WO2013140694A1 - 制御回路、および制御回路を備える発電装置 - Google Patents

制御回路、および制御回路を備える発電装置 Download PDF

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雄大 井ノ口
武明 杉本
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Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/45—Special adaptation of control arrangements for generators for motor vehicles, e.g. car alternators

Definitions

  • the present invention relates to a control circuit that controls electric power supplied from an AC generator to a load, and a power generation apparatus including the control circuit.
  • Patent Document 1 discloses a control circuit for controlling power supplied from an AC generator to a load for an AC generator driven by a four-cycle engine.
  • the output of the AC generator is AC. For this reason, unless the timing which supplies the output of an AC generator to a load is controlled appropriately, electric power cannot be supplied appropriately to the load.
  • FIG. 11 is a diagram showing the period of each stroke in the 4-cycle engine.
  • the vertical axis represents the sensor period
  • the horizontal axis represents the number of measurement of the sensor period.
  • FIG. 12 is a diagram showing the rate of change in the period of each stroke in the 4-cycle engine.
  • the vertical axis indicates the rate of change of the sensor period
  • the horizontal axis indicates the number of times the sensor period is measured.
  • the sensor period is the period of the sensor signal.
  • the sensor signal is a one-shot pulse generated every time the four strokes of intake, compression, ignition, and exhaust are switched. For this reason, by measuring the sensor period, it is possible to obtain the respective periods of the four strokes of intake, compression, ignition, and exhaust. 11 and 12, it can be seen that the respective periods of the four strokes of intake, compression, ignition, and exhaust are different.
  • the appropriate timing for supplying the output of the alternator to the load changes.
  • the conventional control circuit makes the timing of supplying the output of the AC generator to the load substantially constant. For this reason, the case where the output of the AC generator cannot be supplied to the load at an appropriate timing occurs, and there is a case where the electric power cannot be efficiently supplied to the load. And the phenomenon that electric power cannot be efficiently supplied with respect to load was especially remarkable in the area
  • an object of the present invention is to efficiently supply power from an AC generator to a load.
  • the present invention proposes the following items in order to solve the above-described problems.
  • the present invention provides a control circuit (for example, FIG. 1) that controls power supplied from an AC generator (for example, equivalent to the generator 5 in FIG. 1) to a load (for example, the battery 6 in FIG. 1). Operation of the alternator in a period (e.g., corresponding to the previous cycle in Fig. 5) prior to the current period (e.g., corresponding to the current cycle in Fig. 5).
  • an estimation means for example, in FIG. 1) for estimating the subsequent operation state (for example, equivalent to the sensor cycle in state 8 in FIG. 5) of the AC generator.
  • an output supply control means for controlling supply of the output of the AC generator to the load using the estimation result by the estimation means (for example, equivalent to the output supply control section 13 in FIG. 1).
  • a control characterized by comprising A circuit is proposed.
  • the estimation means and the output supply control means are provided in the control circuit that controls the power supplied from the AC generator to the load. Then, the subsequent operation state of the AC generator is estimated based on the operation state of the AC generator in the cycle before the current cycle by the estimation means. Further, the output supply control means controls the supply of the output of the alternator to the load using the estimation result obtained by the estimation means. For this reason, supply of the output of the alternator to the load can be controlled based on the previous operating state of the alternator.
  • the state of the AC generator is changed from the second state (for example, equivalent to state 3 in FIG. 5) to the first state (for example, state 4 in FIG. 5).
  • Transition rate acquisition means e.g., corresponding to the change rate acquisition unit 11 in FIG. 1 for obtaining a change rate of the period of the first state with respect to the period of the second state
  • the estimating means The period of the second state (for example, corresponding to the sensor cycle in the state 7 of FIG. 5) and the rate of change (for example, of FIG. Change in sensor cycle in state 4 relative to sensor cycle in state 3 Based on the equivalent), in a first state (e.g., it has proposed a control circuit, characterized in that estimating the period which is equivalent) to the state 8 in FIG.
  • the change in the period that is the first state relative to the period that is the second state A change rate acquisition means for obtaining the rate was provided. Then, when the state of the alternator transitions from the second state to the first state by the estimation unit, the change rate acquisition unit in the period of the second state and the alternator one cycle before Based on the obtained rate of change, the period of the first state is estimated. For this reason, the operation state after the AC generator can be estimated based on the operation state of the AC generator one cycle before, and the same effect as described above can be obtained.
  • the present invention relates to the control circuit of (2), wherein the output supply control means includes a period estimated by the estimation means (for example, corresponding to a sensor cycle in the state 8 of FIG. 5), and the second A supply voltage (for example, of a power generation control device 100 described later) in a third state (for example, corresponding to state 6 in FIG. 5), which is a state before the state (for example, corresponding to state 7 in FIG. 5).
  • the output supply control means includes a period estimated by the estimation means (for example, corresponding to a sensor cycle in the state 8 of FIG. 5), and the second A supply voltage (for example, of a power generation control device 100 described later) in a third state (for example, corresponding to state 6 in FIG. 5), which is a state before the state (for example, corresponding to state 7 in FIG. 5).
  • the output supply control means estimates the period estimated by the estimation means, the supply voltage to the load in the third state that is the state before the second state, and Using the target voltage, the supply voltage to the load in the second state, and the target voltage, the supply of the output of the AC generator to the load is controlled. For this reason, supply of the output of the alternator to the load can be controlled using not only the previous operating state of the generator but also the relationship between the output voltage of the alternator and the target voltage. Therefore, electric power can be more efficiently supplied from the AC generator to the load.
  • the present invention includes a control circuit according to any one of (1) to (3), and supplies power output from the AC generator to the load (for example, FIG. 1 charging device AA).
  • any one of the control circuits (1) to (3) is provided in the power generator, and the power output from the AC generator is supplied to the load. For this reason, the effect similar to the effect mentioned above can be produced.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a charging device AA according to an embodiment of the present invention.
