JPH08140284A - 車両用交流発電機の電圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気負荷投入時の電圧低下を抑え、且つ、ア
イドル時のハンチングを防止する安価な装置の提供。 【構成】 電気負荷６の投入を検出する負荷投入検出回
路３０と、三相交流発電機１の励磁電流の増加速度を切
り換える励磁電流制御回路４０とを備え、電気負荷投入
が検出されない場合には、励磁電流の増加速度を小さく
し、電気負荷投入が検出されるときには、励磁電流の増
加速度を大きくする。電気負荷が投入されないとき、三
相交流発電機１の負荷の増加が遅いため、ハンチングを
生じない。電気負荷の投入時には、励磁電流が速く増加
されるため、バッテリ５の電圧低下が小さい。電気負荷
の投入の有無を検出するだけでよいため、回路構成が簡
素化でき、安価な装置とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンによって駆動
される発電機の出力電圧を、励磁電流を制御して制御す
る車両用交流発電機の電圧制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電機の電圧制御装置では、アイドル時
のハンチングを防止するために、特開昭５４−７１１１
号のように、発電機の回転速度の微分値に応じて発電機
の調整電圧を変更するものや、特開昭５８−１９２４９
９号のように、電気負荷の絶対量に応じたデューティ比
で励磁電流駆動デューティ比を固定することによって、
電気負荷時のバッテリ電圧低下を防止し、且つ、アイド
ル時のハンチングを防止するものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記前者のも
のでは、電気負荷投入後、バッテリ電圧が大きく低下す
るため、車両のランプ類の明暗やブロワ音の変化が発生
したり、車両のその他の電気機器の誤動作を誘発させる
可能性があり、また、後者のものでは、全ての電気負荷
の絶対量を把握する必要があり、そのために大幅なコス
トアップを招くという問題がある。

【０００４】本発明は、電気負荷投入時の電圧低下を抑
え、且つ、アイドル時のハンチングを防止することがで
きる安価な装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１で
は、車両用エンジンによって駆動される交流発電機の発
電電圧が設定値になるように励磁電流を制御する電圧制
御装置において、電気負荷投入を検出する負荷投入検出
手段と、前記交流発電機の励磁電流の増加速度を切り換
える励磁電流制御手段とを備え、前記励磁電流制御手段
は、前記負荷投入検出手段により前記電気負荷投入が検
出されない場合には、前記励磁電流の増加速度を小さく
し、前記負荷投入検出手段により前記電気負荷投入が検
出された場合には、前記励磁電流の増加速度を、電気負
荷投入を検出してから一定時間だけ、または、電気負荷
投入を検出してから発電電圧が再び設定値以上になるま
での間、前記電気負荷投入前より大きくすることを技術
的手段とする。

【０００６】請求項２では、請求項１において、前記励
磁電流の増加速度を大きくするとき、前記交流発電機の
発電電圧の設定値を大きくすることを技術的手段とす
る。請求項３では、請求項１または２において、前記負
荷投入検出手段は、車両バッテリの電圧低下量の微分値
が、所定値以上となった場合に、前記電気負荷投入を検
出することを技術的手段とする。

【０００７】請求項４では、請求項１において、前記制
御動作を、少なくとも前記車両用エンジンのアイドル時
に行うことを技術的手段とする。

【０００８】

【作用】本発明では、発電機の励磁電流の増加速度を切
り換える励磁電流制御手段が備えられており、電気負荷
投入が検出されない場合には、励磁電流の増加速度が小
さくなるように制御される。この結果、車両用エンジン
の負荷変動に伴うエンジン回転数の低下が生じて、発電
機出力が低下した場合には、励磁電流は緩やかに増加さ
れるため、エンジンの負荷が急激に増加することがな
い。従って、エンジン回転数の変動が小さくでき、ハン
チングを防止することができる。電気負荷投入が検出さ
れた場合には、励磁電流の増加速度が大きくなるように
制御される。この結果、電気負荷の投入に伴ってバッテ
リ電圧が急激に低下しても、励磁電流が急速に増加され
て発電機出力が増大するため、バッテリ電圧の落ち込み
が大きくならず、すぐに回復できる。

