JP6406143B2 - 車両用回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、発電機能を有する車両用回転電機に関する。

発電機能を有する車両用回転電機は、出力端子に接続された配線を介して、各種の電気負荷やバッテリに電力を供給する。車両用回転電機の発電作動時に、配線が出力端子やバッテリ端子から外れると、ロードダンプと呼ばれる過渡的な高電圧が発生する。このようなロードダンプの発生時には、固定子巻線に蓄積されたエネルギーが消滅するまで、スイッチング素子をオンオフして高電圧を抑制するロードダンプ保護技術が提案されている。

例えば、特許文献１に記載の車両用回転電機では、ロードダンプ保護動作を開始した直後に出力電圧が第１閾値電圧から第２閾値電圧まで低下する時間と、第２閾値電圧から第１閾値電圧まで上昇する時間とを実際に測定している。そして、上記車両用回転電機では、それ以後のスイッチング素子のオンオフ時間を実際に測定した時間よりも短くすることにより、ロードダンプ発生時に配線に残存する負荷の大きさに関係なく、ロードダンプ保護動作中の出力電圧変動を小さくしている。さらに、上記車両用回転電機では、固定子巻線に蓄積されたエネルギーが消滅した時点でロードダンプ保護を終了し、通常の整流動作に復帰している。

特開２０１５−６５７８８号公報

一般に、車両用回転電機は、始動時にエンジンの負荷を徐々に増加させるため、発電量を徐々に増加させる始動時徐励を行う。ロードダンプ発生に起因してロードダンプ保護終了後に始動時徐励が実施されると、発電電力よりも負荷の消費電力の方が大きくなって、車両用回転電機の出力電圧が低下することがある。出力電圧が低下すると、発電制御装置等の電源を維持できなくなり、発電が停止に至るおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑み、ロードダンプ保護動作の終了後に、徐励の実施を抑制可能な車両用回転電機を提供することを主たる目的とする。

第１の発明は、回転軸が内燃機関の回転軸に接続される車両用回転電機であって、回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、前記界磁極によって発生する回転磁界により交流電圧を発生する複数相の電機子巻線と、上アーム及び下アームを有し、前記上アーム及び前記下アームの少なくとも一方がスイッチング素子で構成されたブリッジ回路であって、前記電機子巻線の誘起電圧を整流して出力する整流回路と、前記界磁巻線に供給する励磁電流を調整して、前記整流回路の出力電圧を制御する発電制御装置と、前記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装置と、を備え、前記発電制御装置は、前記発電制御装置のリセット又は前記内燃機関の始動を検出し、且つ前記回転子の回転速度が所定回転速度よりも低い場合に、所定の徐励期間、発電量を徐々に上げる徐励を実施する徐励部を備え、前記スイッチング制御装置は、前記出力電圧が第１閾値を超えた場合に、ロードダンプの発生を検出する検出部と、前記出力電圧が前記第１閾値を超えた場合に、前記上アーム及び前記下アームの一方の前記スイッチング素子をオン状態にするとともに、前記出力電圧が前記第１閾値よりも低い第２閾値まで低下した場合に、前記一方のスイッチング素子をオフ状態にする保護部と、前記検出部により前記ロードダンプの発生が検出された場合に、前記所定回転速度よりも高い回転速度の疑似信号を前記発電制御装置へ出力する疑似信号部と、を備える、ことを特徴とする。

第１の発明によれば、発電制御装置のリセット又は内燃機間の始動が検出され、且つ回転子の回転速度が所定回転速度よりも低い場合に、所定の徐励期間、徐励が実施される。これにより、エンジンの回転速度を安定させることができる。また、出力電圧が第１閾値を超えた場合に、ロードダンプの発生が検出される。そして、出力電圧が第１閾値を超えた場合に、上アーム及び下アームの一方のスイッチング素子がオン状態にされ、出力電圧が第２閾値まで低下した場合に、スイッチング素子がオフ状態にされる。すなわち、ロードダンプ保護動作が実施される。これにより、出力電圧が低下しすぎて界磁巻線が再励磁されることを抑制しつつ、出力電圧を抑制することができる。

ここで、ロードダンプ発生に起因して、発電制御装置がリセットされ、内燃機関の始動が誤検出されたりすることがある。その場合、ロードダンプ保護動作の終了時に、回転子の回転速度が所定回転速度よりも低くなっていると、内燃機関の始動時でないにもかかわらず、徐励が実施されるおそれがある。この点、ロードダンプの発生が検出された場合に、所定回転速度よりも高い回転速度の疑似信号が発電制御装置へ出力される。これにより、ロードダンプ保護動作の終了時に、実際の回転速度が所定回転速度よりも低くなっている場合でも、所定回転速度よりも高い回転速度と認識される。したがって、ロードダンプ保護動作を終了して発電を再開した際に、徐励が実施されることを抑制できる。

第２の発明は、前記発電制御装置は、前記出力電圧が所定電圧よりも低くなった場合に、前記徐励をキャンセルするキャンセル部と、前記発電制御装置のリセット又は前記内燃機関の始動が検出されてから所定期間、前記キャンセル部による前記徐励のキャンセルを無効化する無効化部と、を備え、前記疑似信号部は、前記キャンセル部によるキャンセル機能が有効になるまで、前記疑似信号を前記発電制御装置へ送信する、ことを特徴とする。

第２の発明によれば、発電制御装置のリセット又は内燃機関の始動が検出されてから所定期間経過するまでの間は、出力電圧が所定電圧よりも低くなっても、徐励が停止されないため、低負荷の状態でエンジンを確実に始動させることができる。ただし、ロードダンプの発生が検出された場合には、キャンセル機能が有効になるまで、疑似信号が出力される。よって、ロードダンプの発生に起因して、発電制御装置がリセットされ、内燃機関の始動が誤検出されたりした場合でも、ロードダンプ保護動作の終了後に、徐励が実施されることを抑制できる。また、徐励のキャンセル機能が有効になった後は、出力電圧が所定電圧よりも低下すれば徐励が停止されるため、出力電圧が所定電圧よりも低下することがない。よって、出力電圧の低下を抑制して、発電停止を抑制できる。

