特許 7658327 オルタネータの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-31

(45)【発行日】2025-04-08

(54)【発明の名称】オルタネータの制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/14 20060101AFI20250401BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20250401BHJP

   H02P 101/45 20150101ALN20250401BHJP

   H02P 103/20 20150101ALN20250401BHJP

   H02P 101/25 20150101ALN20250401BHJP

【ＦＩ】

H02P9/14 H

F02D29/06 E

H02P101:45

H02P103:20

H02P101:25

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022082385

(22)【出願日】2022-05-19

(65)【公開番号】P2023170547

(43)【公開日】2023-12-01

【審査請求日】2024-06-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井上 真一

【審査官】池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１９７４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０２８４０８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１７３０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４２０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】西独国特許出願公開第０３３０３１４７（ＤＥ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ９／１４

Ｆ０２Ｄ ２９／０６

Ｈ０２Ｐ １０１／４５

Ｈ０２Ｐ １０３／２０

Ｈ０２Ｐ １０１／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンから伝達される動力で発電してバッテリを充電するオルタネータの駆動を制御するオルタネータの制御装置であって、
前記バッテリの電圧が規定の基準電圧以上、かつ、前記エンジンの回転数が規定の基準回転数以下、かつ、前記オルタネータの温度が規定の基準温度以下の場合には、前記オルタネータのトルクが規定の許容トルク未満になるように、前記オルタネータの励磁電流を制限する、
前記規定の許容トルク未満になる前記励磁電流の値は、その時点での前記エンジンの回転数およびギアシフトの選択状態に基づいて算出される、
ことを特徴とするオルタネータの制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のオルタネータの制御装置であって、
前記オルタネータの励磁電流を制限した結果、前記オルタネータの発電量が、車載負荷が必要とする要求電力量より小さくなった場合、前記車載負荷の作動を制限する、ことを特徴とするオルタネータの制御装置。

【請求項3】

請求項１に記載のオルタネータの制御装置であって、
前記規定の許容トルク未満になる前記励磁電流の値は、前記ギアシフトがパーキングの場合、ドライブの場合に比べて、大きく設定される、ことを特徴とするオルタネータの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、エンジンから伝達される動力で発電してバッテリを充電するオルタネータの駆動を制御するオルタネータの制御装置を開示する。

【背景技術】

【0002】

一般に、エンジン搭載車両には、当該エンジンから伝達される動力で発電するオルタネータが設けられている。エンジンの動力は、プーリとベルトとを有する伝達機構によりオルタネータに伝達される。つまり、エンジンの動力は、ベルトとプーリとの摩擦力によって伝達される。

【0003】

ここで、エンジンの回転数が低い場合、および、オルタネータの温度が低い場合、オルタネータの負荷トルクが大きくなる。そして、オルタネータの負荷トルクが大きくなると、ベルトとプーリとの間で滑りが発生し、ベルトスリップ、ひいては、ベルトの鳴き（異音）が発生するおそれがある。

【0004】

そこで、こうした異音を防止するために、ベルトの鳴きが生じるおそれがある場合には、エンジンの回転数を上げる技術が一部で提案されている。例えば、特許文献１には、エンジンが低回転で運転している場合に、エンジンとトランスミッションとの間に介在するロックアップクラッチを開放し、これにより、エンジンの回転数を上昇させる制御装置が開示されている。かかる技術によれば、オルタネータの負荷トルクを低減できるため、ベルトの鳴きを効果的に抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－１３２９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１の技術は、車両が走行していない、アイドリング時に使われる。このアイドリング時に上げられるエンジンの回転数には上限がある。そのため、異音を防止できる程度まで、エンジンの回転数を上げられない場合もある。また、エンジンの回転数を上げた場合、その分、燃費に影響するおそれもあった。

【0007】

そこで、本明細書では、エンジンの回転数を不必要に上げることなく、異音を防止できるオルタネータの制御装置を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本明細書で開示するオルタネータの制御装置は、エンジンから伝達される動力で発電してバッテリを充電するオルタネータの駆動を制御するオルタネータの制御装置であって、前記バッテリの電圧が規定の基準電圧以上、かつ、前記エンジンの回転数が規定の基準回転数以下、かつ、前記オルタネータの温度が規定の基準温度以下の場合には、前記オルタネータのトルクが規定の許容トルク未満になるように、前記オルタネータの励磁電流を制限する、ことを特徴とする。

