JP2002204600A - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 車両用発電機１に含まれるレギュレータ
（車両用発電制御装置）３は、負荷変動前の出力トラン
ジスタ３９の導通率を検出する平均導通率検出回路３２
と、検出された導通率に所定の増加量を加算して最大導
通率を設定するために用いられる降圧回路３４を有して
いる。降圧回路３４には、回転検出回路３４３と温度検
出回路３４４が含まれており、車両用発電機１の状態を
検出して、発電量の増加分が一定になるような導通率の
増加量が設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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３１
４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Ｖｒｅ
ｆと等しくなるときのバッテリ電圧Ｖｂを「制御電圧Ｖ
ｃ」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３２
１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３４
１、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３
４１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２
０ｍｓｅｃ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３
４４が状態検出手段に、抵抗３４１、可変定電流回路３
４２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Ｖ
ｂが上昇する。そして、バッテリ電圧Ｖｂが制御電圧Ｖ
ｃ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Ｖ
ｃ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３
８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３
９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

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G060 AA05 CA02 CA03 CA04 CA08 DA01 DB01 DB02 5H590 AA19 CA07 CA23 CC01 CD01 CE05 DD25 DD64 EB02 FA06 FB03 FC12 GA02 HA02 HA18 HA27 JA19 JB05 JB07 JB13 JB15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 【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
   することを特徴とする車両用発電制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 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。