JP2000050523A

JP2000050523A - 車両用発電機の電圧制御装置

Info

Publication number: JP2000050523A
Application number: JP10216809A
Authority: JP
Inventors: Sakae Hikita; 栄引田; Susumu Sasaki; 進佐々木; Ippei Kobayashi; 一平小林
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】発電機の内部に搭載され、搭乗者へ違和感を与
えることが無く、内燃機関の燃費向上が可能な車両用発
電機の電圧制御装置を実現する。【解決手段】電圧制御装置５の判定信号生成回路１０か
ら発電機１の回転数が所定値以下か否かを示す信号であ
って変化頻度が低い信号ＶＣＮ１が制御電圧判定回路１
１に供給される。負荷検出判定回路１２からは、発電機
出力電流が所定値以上か否かを示す信号ＶＣＦが回路１
１に供給される。判定回路１１は、回転数が所定値以下
であって、出力電流も所定値以下の場合には、発電機１
の発電電圧が１３．０Ｖとなるように制御し、回転数が
所定値を超える場合には、発電電圧を１４．４Ｖとなる
ように制御する。これにより、出力電流に余裕を持たせ
燃費を向上し得ると共に電圧変動によりヘッドランプの
ちらつき等が抑制され搭乗者へ違和感を与えることが無
い電圧制御装置を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の回転数に基
づいて、車両用発電機の発電電圧を制御する車両用発電
機の電圧制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用発電機は、内燃機関によって駆動
され、内燃機関の回転によって発電し、車両に搭載され
た畜電器及び車両の電気負荷に電力を供給している。こ
のような発電機は、如何なる回転数においても前記畜電
器や車両の電気負荷に予め設定した電圧となるように電
圧制御装置を具備している。

【０００３】ところで、特開昭５９−２２２０９９号公
報に記載されているような発電機の発電電圧を車両の状
態に応じて変化させることにより燃費向上を図ることが
行われており、車両状態を検出する制御装置により、発
電電圧の指令値が与えられ、発電機の発電電圧が変化す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の車両状
態を検出する制御装置においては、発電機の外部に設置
されており、制御装置と発電機との間には、配線が設置
され、その配線により発電電圧指令値を伝達している。

【０００５】しかしながら、制御装置からの発電電圧指
令値を配線を経由して発電機に伝達しているので、この
配線の断線時には、発電電圧指令値を発電機に指令する
ことができず、燃費向上を図るための動作制御を行うこ
とができなくなってしまう。

【０００６】また、近年では、内燃機関の燃費向上が望
まれているが、車両用発電機の電圧制御装置の特性を改
善することにより、燃費向上を図ることは行われていな
かった。

【０００７】本発明の目的は、発電機の内部に搭載さ
れ、搭乗者へ違和感を与えることが無く、内燃機関の燃
費向上が可能な車両用発電機の電圧制御装置を実現する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成される。（１）内燃機関によって駆動される、車両用発電機の電
圧制御装置において、上記電圧制御装置は、上記発電機
に内蔵されるとともに、上記発電機の回転数を検出し、
予め設定された回転数とを比較した結果に基づき、発電
電圧の設定値を変化させる手段を備える。

【０００９】電圧制御装置が発電機に内蔵されることに
より、制御装置を発電機の外部に配置した場合に発生す
る、発電機と制御装置との指令信号伝達配線の切断によ
る燃費向上動作の停止を防止することができる。

【００１０】また、発電機の回転数に応じて、発電電圧
の設定値を変化するように構成することにより、発電機
の出力電流の余裕をもたせることができ、燃費を向上す
ることができる。

【００１１】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記発電電圧の設定値の変化時間は、上記発電機の回転
数の変化時間より大である。

【００１２】発電電圧の設定値の変化時間を、発電機の
回転数の変化時間より大とすれば、発電電圧の頻繁な変
化による電気負荷の出力変動を抑制でき、搭乗者の違和
感を防止できる。

