JPH11308782A - 車両用電気負荷への電力供給制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイルロータに流れるフィールド（界磁）電
流を必要以上に流さないようにして、ブラシの摩耗やエ
ネルギーロスの増大を防止する。 【解決手段】 発電機（オルタネータ）から高電気負荷
であるＥＨＣへ通電中に発電機の出力電圧が所定値（１
６Ｖ）を越えると、フィールド電流を制御するトランジ
スタのオンデューティを１００％（全開）から低下させ
てフィールド電流の上昇を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用電気負荷へ
の電力供給制御装置に関し、詳細には発電機のフィール
ド電流を制御するレギュレータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用発電装置等のように、発電機
と、発電機により充電されるバッテリとを備えた電力供
給装置において、特定の高電気負荷（例えばヒータ等の
大電力を消費する負荷）に電力を供給する際に電力供給
切換スイッチ（以下「切換スイッチ」という）を用いて
バッテリを発電機から切り離すとともに発電機に直接高
電気負荷を接続して発電機から高電気負荷に電力を供給
するようにした電力供給装置が知られている。

【０００３】例えば、この種の電力供給装置の例として
は、特公昭６１−３３７３５号公報に記載されたものが
ある。同公報の装置は、車両用の電力供給装置に関する
ものであり、車両の窓の氷結、曇り等をとるためのデフ
ォッガ（ヒータ）に電力を供給する場合の電力供給方法
を開示している。同公報の装置では、デフォッガ尾に電
力を供給する場合にはバッテリと発電機から切り離すと
ともに、デフォッガを発電機に直接接続するようにして
デフォッガに大電力を供給することを可能としている。

【０００４】通常、発電機とバッテリを接続する時には
バッテリの過充電を防止するために発電機の出力電圧は
所定の充電電圧以下に制御される。このため、バッテリ
を接続したままで大電力を消費するデフォッガ等の高電
負荷に発電機から電力を供給すると、発電機の出力電圧
が低いためにデフォッガに十分な電流を流すことができ
ず、ヒータの発熱量が不十分なために窓の氷結や曇りを
とるのに長時間を要する問題がある。一方、短時間で窓
の氷結等をとるために、ヒータの抵抗値を低く設定して
通常の充電電圧下でもヒータに十分に大きな電流が流れ
るようにすることも可能である。しかし、この場合には
発電機の出力電圧が低く、発電量もそれに応じて低くな
っているため、発電機の出力のみではヒータに十分な電
力を供給することができず、バッテリからもヒータに電
力を供給する必要が生じ、バッテリの負担が増大する問
題がある。

