JP4480583B2 - 車両用交流発電機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は車両用交流発電機の制御装置に関するものである。

従来の車両用交流発電機の制御装置は、発電機の界磁電流を断続制御する開閉素子の開閉時間比を制御することにより界磁電流を所定の制限値を超えないように制限するようにしていた。なお、所定の制限値は、発電機の温度が所定値に上昇した時において所定の出力を得るために流すべき界磁電流以上の値に選定されている（特公平６−３８７２０号公報（第２頁、第１図）参照）。

このような従来の車両用交流発電機の制御装置によれば、車両電気負荷が最大に投入され、発電電圧が所定値より低い限りパワートランジスタは常に導通状態となり、発電機の回転速度に上昇に応じて出力も増大する発電機出力特性を示す。すなわち、発電機出力の増加に伴う電機子コイル、整流器の温度が上昇し、許容温度内に抑えることが困難であり、品質を低下させてしまう問題があった。また、温度を抑えるため冷却性を向上させる手段として大型の冷却ファンを必要とし、発電機の小型化ができないといった問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、発電機回転速度が所定値を超えた後、発電機出力の増加を抑制することにより、電機子コイル、整流器等の加熱を防止し、冷却ファンを必要としない小型化を図った車両（乗用車等）用交流発電機の制御装置を実現することを目的とする。

本発明による車両用交流発電機の制御装置は、交流発電機の界磁コイルに直列挿入され、定電圧源から抵抗を介して電流が供給されると導通状態となり、前記交流発電機からの出力電圧に応じて前記界磁コイルに供給する界磁電流を断続制御するスイッチング素子と、
前記交流発電機の回転速度を検出し、回転速度の上昇に応じて前記スイッチング素子の導通率を減少する導通率制御手段とを備え、前記導通率制御手段は、前記交流発電機の電機子コイルの一相出力による回転速度に比例する周波数を電圧に変換するｆ−Ｖ変換器と、所定の三角波電圧を生成して出力する三角波発生器と、前記ｆ−Ｖ変換器により変換された電圧のレベルと前記三角波発生器により出力された三角波電圧のレベルを直接比較するコンパレータと、前記交流発電機の所定箇所の温度を検出する温度検出手段とを有し、前記交流発電機が所定回転速度を超えた後、回転速度の上昇に応じて前記変換された電圧のレベルが前記三角波電圧のレベルより高くなり、前記定電圧源と前記スイッチング素子の接続点への前記コンパレータの直接出力により前記スイッチング素子の導通率を徐々に減少させ、前記界磁電流を減少させ、前記温度検出手段は、半導体感熱素子を含み、検出された温度が所定温度以上であるとき前記ｆ−Ｖ変換器の動作させるものである。

この発明によれば、発電機回転速度が所定値を超えた後、発電機出力の増加を抑制することにより、電機子コイル、整流器等の加熱を防止し、冷却ファンを必要としない小型化を図った車両用交流発電機の制御装置を実現することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の制御装置の回路図である。図１において、図示しない機関により駆動される車両用発電機（以下、単に「発電機」という。）１は、電機子コイル１０１と界磁コイル１０２とを有している。発電機１の交流出力を全波整流する整流器２は、メイン出力端子２０１と接地端子２０２とを有している。また、発電機１の出力電圧を所定値に調整する電圧調整器３は、整流器２のメイン出力端子２０１から得られる出力電圧を分圧して電圧を検出する電圧検出用分圧抵抗３０１、３０２を備えている。

定電圧電源回路３００はキースイッチ４がオンすることにより蓄電池５から供給される電源に基づいて定電圧源Ａを提供し、この定電圧源Ａは基準電圧用分圧抵抗３０３、３０４により分圧され、基準電圧が生成される。また、コンパレータ３０５は、基準電圧用分圧抵抗３０３、３０４により生成された基準電圧と、電圧検出用分圧抵抗３０１、３０２により分圧された検出電圧とを比較する。パワートランジスタ（スイッチング素子）３０７は界磁コイル１０２に直列に挿入されており、定電圧源Ａから抵抗３０６を介して電流が供給されると導通状態となり、コンパレータ３０５の出力に応じて界磁コイル１０２に界磁電流を供給する。そして、負荷スイッチ６がオンされることによりメイン出力端子２０１から出力された出力電圧が車両電気負荷７に対して供給される。

