JP3897832B2 - 車両用電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平３- １４３３００号公報には、イグニッションスイッチがスタート位置に操作されてから一定時間の間だけ充電カット信号を出力する時間設定手段と、この時間設定手段が充電カット信号を出力している間だけオルタネータの発電機能を休止させる発電機能休止手段とを有するオルタネータの制御装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術は、以下に示す課題がある。
エンジン始動時において励磁電流が遮断されるので、低温環境時（バッテリの起電力が低下する）や過放電時、スタータのクランキング力が低下し、エンジン始動性が悪化する。
充電カット信号の送出が終了すると直ちにオルタネータを発電開始させる構成であるのでエンジン負荷が急増し、低温環境であると、エンジン始動性が低下する。
【０００４】
水温センサと、検出水温に基づいて充電カット信号を出力する時間を決定するＥＣＵと、スタータスイッチや水温センサとＥＣＵとを接続する接続線とが必要である。この為、製造コストがかかるとともに、信頼性が低い（システムが複雑になる為）。
【０００５】
本発明の第１の目的は、エンジン始動性（特に低温時）に優れた車両用電源装置の提供にある。
本発明の第２の目的は、エンジン始動性（特に低温時）に優れるとともに、発電機内に発電制御器を内蔵可能な車両用電源装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為、本発明は、以下の構成を採用した。
（１）エンジンによって駆動されて発電し、バッテリを充電するオルタネータと、電流制御手段によりフィールド電流を設定して前記オルタネータの発電量を制御する発電制御器とを有する車両用電源装置において、前記発電制御器は、エンジンの完爆を検知する完爆検知手段と、完爆が検知されるまで前記オルタネータが前記バッテリへの充電電流を停止する様に、前記フィールド電流を停止若しくは小さく設定する発電カット手段と、完爆が検知されると前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、前記フィールド電流を徐々に増大させていく徐励手段と、前記完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検知したことを報知する報知回路とを有する。
【０００７】
（２）上記(1) の構成を有し、前記完爆検知手段は、エンジン回転数に対応する信号に基づいて完爆を検知するとともに、クランキング回転時における前記信号より大きくアイドル回転時における前記信号より小さい値に完爆検知レベルを設定し、前記発電カット手段は、完爆が検知されるまで前記電流制御手段の導通量を前記オルタネータの前記バッテリへの充電電流がゼロとなる設定値に設定し、前記徐励手段は、完爆が検知されると前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく。
【０００８】
（３）上記(1) の構成を有し、前記完爆検知手段は、ステータコイルの一端の電位に基づいて完爆を検知するとともに、クランキング回転時の電位より高く、アイドル回転時の電位より低い値に完爆検知レベルを設定し、前記発電カット手段は、完爆が検知されるまで前記電流制御手段の導通量を前記オルタネータの前記バッテリへの充電電流がゼロとなる設定値に設定し、前記徐励手段は、完爆が検知されると前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく。
【０００９】
（４）上記（１）の構成を有し、前記除励手段は、前記完爆検知手段によって完爆が検知されると前記電流制御手段により設定されていた設定値より所定量（＋α）大きい値から、前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、前記フィールド電流を徐々に増大させていく。
（５）上記（１）から（４）のいずれかの構成を有し、前記報知回路は、完爆検知後の前記オルタネータ内の信号に基づいて前記エンジンの完爆状態を報知する。
（６）上記（１）から（５）のいずれかの構成を有し、抵抗とコンデンサとを有し、前記電流制御手段が導通しているときに前記コンデンサの充電電圧は前記抵抗を介して放電され、前記電流制御手段が遮断しているときに前記コンデンサは前記抵抗を介して充電されて前記充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換するデューティ検出回路を更に備えるとともに、前記除励手段は前記デューティ検出回路の前記コンデンサの充電電圧を検出する。
（７）エンジンによって駆動されて発電し、バッテリを充電するオルタネータと、電流制御手段によりフィールド電流を設定して前記オルタネータの発電量を制御する発電制御器とを有する車両用電源装置において、前記発電制御器は、前記オルタネータに巻装されたステータコイルの反中性点側に発生されるエンジン回転数に対応する信号に基づいてエンジンの完爆を検知する完爆検知手段と、完爆が検知されるまで、前記オルタネータが前記バッテリへの充電電流を停止するように前記電流制御手段の導通量を低い設定値に設定する発電カット手段と、前記完爆検知手段によって完爆が検知されると、前記電流制御手段により設定されていた設定値より所定量（＋α）大きい値から前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、前記フィールド電流を徐々に増大させていく除励手段とを有する。
（８）上記（７）の構成を有し、抵抗とコンデンサとを有し、前記電流制御手段が導通しているときに前記コンデンサの充電電圧は前記抵抗を介して放電され、前記電流制御手段が遮断しているときに前記コンデンサは前記抵抗を介して充電されて前記充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換するデューティ検出回路を更に備えるとともに、前記徐励手段は前記デューティ検出回路の前記コンデンサの充電電圧を検出する。
（９）上記（７）または（８）の構成を有し、前記完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検知したことを報知する報知手段を更に備える。
【００１０】
【作用及び発明の効果】
〔請求項１について〕
（作用）
発電カット手段は、完爆が検知されるまでオルタネータがバッテリへの充電電流を停止する様に、フィールド電流を停止若しくは小さく設定する。
エンジンが完爆すると完爆検知手段がエンジンの完爆を検知する。
除励手段は、完爆が検知されると、オルタネータを発電開始させるべく、電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、フィールド電流を徐々に増大させていく。
報知回路は、完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検知したことを報知する。
【００１１】
（効果）
完爆が検知されるまで発電カット手段がオルタネータによるバッテリへの充電電流を停止させているのでクランキング力が損なわれず、概ねエンジン始動の為に使う事ができる。
完爆検知後は、除励手段がオルタネータを発電開始させるとともに、フィールド電流を徐々に増大させていく。これにより、エンジン負荷が急激に増加せず、エンジン回転数をスムーズに立ち上がらせる事ができる。
この為、車両用電源装置は、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
エンジンが自力で廻り出した時点を報知回路により知らせることができる。
【００１２】
〔請求項２について〕
（作用）
完爆検知手段は、エンジン回転数に対応する信号に基づいて完爆を検知するとともに、クランキング回転時における信号より大きく、アイドル回転時における信号より小さい値に完爆検知レベルを設定する。尚、信号は、例えば、Ｐ端子（ステータコイルの反中性点側）に発生する出力の、電圧や周波数が利用できる。
発電カット手段は、完爆が検知されるまで電流制御手段の導通量をオルタネータのバッテリへの充電電流がゼロとなる低い設定値に設定する。
【００１３】
信号が完爆検知レベルに達すると、完爆検知手段はエンジンが完爆したと検知する。
完爆検知手段がエンジンの完爆を検知すると、徐励手段が電流制御手段の導通量を徐々に増大させていき、発電可能な状態とする。
【００１４】
（効果）
完爆が検知されるまで発電カット手段が、電流制御手段の導通量をオルタネータのバッテリへの充電電流がゼロとなる低い設定値に設定しているので、クランキング力が損なわれず、概ねエンジン始動の為に使う事ができる。
完爆検知後は、電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく。これにより、始動途中のエンジンの負荷を急激に増加させる事無く、エンジン回転数をスムーズに立ち上がらせる事ができる。又、完爆直後（バッテリは、スタータの作動により完爆直後は過放電状態である）にバッテリを充分充電する（点火系が安定、バッテリが劣化し難い）事ができる。
