JP4254738B2 - 車両用発電機の発電制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用交流発電機の発電制御装置に関する。
従来の車両用発電機の発電制御装置では、図13に示すように、発電機とバッテリ9の間にパワートランジスタ11をスイッチングトランジスタとするチョッパ装置を設けるとともに、バイパスダイオード12を界磁巻線4と並列に接続して励磁制御回路としたものがある。このタイプの励磁制御回路では、界磁エネルギーのバッテリへの回生が不可能であるので、界磁エネルギーはダイオード12に流すことになり、減磁時の動作が遅いといった問題がある。
これに対し、特許文献1には図14に示すように、一対のアームをパワートランジスタ13、14、もう一対のアームをダイオード15、16によってブリッジ回路を構成することで、界磁エネルギーのバッテリへの回生を可能とした励磁制御回路が開示されている。
特開昭62−203599号公報
しかしながら、図14の励磁制御回路の場合は、図13の従来の回路構成に比べ部品点数が多くなり回路全体の信頼性が低下することとなる。
例えば、励磁制御回路の個々の素子の信頼性が同じである(信頼度f=95%)とすると、図13の従来の回路の場合は、素子が2個であるので、信頼度はf2=0.9025となり、図14の回路の場合は、素子が4個であるので、信頼度はf4=0.8145となり、信頼性が低下している。従って、現在はあまり使用されていないという問題がある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、界磁エネルギーのバッテリへの回生を可能としたHブリッジ回路で構成された励磁制御回路において、スイッチング素子であるパワートランジスタのショートあるいはオープンの故障が発生した場合でも、他の正常なパワートランジスタを使用して発電機の発電を継続するとともに、警報する機能を持つ構成とすることで、界磁エネルギーのバッテリへの回生機能を備え、発電制御システムとして信頼性の高い車両用発電機の発電制御装置を提供するものである。
上記目的を達成するために、本発明の車両用発電機の発電制御装置の第1構成は、固定子巻線および界磁巻線を有し、車両のエンジンにより回転駆動されて発電する車両用発電機の前記界磁巻線と前記界磁巻線に電流を供給するバッテリとの間を断続するHブリッジ回路を構成する4辺のアームのうちの一対のアームからなる励磁用スイッチ手段と、前記励磁用スイッチ手段がオフとなったときに前記界磁巻線に流れる電流を蓄電手段に供給する他の一対のアームからなる回生用スイッチ手段と、を有する車両用発電機の発電制御装置において、前記励磁用スイッチ手段、または前記回生用スイッチ手段のアームに流れる電流を計測してショートまたはオープンを検出し、前記励磁用スイッチ手段及び前記回生用スイッチ手段を構成する前記4辺のアームのいずれかがショート、またはオープンしたとき、警報するとともに、前記一対のアームの正常なもう一辺のアームをメインの制御用として発電を継続することを特徴とする。
本発明の第1構成の車両用発電機の発電制御装置によれば、スイッチ手段の電流を監視する簡易な方法で、スイッチ手段である4辺のアーム(例えば、パワートランジスタ等で構成されているアーム)のいずれかがショートまたはオープンして正常なスイッチング動作が不可能となったとき、チャージランプを介して警報を発して運転者にいち早く知らせることにより、バッテリやその他の車載機器への不要なダメージを回避する対策を講じることができる。さらに、チャージランプとは別に表示装置を設けて警報することも可能となっている。
さらに、本構成の車両用発電機の発電制御装置は、スイッチ手段の電流を監視する簡易な方法で、スイッチ手段であるアームのどちらか一方がショートまたはオープンした故障時でも、正常なアームを使用して発電を継続させることで、発電制御装置の信頼性を実質的に高めたものである。
また、本構成によれば、スイッチ手段の一対のアームの一方がショートまたはオープンしているにもかかわらず、実質的には車両用発電機は発電を継続しており、発電制御装置を正常に動作させるとともに、異常を運転者に警報することにより早期に必要な対策を講ずることができ、車両の電源システムの信頼性を高めることとなる。