さらに、本実施の形態１に係る車両用交流発電機の制御装置は、パワートランジスタ３０７の導通率を制御する導通率制御回路（導通率制御手段）３１２を備え、導通率制御回路３１２は電機子コイル１０１の一相出力による回転速度に比例した周波数を電圧に変換するｆ−Ｖ変換器３０９、三角波電圧を生成する三角波発生器３１０、およびｆ−Ｖ変換器３０９により変換されたｆ−Ｖ変換値と三角波発生器により生成された三角波電圧とを比較するコンパレータ３１１とを有している。

次に、上記構成を備える車両用交流発電機の制御装置の動作について説明する。まず、キースイッチ４がオンされると定電圧電源回路３００に電源が供給され定電圧源Ａより抵抗３０６を介してパワートランジスタ３０７にベース電流が供給される。パワートランジスタ３０７が導通状態となり界磁コイル１０２に界磁電流が流れると図示しない機関が始動し、発電機１が駆動され発電を開始する。

コンパレータ３０５は、電圧検出用分圧抵抗３０１、３０２により検出された発電機１の検出電圧が基準電圧用抵抗３０３、３０４で設定した所定値より低いとき「ハイ（Ｈｉｇｈ）」を出力し、検出電圧が基準電圧を上回るとき「ロー（Ｌｏｗ）」を出力する。

また、ｆ−Ｖ変換器３０９は電機子コイル１０１の一相出力を受け回転速度に比例した周波数を電圧に変換したｆ−Ｖ変換値をコンパレータ３１１に出力する。ここで、図２上段はコンパレータ３１１の入力波形、すなわち三角波発生器３１０の出力波形（横軸は時間軸）とｆ−Ｖ変換器３０９の出力波形（横軸は発電機回転速度軸）、図２下段はコンパレータ３１１の出力波形を示した波形図である。図２から理解されるように、コンパレータ３１１は三角波発生器３１０により生成された三角波電圧とｆ−Ｖ変換値との電圧レベルを比較し、発電機１の回転速度が所定回転速度を超えた後、ｆ−Ｖ変換値が三角波電圧の電圧レベルを超えないときは「ハイ」を出力し、ｆ−Ｖ変換値が三角波電圧の電圧レベルを超えているときは「ロー」を出力する。

したがって、発電機１の回転数が所定回転速度を超えた後、回転速度の上昇に応じてローレベルの時間の割合（Ｌｏｗ率）が増していく。すなわち、パワートランジスタ３０７の導通率が減少していくこととなり、界磁電流を減少させることになる。図３は車両用交流発電機の制御装置により制御される発電機の出力電流特性の比較図であり、図中（ａ）が本実施の形態１による発電機の出力特性、（ｂ）が従来の発電機の出力特性である。図３からも本実施の形態１による発電機１の出力は、前記所定回転速度以上では出力が増加しない抑制されていることが理解される。

以上より、本発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の制御装置によれば、発電機１の回転数が所定回転速度を超えた後、回転速度の上昇に応じてパワートランジスタ３０７の導通率を減少させ、界磁電流を減少させることにより、所定回転数以上では出力が増加しない抑制された出力電流特性を得ることができるので、電機子コイル、整流器等の加熱を防止し、冷却ファンを必要とせず小型化を図ることができる。

実施の形態２．
次に、図４は本発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の制御装置の回路図である。本実施の形態２の制御装置は、図１に示した構成に対して、導通率制御回路３１２に新たに温度検出器３１３を設けた構成を有するものである。図５ないし７は上記温度検出器３１３の具体的構成例を示したものであり、図５は感熱半導体素子、図６は正の抵抗温度係数を有する感熱抵抗素子、図７は負の抵抗温度係数を有する感熱抵抗素子を含んだ温度検出器３１３である。

以下、各温度検出器３１３の具体的構成および動作について説明する。

図５において、感熱半導体素子であるダイオード３１２ａと抵抗３１２ｂとが定電圧源Ａとアース間に直列に挿入され、ダイオード３１２ａの温度変化により得られる温度変化電圧を検出している。また、分圧抵抗３１２ｃ、３１２ｄが同様に定電圧源Ａとアース間に挿入され、定電圧源Ａから基準電圧を形成する。このようにして得られた基準電圧と温度変化電圧とがコンパレータ３１２ｅにより比較される。通常は、基準電圧（コンパレータ３１２ｅのマイナス入力）の方が温度変化電圧（コンパレータ３１２ｅのプラス入力）より高く設定されており、コンパレータ３１２ｅは「ロー」を出力している。温度検出器３１３の温度が所定温度を超えると、ダイオード３１２ａのもつ内部電圧降下の負の温度特性によりコンパレータ３１２ｅのプラス入力電圧が上昇し、基準電圧（マイナス入力電圧）を超えることにより、コンパレータ３１２ｅは「ハイ」を出力する。

