(57)【要約】【課題】条件に左右されにくく、広範囲の条件で速くかつ安定して応答できる発電機制御装置を提供する。【解決手段】発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、（１）エンジンまたは発電機の回転数が大きい場合には、エンジンまたは発電機の回転数が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくする、および、（２）負荷電流の電流値が大きい場合には、負荷電流が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくする、および、（３）界磁電流又は界磁電圧が大きい場合には、界磁電流又は界磁電圧が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを大きくする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、エンジンまたは発電機の回転数が大きい場合には、エンジンまたは発電機の回転数が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすることを特徴とする発電機制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された発電機制御装置において、前記エンジンまたは前記発電機の回転数に応じて、回転数が大きければ大きいほど小さくなるように、前記制御に用いる比例ゲインおよび積分ゲインを変化させることを特徴とする発電機制御装置。
【請求項３】
発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、負荷電流の電流値が大きい場合には、負荷電流が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすることを特徴とする発電機制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載された発電機制御装置において、前記負荷電流の電流値に応じて、電流値が大きければ大きいほど小さくなるように、前記制御に用いる比例ゲインおよび積分ゲインを変化させることを特徴とする発電機制御装置。
【請求項５】
発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、界磁電流又は界磁電圧が大きい場合には、界磁電流又は界磁電圧が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを大きくすることを特徴とする発電機制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載された発電機制御装置において、前記界磁電流または前記界磁電圧の電流値または電圧値に応じて、電流値または電圧値が大きければ大きいほど大きくなるように、前記制御に用いる比例ゲインおよび積分ゲインを変化させることを特徴とする発電機制御装置。
【請求項７】
発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、（１）エンジンまたは発電機の回転数が大きい場合には、エンジンまたは発電機の回転数が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすること、および、（２）負荷電流の電流値が大きい場合には、負荷電流が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすること、および、（３）界磁電流又は界磁電圧が大きい場合には、界磁電流又は界磁電圧が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを大きくすること、を特徴とする発電機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機の制御を行う際、ＰＩ制御に基づき発電機の界磁を制御することで、例えば、ＰＩ制御により発電機の界磁巻線への制御出力を演算して、その制御出力を界磁巻線に供給することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１７６４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の発電機制御装置では、条件によらず速くかつ安定して応答するように条件により比例ゲインおよび積分ゲインを変更できるロジックになっている。例えば、発電機の回転数に応じて、回転数が大きい場合は回転数が小さい場合よりも大きくなるように、比例ゲインおよび積分ゲインを変更していた。このように回転数が大きいほど比例ゲインおよび積分ゲインを高くするという構造になっていたため、低回転時で応答が遅くなりやすく、高回転時に応答が不安定になりやすいという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、条件に左右されにくく、広範囲の条件で速くかつ安定して応答できる発電機制御装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１発明に係る発電機制御装置は、発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、エンジンまたは発電機の回転数が大きい場合には、エンジンまたは発電機の回転数が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすることを特徴とするものである。好適な実施例として、前記エンジンまたは前記発電機の回転数に応じて、回転数が大きければ大きいほど小さくなるように、前記制御に用いる比例ゲインおよび積分ゲインを変化させることがある。
【０００６】
また、本発明の第２発明に係る発電機制御装置は、発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、負荷電流の電流値が大きい場合には、負荷電流が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすることを特徴とするものである。好適な実施例として、前記負荷電流の電流値に応じて、電流値が大きければ大きいほど小さくなるように、前記制御に用いる比例ゲインおよび積分ゲインを変化させることがある。
【０００７】
