JP3329037B2 - 車両用発電機の出力電流制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用発電機の出力電流
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平３ー１７３３２５号公報の車両用
交流発電機の制御装置は、エンジン始動後の所定時間だ
け、発電を抑制してエンジンの始動性能を向上させるこ
とを開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
公報の装置は、数十秒以上のタイマを構成するために定
周期発振器及び多段分周器などの電子回路の増設を要
し、回路規模及び電力消費が大きくなってしまうという
不具合があった。また、このタイマの遅延時間は始動時
のエンジン温度に関係なく一律とならざるを得ないの
で、低温時にはエンジントルクが充分に確立する（エン
ジン回転が充分に立ち上がる）前に発電抑制が解除され
る。逆に、常温時にはエンジントルクが充分に確立した
（エンジン回転が充分に立ち上った）後もバッテリの必
要な充電を犠牲としつつ発電発電抑制を行ってしまう。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、簡単な回路構成にて、エンジン始動後の発電抑制
によるエンジン始動性能の向上を実現するとともに、温
度に応じた適切な発電抑制が可能な車両用発電機の出力
電流制御装置を提供することを、その目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の車両用発電機の
出力電流制御装置は、エンジンにより駆動されてバッテ
リを充電する車両用発電機の励磁電流を断続するスイッ
チと、前記バッテリの端子電圧に基づいて前記スイッチ
を開閉する発電電圧調整手段とを含んでレギュレータを
構成する車両用発電機の出力電流制御装置において、前
記レギュレータは、前記レギュレータの内部温度を検出
する温度検出手段と、前記温度検出手段からの信号入力
に基づいて前記温度が第１レベル以下となったかどうか
を判定する第１判定手段と、前記エンジンの始動に際し
前記温度が第１レベルになった場合に前記スイッチの導
通率の制限を開始し、かつ、前記温度検出手段が検出す
る前記レギュレータの内部温度の低下に連動して前記ス
イッチの導通率を減少させる導通率制限手段と、前記温
度検出手段からの信号入力に基づいて前記温度が第１レ
ベルより高い第２レベル以上となったかどうかを判定す
る第２判定手段と、前記温度が第２レベル以上となった
場合に前記スイッチの導通率制限を解除する導通率制限
解除手段とを備え、前記導通率制限解除手段は、前記温
度が第２レベル以上となった場合に次のエンジン始動時
まで前記スイッチの導通率制限を禁止する。

【０００６】

【作用及び発明の効果】発電電圧調整手段は、バッテリ
の端子電圧に基づいてスイッチを開閉してエンジン駆動
の車両用発電機の励磁電流を断続し、この車両用発電機
は励磁電流の断続に応じてバッテリへの充電電流を断続
する。エンジンの始動時に、エンジンの温度に相当する
状態量（以下、温度ともいう）が第１レベル以下であれ
ば、スイッチの導通率を制限し、その後、温度が第１レ
ベルより高い第２レベル以上に達すればスイッチの導通
率制限を解除する。

【０００７】このようにすれば、エンジン始動性が悪化
する低温始動時のエンジン負荷を軽減してその始動性を
向上することができるとともに、エンジンが始動してエ
ンジンが暖機し、その発生トルクが増大した後は発電機
の出力電流の制限を解除してバッテリを充電する。ま
た、エンジンが冷たい場合には上記温度が第２レベルに
達するのが遅くなるので、エンジンが暖機されてトルク
が増大するまでエンジン負荷を軽減して、その回転数の
向上及び実質出力トルクの増加を図ることができる。

【０００８】逆に、エンジンが温かい場合には上記温度
が第２レベルに達するのが早くなるので、エンジンが速
やかに暖機されればただちにバッテリ充電電流を増大し
て、バッテリの消耗を回避することができる。その他、
本発明では、所定温度まで低下すると励磁電流制限を開
始し、更に温度が低下するにつれて励磁電流制限を次第
に強化していく制御を行うので、所定温度以下であって
も温度がそれほど低くなければ弱いながらもバッテリ充
電を維持することができる。また、レギュレータ内部温
度を検出して励磁電流制限を行うので、配線を簡素化で
きる。更に、励磁電流制御に用いるスイッチを励磁電流
制限の温度制御に共用する構成を採用するので、励磁電
流の抵抗損失を低減し、回路構成を簡素化することがで
きる。更に、前記温度が第２レベル以上となった場合に
次のエンジン始動時までスイッチの導通率制限を禁止す
るので、温度検出手段がエンジン始動後に故障しても、
不具合が生じることがない。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の車両用発電機
の出力電流制御装置の一例を説明する。 （構成）図１にこの装置のブロック図を示す。

