JPWO2007026422A1 - 車両用発電機の制御装置 - Google Patents

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Abstract

界磁電流をスイッチング素子により断続制御することによって発電電圧を所定の電圧に調整し、外部コントロールユニット(4)からの制御信号によって調整電圧の可変制御を行なう電圧調整器(3)を備えた車両用発電機(1)の制御装置において、外部コントロールユニット(4)から制御信号入力時には、界磁電流を断続制御するスイッチング素子(Q3)の最大導通率を制限する最大導通率制限回路(300)を設けたもの。

Description

この発明は、出力電圧を外部コントロールユニットからの制御信号レベルに基づいて調整する車両用発電機の制御装置に関し、特に、外部コントロールユニットからの制御信号によって、調整電圧が所定の電圧値よりも高くなるように制御される場合に、界磁電流を断続制御するスイッチング素子の最大導通率に制限を持たせるようにした車両用発電機の制御装置に関するものである。
図4は、例えば日本特許第3102981号公報に示された、従来の調整電圧を可変制御する機能を有する車両用発電機の制御装置の一例を示す構成図である。
この図4に示されるものは、外部コントロールユニットから単一の信号線を介して入力された0〜100%までのデューティ比で連続可変制御する制御信号に基づき、そのデューティ比に応じた電圧に調整電圧を可変制御する車両用発電機の制御装置の一例を示すものである。
図4において、1は、図示しないエンジンにより駆動される交流発電機であって、電機子コイル101と界磁コイル102より構成されている。2は、交流発電機1の交流出力を全波整流して+側端子201および−側端子202より出力する整流器、3は整流された交流発電機出力を所定値に制御する電圧調整器である。
4は外部コントロールユニットで、トランジスタ401から出力されるデューティ比を0%〜100%に調整できる制御信号(以下デューティ信号ともいう。)によって、トランジスタQ1のON/OFF動作を制御する。
アノードが接地されたゼナーダイオードZD3のカソードに、動作抵抗318の一端が接続され、動作抵抗318の他端は、キースイッチ8を介して蓄電池5の正側端子に接続されている。321はトランジスタQ1のコレクタに接続された充電用抵抗、322はコンデンサCeの放電用抵抗、327はトランジスタQ1のベース抵抗である。
電圧調整器3は、更に、以下の構成を有している。
即ち、蓄電池5の電圧検出端子と接地間に直列接続された分圧抵抗319、320、コンパレータCP1、CP2に対する基準電圧を設定する分圧抵抗310〜312と共に直列接続された分圧抵抗317、発電電圧によって変化するF点電圧(分圧抵抗319と320で分圧される電圧)と、分圧抵抗310〜312、317の値で決まるE点の基準電圧とを比較し、F点電圧>E点電圧になった時に、Lレベル信号をダイオードD5を通してトランジスタQ3に出力し、トランジスタQ3をOFFさせる通常調整電圧制御用のコンパレータCP3、F点電圧と、デューティ信号のデューティ比によって更新されながら設定されたA点電圧を比較し、F点電圧がそのときのA点電圧より大きくなった時にLレベル信号をダイオードD6を通してトランジスタQ3に出力し、トランジスタQ3をOFFさせる外部信号による調整電圧制御用のコンパレータCP4を有している。
また、コンパレータCP1、CP2の出力が共にHレベルの時に、ベース抵抗326を通してHレベル信号が入力されてON動作し、コレクタに接続されたコンパレータCP3の出力をエミッタを通して接地するトランジスタQ4、カソードがコンパレータCP1、CP2の出力端子に接続され、アノードがコンパレータCP4の出力端子に接続され、コンパレータCP1あるいはCP2の出力がLレベルの時に導通してコンパレータCP4の出力を無効にするダイオードD4、各コンパレータCP1〜CP4の出力端子のレベルを正方向にプルアップする電源プルアップ抵抗323〜325を有している。
次に、以上のように構成された従来装置の動作について説明する。
まず、キースイッチ8を閉じて、ゼナーダイオードZD3を動作させて得た定電圧電源を各電源端子eに印加する。この結果、分圧抵抗310、311、317、312を直列接続しているC点、E点、B点に発生した分圧電圧が、基準電圧として各コンパレータCP1〜CP3のそれぞれに入力される。
ここで、コンパレータCP1、CP2の動作について説明する。
