JPS6223400A - 車両用発電機の制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、車両例えば自動車等に用いられる車両用発
電機の制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は従来のこの種の制御装置を示し、図において、
１は図示しない機関により駆動される発電機であり、電
機子コイル１０１、界磁コイル１０２で構成されている
。２は発電機１の交流出力を全波整流する整流器であり
、出力端２０１゜２０２．２０３を有しており、２０１
はメイン出力を出力する出力端であり、２０２は界磁コ
イル１０２の励磁と後述する電圧調整器３の電圧検出用
の出力端であり、２０３は接地用の出力端である。３は
発電機１の出力電圧を所定値に調整する電圧調整器であ
り後述する各部品より構成されている。３０１．３０２
は整流器２の出力端２０２の出力電圧を分圧する分圧抵
抗、３０３は分圧抵抗３０１．３０２の分圧電位を検出
し、所定値以上になると付勢されるツェナーダイオード
、３０４はツェナーダイオード３０３が付勢されると導
通するトランジスタであり、後述するトランジスタ３０
５を断続制御する。３０５は発電機１の界磁コイル１０
２に流れる界磁電流を断続制御するトランジスタ、３０
６はトランジスタ３０５のべ一ヌ抵抗、３０７は発電機
１の界磁コイル１０２に並列接続され界磁コイルの断続
サージを吸収するダイオードである。４は車両に装着さ
れたバッテリ、５は車両の各種電気負荷、６はキースイ
ッチ。

Ｔは発電機１の界磁コイル１０２を初期励磁する初期励
磁用の抵抗である。第５図は従来装置による発電機１の
全負荷時の回転速度に対するその出力電流の曲線Ｃおよ
びその駆動トルクの曲線Ｔを夫々示し、破線は冷時を、
実線は熱時全夫々表わしている。

次に動作について説明する。図示しない機関の始動に際
してキースイッチ６が閉じられると、バクテリ４よりキ
ースイッチ６．初期励磁抵抗７を介して、発電機１の界
磁コイル１０２に初期励磁電流が流れ発電機１は発電可
能な状態となる。次に機関が始動されると発電機１が発
電を開始し電圧調整器３は、整流器２の出力端２０２の
出力電圧を受けその出力電圧が分圧抵抗３０１．３０２
とツェナーダイオード３０３によってあらかじめ設定さ
れた所定値を越えるとツェナーダイオード３０３が付勢
されトランジスタ３０４が導通する。

又上記出力電圧が所定値以下になると、ツェナーダイオ
ード３０３が非導通となり、トランジスタ３０４が非導
通となる。このトランジスタ３０４の断続によりトラン
ジスタ３０５が断続制御され、発電機１の界磁コイＮ１
０２ｆ、断続して発電機１の出力電圧を所定値に調整し
ている。この様に電圧調整器３は１発電機１かいかなる
状態にあっても上記動作を繰り返し１発電機１は上記調
整された出力電圧で整流器２の出力端２０１より車両の
バッテリ４、各１電気負荷５に電力全供給している。

以上の様に制御されている従来装置の発電機１の冷・熱
時での出力電流と駆動トルクの特性曲線は第５図となる
。つまり出力電流は発電機１が発電開始直後の発電機１
が冷時状態から、発電機１の自己発熱、雰囲気温度の上
昇に伴う発電機１の熱時状態となると第５図に示すよう
に、冷時の特性から徐々に低下し熱時の特性曲線となる
。又。

発電機１の公称出力は、熱時特性により決定されており
冷時時性は、熱時特性保証のための余裕度にしかすぎず
、理想特性としては、冷時と熱時の特性が略一致させる
ことが最良である。一方、発電機１の駆動トルクについ
ては、出力電流の低下に伴って冷時特性から熱時特性へ
と徐々に低下する。又、上記駆動トルクは比較的低回転
時に第５図のＡ点で示すピークのある特有の曲線となる
。

発電機１の駆動トルクは、車両の機関への負荷として働
いており、特に上述のＡ点でのピーク近辺では、機関は
低回転であり出力トルクも比較的小さくなっているため
２発電機１の駆動トルクが非常に高負荷となって働いて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の車両用発電機の制御装置は以上のように構成され
ているので、冷時駆動トルクと熱時駆動トルクの差が機
関への余分な負荷として働き、特に冷時での低速回転時
の駆動トルクピークにあっては１機関の出力トルクに対
する発電機の駆動トルクの影響度が非常に高く機関の回
転が不安定となると共に機関の燃料消費量も多くなる。