【００１０】１は、バッテリ３及び電気負荷７に電流を
供給する車両用発電機２の出力電圧が所定の調整電圧を
超えないように発電機２の励磁コイル８を流れる励磁電
流を制御する電圧調整器である。電圧調整器１は、本発
明でいう発電電圧調整手段と、温度検出手段と、第１判
定手段と、導通率制限手段と、第２判定手段と、導通率
制限解除手段とを構成している。

【００１１】４は、電圧調整器１に電源電圧を印加する
イグニッションスイッチであり、バッテリ３の高位端と
電圧制御装置１の電源端子とを接続している。その他、
バッテリ３の高位端はイグニッションスイッチ４を通じ
てスタ−タ５に給電され、負荷スイッチ６を通じて車両
用電気負荷７に給電している。以下、電圧調整器１につ
いて更に説明する。

【００１２】１０は、励磁コイル８へ通電される励磁電
流を断続するエミッタ接地のトランジスタからなるスイ
ッチである。抵抗３１及び３２は直列接続されて発電機
２の出力電圧を分圧する分圧回路を構成しており、抵抗
３１、３２の接続節点から発電電圧の分圧Ｖｋが出力さ
れる。

【００１３】抵抗３３、３４及びダイオード（温度検出
手段）１６は直列接続されて基準電圧ラインＬｃから給
電される基準電圧Ｖ_CCを分圧する第１の分圧回路を構成
しており、抵抗３３、３４の接続節点から調整電圧Ｖｒ
を出力し、抵抗３４とダイオード１６との接続節点から
アノード電圧Ｖｄを出力している。抵抗３５、３６及び
３７は直列接続されて基準電圧ラインＬｃから給電され
る基準電圧Ｖ_CCを分圧する第２の分圧回路を構成してお
り、抵抗３５、３６の接続節点から基準電圧Ｖｂを出力
し、抵抗３６，３７の接続節点から基準電圧Ｖａを出力
している。

【００１４】１１は、発電電圧の分圧Ｖｋと調整電圧Ｖ
ｒとを比較するコンパレータである。１２は、図示しな
い定周期発振回路から入力される基準電圧波形１３とダ
イオード１６のアノード電圧Ｖｄとを比較し、アノード
電圧Ｖｄが大きい場合（温度が低い場合）にスイッチ１
０を遮断するコンパレータである。

【００１５】２０は、ダイオード１６のアノード電圧Ｖ
ｄが基準電圧Ｖｂ（例えば、ダイオ−ド１６が０℃での
電圧）以上の場合にコンパレータ１９の出力電圧により
セットされて出力がＬｏとなり、ダイオ−ド１６の電圧
が基準電圧Ｖａ（例えば、ダイオ−ド１６が５０℃の電
圧）以下の場合にコンパレータ１８の出力によってリセ
ットされて出力がＨｉとなるホールド回路であり、ＲＳ
フリップフロップからなる。

【００１６】１４は、コンパレータ１１、１２の出力の
ノア論理出力を出すノア回路であり、ノア回路１４の出
力によりスイッチ１０が制御される。コンパレータ１２
からノア回路１４への出力信号線１２ａはエミッタ接地
のクランプトランジスタ１５によりクランプされ、この
クランプトランジスタ１５はホールド回路２０により制
御される。

【００１７】３８は、コンパレータ１２の出力電流を制
限する抵抗である。１７は、電圧調整器１内の基準電圧
ラインＬｃから給電される抵抗２５とエミッタ接地のト
ランジスタ２２とからなるインバータ回路により制御さ
れて、ダイオード１６のアノードをクランプするトラン
ジスタである。２３は、抵抗２６と直列接続される定電
圧ダイオ−ドであり、定電圧ダイオ−ド２３は基準電圧
ラインＬｃの基準電圧Ｖｃｃをレベルシフトしてトラン
ジスタ２２のベースに印加する。基準電圧ラインＬｃは
抵抗２７及びイグニッションスイッチ４を通じてバッテ
リ３から給電される。