【０００５】上記公報の装置では、この問題を解決する
ために、デフォッガに通電すべきときにはバッテリを発
電機から切り離すとともに発電機の出力電圧を上昇させ
る制御を行う。これにより、発電機の発電量が増大する
とともにデフォッガには通常の充電電圧より高い電圧が
印加されるため、ヒータに流れる電流量が増大しヒータ
発熱量が増大する。一方、デフォッガ作動中はバッテリ
は発電機から切り離されているため、発電機出力電圧が
通常の充電電圧より上昇した場合でも過充電が生じるこ
とはない。即ち、上記公報の装置は、バッテリの負担を
生じることなく、特定の電気負荷に大電力を供給するこ
とを可能とするものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記公報の装置では、
特定の高電気負荷に発電機から電力を供給する時に、発
電機からの出力電圧を上昇させるために発電機のコイル
ロータに流れるフィールド電流（界磁電流）を上昇させ
るようにレギュレータを制御している。具体的には、レ
ギュレータは、トランジスタの作動（オン／オフ）を制
御する制御回路を備えており、コントローラからの駆動
信号に応じてトランジスタをオン／オフ制御することで
コイルロータに流れるフィールド電流を制御してオルタ
ネータの出力電圧を制御している。しかしながら、この
デフォッガ（ヒータ）等の特定の高電気負荷に発電機か
ら電力を供給する時に、フィールド電流として発電機の
出力の一部を利用している（一般的な発電機では、図２
に示すように発電機のステータからコイルロータに直接
電力を供給している）ことに起因して、発電機の出力電
圧が高くなってくるとコイルロータに必要以上の電流が
流れることとなる。即ち、発電機の出力電圧を上昇させ
るために、コイルロータを流れるフィールド（界磁）電
流を上昇させるべくトランジスタのオンデューティを１
００％オン（全開）状態にて保持するようにしている
が、はじめはフィールド電流の上昇に応じて発電機の出
力電圧も上昇する、即ち、お互いの上昇度合が比例
（１：１）関係で上昇するが、所定の値に達すると（あ
る値を越えると）トランジスタのオンデューティを１０
０％オン（全開）状態にて保持してフィールド電流を更
に上昇させても発電機の出力電圧が比例（１：１）関係
で上昇しなくなる。この比例（１：１）関係でなくなる
点は、コイルロータの特性（磁化曲線）で決まるもので
ある。このように、コイルロータの特性（磁化曲線）で
決まる所定の値を越えると、トランジスタのオンデュー
ティを１００％オン（全開）状態にて保持してフィール
ド電流を上昇させても、これに対する発電機の出力電圧
の上昇度合が低下するにも係わらず、従来ではこの所定
の値を越えてもなおトランジスタのオンデューテイを１
００％オン状態で保持し続けている。上記公報の装置で
は、これらのことを全く考慮せずに電力供給制御（トラ
ンジスタのオンデューティ制御）を行っているために、
フィールド電流が必要以上にコイルロータに流れ、ブラ
シ（回転体であるコイルロータと接触する接触体）の摩
耗、ロータからの漏れ電流による発熱、エネルギーロス
の増大等を招くという問題があった。本発明は、上記問
題に鑑み、フィールド電流を必要以上に流さないように
して、ブラシの摩耗、ロータからの漏れ電流による発
熱、エネルギーロスの増大を防止することが可能な車両
用電気負荷への電力供給制御装置を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、発電機と、該発電機により充電されるバッテリ
と、前記発電機により電力を供給される高電気負荷と、
前記高電気負荷に電力を供給する際に、前記発電機と前
記バッテリとの接続を断って前記発電機の出力を前記高
電気負荷に供給するように切換える切換スイッチと前記
発電機の出力を増加させるべくフィールド電流を増加さ
せるレギュレータと、を備えた車両用電気負荷への電力
供給制御装置において、前記発電機の出力電圧を検出す
る出力電圧検出手段と、該検出された出力電圧が所定値
以上の場合に前記フィールド電流の増加を制限するよう
に前記レギュレータを制御するレギュレータ制御手段
と、を備えたことを特徴とする車両用電気負荷への電力
供給制御装置が提供される。

【０００８】請求項１の発明では、発電機の出力電圧が
予め定められた所定値以上になると、フィールド電流の
増加を制限するようにレギュレータを制御するようにし
たので、フィールド電流を必要以上に上昇させることが
なく、この結果コイルロータに必要以上のフィールド電
流が流れることがない。

【０００９】なお、上記所定値とは、既に説明した本発
明の課題を解決するために、即ち、フィールド電流が必
要以上に流れるの防ぐために設定された値であり、発電
機の出力電圧をその判断のための代用値として利用して
いるのであって、この値は予め実験等で求めておくもの
である。今までの実験等から考えると、上記所定値は１
６Ｖ前後であることが分かっている。又、上記したフィ
ールド電流の増加を制限するとは、発電機の出力電圧を
下げない程度或いは極端に下げない程度にフィールド電
流を減少させることを含むものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明を自動車用
の電力供給系統に適用した場合の実施形態の概略構成を
示す図、図２は図１の実施形態の電力供給回路を示す図
である。

【００１１】図１において、１は自動車用内燃機関、３
は内燃機関１の出力軸からベルト２を介して駆動される
三相交流発電機（オルタネータ）を示している。図２に
示すように、オルタネータ３はダイオード整流器３１
（図２）を内蔵しており、オルタネータのステータ３２
（図２）からの三相交流出力はダイオード整流器３１に
より直流に変換され、出力端子３ａから出力される。
又、オルタネータ３は、コイルロータ３３（図２）のフ
ィールド電流（界磁電流）を制御する電圧レギュレータ
５を内蔵している。又、図１、図２に４０で示したの
は、レギュレータ５を制御するコントローラである。レ
ギュレータ５とコントローラ４０については後述する。

