KR101464888B1 - 멀티 기능 차량용 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MCU(Micro Processor Unit) 타입의 전압 레귤레이터를 제어할 수 있도록 함으로써, 개발 완료 이후에도 고객 요구 사항을 보다 다양하고 손쉽게 수용할 수 있도록 하는 멀티 기능 차량용 발전기에 관한 것이다.
상기 멀티 기능 차량용 발전기는 필드 코일의 자속 변화에 따라 3상 교류전압을 생성하는 3 상의 스테이터; 상기 3상 교류전압을 직류전압으로 전파 정류하는 정류기; 및 상기 정류기의 직류전압에 따라 출력 전압에 따라 상기 필드 코일에 흐르는 전류 이외에, 컷인 속도(cut-in speed)/비활성화 LRC 속도 제어, 램프 및 보조 부하 제어, 전압/온도 보상, 필드 모니링 기능을 추가적으로 제공하되, 사용자 요청에 따라 각각 기능의 동작 스펙이 조정 가능한 MCU로 구현된 레귤레이터를 포함할 수 있다.

Description

멀티 기능 차량용 발전기{ALTERNATOR HANING MULTI-FUNCTION FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 발전기에 관한 것으로, 특히 MCU(Micro Processor Unit) 로 구현된 전압 레귤레이터를 구비함으로써, 고객 요구 사항을 보다 다양하고 손쉽게 수용할 수 있도록 하는 멀티 기능 차량용 발전기에 관한 것이다.

전원 정밀제어장치는 차량 내 전력발전기의 핵심부품으로 입력전압과 출력 부하가 변하더라도 일정 출력 전압을 유지하도록 하는 설계된 장치이다.

이는 차량 내 부하속도의 변동에 의한 발전기 단자 전압의 변동을 정밀하고 일정하게 유지하는 핵심기능을 수행하며, 자동차에서 사용되는 전기를 배터리에 충전하여 발전이 되지 않을 때 자동차 시동을 걸거나 라디오 등의 전원으로 사용하도록 하고, 또한 전압의 불규칙한 변동을 조율하여 일정전압을 부하(전장부품)에 공급하게 하여 전력의 효율적인 분배가 이루어지도록 한다.

이러한 전원 정밀제어장치는 ASIC(application specific integrated circuit) 형태의 제어기를 통해 전압 레귤레이터(Voltage Regulator)를 제어함으로써 상기의 기능을 수행하도록 하는 데, 이러한 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다(참고 문헌:국내공개특허 제10-2003-0037932호).

즉, ASIC는 반도체 업체가 사용자의 주문에 맞춰 설계, 제작해주는 주문형 반도체이므로, 개발 완료 이후에 추가적인 기능 변경 및 확장을 하고자 하면, 추가 연구개발에 막대한 비용 및 기간이 소요되는 문제들이 발생할 수 있다.

이에 본 발명에서는 MCU(Micro Processor Unit) 타입의 전압 레귤레이터를 제어할 수 있도록 함으로써, 개발 완료 이후에도 고객 요구 사항을 보다 다양하고 손쉽게 수용할 수 있도록 하는 멀티 기능 차량용 발전기에 관한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 필드 코일의 자속 변화에 따라 3상 교류전압을 생성하는 3 상의 스테이터; 상기 3상 교류전압을 직류전압으로 전파 정류하는 정류기; 및 상기 정류기의 직류전압에 따라 출력 전압에 따라 상기 필드 코일에 흐르는 전류 이외에, 컷인 속도(cut-in speed)/비활성화 LRC 속도 제어, 램프 및 보조 부하 제어, 전압/온도 보상, 필드 모니링 기능을 추가적으로 제공하되, 사용자 요청에 따라 각각 기능의 동작 스펙이 조정 가능한 MCU로 구현된 레귤레이터를 포함하여 구성되는 멀티 기능 차량용 발전기를 제공한다.

또한, 상기 멀티 기능 차량용 발전기는 외부 장치와의 데이터 송수신을 지원하는 차량용 네트워크 수단을 더 포함할 수 도 있다.

본 발명에서는 멀티 기능 차량용 발전기는 고객 요구 사항을 보다 다양하고 손쉽게 수용할 수 있도록 함으로써, 모든 차량에 적용 가능한 효과를 가진다. 또한, 프로그래밍이 가능한 MCU의 특징을 활용하여 차량용 발전기의 개발 완료 이후에도 동작 스펙을 손쉽게 조정할 수 있도록 한다.

도1 및 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 기능 차량용 발전기를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터의 구성을 도시한 도면이다.
도4은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 발전기의 동작 스펙 조정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도1 및 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 기능 차량용 발전기를 도시한 도면이다.