【００１８】このようにすることにより、イグニッショ
ンスイッチ４の投入後、基準電圧Ｖ _CCが定電圧ダイオ−
ド２３のしきい値電圧＋トランジスタ２２のエミッタ・
ベースＯＮ電圧Ｖ_BEで定まる電圧まで上昇する間（基準
電圧Ｖ_CCが不安定な間）、ダイオ−ド１６の両端をショ
ートして、ホールド回路２０をリセットし、基準電圧Ｖ
_CCが所定の電圧に安定すると、トランジスタ２２が導通
し、トランジスタ１７が遮断して、コンパレータ１２、
１８、２０の各入力端にはダイオ−ド１６のアノード電
圧Ｖｄが印加されることになる。

【００１９】以下、この電圧調整器１の作動を説明す
る。 低温始動時（例えば、０℃以下の場合）イグニッション
スイッチ４の投入によって、電圧調整器１の電源電圧Ｖ
_CCが所定の電圧で安定すると、トランジスタ２２がＯＮ
し、トランジスタ１７がＯＦＦし、コンパレータ１９の
＋入力端にアノード電圧Ｖｄが印加される。

【００２０】０℃でのダイオ−ド１６のアノード電圧Ｖ
ｄは基準電圧Ｖｂよりも大きな値になり、コンパレータ
１９の出力はＨｉとなり、ホールド回路２０はセットさ
れ、トランジスタ１５はＯＦＦし、コンパレータ１２か
ら出力されるデューティ比の信号電圧がノア回路１４を
通じてスイッチ１０に印加され、スイッチ１０がこのデ
ューティ比で励磁電流を断続する。

【００２１】すなわち、０℃以下においては、励磁電流
のデューティ比は、コンパレータ１２から出力される信
号電圧のデューティ比により決定される。エンジンが始
動し、発電機２がエンジンによって駆動されても、励磁
コイル８の励磁電流が制限されているので、発電機のト
ルクも少なくなり、エンジンの始動性及びアイドル回転
状態の安定性が向上する。

【００２２】この励磁電流制限動作は、電圧調整器１の
温度が上昇し、ダイオ−ド１６のアノード電圧Ｖｄが基
準電圧Ｖａ（５０℃相当の電圧）以下になってホールド
回路２０がリセットされるまで継続する。すなわち、ダ
イオード１６が５０℃となってアノード電圧Ｖｄが基準
電圧Ｖａ以下となると、コンパレータ１８がＨｉとな
り、ホールド回路２０がリセットされ、ホールド回路２
０から出力されるＨｉ信号によりクランプトランジスタ
１５がＯＮされ、スイッチ１０はノア回路１４を通じて
コンパレータ１１の出力電圧によってのみ制御される。

【００２３】

【００２４】以下、トランジスタ１７の作用を更に詳し
く説明する。イグニッションスイッチ４の投入後、基準
電圧ラインＬｃの基準電圧Ｖ_CCが安定するまでの間の短
期間だけ、トランジスタ２２はＯＦＦし、トランジスタ
１７はＯＮする。したがって、この間には、アノード電
圧Ｖｄは０Ｖとなり、ダイオ−ド１６は疑似的に高温状
態とされ、コンパレータ１９はＬｏ、コンパレータ１８
はＨｉとなり、ホールド回路２０は電圧不安定にかかわ
らず確実にリセットされる。なおこの間、クランプトラ
ンジスタ１５がＯＮし、コンパレータ１２により導通率
制限は解除される。もちろん、上記と反対に、上記短期
間だけアノード電圧ＶｄをＨｉとしてホールド回路２０
を強制的にセット状態としてもよい。

