JP3574146B2 - 車両用交流発電機の制御装置 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は車両用交流発電機の制御装置に関するものである。
背景技術
図３は例えば例えば実願昭64−34900号公報に開示された車両用交流発電機の制御装置の構成を示す回路図である。
この回路図に従って従来装置の動作について説明する。
エンジンの始動に際して、キースイツチ８が閉じられると、蓄電池７から、キースイツチ８、逆流防止ダイオード11、初期励磁用抵抗12、パワートランジスタ308のベース抵抗309を介してパワートランジスタ308にベース電流が流れ、パワートラジスタ308は導通する。
パワートランジスタ308が導通すると、界磁電流が蓄電池７からキースイッチ８、逆流防止ダイオード11、初期励磁用抵抗12、界磁コイル102、パワートランジスタ308を介して界磁コイル102に流れ、発電機１は発電可能な状態となる。
次にエンジンの始動により、発電機１が回転駆動され発電を開始すると、電圧調整器３は発電機１の発生電圧を分圧抵抗301、302で分圧した分圧電圧と、定電圧源Ａによる定電圧を分圧抵抗303、304で分圧した基準電圧とを比較器305で比較する。発電機１の発生電圧を分圧抵抗301、302で分圧した分圧電圧が、定電圧源Ａの電圧を分圧抵抗303、304で分圧して設定した基準電圧値以下となると、比較器305は遮断状態から導通状態となり、トランジスタ306は導通から遮断となる。
パワートランジスタ308が導通して界磁コイル102に界磁電流を流そうとするが、比較器305が導通状態であるため、平滑回路４により平滑された電圧は、コンデンサ404から抵抗405への放電電圧となる。
しかし、コンデンサ404と抵抗405からなる放電時定数は大きく、比較器601の出力は、三角波発生器５からの三角波と平滑回路４の放電電圧との比較により発電機１の発生電圧が所定値に達するまでは一定の周期で導通、遮断の断続動作を行なう。
この結果、トランジスタ602は比較器601の出力に応じて断続し、パワートランジスタ308は所定のデュティ比で断続となり界磁コイル102に流れる界磁電流を制御し、発電機１の出力電流の発生を遅らせている。
発電機１の出力電流がスイッチ10により通電された車両の電気負荷９相当の電流に達して発電機１の発生電圧が所定値に達した時には、比較器601の出力は、発電機１の出力電流に必要な界磁電流を断続制御する導通・遮断のデューティ比となる。
そして、トランジスタ602は比較器601の出力に応じて断続することでパワートランジスタ308を制御し界磁コイル102に流れる界磁電流を制御して発電機１の発生電圧を所定値に調整する。
このように従来装置の場合は、平滑回路４におけるコンデンサ404の充電用抵抗402を小さく、又、放電用抵抗405を大きくすることで、充電時定数は短く（例えば0.5秒以下）、放電時定数は長く（例えば0.5秒以上を）設定しており、通常は比較器601の出力と電圧検出回路を構成する比較器305の出力は、ほぼ等価な動作となっている。
図４はスイッチ10のONにより車両用電気負荷（例えばヘッドライト）をONした場合の発電機出力電圧波形、および放電特性に沿ったパワートランジスタ308の導通率変化を示す。
上記のような従来装置の場合は、平滑回路の充電時定数が短く、放電時定数は長く設定されておりその各時定数は常に固定である。そのため、パワートランジスタ308の導通率は、電気負荷９をONした時に放電時定数の長さに応じて漸増し一定時間後に所定の導通率となる。依って、発電機出力電圧は、電気負荷９がONした時に一時的にΔV1落ち込み、その後、パワートランジスタ308の導通率に合わせて漸増して行く。
この従来装置は、発電機を駆動するエンジンがアイドリングの場合は、発電機出力を漸増させることで、エンジン回転数の落ち込みを減少する効果はあるが、エンジン出力に余裕のある高速回転時にも同様の漸増動作となるため、常に電気負荷をONする毎に電圧が落ち込み、インパネランプ、ルームランプなどの既投入負荷に明暗現象が生じてドライバーに不快感を与える問題点があった。
発明の開示
