JP4046108B2 - 発電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機の発電状態を制御する発電制御装置に関する。

従来から、バッテリ電圧が低下し所定電圧以下になるとチャージウォーニングランプを点灯させて、運転者に発電異常を知らせる発電制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この発電制御装置では、車両用発電機の出力電圧が高くなる場合の他に、発電抑制指令に基づく徐励制御を行っているときに、チャージウォーニングランプを消灯させる制御が行われる。これにより、徐励制御時に車両用発電機の出力電圧が低下してもチャージウォーニングランプが点灯しないため、運転者が違和感を感じることがない。
特開平７−１３５７４２号公報（第２−４頁、図１−４）

ところで、特許文献１に開示された発電制御装置では、発電抑制指令回路や徐励制御回路の動作に関連づけてチャージウォーニングランプが点灯しないように制御されるようになっているため、これらの回路を備えない場合に、エンジンが始動して車両用発電機の発電を開始した直後に電気負荷に大電流が流れて車両用発電機の出力電圧が大きく低下した場合等においてチャージウォーニングランプが点灯することを防止することができず、運転者が不安や違和感を感じるという問題があった。

また、エンジンを始動させるスタータは、キースイッチがオンすると動作し、キースイッチをオフすると停止するが、キースイッチの異常によってキースイッチをオフできなくなるとスタータが動作し続けて破損等が生じるおそれがある。このため、エンジン始動状態をチャージウォーニングランプの駆動電圧が高くなることで検出してスタータの動作を停止させて破損等を防止する保護装置付きスタータが知られているが、エンジン始動後もスタータを回し続けるとスタータ自身に流れる大電流によってバッテリ電圧が低下し、チャージウォーニングランプが消灯しなくなってエンジンの始動状態を検出できず、スタータの保護装置が動作しないという不都合も発生する。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、エンジン始動直後に運転者が感じる不安や違和感を解消することができる発電制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の発電制御装置は、車両用発電機の発電状態を検出する発電検出手段と、車両用発電機の出力電圧あるいは車両用発電機に接続されたバッテリの端子電圧と基準電圧とを比較する比較手段と、出力電圧あるいは端子電圧の方が基準電圧よりも低下したことを比較手段による比較結果に基づいて検出したときに所定の警報を行う警報手段と、車両用発電機が発電状態に移行してから一定時間が経過するまで、警報手段による警報を停止させる警報停止手段とを備えている。これにより、エンジン始動時であって車両用発電機が発電を開始した後にスタータが回転し続けてこのスタータに大電流が流れ、車両用発電機の出力電圧やバッテリの端子電圧が低下した場合であっても、発電開始後の一定時間が経過するまでは警報手段による警報が停止されるため、故障等の異常がないにもかかわらず警報が行われることがなく、運転者が感じる不安や違和感を解消することができる。また、警報手段による警報をエンジン始動後一定時間停止させることにより、警報手段による警報が行われなくなったときに（具体的にはチャージウォーニングランプが消灯したときに）スタータの回転を停止させる保護装置が用いられている場合にエンジン始動直後にこの保護装置が動作しなくなる不具合を回避することが可能になる。

また、上述した警報停止手段は、発電検出手段が発電状態に移行してから一定時間が経過するまで、比較手段から警報手段への比較結果の入力を制限する入力制限手段であることが望ましい。これにより、車両用発電機の出力電圧やバッテリの端子電圧が低下しても一定時間が経過するまではその現象が警報手段に伝わらなくすることができるため、エンジン始動直後の警報動作を確実に停止することができる。

また、上述した入力制限手段は、発電検出手段による検出結果を一定時間遅延させて出力する遅延手段と、発電検出手段によって発電状態を検出してからその検出結果が遅延手段の出力に反映されるまでの一定時間、比較手段の比較結果が警報手段に入力されることをマスクするマスク手段とを有することが望ましい。これにより、エンジン始動後の一定時間確実に警報手段に対する入力を遮断することが可能になる。