この為、車両用電源装置は、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
【００１５】
〔請求項３について〕
（作用）
完爆検知手段は、ステータコイルの一端の電位に基づいて完爆を検知するとともに、低温環境における最大クランキング回転時の電位より高く、アイドル回転時の電位より低い値に完爆検知レベルを設定する。
発電カット手段は、完爆が検知されるまで電流制御手段の導通量をオルタネータのバッテリへの充電電流がゼロとなる低い設定値（但し、クランキングによりステータコイルの一端の電位上昇が得られる値）に設定する。
電位が完爆検知レベルに達すると、完爆検知手段はエンジンが完爆したと検知する。
完爆検知手段がエンジンの完爆を検知すると、徐励手段が電流制御手段の導通量を徐々に増大させていき、発電可能な状態とする。
【００１６】
（効果）
完爆が検知されるまで発電カット手段が、電流制御手段の導通量をオルタネータのバッテリへの充電電流がゼロとなる低い設定値に設定しているので、クランキング力が損なわれず、概ねエンジン始動の為に使う事ができる。
完爆検知後は、電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく。これにより、始動途中のエンジンの負荷を急激に増加させる事無く、エンジン回転数をスムーズに立ち上がらせる事ができる。又、完爆直後（バッテリは、スタータの作動により完爆直後は過放電状態である）にバッテリを充分充電する（点火系が安定、バッテリが劣化し難い）事ができる。
この為、車両用電源装置は、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
【００１７】
ステータコイルの一端の電位に基づいて完爆検知手段が完爆を検知する構成であるので、外部部材（水温センサ、ＩＧスイッチ、点火プラグ等）からの出力信号に基づいて完爆を検知するマイクロコンピュターや出力信号を伝える信号線が不要である。
よって、外部センサに接続する信号線が不要であるとともに、発電機内に発電制御器を内蔵する事ができ、且つ信号線も不要である。
【００１８】
〔請求項４について〕
（作用）
除励手段は、完爆検知手段によって完爆が検知されると電流制御手段により設定されていた設定値より所定量（＋α）大きい値から、電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、フィールド電流を徐々に増大させていく。
【００１９】
（効果）
完爆検知後、エンジン負荷が急激に増加ぜず、エンジン回転数がスムーズに立ち上がって行く。
〔請求項５について〕
（作用、効果）
報知回路は、完爆検知後のオルタネータ内の信号に基づいてエンジンの完爆状態を報知する。これにより、エンジンの完爆状態を検出する事ができ、エンジンが自力で廻り出した時点を知らせることができる。
〔請求項６について〕
（作用、効果）
デューティ検出回路は、抵抗とコンデンサとを有し、電流制御手段が導通しているときにコンデンサの充電電圧は抵抗を介して放電され、電流制御手段が遮断しているときにコンデンサは抵抗を介して充電されて充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換する。除励手段は、デューティ検出回路のコンデンサの充電電圧を検出する。〔請求項７について〕
（作用、効果）
発電制御器は、完爆検知手段と、発電カット手段と、除励手段とを有する。
完爆検知手段は、オルタネータに巻装されたステータコイルの反中性点側に発生されるエンジン回転数に対応する信号に基づいてエンジンの完爆を検知する。
発電カット手段は、完爆が検知されるまで、オルタネータがバッテリへの充電電流を停止するように電流制御手段の導通量を低い設定値に設定する。これにより、エンジン負荷を軽減することができる。
除励手段は、完爆検知手段によって完爆が検知されると、電流制御手段により設定されていた設定値より所定量（＋α）大きい値から電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、フィールド電流を徐々に増大させていく。なお、電流制御手段の導通量を所定量（＋α）大きい値にした時点でオルタネータが発電を開始する。
これにより、始動途中のエンジンの負荷が急激に増加する事無く、エンジン回転数はスムーズに立ち上がって行く。
〔請求項８について〕
（作用、効果）
デューティ検出回路は、抵抗とコンデンサとを有し、電流制御手段が導通しているときにコンデンサの充電電圧は抵抗を介して放電され、電流制御手段が遮断しているときにコンデンサは抵抗を介して充電されて充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換する。徐励手段は、デューティ検出回路のコンデンサの充電電圧を検出する。
〔請求項９について〕
（作用、効果）
報知手段は、完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検知したことを報知する。これにより、エンジンが自力で廻り出した時点を知らせることができる。
【００２０】
【実施例】
本発明の第１実施例を、図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示す様に、車両用発電機Ａは、エンジンにより駆動されるオルタネータ１と、オルタネータ１のケーシング内に組み込まれる発電制御器２とにより構成される。
オルタネータ１は、三相発電機であり、ロータにはフィールドコイル１１が巻装され、ステータコアには、三相のステータコイル１２、１３、１４が巻装されている。
【００２１】
発電制御器２は、判別回路２１と、駆動回路２２と、電流制御手段を構成するトランジスタ２３と、フライホイールダイオード２４と、エンジンの完爆を検知する完爆検知回路２５と、初期励磁制御と全励磁制御とを切り替える切替回路２６と、デューティ検出回路２７と、デューティを徐々に増大させていく為の徐励回路２８と、ＮＯＲ回路２９とを備える。
【００２２】
図３に示す様に、判別回路２１は、Ｂ端子電圧（“Ｂ”端子- “Ｅ”端子間の電圧）を分圧する分圧抵抗２１１、２１２と、分圧電圧Ｖｂと基準電圧Ｖａとを比較し、分圧電圧Ｖｂ＜基準電圧Ｖａの時（減電圧時）、出力２１４がＬｏとなる比較器２１３とにより構成され、発電必要時を判別する。
【００２３】
駆動回路２２は、抵抗２２１によりトランジスタ２３を駆動する為のバイアスを付与する。
完爆検知回路２５は、Ｐ端子電圧ＶＰ（“Ｐ”端子- “Ｅ”端子間の電圧）を分圧する分圧抵抗２５１、２５２と、逆流を防止するダイオード２５３と、分圧電圧Ｖｄ’を充電するコンデンサ２５４と、Ｐ端子電圧ＶＰに追従する為に、コンデンサ２５４の端子電圧を放電する定電流源２５５と、端子電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｃとを比較し、端子電圧Ｖｄ≧基準電圧Ｖｃになると出力２５７がＨｉ（完爆検知）になる比較器２５６とにより構成される。
【００２４】
尚、図２の完爆回転数Ｎｒ（図４のａ点；Ｖｄ＝Ｖｃ）は、寒冷時における最大クランキング回転数（２００〜３００ｒｐｍ）よりも高く、アイドル回転数よりも低い値に設定される。理由は、スタータによってエンジンがクランキングされている間は、エンジンが完爆しておらず、エンジンが一旦完爆すると、アイドル回転数以下に低下する事は無い為である。
【００２５】
切替回路２６は、初期励磁用の発振器２６１と、ＮＯＲ回路２６２とにより構成される。そして、完爆検知回路２５の出力２５７がＬｏの時（クランキング中）は、発振器２６１の反転波形を出力する。又、出力２５７がＨｉ（完爆検知）の場合は、出力２６３は常にＬｏとなる。
【００２６】
デューティ検出回路２７は、抵抗２７１とコンデンサ２７２とにより構成され、以下に示す原理に基づき、トランジスタ２３の平均デューティを電圧の変化に変換して検出する。
【００２７】
トランジスタ２３が導通している時は、Ｆ端子電圧（“Ｆ”端子- “Ｅ”端子間の電圧）は、低レベルとなるので、コンデンサ２７２の充電電圧は、抵抗２７１を介して放電する。又、トランジスタ２３が遮断している時は、Ｆ端子電圧は高レベルとなり、コンデンサ２７２は、抵抗２７１を介して充電される。
【００２８】
徐励回路２８は、鋸波発振器２８１と、オペアンプ２８２と、＋α回路を構成する抵抗２８３及び定電流回路２８４と、比較器２８５とにより構成される。
オペアンプ２８２は、電圧ホロワ接続して入力側を高インピーダンスにしており、コンデンサ２７２の充電電圧を検出する。
【００２９】
＋α回路は、オペアンプ２８２の出力を降圧してデューティレベルを＋αする為の回路である。
比較器２８５は、＋α回路により降圧された信号Ｖｆと、鋸波信号Ｖｅとを比較し、Ｖｆ＜Ｖｅが成立する期間、出力がＬｏとなり、信号Ｖｆ＞鋸波信号Ｖｅが成立する期間、出力２８６がＨｉとなる。
