなわち相対速度 N を前記低速側上限値 Na 以下にするための回転磁界速度一 N2 が算出される。ステップ S 36では、ロータの多相巻線に速度 N2 の回転磁界が誘起される。

図 1 2は、本発明の第 6実施形態である駆動トルクの制御方法を示した図であり、本実施形態では、ロータの回転速度 N1 にかかわらずオルタネータ 1の駆動トルクが下限トルク Tmin 以上に保たれるようにしている。このようなトルク制御も、相対速度 Nが下限値 N3 を下回らないように前記ロータ 1 Rの回転速度 N1 に応じて回転磁界速度 N2 を制御することで達成される。

図 1 3は、本発明の第 7実施形態である駆動トルクの制御方法を示した図であり、本実施形態では、ロータの回転速度 N1 にかかわらずオルタネ一タの駆動トルクが一定トルク Tc に保たれるようにしている。このようなトルク制御も、相対速度 Nが目標速度 N4 に常に一致するように、ロータ 1 Rの回転速度 N1 に応じて回転磁界速度 N2 を制御することで達成される。

本実施形態によれば、ロータ 1 Rの回転速度 N1 にかかわらずオルタネータの駆動トルク Tを所望の予定値または予定範囲内に収めることができるので、オルタネ一タベルトへの過度の負担増または負担減、あるいは大きな負担変動を防止できるようになると共に、エンジンの回転数変動も防止できる。

上記した駆動トルクに関する各制御方法では、オルタネータの駆動トルクが任意の絶対的な範囲内または値に制御されるものとして説明したが、現在の駆動トルクよりも高くする、または低くするといつたように. 現在の駆動トルクとの関係において相対的に制御されるようにしても良く、例えば車両状態に応じて、誘導機の駆動トルクが現在よりも増減されるように回転磁界速度を制御すれば良い。

すなわち、図 1 5に示した本発明の第 8実施形態のように、例えば電気負荷が 4 O Aである動作点 Aの状態でアクセル開度やエンジン回転数等に基づいて車両の加速状態が検出されたときには、回転磁界速度 N 2 を Δ Ν 21だけ増して相対速度 Nを速め、動作点を Cへ遷移させることで駆動トルクを低くする。車両のエンジンブレーキ状態が検出されたときには、回転磁界速度 N 2 を Δ Ν 22だけ減じて相対速度 Nを遅くし、これによつて動作点を Bへ遷移させて駆動トルクを高くすれば、加速性能やエンジンブレーキ性能が向上する。

本発明の第 9実施形態について説明する。上記した第 5ないし第 8実施形態では、オルタネータ 1 の電気負荷が考慮されていなかったが、実使用ではエアコンやへッドランプ等のオンノオフによって電気負荷が大きく変動し、電気負荷が異なればオルタネータ 1の相対速度 Nと駆動トルク Tとの関係も大きく変化する。図 1 6は、オルタネータ 1 の相対速度 Nと駆動トルク Tとの関係を電気負荷をパラメータとして表した図であり、相対速度 Nが同一であっても電気負荷が増えれば駆動トルク Tも増加することが分かる。

相対速度 N 10で 3 O Aの電力を発生しているときに電気負荷が 4 O A に増えると、本来であれば駆動トルクも T 1 から T 2 へ増大する。このため、車両には当該トルク変動に応じたショックが発生すると共に、駆動トルクの増大によるエンジン回転数の一時的な低下を引き起こしかねない。そこで、本実施形態では電気負荷の増減によって駆動トルクが変動しそうになると、この電気負荷の増減分を相対速度 Nの増減で補い、これによつてトルク変動を防止するようにしている。すなわち、本実施形態では上記のようにして相対速度 N 10で 3 0 Aの電力を発生しているときに電気負荷が 4 O Aに増えると、回転磁界速度 N 2 を増して相対速度を N 10から N 20へ増加させる。この結果、駆動トルクを一定に保ったままで発電量を 3 0 Aから 4 0 Aへ増やすことが可能になる。

また、オルタネータの相対速度 Nと発電効率との関係は、図 1 7に示したように相対速度 Nのある一点 N x で最高効率 7? niax を示し、この最高効率回転速度 N x から離れるにしたがって発電効率 7?は減少する。したがって、相対速度 Nは最高効率 r? max の得られる回転数に維持することが望ましい。

