JP2002142497A - 車両用発電制御装置 - Google Patents
車両用発電制御装置Info
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Abstract
となく、エンジンの回転検出の精度を向上させることが
できる車両用発電制御装置を提供すること。 【解決手段】 車両用発電制御装置1は、パワートラン
ジスタ11、還流ダイオード12、電圧制御回路13、
主電源回路14、副電源回路15を備えている。車両用
発電機2が回転を開始すると、副電源回路15は、エン
ジンのアイドリング回転数近傍の回転数fsに達したと
きに主電源回路14を起動する。また、エンジンが停止
して車両用発電機2の回転数が低下すると、副電源回路
15は、エンジンのアイドリング回転数よりも低い回転
数相当の回転数feに達したときに主電源回路14を停
止させる。
Description
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。
に固定子巻線を巻装した固定子と、界磁極に界磁巻線を
巻装した回転子とを有しており、界磁巻線に界磁電流を
流した状態で回転子を回転させたときに固定子巻線に誘
起される交流電圧を整流して出力電圧として取り出す構
造になっている。ところが、界磁巻線に界磁電流を通電
しない状態で回転子を回転させても、固定子巻線に微少
な交流電圧が現れる。これは、回転子の界磁極には残留
磁束が存在するためである。
技術として、実開昭62−44698号公報に開示され
た「制御回路」が知られている。この制御回路は、界磁
極に残留する磁化に起因した固定子巻線の誘起電圧の周
波数を検出することにより回転子が回転を開始したか否
か、すなわち車両に搭載されたエンジンが起動されたか
否かを検出しており、エンジンの起動を検出したときに
界磁巻線に対して界磁電流の導通を開始する。このよう
に、固定子巻線の誘起電圧に基づいてエンジンが起動さ
れたことを検出することにより、車両側からイグニッシ
ョンスイッチの断続状態を知らせるために用いられてい
る信号線を廃止することができるため、配線の簡略化が
可能となる。
等による調査によれば、エンジンの始動時と停止時で
は、界磁極に現れる残留磁化の状態や回転状態の挙動に
著しい差異があることがわかった。このため、従来の回
路では、回転開始状態と回転停止状態を検出する周波数
を同一に設定すると、エンジンの回転状態の検出を充分
な精度で行うことができないという問題があった。
れる電圧信号は、界磁極に残留した磁束のみに起因する
ものなので極めて小さい。周知の通り、固定子巻線に鎖
交する磁束の大きさが一定の場合に、固定子巻線に誘起
される電圧の振幅と周波数は、回転子の回転数に比例す
る。この周波数を検出するには、固定子巻線に現れた電
圧信号を電圧比較器等を用いて二値化した後、所定のデ
ジタル処理を行うことになる。残留磁化に起因する微少
な信号で回転数検出を行うためには、上述した電圧比較
器の比較基準電圧を小さな値に設定する必要があるが、
小さすぎるとノイズ等の外来信号に反応して誤検出のお
それがある。このため、電圧比較器の比較基準電圧は、
外来ノイズに反応しない程度に大きく設定する必要があ
る。しかし、一方では、電圧比較器の比較基準電圧を大
きくすると、固定子巻線の誘起電圧が大きくならないと
二値化されたパルスを生成することができないため、検
出可能な回転数が高くなってしまう。
動後にエンジンが完爆した後、一旦所定回転数まで回転
数が上昇した後にアイドリング回転数に到達するので、
回転数を検出する周波数を比較的高く設定してもエンジ
ンの始動状態を検出することができる。特に、周囲温度
が低い冬の時期には、初期アイドリング回転数をそれ以
外の時期よりも高く設定して、暖気を促進するような制
御が実施されるため、より高回転で運転が開始される。
イドリング設定回転数相当以上に設定すると、例えば信
号待ち等のアイドリング時に発電を維持できないという
事態を招くおそれもある。
電開始回転数を低くするために、固定子巻線の巻数を多
くすればよいが、高回転域での出力電流が低下してしま
うため、車載バッテリの充放電収支を悪化させることに
なり、良好な解決策であるとはいえない。
示された出力制御装置のように、回転数に応じて巻線を
切り替える方法も考えられるが、回路規模が大きくなっ
てしまうため、現実的な解決策とはいえない。例えば、
車両用交流発電機の体格を大型化することができれば回
路規模の拡大に対処することは可能であるが、最近の省
スペース化や低騒音、低コスト化の要求に応えるために
は、体格の大型化は採用しにくい手法であり、実現は難
しい。
報に開示された交流発電機のように、界磁極に熱処理を
施して磁気特性を改善し、残留磁束が増すような結晶状
態に遷移させる磁気焼鈍等の手法も一般には知られてい
るが、熱容量が大きな界磁極に対して熱処理を行うため
