KR100667503B1 - 차량의 교류 발전기 제어 장치 - Google Patents

차량의 교류 발전기 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 교류 발전기 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명은 교류 발전기(10)의 발전 유무를 나타내는 발전 신호를 출력하는 발전 신호부(20)와, 교류 발전기(10)의 발전을 중지시키기 위하여 입력되는 발전 중지 신호를 교류 발전기(10)로 전달하는 발전 중지부(30), 및 발전 신호부(20)의 발전 신호가 입력되면 입력 발전 신호의 평균 듀티비를 산출한 후, 발전 신호의 평균 듀티비와 차량의 아이들 안정화용 평균 회전수에 대응하도록 미리 설정한 목표 발전 전류를 산출한 결과에 따라서 일정한 듀티비를 나타내는 발전 중지 신호를 출력하는 마이컴(40)으로 구성되며,
이것에 의해, 마이컴(40)이 교류 발전기(10)의 작동을 제어하면 차량 엔진의 아이들 상태를 항상 최적의 안정된 상태로 유지할 수 있다.
교류 발전기, 제너레이터, 알터네이터, 아이들 스피드, ISC

Description

차량의 교류 발전기 제어 장치 { AC GENERATOR CONTROL APPARATUS IN VEHICLES }
도 1은 본 발명에 따른 차량의 교류 발전기 제어 장치를 도시한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 교류 발전기 11: 레귤레이터
20: 발전 중지부 30: 발전 신호부
40: 마이컴 50: 점화 스위치부
51: 충전 경고등 Q: 트랜지스터
R: 저항 D: 다이오드
ZD: 제너다이오드 C: 커패시터
FC: 계자 코일 SC: 전기자 코일
본 발명은 차량의 교류 발전기 제어 장치에 관한 것이며, 보다 상세히는 차량 엔진의 아이들 상태를 안정화시키기 위하여 상기 교류 발전기의 작동을 제어하 는 차량의 교류 발전기 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 아이들 스피드 엑츄에이터는 차량의 전기 부하 상태와 엔진 RPM, 냉각수 온도 등의 상태 변화에 따라서 아이들 스피드 제어기(ISC)로부터 출력되는 제어 신호에 의해 구동하여, 차량 엔진의 아이들 스피드를 조절하도록 되어 있다.
한편, 차량의 엔진이 구동하는 동안에는 벨트에 의해 엔진 구동력을 전달받아 회전하는 차량용 교류 발전기가 차량의 각종 전기 장치에 필요한 전원을 공급하거나 배터리를 충전시키도록 되어 있는데, 이때 상기 교류 발전기 자체가 차량의 엔진에 대하여는 하나의 큰 부하로 동작하므로, 상기 아이들 스피드 제어기가 차량의 전기 부하에 따라서 엔진의 아이들 스피드 상태를 제어할 경우 상기 교류 발전기의 영향을 받아 엔진의 아이들 스피드를 안정되게 제어하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 아이들 안정화용 평균 회전수에 대응하는 목표 발전 전류를 산출한 결과에 따라서 상기 교류 발전기의 작동을 제어하도록 된 차량의 교류 발전기 제어 장치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 차량의 교류 발전기 제어 장치는 교류 발전기의 발전 유무를 나타내는 발전 신호를 출력하는 발전 신호부와, 상기 교류 발전기의 발전을 중지시키기 위하여 입력되는 발전 중지 신호를 상기 교류 발전기로 전달하는 발전 중지부, 및 상기 발전 신호부의 발전 신호가 입력되면 입력 발전 신호의 평균 듀티비를 산출한 후, 상기 발전 신호의 평균 듀티비와 차량의 아이들 안정화용 평균 회전수에 대응하도록 미리 설정한 목표 발전 전류를 산출한 결과에 따라서 일정한 듀티비를 나타내는 발전 중지 신호를 출력하는 마이컴으로 구성된다.
이에 따라서, 본 발명의 차량의 교류 발전기 제어 장치는 상기 마이컴에 의해 상기 교류 발전기의 작동이 제어되면 차량 엔진의 아이들 상태를 항상 최적의 안정된 상태로 유지할 수 있도록 되어 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 발전 신호부(20)는 교류 발전기(10)의 발전 유무를 나타내는 발전 신호를 출력하여 아래의 마이컴(40)으로 인가시킨다.
