JP3921999B2

JP3921999B2 - 車両用交流発電機の発電制御装置、その製造方法およびその調整方法、ならびに発電制御方法

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Publication number: JP3921999B2
Application number: JP2001343138A
Authority: JP
Inventors: 冬樹前原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: FR2832002A1; DE10250172A1; US20030095025A1; JP2003153596A; US6777905B2; FR2832002B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用交流発電機の発電機電圧及び発電機トルクの制御を行う発電機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば特開平５−３１６６６７号公報に示すように発電機の励磁電流を制限する回路を設け、ファンクショントリムにより励磁電流制限値を設定することが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、さらなる燃費向上の為、補機の電子化等により低トルク化が進む一方で発電機はますます大容量化が求められ、その発電の挙動がアイドリング時などにおけるエンジン回転の変動に大きく影響するようになっている。このため、発電機のトルクを検出して、これを考慮したエンジン制御するニーズがあるが、トルクを算出する方法として、励磁電流値から算出する方法が考えられる。
【０００４】
一方、発電制御装置は小型化・高信頼性のニーズから制御部全てをモノリシックＩＣ搭載したタイプが主流になって来ているが、励磁電流を検出するために用いるセンス抵抗などにばらつきがあるため、精度よくで励磁電流を検出するためには、ウエハ状態で抵抗値のトリミングをすることによる合わせ込みが必要になってくるが、プロービングする針の電流容量の制約により、励磁電流の実使用状態に流れる数アンペア単位の電流を流して機能トリミングすることは、困難であった。
【０００５】
この為、センス抵抗値のみを所定値にトリミングする方法があるが、センス抵抗の電圧を増幅する増幅率のばらつきや、数アンペア流れるときのモノリシックＩＣ内のグラウンド電位の浮きによる増幅率のずれなどにより高精度に合わせ込むことが困難であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車両用交流発電機の励磁巻線を断続制御して発電機出力を設定値に制御する車両用交流発電機の発電制御装置において、励磁電流を検出する励磁電流検出手段と、外部端子から前記励磁電流検出手段の励磁電流検出レベルを調整するための励磁電流検出調整信号を受信する通信手段と、前記通信手段が前記励磁電流検出調整信号を受信した時に前記励磁電流検出レベルを調整する調整手段とを有し、前記通信手段は、外部の制御装置と汎用のプロトコルにて双方向の通信を行う通信手段であって、前記外部端子から前記励磁電流検出手段の励磁電流検出レベルを調整するための励磁電流検出調整信号を受信する機能に加えて、さらに前記励磁電流検出手段にて検出された励磁電流を示すデータを前記外部端子から送信するとともに、調整電圧値が送信されてきた場合には、発電機出力の調整電圧を変更すると共に、前記励磁電流検出手段は、励磁電流に比例した電流が流れて電圧を発生する検出抵抗およびこの検出抵抗の端子電圧を増幅する増幅回路手段と、増幅回路の出力をＡ／Ｄ変換した値を励磁電流検出値として、予め設定されているデジタル値と比較し、前記励磁電流検出値が前記デジタル値相当になった際の、前記励磁電流検出レベルの調整を行い、この調整を非揮発性メモリに書き込むようにしたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、前記励磁電流検出手段にて検出された励磁電流を示すデータを前記外部端子から送信するとともに、調整電圧値が送信されてきた場合には、発電機出力の調整電圧を変更することを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、前記通信手段は、励磁電流を示す信号の送信があった場合、励磁電流を示すデータを送信することを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