| 【発明の名称】 |
車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】草瀬 新
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内
|
| 【要約】 |
【課題】ベルトの伸びや損耗、劣化を早期に発見することができる車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置を提供すること。
【解決手段】回転数センサ１０およびＦ／Ｖ変換器１２によってエンジン３０の回転数に応じた電圧が得られ、Ｆ／Ｖ変換器１４によって発電電動装置３２の回転数に応じた電圧が得られる。回転数差検出器１６では、これらの電圧の差分出力することにより、それぞれの回転数の差を求めており、この差が所定値を超えたときに電圧比較器１８の出力がハイレベルに変化して警報回路２０から所定の警報が出される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車両に搭載されたエンジンの回転数を検出する第１の回転数検出手段と、前記エンジンにベルトを介して連結されて発電動作と電動動作を行う発電電動装置の回転数を、この発電電動装置に備わった多相電機子巻線のいずれかの相に誘起される電圧に基づいて検出する第２の回転数検出手段と、前記第１および第２の回転数検出手段によって検出された回転数の差を検出する回転数差検出手段と、前記回転数差検出手段によって検出された回転数の差が所定値を超えたときに警報を行う警報手段と、を備えることを特徴とする車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置。
【請求項２】 車両に搭載されたエンジンの回転数を検出する第１の回転数検出手段と、前記エンジンにベルトを介して連結されて発電動作と電動動作を行う発電電動装置の回転数を、この発電電動装置に備わったＹ結線された多相電機子巻線の中性点に現れる電圧に基づいて検出する第３の回転数検出手段と、前記第１および第２の回転数検出手段によって検出された回転数の差を検出する回転数差検出手段と、前記回転数差検出手段によって検出された回転数の差が所定値を超えたときに警報を行う警報手段と、を備えることを特徴とする車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置。
【請求項３】 車両に搭載されたエンジンの回転の角加速度を検出する第１の角加速度検出手段と、前記エンジンにベルトを介して連結されて発電動作と電動動作を行う発電電動装置の回転の角加速度を検出する第２の角加速度検出手段と、前記第１および第２の角加速度検出手段によって検出された角加速度の差を検出する角加速度差検出手段と、前記角加速度差検出手段によって検出された角加速度の差が所定値を超えたときに警報を行う警報手段と、を備えることを特徴とする車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置。
【請求項４】 請求項３において、前記第２の角加速度検出手段は、前記発電電動装置に備わった多相電機子巻線のいずれかの相に誘起される電圧に基づいて検出することを特徴とする車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置。
【請求項５】 請求項３において、前記第２の角加速度検出手段は、前記発電電動装置に備わったＹ結線された多相電機子巻線の中性点に現れる電圧に基づいて検出することを特徴とする車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車等に搭載されて発電動作および電動動作を行う車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近では、車両用発電機を電動機化して、発電動作のみならず始動機として用いたり、高速回転域で走行補助に用いたりする発電電動装置が提案されている。特に、このような発電動作と電動動作を行う発電電動装置を用いて、エンジンや車両の起動を行う場合には、電動動作時に大きな起動トルクが得られるとともに、発電動作時に大きな発電出力が得られることが要求される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した発電電動装置とエンジンとの連結をベルトを介して行う場合を考えると、このベルトに作用する張力の変動が大きいため、ベルトの伸びや損耗および劣化が大きく、ベルトの空回りが発生してエンジンと発電電動装置との間での駆動力の伝達が行われずに、路上において突然に発電電動装置の発電動作や電動動作が停止してしまうおそれがある。特に、排気ガス中に含まれる有害成分の排出量の削減や燃費向上を目的として、交差点での信号待ち等における一定時間以上の停止時にエンジンの回転を停止させる手法が実用化されているが、このような手法を上述した発電電動装置で行う場合には、エンジンの始動と停止を頻繁に繰り返すことになるため、発電電動装置とエンジンを連結するベルトの張力変動もその分大きくなり、ベルトの伸びや損耗、劣化も激しくなる。