【0009】

この場合、前記オルタネータの励磁電流を制限した結果、前記オルタネータの発電量が、車載負荷が必要とする要求電力量より小さくなった場合、前記車載負荷の作動を制限してもよい。

【発明の効果】

【0010】

本明細書で開示する技術によれば、エンジンの回転数を不必要に上げることなく、異音を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】車両の発電システムの構成を示す図である。

【図2】オルタネータの負荷トルクを示すグラフである。

【図3】オルタネータの制御の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、オルタネータ１２の制御装置２６について説明する。図１は、車両の発電システムの構成を示す図である。発電システムは、エンジン１０と、オルタネータ１２と、バッテリ２２と、制御装置２６と、を有する。エンジン１０には、エンジンプーリ２８が連結され、オルタネータ１２にはオルタネータプーリ３０が連結されている。エンジンプーリ２８とオルタネータプーリ３０の間には、プーリベルト３２が掛け渡されており、エンジン１０の回転動力が、当該プーリベルト３２を介してオルタネータ１２に伝達される。また、エンジン１０の出力軸には、変速機１４および差動装置１８を介して車両の駆動輪２０が接続されている。変速機１４の状態は、ユーザにより操作されるギアシフト１６により変更される。ギアシフト１６として「パーキング」が選択されている場合、変速機１４はロックされ、エンジン１０の出力動力は駆動輪２０に伝達されない。一方、ギアシフト１６として「ドライブ」が選択されている場合、エンジン１０の出力動力が、変速機１４を介して駆動輪２０に伝達される。以下では、ギアシフト１６の選択状態を「シフト状態Ｓｇ」と呼ぶ。

【0013】

オルタネータ１２は、エンジン１０から伝達された動力で発電する。より具体的に説明すると、オルタネータ１２は、エンジン１０からの伝達動力で回転する回転子と、三相巻線を含む固定子と、固定子からの交流出力を直流出力に整流する整流器と、回転子に印加する励磁電流を制御するレギュレータ（いずれも図示せず）と、を備えている。回転子には、固定子に電圧を誘起するための磁束を発生する界磁巻線が設けられており、レギュレータは、この界磁巻線に印加される励磁電流を制御することで、オルタネータ１２の発電電力Ｐｏを制御する。

【0014】

オルタネータ１２で発電された電力は、バッテリ２２に蓄電される。補機負荷２４は、オルタネータ１２またはバッテリ２２から電力供給を受けて動作する。

【0015】

制御装置２６は、オルタネータ１２の動作を制御するもので、物理的には、プロセッサとメモリとを有するコンピュータである。制御装置２６は、エンジン１０やオルタネータ１２等の状態に応じて、オルタネータ１２の励磁電流Ｉｏを制御する。

【0016】

具体的に説明すると、制御装置２６には、バッテリ電圧Ｖｂ、エンジン回転数Ｎｅ、オルタネータ温度Ｔｏが入力される。制御装置２６は、バッテリ電圧Ｖｂが規定の基準電圧Ｖｓｔ以上、かつ、エンジン回転数Ｎｅが規定の基準回転数Ｎｓｔ以下、かつ、オルタネータ温度Ｔｏが規定の基準温度Ｔｓｔ以下の場合には、オルタネータ１２の励磁電流Ｉｏが、許容電流値Ｉｍｘ以下になるように、オルタネータ１２を制御する。かかる構成とする理由について図２を参照して説明する。

【0017】

図２は、オルタネータ１２の負荷トルクＴＲＱｏを示すグラフである。図２において、横軸はエンジン回転数Ｎｅを、縦軸は、オルタネータ１２の負荷トルクＴＲＱｏを示している。また、図２において、曲線Ｌ１は、オルタネータ温度ＴｏがＴ１の場合の、曲線Ｌ２は、オルタネータ温度Ｔｏが、Ｔ１よりも十分に高温であるＴ２の場合の、負荷トルクＴＲＱｏを示している。

