JP3214224B2 - 車両用発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用発電機に係り、特
にその車両に搭載されている電気負荷の投入状態に応じ
て発電量を変化させる機能に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の発電機に関しては、特開昭60−
16195 号公報に見られるように内燃機関の状態や電気負
荷の状態を検出してそれらの状態に応じて発電出力を制
御し、その発電制御のための配線を簡素化できる技術が
知られている。

【０００３】一方、電気負荷が投入された時の発電機の
消費トルクの立ち上がり速度を抑制し、内燃機関のアイ
ドル回転数低下を防止する技術手段として負荷応答制御
の考え方が特開昭59−83600 号公報にて知られている。

【０００４】更には、車両の電気配線をシリアル伝送技
術により集約配線化を行う試みについては例えば、特公
平3−15866 号公報等にあるように種々の文献，公知技
術が見られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の特開昭
60−16195 号公報では電気負荷の投入状況をみて目標発
電圧を把握しているため、非常に多くの電気配線を制御
装置に取り込む必要があり、配線が煩雑になることを考
慮する必要があった。

【０００６】後者の特開昭59−83600 号公報では発電機
単独で電気負荷の投入を検出できるため多くの電気配線
を取り込む必要が無いという利点がある反面、電気負荷
が投入されてから負荷応答制御が始まるので、内燃機関
の回転数のある程度の低下は必然的に免れなかった。

【０００７】また、電気負荷の種類により電流の増加す
るパターンが異なるため、電気負荷すなわち消費トルク
の増加速度と内燃機関の燃料供給率の増加速度が必ずし
も一致せず、電気負荷の種類により内燃機関の回転低下
の度合が異なることを余儀なくされていた。

【０００８】しかし、いずれの技術も単に電気負荷の通
電をコントロールする物ばかりであり、その電力供給源
としての発電機を制御することまで考慮されてはいなか
った。

【０００９】また、車両用充電発電機は、通常車両を運
行する内燃機関により駆動されており、発電機の発電出
力が何らかの原因で変化するとその駆動トルクも変化
し、それにより内燃機関の回転変動を発生せしめるとい
う問題がある。この問題に対しては、先に述べた特開昭
61−83600 号公報にあるように発電機の出力電圧の変動
を検出して、発電出力の立ち上がりを故意に遅延させて
駆動トルクの急激な立ち上がりを抑制する技術が提示さ
れている。

【００１０】しかし、この方法では電気負荷の投入によ
り発電機のトルクが変化した後で立ち上がりを遅延させ
るため、内燃機関の回転数低下はある程度止むを得な
い。さらに例えば、夜間にヘッド・ライトを点灯してい
て、次にヒータ等の大きな電気負荷を投入すると、負荷
応答動作が緩慢であるため、バッテリの電圧が一時的に
（１〜１０秒程度）低くなり、ヘッド・ライトがその間
暗くなるため、運転者に不安感を与えるという実用上の
問題があった。

【００１１】本発明の目的の一つは、電気負荷の投入に
よって生じる内燃機関の回転数低下を無くすることにあ
る。

【００１２】本発明の目的の一つは、電気負荷の種類に
よる負荷応答動作を可変することによりライトの照度の
低下を防止するにある。

【００１３】本発明の目的の一つはバッテリの過放電時
に電気負荷の優先順位を決定制御し、車両の信頼性を向
上することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、負荷投入期間
における発電量に関するデータであって、少なくとも経
過時間と発電量との対を複数含むデータを電気負荷ごと
に記憶し、それに従って発電量を制御する車両用発電機
である。

