JP2007129809A - 車両用電圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端子数の減少およびこれに伴う小型化、コスト低減が可能な車両用電圧制御装置を提供すること。
【解決手段】車両用発電機２の界磁巻線２１に直列に接続されたスイッチングトランジスタ１１４を断続することにより、車両用発電機２の出力電圧を第１の値に制御する電圧制御回路１１と、車両用発電機２の発電状態または界磁巻線２１の通電状態を示す発電状態信号を出力するＦＲ端子と、ＦＲ端子の電圧を判定する電圧判定回路１４と、電圧判定回路１４による判定結果に基づいて車両用発電機２の発電を停止させる基準電圧切替回路１３とが備わっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載されて車両用発電機の出力電圧を制御する車両用電圧制御装置に関する。

従来から、発電状態を外部に通知する信号出力端子（ＦＲ端子）を有する車両用電圧制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用電圧制御装置では、フィールドコイルの一方端に現れるパルス信号をＦ端子を介して取り出して制御に用いることが可能となる。また、発電電圧を２段階に切り替える発電電圧切替機能を有する車両用電圧制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この車両用電圧制御装置では、エンジン始動時に発電電圧を低く設定することにより発電を停止させ、発電トルクを低減してエンジン回転の安定化を図っている。
実公平６−１９３５９号公報（第２−３頁、図２） 特開平３−１７３３２５号公報（第２−４頁、図１）

ところで、特許文献１に開示されている車両用電圧制御装置に特許文献２に開示されている発電電圧切替機能を追加し、発電停止の指示を外部から行おうとすると、この指示を受ける端子を設けるとともにこの端子に接続されるケーブルを追加する必要があり、端子数の増加による大幅な設計変更や車両用電圧制御装置および車両用発電機の大型化を招くとともに、これらに伴うコストが増大するという問題があった。

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、端子数の減少およびこれに伴う小型化、コスト低減が可能な車両用電圧制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用電圧制御装置は、車両用発電機の界磁巻線に直列に接続されたスイッチング手段を断続することにより、車両用発電機の出力電圧あるいは車両用発電機に接続されたバッテリの端子電圧を第１の値に制御する電圧制御手段と、車両用発電機の発電状態または界磁巻線の通電状態を示す発電状態信号を出力する発電状態出力端子と、発電状態出力端子の電圧を判定する電圧判定手段と、電圧判定手段による判定結果に基づいて、車両用発電機の発電を停止させる発電停止手段とを備えている。これにより、発電状態信号を出力する発電状態出力端子の電圧を外部制御装置等によって可変することにより、必要に応じて車両用発電機の発電を停止させることができる。また、このように発電状態出力信号の出力や発電停止用の電圧設定を一つの発電状態出力端子を用いて行うことにより、それぞれの動作を別々の端子を用いて行う場合に比べて端子数の減少およびこれに伴う小型化、コスト低減が可能となる。

また、上述した電圧判定手段は、発電状態出力端子の電圧を判定電圧と比較することにより判定動作を行っており、スイッチング手段の状態に応じて判定電圧を切り替えることが望ましい。スイッチング手段の状態によって発電状態出力信号の内容が変化し、これに伴って発電状態出力端子の状態も変化するため、スイッチング手段の状態に応じて判定電圧を切り替えることによって、外部から発電停止が指示されたか否かを正確に判定することが可能となる。また、スイッチング手段がオン状態のときとオフ状態のときの両方において発電停止指示の有無を判定することが可能になる。

また、上述した電圧判定手段による判定結果が定期的にリセットされることが望ましい。これにより、誤動作等によって発電停止状態になったときに確実に発電を再開することが可能となる。

また、上述した発電状態出力手段には抵抗が接続されており、抵抗を介して発電状態出力端子から発電状態信号を出力することが望ましい。これにより、発電状態出力端子がアース電位やそれ以外の固定電位に固定された場合に生じる発電停止等を回避することが可能となる。

また、上述したスイッチング手段に対して同一あるいは反対に作動する別のスイッチング手段を、発電状態出力端子に直接あるいは抵抗を介して接続することが望ましい。これにより、界磁巻線の端部に現れる過渡的な電圧変動に影響されない発電状態信号を生成して発電状態出力端子から出力することが可能となる。

また、上述した発電状態出力端子の異常を検出したときに発電停止手段による発電停止動作を無効にする異常検出手段をさらに備えることが望ましい。これにより、発電状態出力端子に異常が生じたとき、例えば、発電状態出力端子やこれに接続された信号線が電源ラインに短絡した場合等において、誤って発電停止状態が継続することを防止することができる。