【００１３】（３）また、好ましくは、上記（１）にお
いて、上記発電機の出力電流が所定の電流値以上のとき
には、発電電圧の設定値を変化させることを禁止させる
負荷検出判定手段を、備える。

【００１４】発電機の出力電流が所定の電流値以上のと
きには、発電電圧の設定値を変化させることを禁止させ
れば、電気負荷の出力変動を抑制でき、搭乗者の違和感
を防止できる。

【００１５】（４）また、好ましくは、上記（１）にお
いて、発電電圧の設定値が変化する際に、電圧変化を緩
和させる手段を、備える。

【００１６】発電電圧の設定値が変化する際に、電圧変
化を緩和させば、電気負荷の出力変動を抑制でき、搭乗
者の違和感を防止できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態であ
る車両用発電機の電圧制御装置の概略構成図である。

【００１８】図１において、車両に搭載された内燃機関
（図示せず）によって、発電機１の回転子がベルトを介
して回転させられ、この回転によって回転子に巻かれた
励磁コイル４に流れている励磁電流が磁界を発生させ
る。そして、発生された磁界が固定子へ伝達し、この固
定子に巻かれた固定子巻線２に電力が発生する。

【００１９】固定子巻線２は、２ａ、２ｂ、２ｃの３相
から成り、各相の出力が全波整流器３を介して、車両に
搭載されたバッテリ１５やヘッドランプ等の電気負荷
（図示せず）に供給されることにより、これら電気負荷
に電力が供給される。励磁コイル４に流れる励磁電流
は、発電機１に内蔵された電圧制御装置５が備えるスイ
ッチ回路１４により制御されており、スイッチ回路１４
はトランジスタやＭＯＳ−ＦＥＴにより構成されてい
る。

【００２０】スイッチ回路１４が導通していない時は、
励磁コイル４に流れていた励磁電流はフライホイールダ
イオード６へ流れている。そもそも、発電機１は、発電
電圧がある定められた値になるように電圧を制御するこ
とが役割であり、ここではＳ端子で電圧を検出し、この
Ｓ端子で検出した電圧ＶＳが、例えば１４．４Ｖになる
ように、制御信号生成回路１３から出力される信号によ
りスイッチ回路１４を制御している。

【００２１】次に、電圧制御装置５の構成及び動作につ
いて、説明する。電圧制御装置５の電源回路７は、Ｂ端
子を介して発電機１と接続され、この電源回路７におい
て内部電源Ｖｃｃを生成する。この内部電源Ｖｃｃを生
成する条件としては、エンジン始動スイッチ（図示せ
ず）がＯＮしたことにより行う。また、発電機１及び電
圧制御装置５の異常を車両搭乗者へ知らせるための警告
灯を点灯させるための警報機能（図示せず）も具備して
いる。

【００２２】ここで、本発明に関する回転検出を行う回
路及び動作について説明する。まず、固定子巻線２の３
相（２ａ，２ｂ，２ｃ）の１相（２ｂ）電圧をＰ端子を
介して回転検出回路９に入力する。Ｐ端子を介して入力
される１相電圧は、図２に示すＰ端子電圧のような信号
波形となり、回転数に応じて周期が変化する。Ｐ端子電
圧は、上限が発電機１のＢ端子電圧よりも全波整流器３
のダイオードの順方向降下電圧分だけ高くなり、下限は
０Ｖよりもダイオードの順方向降下電圧分だけ低くな
る。

【００２３】よって、Ｂ端子電圧が１４Ｖであり、順方
向降下電圧が１Ｖであったとすると、７Ｖが中心値にな
り、ここを、Ｐ端子電圧の周期の判定値とすることで、
回転数を精度良く検出するための波形整形を行うことが
できる。

