(57)【要約】【課題】発電子コイルの回転という機械的側面からではなく、発電機から出力される出力波形の電気的側面から発電機の回転速度を検出することができる発電機の回転速度検出装置を提供する。【解決手段】本発明に係る発電機の回転速度検出装置１０は、制御部１１、直流成分フィルタ回路１２、高周波成分フィルタ回路１３、リプル成分増幅回路１４、電圧検出部１５、リプル成分周波数検出部１６、記憶部１７、発電量推定部１８を備えている。直流成分フィルタ回路１２にて発電機から出力される出力波形の直流成分を除去し、高周波成分フィルタ回路１３にて出力波形に含まれる高周波ノイズを除去する。そして、リプル成分増幅回路１４にて出力波形に含まれるリプル成分を増幅して出力波形を整形する。そして、電圧検出部１５にて整形された（リプル成分が強調された）出力波形の電圧を検出し、リプル成分周波数検出部１６にてリプル成分の周波数を検出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機の回転速度を検出する回転速度検出方法であって、
前記発電機から出力される出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出し、検出されたリプル成分の周波数に基づいて発電機の回転速度を算出すること
を特徴とする発電機の回転速度検出方法。
【請求項２】
発電機の回転速度を検出する回転速度検出装置であって、
前記発電機から出力される出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出する検出手段と、
検出されたリプル成分の周波数に基づいて発電機の回転速度を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする発電機の回転速度検出装置。
【請求項３】
前記発電機の構成によって決定されるリプル成分の周波数と発電機の回転速度との相関値を記憶する手段を備え、
前記算出手段は、
前記検出手段にて検出されたリプル成分の周波数及び前記相関値から発電機の回転速度を算出するようにしてあること
を特徴とする請求項２に記載の発電機の回転速度検出装置。
【請求項４】
前記出力波形に含まれるリプル成分を増幅する増幅手段を備えること
を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の発電機の回転速度検出装置。
【請求項５】
前記出力波形の直流成分を除去するフィルタ回路を備え、
前記検出手段は、
前記フィルタ回路によって直流成分が除去された出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出するようにしてあること
を特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の発電機の回転速度検出装置。
【請求項６】
前記出力波形に含まれるリプル成分の周波数より高い高周波数成分を除去するフィルタ回路を備え、
前記検出手段は、
前記フィルタ回路によって前記高周波数成分が除去された出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出するようにしてあること
を特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の発電機の回転速度検出装置。
【請求項７】
発電機の最大発電量を検出する最大発電量検出装置であって、
前記発電機の回転速度と最大発電量との関係を示す関係情報を記憶する手段と、
請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の発電機の回転速度検出装置によって算出された発電機の回転速度に対応する最大発電量を前記関係情報から読み出す手段と
を備えることを特徴とする発電機の最大発電量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁界内でのコイル（発電子コイル）の回転によって誘導電流を生じさせる発電機の回転速度を検出する発電機の回転速度検出方法、及び該回転速度検出方法を適用した発電機の回転速度検出装置、並びに、該発電機の回転速度検出装置によって算出された発電機の回転速度から発電機の最大発電量を検出する発電機の最大発電量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車における電気負荷は年々増加している。シートヒータやデフォッガなど大容量の電気負荷が採用されたり、また、油圧やエンジン動力で作動していた機器を電動化して、制御性能や効率の向上を図る動きが進んでいる。電動ブレーキや電動パワーステアリング（ＥＰＳ）など、高信頼性が要求される電気負荷も採用されつつある。
【０００３】