また、上述した車両用発電機の出力電圧あるいはバッテリの端子電圧が第２の値よりも低下したときに発電停止手段による発電停止動作を無効にする電圧低下検出手段をさらに備えることが望ましい。これにより、発電量に対して電気負荷が大きい場合に発電停止状態になることがないため、動作電圧低下に伴って電気負荷の動作が停止したり誤動作することを防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用電圧制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用電圧制御装置が内蔵された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バッテリや外部制御装置等との接続状態が示されている。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機２は、整流器２０、界磁巻線２１、電機子巻線２２、車両用電圧制御装置１を含んで構成されている。この車両用発電機２は、エンジンによりベルトおよびプーリを介して駆動されている。

界磁巻線２１は、通電されて磁界を発生する。この界磁巻線２１は、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。電機子巻線２２は、多相巻線（例えば三相巻線）であって、電機子鉄心に巻装されて電機子を構成している。この電機子巻線２２は、界磁巻線２１の発生する磁界の変化によって起電力を発生する。電機子巻線２２に誘起される交流出力が整流器２０に供給される。整流器２０は、電機子巻線２２の交流出力を全波整流する。整流器２０の出力が、車両用発電機２の出力として外部に取り出され、バッテリ４や電気負荷スイッチ５を介して電気負荷６に供給される。車両用発電機２の出力は、回転子の回転数や界磁巻線２１に流れる励磁電流の通電量に応じて変化し、その励磁電流は車両用電圧制御装置１によって制御される。

車両用発電機２には外部制御装置７が接続されている。この外部制御装置７は、外部制御装置７から発電停止信号を送信するとともに、車両用電圧制御装置１から外部制御装置７に向けて送信された発電状態信号を受信する送受信回路を備えている。この送受信回路は、トランジスタ７１、抵抗７２、７３によって構成されている。トランジスタ７１は、エミッタが所定の電位を有する電源ラインに、コレクタが抵抗７２の一方端にそれぞれ接続されており、ベースに発電停止指示が入力される。抵抗７３は、プルアップ抵抗であり、一方端が電源ラインに、他方端が抵抗７２の他方端にそれぞれ接続されている。トランジスタ７１は、ベースにローレベルの発電停止指示が入力されるとオンされ、抵抗７２の一方端がトランジスタ７１のエミッタ・コレクタ間を介して電源ラインに接続された状態になる。この状態において抵抗７２の他方端に現れる電圧レベルの信号が発電停止信号として外部制御装置７から車両用電圧制御装置１に向けて送信される。また、車両用電圧制御装置１から送られてくる発電状態信号は抵抗７３の他方端に入力され、抵抗７３の他方端に現れるこの発電状態信号の論理状態（ハイ／ロー）に対応する電圧レベルの検出が行われる。

次に、車両用電圧制御装置１の詳細について説明する。車両用電圧制御装置１は、電圧制御回路１１、基準電圧切替回路１３、電圧判定回路１４、トランジスタ１５、抵抗１６、１７、１８を含んで構成されている。

電圧制御回路１１は、抵抗１１１、１１２、電圧比較器１１３、スイッチングトランジスタ１１４、還流ダイオード１１５を含んで構成されている。電圧制御回路１１が電圧制御手段に対応する。電圧比較器１１３は、プラス入力端子には基準電圧切替回路１３から供給される２種類の基準電圧Ｖ１（第１の値）、Ｖ２のいずれか一方が、マイナス入力端子には車両用発電機２の出力電圧（Ｂ端子電圧）を抵抗１１１、１１２による分圧回路で分圧した検出電圧Ｖｂがそれぞれ入力される。なお、Ｂ端子電圧を分圧する代わりに、バッテリ４の端子電圧を取り込んでこれを分圧して電圧比較器１１３のマイナス入力端子に印加するようにしてもよい。電圧比較器１１３の出力端子はスイッチング手段としてのスイッチングトランジスタ１１４に接続されている。スイッチングトランジスタ１１４は、ベースが電圧比較器１１３の出力端子に接続され、コレクタが還流ダイオード１１５を介して車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）に接続され、エミッタが接地端子（Ｅ端子）を介して接地されている。また、スイッチングトランジスタ１１４のコレクタは界磁巻線２１に接続されており、スイッチングトランジスタ１１４がオンされると界磁巻線２１に励磁電流が流れ、オフされるとこの通電が停止される。還流ダイオード１１５は、界磁巻線２１と並列に接続されており、スイッチングトランジスタ１１４がオフされたときに、界磁巻線２１に流れる励磁電流を還流させる。