第３の発明は、前記発電制御装置は、前記回転子の回転速度を検出する速度検出端子を備え、前記スイッチング制御装置は、前記疑似信号を出力する信号出力端子を備え、前記速度検出端子は、前記電機子巻線の一端と抵抗を介して接続されているとともに、前記信号出力端子と接続されている、ことを特徴とする。

第３の発明によれば、発電制御装置の速度検出端子には、電機子巻線の相電圧に疑似信号が重畳した信号が入力される。これにより、発電制御装置は、疑似信号を読み取って、所定回転速度よりも高い回転速度を検出することができる。また、速度検出端子には、抵抗を介して相電圧が入力されるため、スイッチング制御装置の一部の素子が故障した場合でも、発電制御装置は、相電圧を検出して発電制御を継続することができる。

第４の発明は、前記スイッチング制御装置は、前記電機子巻線の相電圧を出力する第１経路と、前記疑似信号を出力する第２経路と、を備え、前記疑似信号部は、前記検出部により前記ロードダンプの発生が検出された場合に、前記第１経路と前記発電制御装置との接続を切断するとともに、前記第２経路と前記発電制御装置とを接続させる、ことを特徴とする。

第４の発明によれば、ロードダンプの発生時には、第１経路と発電制御装置との接続が切断されるとともに、第２経路と発電制御装置とが接続され、発電制御装置に、相電圧の代わりに疑似信号が入力される。この場合、疑似信号が発電制御へ直接入力されるため、理想的な波形の疑似信号が読み取られる。よって、回転速度の誤検出を抑制できる。また、電機子巻線と発電制御装置との間に抵抗を接続する必要がない。一般に、モジュール外に抵抗を接続する場合、溶接や防水等の加工の手間がかかり、製造コストが増加する。この点、電気子巻線と発電制御装置との間、すなわちモジュール外に抵抗を接続する必要がないため、製造時の加工の手間及び製造コストを低減することができる。

第１実施形態に係る車両用発電機の構成を示す図。 第１実施形態に係る発電制御装置の構成を示す図。 第１実施形態に係る整流器モジュールの構成を示す図。 負荷遮断時における負サージの発生を示す図。 従来の負荷遮断時における、（ａ）出力電圧、出力端コンデンサ電圧、及び相電圧、（ｂ）下スイッチの駆動信号、（ｃ）レギュレータ電圧のタイムチャート。 第１実施形態の負荷遮断時における、（ａ）出力電圧、出力端コンデンサ電圧、及び相電圧、（ｂ）下スイッチの駆動信号、（ｃ）疑似信号、（ｄ）レギュレータ電圧のタイムチャート。 第１実施形態に係る信号出力部の構成を示す図。 （ａ）相電圧、（ｂ）疑似信号を示す図。 第１実施形態において、発電制御装置に入力される信号を示す図。 ロードダンプ保護動作の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態に係る信号出力部の構成を示す図。 第２実施形態において、発電制御装置に入力される信号を示す図。

以下、車両用回転電機を具現化した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る車両用回転電機は、車両用発電機として具現化することを想定している。

（第１実施形態）
まず、本実施形態に係る車両用発電機の構成について、図１を参照して説明する。本実施形態に係る車両用発電機１０は、２つの電機子巻線１１，１２、界磁巻線１４、２つの整流器モジュール群１５，１６、発電制御装置１７、及びツェナーダイオード１８、を備えている。

電機子巻線１１は、複数相の固定子巻線、具体的にはＸ相巻線、Ｙ相巻線及びＺ相巻線からなる３相巻線であり、固定子鉄心（図略）に巻装されている。同様に、電機子巻線１２は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線からなる３相の固定子巻線である。電機子巻線１２は、電機子巻線１１に対して、電気角３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、電機子巻線１１，１２及び固定子鉄心によって、固定子が構成されている。

界磁巻線１４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図略）に巻装されて回転子を構成している。回転子の回転軸１４０は、プーリー等を介してエンジン２００（内燃機関）に接続されている。界磁巻線１４に励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。そして、磁化された界磁極により発生する回転磁界によって、電機子巻線１１，１２に交流電圧が発生する。

整流器モジュール群１５は、整流器モジュール１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚから構成されている。整流器モジュール１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚは、それぞれ、２個のＭＯＳトランジスタの直列体と、２つのＭＯＳトランジスタのオンオフを制御する制御回路５４とを含む。整流器モジュール１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚは、それぞれ、電機子巻線１１のＸ相巻線，Ｙ相巻線，Ｚ相巻線に接続されている。整流器モジュール１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚに含まれる６個のＭＯＳトランジスタから、図４に示すように、上アーム及び下アームを有する三相のブリッジ回路であり、電機子巻線１１，１２に発生する誘起電圧を整流する整流回路１５Ａが構成される。この整流回路１５Ａは、電機子巻線１１から出力される交流電圧を整流して出力端子であるＢ端子から出力する。なお、整流器モジュール１５Ｘの詳細な構成は後述する。

同様に、整流器モジュール群１６は、電機子巻線１２のＵ相巻線，Ｖ相巻線，Ｗ相巻線に接続される整流器モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗから構成されている。そして、整流器モジュール１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗに含まれる６個のＭＯＳトランジスタから、上アーム及び下アームを有する三相のブリッジ回路である整流回路（図略）が構成される。この整流回路は、電機子巻線１２から出力される交流電圧を整流して出力端子Ｂから出力する。