、さらに、励磁電流を断続制御するＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴと、発電機出力を検出して調整電圧の基準電圧と比較して前記ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴをオン、オフする発電機出力電圧検出用コンパレータと、前記通信手段から送信されてくるデータに応じた調整電圧を前記発電機出力電圧検出用コンパレータに送る調整電圧基準回路を備えることを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、前記所定値は、励磁電流検出レベルと調整する場合に供給される実使用状態と同等の励磁電流としての設定電流に相当する。
請求項６に記載の発明では、前記非揮発性メモリは、前記通信手段が前記励磁電流検出調整信号を受信したとき、書き込み可能状態となることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１１】
図１に本発明の実施例である交流発電機の発電制御装置の構成図を示す。図中１は交流発電機、２は発電を制御する発電制御装置、３０１は交流発電機の出力端子、３０２は交流発電機のグランド端子、３はバッテリ、４はイグニッションスイッチ、５はエンジンの制御を行うエンジンＥＣＵであり、端子３０４を介して発電制御装置２と通信を行う。
【００１２】
また、１０１は交流発電機のステータ巻線、１０２はロータ巻線、１０３は３相全波整流器、２０１はロータ巻線に流れる励磁電流を断続制御するＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ、２０２は環流ダイオード、２０３は励磁電流を検出するためのセンス抵抗、２０６，２０７は発電機出力電圧を検出するための分圧抵抗、２０５は発電機出力電圧検出用コンパレータ、２０４は励磁電流検出回路でありセンス抵抗２０３の端子電圧を、配線４０２を介して入力し、励磁電流値に応じた電圧値を、配線４０４を介して通信回路２０９へ出力する。
【００１３】
図２は、励磁電流検出回路であり、センス抵抗で検出した励磁電流に相当する電圧をオペアンプ５０１，分圧抵抗５０２，５０３からなるアンプ回路で増幅し、ＡＤ変換回路５０４に入力する。ＡＤ変換回路は、配線４０１より励磁駆動ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１の駆動信号を検出し、駆動信号がオンからオフ信号に切り替わるタイミングで該アンプ回路の出力をＡＤ変換したデジタル値をラッチし、配線４０４へ出力する。
【００１４】
４０５を介して通信回路２０９より、励磁電流検出レベル調整実施信号を受信すると、５０５のデジタルコンパレータは、端子Ａに励磁電流の検出値に相当するＡＤ変換回路５０４の出力信号を入力し、端子Ｂに励磁電流の調整レベルである設定値を配線５５３から入力してＡとＢの値を比較し、比較結果をからＡ＞ＢまたはＡ＜Ｂの場合、アップダウンカウンタ５０７の信号を出力してアップダウンカウンタ５０７の出力信号Ｄ１−Ｄ８を可変する。この出力信号はＥＥＰＲＯＭ（非揮発性メモリ）５０８に送られる。一方、励磁電流検出レベル調整実施信号が４０５を介してＦ／Ｆ５０６のＳに接続されており、該信号によりセットされ、その出力信号ＱがＥＥＰＲＯＭ５０８に送られて書き込み可能状態となる。
【００１５】
ＥＥＰＲＯＭ５０８は、該書き込み可能信号を受けてアップダウンカウンタ５０７の出力信号Ｄ１−Ｄ８該データ信号を記憶すると同時にＤＡ変換回路５０９に出力する。ＤＡ変換回路５０９はデータ信号のアナログ値に変換し、配線５５２を介して分圧抵抗５０３に出力する。
【００１６】
デジタルコンパレータ５０５の比較結果がＡ＝Ｂの場合、Ｆ／Ｆ５０６のＲ端子に信号が送られ、Ｆ／Ｆ５０６の出力ＱがＬとなり、該ＥＥＰＲＯＭ５０８へ書き込み状態が終了する信号が送られる。
【００１７】
図３は、通信回路の構成を示す。該通信回路にて、端子３０４にて外部の制御装置と汎用のプロトコルにて双方向の通信を行う。６０１はノイズ除去用コンデンサ、６０２はバイアス抵抗、外部からの送信信号はコンパレータ６０５で基準電圧端子６５１の電圧と比較することにより検出され通信制御回路６０６に送られる。外部への送信信号は通信制御回路６０６から抵抗６０３、トランジスタ６０４を介して出力される。通信制御回路６０６は、外部からの信号を受信し、４０３を介して調整電圧基準回路２１０に調整電圧データ信号を送ると共に、４０５を介して励磁電流検出レベル調整実施信号を送る。また外部からの信号の要求に応じて、励磁電流値を、４０４を介して取り込み外部への送信を実施する。