【００１５】電気負荷ごとに負荷投入期間における発電
量を記憶し、しかもそのデータを少なくとも複数の経過
時間と発電量とを対応させたデータとして記憶すること
により、電気負荷ごとに様々に異なる負荷投入時の電流
波形に対して発電量を微細に調整でき、電気負荷の投入
によって生じる内燃機関の回転数低下やライトの照度の
低下を効果的に防止することができる。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。図
１は自動車用の充電発電機の回路図である。図１中１は
発電機であり、内燃機関の出力軸（図示せず）と機械的
に連結されその回転力により駆動される。該発電機１は
Ｙ結線してなる三相の電機子巻線１０ａ，１０ｂ，１０
ｃと、該電機子巻線からの交流出力を直流に変換する三
相全波整流器１１と、界磁巻線１２と、バッテリ２或い
は前記発電機の出力に応じて発電出力を調整する電圧調
整器１３からなる。

【００２１】３はキー・スイッチである。前記バッテリ
２には自動車内集約配線システムの中央処理装置（Cent
ral Control Unit）８、および、ローカル処理装置（Lo
calControl Unit）９１，９２を介してランプ，モータ
等の電気負荷４１，４２，４３，４４及び負荷スッチ５
１，５２，５３，５４が結線されている。

【００２２】なお、５１〜５４は運転者によって操作さ
れる前記電気負荷用制御スイッチであるが、電気負荷４
１〜４４に対応する負荷スイッチ５１〜５４は実施例の
ごとく必ずしも１対１の関係でなく、前記中央処理装置
８あるいは、ローカル処理装置９１，９２のうちの最も
近い場所に設置されるのが好ましい。そして、中央処理
装置８と、ローカル処理装置９１，９２はそれぞれ通信
処理回路ＣＩＭ（Communication Interface Adapter)８
ａ，９１ａ，９２ａとマイクロ・コンピュータ８ｂ，９
１ｂ，９２ｂを内蔵している。

【００２３】また、中央処理装置８とローカル処理装置
９１，９２と発電機１の外部制御信号端子（Ｃ端子）間
は光ファイバー・ケーブル１００で接続されている。

【００２４】電圧調整器１３の内部は詳細を図２に示す
ようにパワー・トランジスタ１３１，フライホイル・ダ
イオード１３２，制御回路１３３，分圧抵抗器１３４
ａ，１３４ｂ,１３５ａ,１３５ｂ，定電圧回路１３６，
フォト・トランジスタ１３７より構成される。そして前
記制御回路１３３はマイクロ・コンピュータにより構成
され、ＭＰＵ１３３ａ，ＲＡＭ，ＲＯＭからなるメモリ
１３３ｂ，Ｉ／Ｏ（入力／出力）ポート１３３ｃ，Ａ／
Ｄ変換器１３３ｄを内部に有する。

【００２５】さらに１３８は発光ダイオードであり、フ
ォト・トランジスタ１３７と共に、光コネクタ“Ｃ”に
光ファイバー１３９で接続されている。

【００２６】以上の構成において、まずキー・スイッチ
３が投入されると、バッテリ２より発電機１のイグニシ
ョン端子（ＩＧ端子）に電圧が印加される。すると図２
の定電圧回路１３６は制御回路１３３に一定の電圧を供
給する。すると、制御回路１３３が動作を開始する。

【００２７】前記制御回路１３３の動作を図３のフロー
・チャートで説明する。まず、ステップ３０１で電機子
巻線の１相の出力端であるＰ端子の電圧をＡ／Ｄ変換器
に取り込み、Ｐ端子の電圧が一定電圧(Ｖｐ１＝３Ｖ)以
下であるか否かを判断する。Ｖｐ１以下であることから
発電機が停止していることを認識し、ステップ３０３で
“初期励磁”を行う。この時、Ｉ／Ｏポート１３３ｃを
介してパワー・トランジスタ１３１に１００Ｈｚ，通流
率２５％のオン，オフ信号を与え界磁巻線１２に一定の
励磁電流を流す。