  • the charging device AA includes a generator 5, a battery 6 that is charged by the output power of the generator 5, a detection circuit 7 that detects an operating state of the generator 5, a fuse 8, and a power generation control device 100 as a regulator. .
  • the generator 5 is a three-phase AC generator having three phases of AC1, AC2, and AC3, and one cycle of the generator 5 is N (where N is an integer satisfying N ⁇ 2). Composed. For example, when the generator 5 is driven by a four-cycle engine, one cycle of the generator 5 is configured with four states respectively corresponding to four strokes of intake, compression, ignition, and exhaust. .
  • the input terminals IN1 to IN3 of the power generation control device 100 are connected to the phases AC1 to AC3, respectively.
  • the detection circuit 7 detects the operation state of the generator 5 and outputs a sensor signal synchronized with the operation of the generator 5. Specifically, the detection circuit 7 generates a one-shot pulse each time it detects that the above-described state in the generator 5 has been switched, and outputs it as a sensor signal. For example, when the generator 5 is driven by a four-cycle engine, a one-shot pulse is generated each time the four strokes of intake, compression, ignition, and exhaust are switched.
  • the output terminal OUT of the power generation control device 100 is connected to the positive electrode of the battery 6 via the fuse 8.
  • the ground terminal GND of the power generation control device 100 connected to the reference potential source is connected to the negative electrode of the battery 6.
  • the power generation control device 100 includes a control circuit 1, a zero cross signal generation circuit 20, and a drive circuit 30.
  • the zero cross signal generation circuit 20 is connected to the input terminals IN1 to IN3 and the control circuit 1.
  • the zero cross signal generation circuit 20 rectifies the voltage output from each of the phases AC1 to AC3 of the generator 5 and outputs the rectified voltage as each of the signals DC1 to DC3. Specifically, when the voltage output from the phase AC1 of the generator 5 is equal to or higher than a predetermined threshold voltage, the voltage of the signal DC1 is set to VH, and when the voltage is lower than the threshold voltage, the signal DC1 Is set to VL lower than VH, and the signal DC1 is output.
  • the voltages of the signals DC2 and DC3 are set according to the result of comparison with the threshold voltage, similarly to the voltage output from the phase AC1 described above. Change the output.
  • the drive circuit 30 is connected to the input terminals IN1 to IN3 and the control circuit 1, and includes switch elements Q1, Q2, and Q3 (not shown). Each of switch elements Q1 to Q3 is provided in a pair with each of phases AC1 to AC3 of generator 5.
  • the drive circuit 30 turns on and off each of the switch elements Q1 to Q3 in accordance with a control signal output from the control circuit 1, and outputs output power from each of the phases AC1 to AC3 of the generator 5 to the output terminal OUT. And supply to the battery 6 via the fuse 8 is controlled.
  • the relationship between the control of the switch elements Q1 to Q3 and the power supplied to the battery 6 will be described below with reference to FIGS.
  • FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the switch elements Q1 to Q3.
  • V SNS indicates the voltage of the sensor signal.
  • V DC1 indicates a voltage obtained by rectifying the voltage of the signal DC1, that is, the voltage output from the phase AC1 of the generator 5.
  • V DC2 indicates a voltage obtained by rectifying the voltage of the signal DC2, that is, the voltage output from the phase AC2 of the generator 5.
  • V DC3 indicates a voltage obtained by rectifying the voltage of the signal DC3, that is, the voltage output from the phase AC3 of the generator 5.
  • ST Q1 indicates the state of the switch element Q1
  • ST Q2 indicates the state of the switch element Q2
  • ST Q3 indicates the state of the switch element Q3.
  • the voltage V SNS of the sensor signal is VL over a predetermined period. This indicates a one-shot pulse generated by the detection circuit 7 described above, and indicates that the state of the generator 5 is switched at each of these times t0 to t4.
  • the switching element Q1 at the timing when the voltage V DC1 rises from VL to VH is turned on, the switching device Q1 at the timing when the voltage V DC1 falls from VH to VL in the OFF state.
  • Each of the switch elements Q2 and Q3 is also turned on / off according to each of the voltages V DC2 and V DC3 , similarly to the switch element Q1.
  • FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the switch element Q1.
  • the battery 6 is connected depending on the relationship between the period in which the switching element Q1 is on and the period in which the voltage V DC1 is VH.
  • the charging period changes, and the rate at which the output power from the phase AC1 of the generator 5 is supplied to the battery 6 changes. Therefore, by controlling the switch elements Q1 to Q3, the power supplied to the battery 6 can be controlled, and the charging of the battery 6 can be controlled.
  • control circuit 1 is connected to the input terminal IN4, the output terminal OUT, the zero-cross signal generation circuit 20, and the drive circuit 30.
  • the control circuit 1 includes a change rate acquisition unit 11, an estimation unit 12, and an output supply control unit 13, and performs PWM control of the switch elements Q1 to Q3.
  • the rate-of-change acquisition unit 11 obtains the rate of change of the sensor cycle, as will be described later in detail in step S3 of FIG.
  • the sensor cycle is a cycle in which a one-shot pulse is generated as a sensor signal, that is, a time from when the one-shot pulse is input to the control circuit 1 until it is input this time. , Tb, Tc, Td.
  • the estimation unit 12 estimates the next sensor cycle by using the change rate of the sensor cycle obtained by the change rate acquisition unit 11, as will be described later in detail in step S3 of FIG.
  • the output supply control unit 13 determines the operation amount ⁇ of the switch elements Q1 to Q3 in the next state using the next sensor cycle estimated by the estimation unit 12, as will be described later in detail in step S4 of FIG. Then, a control signal is output to the drive circuit 30, and the switch elements Q1 to Q3 are PWM-controlled.
  • FIG. 4 is a flowchart of sensor interrupt processing performed by the control circuit 1. This sensor interruption process is executed each time the one-shot pulse generated by the detection circuit 7 as a sensor signal is input to the control circuit 1.