また、上述した発電検出手段は、車両用発電機に含まれる電機子巻線の相電圧が所定値以上になったときに車両用発電機の発電状態を検出することが望ましい。あるいは、上述した発電検出手段は、車両用発電機に含まれる電機子巻線の相電圧の周波数が所定値以上になったときに車両用発電機の発電状態を検出することが望ましい。これにより、発電制御装置が内蔵された車両用発電機では車両用発電機の発電の有無を内部配線のみで行うことが可能になり、新規の検出用配線を外部に引き出す必要がなくなる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用の発電制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、一実施形態の発電制御装置の構成を示す図であり、あわせてこの発電制御装置と車両用発電機やバッテリ等との接続状態が示されている。図１において、発電制御装置３は、車両用発電機１の出力電圧あるいはバッテリ２の端子電圧が所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）となるように車両用発電機１の励磁電流を制御するとともに、車両用発電機１の発電状態に応じてチャージウォーニングランプ６を制御する。

車両用発電機１は、固定子に含まれるＹ結線された三相の電機子巻線１００と、この電機子巻線１００から出力される交流出力を全波整流する整流器１０２と、エンジン（図示せず）によって回転駆動される回転子に備わった界磁巻線１０４とを含んで構成されている。この車両用発電機１のＢ端子（出力端子）は、バッテリ２、エンジン始動のためのスタータ４およびその他の電気負荷５に接続されており、これらに対して充電電流や動作電流が供給される。

発電制御装置３は、車両用発電機１に内蔵されており、界磁巻線１０４に流れる励磁電流を制御することによって車両用発電機１の出力（発電状態）を制御する。この発電制御装置３は、トランジスタ３０１、３０６、抵抗３０２、３０３、３０４、３０５、発電検出回路３０７、インバータ回路３０８、遅延回路３０９、電圧比較器３１０、アンド回路３１１、警報回路３１２、オア回路３１３を含んで構成されている。

トランジスタ３０１は、界磁巻線１０４に直列に接続されたスイッチング素子であり、電圧制御回路３２０によってオンオフ制御される。例えば、電圧制御回路３２０は、車両用発電機１の出力電圧と所定の調整電圧設定値とを比較し、その比較結果に応じてトランジスタ３０１をオンオフ制御する。ドレインが車両用発電機１のＢ端子に、ソースがＦ端子を介して界磁巻線１０４にそれぞれ接続されており、トランジスタ３０１がオンされると、車両用発電機１のＢ端子からトランジスタ３０１を介して界磁巻線１０４に励磁電流が流れ、車両用発電機１の出力電圧が上昇し、反対に、トランジスタ３０１がオフされると、界磁巻線１０４に流れる励磁電流が遮断され、車両用発電機１の出力電圧が低下する。なお、界磁巻線１０４と並列に図示しない環流ダイオードが接続されており、トランジスタ３０１をオフしたときに界磁巻線１０４に発生する電流を環流させるようになっている。

抵抗３０２、３０３は、分圧回路を構成しており、Ｐ端子に現れる電機子巻線１００の相電圧を分圧してこの分圧電圧を次段の発電検出回路３０７に入力する。発電検出回路３０７は、抵抗３０２、３０３による分圧回路から印加される電圧に基づいて、車両用発電機１の発電状態（発電状態にあるか発電停止状態にあるか）を検出する。例えば、抵抗３０２、３０３によって構成された分圧回路を介して検出された電圧の周波数が所定値以上になったときに（例えば周波数を電圧に変換し、この変換された電圧が所定値以上になったことを電圧比較器を用いて検出したときに）発電状態であると判定される。なお、発電状態の検出手法については上記以外の方法を用いるようにしてもよい。例えば、電機子巻線１００の相電圧（平滑した電圧あるいはピーク電圧）が所定値以上になったときに発電状態であると判定してもよい。発電検出回路３０７は、車両用発電機１が発電状態であると判定したときに出力信号をハイレベルにし、非発電状態（発電停止状態）であると判定したときに出力信号をローレベルにする。