【０００４】発電電動装置の電動動作が停止すると、交差点等で回転を停止したエンジンを再始動することができなくなってしまう。また、発電電動装置の発電動作が停止すると、バッテリ上がりが生じるため、結局エンジンの始動困難という事態を招くことになる。このような突然の事態を回避するためには、ベルトの伸びや損耗、劣化を早期に検出することが必要であり、駆動力を伝達するというベルトの機能が完全に失われる前にベルトの伸び等を検出する方法が望まれている。
【０００５】本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ベルトの伸びや損耗、劣化を早期に発見することができる車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置は、車両に搭載されたエンジンの回転数を検出する第１の回転数検出手段と、エンジンにベルトを介して連結されて発電動作と電動動作を行う発電電動装置の回転数をこの発電電動装置に備わった多相電機子巻線のいずれかの相に誘起される電圧に基づいて検出する第２の回転数検出手段と、第１および第２の回転数検出手段によって検出された回転数の差を検出する回転数差検出手段と、回転数差検出手段によって検出された回転数の差が所定値を超えたときに警報を行う警報手段とを備えている。エンジンと発電電動装置との間を連結するベルトは、完全な損傷に至る前に、発電電動装置やエンジンの回転に追随できずに滑ったり、伸びのためにエンジンの起動時に時間的ずれが生じたりする。本発明では、このような現象をエンジンと発電電動装置の回転数差に基づいて発電中あるいはエンジンの始動中に監視しており、ベルトが完全な機能不良に至る前に危険域に入ったことを警報することにより、ベルトの伸びや損耗、劣化を早期に発見することができる。このため、車両の運転者は、エンジンが始動不能になる前に、修理工場に車両を持ち込む等の予防策を講じることができる。特に、発電電動装置の回転数を多相電機子巻線のいずれかの相電圧に基づいて検出しているため、ホール素子等の高価な回転数センサが不要であるとともに、高い信頼性で回転数の検出を行うことが可能になる。
【０００７】また、本発明の車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置は、車両に搭載されたエンジンの回転数を検出する第１の回転数検出手段と、エンジンにベルトを介して連結されて発電動作と電動動作を行う発電電動装置の回転数をこの発電電動装置に備わったＹ結線された多相電機子巻線の中性点に現れる電圧に基づいて検出する第３の回転数検出手段と、第１および第２の回転数検出手段によって検出された回転数の差を検出する回転数差検出手段と、回転数差検出手段によって検出された回転数の差が所定値を超えたときに警報を行う警報手段とを備えている。発電電動装置の回転数は、多相電機子巻線の相電圧に基づいて行う代わりに、Ｙ結線された多相電機子巻線の中性点に現れる電圧に基づいて検出することもできる。この場合にも、高価な回転数検出センサが不要であるとともに回転数検出に関して高い信頼性を得ることが可能であり、ベルトの伸びや損耗、劣化を早期に発見することができる。また、多相電機子巻線に異常が発生した場合には、中性点に現れる電圧の状態が変化するため、この種の異常を同時に検出して警報を出すことにより、多相電機子巻線の異常に基づく発電異常、さらにはこの発電異常に起因してエンジンが始動困難になることを併せて防止することができる。
