JP5353725B2 - 車両用発電機 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機に関する。

従来から、ＭＯＳパワートランジスタにより構成された三相全波整流器を用いて発電性能を各段に高めた車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用交流発電機では、三相全波整流器に含まれる６つのＭＯＳパワートランジスタを断続制御するためのゲート制御電圧がコントローラによって生成されている。

特開平８−３３６２５９号公報

ところで、特許文献１に開示された車両用発電機では、三相全波整流器内の全てのＭＯＳパワートランジスタを１つのコントローラで駆動しているため、このコントローラが故障すると三相全波整流器を用いた発電機能の全てが停止することになり、車両用発電機全体としての信頼性が低下するという問題があった。また、このような不都合を回避するために、三相全波整流器内の複数のＭＯＳパワートランジスタを固定子巻線の各相毎に分割し、この分割単位でコントローラを設けることにより、一の相に対応する故障が他の相に影響を及ぼさないようにして部分的な発電動作を継続することも考えられるが、このようにすると複数のコントローラ間での連携がとれなくなって発電機全体として電流の位相を制御したり、各相間で故障を検出することが困難になるため、実現が難しい。

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、故障発生時に部分的な発電動作の継続が可能であって信頼性向上を図ることができる車両用発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電機は、回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する多相巻線としての固定子巻線を有する固定子と、固定子巻線の複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられる複数の整流器モジュールと、界磁巻線に流れる励磁電流を制御することにより、複数の整流器モジュールの出力電圧としての発電電圧を制御する発電制御装置とを備え、複数の整流器モジュールのそれぞれは、バッテリの正極端子側および負極端子側のそれぞれに配置される一対のＭＯＳトランジスタを有し、複数の整流器モジュール同士が相互に通信線を介して接続され、複数の整流器モジュール間で、それぞれの整流器モジュール内に備わった一対のＭＯＳトランジスタの制御に関連した情報をパルス列信号により通信している。

固定子巻線の出力端子毎に整流器モジュールを備えることにより、一の整流器モジュールが故障した場合であっても他の整流器モジュールによる整流動作を継続することができるため、故障発生時に部分的な発電動作の継続が可能であって信頼性向上を図ることができる。また、各整流器モジュール間を通信線で接続して、ＭＯＳトランジスタの制御に関連した情報をこの通信線を介してパルス列信号を送受信することにより、相互に他の整流器モジュールの異常を検出することが可能となる。

また、上述したパルス列信号は、一対のＭＯＳトランジスタの制御タイミングに対応するパルス信号である。これにより、各整流器モジュールでは、他の整流器モジュールに含まれる一対のＭＯＳトランジスタの制御タイミングを取得することができるため、最新の回転数を反映させたＭＯＳトランジスタの制御が可能になる。

また、上述した整流器モジュールは、ＭＯＳトランジスタを流れる電流の極性が反転するゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点を基準にして所定の位相角分、ＭＯＳトランジスタのオフタイミングを遅らせる制御を実施し、所定の位相角を通信線を介して外部から取得することが望ましい。外部から位相角を設定することにより、車両の運転状態や電気負荷の使用状況等を考慮した発電制御を行うことが可能となる。また、外部（例えば外部制御装置）において各整流器モジュールにおける制御タイミングを把握することが可能となる。