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、エンジンの低速回転時にフィールドデューティ（界磁電流のデューティ比）の漸増時間を長くして電気負荷ON時のエンジン回転数の落ち込みを低減し、エンジンの高速回転時にフィールドデューティ（界磁電流のデューティ比）の漸増時間を短くして電気負荷ON時の発電機出力電圧の落ち込みを低減することができる車両用交流発電機の制御装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の制御装置の構成図である。
図２（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態における発電機出力電圧とパワートランジスタ電通率との関係を示した特性図である。
図３は従来の車両用交流発電機の制御装置の構成図である。
図４は従来装置における発電機出力電圧とパワートランジスタ導通率との関係を示した特性図である。
発明を実施するための最良の形態
図１は本実施の形態に係る車両交流発電機の制御装置の構成図である。尚、図中、図３と同一符号は同一、または相当部分を示す。図２（ａ）はエンジンアイドリング時における発電機出力電圧とパワートランジスタ導通率との関係を示した特性図、同図（ｂ）はエンジン中速回転時における発電機出力電圧とパワートランジスタ導通率との関係を示した特性図、同図（ｂ）はエンジン高速回転時における発電機出力電圧とパワートランジスタ導通率との関係を示した特性図である。
図１において、13は回転速度検出手段を構成するＦ−Ｖ変換器であり、このＦ−Ｖ変換器13は電機子コイル101に発生した交流発電電圧の周波数より発電機１の回転周波数を検出し、その回転周波数（Ｆ）をDC電圧（Ｖ）に変換する。この変換されたDC電圧（Ｖ）は回転周波数（Ｆ）に比例して大きな値となる。
407は定電流回路を構成するNPNトランジスタであり、このNPNトランジスタ407のエミッタは装置のグランドに接続され、コレクタとベースはＦ−Ｖ変換器13の電圧出力端子に電流制限抵抗408を通して共通接続されている。
また、本実施の形態における平滑回路4Aはコンデンサ404に対し、放電抵抗405に代えてPNPトランジスタ406のコレクタ、エミッタを並列接続し、ベースをNPNトランジスタ407のベースに接続している。
次に、本実施の形態の動作を上記図１及び図２を参照して説明する。
先ず、エンジンアイドリング時のようにエンジン回転数が低い場合に、スイッチ10のONにより電気負荷９が投入されると、エンジン回転数の落ち込みを低減する様にパワートランジスタの導通率を調整してフィールドデューティの漸増時間を長くするようにする。
そのために、Ｆ−Ｖ変換器13はエンジンアイドリング時における発電機１の回転周波数を検出すると、回転周波数をDC電圧に変換し、抵抗408を通して定電流回路を構成するトランジスタ407のベースに出力する。
トランジスタ407は抵抗408と変換電圧値等で決まる定電流を平滑回路4Aを構成するトランジスタ406のベースに流す。
トランジスタ406のベースに電流が流れると、コンデンサ404の充電電荷がコレクタ電流として放出され、比較器601の反転入力端子に放電電圧が印加される。この時、コレクタに流れる電流は小さく放電電圧の立ち上がりが緩やかであるため、放電時定数は大きなものと見なされる。
トランジスタ602は、平滑回路４からの放電電圧と三角波発生器５の三角波との比較により、発電機１の出力電圧が所定値に達するまではON/OFFデューティ比を徐々に増やしながら周期的に導通、遮断の断続動作を行なう。
この結果、パワートラジスタ308はトランジスタ602の断続動作に合わせたデューティ比で断続動作する。界磁コイル102に流れる界磁電流はパワートランジスタ308により断続制御されことで、発電機１の出力電圧は放電時定数で決まる放電特性に沿って緩やかに漸増して所定値になることでエンジン回転の落ち込みを低減できる。
また、同図（ｂ）に示す様に、エンジンが始動を開始して所定時間後にエンジン回転速度が中速に至った時点で電気負荷９が投入されると、Ｆ−Ｖ変換器13はエンジンアイドリング時より大きな変換電圧を定電流回路に入力してエンジン中速回転におけるベース電流をトランジスタ406のベースに流す
トランジスタ406はアイドリング時より大きなベース電流が流れるため、コンデンサ404に充電された電荷の放出は速くなり放電電圧の時間変化率はアイドリング時より大きなる。従って、放電時定数はアイドリング時より小さなものと見なされる。
