JP3830775B2 - 車両用発電機の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は車両用発電機の制御装置に関し、特に外部との通信機能を有する制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
車両用発電機も車載電装品の情報ネットワーク化や、燃費向上・環境エコロジー向上を狙った、よりよきエンジンマネージメントのために通信装備を持つことのニーズが上昇している。
このニーズの中、自動車メーカーは車両用発電機に適用すべき通信ルールを各々独自に考案・選択する風潮があり、それらの通信ルールは各自動車メーカーが競合他社と異なるようにして付加価値を高めようとするもので、それが各々自動車メーカーが信ずる利点であり、車両用発電機供給メーカーはそれらを各々に尊重すべき立場にある。
つまり、車両用発電機としては性能、極端には形状が同一であっても、各自動車メーカーの異なる複数の通信ルールに基づく通信装備をしなければならない。
【0003】
車両用発電機の制御装置は上記のような通信装備を備えるためにかなり複雑で大規模な集積回路(IC)が必要となり、1種類でさえ高額な開発費を要し、また1種類でさえ品質保証のための工数が増大する。このようなICが各自動車メーカー毎に異なる通信ルール毎に必要となっている。
つまり、従来は車両用発電機の装備する通信ルールの変更は、その制御装置がまるごと変更されており、開発コストと管理工数が増大するので、激化している価格競争の中において、好ましくない。
【0004】
従来の発電機の制御装置を図4で説明する。
図4は、車両用発電機とそれの通信マスターとなる外部ユニットとの通信システムの構成図である。なお、このシステムでは、車両用発電機と外部ユニットがシングルワイヤによる通信をしている。
図5は従来のIC化された制御装置の構成を示し、1チップのICとした斜視図である。
【0005】
図4において、1は車両用発電機全体を表し、その中に制御装置50を含んでいる。2は外部ユニットで、車両用発電機1と通信線36で接続して通信する通信マスターとなる。3はバッテリ、11は界磁コイルで回転子を構成している。12は電機子のコイルで、三相のコイルでステータを構成している。13は全波整流用のダイオード、14は発電機の発電電圧サージを吸収するゼナーダイオード、50は制御装置、51は制御機能と通信機能を有するICで、そのICは、電力素子パート52、制御を司るメインICパート53、通信ICパート54、を含んでいる。その電力素子パート52には界磁コイルの通電制御をするためFET等のトランジスタT1、トランジスタT1遮断時の発電機コイルサージ発生抑制のためのフライホイルダイオードD1を含んでいる。、
なお、制御装置50は、本来の主たる役目「発電機の発電電圧制御」「発電機の故障診断」に付け加えてそれらの特性変更や情報報告のための通信装備を含有し、その通信機能が通信ICパート54に含まれている。
【0006】
制御装置50の端子は、B端子がIC51への電源供給用と発電機出力電圧の監視用、F端子がトランジスタT1の出力用、E端子がアース、P端子が発電機の1相分電圧から発電機の回転数をモニタ用するものである。35は通信線である。
【0007】
上記のIC51は図5ように搭載台座61に搭載され、ヒートシンク62上に取り付けられていて、制御・通信回路部分が同一チップ上、つまり物理的に融合した形態で構成されている。そしてそれらは各々の動作に伴う発熱を共有する形態で搭載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来装置の説明のとおり、車両用発電機に適用する通信情報解釈の仕方(通信プロトコル等の通信仕様)は複数存在し、車両用発電機供給メーカーは通信仕様が変更の都度、前記制御装置の半導体装備(IC)を流用することができずにまるごと交換しなければならない。つまり、通信ICが異なるだけの総合ICを通信仕様の数だけ開発、管理している。この通信仕様の違いは、同一通信プロトコル内でもあるし、場合によっては通信プロトコル自体が異なっている。
【0009】
この発明は通信仕様が異なってもICをまるごと交換しなくてよいようにする車両用発電機の制御装置を得ることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
(1)この発明の請求項1に係る車両用発電機の制御装置は、通信により外部からの指令を受信して車両用発電機の制御・監視をすると共に、監視結果を通信により外部へ送信する通信機能を含めた車両用発電機の制御装置において、上記車両用発電機の制御用のFET等の電力素子部と、上記電力素子部を制御すると共に上記車両用発電機の動作状態を監視する制御用ICと、上記通信機能を含む通信用ICとを備え、上記通信用ICは上記通信機能で用いる所定の通信プロトコルなどの通信仕様に適合したICとし、使用する通信仕様が上記通信用ICの通信仕様と異なる場合は、適合する通信仕様の他のICと取り替え可能とすると共に、電力消費の大きいバイポーラサーキットと電力消費の小さいCモスサーキットを混在させざるを得ないサーキットを上記制御用IC側へ集中させ、上記通信用ICはCモスサーキットのみで構成したものである。
【0011】