上記の回路構成により、完爆検知（図２の経過時間ｔ2 ）後、信号Ｖｆ＜鋸波信号Ｖｅが成立する期間が長くなっていき、トランジスタ２３のデューティは徐々に増加していく。
尚、＋αを作るのに、信号Ｖｆに降圧回路を付加して構成するかわりに、基準の鋸波に昇圧回路を付加しても良い。
【００３０】
ＮＯＲ回路２９は、判別回路２１の出力２１４と、切替回路２６の出力２６３と、比較器２８５の出力２８６とが入力され、全ての出力（出力２１４、２６３、２８６）がＬｏとなる期間、出力２９１がＨｉとなり、出力２９１がＨｉの期間、トランジスタ２３が導通する。
【００３１】
つぎに、車両用発電機Ａの作動を図２に示す波形図に基づいて説明する。
経過時間ｔ0 でスタータを始動すると、スタータによりエンジンがクランキングされエンジン回転数Ｎｅは、図２（ｂ）の(1) に示す様に上昇して行く。尚、スタータの作動によりＢ端子電圧が低下｛図２の（ａ）；分圧電圧Ｖｂ＜基準電圧Ｖａ｝するので、判別回路２１の出力２１４はＬｏになる。
【００３２】
切替回路２６は、ＮＯＲ回路２９に発振器２６１の反転信号を出力する。
クランキング中（ｔ0 〜ｔ1 ）は、クランキングにより、Ｐ端子電圧ＶＰは上昇して行くが、トランジスタ２３は１５％の低デューティ（請求項２、３の第１設定値）で駆動され、オルタネータ１は発電停止（バッテリへ充電電流を供給しない内部発電）しているので｛出力電流ゼロ、図２の（ｅ）の(4) 参照｝端子電圧Ｖｄは基準電圧Ｖｃ未満であり、完爆検知回路２５の出力２５７はＬｏである。クランキング中、発電停止を行っているのでエンジンに掛かる負荷の軽減が図れる。又、Ｐ端子電圧ＶＰは、図２（ｃ）の(3) に示す様に緩やかに上昇して行く。
尚、完爆検知の為、１５％程度のデューティは必要である。
【００３３】
エンジンが経過時点ｔ1 で完爆し、図２（ｂ）の(5) に示す様に、エンジン回転数Ｎｅが急激に上昇する事により、Ｐ端子電圧ＶＰが図２（ｃ）の(6) に示す様に端子電圧Ｖｄ≧基準電圧Ｖｃになると、完爆検知回路２５の出力２５７がＨ
ｉとなり、完爆検知が成され、切替回路２６の出力２６３はＬｏに固定される。
【００３４】
これにより、経過時点ｔ2 で、トランジスタ２３のデューティが＋α（５％）だけ上昇し（請求項２、３の第２設定値）、図２（ｅ）に示す様にオルタネータ１が発電を開始し、これに伴って、Ｐ端子電圧ＶＰは、図２（ｃ）の(8) に示す様に変化し、トランジスタ２３のデューティは徐々に増加していき（７．５秒で１００％）、図２（ｅ）の(10)に示す様にデューティ増加に対応してオルタネータ１の出力電流も上昇していく。これにより、エンジン負荷が急激に増加せず、エンジン回転数がスムーズに立ち上がって行く。尚、＋αは例えば５％〜１０％の範囲、又、徐励時間は例えば５秒〜１０秒の間で適宜決めれば良い。
【００３５】
トランジスタ２３のデューティが１００％に達するとオルタネータ１の発電量、及びＰ端子電圧ＶＰが飽和する。
そして、バッテリ３が完全充電され、分圧電圧Ｖｂ≧基準電圧Ｖａになると出力２１４がＨｉとなり、トランジスタ２３のデューティがゼロとなってオルタネータ１の発電が停止する。
【００３６】
つぎに、本実施例の利点を述べる。
〔ア〕Ｐ端子電圧ＶＰが上昇中で、端子電圧Ｖｄ＜基準電圧Ｖｃの間は、トランジスタ２３を１５％の低デューティ（第１設定値）で駆動してオルタネータ１が外部発電しない様にしている（完爆回転数Ｎｒ到達時を閾値ａで検出する為、１５％程度必要）ので、エンジン負荷が軽減できる。
【００３７】
端子電圧Ｖｄ≧基準電圧Ｖｃになると、トランジスタ２３のデューティを＋α、即ち５％だけ上昇させ、２０％（第２設定値）とするとともに、上昇後、デューティを、例えば７．５秒で１００％となる様に徐々に増大させていく構成である。これにより、始動途中のエンジンの負荷が急激に増加する事無く、エンジン回転数はスムーズに立ち上がっていく。
故に、車両用発電機Ａは、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
【００３８】
尚、ＩＧスイッチオン直後に発電停止させる為、２５％程度のデューティ制御を行う従来技術が存在するが、この従来技術（図４の太い点線）の場合、Ｐ端子電圧をａの閾値でもって、初期励磁から全励磁に変更すると、クランキング中に１００％デューティ制御が行われ、完爆前に発電が成されてしまう。
【００３９】
〔イ〕スタータがエンジンをクランキングする際において、寒冷時の飽和回転数よりも高い回転数で回転した場合のＰ端子電圧ＶＰの閾値をａ点に設定し、完爆検知回路２５が端子電圧Ｖｄ≧基準電圧Ｖｃに基づいて完爆を検知する構成であるので、水温センサ、ＩＧスイッチ、点火プラグ等からの出力信号に基づいて完爆を検知するマイクロコンピュターや、出力信号をＥＣＵに伝える信号線が不要である。
これにより、発電機ケーシング内に発電制御器２を内蔵する事ができる。よって、システムの簡素化、ＥＣＵからの接続線不要、信頼性向上、及びコストダウンが図れる。
【００４０】
つぎに、本発明の第２実施例を図５に基づいて説明する。
Ｐ端子電圧ＶＰは、エンジンが自力で廻り始めた事（完爆）を、ランプの消灯により知らせるセンサ信号に用いられる場合があり、図４の閾値ｂでもって完爆を検出する。
【００４１】
初期励磁から全励磁に切り替える閾値ａは、ランプ制御用の閾値ｂよりも低い値に設定する必要がある。従って、従来のデューティで完爆回転数Ｎｒを検出する為には、閾値ａを閾値ｂ以上にする必要があり、そのままでは、初期励磁制御とランプ制御とを両立できない。
【００４２】
これを解決する為には、初期励磁と全励磁とを切り替える閾値ａを閾値ｂ以下にし、下限をオルタネータ１の励磁回路に電流を流さず、残留磁束により発生する飽和電圧よりも大きな値に設定する必要がある。つまり、閾値ａを、飽和電圧＜ａ≦ｂの範囲に決定し、励磁電流をデューティ制御する事によって得られるＰ端子電圧特性（図４）において、初期励磁のデューティＤｕｔｙを、０％＜Ｄｕｔｙ≦２０％の範囲内に設定すれば良い。
例えば、ａの閾値でもって、完爆を検出する為の完爆回転数Ｎｒを得る為には、１５％のデューティに設定すれば良い。
【００４３】
図５に示す様に、車両用発電機Ｂは、第１実施例に準じたものに、エンジンが自力で廻り出した時点を知らせる報知回路３を組み付けている。
報知回路３は、平滑電圧Ｖｄとランプ制御用の閾値Ｖｇとを比較する比較器３１と、バイアス抵抗３２と、トランジスタ３３と、ランプ３４とにより構成される。
【００４４】
比較器３１は、平滑電圧Ｖｄ＜ランプ制御用の閾値Ｖｇの場合にＨｉ信号をトランジスタ３３に出力する。
トランジスタ３３は、Ｈｉ信号が入力されるとランプ３４を点灯する。
【００４５】
クランキングによりエンジンが廻り始め、平滑電圧Ｖｄ≧ランプ制御用の閾値Ｖｇになると、比較器３１はＬｏ信号を出力してトランジスタ３３をオフし、ランプ３４が消灯する。
【００４６】
上述した予備試験等で得た特性を考慮して選定したａの閾値及びデューティにより、発電機内の信号（Ｐ端子電圧ＶＰ）でもって、エンジンの完爆状態を検出する事ができる。
【００４７】
つぎに、本発明の第３実施例を、図６、図７に基づいて説明する。
図６に示す様に、車両用発電機Ｃは、エンジンにより駆動されるオルタネータ１と、発電制御器５とにより構成される。
【００４８】
本実施例では、発電制御器５は、マイクロコンピューター５１と、メモリ５２と、入力回路５３と、出力回路５４とにより構成され、オルタネータ１と別場所に配置されている。
オルタネータ１- 出力回路５４間は、接続線５４１、５４２、５４３により接続される。又、入力回路５３- スタータスイッチ、エンジン回転数センサ、バッテリ電圧センサ間は、夫々、信号線５３１、５３２、５３３により接続される。
【００４９】
スタータスイッチは、スタータを始動する為のスイッチである。そして、運転手がスタータスイッチを“ＳＴ”位置に切り替えると信号線５３１を介して始動信号が入力回路５３に伝送される。
【００５０】
エンジン回転数センサは、例えば、エンジン回転数に対応するイグニッションパルスを送出するセンサである。そして、イグニッションパルスは信号線５３２を介して入力回路５３に伝送される。
【００５１】
バッテリ電圧センサは、バッテリのプラス端子又はオルタネータ１の“Ｂ”端子に接続され、バッテリ電圧を検出するセンサである。そして、検出信号は信号線５３３を介して入力回路５３に伝送される。
【００５２】
出力回路５４は、フィールド電流を断続するトランジスタ（図示せず）を有し、マイクロコンピューター５１が完爆を判別する迄はオルタネータ１の発電量がゼロとなる１５％（第１設定値）にトランジスタのデューティを固定する。そして、マイクロコンピューター５１が完爆を判別した後は、トランジスタのデューティを２０％（第２設定値）に変更するとともに、例えば、７．５秒後に１００％となる様にデューティを上げていく。
【００５３】
