JP4192439B2 - 車両用交流発電機の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
車両用交流発電機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車は高度に電子制御化され様々なセンサ類や各種アクチュエータ、それらを制御するコンピュータを電気的に接続するために膨大な量のワイヤハーネスが使われている。
【０００３】
さらに将来においては車内ＬＡＮやＩＴＳに対応するための電気・電子装置が益々増加する傾向にある。
【０００４】
このような現状に鑑み各車両メーカにおいては車両組立時のワイヤハーネスの接続の煩わしさを回避するべく、重要度の低い配線は廃止する思想の設計がなされている。
【０００５】
一般にオルタネータにおいては、その発生電力を車載バッテリや各車載電気負荷に電力供給するための電力ケーブル以外に、オルタネータの発電電圧を制御する装置（以下レギュレータと称す）と車両側との信号通信のための数本の信号ケーブルが接続されている。具体的には、車両側のキースイッチが投入されたことを検出し、レギュレータを動作状態に維持するためのＩＧ線、オルタネータもしくはバッテリの異常を運転者に警報するＬ線、（ＩＧ端子とＬ端子は共通化する場合もある）、バッテリの電圧を検出しレギュレータへフィードバックしてバッテリ電圧が適正範囲に制御できているかモニタするＳ線などが代表的な信号ケーブルである。
【０００６】
これらのケーブル類のうち電力ケーブルはその機能上必要不可欠であり廃止することはできないが、Ｓ線はオルタネータの出力端子の電圧を直接モニタすればほぼ代用可能であり廃止する事ができる。Ｌ線はオルタネータの信頼性が年々向上しており車両寿命と同等以上になってきており特に警報を必要としない車両も増加してきている。従ってＬ線も廃止可能である。
【０００７】
しかしＩＧ線についてはキースイッチが何時の時点で投入されるかわからないため、ＩＧ線を廃止するには何らかの代替手段が必要となる。
【０００８】
たとえば、常にレギュレータに電源を供給し続けて極低デューティ比でパワートランジスタを動作させておけば何時エンジンが始動しても、直ちにオルタネータは発電を開始可能であるが、仮に長期間車両を使用しないで放置しておけばオルタネータの界磁巻線での消費電流によって何れバッテリ上がりを引き起こしてしまう。
【０００９】
界磁源を電磁石ではなく永久磁石で構成すれば、オルタネータが回転すれば自ずと発電開始するが、一般的に永久磁石式発電機は電圧制御が困難であるし、常に高い駆動トルクを要するので効率も悪く、車両用交流発電機用には向かない。
【００１０】
また、ＵＳＰ４９０１７０４ではホール素子を利用してオルタネータの回転検出を開示しているが、使用環境が必ずしも良好でないオルタネータにおいてはやはり信頼性の問題やコスト高というような問題がある。
【００１１】
このような課題を克服すべく、特開昭５５−１２７８４９号、特開平６−２８４５９８号では回転界磁極型オルタネータを構成する回転磁極に残留する磁束が多相電機子巻線に鎖交して誘起する多相交流電圧の１相の電圧を検出してオルタネータが回転している、即ちエンジンが始動したことを検出してＩＧ端子の機能を代替できる、という技術を開示している。
【００１２】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら必ずしも良好でないオルタネータの使用環境下では、特開昭５５−１２７８４９号、特開平６−２８４５９８号にて開示の技術を用いた場合、泥水、塩水などの被水の恐れがあり、電機子巻線の一部や整流器の一部にこれら不純物が付着してリーク電流を生じ、信号が検出不能になる恐れがある。
【００１３】
このような問題に鑑みなされて、特表平８−５０３３０８号（ＵＳＰ５６０２４７０、ＷＯ９５／０５６０６）ではリーク発生しても信号を検出できるように電機子巻線の出力端に補償抵抗を接続している。発明者らの研究によれば、この方式でいかなるリーク電流が電機子巻線に発生してもノイズと真の信号とを効果的に区別するには、補償抵抗をかなり小さな値に設定しなければならないことが判明した。この小さな抵抗値の抵抗でリーク電流を消費させることは、即ちオルタネータが発電している際に出力電流の一部がこの抵抗で消費されることを意味しオルタネータの能力を十分に取り出せないという問題がある。