  • step S1 the change rate acquisition unit 11 measures the sensor cycle, stores it as cycle data, and moves the process to step S2. According to this, the period in which each of the N states in the generator 5 continues is stored as the periodic data.
  • step S2 the change rate acquisition unit 11 determines whether or not (N + 1) times or more of periodic data is stored. If it is determined that it is stored, the process proceeds to step S3, and if it is determined that it is not stored, the process proceeds to step S4.
  • step S3 the change rate acquisition unit 11 and the estimation unit 12 estimate the period during which the next state continues, that is, the next sensor cycle T (n + 1) (where n is an arbitrary integer), and the process proceeds to step S4. Move processing.
  • the process in step S3 will be described in detail below with reference to FIG.
  • FIG. 5 exemplifies a case in which the period during which state 8 continues, that is, the sensor period in state 8 is estimated.
  • State 8 is the next state, and state 7 is the current state.
  • one cycle of the generator 5 is composed of four states, and the states 1 and 5 indicate the same state.
  • Each of the states 2 to 4 and each of the states 6 to 8 shows the same state as in the states 1 and 5.
  • the continuous period of state 4 is longer than the continuous period of state 3, the continuous period of state 8 which is the state after one cycle of state 4 is also one cycle after state 3 It becomes longer than the continuous period of the state 7 which is the state.
  • the duration of the state 4 is shorter than the duration of the state 3
  • the duration of the state 8 that is one cycle after the state 4 is also the state after one cycle of the state 3. It is shorter than the continuous period of a certain state 7.
  • the rate of change of the continuous period of state 4 with respect to the period of continuous state 3 is substantially equal to the rate of change of the continuous period of state 8 with respect to the continuous period of state 7.
  • the rate of change of the sensor cycle in state 4 with respect to the sensor cycle in state 3 is substantially equal to the rate of change of sensor cycle in state 8 with respect to the sensor cycle in state 7.
  • the control circuit 1 first obtains the change rate of the sensor period in the state 4 with respect to the sensor period in the state 3 by the change rate acquisition unit 11.
  • the rate of change of the sensor period in state 4 with respect to the sensor period in state 3 is 135%, and the sensor period in state 4 is 35% longer than the sensor period in state 3.
  • the estimation unit 12 calculates the sensor cycle T8 in state 8 by the following equation (1). presume.
  • T7 represents the sensor period in the state 7.
  • RC T3-T4 indicates the rate of change of the sensor period in state 4 with respect to the sensor period in state 3.
  • the sensor period T8 in the state 8 is estimated as “112.75”.
  • step S4 the output supply control unit 13 determines the manipulated variable ⁇ of the switch elements Q1 to Q3 in the next state and outputs a control signal to the drive circuit 30.
  • the sensor allocation shown in FIG. Finish the process. The process in step S4 will be described in detail below.
  • step S4 when it is determined in step S2 that the change rate acquisition unit 11 has not stored (N + 1) or more period data will be described below.
  • the control circuit 1 sets the operation amount ⁇ of the switch elements Q1 to Q3 in the next state to a predetermined value by the output supply control unit 13.
  • step S4 when it is determined in step S2 that the change rate acquisition unit 11 has stored (N + 1) times or more of periodic data will be described below.
  • control circuit 1 uses the output supply control unit 13 to first output the output voltage of the power generation control device 100 in the state before the state in which the next sensor cycle T (n + 1) is estimated in step S3, that is, the current state. Based on the target voltage, a difference ⁇ dif (n) between the output voltage and the target voltage is obtained by the following formula (2).
  • Vout (n) indicates the output voltage of the power generation control device 100 in the current state.
  • Vref represents a target voltage that is a target value of the output voltage Vout (n) of the power generation control device 100.
  • Vout (n) is the output voltage of the power generation control device 100 in state 7
  • ⁇ dif (n) is the power generation control device in state 7. The difference between the output voltage of 100 and the target voltage.
  • control circuit 1 causes the output supply control unit 13 to calculate the output voltage and the target voltage based on the output voltage and the target voltage of the power generation control device 100 in the state immediately before the current state by the following formula (3). A difference ⁇ dif (n ⁇ 1) from the target voltage is obtained.
  • Vout (n ⁇ 1) indicates the output voltage of the power generation control device 100 in the state immediately before the current state.
  • Vref represents a target voltage that is a target value of the output voltage Vout (n ⁇ 1) of the power generation control device 100.
  • Vout (n ⁇ 1) becomes the output voltage of the power generation control device 100 in state 6
  • ⁇ dif (n ⁇ 1) becomes state 6 Is the difference between the output voltage of the power generation control device 100 and the target voltage.
  • control circuit 1 determines the difference ⁇ dif (n) between the output voltage of the power generation control device 100 in the current state and the target voltage, and the difference between the output voltage of the power generation control device 100 in the previous state and the target voltage. Based on ⁇ dif (n ⁇ 1), the control amount ⁇ (n + 1) in the next state is obtained by the following equation (4).
  • K0 and K1 indicate PI constants.
  • ⁇ (n) indicates the control amount in the current state. For example, when the sensor period in state 8 in FIG. 5 is estimated in step S3, ⁇ (n) is the control amount in state 7.
  • control circuit 1 calculates the next state by the following equation (5).
  • the operation amount ⁇ of the switch elements Q1 to Q3 is determined.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a case where the next sensor cycle is estimated by the control circuit 1 as described above.
  • the process of step S3 in FIG. 4 causes the actual sensor period to be between the measured value T2d of the sensor period and the estimated value T2c ′ of the sensor period. No error occurs between the estimated sensor period.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a case where the next sensor cycle is estimated as equal to the current sensor cycle, not the case where the control circuit 1 estimates the sensor cycle as described above.
  • the sensor period is not constant, there is an error between the actual sensor period and the estimated sensor period, such as between the measured value T2d of the sensor period and the estimated value T2c ′ of the sensor period. Will occur.
  • FIG. 8 is a diagram showing a sensor cycle.