また、上述した固定子に対する回転子の位置を検出して検出結果としての基準パルスを通信線に送出する位置センサをさらに備え、複数の整流器モジュールのそれぞれにおいて、基準パルスに基づいて一対のＭＯＳトランジスタの制御タイミングを設定することにより、発電動作と電動動作を選択的に行わせることが望ましい。回転子の位置（電気角）に応じて各整流器モジュールでの制御タイミングを決定することが可能になり、発電動作および電動動作を必要に応じて実施することができる。これにより、車両用発電機の幅広い用途での使用が可能となる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 整流器モジュールの構成を示す図である。 制御回路の詳細構成を示す図である。 発電制御装置と各整流器モジュールやＥＣＵとの接続形態を示す図である。 整流器通信バス線上に送受信されるパルス列信号と各整流器モジュールの動作との関係を示す図である。 発電制御装置による整流器モジュールの異常検出タイミングとＥＣＵに対する通知のタイミングを示す図である。 ＬＩＮ通信の通信線を用いた場合の発電制御装置と各整流器モジュールやＥＣＵとの接続形態を示す図である。 各整流器モジュールとＥＣＵの間で送受信される通信メッセージの具体例を示す図である。 位相角を指定して位相制御モードで各整流器モジュールを動作させる場合の動作の具体例を示す図である。 発電制御装置、ＥＣＵ、各整流器モジュールの間でＬＩＮ通信を行う場合の通信スケジュールの具体例を示す図である。 通信妨害により異常発生を知らせる場合の具体例を示す図である。 車両用発電機の変形例を示す図である。 位置センサと各整流器モジュールの接続例を示す図である。 基準パルスと各整流器モジュールにおける制御タイミングとの関係を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線２、３、界磁巻線４、２つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７を含んで構成されている。

一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線）であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線）であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線２に対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線２、３と固定子鉄心によって固定子が構成されている。

界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。

一方の整流器モジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路が構成されている。この整流器モジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。

他方の整流器モジュール群６は、一方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路が構成されている。この整流器モジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。

発電制御装置７は、界磁巻線４に流す励磁電流を制御することにより、車両用発電機１の発電電圧（各整流器モジュールの出力電圧）を制御する。また、発電制御装置７は、通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で各種の信号を送受信する。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。

図２は、整流器モジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、整流器モジュール５Ｘは、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、電流検出素子５３、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインがバッテリ９の正極端子に接続されたハイサイド側のスイッチ素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＸ相巻線に接続され、ソースが電流検出素子５３を介してバッテリ９の負極端子（アース）に接続されたローサイド側のスイッチ素子である。

図３は、制御回路５４の詳細構成を示す図である。図３に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１０２、バッテリ電圧検出部１１０、動作検出部１２０、１３０、温度検出部１５０、電流検出部１６０、ハイサイドドライバ１７０、ローサイドドライバ１７２、通信回路１８０を備えている。

電源１０２は、エンジン始動に伴って固定子巻線２のＸ相巻線に所定の相電圧が発生したときに動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給する。この動作自体は、発電制御装置７において従来から行われている動作と同じであり、同じ技術を用いて実現することができる。

ハイサイドドライバ１７０は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ローサイドドライバ１７２は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。

バッテリ電圧検出部１１０（バッテリ電圧検出手段）は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、バッテリ９の正極端子の電圧に対応するデータを出力する。

動作検出部１２０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＡ−Ｂ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ハイサイドドライバ１７０の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５０の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５０の制御や故障検知を行う。

動作検出部１３０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＢ−Ｃ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ローサイドドライバ１７２の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５１の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５１の制御や故障検知を行う。上述した動作検出部１２０、１３０および制御部１００が監視手段に対応する。

温度検出部１５０は、定電流源、ダイオード、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、温度によって変化するダイオードの順方向電圧降下に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて整流器モジュール５Ｘの温度を監視し、発熱異常を検知する。

電流検出部１６０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、電流検出素子５３（例えば抵抗）の両端電圧（図２、図３のＣ−ＧＮＤ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間に流れる電流を監視し、Ｘ相巻線の短絡や断線等の異常を検知する。

通信回路１８０（通信手段）は、発電制御装置７と同様の通信手段であって、発電制御装置７の通信端子（Ｐ端子）に接続されており、Ｐ端子に接続された通信線（整流器通信バス線）を介して各整流器モジュール５Ｘ等との間でパルス列信号の送受信を行う。また、この通信線を介して、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗが相互に接続されている。

