JPH10150742A - 発電機駆動用ベルトのスリップ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電機駆動用ベルトのスリップの有無を正確
に検出する。 【解決手段】 発電機３の出力端子３ｂに切換スイッチ
２５を介してバッテリ１１と電気ヒータ付触媒コンバー
タ（ＥＨＣ）２１とを接続する。スイッチ２５がＥＨＣ
側に切り換えられ、バッテリが発電機から切り離されて
いるときに出力端子３ｂの電圧変動（リップル）に基づ
いて発電機回転数を検出し、発電機回転数と機関１の回
転数とを比較することにより発電機駆動用ベルト２のス
リップの有無を検出する。ＥＨＣ２１接続時はオルタネ
ータ出力電圧は上昇せしめられ、リップルの振幅が増大
するため、リップルに基づいて正確に発電機回転数を検
出できるので、ベルトスリップの検出精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電機駆動用ベル
トのスリップ検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車用機関等のように内燃機
関の出力軸からベルトを介して発電機を駆動するような
場合には駆動用ベルトのスリップを正確に検出すること
が重要となる。一般に、駆動用ベルトのスリップが増大
すると機関の動力が十分に発電機に伝達されないため発
電機の発電量が不足してバッテリの充電不良が生じる。
また、ベルトの残存寿命はベルトのスリップと相関があ
り、ベルトの残存寿命が短くなる程スリップが増大する
ことが知られている。このため、ベルトの切断等による
発電不能等のトラブルを防止するためにもベルトのスリ
ップを検出してベルトの残存寿命を正確に判断すること
が必要となる。

【０００３】発電機駆動用ベルトのスリップ検出装置の
例としては、例えば特公昭５２−２６３０２号公報に記
載されたものがある。同公報の装置は、内燃機関の回転
数を検出する軸回転検出器と、該機関により駆動用ベル
トを介して駆動される発電機の回転数を検出する従回転
検出器とを備え、それぞれの回転検出器の検出信号の積
算値に基づいてベルトスリップの有無を検出するように
したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】発電機駆動用ベルトの
スリップの有無は、内燃機関（駆動機）と発電機（非駆
動機）との回転数を検出して、これらの回転数を比較す
ることにより容易に検出することができる。また、電子
制御式の内燃機関では制御情報として機関回転数を使用
するため、回転数センサ（例えばクランク回転角センサ
等）を設けるのが一般的であり、比較的簡単に機関の正
確な回転数を知ることができる。

【０００５】しかし、自動車用機関等では、ベルトスリ
ップ検出のみのために発電機に専用の回転数センサを設
けることはコスト増大を招き好ましくない。このため、
発電機の回転数は、発電機出力電圧の変動（出力波形）
に基づいて算出するのが一般的である。上記特公昭５２
−２６３０２号公報の装置においては、従回転検出器は
発電機出力電圧の変動（リップル）を波形整形回路で処
理することにより発電機回転数に比例した周波数のパル
ス信号を出力している。すなわち、上記公報の装置にお
いても、発電機回転数は発電機出力電圧の変動（リップ
ル）に基づいて検出される。

【０００６】ところが、上記のように発電機出力電圧の
リップルに基づいて発電機回転数を検出しようとする
と、回転数を精度良く検出することが困難になる問題が
ある。通常、自動車用機関などでは発電機はバッテリに
接続されており、常時バッテリの充電が行われる。この
ため、発電機出力電圧はバッテリに供給される電流値が
過大になることを防止するために、或る上限値（例えば
１２〜１４Ｖ程度）を越えないように制御されている。
このように、発電機出力電圧が比較的低い値に制御され
ている場合には、それに応じて出力電圧の変動幅（リッ
プルの振幅）も小さくなる。更に、上記公報の装置では
バッテリが発電機に接続された状態で回転数を検出する
ため、発電機出力電圧の変動はバッテリにより平滑化さ
れてしまい実際の出力電圧のリップルは極めて小さなも
のとなってしまう。