  • the vertical axis represents the sensor period
  • the horizontal axis represents the number of measurement of the sensor period.
  • a solid line indicates a sensor cycle of the sensor signal output from the detection circuit 7, that is, an actual measurement value of the sensor cycle.
  • the broken line indicates the sensor period estimated as described above by the control circuit 1 as described above with reference to FIG.
  • the two-dot chain line indicates the sensor cycle when the next sensor cycle is equal to the current sensor cycle, as described above with reference to FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a charging current supplied to the battery 6 when the drive circuit 30 is controlled in accordance with the sensor cycle estimation result by the control circuit 1 described above with reference to FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing the charging current supplied to the battery 6 when the drive circuit 30 is controlled on the assumption that the next sensor cycle described above with reference to FIG. 7 is equal to the current sensor cycle. 9 and 10, the vertical axis represents the charging current supplied to the battery 6, and the horizontal axis represents time.
  • the control circuit 1 can supply a stable charging current to the battery 6 as compared with the case where the next sensor cycle is equal to the current sensor cycle. For this reason, the power generation control device 100 can efficiently supply power from the generator 5 to the battery 6.
  • the battery 6 is applied as a load to which power is supplied from the generator 5, but the present invention is not limited to this.
  • the generator 5 has three phases. However, the generator 5 is not limited to this, and may have, for example, one phase or four phases.
  • control circuit 1 performs PWM control of the switch elements Q1 to Q3 provided in the drive circuit 30, but is not limited thereto, and may be, for example, phase controlled.
  • the detection circuit 7 generates a one-shot pulse every time it detects that the above-described state in the generator 5 has been switched, but the present invention is not limited to this.
  • a one-shot pulse may be generated each time a zero cross of each of the phases AC1 to AC3 of the generator 5 is detected.
  • a one-shot pulse may be generated every time the rotation angle of the engine reaches a predetermined angle.
  • the sensor cycle one cycle before is used as described above with reference to FIG. .
  • a sensor cycle two cycles before or a sensor cycle three cycles before may be used, or a sensor cycle one cycle before and a sensor cycle two cycles before may be used in combination.
  • control circuit 5 generator 6: battery 7: detection circuit 8: fuse 10: control circuit 11: change rate acquisition unit 12: estimation unit 13: output supply control unit 20: zero-cross signal generation circuit 30: drive circuit 100: Power generation control device Q1-Q3: Switch element AA: Charging device