【００１４】
更に、特開平３−２１５２００号（ＵＳＰ５１８２５１１、ＥＰ０４０８４３６）では、多相交流電圧のうち２相の端子電圧間の電位差を接地からフローティングさせて検出する技術を開示している。このようにすれば確かにリークが発生しても２相関の電圧信号は確実に検出可能であるが、フローティングの電圧信号を所定値と比較するにはコンパレータの基準電位、つまりコンパレータへの供給電源が複雑になるという問題点を発明者らは明らかにした。更にオルタネータが発電開始すると前記コンパレータには過大な電圧が印加されることになり、安定な動作保証のためにも様々な保護手段を設けねばならず回路規模が大きくなりすぎるという実装上の問題も明らかになった。
【００１５】
本願はこのような問題点に鑑み、確実に多相巻線端子間に生じる電圧信号を検出できる車両用交流発電機の制御装置を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１によれば、複数の界磁極を備えた回転子と、前記界磁極を磁化させるための界磁巻線と、該界磁巻線に並列に接続された励磁電流の環流用ダイオードと、前記回転子により発生する回転磁界を受け交流電圧を誘起する多相巻線が施された電機子とを備える車両用交流発電機の、前記界磁巻線の通電電流を制御する事で前記交流電圧の制御を実施する車両用交流発電機の制御装置において、前記多相巻線の１相の出力端子と車載バッテリの負極電位間に接続される抵抗と、前記多相巻線の他の相のうち少なくとも１相の出力端子を車載バッテリの負極電位に断続させるスイッチ手段とを備えるので、前記電機子巻線にリーク電流が発生した場合に前記スイッチ手段が閉成されていればリーク電流はこのスイッチ手段を通じて車載バッテリに戻ってゆくので、前記抵抗の両端電圧にはリーク電流による電圧は発生しない。つまり前記多相巻線端子間に発生する信号をノイズと区別して検出できる。
【００１７】
又、リーク電流が存在しない場合に前記回転子が回転していると、この回転子を構成する界磁極に残留する磁化に起因する起電圧が前記電機子巻線に誘起している。この場合に前記スイッチ手段が開成の場合、つまり従来の回路構成では、前記Ｘ相の負側ダイオードと前記抵抗と前記電機子巻線とで構成される回路ではダイオードの順方向電圧降下が約０．７Ｖ程度存在し、且つ前記ダイオードが逆バイアスされる期間にはダイオードが遮断され、前記抵抗に電流が流れなくなる、いわゆる半波整流作用をもたらす。従って前記抵抗の両端電圧はきわめて小さな信号となり検出が困難である。
【００１８】
一方、請求項１記載のごとく、前記スイッチを閉成すれば、このスイッチ手段と前記抵抗と前記電機子巻線とで構成される閉回路には半波整流作用や大きな電圧降下をもたらす要因は存在せず、従って前記両端電圧には大きな信号が選られる。つまり信号の検出が容易である。
【００１９】
又、前記抵抗の両端電圧に応じて前記スイッチ手段を断続制御させるのでリーク電流の有無に関わらずスイッチの断続が実施可能で、リーク電流がある場合には自ずとリーク電流によるノイズと真の信号とを分離できる。
【００２０】
前記抵抗の両端に現れる電圧の大きさは回転数が高いほど大きくなる。即ち、回転子の回転数が所定値以上で印加電圧が大きくなってきた場合に、前記スイッチ手段を開成するのでこのスイッチ手段に大電流が流れ、発熱や絶縁破壊などを防止することができる。
【００２１】
請求項２によれば、前記出力電圧制御装置は更に、前記抵抗の両端電圧の周波数に連動する電気量を検出する手段を備え、前記周波数に連動する電気量によって前記回転子の回転数を検出し、第１の所定値を超えたか否かを判断する。
【００２２】
このような構成にする事で回転数に関わる電気信号発生手段を特別に設ける必要がなく、制御回路の信号処理のみで回転数を容易に検出、判断する事が可能である。
【００２３】
請求項３によれば、前記第１の所定値は前記車両用交流発電機の発電開始回転数の２倍よりも小さいので発電機が発電開始した際に発電電流を前記スイッチを介して前記電機子巻線の他相に還流してしまうという非効率的な状態を回避できる。
【００２４】
請求項４によれば、前記抵抗と、前記スイッチ手段とは前記制御装置内に実装される。一般に前記制御装置はディスクリートな素子の構成によるハイブリッドＩＣやＣＭＯＳ技術を駆使したモノリッシクＩＣで作られる。これらＩＣはポッティング材やモールド材にて完全に封止されていることがほとんどであり、従って前記スイッチ手段や抵抗素子の接続段でのリークを容易に防止でき、信頼性を向上できる。