【００２４】ここで、回転数検出回路９の内部構成を図
３に示し、その動作を図２の信号波形を用いて説明す
る。回転数検出回路９は、コンパレータ９ａを有し、こ
のコンパレータ９ａの正入力端子には、Ｐ端子電圧が供
給され、負入力端子には、７Ｖの基準電圧が供給され
る。そして、このコンパレータ９ａの出力端子は、コン
デンサ９ｂ、抵抗９ｄ，抵抗９ｇを介して、回転数検出
回路９の出力端子に接続される。

【００２５】また、コンデンサ９ｂと抵抗９ｄとの接続
中点は、抵抗９ｃを介して接地される。抵抗９ｄと抵抗
９ｇとの接続中点は、ダイオード９ｆのカソード及びア
ノードを介して接地される。さらに、抵抗９ｄと抵抗９
ｇとの接続中点は、ダイオード９ｅのアノード及びカソ
ードを介して内部電圧電源Ｖｃｃに接続される。また、
抵抗９ｇと回転数検出回路９の出力端子との接続中点は
コンデンサ９ｈを介して接地される。

【００２６】Ｐ端子電圧が、コンパレータ９ａに入力さ
れると、このコンパレータ９ａの出力信号Ａは、図２に
示すような波形の信号となる。そして、この出力信号Ａ
は、コンデンサ９ｂ及び抵抗９ｃによって構成される微
分回路により、図２に示すような信号Ｂとなる。

【００２７】次に、信号Ｂは、抵抗９ｄを介して、上限
をＶｃｃ、下限をＧＮＤとしたダイオード９ｅ、９ｆで
構成するダイオードブリッジにより、上限をＶｃｃ、下
限をＧＮＤとした信号Ｃとなり、抵抗９ｇ、コンデンサ
９ｈにより構成する積分回路を介して、この回転数検出
回路の出力信号である信号ＮＡＬＴとなる。

【００２８】信号ＮＡＬＴは、回転数が高くなる（Ｐ端
子電圧の周波数が高くなる）ことで、電圧が高くなるの
で、回転数と信号ＮＡＬＴの電圧との関係から、多様な
制御への対応も可能となる。

【００２９】次に、信号ＮＡＬＴから回転数による判定
信号生成回路１０の動作に関して、図４を用いて説明す
る。例えば、発電機１の回転数で２０００［ｒ／ｍｉ
ｎ］となる時の信号ＮＡＬＴを電圧ＮＡＬＴ１とし、こ
の電圧ＮＡＬＴ１と、回転数検出回路９により、生成さ
れた信号ＮＡＬＴとを比較し、信号ＶＣＮを生成する。
この信号ＶＣＮは、信号ＮＡＬＴが電圧ＮＡＬＴ１より
小のときに、“Ｈ”レベルとなり、信号ＮＡＬＴが電圧
ＮＡＬＴ１より大のときに、“Ｌ”レベルとなる。

【００３０】ここで、発電機１の回転数の設定について
説明すると、発電機１の発電電圧が例えば、上述したよ
うに１４．４Ｖの時の発電機１の出力電流と、バッテリ
１５を充電できる電圧（例えば１３．０Ｖ）での発電機
１の出力電流とを比較すると、ある回転数において最大
出力電流がひっくり返る特性を有している。つまり、あ
る回転数以下であれば、１３．０Ｖでの発電機１の出力
電流の方が、１４．４Ｖの時の発電機１の出力電流より
大となるが、ある回転数を超えると、１４．４Ｖでの発
電機１の出力電流の方が、１３．０Ｖの時の発電機１の
出力電流より大となる。この時の回転数が、２０００
［ｒ／ｍｉｎ］である。

