JPH10511056A - 自動車における単数または複数の強力な負荷の消費電力を制御するための回路配置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 強力な電気負荷の作動中に、自動車のバッテリー（３）の放電を防ぐため、主として三相交流発電機（１）、自動車バッテリー（３）、単数または複数の電気負荷（４）および制御可能な変換器（２）を含む回路配置を用意する。変換器（２）は発電機（１）の調整器（１０）の調整信号に依存する出力電圧を供給し、この出力電圧が電気負荷（４）の供給に用いられる。三相交流発電機（１）の過負荷の場合、変換器（２）の出力電圧は低下し、電気負荷（４）の消費電力を減少させ、三相交流発電機（１）の過負荷と、自動車バッテリー（３）の放電を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】 自動車における複数の電気負荷の消費電力の制御 この発明は自動車における複数の電気負荷の消費電力を制御するための回路配 置に関し、この自動車は発電機出力電圧を調整するための調整器を備える三相交 流発電機と、発電機によって充電される自動車バッテリーとを備えている。その 他、この発明は自動車に配置された複数の電気負荷の制御のための方法に関する 。 自動車で複数の電気負荷は同時にスイッチを入れると、自動車のすべての負荷 の消費電力をカバーするために、発電機から供給される出力電流が不足すること がしばしばある。これは特に、電気負荷のうちに強力な暖房装置がある場合であ る。全負荷した発電機から供給される電流が、そのような場合に不足すると、負 荷は追加して自動車バッテリーから電流を求め、これはある程度の時間後にバッ テリーの放電にいたる。 自動車バッテリーの放電を防止するため、分離して連結できる幾つかの暖房要 素を備える暖房を取り付けるようになった。個々の暖房要素が個別に自動車の電 流供給網に連結される電気暖房は、例えばDE 35 09 073 A1 に記載されている。 個々の熱抵抗は、発電機の出力剰余が有るかまたは無いかに応じて、個別に連結 されまたは遮断される。 自動車に取り付けた幾つかの電気負荷のグループの個々の負荷が、発電機の過 負荷の際に遮断されるようにした回路配置も既知であ る。 この発明の根底となる課題は、自動車における電気負荷の消費電力の制御のた めの回路配置を創り出し、強力な負荷の作動の間も自動車バッテリーの放電を防 止することにある。 この課題は、出力接続部を備える発電機出力電圧の調整のための制御器を有す る三相交流発電機を備え、また発電機により充電できる自動車バッテリーを備え る自動車における回路配置によって次のように解決される。すなわち単数または 複数の負荷の消費電力制御のための回路配置の中に、発電機と電気負荷との間に 接続された制御可能な変換器を設ける。変換器は発電機の調整器から供給される 調整器信号によって制御され、変換器の出力部に接続した負荷に、この制御器信 号に依存する電圧を供給する。 請求項１に掲げたこの回路配置は、自動車に取り付けた単数または複数の負荷 の消費電力を制御するための、請求項８に掲げた方法の実施を可能にする。この 発明によれば変換器の出力電圧は次のように制御される、すなわち ― 調整器の出力接続部にかかる調整器信号のパルス幅が下限値ｗを下回る時、 常に変換器の出力電圧の低下が行われ、また ― 調整器の出力接続部にかかる調整器信号のバルス幅が上限値Ｗを上回る時、 常に変換器の出力電圧の上昇が行われる。 請求項１に記載の回路配置の有利な構成は、付帯請求項２−７に 記載してある。 この発明の長所は、調整器出力部と励磁コイルの一端にかかる調整器信号が、 制御信号として利用できる点にある。