本発明の車両用発電機の発電制御装置の第構成は、固定子巻線および界磁巻線を有し、車両のエンジンにより回転駆動されて発電する車両用発電機の前記界磁巻線と前記界磁巻線に電流を供給するバッテリとの間を断続するHブリッジ回路を構成する4辺のアームのうちの一対のアームからなる励磁用スイッチ手段と、前記励磁用スイッチ手段がオフとなったときに前記界磁巻線に流れる電流を蓄電手段に供給する前記Hブリッジ回路の他の一対のアームからなる回生用スイッチ手段と、を有する車両用発電機の発電制御装置において、前記励磁用スイッチ手段、または前記回生用スイッチ手段のアームに流れる電流の計測と、前記スイッチ手段の制御信号と、によってショートまたはオープンを検出し、前記励磁用スイッチ手段及び前記回生用スイッチ手段を構成する前記4辺のアームのいずれかがショート、またはオープンしたとき、警報するとともに、前記一対のアームの正常なもう一辺のアームをメインの制御用として発電を継続することを特徴とする。
ここで、第2構成の前記励磁用スイッチ手段または前記回生用スイッチ手段の前記一対のアームのショートまたはオープン検出の手法は、前記スイッチ手段に流れる電流の計測、及び前記スイッチ手段の制御信号とから検出する方法をとっている。
本構成の発電制御装置は、励磁用スイッチ手段及び回生用スイッチ手段を構成している4辺のアームのショート故障またはオフ故障(オープン)に対して、運転者に警報する機能、アームの故障時でも正常なアームを使用して発電を継続する機能、を持たせることで車両の電源システムの信頼性を高めたものである。
以上説明したように本発明の車両用発電機の発電制御装置によれば、発電機の発電電圧を制御するHブリッジ回路のスイッチング素子であるパワートランジスタの故障時でも発電を継続するように制御し、さらに、運転者に警報するようにしたので、従来のHブリッジ回路を使用した発電制御装置に比較して信頼性を向上させた発電制御装置を実現している。
以下に、本発明を適用した一実施形態の車両用発電機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。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の車両用発電機を含む車両用電源システムの構成を示す図である。
図1に示すように、本実施形態の車両用発電機1は、固定子巻線2、整流器3、界磁巻線4及び発電制御装置6を含んで構成されている。また、この車両用発電機1と車載用のバッテリ9とによって車両用電源システムが構成されている。7はチャージランプ、8はイグニッションスイッチである。チャージランプ7はスイッチ手段の異常時に点灯して警報を発するためのものである。
固定子巻線2は、多相巻線(例えば三相巻線)であって、固定子鉄心に巻装されて電機子を構成している。固定子巻線2に誘起される交流出力が整流器3に供給される。整流器3は、固定子巻線2の交流出力を直流出力に整流する全波整流回路であり、固定子巻線2の各相に対応する整流素子としてダイオードが用いられている。
界磁巻線4は、固定子巻線2の電圧を誘起させるために必要な鎖交磁束を発生する。この界磁巻線4は、界磁極(図示せず)に巻装されて回転子を構成している。
発電制御装置6は、界磁巻線4に通電する励磁電流を4つのパワートランジスタ61、62、63、64(例えばパワーMOSFET)で構成したHブリッジ回路、パワートランジスタ61、62をオン・オフ制御するドライバ回路201、パワートランジスタ63、64をオン・オフ制御するドライバ回路202、ドライバ回路201、202にPWM制御信号を送出する電圧制御回路67、電圧制御回路67に車両用発電機1の出力電圧と基準値電圧Vregとを比較してハイレベルまたはローレベルの信号を与えるコンパレータ66、界磁巻線4の両端の電圧からパワートランジスタ61、62、63、64の異常時の警報及びパワートランジスタ制御信号を生成するAND回路68、インバータ回路69及びOR回路70、チャージランプ7をオン・オフ制御するためのパワートランジスタ65、パワートランジスタ65を駆動するドライバ回路203、OR回路70の出力を反転してドライバ回路202に与えるインバータ回路71とから構成されている。
