(57)【要約】【課題】車両が走行中にアイソレータ用パワーダイオードに接続されていない電気負荷の消費電力が充電発電機の発電量を超えた場合、メインバッテリが放電してしまうという課題がある。【解決手段】当該充電発電機は、界磁巻線と、電機子巻線と、整流器と、メインバッテリ及びサブバッテリの電圧に基づいて、界磁巻線に流れる界磁電流を制御する電圧制御部と、を有する充電発電機を備え、更に、直流電流をメインバッテリ及びサブバッテリの双方へ一方向に供給し、メインバッテリ及びサブバッテリ間での相互の電流供給を防止するアイソレータ用パワーダイオードと、電圧調整部に接続され、メインバッテリ及びサブバッテリに接続されない電気負荷と、メインバッテリに接続されたキーＳＷと、電圧調整部及びキーＳＷに接続され、電気負荷の発電量が充電発電機の発電量を超えた場合、メインバッテリの放電を防止するためのリレーモジュールを備える。【選択図】  図１
2011193706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの回転により回転し回転磁界を作る界磁巻線と、
前記回転磁界を受けて交流電流を発生する電機子巻線と、
前記電機子巻線に発生した交流電流を直流電流に整流する整流器と、
前記直流電流を充電するメインバッテリ及びサブバッテリの電圧に基づいて、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御する電圧制御部と、を有する充電発電機を備え、更に、
前記直流電流を前記メインバッテリ及び前記サブバッテリの双方へ一方向に供給し、前記メインバッテリ及び前記サブバッテリ間での相互の電流供給を防止するアイソレータ用パワーダイオードと、
前記電圧調整部に接続され、前記メインバッテリ及び前記サブバッテリに接続されない電気負荷と、
前記メインバッテリに接続されたキーＳＷと、
前記電圧調整部及び前記キーＳＷに接続され、前記電気負荷の発電量が充電発電機の発電量を超えた場合、前記メインバッテリの放電を防止するためのリレーモジュールを備える、充電発電システム。
【請求項２】
前記電圧調整部は、前記リレーモジュールを駆動する第１のトランジスタを備え、
前記リレーモジュールは、常時閉回路リレーを備え、
前記電圧調整部が前記第１のトランジスタをＯＮにすると、当該第１のトランジスタは前記常時閉回路リレーに電流を供給する、請求項１記載の充電発電システム。
【請求項３】
前記リレーモジュール及び前記キーＳＷに接続され、当該充電発電機の異常を知らせる警報装置を更に備える、請求項１又は２記載の充電発電機。
【請求項４】
前記リレーモジュールは、前記警報装置に連動して前記メインバッテリと、前記メインバッテリに電力を供給するためのハーネスを導通させる、請求項１乃至３何れか一に記載の充電発電機。
【請求項５】
前記警報装置は、前記キーＳＷに接続されるＩＧ端子と、前記電圧調整部の内部に実装され前記警報装置を駆動する第２のトランジスタのＬ端子の間に接続されており、前記第２のトランジスタのソース端子はアースに接地され、前記リレーモジュールは、前記Ｌ端子の電圧が前記ＩＧ端子の電圧より低い場合に前記ＩＧ端子と前記ハーネスを導通させる、請求項１乃至４何れか一に記載の充電発電機。
【請求項６】
前記リレーモジュールは、前記ＩＧ端子から前記ハーネスへ一方向に電流が流れる様にダイオードを直列接続されたものである、請求項１乃至５何れか一に記載の充電発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の充電発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用２バッテリ充電方式の充電発電機として、充電発電機に励磁電流を直接供給する方式が採用されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−４６９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１によれば、車両が走行中にメインバッテリに接続されていない電気負荷の消費電力が充電発電機の発電量を超えた場合、メインバッテリが放電してしまうという課題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、アイソレータ用パワーダイオードに接続されていない電気負荷の消費電力が充電発電機の発電量を超えた場合であっても、メインバッテリが放電しない充電発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