【００２５】
請求項５によれば前記スイッチ手段は双方向導通可能であることから、前記閉ループ回路内を循環する交流電流を容易に流すことができ、起電力が微少でも確実に前記抵抗での電圧降下をもたらすことができる。即ち検出精度が向上するのである。
【００２６】
請求項６によれば、前記スイッチ手段の閉成時の抵抗値は前記多相巻線の１相の出力端子と車載バッテリの負極間に接続される抵抗値よりも小さいので、多相巻線のどこかにリークが発生した場合には、リーク電流は確実に前記スイッチ手段を通じて車載バッテリに戻ってゆく。つまり前記抵抗両端に発生しる電圧降下は真の信号によるものだけに容易に分離できるのである。
【００２７】
請求項７によれば、前記双方向導通可能なスイッチ手段はＭＯＳＦＥＴであるので、前記制御装置内に容易に実装か可能であるし、前記多相巻線の１相端と車載バッテリの負極間に接続された抵抗値よりも格段に低いオン抵抗値を実現できる。
【００２８】
請求項８によれば、前記制御装置は更に、出力電圧制御回路と、前記出力電圧制御回路に電源を供給する主電源回路を備え、前記抵抗の両端電圧に応じて前記主電源回路を動作状態にするので、前記主電源回路の動作開始ポイントを容易に検出でき、主電源回路の動作開始遅れを回避することができる。
【００２９】
請求項９によれば、前記制御装置は、前記抵抗の両端電圧が第２の所定値を超えた場合に前記第１の所定時間のみ前記主電源回路を動作状態にさせる。このようにすると前記抵抗両端の電圧が上昇したら直ちに主たる制御回路が動作し、回転子の回転が上昇して前記両端電圧が上昇したのか、リーク電流による直流電圧上昇なのか即座に判断できる。即ちリーク発生による電圧上昇で有れば所定の処理を実行した後、所定時間経過後に電源が停止する。回転開始による電圧上昇で有れば所定の処理を実施後引き続き電源を供給し続け、発電機の出力電圧制御を開始する。
【００３０】
請求項１０によれば、前記制御装置は、前記抵抗の両端電圧が第２の所定値を超えた場合に前記第１の所定時間のみ前記スイッチ手段を閉成させる。このように制御することで、電圧上昇がリークによるものであるなら前記スイッチ手段が閉成と同時に電圧は下がる。この所定時間に抵抗の両端電圧に変化がなければ、前記回転子が回転していないということであり、両端電圧に変化が有れば回転子が回転していることを意味する。即ち、リークが発生している場合でも確実に前記回転子の回転信号を検出する事ができる。
【００３１】
請求項１１によれば、前記制御装置は、前記抵抗の両端電圧の振幅が第２の所定値を超えた場合に前記スイッチ手段を閉成させ、前記抵抗の両端電圧の振幅が第２の所定値より大きい第３の所定値を超えた場合に前記スイッチ手段を開成させるので請求項１０と同様の効果がタイマやカウンタなどの回路を使わずにコンパレータのみで実現できる。
【００３２】
請求項１２によれば、前記制御装置は、前記スイッチ手段が閉成時に、前記抵抗の両端電圧の周波数に連動する電気量が前記回転数の第１の所定値に相当する値を超えた場合に、第２の所定時間のみ前記主電源装置を動作状態にする。この様に制御する事で、前記回転子が真に回転しているということを確実に検出することが可能となる。
【００３３】
請求項１３によれば、前記第２の所定時間は第１の所定時間よりも長いことを特徴とするので、前記回転子の回転数が確立したと判断された場合に確実に前記電源回路を連続的に動作状態に維持する事ができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施例〕
図１は第１実施例の構成を示すブロック図である。
【００３５】
１は本発明のオルタネータ、２は車載バッテリ、３は前記オルタネータを構成する３相電機子巻線、４は前記３相電機子巻線の各相出力端に接続される全波整流回路、５は前記３相電機子巻線に鎖交させる交番磁界を発生させる回転磁極（図示せず）に巻装される界磁巻線、６は該界磁巻線に通電する界磁電流を調整して前記オルタネータの出力電圧を所定範囲内に制御する電圧制御装置である。
【００３６】
