(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用発電機の界磁コイルに直列接続されたスイッチング素子を断続することにより、前記車両用発電機の出力電圧を制御する電圧制御回路と、
前記車両用発電機の固定子巻線の１相端子に接続されており、この１相端子に現れる電圧に基づいて前記車両用発電機の回転数を検出する回転数検出回路と、
前記１相端子にリーク電流が流れ込んでいることを検出するリーク検出回路と、
前記回転数検出回路によって検出される前記車両用発電機の回転数が所定値を超えるまでは、前記スイッチング手段の導通比率の上限値を規定する最大導通比率を第１の比率に設定するとともに、前記リーク検出回路によってリーク電流を検出した場合には、前記最大導通比率を前記第１の比率よりも高い第２の比率に設定する最大導通比率制限回路と、
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、
前記リーク検出回路は、前記１相端子に現れる電圧が、前記回転数検出回路による回転数検出に用いられる所定の検出しきい値電圧を超えた状態が、所定時間継続したときにリーク電流の発生を検出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、車両用発電機の回転数を検出して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】
車両用発電機は、車両走行中にバッテリの補充電を行うとともに、エンジンの点火、照明、その他の各種電装品の電力を賄うものであり、その負荷状態が変化した場合であっても出力電圧をほぼ一定に維持するために発電制御装置が接続されている。特に最近では、電気負荷の増大に伴って車両用発電機の駆動トルクが上昇する傾向にある。エンジンのアイドル回転時に車両用発電機の駆動トルクが過大になると、エンジン回転が不安定になるため、発電制御装置によって車両用発電機の発電状態を制御することによりこのような事態を回避する技術が知られている。
【０００３】
例えば、特開平６−２８４５９８号公報には、所定回転数を超えるまでは界磁電流供給を抑制する「車両用充電発電装置」が開示されている。この車両用充電発電装置では、固定子巻線の１相電圧（Ｐ端子電圧）を監視して発電装置の回転数を検出することにより、上述した界磁電流の供給制限を行っている。なお、エンジンの低速回転時における界磁電流の供給を一定に制限する他の従来技術として、特開平６−２８４５９７号公報に開示された「オルタネータ制御装置」が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平６−２８４５９８号公報に開示された車両用充電発電装置では、発電装置に塩水がかかるなどして内部でリーク電流が発生し、このリーク電流が固定子巻線のいずれかの相の一方端が接続されたＰ端子に流れ込むと、このＰ端子に現れる電圧が、リーク電流とこのＰ端子の入力インピーダンスとで定まる電圧降下分だけバイアスされて上昇する。以後、固定子巻線の他の相の端部電圧には交流成分が現れるが、Ｐ端子電圧はリーク電流で決まる所定のバイアス電圧に固定されてしまい、この状態は、Ｐ端子以外の各相の固定子巻線の電圧が車載バッテリの端子電圧以上あるいはグランド電圧以下になって、整流装置を介して出力電流が取り出されるようになるまで維持される。このため、発電装置内部にリーク電流が発生すると、発電開始回転数が設計値よりも極端に増加してしまい、正確な発電制御が行えないという問題があった。
【０００５】
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、車載用発電機内部にリーク電流が発生した場合であっても確実に発電制御を行う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。
【０００６】
