JP4450613B2 - 車両用交流発電機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車などの車両に搭載され、車載バッテリの充電と、その他の車両の電気負荷への給電を行なう車両用交流発電機の制御装置に関するものである。

一般に自動車などの車両には、交流発電機が搭載され、この交流発電機の整流出力により、車載バッテリを充電し、また車両の各種電気負荷への給電が行なわれる。この車両用交流発電機はエンジンにより駆動され、その整流出力電圧はエンジン回転数の上昇に伴なって上昇するので、電圧制御装置によりその整流出力を調整している。この電圧制御装置は、車両用交流発電機の整流出力をモニタし、車両用交流発電機の整流出力電圧が所定範囲となるように、車両用交流発電機の界磁電流をパワートランジスタによりオンオフしている。

パワートランジスタのオン時間比率は交流発電機の発電率を示すものであり、この発電率を発電率モニタ回路でモニタし、このモニタ出力を車両用電子制御回路（ＥＣＵ）に供給することが行なわれている。車両用電子制御回路（ＥＣＵ）は、マイクロコンピュータを用いて構成され、発電率モニタ出力により、例えばエンジンのアイドル制御などを行なう。

特開平５−３８０７６号公報には、パワートランジスタのコレクタ電圧からそのパワートランジスタの通電率を検出するものが開示されている。
特開平５−３８０７６号公報

しかし、車両用交流発電機の電圧制御装置において、そのパワートランジスタは整流出力電圧に応じてオンオフされるので、そのオンオフのタイミングは一般にはランダムである。このため、前記先行技術に示されるパワートランジスタのコレクタ電圧も、ランダムなタイミングで、立ち上がり、また立ち下がり、その周波数も変動するので、これを用いて車両用電子制御回路（ＥＣＵ）による制御を行なうには、そのアルゴリズムの設計に大きな困難がある。

この発明は、パワートランジスタに一定の周期で繰返し制御周期を与え、負荷応答制御を行なうものにおいて、例えば負荷応答制御が解除されている場合に、発電率が一時的に低下したとき、発電率モニタ回路のモニタ出力がその発電率の低下をキャッチできなくなる問題を改善することのできる車両用交流発電機の制御装置を提案するものである。

この発明による車両用交流発電機の制御装置は、交流出力を整流し車載バッテリおよび車両の電気負荷に給電する車両用交流発電機の制御装置であって、車両用交流発電機の界磁電流を制御するパワートランジスタに一定の周期で繰返し制御周期を与えるとともに、この各制御周期における前記パワートランジスタのオン時間比率を調整し発電率を制御する電圧制御装置と、前記発電率をモニタする発電率モニタ回路とを備え、前記電圧制御装置は、負荷の増大に応じて前記発電率を制御する負荷応答制御回路を有し、この負荷応答制御回路は、第１、および第２の制御回路を有し、前記第１の制御回路は、負荷の増大に応じて前記発電率を下限値と上限値との間で調整する負荷応答制御を行ない、また前記第２の制御回路は、前記負荷応答制御が解除されている場合に、負荷の増大に応じて前記下限値よりも前記上限値に近い規定値と前記上限値との間で前記発電率を調整する規制負荷応答制御を行なうことを特徴とする。

この発明による車両用交流発電機の制御装置では、電圧制御装置の負荷応答制御回路が、第１、第２の制御信号回路を有し、第１の制御信号回路が、負荷の増大に応じて発電率を下限値と上限値との間で調整する負荷応答制御を行ない、また第２の制御信号回路が、前記負荷応答制御が解除されている場合に、負荷の増大に応じて前記下限値よりも上限値に近い規定値と上限値との間で発電率を調整する規制負荷応答制御を行なうので、例えば、前記負荷応答制御が解除されている場合に、発電率が一時的に低下したとしても、前記規制負荷応答制御がそれに引き続き行なわれる。この発電率の一時的な低下に引き続き行なわれる規制負荷応答制御に基づき、連続した複数の制御周期で発電率の調整が続くことになるので、発電率モニタ回路が発電率の低下を確実にキャッチでき、そのモニタ出力を例えば、マイクロコンピュータを用いた電子制御回路に供給して、エンジン制御を行なう場合にも、より正確な制御を行なうことができる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明による車両用交流発電機の制御装置の実施の形態１を示す電気回路図である。この実施の形態１は、この発明に第１の目的に対応した実施の形態である。

図１に示す車両用交流発電機の制御装置は、交流発電機１０と、車載バッテリ２０と、その他の車両の電気負荷２１、２３ａ、２３ｂ、・・・、２３ｎと、車両用電子制御回路（ＥＣＵ）３０と、交流発電機１０に対する電圧制御装置４０とを備えている。