パワートランジスタ61、62、63、64には、図に示されているように寄生ダイオードがそれぞれ内蔵されている。
発電制御装置6は、界磁巻線4に通電する励磁電流を4つのパワートランジスタ61、62、63、64で構成したHブリッジ回路のうち一対のアームを形成しているパワートランジスタ61、62を断続することにより、車両用発電機1の出力電圧を所定範囲内に制御する。すなわち、パワートランジスタ61、62で構成されている一対のアームが励磁用スイッチ手段に相当する。一方、パワートランジスタ63、64で構成されている他の一対のアームが回生用スイッチ手段に相当する。
(正常時の動作)
次に、本実施形態の発電制御装置6の正常時の動作について説明する。
コンパレータ66は、マイナス側入力端子に印加されている車両用発電機1の出力電圧とプラス側入力端子に印加されている基準値電圧Vregとを比較して、車両用発電機1の出力電圧が基準値電圧Vregより低いときには、ハイレベルの出力を電圧制御回路67に送出する。電圧制御回路67はコンパレータ66からのハイレベルの入力信号にもとづきPWM制御信号を生成してドライバ回路201、202を介してパワートランジスタ61、62、63及び64を駆動する。このとき、ドライバ回路201の出力はハイレベルとなるので、パワートランジスタ61、62はオンとなり、ドライバ回路202の出力はローレベルとなるので、パワートランジスタ63、64はオフとなる。
従って、バッテリ9の正極端からB端子、パワートランジスタ61、f1端子を経由して界磁巻線4に励磁電流が流れる経路と、界磁巻線4からf2端子、パワートランジスタ62を経由してバッテリ9の負極端に励磁電流が流れる経路が形成され、バッテリ9から界磁巻線4に励磁電流が供給される。図2はこのようにしてバッテリ9から界磁巻線4に励磁電流が供給される場合の電流の流れを示す図である。
次に、車両用発電機1の出力電圧がコンパレータ66の入力端子に印加されている基準値電圧Vregより高いときにはコンパレータ66は、ローレベルの出力を電圧制御回路67に送出する。ドライバ回路201の出力はローレベルとなり、パワートランジスタ61及び62をともにオフとする制御がなされるが、大きなインダクタンスを有する界磁巻線4では、供給を停止された励磁電流を維持しようとする電流が減衰しながら流れる。このとき、もう一方の一対のアームを構成しているパワートランジスタ63及び64はともにオンとされるので界磁巻線4から蓄電手段(図示せず)を介してバッテリ9に励磁電流が回生される。図3はこのようにして界磁巻線4からバッテリ9に励磁電流Iが回生される場合の電流の流れを示す図である。
(異常時の動作)
次に、本実施形態の発電制御装置6のスイッチ手段であるアーム(パワートランジスタ)のショート故障時の動作について説明する。
前述のように、車両用発電機1の出力電圧がコンパレータ66の入力端子に印加されている基準値電圧Vregより低いときには、パワートランジスタ61、62のゲートに接続されているドライバ回路201の出力はハイレベルとなるのでパワートランジスタ61、62は、オン状態になる。一方、ドライバ回路202の出力はローレベルとなるので、パワートランジスタ63、64はオフ状態となる。
このとき、パワートランジスタ64がショート故障したとすると、パワートランジスタ61及び64は、導通状態にあるので界磁巻線4の両端、f1端子及びf2端子は同電位(ハイレベル)となっている。
図1に示すように、f1端子及びf2端子はAND回路68の2つの入力端子にそれぞれ接続されているので、AND回路68の出力はハイレベルとなり、OR回路の2つの入力端子には、インバータ回路69で反転したAND回路68からの信号と、ドライバ回路201のハイレベルの信号が入力するので、OR回路の出力はハイレベルとなりパワートランジスタ65をオンとしてチャージランプ7を点灯させ警報するとともに、OR回路の出力信号に基づいてドライバ回路201、202の制御動作を、パワートランジスタ61、62を常時オフとし、パワートランジスタ64をオン・オフ動作に変更することにより界磁巻線4に励磁電流Iを供給し、発電を継続させる。
