JP4349418B2 - 車両用発電制御装置 - 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車両用発電制御装置に関する。

車両用発電機は、制御端子（出力端子またはバッテリのプラス端子）の電圧を検出して基準値と比較して、制御端子の電圧が基準値よりも高いときに界磁電流のオン／オフ制御を行うトランジスタをオフし、反対に基準値よりも低いときにこのトランジスタをオンすることにより、界磁巻線の通電率を制御して、制御端子の電圧を一定値に保持するよう制御している。

電気負荷が投入された場合、まずバッテリから投入された電気負荷分の電流の持ち出しが行われ、それによって低下した電圧分を、界磁巻線の通電率を増加させて発電量を増加させることにより、制御端子の電圧を保持するよう制御する。この制御は瞬時に行われるため、制御端子の電圧はほとんど低下せずにほぼ一定の値に維持される。但し、このとき、車両用発電機の界磁電流を急増させることから、車両用発電機の発電トルク（駆動トルク）は急増し、それによって、エンジン回転数の落ち込みが発生する。特に、アイドル回転域では、このときのエンジン回転数の落ち込みによりエンジンストールに陥る可能性がある。これを回避するための従来技術として、界磁電流を増加させる場合に界磁巻線の通電率の増加速度を制限し、車両用発電機の発電トルクの急増を抑制する手法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、この手法は車両用発電機の発電を抑制する機能であるため、トルク変動は抑えられるが、この機能の動作中は発電量が不足して車両用発電機の出力電圧の落ち込みが発生する。
特開平５−３００６６９号公報（第３−５頁、図１−１１）

ところで、車両用発電機は出力電流が一定の状態で回転数が低下すると、出力電流を維持するために界磁電流を増加させるように制御される。回転数低下時に特許文献１に示したような界磁電流の増加速度の抑制機能が動作するかしないかは、回転数低下によって必要となる界磁電流の増加分が、界磁電流の増加速度の制限値よりも大きいかどうかで決まることになる。すなわち、回転数低下の程度が大きい場合、回転数低下に伴って必要となる界磁電流の増加分が大きくなり、この増加分が界磁電流の増加速度の制限値よりも大きくなる可能性が高くなるため、上述した界磁電流の増加速度の抑制機能が動作する可能性は高くなる。

したがって、界磁電流の増加速度を抑制する機能をもった車両用発電機が搭載された車両を減速する場合には、たとえ電気負荷が一定であっても、界磁電流の増加速度の抑制機能が動作する可能性がある。この機能が動作することにより、エンジン回転数の変動は抑制されるが、車両用発電機の出力電圧の落ち込みが発生するため、例えばヘッドライト等のランプ類を点灯した状態で車両を減速させた場合にはランプ類の明暗が発生するという問題があった。

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、車両減速時にヘッドライト等のランプ類の明暗が発生することを防止することができる車両用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、本発明の車両用発電制御装置は、車両用エンジンのアイドリング時に電気負荷が投入されたときに車両用エンジンによって駆動される車両用発電機の界磁巻線の通電率の増加速度を制限する導通率増加速度制限手段を有しており、車両用エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、回転数検出手段による検出結果に基づいて車両用エンジンの回転数の減少を検出したときに、通電率の増加速度の制限値をアイドリング時に対応する値よりも大きな値に切り替える制限値決定手段とを備えている。車両減速時に界磁巻線の導通率の増加速度の制限値を大きな値に切り替えることにより、減速時に界磁電流が増加した場合であっても制限がかかりにくくなるため、出力電圧が落ち込んでヘッドライト等のランプ類の明暗が発生することを防止することができる。

また、上述した制限値決定手段は、回転数検出手段によって検出されたエンジン回転数が所定値よりも高いときに制限値を第１の値に決定し、所定値よりも低いときに制限値を第２の値に決定するとともに、エンジン回転数が所定値を跨いで高速側から低速側に減少したときに制限値を第２の値よりも大きい第３の値に決定することが望ましい。これにより、車両用発電機のトルク変動がエンジン回転にあまり影響を及ぼさない高回転域では制限値を大きくすることができ、かつ、減速時にも制限値を大きくすることができるため、出力電圧の落ち込みによるランプ類の明暗の発生を防止することができる。

