(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行車両のエンジンで駆動されるブラシレス同期発電機における交流励磁機の励磁電流を当該走行車両のバッテリーから供給するようにした車載発電装置の電圧調整装置において、エンジン回転数の２乗に比例する振幅の鋸波を発生するようにした鋸波発生回路と、前記鋸波発生回路が発生する鋸波信号と前記走行車両のバッテリーの電圧を乗算する乗算回路と、前記発電機の周波数を検出してその周波数の２乗に比例した電圧を出力する周波数／電圧変換回路と、前記発電機の端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記発電機が出力すべき電圧を設定する電圧設定器と、前記電圧検出回路の出力信号と前記電圧設定器の出力信号を入力し，この両信号の偏差を増幅する誤差増幅回路と、前記誤差増幅回路の出力と前記乗算回路の出力を入力して両信号を比較する比較回路と、前記比較回路の出力に応じて前記ブラシレス同期発電機の交流励磁機の励磁電圧を制御する出力回路とを備え、前記バッテリーの電圧が変動した場合に前記励磁電圧の変動を相殺して前記同期発電機の端子電圧を所望の電圧に制御可能とすることを特徴とする車載発電装置の電圧制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車載発電装置の電圧制御装置において，発電機電圧の周波数を検出する代わりにエンジンの回転数を検出する回転数検出器を備え、前記バッテリーの電圧が変動した場合に前記励磁電圧の変動を相殺して前記同期発電機の端子電圧を所望の電圧に制御可能とすることを特徴とする車載発電装置の電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行車両の駆動エンジンの回転を利用して発電を行い、商用電源相当の電源を供給する車載発電装置の電圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、走行車両のエンジンの回転数は８００〜３５００ｍｉｎ-1程度の範囲、つまり最小回転数から最大回転数では約４．４倍の範囲で変化する。したがって、車両用駆動エンジンで回されて発電する交流発電機の回転数の範囲もエンジンの回転数と同様に約４．４倍の範囲で変化し、交流発電機の周波数もエンジンの回転数に比例して変化する。このような発電機で定電圧・定周波の安定な電源を得る方式としては図５に示すような車載発電装置が知られている（実用新案第２，５１２，３０８号参照）。
【０００３】
図５において、１は車両走行用のエンジン、３はエンジンで駆動される交流発電機、４は交流発電機出力を直流電力に変換するための整流器、５は直流電圧を平滑するためのコンデンサ、６は直流電力を所望の電圧・周波数の交流に変換して負荷７に供給するためのインバータである。また、２０は交流発電機３の出力電圧をエンジン１の回転数あるいは負荷の大きさに関係なく一定に制御する電圧制御装置（ＡＶＲ）、８は電圧制御装置（ＡＶＲ）２０及び車内の負荷７に電源を供給するバッテリーである。
【０００４】
以下，電圧制御装置（ＡＶＲ２０）の構成を図６を参照しながら説明する。
図において、２７は検出用の補助変圧器、２１は電圧検出回路、２２は発電機が出力すべき電圧を設定する電圧設定器、２３は電圧設定器２２と電圧検出回路２１の出力の偏差を増幅する誤差増幅器、２５は鋸波発生回路である。比較器２４は誤差増幅器２３と鋸波発生回路２５の出力を比較し、誤差増幅器２３の出力する信号に比例したオンデューティのパルス信号を出力する。２６は例えばトランジスタ等で構成されている出力回路で、バッテリー８から電力供給を受け、比較器２４からのオン・オフ信号を増幅して交流発電機３の交流励磁機３ｂの界磁巻線の電圧を制御する。３ａは交流発電機本体で、交流励磁機３ｂから励磁電流が供給され交流電力を発生する。このようにして交流発電機３の出力電圧が電圧設定器２２で設定された値に制御される。また、交流発電機３の３相のうち１相の電圧を抵抗器２８ａと２８ｂで分圧し、鋸波発生回路２５に入力する。
【０００５】
次に、鋸波発生回路２５の動作を図７及び図８を参照しながら説明する。