交流発電機１０は、電機子コイル１１と、界磁コイル１３と、全波整流回路１５を含んでいる。この交流発電機１０は、電機子コイル１１を巻回した電機子鉄心が回転子を構成し、この回転子が車両に搭載されたエンジンにより駆動されるように構成される。界磁コイル１１を巻回した界磁鉄心は固定子を構成し、回転子を取り巻くように、その外周に固定される。電機子コイル１１は三相コイルとされ、この実施の形態１では三相星形接続される。

全波整流回路１５は、三相全波整流回路として、６つのダイオードを用いて構成され、交流発電機１０のブラケットの内部に配置される。この全波整流回路１５の正側出力端子が交流発電機１０の正側整流出力端子Ｐを構成し、その負側出力端子が交流発電機１０の負側整流出力端子Ｎを構成する。界磁コイル１３の一端は正側整流出力端子Ｐに接続され、その他端は交流発電機１０の界磁端子Ｆに接続される。

車載バッテリ２０は、例えば１２ボルト系のバッテリであり、その正極端子は交流発電機１０の正側整流出力端子Ｐに接続される。車載バッテリ２０の負極端子は、交流発電機１０の負側整流出力端子Ｎに接続され、また車体などの基準電位点に接続される。第１の電気負荷２１はイグニションスイッチ２２を介して車載バッテリ２０に接続される。この電気負荷２１は、エンジンの点火回路など、エンジンの運転中はイグニションスイッチ２２を介して常時給電を受ける。第２の電気負荷群２３ａ、２３ｂ、・・・、２３ｎはそれぞれスイッチ２４ａ、２４ｂ、・・・、２４ｎを介して車載バッテリ２０と並列に接続される。これらの第２の電気負荷２３は、ランプ、エアコンディショナー、ヒーターなどの大容量の電気負荷を含み、それぞれ対応するスイッチ２４ａ、２４ｂ、・・・、２４ｎが投入されたときに給電を受ける。交流発電機１０に対する電気負荷は、第２の電気負荷２３ａ、２３ｂ、・・・、２３ｎの投入に応じて増大する。

車両用電子制御回路（ＥＣＵ）は、マイクロコンピュータで構成され、エンジンの点火時期、エンジンの燃料噴射量、エンジンのアイドル回転数などを、エンジン、車両の状態に応じてコントロールする。

交流発電機１０に対する電圧制御装置４０は、パワートランジスタ４１、フライホイールダイオード４３、ＳＲフリップフロップ４５、発電率モニタ回路４７および電圧制御回路５０を含んでいる。パワートランジスタ４１は界磁コイル１３を流れる界磁電流をオンオフするもので、例えばＮＰＮ形パワートランジスタが用いられ、そのコレクタＣは交流発電機１０の界磁端子Ｆに接続され、そのエミッタＥは交流発電機１０の負側整流出力端子Ｎに接続されている。フライホイールダイオード４３は界磁コイル１３に並列に接続されている。発電率モニタ回路４７は、パワートランジスタ４１のコレクタＣに接続され、パワートランジスタ４１のオン時間比率ＴＲｏｎを検出する。このオン時間比率ＴＲｏｎ
は、発電率モニタ出力ＭＯＮとして、車両用電子制御回路（ＥＣＵ）３０に与えられる。車両用電子制御回路（ＥＣＵ）３０は、この発電率モニタ出力ＭＯＮにより、例えばエンジンのアイドル回転数を制御する。

ＳＲフリップフロップ４５は、セット入力Ｓ、リセット入力Ｒおよび出力Qを有する。
このフリップフロップ４５の出力Qは、パワートランジスタ４１のベースＢに接続され、
パワートランジスタ４１を駆動する。ＳＲフリップフロップ４５のセット入力Ｓには、一定周期のフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫが供給され、ＳＲフリップフロップ４５の出力Ｑは、このフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫが与えられる度に、立ち上がり、繰返し一定の制御周期Ｔが与えられる。パワートランジスタ４１は、この各制御周期の始めに、フィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫが立ち上がる度に、オンとされる。リセット入力Ｒには、電圧制御回路５０から制御パルスＣＮＴが供給される。この制御パルスＣＮＴは、パワートランジスタ４１をオンオフ制御する状態では、各制御周期Ｔの期間内に与えられ、その立ち上がりタイミングでパワートランジスタ４１をオフに戻す。フィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫに対する制御パルスＣＮＴの位置（位相）は、電圧制御回路５０において、制御量に応じて調整される。

