JPH0622471A

JPH0622471A - 車両用発電機の制御装置

Info

Publication number: JPH0622471A
Application number: JP4177100A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Masumoto; 正寿桝本; Naoyuki Takahashi; 直行高橋; Yuji Maeda; 裕司前田; Shuichi Kokubu; 修一國分
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1994-01-28
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JP2916837B2

Abstract

(57)【要約】【目的】界磁電流を設定値に制限するトルクリミッタ
動作時での電流制限値が正確に得られるようにした車両
用発電機の制御装置を提供すること。【構成】電流検出回路１９の出力をＰＷＭ電圧制御回
路２５の三角波発生回路１７からのクロックＣＬＫに同
期して出力するラッチ回路２０を設け、界磁電流をオン
オフするパワートランジスタ１２のスイッチング周波数
が電圧制御系のＰＷＭ周波数以上にならないようにした
もの。【効果】発電機が要求する駆動トルクを、冷温時でも確
実に設定値に抑えることができるので、高温時での発電
機本来の出力を確保しながら、発電機駆動用のベルトの
寿命が向上でき、ベルト鳴きを抑え、エンストを防止す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電流制限機能を備えた
車両用発電機の制御装置に係り、特に、内燃機関により
ベルト駆動されて発電を行う自動車用の発電機に好適な
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車には各種の電装品が多数必要と
し、このため、通例、所定の容量のバッテリ(蓄電池)を
備え、これを内燃機関によって駆動される発電機により
充電して必要とする電力を供給するようになっており、
このとき、この発電機としてオルタネータと呼ばれる交
流発電機を用い、これを内燃機関によりベルト駆動する
ようになっているのが一般的であり、この交流発電機の
界磁巻線に流れる電流、すなわち、励磁電流をパルス幅
変調制御して発電電圧を制御し、バッテリに一定電圧で
充電されるように制御している。

【０００３】ところで、一般に、発電機は、温度が低い
ときには界磁巻線の抵抗値が低いため、発電機から出力
可能な最大電力が多くなり、この結果、それの駆動に要
するトルクも大きくなり、内燃機関が発生しているトル
クとのバランスが崩れ、このまま放置したのではエンス
ト(エンジンストール)を生じたり、ベルト鳴きやベルト
寿命の低下を生じてしまうことになる。

【０００４】そこで、このような現象を抑制するため
に、発電機の温度が低いときの界磁電流を制限し、内燃
機関に対する発電機の発生トルクを抑えるように制御す
る、いわゆるトルクリミッタ制御の適用が従来から提案
されているが、このようなトルクリミッタ制御の考え方
自体は、特開昭６２ー１０４５００号公報に示されてい
るように、界磁電流を検出して基準電圧と比較し、これ
により界磁電流制御用のパワートランジスタをスイッチ
ングして界磁電流を制限する方式であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、界磁
電流をパワートランジスタに流れる電流として検出し、
検出した電圧を基準電圧と比較してパワートランジスタ
を制御しており、このため、このトランジスタがオンオ
フする周波数が界磁巻線の温度上昇による抵抗変化分及
びインダクタンス分の変化により変化してしまう点につ
いて配慮がされておらず、界磁電流の制限値が変化して
エンストやベルト鳴きの発生、あるいはベルト寿命の低
下を充分に抑えることができないという問題があった。

【０００６】つまり、実際の界磁電流はパワートランジ
スタに流れる電流と、パワートランジスタがオフする際
に流れるフライホイール電流との和であるため、電流が
オンオフする周波数が変化するとフライホイール電流が
変化し、この結果、界磁電流を一定に制限することが困
難になってしまうのである。

【０００７】本発明の目的は、界磁電流の制限が充分に
得られ、発電機の低温時と高温時での出力差をなくし、
エンストやベルト鳴きの発生を防止すると共に、ベルト
寿命の向上が充分に得られるようにした車両用発電機の
制御装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、界磁電流を制限するためのスイッチング手段によ
るオンオフ制御周波数を、発電電圧制御に使用されてい
るパルス幅変調制御用搬送波信号の周波数に同期させる
同期化手段を設けることにより達成される。