【０００７】
当該充電発電システムは、エンジンの回転により回転し回転磁界を作る界磁巻線と、回転磁界を受けて交流電流を発生する電機子巻線と、電機子巻線に発生した交流電流を直流電流に整流する整流器と、直流電流を充電するメインバッテリ及びサブバッテリの電圧に基づいて、界磁巻線に流れる界磁電流を制御する電圧制御部と、を有する充電発電機を備え、更に、直流電流をメインバッテリ及びサブバッテリの双方へ一方向に供給し、メインバッテリ及びサブバッテリ間での相互の電流供給を防止するアイソレータ用パワーダイオードと、電圧調整部に接続され、メインバッテリ及びサブバッテリに接続されない電気負荷と、メインバッテリに接続されたキーＳＷと、電圧調整部及びキーＳＷに接続され、電気負荷の発電量が充電発電機の発電量を超えた場合、メインバッテリの放電を防止するためのリレーモジュールを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アイソレータ用パワーダイオードに接続されていない電気負荷の消費電力が充電発電機の発電量を超えた場合であっても、メインバッテリが放電しない充電発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施例の充電発電システムの回路図。
【図２】本実施例の電圧制御装置の回路図。
【図３】本実施例の充電発電システムの回路図。
【図４】本実施例の充電発電機。
【図５】従来技術（特許文献１）の充電発電システムの回路図。
【図６】従来技術（特許文献１）の電圧制御装置の回路図。
【図７】従来技術（単機能型）の充電発電システムの回路図。
【図８】従来技術（単機能型）の電圧制御装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、従来技術について説明する。図５，図６は、それぞれ、従来技術（特許文献１）の充電発電システムの回路図、及び、電圧制御装置の回路図を示す。
【００１１】
充電発電システムは、充電発電機１，チャージランプ（警報装置）１５，キーＳＷ２０，メインバッテリ１６，補助バッテリ２５，メインバッテリ１６、及び、補助バッテリ２５を遮断するためのアイソレータ用パワーダイオード３０（ダイオード２３，２４），充電発電機１のＢ端子へ励磁電流を供給するサイリスタモジュール７０（サイリスタ７０１，抵抗７０２，７０３）等から構成される。
【００１２】
充電発電機１は、電機子巻線１１，全波整流用ダイオード（以下、整流器）１２，界磁巻線１３，電圧制御装置（電圧制御用ＩＣレギュレータ）６０等から構成される。
【００１３】
メインバッテリ１６は、主にスタータの始動用電力を賄う用途に使用され、サブバッテリ２５はエンジン始動時の電圧低下により動作停止に至りやすくユーザにとって不快な現象を防止したい電気負荷１８（ラジオ，ＴＶ等）に電力を補うために使用される。負荷スイッチ１７は、電気負荷１８用である。尚、電気負荷１８は、通常の電気負荷でもよい。負荷スイッチ２７，電気負荷２８はメインバッテリ１６や補助バッテリ２５の制約を受けないもので、充電発電機が発電中に端子から直接電力を受ける。
【００１４】
キーＳＷ２０をＯＮすると、サイリスタ７０１のゲート端子に電圧が印加され、サイリスタ７０１がＯＮ動作することで、メインバッテリ１６から抵抗７０２，サイリスタ７０１を経由して充電発電機１の界磁巻線１３に励磁電流が供給される。これに伴いエンジンが始動すると、整流器１２に発電電流が出力され、その結果、メインバッテリ１６とサブバッテリ２５の各々に、それぞれ、アイソレータ用パワーダイオード３０を介して発電電流が充電される。
【００１５】
電圧制御装置６０は、充電発電機１の発生電圧を一定にするよう制御する。ここで、電圧制御部６００はパワーＭＯＳトランジスタ６０１を制御して、界磁巻線１３への界磁電流通流率を変える事で、回転磁界の大きさを変更し、その結果、調整電圧値は予め設定された調整電圧値に制御される（ここでは約１４.４Ｖに制御される）。Ｓ端子はバッテリ端子電圧を検出するための端子であり、Ｐ端子は電機子巻線１１に発生した電圧を検出して充電発電機が発電を開始したか否かを判断する。６０２はスイッチングノイズを吸収するために接続されているフライホイールダイオードである。