具体的には、ＳＲフリップフロップ４５のＱ出力はこのフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫを受ける度に、高レベル（ＨＩＧＨ）となり、パワートランジスタ４１をオンにする。したがって、フィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫはパワートランジスタ４１に対するオンパルスとなり、そのオンタイミングを決定するとともに、パワートランジスタ４１に対し、一定の周期で繰返し制御周期Ｔを与える。この制御周期Ｔの繰返し周期は、フィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫの周期であり、また制御周期Ｔの長さも、フィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫの周期に等しい。ＳＲフリップフロップ４５の出力Ｑは、各制御周期Ｔの期間内に、リセット入力Ｒに供給される電圧制御回路５０からの制御パルスＣＮＴが立ち上がる度に低レベル（ＬＯＷ）に戻され、パワートランジスタ４１はオフに戻る。したがって、制御パルスＣＮＴは、パワートランジスタ４１に対するオフパルスとなり、そのオフタイミングを決定する。

図２は電圧制御回路５０の内部回路を示す。この実施の形態１の電圧制御回路５０は、車載バッテリ２０のバッテリ電圧Ｖｂに応じて、制御パルスＣＮＴの立ち上がりタイミングを調整するもので、コンパレータ５４を含んでいる。このコンパレータ５４は、入力ａにバッテリ電圧Ｖｂを受け、またその入力ｂに基準電圧Ｖｒｅｆを受ける。コンパレータ５４の出力ｃは、バッテリ電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆ以上となったときに、高レベル（ＨＩＧＨ）へ立ち上がる制御パルスＣＮＴ／Ａであり、実施の形態１ではこの制御パルスＣＮＴ／Ａが、そのまま制御パルスＣＮＴとなって、パワートランジスタ４１のベースＢへ供給される。

図３は実施の形態１の動作説明用線図である。図３（ａ）はフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫと、制御パルスＣＮＴ／Ａとの関係を示す、図３（ｂ）は制御パルスＣＮＴ／Ａとバッテリ電圧Ｖｂとの関係を示す。フィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫは、２つの相隣なるパルスが示されており、これらの２つのフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫの間の期間が制御周期Ｔとなる。このフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫは、一定の周期で各制御周期Ｔの始めに繰り返し発生される。このフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫを基準とし、このフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫに対する制御パルスＣＮＴ／Ａの立ち上がりタイミングは、バッテリ電圧Ｖｂに変化に応じて調整される。

図３（ｂ）は、３つのバッテリ電圧特性Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３を代表的に示している。特性Ｖｂ１は、車載バッテリ２０が、低い電圧値から充電されて増大するときのバッテ
リ電圧Ｖｂの変化を、特性Ｖｂ３は、それが高い電圧値から充電されて増大するときのバッテリ電圧Ｖｂの変化を、また特性Ｖｂ２は、それがそれらの中間値から充電されて増大するときのバッテリ電圧Ｖｂの変化をそれぞれ示す。この特性Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３の変化に応じて、これらの特性Ｖｂ１、Ｖｂ２、Ｖｂ３と基準電圧Ｖｒｅｆとの交点が順次フィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫに向かって前進し、制御パルスＣＮＴ／Ａの立ち上がりタイミングは、立ち上がり特性ＣＮＴ／Ａ１からＣＮＴ／Ａ２を経て、ＣＮＴ／Ａ３へ前進する。この立ち上がり特性ＣＮＴ／Ａ１、ＣＮＴ／Ａ２、ＣＮＴ／Ａ３の変化に応じて、パワートランジスタ４１のオン期間Ｔｏｎは、Ｔｏｎ１から、Ｔｏｎ２を経て、Ｔｏｎ３へ変化する。

パワートランジスタ４１は、フィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫにより一定周期でオンとなり、そのオン期間Ｔｏｎは制御パルスＣＮＴの立ち上がりタイミングにより変化するので、各制御周期Ｔにおけるパワートランジスタ４１のオン時間比率ＴＲｏｎは制御パルスＣＮＴによって決定される。このパワートランジスタ４１のオン時間比率ＴＲｏｎは、交流発電機１０の界磁コイル１３に対する界磁電流のオン時間比率であり、交流発電機１０の発電率Ｇを示す。

このように、実施の形態１では、パワートランジスタ４１をフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫにより一定周期でオンさせ、一定の周期で繰返される制御周期Ｔを設定するとともに、この各制御周期Ｔにおけるパワートランジスタ４１のオン時間比率ＴＲｏｎおよび交流発電機１０の発電率Ｇを、制御パルスＣＮＴの立ち上がりタイミングにより調整することにより、交流発電機１０の整流出力電圧が調整される。このパワートランジスタ４１を一定周期で制御することにより、パワートランジスタ４１のコレクタ電位をモニタする発電率モニタ回路４５のモニタ出力ＭＯＮも一定周期となるので、このモニタ出力ＭＯＮを利用する電子制御装置３０のアルゴリズムは簡単化され、より正確な電子制御が可能となる。

