JP4507111B2 - 車両用発電機の制御システム - Google Patents

Description

この発明は、外部電圧センシング端子を有する電圧制御装置を備えた車両用交流発電機の制御システムに関し、特に、専用の外部信号入力端子を不要とすることによりシステム構成を簡略化し、コストダウンを実現した車両用発電機の制御システムに関するものである。

一般に、車両用発電機の制御システムは、外部電圧センシング端子を有する電圧制御装置を備え、車両のキースイッチが閉じられると、ベース電流の供給によってパワートランジスタが導通状態となり、界磁コイルに界磁電流が流れて交流発電機（以下、単に「発電機」という）から発電電圧が出力可能な状態となる。また、バッテリ電圧から定電圧電源が構成されるとともに、定電圧電源により基準電圧が生成される。

車載エンジンの始動により発電機が発電を開始すると、電圧制御装置は、外部電圧センシング端子から検出されるバッテリ電圧が基準電圧よりも高くなると、トランジスタ１０３が導通、パワートランジスタ１０１が遮断することにより、界磁電流が減少して発電機の発電電圧が低下する。また、バッテリ電圧が低くなると、パワートランジスタが導通することにより、界磁電流が増加して発電機の発電電圧を上昇させる。

また、たとえば、従来装置においては、電圧制御装置と関連した外部制御ユニットからのデューティ信号により調整電圧を変化させる技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許第３１０２９８１号公報

従来の車両用発電機の制御システムは、以上のように構成されているので、電圧制御装置内に外部信号を入力するための専用端子を設ける必要があり、電圧制御装置の配線が多くなり、コストアップを招くという課題があった。
また、電圧制御装置により制御電圧を任意に調整可能に構成しているものの、電圧制御装置内に外部入力信号を判定するための回路を設ける必要があり、電圧制御装置の構成が非常に複雑となり、やはりコストアップを招くという課題があった。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、専用の外部信号入力端子を不要とすることによりシステム構成を簡略化し、コストダウンを実現した車両用発電機の制御システムを得ることを目的とする。

この発明に係る車両用発電機の制御装置は、車載のバッテリに接続された発電機の発電電圧を所定電圧に調整するための電圧制御装置を備え、電圧制御装置は、発電機の外部電圧を検出する外部電圧センシング端子を有し、外部電圧に応じて発電機の界磁電流を断続制御することにより発電電圧を調整する車両用発電機の制御システムにおいて、外部電圧センシング端子とバッテリとの間に電圧降下を発生させる外部制御ユニットを挿入したものである。

この発明によれば、専用の外部信号入力端子が不要となり、システム構成が簡略化されてコストダウンを実現することができる。

この発明の実施の形態１による車両用発電機の制御システムを示す回路構成図である。 この発明の実施の形態１による外部制御ユニットの具体例を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１による外部制御ユニット内におけるデューティ−電圧変換例を示す説明図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１において、発電機（オルタネータ）１０は、電圧制御装置１と、電圧発生部２とにより構成されている。
電圧制御装置１には、発電機制御装置駆動端子ＩＧおよび外部電圧センシング端子Ｓが設けられており、発電機制御装置駆動端子ＩＧには、キースイッチ３を介してバッテリ４の出力端子が接続され、外部電圧センシング端子Ｓには、外部制御ユニット５を介してバッテリ４の出力端子が接続されている。

電圧制御装置１は、制御出力回路を構成するパワートランジスタ１０１と、パワートランジスタ１０１のコレクタ端子に逆極性に接続されたダイオードと、パワートランジスタ１０１のベース端子に接続されたトランジスタ１０３と、トランジスタ１０３のコレクタ端子に接続された抵抗器１０４と、トランジスタ１０３のベース端子に接続されたコンパレータ１０５と、コンパレータ１０５の非反転入力端子（＋）に接続された分圧抵抗器１０６および１０７と、定電圧電源Ｖ１を生成するための抵抗器１０８およびツェナーダイオード１０９とを備えている。