발전 중지부(30)는 상기 교류 발전기(10)의 발전을 잠시 중지시키기 위하여 상기 마이컴(40)으로부터 출력되어 입력되는 발전 중지 신호를 상기 교류 발전기(10)로 전달한다.
상기 마이컴(40)은 상기 발전 신호부(20)의 발전 신호가 입력되면 입력 발전 신호의 평균 듀티비를 산출한 후, 상기 발전 신호의 평균 듀티비와 차량의 아이들 안정화용 평균 회전수에 대응하도록 미리 설정한 목표 발전 전류를 산출한 결과에 따라서 일정한 듀티비를 나타내는 발전 중지 신호를 출력한다.
상기와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 차량의 교류 발전기 제어 장치는 다음과 같이 작동한다.
상기 교류 발전기(10)의 발생 전압(E)은 공지된 바와 같이 다음의 수학식에 의해 산출된다.
Figure 112000003949616-pat00001
상기 수학식 1에 있어서, K는 상기 교류 발전기(10)의 구조적인 특성에 따라서 정해지는 정수이고, If는 상기 교류 발전기(10)의 계자 코일(FC) 전류이며, n은 상기 교류 발전기(10)의 회전 속도이다.
상기 수학식 1에서 알 수 있듯이, 차량 엔진 회전수의 변화에 따라서 벨트에 의해 엔진 구동력을 전달받는 상기 교류 발전기(10)의 회전 속도(n)가 변하면, 상기 발생 전압(E)이 함께 변하게 되므로, 상기 교류 발전기(10)는 상기 계자 코일(FC) 전류를 증감시켜 발생 전압(E)을 제어하도록 되어 있으며, 이와 같은 역할은 상기 교류 발전기(10)의 레귤레이터(11)에 의해 수행된다.
상기 레귤레이터(11)의 동작 상태를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1에 도시된 점화 스위치부(50)의 점화 스위치(IG)가 온됨과 동시에 충전 경고등(51)이 점등되면 상기 교류 발전기(10)가 엔진 시동 전에 상기 벨트에 의해 회전하지 않더라도 다이오드 D1을 통하여 상기 제너레이터(11)로 전원이 공급된다.
이에 따라서, 제1 트랜지스터(Q1)가 온되면 상기 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터에 접속되어 있는 분압 저항 R4와 R6에 의한 분압 전압이 다이오드 D3과 제너다이오드 ZD1를 온시키지 못하고, 이와 동시에 분압 저항 R8과 R9에 의한 분압 전압도 역시 다이오드 D4와 제너다이오드 ZD1을 온시키지 못하므로, 결과적으로 상기 제너다이오드 ZD1와 베이스가 연결되어 있는 제2 트랜지스터(Q2)는 오프된다.
상기 제2 트랜지스터(Q2)가 오프되면, 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 컬렉터에 베이스가 병렬 접속되어 있는 케스케이드형 제3 트랜지스터(Q3)가 상기 다이오드 D1과 저항 R10을 경유하는 전원에 의해 온되고, 이에 따라서 상기 제3 트랜지스터(Q3)의 컬렉터에 연결되어 있는 상기 교류 발전기(10)의 계자 코일(FC)에 전류가 흘러 상기 계자 코일(FC)이 자화되어 자속이 발생한다.
이때, 차량 엔진이 시동되면 상기 벨트에 의해 전달되는 엔진 구동력에 의해 교류 발전기(10)의 계자 코일(FC)이 회전하고, 상기 교류 발전기(10)의 전기자 코일(SC)은 상기 계자 코일(FC)의 자속을 끊으면서 3상 교류 전원을 발생시킨다.
상기 교류 전원은 6개의 다이오드(D7,D8,D9,D10,D11,D12)와 커패시터 C2에 의해 전파 정류되고 리플 성분이 제거되어 직류로 변환된다.
상기 교류 발전기(10)에 의해 발생되는 전원은 최초에는 차량의 배터리 전원보다 낮지만 상기 계자 코일(FC)의 회전수가 소정치(예컨대, 약 1000RPM) 이상이 되면 상기 배터리 전원보다 높아지므로, 이때부터 상기 교류 발전기(10)의 출력 전원은 차량의 각종 전기 장치에 공급되고 상기 배터리 충전 전원으로 이용된다.