実施の形態２．
図４はこの発明による車両用交流発電機の制御装置の実施の形態２を示す電気回路図である。この実施の形態２は、この発明の第２の目的に対応する実施の形態であり、実施の形態１における電圧制御回路５０に代わって、負荷応答制御ＬＲＣを導入した電圧制御回路５０Ａが使用され、特にこの負荷応答制御ＬＲＣが解除されている場合に、パワートランジスタ４１のオン時間比率ＴＲｏｎ、すなわち交流発電機１０の発電率Ｇが一時的に低下した場合に、それが発電率モニタ回路４７でキャッチできなくなる不都合を改善するように構成される。

図４は実施の形態２で使用される電圧制御回路５０Ａの内部回路をＳＲフリップフロップ４５とともに図示したもので、電圧制御装置４０のパワートランジスタ４１、フライホイールダイオード４３、発電率モニタ回路４７は、図１と同じものが使用され、また交流発電機１０、車載バッテリ２０、電気負荷２１、２３、電子制御装置（ＥＣＵ）３０も図１と同じものが使用される。実施の形態１と同様に、ＳＲフリップフロップ４５のセット入力Ｓには、一定の周期のフィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫが供給され、そのリセット入力Ｒには、制御パルスＣＮＴが供給され、またその出力Ｑはパワートランジスタ４１のベースＢに接続され、パワートランジスタ４１をオンオフ駆動する。

電圧制御回路５０Ａは、ＯＲ回路５１と、第１、第２のオフタイミング制御回路５３、５５を含む。ＯＲ回路５１は、入力ａと入力ｂの２つの入力を有し、その出力ｃは制御パルスＣＮＴであって、ＳＲフリッププロップ４５のリセット入力Ｒに供給される。このＯＲ回路５１の入力ａは、第１のオフタイミング制御回路５３に接続され、この第１のオフタイミング制御回路５３から第１の制御パルスＣＮＴ／Ａを受ける。この第１のオフタイ
ミング制御回路５３は、実施の形態１で使用されたと同じコンパレータ５４を含み、このコンパレータ５４はその出力ｃに制御パルスＣＮＴ／Ａを発生し、これを第１の制御パルスＣＮＴ／Ａとして、ＯＲ回路５１の入力ａに供給する。

ＯＲ回路５１の入力ｂは、第２のオフタイミング制御回路５５に接続され、この第２のオフタイミング制御回路５５から第２の制御パルスＣＮＴ／Ｂを受ける。この第２のオフタイミング制御回路５５は、負荷応答制御回路（ＬＲＣ回路）を含み、交流発電機１０に対する電気負荷の増大に応じて、パワートランジスタ４１のオフタイミングを制御する。この第２のオフタイミング制御回路５５は、負荷応答制御カウンタ（ＬＲＣカウンタ）５７と、ＯＲ回路６０と、第１の制御信号回路６１と、第２の制御信号回路６２とを含んでいる。

ＬＲＣカウンタ５７は、ＬＲＣクロックＬＲＣ／ＣＬＫをカウントするホールドリセット形のカウンタであり、エンジンにより駆動される交流発電機１０の駆動回転数が、負荷応答解除回転数Ｎ０よりも小さいときには、第２の制御パルスＣＮＴ／Ｂにより、パワートランジスタ４１に、図５（ａ）に示す負荷応答制御特性ＬＲＣを与え、また、交流発電機１０の駆動回転数が、負荷応答解除回転数Ｎ０を越えたときには、図５（ａ）の負荷応答制御ＬＲＣを解除するとともに、第２の制御パルスＣＮＴ／Ｂにより、パワートランジスタ４１に、図５（ｂ）に示す規制負荷応答制御特性ＣＮＴ／ＬＲＣを与える。図５（ａ）に示す負荷応答制御特性ＬＲＣは、第１の制御信号回路６１からの第１のリセット信号ＲＳＴ１に基づき、ＬＲＣカウンタ５７から与えられる。また図５（ｂ）に示す規制負荷応答制御特性ＬＲＣ／ＣＮＴは、第２の制御信号回路６２からの第２のリセット信号ＲＳＴ２に基づき、ＬＲＣカウンタ５７から与えられる。

図５（ａ）（ｂ）において、横軸は時間、縦軸は交流発電機１０の発電率Ｇである。図５（ａ）の負荷応答特性ＬＲＣは、交流発電機１０に対する負荷が投入されたときの発電率Ｇの変化を示し、代表的に発電率Ｇが０％のときにＬｏｎで示すタイミングで、負荷が投入されれば、所定期間Ｔαに発電率Ｇが上昇率αで、下限値Ｇｍｉｎから上限値Ｇｍａｘに向かって直線的に増加するように、パワートランジスタ４１が制御される。下限値Ｇｍｉｎは例えば０％であり、上限値Ｇｍａｘは１００％であり、期間Ｔαは、例えば１０００ｍｓｅｃに設定される。下限値Ｇｍｉｎと上限値Ｇｍａｘの間の発電率Ｇａで負荷が投入されれば、期間Tａにおいて、発電率ＧがＧａから上限値Ｇｍａｘに向かって、同じ
上昇率αで直線的に増加するように、パワートランジスタ４１が制御される。