さらに、極低温においては上述の影響度はさらに高くな
るなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので１発電機の実効出力ｆｚｒ：損うことなく１発
電機の冷時駆動トルクのピークの抑制ができる車両用発
電機の制御装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

車両に装着された発電機の界磁電流の開閉をするスイッ
チング手段を制御することにより発電機の出力電圧を調
整する制御装置において、検出された一発電機の温度値
のレベルを温度レベル判定手段により判定し、検出され
た発電機の回転速度値のレベルを回転速度レベル判定手
段により判定し。

スイッチング制御手段により温度レベル判定手段および
回転速度レベル判定手段の出力に応じてスイッチング手
段を所定のサイクルで入・切りして制御するようにした
ものである。

〔作用〕

この発明におけるスイッチング制御手段は、温度レベル
判定手段の出力と回転速度レベル判定手段の出力に応じ
て所定範囲内の回転速度の時の冷時の発電機の界磁電流
を制限するようにスイッチング制御して発電機の出力電
流を抑制すると共に発電機の駆動トルクのピークを抑制
する。

〔実施例〕

以下５この発明の一実施例を図について説明する０ 第１図において２図中、同一符号は従来例と同一部分を
示し、Ａ１は電源、３０８は一端を電源Ａ１に他端を後
述の逆流防止用ダイオード３１０を介してトランジスタ
３０４のベースに接続されたベース抵抗、３０９はツェ
ナーダイオード３０３とトランジスタ３０４のベースと
の間に接続された逆流防止ダイオード、３１０は逆流防
止ダイオード、３Ａは上述の電源人□、ベース抵抗３０
８゜逆流防止ダイオード３１０とから構成されるスイッ
チング制御電源部である。８は周知の定導通率発撮器で
あり後述する各部品より構成されている。

８（１１，８０２はインバータ、８０３はコンデンサ、
８（１４，８０５は抵抗であり、コンデンサ８０３と双
方向充電回路を構成している。８０６゜８０７は逆流防
止ダイオード、８０８はインバータ８０２の入力保護用
抵抗、８０９はアノード側が定導通率発援器８の出力側
となっている逆流防止ダイオードである。なお、上述の
スイッチング制御電源部３人と定導通率発振器８とから
スイッチング制御手段が構成されている。９は温度検出
器であり後述する各部品より構成されている。Ａ２は電
源、９０１ばコンパレータ％　９０２，９０３は直列接
続され、その接続点がコンパレータ９０１の←）入力に
接続され電源Ａ２の電圧を分圧するこトニより、コンパ
レータ９０１の基準電圧とする分圧用抵抗、９０４は一
端を電源Ａ２に接続され他端を後述する温度検出素子１
０とコンパレータ９０１の（ト）入力に接続された温度
検出素子１０用のバイアス用抵抗である。１０は温度検
出素子であり、本実施例ではダイオードの順方向電圧の
負の温度係数を利用してお夛１重電機１の内部の発熱部
又は発電機１に装着された電圧調整器３．スイッチング
制御１を切部３Ａ、定導通率発振器８゜温度検出器９お
よび後述する回転数検出器１１を含めた制御装置に装着
されている。１１は発電機１の回転速度を検出する回転
数検出器であり後述する各部品より構成されて込る。１
１１は発電機１の電機子コイ、／Ｉ／１０１の交流出力
を入力として、交流周波数に応じた電圧値に変換するＦ
−Ｖ変換器テアルｏ　１１２　、１１３＋ｉＦ’−Ｖ変
換器１１１の出力電圧を入力とし１発電機１の夫々のあ
る一定の回転速度のレベル迄達したか否かを検出する第
１の検出回路、第２の検出回路である。１１４は第１の
検出回路１１２と第２の検出回路１１３の出力を入力と
するＮＯＲゲートである。