【０００８】また、本発明の車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置は、車両に搭載されたエンジンの回転の角加速度を検出する第１の角加速度検出手段と、エンジンにベルトを介して連結されて発電動作と電動動作を行う発電電動装置の回転の角加速度を検出する第２の角加速度検出手段と、第１および第２の角加速度検出手段によって検出された角加速度の差を検出する角加速度差検出手段と、角加速度差検出手段によって検出された角加速度の差が所定値を超えたときに警報を行う警報手段とを備えている。エンジンと発電電動装置のそれぞれの角加速度の差に基づいてもベルトの伸びや損耗、劣化を早期に発見することが可能になる。しかも、エンジンや発電電動装置の各回転数の差に基づいて異常を検出する場合に比べて、瞬間的かつ応答的な異常を検出することが可能になり、早期かつ確実に駆動系の異常を発見することができる。
【０００９】また、上述した第２の角加速度検出手段は、発電電動装置に備わった多相電機子巻線のいずれかの相に誘起される電圧に基づいて検出することが望ましい。これにより、高価な角加速度センサを用いることなく、高い信頼性で角加速度の検出を行うことが可能になる。
【００１０】また、上述した第２の角加速度検出手段は、発電電動装置に備わったＹ結線された多相電機子巻線の中性点に現れる電圧に基づいて検出することが望ましい。この場合にも、高価な角加速度センサを用いることなく、高い信頼性で角加速度の検出を行うことが可能になる。また、上述したように、多相電機子巻線の異常に基づく発電異常も併せて検出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用発電電動装置の駆動系異常検出装置の構成を示す図である。図１に示すように、エンジン３０と発電電動装置３２は、相互に駆動力を伝達するベルト３４によって連結されている。発電電動装置３２が発電動作を行ってバッテリ３６を充電する場合には、エンジン３０によって発生した駆動力をベルト３４を介して発電電動装置３２に伝達する。一方、発電電動装置３２が電動動作を行ってエンジン３０を始動する場合には、発電電動装置３２によって発生した駆動力をベルト３４を介してエンジン３０に伝達する。
【００１２】また、図１に示す本実施形態の駆動系異常検出装置は、エンジン３０と発電電動装置３２のそれぞれの回転数の差を検出して警報を出すためのものであり、回転数センサ１０、Ｆ／Ｖ（周波数−電圧）変換器１２、１４、回転数差検出器１６、電圧比較器１８、警報回路２０を含んで構成されている。
【００１３】回転数センサ１０は、エンジン３０の内部に設けられており、エンジン３０の回転数を検出して、この回転数に比例した周波数を有する信号を出力する。最近では、エンジン制御用あるいはナビゲーション装置において自車位置を検出する自律航法センサ用に、エンジンの回転数に応じたパルス信号を出力する回転数センサ１０がエンジン３０に備わっていることも多いため、この回転数センサ１０を本実施形態の駆動系異常検出装置の一部として用いることができる。
【００１４】一方のＦ／Ｖ変換器１２は、回転数センサ１０から出力される信号の周波数を電圧に変換する。また、他方のＦ／Ｖ変換器１４は、発電電動装置３２から出力される信号の周波数を電圧に変換する。この発電電動装置３２から出力される信号は、発電電動装置３２の回転数に比例した周波数を有しており、その生成機構については後述する。エンジン３０の回転数と発電電動装置３２の回転数とが一致しているときには、これら２つのＦ／Ｖ変換器１２、１４の各出力電圧が同じ値になるように調整されている。
【００１５】回転数差検出器１６は、一方のＦ／Ｖ変換器１２の出力電圧と他方のＦ／Ｖ変換器１４の出力電圧との差分を出力しており、エンジン３０の回転数と発電電動装置３２の回転数との差を検出する。例えば、回転数差検出器１６は、差動増幅器によって構成されている。
【００１６】電圧比較器１８は、回転数差検出器１６の出力電圧が基準値Ｖ１を超えたことを、すなわち、エンジン３０の回転数と発電電動装置３２の回転数との差が所定値よりも大きくなったことを検出する。このとき、例えば電圧比較器１８の出力がローレベルからハイレベルに変化する。
【００１７】警報回路２０は、エンジン３０と発電電動装置３２の回転数差が大きくなって電圧比較器１８の出力がハイレベルになったときに、所定の警報動作を行う。例えば、車両のダッシュボードに設けられた所定の警報灯（図示せず）を点灯させたり、ブザー（図示せず）を鳴らしたりして、異常が発生したことを車両の運転者に知らせる。
【００１８】図２は、発電電動装置３２の詳細構成を示す図である。図２に示すように、発電電動装置３２は、電機子鉄心に巻装されて電機子を構成する多相電機子巻線としての三相電機子巻線４０と、界磁巻線４２に界磁電流を流すことにより電機子に供給する界磁を発生する回転子４４と、三相電機子巻線４０から出力される三相交流電圧を直流電圧に変換する動作とバッテリ３６から印加される直流電圧を交流電圧に変換する動作とを行う交直電力変換器５０と、交直電力変換器５０を制御するベクトル制御ゲートコントローラ６０とを含んで構成されている。