【０００７】このため、上記公報の装置では、リップル
を波形整形回路でパルス信号に変換する際にリップルの
検出が不正確になり回転数に比例したパルス信号が得ら
れない場合がある。従って、上記公報の装置では、発電
機回転数を精度良く検出することが困難であり、そのた
め発電機駆動用ベルトのスリップを正確に検出できない
問題がある。

【０００８】本発明は、上記問題に鑑み、発電機回転数
を検出するために専用の回転センサを設けることなく、
しかも簡易な方法で精度良く発電機駆動用ベルトのスリ
ップを検出することが可能なベルトのスリップ検出装置
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関によりベルトを介して駆動され、バッテリと高電気負
荷とに電流を供給する発電機の駆動用ベルトのスリップ
検出装置であって、前記内燃機関の回転数を検出する機
関回転数検出手段と、前記発電機の出力電圧変動に基づ
いて発電機の回転数を検出する発電機回転数検出手段
と、前記高電気負荷に電流が供給されるときに、発電機
とバッテリとの接続を遮断するとともに、発電機とバッ
テリが接続されている時に較べて発電機出力電圧を上昇
させる手段と、前記高電気負荷に電流が供給されている
時に検出された機関回転数と発電機回転数とに基づいて
発電機駆動用ベルトのスリップの有無を検出するスリッ
プ検出手段と、を備えた発電機駆動用ベルトのスリップ
検出装置が提供される。

【００１０】本発明では、発電機はバッテリの充電とと
もに、高電気負荷（例えば自動車においては、デフォッ
ガ、電気ヒータ付触媒コンバータ等の大電力を消費する
負荷）に電流を供給する。また、上記高電気負荷に電流
を供給するときには、発電機とバッテリとの接続が遮断
され、さらに高電気負荷に大電力を供給するために発電
機出力電圧が上昇せしめられる。このため、発電機出力
電圧の増大に応じてリップル振幅が増加し、しかもバッ
テリが発電機から切り離されているためリップルの平滑
化が生じることがない。従って、発電機出力電圧のリッ
プル検出が容易になるため、リップル検出精度が向上
し、発電機回転数が正確に検出される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明を自動車用
の発電機に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図
である。図１において、１は自動車用内燃機関、３は三
相交流発電機（オルタネータ）、１ａは機関１の出力軸
に設けられたベルト駆動用プーリ、３ａはオルタネータ
３の回転子の駆動軸に設けられたプーリ、２はプーリ１
ａ、３ａを接続する発電機駆動用ベルトを示している。
すなわち、オルタネータ３は内燃機関１からベルト２を
介して駆動されている。

【００１２】本実施形態では、オルタネータ３はダイオ
ード整流器（図示せず）を内蔵しており、オルタネータ
のステータからの三相交流出力はダイオード整流器によ
り直流に変換され、プラス出力端子３ｂから出力され
る。また、オルタネータ３は、コイルロータの励磁電流
を制御するレギュレータ５を内蔵している。レギュレー
タ５の作用については後述する。

【００１３】図１において、１１はバッテリ（蓄電
池）、２１は高電気負荷としての電気ヒータ付触媒コン
バータ（ＥＨＣ）を示す。本実施形態のＥＨＣ２１は、
メタル担体を有する触媒２１ａを備えており、機関始動
時等の触媒温度が低いときに触媒２１ａのメタル担体に
電流を流し、担体を発熱させることにより触媒温度を短
時間で上昇させる。すなわち、ＥＨＣ２１は、メタル担
体を電気ヒータとして作用させることにより、機関始動
後短時間で担体に担持された触媒温度を活性化温度まで
上昇させ始動直後から排気浄化作用を開始させるもので
ある。

【００１４】ＥＨＣ２１とバッテリ１１とは、切換スイ
ッチ２５を介してオルタネータ３の出力端子に接続され
ており、切換スイッチ２５を切り換えることにより、Ｅ
ＨＣ２１とバッテリ１１とのうちの一方をオルタネータ
３に接続することができる。また、図１に２３で示した
のは、エンジンのイグニッション、車両のランプ等の通
常の車両電気負荷である。本実施形態では、車両電気負
荷２３はバッテリに接続されており、切換スイッチ２５
がＥＨＣ２１とオルタネータ３とを接続する位置に切り
換えられているときにはバッテリ１１のみから車両電気
負荷２３に電力が供給されるようになっている。

