JP3627047B2 - 発電機の出力電圧を制御する電圧制御器 - Google Patents

Description

［技術的背景］
本発明は、請求項１の前文に記載の内燃機関によって駆動される発電機の出力電圧を制御する電圧制御器に関するものである。
自動車の電気的負荷に給電するために現在では主として多相交流発電機が使用されている。この発電機は交流電圧又は交流電流を発生し、これらが発電機の後段に接続された整流装置において整流されて、負荷に対する給電やバッテリの充電に使用される。多相交流発電機の出力電圧は発電機の回転数にかなり依存するので、所望の一定の出力電圧を得るためには電圧制御器を使用しなければならない。
他励式発電機の場合には電圧制御器が発電機の界磁電流を調節する。その場合に界磁電流はトランジスタによって連続的にオンオフされる。存在する界磁電流のデューティファクタは、発電機がどれだけ強い負荷を受けているか、あるいは内燃機関の回転数、及びそれに伴って発電機の回転数がどれだけ高いかに依存している。
この種の発電機−電圧制御器システムは、例えば米国特許公報第4424477号から知られている。この公知のシステムにおいては、さらに車両のバッテリの電圧が測定されて、この電圧が所定の値より低いかどうかが調べられる。所定値よりも低い場合には、内燃機関のアイドリング回転数、及びそれに伴って発電機のアイドリング回転数が増大されるので、出力電力が上昇する。この公知の電圧制御器は、充電状態が悪いことを知るために、さらにバッテリ電圧を測定しなければならないという問題点を有している。
［発明の利点］
それに対して内燃機関によって駆動される発電機の出力電圧を制御する本発明による電圧制御器は、界磁電流のデューティファクタが直接測定され、それに基づいて適当なディジタル信号が形成され、それによって充電状態が悪い場合、又は発電機の負荷が著しい場合には、必要な他の手段を容易に導入することができる、という利点を有する。
制御器に設けられた他の端子を介して好ましい方法で直接信号を取り出すことができ、その信号のレベルから他の手段、例えばアイドリング回転数の増大などの手段を採るべきかを知ることができる。
［図面］
本発明の実施例は図面に示されており、以下において詳細に説明される。その場合に、図１は、自動車の通常の発電機制御器システムを示すものであって、本発明による回路が付加されている。本発明による回路は図２に詳細に示されている。
［実施例の説明］
図１には、三相交流発電機10が概略的に示されており、この発電機は符号11で示す自動車の電気システム（オンボードシステム）に給電を行う。発電機出力電圧UB＋の制御は電圧制御器12によって行われる。この種の発電機電圧システムに設けられている接続端子は通常はＤ−、DF、Ｄ＋及びＢ＋で示される。
発電機10は固定子巻線13a、13b、13cの他にさらに界磁巻線14を有する。さらに整流ブリッジ15a、15b及び16が記載されており、これらは発電機出力電圧又は界磁電流の整流に用いられる。
オンボードシステムについては単に充電チェックランプ15、イグニッションキー16に接続された端子KL.15、スイッチ17、負荷18、及びバッテリ19が示されており、バッテリ19に個々の負荷が接続されている。
電圧制御器のうち、本発明による部分としてスイッチング部材、例えば並列に接続された保護ダイオード21を有するスイッチングトランジスタ20、自由輪ダイオード22、及び制御部23が記載されており、この制御部がトランジスタ20の駆動を実施する。
端子Ｄ＋とDF間に設けられた界磁巻線14及びDFとＤ−間に設けられたトランジスタ20が直列回路を形成する。トランジスタ20のスイッチング区間の開閉によって界磁巻線14を流れる電流IEが制御される。それぞれ発電機の回転数又は負荷に従ってデューティファクタが変化する。発電機の負荷が大きい場合及び／又は回転数ｎが低い場合には、トランジスタ20はより長時間にわたり導通状態となり、負荷が低い場合には、トランジスタが遮断される相が延長される。従って界磁電流のデューティファクタＴが発電機の負荷を検出する判断基準となる。
以上説明した車両のオンボードシステムの給電を行う電圧制御器−発電機装置は従来技術であって、例えばドイツ特許公開公報第3843163号から知られている。さらに本発明によれば、端子DFとＤ−間に、あるいはトランジスタの駆動装置内に回路24が組み込まれており、この回路は端子DFに印加される界磁電流のデューティファクタＴを直接受信してさらに処理する。
その場合に得られる信号は、端子DAを介して外部へ導かれて、所定の制御目的、例えばアイドリング回転数を調節するため、又は内燃機関の制御装置内の負荷をスイッチングするためにさらに処理される。この制御装置は参照符号25で示され、供給線を介して内燃機関又は電圧制御器12の種々の点と、あるいは負荷と接続されているが、ここではDAと制御装置25間及びＢ＋と制御装置25間の接続のみが示されている。