基準電圧切替回路１３は、２種類の調整電圧のそれぞれに対応する基準電圧Ｖ１、Ｖ２を生成するとともに、電圧判定回路１４による判定結果に応じて有効な一の基準電圧を切り替えて、電圧比較器１１３のプラス入力端子に入力する。基準電圧切替回路１３が発電停止手段に対応する。電圧判定回路１４は、発電状態出力端子としてのＦＲ端子に現れる電圧を抵抗１７、１８による分圧回路で分圧した検出電圧が入力されており、この検出電圧を所定の判定電圧と比較する判定動作を行う。この判定電圧は、スイッチングトランジスタ１１４の断続状態（オンオフ状態）に応じて変更される。電圧判定回路１４からは、ＦＲ端子の電圧を抵抗１７、１８によって構成される分圧回路で分圧した検出電圧が判定電圧よりも低い場合には例えばローレベルの判定結果が出力され、反対に検出電圧が判定電圧よりも高い場合にはハイレベルの判定結果が出力される。上述した基準電圧切替回路１３は、電圧判定回路１４の判定結果としてローレベルの信号が出力されたときに基準電圧Ｖ１を出力し、判定結果としてハイレベルの信号が出力されたときに基準電圧Ｖ２を出力する。基準電圧Ｖ１は、通常の発電動作に対応する。また、基準電圧Ｖ２は、基準電圧Ｖ１よりも低い値に設定されており、発電停止状態となるような値が用いられる。電圧判定回路１４が電圧判定手段に対応する。

トランジスタ１５は、電圧制御回路１１内のスイッチングトランジスタ１１４に対して同一作動するスイッチング手段である。トランジスタ１５は、ベースが電圧制御回路１１内の電圧比較器１１３の出力端子に、エミッタがＥ端子に、コレクタが抵抗１６を介してＦＲ端子に接続されている。電圧比較器１１３の出力信号がハイレベルのときにトランジスタ１５がオンされる。このとき、ＦＲ端子とＥ端子の間に、抵抗１７、１８からなる直列回路と、トランジスタ１５のエミッタ・コレクタ間と抵抗１６からなる直列回路とが並列に接続された状態になり、この接続状態に対応する電圧の発電状態信号ＦＲ端子から外部制御装置７に向けて送信される。また、電圧比較器１１３の出力信号がローレベルのときにトランジスタ１５がオフされる。このとき、ＦＲ端子とＥ端子の間に、抵抗１７、１８からなる直列回路のみが接続された状態になり、この接続状態に対応する電圧の発電状態信号ＦＲ端子から外部制御装置７に向けて送信される。

このように、本実施形態の車両用電圧制御装置１は、スイッチングトランジスタ１１４と同一作動するトランジスタ１５が接続されたＦＲ端子を有している。トランジスタ１５をスイッチングトランジスタ１１４と同じタイミングでオンオフすることにより、界磁巻線２１の導通状態（車両用発電機１の発電状態）を示す発電状態信号をＦＲ端子から外部制御装置７に向けて送信することが可能となる。外部制御装置７では、ＦＲ端子に接続された抵抗７３の他方に現れる電圧を検出することにより、発電状態信号を受信することができる。

また、外部制御装置７は、発電停止指示に応じてトランジスタ７１をオンすることにより、発電停止信号を車両用電圧制御装置１に向けて送信する。この発電停止信号は車両用電圧制御装置１のＦＲ端子に入力され、ＦＲ端子に接続された抵抗１７、１８によって構成される分圧回路を通して電圧判定回路１４によってその有無が判定される。上述したＦＲ端子は発電状態信号の出力端子としても用いられているため、発電状態信号送信用に用いられるトランジスタ１５の断続状態によってＦＲ端子の電位が変化する。このため、電圧判定回路１４は、２種類の判定電圧を有している。具体的には、トランジスタ１５がオンされている場合を想定し、このとき外部制御装置７内のトランジスタ７１をオンしたときにＦＲ端子に現れる電圧とトランジスタ７１をオフしたときにＦＲ端子に現れる電圧の間の電圧閾値が第１の判定電圧として用いられる。また、トランジスタ１５がオフされている場合を想定し、このとき外部制御装置７内のトランジスタ７１をオンしたときにＦＲ端子に現れる電圧とトランジスタ７１をオフしたときにＦＲ端子に現れる電圧の間の電圧閾値が第２の判定電圧として用いられる。電圧判定回路１４は、トランジスタ１５の断続状態に応じて第１および第２の判定電圧を切り替えて、これらの判定電圧とＦＲ端子の電圧を抵抗１７、１８からなる分圧回路を通して検出した電圧との高低比較を行い、検出電圧の方が判定電圧よりも高い場合（外部制御装置７から送信された発電停止信号がＦＲ端子に入力されたとき）に、判定結果としてハイレベルの信号を出力する。基準電圧切替回路１３は、電圧判定回路１４からハイレベルの信号が出力されると、低い値の有する基準電圧Ｖ２を生成する。電圧制御回路１１ではこの基準電圧Ｖ２を用いて車両用発電機２の出力電圧制御を行っており、車両用発電機２が発電停止状態に制御される。

