(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用発電機の界磁巻線に直列接続されたスイッチング手段を断続させることにより、前記車両用発電機の出力電圧を制御する電圧制御手段と、
前記スイッチング手段の断続状態に対応しており、所定範囲内のデューティ比を有する所定周期のＰＷＭ信号を発電率信号として出力する発電率信号出力手段と、
異常検出時に前記ＰＷＭ信号の一部をマスクして出力する信号マスク手段と、
を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
外部制御装置から前記車両用発電機の出力電圧を設定する調整電圧指示信号を受信するとともに、この調整電圧指示信号の異常を検出する受信手段をさらに備え、
前記信号マスク手段は、前記受信手段によって前記調整電圧指示信号の異常を検出したときに、前記ＰＷＭ信号の一部をマスクする処理を行うことを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記信号マスク手段は、前記ＰＷＭ信号の一部をマスクすることにより、前記所定範囲に含まれないデューティ比を有する前記所定周期の信号を前記ＰＷＭ信号に代えて出力することを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記信号マスク手段は、前記所定周期よりも長い第１の期間前記ＰＷＭ信号をマスクする状態と、前記所定周期よりも長い第２の期間前記ＰＷＭ信号の出力を維持する状態を交互に繰り返すことにより、間欠的に前記発電率信号を出力することを特徴とする車両用発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用発電機の発電率をエンジン制御装置等がアイドリング回転の安定化のために利用する制御方法が一般になりつつある。例えば、実開昭６０−１８１２００号公報には、発電機の界磁コイルと電圧制御装置（レギュレータ）との接続点から、電流制限素子を介して発電機の外部に界磁コイル電圧信号を出力することにより、外部の電子機器が発電機の発電率を知ることができる「ＡＣジェネレータ制御装置」が開示されている。外部の電子機器は、ＡＣジェネレータ制御装置から送られてくる発電機の界磁コイル電圧信号を取得することにより、発電機の発電率を知ることができる。このため、発電機の機械トルク等を推定してアイドリング回転制御を行うためにアイドルスピードバルブの開閉を制御して、アイドリング回転の安定化を図ることが可能になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、エンジン制御を行うために必要な情報は多くなっており、発電機の発電状態のみならず発電機の異常状態を発電機からエンジン制御装置等の外部制御装置に対して送る必要が生じている。しかし、上述した公報に開示されたＡＣジェネレータ制御装置では、界磁電流出力端子から１本の出力線が延びているだけであり、発電状態とともに異常状態を通知しようとすると、出力線を追加する必要が生じ、配線の複雑化を招くという問題があった。配線数が多くなればそれだけ配線の引き回しが複雑になるとともに断線や短絡の可能性が高まるため、配線数を増加させることは好ましくない。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、配線の簡略化が可能であって、発電状態ともに異常の発生を確実に通知することができる車両用発電制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、電圧制御手段、発電率信号出力手段、信号マスク手段を備えている。電圧制御手段は、車両用発電機の界磁巻線に直列接続されたスイッチング手段を断続させることにより、車両用発電機の出力電圧を制御する。発電率信号出力手段は、スイッチング手段の断続状態に対応しており、所定範囲内のデューティ比を有する所定周期のＰＷＭ信号を発電率信号として出力する。信号マスク手段は、異常検出時にＰＷＭ信号の一部をマスクして出力する。異常発生時にＰＷＭ信号の一部をマスクして正常時のＰＷＭ信号と異なる信号を生成することにより、配線の複雑化を伴わずに、異常の発生を確実に通知することができる。また、マスクされた部分以外についてはＰＷＭ信号の一部が出力されるため、この信号を受信した装置では少なくともスイッチング手段が断続された発電状態にあることを知ることができる。