【００１２】図１、図２において、１１はバッテリ（蓄
電池）、２１は高電気負荷としての電気ヒータ付触媒コ
ンバータ（以下「ＥＨＣ」という）を示す。本実施形態
のＥＨＣ２１は、内燃機関１の排気通路（図示せず）に
配置され、内燃機関の排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ
等の有害成分を浄化する。図１に示すようにＥＨＣ２１
はメタル担体を有する触媒２１ａを備えており、内燃機
関始動時等の触媒温度が低いときに触媒２１ａのメタル
担体に電流を流し、該メタル担体を発熱させることによ
り触媒温度を短期間で上昇させる。即ち、ＥＨＣ２１
は、メタル担体を電気ヒータとして作用させることによ
り、内燃機関始動直後から触媒の排気浄化作用を開始さ
せるようにしたものである。

【００１３】本実施形態では、機関始動時にバッテリ１
１に負担を生じることなくＥＨＣ２１に大電力を供給し
て早期にＥＨＣ２１を触媒活性化温度まで昇温するため
に、ＥＨＣ２１にはオルタネータ３から直接電力を供給
するようにされている。即ち、本実施形態ではＥＨＣ２
１とバッテリ１１とは、切換スイッチ２５を介してオル
タネータ３の出力端子３ａに接続されており、切換スイ
ッチ２５を切換えることにより、ＥＨＣ２１とバッテリ
１１とのうちの一方がオルタネータ３に接続されるよう
になっている。スイッチ２５は、後述するＥＣＵ３０か
らの切換信号に応じて作動するリレー（図示せず）を備
え、ＥＣＵ３０からの切換信号に応じて、オルタネータ
３とバッテリ１１とを接続する第１の位置（図１、図２
に示した位置）と、オルタネータ３とＥＨＣ２１とを接
続する第２の位置とのいずれかをとるようにされてい
る。

【００１４】又、図１、図２に２３で示したのは、エン
ジンのイグニッション、車両のライト、エアコン、オー
ディオ装置等の通常の車両電気負荷である。本実施形態
では、車両電気負荷２３はバッテリに接続されており、
切換スイッチ２５がＥＨＣ２１とオルタネータ３とを接
続する第２の位置に切換えられている時には車両電気負
荷２３にはバッテリ１１のみから電力が供給されるよう
になっている。

【００１５】図１、図２に３０で示すのは、内燃機関１
の電子制御を行う制御回路（ＥＣＵ）である。本実施形
態では、ＥＣＵ３０はＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ及び入出
力ポートを互いに双方向性バスで接続した公知のマイク
ロコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ３０は、
内燃機関１の燃料噴射制御や点火時期制御等の基本制御
を行う他、本実施形態では後述するように、切換スイッ
チ２５の切換動作を制御する切換制御手段としても機能
する。

【００１６】本実施形態では、図２に示すようにＥＣＵ
３０の入力ポートにはバッテリ１１のプラス端子からバ
ッテリ電圧ＶＢが、図示しないＡ／Ｄ変換器を経由して
入力されている。又、ＥＣＵ３０の出力ポートは、切換
スイッチ２５とコントローラ４０の端子４１に接続さ
れ、切換スイッチ２５の切換えを行う切換信号と、オル
タネータの発電制御を行う発電制御信号とを切換スイッ
チ２５とコントローラ４０とに各々供給するようにされ
ている。

【００１７】次に、コントローラ４０と電圧レギュレー
タ５の作用について説明する。図２に示すように、本実
施形態ではオルタネータ３のコイルロータ３３はバッテ
リ１１に接続されており、バッテリ１１からフィールド
電流（界磁電流）が供給されている。又、レギュレータ
５は上記コイルロータ３３へのフィールド電流供給回路
に配置されているスイッチングトランジスタ５ａと、こ
のスイッチングトランジスタ５ａの作動を制御する制御
回路５ｂとを備えており、コントローラ４０から端子５
３を介して入力する駆動信号に応じてスイッチングトラ
ンジスタ５ａをオン／オフする。即ち、コントローラ４
０は、スイッチングトランジスタ５ａをオン／オフ制御
することによりコイルロータ３３に流れるフィールド電
流を制御してオルタネータ３の出力電圧を制御する。