つぎに、マイクロコンピューター５１の作動を図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
フローチャートのスタート時には、発電停止（オルタネータ１が外部発電しない様に指示する）が指示され、出力回路５４は、トランジスタのデューティを１５％（第１設定値）に固定する。
【００５４】
ステップｓ１で、始動信号、イグニッションパルスが信号線５３１、５３２を介して入力回路５３に入力され、マイクロコンピューター５１にはエンジン回転数Ｎｅやスタータスイッチ情報が入力される。
【００５５】
ステップｓ２で、エンジン回転数Ｎｅやスタータスイッチ情報に基づいて、スタータが作動しているか否かを判別し、スタータが作動している場合（スタータによりエンジンが回されている場合；ＹＥＳ）はステップｓ３に進み、作動していない場合（ＮＯ）はステップｓ７に進む。
【００５６】
予め試験により求めた、低温時の最大クランキング回転数より大きい回転数に決めておいた完爆回転数Ｎｒ（閾値）を、ステップｓ３において設定し、ステップｓ４に進む。
【００５７】
ステップｓ４で、エンジン回転数Ｎｅが、閾値である完爆回転数Ｎｒを越えているか否か判別し、完爆回転数Ｎｒ＜エンジン回転数Ｎｅの場合は完爆していると判別してステップｓ６に進み、完爆回転数Ｎｒ≧エンジン回転数Ｎｅの場合は完爆していないと判別してステップｓ５に進む。
【００５８】
ステップｓ５で、発電停止制御（オルタネータ１が外部発電しない様に指示する）を継続し、ステップｓ１に戻る。
ステップｓ６で、トランジスタのデューティを２０％（第２設定値）に変更するとともに、例えば、７．５秒後に１００％となる様にデューティを上げて行く徐励制御を実施し、１００％となると、エンジン始動時のオルタネータ制御を終了する。
【００５９】
ステップｓ７において、検出したエンジン回転数Ｎｅがアイドル回転数を越えているか否か判別し、エンジン回転数Ｎｅ＞アイドル回転数の場合（ＹＥＳ）はクランキングが既に完了しているとしてステップｓ６に進み、エンジン回転数Ｎｅ≦アイドル回転数の場合（ＮＯ）はクランキング中であるとしてステップｓ１に戻る。
【００６０】
つぎに、車両用発電機Ｃの利点を述べる。
〔ウ〕クランキング中（エンジン回転数Ｎｅ≦閾値である完爆回転数Ｎｒが成立する間）は、オルタネータ１が外部発電しない様にマイクロコンピューター５１が発電停止制御を行っているので、スタータのクランキング力が損なわれず、概ねエンジン始動の為に使う事ができる。
【００６１】
そして、完爆検知後（エンジン回転数Ｎｅ＜閾値である完爆回転数Ｎｒが成立する場合）に徐励制御を実施して、オルタネータ１を発電開始させるとともに、デューティを徐々に増大させていく構成である。
これにより、エンジン負荷が急激に増加せず、エンジン回転数をスムーズに立ち上がらせる事ができ、車両用電源装置Ｃは、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
【００６２】
尚、本実施例は、以下の様に変形しても良い。
上記実施例では、予め試験により求めた、低温時の最大クランキング回転数より大きい回転数に決めておいた完爆回転数Ｎｒ（閾値）を、ステップｓ３において設定する構成であるが、エンジン始動前におけるエンジン冷却水の温度（水温センサにより検出する）に基づき、低温になる程、完爆回転数Ｎｒ（閾値）が大きくなる様にしても良い。
この構成を採用すると、環境温度に適した時点で徐励制御を開始する事ができ、温暖時や激暑時において、発電停止期間が長く成り過ぎない（長すぎると、バッテリの過放電を招く）。
【００６３】
上記実施例では、ステップｓ６で、トランジスタのデューティを２０％に変更するとともに、例えば、７．５秒後に１００％となる様にデューティを上げていく徐励制御を実施する構成であが、
第２設定値や徐励時間（デューティを上げていく早さ）の、何方か一方又は両方を、エンジン冷却水の温度（水温センサにより検出する）に基づいて、例えば、第１設定値＋５％（寒冷時）〜＋１０％（激暑時）、５秒（激暑時）〜１０秒（寒冷時）の範囲で可変する構成でも良い。
この構成を採用すると、環境温度に適した徐励制御を行う事ができる。
【００６４】
本発明は、上記実施例以外に、以下に示す実施態様を含む。
ａ．徐励制御時間（Ｔｃ）は、次式で表されるので、第１、第２、第３実施例において、徐励制御時間を調節する（５秒〜１０秒の範囲が好適）場合には、以下に示す、Ｒ、Ｃ、αを変えれば良い。
Ｔｃ＝Ｒ×Ｃ×〔｛（１−Ｄ1 ）／α｝−１〕
Ｒ：抵抗２７１の抵抗値
Ｃ：コンデンサ２７２の容量
α：増加制御デューティ
Ｄ1 ：トランジスタ２３のスイッチングデューティ
【００６５】
ｂ．エンジン始動時のみ比較的長い徐励制御時間（５秒〜１０秒）とし、通常時には比較的短い徐励制御時間（２．５秒〜５秒）に切り替わる構成であっても良い。こうすれば、通常時におけるバッテリ電圧の変動（低下）を抑える事ができる。
【００６６】
ｃ．上記各実施例では、スイッチングトランジスタで発電停止を制御していたが、例えば、出力用のダイオードとは別の補助ダイオードから直接、フィールド電流を供給する三ダイオード励磁タイプでは、バッテリに接続した電流制限素子（例えば、抵抗や別のトランジスタ）を介してフィールドコイルに、例えば、１５％程度の電流を供給して発電停止を実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる車両用発電機のブロックである。
【図２】（ａ）は経過時間ｔと分圧電圧Ｖｂとの関係を示すグラフ、（ｂ）は経過時間ｔとエンジン回転数Ｎｅとの関係を示すグラフ、（ｃ）は経過時間ｔとＰ端子電圧ＶＰとの関係を示すグラフ、（ｄ）は経過時間ｔとＦデューティとの関係を示すグラフ、（ｅ）は経過時間ｔと出力電流との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施例にかかる車両用発電機の構成図である。
【図４】各デューティ毎の、エンジン回転数- Ｐ端子電圧ＶＰとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施例にかかる車両用発電機のブロックである。
【図６】本発明の第３実施例にかかる車両用発電機のブロックである。
【図７】第３実施例にかかる車両用発電機の作動を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ オルタネータ
２ 発電制御器
１２ ステータコイル
２３ トランジスタ（電流制御手段）
２５ 完爆検知回路（完爆検知手段）
２６ 切替回路（発電カット手段）
２８ 徐励回路（徐励手段）
ａ 閾値（完爆検知レベル）
ＶＰ Ｐ端子電圧（信号、電位）
Ａ、Ｂ、Ｃ 車両用発電機
【産業上の利用分野】
本発明は、車両用電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平３- １４３３００号公報には、イグニッションスイッチがスタート位置に操作されてから一定時間の間だけ充電カット信号を出力する時間設定手段と、この時間設定手段が充電カット信号を出力している間だけオルタネータの発電機能を休止させる発電機能休止手段とを有するオルタネータの制御装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術は、以下に示す課題がある。
エンジン始動時において励磁電流が遮断されるので、低温環境時（バッテリの起電力が低下する）や過放電時、スタータのクランキング力が低下し、エンジン始動性が悪化する。
充電カット信号の送出が終了すると直ちにオルタネータを発電開始させる構成であるのでエンジン負荷が急増し、低温環境であると、エンジン始動性が低下する。
【０００４】
水温センサと、検出水温に基づいて充電カット信号を出力する時間を決定するＥＣＵと、スタータスイッチや水温センサとＥＣＵとを接続する接続線とが必要である。この為、製造コストがかかるとともに、信頼性が低い（システムが複雑になる為）。
【０００５】
本発明の第１の目的は、エンジン始動性（特に低温時）に優れた車両用電源装置の提供にある。
本発明の第２の目的は、エンジン始動性（特に低温時）に優れるとともに、発電機内に発電制御器を内蔵可能な車両用電源装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為、本発明は、以下の構成を採用した。
（１）エンジンによって駆動されて発電し、バッテリを充電するオルタネータと、電流制御手段によりフィールド電流を設定して前記オルタネータの発電量を制御する発電制御器とを有する車両用電源装置において、前記発電制御器は、エンジンの完爆を検知する完爆検知手段と、完爆が検知されるまで前記オルタネータが前記バッテリへの充電電流を停止する様に、前記フィールド電流を停止若しくは小さく設定する発電カット手段と、完爆が検知されると前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、前記フィールド電流を徐々に増大させていく徐励手段と、前記完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検知したことを報知する報知回路とを有する。
