JP3681177B2 - 自動車における単数または複数の強力な負荷の消費電力を制御するための回路配置 - Google Patents

Description

この発明は自動車における単数または複数の強力な負荷の消費電力を制御するための回路配置に関する。その他この発明は、自動車における単数または複数の強力な負荷の消費電力制御のための方法にも関する。
自動車において複数の電気負荷で同時にスイッチを入れると、発電機から供給される出力電流は、自動車のすべての負荷の電流消費をカバーするために十分でないことがしばしばある。これは特に、電気負荷のなかに強力な暖房装置がある場合が相当する。完全負荷した発電機から供給される電流が、このような場合に十分でないと、負荷は追加して自動車バッテリーから電流を得るが、これはある時間後にバッテリーの放電にいたる。
自動車バッテリーの放電を防ぐために、分離してスイッチを入れることができる複数の暖房要素をもつ暖房を自動車に取り付けるようになった。個々の暖房要素が個別に自動車の電流供給網に連結されている電気暖房は、例えばDE 35 09 073A1に記載されている。発電機の出力過剰が存在するか否かに応じて、個々の熱抵抗は個別にスイッチを入れまたは切られる。
自動車に取り付けた幾つかの電流消費体のグループの個々の消費体が、発電機の過負荷の際にスイッチを切るようにした回路配置も既知である。
この発明の根底とる課題は、自動車における電気負荷の消費電力の制御のための回路配置を創り出し、強力な負荷の作動の間も自動車バッテリーの放電を防止することにある。
この課題は、請求項１の特徴を備える、自動車における単数または複数の強力な負荷の消費電力の制御のための回路配置によって解決される。この回路配置は、三相交流発電機、三相交流発電機の中に収容された、出力端子を備える発電機出力電圧の調整のための調整器、三相交流発電機によって充電される自動車バッテリー、および制御可能な直流−直流変換器（以下ＤＣ−ＤＣ変換器と称する）を含んでいる。この場合、ＤＣ−ＤＣ変換器は少なくとも、三相交流発電機から供給される入力直流電圧を受け取るための入力接続部、調整器の出力端子にかかる調整器信号を受信するための制御接続部、および出力電圧を強力な負荷に供給するための少なくとも一つの出力接続部を備えている。可変電圧パルス幅をもつこの調整器信号は、有利にもＤＣ−ＤＣ変換器に、その制御入力を通じて供給することができ、ＤＣ−ＤＣ変換器の出力部で調整器信号の電圧パルスのパルス幅に依存する出力電圧を供給する。
請求項１に掲げたこの回路配置は、自動車に取り付けた単数または複数の負荷の消費電力を制御するための、請求項６に掲げた方法の実施を可能にする。この発明によれば変換器の出力電圧は次のように制御される、すなわち
− 調整器の出力接続部にかかる調整器信号のパルス幅が下限値ｗを下回る時、常に変換器の出力電圧の低下が行われ、また
− 調整器の出力接続部にかかる調整器信号のパルス幅が上限値Ｗを上回る時、常に変換器の出力電圧の上昇が行われる。
請求項１に記載の回路配置の有利な構成は、付帯請求項２に記載してある。
この発明の長所は、調整器出力部と励磁コイルの一端にかかる調整器信号が、制御信号として利用できる点にある。すなわち調整器は発電機の出力電圧を連続的に走査し、発電機の出力電圧が上方閾値を越えると、常に励磁電流回路をしゃ断する。したがって調整器の出力部では、高い電圧レベルと低い電圧レベルとの間の電圧が動揺している。発電機の励磁電流回路がしゃ断されている時は常に、高い電圧レベルがかかっている。広いパルス幅は、発電機が十分には負荷されていないことを意味し、また僅かなパルス幅は、発電機が十分負荷されているかまたは過負荷であることを意味する。なぜならば低い電圧レベルは、励磁コイルを通って励磁電流が流れる時、常に調整器出力接続部にかかるためである。