도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 기능 차량용 발전기(100)는 엔진에 연동되어 회전하는 필드 코일의 자속 변화에 따라 3상 교류전압을 생성하는 3 상의 스테이터(110), 스테이터(110)의 3상 교류전압을 직류전압으로 전파 정류하는 6개의 다이오드(D1~D6)를 구비하는 정류기(120), 고객 요구 사항을 다양하게 수용할 수 있는 MCU로 구현되어, 정류기(120)의 출력 전압에 따라 상기 필드 코일에 흐르는 전류를 조절하여 정류기(120)의 출력 전압이 항상 일정한 값을 유지하는 기능을 수행하는 레귤레이터(130)를 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 차량용 발전기는, 자동차의 운행에 따라 자동차 엔진이 회전하면, 필드 코일과 3 상의 스테이터(110)를 통해 자동차 엔진 회전량에 상응하는 3상 교류 전압을 생성하고, 정류기(120)는 3 상의 스테이터(110)에 의해 생성된 3상 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다. 그리고, 레귤레이터(130)는 정류기(120)의 직류 전압에 따라 필드 코일에 공급되는 전류를 조절하여, 자동차 발전량이 일정값을 유지하도록 한다.

다만, 본 발명의 레귤레이터(130)는 MCU로 구현되므로, 표1에서와 같이 레귤레이터의 동작 스펙을 다양하게 프로그래밍할 수 있다.

	설명	프로그램 가능
1	Regulation Voltage	가능
2	Operation Frequency @ Before Cut-in rpm (F / DF / FR)	가능
3	Operation Frequency @ After Cut-in rpm (F / DF / FR)	가능
4	Operation Duty (F / DF / FR)	가능
5	IG ON Duty @ Before Cut-in rpm	가능
6	Temperature Compensation	가능
7	LRC / LRS	가능
8	LRC de-activation rpm	가능
9	Self start	가능
10	Thermal shut down	가능
11	No rotation & Rotor open	가능
12	Field Short protection	가능
13	Under / Over / Shut Down voltage	가능
14	Warning Detect Delay Time	가능

즉, 본 발명에서는 차량용 발전기(100)가 제조 완료된 이후에도 고객의 요구 사항에 따라 레귤레이터(130)의 동작 스펙을 다양하게 가변할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명에서는 차량용 발전기가 제조 완료한 이후에, 차량용 발전기가 장착되는 차량의 종류에 따라 동작 스펙을 변경할 수 있도록 하고, 이에 따라 차량용 발전기가 자신이 장착된 차량에 최적화될 수 있도록 한다.

더하여, 본 발명의 멀티 기능 차량용 발전기는 레귤레이터(130)의 동작 스펙 조정을 위해 데스크 탑과 같은 외부 장치와의 연결을 수행해야 하므로, 다수개의 LIN 송수신기(141)와 다수개의 CAN 송수신기(142) 등과 같은 차량용 네트워크 수단(140)을 더 구비할 수도 있을 것이다.

즉, 본 발명의 멀티 기능 차량용 발전기는 차량용 네트워크 수단(14)을 통해 차량용 발전기와 외부 장치간의 손쉬운 연결을 유도하여, 스펙 조정 동작이 보다 효율적으로 수행될 수 있도록 한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터의 구성을 도시한 도면이다.

도3을 참고하면, 본 발명의 레귤레이터(130)는 크게 스펙 조정부(131), PWM 발생부, PWM 발생부(132), 속도 검출부(133), 속도 제어부(134), 램프 및 보조 부하 제어부(135), 전압 검출부(136), 전압/온도 보상부(137), 필드 모니링부(138) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

스펙 조정부(131)는 외부 장치로부터 전달되는 스펙 조정값을 수신하고, 이에 따라 상기의 표1에서와 같이 레귤레이터의 각종 스펙을 조정하도록 한다.

PWM 발생부(132)는 사용자에 의해 레귤레이션 전압이 조정되면, 이에 따라PWM의 펄스폭을 가변함으로써 사용자가 원하는 안정화 수준을 유지하는 전압이 생성되도록 한다.

또한 PWM 발생부(132)는 부하 덤프, 로터 쇼트, 과온도와 같은 비정상적 동작에 대한 보호 기능과 타이머 모드, 소프트 스타트, 부하 응답 제어 등과 같은 유용한 기능도 제공한다.

속도 검출부(133)는 로터 속도를 검출하고, 속도 제어부(134)는 사용자에의해 설정된 동작 영역 정보를 기반으로 로터 속도를 분석하여, 소프트 스타트 영역과 LRC 영역을 분리하는 cut-in 속도(cut-in speed)와 LRC 영역과 빠른 LRC 영역을 분리하는 비활성화 LRC 속도를 생성 및 제공한다.

램프 및 보조 부하 제어부(135)는 사용자에 의해 설정된 기준 전압을 기반으로 과전압, 저전압, 로터 쇼트 등을 검출 및 통보한다. 또한 릴레이와 같은 차량용 발전기(alternator) 상태에 유기되는 부하를 구동하는 보조 부하 제어 동작을 수행한다.

전압 검출부(136)은 레귤레이터가 비정상 동작하고 제어 기능을 잃게 되면, 배터리 전압이 불안전해지므로, 이러한 현상의 발생을 방지하기 위해 배터리 전압을 모니터링하고 이를 사용자에 의해 설정된 기준 전압과 비교하여 저전압, 과전압, 부하 덤프 발생 여부, 그리고 현재 파워 제어 상태를 판단하도록 한다.