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Description

制御回路、および制御回路を備える発電装置
　本発明は、交流発電機から負荷に供給する電力を制御する制御回路と、この制御回路を備える発電装置と、に関する。
　従来、交流発電機から負荷に供給する電力を制御する制御回路が提案されている。例えば特許文献１には、４サイクルエンジンで駆動される交流発電機について、この交流発電機から負荷に供給する電力を制御する制御回路が示されている。
特開２０１０－７４９７３号公報
　交流発電機の出力は、交流である。このため、交流発電機の出力を負荷に供給するタイミングを適切に制御しないと、負荷に対して適切に電力を供給できない。
　また、４サイクルエンジンであれば、１サイクルには、吸気、圧縮、点火、排気の４つの行程が存在するが、図１１および図１２に示すように、各行程の期間は互いに異なる。そして、各行程の期間の差異は、エンジンの回転数が低下するに従って大きくなる。
　図１１は、４サイクルエンジンにおける各行程の期間を示す図である。図１１において、縦軸は、センサ周期を示し、横軸は、センサ周期の測定回数を示す。
　図１２は、４サイクルエンジンにおける各行程の期間の変化率を示す図である。図１２において、縦軸は、センサ周期の変化率を示し、横軸は、センサ周期の測定回数を示す。
　図１１、１２において、センサ周期とは、センサ信号の周期のことである。センサ信号とは、吸気、圧縮、点火、排気の４つの行程が切り替わるたびに生成されるワンショットパルスのことである。このため、センサ周期を測定することで、吸気、圧縮、点火、排気の４つの行程のそれぞれの期間を求めることができる。そして、図１１、１２によれば、吸気、圧縮、点火、排気の４つの行程のそれぞれの期間は、異なっていることが分かる。
　以上より、交流発電機の出力を負荷に供給する適切なタイミングは、変化する。しかしながら、従来の制御回路は、交流発電機の出力を負荷に供給するタイミングを略一定としていた。このため、交流発電機の出力を適切なタイミングで負荷に供給できない場合が発生し、負荷に対して効率的に電力を供給できない場合があった。そして、負荷に対して効率的に電力を供給できないという現象は、上述のように交流発電機を駆動する駆動部の回転数が低い領域において、特に顕著であった。
　上述の課題を鑑み、本発明は、交流発電機から負荷に対して効率的に電力を供給することを目的とする。
　本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
　（１）　本発明は、交流発電機（例えば、図１の発電機５に相当）から負荷（例えば、図１のバッテリ６に相当）に供給する電力を制御する制御回路（例えば、図１の制御回路１に相当）であって、現在の周期（例えば、図５の現在のサイクルに相当）より前の周期（例えば、図５の１つ前のサイクルに相当）における前記交流発電機の動作状況（例えば、図５のセンサ周期に相当）に基づいて、当該交流発電機の以後の動作状況（例えば、図５の状態８におけるセンサ周期に相当）を推定する推定手段（例えば、図１の推定部１２に相当）と、前記推定手段による推定結果を用いて、前記負荷に対する前記交流発電機の出力の供給を制御する出力供給制御手段（例えば、図１の出力供給制御部１３に相当）と、を備えることを特徴とする制御回路を提案している。
　この発明によれば、交流発電機から負荷に供給する電力を制御する制御回路に、推定手段および出力供給制御手段を設けた。そして、推定手段により、現在の周期より前の周期における交流発電機の動作状況に基づいて、交流発電機の以後の動作状況を推定することとした。また、出力供給制御手段により、推定手段による推定結果を用いて、負荷に対する交流発電機の出力の供給を制御することとした。このため、負荷に対する交流発電機の出力の供給を、交流発電機の以前の動作状況を踏まえて制御できる。
　ここで、発電機の現在の動作状況と、発電機の以前の動作状況と、の間には、関連性がある。このため、負荷に対する交流発電機の出力の供給を、交流発電機の現在の動作状況に則して制御することができ、交流発電機から負荷に対して効率的に電力を供給できる。
　（２）　本発明は、（１）の制御回路について、前記交流発電機の状態が第２の状態（例えば、図５の状態３に相当）から第１の状態（例えば、図５の状態４に相当）に遷移すると、当該第２の状態である期間に対する当該第１の状態である期間の変化率を求める変化率取得手段（例えば、図１の変化率取得部１１に相当）を備え、前記推定手段は、前記交流発電機の状態が第２の状態（例えば、図５の状態７に相当）から第１の状態（例えば、図５の状態８に相当）に遷移する際に、当該第２の状態であった期間（例えば、図５の状態７におけるセンサ周期に相当）と、１周期前の前記交流発電機において前記変化率取得手段により求められた変化率（例えば、図５の状態３におけるセンサ周期に対する状態４におけるセンサ周期の変化率に相当）と、に基づいて、第１の状態（例えば、図５の状態８に相当）である期間を推定することを特徴とする制御回路を提案している。
　この発明によれば、（１）の制御回路に、交流発電機の状態が第２の状態から第１の状態に遷移すると、第２の状態である期間に対する第１の状態である期間の変化率を求める変化率取得手段を設けた。そして、推定手段により、交流発電機の状態が第２の状態から第１の状態に遷移する際に、第２の状態であった期間と、１周期前の交流発電機において変化率取得手段により求められた変化率と、に基づいて、第１の状態である期間を推定することとした。このため、交流発電機の１周期前の動作状況に基づいて、交流発電機の以後の動作状況を推定することができ、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
　（３）　本発明は、（２）の制御回路について、前記出力供給制御手段は、前記推定手段により推定された期間（例えば、図５の状態８におけるセンサ周期に相当）と、前記第２の状態（例えば、図５の状態７に相当）の前の状態である第３の状態（例えば、図５の状態６に相当）における前記負荷への供給電圧（例えば、後述の発電制御装置１００の出力電圧Ｖｏｕｔ（ｎ－１）に相当）および目標電圧（例えば、後述の目標電圧Ｖｒｅｆに相当）と、当該第２の状態における前記負荷への供給電圧（例えば、後述の発電制御装置１００の出力電圧Ｖｏｕｔ（ｎ）に相当）および目標電圧（例えば、後述の目標電圧Ｖｒｅｆに相当）と、を用いて、前記負荷に対する前記交流発電機の出力の供給を制御することを特徴とする制御回路を提案している。
　この発明によれば、（２）の制御回路において、出力供給制御手段により、推定手段により推定された期間と、第２の状態の前の状態である第３の状態における負荷への供給電圧および目標電圧と、第２の状態における負荷への供給電圧および目標電圧と、を用いて、負荷に対する交流発電機の出力の供給を制御することとした。このため、発電機の以前の動作状況だけでなく、交流発電機の出力電圧と目標電圧との関係も用いて、負荷に対する交流発電機の出力の供給を制御できる。したがって、交流発電機から負荷に対してより効率的に電力を供給できる。
