(57)【要約】【課題】より正確にブラシの磨耗状態を判定することができるブラシ磨耗検出装置及びブラシ磨耗検出方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るブラシ磨耗検出装置１は、発電機２のロータの回転数Ｎの加速度ｄＮ／ｄｔを検出する検出手段６ａと、回転数Ｎの加速度ｄＮ／ｄｔに基づいて発電機２のブラシ４の磨耗量Ｆ（ｎ）を演算する演算手段６ｂと、磨耗量Ｆ（ｎ）に基づいて磨耗状態を判定する判定手段６ｃを含むことを特徴とする。【選択図】図１
2011151890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機のロータの回転数の加速度を検出する検出手段と、前記回転数の加速度に基づいて前記発電機のブラシの磨耗量を演算する演算手段と、前記磨耗量に基づいて磨耗状態を判定する判定手段を含むことを特徴とするブラシ磨耗状態検出装置。
【請求項２】
発電機のロータの回転数の加速度を検出する検出ステップと、前記回転数の加速度に基づいて前記発電機のブラシの磨耗量を演算する演算ステップと、前記磨耗量に基づいて磨耗状態を判定する判定ステップを含むことを特徴とするブラシ磨耗状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車、トラック、バス等の自動車に用いられる発電機に適用されて好適なブラシ磨耗検出装置及びブラシ磨耗検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に使用されるオルタネータ等の発電機は、例えば、ロータ側の界磁巻線がブラシを介して直流励磁された状態で、ロータがエンジンのクランクシャフトに駆動結合されて回転させられる構成とされる。
【０００３】
この発電機においては、ロータの回転に伴い、ステータ側の電機子巻線が界磁巻線の発生する磁力線を切ることにより、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて電機子巻線に三相交流電圧を発生している。この三相交流電圧が整流器により整流されて直流電圧に変換されて、バッテリ等の車両の電源が充電される。
【０００４】
また、このような発電機においては、界磁巻線用の電圧が制御ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）及びＩＣレギュレータにより調節されることにより、発生する直流電圧が調節されている。
【０００５】
このような発電機においてはブラシを磨耗限度内で使用するため磨耗状態を判定することが必要となる。特許文献１においては、界磁巻線の電流値、電機子巻線の出力電圧値、ロータの回転数に基づいて、発電機を分解してブラシを取り出すことなく、発電機のブラシの磨耗状態を判定するブラシ磨耗検出装置が開示されている。また、特許文献２においては、電機子巻線の電流と、ロータの回転数に基づいてブラシの磨耗状態を判定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６８２１４号公報
【特許文献２】特開平６−１４１５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが上述した特許文献１及び特許文献２に記載のブラシ磨耗検出装置においては、磨耗状態の判定に用いるパラメータが、ブラシの磨耗量に大きな影響を与える因子を網羅し切れていないため、より正確にブラシの磨耗量を検出して磨耗状態を判定することができないという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑み、より正確にブラシの磨耗状態を判定することができるブラシ磨耗検出装置及びブラシ磨耗検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明に係るブラシ磨耗検出装置は、
発電機のロータの回転数の加速度を検出する検出手段と、
前記回転数の加速度に基づいて前記発電機のブラシの磨耗量を演算する演算手段と、
