(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と、
前記車両用発電機の出力電圧又はバッテリの電圧を所定の基準電圧と比較し、この比較結果に応じてスイッチング手段を制御する電圧制御手段と、
前記電圧制御手段に代えて前記界磁巻線に流れる電流を徐々に増加させるように制御信号を出力し、前記スイッチング手段を制御して前記界磁界線に流れる電流を調整する電流制御手段と、
前記スイッチング手段の導通率を検出し、この検出した導通率よりも所定の増加量だけ大きい最大導通率を設定する最大導通率設定手段と、
前記車両用発電機の状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段によって検出された前記車両用発電機の状態に応じて、前記増加量の大きさを可変に設定する増加量設定手段とを備え、
前記状態検出手段は、前記車両用発電機の温度を検出す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、
前記状態検出手段は、前記車両用発電機の回転数を検出して、前記回転数が高くなると前記増加量を少なくする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、
前記車両用発電機の温度が高い場合には、前記増加量を多く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、大きな電気負荷を接続したときに、急激に発電トルクが増加してエンジン回転が不安定にならないように、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技術が知られている。
【０００３】
例えば、特開平３−６０３３８号公報には、電気負荷が発電機に接続されたときに、界磁巻線に直列接続されたスイッチ手段のそれまでの導通率を検出し、これより所定量大きい最大導通率を設定する「充電制御装置」が開示されている。この所定量に相当する分だけ発電機の出力電流が急に増すため、この出力に相当した電気的負荷または、この電気的負荷に相当する発電量が発電機に加えられた時の出力電圧の変動を防止することができる。また、発電機の導通率は、一旦最大導通率まで変化し、その後この最大導通率が徐々に変化するため、導通率の急激な変化による発電トルクが急激に増大することを防止することができる。
【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３−６０３３８号公報に開示された従来の充電制御装置では、現在の導通率に基づいて最大導通率を設定する際に、一定の増加量（例えば１０％）が設定されている。ところが、実際の発電機では、導通率を一律に同じ量だけ増加させても、この増加量に対する発電量の変化は、その時点における発電機の回転数や温度等に依存して決まるため、導通率を同じだけ増加させた場合であっても発電量がそれ程増加しない場合もある。したがって、このような場合には電気負荷が接続された際に、導通率を最大導通率まで変化させる制御を行っても発電量がそれ程増加せずに、電流増加手段により、徐々に電流が増加する制御が動作し、出力電圧が大きく変動する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、負荷変動があったときの出力電圧の変動を抑制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。
【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、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と、車両用発電機の出力電圧又はバッテリの電圧を所定の基準電圧と比較してこの比較結果に応じてスイッチング手段を制御する電圧制御手段と、前記電圧制御手段に代えて、前記界磁巻線に流れる電流を調整する電流増加手段と、スイッチング手段の導通率を検出してこの検出した導通率よりも所定の増加量だけ大きい最大導通率を設定する最大導通率設定手段と、車両用発電機の状態を検出する状態検出手段と、状態検出手段によって検出された車両用発電機の状態に応じて増加量の大きさを可変に設定する増加量設定手段とを備えている。車両用発電機の状態に応じて導通率の増加量を設定することにより、導通率の増加量に対応する発電量の増加分を一定にすることができるため、特定の電気負荷が接続されたり、あるいはこの電気負荷に相当する発電量が増加したときに生じる車両用発電機の出力電圧の変動を抑制することができる。