【０００９】

【発明の効果】本発明は、請求項１では、電気負荷投入
が検出されない場合には、励磁電流の増加速度が小さく
なるように制御されるため、発電機を駆動するためのエ
ンジンの負荷が急激に大きくなることがなく、ハンチン
グを生じることがない。また、電気負荷投入された場合
には、急速に発電機出力を増大させることができるた
め、バッテリ電圧低下を防止でき、ランプ類の明暗変動
やブロア音の変動などを生じることがない。これらの動
作のための手段としては、電気負荷の絶対量を把握する
必要がなく、電気負荷投入を検出することができるもの
であればよいため、安価な装置によって実現することが
でき、低価格化を図ることができる。

【００１０】請求項２では、励磁電流の増加速度を大き
くする際に、交流発電機の発電電圧の設定値を大きくす
るため、電気負荷投入時に、発電機出力電圧をより高く
することができる。従って、バッテリ電圧の低下幅をよ
り小さくすることができる。請求項３では、車両バッテ
リの電圧低下量の微分値が、所定値以上となったこと
で、負荷投入検出するため、負荷投入検出のための回路
構成が簡略化でき、安価な装置とすることができる。請
求項４では、エンジン回転数が一定に保持されるアイド
ル時に少なくとも制御を行うため、エンジンのアイドル
制御におけるハンチングを確実に防止することができ
る。また、ランプ類の明暗変動やブロワ音などの変動が
容易に認識し易いアイドル時にバッテリ電圧の低下を小
さくできるため、使用者に違和感を与えることがない。

【００１１】

【実施例】次に本発明の車両用交流発電機の電圧制御装
置を図に示す実施例に基づいて説明する。図１におい
て、１は車両に搭載された走行用エンジンによって駆動
される三相交流発電機で、２は三相交流発電機１の電機
子巻線、３は電機子巻線２で発生する交流出力を全波整
流するレクティファイア、４は界磁巻線である。５は車
両搭載のバッテリ、６は車両の電気負荷、７はキースイ
ッチである。

【００１２】１０は、界磁巻線４の励磁電流を、スイッ
チング素子１１の断続制御により制御し、発電機出力お
よびバッテリ５の電圧を設定値に調整する電圧制御装置
であり、１２はキースイッチ７を介して供給されるバッ
テリ電圧源を各回路に供給するための電源回路、１３
は、界磁巻線４の還流ダイオードである。電圧制御装置
１０において、２０は電圧制御信号発生回路であり、バ
ッテリ電圧を検出し、発電機出力電圧を制御するための
電圧制御信号を励磁電流制御回路４０に出力する。３０
は負荷投入検出回路で、バッテリ電圧の時間的変化から
電気負荷６の投入を電圧制御信号発生回路２０を介して
検出し、負荷投入信号を励磁電流制御回路４０に出力す
る。励磁電流制御回路４０は、上記の電圧制御信号およ
び負荷投入信号に基づいてスイッチング素子１１を駆動
するための駆動信号を出力する。

【００１３】以下、電圧制御装置１０内の各回路２０、
３０、４０について、図面に基づいてそれぞれ説明す
る。なお、図中、１００〜１０６は各回路を接続する端
子である。図２に示す電圧制御信号発生回路２０では、
端子１００を介して与えられるバッテリ５の端子電圧を
抵抗２００、２０１によって分圧し、コンデンサ２０２
によって平滑回路を形成する。また、抵抗２０３、２０
４およびオペアンプ２０５によって差動増幅器が構成さ
れている。２０６は発電機の調整電圧に相当する基準電
圧２０６Ｅを発生する基準電圧発生回路であり、２０７
は励磁電流を駆動するスイッチ素子１１のスイッチング
周波数を決定する発振回路、２０８は発振回路２０７の
発振信号に同期した鋸波を発生する鋸波発生回路、２０
９はオペアンプ２０５の出力と鋸波発生回路２０８の出
力を比較してＰＷＭ信号２０９Ｅを出力するコンパレー
タである。