【０００９】

【作用】前記同期化手段は、界磁電流を制限するための
制御手段によるスイッチング手段のオンオフ制御周波数
を、発電電圧制御に使用されているパルス幅変調制御用
搬送波信号の周波数に強制的に同期させてしまうから、
界磁電流のオンオフ周波数は確実に一定化され、従っ
て、界磁電流の制限値の変動を充分に抑えることができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明による車両用発電機の制御装置
について、図示の実施例により詳細に説明する。図１は
本発明の一実施例で、発電機１の界磁巻線１０は、図示
しない回転子に装着され、エンジン(内燃機関)により回
転駆動され、その端子Ｆに接続されているパワートラン
ジスタ１２がオンに制御されて励磁電流が供給されるこ
とにより回転磁界を発生させる働きをする。また、この
界磁巻線１０には、フライホイールダイオード１１が並
列に接続され、パワートランジスタ１２がオンからオフ
したときのフライホイール電流の通路となり、スイッチ
ングノイズを吸収する働きをする。

【００１１】電機子巻線９は、前記回転子と空隙を持っ
て対向する固定鉄心(図示せず)に巻装され、界磁巻線１
０によって発生された回転磁界の大きさに応じて三相交
流電圧を発生する。そして、この交流電圧は三相全波整
流器８で全波整流されて直流に変換される。

【００１２】この三相全波整流器８のプラス出力は、発
電機１の出力端子Ｂを介してバッテリ２に供給され、バ
ッテリ２が充電される。また、同時に、三相全波整流器
８の出力は、この出力端子Ｂから負荷スイッチ４を介し
て、例えばランプ等の電気負荷(電装品)３に供給され
る。

【００１３】また、バッテリ２のプラス端子が接続され
ている出力端子Ｂは、レギュレータ７内にある電源回路
１３に接続されており、ここで安定化されてレギュレー
タ７内の各回路に一定電圧Ｖcc が供給されるようにな
っている。図３の(a)は電源回路１３の詳細を示したも
ので、ツェナーダイオード１３０によりベース電圧が一
定に保たれたトランジスタ１３３と、抵抗１３１、１３
２で構成され、トランジスタ１３３のコレクタから安定
化された一定電圧Ｖcc を出力するようになっている。

【００１４】ＰＷＭ(パルス幅変調)電圧制御回路２５
は、電圧検出回路１４と基準電圧回路１５、電圧偏差回
路１６、三角波発生回路１７、それにコンパレータ２３
から構成されており、まず、電圧検出回路１４には端子
Ｓを介してバッテリ２の出力が接続されている。図２の
(b)は電圧検出回路１４の詳細を示したもので、２個の
抵抗１４０、１４１からなる電圧分圧回路で構成され、
端子Ｓから入力されるバッテリ２の電圧を所定値に分圧
した検出出力１４ａを出力するようになっている。

【００１５】電圧検出回路１４の出力は電圧偏差回路１
６に入力され、ここで基準電圧回路１５により設定され
ている基準電圧との偏差が演算され、偏差信号１６ａと
して出力される。図２の(c)は基準電圧回路１５の詳細
を示したもので、抵抗１５１と直列に接続したツェナー
ダイオード１５１とで構成され、このツェナーダイオー
ド１５１のツェナー電圧で定まる一定の電圧を基準電圧
１５ａとして出力する。また、図２の(d)は電圧偏差回
路１６の詳細を示したもので、コンパレータ１６２と帰
還抵抗１６０、及び入力抵抗１６１で構成され、検出出
力１４ａと基準電圧１５ａとの偏差信号１６ａを出力す
る。