A点電圧と、C点とB点の基準電圧をコンパレータCP1、CP2のそれぞれで比較する。
即ち、A点電圧<B点電圧の時、コンパレータCP2の出力はLレベル、コンパレータCP1の出力はHレベルとなる。更に、B点電圧<A点電圧<C点電圧の時は、コンパレータCP1、CP2の出力は共にHレベルとなり、C点電圧<A点電圧の時は、コンパレータCP1の出力はLレベル、コンパレータCP2の出力はHレベルとなる。
そして、コンパレータCP1、CP2の出力がいずれかでもLレベルの時は、外部コントロールユニットからの信号レベルに相関したA点電圧を基準電圧とする、コンパレータCP4の出力を無効にし、分圧抵抗310〜312、317による分圧電圧を基準電圧とする、通常電圧制御用のコンパレータCP3の出力を有効とする。
また、コンパレータCP1、CP2の出力が共にHレベルの時は、コンパレータCP3の出力を無効にし、コンパレータCP4の出力を有効とする。
以上の動作状態より、外部コントロールユニット4から電圧調整器3に入力される制御信号であるデューティ信号のデューティ比を、0%からA点において電圧レベルが第1の所定値であるB点電圧レベルに持ち上げるまでのデューティ比の範囲に設定した場合は、デューティ比が設定範囲の間、A点電圧<B点電圧となり、コンパレータCP2の出力はLレベル、コンパレータCP1の出力はHレベルとなる。
また、制御信号のデューティ比を、A点における電圧レベルを第2の所定値であるC点電圧レベルにするデューティ比から100%の範囲に設定した場合は、デューティ比が設定範囲の間、C点電圧<A点電圧となり、コンパレータCP2の出力はHレベル、コンパレータCP1の出力はLレベルとなる。
この結果、コンパレータCP4の出力は無効となり、コンパレータCP3の出力をダイオードD5を通してトランジスタQ3に入力させる。
そして、発電電圧が、通常調整電圧14.4Vに至らず、E点電圧>F点電圧の間は、トランジスタQ3はONして界磁電流を界磁コイル102に流し、発電動作を継続して蓄電池5の充電を行なう。
発電電圧が14.4Vに至ると、コンパレータCP3の出力はLレベルとなり、トランジスタQ3をOFFにして界磁電流を低下させ発電出力を弱める。
更に、B点電圧<A点電圧<C点電圧の時は、コンパレータCP1、CP2の出力は共にHレベルとなり、トランジスタQ4をONにしてコンパレータCP3の出力を無効にし、コンパレータCP4の出力をダイオードD6を通してトランジスタQ3に入力する。
従って、制御信号のデューティ比を変化させて、A点の電圧レベルを、B点電圧レベル以上からC点電圧レベルの範囲まで変化させると、デューティ比に応じたレベルのA点電圧がコンパレータCP4の+入力端子に入力され、−入力端子に発電電圧に比例したF点電圧が入力される。
そして、発電電圧に比例したF点電圧の電圧レベルが、デューティ比に応じたA点電圧レベルに至ると、コンパレータCP4はLレベル信号をトランジスタQ3に入力してトランジスタQ3をOFFさせる。
また、デューティ比を変えてA点電圧のレベルを変更すると、コンパレータCP4は、F点電圧が変更したデューティ比に応じたA点電圧レベルに至るとLレベル信号をトランジスタQ3に出力する。
以上のように、図4の従来装置によれば、外部コントロールユニット4から電圧調整器3に入力される制御信号であるデューティ信号のデューティ比を調整することによって、発電機の調整電圧を任意の値に設定することができるものである。
特許第3102981号公報(図2、図3)
以上のように構成された従来の車両用発電機の制御装置においては、外部コントロールユニットからの制御信号によって発電機の調整電圧が制御信号がない通常の時よりも高くなった場合に、界磁電流を断続制御するスイッチング素子に流れる電流が増大し、スイッチング素子を破壊するおそれがあるという問題があった。
また、界磁電流の増大により発電機自身の温度も上昇し、発電機の寿命が短くなるという問題があった。
この発明は、上記のような従来装置の問題点を解消するためになされたもので、発電機の調整電圧が高くなった場合においても、界磁電流を断続制御するスイッチング素子に過大な電流が流れることを防止し、スイッチング素子の破壊を防止する車両用発電機の制御装置を得ることを目的とする。
また、調整電圧が高い場合において、界磁電流の増加に伴う発電機の温度上昇を抑制することができ、発電機の寿命の低下を防止する車両用発電機の制御装置を得ることを目的とする。