ところで、本実施形態の車両用発電機１では、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを通信線を介して相互に接続し、これらの間でＭＯＳトランジスタ５０、５１等の制御に関連した情報をパルス列信号によって送受信している。

次に、通信線を介して送受信される情報とこの情報を用いた動作の具体例（１）〜（６）について説明する。

（１）ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオンオフタイミングを、通信線上のパルス列信号に基づいて設定する場合
図４は、発電制御装置７と各整流器モジュール５Ｘ等やＥＣＵ８との接続形態を示す図である。この例では、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、通信線としての整流器通信バス線に接続されている。また、この整流器通信バス線には、発電制御装置７のＰ端子が接続されている。

図５は、整流器通信バス線上に送受信されるパルス列信号と各整流器モジュールの動作との関係を示す図である。図５において、「Ｘ相ハイサイド通電開始タイミング」は整流器モジュール５Ｘのハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオンするタイミングであり、Ｘ相巻線の電圧（Ｘ相電圧）が所定のしきい値電圧（例えばバッテリ電圧Ｖ_B）を超えた時点がこのタイミングとして設定される。このＸ相ハイサイド通電開始タイミングに合わせて、整流器モジュール５Ｘ内の制御回路５４は、整流器通信バス線を所定時間ハイレベルからローレベルに変化させる。また、「Ｖ相ハイサイド通電開始タイミング」は整流器モジュール６Ｖのハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオンするタイミングであり、Ｖ相巻線の電圧（Ｖ相電圧）が所定のしきい値電圧を超えた時点がこのタイミングとして設定される。このＶ相ハイサイド通電開始タイミングに合わせて、整流器モジュール６Ｖ内の制御回路５４は、整流器通信バス線を所定時間ハイレベルからローレベルに変化させる。他の整流器モジュールについても同様であり、制御回路５４は、整流器通信バス線を所定時間ハイレベルからローレベルに変化させる。このようにして、電気角で６０°間隔でローレベルに変化するパルス列信号が整流器通信バス線上に送出される。

また、各整流器モジュールは、整流器通信バス線上に送出されたパルス列信号に基づいて２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１のオンタイミングあるいはオフタイミングを設定する。図５において、「Ｘ相・Ｇ１」は整流器モジュール５Ｘ内の制御回路５４からＭＯＳトランジスタ５０に入力されるゲート信号Ｇ１を、「Ｘ相・Ｇ２」は整流器モジュール５Ｘ内の制御回路５４からＭＯＳトランジスタ５１に入力されるゲート信号Ｇ２をそれぞれ示している。また、「Ｖ相・Ｇ１」は整流器モジュール６Ｖ内の制御回路５４からＭＯＳトランジスタ５０に入力されるゲート信号Ｇ１を、「Ｖ相・Ｇ２」は整流器モジュール６Ｖ内の制御回路５４からＭＯＳトランジスタ５１に入力されるゲート信号Ｇ２をそれぞれ示している。

図５に示すように、例えば整流器モジュール５Ｘでは、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングをＸ相電圧に基づいて設定するとともに、オフタイミングを、整流器通信バス線上に現れるパルス列信号に基づいて、整流器モジュール５Ｙのハイサイド側のＭＯＳスイッチ５０のオンタイミングに一致するように設定する。また、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングを、整流器通信バス線上に現れるパルス列信号に基づいて、整流器モジュール６Ｖのハイサイド側のＭＯＳスイッチ５０のオンタイミングに一致するように設定するとともに、オフタイミングを、整流器通信バス線上に現れるパルス列信号に基づいて、整流器モジュール６Ｗのハイサイド側のＭＯＳスイッチ５０のオンタイミングに一致するように設定する。整流器モジュール５Ｘ以外の他の整流器モジュールについても同様にしてＭＯＳスイッチ５０、５１のオン／オフタイミングが設定される。