また、このようなＤＣ−ＤＣ変換器は簡単な方法で、カウンターとディジタル−アナログ変換器（以下ＤＡ変換器と称する）とから組み立てることができる。カウンターにより制御信号のパルス幅またはパルス持続時間が捕捉でき、またディジタル値（カウンター表示）の形で得ることができる。このディジタル値はＤＡ変換器によって、カウンター表示に比例する出力電圧に変換することができる。
請求項３に掲げた回路配置は、請求項１に記載されたＤＣ−ＤＣ変換器の代わりに、発電機の固定子コイルから直接供給される交流電圧を出力交流電圧に変換する変換器（以下ＡＣ−ＡＣ変換器と称する）を用いたものである。この出力交流電圧は、調整器出力部にかかる制御信号のパルス幅に比例している。ＡＣ−ＡＣ変換器は、交流電圧で稼働する負荷、あるいは前置した電圧整流器を備える負荷が自動車の中にある場合、常に使用することができる。
請求項４に記載したとおり、請求項３に記載されたＡＣ−ＡＣ変換器は簡単な方法でサイリスタ−ユニットを用いて製造することができ、その場合、制御信号はサイリスターの制御接続部に供給される。必要あればサイリスターユニットに変圧器を後続することができる。制御信号がサイリスターの制御接続部に供給されるため、この制御パルスに依存する出力交流電圧が、ＡＣ−ＡＣ変換器の出力部で得られる。
この発明による回路配置の恐らくもっとも主要な利点を見い出すことができるのは、負荷の消費電力のこの発明による制御により、出力の弱い発電機も自動車に使用することができ、しかもこれは自動車バッテリーの放電にいたることがないことである。
以下添付の図面を用いて二つの実施例を説明する。図面において
第１図はこの発明による回路配置の第１の実施例を示し、この場合、変圧器はＤＣ−ＤＣ変換器であり、
第２図はこの発明による回路配置の第２の実施例を示し、この場合、変圧器はＡＣ−ＡＣ変換器である。
第３図は制御信号の時間的電圧経過を示し、
第４ａ図は変換器の可能な実施パリエーションを、また
第４ｂ図は変換器のその他の可能な実施バリエーションを示す。
第１図に示した回路配置は、三相交流発電機１、変圧器２、自動車バッテリー３および負荷４を含んでいる。
三相交流発電機は、図示されていない固定子上に配置された三つの固定子巻線１１、１２、１３と、発電機１の図示されていない回転子の上に配置されている励磁巻線１４を含んでいる。発電機にはさらに調整器１０が収容されており、これは端子Ｂ＋にかかる発電機出力電圧の調整に用いられる。調整器１０は固定子巻線１１、１２、１３の中へ誘導された交流電圧を走査し、固定子巻線の中の交流電圧が上方閾値を越えると常に、励磁電流回路をしゃ断する。すなわち励磁コイル１４は、調整器出力段のトランジスタが導通する場合にのみアース接続している。調整器出力段のトランジスタのコレクタは、端子ＤＦと連結しており、この端子を以下、調整器の出力端子と呼ぶことにする。
調整器の出力端子ＤＦには方形パルス電圧がかかっており、その時間的経過を第３図に示す。第３図から明らかなように、出力端子ＤＦにある方形電圧パルスのパルス幅ＰＢは時間的に変化する。負荷の少い発電機の場合、端子ＤＦでの電圧のパルス幅は大きく、これは励磁電流回路が比較的長くしゃ断されており、したがって端子ＤＦには高い電圧レベルがかかっているためである。これに反して発電機が十分負荷されているか、過負荷でさえある場合、接続端子ＤＦでの電圧のパルスは、僅かな幅しか有しておらず、これは発電機の励磁電流回路がほとんど閉鎖されているためである。すなわち閉鎖した状態において、調整器の出力段におけるトランジスタは導通しており、その結果、出力端子ＤＦの電圧はアース電位にまで低下する。
出力端子ＤＦでの調整器の調整器出力電圧は、制御信号として用いられ、変圧器２に供給される。変圧器２は制御接続部Ｓと、入力接続部Ｅと、負荷４に連結している出力接続部Ａとを備えるＤＣ−ＤＣ変換器である。ＤＣ−ＤＣ変換器２は、制御接続部Ｓでの制御信号のパルス幅が大きい場合、出力接続部Ａでの出力電圧Ｕａが、入力接続部Ｅでの入力電圧Ｕｅと等しい（またはこれより大きい）ように制御され、また制御信号の．パルス幅が下方限界値ｗを下回る場合、出力電圧Ｕａが入力電圧Ｕｅよりも小さいように制御される。したがって次の関係が生じる：