前記磨耗量に基づいて磨耗状態を判定する判定手段を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明に係るブラシ磨耗検出方法は、
発電機のロータの回転数の加速度を検出する検出ステップと、
前記回転数の加速度に基づいて前記発電機のブラシの磨耗量を演算する演算ステップと、
前記磨耗量に基づいて磨耗状態を判定する判定ステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、ブラシの磨耗量に大きな影響を与える因子である前記回転数の加速度を用いて、前記磨耗量を演算し、磨耗状態を判定することができるので、より正確にブラシの磨耗状態を判定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、より正確にブラシの磨耗状態を判定することができるブラシ磨耗検出装置及びブラシ磨耗検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るブラシ磨耗検出装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係るブラシ磨耗検出装置に用いられるマップを示す模式図である。
【図３】本発明に係るブラシ磨耗検出装置の一実施形態の制御内容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】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明のブラシ磨耗検出装置の一実施形態を示す模式図である。図２は、本発明のブラシ磨耗検出装置に用いられるマップを示す模式図である。
【００１６】
本実施例のブラシ磨耗検出装置１は、オルタネータ２を含み、オルタネータ２は、図示しない電機子巻線が図示しないコアに巻回された図１に示すステータ３と、界磁巻線を含む図示しないロータと、界磁巻線に直流電圧を供給するブラシ４と、通信レギュレータ５と、ＥＣＵ６と、表示装置７を含んで構成される。
【００１７】
ロータ側の界磁巻線がブラシ４を介して直流励磁された状態で、ロータが図示しないエンジンのクランクシャフトに駆動結合されて回転させられると、ロータの回転に伴い、ステータ３側の電機子巻線が界磁巻線の発生する磁力線を切ることを導く。
【００１８】
これにより、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて電機子巻線に三相交流電圧が発生して、この三相交流電圧が図示しない整流器により整流されて直流電圧に変換されて、図示しないバッテリ等の車両の電源が充電される。
【００１９】
オルタネータ２は、界磁巻線用の電圧がＥＣＵ６（Electronic  Control  Unit）及び通信レギュレータ５によって調節されることにより、電機子巻線が発生する直流電圧が調節される。
【００２０】
ＥＣＵ６は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを相互に接続するデータバスと入出力インターフェースから構成され、ＲＯＭに格納された以下に述べる第一から第八のマップ及びプログラムに従い、以下に述べるそれぞれの制御を行うことにより、検出手段６ａ、演算手段６ｂ、判定手段６ｃとして機能するものである。
【００２１】
ＥＣＵ６の検出手段６ａは、通信レギュレータ５から送信される発電機情報から、発電機つまりオルタネータ２のロータの回転数Ｎを検出し、回転数Ｎを時間微分処理して、発電機のロータの回転数の加速度ｄＮ／ｄｔを算出して検出する。
【００２２】
ＥＣＵ６の演算手段６ｂは、回転数の加速度ｄＮ／ｄｔと、予めＲＯＭ内に格納されている、実験又はシミュレーションにより求められた加速度ｄＮ／ｄｔと加速度ｄＮ／ｄｔに起因する磨耗量Ｆ１（ｄＮ／ｄｔ）の相関関係を示す例えば図２に示すような第一のマップと、に基づいて磨耗量Ｆ１（ｄＮ／ｄｔ）を演算する。
【００２３】