【０００６】
また、外部制御装置から車両用発電機の出力電圧を設定する調整電圧指示信号を受信するとともに、この調整電圧指示信号の異常を検出する受信手段をさらに備えるとともに、上述した信号マスク手段は、受信手段によって調整電圧指示信号の異常を検出したときに、ＰＷＭ信号の一部をマスクする処理を行うことが望ましい。これにより、調整電圧指示信号の伝達系統に異常が発生した場合に、この異常の発生とともに発電状態にあることを通知することができる。
【０００７】
また、上述した信号マスク手段は、ＰＷＭ信号の一部をマスクすることにより、所定範囲に含まれないデューティ比を有する所定周期の信号をＰＷＭ信号に代えて出力することが望ましい。このような信号を受信した外部制御装置では、信号のデューティ比が所定範囲外であることにより異常の発生を確実に知ることができるとともに、所定周期を維持していることにより発電状態にあることを確実に知ることができる。
【０００８】
また、上述した信号マスク手段は、所定周期よりも長い第１の期間ＰＷＭ信号をマスクする状態と、所定周期よりも長い第２の期間ＰＷＭ信号の出力を維持する状態を交互に繰り返すことにより、間欠的に発電率信号を出力することが望ましい。このような信号を受信した外部制御装置では、ＰＷＭ信号の出力が間欠的に停止された第１の期間を検出することにより異常の発生を確実に知ることができるとともに、それ以外の第２の期間に出力されるＰＷＭ信号（発電率信号）に基づいて車両用発電機の発電率を知ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本実施形態の車両用発電制御装置を内蔵した車両用発電機の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電機とバッテリや外部制御装置としてのＥＣＵ（エンジン制御装置）との接続状態が示されている。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、固定子に含まれる３相の固定子巻線１１と、固定子巻線１１の３相出力を全波整流する整流装置１２と、回転子に含まれる界磁巻線１３と、出力電圧を制御する車両用発電制御装置３とを含んで構成されている。また、車両用発電機１の出力端子（Ｂ端子）が、バッテリ２に直接接続されているとともに各種の電気負荷（図示せず）に接続されている。さらに、車両用発電制御装置３の発電率信号出力端子（ＦＸ端子）と制御信号入力端子（ＣＸ端子）が、ともにＥＣＵ４に接続されている。
【００１１】
車両用発電制御装置３は、車両用発電機１のＢ端子の電圧を所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）に制御するためのものであり、パワートランジスタ２０、還流ダイオード２１、パルス発生器２２、外部信号受信回路２３、電源回路２４、異常検出回路２５、トランジスタ２６、電圧比較器２７、２８、ナンド（ＮＡＮＤ）回路２９、インバータ回路３０、ツェナーダイオード３１、５つの抵抗３２〜３６、コンデンサ３７を含んで構成されている。
【００１２】
パワートランジスタ２０は、界磁巻線１３に直列に接続されたスイッチング手段であり、界磁巻線１３に流れる界磁電流を断続する。還流ダイオード２１は、界磁巻線１３に並列に接続されており、パワートランジスタ２０がオフ状態のときに界磁電流を還流させるために用いられる。
【００１３】
パルス発生器２２は、ｔ０の周期でピーク電圧５Ｖの三角波電圧と、ｔ０の周期を有するとともにｔ０の１０分の１の時間幅ｔ１を有するピーク電圧８Ｖの電圧パルスとを合成した波形を生成して出力する。外部信号受信回路２３は、ＥＣＵ４から送られてくる制御信号をＣＸ端子を介して受信する。電源回路２４は、外部信号受信回路２３によって制御信号が受信されたときに動作を開始し、車両用発電制御装置３内の各部に動作電圧を供給する。異常検出回路２５は、車両用発電機１の各部の異常を検出するためのものであり、異常を検出したときに所定の周期およびデューティ比を有する異常検出信号を出力する。