【００１９】三相電機子巻線４０は、Ｙ結線された３つの相巻線によって構成されている。３つの相巻線のそれぞれの一方端が中性点Ｎにおいて共通に接続されており、それぞれの他方端が交直電力変換器５０に接続されている。また、一の相巻線の他方端がＦ／Ｖ変換器１４に接続されており、この相巻線に誘起される相電圧がＦ／Ｖ変換器１４に印加されるようになっている。
【００２０】交直電力変換器５０は、６個のダイオード５２ａ〜５２ｆと、６個のパワーＭＯＳＦＥＴ５４ａ〜５４ｆとを有している。ベクトル制御ゲートコントローラ６０は、６個のパワーＭＯＳＦＥＴ５４ａ〜５４ｆのそれぞれの断続制御を行っている。発電電動装置３２に発電動作を行わせる場合には、最も簡単な場合を考えると、６個のパワーＭＯＳＦＥＴ５４ａ〜５４ｆが全て開成状態に制御され、ダイオード５２ａ〜５２ｆを用いた整流動作が行われる。また、発電電動装置３２に電動動作を行わせる場合には、６個のパワーＭＯＳＦＥＴ５４ａ〜５４ｆが順番に閉成状態に制御され、三相電機子巻線４０によって回転磁界が生成される。
【００２１】上述した回転数センサ１０、Ｆ／Ｖ変換器１２が第１の回転数検出手段に、Ｆ／Ｖ変換器１４が第２の回転数検出手段に、回転数差検出器１６が回転数差検出手段に、電圧比較器１８、警報回路２０が警報手段にそれぞれ対応する。本実施形態の駆動系異常検出装置はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。
【００２２】エンジン３０の始動時には発電電動装置３２が電動動作を行ってスタータとして機能してエンジン３０を駆動する。そして、エンジン３０が自立回転を始めた後は、発電電動装置３２が発電動作を行ってバッテリ３６を充電する。交差点や渋滞停止時等においてエンジン３０のアイドリング状態が長く続くとエンジン３０の回転が停止され、走行条件を満たすと再び発電電動装置３２によってエンジン３０が回転駆動されて始動し、エンジン３０による車両走行ができる状態になる。
【００２３】このような日常の作動状態において、本実施形態の駆動系異常検出装置によってエンジン３０と発電電動装置３２のそれぞれの回転数が監視されており、その差が所定値よりも大きくなったときに、警報回路２０によって所定の警報が出されるようになっている。したがって、ベルトの山部の一部が損傷したり（複数の溝部と山部を有するポリＶベルトの場合）、伸びによる張力低下に起因してベルトのスリップ等のベルト伝達能力の低下を検出することができる。これにより、ベルトが完全な機能不良に至る前に危険域に入ったことを警報することにより、ベルトの伸びや損耗、劣化を早期に発見することができる。
【００２４】図３は、劣化や損傷が生じたベルトを用いた実験結果を示す図である。図３において、Ａ、Ｂ、Ｃは車両用交流発電機用の５山のポリＶベルトの劣化や損傷の程度を異ならせたものであり、Ａは山部の先端側の２／３を削り取ったベルトを、Ｂは１０万ｋｍの走行を行った後の状態を想定したベルトを、Ｃは２５万ｋｍの走行を行った後の状態を想定したベルトをそれぞれ示している。また、「×」はベルトが破断した走行距離を、「◎」は本実施形態の駆動系異常検出装置の警報回路２０によって警報が出された走行距離を示している。また、この実験は、排気量が３０００ｃｃ（３×１０-3ｍ3）クラスのエンジン３０と定格出力が３ｋＷクラスの発電電動装置３２が搭載された車両を用いて行った。
【００２５】図３に示すように、各種の劣化や損傷が生じたベルトを用いた場合に、完全なベルト破断に至るよりも５００〜９００ｋｍ前に警報を行うことが可能になった。したがって、運転者はこの警報によってベルトの異常を発見した後に、修理工場に車両を持ち込む等の予防策を講じることができ、エンジンが始動不能になる事態を事前に回避することが可能になる。
【００２６】また、本実施形態の駆動系異常検出装置では、発電電動装置３２の回転数を三相電機子巻線４０のいずれかの相電圧に基づいて検出しているため、ホール素子等の高価な回転数センサが不要であるとともに、高い信頼性で回転数の検出を行うことが可能になる。