そこで、本実施形態では電気負荷の増減といった、オルタネータの駆動トルクを変動させる事象が発生すると、初めは前記のようにして駆動トルクを変動させることなく当該変動を補うために、ロータの多相巻線に電気的に発生させる回転磁界の速度 N 2 を変化させて相対速度 Nを制御するが、その後は、発電量を一定に保ったまま、駆動トルク変動を伴つて相対速度 Nが最高効率回転速度 N x に一致するように回転磁界速度 N 2 を徐々に変化させるようにしている。このとき、回転磁界速度 N 2 の制御すなわち相対速度 Nの制御は、駆動トルク変動がドライバーに体感されず、あるいはオルタネータベルトに急激なショックとして表れない程度の速度で漸次行うことが望ましい。

本実施形態によれば、オルタネ一タの駆動トルクを変動させるような事象、すなわちエンジン回転数や電気負荷の増減が発生しても、オルタネータの駆動トルクを急激に変化させることなく当該事象に対処できるようになる。

ところで、オルタネータでは温度が低下すると多相巻線の電気抵抗が低下して励磁電流が多く流れるため、図 1 8に示したように、同一相対速度での発電量は高温時よりも低温時の方が多くなる。したがって、例えばオルタネ一タの発電量を上限値 P max 以下に制限したい場合の相対速度 Nの上限値も、高温時には N maxH, であったものが低温時には N ma xLとなる。

同一相対速度での駆動トルクも、図 1 9に示したように、高温時よりも低温時の方が高くなる。したがって、例えばオルタネ一タの駆動トルクを上限トルク T max 以下に制限したい場合の相対速度 Nの低速側上限値および高速側下限値も、高温時には N aH, N bHであったものが低温時にはそれぞれ N aL， N bLとなる。

したがって、上記のようにして相対速度 Nに基づいてオルタネータの発電量 Pや駆動トルク Tを目標値または目標範囲内に収めるよう制御するのであれば、オルタネータ 1の温度をパラメータとして相対速度 Nと発電量 Pとの関係、および相対速度 Nと駆動トルク Tとの関係を予め定義しておくことが望ましい。

上記した各実施形態では多相巻線として 3相巻線を有するロータおよびステータによって構成される誘導機を例にして説明したが、本発明はこれのみに限定されず、 4相、 5相…等の他の多相巻線を採用した場合にも同様に適用することができる。産業上の利用可能性

本発明によれば、以下のような効果が達成される。

( 1 ) エンジン回転数にかかわらずオルタネータの発電量を予定の範囲内に収めることができるので、エンジンの低回転時の所要発電量に合わせてブーリ一比を高めに設定した場合でも、高回転時の過充電や配線等の過剰装備を防止でき、またエンジンの高回転時の所要発電量に合わせてブーリ一比を低めに設定した場合でも低回転時の発電量不足が防止でぎる。

( 2 ) エンジン回転数にかかわらずオルタネ一タの発電量を予定の目標値に設定することができるので、バッテリの充電量不足時の速やかな充電、過充電の防止およびバッテリの長寿命化が可能になる。さらに具体的に言えば、発電量を予定値以上に保つことで発電量不足が防止され、予定値以下に保つことで充電電流を制限でき、また予定値に保つことでバッテリの電圧変動を防止できるので長寿命化が可能になる。

( 3 ) ェンジン回転数にかかわらずオルタネータの駆動トルクを予定の範囲内に収めることができるので、オルタネータベルトへの過度の負担増または負担減あるいは負担変動を防止できるようになる。

( 4 ) エンジン回転数にかかわらずオルタネ一タの駆動トルクを予定の目標値に設定することができるので、誘導機の駆動トルクを変動させる事象が発生しても、当該誘導機の駆動トルクを予定範囲内に収めることができる。さらに具体的にいえば、駆動トルクが予定値以上に保たれるようにすれば、オルタネータベルトへの負荷変動が防止されて振動ゃノィズを低減できる。また、駆動トルクが予定値以下に保たれるようにすれば、オルタネータベルトの過度の負荷が防止される。さらに、駆動トルクが所望の予定値に保たれるようにすれば、オルタネータベルトの負荷変動および過度の負荷のいずれもが防止されるようになる。

( 5 ) 回転磁界速度が温度の関数として制御されるようにしたので、誘導機の温度にかかわらず、その発電量および駆動トルクを正確に制御できるようになる。

( 6 ) 誘導機の発電量が電気負荷での電力消費量を下回らないように回転磁界速度を制御するようにしたので、電気負荷の増減にかかわらず発電量不足が防止できる。

( 7 ) 車両の状態に応じて回転磁界速度を制御するようにし、例えば車両が制動状態にあると誘導機の駆動トルクが増加するように回転磁界速度を制御し、車両が加速状態にあると誘導機の駆動トルクが減少するように回転磁界速度を制御するようにしたので、制動時にはエンジンブレーキ状態が向上し、加速時には加速性能が向上する。