６１は該電圧制御装置を構成し、前記界磁巻線に接続され界磁電流を断続するパワートランジスタ、６２は該パワートランジスタがオフの際に界磁電流を貫流させるフライホイルダイオード、６３は前記全波整流回路の出力電圧をモニタし、該出力電圧が所定の範囲内に収まるように前記パワートランジスタを駆動させる信号を発生する電圧制御回路、６４は前記電圧制御回路を動作状態に保つべく電力を供給する主電源回路、６５は前記前記電機子巻線の２相の出力電圧Ｐｘ、Ｐｙを入力し、これら電圧信号から前記回転子が回転したことを検出して前記主電源回路を駆動するための信号を発する副電源回路である。
【００３７】
図２は前記副電源回路の詳細構成を示す一例である。
【００３８】
７１は前記電機子巻線のＹ相の端子電圧を入力する入力端子、７２は前記電機子巻線のＸ相の端子電圧を入力する入力端子、７３は前記Ｙ相の出力端子と接地とを接続する接地抵抗Ｒ１、７４は前記Ｘ相の出力端子を接地と断続せしめるスイッチ手段ＴＲ１、本例ではＭＯＳＦＥＴで構成される。本ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗は前記接地抵抗Ｒ１よりも十分に小さく設定する。例えばＲ１＝１ｋΩ、Ｒ_TR1＝１Ωとする。
【００３９】
７５は前記接地抵抗Ｒ１の電圧を第１の所定値Ｖ２と比較するコンパレータ、７６は前記コンパレータの出力信号Ｖａの立ち下がりもしくは立ち上がりをトリガとして第１の所定時間Ｔ１だけＨｉ信号を出力する第１のタイマ回路、７７は前記第１のタイマ回路の出力信号Ｖｂと前記コンパレータの出力信号Ｖａの論理積を演算する第１のＡＮＤゲートであり、その出力信号Ｖｃはこの副電源回路の出力端子７９を通じて後段の主電源回路の入力端子１０１に入力される。７８は前記第１のタイマ回路の出力信号Ｖｂと、入力端子８０から入力される前記主電源回路からの出力信号Ｖｄとの論理積を演算する第２のＡＮＤゲートであり、この出力信号Ｖｅが前記スイッチ手段７４を断続させる。８２は前記第１のタイマ回路からの出力信号Ｖｂにより駆動され、前記発電機の出力電位と該副電源回路の出力端子８１間に接続されたアナログスイッチである。該副電源回路の出力信号がＨｉレベルである期間は後段の主電源回路６４を動作状態に維持するのである。
【００４０】
１００は主電源回路の一部であり、前記副電源回路の出力信号Ｖｃのパルス数をカウントするカウンタ回路であり、その出力信号はインバータ１０４を介して主電源回路の出力端子１０２へ出力される。前記カウンタ回路は入力パルス数が所定個入力されたらＨｉレベルを出力するように設定されている。前記所定個とは請求項１で記載している回転数の第１の所定値に関連するパルス数である。
【００４１】
次に本実施例の動作を説明する。
【００４２】
前記電機子巻線のＹ相の出力電圧Ｖｐｙが第２の所定値Ｖ２を超えた場合には前記コンパレータが反転し出力信号ＶａはＨｉになる。この第２の所定値Ｖ２は、好適には、前記車両用交流発電機の定格電圧の１／１０以下、例えば０．４Ｖ程度に設定するのが望ましい。第１のタイマ回路は、前記コンパレータの出力信号Ｖａのパルスの立ち上がりをトリガポイント（ｔ１）として第１の所定時間Ｔ１のみＨｉレベルを出力する。前記第１タイマ回路がＨｉレベルを出力すると前記アナログスイッチ８２を閉成させる。即ち、所定時間Ｔ１のみ前記主電源回路を動作状態にする。
【００４３】
主電源回路は、先ず前記副電源回路から前記コンパレータの出力信号Ｖａと前記第１タイマ回路の出力信号Ｖｂの論理積信号Ｖｃを受け取る。主電源回路のカウンタ回路１００でＶｃのパルス数をカウントする。パルス数が所定個入力されたらＨｉレベルを出力する。カウンタ回路の反転出力信号が再び前記副電源回路に入力され前記第２のＡＮＤゲート７８に入力される。
【００４４】
例えば、回転子の回転が停止している期間にＹ相の電圧Ｖｐｙがリーク電流によって持ち上げられた場合、コンパレータ７５は反転しＨｉレベルを出力する。すると第１タイマ回路が作動し、第１の所定時間Ｔ１だけＨｉレベルを出力し主電源回路を第１所定時間Ｔ１だけ動作状態にする。主電源回路内のカウンタ回路の出力はＬｏレベルであるので前記第２のＡＮＤゲート７８の両入力はＨｉレベルであり前記スイッチ手段を閉成し直ちにリーク電流を該スイッチ手段を通じて接地に逃がす。そして所定時間が経過したら主電源回路は再び非動作状態に保持される。リーク電流が存在する限りこの動作が繰り返される。
【００４５】