遅延回路３０９は、発電検出回路３０７の出力信号を一定時間（例えば数秒間）遅延して出力する。抵抗３０４、３０５は、分圧回路を構成しており、車両用発電機１の出力電圧を分圧してこの分圧電圧を次段の電圧比較器３１０のマイナス入力端子に入力する。電圧比較器３１０は、プラス入力端子には所定の基準電圧Ｖref が入力されており、マイナス入力端子に入力される電圧の方が低いときに出力信号をハイレベルにする。アンド回路３１１は、２つの入力端子のそれぞれに電圧比較器３１０の出力端子と遅延回路３０９の出力端子とが接続されており、入力される２つの信号の論理積信号を出力する。警報回路３１２は、各種の警報状態を検出し、出力信号をハイレベルにする。オア回路３１３は、３つの入力端子のそれぞれにインバータ回路３０８を介した発電検出回路３０７の出力端子とアンド回路３１１の出力端子と警報回路３１２の出力端子とが接続されており、入力される３つの信号の論理和信号を出力する。トランジスタ３０６は、Ｌ端子を介して外付けされたチャージウォーニングランプ６を制御するスイッチング素子である。チャージウォーニングランプ６に直列に接続されたキースイッチ７をオンしたときにトランジスタ３０６をオンすると、チャージウォーニングランプ６が点灯状態になる。また、キースイッチ７をオフしたとき、あるいはキースイッチ７をオンした状態でトランジスタ３０６をオフすると、チャージウォーニングランプ６が消灯状態になる。

上述した発電検出回路３０７が発電検出手段に、電圧比較器３１０が比較手段に、トランジスタ３０６が警報手段に、遅延回路３０９、アンド回路３１１が警報停止手段、入力制限手段にそれぞれ対応する。また、遅延回路３０９が遅延手段に、アンド回路３１１がマスク手段にそれぞれ対応する。

本実施形態の発電制御装置３はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。チャージウォーニングランプ６に直列に接続されたキースイッチ７はスタータ４の始動用スイッチも兼ねており、キースイッチ７がオンされてスタータ４によってエンジンが始動される。キースイッチ７がオンされてから発電検出回路３０７によって車両用発電機１の発電状態が検出されるまでの間は発電検出回路３０７からはローレベルの信号が出力される。したがって、この信号はインバータ回路３０８によって反転されてハイレベルの信号がオア回路３１３に入力され、トランジスタ３０６がオンされてチャージウォーニングランプ６が点灯する。このようにして車両用発電機１が発電を開始するまではチャージウォーニングランプ６が点灯状態になる。

車両用発電機１が発電を開始すると、発電検出回路３０７はこの発電状態を検出してハイレベルの信号を出力し、この信号がインバータ回路３０８によって反転されてローレベルの信号がオア回路３１３に入力される。したがって、オア回路３１３の出力信号はハイレベルからローレベルに変化してトランジスタ３０６がオフされて、チャージウォーニングランプ６が消灯する。

ところで、エンジンが始動されて車両用発電機１が発電を開始した直後の一定時間が経過するまでは、発電検出回路３０７の出力信号がハイレベルに変化しても遅延回路３０９の出力信号はローレベルを維持する。この状態において、バッテリ２の端子電圧あるいは車両用発電機１の出力電圧が低下して、電圧比較器３１０のマイナス入力端子に印加される電圧がプラス入力端子に印加される基準電圧Ｖref よりも低くなると、電圧比較器３１０からは電圧低下を知らせるハイレベルの警報信号が出力される。しかし、この間は遅延回路３０９の出力信号がローレベルを維持するため、電圧比較器３１０からハイレベルの警報信号が出力されてもアンド回路３１１の出力信号はローレベルを維持する。したがって、トランジスタ３０６はオフされたままであり、チャージウォーニングランプ６の消灯状態が継続する。

