JP5473949B2 - 過電圧監視機能を備えた発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置に関する。この発電装置は、例えば自動車の車載電源で必要とされる直流電圧を形成するために設けられており、過電圧を監視する手段を備えている。

発電機の出力電圧が発電機調整器を用いて調整されることが既に公知である。発電機の出力電圧は複数の影響パラメータに依存し、これらの複数の影響パラメータには、回転数と、車載電源における電気的負荷と、スタータバッテリーの負荷状態と、温度とが含まれる。車載電源において一定の電圧を形成するために、発電機調整器は発電機の出力電圧を所定の限界値以内に調整している。発電機の励磁巻線を通って流れる励磁電流を適合化することによってこの調整が行われる。励磁電流を適合化するために、調整器制御装置から発生されるスイッチングトランジスタに対するＰＷＭ駆動制御信号のデューティ比の変更が実行される。

ハイサイドトランジスタを発電機調整器のスイッチングトランジスタとして使用すると、励磁電流が、直流電圧供給端子Ｂ＋から取り出され、このトランジスタを介して励磁巻線へ向かって供給される。励磁巻線の第２の端子はアースと接続されている。

発電機の相電圧端子Ｕ，Ｖ，Ｗで形成された交流電圧は、複数の分岐部を備えた整流装置において整流され、自動車の車載電源に供給され、発電機調整器の上述した直流電圧供給端子にも供給される。

さらに、発電機の相電圧の内１つを評価するために、発電機調整器は発電機の相電圧端子の内１つにも接続されている。

発電機調整器には調整器制御装置が設けられており、発電機調整器のスイッチングトランジスタに対するスイッチング信号を発生させ、この調整器制御装置には、直流電圧供給端子Ｂ＋に印加された直流電圧並びに発電機の相電圧の内１つが入力信号として供給される。

今日では直列に設けられた発電機調整器では、負荷が大きく低減した場合に発電機の完全な消勢を防止する機能が設けられている。このために、発電機調整器の調整器制御装置は、この調整器制御装置に供給される相電圧を監視し、この相電圧が所定値を下回るとスイッチングトランジスタに対するスイッチング信号を変化させる。

発電機調整器の相電圧端子は、発電機に属する整流装置と発電機調整器の間の機械的な接続部例えばねじ接続式の接続部であり、上述した相電圧は整流器分岐部の２つのダイオードの間の接続点で取り出される。発電機調整器と整流装置の間の上述した接続部には、種々のエラーパターンに起因して接触抵抗が生じる可能性がある。このことは、接触抵抗の高さに依存して電圧降下につながってしまう。このような電圧降下によって、調整器制御装置は低すぎる相電圧の存在を識別する。相電圧に割り当てられた調整器制御装置の介入閾値を下回るほど、電圧降下が大きくなるという不都合な場合がある。このことによって、調整に介入が行われ、この介入により、車載電源に過電圧が発生する可能性がある。

最大許容励磁電流またはデューティ比の制限によって、このような過電圧の発生に対抗することが既に公知である。しかし実際には、このように制限するにもかかわらず過電圧によって動作点が生じる可能性がある。

発明の利点
それに対して、請求項１の特徴部分に記載される発電装置は、高過ぎる励磁状態ひいては車載電源での過電圧の発生を回避するために、相電圧を介した調整介入中に調整器制御装置によって発生させられるスイッチング信号の付加的な監視が行われるという利点を有している。このことは基本的に、相電圧の調整介入中に作動電圧端子Ｂ＋に加わるフィルタリングされた直流電圧が所定の時間の長さにわたって所定の限界値を超過すると、発電機調整器が相電圧の調整介入を不能にすることによって実現される。

さらに有利な本発明による発電装置の特性を、図面に基づき本発明の例示的な説明から明らかにする。

本発明による発電装置のブロック回路図 図１に示した発電機調整器の調整器制御装置を詳細に示した図

説明
図１には、本発明による発電装置のブロック回路図が示されている。図示された発電装置１１には発電機調整器１および発電ユニット１０が設けられており、この発電ユニット１０は出力側で自動車の車載電源１２のための給電直流電圧を出力する。

発電ユニット１０は、発電機２および整流装置９を有する。この発電機２には励磁巻線５および詳細に示されていない相巻線が含まれており、これらの相巻線は例えばスター結線またはデルタ結線の形態で相互に接続されている。発電機２はその相電圧端子Ｕ，Ｖ，Ｗに交流電圧を印加し、これらの交流電圧は後置接続される整流装置９に供給される。図示された実施例の代替構成として、さらに別の個数の相ないし相電圧端子を設けてもよい。