【００２８】次に、内燃機関が始動装置（図示せず）に
より回転を開始すると、電圧調整器１３のＰ端子に交流
電圧が発生する。制御回路１３３中のＡ／Ｄ変換器によ
り電圧発生を検知すると“初期励磁”モードを脱し、
“電圧制御”モードとなり、ステップ３０２へ進む。こ
の時、Ｓ端子を介して入力されるバッテリ２の電圧が予
め定められた電圧(Ｖｓ１＝１４.４Ｖでバッテリ電圧よ
り多少高めに設定してある）より高いか否かを判定し、
バッテリ２の電圧がＶｓより高い時は、ステップ３０４
にてＩ／Ｏポート１３３ｃを介してパワー・トランジス
タ１３１に与える通流率Dutyを小さくするように制御す
る。パワー・トランジスタ１３１の通流率が小さくなる
と界磁巻線１２に流れる電流が低くなり、発電機の出力
電圧（Ｂ端子の電圧）が低くなり、発電が弱められる。

【００２９】ここで、負荷応答モード（後述）であるか
否かのフラグFload を０にセットする。バッテリ２の電
圧がＶｓより低い時は、ステップ３０５にて前述のFloa
d を調べ、０である即ち負荷応答モードで無い場合には
ステップ３０６に飛び、Ｉ／Ｏポート１３３ｃを介して
パワー・トランジスタ１３１に与える通流率Dutyを大き
くするように制御する。パワー・トランジスタ１３１の
通流率が大きくなると界磁巻線１２に流れる電流が大き
くなり、発電機の出力電圧（Ｂ端子の電圧）が高くな
り、発電が強められる。

【００３０】上記の制御により負帰還がかかり、バッテ
リ２の電圧は設定値Ｖｓ１と等しくなるように調整され
る。ここで、負荷応答モードの場合は（即ちFload ＝
１）ステップ３０７へ進み、過去のデューティー値Dut
y，経過時間ｔ，負荷の種類に関する情報Lload(後述）
に応じた負荷応答制御を行う。これは大きな電気負荷が
投入された時の発電機の発生トルクを急激に立ち上げな
いための方策である。

【００３１】次に電気負荷スイッチが投入された時の動
作を説明する。スイッチ５１が、例えば後部窓のリヤ・
熱線ヒータ４３に対応するスイッチであるとして、該ス
イッチが投入されると、車両前部のローカル処理装置９
１がシリアル信号を光ファイバー・ケーブル１００に送
り、後部のローカル処理装置９２がその信号を受信す
る。信号のプロトコール（図７（ａ)，(ｂ)，(ｃ）に一
例を示す。）に基づき電気負荷の種類をローカル処理装
置９２が判断し、電気負荷（リヤ・熱線ヒータ）４３を
駆動する。この時、光ファイバー・ケーブル１００のシ
リアル信号は電圧調整器１３の外部端子（Ｃ端子）にも
入力される。フォト・トランジスタ１３７を介して光信
号を電気信号に変換し、シリアル信号を解析して逐次ど
のスイッチが投入されているかを監視している。そこ
で、スイッチ５１が投入され、光ファイバー・ケーブル
１００を介して信号が伝送されると、マイクロ・コンピ
ュータである制御装置１３３は以下の割り込み処理を行
う。

【００３２】図４に外部端子（Ｃ端子）信号による割り
込み処理ルーチンを示す。まず、ステップ４０２にて負
荷の情報を入手する。これにより、図７に示す如くの通
信信号プロトコールに従い定義された負荷の種類（負荷
を管轄するローカル装置名及びアドレスから１対１に定
まる。）及び負荷を投入するか遮断するか等の命令を判
別する。

【００３３】そしてステップ４０３で、予め設定された
データを参照し、これから投入される負荷の電流波形に
応じたある応答波形をメモリから引き出す。ここで言う
ビット・マップとは、図５に示す様に各電気負荷に対応
したビットでどの負荷が現在投入されているかを表す地
図と言って良い。“０”は負荷が使用されていないこと
を意味し、“１”は使用中であることを意味する。この
ビット・マップに対応した負荷の詳細情報は、