すなわち調整器は発電機の出力電圧を連続 的に走査し、発電機の出力電圧が上方閾値を越えると、常に励磁電流回路をしゃ 断する。したがって調整器の出力部では、高い電圧レベルと低い電圧レベルとの 間の電圧が動揺している。発電機の励磁電流回路がしゃ断されている時は常に、 高い電圧レベルがかかっている。広いパルス幅は、発電機が十分には負荷されて いないことを意味し、また僅かなパルス幅は、発電機が十分負荷されているかま たは過負荷であることを意味する。なぜならば低い電圧レベルは、励磁コイルを 通って励磁電流が流れる時、常に調整器出力接続部にかかるためである。 可変電圧パルス幅をもつこの調整器信号は、有利にも直流−直流変圧器（以下 ＤＣ−ＤＣ変換器と称する）に、その制御入力をつうじて供給することができ、 ＤＣ−ＤＣ変換器の出力部で調整器信号の電圧パルスのパルス幅に依存する出力 電圧を得る。 請求項４に記載のとおり、このようなＤＣ−ＤＣ変換器は簡単な方法で、カウ ンターとディジタル−アナログ変換器（以下ＤＡ変換器と称する）とから組み立 てることができる。カウンターにより制御信号のパルス幅またはパルス持続時間 が捕捉でき、またディジタル値（カウンター表示）の形で得ることができる。こ のディジタル値はＤＡ変換器によって、カウンター表示に比例する出力電圧に変 換することができる。 ＤＣ−ＤＣ変換器の代わりに、発電機の固定子コイルから直接供給される交流 電圧を出力交流電圧に変換する変換器（以下ＡＣ−ＡＣ変換器と称する）を用い ることもできる。この出力交流電圧は、調整器出力部にかかる制御信号のパルス 幅に比例している。ＡＣ―ＡＣ変換器は、交流電圧で稼働する負荷、あるいは前 置した電圧整流器を備える負荷が自動車の中にある場合、常に使用することがで きる。 請求項６に記載したとおり、ＡＣ−ＡＣ変換器は簡単な方法でサイリスターユ ニットを用いて製造することができ、その場合、制御信号はサイリスターの制御 接続部に供給される。必要あればサイリスターユニットに変圧器を後続すること ができる。制御信号がサイリスターの制御接続部に供給されるため、この制御パ ルスに依存する出力交流電圧が、ＡＣ−ＡＣ変換器の出力部で得られる。 この発明による回路配置の恐らくもっとも主要な利点を見い出すことができる のは、負荷の消費電力のこの発明による制御により、出力の弱い発電機も自動車 に使用することができ、しかもこれは自動車バッテリーの放電にいたることがな いことである。 以下添付の図面を用いて二つの実施例を説明する。図面において 第１図はこの発明による回路配置の第１の実施例を示し、この場 合、変圧器はＤＣ−ＤＣ変換器であり、 第２図はこの発明による回路配置の第２の実施例を示し、この場合、変圧器は ＡＣ−ＡＣ変換器である。 第３図は制御信号の時間的電圧経過を示し、 第４ａ図は変換器の可能な実施パリエーションを、また 第４ｂ図は変換器のその他の可能な実施バリエーションを示す。 第１図に示した回路配置は、三相交流発電機１、変圧器２、自動車バッテリー ３および負荷４を含んでいる。 三相交流発電機は、図示されていない固定子上に配置された三つの固定子巻線 １１、１２、１３と、発電機１の図示されていない回転子の上に配置されている 励磁巻線１４を含んでいる。発電機にはさらに調整器１０が収容されており、こ れは端子Ｂ＋にかかる発電機出力電圧の調整に用いられる。調整器１０は固定子 巻線１１、１２、１３の中へ誘導された交流電圧を走査し、固定子巻線の中の交 流電圧が上方閾値を越えると常に、励磁電流回路をしゃ断する。すなわち励磁コ イル１４は、調整器出力段のトランジスタが導通する場合にのみアース接続して いる。調整器出力段のトランジスタのコレクタは、端子ＤＦと連結しており、こ の端子を以下、調整器の出力端子と呼ぶことにする。 調整器の出力端子ＤＦには方形パルス電圧がかかっており、その時間的経過を 第３図に示す。