또한, 이때 상기 계자 코일(FC) 전류는 상기 전기자 코일(SC)과 접속되어 있는 다이오드 D13, D14, D15를 통해 공급된다.
한편, 상기 교류 발전기(10)의 발생 전압이 소정치 이상으로 상승하면, 상기 분압 저항 R8과 R9의 분압 전압이 상기 다이오드 D4와 제너다이오드 ZD1를 온시키므로, 오프되어 있던 상기 제2 트랜지스터(Q2)가 온됨과 동시에, 온되어 있던 상기 제3 트랜지스터(Q3)는 오프된다.
이때, 상기 계자 코일(FC)을 흐르는 전류가 차단되므로 상기 계자 코일(FC)의 자속이 사라지게 되므로, 상기 교류 발전기(10)는 교류 전원을 발생하지 못하게 되고, 그 결과 상기 분압 저항 R8과 R9의 분압 전압이 다시 하강하게 된다.
이에 따라서, 온되어 있던 상기 제2 트랜지스터(Q2)는 다시 오프되고, 반대로 오프되어 있던 상기 제3 트랜지스터(Q3)는 다시 온되고, 그 결과 상기 교류 발전기(10)는 다시 교류 전원을 정상적으로 발생한다.
즉, 상기 제너레이터(11)는 상기 제2 트랜지스터(Q2)와 제3 트랜지스터(Q3)의 스위칭 동작을 제어하여, 상기 계자 코일(FC)에 흐르는 전류를 고속으로 온/오프시킴으로써 상기 교류 발전기(10)의 발생 전압(E)을 안정되게 유지시킨다.
하지만, 상기와 같이 벨트를 통해 전달되는 엔진 구동력에 의해 상기 교류 발전기(10)가 회전할 때, 상술한 바와 같이 상기 교류 발전기(10) 자체가 엔진에 대하여 하나의 부하로 작용하므로, 상대적으로 교류 발전기(10)의 발전량을 증가시키면, 아래의 공지된 수학식에서 알 수 있듯이, 상기 교류 발전기(10)는 더 빠르게 회전 운동을 해야한다.
Figure 112000003949616-pat00002
상기 수학식 2에서 U는 자장 내에서 운동하는 도체가 자력선과 쇄교할 때 도체에 발생되는 유도 전압(V)이고, B는 자속 밀도(T)이며, l은 도체의 유효 길이(m)이고, v와 z는 각각 도체의 운동 속도(m/s)와 도체의 수(권선수)이다.
상기와 같이 교류 발전기(10)의 회전수를 증가시키면, 차량 엔진에는 큰 토크가 걸리게 되는데, 이때 만약 엔진 상태가 RPM이 낮은 상태일 경우 엔진에 상기 교류 발전기(10)로 인한 부하가 많이 걸리게 되므로, 결국 엔진의 아이들 상태가 많이 흔들릴 수 있다.
따라서, 상기 마이컴(40)은 상기 엔진 아이들 상태의 변동을 줄이기 안정된 상태를 유지하기 위하여 상기 교류 발전기(10)의 발전을 필요에 따라서 잠시 동안 중지시킴으로써, 상기 교류 발전기(10)로 인해 엔진에 부가되는 토크를 감소시킨다.
상기 마이컴(40)이 교류 발전기(10)의 작동을 제어하는 작동은 다음과 같다.
먼저, 상기 마이컴(40)으로 발전 신호를 인가시키는 상기 발전 신호부(30)는 교류 발전기(10)의 계자 코일(FC)의 전류가 흐르지 않을 때 상기 마이컴(40)으로 발전 신호를 전달하기 위한 풀업 저항(R14)과 전자파 장애 방지용 커패시터 C(3)의 접점(A)과 상기 교류 발전기(10)의 계자 코일(FC)을 연결하도록 되어 있다.
상기 계자 코일(FC)에 전류가 흐름에 따라서 상기 발전 신호부(30)의 접점 A의 전압이 로우 상태로 되면, 상기 발전 신호부(30)의 RC 필터(R15,C4)와 역전압 보호용 다이오드(D16)와 전류 제한용 저항(R16)과 역방향 누설 전류 통과용 저항(R17)이 모두 오프되므로, 상기 교류 발전기(10)의 발전 유무를 인식하기 위한 스위칭 트랜지스터(Q4)가 오프된다.
