JPH07507918A - 発電機の出力電圧を制御する電圧制御器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発電機の出力電圧を制御する；Ｔｌｊｌ、ｌＸ制御器［技術的背景コ 本発明は、請求項１の前文に記載の内燃機関によって駆動される発電機の出力電 圧を制御する電圧制御器に関するものである。

自動車の電気的負荷に給電するために現在では主として多相交流発電機が使用さ れている。この発電機は交流電圧又は交流電流を発生し、これらが発電機の後段 に接続された整流装置において整流されて、負荷に対する給電やバッテリの充電 に使用される。多相交流発電機の出力電圧は発電機の回転数にかなり依存するの で、所望の一定の出力電圧を得るためには電圧制御２：（を使用しなければなら ない。

能動式発電機の場合には電圧制御器が発電機の界磁電流を調節する。その場合に 界磁１゛シ流はトランジスタによって連続的にオンオフされる。存在する界磁電 流のデユーティファクタは、発電機がどれだけ強い負荷を受けているか、あるい は内燃機関の回転数、及びそれに伴って発電機の回転数がどれだけ高いかに依存 している。

二の種の発電機−電圧制御器システムは、例えば米国特許公報第４４２４４７７ 号から知られている。この公知のシステムにおいては、さらに車両のバッテリの 電圧が測定されて、この電圧が所定の値より低いかどうかが調べられる。所定値 よりも低い場合には、内燃機関のアイドリンク回転数、及びそれに伴って発電機 のアイドリング回転数が増大されるので、出力電力が上昇する。二の公知の電圧 制御器は、充電状態が悪いことを知るために、さらにバッテリ電圧を測定しなけ ればならないという問題点を有している。

［発明の利点コ それに対して内燃機関によって駆動される発電機の出力電圧を制御する本発明に よる電圧制御器は、界磁電流のデユーティファクタが直接測定され、それに基づ いて適当なディジタル信号が形成され、それによって充電状態が悪い場合、又は 発電機の負荷が著しい場合には、必要な他の手段を容易に導入することができる 、という利点を有する。

制御器に設けられた池の端子を介して好ましい方法で直接信号を取り出すことが でき、その信号のレベルから池の手段、例えばアイドリング回転数の増大などの 手段を採るべきかを知ることができる。

［図面］ 本発明の実施例は図面に示されており、以下において詳細に説明される。その場 合に、図１は、自動車の通常の発電機制御器システムを示すものであって、本発 明にＬろ回路が付加されている。本発明による回路は図２に詳細に示されている 。

［実施例の説明コ 図１には、三相交流発電機１０が概略的に示されており、この発電機は符号１１ で示す自動車の電気システム（オンボードシステム）に給電を行う。ｉ電機出力 電圧ＵＢ＋の制御は電圧制御器１２によって行われる。この種の発電機電圧シス テムに設けられている接続端子は通常はＤ−１ＤＦ、Ｄ十及びＢ＋で示される。

発電ｔ５１１０は固定子巻線１３ａ、１３ｂ、１３ｃの他にさらに界磁巻線１４ を有する。さらに整流ブリッジ１５ａ、１５ｂ及び１６が記載されており、これ らは発電機出力電圧又は界磁電流の整流に用いられる。

オンホードシステムについては単に充電チェックランプ１５、イグニッションキ ー１６に接続された端子ＫＬ、１５、スイッチ１７、負荷１８、及びノくツテリ １９が示されており、バッテリ１９に個々の負荷が接続されている。

電圧制御器のうち、本発明による部分としてスイッチング部材、例えば並列に接 続された保護ダイオード２１を有するスイッチングトランジスタ２０、自由輪ダ イオード２２、及び制御部２３が記載されており、この制御部がトランジスタ２ ０の駆動を実施する。

端子Ｄ＋とＤＦ間に設けられた界磁巻線１４及びＤＦとＤ−間に設けられたトラ ンジスタ２０が直列回路を形成する。トランジスタ２０のスイッチング区間の開 閉によって界磁巻線１４を流れる電流ＩＥが制御される。それぞれ発電機の回転 数又はロタｔに従ってデユーティファクタが変化する。発電機の負荷が大きい場 合及び／又は回転数ｎが低い場合には、トランジスタ２０はより長時間にわたり 導通状態となり、負荷が低い場合には、トランジスタが遮断される相が延長され る。従って界磁電流のデユーティファクタＴが発電機の負荷を検出する判断基準 となる。