トランジスタ602は、平滑回路４からの放電電圧と三角波発生器５の三角波との比較により、発電機１の出力電圧が所定値に達するまではON/OFFデューティ比をアイドリング時より速い時間で徐々に増やしながら周期的に導通、遮断の断続動作を行なう。
この結果、パワートランジスタ308はトランジスタ602の断続動作に合わせたデューティ比で断続動作する。界磁コイル102に流れる界磁電流はパワートランジスタ308により断続制御されることで、発電機１の出力電圧は放電時定数で決まる放電特性に沿って漸増し所定値になることで発電機出力電圧の落ち込みを低減できる。
更に、同図（ｃ）に示す様に、エンジンが始動を開始して所定時間後にエンジン回転速度が高速に至った時点で電気負荷９が投入されると、Ｆ−Ｖ変換器13はエンジン中速時より大きな変換電圧を定電流回路に入力してエンジンの高速回転時における定電流をトランジスタ406のベースに流す
トランジスタ406のベースにはエンジン中速回転時より大きな定電流が流れるため、コンデンサ404に充電された電荷は急速に放出され放電電圧の時間変化率はエンジン中速回転時より大きなる。従って、放電時定数はエンジン中速回転時より小さなものと見なされる。
トランジスタ602は、平滑回路４からの放電電圧と三角波発生器５の三角波との比較により、発電機１の出力電圧が所定値に達するまではON/OFFデューティ比を急速に増やしながら周期的に導通、遮断の断続動作を行なう。
この結果、パワートランジスタ308はトランジスタ602の断続動作に合わせたデューティ比で断続動作する。界磁コイル102に流れる界磁電流はパワートランジスタ308により断続制御されることで、発電機１の出力電圧は放電時定数で決まる放電特性に沿って急速に漸増し所定値になることで発電機出力電圧の落ち込みをエンジンの中速回転時に比べより低減できる。
産業上の利用の可能性
この発明はエンジンの回転数に伴う発電機の回転速度に応じて発電機出力電圧の漸増増加率を増加させて、エンジン低速時には発電機出力電圧の漸増時間を長くしてエンジン回転の落ち込みを低減させ、エンジン高速時には発電機出力電圧の漸増時間を短くして発電機出力電圧の落ち込みを低減させる。

Claims (4)

1. 界磁コイルに流す界磁電流の操作量によりその出力電圧を調整する交流発電機と、前記界磁コイルに流す界磁電流を所定のデューティー比で断続制御するスイッチング素子と、前記交流発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、検出された出力電圧に応じて前記デューティー比を漸増させ導通率を徐々に増加させる漸増制御手段を備えた制御装置において、前記交流発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段とを備え、前記漸増制御手段は前記回転速度検出手段により検出された回転速度の上昇に伴って前記デューティー比の漸増増加率を増加させるものであり、電圧検出手段による検出電圧を平滑すると共に回転速度検出手段によって検出された回転速度の上昇に伴って放電時定数を減少させる平滑回路と、この平滑回路より出力された放電電圧との比較対象となる三角波を発生する三角波発生手段と、前記放電電圧と前記三角波とを比較してスイッチング素子の断続制御信号を出力する比較手段とを備えたことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
2. 回転速度検出手段は、交流発電機の発電出力電圧の周波数を検出し、その周波数を電圧変換して回転速度とする周波数−電圧変換器で構成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の制御装置。
3. 平滑回路は、回転速度の上昇に伴って電流値が増加する定電流回路と平滑コンデンサより構成され、この平滑コンデンサの放電竃圧の漸増増加率は前記電流値の上昇により増加することを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の制御装置。
4. 平滑回路の充電または放電時定数は0.5秒以上であることを特徴とする請求項３に記載の車両用交流発電機の制御装置。

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