【００３１】車両においては、加速時のように、車速が
上昇する際のトランスミッションの影響によって、内燃
機関の回転数が、図４の信号ＮＡＬＴに示すように振動
して変化する。この状態においては、信号ＶＣＮは、信
号ＮＡＬＴの変化に伴って、変化し、パルス形状を有し
てしまう。このパルス形状となった信号ＶＣＮを、その
まま電圧制御信号に使用すると、電圧変化頻度が多くな
りすぎるため、車両側への影響が大となる。つまり、車
両側がヘッドランプ、カーステレオ等の電気負荷の作動
中の場合、電圧変化頻度が多いと、照度や音響がそれに
伴って変化するため搭乗者に違和感を与えてしまう。

【００３２】そこで、信号ＶＣＮを積分回路（電圧変化
を緩和させる手段）を介して、図４に示すような波形
の、制御電圧判定信号ＶＣＮ１を生成する。この制御電
圧判定信号ＶＣＮ１は、電圧変化頻度が、信号ＶＣＮに
比較して少なく（信号ＶＣＮ１の変化時間は発電機１の
回転数の変化時間より大である）、上述した車両側への
影響を小さくすることができる。

【００３３】ここで、負荷検出判定回路１２の動作につ
いて、説明する。図５にＦ端子の電圧波形を示し、以後
説明するＦ端子電圧のデューティ比であるＦ端子ＤＵＴ
Ｙは、Ｆ端子電圧がＨｉｇｈ状態の時間をＴoff、Ｌｏ
ｗ状態の時間をＴonとした時に、次式（１）で示すもの
とする。Ｆ端子ＤＵＴＹ＝Ｔoff÷（Ｔon＋Ｔoff）×１００ −−−（１）図６に一般的な電圧制御回路により、ある定められた電
圧に電圧制御されている発電機１のＦ端子ＤＵＴＹと発
電機出力電流（バッテリや車両負荷へ供給する電流）の
関係について、発電機１の回転数をパラメータとした時
の特性を示す。

【００３４】発電機１の回転数は、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３と
なるに従って高回転になり、その際にある定められた電
流値ＩＬ１時のＦ端子ＤＵＴＹは、回転数Ｎ１、Ｎ２、
Ｎ３のそれぞれについて、ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３とな
る。

【００３５】この特性から、発電機１の回転数が高回転
になる（信号ＮＡＬＴの電圧が高くなる）ことによっ
て、同一出力電流でのＦ端子ＤＵＴＹも増加する。した
がって、車両において発電機１の発電電圧を変化させる
制御を行う場合に、発電機１の出力電流に設定値を設
け、出力電流が設定値以上と検出された時、発電電圧を
変化させる制御を禁止する。

【００３６】上述した出力電流の設定値は、ヘッドラン
プが投入している等、車両の電気負荷がＯＮしているレ
ベルを設定するものとし、発電電圧が変化することによ
って照度や動作音が変化することで、ちらつき等が発生
し、搭乗者に違和感を与える電気負荷を考えて設定す
る。

【００３７】ここで、本発明に関する発電機は、上述し
たようにＳ端子を介して検出した電圧ＶＳが、ある設定
された電圧（例えば、１４．４Ｖ）になるように励磁コ
イル４に流れる励磁電流をスイッチ回路１４によって制
御しており、その動作について図７を用いて説明する。

【００３８】図７は、制御電圧判定回路１１の内部構成
図である。図７において、電圧ＶＳは、抵抗１１ａ及び
抵抗１１ｃを介して偏差アンプ１１ｅの負入力端子に供
給される。抵抗１１ａと抵抗１１ｃとの接続中点は、抵
抗１１ｂを介して接地される。また、偏差アンプ１１ｅ
の負入力端子は、抵抗１１ｄを介して、偏差アンプ１１
ｅの出力端子に接続される。

【００３９】基準電源回路８からの基準電圧Ｖｒｅｆ
は、制御電圧判定回路１１の抵抗１１ｆを介して偏差ア
ンプ１１ｅの正入力端子に供給される。また、偏差アン
プ１１ｅの正入力端子は、コンデンサ１１ｉを介して接
地される。さらに、この偏差アンプ１１ｅの正入力端子
は、抵抗１１ｇ及びスイッチ１１ｈを介して接地され
る。

