JP4624422B2

JP4624422B2 - 車両用発電機の制御装置

Info

Publication number: JP4624422B2
Application number: JP2007533093A
Authority: JP
Inventors: 達樹鴻和
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: US7714545B2; EP1921744A1; EP1921744A4; US20090033295A1; EP1921744B1; JPWO2007026422A1; WO2007026422A1

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。