【０００７】
（２）上記(1) の構成を有し、前記完爆検知手段は、エンジン回転数に対応する信号に基づいて完爆を検知するとともに、クランキング回転時における前記信号より大きくアイドル回転時における前記信号より小さい値に完爆検知レベルを設定し、前記発電カット手段は、完爆が検知されるまで前記電流制御手段の導通量を前記オルタネータの前記バッテリへの充電電流がゼロとなる設定値に設定し、前記徐励手段は、完爆が検知されると前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく。
【０００８】
（３）上記(1) の構成を有し、前記完爆検知手段は、ステータコイルの一端の電位に基づいて完爆を検知するとともに、クランキング回転時の電位より高く、アイドル回転時の電位より低い値に完爆検知レベルを設定し、前記発電カット手段は、完爆が検知されるまで前記電流制御手段の導通量を前記オルタネータの前記バッテリへの充電電流がゼロとなる設定値に設定し、前記徐励手段は、完爆が検知されると前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく。
【０００９】
（４）上記（１）の構成を有し、前記除励手段は、前記完爆検知手段によって完爆が検知されると前記電流制御手段により設定されていた設定値より所定量（＋α）大きい値から、前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、前記フィールド電流を徐々に増大させていく。
（５）上記（１）から（４）のいずれかの構成を有し、前記報知回路は、完爆検知後の前記オルタネータ内の信号に基づいて前記エンジンの完爆状態を報知する。
（６）上記（１）から（５）のいずれかの構成を有し、抵抗とコンデンサとを有し、前記電流制御手段が導通しているときに前記コンデンサの充電電圧は前記抵抗を介して放電され、前記電流制御手段が遮断しているときに前記コンデンサは前記抵抗を介して充電されて前記充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換するデューティ検出回路を更に備えるとともに、前記除励手段は前記デューティ検出回路の前記コンデンサの充電電圧を検出する。
（７）エンジンによって駆動されて発電し、バッテリを充電するオルタネータと、電流制御手段によりフィールド電流を設定して前記オルタネータの発電量を制御する発電制御器とを有する車両用電源装置において、前記発電制御器は、前記オルタネータに巻装されたステータコイルの反中性点側に発生されるエンジン回転数に対応する信号に基づいてエンジンの完爆を検知する完爆検知手段と、完爆が検知されるまで、前記オルタネータが前記バッテリへの充電電流を停止するように前記電流制御手段の導通量を低い設定値に設定する発電カット手段と、前記完爆検知手段によって完爆が検知されると、前記電流制御手段により設定されていた設定値より所定量（＋α）大きい値から前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、前記フィールド電流を徐々に増大させていく除励手段とを有する。
（８）上記（７）の構成を有し、抵抗とコンデンサとを有し、前記電流制御手段が導通しているときに前記コンデンサの充電電圧は前記抵抗を介して放電され、前記電流制御手段が遮断しているときに前記コンデンサは前記抵抗を介して充電されて前記充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換するデューティ検出回路を更に備えるとともに、前記徐励手段は前記デューティ検出回路の前記コンデンサの充電電圧を検出する。
（９）上記（７）または（８）の構成を有し、前記完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検知したことを報知する報知手段を更に備える。
【００１０】
【作用及び発明の効果】
〔請求項１について〕
（作用）
発電カット手段は、完爆が検知されるまでオルタネータがバッテリへの充電電流を停止する様に、フィールド電流を停止若しくは小さく設定する。
エンジンが完爆すると完爆検知手段がエンジンの完爆を検知する。
除励手段は、完爆が検知されると、オルタネータを発電開始させるべく、電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、フィールド電流を徐々に増大させていく。
報知回路は、完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検知したことを報知する。
【００１１】
（効果）
完爆が検知されるまで発電カット手段がオルタネータによるバッテリへの充電電流を停止させているのでクランキング力が損なわれず、概ねエンジン始動の為に使う事ができる。
完爆検知後は、除励手段がオルタネータを発電開始させるとともに、フィールド電流を徐々に増大させていく。これにより、エンジン負荷が急激に増加せず、エンジン回転数をスムーズに立ち上がらせる事ができる。
この為、車両用電源装置は、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
エンジンが自力で廻り出した時点を報知回路により知らせることができる。
【００１２】
〔請求項２について〕
（作用）
完爆検知手段は、エンジン回転数に対応する信号に基づいて完爆を検知するとともに、クランキング回転時における信号より大きく、アイドル回転時における信号より小さい値に完爆検知レベルを設定する。尚、信号は、例えば、Ｐ端子（ステータコイルの反中性点側）に発生する出力の、電圧や周波数が利用できる。
発電カット手段は、完爆が検知されるまで電流制御手段の導通量をオルタネータのバッテリへの充電電流がゼロとなる低い設定値に設定する。
【００１３】
信号が完爆検知レベルに達すると、完爆検知手段はエンジンが完爆したと検知する。
完爆検知手段がエンジンの完爆を検知すると、徐励手段が電流制御手段の導通量を徐々に増大させていき、発電可能な状態とする。
【００１４】
（効果）
完爆が検知されるまで発電カット手段が、電流制御手段の導通量をオルタネータのバッテリへの充電電流がゼロとなる低い設定値に設定しているので、クランキング力が損なわれず、概ねエンジン始動の為に使う事ができる。
完爆検知後は、電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく。これにより、始動途中のエンジンの負荷を急激に増加させる事無く、エンジン回転数をスムーズに立ち上がらせる事ができる。又、完爆直後（バッテリは、スタータの作動により完爆直後は過放電状態である）にバッテリを充分充電する（点火系が安定、バッテリが劣化し難い）事ができる。
この為、車両用電源装置は、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
【００１５】
〔請求項３について〕
（作用）
完爆検知手段は、ステータコイルの一端の電位に基づいて完爆を検知するとともに、低温環境における最大クランキング回転時の電位より高く、アイドル回転時の電位より低い値に完爆検知レベルを設定する。
発電カット手段は、完爆が検知されるまで電流制御手段の導通量をオルタネータのバッテリへの充電電流がゼロとなる低い設定値（但し、クランキングによりステータコイルの一端の電位上昇が得られる値）に設定する。
電位が完爆検知レベルに達すると、完爆検知手段はエンジンが完爆したと検知する。
完爆検知手段がエンジンの完爆を検知すると、徐励手段が電流制御手段の導通量を徐々に増大させていき、発電可能な状態とする。
【００１６】
（効果）
完爆が検知されるまで発電カット手段が、電流制御手段の導通量をオルタネータのバッテリへの充電電流がゼロとなる低い設定値に設定しているので、クランキング力が損なわれず、概ねエンジン始動の為に使う事ができる。
完爆検知後は、電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく。これにより、始動途中のエンジンの負荷を急激に増加させる事無く、エンジン回転数をスムーズに立ち上がらせる事ができる。又、完爆直後（バッテリは、スタータの作動により完爆直後は過放電状態である）にバッテリを充分充電する（点火系が安定、バッテリが劣化し難い）事ができる。
この為、車両用電源装置は、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
【００１７】
ステータコイルの一端の電位に基づいて完爆検知手段が完爆を検知する構成であるので、外部部材（水温センサ、ＩＧスイッチ、点火プラグ等）からの出力信号に基づいて完爆を検知するマイクロコンピュターや出力信号を伝える信号線が不要である。
よって、外部センサに接続する信号線が不要であるとともに、発電機内に発電制御器を内蔵する事ができ、且つ信号線も不要である。