なお、ベース抵抗３０８と逆流防止ダイオード３１０の
接続点には、定導通率発振器８の出力側である逆流防止
ダイオード８０９のアノード側。

温度検出器９の出力側であるコンパレータ９０１の出力
側および回転数検出器１１の出力側であるＮＯＲゲート
１１４の出力側が共通に接続されている。

第２図は第１図の回転数検出器１１の動作タイミング図
であり２縦軸は出力レベルを横軸は発電機１０回転速度
を示す。上段は検出回路１１２゜同１１３の夫々の出力
であり、実線が第１の検出回路１１２の出力を、粗い破
線が第２の検出回路１１３の出力を夫々示す。下段はＮ
ＯＲゲート１１４の出力である。

第３図はこの発明による発電機１の全負荷時の回転速度
に対するその出力電流の曲線Ｃおよびその駆動トルクの
曲線Ｔを夫々示し、破線は冷時の曲線を、実線は熱時の
曲線を夫々示す。

次に動作について説明する。定導通率発振器８はインバ
ータによる公知の非安定マルチバイブレータを利用した
ものであり、その動作について電圧調整器３のツェナー
ダイオード３０３が非導通であり、温度検出器９と回転
数検出器１１の出力が“Ｈ″レベルあるとして説明する
。まずインバータ８０１の出力が“Ｈ″レベルあるとす
るとインバータ８０２の出力は“Ｌ″レベルあり。

インバータ８０１の出力端→コンデンサ８０３→逆流防
止ダイオード８０６→抵抗８０４→インノ；−夕８０２
の出力端の経路で電流が流れる。これにより、ａ点電位
つまりインバータ８０２の入力電位が徐々に低下し、つ
いにはインバータ８Ｑ２の入力が″Ｌ″レベル検出電位
となりインバータ８０２は“Ｈ”レベＮを出力し、イン
バータ８０１は“Ｌルベルを出力する。このように、出
力が反転するとインバータ８０２の出力端→抵抗８Ｑ５
→逆流防止ダイオード８０７→コンデンサ８０３→イン
バータ８０１の出力端の経路で電流が流れる初期とは逆
方向の順方向充電回路が形成され、逆転と同時Ｋａ点電
位をさらに下げインバータ８０２の入力の“Ｌ”レベル
を確実なものとし動作を安定させる。次に上述の順方向
充電回路によってａ点電位が徐々に上昇し、ついには、
インバータ８０２０入力が“Ｈ″レベル検出電位となっ
てイア）＜−ｊ”８０２に−ｇ“Ｌ″レベル出カシ、イ
ンバータ８０１はＨ”レベルを出力して初期の状態に戻
る０インバータ８０１が初期の状態に反転すると同時に
コンデンサ８０３の頭方向充電回路が初期の回路へと反
転し、その結果ａ点電位がさらに上昇してインバータ８
０２の入力の“Ｈ”レベＪｖヲ確実なものとし動作を安
定させる。

上述の説明で明らかなように、インバータ８０１の出力
′Ｈ″レベルの時間は、コンデンサ８０３と抵抗８０４
で決定され、“Ｌ”レベルの時間は、コンデンサ８０３
と抵抗８０５で決定される。従って“Ｈ”レベル　１４
Ｌ″レベルの時間は異なった値となっており、１周期に
対する″Ｈ″レベルの時間の比率、つ！！シ、導通率を
ある一定値としており、キースイッチ６の閉成と同時に
上述の動作を繰り返している。

次に定導通率発振器８と電圧調整器３とスイッチング制
御電源部３Ａの動作を温度検出器９と回転数検出器１１
の出力が“Ｈ”レベルにあるとして説明する。

まず電圧調整器３のツェナーダイオード３０３が非導通
とし、定導通率発振器８の出力、つまりインバータ８０
１が″Ｈ″レベルにある時は、トランジスタ３０４は電
源Ａ□からベース抵抗３０８、逆流防止ダイオード３１
０を介してベース電流が供給され導通状態となりトラン
ジスタ３０５を非導通にする。次に定導通率発振器８の
出力が“Ｌ″レベルなると、ベース抵抗３０Ｂは逆流防
止ダイオード８０９を介してインバータ８Ｑ１の出力端
に接地されるため、トランジスタ３０４は非導通となす
、トランジスタ３０５ｔ−導通させる。上述のように定
導通率発振器８の出力によってトランジスタ３０４が発
電機１の出力電圧に関係なく強制的に断続制御される。