一方、Ｙ相電圧がリーク電流ではなく前記回転子の回転に起因して発生する電圧であるならば、コンパレータ出力の立ち上がりポイントから第１の所定時間だけ主電源回路を動作させる。このときは第１ＡＮＤゲート７７の出力信号Ｖｃにはパルス信号が存在しているので前記カウンタ回路１００が該パルス数をカウントする。パルス数が所定個以上入力されない場合にはカウンタ回路の出力はＬｏレベルのままであり、第１所定時間Ｔ１経過後主電源回路は非動作状態に保持される。回転数が高くなりパルス数が増加して所定個数に達したらカウンタ回路がＨｉレベルを出力し、前記スイッチ手段７４を開成させる。そして後段の電圧制御回路に電力を供給開始し発電電圧制御が開始される。
【００４６】
更に、Ｙ相にリーク電流による直流電圧と、回転子の回転に起因する変動電圧が混在する場合、コンパレータの反転と同時に主電源回路が動作開始し、Ｖｃのパルス数をカウントし、パルス数が所定個以上入力されるまで前述した様に前記スイッチ手段を閉成しリークによる直流電圧を除去する。
【００４７】
前記スイッチ手段が閉成された場合、このスイッチ手段と前記接地抵抗Ｒ１とＸ相、Ｙ相の電機子巻線で形成される閉ループ回路に、前記界磁極に残留する磁化による磁束が前記電機子巻線に鎖交して誘起される起電圧によって電流が流れる。そして前記接地抵抗両端に電圧Ｖｐｙが発生する。この電圧Ｖｐｙの大きさは前記スイッチ手段が開成されている場合と比較するとスイッチが閉成されている場合の方が大きいのである。その理由は次の如きである。
【００４８】
スイッチ手段が開成されている場合常時閉であるループ回路は存在せず、Ｘ相に接続される整流ダイオード４１と前記接地抵抗Ｒ１、Ｘ相、Ｙ相で形成される半波整流回路により電流を循環させる。しかしこの場合整流ダイオードの順方向電圧降下が約０．７Ｖある。一方でこの半波整流回路に印加される起電圧は先に述べた如く界磁極の残留磁化に起因するものなので極めて微少な電圧約１．２Ｖ程度しか得られない。前記スイッチ手段が開成されている場合には前記１．２Ｖ程度のうち０．５Ｖ程度が前記ダイオードで分圧され、結果的に前記接地抵抗の電圧降下は約０．５Ｖ程度しか現れず、しかも半波信号であり極めて検出が困難である。
【００４９】
逆に、前記スイッチ手段が閉成されると先に述べた如く常時閉となるループが形成され、前記交流電流を循環させることができる。しかも回路中にはダイオード等の電圧降下をもたらす素子がなく、比較的大きな電圧が得られ、検出が容易となる。つまり前記スイッチ手段閉成で前記接地抵抗両端電圧を実質的に増幅する事ができるのである。
【００５０】
Ｖｐｙの信号が増幅されると第２の所定値Ｖ２超える機会が増加し、従って前記カウンタ回路１００に入力されるパルス数は所定個以上入力される。そして、前述の如く前記スイッチ手段を開成し、前記主電源回路を動作状態に維持し、前記電圧制御回路に電源を供給し続け、発電機の発電電圧制御を開始させるのである。
【００５１】
以上、説明したように発電機の電機子巻線にリーク電流が存在しても前記スイッチ手段を断続制御することで、リーク電流によるノイズ信号を容易に除去でき、回転子の回転による信号のみを検出できる。その結果、回転子の回転開始を容易に検出可能な制御装置を提供できるのである。
【００５２】
しかしながら本実施例では、カウンタ回路を主電源回路内に実装したため、回転子の回転数が低い場合に主電源回路が動作／非動作を繰り返してスイッチングノイズやスイッチング損失を発生させたり、いささか動作が不安定であったり、ノイズと真の回転信号の区別をするためのみには回路の消費電力が大きすぎるといった課題がある。
【００５３】
〔第２の実施例〕
図３を用いて第２実施例を示す。
【００５４】
本例は第１実施例での課題を解決した実施例である。
【００５５】
８３は前記第１のＡＮＤゲートの出力パルス信号をカウントするカウンタ回路であり、所定のパルス数が入力されたらＨｉレベルを出力するように設定されている。８４は前記カウンタ回路の出力信号Ｖｆの立ち上がりもしくは立ち下がりをトリガとして第２の所定時間Ｔ２だけＨｉレベルを出力する第２のタイマ回路、本例では立ち下がりをトリガポイントと設定している。尚、第２の所定時間Ｔ２は前記第１の所定時間Ｔ１よりも長く設定している。８５は前記第２のタイマ回路の出力信号を反転させる第１のインバータでありその出力信号は第２のＡＮＤゲート７８に入力される。第２ＡＮＤゲートの出力信号Ｖｅが前記スイッチ手段７４を断続駆動する。８６は前記第１のタイマ回路７６の出力信号Ｖｂを反転させ、出力がＨｉレベルの時前記カウンタ回路８３をリセットする第２のインバータである。本実施例では前記アナログスイッチ８２の駆動信号は前記第２のタイマ回路の出力信号Ｖｇにて実施される。