【００１５】図１に３０で示すのは、機関１の電子制御
を行う制御回路（ＥＣＵ）である。本実施形態では、Ｅ
ＣＵ３０はＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ及び入出力ポートを
互いに双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコ
ンピュータとして構成されている。ＥＣＵ３０は、機関
１の燃料噴射制御や点火時期制御等の基本制御を行う
他、本実施形態では後述するように、機関１の回転数を
検出する機関回転数検出手段、オルタネータ３の回転数
を検出する発電機回転数検出手段、ＥＨＣ２１作動時に
オルタネータ３の出力電圧を上昇させる手段及び、機関
回転数とオルタネータ回転数とに基づいてベルト２のス
リップの有無を検出するスリップ検出手段として機能す
る。

【００１６】上記の各作用を行うために、ＥＣＵ３０の
入力ポートには、機関１のクランク軸近傍に配置された
回転数センサ３１からクランク軸一定回転角（例えば１
５度毎）にクランク角パルス信号が入力される。、ま
た、ＥＣＵ３０の入力ポートにはオルタネータ３の出力
端子３ｂからオルタネータ出力電圧ＶＡが波形整形回路
３５を経由して入力される。後述するように、波形整形
回路３５は出力電圧ＶＡの変動成分（リップル）のみを
取り出し、パルス信号に変換するものである。

【００１７】ＥＣＵ３０は、別途一定時間毎に実行され
る機関回転数演算ルーチン（図示せず）により、回転数
センサ３１から入力したクランク角パルス信号の間隔に
基づいて機関回転数（回転速度）を演算する。また、Ｅ
ＣＵ３０の出力ポートは、切換スイッチ２５に接続され
スイッチ２５の切換動作を行う。

【００１８】次に、レギュレータ５の作用について説明
する。レギュレータ５はオルタネータ３のロータコイル
に接続されたスイッチングトランジスタを備えており、
このトランジスタをオン／オフすることによりロータコ
イルに流れる励磁電流を制御する。本実施形態では、バ
ッテリ１１が発電機に接続されているときには、レギュ
レータはバッテリ電圧が所定値以上（例えば１４Ｖ以
上）になるとトランジスタをオフしてロータコイルへの
励磁電流の供給を停止し、バッテリ電圧が上記所定値よ
り低下するとトランジスタをオンしてロータコイルへ電
流を供給する。従って、通常の運転時（すなわち、スイ
ッチ２５が発電機とバッテリとを接続する位置に切り換
えられている時）には、オルタネータ３の出力電圧ＶＡ
はロータコイルの励磁電流のオン／オフにより上記所定
値以下に維持され、バッテリ１１の過充電が防止され
る。この定電圧制御のため、バッテリの端子電圧ＶＢが
レギュレータ５の入力端子５１に入力されている。

【００１９】レギュレータ５の別の入力端子５３はＥＣ
Ｕ３０の出力ポートに接続され、ＥＣＵ３０から切換信
号を入力するようになっている。レギュレータ５は、入
力端子５３にＥＣＵ３０からの切換信号が入力していな
い場合には、バッテリ端子電圧に基づいてロータコイル
の励磁電流を制御し、上述したオルタネータの定電圧制
御を行う。一方、レギュレータ５は、入力端子５３にＥ
ＣＵ３０からの切換信号が入力すると、上記定電圧制御
を中止してスイッチングトランジスタをオン状態に保持
する。これにより、ロータコイルに供給される励磁電流
は最大になり、オルタネータの出力電圧が大幅に上昇す
る。

【００２０】本実施形態では、ＥＣＵ３０は通常運転時
は切換スイッチ２５を、オルタネータ３の出力端子３ｂ
とバッテリ１１とを接続する位置に保持するとともに、
レギュレータ５への切換信号をオフにする。これによ
り、バッテリ１１がオルタネータ３に接続されていると
きには、オルタネータ３の出力電圧は一定値（例えば１
４Ｖ）以下の比較的低い電圧に制御されることになる。