【００１８】
〔請求項４について〕
（作用）
除励手段は、完爆検知手段によって完爆が検知されると電流制御手段により設定されていた設定値より所定量（＋α）大きい値から、電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、フィールド電流を徐々に増大させていく。
【００１９】
（効果）
完爆検知後、エンジン負荷が急激に増加ぜず、エンジン回転数がスムーズに立ち上がって行く。
〔請求項５について〕
（作用、効果）
報知回路は、完爆検知後のオルタネータ内の信号に基づいてエンジンの完爆状態を報知する。これにより、エンジンの完爆状態を検出する事ができ、エンジンが自力で廻り出した時点を知らせることができる。
〔請求項６について〕
（作用、効果）
デューティ検出回路は、抵抗とコンデンサとを有し、電流制御手段が導通しているときにコンデンサの充電電圧は抵抗を介して放電され、電流制御手段が遮断しているときにコンデンサは抵抗を介して充電されて充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換する。除励手段は、デューティ検出回路のコンデンサの充電電圧を検出する。〔請求項７について〕
（作用、効果）
発電制御器は、完爆検知手段と、発電カット手段と、除励手段とを有する。
完爆検知手段は、オルタネータに巻装されたステータコイルの反中性点側に発生されるエンジン回転数に対応する信号に基づいてエンジンの完爆を検知する。
発電カット手段は、完爆が検知されるまで、オルタネータがバッテリへの充電電流を停止するように電流制御手段の導通量を低い設定値に設定する。これにより、エンジン負荷を軽減することができる。
除励手段は、完爆検知手段によって完爆が検知されると、電流制御手段により設定されていた設定値より所定量（＋α）大きい値から電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、フィールド電流を徐々に増大させていく。なお、電流制御手段の導通量を所定量（＋α）大きい値にした時点でオルタネータが発電を開始する。
これにより、始動途中のエンジンの負荷が急激に増加する事無く、エンジン回転数はスムーズに立ち上がって行く。
〔請求項８について〕
（作用、効果）
デューティ検出回路は、抵抗とコンデンサとを有し、電流制御手段が導通しているときにコンデンサの充電電圧は抵抗を介して放電され、電流制御手段が遮断しているときにコンデンサは抵抗を介して充電されて充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換する。徐励手段は、デューティ検出回路のコンデンサの充電電圧を検出する。
〔請求項９について〕
（作用、効果）
報知手段は、完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検知したことを報知する。これにより、エンジンが自力で廻り出した時点を知らせることができる。
【００２０】
【実施例】
本発明の第１実施例を、図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示す様に、車両用発電機Ａは、エンジンにより駆動されるオルタネータ１と、オルタネータ１のケーシング内に組み込まれる発電制御器２とにより構成される。
オルタネータ１は、三相発電機であり、ロータにはフィールドコイル１１が巻装され、ステータコアには、三相のステータコイル１２、１３、１４が巻装されている。
【００２１】
発電制御器２は、判別回路２１と、駆動回路２２と、電流制御手段を構成するトランジスタ２３と、フライホイールダイオード２４と、エンジンの完爆を検知する完爆検知回路２５と、初期励磁制御と全励磁制御とを切り替える切替回路２６と、デューティ検出回路２７と、デューティを徐々に増大させていく為の徐励回路２８と、ＮＯＲ回路２９とを備える。
【００２２】
図３に示す様に、判別回路２１は、Ｂ端子電圧（“Ｂ”端子- “Ｅ”端子間の電圧）を分圧する分圧抵抗２１１、２１２と、分圧電圧Ｖｂと基準電圧Ｖａとを比較し、分圧電圧Ｖｂ＜基準電圧Ｖａの時（減電圧時）、出力２１４がＬｏとなる比較器２１３とにより構成され、発電必要時を判別する。
【００２３】
駆動回路２２は、抵抗２２１によりトランジスタ２３を駆動する為のバイアスを付与する。
完爆検知回路２５は、Ｐ端子電圧ＶＰ（“Ｐ”端子- “Ｅ”端子間の電圧）を分圧する分圧抵抗２５１、２５２と、逆流を防止するダイオード２５３と、分圧電圧Ｖｄ’を充電するコンデンサ２５４と、Ｐ端子電圧ＶＰに追従する為に、コンデンサ２５４の端子電圧を放電する定電流源２５５と、端子電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｃとを比較し、端子電圧Ｖｄ≧基準電圧Ｖｃになると出力２５７がＨｉ（完爆検知）になる比較器２５６とにより構成される。
【００２４】
尚、図２の完爆回転数Ｎｒ（図４のａ点；Ｖｄ＝Ｖｃ）は、寒冷時における最大クランキング回転数（２００〜３００ｒｐｍ）よりも高く、アイドル回転数よりも低い値に設定される。理由は、スタータによってエンジンがクランキングされている間は、エンジンが完爆しておらず、エンジンが一旦完爆すると、アイドル回転数以下に低下する事は無い為である。
【００２５】
切替回路２６は、初期励磁用の発振器２６１と、ＮＯＲ回路２６２とにより構成される。そして、完爆検知回路２５の出力２５７がＬｏの時（クランキング中）は、発振器２６１の反転波形を出力する。又、出力２５７がＨｉ（完爆検知）の場合は、出力２６３は常にＬｏとなる。
【００２６】
デューティ検出回路２７は、抵抗２７１とコンデンサ２７２とにより構成され、以下に示す原理に基づき、トランジスタ２３の平均デューティを電圧の変化に変換して検出する。
【００２７】
トランジスタ２３が導通している時は、Ｆ端子電圧（“Ｆ”端子- “Ｅ”端子間の電圧）は、低レベルとなるので、コンデンサ２７２の充電電圧は、抵抗２７１を介して放電する。又、トランジスタ２３が遮断している時は、Ｆ端子電圧は高レベルとなり、コンデンサ２７２は、抵抗２７１を介して充電される。
【００２８】
徐励回路２８は、鋸波発振器２８１と、オペアンプ２８２と、＋α回路を構成する抵抗２８３及び定電流回路２８４と、比較器２８５とにより構成される。
オペアンプ２８２は、電圧ホロワ接続して入力側を高インピーダンスにしており、コンデンサ２７２の充電電圧を検出する。
【００２９】
＋α回路は、オペアンプ２８２の出力を降圧してデューティレベルを＋αする為の回路である。
比較器２８５は、＋α回路により降圧された信号Ｖｆと、鋸波信号Ｖｅとを比較し、Ｖｆ＜Ｖｅが成立する期間、出力がＬｏとなり、信号Ｖｆ＞鋸波信号Ｖｅが成立する期間、出力２８６がＨｉとなる。
上記の回路構成により、完爆検知（図２の経過時間ｔ2 ）後、信号Ｖｆ＜鋸波信号Ｖｅが成立する期間が長くなっていき、トランジスタ２３のデューティは徐々に増加していく。
尚、＋αを作るのに、信号Ｖｆに降圧回路を付加して構成するかわりに、基準の鋸波に昇圧回路を付加しても良い。
【００３０】
ＮＯＲ回路２９は、判別回路２１の出力２１４と、切替回路２６の出力２６３と、比較器２８５の出力２８６とが入力され、全ての出力（出力２１４、２６３、２８６）がＬｏとなる期間、出力２９１がＨｉとなり、出力２９１がＨｉの期間、トランジスタ２３が導通する。
【００３１】
つぎに、車両用発電機Ａの作動を図２に示す波形図に基づいて説明する。
経過時間ｔ0 でスタータを始動すると、スタータによりエンジンがクランキングされエンジン回転数Ｎｅは、図２（ｂ）の(1) に示す様に上昇して行く。尚、スタータの作動によりＢ端子電圧が低下｛図２の（ａ）；分圧電圧Ｖｂ＜基準電圧Ｖａ｝するので、判別回路２１の出力２１４はＬｏになる。
【００３２】
切替回路２６は、ＮＯＲ回路２９に発振器２６１の反転信号を出力する。
クランキング中（ｔ0 〜ｔ1 ）は、クランキングにより、Ｐ端子電圧ＶＰは上昇して行くが、トランジスタ２３は１５％の低デューティ（請求項２、３の第１設定値）で駆動され、オルタネータ１は発電停止（バッテリへ充電電流を供給しない内部発電）しているので｛出力電流ゼロ、図２の（ｅ）の(4) 参照｝端子電圧Ｖｄは基準電圧Ｖｃ未満であり、完爆検知回路２５の出力２５７はＬｏである。クランキング中、発電停止を行っているのでエンジンに掛かる負荷の軽減が図れる。又、Ｐ端子電圧ＶＰは、図２（ｃ）の(3) に示す様に緩やかに上昇して行く。
尚、完爆検知の為、１５％程度のデューティは必要である。
【００３３】
エンジンが経過時点ｔ1 で完爆し、図２（ｂ）の(5) に示す様に、エンジン回転数Ｎｅが急激に上昇する事により、Ｐ端子電圧ＶＰが図２（ｃ）の(6) に示す様に端子電圧Ｖｄ≧基準電圧Ｖｃになると、完爆検知回路２５の出力２５７がＨ
ｉとなり、完爆検知が成され、切替回路２６の出力２６３はＬｏに固定される。
【００３４】