以上説明した東向のオンボードシステムの給１ｔを行う電圧制御器−発電機装置 は従来技術であって、例えばドイツ特許公開公報第３８４　：３１６３号から知 られている。さらに本発明によれば、端子ＤＦとＤ−間に、あるいはトランジス タの駆動装置内に回路２４が組み込まれており、この回路は端子ＤＦに印加され る界磁電流のデユーティファクタＴを直接受信してさらに処理する。

その場合１こ得られる１３号は、端一１′−１）Ａを介して外９Ｂへ導かれて、 所定の制御口的、例えばアイドリング回転数を調節するため、又は内燃機関の制 御装置内の負荷をスイッチングするためにさらに処理される。この制御装置は参 照符号２５で示され、供給線を介して内燃機関又は電圧制御器１２の種々の点と 、おるいは負荷と接続されているが、ここではＤＡと制御装置２５間及びＢ＋と 制御装置２５開の接続のみが示されている。

制御装置２５と電圧制御器の制御部２３間には接続が設けられており、その接続 を介して最適な電圧制御に重要な変量、例えば回転数ｎ又は内燃機関の所定の運 転状態、例えばアイドリンクの存在に関する情報が電圧制御器へ供給される。

回転数の検出は発電機からの相入力を介して電圧制御器自体の内部で行うことが でき、その場合に信号はライン３２を介して制御器の制御部２３へ供給され、そ の制御部が回路２４を適当な方法で調節する。

本発明は励磁ダイオードを有する発電機に限定されるものではなく、制御可能な 界磁電流ＩＥが貫流する界磁巻線を有するすべての発電機に使用することができ る。

回路２４は図２ではブロック回路として詳細に示されており、具体的には入力保 護回路２６、パルス成形段２７、積分器２８、スイッチング段２９、増幅器３０ 及び出力保護回路３１が示されている。回路２４のこれら個々の構成部分はそれ 自体知られており、積分器として演算増幅器又は簡単にコンデンサ／抵抗器を使 用することができる。スイッチング段としては任意のしきい値スイッチ又は例え ばシュミットトリガ−を使用することができる。シュミットトリガ−を使用する 場合には、切り替えヒステリシスが得られ、その場合には上方と下方のしきい値 が重ならない。

増幅器としては通常の演算増幅器を使用することができ、入力及び出力保護回路 は通常のスイッチング増幅器に相当する。出力保護回路は制御装置２５に従って 形成されている。

図１に示す電圧制御器−発電機装置は自動車で必要なエネルギを発生する。電圧 ａｉｌ制御器は発電機の出力電圧を、それが回転数及び負６；ｒとは関係なく一 定に計、持されるように制御する。通常の運転状態であり、かつ発電機から出力 される電力に対する特に高い要求がない場合、さらに回転数がアイドリンク回転 数より高い場合には、通常の発電器制御以外の他の手段は不要である。

しかし、そのアイドリングで出力されるミノＪによっては、需要をもはや満たす ことができない運転状態が生じる場合がある。このような場合には、内燃機関の 回転数とそれに伴って発電機の回転数の上昇により、発電機の出力電力を増大さ せるか、あるいは重要でない負荷を遮断することができる。それによって良好な バッテリー充電が保証される。従って、このような場合には、回路２４が制御装 置２５によって能動化されるか、あるいは制御装置２５が回路２４によって能動 化される。その場合に回路２４の出力には、発電機の回転数の直接上昇させるこ とのできる信号が出力される。そのために内蔵回路として構成され、制御器ハウ ジング内に収容されている回路２４内において、端子ＤＦに現れる界磁電流のデ ユーティファクタが評価される。このデユーティファクタは入力回路２６におい て所定に準備されて、パルス成形段においてさらに処理可能なパルス形状に変換 される。

積分器２８においては端子ＤＦから取り出された信号から形成されたパルスが設 定可能な時間にわたって積分される。積分器の出ノｊ信号はしきい値段において しきい値と比較されて、例えばしきい値を越えた場合にはしきい値段が切り替わ る。

その場合に装置は、界磁電流のデユーティファクタＴが、例えば９５％よりも大 きい場合に、従ってトランジスタ２０の導通時間がその遮断時間に対して９５％ よりも大きい場合には、スイッチング段２９の出ツノに高い信号レヘルが現れる ように構成されている。しきい値を下回った場合には、スイッチング段２９はす ぐにまた低いレヘルに切り替わるのではなく、界ｒｉ！を電流のデユーティファ クタがある値、例えば７５％を下回った場合に初めてＩ、ｌＪり替わる。それに よって例えば２０％の切り替えヒステリシスが得られる。