【００２１】一方、機関始動時等でＥＨＣ２１に通電す
る場合には、ＥＣＵ３０は切換スイッチ２５をオルタネ
ータ３の出力端子３ｂとＥＨＣ２１とを接続する位置に
切り換えるとともに、レギュレータ５への切換信号をオ
ンにする。これにより、レギュレータ５はロータコイル
への励磁電流を増大させ、オルタネータ３の出力電圧が
大幅に上昇するためＥＨＣ２１には大電力が供給され
る。本実施形態では、ＥＨＣ２１通電時（ＥＣＵ３０か
らの切換信号オン時）のオルタネータ出力電圧は２５Ｖ
程度になるように設定されている。

【００２２】次に、オルタネータ３の回転数検出につい
て説明する。前述のように、本実施形態ではオルタネー
タのステータコイルで発生する三相交流電流はダイオー
ド整流器で直流電流に変換されるため、オルタネータ３
の出力端子３ｂの端子電圧はオルタネータ回転数の６倍
の変動成分（リップル）を含んでいる。このため、リッ
プルの周波数を検出することができれば、オルタネータ
回転数は（リップル周波数）×（１／６）として算出す
ることができる。本実施形態では、波形整形回路３５を
用いてオルタネータ３の出力端子３ｂの電圧のリップル
成分のみを取り出し、パルス信号に変換してＥＣＵ３０
に供給している。ＥＣＵ３０は入力したパルス信号の周
波数を計測することによりオルタネータの回転数を検出
する。

【００２３】図２は、本実施形態における波形整形回路
３５の構成を示す回路図である。図２に示すように、本
実施形態の波形整形回路３５は、カップリングコンデン
サＣ１とヒステリシス付反転比較回路ＣＴとを備えてい
る。オルタネータ３の出力端子３ｂの電圧はカップリン
グコンデンサＣ１によりその変動成分（リップル）のみ
が取り出され、比較回路ＣＴに供給される。ヒステリシ
ス付反転比較回路ＣＴは、比較器ＣＴ１の出力が１か０
かによりＳ点の電圧（基準電圧）ＶＳが変化する。すな
わち、比較器ＣＴ１の出力が１のときには基準電圧は高
電圧ＶＳＨになり、比較器ＣＴ１の出力が０のときには
基準電圧は低電圧ＶＳＬとなる。

【００２４】図３は比較回路ＣＴ１の端子Ｔ１に入力す
る電圧リップル成分の波形（図３(A) ）と、端子Ｔ２か
らＥＣＵ３０に出力される整形後のパルス信号の波形
（図３(B) ）とを示している。出力パルス信号（図３
(B) ）のレベルは、入力電圧信号が高電圧側基準値ＶＳ
Ｈを越えると０になり、低電圧側基準値ＶＳＬより低下
すると１になる。このため、ＥＣＵ３０には、リップル
の周波数に等しい周波数のパルス信号が入力することに
なる。

【００２５】前述のように、リップルの周波数はオルタ
ネータ３の回転数に正確に比例するため、上記パルス信
号の周波数を計測することによりオルタネータ３の回転
数を検出することができる。また、本実施形態では機関
１の回転数は回転数センサ３１からのパルス信号の周波
数を計測することにより正確に検出することができる。
このため、上記により検出したオルタネータ回転数と機
関１の回転数とを比較することにより、ベルトにスリッ
プが生じているか否かを正確に判定することが可能とな
る。

【００２６】ところで、上記のようにリップルの周波数
をパルス信号に変換する場合には、リップルの振幅が小
さいと、図３(A) における高電圧側基準値ＶＳＨと低電
圧側基準値ＶＳＬとの間隔を狭く設定する必要があり、
ノイズの影響を受けやすくなる。このため、リップル振
幅が小さいほどリップル周波数の検出誤差が大きくなる
傾向がある。ところが、前述のようにオルタネータ３が
バッテリ１１に接続された状態では、バッテリ１１の過
充電を防止するためにオルタネータ３の出力電圧が一定
値（例えば１４Ｖ程度の比較的低い電圧）以下になるよ
うな制御を行う必要がある。リップル成分の振幅は出力
電圧（平均値）の大きさに比例して変化するためオルタ
ネータ出力電圧が低い場合には、リップル振幅もそれに
応じて小さくなる。さらに、バッテリがオルタネータに
接続されると、オルタネータ出力電圧の変動成分はバッ
テリ１１により平滑化されてしまい、リップル振幅は極
めて小さくなってしまう。このため、バッテリ１１をオ
ルタネータ３に接続した状態でリップル周波数を検出す
ると誤差が生じやすくなり、オルタネータの回転数を正
確に検出することが困難なため、ベルトのスリップの有
無を正確に判断できない問題がある。