【0018】

図２から明らかな通り、負荷トルクＴＲＱｏは、エンジン回転数Ｎｅが低いとき、すなわち、Ｎｅ≒Ｎ１付近で高くなる。この回転数Ｎ１は、一般に、アイドリング時に選択される回転数に近い。また、負荷トルクＴＲＱｏは、オルタネータ温度Ｔｏが低い場合に高くなる。なお、図２における曲線Ｌ１におけるオルタネータ温度Ｔｏ＝Ｔ１は、エンジン始動直後におけるオルタネータ温度Ｔｏに近い。

【0019】

ここで、負荷トルクＴＲＱｏが高いと、プーリベルト３２とプーリ２８，３０との間で滑りが発生し、ベルトスリップ、ひいては、ベルトの鳴き（異音）が発生するおそれがある。従来、こうした異音が発生しないように、エンジン回転数Ｎｅを高く設定することが一部で提案されている。しかし、アイドリング時に選択可能なエンジン回転数Ｎｅには上限があり、異音を防止できる回転数まで上げられない場合も多い。また、エンジン回転数Ｎｅを上げた場合、その分、車両の燃費に影響する。そこで、一般的には、異音が発生しないような、換言すれば、負荷トルクＴＲＱｏに耐えられるようなプーリベルト３２およびプーリ２８，３０が、エンジン１０およびオルタネータ１２の組み合わせごとに設計されている。そのため、従来技術の場合、取り扱うプーリベルト３２およびプーリ２８，３０の種類が多くなっていた。

【0020】

一方、上述した通り、負荷トルクＴＲＱｏが高くなるのは、エンジン回転数Ｎｅが低く、オルタネータ温度Ｔｏが低いときであり、これは、通常、エンジン１０を始動した直後の僅かな期間にのみ生じる。このような短時間にのみ生じる負荷トルクＴＲＱｏに耐えるために、プーリベルト３２およびプーリ２８，３０の種類数を増やすことは無駄であった。

【0021】

そこで、本例では、エンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎｓｔ以下、かつ、オルタネータ温度Ｔｏが基準温度Ｔｓｔ以下の際には、負荷トルクＴＲＱｏを低減するために、オルタネータ１２の励磁電流Ｉｏを制限している。ただし、励磁電流Ｉｏを制限した場合、その分、オルタネータ１２の発電電力Ｐｏが低下する。したがって、この励磁電流Ｉｏの制限は、バッテリ２２の充電量に余裕があるとき、すなわち、バッテリ電圧Ｖｂが規定の基準電圧Ｖｓｔ以上の場合にのみ行う。

【0022】

具体的には、制御装置２６は、Ｖｂ≧ＶｓｔかつＮｅ≦ＮｓｔかつＴｏ≦Ｔｓｔである制限条件を満たす場合、負荷トルクＴＲＱｏが規定の許容トルク以下（すなわち鳴きが生じないトルク）に収まる励磁電流、すなわち、許容電流値Ｉｍｘを、その時点でのエンジン回転数Ｎｅおよびシフト状態Ｓｇに基づいて算出する。なお、ギアシフト１６が、「パーキング」の場合、「ドライブ」の場合に比べて、エンジン１０にかかる負荷、ひいては、負荷トルクＴＲＱｏが軽減される。そのため、ギアシフト１６が「パーキング」の場合、「ドライブ」の場合に比べて、励磁電流Ｉｏの許容電流値Ｉｍｘを大きく設定できる。

【0023】

制御装置２６は、オルタネータ１２の励磁電流Ｉｏが、算出された許容電流値Ｉｍｘを越えないように、オルタネータ１２のレギュレータを駆動する。これにより、エンジン１０の始動直後において、負荷トルクＴＲＱｏが過度に高くなることが防止でき、プーリベルト３２の鳴きを効果的に防止できる。

【0024】

ところで、励磁電流Ｉｏを制限した場合、当然ながら、オルタネータ１２の発電電力Ｐｏが低下する。このオルタネータ１２の発電電力Ｐｏが、補機負荷２４が消費する電力よりも小さい場合、バッテリ２２の蓄電量が徐々に低下することになる。そこで、制御装置２６は、励磁電流Ｉｏの制限を行っている場合に、オルタネータ１２の発電電力Ｐｏが、補機負荷２４からの要求電力Ｐｒｑ未満となれば、補機負荷２４の動作を制限し、要求電力Ｐｒｑの低下を計る。これにより、バッテリ２２の蓄電量が低下することを防止できる。