【０００７】
上述した状態検出手段は、車両用発電機の回転数を検出することが望ましい。一般に、車両用発電機は回転数が高くなると発電量が増すため、導通率の上昇幅を車両用発電機の回転数が大きくなればなるほど小さくすることにより、車両用発電機の全回転域において、特定の電気負荷が接続され、またはこの電気負荷に相当する発電量が増加したときの出力電圧の変動を防止することができる。
【０００８】
また、上述した状態検出手段は、車両用発電機の温度を検出することが望ましい。一般に、車両用発電機は温度が高くなると発電量が少なくなるため、導通率の上昇幅を車両用発電機の温度が高くなればなる程大きくすることにより、車両用発電機の全温度域において、特定の電気負荷が接続され、またはこの電気負荷に相当する発電量が増加したときの出力電圧の変動を防止することができる。
【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について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明を適用した一実施形態の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車両用発電機やバッテリ、電気負荷との接続状態が示されている。
【００１１】
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（以後、「レギュレータ」と称する）３とを含んで構成されている。この車両用発電機１の出力端子（Ｂ端子）は、バッテリ２に直接接続されているとともに、切替スイッチ５を介して電気負荷６のプラス端子に接続されている。また、レギュレータ３のＩＧ端子がキースイッチ４を介して、Ｓ端子が直接バッテリ２のブラス端子に接続されている。
【００１２】
レギュレータ３は、電圧制御回路３１、平均導通率検出回路３２、インピーダンス変換回路３３、降圧回路３４、最大導通率設定回路３５、抵抗３６、環流ダイオード３７、アンド回路３８、出力トランジスタ３９を含んで構成されている。
【００１３】
環流ダイオード３７は、界磁巻線１３に並列に接続されており、出力トランジスタ３９がオフ状態のときに界磁電流を環流させるために用いられる。出力トランジスタ３９は、界磁巻線１３に直列に接続されており、界磁巻線１３に流れる界磁電流を断続する。
【００１４】
電圧制御回路３１は、バッテリ２の出力電圧を分圧した電圧と、所定の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、これらの大小関係に応じてローレベルあるいはハイレベルの信号を生成する。この電圧制御回路３１は、コンデンサ３１１、抵抗３１２、３１３、電圧比較器３１４を有している。Ｓ端子に印加されるバッテリ２の端子電圧（バッテリ電圧Ｖｂ）が抵抗３１２、３１３によって構成される分圧回路によって分圧され、この分圧電圧が電圧比較器３１４のマイナス端子に印加される。電圧比較器３１４は、このマイナス端子に印加された分圧電圧と、プラス端子に印加された所定の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、分圧電圧の方が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合には出力をハイレベルに設定し、反対に分圧電圧の方が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合には出力をローレベルに設定する。例えば、分圧電圧が基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなるときのバッテリ電圧Ｖｂを「制御電圧Ｖｃ」と称するものとする。電気負荷６が接続されて車両用発電機１の出力電圧が低下したような場合には、バッテリ２の端子電圧が制御電圧Ｖｃよりも低くなり、電圧比較器３１４のマイナス端子に印加される電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなるため、電圧比較器３１４の出力がハイレベルになる。
【００１５】