これら電気負荷の増大に対応して、発電機やバッテリの容量を大きくする必要があるが、搭載性やコストの点で限界がある。そこで、近年、発電機及びバッテリの能力に応じて、電気負荷の接続を制御する電源マネジメントの実用化に向けて、様々な研究が行なわれている（特許文献１参照。）。
【０００４】
発電機の発電能力は、発電機を構成する発電子コイルの回転速度によって決定されるため、この回転速度を正確に求めることが必要である。
【特許文献１】特開２００４−１９４３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来、機械的側面から求めたエンジンの回転速度に関する情報（例えばピストンの振動数）のみを受け取ることによって発電機の回転速度を求めていた。このため、機械的側面ではなく、発電機の特性に基づいて直接回転速度を求めることが要望されている。
【０００６】
本発明者は、発電機から出力される出力波形の観察により、発電機の構成によってその程度が相違するが、出力波形にリプル成分が含まれていることに着目し、このリプル成分を検出し、検出したリプル成分に基づいて発電機の回転速度を求めることが可能であることに思い至った。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発電子コイルの回転という機械的側面からではなく、発電機から出力される出力波形の電気的側面から発電機の回転速度を検出することができる発電機の回転速度検出方法及び発電機の回転速度検出装置の提供を目的とする。
【０００８】
また本発明は、上述の発電機の回転速度検出装置によって算出された発電機の回転速度から発電機の最大発電量を検出する発電機の最大発電量検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る発電機の回転速度検出方法は、発電機の回転速度を検出する回転速度検出方法であって、前記発電機から出力される出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出し、検出されたリプル成分の周波数に基づいて発電機の回転速度を算出することを特徴とする。
【００１０】
第１発明にあっては、発電機からの出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出し、検出されたリプル成分の周波数に基づいて発電機の回転速度を算出する。これにより、発電機から出力される出力波形の電気的側面から発電機の回転速度を求めることができる。
【００１１】
第２発明に係る発電機の回転速度検出装置は、発電機の回転速度を検出する回転速度検出装置であって、前記発電機から出力される出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出する検出手段と、検出されたリプル成分の周波数に基づいて発電機の回転速度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第２発明にあっては、発電機からの出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出手段にて検出し、検出されたリプル成分の周波数に基づいて発電機の回転速度を算出手段にて算出する。これにより、周波数の検出を行なう検出手段と、数値演算を行なう算出手段とを設けることで、発電機から出力される出力波形の電気的側面から発電機の回転速度を求めることができる。装置構成が極めて簡単であるため、低コスト及び小型化が可能である。
【００１３】
第３発明に係る発電機の回転速度検出装置は、前記発電機の構成によって決定されるリプル成分の周波数と発電機の回転速度との相関値を記憶する手段を備え、前記算出手段は、前記検出手段にて検出されたリプル成分の周波数及び前記相関値から発電機の回転速度を算出するようにしてあることを特徴とする。
【００１４】
第３発明にあっては、発電機の構成によって決定されるリプル成分の周波数と発電機の回転速度との相関値を記憶しておき、検出されたリプル成分の周波数及び相関値から発電機の回転速度を算出する。リプル成分の周波数と発電機の回転速度とは一次の関係（比例関係）にあり、リプル成分の周波数が判明すれば、発電機の回転速度を一意に求めることができる。相関値は発電機の構成によって決定されるため、相関値を発電機の構成に応じて適宜設定することで、任意の発電機に本発明を適用することができる。
【００１５】
第４発明に係る発電機の回転速度検出装置は、前記出力波形に含まれるリプル成分を増幅する増幅手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
第４発明にあっては、出力波形に含まれるリプル成分を増幅することによって、リプル成分の周波数の検出精度を高めることができる。発電機は、一般的にリプル成分を極力小さくようにしてあるため、例えば線形型アンプ又は微分回路などによって、このリプル成分を増幅してリプル成分の周波数を検出しやすくする。
【００１７】