【００１８】
（実施例の作用の説明）
まず、発電機出力電圧の制御動作について説明する。図１において、キースイッチ４をオンすると電源回路２０８に電源が供給され、発電制御装置２が動作を開始する。エンジンが始動前で発電機回転が無い場合は、発電機の出力がでておらず、バッテリ電圧は１２Ｖ程度で調整電圧より低くい為、発電機出力電圧検出用コンパレータ２０５は発電機出力電圧を検出して調整電圧の基準電圧と比較してＨ信号を出力する。このため、励磁電流駆動ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１はオン状態となるので、励磁電流が流れ始める。
【００１９】
エンジンが始動を開始し、発電機回転数がアイドリング回転まで立ち上がると発電が開始され、発電機出力が端子３０１を介してバッテリ３に供給される。これにより発電機出力電圧が上昇し、調整電圧以上になると、前記発電機出力電圧検出用コンパレータ２０５の出力はＬ信号となり、励磁電流駆動ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１はオフ状態となるので、励磁電流が減少し始める。
【００２０】
上記の作動を繰り返すことにより、発電機出力電圧は、所定の調整電圧値に制御される。
【００２１】
次のエンジンＥＣＵとの通信により調整電圧が設定される動作について説明する。
【００２２】
図３の通信回路にて、端子３０４にエンジンＥＣＵからの通信信号が周期的に継続して送信されている。通信信号はＨ，Ｌのビット列で構成されており、コンパレータ６０５にてＨ，Ｌ信号を判定して通信制御回路６０６へ出力する。通信制御回路６０６は通信信号の種別を認識してデータを取り込む。調整電圧値が送信されてきた場合は、信号線４０３を介して図１の調整電圧基準回路２１０に８ビットデータを送信する。調整電圧基準回路２１０は該８ビットデータをＤＡ変換回路によりアナログ電圧に変換し、調整電圧に相当する基準電圧として発電機出力電圧検出用コンパレータ２０５の−入力に送られる。
【００２３】
これにより外部のエンジンＥＣＵからの指示信号により、発電機出力の調整電圧が変更される。
【００２４】
次に励磁電流値の検出及びエンジンＥＣＵへの送信について説明する。
【００２５】
励磁電流検出回路２０４ではセンス抵抗２０３で検出した励磁電流に比例する検出電圧を図２に示す５０１，５０２，５０３にて構成されるアンプで増幅した後、励磁電流駆動ＭＯＳ−ＦＥＴがオンからオフするタイミングを配線４０１から検出して、ＡＤ変換回路５０４に取り込み８ビットデータに変換される。変換された励磁電流の８ビットデータは配線４０４を介して図３の通信制御回路６０６に送られる。通信制御回路は、エンジンＥＣＵからの通信信号にて励磁電流値の送信の要求があった場合、励磁電流の８ビットデータを出力する。
【００２６】
これにより、エンジンＥＣＵはこの励磁電流値とエンジン回転数などから発電機トルクの算出を行い、発電機トルクの変動に応じたエンジン制御を行うことにより、アイドル回転の安定性を向上することができる。
【００２７】
次に励磁電流検出レベルの調整の動作について説明する。
【００２８】
発電制御装置２はモールド封止された後に、励磁電流検出レベル調整が実施される。励磁電流検出レベル調整する場合、まず発電制御装置２の単体の状態にて、電源端子３０５・キーオン端子３０３に調整電圧を印可し、励磁端子３０６に設定電流（たとえば２Ａ）供給する。この状態で通信端子３０４から励磁電流検出レベル調整実施信号を発電制御装置に送信する。
【００２９】
図３において通信回路は、信号をコンパレータ６０５にて取り込み、通信制御回路６０６にて励磁電流検出レベル調整実施信号であることを識別し、配線４０５を介して図２に示すＦ／Ｆ５０６のＳ入力に信号を送る。Ｆ／Ｆ５０６のＱ出力はＨにセットされ、ＥＥＰＲＯＭ５０８に出力され、ＥＥＰＲＯＭは書き込み可能状態となる。配線４０２には励磁電流２Ａに相当するセンシング電圧Ｖ４０２が印可されている。この電圧は５０１、５０２、５０３なるアンプ回路にてＶ５５１に増幅される。このときＶ５５１は、