【００１６】
このＰ端子電圧が予め設定された電圧値以下で有る場合、充電発電機が発電していないと判断して、ランプ駆動用パワーＭＯＳトランジスタ６０３がＯＮし、キーＳＷ２０とＬ端子間に接続された警告用のチャージランプ１５が点灯する。充電発電機が発電を開始して、Ｐ端子電圧が有る設定された電圧値以上となった場合、充電発電機が発電を開始したと判断し、ランプ駆動用パワーＭＯＳトランジスタ６０３がＯＦＦして、警告用のチャージランプ１５は消灯する。
【００１７】
メインバッテリ１６とサブバッテリ２５はアイソレータ用パワーダイオード３０により電気的に遮断されており、メインバッテリ１６からサブバッテリ２５に電流は流れ込まず、逆にサブバッテリ２５からメインバッテリ１６への電流流れ込みもない。そのため、両バッテリは独立した用途に適した形で各電気負荷に電力を配分する事ができ、充電発電機は両バッテリへの充電が可能となる。例えば、サブバッテリ２５で車両に実装された電気負荷を使用しすぎて、バッテリ容量が異常に低下した場合でも、メインバッテリ１６の充電量には影響がなく、スタータ始動電力をメインバッテリ１６から確保する事で、車両の始動不良を防止する事が可能である。
【００１８】
特に、アイドリングストップ機能が搭載された車両においては、エンジンの再始動が行われることが多いため、ラジオ，ＴＶ等がエンジン始動時の電圧低下により動作停止に至る等の課題がある。こうしたユーザにとって不快な現象を解消するため、再始動時での電圧が低下しないようサブバッテリ２５に電圧が低下しては困る電気負荷を接続しておく。
【００１９】
上記従来技術によれば、充電発電機を動作させる機能はキーＳＷのＯＮ−ＯＦＦに連動しているため、車両が走行中にメインバッテリ１６及びサブバッテリ２５に接続されていない電気負荷２８の消費電力が充電発電機の発電量を超えた場合、サイリスタ７０１がＯＮ動作してしまう結果、メインバッテリ１６は、抵抗７０２，サイリスタ７０１を経由してＢ端子に電流が流れ出ることになる。即ち、本来放電しないはずのメインバッテリ１６から当該電気負荷２８に流れ込む結果、抵抗７０２，サイリスタ７０１が異常発熱するばかりか、メインバッテリ１６が放電してしまうという課題がある。
【００２０】
又、この上記従来技術の他に、市場で用いられている一般的な２バッテリ充電方式として、アイソレータを使用した充電発電機システムに用いられる充電発電機として、俗に単機能型と呼ばれる、補助ダイオード方式を用いた充電発電機の課題に関しても述べておきたい。
【００２１】
図７，図８は、それぞれ、従来技術（単機能型）の充電発電システムの回路図、及び、電圧制御装置の回路図である。
【００２２】
この方式は以下の様に動作する。まずキーＳＷ２０をＯＮさせると、チャージランプ１５と並列接続された初期励磁抵抗２６との合成抵抗によりＩＧ端子から界磁巻線１３に初期励磁電流が流れる。エンジンが始動して、充電発電機が発電を開始すると、全波整流用ダイオード１２に接続されているダイオード４０１，４０２，４０３で構成された補助ダイオード４０にも発電電流が出力され、界磁巻線１３にＩＧ端子からの初期励磁電流に置き換わる形で界磁電流が流れる。その結果、メインバッテリ１６と補助バッテリ２５の各々にアイソレータ用パワーダイオード３０（２３，２４）を介して発電電流が充電される。電圧制御装置５０は充電発電機の発生電圧を一定にする役目を持つ。発生電圧を一定に制御するためには、Ｓ端子からメインバッテリ１６の電圧を検出し、抵抗５０７，５０６で分圧した信号をコンデンサ５０９で平滑し、分圧された電圧がツエナーダイオード５０８のツエナー電圧を越えるとトランジスタ５０２がＯＮし、その結果パワーＭＯＳトランジスタ５０１がＯＦＦする事で界磁巻線１３に流れる界磁電流が減少するため、発電電圧が低下する。ここで抵抗５０５はトランジスタ５０２のベース抵抗であり、抵抗５０４はパワーＭＯＳトランジスタ５０１の駆動用抵抗、コンデンサ５０３は平滑用、５１０はスイッチングノイズを吸収するために接続されているフライホイールダイオードである。
【００２３】