第５発明に係る発電機の回転速度検出装置は、前記出力波形の直流成分を除去するフィルタ回路を備え、前記検出手段は、前記フィルタ回路によって直流成分が除去された出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出するようにしてあることを特徴とする。
【００１８】
第５発明にあっては、出力波形の直流成分を除去し、除去された出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出することによって、リプル成分の周波数の検出精度を高めることができる。
【００１９】
第６発明に係る発電機の回転速度検出装置は、前記出力波形に含まれるリプル成分の周波数より高い高周波数成分を除去するフィルタ回路を備え、前記検出手段は、前記フィルタ回路によって前記高周波数成分が除去された出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出するようにしてあることを特徴とする。
【００２０】
第６発明にあっては、出力波形に含まれるリプル成分の周波数より高い高周波成分を除去し、除去された出力波形に含まれるリプル成分の周波数を検出することによって、リプル成分の周波数の検出精度を高めることができる。発電機にはスパイク状の高周波ノイズが含まれることがあるため、例えば適宜の周波数以上をカットするローパスフィルタなどによって高周波ノイズを除去することで、リプル成分の周波数を検出しやすくする。
【００２１】
第７発明に係る発電機の最大発電量検出装置は、発電機の最大発電量を検出する最大発電量検出装置であって、前記発電機の回転速度と最大発電量との関係を示す関係情報を記憶する手段と、上述した発明の発電機の回転速度検出装置によって算出された発電機の回転速度に対応する最大発電量を前記関係情報から読み出す手段とを備えることを特徴とする。
【００２２】
第７発明にあっては、発電機の回転速度と最大発電量との関係を示す関係情報を記憶しておく。そして、上述のようにして算出された発電機の回転速度に対応する最大発電量を関係情報から読み出す。これにより、発電機の最大発電量を推定することができる。このように、発電機から出力される出力波形の電気的側面から発電機の最大発電量を求めることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、発電子コイルの回転という機械的側面からではなく、発電機から出力される出力波形の電気的側面から発電機の回転速度を求めることができる。したがって、エンジンによって発電機が駆動されている場合、エンジンの回転速度情報を受け取ることなく発電機の回転速度を検出することが可能となり、電源系設計を機構系設計から独立した態様で行なうことができる。換言すれば、発電機から出力される出力波形の電気的側面から発電機が駆動されているエンジンの回転速度を検出することも可能である。
【００２４】
本発明によれば、発電機から出力される出力波形を適宜整形することによってリプル成分の周波数の検出精度を高めることができる。したがって、リプル成分を極力小さくようにした発電機であっても、リプル成分の周波数を検出することができ、多種多様の発電機に適用することができる。
【００２５】
本発明によれば、発電子コイルの回転という機械的側面からではなく、発電機から出力される出力波形の電気的側面から発電機の最大発電量を求めることができる。したがって、発電機（及びバッテリ）の能力に応じて、電気負荷の接続を制御する電源マネジメントに好適である等、優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００２７】
図１は本発明に係る発電機の回転速度検出装置（発電機の最大発電量検出装置）が搭載された車両の電源系要部を示すブロック図である。なお、図１に示した発電機の回転速度検出装置は本発明に係る発電機の最大発電量検出装置としても機能する。
実施の形態では、車両に搭載された発電機２０の回転速度を検出する形態について説明する。発電機２０は、図示しないエンジンに回転ベルトを介して接続され、また、バッテリ６０及び電気負荷７０に並列に接続されている。通常は発電機２０から電気負荷７０に電力が供給されるが、エンジンが停止している場合、又は発電機出力を超える大きな負荷電力が必要となる場合に、バッテリ６０から電気負荷７０に電力が供給される。また、発電機２０によってバッテリ６０の充電が適宜行われる。
【００２８】
発電機２０は、三相交流型の同期発電機３０、整流回路４０及び電圧レギュレータ５０を備えている。同期発電機３０は、発電子コイル３１ｕ（Ｕ相コイル），３１ｖ（Ｖ相コイル），３１ｗ（Ｗ相コイル）と界磁コイル３２とから構成され、発電子コイル３１ｕ，３１ｖ，３１ｗは内部でスター結線されている。同期発電機３０は、界磁コイル３２をエンジンに接続された回転ベルトで回転させることにより発電子コイル３１ｕ，３１ｖ，３１ｗに起電力を発生させる構造をなす。
【００２９】