発電制御装置１７は、車両用発電機１０の出力電圧Ｖｂ（整流器モジュール群１５，１６に含まれる整流回路の出力電圧）と、調整電圧Ｖｒｅｆとの比較に基づいて、Ｆ端子を介して接続された界磁巻線１４に供給する励磁電流を制御する。すなわち、発電制御装置１７は、出力電圧Ｖｂが調整電圧Ｖｒｅｆになるように、励磁電流を調整する。なお、発電制御装置１７の詳細な構成は後述する。

ツェナーダイオード１８は、整流器モジュール群１５、１６の出力端子間、すなわちＢ端子とグランドに接続されたＥ端子との間に接続されている。詳しくは、ツェナーダイオード１８のカソードがＢ端子に接続されており、アノードがＥ端子に接続されている。

車両用発電機１０の出力端子であるＢ端子には、配線２５の一端が接続されている。配線２５の他の一端は、バッテリ４０の正極端子に接続されている。すなわち、配線２５は、Ｂ端子とバッテリ４０の正極端子とを接続する電気配線である。配線２５には、出力端コンデンサ２０及び負荷３１の第１端が接続されている。また、バッテリ４０の正極端子には、配線２５とは異なる配線により負荷３２の第１端が接続されている。負荷３１，３２は、ワイパー、空調装置、ヘッドライト、各種ＩＣ、ＥＣＵ等の車載電気負荷である。バッテリ４０の負極端子、出力端コンデンサ２０及び負荷３１,３２の第２端は、グランドに接続されている。車両用発電機１０の出力電圧Ｖｂは、配線２５やその他の配線を介して、バッテリ４０や負荷３１,３２に供給される。

次に、発電制御装置１７について、図２を参照して説明する。発電制御装置１７は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであるスイッチング素子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及、電源回路７９及びコンデンサ８０を備える。また、発電制御装置１７は、Ｂ端子（出力端子）、Ｆ端子（励磁駆動端子）、Ｐ端子（相電圧検出端子）、及びＬ端子（通信端子）を備える。

電源回路７９は、Ｂ端子の電圧を用いて、発電制御装置１７に含まれる各回路に動作電源を供給する。通信回路７８は、Ｌ端子を介して外部の制御装置であるＥＣＵ１００とシリアル通信を行い、ＥＣＵ１００から送信された調整電圧Ｖｒｅｆ等を受信する。

発電制御装置１７は、後述するロードダンプの発生に起因して、車両用発電機１０の出力電圧Ｖｂが急激に落ち込んだ場合、すなわち、Ｂ端子の電圧が急激に低下した場合に、コンデンサ８０の容量が比較的小さい場合、出力電圧Ｖｂが落ち込んだ際に電源電圧が不足して、発電制御装置１７は自動的にリセットする。また、発電制御装置１７は、エンジン２００の始動に伴い出力電圧Ｖｂが急激に落ち込んだ場合や、エンジン２００の始動を判断した場合に、リセットされる。

スイッチング素子７１及び還流ダイオード７２は、それぞれＢ端子とＦ端子、Ｆ端子とＥ端子との間に、接続されている。抵抗７３，７４は、Ｂ端子とＥ端子との間に直列に接続されて分圧回路を構成し、出力電圧Ｖｂを分圧した電圧を、電圧比較回路７５へ入力する。電圧比較回路７５は、分圧された出力電圧Ｖｂと、調整電圧Ｖｒｅｆに対応する基準電圧とを比較する。

励磁電流制御回路７６は、電圧比較回路７５の比較結果に基づいて、スイッチング素子７１のオンオフを制御することにより、界磁巻線１４に供給する励磁電流を調整する。詳しくは、励磁電流制御回路７６は、出力電圧Ｖｂが調整電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合には、励磁電流の供給を停止又は低減し、出力電圧Ｖｂが調整電圧Ｖｒｅｆ以下の場合には、励磁電流の供給を行う。励磁電流制御回路７６は、回転検出回路７７により回転子の回転停止が検出された場合に、励磁電流の供給を停止又は低減して、初期励磁状態へ移行させる。

また、一般に、車両用発電機は、車両の停止中において、エンジン２００を始動する際に、励磁電流を徐々に大きくして、発電量を徐々に上げる徐励を実施する。エンジン２００の始動時に急激に発電量を上げると、エンジン２００の負荷が急激に上がることになる。その結果、エンジン２００の回転速度が低下し、エンジン２００の始動が不安定になる。よって、一般に、車両用発電機は、エンジン２００の始動時において、エンジン２００の負荷を緩やかに上昇させるように徐励を実施する。

本実施形態では、励磁電流制御回路７６は、徐励部７６ａ、キャンセル部７６ｂ及び無効化部７６ｃの機能を備える。徐励部７６ａは、発電制御装置１７のリセットを検出し、且つ車両用発電機１０の回転子の回転速度が徐励キャンセル回転速度（所定回転速度）よりも低い場合に、所定の徐励期間（例えば、数ｓ）、徐励を実施する。あるいは、徐励部７６ａは、エンジン２００の始動を検出し、且つ車両用発電機１０の回転速度が徐励キャンセル回転速度よりも低い場合に、所定の除励期間、徐励を実施する。徐励部７６ａは、ＥＣＵ１００から発電開始指示を受信するとともに、回転速度を検出した場合や、発電制御装置１７がリセットされた場合等に、エンジン２００の始動を検出する。よって、ロードダンプの発生に起因して、発電制御装置１７がリセットされた際に、車両用発電機１０の回転速度が徐励キャンセル回転速度よりも低い場合には、徐励が実施される。