【００１８】本実施形態では、ＥＣＵ３０は切換スイッ
チ２５の切換位置に応じてコントローラ４０の端子４１
に発電制御信号を供給し、コントローラ４０の作動を制
御する。即ち、切換スイッチ２５がバッテリ１１とオル
タネータ３とを接続する第１の切換位置にある時には、
ＥＣＵ３０はコントローラ４０に第１の発電制御信号
（定電圧発電信号）を供給する。この場合、コントロー
ラ４０はバッテリ電圧が所定の充電電圧以上（例えば、
１４Ｖ以上）になると、トランジスタ５ａをオフしてコ
イルロータ３３へのフィールド電流の供給を停止し、バ
ッテリ電圧が上記充電電圧より低下するとトランジスタ
５ａをオンしてコイルロータ３３にフィールド電流を供
給する。従って、通常の運転時（即ち、スイッチ２５が
オルタネータとバッテリとを接続する第１の切換位置に
切換えられている時）には、オルタネータ３の出力電圧
はコイルロータ３３に流れるフィールド電流のオン／オ
フにより上記充電電圧に維持され、バッテリの過充電が
防止される。この定電圧制御のため、コントローラ４０
には、バッテリ１１の端子電圧ＶＢが入力されている。

【００１９】一方、ＥＣＵ３０は、切換スイッチ２５が
ＥＨＣ２１とオルタネータ３とを接続する第２の切換位
置にある時には、コントローラ４０に第２の発電制御信
号（高電圧発電信号）を供給する。これにより、コント
ローラ４０はレギュレータ５のスイッチングトランジス
タ５ａをオン状態に保持する。このため、ロータコイル
に供給されるフィールド電流は最大になり、オルタネー
タの出力電圧が大幅に上昇する。

【００２０】本実施形態では、ＥＣＵ３０は通常運転時
は切換スイッチ２５をオルタネータ３の出力端子３ａと
バッテリ１１とを接続する第１の切換位置に保持すると
ともに、コントローラ４０に定電圧信号を出力する。こ
れにより、前述の定電圧制御が行われ、バッテリ１１が
オルタネータ３に接続されている時には、オルタネータ
３の出力電圧は一定（例えば、１４Ｖ）の比較的低い電
圧に制御されることになる。

【００２１】一方、内燃機関始動時等でＥＨＣ２１に通
電を行う必要がある場合には、ＥＣＵ３０は切換スイッ
チ２５をオルタネータ３の出力端子３ａとＥＨＣ２１と
を接続する第２の切換位置に切換えるとともに、コント
ローラ４０に高電圧発電信号を出力する。これにより、
コントローラ４０はロータコイル３３へフィールド電流
を増大させ、オルタネータ３の出力電圧が大幅に上昇す
るためにＥＨＣ２１には大電力が供給される。本実施形
態では、ＥＨＣ２１通電時（高電圧発電時）のオルタネ
ータ出力電圧は、例えば２５Ｖ程度になるように設定さ
れている。

【００２２】図３は、本実施形態におけるトランジスタ
（レギュレータ）を制御するルーチンのフローチャート
である。本ルーチンは、ＥＣＵ２０により一定時間毎
（例えば、１０ｍｓ〜２０ｍｓ毎）に実行されるもので
ある。本ルーチンでは、高電気負荷であるＥＨＣ２１へ
の通電中において、オルタネータ３の出力電圧Ｖａｌｔ
が所定値である１６Ｖを越えると、トランジスタのオン
デューティを１００％オン（全開）状態から図４に示す
ように減少させるように切換えるものである。

【００２３】上記所定値である１６Ｖとは、本発明が解
決しようとする課題の欄で説明されている通り、トラン
ジスタのオンデューティを１００％オン（全開）状態に
保持した場合にも、フィールド電流の上昇（度合）と発
電機の出力電圧の上昇（度合）との関係が比例（１：
１）関係でなくなる点であり、これはコイルロータの特
性（磁化曲線）で決まるものである。このように、オル
タネータが所定値である１６Ｖを越えるまではトランジ
スタのオンデューティを１００％オン（全開）状態に保
持し、（１６Ｖを）越えた後は、オルタネータの出力電
圧Ｖａｌｔの上昇に必要なだけコイルロータにフィール
ド電流が流れる程度に、トランジスタのオンデューティ
を１００％オン（全開）状態から低下させるものであ
る。これにより、オルタネータ３の出力電圧Ｖａｌｔの
増加（高電圧制御の実行）を確保しつつ、コイルロータ
３３に必要以上のフィールド電流が流れることを防ぐこ
とができる。