図６の抵抗器２８ａと２８ｂで分圧した交流発電機の出力電圧（図８（ａ））は、ダイオード５４，抵抗器４１を介してトランジスタ４２に入力される。トランジスタ４２のコレクタ電位は交流発電機３の出力電圧に同期した方形波の電圧に変換される（図８（ｂ））。周波数／電圧（Ｆ／Ｖ）変換回路４８にこの方形波電圧が入力されると、周波数／電圧変換回路４８は入力周波数の２乗に比例した負の直流電圧を出力する（図８（ｃ））。同時に、この方形波電圧はコンデンサ４４と抵抗器４５からなる微分回路にて方形波電圧の立ち上り時の電流がトランジスタ４６のベースに供給され、トランジスタ４６は方形波電圧の立ち上り時にオンとなる（図８（ｄ））。
【０００６】
抵抗器４９及び抵抗器５１と、定電圧ダイオード５０と、トランジスタ５２と、コンデンサ５３からなる回路は定電流充電回路であり、周波数／電圧変換回路４８の出力電圧の大きさに比例してコンデンサ５３の充電電流は変化し、その結果、充電電圧も変化する。このコンデンサ５３にはトランジスタ４６のコレクタが抵抗器４７を介して接続されており、トランジスタ４６のオン時点でコンデンサ５３の電荷はトランジスタ４６を介して放電される。従って、コンデンサ５３に発生する電圧波形は図８（ｅ）に示すように、上昇の傾きが周波数／電圧変換回路４８の出力電圧の大きさに比例し、発電機の出力電圧に同期した鋸波の波形となる。
【０００７】
このようにして発生させた鋸波波形は、交流発電機３の出力電圧に同期し、振幅が発電機の周波数の２乗に比例する波形となる。また周波数が低いときの波形は図８（ａ）〜（ｅ）となり、周波数が高いときの波形は図８（ａ′）〜（ｅ′）となる。
【０００８】
ところで、交流発電機３の回転数が変化すると，発電機・電圧制御装置を含めた発電機制御系のゲインは回転数の２乗に比例して変化するので、発電機電圧の安定化が困難になるという問題がある。また、ゲインが小さいと電圧制御の応答が遅くなり，逆に大きすぎると電圧制御が不安定になるという問題がある。
【０００９】
一方、誤差増幅器２３の出力信号を比較する対象である鋸波の振幅を周波数の２乗に比例して変化させると、電圧制御装置のゲインは周波数の２乗に反比例する。このため発電機制御系のゲインの変化を相殺し、交流発電機の出力電圧は回転数に関係なく良好な応答が得られる電圧制御装置となっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車のバッテリーの電圧は、例えば１２Ｖ系のバッテリーの場合、負荷の変動のため通常動作状態でも１０〜１６Ｖの範囲で変動している。バッテリーの電圧が変動すると、その変動分だけ交流発電機の励磁機に印加される励磁電圧も変動し、発電機の出力電圧に過渡的な変動が生じることになる。すなわち、従来の電圧制御装置は誤差増幅器２３が出力制御信号に比例した励磁電圧を出力できないことになる。誤差増幅器２３は検出された発電機電圧と電圧設定値の偏差のみから励磁電圧を演算するので、バッテリー電圧が変動した場合の発電機電圧の過渡的な変動を完全になくすことは不可能である。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的はバッテリーの電圧が変動しても発電機の出力電圧が変動しない車載発電装置の電圧制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１は、走行車両のエンジンで駆動されるブラシレス同期発電機における交流励磁機の励磁電流を当該走行車両のバッテリーから供給するようにした車載発電装置の電圧調整装置において、エンジン回転数の２乗に比例する振幅の鋸波を発生するようにした鋸波発生回路と、前記鋸波発生回路が発生する鋸波信号と前記走行車両のバッテリーの電圧を乗算する乗算回路と、前記発電機の周波数を検出してその周波数の２乗に比例した電圧を出力する周波数／電圧変換回路と、前記発電機の端子電圧を検出する電圧検出回路と、前記発電機が出力すべき電圧を設定する電圧設定器と、前記電圧検出回路の出力信号と前記電圧設定器の出力信号を入力し，この両信号の偏差を増幅する誤差増幅回路と、前記誤差増幅回路の出力と前記乗算回路の出力を入力して両信号を比較する比較回路と、前記比較回路の出力に応じて前記ブラシレス同期発電機の交流励磁機の励磁電圧を制御する出力回路とを備え、前記バッテリーの電圧が変動した場合に前記励磁電圧の変動を相殺して前記同期発電機の端子電圧を所望の電圧に制御可能とすることを特徴とする。