キャンセル部７６ｂは、出力電圧Ｖｂが所定電圧よりも低くなった場合に、徐励をキャンセルする。通常、出力電圧Ｖｂが所定電圧よりも低くなった場合に、徐励の実施を継続すると、出力電圧Ｖｂが過度に低下する。出力電圧Ｖｂが過度に低下すると、各種ＩＣやＥＣＵ等の電源が不足して各種ＩＣやＥＣＵ等が停止し、エンスト等のおそれがある。よって、キャンセル部７６ｂは、出力電圧Ｖｂが所定電圧よりも低くなった場合に、徐励をキャンセルする。

無効化部７６ｃは、発電制御装置１７のリセット又はエンジン２００の始動が検出されてから所定期間（例えば数百ｍｓ）、キャンセル部７６ｂによる徐励のキャンセルを無効化する。これにより、発電制御装置１７のリセット又はエンジン２００の始動が検出されてから所定期間が経過するまでの間は、出力電圧Ｖｂが所定電圧よりも低くなった場合でも、徐励が継続される。すなわち、所定期間が経過するまでの間は、出力電圧Ｖｂの維持よりもエンジン２００の始動を優先して、負荷の急激な上昇を確実に抑制する。これにより、エンジン２００を安定して始動させることができる。

回転検出回路７７は、Ｐ端子に接続されており、Ｐ端子は、抵抗１３を介して、電機子巻線１１，１２（例えばＸ相巻線）に接続されている。回転検出回路７７には、抵抗１３（破線で示す）及びＰ端子を介して、電機子巻線１１，１２のいずれかの相電圧Ｖｐ（例えばＸ相）が入力される。回転検出回路７７は、入力された相電圧Ｖｐの振幅の振動周期に基づいて、回転子の回転速度を検出する。また、回転検出回路７７は、ロードダンプ保護動作中に、後述する整流器モジュール１５Ｘの信号出力部６０から疑似信号Ｓｐを受信し、受信した疑似信号Ｓｐに基づいて、回転子の回転速度を検出する。なお、本実施形態では、Ｐ端子が速度検出端子に相当する。

コンデンサ８０は、Ｂ端子とＥ端子との間に接続されており、整流器モジュール群１５、１６の出力端子であるＢ端子から入力されるノイズを除去するものである。コンデンサ８０の容量Ｃｉｎは、出力端コンデンサ２０の容量Ｃｃｏｎよりも小さい。例えば、容量Ｃｉｎは数μＦ程度、容量Ｃｃｏｎは数ｍＦ程度である。

次に、整流器モジュール１５Ｘについて、図３を参照して説明する。整流器モジュール１５Ｘ，１５Ｙ，１５Ｚ，１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗは、同じ構成となっているので、ここでは、代表して整流器モジュール１５Ｘについて説明する。

整流器モジュール１５Ｘは、上スイッチ５０、下スイッチ５１、及び制御回路５４を備える。また、整流器モジュール１５Ｘは、Ｂ端子（出力端子）、Ｐ端子（相電圧検出端子）、Ｅ端子（グランド）、及びＲＰ端子（信号出力端子）を備える。

上スイッチ５０は、整流回路１５Ａの上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子であり、下スイッチ５１は、整流回路１５Ａの下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。本実施形態では、上スイッチ５０及び下スイッチ５１は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上スイッチ５０は、ソース端子がＰ端子を介して電機子巻線１１のＸ相巻線に接続されており、ドレイン端子が出力端子であるＢ端子に接続されている。下スイッチ５１は、ドレイン端子がＰ端子を介して電機子巻線１１のＸ相巻線に接続されており、ソース端子がＥ端子に接続されている。すなわち、上スイッチ５０のソース端子と、下スイッチ５１のドレイン端子とは接続されている。

そして、上スイッチ５０のゲート端子は、制御回路５４の出力端子ＨＧに接続されており、下スイッチ５１のゲート端子は、制御回路５４の出力端子ＬＧに接続されている。上スイッチ５０及び下スイッチ５１は、制御回路５４からゲート端子に入力される駆動信号によりオンオフされる。また、上スイッチ５０及び下スイッチ５１のそれぞれのソース−ドレイン間には、ボディダイオードが並列に接続されている。また、ＲＰ端子は、抵抗１３を介してＸ相巻線に接続されている。

制御回路５４（スイッチング制御装置）は、電源６３及び制御部５５を備える。電源６３は、Ｂ端子の電圧を用いて、制御回路５４に含まれる各素子に動作電源を供給する。

制御部５５は、ロードダンプが発生していない通常時には、上スイッチ５０及び下スイッチ５１に、オン状態又はオフ状態にする駆動信号を送信して、同期整流を行う。詳しくは、Ｐ端子に入力された相電圧Ｖｐが、Ｂ端子に入力された出力電圧Ｖｂを超えている期間に渡って、上スイッチ５０をオン状態にするとともに、下スイッチ５１をオフ状態とする。また、相電圧Ｖｐが負電圧となっている期間に渡って、上スイッチ５０をオフ状態とするとともに、下スイッチ５１をオン状態とする。

また、制御部５５は、ロードダンプの発生時に、電機子巻線１１に蓄積されたエネルギーが消滅するまで、上スイッチ５０及び下スイッチ５１の一方をオフ状態にしたまま、他方のスイッチのオンオフを繰り返すロードダンプ保護動作を行う。本実施形態では、上スイッチ５０をオフ状態にしたまま、下スイッチ５１のオンオフを繰り返すロードダンプ保護動作を行う。詳しくは、下スイッチ５１をオフ状態にして、電機子巻線１１からグランドへ電流を流し、出力電圧Ｖｂが調整電圧Ｖｒｅｆ以下になる前に、下スイッチ５１をオン状態にして、出力電圧Ｖｂを回復させることを繰り返す。

具体的には、制御部５５は、電圧検出部５６、ロードダンプ検出部５７、保護部５８及び信号出力部６０の機能を備える。電圧検出部５６は、Ｂ端子の電圧である出力電圧Ｖｂを検出する。ロードダンプ検出部５７（検出部）は、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１（第１閾値）を超えた場合に、ロードダンプの発生を検出する。