図５（ｂ）の規制負荷応答特性ＣＮＴ／ＬＲＣでは、発電率Ｇがその上限値Ｇｍａｘに近い規制値Ｇｃｎｔから規制期間Ｔｃｎｔ（Ｔｃｎｔ＜Ｔα）に、負荷応答制御特性ＬＲＣと同じ上昇率αで発電率Ｇが上限値Ｇｍａｘに向かって直線的に増加するように、パワートランジスタ４１が制御される。規制値Ｇｃｎｔは、下限値Ｇｍｉｎと上限値Ｇｍａｘとの中間値であるが、上限値Ｇｍａｘに近い中間値に設定される。具体的には、この規制値Ｇｃｎｔは、発電率９５％以上、例えば９５％に設定される。規制期間Ｔｃｎｔは、界磁コイル１３の時定数に見合って１００ｍｓｅｃ以下、例えば１００ｍｓｅｃに設定される。

さて、第２のオフタイミング制御回路５５の詳細について説明する。ＬＲＣカウンタ５７は、ＬＲＣクロックＬＲＣ／ＣＬＫが入力される入力ａと、リセット入力ｂと、出力ｃと、リセット出力ｄとを有する。出力ｃはＯＲ回路５１の入力ｂに接続され、第２の制御パルスＣＮＴ／ＢをＯＲ回路５１の入力ｂに供給する。ＬＲＣカウンタ５７の入力ａに供給されるＬＲＣクロックＬＲＣ／ＣＬＫは、ＲＳフリップフロップ４５のＳ入力に与えられるフィールドクロックＦＬＤ／ＣＬＫよりも短い周期を持ったクロックとされる。

第２のオフタイミング制御回路５５のＯＲ回路６０は、ＬＲＣカウンタ５７に対するリセット制御回路を構成する。このＯＲ回路６０は、２つの入力ａ、ｂと、出力ｃを有する。このＯＲ回路６０の入力ａは第１の制御信号回路６１に接続され、この第１の制御信号回路６１は、ＬＲＣカウンタ５７のリセット出力ｄに接続される。この第１の制御信号回路６１は、第１のリセット信号ＲＳＴ１をＯＲ回路６０の入力ａに供給する。ＯＲ回路６０の入力ｂは第２の制御信号回路６２に接続され、この第２の制御信号回路６２から第２のリセット信号ＲＳＴ２を受ける。ＯＲ回路６０の出力ｃはＬＲＣカウンタ５７のリセット入力ｂに接続され、ＬＲＣカウンタ５７のリセット入力ｂに、第１のリセット信号ＲＳＴ１または第２のリセット信号ＲＳＴ２を供給する。

第２のオフタイミング制御回路５５のＬＲＣカウンタ５７は、入力ａに供給されるＬＲＣクロックＬＲＣ／ＣＫＬをカウントし、そのカウント値がカウント目標値Ｃ０＋ｎα（ｎは自然数）となったときに、出力ｃが高レベル（ＨＩＧＨ）となり、さらにこのカウント値がＣ０＋（ｎ＋１）αとなったときに、リセット出力ｄが高レベルとなり、このリセット出力ｄをＯＲ回路６０の入力ａから出力ｃを介して、リセット入力ｂに与えることにより、次のカウント目標値をＣ０＋（ｎ＋１）αにホールドするとともに、カウント値を０にリセットする。なお、ｎは、ＬＲＣカウンタ５７のカウント値が０にリセットされる度に、＋１づつ増加される。

第１の制御信号回路６１は、ＬＲＣカウンタ５７のカウント値がカウント目標値Ｃ０＋ｎαになり、その出力ｃが高レベル（ＨＩＧＨ）となって、ＳＲフリップフロップ４５がリセットされ、パワートランジスタ４１がオフされる度に、そのオフタイミングからカウント目標値をさらに上昇率αに相当するカウント値Ｃ０＋（ｎ＋１）αに達するまで、ＬＲＣカウンタ５７のカウント目標値を上昇させる。この結果、パワートランジスタ４１のオフタイミングは、第１の制御信号回路６１からの第１のリセット信号ＲＳＴ１により、パワートランジスタ４１がオフされる度に、フィールドクロックパルスＦＬＤ／ＣＬＫに対し、上昇率αに相当する時間だけ遅れることとなり、図５（ａ）に示す上昇率αの負荷応答特性ＬＲＣが、パワートランジスタ４１に与えられる。