この発明に係わる車両用発電機の制御装置は、界磁コイルを有する交流発電機の整流出力により充電される蓄電池の端子電圧を検出し、この検出電圧と外部コントロールユニットから入力される制御信号に基づいて、界磁スイッチング素子の開閉を制御し、上記界磁コイルに流れる界磁電流を断続制御することにより、上記交流発電機の出力電圧を所定値に調整する電圧調整器を備えた車両用交流発電機の制御装置において、上記外部コントロールユニットからの制御信号と、予め設定した基準信号との比較に基づいて、上記界磁スイッチング素子の最大導通率を制限する最大導通率制限回路を設けたものである。
また、上記最大導通率制限回路は、上記外部コントロールユニットからの制御信号と予め設定した第1の基準信号とを比較する第1のコンパレータと、上記外部コントロールユニットからの制御信号と予め設定した第2の基準信号とを比較する第2のコンパレータとを備え、上記第1のコンパレータによって上記最大導通率の制限開始時点を設定し、上記第2のコンパレータによって上記最大導通率の大きさを設定するよう構成したものである。
この発明の車両用発電機の制御装置によれば、発電機の調整電圧が高くなった場合においても、界磁電流を断続制御するスイッチング素子に過大な電流が流れることを防止することができ、スイッチング素子の破壊を防止することができる。
また、スイッチング素子の電流容量の適正化が容易となり、安価に装置の構成が可能となる。
また、調整電圧が高い場合において、界磁電流の増加に伴う発電機の温度上昇を抑制することができ、発電機の寿命の低下を抑制することが可能となる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による車両用発電機の制御装置の構成図を示すものである。なお、図中、図4との同一符号は、同一あるいは相当部分を示すもので、重複部分の詳細説明は省略する。
図1において、1、2、3、4は、それぞれ図4の従来装置と同じく、交流発電機、整流器、電圧調整器、外部コントロールユニットである。
この発明の実施の形態1の制御装置は、上記従来の構成に加えて、外部コントロールユニット4から所定の制御信号入力があった場合に、界磁スイッチング素子であるトランジスタQ3の最大導通率を制限する最大導通率制限回路300を備えている。
最大導通率制限回路300は、外部コントロールユニット4のデューティ信号に比例した電圧を示す電圧調整器3のA点の電圧と、あらかじめ設定されたG点の電圧を比較する第1のコンパレータCP11を備えている。
また、ゼナーダイオードZD3によって得られる電源によって構成された一定周期の三角波と、電圧調整器3のA点の電圧を比較する第2のコンパレータCP12を備えている。
なお、353、354は、各コンパレータCP11、CP12の出力端子のレベルを正方向にプルアップする電源プルアップ抵抗である。
次に、最大導通率制限回路300の動作について説明する。
外部コントロールユニット4から入力される制御信号のデューティ比が増大すると、A点の電圧もそれに比例して増加し、電圧調整器3の調整電圧は、図2(b)に示すように上昇する特性を示す。
この時、A点の電圧が、抵抗351、352によってあらかじめ設定されたG点の電位より大きくなると、第1のコンパレータCP11の出力はHレベルからLレベルへ切替わり、トランジスタQ12が遮断することによって、第2のコンパレータCP12の出力を有効とするように働く。
第2のコンパレータCP12は、A点の電圧と三角波を比較することにより、A点の電圧が高い時にトランジスタQ11を導通させ、界磁スイッチング素子であるトランジスタQ3を遮断させる。
この時、図3に示すように、A点の電圧が高い(調整電圧が高い)時ほど、トランジスタQ3の遮断の割合が大きい動作となり、界磁スイッチング素子であるトランジスタQ3の最大導通率は、図2(a)のように、調整電圧が高い時ほど小さい値となる特性を示す。
なお、図2に示す界磁スイッチング素子の最大導通率の制限開始点、および最大導通率の設定は、それぞれ、第1のコンパレータCP11における(+)電位の設定値および、第2のコンパレータCP12の(−)入力波形である三角波の構成によって容易に変更することが可能である。
以上のように、この発明の実施の形態1の車両用発電機の制御装置によれば、外部コントロールユニットからの制御信号によって調整電圧の可変制御を行なう電圧調整器を備えた車両用発電機の制御装置において、外部コントロールユニットから制御信号入力時には、界磁電流を断続制御するスイッチング素子の最大導通率を制限する最大導通率制限回路を設けたので、発電機の調整電圧が高くなった場合においても、界磁電流を断続制御するスイッチング素子に過大な電流が流れることを防止することができ、スイッチング素子の破壊を防止することができる。