図６において、図５と異なる点は温度変化電圧の検出のために、感熱半導体素子であるダイオード３１２ａと抵抗３１２ｂとに代えて、抵抗３１２ｆと正の抵抗温度係数を有する感熱抵抗素子であるポジスタ３１２ｇとを備えた点である。なお、抵抗３１２ｆが定電圧源Ａ側に接続されている。したがって、図５と同様に通常はコンパレータ３１２ｅは「ロー」を出力しているが、温度検出器３１３の温度が所定温度を超えると、ポジスタ３１２ｇのもつ正の抵抗温度係数特性によりコンパレータ３１２ｅのプラス入力電圧が上昇し、基準電圧（マイナス入力電圧）を超えることにより、コンパレータ３１２ｅは「ハイ」を出力する。

図７において、図６と異なる点は抵抗３１２ｆと正の抵抗温度係数を有する感熱抵抗素子であるポジスタ３１２ｇに代えて、負の抵抗温度係数を有するサーミスタ３１２ｈと抵抗３１２ｉとを備えた点である。なお、図６とは逆にサーミスタ３１２ｈが定電圧源Ａ側に接続されている。したがって、図５、６と同様に通常はコンパレータ３１２ｅは「ロー」を出力しているが、温度検出器３１３の温度が所定温度を超えると、サーミスタ３１２ｈのもつ負の抵抗温度係数特性によりコンパレータ３１２ｅのプラス入力電圧が上昇し、基準電圧（マイナス入力電圧）を超えることにより、コンパレータ３１２ｅは「ハイ」を出力する。

以上のように、これらいずれの温度検出器３１３を用いても、所定温度以上を検出すると「ハイ］を出力し、所定温度に至らないときは「ロー」を出力する。よって、温度測定器３１３から「ロー」が出力されるとｆ−Ｖ変換器３０９の出力は常に「ロー」となり発電機１の出力の抑制を禁止するので、この時の発電機１の出力電流特性は従来のものと同一となる。一方、温度測定器３１３から「ハイ」が出力されるとｆ−Ｖ変換器３０９の出力が有効となり所定回転速度を超えると発電機１の出力の増加を抑制する動作が実行される。したがって、温度検出器３１３は、検出された温度が所定温度以上であるときのみｆ−Ｖ変換器３０９を動作させる。

以上より、本発明の実施の形態２に係る車両用交流発電機の制御装置によれば、温度検出器３１３を備えたことにより、温度制限を与えることができる。

本発明の実施の形態１による車両用交流発電機の制御装置の回路図である。 本発明の実施の形態１による車両用交流発電機の制御装置のコンパレータにおける入力波形と出力波形の関係を示した波形図である。 本発明の実施の形態１による車両用交流発電機の制御装置の出力電流特性図である。 本発明の実施の形態２による車両用交流発電機の制御装置の回路図である。 図４の温度検出器の具体的回路構成図である。 図４の温度検出器の具体的回路構成図である。 図４の温度検出器の具体的回路構成図である。

Claims (1)

1. 交流発電機の界磁コイルに直列挿入され、定電圧源から抵抗を介して電流が供給されると導通状態となり、前記交流発電機からの出力電圧に応じて前記界磁コイルに供給する界磁電流を断続制御するスイッチング素子と、
   前記交流発電機の回転速度を検出し、回転速度の上昇に応じて前記スイッチング素子の導通率を減少する導通率制御手段とを備え、
   前記導通率制御手段は、
   前記交流発電機の電機子コイルの一相出力による回転速度に比例する周波数を電圧に変換するｆ−Ｖ変換器と、
   所定の三角波電圧を生成して出力する三角波発生器と、
   前記ｆ−Ｖ変換器により変換された電圧のレベルと前記三角波発生器により出力された三角波電圧のレベルを直接比較するコンパレータと、
   前記交流発電機の所定箇所の温度を検出する温度検出手段とを有し、
   前記交流発電機が所定回転速度を超えた後、回転速度の上昇に応じて前記変換された電圧のレベルが前記三角波電圧のレベルより高くなり、前記定電圧源と前記スイッチング素子の接続点への前記コンパレータの直接出力により前記スイッチング素子の導通率を徐々に減少させ、前記界磁電流を減少させ、
   前記温度検出手段は、半導体感熱素子を含み、検出された温度が所定温度以上であるとき前記ｆ−Ｖ変換器の動作させる
   車両用交流発電機の制御装置。

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