（２）通信線上のパルス列を用いて各整流器モジュール相互間で異常発生を通知する場合
上述した（１）に示した例では、各整流器モジュールが正常動作している間は、整流器通信バス線上には電気角で６０°間隔でローレベルに変化するパルス列信号が送出される。このとき、いずれかの整流器モジュールで異常が発生すると、この異常が発生した整流器モジュール内の制御回路５４は、整流器通信バス線の電位をローレベルに固定する。したがって、異常が発生した整流器モジュール以外の５つの整流器モジュールでは、整流器通信バス線がローレベルに固定されたことを検出して他の整流器モジュールに異常が発生したことを検知することができる。

なお、通信回路１８０内に、整流器通信バス線が所定時間以上（例えば、エンジンのアイドリング回転数に対応する電気角６０°よりも長い時間以上）ローレベルに固定されたときに何らかの通知を出力する回路を備えることにより、制御回路５４は、整流器通信バス線がローレベルに固定されたことを検出することができる。

また、このような異常検出を行う場合には、異常発生後に整流器通信バス線がローレベルに固定されるため、異常が発生していない整流器モジュールでは、整流器通信バス線上のパルス列信号に基づいてＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングの設定を継続することはできなくなる。この場合は、制御回路５４は、例えば自モジュールに接続された相巻線の電圧に基づいてＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを設定して整流動作を継続する。

（３）通信線上のパルス列を用いて各整流器モジュールの異常発生を検出し、発電制御装置７からＥＣＵ８にその旨を通知する場合
上述した（２）に示した例と同様にして発電制御装置７において各整流器モジュールの異常を検出することができる。すなわち、整流器通信バス線が所定時間以上（例えば、エンジンのアイドリング回転数に対応する電気角６０°よりも長い時間以上）ローレベルに固定されたときに何らかの通知を出力する回路を備えることにより、発電制御装置７は、整流器通信バス線がローレベルに固定されたことを検出することができる。

発電制御装置７は、整流器通信バス線上のパルス列信号に基づいて（ローレベル固定になったことを検出して）整流器モジュールの異常を検出したときに、Ｌ端子の電位をハイレベルからローレベルに変化させ、ＥＣＵ８に異常発生を通知する。

このＬ端子は、発電の有無をＥＣＵ８等に向けて通知したり、非発電時にチャージランプを点灯させる端子（ダイアグ端子）をそのまま用いることができる。すなわち、この端子からは、発電開始前にはローレベルの信号が出力され、発電開始後にはハイレベルの信号が出力される。発電制御装置７は、整流器モジュールの異常を検出したときに、Ｌ端子の電位をハイレベルからローレベルに変化させることにより、ＥＣＵ８に向けて発電異常の発生を通知することができる。

図６は、発電制御装置７による整流器モジュールの異常検出タイミングとＥＣＵ８に対する通知のタイミングを示す図である。図６に示すように、発電制御装置７は、整流器通信バス線上のパルス列信号が所定時間Ｔ継続してローレベルになったときに異常発生を検出し、その後、Ｌ端子電圧をハイレベルからローレベルに変化させることにより、異常発生を知らせる通知（ダイアグ通知）をＥＣＵ８に向けて送信する。

（４）発電制御装置７とＥＣＵ８との接続に用いられたＬＩＮ通信の通信線を各整流器モジュール間の通信線としても用いる場合
上述した（１）〜（３）に示した例では、各整流器モジュールと発電制御装置７との間を整流器通信バス線を介して接続し、この整流器通信バス線に送出されたパルス列信号を用いて各整流器モジュールにおける制御動作を行うようにしたが、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行う場合には、このシリアル通信の通信線を各整流器モジュール間の通信線としても用いるようにしてもよい。なお、シリアル通信によって送受信される信号もパルス列信号の一種であるといえる。

図７は、ＬＩＮ通信の通信線を用いた場合の発電制御装置７と各整流器モジュール５Ｘ等やＥＣＵ８との接続形態を示す図である。この例では、発電制御装置７、ＥＣＵ８、各整流器モジュールの間がＬＩＮ通信の通信線を介して相互に接続されている。