図4は、パワートランジスタ63がショート故障したときのパワートランジスタ61、62及び64の動作状態と、励磁電流I及び還流電流iの流れる方向を示すものである。
還流電流iはパワートランジスタ64がオフとなったときスイッチ回路に流れる電流である。
図5は、パワートランジスタ61がショート故障したとき、発電を継続させるための各パワートランジスタに実施される動作及び励磁電流I、還流電流iの流れを示したものである。パワートランジスタ61のショートの検出は、パワートランジスタ61、62をオフとし、パワートランジスタ63、64をオンとする制御時に界磁巻線4の両端、f1端子及びf2端子が同電位であることを検出してショート故障であると判定することで行われる。
図6は、パワートランジスタ62がショート故障したとき、発電を継続させるための各パワートランジスタに実施される動作及び励磁電流I、還流電流iの流れを示したものである。パワートランジスタ62のショートの検出は、パワートランジスタ61、62をオフとし、パワートランジスタ63、64をオンとする制御時に界磁巻線4の両端、f1端子及びf2端子が同電位であることを検出してショート故障であると判定することで行われる。
図7は、パワートランジスタ64がショート故障したとき、発電を継続させるための各パワートランジスタに実施される動作及び励磁電流I、還流電流iの流れを示したものである。パワートランジスタ64のショートの検出は、パワートランジスタ61、62をオンとし、パワートランジスタ63、64をオフとする制御時に界磁巻線4の両端、f1端子及びf2端子が同電位であることを検出してショート故障であると判定することで行われる。
次に、本実施形態の発電制御装置6のスイッチ手段であるアーム(パワートランジスタ)のオープン故障時の動作について説明する。
図8で説明すると、車両用発電機1の出力電圧がコンパレータ66の入力端子に印加されている基準値電圧Vregより高いときには、コンパレータ66の出力電圧はローレベルとなり、それに従いドライバ回路201は、ローレベルとなりパワートランジスタ61、62は、オフ状態になる。一方、ドライバ回路202の出力はハイレベルとなるので、パワートランジスタ63、64はオン状態となるので、正常であれば界磁巻線4の両端、f1端子及びf2端子は異なるものであるが、パワートランジスタ63がオープン故障の状態にあると同電位(ローレベル)となる。
このとき、AND回路68の2つの入力はローレベルであるため出力はローレベルとなり、インバータ回路69で反転されてOR回路70にハイレベルの信号が入力され、OR回路70のハイレベル出力によりドライバ回路203を駆動させてパワートランジスタ65オンとして、チャージランプ7を点灯させて警報するとともに、ドライバ回路73、74を介して各パワートランジスタの制御を図8のように変更して発電を継続させる。
図9、10、11の場合も、上記図8の例と同様にパワートランジスタ61、62、64がオープン故障したときの、パワートランジスタの制御と励磁電流I、還流電流iの流れを示したものである。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図12にその全体構成を示しているが第1実施形態と異なる点は、励磁用スイッチ回路及び回生用スイッチ回路にそれぞれ電流検出部A1、A2を設けたもので、その他の構成は第1実施形態と同じであるので同じ符号を使用している。
次に、第2実施形態の異常時の動作について説明する。
パワートランジスタ63がショート故障した図4の例で説明すると、車両用発電機1の
