JPH05328799A - 発電機の励磁電流制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、かつ高い精度でエンジンのア
イドル回転を安定させる発電機の励磁電流制御装置の提
供。 【構成】 発電機１の励磁コイル３に流れる励磁電流
は、励磁電流制御装置８によって制御される。励磁電流
制御装置８は、バッテリ電圧が比較器１１で判定される
所定電圧以下に低下した際に、スイッチング素子９の導
通デューティー比を除々に増加させる発電制御回路１０
を備える。また、励磁電流制御装置８は、エンジン２の
回転変化速度が所定値を越えた際に、発電制御回路１０
による発電増加を禁止する禁止回路１７を備える。そし
て、エンジン２の回転変化速度が所定値を越えて低下し
た場合、発電の増加が禁止されて、発電増加による発電
機トルクの増加が抑えられ、アイドル回転が安定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンによって駆動
される発電機の励磁コイルの通電量を制御する励磁電流
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのアイドリング回転速度は、ア
クセル開度がゼロの時のエンジンのトルクと、エンジン
にかかるトルク（例えば発電機の発電負荷）との釣り合
いによって決定される。このエンジンにかかるトルクの
うちの、発電機の発電負荷は、発電機の発電量、つまり
励磁コイルの通電電流値と発電機の回転数によって変化
する。このため、エンジンのアイドリング回転速度は、
発電機の励磁コイルの通電量によって変化する。特に、
アクセル開度がゼロの時のエンジンのトルクが、図６の
実線Ｂに示す場合の時で、発電機の発電量がある値で発
電機の負荷トルクが図６の実線Ｃに示す場合が発生する
と、エンジントルクＢと発電機の負荷トルクＣとの交差
点（エンジンの回転速度が安定する点）が、複数個発生
してしまう（図中Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３参照）。すると、エ
ンジンのアイドル回転が、交点の回転速度の一方（Ｐ１
またはＰ３）で安定してしまう。この様な場合、エンジ
ンの回転速度を図６のＡの範囲に設定しようとしても、
設定アイドル回転よりもずれてしまう。そしてさらに、
発電機の負荷トルク変動によって、エンジンのアイドル
回転が、一方の交点から他方の交点へ移行してしまう。
つまり、エンジンのアイドル回転がハンチングして安定
しない。この問題点を解決する従来の技術として、特開
昭58-192498 号公報および特開昭54-7111 号公報に開示
される技術が知られている。特開昭58-192498 号公報に
開示される技術は、電気負荷を検出し、その電気負荷に
対応した電力を発電するように、励磁コイルの通電量を
制御するものである。特開昭54-7111 号公報に開示され
る技術は、エンジンの回転速度を検出して、その回転速
度の微分値を算出し、その微分値に応じて発電電圧を制
御するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、特開昭58-1
92498 号公報に開示される技術は、電気負荷を検出する
のに、各電気負荷毎に電気負荷の使用状態を検出する検
出手段を設ける必要があり、システムが大型化するとと
もに、配線が複雑化する。また、特開昭54-7111 号公報
に開示される技術は、回転速度の微分値と、その微分結
果に基づいて変更される発電機の出力電圧の変化量と
は、いずれも微小な値で、結果的に微分値によって励磁
コイルの通電量を精度良く制御するのは困難であった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、簡単な構造で、かつ高い精度でエ
ンジンのアイドル回転を安定することのできる発電機の
励磁電流制御装置の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の発電機の励磁電
流制御装置は、次の技術的手段を採用した。励磁電流制
御装置は、エンジンの回転動力を受け、エンジンの回転
速度と励磁コイルの通電量に応じて電力を発生する発電
機と、前記励磁コイルの通電量を制御して前記発電機の
発電電力を制御する励磁電流制御装置とを備える。そし
て、前記励磁電流制御装置は、前記エンジンの回転速度
を読み取り、前記エンジンの回転変化速度が所定値を越
えた際に、前記励磁コイルの通電量の変化速度を抑制す
る。

【０００６】なお、本発明は、次の技術を採用しうる。
励磁電流制御装置による励磁コイルの通電量の変化速度
の抑制は、励磁電流の増加、あるいは減少の一方のみを
抑制するように設けても良い。励磁電流制御装置は、エ
ンジンの回転の変化速度が所定値を越えた場合に、励磁
コイルの通電量の変化速度を固定（抑制の一例）する。
励磁電流制御装置は、エンジンの回転速度に関する第１
設定回転と、その回転よりも低い第２設定回転とを備
え、エンジンの回転速度が第１設定回転よりも高いとき
に本発明の制御は禁止し、エンジンの回転速度が第１設
定回転と第２設定回転との間の回転速度域の時に本発明
の制御を実施し、エンジンの回転速度が第２設定回転よ
りも低いときに励磁コイルの励磁電流の増加を禁止す
る。励磁電流制御装置は、所定値（励磁コイルの通電量
を抑制するエンジンの変化速度）を、エンジンの回転速
度の低下に応じて、より小さな値に設定する。