　（４）　本発明は、（１）～（３）のいずれかの制御回路を有し、前記交流発電機から出力された電力を前記負荷に供給することを特徴とする発電装置（例えば、図１の充電装置ＡＡに相当）を提案している。
　この発明によれば、（１）～（３）のいずれかの制御回路を発電装置に設け、交流発電機から出力された電力を負荷に供給することとした。このため、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
　本発明によれば、交流発電機から負荷に対して効率的に電力を供給できる。
本発明の一実施形態に係る充電装置の回路図である。 前記充電装置が備える発電制御装置の駆動回路に設けられたスイッチ素子の動作を示すタイミングチャートである。 前記スイッチ素子の動作を示すタイミングチャートである。 前記充電装置が備える発電制御装置の制御回路が行うセンサ割込処理のフローチャートである。 前記制御回路の動作を説明するための図である。 前記充電装置の効果を説明するための図である。 前記充電装置の効果を説明するための図である。 前記充電装置の効果を説明するための図である。 前記充電装置の効果を説明するための図である。 前記充電装置の効果を説明するための図である。 ４サイクルエンジンにおける各行程の期間を示す図である。 ４サイクルエンジンにおける各行程の期間の変化率を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
　図１は、本発明の一実施形態に係る充電装置ＡＡの回路図である。充電装置ＡＡは、発電機５と、発電機５の出力電力により充電されるバッテリ６と、発電機５の動作状況を検出する検出回路７と、ヒューズ８と、レギュレータとしての発電制御装置１００と、を備える。
　発電機５は、ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３の３つの相を有する三相交流発電機であり、発電機５の１周期は、Ｎ個（ただし、Ｎは、Ｎ≧２を満たす整数）の状態で構成される。例えば、発電機５が４サイクルエンジンで駆動される場合には、発電機５の１周期は、吸気、圧縮、点火、排気の４つの行程にそれぞれ対応する４つの状態で構成されることになる。相ＡＣ１～ＡＣ３には、それぞれ、発電制御装置１００の入力端子ＩＮ１～ＩＮ３が接続される。
　検出回路７は、発電機５の動作状況を検出して、発電機５の動作に同期したセンサ信号を出力する。具体的には、検出回路７は、発電機５における上述の状態が切り替わったことを検出するたびにワンショットパルスを生成して、センサ信号として出力する。例えば、発電機５が４サイクルエンジンで駆動される場合には、吸気、圧縮、点火、排気の４つの行程が切り替わるたびに、ワンショットパルスが生成されることになる。
　バッテリ６の正極には、ヒューズ８を介して、発電制御装置１００の出力端子ＯＵＴが接続される。バッテリ６の負極には、基準電位源に接続された発電制御装置１００のグラウンド端子ＧＮＤが接続される。
　発電制御装置１００は、制御回路１、ゼロクロス信号生成回路２０、および駆動回路３０を備える。
　ゼロクロス信号生成回路２０は、入力端子ＩＮ１～ＩＮ３および制御回路１に接続される。このゼロクロス信号生成回路２０は、発電機５の相ＡＣ１～ＡＣ３のそれぞれから出力された電圧を整流して、信号ＤＣ１～ＤＣ３のそれぞれとして出力する。具体的には、発電機５の相ＡＣ１から出力された電圧が、予め定められた閾値電圧以上である場合には、信号ＤＣ１の電圧をＶＨとし、閾値電圧未満である場合には、信号ＤＣ１の電圧をＶＨより低いＶＬとして、信号ＤＣ１を出力する。発電機５の相ＡＣ２、ＡＣ３のそれぞれから出力された電圧についても、上述の相ＡＣ１から出力された電圧と同様に、閾値電圧との比較結果に応じて、信号ＤＣ２、ＤＣ３のそれぞれの電圧を変化させて出力する。
　駆動回路３０は、入力端子ＩＮ１～ＩＮ３および制御回路１に接続され、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３（図示省略）を備える。スイッチ素子Ｑ１～Ｑ３のそれぞれは、発電機５の相ＡＣ１～ＡＣ３のそれぞれと対に設けられる。この駆動回路３０は、制御回路１から出力される制御信号に応じて、スイッチ素子Ｑ１～Ｑ３のそれぞれをオンオフさせて、発電機５の相ＡＣ１～ＡＣ３のそれぞれからの出力電力を、出力端子ＯＵＴおよびヒューズ８を介してバッテリ６に供給するのを、制御する。スイッチ素子Ｑ１～Ｑ３の制御と、バッテリ６に供給される電力と、の関係について、図２および図３を用いて以下に説明する。
　図２は、スイッチ素子Ｑ１～Ｑ３の動作を示すタイミングチャートである。図２において、ＶＳＮＳは、センサ信号の電圧を示す。ＶＤＣ１は、信号ＤＣ１の電圧、すなわち発電機５の相ＡＣ１から出力される電圧を整流したものを示す。ＶＤＣ２は、信号ＤＣ２の電圧、すなわち発電機５の相ＡＣ２から出力される電圧を整流したものを示す。ＶＤＣ３は、信号ＤＣ３の電圧、すなわち発電機５の相ＡＣ３から出力される電圧を整流したものを示す。ＳＴＱ１は、スイッチ素子Ｑ１の状態を示し、ＳＴＱ２は、スイッチ素子Ｑ２の状態を示し、ＳＴＱ３は、スイッチ素子Ｑ３の状態を示す。
　時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４において、センサ信号の電圧ＶＳＮＳが所定の期間に亘ってＶＬとなっている。これは、上述の検出回路７で生成されるワンショットパルスを示しており、これら時刻ｔ０～ｔ４のそれぞれにおいて、発電機５の状態が切り替わっていることを示している。
　また、図２では、電圧ＶＤＣ１がＶＬからＶＨに立ち上がるタイミングでスイッチ素子Ｑ１がオン状態になり、電圧ＶＤＣ１がＶＨからＶＬに立ち下がるタイミングでスイッチ素子Ｑ１がオフ状態になっている。スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３のそれぞれについても、スイッチ素子Ｑ１と同様に、電圧ＶＤＣ２、ＶＤＣ３のそれぞれに応じてオンオフしている。
　図３は、スイッチ素子Ｑ１の動作を示すタイミングチャートである。図３に示すように、スイッチ素子Ｑ１のスイッチング周波数が一定であっても、スイッチ素子Ｑ１がオン状態である期間と、電圧ＶＤＣ１がＶＨである期間と、の関係に応じて、バッテリ６が充電される期間が変化して、発電機５の相ＡＣ１からの出力電力がバッテリ６に供給される割合が変化する。このため、スイッチ素子Ｑ１～Ｑ３を制御することで、バッテリ６に供給する電力を制御することができ、バッテリ６の充電を制御できる。
　図１に戻って、制御回路１は、入力端子ＩＮ４と、出力端子ＯＵＴと、ゼロクロス信号生成回路２０と、駆動回路３０と、に接続される。この制御回路１は、変化率取得部１１、推定部１２、および出力供給制御部１３を備え、スイッチ素子Ｑ１～Ｑ３をＰＷＭ制御する。