抵抗器１０４および１０８の一端は、発電機制御装置駆動端子ＩＧに接続され、抵抗器１０６の一端は、外部電圧センシング端子Ｓに接続されている。また、コンパレータ１０５の反転入力端子（−）には、基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。
発電機１０内の電圧発生部２は、バッテリ４の出力端子とパワートランジスタ１０１のコレクタ端子との間に接続されたロータ側の界磁コイル２０１と、ステータ側の３相巻線２０２と、３相巻線２０２からの各発電電圧を全波整流する整流回路２０３とを備えている。整流回路２０３の出力端子は、バッテリ４の出力端子に接続されている。

図１においては、電圧制御装置１の外部電圧センシング端子Ｓとバッテリ４との間に電圧降下を発生させる外部制御ユニット５を備えた点のみが従来装置と異なる。
以下、図１に示した電圧制御装置１の基本的な動作について説明する。
車両の始動時において、キースイッチ３が閉じられる（ＯＮされる）と、バッテリ４から抵抗器１０４を介してパワートランジスタ１０１にベース電流が供給され、パワートランジスタ１０１が導通状態となり、界磁コイル２０１に界磁電流が流れて、発電機１０は発電可能な状態となる。

また、バッテリ４から抵抗器１０８を介してツェナーダイオード１０９のカソードにバッテリ電圧ＶＢが印加され、定電圧電源Ｖ１が生成される。
さらに、定電圧電源Ｖ１に基づいて、コンパレータ１０５に対する基準電圧Ｖｒｅｆが生成される。
エンジンの始動により発電機１０が発電を開始すると、電圧制御装置１は、外部電圧センシング端子Ｓからの入力電圧（バッテリ電圧ＶＢに対応）を検出し、分圧抵抗器１０６、１０７を介してコンパレータ１０５に入力する。

コンパレータ１０５は、入力された検出電圧があらかじめ設定された基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなると、出力電圧をＨレベルに立ち上げる。
これにより、トランジスタ１０３が導通して、パワートランジスタ１０１が遮断されるので、界磁コイル２０１に流れる界磁電流が減少して、発電機１０からの発電電圧が低下する。

一方、バッテリ電圧ＶＢの低下により検出電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなると、コンパレータ１０５は、出力電圧をＬレベルに立ち下げる。
これにより、トランジスタ１０３が遮断され、パワートランジスタ１０１が導通するので、界磁電流が増加して発電機１０の発電電圧が上昇する。
以上のように、電圧制御装置１により、発電機１０の発電電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆにしたがって適正電圧に調整される。

次に、図１および図２を参照しながら、外部制御ユニット５について説明する。
図２は外部制御ユニット５の具体的な構成例を示している。
図２において、外部制御ユニット５は、バッテリ４に接続された入力端子５ａと、外部電圧センシング端子Ｓに接続された出力端子５ｂと、接地されたグランド端子５ｃと、車両の運転状態を検出する運転状態検出部５０１と、運転状態に応じて可変設定されたデューティ信号を生成するデューティ信号発生部５０２と、デューティ信号を所定電圧に変換するデューティ−電圧変換回路５０３と、入力端子５ａと出力端子５ｂとの間のラインＬに接続された電流ミラー回路５０と、ラインＬに挿入された抵抗器５０７とを備えている。

電流ミラー回路５０は、デューティ−電圧変換回路５０３から出力される所定電圧Ｖ２が印加される抵抗器５０４と、エミッタ接地の一対のトランジスタ５０５、５０６とにより構成されている。
一方のトランジスタ５０５は、抵抗器５０４とグランド端子５ｃとの間に挿入され、他方のトランジスタ５０６は、ラインＬとグランド端子５ｃとの間に挿入されており、各トランジスタ５０５、５０６のベース端子は、互いに接続されるとともに、抵抗器５０４に接続されている。