図８は、各整流器モジュールとＥＣＵ８との間で送受信される通信メッセージの具体例を示す図である。図８（Ａ）には整流器モジュール５Ｘ等からＥＣＵ８に向けて送信される通信メッセージの送信フレーム構成が、図８（Ｂ）にはＥＣＵ８から整流器モジュール５Ｘ等に送られてくる通信メッセージの受信フレーム構成がそれぞれ示されている。

図８（Ａ）に示すように、送信フレームには、シンクブレーク、同期フィールド、ＩＤ（識別）フィールド、動作異常、温度、電流、電圧が含まれている。「動作異常」は、ＭＯＳトランジスタ５０、５１の異常の有無および発生した異常の種類を示す情報である。「温度、電流、電圧」は、温度検出部１５０、電流検出部１６０、バッテリ電圧検出部１１０の各出力データに基づいて検出した情報である。

また、図８（Ｂ）に示すように、受信フレームには、シンクブレーク、同期フィールド、ＩＤフィールド、運転モード、位相角が含まれている。ＭＯＳトランジスタ５０、５１の制御用の位相角や運転モードの種類をＥＣＵ８から受信することで、発電効率重視の同期整流モードや、出力電流重視で固定子巻線２、３の相電圧に対して進み電流を流してパワー最大で発電する位相制御モードや、車両用発電機１の効率を反対に下げてトルク負荷を増加させることでエンジン回転数を落とすブレーキとして活用する回生発電モードなどの各種の発電動作が可能となる。

図９は、位相角を指定して位相制御モードで各整流器モジュールを動作させる場合の動作の具体例を示す図である。図９において、「Ｇ１」はハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０に制御回路５４から入力されるゲート信号を、「Ｇ２」はローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１に制御回路５４から入力されるゲート信号をそれぞれ示している。位相制御モードと位相角が指定（指定位相角）されると、各整流器モジュールは、対応する相巻線に流れる電流（相電流）の極性が正から負に変化する第１のゼロクロス点を検出し、この第１のゼロクロス点から指定位相角経過した時点をハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングとして設定するとともに、負から正に反転する第２のゼロクロス点を検出し、この第２のゼロクロス点から指定位相角経過した時点をローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングとして設定する。

なお、ゼロクロス点の検出は、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのソース・ドレイン間電圧に基づいて行うことができる。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオンタイミングについては、相電圧が所定のしきい値を超えた時点を基準にして設定する場合や、第１あるいは第２のゼロクロス点を基準にして設定する場合などが考えられる。

図１０は、発電制御装置７、ＥＣＵ８、各整流器モジュールの間でＬＩＮ通信を行う場合の通信スケジュールの具体例を示す図である。図１０において、「発電制御装置受信フレーム」は、ＥＣＵ８から送信されて発電制御装置７で受信されるフレームである。「発電制御装置送信フレーム」は、発電制御装置７からＥＣＵ８に向けて送信されるフレームである。これらの発電制御装置７とＥＣＵ８との間で送受信されるフレームの送受信頻度は、例えば回転子の時定数（２００ｍｓ程度）に対して２０回以上となるように設定される。

また、「全整流器モジュール受信フレーム」は、ＥＣＵ８から６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗに向けて送信されるフレームである。「整流器モジュール５Ｘ−５Ｚ送信フレーム」は、整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚのそれぞれから送信されるフレームである。「整流器モジュール６Ｕ−６Ｗ送信フレーム」は、整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗのそれぞれから送信されるフレームである。これらの各整流器モジュールとＥＣＵ８との間で送受信されるフレームの送受信頻度は、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で送受信されるフレームの通信頻度よりも低く、例えば１ｓ間に１回程度に設定されている。あるいは、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で送受信されるフレームの複数の通信回数（例えば３２回）に対して１回の割合で、各整流器モジュールとＥＣＵ８との間でフレームの送受信を行うようにしてもよい。