【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、電圧制御回路、回転数検出回路、リーク検出回路および最大導通比率制限回路を備えている。電圧制御回路は、車両用発電機の界磁コイルに直列接続されたスイッチング素子を断続することにより、車両用発電機の出力電圧を制御する。回転数検出回路は、車両用発電機の固定子巻線の１相端子に接続されており、この１相端子に現れる電圧に基づいて車両用発電機の回転数を検出する。リーク検出回路は、１相端子にリーク電流が流れ込んでいることを検出する。最大導通比率制限回路は、回転数検出回路によって検出される車両用発電機の回転数が所定値を超えるまでは、スイッチング手段の導通比率の上限値を規定する最大導通比率を第１の比率に設定するとともに、リーク検出回路によってリーク電流を検出した場合には、最大導通比率を前記第１の比率よりも高い第２の比率に設定する。リーク電流の発生を検出した場合には、車両用発電機の回転数にかかわらず、最大導通比率を第１の比率からこれより高い第２の比率に変更することにより、界磁コイルに流れる電流を増加させて、固定子巻線に誘起される電圧を上昇させて整流回路を通して出力電流を取り出すことにより、それまで１相端子に流れ込んでいたリーク電流を減らすことができるため、正確に車両用発電機の回転数の検出を行うことができ、確実に発電制御を行うことができる。
【０００７】
また、上述したリーク検出回路は、１相端子に現れる電圧が、回転数検出回路による回転数検出に用いられる所定の検出しきい値電圧を超えた状態が、所定時間継続したときにリーク電流の発生を検出することが望ましい。１相端子に流れ込むリーク電流によって所定のバイアス電圧がかかることにより回転数検出回路による検出動作が不能になるため、この状態をリーク電流の発生と判断して、上述した最大導通比率の変更を行うことにより、確実に車両用発電機の回転数検出を行うことができる状態に復帰することができる。
【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（以下、「レギュレータ」と称する）について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、本発明を適用した一実施形態のレギュレータの構成を示す図であり、あわせてこのレギュレータと車両用発電機やバッテリとの接続状態が示されている。
【００１１】
図１において、レギュレータ１は、車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）の電圧が所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）になるように制御するためのものである。始動指示検出端子（Ｌ端子）が外部の制御装置５に接続されている。
この制御装置５は、イグニッションスイッチ４をオン状態にしたときに所定の制御動作を開始し、始動指示信号をＬ端子に入力する。
【００１２】
車両用発電機２は、固定子であるステータに含まれる３相のステータコイル２１と、このステータコイル２１の３相出力を全波整流するために設けられた整流回路２３と、回転子であるロータに含まれる界磁コイル２２とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧の制御は、界磁コイル２２に対する通電をレギュレータ１によって適宜オンオフ制御することにより行われる。車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）はバッテリ３に接続されており、Ｂ端子からバッテリ３に充電電流が供給される。
【００１３】
次に、レギュレータ１の詳細構成および動作について説明する。図１に示すように、レギュレータ１は、界磁コイル２２に直列に接続されたスイッチング素子としてのトランジスタ１１と、界磁コイル２２に並列に接続された還流ダイオード１２と、車両用発電機２のＢ端子に現れる出力電圧が所定の調整電圧設定値となるようにトランジスタ１１の導通、遮断を制御する電圧制御回路１３と、車両用発電機２の回転数検出を行う高回転検出回路１４と、ステータコイル２１の１相端子（Ｐ端子）のリーク電流を検出するリーク検出回路１５と、トランジスタ１１の最大導通比率を可変に設定する最大導通比率制限回路１６とを含んで構成されている。
【００１４】