【００３４】

【表１】

【００３５】表１の様な形でメモリに記憶されている。
ここでは、負荷のアドレス（１から順に番号を付
す。），負荷優先順位（後述），負荷応答優先順位，負
荷電流値が記憶されている。

【００３６】さらに、電気負荷の種類により応答波形を
記憶する。例えば、表１は負荷の種類により投入時の電
流波形が異なることを示した図である。

【００３７】図６(ａ)はヘッド・ライトの波形である。
照明装置はフィラメントが冷えている時にはその電気抵
抗値が低いので突入電流が流れることが知られている。

【００３８】図６(ｂ)はパワー・ウィンド投入時の波形
である。パワー・ウィンドは窓が開き切った時、または
閉じ切った時にモータのロック電流が流れることが特徴
づけられている。

【００３９】図６(ｃ)はオート・エアコンディショナの
波形である。この場合、投入直後コンプレッサのマグネ
ット・クラッチへの通電がただちに行われるが、その後
ブロワ・モータへの通電はソフト・スタート回路の動作
により段階的に電流が増えるように制御される。

【００４０】上記の様な負荷に対し、図７(ａ)，(ｂ)，
(ｃ)の様な応答波形が記憶されているものとする。
（ａ）は突入電流の間、（τ）は発電機の出力を保持す
るものであり、急激な発電トルク増加を阻止する。

【００４１】（ｂ）はロック電流が発生する直前に発電
電流の増加を阻止する物であり、ロック電流による過度
の発電を抑止する。

【００４２】（ｃ）はオート・エアコンディショナに対
する波形であり、前述したソフト・スタート回路の時定
数と相関を持った立ち上がり速度を波形として記憶して
いる。

【００４３】さて、図４に戻り、ステップ４０４で負荷
の増減をチェックする。図５のビット・マップにより前
回の負荷と比べて新たに投入された負荷の有無を判定
し、新規投入の負荷ありの時はステップ４０５に進む。
ここで、前述の負荷応答モードのフラグFload を立て、
１を代入する。そして負荷投入の時間開始との意味で時
間変数ｔをリセットする。

【００４４】さらに、負荷の種類（表１の負荷アドレス
と同一）の情報を変数Lload に代入する。この時に表１
の負荷応答優先順位テーブルを参照し、新たに投入され
た負荷より優先順位の高い負荷が既に投入されている場
合はFload をリセットし、負荷応答動作を中止する。例
えば、ヘッド・ライト近目やヘッド・ライト遠目が投入
されている場合には他のどの負荷が投入されても負荷応
答動作は行われない。これは、夜間走行時に負荷応答制
御が行われると発電が一時期抑制されるので照明が暗く
なるという安全上の問題を回避するための措置である。

【００４５】このデータに基づき図７の電流波形を出力
可能な通流率Dutyがメイン・プログラムのステップ３０
７で計算される。ここでは、さらに発電機の回転数や発
電機の界磁電流−出力電流特性から最適通流率を求める
作業が行われる。

【００４６】図４に戻り、ステップ４０６へ進む。ここ
では、新規投入負荷を含めた現在投入されている負荷の
総量ΣＩＬを図５のビット・マップに基づいて行う。ス
テップ４０７ではΣＩＬを設定値ＩＬ１(発電機の許容
出力電流)と比較する。ΣＩＬがＩＬ１より大きいとき
は発電機に発電能力が充分無いことを意味する。この場
合ステップ４０８で負荷優先順位による選択を行う。

【００４７】図６に負荷優先順位が記載されているが、
番号が小さいものは優先順位が高く、番号が大きいもの
は優先順位が低い。例えば図５の例で示すと、スモール
・ライト，リヤ・熱線ヒータが投入されているところ
に、ワイパーが新たに投入されたため発電能力が不足す
る場合を想定する。表１の負荷優先順位マップによれば
リヤ・熱線ヒータは優先順位が最も低いのでリヤ・熱線
ヒータを遮断すれば発電を確保できることが判る。この
負荷優先順位は、安全性を考慮して、車両の運行を行う
上で最重要な負荷の優先順位を高く設定している。