【００１３】
この請求項１によると、電圧制御装置において比較器に入力される鋸波の振幅を発電機の出力周波数の２乗に比例し，さらにバッテリーの電圧にも比例して変化させているので、比較器から出力される方形波のオン期間がバッテリーの電圧に反比例する。これによりバッテリーの電圧変動による励磁電圧の変動を相殺することができ、バッテリーの電圧が変動しても発電機の端子電圧は変動しない車載発電装置の電圧制御装置を提供できる。
【００１４】
本発明の請求項２は、請求項１記載の車載発電装置の電圧制御装置において，発電機電圧の周波数を検出する代わりにエンジンの回転数を検出する回転数検出器を備え、前記バッテリーの電圧が変動した場合に前記励磁電圧の変動を相殺して前記同期発電機の端子電圧を所望の電圧に制御可能とすることを特徴とする。
【００１５】
この請求項２によると、電圧制御装置において比較器に入力される鋸波の振幅をエンジン回転数の２乗に比例し、さらにバッテリーの電圧に比例して変化させているので、比較器から出力される方形波のオン期間がバッテリーの電圧に反比例する。これによりバッテリーの電圧変動による励磁電圧の変動を相殺することができ、バッテリーの電圧が変動しても発電機の端子電圧は変動しない車載発電装置の電圧制御装置を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明（請求項１対応）の第１実施例の回路構成図であり、既に説明した図６の従来の電圧制御装置と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００１７】
図に示すように、本実施例の自動電圧制御装置３１が図６の従来の自動電圧制御装置２０と異なる点は、鋸波発生回路２５と比較器２４との中間に乗算器３０を配置すると共に、この乗算器３０にバッテリー８を接続した構成であり、その他の構成は同一である。
【００１８】
本実施例の乗算器３０では、下記式（１）のようにバッテリー８の電圧ＶB をバッテリーの定格電圧ＥB で除算して正規化した値と、図示しない周波数／電圧変換回路から発電機３の周波数の２乗に比例した電圧を出力する鋸波発生回路２５の出力ＶTR1 との積を出力ＶTR2 する。
【００１９】
【数１】
0003896493.tif 000002
【００２０】
さらに、比較器２４では誤差増幅器２３と乗算器３０の出力を比較する。また出力回路２６は例えばトランジスタ等で構成されており、比較器２４からのオン・オフ信号を増幅して交流発電機３の交流励磁機３ｂの界磁巻線の励磁電圧を制御する。この制御によって交流発電機３の出力電圧が電圧設定器２２で設定した設定値に制御される。
【００２１】
上記したように、本実施例の自動電圧制御装置３１によると，誤差増幅器２３の出力信号と比較される鋸波の振幅がバッテリー８の電圧に比例するので、比較器２４から出力される方形波のオン期間がバッテリー８の電圧に反比例する。従って，バッテリー８の電圧変動による励磁電圧の変動を相殺することができ、バッテリー８の電圧が変動しても発電機の端子電圧の変動が起こらないようにすることができる。
【００２２】
図２は本発明（請求項２対応）の第２実施例である車載発電装置の回路構成図、図３は図２の自動電圧制御装置の回路構成図である。
図２及び図３に示すように、本実施例の車載発電装置の自動電圧制御装置３２が、図５の車載発電装置及び図６の自動電圧制御装置２０と異なる点は、エンジン１の回転に同期したパルス波形を出力し、これを自動電圧制御装置（ＡＶＲ）３２に入力する回転数検出器９を備えた構成と、回転数検出器９の出力信号を鋸波発生回路４０に入力し、この鋸波発生回路４０の出力を乗算器３０を介して比較器２４へ入力すると共に、この乗算器３０にバッテリー８を接続した構成であり、その他の構成は同一であるので、既に説明した従来例である図５の車載発電装置及び図６の自動電圧制御装置と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２３】