【００１６】電圧偏差回路１６の出力は、三角波発生回
路１７から出力される三角波信号１７ａを基準電圧にも
つコンパレータ２３に入力され、ここでＰＷＭ信号２３
ａが作成され、アンド回路２４を介してパワートランジ
スタ１２のコレクタに入力される。図２の(e)は三角波
発生回路１７の詳細を示したもので、コンパレータ１７
４とコンデンサ１７５、トランジスタ１７７、１７８、
ダイオード１７１、ツェナーダイオード１７２、それに
抵抗１７０、１７３、１７６とで構成され、所定のレベ
ルの矩形波からなるクロックＣＬＫと、三角波信号１７
ａを発生する。

【００１７】従って、ラッチ回路２０(後で詳述する)か
らの出力２０ａがハイレベルのときには、アンド回路２
４を介してコンパレータ２３からＰＷＭ信号２３ａがパ
ワートランジスタ１２のベースに供給され、これにより
界磁巻線１０の電流がＰＷＭ制御され、端子Ｂの電圧
を、例えば１４〔Ｖ〕などの所定の一定電圧に保持する
電圧制御機能が得られることになる。

【００１８】次に、抵抗１８は、パワートランジスタ１
２のエミッタとアース間に直列に接続され、界磁巻線１
０に流れる電流を電圧１８ａに変換する働きをし、そし
て、この電圧１８ａが電流検出回路１９に入力される。
図２の(f)は、電流検出回路１９の詳細を示したもの
で、平滑用の抵抗１９０とコンデンサ１９１、電圧分割
用の抵抗１９２、１９３、それにコンパレータ１９４で
構成され、電圧１８ａと抵抗１９２、１９３で電源電圧
Ｖcc を分割して得た所定の基準電圧との偏差出力１９
ａをコンパレータ１９４から出力する。

【００１９】電流検出回路１９の出力１９ａは、三角波
発生回路１７からのクロックＣＬＫをラッチ信号として
動作するラッチ回路２０に入力される。図３は、ラッチ
回路２０の詳細を示したもので、レベル反転用の２個の
インバータ回路２０１、２０６と、ゲートとして働く２
個のナンド回路２０２、２０３と、フリップ・フロップ
を形成する２個のナンド回路２０４、２０５とで構成さ
れ、図４に示す機能を果たすようになっている。

【００２０】なお、この実施例には、チャージランプ６
の点灯制御に必要な回路も含まれており、このため、三
相全波整流器８の中性点が端子Ｐから回転検出回路２１
の入力に接続され、この回転検出回路２１の出力はチャ
ージランプ駆動回路２２に入力されている。また、キー
スイッチ５はバッテリ２とチャージランプ６の間に接続
され、さらにチャージランプ６は端子Ｌを介してチャー
ジランプ駆動回路２２に接続されている。

【００２１】図５は、回転検出回路２１とチャージラン
プ駆動回路２２の詳細を示したもので、分圧用の抵抗２
１０、２１１と、同じく分圧用の２１６、２１８、整流
用のダイオード２１３、平滑用のコンデンサ２１４、ト
ランジスタ２１５、２１８、２２１、それにベースバイ
アス用の抵抗２２０とで構成され、端子Ｐから供給され
ている三相全波整流器８の中性点の電圧が所定値以下の
ときにはトランジスタ２２１がオン状態を保ち、三相全
波整流器８の中性点の電圧が所定値を越えたらトランジ
スタ２２１がオフされるように働く。

【００２２】従って、チャージランプ６は、キースイッ
チ５がオンにされた後、エンジンにより発電機が回転駆
動され、電機子巻線９に所定の電圧が発生されてくるま
での間だけ点灯するように構成されている。

【００２３】次に、この実施例による界磁電流の制限動
作、つまりトルクリミッタ動作について説明する。電流
検出回路１９からの偏差出力１９ａは、ラッチ回路２０
により、ラッチ信号(クロックＣＬＫ)に同期した出力２
０ａとなり、コンパレータ２３の出力と共にＡＮＤ回路
２４に入力され、このＡＮＤ回路２４の出力はパワート
ランジスタ１２のベースに供給されるようになってい
る。