【０００７】

【発明の作用】励磁電流制御回路は、エンジンの回転を
読み取り、この読み取ったエンジンの回転速度の変化速
度が、所定値を越えると、励磁コイルの通電量の変化を
抑える。つまり、エンジンの回転速度が所定値よりも変
動する際は、発電機のトルク変動の急変が抑えられる。
この結果、発電機のトルク変動によるエンジンのアイド
ル回転速度の変動が抑えられる。

【０００８】

【発明の効果】本発明の発電機の励磁電流制御装置は、
上記の作用で示したように、発電機のトルク変動による
エンジンのアイドル回転速度の変動を抑えることができ
るため、アイドル回転を安定させることができる。ま
た、本発明は、エンジンの回転速度の変化速度を、しき
い値で判定する構成を採用するため、従来技術に比較し
て回路構成で、かつ高精度に励磁コイルの通電量を制御
してエンジンのアイドル回転を安定させることができ
る。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の発電機の励磁電流制御装置
を、図に示す一実施例に基づき説明する。 〔実施例の構成〕図１ないし図４は本発明の実施例を示
すもので、図１は発電機の励磁電流制御装置の構成を示
す電気回路図である。本実施例の発電機１は、エンジン
２によって励磁コイル３が回転駆動され、電機子コイル
４の発生する交流電流が、整流回路５によって直流変換
されてバッテリ６および車両の各電気負荷７へ出力され
る。この発電機１の発生する電力は、エンジン２の回転
速度と励磁コイル３の通電量（励磁電流値）によって変
化する。励磁コイル３に供給される励磁電流は、励磁電
流制御装置８によって制御される。励磁電流制御装置８
は、励磁コイル３の励磁電流を制御するスイッチング素
子９を備え、このスイッチング素子９のON-OFFは、バッ
テリ６の充電状態およびエンジン２の回転速度に関連し
て制御される。

【００１０】バッテリ６の充電状態に応じてスイッチン
グ素子９を制御して、発電機１の発電量を制御する発電
制御回路１０は、バッテリ６の電圧低下時にスイッチン
グ素子９のデューティー比を増加し、バッテリ６の電圧
が所定電圧以上の時にスイッチング素子９をOFF するも
のである。具体的には、バッテリ電圧が所定電圧以下に
低下した際にHiの信号を出力する比較器１１と、デュー
ティーのON割合を除々に増加するデューティー増加回路
１２とを備え、その比較器１１とデューティー増加回路
１２とをアンド回路１３に出力し、比較器１１とデュー
ティー増加回路１２との出力の和でスイッチング素子９
を制御する。なお、デューティー増加回路１２は、スイ
ッチング素子９のデューティー比を記憶するデューティ
ー記憶回路１４、このデューティー記憶部１４の記憶す
るデューティー比に所定のオフセット（＋α）を加える
加算回路１５、この加算回路１５で加算された値の電圧
パルス幅の信号を発生するパルス発生回路１６から構成
される。

【００１１】また、励磁電流制御装置８は、エンジン２
の回転速度に関連して、発電制御回路１０による発電増
加を禁止する禁止回路１７を備える。この禁止回路１７
は、エンジン２の回転数を検出し、エンジン２の回転速
度が第２設定回転以下の時にHiの信号を出力する回転数
検出手段１８と、エンジン２の回転速度が第１設定回転
以下で、かつエンジン２の回転変化速度が所定値を越え
た時にHiの信号を発生する回転変化検出手段１９と、回
転速度が所定回転以下の時あるいは回転変化速度が所定
値を越えた時にHiの信号を発生するオア回路２０と、こ
のオア回路２０がHiの信号を出力する際に、加算回路１
５によるオフセットの加算を停止する切替手段２１とか
らなる。