【００２７】本実施形態では、オルタネータ３とＥＨＣ
２１とが接続された状態でベルトのスリップの有無を検
出することにより上記問題を解決している。前述のよう
に、本実施形態ではスイッチ２５が切り換えられてＥＨ
Ｃ２１がオルタネータ３に接続されると、レギュレータ
５はオルタネータ出力電圧を大幅に上昇させる。このた
め、出力電圧の上昇に応じてリップル振幅も増大する。
しかも、本実施形態では、ＥＨＣ２１がオルタネータ３
に接続された状態ではバッテリ１１はオルタネータ３か
ら切り離されるためリップルがバッテリにより平滑化さ
れることがない。このため、ＥＨＣ２１通電中はオルタ
ネータ出力電圧のリップル振幅は大きな値に維持される
ため、リップル周波数を精度良く検出することが可能と
なる。

【００２８】図４は、本実施形態において、オルタネー
タ３にバッテリ１１を接続した状態のオルタネータ出力
電圧（カーブＡ）と、オルタネータ３にＥＨＣ２１を接
続した状態のオルタネータ出力電圧（カーブＢ）とを示
している。図４、カーブＡに示すように、オルタネータ
３とバッテリ１１とを接続した状態では、オルタネータ
出力電圧は１４Ｖを中心として極めて小さな振幅で変動
しており、リップル振幅は極めて小さい。これに対し
て、カーブＢに示すように、オルタネータ３とＥＨＣ２
１とを接続した状態では、オルタネータ電圧は２５Ｖ程
度まで増加し、リップル振幅も７Ｖ程度まで増大する。
このため、ＥＨＣ２１通電時には、前述の比較器の高電
圧側基準値ＶＳＨと低電圧側基準値ＶＳＬとの間隔を十
分に広く取ることができるようになり、正確なリップル
周波数を検出することが可能となることが判る。

【００２９】図５は、本実施形態におけるオルタネータ
駆動用ベルトのスリップ検出動作を示すフローチャート
である。本ルーチンは、ＥＣＵ３０により一定時間毎に
実行される。図５においてルーチンがスタートすると、
ステップ５０１では、フラグＸＥＨＣの値が１にセット
されているか否かが判定される。ＸＥＨは、別途ＥＣＵ
３０により実行される図示しないルーチンにより、ＥＨ
Ｃ２１に通電を行うべきときに（例えば機関始動時等）
に１にセットされるフラグであり、ＸＥＨＣ＝１はＥＨ
Ｃ２１に通電中を、ＸＥＨＣ＝０は通電停止を表してい
る。フラグＸＥＨＣの値が１にセットされると、ＥＣＵ
３０は切換スイッチ２５をＥＨＣ２１がオルタネータ３
の出力端子３ｂに接続される位置に切り換えるととも
に、オルタネータ３のレギュレータ５に切換信号を出力
し、オルタネータ３の出力電圧を上昇させる。また、フ
ラグＸＥＨＣの値が０にセットされると、ＥＨＣ３０は
切換スイッチ２５をバッテリ１１側に接続してオルタネ
ータ３の出力端子３ｂとバッテリ１１とを接続する。ま
た、レギュレータ５への切換信号はオフとされ、オルタ
ネータ３出力電圧はバッテリ１１端子電圧に応じて制御
される。