【００５６】
次に、図４、５を用いて本実施例の動作を説明する。図４は前記回転子の回転数が低い場合の動作タイムチャート、図５は前記回転子の回転数が高い場合の動作タイムチャートである。
【００５７】
第１ＡＮＤゲートの出力信号Ｖｃ発生までの動作原理は第１実施例に同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００５８】
カウンタ回路８３は前記コンパレータの出力信号Ｖａと前記第１のタイマ回路の出力信号Ｖｂの論理積信号Ｖｃをカウントする。本例では４パルス目が入力されたら、４パルス目のＨｉレベル期間のみＨｉレベルを出力し、パルスＶｂの反転信号Ｖｈでカウント数をリセットする。図４における低回転数域ではＶｐｙの周波数が低く、従って第１のタイマがＨｉレベルの期間には所定のパルス数が入力されないのでこのカウンタ回路の出力ＶｆはＬｏレベルのままである。従って第２のタイマ回路は動作を開始せず、アナログスイッチ８２は開いたまま、主電源回路を動作させることはできない。
【００５９】
次に回転数が高くなった場合につき図５を用いて説明する。
【００６０】
この場合前記接地抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖｐｙの基本周波数が高くなり、前記第１タイマ回路の所定時間Ｔ１中に必要４周期以上のＶｐｙがコンパレータ７５に入力される。つまりコンパレータの出力信号ＶａはＴ１期間内に４パルスの信号を出力する。すると前記カウンタ回路７８は４パルス目の信号が入力されるとＨｉレベルＶｆを出力する。このパルス信号Ｖｆを受けて前記第２のタイマ回路はＶｆの立ち下がりをトリガポイントとして第２の所定時間Ｔ２のみＨｉレベルＶｇを出力する。この信号Ｖｇは前記アナログスイッチを閉成させ、該副電源回路の出力端子８１にＢ電位を出力させる。Ｂ端子には通常車載バッテリが接続されているのでＢ電位は車載バッテリの電圧がかかっている。即ち、前記アナログスイッチが閉成期間には後段の主電源回路６４が動作状態となり、直ちに前記車両用交流発電機の出力電圧制御を開始するのである。
【００６１】
同時に前記信号Ｖｇはインバータ８５で反転され前記第１タイマがＨｉレベルを出力していても前記スイッチ手段を直ちに開成させる。即ち、前記発電機の電機子巻線に誘起される発電電圧を接地から切断させることで、発電機出力をスイッチ手段で浪費するという現象を防止しているのである。
【００６２】
今、仮に前記回転子の回転数が所定の回転数に達していないにも関わらず、コンパレータの出力信号Ｖａが４パルス目を出力したとすると、カウンタが４パルス目をカウントするものの、この信号は何らかの原因によるノイズ信号であるので次回のカウントの際には出現しないはずである。つまり一旦は前記主電源回路を動作状態にするものの、前記第２の設定時間経過後には前記第２タイマ回路は動作せず、従って主電源回路は直ちに非動作状態に保持される。
【００６３】
一方で、前記回転子が所定の回転数以上で回転している際にはコンパレータ７５の出力パルス数は必ず４パルス以上発生するので前記第２タイマ回路は連続的にＨｉレベルを出力し、主電源回路を常時動作状態に維持するのである。
【００６４】
尚、前記カウンタのカウント数をここでは４に設定したが４に限るものではなく、任意の数に設定できる。前記カウンタのカウント数と第１の所定時間Ｔ１、第２の所定時間Ｔ２の関係につき以下説明する。
【００６５】
先ず第１の所定時間の説明をする。第１のタイマ回路は前記スイッチ手段ＴＲ１を所定時間Ｔ１だけ閉成させるものである。更に前記スイッチ手段が閉成している期間に前記接地抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧信号がリーク電流などのノイズに起因するものなのか真の信号なのかを区別する事を目的としている。つまり、前述したとおり、前記スイッチ手段が閉成されている場合に、前記回転子が回転していれば前記接地抵抗端の信号Ｖｐｙは交流電圧信号になる。この交流電圧の基本周波数は前記回転子の回転数に依存するものであり、回転数が低ければその基本周波数も小さく、回転数が高ければ基本周波数も大きくなる。即ち前記第１タイマの動作期間Ｔ１中に発生するパルス数Ｖ４が回転数の高低によって変わるのである。例えば前記界磁極が１６極、１０００ｒｐｍで回転している際にはＶｐｙの基本周波数は１３３．３Ｈｚになる。一般に２ｐ個の界磁極を備える回転子がＮｒｐｍで回転している際にはＶｐｙの基本周波数は(Ｎ×ｐ)／６０［Ｈｚ］になることは周知である。検出したい所定の回転数（第１の所定値）をＮ０ｒｐｍ、