つｆり発電機１の界磁コイル１θ２の界磁電流がトラン
ジスタ３０５の断続制御により断続され、その界磁電流
が強制的に制限される。−５発電機１の出力は界磁コイ
ル１０２による界磁起磁力によって決定されるため、界
磁コイル１０２に流れる界磁電流を制限すると発電機１
の出力が制限されることになる。又１発電機１の制限さ
れ九出力に対して車両の電気負荷５がさらに小さい場合
は１発電機１は発電能力に余裕があり、その出力電圧が
上昇する。この出力電圧が電圧調整器３の所定の調整電
圧即ちツェナーｆイＦ−ド３０３のツェナー電圧を越え
るとツェナーダイオード３０３が導通し、定導通率発振
器８が“Ｌ″レベル時にもトランジスタ３０４を導通さ
せてトランジスタ３０５を非導通として界磁コイル１０
２に界磁電流を流さないようにすることによって発電機
１の出力電圧を所定値に調整する。

次に温度検出器９と温度検出素子１０の動作を説明する
。但し、この場合には、回転数検出器１１は“Ｈ”レベ
ルを出力しているものとして説明する。ｆず温度検出素
子１０は、先にも述べた様にダイオードの順方向電圧の
負の温度係数を利用し微少の頭方向電流を流すことによ
り発生する順方向電圧を出力するものである。つまり低
温時においてはその出力電圧が高く、高温時においては
その出力電圧が低くなる特性を利用したものである。

温度検出器９はコンパレータ９０１を用いることにより
温度検出素子１０からの温度検出信号のレベルを検出す
るレベル検出器であや、を源Ａ２の電圧を抵抗９０２，
９０３で分圧した分圧電位を基準電圧として、温度検出
素子１０の出力電圧をコンパレータ９０１を用いて比較
している。つまり温度検出素子１０が低温であってその
出力電圧が基準電圧よりも高い、つまり発電機１が冷時
であるときはコンパレータ９０１は“Ｈ″レベル出力し
、逆に高温であって温度検出素子１０の出力電圧が基準
電圧よりも低い、つまり発電機１が熱時であるときはコ
ンパレータ９０１は“Ｌ″レベル出力する。従って、コ
ノパレータ９０１の出力が“Ｈ”レベルにある時は、ス
イッチング制御電源部３Ａのベース抵抗３０８と逆流防
止ダイオード３１０の接続点の電位を上昇させ、トラン
ジスタ３０４の断続はツェナーダイオード３０３の状態
と定導通率発振器８の発振に依存し、′Ｌ″レベルにあ
る時はスイッチング制御電源部３Ａのベース抵抗３０Ｂ
と逆流防止ダイオード３１０の接続点の電位を下げ、電
圧調整器３のトランジスタ３０４の断続はツェナーダイ
オード３０３のみに依存し従来の電圧調整器と同様の動
作となる。

次に回転数検出器１１の動作を第２図と共に説明する。

但し、この場合には、温度検出器９の出力が″Ｈ″レベ
ルにあるものとして説明する。Ｆ−■変換器１１１は先
にも述べたように、発電機１の電機子コイル１０１の交
流出力を入力し、交流波形の周波数つまり発電機１の回
転速度に応じた電圧を出力している。第１の検出回路１
１２、第２の検出回路１１３はＦ−Ｖ変換器１１１の出
力電圧を入力とし、入力電圧が夫々のある一定値。

つまり発電機１の回転速度が夫々のある一定回転となる
と出力が夫々反転する。従って、ｆＪＸＺ図における検
出回路出力に示すように、第１の検出回路１１２では、
発電機１０回転速度がＯ（ｒ、ｐ。

ｍ、）からＮ　ｌ（ｒ、ｐ、ｍ−）までは“Ｈ″レベル
出力し、それがＮ工（ｒ、ｐ、ｍ、）以上では“Ｌ”レ
ベルを出力する。第２の検出回路１１３では発電機１の
回転速度がＯ（ｒ、ｐ、ｍ−）からＮ　２　（ｒ　−ｐ
　、ｍ−）までは“Ｌ″レベル出力し、それがＮ２（ｒ
、ｐ、ｍ、）以上では“Ｈ″レベル出力する。