図５（ａ）及び図６（ａ）は、出力電圧Ｖｂ、出力端コンデンサ２０の端子間電圧Ｖｃｏｎ、Ｘ相の相電圧Ｖｐのタイムチャートを示す。図５（ｂ）及び図６（ｂ）は、下スイッチ５１の駆動信号のタイムチャートを示す。図５（ｃ）及び図６（ｄ）は、レギュレータ電圧であるＦ端子の電圧ＶＦのタイムチャートを示す。また、図６（ｃ）は、後述する疑似信号Ｓｐのタイムチャートを示す。なお、端子間電圧Ｖｃｏｎは、直接検出できないため、出力電圧Ｖｂから推定した推定値となっている。

保護部５８は、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１（第１閾値）を超えた場合に、上スイッチ５０をオフ状態にしたまま下スイッチ５１をオン状態にする。このとき相電圧Ｖｐは、０Ｖとなる。図５及び図６において、遅れ時間Ｔ１は、実際に出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１を超えた時点ｔ１０，ｔ２０から、下スイッチ５１がオン状態になる時点ｔ１１，ｔ２１までの遅れ時間である。

そして、保護部５８は、下スイッチ５１をオン状態にしたことに伴い、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ２（第２閾値）まで低下した場合に、下スイッチ５１をオフ状態にする。閾値Ｖｔｈ２は、閾値Ｖｔｈ１よりも低く、調整電圧Ｖｒｅｆよりも高い値とする。このとき相電圧Ｖｐは、ボディダイオードの順方向電圧となる。図５及び図６において、遅れ時間Ｔ２は、実際に出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ２まで低下した時点ｔ１２，ｔ２２から、下スイッチ５１がオフ状態になる時点ｔ１３，ｔ２３までの遅れ時間である。

保護部５８は、電機子巻線１１に蓄積されたエネルギーが消滅するまで、下スイッチ５１のオンオフを繰り返して、ロードダンプ保護動作を実施する。保護部５８は、出力電圧Ｖｂが一定時間継続して閾値Ｖｔｈ１よりも低くなった場合や、出力電圧Ｖｂが一定時間継続して閾値Ｖｔｈ２よりも低くなった場合に、電機子巻線１１に蓄積されたエネルギーが消失したと判定して、ロードダンプ保護動作を終了する。本実施形態では、保護部５８は、出力電圧Ｖｂが、下スイッチ５１をオフ状態にしてから車両用発電機１０の１周期以上、継続して閾値Ｖｔｈ１よりも低くなった場合に、ロードダンプ保護動作を終了する。ロードダンプ保護動作の終了後、出力電圧Ｖｂが調整電圧Ｖｒｅｆを下回ると、励磁電流の供給が再開され、発電が再開される。

負荷遮断が発生して出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１を超えると、上スイッチ５０がオフ状態、下スイッチ５１がオン状態にされる。その際、上スイッチ５０がオフ状態で上スイッチ通電中に、下スイッチ５１がオン状態にされると、上スイッチ５０に並列接続されたダイオードよりも下スイッチ５１の方が、電流が流れやすいため、出力電流Ｉｂの流れが止まり、下スイッチ５１を通って電流が流れるようになる。これに伴い、Ｂ端子に接続されている配線２５のインダクタンスＬにより、Ｂ端子に負サージが発生する。その結果、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、出力電圧Ｖｂが０Ｖまで急激に落ち込む。この負サージは、配線２５のインダクタンスＬによる一時的なものであり、配線２５に蓄えられているエネルギーがなくなると消失する。

出力電圧Ｖｂが０Ｖまで急激に落ち込んだ時点ｔ１１，時点ｔ２１において、発電制御装置１７はリセットされる。これに伴い、徐励部７６ａは、徐励Dutyの初期値をセットして、内部で所定の徐励時間をかけてDutyを上げていく。その後、出力電圧Ｖｂが回復し、時点ｔ１４，ｔ２４において、再び出力電圧Ｖｂが０Ｖまで落ち込むと、発電制御装置１７は再度リセットされる。これに伴い、徐励部７６ａは、徐励Dutyカウンタの初期値を再度セットして徐励Dutyを上げる。

そして、保護部５８によるロードダンプ保護動作が終了すると、出力電圧Ｖｂが調整電圧Ｖｒｅｆよりも低下した時点で、発電が再開される。従来、徐励部７６ａは、発電の再開時に回転子の回転速度が徐励キャンセル回転速度よりも低い場合、図５（ｃ）に示すように、徐励Dutyのカウント時間（時点ｔ１４から時点ｔ１５までの時間）に応じた徐励Dutyで、スイッチング素子７１を制御して徐励を開始していた。

ロードダンプの発生原因が負荷遮断の場合、配線２５に負荷３１のような残存負荷が接続されている場合がある。配線２５に残存負荷が接続されている状態で、発電量を徐々に上げる徐励を実施すると、発電量が十分に上がる前に、負荷３１の消費電力量に対して発電量が足りなくなり、出力電圧Ｖｂが過度に低下してしまうおそれがある。出力電圧Ｖｂが過度に低下すると、発電制御装置１７や整流器モジュール１５，１６等の各種ＩＣやＥＣＵに電源電圧が供給されなくなり、各種ＩＣやＥＣＵが停止して、発電が停止してしまうおそれがある。よって、ロードダンプ保護動作の終了後に発電を再開する際には、徐励を実施せず、通常の発電制御を実施することが望ましい。