発電電圧が低下すると、Ｓ端子で検出した電圧の分圧電圧が低下し、ツエナーダイオード５０８が遮断するため、トランジスタ５０２がＯＦＦ、パワーＭＯＳトランジスタ５０１がＯＮする事で界磁巻線１３に流れる界磁電流が増加する。この動作を繰り返す事で、発電電圧は一定に保たれる。
【００２４】
アイソレータ用パワーダイオードは、前記サイリスタモジュールを使用した従来技術と同様であるため説明は割愛する。
【００２５】
以上の様にこの補助ダイオード方式を用いた充電発電機は動作する。
【００２６】
ここで、この補助ダイオード方式を用いた充電発電機を使用した場合、充電発電機の界磁巻線に異常が生じた場合、異常警報を行う事ができない、という課題がある。図７及び図８の回路では、メインバッテリ１６→キーＳＷ２０→界磁巻線１３→パワーＭＯＳトランジスタ５０１と経由してアースに電流が流れる結果、チャージランプ１５が点灯する構成となっている。従って、界磁巻線１３が断線した場合、チャージランプ１５を動作させる回路が断線してしまうことになる。更に、当該回路では、メインバッテリ１６からキーＳＷ２０経由で受けたＩＧ端子の電圧と、界磁巻線１３が接続されているＬ端子の電圧との電圧差でチャージランプ１５は点灯するようになっている。従って、界磁巻線１３の一部が接地する、もしくはパワーＭＯＳトランジスタ５０１がＯＮ状態で破壊する、もしくはメインバッテリ１６にオーバチャージが発生した場合、補助ダイオード４０経由でＬ端子に発電電圧が生じるためにＬ端子電圧が低下できず、結果として、電圧差が生じなくなり、チャージランプ１５は点灯する事ができない。
【００２７】
次に、本実施例について説明する。図１は本実施例の充電発電機１とリレーモジュール及び、バッテリを含む充電発電システムを示し、図２は、本実施例の充電発電機に内蔵されている電圧制御装置１４の回路図を示し、図４は本実施例の充電発電機の構造図を示す。
【００２８】
上記図５，図６で説明した従来技術の図と違う点は、主に、電圧制御装置６０が電圧制御装置１４に置き換わっている点、サイリスタモジュール７０が不要となっている点、及び、逆流防止ダイオード２１１と常時閉回路リレー２１０から構成されるリレーモジュール２１が追加されている点である。
【００２９】
電圧制御装置１４は、電圧制御部１４０，パワーＭＯＳトランジスタ１４１，フライホイールダイオード１４２，チャージランプ１５の点灯と消灯を行うランプ駆動用パワーＭＯＳトランジスタ１４３、及び、Ｌ−Ｅ端子間に接続されるリレー等の電気負荷に電流を供給するリレー駆動用パワーＭＯＳトランジスタ１４４から構成されている。
【００３０】
界磁巻線１３は、図４の回転子１３ａに装着され、エンジンの回転と同期して回転し回転磁界を発生する。界磁巻線１３と並列に接続されたフライホイールダイオード１４２は、パワーＭＯＳトランジスタ１４１がＯＮからＯＦＦに移行した際に界磁電流を途切れなく循環させ、スイッチングノイズを低減するために接続されている。
【００３１】
回転子と空隙を持って対向する図４の固定鉄心１１ａに巻装された電機子巻線１１は、界磁巻線１３の作る回転磁界の大きさに応じて交流波形をもった電圧を出力する。該交流出力は整流器１２により全波整流される。界磁巻線１３に流れる電流は電圧制御装置１４で制御する事で、発電機出力電圧を一定電圧に制御する。
【００３２】
電圧制御装置１４によって制御された出力は、Ｂ端子からアイソレータ用パワーダイオード３０を介して、各々メインバッテリ１６とサブバッテリ２５へ充電される。又、整流器１２の出力は、Ｂ端子から、負荷スイッチ２７を介して、電気負荷２８に供給される。
【００３３】
電圧制御装置１４は、パワーＭＯＳトランジスタ１４１を制御して、界磁巻線１３への界磁電流通流率を変更する事で、回転磁界の大きさを変更し、その結果、調整電圧値は予め設定された調整電圧値に制御される（ここでは約１４.４Ｖに制御される）。
【００３４】
リレーモジュール２１は、チャージランプ１５に連動してメインバッテリ１６と、メインバッテリ１６に電力を供給するためのハーネスを導通させている。ここでは、当該ハーネスは、図１の点線で囲んだ充電発電機の外側のＢ端子からアイソレータ用パワーダイオード３０のアノードまでを指す。
【００３５】
ここで、Ｓ端子はバッテリ端子電圧を検出するための端子であり、Ｐ端子は電機子巻線１１に発生した電圧を検出して充電発電機が発電を開始したか否かを判断するための端子である。ＩＧ端子はキーＳＷ２０を介した端子であり、キーＳＷ２０をＯＮすると、ＩＧ端子から電圧制御装置１４に電圧が供給される。