また、上述した制限値決定手段は、エンジン回転数が所定値を跨いで高速側から低速側に減少した時点から、エンジン回転数がアイドル回転数になるまでの間、制限値を第３の値に保持することが望ましい。これにより、車両減速時にアイドル回転数に達するまでの間確実に制限値を大きな値にすることができ、ランプ類の明暗の発生を防止することができる。

また、上述した制限値決定手段は、エンジン回転数が所定値を跨いで高速側から低速側に減少した時点からエンジン回転数がアイドル回転数に到達した後、所定時間経過するまでの間、制限値を第３の値に保持することが望ましい。これにより、減速時に界磁巻線の導通率を制限値に応じて増加制御中に、制限値がアイドリング時の小さな値に切り替わってしまうことを防止することができる。

また、上述した回転数検出手段は、車両用エンジンの回転数を、車両用発電機の回転子の回転数に基づいて検出することが望ましい。これにより、外部からエンジン回転数に関する信号を取り込む必要がなく、余分な配線やインタフェース回路を追加することがなく、構造の簡略化やコスト低減が可能となる。

また、上述した回転数検出手段は、回転子の回転数を、車両用発電機の電機子巻線に発生する電圧に基づいて検出することが望ましい。これにより、内蔵された車両用発電機の回転数検出回路を用いてエンジン回転数を検出することができるため、エンジン回転数検出用の回路を別に設ける必要がなく、装置規模の拡大を防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用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、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電制御装置が内蔵される車両用発電機とバッテリや電気負荷等との接続状態が示されている。

図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、車両用発電制御装置５、電機子巻線６、界磁巻線７、整流器８を含んで構成されている。この車両用発電機１は、エンジンによりベルトおよびプーリを介して駆動されている。界磁巻線７は、通電されて磁界を発生する。この界磁巻線７は、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。電機子巻線６は、多相巻線（例えば三相巻線）であって、電機子鉄心に巻装されて電機子を構成している。この電機子巻線６は、界磁巻線７の発生する磁界の変化によって起電力を発生する。電機子巻線６に誘起される交流出力が整流器８に供給される。整流器８は、電機子巻線６の交流出力を全波整流する。整流器８の出力が、車両用発電機１の出力として外部に取り出され、バッテリ２や電気負荷スイッチ４を介して電気負荷３に供給される。車両用発電機１の出力は、回転子の回転数や界磁巻線７に流れる界磁電流の通電量に応じて変化し、その界磁電流は車両用発電制御装置５によって制御される。

次に、車両用発電制御装置５の詳細について説明する。車両用発電制御装置５は、スイッチング素子５１、環流ダイオード５２、分圧回路５３、５４、電圧制限回路５５、デューティ決定回路５６、回転数検出回路５７、ＬＲＣ（負荷応答制御）制限値決定回路５８、ＬＲＣ制限回路５９を含んで構成されている。ＬＲＣ制限回路５９が導通率増加速度制限手段に、回転数検出回路５７が回転数検出手段に、ＬＲＣ制限値決定回路５８が制限値決定手段にそれぞれ対応する。

スイッチング素子５１は、ゲートがデューティ決定回路５６に接続され、ドレインが車両用発電機１の出力端子（Ｂ端子）に接続され、ソースが還流ダイオード５２を介して接地端子（Ｅ端子）に接続されている。また、スイッチング素子５１のソースはＦ端子を介して界磁巻線７に接続されており、スイッチング素子５１がオンされると界磁巻線７に界磁電流が流れ、オフされるとこの通電が停止される。還流ダイオード５２は、界磁巻線７と並列に接続されており、スイッチング素子５１がオフされたときに、界磁巻線７に流れる界磁電流を還流させる。

分圧回路５３は、２つの抵抗によって構成されており、車両用発電機１の出力電圧（あるいはバッテリ２の端子電圧でもよい）を分圧する（分圧された電圧を「検出電圧Ｖ１」とする）。電圧制御回路５５は、検出電圧Ｖ１と所定の基準電圧とを比較し、検出電圧Ｖ１が基準電圧よりも低いときにハイレベルの信号を出力し、反対に検出電圧Ｖ１が基準電圧よりも高いときにローレベルの信号を出力する。デューティ決定回路５６は、電圧制御回路５５の出力信号に対応して、スイッチング素子５１をオン／オフ制御するデューティ比を決定する。