そこで、信号出力部６０（疑似信号部）は、図６（ｃ）に示すように、ロードダンプの発生が検出された場合に、徐励キャンセル回転速度よりも高い回転速度の疑似信号Ｓｐを、ＲＰ端子から発電制御装置１７のＲＰ端子へ送信する。これにより、発電制御装置１７の回転検出回路７７は、回転子の回転速度を疑似信号Ｓｐの回転速度と認識する。そのため、徐励部７６ａは、ロードダンプ保護動作の終了後に発電を再開する際に、徐励を実施しない。励磁電流制御回路７６は、図６（ｄ）に示すように、ロードダンプ保護動作の終了後に、出力電圧Ｖｂが調整電圧Ｖｒｅｆ以下となった場合には、通常の発電制御を実施する。

以下、信号出力部６０の具体的な構成について、図７を参照して説明する。信号出力部６０は、抵抗Ｒ１ＡとスイッチＳＷＡとの直列体と、スイッチＳＷＡを駆動する駆動部とから構成される。抵抗Ｒ１ＡとスイッチＳＷＡとの直列体は、整流器モジュール１５ＸのＢ端子とＲＰ端子との間に接続されている。また、発電制御装置１７のＰ端子は、抵抗１３及び整流器モジュール１５ＸのＰ端子を介してＸ相巻線の一端に接続されているとともに、整流器モジュール１５ＸのＲＰ端子に接続されている。スイッチＳＷＡを、所望の回転速度に応じた周期でオンオフすると、図８（ｂ）に示す疑似信号Ｓｐが、整流器モジュール１５ＸのＲＰ端子から発電制御装置１７のＰ端子へ入力される。また、図８（ａ）に示す相電圧Ｖｐも、整流器モジュール１５ＸのＰ端子及び抵抗１３を介して、発電制御装置１７のＰ端子へ入力される。よって、発電制御装置１７のＰ端子には、図９に示す相電圧Ｖｐに疑似信号Ｓｐが重畳した信号が入力される。相電圧Ｖｐに疑似信号Ｓｐを重畳することにより、相電圧ＶｐはスイッチＳＷＡから流し込む電流に応じて（例えば５Ｖ）持ち上げられる。

信号出力部６０は、図６（ｃ）に示すように、保護部５８によりロードダンプ保護動作の終了が判断された時点ｔ２５において、スイッチＳＷＡの駆動を開始して、疑似信号Ｓｐの出力を開始する。なお、発電を再開するのはロードダンプ保護動作の終了後であるが、信号出力部６０は、ロードダンプ保護動作の終了前から疑似信号Ｓｐを出力するようにしてもよい。例えば、信号出力部６０は、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１を最初に超えた時点ｔ２０や、ロードダンプ保護動作を開始した時点ｔ２１から、疑似信号Ｓｐの出力を開始してもよい。

さらに、信号出力部６０は、キャンセル部７６ｂによる徐励のキャンセル機能が有効になるまで、疑似信号Ｓｐの出力を継続する。上述したように、無効化部７６ｃは、発電制御装置１７のリセット又はエンジン２００の始動が検出されてから所定期間、キャンセル部７６ｂによる徐励のキャンセルを無効化する。信号出力部６０は、この所定期間が終了するまで疑似信号Ｓｐの出力を継続する。例えば、無効化部７６ｃが、時点ｔ２４から時点ｔ２７までを所定期間として、徐励のキャンセルを無効化する場合、信号出力部６０は、どの時点から疑似信号Ｓｐの出力を開始したとしても、時点ｔ２７まで疑似信号Ｓｐの出力を継続する。キャンセル部７６ｂによる徐励のキャンセル機能が有効になった後は、出力電圧Ｖｂが低下した場合に徐励がキャンセルされて、発電量が増加する。そのため、徐励のキャンセル機能が有効になった後は、疑似信号Ｓｐを送信しなくても、出力電圧Ｖｂの過度な低下が抑制される。

発電制御装置１７の回転検出回路７７は、疑似信号Ｓｐの周期を読み取って、回転速度を検出する。よって、回転子の実際の回転速度が徐励キャンセル回転速度よりも低い場合でも、徐励回転速度よりも高い回転速度と認識される。これにより、図６（ｄ）に示すように、ロードダンプ保護動作の終了後において、徐励が実施されず、通常の発電制御が実施される。

また、制御回路５４の一部の素子が故障して、上スイッチ５０や下スイッチ５１がオン状態にならない場合でも、発電制御装置１７のＰ端子には、抵抗１３を介して相電圧Ｖｐが入力される。よって、制御回路５４の一部の素子が故障しても、発電制御装置１７は、相電圧Ｖｐを検出して発電制御を継続できる。上スイッチ５０又は下スイッチ５１がオン状態にならない場合には、ボディダイオードによる整流が行われる。

次に、ロードダンプ保護動作の処理手順について、図１０のフローチャートを参照して説明する。本処理手順は、制御部５５が所定間隔で繰り返し実行する。

まず、発電中か否か判定する（Ｓ１０）。発電中でない場合は（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ１０の処理を繰り返し実行する。発電中の場合は（Ｓ１０：ＹＥＳ）、次に、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１よりも大きいか否か判定する（Ｓ１１）。すなわち、ロードダンプが発生して、過電圧となったか否か判定する。出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１以下の場合は（Ｓ１１：ＮＯ）、ロードダンプが発生していないと判定して、Ｓ１０の処理に戻る。

一方、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１よりも大きい場合は（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ロードダンプが発生したと判定して、ロードダンプ保護動作を開始する。まず、上スイッチ５０をオフ状態にするとともに、下スイッチ５１をオン状態にする（Ｓ１２）。

続いて、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ２よりも低いか否か判定する（Ｓ１３）。出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ２以上の場合は（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ１３の処理を繰り返し実行する。一方、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ２よりも低い場合は（Ｓ１３：ＹＥＳ）、上スイッチ５０をオフ状態にしたまま、下スイッチ５１をオフ状態にする（Ｓ１４）。