演算手段６ｂは、オルタネータ２の発電電圧Ｖと、予めＲＯＭ内に格納されている、実験又はシミュレーションにより求められた発電電圧Ｖと発電電圧Ｖに起因する磨耗量Ｆ２（Ｖ）の相関関係を示す図示しない第二のマップと、に基づいて磨耗量Ｆ２（Ｖ）を演算する。
【００２４】
同様に演算手段６ｂは、オルタネータ２の励磁電流Ｉと、予めＲＯＭ内に格納されている、実験又はシミュレーションにより求められた励磁電流Ｉと励磁電流Ｉに起因する磨耗量Ｆ３（Ｉ）の相関関係を示す図示しない第三のマップと、に基づいて磨耗量Ｆ３（Ｉ）を演算する。
【００２５】
さらに演算手段６ｂは、オルタネータ２の温度Ｔ１と、予めＲＯＭ内に格納されている、実験又はシミュレーションにより求められた温度Ｔ１と温度Ｔ１に起因する磨耗量Ｆ４（Ｔ１）の相関関係を示す図示しない第四のマップと、に基づいて磨耗量Ｆ４（Ｔ１）を演算する。
【００２６】
加えて演算手段６ｂは、オルタネータ２の回転数Ｎと、予めＲＯＭ内に格納されている、実験又はシミュレーションにより求められた回転数Ｎと回転数Ｎに起因する磨耗量Ｆ５（Ｎ）の相関関係を示す図示しない第五のマップと、に基づいて磨耗量Ｆ５（Ｎ）を演算する。
【００２７】
さらに演算手段６ｂは、ＥＣＵ６がＣＡＮ（Controller  Area  Network）等の通信規格上で取得した車両情報が含むパラメータに基づいて、それぞれのパラメータに対応する磨耗量も演算する。
【００２８】
すなわち演算手段６ｂは、車両情報が含むエンジンの回転数ＮＥと、予めＲＯＭ内に格納されている、実験又はシミュレーションにより求められた回転数ＮＥと回転数ＮＥに起因する磨耗量Ｆ６（ＮＥ）の相関関係を示す図示しない第六のマップと、に基づいて磨耗量Ｆ６（ＮＥ）を演算する。
【００２９】
同様に、演算手段６ｂは、車両情報が含むエンジンのトリップ時間ＴＲと、予めＲＯＭ内に格納されている、実験又はシミュレーションにより求められたトリップ時間ＴＲと回転数ＴＲに起因する磨耗量Ｆ７（ＴＲ）の相関関係を示す図示しない第七のマップと、に基づいて磨耗量Ｆ７（ＴＲ）を演算する。
【００３０】
同様に、演算手段６ｂは、車両情報が含むエンジンの温度Ｔ２と、予めＲＯＭ内に格納されている、実験又はシミュレーションにより求められた温度Ｔ２と温度Ｔ２に起因する磨耗量Ｆ８（Ｔ２）の相関関係を示す図示しない第八のマップと、に基づいて磨耗量Ｆ８（Ｔ２）を演算する。
【００３１】
なお、第二から第八のマップは、図２に示した第一のマップと同様に、概ね各パラメータの増大に伴い各パラメータに起因する磨耗量が増大する傾向を示すが、それぞれの傾き、増加曲線の形態はパラメータ毎に異なる。
【００３２】
演算手段６ｂは、単位時間つまり制御周期毎に上述した手法により求めた磨耗量Ｆ１（ｄＮ／ｄｔ）、Ｆ２（Ｖ）、Ｆ３（Ｉ）、Ｆ４（Ｔ１）、Ｆ５（Ｎ）、Ｆ６（ＮＥ）、Ｆ７（ＴＲ）、Ｆ８（Ｔ２）を合計して合計値ＳＵＭ（ｎ）を求め、一制御周期前の前回値Ｆ（ｎ−１）に合計値ＳＵＭ（ｎ）を加えた値をオルタネータ２のブラシ４の磨耗量Ｆ（ｎ）として演算する。つまり、合計値ＳＵＭ（ｎ）は以下の数１で表され、磨耗量Ｆ（ｎ）は以下の数２により表される。
【００３３】
【数１】
2011151890.tif 000003
【００３４】
【数２】
2011151890.tif 000004
ＥＣＵ６の判定手段６ｃは、磨耗量Ｆ（ｎ）と磨耗限度から定まる一定値ＦＴＨとの比較に基づいて、磨耗量Ｆ（ｎ）が一定値ＦＴＨより大きい要点検条件が成立するか否かを判定し、磨耗状態を判定する。ＥＣＵ６は、判定手段６ｃが要点検条件は成立すると判定する場合に、表示装置７を用いて、音声、警告灯又はテキスト情報等により警報を行う。
【００３５】
以下に以上述べた本実施例のブラシ磨耗検出装置１の制御内容についてフローチャートを用いて説明する。図３は、本実施例のブラシ磨耗検出装置１の制御内容を示すフローチャートである。
【００３６】
図３のステップＳ１に示すように、ＥＣＵ６の検出手段６ａは、通信レギュレータ５から送信された発電機情報を取得し、発電機情報から発電電圧Ｖ、励磁電流Ｉ、温度Ｔ１、回転数Ｎを検出し、ＣＡＮ上から車両情報を取得して、車両情報からエンジン回転数ＮＥ、トリップ時間ＴＲ、温度Ｔ２を検出する。