第３図から明らかなように、出力端子ＤＦにある方形電圧パルス のパルス幅ＰＢは時間的に変化する。負 荷の少い発電機の場合、端子ＤＦでの電圧のパルス幅は大きく、これは励磁電流 回路が比較的長くしゃ断されており、したがって端子ＤＦには高い電圧レベルが かかっているためである。これに反して発電機が十分負荷されているか、過負荷 でさえある場合、接続端子ＤＦでの電圧のパルスは、僅かな幅しか有しておらず 、これは発電機の励磁電流回路がほとんど閉鎖されているためである。すなわち 閉鎖した状態において、調整器の出力段におけるトランジスタは導通しており、 その結果、出力端子ＤＦの電圧はアース電位にまで低下する。 出力端子ＤＦでの調整器の調整器出力電圧は、制御信号として用いられ、変圧 器２に供給される。変圧器２は制御接続部Ｓと、入力接続部Ｅと、負荷４に連結 している出力接続部Ａとを備えるＤＣ―ＤＣ変換器である。ＤＣ−ＤＣ変換器２ は、制御接続部Ｓでの制御信号のパルス幅が大きい場合、出力接続部Ａでの出力 電圧Ｕａが、入力接続部Ｅでの入力電圧Ｕｅと等しい（またはこれより大きい） ように制御され、また制御信号の．パルス幅が下方限界値ｗを下回る場合、出力 電圧Ｕａが入力電圧Ｕｅよりも小さいように制御される。したがって次の関係が 生じる： Ｕａ（ＰＢ）＝ｆ（ＰＢ） ＰＢ＜ｗの場合 Ｕａ＜Ｕｅ ＰＢ＞Ｗの場合 Ｕａ＝ＵｅまたはＵａ＞Ｕｅ 上記のように機能するＤＣ−ＤＣ変換器２は、例えばカウンターとＤＡ変換器 から組み立てることができ、そのアナログ出力信号は、ＤＣ−ＤＣ変換器２の出 力段の制御に用いられる。カウンター表 示に対応するディジタル値が高い場合、ＤＡ変換器の出力部に高い電圧レベルを もつアナログ信号がかかるため、ＤＣ−ＤＣ変換器２の出力段での出力電圧は高 い。逆の場合、すなわち僅かなパルス幅をもつ調整信号が存在する場合、ＤＣ− ＤＣ変換器の出力段での出力電圧は低下する。 第４ａ図はＤＣ−ＤＣ変換器２の別の実施例バリエーションを示す。ここに描 いたＤＣ−ＤＣ変換器は主として、トランジスタ２０（これはバイポーラトラン ジスタまたは電界効果形トランジスタであってよい）と、ベース抵抗２２とから なっている。この変換器は、トランジスタ２０が調整器１０の方形パルス信号に よって駆動される場合、一定した直流電圧を時間できざまれた（クロックした） 直流電圧に変換する。 以下この発明の第２の実施例を説明する。第２図からの回路配置における回路 要素は、第１図における回路配置からの回路要素と等しく、同じ参照番号を付し た。第２図の回路配置が、第１図からの回路配置と主として異なる点は、変圧器 として３入力接続部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を備えるＡＣ−ＡＣ変換器５が設けられて いること、また電気負荷４の前に整流回路６が設けられていることのみである。 ＡＣ−ＡＣ変換器５の入力部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３には、固定子１１、１２、１３の 中へ誘導された交流電圧がかかっている。第４ｂ図から明らかなように、変圧器 は複数のサイリスター５０ａ，５０ｂ，５０ｃをもつサイリスターユニットを含 むことができる。これらのサイリスターは、入力部Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３にかかる与 えられた電圧 の交流電流を、より低い電圧の単数または複数の交流電流へと変換する、交流変 換器として用いられる。ＡＣ−ＡＣ変換器５は、変換器５の制御入力部Ｓでの制 御信号として利用され調整器信号を、サイリスターの駆動に適した信号に変換す るために設けられている回路５２を含んでいる。ＡＣ−ＡＣ変換器の出力部に交 流変圧器５４を設けることも考えられる。 