平均導通率検出回路３２は、出力トランジスタ３９の平均導通率を検出するためのものである。この平均導通率検出回路３２は、抵抗３２１とコンデンサ３２２を有している。これらの抵抗３２１とコンデンサ３２２によって平滑回路が構成されており、抵抗３２１の一方端には、界磁巻線１３が接続されたＦ端子に現れる電圧が印加されている。出力トランジスタ３９がオン状態のときには、界磁巻線１３がこの出力トランジスタ３９を介して接地されるため、Ｆ端子の電圧は低くなる。このため、コンデンサ３２２から抵抗３２１を介してＦ端子側に電流が流れ、コンデンサ３２２が放電される。反対に、出力トランジスタ３９がオフ状態のときには、Ｆ端子の電圧は高くなるため、Ｆ端子から抵抗３２１を介してコンデンサ３２２に電流が流れ、コンデンサ３２２が充電される。ここで、抵抗３２１の抵抗値が約１ＭΩに、コンデンサ３２２の静電容量が約０．２μＦに設定されており、抵抗３２１とコンデンサ３２２の時定数が約２００ｍｓｅｃになっている。また、コンデンサ３２２の端子電圧は、最大導通率設定回路３５内の後述する三角波発生回路３５１の発生電圧（三角波電圧）に対応しており、完全に充電されたときには三角波電圧のピーク値と同じ４Ｖに、完全に放電されたときには三角波電圧のボトム値と同じ０Ｖに一致するようになっている。したがって、約２００ｍｓｅｃの間に、出力トランジスタ３９のオン状態とオフ状態とが切り替わって、コンデンサ３２２が充放電されることにより、コンデンサ３２２の端子電圧を出力トランジスタ３９の平均導通率として検出することができる。具体的には、コンデンサ３３２の出力電圧０〜４Ｖが、出力トランジスタ３９の平均導通率１００〜０％に対応する。
【００１６】
インピーダンス変換回路３３は、出力端子が反転入力端子に接続された演算増幅器によって構成されたボルテージホロワ回路であり、平均導通率検出回路３２の出力電圧を高インピーダンスで受けて、そのままのレベルで出力する。
【００１７】
降圧回路３４は、インピーダンス変換回路３３の出力電圧を降圧するためものであり、抵抗３４１、可変定電流回路３４２、回転検出回路３４３、温度検出回路３４４を有している。可変定電流回路３４２は、所定の定電流を生成する。この定電流の電流値は、回転検出回路３４３によって検出される車両用発電機１の回転数と、温度検出回路３４４によって検出される車両用発電機１の温度とに応じて、可変に設定される。可変定電流回路３４２によって生成された定電流が抵抗３４１に流れることにより、この抵抗３４１によって電圧降下が生じる。この電圧降下分が降圧回路３４による電圧降下量であり、インピーダンス変換回路３３の出力電圧に対してこの電圧降下量が降圧される。例えば、抵抗３４１の抵抗値は、約４ＫΩに設定されている。回転検出回路３４３は、固定子巻線１１のいずれかの相巻線（例えばＹ相巻線）の一方端が接続されたＰ端子に現れる電圧の周波数を電圧に変換するＦ（周波数）／Ｖ（電圧）変換回路であり、車両用発電機１の回転数に比例した電圧値を有する出力信号を可変定電流回路３４２に向けて出力する。また、温度検出回路３４４は、車両用発電機１の所定箇所の温度を検出し、この検出温度に応じた電圧値を有する出力電圧を可変定電流回路３４２に向けて出力する。なお、車両用発電機１の温度は、検出箇所に応じて大きく異なるが、検出した温度と発電量との対応関係が予めわかっていればよいため、温度の検出が容易な任意の箇所を検出箇所として設定することができる。例えば、車両用発電機１のフレーム（図示せず）に直接接触するＥ端子の近傍に温度センサ（図示せず）が埋め込まれており、この箇所の温度が検出される。
【００１８】
上限導通率設定回路３５は、出力トランジスタ３９の現在の平均導通率に対して所定の上限幅を加算した最大導通率を設定するためのものであり、三角波発生回路３５１と電圧比較器３５２を有している。電圧比較器３５２のマイナス端子には、降圧回路３４の出力電圧Ｖｄが印加されており、プラス端子には三角波発生回路３４２によって生成された三角波電圧が印加されている。三角波発生回路３５１によって生成される三角波電圧は、ピーク値が４Ｖ、ボトム値が０Ｖであり、その周期Ｔが約２０ｍｓｅｃに設定されている。
【００１９】