【００３６】
ランプ駆動用パワーＭＯＳトランジスタ１４３のドレイン端子はＬ端子に接続されており、ランプ駆動用パワーＭＯＳトランジスタ１４３のソース端子はアースに接続されているため、ランプ駆動用パワーＭＯＳトランジスタ１４３がＯＮすると、ＩＧ端子とＬ端子間に接続された警告用のチャージランプ１５が点灯する。キーＳＷ２０がＯＮすると、リレーモジュール２１の逆流防止ダイオード２１１を介して、常時閉回路リレー２１０を通過して、充電発電機のＢ端子に電圧が印加される。電圧制御装置１４はＰ端子から電機子巻線１１の電圧を検出して、充電発電機が停止していると判断した場合、パワーＭＯＳトランジスタ１４１を間欠動作させる事で、予め少しの界磁電流（０.３Ａから１Ａ程度）を界磁巻線１３に流すための初期励磁モード動作を行う。こうして、充電発電機は低い回転数（充電発電機の回転数で約９００〜１３００ｒ／min、エンジン回転数で約３６０〜５２０ｒ／min）でも発電を開始する事ができる。
【００３７】
エンジンが始動されると、Ｐ端子から電機子巻線１１の電圧を検出して、充電発電機が回転し始めたと電圧制御装置１４が判断し、ランプ駆動用パワーＭＯＳトランジスタ１４３を遮断させる事でチャージランプ１５が消灯し、その後リレー駆動用パワーＭＯＳトランジスタ１４４がＯＮする。
【００３８】
この動作で常時閉回路リレー２１０が開放され、Ｌ端子から常時閉回路リレー２１０に電流が供給される事で、リレーモジュール２１の内部でＩＧ端子とＢ端子間が遮断される。即ち、キーＳＷ２０経由でＢ端子に電流が流れない。ここで逆流防止ダイオード２１１は常時閉回路リレー２１０が動作する前に充電発電機が発電を開始した場合、及び、充電発電機の発電電圧異常時にＩＧ端子への不要な電流の流れ込みを抑えるために設けられている。
【００３９】
又、リレーモジュール２１は、Ｌ端子の電圧がＩＧ端子の電圧より低い場合にＩＧ端子とハーネスを導通させる。
【００４０】
他の実施例として、図３に示すように、常時閉回路リレー２１０の代わりにＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ２１２とゲート抵抗２１４，逆流防止用ダイオード２１３を組み合わせたリレーモジュール２１ｂの組み合わせでも同様の動作を実現できる。尚、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ２１２はＰＮＰ型バイポーラトランジスタを使用してもよい。
【００４１】
上記実施例によれば、車両側に簡単なリレーモジュールを付加するだけで、充電発電機が異常の場合（例えば、界磁巻線の一部が接地する、界磁電流の制御ができずにオーバチャージ不具合が発生する、界磁巻線が断線して発電不良に至る等）、現行単一バッテリ充電方式で主流となっている警報機能を備えた充電発電機を簡単に実装する事ができ、車両が走行中にアイソレータ用パワーダイオードを介して接続されていない電気負荷の消費電力が充電発電機の発電量を超えた場合でも、メインバッテリからリレーモジュールを経由して電気負荷に電流が流れ込まず、メインバッテリが不用意に放電することを防止できるため、信号待ち、渋滞時等のアイドリングストップ後の再始動動作への影響を最小限に抑える事ができる事から、２バッテリ方式の車両用充電発電機として安全性，信頼性を向上させつつ、かつ安価に構成する事が可能となる。
【符号の説明】
【００４２】
１  充電発電機
１１  電機子巻線
１２  整流器
１３  界磁巻線
１４  電圧制御装置
１５  チャージランプ
１６  メインバッテリ
２１  リレーモジュール
２５  サブバッテリ
３０  アイソレータ用パワーダイオード
１４１  パワーＭＯＳトランジスタ
２１０  常時閉回路リレー
２１１  逆流防止ダイオード
【図１】
2011193706.tif 000003
【図２】
2011193706.tif 000004
【図３】
2011193706.tif 000005
【図４】
2011193706.tif 000006
【図５】
2011193706.tif 000007
【図６】
2011193706.tif 000008
【図７】
2011193706.tif 000009
【図８】
2011193706.tif 000010