調整器１０の出力信号によるサイリスター５０ａ，５０ｂ，５０ｃの作動によ り、ＡＣ−ＡＣ変換器の出力電圧Ｕｗは、ＤＣ−ＤＣ変換器の出力電圧のように 制御することができる。ＡＣ−ＡＣ変換器５の出力電圧には、第１図からの回路 配置の記述と関連して上記に述べた関係が適用される。 もとよりＤＣ−ＤＣ変換器とＡＣ−ＡＣ変換器は異なる回路構成要素からも構 成することができる。ここに紹介したＤＣ−ＤＣ変換器とＡＣ−ＡＣ変換器の回 路構造は、多数の実施例バリエーションの唯一つの可能な実施例バリエーション にすぎない。 最後に自動車に収容された負荷の消費電力の制御のための方法を、第３図を用 いて説明する。変圧器２または５の制御接続部Ｓにかかる可能な調整器信号の時 間的経過を第３図に示す。既述のようにパルス幅ＰＢは三相交流発電機１の負荷 の基準となる。大きいパルス幅ＰＢは、発電機の僅かな利用を推測させ、僅かな パルス幅ＰＢは発電機１の高い利用の負荷または過負荷を推測させる。制御電圧 の方形パルスのパルス幅が、例えば時点ｔ₁の場合のように、下限 ｗを下回ると、変圧器２または５の出力電圧は低下し、変圧器に接続する電気負 荷４の消費電力を減少させる。このことはまた、制御電圧の方形パルスのパルス 幅が上昇するにいたる。第３図から明らかなように、パルス幅ＰＢは後の時点ｔ₂ ですでに、以前の時点ｔ₁の時よりもはるかに大きい。 パルス幅は例えば時点ｔ₂において、上方限界値Ｗよりも大きい。パルス幅Ｐ Ｂが上方限界値Ｗよりも大きい場合、変圧器２または５の出力電圧は上昇する。 変圧器の出力電圧の上昇と低下により、負荷の消費電力が上向きに制限されてお り、発電機の過負荷が生じないことが保証される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１１月８日 【補正内容】 新しい明細書 自動車における単数または複数の強力な負荷の消費電力を制御するための回路 配置 この発明は自動車における単数または複数の強力な負荷の消費電力を制御する ための回路配置に関する。その他この発明は、自動車における単数または複数の 強力な負荷の消費電力制御のための方法にも関する。 自動車において複数の電気負荷で同時にスイッチを入れると、発電機から供給 される出力電流は、自動車のすべての負荷の電流消費をカバーするために十分で ないことがしばしばある。これは特に、電気負荷のなかに強力な暖房装置がある 場合が相当する。完全負荷した発電機から供給される電流が、このような場合に 十分でないと、負荷は追加して自動車バッテリーから電流を得るが、これはある 時間後にバッテリーの放電にいたる。 自動車バッテリーの放電を防ぐために、分離してスイッチを入れることができ る複数の暖房要素をもつ暖房を自動車に取り付けるようになった。個々の暖房要 素が個別に自動車の電流供給網に連結されている電気暖房は、例えばDE 35 09 0 73A1に記載されている。発電機の出力過剰が存在するか否かに応じて、個々の熱 抵抗は個別にスイッチを入れまたは切られる。 自動車に取り付けた幾つかの電流消費体のグループの個々の消費 体が、発電機の過負荷の際にスイッチを切るようにした回路配置も既知である。 この発明の根底となる課題は、自動車における電気負荷の消費電力の制御のた めの回路配置を創り出し、強力な負荷の作動の間も自動車バッテリーの放電を防 止することにある。 この課題は、請求項１の特徴を備える、自動車における単数または複数の強力 な負荷の消費電力の制御のための回路配置によって解決される。この回路配置は 、三相交流発電機、三相交流発電機の中に収容された、出力端子を備える発電機 出力電圧の調整のための調整器、三相交流発電機によって充電される自動車バッ テリー、および制御可能な変換器を含んでいる。