Ｖ５５１＝（（Ｒ５０２＋Ｒ５０３）／Ｒ５０３）×（Ｖ４０２−Ｖ５５２）となり、ＡＤ変換回路５０４に入力されて８ビットのデータに変換される。この変換された励磁電流の検出値は、センス抵抗２０３の抵抗値の製造ばらつきにより、２Ａを示すデジタル値に対し、初期的にずれている。たとえば、今大きめにずれていたとすると、この値はデジタルコンパレータ５０５により、配線５５３に予め設定されている２Ａに相当するデジタル値と比較され、Ａ＞Ｂとなるためアップダウンカウンタ５０７にＵＰ信号が供給される。
【００３０】
これに応じてアップダウンカウンタ５０７のカウント値はカウントアップされ、ＥＥＰＲＯＭ５０８にカウントアップした信号Ｄ１−Ｄ８が書き込まれると同時に、ＤＡ変換回路５０９に送られアナログ電圧に変換されるのでＶ５５２が上昇する。この結果、Ｖ５５１は前述の式から明らかなように減少する。上記カウントアップが継続し、Ｖ５５１が低下してＡＤ変換回路５０４の出力が２Ａ相当になるとＡ＝Ｂとなり、デジタルコンパレータ５０５からＦ／Ｆ５０６のＲ入力に信号が送られ、Ｆ／Ｆ５０６のＱ出力はＬにリセットされ、ＥＥＰＲＯＭ５０８が書き込み停止状態となり、ＥＥＰＲＯＭ５０８の出力値は固定される。
【００３１】
以上の様にして、励磁電流検出レベル調整が実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の発電制御装置の構成図である。
【図２】本実施形態の通信回路の構成図である。
【図３】本実施形態の励磁電流検出回路の構成図である。
【符号の説明】
１…交流発電機、
１０１…ステータ巻線、
１０２…ロータ巻線、
２…発電制御装置、
２０３…センス抵抗、
２０４…励磁電流検出回路。

Claims

車両用交流発電機の励磁巻線を断続制御して発電機出力を設定値に制御する車両用交流発電機の発電制御装置において、
励磁電流を検出する励磁電流検出手段と、
外部端子から前記励磁電流検出手段の励磁電流検出レベルを調整するための励磁電流検出調整信号を受信する通信手段と、
前記通信手段が前記励磁電流検出調整信号を受信した時に前記励磁電流検出レベルを調整する調整手段とを有し、
前記通信手段は、外部の制御装置と汎用のプロトコルにて双方向の通信を行う通信手段であって、前記外部端子から前記励磁電流検出手段の励磁電流検出レベルを調整するための励磁電流検出調整信号を受信する機能に加えて、さらに前記励磁電流検出手段にて検出された励磁電流を示すデータを前記外部端子から送信するとともに、調整電圧値が送信されてきた場合には、発電機出力の調整電圧を変更すると共に、
前記励磁電流検出手段は、励磁電流に比例した電流が流れて電圧を発生する検出抵抗およびこの検出抵抗の端子電圧を増幅する増幅回路手段と、増幅回路の出力をＡ／Ｄ変換した値を励磁電流検出値として、予め設定されているデジタル値と比較し、前記励磁電流検出値が前記デジタル値相当になった際の、前記励磁電流検出レベルの調整を行い、この調整を非揮発性メモリに書き込むようにしたことを特徴とする車両用交流発電機の発電制御装置。
前記励磁電流検出手段にて検出された励磁電流を示すデータを前記外部端子から送信するとともに、調整電圧値が送信されてきた場合には、発電機出力の調整電圧を変更することを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機の発電制御装置。
前記通信手段は、励磁電流を示す信号の送信があった場合、励磁電流を示すデータを送信することを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。
さらに、励磁電流を断続制御するＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴと、発電機出力を検出して調整電圧の基準電圧と比較して前記ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴをオン、オフする発電機出力電圧検出用コンパレータと、
前記通信手段から送信されてくるデータに応じた調整電圧を前記発電機出力電圧検出用コンパレータに送る調整電圧基準回路を備えることを特徴とする請求項３に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。
前記所定値は、励磁電流検出レベルと調整する場合に供給される実使用状態と同等の励磁電流としての設定電流に相当することを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。
前記非揮発性メモリは、前記通信手段が前記励磁電流検出調整信号を受信したとき、書き込み可能状態となることを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の発電制御装置。