【００１４】図３に示す負荷投入検出回路３０におい
て、抵抗３０１、３０２は端子Ｉ１０１を介して与えら
れる電圧制御信号発生回路２０のオペアンプ２０５の出
力電圧２０５Ｅを分圧する。インバータ３０３及びゲー
ト３０４から構成されるアナログスイッチは、端子１０
４を介して与えられる電圧制御信号発生回路２０の発振
回路２０７の発振信号に応じて、オペアンプ２０５の出
力電圧２０５Ｅをコンデンサ３０５へ供給する。コンパ
レータ３０６は、抵抗３０１、３０２による分圧電圧３
０２Ｅとコンデンサ３０５の端子電圧３０５Ｅとを比較
し、その出力３０６ＥがＨｉのときフリップフロップ３
０７をセットする。フリップフロップ３０７は、端子１
０２を介して与えられる電圧制御信号発生回路２０のコ
ンパレータ２０９の出力のＰＷＭ信号２０９ＥがＨｉの
ときリセットされ、フリップフロップ３０７の出力は励
磁電流制御回路４０に供給される。

【００１５】図４に示す励磁電流制御回路４０では、制
限抵抗４０１を介して端子１０２より与えられる電圧制
御信号発生回路２０のコンパレータ２０９の出力のＰＷ
Ｍ信号２０９Ｅのデューティ比を、インバータ４０２及
びゲート４０３からなるアナログスイッチを介してコン
デンサ４０４に記憶する。４０５は制限デューティパル
ス発生回路で、制限デューティパルス発生回路４０５の
出力が入力されるアンド回路４０６は、他方では端子１
０５を介して与えられる負荷投入検出回路３０のフリッ
プフロップ３０７の出力をインバータ４０７を介して入
力し、その出力によってインバータ４０２及びゲート４
０３からなるアナログスイッチを制御する。４０８はコ
ンデンサ４０４の電圧を出力するバッファである。

【００１６】抵抗４０９及び定電流回路４１０は、イン
バータ４１１及びゲート４１２からなるアナログスイッ
チが閉じたとき動作するレベルシフト回路を構成してい
る。コンパレータ４１３はコンデンサ４０４の記憶値ま
たは記憶値からレベルシフトされた値と電圧制御信号発
生回路２０の鋸波発生回路２０８の鋸波電圧２０８Ｅと
を比較し、その出力であるＰＷＭ信号４１３Ｅはアンド
回路４１４に入力される。アンド回路４１４は、ＰＷＭ
信号４１３Ｅとともに電圧制御信号発生回路２０のコン
パレータ２０９の出力であるＰＷＭ信号２０９Ｅを入力
し、その出力はバッファ４１５を介してスイッチング素
子１１に与えられる。

【００１７】次に以上の構成からなる本実施例の電圧制
御装置１０の作動を説明する。始めに、、図５を参考に
して電圧制御の基本動作を説明する。キースイッチ７が
オンになると電源回路１２に電力が供給され、各回路へ
それぞれ所定の電圧が供給される。電圧制御信号発生回
路２０では、バッテリ５の端子電圧が端子１００を介し
て入力され、分圧及び平滑された分圧電圧２０１Ｅが基
準電圧発生回路２０６の基準電圧２０６Ｅと比較され、
その差電圧分が、オペアンプ２０５によって反転増幅さ
れる。オペアンプ２０５の出力電圧２０５Ｅは、コンパ
レータ２０９で鋸波発生回路２０８の鋸波電圧２０８Ｅ
と比較され、コンパレータ２０９は、バッテリ電圧に反
して、バッテリが低いほど大きく、バッテリが高いほど
小さいデューティ比を有するＰＷＭ信号２０９Ｅを、電
圧制御信号として出力する。

【００１８】励磁電流制御回路４０は、このＰＷＭ信号
２０９Ｅを入力して、このＰＷＭ信号２０９Ｅより十分
長い時定数を有する積分回路にて積分した電圧４０９Ｅ
と鋸波電圧２０８Ｅとをコンパレータ４１３で比較し、
その出力であるＰＷＭ信号４１３ＥとＰＷＭ信号２０９
Ｅとのアンド論理をアンド回路４１４により得て、その
出力によってスイッチング素子１１を断続制御する。