発電子コイル３１ｕ，３１ｖ，３１ｗは、整流回路４０に接続されている。整流回路４０は、例えば、ダイオードＤｕ１，Ｄｖ１，Ｄｗ１とダイオードＤｕ２，Ｄｖ２，Ｄｗ２とから構成されるダイオードブリッジ回路である。
【００３０】
発電子コイル３１ｕの出力端子は、ダイオードＤｕ１のカソードとダイオードＤｕ２のアノードとが接続された接続点に接続されている。同様に、発電子コイル３１ｖの出力端子はダイオードＤｖ１のカソードとダイオードＤｖ２のアノードとが接続された接続点に接続され、発電子コイル３１ｗの出力端子はダイオードＤｗ１のカソードとダイオードＤｗ２のアノードとが接続された接続点に接続されている。
【００３１】
ダイオードＤｕ１，Ｄｖ１，Ｄｗ１のアノードは接続され、この接続点が＋直流端子となり、発電機２０の出力端子２１ａに接続されている。また、ダイオードＤｕ２，Ｄｖ２，Ｄｗ２のカソードは接続され、この接続点が−直流端子となり、発電機２０の出力端子２１ｂに接続されている。
【００３２】
電圧レギュレータ５０は、整流回路４０によって整流された直流の電圧（出力端子２１ａ，２１ｂ間の電圧）が基準値となるように界磁コイル３２に流す界磁電流を調整する。
【００３３】
図２は発電機の出力波形を示す波形図である。エンジンの回転によって発電機２０からは直流電力が出力されるが、出力波形は、図２に示すように、内部インピーダンスの影響などによって完全な平滑化が行なわれることはなくリプル成分Ｒを含む。図２においては、出力電圧が１２Ｖであって、数十ｍＶのリプル成分Ｒが残存している様子を示している。リプル成分Ｒの単位時間あたりの波数は発電機２０の回転速度（エンジンの回転速度ともいえる）に比例する。
【００３４】
そこで、本発明に係る発電機の回転速度検出装置１０は、発電機２０の出力端子２１ａ，２１ｂから出力される出力波形に含まれるリプル成分Ｒに基づいて発電機２０の回転速度を求める。
【００３５】
図３は本発明に係る発電機の回転速度検出装置を示すブロック図である。
本発明に係る発電機の回転速度検出装置１０は、制御部１１、直流成分フィルタ回路１２、高周波成分フィルタ回路１３、リプル成分増幅回路１４、電圧検出部１５、リプル成分周波数検出部１６、記憶部１７、発電量推定部１８を備えている。
【００３６】
直流成分フィルタ回路１２は、発電機２０の出力端子２１ａ，２１ｂから出力される出力波形の直流成分を除去する回路であり、例えばカップリングコンデンサから構成される。
【００３７】
高周波成分フィルタ回路１３は、出力端子２１ａ，２１ｂから出力される出力波形に含まれるスパイク状の高周波ノイズを除去する回路であり、例えば適宜の周波数以上をカットするローパスフィルタから構成される。
【００３８】
リプル成分増幅回路１４は、出力端子２１ａ，２１ｂから出力される出力波形に含まれるリプル成分Ｒを増幅する回路であり、例えば線形型アンプ又は微分回路などである。線形型アンプでは、出力波形が全体的に増幅されることで、リプル成分Ｒの検出を可能とし、一方、微分回路では、出力波形のうちのリプル成分Ｒが直流成分と比較して相対的に増幅されることで、リプル成分Ｒの検出を可能とする。
【００３９】
電圧検出部１５は、直流成分フィルタ回路１２、高周波成分フィルタ回路１３及びリプル成分増幅回路１４によって整形された（リプル成分Ｒが強調された）出力波形の電圧を検出するものである。電圧検出部１５は、発電機２０の出力端子２１ａ，２１ｂ、つまり、バッテリ６０の両端子に並列に接続され、両端子間の電圧を検出する。電圧検出は制御部１１の指示に基づいて適宜行なわれる。
【００４０】
リプル成分周波数検出部１６は、リプル成分Ｒの周波数（単位時間あたりのリプル成分の波数）を検出するものであり、例えば周波数カウンタから構成される。なお、リプル成分Ｒの周波数は、リプル成分Ｒの波長の逆数であるので、波長を検出して周波数を算出するようにしてもよい。
【００４１】
そして、制御部１１は、リプル成分周波数検出部１６によって検出されたリプル成分Ｒの周波数に基づいて発電機２０の回転速度を算出する。リプル成分Ｒの周波数と発電機２０の回転速度との間には一次の相関関係（詳細は後述する）があるため、周波数が判明すれば発電機２０の回転速度を容易に求めることができる。例えば、リプル成分Ｒの周波数と発電機の回転速度との相関値を記憶部１７に記憶しておき、リプル成分Ｒの周波数及び相関値から発電機の回転速度を算出する。
【００４２】
記憶部１７には、図４に示すように、発電機２０の回転速度ＲＰＭと最大発電量ＰＯＷとの関係を示す関係情報としてのデータテーブル１７ａが記憶されている。発電機２０の回転速度ＲＰＭと最大発電量ＰＯＷとの関係について検出を事前に行ない、その検出結果に基づいてデータテーブル１７ａを作成して記憶部１７に記憶しておく。
【００４３】
発電量推定部１８は、算出された発電機２０の回転速度ＲＰＭに対応する最大発電量ＰＯＷをデータテーブル１７ａから読み出して最大発電量を推定する。
【００４４】