前記カウンタ回路のカウント数をｋ、つまりｋパルス目でＨｉレベルを出力する、と設定すれば、前記第１の所定時間Ｔ１は
Ｔ１＝６０／（Ｎ０×ｐ）×（ｋ＋１） ［ｓｅｃ］
以上に設定すれば良い。このように設定すれば前記回転子が所定の回転数以上で回転していればＴ１期間に必ずｋ個のパルス信号が発生するのである。例えば１６個の界磁極を備える回転子が１０００ｒｐｍで回転しているのを検出するのに４パルスで検出するならＴ１は３７．５ｍｓｅｃ以上に設定すれば良い。
【００６６】
次に第２の所定時間を説明する。第２のタイマ回路は前記カウンタへの入力信号が常に所定パルス数以上入力されているか、即ち前記回転子が所定の回転数以上で回転しているか、を検出、判断することを目的としている。従って第２の所定時間Ｔ２は第１の所定時間よりも１パルス分だけ長くしておけば十分である。即ち、
Ｔ２＝６０／（Ｎ０×ｐ）×（ｋ＋２） ［ｓｅｃ］
以上に設定する。上記の例に当てはめればＴ２は４５ｍｓｅｃ以上に設定すればよい。
【００６７】
以上説明した通り本発明の構成によれば、ノイズと、回転子の回転に起因する真の信号を確実に区別でき、リーク電流発生時には確実に主電源回路を非動作状態に保つことが可能である。
【００６８】
仮に、ノイズ発生により誤検出した時でも一旦主電源が動作するものの直ちに非動作状態に戻し、不要な電力消費を抑制できる。
【００６９】
一方、真に回転子が回転している場合には直ちに主電源回路を動作状態に維持し、かつ接地スイッチを開成する事で、発電機の出力電力を無駄に消費させることも容易に回避できる。
【００７０】
本発明の如く電機子巻線の１相を接地に断続させるスイッチ手段とその制御回路を設けるだけで、車両用交流発電機の外部から車両の状態やエンジンの状態を視させる何らの信号を受信することなく、自信で回転子の回転開始を検出し発電制御を開始できるのである。即ち、車載バッテリ及び電気負荷装置に電力を供給するケーブルのみを必要とし、他の一切の信号ケーブルを廃止できるのである。
【００７１】
尚、本例で示したタイマ回路やカウンタ回路は周知のディジタル技術を用いて容易に構成できるので詳細説明を省略する。
【００７２】
〔変形態様〕
第２実施例の変形態様として図６に示す。
【００７３】
第２実施例ではカウンタ回路を用いて回転子の回転数が所定値以上か否かを検出したが、本例ではカウンタ回路の代わりに、Ｆ／Ｖコンバータ８７と第２のコンパレータ８８で構成した例を示す。
【００７４】
前記回転子が回転していない場合の動作は第１実施例に同じなので説明を省略する。
【００７５】
回転子が回転している場合には第１実施例で説明した如く、第１コンパレータ７５の出力信号Ｖａには回転子の回転数に応じた周波数のパルス列が発生している。このパルス列信号のうち前記スイッチ手段が閉成されている期間、即ち第１の所定時間Ｔ１の間の信号を周知のＦ／Ｖコンバータ８７に入力しアナログ信号Ｖｉに変換する。即ち、前記回転子の回転数の高低に応じて前記アナログ信号Ｖｉの大小が変化する。つまり回転数が高い場合にはアナログ信号Ｖｉも大きく、回転数が低いとアナログ信号Ｖｉも小さくなるのである。
【００７６】
このアナログ信号を第１の所定値Ｖ１と比較すると回転数が所定値以以上か否かが容易に検出できるのである。第１所定値Ｖ１は前記回転子の回転数を検出したい回転数相当の値に設定しておけばよいのである。尚、必要に応じてＦ／Ｖコンバータの後段にローパスフィルタを挿入して検出精度を向上しても良い。
【００７７】
本例によれば、第１実施例に示すパルス数をカウントする方法よりも回転数の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施例の副電源回路の一例である。
【図３】第２実施例の副電源回路の一例である。
【図４】第２実施例の回転数が低い場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】第２実施例の回転数が高い場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】第２実施例の変形態様の一例を示す副電源回路である。