一方、エンジン始動に伴う車両用発電機１の発電開始直後ではなく一定時間以上が経過した後の通常の発電状態においてバッテリ２の端子電圧あるいは車両用発電機１の出力電圧の低下が発生すると、遅延回路３０９からハイレベルの信号が出力された状態で、電圧比較器３１０の出力信号がローレベルからハイレベルに変化する。したがって、アンド回路３１１からはハイレベルの信号が出力されてオア回路３１３の出力信号がハイレベルに変化し、トランジスタ３０６がオンされてチャージウォーニングランプ６が点灯する。

このように、本実施形態の発電制御装置３では、エンジン始動直後の一定時間が経過するまではバッテリ２の端子電圧や車両用発電機１の出力電圧が低下してもチャージウォーニングランプ６が点灯しないため、エンジンが始動して正常に発電を開始したと思っている運転者を不安にしたり、不快感を与えることを防止することができる。

また、Ｌ端子の電圧が上昇したとき（チャージウォーニングランプ６が消灯したとき）に回転を停止させる保護装置が付いたスタータ４においては、エンジン始動後にチャージウォーニングランプ６が点灯してこの保護装置が作動しなくなることを防止することができるため、エンジン始動後にスタータ４の動作を確実に停止させることができるため、スタータ４の故障を防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、遅延回路３０９を用いてエンジン始動後（発電開始後）の一定時間を計測したが、発電検出回路３０７の出力信号がローレベルからハイレベルに変化したときに起動されて一定時間を計測するタイマ回路を遅延回路３０９の代わりに用いるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、Ｌ端子にチャージウォーニングランプ６が接続されていたが、Ｌ端子から出力される警報信号を外部制御装置（図示せず）に送って外部制御装置の制御によって所定の警報を行う場合にはチャージウォーニングランプ６を省略してもよい。但し、この場合には例えばＬ端子にプルアップ抵抗（Ｌ端子とＢ端子との間に挿入される抵抗）を追加する必要がある。

一実施形態の発電制御装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 車両用発電機
２ バッテリ
３ 発電制御装置
４ スタータ
５ 電気負荷
６ チャージウォーニングランプ
７ キースイッチ
１００ 電機子巻線
１０２ 整流器
１０４ 界磁巻線
３０１、３０６ トランジスタ
３０２、３０３、３０４、３０５ 抵抗
３０７ 発電検出回路
３０８ インバータ回路
３０９ 遅延回路
３１０ 電圧比較器
３１１ アンド回路
３１２ 警報回路
３１３ オア回路
３２０ 電圧制御回路

Claims (5)

1. 車両用発電機の発電状態を検出する発電検出手段と、
   前記車両用発電機の出力電圧あるいは前記車両用発電機に接続されたバッテリの端子電圧と基準電圧とを比較する比較手段と、
   前記出力電圧あるいは前記端子電圧の方が前記基準電圧よりも低下したことを前記比較手段による比較結果に基づいて検出したときに、所定の警報を行うとともに、スタータの回転を停止させる保護装置の作動を無効にする警報手段と、
   前記車両用発電機が発電状態に移行してから少なくともスタータが動作する時間を含む一定時間が経過するまで、前記警報手段の動作を停止させる警報停止手段と、
   を備えることを特徴とする発電制御装置。
2. 請求項１において、
   前記警報停止手段は、前記発電検出手段が発電状態に移行してから一定時間が経過するまで、前記比較手段から前記警報手段への比較結果の入力を制限する入力制限手段であることを特徴とする発電制御装置。
3. 請求項２において、
   前記入力制限手段は、前記発電検出手段による検出結果を一定時間遅延させて出力する遅延手段と、前記発電検出手段によって発電状態を検出してからその検出結果が前記遅延手段の出力に反映されるまでの一定時間、前記比較手段の比較結果が前記警報手段に入力されることをマスクするマスク手段とを有することを特徴とする発電制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記発電検出手段は、前記車両用発電機に含まれる電機子巻線の相電圧が所定値以上になったときに前記車両用発電機の発電状態を検出することを特徴とする発電制御装置。
5. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記発電検出手段は、前記車両用発電機に含まれる電機子巻線の相電圧の周波数が所定値以上になったときに前記車両用発電機の発電状態を検出することを特徴とする発電制御装置。

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