例えば、出力トランジスタ３９の平均導通率が５０％のときに、平均導通率検出回路３２の出力電圧（コンデンサ３２２の端子電圧）は２Ｖとなる。このとき、降圧回路３４の出力電圧Ｖｄは、この平均導通率検出回路３２の出力電圧（２Ｖ）よりも、可変定電流回路３４２と抵抗３４１によって定まる電圧降下分だけ低くなった値となる。また、上限導通率設定回路３５では、この降圧回路３４の出力電圧Ｖｄと、三角波発生回路３５１によって生成される三角波電圧とを比較することにより、このとき平均導通率検出回路３２によって検出された平均導通率５０％に、降圧回路３４による電圧降下分に相当するデューティ比αを加算したデューティ比（５０＋α）％であって、周期が三角波電圧と同じ２０ｍｓｅｃの最大導通率信号を出力する。
【００２０】
アンド回路３８は、電圧制御回路３１内の電圧比較器３１４から出力される信号と、最大導通率設定回路３５内の電圧比較器３５２から出力される最大導通率信号とが入力されており、これら２つの入力信号の論理積を求める。
【００２１】
上述した出力トランジスタ３９がスイッチング手段に、電圧制御回路３１が電圧制御手段に、平均導通率検出回路３２、最大導通率設定回路３５が最大導通率設定手段に、回転検出回路３４３、温度検出回路３４４が状態検出手段に、抵抗３４１、可変定電流回路３４２が増加量設定手段にそれぞれ対応する。
【００２２】
本発明の車両用発電機１およびレギュレータ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。
【００２３】
エンジンが回転を開始し、これに連動して車両用発電機１の回転子も回転を開始すると、Ｂ端子に現れる出力電圧が上昇し、これに伴ってバッテリ電圧Ｖｂが上昇する。そして、バッテリ電圧Ｖｂが制御電圧Ｖｃに達すると、電圧制御回路３１の出力信号がハイレベルからローレベルに切り替わり、出力トランジスタ３９がオフ状態になる。それ以後、バッテリ電圧Ｖｂは、バッテリ２の容量とその時点で接続されている電気負荷６の大きさによって決まる速度で、制御電圧Ｖｃに達するまで下降する。そして、バッテリ電圧Ｖｂが制御電圧Ｖｃ以下になると、電圧制御回路３１の出力信号がハイレベルに切り替わり、出力トランジスタ３９が所定の導通率で断続的にオン状態になって、再び車両用発電機１の出力電圧およびバッテリ電圧Ｖｂが上昇する。このようにして、車両用発電機１の出力電圧に連動するバッテリ電圧Ｖｂが所定の制御電圧Ｖｃに一致するように制御される。
【００２４】
次に、一定の電気負荷６が接続され、しかもエンジン回転数が一定の場合の動作について説明する。例えば、出力トランジスタ３９が導通率５０％で安定して動作しているものとすると、平均導通率検出回路３２の出力電圧は、導通率５０％に対応する２Ｖであり、降圧回路３４の出力電圧Ｖｄは、この平均導通率検出回路３２の出力電圧（２Ｖ）よりも、可変定電流回路３４２と抵抗３４１によって定まる電圧降下分だけ低くなった値となる。このとき、車両用発電機１の回転数および温度が所定状態であって、可変定電流回路３４２によって生成される定電流の値が１００μＡと仮定すると、抵抗３４１による電圧降下は０．４Ｖになるため、降圧回路３４の出力電圧Ｖｄは１．６Ｖとなる。したがって、最大導通率設定回路３５から出力される上限導通率信号は、周期が三角波生成回路３５１によって生成される三角波電圧と同じ２０ｍｓｅｃであって、デューティ比が６０％となる。一方、電圧制御回路３１は、バッテリ電圧Ｖｂが制御電圧Ｖｃよりも低くなったときに、ハイレベルの信号を出力する。このとき、アンド回路３８からは、デューティ比が６０％の駆動信号が出力トランジスタ３９に入力され、出力トランジスタ３９の導通率がこのデューティ比に一致するように制御される。
【００２５】
次に、上述したような安定状態において、特定の電気負荷が接続され、またはこの電気負荷に相当する発電量が増加した場合の発電状態の変化の様子を説明する。
【００２６】
本実施形態のレギュレータ３は、特定の電気負荷が接続される等の原因によって発電量が増すと、その直前の出力トランジスタ３９の導通率を平均導通率検出回路３２によって検出し、この導通率よりも大きな導通率に対応する最大導通率信号を最大導通率設定回路３５によって生成する。このため、出力トランジスタ３９の導通率が、それまでの導通率からこの最大導通率信号によって決められた所定の最大導通率に変更され、この導通率の増加分（上限幅）に相当する発電量が急激に増加する。この発電量の増加分は、車両用発電機１の状態によらず常に一定であり、発電量が急増したときの出力電圧の変動を抑制することができる。
【００２７】
図２は、車両用発電機１の回転数と発電量との関係を示す図である。横軸が回転数を、縦軸が出力電流値で示した発電量をそれぞれ示している。図２に示すように、車両用発電機１は、回転数が高くなるほど発電量が増大する。