따라서, 이때는 상기 마이컴(40)으로 상기 스위칭 트랜지스터(Q4)의 컬렉터를 통해 하이 상태의 발전 신호가 입력된다.
반대로, 상기 계자 코일(FC)에 전류가 흐르지 않음에 따라서 상기 발전 신호부(30)의 접점 A의 전압이 상기 풀업 저항(R14)를 통하는 전원에 의해 하이 상태로 되면, 상기 발전 신호부(30)의 RC 필터(R15,C4)와 역전압 보호용 다이오드(D16)와 전류 제한용 저항(R16)과 역방향 누설 전류 통과용 저항(R17)이 모두 온되므로, 상기 교류 발전기(10)의 발전 유무를 인식하기 위한 스위칭 트랜지스터(Q4)도 역시 온된다.
따라서, 이때는 상기 마이컴(40)으로 상기 스위칭 트랜지스터(Q4)의 컬렉터를 통해 로우 상태의 발전 신호가 입력된다.
상기와 같이 발전 신호부(30)의 발전 신호가 상기 마이컴(40)으로 인가되면, 상기 마이컴(40)은 상기 발전 신호부(30)를 통해 입력되는 발전 신호의 평균 듀티비를 산출한 후, 상기 발전 신호의 평균 듀티비와 차량의 아이들 안정화용 평균 회전수에 대응하도록 미리 설정한 목표 발전 전류를 산출한 결과에 따라서 상기 발전 중지 신호를 출력하여, 상기 발전 중지부(20)를 통해 상기 교류 발전기(10)로 인가시킨다.
즉, 상기 교류 발전기(10)로부터 발생하는 전원의 전류값이 목표 발전 전류 이상일 경우에만 일정한 듀티비를 나타내는 하이 상태의 발전 중지 신호를 출력하 고, 반대로 상기 교류 발전기(10)로부터 발생하는 전원의 전류값이 목표 발전 전류 이하일 경우에는 로우 상태의 발전 중지 신호를 출력한다.
이때, 상기 발전 중지부(20)로 입력되는 하이 상태의 발전 중지 신호는 상기 교류 발전기(10)의 제1 트랜지스터(Q1)의 분압 저항 R2와 R3의 접점(B)과 컬렉터가 접속되어 있는 반전 트랜지스터(Q5)에 의해 로우 상태로 변하여 상기 교류 발전기(10)로 인가된다.
따라서, 상기 분압 저항 R2와 R3의 접점 B의 전압이 상기 반전 트랜지스터(Q5)가 온됨에 따라서 로우 상태로 되면, 상기 제1 트랜지스터(Q1)가 오프되고, 상기 분압 저항 R4와 R6의 분압 전압은 상기 제2 트랜지스터(Q2)의 베이스에 연결되어 있는 다이오드 D3과 제너다이오드 ZD1을 온시키므로, 상기 제2 트랜지스터(Q2)가 상기 분압 저항 R8과 R9의 분압 전압과 상관없이 온 상태로 된다.
또한, 상기와 같이 제2 트랜지스터(Q2)가 상기 발전 중지부(20)로부터 출력되어 교류 발전기(10)로 인가되는 하이 상태의 발전 중지 신호에 의해 온되면, 상기 제3 트랜지스터(Q3)가 오프되고, 그 결과 상기 계자 코일(FC)에는 전류가 흐르지 않게 되어 자속이 발생되지 않으므로, 상기 교류 발전기(10)는 일정 시간 동안(예컨대, 상기 하이 상태의 발전 중지 신호의 듀티비) 작동 중지되어 발전을 하지 않는다.
만약, 상기 교류 발전기(10)가 발전 중지한 후, 상기 마이컴(40)이 상기 발전 신호부(30)로부터 출력되어 입력되는 발전 신호의 평균 듀티비와 차량의 아이들 안정화용 평균 회전수에 대응하도록 미리 설정한 목표 발전 전류를 산출한 결과, 상기 교류 발전기(10)로부터 발생하는 전원의 전류값이 목표 발전 전류 이하라고 판별되면, 상기 마이컴(40)은 로우 상태의 발전 중지 신호를 출력하여 상기 발전 중지부(20)를 통해 교류 발전기(10)로 인가시킴으로써, 상기 교류 발전기(10)를 재작동시킨다.