(2)この発明の請求項2に係る車両用発電機の制御装置は、通信により外部からの指令を受信して車両用発電機の制御・監視をすると共に、監視結果を通信により外部へ送信する通信機能を含めた車両用発電機の制御装置において、上記車両用発電機の制御用のFET等の電力素子部と、上記電力素子部を制御すると共に上記車両用発電機の動作状態を監視する制御用ICと、上記通信機能を含む通信用ICと選択手段とを備え、上記通信用ICは上記通信機能で用いる複数の通信プロトコルなどの通信仕様に適合するICとし、上記選択手段は上記通信用ICの複数の通信仕様から所望の通信仕様を選択して使用可能とする手段とすると共に、電力消費の大きいバイポーラサーキットと電力消費の小さいCモスサーキットを混在させざるを得ないサーキットを上記制御用IC側へ集中させ、上記通信用ICはCモスサーキットのみで構成したしたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
実施の形態1を図について説明する。図1はこの発明の実施の形態1の車両用発電機の回路構成図で、従来と同一符号は同一または相当のものを表し説明を省略する。
20は制御装置、21は制御用ICで、制御を司るメインICパートを含んでいる。22は電力素子パート、24は通信用ICで、通信ICパートの機能を含んだICで、図のように通信ICパートの機能とメインICパートの一部の機能を含んでもよいし、通信ICパートの機能のみであってもよい。31〜34は信号線である。
図2はこの実施の形態1のICの構成を示す図である。
【0013】
車両用発電機1の制御装置20と外部ユニット2との通信機能については、例えば、外部ユニット2が決めた目標発電電圧に基づいて目標発電電圧を変更する場合、外部ユニット2が決めた目標発電電圧は、ある1つの通信プロトコルに基づいて複数ビットで構成される2進情報として送信され、車両用発電機1の制御装置20は通信線36を介してこれを受信し、受信内容を解釈して、目標発電電圧を変更する。
また、制御装置20は車両用発電機1が運転中か停止中かを所定の通信プロトコルで複数ビットで構成される2進情報として外部ユニット2へ送信し、外部ユニット2はこれを受信し解釈することができる。
【0014】
制御用IC21と通信用IC24との間は信号線31〜34で接続し信号伝達が行われる。
信号線31はICの動作電源電圧用、信号線34はアース用であり、動作電源電圧の生成は、両者各々のICが生成してもよいが、いずれかのICだけが生成すればよいようにしている。
信号線32,33は内部通信用接続であって、例えば次の信号伝達のケースがある。
(1)端子に印加する電圧の高・低を利用した論理スイッチによる論理情報の伝送、
(2)複数ビットで構成される2進情報のパラレル伝送、
(3)複数ビットで構成される2進情報のシリアル伝送、
(4)パルスの周波数変調を利用した周波数情報の伝送、
(5)PWMのオン/オフデューティー比を利用したデューティー情報の伝送、
(6)電圧レベルを利用した電圧情報の伝送、
これらのケースから目的にあった最適の信号伝達ケースを選択し適用する。
【0015】
ここでは、信号線32は目標発電電圧の情報伝達で、通信用IC24から制御用IC21への伝送で、上記(5)のPWMのオン/オフデューティー比を利用したデューティー情報で伝送している。
信号線33は車両用発電機のステイタス情報(動作状態)の伝達で、動作状態か停止状態かを検出する検出信号の伝送で、上記(6)の電圧レベルを利用した電圧情報で伝送している。
【0016】
次に動作を説明する。
(1)外部ユニット2が所定の通信プロトコルに基づいて車両用発電機1の制御装置20に「目標発電電圧」の情報を複数ビットで構成される2進情報として送信する。
(2)車両用発電機1の制御装置20はこれを通信用IC24で受信する。
(3)通信用IC24は自IC内部の発電電圧をコントロールするメインICの部分でデューティー比を変更し、外部通信とは別の内部通信により信号線32を介して伝送する。
(4)制御用IC21は伝送されたディーティー比に基づいて目標発電電圧を決めトランジスタT1を駆動して、目標発電電圧を変更する。
(5)また、車両用発電機1のステイタスを監視する制御用IC21は、そのステイタス(運転中か停止中か)に基づいて電位(オンオフ情報)を変化する。
(6)通信用IC24はこれをモニタし、電位に基づいて、車両用発電機1のステイタス(運転中か停止中か)を認識する。
(7)通信用IC24は上記ステイタスを通信プロトコルに基づいて複数ビットで構成される2進情報として外部ユニット2に送信する。
【0017】
このように、制御用IC21と通信用IC24間の内部通信は、外部との通信の通信プロトコルとは別であり、外部通信の通信プロトコルが異なっても内部通信は共通にしている。それ故、外部通信の通信プロトコルが変わったとしても内部通信を共通にしているので、部品交換されるのは通信用IC24だけであり、制御用IC21は交換する必要がなく。コストが低減できる。
【0018】
また、電力消費の大きいバイポーラサーキットと電力消費の小さいCモスサーキットを混在させざるを得ないサーキットを制御用IC側へ集中させて、通信用ICはCモスサーキットのみで論理構成し、小型化を図っている。
なお、電力素子パート22のトランジスタT1は制御用ICと別であるがバイポーラでもユニポーラでもよいが、通常はユニポーラトランジスタ(FET)を用いている。
【0019】
実施の形態2.