【００１４】
Ｂ端子の電圧は、抵抗３２、３３で分圧されて電圧比較器２８のプラス側入力端子に印加されている。また、この電圧比較器２８のマイナス側入力端子には、調整電圧設定値に相当する基準電圧Ｖｒが印加されている。電圧比較器２８の出力は、抵抗３４とコンデンサ３７によって構成される平滑回路によって平滑されて電圧比較器２７のマイナス側入力端子に入力される。この電圧比較器２７のプラス側入力端子にはパルス発生器２２が接続されており、パルス発生器２２から出力される合成波形が入力される。ツェナーダイオード３１は、降伏電圧が５Ｖに設定されており、電圧比較器２７のマイナス側入力端子に印加される電圧を５Ｖ以下に制限する。これにより、電圧比較器２７のマイナス側入力端子に印加される電圧が最も高い場合（５Ｖ）であっても、電圧比較器２７から出力される信号の最低デューティ比が１０％になるように設定されている。電圧比較器２７の出力端子は、パワートランジスタ２０のベースに接続されている。
【００１５】
また、パワートランジスタ２０のコレクタは、直列接続された抵抗３５およびインバータ回路３０を介してナンド回路２９の一方の入力端子に接続されている。このナンド回路２９の他方の入力端子には、異常検出信号を出力する異常検出回路２５の出力端子が接続されている。このナンド回路２９は、一方の入力端子に入力されるインバータ回路３０の出力波形の一部を、異常検出回路２５の出力波形でマスクする動作を行う。ナンド回路２９の出力端子は、トランジスタ２６のベースに接続されている。このトランジスタ２６は、ＦＸ端子から発電率信号を送信するドライバとして動作し、コレクタが抵抗３６を介してＦＸ端子に接続され、エミッタが接地されている。このＦＸ端子とＥＣＵ４とをつなぐ接続線は、ＥＣＵ４内でプルアップ抵抗４０によって終端されており、トランジスタ２６の断続状態に対応する発電率信号がＦＸ端子からＥＣＵ４に送られる。
【００１６】
上述した抵抗３２〜３４、電圧比較器２７、２８、ツェナーダイオード３１、コンデンサ３７、パルス発生器２２が電圧制御手段に対応する。抵抗３５、３６、インバータ回路３０、トランジスタ２６が発電率信号出力手段に、異常検出回路２５、ナンド回路２９が信号マスク手段にそれぞれ対応する。
【００１７】
本実施形態の車両用発電制御装置３はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。
図２は、正常動作時における車両用発電制御装置３の発電率信号生成動作を示すタイミング図である。図２において、「パルス発生器出力（ａ）」はパルス発生器２２の出力波形を、「インバータ回路出力（ｂ）」はインバータ回路３０の出力波形を、「異常検出回路出力（ｃ）」は異常検出回路２５の出力波形を、「発電率信号（ｄ）」はＦＸ端子からＥＣＵ４に向けて出力される発電率信号の波形をそれぞれ示している。
【００１８】
車両用発電機１から離れて設置されたＥＣＵ４から発電開始を指示する制御信号がＣＸ端子に入力されると、電源回路２４が動作電圧の生成動作を開始する。これに伴って車両用発電制御装置３の各部が動作を開始するため、界磁コイル１３に流れる界磁電流をパワートランジスタ２０によって断続する発電制御が開始される。
【００１９】
車両用発電機１の正常動作時において、パワートランジスタ２０が導通、遮断を繰り返して界磁巻線１３の界磁電流を増減し、これにより車両用発電機１の出力電圧がほぼ調整電圧設定値に保たれている状態では、図２に示すように、パワートランジスタ２０の断続状態を示すインバータ回路出力（ｂ）と同じ波形を有する発電率信号（ｄ）がＦＸ端子から出力される。このようにして出力される発電率信号は、パワートランジスタ２０を断続制御する電圧比較器２７の出力そのものであり、最低でも１０％のデューティ比が確保されている。
【００２０】
図３は、異常発生時における車両用発電制御装置３の発電率信号生成動作を示すタイミング図である。図３に示した各信号波形は、図２に示した各信号波形と同じ箇所に対応するものであるが、異常検出回路出力（ｃ）の波形を正確に示すために横軸が拡大されている。