第２の制御信号回路６２は、２つのＡＮＤ回路６３、６４を含んでいる。ＡＮＤ回路６３は、その入力ａに規制デューティ信号ＣＮＴ／ＤＵＴを受ける。またＡＮＤ回路６３の入力ｂにはインバータ６５が接続されており、その入力ｂに負荷応答制御有効無効信号ＬＲＣ／ＶＩの反転信号を受ける。規制デューティ信号ＣＮＴ／ＤＵＴは、規制された発電率の規制値Ｇｃｎｔから上限値Ｇｍａｘに向かって、上昇率αで発電率Ｇに規制負荷応答特性ＣＮＴ／ＬＲＣを与えるためのリセット信号ＣＮＴ／ＲＳＴであり、実施の形態２では、この発電率Ｇの規制値Ｇｃｎｔを９５％から１００％の範囲に規制する。具体的には、最初に、規制負荷応答制御ＣＮＴ／ＬＲＣの最初に、発電率Ｇを規制値９５％にするオフタイミングにおいて、ＬＲＣカウンタ５７のリセット入力ｂにリセット信号ＣＮＴ／ＲＳＴを与え、以後は上昇率αで、ＬＲＣカウンタ５７のリセットタイミングを遅らせる。

負荷応答制御有効無効信号ＬＲＣ／ＶＩは、交流発電機１０の駆動回転数が、負荷応答制御解除回転数Ｎ０以下であって、第２のオフタイミング制御回路５５が、パワートランジスタ４１に対して、図５（ａ）の負荷応答特性ＬＲＣを与えるときに、高レベル（ＨＩＧＨ）となり、ＡＮＤ回路６３の入力ｂにインバータ６５を介して低レベル（ＬＯＷ）を与える。また交流発電機１０の駆動回転数がこの負荷応答解除回転数Ｎ０を超え、第２のオフタイミング制御回路５５が図５（ｂ）の規制負荷応答制御特性ＣＮＴ／ＣＬＫをパワートランジスタ４１に与えるときに、低レベル（ＬＯＷ）となり、ＡＮＤ回路６３の入力ｂにインバータ６５を介して高レベル（ＨＩＧＨ）を与える。すなわち、この負荷応答制御有効無効信号ＬＲＣ／ＶＩが高レベルとなるときには、規制デューティ信号ＣＮＴ／ＤＵＴはＡＮＤ回路６３から出力されないが、負荷応答制御有効無効信号ＬＲＣ／ＶＩが低レベル（ＬＯＷ）となったときには、ＡＮＤ回路６３の出力ｃには、規制デューテイ信号ＣＮＴ／ＤＵＴが現われる。

ＡＮＤ回路６４の入力ａはコンパレータ５４の出力ｃに接続され、制御パルスＣＮＴ／Ａを受ける。その入力ｂはＡＮＤ回路６３の出力ｃに接続される。したがって、バッテリ電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆを超え、第１の制御パルスＣＮＴ／Ａが高レベル（ＨＩＧＨ）となった高発電率領域において、ＡＮＤ回路６３の出力ｃに現われた規制デューティ信号ＬＲＣ／ＤＵＴはＡＮＤ回路６４の出力ｃに現われ、ＯＲ回路６０の入力ｂから出力ｃを経て、第２のリセット信号ＲＳＴ２として、ＬＲＣカウンタ５７のリセット入力ｂに供給される結果となる。この第２のリセット信号ＲＳＴ２として、ＬＲＣカウンタ５７のリセット入力ｂに供給された規制デューティ信号ＣＮＴ／ＤＵＴは、パワートランジスタ４１に図５（ｂ）の規制負荷制御ＣＮＴ／ＬＲＣを与える。

図６は、実施の形態２による発電率Ｇとパワートランジスタ４１のオン時間Ｔｏｎの推移を７つの連続する制御周期Ｔ１からＴ７について例示したタイミングチャートである。図６において、ｔｏｎ１、ｔｏｎ２、・・・、ｔｏｎ７は、各制御周期におけるパワートランジスタ４１のオンタイミングを、また、ｔｏｆｆ１、ｔｏｆｆ２、・・・、ｔｏｆｆ７はそのオフタイミングを示す。

図６（ａ）（ｂ）は、交流発電機１０の駆動回転数が、負荷応答制御回転数Ｎ０よりも大きく、電圧制御回路５０Ａによる負荷応答制御ＬＲＣが行なわれている状態を示す。図６（ａ）は、負荷が一定で、交流発電機１０の発電率およびパワートランジスタ４１のオン時間Ｔｏｎが一定で推移する状態を示す。この状態で、パワートランジスタ４１のオン時間Ｔｏｎは、Ｔｏｎ＝Aとする。図６（ｂ）は、負荷投入に伴なって、制御周期Ｔ１、
Ｔ２、・・・、Ｔ７において、発電率が上昇率αで上昇する状態を示す。この状態では、パワートランジスタ４１のオン時間は、最初の制御周期Ｔ１ではＡであり、その後の制御周期Ｔ２、Ｔ３、・・・、Ｔ７において、順次αだけ増加する。