に、規模が大きな熱処理装置を導入する必要があり、製
造コストの観点から採用は難しい。
たものであり、その目的は、回路規模の増大や充放電収
支の悪化を招くことなく、エンジンの回転検出の精度を
向上させ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。
ために、本発明の車両用発電制御装置は、電圧制御手
段、電源手段、電源制御手段を備えている。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第1の
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。電源手段は、電圧制御回路の
動作電圧を生成する。電源制御手段は、車両用発電機の
固定子巻線の相電圧の周波数が第1の基準周波数を超え
た場合に電源手段による動作電圧の生成動作を開始させ
るとともに、相電圧の周波数がこの第1の基準周波数よ
りも小さな第2の基準周波数を下回ったときに電源手段
による動作電圧の生成動作を停止させる制御を行う。
に対応する高い回転数で行うことができるため、ノイズ
等による誤検出を防止することができ、検出精度を向上
させることができる。また、巻線の切り替え等が不要で
あるため回路規模の増大を招くこともなく、固定子巻線
の巻数を増やす必要もないため充放電収支の悪化を招く
こともない。
は数百msec程度なので、エンジン停止時にキースイ
ッチ(イグニッションスイッチ)を切ってからエンジン
が完全に停止するまでの時間よりも、車両用発電機の回
転子の低下を検出して界磁電流を停止するまでの時間の
方が長い。したがって、本発明によれば、エンジン稼働
中に車両用発電機による電力供給が停止することなく車
両用発電機の発電状態を制御することができ、しかもキ
ースイッチの断続状態を車両用発電制御装置に通知する
ために必要であった信号線を廃止することができる。
用発電機の全励磁状態における立ち上がり回転数の2倍
以下の回転数であり、第2の基準周波数は立ち上がり回
転数以下であることが望ましい。エンジン始動後は、車
両用発電機の立ち上がり回転数以下の低い回転数を基準
にしてエンジンの停止状態が判断されるため、エンジン
のアイドリング時に誤ってエンジンの停止を検出するこ
とを防止することができ、エンジン稼働中は確実にバッ
テリやその他の電気負荷に対して電力を供給することが
できる。
載用バッテリの負極電位側との間に挿入された第2のス
イッチング手段と、この相電圧が基準電圧を超えたとき
に、所定期間だけ第2のスイッチング手段をオン状態に
制御するスイッチング制御手段とをさらに備えることが
望ましい。これにより、バッテリから固定子巻線等に流
れるリーク電流によって生じる直流ドリフト電圧に起因
する誤検出を防止することができる。また、通常の発電
状態においてこの第2のスイッチング手段をオン状態に
しておくと損失となるため、このオン状態の期間を所定
期間とすることで、発電時における損失を抑えることが
できる。
って第2のスイッチング手段がオン状態に制御されるタ
イミングに合わせて、界磁巻線に界磁電流を流す界磁電
流供給手段をさらに備えることが望ましい。相電圧を検
出する端子に流れ込むリーク電流が大きい場合には、上
述した第2のスイッチング手段をオン状態にしても、リ
ーク電流による直流ドリフト電圧を十分に打ち消すこと
ができない場合がある。このような場合には、界磁巻線
に界磁電流を流すことにより界磁極の磁化を強化するこ
とにより固定子巻線に誘起される相電圧を増大させるこ
とができる。したがって、相電圧を検出するために用い
られる比較電圧をある程度高く設定することができ、リ
ーク電流に影響されずに確実にエンジンの回転検出を行
うことができる。
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。
した第1の実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す
図であり、あわせてこの車両用発電制御装置と車両用発
電機やバッテリとの接続状態が示されている。
車両用発電機2の出力電圧を所定範囲内に制御する。車
両用発電機2は、固定子に含まれる3相の固定子巻線2
1と、回転子に含まれる界磁巻線22と、固定子巻線2
1の3相出力を全波整流する全波整流回路23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、界磁巻線22に通電する界磁電流を調整すること
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やその他の電気負荷(図示せず)に接続さ
れており、車両用発電機2からこれらに対して電流が供
給される。
ついて説明する。図1に示すように、車両用発電制御装
置1は、界磁巻線22に直列に接続されて界磁電流を断