【００２１】
異常検出回路２５は、車両用発電機１の異常を検出すると異常検出信号を出力する。この異常検出信号は、図３において異常検出回路出力（ｃ）で示したように、パルス発生器２２から出力されるピーク電圧８Ｖの電圧パルスのパルス幅ｔ１よりも短いパルス幅ｔ２を有する周期ｔ０の電圧パルスであり、ナンド回路２９の出力信号、すなわちＦＸ端子から出力される発電率信号（ｄ）のデューティ比を１０％より小さい値に制限する。
【００２２】
このように、本実施形態の車両用発電制御装置３は、発電率信号のデューティ比を正常時には１０％以上に設定し、異常発生時にはその一部を出力をマスクして（制限して）１０％よりも小さなデューティ比に設定している。したがって、ＥＣＵ４は、受信した発電率信号のデューティ比を調べ、１０％よりも小さい場合には車両用発電機１に何らかの異常が発生していることを検出することができる。また、ＥＣＵ４は、このようにデューティ比が１０％よりも小さな発電率信号を受信した場合であっても、この受信した発電率信号の周期がｔ０を維持している限り、パワートランジスタ２０がオープン故障していないことや、車両用発電制御装置３が動作状態にあることを確認することができる。
【００２３】
〔第２の実施形態〕
ところで、上述した第１の実施形態では、発電率信号の各周期内の一部をマスクしてデューティ比が１０％よりも小さくなるようにして異常発生をＥＣＵ４に通知したが、発電率信号の周期よりも長い周期を有する異常検出信号を用いて発電率信号をマスクするようにしてもよい。
【００２４】
図４は、異常発生時における第２の実施形態の車両用発電制御装置の発電率信号生成動作を示すタイミング図である。なお、本実施形態の車両用発電制御装置の構成は、図１に示した第１の実施形態の車両用発電制御装置３の構成と基本的に同じであり、異常検出回路２５によって生成される異常検出信号の波形のみが異なっている。
【００２５】
本実施形態の車両用発電制御装置に含まれる異常検出回路２５は、正常時に出力される発電率信号の周期ｔ０よりも長い期間高電位レベルと低電位レベルを交互に維持する異常検出信号を出力する（図４の異常検出回路出力（ｃ））。このとき、ＦＸ端子からは、異常検出信号の高電位レベルの期間に対応して発電率信号が出力され、低電位レベルの期間は発電率信号の出力が停止される（図４の発電率信号（ｄ））。したがって、ＥＣＵ４は、高電位レベルの期間に対応して出力される発電率信号のデューティ比を調べることにより、車両用発電機１の発電率を知ることできるとともに、低電位レベルの期間に対応して発電率信号の出力停止状態があることを検出することにより、車両用発電機１に何らかの異常が発生していることを検出することができる。
【００２６】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態の車両用発電制御装置は、上述した第１の実施形態の外部信号受信回路２３に対して、電圧比較器２８のマイナス側入力端子に印加する基準電圧Ｖｒを生成する機能と、ＣＸ端子とＥＣＵ４とをつなぐ接続ケーブルの異常を検出する機能を追加した点が異なっている。なお、外部信号受信回路２３Ａ以外の構成は図１に示した第１の実施形態の車両用発電制御装置３の構成と同じであり、詳細な説明は省略する。但し、後述するように本実施形態の外部信号受信回路２３Ａは異常検出信号を出力する機能を有するため、図１に示したナンド回路２９に第３の入力端子が追加されており、外部信号受信回路２３Ａから出力される異常検出信号がこの第３の入力端子に入力される。
【００２７】
図５は、本実施形態の外部信号受信回路２３Ａの構成を示す図である。図５に示すように、本実施形態の外部信号受信回路２３Ａは、抵抗１００、電圧比較器１０２、ハイ時間カウンタ１０４、周期カウンタ１０６、ＰＷＭデューティ算出回路１０８、デューティラッチ１１０、Ｄ／Ａ変換器１１２、周期判別回路１２０、監視タイマ１２２、警報パルス発生器１２４を含んで構成されている。この外部信号受信回路２３Ａが受信手段に対応する。
【００２８】