【００１９】定常状態では、コンパレータ４１３のＰＷ
Ｍ信号４１３Ｅは、コンパレータ２０９の出力であるＰ
ＷＭ２０９Ｅと同じになるため、ＰＷＭ信号２０９Ｅの
デューティ比でスイッチング素子１１が断続する。従っ
て、基準電圧２０６Ｅに基づく設定電圧に対して、バッ
テリ電圧が低下するとＰＷＭ２０９Ｅのデューティ比は
増加し、励磁電流が増加するため、発電機出力が増加し
てバッテリ電圧が上昇する。逆に、バッテリ電圧が設定
電圧に対して高くなると、励磁電流が減少するため、発
電機出力が減少してバッテリ電圧が低下する。これらの
動作が繰り返されるため、バッテリ電圧は設定電圧付近
に制御される。

【００２０】次に電圧制御装置１０の過渡的な動作にお
ける動作モードとしての、ハンチング防止モードと、電
気負荷投入応答モードとについて説明する。 ハンチング防止モードについて アイドリング時、電気負荷が一定の時は、比較的バッテ
リ電圧が安定しており、オペアンプ２０５の出力２０５
Ｅも変動が少ない。従って、出力２０５Ｅを抵抗３０
１、３０２により分圧した分圧電圧３０２Ｅと、発振回
路２０７の出力２０７Ｅにて周期的に出力２０５Ｅを記
憶するコンデンサ３０５の端子電圧３０５Ｅをコンパレ
ータ３０６によって比較した結果は、常にＬｏ出力とな
り、フリップフロップ３０７のＱ出力３０７ＥもＬｏと
なり、負荷投入を検出していない状態となる。

【００２１】これにより、励磁電流制御回路４０のアン
ド回路４０６の出力は、制限デューティパルス発生回路
４０５の出力となり、インバータ４０２及びゲート４０
３からなるアナログスイッチを制御し、ゲート４０３の
導通率を小さくするので、積分回路の時定数が大きくな
る。また、ゲート４１２もオフするので、レベルシフト
回路が動作しないため、コンデンサ４０４の端子電圧が
そのままコンパレータ４１３の入力となる。従って、定
常状態では、コンパレータ４１３の出力は、電圧制御信
号２０９Ｅと同じであるが、デューティ比の時間的変化
率が小さいＰＷＭ信号となる。

【００２２】この状態でエンジンの機械的負荷の変動の
為、エンジン回転数が若干低下したとすると、発電機出
力が低下するために、バッテリ電圧が若干低下する。こ
のため、電圧制御出力信号２０９Ｅのデューティ比はす
ぐに増加するが、コンパレータ４１３の出力信号４１３
Ｅのデューティの増加は徐々に行われる（例えば、２０
Ｓ／１００％）。よって、発電機出力の増大による発電
機駆動トルクの増加が非常に緩やかに行われる。これに
より、エンジン回転数は、ＩＳＣ（アイドルスピードコ
ントロール装置）の働きにより、再び上昇し、設定回転
数で安定する。

【００２３】仮に、スイッチング素子１１を、アンド回
路４１４の出力ではなく、電圧制御信号２０９Ｅのみで
制御したとすると、発電機出力が急激に増加するので、
発電機駆動トルクが急激に増加し、エンジン回転数はさ
らに低下する、このトルクの急増は１００〜２００ｍＳ
の時間で起こり、ＩＳＣの制御スピード（５００ｍＳ程
度）に比べて速い。従って、常にＩＳＣの制御が遅れる
ため、エンジン回転数が不安定となり、ハンチングを生
じてしまう。本発明の制御では、発電機駆動トルクの急
増が起こらないので、このような不具合はなく、ハンチ
ングを防止できる。

【００２４】電気負荷投入応答モード 電気負荷が投入されると、バッテリ電圧は瞬間的に大き
く低下する。このため、オペアンプ２０５の出力２０５
Ｅは瞬時に大きくなる。この出力２０５Ｅの分圧電圧３
０２Ｅとコンデンサ３０５の端子電圧３０５Ｅすなわち
電気負荷が投入される前の出力２０５Ｅの値とを比較す
ると、分圧電圧３０２Ｅの方が大きいため、コンパレー
タ３０６の出力３０６ＥがＨｉとなり、フリップフロッ
プ３０７がセットされ、Ｑ出力３０７ＥがＨｉとなる。