【００２５】図２（ａ）に温度検出手段として機能する
ダイオード１６の順方向電圧降下と温度との関係を示
し、図２（ｂ）に電圧波形１３と基準電圧Ｖｂ、Ｖａと
の関係を示す。この実施例では、導通率制限用のコンパ
レータ１２は、ダイオード１６のアノード電圧Ｖｄ（温
度信号）と電圧波形１３とを比較している。したがっ
て、図２（ａ）、図２（ｂ）からわかるように、温度が
上昇してダイオード１６のアノード電圧Ｖｄが低下する
ほど、コンパレータ１２のＯＮデューティ比が低下し、
ノア回路１４による反転によりスイッチ１０のＯＮデュ
ーティ比すなわち励磁電流の導通率は増加するように工
夫されている。これにより、コンパレータ１２は低温時
には励磁電流を低減し、高温時には励磁電流を増加する
機能を果たす、また図２（ｂ）に示すように、５０℃に
おけるアノード電圧Ｖｄ＝Ｖａは電圧波形１３の最小値
より少し小さく設定している。このようにすれば、温度
が低温から５０℃近くまで上昇すると、アノード電圧Ｖ
ｄ＝Ｖａは電圧波形１３の最小値Ｖｍｉｎより小さくな
り、その結果、５０℃近傍でコンパレータ１２による導
通率制限が解除される。

【００２６】そして、ダイオード１６の温度（アノード
電圧Ｖｄ）が５０℃（基準電圧Ｖａ）を一度超過すれ
ば、再び０℃（基準電圧Ｖａ）を下回らない限り、コン
パレータ１２による導通率制限は発動されない。すなわ
ち、エンジン始動後は、ダイオード１６の温度（アノー
ド電圧Ｖｄ）が０℃（基準電圧Ｖｂ）を下回ることが無
いので、エンジン始動直後のエンジン低温時のトルク小
時のみ導通率制限を実施することができる。

【００２７】図３は、ホールド回路２０の一例としての
を示す回路図である。 （実施例２）他の実施例を図４に示す。この実施例は、
実施例１の回路に、抵抗５１〜６０、コンデンサ５３、
アンド回路５６、トランジスタ５４、２１、２７、コン
デンサ２６を付加し、クランプトランジスタ１５、抵抗
３８を省略した点に特徴がある。

【００２８】以下、この回路の新たな特徴を説明する。
まず、イグニッションスイッチ４の投入から発電機２が
発電を開始するまでの間（発電停止の間）は、スイッチ
１０の導通率（ＯＮデューティ比）を極力、小さくし
て、電圧調整器１の発熱を抑制し、エンジン始動後の発
電抑制時間が減少することを防止する。これは、イグニ
ッションスイッチ４の投入により電圧調整器１に通電さ
れてダイオード１６が加熱されるにもかかわらずエンジ
ンが始動されず、その結果として発電機２が発電を開始
された後の導通率制限（発電抑制）時間が短縮されてし
まうのを回避するためである。

【００２９】具体的には、発電機２の１相発電電圧が抵
抗５１、５２及びコンデンサ５３からなるローパスフィ
ルタで直流化されてエミッタ接地のトランジスタ５４の
ベースに印加される。トランジスタ５４は抵抗５７を通
じて基準電圧ラインＬｃから基準電圧Ｖｃｃを印加され
ているので、１相発電電圧が小さい場合にはトランジス
タ５４はオフし、トランジスタ５４のコレクタはアンド
回路の一方の入力端にＨｉを出力する。

【００３０】したがって、上記発電停止期間には、矩形
波パルス５５がアンド回路５６及びノア回路１４を通じ
てスイッチ１０に送られ、スイッチ１０は矩形波パルス
５５及びコンパレータ１２からの出力信号により小さい
ＯＮデューティ比（導通率）で励磁電流を流す。そし
て、エンジン回転数が増大して発電電圧が増大すれば、
アンド回路の出力は遮断され、スイッチ１０は主として
コンパレータ１２から出力される信号の定デューティ比
で導通率制限される。そしてダイオード１６の温度上昇
によりコンパレータ１２がオフされ、スイッチ１０はコ
ンパレータ１１から出力される信号の可変デューティ比
で断続制御される。

【００３１】また、実施例１では温度が上昇して（５０
℃以上）ホールド回路２０がリセットされた後に、電圧
調整器１の温度が０℃以下になると、再び発電の抑制動
作となったが、この実施例では、ホールド回路２０は０
℃以下での始動でＨｉとなり、５０℃以上になるとＬｏ
になる。そして、温度上昇により１度でもホールド回路
２０がＬｏとなると、トランジスタ２７をＯＦＦし、こ
れにより、トランジスタ１７をＯＮして、再びイグニッ
ションスイッチ４の開放・投入が行なわれるまでダイオ
−ド１６の電圧を強制的にＬｏとして、ホールド回路２
０のリセット状態を継続する。このようにすれば、次の
エンジン始動まで、導通率制限が行われることがない。