また、スイッチング素子の電流容量の適正化が容易となり、安価に装置の構成が可能となる。
また、調整電圧が高い場合においても、界磁電流の増加に伴う発電機の温度上昇を抑制することができ、発電機の寿命の低下を抑制することが可能となる。
さらにまた、調整電圧が高い場合において、界磁電流の増加に伴う発電機の出力電流や駆動トルクの増大を抑制することができ、発電機から車両の電気負荷へ接続される車両配線等の設計が容易となる。
この発明の実施の形態1における車両用発電機の制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態1における電圧調整器の調整電圧、および界磁導通率制限値の一例を示す特性図である。 この発明の実施の形態1における調整電圧の大きさと界磁スイッチング素子の導通状態との関係を示す説明図である。 従来の車両用発電機の制御装置の一例を示す構成図である。
符号の説明
1:交流発電機 2:整流器 3:電圧調整器 4:外部コントロールユニット
5:蓄電池 6:車両の電気負荷 8:キースイッチ 300:最大導通率制限回路
CP11:第1のコンパレータ CP12:第2のコンパレータ

Claims (7)

  1. 界磁電流をスイッチング素子により断続制御することによって発電電圧を所定の電圧に調整し、外部コントロールユニットからの制御信号によって調整電圧の可変制御を行なう電圧調整器を備えた車両用発電機の制御装置において、外部コントロールユニットから制御信号入力時には、界磁電流を断続制御する上記スイッチング素子の最大導通率を制限する最大導通率制限回路を設けたことを特徴とする車両用発電機の制御装置。
  2. 上記最大導通率制限回路は、外部コントロールユニットからの制御信号によって、調整電圧が所定の電圧値よりも高くなるようにコントロールされる場合に、界磁電流を断続制御するスイッチング素子の最大導通率を制限することを特徴とする請求項1に記載の車両用発電機の制御装置。
  3. 上記最大導通率制限回路は、外部コントロールユニットからの制御信号によって調整電圧が高くなる程、調整電圧の大きさに逆比例して、上記スイッチング素子の最大導通率が小さくなるように設定したことを特徴とする請求項2に記載の車両用発電機の制御装置。
  4. 界磁コイルを有する交流発電機の整流出力により充電される蓄電池の端子電圧を検出し、この検出電圧と外部コントロールユニットから入力される制御信号に基づいて、界磁スイッチング素子の開閉を制御し、上記界磁コイルに流れる界磁電流を断続制御することにより、上記交流発電機の出力電圧を所定値に調整する電圧調整器を備えた車両用交流発電機の制御装置において、上記外部コントロールユニットからの制御信号と、予め設定した基準信号との比較に基づいて、上記界磁スイッチング素子の最大導通率を制限する最大導通率制限回路を設けたことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
  5. 上記最大導通率制限回路は、上記外部コントロールユニットからの制御信号と予め設定した第1の基準信号とを比較する第1のコンパレータと、上記外部コントロールユニットからの制御信号と予め設定した第2の基準信号とを比較する第2のコンパレータとを備え、上記第1のコンパレータによって上記最大導通率の制限開始時点を設定し、上記第2のコンパレータによって上記最大導通率の大きさを設定するよう構成したことを特徴とする請求項4に記載の車両用交流発電機の制御装置。
  6. 上記最大導通率制限回路に入力される制御信号は、上記外部コントロールユニットから入力される制御信号のデューティ比に比例した電圧信号であることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の車両用交流発電機の制御装置。
  7. 上記第1のコンパレータは、上記外部コントロールユニットから入力される制御信号のデューティ比に比例した電圧信号と、予め設定した電圧信号である第1の基準信号とを比較するよう構成され、上記第2のコンパレータは、上記外部コントロールユニットから入力される制御信号のデューティ比に比例した電圧信号と、一定周期の三角波である第2の基準信号とを比較するよう構成されたことを特徴とする請求項5に記載の車両用交流発電機の制御装置。
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