Ｕａ（ＰＢ）＝ｆ（ＰＢ）
ＰＢ＜ｗの場合 Ｕａ＜Ｕｅ
ＰＢ＞Ｗの場合 Ｕａ＝ＵｅまたはＵａ＞Ｕｅ
上記のように機能するＤＣ−ＤＣ変換器２は、例えばカウンターとＤＡ変換器から組み立てることができ、そのアナログ出力信号は、ＤＣ−ＤＣ変換器２の出力段の制御に用いられる。カウンター表示に対応するディジタル値が高い場合、ＤＡ変換器の出力部に高い電圧レベルをもつアナログ信号がかかるため、ＤＣ−ＤＣ変換器２の出力段での出力電圧は高い。逆の場合、すなわち僅かなパルス幅をもつ調整信号が存在する場合、ＤＣ−ＤＣ変換器の出力段での出力電圧は低下する。
第４ａ図はＤＣ−ＤＣ変換器２の別の実施例バリエーションを示す。ここに描いたＤＣ−ＤＣ変換器は主として、トランジスタ２０（これはバイポーラトランジスタまたは電界効果形トランジスタであってよい）と、ベース抵抗２２とからなっている。この変換器は、トランジスタ２０が調整器１０の方形パルス信号によって駆動される場合、一定した直流電圧を時間できざまれた（クロックした）直流電圧に変換する。
以下この発明の第２の実施例を説明する。第２図からの回路配置における回路要素は、第１図における回路配置からの回路要素と等しく、同じ参照番号を付した。第２図の回路配置が、第１図からの回路配置と主として異なる点は、変圧器として３入力接続部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を備えるＡＣ−ＡＣ変換器５が設けられていること、また電気負荷４の前に整流回路６が設けられていることのみである。ＡＣ−ＡＣ変換器５の入力部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３には、固定子１１、１２、１３の中へ誘導された交流電圧がかかっている。第４ｂ図から明らかなように、変圧器は複数のサイリスター５０ａ，５０ｂ，５０ｃをもつサイリスターユニットを含むことができる。これらのサイリスターは、入力部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３にかかる与えられた電圧の交流電流を、より低い電圧の単数または複数の交流電流へと変換する、交流変換器として用いられる。ＡＣ−ＡＣ変換器５は、変換器５の制御入力部Ｓでの制御信号として利用され調整器信号を、サイリスターの駆動に適した信号に変換するために設けられている回路５２を含んでいる。ＡＣ−ＡＣ変換器の出力部に交流変圧器５４を設けることも考えられる。
調整器１０の出力信号によるサイリスター５０ａ，５０ｂ，５０ｃの作動により、ＡＣ−ＡＣ変換器の出力電圧Ｕｗは、ＤＣ−ＤＣ変換器の出力電圧のように制御することができる。ＡＣ−ＡＣ変換器５の出力電圧には、第１図からの回路配置の記述と関連して上記に述べた関係が適用される。
もとよりＤＣ−ＤＣ変換器とＡＣ−ＡＣ変換器は異なる回路構成要素からも構成することができる。ここに紹介したＤＣ−ＤＣ変換器とＡＣ−ＡＣ変換器の回路構造は、多数の実施例バリエーションの唯一つの可能な実施例バリエーションにすぎない。
最後に自動車に収容された負荷の消費電力の制御のための方法を、第３図を用いて説明する。変圧器２または５の制御接続部Ｓにかかる可能な調整器信号の時間的経過を第３図に示す。既述のようにパルス幅ＰＢは三相交流発電機１の負荷の基準となる。大きいパルス幅ＰＢは、発電機の僅かな利用を推測させ、僅かなパルス幅ＰＢは発電機１の高い利用の負荷または過負荷を推測させる。制御電圧の方形パルスのパルス幅が、例えば時点ｔ₁の場合のように、下限ｗを下回ると、変圧器２または５の出力電圧は低下し、変圧器に接続する電気負荷４の消費電力を減少させる。このことはまた、制御電圧の方形パルスのパルス幅が上昇するにいたる。第３図から明らかなように、パルス幅ＰＢは後の時点ｔ₂ですでに、以前の時点ｔ₁の時よりもはるかに大きい。