　変化率取得部１１は、後に図４のステップＳ３において詳述するように、センサ周期の変化率を求める。なお、センサ周期とは、センサ信号としてワンショットパルスが生成される周期、すなわち制御回路１にワンショットパルスが前回入力されてから今回入力されるまでの時間のことであり、図２では、Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄに該当する。
　推定部１２は、後に図４のステップＳ３において詳述するように、変化率取得部１１により求められたセンサ周期の変化率を用いて、次回のセンサ周期を推定する。
　出力供給制御部１３は、後に図４のステップＳ４において詳述するように、推定部１２により推定された次回のセンサ周期を用いて、次の状態におけるスイッチ素子Ｑ１～Ｑ３の操作量ηを決定して制御信号を駆動回路３０に出力し、スイッチ素子Ｑ１～Ｑ３をＰＷＭ制御する。
　図４は、制御回路１が行うセンサ割込処理のフローチャートである。このセンサ割込処理は、センサ信号として検出回路７で生成されたワンショットパルスが制御回路１に入力されるたびに、実行される。
　ステップＳ１において、変化率取得部１１により、センサ周期を測定し、周期データとして記憶して、ステップＳ２に処理を移す。これによれば、発電機５における上述のＮ個の状態のそれぞれが継続した期間が、周期データとして記憶されることになる。
　ステップＳ２において、変化率取得部１１により、（Ｎ＋１）回分以上の周期データを記憶しているか否かを判別する。そして、記憶していると判別した場合には、ステップＳ３に処理を移し、記憶していないと判別した場合には、ステップＳ４に処理を移す。
　ステップＳ３において、変化率取得部１１および推定部１２により、次の状態の継続する期間、すなわち次回のセンサ周期Ｔ（ｎ＋１）を推定して（ただし、ｎは、任意の整数）、ステップＳ４に処理を移す。このステップＳ３における処理について、図５を用いて以下に詳述する。
　図５は、状態８の継続する期間、すなわち状態８におけるセンサ周期を推定する場合について例示している。状態８とは、次の状態のことであり、状態７とは、現在の状態のことである。図５では、発電機５の１周期が４つの状態で構成されており、状態１と状態５とは、同一の状態を示している。また、状態２～４のそれぞれと、状態６～８のそれぞれと、についても、状態１と状態５と同様に、同一の状態を示している。
　ここで、発電機５の現在の動作状況と、発電機５の以前の動作状況と、の間には、関連性がある。具体的には、状態４の継続した期間が、状態３の継続した期間と比べて長くなれば、状態４の１サイクル後の状態である状態８の継続する期間も、状態３の１サイクル後の状態である状態７の継続した期間と比べて長くなる。また、状態４の継続した期間が、状態３の継続した期間と比べて短くなれば、状態４の１サイクル後の状態である状態８の継続する期間も、状態３の１サイクル後の状態である状態７の継続した期間と比べて短くなる。そして、状態３の継続した期間に対する、状態４の継続した期間の変化率は、状態７の継続した期間に対する、状態８の継続する期間の変化率と、略等しくなる。このため、状態３におけるセンサ周期に対する、状態４におけるセンサ周期の変化率は、状態７におけるセンサ周期に対する、状態８におけるセンサ周期の変化率と、略等しくなる。
　そこで、状態８におけるセンサ周期を推定するに当たって、制御回路１は、まず、変化率取得部１１により、状態３におけるセンサ周期に対する、状態４におけるセンサ周期の変化率を求める。図５では、状態３におけるセンサ周期に対する、状態４におけるセンサ周期の変化率は、１３５％であり、状態４におけるセンサ周期は、状態３におけるセンサ周期に対して３５％長くなっている。
　次に、推定部１２により、状態７におけるセンサ周期と、状態３におけるセンサ周期に対する状態４におけるセンサ周期の変化率と、に基づいて、以下の数式（１）により、状態８におけるセンサ周期Ｔ８を推定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　数式（１）において、Ｔ７は、状態７におけるセンサ周期を示す。また、ＲＣＴ３－Ｔ４は、状態３におけるセンサ周期に対する状態４におけるセンサ周期の変化率を示す。数式（１）によれば、状態８におけるセンサ周期Ｔ８は、「１１２．７５」と推定されることになる。
　図４に戻って、ステップＳ４において、出力供給制御部１３により、次の状態におけるスイッチ素子Ｑ１～Ｑ３の操作量ηを決定して制御信号を駆動回路３０に出力し、図４に示すセンサ割込処理を終了する。このステップＳ４における処理について、以下に詳述する。
　まず、ステップＳ２において変化率取得部１１により（Ｎ＋１）回分以上の周期データを記憶していないと判別された場合における、ステップＳ４における処理について、以下に説明する。この場合、制御回路１は、出力供給制御部１３により、次の状態におけるスイッチ素子Ｑ１～Ｑ３の操作量ηを、予め定められた値に定める。
　次に、ステップＳ２において変化率取得部１１により（Ｎ＋１）回分以上の周期データを記憶していると判別された場合おける、ステップＳ４における処理について、以下に説明する。
　この場合、制御回路１は、出力供給制御部１３により、まず、ステップＳ３において次回のセンサ周期Ｔ（ｎ＋１）を推定した状態の前の状態、すなわち現在の状態における発電制御装置１００の出力電圧および目標電圧に基づいて、以下の数式（２）により、これら出力電圧と目標電圧との差分Δｄｉｆ（ｎ）を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　数式（２）において、Ｖｏｕｔ（ｎ）は、現在の状態における発電制御装置１００の出力電圧を示す。また、Ｖｒｅｆは、発電制御装置１００の出力電圧Ｖｏｕｔ（ｎ）の目標値である目標電圧を示す。例えば、ステップＳ３において図５の状態８におけるセンサ周期を推定した場合には、Ｖｏｕｔ（ｎ）は、状態７における発電制御装置１００の出力電圧となり、Δｄｉｆ（ｎ）は、状態７における発電制御装置１００の出力電圧と目標電圧との差分となる。
　また、制御回路１は、出力供給制御部１３により、現在の状態より１つ前の状態における発電制御装置１００の出力電圧および目標電圧に基づいて、以下の数式（３）により、これら出力電圧と目標電圧との差分Δｄｉｆ（ｎ－１）を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　数式（３）において、Ｖｏｕｔ（ｎ－１）は、現在の状態より１つ前の状態における発電制御装置１００の出力電圧を示す。また、Ｖｒｅｆは、発電制御装置１００の出力電圧Ｖｏｕｔ（ｎ－１）の目標値である目標電圧を示す。例えば、ステップＳ３において図５の状態８におけるセンサ周期を推定した場合には、Ｖｏｕｔ（ｎ－１）は、状態６における発電制御装置１００の出力電圧となり、Δｄｉｆ（ｎ－１）は、状態６における発電制御装置１００の出力電圧と目標電圧との差分となる。