続いて、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１よりも低い状態が、下スイッチ５１をオフ状態に切り替えてから、車両用発電機１０の１周期以上継続しているか否か判定する（Ｓ１５）。すなわち、電機子巻線１１に蓄積されたエネルギーが消滅したか否か判定する。

下スイッチ５１をオン状態に切り替えてから、車両用発電機１０の１周期が経過する前に、出力電圧Ｖｂが閾値Ｖｔｈ１を超えた場合は（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｓ１２の処理に戻って、ロードダンプ保護動作を繰り返し実行する。一方、下スイッチ５１をオフ状態に切り替えてから、車両用発電機１０の１周期が経過するまでの間、出力電圧Ｖｂが継続して閾値Ｖｔｈ１よりも低かった場合は（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ロードダンプ保護動作を終了して、疑似信号Ｓｐの出力を開始する（Ｓ１６）。以上で本処理を終了する。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（１）ロードダンプの発生が検出された場合に、徐励キャンセル回転速度よりも高い回転速度の疑似信号Ｓｐが、整流器モジュール１５Ｘの信号出力部６０から発電制御装置１７へ出力される。これにより、ロードダンプ保護動作の終了後に、実際の回転速度が徐励キャンセル回転速度よりも低くなっている場合でも、徐励キャンセル回転速度よりも高い回転速度と認識される。したがって、ロードダンプ保護動作を終了して発電を再開した際に、徐励が実施されることを抑制できる。

（２）発電制御装置１７のリセット又はエンジン２００の始動が検出されてから所定期間経過するまでの間は、出力電圧Ｖｂが所定電圧よりも低くなっても、徐励が停止されないため、低負荷の状態でエンジン２００を確実に始動させることができる。

（３）ロードダンプの発生が検出された場合には、徐励のキャンセル機能が有効になるまでの間、疑似信号Ｓｐが出力される。よって、ロードダンプの発生に起因して、発電制御装置１７がリセットされエンジン２００の始動が誤検出されたりした場合には、ロードダンプ保護動作の終了後に、徐励が実施されること抑制できる。また、徐励のキャンセル機能が有効になった後は、出力電圧Ｖｂが所定電圧よりも低下すれば徐励が停止されるため、出力電圧Ｖｂが所定電圧よりも低下することがない。よって、出力電圧Ｖｂの過度の低下を抑制して、発電停止を抑制できる。

（４）発電制御装置１７のＰ端子には、相電圧Ｖｐに疑似信号Ｓｐが重畳した信号が入力されるため、発電制御装置１７は、疑似信号Ｓｐを読み取って、徐励キャンセル回転速度よりも高い回転速度を検出することができる。

（５）上スイッチ５０や下スイッチ５１がオフ状態のままとなっても、発電制御装置１７のＰ端子には、抵抗１３を介して相電圧Ｖｐが入力されるため、発電制御装置１７は発電制御を継続することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る整流器モジュール１５，１６は、第１実施形態に係る整流器モジュール１５，１６と、信号出力部６０の構成が異なる。また、第２実施形態では、図２及び図３において破線で示す抵抗１３は接続されていない。すなわち、第２実施形態では、整流器モジュール１５ＸのＲＰ端子及び発電制御装置１７のＰ端子は、抵抗１３を介して電機子巻線１１，１２に接続されていない。

以下、第２実施形態に係る信号出力部６０の構成について、図１１を参照して説明する。第２実施形態に係る信号出力部６０は、抵抗Ｒ１ＢとスイッチＳＷＢとの直列体と、スイッチＳＷＣと、スイッチＳＷＢ及びスイッチＳＷＣを駆動する駆動部とから構成される。抵抗Ｒ１ＢとスイッチＳＷＢとの直列体は、整流器モジュール１５ＸのＢ端子とＲＰ端子との間に接続されている。スイッチＳＷＣは、整流器モジュールＸのＰ端子とＲＰ端子との間に接続されている。

スイッチＳＷＣをオン状態にすると、スイッチＳＷＣを介して、相電圧Ｖｐが整流器モジュール１５ＸのＲＰ端子から発電制御装置１７のＰ端子に入力される。また、スイッチＳＷＢを、所望の回転速度に応じた周期でオンオフすると、図１２に示す疑似信号Ｓｐが、整流器モジュール１５ＸのＲＰ端子から発電制御装置１７のＰ端子に入力される。抵抗Ｒ１Ｂの抵抗値よりも抵抗Ｒ２Ｂの抵抗値を十分に大きくすることにより、疑似信号Ｓｐの振幅は、相電圧Ｖｐと略等しい値にする。本実施形態では、スイッチＳＷＣが、相電圧Ｖｐを出力する第１経路に相当し、抵抗Ｒ１ＢとスイッチＳＷＢとの直列体が、疑似信号Ｓｐを出力する第２経路に相当する。なお、第１経路には、スイッチＳＷＣと直列にボルテージフォロアが接続されていてもよい。

本実施形態では、通常時は、スイッチＳＷＢをオフ状態、且つスイッチＳＷＣをオン状態にして、発電制御装置１７のＰ端子に相電圧Ｖｐが入力されるようにする。一方、ロードダンプの発生が検出された場合には、スイッチＳＷＣをオフ状態にしたまま、スイッチＳＷＣをオンオフして、発電制御装置１７のＰ端子に疑似信号Ｓｐが入力されるようにする。すなわち、本実施形態では、相電圧Ｖｐに疑似信号Ｓｐを重畳させない。本実施形態では、通常時とロードダンプ発生時とで信号出力部６０内の経路を切替え、相電圧Ｖｐと疑似信号Ｓｐのいずれか一方を、発電制御装置１７のＰ端子に出力するようにしている。なお、本実施形態では、通常時にスイッチＳＷＣが故障してオン状態にならない場合には、相電圧Ｖｐが発電制御装置１７のＰ端子に入力されなくなるため、発電制御装置１７は発電制御を継続できなくなる。