( 8 ) 電気負荷が変動すると、変動後の電気負荷を駆動トルク変動を伴うこと無く賄えるように回転磁界速度を制御した後、今度は前記変動後の電気負荷を、ステ一タに対する回転磁界の相対速度が予定回転速度でも賄えるように、駆動トルク変動を伴う回転磁界制御を漸次実行するようにしたので、電気負荷が増減しても駆動トルク変動が体感されることなく理想的な発電量制御が可能になる。

( 9 ) 前記予定回転速度を、誘導機の発電効率が最も高い領域内の回転速度にしたので、効率の良い発電が可能になる。

Claims

求の範囲

1 . 多相巻線を有するロータおよびステータによって構成され、可変速運転される内燃機関の回転運動を伝達されてロータが回転する誘導機と. 前記ロータの多相巻線に回転磁界を電気的に発生させる回転磁界発生手段と、

前記回転磁界発生手段がロータに発生させる回転磁界の速度を制御する制御手段とを具備し、

前記制御手段は、前記回転磁界のステータに対する相対速度の目標値を設定し、当該目標値に基づいて、前記回転磁界の速度を制御することを特徴とする内燃機関用の発電装置。

2 . 前記制御手段は、誘導機の発電量が予定範囲内に収まるように前記目標値を設定し、ロータの回転速度に応じて回転磁界速度を制御することを特徴とする請求項 1の内燃機関用の発電装置。

3 . 前記制御手段は、誘導機の駆動トルクが予定範囲内に収まるように前記目標値を設定し、ロータの回転速度に応じて回転磁界速度を制御することを特徴とする請求項 1 の内燃機関用の発電装置。

4 . 前記制御手段は、誘導機の発電量が予定値以上、予定値以下、および予定値のいずれかに保たれるように前記目標値を設定し、回転磁界速度を制御することを特徴とする請求項 2の内燃機関用の発電装置。

5 . 前記制御手段は、誘導機の駆動トルクが予定値以上、予定値以下、および予定値のいずれかに保たれるように前記目標値を設定し、回転磁界速度を制御することを特徴とする請求項 3の内燃機関用の発電装置。

6 . 前記制御手段は、前記相対速度の目標値を温度の関数として制御することを特徴とする請求項 1の内燃機関用の発電装置。

7 . 前記制御手段は、誘導機によって充電されるバッテリの充電量が不十分であると、前記目標値としての現在の相対速度より速い速度を設定し、バッテリの充電量が十分であると、現在の相対速度より遅い速度を設定し、回転磁界の速度を制御することを特徴とする請求項 1 の内燃機関用の発電装置。

8 . 前記制御手段は、誘導機の発電量が電気負荷での電力消費量を下回らないように前記目標値を設定し、回転磁界速度を制御することを特徴とする請求項 2の内燃機関用の発電装置。

9 . 前記制御手段は、当該発電装置が搭載された車両の状態に応じて前記目標値を設定し、回転磁界速度を制御することを特徴とする請求項 3 の内燃機関用の発電装置。

1 0 . 前記制御手段は、車両が制動状態にあると、前記誘導機の駆動トルクが増加するように前記目標値を設定し、回転磁界速度を制御することを特徴とする請求項 9の内燃機関用の発電装置。

1 1 . 前記制御手段は、車両が加速状態にあると、前記誘導機の駆動トルクが減少するように前記目標値を設定し、回転磁界速度を制御することを特徴とする請求項 9の内燃機関用の発電装置。

1 2 . 前記制御手段は、電気負荷が変動すると、変動後の電気負荷を駆動トルク変動を伴うこと無く賄えるように前記目標値を設定して回転磁界速度を制御した後、今度は前記変動後の電気負荷を、ステ一タに対する回転磁界の相対速度が予定回転速度でも賄えるように前記目標値を設定し、駆動トルク変動を伴う回転磁界制御を漸次実行することを特徴とする請求項 3の内燃機関用の発電装置。

1 3 . 前記予定回転速度は、誘導機の発電効率が最も高い領域内の回転速度であることを特徴とする請求項 1 2の内燃機関用の発電装置。