分圧回路５４は、２つの抵抗によって構成されており、Ｐ端子に現れる電機子巻線６の相電圧を分圧する（分圧された電圧を「検出電圧Ｖ２」とする）。回転数検出回路５７は、検出電圧Ｖ２に基づいて（例えば検出電圧Ｖ２の周波数に基づいて）、車両用発電機１の回転子の回転数（発電機回転数）を検出する。一般に、車両用発電機１のプーリとエンジンのクランクプーリはベルトを介して連結されており、エンジンの回転数は発電機回転数に比例する。すなわち、回転数検出回路５７は、発電機回転数を検出することにより、これに比例するエンジンの回転数も検出している。

ＬＲＣ制限値決定回路５８は、回転数検出回路５７によって検出された発電機回転数（エンジンの回転数）に基づいて、界磁巻線７の導通率（デューティ）の増加速度の制限値（この制限値を「デューティ増加制限値」と称する）を決定する。ＬＲＣ制限回路５９は、ＬＲＣ制限値決定回路５８によって決定されたデューティ増加制限値と、デューティ決定回路５６によって決定された現在のデューティの値に基づいて、新たな目標デューティを決定する。デューティ決定回路５６は、この目標デューティが入力されると、それまでのデューティをこの目標デューティに変更する。

次に、ＬＲＣ制限値決定回路５８によるデューティ増加制限値決定動作について説明する。従来の車両発電機１では、デューティ増加制限値は発電機回転数だけに基づいて決定されていた。例えば、発電機回転数が３０００ｒｐｍ未満では３３．３％／ｓｅｃに、３０００ｒｐｍ以上では１０００％／ｓｅｃにデューティ増加制限値が設定されていた。すなわち、アイドリング回転数などの低速域では電気負荷投入などによる車両用発電機１のトルク変動がエンジンの負荷となり、エンジン回転数の変動を誘発するため、これを防止するためにデューティの増加速度のデューティ増加制限値を抑制していた。但し、この場合は、車両の減速時にも発電が抑制されて出力電圧の落ち込みが発生し、ヘッドライトやその他のランプ類が明るくなったり暗くなったり、明るさの変動が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態のＬＲＣ制限値決定回路５８では、現在のデューティ増加制限値と発電機回転数（エンジンの回転数）に基づいて新たなデューティ増加制限値を決定することにより、車両減速時のデューティ増加制限値を通常のアイドリング時におけるデューティ増加制限値よりも大きな値にして、車両減速時の発電抑制よる出力電圧の落ち込みが発生することを防止している。

図２は、ＬＲＣ制限値決定回路５８によるデューティ増加制限値決定動作の具体例を示す図である。図２において、ＴｃはＬＲＣ制限値決定回路５８の内部に備わったカウンタのカウント値であり、αはこのカウンタの動作状態を示すパラメータであって、α＝１がカウンタが計時動作中であることを示している。特許請求の範囲の各請求項における第１の値がデューティ増加制限値１０００％／ｓｅｃに、第２の値が３３．３％／ｓｅｃに、第３の値が６６．７％／ｓｅｃにそれぞれ対応する。また、アイドリング時が発電機回転数２０００ｒｐｍ未満に、第１の値と第２の値を切り替えるエンジン回転数の所定値が発電機回転数３０００ｒｐｍにそれぞれ対応する。

図２に示すように、現在のデューティ増加制限値が３３．３％／ｓｅｃで、発電機回転数が３０００ｒｐｍ未満のときには新たなデューティ増加制限値として３３．３％／ｓｅｃ（変更なし）が、発電機回転数が３０００ｒｐｍ以上のときには新たなデューティ増加制限値として１０００％／ｓｅｃがそれぞれ決定される。