【0025】

次に、制御装置２６によるオルタネータ１２の制御の流れについて図３を参照して説明する。この処理は、エンジン１０の始動により開始する。制御装置２６は、まず、バッテリ電圧Ｖｂを確認し、このバッテリ電圧Ｖｂを基準電圧Ｖｓｔと比較する（Ｓ１０）。比較の結果、バッテリ電圧Ｖｂが、基準電圧Ｖｓｔ未満の場合には、オルタネータ１２による十分な発電が求められるため、通常の制御を行う（Ｓ２２）。通常の制御では、エンジン回転数Ｎｅおよび要求電力Ｐｒｑ等に基づいて、励磁電流Ｉｏを決定する。

【0026】

一方、バッテリ電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｓｔ以上の場合、制御装置２６は、エンジン回転数Ｎｅと基準回転数Ｎｓｔを比較する（Ｓ１２）。エンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎｓｔ超過の場合、負荷トルクＴＲＱｏは低いことが予想されるため、励磁電流Ｉｏの制限は不要となる。そのため、この場合は、通常の制御を行う（Ｓ２２）。

【0027】

一方、エンジン回転数Ｎｅが、基準回転数Ｎｓｔ以下の場合、制御装置２６は、さらに、オルタネータ温度Ｔｏと基準温度Ｔｓｔとを比較する。オルタネータ温度Ｔｏが基準温度Ｔｓｔ超過の場合には、負荷トルクＴＲＱｏは低いと予想されるため、制御装置２６は、通常の制御を実行する（Ｓ２２）。

【0028】

一方、オルタネータ温度Ｔｏが基準温度Ｔｓｔ以下の場合、負荷トルクＴＲＱｏが高くなりやすいと予想される。この場合、制御装置２６は、現在のエンジン回転数Ｎｅおよびシフト状態Ｓｇに基づいて、許容電流値Ｉｍｘを算出し、励磁電流Ｉｏが許容電流値Ｉｍｘ以下になるように、オルタネータ１２のレギュレータを制御する（Ｓ１６）。すなわち、この場合、制御装置２６は、励磁電流Ｉｏの制限処理を実行する。

【0029】

励磁電流Ｉｏの制限処理を実行した場合、制御装置２６は、さらに、オルタネータ１２の発電電力Ｐｏと、補機負荷２４からの要求電力Ｐｒｑを比較する（Ｓ１８）。そして、発電電力Ｐｏが要求電力Ｐｒｑ未満の場合、制御装置２６は、要求電力Ｐｒｑが低下するように、補機負荷２４の作動を一部制限する（Ｓ２０）。一方、発電電力Ｐｏが要求電力Ｐｒｑ以上の場合は、補機負荷２４の制限はせず、そのまま、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、エンジン１０の状態を確認し、エンジン１０が作動している場合は、ステップＳ１０に戻り、同様の処理を繰り返す。一方、エンジン１０が停止した場合には、全ての処理が終了となる。

【0030】

以上の説明で明らかな通り、本例では、負荷トルクＴＲＱｏが高くなりやすい、特定の条件下では、励磁電流Ｉｏを制限するため、エンジン回転数Ｎｅを不必要に上げなくても、また、プーリベルト３２およびプーリ２８，３０を特別に設計しなくても、異音を防止できる。

【符号の説明】

【0031】

１０ エンジン、１２ オルタネータ、１４ 変速機、１６ ギアシフト、１８ 差動装置、２０ 駆動輪、２２ バッテリ、２４ 補機負荷、２６ 制御装置、２８ エンジンプーリ、３０ オルタネータプーリ、３２ プーリベルト、Ｎｅ エンジン回転数、Ｐｒｑ 要求電力、Ｓｇ シフト状態、Ｔｏ オルタネータ温度、Ｖｂ バッテリ電圧。

【図1】

【図2】

【図3】