【００２８】
また、図３は車両用発電機１の回転数と導通率の増加分との関係を示す図である。横軸が回転数を、縦軸が降圧回路３４によって設定される導通率の増加分をそれぞれ示している。図２に示したように、車両用発電機１の発電量は、回転数が高くなるほど大きくなる。したがって、発電量の増加分を常に一定にしたい場合には、図３に示すように、回転数が低い場合には導通率の増加量を多く設定し、回転数が高い場合には導通率の増加量を少なく設定すればよい。具体的には、回転検出回路３４３によって検出された車両用発電機１の回転数が低い場合には、可変定電流回路３４２は、生成する定電流を値を大きく設定する。これにより、抵抗３４１による電圧降下分が大きくなるため、導通率の増加量が多くなる。反対に、回転検出回路３４３によって検出された車両用発電機１の回転数が高い場合には、可変定電流回路３４２は、生成する定電流を値を小さく設定する。これにより、抵抗３４１による電圧降下分が小さくなるため、導通率の増加量が少なくなる。
【００２９】
図４は、車両用発電機１の温度と発電量との関係を示す図である。横軸が温度に、縦軸が出力電流値で示した発電量をそれぞれ示している。図４に示すように、車両用発電機１は、温度が低いほど発電量が増大する。
【００３０】
また、図５は車両用発電機１の温度と導通率の増加分との関係を示す図である。横軸が車両用発電機１の温度を、縦軸が降圧回路３４によって設定される導通率の増加分をそれぞれ示している。図４に示したように、車両用発電機１の発電量は、温度が低いほど大きくなる。したがって、発電量の増加分を常に一定にしたい場合には、図５に示すように、温度が低い場合には導通率の増加量を少なく設定し、回転数が高い場合には導通率の増加量を多く設定すればよい。具体的には、温度検出回路３４４によって検出された車両用発電機１の温度が低い場合には、可変定電流回路３４２は、生成する定電流を値を小さく設定する。これにより、抵抗３４１による電圧降下分が小さくなるため、導通率の増加量が少なくなる。反対に、温度検出回路３４４によって検出された車両用発電機１の温度が高い場合には、可変定電流回路３４２は、生成する定電流を値を大きく設定する。これにより、抵抗３４１による電圧降下分が大きくなるため、導通率の増加量が多くなる。
【００３１】
このように、本実施形態の車両用発電機１に含まれるレギュレータ３は、負荷変動があったときに出力トランジスタ３９の導通率を変化させており、出力電圧の変動を抑制することができる。特に、車両用発電機１の回転数や温度等の発電状態を検出することにより、導通率を変化させた場合の発電量の増加分を一定に制御しており、車両用発電機１の状態にかかわらず、特定の負荷変動等に対して常に安定した出力電圧の制御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において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、レギュレータ３が車両用発電機１に内蔵される場合を説明したが、別部品として接続される場合であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。
【図２】車両用発電機の回転数と発電量との関係を示す図である。
【図３】車両用発電機の回転数と導通率の増加分との関係を示す図である。
【図４】車両用発電機の温度と発電量との関係を示す図である。
【図５】車両用発電機の温度と導通率の増加分との関係を示す図である。
【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（レギュレータ）
６  電気負荷
１１  固定子巻線
１２  整流装置
１３  界磁巻線
３１  電圧制御回路
３２  平均導通率検出回路
３３  インピーダンス変換回路
３４  降圧回路
３５  最大導通率設定回路
３４３  回転検出回路
３４４  温度検出回路
【図１】
0004165015.tif 000002
【図２】
0004165015.tif 000003
【図３】
0004165015.tif 000004
【図４】
0004165015.tif 000005
【図５】
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