電圧制御回路１３は、トランジスタ３０、抵抗３１、３２、ツェナーダイオード３３からなっている。ツェナーダイオード３３は、車両用発電機２のＢ端子の電圧が調整電圧設定値以上になるとブレークするような特性のものが選定されており、このとき抵抗３２の両端電圧が高くなってトランジスタ３０が導通しコレクタの電位が低くなる。トランジスタ３０のコレクタはトランジスタ１１のベースに接続されており、トランジスタ３０のコレクタ電位が低下するとトランジスタ１１が遮断されるため、界磁コイル２２に流れる電流が減少する。
【００１５】
高回転検出回路１４は、Ｐ端子に現れる１相電圧に基づいて車両用発電機２の回転数を検出し、所定の回転数を超えたときに出力をローレベルからハイレベルに変化させる。
【００１６】
リーク検出回路１５は、Ｐ端子に流れ込むリーク電流の発生を検出したときに、出力をハイレベルからローレベルに変化させる。
【００１７】
図２は、リーク検出回路１５の詳細構成を示す回路図である。図２に示すように、リーク検出回路１５は、トランジスタ１００、１０１、抵抗１０２〜１０６、コンデンサ１０７、電圧比較器１０８を備えている。Ｐ端子にリーク電流が流れ込んでいない状態では、Ｐ端子に現れる１相電圧が抵抗１０２を介してトランジスタ１００のベースに印加されるため、車両用発電機２が発電状態のときにはこの１相電圧の周期に同期してトランジスタ１００が断続を繰り返し、これに伴ってトランジスタ１０１も断続を繰り返す。したがって、後段のトランジスタ１０１のコレクタに接続されたコンデンサ１０７は充放電を繰り返すため、このコンデンサ１０７の両端電圧が、抵抗１０５、１０６の抵抗比で決まる所定の電圧値を超えることはなく、電圧比較器１０８の出力はハイレベルが維持される。
【００１８】
一方、リーク電流が流れ込んでＰ端子電圧が上昇し、所定の電圧値（検出しきい値）を超えると、トランジスタ１００が導通し、後段のトランジスタ１０１が遮断される。したがって、コンデンサ１０７が充電され、所定時間後にその両端電圧が、抵抗１０５、１０６の抵抗比で決まる所定の電圧値を超えて、電圧比較器１０８の出力がハイレベルからローレベルに変化する。上述したコンデンサ１０７の両端電圧が所定の電圧値を超えるまでの時間は、エンジンのアイドリング回転に対応する車両用発電機２の回転数に対して十分に低い回転数においてステータコイル２１に誘起される電圧波形の１周期よりも長い時間に設定されている。これにより、リーク電流によってＰ端子に現れる電圧とステータコイル２１の１相電圧とを区別して、リーク検出回路１５によってリーク電流の発生のみを検出することが可能になる。
【００１９】
また、図１に示した最大導通比率制限回路１６は、基準電圧波形発生器４０、電圧比較器４１、トランジスタ４２〜４６、抵抗４７〜５４、ツェナーダイオード５５を備えている。基準電圧波形発生器４０は、基準電圧波形として三角波電圧波形を発生し、電圧比較器４１の＋端子（ｂ点）に入力する。この電圧比較器４１は、−端子（ａ点）に印加される電圧レベルを可変することにより、デューティ比が異なる最大導通比率設定信号を生成する。
【００２０】
図３は、最大導通比率制限回路１６内における各種の入出力波形を示す動作タイミング図である。基準電圧波形発生器４０からは、図３（Ａ）においてＶｂで示された基準電圧波形が出力され、これが電圧比較器４１の＋端子に印加されるｂ点の電圧となる。また、電圧比較器４１の−端子に印加されるａ点の電圧は、ツェナーダイオード５５と３つの抵抗４９、５０、５１によって定まる。リーク検出回路１５によってリーク電流が検出されていない状態（正常状態）では、リーク検出回路１５の出力がハイレベルとなるためトランジスタ４５が導通して、トランジスタ４４が遮断される。このような正常状態では、車両用発電機２の回転数が所定回転数以下であって高回転検出回路１４の出力がローレベルのときにはトランジスタ４３が遮断されるため、ａ点の電圧は２つの抵抗４９、５０の分圧比で定まることになる。図３（Ａ）では、このときの電圧がＶａ２で示されており、電圧比較器４１からは図３（Ｂ）で示される波形が出力される。また、正常状態において、車両用発電機２の回転数が所定回転数を超えて高回転検出回路１４の出力がローレベルからハイレベルに変化すると、トランジスタ４３が導通するため、電圧比較器４１の−端子がトランジスタ４３を介して接地され、ａ点の電圧は０Ｖに近い値となる。