　制御回路１は、次に、現在の状態における発電制御装置１００の出力電圧と目標電圧との差分Δｄｉｆ（ｎ）と、１つ前の状態における発電制御装置１００の出力電圧と目標電圧との差分Δｄｉｆ（ｎ－１）と、に基づいて、以下の数式（４）により、次の状態における制御量θ（ｎ＋１）を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　数式（４）において、Ｋ０およびＫ１は、ＰＩ定数を示す。また、θ（ｎ）は、現在の状態における制御量を示し、例えばステップＳ３において図５の状態８におけるセンサ周期を推定した場合には、θ（ｎ）は、状態７における制御量となる。
　制御回路１は、次に、ステップＳ３において推定した次回のセンサ周期Ｔ（ｎ＋１）と、次の状態における制御量θ（ｎ＋１）と、に基づいて、以下の数式（５）により、次の状態におけるスイッチ素子Ｑ１～Ｑ３の操作量ηを定める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　以上の充電装置ＡＡが奏することのできる効果について、図６～１０を用いて以下に説明する。
　図６は、次回のセンサ周期を、制御回路１により上述のように推定した場合について説明するための図である。この場合、センサ周期が一定ではなくても、図４のステップＳ３の処理により、センサ周期の実測値Ｔ２ｄと、センサ周期の推定値Ｔ２ｃ’と、の間のように、実際のセンサ周期と、推定したセンサ周期と、の間に誤差が生じない。
　図７は、次回のセンサ周期を、制御回路１により上述のように推定した場合ではなく、今回のセンサ周期に等しいものとして推定した場合について説明するため図である。この場合、センサ周期が一定ではないと、センサ周期の実測値Ｔ２ｄと、センサ周期の推定値Ｔ２ｃ’と、の間のように、実際のセンサ周期と、推定したセンサ周期と、の間に誤差が生じることになる。
　図８は、センサ周期を示す図である。図８において、縦軸は、センサ周期を示し、横軸は、センサ周期の測定回数を示す。また、実線は、検出回路７が出力したセンサ信号のセンサ周期、すなわちセンサ周期の実測値を示す。また、破線は、図６を用いて上述したように、制御回路１により上述のように推定したセンサ周期を示す。また、２点鎖線は、図７を用いて上述したように、次回のセンサ周期が今回のセンサ周期に等しいとした場合のセンサ周期を示す。
　図８に示すように、制御回路１によれば、次回のセンサ周期が今回のセンサ周期に等しいとした場合と比べて、実測値に近いセンサ周期を推定することができる。
　図９は、図６を用いて上述した制御回路１によるセンサ周期の推定結果に応じて駆動回路３０を制御した場合における、バッテリ６に供給される充電電流を示す図である。一方、図１０は、図７を用いて上述した次回のセンサ周期が今回のセンサ周期に等しいとして駆動回路３０を制御した場合における、バッテリ６に供給される充電電流を示す図である。図９、１０において、縦軸は、バッテリ６に供給される充電電流を示し、横軸は、時間を示す。
　図９、１０に示すように、制御回路１によれば、次回のセンサ周期が今回のセンサ周期に等しいとした場合と比べて、バッテリ６に安定した充電電流を供給することができる。このため、発電制御装置１００は、発電機５からバッテリ６に対して効率的に電力を供給することができる。
　本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
　例えば、上述の実施形態では、発電機５から電力が供給される負荷として、バッテリ６を適用したが、これに限らない。
　また、上述の実施形態では、発電機５は３つの相を有するものとしたが、これに限らず、例えば、１つの相や、４つの相を有するものであってもよい。
　また、上述の実施形態では、制御回路１は、駆動回路３０に設けられたスイッチ素子Ｑ１～Ｑ３をＰＷＭ制御するものとしたが、これに限らず、例えば位相制御するものであってもよい。
　また、上述の実施形態では、検出回路７は、発電機５における上述の状態が切り替わったことを検出するたびにワンショットパルスを生成するものとしたが、これに限らない。例えば、発電機５の相ＡＣ１～ＡＣ３のそれぞれのゼロクロスを検出するたびにワンショットパルスを生成するものとしてもよい。また、例えば、発電機５がエンジンで駆動される場合には、このエンジンの回転角度が所定の角度になるたびにワンショットパルスを生成してもよい。
　また、上述の実施形態では、図４のステップＳ３において次回のセンサ周期を推定する際に、図５を用いて上述したように１サイクル前のセンサ周期を用いるものとしたが、これに限らない。例えば、２サイクル前のセンサ周期や、３サイクル前のセンサ周期を用いてもよいし、１サイクル前のセンサ周期と２サイクル前のセンサ周期とを組み合わせて用いてもよい。
　１：制御回路
　５：発電機
　６：バッテリ
　７：検出回路
　８：ヒューズ
　１０：制御回路
　１１：変化率取得部
　１２：推定部
　１３：出力供給制御部
　２０：ゼロクロス信号生成回路
　３０：駆動回路
　１００：発電制御装置
　Ｑ１～Ｑ３：スイッチ素子
　ＡＡ：充電装置

Claims (4)

  1. 　交流発電機から負荷に供給する電力を制御する制御回路であって、
    　現在の周期より前の周期における前記交流発電機の動作状況に基づいて、当該交流発電機の以後の動作状況を推定する推定手段と、
    　前記推定手段による推定結果を用いて、前記負荷に対する前記交流発電機の出力の供給を制御する出力供給制御手段と、を備えることを特徴とする制御回路。
  2. 　前記交流発電機の状態が第２の状態から第１の状態に遷移すると、当該第２の状態である期間に対する当該第１の状態である期間の変化率を求める変化率取得手段を備え、
    　前記推定手段は、前記交流発電機の状態が第２の状態から第１の状態に遷移する際に、当該第２の状態であった期間と、１周期前の前記交流発電機において前記変化率取得手段により求められた変化率と、に基づいて、第１の状態である期間を推定することを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
  3. 　前記出力供給制御手段は、前記推定手段により推定された期間と、前記第２の状態の前の状態である第３の状態における前記負荷への供給電圧および目標電圧と、当該第２の状態における前記負荷への供給電圧および目標電圧と、を用いて、前記負荷に対する前記交流発電機の出力の供給を制御することを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
  4. 　請求項１から３のいずれかに記載の制御回路を有し、前記交流発電機から出力された電力を前記負荷に供給することを特徴とする発電装置。
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