このように、発電状態出力信号の出力や発電停止用の電圧設定を一つのＦＲ端子を用いて行うことにより、それぞれの動作を別々の端子を用いて行う場合に比べて端子数の減少が可能になり、これに伴って車両用電圧制御装置１の小型化やコスト低減が可能となる。

また、電圧判定回路１４は、ＦＲ端子の電圧（正確にはＦＲ端子の電圧を抵抗１７、１８からなる分圧回路を用いて分圧した電圧）を判定電圧と比較することにより判定動作を行っており、この判定電圧をトランジスタ１５の断続状態に応じて切り替えている。トランジスタ１５の断続状態によって発電状態出力信号の内容（電圧レベル）が変化し、これに伴ってＦＲ端子に現れる電圧も変化するため、トランジスタ１５の断続状態に応じて判定電圧を切り替えることによって、外部から発電停止信号が入力されたか否かを正確に判定することが可能となる。また、トランジスタ１５がオン状態のときとオフ状態のときの両方において発電停止信号の有無を判定することが可能になる。

また、ＦＲ端子にはトランジスタ１５との間に抵抗１６が接続されており、抵抗１６を介してＦＲ端子から発電状態信号が出力されているため、ＦＲ端子が誤って直接バッテリなどの電源に接続された場合でもトランジスタ１５の故障を回避することが可能となる。

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、スイッチングトランジスタ１１４と同一タイミングでオンオフされるトランジスタ１５を用いて発電状態信号をＦＲ端子から送信するようにしたが、このトランジスタ１５の代わりにスイッチングトランジスタ１１４と反対のタイミングでオンオフされるトランジスタを用いるようにしてもよい。また、トランジスタ１５とＦＲ端子の間に接続された抵抗１６は、必要に応じて省略するようにしてもよい。また、上述したスイッチングトランジスタ１１４のコレクタに抵抗を接続して発電状態出力端子としてもよい。

また、電圧判定回路１４による判定結果は、定期的にリセットするようにしてもよい。例えば、電圧判定回路１４の出力信号がローレベルからハイレベルに変化したタイミング（発電停止状態に移行するタイミング）で起動され、所定時間後にタイムアップ信号を出力するタイマ回路を備え、このタイマ回路からタイムアップ信号が出力されたときに電圧判定回路１４の判定結果をリセットする。これにより、誤動作等によって発電停止状態になったときに確実に発電を再開することが可能となる。

また、ＦＲ端子の異常を検出したときに発電停止動作を無効にする異常検出手段を備えるようにしてもよい。図２は、異常検出手段の具体例を示す図である。図２に示す車両用電圧制御装置１Ａは、図１に示した車両用電圧制御装置１に対して主に異なる部分を示したものであり、図示されていない構成については共通している。図２に示す車両用電圧制御装置１Ａでは、ＦＲ端子（正確にはＦＲ端子の電圧を抵抗１７、１８からなる分圧回路を用いて分圧した電圧）にマイナス入力端子が接続され、プラス入力端子に基準電圧Ｖ３が印加された電圧比較器１７０と、電圧判定回路１４と基準電圧切替回路１３との間に挿入されたアンド回路１７１とが異常検出手段として追加されている。ＦＲ端子と外部制御装置７との間を接続する信号線に異常がない場合にＦＲ端子に現れる電圧の上限値よりも高い基準電圧Ｖ３が設定されている。ＦＲ端子やこれに接続される信号ラインと電源ラインとの間が短絡した場合にこのＦＲ端子に現れる電圧が基準電圧Ｖ３よりも高くなる、このとき、電圧比較器１７０の出力信号がローレベルになり、アンド回路１７１の一方の入力端子にこのローレベルの信号が入力される。アンド回路１７１は、電圧比較器１７０から出力されるローレベルの信号が一方の入力端子に入力されると、電圧判定回路１４から出力される判定結果に対応する信号を遮断し、ローレベルの信号を基準電圧切替回路１３に入力する。したがって、基準電圧切替回路１３では、通常の発電動作に対応する基準電圧Ｖ１を生成する。これにより、ＦＲ端子やこれに接続された信号線が電源ラインに短絡する異常が生じた場合であっても、誤って発電停止状態が継続することを防止することができる。