図５はリプル成分の周波数と発電機の回転速度との相関関係を示すグラフである。横軸は発電機２０の出力波形に含まれるリプル成分Ｒの周波数を、縦軸は発電機２０の回転速度を、それぞれ示す。
図５から明らかなように、リプル成分Ｒの周波数と発電機２０の回転速度とは一次の関係（比例関係）にあり、リプル成分Ｒの周波数が判明すれば、発電機２０の回転速度を一意に求めることができる。なお、リプル成分Ｒの周波数と発電機２０の回転速度との関係は比例関係にあるが、相関値としてのグラフの傾きαは発電機２０の構成により決定される。
【００４５】
例えば、本例のように、三相交流型の同期発電機３０及び整流回路４０がダイオードブリッジ回路である場合、図２に示したように、各発電子コイル３１ｕ，３１ｖ，３１ｗが１回転する毎に、それぞれにリプル成分Ｒが発生する、つまり、同期発電機３０が１回転する毎に３つのリプル成分Ｒが発生することから、グラフの傾きαは１／３となる。したがって、リプル成分Ｒの周波数を検出し、リプル成分Ｒの周波数がＦである場合、発電機２０の回転速度Ｒは傾きα×周波数Ｆとなる。
【００４６】
以上のような構成とすることにより、発電機２０から出力される出力波形に含まれるリプル成分Ｒに基づいて発電機２０の回転速度を求めることができる。つまり、エンジンの回転という機械的側面からではなく、発電機２０から出力される出力波形の電気的側面のみに基づいて発電機２０の回転速度を求めることができる。エンジンの回転速度情報を受け取ることなく発電機２０の回転速度を検出することにより、電源系設計を機構系設計から独立した態様で行なうことができる。
【００４７】
また、上述のようにして算出された発電機２０の回転速度に対応する最大発電量を、発電機２０の回転速度と最大発電量との関係を示すデータテーブル１７ａから読み出すことにより、発電機２０の最大発電量を推定することができる。
【００４８】
このように、発電機２０の回転速度と同様、発電子コイルの回転という機械的側面からではなく、発電機２０から出力される出力波形の電気的側面から発電機２０の最大発電量も求めることができる。したがって、発電機２０及びバッテリ６０の能力に応じて、電気負荷７０の接続を制御する電源マネジメントに好適である。例えば、発電機２０の最大発電量と現在の消費電力とから発電余力を簡単に算出することができなど、極めて有用である。
【００４９】
なお、実施の形態では、発電機２０が、三相交流型の同期発電機３０にて発電し、整流回路４０としてのダイオードブリッジ回路によって直流化する形態について説明したが、発電機２０の構成については、これに限定されるものではなく、リプル成分Ｒの周波数と発電機２０の回転速度との関係を示すグラフの傾きαは、発電機２０の構成に応じて適宜設定するようにすればよい。
【００５０】
また、リプル成分Ｒを強調すべく発電機２０からの出力波形を整形するための直流成分フィルタ回路１２、高周波成分フィルタ回路１３及びリプル成分増幅回路１４は、発電機２０の特性に応じて、その構成を適宜変更することができる。もちろん、リプル成分Ｒの検出が可能である出力波形が出力される発電機２０においては、直流成分フィルタ回路１２、高周波成分フィルタ回路１３及びリプル成分増幅回路１４を設ける必要はない。
【００５１】
このように、本発明の主旨は、発電子コイルの回転という機械的側面からではなく、発電機から出力される出力波形の電気的側面から発電機の回転速度を求めることにあり、本発明に係る発電機の回転速度検出装置について具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施の形態に係る発明の構成及び機能に様々な変更又は改良を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る発電機の回転速度検出装置が搭載された車両の電源系要部を示すブロック図である。
【図２】発電機の出力波形を示す波形図である。
【図３】本発明に係る発電機の回転速度検出装置を示すブロック図である。
【図４】発電機の回転速度と最大発電量との関係を示す関係情報（データテーブル）の一例を示す図である。
【図５】発電機の回転速度とリプル成分の周波数との相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  発電機の回転速度検出装置
１１  制御部
１２  直流成分フィルタ回路
１３  高周波成分フィルタ回路
１４  リプル成分増幅回路
１５  電圧検出部
１６  リプル成分周波数検出部
１７  記憶部
１８  発電量推定部
２０  発電機
３０  同期発電機
４０  整流回路
５０  電圧レギュレータ
６０  バッテリ
７０  電気負荷
【図１】
2007325367.tif 000003
【図２】
2007325367.tif 000004
【図３】
2007325367.tif 000005
【図４】
2007325367.tif 000006
【図５】
2007325367.tif 000007