【００２５】従って、励磁電流制御回路４０のアンド回
路４０６の出力４０６ＥはＬｏとなり、ゲート４０３は
オンとなる。これにより、積分回路の時定数は小さくな
る。また、ゲート４１２もオンとなるため、レベルシフ
ト回路が動作して、積分回路の出力値を数％レベルシフ
トさせる。よって、電気負荷が投入されると、電圧制御
信号であるＯ出力３０７Ｅは１００％デューティに瞬時
になるが、コンパレータ４１３の出力であるＰＷＭ信号
４１３Ｅは、ＰＷＭ信号２０９Ｅと同じデューティ比か
ら数％デューティ比が急増した後、比較的速いスピード
（５Ｓ／１００％）で増加する。

【００２６】励磁電流制御回路４０の出力である駆動信
号１０６Ｅもコンパレータ４１３と同じ信号になるた
め、励磁電流は電気負荷を投入すると数％増加した後、
比較的速いスピードで増加する。このような作動により
電気負荷が投入されると、ハンチングモードに比べて速
いスピードで励磁電流が増加するため、発電機出力の増
加が比較的速くなり、電気負荷投入後のバッテリ電圧の
落ち込み電圧及び落ち込み時間を小さくすることがで
き、他の電子機器の誤動作やランプ類の明暗等の発生を
防ぐことができる。

【００２７】なお、負荷投入検出回路３０は、発電機出
力の設定電圧より低い電圧以下になることを検出する回
路にしてもよい。また、電気負荷の検出を電気負荷スイ
ッチから検出したり、電気負荷電流またはバッテリ電流
をシャント抵抗やホール素子を利用して測定して検出す
ることもできる。また、電圧制御信号発生回路２０は、
負荷投入検出された場合に、基準電圧発生回路２０６の
基準電圧２０６Ｅを、高く変更するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す車両用交流発電機の電圧
制御装置のブロック図である。

【図２】本実施例の電圧制御信号発生回路を示す回路図
である。

【図３】本実施例の負荷投入検出回路を示す回路図であ
る。

【図４】本実施例の 励磁電流制御回路を示す回路図で
ある。

【図５】本実施例の電圧制御装置の基本動作を説明する
ための電圧波形図である。

【図６】本実施例の電圧制御装置のハンチング防止モー
ドを説明するための電圧波形図である。

【図７】本実施例の電圧制御装置の電気負荷投入応答モ
ードを説明するための電圧波形図である。

【符号の説明】

１ 三相交流発電機 ５ バッテリ ６ 電気負荷 １０ 電圧制御装置 ３０ 負荷投入検出回路（負荷投入検出手段） ４０ 励磁電流制御回路（励磁電流制御手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両用エンジンによって駆動される交流
   発電機の発電電圧が設定値になるように励磁電流を制御
   する電圧制御装置において、 電気負荷投入を検出する負荷投入検出手段と、 前記交流発電機の励磁電流の増加速度を切り換える励磁
   電流制御手段とを備え、 前記励磁電流制御手段は、前記負荷投入検出手段により
   前記電気負荷投入が検出されない場合には、前記励磁電
   流の増加速度を小さくし、 前記負荷投入検出手段により前記電気負荷投入が検出さ
   れた場合には、前記励磁電流の増加速度を、電気負荷投
   入を検出してから一定時間だけ、または、電気負荷投入
   を検出してから発電電圧が再び設定値以上になるまでの
   間、前記電気負荷投入前より大きくすることを特徴とす
   る車両用交流発電機の電圧制御装置。
2. 【請求項２】 前記励磁電流の増加速度を大きくすると
   き、前記交流発電機の発電電圧の設定値を大きくするこ
   とを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機の電圧
   制御装置。
3. 【請求項３】 前記負荷投入検出手段は、車両バッテリ
   の電圧低下量の微分値が、所定値以上となった場合に、
   前記電気負荷投入を検出することを特徴とする請求項１
   または２記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御動作を、少なくとも前記車両用
   エンジンのアイドル時に行うことを特徴とする請求項１
   記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。