制す１１を開始した時点で、界磁電ｌハｄのデユーティファクタが９５％より下 である場６には、スイッチング段の出力は低いレベルに留まり、切り替えは９５ ％を越えてから初めて行われる。

スイッチング段２９の出力に現れた信号は増幅器３０においてさらに増幅される ので、端子ＤＡには例えばロー状態においては２ボルトより小さく、ノ１イ状態 においては２ホルトより太きい出力信号が生じる。

以上のように選択された論理に従って、　「ハイｊ状態の場合には、例えば回転 数増大又は負荷の遮断などの手段が直接導入され、「ロー」状態の場合には何ら 手段はとられない。

回路２．１の１を用をアイドリンク領域に相当する領域に制限するために、アイ ドリンク運転が検出された場合や、あるいは内燃機関の回転数ｎが設定可能な値 、例えばＩ　０００回転回転上り低い場合に、対応する能動化信号が制御装置２ ５から回路２４・〜他の接続を介して供給されるか、あるいは上記場合にのみ端 子ＤＡから送られる回路２４の１ご号が制御装置２５内で処理される。回転数の ａＦＩ定は適当な回転数センサを用いて行われ、回転数センサの出力信号は制御 装置２５内で評価され、あるいは直接制御器内で位相信号の評価によって評価さ れる。

フロントページの続き （７２）発明者　マイヤー　フリートヘルムドイツ連邦共和国、７５４２８　イ リンゲン、ファルケンシュトラーセ　２９ （７２）発明者　ミツターフ　ライナードイツ連邦共和国、７０８０６　コルン ヴエストハイム、ゲルプラー　シュトラーセ２６

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．内燃機関により駆動され電気的出力を可変負荷へ供給する発電機の出力電圧 を制御する電圧制御器であって； 前記発電機は、スイッチング手段と直列に接続されて前記発電機の出力電流の一 部が貫流する界磁巻線を有し； 前記スイッチング手段は、前記発電機の負荷に拘わらず、突質的に一定の発電機 の出力電圧が得られるようにスイッチングされるものにおいて：界磁電流のデュ ーティファクタ（Ｔ）を険出して、前記界磁電流のデューティファクタが設定可 能な第１の値を越えている場合に第１の状態をとり、前記界磁電流のデューティ ファクタ（Ｔ）が設定可能な第２の値より低い場合に第２の状態をとる信号（Ｓ １）を出力する回路（２４）が、前記電圧制御器（１２）内に設けられているこ とを特徴とする、発電機の出力電圧を制御する電圧制御器。
2. ２．前記回路（２４）は少なくとも１つの積分器（２８）を備え、その出力信号 が後段に接続されたスイッチング段（２９）のスイッチング状態を制御すること を特徴とする、請求項１に記載の電圧制御器。
3. ３．前記積分器（２８）の前段にさらにパルス成形段（２７）が配置されている ことを特徴とする、請求項２に記載の電圧制御器。
4. ４．前記スイッチング段（２９）の出力信号は増幅されることを特徴とする、請 求項２又は３に記載の電圧制御器。
5. ５．前記回路（２４）は前記電圧制御器（１２）に内蔵されており、信号（Ｓ１ ）が端子（ＤＡ）を介して前記電圧制御器（１２）から取り出し可能であること を特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電圧制御器。
6. ６．取り出された信号（Ｓ１）は内燃機関の制御装置（２５）へ供給されて、該 制御装置によって内燃機関の回転数（ｎ）、特にアイドリング回転数の制御に使 用されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電圧制御器。
7. ７．前記回路（２４）は内燃機関の回転数が設定可能な値より低い場合にのみ作 動し、その場合に回転数の高さは前記制御装置（２５）によって求められて、前 記回路（２４）に対応する駆動パルスが出力されることを特徴とする、請求項１ 〜６のいずれかに記載の電圧制御器。
8. ８．前記しきい値段として調節可能な切り替えヒステリシスを有するシュミット ートリガーが使用されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の電 圧制御器。
9. ９．前記シュミットートリガーの切り替えしきい値は、界磁電流のデューティフ ァクタ（Ｔ）に応じて調節され、上方のしきい値はＴ＝９５％の領域に、下方の しきい値はＴ＝７５％の領域にあることを特徴とする、請求項８に記載の電圧制 御器。