【００３０】ステップ５０１でＸＥＨＣ＝０である場合
は、現在オルタネータ３にバッテリ１１が接続されてい
るため、ステップ５０３以降のスリップ検出を行うこと
なくルーチンを終了する。一方、ステップ５０１てＸＥ
ＨＣ＝１である場合は、現在ＥＨＣ２１に通電が行われ
ており、オルタネータ３の出力電圧のリップルは十分に
大きくなっているため、ステップ５０３に進み前述の波
形整形回路３５から入力するパルス信号の周波数ｆを計
測し、ステップ５０５ではオルタネータ３の回転数ＮＡ
ＬＴを、ＮＡＬＴ＝ｆ×６として算出する。また、ステ
ップ５０７では、別途実行される図示しないルーチンに
より算出された機関１の回転数ＮＥを用いて、ベルトの
スリップ率ＳＬをオルタネータ３の回転数ＮＡＬＴと機
関１の回転数ＮＥとの比として算出する（ＳＬ＝ＮＡＬ
Ｔ／ＮＥ）。

【００３１】また、ステップ５０９では、上記スリップ
率ＳＬが所定値αより小さいか否かを判定する。ここ
で、αは１より小さい定数であり、本実施形態ではα＝
０．９に設定されている。ステップ５０９でＳＬ＜αで
あった場合には、ベルトのスリップが大きく、ＥＨＣ２
１に電力を供給するためにオルタネータ３の高出力運転
を続けるとベルトが損傷する可能性があるため、ステッ
プ５１１でフラグＸＥＨＣの値を０にセットしてＥＨＣ
２１への通電を停止するとともに、異常フラグＸＦの値
を１にセットする。フラグＸＦの値が１にセットされる
と、別途実行される図示しないルーチンにより運転席の
警告灯が点灯され、運転者にベルトにスリップが発生し
ていることが報知される。また、ステップ５０９でＳＬ
≧αであった場合には、フラグＸＦの値はステップ５１
５で０にセットされ、そのままルーチンを終了する。な
お、ＥＣＵ３０に機関のメインスイッチオフ後も記憶内
容を保持可能なバックアップＲＡＭを設け、将来の点
検、修理のためにフラグＸＦの値を格納するようにして
も良い。

【００３２】上述のように、本実施形態ではＥＨＣ２１
通電時にオルタネータ３出力電圧のリップルに基づいて
オルタネータ回転数を検出するようにしたことにより、
正確にオルタネータ回転数を検出することが可能となっ
ている。なお、上記実施形態では高電気負荷としてＥＨ
Ｃ２１に電力を供給する場合について説明したが、高電
気負荷としてはＥＨＣ２１に限らず他の大電力を消費す
る負荷（例えば外気温度が低いときに車両の窓ガラスの
霜や曇りをとるためのデフォッガ等）有する場合にも本
発明を適用することができるのはいうまでもない。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、発電機の出力電圧変動
に基づいて発電機回転数を検出する際に、回転数検出精
度が向上するため、発電機駆動用ベルトのスリップの有
無を正確に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を自動車用発電機に適用した場合の概略
構成を示す図である。

【図２】図１の実施形態の波形整形回路の構成を示す回
路図である。

【図３】図２の波形整形回路の入出力信号の波形を示す
図である。

【図４】発電機出力電圧の変動を説明する図である。

【図５】スリップ検出ルーチンの一例を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２…発電機駆動ベルト ３…発電機 １１…バッテリ ２１…電気ヒータ付触媒コンバータ ２５…切換スイッチ ３０…制御回路（ＥＣＵ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関によりベルトを介して駆動さ
   れ、バッテリと高電気負荷とに電流を供給する発電機の
   駆動用ベルトのスリップ検出装置であって、 前記内燃機関の回転数を検出する機関回転数検出手段
   と、 前記発電機の出力電圧変動に基づいて発電機の回転数を
   検出する発電機回転数検出手段と、 前記高電気負荷に電流が供給されるときに、発電機とバ
   ッテリとの接続を遮断するとともに、発電機とバッテリ
   が接続されている時に較べて発電機出力電圧を上昇させ
   る手段と、 前記高電気負荷に電流が供給されている時に検出された
   機関回転数と発電機回転数とに基づいて発電機駆動用ベ
   ルトのスリップの有無を検出するスリップ検出手段と、 を備えた発電機駆動用ベルトのスリップ検出装置。