整流装置９には３つの分岐部が含まれており、これらの分岐部はそれぞれ、２つのダイオードまたは他の適切な構成要素から成る直列回路を有し、発電機の相電圧端子の異なる１つに割り当てられている。

発電機２の相電圧端子Ｕは、第１の整流器分岐部のダイオードＤ１とＤ４の間の接続点と接続されている。発電機２の相電圧端子Ｖは、第２の整流器分岐部のダイオードＤ２とＤ５の間の接続点と接続されている。発電機２の相電圧端子Ｗは、第３の整流器分岐部のダイオードＤ３とＤ６の間の接続点と接続されている。

ダイオードＤ４，Ｄ５，Ｄ６のカソードは互いに接続されている。この箇所で、発電ユニット１０の出力直流電圧が形成され、車載電源１２へ送出されている。ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３のアノードも同様に互いに接続されており、アースに接続されている。

さらに、発電機２の相電圧端子Ｗは、発電機調整器１の端子Ｘを介してこの発電機調整器１の調整器制御装置７と接続され、また発電機調整器のアース接続部３および抵抗Ｒ３を介してアース４と接続されている。

発電機調整器１は、作動電圧端子Ｂ＋並びに別の端子ＤＦ，Ｄ−，Ｘを有する。さらに発電機調整器には、評価ロジックが備わっている調整器制御装置７が含まれている。この調整器制御装置７は、スイッチングトランジスタ６にＰＷＭ駆動制御信号を供給するように設けられている。その上調整器制御装置７は、作動電圧端子Ｂ＋と接続され、またアース接続部３を介してアース４と接続されている。さらに調整器制御装置７は、発電機２の相電圧端子Ｗから引き出される相電圧信号を受信するために、発電機調整器１の端子Ｘと接続されている。

さらに、図１に示した装置は励磁電流回路を有する。この励磁電流回路は、発電機調整器１の作動電圧端子Ｂ＋から発電機調整器のスイッチングトランジスタ６と発電機調整器の端子ＤＦと励磁巻線５と発電機調整器の端子Ｄ−とアース接続部３とを介してアース４へ延在している。発電機調整器１の端子Ｄ−と端子ＤＦの間には、フリーホイールダイオード８が接続されているか、またはスイッチングトランジスタを有する能動的なフリーホイールが使用される。

調整器制御装置７は、作動電圧端子Ｂ＋と接続され、また端子Ｘを介して発電機２の相電圧端子Ｗと接続されており、励磁電流が励磁巻線５を通って流れるように、制御信号Ｓを用いてスイッチングトランジスタ６を駆動制御しており、この励磁電流は、この作動電圧端子Ｂ＋に印加される直流電圧にも依存し、端子Ｘを介して調整器制御装置７に供給される相電圧にも時折依存している。

図２には、調整器制御装置７が詳細に示されている。この調整器制御装置７は、作動電圧実際値検出器７ａと作動電圧比較器７ｂと時限素子７ｃとスイッチング素子７ｄと相電圧検出器７ｅと計算ユニット７ｆとを有する。上述の素子を有する調整器制御装置７は、有利にはマイクロコンピュータまたは論理回路の形態で実現されており、この調整器制御装置７に供給される入力信号から発電機調整器１のスイッチングトランジスタ６に対する制御信号Ｓを求めるように設けられている。

計算ユニット７ｆの入力信号には、作動電圧端子Ｂ＋に印加された作動電圧の実際値が含まれる。この実際値は、作動電圧実際値検出器７ａの出力側で出力される。さらに、スイッチング素子７ｄが閉成している場合、計算ユニット７ｆの入力信号には相電圧検出器７ｅの出力信号が含まれる。

調整器制御装置を用いて、以下のとおり過電圧の監視が行われる。

入力側Ｘに印加された相電圧が所定の調整閾値より低い場合には、相電圧検出器７ｅは閉成された状態にあるスイッチング素子７ｄを介して計算ユニット７ｆと接続されている。これによって、発電機の完全な消勢が回避されるように計算ユニット７ｆが制御信号Ｓを形成する。

調整への相電圧のこのような介入が行われている間、作動電圧比較器７ｂは、作動電圧端子Ｂ＋で出力される直流電圧が所定の上限値ＵＢ＋_ｍａｘを超過したか否かを監視する。