図６（ｃ）は、交流発電機１０の駆動回転数が負荷応答制御解除回転数Ｎ０を越え、負荷応答制御ＬＲＣが解除されている状態を示す。制御周期Ｔ１、Ｔ２では、発電率Ｇが上限値Ｇｍａｘ＝１００％、パワートランジスタ４１のオン期間ＴｏｎがＴｏｎ／１００であり、この後の制御周期Ｔ３において、例えばバッテリ電圧Ｖｂの一時的な低下により、第１のオフタイミング制御回路５３により、発電率Ｇが下がり、パワートランジスタ４１のオン時間がＴｏｎ＝Ａに低下したものとする。この場合、次の制御周期Ｔ４では、規制デューティ信号ＣＮＴ／ＤＵＴにより、発電率はＧｃｎｔ＝９５％となるように制御が行なわれ、パワートランジスタ４１のオン期間はＴｏｎ／ｃｎｔとなる。その後の制御周期５、Ｔ６、Ｔ７では、パワートランジスタ４１のオン期間は、（Ｔｏｎ／ｃｎｔ＋α）、（Ｔｏｎ／ｃｎｔ＋２α）、（Ｔｏｎ／ｃｎｔ＋３α）と順次増大するが、パワートランジスタ４１に対するオフタイミングは、Ｔｏｆｆ５、ｔｏｆｆ６、ｔｏｆｆ７のように与えられ、オフ期間も維持される。

このように、負荷応答制御ＬＲＣが解除されているときに、発電率Ｇが図６（ｃ）の制御期間Ｔ３において一時的に低下しても、実施の形態２では、それに引き続き、規制期間Ｔｃｎｔの中で、制御周期Ｔ４からＴ７において、規制負荷応答ＣＮＴ／ＬＲＣが与えられ、パワートランジスタ４１にオフ時間が与えられる複数の制御期間Ｔが確保される。この規制負荷応答制御ＣＮＴ／ＬＲＣが与えられない場合には、図６（ｄ）に示すように、限られた１つの制御周期Ｔ３における発電率Ｇの低下の後、制御周期Ｔ４、Ｔ５で、発電率Ｇが直ちに上限値Ｇｍａｘになり、パワートランジスタ４１にオフ時間が与えられない制御期間が続く結果になる。制御期間Ｔ６で、再度発電率Ｇが一時的に低下しても、その後には、また発電率Ｇが上限値Ｇｍａｘになり、パワートランジスタ４１にオフ時間が与
えられない状態が続く。

この図６（ｄ）に示すような、１つの制御周期における限られた発電率Ｇの低下は、発電率モニタ回路４７で、キャッチできないことが多い。この限られら制御周期における発電率Ｇの低下が、発電率モニタ回路４７でキャッチできないと、モニタ出力ＭＯＮも発電率Ｇを正確にモニタできず、電子制御回路（ＥＣＵ）も誤った制御を与える危険がある。

図７は、実施の形態２と比較される比較例を示す。この比較例では、ＬＲＣカウンタ５７の出力ｃとＯＲ回路５１の入力ｂとの間に、ＡＮＤ回路７０が配置される。このＡＮＤ回路７０の入力ａは、ＬＲＣカウンタ５７の出力ｃに接続され、ＡＮＤ回路７０の入力ｂには、負荷応答制御有効無効信号ＬＲＣ／ＶＩが供給され、ＡＮＤ回路７０の出力ｃはＯＲ回路５１の入力ｂに接続される。この図７に示す比較例では、負荷応答制御ＬＲＣが与えられない場合には、負荷応答制御有効無効信号ＬＲＣ／ＶＩが低レベル（ＬＯＷ）となるので、実施の形態２のような規制負荷応答制御ＣＮＴ／ＬＲＣは与えられない。このため、図６（ｄ）にように、１つの制御周期に限られた一時的な発電率Ｇの低下が起り、これが発電率モニタ回路４７でキャッチできない事態が発生する。

以上のように、実施の形態２では、負荷応答制御ＬＲＣが解除されている場合に、発電率Ｇが一時的に低下しても、引き続いて規制負荷応答制御ＣＮＴ／ＬＲＣが与えられので、発電率モニタ回路４７が、その発電率の低下を確実にキャッチでき、発電率モニタ出力ＭＯＮを電子制御回路３０で利用するもににおいて、その制御を確実に実行することができる。