【００２７】なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、発電電動装置３２の回転数を三相電機子巻線４０のいずれかの相電圧に基づいて検出するようにしたが、三相電機子巻線４０の中性点Ｎに現れる電圧に基づいて検出するようにしてもよい。この場合には、三相電機子巻線４０の中性点Ｎに接続されて、この中性点Ｎに現れる信号の周波数を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器１４が第３の回転数検出手段に対応する。このように、三相電機子巻線４０の中性点Ｎに現れる電圧に基づいて発電電動装置３２の回転数を検出する場合であっても、高価な回転数検出センサが不要であるとともに回転数検出に関して高い信頼性を得ることが可能であり、ベルトの伸びや損耗、劣化を早期に発見することができる。また、三相電機子巻線４０に異常が発生した場合には、中性点Ｎに現れる電圧の状態が変化するため（例えば三相電機子巻線４０が正常なときには中性点Ｎには第３高調波成分が現れるが、一つの相巻線がオープン状態になると中性点Ｎには第３高調波成分の代わりに基本波成分が多く現れる）、この種の異常が直ちに回転数差の増大と同じ現象として検出されて警報が出されるため、三相電機子巻線４０の異常に基づく発電異常、さらにはこの発電異常に起因してエンジン３０が始動困難になることを併せて防止することができる。
【００２８】また、上述した実施形態では、エンジン３０と発電電動装置３２の回転数差に基づいてベルト３４の異常を検出するようにしたが、エンジン３０と発電電動装置３２の回転の角加速度の差に基づいてベルト３４の異常を検出するようにしてもよい。
【００２９】図４は、角加速度の差を検出してベルト３４の異常を検出する駆動系異常検出装置の他の構成例を示す図である。図４に示す駆動系異常検出装置は、エンジン３０と発電電動装置３２のそれぞれの回転の角加速度の差を検出して警報を出すためのものであり、回転数センサ１０、Ｆ／Ｖ変換器１２、１４、微分回路１３、１５、角加速度差検出器１７、電圧比較器１８、警報回路２０を含んで構成されている。この駆動系異常検出装置は、図１に示した構成に対して、Ｆ／Ｖ変換器１２の後段に微分回路１３を、Ｆ／Ｖ変換器１４の後段に微分回路１５をそれぞれ挿入するとともに、回転数差検出器１６を角加速度差検出器１７に置き換えた点が異なっている。Ｆ／Ｖ変換器１２によって検出されるエンジン３０の回転数に応じた電圧を微分回路１３によって微分処理することにより、エンジン３０の回転の角加速度が得られる。同様に、Ｆ／Ｖ変換器１４によって検出される発電電動装置３２の回転数に応じた電圧を微分回路１５によって微分処理することにより、発電電動装置３２の回転の角加速度が得られる。角加速度差検出器１７は、例えば差動増幅器によって構成されており、微分回路１３の出力電圧と微分回路１５の出力電圧との差分を出力する。なお、Ｆ／Ｖ変換器１４を用いて発電電動装置３２の回転数を求める方法は上述した実施形態と同じであり、図２に示したように発電電動装置３２内の三相電機子巻線４０のいずれかの相電圧をＦ／Ｖ変換器１４に印加する場合と、三相電機子巻線４０の中性点Ｎに現れる電圧をＦ／Ｖ変換器１４に印加する場合のどちらを採用してもよい。上述した回転数センサ１０、Ｆ／Ｖ変換器１２、微分回路１３が第１の角加速度検出手段に、Ｆ／Ｖ変換器１４、微分回路１５が第２の角加速度検出手段に、角加速度差検出器１７が角加速度差検出手段にそれぞれ対応する。
【００３０】このように、エンジン３０と発電電動装置３２の回転数に差が生じる場合にはこれらの回転の角加速度にも差が生じるため、この角加速度の差に基づいてベルト３４の伸びや損耗、劣化を早期に発見することが可能になる。しかも、エンジン３０や発電電動装置３２の各回転数の差に基づいて異常を検出する場合に比べて、瞬間的かつ応答的な異常を検出することが可能になり、早期かつ確実に駆動系の異常を発見することができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地
|
| 【出願日】 |
平成１４年１月２１日（２００２．１．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０３１７１
【弁理士】
【氏名又は名称】雨貝 正彦
|
| 【公開番号】 |
特開２００３−２１１９９５（Ｐ２００３−２１１９９５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月３０日（２００３．７．３０） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１０９２５（Ｐ２００２−１０９２５） |
|