（５）ＬＩＮ通信を妨害することによって各整流器モジュールの異常発生をＥＣＵ８に通知する場合
上述した（４）に示した例では、図８（Ａ）に示したように、各整流器モジュールからＥＣＵ８に向けて送信されるフレーム内に動作異常に関する情報を含ませたため、ＥＣＵ８ではこのフレームを受信することで各整流器モジュールの異常を検知することができるが、より簡易な方法として、各整流器モジュールで異常が発生したときに、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で行われるＬＩＮ通信を妨害することにより、ＥＣＵ８に対して異常発生を通知するようにしてもよい。

図１１は、通信妨害により異常発生を知らせる場合の具体例を示す図である。図１１に示すように、発電制御装置７とＥＣＵ８との間では、フレームの送信と受信が交互に繰り返されている。いずれかの整流器モジュールで異常が発生すると、この整流器モジュールの制御回路５４は、通信回路１８０に含まれる通信ドライバ（例えば、プルアップ抵抗とスイッチング素子で構成されている）を、周期的に、通信フレーム１つ分よりも長い時間オンして、ＬＩＮ通信のフレームの送受信を妨害する。図１１に示す例では、３つのフレームＦ１、Ｆ２、Ｆ３の送受信が妨害される。通信フレーム１つ分よりも長い時間通信ドライバをオンするのは、少なくとも２つのフレームの通信を確実に妨害し、ＥＣＵ８に確実に整流器モジュールの異常発生を通知するためである（通信フレーム１つ分より短いと、発電制御装置７で受信されるフレームの通信のみが妨害される場合があるため、ＥＣＵ８で異常発生を検知できない自体が起こりうる）。また、通信ドライバをオンするタイミングは周期的に到来するが、その間に、通信妨害が生じない期間（通信フレーム２つ分よりも長い時間）が設定されている。これは、異常発生の通知と並行して、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で発電制御に関する情報を確実に送受信するためである。

（６）回転子の位置センサの出力を通信線を介して各整流器モジュールに送信して、車両用発電機１に発電動作と電動動作を選択的に行わせる場合
上述した（１）〜（５）に示した例では、主に車両用発電機１に発電動作を行わせる場合について説明したが、固定子に対する回転子の回転位置（電気角）を検出する位置センサを追加し、この検出結果を各整流器モジュールが接続された通信線に送信して各整流器モジュールを制御することにより、車両用発電機１に対して発電動作と電動動作のいずれかを選択的に行わせるようにしてもよい。なお、この場合は、正確には車両用発電機の代わりに車両用発電電動機あるいは車両用回転電機とすべきであるが、発電動作を行うことが可能であることから、本明細書および特許請求の範囲においては「車両用発電機」の名称をそのまま用いている。

図１２は、車両用発電機の変形例を示す図である。図１２に示す車両用発電機１Ａでは、図１に示す車両用発電機１に対して、回転子の回転位置を検出する位置センサ１３が追加されている。この位置センサ１３は、回転子の回転位置（電気角）を検出するものであるが、具体的な検出方法としては種々の方法が考えられる。例えば、回転子と一体に回転する回転位置被検出部に磁性体を配置し、フレーム側に固定された回転位置検出部に設けられた検出コイルでこの磁性体の回転位置を検出したり、回転位置被検出部に永久磁石を配置し、回転位置検出部に設けられたホール素子でこの磁石の回転位置を検出する場合などが考えられる。また、上記以外の方法、例えば可変リラクタンス型のレゾルバや、光センサ等の光学式の検出方法などを用いてもよい。

図１３は、位置センサ１３と各整流器モジュールの接続例を示す図である。図１３に示す例では、位置センサ１３と各整流器モジュールとが通信線としての整流器通信バス線を介して接続されており、位置センサ１３から各整流器モジュールに向けて基準パルスが送出される。この基準パルスは、固定子に対する回転子の電気角が所定角度となったときに出力される。例えば、電気角３６０°に対して１回の割合で出力される。なお、必ずしも１回の割合で出力する必要はなく、複数回出力するようにしてもよい。