これにより、経過時点ｔ2 で、トランジスタ２３のデューティが＋α（５％）だけ上昇し（請求項２、３の第２設定値）、図２（ｅ）に示す様にオルタネータ１が発電を開始し、これに伴って、Ｐ端子電圧ＶＰは、図２（ｃ）の(8) に示す様に変化し、トランジスタ２３のデューティは徐々に増加していき（７．５秒で１００％）、図２（ｅ）の(10)に示す様にデューティ増加に対応してオルタネータ１の出力電流も上昇していく。これにより、エンジン負荷が急激に増加せず、エンジン回転数がスムーズに立ち上がって行く。尚、＋αは例えば５％〜１０％の範囲、又、徐励時間は例えば５秒〜１０秒の間で適宜決めれば良い。
【００３５】
トランジスタ２３のデューティが１００％に達するとオルタネータ１の発電量、及びＰ端子電圧ＶＰが飽和する。
そして、バッテリ３が完全充電され、分圧電圧Ｖｂ≧基準電圧Ｖａになると出力２１４がＨｉとなり、トランジスタ２３のデューティがゼロとなってオルタネータ１の発電が停止する。
【００３６】
つぎに、本実施例の利点を述べる。
〔ア〕Ｐ端子電圧ＶＰが上昇中で、端子電圧Ｖｄ＜基準電圧Ｖｃの間は、トランジスタ２３を１５％の低デューティ（第１設定値）で駆動してオルタネータ１が外部発電しない様にしている（完爆回転数Ｎｒ到達時を閾値ａで検出する為、１５％程度必要）ので、エンジン負荷が軽減できる。
【００３７】
端子電圧Ｖｄ≧基準電圧Ｖｃになると、トランジスタ２３のデューティを＋α、即ち５％だけ上昇させ、２０％（第２設定値）とするとともに、上昇後、デューティを、例えば７．５秒で１００％となる様に徐々に増大させていく構成である。これにより、始動途中のエンジンの負荷が急激に増加する事無く、エンジン回転数はスムーズに立ち上がっていく。
故に、車両用発電機Ａは、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
【００３８】
尚、ＩＧスイッチオン直後に発電停止させる為、２５％程度のデューティ制御を行う従来技術が存在するが、この従来技術（図４の太い点線）の場合、Ｐ端子電圧をａの閾値でもって、初期励磁から全励磁に変更すると、クランキング中に１００％デューティ制御が行われ、完爆前に発電が成されてしまう。
【００３９】
〔イ〕スタータがエンジンをクランキングする際において、寒冷時の飽和回転数よりも高い回転数で回転した場合のＰ端子電圧ＶＰの閾値をａ点に設定し、完爆検知回路２５が端子電圧Ｖｄ≧基準電圧Ｖｃに基づいて完爆を検知する構成であるので、水温センサ、ＩＧスイッチ、点火プラグ等からの出力信号に基づいて完爆を検知するマイクロコンピュターや、出力信号をＥＣＵに伝える信号線が不要である。
これにより、発電機ケーシング内に発電制御器２を内蔵する事ができる。よって、システムの簡素化、ＥＣＵからの接続線不要、信頼性向上、及びコストダウンが図れる。
【００４０】
つぎに、本発明の第２実施例を図５に基づいて説明する。
Ｐ端子電圧ＶＰは、エンジンが自力で廻り始めた事（完爆）を、ランプの消灯により知らせるセンサ信号に用いられる場合があり、図４の閾値ｂでもって完爆を検出する。
【００４１】
初期励磁から全励磁に切り替える閾値ａは、ランプ制御用の閾値ｂよりも低い値に設定する必要がある。従って、従来のデューティで完爆回転数Ｎｒを検出する為には、閾値ａを閾値ｂ以上にする必要があり、そのままでは、初期励磁制御とランプ制御とを両立できない。
【００４２】
これを解決する為には、初期励磁と全励磁とを切り替える閾値ａを閾値ｂ以下にし、下限をオルタネータ１の励磁回路に電流を流さず、残留磁束により発生する飽和電圧よりも大きな値に設定する必要がある。つまり、閾値ａを、飽和電圧＜ａ≦ｂの範囲に決定し、励磁電流をデューティ制御する事によって得られるＰ端子電圧特性（図４）において、初期励磁のデューティＤｕｔｙを、０％＜Ｄｕｔｙ≦２０％の範囲内に設定すれば良い。
例えば、ａの閾値でもって、完爆を検出する為の完爆回転数Ｎｒを得る為には、１５％のデューティに設定すれば良い。
【００４３】
図５に示す様に、車両用発電機Ｂは、第１実施例に準じたものに、エンジンが自力で廻り出した時点を知らせる報知回路３を組み付けている。
報知回路３は、平滑電圧Ｖｄとランプ制御用の閾値Ｖｇとを比較する比較器３１と、バイアス抵抗３２と、トランジスタ３３と、ランプ３４とにより構成される。
【００４４】
比較器３１は、平滑電圧Ｖｄ＜ランプ制御用の閾値Ｖｇの場合にＨｉ信号をトランジスタ３３に出力する。
トランジスタ３３は、Ｈｉ信号が入力されるとランプ３４を点灯する。
【００４５】
クランキングによりエンジンが廻り始め、平滑電圧Ｖｄ≧ランプ制御用の閾値Ｖｇになると、比較器３１はＬｏ信号を出力してトランジスタ３３をオフし、ランプ３４が消灯する。
【００４６】
上述した予備試験等で得た特性を考慮して選定したａの閾値及びデューティにより、発電機内の信号（Ｐ端子電圧ＶＰ）でもって、エンジンの完爆状態を検出する事ができる。
【００４７】
つぎに、本発明の第３実施例を、図６、図７に基づいて説明する。
図６に示す様に、車両用発電機Ｃは、エンジンにより駆動されるオルタネータ１と、発電制御器５とにより構成される。
【００４８】
本実施例では、発電制御器５は、マイクロコンピューター５１と、メモリ５２と、入力回路５３と、出力回路５４とにより構成され、オルタネータ１と別場所に配置されている。
オルタネータ１- 出力回路５４間は、接続線５４１、５４２、５４３により接続される。又、入力回路５３- スタータスイッチ、エンジン回転数センサ、バッテリ電圧センサ間は、夫々、信号線５３１、５３２、５３３により接続される。
【００４９】
スタータスイッチは、スタータを始動する為のスイッチである。そして、運転手がスタータスイッチを“ＳＴ”位置に切り替えると信号線５３１を介して始動信号が入力回路５３に伝送される。
【００５０】
エンジン回転数センサは、例えば、エンジン回転数に対応するイグニッションパルスを送出するセンサである。そして、イグニッションパルスは信号線５３２を介して入力回路５３に伝送される。
【００５１】
バッテリ電圧センサは、バッテリのプラス端子又はオルタネータ１の“Ｂ”端子に接続され、バッテリ電圧を検出するセンサである。そして、検出信号は信号線５３３を介して入力回路５３に伝送される。
【００５２】
出力回路５４は、フィールド電流を断続するトランジスタ（図示せず）を有し、マイクロコンピューター５１が完爆を判別する迄はオルタネータ１の発電量がゼロとなる１５％（第１設定値）にトランジスタのデューティを固定する。そして、マイクロコンピューター５１が完爆を判別した後は、トランジスタのデューティを２０％（第２設定値）に変更するとともに、例えば、７．５秒後に１００％となる様にデューティを上げていく。
【００５３】
つぎに、マイクロコンピューター５１の作動を図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
フローチャートのスタート時には、発電停止（オルタネータ１が外部発電しない様に指示する）が指示され、出力回路５４は、トランジスタのデューティを１５％（第１設定値）に固定する。
【００５４】
ステップｓ１で、始動信号、イグニッションパルスが信号線５３１、５３２を介して入力回路５３に入力され、マイクロコンピューター５１にはエンジン回転数Ｎｅやスタータスイッチ情報が入力される。
【００５５】
ステップｓ２で、エンジン回転数Ｎｅやスタータスイッチ情報に基づいて、スタータが作動しているか否かを判別し、スタータが作動している場合（スタータによりエンジンが回されている場合；ＹＥＳ）はステップｓ３に進み、作動していない場合（ＮＯ）はステップｓ７に進む。
【００５６】
予め試験により求めた、低温時の最大クランキング回転数より大きい回転数に決めておいた完爆回転数Ｎｒ（閾値）を、ステップｓ３において設定し、ステップｓ４に進む。
【００５７】
ステップｓ４で、エンジン回転数Ｎｅが、閾値である完爆回転数Ｎｒを越えているか否か判別し、完爆回転数Ｎｒ＜エンジン回転数Ｎｅの場合は完爆していると判別してステップｓ６に進み、完爆回転数Ｎｒ≧エンジン回転数Ｎｅの場合は完爆していないと判別してステップｓ５に進む。
【００５８】
ステップｓ５で、発電停止制御（オルタネータ１が外部発電しない様に指示する）を継続し、ステップｓ１に戻る。
ステップｓ６で、トランジスタのデューティを２０％（第２設定値）に変更するとともに、例えば、７．５秒後に１００％となる様にデューティを上げて行く徐励制御を実施し、１００％となると、エンジン始動時のオルタネータ制御を終了する。
【００５９】
ステップｓ７において、検出したエンジン回転数Ｎｅがアイドル回転数を越えているか否か判別し、エンジン回転数Ｎｅ＞アイドル回転数の場合（ＹＥＳ）はクランキングが既に完了しているとしてステップｓ６に進み、エンジン回転数Ｎｅ≦アイドル回転数の場合（ＮＯ）はクランキング中であるとしてステップｓ１に戻る。
【００６０】
つぎに、車両用発電機Ｃの利点を述べる。
〔ウ〕クランキング中（エンジン回転数Ｎｅ≦閾値である完爆回転数Ｎｒが成立する間）は、オルタネータ１が外部発電しない様にマイクロコンピューター５１が発電停止制御を行っているので、スタータのクランキング力が損なわれず、概ねエンジン始動の為に使う事ができる。