まず、本実施例の図３の鋸波発生回路４０を図４を参照して説明する。
図４に示すように、回転数検出器９の出力のパルス波形は、周波数／電圧変換回路４８に入力される。周波数／電圧変換回路４８ではエンジン回転数の２乗に比例した直流電圧を出力する（図８（ｃ）と同様の波形）。同時にこのパルス波形はコンデンサ４４，抵抗器４５からなる微分回路にて方形波電圧の立ち上り時の電流がトランジスタ４６のベースに供給され、トランジスタ４６は方形波電圧の立ち上り時にオンとなる（図８（ｄ）と同様の波形）。また、抵抗器４９及び抵抗器５１と定電圧ダイオード５０とトランジスタ５２とコンデンサ５３からなる回路は定電流充電回路であり、周波数／電圧変換回路４８の出力電圧の大きさに比例してコンデンサ５３の充電電流は変化し、その結果、充電電圧も変化する。このコンデンサ５３にはトランジスタ４６のコレクタが抵抗器４７を介して接続されており、トランジスタ４６のオン時点でコンデンサ５３の電荷はトランジスタ４６を介して放電される。従って、コンデンサ５３に発生する電圧波形は、上昇の傾きが周波数／電圧変換回路４８の出力電圧の大きさに比例し、発電機の出力電圧に同期した鋸波の波形となる（図８（ｅ）と同様の波形）。
【００２４】
次に、図２及び図３により本実施例の車載発電装置の自動電圧制御装置３２の作用について説明する。
本実施例の作用も基本的には上記第１実施例とほぼ同様であるが、エンジン１の回転数を回転数検出器９で検出している点が第１実施例と異なる。そのため本実施例では、回転数検出器９で検出された検出信号を自動電圧制御装置３２内の鋸波発生回路４０へ入力する構成としており、この鋸波発生回路４０の周波数／電圧変換回路４８でエンジン回転数の２乗に比例した直流電圧とし、それ以後は上記した図４で説明したように、交流発電機３の出力電圧に同期し、振幅が発電機の周波数の２乗に比例する波形となり、この時周波数が低いときの波形は既に説明したように図８（ａ）〜（ｅ）となり、また周波数が高いときの波形は図８（ａ′）〜（ｅ′）となる。このようにして比較器２４から出力される方形波のオン期間がバッテリー８の電圧に反比例するので、バッテリー８の電圧変動による励磁電圧の変動を相殺することができる。従って，バッテリー８の電圧が変動しても発電機３の端子電圧の変動が起こらないようにすることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明（請求項１及び請求項２対応）によれば，比較器から出力される方形波のオン期間がバッテリーの電圧に反比例するので、バッテリーの電圧変動による励磁電圧の変動を相殺することができる。従って、バッテリーの電圧が変動しても発電機の端子電圧の変動が起こらない車載発電装置の電圧制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である車載発電装置の電圧制御装置の回路構成図。
【図２】本発明の第２実施例である車載発電装置の回路構成図。
【図３】図２の電圧制御装置の回路構成図。
【図４】図３の鋸波発生回路の回路構成図。
【図５】従来の車載発電装置の回路構成図。
【図６】図６の電圧制御装置の回路構成図。
【図７】図６の鋸波発生回路の回路構成図。
【図８】鋸波発生回路の動作を表す波形図。
【符号の説明】
１…エンジン、３…交流発電機、４…整流器、５…コンデンサ、６…インバータ、７…負荷、８…バッテリー、９…回転数検出器、２０，３１，３２…自動電圧調整装置、２１…電圧検出回路、２２…電圧設定器、２３…誤差増幅器、２４…比較器、２５…鋸波発生回路、２６…出力回路、２７…検出用変圧器、２８ａ，２８ｂ…抵抗器、３０…乗算器、４１，４３，４５，４７，４９，５１…抵抗器、４２，４６，５２…トランジスタ、４４，５３…コンデンサ、４８…周波数／電圧変換回路、５０…定電圧ダイオード、５４…ダイオード。
【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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【図８】
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