続する第1のスイッチング手段としてのパワートランジ
スタ11と、界磁コイル22に並列に接続されてパワー
トランジスタ11がオフ状態のときに界磁電流を還流さ
せる還流ダイオード12と、車両用発電機2の出力電圧
を監視してこの出力電圧が所定範囲内に収まるようにパ
ワートランジスタ11の断続状態を制御する電圧制御回
路13と、この電圧制御回路13の動作状態を維持する
ために電力を供給する主電源回路14と、固定子巻線2
1のいずれかの相電圧(例えばY相電圧Py)に基づい
て車両用発電機2の回転子が回転したこと、すなわちエ
ンジンが回転したことを検出して主電源回路14を駆動
する副電源回路15とを含んで構成されている。
15の詳細構成を示す回路図である。
圧比較器30、31、カウンタ回路32、オア回路3
3、アナログスイッチ34、ピーク検出回路35、タイ
マ回路36、抵抗37、38、トランジスタ39を含ん
で構成されている。電圧比較器30は、入力端子40に
印加されるY相電圧Pyを所定の基準電圧V1と比較し
て二値化することにより、車両用発電機2の回転数に応
じたパルス信号を生成する。カウンタ回路32は、電圧
比較器30から出力されるパルス信号の数をカウント
し、このカウント数が所定値N1に達したときに出力の
論理を反転させる。
いは全波整流回路23に発生するリーク電流をアースに
流し込むための第2のスイッチング手段であり、例えば
MOS型のFETで構成される。抵抗38は、入力端子
40とトランジスタ39の間に接続されており、入力端
子40とアースとの間に接続された抵抗37よりも低い
抵抗値が設定されている。
加されるY相電圧Pyの波高値を検出するためのもので
あり、ダイオード、コンデンサおよび抵抗からなってい
る。電圧比較器31は、ピーク検出回路35によって検
出されたY相電圧Pyの波高値を所定の基準電圧V2と
比較することにより、この波高値が所定の基準電圧V2
を超えたか否かを判定する。この基準電圧V2は、上述
した電圧比較器30に印加される基準電圧V1よりも低
い値に設定されている。タイマ回路36は、Y相電圧P
yの波高値が基準電圧V2を超えたときに所定時間だけ
動作する。このタイマ回路36から出力される信号がト
ランジスタ39のゲートに入力されており、タイマ回路
36が動作している期間だけ、トランジスタ39がオン
状態に制御されて、入力端子40に流れ込むリーク電流
をアースに導く。
に動作電圧IGを印加するためものであり、OR回路3
3の出力論理に応じてオンオフ動作が制御される。OR
回路33は、カウンタ回路32の出力信号と主電源回路
14から入力される所定の信号(後述する)とが入力さ
れており、これら2つの入力信号の論理和出力をアナロ
グスイッチ34の制御端子に入力する。
に、電圧比較器50、カウンタ回路51、直流電源回路
52を含んで構成されている。電圧比較器50は、Y相
電圧Pyを所定の基準電圧V3と比較して二値化するこ
とにより、車両用発電機2の回転数に応じたパルス信号
を出力する。例えば、この基準電圧V3は、副電源回路
15内の電圧比較器30に印加されている基準電圧V1
と同じ値に設定されている。タイマ回路51は、電圧比
較器50から出力されるパルス信号の数をカウントし、
このカウント数が所定値N2に達したときに出力の論理
を反転する。この所定値N2は、副電源回路15内のカ
ウンタ回路32で用いられる所定値N1よりも小さな値
に設定されている。直流電源回路52は、電圧制御回路
13の動作電圧を生成するものであり、副電源回路15
内のアナログスイッチ34を介して印加されるB端子電
圧を平滑化する。また、直流電源回路52は、車両用発
電機2が発電中は、B端子からバッテリ3に印加される
車両用発電機2の出力電圧に含まれる整流リップルや転
流ノイズ等を除去する働きをする。
に、主電源回路14が電源手段に、副電源回路15が電
源制御手段にそれぞれ対応する。
ような構成を有しており、次にその動作を説明する。図
3は、車両用発電制御装置1によって制御される車両用
発電機2の発電状態を示す図である。
車両用発電機2が回転を開始すると、副電源回路15の
入力端子40に印加されるY相電圧Pyの振幅が次第に
大きくなる。このY相電圧Pyの振幅が電圧比較器30
のマイナス端子に印加された基準電圧V1よりも大きく
なると、電圧比較器30からは、車両用発電機2の回転
数に比例した周波数を有する所定のパルス信号が生成さ
れて、カウンタ回路32に入力される。このようにして
カウンタ回路32に入力される所定時間内のパルス数が
所定値N1を超えると、すなわち、車両用発電機2の回
転数が所定値N1に相当する回転数fsに達すると、カ
ウンタ回路32の出力がローレベルからハイレベルに変
化するため、アナログスイッチ34がオン状態になり、
車両用発電機2のB端子を介してバッテリ3から印加さ
れる電圧が主電源回路14内の直流電源回路52に供給
されて、電圧制御回路13による車両用発電機2の出力