実施の形態1に対し、多少の論理ゲートの増大を許容できるようなケースにおいては、もとから通信用ICに、複数の通信プロトコルサーキットを含有させ、それを通信プロトコル変更用に設けた外部端子の接続具合によって変更していくようにしてもよい。
【0020】
図3はこの実施の形態2の回路構成を示し、通信用IC24aは複数の通信プロトコルに対応するICで、プロトコル変更用の外部端子を設けている。この通信用IC24aの外部端子を通信プロトコル切換手段26で切り換えて通信プロトコルを変更する。
なお、通信プロトコル以外の通信規約(通信仕様)に応じた外部端子として切り換えるようにしてもよい。
【0021】
以上のように、実施の形態2は通信プロトコルが変わっても部品交換がないようにしたものである。
また、この場合にも通信用ICと制御用ICを物理的に分離しているので、もしも、通信用IC24aが対応している通信プロトコル以外のプロトコルを使用する場合に、通信用IC24aのみ取り替えればよい。従ってコストが低減できる。また、通信用IC24aと制御用IC21のいずれかが故障した場合の取り替え費用も安くなる。
【0022】
また、実施の形態1と同様に、電力消費の大きいバイポーラサーキットと電力消費の小さいCモスサーキットを混在させざるを得ないサーキットを制御用IC側へ集中させて、通信用ICはCモスサーキットのみで論理構成し、小型化を図ることができる。
この実施の形態2のように、複数の通信プロトコルの機能を通信用IC24aに含有させたとしても、Cモスサーキットのみを使用しているので小型化でき、バイポーラサーキットとCモスサーキットを混在させたICよりIC面積拡大率が格段に低くなる。
【0023】
【発明の効果】
(1)この発明の請求項1によれば、従来は電力素子部と制御機能部と通信機能部とを一体化したICとしていたが、一体にせず分離して電力素子部と制御用ICと通信用ICとしたので、異なる通信プロトコルに対応する場合は、通信用ICのみ取り替えればよく、コストダウンが図れる。また、これらのICと電力素子部とを一体にせず別にしたので、熱的にも分離できる。また、通信用ICの小型化も図ることができる。
【0024】
(2)この発明の請求項2によれば、複数の通信プロトコルに対応する通信用ICとしたので、ICを取り替える必要がなくなり、もし上記複数の通信プロトコルで対応できずICを取り替える場合があっても、通信用IC24のみ取り替えればよく、コストダウンが図れる。また、電力素子部制と御用ICおよび通信用ICとを一体にせず別にしたので、熱的にも分離できる。また、通信用ICの小型化も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による車両用発電機の制御装置と外部ユニットとのシステム構成を示す図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による車両用発電機の制御装置のICの構成を示す斜視図である。
【図3】 この発明の実施の形態2による車両用発電機の制御装置と外部ユニットとのシステム構成を示す図である。
【図4】 従来の車両用発電機の制御装置と外部ユニットとのシステム構成を示す図である。
【図5】 従来のIC化された制御装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 車両用発電機 2 外部ユニット
20 制御装置 21,30 制御用IC
22 電力素子パート(電力素子部) 24,24a 通信用IC
26 通信プロトコル切換手段 31〜34 信号線
35,36 通信線
Claims (2)
- 通信により外部からの指令を受信して車両用発電機の制御・監視をすると共に、監視結果を通信により外部へ送信する通信機能を含めた車両用発電機の制御装置において、
上記車両用発電機の制御用のFET等の電力素子部と、上記電力素子部を制御すると共に上記車両用発電機の動作状態を監視する制御用ICと、上記通信機能を含む通信用ICとを備え、
上記通信用ICは上記通信機能で用いる所定の通信プロトコルなどの通信仕様に適合したICとし、使用する通信仕様が上記通信用ICの通信仕様と異なる場合は、適合する通信仕様の他のICと取り替え可能とすると共に、電力消費の大きいバイポーラサーキットと電力消費の小さいCモスサーキットを混在させざるを得ないサーキットを上記制御用IC側へ集中させ、上記通信用ICはCモスサーキットのみで構成したことを特徴とする車両用発電機の制御装置。 - 通信により外部からの指令を受信して車両用発電機の制御・監視をすると共に、監視結果を通信により外部へ送信する通信機能を含めた車両用発電機の制御装置において、
上記車両用発電機の制御用のFET等の電力素子部と、上記電力素子部を制御すると共に上記車両用発電機の動作状態を監視する制御用ICと、上記通信機能を含む通信用ICと選択手段とを備え、
上記通信用ICは上記通信機能で用いる複数の通信プロトコルなどの通信仕様に適合するICとし、上記選択手段は上記通信用ICの複数の通信仕様から所望の通信仕様を選択して使用可能とする手段とすると共に、電力消費の大きいバイポーラサーキットと電力消費の小さいCモスサーキットを混在させざるを得ないサーキットを上記制御用IC側へ集中させ、上記通信用ICはCモスサーキットのみで構成したことを特徴とする車両用発電機の制御装置。
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