また、車両用発電機２の出力電圧（あるいはバッテリの端子電圧）が所定の値（第２の値）よりも低下したときに発電停止動作を無効にする電圧低下検出手段を備えるようにしてもよい。図３は、電圧低下検出手段の具体例を示す図である。図３に示す車両用電圧制御装置１Ｂは、図２に示した車両用電圧制御装置１Ａに対して主に異なる部分を示したものであり、図示されていない構成については図１や図２に示した構成と共通している。図３に示す車両用電圧制御装置１Ｂでは、プラス入力端子に電圧制御回路１１内の抵抗１１１、１１２の接続点が接続され、マイナス入力端子に基準電圧Ｖ４が印加された電圧比較器１７２と、図２に示す２入力のアンド回路１７１に代えて用いられる３入力のアンド回路１７３とが電圧低下検出手段として追加されている。一般に、車両用発電機２は、電気負荷の大きさに関係なく、出力電圧（あるいはバッテリ４の端子電圧）が一定になるように発電状態が制御される。しかし、発電能力以上の容量の電気負荷が接続された場合や、電気負荷が急に大きくなったときに発電量の増加が間に合わない場合等においては車両用発電機２の出力電圧やバッテリ４の端子電圧が低下する。この状態を判定するために基準電圧Ｖ４が設定されており、抵抗１１１、１１２からなる分圧回路の分圧電圧が基準電圧以下になると、電圧比較器１７２の出力信号がローレベルになり、アンド回路１７３の一の入力端子にこのローレベルの信号が入力される。アンド回路１７３は、電圧比較器１７２から出力されるローレベルの信号が入力されると、電圧判定回路１４から出力される判定結果に対応する信号を遮断し、ローレベルの信号を基準電圧切替回路１３に入力する。したがって、基準電圧切替回路１３では、通常の発電動作に対応する基準電圧Ｖ１を生成する。これにより、発電量に対して電気負荷が大きい場合に発電停止状態になることがないため、動作電圧低下に伴って電気負荷の動作が停止したり誤動作することを防止することができる。

一実施形態の車両用電圧制御装置が内蔵された車両用発電機の構成を示す図である。 異常検出手段の具体例を示す図である。 電圧低下検出手段の具体例を示す図である。

符号の説明

１ 車両用電圧制御装置
２ 車両用発電機
４ バッテリ
５ 電気負荷スイッチ
６ 電気負荷
７ 外部制御装置
１１ 電圧制御回路
１３ 基準電圧切替回路
１４ 電圧判定回路
１５ トランジスタ
１６、１７、１８ 抵抗
２０ 整流器
２１ 界磁巻線
２２ 電機子巻線
１１１、１１２ 抵抗
１１３ 電圧比較器
１１４ スイッチングトランジスタ
１１５ 環流ダイオード

Claims (7)

1. 車両用発電機の界磁巻線に直列に接続されたスイッチング手段を断続することにより、前記車両用発電機の出力電圧あるいは前記車両用発電機に接続されたバッテリの端子電圧を第１の値に制御する電圧制御手段と、
   前記車両用発電機の発電状態または前記界磁巻線の通電状態を示す発電状態信号を出力する発電状態出力端子と、
   前記発電状態出力端子の電圧を判定する電圧判定手段と、
   前記電圧判定手段による判定結果に基づいて、前記車両用発電機の発電を停止させる発電停止手段と、
   を備えることを特徴とする車両用電圧制御装置。
2. 請求項１において、
   前記電圧判定手段は、前記発電状態出力端子の電圧を判定電圧と比較することにより判定動作を行っており、前記スイッチング手段の状態に応じて前記判定電圧を切り替えることを特徴とする車両用電圧制御装置。
3. 請求項１において、
   前記電圧判定手段による判定結果が定期的にリセットされることを特徴とする車両用電圧制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記発電状態出力手段には抵抗が接続されており、前記抵抗を介して前記発電状態出力端子から前記発電状態信号を出力することを特徴とする車両用電圧制御装置。
5. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記スイッチング手段に対して同一あるいは反対に作動する別のスイッチング手段を、前記発電状態出力端子に直接あるいは抵抗を介して接続することを特徴とする車両用電圧制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記発電状態出力端子の異常を検出したときに前記発電停止手段による発電停止動作を無効にする異常検出手段をさらに備えることを特徴とする車両用電圧制御装置。
7. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記車両用発電機の出力電圧あるいは前記バッテリの端子電圧が第２の値よりも低下したときに前記発電停止手段による発電停止動作を無効にする電圧低下検出手段をさらに備えることを特徴とする車両用電圧制御装置。
   

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