電圧の制御動作が開始される。
ていない状態でも、固定子巻線21や全波整流回路23
にリーク電流が発生すると直流ドリフト電圧が生じるた
め、副電源回路15の入力端子40に現れる電圧が上昇
する。ピーク検出回路35は、入力端子40に現れる電
圧を検出しており、この検出電圧が所定の基準電圧V2
を超えると電圧比較器31の出力がローレベルからハイ
レベルに変化するため、タイマ回路36が起動されてト
ランジスタ39が所定期間オン状態になる。したがっ
て、副電源回路15の入力端子40が抵抗38を介して
接地され、リーク電流によってこの入力端子40に現れ
る直流ドリフト電圧が抑制されるため、再び入力端子4
0の電圧が低下してほぼアース電位に等しい電位に安定
する。このため、入力端子40に現れる電圧が、電圧比
較器30に印加されている基準電圧V1を超えることは
なく、アナログスイッチ34のオフ状態が維持される。
なお、実際に車両用発電機2の回転数が上昇して入力端
子40に現れる電圧が上昇した場合には、トランジスタ
39が所定期間オン状態になっても、この入力端子40
に現れる電圧は上昇を続けるため、上述したように車両
用発電機2の回転数が所定値fsに達したときにアナロ
グスイッチ34がオン状態になる。
ナログスイッチ34がオン状態になると、主電源回路1
4内の直流電源回路52が動作を開始するため、この直
流電源回路52から電圧比較器50およびカウンタ回路
51に動作電圧が供給され、これらの動作が開始する。
カウンタ回路51において出力論理を反転させる基準と
なる所定値N2は、回転開始時にアナログスイッチ34
をオフ状態からオン状態に変化させるために動作する副
電源回路15内のカウンタ回路32に設定された所定値
N1よりも小さな値に設定されているため、車両用発電
機2の回転数がこの所定値N2に相当する低い回転数f
e以上を維持する限り、カウンタ回路51の出力はハイ
レベルを維持し、アナログスイッチ34のオン状態が維
持される。
源回路14内の直流電源回路42は動作していないた
め、カウンタ回路51も動作しておらず、副電源回路1
5内のカウンタ回路32の設定値N1に相当する回転数
fsに達した時点で主電源回路14が動作を開始する。
1に相当する回転数fsを下回った時点では、まだカウ
ンタ回路51の出力がハイレベルに維持されているため
主電源回路14の動作が継続している。したがって、設
定値N1に相当する回転数fsよりも車両用発電機2の
回転数が下回っても主電源回路14が動作を継続してお
り、バッテリ3やその他の電気負荷への電力供給が遮断
されることはない。この状態では、電圧制御回路13に
よってパワートランジスタ11が制御されて励磁巻線2
2に界磁電流が供給されるため、実在磁化に起因する誘
導電圧が固定子巻線23のY相に発生しており、電圧比
較器30によって容易に二値化してパルス信号を生成す
ることができる。
て、カウンタ回路51の設定値N2に相当する回転数f
eを下回ると、カウンタ回路51の出力がハイレベルか
らローレベルに変化するため、アナログスイッチ34の
制御端子に入力される信号がローレベルになり、アナロ
グスイッチ34がオフ状態になる。これにより、主電源
回路14が動作を停止するため、励磁巻線22に対する
界磁電流の通電が中止され、バッテリ3やその他の電気
負荷に対する電力供給が停止する。
装置1では、エンジン始動時の検出を高い回転数fsで
行うことができるため、ノイズ等による誤検出を防止す
ることができ、検出精度を向上させることができる。特
に、巻線の切り替え等が不要であるため回路規模の増大
を招くこともなく、固定子巻線の巻数を増やす必要もな
いため充放電収支の悪化を招くこともない。
線22の時定数は数百msec程度なので、エンジン停
止時にキースイッチを切ってからエンジンが完全に停止
するまでの時間よりも、車両用発電機2の回転子の低下
を検出して界磁電流を停止するまでの時間の方が長い。
したがって、エンジン稼働中に車両用発電機2による電
力供給が停止することなく車両用発電機2の発電状態を
制御することができ、しかもキースイッチの断続状態を
車両用発電制御装置に通知するために必要であって信号
線を廃止することができる。
行う回転数fsを車両用発電機2の全励磁状態における
立ち上がり回転数の2倍以下程度に設定するとともに、
エンジン停止状態の検出を行う回転数feを車両用発電
機2の立ち上がり回転数以下に設定することが望まし
い。このような設定を行うことにより、エンジンの始動
状態のノイズによる誤検出を防止するとともに、エンジ
ンのアイドリング時に誤ってエンジンの停止を検出する
ことを防止することができ、エンジン稼働中は確実にバ
ッテリやその他の電気負荷に対して電力を供給すること
ができる。
した第2の実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す
図である。図4に示した車両用発電制御装置1Aは、図