上記構成により、電流ミラー回路５０は、ラインＬから所定電圧Ｖ２に基づく定電流を吸い込むように構成されている。また、電流ミラー回路５０により吸い込まれる定電流は、デューティ信号に比例した値に設定され、定電流により発生する電圧降下は、定電流の大きさに比例している。

外部制御ユニット５において、車両状態検出回路５０１は、車両速度、エンジン冷却水温および電気負荷などの情報に基づいてエンジンの運転状態を検出する。
運転状態に応じてデューティ信号発生回路５０２から出力されたデューティ信号は、デューティ−電圧変換回路５０３により所定電圧Ｖ２に変換される。

続いて、外部制御ユニット５内の電流ミラー回路５０により、所定電圧Ｖ２に比例した定電流が、ラインＬ（抵抗器５０７を介したバッテリ４の出力端子）から吸込まれる。
このとき、ラインＬ内の抵抗器５０７によって消費される電流によって、外部制御ユニット５の入力端子５ａと出力端子５ｂとの間に、電圧偏差ΔＶに相当する電圧降下が発生する。
この電圧降下により、バッテリ電圧ＶＢは、電圧制御装置１の調整電圧である外部電圧センシング端子Ｓでの電圧よりも電圧偏差ΔＶだけ高い電圧値となって調整される。

図３はデューティ−電圧変換回路５０３による具体的な変換動作を示している。
図３において、横軸は外部制御ユニット５内のデューティ信号（０％〜１００％）、縦軸は変換後の所定電圧Ｖ２およびバッテリ電圧ＶＢ（電圧偏差ΔＶ）であり、それぞれの関係を示している。

図３内に示す各電圧の設定値および特性直線の傾きなどは、電流ミラー回路５０の設定仕様および抵抗器５０７の設定抵抗値などにより、容易に且つ任意に変更することができることは言うまでもない。

以上のように、この発明による車両用発電機の制御システムにおいては、外部電圧センシング端子Ｓとバッテリ４との間に、電圧降下を発生する外部制御ユニット５を挿入したので、専用の外部信号入力端子が不要となり、システム構成が簡略化されてコストダウンを実現することができる。
また、このとき、車両用の発電機１０の電圧制御装置１内に複雑な回路を追加する必要もなく、従来と同様の電圧制御装置１に組み合せることが可能となり、高精度に制御可能な発電制御システムを安価且つ容易に構成することができる。

１ 電圧制御装置、４ バッテリ、５ 外部制御ユニット、１０ 発電機、Ｓ 外部センシング端子、５０１ 運動状態検出部。

Claims (5)

1. 車載のバッテリに接続された発電機の発電電圧を所定電圧に調整するための電圧制御装置を備え、
   前記電圧制御装置は、前記発電機の外部電圧を検出する外部電圧センシング端子を有し、前記外部電圧に応じて前記発電機の界磁電流を断続制御することにより前記発電電圧を調整する車両用発電機の制御システムにおいて、
   前記外部電圧センシング端子と前記バッテリとの間に電圧降下を発生させる外部制御ユニットを挿入したことを特徴とする車両用発電機の制御システム。
2. 前記外部制御ユニットは、
   車両の運転状態を検出する運転状態検出部を含み、
   前記運転状態に応じて前記電圧降下を可変設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の制御システム。
3. 前記外部制御ユニットは、
   前記バッテリに接続された入力端子と、
   前記外部電圧センシング端子に接続された出力端子と、
   デューティ信号を生成するデューティ信号発生部と、
   前記デューティ信号を所定電圧に変換するデューティ−電圧変換回路と、
   前記入力端子と前記出力端子との間のラインから前記所定電圧に基づく定電流を吸い込む電流ミラー回路と
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の車両用発電機の制御システム。
4. 前記デューティ信号発生部は、前記運転状態に応じて前記デューティ信号を可変設定することを特徴とする請求項３に記載の車両用発電機の制御システム。
5. 前記定電流は、前記デューティ信号に比例した値に設定され、
   前記電圧降下は、前記定電流に対応していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の車両用発電機の制御システム。

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