図３（Ａ）では、このときの電圧がＶａ１で示されており、電圧比較器４１からは図３（Ｃ）で示される波形が出力される。さらに、リーク検出回路１５によってリーク電流の発生を検出すると、リーク検出回路１５の出力がハイレベルからローレベルに変化するため、トランジスタ４５が遮断され、トランジスタ４４が導通する。したがって、ａ点の電圧は、３つの抵抗４９、５０、５１の各抵抗値によって定まることになる。図３（Ａ）では、このときの電圧がＶａ３で示されており、電圧比較器４１からは図３（Ｄ）で示される波形が出力される。
【００２１】
電圧比較器４１の出力端子は、トランジスタ４２のベースに接続されている。このトランジスタ４２は、電圧比較器４１から出力される波形にしたがって導通し、界磁コイル２２に直列に接続されたトランジスタ１１の最大導通比率を制限する。
【００２２】
また、図１に示すように、Ｌ端子が抵抗６０を介してトランジスタ６１のベースに接続されている。トランジスタ６１あるいはＰ端子に抵抗６２を介して接続されたトランジスタ６３が導通すると、トランジスタ６４が導通し、レギュレータ１の電源である動作電圧Ｖccの供給が開始される。２つのダイオード６５、６６は、回り込み防止用ダイオードである。コンデンサ６７は、Ｐ端子に入力されるステータコイル２１の１相電圧波形に応じてトランジスタ６３が間欠的に導通したときにトランジスタ６４のベースに印加される電圧を平滑するための平滑用コンデンサである。２つの抵抗６８、６９は、微少はリーク電流でトランジスタ６１、６３が動作しないようにするための誤動作防止用抵抗である。
【００２３】
本実施形態のレギュレータ１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。
【００２４】
Ｌ端子に始動指示信号が入力されると、トランジスタ６１、６４が導通し、レギュレータ１の電源である動作電圧Ｖccの供給が開始される。これにより、基準電圧波形発生器４０、電圧比較器４１、高回転検出回路１４、リーク検出回路１５が動作を開始する。
【００２５】
[リーク電流が存在しない場合の動作]
車両用発電機２の回転数が所定回転数を超えている場合には、高回転検出回路１４の出力がハイレベルになるため、トランジスタ４３が導通し、ａ点の電圧Ｖａ１が常時ｂ点の電圧Ｖｂ以下となる。したがって、電圧比較器４１からは図３（Ｃ）に示したデューティ比１００％の波形が出力され、電圧制御回路１３によって、トランジスタ１１の導通比率はそのときの負荷の状態に応じて最大で１００％までの範囲で制御される。
【００２６】
また、車両用発電機２の回転数が下がって、高回転検出回路１４の出力がローレベルになると、トランジスタ４３が遮断されるため、ａ点の電圧Ｖａ２が上昇する。したがって、電圧比較器４１からは図３（Ｂ）に示したデューティ比が小さな波形が出力され、トランジスタ１１の導通比率の最大値が小さな値となる。
【００２７】
Ｐ端子にリーク電流が流れ込んでいない状態では、高回転検出回路１４は、Ｐ端子の電圧に基づいて車両用発電機２の回転数を正確に検出することができるため、上述した最大導通比率を低回転時には低く抑え、高回転時には高くする制御を確実に実施することができる。また、エンジン停止中に、制御装置５から誤って始動指示信号が出力されてＬ端子に入力された状態が続いた場合であっても、このときの最大導通比率が低い値に設定されているため、界磁コイル２２への通電によって生じるバッテリ３の放電を最小限に抑えることができる。
【００２８】
[リーク電流が存在する場合の動作]