【００１２】回転数検出手段１８および回転変化検出手
段１９の具体的な回路構成を図２に示し、この回転数検
出手段１８および回転変化検出手段１９の回路の作動
を、図３および図４を用いて説明する。所定の周期（Ｔ
ｃ）で発生するクロック信号（ｃｋ２）によってクロッ
ク付ＲＳフィリップフロップ２２、２３はリセットされ
る。このリセット信号を受けると、フィリップフロップ
２２のＱ出力（Ｐ２）はLow 、フィリップフロップ２３
の−Ｑ出力はHi、フィリップフロップ２２のＱ出力およ
びフィリップフロップ２３の−Ｑ出力をアンド回路２４
を介した出力（Ｐ１）はLow となる。その後入力される
最初のエンジン回転信号の立ち上がりで、フィリップフ
ロップ２２はＳＥＴされて、フィリップフロップ２２の
Ｑ出力（Ｐ２）はHiとなる。したがって、アンド回路２
４を介した出力（Ｐ１）はHiに反転する。エンジン回転
信号の２度目の立ち上がりで、フィリップフロップ２３
はＳＥＴされて、−Ｑ出力はLow となり、出力（Ｐ１）
はHiに反転する。この状態は、次のクロック信号（ｃｋ
２）の立ち上がりまで継続する。

【００１３】エンジン２の回転数が第２設定回転以下に
検出したか否かの検出は、次のようになされる。８ビッ
トのアップカウンター２５は、出力（Ｐ１）のHi周期を
クロック信号（ｃｋ１）のタイミングでカウントする。
エンジン回転数が低いと回転信号の１周期に相当する出
力（Ｐ１）のHi期間が大きくなる。クロック信号（ｃｋ
２）の立ち上がり時点でアップカウンター２５の上位３
ビットにHi信号がカウントされていれば、出力（Ｐ３）
がHiとなり、回転数が低い旨の信号を出力する。この出
力（Ｐ３）は、Ｄフィリップフロップ２６に入力され、
クロック信号（ｃｋ２）のタイミングで、低回転信号と
して出力される。なお、図３の出力（Ｐ３）は、わかり
やすくするために、クロック信号（ｃｋ１）の周期の３
倍で検出するように記載したものである。

【００１４】エンジン２の回転速度が第１設定回転以下
で、かつエンジン２の回転変化速度が所定値を越えたか
否かは、次のようになされる。なお、回転変化速度の所
定値は、エンジン２に設けられるアイドルコントローラ
（図示しない）が追従できる回転変化速度を越えないよ
うに設定される。クロック信号（ｃｋ２）のタイミング
でアップカウンター２５の値はダウンカウンター２７に
セットされ、クロック信号（ｃｋ１）のタイミングでダ
ウンカウントされる。カウントが終了すると、ダウンカ
ウンター２７の出力はLow に反転するように設けられ、
ダウンカウンター２７の出力と、出力（Ｐ１）とのエク
スクルーシブオア回路２８の出力は、クロック信号（ｃ
ｋ２）の周期（Ｔｃ）の間に変化した回転信号の周期の
変化量となる。ここで、出力（Ｐ１）に回転信号がセッ
トされていない期間をマスクするため、エクスクルーシ
ブオア回路２８の出力と、出力（Ｐ２）とをアンド回路
２９を介した出力（Ｐ４）が真の回転変化量となる。そ
して、出力（Ｐ４）をクロック信号（ｃｋ１）のタイミ
ングで第２アップカウンター３０がカウントし、カウン
ト値が所定値を越えると、つまり回転変化量が所定値を
越えると出力（Ｐ５）がHiに反転し、オア回路３１から
出力される加減速信号もHi（本発明の所定値を越えた旨
の信号）となる。クロック信号（ｃｋ２）の立ち上がり
で回転変化量が所定値を越えていない場合、第２アップ
カウンター３０の出力（Ｐ５）はLow で、Ｄフィリップ
フロップ３２にLow の信号が入力されると、Ｄフィリッ
プフロップ３２のＱ出力がLow となり、加減速信号はLo
w （本発明の所定値を越えない旨の信号）となる。な
お、エンジン２の回転信号の周期が、クロック信号（ｃ
ｋ１）の周期を越えると、回転変化の検出ができなくな
る。つまり、クロック信号（ｃｋ１）の周期に対応する
エンジン回転信号の周期のエンジン回転数（第１設定回
転）よりも、エンジン回転数が高くなると、エンジン回
転速度変化の検出はできなくなる。

【００１５】本実施例によって、加減速信号がHiに変わ
る回転減少速度ｖは、次式によって求められる。

【数１】ｖ≧（Ｄｃ×ｆ² ）／Ｔｃ×（１＋Ｄｃ×ｆ） なお、ｆは回転数、Ｔｃはクロック信号（ｃｋ２）の周
期、Ｎは第２アップカウンター３０のカウント値、Ｔck
1 はクロック信号（ｃｋ１）の周期、ＤｃはＮ×Ｔck1
である。この数式よりわかるように、加減速信号がHiに
変わる回転減少速度ｖは、回転数ｆの減少に従って、よ
り小さな値に変わってゆく。