また、現在のデューティ増加制限値が１０００％／ｓｅｃで、発電機回転数が２０００ｒｐｍ未満のときには、カウンタによる計時動作が開始され、経過時間が１．５ｓｅｃ未満の場合には新たなデューティ増加制限値として６６．７％／ｓｅｃが決定され、経過時間が１．５ｓｅｃに達すると新たなデューティ増加制限値として３３．３％／ｓｅｃが決定されるとともにカウンタを停止させる。一方、現在のデューティ増加制限値が１０００％／ｓｅｃで、発電機回転数が２０００〜３０００ｒｐｍのときには新たなデューティ増加制限値として６６．７％／ｓｅｃが、発電機回転数が３０００ｒｐｍ以上のときには新たなデューティ増加制限値として１０００％／ｓｅｃ（変更なし）がそれぞれ決定される。

また、現在のデューティ増加制限値が６６．７％／ｓｅｃで、発電機回転数が２０００ｒｐｍ未満のときには、カウンタによる計時動作が開始され、経過時間が１．５ｓｅｃ未満の場合には新たなデューティ増加制限値として６６．７％／ｓｅｃ（変更なし）が決定され、経過時間が１．５ｓｅｃに達すると新たなデューティ増加制限値として３３．３％／ｓｅｃが決定されるとともにカウンタを停止させる。一方、現在のデューティ増加制限値が６６．７％／ｓｅｃで、発電機回転数が２０００〜３０００ｒｐｍのときには新たなデューティ増加制限値として６６．７％／ｓｅｃ（変更なし）が、発電機回転数が３０００ｒｐｍ以上のときには新たなデューティ増加制限値として１０００％／ｓｅｃがそれぞれ決定される。

図３は、車両の走行パターンと決定されたデューティ増加制限値との関係を示す。この図は、車両の状態が停止→加速→定速走行→減速→停止と変化する場合の車速、発電機回転数、デューティ増加制限値の時間変化を示したものである。

車両の状態が上述したように変化するとき、ＬＲＣ制限値決定回路５８は常に発電機回転数と現状のデューティ増加制限値に応じて図２に示す組み合わせにしたがってデューティ増加制限値を決定する。

車両が停止状態から加速して低速走行に変化するとき、デューティ増加制限値は発電機回転数が３０００ｒｐｍを超えるまでは３３．３％／ｓｅｃを維持し、３０００ｒｐｍを超えると１０００％／ｓｅｃに切り替わる。図３では、発電機回転数は、車両のシフトチェンジを想定して、３０００ｒｐｍを越えた後に一時的に低下して３０００ｒｐｍを割り込み、再度３０００ｒｐｍを超えるように変化している。この場合、３０００ｐｍより低いときにはデューティ増加制限値は６６．７％／ｓｅｃとなり、再度３０００ｒｐｍを超えると１０００％／ｓｅｃになる。

また、３０００ｒｐｍ以上で定速走行しているときは、デューティ増加制限値は１０００％／ｓｅｃで維持される。そして、減速するときは、発電機回転数が３０００ｒｐｍ以上にあるときはデューティ増加制限値は１０００％／ｓｅｃで維持され、３０００ｒｐｍ以下に低下するとデューティ増加制限値は６６．７％／ｓｅｃになり、２０００ｒｐｍ以下になると１．５ｓｅｃ後に３３．３％／ｓｅｃに切り替わる。

このように、本実施形態の車両用発電制御装置５では、車両減速時に界磁巻線７の導通率の増加速度の制限値を大きな値に切り替えることにより、減速時に界磁電流が増加した場合であっても制限がかかりにくくなるため、出力電圧が落ち込んでヘッドライト等のランプ類の明暗が発生することを防止することができる。

また、エンジン回転数が所定値（エンジン回転数に対応する発電機回転数３０００ｒｐｍ）よりも高いときに制限値を第１の値（１０００％／ｓｅｃ）に決定し、所定値よりも低いときに制限値を第２の値（３３．３％／ｓｅｃ）に決定するとともに、エンジン回転数が所定値を跨いで高速側から低速側に減少したときに制限値を第２の値よりも大きい第３の値（６６．７％／ｓｅｃ）に決定しており、これにより、車両用発電機１のトルク変動がエンジン回転にあまり影響を及ぼさない高回転域では制限値を大きくすることができ、出力電圧の落ち込みによるランプ類の明暗の発生を防止することができる。