制御装置25と電圧制御器の制御部23間には接続が設けられており、その接続を介して最適な電圧制御に重要な変量、例えば回転数ｎ又は内燃機関の所定の運転状態、例えばアイドリングの存在に関する情報が電圧制御器へ供給される。
回転数の検出は発電機からの相入力を介して電圧制御器自体の内部で行うことができ、その場合に信号はライン32を介して制御器の制御部23へ供給され、その制御部が回路24を適当な方法で調節する。
本発明は励磁ダイオードを有する発電機に限定されるものではなく、制御可能な界磁電流IEが貫流する界磁巻線を有するすべての発電機に使用することができる。
回路24は図２ではブロック回路として詳細に示されており、具体的には入力保護回路26、パルス成形段27、積分器28、スイッチング段29、増幅器30及び出力保護回路31が示されている。回路24のこれら個々の構成部分はそれ自体知られており、積分器として演算増幅器又は簡単にコンデンサ／抵抗器を使用することができる。スイッチング段としては任意のしきい値スイッチ又は例えばシュミットトリガーを使用することができる。シュミットトリガーを使用する場合には、切り替えヒステリシスが得られ、その場合には上方と下方のしきい値が重ならない。
増幅器としては通常の演算増幅器を使用することができ、入力及び出力保護回路は通常のスイッチング増幅器に相当する。出力保護回路は制御装置25に従って形成されている。
図１に示す電圧制御器−発電機装置は自動車で必要なエネルギを発生する。電圧制御器は発電機の出力電圧を、それが回転数及び負荷とは関係なく一定に維持されるように制御する。通常の運転状態であり、かつ発電機から出力される電力に対する特に高い要求がない場合、さらに回転数がアイドリング回転数より高い場合には、通常の発電器制御以外の他の手段は不要である。
しかし、そのアイドリングで出力される電力によっては、需要をもはや満たすことができない運転状態が生じる場合がある。このような場合には、内燃機関の回転数とそれに伴って発電機の回転数の上昇により、発電機の出力電力を増大させるか、あるいは重要でない負荷を遮断することができる。それによって良好なバッテリー充電が保証される。従って、このような場合には、回路24が制御装置25によって能動化されるか、あるいは制御装置25が回路24によって能動化される。その場合に回路24の出力には、発電機の回転数の直接上昇させることのできる信号が出力される。そのために内蔵回路として構成され、制御器ハウジング内に収容されている回路24内において、端子DFに現れる界磁電流のデューティファクタが評価される。このデューティファクタは入力回路26において所定に準備されて、パルス成形段においてさらに処理可能なパルス形状に変換される。
積分器28においては端子DFから取り出された信号から形成されたパルスが設定可能な時間にわたって積分される。積分器の出力信号はしきい値段においてしきい値と比較されて、例えばしきい値を越えた場合にはしきい値段が切り替わる。
その場合に装置は、界磁電流のデューティファクタＴが、例えば95％よりも大きい場合に、従ってトランジスタ20の導通時間がその遮断時間に対して95％よりも大きい場合には、スイッチング段29の出力に高い信号レベルが現れるように構成されている。しきい値を下回った場合には、スイッチング段29はすぐにまた低いレベルに切り替わるのではなく、界磁電流のデューティファクタがある値、例えば75％を下回った場合に初めて切り替わる。それによって例えば20％の切り替えヒステリシスが得られる。
制御を開始した時点で、界磁電流のデューティファクタが95％より下である場合には、スイッチング段の出力は低いレベルに留まり、切り替えは95％を越えてから初めて行われる。
スイッチング段29の出力に現れた信号は増幅器30においてさらに増幅されるので、端子DAには例えばロー状態においては２ボルトより小さく、ハイ状態においては２ボルトより大きい出力信号が生じる。
以上のように選択された論理に従って、「ハイ」状態の場合には、例えば回転数増大又は負荷の遮断などの手段が直接導入され、「ロー」状態の場合には何ら手段はとられない。
回路24の作用をアイドリング領域に相当する領域に制限するために、アイドリング運転が検出された場合や、あるいは内燃機関の回転数ｎが設定可能な値、例えば1000回転／分より低い場合に、対応する能動化信号が制御装置25から回路24へ他の接続を介して供給されるか、あるいは上記場合にのみ端子DAから送られる回路24の信号が制御装置25内で処理される。回転数の測定は適当な回転数センサを用いて行われ、回転数センサの出力信号は制御装置25内で評価され、あるいは直接制御器内で位相信号の評価によって評価される。