【符号の説明】
１．車両用発電機
３．電機子巻線
５．界磁巻線
６．電圧制御装置
６３．電圧制御部
６４．主電源部
６５．副電源部
７１、７２．電機子巻線信号入力端子
７３．接地抵抗
７４．スイッチ手段
７５、８８．コンパレータ
７６、８４．タイマ回路
７７、７８．ＡＮＤゲート
７９、８１．副電源回路の信号出力端子
８０．副電源回路の信号入力端子
８２．アナログスイッチ
８３、１００．カウンタ回路
８５、８６．インバータ
８７．Ｆ／Ｖコンバータ

Claims (13)

1. 複数の界磁極を備えた回転子と、前記界磁極を磁化させるための界磁巻線と、該界磁巻線に並列に接続された励磁電流の環流用ダイオードと、前記回転子により発生する回転磁界を受け交流電圧を誘起する多相巻線が施された電機子鉄心を備える電機子とを備える車両用交流発電機の、前記界磁巻線の通電電流を制御する事で前記交流電圧の制御を実施する車両用交流発電機の制御装置において、
   この制御装置内に設けられた、前記多相巻線の１相の出力端子と車載バッテリの負極電位間に接続される抵抗と、前記多相巻線の他の相のうち少なくとも１相の出力端子を車載バッテリの負極電位に断続させるスイッチ手段と、前記抵抗の両端電圧を検出する手段とを有し、
   前記抵抗の両端電圧に応じて前記スイッチ手段を断続制御し、
   更に、前記回転子の回転数が第１の所定値を超える場合に前記スイッチ手段を開成させることを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
2. 前記出力電圧制御装置は更に、前記抵抗の両端電圧の周波数に連動する電気量を検出する手段を備え、前記周波数に連動する電気量によって前記回転子の回転数を検出し、第１の所定値を超えたか否かを判断することを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機の制御装置。
3. 前記第１の所定値は前記車両用交流発電機の発電開始回転数の２倍よりも小さいことを特徴とする請求項１もしくは２記載の車両用交流発電機の制御装置。
4. 前記抵抗と、前記スイッチ手段は前記制御装置内に実装されることを特徴とする請求項３記載の車両用交流発電機の制御装置。
5. 前記スイッチ手段は双方向導通可能なことを特徴とする請求項４記載の車両用交流発電機の制御装置。
6. 前記スイッチ手段の閉成時の抵抗値は前記多相巻線の１相の出力端子と車載バッテリの負極電位間に接続される抵抗値よりも小さいことを特徴とする請求項５記載の車両用交流発電機の制御装置。
7. 前記双方向導通可能なスイッチ手段はＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項６記載の車両用交流発電機の制御装置。
8. 前記制御装置は更に、出力電圧制御回路と、前記出力電圧制御回路に電源を供給する主電源回路とを備え、前記抵抗の両端電圧に応じて前記主電源回路を動作状態にすることを特徴とする請求項４、７記載の車両用交流発電機の制御装置。
9. 前記制御装置は、前記抵抗の両端電圧が第２の所定値を超えた場合に前記第１の所定時間のみ前記主電源回路を動作状態にすることを特徴とする請求項８記載の車両用交流発電機の制御装置。
10. 前記制御装置は、前記抵抗の両端電圧が第２の所定値を超えた場合に前記第１の所定時間のみ前記スイッチ手段を閉成させることを特徴とする請求項９記載の車両用交流発電機の制御装置。
11. 前記制御装置は、前記抵抗の両端電圧の振幅が第２の所定値を超えた場合に前記スイッチ手段を閉成させ、前記抵抗の両端電圧の振幅が第２の所定値より大きい第３の所定値を超えた場合に前記スイッチ手段を開成させることを特徴とする請求項９記載の車両用交流発電機の制御装置。
12. 前記制御装置は、前記スイッチ手段が閉成時に、前記抵抗の両端電圧の周波数に連動する電気量が前記回転数の第１の所定値に相当する値を超えた場合に、第２の所定時間のみ前記主電源装置を動作状態にすることを特徴とする請求項１０乃至１１記載の車両用交流発電機の制御装置。
13. 前記第２の所定時間は第１の所定時間よりも長いことを特徴とする請求項１２記載の車両用交流発電機の制御装置。

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