図１４は、基準パルスと各整流器モジュールにおける制御タイミングとの関係を示す図である。各整流器モジュールは、位置センサ１３から出力された基準パルスに基づいてタイミング演算を行って、自モジュールに対応する基準（図１４では、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗのそれぞれに対応する基準を５Ｘ基準、５Ｙ基準、５Ｚ基準、６Ｕ基準、６Ｖ基準、６Ｗ基準として示した）を設定し、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを制御する。これにより、車両用発電機１Ａを発電動作させてバッテリ９や電気負荷１０、１２に充電電力が動作電力を供給したり、バッテリ９から供給される電力によって車両用発電機１Ａを電動動作させることが可能となる。

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、２つの固定子巻線２、３と２つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群５を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。また、上述した実施形態では、Ｙ結線された２つの固定子巻線２、３を備えた車両用発電機１について説明したが、Δ結線された固定子巻線を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、固定子巻線２、３の出力端子毎（各相巻線毎）に整流器モジュールを備えることにより、一の整流器モジュールが故障した場合であっても他の整流器モジュールによる整流動作を継続することができるため、故障発生時に部分的な発電動作の継続が可能であって信頼性向上を図ることができる。また、各整流器モジュール間を通信線で接続して、ＭＯＳトランジスタの制御に関連した情報をこの通信線を介してパルス列信号を送受信することにより、相互に他の整流器モジュールの異常を検出することが可能となる。

１ 車両用発電機
２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ 整流器モジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ 整流器モジュール
７ 発電制御装置
８ ＥＣＵ
９ バッテリ
１０、１２ 電気負荷
１３ 位置センサ
５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
５３ 電流検出素子
５４ 制御回路
１００ 制御部
１０２ 電源
１１０ バッテリ電圧検出部
１２０、１３０ 動作検出部
１５０ 温度検出部
１６０ 電流検出部
１７０ ハイサイドドライバ
１７２ ローサイドドライバ
１８０ 通信回路

Claims (3)

1. 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って交流電圧を発生する多相巻線としての固定子巻線を有する固定子と、
   前記固定子巻線の複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられる複数の整流器モジュールと、
   前記界磁巻線に流れる励磁電流を制御することにより、前記複数の整流器モジュールの出力電圧としての発電電圧を制御する発電制御装置と、を備え、
   前記複数の整流器モジュールのそれぞれは、バッテリの正極端子側および負極端子側のそれぞれに配置される一対のＭＯＳトランジスタを有し、
   前記複数の整流器モジュール同士が相互に通信線を介して接続され、
   前記複数の整流器モジュール間で、それぞれの整流器モジュール内に備わった前記一対のＭＯＳトランジスタの制御に関連した情報をパルス列信号により通信し、
   前記パルス列信号は、前記一対のＭＯＳトランジスタの制御タイミングに対応するパルス信号であることを特徴とする車両用発電機。
2. 請求項１において、
   前記整流器モジュールは、前記ＭＯＳトランジスタを流れる電流の極性が反転するゼロクロス点を検出し、このゼロクロス点を基準にして所定の位相角分、前記ＭＯＳトランジスタのオフタイミングを遅らせる制御を実施し、
   前記所定の位相角を前記通信線を介して外部から取得することを特徴とする車両用発電機。
3. 請求項１において、
   前記固定子に対する前記回転子の位置を検出して検出結果としての基準パルスを前記通信線に送出する位置センサをさらに備え、
   前記複数の整流器モジュールのそれぞれにおいて、前記基準パルスに基づいて前記一対のＭＯＳトランジスタの制御タイミングを設定することにより、発電動作と電動動作を選択的に行わせることを特徴とする車両用発電機。

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