【００３７】
ステップＳ２において、ＥＣＵ６の検出手段６ａは、回転数Ｎの時間微分処理を行い、回転数の加速度ｄＮ／ｄｔを算出して検出する。
【００３８】
ステップＳ３において、ＥＣＵ６の演算手段６ｂは、ステップＳ２で検出した回転数の加速度ｄＮ／ｄｔ及びステップＳ１で取得した発電電圧Ｖ、励磁電流Ｉ、温度Ｔ１、回転数Ｎ、エンジン回転数ＮＥ、トリップ時間ＴＲ、温度Ｔ２を含む各パラメータと、各パラメータに各々対応する第一から第八のマップから、各パラメータに起因する磨耗量Ｆ１（ｄＮ／ｄｔ）、Ｆ２（Ｖ）、Ｆ３（Ｉ）、Ｆ４（Ｔ１）、Ｆ５（Ｎ）、Ｆ６（ＮＥ）、Ｆ７（ＴＲ）、Ｆ８（Ｔ２）を演算し、これらを数１により合計して今回の合計値ＳＵＭ（ｎ）を演算する。
【００３９】
ステップＳ４において、ＥＣＵ６の演算手段６ｂは、ブラシ４の磨耗量の前回値Ｆ（ｎ−１）を読み出して、今回の合計値ＳＵＭ（ｎ）を上述した数２を用いて加算して、今回の磨耗量Ｆ（ｎ）を積算し演算する。
【００４０】
ステップＳ５において、ＥＣＵ６の判定手段６ｃは、今回のブラシ４の磨耗量Ｆ（ｎ）が一定値ＦＴＨより大きく、要点検条件が成立しているか否かを判定し、肯定であればステップＳ６にすすみ、否定であればリターンに進んで制御を終了する。
【００４１】
ステップＳ６において、ＥＣＵ６は、表示装置７を用いて、音声、警告灯又はテキスト情報等により警報を行って、運転者に点検が必要な旨を報知する警報表示を行う。
【００４２】
ステップＳ１からステップＳ６までの処理は制御周期毎に繰り返し実行され、本発明のブラシ磨耗検出方法の検出ステップ、演算ステップ、判定ステップが実行される。すなわち、制御周期毎の磨耗量Ｆ（ｎ）が回転数の加速度ｄＮ／ｄｔに基づいて演算され、磨耗量Ｆ（ｎ）に基づいて磨耗状態の判定が実行される。
【００４３】
以上述べた本実施例のオルタネータ２によれば以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、本実施例のブラシ磨耗検出装置１及び同時に実行されるブラシ磨耗検出方法によれば、ブラシ４の磨耗量に大きな影響を与える因子である回転数の加速度ｄＮ／ｄｔを用いて、より正確で実態に即した磨耗量Ｆ（ｎ）を演算し、より正確な磨耗量Ｆ（ｎ）に基づいて磨耗状態をより正確に判定することができるので、より正確にブラシ４の磨耗状態を判定することができる。
【００４４】
従って、オルタネータ２のブラシ４が要点検状態にあるか否かをより正確に判定することができるため、オルタネータ２の整流状態や励磁状態を常に良好に保つことができるとともに、ブラシ４の点検周期及び交換周期をより適切なものとすることができる。
【００４５】
また、予め実験又はシミュレーションにより求められる上述した第一から第八のマップに基づいて、通常の制御において取得が可能なパラメータを用いて、磨耗量Ｆ（ｎ）を演算し推測することができ、ブラシ４の磨耗量を直接的に検出する機械的な検出機構や、光学的な検出機構を使用しないこととすることができるので、部品点数の削減とコストダウンと図ることができる。
【００４６】
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、自動車に適用される発電機に関するものであり、より正確にブラシの磨耗状態を判定することができるブラシ磨耗検出装置及びブラシ磨耗検出方法を提供することができるので、乗用車、トラック、バス等の様々な車両の発電機に適用することが可能なものである。
【符号の説明】
【００４８】
１      ブラシ磨耗検出装置
２      オルタネータ
３      ステータ
４      ブラシ
５      通信レギュレータ
６      ＥＣＵ
６ａ    検出手段
６ｂ    演算手段
６ｃ    判定手段
７      表示装置
【図１】
2011151890.tif 000005
【図２】
2011151890.tif 000006
【図３】
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