さらに、本発明の第３発明に係る発電機制御装置は、発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、界磁電流又は界磁電圧が大きい場合には、界磁電流又は界磁電圧が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを大きくすることを特徴とするものである。好適な実施例として、前記界磁電流または前記界磁電圧の電流値または電圧値に応じて、電流値または電圧値が大きければ大きいほど大きくなるように、前記制御に用いる比例ゲインおよび積分ゲインを変化させることがある。
【０００８】
さらにまた、本発明の第４発明に係る発電機制御装置は、発電機の界磁を制御することで、発電機の発電電圧値を目標電圧値とする発電機制御装置において、（１）エンジンまたは発電機の回転数が大きい場合には、エンジンまたは発電機の回転数が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすること、および、（２）負荷電流の電流値が大きい場合には、負荷電流が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすること、および、（３）界磁電流又は界磁電圧が大きい場合には、界磁電流又は界磁電圧が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを大きくすること、を特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、（１）エンジンまたは発電機の回転数が大きい場合には、エンジンまたは発電機の回転数が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすること、および／または、（２）負荷電流の電流値が大きい場合には、負荷電流が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを小さくすること、および／または、（３）界磁電流又は界磁電圧が大きい場合には、界磁電流又は界磁電圧が小さい場合に比べ、制御に用いる比例ゲインを大きくすることで、条件に左右されにくく、広範囲の条件で速くかつ安定して応答できる発電機制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の発電機制御装置の実施態様を説明する。
【００１１】
＜本発明の発電機制御装置を好適に適用できる四輪駆動車両について＞
図１は本発明の発電機制御装置を好適に適用できる四輪駆動車両の一例を説明するための図である。図１に示す例において、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、内燃機関であるエンジン２によって駆動させる主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪である。
【００１２】
エンジン２の出力トルクＴｅは、トランスミッション及びデファレンスギヤ５を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される。また、エンジン２の出力トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達されることで、発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｇで回転する。発電機７は、４ＷＤコントローラ８によって調整される界磁電流Ｉｆｇに応じてエンジン２に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた発電をする。この発電機７の発電電力の大きさは、回転数Ｎｇと界磁電流Ｉｆｇとの大きさにより決定される。なお、発電機７の回転数Ｎｇは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。発電機７が発電した電力は、インバータ９を介してモータ４に供給可能となっている。モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。なお、本例のモータ４は交流モータである。また、図中の符号１３はデファレンスギヤを示す。
【００１３】
各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲが設けられている。各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲは、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤコントローラ８に出力する。４ＷＤコントローラ８は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成され、各車輪速センサ２７ＦＬ〜２７ＲＲで検出される車輪速度信号、モータ４に連結されたレゾルバの出力信号、アクセルペダルの踏み込み量に相当するアクセル開度等の情報が入力される。
【００１４】
図２は発電機７における界磁制御の一例を説明するための回路図である。図２に示す例において、７ａは発電機７の電機子コイル、７ｂは界磁コイル、７ｃはスイッチング素子、７ｄはバッテリである。そして、ＰＩ制御に基づき界磁コイル７ｂを流れる界磁電流Ｉｆｇを制御することで、発電機７の発電で夏値Ｖｇが目標電圧値となるよう制御している。
【００１５】
なお、上述した例では、本発明の発電機制御装置を四輪駆動車両に適用する例を示したが、本発明の発電機制御装置は他の発電機にも適用できることはいうまでもない。
【００１６】
＜本発明の発電機制御装置の説明＞
以下、本発明の発電機制御装置の特徴部分について説明する。図３〜図５はそれぞれ本発明の発電機制御装置の一例の概念を説明するための図である。ここでは、ＰＩ制御（フィードバック制御）に用いる比例ゲインおよび積分ゲインを変更するに際し、図３に示す例ではエンジンまたは発電機の回転数について検討した例を、図４に示す例は負荷電流の電流値について検討した例を、図５に示す例では界磁電流の電流値または界磁電圧の電圧値を検討した例を、それぞれ示している。
【００１７】
＜第１発明の説明＞
図３に示す例では、回転数が大の場合の曲線と回転数が小の場合の曲線とを比較してみると、同じ界磁電流の変化に対し、回転数が大きいほど電圧は変化しやすい（言い換えると大きく変化する）ことがわかる。このとき、回転数が大きければ大きいほど小さくなるように（言い換えるとゲインを下げるように）、比例ゲインおよび積分ゲインを変化させる制御を考える。この制御を行うと、回転数が大きいときは比例ゲインおよび積分ゲインが小さくなり、同じ界磁電流に対する電圧の変化量は小さくなる。その結果、この制御を行ったときは、回転数が変わっても電圧の変化のばらつきが少なくなる。
【００１８】
＜第２発明の説明＞