【００４０】負荷検出判定回路１２からの出力信号ＶＣ
Ｆと、判定信号生成回路１０からの出力信号ＶＣＮ１
は、アンド回路１１ｊの入力端子に供給される。そし
て、アンド回路１１ｊの出力信号によってスイッチ１１
ｈのオンオフが制御される。

【００４１】まず、Ｓ端子を介して検出した電圧ＶＳ
は、抵抗１１ａ及び１１ｂの抵抗比によって、例えば電
圧ＶＳの１／４となり、抵抗１１ｃを介して偏差アンプ
１１ｅの負入力端子へ入力される。

【００４２】また、電源回路７により生成された内部電
源Ｖｃｃより、基準電源回路８において、制御電圧Ｖｒ
ｅｆ（例えば、発電機１が制御する電圧が１４．４Ｖで
あったとすると、１４．４Ｖの１／４の電圧）が生成さ
れ、この制御電圧Ｖｒｅｆは、抵抗１１ｆを介して偏差
アンプ１１ｅの正入力端子へ入力される。この時に、正
入力端子へ入力した制御電圧Ｖｒｅｆと負入力端子へ入
力した電圧の差を抵抗１１ｃ、１１ｄの比で決められた
増幅率によって増幅し、アンプ１１ｅの出力電圧ＶＣが
決定される。

【００４３】ここで、上述したように、発電機１の制御
電圧を変化させる場合の動作について説明すると、発電
機１の回転数が上述した回転数２０００［ｒ／ｍｉｎ］
を閾値として生成される信号ＶＣＮ１と、上述した出力
電流がある設定値以内の時にＨｉｇｈとなる信号ＶＣＦ
が共にＨｉｇｈの時に、アンド回路１１ｊの出力が、Ｈ
ｉｇｈとなることで、オンとなるスイッチ１１ｈは、抵
抗１１ｇとＧＮＤとの導通、非導通を切り換える役割を
果たす。

【００４４】例えば、スイッチ１１ｈが導通したとする
と、制御電圧Ｖｒｅｆは抵抗１１ｆと１１ｇとによっ
て、分圧され、発電機１の発電電圧が決定される。しか
し、分圧された電圧は、コンデンサ１１ｉが充電されて
いる状態なので、徐々に電圧が分圧された電圧値に降下
していく。この状態では、発電機１の発電電圧は、制御
電圧Ｖｒｅｆにより決定していた発電電圧から、分圧に
よって決定された発電電圧まで、徐々に降下していく。
このことで、車両における電気負荷の照度、動作音の変
化を緩やかにしている。

【００４５】また、スイッチ１１ｈが導通状態から非導
通状態へ移行した場合は、分圧されていた電圧から、制
御電圧Ｖｒｅｆへと上昇するが、コンデンサ１１ｉによ
って、徐々に上昇する。これにより、非導通状態から導
通状態への移行と同様に、車両における電気負荷の照
度、動作音の変化が緩やかとなる。

【００４６】上述した制御電圧判定回路１１によって、
決定された信号ＶＣは、制御信号生成回路１３に入力さ
れ、スイッチ回路１４を動作させるための信号が生成さ
れる。

【００４７】上述してきた結果について、図８を用いて
説明すると、従来の出力特性（例えば発電電圧１４．４
Ｖ時）と電圧低下時の出力特性（例えば発電電圧１３．
０Ｖ）は、図示するような特性となり、発電機１の回転
数が２０００［ｒ／ｍｉｎ］以下の場合には、発電電圧
１３．０Ｖのときの出力電流が、発電電圧１４．４Ｖの
ときの出力電流より大となり、発電機１の回転数が２０
００［ｒ／ｍｉｎ］を超える場合には、発電電圧１４．
４Ｖのときの出力電流が、発電電圧１３．０Ｖのときの
出力電流より大となる。