【００３２】なお、コンデンサ２６は、イグニッション
スイッチ４をＯＮによりトランジスタ１７がオンしてホ
ールド回路２０がリセットされた後、基準電圧ラインＬ
ｃの基準電圧Ｖｃｃがアップしてトランジスタ２２がオ
ンした時、トランジスタ１７を一時的にオフして、もし
この時、ダイオード１６のアノード電圧Ｖｄが高けれ
ば、ホールド回路２０をセットするためのものである。

【００３３】また、導通率制限状態（発電抑制状態）す
なわちホールド回路２０がＨｉの状態では、バッテリ３
の充電量が減少するので、この導通率制限状態ではホー
ルド回路２０のＨｉ出力によりトランジスタ２１をＯＮ
させて、調整電圧Ｖｋを低下させる。このようにすれ
ば、この発電抑制状態においてコンパレータ１１が出力
する信号のＯＮデューティ比が低下し、これにより、エ
ンジン回転数が上昇した時（すなわち、発電抑制状態で
も必要な負荷電流を供給できる時）に、スイッチ１０の
ＯＮデューティ比が増加し、バッテリ４への充電量がＵ
Ｐし、発電抑制状態でも充電不足が軽減される。

【００３４】また、これまでの実施例はイグニッション
スイッチ４の投入時にトランジスタ２２を導通、トラン
ジスタ１７を遮断させて、温度検出素子（ダイオ−ド）
１６によるホールド回路２０の制御をスタ−トしたが、
このタイミングは発電機２の発電開始時としても良い。
更に、上記実施例では温度検出手段として、ダイオード
を用いたがサーミスタなど他の温度検出手段を用いるこ
ともでき、また、エンジン温度を直接検出してもよいこ
とはもちろんである。

【００３５】なお、ダイオード１６は本発明でいう温度
検出手段を構成し、コンパレータ１９は本発明でいう第
１判定手段を構成し、コンパレータ１２は本発明でいう
導通率制限手段を構成し、コンパレータ１８は本発明で
いう第２判定手段を構成し、クランプトランジスタ１５
または第２実施例のトランジスタは本発明でいう導通率
制限解除手段を構成している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の装置を示すブロック図である。

【図２】図１のダイオード１６の特性を示す図である。

【図３】図１のホールド回路２０を示す回路図である。

【図４】実施例２を示す回路図である。

【符号の説明】

１は電圧調整器、２は車両用発電機、３はバッテリ、４
はイグニッションスイッチ、１０はスイッチ、１１はコ
ンパレータ、１２はコンパレータ（導通率制限手段）、
１６はダイオード（温度検出手段）、１８はコンパレー
タ（第２判定手段）、１９はコンパレータ（第１判定手
段）、１５はクランプトランジスタ（導通率制限解除手
段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−186200（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−23398（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−23399（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−159698（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−148536（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−92232（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−84200（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/24 H02P 9/08 H02P 9/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンにより駆動されてバッテリを充電
   する車両用発電機の励磁電流を断続するスイッチと、 前記バッテリの端子電圧に基づいて前記スイッチを開閉
   する発電電圧調整手段と、 を含んでレギュレータを構成する車両用発電機の出力電
   流制御装置において、 前記レギュレータは、 前記レギュレータの内部温度を検出する温度検出手段
   と、 前記温度検出手段からの信号入力に基づいて前記温度が
   第１レベル以下となったかどうかを判定する第１判定手
   段と、 前記エンジンの始動に際し前記温度が第１レベルになっ
   た場合に前記スイッチの導通率の制限を開始し、かつ、
   前記温度検出手段が検出する前記レギュレータの内部温
   度の低下に連動して前記スイッチの導通率を減少させる
   導通率制限手段と、 前記温度検出手段からの信号入力に基づいて前記温度が
   第１レベルより高い第２レベル以上となったかどうかを
   判定する第２判定手段と、 前記温度が第２レベル以上となった場合に前記スイッチ
   の導通率制限を解除する導通率制限解除手段と、 を備え、 前記導通率制限解除手段は、前記温度が第２レベル以上
   となった場合に次のエンジン始動時まで前記スイッチの
   導通率制限を禁止することを特徴する車両用発電機の出
   力電流制御装置。