図４に示す例では、界磁が大の場合の曲線と界磁が小の場合の曲線とを比較してみると、負荷電流が大きいほど電圧が変化しやすい（言い換えると大きく変化する）ことがわかる。このとき、負荷電流が大きければ大きいほど小さくなるように（言い換えるとゲインを下げるように）、比例ゲインおよび積分ゲインを変化させる制御を考える。この制御を行うと、負荷電流が大きいときは比例ゲインおよび積分ゲインが小さくなり、負荷電流によらず界磁の変化量が小さくなる。その結果、この制御を行ったときは、負荷電流が変わっても、界磁の変化のばらつきが少なくなる。
【００１９】
＜第３発明の説明＞
図５に示す例では、界磁の曲線を検討してみると、同じ界磁の変化量に対し界磁が大きいほど電圧が変化しにくくなる（言い換えると小さく変化する）ことがわかる。このとき、界磁が大きければ大きいほど大きくなるように（言い換えるとゲインを挙げるように）、比例ゲインおよび積分ゲインを変化させる制御を考える。この制御を行うと、界磁（界磁電圧または界磁電流）が大きいときは比例ゲインおよび積分ゲインが大きくなり、界磁が変わっても電圧の変化のばらつきが少なくなる。
【００２０】
図３〜図５に示す本発明の発電機制御装置では、回転数（第１発明）、負荷電流（第２発明）、界磁電流または界磁電圧（第３発明）などの条件が変化しても、それらの条件に左右されにくくなり、広範囲の条件で速くかつ安定して応答できるようになる。また、上述した例では、回転数（図３）、負荷電流（図４）、界磁電流または界磁電圧（図５）の条件をそれぞれ単独で使用して、比例ゲインおよび積分ゲインを変化させたが、これらの３つの条件すべてを使用して、比例ゲインおよび積分ゲインを変化させることもできる（第４発明）。このようにして、３つの条件すべてを使用して、比例ゲインおよび積分ゲインを変化させた第４発明では、いずれか単独の第１発明〜第３発明に比べて、よりＰＩ制御の精度を向上させることができる。
【００２１】
図６は本発明の発電機制御装置の一例を説明するためのブロック図である。図６に示す例において、３１はエンジン、３２は発電機、３３は負荷、３４は比較器、３５はＰＩ制御演算部、３６はＤＵＴＹ演算部であり、これらの構成は従来のものと同様である。本発明の発電機制御装置の特徴は、ＰＩ制御演算部３５に、比例ゲインおよび積分ゲインを変更するゲイン演算部３７を設けた点である。図６に示す例では、発電機３２の発電電圧と目標電圧との差分ΔＶを比較器３４で求める。求めた差分ΔＶをＰＩ制御演算部３５で制御して、目標界磁電圧となる制御出力を求める。そして、求めた制御出力をＤＵＴＹ演算部３６で演算し、界磁ＤＵＴＹを求める。求めた界磁ＤＵＴＹを発電機３２の界磁コイルに供給して、発電機３２の制御を行っている。
【００２２】
ここで、ＰＩ制御演算部３５における、比例制御の比例項ＶｆｐはＶｆｐ＝Ｋｐ×ΔＶ（Ｋｐ：比例ゲイン）となり、積分制御の積分項ＶｆｉはＶｆｉ＝Ｋｉ×ΔＶ×Δｔ＋Ｖｆｉｚ（Ｋｉ：積分ゲイン、Ｖｆｉｚ：積分前回値）となる。これらの比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉを、エンジンまたは発電機の回転数、負荷電流値、界磁電流値または界磁電圧値を計測または推測し、それぞれよりゲインを補正する係数を算出し、その係数をもって補正する点が本発明の特徴となる。
【００２３】
図７は本発明の発電機制御装置におけるゲイン演算部３７の一例を説明するためのブロック図である。図７に示す例では、回転数とゲイン補正係数Ｋ１との関係から回転数に対するゲイン補正係数Ｋ１を求め、負荷電流とゲイン補正係数Ｋ２との関係から負荷電流に対するゲイン補正係数Ｋ２を求め、界磁電圧または界磁電流とゲイン補正係数Ｋ３との関係から界磁に対するゲイン補正係数Ｋ３を求める。ここで、回転数とゲイン補正係数Ｋ１との関係は、回転数が大きければ大きいほどゲイン補正係数Ｋ１が小さくなり、負荷電流とゲイン補正係数Ｋ２との関係は、負荷電流が大きければ大きいほどゲイン補正係数Ｋ２が小さくなり、界磁とゲイン補正係数Ｋ３との関係は、界磁が大きければ大きいほどゲイン補正係数Ｋ３が大きくなる。そして、基本ゲインＫｂに対しゲイン補正係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を使用して、制御に用いるゲインＫをＫ＝Ｋｂ＊Ｋ１＊Ｋ２＊Ｋ３から求めている。実際には、比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉのそれぞれに対し、上述したゲイン補正係数Ｋ１〜Ｋ３を用いた補正を行っている。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の発電機制御装置によれば、（１）エンジンまたは発電機の回転数に応じて、回転数が大きければ大きいほど小さくなるように、および／または、（２）負荷電流の電流値に応じて、電流値が大きければ大きいほど小さくなるように、および／または、（３）界磁電流または界磁電圧の電流値または電圧値に応じて、電流値または電圧値が大きければ大きいほど大きくなるように、ＰＩ制御に用いる比例ゲインおよび積分ゲインを変化させることで、条件に左右されにくく、広範囲の条件で速くかつ安定して応答できるため、四輪駆動車両に用いられる発電機をはじめとする種々の構成の発電機の発電機制御装置として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の発電機制御装置を好適に適用できる四輪駆動車両の一例を説明するための図である。
【図２】発電機における界磁制御の一例を説明するための回路図である。
【図３】本発明の発電機制御装置の一例の概念を説明するための図である。
【図４】本発明の発電機制御装置の他の例の概念を説明するための図である。
【図５】本発明の発電機制御装置のさらに他の例の概念を説明するための図である。
【図６】本発明の発電機制御装置の一例を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明の発電機制御装置におけるゲイン演算部の一例を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１Ｌ、１Ｒ  前輪
２  エンジン
３Ｌ、３Ｒ  後輪
４  モータ
６  ベルト
７  発電機
８  ４ＷＤコントローラ
９  インバータ
１１  減速機
１２  クラッチ
２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ  車輪速センサ
３１  エンジン
３２  発電機
３３  負荷
３４  比較器
３５  ＰＩ制御演算部
３６  ＤＵＴＹ演算部
３７  ゲイン演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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