次にＮＯＲゲート１１４は、第２図のＮＯＲゲート出力
に示すように、第１の検出回路１１２と第２の検出回路
１１３の両出力が“Ｌ″レベル区間、つまり発電機１の
回転速度がＮ１（ｒ、ｐ、ｍ、）とＮ２　（ｒ、ｐ、ｍ
、）との区間のみ“Ｈ”レベルを出力し、その他の区間
は“Ｌ”レベヤを出力する。

つｌ）温度検出器９の出力動作と同様ＮＯＲゲート１１
４の出力であるところの回転数検出器１１の出力が“Ｈ
″レベルある時は、電圧調整器３のトランジスタ３０４
の断続がツェナーダイオード３０３の状態と定導通率発
蚕器８の発振に依存し、“Ｌ”レベルにある時は、ツェ
ナーダイオード３０３の状態のみに依存し従来の電圧調
整器３の動作となる。勿論、温度検出器９の出力および
回転数検出器１１の出力が両方とも“Ｌ″レベルあると
きには、トランジスタの断続はツェナーダイオード３０
３の状態のみに依存する。すなわち発電機１の回転速度
がＮ　１（ｒ、ｐ、ｍ−）からＮ２（ｒ、ｐ、ｍ、）の
区間で冷時のみ発電機１の界磁電流が制限されることに
なる。

以上の説明で明らかなように、機関が始動直後における
発電機１が冷時であって、さらに発電機１の回転速度が
一定範囲内にあるときに発電機１の出力電流を抑制する
ことができる。この特性を表わした特性曲線が第３図で
あり、この曲線からも明らかなように、冷時の一定回転
速度範囲（Ｎ　Ｉｒ　、　ｐ　、　ｍ、からＮ２　ｒ−
ｐ−ｍｓ迄）内の出力電流を上述のようにして抑制する
ことにより、冷時駆動トルクのピークを抑制しカットす
ることができる。

又、駆動トルクのピーク以外特に高速回転域においては
、冷時出力電流を抑制しないため、上述の冷時出力電流
を有効に利用することができる。

なお、上記実施例では発電機１の回転速度がＮ１（ｒ−
ｐ−ｍ−）からＮ　２（ｒ、ｐ、ｍ、）の範囲で冷時の
み出力電流を抑制していたが、これに限るものではなく
、たとえば１発電機１の回転速度が０（ｒ　、　ｐ　、
ｍ、ン　からＮ　２　（ｒ−ｐ−ｍ−）の範囲内で冷時
のみ同様に発電機１の出力電流を抑制してもよい。又上
記実施例では第１図に具体的構成例を示したが、必ずし
もこれに限るものではなく、同様の効果が得られるもの
であれば手段を選ばない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、発電機が一定温度以
下において、発電機の駆動トルクがピークとなる回転速
度範囲で発電機の出力電流を抑制し、冷時駆動トルクの
ピークを抑制するように構成したので１発電機の実効出
力を損わず、しかも高速域で冷時出力電流を有効に利用
でき１機関への負荷を軽減できるので機関の回転が安定
すると共に機関の燃料消費量金も節約できるものが得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図１１この発明による制御装置の一実施例を示す回
路図、第２図は第１図における回転速度動作タイミング
図、第３図は第１図の回路における発電機の特性曲線の
１例を示す特性図、第４図は従来の制御装置を示す回路
図、第５図は従来の制御装置による発電機の特性曲線を
示す特性図である。 図において、１は発電機、３は電圧調整器、　３Ａはス
イッチング制御電源部、８は定導通率発撮器、９は温度
検出器、１０は温度検出素子、１１は回転数検出器。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す０ 特許出願人　　三菱電機株式会社 代理人　弁理士　　　１）　澤　　博　　昭、−−一暑
）、１ （外２名）−−− 全ｅ棟回転速度（ｒ、上爪）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車両に装着された発電機の界磁電流の開閉を行なうスイ
   ッチング手段を制御することにより前記発電機の出力電
   圧を調整する車両用発電機の制御装置において、検出さ
   れた前記発電機の温度値のレベルを判定する温度レベル
   判定手段と、検出された前記発電機の回転速度値のレベ
   ルを判定する回転速度レベル判定手段と、前記温度レベ
   ル判定手段および回転速度レベル判定手段の出力に応じ
   て前記スイッチング手段を所定のサイクルで開閉制御す
   るスイッチング制御手段とを備えたことを特徴とする車
   両用発電機の制御装置。