出力電圧がコンパレータ66の入力端子に印加されている基準値電圧Vregより低いときには、第1実施形態の動作で述べたようにパワートランジスタ61、62はオンとし、パワートランジスタ63、64はオフとする制御が行われる。しかし、パワートランジスタ63がショート故障しているため電流検出部A1、A2には、同レベルの電流が流れる。電流検出部A1及びA2は、電流が流れるときはハイレベルの信号を出力し、電流が流れないときはローレベルの信号を出力するよう構成されているので、AND回路68の2つの入力はハイレベルとなり、出力はハイレベルとなる。OR回路70の2つの入力端子にはローレベルとハイレベルの信号が入力され出力はハイレベルとなる。従って、パワートランジスタ65がオンとなりチャージランプ7を点灯するとともに、ドライバ回路201、202を介してパワートランジスタ61、62を常時オフとし、パワートランジスタ64をオン・オフ駆動して励磁電流Iを制御する。
図5〜11の場合も電流検出部A1、A2の出力信号に基づいて判定を行い、警報及び発電を継続する制御を行うことは、図4の例と同様である。
本発明の第1実施の形態における概略の全体構成を示す説明図である。 第1実施の形態の正常時の励磁状態の説明図である。 第1実施の形態の正常時の回生状態の説明図である。 第1実施の形態のパワートランジスタ63ショート故障時の動作説明図である。 第1実施の形態のパワートランジスタ61ショート故障時の動作説明図である。 第1実施の形態のパワートランジスタ62ショート故障時の動作説明図である。 第1実施の形態のパワートランジスタ64ショート故障時の動作説明図である。 第1実施の形態のパワートランジスタ63オープン故障時の動作説明図である。 第1実施の形態のパワートランジスタ61オープン故障時の動作説明図である。 第1実施の形態のパワートランジスタ62オープン故障時の動作説明図である。 第1実施の形態のパワートランジスタ64オープン故障時の動作説明図である。 第2実施の形態における概略の全体構成を示す説明図である。 従来例(その1)の回路図である。 従来例(その2)の回路図である。
符号の説明
1:車両用発電機 67:電圧制御回路
2:固定子巻線 68:AND回路
3:整流器 69:インバータ回路
4:界磁巻線 70:OR回路
6:発電制御装置 201、202、203:ドライバ回路
7:チャージランプ
8:イグニッションスイッチ
9:バッテリ
61〜65:パワートランジスタ
66:コンパレータ

Claims (2)

  1. 固定子巻線および界磁巻線を有し、車両のエンジンにより回転駆動されて発電する車両用発電機の前記界磁巻線と前記界磁巻線に電流を供給するバッテリとの間を断続するHブリッジ回路を構成する4辺のアームのうちの一対のアームからなる励磁用スイッチ手段と、前記励磁用スイッチ手段がオフとなったときに前記界磁巻線に流れる電流を蓄電手段に供給する他の一対のアームからなる回生用スイッチ手段と、を有する車両用発電機の発電制御装置において、
    前記励磁用スイッチ手段、または前記回生用スイッチ手段のアームに流れる電流を計測してショートまたはオープンを検出し、
    前記励磁用スイッチ手段及び前記回生用スイッチ手段を構成する前記4辺のアームのいずれかがショート、またはオープンしたとき、警報するとともに、前記一対のアームの正常なもう一辺のアームをメインの制御用として発電を継続することを特徴とする車両用発電機の発電制御装置。
  2. 固定子巻線および界磁巻線を有し、車両のエンジンにより回転駆動されて発電する車両用発電機の前記界磁巻線と前記界磁巻線に電流を供給するバッテリとの間を断続するHブリッジ回路を構成する4辺のアームのうちの一対のアームからなる励磁用スイッチ手段と、前記励磁用スイッチ手段がオフとなったときに前記界磁巻線に流れる電流を蓄電手段に供給する他の一対のアームからなる回生用スイッチ手段と、を有する車両用発電機の発電制御装置において、
    前記励磁用スイッチ手段、または前記回生用スイッチ手段のアームに流れる電流の計測と、前記スイッチ手段の制御信号と、によってショートまたはオープンを検出し、
    前記励磁用スイッチ手段及び前記回生用スイッチ手段を構成する前記4辺のアームのいずれかがショート、またはオープンしたとき、警報するとともに、前記一対のアームの正常なもう一辺のアームをメインの制御用として発電を継続することを特徴とする車両用発電機の発電制御装置。
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