電圧比較器１０２は、プラス側入力端子に抵抗１００を介してＣＸ端子が接続されており、ＰＷＭ信号で構成された調整電圧指示信号がＥＣＵ４からＣＸ端子に入力されると、これとマイナス側入力端子に印加される基準電圧Ｖ１とを比較して波形整形を行う。ハイ時間カウンタ１０４は、このＰＷＭ信号中の高電位レベルの時間を計測する。周期カウンタ１０６は、このＰＷＭ信号の周期を計測する。ＰＷＭデューティ算出回路１０８は、このようにして計測された結果に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を計算する。計算されたデューティ比の値はデューティラッチ１１０によって保持され、Ｄ／Ａ変換器１１２でアナログ信号に変換されて、図１に示す電圧比較器２８のマイナス側端子に印加される基準電圧Ｖｒが生成される。
【００２９】
このように、本実施形態の外部信号受信回路２３Ａでは、ＥＣＵ４から送信するＰＷＭ信号のデューティ比を可変することにより基準電圧Ｖｒを変化させ、調整電圧設定値を変更することができる。
また、周期判別回路１２０は、周期カウンタ１０６によって計測したＰＷＭ信号の周期が所定の範囲内に入っていない場合に異常判定を行う。例えば、ＣＸ端子とＥＣＵ４をつなぐ接続線が断線したり、他の導体部分と短絡する等の異常が発生したときに異常判定が行われる。監視タイマ１２２は、周期判別回路１２０によって異常判定が行われた状態の継続時間を計測しており、この継続時間が一定時間以上になると、警報指示信号を出力する。警報パルス発生器１２４は、監視タイマ１２２から警報指示信号が出力されると、異常検出信号を生成して出力する。この異常検出信号としては第１の実施形態のデューティ比が１０％よりも小さな信号を用いてもよいし、第２の実施形態の周期が長い信号を用いてもよい。特に第２の実施形態の信号を用いる場合には、ＥＣＵ４に対して、車両用発電機１の発電状態を通知するとともに、ＥＣＵ４から車両用発電機１に向けて送信している制御信号に異常があることを車両用発電制御装置３からＥＣＵ４に通知することができるため、ＥＣＵ４に制御信号の異常の有無の確認を促すことができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した第１の実施形態では、正常動作時の発電率信号のデューティ比の下限値１０％よりも小さなデューティ比の信号で異常を知らせるようにしたが、この発電率信号のデューティ比の上限値（例えば９０％）を設定しておいて、この上限値よりも大きなデューティ比の信号で異常を知らせるようにしてもよい。あるいは、これら２種類の信号を用いて種類の異なる異常を知らせるようにしてもよい。
【００３１】
また、上述した第２の実施形態では、発電率信号の周期よりも長い高電位レベル期間と低電位レベル期間を有する異常検出信号を用いたが、発生した異常の種類に応じてこれらの高電位レベル期間や低電位レベル期間の長さを可変するようにしてもよい。これにより、複数種類の異常を識別可能な状態でＥＣＵ４に通知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の車両用発電制御装置を内蔵した車両用発電機の構成を示す図である。
【図２】正常動作時における車両用発電制御装置の発電率信号生成動作を示すタイミング図である。
【図３】異常発生時における車両用発電制御装置の発電率信号生成動作を示すタイミング図である。
【図４】異常発生時における第２の実施形態の車両用発電制御装置の発電率信号生成動作を示すタイミング図である。
【図５】第３の実施形態の外部信号受信回路の詳細構成を示す図である。
【符号の説明】
１  車両用発電機
２  バッテリ
３  車両用発電制御装置
４  ＥＣＵ（エンジン制御装置）
１１  固定子巻線
１２  整流装置
１３  界磁巻線
２０  パワートランジスタ
２１  還流ダイオード
２２  パルス発生器
２３、２３Ａ  外部信号受信回路
２４  電源回路
２５  異常検出回路
【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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