【００６１】
そして、完爆検知後（エンジン回転数Ｎｅ＜閾値である完爆回転数Ｎｒが成立する場合）に徐励制御を実施して、オルタネータ１を発電開始させるとともに、デューティを徐々に増大させていく構成である。
これにより、エンジン負荷が急激に増加せず、エンジン回転数をスムーズに立ち上がらせる事ができ、車両用電源装置Ｃは、エンジン始動性（特に低温時）に優れる。
【００６２】
尚、本実施例は、以下の様に変形しても良い。
上記実施例では、予め試験により求めた、低温時の最大クランキング回転数より大きい回転数に決めておいた完爆回転数Ｎｒ（閾値）を、ステップｓ３において設定する構成であるが、エンジン始動前におけるエンジン冷却水の温度（水温センサにより検出する）に基づき、低温になる程、完爆回転数Ｎｒ（閾値）が大きくなる様にしても良い。
この構成を採用すると、環境温度に適した時点で徐励制御を開始する事ができ、温暖時や激暑時において、発電停止期間が長く成り過ぎない（長すぎると、バッテリの過放電を招く）。
【００６３】
上記実施例では、ステップｓ６で、トランジスタのデューティを２０％に変更するとともに、例えば、７．５秒後に１００％となる様にデューティを上げていく徐励制御を実施する構成であが、
第２設定値や徐励時間（デューティを上げていく早さ）の、何方か一方又は両方を、エンジン冷却水の温度（水温センサにより検出する）に基づいて、例えば、第１設定値＋５％（寒冷時）〜＋１０％（激暑時）、５秒（激暑時）〜１０秒（寒冷時）の範囲で可変する構成でも良い。
この構成を採用すると、環境温度に適した徐励制御を行う事ができる。
【００６４】
本発明は、上記実施例以外に、以下に示す実施態様を含む。
ａ．徐励制御時間（Ｔｃ）は、次式で表されるので、第１、第２、第３実施例において、徐励制御時間を調節する（５秒〜１０秒の範囲が好適）場合には、以下に示す、Ｒ、Ｃ、αを変えれば良い。
Ｔｃ＝Ｒ×Ｃ×〔｛（１−Ｄ1 ）／α｝−１〕
Ｒ：抵抗２７１の抵抗値
Ｃ：コンデンサ２７２の容量
α：増加制御デューティ
Ｄ1 ：トランジスタ２３のスイッチングデューティ
【００６５】
ｂ．エンジン始動時のみ比較的長い徐励制御時間（５秒〜１０秒）とし、通常時には比較的短い徐励制御時間（２．５秒〜５秒）に切り替わる構成であっても良い。こうすれば、通常時におけるバッテリ電圧の変動（低下）を抑える事ができる。
【００６６】
ｃ．上記各実施例では、スイッチングトランジスタで発電停止を制御していたが、例えば、出力用のダイオードとは別の補助ダイオードから直接、フィールド電流を供給する三ダイオード励磁タイプでは、バッテリに接続した電流制限素子（例えば、抵抗や別のトランジスタ）を介してフィールドコイルに、例えば、１５％程度の電流を供給して発電停止を実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例にかかる車両用発電機のブロックである。
【図２】（ａ）は経過時間ｔと分圧電圧Ｖｂとの関係を示すグラフ、（ｂ）は経過時間ｔとエンジン回転数Ｎｅとの関係を示すグラフ、（ｃ）は経過時間ｔとＰ端子電圧ＶＰとの関係を示すグラフ、（ｄ）は経過時間ｔとＦデューティとの関係を示すグラフ、（ｅ）は経過時間ｔと出力電流との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施例にかかる車両用発電機の構成図である。
【図４】各デューティ毎の、エンジン回転数- Ｐ端子電圧ＶＰとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施例にかかる車両用発電機のブロックである。
【図６】本発明の第３実施例にかかる車両用発電機のブロックである。
【図７】第３実施例にかかる車両用発電機の作動を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ オルタネータ
２ 発電制御器
１２ ステータコイル
２３ トランジスタ（電流制御手段）
２５ 完爆検知回路（完爆検知手段）
２６ 切替回路（発電カット手段）
２８ 徐励回路（徐励手段）
ａ 閾値（完爆検知レベル）
ＶＰ Ｐ端子電圧（信号、電位）
Ａ、Ｂ、Ｃ 車両用発電機
Claims (9)
- エンジンによって駆動されて発電し、バッテリを充電するオルタネータと、
電流制御手段によりフィールド電流を設定して前記オルタネータの発電量を制御する発電制御器とを有する車両用電源装置において、
前記発電制御器は、
エンジンの完爆を検知する完爆検知手段と、
完爆が検知されるまで前記オルタネータが前記バッテリへの充電電流を停止する様に、前記フィールド電流を停止若しくは小さく設定する発電カット手段と、
完爆が検知されると前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、前記フィールド電流を徐々に増大させていく徐励手段と、
前記完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検出したことを報知する報知回路とを有し、
前記完爆検知手段は、前記オルタネータ内の端子電圧によって、エンジンの完爆を検出するものであることを特徴とする車両用電源装置。 - 前記完爆検知手段は、エンジン回転数に対応する信号に基づいて完爆を検知するとともに、クランキング回転時における前記信号より大きくアイドル回転時における前記信号より小さい値に完爆検知レベルを設定し、
前記発電カット手段は、完爆が検知されるまで前記電流制御手段の導通量を前記オルタネータの前記バッテリへの充電電流がゼロとなる設定値に設定し、
前記徐励手段は、完爆が検知されると前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく請求項１記載の車両用電源装置。 - 前記完爆検知手段は、ステータコイルの一端の電位に基づいて完爆を検知するとともに、クランキング回転時の電位より高く、アイドル回転時の電位より低い値に完爆検知レベルを設定し、
前記発電カット手段は、完爆が検知されるまで前記電流制御手段の導通量を前記オルタネータの前記バッテリへの充電電流がゼロとなる設定値に設定し、
前記徐励手段は、完爆が検知されると前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させていく請求項１記載の車両用電源装置。 - 前記徐励手段は、前記完爆検知手段によって完爆が検知されると前記電流制御手段により設定されていた設定値より所定値（＋α）大きい値から、前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、前記フィールド電流を徐々に増大させていくことを特徴とする請求項１に記載の車両用電源装置。
- 前記報知回路は、完爆検知後の前記オルタネータ内の信号に基づいて前記エンジンの完爆状態を報知することを特徴とする請求項１から４のいずれかに１つに記載の車両用電源装置。
- 抵抗とコンデンサとを有し、前記電流制限手段が導通しているときに前記コンデンサの充電電圧は前記抵抗を介して放電され、前記電流制御手段が遮断しているときに前記コンデンサは前記抵抗を介して充電されて前記充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換する前記コンデンサの充電電圧を検出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに１つに記載の車両用電源装置。
- エンジンによって駆動されて発電し、バッテリを充電するオルタネータと、
電流制御手段によりフィールド電流を設定して前記オルタネータの発電量を制御する発電制御器とを有する車両用電源装置において、
前記発電制御器は、
エンジンの完爆を検知する完爆検知手段と、
完爆が検知されるまで前記オルタネータが前記バッテリへの充電電流を停止する様に、前記フィールド電流を停止若しくは小さく設定する発電カット手段と、
前記完爆検知手段によって完爆が検知されると、前記電流制御手段により設定されていた設定値より所定値（＋α）大きい値から、前記電流制御手段の導通量を徐々に増大させ、前記フィールド電流を徐々に増大させていくと共に、
前記完爆検知手段によってエンジンの完爆状態を検出したことを報知する報知回路とを有することを特徴とする車両用電源装置。 - 抵抗とコンデンサとを有し、前記電流制限手段が導通しているときに前記コンデンサの充電電圧は前記抵抗を介して放電され、前記電流制御手段が遮断しているときに前記コンデンサは前記抵抗を介して充電されて前記充電制御手段の平均デューティを電圧変化に変換する前記コンデンサの充電電圧を検出することを特徴とする請求項７に記載の車両用電源装置。
- 前記完爆検出手段によってエンジンの完爆状態を検出したことを特徴とする報知手段を更に備えることを特徴とする請求項７または８に記載の車両用電源装置。
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