【００１６】〔実施例の作動〕次に、上記実施例の作動
を簡単に説明する。バッテリ６の電圧が所定電圧よりも
高い時は、比較器１１の出力がLow で、アンド回路１３
の出力がLow となり、スイッチング素子９がOFF して、
励磁コイル３の励磁電流が減少する。オア回路２０の出
力がLow の時（エンジン２の回転速度が所定回転数より
高く、回転数の変化が小さい時）で、バッテリ６の電圧
が所定電圧以下の時は、比較器１１の出力はHiで、スイ
ッチング素子９の導通デューティー比が加算回路１５に
よって所定の周期に増加して励磁コイル３の励磁電流が
増加する。これによってバッテリ電圧が増加するように
制御される。エンジン２の回転数が第２設定回転以下に
低下すると、禁止回路１７のオア回路２０の出力がHiに
反転して切替手段２１を操作し、加算回路１５によるオ
フセットの加算を停止する。すると、スイッチング素子
９の導通デューティー比が固定されて、励磁電流の増加
による発電機トルクの増加が抑えられ、発電機トルクの
増加によりアイドル回転数がさらに低下するのを防ぎ、
アイドル回転数を安定させることができる。エンジン２
の回転数が第２設定回転より高くても、エンジン２の回
転数の変化速度が所定値を越えると、禁止回路１７のオ
ア回路２０の出力がHiに反転して切替手段２１を操作
し、加算回路１５によるオフセットの加算を停止する。
このため、スイッチング素子９の導通デューティー比が
固定され、励磁電流の増加による発電機トルクの増加が
抑えられる。この結果、エンジン回転の低下時に、発電
機トルクが増加することが抑えられるため、アイドル回
転の減少を抑えアイドル回転を安定させることができ
る。

【００１７】〔実施例の効果〕本実施例では、上記の作
用で示したように、エンジン２の回転数が、第１設定回
転と第２設定回転の間にあるとき、回転速度変化が所定
値を越えた際に、励磁電流の増加による発電機トルクの
増加が抑えられ、エンジン回転の低下時における回転を
安定させることができる。つまり、エンジン回転のふら
つきや、空吹かしによるオーバーシュート等によるエン
ジン２の停止を防ぐとともに、電気負荷の投入によるエ
ンジン回転の低下を防ぐことができる。特に、本実施例
では、回転数の減少に応じて、所定値が小さくなるた
め、アイドル回転を一層安定化することができる。ま
た、エンジン２の回転速度の変化量が所定値に達したか
否かを判定して励磁コイル３の励磁電流の増加を止める
という比較的簡単な構成で、精度の高い制御ができる。
つまり、高い精度でアイドル回転を安定させる励磁電流
制御装置８を、低いコストで提供できる。

【００１８】〔第２実施例〕図５は第２実施例の発電機
１の励磁電流制御装置８の構成を示す電気回路図であ
る。本実施例は、比較器１１がONした際にクロック３３
で決定される周期によって導通デューティー比を増加さ
せ、逆に比較器１１がOFF した際にクロック３３で決定
される周期によって導通デューティー比を減少させるア
ップダウンカウンター３４およびパルス発生回路３５を
用いて発電制御回路１０を構成したものである。この発
電制御回路１０を用いることによって、発電機１のトル
ク変動の急上昇と急下降とを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発電機の励磁電流制御装置の構成を示す電気回
路図である（第１実施例）。

【図２】回転数検出手段と回転変化検出手段の電気回路
図である（第１実施例）。

【図３】実施例の回路作動を示すタイムチャートである
（第１実施例）。

【図４】実施例の回路作動を示すタイムチャートである
（第１実施例）。

【図５】発電機の励磁電流制御装置の構成を示す電気回
路図である（第２実施例）。

【図６】エンジンのアイドル回転と発電機トルクとの関
係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 発電機 ２ エンジン ３ 励磁コイル ８ 励磁電流制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの回転動力を受け、エンジンの
   回転速度と励磁コイルの通電量に応じて電力を発生する
   発電機と、 前記励磁コイルの通電量を制御して前記発電機の発電電
   力を制御する励磁電流制御装置とを備える発電機の励磁
   電流制御装置において、 前記励磁電流制御装置は、 前記エンジンの回転速度を読み取り、前記エンジンの回
   転変化速度が所定値を越えた際に、前記励磁コイルの通
   電量の変化速度を抑制することを特徴とする発電機の励
   磁電流制御装置。