Ｐ端子にリーク電流が流れ込んでＰ端子の電圧が所定値を超えるまで上昇した場合には、リーク検出回路１５の出力がハイレベルからローレベルに変化し、トランジスタ４５が遮断される。このとき、Ｌ端子には始動指示信号が入力されているため、トランジスタ６１が導通し、トランジスタ４６が遮断された状態にある。したがって、トランジスタ４４が導通し、ａ点とグランドとの間に抵抗５１が接続された状態になるため、ａ点の電圧Ｖａ３が低下し、電圧比較器４１からは図３（Ｄ）に示したデューティ比が大きな波形が出力され、トランジスタ１１の導通比率の最大値が、リーク電流が存在しない場合よりも高い値に制御される。これにより、界磁コイル２２に流れる電流が増加し、ステータコイル２１に誘起される電圧が高くなって、整流回路２３に印加される発電電圧がバッテリ３の端子電圧以上あるいはグランド以下となって整流回路２３のそれぞれの整流素子に順方向電流が流れるようになり、Ｐ端子に流れ込んだリーク電流が減少してバイアス電圧が低くなるため、高回転検出回路１４による正常な回転数検出動作を再開することができる。
【００２９】
なお、Ｌ端子に対して始動開始信号が入力されていない状態では、Ｐ端子電圧の発生とともにトランジスタ６３が導通し、トランジスタ６４も導通して、レギュレータ１の電源電圧Ｖccの供給が行われる。低回転時には高回転検出回路１４の出力がローレベルになってトランジスタ４３が遮断されるが、このときＰ端子に流れ込むリーク電流が存在しない場合にはリーク検出回路１５の出力がハイレベルになってトランジスタ４５が導通するため、トランジスタ４４が遮断され、ａ点の電圧は２つの抵抗４９、５０によって定まる電圧Ｖａとなって、最大導通比率は図３（Ｂ）に示した波形のデューティ比で示される小さな値となる。一方、高回転時には高回転検出回路１４の出力がハイレベルになってトランジスタ４３が導通するため、ａ点がトランジスタ４３を介して接地されてこのａ点の電位が常時ｂ点の電圧以下となる。このため、最大導通比率は図３（Ｃ）に示した波形のデューティ比である１００％に設定される。
【００３０】
このように、本実施形態では、Ｐ端子にリーク電流が流れ込んでいない状態では、低回転時には小さな最大導通比率が設定されるため、車両用発電機２の駆動トルクを小さくすることができ、アイドリング時のエンジン回転を安定させることができる。一方、高回転時には最大導通比率が１００％に変更されるため、車両用発電機２から大きな電気負荷に対して電力を供給することができる。
【００３１】
また、Ｐ端子にリーク電流が流れ込んでＰ端子電圧が上昇した場合には、リーク検出回路１５によってリーク電流の発生が検出され、最大導通比率が正常状態の低回転時に対応する値よりも高い値に変更される。これにより、界磁コイル２２に流れる電流を増加させて整流回路２３のそれぞれの整流素子に順方向電流を流すことができるため、Ｐ端子に流れ込むリーク電流を減らすことができ、高回転検出回路１４による正常な回転数検出動作を行うことができるようになる。したがって、車両用発電機２に塩水がかかるなどの過酷な使用環境下においてステータコイル２１にリーク電流が流れ込むような場合であっても、車両用発電機２の正確な回転数検出に基づく発電制御を行うことができ、エンジンの始動性の向上や不要な界磁電流の制限によるバッテリ放電電流の抑制を行うことが可能になる。
【００３２】
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で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、Ｌ端子に発電開始信号を入力することにより界磁コイル２２に対する初期励磁を行うようにしたが、このＬ端子を省略してもよい。この場合には、ロータの回転とともに残留磁束によってステータコイル２１に電圧が誘起されるため、この電圧をＰ端子から検出してレギュレータ１による発電制御を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のレギュレータの構成を示す図である。
【図２】リーク検出回路の詳細構成を示す回路図である。
【図３】最大導通比率制限回路の入出力波形を示す動作タイミング図である。
【符号の説明】
１  レギュレータ（車両用発電制御装置）
２  車両用発電機
３  バッテリ
４  イグニッションスイッチ
５  制御装置
１１  トランジスタ
１２  還流ダイオード
１３  電圧制御回路
１４  高回転検出回路
１５  リーク検出回路
１６  最大導通比率制限回路
【図１】
0004193348.tif 000002
【図２】
0004193348.tif 000003
【図３】
0004193348.tif 000004