전압/온도 보상부(137)은 차량용 발전기의 부하가 커지는 것은 발전기의 출력 전류가 점차 커지는 것을 의미하고, 연결 라인에서의 전압 강하의 발생을 의미한다. 이에 차량용 발전기의 부하에 따라 레귤레이션 포인트를 능동적으로 조정함으로써, 발전기의 출력 전압이 항상 일정한 값을 유지하도록 한다. 또한, 배터리가 충전됨에 따라 배터리의 내부 온도가 높아지면, 이에 따라 충전 전압을 감소시켜 준다.

필드 모니링부(138)는 PWM의 주파수 및 듀티를 모니터링하고, 사용자에 의해 설정된 "Operation Frequency @ Before Cut-in rpm (F / DF / FR)", "Operation Frequency @ After Cut-in rpm (F / DF / FR)", "Operation Duty (F / DF / FR)", "IG ON Duty @ Before Cut-in rpm"을 기반으로 이를 분석하여, ECU의 전력 관리 동작에 필요한 차량용 발전기의 부하 상태를 판단하도록 한다. 또한, ECU와 연결 상태를 모니터링하고, 만약 ECU과의 연결이 해제되면, 램프(lamp)를 발광시켜 이를 통보하도록 한다.

도4은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 발전기의 동작 스펙 조정 방법을 설명하기 위한 도면으로, 이는 프로그램 추가 또는 업데이트를 통한 고객 요구 사항 반영 방법에 관한 것이다.

만약, 차량용 발전기의 동작 스펙을 조정하기 위한 외부 장치가 레귤레이터(130)에 연결되면(S1), 스펙 조정부(131)는 현재 레귤레이터(130)의 스펙 정보를 모두 수집하여 외부 장치에 제공한다(S2).

그러면 외부 장치는 레귤레이터(130)가 제공한 정보를 화면 표시하여 사용자가 이를 조정할 수 있도록 하고, 사용자가 이에 응답하여 특정 항목에 대한 스펙 조정값을 입력하면, 외부 장치는 이를 레귤레이터(130)에 전송한다(S3).

그러면, 레귤레이터(130)의 스펙 조정부(131)는 외부 장치가 제공하는 스펙 조정값에 응답하여 해당 항목의 스펙을 조정하여, 레귤레이터(130)가 차후에는 조정된 스펙에 따라 구동되도록 한다(S13).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (2)

1. 필드 코일의 자속 변화에 따라 3상 교류전압을 생성하는 3 상의 스테이터;
   상기 3상 교류전압을 직류전압으로 전파 정류하는 정류기; 및
   상기 정류기의 직류전압에 따라 출력 전압에 따라 상기 필드 코일에 흐르는 전류 이외에, 컷인 속도(cut-in speed)/비활성화 LRC 속도 제어, 램프 및 보조 부하 제어, 전압/온도 보상, 필드 모니링 기능을 추가적으로 제공하되, 사용자 요청에 따라 각각 기능의 동작 스펙이 조정 가능한 MCU로 구현된 레귤레이터를 포함하며,
   상기 레귤레이터는
   외부 장치로부터 전달되는 스펙 조정값을 수신하여 상기 레귤레이터의 각종 스펙을 조정하는 스펙 조정부;
   사용자의 레귤레이션 전압 조정값에 PWM의 펄스폭을 가변하거나, 부하 덤프, 로터 쇼트, 및 과온도 중 적어도 하나에 대한 보호 기능과 타이머 모드, 소프트 스타트, 및 부하 응답 제어 기능을 수행하는 PWM 발생부;
   로터 속도를 검출하는 속도 검출부;
   상기 로터 속도를 분석하여, 소프트 스타트 영역과 LRC 영역을 분리하는 cut-in 속도(cut-in speed)와 LRC 영역과 빠른 LRC 영역을 분리하는 비활성화 LRC 속도를 생성 및 제공하는 속도 제어부;
   기 설정된 기준 전압을 기반으로 과전압, 저전압, 및 로터 쇼트를 검출 및 통보하거나, 상기차량용 발전기 상태에 유기되는 부하를 구동하는 램프 및 보조 부하 제어부;
   배터리 전압을 모니터링 및 분석하여 저전압, 과전압, 부하 덤프 발생 여부, 및 현재 파워 제어 상태를 판단하는 전압 검출부;
   상기 차량용 발전기의 부하에 따라 레귤레이션 포인트를 조정하거나, 상기 배터리의 내부 온도에 따라 충전 전압을 감소시켜 주는 전압/온도 보상부; 및
   상기 PWM의 주파수 및 듀티를 모니터링 및 분석하여 상기 차량용 발전기의 부하 상태를 판단하거나, ECU와 연결 상태를 모니터링 및 분석하여 램프 발광 여부를 결정하는 필드 모니링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 기능 차량용 발전기.
2. 제1항에 있어서,
   외부 장치와의 데이터 송수신을 지원하는 차량용 네트워크 수단을 더 포함하는 멀티 기능 차량용 발전기.

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