【００２４】ここで、発電機が高温時(エンジンが暖機
運転を終わって温度平衡状態のとき)で必要とする界磁
巻線１０の電流をＩ_F(hot)とすると、Ｉ_F(hot)＝Ｉ_F1＋Ｉ_F2 となる。ここで、Ｉ_F1 はパワートランジスタ１２に流
れるコレクタ電流Ｉ_F2 はフライホイールダイオード１１に流れる電流そうすると、まず、電流Ｉ_F2 は、パワートランジスタ
１２がＯＦＦする際に界磁巻線１０のインダクタンス分
により発生する逆起電圧で流れる電流であるため、その
電流値は、パワートランジスタ１２のＯＮ−ＯＦＦ周波
数が変化することにより変わってしまう。

【００２５】そこで、この電流Ｉ_F1 を、抵抗１８によ
り電圧レベルに変換し、電流検出回路１９に入力する。
この電流検出回路１９は、図２の(f)に示すように、抵
抗１９０、１９２、１９３と、コンデンサー１９１、そ
れにコンパレータ１９４より構成されている。そして、
まず、抵抗１９２と１９３は、電源Ｖ_CC とアース間に
直列に接続されており、そこで、これらの抵抗１９２、
１９３の分圧点をコンパレータ１９４の非反転入力に接
続し、この分圧点の電圧を基準電圧とする。一方、抵抗
１９０と、コンデンサ１９１は、抵抗１８で検出した、
パワートランジスタ１２の電流を表わす電圧１８ａを平
均化する積分回路であり、その出力はコンパレータ１９
４の反転入力に接続されている。

【００２６】コンパレータ１９４の偏差出力１９ａは、
図３に詳細に示すラッチ回路２０に入力されるが、この
ラッチ回路２０は、上記したように、ナンド回路２０
２、２０３、２０４、２０５、インバータ回路２０１、
２０６で構成され、データＤとして偏差出力１９ａを入
力し、三角波発生回路１７で発生されている一定の周波
数の矩形波出力をクロックＣＬＫとして入力し、図４の
動作機能表に示す動作を行う。

【００２７】ラッチ回路２０の出力はアンド回路２４に
入力され、もう一方の入力であるＰＷＭ電圧制御回路２
５の出力２３ａとアンドＤ論理をとる。そして、このア
ンド回路２４の出力が、パワートランジスタ１２のベー
スに接続され、この結果、パワートランジスタ１２によ
り電流Ｉ_F1 が制御されることになる。

【００２８】そこで、いま、電流Ｉ_F1 の電流値が所定
値以下で、電圧１８ａの平均値が電流検出回路１９内の
コンパレータ１９４の非反転入力の電圧以下であったと
すると、この場合にはコンパレータ１９４の出力１９ａ
はレベル“１”となり、この結果、ラッチ回路２０の出
力２０ａもレベル“１”となるため、アンド回路２４の
出力には、ＰＷＭ電圧制御回路２５からのＰＷＭ信号２
３ａが現われることになり、ＰＷＭによる電圧制御が行
なわれることになる。

【００２９】次に、電流Ｉ_F1 の電流値が所定値を越え
ていて、電圧１８ａの平均値が電流検出回路１９のコン
パレータ１９４の非反転入力の電圧を越えていたとする
と、この場合にはコンパレータ１９４の出力１９ａはレ
ベル“０”となり、ラッチ回路２０の出力もレベル
“０”となるため、アンド回路２４の出力はレベル
“０”に固定されてしまい、この結果、ＰＷＭ電圧制御
回路２５からのＰＷＭ信号２３ａは、このアンド回路２
４からは出力されず、パワートランジスタ１２はオフさ
れて、電流Ｉ_F1 を遮断する。

【００３０】ここで、以上の動作が連続して行われた場
合、電流検出回路１９の出力１９ａにるパワートランジ
スタ１２のオンオフ周波数についてみると、これはラッ
チ回路２０の働きにより、図６に示す動作タイミングと
なり、アンド回路２４を介して行なわれるパワートラン
ジスタ１２のスイッチング周波数は、トルクリミッタ動
作時でも、ＰＷＭ制御時と同一の周波数にされ、この結
果、電流Ｉ_F1 は、常に設定された一定電流で制御され
ることになる。