【００４８】本発明では、２０００［ｒ／ｍｉｎ］以下
では電圧低下時の出力特性となり、２０００［ｒ／ｍｉ
ｎ］を超えると従来の出力特性となる。

【００４９】このことで、出力電流に余裕を持たせる、
つまり、従来よりも、発電機の出力電流を大とできる
（回転数２０００［ｒ／ｍｉｎ］以下における場合）発
電機制御を可能とし、燃費向上へも寄与させることが可
能となる。

【００５０】また、上述してきたように回転数の急激な
変化時の応答の緩和及び車両での禁止負荷の設定を行う
ことで、搭乗者へ違和感を与えることが無く、燃費向上
を行うことが可能となる。

【００５１】また、電圧制御装置が発電機に内蔵される
ことにより、制御装置を発電機の外部に配置した場合に
発生する、発電機と制御装置との指令信号伝達配線の切
断による燃費向上動作の停止を防止することができる。

【００５２】つまり、本発明の一実施形態によれば、発
電機の内部に搭載され、搭乗者へ違和感を与えることが
無く、内燃機関の燃費向上が可能な車両用発電機の電圧
制御装置を実現することができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。発電機の内部に搭
載され、発電機と制御装置との指令信号伝達配線の切断
による燃費向上動作の停止を防止することができるとと
もに、搭乗者へ違和感を与えることが無く、内燃機関の
燃費向上が可能な車両用発電機の電圧制御装置を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である車両用発電機の電圧
制御装置の概略構成図である。

【図２】回転数検出回路の動作を説明する信号波形図で
ある。

【図３】回転数検出回路の内部構成図である。

【図４】判定信号生成回路の動作説明図である。

【図５】Ｆ端子の電圧波形図である。

【図６】Ｆ端子ＤＵＴＹと発電機出力電流との関係図で
ある。

【図７】制御電圧判定回路の内部構成図である。

【図８】本発明の一実施形態による発電機の出力電流特
性を示す図である。

【符号の説明】

１発電機２固定子巻線３全波整流器４励磁コイル５電圧制御装置７電源回路８基準電源回路９回転検出回路１０制御判定信号生成回路１１制御電圧判定回路１２負荷検出判定回路１３制御信号生成回路１４スイッチ回路１５バッテリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者引田栄茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者佐々木進茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者小林一平神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G093 AA16 BA19 DB01 DB20 EB09 FA11 FB05 5G060 AA04 CA02 CA04 CA06 CA08 DA01 DB01 5H590 AA02 AA30 CA07 CA23 CB10 CC01 CC18 CC24 CC28 CD01 CE05 CE08 DD25 DD64 EB02 EB12 EB21 EB29 FA06 FB01 FB03 FC12 FC14 FC21 FC22 FC26 GA02 GB02 HA02 HA04 HA27 HB06 JA08 JA13 JA14 JB06 KK02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関によって駆動される、車両用発電
機の電圧制御装置において、上記電圧制御装置は、上記発電機に内蔵されるととも
に、上記発電機の回転数を検出し、予め設定された回転
数とを比較した結果に基づき、発電電圧の設定値を変化
させる手段を備えることを特徴とする車両用発電機の電
圧制御装置。
【請求項２】請求項１記載の車両用発電機において、上
記発電電圧の設定値の変化時間は、上記発電機の回転数
の変化時間より大であることを特徴とする車両用発電機
の電圧制御装置。
【請求項３】請求項１記載の車両用発電機において、上
記発電機の出力電流が所定の電流値以上のときには、発
電電圧の設定値を変化させることを禁止させる負荷検出
判定手段を、備えることを特徴とする車両用発電機の電
圧制御装置。
【請求項４】請求項１記載の車両用発電機において、発
電電圧の設定値が変化する際に、電圧変化を緩和させる
手段を、備えることを特徴とする車両用発電機の電圧制
御装置。