【００２４】図３のフローチャートにおいて、ステップ
３０１はＥＨＣ２１へ通電中（高電圧制御中）であるか
否かを判断し、ＮＯの場合、即ちオルタネータ３とバッ
テリ１１とが接続されている状態である場合にはこのル
ーチンは終了して図示しない別のルーチンによる定電圧
制御が実行される。ＹＥＳ（ＥＨＣ通電中）の場合に
は、ステップ３０２に進み、オルタネータ３の出力端子
３ａからの出力電圧Ｖａｌｔが３０Ｖを越えたか否かが
判断される。ＮＯ（１６Ｖ以下）の場合には、ステップ
３０４に進み、通常の高電圧制御、即ちトランジスタの
オンデューティを１００％オン状態のまま継続（維持）
する。ＹＥＳ（１６Ｖを越えた）に場合には、ステップ
３０３に進み、図４に示すマップに基づいてトランジス
タのオンデューティが制御される。即ち、コイルロータ
に流れるフィールド電流の増加を抑えるように制御が行
われる。

【００２５】図４は、トランジスタのオンデューティ制
御に用いられるマップであり、オルタネータ３の出力電
圧Ｖａｌｔが１６Ｖを超えると、トランジスタのオンデ
ューティが１００％から徐々に低下するように予め設定
されている。

【００２６】なお、本実施形態のおいてはトランジスタ
のオンデューテイの切換制御はオルタネータ３の出力電
圧Ｖａｌｔが１６Ｖを超えるか否かで判断されている
が、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更しても問
題ない。

【００２７】このように、本実施形態では、高電気負荷
であるＥＨＣ２１への通電中においてオルタネータ３の
出力電圧Ｖａｌｔが１６Ｖを越える高電圧になった場合
に、トランジスタのオンデューティを１００％オン状態
から減少させるようにしたので、オルタネータ３の出力
電圧Ｖａｌｔが上昇してもコイルロータ３３には必要以
上のフィールド電流が流れることがない。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、高電気
負荷への通電中において、発電機の出力電圧が予め定め
られた所定値を越えるような高電圧状態になると、フィ
ールド電流の増加を制限するようにレギュレータを制御
するようにしたので、フィールド電流を必要以上に上昇
させることがなくなり、コイルロータにも必要以上のフ
ィールド電流が流れることがない。この結果、ブラシの
摩耗、ロータからの漏れ電流による発熱、エネルギーロ
スの増大等の問題を引き起こすことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を車両用電力供給系統に適用した場合の
実施形態の概略構成を示す図である。

【図２】図１の電力供給系統の回路の一例を示す図であ
る。

【図３】トランジスタ（レギュレータ）制御の実施形態
のフローチャートを示す図である。

【図４】トランジスタ（レギュレータ）制御用のマップ
を示す図である。

【符号の説明】

１…自動車用内燃機関 ３…発電機（オルタネータ） ５…電圧レギュレータ １１…バッテリ ２１…電気ヒータ付触媒コンバータ（ＥＨＣ） ２５…切換スイッチ ３０…制御回路（ＥＣＵ） ４０…コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機と、該発電機により充電されるバ
   ッテリと、前記発電機により電力を供給される高電気負
   荷と、前記高電気負荷に電力を供給する際に、前記発電
   機と前記バッテリとの接続を断って前記発電機の出力を
   前記高電気負荷に供給するように切換える切換スイッチ
   と前記発電機の出力を増加させるべくフィールド電流を
   増加させるレギュレータと、を備えた車両用電気負荷へ
   の電力供給制御装置において、前記発電機の出力電圧を
   検出する出力電圧検出手段と、該検出された出力電圧が
   所定値以上の場合に前記フィールド電流の増加を制限す
   るように前記レギュレータを制御するレギュレータ制御
   手段と、を備えたことを特徴とする車両用電気負荷への
   電力供給制御装置。