【００３１】従って、この実施例によれば、フライホイ
ールダイオード１１に流れる電流が変化しないから、正
確な界磁電流制限が可能となり、発電機の高温時での出
力を確保しながら定温時(エンジンが停止していて温度
平衡状態にあるとき)での出力を正確に制限することが
でき、発電機が要求するトルクを抑え、この結果、ベル
ト寿命の向上とベルト鳴きの防止が確実に得られ、且
つ、エンストの発生を充分に抑えることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、トルクリミッタ動作時
での界磁電流のオンオフ動作の上限周波数が、電圧制御
に使用されているＰＷＭ制御の周波数に抑えられるよう
にしたので、フライホイールダイオードに流れる電流が
変化することはなく、従って、常に正確な界磁電流制限
が可能となり、発電機の温時出力を確保しながら冷時出
力の制限が確実に得られ、発電機の駆動トルクを抑え、
ベルト寿命の向上とベルト鳴きの防止が充分に得られる
と共に、エンストの発生も充分に抑えることができる。

【００３３】また、本発明によれば、トルクリミッタ動
作時での界磁電流のオンオフ動作周波数の上限を決める
のに必要な周波数信号を、ＰＷＭ電圧制御系の周波数信
号から得るようにしているので、回路構成が簡略化さ
れ、さらにコストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車両用発電機の制御装置の一実施
例を示すシステム構成図である。

【図２】本発明の一実施例における各回路の詳細を示す
回路図である。

【図３】本発明の一実施例におけるラッチ回路の詳細を
示す回路図である。

【図４】本発明の一実施例におけるラッチ回路の動作機
能図である。

【図５】本発明の一実施例における回転駆動回路とチャ
ージランプ駆動回路の詳細を示す回路図である。

【図６】本発明の一実施例の動作を説明するための波形
図である。

【符号の説明】

１発電機２バッテリ３電装品５キースイッチ６チャージランプ８三相全波整流器９電機子巻線１０界磁巻線１１フライホイールダイオード１２パワートランジスタ１８電流検出用の抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋直行茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地３日立オートモティブエンジニアリング株式会社内 (72)発明者前田裕司茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者國分修一茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電機の界磁巻線電流をオンオフ制御す
るスイッチング手段を有し、このスイッチング手段をパ
ルス幅変調制御して発電機の出力電圧を一定値に制御す
る電圧調整手段と、界磁電流値が所定値を越えたとき前
記スイッチング手段をオフに制御する界磁電流制御手段
とを備えた車両用発電機の制御装置において、前記界磁
電流制御手段による前記スイッチング手段のオンオフ制
御周波数を前記パルス幅変調制御用搬送波信号の周波数
に同期させるための同期化手段が設けられていることを
特徴とする車両用発電機の制御装置。
【請求項２】請求項１の発明において、前記界磁電流
制御手段を、前記スイッチング手段を流れる電流を検出
する電流検出手段の出力電圧と、予じめ設定されている
所定の基準電圧とを比較する比較手段とで構成すると共
に、前記同期化手段を、前記パルス幅変調制御用搬送波
信号を同期信号とするラッチ回路で構成し、このラッチ
回路により前記比較手段の出力が入力されるように構成
されていることを特徴とする車両用発電機の制御装置。
【請求項３】請求項２の発明において、前記ラッチ回
路は複数のＮＰＮトランジスタで構成され、且つ、この
ラッチ回路の出力は、前記電圧制御手段の出力とＡＮＤ
回路を介して前記スイッチング手段に入力されるように
構成されていることを特徴とする車両用発電機の制御装
置。
【請求項４】請求項３の発明において、前記スイッチ
ング手段はＮＰＮトランジスタ又はＭＯＳトランジスタ
で構成され、前記ＡＮＤ回路の出力が前記スイッチング
手段のベース又はゲートに接続されたことを特徴とする
車両用充電発電機の制御装置。