パルス幅は例えば時点ｔ₂において、上方限界値Ｗよりも大きい。パルス幅ＰＢが上方限界値Ｗよりも大きい場合、変圧器２または５の出力電圧は上昇する。変圧器の出力電圧の上昇と低下により、負荷の消費電力が上向きに制限されており、発電機の過負荷が生じないことが保証される。

Claims (6)

1. 自動車における単数または強力な電気負荷（４）の消費電力のための回路配置であって、回路配置が
   − 三相交流発電機（１）、
   − 出力端子（ＤＦ）を備える発電機出力電圧の調整のための、三相交流発電機の中に収容された調整器（１０）、
   − 三相交流発電機（１）によって充電できる自動車バッテリー（３）、および
   − 制御可能なＤＣ−ＤＣ変換器（２）を備えており、このＤＣ−ＤＣ変換器が
   ａ）三相交流発電機（１）から供給される入力直流電圧（Ｕｅ）を受取るための入力接続部（Ｅ）を備え、
   ｂ）調整器（１０）の出力端子（ＤＦ）にかかる可変パルス幅（ＰＢ）を有する方形信号の調整器信号（Ｕｓ）を受信するための制御接続部（Ｓ）を備え、
   ｃ）出力電圧（Ｕａ）を強力な電気負荷（４）に供給するための少なくとも一つの出力接続部（Ａ）を備え、
   ｄ）主として、パルス幅（ＰＢ）またはパルス持続時間の補足のためのカウンター、およびＤＡ変換器を含んでおり、カウンターから供給されるディジタル値に比例する出力電圧（Ｕａ（ＰＢ））を供給する。
2. ＤＣ−ＤＣ変換器（２）が、そのベースに調整器信号（Ｕｓ）がかかっているトランジスタ（２０）によって入力部（Ｅ）の直流電圧を、クロック直流電圧に変換し、これを出力接続部（Ａ）で出力する請求項１に記載の回路配置。
3. 自動車における単数または複数の強力な電気負荷（４）の消費電力のための回路配置であって、回路配置が
   − 三相交流発電機（１）、
   − 出力端子（ＤＦ）を備える発電機出力電圧の調整のための、三相交流発電機の中に収容された調整器（１０）、
   − 三相交流発電機（１）によって充電できる自動車バッテリー（３）、および
   − 制御可能なＡＣ−ＡＣ変換器（２）を備えており、このＡＣ−ＡＣ変換器が
   ａ）三相交流発電機（１）の固定子コイル（１１，１２，１３）で誘導された交流電圧を入力電圧（Ｕｅ）として受取るための入力接続部（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）を備え、
   ｂ）調整器（１０）の出力端子（ＤＦ）にかかる可変パルス幅（ＰＢ）を有する方形信号の調整器信号（Ｕｓ）を受信するための制御接続部（Ｓ）を備え、
   ｃ）出力電圧（Ｕａ）を強力な電気負荷（４）に供給するための少なくとも一つの出力接続部（Ａ）を備え、
   ｄ）前記パルス幅に依存する出力交流電圧（Ｕｗ（ＰＢ））を供給する。
4. ＡＣ−ＡＣ変換器（５）が複数のサイリスター（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ）を含んでおり、これらがその制御接続部をつうじて調整器信号によって制御される、請求項３に記載の回路配置。
5. ＡＣ−ＡＣ変換器（５）の出力制御部が、電気負荷（４）の前に接続した整流回路（６）の入力部と連結している、請求項３に記載の回路配置。
6. 自動車における単数または複数の強力な電気負荷の消費電力制御のための方法であって、この方法は請求項１または３に記載した回路配置を用いて実施され
   − 調整器の出力端子（ＤＦ）にかかる調整器信号（Ｕｓ）のパルス幅（ＰＢ）が下方限界値（ｗ）を下回る時、変換器（２；５）の出力電圧が低下し、また
   − 調整器信号（Ｕｓ）のパルス幅（ＰＢ）が上方限界値（Ｗ）を超える時、変換器の出力電圧が上昇する。

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