이때는, 상기 발전 중지부(20)의 반전 트랜지스터(Q5)가 오프됨에 따라서, 상기 로우 상태의 발전 중지 신호는 하이 상태로 변하여 상기 교류 발전기(10)로 인가되고, 그 결과 상기 제1 트랜지스터(Q1)가 다시 온됨과 동시에, 상기 제2 트랜지스터(Q2)는 오프되고 상기 제3 트랜지스터(Q3)는 온되므로, 상기 계자 코일(FC)에 다시 전류가 흐름에 따라서 상기 교류 발전기(10)는 정상 작동한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 교류 발전기 제어 장치는 차량의 아이들 안정화용 평균 회전수에 대응하는 목표 발전 전류를 산출한 결과에 따라서 상기 교류 발전기의 작동을 제어하도록 되어 있기 때문에, 차량 엔진의 아이들 상태를 항상 최적의 안정된 상태로 유지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 차량의 교류 발전기 제어 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 교류 발전기(10)의 발전 유무를 나타내는 발전 신호를 출력하는 발전 신호부(20)와,
    상기 교류 발전기(10)의 발전을 중지시키기 위하여 입력되는 발전 중지 신호를 상기 교류 발전기(10)로 전달하는 발전 중지부(30), 및
    상기 발전 신호부(20)의 발전 신호가 입력되면 입력 발전 신호의 평균 듀티비를 산출한 후, 상기 발전 신호의 평균 듀티비와 차량의 아이들 안정화용 평균 회전수에 대응하도록 미리 설정한 목표 발전 전류를 산출한 결과에 따라서 일정한 듀티비를 나타내는 발전 중지 신호를 출력하는 마이컴(40)으로 구성되며,
    상기 발전 신호부(30)는 교류 발전기(10)의 계자 코일(FC)의 전류가 흐르지 않을 때 상기 마이컴(40)으로 발전 신호를 전달하기 위한 풀업 저항(R14)과 전자파 장애 방지용 커패시터 C(3)의 접점(A)과 상기 교류 발전기(10)의 계자 코일(FC)을 연결하도록 되어 있으며,
    상기 계자 코일(FC)에 전류가 흐름에 따라서 상기 접점(A)의 전압이 로우 상태로 되면, 상기 교류 발전기(10)의 발전 유무를 인식하기 위한 스위칭 트랜지스터(Q4)가 오프되고,
    상기 계자 코일(FC)에 전류가 흐르지 않음에 따라서 상기 접점(A)의 전압이 하이 상태로 되면, 상기 교류 발전기(10)의 발전 유무를 인식하기 위한 스위칭 트랜지스터(Q4)가 온되는 것을 특징으로 하는 차량의 교류 발전기 제어 장치.
  3. 교류 발전기(10)의 발전 유무를 나타내는 발전 신호를 출력하는 발전 신호부(20)와,
    상기 교류 발전기(10)의 발전을 중지시키기 위하여 입력되는 발전 중지 신호를 상기 교류 발전기(10)로 전달하는 발전 중지부(30), 및
    상기 발전 신호부(20)의 발전 신호가 입력되면 입력 발전 신호의 평균 듀티비를 산출한 후, 상기 발전 신호의 평균 듀티비와 차량의 아이들 안정화용 평균 회전수에 대응하도록 미리 설정한 목표 발전 전류를 산출한 결과에 따라서 일정한 듀티비를 나타내는 발전 중지 신호를 출력하는 마이컴(40)으로 구성되며,
    상기 발전 중지부(20)로 입력되는 하이 상태의 발전 중지 신호는 반전 트랜지스터(Q5)에 의해 로우 상태로 변하여 상기 교류 발전기(10)로 인가되고, 로우 상태의 발전 중지 신호는 상기 반전 트랜지스터(Q5)에 의해 하이 상태로 변하여 상기 교류 발전기(10)로 인가되는 것을 특징으로 하는 차량의 교류 발전기 제어 장치.
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