この発明による車両用交流発電機の制御装置は、例えば自動車に搭載される交流発電機の制御装置として、利用することができる。

図１はこの発明による車両用交流発電機の制御装置の実施の形態１を示す電気回路図。 図２は実施の形態１における電圧制御装置の一部分の詳細を示す電気回路図。 図３は実施の形態１の動作説明用線図。 図４はこの発明による車両用交流発電機の制御装置の実施の形態２における電圧制御装置の一部分の詳細を示す電気回路図。 図５（ａ）（ｂ）は実施の形態２の動作説明用線図。 図６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は実施の形態２の動作説明用線図。 図７は実施の形態２と比較される比較例における電圧制御装置の一部分を示す電気回路図。

１０：交流発電機、１３：界磁コイル、２０：車載バッテリ、
２１、２３ａ、２３ｂ、・・・、２３ｎ：電気負荷、３０：電子制御回路、
４０：電圧制御装置、４１：パワートランジスタ、４５：フリップフロップ、
４７：発電率モニタ回路、５０：電圧制御回路、５４：コンパレータ、
５３：第１のオフタイミング制御回路、５５：第２のオフタイミング制御回路、
５７：負荷応答制御カウンタ、６１：第１の制御信号回路、６２：第２の制御信号回路。

Claims (10)

1. 交流出力を整流し車載バッテリおよび車両の電気負荷に給電する車両用交流発電機の制御装置であって、車両用交流発電機の界磁電流を制御するパワートランジスタに一定の周期で繰返し制御周期を与えるとともに、この各制御周期における前記パワートランジスタのオン時間比率を調整して発電率を制御する電圧制御装置と、前記発電率をモニタする発電率モニタ回路とを備え、前記電圧制御装置は、負荷の増大に応じて前記発電率を制御する負荷応答制御回路を有し、この負荷応答制御回路は、第１、および第２の制御信号回路を有し、前記第１の制御信号回路は、負荷の増大に応じて前記発電率を下限値と上限値との間で調整する負荷応答制御を行ない、また前記第２の制御信号回路は、前記負荷応答制御が解除されている場合に、負荷の増大に応じて前記下限値よりも前記上限値に近い規制値と前記上限値との間で前記発電率を調整する規制負荷応答制御を行なうことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
2. 請求項１記載の車両用交流発電機の制御装置であって、前記電圧制御装置は、前記パワートランジスタをオンオフ制御するフリップフロップを有し、このフリップフロップは、一定周期のクロックパルスにより前記制御周期を設定するとともに、この各制御周期における前記パワートランジスタのオンタイミングを決定し、また制御パルスにより前記制御周期における前記パワートランジスタのオフタイミングを決定するように構成され、前記負荷応答制御回路は、前記クロックパルスに対する前記制御パルスの位置を調整して、前記制御周期における前記パワートランジスタのオン時間比率を調整することを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
3. 請求項２記載の車両用交流発電機の制御装置であって、前記電圧制御装置は、前記フリップフロップに前記制御パルスを供給する電圧制御回路を備え、この電圧制御回路は第１、第２のオフタイミング制御回路を有し、この第１のオフタイミング制御回路は前記車載バッテリのバッテリ電圧に応じて前記クロックパルスに対する前記制御パルスの位置を調整し、また前記第２のオフタイミング制御回路は前記負荷応答制御回路により、前記クロックパルスに対する前記制御パルスの位置を調整することを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
4. 請求項１記載の車両用交流発電機の制御装置であって、前記負荷応答制御回路は、負荷応答制御カウンタを含み、この負荷応答制御カウンタは、負荷応答制御クロックをカウントし、そのカウント値がカウント目標値に達したときに、前記制御パルスを発生する出力を有することを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
5. 請求項４記載の車両用交流発電機の制御装置であって、前記負荷応答制御カウンタは、リセット出力と、リセット入力とを有し、前記カウント値が前記カウント目標値に達した後、さらに所定数の前記負荷応答制御クロックをカウントしたときにリセット出力を発生するように構成され、前記第１の制御信号回路がこのリセット出力に結合されていて、前記リセット出力により前記カウント目標値を増大してホールドするとともに、前記カウント値をリセットし、前記負荷応答制御を行なうことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
6. 請求項５記載の車両用交流発電機の制御装置であって、前記第２の制御信号回路が前記負荷応答制御カウンタのリセット入力に結合されていて、前記規制値から前記規制負荷応答制御を行なうことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
7. 請求項１記載の車両用交流発電機の制御装置であって、前記下限値が０％の発電率に、また前記上限値が１００％の発電率にそれぞれ設定されたことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
8. 請求項７記載の車両用交流発電機の制御装置であって、前記規制値が９０から１００％の間の発電率に設定されたことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
9. 請求項８記載の車両用交流発電機の制御装置であって、前記規制値がほぼ９５％の発電率に設定されたことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
10. 請求項１記載の車両用交流発電機の制御装置であって、前記規制負荷応答制御が負荷の増大から１００ｍｓｅｃ以下の規制期間に制限して行なわれることを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。

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