この場合、変換器は少なくとも 、三相交流発電機から供給される入力電圧を受け取るための入力接続部、調整器 の出力端子にかかる調整器信号を受信するための制御接続部、および出力電圧を 強力な負荷に供給するための少なくとも一つの出力接続部を備えており、入力電 圧は調整器信号に依存して出力電圧に変換される。 請求項１に掲げたこの回路配置は、自動車に取り付けた単数または複数の負荷 の消費電力を制御するための、請求項８に掲げた方法の実施を可能にする。この 発明によれば変換器の出力電圧は次のように制御される、すなわち ― 調整器の出力接続部にかかる調整器信号のパルス幅が下限値Ｗを下回る時、 常に変換器の出力電圧の低下が行われ、また ― 調整器の出力接続部にかかる調整器信号のバルス幅が上限値Ｗ を上回る時、常に変換器の出力電圧の上昇が行われる。 請求項１に記載の回路配置の有利な構成は、付帯請求項２−７に 新しい請求の範囲 １．自動車における単数または複数の強力な負荷（４）の消費電力の制御のため の回路配置であって、回路配置が ― 三相交流発電機（１）、 ― 出力端子（ＤＦ）を備える発電機出力電圧の調整のための、三相交流発電機 （１）の中に収容された調整器（１０）、 ― 三相交流発電機（１）によって充電できる自動車バッテリー（３）、および ― 制御可能な変換器（２；５）を備えており、この変換器が ａ）三相交流発電機（１）から供給される入力電圧（Ｕｅ）の受取りのため の少なくとも一つの入力接続部（Ｅ；Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）を備え、 ｂ）調整器（１０）の出力端子（ＤＦ）にかかる調整器信号（Ｕｓ）の受信 のための制御接続部（Ｓ）を備え、 ｃ）出力電圧（Ｕａ）を強力な負荷（４）に供給するための少なくとも一つ の出力接続部（Ａ）を備え、 ｄ）その際に入力電圧（Ｕｅ）が調整器信号（Ｕｓ）に依存して出力電圧（ Ｕａ）に変換されるものである。 ２．調整器信号（Ｕｓ）が可変パルス幅（ＰＢ）を有する方形信号である、請求 項１に記載の回路配置。 ３．変換器が入力接続部（Ｅ）と出力接続部（Ａ）を備えるＤＣ―ＤＣ変換器で あり、その入力接続部（Ｅ）が三相交流発電機（１）から供給される電圧（Ｕｅ ）を受け取るためにその出力接続部 （Ｂ＋）と連結しており、また制御信号（Ｕｓ）の方形パルスのパルス幅（ＰＢ ）に依存する出力電圧（Ｕａ（ＰＢ））を供給する、請求項２に記載の回路配置 。 ４．ＤＣ−ＤＣ変換器（２）が主として、パルス幅（ＰＢ）またはパルス持続時 間の捕捉のためのカウンター、およびＤＡ変換器を含んでおり、その出力電圧が カウンターから供給されるディジタル値に比例する、請求項２または３に記載の 回路配置。 ５．ＤＣ−ＤＣ変換器（２）が、そのベースに調整器信号（Ｕｓ）がかかってい るトランジスタ（２０）によって入力部（Ｅ）の直流電圧を、クロック直流電圧 に変換し、これを出力接続部（Ａ）で出力する、請求項２または３に記載の回路 配置。 ６．変換器（５）がＡＣ−ＡＣ変換器であり、その入力部（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３） に、三相交流発電機（１）の固定子コイル（１１、１２、１３）で誘導された交 流電圧がかかっており、調整器信号（Ｕｓ）の方形パルスのパルス幅（ＰＢ）に 依存する出力交流電圧（Ｕｗ（ＰＢ））を供給する、請求項２に記載の回路配置 。 ７．ＡＣ−ＡＣ変換器（５）が複数のサイリスター（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ） を含んでおり、これらがその制御接続部をつうじて調整器信号によって制御され る、請求項５に記載の回路配置。 ８．ＡＣ−ＡＣ変換器（５）の出力接続部が、電気負荷（４）の前に接続した整 流回路（６）の入力部と連結している、請求項６に 記載の回路。 ９．自動車における単数または複数の強力な負荷の消費電力制御のための方法で あって、この方法は請求項１に記載した回路配置を用いて実施され、この回路配 置では調整器（１０）の出力端子（ＤＦ）に、可変パルス幅（ＰＢ）をもつ調整 器信号（Ｕｓ）がかかっており、またこの方法において ― 調整器の出力端子（ＤＦ）にかかる調整器信号（Ｕｓ）のパルス幅（ＰＢ） が、下方限界値（ｗ）を下回る時、変換器（２；５）の出力電圧が低下し、また ― 調整器信号（Ｕｓ）のパルス幅（ＰＢ）が上方限界（Ｗ）を越える時、変換 器の出力電圧が上昇する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自動車における回路配置が ― 三相交流発電機（１） ― 出力接続部（ＤＦ）を備えて、発電機出力電圧の調整のための、三相交流発 電機の中に収容された調整器（１０）、および ― 発電機によって充電できる自動車バッテリー（３）を備え、単数または複数 の負荷（４）の消費電力の制御のためのものであって、この回路配置は ａ）制御可能な変換器（２；５）を備え、 ｂ）三相交流発電機（１）と少なくとも一つの負荷（４）の間に接続されて おり、 ｃ）調整器（１０）の出力接続部（ＤＦ）にかかる調整器信号を受信するた めの制御接続部（Ｓ）を有しており、また ｄ）その出力電圧が調整器信号によって制御され、電気負荷（４）の電圧供 給に用いられる。 ２．調整器信号が可変パルス幅を有する方形信号である、請求項１に記載の回路 配置。 ３．変換器が、入力接続部Ｅと出力接続部ＡをもつＤＣ−ＤＣ変換器であり、そ の入力接続部Ｅが、発電機（１）から供給される電圧（Ｕｅ）を受け取るために 、その出力接続部（Ｂ＋）と連結しており、また制御信号の方形パルスのパルス 幅に依存する出力電圧（Ｕａ（ＰＢ））を供給する、請求項２に記載の回路。 ４．ＤＣ−ＤＣ変換器（２）が主として、パルス幅またはパルス持続時間を捕捉 するためのカウンターと、ＤＡ変換器とを含んでおり、その出力電圧がカウンタ ーから供給されるディジタル値に比例する、請求項２または３に記載の回路配置 。 ５．ＤＣ−ＤＣ変換器（２）が、そのベースに調整器信号がかかるトランジスタ （２０）によって、入力部の直流電圧をクロック直流電圧に変換し、これを出力 接続部（Ａ）で出力する、請求項２または３に記載の回路配置。 ６．変換器（５）がＡＣ−ＡＣ変換器であり、その入力部（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３） に、三相交流発電機の固定子（１１、１２、１３）で誘導された交流電圧がかか っており、また調整器信号の方形パルスのパルス幅（ＰＢ）に依存する出力交流 電圧（Ｕｗ（ＰＢ））を供給する、請求項２に記載の回路。 ７．ＡＣ−ＡＣ変換器（５）が複数のサイリスター（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ） を含んでおり、これらがその制御接続部をつうじて調整器信号によって制御され る、請求項５に記載の回路配置。 ８．ＡＣ−ＡＣ変換器（５）の出力接続部が、電気負荷（４）の前に接続した整 流回路（６）の入力部と連結している、請求項６に記載の回路。 ９．自動車における電気負荷の消費電力制御のための方法であって 、この方法は請求項１に記載した回路配置を用いて実施され、この回路配置では 調整器（１０）の出力接続部（ＤＦ）に、可変パルス幅をもつ調整器信号がかか っており、またこの方法においては ― 調整器の出力接続部（ＤＦ）にかかる調整器信号のパルス幅（ＰＢ）が、下 方限界値（ｗ）を下回る時、変換器（２；５）の出力電圧が低下し、また ― 調整器信号のパルス幅が上方限界（Ｗ）を越える時、変換器（２；５）の出 力電圧が上昇する。