作動電圧比較器７ｂが、作動電圧端子Ｂ＋に印加された直流電圧が所定の上限値ＵＢ＋_ｍａｘを超過したことを識別すると、この作動電圧比較器７ｂは時限素子７ｃに対するスタート信号を出力する。この時限素子７ｃは、負荷が大きく低減することによって引き起こされる電圧変動が通常補償されるように算定されている時間間隔にセットされている。

時限素子７ｃによって予め設定された時間間隔より長い時間にわたって、相電圧検出器７ｅの出力信号を介して調整に介入が行われ、かつ作動電圧端子Ｂ＋に印加される直流電圧が所定の上限値ＵＢ＋_ｍａｘを超過した状態が持続すると、時限素子７ｃはスイッチング素子７ｄを開放状態にする。スイッチング素子７ｄの開放状態において、調整への相電圧の影響は遮断されている。

このことにより、基本的に次のような直流電圧に依存する別の調整、すなわち、作動電圧端子Ｂ＋に印加され作動電圧実際値検出器７ａを介して計算ユニット７ｆに供給される直流電圧に依存する別の調整が行われる。

この場合、負荷が大きく低減した場合に発電機が確かに完全に消勢されてしまう可能性があるが、このことは通常快適さの低下となるだけであり、この快適さの低下は車載電源において一時的な電圧降下として現れる。しかしながら有利には、より長く持続する過電圧の発生とこの過電圧によって引き起こされる車載電源構成部品の損傷の発生とが防止される。

相電圧の調整介入を不能にしている間、相電圧が相電圧検出器７ｅによって調整される相電圧の介入閾値より再び大きくなり、かつ作動電圧端子Ｂ＋に印加される作動電圧に対する所定の限界値ＵＢ＋_ｍａｘを再び下回ったことが識別されると、スイッチング素子７ｄは再びスイッチの導通状態にされることにより、調整への相電圧の介入がすぐにまたは所定の時間の経過後再び許可される。

本発明の１つの実施形態では、ランプを使用して、または状態フラグを使用して制御装置に対し、スイッチ７ｄが開放された状態、すなわち調整への相介入が不能にされていることをシグナリングする。

Claims (2)

1. 発電機（２）および整流装置（９）を備えた発電ユニット（１０）と、前記発電機（２）の出力電圧を調整する発電機調整器（１）と、が設けられている発電装置であって、
   前記発電機調整器（１）は、作動電圧端子（Ｂ＋）および相電圧端子（Ｘ）と接続されている調整器制御装置（７）を備え、
   前記調整器制御装置（７）は、
   作動電圧端子（Ｂ＋）を介して前記発電ユニット（１０）の出力直流電圧を検出する作動電圧実際値検出器（７ａ）と、
   前記相電圧端子（Ｘ）から相電圧を受信する相電圧検出器（７ｅ）と、
   前記発電機（２）の励磁電流を制御する前記発電機調整器（１）のスイッチングトランジスタ（６）に対する制御信号（Ｓ）を求めるために設けられている計算ユニット（７ｆ）と、
   前記作動電圧端子Ｂ＋で出力される前記直流電圧が所定の上限値（ＵＢ＋ｍａｘ）を超過したか否かを監視する、前記作動電圧端子（Ｂ＋）と接続される作動電圧比較器（７ｂ）と、
   該相電圧検出器（７ｅ）と前記計算ユニット（７ｆ）の間に配置されるスイッチング素子（７ｄ）と、
   該スイッチング素子（７ｄ）を制御する時限素子（７ｃ）とを備え、
   前記直流電圧を上げるための前記相電圧による調整に対する介入中に、前記作動電圧端子（Ｂ＋）に印加された前記直流電圧が所定の期間にわたって前記所定の限界値（ＵＢ＋ｍａｘ）より大きくなると、前記時限素子（７ｃ）は前記スイッチング素子（７ｄ）を開放状態にすることにより
   前記発電機調整器（１）は前記直流電圧を上げるための前記相電圧による調整に対する介入を不能にする
   発電装置。
2. 前記作動電圧実際値検出器（７ａ）と前記作動電圧比較器（７ｂ）と前記時限素子（７ｃ）と前記スイッチング素子（７ｄ）と前記相電圧検出器（７ｅ）と前記計算ユニット（７ｆ）とが、マイクロコンピュータまたは論理回路によって実現されている、請求項１記載の発電装置。

Images