1に示した車両用発電制御装置1に対して、副電源回路
15を副電源回路15Aに置き換えるとともに、パワー
トランジスタ11の前段(ゲート側)にオア回路16を
追加した点が異なっている。この副電源回路15Aは、
図2に示した副電源回路15に対して、タイマ回路36
の出力側にパルス発生器41を追加した点が異なってい
る。
作してトランジスタ39がオン状態に制御されるタイミ
ングで、所定周期のパルス信号を生成する。このパルス
信号は、オア回路16を介してパワートランジスタ11
のゲートに入力されている。このパルス発生器41が界
磁電流供給手段に対応する。したがって、副電源回路1
5Aの入力端子40の電圧が上昇して基準電圧V2に達
したときに、パルス発生器41によって生成されるパル
ス信号によってパワートランジスタ11を断続的にオン
状態に制御することにより、励磁巻線22に一時的に界
磁電流を流している。これにより、固定子巻線21のY
相に誘起される電圧を増幅することができ、エンジンの
始動検出を容易かつ確実にしている。
した第3の実施形態の車両用発電制御装置の構成を示す
図である。図5に示した車両用発電制御装置1Bは、図
1に示した車両用発電制御装置1に対して、副電源回路
15を副電源回路15Bに置き換えるとともに、主電源
回路14を主電源回路14Bに置き換えた点が異なって
いる。この副電源回路15Bは、図2に示した副電源回
路15に対して、カウンタ回路32とオア回路33を変
換器42と電圧比較器43に置き換えた点が異なってい
る。
波数を電圧に変換する。したがって、車両用発電機2の
回転数が高くなるにしたがって変換器42の出力電圧が
上昇し、反対に車両用発電機2の回転数が低くなるにし
たがって変換器42の出力電圧が低下する。電圧比較器
43は、ヒステリシスを有しており、変換器42の出力
電圧が上昇しているときにはこの出力電圧が第1の基準
電圧Vf1以上になると出力をローレベルからハイレベル
に切り替える。また、変換器42の出力電圧が低下して
いるときには、電圧比較器43は、第1の基準電圧Vf1
よりも低い第2の基準電圧Vf2に達したときに、出力を
ハイレベルからローレベルに切り替える。これにより、
エンジンの始動検出時には比較的高い回転数が設定さ
れ、車両用発電機2の回転数がこの高い設定回転数より
も上回ったときに、車両用発電制御装置1Bによる界磁
電流の供給動作が開始される。一方、エンジンの停止検
出時にはこれより低い回転数が設定され、車両用発電機
2の回転数がこの低い設定回転数を下回ったときに、車
両用発電制御装置1Bによる界磁電流の供給動作が停止
される。
の電圧比較器43による電圧比較動作にヒステリシスを
持たせることにより、主電源回路14B内には電圧比較
器50やカウンタ回路51を備える必要がなく、回路構
成の簡略化が可能になる。
示す図である。
回路図である。
発電機の発電状態を示す図である。
示す図である。
示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 車両用発電機の界磁巻線に直列接続され
た第1の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、 前記電圧制御回路の動作電圧を生成する電源手段と、 前記車両用発電機の固定子巻線の相電圧の周波数が第1
の基準周波数を超えた場合に前記電源手段による前記動
作電圧の生成動作を開始させるとともに、前記相電圧の
周波数がこの第1の基準周波数よりも小さな第2の基準
周波数を下回ったときに前記電源手段による前記動作電
圧の生成動作を停止させる制御を行う電源制御手段と、 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、 前記第1の基準周波数は、前記車両用発電機の全励磁状
態における立ち上がり回転数の2倍以下の回転数であ
り、前記第2の基準周波数は前記立ち上がり回転数以下
であ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、 前記相電圧を検出する端子と車載用バッテリの負極電位
側との間に挿入された第2のスイッチング手段と、 前記相電圧が基準電圧を超えたときに、所定期間だけ前
記第2のスイッチング手段をオン状態に制御するスイッ
チング制御手段と、 をさらに備え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3において、 前記スイッチング制御手段によって前記第2のスイッチ
ング手段がオン状態に制御されるタイミングに合わせ
て、前記界磁巻線に界磁電流を流す界磁電流供給手段を
さらに備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
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