Claims (7)

1. 内燃機関により駆動され電気的出力を可変負荷へ供給する発電機の出力電圧を制御する電圧制御器であって；
   前記発電機は、スイッチング手段と直列に接続されて前記発電機の出力電流の一部が貫流する界磁巻線を有し；
   前記スイッチング手段は、前記発電機の負荷に拘わらず、実質的に一定の発電機の出力電圧が得られるようにスイッチングされるものにおいて：
   界磁電流のデューティファクタ（Ｔ）を検出して、前記界磁電流のデューティファクタが設定可能な第１の値を超えている場合に第１の状態をとり、前記界磁電流のデューティファクタ（Ｔ）が設定可能な第２の値より低い場合に第２の状態をとる信号（S1）を出力する回路（24）が、前記電圧制御器（12）内に設けられ、
   前記信号（S1）は内燃機関の制御装置（25）へ供給されて、該制御装置によって内燃機関の回転数（ｎ）、特にアイドリング回転数の制御に使用され、
   前記回路（24）は、アイドリング運転が検出された場合または内燃機関の回転数が設定可能な値より低い場合、 即ち、内燃機関の回転数が設定可能な値以下になったこ とを制御装置（25）が検知し、制御装置（25）から回路 （24）に駆動パルスが供給された場合にのみ作動することを特徴とする、発電機の出力電圧を制御する電圧制御器。
2. 前記回路（24）は少なくとも１つの積分器（28）を備え、その出力信号が後段に接続されたスイッチング段（29）のスイッチング状態を制御することを特徴とする、請求項１に記載の電圧制御器。
3. 前記積分器（28）の前段にさらにパルス成形段（27）が配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の電圧制御器。
4. 前記スイッチング段（29）の出力信号は増幅されることを特徴とする、請求項２又は３に記載の電圧制御器。
5. 前記回路（24）は前記電圧制御器（12）に内蔵されており、信号（S1）が端子（DA）を介して前記電圧制御器（12）から取り出し可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の電圧制御器。
6. 前記しきい値段として調節可能な切り替えヒステリシスを有するシュミット−トリガーが使用されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の電圧制御器。
7. 前記シュミット−トリガ−の切り替えしきい値は、界磁電流のデューティファクタ（Ｔ）に応じて調節され、上方のしきい値はＴ＝95％の領域に、下方のしきい値はＴ＝75％の領域にあることを特徴とする、請求項６に記載の電圧制御器。

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