【００４８】最後にステップ４０９で遮断すべき負荷の
遮断命令を出力する。図８に示す通信信号プロトコール
により発光ダイオード１３８から外部端子（Ｃ端子）光
ケーブルを介して集約配線システムに伝送され、対象と
する負荷を遮断せしめる。

【００４９】本実施例によれば、照明装置を使用してい
る際は負荷応答制御を禁止して、他の負荷による照度の
低下を抑止できるので車両運行上の安全性を高めること
ができる。さらに、発電機の発電能力以上の電力供給を
阻止できるので、バッテリの過放電を防止し、車両の始
動不良，エンストといった不具合を回避することが可能
である。

【００５０】以上に述べた実施例では、信号の伝送手段
として光ファイバー・ケーブルを用いたが、電気信号で
もよく、さらにシリアル信号である必然性もなく、パラ
レル信号を使った場合も同様の効果を有する。

【００５１】図１０は本発明の第２の実施例を表す回路
図である。１３′はパワー・スイッチであり、パワー・
トランジスタ１３１，フライホイル・ダイオード１３２
を内蔵する。１３３０は制御回路であり、その内部を図
１０にて説明する。

【００５２】図１１は図１０の制御回路１３３０の内部
回路であり、図２と同一符号を付したものは同一部品を
表す。制御回路１３と異なる点はパワー・トランジスタ
131とフライホイル・ダイオード１３２が無いことのみ
である。

【００５３】本構成での動作は前述の第１の実施例と同
一であるが、マイクロ・コンピュータを発電機に内蔵せ
ず、発電機の外部に設置している点が異なる。本実施例
では発電機１の端子数が図１の実施例と比べて１本少な
く、配線のコストを低減できる。また、制御回路１３３
０を発電機１の制御専用とせず、他の例えばワイパー，
ヘッドライト等のコントロール機能と共用化できる。こ
の場合は車両全体のコストをさらに低減できる。

【００５４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自動車用充電発電機の
回路図である。

【図２】図１中の電圧調整器の内部回路図である。

【図３】図２における制御回路のフロー・チャートであ
る。

【図４】図１におけるＣ端子信号による割込み処理ルー
チンである。

【図５】負荷ビット・マット。

【図６】負荷の種類（ａ)，(ｂ)，(ｃ）に応じたスイッ
チ投入時の電流波形図。

【図７】負荷の種類（ａ)，(ｂ)，(ｃ）に応じた負荷応
答波形図。

【図８】通信信号プロトコール。

【図９】本発明の他の一実施例による自動車用充電発電
機の回路図である。

【図１０】図９中の電圧調整器の内部回路図である。

【符号の説明】

１…発電機、２…バッテリ、８…中央処理装置、１０…
光ファイバ、１１…三相全波整流器、１２…界磁巻線、
１３…電圧調整器、９１，９２…ローカル処理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−270700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−203834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−15535（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−260679（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 9/00 - 9/48

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両に搭載されている電気負荷の投入状態
   に応じて発電量を変化させる機能を有する車両用発電機
   であって、 複数の前記電気負荷の投入状態を示す信号を入力する端
   子と、 前記端子に入力された信号によって前記複数の電気負荷
   の投入状態を判別し、投入されている前記電気負荷の電
   力消費量に対応する所定の発電量が得られるように発電
   機を制御する制御装置と、を有し、 前記制御装置は、前記電気負荷が投入されてから発電量
   が前記所定の発電量に達するまでの負荷投入期間におけ
   る発電量に関するデータであって、少なくとも経過時間
   と発電量との対を複数含むデータを、前記電気負荷ごと
   に記憶するメモリを有し、 前記メモリ内の前記データに従って前期負荷投入期間の
   発電量が制御される車両用発電機。