本実施形態では、疑似信号Ｓｐを相電圧Ｖｐに重畳させないため、発電制御装置１７のＰ端子には、理想的な波形の疑似信号Ｓｐが入力される。よって、発電制御装置１７の回転検出回路７７が、疑似信号Ｓｐの回転速度を誤検出するおそれが抑制される。

また、本実施形態では、電気子巻線１１の一端と発電制御装置１７のＰ端子との間に抵抗１３を接続する必要がない。一般に、整流器モジュール１５Ｘや発電制御装置１７のようなモジュール内に素子を接続する場合は、比較的容易に接続できる。これに対して、電機子巻線１１の一端と発電制御装置１７のＰ端子との間のように、モジュール外に素子を接続する場合、溶接加工や防水加工等をする必要があり、接続加工に手間がかかる。ひいては、製造コストが増加する。本実施形態では、抵抗１３を接続しないため、製造時の加工の手間及び製造コストが低減される。

以上説明した第２実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（３）と同様の効果を奏するともに、次の効果を奏する。

（６）疑似信号Ｓｐを相電圧Ｖｐに重畳させないことにより、発電制御装置１７のＰ端子には、理想的な波形の疑似信号Ｓｐが入力される。よって、疑似信号Ｓｐを相電圧Ｖｐに重畳させる場合と比べて、疑似信号Ｓｐの回転速度の誤検出を抑制することができる。

（７）相電圧Ｖｐに疑似信号Ｓｐを重畳させないため、電機子巻線１１の一端と発電制御装置１７のＰ端子との間に抵抗１３を接続しない。そのため、製造時の加工の手間を低減し、ひいては製造コストを低減することができる。

（他の実施形態）
・１個の整流器モジュールが、２相分以上のスイッチング素子を備え、２相分以上のスイッチング素子のオンオフを制御するようにしてもよい。また、全てのスイッチング素子に対して共通の１個の制御回路を設け、１個の制御回路で全てのスイッチング素子のオンオフを制御するようにしてもよい。

・上スイッチ５０，下スイッチ５１は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタ等の半導体スイッチでもよい。

・整流器モジュール群１５，１６の上アーム及び下アームのいずれか一方のみをスイッチング素子で構成し、他方をダイオードで構成してもよい。この場合、スイッチング素子の方のアームをオンオフして、ロードダンプ保護動作を実施する。

・車両用発電機１０は、６相以外、例えば、電機子巻線１１だけを備えた３相でもよい。また、電機子巻線１１，１２は、３相に限らず、２相や４相以上でもよい。

１０…車両用発電機、１１，１２…電機子巻線、１４…界磁巻線、１５Ａ…整流回路、１７…発電制御装置、５４…制御回路、１４０…回転軸、２００…エンジン。

Claims (4)

1. 回転軸（１４０）が内燃機関（２００）の回転軸に接続される車両用回転電機（１０）であって、
   回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線（１４）と、
   前記界磁極によって発生する回転磁界により交流電圧を発生する複数相の電機子巻線（１１，１２）と、
   上アーム及び下アームを有し、前記上アーム及び前記下アームの少なくとも一方がスイッチング素子で構成されたブリッジ回路であって、前記電機子巻線の誘起電圧を整流して出力する整流回路（１５Ａ）と、
   前記界磁巻線に供給する励磁電流を調整して、前記整流回路の出力電圧を制御する発電制御装置（１７）と、
   前記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装置（５４）と、を備え、
   前記発電制御装置は、
   前記発電制御装置のリセット又は前記内燃機関の始動を検出し、且つ前記回転子の回転速度が所定回転速度よりも低い場合に、所定の徐励期間、発電量を徐々に上げる徐励を実施する徐励部を備え、
   前記スイッチング制御装置は、
   前記出力電圧が第１閾値を超えた場合に、ロードダンプの発生を検出する検出部と、
   前記出力電圧が前記第１閾値を超えた場合に、前記上アーム及び前記下アームの一方の前記スイッチング素子をオン状態にするとともに、前記出力電圧が前記第１閾値よりも低い第２閾値まで低下した場合に、前記一方のスイッチング素子をオフ状態にする保護部と、
   前記検出部により前記ロードダンプの発生が検出された場合に、前記所定回転速度よりも高い回転速度の疑似信号を前記発電制御装置へ出力する疑似信号部と、を備える、ことを特徴とする車両用回転電機。
2. 前記発電制御装置は、
   前記出力電圧が所定電圧よりも低くなった場合に、前記徐励をキャンセルするキャンセル部と、
   前記発電制御装置のリセット又は前記内燃機関の始動が検出されてから所定期間、前記キャンセル部による前記徐励のキャンセルを無効化する無効化部と、を備え、
   前記疑似信号部は、前記キャンセル部によるキャンセル機能が有効になるまで、前記疑似信号を前記発電制御装置へ送信する、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用回転電機。
3. 前記発電制御装置は、前記回転子の回転速度を検出する速度検出端子（Ｐ）を備え、
   前記スイッチング制御装置は、前記疑似信号を出力する信号出力端子（ＲＰ）を備え、
   前記速度検出端子は、前記電機子巻線の一端と抵抗（１３）を介して接続されているとともに、前記信号出力端子と接続されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用回転電機。
4. 前記スイッチング制御装置は、前記電機子巻線の相電圧を出力する第１経路（ＳＷＣ）と、前記疑似信号を出力する第２経路（Ｒ１Ｂ，ＳＷＢ）と、を備え、
   前記疑似信号部は、前記検出部により前記ロードダンプの発生が検出された場合に、前記第１経路と前記発電制御装置との接続を切断するとともに、前記第２経路と前記発電制御装置とを接続させる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用回転電機。

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