また、エンジン回転数が所定値を跨いで高速側から低速側に減少した時点から、エンジン回転数がアイドル回転数になるまでの間、制限値を第３の値に保持することにより、車両減速時にアイドル回転数に達するまでの間確実に制限値を大きな値にすることができ、ランプ類の明暗の発生を防止することができる。

また、エンジン回転数が所定値を跨いで高速側から低速側に減少した時点からエンジン回転数がアイドル回転数に到達した後、所定時間経過するまでの間（Ｔｃが１．５ｓｅｃ未満）、制限値を第３の値に保持することにより、減速時に界磁巻線７の導通率を制限値に応じて増加制御中に、制限値がアイドリング時の小さな値に切り替わってしまうことを防止することができる。

また、車両用エンジンの回転数を車両用発電機１の回転子の回転数に基づいて検出することにより、外部からエンジン回転数に関する信号を取り込む必要がなく、余分な配線やインタフェース回路を追加することがなく、構造の簡略化やコスト低減が可能となる。また、回転子の回転数を、車両用発電機１の電機子巻線６に発生する電圧に基づいて検出することにより、内蔵された車両用発電機１の回転数検出回路５７を用いてエンジン回転数を検出することができるため、エンジン回転数検出用の回路を別に設ける必要がなく、装置規模の拡大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、デューティ増加制限値、発電機回転数、減速時のカウント時間等の設定値について図２に示す具体例で説明したが、これらの値については他の組合せを用いるようにしてもよい。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 ＬＲＣ制限値決定回路によるデューティ増加制限値決定動作の具体例を示す図である。 車両の走行パターンと決定されたデューティ増加制限値との関係を示す図である。

符号の説明

１ 車両用発電機
２ バッテリ
３ 電気負荷
５ 車両用発電制御装置
６ 電機子巻線
７ 界磁巻線
８ 整流器
５１ スイッチング素子
５２ 環流ダイオード
５３、５４ 分圧回路
５５ 電圧制御回路
５６ デューティ決定回路
５７ 回転数検出回路
５８ ＬＲＣ制限値決定回路
５９ ＬＲＣ制限回路

Claims (6)

1. 車両用エンジンによって駆動される車両用発電機の界磁巻線の通電率の増加速度を制限する導通率増加速度制限手段を有する車両用発電制御装置において、
   前記車両用エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記回転数検出手段による検出結果に基づいて前記通電率の増加速度の制限値を切り替える制限値決定手段と、
   を備え、前記制限値決定手段は、前記回転数検出手段によって検出されたエンジン回転数が所定値よりも高いときに前記制限値を第１の値に決定し、前記所定値よりも低いときに前記制限値を前記第１の値よりも小さい第２の値に決定するとともに、前記エンジン回転数が前記所定値を跨いで高速側から低速側に減少したときに前記制限値を前記第１の値よりも小さく前記第２の値よりも大きい第３の値に決定することを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 請求項１において、
   前記第２の値は、前記車両エンジンのアイドリング時に対応する前記制限値であり、
   前記第３の値は、前記車両エンジンのアイドリング時に対応する前記制限値よりも大きいことを特徴とする車両用発電制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記制限値決定手段は、前記エンジン回転数が前記所定値を跨いで高速側から低速側に減少した時点から、前記エンジン回転数がアイドル回転数になるまでの間、前記制限値を前記第３の値に保持することを特徴とする車両用発電制御装置。
4. 請求項３において、
   前記制限値決定手段は、前記エンジン回転数が前記所定値を跨いで高速側から低速側に減少した時点から前記エンジン回転数がアイドル回転数に到達した後、所定時間経過するまでの間、前記制限値を前記第３の値に保持することを特徴とする車両用発電制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記回転数検出手段は、前記車両用エンジンの回転数を、前記車両用発電機の回転子の回転数に基づいて検出することを特徴とする車両用発電制御装置。
6. 請求項５において、
   前記回転数検出手段は、前記回転子の回転数を、前記車両用発電機の電機子巻線に発生する電圧に基づいて検出することを特徴とする車両用発電制御装置。
   

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